JP4729853B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents
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Description
しかし、荷重を大きくする方法や、弾性体層の厚さを厚くする方法では、ロールの撓みに起因するニップ幅の形状がロール軸に沿って不均一になることから、定着むらや紙しわが生じる等といった画像品質上の問題が発生する。また、ロール径を大きくする方法では、装置の大型化を招くとともに、ロールを室温から定着可能温度に上昇させるまでの時間(ウォームアップタイム)が長くなるという問題がある。
そのために、エンドレスベルトへの潤滑剤の塗布量が減少した場合には、圧力パッドとエンドレスベルトとの摺動摩擦が増加して、定着ロールの回転に対応させてエンドレスベルトを円滑に回動させることが難しくなり、ニップ部での記録紙のスムーズな搬送が阻害されて、紙しわや画像ずれ等の画像不良を生じさせる可能性があった。
また、潤滑剤塗布部材は、潤滑剤保持部が曲げ弾性率を400〜700MPaで構成したことを特徴とすることができる。
さらに、回動部材を加熱する加熱部材、またはエンドレスベルトを加熱する加熱部材をさらに備えたことを特徴とすることもできる。
[実施の形態1]
図1は本実施の形態が適用される画像形成装置を示した概略構成図である。図1に示す画像形成装置は、一般にタンデム型と呼ばれる中間転写方式の画像形成装置であって、電子写真方式により各色成分のトナー像が形成される複数の画像形成ユニット1Y,1M,1C,1K、各画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kにより形成された各色成分トナー像を中間転写ベルト15に順次転写(一次転写)させる一次転写部10、中間転写ベルト15上に転写された重畳トナー画像を記録材(記録紙)である用紙Pに一括転写(二次転写)させる二次転写部20、二次転写された画像を用紙P上に定着させる定着装置60を備えている。また、各装置(各部)の動作を制御する制御部40を有している。
一方、用紙Pへの転写が終了した後、中間転写ベルト15上に残った残留トナーは、中間転写ベルト15の回動に伴ってクリーニング部まで搬送され、クリーニングバックアップロール34および中間転写ベルトクリーナ35によって中間転写ベルト15上から除去される。
定着ロール61の内部には、発熱源としてのハロゲンヒータ66が配設されている。一方、定着ロール61の表面には温度センサ69が接触して配置されている。画像形成装置の制御部40は、この温度センサ69による温度計測値に基づいてハロゲンヒータ66の点灯を制御し、定着ロール61の表面温度が所定の設定温度(例えば、150℃)を維持するように調整している。
エンドレスベルト62は、圧力パッド64と後段で述べるエッジガイド80とによって回動自在に支持されている。そして、ニップ部Nにおいて定着ロール61に対して圧接されて配置されている。
圧力パッド64は、幅(エンドレスベルト62と定着ロール61の移動方向における長さ)の広いニップ部Nを確保するためのプレニップ部材64aをニップ部Nの入口側に配置し、定着ロール61に歪みを与えるための剥離ニップ部材64bをニップ部Nの出口側に配置している。さらに、エンドレスベルト62の内周面と圧力パッド64との摺擦抵抗を小さくするために、プレニップ部材64aおよび剥離ニップ部材64bのエンドレスベルト62と接する面に、低摩擦シート68が設けられている。そして、圧力パッド64と低摩擦シート68とは、金属製のホルダ65に保持されている。
特に、定着ロール61の歪みを局所的に大きくすることによって、小さい歪み量で高い剥離性能を得ることが可能となる。そのため、定着ロール61の離型層613として、薄膜の耐熱性樹脂を用いた場合においても、用紙Pにおける紙しわの発生を抑制できる。また、耐熱性弾性体層612と離型層613との間の剥がれ等も発生し難く、剥離性能の維持と併せて長期に亘る部品性能の信頼性を向上させることができる。
なお、剥離の補助手段として、定着ロール61のニップ部Nの下流側に、剥離部材70を配設することも可能である。剥離部材70は、剥離バッフル71が定着ロール61の回転方向と対向する向き(カウンタ方向)に定着ロール61と近接する状態でホルダ72によって保持されている。
耐熱性弾性体層612としては、耐熱性の高い弾性体であればどのような材料を用いることも可能である。特に、ゴム硬度が25〜40°(JIS−A)程度のゴム、エラストマ等の弾性体を用いるのが好ましく、具体的には、シリコーンゴム、フッ素ゴム等を挙げることができる。
剥離ニップ部材64bは、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、ポリイミド、ポリエステル、ポリアミド等の耐熱性を有する樹脂、または鉄、アルミニウム、SUS等の金属で形成されている。剥離ニップ部材64bの形状としては、ニップ部Nにおける外面形状が一定の曲率半径を有する凸曲面状に形成される。
なお、低摩擦シート68は、プレニップ部材64aや剥離ニップ部材64bと別体に構成しても、プレニップ部材64aや剥離ニップ部材64bと一体的に構成しても、いずれでもよい。
図3に示すように、ホルダ65の両端部にはエッジガイド80が配設されている。エッジガイド80は、ニップ部Nとその近傍に対応する部分に切り欠きが形成された円筒状、すなわち断面がC形状のベルト走行ガイド部801、ベルト走行ガイド部801の外側に設けられ、エンドレスベルト62の内径よりも大きな外径で形成されたフランジ部802、さらにフランジ部802の外側に設けられ、エッジガイド80を定着装置60本体に位置決めして固定するための保持部803で構成されている。
ホルダ65は、両端部がフランジ部802の内側面に固定され支持されている。また、ベルト走行ガイド部801は、ホルダ65の端部領域をオーバーラップするように配置されている。
また、フランジ部802は、ホルダ65の両端部に配置されたフランジ部802の内側面同士の間隔がエンドレスベルト62の幅と略一致するように配置され、エンドレスベルト62の幅方向への移動(ベルトウォーク)を規制している。このように、エンドレスベルト62は、エッジガイド80によって回動方向および幅方向の移動が規制されるように構成されている。
なお、エンドレスベルト62は、ニップ部Nを除いては、接触する部材が潤滑剤塗布部材67とこのエッジガイド80だけであるため、摺擦抵抗を極力小さく構成することができ、熱の損失も小さくすることができる。
潤滑剤保持部671は、繊維状に形成されたフッ素樹脂シートをU字状に折り込むようにして、例えば1.5mm厚のブレード状に構成されている。本実施の形態の潤滑剤保持部671では、フッ素樹脂シートとしてPTFEシートを用いている。具体的には、繊維状に形成されたダイキン工業(株)製のポリフロン(登録商標)PA−10Lを用いている。潤滑剤保持部671としては、ダイキン工業(株)製PA−10Lのように、繊維径が細かく均一であって平均孔径も0.2〜1.0μmと小さく構成することによって、潤滑剤に関する高い保持能力を実現するとともに、潤滑剤保持部671からの潤滑剤の滲み出し量を適度に抑制することが可能となる。
また、潤滑剤保持部671は、エンドレスベルト62内周面に対してブレード先端部のみが接触するように配置されることで、潤滑剤保持部671とエンドレスベルト62内周面との接触面積を小さく設定しているので、潤滑剤の塗布能力を適度に抑えることができ、潤滑剤の塗布量を適度に制御することができる。
なお、潤滑剤保持部671の腰折れを抑制するために、潤滑剤塗布部材67のエンドレスベルト62の回動方向下流側に背板のような補強部材を設けることも有効である。
そのため、本実施の形態の定着装置60では、潤滑剤保持部671における潤滑剤が充分に満たされた状態である場合でも、エンドレスベルト62内周面への潤滑剤塗布量を適量に設定することができるので、ニップ部Nに過剰な潤滑剤を供給することが抑制され、ニップ部Nからの潤滑剤の漏洩を抑えることができる。それにより、エンドレスベルト62内周面に対して長期に亘って潤滑剤を供給し続けることも可能となる。
一方、ニップ部Nに用紙Pが搬送されていない状態では、従動側のエンドレスベルト62も定着ロール61の回転に伴って定着ロール61から摩擦力を受けることによって回動している。しかし、ニップ部Nに用紙Pが搬送され、用紙Pがニップ部Nに挟持されている状態では、エンドレスベルト62は用紙Pを介して定着ロール61から搬送力を受けている。したがって、用紙P側から捉えると、用紙Pがニップ部Nを通過する際には、用紙Pには定着ロール61からの搬送力を受けるとともに、エンドレスベルト62側から搬送方向とは逆方向の力(逆搬送力)が作用することとなる。
したがって、通常状態では、エンドレスベルト62が圧力パッド64から受ける摺動抵抗は極めて小さく、円滑に回動可能であることから、エンドレスベルト62は用紙Pと等速で回動することが可能である。この場合には、用紙Pが受ける逆搬送力は、エンドレスベルト62を介した圧力パッド64からの摺動抵抗であるから、無視できる程度に小さい。そのため、用紙Pは定着ロール61と等速に安定して搬送される。
エンドレスベルト62と圧力パッド64との間の摺動抵抗が増加すると、用紙Pがニップ部Nを搬送される際に、用紙Pがエンドレスベルト62を介して圧力パッド64から受ける逆搬送力が無視できなくなる。さらに、エンドレスベルト62と圧力パッド64との間の摺動抵抗が過大になると用紙Pに作用する逆搬送力が大きくなり、用紙Pの搬送が定着ロール61の回動に追随できなくなって、用紙Pと定着ロール61との間でスリップが発生する。そのため、用紙Pの円滑な搬送が妨げられ、画像ずれや用紙Pにおける紙しわの原因となる。
また、潤滑剤塗布部材67とエンドレスベルト62内周面との当接を摩擦係数の小さいフッ素樹脂で行なっているため、潤滑剤塗布部材67がエンドレスベルト62の回動に際して摺動抵抗が増加することも抑制される。
この場合のエンドレスベルト62の内周面の凹凸は、潤滑剤塗布部材67から効率良く潤滑剤が受け渡されるように、潤滑剤保持部671の平均孔径よりも細かく形成するのが好ましい。
この実験では、定着ロール61には、アルミニウム製のコア611に、0.6mm厚のシリコーンゴムの耐熱性弾性体層612と、0.03mm厚のPFA樹脂の離型層613を被覆した外径26mmのものを用い、定着ロール61の表面温度は150℃に設定した。また、エンドレスベルト62には、ベース層として外径30mm、厚さ0.075mmのポリイミド樹脂を用い、定着ロール61側に0.01mmのPFA樹脂からなる離型層613を被覆したものを用いた。さらに、圧力パッド64は、シリコーンゴムからなるプレニップ部材64aと、アルミニウムからなる剥離ニップ部材64bと、エンドレスベルト62側の摺擦面側をシンタード成型したPTFE樹脂で被覆した低摩擦シート68とで構成されたものを用いた。
そして、定着装置60をプロセススピード194mm/sに設定して非通紙状態で駆動(空回転)させ、その際の定着ロール61の駆動トルクの経時変化を測定することで、摺動抵抗の変化を評価した。
このように、本実施の形態の潤滑剤塗布部材67を用いることによって、従来の潤滑剤塗布部材と比較して、格段に駆動トルクの低減を図ることが確認できた。
また、潤滑剤塗布部材67はエンドレスベルト62の回動方向に対してカウンタ当接するように配置してもよい。このように配置することで、潤滑剤塗布部材67がエンドレスベルト62内周面に潤滑剤を塗布するのと同時に、エンドレスベルト62内周面をクリーニングする機能も生じ、エンドレスベルト62内周面に付着したゴミ等がニップ部Nに搬送されることを抑制することが可能となる。
特に、潤滑剤塗布部材67の曲げ弾性率を高く構成することで、腰折れすることなく、長期の使用に亘ってブレード先端部のみをエンドレスベルト62内周面に接触させるように構成することができるので、長期に亘ってエンドレスベルト62と圧力パッド64との摺動部に対して、潤滑剤が常時適量供給された状態を維持することが可能となる。
実施の形態1では、加熱手段として発熱源を有する定着ロール61を用い、加圧手段として圧力パッド64が押圧されたエンドレスベルト62を用いた定着装置60が搭載された画像形成装置について説明した。実施の形態2では、図1に示した画像形成装置に搭載する定着装置であって、加熱手段として発熱源が押圧された定着ベルトを用い、加圧手段として加圧ロールを用いた定着装置について説明する。尚、実施の形態1と同様な構成については同様な符号を用い、ここではその詳細な説明を省略する。
セラミックヒータ82は、加圧ロール91側の面がほぼフラットに形成されている。そして、定着ベルト92を介して加圧ロール91に押圧される状態で配置され、ニップ部Nを形成している。したがって、セラミックヒータ82は圧力部材としても機能している。ニップ部Nを通過した用紙Pは、ニップ部Nの出口領域(剥離ニップ部)において定着ベルト92の曲率の変化によって定着ベルト92から剥離される。
さらに、定着ベルト92内周面とセラミックヒータ82との間には、定着ベルト92の内周面とセラミックヒータ82との摺動抵抗を小さくするため、低摩擦シート68が配設されている。この低摩擦シート68は、セラミックヒータ82と別体に構成しても、セラミックヒータ82と一体的に構成しても、いずれでもよい。
また、剥離の補助手段として、定着ベルト92のニップ部Nの下流側に、剥離部材70を配設することも可能である。剥離部材70は、剥離バッフル71が定着ベルト92の回転方向と対向する向き(カウンタ方向)に定着ベルト92と近接する状態でホルダ72によって保持されている。
特に、潤滑剤塗布部材67の曲げ弾性率を高く構成することで、腰折れすることなく、長期の使用に亘ってブレード先端部のみを定着ベルト92内周面に接触させるように構成することができるので、長期に亘って定着ベルト92とセラミックヒータ82との摺動部に対して、潤滑剤が常時適量供給された状態を維持することが可能となる。
Claims (7)
- 記録材に担持されたトナー像を定着する定着装置であって、
回動可能な回動部材と、
内周面に凹凸を有し、前記回動部材に接触しながら移動可能なエンドレスベルトと、
前記エンドレスベルトの内側に配置され、当該エンドレスベルトを前記回動部材に圧接させて当該回動部材と当該エンドレスベルトとの間に記録材が通過するニップ部を形成する圧力部材と、
繊維状に形成されたシートが折り込まれることでブレード状に構成されて潤滑剤を保持する潤滑剤保持部を、前記エンドレスベルトの内周面に対して当該潤滑剤保持部のブレード先端部が当接するように配置した潤滑剤塗布部材と
を備え、前記エンドレスベルトの内周面の凹凸の周期的な間隔が前記潤滑剤保持部の平均孔径よりも細かいことを特徴とする定着装置。 - 前記潤滑剤塗布部材は、前記潤滑剤保持部が厚さ1.0〜3.0mmに形成されたことを特徴とする請求項1記載の定着装置。
- 前記潤滑剤塗布部材は、前記潤滑剤保持部が繊維状に形成されたことを特徴とする請求項1記載の定着装置。
- 前記潤滑剤塗布部材は、前記潤滑剤保持部がフッ素樹脂で構成されたことを特徴とする請求項3記載の定着装置。
- 前記潤滑剤塗布部材は、前記潤滑剤保持部が曲げ弾性率を400〜700MPaで構成したことを特徴とする請求項1記載の定着装置。
- 前記回動部材を加熱する加熱部材、または前記エンドレスベルトを加熱する加熱部材をさらに備えたことを特徴とする請求項1記載の定着装置。
- トナー像を形成するトナー像形成手段と、
前記トナー像形成手段によって形成されたトナー像を記録材上に転写する転写手段と、
前記記録材上に転写されたトナー像を当該記録材に定着する定着手段とを含み、
前記定着手段は、
回動可能な回動部材と、
内周面に凹凸を有し、前記回動部材に接触しながら移動可能なエンドレスベルトと、
前記エンドレスベルトの内側に配置され、当該エンドレスベルトを前記回動部材に圧接させて当該回動部材と当該エンドレスベルトとの間に記録材が通過するニップ部を形成する圧力部材と、
繊維状に形成されたシートが折り込まれることでブレード状に構成されて潤滑剤を保持する潤滑剤保持部を、前記エンドレスベルトの内周面に対して当該潤滑剤保持部のブレード先端部が当接するように配置した潤滑剤塗布部材と
を備え、前記エンドレスベルトの内周面の凹凸の周期的な間隔が前記潤滑剤保持部の平均孔径よりも細かいことを特徴とする画像形成装置。
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