(57)【要約】 【課題】  発熱フィルムの電極部と給電部との摩耗粉などで給電安定性が低下する。【解決手段】給電部において定着ベルトの回転方向に対する端面形状をテーパーやクラウン形状にする、または、電極層に接触する接触面に溝を設けることで、摩耗粉などの異物が電極層と給電部との間に介在することがなく安定した給電を行うことが可能になる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗発熱層１０２を含む無端状の定着ベルトである、第一回転部材１００と、第二回転部材１１０を備え、前記第一回転部材１００と前記第二回転部材１１０が互いに圧接して定着ニップを形成し、加熱されることで、未定着トナー像を記録材に定着する定着装置４０において、前記第一回転部材１００は、長手方向略両端部において抵抗発熱層１０２に給電するための一対の電極層１０７と、前記電極層１０７の外周面に接触する給電部材８１と、を備え、給電部材８１の前記第一回転部材１００の回転方向の上下流端面は、テーパー形状またはクラウン形状であることを特徴とする定着装置４０。
【請求項２】
給電部材８１の電極層１０７に対する対向面は、電極層１０７の曲率に合わせて接触していることを特徴とする請求項１に記載の定着装置４０。
【請求項３】
抵抗発熱層１０２を含む無端状の定着ベルトである、第一回転部材１００と、第二回転部材１１０を備え、前記第一回転部材１００と前記第二回転部材１１０が互いに圧接して定着ニップを形成し、加熱されることで、未定着トナー像を記録材に定着する定着装置４０において、前記第一回転部材１００は、長手方向略両端部において抵抗発熱層１０２に給電するための一対の電極層１０７と、前記電極層１０７の外周面に接触する給電部材８１と、を備え、給電部材８１の電極層１０７に対する対向面に溝を設けることを特徴とする定着装置４０。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を採用した複写機等の画像形成装置に係り、特に、記録材上の画像を加熱、加圧する定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子写真方式を用いた画像形成装置では装置の小型化・低コスト・省エネルギー化が市場から求められており、特にオフィス機において顕著である。その需要に応えるため、現在熱容量が小さな定着装置が提案され、実用化されている。定着装置の低熱容量化の具体的な施策として、ベルト状のエンドレスベルト（以下定着ベルトと称す）を定着部材として用いる、ベルト定着方式があり、以下の構成が提案されている。
【０００３】
特許文献１には、発熱体としてのセラミックヒータ（以下ヒータと称す）を定着部材と加圧部材とで形成するニップ部に配置し、定着ベルトを介してヒータの熱を与えながら定着領域の加圧力で未定着トナー画像を記録材面に定着させるベルト定着方式が記載されている。また、ベルト定着方式の定着装置には、例えば加熱部材として定着ベルトの外周面に対向して配置された誘導加熱部を用いて、定着ベルトの発熱層の周りに磁束を形成し、発熱層が電磁誘導加熱されることで定着ベルトを間接的に加熱する構成も実用化されている。
【０００４】
さらに、別の方式の定着装置として、特許文献２では定着ベルト自体に発熱抵抗体を設け、該発熱抵抗体に通電して直接定着部材を発熱させることで、熱を無駄なく定着ベルトに伝える方法が提案されている。このようにベルト加熱定着方式は、ヒータ及び定着部材の熱容量が小さいため画像形成装置の電源オンから画像形成実行可能状態までの待ち時間が短く（クイックスタート性）、スタンバイ時の消費電力も大幅に小さい（省電力）等の利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２９３２２５号公報
【特許文献２】特開２０１３−１０１２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献２に開示されたような、定着部材自体に設けた発熱抵抗体に通電して、直接定着部材を発熱させる定着装置においては、次のような課題がある。即ち、発熱定着ベルトへの給電方法は、カーボンチップ等からなる給電部材を定着ベルトの電極層に当接、摺動させることにより行う。ここで、定着ベルトの回転軌跡形状が真円とは異なる不規則な軌跡になると、給電部材と電極層との当接が不安定になり、給電部材が振動して導通不良が生じてしまうという問題がある。
【０００７】
また、給電部材と定着ベルトの電極層の摺動により、電極層表面が摩耗し剥がれてしまい、摩耗粉が給電部と電極層の間に介在することで、局所的な電流量の増加による異常発熱や、接触不良部での異常放電が発生する虞など安定した電力供給が行えなくなるという問題が発生していた。
【０００８】
本発明はかかる従来技術の課題を解決するためになされたものである。その目的とするところは、給電部材と定着ベルトの電極層の接触状態を良好にし、導通不良を発生させること無く、加熱回転体としてのベルトの長寿命化を実現し、良好な画像を得ることができる定着装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の定着装置は、抵抗発熱層１０２を含む無端状の定着ベルトである、第一回転部材１００と、第二回転部材１１０を備え、前記第一回転部材１００と前記第二回転部材１１０が互いに圧接して定着ニップを形成し、加熱されることで、未定着トナー像を記録材に定着する定着装置４０において、前記第一回転部材１００は、長手方向略両端部において抵抗発熱層１０２に給電するための一対の電極層１０７と、前記電極層１０７の外周面に接触する給電部材８１と、を備え、給電部材８１の前記第一回転部材１００の回転方向の上下流端面は、テーパー形状またはクラウン形状であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、定着ベルトの略両端部に設けられた電極層と接触する給電部材の端面形状をテーパーまたはクラウン形状にすることで、摩耗粉等の異物が電極層上にあった場合でも、電極層と給電部材の間に挟まることなく接触状態を良好にすることができ、給電部における導通不良の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】・・・本発明の定着装置を用いた画像形成装置の説明図
【図２】・・・本発明の定着装置の概略構成を説明する短手方向断面模式図
【図３】・・・本発明の定着装置の構成を説明する図
【図４】・・・本発明の定着装置の簡易回路図および簡易ブロック図
【図５】・・・本発明の定着ベルトの層構成を説明する図
【図６】・・・本発明の第１実施例の定着ベルトへの給電構成を説明する図
【図７】・・・本発明の第２実施例の定着ベルトへの給電構成を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
以下に、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。なお、これら実施例は、本発明を適用できる実施形態の一例ではあるものの、本発明はこれら実施例にのみ限定されるものではなく本発明の思想の範囲内において種々の変形が可能である。
【００１３】
●画像形成装置
図１は、本実施形態の画像形成装置の一例であるカラー電子写真プリンタの断面図であり、記録材Pの搬送方向に沿った断面図である。本実施形態では、カラー電子写真プリンタを単に「プリンタ」という。記録材Pは、トナー像が形成されるものである。記録材Pの具体例として、普通紙、普通紙の代用品である樹脂製のシート状のもの、厚紙、オーバーヘッドプロジェクター用などがある。
【００１４】
図１に示すプリンタは、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂｋ（ブラック）の各色の画像形成部１０を備えている。感光ドラム１１は、帯電器１２によってあらかじめ帯電される。その後、感光ドラム１１は、レーザスキャナ１３によって、潜像を形成されている。潜像は、現像器１４によってトナー像になる。感光ドラム１１のトナー像は、一次転写ブレード１７０によって、像担持体である例えば中間転写ベルト３１に順次転写される。転写後、感光ドラム１１に残ったトナーは、クリーナ１５によって除去される。この結果、感光ドラム１１の表面は清浄になり、次の画像形成に備える。
【００１５】
一方、記録材Ｐは、給紙カセット２００、又はマルチ給紙トレイ２５から、１枚ずつ送り出されてレジストローラ対２３０に送り込まれる。レジストローラ対２３０は、記録材Ｐを一旦受け止めて、記録材Pが斜行している場合、真っ直ぐに直す。そして、レジストローラ対２３０は、中間転写ベルト３１上のトナー像と同期を取って、記録材Pを中間転写ベルト３１と二次転写ローラ３５との間に送り込む。中間転写ベルト上のカラーのトナー像は、転写体である例えば二次転写ローラ３５によって記録材Ｐに転写される。その後、記録材Pのトナー像は、記録材Pが定着器４０によって、加熱加圧されることで記録材Pに定着される。
【００１６】
記録材Pの片面だけにトナー像を形成する場合、切り換えフラッパ６１の切り換えにより記録材Pを排紙ローラ６３を介して記録材Pを画像形成装置１の側面に配置されている排紙トレイ６４に排出するか、画像形成装置１の上面に配置されている排紙トレイ６５に排出される。切り換えフラッパ６１が破線の位置にある場合には、記録材Ｐはフェイスアップ（トナー像が上側）で排紙トレイ６４上に排出され、切り換えフラッパ６１が実線の位置にある場合には、記録材Ｐは、フェイスダウン（トナー像が下側）で排紙トレイ６５に排出される。
【００１７】
記録材P の両面にトナー像を形成する場合、定着器４０によってトナー像を定着された記録材Ｐは、実線の位置にいるフラッパ６１によって上方へ案内されて、後端が反転ポイントＲに達したとき、搬送路７３によってスイッチバック搬送されて表裏反転される。その後、記録材Ｐは、両面搬送路７０を搬送されて、片面画像形成と同様の過程をへて他方の面にトナー像を形成されて、排紙トレイ６４または排紙トレイ６５上に排出される。フラッパ６１、スイッチバック搬送路７３等で構成される部分は、反転手段の一例である。
【００１８】
●定着装置
次に、本発明の特徴部分である定着部４０について説明する。図２は定着装置４０の短手方向断面模式図、図３は定着装置４０の概略構成図である。１００は発熱体を備えた円筒状の定着ベルト（エンドレスベルト）である。１１０は定着ベルトとの間で定着ニップを形成する加圧ローラである。
【００１９】
図２に示した１１２は定着ベルト１００内部に配置された支持ステーであり、定着ベルト１００を加圧ローラ１１０方向へ加圧付勢するニップ形成部材１１３を支持する。図３に示したように左右の定着フランジ１１１と加圧アーム１１４との間に加圧バネ１１５を縮設する。これにより、左右の定着フランジ１１１、支持ステー１１２、ニップ形成部材１１３を介して定着ベルト１００が加圧ローラ１１０の上面に対して所定の押圧力で加圧され、所定幅の定着ニップＮが形成される。本実施例に於ける加圧力は一端側が１５６．８Ｎ、総加圧力が３１３．６Ｎ（３２ｋｇｆ）である。
【００２０】
本定着装置のニップ幅Ｎは、８ｍｍ〜９ｍｍの範囲内にある。定着ベルトの長手の発熱領域、及び加圧ローラの長手のゴム面長は、３２０ｍｍであり、定着ベルト、加圧ローラの径は、φ２４ｍｍである。支持ステー１１２は高い圧力を掛けられても撓みにくい材質であることが望ましく、本実施例においてはＳＵＳ３０４を用いている。
【００２１】
１１３はニップ形成部材である。１１３は摺動部材１１３ａと保持部材１１３ｂからなっている。このニップ形成部材１１３は図面に垂直方向を長手とする耐熱性樹脂等の断熱性部材である。省エネルギーの観点から支持ステー１１２への熱伝導の少ない材料を用いるのが望ましく、例えば、耐熱ガラスや、ポリカーボネート、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂が用いられる。本実施例では住友化学（株）製のスミカスーパーＥ５２０４Ｌを用いた。加圧ローラ１１０は、芯金の両端部が装置フレームの奥側と手前側の側板間に回転可能に軸受保持されて、配置されている。
【００２２】
図２に示した１１８は温度検知手段としてのサーミスタである。サーミスタ１１８はニップ形成部材１１３の切り込みを入れた個所の上に置かれ、その上に、バネを配置し、支持ステーで付勢している。それにより定着ベルト１００の内面に弾性的に接触するように設置され、定着ベルト１００の内面の温度を検知する機能を担っている。
【００２３】
万が一、ベルトが破損して、発熱層に流れている電流が、サーミスタに流れ込まないようにするために、サーミスタにはカプトンテープが巻かれていて、定着ベルトとは絶縁性を保っている。
【００２４】
図４に示したように、サーミスタ１１８はＡ／Ｄコンバータ１２０を介して、制御手段として制御部１２１（ＣＰＵ）に接続される。この制御部１２１はサーミスタからの出力を所定の周期でサンプリングしており、得られた温度情報を発熱体である定着ベルトへの通電制御に反映させる。つまり、制御部１２１は、サーミスタ１１８の出力をもとに、発熱体への通電制御内容を決定し、電源部７９から給電部１０７を介して定着ベルト１００の発熱体へ供給する通電を制御する。尚、本実施例の定着装置での上記制御は、記録材Ｐにトナー像を定着するための温度を鑑みて、サーミスタ１１８の検知温度が一定となるように制御する。
【００２５】
加圧ローラ１１０は駆動手段Mにより図２の矢印の方向に所定の周速度で回転駆動される。これと圧接された関係にある定着ベルト１００は加圧ローラ１１０によって従動し所定の速度で回転する。定着ベルト１００の内面にはグリスが塗布され、ニップ形成部材１１３と定着ベルト１００内面との摩擦に起因して発生する、定着ベルト１００内面の磨耗を低減する。制御部１２１はモータＭの回転制御を所定の条件で行っている。モータＭが回転にすることにより、加圧ローラギアを介して、加圧ローラが回転する構成となっている。
【００２６】
●加圧ローラ
加圧ローラ１１０は、ステンレス製のφ１８ｍｍの芯金上に、厚み約３ｍｍの導電性の弾性層、さらに厚み約５０μmの離型層が順に積層された多層構造とされている。芯金、弾性層、離型層はシリコーン樹脂から成る接着剤により強固に接着されている。加圧ローラの製品としての硬度は、ＡＳＫ−Ｃで６５度としている。熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、シリコーンゴム層の厚みは、厚さとして３ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ〜３ｍｍ、離型層の厚みとしては、２０〜５０μｍの範囲内で使用すればよい。
【００２７】
●定着制御
プリント時の定着動作を図４に示したブロック図を用いて説明する。定着動作開始の指示を制御部１２１が受け付けると、制御部１２１は、電源供給部７９を作動させて定着ベルト給電部材８１に給電を開始する。
【００２８】
定着ベルト内面に配置されたサーミスタ１１８の検知温度が所定の目標温度Ｔ１（本実施例では、１６０℃）に達するまで、定着ベルト給電部材８１に給電しつづける。目標温度Ｔ１に到達したら、モータＭを駆動させる。モータＭの駆動により加圧ローラ１１０が回転駆動され、それに伴って円筒状の定着ベルト１００が従動回転する。更に定着ベルト給電部材８１に給電しつづけて、サーミスタ１１８の検知温度が目標温度Ｔ２（本実施例では、１６５℃）に達した時点で給紙動作を行い、定着ニップ部Ｎに未定着トナー像を担持した記録材Ｐが入り口ガイド（不図示）に沿って案内されて導入される。
【００２９】
定着動作中は、サーミスタ１１８の検知温度が目標温度Ｔ２近傍で安定するように、電源供給部７９から定着ベルト１００へ供給する電力をサーミスタ１１８の検知温度に応じて制御する。定着ニップ部Ｎにおいて、記録材Ｐのトナー像担持面側が定着ベルト１００の外面に密着し、記録材Ｐが定着ベルト１００と共に移動する。定着ニップ部Ｎでの挟持搬送過程において、発熱層で発生した熱が記録材Ｐに付与され、未定着トナー像Ｔが記録材Ｐ上に溶融定着される。定着ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは定着ベルト１００から曲率分離され、定着排紙ローラ（不図示）で排出される。
【００３０】
プリント動作が終了すると定着動作終了の指示により、電源供給部７９からの給電を停止してモータＭを停止させる。
【００３１】
●回転発熱体
次に、回転発熱体である定着ベルト１００の構成について、図５を用いて詳細に説明する。図５は定着ベルト長手の層構成模式図であり、矢印Ａ方向（Ｚ方向）が内周側である。本実施例における定着ベルト１００は、内周側から外周側へ順に、基層１０１、発熱層１０２、弾性層１０３、離型層１０４の４層複合構造である。また、回転軸方向端部には、給電電極部１０５がある。
【００３２】
基層１０１は熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、厚さとして１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の耐熱性材料を使用できる。例えば、ポリイミド、ＰＥＥＫ、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等の樹脂ベルトが使用できる。本実施例では、厚さが３０μｍ、直径が２４ｍｍの円筒状ポリイミドベルトを用いた。
【００３３】
定着ベルトの発熱層長さは、３００〜３３０［ｍｍ］である。発熱層１０２は、ポリイミド等の耐熱性樹脂に導電性カーボンや金属粉体を分散した材料などが使用できる。本実施例では、厚さが２５μｍのカーボンを分散させたポリイミドを用い、ベルト両端の間の抵抗値が常温で１０Ωとなるようにカーボン分散量などを調整している。弾性層１０３は、熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、厚さとして４００μｍ以下、かつ高熱伝導性のシリコーンゴム、フッ素ゴム材料を使用している。
【００３４】
離型層１０４は厚さ２０μｍのＰＦＡチューブを用いた。離型層１０４はシリコーン樹脂から成る接着剤により弾性層１０３と接着されている。また、離型層としてはＰＦＡコートを用いても良く、必要な厚さ、機械的及び電気的強度に応じてＰＦＡチューブとＰＦＡコートを使い分けることが出来る。
【００３５】
更に、定着ベルト１００の両端部には給電電極部１０５が形成されており、給電電極部１０５は発熱層１０２の両端と電気的に接続される。給電電極部１０５は定着ベルト１００の両端部に全周にわたって形成されている。給電電極部１０５は銀・パラジウムを含んだ導電特性を有する材料を用いている。
【００３６】
●給電構成
次に、回転発熱体である定着ベルト１００への給電構成について、図６（ａ）を用いて詳細に説明する。図６は定着ベルト給電部の長手の層構成模式図であり、矢印Ａ方向（Ｚ方向）が内周側である。
【００３７】
定着ベルト１００の両端部の給電電極部１０５において、定着ベルト１００の外周面側から給電電極部１０５に接触し、電気的に接続される給電リング１０７を配置する。また、給電リング１０７は、不図示の電源供給部７９と電気的に接続される給電部材８１と接触させ、定着ベルト１００の駆動回転時には給電リング１０７と給電部材８１が摺動接触する。
【００３８】
給電リング１０７は、定着ベルト１００の駆動回転時においても、給電部材８１との摺動接触を良好にするために、真円に近い形状で形成され、厚さ１ｍｍの銅板のプレス加工品を用いている。
【００３９】
給電部材８１はステンレスの板ばね形状のアームの上に、カーボンと銀と銅からできた合金部材を配置したものであり、給電部材８１を給電リング１０７に押圧することで電気的接続も良好に維持される。また、給電部材８１の形状は、例えば、図６（ｂ）で示すように、定着ベルト１００の周方向における長さ１０ｍｍ、定着ベルト１００の幅方向における長さ５ｍｍ、厚み５ｍｍで、定着ベルト１００の回転方向の上下流の端面は、外側に向かってテーパー形状またはクラウン形状となっており、給電部材８１と給電リング１０７の接触面は、全面接触するように給電リング１０７の曲率に沿った形状となっている。
【００４０】
これにより、給電リング１０７上に摩耗粉等の異物があった場合でも、テーパー形状またはクラウン形状部で異物を外側にかき出し、給電部材８１と給電リング１０７との接触状態（接触面積）を良好に保つことが可能となり、給電部における導通不良の発生を防止することができる。また、ＪＡＭ処理時に定着ベルト１００が矢印Ａ方向と逆方向に回転した場合でも異物をかき出せるように、定着ベルト１００の回転方向の下流側の端面にも同様のテーパー形状またはクラウン形状となっている。
【００４１】
また、図６（ｃ）のように、（ｂ）で挙げた形状以外にも、同様の効果が得られる形状であれば本発明の思想の範囲内において種々の変形が可能である。
【００４２】
［実施例２］
実施例２におけるカラー画像形成装置は、実施例１と同じく、電子写真方式のカラー画像形成装置である。本カラー画像形成装置は、画像形成部と画像処理部から構成される。本実施例で使用するカラー画像形成装置における、画像形成部の動作については、実施例１で説明した画像形成装置と同様であり説明は省略する。実施例２における定着装置は、実施例１の構成と同じであり、実施例２の形態で実施例１の形態と異なるのは、給電部材８１の形状である。
【００４３】
本実施例では、給電部材８１の形状は、図７で示すように、定着ベルト１００の周方向における長さ１０ｍｍ、定着ベルト１００の幅方向における長さ１０ｍｍ、厚み５ｍｍで、給電部材８１と給電リング１０７の接触面は、定着ベルト１００の回転方向に沿って、溝を設けており、溝以外の接触面は給電リング１０７の曲率に沿った形状となっている。
【００４４】
溝形状を設けていない場合、２００K枚通紙で給電リング１０７上に滞留した異物により給電部材８１が給電リング１０７から浮いてしまい、導通不良が発生した。しかし、溝形状を設けた本実施例では、給電リング１０７上に摩耗粉等の異物があった場合でも、給電部材８１の溝部を異物がすり抜けるため、給電部材８１の端面に滞留する異物の絶対量が少なく、３００K枚通紙でも給電部材８１と給電リング１０７との接触状態（接触面積）を良好に保つことが可能となり、給電部における導通不良の発生を防止することができた。
【符号の説明】
【００４５】
７９    電源供給部
８１    給電部材
１００  定着ベルト
１０１  基層
１０２  抵抗発熱層
１０３  弾性層
１０４  離型層
１０５  給電電極部
１０７  給電リング
１１０  加圧ローラ
【図１】
2018060111.tif 000002
【図２】
2018060111.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
2018060111.tif 000006
【図６】
2018060111.tif 000007
【図７】
2018060111.tif 000008