JP2005004126A

JP2005004126A - 定着装置

Info

Publication number: JP2005004126A
Application number: JP2003170358A
Authority: JP
Inventors: Yasuto Okabayashi; 康人岡林
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2003-06-16
Filing date: 2003-06-16
Publication date: 2005-01-06
Anticipated expiration: 2023-06-16
Also published as: JP4329422B2

Abstract

【課題】常に良好な画像定着を行うとともに、記録媒体にしわが発生するのを防止することができる定着装置を提供する。
【解決手段】無端状ベルト２を介して定着ロール１と加圧パッド３が有する第１のパッド３ａとの間に記録紙Ｐを挟み込み、トナー像を加熱溶融して記録紙に圧着する。第１のパッド３ａの押圧面は、無端状ベルト２の幅方向の中央部における周方向の寸法ａと、幅方向の両端における周方向の寸法ｂとの比ａ／ｂ（＝α）は、１＞α＞０．３となっている。１＞αとすることによって、第１のパッド３ａと定着ロール１とのニップ部における幅方向の中央部より両端付近で記録紙Ｐの搬送力が大きくなる。このため、ニップ部の上流側で無端状ベルト２及び記録紙Ｐに幅方向に引張する力が作用し、しわが生じるのが防止される。また、α＞０．３とすることによって、幅方向にほぼ均一に良好な定着を行なうことができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像記録装置において、記録媒体上に形成・担持された未定着トナー画像を記録媒体に定着させる定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
広く用いられている電子写真方式の画像記録装置においては、像担持体上に形成された静電潜像にトナーを転移することによってトナー像を形成し、これを記録媒体上に転写した後、定着装置により加圧および加熱して記録画像を得る。
上記定着装置として一般的に知られているものは、熱源を有する定着ロールに加圧ロール又は無端状ベルトを介して加圧部材が圧接されており、定着ロールが高温に加熱された状態で、定着ロールと加圧ロール又は加圧部材との圧接部にトナー像を担持した記録媒体が送り込まれ、トナー像が定着される。
【０００３】
このような定着装置では、定着ロールと加圧ロール又は加圧部材との圧接部において幅方向に圧力分布が生じ、シート状の記録媒体を搬送する力が不均等になることがある。このような状態で中央部におけるシートの搬送力が両端部より大きくなると、シートが圧接部に送り込まれるのにともなってシートの両端部が中央部に引き寄せられ、圧接部でシートに搬送方向のしわが生じるおそれがある。また、定着ロールと加圧部材との間に挟み込まれて周回駆動する無端状ベルトにも、シートと同様にしわが生じるおそれがある。
【０００４】
上記のようにシートやベルトにしわが生じるのを防ぐために、次のような技術が提案されている。
特許文献１に記載の定着装置では、加熱源を有する加熱ロールと、複数のロールによって張架されて周回駆動する無端状ベルトとが圧接されており、加熱ロールの形状が幅方向の中央部から両端部にかけて径が拡大される、いわゆる逆クラウン型となっている。また、特許文献２に記載の定着装置では、加圧ロールと加熱体とが無端状ベルトを介して圧接されており、加圧ロールが逆クラウン型となっている。このため、幅方向の中央部より両端部においてシートの搬送速度及びベルトの周回速度が大きくなり、圧接部の上流側でシート及びベルトが幅方向に引張され、シート及びベルトにしわが生じにくくなる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−２６６２５３号公報
【特許文献２】
特開平４−４４０７６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような定着装置においては次のような問題点がある。
芯金からなる加熱ロールや芯金と弾性層とからなる加圧ロールの形状を逆クラウン型とするものでは、その径の差は微小であり、極めて精度良く加工する必要がある。このため、多くのコストや時間を要してしまう。特に、弾性層を有する加圧ロールにチュービング加工を施して表面離型層を形成する場合、幅方向における中央部の径と両端部の径との比が所定の値となるように、高精度に加工するのが難しい。そして、中央部と両端部とで径の差が小さすぎると、しわを防止する効果が十分に発揮されない。一方、中央部の径に対して両端部の径が大き過ぎると、幅方向の中央部で記録媒体を十分に圧接することができず、定着不良となるおそれがある。
【０００７】
本願発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、常に良好な画像定着を行うとともに、記録媒体にしわが発生するのを防止することができる定着装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するために、本願の請求項１に記載の発明は、内部に熱源を備え、回転駆動される定着ロールと、一部が前記定着ロールの周面と接触し、周回移動が可能に支持された無端状ベルトと、前記定着ロールの軸線方向に沿って配置され、前記無端状ベルトを該無端状ベルトの内側から前記定着ロールに押圧する加圧パッドと、を有し、前記加圧パッドの押圧面は、該無端状ベルトの周方向の寸法が、該無端状ベルトの幅方向の中央部より両端付近で大きくなっていることを特徴とする定着装置を提供する。
【０００９】
定着ロールに押圧する加圧パッドの押圧面は、該無端状ベルトの周方向の寸法が、無端状ベルトの幅方向の中央部より両端付近で大きくなっているので、幅方向の中央部より両端付近で定着ロールと無端状ベルト及び記録媒体との間の摩擦力が大きくなり、両端付近で無端状ベルト及び記録媒体の搬送力が大きいものとなっている。従って、加圧パッドと定着ロールとの圧接部の上流側で、無端状ベルト及び記録媒体に幅方向に引張する力が作用し、無端状ベルト及び記録媒体にしわが生じるのが防止される。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の定着装置において、前記定着ロールは、周面に弾性体層を有し、前記加圧パッドは、定着ロールに押圧した時に弾性的に変形する第１の圧接部材と、該第１の圧接部材の周回方向下流側に配置され、前記第１の圧接部材より硬度の高い第２の圧接部材とを有するものとする。
【００１１】
第２の圧接部材は第１の圧接部材より硬度が高く、圧接部の下流側で定着ロールに押圧されており、この圧接力によって定着ロールの弾性体層にひずみが生じる。このひずみが生じた部分で定着ロールの周面の移動速度が、第１の圧接部材が押圧されている領域よりわずかに大きくなる。このため、定着ロールに従動して移動する記録媒体と、定着ロールのひずみが生じた部分との速度に差が生じ、記録媒体が定着ロールから剥離され易くなる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の定着装置において、前記第１の圧接部材の押圧面は、前記無端状ベルトの幅方向の中央部における周方向の寸法ａと、幅方向の両端における周方向の寸法ｂとの比ａ／ｂ（＝α）は、１＞α＞０．３の範囲となっているものとする。
【００１３】
上記第１の圧接部材の押圧面は、無端状ベルトの幅方向の中央部における周方向の寸法ａと、幅方向の両端における周方向の寸法ｂとの比ａ／ｂが１以下となることによって、記録媒体及び無端状ベルトを定着ロールに押圧する力に差が生じ、両端部で搬送力が大きくなってしわを防止する効果が現れる。一方、押圧部の中央部における周方向の寸法ａと、両端における周方向の寸法ｂとの比ａ／ｂが小さくなると、画像を定着する機能が中央部と両端部とで大きく異なることになり、良好な画像定着が難しくなるが、この比ａ／ｂを０．３以上とすることによって、中央部と両端部とで大きな差を生じることなく、良好な画像定着ができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の定着装置において、第１の圧接部材と第２の圧接部材とは、バネ係数が異なるバネを介して前記定着ロールに押圧されているものとする。
【００１５】
上記定着装置では、第１の圧接部材と第２の圧接部材とを異なる押圧力で定着ロールに押圧することができる。これにより、第１の圧接部材を適切な圧力で定着ロールに押圧して良好な定着を行なうことができるとともに、記録媒体及び無端状ベルトが定着ロールに従動して円滑に移動する。また、第２の圧接部材を適切な力で定着ロールに押圧して定着ロールの弾性体層にひずみを生じさせ、該定着ロールから記録媒体を剥離し易い状態とすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、本願に係る発明の一実施形態である定着装置を示す概略構成図である。
この定着装置は、円筒状の定着ロール１の外周面に無端状ベルト２が圧接されており、該無端状ベルト２の内側には、第１のパッド３ａ及び第２のパッド３ｂからなり、無端状ベルト２を定着ロール１に押圧する加圧パッド３と、無端状ベルト２の内周面に潤滑剤を供給するオイル供給部材４と、無端状ベルト２の周回移動をガイドするガイド部材５ａ、５ｂと、無端状ベルト２と加圧パッド３との間に挟み込まれている摺動用シート６と、第１のパッド３ａを支持するパッド支持部材７ａと、このパッド支持部材７ａを定着ロールに対して付勢するスプリング７ｂと、第２のパッド３ｂ、オイル供給部材４、ガイド部材５ａ、５ｂ及びスプリング７ｂを支持するフレーム８と、フレーム８の幅方向（無端状ベルト２の幅方向）の両端部を支持するベルトエンドガイド９と、ベルトエンドガイド９に取り付けられ、スプリング１０ａによりベルトエンドガイド９を介してフレーム８を定着ロール１側に付勢する加圧レバー１０と、で主要部が構成されている。なお、図１中の符号１２は、フレーム８上でスプリング７ｂを支持する台座、符号１３は、スプリング７ｂの側面をガイドするとともに、一部が無端状ベルトの内面に接触してガイドする補助部材を示す。
【００１７】
上記定着ロール１は、円筒状芯金１ｂの内部にハロゲンランプ等の加熱源１ａを有しており、芯金１ｂの表面にシリコーンゴムからなる弾性体層１ｃと、最表層にフッ素樹脂からなる離型層１ｄとが設けられている。該定着ロール１は、直径が約２５ｍｍで、図示しない駆動源によって回転駆動される。
【００１８】
上記無端状ベルト２は、ベース層と表面層との２層構造となっており、ベース層には、耐熱性、強度、表面平滑性を考慮してポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド等の耐熱性樹脂や、アルミニウム、ステンレス等の金属を用い、表面層には、耐熱性およびトナーとの離型性の高いシリコーンゴム、フッ素ゴム、フッ素コート等を用いている。
【００１９】
上記加圧パッド３は、図２に示すように、定着ロール１との圧着時に弾性的に変形する第１のパッド３ａと、無端状ベルト２の周回方向における第１のパッド３ａの下流側に配置され、第１のパッド３ａより硬度の高い第２のパッド３ｂとで構成されている。
第１のパッド３ａは、ゴム硬度１５°〜４０°のシリコーンゴムからなり、合成樹脂製のパッド支持部材７ａに嵌め合わせて支持されている。そして、スプリング７ｂ及び加圧レバー１０を付勢するスプリング１０ａにより、無端状ベルト２及び摺動シート６を介して定着ロール１に押圧されている。スプリング７ｂは加圧レバー１０を付勢するスプリング１０ａよりバネ係数が小さくなっており、このスプリング７ｂを介してパッド支持部材７ａを付勢することによって、第２のパッド３ｂとは独立して、第１のパッド３ａの定着ロール１に対する押圧力を適切に設定することができる。この面圧Ｐは、７．３５Ｎ／ｃｍ^２（０．７５ｋｇ／ｃｍ^２）＞Ｐ＞１９．６Ｎ／ｃｍ^２（２．０ｋｇ／ｃｍ^２）とするのが望ましい。
【００２０】
また、第１のパッド３ａの押圧面は、無端状ベルト２の周方向の寸法が幅方向の中央部より両端付近で大きいものとなっている。そして、無端状ベルト２の幅方向の中央部における周方向の寸法ａと、幅方向の両端における周方向の寸法ｂとの比ａ／ｂ（＝α）は０．６となっている。この比αは、１＞α＞０．３の範囲とすることができ、特に、０．７５＞α＞０．５の範囲とするのが望ましい。これにより、第１のパッド３ａと定着ロール１とのニップ部における幅方向の中央部より両端付近で、定着ロール１と無端状ベルト２及び記録紙Ｐとの摩擦力が大きくなり、搬送力が大きくなる。このため、ニップ部の上流側で無端状ベルト２及び記録紙Ｐに幅方向に引張する力が作用し、しわが生じるのが防止される。
【００２１】
第２のパッド３ｂは、第１のパッド３ａより硬度の高い合成樹脂又は金属からなり、フレーム８及び加圧レバー１０を介してスプリング１０ａによって、第１のパッド３ｂより大きな力で定着ロール１に押圧されている。この押圧力によって定着ロール１の弾性体層１ｃにひずみが生じ、この部分で定着ロール１の周面の移動速度が大きくなる。そして、定着ロール１の周面の速度と記録紙が搬送される速度との間にずれが生じ、記録紙Ｐが定着ロール１から剥離され易くなる。
【００２２】
上記オイル供給部材４は、無端状ベルト２の内側に支持され、該オイル供給部材４の表面が無端状ベルト２の内周面に接触している。このオイル供給部材４は、フェルト等の不織布からなり、このフェルトにシリコーンオイル等の離型剤が含浸されている。
【００２３】
上記摺動用シート６は、上流側の縁部がガイド部材５ａもしくは補助部材１３を介してフレーム８に固定され、無端状ベルト２の内周面に沿って接するように加圧パッド３に掛け回され、他方の縁部は拘束されずに自由端となっている。この摺動用シート６は、ポリイミド等の平滑な面を有するシート状部材が用いられ、無端状ベルト２の内周面との摩擦が小さいため、該無端状ベルト２は、定着ロール１の回転に従動して円滑に回転するものとなっている。
【００２４】
このような定着装置では、図示しない転写装置によりトナー像が転写された記録紙Ｐが、上記定着ロール１と無端状ベルト２との間に送り込まれる。そして、定着ロール１と第１のパッド３ａとのニップ部に記録紙Ｐを挟み込んで、定着ロール１の熱によってトナー像を加熱溶融する。これと同時に第１のパッド３ａ及び第２のパッド３ｂによって加圧され、溶融したトナー像は記録紙Ｐに圧着される。このとき、第１のパッド３ａの押圧面Ｓの形状により、記録紙の幅方向における両端部では中央部よりわずかに搬送力が大きくなっているため、記録紙の上流側で幅方向の引張力が作用し、搬送方向のしわが防止される。そして、トナー像が圧着された記録紙Ｐは、定着ロール１と第２のパッド３ｂとのニップ部では、定着ロール１の周面速度と記録紙Ｐの搬送速度とに微小な差が生じて定着ロール１から剥離され、搬送路１１に送り出される。
【００２５】
次に、上記定着装置を用いて実験を行なった結果を、表１、表２および図３に基づいて説明する。
表１（ａ）は、第１のパッド３ａの押圧面Ｓの形状を変えて、記録紙の幅方向の中央部に対する両端部の搬送速度を比較したものであり、無端状ベルト２の幅方向の中央部における周方向の押圧面Ｓの寸法ａと、幅方向の両端における周方向の寸法ｂとの比ａ／ｂ（＝α）を変えて実験を行なったものである。この表によれば、０．７５＞α≧０．３のとき、無端状ベルト２と定着ロール１との間に送り込まれた記録紙の幅方向の両端部における搬送速度が中央部より大きくなっており、記録紙が幅方向に引張され、記録紙にしわが生じにくくなる。
【００２６】
また、表１（ｂ）は、ａ／ｂ（＝α）を変えて記録紙の幅方向の中央部における定着性を比較したものであり、１＞α＞０．５のとき中央部でも定着性が良好となっている。すなわち、第１のパッド３ａが幅方向の中央部においても定着ロール１に適切に押圧されており、幅方向にほぼ均一な画質の定着画像を形成することができる。
【００２７】
【表１】

【００２８】
表２（ａ）は、第１のパッド３ａと定着ロール１との面圧Ｐによる記録紙の搬送性を比較したものであり、表２（ｂ）は、面圧Ｐによる無端状ベルト２の摺動性を比較したものである。これらの結果から、７．３５Ｎ／ｃｍ^２（０．７５ｋｇ／ｃｍ^２）＞Ｐ＞１９．６Ｎ／ｃｍ^２（２．０ｋｇ／ｃｍ^２）のとき、記録紙の搬送力が適切で記録紙が良好に搬送されるとともに、無端状ベルト２が定着ロールに従動して円滑に周回駆動されることがわかる。
【００２９】
【表２】

【００３０】
図３は、記録紙の後方部に搬送方向のスリットを３ヶ所に形成し、該記録紙を搬送したときのスリットの開き量を表したグラフである。スリットは、図４に示すように、記録紙の幅方向における中央及び両側縁から幅の１／４の位置に設ける。
実験には、定着ロールへの押圧面の形状が、中央部における周方向の寸法ａ＝３ｍｍ、両端における周方向の寸法ｂ＝６ｍｍ、α＝０．５のフレアー型のパッドと、比較対象として、ａ＝６ｍｍ、ｂ＝６ｍｍ、α＝１の矩形のパッドとを用い、パッドと定着ロールとの面圧を１．０ｋｇ／ｃｍ^２としている。なお、図３において、記録紙の画像形成装置本体の前面側をフロントとし、背面側をリアとしている。
【００３１】
このグラフより、α＝０．５のフレアー型のパッドでは、記録紙のフロント及びリアに該記録紙を幅方向に引張する力が作用してスリットが開いており、記録紙にしわが生じにくいことがわかる。一方、α＝１の矩形のパッドでは、記録紙に幅方向の引張力があまり作用せず、記録紙にしわが生じ易い。
【００３２】
図５は、請求項１に記載の発明に係る定着装置の他の実施形態を示す概略構成図である。
この定着装置は、加圧パッド２３によって定着ロール２１の外周面に無端状ベルト２２が圧接されており、定着ロール２１と無端状ベルト２２との間にトナー像が転写された記録紙Ｐを挟み込んでトナー像を加熱溶融し、該トナー像を記録紙に圧着するものである。
【００３３】
上記加圧パッド２３は、図１に示す定着装置で用いられている第１のパッド３ａと同様に、ゴム硬度１５°〜４０°のシリコーンゴム等の合成樹脂からなり、無端状ベルト２２の幅方向の中央部における周方向の寸法ａと、幅方向の両端における周方向の寸法ｂとの比ａ／ｂ（＝α）が、１＞α＞０．３の範囲となっている。従って、加圧パッド２３と定着ロール２１とのニップ部において、幅方向の中央部より両端付近で無端状ベルト２２及び記録紙Ｐの搬送力が大きくなり、無端状ベルト２２及び記録紙Ｐにしわが生じるのを防止することができる。
なお、定着ロール２１、無端状ベルト２２、オイル供給部材２４、ガイド部材２５、摺動用シート２６、パッド支持部材２７、フレーム２８、ベルトエンドガイド２９、加圧レバー３０は、図１に示す定着装置と同様のものが用いられている。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本願発明の定着装置では、無端状ベルトの内側から定着ロールに押圧される加圧パッドの押圧面は、無端状ベルトの周方向の寸法が、該無端状ベルトの幅方向の中央部より両端付近で大きくなっている。このため、幅方向の中央部より両端付近で定着ロールと無端状ベルト及び記録紙との摩擦力が大きく、無端状ベルト及び記録紙の搬送力が大きいものとなっている。これにより、無端状ベルト及び記録紙に幅方向の引張力が作用し、しわが生じるのが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願に係る発明の一実施形態である定着装置を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す定着装置が有する加圧パッドを示す斜視図である。
【図３】本願発明に係る定着装置の効果を検証するために行なった実験の結果を示すグラフである。
【図４】図３に結果を示す実験で用いた記録紙を示す概略図である。
【図５】請求項１に記載の発明に係る定着装置の他の実施形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１、２１定着ロール
２、２２無端状ベルト
３、２３加圧パッド
４、２４オイル供給部材
５、２５ガイド部材
６、２６摺動用シート
７ａ、２７ａパッド支持部材
７ｂ、２７ｂスプリング
８、２８フレーム
９、２９ベルトエンドガイド
１０、３０加圧レバー
１１搬送路
１２台座
１３補助部材

Claims

内部に熱源を備え、回転駆動される定着ロールと、
一部が前記定着ロールの周面と接触し、周回移動が可能に支持された無端状ベルトと、
前記定着ロールの軸線方向に沿って配置され、前記無端状ベルトを該無端状ベルトの内側から前記定着ロールに押圧する加圧パッドと、を有し、
前記加圧パッドの押圧面は、該無端状ベルトの周方向の寸法が、該無端状ベルトの幅方向の中央部より両端付近で大きくなっていることを特徴とする定着装置。
前記定着ロールは、周面に弾性体層を有し、
前記加圧パッドは、
定着ロールに押圧した時に弾性的に変形する第１の圧接部材と、
該第１の圧接部材の周回方向下流側に配置され、前記第１の圧接部材より硬度の高い第２の圧接部材とを有することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記第１の圧接部材の押圧面は、前記無端状ベルトの幅方向の中央部における周方向の寸法ａと、幅方向の両端における周方向の寸法ｂとの比ａ／ｂ（＝α）は、１＞α＞０．３の範囲となっていることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
第１の圧接部材と第２の圧接部材とは、バネ係数が異なるバネを介して前記定着ロールに押圧されていることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。