JP2017026883A - 定着装置及び該定着装置を備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】印刷画像の画質を良好に維持しつつ、定着ベルト２１の外周面の除電を確実に行うことができる定着装置を提供する。【解決手段】定着装置は、定着ベルト２１の軸方向の両端部に挿入される挿入部３８を有し、該挿入部３８の外周面を摺動する定着ベルト２１の両端部を挿入部３８で内側から保持してベルト２１の端部の変形を規制する一対の端部変形規制部材２８を備え、該端部変形規制部材２８は導電性を有している。【選択図】図３

Description

本発明は、定着装置及び該定着装置を備えた画像形成装置に関する。

従来より、電子写真方式の画像形成装置に搭載される定着装置として、略円筒状の可撓性を有する無端状の定着ベルトに加圧ローラーを圧接させ、加圧ローラーの回転駆動により定着ベルトを回転させて定着ベルトと加圧ローラーとの間に用紙を通過させることで当該用紙にトナー像を定着させるようにした定着装置が知られている。

定着ベルトの外周面には、用紙の離型性を高めるために例えばフッ素樹脂からなるコーティングが施されている（例えば、特許文献１参照）。定着ベルトの両端部は、一対の変形規制部材によって支持されている。各変形規制部材は、定着ベルトの軸方向の両端部に挿入される挿入部を有している。挿入部は、定着ベルトを径方向内側から保持することで定着ベルトの変形を規制している。挿入部の外周面は、フッ素系樹脂からなる離型層で構成されている。

ここで、フッ素系樹脂は摩擦により負極性に帯電し易い（つまり摩擦帯電列がマイナス側の材料）特性を有している。このため、上記特許文献１に示す従来の定着装置では、定着ベルトと加圧ローラーとの間を用紙が通過する際に、定着ベルトの外周面のフッ素系樹脂（離型層）が負極性に帯電する場合がある。このとき、例えばトナーの帯電極性が正極性である場合には、トナーとフッ素系樹脂との間に作用する静電引力により定着ベルトの外周面にトナーが付着し、延いては画像不良を引き起こすという問題がある。

そこで、定着ベルトの外周面に除電部材を接触させることにより除電を行う技術や、定着ベルトに対して接触状態又は非接触状態で配置される用紙分離部材を利用して定着ベルトの除電を行う技術が提案されている。

特開２０１４−１０６５２０号公報

しかしながら、上述のように除電部材や用紙分離部材を定着ベルトの外周面に接触させるようにした場合、定着ベルトがこの接触箇所に作用する応力により破損するという問題がある。この問題を回避するべく、上述のように定着ベルトに対して非接触で配置される用紙分離部材を利用することが考えられる。

しかし、定着ベルトは可撓性部材であるため回転中に変形や回転振れを生じる。このため、定着ベルトの回転中に、定着ベルトの一部が用紙分離部材と接触して摩耗する場合がある。定着ベルトの外周面の一部が摩耗すると、この摩耗部分における定着性が悪化して、濃度ムラ等の画像不良が生じるという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、印刷画像の画質を良好に維持しつつ、定着ベルトの外周面の除電を確実に行うことにある。

本発明の一局面に係る定着装置は、加熱手段と、外周面がフッ素系樹脂からなる離型層により構成されていて、上記加熱手段により加熱される略円筒状の可撓性定着ベルトと、上記定着ベルトの内周面を押圧する押圧部材と、上記押圧部材に対して上記定着ベルトを挟んで圧接されると共に圧接状態で回転駆動されることで上記定着ベルトを回転させる加圧ローラーと、を備え、上記定着ベルトと上記加圧ローラーとの間に用紙を通過させることで当該用紙にトナー像を定着させるものである。そして、上記定着ベルトの軸方向の両端部に挿入される挿入部を有し、該挿入部の外周面を摺動する上記定着ベルトの両端部を挿入部で内側から保持してベルト端部の変形を規制する一対の端部変形規制部材を備え、上記一対の端部変形規制部材は導電性を有している。

本発明の他の局面に係る画像形成装置は、上記定着装置を備えている。

本発明によれば、印刷画像の画質を良好に維持しつつ、定着ベルトの外周面の除電を確実に行うことができる。

図１は、プリンター（画像形成装置）の内部構造を示す概略図である。 図２は、定着装置の断面図である。 図３は、定着装置の一端側を示す正面図である。 図４は、定着ベルトの軸方向に沿った断面の一端部を示す拡大断面図である。 図５は、端部変形規制部材（規制本体）を拡大して示す斜視図である。 図６は、端部変形規制部材（規制本体）を拡大して示す正面図である。 図７は、端部変形規制部材（規制本体）を拡大して示す側面図である。 図８は、定着ベルトと端部変形規制部材（規制本体）とを示す概略断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

《実施形態》
図１は、プリンター１（画像形成装置）の内部構造を示す概略図である。図１における紙面手前側をプリンター１の「前側」とし、紙面奥側をプリンター１の「後側」とする。また、紙面左側をプリンター１の「左側」とし、紙面右側をプリンター１の「右側」とする。さらに、紙面上側をプリンター１の「上側」とし、紙面下側をプリンター１の「下側」とする。これらは図２で共通する。図３は、図１及び図２を紙面右側から見た図である。

プリンター１は、箱型形状のプリンター本体２を備えている。プリンター本体２の下部には、用紙を収納する給紙カセット３が収容されている。プリンター本体２の上面には、排紙トレイ４と、上下に開閉可能な上カバー５とが設けられている。上カバー５の下方には、トナーコンテナ６が収納されている。

プリンター本体２の上部には、レーザー・スキャニング・ユニット（ＬＳＵ）で構成される露光器７が排紙トレイ４の下方に配置されている。露光器７の下方には、画像形成部８が設けられている。画像形成部８には、像担持体である感光体ドラム９が回転可能に設けられている。感光体ドラム９の周囲には、帯電器１０、現像器１１、転写ローラー１２及びクリーニング装置１３が、感光体ドラム９の回転方向（図１の矢印Ｘ参照）に沿って配置されている。

プリンター本体２の内部には、用紙の搬送経路１４が設けられている。搬送経路１４の上流端には、給紙部１５が設けられている。搬送経路１４の中流部には、感光体ドラム９と転写ローラー１２とによって構成される転写部１６が設けられている。搬送経路１４の下流部には、定着装置１７が設けられている。搬送経路１４の下流端には、排紙部１８が設けられている。搬送経路１４の下方には、両面印刷用の反転経路１９が形成されている。

このように構成されたプリンター１では、プリンター１に電源が投入されると、各種パラメーターが初期化され、定着装置１７の温度設定等の初期設定が実行される。そして、プリンター１に接続されたコンピューター等から画像データが入力され、印刷開始の指示がなされると、以下のようにして画像形成動作が実行される。

まず、感光体ドラム９の表面が帯電器１０で帯電される。その後、露光器７から照射されたレーザー光（図１の二点鎖線Ｐ参照）で感光体ドラム９に対して画像データに対応した露光が行われ、感光体ドラム９の表面に静電潜像が形成される。次に、この静電潜像を現像器１１でトナー像に現像する。

一方、給紙部１５で給紙カセット３から取り出された用紙は、上記の画像形成動作とタイミングを合わせて転写部１６に搬送され、転写部１６で感光体ドラム９上のトナー像が用紙に転写される。感光体ドラム９上に残留したトナーは、クリーニング装置１３で回収される。トナー像を転写された用紙は、搬送経路１４を下流側に搬送されて定着装置１７に進入し、定着装置１７で用紙にトナー像が定着される。トナー像が定着された用紙は、排紙部１８から排紙トレイ４に排出される。

図２は、定着装置１７の断面図であり、図２の矢印Ｙは、用紙の搬送方向を示している。図３は、定着装置１７の一端側を示す正面図である。

定着装置１７は、ハウジング２０内に定着ベルト２１と、定着ベルト２１の下側に配置される加圧ローラー２２とを備えている。

定着ベルト２１の内側には、ヒーター（加熱手段）２３が配置されている。ヒーター２３の下側には、反射板２４が配置されている。反射板２４の下側には、支持部材２５が配置されている。支持部材２５の下側には、押圧部材２６が配置されている。支持部材２５の前後両端部には、カバー部材２７が固定されている。定着ベルト２１の前後両端部には、端部変形規制部材２８が挿入されている。定着ベルト２１の上側には、定着ベルト２１の過昇温を防止するための非接触式のサーモカット２９が配置されている。なお、図３においては、定着ベルト２１の内部が透視されている。

図４に示すように、定着ベルト２１は、前後方向に長い略円筒状の可撓性ベルトであり、例えば、略円筒状の芯材２１ａの外周に弾性層２１ｂが積層され、弾性層２１ｂの外周に離型層２１ｃが被覆されている。これらの一例を挙げると、芯材２１ａは、例えば直径２５．４ｍｍ、厚み１ｍｍのＳＵＳ（ステンレス鋼）やニッケル等の金属製、あるいはＰＩ（ポリイミド）等の樹脂製である。弾性層２１ｂは、例えば厚み２７０μｍのシリコーンゴム製である。離型層２１ｃは、例えば厚み２０μｍのフッ素系樹脂（例えばＰＦＡチューブ製）からなる。フッ素系樹脂には、導電性フィラーが混入されており、この導電性フィラーによって離型層２１ｃに導電性が付与される。導電性フィラーは例えばカーボンフィラーからなる。上記芯材２１ａの内周面には、定着ベルト２１の摺動性及び熱吸収性を向上させるためにフッ素系樹脂（例えばＰＴＦＥ）からなるコーティング２１ｄが全面に亘って施されている。このフッ素樹脂にも導電性フィラー（例えばカーボンフィラー）が混入されている。この導電性フィラーによってコーティング２１ｄに導電性が付与されている。

図３に戻って、定着ベルト２１は、通紙領域Ｒ１と、通紙領域Ｒ１の前後両側（通紙領域Ｒ１の前後方向外側）に設けられる非通紙領域Ｒ２とを備えている。通紙領域Ｒ１は、最大サイズの用紙が通過する領域である。非通紙領域Ｒ２は、最大サイズの用紙が通過しない領域である。

加圧ローラー２２は、前後方向に長い略円筒状に形成され、モーター等の駆動源（図示せず）に接続されて回転する。加圧ローラー２２は、定着ベルト２１に圧接していて、定着ベルト２１と加圧ローラー２２の間には、定着ニップ３０が形成されている。加圧ローラー２２は、例えば、略円筒状の芯材３１（図２参照）の外周に３２が積層され、弾性層３２の外周に離型層（図示せず）が被覆されている。これらの一例を挙げると、芯材３１は、例えば直径２５ｍｍ、厚み１ｍｍの鉄等の金属製である。弾性層３２は、例えば厚み５．５ｍｍのシリコーンゴム製である。離型層は、例えば厚み５０μｍのＰＦＡチューブ製である。

ヒーター２３は、例えばハロゲンヒーターであり、定着ベルト２１の内部空間の上部、つまり定着ベルト２１の回転中心に対して上側（加圧ローラー２２から離間する側）に偏った位置に配置され、定着ベルト２１を加熱する。

反射板２４は、例えば光輝アルミニウム等の金属製で、前後方向に長い形状に形成され、ヒーター２３と支持部材２５との間に配置されている。

支持部材２５は、前後方向に長い形状に形成されていて、反射板２４と直接的に接触しないようにスペーサー３３を介して反射板２４を下方から支持している。支持部材２５は、例えばＳＥＣＣ（亜鉛メッキ鋼板）等からなる一対のＬ字状の板金３４を四角筒状に組み合わせて形成されている。支持部材２５の左下隅部（上側の板金３４の左下端部）は、下側の板金３４よりも下方に突出して係合突起２５ａを構成している。支持部材２５の両側壁２５ｂは、上下方向に沿って延びており、互いに平行に設けられている。これにより、支持部材２５は、略長方形の外郭形状を有している。支持部材２５は、端部変形規制部材２８よりも前後方向外側に突出して突出部２５ｃを構成している（図３参照）。

押圧部材２６は、例えば、ＬＣＰ（液晶ポリマー）等の耐熱性樹脂製で前後方向に長い平板状に形成されている。押圧部材２６の上面の左端部には、係合段下げ部２６ａが形成されている。係合段下げ部２６ａには、支持部材２５の係合突起２５ａが係合している。押圧部材２６の上面には、複数のボス２６ｂが突設されている。各ボス２６ｂの上端部は、支持部材２５の下面に当接している。以上のような構成により、押圧部材２６が支持部材２５で支持されて、押圧部材２６の反りが規制されている。

押圧部材２６の下面の左側部分（用紙の搬送方向Ｙ下流側の部分）は、右側（用紙の搬送方向Ｙ上流側）から左側（用紙の搬送方向Ｙ下流側）に向かって下側（加圧ローラー２２側）に湾曲しながら傾斜している。押圧部材２６の下面は、定着ベルト２１の内周面を下側（加圧ローラー２２側）に向かって押圧している。

加圧ローラー２２は、押圧部材２６に対して定着ベルト２１を挟んで圧接されると共に、圧接状態で回転駆動されることで定着ベルト２１を回転させる。そして、定着ベルト２１と加圧ローラー２２との間に用紙を通過させることで当該用紙にトナー像を定着させるようになっている。

カバー部材２７は、正面視で略Ｕ字状に形成されている。カバー部材２７は、定着ベルト２１の非通紙領域Ｒ２と前後方向の位置が対応しており、ヒーター２３から定着ベルト２１の非通紙領域Ｒ２に向かう輻射熱を遮断する機能を有している。

端部変形規制部材２８は、カバー部材２７よりも前後方向外側に一対配置され、装置固定側であるハウジング２０の側板（図示せず）に支持されている。端部変形規制部材２８は、規制本体３５と、規制本体３５に取り付けられるリング３６とを備えている。

規制本体３５は、図５〜図７に拡大して示すように、ベース部３７と、ベース部３７の前後方向内側の面に突設された挿入部３８とを一体に備えている。規制本体３５は、樹脂材料により一体成形されている。この樹脂材料は、例えばＰＥＥＫ、ＰＰＳ又はＬＣＰ等の樹脂からなる。樹脂材料には、導電性フィラーが混入されている。この導電性フィラーによって規制本体３５に導電性が付与されている。導電性フィラーは、例えばカーボンフィラーからなる。規制本体３５は、例えばベース部３７に接続されたアース線ｅを介してグランドに電気的に接続されている。

規制本体３５には、ベース部３７と挿入部３８とを前後方向に貫通する貫通孔３９が形成され、貫通孔３９をヒーター２３及び支持部材２５が貫通している（図３参照）。ベース部３７上部の左右両端には、規制本体３５をハウジング２０の側板に固定するための取付孔３７ａが形成されている。

挿入部３８は、定着ベルト２１の前後両端部に挿入されて定着ベルト２１の前後両端部の内周面と接触し、挿入部３８の外周面を摺動する定着ベルト２１の両端部を内側から保持してベルト端部の変形を規制している。挿入部３８の外周面は、定着ベルト２１の内周面を内側から保持するガイド面となる。挿入部３８は、ベルト回転方向に切れ目なく連続していて略円環状をなしている。

リング３６は、円環状に形成されている。リング３６は、規制本体３５と同じ材料（樹脂に導線フィラー等を混入した材料）より形成されている。リング３６は、挿入部３８のベース部３７側に形成された嵌合溝３８ａに嵌合されている。リング３６の幅は、嵌合溝３８ａの幅と同等である。また、リング３６の幅は、嵌合溝３８ａの溝幅よりも小さく、前後方向に移動可能にしてもよい。リング３６は、定着ベルト２１の前後両端部の前後方向外側に配置されていて、定着ベルト２１の蛇行（前後方向外側への移動）を規制するとともに、リング３６の幅が嵌合溝３８ａの幅よりも小さいときは、定着ベルト２１の前後方向への押圧を逃がすことを可能にしている。リング３６の上部は、規制本体３５のベース部３７の前後方向内側に配置されていて、リング３６の前後方向外側への移動が規制されている。

上記定着装置１７において、定着ベルト２１と加圧ローラー２２との間を用紙が通過する際に、定着ベルト２１の外周面の離型層２１ｃと用紙との摩擦により定着ベルト２１の外周面（離型層２１ｃ）が負極性に帯電する。これは離型層２１ｃを構成するフッ素系樹脂が負の帯電極性を有していることに起因している。定着ベルト２１の外周面が負極性に帯電すると、正極性に帯電したトナーが定着ベルト２１の外周面に付着し易くなり、延いては画像不良を引き起こす虞がある。

しかし本実施形態では、定着ベルト２１に接触する端部変形規制部材２８に対して導電性フィラーを混入して導電性を付与するようにしたことで、定着ベルト２１の摩擦による帯電電荷を端部変形規制部材２８側に逃がすことができる。ここで、端部変形規制部材２８の電気抵抗値が低すぎると、用紙に保持されている負極性の電荷までもが端部変形規制部材２８側に流出して、用紙に対するトナー像の保持力が低下する虞がある。したがって、端部変形規制部材２８の電気抵抗値を１０^４Ω〜１０^１２Ωの範囲内に収めるように、端部変形規制部材２８に対する導電性フィラーの混入率を設定することが好ましい。これにより、上述した用紙に対するトナーの保持力の低下の問題を回避し、延いては、画像不良の発生を抑制することができる。

また本実施形態において、端部変形規制部材２８はアース線ｅを介してグランドに電気的に接続されているので、定着ベルト２１から端部変形規制部材２８側に流出した電荷をアース線ｅによりグランドに確実に逃がすことができる。

また本実施形態において、定着ベルト２１の外周面を形成する離型層２１ｃが導電性を有しているので、離型層２１ｃの表面の電荷を、例えば離型層２１ｃの端面と端部変形規制部材２８のリング３６との接触部を通じてグランドへと逃がすことができる。さらに定着ベルト２１の内周面のコーティング２１ｄにも導電性フィラーが混入されているので、定着ベルト２１の表面の電荷を、コーティング２１ｄの内周面と端部変形規制部材２８の挿入部３８との接触部を通じてグランドへと確実に逃がすことができる。ここで、離型層２１ｃ及びコーティング２１ｄの電気抵抗値が低すぎると、用紙に保持されている負極性の電荷までもが定着ベルト２１側に流出して、用紙に対するトナー像の保持力が低下する虞がある。したがって、離型層２１ｃ及びコーティング２１ｄの電気抵抗値を１０^８Ω〜１０^１２Ωの範囲内に収めるように、離型層２１及びコーティング２１ｄに対する導電性フィラーの混入率を設定することが好ましい。これにより、上述した用紙に対するトナーの保持力の低下の問題を防止し、延いては、画像不良の発生を抑制することができる。

《他の実施形態》
上記実施形態では、定着ベルト２１の内周面のコーティング２１ｄのフィラーの混入率を軸方向において一定としているが、これに限ったものではない。すなわち、コーティング２１ｄのうち定着ベルト２１の軸方向の両端領域Ｑ１（図８参照）にのみフィラーを混入し、該両端領域Ｑ１を除く中間領域Ｑ２にはフィラーを混入しないようにしてもよい。ここで、両端領域Ｑ１の軸方向長さＧ１は、端部変形規制部材２８の挿入部３８の軸方向長さＷよりも大きいことが好ましい。すなわち、中間領域Ｑ２の軸方向の両端位置は、一対の挿入部３８の先端位置よりも軸方向内側にあることが好ましい。さらに中間領域Ｑ２の軸方向の両端位置は、加圧ローラー２２の軸方向の両端位置よりも外側に位置していることが好ましい。

この構成によれば、コーティング２１ｄにおける端部変形規制部材２８の挿入部３８と接触する両端領域Ｑ２に対して確実に導電性を付与することができる一方、コーティング２１ｄのうち端部変形規制部材２８と接触しない中間領域Ｑ２に対して不必要に導電性が付与されるのを防止することができる。また、加圧ローラー２２と押圧部材２６とに挟まれているために耐摩耗性が要求される中間領域Ｑ２にフィラーを混入しないことにより、中間領域Ｑ２の耐摩耗性を十分に確保することができる。

上記実施形態の他に、定着ベルト２１における両端領域Ｑ１にはコーティング２１ｄを施さずに中間領域Ｑ２にのみコーティング２１ｄを施す実施形態が考えられる。これにより、定着ベルト２１の両端領域Ｑ１において金属性の芯材２１ａを露出させて端部変形規制部材２８に接触させることができる。よって、定着ベルト２１の両端領域Ｑ１における電気抵抗を可及的に低減して、定着ベルト２１の電荷をこの両端領域Ｑ１から端部変形規制部材２８へと確実に逃がすことができる。ここで、一般的に定着ベルト２１の内周面のうちコーティング２１ｄが施されていない部分は、ヒーター２３からの光を反射してしまうので定着ベルト２１内方側の温度が過度に上昇する。したがって、定着ベルト２１の内周面のうちヒーター２３の光が直接照射される部分には、コーティング２１ｄを施して熱を吸収する必要がある。しかし、上記両端領域Ｑ１は、ヒーター２３の光が直接照射される部分ではないのでコーティング２１ｄを施さなくとも上述の温度上昇の問題を回避することができる。

上記実施形態では、トナーの帯電極性が正極性である場合について説明したが、これに限ったものではなく、トナーの帯電は負極性であってもよい。トナーの帯電極性が負極性である場合、定着ベルト２１の外周面に紙粉が付着し、この紙粉に付着したトナーにより定着ベルト２１の外周面が汚れるという問題がある。これに対して上記実施形態の構成を採用することで、定着ベルト２１の帯電電荷を除去して、定着ベルト２１の外周面に紙粉及びトナーが付着するのを防止することができる。

上記実施形態では、端部変形規制部材２８が規制本体３５とリング３６とを含む例について説明したが、これに限ったものではなく、例えばリング３６を廃止するようにしてもよい。

以上説明したように、本発明は、定着装置及び該定着装置を備えた画像形成装置について有用である。

１７ 定着装置
２１ 定着ベルト
２１ａ 芯材
２１ｃ 離型層
２１ｄ コーティング
２２ 加圧ローラー
２３ ヒーター（加熱手段）
２６ 押圧部材
２８ 端部変形規制部材
Ｑ１ 両端領域（両端部）
Ｑ２ 中間領域（中間部）
ｅ アース線

Claims (7)

1. 加熱手段と、
   外周面がフッ素系樹脂からなる離型層により構成されていて、上記加熱手段により加熱される略円筒状の可撓性定着ベルトと、
   上記定着ベルトの内周面を押圧する押圧部材と、
   上記押圧部材に対して上記定着ベルトを挟んで圧接されると共に圧接状態で回転駆動されることで上記定着ベルトを回転させる加圧ローラーと、を備え、
   上記定着ベルトと上記加圧ローラーとの間に用紙を通過させることで当該用紙にトナー像を定着させる定着装置であって、
   上記定着ベルトの軸方向の両端部に挿入される挿入部を有し、該挿入部の外周面を摺動する上記定着ベルトの両端部を該挿入部で内側から保持してベルト端部の変形を規制する一対の端部変形規制部材を備え、
   上記一対の端部変形規制部材は導電性を有している、定着装置。
2. 請求項１記載の定着装置において、
   上記端部変形規制部材はグランドに対して電気的に接続されている、定着装置。
3. 請求項１又は２記載の定着装置において、
   上記一対の端部変形規制部材は、樹脂材料に導電性フィラーを混入した材料からなる、定着装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の定着装置において、
   上記定着ベルトの離型層には導電性フィラーが混入されている、定着装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の定着装置において、
   上記定着ベルトの内周面にはフッ素系樹脂からなるコーティングが施されており、
   上記定着ベルトの内周面のコーティングのうち軸方向の両端部に位置する部分には導電性フィラーが混入されている一方、該コーティングのうち軸方向の両端部を除く中間部に位置する部分には導電性フィラーが混入されていない、定着装置。
6. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の定着装置において、
   上記定着ベルトの内周面における軸方向の両端部を除く中間部にはフッ素系のコーティングが施されている一方、該内周面における該両端部には該コーティングが施されていない、定着装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の定着装置を備えた画像形成装置。

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