JP2009288399A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】押圧ローラより幅方向長さが短い定着ベルトが蛇行しても定着ベルトの縁部により押圧ローラが摩耗することなく、且つ、潤滑剤が漏れ出すことがない定着装置。
【解決手段】回転する回転部材と、内周面に潤滑剤を有し、回転部材に圧接して回転する無端状の定着ベルトと、定着ベルトを内周面側から回転部材の方向に押圧する押圧部材と、定着ベルトと押圧部材との間に配置された摺動部材と、定着ベルトを張架するローラの一つであって、幅方向にわたって少なくとも表面が金属から形成され、定着ベルトを回転部材に圧接させる押圧ローラと、を有し、回転部材と定着ベルトとの間に形成されたニップ部で記録材上のトナー像を定着する定着装置において、押圧ローラにおける、定着ベルトの幅方向縁部が接触可能な端部領域の表面粗さを、幅方向で端部領域より中央側に位置する中央領域の表面粗さより小に形成したこと。
【選択図】図２

Description

本発明は無端状の定着ベルトを有する定着装置、及び該定着装置を備えた画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの諸機能を備えた複合機等の電子写真方式の画像形成装置においては、原稿に対応した潜像を感光体ドラムに形成し、この潜像にトナーを付与することによって顕像化し、この顕像化されたトナー像を記録材に転写し、この後、記録材のトナー像を定着して排紙している。

また、カラー画像を形成する場合には、原稿色に対応したＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの潜像を４個の感光体ドラムに各々形成し、顕像化された４色のトナー像を無端状の中間転写ベルトに一次転写した後、記録材に二次転写して、記録材に転写されたトナー像を定着して排紙している。

このようにトナー像を定着する定着装置として、ハロゲンランプ等の加熱手段を内蔵した定着ローラと、定着ローラを加圧する加圧ローラとによって形成されたニップ部で、トナー像が転写された記録材を挟持・搬送しながら、加熱・加圧する熱ローラ定着方式の定着装置があり、このような定着装置は構成が簡便であるため、広く利用されている。

ところで、このような定着装置において、高速化を図るためにはトナーと記録材に充分な熱量を供給する必要があり、このためにはニップ幅を広くする必要がある。ニップ幅を広くするためには、加圧ローラが定着ローラを加圧する荷重や、加圧ローラ内のシリコーンゴム等から形成された弾性層の厚みや、二つのローラの径等を増大させることが考えられる。

しかし、加圧ローラの荷重や弾性層の厚みを増大させると、軸方向のニップ幅が不均一になることがあり、定着ムラや記録材のしわが発生する虞がある。また、ローラの径を増大させると、定着装置が大型化するばかりでなく、ウォーミングアップタイムが長くなるという問題がある。

この問題を解決するために、ハロゲンランプを内蔵して回転する定着ローラ（加熱定着ロール）と、複数の張架ローラ（支持ロール）に張架された定着ベルト（エンドレスベルト）と、定着ベルトを内周面側から定着ローラの方向に押圧する押圧部材（圧力付与部材）と、を備え、定着ローラと定着ベルトとの間に形成されたニップ部で、トナー像が転写された記録材を挟持・搬送しながら加熱・加圧する定着装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような定着装置は、定着ローラと定着ベルトとの間に幅広のニップ部が形成されるので高速化に対応でき、しかも、定着ベルトの熱容量が小さいので、ウォーミングアップタイムが短縮し、省エネになるという利点を有する。

また、この定着装置においては、定着ベルトを張架する張架ローラの一つでありニップ部出口側に配置された張架ローラ（以下、押圧ローラと称す）が定着ベルトを押圧し、定着ベルトを定着ローラに圧接させている。この押圧ローラによって定着ローラの弾性層が変形し、ニップ部の出口付近が凹形状になるので、定着された記録材は定着ローラに付着せずに分離されて、排出される。

また、押圧部材はシリコーンゴム等から形成されているので、このまま定着ベルトが摺動すると、大きな摩擦力が生ずる。そこで、定着ベルトと押圧部材との間に、フッ素樹脂コーティングのガラス繊維シート等から形成された低摩擦の摺動シートを固定配置し、定着ベルトが摺動シートに対して摺動するようにしている。また、定着ベルトと摺動シートとの摩擦抵抗を更に低減させるために、定着ベルトの内周面にシリコーンオイル等の潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布部材も設けている。

更に、定着ローラや押圧ローラ等の張架ローラの平行度や捻れにより、定着ベルトは回転中に幅方向へ片寄りや蛇行をし易い。この片寄りや蛇行を抑制するために、押圧ローラ以外の張架ローラの一つの傾きを制御することを行っている。

ところで、張架ローラにおける定着ベルトと接触する部分の軸方向の長さは、定着ベルトの幅より長く形成されているのが一般的である。

この結果、定着ベルトの幅方向の縁部が張架ローラに摺接し、張架ローラの表面が摩耗する現象が生ずる。

この問題を解決するために、特許文献１と同様の構成の定着装置であって、定着ベルトを張架する張架ローラについて、定着ベルトの幅方向の縁部が摺接する端部領域の引っ張り強さ（硬度）を縁部が摺接しない中央領域より大きくしたり、端部領域の動摩擦係数を中央領域より小さくしたりした定着装置が知られている（特許文献２参照）。

張架ローラの表面が摩耗する現象は、定着ベルトを押圧し定着ベルトと最も密接している押圧ローラで顕著であり、特に押圧ローラを金属で形成した場合には、金属の摩耗粉が定着ベルトの内周面や他の張架ローラを摩耗させるといった問題が生ずる。
特開平１１−４５０１８号公報 特開２００７−１３９８０９号公報

特許文献２に記載の如き定着装置においては、定着ベルトと張架ローラ（特に定着ベルトと接触圧が大きい押圧ローラ）との接触部において、定着ベルトの内周面に塗布された潤滑剤が両端に押し出されて漏れ出すといった問題が発生し易い。潤滑剤が漏れると、内部の潤滑剤が枯渇し、定着ベルトと摺動シートの摩擦抵抗が増大して駆動トルクが増大する虞がある。このような問題に関する課題やその解決手段については特許文献２に何ら記載されていない。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、押圧ローラの幅より短い定着ベルトが蛇行しても定着ベルトの縁部により押圧ローラが摩耗することなく、且つ潤滑剤が漏れ出すことがないようにした定着装置、該定着装置を備えた画像形成装置を提案することを目的とする。

前記目的は、下記に記載した発明により達成される。

１．回転する回転部材と、
内周面に潤滑剤を有し、前記回転部材に圧接して回転する無端状の定着ベルトと、
前記定着ベルトを内周面側から前記回転部材の方向に押圧する押圧部材と、
前記定着ベルトと前記押圧部材との間に配置された摺動部材と、
前記定着ベルトを張架するローラの一つであって、幅方向にわたって少なくとも表面が金属から形成され、前記定着ベルトを前記回転部材に圧接させる押圧ローラと、
を有し、
前記回転部材と前記定着ベルトとの間に形成されたニップ部で記録材上のトナー像を定着する定着装置において、
前記押圧ローラにおける、前記定着ベルトの幅方向縁部が接触可能な端部領域の表面粗さを、前記幅方向で前記端部領域より中央側に位置する中央領域の表面粗さより小に形成したことを特徴とする定着装置。

２．前記回転部材は、加熱源を有するローラであることを特徴とする前記１に記載の定着装置。

３．前記回転部材は、複数のローラに張架された無端状のベルトであることを特徴とする前記１に記載の定着装置。

４．前記１〜３の何れか１項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

本発明の定着装置及び画像形成装置によれば、押圧ローラより幅が短い定着ベルトが蛇行しても定着ベルトの縁部により押圧ローラが摩耗し難く、金属の摩耗粉も生じ難い。また、定着ベルトと押圧ローラとの接触部において、定着ベルトの内周面に塗布された潤滑剤が両端に押し出されて漏れ出すといった問題も生ぜず、潤滑剤が枯渇する虞もない。

以下に本発明の定着装置に関する実施の形態を図を参照して説明する。

先ず、本発明の定着装置を用いた画像形成装置の一例を図１の構成図に基づいて説明する。

本画像形成装置は画像形成装置本体ＧＨと画像読取装置ＹＳとから構成される。

画像形成装置本体ＧＨは、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ、ベルト状の中間転写体５、給紙搬送手段及び定着装置８等からなる。

画像形成装置本体ＧＨの上部には、自動原稿送り装置２０１と原稿画像走査露光装置２０２から成る画像読取装置ＹＳが設置されている。自動原稿送り装置２０１の原稿台に載置された原稿ｄは搬送手段により搬送され、原稿画像走査露光装置２０２の光学系により原稿の片面又は両面の画像が走査露光され、ラインイメージセンサＣＣＤに読み込まれる。

ラインイメージセンサＣＣＤにより光電変換されて形成された信号は、画像処理部において、アナログ処理、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等が行われた後、露光手段３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋに送られる。

イエロー（Ｙ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｙは、感光体ドラム１Ｙの周囲に帯電手段２Ｙ、露光手段３Ｙ、現像手段４Ｙ及びクリーニング手段７Ｙを配置している。マゼンタ（Ｍ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｍは、感光体ドラム１Ｍの周囲に帯電手段２Ｍ、露光手段３Ｍ、現像手段４Ｍ及びクリーニング手段７Ｍを配置している。シアン（Ｃ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｃは、感光体ドラム１Ｃの周囲に帯電手段２Ｃ、露光手段３Ｃ、現像手段４Ｃ及びクリーニング手段７Ｃを配置している。黒（Ｋ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｋは、感光体ドラム１Ｋの周囲に帯電手段２Ｋ、露光手段３Ｋ、現像手段４Ｋ及びクリーニング手段７Ｋを配置している。そして、帯電手段２Ｙと露光手段３Ｙ、帯電手段２Ｍと露光手段３Ｍ、帯電手段２Ｃと露光装置３Ｃ、及び帯電手段２Ｋと露光装置３Ｋは、潜像形成手段を構成する。

なお、現像手段４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及び黒（Ｋ）の小粒径のトナーとキャリアからなる２成分現像剤を内包する。

中間転写体５は、複数のローラにより巻回され、回動可能に支持されている。

定着装置８は、加熱された定着ローラ８１と定着ベルト８２との間に形成されたニップ部で記録紙（記録材）Ｐのトナー像を加熱・加圧して定着する。

かくして、画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋより形成された各色の画像は、回動する中間転写体５に転写手段６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋにより逐次転写されて（１次転写）、カラー画像合成されたトナー像が形成される。給紙カセット２０内に収容された記録紙Ｐは、給紙手段２１により給紙され、給紙ローラ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，レジストローラ２３等を経て、転写手段６Ａに搬送され、記録紙Ｐにカラー画像が転写される（２次転写）。カラー画像が転写された記録紙Ｐは定着装置８において加熱・加圧され、記録紙Ｐのカラートナー像が定着される。その後、排紙ローラ２４に挟持されて機外の排紙トレイ２５に載置される。

一方、転写手段６Ａにより記録紙Ｐにカラー画像を転写した後、記録紙Ｐを曲率分離した中間転写体５は、クリーニング手段７Ａにより残留トナーが除去される。

なお、以上はカラー画像を形成する画像形成装置であったが、モノクロ画像を形成する画像形成装置であってもよいし、中間転写体を用いても用いなくてもよい。

次に、本発明の定着装置８の主要構成の実施の形態を図２を参照して説明する。同図は記録紙Ｐの搬送方向における断面図である。

定着装置８は主として、回転する定着ローラ８１（回転部材）と、定着ローラ８１に圧接して回転する無端状の定着ベルト８２と、定着ベルト８２を内周面側から定着ローラ８１の方向に押圧する押圧部材９０とから構成される。

定着ローラ８１は、中央にハロゲンランプ（加熱源）Ｈを内蔵し、アルミニュウムやステンレス等の金属から成る円筒状芯金８１Ａと、円筒状芯金８１Ａを被覆し、耐熱性のシリコーンゴムから成る弾性層８１Ｂと、更に弾性層８１Ｂを被覆し、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシエチレン）チューブから成る表層８１Ｃとから構成される。

定着ベルト８２は、ポリイミドから成る基体と、該基体を被覆し、ＰＦＡ等から成る表層から構成され、無端状に形成されている。

また、定着ベルト８２は、押圧ローラ８３、入口ローラ８４及びステアリングローラ８５により張架されている。

押圧ローラ８３は、ニップ部Ｎの出口側に配置され、定着ベルト８２を押圧して定着ローラ８１に圧接させる。

入口ローラ８４は、ニップ部Ｎの入口側に配置され、定着ベルト８２を定着ローラ８１に直接圧接させてはいないが、押圧ローラ８３との間に位置する定着ベルト８２を定着ローラ８１に圧接させ、記録紙Ｐの搬送方向に長いニップ部Ｎを形成する。

そして、入口ローラ８４と押圧部材９０と押圧ローラ８３により定着ローラ８１と定着ベルト８２との間に形成されたニップ部Ｎで記録材Ｐ上のトナー像を定着する。

ステアリングローラ８５は、定着ベルト８２の縁部の位置を不図示のセンサにより検知した結果を基に、押圧ローラ８３や入口ローラ８４に対して平行度を変化させ、定着ベルト８２の幅方向への寄りを是正する不図示の機構を有する。

なお、押圧ローラ８３、入口ローラ８４及びステアリングローラ８５はステンレス等の金属から成る。

また、ステアリングローラ８５は、定着ベルト８２の片寄り是正能力を確保するために、定着ベルト８２との摩擦力を所定以上持たせることが必要で、表面に耐熱性ゴムを形成する場合もある。

押圧部材９０は、ホルダー９１、シム９２、支持板９３、加圧パッド９４及び摺動シート９５から構成される。

ホルダー９１はステンレス等から成り、ホルダー９１の上に順次、耐熱性樹脂から成るシム９２、ステンレス等から成る支持板９３、シリコーンゴムから成る加圧パッド９４が積層される。なお、不図示の圧縮バネがシム９２を押圧し、加圧パッド９４を介して定着ベルト８２を定着ローラ８１に圧接している。

また、摺動シート９５（摺動部材）は、フッ素樹脂でコーティングしたガラス繊維シート等より形成され、ホルダー９１から加圧パッド９４に至る各部材の周囲を被覆している。摺動シート９５の幅方向長さは加圧パッド９４の幅方向長さより長く形成されている。摩擦係数の低い摺動シート９５を設けることにより、摩擦係数の高い加圧パッド９４が定着ベルト９２に接触することがない。

潤滑剤塗布部材８７は、シリコーンオイル等を含浸したフェルトを多孔性の樹脂シートで被覆して構成され、定着ベルト８２の内周面と摺接して該内周面に潤滑剤を塗布する。

なお、定着ローラ８１を除く以上の各部材は不図示のフレームにより支持され、定着ローラ８１に対して接離作動し、定着ベルト８２が定着ローラ８１に圧接する圧接状態と、定着ベルト８２が定着ローラ８１より離間する離間状態とにフレームの姿勢を切り換え可能に構成されている。そして、記録紙Ｐを定着するときは、圧接状態に切り換えてニップ部Ｎを形成し、ジャム状態になった記録紙Ｐを取り除くときは、離間状態に切り換える。

以上の如き定着装置８において、ハロゲンランプＨにより加熱され、不図示の駆動装置によって駆動された定着ローラ８１が時計方向に回転する。また、押圧ローラ８３及び押圧部材９０は前述の圧接状態になっており、押圧ローラ８３及び加圧パッド９４は定着ベルト８２を定着ローラ８１に圧接している。従って、定着ローラ８１と定着ベルト８２との間に幅広のニップ部Ｎが形成される。また、定着ローラ８１の回転によって定着ベルト８２は反時計方向に回転するので、トナー像が転写された記録紙Ｐが搬送されると、ニップ部Ｎで挟持され、加熱・加圧されて定着される。

また、押圧ローラ８３は定着ベルト８２が定着ローラ８１に食い込む様に押圧し、弾性層８１Ｂが凹形状に弾性変形するので、定着された記録紙Ｐは部分的に大きな曲率になって排紙され、定着ローラ８１から確実に分離する。

また、定着ベルト８２が回転すると、潤滑剤塗布部材８７が定着ベルト８２の内周面に潤滑剤を塗布するので、定着ベルト８２は摺動シート９５に対して円滑に摺動する。

ここで、定着ローラ８１、押圧ローラ８３及び入口ローラ８４の平行度や捻れにより、定着ベルト８２が幅方向に片寄ったり蛇行したりする現象が生ずる。前述したステアリングローラ８５の制御により定着ベルト８２の移動は所定の蛇行範囲内に抑えられるものの、定着ベルト８２を強く押圧している押圧ローラ８３は、定着ベルト８２より幅が長いので、摺接する定着ベルト８２の幅方向の縁部により表面が摩耗し易い。この摩耗により生じた金属の摩耗粉が定着ベルト８２の内周面や入口ローラ８４等の張架ローや摺動シート９５を摩耗させる。

更に、定着ベル８２トと押圧ローラ８３との接触部において、定着ベルト８２の内周面に塗布された潤滑剤が両端に押し出されて漏れ出すといった問題が生ずる。この結果、潤滑剤が枯渇し、定着ベルト８２と摺動シート９５の摩擦抵抗が増大して駆動トルクが増大する虞がある。

一方、押圧ローラ８３の外周面を平滑に仕上げる程、定着ベルト８２の幅方向縁部と押圧ローラ８３との摩擦抵抗が低減し、定着ベルト８２による押圧ローラ８３の摩耗を減少させることが可能になる。しかし、押圧ローラ８３全体を平滑に仕上げると、定着ベルト８２と押圧ローラ８３との間で潤滑剤を保持し難くなり、定着ベルト８２と押圧ローラ８３との接触部で潤滑剤が定着ベルト８２の幅方向に押し出されて漏れ出す虞がある。潤滑剤が漏れ出さないようにするためには、押圧ローラ８３を平滑に仕上げずに粗く仕上げて潤滑剤を保持できるようにしなければならない。

そこで、押圧ローラ８３の摩耗を減少させ、且つ、潤滑剤の漏れ出しを防止するという相反する問題を解決するためには、押圧ローラ８３の幅方向にわたって少なくとも表面を金属により形成すると共に、押圧ローラ８３における定着ベルト８２の幅方向縁部が接触可能な端部領域の表面粗さを小さく形成し、定着ベルト８２の縁部が接触不能な中央領域の表面粗さを大きく形成すればよい。即ち、定着ベルト８２の幅方向縁部が接触可能な端部領域の表面粗さを、定着ベルト８２の縁部が接触不能な中央領域の表面粗さより小に形成すればよい。

一方、特許文献２のステアリングローラでは、端部領域と中央領域とで材質を異ならせ、端部にメッキ、中央部にゴムが使用されているが、表面粗さについては記載がなく、強度若しくは摩擦係数に着目している。しかしながら、強度若しくは摩擦係数だけでは潤滑剤の漏れ出しを防止することが困難である。

このように形成した押圧ローラ８３の一例を図３に示す。

図３においては、軸長が３５４ｍｍの押圧ローラ８３により、幅長が３４０ｍｍの定着ベルト８２が張架されるものとする。そして、定着ベルト８２は設計上は実線の位置にあるが、実際には前述の如く幅方向に片寄りするので、その移動量を±６ｍｍとする。この場合、定着ベルト８２が左右どちらに片寄っても、押圧ローラ８３の両端部より１４ｍｍの端部領域８３Ｂを除いた３２６ｍｍの中央領域８３Ａは定着ベルト８２の幅方向縁部８２Ａが接触することがない。一方、端部領域８３Ｂは定着ベルト８２の片寄りに対して余裕を持っているが、大部分は定着ベルト８２の幅方向縁部８２Ａが接触する。

そこで、押圧ローラ８３をステンレス（例えばＳＵＳ３０３）で形成したとき、中央領域８３Ａの表面粗さが例えばＲｙ６．３Ｓ以上、Ｒｙ１２．６Ｓ以下になるように仕上げ、端部領域８３Ｂの表面粗さが例えばＲｙ３．２Ｓ以下になるように仕上げることにより、潤滑剤が漏れ出すことがない。なお、端部領域８３ＢをＲｙ１．６Ｓ以下に仕上げることが更に望ましい。

なお、押圧ローラ８３に表面粗さの異なる中央領域８３Ａと端部領域８３Ｂを形成するためには、例えば押圧ローラ８３の全体を研削加工した後、端部領域８３Ｂを研磨加工すればよい。

その他に、本発明に係わる表面粗さを変化させる押圧ローラとしては、図２に示す定着装置８の押圧ローラ８３に限定されるものではなく、例えば、図４の如きツインベルト方式の定着装置１００の押圧ローラ１０４であってもよい。図４においては、無端状の下定着ベルト１０５が押圧ローラ１０４と下入口ローラ１０６に張架され、無端状の上定着ベルト１０２（回転部材）が定着ローラ１０１とハロゲンランプＨ（加熱源）を有する上入口ローラ１０３に張架され、押圧ローラ１０４が下定着ベルト１０５を上定着ベルト１０２に圧接させている。従って、上述の如く押圧ローラ１０４の摩耗を減少させるためには、押圧ローラ１０４の中央領域と端部領域とで表面粗さを変化さればよい。また、場合によっては定着ローラ１０１の表面粗さも変化させてもよい。

画像形成装置の構成図である。 定着装置の主要部の断面図である。 押圧ローラにおける端部領域と中央領域とを示す図である。 ツインベルト方式の定着装置の概略図である。

符号の説明

８ 定着装置
８１ 定着ローラ
８２ 定着ベルト
８２Ａ 幅方向縁部
８３，１０４ 押圧ローラ
８３Ａ 中央領域
８３Ｂ 端部領域
８７ 潤滑剤塗布部材
９０ 押圧部材
９４ 加圧パッド
９５ 摺動シート
１０２ 上定着ベルト
Ｎ ニップ部
Ｈ ハロゲンランプ
Ｐ 記録紙

Claims (4)

1. 回転する回転部材と、
   内周面に潤滑剤を有し、前記回転部材に圧接して回転する無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトを内周面側から前記回転部材の方向に押圧する押圧部材と、
   前記定着ベルトと前記押圧部材との間に配置された摺動部材と、
   前記定着ベルトを張架するローラの一つであって、幅方向にわたって少なくとも表面が金属から形成され、前記定着ベルトを前記回転部材に圧接させる押圧ローラと、
   を有し、
   前記回転部材と前記定着ベルトとの間に形成されたニップ部で記録材上のトナー像を定着する定着装置において、
   前記押圧ローラにおける、前記定着ベルトの幅方向縁部が接触可能な端部領域の表面粗さを、前記幅方向で前記端部領域より中央側に位置する中央領域の表面粗さより小に形成したことを特徴とする定着装置。
2. 前記回転部材は、加熱源を有するローラであることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記回転部材は、複数のローラに張架された無端状のベルトであることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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