JP2019211691A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な構成を用いずに、潤滑剤が定着ベルトの外周面に漏れることを抑制することを目的とする。【解決手段】定着装置９は、円筒状の回転可能な定着ベルト２１と、定着ベルト２１の内周面２１ｉに潤滑剤を介して対向する押圧部材２５と、押圧部材２５との間に定着ベルト２１を挟持し、定着ベルト２１との間に用紙が挟持搬送される加圧領域を形成し、定着ベルト２１を従動回転させる加圧ローラー２７と、定着ベルト２１の端面２１ｅに対向する円板部４１Ｄと、円板部４１Ｄから定着ベルト２１の長手方向の中央側へ延びるように形成され、内周面４１ｉが定着ベルト２１の外周面２１ｏに対向する円筒部４１Ｃと、を有する、定着ベルト２１と連れ回る一対のキャップ４１と、円板部４１Ｄの定着ベルト２１の端面２１ｅに対向する対向面４１ｆに設けられ、定着ベルト２１の端面２１ｅに接触する多孔質弾性部材４７と、を備えることを特徴とする。【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。

トナーを用紙に定着させる方式の一つとして、摺動ベルト方式が知られている。この方式においては、回転可能な円筒状の定着ベルトと、定着ベルトの内周面に対向する押圧パッドと、押圧パッドとの間に定着ベルトを挟持し、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し、定着ベルトを従動回転させる加圧ローラーと、定着ベルトを加熱する加熱手段とが備えられる。定着ベルトの内周面には、押圧パッドとの摩擦を軽減する潤滑剤が塗布されている。

上記構成において、定着ベルトの長手方向の両端部にキャップが設けられる場合がある。キャップは、定着ベルトの端面に接触する円板部と、円板部から定着ベルトの長手方向の中央側へ延びるように形成され、内周面が定着ベルトの外周面に対向する円筒部とを有し、定着ベルトと連れ回る。ここで、加圧領域外では定着ベルトの外周面は円筒部の内周面に接触するが、加圧領域は円筒部の内周面よりも中心側に形成されるから、加圧領域内では定着ベルトが中心側へ変形する。そのため、定着ベルトの回転に伴って、定着ベルトの端面は、円板部に対して径方向の摺動を繰り返す。すると、定着ベルトの内周面に塗布された潤滑剤が定着ベルトの端面と円板部との間に入り込み、定着ベルトの外周面に漏れ出てくる。潤滑剤が外周面に漏れ出ると、用紙の汚染、定着ベルトに対する加圧ローラーやキャップの滑り等の不具合が生じるおそれがある。

そこで、従来、定着ベルトの潤滑剤の漏れを抑制する技術が検討されている。例えば、特許文献１には、円板部（フランジ）の定着ベルトの端面と対向する面に弾性層を設け、定着ベルトの端面に円板部を加圧接触させることが記載されている。

特開２０１７−９９４８号公報

しかし、特許文献１に記載された技術では、定着ベルトの端面に円板部を加圧接触させるための機構が追加されるため、定着装置の構成が複雑になってしまう。

本発明は、上記事情を考慮し、複雑な構成を用いずに、潤滑剤が定着ベルトの外周面に漏れることを抑制することのできる定着装置及び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、本発明に係る定着装置は、円筒状の回転可能な定着ベルトと、前記定着ベルトの内周面に潤滑剤を介して対向する押圧部材と、前記押圧部材との間に前記定着ベルトを挟持し、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し、前記定着ベルトを従動回転させる加圧ローラーと、前記定着ベルトの端面に対向する円板部と、前記円板部から前記定着ベルトの長手方向の中央側へ延びるように形成され、内周面が前記定着ベルトの外周面に対向する円筒部と、を有する、前記定着ベルトと連れ回る一対のキャップと、前記円板部の前記定着ベルトの端面に対向する対向面に設けられ、前記定着ベルトの端面に接触する多孔質弾性部材と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る定着装置において、前記多孔質弾性部材は、前記定着ベルトの端面の径方向の摺動範囲を含む範囲に設けられていることを特徴としてもよい。

本発明に係る定着装置において、前記多孔質弾性部材は、前記円板部の対向面に接するスキン層を有することを特徴としてもよい。

本発明に係る定着装置において、前記多孔質弾性部材は、フッ素系の材料を用いて形成されていることを特徴としてもよい。

また、本発明に係る画像形成装置は、前記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のいずれかの定着装置と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、複雑な構成を用いずに、潤滑剤が定着ベルトの外周面に漏れることを抑制することができる。

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の断面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係るキャップの斜視図である。 本発明の一実施形態に係るキャップの断面図である。 比較例のキャップの断面図である。 比較例のキャップの断面図である。 比較例のキャップの断面図である。 本発明の一実施形態に係るキャップの断面図である。 本発明の一実施形態に係るキャップの断面図である。 本発明の一実施形態に係るキャップの断面図である。 本発明の一実施形態の変形例に係るキャップの断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の一実施形態に係る画像形成装置及び定着装置について説明する。

まず、図１を参照して、画像形成装置としてのプリンター１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。各図において、Ｕ、Ｌｏ、Ｌ、Ｒ、Ｆｒ、Ｒｒは、それぞれ上、下、左、右、前、後を示す。

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、定着装置９を経て排紙装置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乃至６を参照して、本発明の一実施形態に係る定着装置９の構成について説明する。図２は、定着装置９の断面図である。図３は、図２のＩ−Ｉ断面図である。図４は、図３に示される断面の前側の部分の拡大図である。図５は、キャップ４１の斜視図である。図６は、図４に示されるキャップ４１の上側の部分の拡大図である。以下では、定着装置９の前側の部分について説明するが、後側の部分も前後が反転される以外は前側の部分と共通の構成を有する。

定着装置９は、円筒状の回転可能な定着ベルト２１と、定着ベルト２１を加熱するＩＨヒーター２３と、定着ベルト２１の内周面２１ｉに潤滑剤を介して対向する押圧パッド２５（押圧部材の一例）と、押圧パッド２５との間に定着ベルト２１を挟持する加圧ローラー２７と、定着ベルト２１の前後両端部に設けられた一対のキャップ４１と、キャップ４１に設けられた多孔質弾性部材４７と、を備える。以下の説明において、軸方向Ｘとは、加圧ローラー２７の軸方向（前後方向、長手方向）を指す。本実施形態では、定着ベルト２１の下側に加圧ローラー２７が位置する姿勢で定着装置９が配置された例を示すが、定着装置９はいかなる姿勢で配置されてもよい。

定着ベルト２１は、軸方向Ｘを長手方向とする円筒状に形成された無端のベルトであり、所定の内径を有し、可撓性を有する材料で形成される。定着ベルト２１は、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、を有する。基材層は、Ｎｉ等の磁性合金や、ＣｕやＡｇ、Ａｌ等の金属粉を混入させたポリイミド樹脂で形成される。弾性層は、シリコンゴム等で形成される。離型層は、ＰＦＡチューブ等で形成される。定着ベルト２１の各部の寸法の一例を示すと、内径が２５乃至３５ｍｍ、基材層の層厚が３０乃至５０μｍ、弾性層の層厚が１００乃至５００μｍ、離形層の層厚が２０乃至３０μｍである。定着ベルト２１の内周面２１ｉには、フッ素グリス、シリコングリス等の潤滑剤が塗布されている。

図２乃至４に示されるように、定着ベルト２１は、ステー２４とベルトテンションガイド部材３１によって支持される。ステー２４は、軸方向Ｘを長手方向とする角筒状の部材であり、長手方向の長さは定着ベルト２１の長手方向の長さよりも長い。ステー２４は、定着ベルト２１の中空部を貫通し、その両端がハウジング（図示省略）に固定されている。ステー２４の上部には、ベルトテンションガイド部材３１が配置されている。ベルトテンションガイド部材３１は、定着ベルト２１の内周面２１ｉに沿う円弧状の断面を有し、ステンレス鋼等の材料で形成されている。ベルトテンションガイド部材３１は、定着ベルト２１の内周面２１ｉに接触して定着ベルト２１を支持し、定着ベルト２１の回転を安定させる。

ＩＨヒーター２３は、コイル部２３ａと、コイル部２３ａを巻線状に保持するコイルボビン２３ｂと、アーチコア２３ｃと、を有している。ＩＨヒーター２３は、所定の間隔を隔てて定着ベルト２１の外周面２１ｏを覆うように配置され、ハウジングに支持されている。コイル部２３ａ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２１Ｋに渦電流が発生して基材層２１Ｋが発熱し、定着ベルト２１が加熱される。また、ベルトガイド３１は、コイル部２３ａが発生する磁界によって発熱し、定着ベルト２１の加熱を補助する。

押圧パッド２５は、軸方向Ｘを長手方向とする扁平な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２５は、ステー２４の下部に配置されている。押圧パッド２５は、長手方向の長さが定着ベルト２１の長手方向の長さよりも短く、長手方向の両端部が定着ベルト２１の長手方向の両端部よりも中央側に位置するように配置される。図２及び４に示されるように、押圧パッド２５の下面はシート状の摺動部材３５で覆われ、押圧パッド２５は、摺動部材３５及び潤滑剤を介して定着ベルト２１の内周面２１ｉに対向する。摺動部材３５は、フッ素系の材料で構成され、定着ベルト２１の摺動負荷を低減する。

加圧ローラー２７は、軸と、芯金と、芯金の外周面に設けられた弾性層と、弾性層の外周面に設けられた離型層と、を有する。芯金、弾性層、離形層の軸方向Ｘの長さは、定着ベルト２１の軸方向Ｘの長さよりも短い。軸は、芯金の軸方向Ｘの両端から突き出ている。軸及び芯金は、ステンレス鋼やＡｌ合金等の金属で形成されている。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。加圧ローラー２７の軸には、ギア等の伝達機構（図示省略）を介して、モーター等の駆動源（図示省略）から駆動力が伝達される。加圧ローラー２７と押圧パッド２５とは、定着ベルト２１を挟持した状態で所定の荷重で互いに押圧され、加圧ローラー２７と定着ベルト２１との間に用紙が挟持搬送される加圧領域Ｎが形成される。

図４乃至６に示されるように、キャップ４１は、定着ベルト２１の端面２１ｅに対向する円板部４１Ｄと、円板部４１Ｄから後側（定着ベルト２１の長手方向の中央側）へ延びるように形成され、内周面４１ｉが定着ベルト２１の外周面２１ｏに対向する円筒部４１Ｃと、を有する。キャップ４１は、ＰＰＳ樹脂等で形成されている。円板部４１Ｄの中央には、前後方向に貫通する孔４１ｈが形成されており、ステー２４が孔４１ｈを貫通している。

キャップ４１は、定着ベルト２１の外周面２１ｏに接触する環状のベルト保持部材４３を円筒部４１Ｃの内周面４１ｉに備える。ベルト保持部材４３は、シリコンゴム、フッ素ゴム等で形成された矩形断面の環状の部材であり、その外周面４３ｏが、円筒部４１Ｃの内周面４３ｉに接着され、その内周面４３ｉが、定着ベルト２１の外周面２１ｏに接触する。キャップ４１が取り付けられた状態で定着ベルト２１が回転すると、ベルト保持部材４３の内周面４３ｉと定着ベルト２１の外周面２１ｏとの摩擦抵抗により、キャップ４１が定着ベルト２１と連れ回る。ベルト保持部材４３の厚みは、例えば、１．５ｍｍである。

図３及び４に示されるように、キャップ４１の円板部４１Ｄよりも前側において、ステー２４にストッパー４５が取り付けられている。ストッパー４５は、キャップ４１の孔４１ｈよりも大きな板状の部材であり、キャップ４１の前後方向の移動を制限する。

図４乃至６に示されるように、多孔質弾性部材４７は、円板部４１Ｄの定着ベルト２１の端面２１ｅに対向する対向面４１ｆに設けられ、定着ベルト２１の端面２１ｅに接触する。この例では、対向面４１ｆの全面に多孔質弾性部材４７が設けられている。多孔質弾性部材４７は、例えば、フッ素ゴムを板状に発泡成型したフッ素スポンジである。多孔質弾性部材４７は、多孔質層４７Ｐとスキン層４７Ｓを有し、スキン層４７Ｓが円板部４１Ｄの対向面４１ｆに接着され、多孔質層４７Ｐが定着ベルト２１の端面２１ｅに接触する。多孔質層４７Ｐは、多数の気孔を有し、互いに隣接する気孔の空間がつながっている。また、フッ素系の材料は、油との親和性が低い（撥油性が高い）。そのため、多孔質層４７Ｐは、表面から気孔に入り込んだ潤滑剤を気孔に保持し続けることが可能である。スキン層４７Ｓは、フッ素ゴムの発泡成型時に金型表面との境界付近に形成される、多孔質層４７Ｐよりも気孔の少ない層である。

次に、図２を参照して、定着装置９の定着動作を説明する。加圧ローラー２７が駆動されて回転すると、定着ベルト２１が加圧ローラー２７の回転方向と反対の方向に従動回転し、定着ベルト２１が摺動部材３５に対して摺動する。ＩＨヒーター２３に電力が供給されると、定着ベルト２１の基材層２１Ｋが発熱し、定着ベルト２１が加熱される。定着ベルト２１が所定の温度に達した後、トナーが転写された用紙Ｓが加圧領域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２７とに挟持されて決められた搬送方向Ｙに搬送される。このとき、定着ベルト２１によってトナーが加熱及び加圧され、トナーが用紙Ｓに定着される。トナーが定着された用紙Ｓは、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。

次に、図２、７Ａ乃至８Ｃを参照して、多孔質弾性部材４７を備えない比較例との比較により、本実施形態の効果を説明する。図８Ａ乃至８Ｃは、比較例の定着ベルト８２１の端面８２１ｅ周辺の断面図であり、着目する断面における潤滑剤Ｌｕの定着ベルト８２１の回転に伴う挙動が示されている。図８Ａは、着目する断面が加圧領域Ｎに進入する前の潤滑剤Ｌｕの様子を示す図である。図８Ｂは、着目する断面が加圧領域Ｎに進入したときの潤滑剤Ｌｕの様子を示す図である。図８Ｃは、着目する断面が加圧領域Ｎから退出するときの潤滑剤Ｌｕの様子を示す図である。

キャップ８４１は、円板部８４１Ｄと円筒部８４１Ｃとを有する。円板部８４１Ｄの定着ベルト８２１の端面８２１ｅに対向する対向面８４１ｆには、弾性部材８４３が接着されており、定着ベルト８２１の端面８２１ｅは、弾性部材８４３に接触する。弾性部材８４３は、例えば、フッ素ゴムである。

着目する断面が加圧領域Ｎに進入する前においては（図８Ａ参照）、定着ベルト８２１の外周面８２１ｏがキャップ８４１の円筒部８４１Ｃの内周面８４１ｉに接触している。定着ベルト８２１の内周面８２１ｉに塗布された潤滑剤Ｌｕの流出が制限されていないため、内周面８２１ｉの端部から弾性部材８４３の表面に潤滑剤Ｌｕが流出している。

着目する断面が加圧領域Ｎに進入すると（図８Ｂ参照）、加圧領域Ｎは円筒部８４１Ｃの内周面８４１ｉよりも中心側に形成されているから（図２参照）、加圧領域Ｎ内では定着ベルト８２１が円筒部４１Ｃの中心側へ変形し、弾性部材８４３の表面に流出している潤滑剤Ｌｕを定着ベルト８２１がキャップ８４１の中心側へ押し出す。このとき、定着ベルト８２１の端面８２１ｅが潤滑剤Ｌｕに乗り上げた状態で中心側へ摺動するため、弾性部材８４３の表面に膜状の潤滑剤Ｌｕが残留する。

着目する断面が加圧領域Ｎから退出するとき（図８Ｃ参照）、定着ベルト８２１の変形が復元し、弾性部材８４３の表面に残留した膜状の潤滑剤Ｌｕを定着ベルト８２１が円筒部８４１Ｃの内周面４１ｉ側へと押し出す。押し出された潤滑剤Ｌｕは、定着ベルト８２１の外周面８２１ｏの端部から中央側へと漏れ出る。以上の挙動が定着ベルト８２１の１回転毎に繰り返される。

一方、図８Ａ及び８Ｃは、本実施形態の定着ベルト２１の端面２１ｅ周辺の断面図である。図８Ａは、着目する断面が加圧領域Ｎに進入する前の潤滑剤Ｌｕの様子を示す図である。図８Ｂは、着目する断面が加圧領域Ｎに進入したときの潤滑剤Ｌｕの様子を示す図である。図８Ｃは、着目する断面が加圧領域Ｎから退出するときの潤滑剤Ｌｕの様子を示す図である。

着目する断面が加圧領域Ｎに進入する前においては（図８Ａ参照）、定着ベルト２１の外周面２１ｏがベルト保持部材４３の内周面４３ｉに接触している。定着ベルト２１の内周面２１ｉに塗布された潤滑剤Ｌｕの流出が制限されていないため、内周面２１ｉの端部から多孔質弾性部材４７の多孔質層４７Ｐの表面に潤滑剤Ｌｕが流出している。

着目する断面が加圧領域Ｎに進入すると（図８Ｂ参照）、定着ベルト２１がキャップ４１の円筒部４１Ｃの中心側に変形する。このとき、定着ベルト２１の端面２１ｅが潤滑剤Ｌｕに乗り上げた状態で円筒部４１Ｃの中心側へ移動するため、定着ベルト２１の端面２１ｅによって潤滑剤Ｌｕが多孔質層４７Ｐの気孔に摺り込まれる。多孔質層４７Ｐの表面には、膜状の潤滑剤Ｌｕが残留する。

着目する断面が加圧領域Ｎから退出するとき（図８Ｃ参照）、定着ベルト２１の変形が復元する。このとき、多孔質層４７Ｐの表面に残留した膜状の潤滑剤Ｌｕが、定着ベルト２１の端面２１ｅによって多孔質層４７Ｐの気孔に摺り込まれる。

以上の挙動が定着ベルト２１の１回転毎に繰り返される。多孔質層４７Ｐは、表面から摺り込まれた潤滑剤Ｌｕを気孔に保持し続ける。スキン層４７Ｓは、潤滑剤Ｌｕが多孔質層４７Ｐから円板部４１Ｄの対向面４１ｆに漏れ出ることを防止する。よって、本実施形態によれば、複雑な構成を用いずに、潤滑剤Ｌｕが定着ベルト２１の外周面２１ｏに漏れることを抑制することができる。

なお、上記実施形態では、円板部４１Ｄの対向面４１ｆの全面に多孔質弾性部材４７が設けられた例を示したが、多孔質弾性部材４７は、少なくとも、定着ベルト２１の端面２１ｅの径方向の摺動範囲に設けられていればよい。定着ベルト２１の端面２１ｅの径方向の摺動範囲の幅は、例えば、１ｍｍ程度である。

上記実施形態では、スキン層４７Ｓが多孔質弾性部材４７の円板部４１Ｄ側の表面に設けられた例を示したが、図９に示されるように、円板部４１Ｄ側の表面に加えて、円筒部４１Ｃ側の表面と孔４１ｈ側の表面の両方又は一方にスキン層４７Ｓが設けられてもよい。

なお、各実施形態において、押圧パッド２５及びＩＨヒーター２３に代えて、定着ベルト２１の内周面２１ｉに潤滑剤を介して対向する面状ヒーターが備えられてもよい

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
２１ｅ 端面
２１ｉ 内周面
２１ｏ 外周面
２５ 押圧パッド（押圧部材）
２７ 加圧ローラー
４１ キャップ
４１Ｄ 円板部
４１Ｃ 円筒部
４１ｆ 対向面
４１ｉ 内周面
４７ 多孔質弾性部材
４７Ｓ スキン層

Claims (5)

1. 円筒状の回転可能な定着ベルトと、
   前記定着ベルトの内周面に潤滑剤を介して対向する押圧部材と、
   前記押圧部材との間に前記定着ベルトを挟持し、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し、前記定着ベルトを従動回転させる加圧ローラーと、
   前記定着ベルトの端面に対向する円板部と、前記円板部から前記定着ベルトの長手方向の中央側へ延びるように形成され、内周面が前記定着ベルトの外周面に対向する円筒部と、を有する、前記定着ベルトと連れ回る一対のキャップと、
   前記円板部の前記定着ベルトの端面に対向する対向面に設けられ、前記定着ベルトの端面に接触する多孔質弾性部材と、を備えることを特徴とする定着装置。
2. 前記多孔質弾性部材は、前記定着ベルトの端面の径方向の摺動範囲を含む範囲に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記多孔質弾性部材は、前記円板部の対向面に接するスキン層を有す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. 前記多孔質弾性部材は、フッ素系の材料を用いて形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の定着装置。
5. 前記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乃至４のいずれか１項に記載の定着装置と、を備えることを特徴とする画像形成装置。

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