JP7225668B2

JP7225668B2 - 定着装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JP7225668B2
Application number: JP2018197916A
Authority: JP
Inventors: 栄次中嶋
Original assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2018-10-19
Filing date: 2018-10-19
Publication date: 2023-02-21
Anticipated expiration: 2038-10-19
Also published as: JP2020067458A; US20200125018A1; US10866551B2

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。

近年の省電力化やウォームアップ時間の短縮に対する要望に対して、定着装置の低熱容量化が進んでいる。低熱容量化の具体的な構成として、ＩＨヒーターによって電磁誘導加熱される、可撓性を有する定着ベルトが用いられる場合がある。電磁誘導加熱は、発熱効率が高く昇温速度が速いため、ウォームアップ時間を短縮できるというメリットがある。このメリットを発揮するために、定着ベルトは、熱容量の小さい材料で形成される。一方、均熱性が乏しく、非通紙領域の過昇温が大きくなるというデメリットがある。

定着ベルトは可撓性を有する材料で形成されて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、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る。非通紙領域の過昇温を抑制するために、ベルトガイドが、感温磁性材料（整磁合金）で形成される場合がある。感温磁性材料とは、所定の温度に達すると、磁気特性が強磁性から常磁性に変化する材料である。

電磁誘導加熱の場合、ＩＨヒーターで発生した磁束が定着ベルトの発熱層を通過する際に渦電流が発生し、その抵抗によって発熱する。発熱層の厚さは非常に薄い（一例で数μｍ～５０μｍ程度）ので、磁束が発熱層を貫通する場合がある。貫通した磁束はベルトガイドに到達して、ベルトガイド自体も発熱する。この場合、非通紙領域が過昇温して所定の温度に達すると、磁気特性が強磁性から常磁性に変化して、貫通した磁束がベルトガイドを通過してしまい、非通紙領域の発熱が抑制される。しかし、非通紙領域が過昇温すると、非通紙領域から通紙領域へ熱が移動し、通紙領域の温度も所定温度に上昇する場合がある。すると、通紙領域の磁気特性も強磁性から常磁性に変化して、通紙領域の発熱が抑制され、定着ベルトの温度の上昇を妨げてしまう。このため、ベルトガイドの自己発熱をできる限り抑制することが好ましい。

そこで、特許文献１には、感温磁性部材（ベルトガイド）に、定着部材（定着ベルト）の移動方向に亘って連続して切り欠かれた複数の連続切り欠き部を形成した定着装置が記載されている。複数の連続切り欠き部を形成しない場合、感温磁性部材を通過する渦電流は、感温磁性部材の長手方向の全体に渡って形成される。一方、連続切り欠き部を形成した場合は、渦電流は、隣接する切り欠き部の間で形成される。つまり、長手方向への熱の移動が連続切り欠き部によって遮断されるので、非通紙領域から通紙領域へ熱が移動することが抑制される。このため、通紙領域での温度の上昇が抑制され、定着ベルトの温度を上昇させやすくなる。

特開２０１６－２１２２１４号公報

特許文献１に記載された定着装置のように可撓性を有する定着部材は、円周方向の剛性が低く、また、加圧ローラーに従動して回転するため、形状維持性が不安定である。このため、定着部材は、部分的に感温磁性部材に接触して案内されながら回転する。

このように定着部材の内周面が感温磁性部材に接触すると、感温磁性部材の切り欠き部のエッジによって、定着部材の内側の基材層が損傷する虞がある。損傷が進行すると、定着部材が破断してしまうような事態も生じ得る。

本発明は上記事情を考慮し、ベルトガイドに形成したスリットによる定着ベルトの損傷を防止した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、可撓性を有する無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトを外側から誘導加熱する加熱部と、前記定着ベルトを前記加熱部に対向するように支持するベルトガイドと、を備え、前記ベルトガイドは、所定温度に達すると磁気特性が強磁性から常磁性に変化する感温磁性材料で形成されていると共に、前記定着ベルトの周方向と交差する幅方向に配列された、前記周方向に沿った複数のスリットを有し、前記定着ベルトの内周面側には、前記定着ベルトの内周面が前記複数のスリットの周囲に直接接触しないように保護部が設けられていることを特徴とする。

本発明の定着装置において、前記保護部は、前記ベルトガイドの前記スリットの周囲以外の部分に形成された隆起部であり、前記隆起部の角は円弧状に湾曲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、前記保護部は、前記ベルトガイドの外周面に設けられた、前記所定温度よりも高い温度における耐熱性を有する保護部材であ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。

本発明によれば、保護部によって定着ベルトの内周面がスリットの周囲の部分に直接接触しないので、定着ベルトがスリットのエッジで損傷することを抑制でき、定着ベルトの耐久性を維持できる。

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。本発明の第１の実施形態に係る定着装置を模式的に示す断面図である。本発明の第１の実施形態に係る定着装置のベルトガイドを上側から見た図である。本発明の第１の実施形態に係る定着装置のベルトガイドの断面図である。本発明の第２の実施形態に係る定着装置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。

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、可撓性を有する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に押圧する押圧部材としての押圧パッド２５と、定着ベルト２１を誘導加熱する加熱部としてのＩＨヒーター２７と、定着ベルト２１の内周面に接触もしくは近接して該定着ベルト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、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の下方に配置されている。

押圧パッド２５は、定着ベルト２１の中空部に設けられた支持部材３１に支持されている。支持部材３１は、中空の四角筒状の部材である。支持部材３１は、一側面が開口した断面形状がコの字状の第１部材３３及び第２部材３５を、互いの開口が向き合うように固定して形成されている。第１部材３３及び第２部材３５は、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。

押圧パッド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。押圧パッド２５は、加圧ローラー２３に対向するように配置されて、支持部材３１の下面に固定されている。押圧パッド２５は、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。

ＩＨヒーター２７は、コイル部４１と、コイル部４１を巻線状に保持するコイルボビン４３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の外周面の略半分（上半分）を覆うように支持されている。コイル部４１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。

次に、第１の実施形態に係るベルトガイド２９について、図２と、図３及び図４とを参照して説明する。図３はベルトガイドを上側から見た図であり、図４はベルトガイドの断面図である。

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の内周面に接触もしくは近接する本体部５１と、定着ベルト２１の周方向Ｘにおける本体部５１の両端に設けられる支持端部５３と、を有している。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。支持端部５３は、本体部５１の両端から、定着ベルト２１の径方向に内方向に屈曲した後、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、感温磁性材料（整磁合金）で形成されている。感温磁性材料は、所定の温度（キュリー温度）に達すると磁気特性が強磁性から常磁性に可逆的に変化する材料である。感温磁性材料は、例えば、Ｆｅ－Ｎｉ合金であり、キュリー温度は、定着可能温度以上で、定着ベルト２１の材料の耐熱温度以下に設定され、一例で、２００℃である。

図３に示されるように、本体部５１には、周方向Ｘに沿った複数のスリット５５が形成されている。複数のスリット５５は、通紙領域と非通紙領域とに、周方向Ｘと交差する幅方向Ｙに沿って所定の間隔で２列形成されている。周方向Ｘにおける列と列の間には所定の間隔が開けられている。また、周方向Ｘにおける本体部５１の両端縁とスリット５５との間にも、所定の間隔が開けられている。

また、本体部５１には、定着ベルト２１の内周面がスリット５５の周囲に直接接触しないようにする保護部として、隆起部５７が形成されている。隆起部５７は、全スリット５５の周囲の楕円状の部分（周囲部分とする）５１ａ及び本体部５１の周方向Ｘにおける両端部（周方向端部とする）５１ｂ及び本体部５１の幅方向Ｙにおける両端部（幅方向端部とする）５１ｃ以外の部分に、本体部５１の内側（図４の右側）から絞り加工することによって形成されている。図３に示されるように、周方向Ｘにおける一方の側において、一方の列のスリット５５の周囲部分５１ａは、一方の周方向端部５１ｂに連通しており、周方向Ｘにおける他方の側において、他方の列のスリット５５の周囲部分５１ａは、他方の周方向端部５１ｂに連通している。周方向端部５１ｂと幅方向端部５１ｃとは連通している。

図４に示されるように、隆起部５７は凹凸のない滑らかな接触面５７ａを有している。隆起部５７の角５７ｂ（接触面５７ａと側面５７ｃとの間の角）は、円弧状に湾曲している。隆起部５７の高さは、一例として１ｍｍである。

つまり、全スリット５５は、隆起部５７以外の、絞り加工が施されていない非隆起部に形成されている。

図２を参照して、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、支持端部５３が支持部材３１に固定されている。

上記構成を有する定着装置１１の定着動作について説明する。まず、加圧ローラー２３が駆動源によって駆動されて回転する。すると、加圧領域Ｎにおいて加圧ローラー２３に押圧されている定着ベルト２１が、加圧ローラー２３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。この際、定着ベルト２１は、ベルトガイド２９に沿って案内される。その後、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。定着ベルト２１の内周面はベルトガイド２９に接触しながら、又は非接触で回転する。定着ベルト２１の内周面がベルトガイド２９に接触する際には、本体部５１の隆起部５７の滑らかな接触面５７ａに接触し、非隆起部には接触しない。つまり、全スリット５５の周囲の部分は、定着ベルト２１の内周面には直接接触しないようになっている。

トナー像が転写された用紙Ｓが加圧領域Ｎに搬送されると、用紙Ｓは定着ベルト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。

前述のように、定着ベルト２１の基材層の厚さは非常に薄い（この例では３０μｍ）ので、磁束が基材層を貫通する場合がある。貫通した磁束はベルトガイド２９を通過し、この際ベルトガイド２９に渦電流が発生してベルトガイド２９が発熱する。ベルトガイド２９には、複数のスリット５５が幅方向に沿って所定の間隔で形成されている。このため、渦電流は、隣接するスリット５５間に発生する。したがって、非通紙領域の温度が上昇しても、通紙領域へ熱が移動しにくくなり、通紙領域での磁気特性の強磁性から常磁性への変化が抑制される。

上記説明したように本発明の定着装置１１によれば、隆起部５７によって、定着ベルト２１の内周面がスリット５５の周囲の部分に直接接触しないようになっている。詳細には、定着ベルト２１がベルトガイド２９に沿って案内される際に、定着ベルト２１の内周面は、ベルトガイド２９の隆起部５７に主に接触し、ベルトガイド２９のスリット５５には直接接触しない。したがって、定着ベルト２１がスリット５５のエッジで損傷することを抑制でき、定着ベルト２１の耐久性を維持できる。

また、隆起部５７は絞り形状を有しており、角５７ｂが円弧状に湾曲しているので、隆起部５７の角５７ｂが定着ベルト２１の内周面に引っ掛かることがなく、定着ベルト２１を損傷させずに安定に回転させることができる。

さらに、隆起部５７は、本体部５１の周方向端部５１ｂと幅方向端部５１ｃを避けて形成されているので、隆起部５７を形成するための絞り加工を本体部５１に施しやすい。

次に、図５を参照して、第２の実施形態に係るベルトガイド２９について説明する。図５は定着装置を模式的に示す断面図である。

第２の実施形態では、ベルトガイド２９の本体部５１に、第１の実施形態と同様のスリット５５が形成されているが、隆起部５７は形成されていない。一方で、本体部５１の表面（定着ベルト２１の内周面に対向する面）は、定着ベルト２１の内周面がスリット５５の周囲と直接接触しないようにする保護部としての保護部材６１で覆われている。保護部材６１は、ベルトガイド２９のキュリー温度（２００℃）での耐熱性を有する非磁性材料（例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ））で形成されている。保護部材６１の周方向Ｘにおける両端部はベルトガイド２９の両支持端部５３に固定されている。

定着動作中に定着ベルト２１が加圧ローラー２３に従動して回転すると、定着ベルト２１は保護部材６１に接触して、保護部材６１に沿って案内される。つまり、定着ベルト２１の内周面が、ベルトガイド２９のスリット５５に直接接触しないようになっている。

第２実施形態においても、定着ベルト２１がベルトガイド２９に沿って案内される際に、ベルトガイド２９のスリット５５が定着ベルト２１の内周面に直接接触しない。したがって、定着ベルト２１がスリット５５のエッジで損傷することを抑制でき、定着ベルト２１の耐久性を維持できる。

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
２７ＩＨヒーター（加熱部）
２９ベルトガイド
５５スリット
５７隆起部（保護部）
６１保護部材（保護部）

Claims

可撓性を有する無端状の定着ベルトと、
前記定着ベルトを外側から誘導加熱する加熱部と、
前記定着ベルトを前記加熱部に対向するように支持するベルトガイドと、を備え、
前記ベルトガイドは、所定温度に達すると磁気特性が強磁性から常磁性に変化する感温磁性材料で形成されていると共に、前記定着ベルトの周方向と交差する幅方向に配列された、前記周方向に沿った複数のスリットを有し、
前記定着ベルトの内周面側には、前記定着ベルトの内周面が前記複数のスリットの周囲に直接接触しないように保護部が設けられ、
前記保護部は、前記ベルトガイドの前記スリットの周囲以外の部分に形成された隆起部であり、
前記隆起部の角は円弧状に湾曲していることを特徴とする定着装置。
可撓性を有する無端状の定着ベルトと、
前記定着ベルトを外側から誘導加熱する加熱部と、
前記定着ベルトを前記加熱部に対向するように支持するベルトガイドと、を備え、
前記ベルトガイドは、所定温度に達すると磁気特性が強磁性から常磁性に変化する感温磁性材料で形成されていると共に、前記定着ベルトの周方向と交差する幅方向に配列された、前記周方向に沿った複数のスリットを有し、
前記定着ベルトの内周面側には、前記定着ベルトの内周面が前記複数のスリットの周囲に直接接触しないように保護部が設けられ、
前記保護部は、前記ベルトガイドの外周面に設けられた、前記所定温度よりも高い温度における耐熱性を有する保護部材であることを特徴とする定着装置。
可撓性を有する無端状の定着ベルトと、
前記定着ベルトを外側から誘導加熱する加熱部と、
前記定着ベルトを前記加熱部に対向するように支持するベルトガイドと、を備え、
前記ベルトガイドは、所定温度に達すると磁気特性が強磁性から常磁性に変化する感温磁性材料で形成されていると共に、前記定着ベルトの周方向と交差する幅方向に配列された、前記周方向に沿った複数のスリットを有し、
前記定着ベルトの内周面側には、前記定着ベルトの内周面が前記複数のスリットの周囲に直接接触しないように複数の保護部が設けられ、
複数の前記保護部は、前記幅方向に隣接する前記複数のスリットの間に前記周方向に沿って設けられていることを特徴とする定着装置。
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。