JP2004151125A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱容量の比較的大きな定着スリーブを用いたときでも、画質を落とさずに定着作業を行うこと。
【解決手段】発熱体と、前記発熱体外面に配置されるフィルム状の定着スリーブと、前記発熱体を固定し、前記定着スリーブの内部に接するホルダーと、前記定着スリーブを挟み前記発熱体表面と対向して圧接ニップ部を形成する加圧回転体と、を有する定着装置において、前記発熱体表面上の記録媒体搬送方向下流方向を通る軸をｘ軸、該ｘ軸と前記発熱体下流端部で直交し発熱体表面から裏面に向かう軸をｙ軸、とする時、ｘ＞０の範囲における定着スリーブの内周面の全てが、前記ｘ軸とｙ軸で構成される第１象限内に配置された構成であることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はトナー像が形成された記録媒体の画像定着を行う定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像形成装置において、プリンタや複写機等にあっては電子写真記録方式によって画像を形成するものが多いが、この電子写真記録方式は記録媒体にトナー像を転写し、この記録媒体に熱及び圧力を印加してトナー像を定着させるようにしている。
【０００３】
前記トナー像を定着させるための定着装置としては、従来、図４に示すような熱ローラ方式が用いられていた（例えば、特許文献１参照。）。この方式は、内部にヒーター１０１を備えた金属製等の加熱ローラ１０２と、これに圧接する弾性をもった加圧ローラ１０３を基本構成として、このローラ対のニップ部に被加熱部材としての記録媒体を導入して挟持搬送、通過させることによってトナー像を加熱、加圧定着させるものである。
【０００４】
しかし、このような熱ローラ方式の定着装置では、ローラの熱容量が大きいためにローラ表面を定着温度まで上げるのには非常に多くの時間を要していた。このため、画像出力動作を速やかに実行するためには、装置を使用していないときにもローラ表面をある程度の温度に温調していなければならないという問題点があった。
【０００５】
そこで、ヒーターにより加熱したフィルムを利用して、現像剤を記録媒体に定着させる定着フィルム加熱方式の加熱装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この定着フィルム加熱方式の定着装置は、通常、簿肉の耐熱性樹脂（例えばポリイミド等）で構成された定着フィルム１１４と、定着フィルム１１４の一方面側に固定支持して配置されたヒーター１１３と、定着フィルム１１４に当接しヒーター１１３を保持するヒータホルダ１１２と、ヒータホルダ１１２を補強する補強ステー１１１と、ヒーター１１３に対して定着フィルム１１４を介して被加熱部材である記録媒体を密着させる加圧ローラ１１５とからなっている。
【０００６】
そして、これを定着装置として用いる場合には、定着フィルム１１４を挟んでヒーター１１３と加圧ローラ１１５との圧接で形成される圧接ニップ部に、トナー像を形成担持させた記録媒体を導入して通過させることにより、記録媒体の顕画像担持体面が定着フィルム１１４を介してヒーターで加熱され、未定着画像に熱エネルギーを付与し、トナーが軟化、溶融して画像の加熱定着がなされる。
【０００７】
このように、定着フィルム加熱方式の定着装置においては、定着フィルム１１４の熱容量が低いため、ヒーターとして低熱容量のヒーターを用いることができる。このため、従来の熱ローラ方式、ベルト加熱方式等の装置に比べて省電力及び定着可能な状態までの待機時間の短縮化が可能となる。
【０００８】
定着フィルム１１４を使用した場合、ニップ下流の定着フィルム１１４は弛み状態にある為、記録媒体の通紙方向に密着して定着フィルムは追従していく傾向がある。定着フィルムが記録媒体に密着すると、分離部での曲率が減少し、巻き付きジャムが発生しやすくなる。
【０００９】
これを防止するため、フィルム加熱方式の加熱定着装置においては、圧接ニップ通過後の通紙下流において、定着フィルムと記録媒体との分離を有利にする必要がある。図５に示すようにヒーター１１３の下流端部のヒータホルダ１１２に分離突起物１１２ａを設けることがある。このように、フィルム加熱方式の加熱定着装置において分離部での曲率を大きくすることで、巻き付きジャムの発生を防ぐことを図っている。この構成をとると、図５で示すように、加圧ローラ１１５が圧接しているニップを通過した後も、圧のかからない状態で定着フィルムと記録媒体が密着している領域は長い。
【００１０】
【特許文献１】
特開平５−８８５７８７号公報
【特許文献２】
特開２００２−１１０３１３号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、次のような問題点がある。図６及び図７に示すように、定着フィルム１１４と加圧ローラ１１５とのニップからの記録媒体の排出がなされた直後の部分では、ニップでの拘束が開放されると同時に記録媒体が熱膨張し、ニップでの拘束部分とニップ後の開放部分の膨張率の違いから、記録媒体Ｓに縦方向の波打ちＳａが現れる。このように波打ちが発生すると、記録媒体の凸の部分が凹の部分より定着フィルム１１４に長く接触する。このため、図７に示すように、記録媒体Ｓの凸の部分は凹の部分に比べて余分な熱を受けやすくなる。波打ちＳａは、特にＯＨＰシートや光沢フィルム等の樹脂フィルム記録媒体で顕著であるが、通常の紙や光沢紙でも発生する。
【００１１】
ここで、定着フィルムが熱容量の非常に小さいポリイミドフィルム（例えば圧さ５０μｍ、単位面積当たりの熱容量０．０１Ｊ／ｃｍ^２・Ｋ）等の場合には、この凸の部分と凹の部分との受ける熱量の差は小さく、画像に対する大きな影響は発生しない。
【００１２】
しかし、ある程度の熱容量を持つ弾性層と離型層と金属フィルムからなる定着スリーブを使用する場合（例えば単位面積当たりの熱容量０．１Ｊ／ｃｍ^２・Ｋ）は、記録媒体に発生する波打ちの凸の部分は、凹の部分に比べて過剰の熱を受ける事になる。この過剰の熱の為に、凸の部分の表面の平滑度が悪化する事で、特に記録媒体がＯＨＰシートの場合、図８に示すように、波打ちＳａの凸の部分に沿って透過性が悪化したり、記録媒体が光沢フィルムの場合は光沢度ムラが発生する。又、通常の記録用紙においても凸の部分の熱オフセットが発生する。
【００１３】
そこで本発明の目的は、熱容量の比較的大きな定着スリーブを用いたときでも、画質を落とさずに定着作業を行うことである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための、本発明の代表的な構成は、発熱体と、前記発熱体外面に配置されるフィルム状の定着スリーブと、前記発熱体を固定し、前記定着スリーブの内部に接するホルダーと、前記定着スリーブを挟み前記発熱体表面と対向して圧接ニップ部を形成する加圧回転体と、を有する定着装置において、前記発熱体表面上の記録媒体搬送方向下流方向を通る軸をｘ軸、該ｘ軸と前記発熱体下流端部で直交し発熱体表面から裏面に向かう軸をｙ軸、とする時、ｘ＞０の範囲における定着スリーブの内周面の全てが、前記ｘ軸とｙ軸で構成される第１象限内に配置された構成であることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る定着装置を用いた画像形成装置の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は画像形成装置の一例を示す図であり、図２は定着装置の説明図であり、図３は実験結果を示す図表である。ここでは説明の順序として、まず画像形成装置の全体構成について説明し、次に定着装置の構成について説明する。
【００１６】
（画像形成装置）
本実施形態の画像形成装置は電子写真方式を採用したフルカラー画像形成装置であって、図１に示すように、略垂直方向へ略直線上に配列され、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像をそれぞれ形成する４つのプロセスステーション１（１ａ〜１ｄ）と、シートＳを搬送する搬送経路２０とを備える。
【００１７】
各プロセスステーション１ａ〜１ｄは、少なくとも潜像を担持するための感光体ドラム２（２ａ〜２ｄ）を有し、各感光体ドラム２ａ〜２ｄの周囲には、感光体ドラム２ａ〜２ｄを一様に帯電するための帯電ローラ３（３ａ〜３ｄ）と、感光体ドラム２ａ〜２ｄ上にレーザ光を照射して潜像を形成するための露光器４（４ａ〜４ｄ）と、感光体ドラム２ａ〜２ｄ上に形成された潜像を対応する色（マゼンタ、シアン、イエロー、ブラック）のトナーで現像して顕像化する現像手段５（５ａ〜５ｄ）と、感光体ドラム２ａ〜２ｄ上の残留トナーを除去するクリーニング装置６（６ａ〜６ｄ）とが配置されている。
【００１８】
各現像手段５ａ〜５ｄは、トナーを担持するための現像スリーブ５０（５０ａ〜５０ｄ）を有する。各現像スリーブ５０ａ〜５０ｄは、対応する感光体ドラム２ａ〜２ｄと所定の間隔をおいて支持されており、現像時には感光体ドラム２ａ〜２ｄと現像スリーブ５０ａ〜５０ｄの間に現像バイアスが印加される。
【００１９】
中間転写ベルト７は、駆動ローラ８、従動ローラ９、および各ベルト張架ローラ１０、１１に張架され、図中の矢印が示す方向に回転駆動される。中間転写ベルト７は、各プロセスステーション１ａ〜１ｄの配列方向に沿って搬送され、感光体ドラム２ａ〜２ｄ上の各色のトナー像は各ステーションで順次、一次転写手段１４（１４ａ〜１４ｄ）により中間転写ベルト表面に転写されフルカラー画像が形成される。
【００２０】
一方シートＳは、装置下部に設けられた給送カセット１５に積載収納されており、給送ローラ１６によって給送カセット１５から一枚ずつ分離給送され、レジストローラ対１７に給送する。レジストローラ対１７は、給送されたシートＳを中間転写ベルトと二次転写ローラ１２の間に送り出す。
【００２１】
中間転写ベルト７の最下方の表面には、従動ローラ９に対向するように配置された二次転写ローラ１２が当接され、二次転写ローラ１２は、中間転写ベルト７との間で通過する記録媒体としてのシートＳを挟持搬送する。二次転写ローラ１２には、高圧電源１３からバイアスが印加され、これにより、二次転写ローラ１２と中間転写ベルトの間を通過するシートＳに中間転写ベルト上のトナー画像が二次転写された後、定着部１８に搬送される。
【００２２】
トナー像が転写されたシートＳは、定着装置としての定着装置１８に送られる。定着装置１８においては、上記シートＳが熱圧され、そのトナー像がシートＳ上に定着される。これにより、シートＳ上には永久画像が形成されることになり、このシートＳは、定着装置１８から装置外部の排出トレイ１９へ排出される。
【００２３】
（定着装置）
図２（ａ）に示すように定着装置１８は、発熱体としてのヒーター５５と、ヒーター５５を支持する加熱体保持部材としてのホルダー５３と、ホルダー５３の周辺に巻きかけられたフィルム状の定着スリーブ５２と、横断面下向きにＵ字型の断面をもつ剛性部材から構成される補強ステー５１と、定着スリーブ５２を挟んでヒーター５５に対向配設される加圧ローラ（加圧回転体）５７と、を有する。また、加圧ローラ５７と定着スリーブ５２との間を通るシートは、圧接ニップ部ａにて圧接され、その後の密着領域ｂにおいて定着スリーブ５２に密着している。
【００２４】
定着スリーブ５２は、図２（ｂ）の拡大図に示すように、内面から金属フィルム５２ａ、弾性層５２ｂ、離型層５２ｃから構成される。また定着スリーブ５２の単位面積当たりの熱容量は、およそ０．１Ｊ／ｃｍ^２・Ｋ程度の熱容量のものを使用する。
【００２５】
定着動作で圧接ニップ部ａからの排出直後において、シートＳは、圧接ニップ部ａでの拘束が開放されると同時に熱膨張する。ここで、図２（ｃ）の拡大図に示すように、ニップでの拘束部分とニップ後の開放部分の膨張率の違いから、シートＳには縦方向の波打ちＳａが発生する。この時の波うちＳａにおいて、上に凸のラインを波うちの上端部６３とし、下に凸のラインを波うちの下端部６２とする。この時、より定着スリーブ５２に長く接触する波うち上端部６３は、下端部６２と比べて余分な熱を受けやすくなり、従来例で説明したように画像不良の原因になる。
【００２６】
このため、本実施形態では、加圧ローラ５７、定着スリーブ５２、ホルダー５３で構成されたニップ下流領域の定着スリーブ内面軌道５４の構造を次のように構成する。即ち、図２（ｃ）で示すように、ヒーター５５における記録媒体搬送方向下流端部を原点とし、ヒーター５５の圧接ニップ部ａ側に接する面（発熱体表面）を通る直線をｘ軸、ｘ軸と原点で直交する直線をｙ軸とし、更にｘ軸において記録媒体搬送方向下流方向をｘ軸の正方向、原点から定着スリーブ５２方向をｙ軸の正方向とした場合、ｘ＞０の領域において、ｘ軸とｙ軸からなる第１象限に導くように、ホルダー５３又は内面軌道５４の構成する。
【００２７】
この構成により、定着スリーブ５２はヒーター表面の成す平面より加圧ローラ側に侵入せず、記録媒体の波打ちが発生した場合でも、波打ちの凸の部分と凹の部分に対して与える熱量の差を解消する事が可能になるため、部分的な透過性の悪化や光沢度の悪化を防止する事が可能になる。
【００２８】
また、図２（ｃ）に示す分離角αを大きくとることにより、透過性・光沢度と共に定着スリーブ５２と記録媒体との分離性能を向上させ、定着スリーブ５２への記録媒体の巻きつきを防止する。しかしながら、この分離角を大きく取るに従ってヒーター端部６１での定着スリーブ５２の屈曲によるストレスが上昇する為、徐々に定着スリーブ５２の耐久性能が劣化する。この為、透過性・光沢度、分離性能、耐久性を満たす分離角の設定が重要になる。そこで、この分離角を設定すべく、実験を行った。実験結果を図３に示す。
【００２９】
図３は実験結果を示す図表である。当該図表は、シートＳの透過性・光沢度ムラ、分離性能、耐久性の、分離角αに応じた性能差を示している。この図において、○＝良好、△＝やや悪い、×＝悪い、を意味する。この実験により、図２（ｃ）に示す定着スリーブ５２を導く分離角αを、少なくとも０＜ｘ＜７（ｍｍ）の領域において、１０°以上４０°以下に設定する事で、定着スリーブ５２の耐久性を損なう事無く、透過性・光沢度と分離性の良好な状態を実現する事が可能になることがわかる。
【００３０】
以上のように本発明によれば、弾性層と離型層と金属フィルムとから成る定着スリーブを備えた定着装置において、透過性や光沢度の均一で、かつ分離性と耐久性の良好な定着装置を提供する事ができ、熱容量の比較的大きな定着フィルムを用いたときでも、画質を落とさずに定着作業を行うことができる。
【００３１】
（他の実施形態）
前述した実施形態においては、定着フィルムとして、単位面積当たりの熱容量がおよそ０．１Ｊ／ｃｍ^２・Ｋ程度の熱容量のものを使用したが、これに限るものではなく、熱容量の非常に小さいポリイミドフィルム（例えば厚さ５０μｍ、単位面積当たりの熱容量０．０１Ｊ／ｃｍ^２・Ｋ）等を使用することもできる。この場合、波うちＳａの上端部６３と、下端部６２との受ける熱量の差は小さく、画像に対する影響は少ない。この場合にも画質を落とさずに定着作業を行うことができる。
【００３２】
次に、本発明の実施態様の例を以下に列挙する。
【００３３】
［実施態様１］
発熱体と、
前記発熱体外面に配置されるフィルム状の定着スリーブと、
前記発熱体を固定し、前記定着スリーブの内部に接するホルダーと、
前記定着スリーブを挟み前記発熱体表面と対向して圧接ニップ部を形成する加圧回転体と、を有する定着装置において、
前記発熱体表面上の記録媒体搬送方向下流方向を通る軸をｘ軸、該ｘ軸と前記発熱体下流端部で直交し発熱体表面から裏面に向かう軸をｙ軸、とする時、
ｘ＞０の範囲における定着スリーブの内周面の全てが、前記ｘ軸とｙ軸で構成される第１象限内に配置された構成であることを特徴とする定着装置。
【００３４】
［実施態様２］
前記定着スリーブは、前記発熱体を内包する無端上の構成であり、
内部側から金属フィルム、弾性層、離型層、から構成されることを特徴とする実施態様１に記載の定着装置。
【００３５】
［実施態様３］
前記ｘ軸、ｙ軸とでなす座標において、０＜ｘ＜７（ｍｍ）の領域で少なくとも一点の前記定着スリーブの内周面接線と前記発熱体表面との成す角度が１０°以上４０°以下であることを特徴とする実施態様１又は実施態様２に記載の定着装置。
【００３６】
［実施態様４］
前記記録媒体に画像を転写するための画像形成手段と、記録媒体に転写された画像を定着する定着手段とを有し、記録媒体上の画像を加熱定着して画像を形成する画像形成装置において、
前記定着手段は、実施態様１乃至３のいずれかに記載の定着装置であることを特徴とする画像形成装置。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明においては、ｘ＞０の範囲における定着スリーブの内周面の全てが、前記ｘ軸とｙ軸で構成される第１象限内に配置された構成であることにより、熱容量の比較的大きな定着スリーブを用いたときでも、画質を落とさずに定着作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像形成装置の一例を示す図である。
【図２】（ａ）本発明の定着装置の全体説明図である。
（ｂ）定着フィルムの断面拡大図である。
（ｃ）記録媒体の分離部の拡大説明図である。
【図３】実験結果を示す図表である。
【図４】従来の熱ローラ方式の定着装置の説明図である。
【図５】従来のフィルム加熱方式の定着装置の説明図である。
【図６】記録媒体の波うちの状態を模式的に示す斜視図である。
【図７】図６の拡大模式図である。
【図８】画像不良の部位を示す図である。
【符号の説明】
Ｓ …シート、Ｓａ …波うち、
ａ …圧接ニップ部、ｂ …密着領域、
１ …プロセスステーション、２ …感光体ドラム、３ …帯電ローラ、
４ …露光器、５ …現像手段、６ …クリーニング装置、
７ …中間転写ベルト、８ …駆動ローラ、９ …従動ローラ、
１０ …ベルト張架ローラ、１１ …ベルト張架ローラ、１２ …二次転写ローラ、
１３ …高圧電源、１４ …一次転写手段、１５ …給送カセット、１６ …給送ローラ、
１７ …レジストローラ対、１８ …定着装置、１９ …排出トレイ、２０ …搬送経路、
５０ …現像スリーブ、５１ …補強ステー、５２ …定着スリーブ、
５２ａ …金属フィルム、５２ｂ …弾性層、５２ｃ …離型層、５３ …ホルダー、
５４ …内面軌道、５５ …ヒーター、５７ …加圧ローラ、
６１ …ヒーター端部、６２ …下端部、６３ …上端部、

Claims (1)

1. 発熱体と、
   前記発熱体外面に配置されるフィルム状の定着スリーブと、
   前記発熱体を固定し、前記定着スリーブの内部に接するホルダーと、
   前記定着スリーブを挟み前記発熱体表面と対向して圧接ニップ部を形成する加圧回転体と、を有する定着装置において、
   前記発熱体表面上の記録媒体搬送方向下流方向を通る軸をｘ軸、該ｘ軸と前記発熱体下流端部で直交し発熱体表面から裏面に向かう軸をｙ軸、とする時、
   ｘ＞０の範囲における定着スリーブの内周面の全てが、前記ｘ軸とｙ軸で構成される第１象限内に配置された構成であることを特徴とする定着装置。

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