JP2020086269A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置サイズの小型化やコスト低減を実現しつつ、研磨時間を短縮するとともに研磨偏差の発生を防止可能な定着装置を提供する。【解決手段】複数の支持部材に張架されて回動する定着ベルト２６と、定着ニップ部を形成する加圧部材２７と、定着ベルト２６の表面を研磨するベルト研磨機構５０とを備え、ベルト研磨機構５０は、定着ベルト２６に対して離接可能に設けられ、圧接した状態でその表面を摺擦する研磨ローラ５１と、研磨ローラ５１を定着ベルト２６に圧接及び離間させる接離駆動部と、研磨ローラ５１と定着ベルト２６を介して対向し、定着ベルト２６との間に研磨ニップ部を形成する対向部材３７と、研磨ローラ５１を回転させる研磨ローラ回転駆動手段とを備える。研磨ローラ回転駆動手段は、研磨ローラ５１と同軸上に配設された第１の回転駆動部材３４、及び対向部材３７と同軸上に配設された第２の回転駆動部材３５を有する定着装置。【選択図】図２

Description

本発明は、定着装置及び画像形成装置に関する。

用紙等の記録媒体に転写されたトナー像を熱と圧力によって定着し、記録媒体を搬送することのできる電子写真方式の定着装置が広く用いられている。
定着装置は一般的に定着ローラと加圧ローラを備え、さらに商用プリンタ等では、高速性や凹凸のある用紙への対応、蓄熱性や用紙表面形状への追従性を確保するため、定着ベルトを備える構成が知られている。
このような電子写真方式の画像形成装置では、同一ユーザーであっても異なるサイズの画像を印刷することがしばしばあり、また用途によって使用される用紙のサイズや厚さなども様々である。

一方、比較的小サイズ幅の用紙を多量に印刷した後に大サイズ幅の用紙で印刷を実施した場合には、その大サイズ画像において、小サイズ紙の用紙エッジ部に相当する位置に光沢スジを発生させる場合がある。これは小サイズ幅の用紙を印刷している際に用紙エッジ部が定着装置の定着部材表面にスジ状の傷を発生させることによるものである。このスジ状の傷は用紙端面の切り口のバリによるものであるため、通紙を重ねるにつれてスジ状の傷は顕著になる。

このような問題に対し、定着ベルトを交換することにより解消が可能であるが、交換コストの低減や交換に要する装置のダウンタイム低減のために、定着部材表面のスジ状傷を修復（表面性を回復）させる研磨ローラを備えた画像形成装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。研磨ローラにより定着ベルト上のキズを研磨・除去することにより、異常画像の発生を抑制し、部品を長寿命化することができる。

研磨ローラは離接可能であり、研磨時（メンテナンス時）にばねとカムにより押圧されて定着ベルトに圧接し、それ以外の通紙時等には離間する構成を有する。そのため、研磨時間の短縮や、定着ベルトの幅方向の研磨偏差の発生を防止するためには、研磨ローラの押圧調整が重要となる。

しかしながら、定着ベルトの状態や研磨ローラの状態は一定ではなく、また研磨時間の短縮や所望の仕上げのために異なる研磨モード（例えば、表面粗さの研磨ローラを複数備える構成等を含む）を有する態様もあり、それぞれの状況下において研磨に必要な負荷は一定ではなく、都度調整が必要となる。また、途中で設計変更が生じた際にも都度調整が必要になる。

これに対し、特許文献１には、研磨ローラを研磨対象の定着部材に均一に加圧接触させるともに、接触面積を十分に確保して、研磨時間を短縮するために、定着ベルトを研磨ローラに巻き付け、研磨する面積を確保し、接触面積の均一化により研磨時間の改善を図る技術が提案されている。

しかしながら、特許文献１の技術では、押圧偏差そのものは低減しないため、研磨偏差が生じてしまうおそれがある。

これに対し、ギアのかみ合い力を考慮して押圧の調整を行うことにより研磨偏差の発生を防止する方法や、研磨ローラの一方側と他方側とで押圧力を変えて押圧偏差を低減し、研磨偏差の発生を防止する方法等が考えられるが、上述のように都度調整が必要になることに加え、複数の駆動ギア列を設ける場合にはギアを保持する軸等の追加の部品が必要となり、装置サイズの小型化やコスト低減の実現が難しいという課題がある。

そこで本発明は、装置サイズの小型化やコスト低減を実現しつつ、研磨時間を短縮するとともに研磨偏差の発生を防止可能な定着装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、複数の支持部材に張架されて回動する定着ベルトと、前記定着ベルトとの間に定着ニップ部を形成する加圧部材と、前記定着ベルトの表面を研磨するベルト研磨機構と、を備え、前記ベルト研磨機構は、前記定着ベルトに対して離接可能に設けられ、前記定着ベルトと圧接した状態で前記定着ベルトの表面を摺擦する研磨ローラと、前記研磨ローラを前記定着ベルトに圧接及び離間させる接離駆動部と、前記研磨ローラと前記定着ベルトを介して対向し、前記定着ベルトとの間に研磨ニップ部を形成する対向部材と、前記研磨ローラを回転させる研磨ローラ回転駆動手段と、を備え、前記研磨ローラ回転駆動手段は、前記研磨ローラと同軸上に配設された第１の回転駆動部材、及び前記対向部材と同軸上に配設された第２の回転駆動部材を有することを特徴とする。

本発明によれば、装置サイズの小型化やコスト低減を実現しつつ、研磨時間を短縮するとともに研磨偏差の発生を防止可能な定着装置を提供することができる。

研磨ローラを備えた従来の定着装置の一例を示す概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置の一例を示す概略構成図である。 従来の定着装置における研磨ローラ回転駆動手段の配置を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置における研磨ローラ回転駆動手段の配置を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置の一例を示す概略構成図である。 本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。

以下、本発明に係る定着装置及び画像形成装置について、図面を参照して説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

〔定着装置〕
研磨ローラを備えた定着装置の概略構成を図１〜４に示す。図１及び図３は従来の定着装置の一例であり、図２及び図４は本発明に係る定着装置の一例である。

定着装置は、複数の支持部材に張架されて回動する定着ベルト２６と、定着ベルト２６との間に定着ニップ部を形成する加圧部材（加圧ローラ）２７と、定着ベルト２６の表面を研磨するベルト研磨機構５０とを備えている。
ベルト研磨機構５０は、定着ベルト２６に対して離接可能に設けられ、定着ベルト２６と圧接した状態で定着ベルト２６の表面を摺擦する研磨ローラ５１と、研磨ローラ５１を定着ベルト２６に圧接及び離間させる接離駆動部と、研磨ローラ５１と定着ベルト２６を介して対向し、定着ベルト２６との間に研磨ニップ部を形成する対向部材と、研磨ローラ５１を回転させる研磨ローラ回転駆動手段とを備えている。

定着ベルト２６を張架する複数の支持部材としては、定着ベルト２６を挟んで加圧部材２７との間に定着ニップ部を形成する定着ローラ２９、及び定着ベルト２６を加熱する加熱ローラ３０が含まれる。加熱ローラ３０は、内部に加熱手段（加熱ヒータ）３１を備えている。
また、定着ベルト２６に張力を与えるため、加熱ローラ３０はスプリングなどにより、３２の方向に付勢される。

ベルト研磨機構５０は、対向部材３７の近傍に配置される。
対向部材３７は、複数の支持部材のうち少なくとも一つの支持部材であっても、複数の支持部材とは異なる固定部材であってもよい。
また、対向部材３７が支持部材である場合、定着ベルト２６を挟んで加圧部材２７との間に定着ニップ部を形成する定着ローラ２９であることが好ましい。
以下、対向部材３７が定着ローラ２９である態様について説明する。

研磨ユニットは、ベルトを研磨する研磨ローラ５１、研磨ローラ５１を定着ベルトに押し当てる、スプリング５３、研磨ローラ５１を保持する、保持ホルダー５２で構成される。
また、研磨ローラ５１を回転させる研磨ローラ回転駆動手段を備え、該研磨ローラ回転駆動手段は、研磨ローラ５１と同軸上に配設され、研磨ローラを駆動する第１の回転駆動部材（以下、「研磨ローラ駆動ギア」という）３４と、駆動源（例えば、モータ等）からの駆動を伝達する第２の回転駆動部材（以下、「駆動伝達ギア」という）３５を有する。
研磨ローラ駆動ギア３４は、定着ベルト２６に重ならない研磨ローラ５１の片側に配置される。

従来の定着装置では、図１及び図３に示すように、第２の回転駆動部材である駆動伝達ギア３５が、第１の回転駆動部材である研磨ローラ駆動ギア３４の円周上に配設されている。
駆動伝達ギア３５は、対向部材である定着ローラ２９との干渉を避けるため、対向部材（定着ローラ２９）の投影面と重ならない位置に配置される。
具体的には、図３に示すように、押圧方向３３と、研磨ローラ駆動ギア３４及び駆動伝達ギア３５の中心を結んだ中心線とが角度θとなる位置に、回転支点となる軸とともに配置される。

一方、研磨ローラ駆動ギア３４及び駆動伝達ギア３５による駆動伝達では、研磨ローラ５１を回転させる時の負荷により、矢印３６で示すギアかみ合い力（Ｎ）が生じる。
ギアは力を伝達する方向が圧力角φにより決まっており、ギアかみ合い力（Ｎ）３６は、研磨ローラ駆動ギア３４及び駆動伝達ギア３５の中心を結んだ中心線に対して９０°＋φの方向に力が加わる。
このギアかみ合い力（Ｎ）３６が研磨ローラ５１に伝わるため、研磨ローラ５１の押圧力には下記式（１）で示す値が加わり、その分の偏差が生じることとなる。
Ｎｓｉｎ（θ＋φ） ・・・式（１）
例えば、Ｎが１０Ｎ、θが４５°、φが２０°の場合、式（１）の値は９．１Ｎとなる。

これに対し、本実施形態の定着装置では、図２及び図４に示すように、研磨ローラ回転駆動手段は、研磨ローラ５１と同軸上に配設された第１の回転駆動部材である研磨ローラ駆動ギア３４、及び対向部材と同軸上に配設された第２の回転駆動部材である駆動伝達ギア３５を有する。

また、駆動伝達ギア３５を対向部材３７（定着ローラ２９）と同軸上に配置するとともに、押圧方向３３と、研磨ローラ駆動ギア３４及び駆動伝達ギア３５の中心を結んだ中心線とがなす角度θが、圧力角φと等しくなる位置に各部材を配置する。
これにより上述の式（１）の値は、ギアかみ合い力（Ｎ）３６の値にかかわらず０となり、研磨ローラ５１の押圧偏差を完全になくすことができる。

本実施形態では、駆動伝達ギア３５を対向部材３７（定着ローラ２９）と同軸上に配置することにより、駆動伝達ギア３５の回転支点となる軸が不要となる。
また、本実施形態では、研磨ローラ５１と対向部材３７（定着ローラ２９）とでギア軸心間の適切な位置が決まるため、従来の装置で必要であったギア同士の軸心間を適切に位置させるための機構が不要となる。

上述の構成により、本実施形態の定着装置は、研磨ローラ５１を研磨対象の定着ベルト２６に均一に加圧接触させることができ、接触面積も十分に確保することができるため、装置サイズの小型化やコスト低減を実現しつつ、表面性回復に要する研磨時間を短縮するとともに研磨偏差の発生を防止することができる。

定着ベルト２６としては、例えば、ＰＩ（ポリイミド）樹脂からなる層厚９０μｍのベース層上に、シリコーンゴムなどの弾性層、離型層を順次積層させた多層構造の無端ベルトが挙げられる。
定着ベルト２６の弾性層は、例えば、層厚が２００μｍ程度であって、シリコーンゴム、フッ素ゴム、発泡性シリコーンゴム等の弾性材料で形成され得る。
定着ベルト２６の離型層は、例えば、層厚が２０μｍ程度であって、ＰＦＡ（４フッ化エチレンバーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ＰＥＳ（ポリエーテルサルファイド）等で形成され得る。定着ベルト２６の表層に離型層を設けることにより、トナー（トナー像）に対する離型性（剥離性）が確保され、トナー像を有する記録媒体（転写紙等）を良好に定着し、且つ記録媒体を定着ベルト２６から良好に分離することができるようになる。

研磨ローラ５１は、例えば、芯金５１ａと、バインダー樹脂に砥粒５１ｃが分散された砥粒層（研磨層：図示の例では摺擦層５１ｂ）からなる。摺擦層５１ｂの表面は、砥粒５１ｃが突き出すことで微細な凹凸が形成されているものとする。砥粒５１ｃとしてはより一般的な研磨粒子であるアルミナ砥粒、例えば、＃１５００の白色アルミナを用いることが好ましいが、これに限定されず種々採用できる。砥粒の砥粒番手は、摺擦部材で摺擦する領域全域にかけて同一条件とすることが好ましい。

加熱ローラ３０に内蔵される加熱手段３１としては、例えば、ハロゲンヒータ、ＩＨ（電磁誘導）加熱装置等が挙げられる。

上述のように、対向部材３７は、定着ベルト２６が張架された複数の支持部材のうち少なくとも一つの支持部材からなる態様であっても、複数の支持部材とは異なる固定部材であってもよい。また、支持部材である場合は、定着ローラ２９とすることができる。
対向部材３７が回転部材である場合は、対向部材３７の回転速度と同軸上の第２の回転駆動部材である駆動伝達ギア３５の回転速度とが異なることが好ましい。

また、第１の回転駆動部材である研磨ローラ駆動ギア３４と、第２の回転駆動部材である駆動伝達ギア３５は、研磨ローラ５１が定着ベルト２６に圧接した状態において駆動伝達される構成であることが好ましい。
このような構成とすることにより、研磨ローラ５１の圧接時のみ駆動伝達を行い、離間時には駆動伝達が行われないように制御することができる。

そして、研磨ローラ５１は、定着ベルト２６の回転駆動時の表面速度と異なる速度で回転駆動されることが好ましい。
定着ベルト２６の表面速度に対する研磨ローラ５１の表面速度は特に限定されず、適宜選択することができるが、例えば、順方向に３倍速い速度で摺擦させることができる。

このような構成により、研磨ローラ５１と定着ベルト２６との接触面積を十分に確保することができ、研磨の質を向上させるとともに、表面性回復に要する研磨動作時間をより短縮することができる。

また、本発明に係る定着装置は、図５に示すように、研磨ローラ５１が定着ベルト２６に圧接した状態において、研磨ローラ５１が定着ベルト２６を介して対向部材３７と対向し、定着ベルト２６との間に研磨ニップ部を形成するとともに、定着ベルト２６が、研磨ローラ５１の少なくとも一部の周面形状に沿って回転軌跡が変更される。

具体的には、研磨ローラ５１は、研磨ローラ５１の中心と対向部材３７の中心とを結んだ直線と、研磨ローラ５１の中心を通って定着ベルト２６表面に対して垂直な直線とがなす角度（巻き付き角度）が１０°以上であることが好ましく、２０°以上であることがより好ましい。

なお、研磨ローラ５１及び対向部材３７の少なくともいずれかの表層が、弾性体からなることが好ましい。

研磨ローラ５１の定着ベルト２６に対する接触は、研磨ローラ５１を対向部材３７側へ移動させることにより行われる態様であっても、対向部材３７を研磨ローラ５１側へ移動させることにより行われる態様であってもよい。
また、研磨ローラ５１を着脱可能な構成として、ユーザーが研磨動作時に設置し、研磨動作時以外は取り外しておく態様とすることもできる。

〔画像形成装置〕
図６は本発明に係る定着装置を搭載した画像形成装置の一例を示す概略構成図である。同図において符号１００は画像形成装置としてのタンデム型中間転写式の画像形成装置本体、２００は該画像形成装置本体１００を載せる給紙テーブルをそれぞれ示している。

また、画像形成装置本体１００の内部には複数の画像形成手段１８（１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋ）が並設されたタンデム型中間転写式の画像形成部（以下、タンデム型画像形成部と言う）２０が設けられている。前記の符号に付けた添え字Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色をそれぞれ示している。

画像形成装置本体１００には、通紙領域の中央部付近に、無端ベルト状の中間転写体（以下、中間転写ベルトと言う）１０を設けている。この中間転写ベルト１０は、複数のローラ（中間転写ベルト駆動ローラ１４、中間転写ベルト支持ローラ１５ａ、１５ｂ、二次転写対向ローラ１６ａ等）に掛け回して図中時計回りに回転搬送可能とする。

図示の形態では、二次転写対向ローラ１６ａの左に、中間転写ベルト用のクリーニング装置１７を設けている。クリーニング装置１７は画像転写後に中間転写ベルト１０上に残留する残留トナーを除去する。

中間転写ベルト駆動ローラ１４と中間転写ベルト支持ローラ１５ａ、１５ｂ間に張り渡した中間転写ベルト１０上には、その搬送方向に沿って、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の４つの画像形成手段１８（１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋ）を横に並べて配置してタンデム型画像形成部２０を構成する。このタンデム型画像形成部２０の各画像形成手段１８は、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナー画像を担持する像担持体としての感光体ドラム４０（４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｋ）を有している。

そして、このタンデム型画像形成部２０の上には、図６に示すように２つの露光装置２１を設けている。各露光装置２１はそれぞれ２つの画像形成手段（１８Ｙと１８Ｍ、１８Ｃと１８Ｋ）に対応している。例えば、２つの光源装置（半導体レーザ、半導体レーザアレイ、あるいはマルチビーム光源等）とカップリング光学系、共通の光偏向器（ポリゴンミラー等）、２系統の走査結像光学系等で構成される光走査方式の露光装置である。これらにより、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色の画像情報に応じて各感光体ドラム４０に露光を行い、静電潜像を形成する。

また、各画像形成手段１８の感光体ドラム４０の周囲には、帯電装置、露光装置によって形成された静電潜像を各色のトナーで現像する現像装置、感光体用クリーニング装置を設けている。帯電装置は、露光に先立って各感光体ドラム４０を均一に帯電する。感光体用クリーニング装置は、各感光体ドラム４０上の転写残トナーを除去する。

さらに、各感光体ドラム４０から中間転写ベルト１０にトナー画像を転写する一次転写位置には、一次転写手段の構成要素としての一次転写ローラ６２（６２Ｙ、６２Ｍ、６２Ｃ、６２Ｋ）を設けている。一次転写ローラ６（６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋ）は、中間転写ベルト１０を間に挟んで各感光体ドラム４０に対向するように設けている。

中間転写ベルト駆動ローラ１４は、中間転写ベルト１０を回転駆動する駆動ローラであり、駆動伝達機構（ギヤ、プーリ、ベルト等）を介してモータと接続している。また、ブラックの単色画像を中間転写ベルト１０上に形成する場合には、移動機構により、中間転写ベルト駆動ローラ１４以外の中間転写ベルト支持ローラ１５ａ、１５ｂを移動させる。これで、イエロー、シアン、マゼンタの感光体ドラム４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃを中間転写ベルト１０から離間させることが可能である。

中間転写ベルト１０を挟んでタンデム型画像形成部２０と反対の側には、二次転写装置２２を備えている。この二次転写装置２２は、図示の例では、二次転写対向ローラ１６ａに二次転写ローラ１６ｂを押し当てて転写電界を印加することで中間転写ベルト１０上の画像を転写媒体としてのシート状の転写紙Ｓに転写する。

また、二次転写装置２２の横には、転写紙Ｓ上の転写画像を定着する本発明の定着装置２５を設けている。

二次転写装置２２で画像が転写された転写紙Ｓは、２つの搬送ベルト支持ローラ２３ａ、２３ｂに支持された搬送ベルト２４により定着装置２５へと搬送される。もちろん、搬送ベルト２４の部分は、固定されたガイド部材でも良く、また、搬送ローラや搬送コロ等でも良い。

なお、図示の形態では、このような二次転写装置２２および定着装置２５の下にシート反転装置２８を備えている。シート反転装置２８は、上述したタンデム型画像形成部２０と平行に、転写紙Ｓの両面に画像を記録すべく転写紙Ｓを反転して搬送する。

２５ 定着装置
２６ 定着ベルト
２７ 加圧部材（加圧ローラ）
２９ 定着ローラ
３０ 加熱ローラ
３１ 加熱手段（加熱ヒータ）
３３ 研磨ローラ移動（押圧）方向
３４ 第１の回転駆動部材（研磨ローラ駆動ギア）
３５ 第２の回転駆動部材（駆動伝達ギア）
３６ ギアかみ合い力Ｎ
３７ 対向部材
５０ ベルト研磨機構
５１ 研磨ローラ
５１ 研磨ローラ
５２ 保持ホルダー
５３ スプリング
１００ 画像形成装置本体
Ｓ 転写紙

特開２０１８−３６６１６号公報

Claims (9)

1. 複数の支持部材に張架されて回動する定着ベルトと、前記定着ベルトとの間に定着ニップ部を形成する加圧部材と、前記定着ベルトの表面を研磨するベルト研磨機構と、を備え、
   前記ベルト研磨機構は、
   前記定着ベルトに対して離接可能に設けられ、前記定着ベルトと圧接した状態で前記定着ベルトの表面を摺擦する研磨ローラと、
   前記研磨ローラを前記定着ベルトに圧接及び離間させる接離駆動部と、
   前記研磨ローラと前記定着ベルトを介して対向し、前記定着ベルトとの間に研磨ニップ部を形成する対向部材と、
   前記研磨ローラを回転させる研磨ローラ回転駆動手段と、を備え、
   前記研磨ローラ回転駆動手段は、前記研磨ローラと同軸上に配設された第１の回転駆動部材、及び前記対向部材と同軸上に配設された第２の回転駆動部材を有することを特徴とする定着装置。
2. 前記第２の回転駆動部材の回転速度は、同軸上の前記対向部材の回転速度と異な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１の回転駆動部材と前記第２の回転駆動部材は、前記研磨ローラが前記定着ベルトに圧接した状態において駆動伝達され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。
4. 前記研磨ローラは、前記定着ベルトの回転駆動時の表面速度と異なる速度で回転駆動されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の定着装置。
5. 前記対向部材が、前記複数の支持部材のうち少なくとも一つの支持部材からなることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の定着装置。
6. 前記対向部材が、前記定着ベルトを挟んで前記加圧部材との間に前記定着ニップ部を形成する定着ローラであることを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
7. 前記対向部材が、前記複数の支持部材とは異なる固定部材であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の定着装置。
8. 前記研磨ローラが前記定着ベルトに圧接した状態において、前記研磨ローラが前記定着ベルトを介して前記対向部材と対向し、前記定着ベルトとの間に研磨ニップ部を形成するとともに、前記定着ベルトが、前記研磨ローラの少なくとも一部の周面形状に沿って回転軌跡が変更される請求項１から７のいずれかに記載の定着装置。
9. 請求項１から８のいずれかに記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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