(57)【要約】【課題】固定部材と定着ベルト内面の接触圧が下がり、摺動抵抗が減り、長寿命な定着装置を提供する。【解決手段】無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトを張架する２本の加熱ローラと、前記定着ベルトと対向して回転する加圧部材と、前記定着ベルトを内面からバックアップする固定部材と、を有し、前記定着ベルトを介して前記加圧部材と前記固定部材とを圧接することにより定着ニップを形成する定着装置において、プリント待機中は前記定着ベルトと前記固定部材との接触圧力を下げる。【選択図】図２
2019028274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無端状の定着ベルトと、
前記定着ベルトを張架する２本の加熱ローラと、
前記定着ベルトと対向して回転する加圧部材と、
前記定着ベルトを内面からバックアップする固定部材と、
を有し、前記定着ベルトを介して前記加圧部材と前記固定部材とを圧接することにより定着ニップを形成する定着装置において、
プリント待機中は前記定着ベルトと前記固定部材との接触圧力を下げることを特徴とする定着装置。 
【請求項２】
前記固定部材を前記加圧部材と反対側に変位させる固定部材変位手段を備え、
プリント待機中に前記固定部材変位手段が前記加圧部材と反対方向に変位し、前記加圧部材と前記固定部材との距離が大きく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３】
前記加熱ローラの位置が固定されていることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記加熱ローラにバネからの力を付与することにより前記定着ベルトに対して張力を与えると共に、前記固定部材が前記加圧部材と反対方向に変位したときに、前記加熱ローラの位置が元の位置のまま保持されることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合機、複写機、プリンタ、ファックス等の画像形成装置に搭載可能な定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機、プリンタ等の画像形成装置において、無端状のベルト部材の内周面に固定部材を摺接させて、ベルト部材を介して固定部材を回転体に圧接させることでベルト部材と回転体との間にニップ部を形成して、このニップ部に記録媒体を搬送して記録媒体上にトナー像を定着させる定着装置が用いられている。
【０００３】
特許文献１で提案されている定着装置は、定着ベルトを第１支持ロール、第２支持ロールで張架し、定着ベルトを介して定着ロールと固定部材でニップを形成する構成を採っていて、第１支持ロールによる張力を可変にできる構成となっている。張力を可変にする機構をもっているので、非プリント時に張力を緩めることでベルトの圧痕発生を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２３５５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のように、固定部材と定着ベルトを摺動させる定着装置では、ニップ部で摺動部材が摩耗することが耐久性の課題となっている。 
【０００６】
スタンバイ時に加圧ローラを離間させて支持ローラで上ベルトを駆動することでニップ部の圧を下げることが可能であるが、それでもなお定着ベルト内面と固定部材の間には接触圧が生じており、プリントをしなくてもスタンバイ時間が経つにつれて摺動部で摩耗が進んでいくという課題がある。 
【０００７】
本発明の目的は、固定部材と定着ベルト内面の接触圧が下がり、摺動抵抗が減り、長寿命な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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトを張架する２本の加熱ローラと、前記定着ベルトと対向して回転する加圧部材と、前記定着ベルトを内面からバックアップする固定部材と、を有し、前記定着ベルトを介して前記加圧部材と前記固定部材とを圧接することにより定着ニップを形成する定着装置において、プリント待機中は前記定着ベルトと前記固定部材との接触圧力を下げることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、固定部材と定着ベルト内面の接触圧が下がり、摺動抵抗が減り、長寿命な定着装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る定着装置を搭載する画像形成装置の模式図
【図２】本発明の実施形態に係る定着装置の模式図
【図３】定着ベルトの模式図
【図４】固定部材変位手段の模式図
【図５】第１の実施形態における耐久性試験フロー
【図６】固定部材変位手段により固定部材が変位した時の模式図
【図７】比較例と第１の実施形態についてトルクの推移を示した図
【図８】固定部材の変位量と接触圧の関係について説明した図
【図９】接触圧と寿命についての関係を説明した図
【図１０】第２の実施形態における定着装置の模式図
【図１１】第２の実施形態における耐久性試験フロー
【図１２】第２の実施形態において、ばねの付勢力を変えない場合の定着装置の模式図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜画像形成装置＞
図１は、本発明の実施形態に係る定着装置を搭載する画像形成装置の模式図である。一例であるカラー電子写真プリンタの断面図であり、シート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。
【００１２】
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１７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。
【００１３】
一方、シートＰは、給紙カセット２０、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２３に送り込まれる。レジストローラ対２３は、シートＰを一旦受け止めて、シート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２３は、中間転写ベルト３１上のトナー像と同期を取って、シートを中間転写ベルト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によってシートＰに転写される。その後、シートのトナー像は、シートが定着装置４０によって、加熱加圧されることでシートに定着される。
【００１４】
＜定着装置＞
本実施形態で用いた定着装置４０を、図２を用いて説明する。定着ベルト４１は、無端環状のベルトであり外径は３００ｍｍである。図３に、その層構成を示した。基材４２は厚さ１００μｍのポリイミド等からなる耐熱性の樹脂を用い、基材の外周には厚さ４００μｍの弾性層４３が設けられている。弾性層４３には耐熱性のシリコーンゴムを用いることができる。更にその外周には離型層４４が設けられており、厚さ４０μｍのＰＦＡチューブが被覆されている。
【００１５】
固定部材５０は定着ベルト４１をバックアップする部材であり、厚さ２ｍｍのＳＵＳ板から構成されている。固定部材５０の内側にはハロゲンヒーター５１を内蔵しており、ウォームアップ時、スタンバイ時に固定部材を暖めておくことで連続通紙時における定着ベルト４１の温度低下を抑制する。
【００１６】
固定部材５０の外側には摺動シート５２が被せられている。摺動シート５２はフッ素樹脂から構成されており、定着ベルト４１の内面との摺動抵抗（摩擦力）を低減することができる。摺動シート５２は２層構造になっており、定着ベルト４１との摺動面から順に１０μｍのＰＴＦＥ層と１０μｍのポリイミド層が積層されている。
【００１７】
第一加熱ローラ６０および第二加熱ローラ６１は同じ構成となっており、特に第一、第二を区別しない場合は加熱ローラと呼ぶ。加熱ローラ６０は外径が４０ｍｍの中空のローラであり、肉厚２ｍｍのパイプ状のアルミニウムの芯金６２の外周に表層６３としてＰＦＡ１０μｍがコートされた構成になっている。
【００１８】
加熱ローラ６０、６１は両端部にフランジが圧入されており、ギアを介してＤＣモーターによって加熱ローラが回転する。加熱ローラ回転することにより定着ベルト４１が回転する。加熱ローラ６０は芯金６２の内側にハロゲンヒーター６３を内蔵している。ハロゲンヒーター６３は不図示の電源装置から電圧が印加されると輻射熱を発生させ、加熱ローラ６０を内側から加熱する。
【００１９】
ハロゲンヒーター６３は、第一加熱ローラ６０および第二加熱ローラ６１それぞれに対して複数本配置することができる。長手方向に対して発熱幅の違うヒーターを配置することで様々なサイズのメディアに対応することができる。
【００２０】
加熱ローラの温度検知手段として、第一加熱ローラ６０の表面に接触型のサーミスタ６５が設けられている。また、第二加熱ローラ６１の表面にも同様に接触型のサーミスタ６６が設けられており、温度制御手段によって温調制御される。
【００２１】
加圧ローラ７０は、外径が４０ｍｍのローラである。鉄で形成された芯金７１の外周に厚さ４ｍｍ弾性層７２が設けられている。弾性層７２の材料として耐熱性のシリコーンゴムを用いることができる。弾性層７２の外周には離型層７３が設けられており、厚さ５０μｍのＰＦＡチューブが被覆されている。
【００２２】
加圧ローラ７０の芯金７１の一端側と他端側の端部はそれぞれ回転可能に軸受保持されており、不図示のＤＣモーターによって回転駆動を行う。加圧ローラ７０はウォームアップ時、スタンバイ時には固定部材５０と離間し、プリント時には固定部材に向かって加圧される。本実施形態では、プリント時に５００Ｎの荷重で加圧されている。
【００２３】
次に、本実施形態の特徴である固定部材変位手段８０について説明する。図４に示すように、固定部材変位手段８０はソレノイド８１および可動芯８２によって構成されている。可動芯８２は固定部材５０の長手方向の両端部で定着ベルト４１との摺動側に接合されている。ソレノイド８１に電力を供給すると、固定部材５０の位置を加圧部材と反対側に所定の距離だけ変位させることが可能である。変位量は適宜設計可能であり、本実施形態では０〜１５ｍｍの変位量について実験を行った。
【００２４】
＜耐久性試験＞
本実施形態の効果を調べるために、間欠通紙耐久を行った。耐久性の評価方法として、本定着装置の駆動源であるＤＣモーターにトルクメーターを取り付け、トルクの値の推移をモニターした。摺動部が摩耗により摩擦係数が上がってくると、トルクが上がってくるので、トルクをモニターすることで摺動部の摩耗を予測できる。
【００２５】
通紙条件は１００ｐｐｍ、５００ｍｍ／ｓ、定着ベルト表面温度１８０℃設定、坪量８０ｇ紙、２３℃５０％環境とした。実際に使われるプリントモードを想定し、１００枚通紙と５分スタンバイを繰り返す試験を行った。
【００２６】
図５に本試験の実施フローを示した。本実施形態の特徴は、プリント状態からスタンバイ状態に移行する際に、加圧ローラを離間した後に固定部材５０を加圧部材とは反対側に変位させることである。この動作により、スタンバイ時の定着ベルト４１と固定部材５０間の接触圧を下げることが本実施形態の特徴である。
【００２７】
固定部材５０の初期位置は分離性を良好にするために定着ベルト４１を強く張る位置に設定してあり、定着ベルト４１と固定部材５０間の接触圧が高い。この位置に対し、スタンバイ時に固定部材５０を変位させることで接触圧が下げ、摺動抵抗を下げることを目的としている。
【００２８】
耐久性の判定は、通常使用時のトルクの値約１．０Ｎ・ｃｍに対して、トルクの値が２．０Ｎ・ｃｍを超えたらＮＧとした。トルクは寿命に近づいてくると急激に上がってくるので、その枚数をおおよそ判定できればよく、通常時の２倍のトルクを閾値と決めて判定を行った。
【００２９】
図６は、耐久試験でのトルクの推移を示したものである。比較例として、スタンバイ時に固定部材５０の位置を変えない場合を、本実施形態としてスタンバイ時に固定部材５０の位置を加圧部材とは反対の方向に５ｍｍ変位させた場合を示している。固定部材５０の位置を変えない場合は８００ｋ枚で耐久性がＮＧとなったのに対し、本実施形態のように固定部材５０を５ｍｍ変位させた場合は耐久性が１５００ｋ枚までＯＫになった。このように、スタンバイ時に固定部材５０を変位させ、固定部材５０と定着ベルト４１の接触圧を下げることで耐久性を向上させることができた。
【００３０】
次に、固定部材５０の変位量を変え、固定部材５０と定着ベルト４１の接触圧を変えた場合に寿命がどのように変わるかを実験した。図７は固定部材５０の変位量に対する固定部材５０と定着ベルト４１の接触圧の変化を示したものである。圧力の測定は、面圧分布測定システム I-SCAN（ニッタ株式会社）を用いている。
【００３１】
比較例１のように固定部材５０をまったく変位させない場合の接触圧が０．０６ＭＰａで、本実施形態のように固定部材５０を５ｍｍ変位させた場合は０．０３ＭＰａであった。さらに変位量を増やしていくと約１５ｍｍで接触圧は０、すなわち固定部材５０と定着ベルト４１が非接触となった。
【００３２】
また、変位量を１２ｍｍとしたところでスタンバイ時に定着ベルトの駆動が不安定になった。これは、第一加熱ローラおよび第二加熱ローラと定着ベルト４１間の張力が弱まることにより、定着ベルト４１の駆動力が非常に小さくなったためである。
【００３３】
次に、固定部材５０の変位量を変化させたときの寿命の変化について調べた。図９は接触圧に対する寿命の関係を示したグラフである。図８の関係性を用いて変位量を接触圧に変換している。固定部材５０を変位させることで、接触圧を低下させ、寿命を延ばすことができることが分かった。
【００３４】
本発明を実施する場合に十分な効果を得るためには、図９に示したように接触圧を８０％以下に下げることが望ましい。摺動部の摩耗はプリント中およびスタンバイ中の両方の寄与があるので、スタンバイ時の摺動抵抗低下の効果が見えてくる領域まで接触圧を下げることが望ましい。
【００３５】
また、先に述べたように、固定部材５０の変位量を大きくしすぎると、定着ベルト４１の駆動が不安定になるおそれがあるので、変位量は寿命向上効果の得られる範囲でなるべく小さく設定することが望ましい。定着ベルト４１の径、２本の加熱ローラ６０の位置関係によって安定駆動可能な固定部材の位置は変わるため、設計時に適宜固定部材５０の変位量を決めればよい。
【００３６】
このように、スタンバイ時に固定部材５０を変位させることで長寿命な定着装置を提供できる。
【００３７】
（第２の実施形態）
図１０に示したのは、第２の実施形態に係る定着装置の概要図である。第一加熱ローラ６０および第二加熱ローラ６１の位置は固定されておらず、それぞれがばね６４によって付勢されて定着ベルト４１が張架されている。ばね６４から与えられている力はそれぞれ２Ｎである。
【００３８】
ばね６４には、付勢力を弱めることができる調整手段６５が備えられている。調整手段６５によりばねの固定端の位置を付勢力方向と反対側に移動させることにより、加熱ローラ６０に与える付勢力を弱めることができる。
【００３９】
この構成の定着装置において、第１の実施形態と同様に固定部材５０と定着ベルト４１間の接触圧を下げる効果が得られるか実験を行った。
【００４０】
図１１は、本実施形態の試験フローを示している。第１の実施形態と異なる点は、固定部材５０を変位させるとともに、ばね６４の付勢力を弱めることである。
【００４１】
第１の実施形態では加熱ローラ６０が固定されていたため、固定部材５０を変位させても加熱ローラ６０は位置が変わらなかったが、本実施形態では定着ベルト４１の張力が弱まると加圧ローラ６０がばね６４の付勢方向に変位してしまう。
【００４２】
図１２は、付勢ばねの力を弱めない場合を示している。スタンバイ時に固定部材５０を加圧部材６０と反対方向に変位させた場合に、加熱ローラ６０が変位してしまう。このように加熱ローラが変位してしまうと、定着ベルト４１が緩まないため、定着ベルト４１と固定部材５０間の接触圧が下がりにくい。したがって、加熱ローラ６０が動かないようにばね６４の付勢力を調整する必要がある。本実施形態を実施した場合、固定部材５０を変位させた際に付勢力を２．０Ｎから１．５Ｎに下げると、加熱ローラ６０の位置をそのままにして固定部材５０のみを変位させることができた。
【００４３】
このように、付勢ばねの力をスタンバイ時に弱めることにより、第１の実施形態と同様に、加熱ローラ６０の位置を固定したまま固定部材５０を変位させることができる。したがって、加熱ローラをばねで付勢する構成の定着装置においても、固定部材を変位させることによりスタンバイ中の摺動抵抗を下げることができ、長寿命な定着装置を提供できる。
【符号の説明】
【００４４】
１０：画像形成部
１１：感光ドラム
１２：帯電器
１３：レーザスキャナ
１４：現像器
１５：クリーナ
１７：一次転写ブレード
２０：給紙カセット
２５：マルチ給紙トレイ
２３：レジストローラ対
３１：中間転写ベルト
３５：二次転写ローラ
４０：定着装置
４１：定着ベルト
５０：固定部材
６０：加熱ローラ
７０：加圧ローラ
８０：固定部材変位手段
【図１】
2019028274.tif 000003
【図２】
2019028274.tif 000004
【図３】
2019028274.tif 000005
【図４】
2019028274.tif 000006
【図５】
2019028274.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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