JP6062840B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置及びそれを備えた画像形成装置に関する。

例えばレーザープリンターや複合機等の画像形成装置は、シートに転写されたトナー像
をそのシートに定着させる定着装置を有している。

特許文献１に記載されている定着装置は、加熱ローラー、定着ローラー、テンションロ
ーラー及び加圧ローラーを有している。加熱ローラー、定着ローラー及びテンションロー
ラーには加熱機構により誘電加熱される金属製のベルトが巻き掛けられている。加圧ロー
ラーは、ベルトを介して定着ローラーを押圧するように配置されている。定着ローラーは
、弾性変形する外層部を有する。そして、定着ローラー上のベルトと加圧ローラーとの間
に形成されるニップ部にシートを通過させることによって、当該シートにトナー像を定着
させる。

特開２０１２−８４８７号公報

ところで、近年、画像形成処理の高速化が進められており、高速で搬送されるシートに
トナー像を確実に定着させることが求められている。そこで、定着ローラーの外層部の硬
度を低下させることにより、ニップ部の面積を増大させてシートを十分に加熱及び加圧す
ることが考えられる。

しかし、ベルトの幅が定着ローラーの幅よりも狭い場合、硬度が低い定着ローラーの外
層部は、ベルトのエッジによって削られ易くなってしまう。一方、ベルトの幅が定着ロー
ラーの幅よりも広い場合、ベルトには、定着ローラーのエッジが接触する部分において応
力集中が生じてしまう。その結果、ベルトが疲労して寿命が低下する問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、定着装置
におけるベルト及び定着ローラーの寿命を向上させることにある。

本発明に係る定着装置は、弾性変形する外周面を有する定着ローラーと、上記定着ロー
ラーの外周面に巻き掛けられたベルトと、上記定着ローラーと平行に延びるように設けら
れ、上記ベルトを介して上記定着ローラーの外周面を押圧することによりニップ部を形成
するように構成された加圧ローラーとを備え、上記定着ローラーの外周面は、該定着ロー
ラーの軸方向における両端側において、上記ベルトに接触すると共に上記定着ローラーの
軸方向に出入する凹凸状の端縁を有し、上記外周面の凹凸状の端縁は、ピッチが一定で且つ径方向外側から見たときの凸部の数が５個以上となるような波状に形成されている。

本発明によれば、定着装置におけるベルト及び定着ローラーの寿命を向上させることが
できる。

図１は、本実施形態における画像形成装置の概略構造を示す断面図である。 図２は、定着装置の概略構成を示す正面図である。 図３は、定着ローラーの一部外観を示す斜視図である。 図４は、定着ローラーの一部外観を示す側面図である。 図５は、ベルトを定着ローラー側に押圧する加圧ローラーの一部を拡大して示している。 図６は、ベルトが定着ローラーから受ける応力を示すグラフである。 図７は、他の実施形態における定着ローラーの一部外観を示す側面図である。 図８は、他の実施形態における定着ローラーの一部外観を示す側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施
形態に限定されるものではない。

図１は、画像形成装置１の概略構造を示す断面図である。画像形成装置１は、例えばタ
ンデム方式のカラープリンターであって、図１に示すように、中間転写ベルト７と、一次
転写部８及び二次転写部９と、定着装置１１と、光走査装置１５と、複数の画像形成部１
６とを備えている。

画像形成装置１の本体２の内部下方には、給紙カセット３が配置されている。給紙カセ
ット３は、その内部に印刷前の用紙等のシート（図示省略）を積載して収容している。給
紙カセット３の側方には、第１用紙搬送部２１が設けられている。第１用紙搬送部２１は
、給紙カセット３から送り出された用紙を受け取り、その用紙を上方の二次転写部９へ搬
送する。

給紙カセット３の右側方には、手差し給紙部５が設けられている。手差し給紙部５の左
方には第２用紙搬送部２２が設けられている。第２用紙搬送部２２は、手差し給紙部５か
ら送り出された用紙等を受け取って第１用紙搬送部２１へ搬送する。

光走査装置１５は、第２用紙搬送部２２の上方に配置され、画像形成装置１が受信した
画像データに基づいてレーザ光を画像形成部１６へ照射する。画像形成部１６は、光走査
装置１５の上方に例えば４つ設けられている。各画像形成部１６の上方には、無端状の中
間転写ベルト７が設けられている。中間転写ベルト７は、複数のローラーに巻き掛けられ
ており、図示しない駆動装置によって回転駆動される。

４つの画像形成部１６は、図１に示すように、中間転写ベルト７に沿って一列に配置さ
れており、イエロー、マゼンタ、シアン、又はブラックのトナー像をそれぞれ形成する。
すなわち、各画像形成部１６では、光走査装置１５によって照射されたレーザ光により原
稿画像の静電潜像がそれぞれ形成され、この静電潜像を現像することによって各色のトナ
ー像が形成される。

一次転写部８は、各画像形成部１６の上方にそれぞれ配置されている。一次転写部８は
、画像形成部１６により形成されたトナー像を中間転写ベルト７表面に一次転写する転写
ローラーを有している。

そして、中間転写ベルト７が回転駆動されると共に、所定のタイミングで各画像形成部
１６のトナー像が中間転写ベルト７に転写されることによって、中間転写ベルト７の表面
には、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの４色のトナー像が互いに重ね合わされ
たカラートナー像が形成される。

二次転写部９は、図１に示すように、中間転写ベルト７の左側方に配置された転写ロー
ラー１８を有している。そして、二次転写部９は、第１用紙搬送部２１から送られてきた
用紙にトナーと逆極性の転写バイアス電圧を印加することによって、トナー像を中間転写
ベルト７から用紙へ転写するようになっている。

定着装置１１は、二次転写部９の上方に設けられている。二次転写部９と定着装置１１
との間には、トナー像が二次転写された用紙を定着装置１１へ搬送する第３用紙搬送部２
３が形成されている。そして、定着装置１１は、第３用紙搬送部２３から搬送された用紙
を加熱及び加圧することによって、その用紙にトナー像を定着させるようになっている。
定着装置１１から排出された用紙は、画像形成装置１の上部に形成された用紙排出部２８
に排出される。

図２は、定着装置１１の概略構成を示している。定着装置１１は、加圧ローラー３１と
、定着ローラー３２と、加熱ローラー３３と、テンションローラー３４とを備えている。
各ローラー３１〜３４は、その軸方向が互いに平行となるように配置されている。

定着ローラー３２、加熱ローラー３３及びテンションローラー３４の各外周面には、無
端状のベルト３５が巻き掛けられている。ベルト３５は、例えばニッケル電鋳基材等のシ
ート状の金属基材を有している。図示を省略するが、ベルト３５を構成するニッケル電鋳
基材にはシリコンゴム層を積層し、そのシリコンゴム層に離型層をさらに積層することが
可能である。離型層は、ベルト３５から用紙が容易に剥離できるように設けられた層であ
って、例えばＰＦＡ等のフッ素樹脂によって形成されている。

定着装置１１は、ベルト３５を加熱する加熱機構としてのＩＨコイルユニット３６をさ
らに備えている。ＩＨコイルユニット３６は、加熱ローラー３３に対向して配置されてい
る。加熱ローラー３３は、図示を省略するが、例えば円筒状の鉄基材と、鉄基材の外周面
に形成されたＰＦＡ層等の離型層とを有している。そして、ＩＨコイルユニット３６は、
磁界を発生させるコイル（図示省略）を有し、加熱ローラー３３に巻き掛けられているベ
ルト３５を電磁誘導加熱するように構成されている。

ここで、図３及び図４は、定着ローラー３２の一部外観を拡大して示している。図５は
、ベルト３５を定着ローラー３２側に押圧する加圧ローラー３１の一部を拡大して示して
いる。

定着ローラー３２は、ステンレス鋼からなる芯金ローラー３８と、芯金ローラー３８の
外周面を被覆するように設けられた外層部３９とを有している。外層部３９は、例えばシ
リコンゴム層を有している。そのことにより、定着ローラー３２は、外層部３９の外周面
４０が弾性変形するようになっている。

加圧ローラー３１は、定着ローラー３２と平行に延びるように設けられ、ベルト３５を
介して定着ローラー３２の外周面４０を押圧することによりニップ部４２を形成するよう
に構成されている。

加圧ローラー３１は、ステンレス鋼からなる芯金ローラー４３と、芯金ローラー４３の
外周面を被覆する被覆層４４とを有している。被覆層４４は、図示を省略するが、例えば
シリコンゴム層及び離型層（例えば、ＰＦＡ層）を有している。

定着ローラー３２の外層部３９は、硬度が比較的低く設定されている。すなわち、加圧
ローラー３１に押圧された外層部３９が弾性変形し易くなっている。そのことにより、ニ
ップ部４２の面積を比較的大きくして、シートを十分に加熱及び加圧することが可能にな
る。

テンションローラー３４は、加熱ローラー３３から定着ローラー３２へ向かうベルト３
５の内周面に当接するように配置されている。テンションローラー３４は、例えばアルミ
ニウムからなる円筒状のローラーであって、走行中のベルト３５の撓みを抑制すると共に
、ベルト３５を安定して走行させる。アルミニウムは熱伝導率が比較的高いので、ベルト
３５における温度分布の変動を低減することができる。

図４及び図５に示すように、定着ローラー３２における外層部３９の外周面４０は、定
着ローラー３２の軸方向Ａにおける両端側においてベルト３５に接触している。さらに、
外層部３９の外周面４０は、定着ローラー３２の軸方向Ａにおける両端側において、その
軸方向Ａに出入する凹凸状の端縁４１を有している。

すなわち、外周面４０の端縁４１は、図３及び図４に示すように、曲線からなる凹凸形
状を有している。また、外周面４０の端縁４１は、ピッチが一定である波状に形成されて
いる。そのことにより、ベルト３５には、定着ローラー３２の外周面４０における凹凸状
の端縁４１が接触することになる。

さらに、図４に示すように、外周面４０の端縁４１が凹凸状に形成されている領域４５
は、定着ローラー３２の軸方向Ａの幅Ｂが、定着ローラー３２の外径Ｃの０．０５倍以上
且つ０．１５倍以下の大きさに規定されている（つまり、０．０５Ｃ≦Ｂ≦０．１５Ｃ）
。

したがって、本実施形態によると、まず、定着ローラー３２の軸方向Ａの両端側におい
て、定着ローラー３２における外周面４０の端縁４１がベルト３５に接触する構成とした
ので、定着ローラー３２の外層部３９がベルト３５のエッジによって削られるのを防止で
きる。

ここで、図６は、ベルト３５が定着ローラー３２から受ける応力を示すグラフである。
図６において、縦軸は応力の大きさを示し、横軸はベルト３５の中央位置からの距離を示
している。

応力の測定条件として、定着ローラー３２の外径を４５ｍｍとし、加圧ローラー３１の
外径を５０ｍｍとし、加圧ローラー３１による定着ローラー３２側への押圧力を６００Ｎ
とした。このとき、図６に示すように、ベルト３５が定着ローラー３２から受ける応力は
、定着ローラー３２における外周面４０の端縁４１において集中し、その大きさが１１７
ＭＰａになることが確認された。

本実施形態では、定着ローラー３２の外周面４０が、その軸方向Ａの両端側において軸
方向Ａに出入する凹凸状の端縁４１を有する構成としたので、ベルト３５上で応力が集中
する位置を定着ローラー３２の回転に伴って移動させることができる。すなわち、図４に
示すように、応力集中する点Ｐは、定着ローラー３２に対して相対的に軸方向Ａに往復移
動する。よって、ベルト３５に加わる応力を分散させることができる。

そのため、本実施形態によれば、シートを十分に加熱及び加圧できるように、定着ロー
ラー３２における外層部３９の硬度を比較的低く設定したとしても、外層部３９の損耗を
抑制し且つベルト３５に加わる応力集中を抑制できるので、ベルト３５及び定着ローラー
３２の寿命を向上させることができる。

さらに、定着ローラー３２における外周面４０の端縁４１を、曲線からなる凹凸形状に
すると共にピッチが一定である波状に形成したので、応力集中をより適切に分散させるこ
とができる。

ここで、仮に、外周面４０の端縁４１が凹凸状に形成されている領域４５の幅Ｂが、定
着ローラー３２の外径Ｃの０．０５倍未満である場合（Ｂ＜０．０５Ｃ）、ベルト３５に
加わる応力を十分に分散することができず、ベルト３５の寿命を好適に高めることができ
なくなる。一方、上記領域４５の幅Ｂが定着ローラー３２の外径Ｃの０．１５倍よりも大
きい場合（０．１５Ｃ＜Ｂ）、シートの側部を十分に加熱及び加圧することができず、シ
ートにおけるトナー像の定着不良が生じてしまう。

よって、上述のように、上記領域４５の幅Ｂを定着ローラー３２の外径Ｃの０．０５倍
以上且つ０．１５倍以下の大きさに規定することによって、適切にベルト３５及び定着ロ
ーラー３２の寿命を向上させることができる。

尚、定着ローラー３２における外周面４０の端縁４１は、曲線からなる凹凸形状に限ら
ず、例えば図７及び図８に示すような形状であってもよい。図７及び図８は、他の実施形
態における定着ローラー３２の一部外観を示す側面図である。

例えば、図７に示す定着ローラー３２では、外周面４０の端縁４１が矩形波状に形成さ
れている。図８に示す定着ローラー３２では、外周面４０の端縁４１が屈曲線からなる波
状に形成されている。このような構成であっても、ベルト３５及び定着ローラー３２の寿
命を向上させることができる。

また、上記実施形態では、カラープリンターを画像形成装置の一例として説明したが、
これに限らず、例えばトナー像を定着させる定着装置を有する複合機やモノクロプリンタ
ー等の他の画像形成装置であってもよい。

以上説明したように、本発明は、定着装置及びそれを備えた画像形成装置について有用
である。

１ 画像形成装置
１１ 定着装置
３１ 加圧ローラー
３２ 定着ローラー
３５ ベルト
４０ 外周面
４１ 端縁
４２ ニップ部

Claims (9)

1. 弾性変形する外周面を有する定着ローラーと、
   上記定着ローラーの外周面に巻き掛けられたベルトと、
   上記定着ローラーと平行に延びるように設けられ、上記ベルトを介して上記定着ローラーの外周面を押圧することによりニップ部を形成するように構成された加圧ローラーとを備え、
   上記定着ローラーの外周面は、該定着ローラーの軸方向における両端側において、上記ベルトに接触すると共に上記定着ローラーの軸方向に出入する凹凸状の端縁を有し、
   上記外周面の凹凸状の端縁は、ピッチが一定で且つ径方向外側から見たときの凸部の数が５個以上となるような波状に形成されている、定着装置。
2. 請求項１に記載の定着装置において、
   上記凹凸状の端縁は上記定着ローラーの中間部の外周面と面一な位置に形成されている、定着装置。
3. 請求項１又は２に記載の定着装置において、
   上記外周面の端縁は矩形波状に形成されている、定着装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の定着装置において、
   上記定着ローラーは、芯金と、該芯金の外周面を被覆するように設けられて上記外周面を形成する外層部とを有しており、
   上記凹凸状の端縁は、上記外層部の軸方向の端面に周方向に並び且つ径方向外側に開放する複数の溝部を形成することにより形成されている、定着装置。
5. 請求項４の定着装置において、
   上記溝部は、上記外層部の内周面から所定の厚みを有するように形成されている、
6. 請求項５に記載の定着装置において、
   上記加圧ローラーは、芯金と該芯金の外周面を被覆する被覆層とを有し、
   上記加圧ローラーの被覆層の端面は、上記定着ローラーの外層部の端面よりも軸方向の外側に位置し、
   上記ベルトの端面は、軸方向において上記定着ローラーの外層部の端面と上記加圧ローラーの被覆層の端面との間に位置している、定着装置。
7. 請求項１又は２に記載の定着装置において、
   上記外周面の端縁は、曲線からなる凹凸形状を有している、定着装置。
8. 請求項１乃至７の何れか１つに記載の定着装置において、
   上記外周面の端縁が凹凸状に形成されている領域は、上記定着ローラーの軸方向の幅が、上記定着ローラーの外径の０．０５倍以上且つ０．１５倍以下になっている、定着装置。
9. 請求項１乃至８の何れか１つに記載の定着装置を備えている、画像形成装置。

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