JP2020071344A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ベルト加熱タイプの定着装置に関して、ヒータおよびヒータ保持部材を有する構成において、定着ベルトとヒータあるいはヒータ保持部材との摺動性だけでなく、定着ベルトとヒータ保持部材接触面の摺動性を改善し、スティックスリップによるベルト回転不良を抑制すること。【解決手段】定着ベルトとヒータ保持部材間に定着ベルトとヒータ保持部材が摺動接触する範囲において高熱伝導シートを設け、定着ベルトとヒータ保持部材間の摺動性を改善する。【選択図】図１

Description

本発明は、複合機、複写機、プリンタ、ファックス等の記録材上に画像形成可能な電子写真方式の画像形成装置、及びその定着装置に関する。

電子写真方式の複写機、プリンタ等の画像形成装置において、シート材上に転写されたトナー像を定着させるための定着装置は、加熱部材としての定着部材とそれに圧接する形で配置される加圧部材からなる。定着部材と加圧部材によって形成されたニップ間を通過させることで、トナー像を紙に定着させる。

このような定着装置では、電源投入から定着部材がトナー画像を定着するのに必要な所定温度まで加熱され画像形成開始が可能となるまでの時間（ウォームアップタイム）を短縮するため、熱容量が小さい薄肉ベルト状の定着部材を用いた定着装置が実用化されている。

特許文献１には、定着部材としてベルト（以下、定着ベルトと呼ぶ）を使用した定着装置が示されている。この定着装置では、定着ベルトの内側に板状のセラミックヒータを配置し該ヒータと加圧部材である加圧ローラとの間に定着ベルトを介してニップ部を形成する。そして定着ベルトを加圧ローラに従動回転させ、記録材をニップ部に搬送し、未定着トナー画像を加熱加圧して記録材上に定着させる。

また、特許文献２には、ニップ部にセラミックヒータおよびヒータを保持するヒータ保持部材を配置した定着装置において、定着ベルト内面がヒータや保持部材と強く摺擦して損傷するのを防止するため、ヒータを曲面形状を有する熱伝導板で覆う構成が示されている。

特開平４−２０４９８０号公報 特開平１１−１６６６７号公報

しかし、特許文献２の構成では、定着ベルトとヒータ保持部材との接触面の摺動性が改善できず、スティックスリップによるベルト回転不良が発生しやすくなるという課題がある。

よって、本発明では、ヒータおよびヒータ保持部材を有する構成において、定着ベルトとヒータあるいはヒータ保持部材との摺動性だけでなく、定着ベルトとヒータ保持部材接触面の摺動性を改善し、スティックスリップによるベルト回転不良を抑制することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る定着装置は、
回転するベルト状の定着部材、定着部材の外周面に接触しニップ形成する加圧部材、ニップ部に配置される加熱源、加熱源の保持部材、加熱源および保持部材を加圧部材に対して加圧する加圧手段、をそなえた定着装置で、加熱源あるいは保持部の定着部材内周面に接触する側において、定着部材内周面が回転時接触し得る周方向領域において、熱伝導性部材を配置することを特徴とする。

本発明に係る定着装置によれば、定着ベルトとヒータ保持部材間に定着ベルトとヒータ保持部材が摺動接触する範囲において高熱伝導シートを設ける。これにより、定着ベルトとヒータ保持部材間の摺動性を改善することが可能となり、ベルト回転不良を抑制することが可能となる。

実施例１における定着装置の断面図 画像形成装置の全体構成 実施例の制御ブロック図を示す図 従来例における定着装置の断面図 実施例１におけるニップ部の詳細断面図 実施例１における定着装置の側面図 本発明の効果を示す比較表 実施例２における定着装置の断面図 実施例３における定着装置の断面図

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

画像形成装置の全体構成について、図２を用いて説明する。その後、定着装置について詳細に説明する。本例の画像形成装置は、電子写真方式を採用したレーザービームプリンタである。本実施形態では、カラー電子写真プリンタを単に「プリンタ」という。

１．画像形成装置（プリンタ）
図２に示すプリンタは、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂｋ（ブラック）の各色の画像形成部Ｕを備えている。感光ドラム２は、帯電ローラ３によってあらかじめ帯電される。その後、感光ドラム２は、レーザスキャナ４によって、潜像を形成されている。潜像は、現像器５によってトナー像になる。感光ドラム２のトナー像は、像担持体である例えば中間転写ベルト８に順次転写される。一方、第１または第２の給紙カセット１５または１６に収容されているシートＳは、給紙機構の動作により１枚毎分離給送され、搬送路１７を通ってレジストローラ対１８に送られる。レジストローラ対１８は、シートＳを一旦受け止めて、シートが斜行している場合、真っ直ぐに直す。そして、レジストローラ対１８は、中間転写ベルト８上のトナー像と同期を取って、シートを中間転写ベルト８と二次転写ローラ１４との間に搬送する。中間転写ベルト上のカラーのトナー像は、転写体である二次転写ローラ１４によってシートＳに転写される。その後、シートのトナー像は、シートが定着装置１００において加熱、加圧されることによってシート上に定着される。その後、トナー画像が定着されたシートＳは排出ローラ対２０によって装置上部の排出トレイ２１へと搬送排出される。

またプリンタには、図３に示すように、ＣＰＵ１０に代表される定着装置周りの制御を実行するコントローラ３７と、ユーザーが装置にアクセスするためのインターフェースとなる操作部２３が設けられている。ＣＰＵ１０等では装置内各所の動作を監視、制御しつつ、各ユニット間の命令系統を統括することで、画像形成装置全体の動作を取りまとめている。操作部２３は、ユーザーによって、プリントジョブ情報（坪量や表面性等の記録材情報、濃度等の画像情報、ジョブのプリント枚数や両面／片面情報等）の基本的な設定が可能となっている。または、操作部２３以外にも外部のＰＣ等からこれらのプリントジョブ情報を画像形成装置に入力することもできる。コントローラ３７はＣＰＵ１０からの命令を受けて定着装置１００の加圧機構２１１、駆動機構２１２等を動作させ、温調制御２１３を実行する。

２．定着装置
図１は本発明が適用される定着ベルトを用いた定着装置１００の断面図である。

定着ベルト１１１はステンレス（ＳＵＳ）からなる厚み約５０μｍの円筒状基層の外周面上に厚み約２００μｍのシリコーンゴムからなる弾性層を設け、該弾性層の外周面上にテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＦＡ）からなら厚み約３０μｍのチューブを被覆したエンドレスベルト状の定着部材である。なお、基体の材質は、ステンレス（ＳＵＳ）に限定されるものではなく、ニッケルやポリイミド等の耐熱樹脂材料で形成されていても良い。

１１４は、ヒータを保持する保持部材である。ヒータ保持部材１１４は耐熱性と剛性を有する液晶ポリマー樹脂で形成される。

加熱源としてのヒータ１１３は、細長い板状のセラミック基材上に通電により急速に発熱する抵抗体を基材の長手方向に沿ってもうけ、抵抗体をガラス保護層で被覆し、抵抗体の長手方向の端部に電圧印加するための導体電極部を有する。

ヒータ１１３はヒータ保持部材１１４の定着ベルト１１１の回転軸方向（以下、長手方向と記す）に沿ってもうけられた凹部に耐熱接着剤を用いて接着固定される。定着ベルト１１１はヒータ保持部材１１４にルーズな状態で外嵌させてある。

ステー１１５はステンレス板金をコの字型に成形した高剛性の支持体で、ヒータ保持部材１１４をステー１１５に固定してヒータ保持部材１１４を補強している。

１１９は加圧部材としての加圧ローラで、ステンレスの芯金の周面上に射出成形により厚み約３ｍｍのシリコーンゴム層を形成し、その上に厚み約４０μｍのＰＦＡ樹脂チューブが被覆される。図示しない加圧機構２１１によって、ヒータ保持部材１１４およびヒータ１１３を定着ベルト１１１を介して加圧ローラ１１９に圧接させることで、定着に必要な所定幅の定着ニップ部Ｎを形成する。

加圧ローラ１１９は図示しない駆動機構２１２により矢印Ａ方向に所定の周速度で回転駆動される。これにより、加圧ローラ１１９の外面に圧接された定着ベルト１１１が加圧ローラ１１９からの摩擦力を受けて従動回転する。定着ベルト１１１の内面には、後述する熱伝導シート１１６と定着ベルト１１１のすべり性を確保するため耐熱性を有する潤滑剤としてフッ素樹脂含有グリスが塗布されている。

１１８は温度検知手段としてのサーミスタである。サーミスタ１１８はベルトの幅方向にそって全サイズの記録材が通過する中央付近に配置され、ヒータ１１３の温度を検知し、中央サーミスタの検知温度が目標温度となるようにヒータ１１３へ供給する電力を制御する。

加圧ローラ１１９およびベルト１１１が回転駆動され、ヒータ１１３が目標温度に制御された状態で、未定着トナー像を担持した記録材Ｐがニップ部Ｎに搬送される。記録材Ｐは定着ベルト１１１を介してヒータ１１３からの熱を受けて加熱され、同時にニップ部Ｎで挟持加圧されることでトナー像が記録材上に定着される。ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐはニップ部Ｎの出口において定着ベルト１１１から曲率分離される。

ここで、図４は、従来の熱伝導シート１１６の配置を示す図である。図４に示すように、熱伝導シート１１６は定着ベルト１１１とヒータ１１３および保持部材１１４間の、ニップ部Ｎに相当する範囲のみを覆っている。そのため、定着ベルト１１１とヒータ保持部材１１４との接触面の摺動性が改善できず、スティックスリップによるベルト回転不良が発生しやすくなる。

図５は、本実施例の熱伝導シート１１６の配置を示す図である。

本実施例では、定着ベルト１１１とヒータ１１３および保持部材１１４とのあいだに、少なくとも回転時に定着ベルトに摺動接触しうる周方向領域で、熱伝導シート１１６をもうける。加圧回転時に定着ベルト１１１の軌道は常に一定ではなく、図５に示す範囲Ｆでヒータ保持部材１１４に接触する可能性がある。よって、領域Ｆとニップ部Ｎに相当する領域を含む周方向領域Ｓを熱伝導シート１６で覆う。

熱伝導シート１１６の断面形状は半円弧状で、端部１１６ａ、１１６ｂを保持部材１４に固定することにより保持し、長手方向に定着ベルト１１１とほぼ同じ長さを有する。また、シート部材１１６は周方向の端部１１６ａ、１１６ｂを保持部材１１４に固定して支持される。

熱伝導シート１１６の材質は、ヒータ１１３から定着ベルト１１１への熱伝導を阻害しないことが望ましく、熱伝導率λ＝１０Ｗ／（ｍ・℃）以上かつ厚みｔ＝５０μｍ以下であることが望ましい。

また、熱伝導シート１１６は定着ベルト１１１内面部材との摺動時、ヒータ保持部材１１４よりも低摩擦係数かつ耐摩耗性の高い部材であることが望ましく、金属部材の場合は耐摩耗性の指標としてビッカーズ硬度ＨＶ＝６０以上であることが望ましい。本実施例では熱伝導シート１１６として、λ＝１６Ｗ／（ｍ・℃）、ＨＶ＝２００、厚みｔ＝２０μｍのステンレス（ＳＵＳ）を使用した。

熱伝導シート１１３の熱伝導率は下記の要領で測定したものである。

材料から試験片を切り出し、試験片について、フーリエ変換型温度熱拡散率測定装置（型番ＦＴＣ−１、アルバック理工株式会社製）にて、厚み方向の熱拡散率を測定する。そして、下記の式から、各種材料の厚み方向の熱伝導率を求める。

熱伝導率＝熱拡散率×比重×比熱
比重は、上記試験片を、電子比重計（型番ＳＤ−２００Ｌ、アルファーミラージュ株式会社製）にて測定して求める。

また、比熱は、上記試験片を、示差走査熱量計（型番ＤＳＣ８２４０、株式会社リガク製）にて測定して求める。

なお、シート部材１６の材質はこれに限るものではなくステンレス，ニッケル，銅などの金属または合金でもかまわない。また、耐摩耗性の高いポリイミド（ＰＩ），ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ），ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの耐熱樹脂のシートでもかまわない。

図６は定着装置１００を記録材の搬送方向から見た図で、定着ベルト１１１と熱伝導シート１１６の長手方向の位置を示す。

定着ベルト１１１は両端部の内側に支持部材１１２ａ，１１２ｂを勘合させることにより支持される。支持部材１１２ａ，１１２ｂに橋渡しするように定着ベルト１１１の内側に保持部材１１４がもうけられ、ヒータ１１３は保持部材１１４上に接着固定される。支持部材１１２ａ，１１２ｂは定着ベルト１１１の約半周分にそって図示しない突起部を有し、回転時に片寄りした定着ベルト１１１が突起部に突き当たることで定着ベルト１１１の長手方向の位置が規制される。支持部材１１２ａ，１１２ｂは定着装置１００のフレーム１３１ａ，１３１ｂにスライドできるように支持され、また、フレーム１３１ａ，１３１ｂには回転可動に加圧ローラ１１９が支持される。そして支持部材１１２ａ，１１２ｂを加圧バネ１３２ａ，１３２ｂにより加圧ローラ１１９側に付勢することで、定着ベルト１１１を介して保持部材１１４およびヒータ１１３を加圧ローラ１１９に圧接させる。

図７は本実施例におけるスティックスリップの発生有無を従来例と比較した結果である。熱伝導シート１１６の配置・材質・厚みを変更し、ヒータ温度２００℃かつ１００ｍｍ／ｓで加圧回転させた状態におけるスティックスリップ発生有無を判定した。また、ヒータ１１３から定着ベルト１１１への熱伝導性評価のため、加圧回転時に定着ベルト１１１表面温度が１８０℃一定となるヒータ温度Ｔを測定した。定着ベルト１１１表面温度はＥ熱電対センサによって測定し、ヒータ温度Ｔはサーミスタ１１７によって検知した。比較例１〜３では、シート配置を実施例と同様の領域Ｓとした。図７より、比較例１の厚み１００μｍＳＵＳおよび比較例２のλ＝１．３Ｗ／（ｍ・℃）であるガラスでは、熱伝導性が低下し、ヒータ温度が実施例１より上昇している。また、比較例３の硬度ＨＶ＝６０であるアルミではスティックスリップが発生している。また、従来例のシート配置をニップ面Ｎのみの領域Ｎとした場合もスティックスリップによるベルト回転不良が発生した。

以上のように、定着ベルトとヒータおよびヒータ保持部材間に、少なくとも回転時に定着ベルトに摺動接触しうる領域において熱伝導シート１１６を配置することで、定着ベルトとヒータ保持部材とのスティックスリップによるベルト回転不良を抑制することが可能となる。

図８は本発明の他の実施形態を示した構成説明図である。前述の実施例１と構成が同じものは説明を省略する。なお、実施例１と共通の部材については実施例１と同一の記号を付してある。

本実施例では、定着ベルト１１１は張架ローラ１２０ａ，１２０ｂによって張架される。実施例１と比較すると、張架ローラ１２０によって定着ベルト１１１の軌道が安定するため、領域Ｆでは常に定着ベルト１１１が保持部材１１４に摺動接触する。また、図８は一例であるが、張架ローラ１２０の配置によっては領域Ｆが広くなる。よって、定着ベルトとヒータ保持部材との摺動面が広い分、特に耐久後の摩耗によるスティックスリップが実施例１よりも発生しやすい。そこで、定着ベルトとヒータおよびヒータ保持部材間に、少なくとも回転時に定着ベルトに摺動接触しうる領域Ｓにおいて熱伝導シート１１６を配置することで、定着ベルトとヒータ保持部材とのスティックスリップによるベルト回転不良を抑制することが可能となる。

図９は本発明の他の実施形態を示した構成説明図である。前述の実施例１と構成が同じものは説明を省略する。なお、実施例１と共通の部材については実施例１と同一の記号を付してある。

本実施例では、保持部材１１４には定着ベルト１１１の周方向にそってヒータ１１３の下流側にヒータ１１３より加圧ローラ側に突出する突出部１１４ａがもうけられている。下流側の突出部１１４ａは加圧ローラ１１９と定着ベルト１１１の加圧時に突出部１１４ｂの位置において定着ベルト１１１の軌道の曲率半径を小さくし定着後の記録材を定着ベルト１１１から分離しやすくする。

本実施例のように、ヒータ保持部材１１４が突出部を持つ場合、上述した分離性を満たすために熱伝導シート１１６は突出部の形状に追従することが望ましい。また、ヒータ１１３と熱伝導シート１１６の密着性を高め熱伝導性を維持するため、熱伝導シート１１６はヒータ１１３面に追従することが望ましい。よって、シート部材１１６は、定着ベルト１１の周方向のそった曲げ剛性が定着ベルト１１の曲げ剛性より小さいものを用いることが望ましい。

本実施例１〜３では定着ベルト１１１の基層に厚み５０μｍのステンレス（ＳＵＳ）を用いている。定着ベルト１１１を構成する他の層（ゴム層およびＰＦＡ層）は基層より曲げ剛性が小さいため定着ベルト１１１全体の曲げ剛性は基層の曲げ剛性で決まる。本実施例１〜３では、シート部材１１６として基層より厚みが小さい２０μｍのステンレスを用いているため、シート部材１１６は定着ベルト１１１より曲げ剛性が小さくなり、上述した保持部材とヒータへの追従性を持たせることができる。

以上のように、本実施例のような領域Ｓにおいて断面形状が複雑に湾曲するような構成においても、回転時に定着ベルトに摺動接触しうる領域Ｓにおいて熱伝導シート１１６を配置することで、定着ベルトとヒータ保持部材とのスティックスリップによるベルト回転不良を抑制することが可能となる。

１００ 定着装置、１１１ 定着ベルト、１１３ 加熱源、１１４ 保持部材、
１１４ａ，１１４ｂ 突出部、１１６ シート部材、１１９ 加圧部材、
１２０ａ，１２０ｂ 張架ローラ、Ｎ ニップ部、
Ｆ 定着ベルトと保持部材接触域（Ｎ以外）

Claims (5)

1. 回転するベルト状の定着部材、定着部材の外周面に接触しニップ形成する加圧部材、ニップ部に配置される加熱源、加熱源の保持部材、加熱源および保持部材を加圧部材に対して加圧する加圧手段、をそなえた定着装置で、加熱源あるいは保持部の定着部材内周面に接触する側において、定着部材内周面が回転時接触し得る周方向領域において、熱伝導性部材を配置することを特徴とする定着装置。
2. 前記熱伝導性部材の熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・℃）以上であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記熱伝導性部材の厚みが５０μｍ以下であ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. 前記熱伝導性部材の曲げ剛性は前記定着部材より小さいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の定着装置。
5. 定着部材の基層およびシート部材の材質がステンレスからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の定着装置。