JP4246403B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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、ベルトを用いて記録体上の未定着画像を定着するための構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機やファクシミリあるいはプリンタさらには印刷機などの画像形成装置においては、紙などのシート状記録媒体（以下、シートと称する）上に転写されて担持されている未定着画像を加熱定着することで複写物や記録物を得ることができる。
定着装置には、一つのローラによりシートを挟持搬送しながら一方のローラからシート上の未定着画像を加熱する構成がある。
【０００３】
ローラ同士による定着を行う構成とは別に、ローラとベルトとを組み合わせた構成がある。
この構成では、未定着画像に対面する側に位置するローラに代えて、一対のローラに掛け回されたベルトを未定着画像に対面させるように配置し、ローラの一つにはシートを圧接する加圧ローラが対峙させてある。
ベルトが掛け回されているローラのうちで、加圧ローラと対峙するローラは、定着ローラとされ、この定着ローラ以外のローラはベルトを加熱するための熱源が内蔵された加熱ローラとされている。
【０００４】
ベルトは、ローラに比べて体積が小さくされることで熱容量を小さくできるので、短時間での温度上昇が可能であり、上述したローラ対のみを用いた場合に比べて始動時での温度立ち上がりが早いという利点がある。
【０００５】
ベルトを用いた定着装置の一例として、特開平９−１６０４０５号公報に記載された構成がある。
上記公報には、加熱ローラおよび駆動ローラに掛け回されたベルトと、ベルトの展張面の一部に圧接する加圧ローラと、加圧ローラとベルトとが当接するしてベルトが加圧ローラ周面に沿った移動を開始する位置にベルトを介して加圧ローラに圧接されている補助ローラとを設けた構成が開示されている。
【０００６】
上記構成においては、加圧ローラに対して圧接している駆動ローラと補助ローラとで加圧ローラに圧接するベルトのニップ幅を長くし、しかも、補助ローラに設けられた制動部材によって加圧ローラ周面を移動するベルトに対して移動を阻害しない程度の力を作用させてその移動方向と逆方向の制動力を与えることにより駆動ローラと補助ローラとの間を移動するベルトに張力を付加させるようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報に開示された構成においては次のような問題がある。
加圧ローラに対してベルトは駆動ローラと補助ローラとで圧接され、その間がニップ区間とされている。
ニップ区間においてベルトの移動方向で押圧される箇所と押圧されずに展張されているだけの箇所とで速度差および圧力差が発生し、画像が擦られて乱れてしまうことがある。つまり、上記公報にも開示されているように、駆動ローラおよび補助ローラが押圧されている加圧ローラの周面では圧力によって表層部をなす弾性体層に歪みが生じる。このため、歪みが生じた部分と歪みが生じにくいベルトの展張部分とでスリップが発生し、このスリップによって画像が擦られてしまう。
【０００８】
ニップ区間を画像部が移動する際、ニップ区間入り口と出口との間は押圧部材が存在している箇所に比べて密着圧力が弱い。このため、画像がシートへの浸透を終える前の段階、換言すれば、半融状態が継続されている段階で密着圧力が低下する箇所に画像を移動させると、その部分での伝熱状態が低下し、スリップ現象も相俟って画像が動きやすくなることにより画像乱れが発生しやすくなる。
【０００９】
加圧ローラに対してベルトが駆動ローラと補助ローラとで圧接された状態を維持しているので、定着装置の不使用時、圧接箇所において圧接力が経時的に作用していることにより永久歪みが発生しやすく、所謂、ベルトに折り曲げ癖が付いてしまうことがある。
図５は、上記現象を説明するための模式図であり、図５（Ａ）は、不使用時における加圧ローラＡに対するベルトＢの圧接力の発生箇所Ｐ１，Ｐ２を示している。符号Ｐ１で示す箇所は、加圧ローラＡに対してベルトＢを圧接させる補助ローラＨが配置されている個所であり、符号Ｐ２で示す箇所は、ベルトＢが掛け回されている一対のローラの一つと加圧ローラＡとが当接する位置である。
【００１０】
図５（Ｂ）は、（Ａ）に示した状態によって発生したベルトの癖Ｃを示している。
図５（Ａ）において、加圧ローラＡからベルトＢに対して圧力が発生する箇所は符号Ｐ１，Ｐ２で示した２カ所であり、これら箇所の間はベルトＢと加圧ローラＡとの接触圧力のみである。ベルトＢに対する圧力発生箇所のうちで、補助ローラＨからの圧力が作用する箇所では、この箇所以外で加圧ローラＢの周面に圧接するベルトＢの曲率が変化する。つまり、加圧ローラＡの周面の曲率に沿っていたベルトＢは、補助ローラＨの周面で折り返されることになるが、加圧ローラＡに比べて小径である補助ローラＨの周面で折り返されるベルトは、補助ローラＨの曲率の影響を受ける。このため、放置された場合にベルトＨの折り返し部分には永久歪みが発生し、これによって図５（Ｂ）において符号Ｃで示すように、ベルトＢに癖がついてしまう。
【００１１】
ベルトＢの一部に発生した永久歪みによる癖Ｃは、図５（Ｂ）に示すように、トナーＴ層内に食い込み、画像中でその部分にトナーが存在しない白筋部を形成してしまうことになる。このため、定着装置の放置後に画像形成装置を始動した場合、始動直後に得られる画像には、上述した白筋が発生し、いわゆる、異常画像が得られてしまう虞がある。
【００１２】
本発明の目的は、上記従来の定着装置および画像形成装置における問題に鑑み、ベルトを用いて定着を行う場合に、画像乱れや白筋などの発生を防止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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、定着ローラと加熱ローラに掛け回された定着ベルトと、上記定着ローラに上記定着ベルトを介して対向当接する加圧ローラと、を備え、上記定着ベルトと上記加圧ローラの間で記録媒体に担持された未定着画像を定着する定着装置において、上記定着ローラと上記加圧ローラとが上記定着ベルトを介して対向当接する部分から記録媒体の搬送方向上流側の上記加圧ローラの周面の一部に上記定着ベルトを巻き付ける補助ローラを備え、上記補助ローラは、上記加圧ローラと上記定着ベルトを介して接触しない位置に配置され、上記定着ベルトは、上記加圧ローラと補助ローラとの間で直線状に展張されていることを特徴としている。
【００１８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の定着装置において、上記加圧ローラを加熱する熱源を備えることを特徴としている。
【００１９】
請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の定着装置を用いることを特徴としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図示実施例により本発明の実施の形態を説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施形態による定着装置が用いられる画像形成装置の模式図であり、同図に示す画像形成装置は、複数色の画像形成が可能なカラープリンタ（以下、画像形成装置としてカラープリンタと称する）である。
【００２２】
図１においてカラープリンタ１は、内部にベルト状の感光体２を備えており、感光体２は、複数のローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃに掛け回されて図示矢印方向に移動することができる。
【００２３】
感光体２の周辺には、感光体２の移動過程において画像形成処理を実行するための帯電装置３、書き込み装置４、現像装置５、１次転写装置６、クリーニング装置７がそれぞれ配置されている。
【００２４】
書き込み装置４は、画像情報に応じてレーザ光を出射可能な光源である半導体レーザ４Ａ、回転多面鏡４Ｂ、光路形成用の反射鏡４Ｃを備えている。書き込み装置４では、画像情報に応じた走査光を感光体２に対して主走査方向および副走査方向にそれぞれ出射して感光体２上に画像に対応した静電潜像が形成される。
【００２５】
現像装置５は、色分解色と補色関係にある色のトナーを感光体２に供給して静電潜像を可視像処理する。このため、現像装置５には、色分解色と補色関係にある色のトナーである、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）および階調性を整えるためと白黒画像の際に用いられるブラック（Ｂ）のトナーを収容した現像ユニット（便宜上、図１において各ユニットの符号を５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｂで示す）が装備されている。
【００２６】
各現像ユニットは、それぞれ同様な構成を備えており、いま、図１において、イエロートナーを収容しているユニットを対象として説明すると、感光体２に対してトナーを供給する現像スリーブ５Ｙ１と、現像スリーブ５Ｙ１に向けて帯電攪拌したトナーを供給する供給パドル５Ｙ２およびトナー補給を行うトナーカートリッジ５Ｙ３とを主要部として備えている。
各色のトナーを収容している現像ユニットは、感光体２に対して接離する方向（図１中、矢印Ｒで示す方向）に往復動可能であり、色分解された色と補色関係にある色に対応した静電潜像を可視像処理する際に感光体２に接近することにより、現像スリーブ５Ｙ１を介して感光体２上の静電潜像に対してトナーを供給することができる。
【００２７】
１次転写装置６は、複数のローラに掛け回されて感光体２と対向する位置で同方向に移動可能な中間転写ベルト６Ａおよび２次転写装置６Ｂを備えている。 １次転写装置６では、感光体２に形成された画像のうちで単一色の場合、感光体２から転写された画像をそのまま２次転写装置６Ｂを介して給紙装置８から給送されたシートに２次転写し、多色画像の場合には各色毎に形成された感光体２上の画像を中間転写ベルト６Ａに重畳転写したうえで２次転写装置６Ｂによりシートに対して一括転写するようになっている。
【００２８】
１次転写装置６には、感光体２に対峙する中間転写ベルト６Ａの内側に転写チャージャ６Ａ１が配置され、感光体２の内側にはこれが掛け回されているローラの一つを用いて１次転写対向ローラ２Ｃが配置されている。なお、図１において、符号６Ｃは、１次転写装置６における中間転写ベルト６Ａに対向して接離可能なベルトクリーニング装置を示している。
【００２９】
中間転写ベルト６Ａと２次転写装置６Ｂとが対向する２次転写位置には、給紙装置８からシートが給送される。
給紙装置８は、記録紙などのシートを収容可能な給紙カセット８Ａと、シート分離機能を備えた繰り出しローラ８Ｂと、搬送ローラ８Ｃとレジストローラ８Ｄとを備えている。本実施例では、給紙カセット８Ａ内のシートとは別のシート、例えばサイズや材質の違うシートを２次転写位置に向けて給送することもできる。このため、カラープリンタ１の壁部の一部には、手差しトレイ１Ａが設けられている。
手差しトレイ１Ａにおけるシートの繰り出し側には、給紙カセット８Ａに設けられていると同様な繰り出しローラ８Ｂが備えられ、手差しトレイ１Ａから繰り出されたシートはレジストローラ８Ｄに向け給送されるようになっている。
【００３０】
２次転写位置において中間転写ベルト６Ａから画像転写を受けたシートは、定着装置９により未定着画像を定着されて排紙トレイ１０やソータ１１に排出されると共に、両面への画像形成時には反転装置１２を介して再度レジストローラ８Ｄに向け給送される。
【００３１】
定着装置９は、一対のローラ９Ａ、９Ｂに掛け回された定着ベルト９Ｃと、一対のローラの一つに対向当接する加圧ローラ９Ｄと、ベルト９Ｃの展張面の一部に当接している補助ローラ９Ｅとを主要部として備えている。なお、図１において、符号９Ｆおよび９Ｇは、オフセット防止剤の塗布装置および過剰塗布されたオフセット防止剤を除去するクリーニング装置である。
【００３２】
図２において定着装置９は、一対のローラのうちで一方のローラ９Ａが加圧ローラ９Ｄと対向当接する定着ローラであり、他方のローラ９Ｂが内部に熱源１３を有する加熱ローラである。なお、熱源１３は、加圧ローラ９Ｄにも装備されている。
【００３３】
定着ローラ９Ａは、芯金と、この芯金を被覆する耐熱多孔質の弾性体層とを有し、芯金が図示しない駆動手段により回転駆動される。
加熱ローラ９Ｂは、バネなどの図示されない弾性体により定着ローラ９Ａに対して離間する習性が付与されることにより定着ベルト９Ｃに所定の所定の張力を与えて定着ベルト９Ｃを駆動させることができる。
【００３４】
補助ローラ９Ｅは、定着ベルト９Ｃを加圧ローラ９Ｃの周面の一部に巻き付けるために設けられており、設置構成が図３に示されている。
図３において、補助ローラ９Ｅは、定着ベルト９Ｃの展張面のうちで、加圧ローラ９Ｃと対向する展張面の内側に設けられており、加圧ローラ９Ｄと直接接触しない位置で定着ベルト９Ｃを加圧ローラ９Ｄの周面の一部に巻き付けるようになっている。
【００３５】
加圧ローラ９Ｄの周面に定着ベルト９Ｃを巻き付ける補助ローラ９Ｅは、その配置位置が次の条件とされている。
（１）加圧ローラ９Ｄに対する定着ベルト９Ｃの巻き付け量が、定着ローラ９Ａと加圧ローラ９Ｄとが対向するニップ部Ｎの長さ以上の長さが得られる位置であること。
この条件により、定着ベルト９Ｃが加圧ローラ９Ｄに圧接される長さを定着ローラ９Ａと加圧ローラ９Ｄとの対向部でのそれよりも長くすることができる。これにより、前述したように、加圧ローラ９Ｄに熱源が内蔵されている場合には、定着ベルト９Ｃに対して加熱を行える領域が上記した定着ローラ９Ａと加圧ローラ９Ｄとが直接対向接触するニップ部Ｎの長さ以上となり、シートにおける受熱領域を上記ニップ部Ｎよりも拡大して定着温度が低い場合でも定着効率の低下を防止でき、あるいは定着効率を向上できることにより定着に要する時間を短縮することができる。
しかも、加圧ローラ９Ｄの周面上に直接接触しない位置で加圧ローラとの間で定着ベルト９Ｃを展張させているので、従来技術に関して述べたような不具合の発生をなくすことができる。
【００３６】
（２）定着ローラ９Ａと加圧ローラ９Ｄとの対向部で構成されるニップ部Ｎを越えて加圧ローラ９Ｄの周面に巻き付けられている定着ベルト９Ｃの巻き付き端部、つまり、図３において符号Ｚで示すように、巻き付き範囲におけるニップ部Ｎと反対側の端部を始点として直線状に定着ベルト９Ｃを展張させること。
この条件により、定着ベルト９Ｃは、巻き付き範囲から展張される部分に屈曲部が形成されない。これにより、放置後の始動直後においては、トナー層内に入り込んで画像の一部を欠損させる癖が定着ベルト９Ｃに存在しないので、画像欠損などを生じないようにできる。
【００３７】
（３）定着ベルト９Ｃと加圧ローラ９Ｄとの対向部で構成されるニップ部Ｎを越えて加圧ローラ９Ｄの周面に巻き付けられている定着ベルト９Ｃの巻き付き端部を始点とした加圧ローラ９Ｄの接線（図３中、符号Ｌで示す線）に対して加圧ローラ９Ｄの周面に近づけてあること。
この条件により、定着ベルト９Ｃは、加圧ローラ９Ｄ側に向けて巻き付き範囲が押圧されることになるので、加圧ローラ９Ｄとの間での密着性が高められる。これにいより、シートに対する定着ベルト９Ｃからの伝熱効率が高められて定着時間の短縮および異常な高温化を避けることができる。
【００３８】
しかも、加圧ベルト９Ｄと定着ベルト９Ｃとの密着力が高められることにより、定着ベルト９Ｃにおいて、仮に癖付けが発生した場合でも、密着力によって癖を解消する解消することができ、画像欠損などを引き起こさないようにできる。
【００３９】
（４）ニップ部Ｎを越えて加圧ローラ９Ｄの周面に巻き付けられる定着ベルト９Ｃの巻き付き長さ（図３中、符号Ｋ１で示す長さ）として、（３）に挙げた条件により、加圧ローラ９Ｄ出の巻き付き端部Ｚを支点として補助ローラ９Ｅの押圧作用により発生する加圧ローラ９Ｄ側に向けたモーメントにより巻き付き範囲で曲がり癖がつかない位置であること。
加圧ローラ９Ｄ側に向けたモーメントの大きさは、補助ローラ９Ｅでの押圧力を一定とした場合に定着ベルト９Ｃの巻き付き端部（支点側）と補助ローラ９Ｅ（作用点側）との距離に比例して大きくなる。このため、モーメントが大きくなると定着ベルト９Ｅにおける曲げ剛性の限界点との関係において巻き付き範囲で加圧ローラ９Ｄの曲率に応じた変形、換言すれば癖がついてしまう。
この条件により、モーメントの影響が定着ベルト９Ｅの永久歪みを発生させないように上記距離を設定した場合に定着ベルト９Ｅでの曲げ癖による永久歪みの発生を防止することができる。
本実施例では、上記定着ベルト９Ｅの巻き付き長さ（Ｋ１）が８ｍｍ以下に設定されている。なお、この値は、定着ローラ９Ａの直径が３０ｍｍ、加圧ローラ９Ｄの直径が４０ｍｍ、補助ローラ９Ｅの直径が８ｍｍで、定着ベルト９Ｅの線速が１７８ｍｍ／ｓを定着装置９の構成条件としている。
【００４０】
（５）ニップ部Ｎを越えて加圧ローラ９Ｄの周面に巻き付く定着ベルト９Ｅの巻き付き範囲において巻き付き端部Ｚを始点として、補助ローラ９Ｅにより押圧される位置までの長さ（図３中、符号Ｋ２で示す長さ）として、シートＳの導入部Ｑを狭くできる長さであること。
この条件により、定着ベルト９Ｃの展張面において、加圧ローラ９Ｄと補助ローラ９Ｅとが対向する位置から定着ベルト９Ｃが加圧ローラ９Ｄに巻き付く端部Ｚまでの距離が短くされるので、この距離間に進入したシートの先端が不用意にばたつく虞が少なくなり、補助ローラ９Ｅと加圧ローラ９Ｄとの対向部に形成されている隙間にシートを進入させた場合、進入直後に定着ベルトの巻き付け端部Ｚにシート先端を位置させることができる。この結果、定着ベルト９Ｃの巻き付き端部Ｚに至るまでの間でシート先端がばたつくことができる空間の長さが短いので、未定着状態で剥落しやすいトナーへの不用意な衝撃を作用させにくくすることができ、定着前に画像が擦られて欠落するのを防止することができる。
本実施例では、上記した定着装置９の構成条件の下で、巻き付き端部Ｚを始点として補助ローラ９Ｅにより押圧される位置までの長さ（Ｋ２）が９ｍｍ以下に設定されている。
【００４１】
図４は、符号Ｋ１，Ｋ２で示した巻き付き長さに関し、その長さを種々設定して画像への影響を実験した結果を示す表図である。
長さＫ１に関しては、８ｍｍ以下の値とすることで白筋による画像欠損が見受けられず、Ｋ２に関しては、９ｍｍ以下の値とすることで画像擦れによる画像欠落が見受けられなかった。この場合の実験条件は、定着ローラ９Ａの表面硬度を５５Ｈｓとし、放置時間２００時間経過後における始動直後での画像の形成状態を観察することとした。
【００４２】
【発明の効果】
請求項１および３記載の発明によれば、加圧ローラと直接接触しない位置に配置されて、加圧ローラに対する上記ベルトの巻き付け量が上記加圧ローラとこれに当接するローラとで構成されるニップ部以上の長さとなる位置で該ベルトを展張しているので、該ベルトの受熱領域を拡張することにより受熱効率を高めて定着時間の短縮が可能となる。特に、補助ローラが加圧ローラと直接接触しない位置で加圧ローラとの間において定着ベルトを展張させることにより、加圧ローラと補助ローラとが直接接触する場合に発生した不具合である、ベルトによる画像の擦りによる画像の乱れやベルトの曲がり癖による画像欠損などの不具合を解消しながら定着効率を高めることが可能となる。
【００４６】
請求項２記載の発明によれば、ベルトが巻き付けられる加圧ベルトに熱源を備えることにより、拡大された受熱領域での温度低下を防止することができ、定着温度の低い場合でも定着効率の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る定着装置が用いられる画像形成装置の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る定着装置の構成を説明するための模式図である。
【図３】図２に示した定着装置の構成における要部を説明するための部分的な拡大図である。
【図４】図３において符号Ｋ１，Ｋ２で示した長さによる画像状態を実験した結果を示す表図である。
【図５】従来の定着装置に用いられる構成の一例を示す模式図であり、（Ａ）は、構成図を、（Ｂ）は（Ａ）で示した構成による不具合を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１ 画像形成装置の一つであるカラープリンタ
９ 定着装置
９Ａ 一対のローラの一つである定着ローラ
９Ｃ 定着ベルト
９Ｄ 加圧ローラ
９Ｅ 補助ローラ
Ｋ１ 定着ローラと加圧ローラとの対向部を越えて加圧ローラの周方向に巻き付くベルトの長さ
Ｋ２ 定着ベルトにおける巻き付き端部から補助ローラにより押圧される位置までの長さ
Ｌ 巻き付き端部を始点とする加圧ローラの接線

Claims (3)

1. 定着ローラと加熱ローラに掛け回された定着ベルトと、
   上記定着ローラに上記定着ベルトを介して対向当接する加圧ローラと、を備え、
   上記定着ベルトと上記加圧ローラの間で記録媒体に担持された未定着画像を定着する定着装置において、
   上記定着ローラと上記加圧ローラとが上記定着ベルトを介して対向当接する部分から記録媒体の搬送方向上流側の上記加圧ローラの周面の一部に上記定着ベルトを巻き付ける補助ローラを備え、
   上記補助ローラは、上記加圧ローラと上記定着ベルトを介して接触しない位置に配置され、
   上記定着ベルトは、上記加圧ローラと補助ローラとの間で直線状に展張されていることを特徴とする定着装置。
2. 請求項１に記載の定着装置において、
   上記加圧ローラを加熱する熱源を備えることを特徴とする定着装置。
3. 請求項１または２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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