JP6315213B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着ベルトを有する定着装置、及び該定着装置を備えた画像形成装置に関する。

従来より、電子写真方式の画像形成装置に搭載される定着装置として、略円筒状の可撓性を有する無端状の定着ベルトに加圧ローラーを圧接させ、加圧ローラーの回転駆動により定着ベルトを回転させて定着ベルトと加圧ローラーとの間に用紙を通過させることで当該用紙にトナー像を定着させるようにした定着装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような従来例では、例えば、図９及び図１０に示すような端部変形規制部材１０１が用いられる。図９は、端部変形規制部材１０１と、定着ベルト（図示せず）の内部に配置された部材とを底面側から見た斜視図である。図１０は、端部変形規制部材１０１を拡大して示す正面図である。ハウジングの側板（図示せず）に支持された端部変形規制部材１０１が定着ベルトの両端部に挿入されている。端部変形規制部材１０１は、ベース部１０２と、ベース部１０２の内側の面に突設された挿入部１０３とを備えている。挿入部１０３は、定着ベルトの両端部に挿入されて定着ベルトの内周面と摺接し、定着ベルトの両端部を内側から保持してベルト端部の変形を規制している。挿入部１０３の外周面は、定着ベルトの内周面を内側から保持するガイド面となる。

図９中、１０４はヒーター、１０５は支持部材である。ヒーター１０４及び支持部材１０５は、端部変形規制部材１０１の貫通孔１０１ａを貫通している。支持部材１０５は、ヒーター１０４と支持部材１０５との間に配置された反射板（図示せず）を下方から支持している。

１０６はカバー部材である。カバー部材１０６は、ヒーター１０４から定着ベルトの非通紙領域に向かう輻射熱を遮断する。

１０７は押圧部材である。押圧部材１０７は、支持部材１０５で支持されて、押圧部材１０７の反りが規制されている。押圧部材１０７の下面は、定着ベルトを加圧ローラー（図示せず）に向かって押圧して、定着ベルトと加圧ローラーとの間に定着ニップを形成する。

支持部材１０５及び押圧部材１０７の端部は、端部変形規制部材１０１の挿入部１０３に挿入されて保持されている。

特開２０１４−１０６５２０号公報

しかし、端部変形規制部材１０１の挿入部１０３は、図９及び図１０に示すように、切欠部Ｃが形成されているため、定着ベルトが回転して挿入部１０３の外周面を定着ベルトの内周面が摺動すると、切欠部Ｃ両端に対応する開放端部１０３ａで定着ベルトが変形して応力が集中することがある。定着ベルトは、回転することでこの応力を繰返し受けて疲労破壊に至る。

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、端部変形規制部材の挿入部の外周面を定着ベルトの内周面が摺動することによる定着ベルトの疲労破壊を防止することである。

本発明に係る定着装置は、加熱手段と、上記加熱手段により加熱される略円筒状の可撓性定着ベルトと、上記定着ベルトの内周面を押圧する押圧部材と、上記押圧部材に対して上記定着ベルトを挟んで圧接されると共に圧接状態で回転駆動されることで上記定着ベルトを回転させる加圧ローラーと、を備え、上記定着ベルトと上記加圧ローラーとの間に用紙を通過させることで当該用紙にトナー像を定着させる定着装置であって、上記定着ベルトの両端部に挿入される挿入部を有し、該挿入部の外周面を摺動する上記定着ベルトの両端部を挿入部で内側から保持してベルト端部の変形を規制する一対の端部変形規制部材を備え、上記挿入部は、ベルト回転軸方向から見て上記押圧部材側に開放するＣ字状をなす円弧部と、該円弧部における該押圧部材側の端部同士を連結する平板部とを有していて、ベルト回転方向に切れ目なく連続しており、上記挿入部の外周面のうち上記円弧部の両端部と上記平板部との接続部に対応する箇所は、所定の曲率半径を有する曲面状に形成されている。

この構成によれば、端部変形規制部材の挿入部は、従来例のような切欠部がなく、ベルト回転方向に切れ目なく連続しているため、定着ベルトの内周面が挿入部の外周面をスムーズに摺動し、切欠部両端に対応する開放端部で定着ベルトが変形して応力が集中するといった従来例で生じ得る不具合がなく、定着ベルトの疲労破壊を防止することができる。

この場合、上記曲率半径は、２ｍｍ以上であることが望ましい。

この構成によれば、定着ベルトのスムーズな摺動が確保され、定着ベルトの疲労破壊を防止する効果が増す。

また、上記挿入部の外周面における上記押圧部材側は、上記定着ベルトと隙間をあけて離間していてもよい。

この構成によれば、例えば、端部変形規制部材を支持するハウジングの側板の歪み等、何らかの事情で端部変形規制部材が傾いても、挿入部と定着ベルトとの間の押圧部材側に隙間があることで、当該箇所で挿入部が定着ベルトに干渉せず、ベルト端部の変形、ひいては定着ベルトの破損を防止することができる。

また、上記挿入部の外周面における上記押圧部材側には、ベルト挿入側に行くに従ってベルト回転中心に次第に接近する傾斜面が形成されていてもよい。

この構成によれば、端部変形規制部材が何らかの事情で傾いても、挿入部の押圧部材側に傾斜面があることで、挿入部が定着ベルトに干渉せず、ベルト端部の変形、ひいては定着ベルトの破損を防止することができる。

本発明に係る画像形成装置は、上記したいずれかの定着装置を備えている。

本発明によれば、端部変形規制部材の挿入部が切れ目なく連続していることで、挿入部に対する定着ベルトのスムーズな摺動が実現でき、ベルト変形による応力集中がなく、定着ベルトの疲労破壊を防止することができる。

図１は、プリンター（画像形成装置）の内部構造を示す概略図である。 図２は、定着装置の断面図である。 図３は、定着装置の一端側を示す正面図である。 図４は、端部変形規制部材（規制本体）を拡大して示す斜視図である。 図５は、端部変形規制部材（規制本体）を拡大して示す正面図である。 図６は、端部変形規制部材（規制本体）を拡大して示す側面図である。 図７は、規制本体の通紙入口側及び通紙出口側の曲率半径とベルト破断との関係を示す実験データである。 図８は、端部変形規制部材（規制本体）の変形例を示す図６相当図である。 図９は、従来例の端部変形規制部材と定着ベルト内部の配置部材とを底面側から見た斜視図である。 図１０は、従来例の端部変形規制部材を拡大して示す正面図である。 図１１は、従来例の定着装置を示す図３相当図である。 図１２は、端部変形規制部材が傾いてベルト端部が変形した従来例の定着装置を示す図１１相当図である。

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。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

《実施形態》
図１は、プリンター１（画像形成装置）の内部構造を示す概略図である。図１における紙面手前側をプリンター１の「前側」とし、紙面奥側をプリンター１の「後側」とする。また、紙面左側をプリンター１の「左側」とし、紙面右側をプリンター１の「右側」とする。さらに、紙面上側をプリンター１の「上側」とし、紙面下側をプリンター１の「下側」とする。これらは図２で共通する。図３は、図１及び図２を紙面右側から見た図である。

プリンター１は、箱型形状のプリンター本体２を備えている。プリンター本体２の下部には、用紙を収納する給紙カセット３が収容されている。プリンター本体２の上面には、排紙トレイ４と、上下に開閉可能な上カバー５とが設けられている。上カバー５の下方には、トナーコンテナ６が収納されている。

プリンター本体２の上部には、レーザー・スキャニング・ユニット（ＬＳＵ）で構成される露光器７が排紙トレイ４の下方に配置されている。露光器７の下方には、画像形成部８が設けられている。画像形成部８には、像担持体である感光体ドラム９が回転可能に設けられている。感光体ドラム９の周囲には、帯電器１０、現像器１１、転写ローラー１２及びクリーニング装置１３が、感光体ドラム９の回転方向（図１の矢印Ｘ参照）に沿って配置されている。

プリンター本体２の内部には、用紙の搬送経路１４が設けられている。搬送経路１４の上流端には、給紙部１５が設けられている。搬送経路１４の中流部には、感光体ドラム９と転写ローラー１２とによって構成される転写部１６が設けられている。搬送経路１４の下流部には、定着装置１７が設けられている。搬送経路１４の下流端には、排紙部１８が設けられている。搬送経路１４の下方には、両面印刷用の反転経路１９が形成されている。

このように構成されたプリンター１では、プリンター１に電源が投入されると、各種パラメーターが初期化され、定着装置１７の温度設定等の初期設定が実行される。そして、プリンター１に接続されたコンピューター等から画像データが入力され、印刷開始の指示がなされると、以下のようにして画像形成動作が実行される。

まず、感光体ドラム９の表面が帯電器１０で帯電される。その後、露光器７から照射されたレーザー光（図１の二点鎖線Ｐ参照）で感光体ドラム９に対して画像データに対応した露光が行われ、感光体ドラム９の表面に静電潜像が形成される。次に、この静電潜像を現像器１１でトナー像に現像する。

一方、給紙部１５で給紙カセット３から取り出された用紙は、上記の画像形成動作とタイミングを合わせて転写部１６に搬送され、転写部１６で感光体ドラム９上のトナー像が用紙に転写される。感光体ドラム９上に残留したトナーは、クリーニング装置１３で回収される。トナー像を転写された用紙は、搬送経路１４を下流側に搬送されて定着装置１７に進入し、定着装置１７で用紙にトナー像が定着される。トナー像が定着された用紙は、排紙部１８から排紙トレイ４に排出される。

図２は、定着装置１７の断面図であり、図２の矢印Ｙは、用紙の搬送方向を示している。図３は、定着装置１７の一端側を示す正面図である。

定着装置１７は、ハウジング２０内に定着ベルト２１と、定着ベルト２１の下側に配置される加圧ローラー２２とを備えている。

定着ベルト２１の内側には、ヒーター（加熱手段）２３が配置されている。ヒーター２３の下側には、反射板２４が配置されている。反射板２４の下側には、支持部材２５が配置されている。支持部材２５の下側には、押圧部材２６が配置されている。支持部材２５の前後両端部には、カバー部材２７が固定されている。定着ベルト２１の前後両端部には、端部変形規制部材２８が挿入されている。定着ベルト２１の上側には、定着ベルト２１の過昇温を防止するための非接触式のサーモカット２９が配置されている。なお、図３においては、定着ベルト２１の内部が透視されている。

定着ベルト２１は、前後方向に長い略円筒状の可撓性ベルトであり、図示しないが、例えば、略円筒状の芯材の外周に弾性層が積層され、弾性層の外周に離型層が被覆されている。これらの一例を挙げると、芯材は、例えば直径２５．４ｍｍ、厚み１ｍｍのＳＵＳ（ステンレス鋼）やニッケル等の金属製、あるいはＰＩ（ポリイミド）等の樹脂製である。弾性層は、例えば厚み２７０μｍのシリコーンゴム製である。離型層は、例えば厚み２０μｍのＰＦＡ（フッ素系樹脂）チューブ製である。芯材の内周面には、定着ベルト２１の摺動性及び熱吸収性を向上させるためにフッ素系のコーティングが施されている。

定着ベルト２１は、通紙領域Ｒ１と、通紙領域Ｒ１の前後両側（通紙領域Ｒ１の前後方向外側）に設けられる非通紙領域Ｒ２とを備えている。通紙領域Ｒ１は、最大サイズの用紙が通過する領域である。非通紙領域Ｒ２は、最大サイズの用紙が通過しない領域である。

加圧ローラー２２は、前後方向に長い略円筒状に形成され、モーター等の駆動源（図示せず）に接続されて回転する。加圧ローラー２２は、定着ベルト２１に圧接していて、定着ベルト２１と加圧ローラー２２の間には、定着ニップ３０が形成されている。加圧ローラー２２は、例えば、略円筒状の芯材３１の外周に弾性層３２が積層され、弾性層３２の外周に離型層（図示せず）が被覆されている。これらの一例を挙げると、芯材３１は、例えば直径２５ｍｍ、厚み１ｍｍの鉄等の金属製である。弾性層３２は、例えば厚み５．５ｍｍのシリコーンゴム製である。離型層は、例えば厚み５０μｍのＰＦＡチューブ製である。

ヒーター２３は、例えばハロゲンヒーターであり、定着ベルト２１の内部空間の上部、つまり定着ベルト２１の回転中心に対して上側（加圧ローラー２２から離間する側）に偏った位置に配置され、定着ベルト２１を加熱する。

反射板２４は、例えば光輝アルミニウム等の金属製で、前後方向に長い形状に形成され、ヒーター２３と支持部材２５との間に配置されている。

支持部材２５は、前後方向に長い形状に形成されていて、反射板２４と直接的に接触しないようにスペーサー３３を介して反射板２４を下方から支持している。支持部材２５は、例えばＳＥＣＣ（亜鉛メッキ鋼板）等からなる一対のＬ字状の板金３４を四角筒状に組み合わせて形成されている。支持部材２５の左下隅部（上側の板金３４の左下端部）は、下側の板金３４よりも下方に突出して係合突起２５ａを構成している。支持部材２５の両側壁２５ｂは、上下方向に沿って延びており、互いに平行に設けられている。これにより、支持部材２５は、略長方形の外郭形状を有している。支持部材２５は、端部変形規制部材２８よりも前後方向外側に突出して突出部２５ｃを構成している（図３参照）。

押圧部材２６は、例えば、ＬＣＰ（液晶ポリマー）等の耐熱性樹脂製で前後方向に長い平板状に形成されている。押圧部材２６の上面の左端部には、係合段下げ部２６ａが形成されている。係合段下げ部２６ａには、支持部材２５の係合突起２５ａが係合している。押圧部材２６の上面には、複数のボス２６ｂが突設されている。各ボス２６ｂの上端部は、支持部材２５の下面に当接している。以上のような構成により、押圧部材２６が支持部材２５で支持されて、押圧部材２６の反りが規制されている。

押圧部材２６の下面の左側部分（用紙の搬送方向Ｙ下流側の部分）は、右側（用紙の搬送方向Ｙ上流側）から左側（用紙の搬送方向Ｙ下流側）に向かって下側（加圧ローラー２２側）に湾曲しながら傾斜している。押圧部材２６の下面は、定着ベルト２１の内周面を下側（加圧ローラー２２側）に向かって押圧している。

加圧ローラー２２は、押圧部材２６に対して定着ベルト２１を挟んで圧接されると共に、圧接状態で回転駆動されることで定着ベルト２１を回転させる。そして、定着ベルト２１と加圧ローラー２２との間に用紙を通過させることで当該用紙にトナー像を定着させるようになっている。

カバー部材２７は、正面視で略Ｕ字状に形成されている。カバー部材２７は、定着ベルト２１の非通紙領域Ｒ２と前後方向の位置が対応しており、ヒーター２３から定着ベルト２１の非通紙領域Ｒ２に向かう輻射熱を遮断する機能を有している。

端部変形規制部材２８は、カバー部材２７よりも前後方向外側に一対配置され、装置固定側であるハウジング２０の側板（図示せず）に支持されている。端部変形規制部材２８は、規制本体３５と、規制本体３５に取り付けられるリング３６とを備えている。

規制本体３５は、図４〜図６に拡大して示すように、ベース部３７と、ベース部３７の前後方向内側の面に突設された挿入部３８とを一体に備えている。

規制本体３５には、ベース部３７と挿入部３８とを前後方向に貫通する貫通孔３９が形成され、貫通孔３９をヒーター２３及び支持部材２５が貫通している（図３参照）。ベース部３７上部の左右両端には、規制本体３５をハウジング２０の側板に固定するための取付孔３７ａが形成されている。

挿入部３８は、定着ベルト２１の前後両端部に挿入されて定着ベルト２１の前後両端部の内周面と接触し、挿入部３８の外周面を摺動する定着ベルト２１の両端部を内側から保持してベルト端部の変形を規制している。挿入部３８の外周面は、定着ベルト２１の内周面を内側から保持するガイド面となる。

挿入部３８は、ベルト回転方向に切れ目なく連続していて略円環状をなしている。

従来例では、図９及び図１０に示すように、端部変形規制部材１０１の挿入部１０３は、切欠部Ｃが形成されているため、定着ベルトが回転して挿入部１０３の外周面を定着ベルトの内周面が摺動すると、切欠部Ｃ両端に対応する開放端部１０３ａで定着ベルトが変形して応力が集中し、定着ベルトは、回転することでこの応力を繰返し受けて疲労破壊に至る。

しかし、本実施形態では、図４及び図５に示すように、端部変形規制部材２８の挿入部３８は、従来例のような切欠部Ｃがなく、ベルト回転方向に切れ目なく連続しているため、定着ベルト２１の内周面が挿入部３８の外周面をスムーズに摺動し、切欠部Ｃ両端に対応する開放端部で定着ベルトが変形して応力が集中するといった従来例で生じ得る不具合がない。したがって、端部変形規制部材２８の挿入部３８の外周面を定着ベルト２１の内周面が摺動することによる定着ベルト２１の疲労破壊を防止することができる。

また、端部変形規制部材２８（規制本体３５）の挿入部３８の外周面における通紙入口側（図５左側コーナー部）及び通紙出口側（図５右側コーナー部）の曲率半径Ｒは、２ｍｍ以上である。

これにより、定着ベルト２１のスムーズな摺動を確保して、定着ベルト２１の疲労破壊防止効果を増大することができる。

図７は、その根拠を示す実験データであり、規制本体３５の通紙入口側及び通紙出口側の曲率半径Ｒとベルト破断との関係を示す。つまり、曲率半径Ｒが１ｍｍの比較例では、通紙６２０００枚で定着ベルト２１が破断したが、曲率半径Ｒが２ｍｍの実施例１、曲率半径Ｒが３ｍｍの実施例２、曲率半径Ｒが４ｍｍの実施例３、及び曲率半径Ｒが５ｍｍの実施例４ではいずれも、通紙２０００００枚でも定着ベルト２１は破断しなかった。

さらに、端部変形規制部材２８（規制本体３５）の挿入部３８の外周面における押圧部材２６側、つまり下端部は、定着ベルト２１と隙間Ｓをあけて離間している（図３参照）。

従来例では、図１１に示すように、端部変形規制部材１０１の挿入部１０３下端の切欠部Ｃ両端に対応する開口端部１０３ａ（図９及び図１０参照）が、定着ベルト１０８の内周面と隙間なく接触しているので、開口端部１０３ａで定着ベルト１０８が変形して応力が集中し、定着ベルト１０８の疲労破壊を招く。さらに、例えば、端部変形規制部材１０１を支持するハウジングの側板（図示せず）の歪み等、何らかの事情で端部変形規制部材１０１が図１２に示すように傾くと、挿入部１０３下端の開口端部１０３ａが定着ベルト１０８の内周面を下方に押圧し、ベルト端部の変形が増す。特に、定着ニップ１０９を加圧ローラー１１０が下方から上向きに押圧しているため、下方への僅かな押圧力でベルト端部が大きく変形して大きな負荷となるため、この状態で定着ベルト１０８が回転すると定着ベルト１０８が破損することがある。

しかし、本実施形態では、端部変形規制部材２８の挿入部３８下端の外周面が、定着ベルト２１と隙間Ｓをあけて離間しているため、例えば、端部変形規制部材２８を支持するハウジング２０の側板（図示せず）の歪み等、何らかの事情で端部変形規制部材２８が図１２に示すように傾いても、挿入部３８が定着ベルト２１に干渉する事態を回避でき、ベルト端部の変形、ひいては定着ベルト２１の破損を防止することができる。

図１１及び図１２において、上記説明で使用した符号以外の符号で、１０４はヒーター、１０５は支持部材、１０６はカバー部材、１０７は押圧部材、１１１は反射板である。各々の役割は実施形態における名称のものと同じである。

リング３６は、円環状に形成されている。リング３６は、挿入部３８のベース部３７側に形成された嵌合溝３８ａに嵌合されている。リング３６の幅は、嵌合溝３８ａの溝幅と同等である。また、リング３６の幅は、嵌合溝３８ａの溝幅よりも小さく、前後方向に移動可能にしてもよい。リング３６は、定着ベルト２１の前後両端部の前後方向外側に配置されていて、定着ベルト２１の蛇行（前後方向外側への移動）を規制するとともに、定着ベルト２１の前後方向への押圧を逃がすようにしている。リング３６の上部は、規制本体３５のベース部３７の前後方向内側に配置されていて、リング３６の前後方向外側への移動が規制されている。

上記のように構成された定着装置１７において、用紙にトナー像を定着させる際には、駆動源によって加圧ローラー２２を回転させる（図２の矢印Ａ参照）。これに伴い、定着ベルト２１が加圧ローラー２２とは逆方向に従動回転し（図２の矢印Ｂ参照）、押圧部材２６に対して摺動する。

また、ヒーター２３を稼働させる。ヒーター２３から放射された輻射熱は、定着ベルト２１の内周面に直接照射されて吸収される（図２の矢印Ｈ１参照）ほか、反射板２４の上面によって反射されて定着ベルト２１の内周面に吸収される（図２の矢印Ｈ２参照）。これにより、定着ベルト２１が加熱される。

この状態で、用紙が定着ニップ３０を通過すると、トナー像が加熱されて溶融し、用紙にトナー像が定着される。
《変形例》
図８は、端部変形規制部材２８（規制本体３５）の変形例を示す図６相当図である。

この変形例では、規制本体３５の挿入部３８の外周面における押圧部材２６側、つまり下端部には、ベルト挿入側に行くに従ってベルト回転中心に次第に接近する傾斜面４０が形成されている。

これにより、例えば、端部変形規制部材２８を支持するハウジング２０の側板（図示せず）の歪み等、何らかの事情で端部変形規制部材２８が図１２に示すように傾いても、挿入部３８の下端部が定着ベルト２１に干渉する事態を回避でき、ベルト端部の変形、ひいては定着ベルト２１の破損を防止することができる。

なお、本実施形態では、プリンター１に本発明の構成を適用する場合について説明したが、他の異なる実施形態では、複写機、ファクシミリ、複合機等の他の画像形成装置に本発明の構成を適用することも可能である。

以上説明したように、本発明は、定着ベルトを有する定着装置、及び該定着装置を備えた画像形成装置について有用である。

１ プリンター（画像形成装置）
１７ 定着装置
２１ 定着ベルト
２２ 加圧ローラー
２３ ヒーター（加熱手段）
２６ 押圧部材
２８ 端部変形規制部材
３８ 挿入部
４０ 傾斜面
Ｒ 曲率半径
Ｓ 隙間

Claims (5)

1. 加熱手段と、
   上記加熱手段により加熱される略円筒状の可撓性定着ベルトと、
   上記定着ベルトの内周面を押圧する押圧部材と、
   上記押圧部材に対して上記定着ベルトを挟んで圧接されると共に圧接状態で回転駆動されることで上記定着ベルトを回転させる加圧ローラーと、を備え、
   上記定着ベルトと上記加圧ローラーとの間に用紙を通過させることで当該用紙にトナー像を定着させる定着装置であって、
   上記定着ベルトの両端部に挿入される挿入部を有し、該挿入部の外周面を摺動する上記定着ベルトの両端部を挿入部で内側から保持してベルト端部の変形を規制する一対の端部変形規制部材を備え、
   上記挿入部は 、ベルト回転軸方向から見て上記押圧部材側に開放するＣ字状をなす円弧部と、該円弧部における該押圧部材側の端部同士を連結する平板部とを有していて、ベルト回転方向に切れ目なく連続しており、
   上記挿入部の外周面のうち上記円弧部の両端部と上記平板部との接続部に対応する箇所は、所定の曲率半径を有する曲面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、
   上記曲率半径は、２ｍｍ以上である、定着装置。
3. 請求項１又は２に記載の定着装置において、
   上記挿入部の外周面における上記押圧部材側は、上記定着ベルトと隙間をあけて離間している、定着装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置において、
   上記挿入部の外周面における上記押圧部材側は、ベルト挿入側に行くに従ってベルト回転中心に次第に接近する傾斜面が形成されている、定着装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置を備えた画像形成装置。

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