JP2015172620A - 定着装置、及び、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着ベルトの弛みを解消するとともに定着ベルトを確実に動作させることができる定着装置を提供すること。
【解決手段】分離補助部材１５の平滑な当接面１５Ａが定着ローラ１１の外周面よりも外側に配され、定着ベルト１２の弛みが当接面１５Ａ上に生じることで、定着ベルト１２の張力によって弛みを解消することができるとともに、阻害力Ｆｄを小さくすることができる。さらに、定着ローラ１１と定着ベルト１２との間の摩擦力Ｆ０が阻害力Ｆｄよりも大きく設定されていることで、定着ベルト１２を確実に動作させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、表面に弾性層を有する定着ローラと、定着ローラに張架される無端状の定着ベルトと、定着ベルトを加熱する加熱ローラと、定着ベルトを介して定着ローラに圧接する加圧手段と、を有する定着装置、及び、該定着装置を備えた画像形成装置に関する。

複写機やファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置には、一般に、未定着トナーが堆積されたシート部材上にこの未定着トナーを定着するための定着装置が設けられている。

定着装置としては、定着ローラの回転によって移動するとともに加熱手段によって加熱される無端状の定着ベルトと、定着ローラに対向して設けられる加圧手段と、を備えたものが提案されている（例えば、特許文献１）。

このような定着装置では、定着ベルトを介して定着ローラに加圧手段を圧接させ、加圧手段と定着ベルトとの間に圧接部を形成する。さらに、この圧接部にトナー像を担持したシート部材を通過させ、このときに加熱・加圧を行う（ニップ定着）ことで、トナー像を加熱溶融してシート部材上に定着するようになっている。

しかしながら、表面に弾性体が設けられた定着ローラに硬度が高い加圧手段を圧接すると、定着ローラは外径が小さくなるように弾性変形して外周が短くなり、定着ベルトに弛みが発生してしまう。

定着ベルトは、所定の張力で定着ローラに張架されていることから、定着ローラとの間の摩擦力を小さくすれば、滑りを生じさせてこのような弛みを解消することができる。しかしながら、摩擦力を小さくすると、定着ローラが回転しても定着ベルトに力を伝達しにくくなり、定着ベルトが動作しなくなってしまう可能性がある。

本発明の目的は、定着ベルトの弛みを解消するとともに定着ベルトを確実に動作させることができる定着装置を提供することである。

請求項１に係る発明は、上記課題を解決するために、表面に弾性層を有する定着ローラと、前記定着ローラに張架される無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトが張架されるとともに当該定着ベルトを加熱する熱源を有する加熱ローラと、前記定着ベルトを介して前記定着ローラに圧接することによって当該定着ベルトとの間に圧接部を形成する加圧手段と、前記圧接部の下流において前記定着ベルトの曲率を小さくする分離補助部材と、を有して構成され、前記定着ローラが回転して前記定着ベルトを順方向に移動させようとする際に、当該定着ローラと当該定着ベルトとの間に生じる摩擦力が、当該定着ベルトに対して逆方向にはたらく阻害力よりも大きく設定されていることを特徴とする定着装置である。

本発明の定着装置によれば、分離補助部材が圧接部の下流に設けられていることで、圧接部において定着ローラが弾性変形した場合、定着ベルトの弛みは分離補助部材付近に生じやすくなる。従って、分離補助部材と定着ベルトとの間の動摩擦係数を適宜に設定して滑りを生じさせれば、定着ベルトの張力によって弛みを解消することができる。このとき、弛みを解消するために定着ローラと定着ベルトとの間に生じる摩擦力を小さくする必要がなく、この摩擦力を阻害力よりも大きくすることで、定着ベルトを確実に動作させることができる。

本発明の第１実施形態に係る画像形成装置に設けられた定着装置を示す概略構成図である。 前記定着装置において加圧手段を定着ローラに圧接した様子を示す概略構成図である。 前記画像形成装置を示す概略構成図である。 変形例の定着装置の要部を拡大して示す概略構成図である。

以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態の定着装置１０を示す概略構成図である。

定着装置１０は、表面に弾性層１１Ａを有する定着ローラ１１と、定着ローラ１１に張架される無端状の定着ベルト１２と、定着ベルト１２が張架されるとともに定着ベルト１２を加熱する熱源１３Ｈを有する加熱ローラ１３と、定着ローラ１１に対向して設けられる加圧手段としての加圧ローラ１４と、定着ベルト１２の内側に設けられた分離補助部材１５と、定着ベルト１２に張力を付与するテンションローラ１６と、後述する圧接部Ｎの下流側に設けられた分離手段１７と、図２に示すシート部材Ｐが加圧ローラ１４に巻き付くことを防止する分離爪１８と、を備える。

定着ローラ１１は、例えば金属の芯金の外側にシリコンゴムで構成された弾性層１１Ａが設けられたものである。定着ベルト１２の熱を吸収しにくくしてウォームアップ時間を短縮するために、弾性層が発泡のシリコンゴムで構成されてもよい。弾性層１１Ａは、図２に示すように、定着ベルト１２を介して加圧ローラ１４に圧接され、外径が小さくなるように弾性層１１Ａが弾性変形する。また、定着ローラ１１は、図示しない駆動手段によって図２中時計回り方向に回転可能に構成されている。

定着ベルト１２は、無端状のベルトであり、断面構造としては、例えばニッケル、ステンレス、ポリイミドなどの基材にシリコンゴム層などの弾性層を形成した２層構造となっている。また、定着ベルト１２は、所定の張力で定着ローラ１１及び加熱ローラに張架されるとともに定着ローラ１１の回転に従動し、全体が図２中時計回りを順方向として移動するように構成されている。

加熱ローラ１３は、アルミ又は鉄の中空ローラで内部にハロゲンヒータなどの熱源１３Ｈを有しており、熱源は誘導加熱機構（ＩＨ）であってもよい。加熱ローラ１３は、図示しないサーミスタで検出される温度が所定の温度（例えばトナー定着に適する温度）となるように加熱され、この熱が定着ベルト１２に伝達される。

加圧ローラ１４は、例えばアルミや鉄等の芯金の上にシリコンゴム等の弾性層が設けられた円筒形状のローラであって、図示しない駆動手段によって図２中反時計回りに回転可能に構成されている。また、加圧ローラ１４は、図示しない加圧脱圧手段によって定着ローラ１１及び定着ベルト１２に対して接離可能に構成されている、即ち、定着ベルト１２を介して定着ローラ１１に加圧及び脱圧可能に構成されている。定着装置１０の駆動時には、加圧ローラ１４は所定の圧力で定着ベルト１２を介して定着ローラ１１に圧接し、図２に示すように定着ベルト１２との間に圧接部Ｎを形成する。加圧ローラ１４は、待機時には定着ベルト１２から離隔した状態となる。

なお、本実施形態では、加圧手段としてローラタイプの加圧ローラ１４の形態を示したが、これに限定されるものではなく、２つのローラに架け渡された無端ベルト状の加圧手段（ベルトタイプ）としてもよい。

分離補助部材１５は、圧接部Ｎの下流において定着ローラ１１の外周面よりも外側に位置して定着ベルト１２に当接する当接面１５Ａを備える。当接面１５Ａは、フッ素樹脂のコーティングが施されて平滑に形成され、動摩擦係数が小さくなっている。分離補助部材１５が当接することで、圧接部Ｎの下流における定着ベルト１２の曲率半径が小さくなる。

テンションローラ１６は、分離補助部材１５の下流側かつ加熱ローラ１３の上流側に設けられ、定着ベルト１２を内側から押圧することで適宜な張力を付与する。なお、テンションローラ１６は、定着ベルト１２の外側に設けられていてもよい。

分離手段１７は、先端と定着ベルト１２との間に微小ギャップＭを形成し、圧接部Ｎの下流において定着ベルト１２からシート部材Ｐを分離する。

以上のような定着装置１０では、定着ローラ１１が回転して定着ベルト１２が移動するとともに加圧ローラ１４が回転し、定着ベルト１２の表面が所定の温度まで加熱された状態において、シート部材Ｐが圧接部Ｎを図２中右から左へ通過する。このシート部材Ｐには未定着トナーが堆積されており、未定着トナーは、圧接部Ｎにおける加圧及び加熱によってシート部材Ｐ上に熱融着されて定着する。

その後、トナーが定着したシート部材Ｐが圧接部Ｎから排出される。このとき、圧接部Ｎ下流の分離補助部材１５によって定着ベルト１２の曲率半径が小さくなっていることで、シート部材Ｐの先端が定着ベルト１２から離れやすくなっており、シート部材Ｐが定着ベルト１２から分離される。ここで、シート部材Ｐの先端は、少なくとも分離手段１７との微小ギャップＭだけ定着ベルト１２から離れればよい。

このとき、圧接部Ｎにおいて弾性層１１Ａが弾性変形して定着ローラ１１の外径が小さくなり、圧接部Ｎの下流において外周が短くなった分だけ定着ベルト１２に弛みが生じる。当接面１５Ａが定着ローラ１１の外周面よりも外側に位置していることで、定着ベルト１２の弛みは当接面１５Ａ上や、定着ローラ１１と当接面１５Ａとの間に生じる。

次に、定着ローラ１１が回転する際に定着ベルト１２との間に生じる摩擦力Ｆ０と、加熱ローラ１３、分離補助部材１５、及び、テンションローラ１６において発生して定着ベルト１２の移動の逆方向にはたらく阻害力Ｆｄと、の関係について説明する。

定着ローラ１１と定着ベルト１２との間に生じる摩擦力Ｆ０は、動力が伝達される場合には静止摩擦係数と定着ベルト１２の張力とによって決定し、伝達されない場合には動摩擦係数と張力とによって決定する。本実施形態の定着装置１０は、定着ローラ１１から定着ベルト１２に動力が伝達されるように動作させるものであって、摩擦力Ｆ０は静止摩擦係数μ０に基づいて決定するものとする。

この静止摩擦係数μ０は、０．４以上であることが好ましく、０．５以上であることがより好ましい。静止摩擦係数μ０が小さすぎると、摩擦力Ｆ０を阻害力Ｆｄよりも大きくすることが難しくなってしまう。

まず、定着ローラ１１が停止した状態から回転を開始する際の阻害力Ｆｄについて説明する。

加熱ローラ１３において発生する阻害力Ｆｄ１は、加熱ローラ１３が回転する場合、半径、全体の質量分布、及び、定着ベルト１２の加速度によって決定する回転に必要な力Ｆｒ１と、加熱ローラ１３の回転軸における動摩擦力Ｆａ１と、の和となる。加熱ローラ１３が回転しない場合、即ち、定着ベルト１２が加熱ローラ１３の表面上を滑る場合、阻害力Ｆｄ１は、定着ベルト１２と加熱ローラ１３との間に生じる動摩擦力Ｆｓ１となる。

分離補助部材１５において発生する阻害力Ｆｄ２は、定着ベルト１２と当接面１５Ａとの間に生じる動摩擦力Ｆｓ２となる。

テンションローラ１６において発生する阻害力Ｆｄ３は、テンションローラ１６が回転する場合、回転に必要な力Ｆｒ３と、テンションローラ１６の回転軸における動摩擦力Ｆａ３と、の和となる。なお、回転に必要な力Ｆｒ３は、半径、全体の質量分布、及び、テンションローラ１６の加速度によって決定する。テンションローラ１６が回転しない場合、即ち、定着ベルト１２がテンションローラ１６の表面上を滑る場合、阻害力Ｆｄ３は、定着ベルト１２とテンションローラ１６との間に生じる動摩擦力Ｆｓ３となる。

本発明の定着装置１０において、全体の阻害力Ｆｄは阻害力Ｆｄ１〜Ｆｄ３の和となる。定着ローラ１１が回転を開始する場合、定着ローラ１１と定着ベルト１２との間に生じる摩擦力Ｆ０が阻害力Ｆｄよりも大きく、定着ローラ１１から定着ベルト１２に動力が伝達されて定着ベルト１２が滑らないようになっている。

次に、定着ローラ１１の回転数が所定値に到達し、一定速度で回転している際の阻害力Ｆｄ’について説明する。

加熱ローラ１３において発生する阻害力Ｆｄ１’は、加熱ローラ１３が回転する場合、加熱ローラ１３の回転軸における動摩擦力Ｆａ１となり、回転しない場合、定着ベルト１２と加熱ローラ１３との間に生じる動摩擦力Ｆｓ１となる。

分離補助部材１５において発生する阻害力Ｆｄ２’は、定着ベルト１２と分離補助部材１５表面との間に生じる動摩擦力Ｆｓ２となる。

テンションローラ１６において発生する阻害力Ｆｄ３’は、テンションローラ１６が回転する場合、テンションローラ１６の回転軸における動摩擦力Ｆａ３となり、回転しない場合、定着ベルト１２とテンションローラ１６との間に生じる動摩擦力Ｆｓ３となる。

定着ローラ１１が一定速度で回転している際の全体の阻害力Ｆｄ’は、阻害力Ｆｄ１’〜Ｆｄ３’の和となり、回転を開始する際の阻害力Ｆｄよりも小さい。従って、定着ローラ１１が回転を開始した際に定着ローラ１１から定着ベルト１２に動力が伝達されることから、一定速度で回転している際にも動力が伝達される。

次に、本実施形態の画像形成装置について説明する。図３に、画像形成装置としてのタンデム型のカラー複写機２００の構成を示す。

カラー複写機２００は、装置本体中央部に位置する画像形成手段２００Ａと、画像形成手段２００Ａの下方に位置する給紙部２００Ｂと、画像形成手段２００Ａの上方に位置する図示しない画像読取部と、を有する高速機である。

画像形成手段２００Ａには、前述した定着装置１０が組み込まれるとともに、水平方向に延びる転写面を有する転写ベルト２１０が配置されている。

転写ベルト２１０の上面には、色分解色と補色関係にある色の画像を形成するための構成が設けられている。すなわち、補色関係にある色のトナー（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）による像を担持可能な像担持体としての感光体２０５Ｙ、２０５Ｍ、２０５Ｃ、２０５Ｋが転写ベルト２１０の転写面に沿って並置されている。

各感光体２０５Ｙ、２０５Ｍ、２０５Ｃ、２０５Ｋは、それぞれ同じ方向（図３中反時計回り方向）に回転可能なドラムで構成されている。この周りには、回転過程において画像形成処理を実行する光書き込み装置２０１と、帯電装置２０２Ｙ、２０２Ｍ、２０２Ｃ、２０２Ｋと、現像装置２０３Ｙ、２０３Ｍ、２０３Ｃ、２０３Ｋと、１次転写装置２０４Ｙ、２０４Ｍ、２０４Ｃ、２０４Ｋと、クリーニング装置と、が配置されている。

各現像装置２０３Ｙ、２０３Ｍ、２０３Ｃ、２０３Ｋには、それぞれのカラートナーが収容されている。転写ベルト２１０は、駆動ローラと従動ローラに掛け回されて感光体２０５Ｙ、２０５Ｍ、２０５Ｃ、２０５Ｋとの対峙位置において同方向に移動可能な構成を有している。また、従動ローラの１つであるローラ２１１に対向する位置に転写ローラ２１２が設けられている。さらに、転写ローラ２１２から定着装置１０までのシート部材Ｐの搬送経路は横パスとなっている。

給紙部２００Ｂは、記録媒体としてのシート部材Ｐを積載収容する給紙トレイ２２０と、給紙トレイ２２０内のシート部材Ｐを最上のものから順に１枚ずつ分離して、転写ローラ２１２の位置まで搬送する搬送機構と、を有している。

本実施形態のカラー複写機２００における画像形成では、感光体２０５Ｙの表面が帯電装置２０２Ｙにより一様に帯電され、画像読取部からの画像情報に基づいて感光体２０５Ｙ上に静電潜像が形成される。この静電潜像はイエローのトナーを収容した現像装置２０３Ｙによりトナー像として可視像化され、このトナー像は所定のバイアスが印加される１次転写装置２０４Ｙにより転写ベルト２１０上に１次転写される。

他の感光体２０５Ｍ、２０５Ｃ、２０５Ｋにおいても略同様の画像形成がなされ、それぞれの色のトナー像が転写ベルト２１０上に静電気力で順に転写されて重ね合わせられる。

次に、感光体２０５Ｙ、２０５Ｍ、２０５Ｃ、２０５Ｋから転写ベルト２１０上に１次転写されたトナー像は、ローラ２１１及び転写ローラ２１２により搬送されてきたシート部材Ｐに転写される。トナー像が転写されたシート部材Ｐは、さらに定着装置１０まで搬送され、定着ベルト１２と加圧ローラ１４との圧接部Ｎにて定着が行なわれる。

定着ベルト１２及び加圧ローラ１４には、図示しないオイル塗布装置によりそれぞれ適当量のオイルが塗布されている。さらに、圧接部Ｎの下流に配置された分離手段１７及び分離爪１８によって、シート部材Ｐが定着ベルト１２及び加圧ローラ１４に巻き付くことが防止されて圧接部Ｎの下流側から排出される。圧接部Ｎから排出されたシート部材Ｐは、排出経路に沿ってスタッカ２１３へ送り出される。

このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。即ち、定着ベルト１２の弛みが平滑な当接面１５Ａ上に生じることで、定着ベルト１２の張力によって弛みを解消することができるとともに、阻害力Ｆｄを小さくすることができる。さらに、定着ローラ１１と定着ベルト１２との間の摩擦力Ｆ０が阻害力Ｆｄよりも大きく設定されていることで、定着ベルト１２を確実に動作させることができる。

また、分離補助部材１５が圧接部Ｎの下流において定着ベルト１２の曲率を小さくすることで、定着ベルト１２とシート部材Ｐとの分離性を向上させることができる。

さらに、当接面１５Ａにフッ素樹脂が設けられて動摩擦係数が小さくなっていることで、定着ベルト１２の弛みをさらに解消しやすくするとともに、阻害力Ｆｄをさらに小さくして定着ベルトをより確実に動作させることができる。

また、定着ベルト１２に張力を付与するテンションローラ１６が設けられていることで、定着ベルト１２の弛みを解消しやすくすることができる。さらに、定着ローラ１１と定着ベルト１２との間に生じる摩擦力Ｆ０を大きくし、定着ベルト１２を確実に動作させることができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。

例えば、前記実施形態では、分離補助部材１５の当接面１５Ａにフッ素樹脂が設けられて平滑に形成されるものとしたが、分離補助部材１５の当接面には、図４に示すように、表面にフッ素樹脂を備えた平滑シート１５Ｂが設けられていてもよい。また、分離補助部材の当接面は、その他の適宜な表面処理が行われてもよく、定着ベルトとの間に生じる摩擦力が適宜な値となっていればよい。

また、前記実施形態では、定着ローラ１１と定着ベルト１２との間の静止摩擦係数が０．５以上であることが好ましいとしたが、定着ローラと定着ベルトとの間の静止摩擦係数は、摩擦力Ｆ０が阻害力Ｆｄよりも大きくなるように適宜な値に設定されていればよい。

また、前記実施形態では、定着装置１０にテンションローラ１６が設けられるものとしたが、テンションローラは省略されていてもよく、定着ベルトに適宜な張力が付与されていればよい。

また、前記実施形態では、画像形成装置としてタンデム型のカラー複写機を例示したが、画像形成装置は、定着装置１０を備えたものであればよく、プリンタやファクシミリであってもよいし、方式も限定されない。

その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、且つ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、当業者が様々な変形を加えることができるものである。

従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではない。それらの形状、材質などの限定の一部、もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

１０ 定着装置
２００ カラー複写機（画像形成装置）
１１ 定着ローラ
１２ 定着ベルト
１３ 加熱ローラ
１４ 加圧ローラ（加圧手段）
１５ 分離補助部材
１５Ａ 当接面
１５Ｂ 平滑シート
１６ テンションローラ
２００Ａ 画像形成手段

特開２００８−１３４３５６号公報

Claims (8)

1. 表面に弾性層を有する定着ローラと、
   前記定着ローラに張架される無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトが張架されるとともに当該定着ベルトを加熱する熱源を有する加熱ローラと、
   前記定着ベルトを介して前記定着ローラに圧接することによって当該定着ベルトとの間に圧接部を形成する加圧手段と、
   前記圧接部の下流において前記定着ベルトの曲率を小さくする分離補助部材と、を有して構成され、
   前記定着ローラが回転して前記定着ベルトを順方向に移動させようとする際に、当該定着ローラと当該定着ベルトとの間に生じる摩擦力が、当該定着ベルトに対して逆方向にはたらく阻害力よりも大きく設定されていることを特徴とする定着装置。
2. 前記分離補助部材は、前記定着ローラの外周面よりも外側に位置するとともに、前記定着ベルトに内側から当接する平滑な当接面を備えることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記阻害力は、前記分離補助部材と前記定着ベルトとの間に生じる摩擦力と、前記加熱ローラと前記定着ベルトとの間に生じる摩擦力と、を含んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記定着ローラと前記定着ベルトとの間の静止摩擦係数が、０．５以上であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の定着装置。
5. 前記分離補助部材における前記定着ベルトに当接する表面が、フッ素樹脂からなることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の定着装置。
6. 前記分離補助部材には、表面にフッ素樹脂を備えた平滑シートが、前記定着ベルトに当接する表面に設けられていることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の定着装置。
7. 前記定着ベルトの内側又は外側には、当該定着ベルトに張力を付与するテンションローラが設けられていることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項に記載の定着装置。
8. 画像形成手段と定着手段とを備えた画像形成装置であって、
   前記定着手段が、請求項１〜７いずれか１項に記載された定着装置であることを特徴とする画像形成装置。

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