JP2004151487A

JP2004151487A - ベルト定着装置及び画像形成装置

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Publication number: JP2004151487A
Application number: JP2002317945A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Sagawa; 泰博佐川
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2022-10-31
Also published as: JP3967250B2

Abstract

【課題】ローラによるオイル塗布において従来よりも性能を向上させる。
【解決手段】第一と第二の回転体（１１，１２）に張架されるエンドレスベルト（１４）と、当該エンドレスベルトを加熱する熱源と、エンドレスベルトを介して上記回転体の一方に所定圧力で転接する第三の回転体（１５）と、エンドレスベルトに当接するオイル塗布ローラ（２１）とを備えて成り、エンドレスベルトと第三の回転体とのニップ部に対してエンドレスベルト側に未定着像を担持した面を向けて記録シートを搬送することで加熱加圧作用で記録シート上に未定着像を定着するベルト定着装置において、上記オイル塗布ローラのエンドレスベルトに対する当接がベルトの平面領域上でなされ、ベルト移動方向に対してオイル塗布ローラが直交せず傾いて配置される。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリンタ、ファクシミリ、複写機等、電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置、とりわけベルト定着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記形式の画像形成装置においては、通常、記録シート（用紙）上に転写されたトナー像を定着させる加熱加圧定着方式の定着装置が多く用いられている。この種の加熱加圧定着処理は、ヒータなどの加熱源で加熱される定着ローラとこれに圧接して回転する加圧ローラとからなる一対のローラの圧接部（ニップ部）に記録シートを通紙させ、熱と圧力の作用（定着ローラによる加熱と二個のローラによる加圧）でトナーを記録シートに溶融定着させるものである。
【０００３】
一般に、こうした定着方式では、記録シートに溶着したトナーが定着ローラに接触し、しかも高温高圧であるため、像を形成するトナーの一部が記録シートから定着ローラに転移してしまうおそれがある。定着ローラにトナーが付着すると、以降の定着処理において、付着したトナーが新たな記録シートに再び転移して記録シートを汚してしまう、いわゆるオフセット現象が発生する。
【０００４】
このオフセットを防止するために、定着ローラとして、離型性のよい（非粘着性；記録シート上のトナーがローラに付着しにくい状態）例えばフッ素系樹脂のような弾性体で表面被覆されたローラが使用され、加圧ローラとしては弾性体で被覆されたローラが使用される。更に定着ローラ表面に離型剤（例えば、シリコーンオイル、以下、単に「オイル」という）を均等に塗布し、離型性を維持する方法も採られる。この場合、オイルは通紙時にその一部が記録シートに転移するので、ローラ１回転ごとにオイルを定着ローラに補給する必要がある。
【０００５】
だが、補給するオイル量が多過ぎたり、オイル分布にムラがあって特定の位置にオイルが偏って分布したり、あるいは、通紙なしに定着ローラを回転する際には、やがてローラ表面のオイルが飽和状態になり、あふれた余剰オイルがニップ部に溜まる。溜まった余剰オイルは通紙時に、オイル汚れあるいはオイルすじとなって記録シートを汚してしまう。
【０００６】
このような余剰オイルへの対策として、定着ローラ表面のオイルを制御する技術が提案されている。
【特許文献１】
特開平４−１６１１５号公報
【特許文献２】
特開平５−２６５３４５号公報
これら文献に記載された公知のオイル制御は、定着ローラにブレードを当接し、これによって定着ローラ表面から余剰オイルを回収するとともに、ローラ表面オイル量が均一となるようにブレードでオイルを規制する（均す）というものである。
【０００７】
図４に、従来技術のオイル制御方法を用いた定着装置の一例を示す。オイル塗布ローラ１１０３が定着ローラ１１０１の外周面にオイルを塗布し、ブレード６０２が、定着ローラ１１０１表面の余剰オイルを除去するとともに、オイルムラができないよう定着ローラ１１０１表面を均している。ブレード６０２は、定着ローラ１１０１の軸方向長さとほぼ同じ長さを有しており、均一な接触圧で定着ローラ１１０１表面に接触している。
【０００８】
しかしながら、こうした従来技術の方式では、ブレード６０２との接触によって定着ローラ１１０１表面が摩耗して平滑性が損なわれ、オイルを塗布しても記録シート上のトナーが定着ローラ１１０１に付着しやすくなる。言い換えれば、離型性が低下する。離型性の低下は上述した通り、オフセット現象の原因となる。また、定着ローラ１１０１表面に付着した紙粉やトナーなどの異物がブレード６０２に付着すると、ブレード６０２と定着ローラ１１０１との当接部分にこの異物が挟まって隙間が空き、ここをオイルがすり抜けて、定着ローラ１１０１表面にオイル量が偏って多い部分ができる。これがやがてニップ部分に溜まりオイル汚れやオイルすじとなって記録シートを汚すことにもなる。
【０００９】
上述不具合に対する対応として、ブレードによる不具合と構成の複雑さを解消するためブレードの代わりにローラによるオイル均しを行うことが知られているが、ローラの当接だけではオイルを堰き止める効果が得られないために、定着ローラを１回転しただけではオイルを完全に均すことが不可能であった。このためオイルの均し性能だけで比較するとブレードによる方式より劣るのが実状であった。
【００１０】
また小サイズ紙通紙後など部分的にオイルの消費が行われて、オイルの塗布状態が著しく不均一になった状態では、定着ローラを一定時間アイドリング回転させ、オイルを均すのに時間を要していた。
【００１１】
更に塗布ムラを防止するために次の技術が提案されている。
【特許文献３】
特開平６−３９９７号公報
これは、オイル塗布ローラに所定角度傾けた均しローラを設けることを内容とするものである。しかしながら、ローラ対を捩じれた位置関係に配置すると、ニップ量と圧力分布が端部と中央部で不均一となってしまい、その効果の主張とは逆に現実にはオイルを均一に塗布することはできない。
【００１２】
ローラを用いたオイル塗布方式、クリーニング方式についても同様な問題点を指摘することができる。ローラによるオイル塗布方式では、やはりオイルを堰き止める効果が得られないため、オイル塗布ローラ上のオイル分布に僅かでも不均一があると定着ローラへのオイル塗布に際して塗布ムラが発生し易くなる。上記のような均し手段を採らない場合、供給ローラを介してオイル塗布ローラにオイルを供給するような手段が採られ、構成を複雑にしていた。ローラによるクリーニング方式では、クリーニングローラを定着ローラに当接連れ回りをさせることにより、離型性の差からオフセット残留したトナーを定着ローラ表面からクリーニングローラ側に移行させ清掃を行うようになっているが、掻き取り効果を得られないことから粘着性の少ない紙粉などの残留物の清掃を行うには不十分であった。
【００１３】
一方、一対のローラによる加熱加圧定着方式では、加熱定着ローラの熱容量が大きいため、加熱定着ローラを定着に必要な所定温度に加熱するまでの時間が必要となり、装置のウォームアップのための待機時間を長くしている。また加熱定着ローラの温度を維持するために多くの消費電力を必要とし、装置全体の消費電力を大幅に増加させている。そこで、このような問題を解決するために、ベルト面で記録シート上のトナーを定着するベルト加熱定着方式が開発されている。ベルト加熱定着方式は、比較的小さな熱容量の定着ベルトを、所定温度に加熱するだけで定着に必要な熱エネルギーが得られるので、待機時間を短くでき、また消費電力を低減することができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上記従来の問題に鑑み、簡便な構成が可能なローラによるオイル塗布、オイル均し、クリーニングの各方式において従来よりも性能を向上させることを、本発明の目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明により、オイル塗布に関しては、第一と第二の回転体に張架されるエンドレスベルトと、当該エンドレスベルトを加熱する熱源と、エンドレスベルトを介して上記回転体の一方に所定圧力で転接する第三の回転体と、エンドレスベルトに当接するオイル塗布ローラとを備えて成り、エンドレスベルトと第三の回転体とのニップ部に対してエンドレスベルト側に未定着像を担持した面を向けて記録シートを搬送することで加熱加圧作用で記録シート上に未定着像を定着するベルト定着装置において、上記オイル塗布ローラのエンドレスベルトに対する当接がベルトの平面領域上でなされ、ベルト移動方向に対してオイル塗布ローラが直交せず傾いて配置されることによって、達成することができる。
【００１６】
塗布オイルの均しに関しては、第一と第二の回転体に張架されるエンドレスベルトと、当該エンドレスベルトを加熱する熱源と、エンドレスベルトを介して上記回転体の一方に所定圧力で転接する第三の回転体と、エンドレスベルトにオイルを塗布する手段と、エンドレスベルトに当接して塗布オイルを均すオイル均しローラとを備えて成り、エンドレスベルトと第三の回転体とのニップ部に対してエンドレスベルト側に未定着像を担持した面を向けて記録シートを搬送することで加熱加圧作用で記録シート上に未定着像を定着するベルト定着装置において、上記オイル均しローラのエンドレスベルトに対する当接がベルトの平面領域上でなされ、ベルト移動方向に対してオイル均しローラが直交せず傾いて配置されることにより、上記目的は達成することができる。
【００１７】
クリーニングに関しては、第一と第二の回転体に張架されるエンドレスベルトと、当該エンドレスベルトを加熱する熱源と、エンドレスベルトを介して上記回転体の一方に所定圧力で転接する第三の回転体と、エンドレスベルトに当接してベルト上の残留トナーを除去するクリーニングローラとを備えて成り、エンドレスベルトと第三の回転体とのニップ部に対してエンドレスベルト側に未定着像を担持した面を向けて記録シートを搬送することで加熱加圧作用で記録シート上に未定着像を定着するベルト定着装置において、上記クリーニングローラのエンドレスベルトに対する当接がベルトの平面領域上でなされ、ベルト移動方向に対してクリーニングローラが直交せず傾いて配置されることにより、上記目的は達成することができる。
【００１８】
上記各構成の少なくとも二つの構成が組み合わされていれば、好都合である。また上記各構成の少なくとも二つの構成が組み合わされ、オイル塗布ローラ、オイル均しローラ及びクリーニングローラの少なくとも一本のローラがエンドレスベルトに対する傾きが他のローラの傾きとは逆になっていれば、一層効果的である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細を、図に示す例に基づいて説明する。図１は、本発明を適用するタンデム方式のカラー画像形成装置である。
【００２０】
このカラー画像形成装置において、ベルト転写装置１のベルト走行辺に沿って４個の作像ユニット２が配置され、当該作像ユニットはイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナー像を形成するように構成されている。各作像ユニット２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ、２Ｋは、像担持体としての感光体ドラム３を有し、当該感光体ドラム３が不図示の駆動装置によって反時計方向へ回転させられるとき、帯電手段としての帯電ローラ４によって一様に帯電された部分にはユニット毎に、その色の画像情報に応じたレーザ光５が露光される。この露光により形成された静電潜像は、現像手段６より現像されてトナー像となり、ベルト転写装置１に対向する位置へ至る。
【００２１】
他方、給紙部１０からは用紙５０が給紙され、給紙された用紙５０はレジストローラ１３により上記したトナー像と同期してベルト転写装置１上に搬送され、転写ローラ１２の作用によってそのトナー像が転写する。
【００２２】
フルカラープリントの場合、用紙５０には、第一の作像ユニット２Ｙで形成されたＹトナー像が転写され、その間に第二の作像ユニット２ＭではＭ成分色の潜像が形成され、現像手段６にてＭトナーによるＭトナー像が得られると、先の第一の作像ユニット２Ｙで転写が終了した用紙５０にそのＭトナー像が転写されてＹトナー像と重ね合わされる。以下、Ｃトナー像、Ｋトナー像についても同様に画像形成が行われ、用紙５０に４色のトナー像が重ね合わされる。そして、４色のトナー像が重ね合わされた用紙５０はベルト転写装置１から分離されて定着装置２０へ搬送される。なお、転写が終了したそれぞれの感光体はクリーニング手段８によって残留トナーが除去され、引き続き行われる次の像形成に備えられる。
【００２３】
次に、図２に本発明を適用する上記ベルト定着装置２０の概略構成を示す。このベルト定着装置では、定着ローラ１１（第一の回転体）と、テンションをかける加熱ローラ１２（第二の回転体）と、加圧ローラ１５（第三の回転体）が備えられ、定着ローラ１１と加熱ローラ１３の間に、図で見て反時計方向に回転するエンドレスの定着ベルト１４が張設されている。加圧ローラ１５が、定着ベルト１４を挟んで定着ローラ１１に圧接する。用紙５０が非画像面を入口ガイド板６０にガイドされながら、定着ローラ１１（定着ベルト１４）と加圧ローラ１５のニップ部を通って矢印Ｔ方向に搬送される。
【００２４】
定着ローラ１１はアルミニウムの芯金を有し、表層として発泡シリコーンゴムで覆われている。加熱ローラ１２はアルミニウムの中空円筒薄肉ローラとし、そのローラ内部には中心を貫通するように、熱源としてハロゲンヒータ１３を備え、更にスプリング等の弾性手段（図示せず）を付設することで定着ベルト１４にテンションを与えるようになっている。ヒータ１３は不図示の温度調節手段によりトナーの溶融温度である１８０℃近辺に加熱ローラ１２を調温加熱している。加圧ローラ１５は表層をシリコーンゴムでコーティングされ、加熱ローラ１２と同じく中心付近を貫通するようにハロゲンヒータ１６を内蔵している。
【００２５】
定着ベルト１４の基体として、耐熱性樹脂や金属から形成されたエンドレスのベルト状基体が用いられる。耐熱性樹脂の材質としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等を挙げることができ、金属ベルトの材質としては、ニッケル、アルミニウム、鉄等を挙げることができる。定着ベルト１４表面は、用紙及びトナー像と加圧接触するので離型性に優れる必要があり、また、耐熱性、耐久性にも優れたものが好ましい。そのため、定着ベルト１４表層は耐熱離型層（フッ素系樹脂、高離型シリコーンゴム等）が被覆された構成になっている（ベルトの二層構造）。
【００２６】
表層をソリッドのシリコーンゴムで覆われたオイル塗布ローラ２１は、定着ベルト１４に当接連れ回されるように配置されている。オイル塗布パッド２５の塗布面Ｂは定着ベルト１４のローラ間（定着ローラ１１と加熱ローラ１２の間）平面部と略平行に配置され、オイル塗布ローラ２１に当接している。オイル供給フエルト２０は浸透圧によりオイルタンク２３からオイルを吸い上げオイル塗布パッド２５に一定量のシリコーンオイル２４を供給する。
【００２７】
表層を発泡シリコーンゴムで覆われたオイル均しローラ２２もまた、定着ベルト１４に当接連れ回されるように配置されている。オイル均しローラ２２は用紙５０にオイル塗布した後の定着ベルト１４表面上の不均一な残オイルを均し、下流でオイル塗布ローラ２１によってオイル塗布される際に塗布ムラを生じないようにするものである。
【００２８】
図３で認識できるように、塗布ローラ２１並びに均しローラ２２は定着ベルト１４の回転軸（つまり平行に配置された定着ローラ１１と加熱ローラ１２の各軸）に対し各々対称方向にθ°、θ’°の角度をもって配置されている。各ローラの配置は張設された定着ベルト１４の平面部でなされるため、ベルト回転軸に対し角度を有して配置しても、各ローラとベルトの当接面は均一が保たれる。
【００２９】
オイル塗布ローラ２１について述べると、塗布ローラ２１は定着ベルト１４の回転軸に対しθ°の角度を有して当接連れ回りしているため、定着ベルト表面の線速Ｖ_０に対しローラ表面の線速Ｖ_１は、
Ｖ_１＝Ｖ_０×ｓｉｎθ°
となり、オイル塗布ローラ２１が定着ベルト１４に対し微少にスリップを生じながら連れ回る状態となる。
【００３０】
オイル塗布ローラ２１は表層をシリコーンゴムで覆われているためシリコーンオイルとの親和性が良好になっており、理想的にはオイル塗布パット２５より供給塗布されたシリコーンオイルはオイル塗布ローラ２１の表面に均一に付着保持され、定着ベルト１４表面に均一に塗布されるところであるが、実際にはオイル塗布パッド２５には塗布ローラ２１を介して定着ベルト１４表面上の紙粉、オフセットトナーなどが転移付着して塗布ムラを生じ易く、その結果、オイル塗布ローラ２１表面のシリコーンオイルにも不均一を生じる。
【００３１】
このような状態でオイル塗布ローラ２１が定着ベルト１４と同線速で連れ回りした場合は塗布ローラ２１に不均一に保持されたシリコーンオイルがそのまま定着ベルト１４表面にも転移され、結果的に光沢ムラなどの不具合を生じる可能性がある。本発明によれば、オイル塗布ローラ２１は定着ベルト１４に対し微少なスリップを生じながら当接回転しているため、当接ニップにおいてシリコーンオイルを堰き止め塗布する効果を生じ、上記オイル塗布ローラ上の付着オイルに不均一が生じても定着ベルト１４上では均一にオイル塗布することができる。
【００３２】
オイル均しローラ２２についても同様であり、定着ベルト１４回転軸に対しθ’°の角度を有することにより、オイル均しローラ２２の表面線速Ｖ_２は、
Ｖ_２＝Ｖ_０×ｓｉｎθ’°
となり、微少にスリップを生じながら連れ回る状態となる。この結果、定着ベルト１４表面上の残オイルをニップ部で堰き止めながら均すこととなり、同速で連れ回る状態よりも効果的に残オイルを均すことができる。
【００３３】
オイル塗布ローラ２１又はオイル均しローラ２２をクリーニングローラに置き換えた場合も同様に定着ベルト１４に対し微少なスリップを生じながら回転するため、定着ベルト１４上の紙粉、オフセットトナーを掻き取る効果を期待できるものである。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、オイル塗布ローラのエンドレスベルトに対する当接がベルトの平面領域上でなされ、ベルト移動方向に対してオイル塗布ローラが直交せず傾いて配置されるので、両部材の接線におけるベクトル方向に差を生じることからスリップを生じ、当接ニップ部においてオイルを堰き止めるため、当接ブレードなどと同様に塗布オイルの「伸ばし効果」を奏することになる。これにより従来の塗布ローラで問題となっていた塗布ローラ回転方向上のオイル筋など、オイル塗布ムラによる不具合を解決できる。
【００３５】
請求項２に係る発明によれば、オイル均しローラのエンドレスベルトに対する当接がベルトの平面領域上でなされ、ベルト移動方向に対してオイル均しローラが直交せず傾いて配置されるので、両部材の接線におけるベクトル方向に差を生じることからスリップを生じ、当接ニップ部においてベルト上の残オイルを堰き止め、当接ブレードなどと同様に残オイルの「掻き取り効果」、「伸ばし効果」を奏することとなる。これにより従来の均しローラで問題となっていた均しローラ回転方向上のオイル筋、オイル塗布ムラによる不具合を解決できる。
【００３６】
請求項３に係る発明によれば、クリーニングローラのエンドレスベルトに対する当接がベルトの平面領域上でなされ、ベルト移動方向に対してクリーニングローラが直交せず傾いて配置されるので、両部材の接線におけるベクトル方向に差を生じることからスリップを生じ、当接ニップ部においてベルト上のオフセットトナー、紙粉等を掻き取る効果を奏する。従来のクリーニングローラによるベルトとクリーニングローラの離型性の差によってベルト上の残留物を除去するやり方よりもクリーニング性能が向上する。
【００３７】
上記各構成の少なくとも二つの構成が組み合わされていることで、相乗的な効果が期待できる。また上記各構成の少なくとも二つの構成が組み合わされ、オイル塗布ローラ、オイル均しローラ及びクリーニングローラの少なくとも一本のローラがエンドレスベルトに対する傾きが他のローラの傾きとは逆になっていれば、接線におけるベルト回転方向と直交方向のベクトル成分が相殺され、ベルト寄りなどの不具合を解消できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概略図である。
【図２】本発明に係る定着装置を概略的に示す断面図である。
【図３】本発明に係る定着装置の主要構成たるローラとベルトを概略的に示す斜視図である。
【図４】従来公知の定着装置を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
１１定着ローラ
１２加熱ローラ
１４エンドレスベルト
１５加圧ローラ
２１オイル塗布ローラ
２２オイル均しローラ

Claims

第一と第二の回転体に張架されるエンドレスベルトと、当該エンドレスベルトを加熱する熱源と、エンドレスベルトを介して上記回転体の一方に所定圧力で転接する第三の回転体と、エンドレスベルトに当接するオイル塗布ローラとを備えて成り、エンドレスベルトと第三の回転体とのニップ部に対してエンドレスベルト側に未定着像を担持した面を向けて記録シートを搬送することで加熱加圧作用で記録シート上に未定着像を定着するベルト定着装置において、
上記オイル塗布ローラのエンドレスベルトに対する当接がベルトの平面領域上でなされ、ベルト移動方向に対してオイル塗布ローラが直交せず傾いて配置されていることを特徴とするベルト定着装置。
第一と第二の回転体に張架されるエンドレスベルトと、当該エンドレスベルトを加熱する熱源と、エンドレスベルトを介して上記回転体の一方に所定圧力で転接する第三の回転体と、エンドレスベルトにオイルを塗布する手段と、エンドレスベルトに当接して塗布オイルを均すオイル均しローラとを備えて成り、エンドレスベルトと第三の回転体とのニップ部に対してエンドレスベルト側に未定着像を担持した面を向けて記録シートを搬送することで加熱加圧作用で記録シート上に未定着像を定着するベルト定着装置において、
上記オイル均しローラのエンドレスベルトに対する当接がベルトの平面領域上でなされ、ベルト移動方向に対してオイル均しローラが直交せず傾いて配置されていることを特徴とするベルト定着装置。
第一と第二の回転体に張架されるエンドレスベルトと、当該エンドレスベルトを加熱する熱源と、エンドレスベルトを介して上記回転体の一方に所定圧力で転接する第三の回転体と、エンドレスベルトに当接してベルト上の残留トナーを除去するクリーニングローラとを備えて成り、エンドレスベルトと第三の回転体とのニップ部に対してエンドレスベルト側に未定着像を担持した面を向けて記録シートを搬送することで加熱加圧作用で記録シート上に未定着像を定着するベルト定着装置において、
上記クリーニングローラのエンドレスベルトに対する当接がベルトの平面領域上でなされ、ベルト移動方向に対してクリーニングローラが直交せず傾いて配置されていることを特徴とするベルト定着装置。
請求項１〜３の各構成の少なくとも二つの構成が組み合わされることを特徴とするベルト定着装置。
請求項１〜３の各構成の少なくとも二つの構成が組み合わされ、オイル塗布ローラ、オイル均しローラ及びクリーニングローラの少なくとも一本のローラがエンドレスベルトに対する傾きが他のローラの傾きとは逆になっていることを特徴とするベルト定着装置。
請求項１〜５のいずれか一項に記載のベルト定着装置を備えた画像形成装置。