(57)【要約】【課題】定着ベルトと押圧部材との間の摩擦を低減し、耐久性に優れた定着装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】定着装置１８は、回転可能に設けられる定着ベルト３１と、回転可能に設けられ、定着ベルト３１に圧接して定着ベルト３１との間に定着ニップ５４を形成する加圧回転体３２と、定着ベルト３１を加圧回転体３２に向かって内側から押圧する押圧部材３４と、を備える。押圧部材３４は、剛性を有する材料で形成されており、加圧回転体３２に対向する面は、潤滑剤が含有された凹部５１を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能に設けられる定着ベルトと、
回転可能に設けられ、前記定着ベルトに圧接して該定着ベルトとの間に定着ニップを形成する加圧回転体と、
前記定着ベルトを前記加圧回転体に向かって内側から押圧する押圧部材と、を備え、
前記押圧部材は、剛性を有する材料で形成されており、前記加圧回転体に対向する面は、潤滑剤が含有された凹部を有することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記押圧部材は、多孔質の耐熱性樹脂で形成されており、該押圧部材の内部の細孔は前記凹部に連通してい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】
前記押圧部材の前記加圧回転体に対向する面は、先端が球面状の凸部を有する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】
前記押圧部材と前記定着ベルトとの間には、前記押圧部材よりも摩擦係数の低い材料で形成された摺動部材が介装されており、該摺動部材には多数の貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置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、記録媒体にトナー像を定着させる定着装置と、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】
従来、複写機、プリンター、ファックス、複合機などの電子写真方式の画像形成装置は、用紙などの記録媒体にトナー像を定着させる定着装置を備えている。定着装置として、熱源によって加熱される定着ベルトと、定着ベルトと圧接して定着ニップを形成する加圧部材と、を備えたものがある。
【０００３】
このような構成の定着装置においては、定着ベルトは押圧部材によって加圧部材に圧接されているが、定着ベルトと押圧部材との間に生じる摩擦によって定着ベルトの駆動トルクが増大したり、定着ベルトや押圧部材が摩耗したりするという問題がある。
【０００４】
このような問題に対して、特許文献１には、押圧部材の近傍に、定着ベルトの内周面に潤滑剤を供給する多孔質の潤滑剤保持部材を備えた定着装置が開示されている。特許文献２には、潤滑剤を含んだゴム等の弾性材料で押圧部材を形成した定着装置が開示されている。さらに、特許文献３には、定着ベルトと押圧部材との間に潤滑剤含浸部材を備えた定着装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２１９０５２号公報
【特許文献２】特開２００５−３７６８１号公報
【特許文献３】特開２０１２−１６８４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら特許文献１に記載された定着装置においては、潤滑剤保持部材を押圧部材の近傍に配置しているが、押圧部材の近傍では定着ベルトには張力がかかっていないので、潤滑剤保持部材と押圧部材との接触が不安定となり、定着ベルトに潤滑剤を円滑に供給できない虞がある。また、特許文献２に記載された定着装置においては、押圧部材が弾性材料で形成されているので、押圧部材の変形や摩耗が問題となる。さらに、特許文献３に記載された定着装置においては、潤滑剤含浸部材の表面に表面粗さの低い摺動シートが設けられているので、構成が複雑化する。
【０００７】
本発明は上記事情を考慮し、定着ベルトと押圧部材との間の摩擦を低減し、耐久性に優れた定着装置及び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】
上記課題を解決するため、本発明の定着装置は、回転可能に設けられる定着ベルトと、回転可能に設けられ、前記定着ベルトに圧接して該定着ベルトとの間に定着ニップを形成する加圧回転体と、前記定着ベルトを前記加圧回転体に向かって内側から押圧する押圧部材と、を備え、前記押圧部材は、剛性を有する材料で形成されており、前記加圧回転体に対向する面は、潤滑剤が含有された凹部を有することを特徴とする。
【０００９】
このような構成を採用することにより、押圧部材が変形しにくいので、常に一定の姿勢で定着ベルトを押圧することができ、定着性能を安定化できる。また、定着ベルトは潤滑剤を介して押圧部材に対して摺動するので、押圧部材から定着ベルトにかかるトルクが低減され、定着ベルトの回転を安定化でき、定着ベルトや押圧部材の摩耗を抑制できる。
【００１０】
本発明の定着装置においては、前記押圧部材は、多孔質の耐熱性樹脂で形成されており、該押圧部材の内部の細孔は前記凹部に連通していることを特徴としても良い。
【００１１】
このような構成を採用することにより、潤滑剤が細孔にも含有されるので、潤滑剤の供給能力を高めることができる。
【００１２】
本発明の定着装置においては、前記押圧部材の前記加圧回転体に対向する面は、先端が球面状の凸部を有することを特徴としても良い。
【００１３】
このような構成を採用することにより、押圧部材と定着ベルトとの接触面積を少なくできるので、押圧部材と定着ベルト間の摩擦を低減して、定着ベルトの回転を安定化でき、定着ベルトや押圧部材の摩耗を抑制できる。
【００１４】
本発明の定着装置においては、前記押圧部材と前記定着ベルトとの間には、前記押圧部材よりも摩擦係数の低い材料で形成された摺動部材が介装されており、該摺動部材には多数の貫通孔が形成されていることを特徴としても良い。
【００１５】
このような構成を採用することにより、押圧部材の材料として摩擦係数の高い材料を使用した場合等でも、定着ベルトの摺動抵抗を低減できるので、押圧部材の材料の選定範囲を広げることができる。
【００１６】
本発明の画像形成装置は、上記したいずれかの定着装置を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、定着ベルトと押圧部材との間の摩擦を低減できると共に押圧部材の変形や摩耗を抑制できるので、押圧部材の耐久性が向上し、定着作業を安定化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係るプリンターの概略を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る定着装置の正面断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る定着装置の側断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る定着装置の押圧部材の正面断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る定着装置の押圧部材の正面断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る定着装置の押圧部材の正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しつつ本発明の画像形成装置と定着装置について説明する。
【００２０】
まず、図１を用いて、プリンター１（画像形成装置）の全体の構成について説明する。図１はプリンター１の概略を模式的に示す図である。以下、図１における紙面手前側をプリンターの正面側（前側）とし、左右の向きはプリンターの正面から見た方向を基準として説明する。
【００２１】
プリンター１は、箱型形状のプリンター本体２を備えており、プリンター本体２の下部には、用紙（記録媒体）を収納する給紙カセット３が収容され、プリンター本体２の上面には排紙トレイ４が設けられている。プリンター本体２の上面には、排紙トレイ４の側方に上カバー５が開閉可能に取り付けられ、上カバー５の下方にはトナーコンテナ６が収納されている。
【００２２】
プリンター本体２の上部には、レーザー・スキャニング・ユニット（ＬＳＵ）で構成される露光器７が排紙トレイ４の下方に配置され、露光器７の下方には、画像形成部８が設けられている。画像形成部８には、像担持体である感光体ドラム１０が回転可能に設けられており、感光体ドラム１０の周囲には、帯電器１１と、現像器１２と、転写ローラー１３と、クリーニング装置１４とが、感光体ドラム１０の回転方向（図１の矢印Ｘ参照）に沿って配置されている。
【００２３】
プリンター本体２の内部には、給紙カセット３から排紙トレイ４に延びる用紙の搬送経路１５が設けられている。搬送経路１５の上流端には給紙部１６が設けられ、搬送経路１５の中流部には、感光体ドラム１０と転写ローラー１３によって構成される転写部１７が設けられ、搬送経路１５の下流部には定着装置１８が設けられ、搬送経路１５の下流端には排紙部１９が設けられている。搬送経路１５の下方には、両面印刷用の反転経路２０が形成されている。
【００２４】
次に、このような構成を備えたプリンター１の画像形成動作について説明する。まず、帯電器１１によって感光体ドラム１０の表面が帯電された後、露光器７からのレーザー光（図１の二点鎖線参照）により感光体ドラム１０に対して画像データに対応した露光が行われ、感光体ドラム１０の表面に静電潜像が形成される。次に、この静電潜像を、現像器１２がトナーによりトナー像に現像する。
【００２５】
一方、給紙部１６によって給紙カセット３から取り出された用紙は、上記した画像形成動作とタイミングを合わせて転写部１７へと搬送され、転写部１７において感光体ドラム１０上のトナー像が用紙に転写される。トナー像を転写された用紙は、搬送経路１５を下流側へと搬送されて定着装置１８に進入し、この定着装置１８において用紙にトナー像が定着される。トナー像が定着された用紙は、排紙部１９から排紙トレイ４に排出される。なお、感光体ドラム１０上に残留したトナーは、クリーニング装置１４によって回収される。
【００２６】
次に、図２〜図４を参照して、第１の実施の形態に係る定着装置１８について説明する。図２は定着装置を示す正面断面図、図３は定着装置を示す側面断面図、図４は押圧部材の正面断面図である。
【００２７】
定着装置１８は、回転可能に設けられる定着ベルト３１と、定着ベルト３１の下方に回転可能に設けられる加圧ローラー３２（加圧回転体）と、定着ベルト３１を加熱するヒーター３３と、定着ベルト３１を内側から加圧部材３２に押圧する押圧部材３４と、を備える。定着ベルト３１とヒーター３３と押圧部材３４とは、フレーム３５に支持されている。
【００２８】
定着ベルト３１は、前後方向に長い略円筒状を成しており、可撓性を有する材料で形成されている。定着ベルト３１は、例えば、基材層と、基材層に周設される弾性層と、弾性層を被覆する離型層と、を備えている。基材層は、例えばＳＵＳなどの金属やＰＩ（ポリイミド）などの樹脂によって形成され、弾性層は、例えば、シリコーンゴムによって形成され、離型層は、例えば、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）チューブによって形成されている。なお、各図において、定着ベルト３１の各層（基材層、弾性層、離型層）は、特に区別されずに表示されている。
【００２９】
定着ベルト３１は、フレーム３５に支持されたベルト端部保持部材４１に両端部が支持されている。ベルト端部保持部材４１には、断面形状が上に凸の半円円弧状の保持部４２と、保持部４２よりも大径のフランジ部４３と、が設けられている。定着ベルト３１は、ほぼ上半分の部分が保持部４２の外周面に沿って摺動し、定着ベルト３１の両端はフランジ部４３によって前後方向への移動が規制されるようになっている。また、定着ベルト３１の外側にはサーミスター４４が配置されており、定着ベルト３１の表面温度を検知するようになっている。
【００３０】
加圧ローラー３２は、前後方向に長い略円柱状を成している。加圧ローラー３２は、例えば、円柱状の芯材と、芯材に周設される弾性層と、弾性層を被覆する離型層と、によって構成されている。芯材は、例えば、鉄等の金属によって形成され、弾性層は、例えば、シリコーンゴムによって形成され、離型層は、例えば、ＰＦＡチューブによって形成されている。なお、各図において、加圧ローラー３２の各層（芯材、弾性層、離型層）は、特に区別されずに表示されている。
【００３１】
加圧ローラー３２は、定着ベルト３１の下側に配置されて、前後方向に延びる回転軸４７を中心として図２の時計回り方向に回転可能に支持されている。
【００３２】
ヒーター３３は、輻射熱を放射状に放射する熱源であり、例えばハロゲンヒーターによって構成されている。ヒーター３３は、定着ベルト３１の中空部の上寄りの位置に、定着ベルト３１の長手方向に延びるように配置されて、両端部がフレーム３５に支持されている。また、ヒーター３３は、サーミスター４４で検知された定着ベルト３１の表面温度に基づいてオンオフ制御されて、定着ベルト３１の表面温度を一定に維持するようになっている。
【００３３】
押圧部材３４は、図４に示されるように、前後方向に長く断面形状が横長の略直方体状の形状であり、下面は、定着ベルト３１の回転方向における下流側に向けて下方に湾曲している。また、下面と両側面との間は円弧状に湾曲している。押圧部材３４の上面には、左右方向の中央に、前後方向に所定の間隔を開けて複数の支柱４９が立設されている。
【００３４】
押圧部材３４は、剛性を有する多孔質の材料で形成されており、下側の面には多数の凹部５１が形成されている。押圧部材３４の内部に形成された細孔Ｐは、凹部５１と連通している。剛性を有する材料としては、曲げ弾性率（１０３ｋｇｆ／ｃｍ２）が３０以上、好ましくは３５以上の材料を使用することができる。このような材料としては、ＰＩ（ポリイミド）、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）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）等の耐熱性樹脂を発泡させた発泡樹脂を使用することができる。このような材料を使用することにより、押圧部材３４の変形を抑制することができる。また、凹部５１の表面開口率は３０％〜５０％が好ましく、押圧部材３４の空隙率は３０％〜５０％が好ましい。
【００３５】
凹部５１及び細孔Ｐには潤滑剤が含有されている。潤滑剤としては、シリコーンオイルやフッ素オイル等を使用することができる。凹部５１や細孔Ｐに含有される潤滑剤は、例えば、押圧部材３４の上面に設けた支柱４９から供給することができる。この場合、一部の支柱４９を管状として、外部に設けた供給源から支柱４９を通して凹部５１や細孔Ｐに潤滑剤を供給する。管状の支柱４９の数や供給タイミング等は、プリンター１の画像形成速度等に依存する。
【００３６】
押圧部材３４は、図２や図３に示されるように、定着ベルト３１の中空部内のヒーター３３の下方に、加圧ローラー３２に対向するように配置されて、支持部材５３によって下方に押圧されるように支持されている。定着ベルト３１は、押圧部材３４によって下方に押圧されることで、加圧ローラー３２との間に定着ニップ５４を形成している。前述のように押圧部材３４の下面は、定着ベルト３１の回転方向における下流側に向けて下方に湾曲しているので、定着ニップ５４の長さを長くでき、定着性能が安定する。支持部材５３は、コの字の開口が上を向いた形状の部材であり、例えばＳＥＣＣ（亜鉛メッキ鋼板）等で形成されている。支持部材５３の底部には、前後方向に所定の間隔を開けて位置決め孔５５が形成されており、押圧部材３４の支柱４９が挿入されて、押圧部材３４が支持部材５３に位置決めされて支持されるようになっている。支持部材５３は、両端がフレーム３５に支持されている。
【００３７】
上記構成を有する定着装置１８において、加圧ローラー３２を回転させると、押圧部材３４によって加圧ローラー３２に圧接されている定着ベルト３１が加圧ローラー３２とは逆方向に従動回転する。定着ベルト３１と押圧部材３４との間において、押圧部材３４の表面には、凹部５１や細孔Ｐに含有された潤滑剤が滲み出しており、定着ベルト３１は潤滑剤の膜を介して押圧部材３４に対して摺動する。そして、ヒーター３３によって定着ベルト３１が加熱されると、定着ニップ５４を通過する用紙及びトナー像が加熱及び加圧されて、用紙にトナー像が定着される。
【００３８】
上記説明したように本発明の定着装置１８においては、押圧部材３４が変形し難いので、長期間にわたって一定の姿勢で定着ベルト３１を押圧することができる。また、定着ベルト３１は凹部５１や細孔Ｐに含有された潤滑剤を介して押圧部材３４に対して摺動するので、押圧部材３４から定着ベルト３１にかかるトルクが低減され、定着ベルト３１の回転を安定化でき、定着ベルト３１や押圧部材３４の摩耗を抑制できる。さらに、押圧部材３４内の細孔Ｐに含有された潤滑剤が凹部５１に供給されるので、潤滑剤の供給能力を高めることができる。さらには、押圧部材３４が変形しにくいので、一定量の潤滑剤を常に細孔Ｐや凹部５１内に保持することができる。さらに、押圧部材３４は、一つの部品で形成されているので、定着装置１８の構成を簡易化できる。
【００３９】
なお、本実施形態では、押圧部材３４は多孔質の材料で形成されているが、必ずしも多孔質である必要はなく、表面に潤滑剤を含有可能な凹部５１のみが形成されていても良い。ただし、押圧部材３４の材料として発泡樹脂を使用すると、凹部３５と細孔Ｐとを同時に形成することができる。
【００４０】
次に、図５を参照して、第２の実施形態に係る定着装置１８の押圧部材を説明する。図５は押圧部材の側面断面図である。
【００４１】
この押圧部材３４は、剛性を有する多孔質の材料で形成されていると共に、下面に複数の凸部６１が形成されている。凸部６１は半球状であり、凸部６１の表面にも内部の細孔Ｐに連通する凹部５１が形成されている。押圧部材３４の材料として発泡樹脂を使用すると、凹部３５及び細孔Ｐと凸部６１とを同時に成型することができる。
【００４２】
第２の実施形態においては、定着ベルト３１と押圧部材３４との間において、押圧部材３４の各凸部６１の頂点が定着ベルト３１に接触するので、押圧部材３４と定着ベルト３１との接触面積が減り、定着ベルト３１と押圧部材３４との摩擦を減らすことができる。さらに、押圧部材３４の下面の凹部５１から滲み出た潤滑剤が凸部６１間の空間に保持されるので、押圧部材３４の下面に適宜な量の潤滑剤を保持させることができる。したがって、押圧部材３４と定着ベルト３１との摩擦をさらに低減することができる。
【００４３】
次に、図６を参照して、第３の実施形態に係る定着装置１８の押圧部材を説明する。図６は押圧部材の側面断面図である。
【００４４】
この押圧部材３４は、剛性を有する多孔質の材料で形成されていると共に、外周面を覆う摺動部材６３が備えられている。押圧部材３４の上面には、支柱４９の左右側に、前後方向に所定の間隔を開けて複数の突部６５が形成されている。突部６５の高さは支柱４９の高さよりも低く、上面は平坦面となっている。
【００４５】
摺動部材６３は、押圧部材３４よりも摩擦係数の低い材料で形成されたシート状の部材であり、例えば、ＰＥＥＫ、フッ素樹脂、ＰＩ製のシートを使用できる。摺動部材６３には、厚さ方向に貫通する微細な貫通孔６４が複数形成されている。
【００４６】
摺動部材６３は、押圧部材３４の下面と両側面とを覆うように巻き付けられて、両端が押圧部材３４の上面の突部６５に係止されている。このように外周面に摺動部材６３が巻き付けられた押圧部材３４は、支持部材５３の底部に形成された位置決め孔５５に各支柱４９を挿入させて、支持部材５３に支持される。この際、各突部６５の上面は支持部材５３の下面に当接する。
【００４７】
第３の実施形態においては、押圧部材３４の凹部５１に含有された潤滑剤が、摺動部材６３の貫通孔６４を通して、摺動部材６３と定着ベルト３１との間に供給される。このため、押圧部材３４の材料として摩擦係数の高い材料を使用しても、定着ベルト３１は摺動部材６３と摺動するので定着ベルト３１にかかるトルクを低減できる。したがって、押圧部材３４の材料の選定範囲を広げることができ、例えば、表面に凹部を形成しやすい材料や多孔質状に発泡させやすい材料等を摩擦係数に関わらずに選択することができる。
【００４８】
本発明の実施形態では、プリンター１に本発明の構成を適用した場合について説明したが、他の異なる実施形態では、複写機、ファクシミリ、複合機等のプリンター１以外の画像形成装置に本発明の構成を適用しても良い。
【００４９】
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】
【００５０】
１  プリンター（画像形成装置）
１８  定着装置
３１  定着ベルト
３２  加圧回転体（加圧ローラー）
３４  押圧部材
５１  凹部
６１  凸部
６３  摺動部材
Ｐ  細孔
【図１】
2016114867.tif 000003
【図２】
2016114867.tif 000004
【図３】
2016114867.tif 000005
【図４】
2016114867.tif 000006
【図５】
2016114867.tif 000007
【図６】
2016114867.tif 000008