(57)【要約】【課題】エンドレスベルトと押し当て部材の摩擦力を低減させる。【解決手段】可撓性を有し、所定方向に周回する無端状の定着部材と、定着部材でパターン状のトナーが形成された記録媒体を圧接してニップ部を形成する加圧部材と、定着部材の内周面に対向するように固設されて定着部材を加熱してトナーを溶融する加熱部材と、を備え、定着部材の両端の内側に設けられ、ドーナツ形状の磁性発生源と、磁性発生源の外周と定着部材との間に設けられた磁性流体と、磁性発生源の中央を塞ぐ密閉部材と、定着部材の内周面側に注入された潤滑用の油脂と、を備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性を有し、所定方向に周回する無端状の定着部材と、
前記定着部材でパターン状のトナーが形成された記録媒体を圧接してニップ部を形成する加圧部材と、
前記定着部材の内周面に対向するように固設されて前記定着部材を加熱して前記トナーを溶融する加熱部材と、
を備え、
前記定着部材の両端の内側に設けられ、ドーナツ形状の磁性発生源と、
前記磁性発生源の外周と前記定着部材との間に設けられた磁性流体と、
前記磁性発生源の中央を塞ぐ密閉部材と、
前記定着部材の内周面側に注入された潤滑用の油脂と、
を備えたことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１に記載の定着装置において、
前記定着部材の内周面側に固設されて前記定着部材を介して前記加圧部材に当接してニップ部を形成する当接部材を備えたことを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項２に記載の定着装置において、
前記当接部材と、前記定着部材の内周面との間に、摺動部材が固設されていることを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項１に記載の定着装置において、
前記磁性発生源が永久磁石であることを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項１に記載の定着装置において、
前記磁性発生源が伝導コイルであることを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項記載の定着装置を用いた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、電子複写機・ファクシミリ装置等の電子写真を記録する画像形成装置に用いられる定着装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常の電子複写機・ファクシミリ装置等の電子写真を記録する画像形成装置の定着装置においては、回転可能な加熱ローラとこの加熱ローラに圧接し且つ回転する加圧ローラの少なくともどちらか一方に弾性材を有し、接触ニップ域を形成する方式が既に知られている。
【０００３】
また、２つのローラの間にエンドレスベルトを介する方法も知られている。
さらに、エンドレスレスベルトを利用する画像形成装置においては、エンドレスベルトの内側にローラではなく押当て部材を有し、対になるローラと接触ニップ域を形成する方法が知られている（フリーベルトニップ方式：例えば、特許文献１参照。）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、このフリーベルトニップ方式が使用されるようになった理由としては以下の点が挙げられる。
１．ダウンサイズすることができ、ニップの幅を確保できる。・・・通常の２つのローラを接触させることによる方式では、ニップ幅を確保するには、２つのローラ径に所定の大きさが必要であった。しかし、押し当て部材を用いることによって片方のローラが不要になるので、定着装置のダウンサイズが可能となる。
【０００５】
２．省エネができる。・・・装置をダウンサイズすることによって、定着に供給する熱量を従来より抑えることができ、省エネが期待できる。
【０００６】
さらに、いわゆる定着性を向上させるには、ニップの幅とニップ面の圧力とを大きくさせると良い。そのためローラと押し当て部材との圧接力を大きくする必要がある。
【０００７】
しかし、このフリーベルトニップ方法で圧接力を上げるとエンドレスベルトと押し当て部材との間の摩擦力が増加するため、ローラの駆動トルクが大きくなってしまう。この駆動トルクの増加によって駆動に要するエネルギーが増加するため、省エネの効果が薄れてしまう。
【０００８】
また、押し当て部材の表面には摩擦係数の低い摺動部材が付けられているが、圧接力が大きくなることにより磨耗量が増加するため寿命が短縮されるという問題が生じる。
【０００９】
摩擦係数を低減させるには、流体潤滑にすることが望ましい。固体潤滑では摩擦係数が0.1前後であるが、流体潤滑にすることによって摩擦係数を0.01程度にすることが可能となる。
しかし、無端状ベルト（エンドレスベルト）内部に潤滑用のオイルを満たす場合、エンドレスベルト端部のシール性が問題となる。
エンドレスベルトは可撓性のあるため、従来のようなゴム製のリップではその動きに追従することが困難であり、さらにシール性を確保しようとするとリップ圧が高くなってしまいエンドレスベルトの変形をもたらす。また、ローラの駆動トルクも大きくなってしまう。
【００１０】
そこで、本発明は、以上のことを鑑みたものであり、エンドレスベルトと押し当て部材の摩擦力を低減させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、可撓性を有し、所定方向に周回する無端状の定着部材と、前記定着部材でパターン状のトナーが形成された記録媒体を圧接してニップ部を形成する加圧部材と、前記定着部材の内周面に対向するように固設されて前記定着部材を加熱して前記トナーを溶融する加熱部材と、を備え、前記定着部材の両端の内側に設けられ、ドーナツ形状の磁性発生源と、前記磁性発生源の外周と前記定着部材との間に設けられた磁性流体と、前記磁性発生源の中央を塞ぐ密閉部材と、前記定着部材の内周面側に注入された潤滑用の油脂と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、エンドレスベルトと押し当て部材の摩擦力を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態に係る定着装置２０の一例を示す構成図である。
【図２】図１に示した定着装置２０を幅方向に見た図である。
【図３】図１のII−II線断面である。
【図４】画像形成装置の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
図１〜図５を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
＜全体構成＞
まず、図４にて、画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
図４は、画像形成装置の概念図である。
図４に示すように、本実施の形態における画像形成装置１は、タンデム型カラープリンタである。画像形成装置本体１の上方にあるボトル収容部１０１には、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した４つのトナーボトル１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｋが着脱自在（交換自在）に設置されている。
【００１５】
ボトル収容部１０１の下方には中間転写ユニット８５が配設されている。その中間転写ユニット８５の中間転写ベルト７８に対向するように、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋが並設されている。
各作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋには、それぞれ、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋが配設されている。各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの周囲には、それぞれ、帯電部７５、現像部７６、クリーニング部７７、除電部（不図示である。）等が配設されている。各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上で、作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程）が行われて、各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上に各色の画像が形成される。
【００１６】
感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは、不図示の駆動モータによって図４中の時計方向に回転駆動される。そして、帯電部７５の位置で、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面が一様に帯電される（帯電工程である。）。
【００１７】
感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、露光部３から発せられたレーザ光Ｌの照射位置に達して、この位置での露光走査によって各色に対応した静電潜像が形成される（露光工程である）。
感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、現像装置７６との対向位置に達して、この位置で静電潜像が現像されて、各色のトナー像が形成される（現像工程である）。
感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、中間転写ベルト７８及び第１転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋとの対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上のトナー像が中間転写ベルト７８上に転写される（１次転写工程である。）。このとき、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上には、僅かながら未転写トナーが残存する。
【００１８】
感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、クリーニング部７７との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上に残存した未転写トナーがクリーニング部７７のクリーニングブレードによって機械的に回収される（クリーニング工程である）。
【００１９】
最後に、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、不図示の除電部との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上の残留電位が除去される。
このようにして、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上で行われる、一連の作像プロセスが終了する。
【００２０】
現像工程を経て各感光体ドラム上に形成した各色のトナー像を、中間転写ベルト７８上に重ねて転写する。このようにして、中間転写ベルト７８上にカラー画像が形成される。
【００２１】
ここで、中間転写ユニット８５は、中間転写ベルト７８、４つの１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋ、２次転写バックアップローラ８２、クリーニングバックアップローラ８３、テンションローラ８４、中間転写クリーニング部８０、等で構成される。中間転写ベルト７８は、３つのローラ８２〜８４によって張架・支持されるとともに、１つのローラ８２の回転駆動によって図４中の矢印Ａ１方向に無端移動される。
【００２２】
４つの１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋは、それぞれ、中間転写ベルト７８を感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋとの間に挟み込んで１次転写ニップを形成している。そして、１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋに、トナーの極性とは逆の転写バイアスが印加される。
【００２３】
中間転写ベルト７８は、矢印Ａ１方向に走行して、各１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋの１次転写ニップを順次通過する。このようにして、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上の各色のトナー像が、中間転写ベルト７８上に重ねて１次転写される。
各色のトナー像が重ねて転写された中間転写ベルト７８は、２次転写ローラ８９との対向位置に達する。この位置では、２次転写バックアップローラ８２が、２次転写ローラ８９との間に中間転写ベルト７８を挟み込んで２次転写ニップを形成している。中間転写ベルト７８上に形成された４色のトナー像は、この２次転写ニップの位置に搬送された記録媒体Ｐ上に転写される。このとき、中間転写ベルト７８には、記録媒体Ｐに転写されなかった未転写トナーが残存する。
【００２４】
中間転写ベルト７８は、中間転写クリーニング部８０の位置に達する。この位置で、中間転写ベルト７８上の未転写トナーが回収される。
このようにして、中間転写ベルト７８上で行われる、一連の転写プロセスが終了する。
【００２５】
ここで、２次転写ニップの位置に搬送された記録媒体Ｐは、装置本体１の下方に配設された給紙部１２から、給紙ローラ９７やレジストローラ対９８等を経由して搬送されたものである。
詳しくは、給紙部１２には、転写紙等の記録媒体Ｐが複数枚重ねて収納されている。給紙ローラ９７が図４中の反時計方向に回転駆動されると、一番上の記録媒体Ｐがレジストローラ対９８のローラ間に向けて給送される。
レジストローラ対９８に搬送された記録媒体Ｐは、回転駆動を停止したレジストローラ対９８のローラニップの位置で一旦停止する。中間転写ベルト７８上のカラー画像にタイミングを合わせて、レジストローラ対９８が回転駆動されて、記録媒体Ｐが２次転写ニップに向けて搬送される。このようにして、記録媒体Ｐ上に、所望のカラー画像が転写される。
【００２６】
２次転写ニップの位置でカラー画像が転写された記録媒体Ｐは、定着装置２０の位置に搬送される。この位置で、定着ベルト２１及び加圧ローラ３１による熱と圧力とにより、表面に転写されたカラー画像が記録媒体Ｐ上に定着される。
記録媒体Ｐは、排紙ローラ対９９のローラ間を経て、装置外へと排出される。
排紙ローラ対９９によって装置外に排出された被転写Ｐは、出力画像として、スタック部１００上に順次スタックされる。
このようにして、画像形成装置における、一連の画像形成プロセスが完了する。
【００２７】
＜定着装置の構成動作＞
次に、図１〜図４にて、画像形成装置本体１に設置される定着装置２０の構成・動作について詳述する。
図１は、一実施形態に係る定着装置２０の構成図である。図２は、定着装置２０を幅方向に見た図である。図４は、図３に示した磁性流体シールの説明図である。
図１に示すように、定着装置２０は、定着部材としての定着ベルト２１、加熱部材２２、金属（例えば鉄）からなる補強部材２３、樹脂からなる押し当て部材２６、樹脂からなる摺動部材２７、加圧部材としての加圧ローラ３１、熱源としてのＩＨ(induction heating)ヒータ４０、温度センサ（サーミスタ）４２等で構成される。
【００２８】
ここで、定着部材としての定着ベルト２１は、薄肉で可撓性を有する無端状ベルトであって、図１中のゴムローラ３３の矢印Ａ２方向（時計方向）に回転することにより矢印Ａ３方向（反時計方向）に回転（走行）する。定着ベルト２１は、基材上に弾性層、及び離型層が順次積層され、その全体の厚さが例えば、１ｍｍ以下に設定されている。
【００２９】
定着ベルト２１の基材は、層厚が例えば３０〜５０μｍであって、ニッケル、ステンレス等の金属材料やポリイミド等の樹脂材料で形成されている。
定着ベルト２１の弾性層は、層厚が例えば１００〜３００μｍであって、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、フッ素ゴム、等のゴム材料で形成されている。弾性層を設けることで、ニップ部における定着ベルト２１表面の微小な凹凸が形成されなくなり、記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔに均一に熱が伝わりユズ肌画像の発生が抑止される。
【００３０】
定着ベルト２１の離型層は、層厚が例えば１０〜５０μｍであって、ＰＦＡ（４フッ化エチレンバーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂）、ＰＴＦＥ（４フッ化エチレン樹脂）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ＰＥＳ（ポリエーテルサルファイド）、等の材料で形成されている。離型層を設けることで、トナーＴ（トナー像）に対する離型性（剥離性）が担保される。
【００３１】
定着ベルト２１の直径は例えば１５〜１２０ｍｍになるように設定されている。なお、本実施の形態では、定着ベルト２１の直径が例えば３０ｍｍに設定されている。
定着ベルト２１の内部（内周面側）には、ベルト形状保持部材２５、加熱部材２２、補強部材２３等が固設されている。定着ベルト２１は、補強部材２３によって補強された加熱部材２２に押圧されて、加圧ローラ３１との間にニップ部を形成する。
ＩＨヒータ４０は定着ベルト２１に渦電流を起こすことによって、定着ベルト２１を発熱させるものである。
加熱部材２２は、定着ベルト２１の内周面に対向するように固設されていて、定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１に当接してニップ部を形成する。図２を参照して、加熱部材２２は、その幅方向両端部が定着装置２０の側板４３に固定支持されている。
【００３２】
ここで、加熱部材２２は、ニップ部に対応する位置が平面状になるように形成されている。すなわち、ニップ部における加熱部材２２の対向面（加圧ローラ３１に対向する面である）が平面形状になるように形成している。これにより、ニップ部の形状が記録媒体Ｐの画像面に対して略平行になって、定着ベルト２１と記録媒体Ｐとの密着性が高まるために定着性が向上する。さらに、ニップ部の出口側における定着ベルト２１の曲率が大きくなるために、ニップ部から送出された記録媒体Ｐを定着ベルト２１から容易に分離することができる。
【００３３】
なお、本実施の形態では、加熱部材２２の断面形状が略円形になるように形成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、加熱部材２２の断面形状が多角形になるように形成してもよい。
【００３４】
また、本実施の形態では、ニップ部における加熱部材２２の形状を平面状に形成したが、ニップ部における加熱部材２２の形状を凹状に形成してもよい。すなわち、加熱部材２２における、加圧ローラ３１との対向面を、加圧ローラ３１の曲率にならうように形成することもできる。その場合にも、記録媒体Ｐは加圧ローラ３１の曲率にならうようにニップ部から送出されるために、定着工程後の記録媒体Ｐが定着ベルト２１に吸着して分離しない不具合を抑止することができる。
【００３５】
定着ベルト２１内部には潤滑用の油脂としてのシリコーンオイル４１が注入されており、ベルトの回転に伴いベルト内部の表面を通して押し当て部材２６との間に入り込むため、定着ベルト２１内部と押し当て部材２６は流体潤滑が行われ、低トルクでの回転が行われる。
【００３６】
図２は、図１のII−II線断面である。
磁性流体シール４４が定着ベルト２１の端部に備え付けられている。磁性流体シール４４は、中央の孔が円板状の樹脂板で塞がれた円環体の永久磁石４５を有し、この永久磁石４５の周りに磁性流体シール４４が張り付いたものである。磁性流体シール４４と定着ベルト２１とは表面張力で張り付いており、定着ベルト２１内部のシリコーンオイル４１をシールしている。
定着ベルト２１は加圧部材２２の加圧や脱圧によって変形するが、磁性流体シール４４は定着ベルト２１の内部に表面張力で貼りつくため、シール性が損なわれることはない。また、ゴム製のリップとくらべ、リップ圧が極端に小さいため、定着ベルト２１の変形をもたらさない。
【００３７】
図３に示すように磁性流体は、磁性流体シール（円環体）の外輪と磁力で付着し、スリーブ状の定着ベルトの内部とは表面張力で付着するので、シール性を確保できる。
【００３８】
＜作用効果＞
本実施形態によれば、所定方向に走行してトナー像を加熱して溶融するとともに、可撓性を有する無端状の定着部材と、定着部材の内周面に対向するように固設されて当該定着部材を加熱する加熱部材と、定着部材に圧接して記録媒体が搬送されるニップ部を形成する加圧部材と、において、無端状の定着部材に潤滑用の油脂を入れることができることによって無端状の定着部材と加圧部材の摩擦を抑えることができる。また、無端状の定着部材内部の端部に磁性流体シール及び磁性発生源をもつことにより、潤滑用の油脂をシールすることができる。
【００３９】
なお、上述した実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の一例を示すものであり、本発明はそれに限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変形実施が可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１    画像形成装置本体
３    露光部
４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ    作像部
５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ    感光体ドラム
１２    給紙部
２０    定着装置
２１    定着ベルト
２２    加熱部材
２３    補強部材
２５    ベルト形状保持部材
２６    押し当て部材
２７    摺動部材
３１    加圧ローラ
３３    ゴムローラ
４０    熱源（ＩＨヒータ）
４１    潤滑用シリコーンオイル
４２    温度センサ
４３    側板
４４    磁性流体シール
４５    永久磁石
７５    帯電部
７６    現像部
７７    クリーニング部
８０    中間転写クリーニング部
８２    ２次転写バックアップローラ
８４    テンションローラ
８５    中間転写ユニット
８９    ２次転写ローラ
９８    レジストローラ対
９９    排紙ローラ対
１００    スタック部
１０１    ボトル収容部
１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｋ    トナーボトル
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４１】
【特許文献１】特開２００９−３４１０号公報
【図１】
2013171117.tif 000003
【図２】
2013171117.tif 000004
【図３】
2013171117.tif 000005
【図４】
2013171117.tif 000006