JP5109707B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

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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及び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部材と、を備え、押圧部材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加熱ローラ方式よりも広く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固定摺動の押圧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押圧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である摺動シートを備え、当該摺動シート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込み、摺動シートに被覆されている押圧パッドに付着する虞がある。このような場合には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る。
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、はみ出し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発生し易いという問題が生じることとなった。
特に摺動シートの表面に大きな凹凸を形成させた場合においては、定着ベルトの端部との接触は当該凹凸部に集中してしまうために、当該凹凸部で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未然に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、を備え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、
該押圧部材を被覆し、表面を前記定着ベルトの内周面と摺動する摺動シートと、を有し、
前記定着ベルトは長手方向端部が前記押圧部材の端部よりも外側に位置し、且つ前記摺動シートは長手方向端部が前記定着ベルトの端部よりも外側に位置するように構成され、
前記摺動シート表面における前記押圧部材の長手方向端部より内側の第1領域には、突起部が設けられており、前記摺動シート表面における前記定着ベルトの端部と対向する領域を含む前記定着ベルトの端部近傍の第2領域には、前記第1領域に設けられている突起部の高さよりも低い突起部が設けられている又は突起部が設けられていないことを特徴とする定着装置。
(2)前記第2領域は、前記押圧部材の長手方向端部より外側に位置することを特徴とする(1)に記載の定着装置。
(3)さらに、前記定着ベルトを長手方向に揺動させる揺動手段と、を有し、
前記第2領域は前記摺動シート表面における前記定着ベルトの長手方向についての揺動幅となるように設定されていることを特徴とする(2)に記載の定着装置。
)前記定着ベルトの内周面には潤滑剤が塗布されていることを特徴とする(1)乃至(3)のいずれかに記載の定着装置。
)前記定着ベルトの内周面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布部材を有することを特徴とする()に記載の定着装置。
)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)乃至()のいずれかに記載の定着装置と、
を有する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未然に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、給紙搬送部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8]
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」として機能し、定着ベルト82及び定着ベルトを張架する複数のローラは「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シリコンゴムからなる弾性層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なる離型層81Cと、により構成されている。本実施形態においては、加熱ローラ81は全体として外径65mmで形成し、円筒状芯金81Aは厚さ7mmのアルミニウム、弾性層81Bは層厚1.5mmのシリコンゴム、離型層81Cは層厚30μmのPFAチューブとしている。
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。
加圧ローラ84としては、例えば外径23mm、のステンレス円柱ローラで、軸方向長さ320mm〜350mm、加熱ローラ81側に荷重600Nで押圧させている。
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の軸を傾けることが可能である。そして定着ベルト82の一方の端部には、接触式の端部位置を検知する接触プローブ(不図示)が設けられており、接触プローブからの検知信号に基づいてローラ85の軸の傾き量を制御させることにより、定着ベルト82の端部が所定の範囲内(揺動幅αともいう)に収まるように走行の安定化制御を行っている。
[押圧部86]
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を付勢する圧縮バネ863、これらを収納するホルダ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(摺接するともいう)摺動シート860、から構成されている。
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。
押圧パッド861は、耐熱ゴム、例えば硬度JISA10°〜30°の厚さ3mm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。圧縮バネ863により荷重500Nで加熱ローラ81側に押圧され、用紙搬送方向で幅20mmのパッドニップを形成する。
「摺動シート860」は例えば厚さ70μmのポリイミド等の耐熱性樹脂からなり、その表面に突起部を設けている。突起部の形成方法としては例えばエンボス成形がある。エンボス成形することにより形成した突起部を0.5〜1mm間隔で配置させている。突起部の形成位置、高さについては後述する。突起部を設けることにより定着ベルト82の内周面との接触面積を小さくして、低摩擦化を図っている。また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。摺動シートはその形状を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863で押圧される。
[潤滑剤塗布部材87]
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、潤滑剤塗布部材87が配置されている。
潤滑剤塗布部材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。潤滑剤塗布部材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多孔質膜から定着ベルト82の内周面に潤滑剤を塗布する。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。また、押圧パッド861が圧縮バネ863により保持部材862を介して押圧されることにより、押圧パッド861は定着ベルト82を加熱ローラ81に押圧される。
従って、定着ベルト82は、モータM1の駆動により時計方向に回転する加熱ローラ81によって図示の反時計方向に回転し、押圧パッド861により加熱ローラ81に押圧されて弾性変形するので、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。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。
出口側のローラ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。
ここで、定着装置8の各部材の用紙搬送方向と直行する長手方向(以下単に長手方向又は回転軸方向という)の位置関係について図3に基づいて説明する。
W1 用紙Sの最大通紙幅
W2 押圧パッド861の幅
W3 定着ベルト82の幅
W4 摺動シート860の幅
W5 潤滑剤塗布部材87の幅
α 定着ベルト82の揺動幅
図3において、W1乃至W5を上記の幅としたときに以下の関係となるように設定している。
W4>W3>W2>W1
W5≧W2
摺動シート860の幅W4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。
また以下の関係となるように設定していることから、定着ベルト82が揺動幅αで揺動しても、常に定着ベルト82の端部が押圧パッド861の端部よりも外側で、かつ、摺動シート860よりも内側に位置することになる。
W4>W3+α
W3−α>W2
[第1領域、第2領域]
図4は、摺動シート860の展開図である。なお、同図においては長手方向片側(回転軸方向片側)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なしている。
同図において「第1領域」は押圧パッド861の対向面であり、摺動シート860を押圧部86に取り付けた状態において、押圧パッド861の長手方向端部より内側であって、定着ベルト82の内周面と摺動する領域である。
「第2領域」は、定着ベルト82の端部近傍の領域であり、摺動シート860を押圧部86に取り付けた状態において、定着ベルト82の端部と接触する領域である。第2領域の軸方向は取り付けた状態において定着ベルト82の端部を中心として、揺動幅αの幅で広がっている。軸方向と直交する方向は定着ベルト82と接触する領域であり、押圧パッド861の長さと同等あるいはこれよりも少し長い長さで広がっている。
そして摺動シート860の第1領域においては、突起部は高さh1で設けられており、第2領域においては、突起部は高さh1よりも低い高さh2で設けられている。なお、本実施形態における摺動シート860はその表面に、軸方向で第2領域を含む外側の領域は全て同一の高さh2の突起部を設けるようにしており、それよりも内側の第1領域を含む領域は全て同一の高さh1の突起部を設けるようにしている。以下、突起部の高さを異ならせる理由について図5、図6に基づいて説明をする。
図5は、本実施形態における摺動シート860周辺の長手方向断面図であり、図6は、比較例における摺動シート860周辺の長手方向断面図である。図5に示すように押圧パッド861の長手方向端部よりも内側の第1領域においては、摺動シート860の表面には突起部a1が高さh1で、面方向においては0.5mm〜1.0mmの等間隔で格子状に設けられている。各々の突起部a1の形状としては、円錐形の上部に平面の頭頂部を設けたものである。
高さh1としては、例えば0.2mmであり、エンボス加工により凹凸形状を設けている。そして定着ベルト82の端部近傍の第2領域においては、突起部a2は高さh2で設けられている。高さh2は高さh1よりも低く、例えば0.1mmであり、形状としては突起部a1と相似形である。
図5においては第1領域と第2領域において突起部の高さを異ならせているが、図6に示す比較例における摺動シート860においては、全面において同一高さの突起部が設けられている。
図6に示すような摺動シート860においては、定着ベルト82の端部82eと、その周辺部の突起部a2とが擦れ易い。定着ベルト82は、走行を安定化させるために、ローラ85をステアリング制御させているため、定着ベルト82は回転時において絶えず回転軸方向に揺動させられている。この揺動時において定着ベルト82が中央から一方の端部に移動するときに、当該端部における突起部a2の中央側側面が擦れ、摩耗し易い。摩耗が進行すると、摺動シート860が破断して穴があくことになる。そして当該穴から摺動シート860表面の潤滑剤が内側に侵入して押圧パッド861に付着してしまい、オイル膨潤によりの影響による用紙搬送時のしわ等の不具合が発生することになる。
その一方で、図5に示す本実施形態においては、定着ベルト82の端部近傍の第2領域においては、突起部a2の高さh2を第1領域における高さh1よりも低くしているので定着ベルトの端部82eと突起部a2とは擦れにくく、摩耗が抑制されるので、摺動シート860は穴が開きにくくなるという利点がある。
図7は、他の実施形態における摺動シート860周辺の長手方向断面図である。同図に示す摺動シート860においては第2領域においては、突起部を設けておらず、摺動シート860の表面はフラットの形状としている。元々は摺動シート860の表面に突起部を設けたのは定着ベルト82の内周面との接触面積を小さくして低摩擦化を図るためである。しかし、定着ベルト82の端部82eの近傍においては、摺動シート860は裏面からの押圧パッド861による押圧力を受けないので、その部分においては摺動にともなう摩擦力は小さいので、低摩擦化を図るために突起部を設ける必要性が必ずしもあるわけではない。つまり図7に示すように第1領域においては突起部を設けるが、第2領域において突起部を設けない摺動シート860とし、当該摺動シート860を用いた定着装置としても問題はない。
本実施形態においては、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未然に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5、及び図7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8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及び潤滑剤塗布部材87を有している。なお、同図において図1乃至図7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860が定着ベルト82の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5に示した定着装置及び画像形成装置を用いた。
摺動シート860の突起部a1は高さ0.2mm、円錐形の上部に平面の頭頂部を設けたものである。頂点角は90°、両側の角度は45°(母線の底面に対する角度)である。突起部a2は高さ0.2mmで突起部a1と相似形状である。
[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80g/m2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。
[実験結果]
Figure 0005109707
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
比較例に比べて、実施例では破断に至るプリント枚数が増加しており延命効果がみられ、実施例では、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。
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長手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。 本実施形態における摺動シート860周辺の長手方向断面図である。 比較例における摺動シート860周辺の長手方向断面図である。 他の実施形態における摺動シート860周辺の長手方向断面図である。 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
81 加熱ローラ、加熱部
82 定着ベルト
83、85 ローラ
84 加圧ローラ
86 押圧部
860 摺動シート
a1、a2 突起部
861 押圧パッド(押圧部材)
87 潤滑剤塗布部材

Claims (6)

  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、を備え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、
    該押圧部材を被覆し、表面を前記定着ベルトの内周面と摺動する摺動シートと、を有し、
    前記定着ベルトは長手方向端部が前記押圧部材の端部よりも外側に位置し、且つ前記摺動シートは長手方向端部が前記定着ベルトの端部よりも外側に位置するように構成され、
    前記摺動シート表面における前記押圧部材の長手方向端部より内側の第1領域には、突起部が設けられており、前記摺動シート表面における前記定着ベルトの端部と対向する領域を含む前記定着ベルトの端部近傍の第2領域には、前記第1領域に設けられている突起部の高さよりも低い突起部が設けられている又は突起部が設けられていないことを特徴とする定着装置。
  2. 前記第2領域は、前記押圧部材の長手方向端部より外側に位置することを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
  3. さらに、前記定着ベルトを長手方向に揺動させる揺動手段と、を有し、
    前記第2領域は前記摺動シート表面における前記定着ベルトの長手方向についての揺動幅となるように設定されていることを特徴とする請求項2に記載の定着装置。
  4. 前記定着ベルトの内周面には潤滑剤が塗布されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の定着装置。
  5. 前記定着ベルトの内周面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布部材を有することを特徴とする請求項4に記載の定着装置。
  6. 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乃至5のいずれかに記載の定着装置と、
    を有することを特徴とする画像形成装置。
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