JP2017116571A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】板状加熱体の端部処理をせずに定着装置への搭載を可能とし、その場合でも板状加熱体近傍の部材を傷つけることがなく、かつ、コストを抑制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２８、加圧ローラ３０、加熱部材５６、保持部材５７を備えている。加熱部材５６は保持部材５７によって定着ベルト２８の内部に保持されている。また、加熱部材５６は、ガラス基材と、該ガラス基材に形成された発熱体と、から構成される。保持部材５７の両端をコの字形状に屈曲させ、加熱部材５６の両側端部を覆うように構成する。このような保護構造により、加熱部材５６端部のバリによって定着ベルト２８が損傷することを防止できる。【選択図】図６

Description

本発明は、定着装置及び定着装置を備える画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置では、像担持体上の画像情報に基づいてトナー像を形成し、このトナー像を用紙やＯＨＰなどの記録材上に転写する。そして、トナー像を担持した記録材を定着装置に通して熱と圧接力により記録材上にトナー像を定着する。定着装置としては、省エネルギー化を実現するために、ベルト方式又はフィルム方式がよく用いられている。

特許文献１には、薄肉円筒状の耐熱性フィルムに接触する板状加熱体と加圧ローラでフィルムと記録材を密着させるように挟み込み、熱エネルギーを記録材に与える構成が開示されている。フィルムが約１００μｍ程度と薄いため、実質的に立ち上げ時間は、熱容量の小さい板状加熱体の温度が上昇するまでの時間となる。そのため、立ち上がり時間を短縮でき、予熱電力を削減することができる。

また、記録材上に形成された画像にあわせて加熱体の温度や加熱域を変化させ、非画像領域（画像形成領域において画像が存在しない部分）へのエネルギー供給を削減することで、省エネルギー化する構成も開示されている。

板状加熱体で用いられることの多いセラミックなどの脆性材料は、大きな荷重に対する破損防止が課題の一つとなっている。特にセラミックやガラスなどには静的疲労という破壊強さが低下する現象があり、短期的に耐える荷重でも荷重状態が長期にわたると破壊するおそれがある。このため、定着装置の加熱部材としてセラミック又はガラスを基材に用いる場合には、基材に作用する応力をできるだけ低減する必要がある。

また、ガラスを基材に用いる場合は、製造過程で発生した端部バリが、板状加熱体近傍の部材と接触して傷つけるという問題があった。これを防ぐには端部処理を施す必要があるが、コストがかかってしまう。

特許文献２には、セラミック基材を用いた板状加熱体を使用する定着装置が開示されている。しかし、この定着装置では、板状加熱体によって周辺部材が傷つけられる問題は解消されていない。

本発明は、板状加熱体の端部処理をせずに定着装置への搭載を可能とし、その場合でも板状加熱体近傍の部材を傷つけることがなく、かつ、コストを抑制できる定着装置を提供することを課題とする。

前記の課題は、本発明により、定着部材と、前記定着部材を加熱する加熱部材と、前記定着部材との間に所定のニップを形成する加圧部材とを具備する定着装置において、前記加熱部材は、ガラス基材と、該ガラス基材に形成された発熱体と、から構成され、前記加熱部材を前記定着部材内部に保持する保持部材に、前記ガラス基材から周辺部材を保護する保護構造が設けられていることを特徴とする定着装置により解決される。

本発明の定着装置によれば、周辺部材の損傷を防止する保護構造を保持部材に設けたことにより、加熱部材端部のバリによって定着ベルト等の周辺部材が損傷することを防止できる。また、ガラス基材を用いた加熱部材の端部処理が必要ではなく、コストを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置であるプリンタの構成を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置を示す断面図である。 加熱部材の記録材搬送方向と直交する方向の断面図である。 加熱部材の平面図である。 加熱部材の第２構成例を示す平面図である。 保持部材に設けた保護構造の第１実施例を示す模式図である。 保持部材に設けた保護構造の第２実施例を示す模式図である。 保持部材に設けた保護構造の第３実施例を示す模式図である。 保持部材に設けた保護構造の第４実施例を示す模式図である。 保持部材に設けた保護構造の第５実施例を示す模式図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置であるプリンタの構成を示す模式図である。図１に示すように、プリンタは、給紙手段４と、レジストローラ対６と、像担持体である感光体ドラム８と、転写手段１０と、定着装置１２などを備える。

給紙手段４は、記録材である用紙Ｐが積載状態で収容される給紙トレイ１４と、給紙トレイ１４内の用紙Ｐを最上から順に一枚ずつ分離して送り出す給紙コロ１６とを有する。給紙コロ１６によって送り出された用紙Ｐは、レジストローラ対６で一旦停止され、姿勢ずれが矯正される。そして、感光体ドラム８の回転に同期するタイミング、すなわち感光体ドラム８上に形成されたトナー像の先端と用紙Ｐの搬送方向先端部の所定位置とが一致するタイミングで、レジストローラ対６により転写部位Ｎへ送られる。

感光体ドラム８の外部には、矢印で示される回転方向順に、帯電手段である帯電ローラ１８と、露光手段の一部を構成するミラー２０とが配置されている。また、現像ローラ２２ａを備えた現像手段２２と、転写手段１０と、クリーニングブレード２４ａを備えたクリーニング手段２４とが配置されている。

帯電ローラ１８と現像手段２２の間において、ミラー２０を介して感光体ドラム８上の露光部２６に露光光Ｌｂが照射され、走査される。
感光体ドラム８が回転を始めると、感光体ドラム８の表面が帯電ローラ１８により均一に帯電される。画像情報に基づいて露光光Ｌｂが露光部２６に照射、走査され、作成すべき画像に対応した静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、感光体ドラム８の回転により現像手段２２へ移動し、ここでトナーが供給されて可視化され、トナー像が形成される。

感光体ドラム８上に形成されたトナー像は、転写手段１０において所定のタイミングで転写部位Ｎに侵入してきた用紙Ｐ上に、転写バイアス印加により転写される。トナー像（未定着画像）を担持した用紙Ｐは定着装置１２に向けて搬送され、定着装置１２において定着された後、排紙トレイへ排出・スタックされる。

転写部位Ｎで転写されずに感光体ドラム８上に残った残留トナーは、感光体ドラム８の回転に伴ってクリーニング手段２４に至り、クリーニング手段２４を通過する間にクリーニングブレード２４ａにより掻き落とされて除去される。その後、感光体ドラム８上の残留電位が除電手段により除去され、次の作像工程に備えられる。

図２は、本発明の一実施形態に係る定着装置を示す断面図である。
図２に示すように、定着装置１２は、未定着画像に接して回転する定着部材である定着ベルト２８と、定着ベルト２８の外周面に圧接し、定着ニップ部ＳＮを形成する加圧部材である加圧ローラ３０と、定着ベルト２８を加熱する加熱手段６０などを備える。

定着ベルト２８は、ベルト基体と、この基体表面に被覆された弾性層と、弾性層の表面に形成された離型層とで構成されている。ベルト基体は、例えばニッケルで形成され、外径が３０ｍｍ、厚みが１０〜７０μｍである。ベルト基体はニッケルに限らず、ＳＵＳやＰＩ（ポリイミド）などの耐熱樹脂材料で形成されてもよい。弾性層は、例えばシリコーンゴムで形成され、厚みが５０〜１５０μｍである。離型層は、耐久性を高めて離型性を確保できればよく、例えばＰＦＡやＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂で形成され、厚みが５〜５０μｍである。

加圧ローラ３０は、中実の鉄製の芯金３０ａと、この芯金３０ａの表面に形成された弾性層３０ｂとで構成されている。芯金３０ａは、例えば鉄製であり、外形が４０ｍｍ、厚みが２ｍｍ程度である。弾性層３０ｂは、例えばシリコーンゴムで形成され、厚みが５ｍｍ程度である。弾性層３０ｂの表面には、離型性を高めるために厚みが４０μｍ程度のフッ素樹脂（ＰＦＡ又はＰＴＦＥ）層を形成するのが望ましい。加圧ローラ３０は、付勢手段により定着ベルト２８に圧接されている。加圧ローラ３０は、画像形成装置に設けられたモータなどの駆動源からギヤを介して駆動力が伝達され、回転する。この加圧ローラ３０により定着ベルト２８が連れ回り回転する。

加熱手段６０は、用紙Ｐの搬送方向と直交する方向に伸びる加熱部材５６と、加熱部材５６の長手方向の一面に接して均熱化するとともに、定着ベルト２８に伝熱する伝熱部材５０とを有する。また、加熱手段６０は、伝熱部材５０の反対側にあり、加熱部材５６を保持する保持部材５７を有する。

加熱手段６０は、加圧ローラ３０とで定着ニップ部ＳＮを形成するニップ形成部材の機能を果たしている。また、加熱手段６０は定着装置１２の側板に接続されたステー６１に支持されているので、加圧ローラ３０の圧接力による撓みが防止され、長手方向に均一なニップ幅が得られる。なお、伝熱部材５０と定着ベルト２８の内周面との間に、低摩擦シートを介在させてもよい。

定着ニップ部ＳＮの下流側に、定着ベルト２８の表面温度を検知する第１サーミスタ３４が設けられ、保持部材５７に加熱部材５６の温度を検知する第２サーミスタ３６が設けられている。また、加熱部材５６に電力を供給する電源４０と、第１、第２サーミスタの検知温度に基づいて電源４０を制御する加熱制御手段４２とが備えられている。加熱制御手段４２は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏインターフェース等を包含するマイクロコンピュータを意味する。

図３は、加熱部材の記録材搬送方向と直交する方向の断面図である。
図３に示すように、加熱部材５６は、板状ガラスなど低熱伝導率の基材５６ｂの上に酸化ルテニウム系の抵抗発熱体５６ａが印刷・焼成され、その上にＯＣ（オーバーコート）層５６ｃが形成された構成となっている。定着ベルト２８側に位置するＯＣ層５６ｃもガラスなどで形成されているが、基材５６ｂより薄く、基材側への伝熱よりもＯＣ層側へ伝熱し易いため、定着ベルト２８の加熱効率が向上する。

図４は、加熱部材の平面図である。
図４に示すように、加熱部材５６は、記録材搬送方向と直交する方向（長手方向）に複数の抵抗発熱体５６ａが配置され、抵抗発熱体５６ａには、共通配線Ｗｃｏｍと個別配線Ｗ１〜Ｗ５とが接続されている。共通配線Ｗｃｏｍと、個別配線Ｗ１〜Ｗ５とは、抵抗発熱体５６ａに対して櫛歯状の導電部を形成しており、抵抗発熱体５６ａは複数の加熱領域（Ｈ１〜Ｈ５）を有する。

上述した定着ベルト２８の表面温度を検知する第１サーミスタ３４や加熱部材５６の温度を検知する第２サーミスタ３６は、各加熱領域に対応して配置されている。そのため、各加熱領域は、個別配線Ｗ１〜Ｗ５をＯＮ／ＯＦＦすることで、個別に独立して加熱制御可能である。なお、端部の加熱領域Ｈ１、Ｈ５は、最大通紙サイズの両端部をカバーするように配設されている。

加熱制御手段４２は、各サーミスタの検知温度や通紙サイズ情報を加味して、各加熱領域を温度制御し、加熱部材５６の加熱割合を変更する。このように、通紙サイズ情報にも応じて加熱制御することで、非通紙域の温度が高くなりすぎる事態が回避され、非通紙域の過昇温による部材の破損や画像品質の低下を抑制できる。

実際には、非通紙領域に対応する加熱領域への電力供給を完全に停止（オフ）しても良いが、極端に温度が下がり過ぎると次の画像領域の定着温度へ昇温することが間に合わないことがある。これを回避するために、画像領域の定着温度に対応する第１の目標温度よりも低いが、室温に対し所定以上の温度である第２の目標温度に温度を保つような温度制御が行われる。そのため、非通紙領域に対応する加熱領域へも給電は行われる。

図５は、加熱部材の第２構成例を示す平面図である。
図５に示すように、長手方向中心から左右対称な位置にある加熱領域（Ｈ１とＨ５、Ｈ２とＨ４）が同時にＯＮ／ＯＦＦ可能なように構成してもよい。これにより、ＯＮ／ＯＦＦをするためのトライアックやＦＥＴなどのスイッチ素子の数を低減することができる。

なお、図４、図５では加熱領域を５つとしているが、加熱領域の数を９分割など増やしてもよいし、３分割など減らしてもよい。また、加熱領域が複数に分かれていない加熱部材であっても本発明は有効である。

以下より、本発明の特徴的部分について説明する。
図６は、保持部材に設けた保護構造の第１実施例を示す模式図である。なお、図６（ａ）は記録材搬送方向と直交する方向（加圧ローラ３０の軸方向）から見た断面図、図６（ｂ）は斜視図である。

図６に示すように、保持部材５７は、加熱部材５６の表面領域と所定の支持間隔を有して接している。保持部材５７は、加熱部材５６と一部の面でのみ接し、またＬＣＰなどの耐熱性樹脂で熱伝導率の低い材料が用いられるので、加熱部材５６（抵抗発熱体５６ａ）の熱がほとんど伝導されない。

上述したように、加熱部材５６はガラス基材から構成され、製造過程で基材端部にバリが生じる。このバリを除去する端部処理を施すとコストがかかるため、端部処理をせずに定着装置へ組み込むことができれば、好適である。

そこで、本実施形態では、加熱部材のバリによる周辺部材の損傷を防止する保護構造を保持部材に設けている。図６に示す保護構造の第１実施例では、保持部材５７の両端をコの字形状に屈曲させ、加熱部材５６の両側端部（短手方向＝図６（ａ）の左右方向の端部）を覆うように構成する。加熱部材５６は、図６（ｂ）に示すように、保持部材５７の長手方向の端部開口からスライドさせて挿入する。このように、加熱部材５６の端部を保持部材５７で覆うことで、加熱部材５６端部のバリによって定着ベルト２８が損傷することを防ぐことができる。

図７は、保持部材に設けた保護構造の第２実施例を示す模式図である。なお、図７は記録材搬送方向と直交する方向（加圧ローラ３０の軸方向）から見た断面図である。
図７に示すように、第２実施例の保護構造では、保持部材５７の外周に摺動シート５８を備え、保持部材５７を巻くように構成され、加熱部材５６で摺動シート５８を抑えている。保持部材５７自体は第１実施例と同じものである。摺動シート５８はシート状の低摩擦部材である。本第２実施例では、第１実施例の効果に加え、定着ベルト２８と保持部材５７とで発生する摩擦トルクを、摺動シート５８を介することによって低減でき、定着装置１２の耐久性が向上する。また、加熱部材５６で摺動シート５８を抑えるため、摺動シート５８の組付け時に摺動シート固定部品を別途用意する必要がない。

次の表１は、定着装置の寿命への効果を、上記第１実施例及び第２実施例と従来例とを比較した実験結果を示したものである。

従来例では保護構造を有する構成ではないため、ガラス基材からなる板状発熱体を使用する場合に周辺部材を損傷してしまう。図６の第１実施例では保持部材５７が加熱部材５６を覆う構成となっているため、周辺部材を傷つけず、加熱部材自身の損傷も防ぐことができる。さらに図７の第２実施例では、摺動シート５８を用いているため定着ベルト２８と保持部材５７間に生じるトルクを低減でき定着装置の耐久性がアップする。これにより、表１に示すように、従来例では寿命が短く、第１実施例、第２実施例の順に寿命が延び、定着装置の寿命への効果が確認された。なお、保持部材５７の外周に摺動シート５８を備え加熱部材５６で摺動シート５８を抑える構成は、以下で説明する各実施例にも適用可能である。

図８は、保持部材に設けた保護構造の第３実施例を示す模式図である。なお、図８は記録材搬送方向と直交する方向（加圧ローラ３０の軸方向）から見た断面図である。
図８に示すように、第３実施例の保護構造では、保持部材５７の両端部を定着ベルト２８側に突出させた構成としている。このように保持部材５７の両端部に突出部５７ｂを設けることにより、定着ベルト２８が加圧ローラ３０に巻き付く長さ（巻付長）を大きく（長く）することができる。これにより、定着ニップＳＮのニップ幅（用紙搬送方向の長さ）大きくすることが可能となる。このため、加圧ローラ３０の圧接力が、加熱部材５６の抵抗発熱体だけでなく基材にも分散して作用するので、結果的に加熱部材５６に作用する応力及びモーメントが低減される。したがって、加熱部材５６の疲労破壊を防ぎ、定着装置を長期間使用できる。また、保持部材５７の端部を定着ニップＳＮ下流側へ突出させることによって（定着ニップ下流側の突出部５７ｂによって）、記録材の分離性も向上できる。

図９は、保持部材に設けた保護構造の第４実施例を示す模式図である。なお、図９は記録材搬送方向と直交する方向（加圧ローラ３０の軸方向）から見た断面図である。
図９に示すように、第４実施例の保護構造では、保持部材５７を２分割構成とし、加熱部材５６を定着ベルト２８の摺動方向に挟んでいる。また、図９（ｂ）に示すように、加熱部材５６と保持部材５７の高低差Ａは、定着ベルト２８が加熱部材５６の端部と接しない高低差とする。このように高低差Ａを設計することで、加熱部材５６端部のバリによって定着ベルト２８を傷つけることがない。また、加熱部材５６を両側から挟み込む構成とすることで、加熱部材５６のガタを抑制でき加熱部材５６の損傷を防ぐことができる。

図１０は、保持部材に設けた保護構造の第５実施例を示す模式図である。なお、図１０は記録材搬送方向と直交する方向（加圧ローラ３０の軸方向）から見た断面図である。
図１０に示すように、第５実施例の保護構造では、保持部材５７において加熱部材５６を設置する設置部の幅Ｌ１は、加熱部材５６の幅Ｌ２の公差上限以上とする。また、保持部材５７の両端は段差を有し、加熱部材５６と接している内側の高さが外側よりも低く設計されている。さらに、加熱部材５６の高さＣ２は接している保持部材５７内側部分の高さＣ１より低い（高低差Ｂがある）構成となっている。

このように、保持部材５７の加熱部材設置部の幅を加熱部材５６の幅より広くし、加熱部材５６に接している保持部材５７両端高さを加熱部材５６より高く設計し、かつ保持部材５７の両端外側は定着ベルト２８側へ突き出す形状とする。このような保護構造により、加熱部材５６端部のバリが定着ベルト２８を傷つけることなく、また、定着ニップＳＮのニップ幅（用紙搬送方向の長さ）大きくすることが可能となる。このため、加圧ローラ３０の圧接力が、加熱部材５６の抵抗発熱体だけでなく基材にも分散して作用するので、結果的に加熱部材５６に作用する応力及びモーメントが低減される。したがって、加熱部材５６の疲労破壊を防ぎ、定着装置を長期間使用できる。また、保持部材５７の端部を定着ニップＳＮ下流側へ突出させることによって（定着ニップ下流側の突出部５７ｂによって）、記録材の分離性も向上できる。

上記説明したように、実施形態に係る定着装置は、周辺部材の損傷を防止する保護構造を保持部材に設けたことにより、加熱部材端部のバリによって定着ベルト等の周辺部材が損傷することを防止できる。また、ガラス基材を用いた加熱部材の端部処理が必要ではなく、コストを抑制することができる。

以上、本発明を図示例により説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。定着装置の構成は、本発明の範囲内で適宜な構成を採用可能である。定着ヒータ（加熱手段）が有する発熱領域の数は任意であり、加熱領域（発熱領域）が複数に分かれていない加熱部材であっても本発明は有効である。保持部材の構成は本発明の範囲内で適宜変更可能であり、材質等も適宜なものを採用可能である。

また、画像形成装置の構成も任意であり、モノクロ装置に限らず、カラー画像形成装置にも本発明は適用可能である。もちろん、画像形成装置としてはプリンタに限らず、複写機やファクシミリ、あるいは複数の機能を備える複合機であっても良い。

４ 給紙手段
８ 感光体ドラム
１０ 転写手段
１２ 定着装置
２８ 定着ベルト
３０ 加圧ローラ
５６ 加熱部材
５７ 保持部材
５８ 摺動シート
６０ 加熱手段
６１ ステー

特開平６−９５５４０号公報 特開２００７−１８９１２号公報

Claims (7)

1. 定着部材と、前記定着部材を加熱する加熱部材と、前記定着部材との間に所定のニップを形成する加圧部材とを具備する定着装置において、
   前記加熱部材は、ガラス基材と、該ガラス基材に形成された発熱体と、から構成され、
   前記加熱部材を前記定着部材内部に保持する保持部材に、前記ガラス基材から周辺部材を保護する保護構造が設けられていることを特徴とする定着装置。
2. 前記保護構造は、前記保持部材により前記ガラス基材の端部を覆う構成であることを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
3. 前記保持部材の両端部を前記定着部材側に突出させた突出部が設けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記保持部材が分割構成され、前記加熱部材を前記分割構成の前記保持部材により挟持する構成とし、
   前記加熱部材と前記定着部材とが接触しないように、前記保持部材の前記定着部材側端面と前記加熱部材の前記定着部材側端面との間に高低差を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着装置。
5. 前記保持部材における前記加熱部材設置部の幅が、前記加熱部材の幅の公差上限以上であり、
   前記保持部材は両端に段差部を有する形状とし、該段差部の前記加熱部材と接する内側部の高さが外側部分よりも低く設定され、さらに、前記加熱部材の高さが前記内側部の高さよりも低いことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の定着装置。
6. 前記保持部材外周にシート状低摩擦部材を巻き付け、前記加熱部材で前記シート状低摩擦部材を押さえることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の定着装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
   
   

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