JP7110707B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、用紙にトナー像を定着させ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。

トナーを用紙に定着させる方式の一つとして、摺動ベルト方式が知られている。この方式においては、回転可能な筒状の定着ベルトと、定着ベルトの内周面に対向する押圧パッドと、押圧パッドとの間に定着ベルトを挟持する加圧ローラーと、定着ベルトを加熱する加熱手段が備えられる。加圧ローラーが回転駆動されると、定着ベルトが従動回転するとともに押圧パッドに対して摺動する。トナーが転写された用紙は定着ベルトと加圧ローラーとに挟持されて搬送され、用紙にトナーが定着される。押圧パッドと加熱手段の機能を兼ねる面状ヒーターが備えられる場合もある。定着ベルトの内周面には、押圧パッドとの摩擦を軽減する潤滑剤が塗布されている。

上記構成においては、押圧パッド、定着ベルト、加圧ローラー等の摩耗や劣化が進むにつれて、定着ベルトと加圧ローラーとの間でスリップが発生することがある。スリップにより定着ベルトの回転速度が低下すると、定着ベルトが局所的に異常昇温して変形するおそれがある。このような事態を未然に防ぐために、定着ベルトの端部に取り付けられたキャップを用いて定着ベルトの回転を検知し、回転の状況に応じて加熱手段を制御することが考えられる。

ところが、定着ベルトの内周面に塗布された潤滑剤が定着ベルトとキャップとの間に入り込むことがある。すると、定着ベルトとキャップとの摩擦抵抗が減少してキャップが定着ベルトと連れ回りしなくなり、定着ベルトの回転を検知することができなくなる。

定着ベルトからの潤滑剤の漏れを抑制する技術を開示した文献として、例えば、特許文献１が知られている。特許文献１には、定着ベルトの端部に全周にわたってフッ素ゴム等の部材を貼り付けることが記載されている。

特開２００２－１６９３９６号公報

しかし、特許文献１に記載された技術では、定着ベルトに部材を追加するため、構成が複雑になってしまう。

本発明は、上記事情を考慮し、部材を追加しなくても、潤滑剤が定着ベルトとキャップとの間に入り込むことを防ぐことのできる定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る定着装置は、筒状の回転可能な定着ベルトと、長手方向の長さが前記定着ベルトの長手方向の長さよりも短く、長手方向の両端部が前記定着ベルトの長手方向の両端部よりも内側に位置するように前記定着ベルトの内周面に対向する押圧部材と、前記押圧部材との間に前記定着ベルトを挟持し、前記定着ベルトとの間に用紙が挟持搬送される加圧領域を形成し、前記定着ベルトを従動回転させる加圧ローラーと、前記定着ベルトの端面に接触する円板状部と、前記円板状部から前記定着ベルトの中央側へ延びるように形成され、内周面が前記定着ベルトの外周面に対向する筒状部とを有し、前記定着ベルトと連れ回るキャップと、を備え、前記定着ベルトの長手方向の端部と前記押圧部材との間の第１の端部領域において、前記定着ベルトの内周面に、前記定着ベルトの長手方向の端部側の内径が前記押圧部材側の内径よりも大きくなるように前記定着ベルトの周方向に延びる第１の段差部が形成されていることを特徴とする。

本発明に係る定着装置において、前記定着ベルトの長手方向の端部と前記第１の段差部との間の第２の端部領域において、前記定着ベルトの内周面に、前記定着ベルトの長手方向の端部側の内径が前記押圧部材側の内径よりも小さくなるように前記定着ベルトの周方向に延びる第２の段差部が形成されていてもよい。

本発明に係る定着装置において、前記定着ベルトの長手方向の端部と前記第２の段差部との間の第３の端部領域において、前記定着ベルトの内周面に、前記定着ベルトの長手方向の端部側の内径が前記押圧部材側の内径よりも大きくなるように前記定着ベルトの周方向に延びる第３の段差部が形成されていてもよい。

また、本発明に係る画像形成装置は、前記用紙にトナー像を形成する画像形成部と、前記トナー像を前記用紙に定着する上記のいずれかの定着装置と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、部材を追加しなくても、潤滑剤が定着ベルトとキャップとの間に入り込むことを防ぐことができる。

本発明の一実施形態に係るプリンターの内部構成を模式的に示す正面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係る定着ベルトの断面図である。 本発明の一実施形態に係る定着ベルトの斜視図である。 本発明の一実施形態に係るキャップの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る第１の段差部周辺の断面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置の断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の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プリンター１の全体の構成について説明する。図１はプリンター１の内部構成を模式的に示す正面図である。以下、図１における紙面手前側をプリンター１の正面側（前側）とし、左右の向きはプリンター１を正面から見た方向を基準として説明する。各図において、Ｕ、Ｌｏ、Ｌ、Ｒ、Ｆｒ、Ｒｒは、それぞれ上、下、左、右、前、後を示す。

プリンター１の装置本体２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を排紙する排紙装置１１と、排紙された用紙Ｓが受け止められる排紙トレイ１３と、が備えられている。さらに、装置本体２には、給紙装置５から、画像形成部７、定着装置９を経て排紙装置１１に向かう用紙Ｓの搬送経路１５が形成されている。

給紙装置５によって給紙カセット３から給紙された用紙Ｓは、搬送経路１５に沿って画像形成部７に搬送され、用紙Ｓにトナー像が形成される。用紙Ｓは搬送経路１５に沿って定着装置９に送られ、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、排紙装置１１から排紙トレイ１３に排出される。

次に、図２乃至７を参照して、定着装置９の構成について説明する。図２、３及び４は定着装置９の断面図である。図５は、定着ベルト２１の断面図である。図６は、定着ベルト２１の斜視図である。図７は、キャップ４１の斜視図である。なお、図５は、図４に示される定着ベルト２１の上部断面と下部断面のうちの下部断面を拡大した図であるが、図示の都合上、図４における上下方向の長さの比率を図５と異ならせている。また、図６における径方向の長さの比率も、図５と異ならせている。また、図４乃至７では、定着装置９の前側の各部が図示されているが、定着装置９の後側も、前後が反転される以外は前側と共通の構成を有する。

定着装置９は、筒状の回転可能な定着ベルト２１と、定着ベルト２１を加熱するＩＨヒーター２３（加熱手段の一例）と、定着ベルト２１の内周面２１ｉに対向する押圧パッド２５（押圧部材の一例）と、押圧パッド２５との間に定着ベルト２１を挟持し、定着ベルト２１との間に用紙Ｓが挟持搬送される加圧領域Ｎを形成し、定着ベルト２１を従動回転させる加圧ローラー２７と、定着ベルト２１の前後両端部に取り付けられるキャップ４１と、を備える。以下の説明において、軸方向Ｘとは、加圧ローラー２７の軸方向（前後方向）を指す。本実施形態では、定着ベルト２１の下側に加圧ローラー２７が位置する姿勢で定着装置９が配置された例を示すが、定着装置９はいかなる姿勢で配置されてもよい。

定着ベルト２１は、軸方向Ｘを長手方向とする筒状に形成された無端のベルトであり、所定の内径を有し、長手方向の長さは用紙Ｓの幅よりも長い。定着ベルト２１は、可撓性を有する材料で形成される。図５に示されるように、定着ベルト２１は、基材層２１Ｋと、基材層２１Ｋの外周面に設けられる弾性層２１Ｄと、弾性層２１Ｄの外周面に設けられる離型層２１Ｒと、基材層２１Ｋの内周面に設けられる摺動層２１Ｓと、を有する。基材層２１Ｋは、Ｎｉ等の磁性合金や、ＣｕやＡｇ、Ａｌ等の金属粉を混入させたポリイミド樹脂で形成される。弾性層２１Ｄは、シリコンゴム等で形成される。離型層２１Ｒは、ＰＦＡチューブ等で形成される。摺動層２１Ｓは、ＰＴＦＥやポリイミドアミド等で形成される。層厚の一例を示すと、基材層２１Ｋが、Ｎｉ合金の場合には３０乃至５０μｍ、ポリイミド樹脂の場合には５０乃至１００μｍ、弾性層２１Ｄが１００乃至５００μｍ、離形層２１Ｒが３０乃至５０μｍ、摺動層２１Ｓが１０乃至３０μｍである。

定着ベルト２１の内周面２１ｉには、定着ベルト２１の周方向に延びる第１の段差部２１１が形成されている。具体的には、図４に示されるように、定着ベルト２１の長手方向の端部２１ａと押圧パッド２５との間の第１の端部領域Ａ１において、定着ベルト２１の内周面２１ｉに、定着ベルト２１の長手方向の端部２１ａ側（前側）の内径Ｒ２が押圧パッド２５側（後側）の内径Ｒ１よりも大きくなるように、第１の段差部２１１が形成されている。第１の段差部２１１の高さは、５０乃至１００μｍである。第１の段差部２１１から定着ベルト２１の端面２１ａまでの距離は、０．５乃至２．０ｍｍである。図５に示される例は、基材層２１Ｋの前側の厚みを後側よりも薄くし、基材層２１Ｋの後側の内周面にのみ摺動層２１Ｓを形成することで第１の段差部２１１を形成した例である。なお、基材層２１Ｋの前側の厚みを薄くする場合、前側の厚みを後側の厚みの２分の１以上とすることが望ましい。

図４及び７に示されるように、キャップ４１は、定着ベルト２１の端面２１ａに接触する円板状部４１ａと、円板状部４１ａから定着ベルト２１の中央側へ延びるように形成され、内周面４１ｉが弾性部材４３を介して定着ベルト２１の外周面２１ｏに対向する筒状部４１ｂとを有する。キャップ４１は、ＰＰＳ樹脂等で形成されている。円板状部４１ａの中央には、前後方向に貫通する孔４１ｃが形成されている。弾性部材４３は、発泡シリコンゴム等で形成された矩形断面の環状の部材であり、その外周面４３ｏがシリコン系の両面テープでキャップ４１の筒状部４１ｂの内周面４１ｉに接着される。キャップ４１は、定着ベルト２１の外周面２１ｏと弾性部材４３の内周面４３ｉとの摩擦抵抗により、回転する定着ベルト２１と連れ回る。

キャップ４１は、定着ベルト２１の回転の検知に用いられる。例えば、キャップ４１の筒状部４１ｂの外周面に径方向に突き出る遮光板を設け、遮光板による光の遮断をフォトインターラプターが検知する。プリンター１の制御部は、フォトインターラプターで検知された光の遮断の周期が閾値を上回った場合に、ＩＨヒーター２３による加熱を停止または発熱量を減少させるなどの制御を行う（図示省略）。

図２乃至４に示されるように、定着ベルト２１は、ステー２４とベルトガイド３１によって支持される。ステー２４は、軸方向Ｘを長手方向とする角筒状の部材であり、長手方向の長さは定着ベルト２１の長手方向の長さよりも長い。ステー２４は、定着ベルト２１の中空部及びキャップ４１の孔４１ｃを貫通し、その両端がハウジング（図示省略）に固定されている。ステー２４の上部には、ベルトガイド３１が配置されている。ベルトガイド３１は、定着ベルト２１の内周面２１ｉに沿う円弧状の断面を有し、Ｆｅ－Ｎｉ合金等の材料で形成されている。ベルトガイド３１は、定着ベルト２１の内周面２１ｉに接触して定着ベルト２１を支持し、定着ベルト２１の回転を安定させる。

図３及び４に示されるように、キャップ４１の円板状部４１ａよりも前側において、ステー２４にストッパー４５が取り付けられている。ストッパー４５は、キャップ４１の孔４１ｃよりも大きな板状の部材であり、キャップ４１の前後方向の移動を制限する。

ＩＨヒーター２３は、コイル部２３ａと、コイル部２３ａを巻線状に保持するコイルボビン２３ｂと、アーチコア２３ｃと、を有している。ＩＨヒーター２３は、所定の間隔を隔てて定着ベルト２１の外周面２１ｏを覆うように配置され、ハウジングに支持されている。コイル部２３ａ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２１Ｋに渦電流が発生して基材層２１Ｋが発熱し、定着ベルト２１が加熱される。また、ベルトガイド３１は、コイル部２３ａが発生する磁界によって発熱し、定着ベルト２１の加熱を補助する。

押圧パッド２５は、軸方向Ｘを長手方向とする扁平な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２５は、ステー２４の下部に配置されている。押圧パッド２５は、長手方向の長さが定着ベルト２１の長手方向の長さよりも短く、長手方向の両端部が定着ベルト２１の長手方向の両端部よりも内側に位置するように配置される。図２及び４に示されるように、押圧パッド２５の下面はシート状の摺動部材３５で覆われ、押圧パッド２７は摺動部材３５を介して定着ベルト２１の内周面２１ｉに対向する。摺動部材３５は、フッ素系の材料で構成され、定着ベルト２１との摺動負荷を低減する。なお、押圧パッド２５の下面側にエラストマーが配置される場合もある。

加圧ローラー２７は、軸と、芯金と、芯金の外周面に設けられた弾性層と、弾性層の外周面に設けられた離型層と、を有する。芯金、弾性層、離形層の軸方向Ｘの長さは、定着ベルト２１の軸方向Ｘの長さよりも短い。軸は、芯金の軸方向Ｘの両端から突き出ている。軸及び芯金は、ステンレス鋼やＡｌ合金等の金属で形成されている。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。加圧ローラー２７の軸には、ギア等の伝達機構（図示省略）を介して、モーター等の駆動源（図示省略）から駆動力が伝達される。加圧ローラー２７と押圧パッド２５とは、定着ベルト２１を挟持した状態で所定の荷重で互いに押圧され、加圧ローラー２７と定着ベルト２１との間に加圧領域Ｎが形成される。

次に、図２を参照して、定着装置９の定着動作を説明する。加圧ローラー２７が駆動されて回転すると、定着ベルト２１が加圧ローラー２７の回転方向と反対の方向に従動回転し、定着ベルト２１が摺動部材３５に対して摺動する。ＩＨヒーター２３に電力が供給されると、定着ベルト２１の基材層２１Ｋが発熱し、定着ベルト２１が加熱される。定着ベルト２１が所定の温度に達した後、トナーが転写された用紙Ｓが加圧領域Ｎに搬送される。加圧領域Ｎにおいて、用紙Ｓは定着ベルト２１と加圧ローラー２７とに挟持されて決められた搬送方向Ｙに搬送される。このとき、定着ベルト２１によってトナーが加熱及び加圧され、トナーが用紙Ｓに定着される。トナーが定着された用紙Ｓは、定着ベルト２１から分離されて、搬送経路１５に沿って搬送される。

定着ベルト２１の内周面２１ｉに第１の段差部２１１が形成されていない従来の構成では、定着ベルト２１の内周面２１ｉに塗布された潤滑剤が、定着ベルト２１とキャップ４１との間に入り込むことがある。すると、定着ベルト２１と弾性部材４３との摩擦抵抗が減少してキャップ４１が連れ回りしなくなり、定着ベルト２１の回転を検知することができなくなる。これに対して、本実施形態では、定着ベルト２１の内周面２１ｉに第１の段差部２１１が形成されているから、図８（第１の段差部２１１周辺の断面図）に示されるように、潤滑剤Ｌｕが、表面張力により第１の段差部２１１を越えずに押圧パッド２５側の内周面２１ｉに留まる。よって、本実施形態によれば、部材を追加しなくても、潤滑剤が定着ベルト２１とキャップ４１との間に入り込むことを防ぐことができる。

＜変形例＞
上記実施形態が図９に示されるように変形されてもよい。図９は、定着装置９の断面図である。この例では、定着ベルト２１に、第１の段差部２１１に加えて、第２の段差部２１２が形成されている。具体的には、定着ベルト２１の長手方向の端部と第１の段差部２１１との間の第２の端部領域Ａ２において、定着ベルト２１の内周面２１ｉに、定着ベルト２１の長手方向の端部側の内径Ｒ３が押圧パッド２５側の内径Ｒ２よりも小さくなるように定着ベルト２１の周方向に延びる第２の段差部２１２が形成されている。この構成によれば、潤滑剤が第１の段差部２１１を越えても、第２の段差部２１２によって潤滑剤が堰き止められる。よって、第１の段差部２１１のみが形成されている場合と比べて、潤滑剤が定着ベルト２１とキャップ４１との間に入り込むことを防ぐ効果が大きくなる。

上記実施形態が図１０に示されるように変形されてもよい。図１０は、定着装置９の断面図である。この例では、定着ベルト２１に、第１の段差部２１１、第２の段差部２１２に加えて、第３の段差部２１３が形成されている。具体的には、定着ベルト２１の長手方向の端部と第２の段差部２１２との間の第３の端部領域Ａ３において、定着ベルト２１の内周面２１ｉに、定着ベルト２１の長手方向の端部側の内径Ｒ４が押圧パッド２５側の内径Ｒ３よりも大きくなるように定着ベルト２１の周方向に延びる第３の段差部２１３が形成されている。この構成によれば、潤滑剤が第２の段差部２１２を越えても、表面張力により第３の段差部２１３を越えずに押圧パッド２５側の内周面２１ｉに留まる。よって、第１の段差部２１１と第２の段差部２１２のみが形成されている場合と比べて、潤滑剤が定着ベルト２１とキャップ４１との間に入り込むことを防ぐ効果が大きくなる。

基材層２１Ｋを一定の厚みに形成し、摺動層２１Ｓの前側の厚みを後側よりも薄くすることで第１の段差部２１１が形成されてもよい。基材層２１Ｋを一定の厚みに形成し、摺動層２１Ｓを後側のみ形成することで第１の段差部２１１が形成されてもよい。

押圧パッド２５及びＩＨヒーター２３に代えて、面状ヒーターが用いられてもよい。

弾性部材４３を設けずに、キャップ４１の筒状部４１ｂの内周面４１ｉが定着ベルト２１の外周面２１ｏに接触するように構成されてもよい。摺動部材３５を設けずに、押圧パッド２５の下面が定着ベルト２１の内周面２１ｉに接触するように構成されてもよい。

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
２１ａ 端面
２１ｉ 内周面
２１ｏ 外周面
２１１ 第１の段差部
２１２ 第２の段差部
２１３ 第３の段差部
２３ ＩＨヒーター（加熱手段）
２５ 押圧パッド（押圧部材）
２７ 加圧ローラー
４１ キャップ
４１ａ 円板状部
４１ｂ 筒状部
４１ｉ 内周面

Claims (3)

1. 筒状の回転可能な定着ベルトと、
   長手方向の長さが前記定着ベルトの長手方向の長さよりも短く、長手方向の両端部が前記定着ベルトの長手方向の両端部よりも内側に位置するように前記定着ベルトの内周面に対向する押圧部材と、
   前記押圧部材との間に前記定着ベルトを挟持し、前記定着ベルトとの間に用紙が挟持搬送される加圧領域を形成し、前記定着ベルトを従動回転させる加圧ローラーと、
   前記定着ベルトの端面に接触する円板状部と、前記円板状部から前記定着ベルトの中央側へ延びるように形成され、内周面が前記定着ベルトの外周面に対向する筒状部とを有し、前記定着ベルトと連れ回るキャップと、を備え、
   前記定着ベルトの長手方向の端部と前記押圧部材との間の第１の端部領域において、前記定着ベルトの内周面に、前記定着ベルトの長手方向の端部側の内径が前記押圧部材側の内径よりも大きくなるように前記定着ベルトの周方向に延びる第１の段差部が形成されており、
   前記定着ベルトの長手方向の端部と前記第１の段差部との間の第２の端部領域において、前記定着ベルトの内周面に、前記定着ベルトの長手方向の端部側の内径が前記押圧部材側の内径よりも小さくなるように前記定着ベルトの周方向に延びる第２の段差部が形成されていることを特徴とする定着装置。
2. 前記定着ベルトの長手方向の端部と前記第２の段差部との間の第３の端部領域において、前記定着ベルトの内周面に、前記定着ベルトの長手方向の端部側の内径が前記押圧部材側の内径よりも大きくなるように前記定着ベルトの周方向に延びる第３の段差部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記用紙にトナー像を形成する画像形成部と、
   前記トナー像を前記用紙に定着する請求項１又は２に記載の定着装置と、を備えることを特徴とする画像形成装置。

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