JP4923481B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式で用紙に形成した像を定着させる定着装置およびこれを用いた画像形成装置に関する。

電子写真方式を採用する複写機やプリンタなどの画像形成装置において、用紙等の記録媒体に転写されたトナー像を定着させる定着装置には、ベルトニップ方式を用いているものがある（例えば、特許文献１参照。）。この定着装置は、加熱ロールと周内に押圧部材をもつ無端状の加圧ベルトにて形成されるニップ部を記録媒体が通過することによって、トナーを記録媒体に定着させる。

ここで、押圧部材は、通常、金属などの剛性体でできており、底面部に階段形状を設けることで隣接する部材の寸法ばらつきを拾いにくくなり、かつ、ニップ部に所望の圧力分布を形成することができる。さらに、圧力分布の最適化も、その階段形状によって容易に達成することができる。そこで、従来の押圧部材は、材料となる金属を型で押し出して外径を構成した後、プレス加工によって底面部の複雑な階段形状を形成している。

特開平１１−１３３７７６号公報

しかしながら、上記のように押圧部材の形成には、その底面部分に複雑な階段形状をプレス加工で形成しているため、製造に手間がかかりコスト高となってしまうという問題が生じている。

本発明はこのような問題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、円筒状の定着ローラと、前記定着ローラと対向する位置で前記定着ローラとともに回転するエンドレスベルトと、前記エンドレスベルトの内側に配置され前記エンドレスベルトを介して前記定着ローラを加圧する加圧部材とを備える定着装置において、前記加圧部材は、
前記エンドレスベルトを押圧する押圧部材と、前記押圧部材が前記エンドレスベルトを押圧するときの押圧力の分布を調整する調整部材と、前記押圧部材より前記エンドレスベルトの回転方向上流側で前記エンドレスベルトを、付勢部材に付勢されて押圧する圧力部材と、前記押圧部材および前記調整部材を支持するとともに、前記付勢部材を介して前記圧力部材を支持する支持部材とを具備し、前記支持部材は、前記エンドレスベルトに対して、外部からの加圧力に応じて、前記調整部材に押圧力を与えて当該調整部材を介して前記押圧部材を押圧させるとともに、前記付勢部材を介して前記圧力部材を押圧させ、前記調整部材は、前記押圧力の有無にかかわらず前記押圧部材と面で接触し、前記支持部材から前記押圧力を受ける側において当該面の面積よりも狭い面積で、かつ前記支持部材から前記押圧力を受けているときに当該面の中央部において前記押圧部材への押圧力が高くなるように前記支持部材と接触するものから構成されている。

このような本発明では、エンドレスベルトを介して定着ローラに所定の圧力を加えるための加圧部材として、エンドレスベルトに直接接触する押圧部材と、この押圧部材に与える圧力の分布を調整する調整部材とを組み合わせた構成にしているため、押圧部材として簡単な形状のみで構成でき、容易に製造できるようになる。また、別体となる調整部材は複雑な形状になるが、エンドレスベルトと直接接触しない部分であるため、押圧部材とは異なる材料、例えば、液晶ポリマー等の樹脂を用いた射出成形など、容易に形成できる製造方法を適用できるようになる。

したがって、このような本発明によれば、圧力調整を行うための調整部材を別パーツにしているため、押圧部材として手間のかかる加工処理を必要としないため、従来のニップ部の圧力分布を維持しながらも、製造を容易にすることができ、定着装置およびこれを用いる画像形成装置のコスト高を防止することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図１は、本実施形態に係る画像形成装置の定着装置を説明する模式断面図である。すなわち、この定着装置１は、円筒状の定着ローラ１０と、定着ローラ１０と対向する位置で定着ローラ１０とともに回転するエンドレスベルト２０と、エンドレスベルト２０の内側に配置されエンドレスベルト２０を介して定着ローラ１０を加圧する加圧部材３０とを備えるもので、本実施形態では、加圧部材３０として、エンドレスベルト２０に直接接触する押圧部材３１と、押圧部材３１に与える圧力の分布を調整する調整部材３２とを組み合わせたものが用いられている点に特徴がある。

定着ローラ１０は、金属性の円筒型コアの周囲に耐熱性弾性体および離型層を形成したものであり、円筒型コアの内部にはハロゲンランプ等の加熱源が配置されている。定着ローラ１０の表面の温度は温度センサによって計測されている。そして、この計測信号が温度コントローラに送られ、フィードバック制御によって表面が一定温度となるよう調整されている。

エンドレスベルト２０は、定着ローラ１０に対して所定の角度巻き付けられるよう接触し、ニップ部を構成している。エンドレスベルト２０は定着ローラ１０の回転とともに回り、ニップ部で用紙を挟み込みながら押圧して搬送方向へ送っていくことになる。

エンドレスベルト２０の内側には、ニップ部においてエンドレスベルト２０を介して加圧力を与えるため、加圧部材３０が配置されている。加圧部材３０としては、本実施形態の特徴部分である押圧部材３１と、押圧部材３１に対する圧力を調整するための調整部材３２との別体構造となっている。これらの構造については後述する。

エンドレスベルト２０を押圧する押圧部材３１の隣りには圧力パッド３３が配置されている。圧力パッド３３は幅の広いニップ部を確保するために弾性体材料によって構成されており、押圧部材３１のプロセス方向手前側でエンドレスベルト２０を押圧するようバネによって内側から外側に向けて付勢されている。この圧力パッド３３と押圧部材３１との加圧バランスによってニップ部でのプロセス方向に沿った最適な圧力分布を設定している。

ニップ部での加圧力分布としては、圧力パッド３３の部分で徐々に高まり、押圧部材３１の突出部分で最も高くなるよう調整されている。これにより、用紙への確実なトナー像定着を実現できることになる。

図２は、定着ローラおよび加圧部材の拡大模式断面図である。定着ローラ１０は、図示しないモータによって図中矢印Ａ方向に回転し、この回転によってエンドレスベルト２０が従動回転する状態となる。定着装置には、プロセス方向手前に配置される図示しない転写装置でトナー像が転写された用紙Ｐが送られ、定着ローラ１０とエンドレスベルト２０との接触部分であるニップ部で挟み込まれながら定着ローラ１０およびエンドレスベルト２０の回転によってプロセス方向後段に送られていく。

ニップ部では、エンドレスベルト２０の内側から加圧部材３０によって与えられる圧力で用紙Ｐを押圧するとともに、定着ローラ１０の内部にあるハロゲンランプ等の熱源による熱が定着ローラ１０から用紙Ｐに与えられ、用紙Ｐに転写されたトナー像を加熱加圧して定着させることになる。

定着ローラ１０の円筒型コアは鉄やアルミニウム、ステンレス等の熱伝導率の高い金属材料が用いられる。また、エンドレスベルト２０はベース層とその表面に被覆された離型層とから構成され、ベース層としてはポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド等から選ばれたもの、また離型層としてはフッ素樹脂がコーティングされたものが用いられる。

エンドレスベルト２０の内側には、押圧部材３１、調整部材３２ならびに圧力パッド３３を支持するフレーム３６が配置されている。圧力パッド３３はホルダー３４の可動部に取り付けられ、このホルダー３４内に組み込まれたバネ３５によって可動部が付勢され、これを介してエンドレスベルト２０を押圧している。フレーム３６の周辺にはエンドレスベルト２０を極力円形軌道にするためのガイド２１が設けられ、エンドレスベルト２０の滑らかな回転を実現している。

また、ニップ部においては、回転するエンドレスベルト２０と固定の押圧部材３１および圧力パッド３３との間の摺動抵抗を小さくするため、押圧部材３１および圧力パッド３３とエンドレスベルト２０との間に低摩擦のシート２２が介在している。シート２２としては、摩擦係数が小さく、耐摩耗性のある材料が好ましい。例えば、フッ素樹脂を含浸させたガラス繊維シートや、フッ素樹脂シートが用いられる。

押圧部材３１、調整部材３２および圧力パッド３３を支持するフレーム３６は図示しないアームによって保持されており、このアームから力を受けることで定着ローラ１０側に押圧されている。したがって、このアームによる加圧力を調整することでニップ部での加圧部材３０による押圧力を設定できることになる。

このような構成から成る定着装置において、本実施形態では、加圧部材３０として押圧部材３１と調整部材３２との別体構成を用いている。図３〜図６は、本実施形態で適用される加圧部材の構成例を示す模式斜視図である。なお、いずれの例においても、説明を分かりやすくするため押圧部材３１と調整部材３２とが離れている状態を示すが、使用される場合にはフレーム３６にこれら押圧部材３１と調整部材３２とが重ね合わされた状態で配置される。

図３〜図６に示す加圧部材の押圧部材３１は、いずれも断面視で上部が山型を有しており、その断面視方向に沿って同じ断面形状となっている。したがって、この押圧部材３１を形成するには、例えば棒状の材料を上記断面形状の孔を有する型によって押し出し成形すれば容易に構成できる。ここで、押圧部材３１としては、例えばアルミニウムが用いられる。

次に、調整部材３２について図３〜図６の各例を説明する。図３に示す例は、調整部材３２の上側（押圧部材３１側）が階段状に形成されたもので、中央部が最も厚く、中央部から両端に向けて順に薄くなるよう段差が形成されている。図２に示すフレーム３６には、この調整部材３２を押圧部材３１の図中下側にして、両部材を重ね合わせた状態で配置する。

調整部材３２の下面は平坦となっているため、フレーム３６から調整部材３２に圧力が加わると調整部材３２の上面における階段形状の隅部を外接する状態で押圧部材３１が湾曲するようになる。つまり、押圧部材３１は調整部材３２の階段形状に応じて中央部を凸として湾曲する。この際、階段形状の隅部によって押圧部材３１の下面が点接触によって支持され、所定の圧力分布を発生させることになる。

また、図４に示す例は、調整部材３２の下側（押圧部材３１と反対側）が階段状に形成されたもので、中央部が最も厚く、中央部から両端に向けて順に薄くなるよう段差が形成されている。図２に示すフレーム３６には、この調整部材３２を押圧部材３１の図中下側にして、両部材を重ね合わせた状態で配置する。

調整部材３２の上面は平坦となっているため、押圧部材３１と接触する部分は面接触となるが、フレーム３６に対しては調整部材３２の下面における階段形状の隅部が外接する状態となり、それに合わせて調整部材３２が湾曲するようになる。つまり、押圧部材３１は調整部材３２に合わせて湾曲する状態となる。この際、階段形状の隅部によって調整部材３２の下面がフレーム３６と点接触する状態で支持され、所定の圧力分布を発生させることになる。

ここで、図３、図４に示す段差形状を備えた調整部材３２において、この段差形状の段差の数や各段差の大きさは、押圧部材３１と組み合わせた際の圧力分布によって適宜設定されるものである。

また、図５に示す例は、調整部材３２の上側（押圧部材３１側）が、中央部が膨らむ状態で曲面形状に形成されたもので、中央部が最も厚く、中央部から両端に向けて順に薄くなるよう形成されている。図２に示すフレーム３６には、この調整部材３２を押圧部材３１の図中下側にして、両部材を重ね合わせた状態で配置する。

調整部材３２の下面は平坦となっているため、フレーム３６から調整部材３２に圧力が加わると調整部材３２の上面における曲面形状に沿って押圧部材３１が湾曲するようになる。つまり、押圧部材３１は調整部材３２の曲面形状に応じて中央部を凸として湾曲する。これにより、所定の圧力分布を発生させることになる。

また、図６に示す例は、調整部材３２の下側（押圧部材３１と反対側）が、中央部が膨らむ状態で曲面形状に形成されたもので、中央部が最も厚く、中央部から両端に向けて順に薄くなるよう形成されている。図２に示すフレーム３６には、この調整部材３２を押圧部材３１の図中下側にして、両部材を重ね合わせた状態で配置する。

調整部材３２の上面は平坦となっているため、押圧部材３１と接触する部分は面接触となるが、フレーム３６に対しては調整部材３２の下面における曲面形状と接する状態となり、それに合わせて調整部材３２が湾曲するようになる。つまり、押圧部材３１は調整部材３２に合わせて湾曲する状態となる。これにより、所定の圧力分布を発生させることになる。

上記のように、本実施形態では押圧部材３１と調整部材３２とが別体となって組み合わされることで加圧部材３０を構成しているため、調整部材３２が複雑な形状であっても押圧部材３１として同じ形状、また同じ断面形状にすることができ、容易に製造することが可能となる。

ここで、押圧部材３１としては主としてアルミニウムが用いられる。このため、例えば棒状のアルミニウムを押し出し成形することで同じ断面形状の押圧部材３１を容易に製造できる。

また、調整部材３２としては、押圧部材３１よりも硬い材質から成る例えば液晶ポリマーが用いられる。したがって、複雑な形状であっても型による射出成形等によって容易に製造することができる。つまり、本実施形態のように、加圧部材３０として押圧部材３１と調整部材３２とを別体にすることにより、所望の加圧分布を得る形状を有する各部材を容易に製造することができ、定着装置のコストダウンを図ることが可能となる。

本実施形態に係る画像形成装置の定着装置を説明する模式断面図である。 定着ローラおよび加圧部材の拡大模式断面図である。 本実施形態で適用される加圧部材の構成例を示す模式斜視図（その１）である。 本実施形態で適用される加圧部材の構成例を示す模式斜視図（その２）である。 本実施形態で適用される加圧部材の構成例を示す模式斜視図（その３）である。 本実施形態で適用される加圧部材の構成例を示す模式斜視図（その４）である。

符号の説明

１…定着装置、１０…定着ローラ、２０…エンドレスベルト、３０…加圧部材、３１…押圧部材、３２…調整部材、３３…圧力パッド

Claims (6)

1. 円筒状の定着ローラと、
   前記定着ローラと対向する位置で前記定着ローラとともに回転するエンドレスベルトと、
   前記エンドレスベルトの内側に配置され前記エンドレスベルトを介して前記定着ローラを加圧する加圧部材とを備える定着装置において、
   前記加圧部材は、
   前記エンドレスベルトを押圧する押圧部材と、
   前記押圧部材が前記エンドレスベルトを押圧するときの押圧力の分布を調整する調整部材と、
   前記押圧部材より前記エンドレスベルトの回転方向上流側で前記エンドレスベルトを、付勢部材に付勢されて押圧する圧力部材と、
   前記押圧部材および前記調整部材を支持するとともに、前記付勢部材を介して前記圧力部材を支持する支持部材と
   を具備し、
   前記支持部材は、前記エンドレスベルトに対して、外部からの加圧力に応じて、前記調整部材に押圧力を与えて当該調整部材を介して前記押圧部材を押圧させるとともに、前記付勢部材を介して前記圧力部材を押圧させ、
   前記調整部材は、前記押圧力の有無にかかわらず前記押圧部材と面で接触し、前記支持部材から前記押圧力を受ける側において当該面の面積よりも狭い面積で、かつ前記支持部材から前記押圧力を受けているときに当該面の中央部において前記押圧部材への押圧力が高くなるように前記支持部材と接触する
   ことを特徴とする定着装置。
2. 前記調整部材の前記支持部材から前記押圧力を受ける側は階段形状である
   ことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記調整部材前記支持部材から前記押圧力を受ける側は曲面形状である
   ことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
4. 前記調整部材は前記押圧部材より硬い材質から成る
   ことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
5. 前記調整部材は液晶ポリマーから成る
   ことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
6. 請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の定着装置を備えている
   ことを特徴とする画像形成装置。

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