JP4407734B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

トナー画像を加熱加圧定着して用紙に定着させる定着装置であって、特に定着ベルトを用いた定着装置及び当該定着装置を備えた画像形成装置に関する。

従来、複写機、プリンタ、ファクシミリ及びこれらの機能を有する複合機等の電子写真式の画像形成装置に用いられている定着装置としては加熱ローラ方式（熱定着ローラ方式ともいう）のものが低速機から高速機まで、モノクロ機からカラー機に至るまで、幅広く採用されている。加熱ローラ方式の定着装置とは、所定の温度に維持された加熱ローラと、弾性層を有してその加熱ローラに圧接する加圧ローラとによって形成された定着ニップ部により、未定着のトナー像を形成された転写材を挟持搬送しつつ加熱加圧するものである。

近年のカラー化や高速化の要請で、用紙表面上のトナーを効率よく加熱するために、定着のニップ幅を広くすることが求められている。このような場合、前述の加熱ローラ方式の定着装置では、その構成上、ニップ幅を広くするためには、二つのローラ径を拡大する、あるいはローラ間の圧接力を高めてローラのつぶれ（歪み）量を大きくする手段等が考えられる。しかし、このような手段を採用した場合には、定着装置の大型化、耐久性の低下等の問題があり、設計条件の自由度が低い。

このような問題を解決する方法として、ローラによって駆動されて回転する無端状の定着ベルトと、定着ベルトの内周面側に固定された押圧パッドと、を備え、押圧パッドにより定着ベルトを加熱ローラの方向に押圧するベルトニップ方式の定着装置が、近年採用されるようになっている。ベルトニップ方式の定着装置では、その構成上、定着ニップ部の幅は装置を大型化せずに熱ローラ方式よりも広く設定することが可能である。

ベルトニップ方式の定着装置においては、加熱ローラに定着ベルトを圧接部材によって圧接するように構成されているため、定着ベルトの内面と圧接部材との間の摩擦が大きいと、定着ベルトの走行が妨げられ、画像ずれや紙しわ等の原因となる。

このような問題に対して特許文献１では、画像ずれの発生を防止する目的で、定着ベルト内周面との摺動抵抗を軽減するために押圧部材を被覆するシート状部材を備え、当該シート状部材の表面に大きな凹凸を形成した定着装置が開示されている。

しかし、特許文献１に記載の定着装置では、その繰り返しの使用にともない、定着ベルトの内周面に塗布した潤滑剤又は加熱ローラ表面に塗布した離型剤が摺動シート端部からその内側に回りこみ、摺動シートに被覆されている押圧パッドに付着する。押圧パッドに離型剤等のオイルが付着することにより押圧パッドが膨潤変形し本来の機能を果たさなくなるという問題が生じていた。

特許文献２に記載の定着装置では、このような問題に対して、摺動シートの外側にはみ出し部を設けて、その端部を定着ローラ定着ベルトの端部よりも外側に位置するようにすることにより離型剤が摺動シートの内側に回り込み難くしている。
特開２００２−１４８９７０号公報 特開２００７−７９１８３号公報

しかし、一方で、延長部を設けたことにより摺動シートの長さを定着ベルトよりも長くしたために、摺動シートと定着ベルトの端部とが擦れることにより摺動シートの摩耗が促進され破断がし易いという問題が生じることとなった。

本願発明は、上記問題に鑑み、定着ベルトを用いた定着装置において、定着ベルト内周面を押圧する押圧部材を被覆する摺動シートが、定着ベルト端部と擦れることによって破断するという問題を防ぐ定着装置を提供することである。

上記の目的は、下記に記載する発明により達成される。

（１） 加熱部と、該加熱部と互いに圧接して定着ニップ部を形成する加圧部と、を有する定着装置であって、前記加熱部又は前記加圧部の少なくとも一方が、
無端状の定着ベルトと、
該定着ベルトを内周面側から前記定着ニップ部側に圧接させる押圧部材と、
該押圧部材を被覆する摺動シートであって、前記押圧部材の長手方向に関して前記押圧部材が前記定着ベルトに対向する対向面の外側に、前記定着ベルトの端部よりも摺動シートの端部が外側に位置するように延長された延長部を有しており、かつ、前記押圧部材の長手方向に垂直な方向に関して前記延長部以外の端部は前記定着ベルトの端部よりも内側に位置するように切り欠いた形状の摺動シートと、
を有することを特徴とする定着装置。

（２）前記摺動シートは、前記延長部を前記押圧部材の長手方向に垂直な方向に関して延長した側面部を有し、前記押圧部材を前記摺動シートで被覆した状態では、前記延長部及び前記側面部により桶形状を形成することを特徴とする（１）に記載の定着装置。

（３）用紙にトナー画像を形成する画像形成部と、
前記画像形成部で形成したトナー画像を定着ニップ部で用紙に加熱加圧定着する（１）又は（２）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。

本発明によれば、定着ベルトを用いた定着装置において、定着ベルト内周面を押圧する押圧部材を被覆する摺動シートが、定着ベルト端部と擦れることによって破断するという問題を防ぐ定着装置を提供することが可能となる。

本発明を実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。

図１は、本実施形態に係る画像形成装置の中央断面図である。画像形成装置Ａは、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、画像形成部Ａ１、スキャナ部１、操作表示部２、自動原稿送り装置Ｄを有する。

画像形成部Ａ１は、複数組の画像作成部４Ｙ（イエロー），４Ｍ（マゼンタ），４Ｃ（シアン），４Ｋ（ブラック）と、画像書き込み部３（Ｍ、Ｃ、Ｋについては参照符号を省略）、中間転写ベルト４２と給紙カセット５、給紙手段６、排紙部７、定着装置８、両面搬送路９を有する。定着装置８については詳しくは後述する。

画像作成部４（４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ）は現像手段を有しており、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及び黒（Ｋ）の各色の小粒径のトナーとキャリアからなる２成分現像剤を内包する。

画像形成装置Ａの上部には、自動原稿送り装置Ｄが搭載されている。自動原稿送り装置Ｄの原稿台上に載置された原稿は矢印方向に搬送されスキャナ部１の光学系により原稿の片面又は両面の画像が読み取られ、ＣＣＤイメージセンサ１Ａに読み込まれる。

ＣＣＤイメージセンサ１Ａにより光電変換されたアナログ信号は、メモリ制御部において、アナログ処理、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等を行った後、画像書き込み部３に信号を送る。

画像書き込み部３においては、半導体レーザからの出力光が画像作成部４の感光体ドラム４１（Ｍ、Ｃ、Ｋについては参照符号を省略）に照射され、潜像を形成する。画像作成部４においては、帯電、露光、現像、転写、クリーニング等の処理が行われる。画像作成部４で形成された各色のトナー画像は、回転する中間転写ベルト４２上に一次転写手段により逐次転写されて、合成されたカラー画像が形成される。

中間転写ベルト４２上のトナー画像は二次転写ローラ４３により、給紙カセット５から給紙搬送部６により搬送された用紙Ｓに転写される。トナー画像を担持した用紙Ｓは、定着装置８により加熱圧力定着され、排紙部７から機外に排紙され排紙トレイ１５に載置される。

９は、両面搬送路であり、両面に画像形成する場合には、第１面（表面）に画像形成して定着装置８により定着された用紙Ｓは、両面搬送路９に搬送されスイッチバック路ｓｂにより表裏反転して再び画像作成部４に搬送され、第２面（裏面）に画像形成してから、排紙部７により機外に排紙され排紙トレイ１５に載置される。

［定着装置］
次に、本実施形態に係るベルトニップ方式の定着装置８の主要構成について説明する。図２は、ベルトニップ方式の定着装置８の中央断面図である。

本願発明に係る定着装置８では、ハロゲンヒータＨにより加熱される加熱ローラ８１（定着ローラともいう）と定着ベルト８２との間に形成された定着ニップ部Ｎで用紙Ｓ上のトナー像を加熱、加圧して用紙に定着する。ここで、加熱ローラ８１及びハロゲンヒータＨは加熱部として、定着ベルト８２及び定着ベルトを張架する複数のローラとは、加圧部として機能する。また定着ニップ部は、当該加熱部と加圧部とが互いに圧接することにより形成される。

加熱ローラ８１は、内部に加熱源としてのハロゲンヒータＨを内蔵し、アルミニウムや鉄等から形成された円筒状芯金８１Ａと、円筒状芯金８１Ａを被覆し耐熱性の高いＨＴＶシリコンゴムから成る弾性層８１Ｂと、更に弾性層８１Ｂを被覆しＰＦＡ（パーフルオロアルキルビニルエーテル）若しくはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂から成る離型層８１Ｃと、により構成されている。

定着ベルト８２は、厚さ７０μｍのポリイミド等の耐熱弾性樹脂により形成された基体と、基体の外表面を被覆する２００μｍのシリコンゴム層等の弾性層、更にその弾性層を被覆する３０μｍの厚みのＰＦＡ若しくはＰＴＦＥで形成された離型層とにより構成されていて、無端状に形成されている。

定着ベルト８２は、用紙Ｓの導入部に近いローラ８３、用紙Ｓの出口側の加圧ローラ８４、支持するローラ８５の各外周を巻回して張架し、加熱ローラ８１の外周面に当接する。

ローラ８５はステアリングローラとも称されるローラであり軸の片端を揺動させることによりローラ８５の軸を傾けて定着ベルトの寄りを補正する寄り規制手段としても機能する。

定着ベルト８２を内部から押圧する押圧部８６は、定着ベルト８２を張架するローラ８３、８４、８５のうち加圧ローラ８４の上流側近傍に配置され、加圧ローラ８４とともに定着ベルト８２を加熱ローラ８１に圧接し、定着ニップ部Ｎを形成する。押圧部８６は押圧部材としての押圧パッド８６１、押圧パッド８６１を保持する保持部材８６２、保持部材８６２を固定し、両端部が不図示の支持体に支持されるホルダ８６４、押圧パッド８６１を被覆し定着ベルト８２の内周面と摺動する摺動シート８６０、から構成されている。

押圧パッド８６１は、耐熱ゴム、例えば硬度ＪＩＳＡ１０°〜３０°のシリコンゴムで加熱ローラ８１の曲面に沿う形状で保持部材８６２上に形成される。保持部材８６２は、例えばステンレスからなる。摺動シートは例えば厚さ７０μｍのポリイミド等の耐熱性樹脂からなり、エンボス成形し、例えば高さ０．２ｍｍの凸部を０．５〜１ｍｍ間隔で配置してエンボスした凹凸形状を設けている。凹凸形状とすることにより定着ベルト８２との接触面積を小さくして、低摩擦化を図っている。ポリイミドを用いることにより強度が強く破れにくくなるという効果がある。そしてホルダ８６４はステンレスから形成される。摺動シート８６０は押圧パッド８６１を被覆し、ホルダ８６４に固定される。筒状に形成して上流側のみで固定してもよいし、筒状にせず、上流側と下流側で固定してもよい。ホルダ８６４は支持体を介して圧縮バネで押圧される。

［潤滑剤供給部材］
押圧部８６の定着ベルト８２搬送方向上流側で、定着ベルト８２の内周面側には、潤滑剤供給部材８７が配置されている。

潤滑剤供給部材８７は、アラミド繊維等のフェルトにより形成される。ＰＴＦＥ多孔質膜を袋状に形成した内部にフェルト等を充填することにより潤滑剤貯留部を形成する。潤滑剤塗供給部材８７には、予め潤滑剤を含浸させている。潤滑剤貯留部は、潤滑剤を収容して外周面のＰＴＦＥ多孔質膜から潤滑剤を供給する。潤滑剤としては例えば、粘度１００〜１０００ｃｓのジメチルシリコンオイル、あるいは粘度１００〜１０００ｃｓのメチルフェニルシリコンオイル等のシリコンオイルを用いることができる。

このように構成された定着装置８において、ハロゲンヒータＨにより加熱され、モータＭ１によって駆動された加熱ローラ８１が図示の時計方向に回転する。出口側の加圧ローラ８４は、モータＭ２の駆動によって回転して定着ベルト８２を回動させる。ローラ８３、８５は定着ベルト８２の回転により従動回転する。押圧パッド８６１が圧縮バネによりホルダ８６４、保持部材８６２を介して押圧され、押圧パッド８６１は定着ベルト８２を加熱ローラ８１に押圧する。加圧ローラ８４も加圧ローラ８４を端部で支持する支持体を介して圧縮バネにより加圧ローラ８４は定着ベルト８２を加熱ローラ８１に押圧する。

従って加圧部８０（定着ベルトユニット）と加熱ローラ８１との間に幅広の定着ニップ部Ｎが形成される。定着ベルト８２は、加熱ローラ８１と加圧ローラ８４の駆動回転により、図示反時計方向に回転する。搬送された用紙Ｓ上の未定着トナーは定着ニップ部Ｎで加熱、加圧されて定着される。

ここで、定着装置８の各部材の用紙搬送方向と直行する方向（以下軸方向という）の位置関係について図３に基づいて説明する。図３において、Ｗ１は用紙Ｓの最大通紙幅、Ｗ２は押圧パッド８６１の幅、Ｗ３は定着ベルト８２の幅、Ｗ４ｅは摺動シート８６０の延長部８６０ｅを含めた全幅、Ｗ４ｓは摺動シート８６０の延長部以外の幅、Ｗ５は潤滑剤塗布部材８７１の幅とした時に以下の関係となるように設定している。なお摺動シートの延長部８６０ｅについては後述する。
Ｗ４ｅ＞Ｗ３＞Ｗ４ｓ＞Ｗ２＞Ｗ１
Ｗ５≧Ｗ２
摺動シート８６０の幅Ｗ４ｅを定着ベルト８２の幅Ｗ３よりも幅広にしているのは、定着ベルト内周面に塗布された潤滑剤が摺動シート８６０の端部から、摺動シート８６０の内側に侵入して押圧パッド８６１に付着しないようにするためである。押圧パッド８６１に潤滑剤が付着すると押圧パッド８６１がオイル膨潤により変形し、所定の圧力から変化してしまうため用紙搬送時のしわ等の問題が生じる。

図４乃至図７に基づいて第１の実施形態に係る摺動シートについて説明する。図４は摺動シート８６０の展開図である。なお、同図においては片側の端部のみ図示しており、不図示の他方の端部も左右対称の形状をしている。領域ａ１、ａ２、ａ３は定着ベルトに対向する対向面である。そのうちａ１は押圧パッド８６１により押圧される定着ベルト８２内周面との「摺動面」であり、ａ２は押圧パッドより外側に位置する定着ベルト８２内周面と接触する面であり、ａ３は定着ベルトの端部よりも外側に位置する面である。つまり定着ベルトの端部よりも摺動シートの（延長部を含めた）端部が外側に位置しており、（延長部を含めない）延長部以外の摺動シート端部は定着ベルトの端部よりも内側に位置している。

ここで定着ベルト８２内周面との「摺動面」とは定着ベルト８２に対向する対向面であって、かつ押圧パッド８６１により裏面から定着ベルト８２の内周面側に押圧されている部分のことである。

同図において摺動シート８６０は領域ａ３まで同図Ｘ方向（押圧部材の長手方向）へ前記定着ベルト内周面に対向する面を含む面を延長させた延長部８６０ｅを設けている。延長部以外の端部は定着ベルトの端部よりも内側の領域ａ２内に対応する位置にある。

また定着ベルト内周面との対向面ａ２、ａ３よりＹ方向（押圧部材の長手方向と直交方向）両側にそれぞれｄ１の長さ分の側面部ｓを設けている。言い換えると、当該側面部ｓは延長部８６０ｅのＹ方向であって対向面（図４のａ２、ａ３）に接する面に設けられている。押圧パッド８６１を摺動シート８６０で被覆した状態では、当該側面部ｓの部分を折り曲げることにより延長部８６０ｅは全体として樋形状を構成し、延長部８６０ｅの側面部ｓは潤滑剤が押圧パッド８６１へ侵入するのを防ぐ防護壁として機能する。

ここで、図４に示した摺動シートの製造方法について説明する。図５（ａ）は切断により摺動シートを製造する方法について説明する図であり、図５（ｂ）は、貼り付けにより摺動シートを製造する方法について説明する図である。

図５（ａ）では矩形の摺動シートに対してその一部の領域Ｃ１、Ｃ２を切断することにより図４に示した形状の摺動シートを作成する。一方、図５（ｂ）では摺動シート８６０に対して小さい矩形のシートｅ１を貼り付けることにより図４に示した形状の摺動シートを作成する。なお同図に示すｊａは接着領域であり、接着剤により両シートを接着する。

つまり、図４に示した摺動シート８６０は、「押圧部材の長手方向外側において前記定着ベルト内周面との対向面以外を切り欠いた形状」であり、また「押圧部材より外側へ定着ベルト内周面との摺動面を延長させた延長部を設けた摺動シート」でもある。ここで切り欠きとは摺動シートの端部に局部的に切り欠いた部分のことをいう。

図６、図７に基づいて図４に示した摺動シート８６０を押圧部８６に取り付けた状態を説明する。図６は押圧部６の斜視図であり、図７（ａ）は図６のＡ−Ａ断面図であり、図７（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。

図６及び図７（ａ）に示すように中央部においては、摺動シート８６０は押圧部８６に取り付けた状態では筒状の形状をしている。なお、押圧部８６への固定は同図に示すネジＳＣにより行っている。筒状に接着してｋら押圧パッド８６１に被覆するようにすればネジＳＣは上流側の一つにすることができる。また完全に筒状でなくてもほぼ側面が被覆される形状であってもよい。

平面状の摺動シート８６０を筒状にすることにより剛性が増す。つまり側面がベルト内周対向面を支持することにより同図の上方から加わる押圧力を逃がすことが困難となる。定着装置８に取り付けた場合においては上方に定着ベルト８２があり、定着ベルト８２に対する押圧力が必要以上に大きくなってしまう。特に定着ベルト８２の端部においては、摺動シート８６０と擦れることによって破断し易くなる。

このような問題に対して、定着ベルト８２に対する押圧力を低減する目的で、摺動シート両端部の形状を図６及び図７（ｂ）に示す形状とすることで、摺動シート端部において摺動シート８６０の剛性を低減し、定着ベルト８２への押圧力を小さくすることができ、ひいては押圧部材を被覆する摺動シートが、定着ベルト端部と擦れることによって破断するという問題を防ぐ定着装置を提供することが可能となる。

［他の定着装置の実施形態］
図８乃至図１０に基づいて他の実施形態に係る摺動シート８６０について説明する。図８は第２の実施形態に係る摺動シート８６０である。同図において延長部８６０ｅの側面部ｓとの接続部の形状をＲ形状としている。

図９は第３の実施形態に係る摺動シート８６０である。延長部８６０ｅの側面部ｓとの接続部の形状を斜めに裁断した形状としている。

図１０は第４の実施形態に係る摺動シート８６０である。図４において側面部ｓを無くした形状としている。第４の実施形態は、第１乃至第３の実施形態に比べて摺動シート８６０の剛性による定着ベルト８２への押圧力を小さくすることができる。

このように図８乃至図１０に示すように「押圧部材より外側へ定着ベルト８２内周面との摺動面を延長させた延長部８６０ｅを設けた摺動シート」あるいは、「押圧部材の長手方向外側において定着ベルト８２内周面との対向面以外を切り欠いた形状の摺動シート」とすることにより摺動シートが、定着ベルト端部と擦れることによって破断するという問題を防ぐ定着装置を提供することが可能となる。

［その他の実施形態］
図１乃至図１０においては、加圧部側にのみ定着ベルト８２を備えた定着装置の例について説明したが、これに限られず、加熱部側あるいは、加熱部及び加圧部の双方に定着ベルトと当該定着ベルトの内周面側に押圧部材を備えた定着装置であってもよい。図１１は、加圧部８０及び加熱源を有する加熱部８１のそれぞれに定着ベルト８２を備えた定着装置の例である。同図に示す定着装置では二つの定着ベルト双方に、図６又は図８乃至図６のいずれかに示す摺動シート８６０、押圧パッド８６１及び潤滑剤供給部材８７を有している。なお、同図において図１乃至図１０と同じ機能を有する部分に関しては同符号を付すことにより説明に代える。

同図に示すように二つの定着ベルト双方に図６等に示す摺動シート８６０を有した定着装置とすることで摺動シートが定着ベルト端部と擦れることによって破断するという問題を防ぐ定着装置を提供することが可能となる。

次に、本願発明の実施例について説明する。実施例においては図１乃至図１０に示した定着装置及び画像形成装置を用いた。

［実験条件］
以下の示す実施例１乃至３の定着装置を用いて、Ａ４判の用紙を、１分間に８０枚の速度で連続プリントして、プリント枚数と摺動シート８６０の端部破断の有無を評価した。
実施例１：図６に示し摺動シート８６０を用いた定着装置（図６等）
実施例２：図８に示した摺動シート８６０を用いた定着装置（図８等）
実施例３：図９に示した摺動シート８６０を用いた定着装置
実施例４：図１０に示した摺動シート８６０を用いた定着装置
［実験結果］

表１に示すとおり比較例では、２００ｋｐで破断が発生した。一方、実施例１乃至実施例４では、３００ｋｐまでの定着装置８の交換サイクルの範囲では摺動シート８６０の破断は未発生であった。
評価方法と評価レベル：摺動シート８６０の端部破断の発生有無で評価した。
○：破断未発生
×：破断発生
なお表２に示すとおり、実施例４では潤滑剤の侵入が確認された。これは実施例４においては実施例１乃至３と異なり延長部８６０ｅに側面部ｓを設けていないことにより定着ベルト８２の移動方向上流側の端部から潤滑剤の侵入があったためと考えられる。ただし、侵入量は延長部がない場合よりも少なかった。

本実施形態に係る画像形成装置の中央断面図である。 ベルトニップ方式の定着装置８の中央断面図である。 定着装置８の各部材の用紙方向と直交する方向の位置関係を示す図である。 摺動シート８６０の展開図である。 （ａ）は切断により摺動シートを製造する方法について説明する図であり、（ｂ）は、貼り付けにより摺動シートを製造する方法について説明する図である。 押圧部６の斜視図である。 （ａ）は図６のＡ−Ａ断面図である。（ｂ）は同Ｂ−Ｂ断面図である。 第２の実施形態に係る摺動シート８６０である。 第３の実施形態に係る摺動シート８６０である。 第４の実施形態に係る摺動シート８６０である。 加圧部８０及び加熱源を有する加熱部８１のそれぞれに定着ベルト８２を備えた定着装置の例である。

符号の説明

８ 定着装置
８３、８５ ローラ
８４ 加圧ローラ
８６ 押圧部
８６０ 摺動シート
８６０ｅ 延長部
８６１ 押圧パッド（押圧部材）
ＳＣ ネジ

Claims (3)

1. 加熱部と、該加熱部と互いに圧接して定着ニップ部を形成する加圧部と、を有する定着装置であって、前記加熱部又は前記加圧部の少なくとも一方が、
   無端状の定着ベルトと、
   該定着ベルトを内周面側から前記定着ニップ部側に圧接させる押圧部材と、
   該押圧部材を被覆する摺動シートであって、前記押圧部材の長手方向に関して前記押圧部材が前記定着ベルトに対向する対向面の外側に、前記定着ベルトの端部よりも摺動シートの端部が外側に位置するように延長された延長部を有しており、かつ、前記押圧部材の長手方向に垂直な方向に関して前記延長部以外の端部は前記定着ベルトの端部よりも内側に位置するように切り欠いた形状の摺動シートと、
   を有することを特徴とする定着装置。
2. 前記摺動シートは、前記延長部を前記押圧部材の長手方向に垂直な方向に関して延長した側面部を有し、前記押圧部材を前記摺動シートで被覆した状態では、前記延長部及び前記側面部により桶形状を形成することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 用紙にトナー画像を形成する画像形成部と、
   前記画像形成部で形成したトナー画像を定着ニップ部で用紙に加熱加圧定着する請求項１又は２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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