JP5936331B2

JP5936331B2 - 像加熱装置

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Publication number: JP5936331B2
Application number: JP2011246933A
Authority: JP
Inventors: 安藤　温敏; 温敏安藤; 齋藤　亨; 齋藤　　亨; 植川　英治; 英治植川; 田中　正志; 正志田中
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2011-11-10
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2031-11-10
Also published as: JP2013104928A; US20130121736A1; US8879974B2

Description

本発明は、記録材に形成された画像を加熱する像加熱装置に関する。特に、複写機やプリンタ等の電子写真方式を採用する画像形成装置に搭載される定着装置や光沢付与装置といて用いれば好適な像加熱装置に関する。

近年、画像形成装置におけるカラー化が進んできている。電子写真方式のカラー画像形成装置に使用される定着装置として、加熱ベルトに弾性層を設ける方式がある（特許文献１）。弾性層付きのベルトを採用する理由は、トナー層の凹凸に加熱ベルト表面を追従させトナー層を均一に溶融させるためである。ベルトの基層の材質は用途に応じて樹脂や金属が用いられる。

ところで、加熱ベルト方式の像加熱装置においては、加熱ベルト表面の電位を制御することにより、静電オフセットや、記録材表面のトナーが記録材から発生する水蒸気で吹き飛ばされることによる画像不良（以下「尾引き」と呼ぶ）を抑える工夫を施す場合もある。例えば、加熱ベルト端部等に接点を設け、ＧＮＤ接続あるいはバイアスの印加を行っている場合がある。加熱ベルト表面を、トナーと同極性の電位に制御することにより、記録材表面のトナーを記録材側に押さえる静電気力を発生させ、トナーの移動と、それに伴う画像不良を防止している。

加熱ベルトに接点を設ける方法としては、加熱ベルト内面に導電部材を接触させる方式と、加熱ベルト弾性層を一部剥離し、導電ブラシ等を当てる方式が考えられるものの、加熱ベルト内面に導電部材を設ける場合は、加熱ベルトを小径化するに従ってベルトの筒の内部の空間が狭くなるので部品の配置が困難になることに加え、内部の部品との絶縁距離の確保も困難になる。また、ブラシの毛が脱落したり、導通部品が摩耗したりした場合、これらが加熱ベルト内部で異物となり駆動トルクの上昇につながる可能性もある。そのため、加熱ベルト弾性層を一部剥離し、ベルトの外側から導電ブラシ等を当てることによる、導通確保が好ましい（特許文献２）。

特許第４４７４４７８号公報特許第４０５４４８８号公報

しかしながら、加熱ベルトは、回転に伴い左右いずれかの方向に寄りを生じる。その場合、像加熱装置の側板やフランジといった、端部規制部材に加熱ベルト端部が突き当たり、摺動しつつ回転することになる。このとき、端部に弾性層を有する側に加熱ベルトが寄るならば、基層に加えて、弾性層が加熱ベルト強度に貢献することで、端部からの破壊が比較的起こりづらいのに対して、基層が露出している側に寄りが生じた場合は、基層を保護するものがなく、また、基層がごく薄い金属層であるために、疲労破壊を起こしやすい。このため、画像形成装置の寿命に達する前に加熱ベルト端部が破壊することで、像加熱装置の寿命となってしまうために、像加熱装置の修理や交換が必要になる、といった非効率が生じていた。

上述の課題を解決するための本発明は、基層と前記基層の周りに弾性層を有するエンドレスベルトと、前記エンドレスベルトの内面に接触する接触部材と、前記エンドレスベルトを介して前記接触部材と共に記録材を挟持搬送するニップ部を形成する加圧回転体と、前記エンドレスベルトの寄り移動を規制する端部規制部材と、を有し、前記エンドレスベルトからの熱を利用して前記ニップ部で記録材上に形成された画像を加熱する像加熱装置において、前記エンドレスベルトの一方の端部は前記弾性層で被覆され他方の端部は前記弾性層で被覆されておらず、前記エンドレスベルトが回転する時のベルト寄り方向を前記弾性層が設けられた側が前記端部規制部材に突き当たる方向に規制するベルト寄り方向規制機構を有することを特徴とする。

本発明によれば、画像品質を確保しつつベルト端部の疲労破壊が起こりづらい構成とすることが可能となる。

像加熱装置を搭載した画像形成装置の断面図。像加熱装置の構成を説明するための断面図。加熱ベルト構成を説明するための図。加熱ベルト端部の耐座屈強度を求める方法を示した図。実施例１の加熱ベルト寄り方向制御方法を説明するための図。実施例２の加熱ベルト寄り方向制御方法を説明するための図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

（実施例１）
（画像形成装置）
本発明に係る加熱装置を搭載する画像形成装置の一例の全体構成図を図１に示す。この画像形成装置は、電子写真方式を用いたカラーレーザービームプリンタであり、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの四色それぞれについて、別々に画像形成部を有する。そして、中間転写体に画像を一次転写した後、中間転写体上のフルカラー画像を一括して記録材へ二次転写することにより、フルカラー画像を得る。

本実施形態に示すプリンタは、プリンタ本体の外部に設けられたホストコンピュータ等の画像情報提供装置（図示せず）から画像情報を受信する。プリンタがプリント信号を受信すると、像担持体としての感光ドラム１１ａ〜１１ｄの回転駆動が開始される。感光ドラム１１ａ〜１１ｄは反時計方向に規定の周速度にて回転駆動される。これとともに、規定のバイアスが印加されている、一次帯電装置としての帯電ローラ１２ａ〜１２ｄにより、感光ドラム１１ａ〜１１ｄ表面が規定の電位に帯電される。本実施例においては、レーザー露光部を反転現像する、いわゆる反転現像方式を用い、帯電電位は負極性とする。

次に、画像情報提供装置からの画像情報に応じて、感光ドラム１１ａ〜１１ｄの表面の帯電処理済みの部位がレーザースキャナ１３により走査および露光される。レーザースキャナ１３は、感光ドラム１１ａ〜１１ｄに対応した光学系を有し、感光ドラム１１ａ〜１１ｄそれぞれに対応する画像を別々に露光する。露光された領域では感光ドラム１１ａ〜１１ｄ表面の電位が打ち消され、表面の電位は周囲よりも相対的に正極側になり、画像情報に応じた静電潜像が感光ドラム１１ａ〜１１ｄ表面に形成される。現像装置１４ａ〜１４ｄにより、負極性に帯電した現像剤（トナー）は、周囲より相対的に正極側の電位である露光領域に現像されて、感光ドラム１１ａ〜１１ｄの表面に現像剤画像として可視像化される。

一方、感光ドラム１１ａ〜１１ｄと同じタイミングで駆動された中間転写ベルト１５上には、一次転写ローラ１６ａ〜１６ｄにより、感光ドラム１１ａ〜１１ｄに形成されたトナー像が一次転写される。そして、中間転写ベルト１５上のフルカラー画像先端部と同期して、給紙ローラ１７により、記録材Ｐが一枚ずつ分離給送される。記録材Ｐは、二次転写ローラ１８と中間転写ベルト１５の間に形成された二次転写ニップ部へと給送され、二次転写ニップ部を狭持搬送される過程において、中間転写ベルト１５上のトナー画像が記録材Ｐに転写される。転写処理された記録材Ｐは、定着装置１９により、トナー画像が加熱定着されたのち、排紙ローラ対２０を通過して、プリンタ本体の外へと排出される。中間転写ベルト１５上に残されたローラは、トナー帯電ローラ２１により帯電処理されたのち、感光ドラム１１ａ〜１１ｄに回収され、感光ドラム１１ａ〜１１ｄ上の一次転写残トナーと同様に、クリーニング装置２２ａ〜２２ｄによってクリーニングされ、一連の画像形成プロセスが完了する。

（像加熱装置）
次に、図２を用いて、像加熱装置の詳細を説明する。図２において、２０１は加熱ベルト（エンドレスベルト）、２０２は加圧ローラ（加圧回転体）である。２０３はエンドレスベルトを加熱するセラミックヒータ（接触部材）である。セラミックヒータ２０３はヒーターホルダ２０４によって保持され、剛性付与のための金属ステー２０６を介して、不図示の加圧手段により加圧ローラに向かって加圧される。

セラミックヒータ２０３の温度は、温度検知部材たるサーミスタ２０７によって検知される。そして不図示の制御手段によってセラミックヒータ２０３に投入される電力が検知温度に応じて制御されることによりヒータが所望の温度に調整される。

加熱ベルト２０１に対しては、長手方向端部において、バイアス印加手段たる電源２０９により、所定のバイアスが印加される。その際、電源２０９からのバイアス印加経路と加熱ベルト２０１との接点は、導電ブラシ２０８を加熱ベルト２０１表面に接触させることにより確保している。

加圧ローラ２０２は、芯金上に弾性層を設け、その上に離型層を形成してなり、外径は１８ｍｍである。セラミックヒータ２０３は、セラミック基板上にＡｇ／Ｐｄ等の抵抗発熱体をスクリーン印刷等により形成した上に、ガラス層を塗布・焼成したものを用いる。また、金属ステー２０６は、加圧ローラ２０２に対して１９６Ｎの力で押圧されている。

（加熱ベルト（エンドレスベルト））
次に、加熱ベルト２０１の構成を図３を用いて説明する。図３ａにおいて、２０１ａは基層であり、本実施例においては、必要な熱伝導率を確保するため、ステンレスを材料とした、厚み３０μｍ、内径１８ｍｍ、全長２３０ｍｍの円筒状ベルトである。２０１ｂは弾性層であり、本実施例においては、アルミナ等のフィラーを分散し、熱伝導率を高めたシリコーンゴムを用いている。本実施例における弾性層の熱伝導率は、１．０Ｗ／ｍ・Ｋであり、厚みは２００μｍである。２０１ｃは、離型層としての、フッ素樹脂チューブ層である。本実施例における離型層２０１ｃの厚みは３０μｍである。弾性層２０１ｂ及び離型層２０１ｃは、図３ｂに示すように、長手端部片側で剥離され、導電ブラシ２０８が接触するよう構成されている。本実施例において、剥離部分の長さは８ｍｍとした。

以上のように、像加熱装置は、基層と基層の周りに弾性層を有するエンドレスベルトと、エンドレスベルトの内面に接触する接触部材と、エンドレスベルトを介して接触部材と共に記録材を挟持搬送するニップ部を形成する加圧回転体と、を有する。そして、エンドレスベルトからの熱を利用してニップ部で記録材上に形成された画像を加熱する。また、エンドレスベルトの一方の端部は弾性層で被覆され他方の端部は弾性層で被覆されていない。更に、エンドレスベルトの他方の端部の弾性層がない領域には、エンドレスベルトの電位を制御するための接点が接触している。

（加熱ベルトの耐座屈強度）
本実施例における加熱ベルト２０１端部の耐座屈強度を求める方法を、図４を用いて詳述する。図４に示すように、耐座屈強度は、加熱ベルト２０１端部に、先端に幅７ｍｍの平らなアタッチメントを付けたフォースゲージ４０１先端で垂直に力を加え、加熱ベルト２０１に折れが発生した時のフォースゲージ読み値とした。

この時、加熱ベルト２０１の、弾性層２０１ｂ及び離型層２０１ｃ被覆側の耐座屈強度は５回測定したところ８．８Ｎ〜１９．６Ｎ、平均１２．７Ｎであり、一方、加熱ベルト基層２０１ａ露出側の耐座屈強度は５回測定で５．７Ｎ〜１２．８Ｎ、平均７．７Ｎであった。

（像加熱装置の動作）
像加熱装置は、トナー像を転写された記録材Ｐが突入する前に加圧ローラ２０２が回転を始め、加熱ベルト２０１も従動回転を行う。記録材Ｐは、加圧ローラ２０２と加熱ベルト２０１との間に形成される加熱ニップ部に、入口ガイド２０９に沿って導き入れられ、記録材の加熱・加圧が行われる。

（寄り方向制御方法（ベルト寄り方向規制機構））
次に、図５を用いて、加熱ベルト２０１の寄り方向制御方法について説明する。加熱ベルトはヒーターホルダ２０４に外嵌され、加圧ローラ２０２が回転することにより、従動回転する。ヒーターホルダ２０４は、加圧ローラ２０２に対して、角度θの交差角度をつけて配置される。このことにより、加熱ベルトは、図３の矢印「加熱ベルト寄り方向」に向かって移動する力を受ける。つまり、ベルト寄り方向規制機構として、エンドレスベルトと加圧回転体との間に交差角度が設けられている。

加熱ベルト２０１が矢印方向に寄る力は、加熱ベルト２０１移動に伴う反力を受ける加圧ローラ２０２の芯金端部にフォースゲージを当て、加圧ローラ２０２が受ける力を測定することにより求められる。それによると、θが約１度のときの加熱ベルト２０１寄り力は、５．９Ｎであった。本実施例においては、交差角度は１度に設定した。

（作用）
本実施例において、加熱ベルト２０１の弾性層２０１ｂ及び離型層２０１ｃで被覆されている側の端部は、耐座屈強度測定値のバラツキの最小値であっても、像加熱装置の駆動により押しつけられる力に対して十分な強度を持っている。そのため、耐久試験を行った場合においても加熱ベルト２０１端部が座屈・破壊することなく、寿命までその性能を発揮することが可能となる。

一方、加熱ベルト２０１の基層２０１ａ露出側は、耐座屈強度の最小値は、加熱ベルト２０１の寄り力より小さく、耐座屈強度の小さい部分が像加熱装置側面に接触した場合、加熱ベルト２０１が座屈・屈曲する。こうした座屈・屈曲によって繰り返し応力がかかることにより、加熱ベルト２０１基層２０１ａに金属疲労が生じ、加熱ベルト２０１にはクラックが発生、最終的には破壊に至る。

（実施例の評価）
本実施例の像加熱装置の効果を調べるために、耐久試験を行った。本実施例の像加熱装置を実際に画像形成装置（商品名：ＬａｓｅｒＪｅｔＰｒｏＣＰ１５２５、ヒューレット・パッカード社製、プロセススピード４８ｍｍ／ｓｅｃ）に組み込む。そして、ＵＳレターサイズで坪量７５ｇ・ｍ＾２の普通紙（商品名：ＸｅｒｏｘＢｕｓｉｎｅｓｓ４２００）を連続５００００枚通紙したところ、像加熱装置に特に異常は見られなかった。

（比較例）
本比較例においては、実施例１と同様の画像形成装置、像加熱装置を用いるものの、交差角度の付け方を反対にしたことが異なる。交差角度の付け方が、実施例１に対して反対となることで、加熱ベルト２０１の寄り方向は実施例１と逆向き、すなわち、基層２０１ａ露出側が像加熱装置側板に５．９Ｎの力で押しつけられる構成となる。

本比較例の像加熱装置を用いて、実施例１と同様の耐久試験を行ったところ、約１００００枚通紙時点で加熱ベルト２０１の基層２０１ａ露出側端部にクラックが生じ、２００００枚通紙までに加熱ベルト２０１がラッパ状に破壊し、破壊した部分の跡が画像上に観察された。

本比較例においては、加熱ベルト２０１の基層２０１ａ露出側の耐座屈強度が約５．７Ｎであるため、像加熱装置側面に５．９Ｎの力で押しつけられた際に、加熱ベルト２０１基層２０１ａの弱い部分で座屈・屈曲を生じる。加熱ベルト２０１が屈曲を繰り返すことにより金属疲労を起こし、最終的にクラック発生、破損に至ったものである。

以上説明したように、加熱ベルト２０１端部の基層２０１ａ露出側と反対方向に加熱ベルト２０１寄り力を発生させ、基層２０１ａ露出側が像加熱装置側面に押しつけられない構成とすることで、加熱ベルト２０１の座屈・破損を防止し、像加熱装置の信頼性を向上することが可能となった。

（実施例２）
本実施例においては、加熱ベルト２０１の寄り方向制御方法として、加圧ローラ２０２をテーパ形状とすることを特徴とする。つまり、ベルト寄り方向規制機構として、加圧回転体がテーパ形状となっている。

図６に、本実施例における加圧ローラ２０２形状を示す。図６に示す通り、加圧ローラ２０２左側（加熱ベルト２０１の基層２０１ａ露出側）の外形を右側より大きくし、実施例１と同様の像加熱装置に組み込む。ただし、この時加熱ベルト２０１と加圧ローラ２０２の間に交差角度は設けない。

この場合、加圧ローラ２０２の外径が大きい側の表面速度が大きくなるため、加熱ベルト２０１は実施例１と同様の方向に寄り力を受け、実施例１と同じ方向へ移動しようとする。

本実施例においては、加圧ローラ２０２の、加熱ベルト２０１左側の外径を、加熱ベルト２０１右側の外径に対して約１ｍｍ大きくすることで、加熱ベルト２０１が、約５．９Ｎの力で、加熱ベルト２０１基層２０１ａ非露出側に寄ることが観察された。

（作用）
本実施例においても、実施例１と同様、加熱ベルト２０１の基層２０１ａ露出側を、像加熱装置側面に押しつけない構成とすることで、像加熱装置の信頼性を向上することが可能となる。

（耐久試験）
本実施例の加熱装置を用いて、実施例１と同様の耐久試験を行ったところ、連続５００００枚の通紙でも問題は発生しなかった。

以上説明したように、加圧ローラ２０２の左右に外径差をつけることで加熱ベルト２０１端部の基層２０１ａ露出側と反対方向に加熱ベルト２０１寄り力を発生させ、基層２０１ａ露出側が像加熱装置側面に押しつけられない構成とする。これにより、加熱ベルト２０１の座屈・破損を防止し、像加熱装置の信頼性を向上することが可能となった。

なお、ベルト寄り方向規制機構として、上述した例以外に、接触部材と加圧回転体の間に掛けられている加圧力が一方の端部側と他方の端部側で異なるように設定してもよい。

また、本発明が適用できる像加熱装置の形態として、上述したようなセラミックヒータを用いるもの以外に、ハロゲンヒータを熱源とするものや、エンドレスベルト自体が発熱するものがある。

１９定着装置
２０１加熱ベルト
２０２加圧ローラ
２０３セラミックヒータ
２０４ヒーターホルダ
２０６金属ステー
２０７サーミスタ
２０８導電ブラシ
２０９バイアス電源

Claims

基層と前記基層の周りに弾性層を有するエンドレスベルトと、前記エンドレスベルトの内面に接触する接触部材と、前記エンドレスベルトを介して前記接触部材と共に記録材を挟持搬送するニップ部を形成する加圧回転体と、前記エンドレスベルトの寄り移動を規制する端部規制部材と、を有し、前記エンドレスベルトからの熱を利用して前記ニップ部で記録材上に形成された画像を加熱する像加熱装置において、
前記エンドレスベルトの一方の端部は前記弾性層で被覆され他方の端部は前記弾性層で被覆されておらず、前記エンドレスベルトが回転する時のベルト寄り方向を前記弾性層が設けられた側が前記端部規制部材に突き当たる方向に規制するベルト寄り方向規制機構を有することを特徴とする像加熱装置。
前記エンドレスベルトの前記他方の端部の前記弾性層がない領域には、前記エンドレスベルトの電位を制御するための接点が接触していることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
前記基層は金属であることを特徴とする請求項１又は２に記載の像加熱装置。
前記ベルト寄り方向規制機構として、前記エンドレスベルトと前記加圧回転体との間に交差角度が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の像加熱装置。
前記ベルト寄り方向規制機構として、前記加圧回転体がテーパ形状となっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の像加熱装置。
前記ベルト寄り方向規制機構として、前記接触部材と前記加圧回転体の間に掛けられている加圧力が前記一方の端部側と前記他方の端部側で異なっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の像加熱装置。
前記接触部材が前記エンドレスベルトを加熱するヒータであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の像加熱装置。