JP4715572B2 - 定着装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの機能を備えた複合機等の画像形成装置に装着され、転写材上に形成された未定着トナー像を、加熱回転体と加圧回転体とにより加圧、加熱して画像を定着する定着装置に関する。

従来、複写機、プリンタ、ファクシミリ及びこれらの機能を有する複合機等の電子写真式の画像形成装置に用いられている定着装置は、所定の温度に維持された定着ローラと、弾性層を有してその定着ローラに圧接する加圧ローラとによって形成された定着ニップ部により、未定着のトナー像を形成された転写材を挟持搬送しつつ加圧、加熱する加熱ローラ定着方式が、低速機から高速機まで、モノクロ機からカラー機に至るまで、幅広く採用されている。

定着装置に定着ベルトを用い、定着ベルトにより低熱容量化し、温度制御されたヒータを定着ベルトに直接加圧接触させることで熱伝導効率を大幅に向上させ、省電力とウォーミングアップタイムを殆ど必要としないクイックスタートを図ったベルト定着方式の定着装置や画像形成装置が提案され、最近用いられてきている。

定着ローラ式の定着装置において、トナー画像の高画質化、印刷速度の高速化に伴い、定着ローラをソフトな弾性層により形成する技術が要望されている。定着ローラをソフトローラにする事により、印字率の高いベタ画像や、多層のトナー像から成るカラー画像を均一に定着する事が可能となる。

また、定着ベルト式の定着装置において、定着ベルトに巻回され、定着ベルトを介して加圧回転体に圧接する定着支持ローラをソフトローラにする事により、印字率の高いベタ画像や、多層のトナー像から成るカラー画像を均一に定着する事が可能となる。

このような定着装置にあっては、定着ローラや定着ベルト等の加熱回転体へのトナーの付着と、これに起因するオフセットの発生による定着能力の低下を防止するため、加熱回転体の外周面を清掃するクリーニング手段が設けられている。

定着装置に装着されるクリーニング手段としては、ローラタイプとウエブタイプとがある。

特許文献１に提案されている定着装置は、耐熱性不織布に研磨粒子を含有させたウエブを定着ローラに接離させる清掃手段と、定着ローラにシリコーンオイルを塗布する離型剤供給手段とを有するものである。
特開平１０−２０７２８０号公報

加熱回転体をソフトローラにする事により、加熱回転体の表面状態によって、定着された画像に影響する事が判明した。そこで、加熱回転体の表面状態を悪化させない方法が各種考案されている。例えば、清掃手段の接離装置、定着分離爪の加熱回転体表面への非接触化、分離爪レス定着、分離爪揺動装置等がある。

トナー画像の高画質化によって、定着ニップ部を通過する用紙の搬送方向に直交する用紙幅方向の両端部が加熱回転体の表面に発生させる用紙エッジ跡が問題となる。

用紙幅方向の両端部の用紙エッジ部は、断裁処理等による紙粉が多く付着しており、加熱回転体の表面性が他の部分と変わるため、用紙エッジ跡が発生する。

このため、用紙幅の狭い小サイズ用紙が定着ニップ部を通過した直後に、用紙幅の広い大サイズ用紙が通紙されて定着されると、小サイズ用紙の紙幅方向の両端部が加熱回転体の表面に用紙エッジ跡を発生させ、大サイズ用紙に用紙エッジ跡が転写されてしまう事がある。この用紙エッジ跡は、大サイズ用紙をしばらく通紙させると次第に消滅するが、定着品質の向上のためには、全ての通紙用紙に対して用紙エッジ跡を除去する対策が必要である。

特許文献１に示す定着装置では、清掃手段によりウエブを定着ローラに接離させて定着ローラに付着した異物を除去するのみで、用紙エッジ跡を除去する対策がとられていない。

本発明は、用紙エッジ跡を除去して加熱回転体の表面性を均一化する事により、高画質の画像を維持する定着装置を提供することを目的とする。

上記の目的は、以下の解決手段により達成される。

加熱源により加熱される加熱回転体と、前記加熱回転体に圧接する加圧回転体とを有し、前記加熱回転体と前記加圧回転体により形成される定着ニップ部で未定着像を担持する記録媒体を挟持搬送して定着を行う定着装置において、前記加熱回転体の外周面に接離可能に当接する当接部材を設け、前記記録媒体の幅を変更する時に、前記当接部材を前記加熱回転体の外周面に当接させるように制御する制御手段を設けたことを特徴とする定着装置。

本発明の画像形成装置は、以上説明した構成により以下の効果が得られる。

１．定着時に加熱回転体の外周面に付着する用紙エッジ跡を、当接部材によって清掃して、加熱回転体の表面性を均一化する事により、高画質の画像を維持する事ができる。

２．当接部材は、記録媒体の幅を変更する時にのみ、制御手段により加熱回転体の外周面を摺擦させるように制御するものであるから、記録媒体の幅変更時以外の時は、加熱回転体の外周面が損傷される事はない。

以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本欄の記載は請求項の技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。

図１は、加熱ローラ方式の定着装置１０の一実施の形態を示す断面図である。

定着装置１０は、加熱源１３により加熱される定着ローラ（加熱回転体）１１、加熱源１４により加熱される加圧ローラ（加圧回転体）１２等から構成されている。

定着ローラ１１の周囲には、クリーニング手段１７、温度センサＴＳ１、及び図示しない異常温度防止用のサーモスタット等が配置されている。加圧ローラ１２の周囲にも、温度センサＴＳ２、異常温度防止用のサーモスタット等が配置されている。

加熱源１３，１４には、ハロゲンランプ、誘導加熱手段等が用いられる。

定着ローラ１１は、熱伝導性基体（芯金）１１１、弾性層１１２、被覆層１１３等により構成されている。

温度センサＴＳ１は、定着ローラ１１の表面温度を検知する。温度センサＴＳ１の検出信号により制御手段は、定着ローラ１１の表面温度を所定温度に制御する。

定着ローラ１１と加圧ローラ１２とが圧接する定着ニップ部Ｎに記録媒体（以下、用紙と称す）Ｓが導入されると、加熱源１３により加熱された定着ローラ１１の熱が用紙Ｓに付与され、用紙Ｓ上のトナー像ｔが加熱定着される。

定着ローラ１１は、外径２０〜７０ｍｍの円筒状部材である。円筒状の熱伝導性基体１１１としては、熱伝導性の良好なアルミニウム材が主として用いられ、非磁性ステンレス鋼材、耐熱性ガラス等も用いられる。熱伝導性基体１１１は、所要の機械的強度を有し、厚さ（肉厚）が０．８〜１０ｍｍ厚のものである。

弾性層１１２は、例えばシリコーンゴムやフッ素ゴム等の合成ゴムで形成される。さらに画像形成の高速化対応のために、上記合成ゴム中に、フィラーとしてシリカ、アルミナ、酸化マグネシウム等の金属酸化物の粉末５〜３０質量％を配合させて熱伝導率を向上させる方法が好ましい。混入されたフィラーは、導電性カーボンブラックと同様に、良導電性のものが好ましい。このようにすることにより、弾性層１１２の電気抵抗（体積抵抗率）を容易に低く設定することができる。弾性層１１２の厚さ（肉厚）は、０．３〜３ｍｍ、好ましくは１〜３ｍｍ厚で、ＪＩＳ−Ａゴム硬度のゴム硬度５Ｈｓ〜３０Ｈｓである。

弾性層１１２の外側（外周面）に、トナーとの離型性を良好とするため、厚さ２０〜８０μｍのＰＦＡ（フッ素樹脂）チューブを被覆したものや、フッ素樹脂（ＰＦＡまたはＰＴＦＥ）塗料を２０〜１００μｍ塗布したものや、層厚２０〜５００μｍのシリコーンゴムやフッ素ゴムを成形したもので、熱伝導率が良好で耐熱性の被覆層１１３を設ける。被覆層１１３は、トナーとの離型性を良好とするとともに、弾性層１１２の耐久性を高める。

上側の定着ローラ１１と対をなす下側の円筒状の定着部材としての加圧ローラ１２は、円筒状部材であり、熱伝導性基体１２１、弾性層１２２、被覆層１２３から成る。加圧ローラ１２の構成部材は、定着ローラ１１の構成部材とほぼ同一の材料、特性に形成されている。

例えば厚さ１〜３ｍｍのＳＴＫＭを用いた熱伝導性基体１２１と、熱伝導性基体１２１の外周面に、例えばシリコーンゴム層或いはフッ素ゴム層やシリコーンゴムの発泡材を用いたスポンジ状の、厚さ（肉厚）０．３〜５ｍｍ厚でゴム硬度が３０Ｈｓ〜７０Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａゴム硬度）の厚肉ゴム層よりなる弾性層１２２とにより形成された外径３０〜７００ｍｍ程度のローラとして構成される。弾性層１２２の外側（外周面）には、離型性を有するＰＦＡ、ＰＴＦＡ等の耐熱性のフッ素樹脂のチューブを被覆した被覆層１２３が形成されている。

固定位置に回転可能に支持された上側の定着ローラ１１と、バネ付勢される押圧手段１５によって定着ローラ１１に圧接される下側の加圧ローラ１２との間に、平面状の定着ニップ部Ｎが形成され、トナー像ｔの定着が行われる。

定着装置１０の定着ニップ部Ｎを通過した用紙Ｓは、分離爪１６Ａ，１６Ｂによって定着ローラ１１の外周面から分離され、図示しない搬送ローラに挟持されて装置外に搬送される。

定着ローラ１１の周囲には、クリーニング手段１７が配置されている。クリーニング手段１７は、定着ローラ１１当接して清掃するクリーニングウエブ１７１、クリーニングウエブ１７１を定着ローラ１１に圧接して回転するクリーニングローラ１７２、クリーニングウエブ１７１を巻回して収容するウエブ元巻軸１７３、クリーニングウエブ１７１を巻き取るウエブ巻取軸１７４、ウエブ巻取軸１７４を駆動回転させる図示しない駆動手段等から構成されている。

図２（ａ）は、定着ローラ１１と用紙エッジ跡清掃手段１８の部分平面図、図２（ａ）は、そのＡ−Ａ断面図である。

用紙エッジ跡清掃手段１８は、当接部材（スクレーパ）１８１を移動させて、当接部材１８１の先端部を定着ローラ１１に圧接及び離間させる。当接部材１８１は、離型性と耐熱性が良好な材料、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）またはポリイミド（ＰＩ）により形成された薄板状の部材である。

当接部材１８１を接着剤等により固定、保持する支持部材１８２は、固定部材１８３の上面に摺動して、図示しないガイド部材に案内されて移動する。支持部材１８２はバネ１８４により付勢され、カム１８５の周面に圧接する。

カム１８５の回転軸１８６は固定部材１８３に回転可能に支持されている。回転軸１８６の軸端にはギヤ等の回転伝達部材１８７が接続され、図示しない駆動源によってカム１８５が回転される。

カム１８５が回転の回転開始により、支持部材１８２が定着ローラ１１の外周面方向に移動して、当接部材１８１の先端部が定着ローラ１１外周面に当接して、定着ローラ１１の外周面に発生した用紙エッジ跡を清掃する。

図３（ａ）は、当接部材１８１の先端部が定着ローラ１１外周面の法線方向に当接した状態を示す断面図である。

図３（ｂ）は、用紙エッジ跡清掃手段１８の他の実施の形態を示す断面図である。

当接部材１８１の先端部は、定着ローラ１１外周面に対してカウンタ状に当接して、定着ローラ１１の外周面に発生した用紙エッジ跡を清掃する。

用紙エッジ跡清掃手段１８は、用紙Ｓの幅が小サイズから大サイズに変更されるジョブ切り換え時にのみ、用紙エッジ跡清掃手段１８を作動させて、当接部材１８１を定着ローラ１１の外周面に当接させ、定着ローラ１１の外周面を清掃する。

また、用紙エッジ跡清掃手段１８は、当接部材１８１の先端部を定着ローラ１１に当接した後、定着ローラ１１を１回転以上回転させた後、定着ローラ１１への当接を解除する。

また、用紙エッジ跡清掃手段１８は、原稿黒化率の高い未定着像が端面付近に形成された用紙Ｓが定着ニップ部Ｎを通過する時、当接部材１８１を定着ローラ１１に当接させて定着ローラ１１の外周面を清掃する。

図４は、用紙エッジ跡清掃手段１８の当接部材１８１の配置を示す平面図である。

２個の当接部材１８１は、支持部材１８２に用紙幅方向に対称に装着されて定着ローラ１１の方向に移動可能である。画像形成される用紙Ｓは、最小用紙幅（Ｌｍｉｎ）の１００ｍｍ以上、最大用紙幅（Ｌｍａｘ）の３２４ｍｍまでとする。また、画像形成される用紙Ｓの幅方向の中央は、定着装置１０の中央を通過するものとする。一点鎖線は各種サイズの用紙Ｓの用紙幅方向の両端面を示す。

２個の当接部材１８１の用紙幅方向の長さＬは、（Ｌｍａｘ−Ｌｍｉｎ）／２に形成されている。各当接部材１８１は、定着ローラ１１に外周面に発生した各種サイズの用紙Ｓの用紙エッジ跡を清掃する。

図５は、用紙エッジ跡清掃手段の他の実施の形態を示す断面図である。

用紙エッジ跡清掃手段の当接部材１９は、回転可能なローラ状に形成され、用紙幅方向の長さＬは、図４と同様に形成される。図５（ａ）に示すように、当接部材１９は初期状態では定着ローラ１１の外周面から離間した位置に待機している。

用紙幅が狭い用紙Ｓへの画像形成ジョブが終了して、次に用紙幅の広い用紙Ｓへの印刷ジョブを開始するのに先だって、当接部材１９を初期状態から図示しない駆動手段によって移動させて、定着ローラ１１の外周面に当接させる。同時に当接部材１９を定着ローラ１１と同方向に回転させると、定着ローラ１１と当接部材１９とが当接する接点においては、互いに逆方向に回転して、定着ローラ１１の外周面に形成された用紙エッジ跡が当接部材１９によって清掃される。

図６は、用紙エッジ跡清掃手段の更に他の実施の形態を示す断面図である。なお、図中、図５と同じ機能を有する部分には、図５と同符号を付している。また図５と異なる点を説明する。

用紙エッジ跡清掃手段の当接部材１９は、回転可能なローラ状に形成され、用紙幅方向の長さＬは、図４と同様に形成される。当接部材１９は、初期状態では定着ローラ１１の外周面に当接して、従動回転している。

用紙エッジ跡を清掃する時には、当接部材１９の回転をロックして、この停止状態の当接部材１９によって定着ローラ１１の外周面を摺擦して、定着ローラ１１の外周面に形成された用紙エッジ跡を清掃する。

図７は、定着ベルト方式の定着装置の断面図である。

本発明に係る定着装置２０は、定着ベルト（加熱回転体）２１の内側に配置された定着ローラ２２、加熱ローラ２３、加熱源２４、定着ベルト２１の外側に配置された加圧ローラ（加圧回転体）２５、加熱源２６等から構成されている。

定着ベルト２１は、無端状のベルト部材から成り、定着ローラ２２と加熱ローラ２３の各外周を巻回して張設する。定着ベルト２１は樹脂材料から構成され、基体としてポリイミド等の耐熱性樹脂ベルトを基体として用い、該基体の外側（外周面）にゴム層としてシリコーンゴムを被覆したものに、離型層としてシリコーンゴム層の表面にＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）をコーティング加工したもの、或いはＰＦＡチューブを被覆したものを用いる。

定着ローラ２２は、加圧ローラ２５に対向し、定着ベルト２１の内周面の一方において定着ベルト２１を支持する。定着ローラ２２は、ＳＴＫＭ（機械構造用炭素鋼管）等から成る円筒状の金属パイプと、金属パイプの外周面に設けたシリコーンゴム層と、該シリコーンゴム層の外側に設けた被覆層から成るソフトローラとして構成される。

加熱ローラ２３は、定着ベルト２１の内周面の他方において定着ベルト２１を支持する。加熱ローラ２３は、基体としてアルミニウム合金材料等の熱伝導性材料から成る金属パイプと、金属パイプの外周面にＰＦＡから成るコーティング層とを形成したローラ部材として構成される。

加熱ローラ２３の内部には、発熱体としての加熱源２４が配置されている。加熱源２４は、ハロゲンランプ、カーボンヒータ、キセノンランプなどであり、輻射熱を発生する。

加圧ローラ２５は定着ベルト２１と転写材Ｐとを挟持して定着ローラ２２に圧接する。加圧ローラ２２の内部には、発熱体としての加熱源２６が配置されている。

定着ベルト２１の表面温度は温度センサＴＳ１により検知され、図示しない制御手段により所定温度に維持される。加圧ローラ２５の表面温度は温度センサＴＳ２により検知され、図示しない制御手段により所定温度に維持される。

定着ローラ２２は固定位置に回転可能に配置され、加熱ローラ２３は図示しないバネ等の加圧手段によって定着ローラ２２から離れる方向に弾性的に付勢されている。これにより定着ベルト２１は適切な圧力をもって張架される。

図示しない駆動手段は定着ローラ２２を回転駆動させ、定着ベルト２１を従動回転させる。また、駆動手段は、加圧ローラ２５を回転駆動し、加圧ローラ２５により定着ベルト２１を搬送し、定着ベルト２１を従動回転させるようにしてもよい。また、定着ローラ２２と加圧ローラ２５の双方に駆動を入力してもよい。

加熱ローラ２３によって加熱される定着ベルト２１を挟んで定着ローラ２２と加圧ローラ２５との間に定着ニップ部Ｎを形成する。定着装置２０は、定着ニップ部Ｎを通して、加熱と加圧とにより転写材Ｐ上の単色トナー像、或いは多色トナー像を定着する。

定着ベルト２１を清掃するクリーニング手段２７は、クリーニングローラ２７１、クリーニングウエブ２７２、ウエブ元巻軸２７３、ウエブ巻取軸２７４、中間ローラ２７５等から構成され、クリーニングウエブ２７２は図示しない駆動手段によって巻き取られる。

また、定着ベルト２１の外周面の近傍には、クリーニング手段２７とは別に、用紙エッジ跡清掃手段２８が配設されている。用紙エッジ跡清掃手段２８は、図２に示す用紙エッジ跡清掃手段１８とほぼ同様の構成を有し、用紙Ｓの幅を変更する時にのみ作動させて、当接部材（スクレーパ）２８１を定着ベルト２１の外周面に当接させ、定着ベルト２１の外周面に発生した用紙エッジ跡を清掃する。これにより、加熱回転体の表面性がを均一化され、高画質の画像を維持する定着装置を備えた画像形成装置が提供される。

加熱ローラ方式の定着装置の一実施の形態を示す断面図。 定着ローラと用紙エッジ跡清掃手段の部分平面図、及びＡ−Ａ断面図。 当接部材の先端部が定着ローラの外周面に当接した状態を示す断面図。 用紙エッジ跡清掃手段の当接部材の配置を示す平面図。 用紙エッジ跡清掃手段の他の実施の形態を示す断面図。 用紙エッジ跡清掃手段の更に他の実施の形態を示す断面図。 定着ベルト方式の定着装置の断面図。

符号の説明

１０，２０ 定着装置
１１ 定着ローラ（加熱回転体）
１２ 加圧ローラ（加圧回転体）
１７ クリーニング手段
１８，２８ 用紙エッジ跡清掃手段
１８１，２８１ 当接部材（スクレーパ）
１８２ 支持部材
１８３ 固定部材
１８４ バネ
１８５ カム
１８６ 回転軸
１８７ 回転伝達部材
１９ 当接部材
２１ 定着ベルト（加熱回転体）
２２ 定着ローラ
２３ 加熱ローラ
２５ 加圧ローラ（加圧回転体）
２７ クリーニング手段
Ｓ 記録媒体（用紙）
Ｎ 定着ニップ部

Claims (10)

1. 加熱源により加熱される加熱回転体と、前記加熱回転体に圧接する加圧回転体とを有し、前記加熱回転体と前記加圧回転体により形成される定着ニップ部で未定着像を担持する記録媒体を挟持搬送して定着を行う定着装置において、前記加熱回転体の外周面に接離可能に当接する当接部材を設け、前記記録媒体の幅を変更する時に、前記当接部材を前記加熱回転体の外周面に当接させるように制御する制御手段を設け、前記当接部材は、離型性と耐熱性を有する材料により形成されていることを特徴とする定着装置。
2. 前記制御手段は、前記当接部材を前記加熱回転体に当接した後、前記加熱回転体を１回転以上回転させた後、前記加熱回転体への当接を解除するように制御することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記制御手段は、原稿黒化率が高い未定着像が端面付近に形成された記録媒体が前記定着ニップ部を通過する場合、前記当接部材を前記加熱回転体に当接させるように制御することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
4. 前記制御手段は、前記当接部材を前記加熱回転体から離間した初期位置から、前記当接部材が前記加熱回転体に当接する位置まで移動させる駆動手段を制御することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の定着装置。
5. 前記当接部材の前記加熱回転体に当接する部分は、前記定着ニップ部を通過する各種サイズの記録媒体の搬送方向に直交する幅方向の両端面を包括する長さを有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の定着装置。
6. 前記離型性と耐熱性を有する材料は、ポリテトラフルオロエチレンまたはポリイミドであることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の定着装置。
7. 前記当接部材は、板状をなし、離型性と耐熱性を有する先端部が、前記加熱回転体の外周面に接離可能に当接することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の定着装置。
8. 前記当接部材は、回転軸上に弾性層と、離型性と耐熱性の表面層とを有するローラ形状をなし、前記加熱回転体に摺擦することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の定着装置。
9. 前記加熱回転体は、加熱源を有する定着ローラであることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の定着装置。
10. 前記加熱回転体は、加熱源を有する加熱ローラと、前記加圧回転体に圧接する定着支持ローラとを巻回する定着ベルトであることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の定着装置。

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