JP2005043585A - 画像形成装置の定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異常画像（画像ズレ）のない品質の良い画像と良好な搬送性を得る画像形成装置の定着装置を提供する。
【解決手段】第１の定着ローラ１９と対向する第２の定着ローラ４１とを有し、第２の定着ローラ４１に掛け渡して第２の定着ローラ４１とともに回転移動し未定着画像を有する記録媒体Ｐを定着ローラニップ間に案内する定着ベルト１８を有し、この定着ベルト１８の案内部分の速度とニップ部の速度差が１０％以下である画像形成装置の定着装置。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、用紙の表裏両面に画像を記録させる両面画像形成機能を備えた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、用紙の表裏両面に画像を記録させる方式として、片面にトナー像を転写した用紙を一度定着装置を通過させてから反転させ、再度用紙の別の面にトナー造を転写させてから定着させる方式が一般的に使用されている（例えば、特許文献１ないし８参照）。
この方式は、用紙の搬送方向切り換えや、一度定着された用紙がカールしていたりするため、搬送の信頼性確保に多くの課題を有している。上記の不具合を改善する技術として特許文献１が開示されている。この方式は記録媒体（用紙）の両面にトナー像を形成した後、１回で定着を行う。
詳細には、感光体上に形成した第１画像を第１の転写手段で転写ベルトに転写し、次に感光体上に形成した第２画像を第１の転写手段で転写紙の一面に転写する。その後転写ベルト上の第１画像を第２の転写手段で転写紙の他面に転写することで転写紙の両面に画像を転写し、定着するものが提案されている。
また、特許文献２には未定着像の搬送乱れを防止する技術が提案されている。特許文献２は、用紙の両面にトナー像を転写した後で定着装置に用紙を搬送するが、その搬送路に拍車を設置し、未定着の画像の乱れを防止している。両面に未定着トナー画像が転写された用紙を定着する場合、両面に未定着トナーが転写された用紙を直接定着ローラのニップ部に進入させていた。
【特許文献１】特開平１―２０９４７０号公報
【特許文献２】特開平１０−１４２８６９号公報
【特許文献３】特開２００１−２４２７３２公報
【特許文献４】特開２００１−１３８０５公報
【特許文献５】特開２０００−３１５５６７公報
【特許文献６】特開２００２−１７４９８８公報
【特許文献７】特開平１１−２３２３０７号公報
【特許文献８】特開２００１−６６９３３公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、先にどちらか一方の定着ローラの周面（非ニップ部）に用紙先端を当てるためローラと用紙の未定着トナー画像が擦れ、とくに用紙先端近辺の画像が乱れてしまうと言う不具合が生じていた。定着ローラニップ部に直接用紙先端を進入させることができればこの不具合は解消できるが実質的に不可能である。
上記特許文献２の技術は、未定着のトナーを保持した用紙を定着装置まで搬送する拍車が、経時的にトナーで汚れ、画像にそのトナーが移り、画像品質を劣化させる恐れがある。
両面に画像が転写された転写紙が定着ベルトにガイドされてくるため、定着ベルト上の速度が定着ニップ部で変化すると定着ベルト側に在る画像にズレが発生する。このため、転写紙が定着ベルトに接触開始する位置、転写紙が定着ベルトと接触終了する位置、転写紙が接触している定着ベルト部分の凹凸形状部分、この凹凸形状部分の曲率等のパラメータを調整する必要がある。
そこで本発明の目的は、上記の問題点を解決するために、異常画像（画像ズレ）のない品質の良い画像と良好な搬送性を得る画像形成装置の定着装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、第１の定着ローラと対向する第２の定着ローラとを有し、第２の定着ローラに掛け渡して第２の定着ローラとともに回転移動し未定着画像を有する記録媒体を定着ローラニップ間に案内する定着ベルトを有し、この定着ベルトの案内部分の速度とニップ部の速度差が１０％以下である画像形成装置の定着装置を最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明では、定着ベルト表面に電荷を付与する印加手段を有する請求項１に記載の画像形成装置の定着装置。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明による定着装置の実施の形態を採用した画像形成装置を示す概略中央断面図である。
第１の像担持体（感光体ドラム）１は回転可能に支持され、 矢印の方向に回転する。
第１の像担持体１の外周部には、クリーニング装置２、帯電装置３、現像装置５が配置されている。帯電装置３と現像装置５の間には、露光装置４より発せられるレーザ光４ａが照射される光書き込み部が在る。
第１の像担持体１はその一部が、第２の像担持体（中間転写ベルト）１０に接している。第２の像担持体１０は回転ローラ１１、１２、１３に移動可能に支持、張架されている。
第２の像担持体１０の裏側（ループの内側）には、第１の転写手段２０が第１の像担持体１の近傍に、その他に裏当てローラ１４、１５、冷却手段１６などが配置されている。第２の像担持体１０は耐熱性で、例えばポリイミド製ベルトであり、かつトナーを転写可能とする抵抗値を備えるベルトである。
第２の像担持体１０の外周部には、第２の転写手段２１、第２の像担持体用クリーニング装置２５が配置されている。加熱手段３０はヒータ等の熱源を内蔵したローラ等を内蔵したもので、第２の像担持体１０に接近して配置されている。記録媒体（用紙）が搬送されて定着の工程で、熱源に通電が行われる。
第２の像担持体１０を加熱装置に接近させることにより、例えば拍車等の他の搬送手段を用いないで未定着像を加熱装置に搬送できるため、画像乱れのない良好な画像品質が得られる。
【０００６】
クリーニング装置２５は、第２の像担持体１０が加熱手段３０に接近しているため、残留トナーは溶融した状態になるためローラクリーニング方式を用いた。内部にローラ２５Ａ、ブレード２５Ｂ、トナー搬送手段２５Ｃ等を備えている。またローラ２５Ａは図示しないが第２の像担持体１０に対し接離できる構成になっている。
ローラ２５Ａは本実施の形態では表面粗さ５μの金属ローラを使用している。第２の像担持体１０の表面粗さは３．４μである。第１の像担持体１、クリーニング装置２、帯電装置３、現像装置５などをユニット化し、プロセスカートリッジとして、寿命到来時に交換できるように構成することができる。
装置本体の下部の筐体には、第１の給紙装置が在る。給紙カセット２６が紙面に対し直角で、手前側に引き出せるように配置されている。給紙ローラ２７が回転することにより、給紙カセット２６に収納された記録媒体Ｐは、最上のものから１枚ずつ送り出され、レジストローラ２８に至る。
記録済みの記録媒体は、ローラ３２Ａ、ガイド３１Ａ、３１Ｂ、ローラ３２Ｂを経て、排紙スタック部４０に載置される。装置本体内部には、電装・制御装置Ｅ１、Ｅ２が収納されている。ファンＦ１は機内の温度過上昇防止のために稼働する。
【０００７】
上述した画像形成装置の動作を説明する。まず、記録媒体（用紙）Ｐの両面に画像を得る場合には、露光装置４のレーザ光源（図示せず）からの光は、帯電装置３で一様に帯電された第１の像担持体（感光体）１上に至り、書き込み情報に対応した潜像を形成する。
第１の像担持体上の潜像は現像装置５で現像され、トナーによる顕像が第１の像担持体１表面に形成・保持される。第１の像担持体１上のトナー像は、第２の像担持体（中間転写ベルト）１０の裏側にある第１の転写手段２０により、第１像担持体１と同期して移動する第２の像担持体１０表面に転写される。
第１の像担持体１表面は、残存するトナーがクリーニング装置２でクリーニングされ、次の作像サイクルに備える。
第２の像担持体１０上に転写されたトナー像は、第２の像担持体１０と共に矢印の方向に移動する。このトナー像が乱されないよう第２の転写手段２１、クリーニング装置２５は非作動状態（電気入力断或いは離間）を保持するように制御される。
第２の像担持体１０が所定の位置まで移動すると、記録媒体Ｐの別の面に作成されるべきトナー画像が第１の像担持体１に、前述したような工程で形成され始め、給紙装置から給紙が開始される。
給紙装置（給紙カセット）２６内の最上部に在る記録媒体Ｐが、給紙ローラの２７が矢印方向に回転することによって引き出され、レジストローラ対２８のニップ部に搬送される。
レジストローラ対２８を経て第２の像担持体１０と第１の像担持体１の間に送られる記録媒体Ｐにまず第１の像担持体１表面のトナーが、第１の転写手段２０により転写されるが、転写にさいして、記録媒体Ｐと画像の位置が正規のものとなるように、レジストローラ対２８の停止、回転によりタイミングがとられて搬送される。
【０００８】
第１の像担持体１から記録媒体Ｐにトナーが転写されている間、記録媒体Ｐの他面は第２の像担持体１０の上に乗っているトナーと共に移動する。第２の転写手段２１の領域を通過するとき、この第２の転写手段２１に電圧が印加され、第２の像担持体１０上のトナーは記録媒体Ｐに転写される。（図２参照）
第１の転写手段２０と第２の転写手段２１の作用で、その両面にトナー像が転写された記録媒体Ｐは、その後、第２の像担持体１０から離れ、定着手段３０のある領域に送られる。第２の像担持体１０の搬送方向は加熱手段の加圧ベルトに対して６０度以下の角度になるように配置されている。
図２は第２の像担持体と定着手段を示す概略図である。図３は図２の定着手段の詳細図である。第１定着ローラ１９は定着ベルト１８との協働で記録媒体（用紙）Ｐ上のトナー像（両面）が一度に定着され、排出部に搬送される。
第１定着ローラ１９と定着ベルト１８との記録媒体搬送速度を、第２の像担持体１０の記録媒体Ｐの定着ベルト１８上での搬送速度とほぼ同速度にすることにより両面に像を有する記録媒体Ｐの定着を画像の乱れなく行い、品質の良い画像と良好な搬送性を得ることが可能となる。
定着ベルト１８表面に電荷を帯電させ、記録媒体Ｐを定着ベルト１８表面に密着固定させる。これにより両面に像を有する記録媒体Ｐの定着を画像の乱れなく行い、品質の良い画像と良好な搬送性を得ることが可能となる。
【０００９】
第２の像担持体（中間転写ベルト）１０から記録媒体Ｐに転写される画像は、第１の像担持体（感光体）１表面で正像にし、第１の像担持体１から記録媒体Ｐに直接転写されるトナー像は、第１の像担持体１表面で逆像になるように露光される。
このような頁揃えのための作像順は画像データをメモリに貯蔵する公知の技術で、また正、逆像に切り換える露光も、公知の画像処理技術によって実現できている。
第２の像担持体１０から離れていたクリーニング装置２５は、第２の像担持体１０から記録媒体Ｐに画像が転写された後に接触し、記録媒体Ｐに転写した後の残留トナーをクリーニングローラ２５Ａの表面に移し、ブレード２５Ｂで掻き取る。掻き取られたトナーはトナー搬送手段２５Ｃにより、図示しない収納部に集められる。
上記クリーニング領域を通過した第２の像担持体１０は、冷却手段１６の作動により冷却される。冷却手段としては、各種放熱方式が採用できる。空気を流通させる方式では、第２の像担持体１０上に保持されたトナー像を乱すことがないように、記録媒体Ｐに転写した後に空気を流通させるなどの考慮がされると好都合である。第２の像担持体１０のループ内面に直接接触させて熱を奪う、ヒートパイプによる冷却手段も採用できる。
【００１０】
次に、記録媒体Ｐの片面に画像を得る場合の動作を説明する。排紙スタック部４０に排紙する場合に、第２の像担持体１０にトナーを転写する工程を省くことができ、第１の像担持体１の表面に形成されたトナー像を記録媒体Ｐに直接転写する。
図１において、第１の像担持体１上に形成されたトナー像との位置合わせのため同期を取って、記録媒体Ｐは第１の像担持体１と第２の像担持体１０の間に送られ、第１の転写手段２０により記録媒体Ｐにトナーが第１の像担持体１から転写される。
第２の転写手段２１は作動することなく、記録媒体Ｐは第２の像担持体１０とともに移動し、その後記録媒体Ｐは第２の像担持体１０から離れトナーが定着される。その後ガイド３１Ａ、Ｂ、排紙ローラ対３２Ａ、Ｂを経て矢印Ａの方向に排出され、画像面が下になった状態（フェースダウン）で排紙スタック部４０に載置される。
図２および図３において、第１定着ローラ１９、第２定着ローラ４１、定着ベルト１８、加熱ローラ４４、加熱ヒータ４３、定着ヒータ４５、未定着画像の転写紙４６、第１定着ローラ１９には定着ヒータ４５、加熱ローラ４４には加熱ヒータ４３が内蔵されそれぞれ適当な温度に制御されている。第１定着ローラ１９と第２定着ローラ４１間に圧力が掛かって定着動作が行われる。
加熱ヒータ４３、定着ヒータ４５はハロゲンヒータを使用して被加熱部材を加熱しているが、特許文献３および４に記載されているような誘導加熱方式（ＩＨ加熱源）を使用することも可能である。
【００１１】
加熱源への電力供給は商用電源から行われているが、補助電源を設けて、この補助電源から電力を供給することも可能である。補助電源としては特許文献５および６に開示されているような電気２層コンデンサ（電気化学コンデンサ）を利用するのが好ましい。
また、本実施の形態では加熱ローラ４４を使用しているが、特許文献７および８に記載されているような無端帯状の部材を使用することもできる。
第２定着ローラ４１と加熱ローラ４４間には定着ベルト１８が掛けられていて加熱ローラ４４で加熱される。定着ベルト１８は加熱ローラ４４により適正な張力が与えられている。第１定着ローラ１９の表面には厚肉（５ｍｍ）の耐熱ゴムとＰＦＡチューブが被覆されている。
また、第２定着ローラ４１表面には薄肉（１ｍｍ以下）の耐熱ゴムを被覆してある。定着ベルト１８はＮｉがベースで薄肉（０．２ｍｍ程度）の耐熱ゴムとＰＦＡチューブが被覆されている。
第１定着ローラ１９の表面硬度が第２定着ローラ４１よりも小さい構成になっていて、定着ニップ部では第１定着ローラ１９側が凹形状のニップとなる。この結果定着ベルト１８の表面上での凹凸がなくなり、定着ベルト１８の表面上の速度変化がなくなり画像ズレの発生が無くなる。
また、第２定着ローラ４１側が凹形状のニップになっても転写紙接触部分（フラット部）の速度に比較してニップ部の速度差が少なければ画像ズレが発生しないことが確かめられている。
【００１２】
第２定着ローラ４１側が凹形状のニップ形状を作るローラ構成は次のようになる。第１定着ローラ１９の表面には薄肉（１ｍｍ）の耐熱ゴムとＰＦＡチューブが被覆されている。
また、第２定着ローラ４１表面には薄肉（３ｍｍ以下）の耐熱ゴムを被覆してある。定着ベルト１８はＮｉがベースで薄肉（０．２ｍｍ程度）の耐熱ゴムとＰＦＡチューブが被覆されている。第１定着ローラ１９の表面硬度が第２定着ローラ４１よりも大きい構成になっていている。確認した範囲では速度差が１０％以内であれば画像ズレが発生しない。
定着ベルト１８に対して第２の像担持体１０に搬送される未定着画像の転写紙４６が適正角度（θ）で矢印方向に回転している定着ベルト１８に当接し、その後定着ベルト１８に吸着して同速度で搬送され第１定着ローラ１９と第２定着ローラ４１間のニップで定着される。
記録媒体の搬送方向と定着ベルトの角度は６０度以下で適正な搬送性が得られた。記録媒体と定着ベルトの搬送速度は記録媒体の種類（剛性、表面性等）・画像種類により異なるが、記録媒体の搬送速度が定着ベルトの搬送速度よりも若干速くする必要がある（最大５％）。
【００１３】
本発明によれば、両面画像形成装置において前記第２の像担持体１０を加熱手段３０に近づけ下記構成にすることによって拍車等他の搬送手段を無くすことができる。第２の像担持体１０を、加圧ベルトを有する加熱手段３０に近づけ第２の像担持体１０の搬送方向を加熱手段３０の定着ベルト１８に対して６０度以下の角度になるように配置する。つまり、第２の像担持体１０の搬送方向と定着ベルト１８面との角度θを６０度以下にする。
記録媒体Ｐは６０度以下の角度で定着ベルト１８に接触し定着ベルト１８と共に定着ニップに向けて搬送される。加熱手段３０の定着ベルト１８表面に電荷を帯電させ記録媒体Ｐを定着ベルト１８表面に吸着させる。
これらにより両面に像を有する記録媒体Ｐの定着を画像の乱れなく行い、品質の良い画像と良好な搬送性を得ることが可能となる。定着ベルト表面に電荷を帯電させ記録媒体を定着ベルト表面に吸着させるには新たにバイアス印加の機能を持つ別部材（ブラシ、ローラ等）を定着ベルト表面に接触・設置する必要がある。
定着ベルトに対向し加圧・接触するローラ４２にバイアス印加の機能を持たせることにより、新たにバイアス印加の機能を持つ別部材（ブラシ、ローラ等）を定着ベルト表面に接触・設置する必要がなくなる。別部材を接触・設置した場合にはそれ自体のトナーによる汚れを防止する手段も考慮しなければならない。
両面画像形成装置において両面画像を有する記録媒体が定着ベルトに接触しながらガイドされ定着ニップ部に進入し、定着される。このとき定着ベルト上で速度差が有ると定着時に定着ベルト側の画像にズレが発生する。
これを解決するために、本発明は両面画像形成装置において両面画像を有する転写紙が定着ベルトに接触しながらガイドされ定着ニップ部に進入し、定着される。定着ベルト上で速度差（変動）を無くす（少なく）することにより定着時に定着ベルト側の画像にズレが発生しない。
転写紙が定着ベルトに接触しながらガイドされるときに定着ベルトから熱を受け定着ベルト側の画像が溶融し半定着状態になる。この状態でそれまでと速度が異なる定着ニップに入って定着すると画像ズレが発生する。
また、定着ベルト表面に電荷を帯電させ記録媒体を定着ベルト表面に吸着させると、とくにその現象（画像ズレ）が顕著になってくる。吸着しないと接触する時点での画像ズレが発生する。
【００１４】
定着ベルト上で速度差（変動）を無くする（少なくする）ことにより両面に像を有する記録媒体の定着を画像の乱れなく行い、品質の良い画像と良好な搬送性を得ることが可能となる。
これを実現するために、第１の像担持体１と第２の像担持体１０とを備え、前記第１の像担持体１から前記第２の像担持体１０に像を転写する工程と、前記第１の像担持体１から記録媒体Ｐの片面に像を転写する工程と、前記第２の像担持体１０から前記記録媒体Ｐの他方に像を転写する工程により記録媒体Ｐの両面に像を形成する画像形成装置において、前記第２の像担持体１０に耐熱ベルトを使用して加熱手段に接近させる。
第１の定着ローラと対向する第２の定着ローラと定着ローラの内少なくとも一つのローラを駆動する駆動手段と第２の定着ローラに掛け渡した定着ベルトが第２定着ローラとともに回転移動し、両面に未定着トナー画像が転写された記録媒体を定着ニップにガイドする。
第２の像担持体１０の搬送方向を加熱手段３０の定着ベルト１８に対して適正な角度になるように配置する。記録媒体Ｐは適正な角度でベルトに接触しベルトと共に定着ニップに向けて搬送される。また、定着ベルトに対向し加圧・接触するローラ４２からバイアスを印加し加熱手段のベルト表面に電荷を帯電させ記録媒体をベルト表面に吸着させる。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１によれば、異常画像（画像ズレ）のない品質の良い画像と良好な搬送性を得ることができる。
請求項２によれば、定着ベルト表面にバイアスを印加させ記録媒体を定着ベルトに吸着させることにより記録媒体が加圧ベルト上でズレないようにし記録媒体をスムーズに加熱手段に受け渡すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による定着装置の実施の形態を採用した画像形成装置を示す概略中央断面図。
【図２】第２の像担持体と定着手段を示す概略図。
【図３】図２の定着手段の詳細図。
【符号の説明】
１８ 定着ベルト
１９ 第１定着ローラ
４１ 第２定着ローラ
４２ 印加手段

Claims (2)

1. 第１の定着ローラと、これと対向する第２の定着ローラとを有し、第２の定着ローラに掛け渡して第２の定着ローラとともに回転移動し未定着画像を有する記録媒体を定着ローラニップ間に案内する定着ベルトを有し、この定着ベルトの案内部分の速度とニップ部の速度差が１０％以下であることを特徴とする画像形成装置の定着装置。
2. 定着ベルト表面に電荷を付与する印加手段を有することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置の定着装置。

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