JP4765835B2 - 定着装置、及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置、及び画像形成装置に備えられる定着装置に関する。

従来、電子写真方式の画像形成装置では、トナー画像を担持した用紙を、対向する加熱ローラと加圧ローラで挟持し、加圧加熱しながら搬送して画像定着を行う定着装置が多用されてきた。

ところが最近、省エネルギー化の要求、及び、電源を投入してから最初のコピー作業を開始できるまでの時間（ウォームアップタイム）をなるべく短くしたいという要求に対応するために、加熱ローラと加圧ベルトからなる定着装置を備えた画像形成装置も増えてきた。

このような定着装置においては、加圧部材であるベルトの厚さをローラの肉厚に比較して薄くすることができることから、加圧部材の熱容量を小さくすることができる。また、加熱部材と加圧部材とが接触する送り方向の長さ（ニップ幅）も大きく取れるので、小さなローラ径で定着性能を確保することができ、その結果、低電力化と、ウォームアップタイムの短縮化とが実現される。

しかしながら、上述した様な定着装置においては、加圧ベルトはベルトの内側から押圧部材により加熱部材である加熱ローラに向けて押圧を受けながら摺動回転することから、加圧ベルトの内側と押圧部材との摩擦による両部材の摩耗が問題になる。

この問題に対応するために、加圧ベルトの内面にオイル等の潤滑剤を塗布することにより摩擦抵抗を減少させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、加圧ベルトの内面に潤滑剤を塗布すると共に、加圧ベルトと押圧部材の間に低摩擦シートを設けるという提案もある（例えば、特許文献２参照。）。

ところが、加圧ベルトの内面に塗布された潤滑剤は、ニップ部にて前記低摩擦シートの両端部に移行した後、両端から漏れ出て、加圧ベルトに対向して配置されている加熱ローラの表面に付着する。そして、この加熱ローラ表面に付着した潤滑剤は、定着処理中の用紙に転写され、コピー汚れとなる。
特開２００２−３７２８８１号公報 特開２００５−７７７８６号公報

本発明は、上述した様な状況に鑑みてなされたもので、その目的は、ベルトと回転体とを対向させて配置し、前記ベルトを前記回転体に向けて内側から押圧する押圧部材と、前記ベルトと前記押圧部材との間に設けた摺動シートと、前記ベルトの内側に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布手段とを有する定着装置におけるコピー汚れの発生を防止することにある。また、この定着装置を備える画像形成装置を提供することにある。

上記課題は以下の発明を実現することにより達成される。
１．ベルトと回転体とを対向させて配置し、前記ベルトを前記回転体に向けて内側から押圧する押圧部材を設けた定着装置において、
前記ベルトと前記押圧部材の間に固定される摺動シートを備え、
前記ベルトと前記摺動シートの間に潤滑剤が保持されており、
前記摺動シートは、前記ベルトの中央部に当接する領域では潤滑剤透過性を有せず、両端部に当接する領域では潤滑剤透過性を有することを特徴とする定着装置。
２．前記ベルトの内側に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布手段を備えることを特徴とする１項に記載の定着装置。
３．前記摺動シートは、潤滑剤保持層と潤滑剤透過防止層を有することを特徴とする１又は２項に記載の定着装置。
４．前記押圧部材に膨潤防止対策が施されていることを特徴とする１〜３項のいずれか１項に記載の定着装置。
５．１〜４項のいずれか１項に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

本発明により、ベルトと回転体とを対向させて配置し、前記ベルトを前記回転体に向けて内側から押圧する押圧部材と、前記ベルトと前記押圧部材との間に設けた摺動シートと、前記ベルトの内側に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布手段とを有する定着装置におけるコピー汚れの発生が防止される。また、コピー汚れが防止される画像形成装置が提供される。

以下、本発明の実施の形態について、図を基に説明する。

図１は本発明による定着装置を備えた画像形成装置Ｇの概念図である。

画像形成装置Ｇは、その上部に自動原稿送り装置ＡＤＦを備えている。

自動原稿送り装置ＡＤＦの原稿載置台１０１に載置された原稿Ｄは、一枚ずつに分離され原稿搬送路に送り出され、搬送ドラム１０２により搬送される。搬送されている原稿Ｄの原稿画像は原稿画像読み取り位置ＲＰにて原稿読み取り手段１により、読み取りがなされる。読み取りが終了した原稿Ｄは第１搬送ガイドＧ１、および原稿排出ローラ１０５により原稿排紙台１０７に排出される。

原稿Ｄの裏面の原稿画像も読み取る場合には、表面（第１面）の読み取りを終えた原稿Ｄを第１搬送ガイドＧ１により原稿反転ローラ１０６に導き、原稿Ｄの後端を挟持した状態から反転する前記原稿反転ローラ１０６によって、第１搬送ガイドＧ１、第２搬送ガイドＧ２を経由して、再度、原稿搬送路に送り出す。反転して送り出された原稿Ｄの裏面（第２面）は、表面（第１面）と同様に読み取りがなされた後、原稿排紙台１０７に排出される。

画像形成装置Ｇは、原稿読取り手段１、画像書込み手段２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ、感光体３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋ、現像手段３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ、転写手段４、定着装置５、反転排紙手段６、再給紙手段７、給紙手段８、制御手段Ｃ等から構成される。

原稿読取り手段１では、原稿画像は原稿読取り位置ＲＰにてランプＬＰにより照射され、その反射光は第１ミラーユニット１１、第２ミラーユニット１２、レンズ１３によって導かれ、撮像素子ＣＣＤの受光面に結像される。撮像素子ＣＣＤにより光電変換された画像信号は、画像読み取り制御部１４にてＡ／Ｄ変換、シェーディング補正、圧縮等の処理がなされ、制御手段ＣのメモリＭに原稿画像データとしてストアされる。

メモリＭにストアされた原稿画像データには、ユーザの指定により、もしくは設定されている条件により適宜な画像処理がなされて、出力画像データが生成される。

画像書込み手段２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋは、レーザ光源、ポリゴンミラー、複数のレンズからなり、生成された前記出力画像データを基に、レーザビームにより、感光体３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋの表面への走査露光を行う。走査露光された感光体３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋには潜像が形成される。

感光体３１Ｙの周辺には、帯電手段３２Ｙ、現像手段３Ｙ、第１転写ローラ３４Ｙ、クリーニング手段３５Ｙが配置されている。感光体３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋの周辺についても同様である。これらの構成は、電子写真方式のカラー画像形成装置に採用されている公知の技術からなる。

現像手段３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋは、感光体３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋ上の潜像を反転現像して、対応する各感光体上にトナー画像を形成する。感光体３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋ上に形成されたトナー画像は画像転写手段４の第１の転写手段である第１転写ローラ３４Ｙ、３４Ｍ、３４Ｃ、３４Ｋにより、画像転写手段４のベルト状の中間転写体４１の所定位置に逐次転写される。

画像転写手段４の中間転写体４１上に転写された前記トナー画像は、給紙手段８から給紙され、給紙ローラ８１によって給紙のタイミングが取られて給送されてきた転写材である用紙Ｐに、画像転写手段４の第２の転写手段である第２転写ローラ４２によって転写される。

トナー画像の用紙Ｐへの転写を終えた中間転写体４１はクリーニング手段４３により、表面が清掃され、次の画像転写に供される。

一方、トナー画像を担持した用紙Ｐは、定着装置５に送られ、加圧加熱されることによって、トナー画像が用紙Ｐへ定着される。

定着装置５による定着処理を終えた用紙Ｐは排紙反転手段６により搬送され、排紙台６１に排紙される。用紙Ｐを表裏反転して排紙する場合には、排紙ガイド６２にて、一旦、用紙Ｐを下方に導き、排紙反転ローラ６３に用紙Ｐの後端を挟持させた後、これを逆転をさせ、排紙ガイド６２により排紙ローラ６４に導き排紙する。

なお、用紙Ｐの裏面にも画像形成を行う場合には、表面の画像定着を終えた用紙Ｐを排紙ガイド６２により下方にある再給紙手段７に搬送し、再給紙反転ローラ７１により後端を挟持させた後、逆送することによって用紙Ｐを反転させて、再給紙搬送路７２に送り出し、裏面への画像形成に供する。

図２は、画像形成装置Ｇの制御関係を示すブロック図である。

画像形成装置Ｇにある制御手段Ｃは、ＣＰＵ、メモリＭ、Ｉ／Ｏポート、通信用インターフェイス、及び、各手段を駆動制御するための回路等を有するコンピュータシステムであり、制御手段Ｃによる制御は、メモリＭに格納されている所定のプログラムが逐次実行されることによりなされる。

自動原稿送り装置ＡＤＦも、規模は小さいが同様のコンピュータシステムを有し、上記の制御手段Ｃとは、通信手段Ｔ１により接続されている。その他の図示の各手段と制御手段Ｃとは、該手段に対応するＩ／Ｏポート、もしくは、回路にて接続されている。

また、制御手段Ｃは、通信手段Ｔ２を介してパーソナルコンピュータ等の情報処理機器と接続される。

なお、本図では、本発明の説明に直接関係しないブロックについては記載が省略されている。

図３は、本発明による定着装置５の概念図である。

定着装置５は、内部にヒータＨを有する加熱ローラ５１と加圧ベルト５２とが対向するように配置されており、矢印ａ方向から進入してきた用紙Ｐを加圧加熱しながら搬送して、矢印ｂ方向に送り出す。

加圧ベルト５２の内側には、保持部材５３に一端が固定されている摺動シート５４が設けられており、前記摺動シート５４と前記加圧ベルト５２は押圧部材５５、５６によって加熱ローラ５１に押圧されている。

前記加圧ベルト５２は、ポリイミド等の樹脂、あるいはＳＵＳ等の金属の基体の外側にフッ素樹脂等からなる離型層を設けたもので、公知の技術からなる。

前記加圧ベルト５２は矢印ｃ方向に駆動回転される加熱ローラ５１又は搬送される用紙Ｐに押圧されているので、矢印ｄ方向に従動回転する。従って、ニップ部にて押圧部材５５、５６により押圧を受けている加圧ベルト５２は、摺動シート５４と強く接触しながら摺動回転する。

この摺動回転を円滑にする為に、加圧ベルト５２の内面には、潤滑剤塗布手段５７により潤滑剤が塗布される。なお、潤滑剤としては、ジメチルシリコンオイル等が使用される。

図４は、摺動シート５４の概念図である。

摺動シート５４は、図３にて説明したように、加圧ベルト５２の内側に、保持部材５３により一端が固定されている長さＬ，幅Ｗのシートである。この摺動シート５４は、加圧ベルト５２の内面が押圧部材５５、５６と直接触れながら摺動することにより発生するベルト内面の損傷や摩耗を防止するために設けられるものであり、公知の技術である。

前記加圧ベルト５２の内面と摺動シート５４の間の摩擦抵抗は、できる限り小さくしたいという要求に対応するために、上述したように、前記加圧ベルト５２の内面には潤滑剤が塗布される。

ところが、内面に塗布された潤滑剤は、加圧ベルト５２と摺動シート５４との間の摺動を円滑にするものの、加圧ベルト５２と摺動シート５４とは押圧を受けながら摺動しているので、加圧ベルト５２と摺動シート５４との間に一旦止められた潤滑剤は徐々に摺動シート５４の後端部と両端部に移動する。

後端部から漏れ出た潤滑剤は加圧ベルト５２の内面に付着して、再度、潤滑剤としての働きをするが、両端（両側縁）から漏れ出た潤滑剤は、摺動シート５４の端部からベルト表面に回り込んで加熱ローラ５１に付着して、コピー汚れの基となる。

なお、一般に、加圧ベルト５２と摺動シート５４の幅Ｗは、ほぼ同寸法となるように、また、加熱ローラ５１の幅寸法（ローラの長さ）は、それらよりも大きくなるように設計される。

本発明の摺動シート５４は、加圧ベルト５２と接する面（Ｆ面）には、摩擦抵抗が小さく、且つ潤滑剤が浸透する層（潤滑剤保持層Ｋ）が設けられ、その背面（Ｂ面）には潤滑剤が浸透しない層（潤滑剤透過防止層Ｊ）が設けられている。但し、Ｂ面の両端から所定の寸法Ｗ１の領域には潤滑剤透過防止層Ｊが設けられていない。

潤滑剤塗布手段５７により加圧ベルト５２の内面に塗布された潤滑剤は、摺動シート５４の潤滑剤保持層Ｋに浸透した後、押圧部材５５、５６による押圧と背面に設けられた潤滑剤透過防止層Ｊとによって、矢印で示すように摺動シート５４の後端部と両端部に移動する。

既に説明したように、潤滑剤透過防止層Ｊが摺動シート５４の両端まで設けられていた場合には、移動してきた潤滑剤は摺動シート５４の両端から漏れ出ることになる。しかしながら、本発明の摺動シート５４の両端部には前記潤滑剤透過防止層Ｊが設けられていないことから、移動してきた潤滑剤は両端（両側縁）に到達することなく、両端部の潤滑剤保持層Ｋに保持されるか、又は、両端に至る前の両端部から、加圧ベルト５２の内面に漏れ出て行く、即ち、摺動シート５４の両端まで移行して、両端から漏れ出ることが防止される。

なお、潤滑剤透過防止層Ｊは潤滑剤保持層Ｋにコーティングしても良いし、２種類のシートによって潤滑剤透過防止層Ｊと潤滑剤保持層とを構成しても良い。

また、加圧ベルト５２を摺動シート５４を介して加熱ローラ５１に押圧する押圧部材５５は、弾性を有するゴム材が使用されるが、潤滑剤透過防止層Ｊが施されていない摺動シート５４の両端部では、浸透してくる潤滑剤に直接触れる。その結果、押圧部材５５は潤滑剤によって膨潤してしまう場合がある。この膨潤を防止するための膨潤防止対策として、例えば、前記ゴム材にＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）、あるいはＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）等のコーティングを施すことが望ましい。

図５は、本発明による定着装置の実施例の実験結果である。

図５（ａ）は、実験に用いた摺動シート５４の寸法を示しており、図５（ｂ）は、加熱ローラ５１、加圧ベルト５２、及び形成されるニップ幅の概略寸法を示している。なお、摺動シート５４の潤滑剤保持層Ｋはガラス繊維シートであり、加圧ベルト５２に接触する面（図４のＦ面）には低摩擦抵抗であり、且つ潤滑剤が浸透する多孔質のＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）がコーティングされ、また、背面（Ｂ面）の両端から３０ｍｍを除く部分（斜線部）には潤滑剤が浸透しない樹脂であるＦＥＰがコーティング（ｔ＝１５μｍ）されている。なお、Ｂ面に使用されるコーティング剤は、樹脂系以外にシリコンゴム系、ニトリルゴム系の中から適宜に選択することができる。

潤滑剤は、粘度１００ｃｓのジメチルシリコンオイルであり、３ｇの潤滑剤を含浸させた厚さ４．７ｍｍのフェルト部材である潤滑剤塗布手段５７により、加圧ベルト５２の内面に塗布される。

図５（ｃ）は、実験結果を示す表で、摺動シート５４のＢ面全面に潤滑剤透過防止層Ｊを設けた場合と、両端部の所定の領域（両端から３０ｍｍ）を除いて潤滑剤透過防止層Ｊを設けた場合の相違を示している。表にて示されるように明らかに端部からの漏れだしが防止されている。

なお、本実例においては潤滑剤保持層Ｋとしてガラス繊維シートを用いたが、ＰＴＦＥを多孔質化したもの、例えば株式会社巴川製紙所社製トミーファイレックＦ（商品名）等でもよい。

以上説明したように、ベルトと回転体とを対向させて配置し、前記ベルトを前記回転体に向けて内側から押圧する押圧部材を設けた定着装置において、
前記ベルトの内側に潤滑剤を塗布し、前記ベルトと前記押圧部材との間に固定される摺動シートとを設けて、前記摺動シートを、前記ベルトの中央部に当接する領域では潤滑剤透過性を無くし、両端部に当接する領域では潤滑剤透過性を持たせることによって、前記ベルトの摩耗が抑制され、また、摺動シートの両端からの潤滑剤の漏れ出しが防止される。その結果、画像形成装置Ｇにより出力されるコピーの画像汚れの発生が防止される。

さらに、摺動シートの両端部の背面から漏れ出た潤滑剤は、ベルトの内面以外に漏れ出すことがなく全てが再使用されることから、潤滑剤の新たな供給を少なくすることができる効果もある。

本発明による定着装置を備えた画像形成装置の概念図である。 画像形成装置の制御関係を示すブロック図である。 本発明による定着装置の概念図である。 摺動シートの概念図である。 本発明による定着装置の実施例の実験結果である。

符号の説明

５ 定着装置
５１ 加熱ローラ
５２ 加圧ベルト
５３ 保持部材
５４ 摺動シート
５５、５６ 押圧部材
５７ 潤滑剤塗布手段
Ｇ 画像形成装置

Claims (5)

1. ベルトと回転体とを対向させて配置し、前記ベルトを前記回転体に向けて内側から押圧する押圧部材を設けた定着装置において、
   前記ベルトと前記押圧部材の間に固定される摺動シートを備え、
   前記ベルトと前記摺動シートの間に潤滑剤が保持されており、
   前記摺動シートは、前記ベルトの中央部に当接する領域では潤滑剤透過性を有せず、両端部に当接する領域では潤滑剤透過性を有することを特徴とする定着装置。
2. 前記ベルトの内側に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記摺動シートは、潤滑剤保持層と潤滑剤透過防止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. 前記押圧部材に膨潤防止対策が施されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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