JP2015166796A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】摺動部であるニップ部に適切な量の潤滑材を保持でき、駆動にかかる負荷を低減し、定着フィルムとニップ形成部材の良好な摺動性を長期にわたって維持する定着装置を提供する。【解決手段】加熱体１００と、加熱体により加熱される定着回転体１０１と、定着回転体を導き、定着回転体に内包されたガイド部材１０３と、定着回転体とガイド部材の間に介在させる潤滑剤と、定着回転体を介してガイド部材と圧接してニップ部を形成する加圧部材１０６と、加圧部材を正逆回転させる駆動手段２４とを有し、ガイド部材の通紙下流側で、加圧部材を正回転する場合は定着回転体とガイド部材に所定のギャップが生じ、加圧部材を逆回転する場合はギャップが、正回転時に比して少なくなるように設定されると共に、逆回転駆動の実行間隔が定着処理を実行した記録材枚数による。【選択図】図２ａ

Description

本発明は、複合機、複写機、プリンタ、ファックス等の記録材上に画像形成可能な電子写真方式の定着装置に関する。

電子写真装置、静電記録装置などの画像形成装置においては、シート上にトナー画像を形成し、これを加熱、加圧して定着させることにより画像を形成している。このような定着装置として、内部にヒータを有する定着ローラに加圧ローラを圧接して定着ニップを形成し、定着を行うローラ定着方式が従来採用されている。

ところで、近年では省エネルギー推進の観点から、熱伝達効率が高く、装置の立ち上がりが速い方式として、熱容量の小さい定着フィルムを介して加熱するフィルム加熱方式の定着装置、すなわちフィルム定着装置が提案されている（特許文献１〜４参照）。

フィルム定着装置は、固定支持された加熱体としての例えばセラミックヒータ（以下、ヒータと記す）と、該ヒータと摺動する伝熱部材としての例えば耐熱性樹脂フィルム（以下、定着フィルムと記す）と、該定着フィルムを介して前記ヒータに圧接してトナー像加熱定着領域としての定着ニップ部を形成する加圧部材としての弾性加圧ローラを有し、定着ニップ部の定着フィルムと加圧ローラとの間で未定着トナー像を担持した記録材を挟持搬送させて定着フィルムを介したヒータからの熱により未定着トナー像を記録材上に加熱溶融定着させるものである。

また、セラミックヒータは、耐熱性の高い樹脂（以下、ニップ形成部材）に保持され、定着フィルムの回転時に、定着フィルムとセラミックヒータ、定着フィルムとヒータホルダーは摺動する。

上記のようなフィルム定着装置の定着フィルムは、薄肉で熱容量が小さく、かつ熱応答性が良いため、ヒータの熱応答をほぼそのまま定着ニップ部内に反映する事ができる。よって、ヒータ−オン時より短時間の定着温度到達が達成され、これに伴う省電力が実現される。

これらの定着装置では、定着フィルムとセラミックヒータ、定着フィルムとニップホルダーの摺動性をより良く保つ必要がある。そこで特許文献５の定着装置ではシリコンオイルやグリスなの潤滑剤を定着フィルムの内面に塗布している。

特開昭６３−３１３１８２号公報 特開平２−１５７８７８号公報 特開平４−４４０７５号公報 特開平４−２０４９８０号公報 特開２００８−１３９７７５号公報

しかしながら、図９の定着装置においては、ガイド部材１０３と定着フィルム１０１との間が加圧されているために、塗布された潤滑剤を摺動部から押し出す力が作用し、摺動部に介在する潤滑剤を押し出してしまう。また定着フィルム１０１が回転することにより、下流側Ｄに押し出されてしまう。加圧力や回転運動により摺動部から押し出された潤滑剤は、摺動部である定着ニップ部Ｎの下流Ｄに堆積され、摺動部の潤滑材がさらに減少する。結果、定着フィルム１０１と加熱体１００あるいはガイド部材１０３のスティックスリップによる異音発生や、定着フィルム１０１と被記録材とのスリップによる画像の乱れ、トルク上昇による駆動系の脱調などが発生する。

そこで、本発明は、上記の様な事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、定着フィルム１０１とその内面に設けられたニップ形成部材１００，１０３からなる定着装置において、摺動部であるニップ部Ｎに適切な量の潤滑材を保持でき、駆動にかかる負荷を低減し、定着フィルム１０１とニップ形成部材１００，１０３の良好な摺動性を長期にわたって維持する定着装置を提供することである。

上記目的を達成するための構成は、
加熱体と、
前記加熱体により加熱される定着回転体と、
前記定着回転体を導き、前記定着回転体に内包されたガイド部材と
前記定着回転体と前記ガイド部材の間に介在させる潤滑剤と、
前記定着回転体を介して前記ガイド部材と圧接してニップ部を形成する加圧部材と、
前記加圧部材を正逆回転させる駆動手段とを有し、
前記加圧部材を回転させることによって前記定着回転体を従動回転させるとともに記録材をニップ部に挟持搬送し、記録材をニップ部で加圧加熱する定着装置において、
前記ガイド部材の通紙下流側で、前記加圧部材を正回転する場合は前記定着回転体と前記ガイド部材に所定のギャップが生じ、前記加圧部材を逆回転する場合は前記ギャップが、正回転時に比して少なくなるように設定されると共に、
逆回転駆動の実行間隔が定着処理を実行した記録材枚数によることを特徴とする。

本発明による構成を用いることにより、摺動部であるニップ部に適切な量の潤滑材を保持できるように潤滑材を供給し、長寿命の画像加熱装置及び画像形成装置を提供することができる。

実施例１の画像形成装置の概略構成を説明する断面図 実施例１の定着装置の概略構成を説明する断面図 実施例１の定着装置の概略構成を説明する側面図 Ｒ１方向に回転した場合の定着フィルム軌道を説明する断面図 Ｒ２方向に回転した場合の定着フィルム軌道を説明する断面図 図３ａの点線部Ｄの詳細図 図３ｂの点線部Ｄの詳細図 単位重量あたりの耐熱グリスに含まれる基油の重量比のグラフ 実施例１の逆転動作を説明するフローチャート 実施例２の逆転動作を説明するフローチャート 従来の定着装置の概略構成を説明する断面図

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

図１は、本実施形態の画像形成装置の一例であるカラー電子写真プリンタの断面図であり、シートの搬送方向に沿った断面図である。本実施形態では、カラー電子写真プリンタを単に「プリンタ」という。

記録材は、トナー像が形成されるものである。シートの具体例として、普通紙、普通紙の代用品である樹脂製のシート状のもの、厚紙、オーバーヘッドプロジェクター用などがある。

図２に示すプリンタは、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂｋ（ブラック）の各色の画像形成部１０を備えている。感光ドラム１１は、帯電器１２によってあらかじめ帯電される。その後、感光ドラム１１は、レーザスキャナ１３によって、潜像を形成されている。潜像は、現像器１４によってトナー像になる。感光ドラム１１のトナー像は、一次転写ブレード１７によって、像担持体である例えば中間転写ベルト３１に順次転写される。転写後、感光ドラム１１に残ったトナーは、クリーナ１５によって除去される。この結果、感光ドラム１１の表面は、清浄になり、次の画像形成に備える。

一方、記録材Ｐは、１段目給紙カセット２０ａ、２段目カセット２０ｂ、又はマルチ給紙トレイ２５から、１枚ずつ送り出されてレジストローラ対２３に送り込まれる。レジストローラ対２３は、記録材Ｐを一旦受け止めて、記録材が斜行している場合、真っ直ぐに直す。そして、レジストローラ対２３は、中間転写ベルト３１上のトナー像と同期を取って、記録材を中間転写ベルト３１と二次転写ローラ３５との間に送り込む。中間転写ベルト上のカラーのトナー像は、転写体である例えば二次転写ローラ３５によって記録材Ｐに転写される。その後、記録材Ｐのトナー像は、記録材Ｐが定着装置４０によって、加熱加圧されることで記録材Ｐに定着される。

記録材Ｐの片面だけにトナー像を形成する場合、切り換えフラッパ６１の切り換えにより記録材Ｐを排紙ローラ６３を介してシートを画像形成装置１の側面に配置されている排紙トレイ６４に排出するか、画像形成装置１の上面に配置されている排紙トレイ６５に排出される。切り換えフラッパ６１が破線の位置にある場合には、記録材Ｐはフェイスアップ（トナー像が上側）で排紙トレイ６４上に排出され、切り換えフラッパ６１が実線の位置にある場合には、記録材Ｐは、フェイスダウン（トナー像が下側）で排紙トレイ６５に排出される。

記録材Ｐの両面にトナー像を形成する場合、定着装置４０によってトナー像を定着された記録材Ｐは、実線の位置にいるフラッパ６１によって上方へ案内されて、後端が反転ポイントＲに達したとき、搬送路７３によってスイッチバック搬送されて表裏反転される。その後、記録材Ｐは、両面搬送路７０を搬送されて、片面画像形成と同様の過程を経て他方の面にトナー像を形成されて、排紙トレイ６４または排紙トレイ６５上に排出される。フラッパ６１、スイッチバック搬送路７３等で構成される部分は、反転手段の一例である。

次に定着装置４０について図２ａの定着装置断面図及び図２ｂの定着装置側面図を用いて詳述する。

定着装置４０は、加圧回転体駆動方式でフィルム加熱方式の加熱装置である。定着装置４０は、加圧部材として加圧ローラ１０６と、加熱部材としてセラミックヒータ１００と、定着部材として円筒状の定着フィルム１０１と、円筒状の定着フィルム端部に設置され、定着フィルムの軌道を導く定着フランジ１０４と、前記定着ベルト１０１を挟んで前記加圧ローラ１０６との間にニップ部Ｎを形成させるガイド部材１０３と、前記ガイド部材の強度を確保するために前記定着ベルト内面側に配置されるステー１０２からなる。

加圧部材としての加圧ローラ１０６は、芯金１０６ａと、前記芯金周りに同心一体にローラ状に成形被覆させた、シリコーンゴム・フッ素ゴム・フッ素樹脂などの耐熱性・弾性材層１０６ｂとで構成されており、表層に離型層を設けてある。例えば、離型層はフッ素樹脂、シリコーン樹脂、フルオロシリコーンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性かつ耐熱性のよい材料を選択することができる。芯金の両端部にＰＥＥＫ、ＰＰＳ、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂よりなる不図示の軸受部材を装着し、不図示の側板に回転自由に保持させて配設してある。

１００は加熱手段としてのとしてのセラミックヒータ（以下、ヒータと記す）である。このヒータ１００は細長薄板状のセラミック基板と、この基板面に具備させた通電発熱抵抗体層を基本構成とするもので、発熱抵抗体層に対する通電により全体に急峻な立ち上がり特性で昇温する、低熱容量のヒータである。このヒータ１００は、前記ガイド部材１０３の下面に長手に沿って具備された嵌め込み溝１０３ａ内に嵌め込まれ支持される。

定着フィルム１０１は、被記録材Ｐに熱を伝達する発熱部材として円筒状の耐熱性の定着フィルムであり、ガイド部材１０３にルーズに外嵌させてある。定着ベルト１０１は熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、ベルト膜厚は１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の耐熱性のあるＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰの単層、あるいはポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等の外周表面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等をコーティングした複合層フィルムを使用できる。金属製のものにすることもできる。

ガイド部材１０３は記録材搬送方向に交差する方向を長手とする横断面略半円弧状の耐熱性・断熱性の部材であり、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＦＡ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＬＣＰ樹脂等の絶縁性及び耐熱性の良い材料が用いられ、定着ベルト１０１のバックアップ、加圧ローラ１０６と圧接することで形成されるニップ部Ｎの加圧、定着ベルト１０１の回転時の搬送安定性を図る役目をする。

ステー１０２は、比較的柔軟な樹脂製の圧接部材１０３の裏面に押し当てることでガイド部材１０３に長手強度を持たせ、かつガイド部材１０３を矯正させるための部材である。

定着フランジ１０４は、ガイド部材１０３とステー１０２との組立体の両端にはめ込まれ、定着ベルト１０１の回転を案内すると共に、定着ベルト１０１の抜け出しを阻止している。また、前記定着フランジ１０４は不図示の側板に勘合保持される。

加圧ローラ１０６は、長手方向（図２ａの横方向）端部に取り付けられた不図示のギアを介して、ＤＣコントローラ４５に制御された駆動手段２４により、回転駆動される。この加圧ローラ１０６の回転駆動による加圧ローラ１０６と定着フィルム１０１との、定着ニップ部Ｎにおける圧接摩擦力により円筒状の定着フィルム１０１に回転力が作用して該定着フィルム１０１がヒータ１００の下向き面に密着して摺動しながらガイド部材１０３の外回りを従動回転状態になる。

以下に図３ａ、３ｂを用いて定着フィルム１０１とガイド部材１０３の関係について説明する。定着フィルム１０１はガイド部材１０３に対してルーズに外嵌させた従動回転状態であるため、定着フィルム１０１の軌道は図３ａ，３ｂ に示されるように回転方向によって変化する。加圧ローラ１０６を図３ａに示される矢印Ｒ１の方向に回転させた場合（以下正回転動作）、定着フィルム１０１はニップ部Ｎを構成するガイド部材と１０３と加圧ローラ１０６の加圧力と加圧ローラ１０６の回転力により、記録材搬送方向上流側Ａ（以下上流側）が引っ張られて、記録材搬送方向下流側Ｄ（以下下流側）が膨らむ軌道となる。加圧ローラ１０６を図３ｂに示される矢印Ｒ２の方向に回転させた場合（以下逆回転動作）は下流側Ｄが引っ張られて、上流側Ａが膨らむ軌道となる。ここにおいてガイド部材１０３は正回転動作時には下流側Ｄの定着フィルム１０１とガイド部材１０３にギャップが設けられ、逆回転動作時はギャップが縮まるような形状にしてある。

ここで、定着フィルム１０１の耐磨耗性向上、安定した定着フィルム１０１の回転、及び定着フィルム１０１への均一な熱伝達等を考慮して、ヒータ１００と定着フィルム１０１の摺擦面に耐熱グリスが塗布されている。ここで用いた耐熱性グリスは基油であるパーフロロポリエーテルや、増稠剤としてのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等から構成されている。

図４，５を用いて回転方向に応じた耐熱グリスの動きを説明する。図４は図３ａの点線で囲まれた下流側Ｄを拡大した図である。また図５は図３ｂの点線で囲まれた下流側Ｄを拡大した図である。正回転動作時に耐熱グリスはガイド部材１０３と加圧ローラ１０６の加圧力と、定着フィルム１０１の回転によってニップＮから下流側Ｄに掃き出される。図４に示すように、掃き出された耐熱グリスはガイド部材１０３と定着フィルム１０１が離れたあとに生じたギャップＣのガイド部材側の面Ｂに蓄積される。ここでギャップＣについて本実施例では２ｍｍ程度になるよう設定している。次に面Ｂに耐熱グリスが堆積された状態で駆動手段によって加圧ローラ１０６を逆転動作させる。すると前述したとおり、定着フィルム１０１の軌道が変化する。図５に示すように定着フィルム１０１とガイド部材１０３の間にあったギャップＣが縮まり、ガイド部材の面Ｂに蓄積された耐熱グリスは定着フィルム１０１によって再びニップ部Ｎに供給される。

面Ｂの耐熱グリスの有効性について図６のグラフを用いて説明する。耐熱グリスは記録材通紙枚数が増加していくと徐々に劣化していく。特に耐熱グリスの基油分が減少していくことで、耐熱グリスの粘度が増加し、ニップＮの摺動トルクが増大する。よって基油分の減少を抑えることが摺動トルクの増大を抑えることになり、定着装置の長寿命化につながる。図６は単位重量あたりの耐熱グリスに含まれる基油の重量比のグラフである。新品の耐熱グリスと、耐久寿命３００ｋ枚，５０ｐｐｍの定着器において逆転動作を行わずに、２００ｋ枚通紙した後のニップ部Ｎおよび面Ｂにおける耐熱グリス、及び後述する図７、図８の逆回転動作を行った場合のニップ部Ｎの耐熱グリスを比較している。ニップ部Ｎの耐熱グリスはヒータ面にて直接加熱されることで基油分の減少が促進されるが、面Ｂの耐熱グリスは直接加熱されないために基油分の減少が少ない事がわかる。

次に逆回転動作の動作タイミングについて図７を用いて説明する。逆回転動作を実施しない場合に比べて、図７のようにジョブ終了毎に逆回転動作を実施すると、面Ｂの耐熱グリスがニップ部Ｎに供給されるため、ニップ部Ｎの基油分の減少を抑えられる（図６）。基油分の減少が抑えられることで摺動トルクの増大を抑制し、定着装置の長寿命化を実現できる。

以下に本発明に係る画像形成装置の実施例２について、説明する。

画像形成装置の基本構成は実施例１と同様であるが、実施例１ではジョブ終了毎に逆回転動作を実施しているのに対して、通紙枚数によって逆回転動作を実施する間隔を変えることを特徴とする。

ジョブ終了毎に逆回転動作を行うことにより、面Ｂの耐熱グリスがニップ部Ｎに供給され、ニップ部Ｎの基油分の減少は抑えられる。しかし、図６のグラフに示すように直接加熱されるニップ部Ｎに対して、直接加熱されない面Ｂでは基油分が多く残っている。そのためニップ部Ｎに介在する耐熱グリスの基油分が十分残っている耐久初期の状態では、直接加熱されない面Ｂの基油分を維持するため、逆回転動作の実行する間隔を長く取っておく。耐久が進み、ニップ部Ｎの耐熱グリスの基油分が減少してくると、逆回転動作の実行する間隔を短くし、面Ｂに蓄積された直接加熱されず、基油分の減少が抑制された耐熱グリスをニップＮに供給する。このように通紙枚数によって逆回転動作の間隔を変えてやることで、ジョブ終了毎に逆回転動作を実施するのに比べてニップ部Ｎの耐熱グリス基油分の低下をより抑えることが出来る。前述のような制御のフローチャートを図８に示す。通紙枚数が１００，０００枚までは５，０００枚に一回逆転動作を行い、１００，００１〜２００，０００枚の間では２，０００枚に一回の逆転動作を行い、２００，００１枚以上では１，０００枚に一回の逆転動作を行う。結果、図６のグラフに示した通り、ニップ部Ｎの耐熱グリス基油分の減少を抑え、摺動トルクの増大を抑制することよって定着器の長寿命化が実現出来る。

上述した実施例１、２では、定着回転体として定着フィルム１０１、加熱体としてセラミックヒータ１００を用いる例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、定着フィルムを電磁誘導発熱性フィルムとし、加熱体として電磁誘導発熱性フィルムに磁束を作用させて該フィルムを発熱させる励磁コイルおよび磁性コアを用いても良く、本発明を適用することにより同様の効果が得られる。

１．画像形成装置
１１．感光ドラム
１２．ドラム帯電器
１３．レーザースキャナ
１４．現像器
１５．クリーナ
２３．レジストローラ対
２５．マルチ給紙トレイ
３１．中間転写ベルト
３５．二次転写ローラ
４０．定着器
６１．切替フラッパ
６３．排紙ローラ
６４．排紙トレイ
６５．排紙トレイ
１００．セラミックヒータ
１０１．定着フィルム
１０２．ステー
１０３．ガイド部材
１０６．加圧ローラ

Claims (4)

1. 加熱体と、
   前記加熱体により加熱される定着回転体と、
   前記定着回転体を導き、前記定着回転体に内包されたガイド部材と
   前記定着回転体と前記ガイド部材の間に介在させる潤滑剤と、
   前記定着回転体を介して前記ガイド部材と圧接してニップ部を形成する加圧部材と、
   前記加圧部材を正逆回転させる駆動手段とを有し、
   前記加圧部材を回転させることによって前記定着回転体を従動回転させるとともに記録材をニップ部に挟持搬送し、記録材をニップ部で加圧加熱する定着装置において、
   前記ガイド部材の通紙下流側で、前記加圧部材を正回転する場合は前記定着回転体と前記ガイド部材に所定のギャップが生じ、前記加圧部材を逆回転する場合は前記ギャップが、正回転時に比して少なくなるように設定されると共に、
   逆回転駆動の実行間隔が定着処理を実行した記録材枚数によることを特徴とする定着装置。
2. 前記逆回転動作が定着ジョブ終了後であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記加熱体の熱源がセラミックヒータであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
4. 前記加熱体の加熱方式が誘導加熱方式であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。