説明

定着装置及び画像形成装置

【課題】抵抗発熱体に給電する電極を備えた定着ベルトを定着ローラに遊嵌した定着装置であって、電極が抵抗発熱体から剥離し難い定着装置及び、かかる定着装置を備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】定着ローラ210に遊嵌され、トナー像を記録シートに融着する定着ベルト201と、定着ベルト210の蛇行を防止する蛇行規制部材301と、を備える定着装置において、定着ベルト201に、通電によって発熱する無端ベルト状の抵抗発熱体層402と、何れも抵抗発熱体層402の外周面上に全周に亘って取着され、抵抗発熱体に通電するための電流を受電する1対の電極202と、を設ける。前記1対の電極202のうち少なくとも一方を、定着ベルト201の幅方向端から離隔させることによって定着ベルト201が蛇行規制板301に摺動することに起因する負荷によって電極202が剥離するのを防止する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、定着装置及び画像形成装置に関し、特に、抵抗発熱体に通電して得られるジュール熱によってトナー像を記録シートに融着する定着装置において、抵抗発熱体から電極が剥離するのを防止する技術に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、定着装置においては、定着ローラに巻回された無端状の定着ベルトを加圧ローラに圧接させた状態で従動回転させながら、セラミックヒータにて加熱することによって、定着ベルトと加圧ローラとの間に通紙される記録シートにトナー像を融着する方式が広く用いられている。
しかしながら、定着ベルトを定着温度まで昇温させるのに要するウォーミングアップ時間の更なる短縮や、消費電力の更なる低減が常に求められている。この要求に応えるべく、例えば、定着ベルトそのものに抵抗発熱体を設け、この抵抗発熱体に通電して得られるジュール熱によってトナー像を定着させる方式が提案されている。このような方式によれば、ウォーミングアップ時間の短縮と省電力を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2007−272223号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
このような装置においては、定着ベルトから定着ローラへ熱が逃げるのを抑制することによって、ウォーミングアップ時間を短縮するために、定着ベルトと定着ローラの接触面積を減らすべく、定着ベルトを定着ローラに遊嵌する。すると、定着ローラに対して定着ベルトが蛇行するおそれがあるので、これを規制する蛇行規制板が定着ベルトの回転軸方向両端に接するように設けられる。
【0005】
しかしながら、定着ベルトは、抵抗発熱体に通電する必要上、回転軸方向両端の全周に亘って電極を備えている。このため、定着ベルトが蛇行すると、電極が蛇行規制板に摺動して負荷を受けた結果、抵抗発熱体から剥離する不具合が発生する。電極が抵抗発熱体から剥離すると、定着ベルトが破損するに留まらず、抵抗発熱体における電流密度の不均衡や剥離箇所における放電などに起因して発煙や発火を招くおそれもある。
【0006】
本発明は、上述のような問題に鑑みて為されたものであって、抵抗発熱体に給電する電極を備えた定着ベルトを定着ローラに遊嵌した定着装置であって、電極が抵抗発熱体から剥離し難い定着装置及び、かかる定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、トナー像を記録シートに融着する定着ベルトと、定着ベルトの蛇行を防止する蛇行規制部材と、を備える定着装置であって、定着ベルトは、通電によって発熱する無端ベルト状の抵抗発熱体層と、何れも抵抗発熱体層の外周面上に全周に亘って設けられ、抵抗発熱体に印加する電圧を受電する1対の電極と、を備え、前記1対の電極のうち少なくとも一方が、定着ベルトの幅方向端から離隔して設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
このようにすれば、電極が定着ベルトの幅方向端から離隔しているので、定着ベルトが蛇行規制板に摺動しても、電極に負荷が加わり難く、電極の剥離を防止することができる。この場合において、前記電極は定着ベルトの幅方向端から2[mm]以上離隔しているのが望ましい。
また、前記定着ベルトは、全幅、全周に亘る補強層を備えるとすれば、定着ベルトが変形し難くなるので、定着ベルトと蛇行規制板の摺動による負荷が電極に加わるのを更に防止することができる。
【0009】
また、本発明に係る定着装置は、前記補強層上に抵抗発熱体層と電極とが順次積層されており、抵抗発熱体層が、定着ベルトの幅方向端から離隔して設けられていることを特徴とする。このようにすれば、定着ベルトと蛇行規制板との摺動による負荷が抵抗発熱体層に加わり難くなるので、抵抗発熱体層が補強層から剥離するのを防止することができる。
なお、この場合において、前記電極は定着ベルトの幅方向端から2[mm]以上離隔しているとすれば更に好適である。
【0010】
また、前記定着ベルトの幅方向における前記電極の内側には抵抗発熱体層上に、弾性層及び離型層が順次積層されてなることを特徴とする。このようにすれば、トナー量の多いカラー画像を定着する場合であっても、離型層を備えることによって定着ベルトにトナーが付着し難くするので、トナーが剥離することに起因する画像の劣化を防止することができる。また、定着ベルトの凹凸に起因してトナー像に加わる圧力ムラが生じるのを、弾性層を備えることによって当該凹凸を均して圧力を均一化し、定着ムラを防止することができる。
【0011】
また、前記抵抗発熱体層は、耐熱性絶縁樹脂に導電性フィラーを分散させてなることを特徴とする。このようにすれば、導電性フィラーの種類や量を調整することによって、定着装置の形状や構造、使用目的に応じた電気抵抗を有する抵抗発熱体層を得ることができる。
本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る定着装置を備えるを特徴とする。このようにすれば、本発明に係る定着装置が有する上述のような効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の主要な構成を示す図である。
【図2】定着装置115の主要な構成を示す一部切り欠き斜視図である。
【図3】定着ベルト201と蛇行規制板の位置関係を例示する図である。
【図4】定着ベルト201の構成を示す断面斜視図である。
【図5】本発明の変形例に係る定着ベルト201の構成を示す断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明に係る定着装置及び画像形成装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
[1] 画像形成装置の構成
まず、本実施の形態に係る画像形成装置の構成について説明する。
図1は、本実施の形態に係る画像形成装置の主要な構成を示す図である。図1に示されるように、画像形成装置1は、原稿読取部100、画像形成部110及び給紙部120を備えている。原稿読取部100は原稿を光学的に読み取って画像データを生成する。
【0014】
画像形成部110は作像部111Y〜111K、制御部112、中間転写ベルト113、2次転写ローラ対114、定着装置115、排紙ローラ116、排紙トレイ117及びクリーナ118を備えている。
作像部111Y〜111Kは、制御部120の制御の下、それぞれY(イエロー)、M(マゼンタ)、C(シアン)、K(ブラック)のトナー像を形成し、各色のトナー像が重なり合うように中間転写ベルト113に静電転写(1次転写)する。中間転写ベルト113は無端状の回転体であって、矢印A方向に回転し、トナー像を2次転写位置まで搬送する。
【0015】
給紙部120は、それぞれ記録紙Pを紙サイズ毎に格納する給紙カセット121を備え、画像形成部110に記録紙Pを供給する。供給された記録紙Pは、中間転写ベルト113がトナー像を搬送するのに並行して、2次転写位置まで搬送される。
2次転写ローラ対114は電位差を有する1対のローラからなっており、このローラ対は互いに圧接して転写NIP部を形成している。この転写NIP部において中間転写ベルト113上のトナー像が記録紙Pへ静電転写(2次転写)される。トナー像を転写された記録紙Pは定着装置115へ搬送される。
【0016】
定着装置115は電磁誘導加熱方式の定着装置であって、トナー像を加熱、溶融して、記録紙Pに圧着する。トナー像を融着された記録紙Pは排紙ローラ116によって排紙トレイ117上に排出される。
[2] 定着装置115の構成
次に、定着装置115の構成について説明する。
【0017】
図2は、定着装置115の主要な構成を示す一部切り欠き斜視図である。図2に示されるように、定着装置115は、弾性変形可能な無端状の定着ベルト201と、定着ベルト201が遊嵌された定着ローラ210と、定着ベルト201を介して定着ローラに圧接された加圧ローラ220と、定着ベルト201に発熱のための電力を供給する給電部材230とを有する。なお、図2においては、装置構成を見易くするために、定着ベルトの蛇行を規制する蛇行規制板が省かれている。
【0018】
定着ベルト201は、円筒状であり、半径方向にある程度の外力を加えると弾性変形し、変形状態から外力の付与を停止すると自身の復元力により下の状態に戻る自己形状保持可能なものが用いられている。定着ベルト201の径方向の寸法は、例えば内径が30[mm]である。定着ベルト201の構成については後に詳述する。
定着ローラ210は、長尺状の芯金212の周囲に弾性層213が積層されて成り、定着ベルト201の周回経路(定着ベルト201が周回走行するときの走行路。以下、「ベルト周回経路」という。)の内側に配される。軸部としての芯金212は、例えば、径が18[mm]のアルミニウムやステンレス等から成る。弾性層213は、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性を有するゴム、もしくはその発泡材から成り(これらを積層させる場合もある)、厚さは、例えば5[mm]である。
【0019】
定着ローラ210の外径は、定着ベルト201の内径よりも小さく(例えば、28[mm])、定着ローラ210と定着ベルト201は、定着ニップNで接して、定着ニップN以外の部分においては両者間に隙間(空間)が設けられるようになっている。
このような構成をとると、定着ベルト201が定着ローラ210に密着する構成よりも、定着ベルト201から定着ローラ210への熱の伝達箇所の面積が小さくなり、定着ベルト201から発せられる熱の一部が定着ローラ210の芯金212を介して芯金212両端の軸部211を回転自在に支持する定着装置115の筐体に伝わって逃げるといった伝熱ロスを低減して高い熱効率の実現を図ることができる。
【0020】
加圧ローラ220は、長尺状の芯金222の周囲に弾性層223を介して離型層224が積層されて成り、ベルト周回経路の外側に配置され、不図示の付勢機構により付勢されて定着ベルト201の外側から定着ベルト201を介して定着ローラ210を押圧し、定着ベルト201表面との間に定着ニップNを確保する。加圧ローラ220の外径は20〜100[mm]の範囲内が望ましく、本実施の形態では35[mm]である。
【0021】
芯金222は、例えばアルミニウムや鉄等から成る中空のパイプ形状で、外径は、例えば、30[mm]である。また、厚さは0.1〜10[mm]の範囲内が望ましく、本実施の形態においては2[mm]である。なお、中実の円柱状のものや、断面形状が三ツ矢形状等のものを用いてもよい。
弾性層223は、例えば、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱性を有するゴムや、これらの発泡材等から成り、厚さは1〜20[mm]の範囲内が望ましく、本実施の形態においては2.5[mm]とした。
【0022】
離型層224は、PFA(PerFluoroAlkoxy)等のフッ素樹脂チューブやフッ素樹脂コーティング等から成り、帯電によるトナーのオフセットを防止するために導電性が付与されたものを用いてもよい。離型層224の厚さは5〜100[μm]の範囲内が望ましく、本実施の形態においては20[μm]である。
定着ローラ210は、芯金212の軸方向両端の軸部211が定着装置115の筐体に軸受部材(不図示)を介して回転自在に支持されている。同様に加圧ローラ220も、芯金222の軸方向両端の軸部430が筐体に不図示の軸受部材を介して回転自在に支持されている。
【0023】
加圧ローラ220は、駆動モータ(不図示)からの駆動力の伝達により矢印A方向に回転駆動される。加圧ローラ220の回転に従動して、定着ベルト201が矢印B方向に沿って周回走行されると共に、定着ローラ210が同方向に回転駆動される。なお、定着ローラ210を駆動側、定着ベルト201と加圧ローラ220を従動側としても良い。
定着ベルト201の外周面上の定着ローラ210の軸方向(以下、「ローラ軸方向」という。)における通紙領域を挟む両端部の外周面には全周に亘って電極202が設けられており、一対の給電部材230が定着ベルト201の外側から内側へと向かう方向の付勢力を受けて、それぞれ電極202に圧接されている。詳しくは後述する。
【0024】
給電部材230は、大きさが例えば、縦10[mm]、横5[mm]、高さ7[mm]の直方体状のブロックであって、摺動性および導電性を有する銅黒鉛質や炭素黒鉛質等の材料から成るいわゆるカーボンブラシであり、それぞれ導電線(ハーネス)231を介して電源232に電気的に接続されている。
図3は、定着ベルト201と蛇行規制板の位置関係を例示する図である。図3に示されるように、定着ローラ210の回転軸方向両端部には蛇行規制板301が軸部211に取着されている。蛇行規制板301は定着ローラ210と共に回転して、定着ベルト201の蛇行を規制する。
【0025】
[3] 定着ベルト201の構成
次に、定着ベルト201の構成について説明する。
図4は、定着ベルト201の構成を示す断面斜視図である。図4中、一点鎖線は軸部211の中心線を示しており、中心線から下は図示を省略した。また、図4は定着ベルト201の回転軸方向の一方の端部に着目した図であるが、他方の端部においても定着ベルト201は同様の構成を備えている。
【0026】
図4に示されるように、定着ベルトは補強層401上に抵抗発熱体層402、弾性層403及び離型層404を順次積層してなっている。また、定着ローラ210の快適軸方向、弾性層403の外側には電極202が抵抗発熱体層402上に取着されている。
抵抗発熱体層402は電極202から給電を受けて、ジュール熱を発生させる。抵抗発熱体層402は、樹脂に導電性フィラーを分散させることにより所定の電気抵抗率に調整されている。樹脂はPI(Poly Imide)、PPS(Poly Phenilene Sulfide)、PEEK(Poly Ether Ether Ketone)等の耐熱樹脂が望ましい。
【0027】
また、導電性フィラーとしては銀(Ag)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、ニッケル(Ni)等の金属や、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバ、カーボンマイクロコイル等のカーボン系材料を用いればよく、これらのうち2種類以上混合して分散させても良い。導電性フィラーの形状としては同一含有量でフィラーどうしの接触する確率を高くするため、繊維状が望ましい。導電性フィラーの厚さは5〜100[μm]程度が望ましい。また、導電性フィラーの電気抵抗率は、印加する電圧、電流や抵抗発熱体層402の厚さ、定着ベルト201の径や長さに応じて決定されるべきであるのは言うまでもないが、例えば、1.0×10−6〜9.9×10−3[Ωm]の範囲内とすれば良く、1.0×10−5〜5.0×10−3[Ωm]の範囲内とすれば更に好適である。
【0028】
離型層404は、PFA(Tetra Fluoro Ethylene-Perfluoro Alkylvinyl Ether Copolymer)、PTFE(Poly Tetra Fluoro Ethylene)、ETFE(Ethylene Tetra Fluoro Ethlylene)等のフッ素系チューブ及びフッ素系コーティング等の離型性を付与した構成が望ましく、導電性としても良い。フッ素系チューブの例としては、三井デュポンフロロケミカル株式会社製PFA350−J、451HP−J、951HP Plus等の製品がある。
【0029】
離型層404と水との接触角は90°以上とすれば良く、110°以上とすれば更に好適である。離型層404の表面粗さは、中心線平均粗さ(Ra)が0.01〜50[μm]の範囲内とするのが望ましい。離型層404の厚さは、例えば、5〜100[μm]の範囲内とするのが望ましい。
また、離型層404は、フッ素ゴムの弾性層にPIやPPS等の樹脂を積層することによって補強、絶縁した3層以上の構成としてもよい。
【0030】
電極202は定着ベルト201の回転軸方向両端部に近い位置であって、端部から離隔した位置の全周に亘って積層されている。このような形状を採用することによって、電極202に通電すると、抵抗発熱体層402全体に均一な電流分布を実現することができるので、均一な発熱を得ることができる。
また、電極202が定着ベルト201の端部から離隔しているので、電極202が蛇行規制部材301と直接、摺動することによって、電極202と抵抗発熱体層402との接合部に負担が加わり、電極202が抵抗発熱体層402から剥離するのを防止することができる。なお、定着ベルト201の端部から電極202までの距離は、2[mm]以上であるのが望ましい。
【0031】
電極202の材料としては電気抵抗率が低い金属が望ましく、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、亜鉛(Zn)、タングステン(W)、ニッケル(Ni)、黄銅などが良い。また、電極202を抵抗発熱体層402に積層するに当たっては、導電性の粘着材を用いて固着したり、メッキする等の方法を用いたりするのが望ましい。
【0032】
補強層401は、PI、PPS、PEEK等の耐熱性絶縁樹脂からなっており、厚さは5〜100[μm]の範囲内であるのが望ましい。補強層401の外周面はすべて抵抗発熱体層402にて覆われている。
[4] 変形例
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。
【0033】
(1) 上記実施の形態においては、補強層401上に抵抗発熱体層402を回転軸方向の両端部が揃うように積層する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。
図5は、本変形例に係る定着ベルト201の構成を示す断面斜視図である。図5に示されるように、本変形例に係る定着ベルト201は、回転軸方向において、抵抗発熱体層402の端部が定着ベルト201(補強層401)の端部から離隔する一方、電極の端部と一致している。図示を省略した他端においても同様である。このようにすれば、補強層401の端部が蛇行規制部材301と摺動しても、抵抗発熱体層402は蛇行規制部材301と摺動しない。
【0034】
従って、抵抗発熱体層402に摺動による負荷が加わって補強層401から剥離するのを防止することができる。換言すれば、補強層401と抵抗発熱体層402との接合部の耐久性を向上させることができる。なお、上記と同様に、抵抗発熱体層402も定着ベルト201の端部から2[mm]以上離隔しているのが望ましい。
また、この他、電極202の端部を抵抗発熱体層402の端部から離隔させる場合には、補強層401を省略しても、電極202の剥離を防止することができる。ただし、この場合には、補強層401を省くので、抵抗発熱体層402が十分な強度を備えるべきであるのは言うまでもない。
【0035】
(2) 上記実施の形態においては、定着ベルト201を定着ローラ210に遊嵌する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、定着ローラ210に代えて固定の定着部材を用いても良い。
固定部材の材料には、ポリフェニレンスルファイド、ポリイミド、液晶ポリマー等の樹脂やアルミニウム、鉄等の金属、セラミック等を用いれば良く、シリコーンゴム、フッ素ゴム等からなる固定部材との2部品構成としても良い。
【0036】
また、形状は、トナー像を記録シートに融着するに足る定着ニップを形成できるものでなければならない。さらに、固定部材と定着ベルト201の摩擦を低減するために、定着ベルト201と圧接する箇所に摺動部材を配置しても良い。摺動部材はガラスクロスを基材とし、摺動面を耐熱性樹脂で被覆した構成が一般的である。
(3) 上記実施の形態においては、加圧ローラ220の回転に従動して、定着ベルト201や定着ローラ210が回転駆動される場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。すなわち、定着ローラ210を回転駆動して、定着ベルト201や加圧ローラ220を従動回転させても良い。また、定着ローラ210と加圧ローラ220とを共に回転駆動し、これに定着ベルトを従動回転させても良い。何れの場合にも本発明の効果は同じである。
【0037】
(4) 上記実施の形態において示した各種部材の材料や寸法はあくまで一例に過ぎず、異なる材料や寸法を採用する場合であって、定着ベルト201の端部から電極202を離隔させさえすれば、本発明の効果を得ることができる。
(5) また、上記実施の形態においては、タンデム型のカラー複写機として機能する画像形成装置を例示したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、タンデム型以外の画像形成装置やモノクロの画像形成装置、或いは、プリンタやファックス、MFP(MultiFunction Peripheral)等であって、上述のような定着装置を備えていれば、本発明の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【0038】
本発明に係る定着装置及び画像形成装置は、抵抗発熱体に給電する電極を備えた定着ベルトを定着ローラに遊嵌した定着装置において、電極が抵抗発熱体から剥離するのを防止する技術として有用である。
【符号の説明】
【0039】
1……………………………画像形成装置
115………………………定着装置
201………………………定着ベルト
210………………………定着ローラ
220………………………加圧ローラ
230………………………給電部材
211、221……………軸部
212、222……………芯金
213、223、403…弾性層
224、404……………離型層
202………………………電極
231………………………導電線
232………………………電源
301………………………蛇行規制板
401………………………補強層
402………………………抵抗発熱体層

【特許請求の範囲】
【請求項1】
トナー像を記録シートに融着する定着ベルトと、定着ベルトの蛇行を防止する蛇行規制部材と、を備える定着装置であって、
定着ベルトは、
通電によって発熱する無端ベルト状の抵抗発熱体層と、
何れも抵抗発熱体層の外周面上に全周に亘って設けられ、抵抗発熱体に印加する電圧を受電する1対の電極と、を備え、
前記1対の電極のうち少なくとも一方が、定着ベルトの幅方向端から離隔して設けられている
ことを特徴とする定着装置。
【請求項2】
前記電極は定着ベルトの幅方向端から2[mm]以上離隔している
ことを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
【請求項3】
前記定着ベルトは、全幅、全周に亘る補強層を備える
ことを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
【請求項4】
前記補強層上に抵抗発熱体層と電極とが順次積層されており、
抵抗発熱体層が、定着ベルトの幅方向端から離隔して設けられている
ことを特徴とする請求項3に記載の定着装置。
【請求項5】
前記電極は定着ベルトの幅方向端から2[mm]以上離隔している
ことを特徴とする請求項4に記載の定着装置。
【請求項6】
前記定着ベルトの幅方向における前記電極の内側には抵抗発熱体層上に、弾性層及び離型層が順次積層されてなる
ことを特徴とする請求項4に記載の定着装置。
【請求項7】
前記抵抗発熱体層は、耐熱性絶縁樹脂に導電性フィラーを分散させてなる
ことを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
【請求項8】
請求項1から7の何れかに記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2011−253055(P2011−253055A)
【公開日】平成23年12月15日(2011.12.15)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−126890(P2010−126890)
【出願日】平成22年6月2日(2010.6.2)
【出願人】(303000372)コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Fターム(参考)】