JP5370412B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents
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Description
図7は、このような定着装置500の構成例を示す概略斜視図である。
同図に示すように、定着装置500は、定着ベルト554、押圧ローラー550、加圧ローラー560および交流電源に接続された一対の給電ローラー570などを備えている。
押圧ローラー550は、芯金551の表面が弾性層552で覆われており、定着ベルト554の周回経路内側に遊挿されている。
また、加圧ローラー560は、駆動モータ(不図示)からの駆動力を受けて同図の矢印P方向に回転する。この駆動力が定着ベルト554を介して押圧ローラー550に伝わることにより、定着ベルト554と押圧ローラー550とが同図の矢印Q方向に従動回転する。
以上の構成において、定着ベルト554が周回駆動されつつ、給電ローラー570を介して電極554eに電力が供給されると、電気抵抗としては、電極554eの方が抵抗発熱層554bよりも遥かに小さく、電極554eにおける電圧降下は無視できるほどなので、電流が電極554eの周方向全体に流れ込み、抵抗発熱層554b全体にY軸方向の電流が流れて発熱する。
このとき、定着ベルト554は、定着ニップ530と給電ローラー570に押し付けられている部分以外で、他の部材との接触が生じておらず、熱が周囲に逃げにくいので、ジュール発熱により定着ニップ530の領域が効率的に昇温され、記録シート(不図示)上に形成されたトナー像が定着ニップ530を通過する際に、加熱、加圧されて当該記録シートに熱定着される。
図8(a)に示すように、給電ローラー570は、通常、圧縮ばね571などによって、押圧ローラー550方向へと押圧されており、弛み部分の盛り上り部554aを乗り越えるときに、押圧ローラー550から遠ざかる方向に跳ね上げられた後、元に位置に戻ろうとするが、定着ベルト554の動きに追従するのが遅れると、図8(b)に示すように、給電ローラー570と定着ベルト554との間に隙間Sが生じる。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、抵抗発熱層とこれに給電するための電極とが形成された定着ベルトを有し、当該定着ベルトの周回経路内側に押圧ローラーが遊挿されている抵抗発熱式の定着装置および画像形成装置において、定着ベルトの長寿命化を図ることを目的とする。
また、第1および第2の給電部材の2つの給電部材が、電極に接触しているので、電極と給電部材とのトータルの接触面積が従来よりも増加し、給電の安定性がより向上し、スパーク放電が生じに難くなり、ベルトの長寿命化を図ることができる。
ここで、第1および第2の給電部材は、押圧ローラーの回転軸と平行な支軸周りに揺動可能な保持部材に保持されると共に、前記支軸を前記ベルトに向けて付勢する付勢手段を有し、前記保持部材における支軸の位置は、前記付勢時における第2の給電部材の前記ベルトへの押圧力が、第1の給電部材の前記ベルトへの押圧力よりも大きくなるように決定されているとしてもよい。
そして、前記電極は、前記抵抗発熱層よりも低い電気抵抗率を有する金属膜であることが望ましい。
なお、本発明は、上記定着装置を備えた画像形成装置としてもよい。
<画像形成装置の構成>
図1は、本発明の実施の形態に係る定着装置を備える画像形成装置の一例であるタンデム型カラープリンター(以下、単に「プリンター」という)の構成を説明するための概略図である。
<画像プロセス部>
画像プロセス部3は、Y〜K色のそれぞれに対応する作像部30Y,30M,30C,30K、光学部10、中間転写ベルト11などを備えている。
光学部10は、レーザダイオードなどの発光素子を備え、制御部60からの駆動信号によりY〜K色の画像形成のためのレーザ光Lを発し、感光体ドラム31Y〜31Kを露光走査させる。
一方、給紙部4は、記録シートを収容する給紙カセット41と、給紙カセット41内の記録シートを搬送路43上に1枚ずつ繰り出す繰り出しローラー42と、繰り出された記録シートを二次転写位置46に送り出すタイミングをとるためのタイミングローラー対44などを備えており、中間転写ベルト11上のトナー像の移動タイミングに合わせて給紙部4から記録シートを二次転写位置に給送し、二次転写ローラー45の作用により中間転写ベルト11上のトナー像が一括して記録シート上に二次転写される。
<定着部の構成>
図2は、上記定着部5の構成を示す部分断面斜視図である。
押圧ローラー150は、定着ベルト154に遊挿されると共に、押圧ローラー150と加圧ローラー160とが平行に配置されており、定着ベルト154を介して加圧ローラー160を不図示の付勢機構で押圧ローラー150側に付勢することにより、定着ベルト154と加圧ローラー160との間に定着ニップNが形成され、この定着ニップNを記録シート(不図示)が通過することにより記録シート上に形成されたトナー像が溶融・加圧されて定着するようになっている。
<加圧ローラーの構成>
押圧ローラー150は、不図示の駆動機構により矢印C方向に回転駆動されると共に、定着ベルト154の外側から定着ベルト154を介して押圧ローラー150を押圧する。
これにより、定着ベルト154と押圧ローラー150とが矢印D方向に従動回転する。
芯金161は、不図示の駆動機構により回転駆動され、例えば、アルミニウム、鉄、ステンレス等からなる、外径が30[mm]の中実シャフトである。
なお、このような中実シャフトに替えて、厚みが0.1[mm]〜10[mm]の中空シャフト、もしくは、当該中空部分の内部に断面がY字状の補強リブを有する構造であってもよい。
本実施の形態では、弾性体層162の厚みは、3[mm]に設定されており、外径が36[mm]となっている。
また、弾性体層162のY軸方向の長さは、374[mm]となっている。
<押圧ローラー>
押圧ローラー150は、図2に示すように、長尺で円柱状の芯金151の周囲に弾性層152が形成されてなる。
なお、このような中実シャフトに替えて、厚みが0.1[mm]〜10[mm]の中空シャフト、もしくは、当該中空の内部に断面がY字状の補強リブを有する構造であってもよい。
また、弾性層152のY軸方向の長さは、374[mm]となっている。
なお、弾性層152の硬度は、加圧ローラー160の弾性体層162の硬度よりも小さく設定されており、ニップ部Nにおいては、主に弾性層152が弾性変形する構成となっている。
<定着ベルト>
図3は、定着ベルト51の積層構造を示す部分断面図である。
また、同図では、理解を容易にするために、やや厚みを誇張して示しており、各部材の寸法は下記に例示する寸法と、必ずしも対応が取れているものではない。
定着ベルト154は、積層構造を有する弾性変形可能な無端ベルトであり、同図に示すように、絶縁層154aの外周面に、抵抗発熱層154bが積層されており、また、抵抗発熱層154bの外周面におけるY軸方向の両端部には、電極層154eが積層されている。
以下、定着ベルト154を構成する各層について詳細に説明する。
絶縁層154aは、導電性を有しない材料、例えば、PI(polyimide)、PPS(Poly(phenylene sulfide))、PEEK(polyetheretherketone)などのいずれかからなり、その厚みは約50[μm]であり、Y軸方向の長さは、374[mm]となっている。
より具体的には、抵抗発熱層154bは、厚みが、5[μm]以上、200[μm]以下であって、PI(ポリイミド)製樹脂に、電気抵抗率の異なる導電フィラーを一種類もしくは複数種類均一に分散させてなる。
抵抗発熱層154bに用いるベースの材料(以下、「ベース材」という。)として、他にもPPSおよびPEEKなどを使用することができる。
ここで、導電フィラーとしては、Ag、Cu、Al、MgおよびNiなどの金属粉末、または、グラファイト、カーボンブラック、カーボンナノファイバーおよびカーボンナノチューブなどの炭素化合物粉末、もしくは、ヨウ化銀、ヨウ化銅などの無機化合物中の高イオン導電体が挙げられ、その形状としては、単位含有量あたりの導電フィラー同士の接触する確率を高めるために、繊維状にすることが望ましい。
ここで、抵抗発熱層154bの体積抵抗率は、10×10^−6〜1.0×10^−2 [Ω・m]程度が望ましく、さらに、本実施の形態における定着部5の仕様においては、体積抵抗率を1.0×10^−5〜5.0×10^−3 [Ω・m]に設定することが望ましい。
なお、弾性層154cの材質は、シリコーンゴムの他、フッ素ゴム等を用いても構わない。
離型層154dは、例えば、PTFEもしくはPFA等のフッ素系樹脂などの離型性を有する材料からなり、厚みは、5[μm]以上、100[μm]以下である。
また、電極層154eは、例えば、抵抗発熱層154bよりも電気抵抗率の低いCu、Al、Ni、真鍮、リン青銅等の金属を、抵抗発熱層154bの外周面の両端部に化学めっき、もしくは、電気めっき等を行って形成されてなる。
そして、電極層154eの幅(Y軸方向の長さ)が18[mm]となっている。
さらに、電極層154eの厚みは、適度の強度を有しつつ、特に定着ニップNにおけるベルトの変形に追従するために必要な柔軟性を確保するため、5[μm]以上、100[μm]以下が望ましく、ここでは、20[μm]に設定されている。
<給電部材>
図2に戻って、給電部材170aおよび170bは、定着ベルト154の後述する1対の電極層154eのそれぞれに対して、各1対設けられている。
ここで、給電部材170aは、給電部材170bよりも定着ニップN寄りの位置で電極層154eを押圧している。
リード線175aおよび175bは、元々1本のリード線(以下、「本幹リード部」という。)175が2つに分岐している分岐部であり、当該本幹リード部175が、不図示の継断器(リレースイッチ)を介して交流電源180に繋がっている。
給電部材170aは、ブラシ部171a、弾性部材172a、支持板173aおよびシャフト部174aからなる。
ブラシ部171aは、例えば、厚み30mm、Y軸方向における幅10mm、摺動方向の長さ5mmのブロック状の導電体であって、摺動性および導電性を共に備える銅黒鉛質、炭素黒鉛質などの材料からなる、いわゆるカーボンブラシである。
上述のように、ブロック状のブラシ部171aを電極層154eに押し当てることで、通電のための接触面積を広く確保することができ、両者の接触状態が不安定になった場合でも、一時的に接触面積が極端に小さくなる確率を低くすることができる。
支持板173aは、定着部5の本体側フレームに接合されており、貫通穴(不図示)を有し、この貫通穴にシャフト部174aが摺動自在な状態で挿入されている。
ここで、当該押圧力をF1とするとき、F1の値[N]は、以下のように決定されている。
Fs:定着ベルト駆動停止時において通電安定性を確保可能な押圧力[N]
Fc:定着ベルト周回時における定着ベルトの波打ち現象により、ブラシ部171aを定着ベルトから接触面の法線方向において引き離そうとする力の最大値[N]
ここで、Fsの値は、0.2[N]〜0.5[N]程度が必要であることが、試験により確認されている。
また、Fcの値は、定着ベルト154に対する給電部材170bの押圧位置およびこの押圧力F2の値により変動するため、これらの要素を確定した上で、試験等を行い求められる値である。
このため、発明者は、主に波打ち現象の起こりにくいニップ近部に設けられた給電部材170aにおいて安定的な給電が行えるように、電極層154eに対する押圧力F1の値を設定すると共に、波打ち現象の起こりやすいニップ遠部に設けられた給電部材170bにおいては、押圧力F2を少なくともニップ遠部からニップ近部に波打ち現象が伝播するのを抑制するに足る値に設定すればよいと考えた。
(式2) F2<F1
つまり、1つの電極に1つの給電部材のみを押圧していた従来に対して、本実施の形態における定着部5のように給電部材を2つ設けた構成であっても、従来の給電部材が一つだけの場合に定着ベルトに加えられる押圧力の2倍の押圧力を加える必要がない。
また、発明者は、給電部材170bで電極層154eを押圧する位置が、定着ニップNから離れ過ぎると、波打ち現象の伝播を抑制しにくくなると考え、給電部材170bを設ける位置を以下に示す範囲内とした。
以下、このように給電部材170bの配置を決定した理由について説明する。
図5は、定着部5において、電極154eを押圧する給電部材170aおよび170bを取り外した状態の定着ベルト154の形状を示す図である。
このため、領域R1における定着ベルト154と押圧ローラー150との隙間d0と、領域R2における同様の隙間d1は、比較的狭く、かつ、定着ニップNを除いて、位置的にあまり変化しない状態となっている。
一方、領域R3および領域R4では、定着ニップNから遠ざかるほど、定着ベルト154と押圧ローラー150との隙間d2および隙間d3がそれぞれ拡大するため、領域R3および領域R4では、給電部材170bで電極154eを押圧する際、定着ベルト154を押圧ローラー150に接触させるために必要な押圧力F2が大きく成らざるを得ず、波打ち現象の伝播抑制には不利な位置となる。
このとき、無論、給電部材170aは、給電部材170bが存する領域と同じ領域であって、給電部材170bよりも定着ニップ寄りに配置する必要がある。
また、給電部材170aおよび170bは、領域R2に設けるよりも、領域R1に設ける方が、給電安定性を確保する上で望ましい。
<変形例>
本発明は、上述のような実施の形態に限られるものではなく、次のような変形例も実施することができる。
図6は、このような構成の一例を示す図である。
同図に示すように、給電部材270は、ブラシ部271、支持部材282、ガイド部材290および押圧部材300などからなる。
ブラシ部271は、押圧ローラー150の回転軸の延びる方向から見たときの形状がU字状となっており、当該U字において互いに対向し合う部分に位置するアーム部271aおよび271bが、それぞれ図4における給電部材170aおよび給電部材170bのブラシ部171aに相当する。
なお、同図に示すように、ブラシ部271は、これに給電するためのリード線272が接続されている。
押圧部材300は、圧縮コイルばねであり、ガイド部材290の内底面に接合されており、支持部材282がガイド部材290の内部に挿嵌された状態において、V方向に支持部材282を押圧力F3で付勢する。
このため、押圧部材300により与えられた押圧力F3が、アーム部271aおよび271bに対して、それぞれ押圧力F4およびF5に分力されたとすると、押圧力F5の値は、押圧力F4の値よりも小さくなる。
なお、図6に示す構成では、支軸271dがブラシ部271に設けられていたが、これに限らず、支持部材282における1対の側板部282bの対向し合う部分にそれぞれ突起を設け、ブラシ部271にこの突起と係合する凹部を設ける構成であってよく、要するに、支軸271dがどの部材に設けられていても構わない。
(2)上記実施の形態では、1つの電極層154eに対して2つの給電部材を押圧していたが、場合によっては、3つ以上の給電部材で押圧してもよいであろう。
例えば、モノクロの複写機では、カラーの複写機に比べ、定着ニップ幅を小さく設定しても、定着品質の劣化がそれほど目立たないため、定着ベルト154内の弾性層154cを省略することが考えられる。
(6)また、上記実施の形態のように、加圧ローラー160を回転駆動させ、押圧ローラー150を従動回転させていたが、この構成に限られない。
(7)上記実施の形態では、押圧ローラー150の弾性層152の硬度は、加圧ローラー160の弾性体層162の硬度よりも低く設定されており、定着ニップNでの変形は、主に押圧ローラー150の弾性層152において生じるとしたが、これに限られず、場合によっては、定着品質が低下しなければ、弾性層152の硬度を弾性体層162の硬度よりも高く設定しても良いし、弾性層152および弾性体層162を同等の硬度に設定しても良い。
3 画像プロセス部
4 給紙部
5 定着部
10 光学部
11 中間転写ベルト
12 駆動ローラー
13 従動ローラー
30Y,30M,30C,30K 作像部
31 感光体ドラム
32 帯電器
33 現像器
34 一次転写ローラー
41 給紙カセット
42 繰り出しローラー
43 搬送路
44 タイミングローラー対
45 二次転写ローラー
46 二次転写位置
51 定着ベルト
150 押圧ローラー
151、161 芯金
152 弾性層
154 定着ベルト
154b 抵抗発熱層
154e 電極層
160 加圧ローラー
162 弾性体層
170a、170b,270 給電部材
171a、271 ブラシ部
172a、172b 弾性部材
173a 支持板
174a シャフト部
175a、175b、272 リード線
180 交流電源
271a、271b アーム部
271d 支軸
282 支持部材
282b 側板部
282c 切欠部
290 ガイド部材
300 押圧部材
Claims (7)
- 抵抗発熱層を含む無端状のベルトの周回経路内側に遊挿された押圧ローラーを、前記ベルトの外側から当該ベルトを介して加圧ローラーで押圧して、当該ベルト表面と当該加圧ローラーとの間に形成された定着ニップに、未定着画像の形成されたシートを通紙して熱定着を行う定着装置であって、
前記ベルトの外周面のシート通紙領域を挟んで設けられた1対の輪環状の電極の少なくとも一方の電極に、第1の給電部材と当該第1の給電部材よりも前記定着ニップに近い位置に配設された第2の給電部材とを押圧して給電する構成を有し、
前記第2の給電部材の押圧力よりも第1の給電部材の押圧力の方が小さいことを特徴とする定着装置。 - 押圧ローラーをその回転軸の延びる方向から見たとき、押圧ローラーの中心と加圧ローラーの中心とを通る第1の直線と、押圧ローラーの中心を通り第1の直線と直交する第2の直線とで仕切られる4つの領域のうち、前記定着ニップのシート通紙方向上流側の端を含んでいる領域を第1の領域とし、前記定着ニップのシート通紙方向下流側の端を含んでいる領域を第2の領域とするとき、
第1の給電部材の前記ベルトとの接触面の少なくとも一部が、第1もしくは第2の領域に存することを特徴とする請求項1に記載の定着装置。 - 第1の給電部材の前記ベルトとの接触面の少なくとも一部が、第1の領域に存することを特徴とする請求項2に記載の定着装置。
- 第1および第2の給電部材は、押圧ローラーの回転軸と平行な支軸周りに揺動可能な保持部材に保持されると共に、前記支軸を前記ベルトに向けて付勢する付勢手段を有し、
前記保持部材における支軸の位置は、前記付勢時における第2の給電部材の前記ベルトへの押圧力が、第1の給電部材の前記ベルトへの押圧力よりも大きくなるように決定されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の定着装置。 - 前記保持部材は導電部材からなり、前記第1および第2の給電部材が保持部材と一体に成型されている
ことを特徴とする請求項4に記載の定着装置。 - 前記電極は、前記抵抗発熱層よりも低い電気抵抗率を有する金属膜であることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の定着装置。
- 請求項1から6のいずれかに記載の定着装置を備える画像形成装置。
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