JP4685172B2 - 定着装置およびそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置およびこの定着装置を備えた画像形成装置に関するものである。

複写機やプリンタ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置として、熱ローラ定着方式の定着装置が多用されている。熱ローラ定着方式の定着装置は、一般に、互いに圧接されたローラ対（定着ローラおよび加圧ローラ）を備え、このローラ対の両方あるいはいずれか一方の内部に配置されたハロゲンヒータ等からなる加熱手段によりローラ対を所定の温度（定着温度）に加熱した後、未定着トナー画像が形成された記録用紙をローラ対の圧接部（定着ニップ部）に給紙し、圧接部を通過させることで熱と圧力によりトナー画像の定着を行うようになっている。

ところで、カラー画像形成装置に備えられる定着装置においては、定着ローラ表層にシリコーンゴム等からなる弾性層を設けた弾性ローラを用いることが一般的である。定着ローラを弾性ローラとすることにより、定着ローラ表面が未定着トナー画像の凹凸に対応して弾性変形し、この未定着トナー画像を覆い包むように接触するため、モノクロに比べてトナー量の多いカラーの未定着トナー画像を適切に定着させることができる。また、定着ニップ部での弾性層の歪み解放効果により、モノクロに比べてオフセットしやすいカラートナーに対して定着ローラからの離型性を向上することができる。さらに、定着ローラの弾性層が凹に変形することにより、定着ニップ部のニップ形状が上（定着ローラ側）に凸（所謂、逆ニップ形状）となるので、用紙の定着ローラからの剥離性能を向上させることができ、剥離爪等の剥離手段を用いずとも用紙の剥離が可能となり（セルフストリッピング）、剥離手段に起因する画像欠陥を解消することができる。

ところが、このようなカラー画像形成装置に備えられる定着装置において、プロセス速度（定着ニップ部における記録用紙の移動速度；定着速度）を高速化すると、未定着トナー画像に十分な熱を付与できず、適切に定着させることができない場合がある。このため、プロセス速度を高速化する場合、未定着トナー画像に十分な熱を付与して定着処理を適切に行うためには、定着ニップ部のニップ幅を広くする必要がある。また、ニップ幅を広くする手段としては、（１）定着ローラの弾性層を厚くする方法、または（２）定着ローラ径を大きくする方法が考えられる。

しかしながら、弾性層の熱伝導性は非常に低いため、弾性層を具備し、従来のように内部に加熱手段を設ける定着ローラの構成では、プロセス速度を高速化したときに表面温度が上記加熱手段の温度変化に追従しなくなるという問題がある。このため、上記（１）のように弾性層を厚くすると、この定着ローラ表面の温度追従性の問題がより顕著になる。また、上記（１）の方法では、弾性層の熱伝導性が低いので、加熱のためのウォームアップ時間が長くなるという問題、および消費電力が増大するという問題がある。

また、上記（２）のように定着ローラ径を大きくした場合には、定着ローラのサイズが大きくなるので熱容量が大きくなり、加熱のためのウォームアップ時間が長くなるという問題、および消費電力が増大するという問題がある。

そこで、このような問題を解決するための技術として、定着ローラ表面に外部加熱手段を当接させ、定着ローラを外部から加熱する技術（外部加熱定着方式）が提案されている。

例えば、特許文献１には、定着部材と、複数の懸架ローラに懸架された無端ベルト（外部加熱ベルト）と、上記無端ベルトを加熱する加熱手段とを備え、上記無端ベルトを上記定着部材に圧接させることで上記定着部材を加熱する外部ベルト加熱定着方式の定着装置が開示されている。

この外部加熱方式を採用した定着装置では、熱容量の小さなベルトを用いることにより、定着ローラを外部から加熱するため、定着ローラを迅速に加熱することができ、ウォームアップ時間を短くすることができる。それゆえ、定着ローラの温度追従性の低下やウォームアップ時間の増大といった問題を抑制しつつ、定着ローラに低硬度の弾性層を厚く設けたり定着ローラの径を大きくしたりするなどして広いニップ幅を確保することができる。

特開２００７−２１２８９６号公報（２００７年８月２３日公開）

しかしながら、上記特許文献１の技術では、定着ローラにおける外部加熱ベルトの当接位置よりも定着ローラの回転方向上流側の位置において定着ローラにクリーニングウェブを当接させることにより、定着ローラの表面に付着したトナーや紙粉等を除去し、トナーや紙粉等によって外部加熱ベルトが汚れることを防止している。このため、クリーニングウェブと定着ローラ表面とが摺擦することで定着ローラに傷が入り、画像欠陥が生じるという問題がある。

そこで、定着ローラと摺擦するクリーニングウェブを設けず、外部加熱ベルトにスクレーパまたはパッド等からなるクリーニング部材を当接させることでトナーや紙粉等によって外部加熱ベルトおよび定着ローラが汚れるのを防止することが考えられる（この構成は本願発明者が考え出した構成であって、従来技術ではない）。

しかしながら、本願発明者が定着ローラと摺擦するクリーニングウェブを設けず、外部加熱ベルトにスクレーパまたはパッド等からなるクリーニング部材を当接させる構成について検討した結果、外部加熱ベルトにスクレーパやパッドなどクリーニング用の固定部材を当接させると、このクリーニング部材により外部加熱ベルトのコート材（被覆層）が削られ、削られたコート材が定着ローラに付着して定着ローラの離型性を低下させる原因となることがわかった。

特に、サイズの小さい用紙に対して連続して定着処理を行った直後にサイズの大きい用紙に対する定着処理を行うと、定着ローラにおけるサイズの小さい用紙に当接しなかった領域において定着ローラの離型性の低下に起因する高温オフセットが起こりやすくなることがわかった。その理由は、以下のように考えられる。

すなわち、サイズの大きい用紙に対して定着処理を行う場合、定着ローラに付着したコート材は用紙に付着するので、定着ローラの表面が常に用紙によってクリーニングされ、定着ローラの離型性は維持される。しかしながら、小サイズの用紙に対する定着処理を連続して行うと、非通紙部（定着ローラ表面における小サイズの用紙との非接触部）にコート材が蓄積され、この非通紙部の離型性が通紙部の離型性に比べて低下する。また、小サイズの用紙に対する定着処理を連続して行った場合、非通紙部の温度が通紙部に比べて高くなるので、高温オフセットが生じやすい状態になる。さらに、通紙部ではマイナス帯電した用紙（約−５００Ｖ）が通紙されることによって非通紙部に比べてマイナス電位が高くなるので、マイナス帯電しているトナーとの静電的な反発力が大きくなるため静電的にオフセットが生じにくい状態になるが、非通紙部では用紙が通紙されないのでマイナス電位が通紙部に比べて低く、オフセットが生じやすい。したがって、サイズの小さい用紙に対して連続して定着処理を行った直後にサイズの大きい用紙に対する定着処理を行うと、定着ローラにおけるサイズの小さい用紙に対する非通紙部に対応する領域において高温オフセットが起こりやすくなる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、定着部材の表面に当接してこの定着部材を加熱する外部加熱部材と、外部加熱部材の表面に当接してこの外部加熱部材の表面をクリーニングするクリーニング部材とを備えた外部加熱方式の定着装置において、オフセットの発生を抑制することにある。

本発明の定着装置は、上記の課題を解決するために、回転する定着部材と、上記定着部材に圧接する加圧部材と、上記定着部材の表面に当接して当該定着部材を加熱するための、複数の懸架ローラに回転可能に回転可能に懸架された外部加熱ベルトと、上記外部加熱ベルトの表面に当接して当該外部加熱ベルトの表面に付着した汚れを除去するクリーニング部材とを備え、上記定着部材と上記加圧部材との間に記録材を搬送し、上記記録材上のトナー画像を上記定着部材から伝達される熱によって上記記録材上に熱定着させる定着装置であって、上記外部加熱ベルトは、当該外部加熱ベルトに対して当該外部加熱ベルトを上記懸架ローラに回転可能に懸架するための柔軟性および強度を付与するためのベルト基材を有し、上記外部加熱ベルトにおける上記クリーニング部材との当接面に上記ベルト基材が露出しており、上記クリーニング部材は上記ベルト基材に当接することを特徴としている。

上記の構成によれば、上記外部加熱ベルトにおける上記クリーニング部材との当接面に当該外部加熱ベルトのベルト基材が露出しており、上記クリーニング部材は上記ベルト基材に当接する。これにより、クリーニング部材の当接によって被覆層が削られることがないので、オフセットが生じることを防止できる。

なお、上記ベルト基材は樹脂材料にフッ素樹脂を添加したものであってもよい。例えば、ポリイミドにフッ素樹脂を添加したものであってもよい。

上記の構成によれば、ベルト基材にフッ素樹脂を添加することで外部加熱ベルトの外周面における離型性を向上させることができるので、外部加熱ベルトの外周面にトナーや紙粉等が付着することを抑制できる。また、外部加熱ベルトとクリーニング部材との摺動負荷を小さくできるので、外部加熱ベルトのスリップを抑制することができる。

また、上記ベルト基材は金属材料からなる構成であってもよい。

上記の構成によれば、クリーニング部材の当接によってベルト基材が削られることを防止できるので、オフセットの発生をより確実に防止できる。

また、上記クリーニング部材は、板状部材のエッジ部分を上記外部加熱ベルトの表面に当接させて当該外部加熱ベルトの表面に付着した汚れを除去するスクレーパであってもよい。また、上記スクレーパは、金属製であってもよい。

上記の構成によれば、クリーニング性能に優れたスクレーパを用いることにより外部加熱ベルト上の汚れを効率よくクリーニングすることができる。これにより、外部加熱ベルト上の汚れが定着部材に付着し、それが記録材に付着して画像品質が低下することを抑制することができる。

また、上記クリーニング部材は、上記外部加熱ベルトの表面に面接触して当該外部加熱ベルトの表面に付着した汚れを除去するクリーニングパッドであってもよい。また、上記クリーニングパッドは、フッ素樹脂繊維からなるフェルト部材であってもよい。

上記の構成によれば、クリーニングパッドを用いることにより外部加熱ベルト上の汚れを効率よくクリーニングすることができる。これにより、外部加熱ベルト上の汚れが定着部材に付着し、それが記録材に付着して画像品質が低下することを抑制することができる。また、クリーニング部材によって外部加熱ベルトから削り取られる物質の量を低減し、当該物質が定着部材の表面に付着することに起因するオフセットが生じることを抑制できる。

また、上記クリーニング部材として、上記スクレーパと上記クリーニングパッドとを備えている構成としてもよい。

上記の構成によれば、外部加熱ベルト上の汚れが定着部材に付着し、それが記録材に付着することに起因する画像品質の低下を抑制できる。さらに、スクレーパによって外部加熱ベルトから削り取られる物質をクリーニングパッドによって除去することができるので、上記物質が定着部材の表面に付着することに起因するオフセットをより適切に抑制できる。

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。

上記の構成によれば、クリーニング部材の当接によって被覆層が削られることがないので、オフセットが生じることを防止できる。

以上のように、本発明の定着装置は、上記外部加熱ベルトにおける上記クリーニング部材との当接面に当該外部加熱ベルトのベルト基材が露出しており、上記クリーニング部材は上記ベルト基材に当接する。

それゆえ、クリーニング部材の当接によって被覆層が削られることがないので、オフセットが生じることを防止できる。

本発明の一実施形態に係る定着装置の構成を示す説明図である。 図１の定着装置を備えた画像形成装置の断面図である。 図１の定着装置に備えられるスクレーパの正面図および側面図である。 図１の定着装置に備えられる外部加熱ユニットの断面図である。 図１の定着装置に備えられる外部加熱ユニットにおける外部加熱ベルトとスクレーパとの当接部の要部拡大図である。

（１−１．画像形成装置の構成）
本発明の一実施形態について説明する。なお、本実施形態では、本発明を、画像データに応じた多色または単色の画像を記録材上に形成するカラータンデム方式の画像形成装置に適用する場合について説明する。ただし、本発明の適用対象はこれに限るものではなく、定着部材の表面に当接してこの定着部材を加熱する外部加熱部材と、外部加熱部材の表面に当接してこの外部加熱部材の表面をクリーニングするクリーニング部材とを備えた外部加熱方式の定着装置を有する画像形成装置であれば適用できる。

図２は、本実施形態にかかる画像形成装置１００の概略構成を示す断面図である。この図に示すように、画像形成装置１００は、露光ユニット（光学系ユニット）Ｅ、４組の可視画像形成ユニットｐａ〜ｐｄ、中間転写ベルトユニット１１０、二次転写ユニット１１４、定着装置３０、内部給紙ユニット１１６、および手差し給紙ユニット１１７を備えている。なお、画像形成装置１００に備えられる各部材の動作は、図示しないＣＰＵ等からなる主制御部によって制御される。

画像形成装置１００において扱われる画像データは、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色を用いたカラー画像に応じたものである。このため、図２に示すように、上記各色に対応する４組の可視画像形成ユニットｐａ〜ｐｄが設けられており、これら４組の可視画像形成ユニットｐａ〜ｐｄによって形成された４色のトナー画像が中間転写ベルト１１１上で重ね合わされるようになっている。

可視画像形成ユニットｐａは、トナー画像担持体である回転可能に備えられた感光体１０１ａの周囲に、帯電ユニット１０３ａ、現像ユニット１０２ａ、およびクリーニングユニット１０４ａが感光体１０１ａの回転方向に沿ってこの順で配置された構成である。

帯電ユニット１０３ａは、感光体１０１ａの表面を所定の電位に均一に帯電させるためのものである。本実施形態では、帯電ユニット１０３ａとして、オゾンを極力発生させることなく感光体１０１ａの表面を一様に帯電させるために、帯電ローラ方式（接触帯電方式）を採用している。ただし、帯電ユニット１０３ａの構成はこれに限るものではなく、例えば、コロナ放電方式などの非接触型の帯電器を用いてもよく、ブラシ帯電などの接触型の帯電器を用いてもよい。

現像ユニット１０２ａは、感光体１０１ａ上に形成された静電潜像をトナーによって顕像化する現像処理を行う。上記トナーとしては、例えば、非磁性一成分現像剤（非磁性トナー）、非磁性二成分現像剤（非磁性トナーおよびキャリア）、磁性現像剤（磁性トナー）等を用いることができる。

クリーニングユニット１０４ａは、トナー画像を中間転写ベルト１１１に転写した後に感光体１０１ａ表面に残留したトナーを除去・回収するためのものである。

なお、可視画像形成ユニットｐｂ〜ｐｄは現像処理に用いるトナーの色が異なる以外は可視画像形成ユニットｐａと実質的に同様の構成である。すなわち、各可視画像形成ユニットｐａ，ｐｂ，ｐｃ，ｐｄの現像ユニットにはそれぞれブラック（Ｂ），イエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ）のトナーが収容されている。

露光ユニットＥは、帯電ユニット１０３ａ〜１０３ｄによって帯電された感光体１０１ａ〜１０１ｄを画像データに応じて露光することにより、各感光体１０１ａ〜１０１ｄの表面に画像データに応じた静電潜像を形成する。露光ユニットＥには、レーザ照射部１４０および反射ミラー１４１などを備えたレーザスキャニングユニット（ＬＳＵ）が用いられている。なお、露光ユニットＥとして、発光素子をアレイ状に並べた、例えばＥＬやＬＥＤ書込みヘッドなどを用いてもよい。

中間転写ベルトユニット１１０は、中間転写ベルト１１１、中間転写ベルト駆動ローラ（テンションローラ）１１１ａ、中間転写ベルト従動ローラ（テンションローラ）１１１ｂ、中間転写ベルトクリーニングユニット１１２、および中間転写ローラ１１３ａ〜１１３ｄを備えている。

中間転写ベルト１１１は、厚さ１００μｍ〜１５０μｍ程度のフィルムからなる無端状のベルトであり、中間転写ローラ１１３ａ〜１１３ｄ、中間転写ベルト駆動ローラ１１１ａ、および中間転写ベルト従動ローラ１１１ｂに張架され、図２に示した矢印Ｂ方向に回転駆動される。また、感光体１０１ａ〜１０１ｄ上に形成された各色のトナー画像は中間転写ベルト１１１に順次重ね合うように転写され、この中間転写ベルト１１１上にカラーのトナー画像（多色トナー画像）が形成されるようになっている。なお、中間転写ローラ１１３ａ〜１１３ｄは、感光体１０１ａ〜１０１ｄにおけるユニット１０２ａ〜１０２ｄとの対向部とクリーニングユニット１０４ａ〜１０４ｄとの対向部との間の位置において中間転写ベルト１１１を介して感光体１０１ａ〜１０１ｄに対向するように配置されておち、これら中間転写ローラ１１３ａ〜１１３ｄにトナーの帯電極性（−）とは逆極性（＋）の高電圧を印加することによって感光体１０１ａ〜１０１ｄ上のトナー画像が中間転写ベルト１１１上に転写されるようになっている。また、中間転写ベルト１１１上に形成されたトナー画像は、中間転写ベルト駆動ローラ１１１ａと二次転写ユニット１１４との対向部に搬送され、この対向部に搬送される記録用紙上に転写されるようになっている。なお、中間転写ベルトクリーニングユニット１１２は中間転写ベルト１１１に当接し、記録用紙上へのトナー画像の転写後に中間転写ベルト１１１上に残留したトナーを除去・回収する。

定着装置３０は定着ローラ（定着部材）１と、この定着ローラ１に対して図示しない加圧補助手段によって所定の荷重で圧接された加圧ローラ（加圧部材）２とを備えている。そして、二次転写ユニット１１４によってトナー画像を転写された記録用紙を定着ローラ１と加圧ローラ２との圧接部（定着ニップ部）に給紙し、この圧接部を通過させることで熱と圧力とによりトナー画像の定着を行う。なお、記録用紙における未定着トナー画像が形成された面は定着ローラ１に当接し、記録用紙における未定着トナー画像が形成された面とは反対側の面は加圧ローラ２に当接する。定着装置３０の詳細については後述する。

内部給紙ユニット１１６は、画像形成に使用する記録用紙（記録材）を蓄積しておくためのものである。また、手差し給紙ユニット１１７は、画像形成装置１００の側壁に折り畳み自在に設けられ、手差しによる記録用紙の給紙を行うためのものである。また、排紙トレイ１１８は、画像形成済みの記録用紙を載置するためのトレイである。

また、画像形成装置１００には、内部給紙ユニット１１６からピックアップローラ１１６ａによって給紙される記録用紙、および手差し給紙ユニット１１７からピックアップローラ１１７ａによって給紙される記録用紙を二次転写ユニット１１４や定着装置３０を経由させて排紙トレイ１１８に送るための用紙搬送路が設けられている。用紙搬送路には、記録用紙を搬送するためのローラ部材が多数配置されている。

なお、本実施形態の画像形成装置は、Ａ４およびレターサイズの用紙まで対応しているいわゆるＡ４機であり、それより小さいＡ５およびインボイスサイズの用紙にも対応している。

（１−２．定着装置３０の構成）
図１は、定着装置３０の構成を示す断面図である。この図に示すように、定着装置３０は、定着ローラ（定着部材）１、加圧ローラ（加圧部材）２、外部加熱ユニット１３、電源回路１５、制御部１６、および回転駆動部１８を備えている。電源回路１５は、後述するヒータランプ５ａ〜５ｄに電力を供給するものである。

定着ローラ１は、所定の定着温度に加熱されるとともに、回転駆動部１８によって図１に示した矢印方向に回転駆動されるローラであり、金属製の中空円筒形状の芯金１ａ、芯金１ａの外周面を覆う弾性層１ｂ、弾性層１ｂを覆う離型層１ｃの３層構造によって構成されている。回転駆動部１８は定着ローラ１を回転させるためのものであり、図示しないモータやギア等によって構成されている。なお、本実施形態では定着ローラ１の表面の移動速度、すなわち定着速度（プロセス速度）を２２５ｍｍ／ｓｅｃに設定しており、これによって複写速度（印刷速度）４０枚／分で画像形成を行えるようになっている。

芯金１ａは、厚さ２ｍｍのアルミニウムからなるものであり、筒状の形状をしている。なお、芯金１ａの材質はアルミニウムに限定されるものではなく、例えば、鉄やステンレス等からなるものであってもよい。弾性層１ｂは厚さ２．５ｍｍの耐熱性を有するシリコーンゴムからなる。なお、弾性層１ｂの材質はシリコーンゴム限定されるものではなく、例えば、フッ素ゴム等を用いてもよい。離型層１ｃは厚さ４０μｍの非導電性のＰＦＡ（テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体）チューブからなる。なお、離型層１ｃの材質としては、耐熱性および耐久性に優れ、トナーに対する離型性が優れているものであればよく、ＰＦＡの他、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素系材料を使用してもよい。こうして構成された定着ローラ１の外径は４０ｍｍである。

定着ローラ１の外周面には当該外周面の温度を検出するサーミスタ（温度検出部）６ｂが配置されており、定着ローラ１の内部には、電力を供給されることによって熱輻射を行うヒータランプ５ｃが設置されている。ヒータランプ５ｃは定着ローラ１の熱源であり、制御部１６に備えられる温度制御部１４が電源回路１５からヒータランプ５ｃに供給する電力を制御することにより、ヒータランプ５ｃを発光させて赤外線を放射させる。これにより、定着ローラ１の内周面がヒータランプ５ｃから放射される赤外線を吸収して加熱され、定着ローラ１の全体が加熱されるようになっている。なお、サーミスタ６ｂは、定着ローラ１の回転軸方向（幅方向）における中央部分の温度を検出するように設けられている。また、本実施形態では、記録用紙のサイズにかかわらず、記録用紙における搬送方向に垂直な方向の略中心部が定着ローラ１の回転軸方向における中央部分と当接するようになっている。したがって、サーミスタ６ｂは、定着ローラ１の表面における、用紙サイズにかかわらず常に通紙領域となる位置の温度を検出するようになっている。また、本実施形態において、定着温度とは、定着処理を行うときのサーミスタ６ｂの検出温度を意味する。

加圧ローラ２は、図示しないばね等の加圧補助手段によって定着ローラ１に所定の荷重（本実施形態では３６０Ｎ）で圧接されて定着ローラ１との間で定着ニップ部８（本実施形態では定着ニップ幅（定着ニップ部８における記録用紙９の搬送方向の幅）８ｍｍ）を形成するとともに、定着ローラ１に従動回転するローラであり、定着ローラ１と同様、金属製の中空円筒形状の芯金２ａ、芯金２ａの外周面を覆う弾性層２ｂ、弾性層２ｂを覆う離型層２ｃの３層構造によって構成されている。

なお、本実施形態では、加圧ローラ２として、定着ローラ１と同様、厚さ２ｍｍのアルミニウムからなる芯金２ａ上に厚さ２．５ｍｍのシリコーンゴムからなる弾性層２ｂを形成し、さらに弾性層２ｂ上に厚さ４０μｍの非導電性のＰＦＡチューブからなる離型層２ｃを形成したものを用いた。ただし、加圧ローラ２の構成はこれに限るものではなく、例えば、鉄やステンレス等からなる芯金２ａを用いてもよく、フッ素ゴム等からなる弾性層２ｂを用いてもよく、ＰＴＦＥ等のフッ素系材料からなる離型層２ｃを用いてもよい。また、本実施形態では、加圧ローラ２として、定着ローラ１と同形状、同材質のものを用いているが、これに限るものではない。例えば、加圧ローラ２の硬度を定着ローラ１の硬度よりも高くしてもよい。この場合、加圧ローラ２と定着ローラ１との間に形成される定着ニップ部を逆ニップ形状（加圧ローラ２の形状は殆ど変わらず定着ローラ１が若干凹む形状）にすることができ、記録用紙が定着ニップ部から排出される際の定着ローラ１に対する自己剥離性を向上させることができる。

また、加圧ローラ２の外周面には当該外周面の温度を検出するサーミスタ６ｃが配置されており、加圧ローラ２の内部にはヒータランプ５ｄが設置されている。サーミスタ６ｃは、定着ローラ１のサーミスタ６ｂと同様、加圧ローラ２の回転軸方向（幅方向）における中央部分に配置されている。ヒータランプ５ｄは加圧ローラ２の熱源であり、温度制御部１４が電源回路１５からヒータランプ５ｄに供給する電力を制御することにより、ヒータランプ５ｄから赤外線を放射させて加圧ローラ２の内周面を加熱するようになっている。

外部加熱ユニット１３は、定着ローラ１の外周面を加熱するためのものであり、加熱ローラ４ａおよび４ｂ、外部加熱ベルト（無端ベルト）３、ヒータランプ（加熱部）５ａおよび５ｂ、サーミスタ６ａ、スクレーパ（クリーニング部材）７、クリーニングパッド（クリーニング部材）１２、およびこれら各部材を収容する外部加熱ユニットホルダ（筐体）１１を備えている。

加熱ローラ４ａおよび４ｂは、直径１６ｍｍで、厚さ２ｍｍのアルミニウムからなる中空円筒状の芯材である。なお、加熱ローラ４ａおよび４ｂの材質はアルミニウムに限るものではなく、例えば鉄やステンレス等の金属製芯材を用いてもよい。また、加熱ローラ４ａおよび４ｂのサイズは上記のサイズに限るものではなく、適宜変更してもよい。

外部加熱ベルト３は加熱ローラ４ａおよび４ｂに懸架された無端状のベルト部材であり、本実施形態では、円形にした場合の直径が３１．５ｍｍ、厚さが９０μｍのポリイミド（樹脂材料）製のベルト基材からなる無端ベルトを用いた。ここで、ベルト基材とは、当該外部加熱ベルト３を加熱ローラ４ａ，４ｂに回転可能に懸架するための適度な柔軟性および強度と、外部加熱ベルト３に対して、加熱ローラ４ａ，４ｂから当該外部加熱ベルト３の内側面側に入熱される熱を当該外部加熱ベルト３の外側面に当接する定着ローラ１へ伝熱させる機能とを付与するための部分である。

なお、従来の外部加熱ベルトでは、トナー等の離型性を高めるとともに、外周面に他の部材が当接することによる摺動負荷を低減するためにベルト基材の外周面にフッ素樹脂等の被覆材（コート材）からなる被覆層を設けるのが当業者の技術常識であったが、本実施形態では、外部加熱ベルト３の外側面に被覆層を設けず、ベルト基材を露出させている。したがって、定着ローラ１、スクレーパ７、およびクリーニングパッド１２は、外部加熱ベルト３の外側面に露出したベルト基材に直接当接するようになっている。

なお、本実施形態では外部加熱ベルト３としてポリイミド製のベルト基材からなる無端ベルトを用いたが、これに限るものではない。例えば、ポリイミドからなるベルト基材に代えて、他の耐熱樹脂、あるいはステンレスまたはニッケル等の金属材料からなる中空円筒状（無端状）のベルト基材を用いてもよい。

また、外部加熱ベルト３の寄り力（外部加熱ベルト３の回転時にこの外部加熱ベルト３を回転軸方向（幅方向）に移動させるように作用する力）を低減するために、ベルト基材の内側面にＰＴＦＥ等からなるコーティングを施してもよい。

また、外部加熱ベルト３は、定着ローラ１の表面（外側面）における定着ニップ部よりも定着ローラ１の回転方向下流側、かつサーミスタ６ｂよりも定着ローラ１の回転方向上流側の位置において、図示しないばね等の加圧補助手段によって定着ローラ１に所定の荷重（本実施形態では４０Ｎ）で圧接するように設けられている。これにより、定着ローラ１との間に加熱ニップ部（定着ローラ１と外部加熱ベルト３とが互いに当接する部分）１０が形成される。また、外部加熱ベルト３は、定着ローラ１の回転時には、定着ローラ１に従動回転するようになっており、加熱ローラ４ａおよび４ｂは外部加熱ベルト３に従動回転するようになっている。なお、加熱ニップ部１０の加熱ニップ幅（加熱ニップ部１０の定着ローラ回転方向の幅）は、外部加熱ベルト３が定着ローラ１を適切に加熱することができ、かつ外部加熱ベルト３が定着ローラ１に適切に従動回転できるように適宜設定すればよい。本実施形態では、加熱ニップ幅を２０ｍｍとしている。

ヒータランプ５ａは加熱ローラ４ａの内部に備えられてこの加熱ローラ４ａを内面側から加熱する熱源であり、ヒータランプ５ｂは加熱ローラ４ｂの内部に備えられてこの加熱ローラ４ｂを内面側から加熱する熱源であり、温度制御部１４が電源回路１５からヒータランプ５ａおよび５ｂに供給する電力を制御することにより、ヒータランプ５ａおよび５ｂから赤外線が放射され、それによって加熱ローラ４ａおよび４ｂの内周面が加熱される。そして、加熱ローラ４ａおよび４ｂを介して外部加熱ベルト３が所定の温度に加熱され、外部加熱ベルト３を所定の温度に加熱した状態で定着ローラ１の外周面に当接させることによって定着ローラ１の外周面を外部から加熱するようになっている。なお、外部加熱ベルト３は、例えば定着温度が１９０℃の場合、２２０℃に加熱される。

サーミスタ６ａは、外部加熱ベルト３の表面温度を検出するためのものである。なお、サーミスタ６ａは、外部加熱ベルト３の回転軸方向（幅方向）における中央部分の温度を検出するように設けられている。

スクレーパ７は、定着ローラ１から外部加熱ベルト３に移行したトナーや紙粉等の汚れを除去して外部加熱ベルト３の外周面をクリーニングするためのものであり、クリーニングパッド１２はスクレーパ７をすり抜けた外部加熱ベルト３上のトナーや紙紛等を回収するためのものである。

つまり、図１に示すように、定着ローラ１は、未定着のトナーを定着させるために、記録用紙９における未定着トナー画像が形成された面に当接する。このため、記録用紙９上のトナーや紙粉等の汚れが定着ローラ１に付着する。そして、定着ローラ１に付着したトナーや紙粉等の汚れは、定着ローラ１と外部加熱ベルト３との当接部において外部加熱ベルト３に付着する。スクレーパ７は、このようにして外部加熱ベルト３に付着したトナーや紙粉等の汚れを掻き取って取り除くものである。

図３は、スクレーパ７の正面図および側面図である。スクレーパ７は、厚さ０．３ｍｍのステンレスからなる保持部７ｂと、保持部７ｂの先端部を鋭角（角度η。本実施形態ではη＝３０°）に折り曲げたクリーニング部（スクレーパ部）７ａとからなるＶ字形状を有している。また、図３に示すように、保持部７ｂおよびクリーニング部７ａにおける上記折り曲げ部を含む位置には、外部加熱ベルト３の幅方向に沿って所定の間隔でスリット（開口部）７ｃ（折り曲げ部がなす直線と交差する方向の切り込み）が設けられている。なお、本実施形態では上記折り曲げ部がなす直線に略垂直な方向に切り込んだ幅１ｍｍのスリット７ｃを１０ｍｍピッチの間隔で設けた。

図４は外部加熱ユニット１３の断面図である。この図に示すように、スクレーパ７におけるクリーニング部７ａの先端が外部加熱ベルト３に当接するように、スクレーパ７の保持部７ｂが外部加熱ユニットホルダ１１の内側面に固定されている。なお、クリーニング部７ａの先端は、２本の加熱ローラ４ａおよび４ｂの間にテンションを付与された状態で懸架された外部加熱ベルト３のフリーな状態の位置（外部加熱ベルト３の内側面が加熱ローラ４ａおよび４ｂと接していない位置）で、外部加熱ベルト３の外側面に当接している。また、クリーニング部７ａの先端（エッジ部分）は、外部加熱ベルト３の回転方向に対してカウンタ方向になるように、すなわち、外部加熱ベルト３におけるスクレーパ７との当接部から外部加熱ベルト３の回転方向上流側部分の外側面に対する、スクレーパ７における外部加熱ベルト３との当接部を含む表面であって外部加熱ベルト３における上記当接部から回転方向上流側部分の外側面に対向する側の表面の傾斜角度である当接角度θ（本実施形態ではθ＝１５０°）が９０°より大きくなるように当接している。

図５は、外部加熱ユニット１３における外部加熱ベルト３とスクレーパ７との当接部の要部拡大図である。この図に示すように、スクレーパ７の形状および設置位置は、このスクレーパ７におけるクリーニング部７ａの先端が外部加熱ベルト３を当該外部加熱ベルト３の理想軌道（すなわち、スクレーパ７と外部加熱ベルト３との当接部に対して外部加熱ベルト３の回転方向上流側および下流側に位置する２つの外部加熱ローラ４ａ・４ｂの共通接線）に対して所定の押下量ｄ（本実施形態ではｄ＝０．６ｍｍ）だけ押下するように設定されている。

また、本実施形態では、図４に示すように、外部加熱ベルト３の表面をクリーニングするためのスクレーパ７を、外部加熱ベルト３の内側面が加熱ローラ４ａおよび４ｂに接していない位置において外部加熱ベルト３の外側面に当接させている。

これにより、従来のように外部加熱ベルトが懸架ローラに懸架されている位置においてクリーニング部材を外部加熱ベルトに当接させる構成よりも、クリーニング部材と外部加熱ベルトとの間に生じる摺動負荷を小さくすることができる。したがって、クリーニング部材と外部加熱ベルトとの摺擦によって外部加熱ベルトに傷が生じたり、外部加熱ベルトの回転を妨げる方向の負荷が大きくなって外部加熱ベルトのスリップが生じたりすることを抑制できる。

クリーニングパッド１２は、スクレーパ７を部分的にすり抜けたトナーや紙粉等の汚れを回収するものである。つまり、外部加熱ベルト３に付着したトナーや紙粉等の汚れの一部がスクレーパ７をすり抜けた場合、外部加熱ベルト３の外周面にトナーや紙粉等による外部加熱ベルト３の回転方向に沿った筋状の汚れが付着し、それが定着ローラ１に接して定着ローラ１の外周面を傷つける場合がある。外部加熱ベルト３の外周面にこのような筋状の汚れが付着すると、定着後の記録用紙９の画像に筋状の傷（画像欠陥）が生じる。この筋状の画像欠陥は、特に厚紙に印刷した場合に目立ちやすい。そこで、本実施形態では、スクレーパ７を部分的にすり抜けたトナーや紙粉等の汚れを回収するためのクリーニングパッド１２を設けることで、この筋状の画像欠陥の発生を防止している。

図４に示すように、クリーニングパッド１２は、フェルト保持部材１２ｂにクリーニング用フェルト部材（クリーニング部材）１２ａが貼り付けられた構成である。本実施形態では、フェルト部材１２ａとして、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）のフッ素樹脂繊維からなるフェルトを用いている。フェルト保持部材１２ｂは、厚さ０．２ｍｍのステンレスからなる板状の部材であり、フェルト部材１２ａを外部加熱ベルト３の外側面に押圧するように、外部加熱ユニットホルダ１１に固定されている。

制御部１６は、温度制御部１４と回転制御部１７とを備えている。温度制御部１４は、サーミスタ６ａ〜６ｃの温度検出結果や、記録用紙のサイズ等に応じて外部加熱ベルト３、定着ローラ１、および加圧ローラ２の温度を所定の温度に近づけるように、あるいは所定の温度に保つように電源回路１５から各ヒータランプ５ａ〜５ｄに供給する電力を制御する。回転制御部１７は定着ローラ１の回転駆動を行う回転駆動部１８の動作を制御する。なお、制御部１６は、画像形成装置１００の主制御部に備えられるものであってもよく、画像形成装置１００の主制御部とは別に備えられ、主制御部と協働して動作するものであってもよい。

このようにして、定着装置３０では、それぞれの所定の温度に加熱されて所定の荷重で圧接された定着ローラ１と加圧ローラ２との間に未定着トナー画像が形成された記録用紙９を給紙して通過させ、未定着トナー画像を記録用紙９に定着させるようになっている。

（１−３．実験結果）
次に、スクレーパ７の有無、クリーニングパッドの有無、および外部加熱ベルトの構成とオフセットとの関係を調べるために行った実験の結果について説明する。

この実験では、上述した画像形成装置１００において外部加熱ユニット１３の構成を異ならせた複数のケースについて、定着処理時の外部加熱ベルトの駆動安定性、クリーニング性能、およびオフセットの発生レベルを目視により調べた。

外部加熱ベルトの駆動安定性の評価方法については、定着装置の動作中に外部加熱ベルトが定着ローラに対してスリップしているかどうかを目視により確認し、全くスリップしていない場合（○印）、ウォームアップ時のみスリップしている場合（△印）、定着動作時にスリップが生じるかあるいは完全に回転しない場合（×印）のいずれかに評価した。

クリーニング性能の評価方法としては、各色（Ｂ、Ｙ、Ｍ、Ｃ）５％、トータル２０％の印字率の原稿を用いて１２０Ｋ枚（１２万枚）の定着処理を実際に行い、クリーニング不良による画像汚れおよび画像傷の有無を目視により評価した。

なお、画像汚れは、主にスクレーパでかきとったトナー汚れがスクレーパをすり抜けて記録用紙を汚してしまうことに起因する画像欠陥である。この画像汚れについては、全く発生しなかった場合（○印）と発生した場合（×印）のいずれかに評価した。

また、画像傷は、主にスクレーパでかきとった紙粉汚れがスクレーパをすり抜けて外部加熱ベルトの表面に固着し、それが定着ローラの表面を傷つけることで生じる筋状の画像欠陥（特に厚紙の記録用紙に印刷した際に目立ちやすい）である。この画像傷については、１２０Ｋ枚の定着処理後における画像傷の程度（レベル）を目視検査し、厚紙においても傷が見られないレベル（○印）、厚紙において細かい傷が見られるが実用上問題ないレベル（△（白三角）印）、厚紙の傷はよく目立つが他の記録用紙では実用上問題ないレベル（▲（黒三角）印）、および厚紙以外の記録用紙でも傷が目立つレベル（×印）のいずれかに評価した。

オフセットの評価方法としては、インボイス（８．５×５．５インチ）サイズの小サイズ紙を縦送りで連続１００枚印字し、その後、直ぐにレター（１１×８．５インチ）サイズの普通サイズ紙を縦送りで連続５枚印字し、レター紙上のインボイスの非通紙部に該当する領域にオフセットが発生するかどうか目視により確認した。具体的には、目視検査に基づいてオフセットが全く見られないレベル（○印）、オフセットの発生が軽微なレベル（△印）、オフセットの発生が顕著なレベル（×印）のいずれかに評価した。

なお、定着ローラ表面の小サイズ紙（この場合はインボイスサイズの記録用紙）が通紙される通紙部では、定着ローラに付着したコート材等が記録用紙によってクリーニングされるため、定着ローラの離型性は低下しにくい。また、非通紙部は小サイズ紙に対する定着処理を連続して行うことによって端部昇温（通紙部に比べて３０〜３５ｄｅｇＵＰ）が生じるので、通紙部よりも高温オフセットが生じやすい。さらに、通紙部では、転写部においてマイナス帯電した用紙（約−５００Ｖ）が通紙することにより、非通紙部に比べてマイナス電位が高くなり、マイナス帯電しているトナーとの静電的な反発力が大きくなるため、静電的にオフセットしにくい。これらの理由から、小サイズ紙への定着処理を連続して行った後、すぐに普通サイズ紙（レター紙）を通紙すると、非通紙部においてオフセットが発生しやすい。そこで、この実験では、小サイズ紙の非通紙部におけるオフセットの発生レベルを調べた。

表１は上記実験の結果を示している。

比較例１−１は、上述した外部加熱ユニット１３においてクリーニングパッド１２を省略するとともに、外部加熱ベルト３の外周面にＰＴＦＥからなる被覆層を設けたケースである。このケースでは、クリーニングパッド１２がないため、スクレーパ７をすり抜けた筋状の汚れが外部加熱ベルト３の表面に固着し、それが定着ローラ１の表面を傷つけることによって画像傷が顕著に発生した。なお、オフセットレベルは△であった。

比較例１−２は、上述した外部加熱ユニット１３において外部加熱ベルト３の外周面にＰＴＦＥからなる被覆層を設けたケースである。すなわち、比較例１−１の構成にフッ素樹脂繊維のフェルトからなるクリーニングパッド１２を追加したケースである。このケースでは、クリーニングパッド１２の効果により画像傷は無くなったものの、非通紙部でのオフセットレベルは悪化して×になった。

比較例１−３は、上述した外部加熱ユニット１３においてスクレーパ７およびクリーニングパッド１２を省略するとともに、外部加熱ベルト３の外周面にＰＴＦＥからなる被覆層を設けたケースである。このケースでは、スクレーパ７およびクリーニングパッド１２がないので画像汚れは顕著に発生したものの、画像傷およびオフセットは発生しなかった。

これら各比較例についての実験結果より、スクレーパおよびクリーニングパッドが外部加熱ベルトの表面と摺擦することにより、外部加熱ベルトのコート材が削られ、それが定着ローラの表面に付着して定着ローラ表面の離型性を低下させる結果、オフセットが生じることがわかる。

実施例１−１は、上述した外部加熱ユニット１３を用いたケースである。このケースでは、外部加熱ベルト３の外周面に被覆層を設けず、ベルト基材が露出する構成としたことにより、各比較例のようにクリーニング部材（スクレーパ７，クリーニングパッド１２）によってコート材が削られるという問題を解消し、オフセットの発生を防止できた。なお、このケースでは、外部加熱ベルト３の外周面に被覆層がないので、各比較例に比べてスクレーパ７やクリーニングパッド１２との摺動負荷が大きくなり、外部加熱ベルト３がスリップしやすくなった。ただし、スリップが生じたのはウォームアップ時のみであり、ウォームアップ時間が多少長くなるものの実用上は問題ないレベルであった。

実施例１−２は、上述した外部加熱ユニット１３において、ポリイミドからなる外部加熱ベルト３に代えてステンレスからなる外部加熱ベルトを用いたケースである。このケースにおいても、実施例１−１と同様、外部加熱ベルトの外周面に被覆層を設けず、ベルト基材（ステンレス）が外周面に露出する構成とした。このケースでは、実施例１−１と略同様の実験結果が得られた。

実施例１−３は、上述した外部加熱ユニット１３において、ポリイミドにフッ素樹脂を添加したベルト基材を用いたケースである。ポリイミドを添加したベルト基材を用いることにより、スクレーパおよびクリーニングパッドとの摺動負荷を低減し、外部加熱ベルト３のスリップを防止することができた。また、ベルト基材の表面にフッ素樹脂等の被覆層を設けるのではなく、ベルト基材にフッ素樹脂を含有させることにより、クリーニング部材の当接によって削られる物質を低減し、オフセットの発生を防止することができた。

以上のように、本実施形態にかかる画像形成装置１００では、外部加熱ベルト３の外周面に被覆層が設けられておらず、スクレーパ７およびクリーニングパッド１２は外部加熱ベルト３のベルト基材に当接するようになっている。

なお、ベルト基材の材質は、スクレーパ７およびクリーニングパッド１２の当接によって比較的削られにくい材質であれば特に限定されるものではなく、例えば、ポリイミド等の樹脂材料を用いてもよく、ステンレス、ニッケル等の金属材料を用いてもよい。また、ポリイミド等の樹脂材料を用いる場合、この樹脂材料にフッ素樹脂を添加して用いてもよい。

なお、クリーニング部材の当接によるベルト基材の削られ易さの程度とベルト基材の引張強度との間には相関があり、引張強度が５０ＭＰａ以上の材質からなるベルト基材を用いることにより、スクレーパ７およびクリーニングパッド１２の当接によって削られるベルト基材の量を、オフセットを生じさせない程度に抑制できる。したがって、引張強度が５０ＭＰａ以上であるベルト基材を用いることが好ましい。また、樹脂材料にフッ素樹脂を添加したベルト基材を用いる場合、フッ素樹脂の添加量については、引張強度５０ＭＰａ以上を満足できる範囲内に設定することが好ましい。本実施形態では、樹脂材料（ポリイミド樹脂）９５重量部に対してフッ素樹脂５重量部（フッ素樹脂は樹脂全体の５ｗｔ％を含有する）とした。

したがって、従来の定着装置のようにクリーニング部材の当接によって外部加熱ベルト３の被覆層が削られることがないので、オフセットが生じることを防止できる。

なお、本実施形態では、外部加熱ベルト３が２つの加熱ローラ４ａおよび４ｂに懸架されている構成について説明したが、これに限るものではなく、３つ以上のローラに懸架されていてもよい。

また、本実施形態では、定着ローラ１を押圧する加圧部材として加圧ローラ２を用いているが、加圧部材の構成はこれに限るものではなく、例えばベルト形状の加圧部材を用いてもよい。

また、本実施形態では、クリーニング部材としてスクレーパ７およびクリーニングパッド１２を備えた構成について説明したが、これに限るものではない。例えば、スクレーパ７またはクリーニングパッド１２の一方を備えない構成にしてもよく、スクレーパ７またはクリーニングパッド１２に代えてクリーニングウェブ等の他のクリーニング部材を備えてもよい。

本発明は上述した各実施形態または実施例に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態または実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置に適用できる。

１ 定着ローラ（定着部材）
２ 加圧ローラ（加圧部材）
３ 外部加熱ベルト（外部加熱部材、無端ベルト）
４ａ〜４ｂ 加熱ローラ（懸架ローラ）
５ａ〜５ｄ ヒータランプ（加熱部）
６ａ〜６ｃ サーミスタ
７ スクレーパ（クリーニング部材）
７ａ クリーニング部
７ｂ 保持部
７ｃ スリット
９ 記録用紙（記録材）
１１ 外部加熱ユニットホルダ
１２ クリーニングパッド（クリーニング部材）
１２ａ フェルト部材（クリーニング部材）
１２ｂ フェルト保持部材
１３ 外部加熱ユニット
３０ 定着装置
１００ 画像形成装置

Claims (7)

1. 回転する定着部材と、上記定着部材に圧接する加圧部材と、上記定着部材の表面に当接して当該定着部材を加熱するための、複数の懸架ローラに回転可能に回転可能に懸架された外部加熱ベルト、および上記外部加熱ベルトの表面に当接して当該外部加熱ベルトの表面に付着した汚れを除去するクリーニング部材を有する外部加熱ユニットとを備え、上記定着部材と上記加圧部材との間に記録材を搬送し、上記記録材上のトナー画像を上記定着部材から伝達される熱によって上記記録材上に熱定着させる定着装置であって、
   上記外部加熱ベルトは、当該外部加熱ベルトに対して当該外部加熱ベルトを上記懸架ローラに回転可能に懸架するための柔軟性および強度を付与するためのベルト基材を有し、
   上記外部加熱ベルトにおける上記クリーニング部材との当接面に上記ベルト基材が露出しており、上記クリーニング部材は上記ベルト基材に当接しており、
   上記クリーニング部材は、上記外部加熱ベルトにおける当該外部加熱ベルトの内周面が上記懸架ローラに当接していない位置の外周面に当接しており、
   上記クリーニング部材は、板状部材のエッジ部分を上記外部加熱ベルトの表面に当接させて当該外部加熱ベルトの表面に付着した汚れを除去するスクレーパであり、
   上記スクレーパは、上記板状部材を鋭角に折り曲げた直線状の折曲部と、上記板状部材における上記折曲部に対して上記エッジ部分を含む側であるクリーニング部と、上記板状部材における上記折曲部に対して上記エッジ部分を含まない側の部分である保持部とを有し、上記保持部が上記外部加熱ユニットの筐体に取り付けられており、
   上記クリーニング部および上記保持部における上記折曲部側の位置には、この折曲部がなす直線の延伸方向に垂直な方向に上記折曲部側から上記クリーニング部および上記保持部を切り込んだ複数のスリットが設けられていることを特徴とする定着装置。
2. 上記ベルト基材は樹脂材料にフッ素樹脂を添加したものであることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 上記ベルト基材はポリイミドにフッ素樹脂を添加したものであることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. 上記ベルト基材は金属材料からなることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
5. 上記スクレーパは金属製であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
6. 上記クリーニング部材として、上記スクレーパと、上記外部加熱ベルトの表面に面接触して当該外部加熱ベルトの表面に付着した汚れを除去するクリーニングパッドとを備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の定着装置。
7. 請求項１から６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。
   

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