JP2004279492A

JP2004279492A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2004279492A
Application number: JP2003067405A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Fuma; 宏史夫馬; Hisayoshi Nagase; 久喜永瀬; Masayasu Onodera; 正泰小野寺; Haruo Iwahashi; 晴男岩橋
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2003-03-13
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2004-10-07
Also published as: US20040179876A1; US7046950B2

Abstract

【課題】同時に二つ駆動される加圧ローラ対の間に、定着ベルトとトナー像を担持する転写材を狭持、搬送して定着する画像ズレ防止対策がとられた定着装置を有する画像形成装置を提供すること。
【解決手段】転写材上の未定着画像を加熱して固定する定着装置を備えた画像形成装置であって、前記定着装置は少なくとも、未定着画像に接して加熱加圧定着するベルトと、前記べるとと転写材を狭持加圧搬送する前記ベルトの内外に設置された加圧ローラ対を有し、当該加圧ローラ対の各ローラへ前記ベルトを介することなく駆動力が入力されていることを特徴とする画像形成装置。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベルト方式の定着装置を有する複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、所定の温度範囲に維持された無端状のベルトの表面に対して、トナー像面側が向くように、未定着のトナー画像を保持する転写材を送り込むとともに、当該ベルトを挟んで対向配置せしめた加圧ローラ対等で前記転写材を前記ベルトに押圧せしめ、前記ベルトと前記加圧ローラ対とによる加熱、加圧作用を介して、転写材上に担持されたトナー画像を加熱、定着するベルト方式の定着装置は公知として一般化されている。
【０００３】
しかしながら、ベルト方式の定着装置では、加熱によるローラ変形や、ニップ（ベルトと加圧ローラで転写材を挟持する領域）、ベルト支持ローラ（加熱ローラ）の張力の駆動抵抗要素が多く、定着ローラでもあるベルト駆動ローラや前記定着ローラに転写材を介して圧着する加圧ローラのトルク変動によって加圧ローラ対とベルト間で滑りが生じ、それに伴って転写材とベルト間で画像ズレの問題が発生する。
【０００４】
この問題を回避するため、同一駆動源から歯車を介して加圧ローラと加熱ローラに同時に回転駆動させる技術（例えば、特許文献１参照）や前記ベルト駆動ローラのいずれか一方のローラのトルクを管理し、所定のトルク以上になったら、他方に駆動力を与え、ベルトに必要以上の張力をかけないで、安定走行させる技術（例えば、特許文献２参照）などが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１２５４２２号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２００２−２５１０９５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記の原因やローラの工作精度や弾性層の経時変化で上下加圧ローラ間に生じる微小な速度差が原因による画像ズレを極力小さくし、安定した画質を維持する定着装置を備えた画像形成装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、以下の構成によって達成することができる。
【０００９】
（１）転写材上の未定着画像を加熱して固定する定着装置を備えた画像形成装置であって、前記定着装置は少なくとも、未定着画像に接して加熱加圧定着するベルトと、前記べるとと転写材を狭持加圧搬送する前記ベルトの内外に設置された加圧ローラ対を有し、当該加圧ローラ対の各ローラへ前記ベルトを介することなく駆動力が入力されていることを特徴とする画像形成装置（第１の発明）。
【００１０】
（２）転写材上の未定着画像を加熱して固定する定着装置を備えた画像形成装置であって、前記定着装置は少なくとも、未定着画像に接して加熱加圧定着するベルトと、前記べるとと転写材を狭持加圧搬送する前記ベルトの内外に設置された加圧ローラ対を有し、当該加圧ローラのうちベルト内側に配設された第１の加圧ローラと前記ベルトの間の摩擦係数が、前記ベルトと転写材との間の摩擦係数よりも小さく設定されていることを特徴とする画像形成装置（第２の発明）。
【００１１】
（３）転写材上の未定着画像を加熱して固定する定着装置を備えた画像形成装置であって、前記定着装置は少なくとも、未定着画像に接して加熱加圧定着するベルトと、前記ベルトと転写材とを狭持加圧搬送する前記ベルトの内外に設置された加圧ローラ対を有し、当該加圧ローラ対の中、ベルト内側に配設された第１の加圧ローラの表面をフッ素樹脂で被膜したことを特徴とする画像形成装置（第３の発明）。
【００１２】
【発明の実施の形態】
はじめに、本発明の画像形成装置について説明する。
【００１３】
本発明の実施の形態における説明では、本明細書に用いる用語により本発明の技術範囲が限定されることはない。
【００１４】
図１は画像形成装置の全体構成の一例を示す模式図である。
以下、各図における同一符号は同一部分に対応する。
【００１５】
図１において、１０は感光体で、例えばアルミ材によって形成される円筒状の金属基体の外周に導電層、ａ−Ｓｉ層あるいは有機感光体（ＯＰＣ）等の感光層を形成したものであり、導電層を接地した状態で図の矢印で示す反時計方向に回転する。
【００１６】
１１は帯電手段であるスコロトロン帯電器、１２は画像書き込み手段である書き込み装置、１３は現像手段である現像器で、感光体１０の周面に対し所定の間隔を保ち、感光体１０の回転方向と最接近位置において同方向に回転する円筒状の非磁性ステンレスあるいはアルミ材で形成された現像スリーブ１６を有している。１４は感光体１０の表面を清掃するためのクリーニング装置、１５はクリーニングブレードを示す。画像形成手段１は感光体１０、スコロトロン帯電器１１、現像器１３、およびクリーニング装置１４等からなっており、各色毎の画像形成手段１の機械的な構成は同じであるので、図ではＹ（イエロー）系列のみの構成について参照符号を付けており、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）およびＫ（黒）の構成要素については参照符号を省略した。
【００１７】
２０は中間転写ベルトであり、駆動ローラ２１、アースローラ２２、テンションローラ２３、除電ローラ２７、従動ローラ２４に張架され、これらのローラと中間転写ベルト２０、転写器２５、クリーニング装置２８等でベルトユニット３を構成する。
【００１８】
中間転写ベルト２０の走行は不図示の駆動モータによる駆動ローラ２１の回転によって行われる。
【００１９】
各色毎の画像形成手段１の配置は中間転写ベルト２０の走行方向に対して、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの順になっており、各感光体１０は中間転写ベルト２０の張設面に接触し、接触点で中間転写ベルト２０の走行方向と同方向、かつ、同線速度で回転する。
【００２０】
読み取り装置８０からの画像データに対応する電気信号は画像形成レーザで光信号に変換され、書き込み装置１２によって感光体１０上に投光される。
【００２１】
中間転写ベルト２０は、体積抵抗率１０^６〜１０^１２Ω・ｃｍの無端ベルトであり、例えば変性ポリイミド、熱硬化ポリイミド、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ナイロンアロイ等のエンジニアリングプラスチックに導電材料を分散した、厚さ０．１〜１．０ｍｍの半導電性フィルム基体の外側に、好ましくはトナーフィルミング防止層として厚さ５〜５０μｍのフッ素コーティングを行った、２層構成のシームレスベルトである。ベルトの基体としては、この他に、シリコンゴム或いはウレタンゴム等に導電材料を分散した厚さ０．５〜２．０ｍｍの半導電性ゴムベルトを使用することもできる。
【００２２】
２５は転写器で、トナーと反対極性の直流が印加され、感光体１０上に形成されたトナー像を中間転写ベルト２０上に転写させる機能を有する。転写器２５としてはコロナ放電器の他に転写ローラを用いることもできる。
【００２３】
２６はアースローラ２２から当接解除可能な転写ローラで、中間転写ベルト２０上に形成されたトナー像を転写材Ｐに再転写する。
【００２４】
２８はクリーニング装置で、中間転写ベルト２０を挟んで従動ローラ２４に対向して設けられている。トナー像を転写材Ｐに転写後、中間転写ベルト２０は、トナーと同極性または逆極性の直流電圧を重畳した交流電圧が印加された除電ローラ２７で残留トナーの電荷が弱められ、クリーニングブレード２９によって周面上に残ったトナーが清掃される。
【００２５】
４は定着装置であって、金属の基体とシリコンゴムをベルト状に成型した定着ベルト４０とこれを狭持、搬送する加圧ローラ対の中、第１の加圧ローラ（以下、内部加圧ローラという。）４１および第２の加圧ローラである外部加圧ローラ４３、ベルト支持加熱ローラ（以下、単に加熱ローラという。）４２、補助ローラ４４、ハロゲンヒータ４６、４７、不図示のベルト清掃用のウェブ等からなっている。
【００２６】
７０は紙送り出しローラ、７１はタイミングローラ、７２は紙カセット、７３は搬送ローラである。
【００２７】
８１は定着が完了した転写材を排紙皿８２に搬送する排紙ローラである。
次に、本発明に係わる定着装置について説明する。
【００２８】
図２は、第１の実施の形態における定着装置の断面の拡大図である。
図２において、内部加圧ローラ４１は、鉄製の芯金４１０の表面にシリコーンゴム質の弾性層４１２を形成し、さらに外側にフッ素樹脂の被膜層４１１を被着している。加熱ローラ４２は薄手のアルミから形成された円筒状のもので、内側から所定の温度まで加熱するハロゲンヒータ４７等を有し、外側表面に密着して巻かれた前記定着ベルト４０はその伝導熱によって加熱される。その温度は、前記加熱ローラ４２に設置された接触温度センサ４８により検出され、コントロール部Ｂ１（図１参照）で温度制御される。
【００２９】
また、外部加圧ローラ４３は、アルミから成形された円筒状の芯金４３０に弾性体であるシリコーン系の弾性層４３１が焼き付けられ、その外周にフッ素樹脂層４３２が巻かれて、内側からハロゲンヒータ４６で加熱され、反時計方向に回転する。
【００３０】
図３は第１の実施の形態における定着駆動部の動力伝達を説明するための図である。
【００３１】
図３において、内部加圧ローラ４１、加熱ローラ４２は定着装置４の枠体５０に軸受けを介して支持されている。外部加圧ローラ４３は、前記枠体５０に設けられたガイド溝４１８に沿ってスライド可能な軸受４１９を介して前記枠体に支持されている。
【００３２】
内部加圧ローラ４１と外部加圧ローラ４３とはバネ架けリング４１６，４３６を介して加圧バネ４１７で、所定の圧力がかかった状態で常時当接している。あるいは、外部加圧ローラ４３を別部材に支持して、転写材を定着するときのみ加圧ローラ４１に圧力をかける機構にしてもよい。
【００３３】
また、内部加圧ローラ４１、外部加圧ローラ４３の軸には歯車４１５、４３５が一体に取付けられ、互いに噛合し、動力源である不図示のモータからの駆動力が歯車４３７を介して伝達される。両ローラの外径と歯車の歯数は、両ローラの当接部での線速度が等しくなるように設定されている。加熱ローラ４２は定着ベルト４０に従動して、定着ベルト４０を加熱する。
【００３４】
補助ローラ４４は不図示の軸受を介してガイド溝をスライドしバネ４４１の引力により矢印Ｆ方向（図２参照）にスライド可能となっており、定着ベルト４０を外部加圧ローラ４３へ巻きかけてニップ領域を広げる役割を持っている。
【００３５】
上記構成による動力伝達の機構では、実際の加圧時の両ローラの回転比は、弾性層４３１の変形があるため外径のみから定めるとニップ部（両ローラの接触領域）でズレ（滑り）が生じる。したがって、加圧状態でいずれか一方のローラを駆動し、それぞれのローラの回転数からその比を求め、可能な限りズレが生じないように歯車比を選定し、それでもズレが発生するときはいずれか一方のローラの外径を微調補正することで両ローラのニップ部での速度差が無くなるように設定する。
【００３６】
駆動力は、動力源から歯車４３７、４３５、４１５を介して、両ローラへの伝達され、外部加圧ローラ４３→内部加圧ローラ４１→定着ベルト４０→転写材のようになり、定着ベルト４０と外部加圧ローラ４３は周速度差はなくなる。
【００３７】
仮に、一方のローラのみの駆動力でベルトを駆動する場合、内部加圧ローラ４１→定着ベルト４０→転写材→外部加圧ローラ４３（もしくはその逆）という経路で動力が伝達されると、各界面で伝えるべき伝達力は伝達経路の上流ほど大きくなるため、内部加圧ローラと外部加圧ローラの両方に駆動が入力される場合に比べ、遙かに大きくなり、滑りによる画像ズレや、速度変動を原因とする転写や排紙との間で転写材の引っ張りやたるみによる不具合が生じる場合がある。したがって、前述した両ローラを駆動する方法はこのような不具合を回避できる（第１の発明）。
【００３８】
しかしながら、こうように速度差をなくしても、機械加工精度の限界や弾性層の経時変化により微小な速度変化が生じ、画像ズレ等の原因となるおそれがあるため、定着ベルト４０と内部加圧ローラ４１の間の摩擦係数μ１を他の界面との摩擦係数よりも小さくなるように設定する（第２の発明）。
【００３９】
具体的には、内部加圧ローラ４１の弾性層４１２（低硬度ゴム）の外周に低摩擦抵抗のフッ素樹脂層４１１を設けることにより、定着ベルト４０の表面と転写材の間の摩擦係数μ２よりも、内部加圧ローラ４１と定着ベルト４０の間の摩擦係数μ１の方を小さくすることにより、速度差が生じても、転写材の界面（特に、画像面のあるベルト側）で滑らず、内部加圧ローラ４１と定着ベルト４０の間で滑るため、画像ズレ等の不具合は回避できる。また、汚れなどによりμ１＞μ２となっても外部加圧ローラ４３と転写材の間の摩擦係数μ３をμ３＜μ２としておけば、先に外部加圧ローラ４３と転写材の間ですべりが発生するために、より高い信頼性が得られる。μ１、μ３は、内部加圧ローラ４１や外部加圧ローラ４３の表面にフッ素樹脂層を用いることで、一方の相手部材が転写材である摩擦係数がμ２よりも小さくすることができる。標準的には、μ１＝０．１程度、μ２、μ３は転写材の種類によって異なるがμ２＝０．１５〜０．３、μ３＝０．１５〜０．２程度が目安となる。
【００４０】
また、内部加圧ローラ４１の低硬度ゴム等の弾性層４１２だけにすると、ニップ幅は広くなるが、内部加圧ローラ４１の表面の粘着性が高くなる。この場合、定着ベルト４０との滑りをなくすことになり、内部加圧ローラ４１のたわみなどに起因するひずみを逃すことができず、異常音、ベルトしわ、ベルト断裂などが生じやすくなるので、低摩擦抵抗のフッ素樹脂層４１２を設けることにより滑りやすくすると、そのような故障を回避できる。
【００４１】
図４は、第２の実施の形態における定着装置の動力伝達を説明するための図である。
【００４２】
図４において、４５は定着ベルト４０の張設部材であり、４９は定着ベルト４０を外部定着ローラ４３に押し当てニップ領域を増やし、定着強度を向上させたり、高光沢度を得るための加圧パッドである。
【００４３】
定着領域に搬送されてきたトナー画像を担持している転写材Ｐは内部加圧ローラ４１と外部加圧ローラ４３によって作られる主加圧ニップＫに先立ち、外部加圧ローラ４３と定着ベルト４０との間で加圧、挟持され、前記加圧パッド４９で定着ベルト４０の熱で予熱される。その後、主ニップＫで定着ベルト４０の持つ熱と内部加圧ローラ４１および外部加圧ローラ４３の加圧によって、トナーは転写材に定着される。トナー層には弾性層直接、もしくはごく薄い離型層を介して弾性層が当接するため、弾性層が変形して、転写材やトナーの凹凸に追従して、均一に接触し光沢ムラなどのない均一な定着が行われ、トナー画像は適度な光沢を持ち、また定着後、転写材は安定して定着ベルト４０から分離する。
【００４４】
上記のような構成の、ベルトや加熱ローラ、ベルトの張設部材、加圧パッド等の多くの負荷を持つ定着装置でも第１の実施の形態と同様な加圧ローラとベルトの摩擦関係により、画像ズレを回避するのに本発明は有効である。
【００４５】
また、本発明は、トナーによる画像の被覆率（モノクロでは黒化率）が高く、トナーの介在によって転写材と定着ベルトの間の摩擦抵抗が小さくなりやすく、画像ズレが目立ちやすいカラー画像形成装置で特に有効である。
【００４６】
【発明の効果】
定着ベルトと内部加圧ローラとの間の摩擦係数が、定着ベルトと転写材との間の摩擦係数よりも小さく設定することによって転写材の滑りを回避し、画像ズレを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像形成装置の全体構成の一例を示す模式図である。
【図２】第１の実施の形態における定着装置の断面の拡大図である。
【図３】第１の実施の形態における定着駆動部の動力伝達を説明するための図である。
【図４】第２の実施の形態における定着装置の断面の拡大図である。
【符号の説明】
１画像形成手段
３ベルトユニット
４定着装置
４０定着ベルト
４１内部加圧ローラ
４３外部加圧ローラ
４５張設部材
４９加圧パッド
４１７加圧バネ

Claims

転写材上の未定着画像を加熱して固定する定着装置を備えた画像形成装置であって、前記定着装置は少なくとも、未定着画像に接して加熱加圧定着するベルトと、前記ベルトと転写材とを狭持加圧搬送する前記ベルトの内外に設置された加圧ローラ対を有し、当該加圧ローラ対の各ローラへは前記ベルトを介することなく駆動力が入力されていることを特徴とする画像形成装置。
転写材上の未定着画像を加熱して固定する定着装置を備えた画像形成装置であって、前記定着装置は少なくとも、未定着画像に接して加熱加圧定着するベルトと、前記ベルトと転写材とを狭持加圧搬送する前記ベルトの内外に設置された加圧ローラ対を有し、当該加圧ローラの中、ベルト内側に配設された第１の加圧ローラと前記ベルトの間の摩擦係数が、前記ベルトと転写材との間の摩擦係数よりも小さく設定されていることを特徴とする画像形成装置。
前記加圧ローラ対の中、前記ベルトの外側に配設されている第２の加圧ローラと転写材との間の摩擦係数が、前記ベルトと転写材との間の摩擦係数よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
転写材上の未定着画像を加熱して固定する定着装置を備えた画像形成装置であって、前記定着装置は少なくとも、未定着画像に接して加熱加圧定着するベルトと、前記ベルトと転写材とを狭持加圧搬送する前記ベルトの内外に設置された加圧ローラ対を有し、当該加圧ローラ対の中、ベルト内側に配設された第１の加圧ローラの表面をフッ素樹脂で被膜したことを特徴とする画像形成装置。