JP2017009949A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ベルト内部に潤滑剤を塗布する定着装置において、潤滑剤がベルト端部から漏れ出し、定着や加圧部材の表面および記録材を汚染するという問題がある。
【解決手段】ベルトの両端部にベルトの寄りを規制するための規制部材を有し、加圧手段により規制部材をベルトの両端部に加圧接触させることでベルト端部からの潤滑剤の漏れを抑制する。
【選択図】図５

Description

本発明は、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。

未定着トナー画像を加熱溶融定着する定着装置として、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ニップを形成し、定着を行うローラ定着方式が一般的である。

近年、ベルトを介して記録材上の未定着トナー画像を定着するベルト定着方式が盛んに用いられるようになっている。ベルト定着方式は、ローラ定着方式に比べ、装置を大型化することなく広いニップを形成することができるので、ウエイトタイム短縮、装置の小型化、高速化対応が可能である。

特許文献１のようなフィルム加熱方式の定着装置が実用化されている。加熱体としての例えばセラミックヒータと、加圧部材としての加圧ローラとの間に加熱部材としての耐熱性樹脂フィルム（以下、定着フィルムと記す）を挟ませて圧接ニップ部（以下、定着ニップ部と記す）を形成させ、該定着ニップ部の定着フィルムと加圧ローラとの間に未定着トナー画像を形成担持させた記録材を導入して定着フィルムと一緒に挟持搬送させることで、定着フィルムを介してセラミックヒータの熱を与えながら定着ニップ部の加圧力で未定着トナー画像を記録材面に定着させるものである。

また、ベルト定着方式として、内部に加熱源を有する定着ローラと加圧部材として加圧フィルムから構成される定着装置も実用化されている。このような定着装置の場合、フィルムの内面とフィルム内面と摺擦する部材との間には耐熱性の摺動グリスやオイル等の潤滑剤が塗布されており、定着フィルムの摺動性を保っている。このような方式においては、長期使用時に潤滑剤がフィルム端部から漏れ出し、定着部材や加圧部材表面および記録材を汚染するという問題がある。

特許文献２では、フィルム端部から潤滑剤が漏れ出す問題に対して、フィルムガイド部材の外周面やフィルムの内周面に溝を設けることで漏れ出しを抑制している。

特開２００２−３２３８２１号公報 特開２００２−３５７９８６号公報

ところで、特許文献２に記載されているようなフィルムガイド部材の外周面やフィルム内面に溝を設けた場合は、少量の潤滑剤であればフィルム端部からの漏れ出しの抑制が可能である。しかしながら、長期に使用される場合や潤滑剤の量が多い場合においては、溝部で潤滑剤をせき止めきれずに、フィルム端部から漏れ出してしまうという問題が発生する。

そこで、本発明の目的は、潤滑剤量にかかわらず長期に亘って、ベルト端部からの潤滑剤の漏れ出しを抑制することができる画像加熱装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係る画像加熱装置は、
無端ベルトに圧接し記録材を挟持搬送し、記録材上のトナー画像を記録材に加熱挟圧定着する定着装置において、前記無端ベルトの内面から前記無端ベルトを支持するもしくは前記無端ベルトの内面から対向部材を加圧する固定部材を有し、前記無端ベルトと前記固定部材間に摺動抵抗を低減させるための潤滑剤と、前記無端ベルトの両端部に前記無端ベルトの寄りを規制するための規制部材を有し、前記規制部材を前記無端ベルトの両端部に加圧接触させる加圧手段を備えることを特徴とする。

本発明に係る画像加熱装置によれば、ベルト端部からの潤滑剤の漏れ出しを抑制し、装置内部や記録材の汚染を防止することが可能となる。

実施例における画像形成装置の概略構成図 実施例における加熱定着装置（画像加熱装置）の途中部分省略の正面模型図 図２の（４）−（４）線に沿う拡大横断面模型図 ヒータ（セラミックヒータ）の一例の概略構成図 フランジ部材と定着ベルトの断面図 フランジ部材の正面図 実施例２におけるフランジ部材の正面図

以下に、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。なお、これら実施例は、本発明を適用できる実施形態の一例ではあるものの、本発明はこれら実施例にのみ限定されるものではなく本発明の思想の範囲内において種々の変形が可能である。

［実施例１］
図１は画像形成装置の一例の概略構成図である。本例の画像形成装置は転写式電子写真プロセス利用のレーザビームプリンタである。

１は像担持体としての感光ドラムである。ＯＰＣ、アモルファスＳｅ、アモルファスＳｉ等の感光材料の層がアルミニウムやニッケルなどのシリンダ状の導電性の基盤上に形成されている。感光ドラム１は矢印の時計方向に所定の周速度をもって回転駆動され、まず、その表面は帯電装置としての帯電ローラ２によって所定の極性・電位に一様帯電される。

次に、その一様帯電処理面に対して、レーザスキャナ３により、画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザビームによる走査露光３ａが施され、静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置４でトナー像として現像、可視化される。現像方法としては、ジャンピング現像法、２成分現像法、ＦＥＥＤ現像法などが用いられ、イメージ露光と反転現像とを組み合わせて用いられることが多い。

可視化されたトナー像は、転写装置としての転写ローラ５により、所定のタイミングで搬送された記録材Ｐ上に感光ドラム１上より転写される。

ここで、感光ドラム１上のトナー像の画像形成位置と記録材Ｐの先端の書き出し位置が合致するようにセンサ８にて記録材Ｐの先端を検知し、タイミングを合わせている。所定のタイミングで搬送された記録材Ｐは感光ドラム１と転写ローラ５間で挟持搬送されて、感光ドラム１上のトナー像が記録材Ｐの面に順次に転写される。トナー像が転写された記録材Ｐは感光ドラム１の面から分離されて画像加熱装置である加熱定着装置６へと搬送され、永久画像として加熱定着される。

一方、記録材分離後の感光ドラム１の表面は、残存する転写残りの残留トナーがクリーニング装置７により除去されて清掃され、繰り返して作像に供される。

本実施例の画像加熱装置である加熱定着装置６は、加熱部材として円筒状の金属ベルト（記録材上の画像をニップ部にて加熱するエンドレスベルト）を用いた、ベルト（フィルム）加熱方式、加圧部材駆動方式の装置である。

以下の説明において、加熱定着装置６またはこれを構成している部材の幅方向とは記録材搬送路面内において記録材搬送方向に直交する方向に並行な方向である。加熱定着装置６に関し、正面とは記録材入口側から見た面、背面とはその反対側の面（記録材出口側）である。左右とは装置を正面から見て左（手前側）または右（奥側）である。上流側と下流側とは記録材搬送方向に関して上流側と下流側である。

図２は加熱定着装置６の途中部分省略の正面模型図、図３は図２の（４）−（４）線に沿う拡大横断面模型図である。

９は加熱ユニット（定着部材）である。２０は加圧部材（加圧回転体）としての弾性加圧ローラである。この加熱ユニット９と加圧ローラ２０とを装置筐体（板金フレーム）３０の左右の側板３１間に上下にほぼ並行に保持させて、両者の圧接により加熱ニップ部としての定着ニップ部Ｎを形成させている。

加熱ユニット９は、
ａ：耐熱性・剛性を有する横長の断熱ステイホルダー１２
ｂ：この断熱ステイホルダー１２の下面に、該部材の幅方向に沿って設けた凹溝部１２ａ（図３）に嵌め入れて固定支持させた、通電により発熱するヒータ（加熱体）１１
ｃ：ヒータ１１を固定支持させた断熱ステイホルダー１２にルーズに外嵌させた、加熱部材としての可撓性を有する円筒状（エンドレス）の定着ベルト１０
ｄ：断熱ステイホルダー１２の左右両端側の外方延長部にそれぞれ装着した、定着ベルト１０の幅方向（母線方向）への寄り移動を規制する規制手段としてのフランジ部材１５
等の組み立て体（アセンブリ）である。

加圧部材としての弾性加圧ローラ２０は、芯金２１と、芯金２１の外側にシリコンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴムあるいはシリコンゴムを発泡して形成された弾性層２２からなる。弾性層２２の上にＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性層２３を形成してあってもよい。

装置筐体３０の左右の側板３１にはそれぞれ上辺側を開放口部にした、縦長の嵌合用溝３１ａを同形（左右対称）に形成してある。その各嵌合用溝３１ａ内の底部に対して、ＰＥＥＫ・ＰＰＳ・液晶ポリマー等の耐熱性樹脂よりなる軸受け部材３２あるいはベアリングを、嵌合部３２ａを係合させて装着してある。そしてこの左右の軸受け部材３２にそれぞれ加圧ローラ芯金２１の左右端部を支持させることで、加圧ローラ２０を左右の側板３１間に回転自在に保持させてある。

加熱ユニット９については、その左右のフランジ部材１５の縦方向嵌合部１５ｃを上記の左右の側板３１の嵌合用溝３１ａの縁部に係合させることで、加圧ローラ２０の上側において左右の側板３１間に配設してある。上記の縦方向嵌合部１５ｃと嵌合用溝３１ａは加熱ユニット９を左右の側板３１間において加圧ローラ２０の方向にスライド案内するガイドの役割をしている。

そして、左右のフランジ部材１５の加圧部１５ｄと不動のバネ受け部材４０との間に加圧バネ１７を縮設することで加熱ユニット９を所定の加圧力をもって加圧ローラ２０の上面に対して定着ベルト１０の弾性と加圧ローラ２０の弾性に抗して押圧させて所定幅の定着ニップ部Ｎを形成させている。定着ニップ部Ｎにおいては加熱ユニット９の加圧ローラ２０に対する加圧により定着ベルト１０がヒータ１１を保持させた断熱ステイホルダー１２の下面と弾性加圧ローラ２０の上面との間に挟まれて、断熱ステイホルダー１２の下面に倣って撓み、定着ベルト１０の内面が断熱ステイホルダー１２の下面およびヒータ１１の下面の扁平面に密着した状態になる。

Ｇは加圧ローラ２０の芯金２１の一端部に固着して配設した駆動ギアである。この駆動ギアＧに駆動部Ｍから回転力が伝達されて、加圧ローラ２０が図３において矢印の反時計方向に所定の回転速度にて回転駆動される。この加圧ローラ２０の回転駆動に伴って定着ニップ部Ｎにおける該加圧ローラ２０と加熱ユニット９側の定着ベルト１０との摩擦力で定着ベルト１０に回転力が作用して、該定着ベルト１０がその内面がヒータ１１の下面に密着して摺動しながら断熱ステイホルダー１２の外回りを図３において時計方向に加圧ローラ２０の回転に従動して回転状態になる（加圧ローラ駆動式）。

定着ベルト１０は内部のヒータ１１および断熱ステイホルダー１２に摺擦しながら回転するため、ヒータ１１および断熱ステイホルダー１２と定着ベルト１０の間の摩擦抵抗を小さく抑える必要がある。このためヒータ１１および断熱ステイホルダー１２の表面に耐熱性グリス等の潤滑剤を介在させてある。これにより定着ベルト１０はスムーズに回転することが可能となる。

ヒータ１１は、記録材Ｐ上のトナー像Ｔを溶融、定着させる定着ニップ部Ｎの加熱を行う。

加圧ローラ２０の回転による定着ベルト１０の回転がなされ、ヒータ１１に対する通電がなされて該ヒータ１１の温度が所定の温度に立ち上がって温調された状態において、未定着トナー像Ｔを担持した記録材Ｐが耐熱性の定着入口ガイド２４に沿って定着ニップ部Ｎの定着ベルト１０と加圧ローラ２０との間に搬送される。そしてその記録材Ｐが定着ニップ部Ｎを挟持搬送されることで、未定着トナー像Ｔが定着ベルト１０を介してヒータ１１の熱で加熱されて熱定着される。定着ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは定着ベルト１０の外面から分離して不図示の耐熱性の定着排紙ガイドに案内されて不図示の排出トレイ上に排出される。

エンドレスベルトとしての定着ベルト１０は熱容量の小さな、可撓性のあるスリーブである。より具体的には、クイックスタートを可能にするために総厚５００μｍ以下の厚みで耐熱性、高熱伝導性を有するステンレス、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等の金属部材を単独あるいは合金部材を基層としたスリーブである。また、長寿命の加熱定着装置を構成するために充分な強度を持ち、耐久性に優れた金属製スリーブとして、総厚３０μｍ以上の厚みが必要である。よって定着ベルト１０の総厚みとしては３０μｍ以上５００μｍ以下が最適である。

さらに、オフセット防止や記録材の分離性を確保するために表層にはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（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、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレンヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＥＴＦＥ（エチレンテトラフルオロエチレン共重合体）、ＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）等のフッ素樹脂、シリコーン樹脂等の離型性の良好な耐熱樹脂を混合ないし単独で被覆したものである。被覆の方法としては、金属製スリーブ基材の外面をエッチング処理した後に上記離型性層をディッピング、粉体スプレー等の塗布によるものや、あるいはチューブ状に形成されたものを金属製スリーブの表面に被せる方式のものであっても良い。または、金属製スリーブ基材の外面をブラスト処理した後に、接着剤であるプライマ層を塗布し、上記離型性層を被覆する方法であっても良い。

また、ヒータ１１と接触する金属製スリーブ内面に潤滑性の高いフッ素樹脂層、ポリイミド層、ポリアミドイミド層等を形成してあっても良い。

記録材Ｐ上のトナー像Ｔを溶融、定着させる定着ニップ部Ｎの加熱を行うヒータ１１は、例えば、アルミナ、ＡｌＮ（チッ化アルミ）等の高絶縁性のセラミックス基板やポリイミド、ＰＰＳ、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂基板の表面に長手方向に沿って、例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）、ＲｕＯ２、Ｔａ２Ｎ等の通電発熱抵抗層をスクリーン印刷等により、厚み１０μｍ程度、幅１〜５ｍｍ程度の線状もしくは細帯状に塗工して形成した通電加熱用部材である。図４はそのようなヒータ（セラミックヒータ）１１の一例の概略構成図である。

ａ：横長のアルミナ・窒化アルミニウム（ＡｌＮ）・炭化ケイ素等の高絶縁性のセラミックスでできたセラミック基板（ヒータ基板）１１ａ、
ｂ：上記セラミック基板１１ａの表面側に長手（幅方向）に沿ってスクリーン印刷等により、厚み１０μｍ程度、幅１〜５ｍｍ程度の線状もしくは細帯状に塗工し焼成して形成した、例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）、ＲｕＯ２、Ｔａ２Ｎ等の通電発熱抵抗層１１ｂ、
ｃ：上記通電発熱抵抗層１１ｂの長手方向両端部に電気的に導通させて設けた、Ａｇ／Ｐｔ（銀・白金）で形成された電極部１１ｃ、
ｄ：通電発熱抵抗層１１ｂの表面に設けた、電気的に絶縁し、金属製定着ベルト１０との摺擦に耐えることが可能な薄層のガラスコートやフッ素樹脂コート等の絶縁保護層１１ｄ、
ｅ：セラミック基板１１ａの裏面（背面）側に設けたサーミスタ等の温度検知素子１４、
等からなる。

上記のヒータ１１は絶縁保護層１１ｄを設けた側が表面側であり、絶縁保護層１１ｄの面に定着ベルト１０が摺動する。このヒータ１１を、断熱ステイホルダー１２の下面に、該部材の長手に沿って設けた凹溝部１２ａ（図３）に嵌め入れて耐熱性接着剤で接着して保持させてある。

５１は給電用コネクタであり、断熱ステイホルダー１２に固定支持させたヒータ１１の電極部１１ｃ部分に嵌着され、電極部１１ｃにそれぞれ給電用コネクタ側の電気接点が接触状態になる。５２は商用電源（ＡＣ）、５３はトライアック、５４は電力（通電）制御手段（ＣＰＵ）である（ＡＣライン）。ヒータ１１は、商用電源５２から、トライアック５３を介して電極部１１ｃ間に給電されることで通電発熱抵抗層１１ｂの発熱で迅速急峻に昇温する。

そのヒータ１１の昇温が温度検知体である温度検知素子１４により検知され、その検知温度の電気的アナログ情報がアナログデジタル変換回路（Ａ／Ｄ変換回）５５に入力し、デジタル化されて電力制御手段５４に入力する。温度検知素子１４から温度制御部へのＤＣ通電は不図示のＤＣ通電部およびＤＣ電極部を介して不図示のコネクタにより達成している。

温度検知素子１４の信号に応じて、ヒータ１１の長手方向端部にある電極部１１ｃから通電発熱抵抗層１１ｂに印加される電圧のデューティー比や波数等を適切に制御することで、定着ニップ部Ｎ内での温調温度を略一定に保ち、記録材Ｐ上のトナー像Ｔを定着するのに必要な加熱を行う。すなわち、温度検知素子１４の検知温度に応じたデジタル情報が入力される電力制御手段５４は、温度検知素子１４の検知温度が目標温度から所定幅内の値になるよう商用電源５２から通電発熱抵抗層１１ｂへの通電を制御するようになっている。

電力制御手段５４による商用電源５２から通電発熱抵抗層１１ｂへの通電の制御として、商用電源５２から出力される交流電源の半波周期毎に商用電源５２から通電発熱抵抗層１１ｂへの通電に供される位相範囲を温度検知素子１４の検知温度に応じて変更するという位相制御、或いは、前記半波周期毎に温度検知素子１４の検知温度に応じて商用電源５２から通電発熱抵抗層１１ｂへの通電を導通又は遮断のいずれか一方に切り換えるという波数制御等が採用されている。

ヒータ基板１１ａとして耐摩耗性に優れ、熱伝導性の良好なＡｌＮ等を用いた場合には通電発熱抵抗層１１ｂを上記基板に対して定着ニップ部Ｎと反対側に形成してあっても良い。

断熱ステイホルダー１２は、ヒータ１１を支持する役目、定着ベルト１０の回転案内部材の役目、加圧部材の役目、定着ニップ部Ｎと反対方向への放熱を防ぐための断熱部材の役目等をしている、剛性・耐熱性・断熱性の部材であり、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等により形成されている。

本実施例では、断熱ステイホルダー１２の定着ニップ部Ｎの下流部を加圧ローラ２０側に突出させて高さ１．０ｍｍの凸形状部Ｋ（図３、定着ベルトの曲率を変えるためのアゴ部）とした。これは、この凸形状部Ｋにより定着ベルト１０の回転形状を変え、記録材Ｐと定着ベルト１０を曲率分離させるためのものである。
断熱ステイホルダー１２の左右両端部側にそれぞれ装着されて、記録材上の画像をニップ部にて加熱するエンドレスベルトである定着ベルト１０の幅方向への寄り移動を規制する規制手段として、フランジ部材１５が設けられている。

図５はフランジ部材１５と定着ベルト１０の断面図である。

フランジ部材１５は、ＰＰＳ、液晶ポリマー、フェノール樹脂等の耐熱樹脂により形成されている。左右のフランジ部材１５は、定着ベルト１０の幅方向への移動を規制し、常時、定着ベルト１０端部に加圧接触させるために、定着ベルト１０端面に対向する面側に加圧板１５ｅを設け、加圧バネ１５ｆを加圧板１５ｅとの間に縮設することで加圧板１５ｅを所定の加圧力をもって定着ベルト１０端面に押圧させている。本例においては加圧力を5Ｎに設定した。

図６にフランジ部材１５の定着ベルト１０を規制する面側から見た正面図を示す。定着ベルト内挿入部１５ｇは下部を切り欠いた短筒状で、その外径は円筒状の定着ベルト１０の内径とほぼ同じか少し小径にしてあり、定着ベルト１０の端部に挿入されて定着ベルト端部内面を受ける。

定着ベルト１０は両端部ともに、内面がフランジ１５の短筒状のベルト内挿入部１５ｇの外面に保持されるとともに、側面が加圧板１５ｅに押し当てられて、加圧板１５ｅに定着ベルト１０端部が摺擦しながら定着ベルト１０は回転する。

このような構成にすることで、定着ベルト１０端面からの潤滑剤の漏れ出しを抑制することができる。しかしながら、ベルト端面がフランジ受け面と接触していない場合には、ベルト端部から潤滑剤が漏れ出し、定着ベルト表面や加圧ローラ表面および記録材が汚染される。

本実施例においては、両端部のフランジ１５の加圧板１５ｅを定着ベルト１０端面に加圧することで、定着ベルト１０端面と加圧板１５ｅの受け面が常時、加圧接触しているため、定着ベルト１０端部からの潤滑剤の漏れ出しを抑制することができる。

（実施例２）
本実施例の構成は、第1の実施例とほぼ同様であるので、主な相違点のみ説明する。本実施例では、フランジ部材１５の加圧板１５ｅの形状が定着ベルト１０の端部全面に対して当接する形状となっている。

図７は本実施例におけるフランジ部材１５の定着ベルト１０を規制する面側から見た正面図である。加圧板１５ｅの形状が定着ベルト１０端部全面に対して当接する形状であり、定着ベルト１０端面は隙間なく加圧板に押し当てられる。従来は組立容易性の観点から、実施例1のようにフランジ部材の下部を切り欠いた形状とされるが、定着ベルト端部からの潤滑剤漏れ出しの観点からは、定着ベルト端部全面を当接することで漏れ出し抑制効果が向上する。

本実施例においては、両端部のフランジ１５の加圧板１５ｅを定着ベルト１０端面に加圧することで、定着ベルト１０端面と加圧板１５ｅの受け面が隙間なく加圧接触しているため、定着ベルト１０端部からの潤滑剤の漏れ出しを抑制することができる。

Ｎ 定着ニップ部、Ｐ 記録材、Ｔ トナー像、
１０ 定着ベルト（エンドレスベルト）、１１ 加熱用ヒータ、
１２ 耐熱ステイホルダー、１５ フランジ部材、２０ 加圧ローラ

Claims (2)

1. 記録材上の画像をニップ部Ｎにて加熱する無端ベルト１０と、前記無端ベルト１０との間で前記ニップ部Ｎを形成するニップ形成手段と、
   前記無端ベルト１０の内面から前記無端ベルト１０を支持するもしくは前記無端ベルトの内面から対向部材を加圧する固定部材１２を有し、
   前記無端ベルト１０と前記固定部材間に摺動抵抗を低減させるための潤滑剤と、
   前記無端ベルト１０の両端部に前記無端ベルト１０の幅方向への寄りを規制するための規制部材１５と、を有する画像加熱装置において、
   前記規制部材１５を前記無端ベルトの両端部に加圧接触させる加圧手段を備えることを特徴とする画像加熱装置。
2. 前記規制部材１５は前記無端ベルト１０の端部全面に当接する形状からなることを特徴とする請求項１に記載の画像加熱装置。