JP7206800B2 - 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。

定着装置には、ＩＨヒーターによって電磁誘導加熱される定着ベルトが用いられる場合がある。定着ベルトは押し当て部材によって加圧ローラーに押圧されて、加圧ローラーと定着ベルトとの間に加圧領域を形成している。加圧ローラーが回転すると、定着ベルトが加圧ローラーに従動して回転し、加圧領域を用紙が通過する。その際に、トナー像が加熱及び加圧されて用紙に定着される。押し当て部材と定着ベルトとの間には潤滑油が介されて、定着ベルトは押し当て部材に対して円滑に摺動するようになっている。

また、定着ベルトは可撓性を有しており形状維持性が低いため、ベルトガイドによって支持されている。ベルトガイドは、定着ベルトの中空部に配置されて、定着ベルトの内周面に接触して定着ベルトをＩＨヒーターに対向させている。このような構成の定着装置では、押し当て部材と定着ベルトとの間から潤滑油が漏れ出し、定着ベルトの内周面を伝って定着ベルトとベルトガイドとに間に入り込む場合がある。

特許文献１に記載された定着装置では、加熱補助部材（ベルトガイド）がベルト部材（定着ベルト）と接触する接触面に、摺動部材が固定されている。摺動部材は、多孔質構造を有するポリイミド樹脂製のフィルムである。この摺動部材によって、加熱補助部材とベルト部材との摩耗が抑制される。また、多孔質構造によって、潤滑油を安定に保持でき、摺動抵抗の増加を防いでいる。

特開２０１０－２１７５１７号公報

しかしながら特許文献１に記載された定着装置では、ベルト部材と加熱補助部材との間の隙間に入り込んだ潤滑油を介してベルト部材と加熱補助部材とが密着することがある。すると、ベルト部材と加熱保持部材との間の摩擦が大きくなり、スリップスティックが起こりやすく、その結果、振動音を発生することがある。

本発明は上記事情を考慮し、定着ベルトをベルトガイドに対して安定に回転させる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、本発明の定着装置は、可撓性を有する回転可能な定着ベルトと、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油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、前記定着ベルトを外側から加熱する加熱部と、前記定着ベルトを内周面側から前記加熱部に対向するように支持するベルトガイドと、前記ベルトガイドと前記定着ベルトとの間に配置され、前記定着ベルト側の面の少なくとも一部が撥油性である繊維部材と、を備えていることを特徴とする。

本発明の定着装置において、前記繊維部材は、撥油性の繊維を含む複数の繊維を織った織布であり、前記撥油性の繊維が前記定着ベルト側の面の少なくとも一部に露出するように織られていることを特徴としてもよい。

本発明の定着装置において、前記複数の繊維の一つは非撥油性の繊維であることを特徴としてもよい。

本発明の定着装置において、前記繊維部材は、前記定着ベルト側に撥油性の繊維が露出し、前記ベルトガイド側に非撥油性の繊維が露出するように織られていることを特徴としてもよい。

本発明の定着装置において、前記繊維部材は、前記定着ベルト側に非撥油性の繊維が露出し、前記ベルトガイド側に撥油性の繊維が面するように織られた上流側部と、前記定着ベルトの回転方向において前記上流側部の下流側に設けられて、前記定着ベルト側に撥油性の繊維が露出し、前記ベルトガイド側に非撥油性の繊維が露出するように織られた下流側部と、を有し、前記上流側部の前記非撥油性の繊維と前記下流側部の前記非撥油性の繊維とが接続していることを特徴としてもよい。

本発明の定着装置において、前記繊維部材は、前記ベルトガイドの幅よりも広い幅を有していることを特徴としてもよい。

本発明の画像形成装置は、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前記定着装置と、を備えていることを特徴とする。。

本発明によれば、加熱部と対向する領域において、定着ベルトと、定着ベルトに対する摺動面との間に存在する潤滑油の量を少ない状態に保つことができるので、定着ベルトを安定に回転させることができ、スリップスティックによる振動音の発生を防止できる。

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を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置において、第１の実施形態に係る繊維部材を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置において、第２の実施形態に係る繊維部材を模式的に示す断面図である。

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１の全体の構成について説明する。図１は画像形成装置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画像形成装置の正面側（前側）とする。各図に示すＬ及びＲは、画像形成装置１の左側及び右側を示す。

画像形成装置１の装置本体３には、用紙Ｓが収容される給紙カセット５と、給紙カセット５から用紙Ｓを送り出す給紙装置７と、用紙Ｓにトナー像を形成する画像形成部９と、トナー像を用紙Ｓに定着する定着装置１１と、用紙Ｓを排紙する排紙装置１３と、排紙された用紙Ｓが積載される排紙トレイ１５と、が備えられている。さらに、装置本体３には、給紙装置７から、画像形成部９と定着装置１１とを通って排紙装置１３に向かう用紙Ｓの搬送経路１７が形成されている。

給紙装置７によって給紙カセット５から給紙された用紙Ｓは、搬送経路１７に沿って画像形成部９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１７に沿って定着装置１１に搬送され、定着装置１１でトナー像が用紙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１３から排出されて、排紙トレイ１５に積載される。

次に、図２を参照して、定着装置１１について説明する。図２は定着装置を模式的に示す断面図である。

定着装置１１は、無端状の定着ベルト２１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加圧ローラー２３と、加圧領域Ｎにおいて定着ベルト２１を加圧ローラー２３に押圧する押し当て部材２５と、加熱部としてのＩＨヒーター２７と、定着ベルト２１をＩＨヒーター２７に対向するように支持するベルトガイド２９と、定着ベルト２１とベルトガイド２９との間に配置される繊維部材３１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が通紙される通紙領域よりも長い幅を有する無端状ベルトである。内径は、一例として２０ｍｍ～５０ｍｍ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等の磁性金属で形成されている。基材層の厚さは一例として３０μｍである。弾性層は、シリコンゴム等で形成される。弾性層の厚さは、一例として２００μｍである。離型層は、ＰＦＡチューブ等で形成される。離型層の厚さは、一例として３０μｍである。また、基材層の内周面に摺動層が形成される場合もある。摺動層は、ポリイミドアミドやＰＴＦＥ等で形成される。

定着ベルト２１は、両端が支持機構（図示省略）によって回転可能に支持されている。

加圧ローラー２３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。芯金は、アルミニウム等で形成される。弾性層は、シリコンゴム等で形成される。離型層は、ＰＦＡチューブ等で形成される。芯金の一端は駆動源（図示省略）に連結され、加圧ローラー２３は、駆動源（図示省略）によって図２の時計回り方向に回転可能となっている。加圧ローラー２３は、定着ベルト２１の側方（右側）に、定着ベルト２１に接触するように配置されている。

押し当て部材２５は、定着ベルト２１の中空部に設けられた支持部材４１に支持されている。支持部材４１は中空の四角筒状を有しており、一例として、アルミニウムのような非磁性材料で形成されている。

押し当て部材２５は、定着ベルト２１の幅と同等の幅を有する略直方体状の部材であり、例えば、液晶ポリマーで形成されている。押し当て部材は、加圧ローラー２３に対向するように配置されて、定着ベルト２１の内周面に接触して、定着ベルト２１を加圧ローラー２３に押圧している。これにより、定着ベルト２１と加圧ローラー２３との間に加圧領域Ｎが形成される。加圧ローラー２３が図２の時計回り方向に回転すると、定着ベルト２１が加圧ローラー２３に従動して反時計回り方向Ｘに回転し、搬送経路１７に沿って加圧領域Ｎに搬送された用紙Ｓが、加圧領域Ｎを下から上へ向かって搬送される。

押し当て部材２５の表面（定着ベルト２１の内周面に対向する面）は、摺動シート４３で覆われている。定着ベルト２１の周方向における摺動シート４３の両端部は、支持部材４１に固定されている。摺動シート４３は、例えば、フッ素樹脂製のシートで形成されている。摺動シート４３の表面（定着ベルト２１の内周面に対向する面）には、潤滑油が塗布されている。

ＩＨヒーター２７は、コイルと、コイルを巻線状に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２７は、定着ベルト２１に対して加圧ローラー２３と反対側に配置されて、定着ベルト２１の外周面の半分（左半分）を覆うように支持されている。コイル部に高周波の交流電圧を印加することにより磁束を発生させ、この磁束が定着ベルト２１の基材層を通過することで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。

ベルトガイド２９は、バネ性を有する部材であり、定着ベルト２１の内周面に接触する本体部５１と、定着ベルト２１の周方向における本体部５１の両端に設けられる上流側端部５３と、下流側端部５５と、を有している。本体部５１は、用紙の最大幅よりも広い幅（周方向と交差する方向における長さ）を有している。上流側端部５３は、定着ベルト２１の回転方向Ｘの上流側に設けられ、下流側端部５５は、定着ベルト２１の回転方向Ｘの下流側に設けられる。本体部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ている。上流側端部５３は、本体部５１の一端（回転方向Ｘの上流側の端部）から、定着ベルト２１の径方向に内方向に屈曲している。下流側端部５５は、本体部５１の他端（回転方向Ｘの下流側の端部）定着ベルト２１の径方向に内側に屈曲した後、本体部５１とは反対方向に直角に屈曲している。

ベルトガイド２９は、本体部５１がＩＨヒーター２７に対向するように、定着ベルト２１の中空部に配置されて、支持部材４１に片持ち式に支持されている。すなわち、下流側端部５５が、摺動シート４３の内側で支持部材４１に固定されて、上流側端部５３が、支持部材４１に固定された固定部材５７に、上下方向に移動可能に支持されている。これにより、ベルトガイド２９は、下流側端部５５を中心として揺動して、定着ベルト２１にテンションを付与する。

次に、図３を参照して、第１の実施形態に係る繊維部材３１について説明する。図３は繊維部材を模式的に示す断面図である。

繊維部材３１は、撥油性の繊維３３と非撥油性の繊維３５とが二重織りされた織布である。詳細には、繊維部材３１は、表側の面に撥油性の繊維３３が露出し、裏側の面に非撥油性の繊維３５が露出するように二重織りされている。このように繊維が織られることで、繊維部材３１の表側の面及び裏側の面は、滑らかではない凹凸形状に形成されている。撥油性の繊維３３は、例えば、フッ素樹脂繊維であり、非撥油性の繊維３５は、例えば、ＰＰＳ繊維やガラス繊維である。繊維部材３１の幅は、ベルトガイド２９の幅（周方向と交差する方向における長さ）よりも広く、ベルトガイド２９の両端から突き出している。また、繊維部材３１の幅は、定着ベルト２１の幅よりも狭い。

繊維部材３１は、表側の撥油性の繊維３３が定着ベルト２１の側で、裏側の非撥油性の繊維３５がベルトガイド２９の側となる向きで、ベルトガイド２９の本体部５１の表面に沿って巻きつけられ、両端部がベルトガイド２９の両方の端部５３及び５５に固定されている。

上記構成を有する定着装置６の定着動作について説明する。まず、ＩＨヒーター２７が駆動されて磁束が発生し、この磁束が定着ベルト２１の基材層を通過する際に発生する渦電流によって、定着ベルト２１が加熱される。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。さらに、加圧ローラー２３が駆動源によって駆動されて回転する。これにより、加圧領域Ｎにおいて定着ベルト２１が図２の時計回り方向Ｘに従動回転する。

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加圧ローラー２３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１７に沿って搬送される。

定着ベルト２１は、加圧領域Ｎにおいては、押し当て部材２５（摺動シート４３）に対して潤滑油を介して摺動しながら回転する。また、ＩＨヒーター２７と対向する際には、ベルトガイド２９に沿って案内される。この際、図３に示されるように、加圧領域Ｎから漏れた潤滑油Ｒが、定着ベルト２１の内周面を伝って、ベルトガイド２９を覆う繊維部材３１に移動する。繊維部材３１に移動した潤滑油Ｒは、表側の撥油性の繊維３３を通過して裏側の非撥油性の繊維３５に移動して、非撥油性の繊維３５に染み込む。非撥油性の繊維３５に染み込んだ潤滑油Ｒは、表側の撥油性の繊維３３には移動しにくいので、毛細管現象及び重力によって非撥油性の繊維３５を伝って下方に移動する。

そして、ベルトガイド２９の本体部５１の下端に達すると、定着ベルト２１と本体部５１との接触圧によって非撥油性の繊維３５から染み出し、撥油性の繊維３３を通過して定着ベルト２１の内周面に供給される。すなわち、ベルトガイド２９は、下流側端部５５が支持部材４１に固定されて、この下流側端部５５を中心として揺動するようになっているので、本体部５１の下端側ほど、ベルトガイド２９が定着ベルト２１に強く押し付けられている。このため、本体部５１の下端で、定着ベルト２１と本体部５１との接触圧によって非撥油性の繊維３５から潤滑油が染み出しやすくなっている。このようにして定着ベルト２１の内周面に供給された潤滑油は、定着ベルト２１の回転によって再度加圧領域Ｎに供給される。

上記説明したように本発明の定着装置１１によれば、ベルトガイド２９を覆う繊維部材３１の表側の面に撥油性の繊維３３が露出しているので、ＩＨヒーター２７に対向する領域において、定着ベルト２１と、定着ベルト２１に対する摺動面（繊維部材３１の表側の面）との間に存在する潤滑油の量を少ない状態に保つことができる。これにより、定着ベルト２１と、定着ベルト２１に対する摺動面との摩擦を低減できる。したがって、定着ベルト２１をベルトガイド２９（繊維部材３１）に沿って安定に回転させることができ、スリップスティックによる振動音の発生を防止できる。さらに、加圧領域Ｎから定着ベルト２１の内周面を伝って漏れ出した潤滑油は、繊維部材３１を介して再度定着ベルト２１の内周面に供給されるように循環するので、潤滑油の過多による漏れを起こすことなく、潤滑油の枯渇を防止できる。特に、繊維部材３１は、染み込んだ潤滑油を保持するだけでなく、毛細管現象によって繊維に沿って移動させることができるので、潤滑油の循環をより活発化できる。したがって、定着装置１１の耐久性を向上できる。

さらに、繊維部材３１は繊維を織った織布であり、表面が滑らかではない凹凸形状を有しているので、定着ベルト２１の内周面と繊維部材３１との接触面積を少なくできる。したがって、定着ベルト２１と繊維部材３１との摩擦をさらに低減できる。

また、繊維部材３１は、前述のように、ベルトガイド２９の幅よりも広い幅を有し、ベルトガイド２９の両端から突き出している。さらに、繊維部材３１は、定着ベルト２１の幅よりも狭い幅を有している。これにより、ベルトガイド２９の幅方向両端のエッジを保護しつつ定着ベルト２１の必要な範囲に潤滑油を供給することができる。

本実施形態では、繊維部材３１が、表側の面に撥油性の繊維３３が露出し、裏側の面に非撥油性の繊維３５が露出するように二重織りされている。しかし、繊維部材３１は、撥油性の繊維３３が、表側の面の一部に露出するように織られた織布であってもよい。また、撥油性の繊維３３以外の繊維として、非撥油性以外の特性を有する繊維を使用してもよい。さらには、織布ではなく不織布であってもよい。ただし、表面の凹凸形状によって定着ベルトとの摩擦を低減できる点で、織布の方が好ましい。

次に、図４を参照して、第２実施形態に係る繊維部材について説明する。図４は繊維部材を模式的に示す断面図である。

繊維部材３１は、定着ベルト２１の回転方向Ｘにおける上流側の上流側部６１と、上流側部よりも下流側の下流側部６３と、を有している。上流側部６１は、定着ベルト２１側に非撥油性の繊維３５が露出し、ベルトガイド２９側に撥油性の繊維３３が露出するように二重織りされている。下流側部６３は、定着ベルト２１側に撥油性の繊維３３が露出し、ベルトガイド２９側に非撥油性の繊維３５が露出するように二重織りされている。さらに、上流側部６１と下流側部６３の非撥油性の繊維３５は接続されている。

定着ベルト２１がベルトガイド２９に沿って案内される際、定着ベルト２１の内周面からベルトガイド２９を覆う繊維部材３１に移動した潤滑油Ｒは、まず、上流側部６１の非撥油性の繊維３５に移動して、非撥油性の繊維３５に染み込む。非撥油性の繊維３５に染み込んだ潤滑油Ｒは、裏側の撥油性の繊維３３には移動しにくいので、毛細管現象及び重力によって下方に向かい、下流側部６３の非撥油性の繊維３５に移動した後、さらに下方に向かう。そして、潤滑油Ｒがベルトガイド２９の本体部５１の下端に達すると、定着ベルト２１と本体部５１との接触圧によって非撥油性の繊維３５から染み出し、撥油性の繊維３３を通過して定着ベルト２１の内周面に供給される。そして、定着ベルト２１の回転によって再度加圧領域Ｎに供給される。

第２の実施形態によれば、上流側部６１では、非撥油性の繊維３５が定着ベルト２１の側に露出しているので、定着ベルト２１の内周面に付着した潤滑油Ｒは、非撥油性の繊維３５に移動して染み込み、該繊維３５を伝って移動する。このように、定着ベルト２１の内周面からできるだけ多くの潤滑油Ｒを非撥油性の繊維３５に移動させることができる。一方、下流側部６３では、撥油性の繊維３３が定着ベルト２１の側に露出しているので、定着ベルト２１と繊維部材３１との間に存在する潤滑油Ｒの量を少ない状態に保つことができる。したがって、繊維部材３１と定着ベルト２１との摩擦を低減できる。さらに、上流側部６１で非撥油性の繊維３５に移動した潤滑油Ｒは、下流側部６３の非撥油性の繊維３５を伝って移動し、本体部５１の下端で定着ベルト２１の内周面に供給されるので、加圧領域Ｎから定着ベルト２１の内周面を伝って漏れ出した潤滑油Ｒをよりスムーズに循環させることができる。

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。

１ 画像形成装置
９ 画像形成部
１１ 定着装置
２１ 定着ベルト
２３ 加圧ローラー（加圧部材）
２５ 押し当て部材
２７ ＩＨヒーター（加熱部）
２９ ベルトガイド
３１ 繊維部材
３３ 撥油性の繊維
３５ 非撥油性の繊維
６１ 上流側部
６３ 下流側部

Claims (4)

1. 可撓性を有する回転可能な定着ベルトと、
   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油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、
   前記定着ベルトを外側から加熱する加熱部と、
   前記定着ベルトを内周面側から前記加熱部に対向するように支持するベルトガイドと、
   前記ベルトガイドと前記定着ベルトとの間に配置され、前記定着ベルト側の面の少なくとも一部が撥油性である繊維部材と、を備え、
   前記繊維部材は、撥油性の繊維を含む複数の繊維を織った織布であり、前記撥油性の繊維が前記定着ベルト側の面の少なくとも一部に露出するように織られ、
   前記複数の繊維の一つは非撥油性の繊維であり、
   前記繊維部材は、
   前記定着ベルト側に非撥油性の繊維が露出し、前記ベルトガイド側に撥油性の繊維が面するように織られた上流側部と、
   前記定着ベルトの回転方向において前記上流側部の下流側に設けられて、前記定着ベルト側に撥油性の繊維が露出し、前記ベルトガイド側に非撥油性の繊維が露出するように織られた下流側部と、を有し、
   前記上流側部の前記非撥油性の繊維と前記下流側部の前記非撥油性の繊維とが接続していることを特徴とする定着装置。
2. 前記繊維部材は、前記定着ベルト側に撥油性の繊維が露出し、前記ベルトガイド側に非撥油性の繊維が露出するように織ら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. 前記繊維部材は、前記ベルトガイドの幅よりも広い幅を有していることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の定着装置。
4. 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１～３のいずれか１項記載の定着装置と、を備えていることを特徴とする画像形成装置。
   

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