JP2019184661A - 定着装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】省エネルギー性とクイックスタート性を維持しつつ、画像品位の高い定着装置を提供する。【解決手段】無端状で回転可能なベルト部材と、ベルト部材の長手方向の一端側及び他端側を支持する第1及び第2の支持部材と、ベルト部材に対向し、ベルト部材との間でニップ部を形成する対向部材と、ベルト部材を挟んで対向部材と反対側に設けられ、ベルト部材を圧接する圧接部材と、ベルト部材の外周面に当接して摺擦可能な摺擦部材と、を有し、第1の支持部材は、ベルト部材の周方向の位置に関して、摺擦部材が当接するベルト部材の外周面に対応する位置に凹部を備え、凹部は摺擦部材がベルト部材の外周面に当接するときベルト部材の内周面と接触しない凹部であって、第1の支持部材は、摺擦部材がベルト部材の外周面に当接するとき、ベルト部材の周方向で凹部と異なる領域でベルト部材の内周面を支持する。【選択図】図3
Description
本発明は、例えば電子写真方式を採用した複写機やプリンタ、あるいはファクシミリ等、記録材上に画像形成可能な画像形成装置に用いられる定着装置に関する。
省エネルギー性とクイックスタート性を維持する定着装置として、定着回転体に薄肉の定着ベルトを利用し、記録材を挟持搬送する定着ニップ部以外にはベルト内周面に接触する部材を設けないフリーベルト方式の定着装置が知られている(特許文献1)。
一方で、記録材の通紙枚数が嵩んでいくと、記録材の紙コバ(記録材の断裁時に生じる端部の切り口)により、定着回転体の表層には周方向の傷が発達し、やがてその傷がトナー画像にもスジとして転写され、画像品位が低下してしまう可能性がある。これを解決するため、近年、定着ローラの表層に粗し部材(摺擦部材)を当接させる構成が提案されている(特許文献2)。
省エネルギー性やクイックスタート性を維持しつつ、画像品位を向上させるためには、上述したフリーベルト方式の定着装置にも、定着ベルト表面に接触する粗し部材を設け、定期的に定着ベルトの表面性を均一にすることが望ましい。この場合、定着ベルトに対し粗し部材を長手方向で極力均一な圧になるように接触させる必要がある。
しかしながら、特許文献1では、フランジ部材が定着ベルトの長手方向の端部でのみベルト内周面を保持(バックアップ)しているため、粗し部材の当接圧が定着ベルトの長手方向の端部においてのみ集中してしまう可能性がある。これにより、ベルトの長手方向で紙コバが通過する領域において粗し部材の十分な当接圧が得られなくなる可能性があり、紙コバによる傷を隠せる凹凸をベルト表面に形成することが出来なくなる。
一方、フランジ部材のベルト内周保持面をベルトの長手方向に拡大させると、ベルト走行に対する摺動抵抗も増加することになる為、紙コバが通過する領域までベルト内周保持面を拡大することも難しい。
本発明の目的は、省エネルギー性とクイックスタート性を維持しつつ、画像品位の高い定着装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、無端状で回転可能なベルト部材と、前記ベルト部材の長手方向の一端側で前記ベルト部材の前記一端側の端部を支持する第1の支持部材と、前記長手方向の他端側で前記ベルト部材の前記他端側の端部を支持する第2の支持部材と、前記ベルト部材に対向し、前記ベルト部材との間でトナー画像を担持した記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成する対向部材と、前記ベルト部材を挟んで前記対向部材と反対側に設けられ、前記ベルト部材を圧接する圧接部材と、前記ベルト部材の外周面に当接して摺擦可能な摺擦部材と、を有し、前記第1の支持部材は、前記ベルト部材の周方向の位置に関して、前記摺擦部材が当接する前記ベルト部材の外周面に対応する位置に凹部を備え、前記凹部は前記摺擦部材が前記ベルト部材の外周面に当接するとき前記ベルト部材の内周面と接触しない凹部であって、前記第1の支持部材は、前記摺擦部材が前記ベルト部材の外周面に当接するとき、前記ベルト部材の周方向で前記凹部と異なる領域で前記ベルト部材の内周面を支持することを特徴とする。
また、本発明に係る別の定着装置は、無端状で回転可能なベルト部材と、前記ベルト部材の長手方向の一端側で前記ベルト部材の前記一端側の端部を支持する第1の支持部材と、前記長手方向の他端側で前記ベルト部材の前記他端側の端部を支持する第2の支持部材と、前記ベルト部材に対向し、前記ベルト部材との間でトナー画像を担持した記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成する対向部材と、前記ベルト部材を挟んで前記対向部材と反対側に設けられ、前記ベルト部材を圧接する圧接部材と、前記ベルト部材の外周面に当接して摺擦可能な摺擦部材と、を有し、前記第1の支持部材は、前記ベルト部材の周方向の位置に関して、前記摺擦部材が当接する前記ベルト部材の外周面に対応する位置に開口部を備え、前記開口部は前記摺擦部材が前記ベルト部材の外周面に当接するとき前記ベルト部材の内周面と接触しない開口部であって、前記第1の支持部材は、前記摺擦部材が前記ベルト部材の外周面に当接するとき、前記ベルト部材の周方向で前記開口部と異なる領域で前記ベルト部材の内周面を支持することを特徴とする。
本発明によれば、省エネルギー性とクイックスタート性を維持しつつ、画像品位の高い定着装置を提供することができる。
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
《第1の実施形態》
(画像形成装置)
図1において、本発明の実施形態に係る定着装置を搭載した画像形成装置10は、電子写真方式を採用するフルカラープリンタである。このような画像形成装置10は、トナー画像(トナー像)を形成する画像形成部(画像形成器)11と、画像形成部11により形成されたトナー画像を転写する記録材を搬送する記録材搬送部12とを備える。なお、記録材としては、例えば、転写シート・エレクトロファックスシート・静電記録紙・OHPシート・印刷用紙・フォーマット紙などのシート材などが挙げられる。
(画像形成装置)
図1において、本発明の実施形態に係る定着装置を搭載した画像形成装置10は、電子写真方式を採用するフルカラープリンタである。このような画像形成装置10は、トナー画像(トナー像)を形成する画像形成部(画像形成器)11と、画像形成部11により形成されたトナー画像を転写する記録材を搬送する記録材搬送部12とを備える。なお、記録材としては、例えば、転写シート・エレクトロファックスシート・静電記録紙・OHPシート・印刷用紙・フォーマット紙などのシート材などが挙げられる。
画像形成部11は、複数の画像形成ステーション1a、1b、1c、1dを中間転写ベルト13の走行方向に並べた、所謂タンデム型の構成を有する。各画像形成ステーション1a、1b、1c、1dでは、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー画像がそれぞれ形成される。本実施形態の場合、各画像形成ステーション1a、1b、1c、1dは、プロセスカートリッジ(感光ドラム、現像ローラを含むプロセス手段を一体化)により構成される。
各画像形成ステーションでは、次のようにトナー画像を形成する。まず、感光ドラム14の表面を帯電ローラなどの帯電装置により帯電し、帯電した感光ドラム14の表面を露光装置15により、画像情報に応じてレーザなどにより露光することで静電潜像を形成する。次いで、現像装置によりこの静電潜像をトナーにより現像することで、感光ドラム14の表面にトナー画像を形成する。
各画像形成ステーションの感光ドラム14の表面に形成されたトナー画像は、順次、一次転写部T1にて中間転写ベルト13に重ねて転写されることで、中間転写ベルト13上にフルカラーのトナー画像が形成される。一次転写部T1には、感光ドラム14と中間転写ベルト13を挟んで対向配置される一次転写部としての一次転写ローラ16が配置されている。そして、一次転写ローラ16と感光ドラム14との間に一次転写バイアスを印加することで、感光ドラム14上のトナー画像が中間転写ベルト13に転写される。
中間転写ベルト13上のトナー画像は、記録材搬送部12により搬送される記録材Pに二次転写部T2にて転写される。二次転写部T2には、中間転写ベルト13を挟んで互いに対向配置される二次転写内ローラ17a、二次転写外ローラ17bが配置されている。そして、二次転写内ローラ17aと二次転写外ローラ17bとの間に二次転写バイアスを印加することで、中間転写ベルト13上のトナー画像が記録材Pに転写される。
本実施形態では、これら中間転写ベルト13、二次転写内ローラ17a及び二次転写外ローラ17bにより、転写装置40を構成している。転写装置40にてトナー画像が転写された記録材Pは、定着装置(定着器)100で加熱、加圧されることでトナー画像が定着処理される。即ち、定着装置100は、記録材上のトナー像を定着する。定着装置100の詳細については、後述する。トナー画像が定着された記録材Pは、排出ローラ18により排出トレイ19に排出される。
記録材搬送部12は、複数の搬送ローラから構成され、カセット20に収容された記録材Pをピックアップローラ21によりピックアップして、分離ローラ22で1枚ずつに分離して、搬送経路23に搬送する。搬送経路23に搬送された記録材Pは、レジストローラ対24により画像形成部11に形成されたトナー画像とタイミングを合わせて二次転写部T2に搬送される。
また、定着装置100から排出された記録材Pは、上述のように排出トレイ19に排出される他、両面印刷を行うべく反転して反転搬送経路30に搬送される。反転搬送経路30を搬送された記録材Pは、搬送経路23に合流して、上述と同様に二次転写部T2に搬送される。
また、本実施形態の場合、上述のような各種装置を配置した画像形成装置本体(以下、装置本体)25に開閉扉26を開閉自在に設けている。開閉扉26は、搬送経路23や定着装置100が配置される側に、回動軸27を中心に回動自在に設けられている。そして、開閉扉26を開放することで、定着装置100及び搬送経路23が露出して、定着装置100の着脱や、搬送経路23でジャムした記録材の除去が可能となる。このために、定着装置100は、装置本体25に着脱自在に設けられている。
また、搬送経路22に配置されたレジストローラ対23などの搬送ローラ対の片側のローラ、及び、二次転写部T2を構成する二次転写外ローラ17bは、開閉扉26側に設けられている。そして、開閉扉26を開放した際には、対向するローラや中間転写ベルト13と離間するようになっている。
(定着装置)
次に、本実施形態の画像加熱装置としての定着装置100の詳細について、図2を用いて説明する。図2は、定着動作を行う部分のみを抜粋した概略断面図である。以下の説明において、無端状で回転可能なベルト部材(フィルム)である定着ベルト101の長手方向とは、記録材の搬送方向および記録材の厚さ方向に直交する方向である。また、定着ベルト101に対向する対向部材としての加圧ローラ102等の定着部材の長手方向とは、上述した定着ベルト101の長手方向に平行な方向である。
次に、本実施形態の画像加熱装置としての定着装置100の詳細について、図2を用いて説明する。図2は、定着動作を行う部分のみを抜粋した概略断面図である。以下の説明において、無端状で回転可能なベルト部材(フィルム)である定着ベルト101の長手方向とは、記録材の搬送方向および記録材の厚さ方向に直交する方向である。また、定着ベルト101に対向する対向部材としての加圧ローラ102等の定着部材の長手方向とは、上述した定着ベルト101の長手方向に平行な方向である。
図2において、定着装置100は、一対の回転体として、定着ベルト101と、加圧ローラ102を有する。そして、これら定着ベルト101と加圧ローラ102との間で記録材を挟持搬送するニップ部Nを形成して、加熱源としてのヒータ104によりニップ部Nを通過する記録材に形成(担持)されたトナー画像を加熱、加圧することにより定着処理を行う。
定着ベルト101は、円筒状の薄肉金属の基層上に弾性層が形成された耐熱性を持つ部材である。そして、定着ベルト101は、定着ベルト101の長手方向の両端側(一端側及び他端側)で、ベルトを支持する第1及び第2の支持部材として配置されたそれぞれの軌道規制部材105にルーズに外嵌させてある。軌道規制部材105に備わるガイド面105aと凹部105bについては、後に詳述する。
このような定着ベルト101は、肉厚を総厚300μm以下としたSUS等の金属基層に重ねて、熱伝導率の高いゴム材料の弾性層を形成し、表面にフッ素樹脂の離型層を形成して内径φ25mm程度の無端状に形成されている。これは、熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるためである。
本実施形態では、定着ベルト101の基層は厚み30μm程度のSUSを用い、弾性層は厚み250μm程度で熱伝導率が約1.0W/m・Kのシリコーンゴム、離型層は厚さ30μm程度のPFAチューブを用いた。PFA層は離型性の高いシート又はコート層であることが好ましく、例えばフッ素樹脂層を用いることができる。また、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミドアミド等に代表される耐熱性の高いシート状部材を基層とし、その上に導電層、さらにその上に表面離型層を積層したものでもよい。
加圧ローラ102は、例えば鉄などの金属からなる芯金と、芯金周りに同心一体に成形被覆させた、シリコーンゴム・フッ素ゴム・フッ素樹脂などの耐熱性・弾性材層とで構成されており、表層に離型層を設けてある。例えば、離型層はフッ素樹脂、シリコーン樹脂、フルオロシリコーンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、PFA、PTFE、FEP等の離型性かつ耐熱性のよい材料を選択することができる。本実施形態では、加圧ローラ102の芯金径はφ15mm、弾性層の肉厚は5mmでアスカー硬度64°のシリコーンゴム、離型層のPFAチューブ厚みは50μmとし、外径約φ25mmの加圧ローラとした。
加圧ローラ102の芯金の長手方向の両端部にPEEK、PPS、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂よりなる加圧ローラギア108(図5)を装着し、加圧ローラギア108により加圧ローラ102は回動可能に支持されている。また、加圧ローラ102は、装置本体25に設けられた駆動源としてのモータ(不図示)により駆動される。定着ベルト101は、加圧ローラ102を回転駆動させることで従動して回転し、ニップ部Nで挟持した記録材を搬送する。
上述のように、定着ベルト101の長手方向の両端部を外嵌する軌道規制部材105は、耐熱性の樹脂であるPET、PPS、LCP等からなる部材で形成される。このような軌道規制部材105は、定着装置100の側板に移動可能に支持されており、定着ベルト101を回動可能に支持すると共に定着装置100のケース内に配設する。そして、軌道規制部材105は、定着ベルト101の回転を案内すると共に、定着ベルト101の長手方向(ニップ部Nでの記録材搬送方向と交差する方向)への寄りに対する突き当て部としての機能も備える。
定着ベルト101の内部には、長手方向に渡ってステー106が配置されており、ステー106の両端部は、軌道規制部材105に支持されている。このようなステー106は、主に鉄やSUS等の金属からなる部材である。
また、図2に示すように、ステー106の加圧ローラ102側には、定着ベルト101を圧接する圧接部材107を配置している。そして、ステー106を比較的柔軟な樹脂製の圧接部材107に押し当てることで、圧接部材107に長手方向の強度を持たせ、かつ圧接部材107を矯正させるようにしている。
圧接部材107は、長手方向に直交する横断面が略半円弧状の耐熱性・断熱性の部材である。例えば、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、PEEK樹脂、PES樹脂、PPS樹脂、PFA樹脂、PTFE樹脂、LCP樹脂等の絶縁性及び耐熱性の良い材料により形成されている。そして、圧接部材107は、定着ベルト101のバックアップや、定着ベルト101を介して加圧ローラ102に向けて圧接することで形成されるニップ部Nの加圧、定着ベルト101の回転時の搬送安定性を図る役目をする。
加熱源としてのセラミックヒータ(以下、ヒータ)104は、圧接部材107のニップ部N側の面に長手方向に沿って形成された溝内に嵌め込まれ支持されている。このヒータ104は、細長薄板状のセラミック基板と、この基板面に具備させた発熱抵抗体層を基本構成とするもので、発熱抵抗体層に対する通電により全体に急峻な立ち上がり特性で昇温する低熱容量のヒータである。
セラミック基板を挟んで発熱抵抗体層と反対側の基板上には、チップ状のサーミスタ(不図示)が設けられている。サーミスタは、発熱抵抗体が存在する領域の反対側に、予め厚膜印刷で形成された電極パターン上に接着固定され、セラミック基板の温度をモニターする。更に、発熱抵抗体層の長手方向の端部近傍の位置にもサーミスタが設けられている。サーミスタは、接着剤の耐熱温度を超えるような温度も検知するために、不図示のバネ等の加圧手段により基板に所定の圧力で固定されている。
ヒータ104と定着ベルト101の間の潤滑剤(不図示)は、本実施形態においてはオイルが塗布されている。オイルとしては、高温環境下において使用可能なシリコーンオイル等が好ましい。
図2で、定着ベルト101は、ステー106と軌道規制部材105を介して、加圧レバー112に支持されており、回転中心軸111を回動中心にして揺動可能な状態で加圧バネ113により加圧ローラ102に加圧される。尚、本実施形態では加圧力を一端側が125N、総加圧力が250Nとした。
(定着ベルトの粗し機構)
次に、定着ベルト101の表面性回復を行うフィルム粗し機構について、図3、図4を用いて説明する。定着ベルトの外周面に当接して摺擦可能な摺擦部材として、粗し機構を構成する摺擦回転体としての粗し部材120は、定着ベルト101に近接した位置に、定着ベルト101に当接又は離間可能に設けられている。図3が当接状態、図4が離間状態を示している。また、図5に粗し部材120の当接離間構成及び駆動機構部を示した斜視図を示している。なお、図3乃至図5における水平方向は、装置本体を示す図1における上下方向(鉛直方向)である。
次に、定着ベルト101の表面性回復を行うフィルム粗し機構について、図3、図4を用いて説明する。定着ベルトの外周面に当接して摺擦可能な摺擦部材として、粗し機構を構成する摺擦回転体としての粗し部材120は、定着ベルト101に近接した位置に、定着ベルト101に当接又は離間可能に設けられている。図3が当接状態、図4が離間状態を示している。また、図5に粗し部材120の当接離間構成及び駆動機構部を示した斜視図を示している。なお、図3乃至図5における水平方向は、装置本体を示す図1における上下方向(鉛直方向)である。
この粗し部材120は、その表面に凹凸を有し、表面を定着ベルト101の表面に摺擦させることで、表面粗さを変更する。より具体的には、粗し部材120は、外径12mmのSUSの芯金上に、接着層を介して摺擦材としての砥粒を密に接着して形成した摺擦層を設けたローラである。本実施形態では摺擦材として、平均粒径が約12μmであるホワイトアランダム(WA)を用いた。
他にも摺擦材として、平均粒径が5μm以上20μm以下で、次に記述する何れかの砥粒を接着層で接着処理したもの等が挙げられる。すなわち、酸化アルミニウム、水酸化酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化セリウム、酸化チタン、ジルコニア、リチウムシリケート、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化鉄、酸化クロム、酸化アンチモン、ダイヤモンド、及びこれらの混合物の何れかの砥粒である。
ここで、砥粒の粒径は、走査型電子顕微鏡S−4500(日立製作所(株)製)を用いてランダムに100個以上抽出した砥粒を、画像処理解析装置Luzex3(ニレコ(株)製)を用いて個数平均粒径を算出することにより得ることができる。
次に、粗し部材120を定着ベルト101に当接または離間、および回転させる機構について説明する。本実施形態では、粗し部材120が回転可能な構成を用いて説明を行うが、それに限定するものではなく、粗し部材120を回転させずに固定させてもよい。また、粗し部材120は回転体でなくともよく、平面状の基層上に砥粒を接着させて摺擦層を形成した、パッド形状の粗し部材120を定着ベルト101に当接させてもよい。
図5に示すように、定着装置100のフレーム115に支持された粗し部材カム軸(図5では不図示)の長手方向の両端には、偏心カムとしての粗し部材カム123と粗し部材カムギア124が固定されており、不図示の粗し部材カム用モータを動作させる。これにより、接続した駆動列によって、粗し部材カムギア124を介して粗し部材カム軸を回転させ、粗し部材カム123の位相を変更する。センサ125を用いて、粗し部材カム123を所望の位置に停止させて制御し、粗し部材120(粗し部材ギア132と同軸)の定着ベルト101に対する当接・離間の切替を行う。
次に、粗し部材120を加圧する動作の詳細について、図6を用いて説明を行う。粗し部材120は、フレーム115(図6では不図示)に設置された固定軸128に回転可能に支持された支持アーム129に対し、粗し部材120と同軸の粗し部材軸受126を介して回転可能に支持されている。また、固定軸128には加圧アーム127も回転可能に支持されており、支持アーム129と加圧アーム127の間には加圧バネ130が設けられている。
前述のように、粗し部材120を加圧状態にするために粗し部材カム123を回転させると、加圧アーム127が粗し部材カム123に押し下げられ、図6の矢印Aの方向に回転する。加圧アーム127が押し下げられると、加圧バネ130によって支持アーム129が押し下げられ、同じく図中矢印Aの方向に回転し始める。支持アーム129は、やがてフレーム115(図6では不図示)に設置されたストッパ121に突き当たり、支持アーム129に支持されている粗し部材120も、定着ベルト101に対し所定の侵入量で押し当てられた状態で停止する。
このようにして、粗し部材120は定着ベルト101に対して加圧された状態(当接状態)となる。
続いて、図6で、粗し部材120を定着ベルト101に対して離間する際の動作について説明する。なお、図6における水平方向は、装置本体を示す図1における上下方向(鉛直方向)である。加圧アーム127には、他端がフレーム115(図6では不図示)に保持された離間バネ131が設けられている。離間バネ131は、図6の矢印Aとは逆回転方向へ向かって加圧アーム127を与圧しているねじりコイルバネである。加圧アーム127を上記のように与圧することで、加圧アーム127は粗し部材カム123側へと付勢される。
粗し部材120を離間するために、粗し部材カム123を回転させると、離間バネ131からの付勢力により、加圧アーム127が矢印Aとは逆回転方向に回転を始める。次に、図6の矢印B部において加圧アーム127が支持アーム129を押すため、支持アーム129も加圧アーム127に連動して同一方向へ回転し、これにより粗し部材120が定着ベルト101から退避し、離間状態となる。
上述のようにして、粗し部材120は、粗し部材カム123の回転に従って昇降する(図6における水平方向は、図1における上下方向(鉛直方向))ことが可能となる。これにより、粗し部材120を図3に示す加圧位置(当接位置)と、図4に示す離間位置との間で移動させることができるようになっている。
次に、粗し部材120の回転機構について、図5を用いて説明する。粗し部材120の同軸上には粗し部材ギア132が接続されており、加圧ローラ102には加圧ローラギア108が接続されている。粗し部材120が定着ベルト101に当接すると、粗し部材ギア132も粗し部材120と共に移動して、加圧ローラギア108と連結したギア133と連結する。
これにより、不図示の定着装置用モータからの駆動が加圧ローラギア108を介して粗し部材ギア132まで伝わり、加圧ローラ102に従動する定着ベルト101に対して相対速度を持って粗し部材120を回転させることができる。
一方、粗し部材カム124を回転させて粗し部材120を定着ベルト101から離間させると、粗し部材ギア132と加圧ローラギア108との連結が解除される。これにより、定着装置用モータからの駆動が伝達されなくなり、粗し部材120の回転が停止する。
次に、本実施形態の軌道規制部材105の詳細について、図3、図4、図7、図8を用いて説明する。軌道規制部材105は、定着ベルト101の内周面に対向し、定着ベルト101の回転を案内するガイド面105aを有している。ガイド面105aは、定着ベルト101の内周面に略対向する半円弧状に形成されている。但し、粗し部材120が定着ベルト101外周面に対し接触する箇所の、定着ベルト101を介した内周面側には、ガイド面105aの代わりに凹部105bが形成されている。
具体的には、本実施形態では、図3、図4に示すように、定着ベルト101の長手方向から見て、凹部105bはガイド面105aの半円弧形状の弦(直線部)となる平面として形成されている。本実施形態では、この弦の円周部(105aが存在していると仮定)からの最大凹み量は約3mmとしており、粗し部材120の定着ベルト101に対する侵入量は約1.5mmとしている。
この凹部105bを設けたことによる効果として、粗し部材120が定着ベルト101の外周面に加圧されて定着ベルト101が内側に撓んでも、定着ベルト101の内周面側が軌道規制部材105に接触しないようにすることができる。これにより、本実施形態によって得られる、粗し部材120の定着ベルト101に対する当接圧の長手方向分布の概略を図7(a)に示す。一方、比較例として、従来のように凹部105bを形成せずにガイド面105aを連続的に形成した場合に得られる、粗し部材120の定着ベルト101に対する当接圧の長手方向分布の概略を図7(b)に示す。
ここで、P1は粗し部材120によって定着ベルト101の外周面に十分な深さの凹凸を形成する為に必要な当接圧の目安を表している。また、W1は定着装置によって搬送される記録材の長手方向の最大寸法であり、W2は粗し部材120と定着ベルト101との接触箇所におけるガイド面105aの長手方向の寸法である。
図7(b)に示すように、凹部105bを形成せず、替りにガイド面105aを連続的(地続き)に形成した場合は、定着ベルト101の長手方向の両端部のみが粗し部材120とガイド面105aによって挟持される。このため、両端の幅W2の領域に当接圧が集中し、それ以外(中央部の幅W1の領域)の当接圧が低下してしまう。すなわち、記録材の通過する中央の幅W1内部の領域において十分な深さの凹凸が得られなくなり、紙コバによる傷が定着ベルト101上のスジとして発達してしまう(当接圧はP1より低い)。
それに対し、図7(a)に示すように、本実施形態では、定着ベルト101を内周面側から接触支持する面が無いので、定着ベルト101に対する粗し部材120の当接圧を長手方向全域で良好に得ることが出来る(当接圧は長手方向全域でP1より高い)。
《第2の実施形態》
第1の実施形態では、定着ベルト101の長手方向から見て、凹部105bの切り口は直線部であったが、曲線部を備える切り口としても良い。すなわち、本発明の第2の実施形態として、図8に示すように、定着ベルトの長手方向から見て、凹部105bを定着ベルト101の中心軸に向かって凸となるような半円弧形状(曲線部)として形成することも出来る。第1の実施形態と同様に、粗し部材120が定着ベルト101の外周面に接触した際に、定着ベルト101が内側に若干撓んでも、定着ベルト101の内周面側が軌道規制部材105に触れることが無いようにこの凹部105bを形成する。
第1の実施形態では、定着ベルト101の長手方向から見て、凹部105bの切り口は直線部であったが、曲線部を備える切り口としても良い。すなわち、本発明の第2の実施形態として、図8に示すように、定着ベルトの長手方向から見て、凹部105bを定着ベルト101の中心軸に向かって凸となるような半円弧形状(曲線部)として形成することも出来る。第1の実施形態と同様に、粗し部材120が定着ベルト101の外周面に接触した際に、定着ベルト101が内側に若干撓んでも、定着ベルト101の内周面側が軌道規制部材105に触れることが無いようにこの凹部105bを形成する。
これによって、定着ベルト101の長手方向の両端部のみが粗し部材120と軌道形成部材105によって挟持されることが無くなり、粗し部材120の当接圧が長手方向全域について均一に近づき、粗し性能も略均一化することが出来る。
《第3の実施形態》
上述した実施形態では、定着ベルトの長手方向の両端部で定着ベルトを支持する軌道規制部材105は、粗し部材120が当接する定着ベルトの外周面に対向した内周面と接触しない凹部105bを備える。そして、この軌道規制部材105は、定着ベルトの周方向で凹部105bと異なる領域(105a)で定着ベルトの内周面を支持するものであった。しかし、図9に示す本実施形態のように、定着ベルト101の長手方向の両端部を除く長手方向の領域にバックアップ部材121を追加しても良い。
上述した実施形態では、定着ベルトの長手方向の両端部で定着ベルトを支持する軌道規制部材105は、粗し部材120が当接する定着ベルトの外周面に対向した内周面と接触しない凹部105bを備える。そして、この軌道規制部材105は、定着ベルトの周方向で凹部105bと異なる領域(105a)で定着ベルトの内周面を支持するものであった。しかし、図9に示す本実施形態のように、定着ベルト101の長手方向の両端部を除く長手方向の領域にバックアップ部材121を追加しても良い。
より具体的には、定着ベルト101の長手方向の両端部が軌道規制部材105のガイド面105aによってそれぞれ支持される領域を除く長手方向の領域にバックアップ部材121を追加しても良い。
そして、バックアップ部材121が定着ベルト101の内周面と当接する当接面は、定着ベルト101の長手方向において、ベルトを支持する第1及び第2の支持部材として配置されたそれぞれの軌道規制部材105の間に位置する。
このバックアップ部材121としては、液晶ポリマーなどの耐熱樹脂、もしくは、スポンジやシリコーンゴムなど柔軟なゴム材料からなることが好ましい。
更に、バックアップ部材121は、定着ベルト101の径方向において固定配置されるものに限られない。すなわち、定着ベルト101の長手方向から見て、例えばバックアップ部材121を粗し部材120の接離機構と連動して、定着ベルト101の内面から離間した第1の位置と、定着ベルト101の内面に当接する第2の位置と、の間で変位可能に構成しても良い。すなわち、第1の位置と第2の位置を定着ベルト101の径方向において異なる位置としても良い。
(各実施形態の効果)
以上、上述した第1乃至第3の実施形態によれば、フリーベルト方式の定着装置であっても、定着ベルトの長手全域に対して粗し部材が均一に当接できるため、定着ベルト101の表面性状の均一性を回復することが可能となる。したがって、省エネルギー性とクイックスタート性を維持しつつ、画像品位の高い定着装置あるいは画像形成装置を提供することができる。
以上、上述した第1乃至第3の実施形態によれば、フリーベルト方式の定着装置であっても、定着ベルトの長手全域に対して粗し部材が均一に当接できるため、定着ベルト101の表面性状の均一性を回復することが可能となる。したがって、省エネルギー性とクイックスタート性を維持しつつ、画像品位の高い定着装置あるいは画像形成装置を提供することができる。
(変形例)
上述した実施形態では、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の範囲内で種々の変形が可能である。
上述した実施形態では、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の範囲内で種々の変形が可能である。
(変形例1)
上述した実施形態では、定着ベルトの長手方向から見て軌道規制部材105における凹部105bの形状は、粗し部材120の当接のために近づく方向に関し略対称的な形状として具体的形状を示した。略対称的な形状としては、それ以外の形状として例えばV字形状であっても良い。また、凹部105bの形状は、略対称的な形状でなく非対称な形状であっても良い。
上述した実施形態では、定着ベルトの長手方向から見て軌道規制部材105における凹部105bの形状は、粗し部材120の当接のために近づく方向に関し略対称的な形状として具体的形状を示した。略対称的な形状としては、それ以外の形状として例えばV字形状であっても良い。また、凹部105bの形状は、略対称的な形状でなく非対称な形状であっても良い。
そして、上述した実施形態において、軌道規制部材105は、定着ベルトの周方向の形状を規制する第1の面と、定着ベルトの長手方向の移動(寄り)を規制する第2の面を備え、定着ベルトの周方向で凹部105bが第2の面と隣接して設けられる。
ここで、軌道規制部材105において凹部105bを形成するとして、定着ベルトの長手方向から見て定着ベルトの寄り移動を規制する規制面(第2の面)にも凹部105bと同様の凹部を形成することもできる。しかしながら、寄り移動を規制する規制面(第2の面)については、寄り移動を規制する機能を維持するために凹部を設けず、従来通りの凹部の無い寄り移動規制面とすることがより好ましい。
(変形例2)
上述した実施形態では、ベルト支持部材105は、定着ベルトの周方向の位置に関して、摺擦部材が当接するベルト外周面に対応する位置に凹部(一端側で第1の凹部、他端側で第2の凹部)を備えたが、凹部の替りに開口部を備える場合であっても良い。すなわち、ベルト支持部材105は、定着ベルトの周方向の位置に関して、摺擦部材が当接するベルト外周面に対応する位置に開口部(一端側で第1の開口部、他端側で第2の開口部)を備える場合であっても良い。
上述した実施形態では、ベルト支持部材105は、定着ベルトの周方向の位置に関して、摺擦部材が当接するベルト外周面に対応する位置に凹部(一端側で第1の凹部、他端側で第2の凹部)を備えたが、凹部の替りに開口部を備える場合であっても良い。すなわち、ベルト支持部材105は、定着ベルトの周方向の位置に関して、摺擦部材が当接するベルト外周面に対応する位置に開口部(一端側で第1の開口部、他端側で第2の開口部)を備える場合であっても良い。
この場合、ベルト支持部材105は、断面形状として開口部位置が途切れた形状(円形形状から略矩形が切り取られた形状、あるいは蹄鉄形状など)となる。
(変形例3)
上述した実施形態では、定着ベルトの長手方向から見て、粗し部材120が定着ベルトの表面に当接する位置は、定着ニップ部Nの中心位置に対し90度変位した位置としたが、本発明はこれに限られない。すなわち、定着ベルトの長手方向から見て、粗し部材120が定着ベルトの表面に当接する位置は、定着ニップ部Nの中心位置に対し所定角度変位した位置であれば良い。
上述した実施形態では、定着ベルトの長手方向から見て、粗し部材120が定着ベルトの表面に当接する位置は、定着ニップ部Nの中心位置に対し90度変位した位置としたが、本発明はこれに限られない。すなわち、定着ベルトの長手方向から見て、粗し部材120が定着ベルトの表面に当接する位置は、定着ニップ部Nの中心位置に対し所定角度変位した位置であれば良い。
(変形例4)
上述した実施形態では、定着ニップ部を形成する第1の回転体および第2の回転体のうち、無端ベルトが第1の回転体に設けられたが、無端ベルトが第2の回転体に設けられても良い。また、無端ベルトが第1の回転体、第2の回転体の双方に設けられても良い。
上述した実施形態では、定着ニップ部を形成する第1の回転体および第2の回転体のうち、無端ベルトが第1の回転体に設けられたが、無端ベルトが第2の回転体に設けられても良い。また、無端ベルトが第1の回転体、第2の回転体の双方に設けられても良い。
(変形例5)
上述した実施形態では、トナー像が形成される記録材としてのシートPとして、転写シート・エレクトロファックスシート・静電記録紙・OHPシート・印刷用紙・フォーマット紙を述べた。すなわち、普通紙、普通紙の代用品である樹脂製のシート状のもの、厚紙、オーバーヘッドプロジェクター用などがある。より具体的には、例えば、定型或いは不定型の普通紙、厚紙、薄紙、封筒、葉書、シール、樹脂シート、OHPシート、光沢紙等が含まれる。なお、上述した実施形態では、便宜上、記録材(シート)Pの扱いを紙コバの用語を用いて説明したが、これによって本発明における記録材が紙に限定されるものではない。
上述した実施形態では、トナー像が形成される記録材としてのシートPとして、転写シート・エレクトロファックスシート・静電記録紙・OHPシート・印刷用紙・フォーマット紙を述べた。すなわち、普通紙、普通紙の代用品である樹脂製のシート状のもの、厚紙、オーバーヘッドプロジェクター用などがある。より具体的には、例えば、定型或いは不定型の普通紙、厚紙、薄紙、封筒、葉書、シール、樹脂シート、OHPシート、光沢紙等が含まれる。なお、上述した実施形態では、便宜上、記録材(シート)Pの扱いを紙コバの用語を用いて説明したが、これによって本発明における記録材が紙に限定されるものではない。
(変形例6)
上述した実施形態では、未定着トナー像をシートに定着する装置を例に説明したが、本発明は、これに限られない。画像の光沢を向上させるべく、シートに仮定着されたトナー像を加熱加圧する装置(この場合も定着装置と呼ぶものとする)にも、同様に適用可能である。
上述した実施形態では、未定着トナー像をシートに定着する装置を例に説明したが、本発明は、これに限られない。画像の光沢を向上させるべく、シートに仮定着されたトナー像を加熱加圧する装置(この場合も定着装置と呼ぶものとする)にも、同様に適用可能である。
101・・定着ベルト、102・・加圧ローラ、105・・軌道規制部材、105a・・ガイド面、105b・・凹部、107・・圧接部材、120・・粗し部材
Claims (13)
- 無端状で回転可能なベルト部材と、
前記ベルト部材の長手方向の一端側で前記ベルト部材の前記一端側の端部を支持する第1の支持部材と、
前記長手方向の他端側で前記ベルト部材の前記他端側の端部を支持する第2の支持部材と、
前記ベルト部材に対向し、前記ベルト部材との間でトナー画像を担持した記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成する対向部材と、
前記ベルト部材を挟んで前記対向部材と反対側に設けられ、前記ベルト部材を圧接する圧接部材と、
前記ベルト部材の外周面に当接して摺擦可能な摺擦部材と、
を有し、
前記第1の支持部材は、前記ベルト部材の周方向の位置に関して、前記摺擦部材が当接する前記ベルト部材の外周面に対応する位置に凹部を備え、前記凹部は前記摺擦部材が前記ベルト部材の外周面に当接するとき前記ベルト部材の内周面と接触しない凹部であって、
前記第1の支持部材は、前記摺擦部材が前記ベルト部材の外周面に当接するとき、前記ベルト部材の周方向で前記凹部と異なる領域で前記ベルト部材の内周面を支持することを特徴とする定着装置。 - 無端状で回転可能なベルト部材と、
前記ベルト部材の長手方向の一端側で前記ベルト部材の前記一端側の端部を支持する第1の支持部材と、
前記長手方向の他端側で前記ベルト部材の前記他端側の端部を支持する第2の支持部材と、
前記ベルト部材に対向し、前記ベルト部材との間でトナー画像を担持した記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成する対向部材と、
前記ベルト部材を挟んで前記対向部材と反対側に設けられ、前記ベルト部材を圧接する圧接部材と、
前記ベルト部材の外周面に当接して摺擦可能な摺擦部材と、
を有し、
前記第1の支持部材は、前記ベルト部材の周方向の位置に関して、前記摺擦部材が当接する前記ベルト部材の外周面に対応する位置に開口部を備え、前記開口部は前記摺擦部材が前記ベルト部材の外周面に当接するとき前記ベルト部材の内周面と接触しない開口部であって、
前記第1の支持部材は、前記摺擦部材が前記ベルト部材の外周面に当接するとき、前記ベルト部材の周方向で前記開口部と異なる領域で前記ベルト部材の内周面を支持することを特徴とする定着装置。 - 前記摺擦部材を前記ベルト部材に対して当接・離間するための接離機構を有することを特徴とする請求項1または2に記載の定着装置。
- 前記ベルト部材の内部に設けられ、前記摺擦部材が前記ベルト部材の外周面を摺擦する際に前記摺擦部材と共に前記ベルト部材を挟むバックアップ部材を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の定着装置。
- 前記摺擦部材が前記ベルト部材の外周面を摺擦する際に前記バックアップ部材が前記ベルト部材の内周面と当接する当接面は、前記長手方向において、前記第1の支持部材と前記第2の支持部材の間に位置する請求項4に記載の定着装置。
- 前記第2の支持部材は、前記ベルト部材の周方向の位置に関して、前記摺擦部材が当接する前記ベルト部材の外周面に対応する位置に第2の凹部を備え、前記第2の凹部は前記摺擦部材が前記ベルト部材の外周面に当接するとき前記ベルト部材の内周面と接触しない凹部であって、
前記第2の支持部材は、前記摺擦部材が前記ベルト部材の外周面に当接するとき、前記ベルト部材の周方向で前記第2の凹部と異なる領域で前記ベルト部材の内周面を支持することを特徴とする請求項1に記載の定着装置。 - 前記第1の支持部材は、前記ベルト部材の周方向の形状を規制する第1の面と、前記ベルト部材の長手方向の移動を規制する第2の面を備え、前記ベルト部材の周方向で前記凹部が前記第2の面と隣接して設けられることを特徴とする請求項1または6に記載の定着装置。
- 前記ベルト部材の長手方向から見て、前記凹部の切り口は直線部もしくは曲線部を備えることを特徴とする請求項1、6、7のいずれか1項に記載の定着装置。
- 前記第2の支持部材は、前記ベルト部材の周方向の位置に関して、前記摺擦部材が当接する前記ベルト部材の外周面に対応する位置に第2の開口部を備え、前記第2の開口部は前記摺擦部材が前記ベルト部材の外周面に当接するとき前記ベルト部材の内周面と接触しない開口部であって、
前記第2の支持部材は、前記摺擦部材が前記ベルト部材の外周面に当接するとき、前記ベルト部材の周方向で前記第2の開口部と異なる領域で前記ベルト部材の内周面を支持することを特徴とする請求項2に記載の定着装置。 - 前記ベルト部材は、フィルムで形成されていることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の定着装置。
- 前記対向部材は、加圧ローラであることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の定着装置。
- 前記接離機構は、前記摺擦部材を前記ベルト部材に対して当接する方向に付勢する加圧バネと、前記加圧バネの付勢力に抗して回転により前記摺擦部材を前記ベルト部材に対して離間した位置に変位可能とする偏心カムと、を有することを特徴とする請求項3に記載の定着装置。
- 前記摺擦部材は、摺擦回転体であることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の定着装置。
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