JP2019200320A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】離型性を保ちつつ、バイアスを印加せずに定着ベルト２１の電位の上昇を静電オフセットが発生しないレベルに抑制することを目的とする。【解決手段】定着装置は、定着ベルト２１と、定着ベルト２１を従動回転させる加圧ローラー２７と、を備え、定着ベルト２１は、基材として設けられた金属層２１１と、長手方向の長さが金属層２１１の長手方向の長さよりも短く、長手方向の両端部が金属層２１１の長手方向の両端部よりも中央側に位置するように金属層２１１の外周面に形成された弾性層２１２と、弾性層２１２の外周面２１２ｏ及び端面２１２ｅと、金属層２１１の外周面２１１ｏのうち弾性層２１２の外側の領域とに形成された、導電性を有するプライマー層２１３と、プライマー層２１３に重ねて形成された導電性離形層２１４と、導電性離形層２１４に重ねて形成された絶縁性離形層２１５と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、用紙にトナー像を定着させる定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置に関する。

トナーを用紙に定着させる方式の一つとして、定着ベルト方式が知られている。この方式においては、回転可能な筒状の定着ベルトと、定着ベルトの外周面に接触する加圧ローラーが備えられ、加圧ローラーが回転駆動されると、定着ベルトが従動回転する。トナーが転写された用紙は定着ベルトと加圧ローラーとに挟持されて搬送され、用紙にトナーが定着される。

上記の方式においては、定着ベルトと用紙との摩擦により定着ベルトが帯電し、定着ベルトと用紙との電位差によってトナーが定着ベルトに転移する静電オフセットが発生することがある。そこで、従来、静電オフセットを抑制するための技術が検討されている。例えば、特許文献１には、定着ベルトの表層を導電化することによって電荷を逃がす、もしくは導電化した表層へバイアスを印加しやすくすることが記載されている。特許文献２には、定着ローラーへバイアスを印加することが記載されている。特許文献３には、定着ニップ進入前ガイドへバイアスを印加することが記載されている。

特開平８−２２０９０７号公報 特開平４−３３５３８６号公報 特開２０００−９８６７３号公報

しかし、特許文献１に記載された構成では、フッ素樹脂等の離型層中にそれよりも離型性の低いカーボンブラック等の導電性物質を混入した場合には、離型性が低下してしまう。特許文献２に記載された構成では、定着ベルト周辺の絶縁が困難である。特許文献３に記載された構成では、定着ニップ進入前ガイドから用紙が離れるときの用紙後端では効果が得られず、過剰にバイアスを印加した場合には用紙が通常より負に帯電してしまい、定着ベルトと用紙の微小な空隙で起こる剥離放電によりオフセットが発生してしまう。

本発明は、上記事情を考慮し、離型性を保ちつつ、バイアスを印加せずに定着ベルトの電位の上昇を静電オフセットが発生しないレベルに抑制することのできる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。

上記課題を解決するため、本発明に係る定着装置は、回転可能な筒状の定着ベルトと、前記定着ベルトとの間に用紙が挟持搬送される加圧領域を形成し、前記定着ベルトを従動回転させる加圧ローラーと、を備える定着装置であって、前記定着ベルトは、基材として設けられた金属層と、長手方向の長さが前記金属層の長手方向の長さよりも短く、長手方向の両端部が前記金属層の長手方向の両端部よりも中央側に位置するように前記金属層の外周面に形成された弾性層と、前記弾性層の外周面及び端面と、前記金属層の外周面のうち前記弾性層の外側の領域とに形成された、導電性を有するプライマー層と、前記プライマー層の表面に形成された導電性離形層と、前記導電性離形層の表面に形成された絶縁性離形層と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る定着装置において、導電性を有し、前記定着ベルトの端面に接する端部キャップを備えていてもよい。

本発明に係る定着装置において、芯金の外周面に耐熱性弾性層が形成された定着ローラーを備え、前記定着ベルトは、内周面が前記定着ローラーの外周面に接するように設けられていてもよい。

また、本発明に係る画像形成装置は、前記用紙にトナー像を形成する画像形成部と、前記トナー像を前記用紙に定着する上記のいずれかの定着装置と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、離型性を保ちつつ、バイアスを印加せずに定着ベルトの電位の上昇を静電オフセットが発生しないレベルに抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るプリンターの内部構成を模式的に示す正面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係る定着ベルトの断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の一実施形態に係る画像形成装置及び定着装置について説明する。

まず、図１を参照して、画像形成装置としてのプリンター１の全体の構成について説明する。図１はプリンター１の内部構成を模式的に示す正面図である。以下、図１における紙面手前側をプリンター１の正面側（前側）とし、左右の向きはプリンター１を正面から見た方向を基準として説明する。各図において、Ｕ、Ｌｏ、Ｌ、Ｒ、Ｆｒ、Ｒｒは、それぞれ上、下、左、右、前、後を示す。

プリンター１の装置本体２には、用紙Ｓが収容される給紙カセット３と、給紙カセット３から用紙Ｓを送り出す給紙装置５と、用紙Ｓにトナー像を形成する画像形成部７と、トナー像を用紙Ｓに定着する定着装置９と、用紙Ｓを排紙する排紙装置１１と、排紙された用紙Ｓが受け止められる排紙トレイ１３と、が備えられている。装置本体２には、給紙装置５から、画像形成部７、定着装置９を経て排紙装置１１に向かう用紙Ｓの搬送経路１５が形成されている。

給紙装置５によって給紙カセット３から給紙された用紙Ｓは、搬送経路１５に沿って画像形成部７に搬送され、用紙Ｓにトナー像が形成される。用紙Ｓは搬送経路１５に沿って定着装置９に送られ、トナー像が用紙Ｓに定着される。トナー像が定着された用紙Ｓは、排紙装置１１から排紙トレイ１３に排出される。

次に、図２乃至４を参照して、定着装置９の構成について説明する。図２及び３は定着装置９の断面図である。図４は、定着ベルト２１の断面図である。なお、図４では、図３に示される定着ベルト２１の上側の断面と下側の断面のうち、上側の断面の前側の部分が図示されている。以下、定着ベルト２１の構成に関しては、図４に示される部分について説明するが、後側の断面も前後が反転される以外は前側の断面と共通の構成を有する。

定着装置９は、定着ローラー２０と、内周面が定着ローラー２０の外周面に接するように設けられた筒状の定着ベルト２１と、定着ベルト２１を加熱するＩＨヒーター２３と、定着ベルト２１との間に用紙Ｓが挟持搬送される加圧領域Ｎを形成し、定着ローラー２０及び定着ベルト２１を従動回転させる加圧ローラー２７と、を備える。以下の説明において、軸方向Ｘとは、定着ローラー２０及び加圧ローラー２７の軸方向（長手方向、前後方向）を指す。本実施形態では、定着ローラー２０の右側に加圧ローラー２７が位置する姿勢で定着装置９が配置された例を示すが、定着装置９はいかなる姿勢で配置されてもよい。

定着ローラー２０は、芯金２０１と、芯金２０１の外周面に形成された耐熱性弾性層２０２と、を有する。芯金２０１は、ステンレス鋼やＡｌ合金等の金属で形成されている。図２及び３では、芯金２０１が中実である例が示されているが、芯金２０１は中空でもよい。耐熱性弾性層２０２は、シリコンゴム等で形成されている。図３に示されるように、耐熱性弾性層２０２の端面２０２ｅの外周面側には、周方向に延びる切欠部２０３が形成されている。切欠部２０３は、加圧時の耐熱性弾性層２０２の軸方向Ｘの歪みにより耐熱性弾性層２０２の端部が芯金２０１から剥がれることを防止する。

定着ベルト２１は、軸方向Ｘを長手方向とする筒状に形成された無端のベルトである。定着ローラー２０の耐熱性弾性層２０２の軸方向Ｘの長さと、定着ベルト２１の軸方向Ｘの長さは等しい。

図４に示されるように、定着ベルト２１は、基材として設けられた金属層２１１と、長手方向の長さが金属層２１１の長手方向の長さよりも短く、長手方向の両端部が金属層２１１の長手方向の両端部よりも中央側に位置するように金属層２１１の外周面２１１ｏに形成された弾性層２１２と、弾性層２１２の外周面２１２ｏ及び端面２１２ｅと、金属層２１１の外周面２１１ｏのうち弾性層２１２の外側の領域（以下、外側領域２１１ｏｏという。）と、に形成された、導電性を有するプライマー層２１３と、プライマー層２１３の表面に形成された導電性離形層２１４と、導電性離形層２１４の表面に形成された絶縁性離形層２１５と、を備える。以下、金属層２１１の外周面２１１ｏのうち弾性層２１２が形成された領域を内側領域２１１ｏｉという。金属層２１１の内周面２１１ｉは、定着ローラー２０の耐熱性弾性層２０２の外周面２０２ｏに接している。弾性層２１２の長手方向の長さは、用紙Ｓの幅よりも長い。

金属層２１１の外周面２１１ｏの内側領域２１１ｏｉには弾性層２１２が形成されているが、外側領域２１１ｏｏには弾性層２１２が形成されていないため、内側領域２１１ｏｉと外側領域２１１ｏｏとの境界部には、弾性層２１２の厚みに相当する高さの段差が生じている。この境界部においては、弾性層２１２の端面２１２ｅにプライマー層２１３が形成され、プライマー層２１３の表面に導電性離形層２１４が形成され、導電性離形層２１４の表面に絶縁性離形層２１５が形成されている。

金属層２１１は、Ｎｉ等の磁性合金や、ステンレス鋼で形成される。弾性層２１２は、シリコンゴム等で形成される。プライマー層２１３は、導電性を有するシリコン系のプライマーで形成される。導電性離形層２１４は、プライマー層２１３を介して金属層２１１及び弾性層２１２に接着される。導電性離形層２１４は、導電性を有する離形層であり、ＰＴＦＥやＰＦＡ等にカーボンを混錬して形成される。導電性離形層２１４の表面抵抗率は、１．０×１０^４乃至１．０×１０^６Ω／□である。絶縁性離形層２１５は、絶縁性を有する離形層であり、ＰＴＦＥやＰＦＡ等で形成される。

各部の寸法の一例を示すと、定着ローラー２０の外径は４０ｍｍ、芯金２０１の外径は２０ｍｍ、耐熱性弾性層２０２の厚さは１０ｍｍである。金属層２１１の厚さは５０乃至１００μｍ、弾性層２１２の厚さは２７０乃至２９０μｍ、プライマー層２１３の厚さは１０乃至３０μｍ、導電性離形層２１４の厚さは２０乃至２５μｍ、絶縁性離形層２１５の厚さ５乃至１０μｍである。耐熱性弾性層２０２及び定着ベルト２１の長手方向の長さは、３４２ｍｍである。弾性層２１２の長手方向の長さは３００乃至３２０ｍｍである。

図３及び４に示されるように、芯金２０１には、耐熱性弾性層２０２の端面２０２ｅと定着ベルト２１の端面２１ｅ（金属層２１１の端面２１１ｅを含む。）とに接する一対の端部キャップ２０４が設けられている。端部キャップ２０４は、導電性を有する材料で形成されている。

導電性離形層２１４、プライマー層２１３、金属層２１１、端部キャップ２０４、芯金２０１が導電性を有し、プライマー層２１３は金属層２１１の外周面２１１ｏの外側領域２１１ｏｏに接している。また、金属層２１１の端面２１１ｅは端部キャップ２０４に接しており、端部キャップ２０４は芯金２０１に取り付けられている。よって、導電性離形層２１４は、プライマー層２１３、金属層２１１、端部キャップ２０４を介して芯金２０１に導通している。

ＩＨヒーター２３は、コイル部と、コイル部を巻線状に保持するコイルボビンと、アーチコアと、を有する（図示省略）。ＩＨヒーター２３は、所定の間隔を隔てて定着ベルト２１の外周面を覆うように配置され、ハウジング（図示省略）に支持されている。コイル部に高周波の交流電圧を印加することにより磁界を発生させ、この磁界の作用によって定着ベルト２１の金属層２１１に渦電流が発生して金属層２１１が発熱し、定着ベルト２１が加熱される。

加圧ローラー２７は、中空の芯金２７１と、芯金２７１の外周面に設けられた弾性層２７２と、を有する。芯金２７１は、ステンレス鋼やＡｌ合金等の金属で形成されている。弾性層２７２は、シリコンゴム等で形成されている。加圧ローラー２７には、ギア等の伝達機構（図示省略）を介して、モーター等の駆動源（図示省略）から駆動力が伝達される。加圧ローラー２７と定着ローラー２０とは、所定の荷重で互いに押圧され、加圧ローラー２７と定着ベルト２１との間に加圧領域Ｎが形成される。

次に、図２を参照して、定着装置９の定着動作を説明する。加圧ローラー２７が駆動されて回転すると、定着ローラー２０及び定着ベルト２１が加圧ローラー２７の回転方向と反対の方向に従動回転する。ＩＨヒーター２３により加熱されて定着ベルト２１が所定の温度に達した後、トナーが転写された用紙Ｓが加圧領域Ｎに搬送される。加圧領域Ｎにおいて、用紙Ｓは定着ベルト２１と加圧ローラー２７とに挟持されて決められた搬送方向Ｙに搬送される。このとき、定着ベルト２１によってトナーが加熱及び加圧され、トナーが用紙Ｓに定着される。トナーが定着された用紙Ｓは、定着ベルト２１から分離されて、搬送経路１５に沿って搬送される。

上記の定着動作が繰り返されるにつれて、定着ベルト２１の絶縁性離形層２１５と用紙Ｓとの摩擦により、用紙Ｓから絶縁性離形層２１５の表面に電荷が移動する、いわゆる摩擦帯電が発生する。前述のとおり、導電性離形層２１４は、プライマー層２１３、金属層２１１、端部キャップ２０４を介して芯金２０１に導通しているから、絶縁性離形層２１５の表面から導通性離形層２１４、プライマー層２１３、金属層２１１、端部キャップ２０４を経て、芯金２０１に電荷が移動する。よって、本実施形態によれば、バイアスを印加せずに定着ベルト２１の電位の上昇を静電オフセットが発生しないレベルに抑制することができる。

導電性離形層２１４の厚さは２０乃至２５μｍ程度と非常に薄いため、導電性離形層２１４の端面から導通を確保することは困難である。これに対して、金属層２１１の厚さは５０乃至１００μｍ程度と導電性離形層２１４と比べて厚いため、金属層２１１の端面２１１ｅから導通を確保することは比較的容易である。

また、端部キャップ２０４が導電性を有するため、金属層２１１から芯金２０１への導通経路を新たに設ける必要がない。

また、定着ローラー２０の耐熱性断熱層２０２は離形性に乏しい部材であるが、定着ローラー２０の外周面に設けられた定着ベルト２１が、離形性に優れた絶縁性離形層２１５を備えている。よって、本実施形態によれば、離型性を保ちつつ、バイアスを印加せずに定着ベルト２１の電位の上昇を静電オフセットが発生しないレベルに抑制することができる。

＜変形例＞
定着ローラー２０の芯金２０１に端部キャップ２０４が備えられていない構成の場合には、導電性を有する部材を金属層２１１の端面２１１ｅと芯金２０１とに架け渡すことにより、金属層２１１から芯金２０１への導通経路が確保されてもよい。

ＩＨヒーター２３に代わる加熱手段として、芯金２０１の中空部にハロゲンヒーター等の熱源が配置されてもよい。

定着ローラー２０を備えない構成に本発明が適用されてもよい。例えば、定着ベルト２１の内周面に接触する押圧部材（押圧パッド又は面状ヒーター）が設けられ、押圧部材と加圧ローラー２７が定着ベルト２１を挟持する構成に本発明が適用されてもよい。

上記した本発明の実施形態の説明は、本発明に係る定着装置及び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。

１ プリンター（画像形成装置）
７ 画像形成部
９ 定着装置
２０ 定着ローラー
２０１ 芯金
２０２ 耐熱性弾性層
２０４ 端部キャップ
２１ 定着ベルト
２１１ 金属層
２１２ 弾性層
２１３ プライマー層
２１４ 導電性離形層
２１５ 絶縁性離形層
２７ 加圧ローラー

Claims (4)

1. 回転可能な筒状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトとの間に用紙が挟持搬送される加圧領域を形成し、前記定着ベルトを従動回転させる加圧ローラーと、を備える定着装置であって、
   前記定着ベルトは、
   基材として設けられた金属層と、
   長手方向の長さが前記金属層の長手方向の長さよりも短く、長手方向の両端部が前記金属層の長手方向の両端部よりも中央側に位置するように前記金属層の外周面に形成された弾性層と、
   前記弾性層の外周面及び端面と、前記金属層の外周面のうち前記弾性層の外側の領域とに形成された、導電性を有するプライマー層と、
   前記プライマー層の表面に形成された導電性離形層と、
   前記導電性離形層の表面に形成された絶縁性離形層と、を備えることを特徴とする定着装置。
2. 導電性を有し、前記定着ベルトの端面に接する端部キャップを備えることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 芯金の外周面に耐熱性弾性層が形成された定着ローラーを備え、
   前記定着ベルトは、内周面が前記定着ローラーの外周面に接するように設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記用紙にトナー像を形成する画像形成部と、
   前記トナー像を前記用紙に定着する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の定着装置と、を備えることを特徴とする画像形成装置。

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