(57)【要約】【課題】摺動シートの耐久寿命を向上させ安定した定着処理が可能な定着装置と当該定着装置を装着した画像形成装置を提供するこ。【解決手段】回転体と、複数のローラに張架された無端ベルトと、当該無端ベルトの内周面に摺動し、且つ前記無端ベルトを介して前記回転体に押圧し、定着ニップを形成する押圧部材を有する定着装置において、当該押圧部材は、少なくとも前記無端ベルトとの摺動面が複数の凸部を有する摺動シートで被覆されており、前記凸部は、ベルト幅方向の断面で、ベルト中央側の傾斜角度が端部側の傾斜角度より小さい非対称形状であることを特徴とする定着装置。【選択図】図３
2009229494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体と、複数のローラに張架された無端ベルトと、当該無端ベルトの内周面に摺動し、且つ前記無端ベルトを介して前記回転体に押圧し、定着ニップを形成する押圧部材を有する定着装置において、当該押圧部材は、少なくとも前記無端ベルトとの摺動面が複数の凸部を有する摺動シートで被覆されており、前記凸部は、ベルト幅方向の断面で、ベルト中央側の傾斜角度が端部側の傾斜角度より小さい非対称形状であることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記凸は、エンボス加工により成形されたことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記凸部は、少なくともベルトのエッジ部が前記摺動シートに当接する位置にあ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】
前記摺動シートはポリイミドを部材としていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項５】
前記凸部は、直線状の稜線で構成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項６】
前記ベルト中央側の傾斜角度は１５°〜３０°であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の定着装置を装備す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、電子写真方式の複写機やプリンタ等に用いられる定着装置に関し、特に無端ベルトを用いた定着装置および当該定着装置を装備した画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無端（エンドレス）ベルトをベルト内周面に設けた固定摺動の押圧部材でベルトを介して回転体に押圧し定着ニップを形成するベルトニップ方式の定着装置は、コンパクトな構成で幅広い定着ニップを形成することができる。
【０００３】
一例として加熱源を内包した加熱ローラ外周を、無端ベルトの内周面に設けられた加圧ローラと固定摺動の押圧部材とにより押圧し、定着ニップを形成する方式（図２（ａ）参照）や、加熱ローラ外周を、無端ベルトの内周面に設けられた押圧部材のみで、定着ニップを形成する方式（図２（ｂ）参照）や、無端ベルトと無端ベルトとで各々内面に配置した押圧部材と加熱ローラおよび加圧ローラで定着ニップを形成する方式（図２（ｃ）参照）等がある。
【０００４】
図２は、ベルトニップ方式の定着装置の公知の形態例を示す図である。
【０００５】
上記の図２（ｂ）のようなベルトニップ方式の定着装置では、無端ベルトと押圧部材との摺動抵抗を低減するために押圧部材を低摩擦の摺動シートで被覆し、摺動シートと無端ベルトとの間の摩擦抵抗を減少させるため、無端ベルト内周面に潤滑剤を塗布する公知の技術がある。
【０００６】
また、図３のようなベルトニップ方式の定着装置で、加圧ベルト（以下、無端ベルトともいう。）４０と摺動シート４４１の接触面積を減らして低摩擦摺動化するために、摺動シート４４１にエンボス加工を施し、大きな凹凸を設ける公知の技術もある（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
同文献には図５のような摺動シートに左右対称の錐体状のエンボス加工を施す技術が開示されている。
【０００８】
このようなエンボス加工することで無端ベルトの内面との接触面積を減らすことにより低摩擦抵抗の摺動が可能となる。
【０００９】
図３は、エンボス加工が施された摺動シートを採用した定着装置の主要部を示す図である。
【００１０】
図５は、エンボス加工が施された摺動シートの一例を示す図である。
【特許文献１】特開２００２−１４８９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、図５のようなエンボス加工された摺動シートでは、図６に示すように無端ベルトの搬送（図６では用紙垂直方向）時、左右の片寄り（Ｘ方向）移動を繰り返す過程で、ほぼ無端ベルトのエッジ部に相当する両端部Ｅがエンボス面に当たり、寄り力による磨耗が原因で図７に示すようにエンボスに穴が空き、摺動シートが破断する問題が生じた。
【００１２】
図６は、摺動シートと無端ベルト端部との接触状態を示す図である。
【００１３】
図７は、磨耗によって穴が発生したエンボスの断面を示す図である。
【００１４】
本発明は、上記のような問題を回避し、摺動シートの耐久寿命を向上させ安定した定着処理が可能な定着装置と当該定着装置を装着し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】
【００１５】
上記目的は、下記の構成によって達成される。
【００１６】
（１）回転体と、複数のローラに張架された無端ベルトと、当該無端ベルトの内周面に摺動し、且つ前記無端ベルトを介して前記回転体に押圧し、定着ニップを形成する押圧部材を有する定着装置において、当該押圧部材は、少なくとも前記無端ベルトとの摺動面が複数の凸部を有する摺動シートで被覆されており、前記凸部は、ベルト幅方向の断面で、ベルト中央側の傾斜角度が端部側の傾斜角度より小さい非対称形状であることを特徴とする定着装置。
【００１７】
（２）（１）に記載の定着装置を装備することを特徴とする画像形成装置。
【発明の効果】
【００１８】
無端ベルトと摺動シートとの摺動抵抗を高くせずに、摺動シートの耐久寿命を伸ばすことができ安定した定着処理が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
はじめに、本発明に係わる画像形成装置について図１を基に説明する。
【００２０】
本発明の実施の形態における説明では、本明細書に用いる用語により本発明の技術範囲が限定されることはない。
【００２１】
図１は画像形成装置の全体構成の一例を示す模式図である。
【００２２】
図１において、１０は感光体、１１は帯電手段であるスコロトロン帯電器（以下、単に帯電器ともいう。）、１２は露光手段である書込み装置、１３は現像手段である現像装置、１４は感光体１０の表面を清掃するクリーニング装置、１５はクリーニングブレード、１６は現像スリーブ、２０は転写体である中間転写ベルトを示す。画像形成手段１は感光体１０、帯電器１１、現像装置１３、およびクリーニング装置１４等からなっている。
【００２３】
なお、各色毎の画像形成手段１の機械的な構成は同じであるので、図１ではＹ（イエロー）系列のみの構成について参照符号を付けており、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）およびＫ（黒）の構成要素については参照符号を省略した。
【００２４】
各色毎の画像形成手段１の配置は中間転写ベルト２０の走行方向に対して、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの順になっており、各感光体１０は、中間転写ベルト２０の張設面に接触し、接触点で中間転写ベルト２０の走行方向と同方向、かつ、同線速度で回転する。
【００２５】
中間転写ベルト２０は駆動ローラ２１、アースローラ２２、テンションローラ２３、除電ローラ２７、従動ローラ２４に張架されている。これらのローラと中間転写ベルト２０、転写手段である転写器２５、クリーニング装置２８等でベルトユニット３を構成する。
【００２６】
中間転写ベルト２０は、不図示の駆動モータによる駆動ローラ２１の時計方向への回転によって走行する。
【００２７】
感光体１０は、例えばアルミ材によって形成される円筒状の金属基体の外周に導電層、ａ−Ｓｉ層あるいは有機感光体（ＯＰＣ）等の感光層を形成したものであり、導電層を接地した状態で図１の矢印で示す反時計方向に回転する。
【００２８】
読み取り装置８０からの画像データに対応する電気信号は画像形成レーザで光信号に変換され、書込み装置１２によって感光体１０上に投光される。
【００２９】
現像装置１３は、感光体１０の周面に対し所定の間隔を保ち、感光体１０の回転方向と最接近位置において逆方向に回転する円筒状の非磁性ステンレスあるいはアルミ材で形成された不図示の磁石を内包する現像スリーブ１６を有し、当該現像スリーブ１６によって現像装置１３内で現像剤が搬送される。
【００３０】
中間転写ベルト２０は、体積抵抗率１０6〜１０12Ω・ｃｍの無端ベルトであり、例えば変性ポリイミド、熱硬化ポリイミド、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ナイロンアロイ等のエンジニアリングプラスチックに導電材料を分散した、厚さ０．０４〜０．１０ｍｍの半導電性シームレスベルトである。
【００３１】
転写器２５には、トナーと逆極性の直流電圧が印加され、感光体１０上に形成されたトナー像を中間転写ベルト２０上に転写させる機能を有する。
【００３２】
２６はアースローラ２２から当接および当接解除可能な転写ローラで、トナー像の極性と逆極性の電荷が付加され、中間転写ベルト２０上に形成されたトナー像をニップ部Ｓで転写材Ｐに再転写する。
【００３３】
２８はクリーニング装置で、中間転写ベルト２０を挟んで従動ローラ２４に対向して設けられている。トナー像を用紙Ｐに転写後、中間転写ベルト２０上の残留トナーは、トナーと同極性または逆極性の直流電圧を重畳した交流電圧が印加された除電ローラ２７で電荷が弱められ、クリーニングブレード２９によって除去される。
【００３４】
７０は紙送り出しローラ、７１はタイミングローラ、７２は紙カセット、７３は搬送ローラである。
【００３５】
４は定着装置で、中間転写ベルト２０上のトナー像が転写された用紙Ｐを、加熱源を内包する回転体である加熱ローラ４５と、ＰＩ（ポリイミド）を基材とした無端ベルトである加圧ベルト４０と、押圧装置４４（押圧ゴム４４２）等で形成される定着ニップ部Ｔに挟持、加圧してトナー像を定着する。前記加熱ローラ４０の表面近傍の温度は、不図示の温度検知センサによって検知され、コントロール部Ｂ１によって所定の定着温度範囲に維持されている。当該定着装置４の詳細については後述する。
【００３６】
８１は排紙ローラで、定着された用紙Ｐを排紙皿８２へ排紙する。Ｂ１は、各駆動部、画像形成プロセス、定着温度等の制御手段である制御部である。
【００３７】
以下、図３を基に本発明に係わるベルトニップ方式の定着装置について説明する。
【００３８】
図３は、エンボス加工が施された摺動シートを採用した定着装置の主要部を示す図である。
【００３９】
図３において、加圧ベルト４０は、不図示の駆動部からの動力で回転する定着駆動ローラ４１、ステアリング（テンション）ローラ４２，従動ローラ（用紙侵入側）４３に張架
され、加熱ローラ４５の周速度と同速度で反時計方向に走行する。加圧ベルト４０はポリイミドに弾性層としてシリコーンゴムが被覆され、さらに離型層としてＰＦＡチューブが被覆されている（ポリイミド７０μｍ厚、シリコーンゴム０．２ｍｍ厚、硬度３０°ＪＩＳＡ，ＰＦＡチューブ３０μｍ厚）。
【００４０】
加熱ローラ４５は、金属製コアに弾性層が被覆され、さらにその上に離型層が被覆されている（例えば、外径：６５ｍｍ、コア：アルミ管（ｔ＝５ｍｍ）、弾性層：ＨＴＶシリコーンゴム（ｔ＝１．５ｍｍ）、離型層：ＰＦＡチューブ（ｔ＝３０μｍ））。
【００４１】
押圧装置４４は、固定された金属の基体であるステイ４４３と、当該ステイ４４３上に貼設された、加熱ローラ４５の曲率に近い曲面形状の押圧部材である押圧ゴム４４２と、当該押圧ゴム４４２上を被覆する摺動シート４４１と、不図示の圧着解除機構等から構成されている（例えば、ステイ：ステンレス材、押圧ゴム：シリコーンゴム３ｍｍ厚、硬度ＪＩＳ２０°、ニップ幅：２０ｍｍ）。
【００４２】
前記ステイ４４３は、前記圧着解除機構によって回動する支持体に両端部が固定され、押圧時には、当該支持体が不図示の圧着バネにより矢印Ｇ方向に押圧され、押圧ゴム４４２が前記加圧ベルト４０を加熱ローラ４５に押圧し、幅広の定着ニップＴを形成する（押圧加重６０Ｋｇｆ）。
【００４３】
すなわち、前記圧着解除機構によって、押圧ゴム４４２は、定着処理動作以外では加熱ローラ４５と接触が解除され、また、給紙タイミングに合わせて前記加熱ローラ４５を押圧する。
【００４４】
摺動シート４４１は、前記押圧ゴム４４２の曲面を包み込むように覆設し、加圧ベルト４０との摺動抵抗を低減すると同時に、加圧ベルト４０の内周面に潤滑剤塗布部材４４４によって塗布されたオイルが前記押圧ゴム４４２に付着しないようにする働きもある。オイルが付着すると、押圧ゴム４４２が、オイル膨潤により変形し、紙シワが発生する。このため摺動シート４４１のベルト幅方向端部からオイルが侵入しないように、図４に示すごとく、摺動シート４４１のベルト幅方向幅は前記加圧ベルト４０の幅よりも長くなっている（例えば、加圧ベルト幅３５０ｍｍ、摺動シート幅３６０ｍｍ）。摺動シート４４１は耐熱性樹脂でオイルを浸透しない材質のものが好ましく、本実施の形態では、ポリイミド製のシート（例えば、ｔ＝７５μｍ）を使用し、前述したが、前記加圧ベルト４０に当接する面側に凸部を形成するようにエンボス加工を施している。なお、エンボス形状については後述する。
【００４５】
図４は、本発明に係わる図３の摺動シート、押圧ゴム、加圧ベルト、加熱ローラの幅（軸）方向の断面（ＺーＺ）を示す図である。
【００４６】
図４において、摺動シート４４１の両端部は、前記ステイ４４３の上下流側に固定されるが、あらかじめ筒状に形成した摺動シートを上流側のみステイに固定し下流側をフリーにしてもよい。
【００４７】
ステアリングローラ４２は、例えば、金属製コアにシリコーンゴムを被覆した材質で、一方の端部が加圧ベルト４０の走行方向前後に移動可能になっている。当該ステアリングローラ４２の制御によって加圧ベルト４０の走行片寄りのバランスが保たれる。すなわち、ステアリング制御は、前記加圧ベルト４０のエッジ位置を検出する不図示のアクチュエータが前記加圧ベルト４０のエッジに当接されており、前記アクチュエータの変位量によって前記ステアリングローラ４２の一方の端部が所定量移動することにより行われる。
【００４８】
潤滑剤塗布部材４４４は、耐熱繊維（例えば、アラミド繊維、ＰＴＦＥ（ポリ四フッ化エチレン）繊維）の不織布にオイルが含浸され、従動ローラ４３と押圧ゴム４４２との間に配置される。
【００４９】
前述したが、無端ベルト（加圧ベルト４０）の両端部のエッジ部がエンボス面を（図６、図７参照）擦り、エンボスに穴が空き、摺動シートが破断する問題がある。
【００５０】
本発明は、上記のような問題を防止するためのものである。
【００５１】
図３、図４、図５において、前記加圧ベルト４０は、張架されているローラのアライメントのズレにより走行方向に対して垂直方向（ベルト幅方向）に偏ってしまう。そのため、張架ローラの１本を前述したステアリング制御にて端部に寄った場合、ベルトを中央側に戻すようにしている。
【００５２】
図７に示すように従来タイプの摺動シートでは、磨耗穴のあるエンボスの位置はベルトのベルト幅方向の移動に伴うベルトエッジの移動範囲と一致する。押圧ゴム４４２が当接しない領域でもエンボスが磨耗していることが確認されたが、これはベルトが幅方向に移動するときにベルトの寄り力によってベルトエッジ（端部）がエンボス側面（図６のＥ部）に引っ掛かり強く擦り磨耗するものと考えられる。
【００５３】
以下、本発明の実施の形態に係わる摺動シート４４１のエンボス形状について説明する。
【００５４】
図８は、本発明に係わるエンボス成形の摺動シートの平面図とベルト幅方向の断面図である。
【００５５】
図９は、図８のエンボス１個のベルト幅方向の断面形状を示す図である。
【００５６】
本発明に係わる摺動シート４４１のエンボスの形状は、上記の断面においてベルト幅方向に対しベルト中央側の傾斜角度が端部側の傾斜角度より小さい非対称形状となっている。
【００５７】
図９に示すエンボス形状は、高さ０．２ｍｍ、頂点角９０°（８０°〜１００°が好ましい。）で、端部側傾斜角度７０°、中央側傾斜角度２０°（１５°〜３０°が好ましい。）となっており、エンボス中央側の稜線がベルト幅方向となっている。各エンボスは１．０ｍｍ間隔（図８のエンボス間隔ａ、ｂ参照）で配置されている。加圧ベルト４０のエッジ部は中央部側から端部側に移動するときに中央部側の側面（稜線）に突き当たるが、図９で示すように傾斜角度が緩いためベルトは矢印（点線）方向上側に逃げ、エンボスを強く擦ることはない。端部側の傾斜をきつくし、頂点角を従来と同じにすることで、摺動抵抗を低く抑えることができる（なお、エンボスが加圧ベルトに押圧されると、両者がいくらか変形し、つぶれるためエンボスと加圧ベルトの接触は点ではなく面になるため頂点角が大きいほど接触面積が増えて、摺動抵抗が高くなる）。
【００５８】
エンボス成形の摺動シート作成に当たっては、図１０（ａ）に示すように、ポリイミドシートを、シリコーンゴムを表面に敷設した台座に配置し、前記ポリイミドシートを台座とエンボス金型で挟むことによってエンボスが成形される。
【００５９】
金型作成にあたっては、図１０（ｂ）に示すように、Ｓ４５Ｃ等の鋼材を所望のエンボス形状になるようＡ断面形状（非対称）の溝を削った後、これと直角方向にＢ断面形状の溝に削ることで非対称のエンボス形状となり、図１０（ｃ）に示す方向に削ることでエンボス金型が作成される。
【００６０】
図１０は、エンボス成形するためのエンボス金型の作成方法とエンボス成形を説明するための略図である。
【００６１】
次に、本実施の形態と従来例のエンボス成形の摺動シートの耐久性について実験を行った結果を表１に示す。
【００６２】
実験条件として、図３で説明した装置を使用して、従来例では、高さ０．２ｍｍ、頂点角９０°、両端部４５°で、実施例では、高さ０．２ｍｍ、頂点角９０°で、端部側７０°、中央部側２０°とした。エンボス間隔ａ、ｂ（図５、８参照）は共に１．０ｍｍとした。材質は双方ともポリイミド樹脂（ｔ＝７５μｍ）、用紙８０ｇ／ｍ2（Ａ４）、通紙速度６５枚／分
【００６３】
【表１】
2009229494.tif 000003
【００６４】
表１において、○は磨耗穴の発生なし、×は磨耗穴の発生ありを示す。
【００６５】
実験からわかるように、従来例では通紙２０万枚で磨耗穴が発生したのに対し、実施の形態では通紙３０万枚でも発生していないことが確認できた。
【００６６】
なお、本実施の形態では、図８に示すように、エンボスを中央側の稜線がベルト幅方向（主走査方向）になるように配置したが、面がベルト幅方向に向いた配置でも同様な効果が得られる。また、エンボス形状に関しては、稜線を持たない曲面で構成された非対称形状でも、平面で構成された非対称形状でも、曲面と平面を組み合わせた非対称形状でも同様な効果が得られる。
【００６７】
さらに、本実施の形態では、摺動シートの全幅領域に左右非対称形状のエンボスを施したものを使用したが、加圧ベルトのエッジ部が当接する領域のみに上記エンボスを左右対称に成形したものでもよい。
【００６８】
以上から、無端ベルトと摺動シートとの摺動抵抗を高くせずに、摺動シートの耐久寿命を伸ばすことができ安定した定着処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】画像形成装置の全体構成の一例を示す模式図である。
【図２】ベルトニップ方式の定着装置の公知の形態を示す図である。
【図３】エンボス加工が施された摺動シートを採用した定着装置の主要部を示す図である。
【図４】図３の摺動シート、押圧ゴム、加圧ベルト、加熱ローラの幅（軸）方向の断面（ＸーＸ）を示す図である。
【図５】エンボス加工が施された摺動シートの一例を示す図である。
【図６】摺動シートと無端ベルト端部との接触状態を示す図である。
【図７】磨耗によって穴が発生した摺動シートの断面を示す図である。
【図８】本発明に係わるエンボス成形の摺動シートの平面図とベルト幅方向の断面図である。
【図９】図８のエンボス１個のベルト幅方向の断面形状を示す図である。
【図１０】エンボス成形するためのエンボス金型の作成方法とエンボス成形を説明するための略図である。
【符号の説明】
【００７０】
１  画像形成手段
４  定着装置
４０  加圧（無端）ベルト
４１  駆動ローラ
４２  ステアリング（テンション）ローラ
４３  従動ローラ
４４  押圧装置
４５  加熱ローラ
４４１  摺動シート
４４２  押圧ゴム
４４３  ステイ
４４４  潤滑剤塗布部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009229494.tif 000010
【図８】
2009229494.tif 000011
【図９】
2009229494.tif 000012
【図１０】
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