(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体が対向配置されて形成されるニップ部に、未定着トナー像を保持した記録媒体を搬送し、挟持・加熱することによって、トナー像の定着を行う定着装置であって、
無端状の定着ベルトが、前記回転体のうちの少なくとも一方を含めた複数の回転体に巻き掛けられており、
前記定着ベルトが巻き掛けられた複数の回転体のうちの、前記ニップを形成しない回転体の少なくとも一の回転体の両端部には、当該回転体に対して回動自在となされたリング形状のベルト寄り止め部材が設けられており、当該寄り止め部材は、接している回転体面との角度が鈍角になるテーパ面を有しており、
前記定着ベルトの両端部であって、前記回転体と接触する側の面には、前記定着ベルトと一体的にブロック体が、寄り止めガイドとして形成されており、当該寄り止めガイドは、前記定着ベルトが巻き掛けられた回転体の端面から径方向中心側に向かうに従って傾斜するテーパ面を有しており、
前記ベルト寄り止め部材のテーパ面、若しくは前記寄り止めガイドのテーパ面の少なくともいずれかに、潤滑剤が塗布されることで低摩擦係数化処理が施され、
前記ベルト寄り止め部材のテーパ面、前記寄り止めガイドのテーパ面の、前記回転体からの垂線からの傾斜角θが、それぞれ１０°＜θ＜４５°の範囲で選択されていることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１に記載の定着装置を具備し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、無端ベルトを定着ベルトとして具備する定着装置、及びこれを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トナーを用いて可視像形成を行う画像形成装置においては、トナー画像を転写紙等の記録媒体に永久画像として定着する機能を有する定着装置が備えられている。
この定着装置においては、加熱され回転している定着ローラや定着ベルトと、それに圧接・回転している加圧ローラや加圧ベルト等とにより形成された圧接部（ニップ）に、所定の記録媒体が通過することによって、当該記録媒体上に担持されたトナーが溶融し、トナー画像が定着される。
【０００３】
ところで、近年において上述した定着装置の低熱容量化を図ったり、稼働時の立ち上がり時間の短縮化を図ったりすることを目的として、無端状の定着ベルトを適用した定着装置が汎用されている。
無端状の定着ベルトを具備している定着装置においては、走行面でベルトが片寄る「ベルト寄り」という問題がある。
特に、低熱容量化を実現するために、スポンジ状の発泡シリコンゴムを、ローラ材料として適用した場合や、高速化対応するべく大径のローラを適用した定着装置においては、ベルト寄りの発生が顕著となる傾向が高い。
【０００４】
ベルト寄りが発生すると、定着ベルトが巻き掛けられたローラの周面に乗り上げてしまい、正規の走行位置からずれて良好な画像定着作業を行うことができなくなり、作像不良を生じたり、あるいはベルトの破損を招来したりするおそれがある。
ベルト寄りを防止する手段として、従来においても、種々の技術提案がなされている。
例えば、下記特許文献１には、定着ベルトの端面内側に、ベルト寄り止めガイドとしてのブロック体を形成した構成の定着装置が提案されている。更には、このブロック体に関し、巻き掛けるローラ端面に対して、所定の勾配面を設けることによりベルト寄りの防止効果を高める技術についても提案された。
【０００５】
近年における高速印刷の要望の高まりとともに、一層の低熱容量化を図る必要が生じている。
しかしながら、定着ローラを大径化し、かつスポンジ状の発泡シリコンゴム等を材料として使用すると、ベルト寄りが発生しやすく、上記ベルト寄り止めガイドとしてのブロック体を定着ベルト裏面に設けたのみでは、今後においては十分なベルト寄り防止効果が実現できないおそれがある。
【０００６】
また、下記特許文献２においては、ベルトが走行するローラの端面に、テーパ形状を施すことにより、ベルト寄り止め効果を向上させた構成の定着装置が提案されている。
また、下記特許文献３においては、回転体端部にベルト寄り止め機構を設けた装置、下記特許文献４においては、所定の部材に潤滑性を塗布して、ベルトの寄り止めを図った装置についての提案がなされた。
しかしながら、これらの定着装置においても、近年の高速化や低熱容量化への要望に対応するため、大径で、かつスポンジ状の発泡シリコンゴム等よりなる定着ローラを適用することとなると、今後においては十分なベルト寄り防止効果が達成されないおそれがある。
【０００７】
【特許文献１】特許第３７３１０３１号
【特許文献２】特開２００２−１８２５０１号公報
【特許文献３】特開２００７−２３８６００号公報
【特許文献４】特開２００６−１３３３９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明においては、従来の定着装置の課題に鑑み、φ４０以上の大径であって、発泡シリコンゴム等の低熱容量のローラに、無端状の定着ベルトが走行する構成の定着装置において、ベルト片寄りの発生を防止し、かつベルトの乗り上げによる定着作業不能の発生を確実に防止することを目的とした。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明においては、回転体が対向配置されて形成されるニップ部に、未定着トナー像を保持した記録媒体を搬送し、挟持・加熱することによって、トナー像の定着を行う定着装置であって、無端状の定着ベルトが、前記回転体のうちの少なくとも一方を含めた複数の回転体に巻き掛けられた構成を有し、前記定着ベルトが巻き掛けられた複数の回転体のうちの、前記ニップを形成しない回転体の少なくとも一の回転体の両端部には、当該回転体に対して回動自在となされたリング形状のベルト寄り止め部材が設けられており、当該寄り止め部材は、接している回転体面との角度が鈍角になるテーパ面を有しており、前記定着ベルトの両端部であって、前記回転体と接触する側の面には、前記定着ベルトと一体的なブロック体が形成されており、当該ブロック体は、前記定着ベルトが巻き掛けられた回転体の端面から径方向中心側に向かうに従って傾斜するテーパ面を有しており、前記ベルト寄り止め部材のテーパ面、若しくは前記寄り止めガイドのテーパ面の少なくともいずれかに、潤滑剤が塗布されることで低摩擦係数化処理が施され、前記ベルト寄り止め部材のテーパ面、前記寄り止めガイドのテーパ面の、前記回転体からの垂線からの傾斜角θが、それぞれ１０°＜θ＜４５°の範囲で選択されていることを特徴とする定着装置を提供する。
【００１４】
請求項２の発明においては、請求項１に記載の定着装置を具備していることを特徴とする画像形成装置を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、定着ベルトの寄り止め効果が著しく向上した。
また、定着ベルトの寄りを規制している寄り止め部材のテーパ面と定着ベルトの寄り止めガイドのテーパ面との間の潤滑性が確保され、乗り上げを効果的に防止できた。
また、定着ベルトの乗り上げ防止効果の向上を図ることができた。
請求項２の発明によれば、高速印刷対応で、かつ低熱容量の構成の画像形成装置においても、定着ベルトの片寄りによる破損が効果的に防止された、信頼性の高い画像形成装置を提供できた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施形態について説明するが、本発明は下記に限定されるものではない。
本発明の定着装置は、複数の回転体（ローラ）に巻き掛けられて走行駆動される無端状の定着ベルトを具備している。
【００１７】
本発明の定着装置は、対向配置された回転体（ローラ）同士が押圧して形成されるニップ部に、未定着トナー像を保持した記録媒体が搬送され、挟持・加熱されることによって、画像定着を行う構成となっている。
前記対向配置された回転体のうち少なくとも一方は、無端状の定着ベルトが、複数のローラによって巻き掛けられた構成を有しており、巻きかけられているローラのうち少なくとも一つが、定着ベルトを介して、他の回転体に対向し、これと当接してニップ部を形成している。
【００１８】
ニップ部を形成しないローラであって、定着ベルトが巻き掛けられているローラのうちの少なくとも一のローラの軸方向両端部には、このローラに対して回動自在となされたリング形状の寄り止め部材が設けられている。以下においては、単に寄り止めリングと称することもある。
寄り止め部材には、断面において、接するローラ面との角度が鈍角になるテーパ面が形成されている。
一方、無端状の定着ベルトは、その両端部が、前記寄り止め部材よりも、ローラの外側に位置して走行するものであるが、この定着ベルトの両端部の裏面側（走行面側）には、所定のブロック体（寄り止めガイド）がベルトと一体となるように形成されている。
このブロック体には、前記寄り止め部材配置側に、断面においてローラ面との間で所定の角度に傾斜するテーパ面が形成されている。
【００１９】
上記寄り止め部材のテーパ面、及び／又は、定着ベルトに設けられたブロック体のテーパ面には低摩擦係数化処理が施されている。これにより低摩擦化が図られれば、定着ベルトがローラの片方に寄ったときに効果的な乗り上げの防止を図ることができる。
【００２０】
本発明の定着装置を構成する定着ベルトの寄り止めについて説明する。
先ず第一に、定着ベルトの両端の内面（走行面）側に設けたブロック体（ベルト寄り止めガイドと称する）と、ローラの両端に設けた寄り止めリングとにおいては、それぞれ両者にテーパ形状が設けられている。
ニップを形成しているローラ同士が押圧する力により定着ベルトの片寄りが発生したとしても、前記両者のテーパ面同士が接触するようになるので、寄り止め部材（リング）の頂点を寄り止めガイド（ブロック体）が急に乗り上げてしまう事態が防止される。
第二に、寄り止めリングが、ローラに対して回動自在に保持されているので、寄り止めリングの回転速度は、接触している定着ベルトの、寄り止めガイド（ブロック体）の速度にならう。これら両者の間に線速差が生じないので、線速差による定着ベルトの寄り止めガイドの寄り止めリングへの乗り上げを防止できる。
第三に、接触するテーパ面に低摩擦係数化処理が施されているので、定着ベルト寄り止めガイドと寄り止めリングの間の摩擦による乗り上げ力が弱くなり、ベルトテンションによる乗り上げ規制力の方が上回って乗り上げを防止できる。
【００２１】
前記低摩擦係数化処理としては、潤滑剤を塗布する方法が好適な手段として挙げられる。
定着ベルトの片寄りは、定着ローラと加圧ローラとの間のニップ部で作用する力によって生じるものである。またこの力によって、定着ベルトの寄りを規制している寄り止めリングのテーパ面と定着ベルトの寄り止めガイドのテーパ面にも乗り上げようとする力が作用する。この両者のテーパ面同士の摩擦力が大きい場合、乗り上げようとする力が大きくなる。しかしながら、両者間に潤滑剤が塗布されていると、摩擦力は著しく小さくなり、乗り上げようとする力が弱くなり、乗り上げの発生を効果的に防止できる。
【００２２】
また、本発明の定着装置においては、上述した両テーパ面の低摩擦係数化処理の手段として、上記寄り止め部材の材質を耐熱性樹脂とし、テーパ面にはフッ素コートを施したものとすることが挙げられる。
寄り止めリングのテーパ面にフッ素コートが施されていると、定着ベルトの寄り止めガイドとの間の摩擦力が低減化し、乗り上げの発生を効果的に防止できる。
【００２３】
また、本発明の定着装置においては、上述した両テーパ面の低摩擦係数化処理の手段として、上記寄り止め部材の材質を、フッ素樹脂とすることが挙げられる。
寄り止めリングの材質をフッ素樹脂とすることにより、優れた摺動性が得られ、摩擦係数が小さくなり、両テーパ間の摩擦力の低減化が図られる。これにより、乗り上げの発生を効果的に防止できる。
【００２４】
また、本発明の定着装置においては、寄り止め部材のテーパ面と、定着ベルトに備えたブロック体（寄り止めガイド）のテーパ面の傾斜角（θ）は、それぞれ１０°＜θ＜４５°の範囲で選択されているものとすることが望ましい。
定着ベルトの乗り上げの発生と、上記寄り止め部材テーパ面及び上記寄り止めガイドテーパ面の傾斜角との関係について検討したところ、定着ベルトの乗り上げが発生するメカニズムは２種類あることが判った。
一つは、ローラニップ間で生じたベルトを片寄らす力の為に、突発的にベルト寄り止めガイドの頂点が寄り止めリングの頂点の軸方向内側に入り乗り上げてしまうケースである。これは、上記θが小さい時に発生しやすい。
二つ目は、定着ベルトの片寄りによって、定着ベルト寄り止めガイドのテーパ面と寄り止めリングのテーパ面同士が接触した状態となっているが、寄り力によって徐々に乗り上げていくケースである。これは上記θが大きい時に発生しやすい。
すなわち、上記テーパの角度θは、大きすぎても小さすぎても、定着ベルトの乗り上げが発生するおそれがあり、かかる角度範囲について検証したところ、１０°＜θ＜４５°の範囲とすることにより、定着ベルトの乗り上げを効果的に防止できることが確かめられた。
【００２５】
本発明の定着装置を組み込むことにより、省エネルギーで、高速印刷に対応し、かつ定着ベルトの寄りによる印刷不良の発生や、あるいはベルト破損の発生などを効果的に防止した、信頼性の高い画像形成装置とすることができる。
下記に本発明の定着装置の特徴について具体的な実施例を挙げて説明する。
【実施例】
【００２６】
本発明の定着装置、及びこれを具備する画像形成装置について、図面を参照して具体的に説明するが、本発明は、下記の具体例に限定されるものではない。
【００２７】
図１に本発明の定着装置の一例の要部の、概略断面図を示す。
この定着装置においては、無端状の定着ベルト１が、定着ローラ２と加熱ローラとに巻き掛けられて走行している。
定着ローラ２は、定着ベルト１を介して加圧ローラ４と対向しており、ニップを形成している。
加熱ローラ３と加圧ローラ４の内部には、それぞれ熱源であるハロゲンヒータが設けられている。
図１中のＸ方向から未定着トナー像を担持した所定の記録媒体が搬送され、前記ローラ間のニップで挟持・加熱され、画像定着がなされる。
【００２８】
定着ベルト１は、ローラに掛け渡される前の状態で内径７５ｍｍであり、厚さ９０μｍのポリイミド樹脂で形成された基体表層に、厚さ２００μｍのシリコンゴムと、更に最外層として厚さ２０μｍのＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）がコートされた構成を有している。
定着ベルト１は、外径５２ｍｍの定着ローラ２と、外径３５ｍｍで厚さ０．６ｍｍのアルミ製中空円筒からなる加熱ローラ３とにより、巻き掛けられている。
定着ローラ２は、外径５２ｍｍであり、膜厚１４ｍｍの発泡シリコンゴムよりなる耐熱・弾性層を具備している。
加圧ローラ４は外径５０ｍｍであり、鋼製の厚さ１ｍｍの中空芯金に、厚さ１．５ｍｍのシリコンゴムが、覆われた構成を有しており、最外層として、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）チューブを備えている。
加圧ローラ４は、定着ベルト１を介して、定着ローラ２に対して３ｍｍ程度食い込んでおり、約１４ｍｍのニップ幅が確保されている。
前記ニップの下流側には、転写紙を加圧ローラ４から剥離するための分離爪が、加圧ローラ４に対して摺動する構成となっている。
また、画像面側である定着ベルト１側には、転写紙を定着ベルト１から剥離するための分離板が設けられている。
【００２９】
図２（ａ）に、定着装置の概略図を示し、図２（ｂ）に、（ａ）中の楕円で囲まれた部分を構成する加熱ローラの拡大斜視図を示す。
図２（ｂ）に示すように、定着ベルト１の両端部のローラ接触面側には、寄り止めガイド１ａとしてのブロック体が、ベルトと一体的に形成されている。
具体的には、フッ素ゴムで成型された無端状のリングを、耐熱性接着剤を用いて定着ベルト１と一体的に接着することにより、定着ベルトに寄り止めガイド１ａが形成されている。
加熱ローラ３には、このローラに対して回転自在に保持された寄り止めリング５が、ローラのフランジ部に挿入されている。
寄り止めリング５には、所定の切れ目が設けられており、この切れ目を広げることによって加熱ローラ３のフランジ部に設けられた溝にはまり込むようになされ、溝の中では回動自在であるが、軸方向には規制された構成となるようにする。
【００３０】
図３（ａ）に、定着ベルト１が加熱ローラ３に巻き掛けられている状態の概略平面図を示す。図３（ｂ）に、図３（ａ）中の楕円で囲まれた領域の拡大断面図を示す。
図３（ｂ）に示すように、加熱ローラ３に挿入された寄り止めリング５は、外円周壁面と加熱ローラ面との間になされる角が、鈍角になる形状のテーパ面を有している。
一方、無端状の定着ベルト１の両端部に一体的に形成されている寄り止めガイド１ａは、巻き掛けられた加熱ローラ端面から径方向中心側に向かうに従って、ローラ端面から離れる状態に傾斜するテーパ面を備えている。
上記寄り止めリング５のテーパ面、もしくは定着ベルト１が備える寄り止めガイド１ａのテーパ面には、所定の低摩擦係数化処理が施されている。
【００３１】
上述した構成の定着装置を画像形成装置に組み込み、長時間の画像形成操作を行ったところ、下記のメカニズムにより優れた定着ベルト１の寄り止め効果が確認された。
第一に、定着ベルト１の端面内側に一体的に形成されているブロック体、すなわちベルト寄り止めガイド１ａと、それを受ける加熱ローラ３の端面に設けた寄り止めリング５の双方にテーパ面を設けたことによって、ニップを形成している定着ローラ２と加圧ローラ４との間の押圧力により、定着ベルト１に片寄りが発生しても、ローラ回転時、上記双方のテーパ面が接触して、寄り止めリング５の頂部を定着ベルト寄り止めガイド１ａが、加熱ローラの内側に向かって乗り上げてしまうことを効果的に防止する。
第二に、寄り止めリング５は、加熱ローラ３に対して回動自在となるように保持されているので、寄り止めリング５の回転速度は接触している定着ベルト１の寄り止めガイド１ａの速度にならう。上記構成により両者の間に線速差が生じないので、これらの線速差によって定着ベルト１の寄り止めガイド１ａが寄り止めリング５に乗り上げてしまうことを効果的に防止できる。
更に第三に、互いに接触している上記テーパ面には、所定の低摩擦係数化処理が施されているので、定着ベルト寄り止めガイド１ａと寄り止めリング５の間の摩擦によって寄り止めガイド１ａが寄り止めリング５を乗り上げようとする力を低減化でき、ベルトテンションによる乗り上げ規制力の方が上回るようになる。
【００３２】
上記テーパ面の低摩擦係数化処理について具体的に説明する。
例えば、寄り止めリング５のテーパ面、もしくは定着ベルト寄り止めガイド１ａのテーパ面に、耐熱性フッ素グリス等の潤滑剤を塗布する方法が挙げられる。
上述したように、寄り止めリング５のテーパ面、定着ベルト寄り止めガイド１ａのテーパ面の摩擦が大きいと、定着ベルト１の片寄りにより、乗り上げようとする力が作用する。しかし、テーパ面間に潤滑剤が塗布され摩擦力が低減化されると、前記乗り上げの発生を効果的に防止できる。
【００３３】
また、他の例としては、寄り止めリング５を、熱硬化性樹脂もしくはポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の耐熱性樹脂で成型し、このテーパ面に、所定のプライマ層を介してＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素コートを施す方法が挙げられる。
フッ素コートはテーパ面を低摩擦化するものであり、上記と同様に、寄り止めガイド１ａの寄り止めリング５に対する乗り上げを効果的に防止できる。
【００３４】
また、他の例としては、寄り止めリング５をフッ素樹脂により成型する方法が挙げられる。
フッ素樹脂は、潤滑性や摺動性に優れており、前記テーパ面同士の低摩擦化は図られる。
これにより、上記と同様に、寄り止めガイド１ａの寄り止めリング５に対する乗り上げを効果的に防止できる。
【００３５】
次に、寄り止めリング５のテーパ面、もしくは定着ベルト寄り止めガイド１ａのテーパ面の、加熱ローラ面との角度について検証した。
図４は、寄り止めリング５と定着ベルトの寄り止めガイド１ａのテーパ面角度の説明図である。
図４中、寄り止めリング５と定着ベルトの寄り止めガイド１ａの、テーパ面の傾斜角、すなわちテーパ面の斜辺と加熱ローラ面からの垂線との角度θは、１０°＜θ＜４５°の範囲に設定したところ、効果的な乗り上げ防止効果が得られた。
前記θが１０°以下であると、ローラニップ間で生じたベルトを片寄らす力の為に、突発的にベルト寄り止めガイドの頂点が寄り止めリングの頂点の軸方向内側に入り乗り上げてしまうおそれがある。
一方、前記θが４５°以上であると、定着ベルト１の片寄りによって、寄り止めガイド１ａが寄り止めリング５のテーパ面に乗り上げやすくなるおそれがあった。
よって、前記角度θは、１０°＜θ＜４５°の範囲が好適である。
【００３６】
図５に画像形成装置の概略構成図を示す。この画像形成装置は、上述した本発明の定着装置が組み込まれているものとする。
この作像工程について説明する。
給紙ユニット３１によって、記録用紙が転写部へ搬送される。
一方、書き込みユニット３２によってスキャナによる信号もしくはプリンタによる信号に従い、作像ユニット３３内の感光体上に露光が行われる。
感光体上に露光された潜像は、作像ユニット３３によって転写ベルトに作像され、転写ユニット３４により搬送されてきた記録用紙に未定着トナー像が転写される。
未定着トナー像は定着ユニット３５において定着される。
なお、両面印刷を行う場合には、片面印刷が行われた後、両面ユニット３６において記録用紙が反転され、再び転写部へ搬送されて反対側の面に印刷が行われる。
このように、本発明の定着装置を適用することにより、省エネルギーで、かつ高速対応した場合においても、定着ベルトの片寄りによる画像不良やベルトの破損を効果的に防止可能な、信頼性の高い画像形成装置が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の定着装置の一例の概略構成図を示す。
【図２】（ａ）定着装置の概略図を示す。（ｂ）加熱ローラの拡大斜視図を示す。
【図３】（ａ）定着ベルトが加熱ローラに巻き掛けられている状態の概略平面図を示す。（ｂ）図３（ａ）中の楕円で囲まれた領域の拡大断面図を示す。
【図４】寄り止めリングと定着ベルトの寄り止めガイドのテーパ面角度の説明図を示す。
【図５】本発明の画像形成装置の概略構成図を示す。
【符号の説明】
【００３８】
１  定着ベルト
１ａ  寄り止めガイド
２  定着ローラ
３  加熱ローラ
４  加圧ローラ
５  寄り止めリング
３１  給紙ユニット
３２  書き込みユニット
３３  作像ユニット
３４  転写ユニット
３５  定着ユニット
３６  両面ユニット
【図５】
0005133036.tif 000002
【図１】
0005133036.tif 000003
【図２】
0005133036.tif 000004
【図３】
0005133036.tif 000005
【図４】
0005133036.tif 000006