JP2003302858A

JP2003302858A - 加熱定着装置

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Publication number: JP2003302858A
Application number: JP2002108400A
Authority: JP
Inventors: Takatada Tsukioka; 誉唯月岡
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-04-10
Filing date: 2002-04-10
Publication date: 2003-10-24
Anticipated expiration: 2022-04-10
Also published as: JP3938706B2

Abstract

(57)【要約】【課題】分離部材が少なくとも二つの位置を取り得る
機構を設け、転写紙の分離時以外では分離部材を分離位
置から離間させることで、ベルトの曲げ負担を軽減し
て、ベルトの寿命向上を図り、転写紙の分離性を向上
し、画像乱れの発生を防止する。【解決手段】定着ローラ３と圧接ローラ４によるニッ
プ部内入口側にてトナー担持部温度がトナーの軟化点温
度以上に設定され、ニップ部出口側のベルト５内に少な
くとも一つの分離ローラ１４が配され、分離ローラ４は
少なくとも二つの位置を取り得る移動機構１５を有し、
その位置のうち少なくとも一つは、転写紙２がトナー担
持部に巻付くことなく分離可能な曲率を持つようにベル
ト５に押し当てられる位置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は画像形成装置、レー
ザープリンター、複写機、ファクシミリ等の定着装置に
用いられる熱ローラ方式を用いた加熱定着装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電子写真式の画像形成装置の画像形成部
を構成する加熱定着装置では、定着部材と加圧部材との
圧接により形成されるニップ部を通過することで、転写
紙（転写媒体）上の未定着トナー画像は加熱及び加圧に
より定着される。トナーは溶融されているため、ニップ
部内においては、トナーが粘着剤となり転写紙が定着部
材と分離せずに巻付いてしまうという問題がある。その
ため定着部材の表層は離型性の良い材料で構成されてい
る。離型性の良い材料としてはフッ素樹脂が多く使用さ
れている。フルカラー複写機ではイエロー、マゼンタ、
シアン、黒の四色のトナーを溶融状態で混色する必要が
ある。十分に混色するためにトナーをニップ部内で完全
に溶融するので、転写紙の巻付きが発生しやすくなると
いう問題点があり、通常は離型剤としてシリコンオイル
を塗布することで離型性を確保している。分離手段とし
ては定着部材の軸方向に連なる複数の爪がバネなどの弾
性体によって軽く定着部材表面に当接するように設置さ
れている。転写紙は爪で分離され、分離ガイドに沿って
搬出される。爪を接触させることで分離は確実になる
が、定着部材の磨耗、傷付きや、爪でかき取られたトナ
ーやオイルが転写紙に汚れとして付着するなどの問題が
ある。一方、オイルレス定着では（１）転写紙へのオイ
ルの付着による汚れがなくなる、（２）オイル補給がな
くなりメンテナンスフリーになる、（３）オイル塗布部
材がなくなりコストダウンになる、という利点がある。
しかしオイルレス定着では巻付きという課題に関してオ
イル塗布と比較するとマージンが狭くなり、より厳しく
なる。又、分離部の曲率半径を小さくして分離性能の向
上を図り、これらの問題（用紙巻付きによる非分離）を
解消し、オイル塗布や分離手段（分離爪、分離ガイド板
等）を定着部材（又は及び加圧ローラ）に当接して用い
ることなく、片面（又は及び両面）定着後の転写紙のセ
ルフ分離を可能とする発明が本件出願人の先願として存
在する。しかし、分離部において曲率を用いて転写紙を
分離する際に画像乱れが生じる問題がある。

【０００３】図１０は本発明に近い従来装置の一例を示
す概略断面図である。図１０では、非加熱材である未定
着トナー１を担持した転写紙２（転写媒体）を、入口ガ
イド板９により無端状定着ベルト５を介して定着ローラ
３と圧接部材である圧接ローラ４とのニップ部で加熱加
圧して未定着トナー１を転写紙２に加熱定着させるベル
ト加熱装置の例を示したものである。１０は温度検出手
段である。ここで、定着ベルト５は、ニッケル、耐熱性
樹脂（ポリイミド等）、炭素鋼、あるいはステンレス鋼
等により形成された薄肉の無端状ベルトであることが望
ましい。また定着ベルト５の表層には耐熱離型層（フッ
素系樹脂、シリコンゴム等）が被覆された構成になって
おり、これは定着性及び熱応答性を得る条件として望ま
しい。また、中間層として耐熱弾性層を設ける構成であ
っても良い。無端状ベルトはニッケル電鋳法やポリイミ
ド成型法によるベルト継ぎ目のないものを意味する。ま
た定着ローラ３は中心に芯金を有し、その外周にニップ
幅を十分な広さにするために柔らかい耐熱性の材料、例
えば発泡シリコンゴム等で構成された断熱性弾性部材を
備えている。また、断熱性弾性部材の厚さは十分な厚さ
で、定着ローラ３直径の１５％〜２０％ほどの厚さを有
している。一方圧接ローラ４の構成はアルミ、ステンレ
ス、もしくは炭素鋼等の芯金の表層に耐熱性の離型層
（フッ素系樹脂、シリコンゴム等）を有している。ここ
で、芯金を中空に構成し、中に熱源（ハロゲンヒータ
等）を有している場合も有る。図示例では転写紙２の定
着ベルト５からの剥離性を良くするために定着ローラ３
に対して下向きニップ形状としている。そして、圧接ロ
ーラ４の硬度を硬くしている。また、圧接ローラ４表層
の離型層厚さを圧接ローラ４直径の７％未満とし、その
硬度もＪＩＳＡで２０Ｈｓ以下としている。定着ベルト
５は定着ローラ３と加熱ローラ７との間に掛け渡された
構成となっている。ここで加熱ローラ７の構成はアル
ミ、炭素鋼、ステンレス鋼等の中空金属円筒の薄肉ロー
ラである。さらには加熱ローラ７の中に第一の加熱手段
６（ハロゲンヒータ等）を具備している。本来ベルト加
熱定着は立ち上がり時間が短いことと、トナーのベルト
オフセット防止効果があって、オイルレス又はオイル微
量塗布が可能な定着装置が特徴である。しかし、図１０
の場合においても、分離部において曲率を用いて転写紙
を分離する際に画像乱れが生じる問題がある。

【０００４】図１１に従来例の別例を示す。３つのロー
ラに張架されたベルト５と、ベルト５の外周面に接触し
てベルト５との間でニップ部を形成する圧接部材である
圧接ローラ４と、ベルト５が加熱ローラ７と圧接ローラ
４の加熱手段６ａ、６ｂを介して発熱され、転写紙２上
の未定着トナー１を加熱するベルト定着装置である。図
中８は分離部材加圧手段、１２は圧接ローラ加圧手段、
１３は加熱ローラ加圧手段である。転写紙２の搬送方向
上流側はベルト５を介して弾性層を有する定着ローラ３
と、加熱手段６ｂ及び駆動手段１１を設けた表面硬度の
大きい圧接ローラ４によってニップを形成する定着工程
がある。次に、転写紙２はベルト５が圧接ローラ４に接
触して圧接ローラ４とベルト５との間で転写紙２の搬送
を行う搬送工程を経て搬送方向下流側に到る。更に転写
紙２はベルト５を介して、ニップ出口分離部に対応した
位置に分離部材である分離ローラ１４と圧接ローラ４に
よってニップ形成された分離工程に到る。定着工程にお
いてはベルト搬送方向上流側のベルト５にて転写紙２上
の未定着トナー１が定着可能なトナー温度に設定されて
いる。分離工程の分離ローラ１４は転写紙２がベルト５
に巻付くことなく分離可能なローラ径に設定してある。
ニップ出口分離部に対応した位置に曲率が大きい（小径
の）分離ローラ１４を用いることによって、曲率分離に
よる分離性能の向上が図られている。このような曲率分
離の効果が得られることが実験によっても検証されてい
る。また、定着工程において未定着トナー１の転写紙２
への定着が、コールドオフセットによる定着性の低下を
生じさせることはない。しかし、図１１の場合において
も、ニップ出口部において分離部材（分離ローラ１４）
により転写紙２を曲率分離することによりトナー剥れか
らの画像乱れが生じることがわかっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、分離
部材が少なくとも二つの位置を取り得る機構を設け、転
写紙の分離時以外では分離部材を分離位置から離間させ
ることで、ベルトの曲げ負担を軽減して、ベルトの寿命
向上を図り、転写紙の分離性を向上し、画像乱れの発生
を防止することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、無端ベルト
と、該無端ベルトの内側にて該無端ベルトを支持する少
なくとも二つの支持部材と、前記無端ベルトと圧接して
ニップ部を形成する回転可能な圧接部材とを有し、前記
無端ベルトあるいは前記支持部材あるいは前記圧接部材
の少なくとも一つが加熱手段を備えてトナー像を担持す
る転写紙に対し加熱と加圧とを行ない、トナーを溶融さ
せて転写紙に定着するよう構成された加熱定着装置にお
いて、ニップ部内入口側にてトナー担持部温度がトナー
の軟化点温度以上に設定され、ニップ部出口側のベルト
内に少なくとも一つの分離部材が配され、該分離部材は
少なくとも二つの位置を取り得る機構を有し、その位置
のうち少なくとも一つは、転写紙がトナー担持部に巻付
くことなく分離可能な曲率を持つようにベルトに押し当
てられる位置である加熱定着装置を最も主要な特徴とす
る。又、本発明は、前記分離部材は、転写装置に転写紙
が入る直前に設けられたレジストローラの給送タイミン
グ信号を受けた後ある時間間隔を持って、転写紙が分離
可能な曲率を持つようにベルトに押し当てられ、分離し
た転写紙の先端部が他の位置に向かって移動されるよう
にした加熱定着装置を主要な特徴とする。又、本発明
は、前記分離部材がローラ形状であり、その直径は１０
ｍｍ以上、２０ｍｍ（好ましくは１６ｍｍ）以下である
加熱定着装置を主要な特徴とする。又、本発明は、前記
ベルトがベルト基体と、耐熱弾性材料を有する中間層
と、フッ素樹脂材料を有する表層で形成され、且つ、前
記圧接部材がローラ形状であり、ローラ芯金と耐熱性弾
性材料を有する中間層と、フッ素樹脂材料を有する表層
で形成されている加熱定着装置を主要な特徴とする。
又、本発明は、前記ベルト及び前記圧接ローラの表層が
フッ素樹脂チューブ材料を被覆接着してなる加熱定着装
置を主要な特徴とする。又、本発明は、前記圧接部材が
剛性を有するローラで、そのローラを駆動する手段と、
前記ベルトを巻回した支持部材のうち何れか一つがロー
ラで、そのローラを駆動する手段とを設けた加熱定着装
置を主要な特徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の形態を図面を参
照しつつ説明する。図１は、請求項１に係る発明を実施
する加熱定着装置の形態例を示す略図である。図１の装
置は、図１０に示した装置に比して、分離部材である分
離ローラ１４に移動機構１５が設けられており、分離ロ
ーラ１４が二つの位置を取り得る点で異なっている。即
ち、無端ベルト５は、定着ローラ（支持部材）３と加熱
ローラ（支持部材）７と分離ローラ１４により支持され
ている。分離ローラ１４は、移動機構１５により圧接部
材である圧接ローラ４と接離可能となっており、転写紙
２の非分離時には分離ローラ１４を圧接ローラ４から離
し、分離時には圧接させることで、転写紙２がトナー担
持部（ベルト外面）に巻付くことなく分離可能な曲率を
作るようにしている。従来では分離ローラ１４を圧接ロ
ーラ４に圧接させる際にベルト５は張架されるため材料
疲労の原因となっている。また分離時に分離ローラ１４
が画像に影響し、画像乱れが生じる原因ともなってい
る。上記形態例によれば、ベルト５からの分離ローラ１
４の離間により疲労が低減されるためにベルト５の寿命
向上が図れる。更には、転写紙２の先端部が、分離ロー
ラ１４を通過し、ベルト５及び圧接ローラ４から分離し
た後、ある一定時間後に分離ローラ１４を離間させるこ
とで画像乱れを防止できる。図２に、分離ローラ１４の
移動機構の一実施例を示す。ソレノイド１６が信号を受
けることによって、分離ローラ１４を圧接ローラ４に対
して接離できる機構となっている。ソレノイド１６は、
本体から突出入自在に支持されたロッド１６ａにより分
離ローラ１４の軸部を回転自在に支持している。また、
分離ローラ１４の移動機構としてはステッピングモータ
を用いギヤを回転させ分離ローラ１４を移動できる機構
でもよい。

【０００８】図３に、請求項２に係る発明を実施する加
熱定着装置の形態例を示す。電子写真装置では通常、給
紙装置１７から一枚分離搬送された転写紙２は、レジス
トローラ１８にてタイミングを取り給送され、転写装置
１９の転写チャージャ、或いは転写ローラにてトナー画
像が転写された後、加熱定着装置２０に給送される。こ
のレジストローラ１８の給送タイミング信号よりある一
定時間を持って分離ローラ１４が圧接ローラ４に一定圧
力を持って圧接せしめることで、より圧接する時間を短
くし、転写紙２がトナー担持部に巻付くことなく分離可
能な曲率を作るよう設計されている。またこの分離ロー
ラ１４により定着ニップ部出口において分離ローラ１４
及びベルト５から分離した転写紙２は、図示しない出口
ガイド板を通り排紙部へ搬送される。その際、前述の分
離ローラ１４は、転写紙２先端部が圧接ローラ及びベル
ト５から分離した後、圧接ローラ４から一定距離離間せ
しめるよう制御器２１で設定されている。これにより、
ベルト５は離間することで、かつより圧接時間を短縮で
きることで、曲げ負担を更に軽減出来る。また画像乱れ
をも防止できる。図４に、請求項３に係る発明を実施し
た際の巻付き防止効果の実施例を示す。分離ローラ１４
径が小さい即ち、曲率分離の効果が実験によって検証さ
れたものであり、ローラ径が２０ｍｍ以下で分離性が良
好になるという結果を示している。本実施例の実験結果
では、定着設定温度は１６０℃、またホットオフセット
のような異常画像発生温度は１８０℃以上である。よっ
て定着可能な温度範囲内では転写紙の巻付きは発生しな
い。また、分離ローラ１４がベルト５を介して圧接ロー
ラ４に圧接するときに起きるローラ撓み変形による転写
紙のシワや画像光沢ムラ等の異常画像を防止するために
は分離ローラ１４のローラ径は１０ｍｍ以上必要であ
る。これにより、ベルトは離間することで、曲げ負担を
軽減出来る。更に画像乱れを防止できる。また分離部材
が分離ローラ１４であることで、ベルト５との摩擦を減
らすことが可能となるため、回転時のトルクの軽減によ
り動力効率を向上でき、かつ磨耗低下により更にベルト
５の寿命向上を図ることができる。

【０００９】図６に、請求項４に係る発明を実施したベ
ルト５の形態例を示す。この時、従来例を図５に示す。
図５の従来例に対し、図６の実施形態では、表層のフッ
素樹脂材料層２２とベルト基体２３との間に、耐熱弾性
材料の中間層２４がある点で異なる。ベルト５の表層２
２は厚さ５〜３０μｍのフッ素樹脂材料、中間層２４は
１００〜３００μｍ、ゴム硬度が３０度（ＪＩＳＡ）以
下の耐熱弾性材料である。又、前記圧接ローラ４の表層
は厚さ５〜３０μｍのフッ素樹脂材料、中間層が厚さ
０．５ｍｍ以上で、ゴム硬度が３０度（ＪＩＳＡ）以下
の耐熱弾性材料を有する。表面エネルギーの低い高離型
材料の表面層と弾性層を中間層に設けて表面硬度を低く
することによって、離型性向上による転写紙の巻付きや
画像劣化の防止が可能となった。また、紙紛付着による
画像汚れの課題については図９の実験データを示す。実
験検証結果によると、ベルト表面硬度が大きいほど紙紛
付着量は少ない。紙紛付着量の許容値としては濁度２％
以下で問題ない表面硬度である。また、圧接ローラ４に
おいても同様なことが言える。例えば、本願の圧接ロー
ラ４の構成で言えば、基体上に設けた弾性体中間層が厚
さ１ｍｍ、ゴム硬度３０度以下（ＪＩＳＡ）のときが表
面硬度７５度であって、かかる構成の圧接ローラであっ
ても問題ない。また、図６において、請求項５に係る発
明を実施した。ベルト５の表層にフッ素樹脂チューブ
（厚さ：３０μｍ）を被覆接着する。従来のフッ素樹脂
材料の塗布方式の欠点は、チューブ被覆方式に比べると
表面の粗さ精度が悪く、画像面の光沢がでない。また、
耐磨耗性も劣る。表面精度、耐久性については塗装方式
に比べて、チューブ被覆方式の方が良い。図７、図８
に、請求項６に係る発明を実施する加熱定着装置の形態
例を示す。駆動手段１１によって、ベルト５の回転駆動
と、ベルト５に圧接して定着ニップを形成する圧接ロー
ラ４の回転駆動を、各々のローラ３、７、１４に与える
ことによって、ベルト５のスリップを防止している。更
に、ベルト５の周速度と圧接ローラ４周速度が略同一
（画像乱れが生じない範囲での周速度差）となるような
条件に、例えば、定着ローラ３又は分離ローラ１４と圧
接ローラ４の径と回転数を設定する。

【００１０】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、分離部材が少
なくとも二つの位置を取ることが可能であるため、分離
性が良く、かつベルトの寿命向上を図ることができる。
更には画像乱れの発生を防止することができる。請求項
２の発明によれば、分離部材が少なくとも二つの位置を
取り得るので、分離性が良く、かつベルトの寿命向上を
図ることができる。更には画像乱れの発生を防止するこ
とができる。更には転写紙のタイミングにより圧接時間
を短縮出来るため、更にベルト寿命向上を図ることがで
きる。請求項３の発明によれば、分離部材が少なくとも
二つの位置を取り得ることが可能であるため、分離性が
良く、かつベルトの寿命向上を図ることができる。更に
は画像乱れの発生を防止することができる。更に分離部
材をローラ形状とすることでベルトとの摩擦軽減が可能
となるため、動力効率向上及び摩擦低下によるベルト寿
命向上を図ることができる。請求項４の発明によれば、
分離部材が少なくとも二つの位置を取ることが可能であ
るため、分離性が良く、かつベルトの寿命向上を図るこ
とができる。更には画像乱れの発生を防止することがで
きる。更にはベルト及び圧接部材にオフセットトナーや
紙粉付着による画像汚れのないオイルレス両面定着の実
現を図ることができる。請求項５の発明によれば、分離
部材が少なくとも二つの位置を取ることが可能であるた
め、分離性が良く、かつベルトの寿命向上を図ることが
できる。更には画像乱れの発生を防止することができ
る。更には、ベルト及び圧接ローラに、オフセットトナ
ーや紙紛付着による画像汚れのないオイルレス両面定着
の実現を図ることができる。更にはベルト定着特有のベ
ルト回転によるベルト繰り返し屈曲動作に耐え得る定着
ベルトの寿命向上を図ることができる。請求項６の発明
によれば、分離部材が少なくとも二つの位置を取ること
が可能であるため、分離性が良く、かつベルトの寿命向
上を図ることができる。更には画像乱れの発生を防止す
ることができる。更には定着ニップ内での画像乱れの防
止を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に係る発明を実施する加熱定着装置の
形態例を示す側面図である。

【図２】分離ローラの移動機構の一実施例を示す側面図
である。

【図３】請求項２に係る発明を実施する加熱定着装置の
形態例を示す側面図である。

【図４】請求項３に係る発明を実施した際の巻付き防止
効果の線図である。

【図５】従来のベルトの例を示す断面図である。

【図６】請求項４に係る発明を実施したベルトの形態を
示す断面図である。

【図７】請求項６に係る発明を実施する加熱定着装置の
形態例を示す側面図である。

【図８】図７とは異なる形態例を示す側面図である。

【図９】紙紛付着による画像汚れの実験検証結果を示す
線図である。

【図１０】従来装置の一例を示す概略断面図である。

【図１１】従来装置の他の例を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１未定着トナー、２記録媒体（転写紙）、３定着
ローラ（支持部材）、４圧接ローラ（圧接部材）、５
定着ベルト（ベルト）、６加熱手段、７加熱ローラ
（支持部材）、１１駆動手段、１４分離ローラ（分
離部材）、１５移動機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０３Ｇ 15/00 ５１８Ｇ０３Ｇ 15/00 ５１８Ｆターム(参考） 2H033 AA16 AA23 BA11 BA12 BA20 BA21 BA22 BA30 BB29 BB30 CA07 CA21 CA30 2H072 CA01 JA02 3F053 AA13 LA02 LA05 LA07 LB03 3J103 AA02 AA14 AA51 AA85 BA02 BA43 FA07 FA18 GA57 GA58 GA60 HA13 HA43 HA54

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】無端ベルトと、該無端ベルトの内側にて
該無端ベルトを支持する少なくとも二つの支持部材と、
前記無端ベルトと圧接してニップ部を形成する回転可能
な圧接部材とを有し、前記無端ベルトあるいは前記支持
部材あるいは前記圧接部材の少なくとも一つが加熱手段
を備えてトナー像を担持する転写紙に対し加熱と加圧と
を行ない、トナーを溶融させて転写紙に定着するよう構
成された加熱定着装置において、前記ニップ部内入口側にてトナー担持部温度がトナーの
軟化点温度以上に設定され、ニップ部出口側のベルト内
に少なくとも一つの分離部材が配され、該分離部材は少
なくとも二つの位置を取り得る機構を有し、その位置の
うち少なくとも一つは、転写紙がトナー担持部に巻付く
ことなく分離可能な曲率を持つようにベルトに押し当て
られる位置であることを特徴とする加熱定着装置。
【請求項２】前記分離部材は、転写装置に転写紙が入
る直前に設けられたレジストローラの給送タイミング信
号を受けた後ある時間間隔をもって、転写紙が分離可能
な曲率を持つようにベルトに押し当てられ、分離した転
写紙の先端部が他の位置に向かって移動されるようにし
たことを特徴とする請求項１記載の加熱定着装置。
【請求項３】前記分離部材がローラ形状であり、その
直径は１０ｍｍ以上、２０ｍｍ（好ましくは１６ｍｍ）
以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の加熱
定着装置。
【請求項４】前記ベルトがベルト基体と、耐熱弾性材
料を有する中間層と、フッ素樹脂材料を有する表層で形
成され、前記圧接部材がローラ形状であり、ローラ芯金と耐熱性
弾性材料を有する中間層と、フッ素樹脂材料を有する表
層で形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の
いずれか一項に記載の加熱定着装置。
【請求項５】前記ベルト及び前記圧接ローラの各表層
がフッ素樹脂チューブ材料を被覆接着してなることを特
徴とした請求項４記載の加熱定着装置。
【請求項６】前記圧接部材が剛性を有するローラで、
そのローラを駆動する手段と、前記ベルトを巻回した支
持部材のうち何れか一つがローラで、そのローラを駆動
する手段とを設けたことを特徴とする請求項１乃至５の
いずれか一項に記載の加熱定着装置。