JP2008064925A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 定着ベルトからの熱の流出を少なくするとともに、定着ベルトの滑りを防止する。
【解決手段】 加熱部材（３０）によりトナー溶融に必要な温度まで加熱される定着ベルト（２０）と、定着ベルトの内側に配置され、定着ベルトを加圧ローラに押圧して定着ニップを形成する押圧部材（４０）とを備え、押圧部材は、表層に樹脂層を有し、内部に気泡を有する一体成形された部材からなり、ニップ入口部と出口部において定着ベルトを介して加圧ローラに当接し、ニップ入口部と出口部との中間部においては定着ベルトと非接触である。
【選択図】 図２

Description

本発明はベルト式の定着装置およびこれを用いた画像形成装置に関する。

加熱部材で加熱した定着ベルトを押圧パッドと加熱ローラとで押圧し、定着ニップを形成する定着装置において、押圧パッドとしてＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）やＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）などの樹脂材料を用いるものが知られている（特許文献１）。
特開２００５−２２１５３３

定着ニップを形成するための押圧部材としてＰＰＳなどの樹脂材料からなる通常の成形品を用いると、成形後の寸法精度が低く、押圧部材の反りや変形が大きく均一なニップ部を形成することができず高い定着性能を得ることが困難であった。

本発明は上記課題を解決しようとするもので、均一なニップ部を形成して高い定着性能を得ることを目的とする。
本発明は、加熱部材によりトナー溶融に必要な温度まで加熱される定着ベルトと、定着ベルトの内側に配置され、定着ベルトを加圧ローラに押圧して定着ニップを形成する押圧部材とを備え、前記押圧部材は、表層に樹脂層を有し、内部に気泡を有する一体成形された部材からなり、ニップ入口部と出口部において定着ベルトを介して加圧ローラに当接し、ニップ入口部と出口部との中間部においては定着ベルトと非接触であることを特徴とする。
かかる構成を有することにより、均一なニップ部を形成することができ高い定着性能を得ることができる。
また、本発明は、押圧部材の硬度が加圧ローラの硬度よりも高いことを特徴とする。
かかる構成を有することにより、押圧部材の凸部先端が定着ベルトを介して加圧ローラに食い込む形状になるため、加圧ローラと定着ベルトの摩擦力が増大し、定着ベルトの滑りを防止することができる。
また、本発明は、押圧部材が軸方向に延びるたわみ防止部材に固定されていることを特徴とする。
かかる構成により、押圧部材が軸方向にたわみ、ニップ部が軸方向に対して不均一になってしまうことを防ぐことができるとともに、押圧部材がベルト内面との摩擦でたわみ防止部材回りに回転してしまうことを防ぐことができる。
また、本発明は、前記押圧部材が、軸方向所定間隔ごとに設けた軸に直交する板状部材がたわみ防止部材に嵌合していることを特徴とする。
かかる構成により、押圧部材とたわみ防止部材との接触面積が小さくなり、押圧部材からたわみ防止部材への熱流出を少なくすることができる。
また、本発明は、上記記載の定着装置を備えた画像形成装置であることを特徴とする。
上記記載の定着装置を備えたことにより、画像形成装置として高い定着性能を得て高画質を得ることができる。

以下に本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施の形態に係る画像形成装置の全体構成を説明する図である。

画像形成部は、像担持体である感光体１、感光体を一様に帯電する帯電ローラ２、一様帯電した感光体に対して画像信号により変調されたレーザ光を照射して静電潜像を形成する露光機３等からなっている。現像部は、現像ロータリー４内に配置されたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色現像機５からなり、ロータリーの回転により各色現像機が順次感光体１に当接して感光体上の静電潜像を現像する。

感光体上のトナー像は、１次転写位置において感光体に当接する中間転写ベルト６に転写される。中間転写ベルト６は、駆動ローラ７、従動ローラ８間に渡って張架されている。１次転写位置において転写された中間転写ベルト６上のトナー像は、駆動ローラ７と対向して２次転写ローラ９が配置された２次転写部１０において、用紙上に記録（２次転写）される。用紙は、給紙カセット１１、搬送経路１２を通って２次転写部に搬送され、２次転写後、定着部１３に搬送されて定着トナー像が定着される。両面印字の場合には、用紙は定着後に反転して両面印字時搬送経路１４を経由して再度２次転写部１０へ搬送されて裏面への記録が行われる。

次に、図１における定着部の詳細について図２、図３により説明する。
図２は定着部の正面断面図、図３は図２のＡ−Ａ（中心線）断面図である。
定着ベルト２０は加熱部材である発熱体３０と押圧部材４０との間にテンション力がかかった状態で掛け渡され、発熱体によりトナー溶融に必要な温度まで加熱昇温され、外部の制御装置（図示せず）によりベルト表面温度が一定の温度に保つように発熱体の発熱量が制御される。この時の定着ベルトの表面温度は150 〜180 ℃程度に制御されている。定着ベルト２０は径φ30〜 50mm （周長95〜160mm ）で、厚さ30〜50μｍのＰＩ（ポリイミド）などの耐熱性樹脂フィルム、もしくは厚さ20〜40μｍのＳＵＳやＮｉ、Ｆｅなどの金属製基板の表層にＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素樹脂が設けられている。また、基材とフッ素樹脂層の間に弾性層として厚さ150 〜 300μｍ程度のシリコンゴム層を有することもある。

押圧部材４０は、米・トレクセル社のMuCellという技術を使用して作成した。MuCellは超臨界状態の窒素・炭酸ガスを成形機シリンダー内に注入し樹脂に溶け込ませ、金型内で発泡させて微細な発泡状態の成形品を作り出す技術である。押圧部材の樹脂は耐熱性のあるＰＰＳ（ポリフェニルスルファイド）、ＰＩ、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＬＣＰ（液晶ポリエステル樹脂）などが用いられる。このMuCell技術による微細発泡はセルの大きさが0.5 〜100 μｍで発泡率は20〜30％となる。この場合の発泡率は、MuCell技術で発泡させて成形した場合の部品重量と、発泡させずに成形した場合の部品重量の比として求めたものである。また、成形品であるため押圧部材の表層には気泡を含まない層（スキン層）が存在する。すなわち、成形樹脂中の気泡は半球状になって型の表面に付着することはなく、必ず気泡は球として閉じた状態で存在しようとするために、型の表面に気泡は存在せず、樹脂が存在するためである。この微細な発泡状態の一体成形により、そりや変形が生ぜず、均一発泡による高精度成形品を得ることができる。また、押圧部材と定着ベルト内面の摩擦力を低減するめに、押圧部材の表層にＰＴＦＥやＰＦＡなどのフッ素樹脂層を有することもある。

押圧部材４０は定着ベルト２０の内側に配置され、定着ベルトを横方向に張り出す曲面状の翼部分４０ａ、４０ｂと、加圧ローラ５０に向かって凹形状の中間部分４０ｃ、軸方向所定間隔毎に設けられた板状部材４０ｄからなっている。押圧部材４０としては、ＰＰＳ（ポリフェニルスルファイド）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＩなどの耐熱性樹脂から形成されており、表面には定着ベルト内面との摩擦力を低減するためにＰＴＦＥやＰＦＡなどのフッ素樹脂層を有することもある。

翼部分４０ａ、４０ｂと中間部分４０ｃとの接続部は凸部を形成し、凸部先端は定着ベルトを介して加圧ローラ５０に当接し、中間部分４０ｃは定着ベルトと非接触である。なお、凸部先端の曲率半径Ｒは0.5 〜2.0mm であり、押圧部材の凸部の先端に曲率を持たせることで、定着ベルトの摺動によるベルト磨耗が低減される。凸部先端が当接する当接部Ｓ１、Ｓ２は定着ニップの入口部、出口部を形成し、図２において定着ベルトが時計方向に回動している場合、当接部Ｓ１が入口部、当接部Ｓ２が出口部で、Ｓ１とＳ２間が定着ニップ幅となる。このような構成であるため、押圧部材４０の形状によりニップ幅を設定することが可能で、本実施例ではニップ幅を８〜12mm程度としている。

押圧部材４０は軸方向に延びるたわみ防止部材であるφ10〜20mm程度の金属製たわみ防止シャフト６０に固定され、定着ベルト２０を介して加圧ローラ５０を荷重15〜40Kgf 程度で押圧し、定着ニップを形成している。軸方向所定間隔毎に設けられた板状部材４０ｄは、中央部に窪みが形成され、この窪みにたわみ防止シャフト６０の突起部６１が嵌合し、この嵌合により押圧部材４０はたわみ防止シャフト６０に固定される。この構造により、押圧部材がベルト内面との摩擦でシャフト回りに回転してしまうことを防ぐことができる。

発熱体３０は、ハロゲンヒータを内包した加熱ローラやセラミック製もしくは金属製の基材の上に抵抗発熱体が形成された加熱部材からなっている。発熱体３０は定着ベルトの内側において、押圧部材４０と対向し、加圧ローラ５０と反対側に設けられ、発熱体３０と押圧部材４０との間にはテンション力として１〜３Kgf の荷重がかかっている。このテンション力により発熱体を定着部材に充分に押し付けることができ、発熱体の熱を定着ベルトに効率よく伝達することが可能になると同時に、ニップ内部でのベルトのたわみを防止することができる。

加圧ローラ５０は金属製パイプの表層に、１〜５mm程度の弾性層を有し、さらに表層にＰＦＡやＰＴＦＥなどのフッ素樹脂が設けられている。駆動力は加圧ローラ５０に与えられ、定着ベルト２０は加圧ローラとの摩擦力により回転し、加圧ローラ表面と定着ベルト表面は等速で回転する。

なお、押圧部材４０、たわみ防止シャフト６０、加圧ローラ５０の軸方向長さ、ベルトの幅（長手方向長さ）は概ね同じで、Ａ３機では310 〜340mm 程度、Ａ４機では220 〜250mm 程度であり、本定着装置はＡ３機、Ａ４機のいずれにも適用可能である。

このような定着装置での印字について説明すると、トナーにより画像形成された用紙は、定着ベルト側を印字面として定着装置に搬送され、外部の駆動装置により駆動されている加圧ローラ５０と定着ベルト２０との間に挟まれて定着ニップ部を通過する。このとき、加圧ローラ表面、用紙、定着ベルト表面はすべて同じ速度で移動することにより、その移動速度はプリンタ等の画像形成装置の印字速度に依存している。

上記のように、微細な発泡状態の一体成形により、押圧部材としてそりや変形が生ぜず、均一発泡による高精度成形品を得ることができる。そのため、押圧部材４０の凸部が定着ベルト内面に部分的に接触して定着ニップを形成するとき、凸部の高さが一定で均一なニップ部を形成することが可能である。また、加圧ローラに対して押圧部材が高硬度であるため、押圧部材が加圧ローラに対して食い込む状態になり、加圧ローラ表面と定着ベルトの滑りを防止することができる。その結果、画像形成装置として高い高い定着性能を得て高画質を得ることができる。

また、本発明では、定着ニップ部の入口と出口のみで定着ベルトの内面に接触し、定着ベルトとの接触面積が小さいため、定着ベルトから押圧部材への熱流出が少なく、さらに、微細な気泡を内包した一体成形品であるため押圧部材の熱容量を低減できるため、一層ウォームアップの短縮が可能である。また、押圧部材は軸方向所定間隔毎に設けられた板状部材でたわみ防止シャフトと接しているため、押圧部材とたわみ防止部材との接触面積が小さく、押圧部材からシャフトへの熱流出を少なくすることができる。

実験において、通常の成形により作成した押圧部材の長手方向の反りは0.8mm であった（軸方向中心部が軸方向端部に対して0.8mm 凹んでいた）ため、中央部が加圧ローラに対してベルトを十分押さえつけられず、ニップ幅は中央8.5mm/端部9.8mm と中央と端部で1.3mm の差が生じた。一方、内部に気泡を含むMuCell技術により成形した押圧部材の長手方向の反りは0.3mm であり、ニップ幅は中央9.2mm/端部9.8mm と中央と端部の差を0.6mm に抑えることができた。

本発明の画像形成装置の全体構成を説明する図である。 定着部の正面断面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

２０…定着ベルト、３０…発熱体、４０…押圧部材、５０…加圧ローラ

Claims (5)

1. 加熱部材によりトナー溶融に必要な温度まで加熱される定着ベルトと、定着ベルトの内側に配置され、定着ベルトを加圧ローラに押圧して定着ニップを形成する押圧部材とを備え、
   前記押圧部材は、表層に樹脂層を有し、内部に気泡を有する一体成形された部材からなり、ニップ入口部と出口部において定着ベルトを介して加圧ローラに当接し、ニップ入口部と出口部との中間部においては定着ベルトと非接触であることを特徴とする定着装置。
2. 前記押圧部材の硬度が加圧ローラの硬度よりも高いことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記押圧部材は、軸方向に延びるたわみ防止部材に固定されていることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
4. 前記押圧部材は、軸方向所定間隔ごとに設けた軸に直交する板状部材がたわみ防止部材に嵌合していることを特徴とする請求項３記載の定着装置。
5. 請求項１乃至４いずれか記載の定着装置を備えた画像形成装置。

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