JP2022066948A

JP2022066948A - 定着装置

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Publication number: JP2022066948A
Application number: JP2020175571A
Authority: JP
Inventors: 博司宮本; Hiroshi Miyamoto
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2020-10-19
Filing date: 2020-10-19
Publication date: 2022-05-02

Abstract

【課題】ベルト内部に潤滑剤を塗布する定着装置において、潤滑剤がベルト端部から漏れ出し、定着や加圧部材の表面および記録材を汚染するという問題がある。【解決手段】端部フランジの内側に、定着フィルム内面とフィルム内部部材が当接しない領域を設けることで、フィルム端部の潤滑剤のはみ出し汚れを抑制する。【選択図】図５

Description

本発明は、複合機、複写機、プリンタ、ファックス等の記録材上に画像形成可能な電子写真方式の加熱定着装置および画像形成装置に関する。

未定着トナー画像を加熱溶融定着する定着装置として、内部にヒータを有する定着ローラに加圧ローラを圧接してニップを形成し、定着を行うローラ定着方式が一般的である。

近年、ベルトを介して記録材上の未定着トナー画像を定着するベルト定着方式が盛んに用いられるようになっている。ベルト定着方式は、ローラ定着方式に比べ、装置を大型化することなく広いニップを形成することができるので、ウエイトタイム短縮、装置の小型化、高速化対応が可能である。

特許文献１のようなベルト加熱方式の定着装置が実用化されている。ステイホルダと、加圧部材としての加圧ローラとの間に、誘導コイルで加熱された耐熱性樹脂ベルト（以下、定着ベルトと記す）を挟ませて圧接ニップ部（以下、定着ニップ部と記す）を形成させ、該定着ニップ部の定着ベルトと加圧ローラとの間に未定着トナー画像を形成担持させた記録材を導入して定着ベルトと一緒に挟持搬送させることで、定着ニップ部の熱と加圧力で未定着トナー画像を記録材面に定着させるものである。

また、ベルト定着方式として、内部に加熱源を有する定着ローラと加圧部材として加圧ベルトから構成される定着装置も実用化されている。

このような定着装置の場合、ベルトの内面とベルト内面と摺擦する部材との間には耐熱性の摺動グリスやオイル等の潤滑剤が塗布されており、ベルトの摺動性を保っている。このような方式においては、長期使用時に潤滑剤がベルト端部から漏れ出し、定着部材や加圧部材表面および記録材を汚染するという問題がある。

特許文献２では、定着ベルト端部から潤滑剤が漏れ出す問題に対して、定着ベルト軌道のガイド部材（以下、定着フランジと記す）の外周面や定着ベルトの内周面に溝を設けることで漏れ出しを抑制している。

特開２０１３－１９０５３５号公報特開２００２－３５７９６８号公報

ところで、特許文献２に記載されているような定着フランジの外周面や定着ベルト内面に溝を設けた場合は、少量の潤滑剤であれば定着ベルト端部からの漏れ出しの抑制が可能である。しかしながら、長期に使用される場合や潤滑剤の量が多い場合においては、溝部で潤滑剤をせき止めきれずに、定着ベルト端部から漏れ出してしまうという問題が発生する。

そこで、本発明の目的は、潤滑剤量にかかわらず長期に亘って、ベルト端部からの潤滑剤の漏れ出しを抑制することができる画像の定着装置を提供することにある。

本発明は、無端状で回転する定着部材と、前記定着部材と互いに圧接させて回転駆動する加圧部材と、前記定着部材の内部に接触し、前記定着部材を挟んで前記加圧ローラとニップ部を形成するニップ形成部材と、前記定着部材の端面および内面に接触し、前記定着部材の軌道を規制する規制部材と、前記定着部材と前記ニップ形成部材の接触部に塗布される潤滑剤と、を有し、前記定着部材が回転した際に、前記定着部材の内周面に、前記ニップ形成部材および前記規制部材が接触しない領域が存在することを特徴とする。

本発明に係る画像の定着装置によれば、ベルト端部からの潤滑剤の漏れ出しを抑制し、装置内部や記録材の汚染を防止することが可能となる。

本実施例における画像形成装置の模式図である。本実施例における定着装置の概略断面図と制御系のブロック図である。本実施例における定着装置の定着ベルトの層構成模型図である。本実施例における定着装置の外側磁性体コアの配置を示す斜視図である。本実施例における定着装置の正面図である。従来例における定着装置の正面図である。

次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例（実施例）を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例）
（１）画像形成装置
図１は、本発明に従う画像加熱装置を定着装置として搭載した画像形成装置の一例の構成模型図である。この画像形成装置は電子写真方式を用いたカラー画像形成装置である。

Ｙ・Ｃ・Ｍ・Ｋはそれぞれイエロー・シアン・マゼンタ・ブラックの色トナー画像を形成する４つの画像形成部であり、下から上に順に配列してある。各画像形成部Ｙ・Ｃ・Ｍ・Ｋは、それぞれ、感光体ドラム２１、帯電装置２２、現像装置２３、クリーニング装置２４等を有している。

イエローの画像形成部Ｙの現像装置２３にはイエロートナーを、シアンの画像形成部Ｃの現像装置２３にはシアントナーを、マゼンタの画像形成部Ｍの現像装置２３にはマゼンタトナーを、ブラックの画像形成部Ｋの現像装置２３にはブラックトナーを、それぞれ収容させている。

感光体ドラム２１に露光を行うことにより静電潜像を形成する光学系２５が上記４色の画像形成部Ｙ・Ｃ・Ｍ・Ｋに対応して設けられている。光学系としては、レーザー走査露光光学系を用いている。

各画像形成部Ｙ・Ｃ・Ｍ・Ｋにおいて、帯電装置２２により一様に帯電された感光体ドラム２１に対して光学系２５より画像データに基づいた走査露光がなされることにより、感光体ドラム表面に走査露光画像パターンに対応した静電潜像が形成される。

それらの静電潜像が現像装置２３によりトナー画像として現像される。すなわち、イエローの画像形成部Ｙの感光体ドラム２１にはイエロートナー画像が、シアンの画像形成部Ｃの感光体ドラム２１にはシアントナー画像が、マゼンタの画像形成部Ｍの感光体ドラム２１にはマゼンタトナー画像が、ブラックの画像形成部Ｋの感光体ドラム２１にはブラックトナー画像が、それぞれ形成される。

各画像形成部Ｙ・Ｃ・Ｍ・Ｋの感光体ドラム２１上に形成された上記の色トナー画像は各感光体ドラム２１の回転と同期して、略等速で回転する中間転写体２６上へ所定の位置合わせ状態で順に重畳されて一次転写される。これにより中間転写体２６上に未定着のフルカラートナー画像が合成形成される。本実施例においては、中間転写体２６として、エンドレスの中間転写ベルトを用いており、駆動ローラ２７、二次転写ローラ対向ローラ２８、テンションローラ２９の３本のローラに巻きかけて張架してあり、駆動ローラ２７によって駆動される。

各画像形成部Ｙ・Ｃ・Ｍ・Ｋの感光体ドラム２１上から中間転写ベルト２６上へのトナー画像の一次転写手段としては、一次転写ローラ３０を用いている。一次転写ローラ３０に対して不図示のバイアス電源よりトナーと逆極性の一次転写バイアスを印加する。これにより、各画像形成部Ｙ・Ｃ・Ｍ・Ｋの感光体ドラム２１上から中間転写ベルト２６に対してトナー画像が一次転写される。各画像形成部Ｙ・Ｃ・Ｍ・Ｋにおいて感光体ドラム２１上から中間転写ベルト２６への一次転写後、感光体ドラム２１上に転写残として残留したトナーはクリーニング装置２４により除去される。

上記工程を中間転写ベルト２６の回転に同調して、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に対して行い、中間転写ベルト６上に、各色の一次転写トナー画像を順次重ねて形成していく。なお、単色のみの画像形成（単色モード）時には、上記工程は、目的の色についてのみ行われる。

一方、記録材カセット３１内の記録材Ｐは、給送ローラ３２により一枚分離給送され、レジストローラ３３により所定のタイミングで、二次転写ローラ対向ローラ２８に巻きかけられている中間転写ベルト２６部分と二次転写ローラ３４との圧接部である転写定着ニップ部に搬送される。

中間転写ベルト２６上に形成された一次転写合成トナー画像は、二次転写ローラ３４に不図示のバイアス電源より印加されるトナーと逆極性のバイアスにより、記録材Ｐ上に一括転写される。二次転写後に中間転写ベルト２６上に残留した二次転写残トナーは中間転写ベルトクリーニング装置３５により除去される。

記録材Ｐ上に二次転写されたトナー画像は、画像加熱装置である定着装置Ａにより記録材Ｐ上に溶融混色定着され、フルカラープリントとして排紙パス３６を通って排紙トレイ３７に送り出される。

（２）定着装置
以下に、定着装置について、詳述する。

以下の説明において、定着装置またはこれを構成している部材の長手方向とは記録材搬送路面内において記録材搬送方向に直交する方向に並行な方向である。また短手方向とは記録材搬送方向に並行な方向である。定着装置に関し、正面とは装置を記録材入口側からみた面、背面とはその反対側の面（記録材出口側）、左右とは装置を正面から見て左または右である。上流側と下流側とは記録材搬送方向に関して上流側と下流側である。

図２は本実施例における画像加熱装置としての定着装置要部の拡大横断側面図と制御系のブロック図である。

１は金属層を有する無端状の定着ベルトである。２は定着ベルト１の外周と接するように配設された加圧回転体としての加圧ローラである。３は定着ベルトと加圧ロールとの間に押圧力を作用させて定着ニップ部Ｎを形成する圧力付与部材であり、金属製のステー４に保持されている。また、ステー４のコイル側には、誘導加熱による温度上昇を防止するための磁気遮蔽部材としての磁気遮蔽コア５が設けられている。１０は定着ベルト１の長手方向移動および周方向の形状を規制する規制部材としての左右の定着フランジである。定着フランジ１０内に挿通して配設したステー４の両端部と装置シャーシ側のバネ受け部材９ａとの間にステー加圧バネ９ｂを縮設することでステー４に押し下げ力を作用させている。これにより、定着フランジ１０の下面と加圧ローラ２の上面とが定着ベルト１を挟んで圧設して所定幅の定着ニップ部Ｎが形成される。

１００は定着ベルト１を誘導加熱する加熱源（誘導加熱手段）としての誘導加熱装置である。この誘導加熱装置１００は、電線として例えばリッツ線を用い、これを横長・船底状にして定着ベルト１の周面と側面の一部に対向するように巻回してなる励磁コイル６と、励磁コイル６によって発生した磁界が定着ベルト１の金属層（導電層）以外に実質漏れないように該励磁コイル６を覆わせた外側磁性体コア７ａと、それらを電気絶縁性の樹脂によって支持するモールド部材７ｃから構成される。この誘導加熱装置１００は定着ベルト１の外周面の上面側において、定着ベルト１に所定のギャップ（隙間）を存して対面させて配設してある。

定着ベルト１の回転状態において、誘導加熱装置１００の励磁コイル６には電源装置（励磁回路）１０１から２０～５０ｋＨｚの高周波電流が印加されて、該励磁コイル６によって発生した磁界により定着ベルト１の金属層（導電層）が誘導発熱する。

ＴＨ１は例えばサーミスタ等の温度センサ（温度検出素子）であり、定着ベルト１の幅方向中央部の位置に当接させて配設してある。

この温度センサＴＨ１は通紙域になる定着ベルト部分の温度を検知し、その検知温度情報が制御回路部１０２にフィードバックされる。制御回路部１０２はこの温度センサＴＨ１から入力する検知温度が所定の目標温度（定着温度）に維持されるように電源装置１０１から励磁コイル６に入力する電力を制御している。すなわち、定着ベルト１の検出温度が所定温度に昇温した場合、励磁コイル６への通電が遮断される。本実施例では、定着ベルト１の目標温度である１８０℃で一定になるように、温度センサＴＨ１の検出値に基づいて高周波電流の周波数を変化させて励磁コイル６に入力する電力を制御して温度調節を行っている。

上記の温度センサＴＨ１は、圧力付与部材３に弾性支持部材を介して取り付けられており、定着ベルト１の当接面が波打つなどの位置変動が生じたとしてもこれに追従して良好な接触状態が維持されるように構成されている。

定着ベルト１は、少なくとも画像形成実行時には、制御回路部１０２で制御されるモータ（駆動手段）Ｍ１によって加圧ローラ２が回転駆動されることで、図１の画像転写部側から搬送されてくる、未定着トナー画像Ｔを担持した記録材Ｐの搬送速度とほぼ同一の周速度で回転駆動される。本実施例の場合、定着ベルト１の表面回転速度が、３００ｍｍ／ｓｅｃで回転し、フルカラーの画像を１分間にＡ４サイズで７５枚、Ａ４Ｒサイズで５８枚定着することが可能である。

また、誘導加熱装置４の励磁コイル６に制御回路部１０２で制御される電源装置１０１から電力供給がなされて定着ベルト１が所定の定着温度に立ち上がって温調された状態において、定着ニップ部Ｎにおける定着ベルト１と加圧ローラ２との間に、未定着トナー画像Ｔを有する記録材Ｐがそのトナー画像担持面側を定着ベルト１側に向けてガイド部材７で案内されて導入され、定着ニップ部Ｎにおいて定着ベルト１の外周面に密着し、定着ベルト１と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。これにより、主に定着ベルト１の熱が付与され、また定着ニップ部Ｎの加圧力を受けて未定着トナー画像Ｔが記録材Ｐの表面に熱圧定着される。定着ニップ部Ｎを通った記録材Ｐは定着ベルト１の外周面から定着ベルト１の表面が定着ニップ部Ｎの出口部分の変形によって自己分離されて定着装置外へ搬送される。

（３）定着ベルト
図３は定着ベルト１の層構成模型図である。定着ベルト１は内径が３０ｍｍで電気鋳造法によって製造したニッケル基層（金属層）１ａを有している。この基層１ａの厚みは４０μｍである。

基層１ａの外周には弾性層１ｂとして耐熱性シリコーンゴム層が設けられている。シリコーンゴム層の厚さは１００～１０００μｍの範囲内で設定するのが好ましい。本実施例では、定着ベルト１の熱容量を小さくしてウォーミングアップタイムを短縮し、かつカラー画像を定着するときに好適な定着画像を得ることを考慮して、シリコーンゴム層の厚みは３００μｍとされている。このシリコーンゴムは、ＪＩＳ－Ａ２０度の硬度を持ち、熱伝導率は０．８Ｗ／ｍＫである。更に弾性層１ｂの外周には、表面離型層１ｃとしてフッ素樹脂層（例えばＰＦＡやＰＴＦＥ）が３０μｍの厚みで設けられている。

基層１ａの内面側には、定着ベルト内面と温度センサＴＨ１との摺動摩擦を低下させるために、フッ素樹脂やポリイミドなどの樹脂層（滑性層）１ｄを１０～５０μｍ設けても良い。本実施例では、この層１ｄとしてポリイミドを２０μｍ設けた。

なお、定着ベルト１の金属層１ａにはニッケルのほかに鉄合金や銅、銀などを適宜選択可能である。また、樹脂基層にそれら金属を積層させるなどの構成でも良い。金属層１ａの厚みは、後で説明する励磁コイルに流す高周波電流の周波数と金属層の透磁率・導電率に応じて調整して良く、５～２００μｍ程度の間で設定すると良い。

（４）加圧ローラ
定着ベルト１との間で定着ニップを形成するための加圧ローラ２（加圧回転体）は、外径が３０ｍｍで長手方向中央部の径が２０ｍｍで両端部の径が１９ｍｍである鉄合金製の芯金２ａに、弾性層２ｂとしてシリコーンゴム層が設けてある。表面は、離型層２ｃとしてフッ素樹脂層（例えばＰＦＡやＰＴＦＥ）が３０μｍの厚みで設けられる。加圧ローラ２の長手方向中央部における硬度は、ＡＳＫ－Ｃ７０℃である。芯金２ａにテーパー形状をつけているのは、加圧した時に押圧部材３が撓んでも定着ベルト１と加圧ローラ２で挟まれる定着ニップ内の圧力が長手方向にわたって均一にするためである。

本実施例における定着ベルト１と加圧ローラ４との定着ニップ部の回転方向の幅は、定着ニップ圧が６００Ｎにおいては、長手方向両端部で約９ｍｍ、中央部では約８．５ｍｍである。これは記録材Ｐの両端部での搬送速度が中央部と比べて速くなるので紙しわが発生しにくくなるという利点がある。

（５）誘導加熱ユニット
本実施例において、定着ベルト１と誘導加熱装置１００の励磁コイル６は０．５ｍｍのモールドにより電気絶縁の状態を保ち、定着ベルト１と励磁コイル６との間隔は１．５ｍｍ（モールド表面と定着ベルト表面の距離は１．０ｍｍ）で一定であり、定着ベルト１は均一に加熱される。

前述したように、励磁コイル６には、２０～５０ｋＨｚの高周波電流が印加されて、定着ベルト１の金属層１ａが誘導発熱し、定着ベルト１の目標温度である１８０℃で一定になるように、温度センサＴＨ１の検出値に基づいて高周波電流の周波数を変化させて励磁コイル６に入力する電力を制御して温度調節される。

励磁コイル６を含む誘導加熱装置１００が、高温になる定着ベルト１の内部ではなく外部に配置されているので、励磁コイル６の温度が高温になりにくく、電気抵抗も上昇せず高周波電流を流してもジュール発熱による損失を軽減する事が可能となり、また励磁コイル６を外部に配置したことで定着ベルト１の小径化（低熱容量化）にも寄与しており、しいては省エネルギー性にも優れていると言える。本実施例の定着装置のウォーミングアップタイムは、非常に熱容量が低い構成であるため、例えば励磁コイル６に１２００Ｗ入力すると約１５秒で目標温度である１６５℃に到達でき、スタンバイ中の加熱動作が不要であるため、電力消費量を非常に低く抑える事が可能である。

図４に示すように、外側磁性体コア７ａは定着ベルト１の長手方向に分割されており、１つ１つの外側磁性体コア７ａは移動するためのガタ分を含め間隔Ｌ（本実施例では１０ｍｍ）で配置されている。通紙領域においては、励磁コイル６と外側磁性体コア７ａの間隔は０．５ｍｍと密接しており、発熱効率が非常に高い。プリントジョブが開始すると、記録材サイズ入力値を読み取り、その記録材サイズに適した加熱領域を得るために、非通紙領域においては励磁コイル６と外側磁性体コア７ａの間隔を広げ、発熱効率が低下するように外側磁性体コア７ａを移動している。本実施例においては、移動量は１０ｍｍとしている。

（６）圧力付与部材
図５は本実施例における画像加熱装置としての定着装置の正面図を示している。

１０は定着ベルト１の長手方向移動および周方向の形状を規制する規制部材としての左右の定着フランジである。定着フランジ１０内に挿通して配設したステー４の両端部と装置シャーシ側のステー用バネ受け部材９ａとの間にステー加圧バネ９ｂを縮設することでステー４に押し下げ力を作用させている。これにより、定着フランジ１０の下面と加圧ローラ２の上面とが定着ベルト１を挟んで圧設して所定幅の定着ニップ部Ｎが形成される。

３は定着ベルト１と加圧ロール２との間に押圧力を作用させて定着ニップ部Ｎを形成する圧力付与部材であり、金属製のステー４に保持されている。圧力付与部材３は耐熱性樹脂であり、ステー４は圧接部に圧力を加えるために剛性が必要であるため、本実施例では鉄製である。また、圧力付与部材３は特に両端部で励磁コイル６と接近しており、励磁コイル６で生じる磁界を遮蔽して圧力付与部材３の発熱を防止するために、圧力付与部材３の上面に長手方向にわたって磁気遮蔽コア５を配置してある。

本実施例においては、加圧ロール２の長手中心からの長さＬ１、圧力付与部材３の長手中心からの長さＬ２、定着フランジ１０の定着ベルト１内部への突出部の長手中心からの距離Ｌ３について、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３の関係を満たしている。

Ｌ１＜Ｌ２とすることで、加圧ロール２の定着ベルト１の長手接触全域に対して定着ニップ部Ｎを形成することが可能である（Ａ断面）。そして、Ｌ２＜Ｌ３とすることで、圧力付与部材３と定着フランジ１０との間に、定着ベルト１の内周面に接触する部材が存在しない領域Ｄを設けている（Ｂ断面）。

ここで、従来例の定着器の構成と比較して、本実施例の効果について説明する。

図６は従来例における画像加熱装置としての定着装置の正面図を示している。

定着装置において、不図示の潤滑剤は圧力付与部材３と定着ベルト１の間に塗布される。この潤滑剤は定着ベルト１の回転運動とともに圧力付与部材３と定着ベルト１の間から外側に押し出されて、定着ベルト１の内周面に付着する。定着ベルト１の内面に付着した潤滑剤は、定着ベルト１の回転とともに再度圧力付与部材３と定着ベルト１の接触部に到達する。そして、一部は圧力付与部材３と定着ベルト１の間に入り、一部は接触部の手前でせき止められて溜まる。この過程を繰り返して潤滑剤が移動する。移動した潤滑剤が定着フランジ１０に達すると、定着ベルト１と定着フランジ１０の隙間に入り込んだ後に押し出され、定着ベルト１の端部から漏れ出す。

すなわち、潤滑剤の移動は、定着ベルト１の内面が他の部材と接触する領域において発生する。

図５の本実施例の定着装置においては、定着ベルト１が１周回転しても、定着ベルト１の内周面に部材が接触しない領域Ｄが存在する。これにより、潤滑剤が圧力付与部材３と定着ベルト１の間から押し出された後に、定着ベルト１の内周面に接触する部材が存在しない領域Ｄに付着した状態が保たれる。このため、定着フランジ１０まで潤滑剤が移動せず、定着ベルト１の端部から潤滑剤が漏れ出すことを抑制することが可能となる。

１定着ベルト
２加圧ローラ
３圧力付与部材
４ステー
５磁気遮蔽コア
６励磁コイル
７ａ外側磁性体コア
１０定着フランジ
１１記録材

Claims

無端状で回転する定着部材と、
前記定着部材と互いに圧接させて回転駆動する加圧部材と、
前記定着部材の内部に接触し、前記定着部材を挟んで前記加圧ローラとニップ部を形成するニップ形成部材と、
前記定着部材の端面および内面に接触し、前記定着部材の軌道を規制する規制部材と、
前記定着部材と前記ニップ形成部材の接触部に塗布される潤滑剤と、
を有し、
前記定着部材が回転した際に、前記定着部材の内周面に、前記ニップ形成部材および前記規制部材が接触しない領域が存在することを特徴とする定着装置。
前記定着部材の内周面に、前記ニップ形成部材および前記規制部材が接触しない領域は、前記定着部材の長手両端部に存在することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。