JP2016028264A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】精度が高い凸形状部を比較的容易に形成可能な構成により部品の信頼性を向上させ、検査コスト等を低減することが可能な定着装置を提供する。【解決手段】無端状の定着ベルト８２と、定着ベルト８２を保持する定着ベルト保持部材８６と、定着ベルト８２の外周面に当接する加圧部材８８と、定着ベルト８２の内部に配置され定着ベルト８２を介して加圧部材８８に当接してニップを形成するニップ形成部材８３と、ニップ形成部材８３を支持する板金製のニップ支持部材８４と、定着ベルト保持部材８６とニップ支持部材８４とを固定する側板８７と、定着ベルト８２を介して加圧部材８８をニップ形成部材８３に圧接させる加圧機構とを備え、ニップ支持部材８４はその両端面が剪断面であり、ニップ形成部材８３に対して一方の剪断面９２で接すると共に、他方の剪断面９３を側板８７に支持される構成とした。【選択図】図７

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関し、詳しくは定着装置の構成に関する。

無端ベルトの内部にパイプ状の金属熱伝導体と熱源とを設け、金属熱伝導体を介して無端ベルトを加熱し、さらに無端ベルトを介して金属熱伝導体に接してニップ部を形成する加圧ローラを有し、この加圧ローラの回転に従動して無端ベルトを周方向に走行移動させる定着装置が知られている（例えば「特許文献１」参照）。この構成により、定着装置を構成する無端ベルト全体を温めることができ、加熱待機時からのファーストプリントタイムを短縮することができ、かつ高速回転時の熱量不足を解消することが可能である。

また、無端ベルトの内部にニップを形成する部材と、それを支持する部材と、熱源のみを設けることで無端ベルトを直接熱源で加熱し、ニップを形成可能である構成の定着装置が知られている（例えば「特許文献２」参照）。この構成により、熱源周りの熱容量が少なくなることで加熱待機時からのファーストプリントタイムを短縮することができる。

従来の構成では、ニップ部材を支える支持部材はベルト内を貫通する必要があるため、ニップ面から受ける荷重を両端で支える両持ち梁となる。このとき、定着装置の小型化や余分な熱容量削減のため、支持部材はなるべく体積が少ないことが望ましい。しかし、支持部材は弾性の加圧ローラから受ける荷重を支えてニップ幅を形成する必要があるため、支持部材の体積を減らして強度が低下すると支持部材の中央がニップ面から逃げる方向に撓み、長手方向の均一なニップ幅が得られなくなる。

この問題点を解決する手段としては、予めニップ形成部材または支持部材の長手方向中央部をニップ面に向けて凸形状とすることで、撓みを相殺する方法が考えられるが、均一なニップ面を得るためには凸形状部を０．０５ｍｍ以下の精度で形成する必要があり、部品の全数検査等でコストがかかってしまう。

本発明は、上述の問題点を解決し、精度が高い凸形状部を比較的容易に形成可能な構成により部品の信頼性を向上させ、検査コスト等を低減することが可能な定着装置の提供を目的とする。

請求項１記載の発明は、無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトを保持する定着ベルト保持部材と、前記定着ベルトの外周面に当接する加圧部材と、前記定着ベルトの内部に配置され前記定着ベルトを介して前記加圧部材に当接してニップを形成するニップ形成部材と、前記ニップ形成部材を支持する板金製のニップ支持部材と、前記定着ベルト保持部材と前記ニップ支持部材とを固定する側板と、前記定着ベルトを介して前記加圧部材を前記ニップ形成部材に圧接させる加圧機構とを備え、前記ニップ支持部材はその両端面が剪断面であり、前記ニップ形成部材に対して一方の剪断面で接すると共に、他方の剪断面を前記側板に支持されていることを特徴とする。

本発明によれば、寸法精度が出し易い板金製のニップ支持部材に形成された剪断面によってニップ形成部材の位置決めを行うことができるので精度のよい一方の剪断面を容易に形成でき、部品の信頼性が向上して検査コストを低減可能な定着装置を提供できる。

本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置の外観図である。 本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置の概略図である。 本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置の外装カバーを取り除いた状態を示す外観図である。 本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置が有する用紙搬送装置の一例を備えた定着装置の内部構成を説明する概略図である。 本発明の一実施形態を説明する定着装置の概略正面断面図である。 本発明の一実施形態を説明する定着装置の概略平面図である。 本発明の一実施形態を説明する無端ベルトを外した定着装置の概略平面図である。 本発明の一実施形態に用いられるステーを説明する概略図である。 本発明の一実施形態に用いられる加圧機構を説明する概略図である。 本発明の一実施形態の変形例に用いられるパッド支持面を説明する概略図である。 本発明の一実施形態の他の変形例に用いられるパッド支持面を説明する概略図である。

以下、図面に基づき本発明を実施するための形態の一例について説明する。
本発明を適用する用紙搬送装置の一例及びこれを組み込んだ定着装置を用いる画像形成装置１００はプリンタを対象としているが、本発明ではこれに限られることはなく、複写機やファクシミリ及びこれらの複合機が対象となり得る。
画像形成装置１００は、図１において第１の方向としての前後方向（矢印Ｘで示す方向）、これと直角な第２の方向としての左右方向（矢印Ｙで示す方向）、第３の方向としての上下方向（矢印Ｘで示す方向）を有する直方体状の筐体で本体が構成されている。
上記各方向において、矢印Ｘで示す方向は画像形成装置１００の前後方向と後述する定着装置２０に用いられる定着部材及び対向回転体の長手方向に平行な記録媒体としての用紙の幅方向に対応している。
画像形成装置１００は、上下方向（Ｚ方向）において図２において詳述する画像形成部の上部に原稿走査装置２００が搭載され、原稿走査装置２００の下方に位置する本体上面には胴内排紙部として用いられる排紙トレイ１７が形成されている。
画像形成装置１００の左右方向である幅方向（Ｙ方向）の一方側には、開閉可能な開閉部材である外装カバー１００Ａが設けられており、外装カバー１００Ａを開放することで内部に設けられている定着装置２０が、図３に示すように外部から視認可能となる。

画像形成装置１００は、図２に示す構成を内部に備えている。なお図２では、図１に示した原稿走査装置２００が省略されている。
図２に示す画像形成装置１００は、各感光体ドラム１２０Ｙ、１２０Ｃ、１２０Ｍ、１２０Ｂｋに形成された可視像が各感光体ドラム１２０に対峙しながら矢印Ａ１方向に移動可能な転写ベルト１１に対して順次転写される。この転写工程は１次転写工程に相当しており、転写ベルト１１上に各画像が順次転写されて重畳転写画像が形成される。その後、記録シート等が用いられる用紙Ｐに対して２次転写工程を実行することで、重畳転写画像が用紙Ｐに一括転写される。

各感光体ドラム１２０の周囲には、感光体ドラムの回転に伴い画像形成処理を行うための装置が配置されている。ブラック画像形成を行う感光体ドラム１２０Ｂｋを対象として説明すると次の通りである。感光体ドラム１２０Ｂｋの回転方向に沿って、画像形成処理を行う帯電装置３０Ｂｋ，現像装置４０Ｂｋ、１次転写ローラ１２Ｂｋ及びクリーニング装置５０Ｂｋが配置されている。帯電後に行われる書き込みには、後述する光走査装置８が用いられる。

転写ベルト１１に対する重畳転写は、転写ベルト１１がＡ１方向に移動する過程において、各感光体ドラム１２０に形成された可視像が転写ベルト１１上に順次重ねて転写される。１次転写工程は、転写ベルト１１を挟んで各感光体ドラム１２０に対向して配設された１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｂｋを用いた転写バイアス印加により、Ａ１方向上流側から下流側に向けて順次行われる。

各感光体ドラム１２０Ｙ、１２０Ｃ、１２０Ｍ、１２０Ｂｋはプロセスカートリッジに収容されており、矢印Ａ１方向の上流側からこの順で並んでいる。各感光体ドラム１２０は、イエロ、シアン、マゼンタ、ブラックの画像をそれぞれ形成するための画像ステーションに備えられている。１次転写工程を実行するための構成としては、転写ベルト１１及び転写ベルト１１を挟んで各感光体ドラム１２０に対向する各１次転写ローラ１２を備えた転写ベルトユニット１０が用いられる。転写ベルト１１に重畳転写された画像は、転写ベルト１１に連れ回るローラで構成された２次転写ローラ５によって用紙Ｐに一括転写される。

画像形成装置１００には、上述したプロセスカートリッジ及び転写ベルトユニット１０に加え、４つの画像ステーションの下方に対向して配設された光書き込み装置としての光走査装置８と、転写ベルト１１のクリーニング装置１３とが設けられている。
光走査装置８は、光源としての半導体レーザ、カップリングレンズ、ｆθレンズ、トロイダルレンズ、ミラー及び回転多面鏡等を装備している。光走査装置８は、各感光体ドラム１２０に対して色毎に対応した書き込み光Ｌｂ（図２では便宜上、ブラック画像の画像ステーションのみを対象として符号が付けてあるが、他の画像ステーションも同様である）を出射する。これにより、各感光体ドラム１２０上に静電潜像が形成される。

画像形成装置１００には、次の装置が用いられている。
画像形成装置１００は、２次転写において重畳転写された画像を一括転写される用紙Ｐを給送するシート給送装置６１と、シート給送装置６１から繰り出された用紙Ｐのレジストタイミングを設定して２次転写位置に繰り出すレジストローラ対４とを有している。さらに画像形成装置１００は、用紙Ｐの先端がレジストローラ対４に到達したことを検知する図示しないセンサを有している。

２次転写工程により転写ベルト１１に重畳転写されたトナー像Ｔが一括転写された用紙Ｐは、後述する定着装置２０（図２参照）に搬送されてトナー像の定着が行われる。定着後の用紙Ｐは、排紙ローラ７を介して画像形成装置１００の装置本体外部に設けられている排紙トレイ１７に向けて排出される。なお、図２中の符号９Ｙ，９Ｃ，９Ｍ，９Ｂｋは、各色の画像ステーションに備えられている現像装置に対する新規トナーの補給タンクを示している。

図４に示すように、定着装置２０は用紙Ｐに担持された転写後のトナー像Ｔを熱と圧力により融解・浸透させて定着するために用いられ、加熱されながら回転可能な可撓性を有する定着ベルト２１を備えている。定着装置２０には、定着ベルト２１に加えて、定着ベルト２１と当接した状態で定着ベルト２１との間に圧力を作用させてニップ部Ｎを形成する対向回転体である加圧ローラ２２が設けられている。定着ベルト２１の内部には、ニップ部Ｎ以外の箇所、本形態ではニップ部Ｎと反対側を周回移動する定着ベルト２１の領域を対象として加熱するハロゲンランプを熱源とするヒータ２３が備えられている。

定着ベルト２１の内部には、定着ベルト２１の内側に配設されたニップ形成用のベース部材であるニップ形成部材２４と、ニップ形成部材２４を支持するステー２５と、ヒータ２３から放射される光を定着ベルト２１へ反射する反射部材２６とが設けられている。ニップ形成用のベース部材であるニップ形成部材２４は、詳細を図示しないが、ベースパッドを巻いている摺動シート（低摩擦シート）を定着ベルト２１に当接する部材として有する。図に示すニップ形成部材２４はニップ部Ｎの形状が平坦状であるが、ニップ部Ｎの形状はこの形状に限られない。例えば、加圧ローラ２２の周面に沿って凹状に形成した場合には、ニップ部Ｎを通過する用紙Ｐの先端が加圧ローラ２２側に寄るので、定着ベルト２１からの分離性が向上する利点がある。

定着ベルト２１の温度は、用紙Ｐがニップ部に進入する側に設けられた温度センサ２７によって検出され、ヒータ２３のフィードバック処理に用いられる。なお、図４において矢印Ｆは用紙Ｐの搬送方向を示している。定着ベルト２１は、薄肉で可撓性を有するスリーブ状に形成された無端状のベルトであり、基材とその表面に位置する離型層により構成されている。基材には、ニッケルもしくはＳＵＳ等の金属材料またはポリイミド等の樹脂材料が用いられる。また離型層には、トナーに対する離型性を有するテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が用いられる。

加圧ローラ２２は、芯金２２ａと、芯金２２ａの表面に設けられた発泡性シリコーンゴム、シリコーンゴム、またはフッ素ゴム等からなる弾性層２２ｂと、弾性層２２ｂの表面に設けられたＰＦＡまたはＰＴＦＥ等からなる離型層２２ｃとによって構成されている。加圧ローラ２２は、後述する加圧機構２０４によって定着ベルト２１側へ加圧され定着ベルト２１と当接状態でベース部材としてのニップ形成部材２４に定着ベルト２１を介して当接している。この加圧ローラ２２と定着ベルト２１とが当接する箇所では、加圧ローラ２２の弾性層２２ｂが押し潰されることで、定着ベルト２１との間に圧力を受けてニップ形成部材２４が所定の幅のニップ部Ｎを確保する。

加圧ローラ２２は、プリンタ本体に設けられた図示しないモータ等の駆動源によって回転駆動される。加圧ローラ２２が回転駆動すると、その駆動力がニップ部Ｎで定着ベルト２１に伝達され、定着ベルト２１が従動回転する。図４に示す構成では、加圧ローラ２２を中実のローラとしているが、中空のローラであってもよい。その場合、加圧ローラ２２の内部に輻射熱を用いるハロゲンヒータ等の加熱源を配設することも可能である。また、弾性層２２ｂがない場合は熱容量が小さくなり定着性が向上するが、未定着トナーを押し潰して定着させるときにベルト表面の微小な凹凸が画像に転写されて画像のベタ部に光沢ムラが生じる可能性がある。これを防止するには、厚さ１００μｍ以上の弾性層を設けることが望ましい。中空ローラに用いられるパイプ状金属として、アルミニウム、鉄あるいはステンレス等が選択できる。加圧ローラ２２内に熱源を設ける場合には、熱源からの輻射熱により支持体が加熱されることを抑制するため、支持体表面に断熱層を設けることや鏡面処理による熱線反射面を設けることが望ましい。この場合の熱源としては上述したハロゲンヒータに限られず、ＩＨヒータや抵抗発熱体、あるいはカーボンヒータ等を用いることも可能である。

図９は、加圧ローラ２２の加圧機構２０４を示しており、加圧機構２０４は基板２０４Ａ、基板２０４Ａに対して揺動可能に支持されている加圧ローラ付勢板２０４Ｂを備えている。加圧ローラ付勢板２０４Ｂは、図９において基板２０４Ａの下端側を揺動支点として支持されており、揺動端は基板２０４Ａとの間に配置されたバネ２０５により、通常は定着ベルト２１に向けた揺動習性が与えられている。

基板２０４Ａの下端には、装置本体側から駆動力が伝達される入力ギヤ２０６が、支軸２０６Ａによって回転自在に支持されている。入力ギヤ２０６には装置本体側への取り付けに用いられる取付板２０７に設けられたアイドルギヤ２０８が噛合しており、アイドルギヤ２０８には加圧ローラ２２と同軸上に支持された出力ギヤ２０９が噛合している。基板２０４Ａ及び加圧ローラ付勢板２０４Ｂは、支軸２０６Ａを揺動支点として図９に矢印で示すように揺動可能である。揺動方向は、定着ベルト２１に加圧ローラ２２を押圧してニップ部に圧力を作用させる方向とニップ部から圧力を解除する方向に相当している。

基板２０４Ａ及び加圧ローラ付勢板２０４Ｂの揺動動作は、基板２０４Ａの揺動端裏側に配置された偏心カム２１０及びこれに当接するように基板２０４Ａ側に回転自在に支持されている軸受２１１により行われる。すなわち、偏心カム２１０の回転位相の大径部によって軸受２１１が押し動かされると、定着ベルト２１に向けて加圧ローラ２２が移動する。そして、軸受２１１に対する偏心カム２１０の対面位置が大径部から小径部に変化すると、ニップ圧が解除される向きに加圧ローラ２２が移動する。

以上の構成を備えた定着装置２０が用いられる画像形成装置１００には用紙を搬送するための用紙搬送装置が設けられており、用紙搬送装置３００の一例は定着装置２０のニップ部Ｎを通過する用紙を対象としている。用紙搬送装置３００は、図４に示すように、定着装置２０の出口側に連続してニップ部Ｎを通過した用紙Ｐを排紙トレイ１７（図２参照）に向けて搬送するための搬送路を構成している。

ここで、上述した構成の画像形成装置１００における本発明の特徴部を説明する。上述した定着装置２０では、「発明が解決しようとする課題」の欄にも記載したように、均一なニップ面を得るためにはニップ形成部材２４の凸形状部を０．０５ｍｍ以下の精度で形成する必要があり、部品の全数検査等でコストがかかってしまう。この問題点を解決する構成を以下に説明する。

図５、図６は、定着装置２０に代えて本発明の一実施形態に用いられる定着装置８１を示している。定着装置８１は無端ベルトである定着ベルト８２を有しており、定着ベルト８２はその内部にニップ形成部材であるパッド８３、パッド８３の位置を決めるニップ支持部材であるステー８４、定着ベルト８２を加熱するヒータ８５を有している。定着ベルト８２は、その両端を定着ベルト保持部材であるホルダ８６によって支持されており、ステー８４とホルダ８６とは側板８７によって支持されている。定着ベルト８２のオモテ面側には、パッド８３と対向する位置に加圧部材である加圧ローラ８８が配設されており、加圧ローラ８８はその支軸両端近傍に設けられた図示しないばねによってパッド８３に向けて押圧され、ニップ面８９を形成している。

上述の構成において、定着動作時には加圧ローラ８８が図示しない駆動機構からの駆動力によって図５において時計回り方向に回転し、これに従動して定着ベルト８２が走行すると共に、ヒータ８５が定着ベルト８２を直接加熱する。その後、十分な熱が蓄積された時点で通紙が開始され、トナー９０が転写された用紙９１が図５の下方から搬送され、用紙９１がニップ面８９を通過することによりトナー９０が用紙９１に定着される。

上述の定着動作においては、ニップ幅が狭くトナー９０に与える熱量が少なすぎる場合にはトナー９０を十分に溶融することができず、トナー９０を用紙９１に定着させることができない。逆に、ニップ幅が広くトナーに与える熱量が多すぎる場合にも、トナー９０がゴム状領域を超えて過剰に流動性を持ってしまい、用紙９１に定着させることができない。このような問題の発生を避けるためには、様々な要因からなるニップ幅のばらつきを抑制することが必要となる。このニップ幅のばらつきの一つとして、加圧ローラ８８から受ける荷重によってステー８４が撓んでしまい、中央部のニップ幅が狭くなってニップ幅に偏差が発生してしまうことが挙げられる。

上述の問題点を解消すべく、本発明では撓みによるニップ幅偏差を補正するため、図７に示すようにステー８４の一方の剪断面であるパッド支持面９２を、長手方向の両端部から中央部に向かうに従い徐々に凸形状となるように形成している。このような構成とすることにより、ステー８４の撓みが相殺される。

ステー８４は、図８に示すように、ステー上８４ａ、ステー下８４ｂ、ステー右８４ｃから構成されている。ステー上８４ａは板金材であり、図８における下端面は長手方向に向けて直線状の剪断面で形成されている。ステー上８４ａの図８における上端面は、長手方向の両端部から中央部に向かうに従い徐々に凸形状となる態様の剪断面で形成されている。ステー上８４ａの上端面はステー右８４ｃの面を貫通しており、この上端面によって一方の剪断面であるパッド支持面９２が形成される。ステー下８４ｂも板金材であり、図８における下端面は長手方向に向けて直線状の剪断面で形成されている。ステー下８４ｂの図８における上端面は、ステー下８４ｂが途中で曲折されることによりステー上８４ａの上端面より所定距離離間しており、長手方向の両端部から中央部に向かうに従い徐々に凸形状となる態様の剪断面で形成されている。ステー下８４ｂの上端面もステー右８４ｃの面を貫通しており、この上端面によって一方の剪断面であるパッド支持面９２が形成される。ステー上８４ａとステー下８４ｂとは溶接、接着、カシメやねじ止め等より固定されており、各ステー８４ａ，８４ｂは右ステー８４ｃとも溶接、接着、カシメやねじ止め等より固定されている。各ステー８４ａ，８４ｂの下端面は他方の剪断面であるステー支持面９３を構成しており、ステー８４は側板８７に穿設された穴部８７ａにステー支持面９３を嵌合されることにより、側板８７によって支持されている。

上述の構成によれば、寸法精度が出し易い板金製のステー８４に形成された剪断面によってパッド８３の位置決めを行うことができるので精度のよいパッド支持面９２を容易に形成でき、部品の信頼性が向上して検査コストを低減可能な定着装置を提供できる。また、また、各パッド支持面９２を、長手方向の両端部から中央部に向かうに従い徐々に凸形状となるように形成することにより、ステー８４の撓みによるニップの偏差を相殺して均一なニップを得ることができる。

また、上記構成では各パッド支持面９２を、長手方向の両端部から中央部に向かうに従い徐々に凸形状となるように形成したが、各パッド支持面９２に代えて、図１０に示すように円弧状となるように形成されたパッド支持面９２ａとしてもよい。これにより、パッド８３がパッド支持面９２ａに対して直線状に接することが防止され、さらに均一なニップを得ることができると共に、パッド８３の破損を防止することができる。また、上記構成では各パッド支持面９２を不連続の櫛歯形状で複数形成したが、各パッド支持面９２に代えて、図１１に示すように連続的に形成されたパッド支持面９２ｂとしてもよい。ただし、分割して形成した方が剪断面の形状を個別に微調整することが可能となり、部品の信頼性の確保を容易化することができる。また、ステー８４を３枚の板金である上エステー８４ａ、下ステー８４ｂ、右ステー８４ｃから構成することにより、最低限の部品点数でステー８４を形成でき、コストダウンや組立の容易化を図ることができる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

８１ 定着装置
８２ 定着ベルト
８３ ニップ形成部材（パッド）
８４ ニップ支持部材（ステー）
８６ 定着ベルト保持部材（ホルダ）
８７ 側板
８８ 加圧部材（加圧ローラ）
９２ 一方の剪断面（パッド支持面）
９３ 他方の剪断面（ステー支持面）
１００ 画像形成装置

特開２００７−３３４２０５号公報 特開２００７−２３３０１１号公報

Claims (6)

1. 無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトを保持する定着ベルト保持部材と、
   前記定着ベルトの外周面に当接する加圧部材と、
   前記定着ベルトの内部に配置され前記定着ベルトを介して前記加圧部材に当接してニップを形成するニップ形成部材と、
   前記ニップ形成部材を支持する板金製のニップ支持部材と、
   前記定着ベルト保持部材と前記ニップ支持部材とを固定する側板と、
   前記定着ベルトを介して前記加圧部材を前記ニップ形成部材に圧接させる加圧機構とを備え、
   前記ニップ支持部材はその両端面が剪断面であり、前記ニップ形成部材に対して一方の剪断面で接すると共に、他方の剪断面を前記側板に支持されている定着装置。
2. 請求項１記載の定着装置において、
   前記一方の剪断面はその長手方向の両端部から中央部に向かうに従い徐々に凸形状となるように形成されていることを特徴とする定着装置。
3. 請求項２記載の定着装置において、
   前記一方の剪断面は円弧形状となるように形成されていることを特徴とする定着装置。
4. 請求項１ないし３の何れか一つに記載の定着装置において、
   前記一方の剪断面は不連続の櫛歯形状であることを特徴とする定着装置。
5. 請求項１ないし４の何れか一つに記載の定着装置において、
   前記ニップ支持部材は３枚の板金によって形成されていることを特徴とする定着装置。
6. 請求項１ないし５の何れか一つに記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。

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