JP2019040014A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着性能と用紙の分離性を向上させた定着装置を提供する。
【解決手段】定着装置は、定着ベルト２１と、前記定着ベルト２１との間に、加圧領域Ｎを形成する加圧ローラー２３と、前記加圧領域Ｎにおいて前記定着ベルト２１の内周面に接触し、回転する該定着ベルト２１に対して摺動する摺動面４１を有する押圧パッド２７と、を備える。前記摺動面４１は、搬送方向に沿って連続して形成された、前記加圧ローラー２３と反対側に凹んだ第１の円弧状面４３及び第２の円弧状面４５を有する。前記第１の円弧状面４３は、前記加圧ローラー２３の曲率半径よりも大きい曲率半径を有する。前記第２の円弧状面４５は、前記第１の円弧状面４３を下流側に延長した延長面よりも前記加圧ローラー３４の側に傾斜している。前記第１の円弧状面４３と前記第２の円弧状面４５との境界は、前記加圧領域Ｎの下流端Ｎｘに対応している。
【選択図】図４

Description

本発明は、用紙にトナー像を定着させる定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置に関する。

定着装置においては、定着ベルトや定着ローラー等の定着部材と、加圧ローラー等の加圧部材との間に加圧領域を形成し、トナー像が転写された用紙が加圧領域を通過することで、トナー像を溶融して用紙に定着させている。トナー像を用紙に確実に定着させるには、用紙の搬送方向に沿った加圧領域の長さは長い方が好ましい。加圧領域の長さを長くする方法として、大径の加圧ローラーを用いる方法や、加圧ローラーの表面の弾性層の厚さを厚くする方法、加圧ローラーの表面の弾性層のゴム硬度を低下させる方法、加圧部材の定着部材への押圧力を高める方法等が知られている。

しかしながら、大径の加圧ローラーを用いる場合は、定着装置が大型化するという問題がある。また、加圧ローラーの弾性層の厚さを厚くすると、定着装置のウォームアップ時間が長くなるという問題がある。さらに、加圧ローラーの弾性層のゴム硬度を低下させると、温度に依存して外径が変化しやすくなり、搬送性や耐久性が低下する。加圧部材の押圧力を高めた場合は、加圧ローラーの表面の撓み量が大きくなり、搬送性が低下したり定着フレームの補強が必要になったりするという問題がある。

このような問題点に対して、可撓性を有する無端状の定着ベルトを用いた摺動ベルト定着方式が考案された。この摺動ベルト定着方式では、定着ベルトを、ベルト支持部材によって内側から支持して加圧ローラーに圧接させ、加圧ローラーとの摩擦力によって回転させる。ベルト支持部材の形状を調整することで、低い押圧力で加圧領域の長さを長くすることが可能となる。

加圧領域でトナー像が定着された用紙は、分離部材によって定着部材から分離される。上記の摺動ベルト定着方式の場合、定着ベルトの表面から用紙を分離しにくいという問題がある。この問題は、例えば、コシの弱い用紙にトナーの付着量の多いカラー画像を形成する場合等において顕著となる。

そこで、加圧領域において定着ベルトの内周面に接触する押圧パッドの形状や材質が検討されている。例えば、特許文献１には、加熱体（定着ベルト）と記録材（用紙）とが接触する領域内における加熱体の曲率半径が、記録材の搬送方向の上流側の方が下流側よりも大きくなるように設定された定着装置が記載されている。また、特許文献２には、弾性を有する押圧部材（押圧パッド）を用いた定着装置が記載されている。さらに、特許文献３には、押圧パッドの、定着ベルトの内周面に接触する摺動面が、平坦部と、平坦部よりも用紙の搬送方向の下流側の円弧状部と、を有する定着装置が記載されている。

特開平４−３０９９８４号公報 特開２００２−１４８９３２号公報 特開２０１３−１５６３９９号公報

しかしながら上記特許文献１に記載された定着装置では、加圧領域内で曲率半径が変化するので、加圧領域内の圧力が不均一となる虞がある。また、特許文献２に記載された定着装置では、加圧ローラーの表面への押圧パッドの食い込みが変動しやすく、加圧領域が変動しやすく、用紙の分離性が不安定であるという問題がある。さらに、特許文献３に記載された定着装置では、用紙の分離性は得られるが、特許文献１と同様に、加圧領域内で曲率半径が変化するので、加圧領域の圧力が不均一となる虞がある。

本発明は上記事情を考慮し、定着性能と用紙の分離性を向上させた定着装置及びこの定着装置を備える画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の定着装置は、回転可能な無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトとの間に、用紙が挟持搬送される加圧領域を形成する加圧ローラーと、前記加圧領域において前記定着ベルトの内周面に接触し、回転する該定着ベルトに対して摺動する摺動面を有する押圧パッドと、を備え、前記摺動面は、用紙の搬送方向に沿って連続して形成された、前記加圧ローラーと反対側に凹んだ第１の円弧状面及び第２の円弧状面を有し、前記第１の円弧状面は、前記加圧ローラーの曲率半径よりも大きい曲率半径を有し、前記第２の円弧状面は、前記第１の円弧状面を前記搬送方向の下流側に延長した延長面よりも前記加圧ローラーの側に傾斜し、前記第１の円弧状面と前記第２の円弧状面との境界は、前記加圧領域の前記搬送方向の下流端に対応していることを特徴とする。

本発明の定着装置において、前記第２の円弧状面は、前記第１の円弧状面の曲率半径と同じ曲率半径を有し、かつ、曲率中心が前記第１の円弧状面の曲率中心とは異なっていることを特徴としても良い。

本発明の定着装置において、前記第２の円弧状面は、前記第１の円弧状面の前記曲率半径よりも大きい曲率半径を有していることを特徴としても良い。

本発明の定着装置において、前記第２の円弧状面は、前記第１の円弧状面の前記曲率半径よりも小さい曲率半径を有していることを特徴としても良い。

本発明の画像形成装置は、用紙にトナー像を形成する画像形成部と、前記トナー像を前記用紙に定着する上記に記載の定着装置と、を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、加圧領域内の圧力を安定にできる。さらに、加圧領域を通過した用紙は、第２の円弧状面に沿って加圧ローラーの側に搬送されるので、用紙が定着ベルトから分離しやすくなる。

本発明の一実施形態に係るプリンターの内部構成を模式的に示す正面図である。 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。 本発明の一実施形態に係る定着装置の押圧パッドを示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置の加圧領域を示す断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の画像形成装置及び定着装置について説明する。

まず、図１を用いて、画像形成装置としてのプリンターの全体の構成について説明する。図１はプリンター１の内部構成を模式的に示す正面図である。以下、図１における紙面手前側をプリンター１の正面側（前側）とし、左右の向きはプリンター１を正面から見た方向を基準として説明する。各図のＬ及びＲは、それぞれ左方向及び右方向を示す。

プリンター１の装置本体２には、用紙Ｓが収容される給紙カセット３と、給紙カセット３から用紙Ｓを送り出す給紙装置５と、用紙Ｓにトナー像を形成する画像形成部７と、トナー像を用紙Ｓに定着する定着装置９と、用紙Ｓを排紙する排紙装置１１と、排紙された用紙Ｓが受け止められる排紙トレイ１３と、が備えられている。さらに、装置本体２には、給紙装置５から、画像形成部７と定着装置９とを通って排紙装置１１に向かう用紙Ｓの搬送経路１５が形成されている。

給紙装置５によって給紙カセット３から給紙された用紙Ｓは、搬送経路１５に沿って画像形成部７に搬送され、用紙Ｓにトナー像が形成される。用紙Ｓは搬送経路１５に沿って定着装置９に送られ、トナー像が用紙Ｓに定着される。トナー像が定着された用紙Ｓは排紙装置１１から排紙トレイ１３に排出される。

次に、図２を参照して、定着装置９について説明する。図２は定着装置の断面図である。

図２に示されるように、定着装置９は、定着ベルト２１と、定着ベルト２１との間に加圧領域Ｎを形成する加圧ローラー２３と、定着ベルト２１を加熱するＩＨヒーター２５と、定着ベルト２１の中空部に設けられる押圧パッド２７と、を備えている。さらに、定着装置９は、これらが支持される定着ハウジング（図示省略）を備えている。

定着ベルト２１は、所定の内径を有し、用紙の幅よりも長い幅を有する無端状ベルトである。定着ベルト２１は、可撓性を有する材料で形成され、基材層と、基材層の外周面に設けられる弾性層と、弾性層の外周面に設けられる離型層と、を有している。基材層は、Ｎｉ等の磁性金属や、ＣｕやＡｇ、Ａｌ等の金属を付与したポリイミド樹脂で形成されている。弾性層は、シリコンゴム等で形成されている。離型層は、ＰＦＡチューブ等で形成されている。また、基材層の内周面に摺動層が形成される場合もある。摺動層は、ポリイミドアミドやＰＴＦＥ等で形成されている。

定着ベルト２１は、ベルトガイド３１によって定着ハウジングに回転可能に支持されている。ベルトガイド３１は、定着ベルト２１の中空部に設けられる支持部材３３に支持されている。支持部材３３は、四角筒状の部材であり、定着ベルト２１の中空部を貫通して、両端が定着ハウジングに固定されている。

ベルトガイド３１は、定着ベルト２１の内周面に沿った円弧状の断面形状を有し、バネ性を有する材料で形成されている。ベルトガイド３１は、支持部材３３の上部に固定されて、定着ベルト２１に張力を与えて、ＩＨヒーター２５と所定の間隔を隔てて対向させている。なお、ベルトガイド３１の換わりに、定着ベルト２１の両端に内設する円弧状のフランジ部を定着ハウジングに設けても良い。

加圧ローラー２３は、芯金と、芯金の外周面に設けられる弾性層と、弾性層の外周面に設けられる離型層と、を有している。弾性層は、シリコンゴム等で形成されている。離型層は、ＰＦＡチューブ等で形成されている。

加圧ローラー２３は、定着ベルト２１の下方から定着ベルト２１に接触するように配置されて、定着ハウジングに回転可能に支持されている。これにより、加圧ローラー２３と定着ベルト２１との間に加圧領域Ｎが形成される。また、加圧ローラー２３は、駆動源（図示省略）に接続して回転駆動される。駆動源によって加圧ローラー２３が図２の反時計回り方向に回転すると、定着ベルト２１は、加圧ローラー２３に従動して、加圧ローラー２３の回転方向とは反対の時計回り方向に回転する。この結果、搬送された用紙Ｓが加圧領域Ｎを通過する。

ＩＨヒーター２５は、コイル部２５ａと、コイル部２５ａを巻線状に保持するコイルボビン２５ｂと、アーチコア２５ｃと、を有している。ＩＨヒーター２５は、定着ベルト２１の外周面の上半分を覆うように配置されて、定着ハウジングに支持されている。コイル部２５ａに高周波の交流電圧を印加することにより磁界を発生させ、この磁界の作用によって定着ベルト２１の基材層に渦電流が発生して基材層が発熱し、定着ベルト２１が加熱される。

押圧パッド２７は、定着ベルト２１の幅方向に長い、扁平な略直方体状の部材であり、液晶ポリマー等の樹脂で形成されている。押圧パッド２７は、支持部材３３の下面に固定されている。押圧パッド２７の、加圧領域Ｎに対向する面４１は、摺動シート３５を介して定着ベルト２１の内周面に接触している。定着ベルト２１が前述のように回転すると、加圧領域Ｎに対向する面４１は、定着ベルト２１に対して摺動する。この加圧領域Ｎに対向して定着ベルトに対して摺動する面４１を摺動面４１とする。

さらに、定着装置９は、加圧領域Ｎよりも用紙の搬送方向Ｙの上流側に設けられる用紙進入ガイド３７と、加圧領域Ｎよりも用紙の搬送方向Ｙの下流側に設けられる分離部材３９と、を備えている。用紙進入ガイド３７は、加圧領域Ｎに向かって上方に傾斜するように搬送経路に沿って配置されている。分離部材３９は、定着ベルト２１の回転方向に対してカウンター方向から定着ベルト２１の表面に向かうように支持されている。

次に、押圧パッド２７について、図３及び図４を参照してさらに説明する。図３は押圧パッドの断面図、図４は加圧領域の断面図である。

図３に示されるように、押圧パッド２７の摺動面４１は、用紙の搬送方向Ｙの上流側の第１の円弧状面４３と、第１の円弧状面４３から下流側に連続して設けられる第２の円弧状面４５と、を有している。両円弧状面４３、４５は、加圧ローラー２３と反対側に凹状に湾曲している。第１の円弧状面４３の曲率半径は、加圧ローラー２３の曲率半径よりも大きい。一例として、第１の円弧状面４３の曲率半径は、加圧ローラー２３の曲率半径の２倍以上が好ましく、４倍以上が特に好ましい。ただし、第１の円弧状面４３の曲率半径を大きくすると、搬送方向Ｙに沿った加圧領域Ｎの長さが短くなるため、加圧領域Ｎの長さに応じて設定される。第２の円弧状面４５の曲率半径は、第１の円弧状面４３の曲率半径と等しい。ただし、第２の円弧状面４５の曲率中心は、第１の円弧状面４３の曲率中心と異なっている。さらに、第２の円弧状面４５は、第１の円弧状面４３を搬送方向Ｙ下流側に延長した延長面４３ａよりも加圧ローラー２３に近接する方向に傾斜している。第１の円弧状面４３と第２の円弧状面４５とは滑らかに連続している。

図４に示されるように、定着ベルト２１は、押圧パッド２７の摺動面４１によって加圧ローラー２３に押圧されて、定着ベルト２１と加圧ローラー２３との間に加圧領域Ｎを形成している。加圧領域Ｎは、摺動面４１の全面に対応する部分に形成されているわけではなく、搬送方向の上流側及び下流側の端部では、定着ベルト２１と加圧ローラー２３とは接触していない。第１の円弧状面４３と第２の円弧状面４５との境界Ｂは、加圧領域Ｎの下流端Ｎｘに対応するように設けられている。つまり、加圧領域Ｎは、主に第１の円弧状面４３で押圧された定着ベルト２１と加圧ローラー２３との間に形成されて、第２の円弧状面４５で押圧された定着ベルト２１は加圧領域Ｎには寄与せず、加圧ローラー２３とは接触していない。なお、境界Ｂは、加圧領域Ｎの下流端Ｎｘの近傍であって、下流端から上流側に１ｍｍ程度離れた位置と、下流側に１ｍｍ程度離れた位置との間であればよい。

上記構成を有する定着装置９の定着動作を説明する。まず、加圧ローラー２３が駆動されて回転し、定着ベルト２１は、加圧ローラー２３の回転方向とは反対の方向に従動回転する。同時に、ＩＨヒーター２５が駆動されて定着ベルト２１を加熱する。定着ベルト２１は、所定の制御温度（例えば、１６０℃）となるまで加熱される。このように定着ベルト２１が加熱された後、トナー像が転写された用紙Ｓが、用紙進入ガイド３７に案内されて加圧領域Ｎに搬送される。加圧領域Ｎにおいて、用紙Ｓは定着ベルト２１と加圧ローラー２３とに挟持されて搬送される。この際、定着ベルト２１によって用紙Ｓが加熱されると共に加圧ローラー２３と定着ベルト２１とによって加圧されて、トナー像が用紙Ｓに定着される。トナー像が定着された用紙Ｓは、先端が分離部材３９によって定着ベルト２１から分離されて、搬送経路１５に沿って搬送される。

上記説明したように、本発明の定着装置９の押圧パッド２７の摺動面４１は、搬送方向Ｙの上流側の第１の円弧状面４３と下流側の第２の円弧状面４５とを有している。さらに、第２の円弧状面４５は、第１の円弧状面４３を搬送方向Ｙの下流側に延長した延長面４３ａよりも加圧ローラー２３の川に傾斜している。加圧領域Ｎは、前述のように、加圧ローラー２３の曲率半径よりも大きい曲率半径を有する第１の円弧状面４３によって押圧される定着ベルト２１と加圧ローラー２３との間に形成されるので、搬送方向Ｙに沿った加圧領域Ｎの長さを長くでき、定着性能を安定化できる。

そして、加圧領域Ｎを通過した用紙Ｓは，第２の円弧状面４５に沿う方向（図４の矢印Ａで示す）に搬送される。すなわち、用紙Ｓは、定着ベルト２１から離れて加圧ローラー２３に接近する方向に搬送される。したがって、用紙Ｓを定着ベルト２１から分離しやすくなる。特に、第２の円弧状面４５は、摺動面４１の搬送方向Ｙの最下流部まで曲率をもっているので、用紙Ｓはより定着ベルト２１から離れる方向へ搬送されやすくなる。また、加圧領域Ｎの搬送方向Ｙの下流側端部（加圧領域Ｎの出口）よりも下流側では、定着ベルト２１は、押圧パッド２７によって凸状に湾曲するので、曲率分離性によっても用紙Ｓを定着ベルト２１から分離しやすくなる。

また、第１の円弧状面４３と第２の円弧状面４５との境界Ｂは、加圧領域Ｎの下流端Ｎｘに対応しているので、加圧領域Ｎ内で急激な曲率変化が生じないようになっている。したがって、加圧領域Ｎ内で圧力の抜けや加圧領域Ｎの長さの変動等が発生し難く、安定な定着性能を得ることができる。

なお、第１の円弧状面４３と第２の円弧状面４５との境界Ｂは厳密に加圧領域Ｎの下流端Ｎｘに対応していなくても良く、下流端の近傍であれば、ある程度上流側及び下流側にずれていても良い。一例として、下流端よりも１ｍｍ程度上流側及び下流側へずれていても良い。加圧領域Ｎ内であっても下流端の近傍であれば、トナーは加圧領域Ｎ内で溶融して用紙Ｓに定着した後であるため、圧力変動が生じてもトナー像はずれにくい。

第２の円弧状面４５の曲率半径は、第１の円弧状面４３の曲率半径よりも大きい、あるいは、小さくてもよい。一例として、第１の円弧状面４３の曲率半径は、第２の円弧状面４５の曲率半径の１．５〜２倍程度が好ましい。いずれの場合も、第２の円弧状面４５が、摺動面４１の最下流部まで曲率をもつので、用紙Ｓを定着ベルト２１から離れる方向へ搬送させやすくなる。用紙Ｓの分離性を考慮すると、第２の円弧状面４５の曲率半径は小さい方が好ましいが、小さすぎると、用紙Ｓが加圧ローラー２３の側へ過度に湾曲してしまう虞がある。このため、第２の円弧状面４５の曲率半径は適宜な範囲内に設定される。

さらに、上記した本発明の実施形態の説明は、本発明に係る定着装置及び画像形成装置における好適な実施の形態を説明しているため、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。すなわち、上記した本発明の実施の形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能であり、上記した本発明の実施の形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

１ プリンター（画像形成装置）
７ 画像形成部
９ 定着装置
２１ 定着ベルト
２３ 加圧ローラー
２７ 押圧パッド
４１ 摺動面
４３ 第１の円弧状面
４５ 第２の円弧状面

Claims (5)

1. 回転可能な無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトとの間に、用紙が挟持搬送される加圧領域を形成する加圧ローラーと、
   前記加圧領域において前記定着ベルトの内周面に接触し、回転する該定着ベルトに対して摺動する摺動面を有する押圧パッドと、を備え、
   前記摺動面は、
   用紙の搬送方向に沿って連続して形成された、前記加圧ローラーと反対側に凹んだ第１の円弧状面及び第２の円弧状面を有し、
   前記第１の円弧状面は、前記加圧ローラーの曲率半径よりも大きい曲率半径を有し、
   前記第２の円弧状面は、前記第１の円弧状面を前記搬送方向の下流側に延長した延長面よりも前記加圧ローラーの側に傾斜し、
   前記第１の円弧状面と前記第２の円弧状面との境界は、前記加圧領域の前記搬送方向の下流端に対応していることを特徴とする定着装置。
2. 前記第２の円弧状面は、前記第１の円弧状面の曲率半径と同じ曲率半径を有し、かつ、曲率中心が前記第１の円弧状面の曲率中心とは異なっていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記第２の円弧状面は、前記第１の円弧状面の前記曲率半径よりも大きい曲率半径を有していることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
4. 前記第２の円弧状面は、前記第１の円弧状面の前記曲率半径よりも小さい曲率半径を有していることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
5. 用紙にトナー像を形成する画像形成部と、
   前記トナー像を前記用紙に定着する請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置と、を備えていることを特徴とする画像形成装置。

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