JP2008026603A - 摺動部材、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑剤が定着ベルトの回転時に外部に染み出すことがなく、且つ、定着ベルトが回転して摺動部材に摺動するときの抵抗にならない摺動部材。
【解決手段】記録材上のトナー像を加熱定着すべく回転する定着ベルトの内周面に摺接すると共に、前記定着ベルトの内周面側に位置する部材に保持された摺動部材であって、長手方向両端部より、前記定着ベルトの回転方向と平行であって長手方向の略中央部に仮想した中心線に向かって傾斜すると共に、前記定着ベルトの回転方向下流側に向かって傾斜した複数の長溝を前記中心線の両側に有し、前記複数の長溝は前記中心線に対し５°以上、４５°未満の範囲の角度で傾斜して配置されていて、且つ、０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下の範囲の深さに形成されていること。
【選択図】図３

Description

本発明は、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用いられる定着装置に関し、詳しくは定着ローラとの間でニップ部を形成する無端状の定着ベルトの内周面に摺接する摺動部材、該摺動部材を備えた定着装置、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上に転写し、この後、記録材上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、記録材上に二次転写して、記録材上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、シリコーンゴムから形成された弾性層を有し中央にハロゲンランプ等の加熱手段を内蔵して回転する定着ローラと、定着ローラによって駆動されて回転する無端状の定着ベルトと、定着ベルトの内周面側に固定された押圧パッドと、を備え、押圧パッドにより定着ベルトを定着ローラの方向に押圧する定着装置が多数の特許公報に開示されている（例えば、特許文献１，２参照）。

この定着装置によれば、押圧パッドにより定着ローラに押圧された定着ベルトが弾性変形し、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。従って、高速化に対応でき、定着装置が大型化することもない。更に、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。

ここで、押圧パッドが直に定着ベルトを押圧すると、押圧パッドと定着ベルトとの間の摺動抵抗が大きく、定着ベルトが確実に従動回転できずにスリップすることが生ずる。この結果、定着画像の品質低下、定着ベルトの駆動トルクの増大による定着ベルトを駆動するモータの消費電力の増大、減速歯車の破損、定着ベルトの内周面の摩耗等が発生する虞がある。そこで、押圧パッドと定着ベルトとの間に低摩擦のシート状部材を配置し、且つ、定着ベルトとシート状部材との間にシリコーンオイル等の潤滑剤を介在させるようにしている。
特開２００４−１０９８７８号公報 特開２００５−９１５５７号公報

特許文献１，２に開示の定着装置においては、定着ベルトと摺動部材との間に介在する潤滑剤が毛細管現象で軸方向に浸み出して、定着ベルトの表面に廻り込むと、定着ベルトが定着ローラに対して滑ったり、潤滑剤が記録材に付着して染みが付いたりして、画像不良が発生する。

このために、特許文献１においては、摺動部材の両端部にフッ素樹脂を塗布した潤滑剤漏れ防止部材を配設して、潤滑剤の漏れを防止している。

しかし、このように潤滑剤漏れ防止部を設けると定着装置の軸方向の寸法が増大すると共に、原価高になる。

一方、特許文献２においては、潤滑剤がニップ部に溜まり易くすることを目的として、シート状部材の表面に凹凸を設け、摺動方向の十点平均粗さが摺動方向と垂直方向の十点平均粗さよりも大きくする構成にしている。加えて、潤滑剤がシート状部材の中央に集まって、潤滑剤がシート状部材の端部から横漏れしないようにするために、定着ベルトの摺動方向に向かってシート状部材には「ハ」の字形の複数の長溝が設けられている。そして、摺動方向に平行な中心線に対する長溝の角度は４５°〜８５°の範囲が好ましく、５５°〜６５°の範囲がより好ましいと記載されている。

しかし、特許文献２においては、シート状部材に設けた長溝の角度は中心線に対して４５°以上であるので、長溝による凹凸が定着ベルトが摺動する際の抵抗となるといった問題が生ずる。

その上、特許文献２には記載されていないが、ニップ部より排出される記録材が定着ローラより容易に分離できるようにするため、ニップ部の出口付近に定着ベルトの内周面をシート状部材と共に押圧する樹脂製若しくは金属製の分離部材を設け、分離部材によって押圧された定着ベルトが定着ローラに食い込むように構成することにして、部分的に大きな曲率のニップ部を形成することが実際には行われる。このようにすることによって、定着ローラ等に記録材を分離し易くするためのオイルを塗布する必要がなくなり、更に、オイルによる画像のテカリがなくなって、ボールペン等による書き込みも可能になる。

しかし、特許文献２に記載の構成の定着装置に上述の分離部材を設けると、シート状部材も大きな曲率で変形するので、４５°以上の角度の凹凸によって摺動抵抗が更に増大する。

本発明者は、潤滑剤を定着ベルトと摺動部材との間に保持すると共に、潤滑剤が定着ベルトの回転時に外部に染み出さないようにするために、摺動部材に傾斜した複数の長溝を設け、且つ、これらの長溝が定着ベルトが回転して摺動部材に摺動するときの抵抗にならないように配置することを鋭意検討してきた。

この結果、長溝を適正な角度に設定することにより、潤滑剤が定着ベルトの回転時に外部に染み出すことがなく、且つ、定着ベルトが回転して摺動部材に摺動するときの抵抗にならないことを見出した。

本発明の目的は、かかる構成の摺動部材、該摺動部材を備えた定着装置、及び該定着装置を備えた画像形成装置を提案することである。

前記目的は、下記に記載した発明により達成される。
１．記録材上のトナー像を加熱定着すべく回転する定着ベルトの内周面に摺接すると共に、前記定着ベルトの内周面側に位置する部材に保持された摺動部材であって、
長手方向両端部より、前記定着ベルトの回転方向と平行であって長手方向の略中央部に仮想した中心線に向かって傾斜すると共に、前記定着ベルトの回転方向下流側に向かって傾斜した複数の長溝を前記中心線の両側に有し、
前記複数の長溝は前記中心線に対し５°以上、４５°未満の範囲の角度で傾斜して配置されていて、且つ、０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下の範囲の深さに形成されていることを特徴とする摺動部材。
２．前記長溝は０．４本／ｍｍ以上、４本／ｍｍ以下の範囲のピッチで配置されていることを特徴とする１に記載の摺動部材。
３．前記長溝の断面形状は、Ｖ形、矩形若しくは台形の何れかであることを特徴とする１又は２に記載の摺動部材。
４．加熱手段を有して回転する定着ローラと、
前記定着ローラによって駆動され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定着ローラの方向に押圧する押圧手段と、
前記定着ベルトと前記押圧手段との間に配置された１〜３の何れか１項に記載の摺動部材と、を備え、
前記定着ローラ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加熱定着する定着装置であって、
前記定着ベルトと前記摺動部材との間に潤滑剤を保持したことを特徴とする定着装置。
５．前記ニップ部からの記録材の排出部近傍に、前記摺動部材と前記定着ベルトを押圧して前記定着ローラの外周面を凹状に変形させる分離部材を設けたことを特徴とする４に記載の定着装置。
６．４又は５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。

本発明の摺動部材、定着装置及び画像形成装置によれば、潤滑剤を定着ベルトと摺動部材との間に確実に保持するができると共に、潤滑剤が定着ベルトの回転時に定着ベルトの軸方向に染み出すことがなく、更に、定着ベルトが回転して摺動部材に摺動するときの抵抗になることがない。

以下に本発明の画像形成装置に関する実施の形態を図を参照して説明する。

先ず、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６、給紙搬送手段及び定着装置９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の原稿台上に載置された原稿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８Ｙ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８Ｍ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８Ｃ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８Ｋ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６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１００は、加熱された定着ローラ１０１と定着ベルト１０２との間に形成されたニップ部で記録紙（記録材）Ｐ上のトナー像を加熱・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６上に転写手段７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋ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７Ａに搬送され、記録紙Ｐ上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１００において加熱・加圧され、記録紙Ｐ上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上に載置される。

一方、転写手段７Ａ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６は、クリーニング手段８Ａ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、本発明に係わる定着装置１００の主要構成について、図２に示す中心軸と直交して切断した断面図に基づいて説明する。

定着ローラ１０１は、中央にハロゲンランプ（加熱手段）Ｈを内蔵し、アルミニュウムや鉄等から形成された円筒状芯金１０１Ａと、円筒状芯金１０１Ａを被覆し耐熱性の高いシリコーンゴムから成る弾性層１０１Ｂと、更に弾性層１０１Ｂを被覆しＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）若しくはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂から成る離型層１０１Ｃと、により構成されている。

定着ベルト１０２は、約１００μｍの厚みのポリイミドにより形成された基体と、基体の外表面を被覆する約２５μｍの厚みのＰＦＡ若しくはＰＴＦＥで形成された離型層とにより構成されていて、無端状に形成されている。

押圧パッド１０３は、硬度ＪＩＳＡ約１０°のシリコーンゴムから形成され、ステンレスから形成されたベース板金１０４、及び耐熱樹脂から形成されたベース部材１０５と共に、耐熱樹脂から形成されたホルダー１０８に保持されている。また、ベース部材１０５の裏面には圧縮バネ１０６が配置されている。

ここで、押圧パッド１０３、ベース板金１０４、ベース部材１０５及び圧縮バネ１０６を含めて押圧手段と称す。

また、定着された記録紙Ｐの定着ローラ１０１からの分離性を向上させるための分離部材１０７は耐熱樹脂若しくはアルミニュウム等の金属から形成され、ホルダー１０８及び耐熱樹脂から形成されたホルダー１０９に保持されている。

そして、ホルダー１０８，１０９は中央に配置された金属製のフレーム１１０によって保持されている。

摺動部材１１１は、テフロン（登録商標）コーティングのガラス繊維シートやＰＴＦＥシートから形成され、定着ベルト１０２の内周面と押圧パッド１０３との間、及び定着ベルト１０２の内周面と分離部材１０７との間に配置されて、定着ベルト１０２の内周面に摺接し、一端がフレーム１１０に固定されている。

オイルパッド１１２（潤滑剤供給部材）はスポンジ等から形成されてシリコーンオイル等からなる潤滑剤を含有し、ホルダー１０９に保持され、定着ベルト１０２の内周面に圧着している。

なお、定着ベルト１０２の回転時に、ホルダー１０８は摺動部材１１１を介して定着ベルト１０２を案内し、ホルダー１０９は定着ベルト１０２を直接案内する案内部材としての機能も有する。

このように構成された定着装置１００において、ハロゲンランプＨにより加熱され、不図示の駆動手段によって駆動された定着ローラ１０１が時計方向に回転する。また、押圧パッド１０３が圧縮バネ１０６によりベース板金１０４及びベース部材１０５を介して押圧され、押圧パッド１０３は摺動部材１１１を介して定着ベルト１０２を定着ローラ１０１に押圧する。更に、分離部材１０７が摺動部材１１１を介して定着ベルト１０２を定着ローラ１０１を押圧して凹状に変形させる。

従って、定着ベルト１０２は、定着ローラ１０１の回転によって反時計方向に回転し、押圧パッド１０３により定着ローラ１０１に押圧されて弾性変形するので、定着ベルト１０２と定着ローラ１０１との間に幅広のニップ部Ｎが形成される。そして、搬送された記録紙Ｐ上の未定着トナーはニップ部Ｎで加熱・加圧されて定着される。また、ニップ部Ｎからの記録紙Ｐの排出部近傍において、分離部材１０７によってニップ部Ｎの一部が大きな曲率で変形しているので、排出された記録紙Ｐは定着ローラ１０１から確実に分離する。

また、定着ベルト１０２の内周面は回転時に摺動部材１１１に摺動するが、摺動部材１１１は摩擦係数が小さいので、両者の間の摺動抵抗は小さい。更に、オイルパッド１１２から潤滑剤としてのシリコーンオイルが定着ベルト１０２の内周面に供給されるので、更に摺動抵抗は小さくなる。

次に、摺動部材１１１について詳細に説明する。図３は摺動部材１１１を定着ベルト１０２側から見た上面図である。

摺動部材１１１は、長手方向両端部より、定着ベルト１０２の回転方向と平行であって長手方向の略中央部に仮想した中心線Ｃに向かって傾斜すると共に、定着ベルト１０２の回転方向下流側（矢印方向）に向かって傾斜した複数の長溝１１１Ａを中心線Ｃの両側に有している。

なお、長溝の断面形状はＶ形、矩形、台形等のどのような形状でもよいが、図３においてはＶ形として、山線、谷線を各々描いている。

このような複数の長溝１１１Ａを設けることにより、オイルパッド１１２から供給されたシリコーンオイルが長溝１１１Ａに確実に溜まって、定着ベルト１０２の回転時の摺動抵抗が減少する。また、定着ベルト１０２の回転時にシリコーンオイルが長溝１１１Ａに沿って中心線Ｃの方向に流れ、定着ベルト１０２の軸方向外部に浸み出ることがない。

このように摺動部材１１１に傾斜した長溝を形成する場合に、中心線Ｃに対する傾斜角度（θ）を適正に選択することが摺動抵抗を増大させないために重要である。以下に、適正な傾斜角度を求めた実験結果を記す。
（１）実験条件
定着装置：図２に示した構成
定着ベルト：ポリイミド樹脂をＰＴＦＥで被覆、外径３５ｍｍ、幅３９０ｍｍ、厚み１２ ５μｍ（表層を含む）、周速３５０ｍｍ／ｓ
摺動部材：テフロン（登録商標）コーティングのガラス繊維シート
長溝の断面形状は矩形、ピッチは２本／ｍｍ
潤滑剤：ジメチルシリコーンオイル
評価：摺動部材の長溝の深さと傾斜角度を変化させ、定着ベルトを回転させたときの定着ローラの駆動軸に掛かる負荷トルクを測定して、目標トルク（５ｋｇｆ）との比較で評価した。定着ベルトと摺動部材との摺動抵抗が増大しなければ、負荷トルクも増大しない。

○・・・目標トルクに対して１２０％未満
△・・・目標トルクに対して１２０以上、１５０％未満
×・・・目標トルクに対して１５０％以上
（２）実験結果
表１に示す。

（３）評価
定着ローラの負荷トルクを増大させないために、摺動部材の長溝の角度は５〜４５°が好ましく、より好ましくは３０〜４５°である。また、長溝の深さは０．１〜０．５ｍｍが好ましく、より好ましくは０．３〜０．５ｍｍである。

次に、複数の長溝の最適なピッチを求めた実験結果を記す。
（１）実験条件
前述の傾斜角度の条件と同一
但し、長溝の断面形状を矩形に、傾斜角度を３０°に設定した。
（２）実験結果
表２に示す。

（３）評価
定着ローラの負荷トルクを増大させないために、ピッチは０．４〜４本／ｍｍが好ましく、より好ましくは１〜４本／ｍｍである。

続いて、長溝の断面形状を変化させた実験結果を記す。
（１）実験条件
前述の傾斜角度の条件と同一
但し、長溝の断面形状をＶ形、矩形、台形に設定すると共に、傾斜角度を３０°に、ピッチを２本／ｍｍに設定した。
（２）実験結果
表３に示す。

（３）評価
長溝の断面形状がＶ形、矩形、台形であっても差がなかった。

なお、摺動部材１１１の長溝１１１Ａに関し、定着ベルト１０２が蛇行しない範囲であれば、中心線Ｃが図３の左右何れかに片寄っていて、左右の長溝１１１Ａの長さが異なっていてもよい。

また、図４に示す如く、中心線Ｃの近傍に、定着ベルト１０２の回転方向と平行であって長溝１１１Ａを有しない部分があってもよい。

更に、図５に示す如く、左右の長溝１１１Ａは必ずしも中心線Ｃで交差していなくてもよい。

画像形成装置の構成図である。 定着装置の断面図である。 摺動部材を定着ベルト側から見た上面図である。 異なる長溝を有する摺動部材を定着ベルト側から見た上面図である。 異なる長溝を有する摺動部材を定着ベルト側から見た上面図である。

符号の説明

１００ 定着装置
１０１ 定着ローラ
１０２ 定着ベルト
１０３ 押圧パッド
１０８，１０９ ホルダー
１１０ フレーム
１１１ 摺動部材
１１２ オイルパッド

Claims (6)

1. 記録材上のトナー像を加熱定着すべく回転する定着ベルトの内周面に摺接すると共に、前記定着ベルトの内周面側に位置する部材に保持された摺動部材であって、
   長手方向両端部より、前記定着ベルトの回転方向と平行であって長手方向の略中央部に仮想した中心線に向かって傾斜すると共に、前記定着ベルトの回転方向下流側に向かって傾斜した複数の長溝を前記中心線の両側に有し、
   前記複数の長溝は前記中心線に対し５°以上、４５°未満の範囲の角度で傾斜して配置されていて、且つ、０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下の範囲の深さに形成されていることを特徴とする摺動部材。
2. 前記長溝は０．４本／ｍｍ以上、４本／ｍｍ以下の範囲のピッチで配置されていることを特徴とする請求項１に記載の摺動部材。
3. 前記長溝の断面形状は、Ｖ形、矩形若しくは台形の何れかであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の摺動部材。
4. 加熱手段を有して回転する定着ローラと、
   前記定着ローラによって駆動され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定着ローラの方向に押圧する押圧手段と、
   前記定着ベルトと前記押圧手段との間に配置された請求項１〜３の何れか１項に記載の摺動部材と、を備え、
   前記定着ローラ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加熱定着する定着装置であって、
   前記定着ベルトと前記摺動部材との間に潤滑剤を保持したことを特徴とする定着装置。
5. 前記ニップ部からの記録材の排出部近傍に、前記摺動部材と前記定着ベルトを押圧して前記定着ローラの外周面を凹状に変形させる分離部材を設けたことを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
6. 請求項４又は請求項５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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