JP7454128B2 - ベルト装置、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、ベルト装置、定着装置及び画像形成装置に関する。

例えば、複写機やプリンタなどの画像形成装置に搭載されるベルト装置として、無端状のベルト部材を用いて用紙などの記録媒体に未定着画像を定着するベルト式の定着装置が知られている。

一般的に、ベルト式の定着装置は、ベルト部材としての定着ベルトと、定着ベルトの外周面に対向して配置される対向部材と、定着ベルトを介して対向部材に接触し、定着ベルトと対向部材との間にニップ部を形成するニップ形成部材と、定着ベルトを加熱する加熱部材などを備えている。

ところで、このようなベルト式の定着装置においては、ニップ形成部材と定着ベルトとが相対的に摺動する箇所で摩擦振動が発生し、その摩擦振動が原因で異音が発生するといった問題がある。

斯かる問題に対して、特許文献１（特開２０１８－２２１２４号公報）では、ニップ形成部材とこれを支持する支持部材との間に、振動を抑制する振動抑制部材を配置した構成が提案されている。

しかしながら、上記のような異音の発生をより効果的に低減するため、さらなる改善が望まれている。

上記課題を解決するため、本発明では、ベルト装置が、回転可能に設けられた無端状のベルト部材と、前記ベルト部材に対向して配置される対向部材と、回転する前記ベルト部材に対して相対的に摺動するように配置され、前記対向部材との間に前記ベルト部材を挟んでニップ部を形成するニップ形成部材と、回転する前記ベルト部材に対して相対的に摺動するように接触する振動抑制部材と、を備え、前記振動抑制部材は、前記ベルト部材に対して前記対向部材が接触しない位置で前記ベルト部材に接触し、前記振動抑制部材は、弾性材料で構成され、前記振動抑制部材は、前記ニップ形成部材よりも前記ベルト部材の回転方向の上流側及び下流側に設けられ、前記振動抑制部材の一部は、前記ニップ形成部材に固定されている。

本発明によれば、異音の発生を効果的に低減できる。

本発明の実施の一形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 定着装置の概略構成図である。 ベルト支持部材の斜視図である。 異音の周波数解析結果を示すグラフである。 ニップ形成部材に設けられた振動抑制部材の斜視図である。 振動抑制部材が定着ベルトの外周面に接触する例を示す図である。 振動抑制部材が摺動部材を介して定着ベルトに接触する例を示す図である。 振動抑制部材がベルト支持部材に設けられた例を示す図である。 振動抑制部材が摺動部材を介して定着ベルトに接触する例を示す図である。 振動抑制部材がベルト支持部材の周方向の一部に設けられた例を示す図である。 定着ベルトを非真円形状に変形させた例を示す図である。 定着ベルトを非真円形状に変形させた他の例を示す図である。 定着ベルトを非真円形状に変形させたさらに別の例を示す図である。 振動抑制部材を省略した例を示す図である。 振動抑制部材を省略した他の例を示す図である。 振動抑制部材を省略したさらに別の例を示す図である。 本発明を他の定着装置に適用した例を示す図である。 本発明をさらに別の定着装置に適用した例を示す図である。

以下、添付の図面に基づき、本発明について説明する。なお、本発明を説明するための各図面において、同一の機能もしくは形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すことにより一度説明した後ではその説明を省略する。

図１は、本発明の実施の一形態に係る画像形成装置の概略構成図である。まず、図１を参照して、画像形成装置の全体構成及び動作について説明する。

図１に示す画像形成装置１は、電子写真方式のモノクロレーザプリンタである。なお、本発明は、プリンタのほか、複写機、ファクシミリ、あるいは、これらのいずれか２つ又は３つの機能を備える複合機であってもよい。また、モノクロ画像形成装置に限らず、カラー画像形成装置であってもよい。

図１に示すように、画像形成装置１には、画像を形成する画像形成部２と、記録媒体としての用紙Ｐを供給する記録媒体供給部３と、供給された用紙Ｐに画像を転写する転写部４と、用紙Ｐに転写された画像を定着する定着装置５と、画像が定着された用紙Ｐを装置外に排出する排出部６と、が設けられている。

画像形成部２は、ドラム状の感光体７と、感光体７の表面を帯電させる帯電手段としての帯電ローラ８と、感光体７の表面を露光して潜像を形成する潜像形成手段としての光源９及びミラー１０と、感光体７の表面にトナー（現像剤）を供給して潜像を可視画像化する現像手段としての現像ローラ１１と、感光体７の表面をクリーニングするクリーニング手段としてのクリーニングブレード１２と、を備えている。

印刷動作開始の指示があると、画像形成部２において、感光体７が回転を開始し、帯電ローラ８によって感光体７の表面が均一な高電位に帯電される。次いで、原稿読取装置によって読み取られた原稿の画像情報、あるいは端末からプリント指示されたプリント情報に基づいて、光源９から照射された露光光がミラー１０を介して走査され、感光体７の帯電面に照射される。これにより、露光された部分の電位が低下して感光体７上に静電潜像が形成される。そして、この静電潜像に対して現像ローラ１１からトナーが供給され、感光体７上にトナー画像が形成される。

感光体７上に形成されたトナー画像は、転写部４に配置された転写装置１３によって用紙Ｐに転写される。この用紙Ｐは、記録媒体供給部３から供給されたものである。記録媒体供給部３では、給紙カセット１４に収容されている用紙Ｐが給紙ローラ１５によって１枚ずつ送り出される。送り出された用紙Ｐは、タイミングローラ対１６によって感光体７上のトナー画像とタイミングを合わせて転写部４へ搬送される。そして、転写部４において、感光体７上のトナー画像が用紙Ｐに転写される。また、トナー画像の転写が行われた後、感光体７上に残留するトナーは、クリーニングブレード１２によって除去される。

トナー画像が転写された用紙Ｐは、定着装置５へ搬送され、未定着トナー画像が用紙Ｐに定着される。その後、用紙Ｐは、排出部６に搬送され、排紙ローラ対１７によって装置外に排出されて、一連の印刷動作が完了する。

次に、本実施形態に係る定着装置５の基本構成について説明する。

図２に示すように、定着装置５は、定着ベルト２１と、加圧ローラ２２と、ハロゲンヒータ２３と、ニップ形成部材２４と、ステー２５と、反射部材２６と、ベルト支持部材２７と、温度センサ２８などを備えている。

定着ベルト２１は、用紙Ｐの未定着画像担持面側に配置され、未定着画像Ｔを用紙Ｐに定着する定着部材である。定着ベルト２１は、無端状のベルト部材（フィルムも含む）で構成されている。定着ベルト２１を構成するベルト部材は、例えば外径が２５ｍｍで厚みが４０～１２０μｍのポリイミド（ＰＩ）製の筒状基体を有している。また、定着ベルト２１の最表層には、耐久性を高めて離型性を確保するために、ＰＦＡやＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂による厚みが５～５０μｍの離型層が形成される。基体と離型層の間に厚さ５０～５００μｍのゴム等からなる弾性層を設けてもよい。また、定着ベルト２１の基体はポリイミドに限らず、ＰＥＥＫなどの耐熱性樹脂やニッケル（Ｎｉ）、ＳＵＳなどの金属基体であってもよい。定着ベルト２１の内周面に摺動層としてポリイミドやＰＴＦＥなどをコートしてもよい。

加圧ローラ２２は、定着ベルト２１の外周面に対向して配置される対向部材である。加圧ローラ２２は、例えば外径が２５ｍｍであり、中実の鉄製芯金と、この芯金の表面に形成された弾性層と、弾性層の外側に形成された離型層とで構成されている。弾性層はシリコーンゴムで形成されており、厚みは例えば３．５ｍｍである。弾性層にスポンジゴムを用いて加圧ローラ２２の断熱性を高めることが望ましい。その場合、定着ベルト２１の熱が加圧ローラ２２に奪われにくくなり、定着ベルト２１の熱効率が向上する。また、弾性層は、ソリッドゴムでもよい。離型性を高めるために、弾性層の表面には、例えば厚みが４０μｍ程度のフッ素樹脂層による離型層が形成されているのが望ましい。

加圧ローラ２２は、バネなどの加圧手段によって定着ベルト２１に圧接される。これにより、定着ベルト２１と加圧ローラ２２との間にニップ部Ｎが形成される。また、加圧ローラ２２は、画像形成装置本体に設けられた駆動源によって回転駆動するように構成されている。本実施形態では、加圧ローラ２２として、中空のローラが用いられている。ただし、加圧ローラ２２は、中実のローラであってもよい。加圧ローラ２２が中空ローラの場合は、加圧ローラ２２の内部にハロゲンヒータなどの加熱部材を配置することも可能である。

ハロゲンヒータ２３は、熱（輻射熱）及び光（例えば、赤外線光）を放射することで、定着ベルト２１を輻射熱により加熱する加熱部材である。ハロゲンヒータ２３は、定着ベルト２１の内側で、定着ベルト２１の内周面に直接対向するように配置されている。また、加熱部材として、ハロゲンヒータ２３以外に、カーボンヒータなどの他のヒータを用いてもよい。定着ベルト２１がハロゲンヒータ２３によって加熱され、回転駆動する加圧ローラ２２とこれに伴って従動回転する定着ベルト２１との間（ニップ部Ｎ）に未定着画像Ｔが転写された用紙Ｐが搬送されると、ニップ部Ｎにおいて用紙Ｐが加圧及び加熱されることで、未定着画像Ｔが用紙Ｐに定着される。

ニップ形成部材２４は、加圧ローラ２２との間で定着ベルト２１を挟んでニップ部Ｎを形成する部材である。ニップ形成部材２４は、定着ベルト２１の内側でその回転軸方向に沿って長手状に配置されている。加圧ローラ２２がニップ形成部材２４側に加圧されることで、加圧ローラ２２と定着ベルト２１とが接触し、これらの間にニップ部Ｎが形成される。ニップ形成部材２４は、熱による変形防止と、安定したニップ部Ｎの形成のために、耐熱樹脂材料で構成されることが好ましい。

本実施形態では、定着ベルト２１の摺動性を向上させるため、ニップ形成部材２４と定着ベルト２１との間にＰＴＦＥなどの低摩擦材料から成るシート状の摺動部材（摺動シート）２９を介在させている。また、摺動部材２９を用いず、ニップ形成部材２４自体をフッ素樹脂系材料で構成し、摺動性を向上させてもよい。このように、ニップ形成部材２４は定着ベルト２１に対して摺動部材２９を介して接触してもよいし、ニップ形成部材２４は定着ベルト２１に対して摺動部材２９を介さずに接触してもよい。すなわち、「ニップ形成部材２４が定着ベルト２１に接触する」とは、ニップ形成部材２４が摺動部材２９などの他の部材を介在させることなく定着ベルト２１に直接接触する場合のほか、ニップ形成部材２４が摺動部材２９などを介して定着ベルト２１に間接的に接触する場合も含む。

ステー２５は、加圧ローラ２２の加圧力に抗してニップ形成部材２４を支持する支持部材である。ここで、ニップ形成部材２４を「支持する」とは、ニップ形成部材２４に対して加圧ローラ２２側とは反対側で接触し、加圧ローラ２２からの圧力によるニップ形成部材２４の撓み、特にニップ形成部材２４の長手方向に渡る加圧方向の撓みを抑制することをいう。ステー２５によってニップ形成部材２４が支持されることで、ニップ形成部材２４の撓みが抑制され、均一な幅のニップ部Ｎが得られる。また、ステー２５は、その剛性を確保するため、ＳＵＳやＳＥＣＣなどの鉄系金属材料によって形成されることが好ましい。

反射部材２６は、ハロゲンヒータ２３から放射される熱及び光を反射する部材である。反射部材２６は、ハロゲンヒータ２３とステー２５の間に配置されている。反射部材２６によって、ハロゲンヒータ２３から放射された熱や光を定着ベルト２１へ反射することで、熱がステー２５などに伝達されるのを抑制し、定着ベルト２１が効率良く加熱され、省エネルギー化を図れる。反射部材２６の材料としては、アルミニウムやステンレスなどが用いられる。特に、アルミニウム製の基材に反射率の高い銀を蒸着したものを用いた場合、定着ベルト２１の加熱効率を向上させることが可能である。

ベルト支持部材２７は、定着ベルト２１の両端部に挿入されて、定着ベルト２１を回転可能に支持する部材である。図３に示すように、ベルト支持部材２７は、Ｃ字状の支持部２７ａと、支持部２７ａから外径方向に突出するフランジ状の規制部２７ｂと、を有している。定着ベルト２１の両端部に各ベルト支持部材２７の支持部２７ａが挿入されることで、定着ベルト２１は回転可能に支持される。また、定着ベルト２１がベルト支持部材２７によって支持された状態では、規制部２７ｂによって定着ベルト２１の回転軸方向の移動が規制され、定着ベルト２１が一定の範囲内で位置保持される。

温度センサ２８は、定着ベルト２１の外周面に対向して配置され、定着ベルト２１の温度を検知する温度検知手段である。温度センサ２８によって定着ベルト２１の表面温度が検知され、その検知結果に基づいてハロゲンヒータ２３の出力制御が行われることで、定着ベルト２１の温度が所望の温度（定着温度）となるように制御される。温度センサ２８は、接触型又は非接触型のいずれでもよい。温度センサ２８としては、例えばサーモパイル、サーモスタット、サーミスタ、ＮＣセンサなど、公知の温度センサを適用可能である。

ここで、定着装置において生じる異音について説明する。

上記のようなベルト式の定着装置においては、加圧ローラの回転に伴って定着ベルトが従動回転すると、定着ベルトがニップ形成部材に対して摺動するため（本実施形態では、摺動部材２９が定着ベルト２１に直接摺動している。）、その摺動箇所であるニップ部において摩擦振動が発生し、この摩擦振動が起振力となって大きな異音が発生することがある。特に、定着ベルトが低速回転している場合や、ニップ部が高温状態となっている場合は、摩擦係数が高くなるため、異音が発生しやすい状態となる。

図４は、異音の周波数解析結果を示すグラフである。図４に示すように、この例では、異音の音圧レベルが２００Ｈｚ程度の音域で大きくなっていることが確認できる。

ところで、このような異音は、ニップ部で発生した摩擦振動が周囲の部材に伝達されて増幅されることにより、大きくなると考えられる。しかしながら、ニップ部の周辺部材の１つであるニップ形成部材は、ステーによって支持及び固定されているため、振動が伝達されてもそれほど振動が増幅されることはないと考えらえる。一方、他の周辺部材である定着ベルトは、その両端部にてベルト支持部材によって支持されているものの、拘束されていない部分が多く存在する。このため、振動が定着ベルトに伝達されると、主に定着ベルトにおいて振動が増幅されて異音が生じていると考えられる。

そこで、本発明の実施形態に係る定着装置においては、上記知見に基づき、定着ベルトの振動を効果的に抑制するため、次のような構成を採用している。以下、図２及び図５を参照しつつ、本実施形態に係る振動抑制部材について説明する。

図２に示すように、本実施形態に係る定着装置５は、粘弾性材料から成る振動抑制部材３０を備えている。振動抑制部材３０は、ニップ形成部材２４から用紙搬送方向Ｙの上流側（図の下側）及び下流側（図の上側）へ伸びるように設けられている。また、振動抑制部材３０は、定着ベルト２１の周方向に沿って曲面状に形成され、定着ベルト２１の内周面に接触する。図５に示すように、本実施形態では、振動抑制部材３０が、ニップ形成部材２４の長手方向（定着ベルト２１の回転軸方向）の全体に渡って連続して設けられている。ただし、これに限らず、振動抑制部材３０は、ニップ形成部材２４の長手方向の一部に設けられていてもよい。

このような振動抑制部材３０がニップ形成部材２４に設けられていることで、定着ベルト２１が回転すると、定着ベルト２１の内周面が振動抑制部材３０に対して摺動する。このとき、振動抑制部材３０によって定着ベルト２１の振動が抑制されることで、定着ベルト２１の振動に起因する異音の発生を低減することができる。すなわち、ニップ形成部材２４と定着ベルト２１との間（ニップ部Ｎ）で摩擦振動が発生し、その振動が定着ベルト２１に伝わったとしても、定着ベルト２１に振動抑制部材３０が接触していることで、振動抑制部材３０によって定着ベルト２１が径方向に拘束される。このため、定着ベルト２１の振動を減衰させることができる。

このように、本実施形態に係る定着装置においては、定着ベルト２１の振動を抑制することで、定着ベルト２１の振動に起因して発生する異音を低減することが可能である。特に、振動を増幅させる主媒体として考えられる定着ベルト２１の振動が積極的に抑制されることで、異音の発生を効果的に低減することができる。なお、異音の発生を抑制するには、少なくとも定着ベルト２１の回転時に、振動抑制部材３０が定着ベルト２１に接触していればよい。従って、振動抑制部材３０は、必ずしも静止状態（非回転状態）の定着ベルト２１に対して接触していなくてもよい。

また、定着ベルト２１に振動抑制部材３０を接触させる構成を採用することで、上記特許文献１のような、ニップ形成部材とこれを支持する支持部材との間に振動抑制部材を配置する構成を採用しなくても、異音の発生を効果的に低減できるようになる。また、ニップ形成部材と支持部材との間に振動抑制部材としての弾性部材を配置しなくてもよいため、支持部材に対するニップ形成部材の位置や姿勢を安定させることができる。これにより、ニップ部の圧力や幅を均一に維持することができ、良好な画像品質を確保することが可能となる。なお、本発明は、ニップ形成部材と支持部材との間に振動抑制部材を配置する構成を除外するものではない。ニップ形成部材の位置や姿勢を安定させることができれば、本発明と、ニップ形成部材と支持部材との間に振動抑制部材を配置する構成を併用してもよい。

また、本実施形態では、安定したニップ部の形成を実現できるように、振動抑制部材３０がニップ形成部材２４のニップ部Ｎを形成する面（ニップ形成面）以外の部分に設けられている。つまり、振動抑制部材３０の一部がニップ形成部材２４に固定されている。図２に示す例では、振動抑制部材３０が、ニップ形成部材２４のニップ部Ｎよりも用紙搬送方向Ｙの上流側及び下流側の両側面に設けられている。このように、ニップ形成面以外に振動抑制部材３０を設けることで、振動抑制部材３０がニップ部Ｎに与える影響を回避でき、安定したニップ部Ｎの形成が可能となる。

振動抑制部材３０は、樹脂製のニップ形成部材２４よりも硬度の低い材料で構成されることが望ましい。具体的に、振動抑制部材３０の材料としては、弾性材料を用いることができ、アスカーＣ硬度が３０度以上６０度以下のゴム材料が好ましい。特に、シリコーンゴムは振動抑制効果が高く、かつ耐熱性も有するので、シリコーンゴムが振動抑制部材３０の材料として好適である。

また、図６に示す例のように、振動抑制部材３０は、定着ベルト２１の外周面に接触するように配置されてもよい。ただし、振動抑制部材３０が定着ベルト２１の外周面に接触するように配置される場合は、外周面に振動抑制部材３０が摺接して傷が付くことによる定着性の低下を防止するため、振動抑制部材３０は定着ベルト２１の通紙領域（記録媒体通過領域）の外側に配置されることが望ましい。これに対して、振動抑制部材３０が定着ベルト２１の内周面に接触するように配置される場合は、上記のような外周面の傷の発生に起因する定着性の低下の虞はない。

また、定着ベルト２１の振動を効果的に抑制するには、定着ベルト２１が大きく振動しやすい部分に振動抑制部材３０を接触させることが望ましい。例えば、定着ベルト２１が加圧ローラ２２やベルト支持部材２７と接触しない部分は、定着ベルト２１が径方向に拘束されておらず振動が大きくなりやすい部分であるので、このような部分に振動抑制部材３０を接触させることで、定着ベルト２１の振動を効果的に抑制できる。

また、図７に示す例のように、振動抑制部材３０と定着ベルト２１との間に、ＰＴＦＥなどの低摩擦材料から成るシート状の摺動部材（摺動シート）３１を介在させてもよい。このように、振動抑制部材３０は定着ベルト２１に対して摺動部材３１を介して接触してもよい。すなわち、「振動抑制部材３０が定着ベルト２１に接触する」とは、図２に示す例のような、振動抑制部材３０が摺動部材３１などの他の部材を介在させることなく定着ベルト２１に直接接触する場合のほか、図７に示す例のような、振動抑制部材３０が摺動部材３１などを介して定着ベルト２１に間接的に接触する場合も含む。図７に示す例の場合、図２に示す例のような、振動抑制部材３０が定着ベルト２１の内周面に直接接触する構成に比べ、振動抑制部材３０と定着ベルト２１との間の摺動抵抗を低減でき、定着ベルト２１への負荷を軽減できるようになる。また、図６に示すような、振動抑制部材３０を定着ベルト２１の外周面に接触させる構成においても、振動抑制部材３０と定着ベルト２１との間に摺動部材を介在させてもよい。

図８は、上述の実施形態とは異なる実施形態の構成を示す図である。

図８に示す実施形態では、振動抑制部材３０が、ニップ形成部材２４ではなく、ベルト支持部材２７に設けられている。この例では、振動抑制部材３０が、ベルト支持部材２７の支持部２７ａにおける外周面の周方向全体に渡って設けられている。また、振動抑制部材３０は、ベルト支持部材２７の支持部２７ａにおける外周面の周方向一部のみに設けられてもよい。

このように、振動抑制部材３０がベルト支持部材２７に設けられていることで、定着ベルト２１が回転すると、定着ベルト２１の内周面が振動抑制部材３０に対して摺動し、振動抑制部材３０によって定着ベルト２１が径方向に拘束される。このため、図８に示す実施形態においても、振動抑制部材３０によって定着ベルト２１の振動が抑制され、定着ベルト２１の振動に起因する異音の発生を効果的に低減することが可能である。

また、図９に示す例のように、振動抑制部材３０がベルト支持部材２７に設けられた構成において、さらに、振動抑制部材３０と定着ベルト２１との間に、低摩擦材料から成るシート状の摺動部材（摺動シート）３２を介在させてもよい。この場合、振動抑制部材３０と定着ベルト２１との間の摺動抵抗を低減でき、定着ベルト２１への負荷を軽減できるようになる。

また、図１０に示す例のように、振動抑制部材３０は、支持部２７ａの周方向の一部に設けられていてもよい。例えば、定着ベルト２１に生じる振動は、用紙搬送方向Ｙにおけるニップ部Ｎの中央Ｍから上流側及び下流側へ（周方向の一方及び他方へ）ベルト周長の４分の１離れた位置Ｄ１，Ｄ２付近で特に大きくなる場合がある。この場合、図１０に示す例のように、これらの位置Ｄ１，Ｄ２を少なくとも含む部分のみに振動抑制部材３０が配置されてもよい。このような位置に振動抑制部材３０が配置されることにより、特に振動が大きくなる箇所（Ｄ１，Ｄ２）で振動抑制部材３０が定着ベルト２１に接触するため、振動を効果的に抑制することが可能である。さらに、図１０に示す例において、振動抑制部材３０と定着ベルト２１との間に、低摩擦材料から成るシート状の摺動部材（摺動シート）を介在させてもよい。

続いて、図１１に示す実施形態は、振動抑制部材３０を設けることに加え、ベルト支持部材２７を特有の形状に変形させた実施形態である。上述の実施形態では、ベルト支持部材２７の支持部２７ａが同じ曲率の円弧（真円状）に形成されている（図２参照）。これに対して、図１１に示す実施形態では、支持部２７ａが複数の曲率半径を有する楕円形などの非真円の円弧状に形成されている。そして、この支持部２７ａの形状に倣って、支持部２７ａに支持される定着ベルト２１も非真円形状に変形している。

図１１に示す例では、定着ベルト２１が、用紙搬送方向Ｙに対して斜めの方向に径が大きくなるように変形している。詳しくは、ニップ部Ｎの用紙搬送方向Ｙの下流側近傍（図の右上側）及びこれとは１８０°反対側（図の左下側）で径が大きくなり、ニップ部Ｎの用紙搬送方向Ｙの上流側近傍（図の右下側）及びこれとは１８０°反対側（図の左上側）で径が小さくなるように、定着ベルト２１が変形している。従って、定着ベルト２１の仮想中心をＯとすると、その仮想中心Ｏから定着ベルト２１の図の左上部分までの距離Ｒ１は最短距離となり、仮想中心Ｏから定着ベルト２１の図の右上部分までの距離Ｒ２は最長距離となる。

ここで、仮想中心Ｏは、ニップ部Ｎにおける定着ベルト２１の回転方向（用紙搬送方向）をＹ方向とし、そのＹ方向及び定着ベルト２１の回転軸方向の両方に直交する方向をＸ方向としたときに、定着ベルト２１におけるＹ方向及びＸ方向の中心である。すなわち、Ｙ方向における定着ベルト２１の一方の端部位置Ｙ１と他方の端部位置Ｙ２から等しい距離にある中央線をＹ０とし、Ｘ方向における定着ベルト２１の一方の端部位置Ｘ１と他方の端部位置Ｘ２から等しい距離にある中央線をＸ０とすると、これらのＹ方向及びＸ方向の各中央線Ｙ０，Ｘ０の交点が、仮想中心Ｏである。

無負荷状態では通常、定着ベルト２１は真円形状又はそれに近い状態となる。これに対して、図１１に示す実施形態では、ベルト支持部材２７の支持部２７ａの形状を非真円形状に形成することで、定着ベルト２１に内側から負荷を与え、定着ベルト２１を非真円形に変形させている。このように、ベルト支持部材２７によって定着ベルト２１を非真円形に変形させ、定着ベルト２１に負荷を与えることで、特に定着ベルト２１に負荷が加わる部分では定着ベルト２１を拘束する力が大きくなる。このため、定着ベルト２１が真円形状に近い状態の場合に比べ、定着ベルト２１の振動を抑制することができるようになる。

本実施形態では、定着ベルト２１の振動を効果的に抑制できるようにするため、上記仮想中心Ｏ（Ｘ０，Ｙ０）から定着ベルト２１までの最短距離Ｒ１と最長距離Ｒ２との差分が定着ベルト２１の直径に対して５％以上となるように設定されている。最短距離Ｒ１と最長距離Ｒ２との差分が大きくなるほど、定着ベルト２１の真円度が低下し、反対に定着ベルト２１の変形量が大きくなって、定着ベルト２１を拘束する負荷が大きくなる。このため、最短距離Ｒ１と最長距離Ｒ２との差分が定着ベルト２１の直径に対して５％以上となるようにすることで、定着ベルト２１を拘束する力が大きくなり、振動を効果的に抑制できるようになる。なお、ここでいう定着ベルト２１の直径は、定着ベルト２１が無負荷状態の真円形状である場合の直径である。

さらに効果的に振動を抑制するには、最短距離Ｒ１と最長距離Ｒ２との差分が定着ベルト２１の直径に対して１０％以上となるように設定されることが望ましい。例えば、定着ベルト２１の直径が３０ｍｍである場合は、最短距離Ｒ１と最長距離Ｒ２との差分は、１．５ｍｍ以上であることが望ましく、３ｍｍ以上であればより望ましい。ただし、定着ベルト２１への負荷が大きくなり過ぎると、定着ベルト２１の耐久性が低下するので、最短距離Ｒ１と最長距離Ｒ２との差分は定着ベルト２１の直径に対して１５％未満であることが望ましい。

上述の仮想中心Ｏからの最短距離Ｒ１と最長距離Ｒ２との関係は、定着ベルト２１において成立する場合に限らず、ベルト支持部材２７の支持部２７ａにおいて成立する場合であってもよい。すなわち、定着ベルト２１の形状はベルト支持部材２７の支持部２７ａの形状に倣って形成されるので、ベルト支持部材２７の形状が上述の最短距離Ｒ１と最長距離Ｒ２との関係を満たすことで、定着ベルト２１の振動抑制効果を奏することができるようになる。

図１２、図１３に、定着ベルト２１が非真円形に変形した状態で支持される実施形態の変形例を示す。

図１２に示す例では、定着ベルト２１が、用紙搬送方向Ｙに直交する方向（Ｘ方向）に径が大きくなるように変形している。一方、図１３に示す例では、定着ベルト２１が、用紙搬送方向Ｙに径が大きくなるように変形している。図１２及び図１３のいずれの例においても、図１１に示す例と同様に、定着ベルト２１又はベルト支持部材２７の仮想中心Ｏからの最短距離Ｒ１と最長距離Ｒ２との差分が上述の関係を満たすように設定されることで、定着ベルト２１の振動を抑制することが可能である。

また、図１１～図１３に示す各例においては、振動抑制部材３０がニップ形成部材２４に設けられていることで、振動抑制部材３０による定着ベルト２１の振動抑制効果も得られる。このため、定着ベルト２１の振動をより効果的に抑制でき、異音の発生を一層低減できるようになる。なお、このような定着ベルト２１を非真円形状に変形させる構成において、振動抑制部材３０は、定着ベルト２１の内周面に接触するように配置されている場合に限らず、定着ベルト２１の外周面に接触するように配置されていてもよい。また、振動抑制部材３０は、ベルト支持部材２７に設けられていてもよい。

また、上記の如く定着ベルト２１を非真円形状に変形させることで、定着ベルト２１の振動を効果的に抑制できれば、図１４～図１６に示す例のように、振動抑制部材３０が設けられていない構成とすることも可能である。なお、図１４～図１６に示す例では、振動抑制部材３０が設けられていない点以外、図１１～図１３に示す例と同様の構成であるので、各図における具体的な構成については説明を省略する。

上述の各実施形態における振動抑制効果を確認するため、以下の検証試験を行った。

本試験では、株式会社リコー製の画像形成装置（ＩＭ－Ｃ５５００）を用いて普通紙を１００枚連続して印刷し、連続印刷後に定着装置を冷却回転させた際の異音発生の有無を確認した。冷却回転は、ヒータを発熱させないで定着ベルト及び加圧ローラを画像形成時よりも遅い速度で回転させ、定着ベルトの放熱を促進させて過昇温を防止するモードである。しかしながら、連続印刷後の冷却回転時においては、特に定着ベルトが高温になりやすいことに加え、定着ベルトが低速で回転するため、定着ベルトの振動による異音が発生しやすい状況となる。

本試験では、このような冷却回転時に実際に異音が発生した場合に、上述の各実施形態の構成を採用したところ、異音の発生は確認されなかった。その後、さらに定着装置を上述の実施形態の構成から元の状態に戻したところ再び異音の発生が確認された。このことから、本発明の各実施形態の構成によれば、定着ベルトの振動による異音の発生を抑制又は防止できることがわかる。

以上、本発明の実施形態に係る構成及び作用・効果について説明した。ただし、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

例えば、本発明は、上述の実施形態に係る定着装置のほか、図１７に示すような定着装置にも適用可能である。以下、図１７に示す定着装置の構成について簡単に説明する。

図１７に示す定着装置５は、上述の定着装置と同様に、定着ベルト２１と、加圧ローラ２２と、ハロゲンヒータ２３と、ニップ形成部材２４と、ステー２５と、反射部材２６と、ベルト支持部材２７と、温度センサ２８と、を備えている。ただし、この定着装置５においては、上述の実施形態とは異なり、ハロゲンヒータ２３が、ニップ形成部材２４に対して直接対向するように配置されている。このため、ハロゲンヒータ２３から放出された光及び熱は、ニップ形成部材２４に直接付与され、ニップ形成部材２４を介して定着ベルト２１が加熱される。また、ニップ形成部材２４は、定着ベルト２１へ熱を効率良く伝達すべく、熱伝導率の低い樹脂材料ではなく、銅やアルミニウムなどの熱伝導率の高い金属材料で構成されている。

このような定着装置５においても、定着ベルト２１が回転すると、ニップ形成部材２４と定着ベルト２１との摺動箇所で摩擦振動が発生する。そのため、図１７に示すように、振動抑制部材３０が定着ベルト２１に接触するように設けられていることで、定着ベルト２１の振動を抑制でき、異音の発生を効果的に低減することが可能である。また、図１７に示す定着装置５において、振動抑制部材３０は、ニップ形成部材２４に設けられている場合に限らず、ベルト支持部材２７に設けられていてもよい。

また、本発明は、図１８に示すような、加熱部材として面状又は板状のヒータ３５を備える定着装置にも適用可能である。図１８に示す定着装置５は、定着ベルト２１と、加圧ローラ２２と、ヒータ３５と、ヒータホルダ３６と、ステー３７と、ベルト支持部材２７と、サーミスタ３８と、を備えている。

ヒータ３５は、基材３９と、第１絶縁層４１と、抵抗発熱体４０と、第２絶縁層４２などで構成されている。基材３９は、アルミニウムやステンレスなどの金属材料、又はセラミックス、あるいはガラスなどで構成された板状の部材である。基材３９上には第１絶縁層４１が設けられ、第１絶縁層４１上には抵抗発熱体４０が設けられている。また、抵抗発熱体４０は第２絶縁層４２によって被覆されている。

ヒータ３５は、定着ベルト２１の内側で、保持部材としてのヒータホルダ３６によって保持されている。また、ヒータホルダ３６は、支持部材としてのステー３７によって支持されている。加圧ローラ２２が定着ベルト２１を介してヒータ３５に圧接されることで、定着ベルト２１が加圧ローラ２２とヒータ３５によって挟まれ、定着ベルト２１と加圧ローラ２２との間にニップ部Ｎが形成される。従って、この場合、ヒータ３５は、定着ベルト２１を加熱する加熱部材と、ニップ部Ｎを形成するニップ形成部材との両方の機能を兼ねる。サーミスタ３８は、ヒータ３５の温度を検知する温度検知手段である。

このようなベルト式の定着装置５においても、定着ベルト２１が回転すると、ヒータ３５に対して定着ベルト２１が摺動することで、その摺動箇所で摩擦振動が発生する。そのため、図１８に示すように、振動抑制部材３０が定着ベルト２１に接触するように設けられることで、定着ベルト２１の振動を抑制でき、異音の発生を効果的に低減することが可能である。また、図１８に示す定着装置５において、振動抑制部材３０は、ヒータホルダ３６に設けられている場合に限らず、ベルト支持部材２７に設けられていてもよい。

また、本発明は、定着装置以外のベルト装置にも適用可能である。すなわち、ニップ形成部材が回転するベルト部材に対して相対的に摺動する構成であれば、用紙に画像を定着することなく用紙を搬送する搬送装置などにおいても、上述の異音の問題が発生し得る。従って、本発明は、図１に示すような電子写真方式の画像形成装置に限らず、インクジェット方式の画像形成装置、あるいは画像形成装置以外の装置に搭載されるベルト装置にも適用可能である。このようなベルト装置にも本発明を広く適用することで、ニップ形成部材とベルト部材との摺動により発生するベルト部材の振動を抑制し、異音を効果的に低減することが可能である。

１ 画像形成装置
２ 画像形成部
５ 定着装置（ベルト装置）
２１ 定着ベルト（ベルト部材）
２２ 加圧ローラ（対向部材）
２３ ハロゲンヒータ（加熱部材）
２４ ニップ形成部材
２７ ベルト支持部材
３０ 振動抑制部材
３１ 摺動部材
３２ 摺動部材

特開２０１８－２２１２４号公報

Claims (12)

1. 回転可能に設けられた無端状のベルト部材と、
   前記ベルト部材に対向して配置される対向部材と、
   回転する前記ベルト部材に対して相対的に摺動するように配置され、前記対向部材との間に前記ベルト部材を挟んでニップ部を形成するニップ形成部材と、
   回転する前記ベルト部材に対して相対的に摺動するように接触する振動抑制部材と、
   を備え、
   前記振動抑制部材は、前記ベルト部材に対して前記対向部材が接触しない位置で前記ベルト部材に接触し、
   前記振動抑制部材は、弾性材料で構成され、
   前記振動抑制部材は、前記ニップ形成部材よりも前記ベルト部材の回転方向の上流側及び下流側に設けられ、
   前記振動抑制部材の一部は、前記ニップ形成部材に固定されているベルト装置。
2. 回転可能に設けられた無端状のベルト部材と、
   前記ベルト部材に対向して配置される対向部材と、
   回転する前記ベルト部材に対して相対的に摺動するように配置され、前記対向部材との間に前記ベルト部材を挟んでニップ部を形成するニップ形成部材と、
   回転する前記ベルト部材に対して相対的に摺動するように接触する振動抑制部材と、
   前記ベルト部材を回転可能に支持するベルト支持部材と、
   を備え、
   前記振動抑制部材は、前記ベルト部材に対して前記対向部材が接触しない位置で前記ベルト部材に接触し、
   前記振動抑制部材は、弾性材料で構成され、
   前記振動抑制部材は、前記ベルト支持部材と前記ベルト部材との間に設けられ、
   前記振動抑制部材と前記ベルト部材との間に摺動部材が介在するベルト装置。
3. 前記ベルト部材を回転可能に支持するベルト支持部材を備え、
   前記振動抑制部材は、前記ベルト部材に対して前記ベルト支持部材が接触しない位置で前記ベルト部材に接触する請求項１に記載のベルト装置。
4. 前記振動抑制部材は、アスカーＣ硬度が３０度以上６０度以下のゴム材料で構成される請求項１から３のいずれかに記載のベルト装置。
5. 前記振動抑制部材は、シリコーンゴムで構成される請求項１から４のいずれかに記載のベルト装置。
6. 前記振動抑制部材は、前記ニップ部の中央から周方向の一方又は他方へベルト周長の４分の１離れた位置を少なくとも含む範囲で前記ベルト部材に接触する請求項１から５のいずれかに記載のベルト装置。
7. 前記振動抑制部材は、摺動部材を介して前記ベルト部材に接触する請求項１に記載のベルト装置。
8. 前記ニップ部における前記ベルト部材の回転方向をＹ方向とし、前記Ｙ方向及び前記ベルト部材の回転軸方向の両方に直交する方向をＸ方向としたときに、
   前記Ｙ方向における前記ベルト部材の中央線をＹ０、前記Ｘ方向における前記ベルト部材の中央線をＸ０とすると、
   前記Ｙ０及び前記Ｘ０の交点から前記ベルト部材までの最短距離Ｒ１と最長距離Ｒ２との差分が、無負荷状態で真円形状である場合の前記ベルト部材の直径に対して５％以上である請求項１から７のいずれかに記載のベルト装置。
9. 前記最短距離Ｒ１と前記最長距離Ｒ２との差分が、無負荷状態で真円形状である場合の前記ベルト部材の直径に対して１０％以上である請求項８に記載のベルト装置。
10. 前記最短距離Ｒ１と前記最長距離Ｒ２との差分が、無負荷状態で真円形状である場合の前記ベルト部材の直径に対して１５％以下である請求項８又は９に記載のベルト装置。
11. 請求項１から１０のいずれかに記載のベルト装置を用いて記録媒体上の画像を前記記録媒体に定着する定着装置。
12. 請求項１から１０のいずれかに記載のベルト装置、又は請求項１１に記載の定着装置を備える画像形成装置。

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