JP2004252354A - 定着装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】定着ベルト内に懸架した定着ローラと定着部材とによってニップを形成し、定着ローラと定着部材を接触させることにより、押圧されない部分のニップ間隔を極小にし、安定したニップ圧力を確保して、定着ベルトと加圧ローラとの周速差に起因する画像ズレなどの異常画像を防止し、立上り時間が短い定着装置を提供する。
【解決手段】無端状のベルト2と、このベルト2に内側から接触する定着ローラ3と、この定着ローラ3の上流側に設けた定着部材4と、ベルト2の外側でベルト2を介して定着ローラ3および定着部材4と圧接してニップを形成する加圧ローラ6と、ベルト2を加熱する加熱手段7とを有した定着装置1において、定着ローラ3と定着部材4とが接触して設けられている。
【選択図】 図1
【解決手段】無端状のベルト2と、このベルト2に内側から接触する定着ローラ3と、この定着ローラ3の上流側に設けた定着部材4と、ベルト2の外側でベルト2を介して定着ローラ3および定着部材4と圧接してニップを形成する加圧ローラ6と、ベルト2を加熱する加熱手段7とを有した定着装置1において、定着ローラ3と定着部材4とが接触して設けられている。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子写真を用いる複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置に用いられる定着装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から立上り時間の短い定着装置として、ベルトを用いたベルト定着方式が知られている。この定着装置は、少なくとも2本以上のローラに定着ベルトが張架され、対向して配置された加圧ローラと定着ベルトでニップを形成する構成を有している。定着ベルトとローラとの間に形成されるニップに、トナー像を担持した用紙を通過させることによって、ニップで熱と圧力によりトナーが溶融し、用紙にトナー像の定着が行なわれる。
【0003】
定着ローラと、加熱ローラと、この加熱ローラおよび前記定着ローラに張架された無端状定着ベルトと、この定着ベルトを介して定着ローラに対向して設けられた加圧ローラとを有し、加圧ローラと定着ベルトとの間を搬送される被定着材上のトナー像を定着するベルト定着装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。このベルト定着装置によれば、熱容量の小さなベルトを予め加熱してからニップ部でトナーを定着しているので、立上り時間が短く、また広いニップ幅により低温での定着が可能であるとされている。また、このベルト定着装置では、ベルトを加熱するための加熱手段として、内部にハロゲンヒータを備えた加熱ローラにベルトをある角度巻きつかせることにより、ベルトを加熱している。さらに、定着ベルトを加圧ローラに巻きつかせるような形で、定着ベルトと加圧ローラとが接触してニップを形成しているので、安定した搬送性と定着性を得られるとされている。
【0004】
また、第1ローラと第2ローラに掛け渡された無端状の定着ベルトと、この定着ベルトの外側に当接する第3ローラとを設け、定着ベルトの第3ローラへの巻き始め位置で定着ベルトを第3ローラに押圧する押圧部材を設け、この押圧部材が表面に弾性を有した定着装置が知られている(例えば、特許文献2参照。)。
【0005】
さらに、無端状の定着ベルトと、記録材の搬送方向に沿って定着ベルト内に配置されて定着ベルトを支持する少なくとも2本の内方ローラと、定着ベルトに相対的に圧接してニップ部を形成する加圧ローラと、定着ベルトを加熱する加熱源と、2本の内方ローラのうち記録材の搬送方向に沿って下流側に配置される内方ローラに回転駆動力を伝達して前記定着ベルトを走行させるベルト駆動機構と、を有する定着装置が知られている(例えば、特許文献3参照。)。
【0006】
また、第1のローラと第1のローラより小径の第2および第3のローラと、第2および第3のローラより張架された無端ベルトとを備え、記録媒体および無端ベルトを介して第2および第3のローラと第1のローラとを圧接することにより第2および第3のローラ間の部分に記録媒体を狭持する曲面状の狭持領域が形成され、狭持領域において記録媒体に未定着のトナー像が定着される定着装置において、第2と第3のローラの半径をr、第2および第3のローラの軸間ピッチをtとすると、第2および第3のローラの軸間ピッチtとが、2r<t<3rとなる関係を満たすようにした定着装置が知られている(例えば、特許文献4参照。)。
【0007】
さらに、少なくとも一方の内部に加熱源を備えた2つのローラの間に定着ベルトを張るとともに、前記2つのローラを前記定着ベルトを介して加圧ローラに接触させ、前記定着ベルトを張る2つのローラの関係として、ローラ間のギャップを10mm以下にするか、或いは、2つのローラの直径比率を2以上にするかの少なくとも一方の構成を採用したベルト定着装置が知られている(例えば、特許文献5参照。)。
【0008】
また、定着ローラと、熱源として面状抵抗発熱体を有した加熱部材と、定着ローラと加熱部材との間に張架された無端状の定着ベルトと、定着ローラに圧接する加圧ローラを有し、加熱部材が、湾曲した薄肉の板状に形成され、定着ベルトと記録材とを少なくとも所定の角度に維持するように配置された定着装置が知られている(例えば、特許文献6参照。)。
【0009】
【特許文献1】
特開平10−307496号公報
【特許文献2】
特開平9−160405号公報
【特許文献3】
特開2000−172103号公報
【特許文献4】
特開2001−83820号公報
【特許文献5】
特開2001−343849号公報
【特許文献6】
特開2002−311735号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したベルト定着方式の各定着装置においては、以下のような不具合が生じる可能性がある。
【0011】
すなわち、特許文献1のベルト定着装置では、定着ベルトと加圧ローラとの間にニップを形成するために、加熱ローラがニップ手前に位置しているので、ニップ手前において定着ベルトと記録材とが近接することになる。このため、定着ベルトおよび記録材の波打ちやたるみなどによって、平面性が損なわれた場合には、記録材上の未定着トナーがニップ手前において定着ベルトと接触してしまう。この結果、画像ズレなどの異常画像が発生する不具合がある。
【0012】
このような不具合を避けるために前記した特許文献2の構成では、ニップ入口に弾性部材である押圧部材を当接させることにより、定着ベルトの波打ちやたるみなどを防止して、画質の安定化を図っている。しかし、補助押圧部材として弾性を有する部材を用いた場合には、この弾性部材が摺動性や耐摩耗性が必ずしも優れていないため、定着ベルトの搬送性や押圧部材の耐久性に問題が生じた。さらに、ローラ対によるニップが複数ある構成においては、スリップやローラの歪みによる周速差が発生し、定着ベルトと加圧ローラとの上下の周速差による異常画像が発生しやすい。すなわち、この異常画像は、最初の第1のニップで溶融したトナーが定着ベルト面にオフセットし、定着ベルトと加圧ローラとの周速差により定着ベルトの浮きが発生し、後続する第2のニップにおいてずれた位置でトナーが用紙に再び付着することによって発生している。
【0013】
そこで、前記した特許文献3の構成では、排紙側のニップを形成するローラに回転駆動力を伝達し、このローラが定着ベルトを牽引するように走行させることにより、ニップ部の定着ベルトのたるみや浮きの発生を抑えて、異常画像の発生を防いでいる。しかし、この構成では、牽引するための荷重を大きくしなければならず、定着ベルトの寄りなどの問題が発生する。また、ローラのたわみの発生を抑えるために、ローラ芯金の肉厚を増やす必要がある。このため、ローラの熱容量が増大して、ローラの加熱に時間を要するので、定着装置として短時間での温度立ち上げに適さない。さらに、ベルトに大きい荷重をかけているので、ベルトの柔軟性が低下し、搬送性能が劣化する。
【0014】
また、前記した特許文献4の構成では、2本のサポートローラが定着ベルトを介して押圧ローラを押圧するように設けている。このため、押圧ローラに押圧される部分がローラであるため、形成されるニップ幅が小さく、トナーの定着効率が低い。そこで、押圧ニップ幅を大きくするためにサポートローラの径を大きくすると、それぞれのローラによる押圧ニップ同士の間隔が大きくなる。このため、定着ベルトの浮きやたわみが起こり、異常画像が発生してしまう。さらに、定着装置自体も大型化してしまう。
【0015】
さらに、前記した特許文献5の構成も、特許文献4の構成と、同様な構成となっており、装置を小型化するために、2本のローラの間隔を小さくするように配置している。この構成によれば、ベルトにテンションをかけてニップ部のベルト浮きを無くすためには、ベルト内のローラを互いに逆方向に引っ張るような構成が必要であり、ローラ同士が接触するように配置することは困難である。他方、装置をさらに小型化するため、ローラ同士を接触させた構成とした場合には、2本のローラが互いに逆方向に回転した状態で接触して摺擦することになる。このため、回転負荷が巨大となるので、ローラがスムーズに回転しないか、もしくはローラを回転させるためには大きな駆動力が必要となってしまう。
【0016】
また、前記した特許文献6の構成においては、薄肉の板状の加熱部材と定着ローラとの間のニップ間隔を狭くするために加熱部材と定着ローラとを接触するようにすると、加熱部材が板状のため構造上の剛性が弱いので、加熱部材が押圧ローラに巻き込まれて破損するおそれがある。
【0017】
そこでこの発明は、前記のような従来のものが有する問題点を解決し、定着ベルト内に懸架した定着ローラと定着部材とによってニップを形成し、定着ローラと定着部材を接触させることにより、押圧されない部分のニップ間隔を極小にし、安定したニップ圧力を確保して、定着ベルトと加圧ローラとの周速差に起因する画像ズレなどの異常画像を防止し、立上り時間が短い定着装置を提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、無端状のベルトと、このベルトに内側から接触する定着ローラと、この定着ローラの上流側に設けた定着部材と、前記ベルトの外側で前記ベルトを介して前記定着ローラおよび定着部材と圧接してニップを形成する加圧ローラと、前記ベルトを加熱する加熱手段とを有した定着装置において、前記定着ローラと前記定着部材とが接触して設けられていることを特徴としている。
【0019】
請求項2に記載の発明は、請求項1において、定着ローラと定着部材の表面、または定着ローラと加圧ローラの表面のいずれか一方、もしくは両方の表面は、弾性を有している。
【0020】
請求項3に記載の発明は、請求項1または2において、加熱手段は、誘導コイルを用いた誘導加熱手段である。
【0021】
請求項4に記載の発明は、請求項1ないし3のいずれかにおいて、定着部材の前記定着ローラに接触する部分は、剛体で形成されている。
【0022】
請求項5に記載の発明は、請求項4において、定着部材の前記定着ローラに接触する部分の表層には、低摩擦部材が設けられている。
【0023】
請求項6に記載の発明は、請求項5において、低摩擦部材は、フッ素系樹脂もしくはグラファイトまたは2硫化モリブデンである。
【0024】
請求項7に記載の発明は、請求項5において、低摩擦部材は、コロである。
【0025】
請求項8に記載の発明は、請求項1ないし7のいずれかにおいて、少なくとも結着樹脂、着色剤、ワックスを含有したトナーが用いられている。
【0026】
請求項9に記載の発明は、請求項1ないし8のいずれかに記載の定着装置を有する画像形成装置である。
【0027】
【発明の実施の形態】
この発明の第1実施形態を図面により説明する。図1は、この第1実施形態の定着装置の全体構成を示す概略図である。
【0028】
定着装置1は、図1に示すように、無端状の定着ベルト2と、この定着ベルト2を張架する定着ローラ3と定着部材である定着パッド4とテンションローラ5と、定着ベルト2を介して定着ローラ3と定着パッド4に対向して配置された加圧ローラ6とを有している。すなわち、定着ベルト2に内側から接触するように定着ローラ3が設けられ、この定着ローラ3の上流側に定着パッド4が設けられている。これらの定着ローラ3および定着パッド4よりも上方の位置には、加熱手段であるハロゲンヒータ7を内蔵したテンションローラ5が設けられている。定着ローラ3および定着パッド4は、図示しない加圧バネなどの付勢手段によって、定着ベルト2を介して加圧ローラ6に向けて加圧されている。したがって、定着ベルト2の外側で定着ベルト2を介して定着ローラ3および定着パッド4と加圧ローラ6が圧接して、ニップを形成するようにしている。なお、8は、ニップ入口に、トナー9aの像が担持された用紙9を導くガイド部材である。
【0029】
定着ベルト2は、耐熱性樹脂からなる基体を有している。この耐熱性樹脂の材質としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテル・エーテルケトン(PEEK)などが使用されている。基材の厚さは、熱伝導と強度とのバランスから30〜100μmのものが望ましい。定着ベルト2の表面は、用紙9および用紙9上のトナー9aに定着ベルト2が加圧接触されるので、離型性、耐熱性に優れた表面層が必要なことから、フッ素系樹脂などの表面離型層が被覆された構成になっている。この表面離型層の下には、画像の均一性を得るために、シリコーンゴムやフッ素ゴムなどの耐熱ゴムからなる弾性層が100〜300μmの厚さで設けられている。
【0030】
定着ローラ3は、直径がφ10〜φ30mmのローラで、定着ベルト2を介して加圧ローラ6に加圧され、ニップを形成している。また、この定着ローラ3は、定着ベルト2の搬送性を向上させるために設けられている。
【0031】
定着パッド4は、定着ローラ3のニップ上流側に配置され、同様に加圧ローラ6に加圧され、ニップを形成している。さらに、定着パッド4は、ニップ入口における定着ベルト2と記録媒体である用紙9とが成す角度を広く確保できるようなガイド形状に形成され、定着ベルト2がスムーズにニップに侵入できるようにしている。他方、定着パッド4の定着ローラ3側は、定着ベルト2と定着ローラ3とで囲んだ空間を充填する形状に形成され、定着ローラ3に接触されている。したがって、定着パッド4が定着ローラ3に接触するようにして、定着パッド4の加圧によるたわみなどを抑えながら、これらの定着パッド4と定着ローラ3とが成すニップの間隔を狭めるようにしている。このため、定着ローラ3と加圧ローラ6とによって形成されるニップと、定着パッド4と加圧ローラ6とによって形成されるニップとは、隙間が極小となり、連続的な単一のニップと同様となっている。
【0032】
テンションローラ5は、Al(アルミニウム)またはFe(鉄)製の薄肉金属製ローラとされている。すなわち、テンションローラ5は、外径がφ20〜φ30mmで、肉厚が0.3〜1mmに設定されている。テンションローラ5の図示しない支軸は、図示しない引張スプリングなどに張架され、テンションローラ5が図中の破線矢印で示す上方向に付勢されている。したがって、このように上方に付勢されたテンションローラ5によって、定着ベルト2に一定のテンションを付与し、定着ベルト2の緩みを防止している。テンションローラ5の内側には、ハロゲンヒータ7が熱源として設けられ、ハロゲンヒータ7は、図示しない温度制御素子で所定の一定温度になるように発熱が制御されている。したがって、このテンションローラ5は、ハロゲンヒータ7により所定温度に加熱され、定着ベルト2を定着などに必要な所定の温度に設定している。
【0033】
加圧ローラ6は、直径がφ30〜φ50mmのローラで、用紙9を搬送するための駆動源である図示しないモータに接続され、所定の回転速度で回転駆動されている。
【0034】
次に、定着装置1の動作を説明する。すなわち、加圧ローラ6は、モータにより図中の矢印方向に回転駆動される。このように加圧ローラ6が回転駆動されると、定着ベルト2が従動して矢印方向に搬送移動され、定着ベルト2を介して定着ローラ3が従動回転する。そして、トナー9aによる像を担持した用紙9がニップを通過すると、この通過の過程でニップの熱と圧力によりトナー9aが溶融されて圧着され、用紙9にトナー9aが像として定着される。
【0035】
ここで、定着パッド4と定着ローラ3とを接触させない構成の場合には、ニップ入口側の定着パッド4と加圧ローラ6とで形成したニップには、定着ベルト2とニップを成す際の加圧による摺擦抵抗と、定着ベルト2を鋭角に引くために発生する定着パッド4との摺擦抵抗と、テンションローラ5との摺擦抵抗と、テンションローラ5から供給されるテンション分の抵抗とが加わる。これに対して、ニップ出口側の定着ローラ3と加圧ローラ6とで形成したニップには、両者3,6が形成したニップでの摺擦抵抗のみが加わる。このため、ニップ入口側の定着ベルト2の張力は、非常に高くなるのに対して、定着パッド4を通過後の定着ベルト2の張力は低くなる。このように定着パッド4付近と定着ローラ3付近とでは、定着ベルト2の張力に高低差が生じているので、定着パッド4と定着ローラ3との間に位置する定着ベルト2の部分にたわみが生じる。
【0036】
さらに、定着パッド4と定着ローラ3とには、それぞれに加圧力が直接かからないので、定着ベルト2はベルト自身の剛性で加圧ローラ6から浮き上がる。このため、トナー像9aを担持した用紙9がニップを通過する際には、入口側の定着パッド4と成すニップでトナー9aが定着ベルト2にオフセットし、定着パッド4と定着ローラ3の成すニップ間で浮いた状態になる。つまり定着ベルト2と加圧ローラ6との間で周速差が生じる。また、用紙9は加圧ローラ6に沿って搬送されているので、出口側の定着ローラ3と成すニップでオフセットしたトナー9aによる像と用紙9とが周速差によりずれた状態で定着され、異常画像が発生する。
【0037】
これに対して、第1実施形態の定着装置1によれば、定着パッド4と定着ローラ3とが接触するように配置しているので、定着ベルト2を介して加圧ローラ6に加圧されて定着パッド4と定着ローラ3とが形成する2つのニップの間隔を極小にできる。このため、ニップのほぼ全体を加圧可能にして、定着ベルト2の浮きを防止することができる。この結果、前記した異常画像の発生を防ぐことができる。
【0038】
次に、この発明の第2実施形態を図面により説明する。図2は、この第2実施形態の定着装置の全体構成を示す概略図である。なお、前記した第1実施形態と同一の構成の部材には、同一の符号を付して、説明を簡略化することにする。
【0039】
第2実施例の定着装置10は、図2に示すように、定着ローラ13が、Fe(鉄)製の芯金13aの外周に、耐熱弾性体として例えば発泡シリコーンゴムや液状シリコーンゴムで構成された弾性層13bが設けられている。この弾性層13bの厚さは3〜6mm程度に確保され、定着ローラ3の表面硬度がアスカーC(AskerC)で30〜50Hs程度となっている。
【0040】
定着パッド14は、Fe(鉄)やSUS(ステンレス材)、Al(アルミニウム)などの金属や、PPS(ポリフェニレンサルファイド)などの耐熱樹脂で形成され、剛体とされている。PPS樹脂は、優れた耐熱性、難燃性、剛性および電気絶縁性などのエンジニアリングプラスチックとして、好適な性質を有している。定着パッド4は、加圧ローラ6に押圧される部分を含んで定着ベルト2が接触する部分に発泡シリコン製の弾性層14aが設けられている。さらに、定着ベルト2が摺擦するため、この弾性層14aの表面には、図示しないフッ素系樹脂などが被覆され、摩擦抵抗を小さくするようにしている。
【0041】
加圧ローラ16は、Fe(鉄)製の芯金16aの外周に、耐熱弾性体として、例えば発泡シリコーンゴムや液状シリコーンゴムで形成された弾性層16bを有している。弾性層16bの厚さは、0.2〜5mm程度とされ、定着ローラ3の表面硬度は、アスカーCで50〜100Hs程度となっている。
【0042】
したがって、このように第2実施形態の定着装置10によれば、定着ローラ13、定着パッド14、加圧ローラ16のニップを形成する部位に弾性体を用いているので、定着ベルト2からの熱を断熱でき、定着ローラ13および定着パッド4の見かけ上の熱容量を低減できる。すなわち、弾性層13b,14aによって、定着ベルト2からの熱が、それぞれ定着ローラ13や定着パッド14の内奥部にまで侵入しにくくなる。したがって、定着ベルト2の熱が定着ローラ13や定着パッド14を加温するために消費されことが少なくて済み、定着ベルト2が迅速に加温される。このため、定着装置10が停止または待機状態から定着動作可能になるまでの立上がり時間を短縮できる。この結果、定着装置10の即応性を向上できる。
【0043】
また、弾性層13b,14a,16bによって、ニップにかけられる加圧を均一化でき、ニップの安定化を図れるので、トナー9aの用紙9への定着性や、用紙9に定着したトナー9aの光沢のバラツキなどを抑えることができる。すなわち、このように弾性体を介在させているので、弾性体の弾性変形によりニップの圧力分布が不均一となることを回避できる。この結果、画像品質を向上できる。他方、用紙9の紙質や厚さなどの差異も、同様に弾性体の変形によって吸収されるので、ニップの安定化を図れる。このため、画像品質を確保しながら、定着装置10が対応できる用紙9の選択幅を広げることができる。
【0044】
なお、第2実施形態では、定着ローラ13、定着パッド14、加圧ローラ16の定着ベルト2に接触する表面に、それぞれ弾性体を設けた構成としたが、これに限ることなく、定着ローラ13と定着パッド14とが定着ベルト2を介して対向するそれぞれの表面、または定着ローラ13と加圧ローラ16とが定着ベルト2を介して対向するそれぞれの表面のうち、いずれかの一方に弾性体を設けた構成としてもよい。したがって、これらの構成の場合にも、前記と同様にして定着ローラ13または定着パッド14のいずれかの見かけ上の熱容量を低減でき、定着装置10の立上がり時間の短縮化を図れる。
【0045】
次に、この発明の第3実施形態を図面により説明する。図3は、この第3実施形態の定着装置の全体構成を示す概略図である。なお、前記した第2実施形態と同一の構成の部材には、同一の符号を付して、説明を簡略化することにする。
【0046】
第3実施形態の定着装置20は、第2実施形態の構成に加えて、定着ベルト22の基材を、フェライト系のSUS(ステンレス材)などの金属部材で置き換え、誘導コイル27の誘導加熱によって、定着ベルト22を直接的に加熱するようにしている。すなわち、前記したニップ入口の近くで、定着ベルト22の外側に所定の距離離間させて誘導コイル27が設けられ、誘導コイル27には所定の高周波交流電流が印加されるようになっている。したがって、誘導コイル27が生成した磁束は、誘導コイル27の対面した定着ベルト22の部分を貫通する。このため、電磁誘導によって定着ベルト22内に電流が生起され、この電流のジュール熱によって、定着ベルト22が加熱される。
【0047】
したがって、第1,第2実施形態のように、テンションローラ5の内部にハロゲンヒータ7を設けて、テンションローラ5を介して定着ベルト2を間接的に加熱するのに比べて、このように第3実施形態の定着装置20によれば、定着ベルト22の外側に誘導コイル27を配置し、定着ベルト2を直接的に誘導加熱で加熱しているので、定着ベルト2を所定温度まで加熱に要する時間が短縮され、定着装置としての立ち上げ時間を短縮できる。
【0048】
他方、定着装置20では、テンションローラ25内にハロゲンヒータ7などの熱源を内蔵させていないので、構成が簡素化される。すなわち、回転されるテンションローラ5内にハロゲンヒータ7を固定する構造や、ハロゲンヒータ7へ配線する手間が不要となる。また、テンションローラ25自体も、ハロゲンヒータ7からの受熱や、定着ベルト2への熱伝達に配慮する必要がなくなるので、テンションローラ25の設計の制約が緩和される。さらに、テンションローラ25からの放熱で、定着ベルト2以外の他の部材が温度上昇することに配慮する必要もなくなる。これらの結果、定着装置20の構成を簡素化でき、コストダウンを図ることができる。
【0049】
次に、この発明の第4実施形態を図面により説明する。図4は、この第4実施形態の定着装置の全体構成を示す概略図である。なお、前記した第2実施形態と同一の構成の部材には、同一の符号を付して、説明を簡略化することにする。
【0050】
第4実施形態の定着装置30は、前記の第2実施形態の構成に加えて、定着ローラ13に接触される定着パッド34の接触部37のみが、FeやSUSやAlなど金属や、PPSなどの耐熱樹脂で形成された剛体とされている。また、定着装置30では、少なくとも結着樹脂、着色剤、ワックスを含有したトナー9bが用いられている。
【0051】
したがって、このように第4実施形態の定着装置30によれば、定着パッド34の定着ローラ13との接触部37が剛体であるので、定着ローラ13の回転による定着パッド14の変形や巻き込みを防止できる。すなわち、定着パッド34の定着ローラ3に接触する部分の剛性強度を高めているので、定着パッド4が定着ローラ3に接触しても、定着ローラ13の回転によって変形されたり、巻き込まれたりすることがなくなる。したがって、定着パッド4の破損を防止できるとともに、定着パッド4が形状を保つことができる。このため、定着パッド4と加圧ローラ16とによって形成されるニップの形状や圧力も同様に維持できるので、画像品質の向上を図れる。
【0052】
また、定着装置30は、トナー9bが少なくとも結着樹脂、着色剤、ワックスを含有しているので、立ち上げ時間の短いオイルレストナーを用いていることになる。このため、定着装置30の立ち上げ時間をさらに短縮できる。
【0053】
次に、この発明の第5実施形態を図面により説明する。図5は、この第5実施形態の定着装置の全体構成を示す概略図である。なお、前記した第2実施形態と同一の構成の部材には、同一の符号を付して、説明を簡略化することにする。
【0054】
前記した第4実施形態の定着装置30では、定着パッド34の定着ローラ13との接触部37がFeやSUSやAlなどの金属や、PPSなどの耐熱樹脂で形成された剛体とされていたのに対して、この第5実施形態の定着装置40では、図5に示すように、第2実施形態の構成に加えて、定着ローラ13に接触する定着パッド44の部分の表層に、低摩擦部材47が設けられている。この低摩擦部材47の材質としては、フッ素系樹脂やグラファイトシート、2硫化モリブデンシートが挙げられる。
【0055】
したがって、このように第5実施形態の定着装置40によれば、定着ローラ13に接触される定着パッド44の部分の表層に、フッ素系樹脂、グラファイトシート、2硫化モリブデンシートのうちのいずかで形成された低摩擦部材47を設けているので、定着パッド44と定着ローラ13との間に生じる摩擦力が低減される。このため、定着ローラ13の回転による定着パッド44の変形や巻き込みを防止できるとともに、定着ローラ13の回転をスムーズに行うことができる。他方、このように低摩擦部材として、フッ素系樹脂、グラファイトシート、2硫化モリブデンシートが定着パッド44の表層に設置されているので、製作が容易であり、また定着パッド44自体の材質や強度などが制約されずに済み、定着パッド44の設計の自由度を充分に確保できる。
【0056】
次に、この発明の第6実施形態を図面により説明する。図6は、この第6実施形態の定着装置の全体構成を示す概略図である。なお、前記した第2実施形態と同一の構成の部材には、同一の符号を付して、説明を簡略化することにする。
【0057】
この第6実施形態の定着装置50は、図6に示すように、第2実施形態の構成に加えて、定着パッド54の定着ローラ13との接触部分の表層に、低摩擦部材として複数個の耐熱樹脂製または金属製のコロ57が設けられている。すなわち、これらのコロ57は、前記の接触部に形成された凹部に半没状に収納され、各コロ57の外周がそれぞれ定着ローラ3の外周に接触するようにしている。
【0058】
したがって、このように第6実施形態の定着装置50によれば、定着パッド54と定着ローラ13との間にコロ57を介在させているので、回転される定着ローラ13と固定された定着パッド54との間に生じる摩擦力を大幅に低減することができる。すなわち、定着パッド54と定着ローラ13との接触を、面接触からコロ57による線接触とさせることができるので、両者54,13が接触する面積を減少できるとともに、コロ57が定着ローラ13に追従して回転される。このため、定着ローラ13の回転がスムーズにでき、定着ベルト12および用紙9の搬送を安定的に行うことができる。この結果、画像品質を向上できる。
【0059】
他方、このように摩擦力が大幅に低減されるので、この摩擦力が定着パッド54および定着ローラ13の加圧状態に影響を与えることが減少され、ニップの圧力状態を設計通りにできる。すなわち、付勢手段によって定着パッド54と定着ローラ13とが加圧ローラ6側に向けて加圧されているので、これらの加圧力の大きさと比較して、両者54,13間に作用する摩擦力の大きさの程度によっては、定着パッド54および定着ローラ13が設計通りの加圧状態とならないおそれがある。すなわち、この場合は、摩擦力が、定着パッド54に対しては、下向き方向の加圧を強める力として作用する一方、定着ローラ13に対しては、上向き方向の加圧を弱める力として作用するので、定着パッド54と定着ローラ13の加圧力の差を広げるように働いてしまう。これに対して、定着装置50では、このような摩擦力が大幅に低減できるので、定着パッド54および定着ローラ13の加圧状態つまりニップの圧力状態を設計通りにできる。このため、トナー9aの用紙9への定着性や、用紙9に定着したトナー9aの光沢のバラツキなどをさらに抑制でき、画像品質の向上が図れる。
【0060】
なお、上述した各実施形態では、帯電−露光−現像−転写−定着工程からなる電子写真プロセスのうちの定着工程を行う定着装置について説明したが、これに限られることなく、図7に示すように、トナー9aを中間転写体61から用紙9にではなく、定着装置70に転写する電子写真の変形例に適用できる。すなわち、この変形例では、水平に対向配置された1対のローラ62,62にベルト状の中間転写体61が張架され、この中間転写体61の上側の水平部分を挟んで、1対の現像ローラ63,ローラ64からなるCMYBの各色を担当した現像手段65C,65M,65Y,65Bが配置され、これらの現像手段65C〜65Bにより中間転写体61上に担持されたカラートナー像が、定着装置70の定着ベルト2を介して用紙9に転写されるとともに、定着されるようになっている。
【0061】
したがって、この構成によれば、水平配置された中間転写体61に、略垂直方向に各ローラ部材5,13,16が配置された定着装置70を設けていることから、省スペース化が図れ、しかも、中間転写体61から用紙9に転写する構成が不要とされているので、さらに省スペース化を促進できる。このため、装置全体としてコンパクト化できる。
【0062】
【発明の効果】
請求項1の発明によれば、定着部材と定着ローラとが接触して設けられているので、定着装置による画像品質を向上できる。すなわち、定着ベルトを介して、加圧ローラおよび定着ローラによって形成されるニップと、加圧ローラおよび定着部材によって形成されるニップとの間隔を極小にできる。このため、ニップのほぼ全体を用いた加圧が可能となり、定着ベルトの浮きを防止できる。この結果、異常画像の発生を防ぐことができ、画像品質を向上できる。
【0063】
請求項2の発明によれば、定着ローラと定着部材の表面、または、定着ローラと加圧ローラの表面のいずれか一方、もしくは両方の表面が、弾性を有しているので、弾性部分で定着ベルトからの熱を断熱できる。すなわち、定着ローラと定着部材の内奥部、または、定着ローラと加圧ローラの内奥部、さらにはこれらのすべての部材の内奥部に、定着ベルトからの熱が侵入することが抑制される。このため、これらの部材の見かけ上の熱容量を低減できるので、定着装置としての立上がり時間を短縮できる。また、ニップにかかる加圧を均一化できるので、定着性や光沢のバラツキなどを抑えることができる。この結果、画像品質を向上できる。
【0064】
請求項3の発明によれば、加熱手段が、誘導コイルを用いた誘導加熱手段であるので、定着ベルトを直接加熱でき、定着装置の立ち上げ時間を短縮できる。すなわち、加熱源となる誘導コイルと定着ベルトとの間に熱伝達用に他の部材を介在させることなく、定着ベルトを直接加熱できる。この結果、熱効率を向上でき、定着装置の立ち上げ時間を短縮できる。
【0065】
請求項4の発明によれば、定着部材の前記定着ローラに接触する部分が、剛体で形成されているので、定着ローラの回転による定着部材の変形や巻き込みを防止できる。すなわち、定着部材の前記定着ローラに接触する部分の剛性強度が高いので、定着部材が定着ローラに接触しても、定着ローラによって変形されたり、巻き込まれたりすることなく、定着部材の形状を保つことができる。このため、定着部材と加圧ローラによって形成されるニップの形状も同様に維持できるので、画像品質の向上を図れる。
【0066】
請求項5の発明によれば、定着部材の前記定着ローラに接触する部分の表層には、低摩擦部材が設けられているので、定着部材と定着ローラとの間に生じる摩擦力を低減できる。すなわち、定着部材が定着ローラに接触しても、低摩擦部材によって定着部材がスリップする。したがって、定着部材が定着ローラによって変形されたり、定着ローラに巻き込まれたりすることがなくなる。このため、定着部材の形状を保つことができる。したがって、定着ローラの回転による定着部材の変形や巻き込みを防止でき、定着ローラの回転をスムーズに行うことができる。この結果、定着部材と加圧ローラによって形成されるニップの形状も同様に維持されるので、画像品質を向上を図れる。
【0067】
請求項6の発明によれば、定着部材の前記定着ローラに接触する部分の表層に設置された低摩擦部材が、フッ素系樹脂もしくはグラファイトまたは2硫化モリブデンであるので、定着部材が定着ローラに接触する部分の摩擦力を低減できる。このため、定着ローラの回転をスムーズにできる。
【0068】
請求項7の発明によれば、定着部材の前記定着ローラに接触する部分の表層に設けられた低摩擦部材がコロであるので、定着部材と定着ローラとの接触面積を減らすことができる。このため、定着ローラと定着部材との間に生じる摩擦力が低減され、定着ローラの回転による定着部材の変形や巻き込みを防止でき、さらに定着ローラの回転をスムーズに行うことができる。
【0069】
請求項8の発明によれば、少なくとも結着樹脂、着色剤、ワックスを含有したトナーを用いているので、定着装置の立ち上げ時間を、さらに短縮することができる。
【0070】
請求項9の発明によれば、画像形成装置が請求項1ないし8のいずれかに記載の定着装置を有しているので、前記した効果が得られ、画像形成装置が画像品質の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1実施形態を示し、定着装置の全体構成を示す正面図である。
【図2】この発明の第2実施形態を示し、定着装置の全体構成を示す正面図である。
【図3】この発明の第3実施形態を示し、定着装置の全体構成を示す正面図である。
【図4】この発明の第4実施形態を示し、定着装置の全体構成を示す正面図である。
【図5】この発明の第5実施形態を示し、定着装置の全体構成を示す正面図である。
【図6】この発明の第6実施形態を示し、定着装置の全体構成を示す正面図である。
【図7】この発明を電子写真の変形例に適用した例を示し、定着装置を含めた全体構成を示す正面図である。
【符号の説明】
1,10,20,30,40,50,60,70 定着装置
2,22 定着ベルト 3,13 定着ローラ
4,14,34,44,54 定着パッド(定着部材)
5,25 テンションローラ 6,16 加圧ローラ
7 ハロゲンヒータ 8 ガイド部材
9 用紙 9a,9b 用紙上のトナー
26 誘導コイル 37 接触部(剛体)
47 低摩擦部材 57 コロ
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子写真を用いる複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置に用いられる定着装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から立上り時間の短い定着装置として、ベルトを用いたベルト定着方式が知られている。この定着装置は、少なくとも2本以上のローラに定着ベルトが張架され、対向して配置された加圧ローラと定着ベルトでニップを形成する構成を有している。定着ベルトとローラとの間に形成されるニップに、トナー像を担持した用紙を通過させることによって、ニップで熱と圧力によりトナーが溶融し、用紙にトナー像の定着が行なわれる。
【0003】
定着ローラと、加熱ローラと、この加熱ローラおよび前記定着ローラに張架された無端状定着ベルトと、この定着ベルトを介して定着ローラに対向して設けられた加圧ローラとを有し、加圧ローラと定着ベルトとの間を搬送される被定着材上のトナー像を定着するベルト定着装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。このベルト定着装置によれば、熱容量の小さなベルトを予め加熱してからニップ部でトナーを定着しているので、立上り時間が短く、また広いニップ幅により低温での定着が可能であるとされている。また、このベルト定着装置では、ベルトを加熱するための加熱手段として、内部にハロゲンヒータを備えた加熱ローラにベルトをある角度巻きつかせることにより、ベルトを加熱している。さらに、定着ベルトを加圧ローラに巻きつかせるような形で、定着ベルトと加圧ローラとが接触してニップを形成しているので、安定した搬送性と定着性を得られるとされている。
【0004】
また、第1ローラと第2ローラに掛け渡された無端状の定着ベルトと、この定着ベルトの外側に当接する第3ローラとを設け、定着ベルトの第3ローラへの巻き始め位置で定着ベルトを第3ローラに押圧する押圧部材を設け、この押圧部材が表面に弾性を有した定着装置が知られている(例えば、特許文献2参照。)。
【0005】
さらに、無端状の定着ベルトと、記録材の搬送方向に沿って定着ベルト内に配置されて定着ベルトを支持する少なくとも2本の内方ローラと、定着ベルトに相対的に圧接してニップ部を形成する加圧ローラと、定着ベルトを加熱する加熱源と、2本の内方ローラのうち記録材の搬送方向に沿って下流側に配置される内方ローラに回転駆動力を伝達して前記定着ベルトを走行させるベルト駆動機構と、を有する定着装置が知られている(例えば、特許文献3参照。)。
【0006】
また、第1のローラと第1のローラより小径の第2および第3のローラと、第2および第3のローラより張架された無端ベルトとを備え、記録媒体および無端ベルトを介して第2および第3のローラと第1のローラとを圧接することにより第2および第3のローラ間の部分に記録媒体を狭持する曲面状の狭持領域が形成され、狭持領域において記録媒体に未定着のトナー像が定着される定着装置において、第2と第3のローラの半径をr、第2および第3のローラの軸間ピッチをtとすると、第2および第3のローラの軸間ピッチtとが、2r<t<3rとなる関係を満たすようにした定着装置が知られている(例えば、特許文献4参照。)。
【0007】
さらに、少なくとも一方の内部に加熱源を備えた2つのローラの間に定着ベルトを張るとともに、前記2つのローラを前記定着ベルトを介して加圧ローラに接触させ、前記定着ベルトを張る2つのローラの関係として、ローラ間のギャップを10mm以下にするか、或いは、2つのローラの直径比率を2以上にするかの少なくとも一方の構成を採用したベルト定着装置が知られている(例えば、特許文献5参照。)。
【0008】
また、定着ローラと、熱源として面状抵抗発熱体を有した加熱部材と、定着ローラと加熱部材との間に張架された無端状の定着ベルトと、定着ローラに圧接する加圧ローラを有し、加熱部材が、湾曲した薄肉の板状に形成され、定着ベルトと記録材とを少なくとも所定の角度に維持するように配置された定着装置が知られている(例えば、特許文献6参照。)。
【0009】
【特許文献1】
特開平10−307496号公報
【特許文献2】
特開平9−160405号公報
【特許文献3】
特開2000−172103号公報
【特許文献4】
特開2001−83820号公報
【特許文献5】
特開2001−343849号公報
【特許文献6】
特開2002−311735号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したベルト定着方式の各定着装置においては、以下のような不具合が生じる可能性がある。
【0011】
すなわち、特許文献1のベルト定着装置では、定着ベルトと加圧ローラとの間にニップを形成するために、加熱ローラがニップ手前に位置しているので、ニップ手前において定着ベルトと記録材とが近接することになる。このため、定着ベルトおよび記録材の波打ちやたるみなどによって、平面性が損なわれた場合には、記録材上の未定着トナーがニップ手前において定着ベルトと接触してしまう。この結果、画像ズレなどの異常画像が発生する不具合がある。
【0012】
このような不具合を避けるために前記した特許文献2の構成では、ニップ入口に弾性部材である押圧部材を当接させることにより、定着ベルトの波打ちやたるみなどを防止して、画質の安定化を図っている。しかし、補助押圧部材として弾性を有する部材を用いた場合には、この弾性部材が摺動性や耐摩耗性が必ずしも優れていないため、定着ベルトの搬送性や押圧部材の耐久性に問題が生じた。さらに、ローラ対によるニップが複数ある構成においては、スリップやローラの歪みによる周速差が発生し、定着ベルトと加圧ローラとの上下の周速差による異常画像が発生しやすい。すなわち、この異常画像は、最初の第1のニップで溶融したトナーが定着ベルト面にオフセットし、定着ベルトと加圧ローラとの周速差により定着ベルトの浮きが発生し、後続する第2のニップにおいてずれた位置でトナーが用紙に再び付着することによって発生している。
【0013】
そこで、前記した特許文献3の構成では、排紙側のニップを形成するローラに回転駆動力を伝達し、このローラが定着ベルトを牽引するように走行させることにより、ニップ部の定着ベルトのたるみや浮きの発生を抑えて、異常画像の発生を防いでいる。しかし、この構成では、牽引するための荷重を大きくしなければならず、定着ベルトの寄りなどの問題が発生する。また、ローラのたわみの発生を抑えるために、ローラ芯金の肉厚を増やす必要がある。このため、ローラの熱容量が増大して、ローラの加熱に時間を要するので、定着装置として短時間での温度立ち上げに適さない。さらに、ベルトに大きい荷重をかけているので、ベルトの柔軟性が低下し、搬送性能が劣化する。
【0014】
また、前記した特許文献4の構成では、2本のサポートローラが定着ベルトを介して押圧ローラを押圧するように設けている。このため、押圧ローラに押圧される部分がローラであるため、形成されるニップ幅が小さく、トナーの定着効率が低い。そこで、押圧ニップ幅を大きくするためにサポートローラの径を大きくすると、それぞれのローラによる押圧ニップ同士の間隔が大きくなる。このため、定着ベルトの浮きやたわみが起こり、異常画像が発生してしまう。さらに、定着装置自体も大型化してしまう。
【0015】
さらに、前記した特許文献5の構成も、特許文献4の構成と、同様な構成となっており、装置を小型化するために、2本のローラの間隔を小さくするように配置している。この構成によれば、ベルトにテンションをかけてニップ部のベルト浮きを無くすためには、ベルト内のローラを互いに逆方向に引っ張るような構成が必要であり、ローラ同士が接触するように配置することは困難である。他方、装置をさらに小型化するため、ローラ同士を接触させた構成とした場合には、2本のローラが互いに逆方向に回転した状態で接触して摺擦することになる。このため、回転負荷が巨大となるので、ローラがスムーズに回転しないか、もしくはローラを回転させるためには大きな駆動力が必要となってしまう。
【0016】
また、前記した特許文献6の構成においては、薄肉の板状の加熱部材と定着ローラとの間のニップ間隔を狭くするために加熱部材と定着ローラとを接触するようにすると、加熱部材が板状のため構造上の剛性が弱いので、加熱部材が押圧ローラに巻き込まれて破損するおそれがある。
【0017】
そこでこの発明は、前記のような従来のものが有する問題点を解決し、定着ベルト内に懸架した定着ローラと定着部材とによってニップを形成し、定着ローラと定着部材を接触させることにより、押圧されない部分のニップ間隔を極小にし、安定したニップ圧力を確保して、定着ベルトと加圧ローラとの周速差に起因する画像ズレなどの異常画像を防止し、立上り時間が短い定着装置を提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、無端状のベルトと、このベルトに内側から接触する定着ローラと、この定着ローラの上流側に設けた定着部材と、前記ベルトの外側で前記ベルトを介して前記定着ローラおよび定着部材と圧接してニップを形成する加圧ローラと、前記ベルトを加熱する加熱手段とを有した定着装置において、前記定着ローラと前記定着部材とが接触して設けられていることを特徴としている。
【0019】
請求項2に記載の発明は、請求項1において、定着ローラと定着部材の表面、または定着ローラと加圧ローラの表面のいずれか一方、もしくは両方の表面は、弾性を有している。
【0020】
請求項3に記載の発明は、請求項1または2において、加熱手段は、誘導コイルを用いた誘導加熱手段である。
【0021】
請求項4に記載の発明は、請求項1ないし3のいずれかにおいて、定着部材の前記定着ローラに接触する部分は、剛体で形成されている。
【0022】
請求項5に記載の発明は、請求項4において、定着部材の前記定着ローラに接触する部分の表層には、低摩擦部材が設けられている。
【0023】
請求項6に記載の発明は、請求項5において、低摩擦部材は、フッ素系樹脂もしくはグラファイトまたは2硫化モリブデンである。
【0024】
請求項7に記載の発明は、請求項5において、低摩擦部材は、コロである。
【0025】
請求項8に記載の発明は、請求項1ないし7のいずれかにおいて、少なくとも結着樹脂、着色剤、ワックスを含有したトナーが用いられている。
【0026】
請求項9に記載の発明は、請求項1ないし8のいずれかに記載の定着装置を有する画像形成装置である。
【0027】
【発明の実施の形態】
この発明の第1実施形態を図面により説明する。図1は、この第1実施形態の定着装置の全体構成を示す概略図である。
【0028】
定着装置1は、図1に示すように、無端状の定着ベルト2と、この定着ベルト2を張架する定着ローラ3と定着部材である定着パッド4とテンションローラ5と、定着ベルト2を介して定着ローラ3と定着パッド4に対向して配置された加圧ローラ6とを有している。すなわち、定着ベルト2に内側から接触するように定着ローラ3が設けられ、この定着ローラ3の上流側に定着パッド4が設けられている。これらの定着ローラ3および定着パッド4よりも上方の位置には、加熱手段であるハロゲンヒータ7を内蔵したテンションローラ5が設けられている。定着ローラ3および定着パッド4は、図示しない加圧バネなどの付勢手段によって、定着ベルト2を介して加圧ローラ6に向けて加圧されている。したがって、定着ベルト2の外側で定着ベルト2を介して定着ローラ3および定着パッド4と加圧ローラ6が圧接して、ニップを形成するようにしている。なお、8は、ニップ入口に、トナー9aの像が担持された用紙9を導くガイド部材である。
【0029】
定着ベルト2は、耐熱性樹脂からなる基体を有している。この耐熱性樹脂の材質としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテル・エーテルケトン(PEEK)などが使用されている。基材の厚さは、熱伝導と強度とのバランスから30〜100μmのものが望ましい。定着ベルト2の表面は、用紙9および用紙9上のトナー9aに定着ベルト2が加圧接触されるので、離型性、耐熱性に優れた表面層が必要なことから、フッ素系樹脂などの表面離型層が被覆された構成になっている。この表面離型層の下には、画像の均一性を得るために、シリコーンゴムやフッ素ゴムなどの耐熱ゴムからなる弾性層が100〜300μmの厚さで設けられている。
【0030】
定着ローラ3は、直径がφ10〜φ30mmのローラで、定着ベルト2を介して加圧ローラ6に加圧され、ニップを形成している。また、この定着ローラ3は、定着ベルト2の搬送性を向上させるために設けられている。
【0031】
定着パッド4は、定着ローラ3のニップ上流側に配置され、同様に加圧ローラ6に加圧され、ニップを形成している。さらに、定着パッド4は、ニップ入口における定着ベルト2と記録媒体である用紙9とが成す角度を広く確保できるようなガイド形状に形成され、定着ベルト2がスムーズにニップに侵入できるようにしている。他方、定着パッド4の定着ローラ3側は、定着ベルト2と定着ローラ3とで囲んだ空間を充填する形状に形成され、定着ローラ3に接触されている。したがって、定着パッド4が定着ローラ3に接触するようにして、定着パッド4の加圧によるたわみなどを抑えながら、これらの定着パッド4と定着ローラ3とが成すニップの間隔を狭めるようにしている。このため、定着ローラ3と加圧ローラ6とによって形成されるニップと、定着パッド4と加圧ローラ6とによって形成されるニップとは、隙間が極小となり、連続的な単一のニップと同様となっている。
【0032】
テンションローラ5は、Al(アルミニウム)またはFe(鉄)製の薄肉金属製ローラとされている。すなわち、テンションローラ5は、外径がφ20〜φ30mmで、肉厚が0.3〜1mmに設定されている。テンションローラ5の図示しない支軸は、図示しない引張スプリングなどに張架され、テンションローラ5が図中の破線矢印で示す上方向に付勢されている。したがって、このように上方に付勢されたテンションローラ5によって、定着ベルト2に一定のテンションを付与し、定着ベルト2の緩みを防止している。テンションローラ5の内側には、ハロゲンヒータ7が熱源として設けられ、ハロゲンヒータ7は、図示しない温度制御素子で所定の一定温度になるように発熱が制御されている。したがって、このテンションローラ5は、ハロゲンヒータ7により所定温度に加熱され、定着ベルト2を定着などに必要な所定の温度に設定している。
【0033】
加圧ローラ6は、直径がφ30〜φ50mmのローラで、用紙9を搬送するための駆動源である図示しないモータに接続され、所定の回転速度で回転駆動されている。
【0034】
次に、定着装置1の動作を説明する。すなわち、加圧ローラ6は、モータにより図中の矢印方向に回転駆動される。このように加圧ローラ6が回転駆動されると、定着ベルト2が従動して矢印方向に搬送移動され、定着ベルト2を介して定着ローラ3が従動回転する。そして、トナー9aによる像を担持した用紙9がニップを通過すると、この通過の過程でニップの熱と圧力によりトナー9aが溶融されて圧着され、用紙9にトナー9aが像として定着される。
【0035】
ここで、定着パッド4と定着ローラ3とを接触させない構成の場合には、ニップ入口側の定着パッド4と加圧ローラ6とで形成したニップには、定着ベルト2とニップを成す際の加圧による摺擦抵抗と、定着ベルト2を鋭角に引くために発生する定着パッド4との摺擦抵抗と、テンションローラ5との摺擦抵抗と、テンションローラ5から供給されるテンション分の抵抗とが加わる。これに対して、ニップ出口側の定着ローラ3と加圧ローラ6とで形成したニップには、両者3,6が形成したニップでの摺擦抵抗のみが加わる。このため、ニップ入口側の定着ベルト2の張力は、非常に高くなるのに対して、定着パッド4を通過後の定着ベルト2の張力は低くなる。このように定着パッド4付近と定着ローラ3付近とでは、定着ベルト2の張力に高低差が生じているので、定着パッド4と定着ローラ3との間に位置する定着ベルト2の部分にたわみが生じる。
【0036】
さらに、定着パッド4と定着ローラ3とには、それぞれに加圧力が直接かからないので、定着ベルト2はベルト自身の剛性で加圧ローラ6から浮き上がる。このため、トナー像9aを担持した用紙9がニップを通過する際には、入口側の定着パッド4と成すニップでトナー9aが定着ベルト2にオフセットし、定着パッド4と定着ローラ3の成すニップ間で浮いた状態になる。つまり定着ベルト2と加圧ローラ6との間で周速差が生じる。また、用紙9は加圧ローラ6に沿って搬送されているので、出口側の定着ローラ3と成すニップでオフセットしたトナー9aによる像と用紙9とが周速差によりずれた状態で定着され、異常画像が発生する。
【0037】
これに対して、第1実施形態の定着装置1によれば、定着パッド4と定着ローラ3とが接触するように配置しているので、定着ベルト2を介して加圧ローラ6に加圧されて定着パッド4と定着ローラ3とが形成する2つのニップの間隔を極小にできる。このため、ニップのほぼ全体を加圧可能にして、定着ベルト2の浮きを防止することができる。この結果、前記した異常画像の発生を防ぐことができる。
【0038】
次に、この発明の第2実施形態を図面により説明する。図2は、この第2実施形態の定着装置の全体構成を示す概略図である。なお、前記した第1実施形態と同一の構成の部材には、同一の符号を付して、説明を簡略化することにする。
【0039】
第2実施例の定着装置10は、図2に示すように、定着ローラ13が、Fe(鉄)製の芯金13aの外周に、耐熱弾性体として例えば発泡シリコーンゴムや液状シリコーンゴムで構成された弾性層13bが設けられている。この弾性層13bの厚さは3〜6mm程度に確保され、定着ローラ3の表面硬度がアスカーC(AskerC)で30〜50Hs程度となっている。
【0040】
定着パッド14は、Fe(鉄)やSUS(ステンレス材)、Al(アルミニウム)などの金属や、PPS(ポリフェニレンサルファイド)などの耐熱樹脂で形成され、剛体とされている。PPS樹脂は、優れた耐熱性、難燃性、剛性および電気絶縁性などのエンジニアリングプラスチックとして、好適な性質を有している。定着パッド4は、加圧ローラ6に押圧される部分を含んで定着ベルト2が接触する部分に発泡シリコン製の弾性層14aが設けられている。さらに、定着ベルト2が摺擦するため、この弾性層14aの表面には、図示しないフッ素系樹脂などが被覆され、摩擦抵抗を小さくするようにしている。
【0041】
加圧ローラ16は、Fe(鉄)製の芯金16aの外周に、耐熱弾性体として、例えば発泡シリコーンゴムや液状シリコーンゴムで形成された弾性層16bを有している。弾性層16bの厚さは、0.2〜5mm程度とされ、定着ローラ3の表面硬度は、アスカーCで50〜100Hs程度となっている。
【0042】
したがって、このように第2実施形態の定着装置10によれば、定着ローラ13、定着パッド14、加圧ローラ16のニップを形成する部位に弾性体を用いているので、定着ベルト2からの熱を断熱でき、定着ローラ13および定着パッド4の見かけ上の熱容量を低減できる。すなわち、弾性層13b,14aによって、定着ベルト2からの熱が、それぞれ定着ローラ13や定着パッド14の内奥部にまで侵入しにくくなる。したがって、定着ベルト2の熱が定着ローラ13や定着パッド14を加温するために消費されことが少なくて済み、定着ベルト2が迅速に加温される。このため、定着装置10が停止または待機状態から定着動作可能になるまでの立上がり時間を短縮できる。この結果、定着装置10の即応性を向上できる。
【0043】
また、弾性層13b,14a,16bによって、ニップにかけられる加圧を均一化でき、ニップの安定化を図れるので、トナー9aの用紙9への定着性や、用紙9に定着したトナー9aの光沢のバラツキなどを抑えることができる。すなわち、このように弾性体を介在させているので、弾性体の弾性変形によりニップの圧力分布が不均一となることを回避できる。この結果、画像品質を向上できる。他方、用紙9の紙質や厚さなどの差異も、同様に弾性体の変形によって吸収されるので、ニップの安定化を図れる。このため、画像品質を確保しながら、定着装置10が対応できる用紙9の選択幅を広げることができる。
【0044】
なお、第2実施形態では、定着ローラ13、定着パッド14、加圧ローラ16の定着ベルト2に接触する表面に、それぞれ弾性体を設けた構成としたが、これに限ることなく、定着ローラ13と定着パッド14とが定着ベルト2を介して対向するそれぞれの表面、または定着ローラ13と加圧ローラ16とが定着ベルト2を介して対向するそれぞれの表面のうち、いずれかの一方に弾性体を設けた構成としてもよい。したがって、これらの構成の場合にも、前記と同様にして定着ローラ13または定着パッド14のいずれかの見かけ上の熱容量を低減でき、定着装置10の立上がり時間の短縮化を図れる。
【0045】
次に、この発明の第3実施形態を図面により説明する。図3は、この第3実施形態の定着装置の全体構成を示す概略図である。なお、前記した第2実施形態と同一の構成の部材には、同一の符号を付して、説明を簡略化することにする。
【0046】
第3実施形態の定着装置20は、第2実施形態の構成に加えて、定着ベルト22の基材を、フェライト系のSUS(ステンレス材)などの金属部材で置き換え、誘導コイル27の誘導加熱によって、定着ベルト22を直接的に加熱するようにしている。すなわち、前記したニップ入口の近くで、定着ベルト22の外側に所定の距離離間させて誘導コイル27が設けられ、誘導コイル27には所定の高周波交流電流が印加されるようになっている。したがって、誘導コイル27が生成した磁束は、誘導コイル27の対面した定着ベルト22の部分を貫通する。このため、電磁誘導によって定着ベルト22内に電流が生起され、この電流のジュール熱によって、定着ベルト22が加熱される。
【0047】
したがって、第1,第2実施形態のように、テンションローラ5の内部にハロゲンヒータ7を設けて、テンションローラ5を介して定着ベルト2を間接的に加熱するのに比べて、このように第3実施形態の定着装置20によれば、定着ベルト22の外側に誘導コイル27を配置し、定着ベルト2を直接的に誘導加熱で加熱しているので、定着ベルト2を所定温度まで加熱に要する時間が短縮され、定着装置としての立ち上げ時間を短縮できる。
【0048】
他方、定着装置20では、テンションローラ25内にハロゲンヒータ7などの熱源を内蔵させていないので、構成が簡素化される。すなわち、回転されるテンションローラ5内にハロゲンヒータ7を固定する構造や、ハロゲンヒータ7へ配線する手間が不要となる。また、テンションローラ25自体も、ハロゲンヒータ7からの受熱や、定着ベルト2への熱伝達に配慮する必要がなくなるので、テンションローラ25の設計の制約が緩和される。さらに、テンションローラ25からの放熱で、定着ベルト2以外の他の部材が温度上昇することに配慮する必要もなくなる。これらの結果、定着装置20の構成を簡素化でき、コストダウンを図ることができる。
【0049】
次に、この発明の第4実施形態を図面により説明する。図4は、この第4実施形態の定着装置の全体構成を示す概略図である。なお、前記した第2実施形態と同一の構成の部材には、同一の符号を付して、説明を簡略化することにする。
【0050】
第4実施形態の定着装置30は、前記の第2実施形態の構成に加えて、定着ローラ13に接触される定着パッド34の接触部37のみが、FeやSUSやAlなど金属や、PPSなどの耐熱樹脂で形成された剛体とされている。また、定着装置30では、少なくとも結着樹脂、着色剤、ワックスを含有したトナー9bが用いられている。
【0051】
したがって、このように第4実施形態の定着装置30によれば、定着パッド34の定着ローラ13との接触部37が剛体であるので、定着ローラ13の回転による定着パッド14の変形や巻き込みを防止できる。すなわち、定着パッド34の定着ローラ3に接触する部分の剛性強度を高めているので、定着パッド4が定着ローラ3に接触しても、定着ローラ13の回転によって変形されたり、巻き込まれたりすることがなくなる。したがって、定着パッド4の破損を防止できるとともに、定着パッド4が形状を保つことができる。このため、定着パッド4と加圧ローラ16とによって形成されるニップの形状や圧力も同様に維持できるので、画像品質の向上を図れる。
【0052】
また、定着装置30は、トナー9bが少なくとも結着樹脂、着色剤、ワックスを含有しているので、立ち上げ時間の短いオイルレストナーを用いていることになる。このため、定着装置30の立ち上げ時間をさらに短縮できる。
【0053】
次に、この発明の第5実施形態を図面により説明する。図5は、この第5実施形態の定着装置の全体構成を示す概略図である。なお、前記した第2実施形態と同一の構成の部材には、同一の符号を付して、説明を簡略化することにする。
【0054】
前記した第4実施形態の定着装置30では、定着パッド34の定着ローラ13との接触部37がFeやSUSやAlなどの金属や、PPSなどの耐熱樹脂で形成された剛体とされていたのに対して、この第5実施形態の定着装置40では、図5に示すように、第2実施形態の構成に加えて、定着ローラ13に接触する定着パッド44の部分の表層に、低摩擦部材47が設けられている。この低摩擦部材47の材質としては、フッ素系樹脂やグラファイトシート、2硫化モリブデンシートが挙げられる。
【0055】
したがって、このように第5実施形態の定着装置40によれば、定着ローラ13に接触される定着パッド44の部分の表層に、フッ素系樹脂、グラファイトシート、2硫化モリブデンシートのうちのいずかで形成された低摩擦部材47を設けているので、定着パッド44と定着ローラ13との間に生じる摩擦力が低減される。このため、定着ローラ13の回転による定着パッド44の変形や巻き込みを防止できるとともに、定着ローラ13の回転をスムーズに行うことができる。他方、このように低摩擦部材として、フッ素系樹脂、グラファイトシート、2硫化モリブデンシートが定着パッド44の表層に設置されているので、製作が容易であり、また定着パッド44自体の材質や強度などが制約されずに済み、定着パッド44の設計の自由度を充分に確保できる。
【0056】
次に、この発明の第6実施形態を図面により説明する。図6は、この第6実施形態の定着装置の全体構成を示す概略図である。なお、前記した第2実施形態と同一の構成の部材には、同一の符号を付して、説明を簡略化することにする。
【0057】
この第6実施形態の定着装置50は、図6に示すように、第2実施形態の構成に加えて、定着パッド54の定着ローラ13との接触部分の表層に、低摩擦部材として複数個の耐熱樹脂製または金属製のコロ57が設けられている。すなわち、これらのコロ57は、前記の接触部に形成された凹部に半没状に収納され、各コロ57の外周がそれぞれ定着ローラ3の外周に接触するようにしている。
【0058】
したがって、このように第6実施形態の定着装置50によれば、定着パッド54と定着ローラ13との間にコロ57を介在させているので、回転される定着ローラ13と固定された定着パッド54との間に生じる摩擦力を大幅に低減することができる。すなわち、定着パッド54と定着ローラ13との接触を、面接触からコロ57による線接触とさせることができるので、両者54,13が接触する面積を減少できるとともに、コロ57が定着ローラ13に追従して回転される。このため、定着ローラ13の回転がスムーズにでき、定着ベルト12および用紙9の搬送を安定的に行うことができる。この結果、画像品質を向上できる。
【0059】
他方、このように摩擦力が大幅に低減されるので、この摩擦力が定着パッド54および定着ローラ13の加圧状態に影響を与えることが減少され、ニップの圧力状態を設計通りにできる。すなわち、付勢手段によって定着パッド54と定着ローラ13とが加圧ローラ6側に向けて加圧されているので、これらの加圧力の大きさと比較して、両者54,13間に作用する摩擦力の大きさの程度によっては、定着パッド54および定着ローラ13が設計通りの加圧状態とならないおそれがある。すなわち、この場合は、摩擦力が、定着パッド54に対しては、下向き方向の加圧を強める力として作用する一方、定着ローラ13に対しては、上向き方向の加圧を弱める力として作用するので、定着パッド54と定着ローラ13の加圧力の差を広げるように働いてしまう。これに対して、定着装置50では、このような摩擦力が大幅に低減できるので、定着パッド54および定着ローラ13の加圧状態つまりニップの圧力状態を設計通りにできる。このため、トナー9aの用紙9への定着性や、用紙9に定着したトナー9aの光沢のバラツキなどをさらに抑制でき、画像品質の向上が図れる。
【0060】
なお、上述した各実施形態では、帯電−露光−現像−転写−定着工程からなる電子写真プロセスのうちの定着工程を行う定着装置について説明したが、これに限られることなく、図7に示すように、トナー9aを中間転写体61から用紙9にではなく、定着装置70に転写する電子写真の変形例に適用できる。すなわち、この変形例では、水平に対向配置された1対のローラ62,62にベルト状の中間転写体61が張架され、この中間転写体61の上側の水平部分を挟んで、1対の現像ローラ63,ローラ64からなるCMYBの各色を担当した現像手段65C,65M,65Y,65Bが配置され、これらの現像手段65C〜65Bにより中間転写体61上に担持されたカラートナー像が、定着装置70の定着ベルト2を介して用紙9に転写されるとともに、定着されるようになっている。
【0061】
したがって、この構成によれば、水平配置された中間転写体61に、略垂直方向に各ローラ部材5,13,16が配置された定着装置70を設けていることから、省スペース化が図れ、しかも、中間転写体61から用紙9に転写する構成が不要とされているので、さらに省スペース化を促進できる。このため、装置全体としてコンパクト化できる。
【0062】
【発明の効果】
請求項1の発明によれば、定着部材と定着ローラとが接触して設けられているので、定着装置による画像品質を向上できる。すなわち、定着ベルトを介して、加圧ローラおよび定着ローラによって形成されるニップと、加圧ローラおよび定着部材によって形成されるニップとの間隔を極小にできる。このため、ニップのほぼ全体を用いた加圧が可能となり、定着ベルトの浮きを防止できる。この結果、異常画像の発生を防ぐことができ、画像品質を向上できる。
【0063】
請求項2の発明によれば、定着ローラと定着部材の表面、または、定着ローラと加圧ローラの表面のいずれか一方、もしくは両方の表面が、弾性を有しているので、弾性部分で定着ベルトからの熱を断熱できる。すなわち、定着ローラと定着部材の内奥部、または、定着ローラと加圧ローラの内奥部、さらにはこれらのすべての部材の内奥部に、定着ベルトからの熱が侵入することが抑制される。このため、これらの部材の見かけ上の熱容量を低減できるので、定着装置としての立上がり時間を短縮できる。また、ニップにかかる加圧を均一化できるので、定着性や光沢のバラツキなどを抑えることができる。この結果、画像品質を向上できる。
【0064】
請求項3の発明によれば、加熱手段が、誘導コイルを用いた誘導加熱手段であるので、定着ベルトを直接加熱でき、定着装置の立ち上げ時間を短縮できる。すなわち、加熱源となる誘導コイルと定着ベルトとの間に熱伝達用に他の部材を介在させることなく、定着ベルトを直接加熱できる。この結果、熱効率を向上でき、定着装置の立ち上げ時間を短縮できる。
【0065】
請求項4の発明によれば、定着部材の前記定着ローラに接触する部分が、剛体で形成されているので、定着ローラの回転による定着部材の変形や巻き込みを防止できる。すなわち、定着部材の前記定着ローラに接触する部分の剛性強度が高いので、定着部材が定着ローラに接触しても、定着ローラによって変形されたり、巻き込まれたりすることなく、定着部材の形状を保つことができる。このため、定着部材と加圧ローラによって形成されるニップの形状も同様に維持できるので、画像品質の向上を図れる。
【0066】
請求項5の発明によれば、定着部材の前記定着ローラに接触する部分の表層には、低摩擦部材が設けられているので、定着部材と定着ローラとの間に生じる摩擦力を低減できる。すなわち、定着部材が定着ローラに接触しても、低摩擦部材によって定着部材がスリップする。したがって、定着部材が定着ローラによって変形されたり、定着ローラに巻き込まれたりすることがなくなる。このため、定着部材の形状を保つことができる。したがって、定着ローラの回転による定着部材の変形や巻き込みを防止でき、定着ローラの回転をスムーズに行うことができる。この結果、定着部材と加圧ローラによって形成されるニップの形状も同様に維持されるので、画像品質を向上を図れる。
【0067】
請求項6の発明によれば、定着部材の前記定着ローラに接触する部分の表層に設置された低摩擦部材が、フッ素系樹脂もしくはグラファイトまたは2硫化モリブデンであるので、定着部材が定着ローラに接触する部分の摩擦力を低減できる。このため、定着ローラの回転をスムーズにできる。
【0068】
請求項7の発明によれば、定着部材の前記定着ローラに接触する部分の表層に設けられた低摩擦部材がコロであるので、定着部材と定着ローラとの接触面積を減らすことができる。このため、定着ローラと定着部材との間に生じる摩擦力が低減され、定着ローラの回転による定着部材の変形や巻き込みを防止でき、さらに定着ローラの回転をスムーズに行うことができる。
【0069】
請求項8の発明によれば、少なくとも結着樹脂、着色剤、ワックスを含有したトナーを用いているので、定着装置の立ち上げ時間を、さらに短縮することができる。
【0070】
請求項9の発明によれば、画像形成装置が請求項1ないし8のいずれかに記載の定着装置を有しているので、前記した効果が得られ、画像形成装置が画像品質の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1実施形態を示し、定着装置の全体構成を示す正面図である。
【図2】この発明の第2実施形態を示し、定着装置の全体構成を示す正面図である。
【図3】この発明の第3実施形態を示し、定着装置の全体構成を示す正面図である。
【図4】この発明の第4実施形態を示し、定着装置の全体構成を示す正面図である。
【図5】この発明の第5実施形態を示し、定着装置の全体構成を示す正面図である。
【図6】この発明の第6実施形態を示し、定着装置の全体構成を示す正面図である。
【図7】この発明を電子写真の変形例に適用した例を示し、定着装置を含めた全体構成を示す正面図である。
【符号の説明】
1,10,20,30,40,50,60,70 定着装置
2,22 定着ベルト 3,13 定着ローラ
4,14,34,44,54 定着パッド(定着部材)
5,25 テンションローラ 6,16 加圧ローラ
7 ハロゲンヒータ 8 ガイド部材
9 用紙 9a,9b 用紙上のトナー
26 誘導コイル 37 接触部(剛体)
47 低摩擦部材 57 コロ
Claims (9)
- 無端状のベルトと、このベルトに内側から接触する定着ローラと、この定着ローラの上流側に設けた定着部材と、前記ベルトの外側で前記ベルトを介して前記定着ローラおよび定着部材と圧接してニップを形成する加圧ローラと、前記ベルトを加熱する加熱手段とを有した定着装置において、
前記定着ローラと前記定着部材とが接触して設けられていることを特徴とした定着装置。 - 定着ローラと定着部材の表面、または定着ローラと加圧ローラの表面のいずれか一方、もしくは両方の表面は、弾性を有している請求項1記載の定着装置。
- 加熱手段は、誘導コイルを用いた誘導加熱手段である請求項1または2に記載の定着装置。
- 定着部材の前記定着ローラに接触する部分は、剛体で形成されている請求項1ないし3のいずれかに記載の定着装置。
- 定着部材の前記定着ローラに接触する部分の表層には、低摩擦部材が設けられている請求項4記載の定着装置。
- 低摩擦部材は、フッ素系樹脂もしくはグラファイトまたは2硫化モリブデンである請求項5記載の定着装置。
- 低摩擦部材は、コロである請求項5記載の定着装置。
- 少なくとも結着樹脂、着色剤、ワックスを含有したトナーが用いられている請求項1ないし7のいずれかに記載の定着装置。
- 請求項1ないし8のいずれかに記載の定着装置を有する画像形成装置。
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