本発明に係る定着装置を備えた画像形成装置をカラー画像形成装置1に適用した第1実施形態ないし第3実施形態について説明する。
(第1実施形態)
図1に示すように、第1実施形態に係るカラー画像形成装置1は、装置本体2と、光書込装置3と、プロセスユニット4と、転写装置5とを含んで構成されている。カラー画像形成装置1は、さらに、ベルトクリーニング装置6と、シート給送装置7と、排紙トレイ8と、レジストローラ9と、定着装置10とを含んで構成されている。
このカラー画像形成装置1は、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンダ(M)およびブラック(Bk)の各色に色分解された色にそれぞれ対応する画像を形成する像担持体からなる感光体ドラムが並設されたタンデム構造で構成されている。なお、本発明に係る画像形成装置は、タンデム構造に限定されることはなく、他の構造であってもよい。また、本発明に係る画像形成装置は、カラー画像形成装置1に限定されることはなく、他の画像形成装置であってもよい。例えば、複写機やファクシミリ装置であってもよい。
装置本体2は、各構成要素を収容する筐体で構成されており、シート給送装置7に収容された記録媒体としての記録紙Sを搬送する搬送経路Rが筐体内部に形成されている。
装置本体2の排紙トレイ8の下部には、イエロー、シアン、マゼンダおよびブラックの各色のトナーが充填されたトナーボトル2aY、2aC、2aM、2aBkが着脱可能に装着されている。また、装置本体2の内部には、図示しない廃トナー収容器が設けられており、その入り口部には、トナー移送ホースが接続され、トナー移送ホースから入った廃トナーが収容されるようになっている。
光書込装置3は、光源としての図示しない半導体レーザ、カップリングレンズ、fθレンズ、トロイダルレンズ、折り返しミラーおよび回転多面鏡を含んで構成されている。
この光書込装置3は、プロセスユニット4に対して色毎に対応した書き込み光Lbを照射してプロセスユニット4に静電潜像を形成するよう構成されている。照射されるレーザー光に含まれる画像情報は、所望のフルカラー画像をイエロー、シアン、マゼンダおよびブラックの各色情報に分解した単色の画像情報で構成されている。
プロセスユニット4は、プロセスユニット4Y、4C、4M、4Bkの4つのプロセスユニットで構成されている。プロセスユニット4Yは、感光体ドラム4dと、帯電ローラ4rと、現像装置4gと、クリーニングブレード4bとを有している。このプロセスユニット4Yは、帯電、光書込、現像、転写、クリーニングおよび除電が順に行われるよう構成されている。
このプロセスユニット4Yにおいては、まず、帯電ローラ4rにより感光体ドラム4dに静電気を蓄える帯電がなされ、帯電した感光体ドラム4dの表面へ光書込装置3による光書込がなされ、感光体ドラム4dに静電気のパターンからなる静電潜像が形成される。そして、現像装置4gにより感光体ドラム4d上の静電潜像にイエロートナーの付着、すなわち現像がなされトナー像が形成され、転写装置5へトナー像が形成される転写が行われる。そして、次の転写に備えて、クリーニングブレード4bにより感光体ドラム4d上に残ったトナーが取り除かれ、さらに、感光体ドラム4d上に残った静電気が取り除かれる除電が行われる。
感光体ドラム4dは、円筒形の表面に、無機や有機の感光体からなる感光層を有しており、帯電ローラ4rは、感光体ドラム4dに近接して配置され感光体ドラム4dとの間の放電により感光体ドラム4dを帯電させるようになっている。
現像装置4gは、イエロートナーを供給する供給部分と、感光体ドラム4dにイエロートナーを付着させる現像部分により構成されている。クリーニングブレード4bは、ゴムなどの弾力性のある帯状部材とブラシなどのトナー除去部材とを有している。現像装置4gは、装置本体2に着脱可能に収容されている。
プロセスユニット4C、4M、4Bkも、それぞれプロセスユニット4Yと同様に構成されている。プロセスユニット4Cは、シアンのトナー像を、プロセスユニット4Mは、マゼンダのトナー像を、プロセスユニット4Bkは、ブラックのトナー像をそれぞれ転写装置5に転写するようになっている。
転写装置5は、転写ベルト5aと、駆動ローラ5bと、従動ローラ5cと、一次転写ローラ5dと、二次転写ローラ5eとを有している。転写ベルト5aは、端末の無いいわゆる無端状のベルトから構成されており、駆動ローラ5bと従動ローラ5cと間に張力がかかった状態で掛け渡されている。また、転写ベルト5aは、駆動ローラ5bおよび従動ローラ5cにより、図の矢印A1の方向に回転可能、すなわち周回走行可能に構成されている。
一次転写ローラ5dは、プロセスユニット4Yの感光体ドラム4dを転写ベルト5aを介して押し付ける一次転写ローラ5dYと、プロセスユニット4C、4M、4Bkの感光体ドラム4dを同様に押し付ける一次転写ローラ5dC、5dM、5dBkを有している。プロセスユニット4Y、4C、4M、4Bkと押し付けられた転写ベルト5aとの接触部分に、それぞれ一次転写ニップが形成されている。二次転写ローラ5eは、転写ベルト5aの外周面を介して押し付けることにより駆動ローラ5bを押し付けており、二次転写ローラ5eと転写ベルト5aとの接触部分に、二次転写ニップが形成されている。
ベルトクリーニング装置6は、二次転写ニップとプロセスユニット4Yとの間に配置されている。このベルトクリーニング装置6は、二次転写ニップにおける転写の際に、転写ベルト5aの外周表面に残ったトナーを取り除く図示しないトナー除去部材と、除去された廃トナーを廃トナー収容器に移送するトナー移送ホースとを有している。
シート給送装置7は、装置本体2の下部に配置されており、記録紙Sを収容する給紙カセット7aと、給紙ローラ7bとを有している。シート給送装置7においては、給紙ローラ7bにより給紙カセット7aから記録紙Sが1枚ずつ取り出され搬送経路Rに送り出すようになっている。
排紙トレイ8は、光書込装置3の上方で装置本体2の上部に配置されており、記録された記録紙Sを収容するトレイ8aと、一対の排紙ローラ8bとを有している。
排紙トレイ8においては、一対の排紙ローラ8bにより搬送経路Rから排出された記録紙Sをトレイ8aに1枚ずつ順次載せて重ね合わせるようになっている。
レジストローラ9は、一対のローラを有しており、シート給送装置7の給紙ローラ7bにより送り出され搬送経路Rにある記録紙Sの搬送を調節するよう構成されている。
搬送経路R上のレジストローラ9と給紙ローラ7bとの間で、図示しないレジストセンサが装置本体2に配置されており、記録紙Sの先端部分の通過が検知されるようになっている。このレジストセンサが記録紙Sの先端部分の通過を検知した後、所定時間が経過すると、記録紙Sはレジストローラ9に突き当てられて一端停止する。このレジストローラ9は、突き当てられた記録紙Sを所定のタイミングで挟み込んで回転し、二次転写ニップまで搬送するようになっている。所定のタイミングとしては、例えば、転写ベルト5aの回転によりフルカラーで重ね合わさったトナー画像が二次転写ニップの位置まで搬送された時機が挙げられる。
定着装置10は、図2に示すように、定着ベルト21と、加圧ローラ22と、ヒータ23と、ニップ形成部材24と、摺動部材25と、支持部材26と、保持部材27と、反射部材28と、遮光部材29と、ベルト保護部材31とを含んで構成されている。定着装置10は、定着ベルト21などの構成要素における定着温度などの温度制御を実行させる図示しない制御部を有している。なお、第1実施形態における定着ベルト21、加圧ローラ22およびヒータ23は、それぞれ本発明に係る定着装置の定着部材、加圧部材および熱源を構成している。
この定着装置10においては、トナー画像が転写された記録紙Sが、定着ベルト21と加圧ローラ22との間に形成されるニップ部Nを通過中に加熱および加圧されてトナー画像が記録紙Sに定着されるようになっている。そして、記録紙Sが、ニップ部Nから排出される際に定着ベルト21から分離し、搬送経路Rを通って排紙ローラ8bに向かって搬送されるようになっている。
定着ベルト21は、ベルト基材21aと、ベルト基材21aの外周面に形成された弾性層21bと、弾性層21bの外周面に形成された離型層21cとを有している。
定着ベルト21は、厚みが1mm程度で形成され可撓性を有している。定着ベルト21は、外周面を通過する記録紙Sの幅方向に細長く形成され、幅方向に直交する断面が直径25mm程度になるよう環状に形成されている。
なお、定着ベルト21においては、弾性層21bのない構造であってもよい。弾性層21bがない場合は定着ベルト21の熱容量が小さくなり、熱応答および省エネ性を向上させることができる。定着ベルト21における前述の直径は、定着装置10の設定諸元に応じて適宜15〜120mm程度の範囲内の寸法で選択される。
定着ベルト21は、加圧ローラ22の矢印B1方向の回転に連れ回り、矢印B2方向に回転するようになっている。したがって、この定着ベルト21は、加圧ローラ22を駆動源としている。定着ベルト21および加圧ローラ22の回転により、記録紙Sは、ニップ部Nに対して矢印B3方向に進入しニップ部Nから排出されるようになっている。
ベルト基材21aは、所要の機械的強度を有する材料、例えば、ニッケル(Ni)、ステンレス鋼(SUS)などの金属材料や、ポリイミド(Polyimide)などの樹脂材料で形成されている。このベルト基材21aは、20〜100μm程度の厚みを有する金属フィルムや樹脂フィルムで形成されている。
弾性層21bは、シリコーンゴム(Q)やフッ素ゴム(FKM)などのゴム材料で形成されており、20〜900μm程度の厚みを有している。この弾性層21bが設けられていると、ニップ部Nを通過中の記録紙Sに熱および圧力を加える際に、記録紙Sおよび定着ベルト21の表面に凹凸があることによる加圧力および熱伝導の不均一化が改善される。
すなわち、記録紙S上の未定着像を押し潰して記録紙Sに定着させるときにベルト表面の微小な凹凸が画像に転写されて画像のベタ部にユズ肌状の光沢ムラ(ユズ肌画像)が残るという不具合が生じることがある。弾性層21bが、例えば、100μm以上設けられていると、弾性層21bの変形により、微小な凹凸が吸収されこのようなユズ肌画像の課題を解消させることができる。
離型層21cは、記録紙Sおよびトナー画像に対する剥離性が高い材料、すなわち、トナーや金型などの製品の表面で、相手材料の粘着や焼付きを起こさないようにする性質、いわゆる離型性を良好とする材料で形成されている。離型性を良好とする材料として、具体的には、PFA(Tetra Fluoro ethylene-perfluoro Alkylvinyl ether copolymer)、PTFE(Poly Tetra Fluoro Ethylene)、PEI(Poly Ether Imide)、PES(Poly Ether Sulphone)などの樹脂材料が挙げられる。この離型層21cは、1〜200μmの厚みで形成されている。
加圧ローラ22は、心金からなるローラ22aと、ローラ22aの外周面に形成された弾性層22bと、弾性層22bの外周面に形成された離型層22cを有している。この加圧ローラ22は、装置本体2内に設けられた図示しない駆動機構から出力された駆動力により回転するよう構成されている。この駆動機構は、例えば、モータなどの駆動部と減速ギヤなどの減速部とにより構成されている。また、この加圧ローラ22は、図示しない加圧部材により定着ベルト21側に加圧され、弾性層22bが押し潰されて弾性変形することによりニップ部Nの一部を構成している。
ローラ22aは、所要の機械的強度を有し、熱伝導性の良好な炭素鋼材(例えば、SC、STKM)やアルミニウム材(Al)などの金属材料からなり、中実の円柱形に形成されている。なお、ローラ22aは、中空の円筒形で形成し、内部にハロゲンヒータなどの熱源を設け、この熱源によりローラ22a、弾性層22b、離型層22cを介してニップ部Nを通過中の記録紙Sを加熱するよう構成してもよい。
弾性層22bは、定着ベルト21の弾性層21bと同様、シリコーンゴム(Q)やフッ素ゴム(FKM)などの合成ゴムで形成されている。この合成ゴムは、比較的硬質で発泡がされていない、いわゆるソリッドゴムで構成されている。ローラ22aの内部に、熱源が設けられていない構造で構成された場合には、この合成ゴムに代えて、発泡がなされ、発泡弾性層からなる、いわゆるスポンジゴムで構成するようにしてもよい。このスポンジゴムは、内部に気泡を有しているので、断熱性が高められ、加熱された定着ベルト21の熱が加圧ローラ22に伝熱され難くなり、すなわち熱が奪われ難くなるので省エネルギー化がより図られる。
離型層22cは、定着ベルト21の弾性層21bと同様、いわゆる離型性を良好とするとともに、弾性層22bの耐久性を高める機能を有し、熱伝導率が高く耐久性に富む材料で形成される。例えば、PEIやPFAまたはPTFEからなるフッ素樹脂塗料を塗布したもの、あるいはシリコーンゴム層やフッ素ゴム層を形成したものが用いられる。
ヒータ23は、定着ベルト21の内周側で、かつ定着ベルト21から離隔した位置で装置本体2に固定されている。このヒータ23は、定着ベルト21を輻射熱で直接加熱するよう単一の発光領域を有する公知の熱源で構成されている。この熱源としてはいわゆる輻射熱ヒータで構成され、例えば、ハロゲンランプの放射熱を直接利用したハロゲンヒータ、不活性ガス中に炭素繊維を封入した石英管で構成されるカーボンヒータ、セラミック内部に埋め込まれた抵抗配線で構成されるセラミックヒータが挙げられる。ヒータ23への通電および非通電の制御は、前述の制御部によって行われる。
なお、ヒータ23は、単一の発光領域を有する公知の熱源以外の熱源で構成するようにしてもよい。例えば、ヒータ23を、電磁誘導の原理を利用して発熱させる公知の電磁誘導加熱ヒータで構成するようにしてもよい。この電磁誘導加熱ヒータは、例えば、国際公開第2005/38533号に記載された加熱装置や特開2007−334205号公報に記載された加熱装置が挙げられる。これらの加熱装置は、具体的には、定着ベルトの外周側に配置され、励磁コイルおよびフェライトで形成されたコアからなる励磁装置を備えている。これらの加熱装置は、さらに、定着ベルトの内周側に配置され、定着ベルトを挟んでコアと対向する対向コアと、励磁装置を制御する制御ユニットを備えている。
この電磁誘導加熱ヒータにおいては、制御ユニットにより、励磁コイルに高周波の交番電流を流されると、励磁コイルの周囲に磁界が形成されて、定着ベルト21の金属からなるベルト基材21aに渦電流が生じる。渦電流が生じると、ベルト基材21a自身の電気抵抗によってジュール熱が発生する、いわゆる相互誘導加熱により発熱する。
したがって、この場合、ベルト基材21aは、いわゆる発熱層となる。この発熱層は、例えば、10μm程度の厚みで形成され、比較的効率の良い銅(Cu)で形成されることが好ましい。このジュール熱によって、ベルト基材21a全体が加熱される。この電磁誘導加熱ヒータで構成される定着装置10は、少ないエネルギー消費と短い立ち上げ時間とで、定着ベルト21の表面温度、すなわち定着温度を所望の温度まで昇温させることができる。
ニップ形成部材24は、高い剛性を有する材料からなり、図2、図3に示すニップ部Nを通過する記録紙Sの幅方向に細長く形成され、幅方向に直交する断面が略長方形に形成されている。この定着ベルト21の内周側で加圧ローラ22と対向してニップ部Nを形成するようになっている。このニップ部Nは、平坦な形状で形成されているが、加圧ローラ22と反対方向に凹んだ凹形状や、その他の湾曲した形状で形成されていてもよい。ニップ部Nの形状は、凹形状の方が、記録紙Sの先端の排出方向が加圧ローラ22の側に寄る方向になるので、記録紙Sのニップ部Nからの分離性が向上し、いわゆるジャムの発生が抑制される。このニップ形成部材24の外周面には、摺動部材25が接合されるようになっており、支持部材26と連結される連結部24aを介して装置本体2に固定されている。
摺動部材25は、耐摩耗性、耐熱性、摩擦係数などの機械的強度の高い材料、例えば、
PFA、PTFEなどの樹脂材料で構成されている。また、摺動部材25は、厚みが50μmないし2500μm程度のシートで構成されており、図3、図4(a)に示すように、ニップ形成部材24の外周面に密着して接合されている。なお、この摺動部材25は、PFA、PTFEなどの樹脂材料をニップ形成部材24の外周面に塗布して所定の厚みを有する膜を形成するようにしてもよい。
図4(b)に示すように、摺動部材25は、加圧ローラ22により加圧される加圧面部41と、加圧ローラ22により加圧されない非加圧面部42、43とを有している。
この加圧面部41と定着ベルト21とによりニップ部Nが形成されている。
加圧面部41は、加圧面部41から加圧ローラ22の方向に突出するとともに、定着ベルト21の矢印aで示す摺動方向に対して傾斜角θ1で傾斜する複数の突起51を有している。これらの複数の突起51によって第1の傾斜溝52が形成されている。この突起51は、加圧面部41から突出する突出高さh1、厚みt1および摺動方向に直交する幅方向の間隔p1で形成されている。この加圧面部41は、定着ベルト21を介して加圧ローラ22により、ほぼ全域が加圧され、加圧領域となっている。
非加圧面部42は、加圧面部41と同様、非加圧面部42から加圧ローラ22の方向に突出するとともに、傾斜角θ1と反対の方向に傾斜角θ2で傾斜する複数の突起53を有している。これらの複数の突起53によって第2の傾斜溝54が形成されている。この突起53は、突起51と同様、非加圧面部42から突出する突出高さh2、厚みt2および摺動方向に直交する幅方向の間隔p2で形成されている。
非加圧面部43は、非加圧面部42と同様、非加圧面部43から加圧ローラ22の方向に突出するとともに、傾斜角θ1と反対の方向に傾斜角θ3で傾斜する複数の突起55を有している。これらの複数の突起55によって第2の傾斜溝56が形成されている。この突起53は、突起51と同様、非加圧面部42から突出する突出高さh3、厚みt3および摺動方向に直交する幅方向の間隔p3で形成されている。
この第1の傾斜溝52内および第2の傾斜溝54、56内には、潤滑剤が塗布され、定着ベルト21が摺動部材25上を移動する際に、滑らかに摺動できるようになっている。
この潤滑剤は、公知のもので構成されており、例えば、シリコーンオイル、フッ素グリスで構成されている。
摺動部材25の材料や厚み、突起51、52、53の加圧面部41から突出する突出高さh1、h2、h3、厚みt1、t2、t3および摺動方向に直交する幅方向の間隔p1、p2、p3、は、それぞれ定着装置10の設定諸元に応じて適宜選択される。これらの各寸法は、同じ寸法で形成されていることが好ましいが、異なった寸法で形成されていてもよい。
非加圧面部42、43においては、加圧ローラ22により加圧されないものの、定着ベルト21が移動する際に、定着ベルト21の内周面が、ほぼ全域に亘って接触するようになっており、その接触する部分が定着ベルト21の摺動領域となっている。
また、第1の傾斜溝52と第2の傾斜溝54との境界は、非加圧面部42の領域内にあるよう突起51、53が形成され、第1の傾斜溝52と第2の傾斜溝56との境界は、非加圧面部43の領域内にあるよう突起51、55が形成されている。
摺動部材25の加圧面部41に形成された第1の傾斜溝52および非加圧面部42、43に形成された第2の傾斜溝54、56は、複数の突起55以外の構造で構成するようにしてもよい。
例えば、図5(a)、(b)に示すように、縦糸61と横糸62とを交互に浮き沈みさせて織目を形成した綾織形状の織布63で摺動部材25Aを構成するようにしてもよい。
この織布63は、摺動部材25と同様、耐摩耗性、耐熱性、摩擦係数などの機械的強度の高い材料、例えば、PFA、PTFEなどの樹脂材料で構成されている。
摺動部材25Aは、加圧面部41A、非加圧面部42A、43Aで構成される。
この場合、縦糸61および横糸62とが浮き上がって織り込まれた部分が突出部分として機能し、縦糸61および横糸62とが沈み込んで織り込まれた部分の近傍が第1の傾斜溝および第2の傾斜溝として機能する。
この織布63は綾織形状で織目が形成されているので、浮き上がって織り込まれた部分が突出部分となり、摺動方向に約45度で傾斜する破線および実線で示すうねとなっている。逆に、沈み込んで織り込まれた部分の近傍、すなわちうねの近傍が前述の傾斜と反対方向に約45度で傾斜する溝部分となっている。このうねの頂部がそれぞれ定着ベルト21の内周面と接触し、この溝部分に潤滑剤が塗布される。
また、加圧面部41における前述の加圧領域の面積に対して、非加圧面部42、43における前述の摺動領域の面積の合計の面積の方が大きくなるよう、加圧面部41および非加圧面部42、43が形成されている。
支持部材26は、ニップ形成部材24と同様に、記録紙Sの幅方向に細長く形成され、幅方向に直交する断面がヒータ23側に開口する溝で形成されている。この支持部材26は、ニップ形成部材24を支持する支持部26aと、ヒータ23および反射部材28を収容する収容部26bとを有している。支持部26aは、ニップ形成部材24の連結部24bに連結され、ニップ形成部材24が加圧ローラ22の加圧力によって紙幅方向に撓まないよう支持している。すなわち、記録紙Sの幅方向で均一なニップ幅を得られるようにしている。支持部材26は、ニップ形成部材24と同様に、定着ベルト21の内周側に配置され、装置本体2に固定されている。
保持部材27は、定着ベルト21の外周側に配置され、装置本体2に固定されている。
この保持部材27は、支持部材26の紙幅方向の両端部を保持する保持機能と、支持部材26の装置本体2に対する位置を決める位置決め機能とを有している。また、保持部材27は、回転走行する定着ベルト21の紙幅方向のズレが発生しないよう、定着ベルト21の紙幅方向の両端側を案内する走行ガイドとしての機能も有している。
反射部材28は、装置本体2に固定される固定部28aとヒータ23から出射される光を定着ベルト21の内周側に向けて反射する反射面部28bと、支持部材26を覆うカバー部28cとを有している。固定部28aは、紙幅方向の両端部に形成されており、両端部で装置本体2に固定されている。反射面部28bは、支持部材26とヒータ23との間に位置し、ヒータ23に対向する側でヒータ23を囲むよう湾曲した湾曲面を有している。
カバー部28cは、支持部材26の支持部26aの反対側で開口する開口部分の紙幅方向のほぼ全体を覆うよう構成されている。この反射部材28により、ヒータ23からの輻射熱などにより支持部材26が加熱されてしまうことによる無駄なエネルギーの消費が抑制される。なお、反射部材28を備える代わりに、支持部材26の収容部26bの内周面に鏡面処理を行っても同様の反射効果を得ることが可能となる。また、支持部材26の収容部26bの内周面側を、ヒータ23から伝わる熱を断熱する断熱材で形成してもヒータ23の断熱効果を得ることが可能となる。
遮光部材29は、ヒータ23から発する光を、記録紙Sの大さきに応じて、遮光するよう構成されており、図6に示すように、記録紙SがA3サイズの場合は、A3の記録紙Sに輻射熱が伝達されるよう遮光する部分が両端部の比較的に狭い領域となっている。
また、記録紙SがB4サイズの場合は、B4の記録紙Sに輻射熱が伝達されるよう遮光する部分がA3の記録紙Sより広い領域となっている。記録紙Sがハガキサイズの場合は、ハガキサイズの記録紙Sに輻射熱が伝達されるよう遮光する部分が広い領域となっている。
遮光部材29は、定着ベルト21の内側とヒータ23との間に位置し、幅方向の一端部および他端部が、図示しないガイドにより装置本体2に、回転可能に支持されている。
記録紙Sの大さきに応じて、回転し、不必要な領域を遮光するようになっている。
これにより、紙幅の狭い記録紙Sを連続通紙した場合でも、非通紙領域が不必要に高温となってしまう、いわゆる過昇温状態になることが抑制される。したがって、過昇温状態になるのを避けるために生産性を落とすなどの制御を行うことが不必要となる。また、これにより、ハロゲンヒータで構成されるヒータ23のハロゲンヒータの本数を、例えば、3本から2本に低減することが可能となり、生産コストが低減され、省エネルギー化に寄与することができる。
ベルト保護部材31は、中央部に図示しない貫通孔を有する円盤で形成されており、この貫通孔には保持部材27の突出部が挿入されるようになっている。ベルト保護部材31は、保持部材27の基端部に装着され基端部とともに、定着ベルト21の記録紙Sの幅方向への移動を規制している。このベルト保護部材31の平坦な側面には、定着ベルト21の端部が突き当たるとともに、接触しながら回転するので、比較的弾力性があり、摩擦係数の比較的小さな表面が滑らかな材料で形成されている。
以下、図1を参照して上記カラー画像形成装置1の動作について簡単に説明する。
カラー画像形成装置1は、その作像動作が開始されると、各プロセスユニット4Y、4C、4M、4Bkの感光体ドラム4dが図示しない駆動装置によって図の時計回りに回転駆動され、各感光体ドラム4dの表面が帯電ローラ4rによって所定の極性に一様に帯電される。帯電された感光体ドラム4dの表面には光書込装置3からレーザー光がそれぞれ照射されて、それぞれの感光体ドラム4dの表面には静電潜像が形成される。このとき、各感光体ドラム4dに光書込する画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、シアン、マゼンダおよびブラックの色情報に分解した単色の画像情報である。このように感光体ドラム4d上に形成された静電潜像に、各現像装置4gによってトナーが供給されることにより、静電潜像はトナー画像(現像剤像)として可視像化される。
駆動ローラ5bが図の反時計回りに回転駆動されることにより、転写ベルト5aが図の矢印で示す方向に走行駆動される。また、各一次転写ローラ5dに、トナーの帯電極性と逆特性の定電圧または定電流制御された電圧が印加される。これにより、各一次転写ローラ5dと各感光体ドラム4dとの間の一次転写ニップにおいて転写電界が形成される。そして各プロセスユニット4Y、4C、4M、4Bkの感光体ドラム4dに形成された各色のトナー画像が、上記一次転写ニップにおいて形成された転写電界によって、転写ベルト5a上に順次重ね合わせて転写される。このようにして転写ベルト5aはその表面にフルカラーのトナー画像を担持する。
また、上記トナー画像が転写された後の各感光体ドラム4dの表面に付着する残留トナーは、クリーニングブレード4bによって除去される。次いで、各感光体ドラム4dの表面上の電荷が図示していない徐電装置によって除かれるいわゆる徐電作用を受け、その表面電位が初期化されて次の画像形成に備えられる。
また、形成された各感光体ドラム4d上の静電潜像に対して現像手段によりトナーを付着させてトナー画像を形成する作像動作が開始されると、カラー画像形成装置の下部では、給紙ローラ7bが回転駆動する。この回転駆動によって、記録紙Sのシート給送装置7に収容された記録紙Sが搬送経路Rに送り出される。搬送経路Rに送り出された記録紙Sは、レジストローラ9によってタイミングを計られて、二次転写ローラ5eとそれに対向する駆動ローラ5bとの間の二次転写ニップに送られる。このとき二次転写ローラ5eに、転写ベルト5a上のトナー画像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加されており、これにより二次転写ニップに転写電界が形成されている。
そして、二次転写ニップに形成された転写電界によって転写ベルト5a上のトナー画像が記録紙S上に一括して転写される。トナー画像が転写された記録紙Sは定着装置10へと搬送され、定着ベルト21と加圧ローラ22とによって形成されるニップ部Nを通過する。このニップ部Nを通過する際に、記録紙Sが定着ベルト21により加熱されるとともに、加圧ローラ22によって加圧されてトナー画像が記録紙Sに定着される。
図7(a)の矢印方向に定着ベルト21が回転すると、定着ベルト21は、摺動部材25上を摺動する。この摺動の際に、摺動部材25に塗布されている潤滑剤は、図7(b)に示すように、白抜矢印で示す方向に移動する。まず、摺動方向の上流側の非加圧面部42の摺動領域では、潤滑剤は、第2の傾斜溝54に沿って摺動方向に向かって左側方向に斜めに移動する。次いで、加圧面部41の加圧領域では、潤滑剤は、第1の傾斜溝52に沿って摺動方向に向かって右側方向に斜めに移動する。そして、摺動方向の下流側の非加圧面部43の摺動領域では、潤滑剤は、第2の傾斜溝56に沿って摺動方向に向かって左側方向に斜めに移動する。このように潤滑剤は、第1の傾斜溝52と第2の傾斜溝54、56の境界で移動方向が逆転することになる。
また、図8(a)、(b)に示すように、摺動部材25に対して、定着ベルト21が矢印で示すベルト回転方向に摺動するので、定着ベルト21の内周面に付着している潤滑剤は、白抜矢印で示すように、ベルト回転方向に沿って移動する。したがって、定着ベルト21の内周面に付着している潤滑剤は、非加圧面部42から加圧面部41に供給され、加圧面部41から非加圧面部43に順次供給されることになる。定着ベルト21が回転して、摺動部材25に接するので定着ベルト21の内周面に付着した潤滑剤は繰り返し供給されることになる。
従来の摺動部材の場合、摺動部材に形成されている溝が単一の方向で形成された構造であったり、縦糸と横糸の織目が平織形状の織布の構造であったりするので、潤滑剤は、摺動部材の片側の端部に集中的に移動してしまう。このように集中的に潤滑剤が移動してしまうと、摺動部材の端部から漏れ出してしまうことになる。
第1実施形態の摺動部材25には、傾斜方向の異なる第1の傾斜溝52と第2の傾斜溝54、56とが形成されているので、各境界の部分で潤滑剤の移動方向が転換され、従来のように一方方向に移動することはない。その結果、摺動部材25の端部から潤滑剤が漏れ出すことが防止される。
図5(a)、(b)に示す縦糸61と横糸62とを交互に浮き沈みさせて織目を形成した綾織形状の織布63からなる摺動部材25Aであっても、図4(a)、(b)に示す摺動部材25とほぼ同様に潤滑剤が流動する。
次いで、記録紙Sが定着装置10へ搬送されるとき、遮光部材29が回転して、記録紙Sのサイズに応じて不必要な部分への光照射が遮光され、必要な部分にヒータ23からの輻射熱が直接定着ベルト21に伝熱される。
トナー画像が定着された記録紙Sは、図示しない分離機構により定着ベルト21から分離され、排紙ローラ8bによって排紙トレイ8のトレイ8aへと排出される。また、転写後の転写ベルト5a上に残留するトナーは、ベルトクリーニング装置6によって除去され、除去されたトナーは廃トナー収容器へ搬送され回収される。
以上の説明は、記録紙S上にフルカラー画像を形成するときの画像形成動作である。しかしながら、4つの各プロセスユニット4Y、4C、4M、4Bkのいずれか1つを使用して単色画像を形成したり、2つまたは3つのプロセスユニットを使用して、2色または3色の画像を形成したりすることも可能である。
第1実施形態に係る定着装置10は、上述のように構成されているので、次のような効果が得られる。
この第1実施形態に係る定着装置10は、定着ベルト21と、加圧ローラ22と、ヒータ23と、ニップ形成部材24と、潤滑剤が塗布された摺動部材25とを備えている。
この摺動部材25は、加圧面部41と、非加圧面部42、43とを有し、加圧面部には、第1の傾斜溝52が形成され、非加圧面部42、43には、それぞれ第1の傾斜溝52と異なる方向に傾斜する第2の傾斜溝54、56が形成されている。各溝は、突起51、53、55により形成されており、縦糸61および横糸62を交互に浮き沈みさせて織目を形成した綾織形状の織布63によっても形成される。
その結果、摺動部材25に溝部分を形成するだけの簡単な構成で、定着ベルト21の摺動抵抗を低く保ちつつ、潤滑剤の漏れを防止することができ、耐久性を高めることができるという効果が得られる。
この第1実施形態に係る定着装置10においては、突起51、53、55や綾織形状の織布63により、潤滑剤が移動し易く、移動方向をガイドできる溝部分が形成されているので、定着ベルト21が摺動する際に潤滑剤を所定の方向に移動させることができる。
従来の摺動部材の場合、摺動部材に形成されている溝が単一の方向で形成された構造であったり、縦糸と横糸の織目が平織形状の織布の構造であったりするので、潤滑剤は、摺動部材の片側の端部に集中的に移動してしまう。このように集中的に潤滑剤が移動してしまうと、摺動部材の端部から漏れ出してしまうという問題があった。
第1実施形態に係る定着装置10においては、図7(b)に示すように、溝部分に塗布されている潤滑剤は、ニップ部Nとなる加圧面部41では、定着ベルト21の回転に伴って白抜矢印で示すように図中右上方向に移動する。定着ベルト21が加圧されず摺動するだけの摺動領域となるニップ部N以外の非加圧面部42、43では、白抜矢印で示すように、逆方向の図中左上方向に移動することになる。その結果、一方向に流れ出ようとする潤滑剤を逆方向に戻す機能が発揮される。この機能により、潤滑剤は、摺動部材25の端部から、漏れ出すことが防止される。
したがって、従来の漏出の問題が解消され、漏出による潤滑剤の不足で摺動抵抗の増大を起因とするトルク負荷の増大が防止され、生産性の向上を図ることができるという効果が得られる。また、潤滑剤が漏出されないので、記録紙Sを汚すことがなくなり、定着の品質をより向上させることができるという効果が得られる。
また、定着ベルト21の内周面に付着した潤滑剤は、図8(b)に示す白抜矢印のベルト回転方向に移動するので、定着ベルト21の内周面の潤滑剤は、非加圧面部42から加圧面部41に補給され、加圧面部41から非加圧面部43に順次補給されることになる。そして、このような潤滑剤の補給経路が生まれると、定着ベルト21が回転して、摺動部材25に接する際に、定着ベルト21の内周面の潤滑剤は繰り返し補給されることになり、定着ベルト21の摺動抵抗が著しく低減されるという効果が得られる。
また、溝部分の異なる傾斜の境界が、加圧面部41の領域内に位置しないよう各溝部分が形成されているので、溝部分の位置にばらつきがあっても、境界の部分は加圧ローラ22によって加圧されることがなく、摺動部材25の耐久性が高められる。したがって、比較的長い経時に渡って定着装置10が稼働しても、潤滑剤の漏れによるトルク負荷の上昇や周辺の構成要素の汚損の問題が解消されるという効果が得られる。
また、第1実施形態に係る定着装置10においては、加圧面部41における前述の加圧領域の面積に対して、非加圧面部42、43における前述の摺動領域の面積の合計の面積の方が大きくなるよう、加圧面部41および非加圧面部42、43が形成されている。
一般に、ニップ部Nの加圧領域は、圧力が高くなっているので、潤滑剤の単位時間当たりの移動量が多くなっている。他方、ニップ部N以外の摺動領域は、比較的圧力は高くないため、ニップ部N以外の摺動領域の潤滑剤の流れがニップ部Nの加圧領域と比較して良好となる。
このような、ニップ部N以外の摺動領域をニップ部Nの加圧領域に対して広くすることにより、潤滑剤をニップ部Nの加圧領域における流の方向とは逆の方向に流し易くなる。
その結果、摺動部材25の潤滑剤の全体の流れ方向のバランスを確保することができ、潤滑剤の漏出を確実に防止することができるという効果が得られる。
第1実施形態の定着装置10においては、ニップ形成部材24の摺動部材25を接合する領域を平坦な構造で構成した場合について説明した。しかしながら、本発明に係る定着装置においては、ニップ形成部材の摺動部材を接合する領域を他の構造で構成するようにしてもよい。
例えば、図9(a)に示すように、ニップ形成部材74を突出部74aを有する構造で構成するようにしてもよい。この突出部74aは、定着ベルト21の摺動方向の下流側に形成され、ニップ形成部材74から加圧ローラ22の方向に突出して形成されている。
このニップ形成部材74に接合される摺動部材75は、摺動部材25と同様に、加圧面部81、非加圧面部82、83で構成されている。
この構成により、定着ベルト21と、突出部74aの基端部分との間に間隙75aが形成され、定着ベルト21が摺動部材75に接触しない非接触領域が形成される。そして、図9(b)に示すように、加圧面部81と非加圧面部83の突起や綾織形状の織布によって形成される各溝部分の異なる傾斜の境界が、この間隙75aに位置するよう、各溝部分を形成するよう摺動部材75を構成する。
この構成により、溝部分の境界が、間隙75aに位置するよう各溝部分が形成されているので、溝部分の位置にばらつきがあっても、摺動部材75の境界の部分は加圧ローラ22によって加圧されるストレスの発生がなく、摺動部材75の耐久性が高められる。したがって、摺動部材75が高寿命となり、比較的長い経時に渡って定着装置10が稼働しても、潤滑剤の漏れによるトルク負荷の上昇や周辺の構成要素の汚損の問題が解消されるという効果が得られる。
(第2実施形態)
次いで、第2実施形態に係る定着装置100について図面を参照して説明する。
第2実施形態に係る定着装置100においては、第1実施形態における定着装置10のニップ形成部材24およびこのニップ形成部材24の周辺の構成要素が異なっているが、他の構成要素は同様に構成されている。したがって、同一の構成要素については、図1ないし図8(a)、(b)に示した第1実施形態と同一の符号を用いて説明し、特に相違点についてのみ詳述する。
第2実施形態に係るカラー画像形成装置1は、定着装置100により構成されており、定着装置100以外の構成要素は、第1実施形態と同様に構成されている。
定着装置100は、図10に示すように、ヒータ123と、ニップ形成部材124と、摺動部材125と、支持部材126と、保持部材127と、反射部材128以外は、第1実施形態と同様に構成されている。
ヒータ123は、ヒータケース123aと、一対のハロゲンランプで構成されており、定着ベルト21の内周側で、かつ定着ベルト21から離隔した位置で装置本体2に固定されている。
ニップ形成部材124は、ニップ部Nを通過する記録紙Sの幅方向に細長く形成され、幅方向に直交する断面が略長方形に形成されている。このニップ形成部材124の外周面には、摺動部材125が接合されるようになっており、支持部材126と連結される連結部124aを介して装置本体2に固定されている。
摺動部材125は、第1実施形態の摺動部材25と同様に、耐摩耗性、耐熱性、摩擦係数などの機械的強度の高い材料および形状で形成されており、図示しない加圧面部および非加圧面部を有している。この加圧面部および非加圧面部には、第1実施形態の摺動部材25と同様の第1の傾斜溝および第2の傾斜溝が形成されており、潤滑剤が塗布されている。
支持部材126は、ニップ形成部材124と同様に、記録紙Sの幅方向に細長く形成され、ニップ形成部材124を支持する支持部126aを有している。支持部126aは、ニップ形成部材124の連結部124aに連結され、ニップ形成部材124が加圧ローラ22の加圧力によって紙幅方向に撓まないよう支持している。支持部材126は、ニップ形成部材124と同様に、定着ベルト21の内周側に配置され、装置本体2に固定されている。
保持部材127は、定着ベルト21の外周側に配置され、装置本体2に固定されている。この保持部材127は、支持部材126の紙幅方向の両端部を保持する保持機能と、支持部材126の装置本体2に対する位置を決める位置決め機能とを有している。また、保持部材127は、回転走行する定着ベルト21の紙幅方向のズレが発生しないよう、定着ベルト21の紙幅方向の両端側を案内する走行ガイドとしての機能も有している。
反射部材128は、装置本体2に固定される固定部128aとヒータ123から出射される光を定着ベルト21の内周側に向けて反射する反射面部128bと、支持部材126を覆うカバー部128cとを有している。
固定部128aは、紙幅方向の両端部に形成されており、両端部で装置本体2に固定されている。反射面部128bは、支持部材126とヒータ123との間に位置し、ヒータ123に対向する側でヒータ123を囲むよう凹んで形成された凹部を有している。
カバー部128cは、支持部材126の支持部126aの反対側で紙幅方向のほぼ全体を覆うよう構成されている。この反射部材128により、ヒータ123からの輻射熱などにより支持部材126が加熱されてしまうことによる無駄なエネルギーの消費が抑制される。
なお、第2実施形態に係るカラー画像形成装置1は、第1実施形態と同様に動作する。
第2実施形態に係るカラー画像形成装置1においても、図11(a)に示すように、記録紙SがA3サイズの場合、A3サイズの記録紙Sがニップ部Nを通過する際に、遮光部材29が回転し、不必要な部分にヒータ123の輻射熱が伝達されないよう制御される。また、図11(b)に示すように、記録紙Sがハガキサイズの場合、ハガキサイズの記録紙Sがニップ部Nを通過する際に、遮光部材29が回転し、不必要な部分にヒータ123の輻射熱が伝達されないよう制御される。
第2実施形態に係る定着装置100は、上述のように構成されているので、第1実施形態と同様の効果が得られる。
この第2実施形態に係る定着装置100は、定着ベルト21と、加圧ローラ22と、ヒータ23と、ニップ形成部材124と、潤滑剤が塗布された摺動部材125とを備えている。この摺動部材125は、第1実施形態と同様の加圧面部と、非加圧面部とを有し、加圧面部には、第1の傾斜溝が形成され、非加圧面部には、第1の傾斜溝と異なる方向に傾斜する第2の傾斜溝が形成されている。各溝は、突起により形成されており、縦糸および横糸を交互に浮き沈みさせて織目を形成した綾織形状の織布によっても形成される。
その結果、第1実施形態と同様、摺動部材125に溝部分を形成するだけの簡単な構成で、定着ベルト21の摺動抵抗を低く保ちつつ、潤滑剤の漏れを防止することができ、耐久性を高めることができるという効果が得られる。
この第2実施形態に係る定着装置100においても、突起や綾織形状の織布により、潤滑剤が移動し易く、移動方向をガイドできる溝部分が形成されているので、定着ベルト21が摺動する際に潤滑剤を所定の方向に移動させることができる。
(第3実施形態)
次いで、第3実施形態に係る定着装置200について図面を参照して説明する。
第3実施形態に係る定着装置200においては、第1実施形態における定着装置10のニップ形成部材24およびこのニップ形成部材24の周辺の構成要素が異なっているが、他の構成要素は同様に構成されている。したがって、同一の構成要素については、図1ないし図8(a)、(b)に示した第1実施形態と同一の符号を用いて説明し、特に相違点についてのみ詳述する。
第3実施形態に係るカラー画像形成装置1は、定着装置200により構成されており、定着装置200以外の構成要素は、第1実施形態と同様に構成されている。
定着装置200は、図12に示すように、ヒータ223と、ニップ形成部材224と、摺動部材225と、支持部材226と、保持部材227と、反射部材228以外は、第1実施形態と同様に構成されている。
ヒータ223は、ヒータケース223aと、3個のハロゲンランプで構成されており、定着ベルト21の内周側で、かつ定着ベルト21から離隔した位置で装置本体2に固定されている。
ニップ形成部材224は、ニップ部Nを通過する記録紙Sの幅方向に細長く形成され、幅方向に直交する断面が略長方形に形成されている。このニップ形成部材224の外周面には、摺動部材225が接合されるようになっており、支持部材226と連結される連結部224aを介して装置本体2に固定されている。
摺動部材225は、第1実施形態の摺動部材25と同様に、耐摩耗性、耐熱性、摩擦係数などの機械的強度の高い材料および形状で形成されており、図示しない加圧面部および非加圧面部を有している。この加圧面部および非加圧面部には、第1実施形態の摺動部材25と同様の第1の傾斜溝および第2の傾斜溝が形成されており、潤滑剤が塗布されている。
支持部材226は、ニップ形成部材224と同様に、記録紙Sの幅方向に細長く形成され、ニップ形成部材224を支持する支持部226aを有している。支持部226aは、ニップ形成部材224の連結部224aに連結され、ニップ形成部材224が加圧ローラ22の加圧力によって紙幅方向に撓まないよう支持している。支持部材226は、ニップ形成部材224と同様に、定着ベルト21の内周側に配置され、装置本体2に固定されている。
保持部材227は、定着ベルト21の外周側に配置され、装置本体2に固定されている。この保持部材227は、支持部材226の紙幅方向の両端部を保持する保持機能と、支持部材226の装置本体2に対する位置を決める位置決め機能とを有している。また、保持部材227は、回転走行する定着ベルト21の紙幅方向のズレが発生しないよう、定着ベルト21の紙幅方向の両端側を案内する走行ガイドとしての機能も有している。
反射部材228は、装置本体2に固定される固定部228aとヒータ223から出射される光を定着ベルト21の内周側に向けて反射する反射面部228bと、支持部材226を覆うカバー部228cとを有している。固定部228aは、紙幅方向の両端部に形成されており、両端部で装置本体2に固定されている。反射面部228bは、支持部材226とヒータ223との間に位置し、ヒータ223に対向する側でヒータ223を囲むよう凹んで形成された凹部を有している。
カバー部228cは、支持部材226の支持部226aの反対側で紙幅方向のほぼ全体を覆うよう構成されている。この反射部材228により、ヒータ223からの輻射熱などにより支持部材226が加熱されてしまうことによる無駄なエネルギーの消費が抑制される。
なお、第3実施形態に係るカラー画像形成装置1は、第1実施形態および第2実施形態と同様に動作する。
第3実施形態に係る定着装置200は、上述のように構成されているので、第1実施形態と同様の効果が得られる。
この第3実施形態に係る定着装置200は、定着ベルト21と、加圧ローラ22と、ヒータ23と、ニップ形成部材224と、潤滑剤が塗布された摺動部材225とを備えている。この摺動部材225は、第1実施形態と同様の加圧面部と、非加圧面部とを有し、加圧面部には、第1の傾斜溝が形成され、非加圧面部には、第1の傾斜溝と異なる方向に傾斜する第2の傾斜溝が形成されている。各溝は、突起により形成されており、縦糸および横糸を交互に浮き沈みさせて織目を形成した綾織形状の織布によっても形成される。
その結果、第1実施形態と同様、摺動部材225に溝部分を形成するだけの簡単な構成で、定着ベルト21の摺動抵抗を低く保ちつつ、潤滑剤の漏れを防止することができ、耐久性を高めることができるという効果が得られる。
この第2実施形態に係る定着装置200においても、突起や綾織形状の織布により、潤滑剤が移動し易く、移動方向をガイドできる溝部分が形成されているので、定着ベルト21が摺動する際に潤滑剤を所定の方向に移動させることができる。