JP2001201979A - 画像定着装置 - Google Patents
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Abstract
接するように配設されてそのロールとの間に未定着トナ
ー像Tが付着した用紙Pを通過させる定着用ニップNを
形成する無端状ベルト20及び加圧パッド30からなる
加圧体とを備えた画像定着装置において、連続した両面
画像形成を行った場合であっても、その第2面の定着時
において用紙Pに紙しわが発生することがなく、良好な
定着を行うことができるようにする。 【解決手段】 特に前記加圧パッド30のうち用紙Pが
通過しない非通紙部30a,30bにおける異常な温度
上昇により生じるニップ圧の変動を、冷却作用や熱伝達
遮断作用により抑制するため、無端状ベルト20を直接
冷却して加圧パッド30の非通紙部30a,30bを間
接的に冷却するように冷却ファン装置50(ニップ圧変
動抑制手段)を設けた。
Description
等に代表される画像形成装置に使用される画像定着装置
に係り、特に、定着回転体と加圧体の間の定着用ニップ
に未定着トナー像が付着した用紙を通過させて、そのト
ナー像を用紙に定着させる画像形成装置に関するもので
ある。
タ等においては、普通紙、コート紙、OHPシート等の
用紙上に画像情報に応じて形成したトナー像を加熱溶融
させて定着する画像定着装置が使用されている。
aに例示するように加熱手段を備えた加熱ロール等のよ
うな定着回転体100に対して加圧ロール210等の加
圧体200を圧接させ、その両者間に形成される定着用
ニップに用紙Pを通過させるロールニップ方式の定着装
置や、図18bに例示するように前記定着回転体100
に複数の支持ロール221、222、223に回転自在
に張架された無端状ベルト220とこの無端状ベルト2
20の内側にその無端状ベルトをその内面側から定着回
転体200にむけて圧接させるように固定して配置され
る加圧部材230とで構成される加圧体200を圧接さ
せ、その両者間(厳密には定着回転体100と無端状ベ
ルト220の間)に形成される定着用ニップに用紙Pを
通過させるベルトニップ方式の定着装置が知られてい
る。
うな従来の画像定着装置においては、特に連続した両面
画像形成を行う場合、その第2面(裏面)の定着時に用
紙の(送り方向後方側)中央部にしわが発生するという
問題がある。このような紙しわの問題は、コート紙のよ
うな用紙の場合に顕著に発生する。
ズムについて以下のように考えている。
ップ方式の定着装置に基づいて説明すると、まず一般
に、図19に示すように、その加圧体200の加圧部材
230には用紙Pが通過する通紙部230aとその用紙
Pが通過しない非通紙部230bとがあり、この加圧部
材の通紙部230a及び非通紙部230bは基本的に定
着回転体100からの熱によって同じように加熱される
が、定着時には、その定着回転体100からの熱が通紙
部230aでは通過する用紙Pによって遮断及び吸収さ
れるのに対し、非通紙部230bではその用紙Pによる
熱の遮断及び吸収がないため、加圧部材230の非通紙
部230bがその通紙部230aよりも多く加熱される
結果となる。このため、定着が連続して行われるように
なると、非通紙部230bの温度が通紙部230aの温
度よりも上昇するようになり、結局、両者間に温度差が
発生する。このような温度差は、定着回数(用紙の通過
枚数)が増加するにつれて、さらに大きくなる。
非通紙部230bの間の温度差が発生すると、樹脂発泡
体等からなる加圧部材における各部位230a、230
bの熱膨張する度合いに差が生じ、より高温に加熱され
る非通紙部230bが多く熱膨張することになる。この
結果、定着回転体100との間に形成される定着用ニッ
プにおけるニップ圧が、その通紙部230a側に比べて
非通紙部230b及びその近傍(隣接する通紙部)にお
いてより多く増加する。つまり、定着用ニップでは、加
圧部材の非通紙部230bの近傍を通過する、用紙の送
り方向の端部に対するニップ圧が他よりも増加してしま
う結果となる。
過することにより加熱及び加圧されて若干伸ばされると
いう現象が発生する。この用紙の伸びは、コート紙など
の場合に発生しやくなる。このため、前述したように圧
力分布のバランスがくずれた定着用ニップ部を通過する
用紙Pは、図20に二点鎖線で示すように、その用紙送
り方向Xの端部がより多く伸ばされることになり、結果
的に、その端部Paと中央部Pbとの間で用紙の伸び量
に差が生じるようになる。
は、その用紙Pの第1面に対する定着において前述した
ような用紙の伸び量に大きな差が生じると、まずその用
紙端部Paで波打ちが発生し、図21aに示すように、
その波打ちが発生した状態で用紙Pの第2面に対する定
着が行われるようになる。次いで、第2面に対する定着
時の定着用ニップNでは、図21bに示すように、その
波打った用紙端部PaがニップNによりしごかれつつ、
用紙中央部Pbへ寄せられるようになる。これにより、
図21cに示すように、用紙Pの送り方向Xの後方端中
央部にZ字状の折れ300が発生し、このZ字状の折れ
300がニップNでつぶされることによって、図22に
示すような「紙しわ」310になるものと考えられる。
プ方式の定着装置においても、特にコート紙を使用した
場合などに同様に発生するおそれがある。
しわの発生が防止され、良好な定着を行うことができる
画像定着装置を提供することを主な目的とする。
本発明は、加熱手段を有する定着回転体と、この定着回
転体に圧接するように配設されてその定着回転体との間
に未定着トナー像が付着した用紙を通過させる定着用ニ
ップを形成する加圧体とを備えた画像定着装置におい
て、前記加圧体のうち用紙が通過しない非通紙部におけ
る異常な温度上昇により生じるニップ圧の変動を、冷却
作用、熱伝達遮断作用又は熱膨張量調整作用のうち少な
くとも1つの作用を利用して抑制するニップ圧変動抑制
手段を設けたことを特徴とするものである。
抑制手段は、定着回転体からの熱により加熱される加圧
体の少なくとも非通紙部(非通紙部に隣接する通紙部を
少しは含んでいてもよい。以後も同様である)を直接的
又は間接的に冷却する作用が得られるものであればよ
く、例えば、空気を吹き付けたり若しくは吸い込んで冷
却する冷却ファン装置、吸熱して冷却する吸熱装置、積
極的に放熱させて冷却する放熱装置等である。
抑制手段は、加圧体の少なくとも非通紙部に伝わる定着
回転体からの熱を直接的又は間接的に遮断する作用が得
られるものであればよく、例えば、定着回転体と加圧体
の少なくとも非通紙部との間に断熱(遮熱)部材を配設
するようにした手段等である。
プ圧変動抑制手段は、加圧体の少なくとも非通紙部が定
着回転体からの熱により加熱されて熱膨張する量やその
熱膨張による変形量を調整する作用が得られるものであ
ればよく、例えば、熱膨張率の異なる部材を併用するよ
うにした手段(その非通紙部とその近傍に相対的に熱膨
張率の小さい部材を配設する)、加圧体の非通紙部とそ
の近傍における厚さ(圧接する方向の厚さ)を通紙部の
厚さよりも薄くして熱膨張する量(割合)を調整するよ
うにした手段等である。
作用、熱伝達遮断作用及び熱膨張量調整作用を複数組み
合わせて利用したものであっても構わない。なお、本発
明における加圧体の非通紙部とは、通常の定着動作では
用紙がまったく通過する予定のない部位をいい、用紙の
送り方向における幅サイズの大小によって発生するよう
な、いわゆる用紙の非通過領域とは異なるものである。
また、定着回転体は、主にロール形状のものが使用され
るが、ベルト形状のものであってもよい。さらに、加圧
体は、その加圧体側について補助的に加熱する加熱手段
を備えたものであっても構わない。
手段を設けたことにより、加圧体の少なくとも非通紙部
における異常な温度上昇(その通紙部の温度上昇に比べ
て異常に上昇する状態)により生じるニップ圧の変動が
抑制されるようになる。ちなみに、冷却作用又は熱遮断
作用を利用するニップ圧変動抑制手段の場合には、加熱
体の少なくとも非通紙部における異常な温度上昇が防止
されることにより、その非通紙部とその近傍の熱膨張が
抑制される結果、そのニップ圧変動が抑制される。ま
た、熱膨張量調整作用を利用するニップ圧変動抑制手段
の場合には、加熱体の少なくとも非通紙部における熱膨
張そのものが防止されたりその熱膨張による変形量(状
態)が調整されることにより、そのニップ圧変動が抑制
される。
紙部と通紙部とで変動しなくなり、また、このようなニ
ップ圧状態にある定着ニップを通過する用紙にも伸び量
の差が生じにくくなる。したがって、連続した両面画像
形成を行った場合であっても、その用紙の第2面に対す
る定着時において用紙の送り方向後端部側の中央部に紙
しわが発生しにくくなる。
加圧体が、複数の支持ロールに回転自在に張架されると
ともに定着回転体に接触するように配設される無端状ベ
ルトと、この無端状ベルトの内面側にその無端状ベルト
をその内面側から定着回転体にむけてさらに圧接させる
ように固定して配置される加圧部材とで構成されたもの
である(いわゆるベルトニップ方式の)画像定着装置に
採用した場合に、特に有効である。もちろん、その加圧
体が、ほかの構成体、例えば前述したように加圧ロール
からなる(いわゆるロールニップ方式の)画像定着装置
に採用した場合でも、有効である。
の画像定着装置においては、ニップ圧変動抑制手段とし
て、無端状ベルトのうち少なくとも加圧部材の非通紙部
に該当する部分を冷却する作用又は定着回転体から加圧
部材側への熱の伝達を遮断する作用を利用するニップ圧
変動抑制手段を設けるとよい。
り、無端状ベルトが冷却されることにより加圧部材の少
なくとも非通紙部が間接的に冷却(厳密には熱の伝達が
遮断)されるか、或いは、ニップ圧変動抑制手段により
加圧部材の少なくとも非通紙部への加熱が抑制されて、
その結果として、その非通紙部における異常な温度上昇
が防止される。また、このようなニップ圧変動抑制手段
の構成は、加圧部材の非通紙部を直接的に冷却又は熱伝
達遮断するニップ圧変動抑制手段を配設する、設置スペ
ース等がない場合にも有利である。
置においては、冷却作用を利用するニップ圧変動抑制手
段を使用する場合、その抑制手段を、無端状ベルトのう
ち他の構成部品と接していない無接触領域で冷却を行う
ように配設するとよい。
る無端状ベルトの冷却が効率よくなされる。
ず、冷却作用を利用するニップ圧変動抑制手段を使用す
る場合には、その抑制手段による冷却を、少なくとも用
紙が定着用ニップを通過する間は行うように設定すると
よい。
紙の有無によって発生しやすい加圧体の少なくとも非通
紙部の異常な温度上昇を端的にかつ効率よく防止するこ
とができる。しかも、この場合、用紙が定着用ニップを
通過していない間は、ニップ圧変動抑制手段の冷却作用
により加圧体を冷却することがないようにすることもで
き、定着装置における定着温度の温度制御(例えばウォ
ーミングアップ時やアイドリング時における温度制御)
に悪影響(不要な温度低下など)を与えるおそれがな
い。なお、上記の設定の他にも、必要により、この抑制
手段による冷却は、その抑制手段が冷却動作をON・O
FF制御することができるものである場合、加圧体の通
紙部及び非通紙部の温度を検知し、その両者の温度差が
所定の範囲(例えば10℃以内)におさまるようにフィ
ードバック制御して行うように設定してもよい。
着トナー像を用紙に定着して永久像にする必要のある画
像形成装置に適用される。画像形成装置の構成について
は特に制約はないが、なかでも用紙としてコート紙を使
用して連続した両面画像形成を行うことが可能な構成か
らなる画像形成装置に適用した場合は、前述したような
紙しわが発生しない良好な定着が行われるようになり、
特に有益である。
実施の形態について説明する。
態1に係る定着装置の主要部を示す概要図である。この
実施形態1に係る定着装置は、ベルトニップ方式の定着
装置であり、例えば、カラーレーザプリンタ、カラー複
写機等のカラー画像形成装置の画像定着装置として使用
される。図中において、符号10は加熱ロール(定着回
転体の一例)、20は無端状ベルト(加圧体の一例)、
30は加圧補助パッド(加圧体又は加圧部材の一例)、
40は剥離つめ、45は用紙搬送ガイド、46、47は
用紙通過検知センサ、48は用紙排出ロール対、Pは普
通紙、コート紙、OHPシート紙、薄紙等の用紙、Tは
上記したカラー画像形成装置の作像部で形成されて用紙
P上に転写された未定着トナー像、矢付一点鎖線は用紙
Pの搬送経路を示す。
される円筒状のロール芯(コア)11上に、シリコーン
ゴム(例えば厚さ2mm、硬度45°)等からなる下地
層とフッ素ゴム(例えば厚さ2μmのコート層)等から
なる表面層との2層構造の弾性表面層12を形成したロ
ール構造からなるものである。また、そのロール芯11
の中空内部には、そのロールの軸線方向に沿うようにハ
ロゲンランプ(加熱手段)13が設置されている。そし
て、この加熱ロール10は、図示しない回転支持機構及
び回転駆動装置により回転自在に支持されているととも
に図中の矢印A方向に所定の速度で回転するようになっ
ている。また、加熱ロール10は、ハロゲンランプ13
の発熱により加熱され、そのロール表面が図示しない温
度センサ及び温度コントローラにより所定の定着温度
(例えば160℃程度)に維持されるようになってい
る。なお、この加熱ロール10は、図1中に二点鎖線で
例示するような外部加熱ロール18を配設するように
し、その外部加熱ロール18によりロール10の表面を
外部から補助的に加熱するように構成してもよい。
すように、ロール塗布方式のオイル供給装置15により
そのロール表面に離型剤オイル(例えばアミノ変性シリ
コーンオイル)が塗布されて当該ロール表面へのトナー
等の付着が防止されるようになっている。オイル供給装
置15は、オイル供給パイプ15aから滴下供給される
離型剤オイルOILを、互いに接触した状態で配設され
たオイル含浸部材15b、供給ロール15c、塗布ロー
ル15dという順に受け渡し、最後に塗布ロール15d
から加熱ロール10の表面に塗布するように構成されて
いる。図中の符号15eは供給ロール15cに付着され
て塗布ロール15dに供給されるオイル供給量を調整す
るためのブレード、15fは余剰のオイルを回収するオ
イルパンを示す。また、加熱ロール10は、ウェブ方式
のクリーニング装置16によりそのロール表面に付着し
たトナーや紙粉等が除去されるようにもなっている。ク
リーニング装置16は、クリーニング用ウェブ16aを
圧接ロール16bにより加熱ロール10の表面に押し当
ててトナー等を取り除くように構成されている。図中の
符号16cは送出しロール、16dは巻取りロール、1
6eは送りロール、16fは加熱ロール10及びウェブ
16aに同時に接触して加熱ロール10に付着するトナ
ー等を除去するためのクリーニング用ロールを示す。
m、周長188mm、幅250mmのポリイミドフィル
ムからなるベルト基材に、フッ素ゴムを200μmの厚
さにコーティングしたものである。そして、この無端状
ベルト20は、1つの圧接ロール21と2つの支持ロー
ル22,23とに張架された状態で回転自在に支持され
ているとともに、そのベルト内面側から圧接ロール21
と加圧パッド30により加熱ロール10にむけて付勢さ
れ加熱ロール10の外周面の一部領域に圧接するように
設置されている。これにより、無端状ベルト20は、加
熱ロール10との間で定着時の用紙Pを通過させるため
の定着用ニップ(圧接域)Nを形成するようになってい
るとともに、回転駆動する加熱ロール10と連れ回るよ
うに矢印B方向に従動回転するようになっている。
ールであり、図示しない加圧機構により加熱ロール10
の中心にむけて付勢されており、これにより無端状ベル
ト20を加熱ロール10の表面(厳密には弾性表面層1
2)に食い込んだ状態で圧着せしめている。支持ロール
22は、用紙Pの進入側に固定して配設された固定支持
ロールとなっている。また、この固定支持ロール22
は、そのロール内部に加熱用のハロゲンランプ24が配
設されており、これによりそのロールが加熱されて無端
ベルト20を少し温めるようになっている。支持ロール
23は、圧接ロール21と固定支持ロール22の双方よ
りも下方側に配置されており、しかも、無端状ベルト2
0の片寄り走行等を防止するため、ロール軸の片側が図
1中の矢印C,Dで示す方向にわずかに変位してその軸
全体の向きが調整されるように支持された、いわゆるス
テアリングロールとなっている。このステアリングロー
ル23は、金属ロールの表面に弾性層を形成したもので
ある。
板31上に、厚さが3mm程度のシリコーンゴム発泡体
からなる弾性体32を被覆し、その上層部を無配ベルト
20との接触抵抗を下げるための低摩擦性シート(例え
ばガラス繊維にテフロンを含浸させたシートなど)で被
覆した構成からなるものである。そして、この加圧パッ
ド30は、無端状ベルト20の内面側であって、圧接ロ
ール21よりも用紙Pの送り方向Xの上流側となる位置
に配設されており、加圧支持フレーム35により加熱ロ
ール1にむけて付勢されて無端状ベルト10の圧接ロー
ル21に至る領域を加熱ロール1の表面に圧着せしめて
いる。この加圧パッド30の加熱ロール10と圧接する
領域幅(加熱ロール10の周方向に沿う寸法)は、15
mm程度になっている。
図3に示すように、無端状ベルト20のうち定着用ニッ
プNにおいて用紙Pが通過しない非通紙部20a,20
bを冷却し、加圧パッド30のうち定着用ニップNにお
いて用紙Pが通過しない非通紙部30a,30bを間接
的に冷却及び熱伝達の遮断をする冷却ファン装置50
(ニップ圧変動抑制手段の一例)を設けている。
に、圧接ロール21とステアリングロール23の間に位
置する無端状ベルト20の装置フロント側及びリア側に
1つずつ対向した状態で設置されている。また、冷却フ
ァン装置50は、図2、3に示すように、送風ファン5
1とその送風ファン51の送風を無端状ベルトの非通紙
部20a,20bに集中して吹き付けるようにするため
のエアーダクト52とで構成されるものであり、特にそ
のエアーダクト52の吹き付け開口部52aが上記無端
状ベルトの非通紙部20a,20bに対向するように少
なくとも構成されている。
しない制御装置により、少なくとも一連の画像形成動作
ひいては定着動作が行われる間、すなわち、定着装置の
用紙進入側に設置された用紙通過検知センサ(第一セン
サ)46によりその一連の定着動作における最初の用紙
Pの先端部の通過が検知された時点から、定着装置の用
紙排出側に設置された用紙通過検知センサ(第二セン
サ)47によりその最後の用紙Pの後端部の通過が検知
された時点までの間に、その送風ファン51が動作する
ように構成されている。
明する。
装置本体側の電源が投入されると、ウォームアップモー
ドにより加熱ロール10がハロゲンランプ13により所
定の温度まで加熱される。また、この際、無端状ベルト
20も、ハロゲンランプ24により加熱される固定支持
ロール22によって少し温められる。そして、加熱ロー
ル10は所定の温度までに加熱された後に所定時間だけ
空回転すると、定着装置は定着可能な状態になり、画像
形成プロセスが開始されて定着プロセスになるまで所定
の温度に制御されながら待機している。
で未定着トナー像が転写された用紙Pが定着装置に対し
て搬送され、第一センサ46を通過した後、図1に示す
ように、回転する加熱ロール10と無端状ベルト20と
の間の定着用ニップNに対し、そのトナー像担持面側を
加熱ロール10側に対峙させるような姿勢で導入されて
通過させられる。これにより、用紙Pのトナー像担持面
側が加熱された加熱ロール10の周面に圧接されるた
め、その未定着のトナー像Tが溶融されて用紙P上に定
着される。
る用紙Pは、圧接ロール21により弾性変形した加熱ロ
ール10の部分を通過することにより、自力で加熱ロー
ル1から剥がれ(いわゆるセルフストリッピングし)、
その後定着装置内から排出される。このセルフストリッ
ピングが実行されない場合には、剥離つめ40によって
加熱ロール10等から確実に剥離されるようになってい
る。また、この用紙Pの加熱ロール10からの剥離に際
しては、加熱ロール10の表面にオイル供給装置15に
より離型剤オイルが塗布されているため、トナーが加熱
ロール10側に転移することもなく良好かつ円滑に行わ
れる。また、たとえ加熱ロール10にトナーや紙粉等が
付着しても、そのトナー等はクリーニング装置16によ
って確実に除去される。
通過した後、用紙排出ロール対48により送り出され、
その後、片面画像形成時には排紙するための用紙搬送路
に送られ、一方、両面画像形成時にはその第2面への画
像形成のための用紙搬送路に送られる。そして、両面画
像形成時には、その第2面への画像形成がなされた後、
再度、定着装置に送り込まれて第2面の定着が行われ
る。
無端状ベルト20や加圧パッド30のうち定着用ニップ
N動作において用紙(その送り方向Xの幅が最大のも
の)Pが通過しない非通紙部となる部分20a,20
b、30a,30bについても、加熱ロール10からの
熱により加熱される状態にあるため、特に連続した画像
形成動作ひいては定着動作が実行される場合には、通常
であれば、その無端状ベルト20及び加圧パッド30の
非通紙部20a,20b、30a,30bが異常な温度
に上昇してしまう状況にある。この結果、特にコート紙
のような用紙Pに対する連続した両面画像形成を行った
場合には、その第2面の定着時において既述したような
用紙後端部側に紙しわが発生するという問題がある。
定着動作における最初の)用紙Pが第1センサ46を通
過してからその(一連の定着動作における最後の)用紙
Pが第2センサ47を通過し終わるまでの間、冷却ファ
ン装置50が動作して無端状ベルト20の少なくとも非
通紙部20a,20bが冷却されるようになっている。
すなわち、図2〜図4に示すように、冷却ファン装置5
0の送風ファン51が回転して発生する送風がエアーダ
クト52を通して無端状ベルト20の少なくとも非通紙
部20a,20bに吹き付けられるため、その無端状ベ
ルト20の少なくとも非通紙部20a,20bは送風に
より冷却される。
も非通紙部20a,20bは、用紙Pが通過しなくと
も、加熱ロール10からの熱により温度が異常に上昇す
ることが防止される結果、定着用ニップNにおいて無端
状ベルト20を介して加熱ロール10に圧接される加圧
パッド30の少なくとも非通紙部30a,30bについ
ても、加熱ロール10からの熱が伝わりにくくなり、そ
の異常な温度上昇が防止される。
紙部30a,30bと通紙部30cとの間で大幅な温度
差が発生することがないため、主にシリコンゴム発泡体
からなるパッド30の加熱ロール10の軸線方向に対す
る熱膨張の度合いも、ばらつくことなくほぼ均一とな
る。この結果、定着用ニップNにおける軸方向のニップ
圧も、その加圧パッドの非通紙部30a,30bと通紙
部30cの間で大きくバランスがくずれることがなく、
ほぼ所要の圧力分布に保たれる。
がほとんど変化しない定着用ニップNを通過する用紙P
においても、その用紙の伸びが送り方向Xの端部と中央
部とで異なることなくほぼ均一になる。
おける第2面の定着時においても、ほぼ均一な伸びをし
ている第1面画像形成後の用紙Pが定着装置に再送され
ることになるため、その第2面の定着時において、用紙
Pがその用紙後端部に従来技術のごときZ字状の折れが
発生することなく定着用ニップNを正常に通過する。こ
の結果、その用紙Pの後端部に紙しわが発生することが
なく、良好な定着が行われる。
の枚数と加圧パッド30の通紙部及び非通紙部の温度推
移との関係を測定した結果を示すグラフであり、(a)
は冷却ファン装置50による無端状ベルト20の冷却を
行わない場合の測定結果、(b)はその冷却を行った場
合の測定結果である。図6は、定着用ニップNを通過す
る用紙Pの枚数と用紙Pの送り方向の端部及び中央部に
おける伸び量との関係を測定した結果をグラフであり、
(a)は冷却ファン装置50による無端状ベルト20の
冷却を行わない場合の測定結果、(b)はその冷却を行
った場合の測定結果である。図7は、用紙Pを100枚
通紙させた場合における加圧パッド30の軸方向に対す
るニップ位置における荷重(ニップ圧)を測定した結果
を示すグラフであり、冷却ファン装置50による無端状
ベルト20の冷却を行わない場合の測定結果と、その冷
却を行い1枚通紙時及び100枚通紙時の場合の測定結
果を示している。
装置において、加熱ロール10の温度(定着温度)を1
60℃、その回転速度を266mm/secとし、ま
た、用紙Pとしてコート紙を使用して行った。また、加
圧パッド30の温度測定については、その通紙部30c
及び非通紙部30a,30bに温度センサをそれぞれ埋
設して実測し、また、その荷重測定については、その通
紙部30c及び非通紙部30a,30bに圧力センサを
それぞれ設置して加熱前の荷重を実測するとともに加熱
後の荷重については前記温度から加圧パッドと加熱ロー
ルの熱膨張を勘案して算出した。
より冷却しない場合には、加圧パッド30の非通紙部3
0a,30bの温度は通紙枚数に比例するように上昇
し、100枚になる頃には加熱ロール10の定着温度
(160℃)付近まで上昇してしまい通紙部30cとの
温度差が大きくなることがわかる。一方、図5bの結果
から、冷却ファン装置50により冷却した場合には、加
圧パッド30の非通紙部30a,30bの温度上昇が抑
えられ、通紙部30cとの温度差も少ないことがわか
る。本発明者らの研究によれば、この加圧パッド30の
非通紙部30a,30bと通紙部30cとの温度差が1
0℃以下となるようにすると、紙しわの発生をより確実
に防止できることが確認されている。
50により冷却しない場合には、通紙枚数に比例するよ
うに、用紙の端部の伸び量がその中央部の伸び量よりも
次第に増加するのに対し、冷却ファン装置50により冷
却した場合には、用紙の端部及び中央部における伸び量
がほぼ同じレベルになることがわかる。
50により冷却しない場合には、加圧パッド30の非通
紙部近傍(ニップ位置0〜30mm、270〜300m
m)の荷重がその通紙部(その中央部側)の荷重よりも
多く増加しているのに対し、冷却ファン装置50により
冷却した場合には、その荷重は非通紙部近傍と通紙部の
間でほぼ同じレベルで増加し、正常時の圧力分布に近い
10枚通紙時の圧力分布とほぼ同じバランスに保たれて
いることがわかる。これにより、用紙の伸び量が端部及
び中央部においてほぼ均一となり、ひいては第2面の定
着時における紙しわが発生しにくくなるものと推測され
る。
ン装置50による冷却を、無端状ベルト20が他の構成
部品と接触していない無接触領域、すなわち圧接ロール
21とステアリングロール23の間に位置する領域に対
して行うようにしているため、他の構成部品(例えばロ
ール)などの熱容量による影響を受けることなく、その
ベルト20の非通紙部を効率よく冷却することができ
る。これにより、加圧パッド30の非通紙部の温度上昇
を効率よく的確に防止することができ、ひいては非紙紙
部の異常な温度上昇により生じるニップ圧の変動を効率
よく抑制することができる。
ァン装置50による冷却を、一連の定着動作において複
数枚の用紙Pが定着ニップNを通過するときには必ず行
うようになるため、定着用ニップNを通過する用紙Pの
有無によって発生しやすい無端状ベルト20や加圧パッ
ド30の少なくとも非通紙部の異常な温度上昇を端的に
かつ効率よく防止することができる。
め40として、剥離つめが加熱ロール10に塗布される
離型剤オイル又は加熱ロール10から無端状ベルト20
に転移した離型剤オイルOILをかき取って用紙Pに付
着させてその用紙を汚してしまうという課題を解消する
ため、図8〜図10に示すような形態からなる剥離つめ
を使用している。
部41とこの基部41から折れ曲がったつめ部42とを
備えたものである。そして、つめ部42は、加熱ロール
1や無端状ベルト20の表面と接触する側(前方部)4
2aが、その中央部に切り欠き部43が形成された掬い
面形状となっている。この前方部42aの先端から後方
の途中までに至る上面縁部には、わずかに***した形状
からなる用紙ガイド***部42cが形成されている。一
方、つめ部42の後方部42bには、後方になるにつれ
て次第に高くなる突状部44が中央部に形成された用紙
ガイド形状になっている。突状部44の先端部44a
は、前方部42aの切り欠き部43の近くまで形成され
ているとともに、その切り欠き部43に近づくにつれて
先端が次第に低くなりかつ尖った形状となるように形成
されている。
ように、そのつめ部42の前方部42aの切り欠き部4
3を除く先端部が加熱ロール10及び無端状ベルト20
の表面に接触するような状態で設置される。これによ
り、剥離つめ40は、そのつめ部前方部42aにおいて
加熱ロール10等にオイル塗布装置15により塗布され
る離型剤オイルを少しかき取ることになるが、その加熱
ロール10等に接触する中央部に切り欠き部43がある
分だけ、その離型剤オイルのかき取る量が低減する。ま
た、この際、特につめ部の後方部42bが前方部42a
よりも低くなる姿勢で取り付けられている場合には、そ
の前方部42aでかき取った離型剤オイルは上面にそっ
て後方側に移動する(図9中の矢付点線を参照)。この
ため、そのかき取られたオイルがつめ部における上面よ
りも高い突状部44側に移動することはない。
の用紙Pは、まずそのつめ部前方部42aにおける用紙
ガイド***部42cにそって剥離され始め、その後、つ
め部後方部42bにおける突状部44の上面に案内され
るように移動して剥離される(図10中の矢付二点鎖線
を参照)。これにより、剥離される用紙Pは、低い面で
ありかつ離型剤オイルが存在するつめ部上面に接触する
ことなく離間した状態で剥離されることになるため、つ
め部前方部42aがかき取ったオイルが剥離時の用紙P
に付着することが回避される。この結果、用紙Pへオイ
ルが付着して品質を損ねることがなくなる。
形態2に係る定着装置の要部を示す概要図である。この
実施形態2に係る定着装置は、ニップ圧変動抑制手段の
他の構成例として、熱膨張率の異なる部材にて構成され
た加圧パッド30を使用したものであり、それ以外につ
いては実施形態1に係る定着装置と同じ構成からなるも
のである。
ド30は、図11や図12に示すように、その非通紙部
30a,30bの弾性体32A(ニップ圧変動抑制手段
の一例)を、その通紙部30cの弾性体32Bよりも相
対的に熱膨張率が小さい部材にて形成している。例え
ば、その非通紙部30a,30bの弾性体32Aとして
フッ素ゴムが使用され、その通紙部30cの弾性体32
Bとしてシリコーンゴムが使用される。
いて加圧パッド30の非通紙部30a,30bがその通
紙部30cよりも加熱ロール10の熱によって加熱され
て温度上昇するが、その非通紙部30a,30bにおけ
る弾性体32Aの熱膨張の割合がその通紙部30cにお
ける弾性体32Bの熱膨張の割合よりも少なくなる。つ
まり、非通紙部30a,30b及び通紙部30cの熱膨
張する量が調整される。この結果、加圧パッド30の非
通紙部30a,30b及び通紙部30cの熱膨張はほぼ
同じ程度となるため、定着用ニップNの軸方向に対する
ニップ圧もばらつくことなくほぼ均一になる。したがっ
て、連続した両面画像形成が行われても、その第2面の
定着時において用紙Pに紙しわが発生することがない。
態3に係る定着装置の要部を示す概要図である。この実
施形態3に係る定着装置は、ニップ圧変動抑制手段の他
の構成例として、パッドの厚さが異なるように構成され
た加圧パッド30を使用したものであり、それ以外につ
いては実施形態1に係る定着装置と同じ構成からなるも
のである。
ド30は、図13に示すように、その非通紙部30a,
30bの弾性体32の厚さ(ニップ圧変動抑制手段の一
例)を、その通紙部30cの弾性体32の厚さよりも次
第に薄くなるように形成している。例えば、その非通紙
部30a,30bの弾性体の厚さとその通紙部30cの
弾性体32の厚さとの差(Δd)が例えば1.5mm程
度となる範囲内で徐々に異なるように形成する。この
際、加圧パッド30によるニップ圧が軸方向に対して不
均一とならないように調整することが必要である。
いて加圧パッド30の非通紙部30a,30bがその通
紙部30cよりも加熱ロール10の熱によって加熱され
て温度上昇し、その加熱された温度に応じて通紙部30
cよりも多く熱膨張する。しかし、図14に示すよう
に、その非通紙部30a,30bは、弾性体32の厚さ
が相対的に薄い分だけ熱膨張する量がその通紙部30c
に比べて少なくなるため、熱膨張して加熱ロール10を
押圧する圧力については結果的に通紙部30cとほぼ同
レベルとなる。つまり、非通紙部30a,30b及び通
紙部30cの熱膨張により変形する量が調整される。こ
の結果、加圧パッド30の非通紙部30a,30b及び
通紙部30cの熱膨張による圧力増加はほぼ同じ割合と
なるため、定着用ニップNの軸方向に対するニップ圧も
ばらつくことなくほぼ均一になる。したがって、連続し
た両面画像形成が行われても、その第2面の定着時にお
いて用紙Pに紙しわが発生することがない。
態4に係る定着装置の要部を示す概要図である。この実
施形態4に係る定着装置は、ニップ圧変動抑制手段の他
の構成例として、断熱材を設けた加圧パッド30を使用
したものであり、それ以外については実施形態1に係る
定着装置と同じ構成からなるものである。
ド30は、その非通紙部30a,30bとなる弾性体3
2の上面に断熱材35(ニップ圧変動抑制手段の一例)
を積層形成又は貼付している。このような断熱材35と
しては、例えば、フッ素ゴムを厚さ100μm程度にコ
ーティングしたような材料(ごく薄いものが好ましい)
が使用される。
いて無端状ベルト20の非通紙部20a,20bがその
通紙部よりも加熱されるが、加圧パッドの非通紙部30
a,30bに断熱材35が存在しているため、加熱ロー
ル10の熱が無端状ベルト20を介して加圧パッドの非
通紙部30a,30bに伝わりにくくなる。つまり、そ
の非通紙部30a,30bへの熱伝達が加圧パッド30
側において遮断される。この結果、加圧パッド30の非
通紙部30a,30bの異常な温度上昇が防止されて、
その非通紙部30a,30b及び通紙部30cの温度上
昇とその温度上昇による熱膨張もほぼ同じ割合となるた
め、定着用ニップNの軸方向に対するニップ圧もばらつ
くことなくほぼ均一になる。したがって、連続した両面
画像形成が行われても、その第2面の定着時において用
紙Pに紙しわが発生することがない。
態5に係る定着装置の要部を示す概要図である。この実
施形態5に係る定着装置は、ニップ圧変動抑制手段の他
の構成例として、断熱材を設けた無端状ベルト20を使
用したものであり、それ以外については実施形態1に係
る定着装置と同じ構成からなるものである。
ルト20は、そのベルト内面側に断熱材25(ニップ圧
変動抑制手段の一例)を積層形成又は貼付している。こ
のような断熱材25としては、例えば、フッ素ゴムを薄
くコーティングしたような材料(ごく薄いものが好まし
い)が使用される。また、断熱材25は、ベルト内面側
の前面に設けることに限定されるものではなく、例え
ば、そのベルトの非通紙部20a,20b等の所定部分
のみに設けてもよい。
いて無端状ベルト20の非通紙部20a,20bがその
通紙部よりも加熱されるが、そのベルト20の内面側に
断熱材25が存在しているため、加熱ロール10の熱が
無端状ベルト20を介して加圧パッド30の非通紙部3
0a,30bに伝わりにくくなる。つまり、加圧パッド
の非通紙部30a,30bへの熱伝達が無端状ベルト2
0において遮断される。この結果、加圧パッド30の非
通紙部30a,30bの異常な温度上昇が防止されて、
その非通紙部30a,30b及び通紙部30cの温度上
昇とその温度上昇による熱膨張もほぼ同じ割合となるた
め、定着用ニップNの軸方向に対するニップ圧もばらつ
くことなくほぼ均一になる。したがって、連続した両面
画像形成が行われても、その第2面の定着時において用
紙Pに紙しわが発生することがない。
4では、ベルトニップ方式の定着装置の場合について例
示したが、本発明では、実施形態1〜4で例示した各ニ
ップ圧変動抑制手段を、前記したロールニップ方式の定
着装置に対しても同様に適用してもよい。
る定着装置の無端状ベルト20を回転自在に張架する3
つの支持ロール(圧接ロール21、固定支持ロール2
2、ステアリングロール23)の構成例について示す一
覧図である。
5のおける定着装置では、無端状ベルト20を回転自在
に張架する3つの上記支持ロール21、22、23の各
ロールの形状として、図17の構成例Aに示すように、
圧接ロール21としてクラウン形状(ロール径がそのロ
ール端部から中央部にかけて次第に膨張するように大き
くなる形状)を適用し、固定支持ロール22として中央
傾斜***形状(ロール径がそのロール端部から中央部に
かけて同じ率で大きくなる形状)を適用し、ステアリン
グロール23としてストレート形状を適用している。
Aでは、無端状ベルト20の製造精度の違いにより、無
端状ベルト20がロール軸線方向においてたわみ(波打
ち)が発生する場合がある。そして、このベルトの軸方
向のたわみが発生した場合には、定着むらが発生すると
いう問題がある。
るため、この3つの支持ロール21〜23の形状等を調
整して対応する手段について検討を行った。
0に向けて少し食い込むように圧接されることにより前
記したような用紙のセルフストリッピングが発揮されや
すいニップ形状を形成する必要があり、このような理由
から、圧接ロール21のロール形状については少なくと
も「クラウン形状」とすることが必須条件となってい
る。しかし、このことが前記したベルトのたわみを誘発
する原因になっている可能性もあるとも考えられてい
る。
する手段として、上記3つの支持ロール21〜23の各
形状についての関係が以下の条件式を満たすように構成
すればよいことを見出した。すなわち、無端状ベルト2
0を支持する各支持ロールとしての圧接ロール21のク
ラウン量をα、固定支持ロール22の長径差(最大部の
直径と最小部の直径との差)をβ、ステアリングロール
23の直径差をγとした場合、下記の条件式、 [α−(β+γ)]=0 を満たすようなロール形状とすればよい。
例Bとして挙げる。この構成例Bでは、まず圧接ロール
21は構成例Aと同様にクラウン量αが「200μm」
のクラウン形状からなるロールを使用することを前提と
したうえで、固定支持ロール22として長径差βが
「0」であるストレート形状を適用し、ステアリングロ
ール23として長径差(この例では逆クラウン量に相当
する)γが「200μm」の逆クラウン形状(ロール径
が、クラウン形状とは反対に、そのロール端部から中央
部にかけて次第に収縮するように小さくなる形状)を適
用している。すなわち、この構成例Bにおける前記条件
式の左辺の値は、[α−(β+γ)]=200−(0+2
00)となるため、その結果はゼロとなる。したがっ
て、この構成例Bは前記条件式を満たしたものとなる。
21〜23を採用した定着装置では、無端状ベルト20
の軸方向に対するたわみが発生しにくくなる。また、こ
の効果は、無端ベルト20の製造精度に違いに影響され
ることなく、同様に得られる。したがって、この場合に
は、ベルトのたるみによる定着むらのない良好な定着を
確実に行うことが可能となる。
装置によれば、ニップ圧変動抑制手段を設けたので、た
とえ用紙としてコート紙を使用し、連続した両面画像形
成を行った場合でも、その第2面の定着時において用紙
に紙しわの発生することがなく、良好な定着を行うこと
ができる。
要図。
置の配設状態を示す要部概要図。
図。
関係を示す概略説明図。
の通紙部及び非通紙部の温度推移との関係を示す測定結
果のグラフ図。
及び中央部における伸び量との関係を示す測定結果のグ
ラフ図。
を示す測定結果のグラフ図。
略説明図。
部位における熱膨張率の関係を示す説明図。
略説明図。
部位における熱膨張時の変形自由度の関係を示す説明
図。
略説明図。
略説明図。
支持する支持ロールの代表的な構成例を示す一覧図。
る各構成部品との関係を示す概略説明図。
び状態例を示す用紙の平面説明図。
の第2面に対する定着時に発生する紙しわの発生メカニ
ズムを経時的に示す説明図。
明図。
プ(加熱手段)、20…無端状ベルト(加圧体)、20
a,20b…ベルトの非通紙部、30…加圧パッド(加
圧体又は加圧部材)、30a,30b…パッドの非通紙
部、50…冷却ファン装置(ニップ圧変動抑制手段)、
T…未定着トナー像、P…用紙、N…定着用ニップ。
Claims (5)
- 【請求項1】 加熱手段を有する定着回転体と、この定
着回転体に圧接するように配設されてその定着回転体と
の間に未定着トナー像が付着した用紙を通過させる定着
用ニップを形成する加圧体とを備えた画像定着装置にお
いて、 前記加圧体のうち用紙が通過しない非通紙部における異
常な温度上昇により生じるニップ圧の変動を、冷却作
用、熱伝達遮断作用又は熱膨張量調整作用のうち少なく
とも1つの作用を利用して抑制するニップ圧変動抑制手
段を設けたことを特徴とする画像定着装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の装置において、加圧体
が、複数の支持ロールに回転自在に張架されるとともに
定着回転体に接触するように配設される無端状ベルト
と、この無端状ベルトの内面側にその無端状ベルトをそ
の内面側から定着回転体にむけてさらに圧接させるよう
に固定して配置される加圧部材とで構成されたものであ
ることを特徴とする画像定着装置。 - 【請求項3】 請求項2に記載の装置において、ニップ
圧変動抑制手段として、無端状ベルトのうち少なくとも
加圧部材の非通紙部に該当する部分を冷却する作用又は
定着回転体から加圧部材側への熱の伝達を遮断する作用
を利用するニップ圧変動抑制手段を設けたことを特徴と
する画像定着装置。 - 【請求項4】 請求項3に記載の装置において、冷却作
用を利用するニップ圧変動抑制手段を使用する場合、そ
の抑制手段を、無端状ベルトのうち他の構成部品と接し
ていない無接触領域で冷却を行うように配設したことを
特徴とする画像定着装置。 - 【請求項5】 請求項1又は3に記載の装置において、
冷却作用を利用するニップ圧変動抑制手段を使用する場
合、その抑制手段による冷却を、少なくとも用紙が定着
用ニップを通過する間は行うように設定したことを特徴
とする画像定着装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2000012057A JP2001201979A (ja) | 2000-01-20 | 2000-01-20 | 画像定着装置 |
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JP2000012057A JP2001201979A (ja) | 2000-01-20 | 2000-01-20 | 画像定着装置 |
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Family Applications (1)
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