JP2010039255A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加圧部材の表面に微細な凹凸があってもこの凹凸の影響を受けず、また、軸方向へのニップ圧の変化がなく、その結果、定着画像に光沢ムラが生じない定着装置。
【解決手段】回転する定着ローラと、無端状の定着ベルトと、定着ベルトを内周面側から押圧して定着ベルトを定着ローラに圧接させることにより自らが弾性変形する加圧部材と、加圧部材に対して下流側に配置され、定着ベルトを内周面側から押圧して定着ベルトを定着ローラに圧接させることにより定着ローラの弾性層を弾性変形させる分離部材と、を備えた定着装置において、加圧部材は定着ベルトの側に位置してスポンジから形成された第１の弾性部材がスポンジから形成された第２の弾性部材に積層されて構成されると共に、該第１の弾性部材と該第２の弾性部材は定着ベルトの中心軸方向に連続して延在し、且つ該第１の弾性部材の硬度は該第２の弾性部材の硬度より低いこと。
【選択図】図２

Description

本発明は、定着ベルトを有するＦＢＮ方式の定着装置、及び該定着装置を備えた画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの諸機能を備えた複合機等の電子写真方式の画像形成装置においては、原稿に対応した潜像を感光体ドラムに形成し、この潜像にトナーを付与することによって顕像化し、この顕像化されたトナー像を記録材上に転写し、この後、記録材上のトナー像を定着して排紙している。

また、カラー画像を形成する場合には、原稿色に対応したＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの潜像を４個の感光体ドラムに形成し、顕像化された４色のトナー像を無端状の中間転写ベルトに一次転写した後、記録材上に二次転写して、記録材上に転写されたトナー像を定着して排紙している。

このようにトナー像を定着する定着装置として、ハロゲンランプ等の加熱手段を内蔵した定着ローラと、定着ローラを加圧する加圧ローラとによって形成されたニップ部で、トナー像が転写された記録材を挟持・搬送しながら、加熱・加圧する熱ローラ定着方式の定着装置があり、このような定着装置は構成が簡便であるため、広く利用されている。

ところで、このような定着装置において、高速化を図るためにはトナーと記録材に充分な熱量を供給する必要があり、このためにはニップ幅を広くする必要がある。ニップ幅を広くするためには、加圧ローラが定着ローラを加圧する荷重や、加圧ローラ内のシリコーンゴム等から形成された弾性層の厚みや、二つのローラの径等を増大させることが考えられる。

しかし、加圧ローラの荷重や弾性層の厚みを増大させると、定着ベルトの中心軸方向（以下、軸方向と記す）のニップ幅が不均一になることがあり、定着ムラや記録材のしわが発生する虞がある。また、ローラの径を増大させると、定着装置が大型化するばかりでなく、ウォーミングアップタイムが長くなるという問題がある。

この問題を解決するために、ハロゲンランプを内蔵すると共に弾性層を有して回転する定着ローラ（定着ロール６１）と、定着ローラによって駆動されて回転する無端状の定着ベルト（エンドレスベルト６２）と、定着ベルトの内周面側に配置された加圧パッド（圧力パッド６４）とを備え、加圧パッドが定着ベルトを押圧することにより定着ローラと定着ベルトとの間に形成されたニップ部で、トナー像が転写された記録材を挟持・搬送しながら加熱・加圧する、所謂ＦＢＮ（Ｆｒｅｅ Ｂｅｌｔ Ｎｉｐ）方式の定着装置が特許公報に開示されている（例えば、特許文献１参照）。

この定着装置によれば、加圧パッドにより定着ローラに押圧された定着ベルトが加圧パッド側に弾性変形し、定着ローラと定着ベルトとの間に幅広のニップ部が形成される。従って、小型な形状であるにも拘わらず高速化に対応でき、定着ベルトの熱容量が小さいので、ウォーミングアップタイムが短縮し、省エネになる。

また、ニップ部を通過した記録材が溶融トナーの粘着力によって定着ローラに張り付いてしまうことがある。これを防止するために、この定着装置においては、加圧パッドに対して記録材の搬送方向下流側に、定着ベルトを内周面側から定着ローラの方向に押圧して定着ベルトを定着ローラに圧着させ、定着ローラの弾性層を大きな曲率で凹状に弾性変形させる分離部材（剥離ニップ部材６４ｂ）を配置している。これにより、分離爪等の格別の分離部材を設けずに、記録材を定着ローラから分離させることが可能になる。
特開２００６−１２６５３６号公報

特許文献１の如きＦＢＮ方式の定着装置において、加圧パッドはシリコーンゴムやフッ素ゴム等から形成されているが、ゴムは潰された場合に潰れた部分が横方向に分散して広がる特性を有する。従って、加圧パッドの表面に微細な凹凸があったときに、この凹凸はニップ圧で広範囲に広がり、この凹凸によって生じた圧力差によって定着画像に光沢ムラが生ずる虞がある。

また、特許文献１の如きＦＢＮ方式の定着装置において、加圧パッドを支持するための支持部材（パッドホルダ１６０）が設けられ、支持部材を圧縮バネ（加圧バネ１８０）で付勢し、定着ベルトを介して加圧パッドを定着ローラに圧接させている。この圧縮バネは軸方向に所定の間隔で複数個設けられている。このように、複数の圧縮バネが支持部材を介して加圧パッドを押圧するのであるが、加圧パッドにおいては真下に圧縮バネがある部分と圧縮バネがない部分とでは定着ローラへの押圧力、即ちニップ圧に差が生ずる。この結果、同様に定着画像に光沢ムラが生ずる虞がある。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、加圧部材（加圧パッド）の表面に微細な凹凸があってもこの凹凸の影響を受けず、また、軸方向へのニップ圧の変化がなく、その結果、定着画像に光沢ムラが生じない定着装置、及び該定着装置を備えた画像形成装置を提案することを発明の目的とする。

前記目的は、下記に記載した発明により達成される。

１．弾性層を有すると共に加熱手段を有して回転する定着ローラと、
前記定着ローラによって駆動されて回転する無端状の定着ベルトと、
前記定着ベルトを内周面側から押圧して前記定着ベルトを前記定着ローラに圧接させることにより自らが弾性変形する加圧部材と、
前記加圧部材に対して記録材の搬送方向下流側に配置され、前記定着ベルトを内周面側から押圧して前記定着ベルトを前記定着ローラに圧接させることにより前記定着ローラの弾性層を弾性変形させる分離部材と、
を備え、
前記定着ローラと前記定着ベルトとの間に形成されたニップ部で搬送される記録材上のトナー像を定着する定着装置において、
前記加圧部材は前記定着ベルトの側に位置してスポンジから形成された第１の弾性部材がスポンジ若しくはゴムから形成された第２の弾性部材に積層されて構成されると共に、該第１の弾性部材と該第２の弾性部材は前記定着ベルトの中心軸方向に連続して延在し、且つ該第１の弾性部材の硬度は該第２の弾性部材の硬度より低いことを特徴とする定着装置。

２．前記定着ベルトを前記定着ローラに圧接させないときには、前記第１の弾性部材は厚みが等しく、前記第２の弾性部材は記録材の搬送方向下流側に進むに従い厚みが増加することを特徴とする前記１に記載の定着装置。

３．前記定着ベルトを前記定着ローラに圧接させないときには、前記第１の弾性部材は厚みが等しく、前記第２の弾性部材は前記定着ベルトの中心軸方向の端部に進むに従い厚みが減少することを特徴とする前記１又は前記２に記載の定着装置。

４．前記１〜３の何れか１項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

本発明の定着装置、及び該定着装置を備えた画像形成装置によれば、加圧部材の表面に微細な凹凸があってもこの凹凸の影響を受けず、また、軸方向へのニップ圧の変化がなく、その結果、定着画像に光沢ムラが生じない。

以下に本発明の実施の形態に基づいて、本発明を説明するが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。

先ず、本発明に係わる画像形成装置について図１の構成図を参照して説明する。

本画像形成装置は画像読取装置ＹＳ、画像形成装置ＧＨ等で構成される。画像形成部ＧＨは、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ、中間転写体６、２次転写手段７Ａ、定着装置１００、給紙手段２０等で構成される。

画像形成部ＧＨの上部には、自動原稿送り装置５０１と原稿画像走査露光装置５０２からなる画像読取装置ＹＳが設置されている。自動原稿送り装置５０１の原稿台上に載置された原稿ｄは搬送手段により搬送され、原稿画像走査露光装置５０２の光学系により原稿の片面または両面の画像が走査露光され、ラインイメージセンサＣＣＤに読み込まれる。

ラインイメージセンサＣＣＤにより光電変換されて形成された画像信号は、不図示の画像処理部において、アナログ処理、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等が行われた後、露光手段３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋに送られる。

イエロー（Ｙ）色の画像を形成する画像形成ユニット１０Ｙは、感光体ドラム１Ｙの周囲に帯電手段２Ｙ、露光手段３Ｙ、現像装置４Ｙ、一次転写手段７Ｙ及びクリーニング手段８Ｙを有する。マゼンタ（Ｍ）色の画像を形成する画像形成ユニット１０Ｍは、感光体ドラム１Ｍの周囲に帯電手段２Ｍ、露光手段３Ｍ、現像装置４Ｍ、一次転写手段７Ｍ及びクリーニング手段８Ｍを有する。シアン（Ｃ）色の画像を形成する画像形成ユニット１０Ｃは、感光体ドラム１Ｃの周囲に帯電手段２Ｃ、露光手段３Ｃ、現像装置４Ｃ、一次転写手段７Ｃ及びクリーニング手段８Ｃを有する。黒（Ｂｋ）色の画像を形成する画像形成ユニット１０Ｋは、感光体ドラム１Ｋの周囲に帯電手段２Ｋ、露光手段３Ｋ、現像装置４Ｋ、一次転写手段７Ｋ及びクリーニング手段８Ｋを有する。そして、帯電手段２Ｙと露光手段３Ｙ、帯電手段２Ｍと露光手段３Ｍ、帯電手段２Ｃと露光手段３Ｃ、及び帯電手段２Ｋと露光手段３Ｋは、潜像形成手段を構成する。

なお、現像装置４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及び黒（Ｋ）の小粒径のトナーとキャリアからなる２成分現像剤を内包する。

中間転写体６は、複数のローラにより巻回され、回動可能に支持されている。

定着装置１００は、ハロゲンランプを内蔵した定着ローラ１０１と定着ベルト１０２との間に形成されたニップ部で記録紙Ｐ（記録材）上のトナー像を加熱・加圧して定着する。

画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋより形成された各色の画像は、回動する中間転写体６上に１次転写手段７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋにより逐次１次転写されて、カラー画像合成されたトナー像が形成される。

給紙トレイ２１内に収容された記録紙Ｐは、給紙手段２０の給紙ローラ２２により１枚分離されて給紙され、複数の給紙ローラ２３を経て、停止状態にあるレジストローラ２４へ給紙される。そこで一旦停止されて、その先端と中間転写体６上のトナー像との位置関係が正確に一致するタイミングで、レジストローラ２４が回転を開始することにより２次転写手段７Ａに給紙され、記録紙Ｐ上にカラー画像が２次転写される。カラー画像が転写された記録紙Ｐは定着装置１００において加熱・加圧され、記録紙Ｐ上のカラートナー像が定着される。その後、排紙ローラ２５に挟持されて機外の排紙トレイ２６上に載置される。

一方、２次転写手段７Ａにより記録紙Ｐにカラー画像を転写した後、記録紙Ｐを曲率分離した中間転写体６は、中間転写体クリーニング手段８Ａにより残留トナーが除去される。

なお、以上はカラー画像を形成する画像形成装置であったが、モノクロ画像を形成する画像形成装置であってもよい。

次に、本発明に係わる定着装置１００を図２の拡大断面図に基づいて説明する。この定着装置１００はＦＢＮ方式の定着装置である。

定着ローラ１０１は、中央にハロゲンランプ（加熱手段）Ｈを内蔵し、アルミニュウムや鉄等から形成された円筒状芯金１０１Ａと、円筒状芯金１０１Ａを被覆し耐熱性の高いシリコーンゴムから成る弾性層１０１Ｂと、更に弾性層１０１Ｂを被覆しＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）若しくはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂から成る離型層１０１Ｃと、により構成されている。

定着ベルト１０２は、ポリイミドにより形成された基体と、基体の外表面を被覆するＰＦＡ若しくはＰＴＦＥで形成された離型層とにより構成されていて、無端状に形成されている。

そして、第１の弾性部材１０３と第２の弾性部材１０４とから構成された加圧部材が定着ベルト１０２を内周面側から押圧して定着ベルト１０２を定着ローラ１０１を圧接させる。

第１の弾性部材１０３と第２の弾性部材１０４は共に耐熱性を有するスポンジから形成され、定着ベルト１０２の側に位置する第１の弾性部材１０３が第２の弾性部材１０４に積層されている。また、第１の弾性部材１０３と第２の弾性部材１０４は定着ベルト１０２の中心軸方向（以下、軸方向と記す）に連続して延在している。更に、第１の弾性部材１０３は低硬度のスポンジで形成されて第２の弾性部材１０４は高硬度のスポンジで形成されている。例えば、第１の弾性部材１０３の硬度はＡＳＫＥＲ Ｃ ２４°で、第２の弾性部材１０４の硬度はＡＳＫＥＲ Ｃ ４０°である。このように、第１の弾性部材１０３の硬度は第２の弾性部材１０４の硬度より低いので、押圧力が低いときには第１の弾性部材１０３のみが変形し、押圧力が高くなると第１の弾性部材１０３と共に第２の弾性部材１０４も変形する。

また、第１の弾性部材１０３と第２の弾性部材１０４は耐熱樹脂から形成されたホルダー１０８に保持されている。

分離部材１０７は定着された記録紙Ｐの分離性を向上させるために、第１の弾性部材１０３等に対して記録紙Ｐの搬送方向下流側に配置されている。分離部材１０７はＰＰＳ等の耐熱樹脂若しくはアルミニュウム等の金属から成り、幅が狭く、先端部が曲率の大きい円弧に形成されている。また、ホルダー１０８，１０９を保持する金属製のフレーム１１０が中央に配置され、分離部材１０７はホルダー１０８及びフレーム１１０により支持されている。

摺動シート１１１は、ガラス繊維シートをフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）やテフロン（登録商標）でコーティングして形成され、定着ベルト１０２の内周面と第１の弾性部材１０３との間、及び定着ベルト１０２の内周面と分離部材１０７との間に配置され、一端がフレーム１１０に固定されている。

オイルパッド１１２はスポンジ等から形成されてシリコーンオイル等からなる潤滑剤を含浸し、ホルダー１０９に保持され、定着ベルト１０２の内周面に圧着している。

なお、定着ベルト１０２の回転時に、ホルダー１０８は摺動シート１１１を介して定着ベルト１０２を案内し、ホルダー１０９は定着ベルト１０２を直接案内する案内部材としての機能も有する。

ここで、図２は第１の弾性部材１０３と第２の弾性部材１０４とが定着ベルト１０２を定着ローラ１０１に圧接させ、低硬度の第１の弾性部材１０３が大きく変形している図であるが、定着ベルト１０２を定着ローラ１０１に圧接させずに第１の弾性部材１０３と第２の弾性部材１０４が変形していないときには図３に示す形状になっている。図３において、第１の弾性部材１０３は厚みが等しいが、第２の弾性部材１０４における第１の弾性部材１０３との接触面１０４Ａが記録紙Ｐの搬送方向下流側に進むに従い定着ローラ１０１側へ次第に突出するように形成して第２の弾性部材１０４の厚みを次第に増している。これは下記の理由による。

即ち、定着ローラ１０１に対する押圧力に関し、分離部材１０７の押圧力の方が第１の弾性部材１０３と第２の弾性部材１０４との押圧力よりかなり大きいので、押圧力が急に変化すると記録材の搬送速度が不安定になり、画像不良が発生する虞がある。そこで、分離部材１０７の側に進むに従って高硬度の第２の弾性部材１０４の厚みを増して、押圧力を次第に増大させ急に変化しないようにしている。

また、定着ベルト１０２を定着ローラ１０１に圧接させずに第１の弾性部材１０３と第２の弾性部材１０４が変形していないときには、軸方向において図４に示す形状になっている。図４において、第１の弾性部材１０３は厚みが等しいが、第２の弾性部材１０４は軸方向両端部に進むに従い厚みが減少している。これにより、軸方向において、中央の方が端部より押圧力が高まるので、記録紙Ｐに皺が発生する虞が解消する。

このように構成された定着装置１００において、ハロゲンランプＨにより加熱され、不図示の駆動手段によって駆動された定着ローラ１０１が時計方向に回転する。また、第１の弾性部材１０３が第２の弾性部材１０４により押圧され、第１の弾性部材１０３は摺動シート１１１を介して定着ベルト１０２を定着ローラ１０１に押圧する。しかし、第１の弾性部材１０３は定着ローラ１０１より軟らかいので自らが弾性変形する。これにより、定着ベルト１０２は第１の弾性部材１０３側に弾性変形し、定着ベルト１０２と定着ローラ１０１との間に幅広のニップ部Ｎが形成される。そして、定着ベルト１０２は定着ローラ１０１の回転によって反時計方向に回転し、搬送された記録紙Ｐ上の未定着トナーはニップ部Ｎで加熱・加圧されて定着される。

一方、分離部材１０７は摺動シート１１１を介して定着ベルト１０２を定着ローラ１０１を押圧し、定着ローラ１０１の弾性層１０１Ｂと離型層１０１Ｃとを曲率の大きい凹状に弾性変形させる。従って、ニップ部Ｎで定着された記録紙Ｐは分離爪等を用いずとも定着ローラ１０１から確実に剥離して分離する。

また、定着ベルト１０２の内周面は回転時に摺動シート１１１に摺動するが、摺動シート１１１は摩擦係数が小さいので、両者の間の摺動抵抗は小さい。更に、オイルパッド１１２から潤滑剤としてのシリコーンオイルが定着ベルト１０２の内周面と摺動シート１１１の外表面に供給されるので、更に摺動抵抗は小さくなる。

以上の定着装置１００において、摺動シート１１１を介してであるが定着ベルト１０２に圧接するのはスポンジから形成された低硬度の第１の弾性部材１０３である。スポンジは押圧されて潰された場合に、押圧方向の見かけの体積が減少するだけで、その横方向の部分がゴムの様に大きく変形することがない。従って、押圧前の第１の弾性部材１０３の表面に微細な凹凸があったとしても押圧によって凹凸がなくなるので、ゴムと違ってこの凹凸がニップ圧で広範囲に広がることがなく凹凸によって生じた圧力差によって定着画像に光沢ムラが生ずることはない。

また、低硬度の第１の弾性部材１０３は潰れ易いので、ニップ部において押圧力が均一化され、高硬度の第２の弾性部材１０４によりニップ部の圧力分布を所望の分布に形成することができる。

更に、第１の弾性部材１０３と第２の弾性部材１０４は軸方向に連続して延在し、ニップ部Ｎを形成している。そして、高硬度の第２の弾性部材１０４が低硬度の第１の弾性部材１０３を押圧している。従って、特許文献１にも開示されていて従来のＦＢＮ方式の定着装置には必須であった圧縮バネが不要になる。

そこで、特許文献１の如き定着装置と定着装置１００との比較実験を行った。
（１）実験条件
特許文献１の如き定着装置
加圧部材：図５（ａ）の如き形状寸法でシリコーンゴムより形成、軸方向の長さは３５０ｍｍ
圧縮バネ：加圧部材を押圧するため、軸方向に３５ｍｍ間隔で配置
測定
定着装置１００
加圧部材：図５（ｂ）の如き形状寸法の低硬度の耐熱性スポンジと高硬度の耐熱性スポンジとを積層、軸方向の長さは３５０ｍｍ
圧縮バネ：なし
双方の定着装置について、搬送方向出口近傍で軸方向の押圧力の値を測定
（２）実験結果
図６に示す。

表１において、横軸は軸方向の長さ、縦軸は定着ローラへの押圧力（ｋＰａ）である。また、折れ線グラフの破線は圧縮バネを設けた特許文献１の如き定着装置の押圧力で、実線は圧縮バネを設けない定着装置１００の押圧力である。
（３）考察
特許文献１の如き定着装置の場合は押圧力に高低の差が顕著な山と谷が生じ、山頂は押圧力を発生させる圧縮バネが配置されている部分である。圧縮バネは所定の間隔で不連続に配置されているので、押圧力に変化が生じて定着画像に光沢ムラが発生した。

一方、定着装置１００の場合は、主として押圧力を発生させるのは第２の弾性部材１０４であって、軸方向に連続して延在しているため、高低の差が顕著な山と谷は生じない。高低の差が少ない山谷は生じているが、これは測定誤差や部品精度よるものであって、定着画像に光沢ムラが発生することはなかった。

なお、以上の如く説明した定着装置１００においては、第１の弾性部材１０３を低硬度のスポンジで形成し、第２の弾性部材１０４を高硬度のスポンジで形成したが、第２の弾性部材１０４のみをスポンジと同程度の硬度のシリコーンゴムやフッ素ゴムで形成しても同様な効果が得られる。

また、第１の弾性部材１０３の硬度と第２の弾性部材１０４の硬度の最適値は定着装置の各部材の形状や寸法により異なるので、用いる定着装置に応じて実験により求める必要がある。

画像形成装置の構成図である。 定着装置１００の拡大断面図である。 第１の弾性部材１０３と第２の弾性部材１０４が変形していないときの給紙方向の図である。 第１の弾性部材１０３と第２の弾性部材１０４が変形していないときの軸方向の図である。 特許文献１の如き定着装置と定着装置１００とにおける加圧部材の断面図である。 特許文献１の如き定着装置と定着装置１００との軸方向の圧力分布のグラフである。

符号の説明

１００ 定着装置
１０１ 定着ローラ
１０２ 定着ベルト
１０３ 第１の弾性部材
１０４ 第２の弾性部材
１０４Ａ 接触面
１０７ 分離部材
Ｈ ハロゲンランプ

Claims (4)

1. 弾性層を有すると共に加熱手段を有して回転する定着ローラと、
   前記定着ローラによって駆動されて回転する無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトを内周面側から押圧して前記定着ベルトを前記定着ローラに圧接させることにより自らが弾性変形する加圧部材と、
   前記加圧部材に対して記録材の搬送方向下流側に配置され、前記定着ベルトを内周面側から押圧して前記定着ベルトを前記定着ローラに圧接させることにより前記定着ローラの弾性層を弾性変形させる分離部材と、
   を備え、
   前記定着ローラと前記定着ベルトとの間に形成されたニップ部で搬送される記録材上のトナー像を定着する定着装置において、
   前記加圧部材は前記定着ベルトの側に位置してスポンジから形成された第１の弾性部材がスポンジ若しくはゴムから形成された第２の弾性部材に積層されて構成されると共に、該第１の弾性部材と該第２の弾性部材は前記定着ベルトの中心軸方向に連続して延在し、且つ該第１の弾性部材の硬度は該第２の弾性部材の硬度より低いことを特徴とする定着装置。
2. 前記定着ベルトを前記定着ローラに圧接させないときには、前記第１の弾性部材は厚みが等しく、前記第２の弾性部材は記録材の搬送方向下流側に進むに従い厚みが増加することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記定着ベルトを前記定着ローラに圧接させないときには、前記第１の弾性部材は厚みが等しく、前記第２の弾性部材は前記定着ベルトの中心軸方向の端部に進むに従い厚みが減少することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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