(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記ニップ形成部材は、そのニップ形成面のうち、記録媒体搬送方向上流側端部にR面を有し、記録媒体搬送方向下流側に平坦面を有する請求項1から8いずれか1項に記載の定着装置。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照して説明する。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。
【0012】
図1に示すカラー画像形成装置1の中央には、4つのプロセスユニット9Y,9M,9C,9Kが着脱可能に設けられた画像形成部2が配置されている。各プロセスユニット9Y,9M,9C,9Kは、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の異なる色の現像剤を収容している以外は同様の構成となっている。
【0013】
具体的な各プロセスユニット9としては、表面上に現像剤としてのトナーを担持可能なドラム状の回転体である感光体ドラム10と、感光体ドラム10の表面を一様に帯電させる帯電ローラ11と、感光体ドラム10の表面にトナーを供給する現像ローラを有する現像装置12、クリーニング部13等を備えている。
【0014】
プロセスユニット9の下方には、露光部3が配置されている。露光部3は、画像データに基づいて、レーザ光を発するように構成されている。
【0015】
画像形成部2の直下には転写部4が配置されている。転写部4は、駆動ローラ14、従動ローラ15等に周回走行可能に張架されている無端状の中間転写ベルト16、各プロセスユニット9の感光体ドラム10に対して中間転写ベルト16を挟んだ対向位置に配置されている一次転写ローラ17等で構成されている。各一次転写ローラ17はそれぞれの位置で中間転写ベルト16の内周面を押圧しており、中間転写ベルト16の押圧された部分と各感光体ドラム10とが接触する箇所に一次転写ニップが形成されている。
【0016】
また、中間転写ベルト16の駆動ローラ14と、中間転写ベルト16を挟んで駆動ローラ14に対向した位置には二次転写ローラ18が配設されている。二次転写ローラ18は中間転写ベルト16の外周面を押圧しており、二次転写ローラ18と中間転写ベルト16とが接触する箇所に二次転写ニップが形成されている。
【0017】
4つの一次転写ローラ17は、それぞれ、各感光体ドラム10との間で中間転写ベルト16を挟み込んで一次転写ニップを形成している。また、各一次転写ローラ17には、電源が接続されており、所定の直流電圧(DC)及び/又は交流電圧(AC)が各一次転写ローラ17に印加されるようになっている。
【0018】
二次転写ローラ18は、駆動ローラ14との間で中間転写ベルト16を挟み込んで二次転写ニップを形成している。また、上記一次転写ローラ17と同様に、二次転写ローラ18にも電源が接続されており、所定の直流電圧(DC)及び/又は交流電圧(AC)が二次転写ローラ18に印加されるようになっている。
【0019】
ベルトクリーニング装置28は、中間転写ベルト16に当接するように配設されたクリーニングブラシとクリーニングブレードを有する。このベルトクリーニング装置28で回収された廃トナーは、廃トナー移送ホースを介して廃トナー収容器に収容される。
【0020】
給紙部5は、画像形成装置1の下部に位置しており、記録媒体としての用紙Pを収容した給紙カセット19や、給紙カセット19から用紙Pを搬出する給紙ローラ20等からなっている。
【0021】
搬送路6は、給紙部5から搬出された用紙Pを搬送する搬送経路であり、一対のレジストローラ21の他、後述する排紙部8に至るまで、搬送ローラ対が搬送路6の途中に適宜配置されている。
【0022】
定着装置7は、加熱源によって加熱される無端状のベルト部材としての定着ベルト22、その定着ベルト22を加圧可能な、ローラ部材としての加圧ローラ23等を有している。
【0023】
排紙部8は、画像形成装置1の搬送路6の最下流に設けられる。この排紙部8には、用紙Pを外部へ排出するための一対の排紙ローラ24と、排出された用紙Pをストックするための排紙トレイ25とが配設されている。
【0024】
画像形成装置1の上部には、イエロー、シアン、マゼンタ、黒の各色トナーが充填されたトナーボトル29Y,C,M,Kが着脱可能に設けられている。そして、このトナーボトル29Y,C,M,Kから各現像装置12との間に設けた補給路を介して、各色の現像装置12に各色トナーが補給される。
【0025】
以下、
図1を参照して上記画像形成装置1の基本的動作について説明する。
【0026】
画像形成装置1において、画像形成動作が開始されると、各プロセスユニット9Y,9C,9M,9Kの感光体ドラム10の表面に静電潜像が形成される。各感光体ドラム10に露光部3によって露光される画像情報は、所望のフルカラー画像をイエロー、シアン、マゼンタ及びブラックの色情報に分解した単色の画像情報である。各感光体ドラム10上には静電潜像が形成され、各現像装置12に蓄えられたトナーが、ドラム状の現像ローラによって感光体ドラム10に供給されることにより、静電潜像は顕像であるトナー画像(現像剤像)として可視像化される。
【0027】
転写部4では、駆動ローラ14の回転駆動により中間転写ベルト16が図の矢印Aの方向に走行駆動される。また、各一次転写ローラ17には、トナーの帯電極性と逆極性の定電圧又は定電流制御された電圧が印加される。これにより、一次転写ニップにおいて転写電界が形成され、各感光体ドラム10に形成されたトナー画像は一次転写ニップにて中間転写ベルト16上に順次重ね合わせて転写される。
【0028】
一方、画像形成動作が開始されると、画像形成装置1の下部では、給紙部5の給紙ローラ20が回転駆動することによって、給紙カセット19に収容された用紙Pが搬送路6に送り出される。搬送路6に送り出された用紙Pは、レジストローラ21によってタイミングを計られて、二次転写ローラ18と駆動ローラ14との間の二次転写ニップに送られる。このとき、中間転写ベルト16上のトナー画像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加されており、二次転写ニップに転写電界が形成されている。二次転写ニップに形成された転写電界によって、中間転写ベルト16上のトナー画像が用紙P上に一括して転写される。
【0029】
トナー画像が転写された用紙Pは、定着装置7へと搬送され、定着ベルト22と加圧ローラ23とによって用紙Pが加熱及び加圧されてトナー画像が用紙Pに定着される。そして、トナー画像が定着された用紙Pは、定着ベルト22から分離され、搬送ローラ対によって搬送され、排紙部8において排紙ローラ24によって排紙トレイ25へと排出される。
【0030】
以上の説明は、用紙P上にフルカラー画像を形成するときの画像形成動作であるが、4つのプロセスユニット9Y,9C,9M,9Kのいずれか1つを使用して単色画像を形成したり、2つ又は3つのプロセスユニット9を使用して、2色又は3色の画像を形成したりすることも可能である。
【0031】
次に、
図2を用いて定着装置のより詳細な構成について説明する。
図2に示すように、定着装置7は、定着ベルト22と、定着ベルト22に圧接される加圧ローラ23とを有する。
【0032】
定着ベルト22の内周面側には、ニップ形成部材30と、ニップ形成部材30を支持する支持部材31と、定着ベルト22の長手方向両端に設けられるフランジ32と、加熱源としてのヒータ33と、ヒータ33からの熱を反射する反射部材34とが設けられる。
【0033】
定着ベルト22は、ニッケルやSUSなどの金属ベルトやポリイミドなどの樹脂材料を用いた無端ベルト(もしくはフィルム)とする。 ベルトの表層はPFAまたはPTFE層などの離型層を有し、トナーが付着しないように離型性を持たせている。 ベルトの基材とPFAまたはPTFE層の間にはシリコーンゴム等で形成する弾性層があっても良い。 弾性層がない場合は熱容量が小さくなり、定着性が向上するが、未定着画像を押し潰して定着させるときにベルト表面の微小な凹凸が画像に転写されて画像のベタ部にユズ肌状の光沢ムラ(ユズ肌画像)が残るという不具合が生じる場合がある。これに対して、例えばシリコーンゴムからなる100[μm]以上の厚みの弾性層を設けることで、弾性層の変形によって微小な凹凸が吸収され、ユズ肌画像を抑制することができる。
【0034】
ニップ形成部材30は、定着ベルト22の内周面側に当接して設けられ、定着ベルト22を介して加圧ローラ23との間に定着ニップNを形成する。
【0035】
ニップ形成部材30は、ニップ形成面のうち、用紙搬送方向上流側がR面に形成され、定着ベルト22に対して離間して設けられている。これにより、搬送方向上流側において定着ベルト22とニップ形成部材30の間に大きな摩擦力が発生し、定着ベルト22が破損するといった不具合を防止できる。また、ニップ形成面のその他の部分は、用紙搬送方向と平行な平坦面に設けられ、定着ベルト22に接触して定着ニップNを形成する。
【0036】
支持部材31は、ニップ形成部材30の背面側に当接し、ニップ形成部材30を背面側から支持する。これにより、加圧ローラ23に圧接されることによるニップ形成部材30の撓みを防止し、均一なニップ幅の定着ニップNを形成することができる。
【0037】
フランジ32は、定着ベルト22の長手方向両端において、定着ベルト22の内周面に当接し、定着ベルト22を保持する。定着ベルト22は、定着ニップN以外の位置では、フランジ32にその長手方向の両端をガイドされ、周回走行することができる。また、支持部材31は、その長手方向両端でフランジ32によって保持され、フランジ32に対して位置決めがされている。
【0038】
ヒータ33として、ハロゲンヒータが用いられる。ヒータ33は、輻射熱によって定着ベルト22をその内周面側から加熱する。ヒータ33としては、IH、抵抗発熱体、カーボンヒータ等を用いてもよい。
【0039】
反射部材34は、ヒータ33と支持部材31の間に介在し、ヒータ33から支持部材31の側へ伝達される輻射熱を定着ベルト22の側へ反射する。これにより、定着ベルト22を効率的に加熱することができる。また、反射部材34に代えて、支持部材31のヒータ33に対向する面に断熱処理や鏡面処理をすることで、同様の効果を得ることができる。
【0040】
加圧ローラ23は、芯金23aと、芯金23aの外周面側に設けられる弾性層23bとを有する。また、加圧ローラ23は、その表面にPFAやPTFE等によって形成される離形層を有する。加圧ローラ23は、モータ等の駆動源から駆動力を伝達されて回転し、定着ニップNにおいて加圧ローラ23に圧接される定着ベルト22が従動回転する。
【0041】
加圧ローラ23は、スプリングなどにより定着ベルト22の側に圧接されており、弾性層23bが押し潰されて弾性変形し、定着ベルト22との間で定着ニップNを形成する。
【0042】
加圧ローラ23は中空のローラとすることもでき、また、内部に熱源を設けることもできる。内部に熱源を設けない構成の場合には、弾性層23bを断熱性に優れたスポンジゴムにより形成することができる。
【0043】
次に、ニップ形成部材30の層構成について
図3を用いて説明する。なお、
図3、および、後述する
図4では、一例として、ニップ形成面側が平坦面によって形成される構成のニップ形成部材を示す。本発明のニップ形成部材は、
図2で示した構成のように、ニップ形成面に曲面を有する構成とすることもできるし、以下の構成に示す様な平坦面の構成とすることもでき、その形状は、必要とされるニップ形成部材の性能に応じて、適宜、変更することができる。
【0044】
図3に示すように、ニップ形成部材30は、その背面側(支持部材31の側で、定着ベルト22と反対側、
図2参照)から、突起部30aを備えた基層30bと、潤滑剤保持層30cと、摺動層30dとを有する三層構造で形成される。
【0045】
基層30bは、加圧ローラ23(
図2参照)から受ける荷重を支持する層であり、定着装置稼働時のニップ形成部材30周辺の環境温度下での十分な耐熱性を有し、圧力を十分に支持可能な無機物や有機物により構成される。その材料としては、例えば、セラミック、ガラス、アルミニウムなどの無機物、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどのゴム類、PTFE(四フッ化エチレン)、PFA(四フッ化エチレン・ペルフルオロアルコキシビニルエーテル共重合体)、ETFE(エチレン・四フッ化エチレン共重合体)、FEP(四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体)などのフッ素樹脂、PI(ポリイミド)、PAI(ポリアミドイミド)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、LCP(液晶プラスチック,液晶ポリマー)、フェノール樹脂、ナイロン、アラミドなどの樹脂、またはこれらを組み合わせたものを用いることができる。
【0046】
特に、本実施形態の定着装置のように、ニップ形成部材30が定着ニップN付近に配置される構成では、基層30bを樹脂材料によって構成する場合、UL−V94規格でV−0以上の難燃性、RTI(Relative Thermal Index)(UL規格による熱老化性の温度指標であり、長期間暴露されたとき、電気的特性、機械的特性が元の特性の半分以上を保持することができる温度)で100度以上、JIS K 7191の規定により測定される荷重たわみ温度が260度以上の樹脂材料により構成することが好ましい。本実施形態では、基層30bを液晶ポリマーによって構成する。
【0047】
図3に示すように、基層30bは、支持部材31の側に突出する突起部30aを複数有する。突起部30aは、ニップ形成部材30の長手方向(紙面手前奥方向)に一定の間隔を空けて列状に設けられており、図示例では、用紙搬送方向の上流側と下流側(図の左側と右側)に二列に並んだ突起部30aが設けられる。
【0048】
潤滑剤保持層30cは、基層30bと摺動層30dとの間に設けられる。潤滑剤保持層30cは、その内部に潤滑剤を保持し、隣接する摺動層30dに潤滑剤を供給する。
【0049】
潤滑剤保持層30cとして、例えば、潤滑剤保持特性の高いPPS樹脂繊維、アラミド繊維、ナイロン繊維等からなる織布、もしくは不織布に、シリコーンオイルやフッ素オイル等を基油とした潤滑剤を含浸させる構成とすることができる。本実施形態では、潤滑剤保持層30cはPPS樹脂繊維によって構成される。
【0050】
摺動層30dは、潤滑剤保持層30cの側から摺動面30d1の側に向かって貫通する多数の貫通孔を有する多孔質構造である。潤滑剤保持層30cから摺動層30dに供給された潤滑剤は、貫通孔を通って摺動面30d1に染み出し、ニップ形成部材30と定着ベルト22を滑らかに摺動させることができる。このように、潤滑剤保持層30cに保持される潤滑剤が摺動面30d1に供給されることで、ニップ形成部材30の摺動面30d1の耐摩耗性を向上させることができる。
【0051】
摺動層30dは、定着ベルト22との摺動に対して一定の耐摩耗性が必要であることから、その厚みが15μm以上で、その鉛筆硬度がH以上に設定されることが好ましい。なお、鉛筆硬度とは、JISK5600−5−4として規定される鉛筆硬度試験によって測定される値のことである。また、摺動層30dは、定着ベルト22の円滑な回転運動や前述の耐摩耗性のために、摺動面30d1に潤滑剤が供給された状態で、摺動面30d1と定着ベルト22の摺動面との間の静止摩擦係数が0.3以下であることが望ましい。さらに、摺動層30dは、定着ベルト22との摺動によって摩擦熱が発生することや定着ベルト22が定着温度まで上昇して高温になることを考慮すると、一定の耐熱性を有することが必要である。
【0052】
以上のことを考慮し、摺動層30dとして、例えば、セラミック、PTFE(四フッ化エチレン)、PFA(四フッ化エチレン・ペルフルオロアルコキシビニルエーテル共重合体)、もしくはそれらの複合材料を用いることが出来る。本実施形態では、PTFEを用いたコート材によって摺動層30dが形成される。
【0053】
次に、ニップ形成部材30の成形方法について、
図4(a)〜
図4(f)を用いて説明する。
図4(a)に示すように、まず、潤滑剤保持層30cを形成する布材41を、ニップ形成部材30の摺動面側の成形型である第一金型50に設置する。そして、
図4(b)に示すように、ニップ形成部材30の背面側の成形型である第二金型51を第一金型50に合わせ、両者の間に、基層30bを成形するためのキャビティ52を形成する。
【0054】
この状態で、
図4(c)に示すように、キャビティ52に基層30bを形成する材料を充填して冷却固化させることにより、基層30bを成形する。そして、
図4(d)に示すように、型開きして成形品を取り出すことにより、基層30bと潤滑剤保持層30cを一体化した中間部材を得ることができる。
【0055】
図4(e)に示すように、潤滑剤保持層30cの基層30bとは反対側の面30c1にスプレーコートすることで、面30c1の側に摺動層30dを形成することができる。スプレーコートにより摺動層30dを形成することで、摺動層30dにおいて、塗料の粒子間に空隙が生じ、摺動層30dに多数の貫通孔を設けた多孔質の構成とすることができる。
【0056】
最後に、
図4(f)に示すように、摺動層30dを乾燥させて固化させ、潤滑剤保持層30cの突出した余分な部分をカットすることで、基層30b、潤滑剤保持層30c、および、摺動層30dからなる三層を一体的に設けたニップ形成部材30を成形することができる。
【0057】
摺動層30dは、上記のスプレーコートによる成形方法の他、予め貫通孔を多数設けたシート状の材料を、中間材(
図4d参照)の30c1の側に積層し、熱圧着する方法によっても成形することができる。
【0058】
ところで、本実施形態の上記のニップ形成部材と異なる構成として、耐摩耗性の摺動部材をニップ形成部材30とは別体で設ける構成の場合、この摺動部材をニップ形成部材に固定する固定部材が必要となるだけでなく、摺動部材を固定するための作業工程を必要とし、部品点数の増加や組立工程の増加を招いてしまう。
【0059】
このような、本実施形態と異なる構成の定着装置について、その一例を
図5に示す。
図5に示すように、ニップ形成部材101の摺動面101aには、その耐摩耗性を向上させることを目的として、耐摩耗性の摺動シート102が設けられる。図示例では、摺動シート102がニップ形成部材101の全周に巻き付けられている。摺動シート102とニップ形成部材101は、両者の間に設けられた両面テープ103によって接着されている。また、摺動シート102は、その一端と他端が、ニップ形成部材101の背面側(図の上側)で折り重ねられている。そして、ネジ104が、板状部材105や摺動シート102の重合部を貫通してニップ形成部材101の雌ネジ部に螺合されることで、摺動シート102の重合部がニップ形成部材101に対して固定されている。
【0060】
このように、上記の構成の定着装置では、ニップ形成部材101の他に、摺動面側の耐摩耗性を向上させるための摺動シート102や、摺動シート102をニップ形成部材101に固定するための両面テープ103、ネジ104等の固定部材を必要とし、その部品点数が多くなる。また、摺動シート102をニップ形成部材101に巻き付けて両面テープ103で両者を接着し、その後、ネジ104を螺合させる必要があり、作業工数も多くなってしまう。
【0061】
これに対して、本実施形態の前述した構成では、ニップ形成部材の各層を一体的に成形することにより、これらを固定するための部材や固定のための工程を必要とせず、部品点数の削減および組み立て作業の簡略化を実現することができる。なお、ここでいう「ニップ形成部材の各層が一体的に成形される」とは、ニップ形成部材30の各層が、ネジやテープ等の固定部材を設けることなく、一体的に設けられていることを指す。
【0062】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。
【0063】
本発明に係る画像形成装置は、
図1に示すカラー画像形成装置に限らず、モノクロ画像形成装置や、複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等であってもよい。
【0064】
記録媒体としては、用紙P(普通紙)の他、厚紙、はがき、封筒、薄紙、塗工紙(コート紙やアート紙等)、トレーシングペーパ、OHPシート、プラスチックフィルム、プリプレグ、銅箔等が含まれる。
【0065】
また定着装置は、以上の実施形態の構成に限らず、ローラ部材としての定着部材(定着ローラ)に、無端状のベルト部材としての加圧部材が接触する構成であってもよい。