(57)【要約】【課題】構成部品の追加や定着ベルトの加工を行うことなく、定着ベルトとヒーターとの間の潤滑剤の枯渇を防止できる定着装置を提供する。【解決手段】定着装置は、回転可能な無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトの内周面に潤滑剤を介して接触するヒーター２３と、を備える。前記ヒーター２３は、前記定着ベルトの内周面に接触する接触面４１ａを有する。該接触面４１ａには、前記定着ベルトの回転方向Ｒと平行な複数の溝４３が形成されている。前記接触面４１ａの第１の領域Ｒ１に形成された前記溝４３と、前記回転方向Ｒと交差する幅方向Ｗにおいて前記第１の領域Ｒ１の端部側の第２の領域Ｒ２に形成された前記溝４３とを比較した場合、前記溝４３の単位面積当たりの全容積は、前記第１の領域Ｒ１の方が前記第２の領域Ｒ２よりも大きい。【選択図】図３Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能な無端状の定着ベルトと、
前記定着ベルトの内周面に潤滑剤を介して接触するヒーターと、を備え、
前記ヒーターは、前記定着ベルトの内周面に接触する接触面を有し、該接触面には、前記定着ベルトの回転方向と平行な複数の溝が形成され、
前記接触面の第１の領域に形成された前記溝と、前記回転方向と交差する幅方向において前記第１の領域の端部側の第２の領域に形成された前記溝とを比較した場合、前記溝の単位面積当たりの全容積は、前記第１の領域の方が前記第２の領域よりも大きいことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記ヒーターは、前記幅方向に分割された、それぞれ独立して発熱する複数の発熱部を有し、
前記複数の発熱部のそれぞれにおいて、前記溝の単位面積当たりの全容積は、前記第１の領域の方が前記第２の領域よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
複数の前記溝は同じ深さ及び同じ幅を有し、隣接する前記溝間の間隔は、前記第１の領域の方が前記第２の領域よりも狭いことを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
【請求項４】
複数の前記溝は、同じ幅を有すると共に前記幅方向において等間隔に形成され、前記溝の深さは、前記第１の領域の方が前記第２の領域よりも深いことを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
【請求項５】
トナー像を用紙に形成する画像形成部と、
前記画像形成部で形成されたトナー像を用紙に定着する請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置と、を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナー像を用紙に定着する定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置には、像担持体の表面に形成されたトナー像を加熱及び加圧して用紙に定着する定着装置が備えられている。
【０００３】
定着装置として、回転可能な無端状の定着ベルトと、定着ベルトの内周面に接触して定着ベルトを加熱するヒーターと、を備えたものが知られている。定着ベルトとヒーターとの間には潤滑剤が介されており、定着ベルトがヒーターに対して円滑に摺動するようになっている。一方で、潤滑剤が枯渇すると、定着ベルトのトルクが上昇して、定着ベルトが安定に回転しないという問題がある。
【０００４】
そこで、特許文献１には、ベルト部材（定着ベルト）を、潤滑剤を介して回転体に押し付けられニップを形成するニップ形成部材と、ニップ形成部材を介して潤滑剤を供給する潤滑剤供給部材と、を備える定着装置が記載されている。潤滑剤供給部材には、潤滑剤の流路が形成されて、毛細管現象によって潤滑剤が供給されるようになっている。また、特許文献２には、定着ベルトの内周面に、潤滑剤を保持する凹凸部を設けた定着装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１５３４０３号公報
【特許文献２】特開２０１２−２２２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載されている定着装置のように潤滑剤供給部材を設けると、構成部材の数が増えるため、コストが上昇するだけでなく定着装置が大型化するという問題がある。また、上記特許文献２に記載されている定着装置にように定着ベルトに凹凸部を設けると、定着ベルトの強度が低下して定着ベルトの寿命が短くなるという問題がある。また、凹凸部の品質管理が難しいという課題もある。
【０００７】
そこで、本発明は上記事情を考慮し、構成部品の追加や定着ベルトの加工を行うことなく、定着ベルトとヒーターとの間の潤滑剤の枯渇を防止できる定着装置及びこの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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の定着装置は、回転可能な無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトの内周面に潤滑剤を介して接触するヒーターと、を備え、前記ヒーターは、前記定着ベルトの内周面に接触する接触面を有し、該接触面には、前記定着ベルトの回転方向と平行な複数の溝が形成され、前記接触面の第１の領域に形成された前記溝と、前記回転方向と交差する幅方向において前記第１の領域の端部側の第２の領域に形成された前記溝とを比較した場合、前記溝の単位面積当たりの全容積は、前記第１の領域の方が前記第２の領域よりも大きいことを特徴とする。
【０００９】
本発明の定着装置において、前記ヒーターは、前記幅方向に分割された、それぞれ独立して発熱する複数の発熱部を有し、前記複数の発熱部のそれぞれにおいて、前記溝の単位面積当たりの全容積は、前記第１の領域の方が前記第２の領域よりも大きいことを特徴としても良い。
【００１０】
本発明の定着装置において、複数の前記溝は同じ深さ及び同じ幅を有し、隣接する前記溝間の間隔は、前記第１の領域の方が前記第２の領域よりも狭いことを特徴としても良い。
【００１１】
本発明の定着装置において、複数の前記溝は、同じ幅を有すると共に前記幅方向において等間隔に形成され、前記溝の深さは、前記第１の領域の方が前記第２の領域よりも深いことを特徴としても良い。
【００１２】
本発明の画像形成装置は、トナー像を用紙に形成する画像形成部と、前記画像形成部で形成されたトナー像を用紙に定着する上記に記載の定着装置と、を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ヒーターに形成された溝に潤滑剤が保持されるので、構成部品の追加や定着ベルトの加工を行うことなく、定着ベルトとヒーターとの間に潤滑剤を安定して供給できる。さらに、潤滑剤の保持能力が中央部の方が両端部よりも高くなっているので、定着ベルトの両端部からの潤滑剤の漏れ出しを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るカラープリンターの概略を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る定着装置を示す断面図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態に係る定着装置において、第１の実施形態に係るヒーターを示す断面図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態に係る定着装置において、第１の実施形態に係るヒーターを示す平面図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態に係る定着装置において、第２の実施形態に係るヒーターを示す断面図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態に係る定着装置において、第２の実施形態に係るヒーターを示す平面図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態に係る定着装置において、第３の実施形態に係るヒーターを示す断面図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態に係る定着装置において、第３の実施形態に係るヒーターを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ本発明の画像形成装置及び定着装置について説明する。
【００１６】
まず、図１を用いて、画像形成装置としてのプリンターの全体の構成について説明する。図１はプリンター１の内部構成を模式的に示す正面図である。以下、図１における紙面手前側をプリンター１の正面側（前側）とし、左右の向きはプリンター１を正面から見た方向を基準として説明する。各図のＬ及びＲは、それぞれ左方向及び右方向を示す。
【００１７】
プリンター１の装置本体２には、用紙Ｓが収容される給紙カセット３と、給紙カセット３から用紙Ｓを送り出す給紙装置５と、用紙Ｓにトナー像を形成する画像形成部７と、トナー像を用紙Ｓに定着する定着装置９と、用紙Ｓを排紙する排紙装置１１と、排紙された用紙Ｓが積載される排紙トレイ１３と、が備えられている。さらに、装置本体２には、給紙装置５から、画像形成部７と定着装置９とを通って排紙装置１１に向かう用紙Ｓの搬送経路１５が形成されている。
【００１８】
次に、定着装置９について、図２を参照して説明する。図２は定着装置の断面図である。
【００１９】
定着装置９は、定着ベルト２１と、定着ベルト２１を加熱するヒーター２３と、ヒーター２３を保持するホルダー２５と、定着ベルト２１との間に加圧領域Ｎを形成する加圧ローラー２７と、を備えている。
【００２０】
定着ベルト２１は、所定の内径を有し、用紙Ｓの幅よりも長い幅を有する無端状ベルトである。定着ベルト２１は、可撓性を有する材料で形成され、基材層と、基材層の外周面に設けられる弾性層と、弾性層の外周面に設けられる離型層と、を有している。基材層は、ＳＵＳやＮｉ等の金属で形成される。弾性層は、シリコンゴム等で形成される。離型層は、ＰＦＡチューブ等で形成される。基材層の内周面に摺動層が形成される場合もある。摺動層は、ポリイミドアミドやＰＴＦＥ等で形成される。
【００２１】
定着ベルト２１の中空部には、ステー３１が貫通している。ステー３１は、下面が開口したチャンネル状の部材であり、ステンレスやアルミニウム等の金属で形成される。定着ベルト２１は、ステー３１に支持されたベルトガイド（図示省略）に回転可能に支持されている。
【００２２】
次に、第１の実施形態に係るヒーター２３について、図３Ａ及び図３Ｂを参照して説明する。図３Ａはヒーターの平面図、図３Ｂはヒーターの断面図である。
【００２３】
ヒーター２３は、定着ベルト２１の回転方向Ｒと交差する幅方向Ｘに沿う長さと同等の長さを有する面状ヒーターである。ヒーター２３は、ステンレスやセラミック製の基板３５と、ガラス等から成る電気絶縁層３７と、電極を有する抵抗発熱体層３９と、コート層４１とが、順番に積層された積層構造を有している。電極を通して抵抗発熱体層３９に通電することで抵抗発熱体層３９が発熱する。
【００２４】
コート層４１の表面には、定着ベルト２１の回転方向Ｒと平行な複数の溝４３が形成されている。複数の溝４３は、断面形状が矩形状で、同じ幅及び同じ深さを有している。なお、溝４３の断面形状は、三角形状や半円状であっても良い。さらに、第１の領域としての幅方向Ｘの中央部Ｒ１に形成された隣接する溝４３間の間隔は、幅方向Ｘにおける第１の領域の端部側の第２の領域としての両端部Ｒ２のそれぞれに形成された隣接する溝４３間の間隔よりも狭い。言い換えると、幅方向Ｘの中央部Ｒ１に形成された溝４３の密度が、両端部Ｒ２のそれぞれに形成された溝４３の密度よりも高い。つまり、中央部Ｒ１に形成された溝４３の単位面積当たりの全容積Ｖ１は、両端部Ｒ２に形成された溝４３の単位面積当たりの全容積Ｖ２よりも多くなっている。一例として、中央部Ｒ１の溝４３の単位面積当たりの全容積Ｖ１は、両端部Ｒ２のそれぞれの溝４３の単位面積当たりの全容積Ｖ２の１．５〜３倍程度であることが好ましい。
【００２５】
なお、本実施形態では、複数の溝４３が、隣接する溝間の間隔が中央から両端に向かって徐々に広くなるように形成されているが、中央部Ｒ１では所定の間隔で形成され、両端部Ｒ２では中央部Ｒ１よりも広い所定の間隔で形成されていても良い。
【００２６】
ホルダー２５は、定着ベルト２１の幅方向Ｘに沿った長さと同等の長さの略半円柱状の部材であり、定着ベルト２１の内周面に沿うように湾曲した外周面５３と、平坦な内周面５５と、を有している。外周面５３は、定着ベルト２１の曲率よりもやや小さい曲率を有している。ホルダー２５は、例えば、液晶ポリマー等の耐熱性の樹脂で形成されている。
【００２７】
外周面５３の頂部には、幅方向Ｘに沿って収容凹部５７が形成されている。この収容凹部５７に、ヒーター２３が、コート層４１が下向きの姿勢で嵌め込まれている。コート層４１の表面４１ａは、外周面５３の一部を成している。
【００２８】
ホルダー２５は、ステー３１に支持されている。詳細には、ホルダー２５の内周面５５に形成された取付凹部５９がステー３１に固定されて、ヒーター２３のコート層４１の表面４１ａと、ホルダー２５の外周面５３の一部と、が定着ベルト２１の内周面に接触している。つまり、コート層４１の表面４１ａが、定着ベルト２１の内周面との接触面である。コート層４１の表面４１ａと定着ベルト２１の内周面との間には、潤滑剤が介されている。潤滑剤は、コート層４１の表面４１ａに形成された複数の溝４３にも貯留される。潤滑剤としては、シリコン系、フッ素系、鉱物油系のものを使用できる。
【００２９】
加圧ローラー２７は、芯金と、芯金の外周面に設けられる弾性層と、弾性層の外周面に設けられる離型層と、を有している。弾性層は、シリコンゴム等で形成される。離型層は、ＰＦＡチューブ等で形成される。
【００３０】
加圧ローラー２７は、定着ベルト２１を介して、ヒーター２３を含むホルダー２５の外周面５３に押し付けられるように支持されている。これにより、定着ベルト２１と加圧ローラー２７との間に加圧領域Ｎが形成される。加圧ローラー２７はモーター６１によって駆動されて回転する。加圧ローラー２７がモーター６１で駆動されて回転すると、定着ベルト２１は、加圧ローラー２７とは反対の方向に従動回転する。これにより、加圧領域Ｎを用紙Ｓが通過する。
【００３１】
上記構成を有する定着装置９の定着動作について説明する。まず、加圧ローラー２７がモーター６１によって駆動されて回転し、定着ベルト２１は、加圧ローラー２７の回転方向とは反対の図２の時計回り方向に従動回転する。同時に、ヒーター２３が駆動されて定着ベルト２１を加熱する。定着ベルト２１は、所定の制御温度（例えば、１６０℃）となるまで加熱される。このように定着ベルト２１が加熱された後、トナー像が転写された用紙Ｓが加圧領域Ｎに搬送される。用紙Ｓは加圧領域Ｎを通過時に、定着ベルト２１によって加熱されると共に加圧ローラー２７と定着ベルト２１とによって加圧されて、トナー像が用紙Ｓに定着される。トナー像が定着された用紙Ｓは、加圧領域Ｎから搬送経路１５に沿って搬送される。
【００３２】
定着ベルト２１は回転時にヒーター２３に対して摺動する。この際、定着ベルト２１とヒーター２３との間には潤滑剤が介されているので、定着ベルト２１はヒーター２３に対して円滑に摺動する。
【００３３】
上記説明したように、本発明の定着装置９においては、ヒーター２３のコート層４１の表面４１ａに形成された溝４３に潤滑剤が保持される。したがって、構成部品の追加や定着ベルト２１の加工を行うことなく、定着ベルト２１とヒーター２３との間に潤滑剤を安定して供給できる。さらに、幅方向Ｘの中央部Ｒ１に形成された溝４３の単位面積当たりの全容積が、両端部Ｒ２のそれぞれに形成された溝４３の単位面積当たりの全容積よりも大きいので、潤滑剤の保持能力が中央部の方が両端部よりも高くなっている。したがって、定着ベルト２１の両端部Ｒ２からの潤滑剤の漏れ出しを防止でき、潤滑剤を長期間に亘って保持及び供給することができる。さらには、構成部品の数が増加しないので、コストの上昇を抑えることができる。また、定着ベルト２１の加工が不要であるので、定着ベルト２１の寿命に影響を与えない。
【００３４】
次に、第２の実施形態に係るヒーター２３について、図４Ａ及び図４Ｂを参照して説明する。図４Ａはヒーターの平面図、図４Ｂはヒーターの断面図である。
【００３５】
第２の実施形態では、ヒーター２３が、中央側ヒーター２３Ａと、幅方向Ｗにおいて中央側ヒーター２３Ａの両外側の端部側ヒーター２３Ｂと、に分割されている。中央側ヒーター２３Ａと端部側ヒーター２３Ｂとは、それぞれ独立して発熱する。つまり、中央側ヒーター２３Ａと端部側ヒーター２３Ｂとは、幅方向Ｗに分割された、それぞれ独立して発熱する発熱部である。一例として、中央側ヒーター２３Ａは、幅の狭い用紙（ハガキ等）の幅に対応するように設けられている。これにより、幅の狭い用紙が通紙される場合は、中央側ヒーター２３Ａのみを発熱させ、最大幅の用紙が通紙される場合は、中央側ヒーター２３Ａと端部側ヒーター２３Ｂの双方を発熱させるようになっている。
【００３６】
中央側ヒーター２３Ａと端部側ヒーター２３Ｂのそれぞれにおいて、幅方向Ｘの中央部Ｒ１に形成された隣接する溝４３間の間隔は、中央部Ｒ１の幅方向Ｘにおける外側の両端部Ｒ２のそれぞれに形成された隣接する溝４３間の間隔よりも狭い。つまり、それぞれのヒーター毎に、中央部Ｒ１に形成された溝４３の単位面積当たりの全容積は、両端部Ｒ２に形成された溝４３の単位面積当たりの全容積よりも多くなっている。
【００３７】
第２の実施形態においては、前述のように、用紙Ｓの幅に応じて中央側ヒーター２３Ａと端部側ヒーター２３Ｂとが独立して発熱する。したがって、それぞれのヒーター毎に、中央部Ｒ１に形成された溝４３の単位面積当たりの全容積を、両端部Ｒ２のそれぞれに形成された溝４３の単位面積当たりの全容積よりも多くすることで、潤滑剤を効果的に保持及び供給することができる。
【００３８】
次に、第３の実施形態に係るヒーター２３について、図５Ａ及び図５Ｂを参照して説明する。図５Ａはヒーターの平面図、図５Ｂはヒーターの断面図である。
【００３９】
第３の実施形態では、複数の溝４３は、同じ幅を有すると共に幅方向Ｗにおいて等間隔に形成されている。そして、幅方向Ｗの中央部Ｒ１に形成された溝４３の深さが、両端部Ｒ２のそれぞれに形成された溝４３の深さよりも深い。つまり、中央部Ｒ１に形成された溝４３の単位面積当たりの全容積は、両端部Ｒ２に形成された溝４３の単位面積当たりの全容積よりも多くなっている。
【００４０】
第３の実施形態では、複数の溝４３の深さが中央から両端に向かって徐々に深くなるように形成されているが、中央部Ｒ１では所定の深さで形成され、両端部Ｒ２では中央部Ｒ１よりも浅い所定の深さで形成されていても良い。
【００４１】
第３の実施形態においても、潤滑剤の定着ベルト２１の両端部からの漏れ出しを防止でき、潤滑剤を長期間に亘って保持及び供給することができる。
【００４２】
なお、溝４３の幅を変えることによっても、溝４３の容積を変えることができる。しかし、溝４３の幅を変えると、ヒーター２３の温度分布が変わる虞がある。さらに、ヒーター２３は定着ベルト２１を介して加圧ローラー２７に押し当てられているので、加圧ローラー２７から所定の圧力が加わっている。したがって、溝４３の幅を変えると、加圧ローラー２７から受ける圧力に対するヒーターの強度が変わって、加圧領域Ｎの圧力が変わる虞がある。これらのことから、溝４３の幅は一定であることが好ましい。
【００４３】
前述のように、ヒーター２３は定着ベルト２１を介して加圧ローラー２７に押し当てられているので、ヒーター２３のコート層４１はある程度の強度が必要である。コート層４１に複数の溝４３を形成すると、コート層４１の強度は低下する。溝４３の幅を一定とすると、隣接する溝４３間の間隔（溝４３の本数）が多いほど、言い換えると、溝４３の密度が高いほど、あるいは、溝４３の深さが深いほど、強度が低下する。一方で、溝４３の幅が等しい場合、中央部Ｒ１と両端部Ｒ２のそれぞれの溝４３の単位面積当たりの全容積は、隣接する溝４３間の間隔と溝４３の深さとの積に対応する。したがって、所望の容積が決まった場合は、コート層４１の厚さや強度を考慮して、溝４３の幅と間隔と深さとを選択する。単位面積当たりの溝４３の全容積は、単位面積当たりのコート層４１の容積の１／２以内であることが好ましい。また、隣接する溝４３間の間隔は、コート層４１の厚さよりも広く、溝４３の幅は、コート層４１の厚さの２倍以内、溝４３の深さは、コート層４１の厚さの１／２倍以上で１倍よりも小さい範囲内であることが好ましい。
【００４４】
上記の実施形態では、回転方向Ｒに沿った溝４３の長さは、中央部Ｒ１と両端部Ｒ２とで等しいが、両端部Ｒ２の溝４３の長さを、中央部Ｒ１の溝４３の長さよりも短くしても良い。
【００４５】
さらに、上記した本発明の実施形態の説明は、本発明に係る定着装置及び画像形成装置における好適な実施の形態を説明しているため、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。すなわち、上記した本発明の実施の形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能であり、上記した本発明の実施の形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
【符号の説明】
【００４６】
１  プリンター（画像形成装置）
７  画像形成部
９  定着装置
２１  定着ベルト
２３  ヒーター
２３Ａ  中央側ヒーター（発熱部）
２３Ｂ  端部側ヒーター（発熱部）
４１ａ  コート層の表面（接触面）
４３  溝
Ｒ１  第１の領域
Ｒ２  第２の領域
【図１】
2019191225.tif 000003
【図２】
2019191225.tif 000004
【図３Ａ】
2019191225.tif 000005
【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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