JP6833383B2 - 定着装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複写機、レーザービームプリンター、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置に用いる定着装置に関する。
電子写真方式の画像形成装置が備える定着装置として、低熱容量のフィルムを用いたものが知られている。それは、筒状のフィルムと、フィルムの内面に接触し摺動する摺動板と、輻射熱で摺動板を加熱するヒータと、摺動板と共にフィルムを挟んでニップ部を形成するローラと、を有する定着装置である(特許文献1)。この定着装置は、ニップ部で画像を担持した記録材を搬送しながら加熱して画像を記録材に定着し、ウォームアップ時間が短く、省エネルギーであることが特徴である。
特許文献1の定着装置の摺動板は、ニップ部よりも記録材の搬送方向の上流側において、フィルムの内面に沿って湾曲する湾曲部を有する。この摺動板の湾曲部は、フィルムがニップ部に入る前にフィルムをプレヒートできるのでフィルムを効率よく加熱できるというメリットを有する。
特開2013−114057
しかしながら、ローラの長手端部の外側まで延びたフィルムの長手端部はニップ部で拘束されていないため、フィルムの内面が摺動板の湾曲部と強く摺擦して磨耗しやすいという課題がある。
上記の課題を解決するために本発明は、筒状のフィルムと、前記フィルムの内面に接触し前記フィルムが摺動するように設けられている摺動板と、前記摺動板と共に前記フィルムを挟んでニップ部を形成する弾性層を有するローラと、を備え、前記ニップ部で画像が形成された記録材を搬送しながら加熱して前記画像を記録材に定着する定着装置において、前記フィルムの長手方向において、前記フィルムの端部及び前記摺動板の端部は、前記ローラの前記弾性層の端部よりも外側にあり、前記摺動板は、記録材の搬送方向において、前記ニップ部よりも上流側に前記フィルムの内面に沿って湾曲しており前記フィルムが接触する湾曲部を有し、前記フィルムの長手方向において、前記摺動板の前記湾曲部の端部は中央部よりも前記フィルムの内面から離れる方向に後退している後退領域を有し、前記フィルムの長手方向において、前記後退領域は、前記弾性層の端部に対応する前記湾曲部の位置よりも外側で且つ前記フィルムの端部に対応する位置よりも内側の領域に設けられており、前記弾性層の端部よりも内側の範囲内にはないことを特徴とする。
摺動板との摺擦によるフィルムの長手端部の摩耗を抑制することができる。
本発明の第1の実施例に係る画像形成装置の概略構成図である。 本発明の第1の実施例に係る定着装置の概略断面図である。 本発明の第1の実施例に係る摺動板の斜視図である。 本発明の第1の実施例に係るフィルムの軌道を示した断面図である。 本発明の第1の実施例に係る摺動板の湾曲部の後退量を示した断面図である。 本発明の第1の実施例の他の実施形態における、摺動板の断面図である。 本発明の第2の実施例に係る摺動板の斜視図である。 本発明の第3の実施例に係る摺動板の斜視図である。 本発明の第4の実施例に係る摺動板の斜視図である。
[実施例1]
以下、本発明の第1実施例について、図面を参照して詳細に説明する。最初に、画像形成装置の概略構成について説明し、その次に、定着装置の概略構成について説明を行う。
[画像形成装置の概略構成]
図1は画像形成装置の概略構成を示したものである。感光ドラム101は、図中矢印の方向(反時計回り)に所定の周速度で回転駆動し、その表面を帯電部材である帯電ローラ102によって所定の極性・電位に一様帯電される。次に、その一様に帯電処理がなされた感光体ドラム101表面に対して走査露光装置103により画像情報に対応して変調されたレーザ光が出射され、静電潜像が形成される。
上記静電潜像は、現像装置107によってトナー像Tとして現像、可視化される。可視化されたトナー像Tは、電圧の印加された転写ローラ105により、不図示の給紙機構によりタイミングを合わせて搬送された記録材P上に転写される。
トナー像Tが転写された記録材Pは、感光ドラム101から分離されて定着装置106へと導入される。定着装置106では、熱と圧力を加えることで記録材上のトナー画像を定着する。トナー画像を定着された記録材Pは、画像形成装置の外に排出される。
一方、記録材Pを分離した後の感光ドラム101の表面には記録材Pに転写されずに残ったトナーが付着している。クリーニング装置104は、このトナーを除去することによって感光ドラム101を清掃し、繰り返し作像を可能としている。
[定着装置の概略構成]
本実施例に係る定着装置106の構成について図2を参照しながら説明する。図2は、定着装置106の長手中央部のフィルム201の長手方向に垂直である概略断面図である。
定着装置106は、筒状のフィルム201と、フィルム201の内面に接触し摺動する摺動板213と、摺動板213を加熱するヒータ207と、摺動板213と共にフィルム201を挟んでニップ部Nを形成するローラ203と、を有する。フィルム201は、摺動板213からの伝熱により加熱される。ニップ部Nにおいてトナー像Tが形成された記録材Pが搬送されつつ加熱されてトナー像Tが記録材に定着される。
ヒータ207は、フィルム201の中空部に設けられ、摺動板213に輻射光を照射して摺動板213を加熱するハロゲンランプである。
反射部材としての反射板216は、ヒータ207の輻射光を摺動板213に反射して、摺動板213を効率的に加熱する。反射板216は、フィルム201の長手方向に垂直な断面がU字形状であり、そのU字形状の両端部が摺動板213のフィルム201に接触する面と反対側の面に接触し、ヒータ207が反射板216と摺動板213に囲われるように設けられている。反射板216は、表面に鏡面化処理を施して光の反射率を高めたアルミ製の板を曲げ加工で形成されている。
摺動板213は、ヒータ207の輻射エネルギーの吸収効率を高めるため、ヒータ207と対向する側の面には黒色の塗装が施されている。また、摺動板213は、輻射光が照射される面からフィルム201に接触する面まで厚み方向に熱が速く伝わるように熱伝導性の高い金属板などを用いて形成される。本実施例では、厚み700μmのアルミ板をプレス加工したものを用いた。尚、摺動板213の形状については後述する。
フィルム201は、厚さ30μm、内径30mm、長さ235mmの筒状のステンレスの基層の上に、接着層を介してPFA樹脂で被覆し、離型層を形成したものである。基層には、ニッケル等の他の金属材料や、ポリイミド等の耐熱性の樹脂材料を用いることもできる。また、画質向上のため、基体層と離型層の間に、弾性層を設けることもできる。フィルム201は加圧ローラ203に従動して回転し、摺動板213に摺動しながら回転する。
尚、摺動板213との摺動摩擦を低減するため、両者の間には耐熱性の潤滑剤を介在させている。潤滑剤としては、例えばフッ素グリスや、フッ素オイル、シリコーンオイルを用いることができる。
加圧ローラ203は、芯金217と、芯金217の外側に形成された弾性層218と、を有する。本実施例の芯金217は、外径18mmのステンレスで形成されている。また、弾性層218は、厚さ3.5mmのシリコーンゴムで形成されている。尚、弾性層218の外側に厚さ50μmのPFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)で形成された離型層(不図示)を設けても良い。加圧ローラ203の外径は約25mmであり、表面硬度は55度(ASKER−C 荷重1.0Kg)である。
フィルム201の長手両端部及び摺動板213の長手両端部は、加圧ローラ203の弾性層218の長手両端部の外側まで延びている。これは、加圧ローラ203の弾性層218が摺動板に擦れることを防ぐためである。本実施例では、フィルム201の長手長さが235mmであるのに対して、加圧ローラ203の弾性層218の長手長さは225mmであり、フィルム201の両端部付近に加圧ローラ203と接触しない非接触領域を設けている。
図2の250及び251に示すのは、長手方向にわたりフィルム201の走行を案内するガイド部材である。ガイド部材250及び251はそれぞれ、フィルム201の回転方向において、摺動板213の上流側と下流側に設けられている。
また、図2の253に示すのは、フィルム201の長手両端部付近において、フィルム201の内面に接触するフランジ部材である。フランジ部材253は、フィルム201の内面において、摺動板213やガイド部材250及び251が設けられていない長手両端部において、フィルムの走行を案内する部材である。尚、図2においては、断面図を示した長手中央部にはフランジ部材が無いことを考慮し、図中では点線で表示した。
図2の214は摺動板213の曲げ剛性を補強するための補強部材としてステーである。またステー214は不図示の加圧機構により受けた加圧力を摺動板213に伝える役割も担う。その結果、摺動板213はフィルム201を介して加圧ローラ側203に押し付けられ、加圧ローラの弾性層218が変形する事により、ニップ部Nが形成される。
図2の204に示すのは、摺動板213の温度を検知する温度検知部材としてのサーミスタである。摺動板213は、サーミスタ204を接触させる部分としてニップ部Nよりも記録材の搬送方向下流側に延長した延長部219を有する。サーミスタ204により検知した摺動板213の検知温度に応じハロゲンヒータ207に供給する電力が制御される。
<摺動板の形状について>
次に、実施例の特徴である摺動板213の形状について説明する。本実施例の摺動板213は、記録材の搬送方向におけるニップNよりも上流側にフィルム201の内面に沿って湾曲した湾曲部220を有する。本実施例は、フィルム201の長手方向において、摺動板213の湾曲部220の端部が中央部よりもフィルム201の内面から離れる(退避する)方向に後退(退避)した後退(退避)領域を有することを特徴とする。
図3を用いて本実施例の摺動板214の形状について詳細に説明する。図3(a)は、本実施例の摺動板213をヒータ207の輻射光が照射される面側から見た斜視図である。図3(a)の位置A、B、Cはそれぞれ、フィルム201の長手中央、加圧ローラ203の弾性層218の長手端部、フィルム201の長手端部、に対応する位置を示す(以後、本実施例において位置A、B、Cと記載した場合は、図3で示した位置である)。図3(a)におけるX及びYはそれぞれ、フィルム201の長手方向の長さ、加圧ローラ203の弾性層218の長手方向の長さ、を示し、X>Yを満たす。また、図3(a)における230、231、232はそれぞれ、位置A、B、Cにおける摺動板213の断面形状を破線で示したものである。図3(b)は、摺動板213の位置Cにおける断面を示している。
本実施例では、長手方向において、摺動板213の湾曲部220のうち位置Cより外側の領域を、フィルム201の長手中央部Aよりも図3(a)(b)の矢印234で示した方向に後退させた後退領域とした。尚、矢印234で示した方向は、フィルム201の内面から離れる方向である。位置AからBまでの領域における摺動部材213の断面形状は、図3(b)に示す位置Aの断面形状230と同じである。摺動板213の湾曲部220は、位置BからCに向かうにつれて徐々にフィルム201の内面から離れる方向に後退し、位置Cでは図3(b)に示す断面形状232になる。
本実施例の摺動板213の効果について説明する。フィルム201の長手端部は加圧ローラ203の弾性層218の長手端部よりも外側にあるため、フィルム201の図3(b)におけるBからCの間の領域は、フィルム201の表面に加圧ローラ203が接触しない非接触領域となる。この非接触領域では、フィルム201が加圧ローラ203により摺動板213に押し付けられない。従って、上記非接触領域におけるフィルム201の回転軌道は、加圧ローラ203がフィルム201に接触する接触領域における軌道とは異なる。
図4は上記接触領域である位置Aにおけるフィルム201の回転軌道270(破線)と、上記非接触領域である位置Cにおけるフィルム201の回転軌道271(実線)と、を比較した図である。また、図4の230は、位置Aにおける摺動板213の断面図である。
フィルム201の回転軌道270は、ニップ部Nにおいて加圧ローラ203によって摺動板213に対して押圧され、摺動板213の断面形状230に倣うため、ほぼ平面形状になるように拘束される。よって、ニップ部N直前の上流領域におけるフィルム201の回転軌道は、ニップ部Nで拘束されている部分の影響を受けて上流側にせり出している。
これに対して、位置Cにおけるフィルム201の回転軌道271は加圧ローラ203によって摺動板213に対して押圧されないので、フィルム201は、ニップ部Nで拘束されない。フィルム201の回転軌道271は、フィルム201自身の剛性によって略円筒形状になり、ニップ部Nの近傍において位置Aよりも加圧ローラ203側に膨らんだ軌道になる。位置Cにおけるニップ部の直前の上流領域におけるフィルム201の軌道は、ニップ部Nの上流側にせり出さず、位置Aにおけるフィルム201の軌道270よりもフィルム201の内面から離れる方向に後退した軌道になる。
摺動板213の位置Cの断面形状が、位置Aの断面形状230と同じであるとした場合、位置Cにおけるフィルム201の軌道は摺動板213の湾曲部220と大きく干渉することになる。従って、位置Cにおいてフィルム201が摺動板213の湾曲部220と強く摺擦することが考えられる。
以上述べた理由から、本実施例では、加圧ローラ203の弾性層218の端部よりも外側におけるフィルム201の回転軌道に合わせて、摺動板213の湾曲部220をフィルム201の内面から離れる方向に後退させた後退領域を設けている。
尚、摺動板213の湾曲部220の後退領域は、フィルム201の長手方向において、少なくとも位置Bから位置Cの間の領域に設けてあれば良い。摺動板213の湾曲部220の後退領域の開始位置は、位置Bよりも内側(中央部寄り)でも良いが画像形成領域の外側であることが好ましい。これは、後退領域において摺動板213の断面形状が変わることで、ニップ部Nの形状や、フィルム201の温度が変化し、画像に影響することを避けるためである。摺動板213の湾曲部220の後退領域が終了する位置は、位置Cよりも外側であっても良い。
摺動板213の湾曲部220の後退領域における長手中央に対する後退量や、湾曲部220の断面形状は本実施例のものに限られるものではない。本実施例では、フィルム201の長手端部の摺動板213の湾曲部220に対する接触圧が弱くなるように位置Cにおける湾曲部220の断面形状を以下のように決定した。
図5はフィルム201の長手中央部における定着装置の概略断面図である。記録材の搬送方向におけるニップ部Nの中央であってフィルム201と摺動板213とが接触する領域である内面ニップ領域に仮想点Qを置くと、フィルム201の位置Cの回転軌道は、仮想点Qよりも加圧ローラ203に近い側に侵入している。つまり、フィルム201の回転軌道がほぼ円形状であるとすると、それは仮想点Qを通り、摺動板213のフィルムの内面に対向する側面に接する円より外側にある。また、フィルム201の回転は上流側のガイド部材250で規制されるため、フィルム201の位置Cにおける回転軌道は、上流側のガイド部材250に外接点Rで外接する円より外側にある。これらを考慮して、図5に示すように、仮想点Qで内面ニップ領域に接し且つガイド部材250に外接する仮想円221を描画する。そうすると、位置Cにおけるフィルム201の回転軌道は、摺動板213の湾曲部220付近において、仮想円221と同じかその外側になる。実施例では、位置Cの摺動板213の湾曲部220の形状を仮想円221の内側に収まるように形成している。
以上説明した本実施例によって、フィルム201の長手端部付近の内面の磨耗は、摺動部材213の湾曲部220に後退領域をもうけない構成よりも減少するという効果を奏すると考えられる。以上述べたように、本実施例によると、摺動板の湾曲部に後退領域を設けることで、摺動板との摺擦によるフィルムの長手端部の摩耗を抑制することができるという効果が得られる。
尚、摺動板213の湾曲部220の後退領域の形状は、本実施例の構成に限定されない。位置Cにおける摺動板213の湾曲部220の断面形状を図6(a)の断面形状273ように位置Aよりも矢印方向(フィルム201の内面から離れる方向)に突出した凸形状になるようにしても良い。また、位置Cにおける加圧ローラ203側に膨らんだフィルム201の軌道に合わせて、摺動板213の位置Cにおける断面形状を図6(b)の断面形状274のようにしても良い。つまり、摺動板213の一部を位置Aよりも矢印方向(加圧ローラ203に近づく方向)に突出させた断面形状にしても良い。
[実施例2]
本実施例の定着装置の構成について図7を参照しながら説明する。本実施例は、第1の実施例に対して摺動板の形状のみが異なり、それ以外の構成は同じであるので説明を省略する。
図7は、本実施例に係る摺動板260の全体形状を示した斜視図である。図7における位置A、B、Cはそれぞれ、フィルム201の長手中央、加圧ローラ203の弾性層218の長手端部、フィルム201の長手端部、に対応する位置を示す(以後、本実施例において位置A、B、Cと記載した場合は、図7で示した位置である)。図7におけるX及びYはそれぞれ、フィルム201の長手方向の長さ、加圧ローラ203の弾性層218の長手方向の長さ、を示し、X>Yを満たす。
本実施例においては、摺動板260の湾曲部266の長手端部の位置Cを含む領域にU字形状の切り込み261を入れる。そして、そのU字形状の切り込みの内側の部分をフィルム201の内面からから遠ざかる側に曲げ起こした部分である曲げ起こし部262を摺動板260に形成する。切込みを入れた領域は、加圧ローラ203の弾性層218と長手方向でオーバーラップしないように位置Bよりも外側に設けられている。
本実施例においても第1の実施例と同様に、摺動板の湾曲部に曲げ起こし領域を設けることで、摺動板との摺擦によるフィルムの長手端部の摩耗を抑制することができるという効果が得られる。
[実施例3]
本実施例の定着装置の構成について図8を参照しながら説明する。本実施例は、第1の実施例に対して摺動板の形状のみが異なり、それ以外の構成は同じであるので説明を省略する。
図8は、本実施例に係る摺動板280の全体形状を示した斜視図である。図8における位置A、B、Cはそれぞれ、フィルム201の長手中央、加圧ローラ203の弾性層218の長手端部、フィルム201の長手端部、に対応する位置を示す(以後、本実施例において位置A、B、Cと記載した場合は、図8で示した位置である)。図8におけるX及びYはそれぞれ、フィルム201の長手方向の長さ、加圧ローラ203の弾性層218の長手方向の長さ、を示し、X>Yを満たす。
本実施例では、摺動板280の湾曲部286の長手端部の位置Cを含む領域に開口孔281を設けて、その部分ではフィルム201が摺動板280に接触しないように構成されている。
開口孔281を設けた領域は、加圧ローラ203の弾性層218と長手方向でオーバーラップしないように位置Bよりも外側に設けられている。
また、開口孔281を通してヒータ207がフィルム201の内面の潤滑剤を直接加熱し、潤滑剤が劣化することが無いように、開口孔281のヒータ207に対向する側の面には塞ぎ部材282が設けられている。塞ぎ部材282は、薄いアルミ板であり、摺動板280とステー214の間に挟み込むことで固定されている。また、塞ぎ部材282を新たに設けなくても、反射板216を摺動板280の開口孔281まで延ばして開口孔281を塞いでも良い。
本実施例においても第1の実施例と同様に、摺動板の湾曲部に曲げ起こし領域を設けることで、摺動板との摺擦によるフィルムの長手端部の摩耗を抑制することができるという効果が得られる。
[実施例4]
本実施例の定着装置の構成について図9を参照しながら説明する。本実施例は、第1の実施例に対して摺動板の形状のみが異なり、それ以外の構成は同じであるので説明を省略する。
図9は、本実施例に係る摺動板380の全体形状を示した斜視図である。図9における位置A、B、Cはそれぞれ、フィルム201の長手中央、加圧ローラ203の弾性層218の長手端部、フィルム201の長手端部、に対応する位置を示す(以後、本実施例において位置A、B、Cと記載した場合は、図9で示した位置である)。図8におけるX及びYはそれぞれ、フィルム201の長手方向の長さ、加圧ローラ203の弾性層218の長手方向の長さ、を示し、X>Yを満たす。
本実施例では、摺動板380は、フィルム201の長手方向において、位置Bから位置Cの間で湾曲部386が設けられていない領域を有することが特徴である。湾曲部386が設けられている領域と設けられていない領域との境界は、位置Bよりも外側にあるように構成する。
本実施例においても第1の実施例と同様に、湾曲部386が設けられていない領域において、摺動板との摺擦によるフィルムの長手端部の摩耗を抑制することができるという効果が得られる。
P 記録材
N ニップ部
201 フィルム
203 加圧ローラ
207 ヒータ
216 反射板
218 加圧ローラの弾性層
213 摺動板
220 湾曲部
A フィルムの長手中央に対応する位置
B 加圧ローラの弾性層の長手端部に対応する位置
C フィルムの長手端部に対応する位置

Claims (6)

  1. 筒状のフィルムと、
    前記フィルムの内面に接触し前記フィルムが摺動するように設けられている摺動板と、
    前記摺動板と共に前記フィルムを挟んでニップ部を形成する弾性層を有するローラと、を備え、
    前記ニップ部で画像が形成された記録材を搬送しながら加熱して前記画像を記録材に定着する定着装置において、
    前記フィルムの長手方向において、前記フィルムの端部及び前記摺動板の端部は、前記ローラの前記弾性層の端部よりも外側にあり、
    前記摺動板は、記録材の搬送方向において、前記ニップ部よりも上流側に前記フィルムの内面に沿って湾曲しており前記フィルムが接触する湾曲部を有し、
    前記フィルムの長手方向において、前記摺動板の前記湾曲部の端部は中央部よりも前記フィルムの内面から離れる方向に後退している後退領域を有し、
    前記フィルムの長手方向において、前記後退領域は、前記弾性層の端部に対応する前記湾曲部の位置よりも外側で且つ前記フィルムの端部に対応する位置よりも内側の領域に設けられており、前記弾性層の端部よりも内側の範囲内にはないことを特徴とする定着装置。
  2. 前記湾曲部の前記後退領域は、前記フィルムの内面から離れる方向に突出する凸形状であることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
  3. 前記摺動板は金属板であり、前記後退領域は絞り加工で形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の定着装置。
  4. 前記フィルムの中空部に設けられ、前記摺動板に向けて輻射光を照射し前記摺動板を加熱するヒータを有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の定着装置。
  5. 前記フィルムの長手方向に見た時、前記摺動板は筒形状を成しておらず、前記ヒータを囲っていないことを特徴とする請求項4に記載の定着装置。
  6. 前記ヒータの輻射光を前記摺動板に反射するための反射部材を有し、
    前記反射部材は、前記フィルムの長手方向に垂直な断面がU字形状であり、前記U字形状の両端部が前記摺動板の前記フィルムに接触する面と反対側の面に接触し、前記ヒータが前記反射部材と前記摺動板に囲われるように設けられていることを特徴とする請求項4又は5に記載の定着装置。
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