JP5521450B2 - 定着装置およびこの定着装置を備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えばプリンタ等の画像形成装置に用いられる定着装置、およびこの定着装置を備えた画像形成装置に関する。

画像形成装置における定着装置として、加熱源を内蔵する加熱ローラの外周面に対向してエンドレスの加圧ベルトを配設し、この加圧ベルトの内側に押圧部材を配設するとともに押圧部材を支持部材で支持し、この支持部材で支持された押圧部材により、前記加熱ローラの外周面に対してニップ部が形成される状態で加圧ベルトを接触させる構成のものが、従来より知られている。

ところで、前記加圧ベルトや加熱ローラの寿命は、主にその表層（ＰＦＡチューブやＰＦＡコート等）の磨耗に大きく左右されるが、前記摩耗は、加熱ローラと加圧ベルトの接触部における荷重（圧力）が最も大きくなる位置で発生する。一般には、押圧部材の長さ方向の中央部の撓み等に起因して、該中央部よりも両端部の位置において、加熱ローラと加圧ベルトの接触部における圧力が大きくなる傾向にある。

このため、加熱ローラと対向する押圧部材の長さ方向の中央部を凸状にしたり、押圧部材の長さ方向の両端部を面取りしたり、Ｒ形状にすることにより、加熱ローラと加圧ベルトの接触部における圧力分布が均等になるような対応策がとられているが、十分な効果を発揮できなかった。

また、従来、押圧部材と支持部材との間に複数のスプリングを並置することで、スプリングによる押圧部材への圧力が、長さ方向中央に比べて端部に至る程小さくなるようにした技術も開発されている。しかし、この場合は部品点数が多くなって構造も複雑化するうえ、コスト高を招く他、スプリング等の部品に高い精度が要求されるといった問題がある。

このような構造の複雑化やコスト高を回避するため、従来、押圧部材である圧力パッドと圧力パッドのホルダとの間に、一定厚さの弾性シートを配置して、パッド部材に強い荷重が付加された場合に、弾性シートの弾性変形により荷重を分散させるようにした技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、従来、局所押圧用のニップ部材と支持フレームとの間に長さ方向の一端から他端に亘って一つの弾性支持部材を配設することで、加熱ローラと加圧ベルトの接触部における圧力のばらつきの発生を抑えるようにした技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−３３１５７４号公報 特開２００６−８４６５５号公報

ところが、上記した圧力パッドと圧力パッド支持部材との間に一定厚さの弾性シート部材を設けた前者の従来技術や、局所押圧用パッド部材と支持フレームとの間に長さ方向の全長に亘って一つの弾性支持部材を設けた後者の従来技術では、押圧部材の両端部（エッジ）が加熱ローラよりも短かい場合や加圧ベルトの幅よりも短い場合に、依然として、押圧部材の両端部に対応する位置において加熱ローラと加圧ベルトの接触部に応用集中を発生することがあり、加熱ローラや加圧ベルトの十分な寿命増大を図れないという問題があった。

この発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成により、加熱ローラと加圧ベルトの接触部における応用集中の発生を抑制し、加熱ローラや加圧ベルトの高寿命化を図ることができる定着装置を提供し、さらにはこの定着装置を備えた画像形成装置を提供することを課題としている。

上記課題は、以下の手段によって解決される。
（１）加熱源を内蔵する加熱ローラの外周面に対向して配設されたエンドレスの加圧ベルトと、前記加圧ベルトの内側において加圧ベルトの幅方向に配設され、前記加熱ローラの外周面に対して加圧ベルトを押圧してニップ部が形成される状態に接触させる押圧部材と、前記加圧ベルトの内側に配設され、前記押圧部材を加熱ローラの径方向外方から支持する支持部材と、前記押圧部材の厚みよりも小さい厚みを有し、前記押圧部材と支持部材の間の位置において、押圧部材の長さ方向へ沿って配置された複数個の板状弾性部材と、を備え、前記複数の弾性部材は、押圧部材の長さ方向の中央部側のものの硬度及び厚みに比べて両端部側のものの硬度及び厚みが低くかつ薄く設定されており、各弾性部材間の隙間が１０ｍｍ以下であることを特徴とする定着装置。
（２）前記弾性部材は耐熱性ゴムで構成されている前項１に記載の定着装置。
（３）前項１または２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。

前項（１）に記載の発明によれば、加圧ベルトを押圧する押圧部材とその支持部材の間の位置において、押圧部材の長さ方向に沿って押圧部材の厚みよりも小さい厚みを有する複数個の板状弾性部材が配置されるとともに、これら弾性部材のうちの両端部のものの硬度及び厚みが中央部側のものよりも低くかつ薄く設定されているので、押圧部材で加熱ローラ側に押される加圧ベルトと前記加熱ローラとの接触部において、押圧部材の長さ方向の両端部の位置で局部的に圧力が高くなるのが抑えられ、摩耗や歪み変形の発生が有効に抑制されて加熱ローラ及び加圧ベルトの寿命を延ばすことができる。また、複数の弾性部材間の隙間が１０ｍｍ以下であるので、弾性部材間の隙間に相当する位置における局部的圧力むらの発生が抑制されて、画像上の光沢むらが少ない高画質の出力物を得ることができる。

前項（２）に記載の発明によれば、弾性部材が耐熱性ゴムであるので、スプリングを使う場合に比して大幅に低コスト化を図ることができる。

前項（３）に記載の発明によれば、定着装置における加熱ローラや加圧ベルトの耐久性に優れた画像形成装置を提供することができる。

この発明の一実施形態に係る定着装置が使用された画像形成装置を示す構成図である。 同じく画像形成装置の定着装置を示す側面断面図である。 定着装置における押圧部材や支持部材を示す斜視図である。 定着装置における加熱ローラと加圧ベルトの接触部の圧力分布図である。 定着装置における押圧部材に設けた弾性部材同志の隙間寸法による用紙種別毎の画像評価を示す表である。

次に、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、この発明の一実施形態に係る定着装置が用いられた画像形成装置を示す構成図である。

図１において、１は感光体であり、この感光体１の周囲には、帯電器２、露光装置３、現像装置４、転写ローラ５、剥離爪６、クリーナ７等が配設されている。

前記感光体１の表面の所定域は、帯電器２により一様に帯電され、その帯電域に対して露光装置３から原稿画像に応じた画像露光が施されることにより、該感光体１上に静電潜像が形成される。

この感光体１に形成された静電潜像は、現像装置４において、現像バイアスが印加された現像ローラ４１で現像されることににより、可視トナー像とされる。

一方、記録紙等の記録媒体Ｓを収容したカセット１０から給紙ローラ１０１により記録媒体Ｓが１枚ずつ引き出され、タイミングローラ１１へ供給される。

前記タイミングローラ１１は、前記感光体１上のトナー像と同期をとって前記記録媒体Ｓを感光体１に圧接させるように、転写電圧が印加された転写ローラ５との間に送り込むようになっている。このように、感光体１と転写ローラ５との相互ニップ部に記録媒体Ｓが通されることにより、該記録媒体Ｓに感光体１の表面のトナー像が転写される。

なお、転写後、感光体１上に残留する転写残トナー等は、クリーナ７により除去清掃され、残留電荷はイレーサ８により消去されて、次の画像形成に備えられる。

そして、未定着トナー画像が付着された記録媒体Ｓが定着装置９に搬送されると、該定着装置９における加熱加圧下において、転写トナー像が記録媒体Ｓ上に定着される。

前記定着装置９は、熱源であるヒータ（図示せず）を内蔵した加熱ローラ９１と加圧ベルト９２とを備えている。

加圧ベルト９２は、後述するように、加圧ベルト９２の内側において加熱ローラ９１と平行状に配置された押圧部材９５により加熱ローラ９１に圧接され、加熱ローラ９１との間に圧接ニップ部Ｎを形成している。加熱ローラ９１には、分離ガイド９３およびサーミスタ９４が配置されている。

前記加熱ローラ９１は、回転体からなり、芯金の内側には、熱源であるヒータ（図示せず）等が配置されている。芯金は、厚さが０．１〜５ｍｍ程度の耐熱材パイプからなり、例えばアルミニウム、鉄等の金属で構成されるのが望ましい。軽量化およびウォームアップ時間を考慮すると、芯金の厚さは、０．２〜１．５ｍｍ程度であるのが望ましい。

加熱ローラ９１の表層には、例えばＰＦＡ、ＰＴＦＥ等のフッ素系のチューブやコーティング、シリコーン系のチューブやコーティング等により、離型性を付与することも可能であり、導電性の場合もある。

この加熱ローラ９１の表層の厚さは、５〜１００μｍ程度が望ましい。フッ素系チューブの例として、三井デュポンフロロケミカル（株）製ＰＦＡ３５０−Ｊ、４５１ＨＰ−Ｊ、９５１ＨＰ Ｐｌｕｓ、等を挙げることができる。水との接触角は９０度以上であり、望ましくは１１０度以上である。表面粗さは、Ｒａ：０．０１〜５０μｍ程度が望ましい。

なお、加熱ローラ９１の表層と芯金との間に中間層を設けてもよい。中間層としては、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の弾性があり耐熱性の高い材質が望ましく、厚みは任意であるが、０．０５〜２ｍｍ程度が望ましい。外径は任意であるが、１０〜５０ｍｍが望ましい。

前記加圧ベルト９２は、基材と表層からなり、その基材は、例えばポリイミド、ポリフェニレンスルファイド、ニッケル、鉄、ＳＵＳ等から構成されている。

また、加圧ベルト９２の表層には、例えばＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ等のフッ素系のチューブやコーティング、シリコーン等のチューブやコーティング等により、離型性を付与することも可能であり、導電性の場合もある。厚みは５０〜１５０μｍ程度が望ましい。

なお、加圧ベルト９２の表層と基材との間に中間層を設けてもよい。中間層としては、例えばシリコーンゴム、フッ素ゴム等の弾性がありかつ耐熱性の高い材質が望ましく、厚みは任意であるが、０．０５〜２ｍｍ程度が望ましい。リング状加圧ベルト９２の外径は任意であるが、２０〜１００ｍｍが望ましい。

前記定着装置９の具体的構成を図２に基づいて詳細に説明する。

図２において、押圧部材９５は、加熱ローラ９１に接触するエンドレスの加圧ベルト９２の内側において支持部材９４の取付面部９４ａに配置されており、加熱ローラ９１との接触部位にニップ部Ｎを形成させるように加圧ベルト９２を押圧するものである。

この押圧部材９５は、剛性材９５ａのみで構成されているもの、剛性材９５ａと弾性材９５ｂの両方で構成されているもの、あるいはこの実施形態のように剛性材９５ａと弾性材９５ｂとが一体化されているもの等がある。

剛性材９５ａは、例えばポリフェニレンスルファイド、ポリイミド、結晶ポリマー等の樹脂や、アルミニウム、鉄等の金属、セラミック等の材料からなり、形状は任意である。

弾性材９５ｂは、シリコーン系ゴム、フッ素系ゴム等で構成され、耐熱性の高い材質が望ましく、厚みは任意であるが、０．１〜１０ｍｍ程度が望ましい。硬度はアスカーＣで１５〜３０°が望ましい。組付け性、生産性等からＳＵＳ、アルミニウム、鉄等の金属板と一体としても良い。押圧部材９５に熱源を配置したり、ローラ等の回転体を配置する場合もある。

前記支持部材９４は、加熱ローラ９１及び押圧部材９５と平行状に配設されて、押圧部材９５を支持すると共に、加熱ローラ９１に転接する加圧ベルト９２の回動状態を適正に保持する役目があり、例えば長さ方向へ沿って延びる支持部材本体９４１と、この支持部材本体９４１の両端に嵌着されるエッジガイド体（図示せず）とを備えており、両エッジガイド体は、それぞれ螺子等の固定部材９７を支持部材本体９４１側の螺子孔部９４２に螺子込んで該支持部材本体９４１に固定されて、加圧ベルト９２の回動をガイドするようになっている。

なお、加熱ローラ９１、加圧ベルト９２、支持部材９４、押圧部材９５の構成は、この実施形態に限定されるものではなく適宜変更可能である。

ところで、定着装置９において、その寿命を決定しているのは、主に前記定着ローラ９１と加圧ベルト９２である。

前記定着ローラ９１の寿命は、その表層（ＰＦＡチューブやＰＦＡコート等）の磨耗、中間層のゴム材の破壊、芯金からのゴム材の浮き状態ないしはゴム材とＰＦＡチューブの浮き状態等で決まる。また、加圧ベルト９２の寿命は、主に表層（ＰＦＡチューブやＰＦＡコート等）の磨耗で決まる。これらの摩耗は荷重（圧力）が最も大きくなる位置で発生する。

このため、この実施形態においては、図３に示すように加圧ベルト９２の内側に配置された押圧部材９５と該押圧部材９５を支持する支持部材９４との間に、押圧部材９５及び支持部材９４の長さ方向（軸方向）へ沿った複数（例えば９個）の板状弾性ゴムからなる弾性部材９６を配設してある。

具体的には、これら弾性部材９６は、長さ方向の中央部側のもの９６Ｂの硬度に対して両端部側のもの９６Ａ，９６Ｃの硬度が低く設定されている。

この結果、定着ローラである加熱ローラ９１と加圧ベルト９２の接触部における長さ方向（加圧ベルトの幅方向）の圧力分布は、図４に示すように、長さ方向の中央部側の弾性部材９６Ｂの硬度よりも両端部側の弾性部材９６Ａ，９６Ｃの硬度が低いので、長さ方向の両端部圧力が高圧になるのが抑制され、全体として均一化される。これにより、加熱ローラ９１および加圧ベルト９２の耐久性が増し、その結果、定着装置９自体の高寿命化を図ることが可能となる。

なお、複数の弾性部材９６のうち、中央部側の１個の弾性部材９６Ｂのみでなく、中央部側の複数の弾性部材の硬度を高くし、両端部側の１個の弾性部材９６Ａ，９６Ｃのみでなく複数個の硬度を低く設定しても良い。また、中央部から両端部に到るに従って、段階的に硬度を低く設定しても良い。

なお、複数の弾性部材９６間の隙間ｇは任意に設定可能であるが、過大になるのは避ける必要があり、例えば１０ｍｍ以下にするのが好ましい。隙間ｇを２０ｍｍ以上に設定すると、図５に示すように、記録媒体（用紙）Ｓとして光沢紙を使う場合、弾性部材９６間の隙間ｇに相当する部分に局所的な圧力むらが発生し、光沢が全域に出にくくなって画像上の光沢むらとなって現れることがある。一方、隙間ｇが１０ｍｍ以下の場合、光沢むらは生じない。なお、隙間ｇは存在しなくても良い。

この点について、従来のような複数のスプリングを採用するものでは、Ａ４サイズ対応の装置であっても、圧力むらを少しでも回避させるためには、最低でも２０個のスプリングが必要となってしまい、これでは部品点数が多くなり、コスト高となってしまう。

これに対し、この実施形態のように、硬度の異なる弾性部材９６を複数個用いる構成においては、複数個例えば５〜９個程度のみの弾性部材９６を設置するだけで対応できるので、製造コストが比較的安価であり、それによって容易に圧力むらの発生を抑制でき、従って光沢むらのない良好な画像を確実に得ることが可能となる。

弾性部材９６の材質は限定されることはなく、この実施形態のようにゴム製であっても良いし、樹脂製であっても良いが、耐熱性のものを使用するのがよい。

なお、長さ方向の中央部の弾性部材９６Ｂと両端部の弾性部材９６Ａ，９６Ｃの硬度を変えることなく、両端部の弾性部材９６Ａ，９６Ｃの厚みを中央部の弾性部材９６Ｂよりも薄くすることで見かけ上の硬度を変化させてもよい。これにより、比較的容易、かつ安価にして同等の効果を得ることが可能となる。この場合も、複数の弾性部材９６のうち、中央部側の１個の弾性部材９６Ｂのみでなく、複数の弾性部材の厚みを厚くし、両端部側の１個の弾性部材９６Ａ，９６Ｃのみでなく複数個の厚みを薄く設定しても良い。また、中央部から両端部に到るに従って、段階的に厚みを薄く設定しても良い。

また、長さ方向の中央部の弾性部材９６Ｂよりも両端部の弾性部材９６Ａ，９６Ｃの硬度を低く設定したうえで、両端部の弾性部材９６Ａ，９６Ｃの厚みを中央部の弾性部材９６Ｂよりも薄くしても良い。

また、画像形成装置としては、プリンタに限らず、モノクロ／カラーの複写機、ファックス、あるいはこれらの機能を備えた複合機等、いずれのものでも適用可能である。

９ 定着装置
９１ 加熱ローラ
９２ 加圧ベルト
９４ 支持部材
９５ 押圧部材
９６ 弾性部材
９６Ａ，９６Ｃ 両端部側の弾性部材
９６Ｂ 中央部側の弾性部材
ｇ 弾性部材各間の隙間
Ｎ 圧接ニップ部

Claims (3)

1. 加熱源を内蔵する加熱ローラの外周面に対向して配設されたエンドレスの加圧ベルトと、
   前記加圧ベルトの内側において加圧ベルトの幅方向に配設され、前記加熱ローラの外周面に対して加圧ベルトを押圧してニップ部が形成される状態に接触させる押圧部材と、
   前記加圧ベルトの内側に配設され、前記押圧部材を加熱ローラの径方向外方から支持する支持部材と、
   前記押圧部材の厚みよりも小さい厚みを有し、前記押圧部材と支持部材の間の位置において、押圧部材の長さ方向へ沿って配置された複数個の板状弾性部材と、
   を備え、
   前記複数の弾性部材は、押圧部材の長さ方向の中央部側のものの硬度及び厚みに比べて両端部側のものの硬度及び厚みが低くかつ薄く設定されており、各弾性部材間の隙間が１０ｍｍ以下であることを特徴とする定着装置。
2. 前記弾性部材は耐熱性ゴムで構成されている請求項１に記載の定着装置。
3. 請求項１または２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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