JP5672540B2 - 定着装置及び画像形成装置並びに定着装置の使用方法 - Google Patents

Description

本発明は、記録紙上に形成されたトナー像を定着させる定着装置、及び、その定着装置を備えた複写機、ファクシミリ、プリンタなどの画像形成装置、並びに、その定着装置の使用方法に関するものである。

従来、未定着トナー像を担持した記録紙に対して熱及び圧力を加えて、記録紙上のトナー像を定着する定着装置が広く用いられている。このような定着装置の一つとして、回転可能な可撓性を有する無端状ベルト部材と、ベルト部材の外周面に圧接する回転駆動可能なローラ部材と、ベルト部材を介して回転駆動するローラ部材に圧接して記録紙が搬送されるニップを形成するニップ形成手段と、ベルト部材またはローラ部材の何れかを加熱する熱源とを備えた構成が知られている。例えば、特許文献１，２には、熱源により加熱される定着ローラと加圧ベルトとの間に記録紙を挟み込み、トナー像を加熱溶融して記録紙に定着するものが記載されている。特許文献３には、熱源により加熱される定着ベルトと加圧ローラとの間に記録紙を挟み込み、トナー像を加熱溶融して記録紙に定着するものが記載されている。

これらの定着装置では、回転駆動されるローラ部材にベルト部材を圧接して従動させており、ベルト部材とローラ部材と形成されるニップで記録紙を安定して挾持搬送するには、ベルト部材が安定してローラ部材に従動することが望まれている。

特許文献１には、定着ローラおよび加圧ベルトのそれぞれの非通紙部である幅方向端部に高摩擦係数を有するグリップ部を設けた構成が記載されている。この構成は、高摩擦係数部を有するグリップ部同士を押し付けることで充分なグリップ力を得て、加圧ベルトを安定して従動させるものである。さらに、特許文献２には、定着ローラまたは加圧ベルトのグリップ部の外径を中央通紙部よりも大きくした構成が記載されている。この構成は、記録紙が通過する際に定着ローラと加圧ベルトのグリップ部同士が離れることを防止し、充分なグリップ力を得て、加圧ベルトを安定して従動させるものである。

上記ローラ部材やベルト部材の幅方向端部に高摩擦係数を有するグリップ部を設けてローラ部材によりベルト部材を安定して従動させる構成では、経時でグリップ部の外径縮小や表面性変化により、摩擦力が低下してしまう。このため、経時でローラ部材によりベルト部材を安定して従動させることが難しく、記録紙搬送不良を発生させてしまう。そこで、ベルト部材やローラ部材の交換可能に設け、グリップ部の経時劣化により寿命を判断してベルト部材やローラ部材を交換しているが、この段階ではベルト部材やローラ部材の中央通紙部の経時劣化は進んでいないことが多い。このような交換の仕方では、未だ使用できる部分も一体的に交換することになり、交換パーツがコスト高となってしまう。

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、回転駆動されるローラ部材と圧接して従動するベルト部材との間で安定して記録紙を挾持搬送しながら定着を行うことのできる、コストを抑えた定着装置及び画像形成装置並びにローラー部材やベルト状部材の経時劣化にも良好に対応可能な定着装置の使用方法を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、可撓性を有する無端状の回転可能なベルト部材と、該ベルト部材に対向するように設けられ該ベルト部材の外周面に対して圧接する回転駆動可能なローラ部材と、該ベルト部材を介して該ローラ部材からの圧を受けて記録紙が挾持搬送されるニップを形成するニップ形成手段と、該ニップ部を加熱する熱を発生する熱源とを備えた定着装置において、上記ローラ部材は記録紙を挾持する中央部より高摩擦係数の表面を有する端部を有し、該端部は該中央部に対して別体として設けられ、該中央部に対して着脱可能であり、上記端部を交換前の上記端部とは軸方向の幅が異なるものと交換することで、上記ローラ部材の軸方向の幅を変更することを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の定着装置において、上記ローラ部材の芯金における、互いに幅の異なる複数の上記端部に対応した位置に、上記ベルト部材の位置決め用固定部材を装着するための溝を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１または２の定着装置において、上記ローラ部材の端部表面と中央部表面とが異なる物質で構成されていることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１、２、または３の何れかの定着装置において、上記ローラ部材は弾性層を備えており、上記端部は該弾性層を露出させたことを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１、２、３または４の何れかの定着装置において、上記ローラ部材の端部と中央部との軸上硬度が異なることを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項１、２、３、４または５の何れかの定着装置において、上記端部の端面表層近傍および上記中央部の端面表層近傍を、面取り、Ｒまたはテーパ形状の加工をしたことを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項１、２、３、４、５または６の何れかの定着装置において、上記ベルト部材の内周面側に上記熱源を配置し、該熱源の熱を該ベルト部材に伝える熱伝達部材を該ベルト部材の内周面に対向するよう備え、上記ニップ形成手段として該ベルト部材の内周面側に配置され、該ベルト部材を介して上記ローラ部材に圧接する当接部材と、該当接部材を該熱伝達部材を介して支持する支持部材とを有することを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、請求項７の定着装置において、上記当接部材は、上記ベルト部材の内周面に摺動シートを介して接していることを特徴とするものである。
また、請求項９の発明は、請求項７または８の定着装置において、上記熱伝達部材または上記当接部材に潤滑剤を塗布したことを特徴とするものである。
また、請求項１０の発明は、記録紙に対して画像を形成する画像形成部と、該画像形成部で形成された該記録紙上の画像を定着させる定着装置とを備えた画像形成装置において、上記定着装置として、請求項１乃至９のいずれかの定着装置を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項１１の発明は、請求項１０の画像形成装置において、上記定着装置を画像形成装置本体に対して交換可能に設け、該定着装置を交換後、または、該定着装置の端部を交換後、一定枚数画像形成後に、メンテナンスを要する旨の警告をおこなうよう構成したことを特徴とするものである。
また、請求項１２の発明は、請求項１０の画像形成装置において、上記定着装置の駆動トルクを検出する駆動トルク検出手段を設け、該駆動トルク検出手段により検出された駆動トルクが、予め決められた駆動トルクの範囲外になった場合に、メンテナンスを要する旨の警告をおこなうよう構成したことを特徴とするものである。

本発明においては、ローラ部材の非通紙部となる端部表面が高摩擦係数を有することにより、回転駆動されるローラ部材から大きなグリップ力を得て、ベルト部材を安定して従動させることができる。さらに、端部は通紙領域である中央部に対して別体として設け、中央部に対して脱着可能なため、端部のみを個別に交換することができる。このため、経時劣化により端部の摩擦力が低下した場合もローラ部材の端部のみを交換すればよく、従来のようにローラ部材全部を交換する必要はない。また、ベルト部材の端部を脱着可能な高摩擦係数を有する部材とする構成も考えられるが、ベルト部材はローラ部材に比べて、この構成の具現化が大変難しく、コスト高になってしまう。よって、本発明の構成とすることで、経時でもベルト部材を安定して従動させることができるとともに、交換パーツのコストが抑えられる。

回転駆動されるローラ部材と圧接して従動するベルト部材との間で安定して記録紙を挾持搬送しながら定着を行うことのできる、コストを抑えた定着装置及び画像形成装置を得ることができるという優れた効果がある。さらに、定着ベルトの経時劣化にも良好に対応可能であるという優れた効果がある。

本実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。 本実施形態に係る定着装置の概略構成図。 定着ニップ部を記録紙搬送方向から見た図。 加圧ローラの端部グリップ部を交換可能にした構成の説明図。 加圧ローラの中央部と端部グリップ部との層構成の一例を示す断面図。 加圧ローラの中央部と端部グリップ部との層構成の他の例を示す断面図。 端部グリップ部の軸方向幅を可変とした構成の説明図。 端部グリップ部と中央部の端部が定着ベルトに圧接されている様子を説明する拡大図。 端部グリップ部の端面及び中央部の端面に面取り加工を施した図。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。図１に示すように、画像形成装置は、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、黒（Ｋ）の複数色からなるカラートナー像が形成される像担持体である中間転写体としての中間転写ベルト１と、カラートナー像用の各色トナーを補給するトナーボトル２Ｙ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｋとを、画像形成装置本体内に収納するように構成されている。中間転写ベルト１は張架ローラ１ａや中間転写ベルト駆動ローラ１ｂなどにより回転可能に張架されており、中間転写ベルト駆動ローラ１ｂが図中反時計回りに回転することで中間転写ベルト１も図中反時計回りに回転する。

また、画像形成装置は、画像形成装置本体の下部の給紙トレイ８に積載されて収納された記録紙Ｓを、中間転写ベルト１に対向する二次転写位置に所定のタイミングで搬送し、中間転写ベルト１上のカラートナー像を記録紙Ｓに転写しさらに記録紙Ｓ上のカラートナー像を定着させて、定着後の記録紙Ｓを上部から排出するように構成されている。すなわち、画像形成装置の下部から上部に掛けて、１枚の記録紙Ｓをフィードする給紙コロ７と、トナー像転写用の搬送タイミングを確保するレジストローラ対６と、中間転写ベルト１に接するように中間転写ベルト駆動ローラ１ｂと対向配置され中間転写ベルト１との間に所定圧を確保した二次転写ニップを形成した２次転写ローラ５と、所定に加熱および加圧する定着装置４と、記録紙Ｓを装置外部に排出する排紙ローラ対３とが配置されており、記録紙Ｓに対して、これらのコロやローラによって形成した搬送経路を搬送する過程で、順次、二次転写ニップにより中間転写ベルト１からトナー像を転写し、定着装置４により記録紙Ｓ上に転写したトナー像を定着している。

カラー画像を形成するための各色を担当してその色のトナー像を形成する４つのカラー画像形成部である画像ステーションとしてプロセスカートリッジ１０１Ｙ，１０１Ｃ，１０１Ｍ，１０１Ｋは、図中の斜め左上がりに傾斜して配設された中間転写ベルト１の長手方向に沿って配置されている。これらのプロセスカートリッジ１０１Ｙ，１０１Ｃ，１０１Ｍ，１０１Ｋからなる各画像ステーションには、像担持体として感光体ドラム２１Ｙ，２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｋをそれぞれ有している。

また、各感光体ドラム２１Ｙ，２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｋは、中間転写ベルト１を介して一次転写ローラ１１Ｙ，１１Ｃ，１１Ｍ，１１Ｋに所定圧を確保して接している。感光体ドラム２１Ｙ，２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｋの回りには、それぞれ専用の帯電装置１５Ｙ，１５Ｃ，１５Ｍ，１５Ｋと、現像手段としての現像装置１０Ｙ，１０Ｃ，１０Ｍ，１０Ｋと、感光体をクリーニングするクリーニング手段としての感光体クリーニング装置１４Ｙ，１４Ｃ，１４Ｍ，１４Ｋとを有している。

プロセスカートリッジ１０１Ｙ，１０１Ｃ，１０１Ｍ，１０１Ｋの下方には、各感光体ドラム２１Ｙ，２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｋの表面をレーザー光によって所定に露光させて静電潜像を書き込む書き込みユニット９が配置されている。

また、中間転写ベルト１の長手方向の一方の端部側には、中間転写ベルト１上の残留トナーを収集してクリーニングするクリーニング手段であるベルトクリーニング装置１２が、中間転写ベルト１を介して張架ローラ１ａに対向して設けられている。

現像装置１０Ｙ，１０Ｃ，１０Ｍ，１０Ｋにトナーを供給するトナーボトル２Ｙ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｋは、装置内の上部で図中の左側から右側に順次、複数個、配置され、画像形成装置本体に着脱して交換可能に設けられている。これら複数のトナーボトル２Ｙ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｋそれぞれには、それぞれイエロー、シアン、マゼンタ、黒のトナーが充填されている。各トナーボトル２Ｙ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｋから図示しない搬送経路を介して、各トナーボトル２Ｙ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｋに対応した各色の現像装置１０Ｙ，１０Ｃ，１０Ｍ，１０Ｋにトナー供給可能に接続され、所定の補給量だけ各色のトナーが補給される。

このように構成された画像形成装置では、記録紙Ｓが給紙コロ７でフィードされ、その先端がレジストローラ対６まで到達すると、記録紙Ｓの先端が図示しないセンサによって検知される。そして、この検出信号に基づき同期のタイミングを取りながら、レジストローラ対６によって記録紙Ｓを２次転写ローラ５と中間転写ベルト１とにより形成したニップに搬送し、中間転写ベルト１から記録紙Ｓに中間転写ベルト１上に形成した画像を２次転写する。

感光体ドラム２１Ｙ，２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｋは、あらかじめ帯電装置１５Ｙ，１５Ｃ，１５Ｍ，１５Ｋによって一様に帯電され、次に書き込みユニット９によって画像データに基づいてレーザー光が露光走査され、感光体ドラム２１Ｙ，２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｋ上に静電潜像が作られる。各静電潜像は、それぞれ各色の現像装置１０Ｙ，１０Ｃ，１０Ｍ，１０Ｋにより現像され、これにより感光体ドラム２１Ｙ，２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｋの表面にイエロー、シアン、マゼンタ、黒のトナー像が形成される。次に、一次転写ローラ１１Ｙ，１１Ｃ，１１Ｍ，１１Ｋに電圧が印加され各感光体ドラム２１Ｙ，２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｋ上のトナーが、中間転写ベルト１上に順次転写されていく。このとき、各色の作像動作は、そのトナー像が中間転写ベルト１の同じ位置に重ねて転写されるように、中間転写ベルト１の送り方向における上流側から下流側に向けてタイミングをずらして実行される。中間転写ベルト１上に形成されたトナー画像は、２次転写ローラ５が対向する二次転写位置まで搬送され、記録紙Ｓに２次転写される。各色からなるカラートナー像が転写された記録紙Ｓは定着装置４に搬送されてそのトナー像が圧力と熱とにより定着され、排紙ローラ対３で排紙される。

図２に定着装置４の拡大図を示す。
定着装置４内には、回転駆動する加圧部材である加圧ローラ４１や、無端状定着部材である定着ベルト４２などが設けられている。また、定着ベルト４２内には、加熱手段４３とニップ形成手段４４とが設けられている。

加熱手段４３は、金属パイプ４３ａと、この金属パイプ４３ａを加熱する熱源としてのヒータ４３ｂとで構成されている。金属パイプ４３ａは、ニッケルやステンレス鋼（ＳＵＳ）で形成され、定着ベルト４２と接する外周面にはフッ素系の潤滑剤が塗装されている。金属パイプ４３ａは、定着ニップを除く位置で定着ベルト４２の内周面に直接的に対向するように形成され、定着ニップの位置には内部に凹状に形成されるとともに開口部が形成された凹部が設けられている。そして、この金属パイプ４３ａの凹部に、ニップ形成手段４４の当接部材４４ａがクリアランスをあけて挿設され、開口部にニップ形成手段４４の支持ステー４４ｂが挿設されている。金属パイプ４３ａは、両端部が定着装置４の側板に固定支持されている。

ヒータ４３ｂ（熱源）は、ハロゲンヒータやカーボンヒータであって、その両端部が定着装置４の側板に固定されている。そして、装置本体の電源部により出力制御されたヒータ４３ｂの輻射熱によって、金属パイプ４３ａが加熱される。さらに、金属パイプ４３ａによって定着ベルト４２がニップ部を除く位置で全体的に加熱されて、加熱された定着ベルト４２の表面から記録紙Ｓ上のトナー像Ｔに熱が加えられる。なお、ヒータ４３ｂの出力制御は、定着ベルト４２表面に対向するサーミスタ等の不図示の温度センサによるベルト表面温度の検知結果に基づいておこなわれる。また、このようなヒータ４３ｂの出力制御によって、定着ベルト４２の温度（定着温度）を所望の温度に設定することができる。

本実施の形態における定着装置４は、定着ベルト４２の一部のみが局所的に加熱されるのではなく、金属パイプ４３ａによって定着ベルト４２が周方向にわたってほぼ全体的に加熱されるため、装置を高速化した場合であっても定着ベルト４２を充分に加熱することができ、定着不良の発生を抑止することができる。また、本実施形態においては、加熱手段４３が、金属パイプ４３ａとヒータ４３ｂという比較的簡易な構成で、効率よく定着ベルト４２を加熱できるために、ウォームアップ時間やファーストプリント時間が短縮化されるとともに、装置の小型化が達成される。

定着ベルト４２は、ニッケルやステンレス鋼（ＳＵＳ）などの金属ベルトや、ポリイミドなどの樹脂材料を用いた無端状ベルトもしくはフィルムである。定着ベルト４２の表層はＰＦＡまたはＰＴＦＥ層などの離型層を有し、トナーが付着しないように離型性をもたせている。また、定着ベルト４２は、金属パイプ４３ａの外周面との間にほぼ隙間なく当接するのが好ましい。これにより、金属パイプ４３ａと定着ベルト４２とが摺接する面積が大きくなって定着ベルト４２の磨耗が加速する不具合を抑止することができる。また、金属パイプ４３ａと定着ベルト４２とが離れ過ぎて定着ベルト４２の加熱効率が低下する不具合を抑止することができる。さらに、金属パイプ４３ａが定着ベルト４２に近設されることで、可撓性を有する定着ベルト４２の円形姿勢がある程度維持されるため、定着ベルト４２の変形による劣化・破損を軽減することができる。

また、金属パイプ４３ａの外周面と定着ベルト４２の内周面との摺動抵抗を低下させるために定着ベルト４２の内周面にフッ素を含む材料からなる裏面層を形成してもよい。なお、本実施形態では、金属パイプ４３ａの断面形状が略円形になるように形成したが、金属パイプ４３ａの断面形状が多角形になるように形成することもできる。

ニップ形成手段は、定着装置４に支持された支持部材たる支持ステー４４ｂと、定着ベルト４２を介して加圧ローラ４１と当接する当接部材４４ａとで構成されている。支持ステー４４ｂは、ニップ部を形成する当接部材４４ａを補強・支持するためのもので、定着ベルト４２の内周面側に固設されている。支持ステー４４ｂは、記録紙Ｓ幅方向（以下、主走査方向という）の長さが当接部材４４ａと同等になるように形成されていて、その主走査方向両端部が定着装置４の側板に固定支持されている。支持ステー４４ｂは、上述した機能を満足するために、ステンレスや鉄等の機械的強度が高い金属材料で形成することが好ましい。また、支持ステー４４ｂにおける、ヒータ４３ｂに対向する面の一部又は全部に、断熱部材を設けたり、ＢＡ処理や鏡面研磨処理を施したりすることもできる。これにより、ヒータ４３ｂから支持ステー４４ｂに向かう熱（支持ステー４４ｂを加熱する熱）が金属パイプ４３ａの加熱に用いられることになるために、定着ベルト４２（金属パイプ４３ａ）の加熱効率をさらに向上することができる。

また、当接部材４４ａは、フッ素ゴムなどをＰＴＥＦシートなどの潤滑シートで巻いて構成しても良い。当接部材４４ａの定着ベルト４２を介して加圧ローラ４１と当接する当接面４４ｃは、加圧ローラ４１の曲率にならうように軸方向から見たとき凹状に形成されている。これにより、記録紙Ｓは加圧ローラ４１の曲率にならうように定着ニップから送出されるために、定着工程後の記録紙Ｓが定着ベルト４２に吸着して分離しないような不具合を抑止することができる。また、当接部材４４ａを軸方向から見たときの形状を平面状にしてもよい。このように構成することで、定着ニップの形状が記録紙Ｓの画像面に対して略平行になり、定着ベルト４２と記録紙Ｓとの密着性が高まり、定着性が向上する。さらに、定着ニップの出口側における定着ベルト４２の曲率が大きくなるために、定着ニップを抜ける記録紙Ｓを定着ベルト４２から容易に分離することができる。また、当接部材４４ａは、弾性部材で構成されているため、定着ニップに搬送される記録紙Ｓのトナー画像の微小な凹凸に追従できて、良好な定着画像を得ることができる。また、潤滑シートが巻きつけられているため、当接部材４４ａと定着ベルト４２との摺動抵抗が低減される。

加圧ローラ４１は、芯金４１ａである金属ローラの表面にシリコーンゴムからなる弾性層を接着させたものである。加圧ローラ４１は図示しないスプリングなどにより定着ベルト４２側に押し付けられており、加圧ローラ４１と定着ベルト４２とが圧接して当接部材４４ａが押しつぶされて変形することにより、定着ニップで所定のニップ幅を得ている。

加圧ローラ４１は、画像形成装置に設けられた図示しないモータや駆動ローラやギヤなどからなる駆動装置により駆動力が伝達され回転し、画像形成装置本体に設けられたＣＰＵやメモリーなどからなる制御部により駆動装置を制御することによって、所定のタイミングで加圧ローラ４１の回転速度であるプロセス線速を自在に変更することができる。

定着ベルト４２は外部のローラにより連れ回り回転し、本実施形態においては加圧ローラ４１が駆動装置により回転し、定着ニップで加圧ローラ４１から定着ベルト４２に駆動力が伝達されることにより定着ベルト４２が回転する。

このような構成の定着装置４では、画像形成装置本体の電源スイッチが投入されると、ヒータ４３ｂに電力が供給されるとともに、加圧ローラ４１の回転駆動が開始される。これにより、加圧ローラ４１との摩擦力によって、定着ベルト４２も従動（回転）する。その後、給紙部より記録紙Ｓが給送されて、２次転写ローラ５の位置で、記録紙Ｓ上に未定着のカラー画像が転写される。未定着画像Ｔ（トナー像）を担持した記録紙Ｓは、圧接状態にある定着ベルト４２及び加圧ローラ４１の定着ニップ部Ｎに送入される。そして、ヒータ４３ｂにより金属パイプ４３ａを介して加熱された定着ベルト４２による加熱と、ステー４４ｂによって補強された圧接部材４４ａと加圧ローラ４１との押圧力とによって、記録紙Ｓの表面にトナー像Ｔが定着される。また、定着動作によって温度が下がった定着ベルト４２を再びヒータ４３ｂで加熱する、といった流れである。

定着装置４では、定着ベルト４２は加圧ローラ４１と圧接部材４４ａとによって圧接しており、加圧ローラ４１を回転駆動した時に発生する摩擦力の反作用力によって、定着ベルト４２が従動（回転）する。すなわち、加圧ローラ４１が回転しようとするときに発生する摩擦力が弱いと定着ベルト４２は従動できずに、記録紙Ｓが良好に搬送されなくなってしまう。

そこで、本実施形態の定着装置４では、加圧ローラ４１の非通紙部である幅方向端部に高摩擦係数を有するグリップ部を設けて、加圧ローラ４１が回転しようとするときに発生する摩擦力を強くして、定着ベルト４２の安定して従動させている。
図３は、定着ニップ部を記録紙搬送方向から見た図である。加圧ローラ４１は、芯金４１ａ上に、通紙部となる中央部４１ｂと、非通紙部となる端部グリップ部４１ｃを有している。中央部４１ｂの幅は、最大通紙幅よりも若干軸方向に長く設定される。端部グリップ部４１ｃは、中央部４１ｂと別体であり、端部グリップ部４１ｃは芯金ａに着脱可能に構成されている。

図４は、加圧ローラ４１の端部グリップ部４１ｃを交換可能にした構成の一例の説明図である。図４（ａ）は、加圧ローラ４１の軸方向の分解図である。加圧ローラ４１の中央部４１ｂが接着されている芯金４１ａの端部には、Ｈカット（小判形状）４１ｄが施されている。また、図４（ｂ）に示すように、端部グリップ部４１ｃの芯金４１ａと嵌合する穴には、芯金４１ａのＨカット４１ｄに合うようなＨカット４１ｅが施されている。この端部グリップ部４１ｃの穴を、芯金４１ａに挿入することにより周方向に固定される。さらに、図４（ｃ）に示すように、端部グリップ部４１ｃの軸方向位置決めは、EリングやCリング等の固定部材４１ｆを用いることが望ましい。このような構成により、端部グリップ部４１ｃは、中央部４１ｂに対して脱着可能であり、加圧ローラ４１の端部グリップ部４１ｃのみを交換することができる。このため、経時劣化により端部グリップ部４１ｃの摩擦力が低下した場合は、端部グリップ部４１ｃのみを交換することにより、定着ベルト４２を安定して良好に従動させることが可能となる。

図５は、加圧ローラ４１の中央部４１ｂと端部グリップ部４１ｃとの層構成の一例を示す断面図である。中央部４１ｂは通紙部であるため、表面の離型性の良い材料で構成する。一方、端部グリップ部４１ｃは非通紙部であるため、離型性は必要なく、定着ベルト４２を駆動させるのに高摩擦係数を有する材料で構成する。このため、中央部４１ｂと端部グリップ部４１ｃとを、それぞれ異なる表層とすることで、各部位に適した機能を得ることができる。図５（ｂ）は通紙部である中央部４１ｂの層構成であり、芯金４１ａと、弾性層４１１ａと、表面で離型性を得るための離型層４１１ｂとを設けている。離型層４１１ｂの材質としては、例えば、フッ素系樹脂であるＰＦＡ（４フッ化エチレンバーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）樹脂、又はＰＴＦＥ（４フッ化エチレン）樹脂を用いることができる。一方、図５（ａ）は、非通紙部である端部グリップ部４１ｃの層構成であり、芯金４１ａと、弾性層４１１ａと、表面で摩擦力を得るための高摩擦層４１１ｃとを設けてある。ここで、高摩擦層４１１ｃも定着ベルト４２に接するため耐熱性が要求されるが、従来のような端部グリップ部と中央部が一体的に構成された加圧ローラでは、材料や工法の選択の範囲が狭くなっていた。しかし、本実施形態のように、端部グリップ部４１を別体で設けたものであれば、自由度が増え、簡易な工法を採用することも可能となる。

図６は、加圧ローラ４１の中央部４１ｂと端部グリップ部４１ｃとの層構成の他の例を示す断面図である。図６（ｂ）に示しように，中央部４１ｂは図５（ｂ）と同じ層構成である。一方、図６（ａ）に示すように、端部グリップ部４１ｃは、弾性層４１１ａが表面に露出しており、弾性層４１１ａが高摩擦層を兼ねている。この場合、弾性層４１１ａとしてシリコーンゴムを用いることにより、端部グリップ部４１の表面で良好な高摩擦係数を得て、充分な定着ベルト４２の駆動力が得られる。この構成では、図５の構成と較べて、高摩擦層を別途設けないため構成が簡易であり、端部グリップ部４１ｃのコストダウンができ、更なる交換パーツの低コスト化が図れる。

さらに、加圧ローラ４１の端部グリップ部４１ｃと中央部４１ｂとの軸上硬度が異なるようにする。これは、回転駆動される加圧ローラ４１が定着ベルト４２を駆動させるのには強い摩擦力が必要であるが、中央部４１ｂは記録紙Ｓが通過しているので、通紙中は紙越しの摩擦力となり、定着ベルト４２を駆動させる摩擦力は大きくない。端部グリップ部４１ｃは通紙中も記録紙Ｓは通過しないため、高摩擦を維持できる。このため、軸方向の総荷重が同じでも、端部グリップ部４１ｃにより荷重が掛かることが定着ベルト４２を駆動させるのには効率的である。そこで、端部グリップ部４１ｃの硬度を高くすると、中央部４１ｂと同じだけ食込んだ場合でも、定着ベルト４２を強く押し付けることができる。

一方、従来のような端部グリップ部と中央部が一体的に構成された加圧ローラでは、端部グリップ部と中央部とで軸上硬度に変化を付けることは難しい。しかし、本実施形態のように、端部グリップ部４１ｃを別体で設けたものであれば、端部グリップ部４１ｃの硬度のみを高くすることが可能となる。これにより、摩擦係数の大きい端部グリップ部４１ｃにより力がかかり、強い摩擦力を定着ベルト４２に対して与えることができる。具体的には、端部グリップ部４１ｃの芯金の厚みを増し、同じ材質の弾性層４１１ａでも軸上硬度を上げる方法などが挙げられる。このように、端部グリップ部４１ｃと中央部４１ｂの軸上硬度を変えることで、定着ベルト４２に対して食込んだ場合に押圧する力を軸方向位置で変えて、加圧した際により端部グリップ部４１ｃに力がかかるようにして、効率的にベルト駆動力を得ることができる。

図７は、端部グリップ部材４１ｃの軸方向幅を可変とした構成の説明図である。交換パーツである端部グリップ部材４１ｃの幅の異なるものを複数種類用意し、端部グリップ部材４１ｃの交換により、端部グリップ部材４１ｃの軸方向幅を可変する。例えば、定着ベルト４２等の経時劣化によっては、通常の端部グリップ部４１ｃの幅だけでは定着ベルト４２を従動させるのに充分な駆動力が得られない場合がある。そこで、幅の長い端部グリップ部４１ｃに交換することで、より強いベルト駆動力が得られ、経時劣化にもより良好に対応可能である。具体的には、加圧ローラ４１の芯金４１ａや、他部品が許す限りで幅の異なる2〜３通りの端部グリップ部４１ｃの部材を用意し、それぞれの幅に対応した位置の芯金４１ａにEリングやCリング等の固定部材装着用の溝を加工しておく。

図８は、端部グリップ部４１ｃと中央部４１ｂの端部が定着ベルト４２に圧接されている様子を説明する拡大図である。図８のように、端部グリップ部４１ｃと中央部４１ｂの距離が近いと、圧接によってはみ出た弾性層同士が接触する虞がある。また、芯金４１ａ界面と表層の中間あたりが盛り上がる虞もある。このように、端部グリップ部４１ｃと中央部４１ｂのそれぞれの端面が接触すると損傷する可能性がある。

そこで、端部グリップ部４１ｃの端面及び中央部４１ｂの端面に面取りやＲ、テーパ形状等の加工を施すことが好ましい。図９は、端部グリップ部４１ｃの端面及び中央部４１ｂの端面に面取り加工を施した図である。このような処理を行うことにより、端部グリップ部４１ｃの端面及び中央部４１ｂの端面に何も処理を施していない場合に較べて、端面同士の接触を回避し、加圧ローラ４１の耐久性を高めることができる。

このような構成の定着装置４を、新品状態から通常使用していき、予め設定された枚数（端部グリップ部４１ｃの経時劣化が予想される枚数）に達したときに、端部グリップ部４１ｃの交換を促すようなメンテナンスを要する旨の警告を画像形成装置本体のパネル上に表示させる。また、交換から予め設定された枚数（端部グリップ部４１ｃの経時劣化が予想される枚数）に達したときにも、端部グリップ部４１ｃの交換を促すようなメンテナンスを要する旨の警告を画像形成装置本体のパネル上に表示させる。これにより、常に充分な摩擦のある端部グリップ部４１ｃを使用している状態を保つことができる。交換はサービスマン対応となるため、サービスマンを呼ぶような対応を促す表示となる。

また、定着装置４の駆動トルクが予め決められた駆動トルクの範囲外になった時に、端部グリップ部４１ｃの交換を促すようなメンテナンスを要する旨の警告を画像形成装置本体のパネル上に表示させてもよい。端部グリップ部４１ｃの経時劣化によって、定着装置４の駆動トルクが上昇あるいは減少する。例えば、端部グリップ部４１ｃが劣化して定着ベルト４２が加圧ローラ４１に対して従動できないとき（加圧ローラ４１が空回りしている場合）は、端部グリップ部４１ｃの摩擦係数が減少しており、主駆動となる加圧ローラ４１に対して定着ベルト４２が遅れながら回転することがある。このとき、定着ベルト４２と端部グリップ部４１ｃのスリップによるすべり摩擦が駆動トルクに加算されてしまうため、駆動トルクは重くなる。また、さらに端部グリップ部４１ｃが劣化してしまうと、定着ベルト４２は完全に回らなくなる。通常回転している場合には、定着ベルト４２の内面と金属パイプ４３ａ外周のすべり摩擦が駆動トルクに含まれている。しかし、この場合には定着ベルト４２が回らないため、すべり摩擦分がなくなり、逆に駆動トルクが軽くなってしまうことがある。つまり、駆動トルクが高すぎても低すぎても端部グリップ部４１ｃの劣化を示している。よって、駆動トルクを検知する検知手段（不図示）を設け、検知された駆動トルクが予め決められた駆動トルクの上限と下限を規定し、それを満足しない場合にはサービスマン対応を促す表示を行うことが望ましい。これにより、常に充分な摩擦のある端部グリップ部４１ｃを使用している状態を保つことができる。

定着装置４の駆動トルクは、通紙中は紙厚や温度状態によってばらつきがあると考えられる。このため、例えば復帰動作の回転時の駆動トルクを検知して、判断することが好ましい。また、回転開始直後の駆動トルクにはバラツキが多く含まれるため、回転開始から５秒後程度の駆動トルクを用いることが望ましい。

以上、本実施形態では、図２の構成の定着装置４を用いて、本発明を説明したが、これに限るものではない。定着ベルト４２をニップ形成部材により回転駆動される加圧ローラ４１に圧接させて定着ニップを形成するものであれば、定着ベルト４２を加熱する構成が上記と異なるものにも適用でき、同様の効果が得られる。また、熱源により加熱される定着ローラと加圧ベルトとの間に記録紙を挟み込み、トナー像を加熱溶融して記録紙に定着するものにも適用でき、同様の効果が得られる。

以上、本実施形態によれば、可撓性を有する無端状の回転可能なベルト部材である定着ベルト４２と、定着ベルト４２に対向するように設けられ定着ベルト４２の外周面に対して圧接する回転駆動可能なローラ部材としての加圧ローラ４１と、定着ベルト４２を介して加圧ローラ４１からの圧を受けて記録紙が挾持搬送される定着ニップを形成するニップ形成手段４４と、定着ニップ部を加熱する熱を発生する熱源４３ｂとを備え、定着ニップで記録紙Ｓを挾持搬送しながら記録紙Ｓ上のトナー像を加熱溶融して定着をおこなう定着装置４を用いる。この定着装置４において、加圧ローラ４１は記録紙Ｓを挾持する中央部４１ｂより高摩擦係数の表面を有する端部としての端部グリップ部４１ｃを有し、端部グリップ部４１ｃは加圧ローラ４１の中央部４１ｂに対して着脱可能とし、端部グリップ部４１ｃを交換前の端部グリップ部４１ｃとは軸方向の幅が異なるものと交換することで、加圧ローラ４１の軸方向の幅を変更する。この構成では、この構成では、加圧ローラ４１の非通紙部となる端部グリップ部４１ｃ表面が高摩擦係数を有することにより、回転駆動される加圧ローラ４１から大きなグリップ力を得て、定着ベルト４２を安定して従動させることができる。さらに、加圧ローラ４１の端部グリップ部４１ｃが脱着可能なため、端部グリップ部４１ｃのみを個別に交換することができる。このため、経時劣化により端部グリップ部４１ｃの摩擦力が低下した場合も加圧ローラ４１の端部グリップ部４１ｃのみを交換すればよく、加圧ローラ４１全部を交換する必要はない。また、定着ベルト４２の端部を脱着可能な高摩擦係数を有する部材とする構成も考えられるが、ベルト部材はローラ部材に比べて、この構成の具現化が大変難しく、コスト高になってしまう。よって、本発明の構成とすることで、経時でも定着ベルト４２を安定して従動させることができるとともに、交換パーツのコストが抑えられる。さらに、定着ベルト４２の経時劣化にも良好に対応可能であるという効果がある。つまり、定着ベルト４２の経時劣化により、通常の端部グリップ部４１ｃの幅だけでは定着ベルト４２を従動させるのに十分な駆動力が得られない場合にも、端部グリップ部４１ｃを従前よりも幅の長いものに交換することで、より強いベルト駆動が得られるようになる。
また、本実施形態によれば、加圧ローラ４１の芯金における、互いに幅の異なる複数の端部グリップ部４１ｃに対応した位置に、ＥリングやＣリングなどの定着ベルト４２の位置決め用固定部材を装着するための溝を設けた。ＥリングやＣリングなどの定着ベルト４２の位置決め用固定部材は、定着ベルトのベルト幅方向の両端に装着するのが一般的である。加圧ローラ４１の芯金において、変更前の端部グリップ部４１ｃの幅に対応した位置にのみ溝を設けている場合、後で幅の異なる端部グリップ部４１ｃへの変更ができなくなる。加圧ローラ４１の芯金において、互いに幅の異なる複数の端部グリップ部４１ｃに対応した位置に溝を設けることで、後で幅の異なる端部グリップ部４１ｃへの変更が可能になる。
また、本実施形態によれば、加圧ローラ４１の端部グリップ部４１の表面と中央部４１ｂの表面とが異なる物質で構成されている。中央部４１ｂは通紙部であるため、表面の離型性の良い材料で構成する。一方、端部グリップ部４１ｃは非通紙部であるため、離型性は必要なく、定着ベルト４２を駆動させるのに高摩擦係数を有する材料で構成する。このため、中央部４１ｂと端部グリップ部４１ｃとを、それぞれ異なる表層とすることで、各部位に適した機能を得ることができる。
また、本実施形態によれば、加圧ローラ４１は弾性層４１１ａを有し、中央部４１ｂは弾性層４１１ａの上に離型性の良好な表層４１１ｂを設け、端部グリップ部４１ｃは弾性層４１１ａを露出させたものである。この構成では、端部グリップ部４１ｃの弾性層４１１ａが高摩擦層を兼ねており、別途高摩擦層を設けないため構成が簡易でコストダウンができ、更なる交換パーツの低コスト化が図れる。
また、本実施形態によれば、加圧ローラ４１の端部グリップ部４１ｃと中央部４１ｂとの軸上硬度が異なる。これにより、定着ベルト４２に対して食込んだ場合に押圧する力を軸方向位置で変えて、加圧した際により端部グリップ部４１ｃに力がかかるようにして、効率的にベルト駆動力を得ることができる。
また、本実施形態によれば、端部グリップ部４１ｃの端面及び、中央部４１ｂの端面に面取りやＲ、テーパ形状等の加工を施す。このような処理を行うことにより、端部グリップ部４１ｃの端面及び、中央部４１ｂの端面に何も処理を施していない場合に較べて、端部グリップ部４１ｃの端面と中央部４１ｂの端面との接触を回避し、加圧ローラ４１としての耐久性を高めることができる。
また、本実施形態によれば、定着ベルト４２の内部にヒータ４３ｂを内蔵し、定着ベルト４２の内周面に対向するようにヒータ４３ｂの熱を定着ベルト４２に伝える熱伝達部材としての金属パイプ４３ａを備える。また、ニップ形成手段４４として、定着ベルト４２の内周面側に配置され、定着ベルト４２を介して回転駆動する加圧ローラ４１に圧接する当接部材４４ａと、当接部材４４を金属パイプ４３ａ介して支持する支持部材としての支持ステー４４ｂを有する。この定着装置４では、定着ベルト４２は、加圧ローラ４１より駆動力が伝達され、金属パイプ４３ａの外周面を摺動する。このため、定着ベルト４２の一部のみが局所的に加熱されるのではなく、金属パイプ４３ａによって定着ベルト４２が周方向にわたってほぼ全体的に加熱されるため、装置を高速化した場合であっても定着ベルト４２を充分に加熱することができ、定着不良の発生を抑止することができる。また、本実施形態においては、加熱手段４３が、金属パイプ４３ａとヒータ４３ｂという比較的簡易な構成で、効率よく定着ベルト４２を加熱できるために、ウォームアップ時間やファーストプリント時間が短縮化されるとともに、装置の小型化が達成される。
また、本実施形態によれば、当接部材４４ａは、定着ベルト４２の内周面に摺動シートを介して接していることにより、当接部材４４ａと定着ベルト４２との摺動抵抗が低減され、定着ベルト４２がより良好に回転する。
また、本実施形態によれば、金属パイプ４３ａに潤滑剤を塗布することにより、定着ベルト４２の内周面との摺動抵抗を低下させることができ、定着ベルト４２がより良好に回転する。
また、本実施形態によれば、記録紙Ｓに対して画像を形成する画像形成部と、画像形成部で形成された記録紙Ｓ上の画像を定着させる定着装置とを備えた画像形成装置において、上記定着装置４を用いることにより、良好な定着特性が得られ、高品位な画像が得られる。
また、本実施形態によれば、定着装置４を画像形成装置本体に対して交換可能に設け、定着装置を交換後、または、定着装置の端部グリップ部４１ｃを交換後、一定枚数画像形成後に、メンテナンスを要する旨の警告をおこなうよう構成する。これにより、常に充分な摩擦のある端部グリップ部４１ｃを使用している状態を保ち、定着ベルト４２を常に良好に加圧ローラ４１に従動させることができる。
また、本実施形態によれば、定着装置４の駆動トルクを検出する駆動トルク検出手段を設け、駆動トルク検出手段により検出された駆動トルクが、予め決められた駆動トルクの範囲外になった場合に、メンテナンスを要する旨の警告をおこなうよう構成する。これにより、常に充分な摩擦のある端部グリップ部４１ｃを使用している状態を保ち、定着ベルト４２を常に良好に加圧ローラ４１に従動させることができる。

４：定着装置
４１：加圧ローラ
４１ａ：芯金
４１ｂ：中央部
４１ｃ：端部グリップ部
４１ｄ：芯金部Ｈカット
４１ｅ：端部グリップ部Ｈカット
４１ｆ：固定部材（Ｅリング、Ｃリング）
４２：定着ベルト
４３：加熱手段
４３ａ：金属パイプ
４３ｂ：ヒータ
４４：ニップ形成手段
４４ａ：当接部材
４４ｂ：支持ステー
４１１ａ：弾性層
４１１ｂ：離型層
４４１ｃ：高摩擦層

特開２００８−１６５１０２号公報 特開２００９−１０４０４５号公報 特開２００９−００３４１０号公報

Claims (12)

1. 可撓性を有する無端状の回転可能なベルト部材と、該ベルト部材に対向するように設けられ該ベルト部材の外周面に対して圧接する回転駆動可能なローラ部材と、該ベルト部材を介して該ローラ部材からの圧を受けて記録紙が挾持搬送されるニップを形成するニップ形成手段と、該ニップ部を加熱する熱を発生する熱源とを備えた定着装置の使用方法において、
   前記ローラ部材は、記録紙を挾持する中央部より高摩擦係数の表面を有する端部を有し、該端部は該中央部に対して別体として設けられ、該中央部に対して着脱可能に構成され、上記ベルト部材の駆動力が予め決められた駆動力の範囲から外れたとき、交換前の上記端部とは軸方向の幅が異なる交換用の上記端部に交換することを特徴とする定着装置の使用方法。
2. 可撓性を有する無端状の回転可能なベルト部材と、該ベルト部材に対向するように設けられ該ベルト部材の外周面に対して圧接する回転駆動可能なローラ部材と、該ベルト部材を介して該ローラ部材からの圧を受けて記録紙が挾持搬送されるニップを形成するニップ形成手段と、該ニップ部を加熱する熱を発生する熱源とを備えた定着装置において、
   上記ローラ部材は記録紙を挾持する中央部より高摩擦係数の表面を有する端部を有し、該端部は該中央部に対して別体として設けられ、該中央部に対して着脱可能であり、上記端部を交換前の上記端部とは軸方向の幅が異なるものと交換することで、上記ローラ部材の軸方向の幅を変更可能なように構成され、上記ローラ部材の芯金における、互いに幅の異なる複数の上記端部に対応した位置に、上記端部の位置決め用固定部材を装着するための溝を設けたことを特徴とする定着装置。
3. 請求項２に記載の定着装置において、上記ローラ部材の端部表面と中央部表面とが異なる物質で構成されていることを特徴とする定着装置。
4. 請求項２または３の何れかの定着装置において、上記ローラ部材は弾性層を備えており、上記端部は該弾性層を露出させたことを特徴とする定着装置。
5. 請求項２、３または４の何れかの定着装置において、上記ローラ部材の端部と中央部との軸上硬度が異なることを特徴とする定着装置。
6. 請求項２、３、４または５の何れかの定着装置において、上記端部の端面表層近傍および上記中央部の端面表層近傍を、面取り、Ｒまたはテーパ形状の加工をしたことを特徴とする定着装置。
7. 請求項２、３、４、５または６の何れかの定着装置において、上記ベルト部材の内周面側に上記熱源を配置し、該熱源の熱を該ベルト部材に伝える熱伝達部材を該ベルト部材の内周面に対向するよう備え、上記ニップ形成手段として該ベルト部材の内周面側に配置され、該ベルト部材を介して上記ローラ部材に圧接する当接部材と、該当接部材を該熱伝達部材を介して支持する支持部材とを有することを特徴とする定着装置。
8. 請求項７の定着装置において、上記当接部材は、上記ベルト部材の内周面に摺動シートを介して接していることを特徴とする定着装置。
9. 請求項７または８の定着装置において、上記熱伝達部材または上記当接部材に潤滑剤を塗布したことを特徴とする定着装置。
10. 記録紙に対して画像を形成する画像形成部と、該画像形成部で形成された該記録紙上の画像を定着させる定着装置とを備えた画像形成装置において、上記定着装置として、請求項２乃至９のいずれかの定着装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
11. 請求項１０の画像形成装置において、上記定着装置を画像形成装置本体に対して交換可能に設け、該定着装置を交換後、または、該定着装置の端部を交換後、一定枚数画像形成後に、メンテナンスを要する旨の警告をおこなうよう構成したことを特徴とする画像形成装置。
12. 請求項１０の画像形成装置において、上記定着装置の駆動トルクを検出する駆動トルク検出手段を設け、該駆動トルク検出手段により検出された駆動トルクが、予め決められた駆動トルクの範囲外になった場合に、メンテナンスを要する旨の警告をおこなうよう構成したことを特徴とする画像形成装置。

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