JP5708596B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
また、前記規制部材ホルダーは、前記蛇行規制部材の回転軸が、当該回転軸に直交する平面上、前記蛇行規制部材の径方向において、前記定着ベルトが当接する最外周位置までの距離と、ニップ位置までの距離とが等しくなる位置となるように、前記蛇行規制部材を保持しても良い。
また、前記蛇行規制部材は、前記定着ベルトに摺擦することによって、前記定着ベルトに従動回転すれば、定着ベルトの回転速度の変動に容易に対応して、摺擦位置における周速差を低減することができる。
また、前記給電部材は、前記定着ローラーの回転軸方向から見て、定着ローラーの回転中心と定着ローラーの回転方向における定着ニップの中心とを通る第1の直線と、定着ローラーの回転中心を通り前記第1の直線に直交する第2の直線とによって区画される4つの領域のうち、前記定着ベルトの回転方向について、前記定着ニップのすぐ上流側の区画に入るように配設されているのが好適である。このようにすれば、給電部材の圧接によって定着ベルトに加わる機械的負荷を低減し、かつ、給電部材と定着ベルトとの接触状態を安定化させることができる。
[1] 画像形成装置の構成
まず、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の構成について説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の主要な構成を示す図である。画像形成装置1は、いわゆる中間転写方式のカラープリンター装置であって、図1に示されるように、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)及びブラック(K)各色のトナー像を形成する作像ユニット101Y〜101Kを備えている。作像ユニット101Y〜101Kは何れも同様の構成を備えているので、作像ユニット101Yの説明を以て、作像ユニット101M〜101Kの説明に代える。画像形成時において、作像ユニット101Yは、円筒形状の感光体ドラム102の外周面を帯電装置103にて所定の電位に一様に帯電させる。次に、露光装置104は、一様に帯電した感光体ドラムの外周面に、原稿画像に応じた画像信号に従って露光が施され、静電潜像が形成される。
次に、本実施の形態に係る定着装置100の構成について説明する。
図2は、定着装置100の主要な構成を示す一部切り欠き斜視図である。図2に示されるように、定着装置100は、弾性変形可能な無端状の定着ベルト200と、定着ベルト200が遊嵌された定着ローラー210と、定着ベルト200を介して定着ローラー210に圧接された加圧ローラー220とを備えている。また、定着ベルト200は、抵抗発熱体層をジュール発熱させるために、不図示の交流電源から交流電力の供給を受ける。定着ベルト200と加圧ローラー220が圧接することによって定着ニップが形成されており、当該定着ニップに記録シートSが通紙されることによって、トナー像が熱定着される。なお、熱効率を高めるために、記録シートSは未定着トナー像を担持する面が定着ベルト200に当接するように、定着ニップに通紙される。
絶縁体層302は、導電フィラーを分散させることによって強度が低下した抵抗発熱体層301を補強すると共に、抵抗発熱体層301と他の層との絶縁を確保する。このため、抵抗発熱体層301が十分な強度を備えており、かつ、抵抗発熱体層301と他の層との絶縁を確保する必要がない場合には絶縁体層302を省いても良い。絶縁体層302は、例えば、ポリイミドやポリフェニレンサルファイド等の絶縁性の樹脂からなっている。なお、絶縁体層302の材料として、抵抗発熱体層301と同種の材料を用いれば、抵抗発熱体層301との接着性を高めることができる。絶縁体層302の厚さは、5[μm]から100[μm]の範囲内であるのが望ましい。
離型層304は、定着ベルト200の最外周に配設されており、パーフルオロアルコキシ(PFA: Perfluoroalkoxy)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE: Polytetrafluoroethylene)、エチレンテトラフルオロエチレン(ETFE: Ethylene tetrafluoroethylene)等のフッ素系チューブ及びフッ素系コーティング等の離型性を付与した構成が望ましく、導電性の材料を用いても良い。フッ素系チューブとしては、例えば、三井・デュポンフロロケミカル株式会社製のPFA350−J、451HP−J、951HP Plus等の製品を利用することができる。離型層304と水との接触角は90°以上とすれば良く、110°以上とすれば更に好適である。離型層304の表面粗さは、中心線平均粗さ(Ra)が0.01[μm]から50[μm]までの範囲内とするのが望ましい。離型層304の厚さは、例えば、5[μm]から100[μm]までの範囲内とするのが望ましい。
電極部201の材料としては、定着ベルト200の周方向に電気抵抗が均一で、かつ、電気抵抗率が低い金属が望ましく、金(Au)、銀、銅、アルミニウム、亜鉛(Zn)、タングステン(W)、ニッケル、黄銅、リン青銅、ステンレス(SUS: Stainless Use Steel)等を用いれば良い。電極部201を抵抗発熱体層301に積層するに当たっては、化学メッキや電気メッキ等の方法を用いたりするのが望ましい。抵抗発熱体層301との接着性を確保するためには、抵抗発熱体層301の接着面の表面粗さが中心線平均粗さ(Ra)で0.1[μm]から5[μm]までの範囲内となるように、当該接着面を予め粗面化しておくと良い。
軸部としての芯金212は、例えば、軸径が18[mm]のアルミニウムやステンレス等から成る。芯金212には、厚さが0.1[mm]から10[mm]までの範囲内のパイプ状の部材を用いても良いし、中実の部材を用いても良い。また、断面が三ツ矢形状等の異型の部材を用いても良い。芯金212は、後述するように、軸方向両端において規制部材ホルダー(図示省略)に、ベアリングを介して回転自在に軸承されている。
次に、蛇行規制部材240の構成について説明する。
蛇行規制部材240は、定着ベルト200の回転軸方向における両端部に当接することによって、定着ベルト200の変位(蛇行)を規制する部材であり、摺接による定着ベルト200の摩耗や破損等を低減するために、定着ローラー210とは異なる位置に回転中心を有することを特徴としている。このため、定着ベルト200の両端部に対向して、互いに鏡面対称な一対の蛇行規制部材240が配設される。
円筒部401は、定着ベルト200の回転軸方向における端部の外周面に当接して、定着ベルト200の半径方向への変位を規制する。上述のように、定着ベルト200が走行するベルト周回経路は断面楕円形状となっており、ベルト周回経路のうち当該楕円の中心から最も離れた位置において円筒部401に当接することになる。円筒部401の当接位置は、定着ベルト200の外周面に加圧ローラー220や給電ブラシ231が当接する位置からもっとも離れた位置であって、加圧ローラー220や給電ブラシ231の当接力に拮抗するように、円筒部401の当接力が定着ベルト200の外周面に作用する。これによって、定着ベルト200が走行するベルト周回経路が安定化され、定着ベルト200に対する給電ブラシ231の接触状態が良好に保たれる。
図6は、本実施の形態と従来技術との間で蛇行規制部材240の配置を比較する断面図であって、(a)は電磁誘導加熱方式の定着装置に関する従来技術に係る配置、(b)は抵抗発熱体方式の定着装置に従来技術の配置を適応したもの、(c)は本実施の形態に係る配置をそれぞれ示している。なお、図6(a)〜(c)の何れにも定着ローラー210の回転軸に直交する断面が示されており、対応する部材には同じ符号が付されている。
る。給電ブラシ231の圧接位置は第III象限である。このため、図6(a)と同
じ蛇行規制部材240を採用すると、定着ベルト200と蛇行規制部材240との定着ニップにおける摺接位置601から蛇行規制部材240の回転中心O240までの距離D601と、回転中心O240から最も遠い摺接位置602までの距離D602とが異なるので、摺接位置601、602における蛇行規制部材240の周速も互いに異なっている。
回転中心O240が、定着ベルト200の膨出に合わせて、定着ローラー210の回転中心O210を原点とする第I象限内に存在している。詳述すれば、蛇行規制
部材240の回転中心O240は、概ね楕円形状となる定着ベルト200のベルト周回経路の2つの焦点の中点にある。
ベアリング420は、上述のように、規制部材ホルダー410の保持部411に内嵌されており、定着ローラー210の芯金212を規制部材ホルダー410に対して回転可能に軸承する。ベアリング420は、その定着ベルト200側において、ローラー弾性層規制部材430に当接する。
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。
(1) 上記実施の形態においては、内周面と外周面との間で中心軸が異なる円筒形状の保持部411を有する規制部材ホルダー410にて蛇行規制部材240を回転可能に支持することによって、定着ベルト200と蛇行規制部材240との摺擦を低減する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでも無く、これに代えて以下のように蛇行規制部材240を支持しても良い。
また、本変形例に係るホルダー410は、上記実施の形態に係る規制部材ホルダー410と同様に、ベアリング420を介して定着ローラー210の芯金212を回転可能に支持する一方、上記実施の形態に係るベアリング402が省かれているので、蛇行規制部材240とは非接触である。
(2) 上記実施の形態においては、定着ローラー210の回転軸方向から見て、蛇行規制部材240の回転中心O240が定着ベルト200のベルト周回経路がなす楕円形の2つの焦点の中点に位置する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでも無く、当該2つの焦点を結ぶ線分上に回転中心O240が位置するように蛇行規制部材240を配設すれば、蛇行規制部材240との周速差を低減して、定着ベルト200の摩耗等を防止することができる。
例えば、蛇行規制部材240の周速は回転中心O240からの距離に比例することを考慮して、回転中心O240から定着ベルト200までの距離の最小値と最大値との差(以下、「距離変動幅」という。)が最小になるように回転中心O240の位置を決定しても良い。摺擦位置における定着ベルト200の周速は一定であるので、距離変動幅が最小になるように、回転中心O240の位置を決定すれば、摺擦位置における周速差の変動幅を最小化することができる。
また、蛇行規制部材240の回転中心O240から定着ベルト200までの距離Dを定着ベルト200の全周に亘って積分すれば、定着ベルト200と摺擦する位置における蛇行規制部材240の周速の平均値を指標する値(以下、「平均指数」という。)Mを得ることができる。更に、蛇行規制部材240の回転中心O240から定着ベルト200までの距離Dから平均指数Mを差し引いて2乗した値(D−M)2を定着ベルト200の全周に亘って積分すれば、定着ベルト200と摺擦する位置における蛇行規制部材240の周速の分散値を指標する値(以下、「分散指数」という。)Sを得ることができる。この分散指数が最小になるように、回転中心O240の位置を決定すれば、摺擦位置における周速差を更に厳密に最小化することができる。
図10は、従来技術よりも周速差を低減することができる回転中心O240の存在範囲を示す断面図である。図10に示されるように、蛇行規制部材240の最適な回転中心O240を中心として、当該回転中心O240から加圧方向直線B−Bまでの距離Rを半径とする円1000の内部に回転中心O240が入るように、蛇行規制部材240を配設すれば、加圧方向直線B−B上に回転中心O240がある従来技術よりも、蛇行規制部材240と定着ベルト200との周速差を低減して、摺擦力を緩和することができる。なお、円の内部とは、円全体から円周を除外した領域をいい、換言すれば、半径Rの円のうち半径R未満の同心円上である。
すなわち、定着ベルト200の回転走行に合わせて蛇行規制部材240を回転駆動しても良い。図11は、蛇行規制部材240を回転駆動するために必要な構成を示すブロック図である。図11に示されるように、定着ベルト200の外周面上には定着ベルト200の回転速度を検出するためのマークが付されている。ロータリーエンコーダー1100は、定着ベルト200の外周面に付された前記マークに検出光を照射するLED(Light Emitting Diode)とその反射光を検出する光センサーを備えており、所定時間内において反射光が明滅する回数を測定する。
なお、駆動モーター1101は、加圧ローラー220の駆動源を兼ねても良い。また、この場合において、蛇行規制部材240の回転速度を調整する代わりに、加圧ローラー220の回転速度を調整しても良い。すなわち、蛇行規制部材240を一定速度で回転駆動し、これに合わせた回転速度で定着ベルト200が回転するように加圧ローラー220の回転速度を調整しても良い。このようにしても、同様の効果を得ることができる。
(6) 上記実施の形態においては、定着ローラー210に加圧ローラー220を圧接させることによって形成される定着ニップに記録シートを通紙してトナー像を定着する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、加圧ローラー220に代えて固定式の加圧部材を用いても同様の効果を得ることができる。
(8) 上記実施の形態においては、定着ベルト200の回転軸方向の両端部にそれぞれ1つずつ給電ブラシ231を当接させて給電する場合を例にとって説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでも無く、それぞれ複数個の給電ブラシ231を当接させて給電しても良い。このようにすれば、複数個の給電ブラシ231のすべてが同時に電極部201から離間することは発生し難く、常に何れかの給電ブラシ231が電極部201に当接し続けるので、スパーク放電の発生を防止して、定着ベルト200の耐久性を高め、長寿命化を図ることができる。
100………………………定着装置
200………………………定着ベルト
210………………………定着ローラー
212………………………芯金
220………………………加圧ローラー
231………………………給電ブラシ
240………………………蛇行規制部材
401………………………円筒部
402………………………底部
403………………………ベアリング
410………………………規制部材ホルダー
411………………………保持部
412………………………固定部
413………………………貫通孔
420………………………ベアリング
440………………………付勢手段
500………………………ハウジング
601、602……………摺接位置
701〜703……………コロ
711………………………被支持部
O210、O220、O240…回転中心
Claims (11)
- 通電によりジュール発熱する抵抗発熱体層と、抵抗発熱体層に通電するための電極部と、を有する無端状の定着ベルトと、
前記電極部の外周面に当接して、給電する一対の給電部材と、
前記定着ベルトに遊挿された定着ローラーと、
前記定着ベルトの外周面に圧接され、定着ニップを形成する加圧部材と、
前記定着ベルトの回転軸方向における両端部に対向配設され、前記定着ベルトが回転軸方向に蛇行するのを規制する一対の蛇行規制部材と、
前記定着ローラーとは独立して回転できるように前記蛇行規制部材を保持する規制部材ホルダーと、を備え、
前記規制部材ホルダーは、前記定着ローラーの回転軸方向から見て、前記定着ベルトのベルト周回経路を近似する楕円の2つの焦点の中点を中心とし、前記中心から、定着ローラーの回転中心と定着ローラーの回転方向における定着ニップの中心とを通る直線までの距離を半径とする円の内部に、回転中心が位置するように前記蛇行規制部材を保持する
ことを特徴とする定着装置。 - 前記規制部材ホルダーは、前記中心に回転中心が位置するように前記蛇行規制部材を保持する
ことを特徴とする請求項1に記載の定着装置。 - 前記近似する楕円とは、前記定着ローラーの回転軸方向から見て前記定着ベルトのベルト周回経路の外接円内に含まれ、かつ、当該ベルト周回経路の内接円を含む楕円である
ことを特徴とする請求項2に記載の定着装置。 - 前記規制部材ホルダーは、前記蛇行規制部材の回転軸が、当該回転軸に直交する平面上、前記蛇行規制部材の径方向において、前記定着ベルトが当接する最外周位置までの距離と、ニップ位置までの距離とが等しくなる位置となるように、前記蛇行規制部材を保持する
ことを特徴とする請求項1に記載の定着装置。 - 前記定着ベルト、前記給電部材、前記定着ローラー、前記加圧部材、前記蛇行規制部材及び前記規制部材ホルダーを収容するハウジングを備え、
前記規制部材ホルダーは、前記ハウジングの内壁面上に固定されており、
前記定着ローラーと前記蛇行規制部材とのそれぞれを別個のベアリングを介在させて、回転可能に保持する
ことを特徴とする請求項1に記載の定着装置。 - 前記蛇行規制部材は、外周に円筒面を有しており、
前記規制部材ホルダーは、3つ以上のコロを前記円筒面に当接させることによって、前記蛇行規制部材を保持する
ことを特徴とする請求項1に記載の定着装置。 - 前記蛇行規制部材は、前記定着ベルトに摺擦することによって、前記定着ベルトに従動回転する
ことを特徴とする請求項1に記載の定着装置。 - 前記定着ベルトの回転に合わせて、前記蛇行規制部材を回転駆動する駆動手段を備える
ことを特徴とする請求項1に記載の定着装置。 - 前記駆動手段は、
前記定着ベルトの回転速度を検出する検出手段と、
検出した定着ベルトの回転速度に合わせて前記蛇行規制部材の回転速度を調節する調速手段と、を備える
ことを特徴とする請求項8に記載の定着装置。 - 前記給電部材は、前記定着ローラーの回転軸方向から見て、定着ローラーの回転中心と定着ローラーの回転方向における定着ニップの中心とを通る第1の直線と、定着ローラーの回転中心を通り前記第1の直線に直交する第2の直線とによって区画される4つの領域のうち、前記定着ベルトの回転方向について、前記定着ニップのすぐ上流側の区画に入るように配設されている
ことを特徴とする請求項1に記載の定着装置。 - 請求項1から10に記載の定着装置を備える
ことを特徴とする画像形成装置。
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