JP2014013377A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】鼓状の形状を有する加圧ローラを用いた場合の剥離性能の悪化や定着性悪化による光沢度の低下を防止することができる構成を備えた定着装置を提供する。
【解決手段】可撓性を有する無端状の定着部材21と、定着部材21に対向して配置されて軸方向に鼓形状をなす加圧部材31と、定着部材21の内周側に配置されて定着部材21を介して加圧部材31に圧接し、定着部材21と加圧部材31とにより未定着画像を記録媒体に定着する定着ニップ部を形成するニップ形成部材26と、を備えた定着装置において、ニップ形成部材26には、記録媒体の搬送方向に沿って上流側から下流側に向けて定着ニップ導入部26cと31加圧部材の表面形状に対応する凹状部からなる円弧形状部26bと加圧部材31の方向に加圧部材31と非接触の状態で突出させた突起部26aとが設けられ、突起部26aは、予め加圧部材31の外形部から予め変形させた量に相当する鼓量に対応する寸法を以て長手方向中央が凹状となっていることを特徴とする。
【選択図】図9

Description

本発明は、定着装置および画像形成装置に関し、さらに詳しくは、ベルトを定着部材として用いるベルト定着機構に関する。
周知のように、電子写真方式による画像形成装置においては、潜像担持体である感光体上に形成された静電潜像がトナーにより可視像処理され、トナー像が記録紙などの記録媒体に転写されたうえで熱および圧力を作用させる定着工程が実行されて複写出力を得るようになっている。
画像形成装置に用いられる定着方式の一つとして、記録紙の搬送路を挟んで対向当接する定着ローラおよび加圧ローラを用いる熱ローラ定着方式がある。
この方式では、定着ローラ内に設けられている熱源からの熱と加圧ローラとの挟持作用により熱と圧力でトナー像が融解・浸透される。
熱ローラ定着方式ではローラの熱容量が大きいことが原因して定着温度までの立ち上がりに時間を要する。
そこで、定着温度の立ち上がりを改善する構成として、ローラよりも熱容量の小さいベルトを用いたベルト定着方式が知られている(例えば、特許文献1)。
図10は、この構成を示す図である。
同図において、定着装置は、定着ベルトEと、定着ベルトEの内部に設けられる金属熱伝導体Jと、熱源Kと、前記定着ベルトEを介して前記金属熱伝導体Jに接してニップを形成する加圧ローラLとを具備している。この構成では、前記ニップを通る被定着材である転写紙(図示されず)に対し加熱および加圧して定着処理が行われる。
上述した構成では、金属熱伝導体Jが前記熱源Kにより加熱されるパイプ部材が金属熱伝導体として用いられる。
前記金属熱伝導体Jは固定され、該金属熱伝導体Jに対して前記定着ベルトEが移動可能に設けられ、前記金属熱伝導体Jと前記加圧ローラLとが前記定着ベルトEを介して圧接されて前記ニップを形成すると共に定着ベルトEの移動を案内する構成が提案されている。
ところで、定着装置により定着されるトナー像を担持した記録媒体の一つとして記録紙等の水分量を多く含む材質がある。
このような記録媒体は、記録媒体が定着ニップ部を通過する際にバイメタル効果によりカールを生じ、定着ベルトの巻き付く虞がある。
カールを低減するために、定着ニップ部の下流側における記録媒体の搬送経路に突起部を形成する構成が提案されている(例えば、特許文献2)。
特許文献2においては、ニップ形成部材の記録媒体搬送方向下流側に設置されて定着フィルムを備えたヒータガイドの一部に突起部が設けられ、定着ニップ部を通過した記録媒体を突起部により定着ベルトと反対側に曲げた状態で搬送することでカールの発生を抑えるようになっている。
カールの発生を抑えられて搬送される記録媒体は、先端が定着ニップ部を通過した位置において先端が定着ベルトと非接触な状態に配置されている分離部材により剥離されるようになっている。
特許文献2に開示されている突起部は、前述したように、ヒータガイドあるいは定着ニップを構成するニップ形成部材に一体化されて用いられた場合、次の不具合が生じる虞がある。
定着ニップ部を構成するニップ形成部材に対向して定着ベルトをニップ形成部材に押圧する加圧ローラは、軸方向での温度分布を均一化するために、軸方向端部での放熱があることを考慮して軸方向に沿った形状が鼓状とされることがある。
このような構成においては、分離部材がニップ形成部材の長手方向に平行して先端が配置されているのに対して、定着ニップ部では、ニップ形成部材の長手方向で加圧ローラと対向する表面での隙間が長手方向中央と両端部とで異なっている。
このため、定着ニップを通過した記録媒体の厚さ方向で、ニップ形成部材表面からこれに対向する記録媒体の表面までの間隔が分離部材に対向する間隔と異なると、分離部材による記録媒体の剥離性能が低下する。
一方、定着ニップ部においてニップ形成部材の長手方向に平行する加圧ローラの軸方向での対向間隔が異なったままであると、定着ニップ部での定着ベルトに対する記録媒体の接触が不十分となり、定着性が悪化する。このため、光沢度の低下などの弊害が生じる。
本発明の目的は、上記従来の定着装置における問題に鑑み、鼓状の形状を有する加圧ローラを用いた場合の剥離性能の悪化や定着性悪化による光沢度の低下を防止することができる構成を備えた定着装置および画像形成装置を提供することにある。
この目的を達成するため、本発明は、可撓性を有する無端状の定着部材と、前記定着部材に対向して配置されて軸方向に鼓形状をなす加圧部材と、前記定着部材の内周側に配置されて前記定着部材を介して前記加圧部材に圧接し、該定着部材と前記加圧部材とにより未定着画像を記録媒体に定着する定着ニップ部を形成するニップ形成部材と、を備えた定着装置において、前記ニップ形成部材には、前記記録媒体の搬送方向に沿って上流側から下流側に向けて定着ニップ導入部と前記加圧部材の表面形状に対応する凹状部からなる円弧形状部と前記加圧部材の方向に該加圧部材と非接触の状態で突出させた突起部とが設けられ、前記突起部は、予め前記加圧部材の外形部から予め変形させた量に相当する鼓量に対応する寸法を以て長手方向中央が凹状となっていることを特徴とする定着装置にある。
本発明によれば、突起部は、長手方向中央が、予め前記加圧部材の外形から変形させた量に相当する鼓量に対応する寸法を以て凹状とされている。このため、加圧部材による押圧時において前記分離部材の長手方向と平行する。この結果、加圧部材の押圧時には、鼓量が解消されて凹状から分離部材の長手方向に平行する状態が得られる。これにより、記録媒体の厚さ方向での定着ニップ部と記録媒体との間の間隔および分離部材と記録媒体との間の間隔が等しくなることにより分離部材による記録媒体の剥離性を確保することができる。
本発明の実施形態にかかる定着装置を用いる画像形成装置の構成を説明するための模式図である。 本発明の実施形態にかかる定着装置の構成を説明するための模式図である。 本発明の実施形態にかかる定着装置における定着ニップ部近傍の概略構成図である。 図2に示した定着装置に用いられる保持部材の斜視図である。 図2に示した定着装置に用いられるニップ形成部材を取り外した状態の斜視図である。 図2に示した定着装置に用いられるニップ形成部材の斜視図である。 図6に示したニップ形成部材の断面図である。 図2に示した定着装置に用いられるニップ形成部材の形状を設定するための図である。 本発明の実施形態にかかる定着装置の特徴を説明するための原理図である。 本発明の実施形態にかかる定着装置の特徴を具体的に説明するための図である。 定着ベルトを用いた定着装置の従来構造を説明するための模式図である。
以下、図面により本発明を実施するための形態について説明する。
図1は、本発明の実施形態にかかる定着装置が用いられる画像形成装置を示す図である。
図1において画像形成装置1は、タンデム型カラープリンタにより構成されている。画像形成装置1は、本体内部の上方にボトル収容部101を有している。このボトル収容部101には、着脱自在の4つのトナーボトル102Y、102M、102C、102Kが設置されている。これらのトナーボトル102Y、102M、102C、102Kには、対応する各色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)のトナーがそれぞれ収容されている。
ボトル収容部101の下方には、中間転写ユニット85が備えられている。
中間転写ユニット85は、中間転写ベルト78、4つの1次転写バイアスローラ79Y、79M、79C、79K、2次転写バックアップローラ82、クリーニングバックアップローラ83、テンションローラ84、中間転写クリーニング部80が配置されている。また、中間転写ユニット85は、中間転写ベルト78に対向し各色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)に対応した作像部4Y、4M、4C、4Kを有している。
各作像部4Y、4M、4C、4Kには、感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kがそれぞれ配設されている。また、各感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kの周囲には、それぞれ、帯電部75、現像部76、クリーニング部77および図示しない除電部が配設されている。
感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kは、円筒状に形成され、図示しない駆動源により回転駆動される。感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kの外周面部には感光層が設けられている。
露光装置から出射された破線で示す光ビームが感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kの外周面にスポット照射される。スポット照射を受けて感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kの外周面には原稿読取部が読み取った画像情報あるいは端末からネットワークを介して取得した画像情報に応じた静電潜像が書き込まれる。
帯電部75は、感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kの外周面を一様に帯電するようになっており、感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kに対して接触により帯電する接触方式のものが採用されている。
現像部76は、感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kにトナーの供給を行い、供給されたトナーが感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kの外周面に書き込まれた静電潜像に付着する。感光体ドラム5Y、5M、5C、5K上の静電潜像は、トナーの付着によりトナー像として顕像化される。
図示された現像部76には、感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kに対し接触せずにトナーを付着させる非接触方式のものが採用されている。
クリーニング部77は、感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kの外周面に付着している残留トナーを除去することができる。クリーニング部77には、感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kの外周面にブラシを接触させるブラシ接触方式のものが採用されている。
中間転写ベルト78は、2次転写バックアップローラ82、クリーニングバックアップローラ83、テンションローラ84によって張架・支持されると共に2次転写バックアップローラ82の回転駆動によって図1に示す矢印方向に無端移動される。
中間転写ベルト78は、樹脂フィルム、または、ゴムを基体として形成された無端状ベルトにより構成されており、感光体ドラム5Y、5M、5C、5K上に形成されたトナー像が転写されるようになっている。また、この中間転写ベルト78に転写されたトナー像が、記録媒体P(以下、用紙Pともいう)に未定着画像として転写される。
各感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kは、帯電工程、露光工程、現像工程、1次転写工程、クリーニング工程を含む作像プロセスが実行される。各工程を経ることにより、各感光体ドラム5Y、5M、5C、5K上に各色の画像が形成される。
1次転写バイアスローラ79Y、79M、79C、79Kは、それぞれ、中間転写ベルト78を感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kとの間に挟み込んで1次転写ニップを形成している。また、1次転写バイアスローラ79Y、79M、79C、79Kには、トナーの極性とは逆の極性となる転写バイアスが印加される。
作像プロセスは、次の通りである。
まず、帯電工程において、感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kは、不図示の駆動モータによって図1における時計回りに回転駆動される。そして、帯電部75の位置で、感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kの表面が一様に帯電される。
露光工程において、感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kの表面が、露光部3から発せられたレーザ光Lの照射位置に達し、この位置での露光走査によって各色に対応した静電潜像が形成される。
次に、現像工程において、感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kの表面が、現像部76との対向位置に達し、この位置で静電潜像が現像されて、各色のトナー像が形成される。
1次転写工程において、感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kの表面は、中間転写ベルト78および1次転写バイアスローラ79Y、79M、79C、79Kとの対向位置に達する。この位置で感光体ドラム5Y、5M、5C、5K上のトナー像が中間転写ベルト78上に転写される。このとき、感光体ドラム5Y、5M、5C、5K上には、未転写トナーが僅かに残存する。
次に、クリーニング工程において、感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kの表面は、クリーニング部77との対向位置に達する。この位置で感光体ドラム5Y、5M、5C、5K上に残存した未転写トナーがクリーニング部77のクリーニングブレードによって機械的に回収される。
そして、感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kの表面は、不図示の除電部との対向位置に達すると感光体ドラム5Y、5M、5C、5K上の残留電位が除去される。これにより、感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kにおける作像プロセスが終了する。
上記の現像工程を経て各感光体ドラム上に形成された各色のトナー像は、中間転写ベルト78上に重ねて転写される。これにより、中間転写ベルト78上にカラー画像が形成される。
転写プロセスは、次の通りである。
中間転写ベルト78は、図1の矢印方向に走行することにより、各1次転写バイアスローラ79Y、79M、79C、79Kの1次転写ニップを順次通過する。これにより、感光体ドラム5Y、5M、5C、5K上の各色のトナー像が、中間転写ベルト78上に重ねて1次転写される。
中間転写ベルト78は、各色のトナー像が重ねて転写された状態で2次転写ローラ89との対向位置に達する。この位置では、2次転写バックアップローラ82が、2次転写ローラ89との間に中間転写ベルト78を挟み込んで2次転写ニップを形成している。そして、中間転写ベルト78上に形成された4色のトナー像は、この2次転写ニップの位置に搬送された記録媒体P上に転写される。このとき、中間転写ベルト78には、記録媒体Pに転写されなかった未転写トナーが残存する。
その後、中間転写ベルト78は、中間転写クリーニング部80の位置に達する。この位置で、中間転写ベルト78上の未転写トナーが回収される。これにより、中間転写ベルト78における転写プロセスが終了する。
画像形成プロセスは、次の通りである。
記録媒体Pは、画像形成装置1の下方に配設された給紙部12から、給紙ローラ97やレジストローラ対98等を経由して2次転写ニップの位置に搬送される。給紙部12には、転写紙等の記録媒体Pが複数枚重ねて収納されている。給紙ローラ97が図1中の反時計方向に回転駆動されると、一番上の記録媒体Pがレジストローラ対98のローラ間に向けて給送される。
レジストローラ対98に搬送された記録媒体Pは、回転駆動を停止したレジストローラ対98のローラニップの位置で一旦停止する。そして、中間転写ベルト78上のカラー画像にタイミングを合わせて、レジストローラ対98が回転駆動されて、記録媒体Pが2次転写ニップに向けて搬送される。こうして、記録媒体P上に、所望のカラー画像が転写される。
その後、2次転写ニップの位置でカラー画像が転写された記録媒体Pは、定着装置20の位置に搬送される。この位置で、定着ベルト21及び加圧ローラ31による熱と圧力とにより、表面に転写されたカラー画像が記録媒体P上に定着される。記録媒体Pは、排紙ローラ対99のローラ間を経て、装置外へと排出される。
排紙ローラ対99によって装置外に排出された記録媒体Pは、出力画像として、スタック部100上に順次スタックされる。これにより、画像形成プロセスが完了する。
なお、画像形成装置1は、図示しない本体制御部および操作入力部を備えている。本体制御部は、CPU、ROM、RAM、I/Oインターフェース等を含むマイクロコンピュータにより構成されている。本体制御部は、予めROMに記憶されたプログラムを、CPUによって実行するようになっている。
本体制御部は、操作入力部および画像形成装置1に設けられた各種センサ類やモータ等と接続されている。本体制御部は、各種センサから入力される検出信号に基づいて、各装置の駆動機構を始めとする制御が行われる。つまり、上述した感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kを駆動する駆動モータ、加圧ローラ31を回転駆動するための駆動機構などの各モータ類を制御するとともに、ヒータ25に対する通電制御が実行される。
操作入力部は、画像形成装置1の本体に設けられ、テンキーやプリントスタートキーなどの各種キーおよび各種表示器を有しており、各種キーを介して入力された入力信号を本体制御部に出力する。
なお、画像形成装置1がFAXトレイを有するようにし、本体制御部は、電話回線を介してFAX信号により画像を表すデータを受信した場合には、定着装置20により画像が定着された記録媒体をFAXトレイに搬送するようにしてもよい。
以上の構成からなる画像形成装置1に用いられる定着装置20の構成について図2乃至8により説明すると次の通りである。
図2に示すように、定着装置20は、定着部材としての定着ベルト21、加熱部材22、保持部材23、熱源としてのヒータ25、ニップ形成部材26、第1の板金70、第2の板金71、加圧部材としての加圧ローラ31および温度センサ40を備えている。
定着ベルト21は、薄肉で可撓性を有する無端状ベルトにより形成されており、図2に示す矢印方向(反時計回り)に走行する。定着ベルト21は、ニップ形成部材26との摺接面となる内周面側から、基材層、弾性層、離型層が順次積層され、全体の厚さが1mm以下に形成されている。
定着ベルト21の基材層は、層厚が20〜35μmであり、ニッケル、ステンレスなどの金属材料やポリイミドなどの樹脂材料により形成されている。
定着ベルト21の弾性層は、層厚が100〜300μmであり、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴムあるいはフッ素ゴムなどのゴム材料で形成されている。この弾性層が設けられることにより、定着ニップ部28における定着ベルト21表面の微小な凹凸が形成されなくなり、記録媒体P上のトナー像Tに均一に熱が伝わりユズ肌画像の発生が抑止される。
定着ベルト21の離型層は、層厚が10〜50μmに決められている。材料には、PFA(4フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)、PTFE(4フッ化エチレン樹脂)、ポリイミド、ポリエーテルイミドあるいはPES(ポリエーテルサルファイド)などが用いられる。この離型層が設けられることにより、トナー像Tに対する離型性、すなわち剥離性が担保される。
また、定着ベルト21の直径は15〜120mmに決められることが大型化に繋がらない上で好適である。本実施の形態においては、定着ベルト21の直径は30mm程度に設定されている。
加熱部材22、保持部材23、ヒータ25およびニップ形成部材26は、定着ベルト21の内周面側に固設されている。
ニップ形成部材26は、定着ベルト21の内周面に摺接するように固定されている。このニップ形成部材26が定着ベルト21を介して加圧ローラ31に圧接することにより、記録媒体Pを記録媒体搬送方向Yに搬送する定着ニップ部28が形成される。加圧ローラ31は、レバー51,カム52,弾性部材53によって加圧・脱圧可能な部材である。
図3に示すように、ニップ形成部材26は、幅方向の両端部が定着装置20の側板43に固定支持されている。なお、ニップ形成部材26の構成については、後でさらに詳しく説明する。
加熱部材22は、肉厚が0.1mmの金属パイプにより形成されている。加熱部材22は、定着ニップ部28を除く位置で定着ベルト21の内周面に直接的に対向する形状に変化することができる。また、加熱部材22は、定着ニップ部28の位置で内部が凹形状に変形することができ、後述するように、この凹形状部に、ニップ形成部材26がクリアランスを開けて配置されている。
加熱部材22は、定着装置20の側板43に固定支持されている。なお、加熱部材22の幅方向両端部に図示しない樹脂製のフランジを取り付けて(例えば加熱部材22に嵌合させて)、このフランジを介して定着装置20の側板43に固定支持してもよい。また、加熱部材22は、内周側に設置されているヒータ25の輻射光により加熱され、この加熱された加熱部材22により定着ベルト21が加熱される。すなわち、加熱部材22がヒータ25より直接的に加熱され、定着ベルト21がヒータ25によって加熱部材22を介して間接的に加熱される。
加熱部材22は、アルミニウム、鉄、ステンレスなど熱伝導性を有する金属材料が用いられる。ここで、加熱部材22の肉厚を0.2mm以下に設定した場合には、加熱部材22の加熱効率が向上するため、定着ベルト21の加熱効率も向上することとなり好適である。本実施の形態においては、加熱部材22は、ステンレスが用いられている。
熱源としてのヒータ25は、ハロゲンヒータやカーボンヒータなど公知のヒータが用いられている。ヒータ25は、両端部が定着装置20の側板43に固定されている。本体制御部は、輻射熱によって加熱部材22が加熱されるようヒータ25に対し通電制御を実行する。また、加熱部材22の内面は黒色塗装されている。これにより、ヒータ25からの輻射熱の輻射率が向上する。
定着ベルト21は、加熱部材22によって定着ニップ部28を除く位置、特に定着ニップ部28よりも上流側の位置で加熱された状態で定着ニップ部28を通過する。これにより、加熱された定着ベルト21の表面から記録媒体P上のトナー像Tに熱が加えられる。
定着ニップ部を通過する記録媒体Pは分離部材27により剥離されやすくなる。分離部材27は記録媒体に面する先端部分を有する形状で、この先端部は、直線、曲線、階段状等、任意の形状を有する。
なお、本体制御部は、定着ベルト21の外周面に対向する温度センサ40からベルト表面温度の検出結果を表す信号を取得し、この信号に応じてヒータ25の通電制御を行う。このようなヒータ25に対する通電制御によって、定着ベルト21の定着ニップ部28における温度、すなわち定着温度を所望の温度に設定することができる。温度センサ40は、例えば、サーミスタが用いられている。
本実施の形態に係る定着装置20は、加熱部材22によって定着ベルト21が周方向にわたって広い範囲で加熱される。このため、記録媒体Pの搬送を高速化した場合においても定着ベルト21が充分に加熱されてトナー像Tの定着不良の発生を抑止することができる。したがって、比較的簡易な構成で効率よく定着ベルト21を加熱できるために、ウォームアップ時間やファーストプリント時間が短縮化されるとともに、定着装置20の小型化が達成される。
定着ベルト21と加熱部材22とは、加熱領域(本実施の形態の場合には定着ニップ部28の上流側の領域で接触する。
つまり、ヒータ25から加熱部材22への輻射熱が保持部材23により遮蔽されない領域)において接触して摺動する構造、もしくは0.3mm以下のギャップδを有する構造が用いられている。これにより、定着ベルト21を加熱部材22により効率的に加熱することが可能となるが、加熱領域において両者が接触して摺動する構成とした方が加熱効率を高くできるうえで望ましい。
但し、加熱領域において定着ベルト21と加熱部材22とを密着させる場合には、加熱領域における定着ベルト21と加熱部材22との圧接力が大きくなりすぎても定着ベルト21のトルクが増大し、磨耗を加速する恐れがある。そこで、かかる場合には定着ベルト21と加熱部材22との圧接力は0.3kgf/cm以下になるようにすることが好ましい。
加熱部材22の外周部には、定着ベルト21の磨耗が軽減されるよう潤滑剤としてのフッ素グリスが塗布されている。なお、加熱部材22と定着ベルト21との摺動抵抗を低下させるために、加熱部材22の摺接面を摩擦係数の低い材料を用いることや、定着ベルト21の内周面にフッ素を含む材料からなる表面層を設けてもよい。また、本実施の形態では、加熱部材22の断面形状が略円形になるように形成したが、加熱部材22の断面形状が多角形になるように形成してもよい。
保持部材23は、定着ニップ部28を形成するニップ形成部材26を保持するとともに、加圧ローラ31による押圧時に生じる負荷に対する剛性を高めるためのもので、定着ベルト21の内周面側に固設されている。保持部材23は、幅方向の長さがニップ形成部材26と同等になるように形成されており、定着装置20の側板43に固定支持されている。なお、保持部材23の幅方向両端部が加熱部材22に取り付けられている上述したフランジを介して定着装置20の側板43に固定支持されていてもよい。また、保持部材23は、ステンレスや鉄など機械的強度が高い金属材料で形成されている。この構成により、保持部材23がニップ形成部材26および定着ベルト21を介して加圧ローラ31に当接するため、ニップ形成部材26が定着ニップ部28において加圧ローラ31から加圧力を受けて大きく変形することを抑止できる。
また、保持部材23におけるヒータ25に対向する面の一部又は全部に、断熱部材を設けたり、BA(ブライト・アニール)処理や鏡面研磨処理を施したりすることもできる。これにより、ヒータ25から保持部材23に向かう熱を加熱部材22の加熱に用いることができ、定着ベルト21および加熱部材22の加熱効率をより向上することが可能となる。
図4に示すように、保持部材23は、ニップ形成部材26に当接する当接部23bが本体部23aに形成されており、この当接部23bは、幅方向に複数に分割されている。これにより、ニップ形成部材26の幅方向の圧分布が均一となり、定着ニップ部28における幅方向の加圧を均一に行うことが可能となる。
図5に示すように、第1の板金70は、厚さが1.5mmのステンレス板をコの字状に形成したものであって、加熱部材22の内周面側から凹部を覆うように係合される。第1の板金70を設置することで、加熱部材22の凹部を高精度に形成することができる。なお、加熱部材22の加熱効率を向上させるために、第1の板金70のヒータ25に対向する面にBA処理(ブライト・アニール)による研磨処理や鏡面研磨処理を施すことが好ましい。
これにより、定着ニップ部28の形状が記録媒体Pの画像面に対して略平行になって、定着ベルト21と記録媒体Pとの密着性が高まるために定着性が向上する。
なお、ニップ形成部材26は、第2の板金71の内部にクリアランスをあけて設置される。なお、第2の板金71を箱状に形成してもよい。この場合、ニップ形成部材26が定着ニップ部28の記録媒体搬送方向に対し垂直方向に対する移動や、幅方向に対する移動が規制される。
本実施の形態においては、保持部材23は、幅方向に5つの当接部23bを有しており、第1の板金70には、これらの当接部23bの位置に対応する5つの貫通穴が形成されている。また、第2の板金71にも、同様に5つの貫通穴が形成されている。当接部23bは、第1の板金70および第2の板金71に形成された貫通穴よりも小さく形成されており、第1の板金70の貫通穴および第2の板金71の貫通穴を貫通してニップ形成部材26に当接するようになっている。
加熱部材22は、以下のようにして第1の板金70および第2の板金71により固定される。
まず、0.1mm厚のステンレス板に曲げ加工を施して、パイプ状の加熱部材22を形成する。次に、この加熱部材22の開口部にL字状の曲げ部を形成する。そして、加熱部材22の内周面側からこの曲げ部に第1の板金70をセットし、加熱部材22の外周面側から第2の板金71をセットして固定することによって、所望の形状を有する加熱部材22が形成される。
図2に戻り、加圧ローラ31は、定着ベルト21の外周面に加圧回転体として圧接し、加圧ローラ31と定着ベルト21とによって所望の幅(図2における上下方向)を有する定着ニップ部28を形成するようになっている。本実施の形態においては、加圧ローラ31は、直径が30mmに設定されており、中空構造の芯金32上に弾性層33が形成されている。加圧ローラ31の弾性層33は、発泡性シリコーンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどの材料により形成されている。なお、加圧ローラ31は、弾性層33の表層に
PFA、PTFE等からなる薄肉の離型層を設けていてもよい。
図3に示すように、加圧ローラ31は、図示しない駆動機構の駆動ギアに噛合するギア45が設置されていて、加圧ローラ31は本体制御部によって図2の矢印方向(時計回り)に回転駆動するよう制御される。また、加圧ローラ31は、その幅方向両端部が定着装置20の側板43に軸受42を介して回転自在に支持されている。なお、加圧ローラ31の内部に、ハロゲンヒータ等の熱源を設けてもよい。
加圧ローラ31の弾性層33が発泡性シリコーンゴムなどスポンジ状の材料で形成される場合には、定着ニップ部28に作用する加圧力を減ずることができるために、ニップ形成部材26に生じる撓みを軽減することができる。また、加圧ローラ31の断熱性が高まり定着ベルト21の熱が加圧ローラ31に移動しにくくなるため、定着ベルト21の加熱効率が向上する。
ニップ形成部材26は、LCP(液晶ポリマー)や、ポリイミド樹脂、PAI(ポリアミドイミド樹脂)などの耐熱性を有する樹脂部材であり、保持部材23の長手方向に沿うよう略角棒状に形成されている。
図6に示すように、ニップ形成部材26は、加圧ローラ31に対向する本体26eと、本体26eの背面で保持部材23に当接して支持される複数の支持突起26fと、本体26eの周囲に設けられニップ形成部材を覆う膜部材29とを備えている。
支持突起26fは、加圧ローラ31の押圧時に分離部材27の長手方向と平行する長手方向で押圧力による撓み剛性を維持する補強部として用いられる。
本体26eが加圧ローラ31により押圧された際は、支持突起26fが保持部材23に当接して支持されることで、加圧ローラ31により押し込まれることが防止される。
本実施の形態においては、複数の支持突起26fの高さは、長手方向の中央に位置するものが最も高くなるようにし、長手方向の両端に位置するものが最も低くなるように形成されている。これは加圧ローラ31と圧接した状態においてニップ形成部材26が多少撓むことがあったとしても、長手方向においてニップ圧を略均一にすることができるようにするためであるが、すべての支持突起26fの高さを等しく形成してもよい。
膜部材29は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)繊維を編み込んだ網目状のシートにより形成されており、定着ベルト21との摩擦抵抗を低減するようになっている。
膜部材29は、本体26eに巻かれ、支持突起26fの近傍にねじ止めされた止着部材26gと本体26eとに挟まれて固定されている。なお、上記以外にも例えばフッ素コーティングされた布状のガラス繊維により膜部材29を形成することも可能である。
図2に示すように前記定着ニップ部における用紙搬送方向下流に前記用紙Pを前記一方の定着ベルト21から剥離するため、前記定着ベルト21の回転軸方向に延在する分離部材27が設けられている。分離部材27は、定着ベルト21に対し非接触で図示しない回動軸により回動可能に設けることで、定着ニップ部から記録媒体搬送方向下流に搬送された前記用紙Pをすくいあげ、前記定着ベルト21から用紙Pが分離され用紙搬送方向下流方向に搬送される。
一方、両面印刷時において用紙Pの裏面に、一度定着装置20によって定着されたトナー像Tが付着している場合がある。
この場合には、前記定着ニップから用紙搬送方向下流方向に搬送された用紙Pが前記加圧ローラ31側に巻き付きながら搬送され、加圧出口ガイド板34によって掬い上げ、前記加圧ローラ33から分離し、用紙搬送方向下流側へ搬送される。
図7に示すように、ニップ形成部材26は、記録媒体Pの搬送方向の上流側から下流側に向けて平面部26c、円弧形状部26bおよび突起部26aを有している。つまり、上記搬送方向に沿って、定着ニップ導入部となる平面部26c、加圧ローラ31の表面形状に対応させた円弧形状部26b、そして加圧ローラ31に向け非接触時に突出する突起部26aが備えられている。
突起部26aは、定着ベルトのニップ出口の曲率を大きくすることで、トナーと定着ベルトの張り付きを引き剥がす力を大きくし、記録媒体を定着ベルトから分離する機能を有している。またカールの発生を抑える目的で、突起部によって記録媒体を定着ベルトと反対側に曲げた状態で搬送するように構成してもよい。
平面部26cは、定着ニップ部28の上流側に形成されている。
これにより、2次転写バックアップローラ82および2次転写ローラ89により形成される2次転写ニップ(図1参照)を通過した記録媒体Pが、屈曲されることなく定着ニップ部28に搬送されるようになっている。
平面部26cは、記録媒体Pを定着ニップ部に導入する定着ニップ導入部に相当しており、上流端にC面取りなどにより形成された面取り部26dを有している。
本実施の形態においては、0.5mmのC面取りが行われている。これにより、定着ベルト21が回転し加熱部材22と摺接していた内周面がニップ形成部材26の上流端との摺接を開始する際に、平面部26cの上流端において屈曲が大きくなることに起因して定着ベルト21の耐久性が低下することを抑制できる。
さらに、平面部26cの上流端に面取り部26dが形成されていない場合には、次の不具合が生じる虞がある。
加熱部材22の下流端における外周面とニップ形成部材26の上流端の表面とに微小な段差があると、加熱部材22の下流端近傍では定着ベルト21と加熱部材22との間に隙間が生じた状態で回転する可能性が生じる。そのため、定着ベルト21が十分加熱されずに定着ニップ部28の位置に回転することになり、加熱効率が低下する原因となる。
これに対し、平面部26cの上流端に面取り部26dが形成されている場合には、定着ベルト21が、ニップ形成部材26の上流側に位置する加熱部材22の下流端近傍と摺接するようになるので、定着ニップ部28を効率よく加熱することが可能となる。
次に、図7および図8を参照して、突起部26a、円弧形状部26bおよび平面部26cの形状についてより詳しく説明する。
突起部26aは、定着ニップ部28の記録媒体搬送方向下流側において、幅Nを有する定着ニップ部28の下流端より所定長L2離れた位置に突起の頂点を有している。また、突起の頂点は、円弧形状部26bを形成する円弧と同心円で、かつ半径がL1だけ短い円弧上に位置している。つまり、突起部26aは、円弧形状部26bの曲率半径に対して後述する寸法(L1)に基づき、加圧ローラ31側にオフセットされている。
ここで、オフセット量L1および所定長L2は以下のように設定される。
まず、仮に所定長L2が1mmより小さく設定された場合には、突起部26aが加圧ローラ31と接触する。突起部26aが加圧ローラ31に接触すると、突起部26aよりも用紙搬送方向上流側にニップ形成部材26(具体的には円弧形状部26b)と加圧ローラ31とが圧接しない部分が発生することになる。この部分ではニップ形成部材26と加圧ローラ31とが接触する部分に比べてニップ圧が低く、定着ベルト21と記録媒体P上のトナー像Tとの接触圧が低くなり、記録媒体P上に定着されたトナー像Tに異常画像が発生する恐れがある(例えばユズ肌の画像)。
また、仮に所定長L2が2mmより大きく設定された場合およびオフセット量L1が0.2mmより大きく設定された場合には、定着ニップ部28を通過した記録媒体Pが突起部26aにより加圧ローラ31側に大きく曲げられてしまう。このため、加圧ローラ31に巻きつく可能性が高まる。特に、両面印刷において記録媒体Pの一方の面に既にトナー像Tが定着している場合には、他方の面にトナー像Tを定着するために記録媒体Pが定着ニップ部28に再び搬送されると、一方の面に定着しているトナー像Tが定着ニップ部28の熱により加熱
され粘性が高まる。このとき、粘性の高まったトナー像Tは、記録媒体Pの加圧ローラ31側に定着しているため、記録媒体Pと加圧ローラ31との分離性が低下し、加圧ローラ31に巻きつく可能性が高まる。
また、仮にオフセット量L1が0.1mmより小さく設定された場合には、突起部26aが記録媒体Pと定着ベルト21とを十分に分離できず、記録媒体Pが定着ベルト21に巻きつく可能性が高まる。
したがって、突起部26aは、図8において設定領域(便宜上、符号Nで示す)として示すように、オフセット量L1が0.1mm≦L1≦0.2mm、所定長L2が1mm≦L2≦2mmの範囲で設定されるようになっている。
円弧形状部26bは、定着ニップ部28内のいずれかの位置より所定長L2まで延在しており、加圧ローラ31の外周面に沿うよう、曲率半径Rが25mm≦R≦60mmの円弧形状を有している。本実施の形態においては、曲率半径Rは60mmに設定されている。
なお、本実施の形態においては、円弧形状部26bの上流端が定着ニップ部28の記録媒体搬送方向における中心(以下、定着ニップ部28の中心という。)よりも下流側に位置している。すなわち、定着ニップ部28のうち平面部26cと加圧ローラ31により形成されるニップ幅の方が、円弧形状部26bと加圧ローラ31により形成されるニップ幅よりも大きくしている。しかし、これに限らず、円弧形状部26bの上流端が定着ニップ部28の中心あるいは該中心よりも上流側に位置していてもよい。
突起部26aは、オフセット量L1の円弧、円弧形状部26bの下流端を通り記録媒体搬送方向と垂直となる線、の両方に接するような所定の曲率半径を有する円弧により形成されている。これにより、定着装置20は、定着ニップ部28を通過した記録媒体Pを、突起部26aにより過度に屈曲することなく定着ベルト21から確実に分離することができる。
以上のように、本実施の形態に係る定着装置20は、ニップ形成部材26における定着ニップ部28の下流側が円弧形状に形成され、定着ニップ部28より下流側に突起部26aを有している。これにより、記録媒体P(図2参照)の先端部が突起部26aに到達した場合においても、定着ニップ部28の下流側が平面状に形成されている場合と比較して定着ベルト21と記録媒体Pとの間の空隙を低減することができる。
従って、記録媒体P上の未定着画像が定着時に十分に加圧、加熱されないことに起因する画質の低下を抑制できるとともに、突起部26aにより定着ベルト21に対する記録媒体Pの分離性を高めることができる。また、突起部26aが加圧ローラ31と非接触であるため、突起部26aと加圧ローラ31とが接触し定着ニップ部28の幅が拡大することを防止できるとともに、記録媒体Pが加圧ローラ31に巻き付くことを防止できる。
ここで、以上の本実施形態にかかる定着装置の特徴を図9に基づいて説明する。
図9において、加圧ローラ31によるニップ形成部材26の押圧時に、ニップ形成部材26の各部、特に突起部26aの長手方向の向きと分離部材27(図2参照)の長手方向の向きとを平行にする。これにより、定着ニップ部表面と記録媒体Pとの間の間隔と分離部材27と記録媒体Pとの間の間隔がほぼ同じ状態が得られる。以上が本実施形態にかかる定着装置の特徴である。
この特徴により、定着ニップ部を通過する記録媒体Pは、長手方向が平行でかつ定着ニップ部での対向間隔と同じ条件下にある分離部材27により剥離されやすくされる。
図10(A)は、加圧ローラ31による押圧が行われていない場合での、ニップ形成部材26における加圧ローラ31の軸方向に平行する長手方向に沿った突起部26a、ニップ形成部26c、円弧形状部26bおよび支持突起26fの位置関係を示している。加圧ローラ31の軸方向に対しては、分離部材27の長手方向、つまり、紙幅方向も平行している。この場合に用いられる加圧ローラ31は、軸方向に鼓形状をなしている。
なお、図中符号Z1は加圧ローラ31の鼓量、符号Zaは「加圧ローラの長手方向中心における直径」を表している。また符号ZbおよびZcはそれぞれ「加圧ローラの長手方向の所定幅Wの両端部における直径」を表している。所定幅Wは例えば記録媒体の幅の最大値+10mm(片側5mm)に決められている。
図10(B)は、加圧ローラ31による押圧時での上記各部の位置関係を示している。
図10(A)において、支持突起26fは、ニップ形成部材26の長手方向中央部が両端部に対して加圧ローラ31からの押圧力が作用する方向の長さ(X1)を次の条件で決められている。つまり、加圧ローラ31の外形から予め変形させた変形量(図10(A)に示す場合には凹状の変形量)に相当する鼓量(Z1)に対応する寸法分を増加させた長さを持たせてある。
そして、増加させる長さ(X1)は、X1=Z1(加圧ローラの鼓量)+k/Y1(保持部材の軸方向長さ)による設定されている。この場合の符号Y1は、ニップ形成部材26の長手方向長さである。上記符号kは記録媒体の幅の最大値のおよそ半分程度に設定される。またステーの材質等によって調整される値である。
一方、図10(A)において突起部26aは、加圧ローラ31の押圧時に分離部材27の長手方向と平行するように予め加圧ローラ31の鼓量(Z1)に対応する寸法(X3)を以て加圧ローラ31の外形部から予め変形させて長手方向中央が凹状となる構成とされている。
定着ニップ導入部26cでは、長手方向に直線となる状態が得られる。
図10に示す場合には、加圧ローラ31の鼓量(Z1)が0.1〜0.2mmの範囲から選択され、ニップ形成部材26の長手方向長さが350mmに決められている。記録媒体の幅の最大値をA4横297mmとしてk=140とを選択した場合、この寸法からニップ形成部材26の長手方向中央側での支持突起の長さの増加分として、0.5〜0.6mmが得られる。また、この場合には、X3=X1+0.2mmに決められている。
上述したような、加圧ローラ31の押圧時での加圧ローラの鼓量を解消してニップ形成部材26の突起部26aの長手方向が分離部材27の長手方向に平行する状態とする対象としては、突起部26aに加えて円弧形状部26b(図8参照)がある。
円弧形状部26bは、これに連続して形成されている突起部26aと同様に、加圧ローラ31の非押圧時には、長手方向中央側が両端側よりも加圧ローラ31の鼓量(Z1)に対応して凹状とされている。
長手方向中央を凹状とする対象は突起部26aおよび円弧形状部26bでもよいし、突起部26aだけでもよく、適宜選択できる。
以上のような特徴となる構成においては、図10に示される加圧ローラ31の押圧時、定着ニップ導入部26cは、長手方向中央部と端部で加圧ローラ軸線からの長さに図10(B)中にX2で表される差が生じる。
これに対し、ニップ形成部材26側で定着ニップ部を構成する円弧形状部26bおよび定着ニップ部を通過した記録媒体Pを分離部材27に指向させる突起部26aは、加圧ローラ31側に膨出する。つまり、支持突起26fの長さ寸法を増加した分、加圧ローラ31の軸方向中央側で加圧ローラ31側に膨出する。この結果、上述した寸法設定により凹状が解消されて定着ニップ導入部26cが加圧ローラ31の軸線と平行する。
これにより、加圧ローラ31の軸線と平行するように位置決めされている分離部材27の長手方向に記録媒体Pの幅方向の向きが平行することになる。
特に、記録媒体Pの厚さ方向において、上述した定着ニップ部から搬送される記録媒体Pの表面位置が分離部材27の所定の進入位置に整合されることになるので、分離部材27による剥離機能を確保することができる。
一方、加圧ローラ31の押圧時に、予め設けられた板ニップ形成部材26側の突起部26a、円弧形状部26bの凹状部が解消される。これにより、加圧ローラ31の軸線と平行することにより、定着ニップ部の長手方向で記録媒体Pが均一接触することになるので、十分な加熱量が与えられて光沢度の低下も抑えられることになる。
1 画像形成装置
20 定着装置
21 定着ベルト
23 保持部材
26 ニップ形成部材
26a 突起部
26b 円弧形状部
26c ニップ形成部
26f 支持突起
31 加圧ローラ
特開2009−3410号公報 特開2003−215953号公報

Claims (12)

  1. 可撓性を有する無端状の定着部材と、
    前記定着部材に対向して配置されて軸方向に鼓形状をなす加圧部材と、
    前記定着部材の内周側に配置されて前記定着部材を介して前記加圧部材に圧接し、該定着部材と前記加圧部材とにより未定着画像を記録媒体に定着する定着ニップ部を形成するニップ形成部材と、を備え他定着装置において、
    前記ニップ形成部材には、前記記録媒体の搬送方向に沿って上流側から下流側に向けて定着ニップ導入部と前記加圧部材の表面形状に対応する凹状部からなる円弧形状部と前記加圧部材の方向に該加圧部材と非接触の状態で突出させた突起部とが設けられ、
    前記突起部は、予め前記加圧部材の外形部から予め変形させた量に相当する鼓量に対応する寸法を以て長手方向中央が凹状となっていることを特徴とする定着装置。
  2. 前記定着ニップ部を通過した記録媒体と対向する位置には、前記定着部材と非接触な状態で先端が対向している分離部材が設けられていることを特徴とする請求項1記載の定着装置。
  3. 前記突起部は、前記加圧部材による押圧時において前記分離部材の長手方向と平行することができる形状を予め決められていることを特徴とする請求項1または2記載の定着装置。
  4. 前記ニップ形成部材には、該加圧部材の押圧時に前記分離部材の長手方向と平行する長手方向で該押圧力による撓み剛性を維持する補強部としての支持突起が前記加圧部材と対向する側と反対側に設けられ、該支持突起は、前記長手方向中央が長手方向端部に対して前記押圧力が作用する方向の長さを、前記加圧部材の鼓量に対応する寸法分を増加させた長さに設定されていることを特徴とする請求項1記載の定着装置。
  5. 前記支持突起のうちで前記ニップ形成部材の長手方向中央で増加される寸法(X1)は、
    X1=Z1+k/Y1
    ただし、Z1:加圧部材の鼓量、Y1:ニップ形成部材の長手方向長さ(保持部材の軸方向長さ)、k:記録媒体の幅の最大値のおよそ半分程度に設定される値、またステーの材質等によって調整される値
    に設定されていることを特徴とする請求項4記載の定着装置。
  6. 前記ニップ形成部材に設けられている定着ニップ部および円弧形状部は、前記分離部材の長手方向に平行する長手方向において、中央部が両端部に対して前記加圧部材の鼓量に対応した寸法を以て凹状に形成され、前記加圧部材の押圧時に該凹状の寸法が解消されることにより長手方向で前記分離部材の長手方向と平行することを特徴とする請求項1乃至5のうちの一つに記載の定着装置。
  7. 前記突起部は、前記ニップ形成部材の円弧形状部に対して前記記録媒体搬送方向下流側に連続して設けられていることを特徴とする請求項1乃至6のうちの一つに記載の定着装置。
  8. 前記突起部は、先端が円弧形状とされていることを特徴とする請求項1乃至7のうちの一つに記載の定着装置。
  9. 前記円弧形状部は、曲率半径が25mm≦R≦60mmの範囲の円弧により形成されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の定着装置。
  10. 前記突起部は、前記円弧形状部の曲率半径に対して0.1mm以上0.2mm以下の範囲で前記加圧部材側にオフセットされていることを特徴とする請求項1乃至9のうちの一つに記載の定着装置。
  11. 定着部材は、ステンレスまたはニッケルにより基材が形成されていることを特徴とする請求項1乃至8のうちの一つに記載の定着装置。
  12. 請求項1乃至9のうちの一つに記載の定着装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
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