JP2020194134A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数及び作業工数を増加させることなく、安価な構成によって定着装置の定着ベルトの寿命を向上させる。【解決手段】用紙に転写された未定着のトナー像を用紙に定着させる定着装置（３３）が、用紙の搬送に伴って回転する無端状の定着ベルト（４１）と、定着ベルトの回転を内側からガイドするガイド板（４６）と、用紙の搬送経路（Ｌ）に沿って定着ベルトを内側から支持する支持部材（４５）と、支持部材に対して定着ベルトを外側から押し付ける加圧ローラー（４２）と、を備え、定着ベルトの回転軸方向において、定着ベルトのベルト幅がガイド板のガイド幅よりも大きく形成されており、回転軸方向におけるガイド板の両端縁は、定着ベルトの回転方向に非平行な縁形状を含む構成にした。【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。

複写機やプリンター等の電子写真式の画像形成装置には、未定着のトナー像を用紙に定着させる定着装置が設けられている。定着装置としては、加熱状態の定着ベルトと加圧ローラーの間を用紙が通過することで、トナー像を用紙に熱定着させるベルト定着式を採用したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。定着ベルトの内側には、定着ベルトをガイドするガイド板と、用紙の搬送経路に沿って定着ベルトを支持する支持部材とが設けられている。定着装置には、ガイド板に沿って定着ベルトが回転し、加圧ローラーによって定着ベルトが支持部材に押し付けられることで定着ニップが形成されている。

特開２０１４−１４９４４６号公報

ところで、ベルト定着式の定着装置では、定着ベルトの回転軸方向において、ガイド板のガイド幅よりも定着ベルトのベルト幅が大きく形成され、回転軸方向においてガイド板の端縁から定着ベルトが食み出している。ガイド板の端縁は定着ベルトの回転方向に平行なストレート形状であるため、定着ベルトが回転するとガイド板の端縁によって定着ベルトの内周面が局所的に削られて破損する恐れがある。定着ベルトの破損を防止するために、ガイド板の端縁に保護シールを貼り付けることも考えられるが、部品点数及び作業工数が増加するという問題があった。

そこで、本発明は、部品点数及び作業工数を増加させることなく、安価な構成によって定着装置の定着ベルトの寿命を向上させることを目的とする。

本発明の一態様の定着装置は、用紙に転写された未定着のトナー像を前記用紙に定着させる定着装置であって、前記用紙の搬送に伴って回転する無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトの回転を内側からガイドするガイド板と、前記用紙の搬送経路に沿って前記定着ベルトを内側から支持する支持部材と、前記支持部材に対して前記定着ベルトを外側から押し付ける加圧ローラーと、を備え、前記定着ベルトの回転軸方向において、前記定着ベルトのベルト幅が前記ガイド板のガイド幅よりも大きく形成されており、前記回転軸方向における前記ガイド板の両端縁は、前記定着ベルトの回転方向に非平行な縁形状を含んでいる。

前記非平行な縁形状は、斜線形状でもよい。

前記非平行な縁形状は、波型形状でもよい。

前記非平行な縁形状は、前記回転方向の上流から下流に向かって前記軸方向内側に傾斜してもよい。

本発明の一態様の画像形成装置は、前記用紙に対して前記トナー像を形成する画像形成部と、前記定着装置と、を備えている。

本発明によれば、ガイド板の端縁と定着ベルトの内面の接触による定着ベルトの局所的な摩耗が抑えられて定着ベルトの耐久性が向上される。また、ガイド板の端縁に高価な保護シールが不要になるため、部品点数及び作業工数を増加させることなく、安価な構成によって定着装置の定着ベルトの寿命を向上させることができる。

本実施の形態のプリンターの模式図である。 本実施の形態の定着装置の模式図である。 比較例のガイド板及び定着ベルトの平面図である。 比較例の定着装置の斜視図である。 本実施の形態のガイド板の縁部分の斜視図である。 本実施の形態のガイド板及び定着ベルトの平面図である。 本実施の形態のガイド板の縁部分の拡大図である。 第１の変形例のガイド板の縁部分の斜視図である。 第１の変形例のガイド板及び定着ベルトの平面図である。 第２の変形例のガイド板及び定着ベルトの平面図である。 第３の変形例のガイド板及び定着ベルトの平面図である。 第４の変形例のガイド板及び定着ベルトの平面図である。

以下、図面を参照しつつ、本実施の形態の定着装置を適用した画像形成装置について説明する。なお、以下の説明では、画像形成装置としてプリンターを例示して説明する。図１は、本実施の形態のプリンターの模式図である。説明の便宜上、図１における紙面前側をプリンターの正面側（前側）とし、左右の向きはプリンターを正面から見た方向を基準として説明する。各図に適宜付される矢印Ｆｒ、Ｒｒ、Ｌ、Ｒ、Ｕ、Ｌｏは、それぞれプリンターの前側、後側、左側、右側、上側、下側を示している。

図１に示すように、プリンター１は、各種機器が収容された箱型形状のハウジング１０を備えている。ハウジング１０の下部には複数毎の用紙がセットされる給紙カセット１１が収容され、ハウジング１０の上部には画像形成済みの用紙が積み重ねられる排紙トレイ１２が設けられている。排紙トレイ１２の下方にはトナーを貯留したトナーコンテナ１３がトナーの色（例えば、マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの４色）毎に着脱可能にセットされている。複数のトナーコンテナ１３の下方には、左右一対のローラー１４、１５に掛け渡された中間転写ベルト１６が設けられている。

中間転写ベルト１６の下側に沿って、トナーの色毎に画像形成部１７が左右一列に設けられている。各画像形成部１７には中間転写ベルト１６に転接する感光体ドラム２１が回転可能に設けられており、感光体ドラム２１の周囲には帯電器２２と、現像器２３と、一時転写部２４と、クリーニング装置２５と、徐電器２６とが一次転写のプロセス順に配置されている。各現像器２３には、不図示の供給路を通じてトナーコンテナ１３からトナーが供給されている。各画像形成部１７の下方には、レーザー・スキャニング・ユニット（ＬＳＵ）によって構成される露光装置１８が設けられている。

ハウジング１０内の右側部には、複数のローラーによって給紙カセット１１から排紙トレイ１２に向かう用紙の搬送経路Ｌが形成されている。搬送経路Ｌの上流端（下端）には給紙部３１が設けられ、搬送経路Ｌにおいて給紙部３１よりも下流には中間転写ベルト１６の右端側に二次転写部３２が設けられている。搬送経路Ｌにおいて二次転写部３２の下流には定着装置３３が設けられ、搬送経路Ｌの下流端（上端）には排紙口３４が設けられている。また、用紙は、画像の形成対象となるシート状のものであればよく、例えば、普通紙、コート紙、トレーシングペーパー、ＯＨＰ（Over Head Projector）シートでもよい。

プリンター１の画像形成時には、帯電器２２によって感光体ドラム２１の表面が帯電された後、露光装置１８からのレーザー光によって感光体ドラム２１の表面に静電潜像が形成される。次に、現像器２３から感光体ドラム２１の表面の静電潜像にトナーが付着されてトナー像が形成され、感光体ドラム２１の表面から中間転写ベルト１６の表面にトナー像が一次転写される。トナーの色毎の画像形成部１７によって一次転写されることで、中間転写ベルト１６の表面にフルカラーのトナー像が形成される。なお、感光体ドラム２１に残留したトナーと電荷は、クリーニング装置２５と徐電器２６によって除去される。

一方で、給紙部３１によって給紙カセット１１又は手差しトレイ（不図示）から用紙が取り出され、上記の画像形成動作にタイミングを合わせて二次転写部３２に向けて用紙が搬送される。二次転写部３２において中間転写ベルト１６の表面から用紙の表面にフルカラーのトナー像が二次転写され、二次転写部３２の下流の定着装置３３に向けて転写済みの用紙が搬送される。定着装置３３において用紙にトナー像が定着され、定着済みの用紙が排紙口３４から排紙トレイ１２上に排出される。このように、用紙に転写されたトナー像が定着装置３３を通過することによって用紙の表面に画像が形成される。

次に、図２から図４を参照して、定着装置について説明する。図２は、本実施の形態の定着装置の模式図である。図３は、比較例のガイド板及び定着ベルトの平面図である。図４は、比較例の定着装置の斜視図である。なお、図２の矢印Ｄ_Ｌは、用紙の搬送方向（本実施の形態では下側から上側に向かう方向）を示している。また、図３では説明の便宜上、定着ベルトを断面で示し、図４では定着ベルトを省略している。

図２に示すように、本実施の形態のプリンター１（図１参照）には、無端状の定着ベルト４１を用いて、未定着のトナー像を用紙に定着させるベルト定着方式の定着装置３３が採用されている。定着装置３３は、用紙の搬送経路Ｌを挟んで定着ベルト４１と加圧ローラー４２とを対向配置させており、定着ベルト４１と加圧ローラー４２の間に定着ニップＮを形成している。定着ベルト４１の内側には、定着ベルト４１の回転軸方向（前後方向）に長い断面略角型Ｃ字状のセンターフレーム４３と、センターフレーム４３の溝を覆う断面角型Ｕ字状の補助フレーム４４とが設けられている。

補助フレーム４４の右側壁には、定着ベルト４１を内側から支持する支持部材４５が取り付けられている。補助フレーム４４の上壁及び下壁には、定着ベルト４１の回転をガイドする断面略円弧状のガイド板４６が支持片４７、４８を介して取り付けられている。センターフレーム４３の左側壁には、定着ベルト４１の温度を測定する温度センサー４９が取り付けられている。定着ベルト４１の外側には、加圧ローラー４２と逆側（左側）から定着ベルト４１を加熱する励磁コイル５１が設けられている。定着ベルト４１の端部には、定着ベルト４１の回転を検知するためのキャップ５２（図６Ａ参照）が設けられている。

定着ベルト４１は、回転軸方向に長い筒状に形成されており、用紙の搬送に伴って回転するように配置されている。定着ベルト４１は、可撓性を有する薄肉ベルトであり、例えば内側から外側に向かって積層された摺動層、基材層、弾性層、離型層によって形成されている。摺動層はポリイミド又はフッ素系樹脂等、基材層はニッケル又はポリイミド等、弾性層はシリコーンゴム等、離型層はフッ素系樹脂等によってそれぞれ形成されている。基材層をポリイミドによって樹脂成形する場合には、ポリイミド内にＣｕ（銅）、Ａｇ（銀）、Ａｌ（アルミニウム）等の金属粉末が混合されていてもよい。

加圧ローラー４２は、円柱状に形成されており、支持部材４５に対して定着ベルト４１を外側から押し付けている。加圧ローラー４２は、例えば回転軸Ｃ１を中心に回転可能な円柱状のコア材５３と、コア材５３の外周に設けられた弾性層５４と、弾性層５４の外面を覆う離型層（不図示）とによって形成されている。コア材５３はステンレス又はアルミニウム等の金属によって形成され、弾性層５４はシリコーンゴム又はシリコーンスポンジによって形成され、離型層はフッ素系樹脂によって形成されている。また、加圧ローラー４２には、モーター等の駆動源５５が接続されている。

支持部材４５は、ＬＣＰ（液晶ポリマー）等の耐熱性樹脂によって長尺の細板状に形成されている。支持部材４５は、定着ベルト４１を挟んで加圧ローラー４２に対向しており、搬送経路Ｌに沿って定着ベルト４１を内側から支持している。支持部材４５の支持面５６は加圧ローラー４２の外周面に対応した凹面状に形成されている。支持面５６は、搬送経路Ｌの上流から下流（下から上）に向かって、支持部材４５の厚みが薄くなるように僅かに傾斜している。加圧ローラー４２によって定着ベルト４１が支持部材４５の支持面５６に押し付けられることで、定着ベルト４１が支持面５６に倣って凹状に変形されている。

ガイド板４６は、ステンレス等の長尺の金属薄板（例えば０．１［ｍｍ］−０．５［ｍｍ］）によって断面略円弧状に形成されている。ガイド板４６は、回転軸Ｃ２を挟んで支持部材４５とは逆側において、定着ベルト４１の回転を内側からガイドしている。この場合、ガイド板４６のバネ性によって、定着ベルト４１に対してテンションが付与されている。なお、ガイド板４６の端縁形状の詳細については後述する。温度センサー４９は、サーミスタ等の検知素子（不図示）を有しており、検知素子を定着ベルト４１の内面に接触させることで定着ベルト４１の温度を検知している。

励磁コイル５１は、定着ベルト４１を挟んでガイド板４６に対向しており、定着ベルト４１の外面に沿って円弧状に形成されている。励磁コイル５１には電源５７が接続されており、電源５７から励磁コイル５１に高周波電流が通電される。励磁コイル５１の通電によって磁束が発生し、磁束が定着ベルト４１に吸収されることで定着ベルト４１が誘導加熱されている。キャップ５２（図６Ａ参照）は定着ベルト４１の端部に設けられ、キャップ５２の外周に複数の検知片５８が突設されている。検知片５８がフォトインタラプタ（不図示）等によって検知されることで定着ベルト４１の回転が検知される。

ところで、図３の比較例に示す定着装置では、定着ベルト９２の回転軸方向Ｄ２の両端部にキャップ９５を取り付けるために、回転軸方向Ｄ２に沿った定着ベルト９２のベルト幅がガイド板９１のガイド幅よりも大きく形成されている。このため、回転軸方向Ｄ２において定着ベルト９２がガイド板９１の両端縁９３から食み出している。定着ベルト９２の内面にはガイド板９１が押し付けられているため、定着ベルト９２の内面に対してガイド板９１の両端縁９３が強く当たっている。定着ベルト９２の内面よりもガイド板９１の硬度が高いため、ガイド板９１に対して定着ベルト９２が摺動することで、定着ベルト９２の内面が局所的に摩耗する。

より詳細には、ガイド板９１の長手方向の両端縁９３が回転方向Ｄ１に平行なストレート形状に形成されている。このため、定着ベルト９２が回転方向Ｄ１の上流から下流に回転する間に、定着ベルト９２の内面の同じ位置にガイド板９１の端縁９３が当たり続けて、定着ベルト９２が局所的に摩耗して破損するおそれがある。図４に示すように、ガイド板９１の端縁９３に保護シール９４を貼り付けることで定着ベルト９２の摩耗を回避できる。しかしながら、保護シール９４には耐熱性、摺摩耗性、耐久性が求められるため、保護シール９４が高価になると共に、保護シール９４を貼り付けるため作業工数が増加する。

そこで、本実施の形態の定着装置３３では、定着ベルト４１の内面の同じ位置に対してガイド板４６の端縁６５が当たり続けないように、ガイド板４６の端縁６５が回転方向Ｄ１（摺動方向）に非平行な縁形状を含むように形成されている（図６Ａ参照）。これにより、定着ベルト４１がガイド板４６を摺動する際に、定着ベルト４１の内面とガイド板４６の端縁６５の接触による定着ベルト４１の局所的な摩耗が抑えられて定着ベルト４１の耐久性が向上される。また、保護シール９４（図４参照）が不要になるため、コストを抑えつつ定着ベルト４１の耐久性を向上することができる。

以下、図５及び図６を参照して、ガイド板の縁形状について説明する。図５は、本実施の形態のガイド板の縁部分の斜視図である。図６Ａは、本実施の形態のガイド板及び定着ベルトの平面図である。図６Ｂは、ガイド板の縁部分の拡大図である。なお、図６Ａでは、説明の便宜上、定着ベルトを断面で示している。

図５及び図６Ａに示すように、ガイド板４６は断面略円弧状に形成されており、定着ベルト４１の内面に全体的に押し当てられている。ガイド板４６の短手方向の一端部６１は内向きに屈曲されており、ガイド板４６の短手方向の他端部６２は断面角型Ｕ字状になるように内向きに屈曲されている。ガイド板４６の両端部６１、６２の端縁６３、６４がガイド板４６の内側に入り込んでいるため、ガイド板４６の短手方向の端縁６３、６４が定着ベルト４１の内面に当たることがない。よって、ガイド板４６の端縁６３、６４による定着ベルト４１の内面の摩耗が抑えられている。

ガイド板４６の長手方向の両端縁６５の縁形状は、平面視にて定着ベルト４１の回転方向Ｄ１に交差する斜線形状に形成されている。定着ベルト４１の回転に伴って定着ベルト４１の摺動方向とガイド板４６の端縁６５の延在方向が斜めに交差するため、定着ベルト４１の内面の同じ位置がガイド板４６の端縁６５に当たり続けることがない。すなわち、定着ベルト４１の任意の位置Ｐは回転方向Ｄ１に移動して、ガイド板４６の端縁６５を一時的に通過し、定着ベルト４１の位置Ｐがガイド板４６の端縁６５上を移動することがない。よって、定着ベルト４１の位置Ｐに端縁６５が当たり続けることがなく、定着ベルト４１の局所的な摩耗が抑えられている。

また、図６Ｂに示すように、ガイド板４６の端縁６５の縁形状は、定着ベルト４１の回転方向Ｄ１の上流から下流に向かって回転軸方向Ｄ２の内側に傾斜している。このため、ガイド板４６の端縁６５を基準にして、端縁６５より回転方向Ｄ１の上流側が定着ベルト４１とガイド板４６の当接領域Ａ１になり、端縁６５より回転方向Ｄ１の下流側が定着ベルト４１とガイド板４６の非当接領域Ａ２になっている。定着ベルト４１の内面がガイド板４６の表面を摺動するときに、定着ベルト４１の内面が当接領域Ａ１から非当接領域Ａ２に向かって端縁６５を通過するため、定着ベルト４１の内面の摩耗が抑えられている。

より詳細には、定着ベルト４１が回転すると、定着ベルト４１の位置Ｐ１−Ｐ３が当接領域Ａ１から非当接領域Ａ２に移動する。定着ベルト４１の位置Ｐ１−Ｐ３が端縁６５を通過したときに、ガイド板４６に当たっていた各位置Ｐ１−Ｐ３がガイド板４６から離間する。このため、定着ベルト４１の内面がガイド板４６に対して非当接領域Ａ２から当接領域Ａ１に向かって摺動する場合のように、ガイド板４６に当たっていなかった箇所が端縁６５に当たり始めることがない。よって、ガイド板４６の端縁６５によって定着ベルト４１の内面が削られることがない。

以上、本実施の形態によれば、定着ベルト４１のベルト幅よりもガイド板４６のガイド幅が小さいため、定着ベルト４１の回転軸方向Ｄ２におけるガイド板４６の両端縁６５が定着ベルト４１の内面に接触する。このとき、ガイド板４６の端縁６５が定着ベルト４１の回転方向Ｄ１に非平行な斜線形状を含むため、定着ベルト４１の内面の同じ位置がガイド板４６の端縁６５に当たり続けることがない。よって、ガイド板４６の端縁６５と定着ベルト４１の内面の当接による定着ベルト４１の局所的な摩耗が抑えられて定着ベルト４１の耐久性が向上される。また、ガイド板４６の端縁６５に高価な保護シール９４が不要になるため、コスト及び作業工数を増加させることなく、定着装置３３の定着ベルト４１の寿命を向上させることができる。

さらに、プリンター１（図１参照）に本実施の形態の定着装置３３を適用することで、定着装置３３のメンテナンス作業や交換作業の作業頻度を低減することができる。

なお、ガイド板４６の端縁６５の縁形状が、平面視にて斜線形状である構成には限定されない。ガイド板４６の端縁６５の縁形状は、定着ベルト４１の回転方向Ｄ１に非平行な縁形状を含む形状であればよい。以下、図７−図１１を参照して、ガイド板の変形例について説明する。図７は、第１の変形例のガイド板の縁部分の斜視図である。図８−図１１は、第１−第４の変形例のガイド板及び定着ベルトの平面図である。なお、図８−図１１では、説明の便宜上、定着ベルトを断面で示している。また、本実施の形態と同様な構成については説明を省略する。

図７及び図８に示すように、ガイド板７１の端縁７２の縁形状が、平面視にて定着ベルト７３の回転方向Ｄ１に交差する波型形状に形成されている。このような構成でも、定着ベルト７３の内面の同じ位置がガイド板７１の端縁７２に当たり続けることがなく、定着ベルト７３の局所的な摩耗が抑えられている。また、ガイド板７１の端縁７２の波型形状は、定着ベルト７３の回転方向Ｄ１の上流から下流に向かって回転軸方向Ｄ２の内側に傾斜している。よって、定着ベルト７３の内面がガイド板７１の表面を摺動する際に、ガイド板７１の端縁７２によって定着ベルト７３が削られることがない。

なお、図９に示すように、定着ベルト７７の局所的な摩耗を抑えるだけであれば、ガイド板７５の端縁７６の縁形状が、定着ベルト７７の回転方向Ｄ１の上流から下流に向かって回転軸方向Ｄ２の外側に傾斜した傾斜形状に形成されてもよい。また、図１０に示すように、ガイド板８１の端縁８２の縁形状が、定着ベルト８３の回転方向Ｄ１に沿った波型形状に形成されてもよい。さらに、図１１に示すように、ガイド板８５の端縁８６の縁形状の全体が、定着ベルト８７の回転方向Ｄ１に非平行な縁形状に形成されている必要はない。ガイド板８５の端縁８６の縁形状は、定着ベルト８７の回転方向Ｄ１に平行な縁形状と非平行な縁形状によって形成されてもよい。

本実施の形態では、画像形成装置としてプリンター１を例示して説明したが、画像形成装置は、コピー機、ファクシミリ、複合機（プリント機能、コピー機能及びファックス機能等を複合的に備えた機器）等であってもよい。

なお、本実施の形態を説明したが、他の実施の形態として、上記実施の形態及び変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。

また、本発明の技術は上記の実施の形態に限定されるものではなく、技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、技術的思想を別の仕方によって実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様をカバーしている。

１ ：プリンター（画像形成装置）
１７ ：画像形成部
３３ ：定着装置
４１ ：定着ベルト
４２ ：加圧ローラー
４５ ：支持部材
４６ ：ガイド板
６５ ：端縁
７１ ：第１の変形例のガイド板
７２ ：第１の変形例の端縁
７３ ：第１の変形例の定着ベルト
７５ ：第２の変形例のガイド板
７６ ：第２の変形例の端縁
７７ ：第２の変形例の定着ベルト
８１ ：第３の変形例のガイド板
８２ ：第３の変形例の端縁
８３ ：第３の変形例の定着ベルト
８５ ：第４の変形例のガイド板
８６ ：第４の変形例の端縁
８７ ：第４の変形例の定着ベルト
Ｄ１ ：回転方向
Ｄ２ ：回転軸方向

Claims (5)

1. 用紙に転写された未定着のトナー像を前記用紙に定着させる定着装置であって、
   前記用紙の搬送に伴って回転する無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトの回転を内側からガイドするガイド板と、
   前記用紙の搬送経路に沿って前記定着ベルトを内側から支持する支持部材と、
   前記支持部材に対して前記定着ベルトを外側から押し付ける加圧ローラーと、を備え、
   前記定着ベルトの回転軸方向において、前記定着ベルトのベルト幅が前記ガイド板のガイド幅よりも大きく形成されており、
   前記回転軸方向における前記ガイド板の両端縁は、前記定着ベルトの回転方向に非平行な縁形状を含むことを特徴とする定着装置。
2. 前記非平行な縁形状は、斜線形状であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記非平行な縁形状は、波型形状であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
4. 前記非平行な縁形状は、前記回転方向の上流から下流に向かって前記回転軸方向の内側に傾斜することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 前記用紙に対して前記トナー像を形成する画像形成部と、
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の定着装置と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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