JP7069856B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、トナー像を用紙に定着する定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置に関する。

画像形成装置においては、像担持体の表面に形成されたトナー像は、用紙に転写された後、定着装置によって加熱及び加圧されて用紙に定着される。

定着装置の定着方式として、定着ベルトをプレスローラーに従動して回転させる摺動定着方式がある。定着ベルトは、押圧パッドによってプレスローラーに押圧されている。定着ベルトの温度検出位置と、ＩＨヒーター等のヒーターによる定着ベルトの加熱位置とが、定着ベルトの回転方向で異なる場合、定着ベルトの回転が停止すると、定着ベルトの被加熱部の温度検出が不能となり異常発熱が生じる虞がある。このため、摺動定着方式の定着装置には、安全対策として、定着ベルトの回転の有無を検知する回転検知機構が備えられる。回転検知機構は、定着ベルトの端部に被せられて、定着ベルトと一体に回転するキャップの回転を検知する。定着ベルトとキャップとの間には、摩擦係数の高い弾性部材が介装されて、定着ベルトの回転がキャップに確実に伝達されるようになっている。

一方で、定着ベルトと押圧パッドとの間には、定着ベルトと押圧パッドとの摺動負荷を低減するために、比較的低粘度の潤滑剤が介在されている。この潤滑剤が定着ベルトの内周面から流れ出して弾性部材に付着すると、弾性部材がスリップして、定着ベルトからキャップへの回転の伝達が円滑に行われない虞がある。このため、漏れ出した潤滑剤の流れをコントロールする必要がある。

そこで、特許文献１に記載の定着装置は、熱膨張することで定着ベルトの内周面に当接して、潤滑剤を堰き止める弾性部材を備えている。

特開２０１６－１１８７０８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されている定着装置では、弾性部材の熱膨張状態によっては必ずしも定着ベルトの内周面に当接しないことが起こり得る。また、別部材を追加する必要があるので、コストがアップするという問題がある。

そこで、本発明は上記事情を考慮し、潤滑剤の漏れ出しによる定着ベルトからキャップへの回転伝達不良を抑制できる定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の定着装置は、回転可能な無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトとの間に加圧領域を形成する加圧部材と、前記加圧領域において、前記定着ベルトの内周面に潤滑剤を介して接触して該定着ベルトを前記加圧部材に押し当てる押し当て部材と、前記定着ベルトの端部に弾性部材を介して装着されて、前記定着ベルトと一体に回転するキャップ部材と、を備え、前記キャップ部材は、前記定着ベルトの端面が当接する当接部を有し、前記当接部は、前記定着ベルトの内周面から漏れ出した前記潤滑剤を保持する溝を有し、該溝は、前記キャップ部材の径方向に沿って幅が変化するように形成されていることを特徴とする。

本発明の定着装置において、前記溝は、前記径方向の内側に向かって幅が広くなるように形成されていることを特徴としても良い。

本発明の定着装置において、前記溝は、前記径方向の内側に向かって幅が狭くなるように形成されていることを特徴としても良い。

本発明の定着装置において、前記当接部は、前記径方向の内側に向かって、前記定着ベルトの回転軸方向の外側に傾斜していることを特徴としても良い。

本発明の画像形成装置は、トナー像を用紙に形成する画像形成部と、前記画像形成部で形成されたトナー像を用紙に定着する上記に記載の定着装置と、を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、漏れ出した潤滑剤を安定な状態で溝に貯留しておくことができるので、定着ベルトの回転をキャップ部材に確実に伝達することができる。

本発明の一実施形態に係るカラープリンターの概略を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置の端部を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置において、キャップ部材の端壁部を示す正面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置において、キャップ部材の端壁部の第１の変形例を示す正面図である。

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る画像形成装置及び定着装置について説明する。

まず、図１を参照して、画像形成装置としてのカラープリンター１の全体の構成について説明する。図１はカラープリンターの内部構成を模式的に示す正面図である。以下の説明において、図１の紙面手前側をカラープリンター１の前側（正面側）とする。各図に示すＬ、Ｒは、それぞれカラープリンター１の左側、右側を示す。

カラープリンター１の装置本体には、用紙Ｓが収容される給紙カセット３と、給紙カセット３から用紙Ｓを送り出す給紙装置５と、用紙Ｓにフルカラーのトナー像を形成する画像形成部７と、トナー像を用紙Ｓに定着する定着装置９と、用紙Ｓを排出する排紙装置１１と、排出された用紙Ｓが積載される排紙トレイ１３と、が設けられている。さらに、装置本体には、給紙装置５から画像形成部７と定着装置９とを通って排紙装置１１まで用紙Ｓが搬送される搬送経路１５が形成されている。

次に、定着装置９について、図２及び図３を参照して説明する。図２は定着装置を示す断面図、図３は定着装置の端部を示す断面図である。

図２に示されるように、定着装置９は、無端状の定着ベルト２１と、定着ベルト２１を加熱するＩＨヒーター２３と、定着ベルト２１との間に加圧領域Ｎを形成する加圧部材としてのプレスローラー２５と、加圧領域Ｎにおいて定着ベルト２１をプレスローラー２５に押し付ける押し当て部材としての押圧パッド２７と、定着ベルト２１の端部に弾性部材２９を介して装着されて、定着ベルト２１と一体に回転するキャップ部材３１（図３参照）と、を備えている。

定着ベルト２１は、所定の内径を有し、用紙Ｓの幅よりも長い幅を有する無端状ベルトである。定着ベルト２１は、可撓性を有する材料で形成され、基材層と、基材層の外周面に設けられる弾性層と、弾性層の外周面に設けられる離型層と、を有している。基材層は、Ｎｉ等の磁性金属や、ＣｕやＡｇ、Ａｌ等の金属を付与したポリイミド樹脂で形成されている。弾性層は、シリコンゴム等で形成されている。離型層は、ＰＦＡチューブ等で形成されている。

図２及び図３に示されるように、定着ベルト２１の中空部には保持部材４１が貫通している。保持部材４１は、定着ベルト２１の幅よりも短い長さを有する四角筒状の部材である。図３に示されるように、保持部材４１の両端には、ステー４３が嵌合している。ステー４３には、フランジ部４５と環状溝４７とが、それぞれ周方向に沿って形成されている。環状溝４７は、フランジ部４５よりも定着ベルト２１の軸方向の外側に形成されている。フランジ部４５には、保持部材４１の端部が当接している。両ステー４３は、定着装置９のハウジング（図示省略）に支持されている。

図２に示されるように、保持部材４１の一方の面には、ベルトガイド５１が支持され、他方の面には、押圧パッド２７が支持されている。ベルトガイド５１は、定着ベルト２１の内周面に沿った円弧状の断面形状を有し、バネ性を有する材料で形成されている。ベルトガイド５１は、定着ベルト２１に張力を与えて、定着ベルト２１の回転軌道を安定化させる。押圧パッド２７は、定着ベルト２１の幅方向に長い、扁平な略直方体状の部材であり、液晶ポリマー等の樹脂で形成されている。押圧パッド２７の外周面は摺動シート５３で覆われている。摺動シート５３には、潤滑剤が浸み込まされて、定着ベルト２１の内周面に接触している。潤滑剤は、例えば、フッ素グリスやシリコンオイルなどの、比較的低粘度の潤滑剤である。定着ベルト２１が回転すると、摺動シート５３は定着ベルト２１に対して摺動する。

ＩＨヒーター２３は、コイル部と、コイル部を保持するコイルボビンと、アーチコアと、を有している。ＩＨヒーター２３は、定着ベルト２１を挟んでベルトガイド５１に対向するように配置されている。コイル部に高周波の交流電圧を印加することにより磁界を発生させ、この磁界の作用によって定着ベルト２１の基材層に渦電流が発生して基材層が発熱し、定着ベルト２１が加熱される。

プレスローラー２５は、芯金と、芯金の外周面に設けられる弾性層と、弾性層の外周面に設けられる離型層と、を有している。弾性層は、シリコンゴム等で形成されている。離型層は、ＰＦＡチューブ等で形成されている。

プレスローラー２５は、定着ベルト２１を挟んで押圧パッド２７に押圧されている。これにより、プレスローラー２５と定着ベルト２１との間に加圧領域Ｎが形成される。プレスローラー２５は、駆動源（図示省略）によって駆動されて、図２の時計回り方向に回転する。プレスローラー２５が回転すると、定着ベルト２１は、プレスローラー２５に従動してプレスローラー２５の回転方向とは反対の反時計回り方向に回転する。これにより、搬送された用紙Ｓが加圧領域Ｎを通過する。

キャップ部材３１について、図３と図４も参照して説明する。図４はキャップ部材の端壁を示す正面図である。

キャップ部材３１は、定着ベルト２１の端部に被せられる有底円筒状の樹脂成型品であり、図３に示されるように、円形の端壁６１と、端壁６１の外周に沿った円筒状の外周壁６３と、を有している。端壁６１は、定着ベルト２１の端面が当接する当接部６１ａを有している。当接部６１ａは、キャップ部材３１の径方向における内側に向かって、定着ベルト２１の回転軸方向の外側に傾斜している。外周壁６３には、定着ベルト２１の端部の外周面が所定の隙間を開けて対向している。端壁６１の中心には、貫通孔６５が開いている。この貫通孔６５を通って、保持部材４１に嵌合しているステー４３が突出している。キャップ部材３１は、各ステー４３のフランジ部４５と、環状溝４７に装着されたＣリング６７との間に回転可能に支持されている。

図４に示されるように、端壁６１の当接部６１ａには、キャップ部材３１の径方向に沿った複数（この例では６個）の溝７１が、周方向に所定の間隔を開けて形成されている。詳細には、溝７１は、貫通孔６５の側壁よりもやや外側から、外周壁６３に達している。溝７１は、径方向の内側に向かって幅が広くなる、底角が頂角よりも大きい二等辺三角形の平面形状を有している。溝７１の深さは、径方向の内側に向かって徐々に深くなっている。つまり、溝７１は、三角錐体形状を有している。一例として、キャップ部材３１の径が３０ｍｍの場合、溝７１の個数は４０個、径方向における溝７１の長さは２．０ｍｍ、溝７１の最深部の深さは１．０ｍｍ、溝７１の開口の幅は１．０～２．０ｍｍ、溝７１の頂角の角度は５度～６０度である。

定着ベルト２１の端部の外周面とキャップ部材３１の外周壁６３との隙間には、弾性部材２９が介装されている。弾性部材２９は円筒状の部材であり、シリコンゴム等の摩擦係数の高い材料で形成されている。前述のように定着ベルト２１が回転すると、弾性部材２９を介して定着ベルト２１の回転がキャップ部材３１に伝達されるようになっている。

上記構成を有する定着装置９の定着動作について説明する。まず、プレスローラー２５が駆動源によって駆動されて回転し、定着ベルト２１は、プレスローラー２５の回転方向とは反対の図２の時計回り方向に従動回転する。同時に、ＩＨヒーター２３が駆動されて定着ベルト２１を加熱する。定着ベルト２１は、所定の制御温度（例えば、１６０℃）となるまで加熱される。このように定着ベルト２１が加熱された後、トナー像が転写された用紙Ｓが、加圧領域Ｎに搬送される。用紙Ｓは加圧領域Ｎを通過時に定着ベルト２１によって加熱されると共にプレスローラー２５と定着ベルト２１とによって加圧されて、トナー像が用紙Ｓに定着される。トナー像が定着された用紙Ｓは、加圧領域Ｎから搬送経路１５に沿って搬送される。

また、定着ベルト２１が回転すると、弾性部材２９を介してキャップ部材３１が回転する。すると、回転検知機構（図示省略）がキャップ部材３１の回転を検知し、定着ベルト２１が正常に回転していると判定される。

前記の定着動作において、押圧パッド２７（摺動シート５３）の外周面には潤滑剤が塗布されているので、定着ベルト２１の押圧パッド２７に対する摺動負荷が低減され、定着ベルト２１は円滑に回転する。一方、定着ベルト２１の回転時に、定着ベルト２１の端面は、キャップ部材３１の端壁６１の当接部６１ａに当接する。この際、押圧パッド２７から定着ベルト２１の内周面に付着した潤滑剤が、定着ベルト２１の端面から端壁６１の当接部６１ａに漏れ出す場合がある。漏れ出した潤滑剤は、溝７１に誘導されて貯留される。

上記説明したように本発明の定着装置９によれば、定着ベルト２１の端部から漏れ出した潤滑剤は、各溝７１に入り込んで貯留される。すなわち、潤滑剤が弾性部材２９の側には流れ出さないので、弾性部材２９に潤滑剤が付着して定着ベルト２１に対してスリップするような事態が生じない。したがって、定着ベルト２１の回転を、弾性部材２９を介してキャップ部材３１に確実に伝達できるので、回転検知機構によって定着ベルト２１の回転を正確に検知できる。

一般に、潤滑剤などの液体は、分子間力によって表面積を小さくしようとする力が働く。また、分子間力は、液体とこの液体が接触する部分との間にも作用する。このことを考慮すると、図４に示されるように、溝７１の角（三角形の各角の部分）に入り込んだ潤滑剤は、溝７１の両側壁７１ａと底壁７１ｂとの間、あるいは、各側壁７１ｂと端壁７１ｃと底壁７１ｂとの間、の分子間力によって、安定に保持されやすい。つまり、潤滑剤が接触する部分の面積が広いほど、潤滑剤が安定に保持されやすいといえる。一方で、溝７１の開口に面する潤滑剤は、開口側（空気側）からの分子間力が働かないため、比較的不安定な状態となる。しかし、溝７１は三角錐体形状であり、各角部に入り込んだ潤滑剤の分子間力によって溝７１の各角に引き込まれるので、潤滑剤を溝７１に安定に保持しておくことができる。

さらに、定着ベルト２１は、加圧領域Ｎの圧力変動等によって蛇行する場合がある。定着ベルト２１が蛇行した場合、定着ベルト２１の端面とキャップ部材３１の当接部６１ａとの接触面積が広いほど、キャップ部材３１から定着部材２１へかかるダメージが小さい。定着ベルト２１の端面は、キャップ部材３１の当接部６１ａと、径方向の外側（側壁６３側）で接触している。前述のように、溝７１は、径方向の内側に向かって幅が広くなる三角形の平面形状を有しているので、定着ベルト２１とキャップ部材３１との接触位置における、定着ベルト２１の端面とキャップ部材３１の当接部との接触面積は比較的広くなっている。したがって、定着ベルト２１の蛇行時のキャップ部材３１から定着部材２１へかかるダメージを小さくできる。

一方で、接触位置よりも径方向の内側では、溝７１の幅が広くなっていると共に深さが深くなっているので、潤滑剤を貯留可能な容積を増やすことができる。なお、溝７１の深さは内側に向かって徐々に浅くてもよい。あるいは、一定の深さであってもよい。

また、図２に示されるように、加圧領域Ｎにおいて、定着ベルト２１はプレスローラー２５で押されて内側に変位する。すると、定着ベルト２１の端面は、キャップ部材３１の端壁６１の当接部６１ａを、キャップ部材３１の径方向に沿って内側に移動する。前述のように、当接部６１ａは、キャップ部材３１の径方向における内側に向かって、定着ベルト２１の回転軸方向の外側に傾斜している。したがって、加圧領域Ｎで定着ベルト２１が内側に移動する際の定着ベルト２１の端部付近の変形量を小さくでき、定着ベルト２１の端部の屈曲による（金属）疲労破壊を防止することができる。さらに、定着ベルト２１の端面と当接部６１ａとの間の摩擦が少なくなり、定着ベルト２１を円滑に移動させることができる。また、定着ベルト２１の端面の摩耗を防ぐことができる。

次に、図５を参照して、溝７１の変形例について説明する。図５はキャップ部材を示す正面図である。

この変形例においては、溝７１は、径方向の内側に向かって幅が狭くなる三角形の平面形状を有している。また、各溝７１は、径方向の外側に向かって深さが深くなっている。

前述のように、加圧領域Ｎにおいて、定着ベルト２１はプレスローラー２５で押されて内側に変位した後、加圧領域Ｎを通過すると、外側に変位して元の形状に戻る。この際、定着ベルト２１の端面によって、当接部６１ａに漏れ出した潤滑剤が外側に掻き取られる。掻き取られた潤滑剤は、溝７１に収容される。溝７１は、外側に向かうほど幅が広く、かつ、深さが深い、すなわち、外側ほど容積が大きいので、掻き取られた潤滑剤を貯留することができる。また、溝７１の径方向内側の頂角の角度は、径方向外側の頂角の角度よりも小さいので、掻き取られた潤滑剤は、その表面張力によって溝７１の先端、すなわち、径方向内側の角に貯蔵されやすくなる。これにより、径方向外側で当接部６１ａに接触している定着ベルト２１と貯蔵された潤滑剤とが隔離され、定着ベルト２１の端部に潤滑剤が再付着することを防ぐこともできる。

なお、溝７１の平面形状は、径方向の外側、あるいは、内側に向かって幅が狭くなる台形状であっても良い。また、溝７１の各側壁と端壁間の角、各側壁と底壁間の角、端壁と底壁間の角は、鋭角又は鈍角であっても良い。あるいは、丸みを帯びた形状でもよい。

また、キャップ部材３１の形状を変更するのみであるので、別部材を追加することなく、潤滑剤の漏れによる定着ベルト２１の回転不良を防止できる。

さらに、上記した本発明の実施形態の説明は、本発明に係る定着装置及び画像形成装置における好適な実施の形態を説明しているため、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。すなわち、上記した本発明の実施の形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能であり、上記した本発明の実施の形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

１ プリンター（画像形成装置）
７ 画像形成部
９ 定着装置
２１ 定着ベルト
２５ プレスローラー（加圧部材）
２７ 押圧パッド（押し当て部材）
２９ 弾性部材
３１ キャップ部材
６１ａ 当接部
７１ 溝

Claims (3)

1. 回転可能な無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトとの間に加圧領域を形成する加圧部材と、
   前記加圧領域において、前記定着ベルトの内周面に潤滑剤を介して接触して該定着ベルトを前記加圧部材に押し当てる押し当て部材と、
   前記定着ベルトの端部に弾性部材を介して装着されて、前記定着ベルトと一体に回転するキャップ部材と、を備え、
   前記キャップ部材は、前記定着ベルトの端面が当接する当接部を有し、
   前記当接部は、前記定着ベルトの内周面から漏れ出した前記潤滑剤を保持する溝を有し、該溝は、前記キャップ部材の径方向の内側に向かって幅が広くなるように形成されていることを特徴とする定着装置。
2. 前記当接部は、前記径方向の内側に向かって、前記定着ベルトの回転軸方向の外側に傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. トナー像を用紙に形成する画像形成部と、
   前記画像形成部で形成されたトナー像を用紙に定着する請求項１又は２に記載の定着装置と、を備えていることを特徴とする画像形成装置。
   

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