JP5147306B2 - 画像加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は記録材上のトナー像を加熱する画像加熱装置に関する。この画像加熱装置としては、記録材上の未定着トナー像を定着する定着装置や記録材に定着されたトナー像を加熱することで画像の光沢度を向上させる光沢向上装置を挙げることができる。また、この画像加熱装置は、電子写真方式を用いた、複写機、プリンタ、ＦＡＸもしくはこれらの機能を複数備えた複合機等の画像形成装置に用いられる。

従来、記録材に形成された未定着トナー像を定着する装置として、ベルトを用いたベルト定着装置が提案されている。

このベルト定着装置は、記録材搬送方向に十分に長い定着ニップを形成することができることから、装置の高速化を図ることができるという点で注目され実用化されている。

このようなベルト定着装置では、ベルトの走行に伴いその走行方向と直交する方向にベルトが寄ってしまう傾向となり、これを対策することが求められる。

例えば、特許文献１では、ベルトの幅方向の位置を検出し、この検出結果に基づいてベルト懸架ローラを傾けることによりベルトを一定範囲内でその幅方向に揺動させている。この寄り規制方式の場合、ベルトの端部が劣化してしまうことは生じないものの、装置が大型化、複雑化する傾向となる。

また、特許文献２では、定着ベルトの幅方向端部にリブを設け、さらに、定着ベルトが寄った際にこのリブと突き当たることでそれ以上の寄り移動を規制する規制部材を設けている。この寄り規制方式の場合、特許文献１の寄り規制方式に比して装置を簡易化することができる。

また、近年、定着ニップを更に長くすることができる方式として、特許文献３に、定着ベルトと加圧ベルトを用いたツインベルト定着装置が提案されている。

このようなツインベルト定着装置においても、やはり、両ベルトが走行に伴い片寄ってしまう傾向となり、これを対策することが求められる。
特開平３−２３８２４７号公報 特開平３−２５４７７号公報 特開２００４−３４１３４６号公報

上述のツインベルト定着装置において、両ベルトの走行に伴う片寄り現象に対して対策を施すことを想定した場合、次の２つが考えられる。

１つは、定着ベルト側も加圧ベルト側も、特許文献１と同様な方式を採用した場合である。この場合、定着ベルトと加圧ベルトのそれぞれに、ベルトの位置検出機構やベルト懸架ローラを変位させる機構を設けることになり、装置の大型化や複雑化は避けられない。

もう１つは、定着ベルト側も加圧ベルト側も、特許文献２と同様な方式を採用した場合である。この場合、定着ベルトと加圧ベルトのそれぞれに、リブを設け、更にリブと突き当たる規制部材をそれぞれ設けることになり、前者ほどではないが、装置が複雑化してしまう傾向となる。

このように、いずれの方式を採用したとしても、装置が大型化したり複雑化してしまい、改善の余地がある。

そこで、本発明の目的は、第１のエンドレスベルトと第２のエンドレスベルトの幅方向への片寄りを簡易な構成で規制することができる画像加熱装置を提供することである。

本発明によれば上記目的を達成することができる。

つまり、本発明は、記録材上のトナー像をその圧接部で加熱する第１のエンドレスベルト及び第２のエンドレスベルトと、この第１のエンドレスベルト及び第２のエンドレスベルトをそれぞれ回転可能に支持する第１のローラ及び第２のローラと、を有する画像加熱装置において、第１のエンドレスベルトと第２のエンドレスベルトの幅方向端部と当接可能に設けられ、第１のエンドレスベルトと第２のエンドレスベルトの走行に伴う設定ゾーンから幅方向外側への移動を規制する規制板を有して、記録材を搬送する方向に直交する幅方向において、前記規制板が、前記第１のエンドレスベルトが前記第１のローラに巻き付く部分と前記第２のエンドレスベルトが前記第２のローラに巻き付く部分とに重なりを持つように配置されることを特徴とするものである。

本発明によれば、第１のエンドレスベルトと第２のエンドレスベルトの幅方向への片寄りを簡易な構成で規制することができる。

次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。後述の実施例は本発明を適用できる実施形態の一例ではあるものの、本発明は実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の思想の範囲内において種々の変形が可能である。

本発明に係る画像加熱装置としての定着装置を説明する前に、まず、この定着装置を搭載した画像形成装置の画像形成部について説明する。

（画像形成部）
図２は、電子写真式のフルカラーレーザプリンタである画像形成装置の概略断面図である。

この画像形成装置には、イエロートナー、シアントナー、マゼンタトナー、ブラックトナーを用いてトナー画像を形成する画像形成部Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋを有しており、これらが垂直方向に並んで設置されている。

各画像形成部Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋは各々共通な構成とされているので、画像形成部Ｙについて説明を行うことで、画像形成部Ｃ、Ｍ、Ｋについての説明を省略する。

画像形成部Ｙには、像担持体としての電子写真感光体ドラム（以下、ドラムと記す）１が図示矢印方向に回転可能に設けられている。そして、このドラム１の周囲には、帯電器２、現像器３、クリーナ４が設置されている。

画像形成部Ｙにおいてイエロートナー像は次の手順で形成される。

まず、帯電器２によりドラム１の表面が所定の極性（本例では負極性）に一様に帯電される。このように帯電されたドラム１の表面に、画像データに基づき画像露光光学系５からレーザー光が照射され、静電潜像が形成される。そして、現像器３に充填されたイエロートナーにより静電潜像が可視化される。なお、クリーナ４は、後述する１次転写工程の後、ドラム１上に残留する転写残トナーを除去回収する。

一方、各画像形成部と接するように中間転写ベルト６が設置されており、この中間転写ベルト６は駆動ローラ７、２次転写ローラ対向ローラ１４、テンションローラ８の３本のローラに懸架されている。また、中間転写ベルト７の内面には、各画像形成部に対応して、１次転写ローラ９が設置されている。

このように各画像形成部において形成された各色のトナー像は、対応する１次転写ローラへ所定の極性（本例では正極性）の１次転写バイアスを印加することによって、中間転写体６へ順次重ねて１次転写される。

一方、カセット１０に収納された用紙等の記録材Ｓは、給送ローラ１１により１枚分離給送されて、搬送路１０ａを通ってレジストローラ対１２に至る。記録材Ｓは中央基準にて給送される。そして、記録材Ｓは、レジストローラ対１２により所定の制御タイミングで、２次転写ローラ対向ローラ１４に懸回されている中間転写ベルト６と２次転写ローラ１３との２次転写ニップに向けて搬送される。

そして、中間転写ベルト６上に形成された４色のトナー像は、２次転写ローラ１３に所定の極性（本例では正極性）の２次転写バイアスを印加することで、搬送されてきた記録材Ｓに一括して２次転写される。

中間転写ベルト６上に残留した転写残トナーはベルトクリーナ１５により除去回収される。

トナー像（図１のＴ）が転写された記録材Ｓは、搬送路１０ｂを通って定着装置Ｆに導入され、この定着装置Ｆによりトナー像が記録材Ｓ上に溶融定着される。

定着装置Ｆによりトナー像が定着された記録材Ｓは、搬送路１０ｃを通って排出トレイ１６に排出される。

（定着装置）
次に、画像加熱装置としての定着装置Ｆについて図１を用いて説明する。図１は定着装置Ｆの概略断面図である。ここで、定着装置Ｆまたはこれを構成している部材について、幅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平行な方向である。また、上流もしくは下流とは記録材の搬送方向に関して上流もしくは下流である。

この定着装置Ｆは、第１のエンドレスベルトとしての定着ベルト２０を備えた定着ユニットと、第２のエンドレスベルトとしての加圧ベルト２１を備えた加圧ユニットを有するツインベルト定着装置とされている。

（定着ユニット）
定着ユニットは、以下に説明する、定着ベルト２０、テンションローラ２２、定着ローラ２３、定着パッド３２、ハロゲンヒータ２８、センサＴＨを有している。

定着ベルト２０は基層の上に弾性層、離型層が積層された構造とされている。

この基層の材料としては、耐熱性、耐磨耗性を有する物であれば良く、例えばポリイミド、ポリエーテルイミド、ＰＥＳ等を用いることができる。基層の厚みとしては１μｍ以上３００μｍ以下に設定するのが好ましい。なぜならば、基層の厚みが１μｍよりも小さいと剛性が低過ぎてしまい耐久性に難があり、３００μｍを超えると剛性が高過ぎて屈曲性が低下し可撓性回転体として使用するには現実的ではないからである。本例では、基層として、内径４０ｍｍ、厚さ２５０μｍの薄い円筒フィルム状のポリイミド耐熱樹脂層を用いた。

弾性層の材料としては、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム等を用いることが可能であり、本例では、厚さが７５０μｍ、ＪＩＳ−Ａ硬度が２０度、熱伝導率が０．８Ｗ／ｍＫであるシリコーンゴムを用いた。弾性層の厚さは、定着時に記録材の凹凸或いはトナー層の凹凸に加熱面が追従できないことによる光沢ムラを予防するために、１００μｍ以上に設定するのが好ましい。また、この弾性層を適度に変形させることによって、定着ベルト２０への記録材の巻きつきを防止している。

そして、弾性層の外周には、離型層としてフッ素樹脂層が３０μｍの厚みで設けられている。本例では、フッ素樹脂としてＰＦＡ（４フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂）を用いた。

定着ベルト２０は、第１の支持手段としてのテンションローラ２２と定着ローラ２３によって回転可能に支持、張架されている。テンションローラ２２と定着ローラ２３はそれぞれその両端が定着装置の両側板に回転可能に支持されている。

テンションローラ２２は、外径が２０ｍｍで、内径が１８ｍｍである厚さ１ｍｍの鉄製の中空ローラである。このテンションローラ２２の内部にはハロゲンヒータ２８が設置されている。このハロゲンヒータは、定着ベルト２０の温度が所定の定着温度を維持するように、定着ベルトの温度を検出するサーミスタ等のセンサＴＨの出力に応じて供給電力が制御される構成となっている。

定着ローラ２３は、外径が２０ｍｍで、径が１８ｍｍである鉄合金製の芯金に、弾性層としてのシリコーンゴム層が設けられた高摺動性の弾性ローラである。この定着ローラ２３は駆動ローラとして駆動源（モータ）から駆動ギア列を介して駆動力が入力されて、矢印の時計方向に所定の速度で回転駆動される。この定着ローラ１３に上記のように弾性層を設けることで、定着ローラ１３に入力された駆動力を定着ベルト２０へ良好に伝達することができるとともに、定着ベルト２０からの記録材の分離性を確保するための定着ニップ（圧接部）を形成できる。シリコーンゴムの硬度はＪＩＳ−Ａ１５度、熱伝導率は０．８Ｗ／ｍＫである。シリコーンゴム層によって、内部への熱伝導も少なくなるためウォーミングアップタイムの短縮にも効果がある。

定着ベルト２０は、定着ローラ２３が回転駆動されると、定着ローラ２３のシリコーンゴム表面と定着ベルト２０の内面との摩擦によって定着ローラ２３と共に回転する。

また、すなわち、定着ベルト２０の内側には定着パッド３２が設置されている。この定着パッド３２は、定着ニップを形成するため、定着ベルト２０を加圧ベルト２１に向けて加圧する構成となっている。この定着パッド３２は定着ベルトとの摺動抵抗を抑えるため低摺動シート２９が被覆されている。

（加圧ユニット）
加圧ユニットは、定着ユニットとほぼ同様な構成であり、加圧ベルト２１、テンションローラ２５、加圧ローラ２６、加圧パッド３３を有している。

加圧ベルト２１は、第２の支持手段としてのテンションローラ２５と加圧ローラ２６によって回転可能に支持、張架されている。テンションローラ２５と加圧ローラ２６はそれぞれその両端が定着装置の両側板間に回転可能に支持されている。テンションローラ２５は、外径が２０ｍｍで、径が１６ｍｍである鉄合金製の芯金に、熱伝導率を小さくして加圧ベルト２１からの熱伝導を少なくするためにシリコーンスポンジ層を設けてある。加圧ローラ２６は、外径が２０ｍｍで、内径が１６ｍｍである厚さ２ｍｍの鉄合金製とされた低摺動性の剛性ローラである。定着ベルト２０と加圧ベルト２１との間に画像加熱ニップとしての定着ニップを形成するため、加圧ローラ２６は、その回転軸の左右両端側が加圧機構により矢印Ｆの方向に所定の加圧力にて定着ローラ２３に向けて加圧されている。

また、加圧ベルト２１を定着ベルト２０に向けて加圧する加圧パッド３３がパッド台３４の上に設置されている。この加圧パッド３３は加圧ベルトとの摺動抵抗を抑えるため低摺動シート３０が被覆されている。本例では、上述したように、記録材搬送方向の長い定着ニップを形成するために定着パッド３２と加圧パッド３３を用いており、加圧パッド３３は加圧機構により矢印Ｇの方向に所定の加圧力にて定着パッド３２に向けて加圧されている。

（定着プロセス）
次に定着プロセスについて説明する。

画像形成開始信号が入力されると、制御回路部はモータを駆動させて定着ベルト２０を回転させる。定着ベルト２０の周速度は、記録材にループを形成するため画像形成部側から搬送されてくるシートＳの搬送速度に比して僅かに遅い周速とされている。このとき、加圧ベルト２１は、定着ベルト２０に従動して回転する。本例の場合、定着ベルト２０の周速は３００ｍｍ／ｓｅｃとされ、Ａ４サイズのフルカラー画像を１分間に７０枚定着することが可能である。

そして、センサＴＨにより検出された温度情報を基に、制御回路部はハロゲンヒータへの供給電力を制御して、定着ベルト２０の温度を所定の定着温度に温調する。

その後、定着ベルト２０の温度が所定の定着温度に到達すると、カセットからの記録材の給送が開始され、定着ニップ部に、未定着トナー画像Ｔを担持した記録材Ｓが導入される。このとき、記録材Ｓは未定着トナー画像を担持した面が定着ベルト２０と接触するように導入される。そして、記録材Ｓの未定着トナー画像Ｔが定着ベルト２０の外周面に密着したまま挟持搬送されていくことにより、加熱及び加圧されて、記録材Ｓの表面に定着される。

また、定着ベルト２０内の定着ローラ２３がゴム層を有する弾性ローラであり、加圧ベルト２１内の加圧ローラ２６は鉄合金製の剛性ローラである。従って、定着ベルト２０と加圧ベルト２１との定着ニップ部出口では定着ローラ２３の変形が大きくなっている。その結果、定着ベルト２０も大きく変形し、トナー画像を担持した記録材Ｓは定着ベルト２０から自らのこしにより曲率分離される。

（寄り規制板）
定着ベルトと加圧ベルトは走行に伴い設定ゾーンよりも幅方向外側へ寄り移動してしまう傾向にあるが、本例では後述する寄り規制板によりこれに対処している。

なお、この設定ゾーンとは、定着ベルトと加圧ベルトが正常に走行することができる幅方向における領域のことを指す。本例の設定ゾーンは、定着ベルトと加圧ベルトよりも幅方向両外側に設置された寄り規制板間の領域（図３のＸで示す領域）となる。

具体的には、図１、３に示すように、本例では、定着ローラ２３の回転軸の長手方向両端部に規制部材としての寄り規制板１００を設置固定している。つまり、寄り規制板１００は定着ローラ２３と共に回転する構成となっている。なお、図３は、定着装置Ｆを上部から見た概略図である。

この２つの寄り規制板１００は、定着ベルトと加圧ベルトの幅方向両端部とそれぞれ当接可能に設けられている。つまり、２つの寄り規制板１００は、定着ベルトの走行に伴う設定ゾーンから幅方向外側への移動を規制するとともに、加圧ベルトの走行に伴う設定ゾーンから幅方向外側への移動を規制する構成とされている。具体的には、定着ローラ２３の回転軸に固定された円板状の寄り規制板１００の径を大きくすることで、寄り規制板１００が定着ベルトだけでなく下方に位置する加圧ベルトにまで作用するように構成している。

この寄り規制板１００の材料としては、耐熱性、耐磨耗性を有する物であれば良く、金属や例えばポリイミド、ポリエーテルイミド、ＰＥＳ、ＰＦＡ等の樹脂を用いることができる。また、両ベルトの幅方向端部と摺擦することもあるので、寄り規制板のその接触面はできる限り平滑な面にするのが好ましい。

この寄り規制板１００は、定着ベルトの幅方向への寄りが発生した場合、定着ベルトの走行軌跡上のＡ点からＢ点に至る間において定着ベルトと当接することで、定着ベルトの過剰な片寄りを防止している。

一方、加圧ベルトの幅方向への寄りが発生した場合も、同様に、寄り規制板１００が加圧ベルトの走行軌跡上のＣ点からＤ点に至る間において加圧ベルトと当接することで、加圧ベルトの過剰な片寄りも防止している。

このように、本例の寄り規制板１００は、定着ベルトと加圧ベルトの両方の過剰な片寄りを防止している。

なお、上述した寄り規制板は、上述のように定着ベルト側に設けるのではなく、加圧ベルト側、即ち、加圧ローラに設ける構成としても構わない。

また、定着ベルトと加圧ベルトが幅方向一端側にのみ片寄るように定着ベルトと加圧ベルトを懸架しているローラ群のアライメントを調整／設定することで、寄り規制板１００を幅方向一端側のみに設置する構成としても構わない。

以上説明したように、定着ベルトと加圧ベルトの幅方向への寄りを、１つの共通の寄り規制板によって規制する構成としたため、装置を構成する部品点数を少なくすることができ、安価で簡易な装置構成とすることができる。

次に実施例２について説明する。本例の構成は、寄り規制板の形状や設置位置を除き実施例１と同様な構成であるので、寄り規制板以外の構成に関する説明は省略する。図４は定着装置Ｆを横から見た概略断面図であり、図５は定着装置Ｆを上部から見た概略図である。

本例では、図４、５に示すように、寄り規制板１００が定着ベルトと加圧ベルトで形成される定着ニップの記録材搬送方向全域に亘って設置されている。この寄り規制板１００は、やはり、定着ベルトや加圧ベルトの幅方向両外側に設置されている。具体的には、この寄り規制板１００は、定着装置の近傍に位置し画像形成装置本体を構成する両側板に設置固定されている。

ここで、定着ベルトや加圧ベルトには、定着ニップにおいて強く拘束されているためその領域で幅方向外側に向けた最も強い寄り力が作用している。一方、定着ニップ以外の領域では、定着ベルトや加圧ベルトが強く拘束されていないため、定着ニップの領域での寄り力以上の力は作用していない。このような理由から、本例では、定着ニップの領域において定着ベルトや加圧ベルトの片寄りを規制することでこれを効率良く達成することができる。

図６（ａ）は寄り規制板１００が設置されていない領域でのベルトの寄り力が強い場合の、寄り規制板とベルトの幅方向端部の軌跡を表したものである。なお、図６（ａ）、（ｂ）では、矢印で示すＷ方向がベルトの走行方向となっており、また、ベルトの幅方向端部のみを注目すべくこの部分だけを抜き出して示している。

このように、寄り力が強いところに寄り規制板を設置しないと、寄り規制板から外れた領域において、ベルト端部は寄り規制板よりも幅方向外側に行ってしまい、ベルト端部の軌跡が図示のように湾曲してしまう。

このような現象が生じると、ベルトの捩れによるストレスによってベルトの耐久性が低下し短寿命となってしまう。また、捩れによってベルト端部と寄り規制板の当たり方が面接触ではなく点接触になってしまい、両者間の摺擦による力が集中して、ベルトの幅方向端部が破損し易くなる。

一方、図６（ｂ）は、本例のように、寄り力が強い領域に寄り規制板を設置した場合の、寄り規制板とベルトの幅方向端部（一部分）の軌跡を表したものである。

このように、ベルトの寄り力が強い領域に寄り規制板が設置されているので、その領域ではベルトの寄りが効率良く規制される。そして、寄り規制板から外れた領域においては、ベルトの寄り力が比較的小さいため、寄り規制板よりも幅方向外側へ行ってしまう量は僅かであり、ベルトの幅方向端部の走行軌跡が湾曲してしまうことがない。

そのため、ベルトの捩れによるストレスも小さくなるため、ベルトの耐久性の低下を防止してベルトを長寿命化することができる。また、ベルトの幅方向端部と寄り規制板の当たり方も面接触傾向となり、両者間での摺擦による力が集中しないため、ベルトの幅方向端部が破損してしまうのを抑制できる。

以上説明したように、本例では、定着ベルトと加圧ベルトに作用する寄り力が最大となる定着ニップの領域において、定着ベルトと加圧ベルトの寄り移動を規制する構成としたため、両ベルトの長寿命化を図ることができる。当然ながら、本例においても、実施例１と同様に、定着ベルトと加圧ベルトに共通の寄り規制板を設けたことで、装置の部品点数を少なくすることができ、装置の安価化、簡易化を図ることができる。

なお、上述した実施例１、２では、定着ベルトと加圧ベルトの基層に樹脂材料を用いているが、例えば、次のような材料を用いても構わない。つまり、定着ベルト、加圧ベルトの基層の材料として、ニッケル、ニッケル合金、ステンレス鋼、低炭素鋼、銅、アルミニウム等の金属を用いても構わない。具体的には、基層の例として、内径が４０ｍｍ、厚さが２５０μｍのエンドレス円筒状のニッケル金属層としても良い。このような金属製ベルトは、樹脂製ベルトに比して高強度で耐磨耗性にも優れるため、ベルトの幅方向端部の劣化／破損に強く、実施例１、２のように寄り規制板によってベルトの寄り移動を規制する場合には好都合である。

また、上述した実施例１、２では、画像加熱装置として、記録材上の未定着トナー像を定着する定着装置を例に説明したが、この他の装置にも本発明を同様に適用することが可能である。例えば、定着装置により記録材に定着されたトナー像を加熱することで画像の光沢度を向上させる光沢向上装置にも本発明を同様に適用することが可能である。

実施例１にかかる定着装置の概略断面図である。 画像形成装置概略断面図である。 実施例１にかかる定着装置の上部から見た概略図である。 実施例２にかかる定着装置の概略断面図である。 実施例２にかかる定着装置の上部から見た概略図である。 （ａ）寄り規制板がベルトの寄り力が最大となる領域から外れた位置に設置された場合のベルト端部の走行軌跡を説明する図、（ｂ）寄り規制板がベルトの寄り力が最大となる領域に設置された場合のベルト端部の走行軌跡を説明する図である。

符号の説明

Ｆ 定着装置
Ｓ 記録材
２０ 定着ベルト
２１ 加圧ベルト
２２ テンションローラ
２３ 定着ローラ
２５ テンションローラ
２６ 加圧ローラ
３２ 定着パッド
３３ 加圧パッド
１００ 寄り規制板

Claims (3)

1. 記録材上のトナー像をその圧接部で加熱する第１のエンドレスベルト及び第２のエンドレスベルトと、この第１のエンドレスベルト及び第２のエンドレスベルトをそれぞれ回転可能に支持する第１のローラ及び第２のローラと、を有する画像加熱装置において、第１のエンドレスベルトと第２のエンドレスベルトの幅方向端部と当接可能に設けられ、第１のエンドレスベルトと第２のエンドレスベルトの走行に伴う設定ゾーンから幅方向外側への移動を規制する規制板を有して、記録材を搬送する方向に直交する幅方向において、前記規制板が、前記第１のエンドレスベルトが前記第１のローラに巻き付く部分と前記第２のエンドレスベルトが前記第２のローラに巻き付く部分とに重なりを持つように配置されることを特徴とする画像加熱装置。
2. 上記規制板が上記圧接部において上記第１のエンドレスベルト及び上記第２のエンドレスベルトと当接可能に構成したことを特徴とする請求項１の画像加熱装置。
3. 上記第１のエンドレスベルト及び上記第２のエンドレスベルトよりも幅方向両外側に上記規制板をそれぞれ設けたことを特徴とする請求項１又は２の画像加熱装置。

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