JP5904975B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

実施形態は、定着ベルトを用いる定着装置及び画像形成装置に関する。

複写機やプリンタ等の画像形成装置では、電磁誘導加熱（ＩＨ）方式により発熱する発熱層を定着ベルトの長手方向の端部まで配置して定着ベルトを加熱する定着装置がある。

長手方向端部まで発熱層を備える定着ベルトは、加圧部との加圧接触及び加圧接触の解除を繰り返す間に、加圧部との接触端部から発熱層に損傷を生じる恐れがある。

特開２００８−１７６２８５号公報

この発明が解決しようとする課題は、定着ベルトの発熱層が損傷するのを防止して、良好な定着性能を維持し、長寿命化を得る定着装置および画像形成装置を提供することである。

上記課題を達成するために、実施形態の定着装置は、
加圧ローラと、前記加圧ローラと加圧接触し、少なくとも前記加圧ローラとの接触領域より外側には延在しない発熱層を備えるエンドレスの定着ベルトと、前記発熱層に誘導電流を発生させる磁束発生部と、前記定着ベルトを介在して、前記加圧ローラに対向し、前記定着ベルトを支持する支持部と、前記加圧ローラを駆動する駆動部と、を備え、前記定着ベルトの長手方向において、定着ベルト幅＞支持部幅＞加圧ローラ幅である。

実施形態のＭＦＰを示す概略構成図。 実施形態の定着装置を側面から見た概略構成図。 実施形態の定着装置を長手方向から見た概略説明図。 実施形態の定着ベルトの層構成を示す概略説明図。

以下、実施形態について図１乃至図４を参照して説明する。図１は、実施形態の画像形成装置の一例であるＭＦＰ（Multi-Function Peripherals）１０を示す。ＭＦＰ１０は、例えば、スキャナ１２、コントロールパネル１３、給紙カセット部１６、手差し給紙トレイ１７、プリンタ部１８および排紙部２０を備える。

スキャナ１２は、プリンタ部１８で画像形成するための原稿画像を読み取る。コントロールパネル１３は、例えばユーザによる入力を受け付け、或いはユーザへの表示を行う。

給紙カセット部１６は、記録媒体であるシートＰを収納する給紙カセット１６ａ及び給紙カセット１６ａからシートＰを取り出すピックアップローラ１６ｂを備える。シートＰは、未使用のシート或いはリユースのシート（例えば画像を消色処理により消色したシート）等を含む。手差し給紙トレイ１７は、ピックアップローラ１７ａにより未使用或いはリユースのシートＰを給紙可能である。

プリンタ部１８は、中間転写ベルト２１を備える。プリンタ部１８は、駆動部を備えるバックアップローラ４０、従動ローラ４１及びテンションローラ４２で中間転写ベルト２１を支持して、矢印ｍ方向に回転する。

プリンタ部１８は中間転写ベルト２１の下側に沿って並列に配置される、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の４組の画像形成ステーション２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ及び２２Ｋを備える。プリンタ部１８は、各画像形成ステーション２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ及び２２Ｋの上方に、補給用のトナーを夫々収納する補給カートリッジ２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ及び２３Ｋを備える。

例えばＹ（イエロ）の画像形成ステーション２２Ｙは、矢印ｎ方向に回転する感光体ドラム２４の周囲に、帯電チャージャ２６、露光走査ヘッド２７、現像装置２８、及び感光体クリーナ２９を備える。Ｙ（イエロ）の画像形成ステーション２２Ｙは、中間転写ベルト２１を介して、感光体ドラム２４と対向する位置に１次転写ローラ３０を備える。

Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の３組の画像形成ステーション２２Ｍ、２２Ｃ及び２２Ｋは、Ｙ（イエロ）の画像形成ステーション２２Ｙと同様の構成を備える。Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の３組の画像形成ステーション２２Ｍ、２２Ｃ及び２２Ｋの構成についての詳細な説明を省略する。

各画像形成ステーション２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ或いは２２Ｋでは、感光体ドラム２４を帯電チャージャ２６で帯電後、露光走査ヘッド２７により露光して、感光体ドラム２４上に夫々静電潜像を形成する。現像装置２８は、夫々Ｙ（イエロ）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）のトナーと、キャリアからなる二成分の現像剤を用いて感光体ドラム２４上の静電潜像を現像する。現像に用いるトナーは、例えば非消色のトナーを用いても良いし、或いは例えば所定の消色温度以上に加熱することにより消色可能な消色トナーを用いる等しても良い。

１次転写ローラ３０は、感光体ドラム２４に形成されるトナー像を中間転写ベルト２１に１次転写する。各画像形成ステーション２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ或いは２２Ｋは、１次転写ローラ３０により、中間転写ベルト２１上に、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）のトナー像を順次重ねてカラートナー像を形成する。感光体クリーナ２９は、１次転写後に感光体ドラム２４に残留するトナーを除去する。

プリンタ部１８は、中間転写ベルト２１を介してバックアップローラ４０と対向する位置に２次転写ローラ３２を備える。２次転写ローラ３２は、シートＰに、中間転写ベルト２１上のカラートナー像を一括２次転写する。シートＰは、中間転写ベルト２１上のカラートナー像に同期して、搬送路３３に沿って給紙カセット部１６或いは手差し給紙トレイ１７から給紙される。ベルトクリーナ４３は、２次転写後に中間転写ベルト２１に残留するトナーを除去する。

プリンタ部１８は、搬送路３３に沿って、レジストローラ３３ａ、定着装置３４及び排紙ローラ３６を備える。プリンタ部１８は、定着装置３４の下流に分岐部３７及び反転搬送部３８を備える。分岐部３７は、定着後のシートＰを、排紙部２０或いは反転搬送部３８に分岐する。両面プリントであれば、反転搬送部３８は、分岐部３７に分岐されるシートＰを、レジストローラ３３ａ方向に反転搬送する。

中間転写ベルト２１、画像形成ステーション２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ及び２２Ｋ及び２次転写ローラ３２は、画像形成部を構成する。

これらの構成によってＭＦＰ１０はプリンタ部１８で、シートＰに定着トナー画像を形成して、排紙部２０に排紙する。

画像形成装置はＭＦＰ１０に限らない。画像形成装置は、タンデム方式に限らないし、現像装置の数も限定されない。画像形成装置は、感光体から直接記録媒体にトナー像を転写するものであっても良い。

次に定着装置３４について詳述する。図２に示すように定着装置３４は、発熱層である導電層６１を備えるエンドレスの定着ベルト５０、加圧部である加圧ローラ５１及び磁束発生部である電磁誘導加熱コイルユニット（以下ＩＨコイルユニットと略称する。）５２を備える。

定着ベルト５０は、内部に支持部である加圧パッド５３、整磁合金７０、アルミ部材からなるシールド７１を備える。定着ベルト５０は、内部に定着ベルト５０の温度を検知する温度センサ７２及び、定着ベルト５０の異常発熱を検知するサーモスタット７３を備える。定着ベルト５０は、内部に加圧パッド５３を支持するフレーム７４を備える。フレーム７４は、シールド７１を位置調整する支持バネ７６を支持する。

加圧パット５３は、定着ベルト５０を挟んで加圧ローラ５１と対向する位置にある。加圧パッド５３は定着ベルト５０の内周面を支持する。加圧ローラ５１は、加圧パット５３が支持する定着ベルト５０を押圧して定着ベルト５０と加圧ローラ５１の間にニップ５４を形成する。加圧パッド５３は、例えば耐熱性のポリフェニレンサルファド樹脂（ＰＰＳ）等で形成する。加圧パッド５３は、例えばガラス繊維にフッ素樹脂を表面コートしたすべりシートを定着ベルト５０との間に配置して、定着ベルト５０と加圧パッド５３の間の摩擦抵抗を小さくしても良い。

整磁合金７０は、磁性特性が温度によって変化する。整磁合金７０は、キュリー点温度以上になると透磁率が低下し、定着ベルト５０を透過する磁束密度を減少し、定着ベルト５０の発熱量を低減する。整磁合金７０は、定着ベルト５０の発熱量を低減して例えば非通紙領域の定着ベルト５０の温度上昇を抑制する。整磁合金７０は、キュリー点温度に達しない低温領域であれば、ＩＨコイルユニット５２からの磁束により発熱して、定着ベルト５０の加熱を補助する。

加圧ローラ５１は、例えば芯金５１ａの周囲に、耐熱性のゴム層等の弾性層５１ｂを備え、表面にフッ素系樹脂等からなる離型層５１ｃを備える。加圧ローラ５１は加圧バネ５６の加圧力により定着ベルト５０に加圧接触する。図３に示すように、定着装置３４は、ギア５７ａを介しモータ５７により加圧ローラ５１を駆動して、定着ベルト５０を加圧ローラ５１に従動する。

定着ベルト５０は、定着ベルト５０の形状をほぼ円形に保つホイール５８を端部の内周に備える。ホイール５８は、ベアリング５８ａを介して、フレームシャフト７４ａを支持する。加圧パット５３位置で加圧ローラ５１に加圧接触する定着ベルト５０は加圧ローラ５１に従動して、ホイール５８と一体に回転する。定着ベルト５０は、加圧ローラ５１と独立して駆動回転しても良い。定着ベルト５０を駆動回転する場合は、定着ベルト５０と加圧ローラ５１との速度差を生じないように、例えばワンウェイクラッチを介在させても良い。

定着ベルト５０の長手方向（回転方向と平行な方向）の中間領域は、フリーであり無張力状態である。定着ベルト５０の長手方向の中間領域は、加圧パット５３位置で加圧ローラ５１と加圧接触して変形する。

長手方向における定着ベルト５０の幅（Ｌ１）、加圧パット５３の幅（Ｌ２）、及び加圧ローラ５１の幅（Ｌ３）は、それぞれ例えばＬ１＝３６８ｍｍ、Ｌ２＝３５５ｍｍ、Ｌ３＝３３２ｍｍである。例えば、加圧パット５３の幅（Ｌ２）は、定着装置３４による最大定着幅より少し大きくする。

ＩＨコイルユニット５２は、コイル５２ａとコイルの外周を覆って、コイル５２ａの磁束を規制するコア５２ｂを備える。ＩＨコイルユニット５２は、コイル５２ａに高周波電流を印加して、磁束を定着ベルト５０方向に発生する。ＩＨコイルユニット５２からの磁束により定着ベルト５０の導電層６１は、渦電流を発生し、発熱し、定着ベルト５０を加熱する。

定着ベルト５０は、導電層６１を備える多層構造である。図４に示すように、定着ベルト５０は、内周側から外周側に向かって、例えば、エンドレスの基材６０、発熱層である導電層６１、弾性層６２、トナー離型層６３を備える。定着ベルト５０は、導電層６１を備えていれば、層構造を限定されない。基材６０は、例えば厚さ７０μｍのポリイミドスリーブである。

導電層６１は、例えば厚さ１０μｍの銅（Ｃｕ）層６４を備える。導電層６１は、銅（Ｃｕ）層６４を挟んで、例えば厚さ１μｍのニッケル（Ｎｉ）層６６ａと厚さ８μｍのニッケル（Ｎｉ）層６６ｂを備える。導電層は、ＩＨコイルユニット５２からの磁束により発熱するものであれば、鉄（Ｆｅ），ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）等の単層であっても良い。弾性層６２は、例えば厚さ２００μｍのシリコン（Ｓｉ）ゴム層であり、トナー離型層６３は、例えば厚さ３０μｍのフッ素系樹脂（例えばＰＦＡ樹脂）のチューブである。定着ベルト５０は急速なウォーミングアップを可能にするために、導電層６１を薄層化し低熱容量化する。

導電層６１の長手方向における幅（Ｗ）は、例えば加圧ローラ５１の幅Ｌ３と同じ幅である。導電層６１は、定着ベルト５０に対する加圧ローラ５１の接触領域（幅Ｌ３）すなわちニップ５４の幅より外側の領域αには延在しない。導電層６１は、ニップ５４（幅Ｌ３）より外側に延在せず且つ定着ベルト５０の発熱性を損なわなければ、幅（Ｗ）を限定されない。導電層６１をニップ領域より外側に延在しないことにより、ホイール５８により端部にて円形を保つ定着ベルト５０の中間領域が、加圧パット５３位置で変形を受けた場合でも、導電層６１が変形をうけるのを防止する。導電層６１は、例えば蒸着或いは鍍金等により基材６０表面に形成する場合に、基材６０の両側の領域αをマスキングして形成する。

加圧ローラ５１を矢印ｘ方向に回転すると、定着ベルト５０は、矢印ｙ方向に従動回転する。ニップ５４を通過する場合に、ホイール５８と加圧ローラ５１端部との間の定着ベルト５０の領域αには、加圧ローラ５１端部による圧接応力が集中して、領域αは屈曲する。ニップ５４を抜けると、定着ベルト５０は加圧ローラ５１端部による圧接応力を開放されて、領域αは伸張する。

矢印ｙ方向に従動回転する間、定着ベルト５０の領域αは、加圧ローラ５１端部との圧接応力による屈曲と伸張を繰り返す。但し領域αより内側にある導電層６１は、加圧ローラ５１端部との圧接応力による影響を受けず、クラックを生じない。定着ベルト５０は、ニップ５４端部にあっても良好な発熱を維持する。定着装置３４は、ニップ５４端部で定着不良を生じることなく、シートＰの最大幅の全長に渡り良好な定着を得る。

比較例として、長手方向の端部まで導電層を形成した定着ベルトを用いてライフ試験を行った。比較例では、ニップ端部の加圧ローラ端部による圧接応力により、定着ベルト端部が屈曲と伸張を繰り返す間に、導電層にクラックを生じた。更に定着ベルト端部の屈曲と伸張を繰り返すと、導電層に生じたクラックは定着領域にまで進行し、定着ベルトの発熱特性の低下を生じた。比較例では、加圧ローラとの接触端部から導電層にクラックを生じて、発熱不良による定着不良を生じた。

実施形態によれば、定着ベルト５０の導電層６１は、加圧ローラ５１との接触領域より外側の領域αには延在しない。定着ベルト５０の端部の領域αが、加圧ローラ５１端部との圧接応力により、屈曲と伸張を繰り返す場合でも、導電層６１は、加圧ローラ５１端部による圧接応力による影響を受けない。定着ベルト５０は導電層６１にクラックを生じるのを防止する。定着装置３４は、定着ベルト５０の導電層６１に生じるクラックを原因とする定着不良を防止して、良好な定着を得る。

この発明は上記実施形態に限られるものではなく種々変更が可能である。実施形態では定着ベルトを、ホイールにより端部が円形に保持される形状としたがこれに限定されない。定着ベルトは、例えば複数のローラに掛け渡されるタイプであっても良い。また、加圧部もローラ形状に限らず、ベルト形状等としてもよい。

この発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

３４…定着装置
５０…定着ベルト
５１…加圧ローラ
５２…ＩＨコイルユニット
５３…加圧パット
５４…ニップ
６１…導電層

Claims (3)

1. 加圧ローラと、
   前記加圧ローラと加圧接触し、少なくとも前記加圧ローラとの接触領域より外側には延在しない発熱層を備えるエンドレスの定着ベルトと、
   前記発熱層に誘導電流を発生させる磁束発生部と、
   前記定着ベルトを介在して、前記加圧ローラに対向し、前記定着ベルトを支持する支持部と、
   前記加圧ローラを駆動する駆動部と、
   を備え、
   前記定着ベルトの長手方向において、
   定着ベルト幅＞支持部幅＞加圧ローラ幅であることを特徴とする定着装置。
2. 前記支持部が加圧パットであることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 記録媒体に画像を形成する画像形成部と、
   前記画像を前記記録媒体に定着する請求項１又は２に記載の定着装置とを備えることを特徴とする画像形成装置。

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