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

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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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