JP2018092074A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ベルトのスリップを用いずに、ニップ形成ユニットの定着ニップ外側に堆積した潤滑剤を、ベルト内周面に再付着させる定着装置を提供する。【解決手段】本発明の定着装置は、内周面に潤滑剤が塗布された可撓性を有する無端状のベルトと、ベルトの外側に設けられ、ベルトに対向する加圧回転体と、ベルトの内側に設けられ、ベルトと加圧回転体との間に定着ニップを形成するニップ形成ユニットとを備え、ニップ形成ユニットは、定着ニップから記録材の搬送方向上流に向かうにしたがって加圧回転体から離間するガイド面を有し、加圧回転体により、表面温度が定着温度よりも低いベルトを定着時の回転方向に回転し、ガイド面に付着した潤滑剤をベルトに接触させる、潤滑剤移動モードを実行可能である。【選択図】図３

Description

本発明は、定着装置及び定着装置を備える画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ、又はそれらのうちの少なくとも２つの機能を有する複合機などの画像形成装置に対し、近年、省エネルギー化、高速化についての市場要求が強くなってきている。

画像形成装置のなかでも定着装置は消費電力量が多く、省エネルギー化の余地が大きいため、様々な提案がなされている。例えば特許文献１において、低熱容量でフィルム状に薄肉で可撓性を有する無端状のベルトの内部（ループ内）に、ニップ形成ユニットを固定配置させ、ベルトと加圧回転体との間に、ニップ形成ユニットと加圧回転体との当接圧によって定着ニップを形成する定着装置が知られている。

このような構成の定着装置において、様々なサイズの記録材に対応しながら、小サイズ紙を通紙する場合のベルト端部の過昇温を防止するために、ベルトの幅方向（用紙幅方向）で配光分布が異なる複数のハロゲンヒータ（輻射型熱源）をベルト内部に設けると共に、ニップ形成ユニットを構成するニップ形成部材の、ベルトに対向する面を、ベルトの長手方向に熱を移動する熱移動補助部材で覆うことが、特許文献２に開示されている。

ところで特許文献１、２に記載された定着装置では、ベルトの内周面がニップ形成ユニットと摺動するため、ベルトの内周面側に潤滑剤を塗布し、摺動時の摩擦負荷を減らすことが行われる。しかし、ベルトが回転して定着ニップを通過する際、ベルトの内周面に塗布された潤滑剤は定着ニップの入口や出口でニップ形成ユニットにかき取られる。かき取られた潤滑剤はニップ形成ユニットの定着ニップ外側に堆積し、経時においてベルト内周面に付着した潤滑剤量が減ってしまうため、ベルトの摩擦負荷が大きくなる問題があった。摩擦負荷が大きくなりすぎると、ベルトや、ベルトを回転させる対向ローラが破損するおそれがある。

上記の問題に対し、特許文献３では、駆動部材と摺擦部材（ニップ形成ユニットに対応）とによるベルト部材の挟み込みの加圧力を、第一の加圧力と該第一の加圧力よりも加圧力が低い第二の加圧力とに変更可能な加圧機構と、第二の加圧力で駆動部材によりベルト部材を駆動部材に対するスリップを伴って所定方向に回転させて、第一の加圧力でベルト部材と摺擦する摺擦部材の摺擦部よりも上流側に堆積した潤滑剤を、摺擦部とベルト部材との間に移動させる潤滑剤移動モードを実行可能な制御手段とを備える装置を開示している。

特許文献３の構成は、ベルト部材の挟み込みの加圧力を一時的に小さくすることで、ベルト部材と駆動部材の間の駆動摩擦力（＝摩擦係数×加圧力）を小さくし、意図的にベルト部材にスリップを生じさせながら回転させる。したがって、通常のベルト部材の回転時とは異なる潤滑剤の循環状態を発生させ、潤滑剤の入れ替えを図ることができる。

しかし、ベルト部材のスリップの度合いは、ベルト部材−駆動部材間の駆動摩擦力と、ベルト部材−摺擦部材間の摺動摩擦力との大きさの関係で変化する。すなわち、ベルト部材の挟み込みの加圧力を小さくし、駆動摩擦力よりも摺動摩擦力の方が相当大きくなると、駆動部材がベルト部材に対して完全にスリップし、ベルト部材は停止してしまう。この場合、潤滑剤移動の効果を得ることができない。また、ベルト部材の長手方向において摺動摩擦力の大きさが異なる場合、ベルト部材の一部が回転し、他の部分が停止する状態となり、ベルト部材がねじれ破損するおそれがある。

そこで本発明は、ベルトのスリップを用いずに、ニップ形成ユニットの定着ニップ外側に堆積した潤滑剤を、ベルト内周面に再付着させる定着装置を提供することを課題とする。

前記課題は、内周面に潤滑剤が塗布された可撓性を有する無端状のベルトと、前記ベルトの外側に設けられ、前記ベルトに対向する加圧回転体と、前記ベルトの内側に設けられ、前記ベルトと前記加圧回転体との間に定着ニップを形成するニップ形成ユニットとを備え、前記ニップ形成ユニットは、前記定着ニップから記録材の搬送方向上流に向かうにしたがって前記加圧回転体から離間するガイド面を有し、前記加圧回転体により、表面温度が定着温度よりも低い前記ベルトを定着時の回転方向に回転し、前記ガイド面に付着した前記潤滑剤を前記ベルトに接触させる、潤滑剤移動モードを実行可能な定着装置によって解決される。

本発明の定着装置は、表面温度が定着温度よりも低いベルトを定着時の回転方向に回転することで、ベルトの搬送軌道をガイド面寄りとし、ガイド面に堆積した潤滑剤に接触させることができる。したがって、ガイド面に堆積した潤滑剤を再度循環させることができる。

定着装置の一実施形態を示す概略的な断面構成図である。 ニップ形成ユニットの基本構成を示す斜視図である。 定着装置の定着ニップＮ周りの構成を示す模式図である。 定着ニップＮのニップ幅とガイド面の長さ寸法の一例を示す。 定着ベルトの回転軌道を測定する実験方法を示す模式図である。 （ａ）は定着ベルトの記録材搬送幅のほぼ中央におけるベルト変位を示すグラフであり、（ｂ）は定着ベルトの記録材搬送幅の端部におけるベルト変位を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る画像形成装置を示す模式図である。

以下、添付の図面に基づき、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る定着装置２０を示す概略的な断面構成図である。定着装置２０は、薄肉で可撓性を有する筒状の定着部材である無端状の定着ベルト２１と、この定着ベルト２１の外周側から当接する加圧回転体である加圧ローラ２２とを有している。定着ベルト２１は、その内部（ループ内）に配された複数の定着熱源としてのハロゲンヒータ２３Ａ、２３Ｂ（以下、第１ハロゲンヒータ２３Ａ、第２ハロゲンヒータ２３Ｂともいう）の輻射熱によって加熱される。なお、ハロゲンヒータは、主たる熱源である定着熱源としての、輻射型熱源を代表するものである。

更に定着ベルト２１の内部には、定着ベルト２１を介して加圧ローラ２２とで定着ニップＮを形成するニップ形成部材２４と、ニップ形成部材２４を支持するステー部材２５（支持部材）とが配されている。定着ベルト２１の幅方向に渡って配されたニップ形成部材２４が、ステー部材２５によって固定支持されることで、加圧ローラ２２からの圧力によってニップ形成部材２４に撓みが生じることを防止し、加圧ローラ２２の軸方向（長手方向）に渡って均一なニップ幅が得られるようになっている。

なお、ニップ形成部材２４は、機械的強度が高く耐熱温度２００℃以上の耐熱性部材、特に耐熱性樹脂、例えばポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、それらをガラス繊維で強化したもので構成されている。これにより、トナー定着温度域で、熱によるニップ形成部材２４の変形を防止し、安定した定着ニップの状態を確保し、出力画質の安定化を図っている。また、ステー部材２５やハロゲンヒータ２３Ａ、２３Ｂは、その長手方向両端を、定着装置２０の側板あるいは別途設けられたホルダに固定保持されている。

定着ベルトの長手方向における熱移動を容易にする均熱部材とも称される熱移動補助部材２７が、ニップ形成部材２４の、定着ベルト２１の内周面に対向する面を覆うように配されており、小サイズ紙通紙時に定着ベルト２１の端部領域に熱が留まることを防止して、積極的に定着ベルト２１の幅方向、即ち、熱移動補助部材２７の長手方向に熱を移動させて、長手方向の温度不均一を解消させる。そのため、熱移動補助部材２７は短時間で熱移動が可能となる熱伝導率の高い材料、例えば銅（３９８Ｗ／ｍｋ）やアルミニウム（２３６Ｗ／ｍｋ）などで形成されている。

図１の描写では、熱移動補助部材２７の、定着ベルト２１の内周面に対向する面が定着ベルト２１に直接接触する面であり、ニップ形成面となっており、平坦状に形成されているが、凹形状やその他の形状であってもよい。凹形状のニップ形成面であると、記録材たる用紙の先端の排出方向が加圧ローラ寄りになり、分離性が向上してジャムの発生が抑制される。ここで、記録材には、普通紙以外に、厚紙、はがき、封筒、薄紙、塗工紙（コート紙やアート紙など）、トレーシングペーパ、ＯＨＰシートなどが含まれる。

定着ベルト２１の外周側の適切な位置、例えばハロゲンヒータ２３Ａ、２３Ｂに対向する位置には、ベルト温度を検知する温度検知部である温度センサ２９Ａ、２９Ｂが設けられており、定着装置２０の用紙搬送方向下流側には、定着ベルト２１から用紙Ｐを分離する分離部材４１が配されている。更に、周知のように、加圧ローラ２２を定着ベルト２１へ加圧する解除可能な加圧手段が設けられている。

低熱容量化を図るため、フィルムのように薄肉で小径化した無端状の定着ベルト２１は、ニッケルやＳＵＳなどの金属材料やポリイミドなどの樹脂材料で形成された内周側の基材と、ＰＦＡ（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共重合体）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などで形成された外周側の離型層によって構成されている。基材と離型層の間に、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、あるいはフッ素ゴムなどのゴム材料で形成された弾性層を介在させてもよい。この弾性層の厚さを１００μｍ程度にすれば、未定着トナーを押し潰して定着させるときに弾性層の弾性変形により、ベルト表面の微小な凹凸を吸収でき、光沢ムラの発生を回避できる。

低熱容量化の観点から、定着ベルト２１は、全体として厚さ１ｍｍ以下に、直径２０〜４０ｍｍに設定されている。そして、定着ベルト２１を構成する基材、弾性層、離型層のそれぞれの厚さは、２０〜５０μｍ、１００〜３００μｍ、１０〜５０μｍの範囲に設定されている。更に低熱容量化を図るためには、望ましくは、定着ベルト２１全体の厚さを０．２ｍｍ以下にするのがよく、更に望ましくは、０．１６ｍｍ以下の厚さとするのがよく、直径は３０ｍｍ以下とするのが望ましい。

断面Ｔ字状のステー部材２５は定着ニップＮ側と反対側が起立した起立部２５ａを有しており、主たる熱源としてのハロゲンヒータ２３Ａ、２３Ｂが起立部２５ａによって隔てられるように配置されている。ハロゲンヒータ２３Ａ、２３Ｂは、一方が小サイズ紙に対応した長手方向中央部に発熱部を有するものであり、他方が大サイズ紙に対応して長手方向両端部に発熱部を有するものである。

断面Ｔ字状のステー部材２５により２本のハロゲンヒータ２３Ａ、２３Ｂを互いに隔てて配置することで、複数のハロゲンヒータを並置する従来の定着装置に比べて、ヒータの相互加熱の問題を回避でき、加熱効率を上げることができる。ハロゲンヒータ２３Ａ、２３Ｂは、後述する画像形成装置のプリンタ本体に設けられた電源部により出力制御されて発熱するように構成されており、その出力制御は、定着ベルト２１の外周に設けられた温度センサ２９Ａ、２９Ｂによるベルト表面の温度検知結果に基づいて行われる。このようなヒータの出力制御によって、定着ベルト２１の温度（定着温度）を所望の温度に設定できるようになっている。

また、ステー部材２５とハロゲンヒータ２３Ａ、２３Ｂの間には反射部材２８Ａ、２８Ｂが配されている。これにより、ハロゲンヒータ２３Ａ、２３Ｂの定着ベルト２１に対する加熱効率を上げると共に、ハロゲンヒータ２３Ａ、２３Ｂからの輻射熱によりステー部材２５が加熱されることによる無駄なエネルギー消費を抑制できる。反射部材２８Ａ、２８Ｂを備える代わりに、ステー部材２５表面に断熱若しくは鏡面処理を行っても同様の効果を得ることができる。

加圧ローラ２２は、芯金と、芯金の表面に設けられた発泡性シリコーンゴムやフッ素ゴムなどから成る弾性層と、弾性層の表面に設けられたＰＦＡやＰＴＦＥなどから成る離型層によって構成されている。バネなどの加圧手段により加圧ローラ２２が定着ベルト２１に押し付けられ定着ベルト２１と圧接する箇所では、加圧ローラ２２の弾性層が押し潰されることで、所定幅の定着ニップＮが形成される。加圧ローラ２２は、プリンタ本体に設けられたモータなどの駆動源によって回転駆動する。加圧ローラ２２が回転駆動すると、その駆動力が定着ニップＮで定着ベルト２１に伝達され、定着ベルト２１が従動回転する。定着ベルト２１は定着ニップＮで挟み込まれて回転し、定着ニップＮ以外では両端部に配された側板フランジにガイドされ、走行する。

本実施形態では、加圧ローラ２２を中実のローラとしているが、中空のローラであってもよい。その場合、加圧ローラ２２の内部にハロゲンヒータなどの熱源を配設してもよい。弾性層はソリッドゴムでもよいが、加圧ローラの内部に熱源が無い場合は、スポンジゴムを用いてもよい。スポンジゴムの方が、断熱性が高まり定着ベルト２１の熱が奪われにくくなるのでより望ましい。

図２は、ニップ形成ユニットの基本構成を示す斜視図である。図２に示すように、ニップ形成ユニットは、ニップ形成部材２４、ステー部材２５、熱移動補助部材２７によって構成される。ニップ形成ユニットでは、ニップ形成部材２４の、定着ニップＮ側と反対側の面が、ステー部材２５の定着ニップＮ側の平面と一体化される。この際、それぞれの面にボスとピンのような凹凸形状を形成させて、これらを形状拘束的に嵌め合わせるようにしてもよい。熱移動補助部材２７は略直方体状のニップ形成部材２４の、定着ベルト２１の内周面に対向する面を覆うように嵌め合わされて一体化される。熱移動補助部材２７とニップ形成部材２４の一体構成は爪などを設けて噛み合わせればよいが、接着などを用いてもよい。

ニップ形成部材２４の長手方向の両端部には、段差部としての凹部２４ａ、２４ｂが形成され、これらの箇所には、主たる熱源（定着熱源）とは別の端部熱源としての端部ヒータ２６ａ、２６ｂが収容され、一体に取り付けられ、最大定形サイズより大きいノビサイズ紙幅の両端部を加熱するのに用いられる。端部ヒータとしては、一般的に、セラミックセータのような抵抗発熱体である接触伝熱型熱源が用いられる。

熱移動補助部材２７の、定着ベルト２１の内周面に対向する面は、ベルト摺接面２７ａとして構成されるが、機械的強度上、実質的にニップ形成面となるのはニップ形成部材２４の、加圧ローラ２２に対向する面２４ｃである。

熱移動補助部材２７のベルト摺接面２７ａと定着ベルト２１の内面は摺動するため、ベルト摺接面２７ａは平滑であるとことが望ましく、更に摺動性を高めるため、表面に低摩擦処理を施すことが望ましい。具体的には、ＰＦＡやＰＴＦＥのようなフッ素系の塗装やコーティングを施すことによりことで、摺動性を良好に保つことができる。また、フッ素グリスやシリコーンオイルなどの潤滑剤を塗布することで、摺動トルクを低減することができる。

このように、本実施形態では、端部ヒータ２６ａ、２６ｂを、定着ニップを形成するために必要なニップ形成部材２４に一体に設ける構成としたので、端部ヒータ２６ａ、２６ｂを定着ベルト２１の内側に省スペースで配置できる。また端部ヒータ２６ａ、２６ｂの、定着ベルト２１の内面に対向する面は、ニップ形成部材２４の、定着ベルト２１に対向する面と同一の高さ（同一平面上）に位置するように構成され、加圧ローラ２２による十分な加圧力が熱移動補助部材２７を介して与えることが可能である。これにより、定着ベルト２１は、端部ヒータ２６ａ、２６ｂと間接的に密着した状態となり、安定したベルト走行ができる。また、定着ベルト２１と端部ヒータ２６ａ、２６ｂは、十分な接触圧で接しており、良好な加熱が維持される。

続いて、本実施形態に係る定着装置２０の定着ニップＮ周りの構成について説明する。

図３は、定着装置の定着ニップＮ周りの構成を示す模式図である。図３において図１と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。図３に示すように、熱移動補助部材４５は、定着ベルト２１が定着ニップＮで駆動力を受けて回転される際に、定着ベルト２１が破損しない曲率となるように規定する上流側接触点４５ａを有する。また、熱移動補助部材４５は、定着ニップＮから記録材の搬送方向上流に向かうにしたがって、加圧ローラ２２から離間するガイド面４６を有する。そのガイド面４６は、上流側接触点４５ａを経由して、熱移動補助部材４５の定着ニップＮとシームレスに連続している。図４に、定着ニップＮのニップ幅とガイド面の長さ寸法の一例を示す。

さらに、熱移動補助部材４５は、定着ニップＮから記録材の搬送方向下流に向かって加圧ローラ２２に傾斜又は突出することが望ましい。すなわち、定着ニップＮを通過した記録材がトナーの粘性により定着ベルト２１に溶融密着して巻き付き、ジャムが発生するのを防止するために、定着ベルト２１の曲率を局所的に大きくする。ここで、熱移動補助部材４５の定着ニップＮから記録材の搬送方向下流に向かう面において、もっとも突出している部分を下流側接触点４５ｂと呼ぶ。

上記のように構成された定着装置２０において、定着時、加圧ローラ２２が駆動源により回転し、定着ニップＮで定着ベルト２１に駆動摩擦力が伝達される。駆動力を受けた定着ベルト２１は回転し、その両端部でフランジにガイドされ、走行する。

定着ベルト２１は、駆動摩擦力を受け、定着ニップＮに引き込まれるので、定着ニップの入口側（上流側接触点４５ａ側）は引張り力が作用する一方、定着ニップの出口側（下流側接触点４５ｂ側）にたるみが生じる。入口側はベルト張力が大きいため、熱移動補助部材４５の上流側接触点４５ａは、下流側接触点４５ｂ側よりも定着ベルト２１に強く接触する。

このため、高荷重が印加される定着ニップＮを通過する定着ベルト２１に付着した潤滑剤は、たるみ部分５０を経由して下流側接触点４５ｂにある隙間を抜ける。その一方、上流側接触点４５ａにおいては、潤滑剤がガイド面４６上と上流側接触点４５ａの手前に堆積し易く、堆積潤滑剤５１となる。

熱移動補助部材４５のガイド面４６は、堆積潤滑剤５１を保持し、再度定着ベルト２１に付着させることを意図して設けたものである。しかし、そのガイド面４６は、定着ベルト２１の内面の回転軌道に対して適度な隙間を持って形成し、定着時に定着ベルト２１が摺擦することでベルト破損や駆動負荷の増大が生じないようにしている。そのため、ガイド面４６は堆積潤滑剤５１を、その大部分が再度定着ベルト２１に付着されない状態で、保持することになる。

この堆積潤滑剤５１は、定着ベルト２１の回転数（プリント枚数とおおよそ等しい）の増加に比例して増えるので、定着ベルト２１の内面に付着している潤滑剤の量（循環する潤滑剤の量）が減少する。結果として、熱移動補助部材４５と定着ベルト２１の摺動抵抗が増加してしまい、定着ベルト２１のスリップや破損が生じるおそれがある。

そこで、本発明者らは、この堆積潤滑剤５１に定着ベルト２１を再度接触させることを目的に、定着ベルト２１の表面温度及び回転速度によって定着ベルト２１の回転軌道がどのように変化するかを実験により検証した。

図５は、定着ベルトの回転軌道を測定する実験方法を示す模式図である。図５において図３と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。図５に示すように、レーザー変位計５５を設置し、ガイド面４６付近に位置する回転中の定着ベルト２１の変位を測定した。

測定条件として、定着ベルト２１の搬送速度を３種類（１２６ｍｍ／ｓ、２５６ｍｍ／ｓ、３９２ｍｍ／ｓ）とし、同時に定着ベルト２１の温度を２０℃〜１６０℃の範囲で変化させた。定着ベルト２１の搬送速度は加圧ローラ２２の回転数を変更することで実施し、定着ベルト２１の温度は、定着ベルト２１内に設けたハロゲンヒータ２３Ａ、２３Ｂを点灯制御することで実施した。

図６（ａ）は、定着ベルトの記録材搬送幅のほぼ中央におけるベルト変位を示すグラフであり、図６（ｂ）は、定着ベルトの記録材搬送幅の端部におけるベルト変位を示すグラフである。図６において、横軸はベルト温度Ｔ（℃）であり、縦軸は、定着ベルトと変位センサ間の変位量Δｄ（ｍｍ）である。ここで、変位量Δｄはその値が大きいほど、定着ベルト２１がガイド面４６（及び上流側接触点４５ａ）に近付く位置にあることを示す。（定着ベルト２１がレーザー変位計５５から離れることを示す。）

図６（ａ）から分かるように、ベルト温度Ｔ（℃）が下がるにしたがい、変位量Δｄ（ｍｍ）が増加するので、定着ベルト２１の外周面はガイド面４６（及び上流側接触点４５ａ）に近づく。また、定着ベルト２１の搬送速度は大きい方が、定着ベルト２１がガイド面４６（及び上流側接触点４５ａ）に近づく。

例えば、先の図５に示すように、ベルト温度Ｔが１６０℃、搬送速度が２５６ｍｍ／ｓの条件における定着ベルト２１の搬送に対し、ベルト温度Ｔが２５℃、搬送速度が３９２ｍｍ／ｓの条件における定着ベルト２１の搬送では、定着ベルト２１の外周面が０．５ｍｍ程度内側の軌道（図５に破線で示す）を通る。

一方、図６（ｂ）は、定着ベルトの記録材搬送幅の端部におけるベルト変位を示すグラフである。定着ベルト２１の両端部はフランジによってよってガイドされるため、中央部より自由度が少ない。そのため、図６（ａ）と比較して、ベルト変位量ΔＴが若干小さいものの、ほぼ同様の結果（傾向）が得られた。

例えば、ベルト温度Ｔが１６０℃、搬送速度が２５６ｍｍ／ｓの条件における定着ベルト２１の搬送に対し、ベルト温度Ｔが２５℃、搬送速度が３９２ｍｍ／ｓの条件における定着ベルト２１の搬送では、定着ベルト２１の外周面は０．４５ｍｍ程度内側の軌道を通る。

図６に示す搬送速度２５６ｍｍ／ｓは、本実施形態の定着装置２０の普通紙搬送速度であり、これよりも高速の搬送速度は設定されていない。２００ｋ紙といった厚紙を定着する際には、これよりも低速で搬送することにより、所定の定着温度を確保している。したがって、定着ベルト２１の回転軌道は、搬送速度２５６ｍｍ／ｓの時に最も内側（ガイド面４６寄り）を通るといえる。

続いて、定着ベルト２１の回転軌道がガイド面４６寄りとなる理由を理論的に説明する。

駆動部材（加圧ローラ２２）の回転でベルト（定着ベルト２１）に駆動力を与えた場合、ベルトの張力を算出する式として、オイラー（Ｅｕｌｅｒ）の式がある。張架されたベルトの張り側・ゆるみ側の張力は、
Ｔ２＝Ｔ１・ｅ^μθ・・・・（１）
（但し、Ｔ２：張り側張力、Ｔ１：ゆるみ側張力、μ：摩擦係数、θ：ベルトの接触角（ベルトの巻き付き角度））で表される。

このオイラーの式（１）は、摩擦係数μ、又はベルトの巻き付き角度θが大きくなると、張り側の張力Ｔ２が増大することを示す。

摺擦部材（ニップ形成ユニット）とベルトの間に潤滑剤としてフッ素グリスなどを塗布した場合、潤滑剤の粘度は低温では低いため、両者間の摩擦係数μが大きくなる。よって、上式（１）より、ベルトを低温で駆動した場合、高温時よりも張り側の張力が増加する。また、定着ニップＮの入口に位置する定着ベルト２１の外周はニップ形成ユニット以外では保持されていない。そのため、その張力が増大すると、さらに内側（ガイド面４６寄り）の軌道で回転するようになる。

以上の検証をふまえ、本発明の定着装置は、表面温度が定着温度よりも低い定着ベルト２１を加圧ローラ２２により定着時の回転方向に回転し、ガイド面４６に付着した堆積潤滑剤５１を定着ベルト２１に接触させる、潤滑剤移動モードを実行することを提案する。この潤滑剤移動モードの実行時は、用紙は搬送しない（空回し）。よって、作像系、搬送系の他のユニット現像や転写、排紙などの用紙搬送を停止してもよい。

例えば、上記したように、ベルト温度Ｔが常温２０℃前後で、搬送速度が３９２ｍｍ／ｓの条件で定着ベルト２１を回転させれば、定着ベルト２１は通常動作時よりも０．５ｍｍ程度の内側の軌道を通ることになる。したがって、ガイド面４６に堆積した堆積潤滑剤５１を再度定着ベルト２１に再付着させ、移動させることができる。

ところで、「潤滑剤移動モード」では、定着ベルト２１の回転軌道が内側になって定着ベルト２１内面とガイド面４６（及び上流側接触点４５ａ）が摺擦する可能性がある。そのため、必要なときに実行可能とすることで、信頼性を確保する。また、「潤滑剤移動モード」時に、定着ベルト２１内面とガイド面４６（及び上流側接触点４５ａ）の間隔が０．５ｍｍ以下になるように、ガイド面４６を設定することが好適である。

このように、本実施形態では、定着ニップＮの入口側で、通常の回転時には接触していなかったガイド面４６上の堆積潤滑剤５１に定着ベルト２１を接触させ、再度循環させることができる。これにより、定着ベルト２１の内面に付着している潤滑剤の量を保つことができる。また、摩耗粉などで劣化していない潤滑剤を循環して利用できるため、潤滑剤の劣化防止（質の向上）にもつながる。

さらに、本実施形態では、定着ベルト２１への加圧力を減じていないので、定着ベルト２１と加圧ローラ２２との間の駆動摩擦力（＝摩擦係数×加圧力）は通常回転時と変わらず、定着ベルト２１のスリップを防止できる。

続いて、本発明の有利な構成について説明する。

ニップ入口に堆積する堆積潤滑剤５１は、定着ベルト２１の回転数（プリント枚数とほぼ等しい）が増えるほど増加すると説明した。そのため、潤滑剤移動モードを、累積プリント枚数に応じて行うことが望ましい。例えば、累積プリント枚数が５万枚に達した時点で、潤滑剤移動モードを実行し、ニップ入口側の堆積潤滑剤５１を定着ベルト２１に再付着させればよい。また、潤滑剤移動モードを、加圧ローラ２２の累積回転数に応じて行うとしてもよい。

最後に本発明の一実施形態に係る画像形成装置を説明する。

図７は、上記した定着装置を装着する、本発明の一実施形態に係る画像形成装置を示す模式図である。この画像形成装置１は、カラーレーザープリンタであり、そのプリンタ本体の中央には、中間転写ベルト３０の展張方向に沿って４つの作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋが並置して設けられている。各作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋは、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の異なる色の現像剤を収容する以外は、同じ構成である。

具体的に、それぞれ画像ステーションを構成する各作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋは、潜像担持体としてのドラム状の感光体５と、感光体５の表面を帯電させる帯電装置６と、感光体５の表面にトナーを供給する現像装置７と、感光体５の表面をクリーニングするクリーニング装置８などを備えている。なお、図７では、ブラックの作像部４Ｋが備える感光体５、帯電装置６、現像装置７、クリーニング装置８のみに色用符号を付し、その他の作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍにおいては符号を省略している。

作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋの下方には、感光体５の表面を露光する露光装置９が配設されている。露光装置９は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラーなどを有し、画像データに基づいて各感光体５の表面へレーザー光を照射するようになっている。

作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋの上方には、転写装置３が配設されている。転写装置３は、転写体としての中間転写ベルト３０と、一次転写手段としての４つの一次転写ローラ３１と、二次転写手段としての二次転写ローラ３６とを備える。更に、転写装置３は二次転写バックアップローラ３２、クリーニングバックアップローラ３３、テンションローラ３４、及びベルトクリーニング装置３５を備えている。

中間転写ベルト３０は、無端状のベルトであり、二次転写バックアップローラ３２、クリーニングバックアップローラ３３及びテンションローラ３４によって張架されている。ここでは、二次転写バックアップローラ３２が回転駆動することによって、中間転写ベルト３０は図の矢印で示す方向に周回走行（回転）するようになっている。

４つの一次転写ローラ３１は、それぞれ、各感光体５との間で中間転写ベルト３０を挟み込んで一次転写ニップを形成している。また、各一次転写ローラ３１には、プリンタ本体の電源が接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が各一次転写ローラ３１に印加されるようになっている。

二次転写ローラ３６は、二次転写バックアップローラ３２との間で中間転写ベルト３０を挟み込んで二次転写ニップを形成している。また、一次転写ローラ３１と同様に、二次転写ローラ３６にもプリンタ本体の電源が接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が二次転写ローラ３６に印加されるようになっている。

ベルトクリーニング装置３５は、中間転写ベルト３０に当接するように配設されたクリーニングブラシとクリーニングブレードを有する。

プリンタ本体の上部には、ボトル収容部２が設けられており、ボトル収容部２には補給用のトナーを収容した４つのトナーボトル２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｋが着脱可能に装着されている。各トナーボトル２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｋと各現像装置７との間には、周知のように補給路が設けられ、この補給路を介して各トナーボトル２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｋから各現像装置７へトナーが補給されるようになっている。

一方、プリンタ本体の下部には、記録材としての用紙Ｐを収容した給紙トレイ１０や、給紙トレイ１０から用紙Ｐを搬出する給紙ローラ１１などが設けられている。周知のように、手差し給紙機構が設けられていてもよい。

プリンタ本体内には、用紙Ｐを給紙トレイ１０から二次転写ニップを通過させて装置外へ排出するための搬送路Ｒが配設されている。搬送路Ｒにおいて、二次転写ローラ３６の位置よりも用紙搬送方向上流側には、二次転写ニップへ用紙Ｐを搬送する搬送手段としての一対のレジストローラ１２が配設されている。

また、二次転写ローラ３６の位置よりも用紙搬送方向下流側には、既に詳述した定着装置２０が配設され、用紙Ｐに転写された未定着画像を定着する。更に、定着装置２０よりも搬送路Ｒの用紙搬送方向下流側には、用紙を装置外へ排出するための一対の排紙ローラ１３が設けられている。また、プリンタ本体の上面部には、装置外に排出された用紙をストックするための排紙トレイ１４が設けられている。

本実施形態に係るプリンタの基本的動作は次のようである。作像動作が開始されると、各作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋにおける各感光体５が図の時計回りに回転駆動され、各感光体５の表面が帯電装置６によって所定の極性に一様に帯電される。帯電された各感光体５の表面には、露光装置９からレーザー光がそれぞれ照射されて、各感光体５の表面に静電潜像が形成される。このとき、各感光体５に露光する画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、シアン、マゼンタ及びブラックの色情報に分解した単色の画像情報である。このように各感光体５上に形成された静電潜像に、各現像装置７によってトナーが供給されることにより、静電潜像はトナー画像として顕像化（可視像化）される。

また、作像動作が開始されると、二次転写バックアップローラ３２が図の反時計回りに回転駆動し、中間転写ベルト３０を図の矢印で示す方向に周回走行させる。そして、各一次転写ローラ３１に、トナーの帯電極性と逆極性の定電圧又は定電流制御された電圧が印加される。これにより、各一次転写ローラ３１と各感光体５との間の一次転写ニップにおいて転写電界が形成される。

その後、各感光体５の回転に伴い、感光体５上の各色のトナー画像が一次転写ニップに達したときに、一次転写ニップにおいて形成された転写電界によって、各感光体５上のトナー画像が中間転写ベルト３０上に順次重ね合わせて転写される。かくして中間転写ベルト３０の表面にフルカラーのトナー画像が担持される。また、中間転写ベルト３０に転写しきれなかった各感光体５上のトナーは、クリーニング装置８によって除去される。各感光体５の表面は、その後、除電され、表面電位が初期化される。

画像形成装置１の下部では、給紙ローラ１１が回転駆動を開始し、給紙トレイ１０から用紙Ｐが搬送路Ｒに送り出される。搬送路Ｒに送り出された用紙Ｐは、レジストローラ１２によってタイミングを計られ、二次転写ローラ３６と二次転写バックアップローラ３２との間の二次転写ニップに送られる。このとき二次転写ローラ３６には、中間転写ベルト３０上のトナー画像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加されており、これにより、二次転写ニップに転写電界が形成されている。

その後、中間転写ベルト３０の周回走行に伴って、中間転写ベルト３０上のトナー画像が二次転写ニップに達したときに、そのニップにおいて形成された転写電界によって、中間転写ベルト３０上のトナー画像が用紙Ｐ上に一括して転写される。また、このとき用紙Ｐに転写しきれなかった中間転写ベルト３０上の残留トナーは、ベルトクリーニング装置３５によって除去され、除去されたトナーはプリンタ本体内に置かれた廃トナー収容器へと搬送され、回収される。

その後、用紙Ｐは定着装置２０へと搬送され、定着装置２０によって用紙Ｐ上のトナー画像が当該用紙Ｐに定着される。そして、用紙Ｐは、排紙ローラ１３によって装置外へ排出され、排紙トレイ１４上にストックされる。

以上の説明は、用紙上にフルカラー画像を形成するときの画像形成動作であるが、４つの作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋのいずれか１つを使用して単色画像を形成したり、２つ又は３つの作像部を使用して、２色又は３色の画像を形成したりすることも可能である。

以上、本発明を実施形態に基づいて説明した。本発明は実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で適宜変更可能である。また、本発明の定着装置を備える画像形成装置としては複写機あるいはプリンタに限らず、ファクシミリや複数の機能を備える複合機であってもよい。

１ 画像形成装置
２ ボトル収容部
２Ｃ、２Ｋ、２Ｍ、２Ｙ トナーボトル
３ 転写装置
４Ｃ、４Ｋ、４Ｍ、４Ｙ 作像部
５ 感光体
６ 帯電装置
７ 現像装置
８ クリーニング装置
９ 露光装置
１０ 給紙トレイ
１１ 給紙ローラ
１２ レジストローラ
１３ 排紙ローラ
１４ 排紙トレイ
２０ 定着装置
２１ 定着ベルト
２２ 加圧ローラ
２３Ａ、２３Ｂ ハロゲンヒータ
２４ ニップ形成部材
２４ａ、２４ｂ 凹部
２４ｃ 面
２５ ステー部材
２５ａ 起立部
２６ａ、２６ｂ 端部ヒータ
２７ 熱移動補助部材
２７ａ ベルト摺接面
２８Ａ、２８Ｂ反射部材
２９Ａ、２９Ｂ 温度センサ
３０ 中間転写ベルト
３１ 一次転写ローラ
３２ 二次転写バックアップローラ
３３ クリーニングバックアップローラ
３４ テンションローラ
３５ ベルトクリーニング装置
３６ 二次転写ローラ
４１ 分離部材
４５ 熱移動補助部材
４５ａ 上流側接触点
４５ｂ 下流側接触点
４６ ガイド面
５０ たるみ部分
５１ 堆積潤滑剤
５５ レーザー変位計
Ｎ 定着ニップ
Ｐ 用紙

特開２０１０−３２６３１号公報 特開２０１６−１４５９６１号公報 特許第５５１１２５２号明細書

Claims (9)

1. 内周面に潤滑剤が塗布された可撓性を有する無端状のベルトと、
   前記ベルトの外側に設けられ、前記ベルトに対向する加圧回転体と、
   前記ベルトの内側に設けられ、前記ベルトと前記加圧回転体との間に定着ニップを形成するニップ形成ユニットとを備え、
   前記ニップ形成ユニットは、前記定着ニップから記録材の搬送方向上流に向かうにしたがって前記加圧回転体から離間するガイド面を有し、
   前記加圧回転体により、表面温度が定着温度よりも低い前記ベルトを定着時の回転方向に回転し、前記ガイド面に付着した前記潤滑剤を前記ベルトに接触させる、潤滑剤移動モードを実行可能な定着装置。
2. 前記ニップ形成ユニットは、前記定着ニップの記録材の搬送方向上流において、前記ベルトが破損しない曲率となるように規定する形状を有することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記潤滑剤移動モードの実行時に、定着時に記録材を搬送する速度よりも高速で前記ベルトを回転す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. 前記潤滑剤移動モードの実行時に、前記ガイド面と前記ベルトの間の隙間が、０．５ｍｍ以下であることを特徴する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の定着装置。
5. 前記ニップ形成ユニットは、前記定着ニップから記録材の搬送方向下流に向かって前記加圧回転体に傾斜又は突出す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。
6. 前記ニップ形成ユニットは、前記ベルトと前記加圧回転体との間に前記定着ニップを形成するニップ形成部材と、前記ニップ形成部材の前記ベルトの前記内周面に対向する面を覆うように配された熱移動補助部材とを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の定着装置。
7. 前記潤滑剤移動モードを、累積プリント枚数に応じて実行することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の定着装置。
8. 前記潤滑剤移動モードを、前記加圧回転体の累積回転数に応じて実行することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の定着装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の定着装置を有する画像形成装置。

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