JP2004045947A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ベルト方式の定着装置の場合に発生しがちな画像ずれや光沢むらを防止して、安定した画質を確保する。
【解決手段】定着ベルト40は熱源を有する支持加熱ローラ41と付勢されて移動可能とした支持ガイドローラ42との間に張架され、定着ベルト40内部には内部加圧ローラ43、外部には外部加圧ローラ44が配設されていて、転写材の加圧加熱時には、支持ガイドローラ42と外部加圧ローラ44、内部加圧ローラ43と外部加圧ローラ44は、夫々定着ベルトを挟んで先行加圧領域と主加圧領域を形成していて、支持ガイドローラ42への定着ベルト40の進入方向は先行加圧領域における加圧方向と概ね直角をなすことを特徴とする。
【選択図】 図2
【解決手段】定着ベルト40は熱源を有する支持加熱ローラ41と付勢されて移動可能とした支持ガイドローラ42との間に張架され、定着ベルト40内部には内部加圧ローラ43、外部には外部加圧ローラ44が配設されていて、転写材の加圧加熱時には、支持ガイドローラ42と外部加圧ローラ44、内部加圧ローラ43と外部加圧ローラ44は、夫々定着ベルトを挟んで先行加圧領域と主加圧領域を形成していて、支持ガイドローラ42への定着ベルト40の進入方向は先行加圧領域における加圧方向と概ね直角をなすことを特徴とする。
【選択図】 図2
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転写材上に付着したトナー画像の定着を行う定着装置及び定着装置を有する複写機、プリンタ等の画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子写真方式によって画像形成を行う画像形成装置では、感光体上に形成したトナー画像を転写材上に転写し、加圧加熱して転写材上のトナー画像を溶着し定着を行うことがなされている。トナー画像の定着を行う定着装置には、加熱源を内蔵する加熱ローラと加圧ローラとを圧接状態で回転させ、その間にトナー画像を保持した転写材を通過させることによって定着を行うローラ定着方式がある。ローラ定着方式では加熱ローラに転写材が圧接状態にある区間、即ちニップ部を通過する間に加圧加熱されて定着がなされるが、ニップ部は狭くしか設定できないことから、転写材上に多くのトナーを保持しかつ、画質上弾性層が必要なカラー画像形成装置では定着性と耐久性を両立させることは困難で、モノクロ高速機ではニップ時間が絶対的に不足していた。ニップ部を広く設定することが可能なことからベルト定着方式が採用されるようになった。
【0003】
ベルト定着方式の定着装置としては、特開平10−307496号公報等で示されているように、図4に示す構成のものが用いられている。図に示すように定着ベルトは加熱源を内蔵した支持加熱ローラと弾性層を被覆した支持加圧ローラとの間に張架され、支持加熱ローラによって所定の温度に加熱されて回動する定着ベルトと、当該定着ベルトを挟んで支持加圧ローラと対向して外部加圧ローラとが配設されている。
【0004】
定着時には外部加圧ローラは定着ベルトを挟んで支持加圧ローラに当接し主加圧領域aを形成するが、主加圧領域aの上流側では外部加圧ローラは定着ベルトの張力に抗して定着ベルトと接触した副加圧領域bを形成している。図4に示したベルト定着装置では、副加圧領域bと主加圧領域aとによって広い領域のニップ部を構成していて、トナー像を担持した転写材は副加熱領域bにおいて予備的な当接状態での加熱がなされたのち主加圧領域aにおいて定着が行われる。
【0005】
かかる構成のベルト定着装置では、ローラ定着に較べ長い定着ニップ部が得られるという特長を有しているがその反面、▲1▼回動する定着ベルトの抗力によって外部加圧ローラの荷重状態が不安定となりベルト速度が変動し、画像ずれ等の問題が発生する。▲2▼ニップ部へと搬送される転写材のトナー像を担持した先端部は定着ベルトに接触することが多く、画像の乱れが生じ易い、との問題点を有している。
【0006】
かかる課題を解決する手段として、主加圧領域aと副加圧領域bとの上流に転写材を軽く把持する先行加圧領域cを設け、転写材は先行加圧領域cから副加圧領域b、主加圧領域aを経て定着が行われる構成のベルト定着装置がある。図3はその1例の構成を示している。
【0007】
定着ベルトは熱源を有する支持加熱ローラと付勢されて移動可能とした支持ガイドローラとの間に張架されていて、定着ベルトの内部には内部加圧ローラが固定され、外部には押圧可能に移動する外部加圧ローラがあって、定着時には外部加圧ローラは移動して定着ベルトを挟んで支持ガイドローラと外部加圧ローラとは当接して先行加圧領域cを形成し、内部加圧ローラと外部加圧ローラとは圧接して主加圧領域aを形成している。そして先行加圧領域cと主加圧領域aとの間では、外部加圧ローラ外周と定着ベルトの間で挟着される副加圧領域bを形成している。
【0008】
先行加圧領域cでの加圧力が大き過ぎると、定着ベルトや転写材が大きな変形を受け、続く副加圧領域bでは、転写材や定着ベルトの浮きが発生して画像ずれや光沢むら等が生じることとなる。一方、安定した定着ベルトの支持・駆動にはある程度の張力が必要で、回動状態にある定着ベルトの張力が支持ガイドローラの当接力と干渉し、先行加圧領域cで安定した所定の低圧力で当接状態を維持することは困難な状態にあった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点を解決して、先行加圧領域cで安定した所定の低圧力で当接状態を維持し、安定して良好な定着画像が得られる定着装置、及び該定着装置を有する画像形成装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
【0011】
(1) 加熱された定着ベルトを挟んで転写材上の未定着画像を加圧加熱して定着を行う定着装置において、前記定着ベルトは熱源を有する支持加熱ローラと、付勢されて移動可能とした支持ガイドローラとの間に張架され、前記定着ベルト内部には内部加圧ローラ、外部には外部加圧ローラが配設されていて、転写材の加圧加熱時には、前記支持ガイドローラと前記外部加圧ローラ、前記内部加圧ローラと前記外部加圧ローラは、夫々定着ベルトを挟んで先行加圧領域と主加圧領域を形成していて、前記支持ガイドローラへの定着ベルトの進入方向は前記先行加圧領域における加圧方向と概ね直角をなすことを特徴とする定着装置。
【0012】
(2) 前記先行加圧領域及び前記主加圧領域の間は、前記外部加圧ローラ外周と前記定着ベルトとの間で挟着される副加圧領域を形成することを特徴とする(1)に記載の定着装置。
【0013】
(3) 転写材は前記先行加圧領域及び前記主加圧領域の間を通過する間に定着が行われることを特徴とする(1)又は(2)に記載の定着装置。
【0014】
(4) 定着時には前記外部加圧ローラ及び/又は内部加圧ローラの駆動回転がなされることを特徴とする(1)〜(3)の何れか1項に記載の定着装置。
【0015】
(5) (1)〜(4)の何れか1項に記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。
【0016】
本発明は先行加圧領域を有した定着装置で、支持ガイドローラにかかる定着ベルトの進入方向と、支持ガイドローラが外部加圧ローラに当接する加圧力の方向を概ね直角となるように配置するもので、かかる配置関係として定着ベルトの張力に基づいて生じる、支持ガイドローラの外部加圧ローラへの当接方向の成分が無視される程度に小さくなるよう構成することによって、支持ガイドローラに印加した所定の低圧力によって、安定した状態で当接することが可能となり、安定して良好な定着画像が得られるようにしたものである。
【0017】
【発明の実施の形態】
はじめに、本発明のベルト定着装置を用いた画像形成装置について説明する。
【0018】
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。
【0019】
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。
図において、10は感光体、11は帯電手段であるスコロトロン帯電器、12は画像書き込み手段である書き込み装置、13は現像手段である現像器、14は感光体10の表面を清掃するためのクリーニング装置、15はクリーニングブレード、16は現像スリーブ、20は中間転写ベルトを示す。画像形成手段1は感光体10、スコロトロン帯電器11、現像器13、およびクリーニング装置14等からなっており、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。
【0020】
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。
【0021】
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、これらのローラと中間転写ベルト20、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。
【0022】
中間転写ベルト20の走行は不図示の駆動モータによる駆動ローラ21の回転によって行われる。
【0023】
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の矢印で示す反時計方向に回転する。
【0024】
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、書き込み装置12によって感光体10上に投光される。
【0025】
現像器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同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現像スリーブ16を有している。
【0026】
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0.1〜1.0mmの半導電性フィルム基体の外側に、好ましくはトナーフィルミング防止層として厚さ5〜50μmのフッ素コーティングを行った、2層構成のシームレスベルトである。ベルトの基体としては、この他に、シリコンゴム或いはウレタンゴム等に導電材料を分散した厚さ0.5〜2.0mmの半導電性ゴムベルトを使用することもできる。
【0027】
25は転写器で、トナーと反対極性の直流が印加され、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。転写器25としてはコロナ放電器の他に転写ローラを用いることもできる。
【0028】
26はアースローラ22から当接解除可能な転写ローラで、中間転写ベルト20上に形成されたトナー像を転写材Pに再転写する。
【0029】
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。トナー像を転写材Pに転写後、中間転写ベルト20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で残留トナーの電荷が弱められ、クリーニングブレード29によって周面上に残ったトナーが清掃される。
【0030】
4は後に説明する本発明の定着装置である。トナー像を担持した転写紙Pは、本発明の定着装置4によって、先行加圧領域、副加圧領域及び主加圧領域を通過する間に画像ずれや光沢むらのない安定して良好な定着が行われる。
【0031】
続いて上記説明した画像形成装置の画像形成プロセスを説明する。
画像記録のスタートと同時に不図示の感光体駆動モータの始動により色信号Yの感光体10は矢印で示す反時計方向に回転され、同時にスコロトロン帯電器11の帯電作用により感光体10に電位の付与が開始される。
【0032】
感光体10は電位を付与されたあと、書き込み装置12によってYの画像データに対応する画像の書き込みが開始され、感光体10の表面に原稿画像のYの画像に対応する静電潜像が形成される。
【0033】
前記の静電潜像はYの現像器13により非接触の状態で反転現像され、感光体10の回転に応じYのトナー像が感光体10上に形成される。
【0034】
当該感光体10上に形成されたYのトナー像は、Yの転写器25の作用により、中間転写ベルト20上に転写される。
【0035】
その後、前記感光体10はクリーニング装置14によって清掃され、次の画像形成サイクルにはいる(以下、M、C、Kのクリーニングプロセスにても同様故、説明を省略する)。
【0036】
次いで、書き込み装置12によってM(マゼンタ)の色信号すなわちMの画像データに対応する画像書き込みが行われ、感光体10の表面に原稿画像のMの画像に対応する静電潜像が形成される。当該静電潜像は、Mの現像器13により感光体10上にMのトナー像となり、Mの転写器25において、中間転写ベルト20上の前記Yのトナー像と同期が取られ、前記Yのトナー像の上に重ね合わされる。
【0037】
同様のプロセスにより、Y、Mの重ね合わせトナー像と同期が取られ、C(シアン)のトナー像が、Cの転写器25において、前記のY、Mの重ね合わせトナー像上へ重ね合わされ、更にY、M、Cの重ね合わせトナー像と同期が取られ、K(黒)のトナー像が、Kの転写器25において、前記のY、M、Cの重ね合わせトナー像上へ重ね合わされ、中間転写ベルト20上にY、M、CおよびKの重ね合わせトナー像が形成される。
【0038】
重ね合わせトナー像が担持されている中間転写ベルト20は矢印のように時計方向に送られ、転写材Pが紙カセット72より、紙送り出しローラ70によって送り出され、搬送ローラ73を経て、タイミングローラ71へ搬送され、当該タイミングローラ71の駆動によって、中間転写ベルト20上の重ね合わせトナー像と同期がとられて、トナーと反対極性の直流電圧が印加されている転写ローラ26(中間転写ベルト20に当接状態にある)の転写領域Sに給送され、中間転写ベルト20上の重ね合わせトナー像が転写材Pに転写される。
【0039】
その後、中間転写ベルト20は走行し、除電ローラ27で残留トナーの電荷が弱められ、当該中間転写ベルト20に当接したクリーニングブレード29により清掃され、次の画像形成サイクルに入る。
【0040】
重ね合わせトナー像が転写された転写材Pは、更に定着装置4へと送られ、定着ベルト40を介してベルト支持ガイドローラ42、内部加圧ローラ43と外部加圧ローラ44に挟持、加圧され定着される。トナー像が溶融定着された転写材Pは排紙ローラ81によって排紙皿82へ搬送・排出される。
【0041】
図2は、本発明の定着装置4を模式的に示した側面図である。
図に示すように、定着ベルト40は熱源としてハロゲンランプ45を内蔵した支持加熱ローラ41と、付勢されて移動可能とした支持ガイドローラ42との間に張架されていて、回動する定着ベルト40の内部には内部加圧ローラ43が固定され、外部には移動を可能としニップ部を形成する外部加圧ローラ44が配設されている。
【0042】
本実施例においては、支持加熱ローラ41はローラ基体411とその外側に表面層として離型層を有し、内径面には黒色塗装がなされている。ローラ基体411は低熱容量体とするべく外径φ50mm、内径φ48mmの薄肉のアルミ材で、ローラ長さは約350mmとしている。ローラ基体411の外周面上には導電性PFA(パーフルオロアルキルビニールエーテル重合体その他)等からなる薄膜の離型層を有し、ローラ基体411の内周面は例えば熱吸収の良好な黒色酸化処理をして、急速加熱を可能とした薄肉ローラである。
【0043】
本実施例の支持ガイドローラ42は、ローラ基体421とその外側に弾性層422をもって被覆されている。ローラ基体421は外径がφ20mm〜φ30mmで肉厚5mmの中空鉄材で、ローラ長さは約350mmとしている。ローラ基体421の外周面は厚さ2mm〜5mmの耐熱性シリコーンゴム又は耐熱性シリコーンスポンジの弾性層422をもって被覆されている。
【0044】
支持加熱ローラ41には定着ベルト40に張力を付与すべく不図示のバネによって付勢され、定着ベルト40を張力30N〜60Nを保ちながら回動を可能としている。
【0045】
本実施例においては、定着ベルト40は内側の金属基体と外周面側の外側層とから構成されている。金属基体は、例えば電鋳加工により形成されたエンドレスベルト状の金属層や、溶接や圧延によって形成された金属層から成っていて、金属基体の外周面上にはシリコーンゴムがコーティングされた外側層が形成されていて、2つの層で構成された定着ベルト40は0.2mm〜0.6mmの厚さを有した、耐熱性とトナー剥離性とを併せ持ったフレキシブルの耐熱ベルトである。さらに高い離型性を得るために最外側にPFAやPTFE等からなる高離型層を設けることも行われる。
【0046】
本実施例の内部加圧ローラ43は、外径φ20mm〜30mm、肉厚2mm〜5mmのローラ長さ約350mmの鉄材を用いたローラ基体431の外周面に、厚さ2mm〜5mmの耐熱性シリコーンゴム又は耐熱性シリコーンスポンジの弾性層432をもって被覆がなされている。さらにローラのたわみなどによって生じるベルトとの間のずれ力を逃がすためにPFAチューブなどの低摩擦材料で表面を被覆する。内部加圧ローラ43は定着ベルト40内の固定位置で、定着時には図示しない駆動モータによって矢示方向に駆動回転が行われる。
【0047】
本実施例の外部加圧ローラ44は、外径φ48mm、肉厚2mm〜5mm、ローラ長さ約350mmの薄肉の鉄材を用いたローラ基体441の外周面に、厚さ1mm〜3mmの耐熱性シリコーンゴム又は耐熱性シリコーンスポンジの弾性層442をもって被覆がなされ、最外周面にPFAチューブ又はPTFEコーティングをもって被覆されている。本実施例では加熱手段としてハロゲンランプ46を内部に有している。外部加圧ローラ44は非定着時には退避した位置にあるが、定着時には移動して定着ベルト40を介して内部加圧ローラ43と圧着し、図示しない駆動モータによって矢示方向に駆動回転が行われる。
【0048】
なお上記実施例では内部加圧ローラ43、外部加圧ローラ44は共に定着時に駆動回転されるが、その際両者の周速は等速であることが必要である。実際には必ずしも両者が駆動回転される必要はなく、何れか一方が駆動回転がなされ、他方が従動回転する構成であってもよい。また本実施例では外部加圧ローラ44内部にハロゲンランプ46を有し、定着時に転写材の背面からも加熱する構成としているが、ハロゲンランプ46を有しない構成であってもよい。
【0049】
上記構成の定着装置4では、次に述べる定着動作が行われる。
定着時には離間状態にあった外部加圧ローラ44は移動し、図示しないバネ力によって定着ベルト40を介して内部加圧ローラ43に押圧力FMをもって当接する。本実施例では押圧力FMは約500Nであって、定着ベルト40と外部加圧ローラ44との間には主加圧領域aが形成され、内部加圧ローラ43及び/又は外部加圧ローラ44の駆動回転に伴って定着ベルト40は矢示方向に回動する。
【0050】
支持ガイドローラ42は予め調整された図示しないバネ力によって、押圧状態にある前記の外部加圧ローラ44に対して定着ベルト40を介して押圧力FBをもって当接する。本実施例では押圧力FBは約100Nであって、定着ベルト40と外部加圧ローラ44との間には先行加圧領域cが形成される。先行加圧領域cにおける押圧力FBは、主加圧領域aにおける押圧力FAに較べ低い押圧力となるよう設定されている。
【0051】
張力30N〜60N内の所定の張力をもって回動する定着ベルト40は、先行加圧領域cと主加圧領域aとの間が外部加圧ローラ44と当接状態が維持されて副加圧領域bが形成される。
【0052】
本発明においては、定着時には支持ガイドローラ42への定着ベルト40の進入方向は、先行加圧領域cにおける加圧方向と概ね直角となる構成としている。即ち支持加熱ローラ41による定着ベルト40の張力FAの方向を先行加圧領域cにおける押圧力FBの加圧方向と概ね直角となる構成としているので、張力FAによる支持ガイドローラ42の先行加圧領域c方向への押圧力FBに及ぼす負荷成分は極めて小さく、定着ベルト40の張力の影響を受けることなく、予め設定した押圧力が先行加圧領域で安定して維持されることとなる。なお概ね直角とは、90°±10°以内のことであって、90°±10°以内であればベルトの張力による影響は殆ど受けることはない。本実施例の場合では、±10°のずれでベルト張力の2割弱がガイドローラ荷重に影響するが、その大きさは先行加圧領域でのガイドローラ荷重の1割となり、画像ずれや定着性に影響を及ぼすことは殆どない。
【0053】
図2においてP方向から搬送される、トナー像を上面に担持した転写材は先行加圧領域cで加熱されて定着温度にある定着ベルト40と外部加圧ローラ44に大きすぎることのない適度の押圧力FBをもって挟持され、転写材は大きな変形を生じることもなく極めて自然に加圧加熱状態にはいる。続く副加圧領域bでは当接状態にある定着ベルト40から転写材表面に対して熱伝導がなされて、トナー像は転写材表面に対して溶着状態となる。更に主加圧領域aでは先行加圧領域cに較べ高い押圧力をもって押圧し、トナー像は転写材表面に溶着し定着が行われる。転写材上のトナー層には定着ベルト40のシリコーンゴム等の弾性層又は極く薄い離型層を介して弾性層が当接されるため、弾性層はニップ部を通過する間変形してトナー層の凹凸に追従して均一に接触し、光沢むらなどのない均一な定着が行われる。定着後のトナー画像は適度な光沢をもち、転写材は安定して定着ベルトから分離する。
【0054】
なお、図2においてSAは支持加熱ローラ41の表面温度を検知する温度センサで、温度センサSAの検知温度に基づいて、ハロゲンランプ45のON/OFF制御を行い、支持加熱ローラ41の表面温度を伝導された定着ベルト40のベルト温度が定着を行うに最適とする温度となるよう制御が行われる。またSBは外部加圧ローラ44の表面温度を検知する温度センサで、外部加圧ローラ44の表面温度の定着を行うのに最適とする温度に温度制御するのに用いられる。
【0055】
【発明の効果】
本発明によるときは、トナー画像を担持した転写材は受け入れるのに適切とする弱い圧着力の状態でニップ部内に搬送され、ニップ部内にあっては適度の押圧状態で加熱が行われるので、光沢むら等のない極めて安定して適度の光沢をもった定着画像が得られることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の画像形成装置の構成を示す模式図。
【図2】本発明の定着装置を模式的に示した側面図。
【図3】ベルト定着装置の構成を示す模式図。
【図4】ベルト定着装置の構成を示す模式図。
【符号の説明】
1 画像形成手段
3 ベルトユニット
4 定着装置
40 定着ベルト
41 支持加熱ローラ
42 支持ガイドローラ
43 内部加圧ローラ
44 外部加圧ローラ
45 ハロゲンランプ
【発明の属する技術分野】
本発明は、転写材上に付着したトナー画像の定着を行う定着装置及び定着装置を有する複写機、プリンタ等の画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子写真方式によって画像形成を行う画像形成装置では、感光体上に形成したトナー画像を転写材上に転写し、加圧加熱して転写材上のトナー画像を溶着し定着を行うことがなされている。トナー画像の定着を行う定着装置には、加熱源を内蔵する加熱ローラと加圧ローラとを圧接状態で回転させ、その間にトナー画像を保持した転写材を通過させることによって定着を行うローラ定着方式がある。ローラ定着方式では加熱ローラに転写材が圧接状態にある区間、即ちニップ部を通過する間に加圧加熱されて定着がなされるが、ニップ部は狭くしか設定できないことから、転写材上に多くのトナーを保持しかつ、画質上弾性層が必要なカラー画像形成装置では定着性と耐久性を両立させることは困難で、モノクロ高速機ではニップ時間が絶対的に不足していた。ニップ部を広く設定することが可能なことからベルト定着方式が採用されるようになった。
【0003】
ベルト定着方式の定着装置としては、特開平10−307496号公報等で示されているように、図4に示す構成のものが用いられている。図に示すように定着ベルトは加熱源を内蔵した支持加熱ローラと弾性層を被覆した支持加圧ローラとの間に張架され、支持加熱ローラによって所定の温度に加熱されて回動する定着ベルトと、当該定着ベルトを挟んで支持加圧ローラと対向して外部加圧ローラとが配設されている。
【0004】
定着時には外部加圧ローラは定着ベルトを挟んで支持加圧ローラに当接し主加圧領域aを形成するが、主加圧領域aの上流側では外部加圧ローラは定着ベルトの張力に抗して定着ベルトと接触した副加圧領域bを形成している。図4に示したベルト定着装置では、副加圧領域bと主加圧領域aとによって広い領域のニップ部を構成していて、トナー像を担持した転写材は副加熱領域bにおいて予備的な当接状態での加熱がなされたのち主加圧領域aにおいて定着が行われる。
【0005】
かかる構成のベルト定着装置では、ローラ定着に較べ長い定着ニップ部が得られるという特長を有しているがその反面、▲1▼回動する定着ベルトの抗力によって外部加圧ローラの荷重状態が不安定となりベルト速度が変動し、画像ずれ等の問題が発生する。▲2▼ニップ部へと搬送される転写材のトナー像を担持した先端部は定着ベルトに接触することが多く、画像の乱れが生じ易い、との問題点を有している。
【0006】
かかる課題を解決する手段として、主加圧領域aと副加圧領域bとの上流に転写材を軽く把持する先行加圧領域cを設け、転写材は先行加圧領域cから副加圧領域b、主加圧領域aを経て定着が行われる構成のベルト定着装置がある。図3はその1例の構成を示している。
【0007】
定着ベルトは熱源を有する支持加熱ローラと付勢されて移動可能とした支持ガイドローラとの間に張架されていて、定着ベルトの内部には内部加圧ローラが固定され、外部には押圧可能に移動する外部加圧ローラがあって、定着時には外部加圧ローラは移動して定着ベルトを挟んで支持ガイドローラと外部加圧ローラとは当接して先行加圧領域cを形成し、内部加圧ローラと外部加圧ローラとは圧接して主加圧領域aを形成している。そして先行加圧領域cと主加圧領域aとの間では、外部加圧ローラ外周と定着ベルトの間で挟着される副加圧領域bを形成している。
【0008】
先行加圧領域cでの加圧力が大き過ぎると、定着ベルトや転写材が大きな変形を受け、続く副加圧領域bでは、転写材や定着ベルトの浮きが発生して画像ずれや光沢むら等が生じることとなる。一方、安定した定着ベルトの支持・駆動にはある程度の張力が必要で、回動状態にある定着ベルトの張力が支持ガイドローラの当接力と干渉し、先行加圧領域cで安定した所定の低圧力で当接状態を維持することは困難な状態にあった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点を解決して、先行加圧領域cで安定した所定の低圧力で当接状態を維持し、安定して良好な定着画像が得られる定着装置、及び該定着装置を有する画像形成装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
【0011】
(1) 加熱された定着ベルトを挟んで転写材上の未定着画像を加圧加熱して定着を行う定着装置において、前記定着ベルトは熱源を有する支持加熱ローラと、付勢されて移動可能とした支持ガイドローラとの間に張架され、前記定着ベルト内部には内部加圧ローラ、外部には外部加圧ローラが配設されていて、転写材の加圧加熱時には、前記支持ガイドローラと前記外部加圧ローラ、前記内部加圧ローラと前記外部加圧ローラは、夫々定着ベルトを挟んで先行加圧領域と主加圧領域を形成していて、前記支持ガイドローラへの定着ベルトの進入方向は前記先行加圧領域における加圧方向と概ね直角をなすことを特徴とする定着装置。
【0012】
(2) 前記先行加圧領域及び前記主加圧領域の間は、前記外部加圧ローラ外周と前記定着ベルトとの間で挟着される副加圧領域を形成することを特徴とする(1)に記載の定着装置。
【0013】
(3) 転写材は前記先行加圧領域及び前記主加圧領域の間を通過する間に定着が行われることを特徴とする(1)又は(2)に記載の定着装置。
【0014】
(4) 定着時には前記外部加圧ローラ及び/又は内部加圧ローラの駆動回転がなされることを特徴とする(1)〜(3)の何れか1項に記載の定着装置。
【0015】
(5) (1)〜(4)の何れか1項に記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。
【0016】
本発明は先行加圧領域を有した定着装置で、支持ガイドローラにかかる定着ベルトの進入方向と、支持ガイドローラが外部加圧ローラに当接する加圧力の方向を概ね直角となるように配置するもので、かかる配置関係として定着ベルトの張力に基づいて生じる、支持ガイドローラの外部加圧ローラへの当接方向の成分が無視される程度に小さくなるよう構成することによって、支持ガイドローラに印加した所定の低圧力によって、安定した状態で当接することが可能となり、安定して良好な定着画像が得られるようにしたものである。
【0017】
【発明の実施の形態】
はじめに、本発明のベルト定着装置を用いた画像形成装置について説明する。
【0018】
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。
【0019】
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。
図において、10は感光体、11は帯電手段であるスコロトロン帯電器、12は画像書き込み手段である書き込み装置、13は現像手段である現像器、14は感光体10の表面を清掃するためのクリーニング装置、15はクリーニングブレード、16は現像スリーブ、20は中間転写ベルトを示す。画像形成手段1は感光体10、スコロトロン帯電器11、現像器13、およびクリーニング装置14等からなっており、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。
【0020】
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。
【0021】
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、これらのローラと中間転写ベルト20、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。
【0022】
中間転写ベルト20の走行は不図示の駆動モータによる駆動ローラ21の回転によって行われる。
【0023】
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の矢印で示す反時計方向に回転する。
【0024】
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、書き込み装置12によって感光体10上に投光される。
【0025】
現像器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同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現像スリーブ16を有している。
【0026】
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0.1〜1.0mmの半導電性フィルム基体の外側に、好ましくはトナーフィルミング防止層として厚さ5〜50μmのフッ素コーティングを行った、2層構成のシームレスベルトである。ベルトの基体としては、この他に、シリコンゴム或いはウレタンゴム等に導電材料を分散した厚さ0.5〜2.0mmの半導電性ゴムベルトを使用することもできる。
【0027】
25は転写器で、トナーと反対極性の直流が印加され、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。転写器25としてはコロナ放電器の他に転写ローラを用いることもできる。
【0028】
26はアースローラ22から当接解除可能な転写ローラで、中間転写ベルト20上に形成されたトナー像を転写材Pに再転写する。
【0029】
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。トナー像を転写材Pに転写後、中間転写ベルト20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で残留トナーの電荷が弱められ、クリーニングブレード29によって周面上に残ったトナーが清掃される。
【0030】
4は後に説明する本発明の定着装置である。トナー像を担持した転写紙Pは、本発明の定着装置4によって、先行加圧領域、副加圧領域及び主加圧領域を通過する間に画像ずれや光沢むらのない安定して良好な定着が行われる。
【0031】
続いて上記説明した画像形成装置の画像形成プロセスを説明する。
画像記録のスタートと同時に不図示の感光体駆動モータの始動により色信号Yの感光体10は矢印で示す反時計方向に回転され、同時にスコロトロン帯電器11の帯電作用により感光体10に電位の付与が開始される。
【0032】
感光体10は電位を付与されたあと、書き込み装置12によってYの画像データに対応する画像の書き込みが開始され、感光体10の表面に原稿画像のYの画像に対応する静電潜像が形成される。
【0033】
前記の静電潜像はYの現像器13により非接触の状態で反転現像され、感光体10の回転に応じYのトナー像が感光体10上に形成される。
【0034】
当該感光体10上に形成されたYのトナー像は、Yの転写器25の作用により、中間転写ベルト20上に転写される。
【0035】
その後、前記感光体10はクリーニング装置14によって清掃され、次の画像形成サイクルにはいる(以下、M、C、Kのクリーニングプロセスにても同様故、説明を省略する)。
【0036】
次いで、書き込み装置12によってM(マゼンタ)の色信号すなわちMの画像データに対応する画像書き込みが行われ、感光体10の表面に原稿画像のMの画像に対応する静電潜像が形成される。当該静電潜像は、Mの現像器13により感光体10上にMのトナー像となり、Mの転写器25において、中間転写ベルト20上の前記Yのトナー像と同期が取られ、前記Yのトナー像の上に重ね合わされる。
【0037】
同様のプロセスにより、Y、Mの重ね合わせトナー像と同期が取られ、C(シアン)のトナー像が、Cの転写器25において、前記のY、Mの重ね合わせトナー像上へ重ね合わされ、更にY、M、Cの重ね合わせトナー像と同期が取られ、K(黒)のトナー像が、Kの転写器25において、前記のY、M、Cの重ね合わせトナー像上へ重ね合わされ、中間転写ベルト20上にY、M、CおよびKの重ね合わせトナー像が形成される。
【0038】
重ね合わせトナー像が担持されている中間転写ベルト20は矢印のように時計方向に送られ、転写材Pが紙カセット72より、紙送り出しローラ70によって送り出され、搬送ローラ73を経て、タイミングローラ71へ搬送され、当該タイミングローラ71の駆動によって、中間転写ベルト20上の重ね合わせトナー像と同期がとられて、トナーと反対極性の直流電圧が印加されている転写ローラ26(中間転写ベルト20に当接状態にある)の転写領域Sに給送され、中間転写ベルト20上の重ね合わせトナー像が転写材Pに転写される。
【0039】
その後、中間転写ベルト20は走行し、除電ローラ27で残留トナーの電荷が弱められ、当該中間転写ベルト20に当接したクリーニングブレード29により清掃され、次の画像形成サイクルに入る。
【0040】
重ね合わせトナー像が転写された転写材Pは、更に定着装置4へと送られ、定着ベルト40を介してベルト支持ガイドローラ42、内部加圧ローラ43と外部加圧ローラ44に挟持、加圧され定着される。トナー像が溶融定着された転写材Pは排紙ローラ81によって排紙皿82へ搬送・排出される。
【0041】
図2は、本発明の定着装置4を模式的に示した側面図である。
図に示すように、定着ベルト40は熱源としてハロゲンランプ45を内蔵した支持加熱ローラ41と、付勢されて移動可能とした支持ガイドローラ42との間に張架されていて、回動する定着ベルト40の内部には内部加圧ローラ43が固定され、外部には移動を可能としニップ部を形成する外部加圧ローラ44が配設されている。
【0042】
本実施例においては、支持加熱ローラ41はローラ基体411とその外側に表面層として離型層を有し、内径面には黒色塗装がなされている。ローラ基体411は低熱容量体とするべく外径φ50mm、内径φ48mmの薄肉のアルミ材で、ローラ長さは約350mmとしている。ローラ基体411の外周面上には導電性PFA(パーフルオロアルキルビニールエーテル重合体その他)等からなる薄膜の離型層を有し、ローラ基体411の内周面は例えば熱吸収の良好な黒色酸化処理をして、急速加熱を可能とした薄肉ローラである。
【0043】
本実施例の支持ガイドローラ42は、ローラ基体421とその外側に弾性層422をもって被覆されている。ローラ基体421は外径がφ20mm〜φ30mmで肉厚5mmの中空鉄材で、ローラ長さは約350mmとしている。ローラ基体421の外周面は厚さ2mm〜5mmの耐熱性シリコーンゴム又は耐熱性シリコーンスポンジの弾性層422をもって被覆されている。
【0044】
支持加熱ローラ41には定着ベルト40に張力を付与すべく不図示のバネによって付勢され、定着ベルト40を張力30N〜60Nを保ちながら回動を可能としている。
【0045】
本実施例においては、定着ベルト40は内側の金属基体と外周面側の外側層とから構成されている。金属基体は、例えば電鋳加工により形成されたエンドレスベルト状の金属層や、溶接や圧延によって形成された金属層から成っていて、金属基体の外周面上にはシリコーンゴムがコーティングされた外側層が形成されていて、2つの層で構成された定着ベルト40は0.2mm〜0.6mmの厚さを有した、耐熱性とトナー剥離性とを併せ持ったフレキシブルの耐熱ベルトである。さらに高い離型性を得るために最外側にPFAやPTFE等からなる高離型層を設けることも行われる。
【0046】
本実施例の内部加圧ローラ43は、外径φ20mm〜30mm、肉厚2mm〜5mmのローラ長さ約350mmの鉄材を用いたローラ基体431の外周面に、厚さ2mm〜5mmの耐熱性シリコーンゴム又は耐熱性シリコーンスポンジの弾性層432をもって被覆がなされている。さらにローラのたわみなどによって生じるベルトとの間のずれ力を逃がすためにPFAチューブなどの低摩擦材料で表面を被覆する。内部加圧ローラ43は定着ベルト40内の固定位置で、定着時には図示しない駆動モータによって矢示方向に駆動回転が行われる。
【0047】
本実施例の外部加圧ローラ44は、外径φ48mm、肉厚2mm〜5mm、ローラ長さ約350mmの薄肉の鉄材を用いたローラ基体441の外周面に、厚さ1mm〜3mmの耐熱性シリコーンゴム又は耐熱性シリコーンスポンジの弾性層442をもって被覆がなされ、最外周面にPFAチューブ又はPTFEコーティングをもって被覆されている。本実施例では加熱手段としてハロゲンランプ46を内部に有している。外部加圧ローラ44は非定着時には退避した位置にあるが、定着時には移動して定着ベルト40を介して内部加圧ローラ43と圧着し、図示しない駆動モータによって矢示方向に駆動回転が行われる。
【0048】
なお上記実施例では内部加圧ローラ43、外部加圧ローラ44は共に定着時に駆動回転されるが、その際両者の周速は等速であることが必要である。実際には必ずしも両者が駆動回転される必要はなく、何れか一方が駆動回転がなされ、他方が従動回転する構成であってもよい。また本実施例では外部加圧ローラ44内部にハロゲンランプ46を有し、定着時に転写材の背面からも加熱する構成としているが、ハロゲンランプ46を有しない構成であってもよい。
【0049】
上記構成の定着装置4では、次に述べる定着動作が行われる。
定着時には離間状態にあった外部加圧ローラ44は移動し、図示しないバネ力によって定着ベルト40を介して内部加圧ローラ43に押圧力FMをもって当接する。本実施例では押圧力FMは約500Nであって、定着ベルト40と外部加圧ローラ44との間には主加圧領域aが形成され、内部加圧ローラ43及び/又は外部加圧ローラ44の駆動回転に伴って定着ベルト40は矢示方向に回動する。
【0050】
支持ガイドローラ42は予め調整された図示しないバネ力によって、押圧状態にある前記の外部加圧ローラ44に対して定着ベルト40を介して押圧力FBをもって当接する。本実施例では押圧力FBは約100Nであって、定着ベルト40と外部加圧ローラ44との間には先行加圧領域cが形成される。先行加圧領域cにおける押圧力FBは、主加圧領域aにおける押圧力FAに較べ低い押圧力となるよう設定されている。
【0051】
張力30N〜60N内の所定の張力をもって回動する定着ベルト40は、先行加圧領域cと主加圧領域aとの間が外部加圧ローラ44と当接状態が維持されて副加圧領域bが形成される。
【0052】
本発明においては、定着時には支持ガイドローラ42への定着ベルト40の進入方向は、先行加圧領域cにおける加圧方向と概ね直角となる構成としている。即ち支持加熱ローラ41による定着ベルト40の張力FAの方向を先行加圧領域cにおける押圧力FBの加圧方向と概ね直角となる構成としているので、張力FAによる支持ガイドローラ42の先行加圧領域c方向への押圧力FBに及ぼす負荷成分は極めて小さく、定着ベルト40の張力の影響を受けることなく、予め設定した押圧力が先行加圧領域で安定して維持されることとなる。なお概ね直角とは、90°±10°以内のことであって、90°±10°以内であればベルトの張力による影響は殆ど受けることはない。本実施例の場合では、±10°のずれでベルト張力の2割弱がガイドローラ荷重に影響するが、その大きさは先行加圧領域でのガイドローラ荷重の1割となり、画像ずれや定着性に影響を及ぼすことは殆どない。
【0053】
図2においてP方向から搬送される、トナー像を上面に担持した転写材は先行加圧領域cで加熱されて定着温度にある定着ベルト40と外部加圧ローラ44に大きすぎることのない適度の押圧力FBをもって挟持され、転写材は大きな変形を生じることもなく極めて自然に加圧加熱状態にはいる。続く副加圧領域bでは当接状態にある定着ベルト40から転写材表面に対して熱伝導がなされて、トナー像は転写材表面に対して溶着状態となる。更に主加圧領域aでは先行加圧領域cに較べ高い押圧力をもって押圧し、トナー像は転写材表面に溶着し定着が行われる。転写材上のトナー層には定着ベルト40のシリコーンゴム等の弾性層又は極く薄い離型層を介して弾性層が当接されるため、弾性層はニップ部を通過する間変形してトナー層の凹凸に追従して均一に接触し、光沢むらなどのない均一な定着が行われる。定着後のトナー画像は適度な光沢をもち、転写材は安定して定着ベルトから分離する。
【0054】
なお、図2においてSAは支持加熱ローラ41の表面温度を検知する温度センサで、温度センサSAの検知温度に基づいて、ハロゲンランプ45のON/OFF制御を行い、支持加熱ローラ41の表面温度を伝導された定着ベルト40のベルト温度が定着を行うに最適とする温度となるよう制御が行われる。またSBは外部加圧ローラ44の表面温度を検知する温度センサで、外部加圧ローラ44の表面温度の定着を行うのに最適とする温度に温度制御するのに用いられる。
【0055】
【発明の効果】
本発明によるときは、トナー画像を担持した転写材は受け入れるのに適切とする弱い圧着力の状態でニップ部内に搬送され、ニップ部内にあっては適度の押圧状態で加熱が行われるので、光沢むら等のない極めて安定して適度の光沢をもった定着画像が得られることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の画像形成装置の構成を示す模式図。
【図2】本発明の定着装置を模式的に示した側面図。
【図3】ベルト定着装置の構成を示す模式図。
【図4】ベルト定着装置の構成を示す模式図。
【符号の説明】
1 画像形成手段
3 ベルトユニット
4 定着装置
40 定着ベルト
41 支持加熱ローラ
42 支持ガイドローラ
43 内部加圧ローラ
44 外部加圧ローラ
45 ハロゲンランプ
Claims (5)
- 加熱された定着ベルトを挟んで転写材上の未定着画像を加圧加熱して定着を行う定着装置において、
前記定着ベルトは熱源を有する支持加熱ローラと、付勢されて移動可能とした支持ガイドローラとの間に張架され、
前記定着ベルト内部には内部加圧ローラ、外部には外部加圧ローラが配設されていて、
転写材の加圧加熱時には、前記支持ガイドローラと前記外部加圧ローラ、前記内部加圧ローラと前記外部加圧ローラは、夫々定着ベルトを挟んで先行加圧領域と主加圧領域を形成していて、
前記支持ガイドローラへの定着ベルトの進入方向は前記先行加圧領域における加圧方向と概ね直角をなすことを特徴とする定着装置。 - 前記先行加圧領域及び前記主加圧領域の間は、前記外部加圧ローラ外周と前記定着ベルトとの間で挟着される副加圧領域を形成することを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
- 転写材は前記先行加圧領域及び前記主加圧領域の間を通過する間に定着が行わ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。
- 定着時には前記外部加圧ローラ及び/又は内部加圧ローラの駆動回転がなされることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の定着装置。
- 請求項1〜4の何れか1項に記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。
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Cited By (1)
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CN102826356A (zh) * | 2012-09-18 | 2012-12-19 | 昆山特力伯传动科技有限公司 | 输送带矫正单元 |
-
2002
- 2002-07-15 JP JP2002205447A patent/JP2004045947A/ja active Pending
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