JP2005084484A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 定着装置における記録紙の搬送能力の安定を図ることにより、長期に亘り紙しわや画像ずれ等の発生を抑えて高品質な画像を形成する。
【解決手段】 回動可能な定着ロール61と、定着ロール61に接触しながら移動可能であって、内周面に溝が形成されたエンドレスベルト62と、エンドレスベルト62の内側に配置され、エンドレスベルト62を定着ロール61に圧接させて定着ロール61とエンドレスベルト62との間に用紙Pが通過するニップ部Nを形成する圧力パッド64とを備えており、さらに加えて、エンドレスベルト62と圧力パッド64との間に設けられ、エンドレスベルト62との摺擦面に溝が形成された低摩擦シート68を備えている。
【選択図】 図2
【解決手段】 回動可能な定着ロール61と、定着ロール61に接触しながら移動可能であって、内周面に溝が形成されたエンドレスベルト62と、エンドレスベルト62の内側に配置され、エンドレスベルト62を定着ロール61に圧接させて定着ロール61とエンドレスベルト62との間に用紙Pが通過するニップ部Nを形成する圧力パッド64とを備えており、さらに加えて、エンドレスベルト62と圧力パッド64との間に設けられ、エンドレスベルト62との摺擦面に溝が形成された低摩擦シート68を備えている。
【選択図】 図2
Description
本発明は、定着装置等に関し、より詳しくは例えば電子写真方式を利用した画像形成装置に用いられる定着装置等に関する。
電子写真方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置では、例えばドラム状に形成された感光体を一様に帯電し、この感光体を画像情報に基づいて制御された光で露光して感光体上に静電潜像を形成する。そして、この静電潜像をトナーによって可視像(トナー像)とし、さらにこのトナー像を記録紙に転写し、これを定着装置によって定着して画像形成している。
かかる画像形成装置に用いられる定着装置においては、図7に示したように、円筒状の芯金111の内部に加熱源113を備え、その芯金111の外周面に離型層112が形成された定着ロール110と、この定着ロール110に対して圧接配置され、芯金121の外周面に耐熱性弾性体層122、および耐熱性樹脂被膜あるいは耐熱性ゴム被膜による離型層123が形成された加圧ロール120とで構成されている。そして、定着ロール110と加圧ロール120との間に、未定着トナー像を担持した記録紙を通過させて、未定着トナー像に対して加熱と加圧とを行うことによって、記録紙にトナー像を定着している。このような定着装置は、加熱ロール方式と呼ばれて、一般的に広く利用されている。
ところで、加熱ロール方式の定着装置において高速化を図ろうとする場合には、トナーと記録紙に充分な熱量を供給するために、ニップ幅を定着速度に比例して広くすることが必要となる。ニップ幅を広くする方法として、定着ロールと加圧ロールとの間の荷重を大きくする方法や、弾性体の厚さを厚くする方法、さらにはロール径を大きくする方法がある。
しかし、荷重を大きくする方法や、弾性体の厚さを厚くする方法では、ロールの撓みに起因するニップ幅の形状がロール軸に沿って不均一になることから、定着むらや紙しわが発生する等の画像品質上の問題が生じる。また、ロール径を大きくする方法では、装置の大型化を招くとともに、ロールを室温から定着可能温度まで上昇させるまでの時間(ウォームアップタイム)が長くなるという問題がある。
しかし、荷重を大きくする方法や、弾性体の厚さを厚くする方法では、ロールの撓みに起因するニップ幅の形状がロール軸に沿って不均一になることから、定着むらや紙しわが発生する等の画像品質上の問題が生じる。また、ロール径を大きくする方法では、装置の大型化を招くとともに、ロールを室温から定着可能温度まで上昇させるまでの時間(ウォームアップタイム)が長くなるという問題がある。
そこで、これらの問題を解消して、画像形成装置の高速化に対応した定着装置を実現するべく、本出願人は、表面が弾性変形する回転可能な加熱ロールと、この加熱ロールに接触したまま走行可能なエンドレスベルトと、このエンドレスベルトの内側に非回転状態で配置された圧力パッドとを具備し、圧力パッドによって、加熱ロールとの接触面が形成されるようにエンドレスベルトを加熱ロールに圧接させ、エンドレスベルトと加熱ロールとの間にシートを通過させることができるようにベルトニップを設けるとともに、加熱ロールの表面のうち、シートの出口側を局部的に弾性変形させるように構成した定着装置に関する技術を提案している(例えば、特許文献1参照)。
かかる特許文献1に記載した技術では、従来の加熱ロール方式の定着装置における加圧ロールに代え、圧力パッドを用いてエンドレスベルトを加熱ロールに圧接させている。このような構成を採用することにより、加熱ロールとエンドレスベルトとによって形成されるベルトニップの幅が従来の加熱ロールと加圧ロールとのロールニップの幅よりも容易に大きくすることができるので、高速化対応が可能となり、しかも装置の小型化を図ることも容易である。
特に、加熱ロールに圧接させるエンドレスベルトの熱容量が小さく、さらに圧力パッドが非回転状態で配置されているために加熱ロールから伝達される熱も発散され難い。そのため、加熱ロールの回転が開始されても、加熱ロールからエンドレスベルト側に奪われる熱量は少なく、熱をトナーの溶融に利用する効率を高めるとともに、ベルトニップでの温度低下量も小さいことから、トナーの定着性の向上を図ることができるという利点を有している。
ところで、圧力パッドを用いてエンドレスベルトを加熱ロールに圧接させる方式の定着装置においては、圧力パッドによりエンドレスベルトを加熱ロールに圧接させるに際し、圧力パッドとエンドレスベルトとの間の滑り性を確保するために、両者の間に低摩擦部材を介在させるとともに、低摩擦部材の摺擦面側に潤滑剤を塗布している。
しかしながら、圧力パッドとエンドレスベルトとの間は加圧されているために、エンドレスベルトと低摩擦部材との摺動部では、エンドレスベルトが移動する際に、塗布された潤滑剤を摺動部から押し出す力が作用し、この摺動部において潤滑剤を安定して保持しておくことが難しい。そのことが原因となって、圧力パッドとエンドレスベルトとの接触抵抗(摺動抵抗)が増加するという現象が生じる場合がある。このような現象が発生した場合には、エンドレスベルトの動きが加熱ロールに対応し難くなり、それに伴って記録紙の搬送が良好でなくなって、紙しわや画像ずれ等の画像不良を生じさせる可能性がある。
しかしながら、圧力パッドとエンドレスベルトとの間は加圧されているために、エンドレスベルトと低摩擦部材との摺動部では、エンドレスベルトが移動する際に、塗布された潤滑剤を摺動部から押し出す力が作用し、この摺動部において潤滑剤を安定して保持しておくことが難しい。そのことが原因となって、圧力パッドとエンドレスベルトとの接触抵抗(摺動抵抗)が増加するという現象が生じる場合がある。このような現象が発生した場合には、エンドレスベルトの動きが加熱ロールに対応し難くなり、それに伴って記録紙の搬送が良好でなくなって、紙しわや画像ずれ等の画像不良を生じさせる可能性がある。
そこで本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、定着装置における記録紙の搬送能力の安定を図ることにより、長期に亘り紙しわや画像ずれ等の発生を抑えて高品質な画像を形成することにある。
かかる目的のもと、本発明の定着装置は、回動可能な回動部材と、回動部材に接触しながら移動可能であって、内周面に溝が形成されたエンドレスベルトと、エンドレスベルトの内側に配置され、エンドレスベルトを回動部材に圧接させて回動部材とエンドレスベルトとの間に記録材が通過するニップ部を形成する圧力部材とを備えており、さらに加えて、エンドレスベルトと圧力部材との間に設けられ、エンドレスベルトとの摺擦面に溝が形成された摺動部材を備えたことを特徴としている。
ここで、エンドレスベルトに形成された溝と摺動部材に形成された溝とは、互いに異なる方向に配列されたことを特徴とすることができる。特に、エンドレスベルトに形成された溝の配列方向と摺動部材に形成された溝の配列方向とは、30°〜60°の交差角を有するように構成することが好ましい。
また、エンドレスベルトに形成された溝の配列方向および/または摺動部材に形成された溝の配列方向は、エンドレスベルトの移動方向に対し±60°の範囲内に設定することができる。
さらに、エンドレスベルトと摺動部材との摺擦部に潤滑剤を供給する潤滑剤供給部材をさらに備えたことを特徴とすることもできる。
さらにまた、回動部材が発熱源を有する定着ロールであり、定着ロールにより記録材を加熱加圧することを特徴とすることもできる。
また、エンドレスベルトに形成された溝の配列方向および/または摺動部材に形成された溝の配列方向は、エンドレスベルトの移動方向に対し±60°の範囲内に設定することができる。
さらに、エンドレスベルトと摺動部材との摺擦部に潤滑剤を供給する潤滑剤供給部材をさらに備えたことを特徴とすることもできる。
さらにまた、回動部材が発熱源を有する定着ロールであり、定着ロールにより記録材を加熱加圧することを特徴とすることもできる。
さらに、本発明を画像形成装置と捉え、本発明の画像形成装置は、トナー像を形成するトナー像形成手段と、トナー像形成手段によって形成されたトナー像を記録材上に転写する転写手段と、記録材上に転写されたトナー像を記録材に定着する定着手段とを含んでおり、この定着手段は、回動可能な回動部材と、回動部材に接触しながら移動可能であって、内周面に溝が形成されたエンドレスベルトと、エンドレスベルトの内側に配置され、エンドレスベルトを回動部材に圧接させて回動部材とエンドレスベルトとの間に記録材が通過するニップ部を形成する圧力部材とを備えており、さらに加えて、エンドレスベルトと圧力部材との間に設けられ、エンドレスベルトとの摺擦面に溝が形成された摺動部材を備えたことを特徴としている。
ここで、エンドレスベルトに形成された溝の配列方向と前記摺動部材に形成された溝の配列方向とは、30°〜60°の交差角を有するように構成するのが好ましい。また、エンドレスベルトに形成された溝の配列方向および/または摺動部材に形成された溝の配列方向は、エンドレスベルトの移動方向に対し±60°の範囲内に設定することができる。
ここで、エンドレスベルトに形成された溝の配列方向と前記摺動部材に形成された溝の配列方向とは、30°〜60°の交差角を有するように構成するのが好ましい。また、エンドレスベルトに形成された溝の配列方向および/または摺動部材に形成された溝の配列方向は、エンドレスベルトの移動方向に対し±60°の範囲内に設定することができる。
本発明の効果として、定着装置における記録紙の搬送能力の安定を図ることにより、長期に亘り紙しわや画像ずれ等の発生を抑えて高品質な画像を形成することができる画像形成装置を提供することが可能となった。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
[実施の形態1]
図1は本実施の形態が適用される画像形成装置を示した概略構成図である。図1に示す画像形成装置は、一般にタンデム型と呼ばれる中間転写方式の画像形成装置であって、電子写真方式にて各色成分のトナー像が形成される複数の画像形成ユニット1Y,1M,1C,1K、各画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kにて形成された各色成分トナー像を中間転写ベルト15に順次転写(一次転写)させる一次転写部10、中間転写ベルト15上に転写された重畳トナー画像を記録材(記録紙)である用紙Pに一括転写(二次転写)させる二次転写部20、二次転写された画像を用紙P上に定着させる定着装置60を備えている。また、各装置(各部)の動作を制御する制御部40を有している。
[実施の形態1]
図1は本実施の形態が適用される画像形成装置を示した概略構成図である。図1に示す画像形成装置は、一般にタンデム型と呼ばれる中間転写方式の画像形成装置であって、電子写真方式にて各色成分のトナー像が形成される複数の画像形成ユニット1Y,1M,1C,1K、各画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kにて形成された各色成分トナー像を中間転写ベルト15に順次転写(一次転写)させる一次転写部10、中間転写ベルト15上に転写された重畳トナー画像を記録材(記録紙)である用紙Pに一括転写(二次転写)させる二次転写部20、二次転写された画像を用紙P上に定着させる定着装置60を備えている。また、各装置(各部)の動作を制御する制御部40を有している。
本実施の形態において、各画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kは、矢印A方向に回転する感光体ドラム11の周囲に、これらの感光体ドラム11が帯電される帯電器12、感光体ドラム11上に静電潜像が書込まれるレーザ露光器13(図中露光ビームを符号Bmで示す)、各色成分トナーが収容されて感光体ドラム11上の静電潜像をトナーにより可視像化する現像器14、感光体ドラム11上に形成された各色成分トナー像を一次転写部10にて中間転写ベルト15に転写する一次転写ロール16、感光体ドラム11上の残留トナーが除去されるドラムクリーナ17、などの電子写真用デバイスが順次配設されている。これらの画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kは、中間転写ベルト15の上流側から、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の順に、略直線状に配置されている。
中間転写体である中間転写ベルト15は、ポリイミドあるいはポリアミド等の樹脂にカーボンブラック等の帯電防止剤を適当量含有させたフィルム状の無端ベルトで構成されている。そして、その体積抵抗率は106〜1014Ωcmとなるように形成されており、その厚みは例えば0.1mm程度に構成されている。中間転写ベルト15は、各種ロールによって図1に示すB方向に所定の速度で循環駆動(回動)されている。この各種ロールとして、定速性に優れたモータ(図示せず)により駆動されて中間転写ベルト15を回動させる駆動ロール31、各感光体ドラム11の配列方向に沿って略直線状に延びる中間転写ベルト15を支持する支持ロール32、中間転写ベルト15に対して一定の張力を与えると共に中間転写ベルト15の蛇行を防止する補正ロールとして機能するテンションロール33、二次転写部20に設けられるバックアップロール25、中間転写ベルト15上の残留トナーを掻き取るクリーニング部に設けられるクリーニングバックアップロール34を有している。
一次転写部10は、中間転写ベルト15を挟んで感光体ドラム11に対向して配置される一次転写ロール16で構成されている。一次転写ロール16は、シャフトと、シャフトの周囲に固着された弾性層としてのスポンジ層とで構成されている。シャフトは鉄、SUS等の金属で構成された円柱棒である。スポンジ層はカーボンブラック等の導電剤を配合したNBRとSBRとEPDMとのブレンドゴムで形成され、体積抵抗率が107.5〜108.5Ωcmのスポンジ状の円筒ロールである。そして、一次転写ロール16は中間転写ベルト15を挟んで感光体ドラム11に圧接配置され、さらに一次転写ロール16にはトナーの帯電極性(マイナス極性とする。以下同様。)と逆極性の電圧(一次転写バイアス)が印加されるようになっている。これにより、各々の感光体ドラム11上のトナー像が中間転写ベルト15に順次、静電吸引され、中間転写ベルト15上において重畳されたトナー像が形成されるようになっている。
二次転写部20は、中間転写ベルト15のトナー像担持面側に配置される二次転写ロール22と、バックアップロール25とによって構成される。バックアップロール25は、表面がカーボンを分散したEPDMとNBRのブレンドゴムのチューブ、内部はEPDMゴムで構成されている。そして、その表面抵抗率が107〜1010Ω/□となるように形成され、硬度は例えば70°(アスカーC:高分子計器社製、以下同様。)に設定される。このバックアップロール25は、中間転写ベルト15の裏面側に配置されて二次転写ロール22の対向電極をなし、二次転写バイアスが安定的に印加される金属製の給電ロール26が当接配置されている。
一方、二次転写ロール22は、シャフトと、シャフトの周囲に固着された弾性層としてのスポンジ層とで構成されている。シャフトは鉄、SUS等の金属で構成された円柱棒である。スポンジ層はカーボンブラック等の導電剤を配合したNBRとSBRとEPDMとのブレンドゴムで形成され、体積抵抗率が107.5〜108.5Ωcmのスポンジ状の円筒ロールである。そして、二次転写ロール22は中間転写ベルト15を挟んでバックアップロール25に圧接配置され、さらに二次転写ロール22は接地されてバックアップロール25との間に二次転写バイアスが形成され、二次転写部20に搬送される用紙P上にトナー像を二次転写する。
また、中間転写ベルト15の二次転写部20の下流側には、二次転写後の中間転写ベルト15上の残留トナーや紙粉を除去し、中間転写ベルト15の表面をクリーニングする中間転写ベルトクリーナ35が接離自在に設けられている。一方、イエローの画像形成ユニット1Yの上流側には、各画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kにおける画像形成タイミングをとるための基準となる基準信号を発生する基準センサ(ホームポジションセンサ)42が配設されている。また、黒の画像形成ユニット1Kの下流側には、画質調整を行うための画像濃度センサ43が配設されている。この基準センサ42は、中間転写ベルト15の裏側に設けられた所定のマークを認識して基準信号を発生しており、この基準信号の認識に基づく制御部40からの指示により、各画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kは画像形成を開始するように構成されている。
さらに、本実施の形態の画像形成装置では、用紙搬送系として、用紙Pを収容する用紙トレイ50、この用紙トレイ50に集積された用紙Pを所定のタイミングで取り出して搬送するピックアップロール51、ピックアップロール51にて繰り出された用紙Pを搬送する搬送ロール52、搬送ロール52により搬送された用紙Pを二次転写部20へと送り込む搬送シュート53、二次転写ロール22によって二次転写された後に搬送される用紙Pを定着装置60へと搬送する搬送ベルト55、用紙Pを定着装置60に導く定着入口ガイド56を備えている。
次に、本実施の形態に係る画像形成装置の基本的な作像プロセスについて説明する。図1に示すような画像形成装置では、図示しない画像読取装置(IIT)や図示しないパーソナルコンピュータ(PC)等から出力される画像データは、図示しない画像処理装置(IPS)にて所定の画像処理が施された後、画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kによって作像作業が実行される。IPSでは、入力された反射率データに対して、シェーディング補正、位置ズレ補正、明度/色空間変換、ガンマ補正、枠消しや色編集、移動編集等の各種画像編集等の所定の画像処理が施される。画像処理が施された画像データは、Y、M、C、Kの4色の色材階調データに変換され、レーザ露光器13に出力される。
レーザ露光器13では、入力された色材階調データに応じて、例えば半導体レーザから出射された露光ビームBmを画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kの各々の感光体ドラム11に照射している。画像形成ユニット1Y,1M,1C、1Kの各感光体ドラム11では、帯電器12によって表面が帯電された後、このレーザ露光器13によって表面が走査露光され、静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、各々の画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kにて、Y、M、C、Kの各色のトナー像として現像される。
画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kの感光体ドラム11上に形成されたトナー像は、各感光体ドラム11と中間転写ベルト15とが当接する一次転写部10にて、中間転写ベルト15上に転写される。より具体的には、一次転写部10において、一次転写ロール16にて中間転写ベルト15の基材に対しトナーの帯電極性(マイナス極性)と逆極性の電圧(一次転写バイアス)が付加され、トナー像を中間転写ベルト15の表面に順次重ね合わせて一次転写が行われる。
トナー像が中間転写ベルト15の表面に順次一次転写された後、中間転写ベルト15は移動してトナー像が二次転写部20に搬送される。トナー像が二次転写部20に搬送されると、用紙搬送系では、トナー像が二次転写部20に搬送されるタイミングに合わせてピックアップロール51が回転し、用紙トレイ50から所定サイズの用紙Pが供給される。ピックアップロール51により供給された用紙Pは、搬送ロール52により搬送され、搬送シュート53を経て二次転写部20に到達する。この二次転写部20に到達する前に、用紙Pは一旦停止され、トナー像が担持された中間転写ベルト15の移動タイミングに合わせてレジストロール(図示せず)が回転することで、用紙Pの位置とトナー像の位置との位置合わせがなされる。
二次転写部20では、中間転写ベルト15を介して、二次転写ロール22がバックアップロール25に押圧される。このとき、タイミングを合わせて搬送された用紙Pは、中間転写ベルト15と二次転写ロール22との間に挟み込まれる。その際に、給電ロール26からトナーの帯電極性(マイナス極性)と同極性の電圧(二次転写バイアス)が印加されると、二次転写ロール22とバックアップロール25との間に転写電界が形成される。そして、中間転写ベルト15上に担持された未定着トナー像は、二次転写ロール22とバックアップロール25とによって押圧される二次転写部20にて、用紙P上に一括して静電転写される。
その後、トナー像が静電転写された用紙Pは、二次転写ロール22によって中間転写ベルト15から剥離された状態でそのまま搬送され、二次転写ロール22の用紙搬送方向下流側に設けられた搬送ベルト55へと搬送される。搬送ベルト55では、定着装置60における最適な搬送速度に合わせて、用紙Pを定着装置60まで搬送する。定着装置60に搬送された用紙P上の未定着トナー像は、定着装置60によって熱および圧力で定着処理を受けることで用紙P上に定着される。そして定着画像が形成された用紙Pは、画像形成装置の排出部に設けられた排紙載置部に搬送される。
一方、用紙Pへの転写が終了した後、中間転写ベルト15上に残った残留トナーは、中間転写ベルト15の回動に伴ってクリーニング部まで搬送され、クリーニングバックアップロール34および中間転写ベルトクリーナ35によって中間転写ベルト15上から除去される。
一方、用紙Pへの転写が終了した後、中間転写ベルト15上に残った残留トナーは、中間転写ベルト15の回動に伴ってクリーニング部まで搬送され、クリーニングバックアップロール34および中間転写ベルトクリーナ35によって中間転写ベルト15上から除去される。
次に、本実施の形態の画像形成装置に用いられる定着装置60について説明する。図2は本実施の形態の定着装置60の構成を示す側断面図である。定着装置60は、回動部材の一例としての定着ロール61、エンドレスベルト62、エンドレスベルト62を介して定着ロール61から押圧される圧力部材の一例としての圧力パッド64により主要部が構成されている。
定着ロール61は、金属製のコア(円筒状芯金)611の周囲に耐熱性弾性体層612、および離型層613を積層して構成されたものである。
定着ロール61の内部には、発熱源としてのハロゲンヒータ66が配設されている。一方、定着ロール61の表面には温度センサ69が接触して配置されている。画像形成装置の制御部40は、この温度センサ69による温度計測値に基づいてハロゲンヒータ66の点灯を制御し、定着ロール61の表面温度が所定の設定温度(例えば、170℃)を維持するように調整している。
エンドレスベルト62は、圧力パッド64とベルト走行ガイド63とによって回動自在に支持されている。そして、ニップ部Nにおいて定着ロール61に対して圧接されて配置されている。
定着ロール61の内部には、発熱源としてのハロゲンヒータ66が配設されている。一方、定着ロール61の表面には温度センサ69が接触して配置されている。画像形成装置の制御部40は、この温度センサ69による温度計測値に基づいてハロゲンヒータ66の点灯を制御し、定着ロール61の表面温度が所定の設定温度(例えば、170℃)を維持するように調整している。
エンドレスベルト62は、圧力パッド64とベルト走行ガイド63とによって回動自在に支持されている。そして、ニップ部Nにおいて定着ロール61に対して圧接されて配置されている。
圧力パッド64は、エンドレスベルト62の内側において、エンドレスベルト62を介して定着ロール61に押圧される状態で配置され、定着ロール61との間でニップ部Nを形成している。圧力パッド64は、幅の広いニップ部Nを確保するためのプレニップ部材64aをニップ部Nの入口側に配置し、定着ロール61に歪みを与えるための剥離ニップ部材64bをニップ部Nの出口側に配置している。さらに、エンドレスベルト62の内周面と圧力パッド64との摺動抵抗を小さくするために、プレニップ部材64aおよび剥離ニップ部材64bのエンドレスベルト62と接する面に摺動部材の一例としての低摩擦シート68が設けられている。そして、圧力パッド64と低摩擦シート68とは、金属製のホルダ65に保持されている。
さらに、ホルダ65には、ベルト走行ガイド63が取り付けられ、エンドレスベルト62がスムーズに回動することができるように構成されている。すなわち、ベルト走行ガイド63は、エンドレスベルト62内周面と摺擦するため、摩擦係数の小さな材質で形成されている。また、ベルト走行ガイド63は、エンドレスベルト62から熱を奪い難いように熱伝導率の低い材質で形成されている。
定着ロール61は、図示しない駆動モータにより矢印C方向に回転し、この回転によりエンドレスベルト62も従動回転する。図1に示した画像形成装置の二次転写部20においてトナー像が静電転写された用紙Pは、定着入口ガイド56によって導かれて、ニップ部Nに搬送される。そして、用紙Pがニップ部Nを通過する際に、用紙P上のトナー像はニップ部Nに作用する圧力と、定着ロール61から供給される熱とによって定着される。本実施の形態の定着装置60では、ほぼ定着ロール61の外周面に倣う凹形状のプレニップ部材64aによりニップ部Nを広く構成することができるため、安定した定着性能を確保することができる。
加えて、本実施の形態の定着装置60では、定着ロール61の外周面に対し突出させて剥離ニップ部材64bを配置することにより、ニップ部Nの出口領域(剥離ニップ部)において定着ロール61の歪みが局所的に大きくなるように構成することもできる。このように剥離ニップ部材64bを配置すれば、定着後の用紙Pは、剥離ニップ部を通過する際に、局所的に大きく形成された歪みを通過することになるので、定着ロール61に巻き付くことのない用紙Pの剥離をより効果的に行うことができる。
さらには、定着ロール61の歪み量を小さく形成できるので、定着ロール61の耐熱性弾性体層612を薄肉化することができる。そのため、定着ロール61の熱容量を小さく構成できるので、ウォームアップタイムを短くするとともに、消費電力の低減を図ることもできる。また、熱伝導率の低い耐熱性弾性体層612を薄肉化できるため、定着ロール61の内面と外面との間の熱抵抗が小さくなって熱応答性の向上を図れるため、画像形成装置の高速化にも適している。
なお、剥離の補助手段として、定着ロール61のニップ部Nの下流側に、剥離部材70を配設することも可能である。剥離部材70は、剥離シート71が定着ロール61の回転方向と対向する向き(カウンタ方向)に定着ロール61と近接する状態でホルダ72によって保持されている。
なお、剥離の補助手段として、定着ロール61のニップ部Nの下流側に、剥離部材70を配設することも可能である。剥離部材70は、剥離シート71が定着ロール61の回転方向と対向する向き(カウンタ方向)に定着ロール61と近接する状態でホルダ72によって保持されている。
次に、定着装置60を構成する各部材について詳細に述べる。まず定着ロール61では、コア611は、鉄、アルミニウム、SUS等の熱伝導率の高い金属製の円筒体で構成されている。コア611の外形および肉厚は、本実施の形態の定着装置60では、圧力パッド64の押圧力が小さいため、小径化、薄肉化を図ることができる。
耐熱性弾性体層612としては、耐熱性の高い弾性体であればどのような材料を用いることも可能である。特に、ゴム硬度が25〜40°(JIS−A)程度のゴム、エラストマ等の弾性体を用いるのが好ましく、具体的には、シリコンゴム、フッ素ゴム等を挙げることができる。
耐熱性弾性体層612としては、耐熱性の高い弾性体であればどのような材料を用いることも可能である。特に、ゴム硬度が25〜40°(JIS−A)程度のゴム、エラストマ等の弾性体を用いるのが好ましく、具体的には、シリコンゴム、フッ素ゴム等を挙げることができる。
離型層613は、耐熱性の樹脂であればどのような樹脂を用いてもよく、例えばシリコン樹脂、フッ素樹脂等を用いることができるが、離型層613のトナーに対する離型性や耐摩耗性の観点から、フッ素樹脂が適している。フッ素樹脂としては、PFA、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、FEP(四フッ化エチレン六フッ化プロピレン共重合体)等が使用できる。離型層613の厚みとしては、好ましくは5〜30μm、より好ましくは10〜20μmである。離型層613の厚みが5μm未満であると、定着ロール61の歪みに基づき用紙Pにしわが生じやすくなり、一方、30μmを超えると、離型層613が硬くなり、画像に光沢ムラ等の欠陥が生じる可能性が増え、ともに好ましくないからである。
エンドレスベルト62は、原形が円筒形状に形成された無端ベルトであり、ベース層と、このベース層の定着ロール61側の面または両面に被覆された離型層とから構成されている。ベース層は、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド等のポリマーやSUS、ニッケル、銅等の金属により形成され、その厚みは、30〜200μm、好ましくは50〜125μm、より好ましくは75〜100μm程度である。ベース層の表面に被覆される離型層としては、フッ素樹脂、例えばPFA、PTFE、FEPで形成され、その厚みは5〜100μm、好ましくは10〜30μm程度である。
圧力パッド64は、上述したように、プレニップ部材64a、剥離ニップ部材64b、摺動部材の一例としての低摩擦シート68、およびホルダ65で構成されている。プレニップ部材64aは、シリコンゴムやフッ素ゴム等の弾性体や板バネ等を用いることができ、定着ロール61側の面は、ほぼ定着ロール61の外周面に倣う凹形状で形成されている。
剥離ニップ部材64bは、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、ポリイミド、ポリエステル、ポリアミド等の耐熱性を有する樹脂、または鉄、アルミニウム、SUS等の金属で形成されている。剥離ニップ部材64bの形状としては、ニップ部Nにおける外面形状が一定の曲率半径を有する凸曲面状に形成される。
剥離ニップ部材64bは、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、ポリイミド、ポリエステル、ポリアミド等の耐熱性を有する樹脂、または鉄、アルミニウム、SUS等の金属で形成されている。剥離ニップ部材64bの形状としては、ニップ部Nにおける外面形状が一定の曲率半径を有する凸曲面状に形成される。
低摩擦シート68は、エンドレスベルト62内周面と圧力パッド64との摺動抵抗を低減するために設けられ、摩擦係数が小さく、耐摩耗性・耐熱性・加工性に優れた材質が適している。具体的には、PTFEやPFA等のフッ素樹脂シート、特に、シンタード成型したPTFE樹脂シート、テフロン(商標)を含浸させたガラス繊維シート等を用いることができる。なお、低摩擦シート68は、プレニップ部材64aや剥離ニップ部材64bと別体に構成しても、プレニップ部材64aや剥離ニップ部材64bと一体的に構成しても、いずれでもよい。
また、ベルト走行ガイド63は、上述したように、エンドレスベルト62の内周面と摺擦するため、摩擦係数が低く、かつ、エンドレスベルト62から熱を奪い難いように熱伝導率が低い材質が適しており、PFAやPPS等の耐熱性樹脂が用いられる。
ベルト走行ガイド63には、定着装置60の長手方向に亘って、シリコンオイル等の潤滑剤を貯蔵している潤滑剤塗布部材67が配設されている。潤滑剤塗布部材67は、潤滑剤を保持できるように多孔質の材料で形成されている。多孔質の材料とは、多数の孔を有する物質や細い繊維を絡めせた構造の物質等、孔部を有してそこに潤滑剤を保持できる材料をいい、具体的には、スポンジや発泡体樹脂、フェルト、織物、延伸により多孔質化したフィルム等が含まれる。そして、潤滑剤塗布部材67は、エンドレスベルト62内周面に対し、シリコンオイル等の潤滑剤を適量供給している。
ベルト走行ガイド63には、定着装置60の長手方向に亘って、シリコンオイル等の潤滑剤を貯蔵している潤滑剤塗布部材67が配設されている。潤滑剤塗布部材67は、潤滑剤を保持できるように多孔質の材料で形成されている。多孔質の材料とは、多数の孔を有する物質や細い繊維を絡めせた構造の物質等、孔部を有してそこに潤滑剤を保持できる材料をいい、具体的には、スポンジや発泡体樹脂、フェルト、織物、延伸により多孔質化したフィルム等が含まれる。そして、潤滑剤塗布部材67は、エンドレスベルト62内周面に対し、シリコンオイル等の潤滑剤を適量供給している。
また、潤滑剤としては、シリコンオイル等の液体状のものの他、固形物質と液体とを混合させたグリース等を用いることもでき、またこれらを組み合わせて用いることもできる。ここで、シリコンオイルとしては、ジメチルシリコンオイル、アミノ変性シリコンオイル、カルボキシ変性シリコンオイル、シラノール変性シリコンオイル、スルホン酸変性シリコンオイル等が挙げられるが、摺動抵抗の低減および取扱性の観点から、アミノ変性シリコンオイルが好ましい。
さらに、本実施の形態の定着装置60においては、エンドレスベルト62の内周面に複数の溝が形成されているとともに、低摩擦シート68の摺擦面にも複数の溝が形成されている点に特徴がある。特に、エンドレスベルト62の内周面に形成された溝と低摩擦シート68の摺擦面に形成された溝とは異なる方向を向くように構成されている。
上述したように、トナー像が静電転写された用紙Pが定着装置60のニップ部Nを通過することにより、トナー像が用紙Pに定着されるが、用紙Pがニップ部Nを通過する際の搬送力は、駆動側の定着ロール61から受けている。すなわち、用紙Pは、定着ロール61の回転に伴い、定着ロール61から摩擦力を受けることによって搬送されている。
一方、ニップ部Nに用紙Pが搬送されていない状態では、従動側のエンドレスベルト62も定着ロール61の回転に伴って定着ロール61から摩擦力を受けることによって回動している。しかし、ニップ部Nに用紙Pが搬送され、用紙Pがニップ部Nに挟持されている場合には、エンドレスベルト62は用紙Pを介して定着ロール61から搬送力を受けている。したがって、用紙P側から捉えると、用紙Pがニップ部Nを通過する際には、用紙Pには定着ロール61からの搬送力を受けるとともに、エンドレスベルト62側から搬送方向とは逆方向の力(逆搬送力)が作用することとなる。
一方、ニップ部Nに用紙Pが搬送されていない状態では、従動側のエンドレスベルト62も定着ロール61の回転に伴って定着ロール61から摩擦力を受けることによって回動している。しかし、ニップ部Nに用紙Pが搬送され、用紙Pがニップ部Nに挟持されている場合には、エンドレスベルト62は用紙Pを介して定着ロール61から搬送力を受けている。したがって、用紙P側から捉えると、用紙Pがニップ部Nを通過する際には、用紙Pには定着ロール61からの搬送力を受けるとともに、エンドレスベルト62側から搬送方向とは逆方向の力(逆搬送力)が作用することとなる。
ところで、エンドレスベルト62は、ニップ部Nにおいて圧力パッド64が押圧されているために、圧力パッド64からは回動方向とは逆の方向の力が摺動抵抗として作用している。そのため、上述したように、エンドレスベルト62と圧力パッド64との間には低摩擦シート68を介在させるとともに、潤滑剤塗布部材67からエンドレスベルト62の内周面に潤滑剤を塗布して、エンドレスベルト62と圧力パッド64との摺動抵抗を極力低減するように構成している。
したがって、通常状態では、エンドレスベルト62が圧力パッド64から受ける摺動抵抗は極めて小さく、円滑に回動可能であることから、エンドレスベルト62は用紙Pと等速で回動することが可能である。この場合には、用紙Pが受ける逆搬送力は、エンドレスベルト62を介した圧力パッド64からの摺動抵抗であるから無視できる程度に小さい。そのため、用紙Pは定着ロール61と等速に安定して搬送される。
したがって、通常状態では、エンドレスベルト62が圧力パッド64から受ける摺動抵抗は極めて小さく、円滑に回動可能であることから、エンドレスベルト62は用紙Pと等速で回動することが可能である。この場合には、用紙Pが受ける逆搬送力は、エンドレスベルト62を介した圧力パッド64からの摺動抵抗であるから無視できる程度に小さい。そのため、用紙Pは定着ロール61と等速に安定して搬送される。
ところが、エンドレスベルト62と圧力パッド64との間には押圧力が作用しているために、エンドレスベルト62と低摩擦シート68との摺動部では、塗布された潤滑剤を摺動部から押し出す力が作用することから、エンドレスベルト62が移動を重ねるのに伴い、この摺動部からは徐々に潤滑剤量が減少してしまう。特に、潤滑剤塗布部材67での潤滑剤の貯蔵量が減ってエンドレスベルト62への塗布量が減少した場合には、エンドレスベルト62と低摩擦シート68との摺動部における潤滑剤量は不充分となり易い。そのために、エンドレスベルト62と圧力パッド64との間では、両者の摺動抵抗の高くなった状態が発生する場合がある。
エンドレスベルト62と圧力パッド64との間の摺動抵抗が増加すると、用紙Pがニップ部Nを搬送される際に、用紙Pがエンドレスベルト62を介して圧力パッド64から受ける逆搬送力が無視できなくなる。さらに、エンドレスベルト62と圧力パッド64との間の摺動抵抗が過大になると用紙Pに作用する逆搬送力が大きくなり、用紙Pの搬送が定着ロール61の回動に追随できず、用紙Pと定着ロール61との間でスリップが発生する。そのため、用紙Pの円滑な搬送が妨げられ、画像ずれや用紙Pにおける紙しわの原因となる。
特に、ニップ部Nにおいては、定着ロール61の外径を中央部から両端部にかけて大きく形成した、所謂逆クラウン形状としたり、圧力パッド64と定着ロール61との間の押圧力が中央部から両端部にかけて大きくなるように設定している。このように設定することによって、常に用紙Pには中央部から両端部に向かって幅方向に力が作用するようにして、用紙Pに紙しわが生じるのを防止している。このような用紙Pの幅方向に作用する微妙な力のバランスが、エンドレスベルト62と圧力パッド64との間の摺動抵抗が増加するために、用紙Pが定着ロール61の搬送に追随できなくなって崩れ、用紙Pに紙しわを生じさせたり、さらには画像ずれを生じさせることとなる。
そこで、本実施の形態の定着装置60では、エンドレスベルト62の内周面に複数の溝を形成するとともに、低摩擦シート68の摺擦面にも複数の溝を形成している。さらにはエンドレスベルト62の内周面に形成された溝と低摩擦シート68の摺擦面に形成された溝とは異なる方向を向くように構成している。このように構成することで、エンドレスベルト62の内周面と低摩擦シート68の摺擦面との接触面積を小さく構成している。さらに、エンドレスベルト62の移動に伴って、エンドレスベルト62の溝と低摩擦シート68の溝に保持された潤滑剤をエンドレスベルト62と低摩擦シート68との接触部(溝と溝との間の凸部)に送り出すように構成することで、エンドレスベルト62と圧力パッド64との間の摺動抵抗を小さい状態に維持している。これによって、用紙Pを定着ロール61と等速に安定して搬送することが可能となり、画像ずれや用紙Pへの紙しわの発生が抑えられる。
ここで、エンドレスベルト62と低摩擦シート68との摺動部における作用について、詳細に述べる。まず、上述したように、潤滑剤塗布部材67は、エンドレスベルト62内周面に対し、シリコンオイル等の潤滑剤を常時塗布している。そして、潤滑剤塗布部材67によって塗布された潤滑剤は、エンドレスベルト62の移動に伴ってエンドレスベルト62と圧力パッド64との摺動部へと運ばれる。
エンドレスベルト62の内周面には、図3に示したように、断面形状が鋸歯状の溝(凹部)が形成されている。したがって、潤滑剤塗布部材67によって塗布された潤滑剤は表面張力によって主にこの溝の部分に保持されながら、圧力パッド64との摺動部に移動する。
一方、低摩擦シート68の摺擦面には、図4に示したように、エンドレスベルト62内周面に形成された溝とは異なる方向を向けた溝(凹部)が形成されている。
エンドレスベルト62の内周面には、図3に示したように、断面形状が鋸歯状の溝(凹部)が形成されている。したがって、潤滑剤塗布部材67によって塗布された潤滑剤は表面張力によって主にこの溝の部分に保持されながら、圧力パッド64との摺動部に移動する。
一方、低摩擦シート68の摺擦面には、図4に示したように、エンドレスベルト62内周面に形成された溝とは異なる方向を向けた溝(凹部)が形成されている。
このように、エンドレスベルト62の内周面と低摩擦シート68の摺擦面とにはそれぞれ溝が形成されているので、エンドレスベルト62の内周面と低摩擦シート68の摺擦面とは、それぞれの溝と溝との間にできた凸部同士が接触することとなる。そのため、両者の接触面積は小さく構成することができる。特に、エンドレスベルト62の内周面の溝は鋸歯状に形成されているため、面と線との接触になり接触面積を小さくするには有効である。
さらには、エンドレスベルト62と圧力パッド64との間に押圧力が働いているにも拘わらず、エンドレスベルト62側の溝と低摩擦シート68側の溝とにおいて潤滑剤を保持しておくこともできる。
さらには、エンドレスベルト62と圧力パッド64との間に押圧力が働いているにも拘わらず、エンドレスベルト62側の溝と低摩擦シート68側の溝とにおいて潤滑剤を保持しておくこともできる。
また、エンドレスベルト62の内周面の溝と低摩擦シート68の摺擦面の溝とは、異なる方向を向けて形成されている。すなわち、例えば、図3に示したエンドレスベルト62の内周面の溝は、エンドレスベルト62の移動方向と同じ方向(エンドレスベルト62の移動方向とのなす角度を配列角として、配列角0°。以下同様。)に形成され、図4に示した低摩擦シート68の摺擦面の溝は、エンドレスベルト62の移動方向に対しβ°傾けて(配列角β°)形成されている。そのため、エンドレスベルト62の内周面が低摩擦シート68の摺擦面上を移動する際に、低摩擦シート68側の溝のエッジ部がエンドレスベルト62側の溝に溜まった潤滑剤を押し出し、エンドレスベルト62の内周面と低摩擦シート68の摺擦面との接触領域(凸部と凸部とが接触する部分)に潤滑剤を送り込む作用を果たすこととなる。そのことにより、エンドレスベルト62と圧力パッド64との間に押圧力が働いているにも拘わらず、エンドレスベルト62の内周面と低摩擦シート68の摺擦面との接触は、常に潤滑剤を介して当接する状態を実現することが可能となる。
すなわち、本実施の形態の定着装置60では、エンドレスベルト62側の溝と低摩擦シート68側の溝とにより、エンドレスベルト62と低摩擦シート68との接触面積を小さくすることができるとともに、両者の溝に潤滑剤を保持することができる。さらに加えて、エンドレスベルト62側の溝と低摩擦シート68側の溝とを異なる方向に向けて形成しているので、エンドレスベルト62の移動に伴って、溝に保持された潤滑剤をエンドレスベルト62と低摩擦シート68との接触領域に送り込み、常に潤滑剤を介在させることができる。そのため、エンドレスベルト62と低摩擦シート68との間の摺動抵抗を小さい状態に保つことができるので、エンドレスベルト62は円滑に回動でき、エンドレスベルト62と用紙Pとは等速で回動することが可能である。その結果、用紙Pを定着ロール61と等速に安定して搬送させることができ、紙しわの発生や画像ずれを抑制することができる。
ところで、エンドレスベルト62の内周面に形成する溝(凹部)としては、エンドレスベルト62と低摩擦シート68との接触面積を小さく構成するように凹部の充分な縦横比で設定できればよく、断面形状は上記した鋸歯状のほか、矩形状、波形状等に形成することもできる。例えば、溝の幅は0.01〜1.00mm、溝の深さは0.001〜0.02mm、溝の長さは1mm以上が好ましい。ただし、溝の深さは潤滑剤の保持効果からは深いほうがよいが、エンドレスベルト62の強度も考慮して、エンドレスベルト62の厚さに対しては充分に小さく構成するのが好ましい。
また、溝の配列方向は、エンドレスベルト62の移動方向に対して±60°以内(配列角≦60°)が好ましい。配列角が±60°を超えると、エンドレスベルト62側と低摩擦シート68側とで凸部同士の引っ掛かりが生じたり、潤滑剤の保持効果が減少したりして、エンドレスベルト62と低摩擦シート68との摺動抵抗を充分に低減することができないからである。さらに、溝の配置は、規則的であっても、不規則的であっても、いずれでもよい。例えば、溝を配列方向に沿って、連続的に配置しても、不連続に配置してもよく、また、互いに等間隔に平行に配列しても、配列間隔をランダムに変えて配置してもよい。
また、溝の配列方向は、エンドレスベルト62の移動方向に対して±60°以内(配列角≦60°)が好ましい。配列角が±60°を超えると、エンドレスベルト62側と低摩擦シート68側とで凸部同士の引っ掛かりが生じたり、潤滑剤の保持効果が減少したりして、エンドレスベルト62と低摩擦シート68との摺動抵抗を充分に低減することができないからである。さらに、溝の配置は、規則的であっても、不規則的であっても、いずれでもよい。例えば、溝を配列方向に沿って、連続的に配置しても、不連続に配置してもよく、また、互いに等間隔に平行に配列しても、配列間隔をランダムに変えて配置してもよい。
一方、低摩擦シート68の摺擦面に形成する溝(凹部)としては、断面形状は鋸歯状、矩形状、波形状等に形成することもでき、エンドレスベルト62と低摩擦シート68との接触面積を小さく構成するように凹部の縦横比を充分に設定できればよい。例えば、溝の幅は0.01〜1.00mm、溝の深さは0.001〜0.02mm、溝の長さは1mm以上が好ましい。
また、溝の配列方向は、エンドレスベルト62の移動方向に対して±60°以内(配列角≦60°)が好ましい。配列角が±60°を超えると、エンドレスベルト62側と低摩擦シート68側とで凸部同士の引っ掛かりが生じたり、潤滑剤の保持効果が減少したりして、エンドレスベルト62と低摩擦シート68との摺動抵抗を充分に低減することができないからである。さらに、溝の配置は、規則的であっても、不規則的であっても、いずれでもよい。例えば、溝を配列方向に沿って、連続的に配置しても、不連続に配置してもよく、また、互いに等間隔に平行に配列しても、配列間隔をランダムに変えて配置してもよい。
また、溝の配列方向は、エンドレスベルト62の移動方向に対して±60°以内(配列角≦60°)が好ましい。配列角が±60°を超えると、エンドレスベルト62側と低摩擦シート68側とで凸部同士の引っ掛かりが生じたり、潤滑剤の保持効果が減少したりして、エンドレスベルト62と低摩擦シート68との摺動抵抗を充分に低減することができないからである。さらに、溝の配置は、規則的であっても、不規則的であっても、いずれでもよい。例えば、溝を配列方向に沿って、連続的に配置しても、不連続に配置してもよく、また、互いに等間隔に平行に配列しても、配列間隔をランダムに変えて配置してもよい。
一方、エンドレスベルト62側の溝の配列方向と低摩擦シート68側の溝の配列方向とのなす角度(交差角)は、30°以上に設定するのが好ましい。このように設定することで、低摩擦シート68側の溝のエッジ部がエンドレスベルト62側の溝や低摩擦シート68側の溝に溜まった潤滑剤を押し出し易くなり、エンドレスベルト62の内周面と低摩擦シート68の摺擦面との接触領域(凸部と凸部とが接触する部分)に潤滑剤を送り込む作用を効果的に高めることができるからである。
次に、本実施の形態の定着装置60において、用紙Pにおける紙しわの発生に関する実験を行った。この実験では、エンドレスベルト62としては、周長94mm、厚さ75μm、幅320mmの熱硬化性ポリイミドで形成されたベース層に、厚さ30μmのPFAで形成された離型層を被覆したものを用いた。エンドレスベルト62の内周面には、エンドレスベルト62の移動方向に向けて(配列角0°)、幅0.1mm、深さ5μmの多数の鋸歯状の溝を、全面に亘って連続的に形成している。また、低摩擦シート68としては、ガラス繊維の基材にPTFEを接着したものを用い、その摺擦面には、エンドレスベルト62の移動方向に対する配列角を0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°に設定した、幅0.3mm、深さ20μm、長さ1mmの多数の湾曲状の溝を、全面に亘って形成している。
なお、定着ロール61には、外径30mm、肉厚0.35mm、長さ360mmの鉄製のコア611に、0.5mm厚のシリコンHTVゴムの耐熱性弾性体層612と、0.03mm厚のPFA樹脂をディップコートした離型層613とを被覆したものを用い、定着ロール61の表面温度は定格600Wのハロゲンヒータにより170℃に設定した。また、圧力パッド64は、幅10mm、厚さ5mm、長さ320mmのシリコンゴムで構成されたシリコンゴムからなるプレニップ部材64aと、アルミニウムからなる剥離ニップ部材64bとで構成されたものを用いた。また、潤滑剤として、粘度300csのアミノ変性シリコンオイルを用いている。
そして、定着装置60においてプロセススピード194mm/sで20時間の連続した非通紙動作を実施し、擬似的な経時状態を作り出した。この定着装置60に、A3サイズの富士ゼロックス(株)社製のP紙(商品名)を用い、定着ロール61側に未定着トナー像を担持し、エンドレスベルト62側に定着されたトナー像を担持した、紙しわの発生し易い状態の用紙Pを通紙して、紙しわの発生枚数を数えた。その結果を図5に示した。
図5に示すように、低摩擦シート68側の溝の配列角0°(エンドレスベルト62側の溝との交差角0°)では10枚中0.3枚程度の紙しわの発生確率があり、配列角15°(交差角15°)では10枚中0.1枚程度の紙しわの発生確率があった。また、配列角30°〜60°では、紙しわの発生は認められなかった。さらに、配列角75°(交差角75°)では10枚中0.15枚程度の紙しわの発生確率があり、配列角90°(交差角90°)では10枚中0.25枚程度の紙しわの発生確率があった。このように、エンドレスベルト62の内周面と低摩擦シート68の摺擦面とに溝を設けることによって紙しわの発生が格段に改善され、特に、交差角が30°〜60°において顕著な効果が見られた。
一方、比較例として、エンドレスベルト62の内周面と低摩擦シート68の摺擦面に溝を設けない定着装置を用いて同様の実験を行ったところ、非通紙動作前(初期状態)には発生しなかった紙しわが、10枚中9枚において発生することが確認された。なお、この定着装置の構成は、エンドレスベルト62の内周面と低摩擦シート68の摺擦面における溝の有無以外は、上記した本実施の形態の定着装置60と同じである。
このように、本実施の形態の定着装置60における優位性が確認された。
図5に示すように、低摩擦シート68側の溝の配列角0°(エンドレスベルト62側の溝との交差角0°)では10枚中0.3枚程度の紙しわの発生確率があり、配列角15°(交差角15°)では10枚中0.1枚程度の紙しわの発生確率があった。また、配列角30°〜60°では、紙しわの発生は認められなかった。さらに、配列角75°(交差角75°)では10枚中0.15枚程度の紙しわの発生確率があり、配列角90°(交差角90°)では10枚中0.25枚程度の紙しわの発生確率があった。このように、エンドレスベルト62の内周面と低摩擦シート68の摺擦面とに溝を設けることによって紙しわの発生が格段に改善され、特に、交差角が30°〜60°において顕著な効果が見られた。
一方、比較例として、エンドレスベルト62の内周面と低摩擦シート68の摺擦面に溝を設けない定着装置を用いて同様の実験を行ったところ、非通紙動作前(初期状態)には発生しなかった紙しわが、10枚中9枚において発生することが確認された。なお、この定着装置の構成は、エンドレスベルト62の内周面と低摩擦シート68の摺擦面における溝の有無以外は、上記した本実施の形態の定着装置60と同じである。
このように、本実施の形態の定着装置60における優位性が確認された。
以上説明したように、本実施の形態の画像形成装置に用いられる定着装置60においては、エンドレスベルト62の内周面に複数の溝を形成するとともに、低摩擦シート68の摺擦面にも複数の溝を形成し、さらにエンドレスベルト62の内周面に形成された溝と低摩擦シート68の摺擦面に形成された溝とは異なる方向を向くように構成している。これによって、エンドレスベルト62の内周面と低摩擦シート68の摺擦面との接触面積を小さく構成するとともに、エンドレスベルト62の移動に伴って、エンドレスベルト62の溝と低摩擦シート68の溝に保持された潤滑剤をエンドレスベルト62と低摩擦シート68との接触部(溝と溝との間の凸部)に送り出すように構成することで、エンドレスベルト62と圧力パッド64との間の摺動抵抗を常に小さく維持することができる。そのため、エンドレスベルト62は円滑に回動でき、エンドレスベルト62と用紙Pとは等速で回動することが可能となる。その結果、用紙Pは定着ロール61と等速に安定して搬送することができ、紙しわの発生や画像ずれを抑制することができる。
また、エンドレスベルト62と圧力パッド64との間の摺動抵抗を常に小さく維持することができるので、定着ロール61を駆動する駆動モータとして、駆動トルクのより小さなものを使用できるので、画像形成装置の製造を安価に行える利点もある。
また、エンドレスベルト62と圧力パッド64との間の摺動抵抗を常に小さく維持することができるので、定着ロール61を駆動する駆動モータとして、駆動トルクのより小さなものを使用できるので、画像形成装置の製造を安価に行える利点もある。
[実施の形態2]
実施の形態1では、加熱手段として定着ロールを用い、加圧手段として圧力パッドが押圧されたエンドレスベルトを用いた定着装置が搭載された画像形成装置について説明した。実施の形態2では、図1に示した画像形成装置に搭載する定着装置であって、加熱手段として発熱源が押圧されたエンドレスベルトを用い、加圧手段として加圧ロールを用いた定着装置について説明する。尚、実施の形態1と同様な構成については同様な符号を用い、ここではその詳細な説明を省略する。
実施の形態1では、加熱手段として定着ロールを用い、加圧手段として圧力パッドが押圧されたエンドレスベルトを用いた定着装置が搭載された画像形成装置について説明した。実施の形態2では、図1に示した画像形成装置に搭載する定着装置であって、加熱手段として発熱源が押圧されたエンドレスベルトを用い、加圧手段として加圧ロールを用いた定着装置について説明する。尚、実施の形態1と同様な構成については同様な符号を用い、ここではその詳細な説明を省略する。
図6は、本実施の形態における定着装置90の構成を示す側断面図である。図6に示すように、本実施の形態の定着装置90では、エンドレスベルト62が用紙Pのトナー像担持面側に配置されている。エンドレスベルト62の内側に発熱源である抵抗発熱体としてのセラミックヒータ82が配設され、ニップ部Nに熱を供給するように構成している。
また、エンドレスベルト62内周面とセラミックヒータ82との間には低摩擦シート68が配設されている。この低摩擦シート68は、セラミックヒータ82と別体に構成しても、セラミックヒータ82と一体的に構成しても、いずれでもよい。
一方、加圧ロール81はエンドレスベルト62に対向するように配置され、図示しない駆動モータにより矢印D方向に回転し、この回転によりエンドレスベルト62が従動回転するように構成されている。
また、エンドレスベルト62内周面とセラミックヒータ82との間には低摩擦シート68が配設されている。この低摩擦シート68は、セラミックヒータ82と別体に構成しても、セラミックヒータ82と一体的に構成しても、いずれでもよい。
一方、加圧ロール81はエンドレスベルト62に対向するように配置され、図示しない駆動モータにより矢印D方向に回転し、この回転によりエンドレスベルト62が従動回転するように構成されている。
また、加圧ロール81は、コア (円筒状芯金)811と、コア811の外周面に被覆した耐熱性弾性体層812と、さらに耐熱性樹脂被覆または耐熱性ゴム被覆による離型層813とが積層されて構成され、コア811の内部には、補助加熱のためのハロゲンヒータ86を配設することもできる。
なお、剥離の補助手段として、エンドレスベルト62のニップ部Nの下流側に、剥離部材70を配設することも可能である。剥離部材70は、剥離シート71がエンドレスベルト62の回転方向と対向する向き(カウンタ方向)にエンドレスベルト62と近接する状態でホルダ72によって保持されている。
なお、剥離の補助手段として、エンドレスベルト62のニップ部Nの下流側に、剥離部材70を配設することも可能である。剥離部材70は、剥離シート71がエンドレスベルト62の回転方向と対向する向き(カウンタ方向)にエンドレスベルト62と近接する状態でホルダ72によって保持されている。
そして、図1に示した画像形成装置の二次転写部20においてトナー像が静電転写された用紙Pは、定着入口ガイド56によって定着装置90のニップ部Nに導かれる。用紙Pがニップ部Nを通過する際には、用紙P上のトナー像は、ニップ部Nに作用する圧力と、エンドレスベルト62側のセラミックヒータ82から供給される熱とによって定着される。
なお、本実施の形態の定着装置90では、セラミックヒータ82はエンドレスベルト62の内側に配設したが、エンドレスベルト62の外部に配置して、外部からエンドレスベルト62を加熱することによって、ニップ部Nに熱を供給する構成も可能である。
なお、本実施の形態の定着装置90では、セラミックヒータ82はエンドレスベルト62の内側に配設したが、エンドレスベルト62の外部に配置して、外部からエンドレスベルト62を加熱することによって、ニップ部Nに熱を供給する構成も可能である。
ここで、本実施の形態の定着装置90においては、エンドレスベルト62の内周面に複数の溝を形成するとともに、低摩擦シート68の摺擦面にも複数の溝を形成し、さらにはエンドレスベルト62の内周面に形成された溝と低摩擦シート68の摺擦面に形成された溝とは異なる方向を向くように構成している。そして、エンドレスベルト62の内周面と低摩擦シート68の摺擦面との接触面積を小さく構成するとともに、エンドレスベルト62の移動に伴って、エンドレスベルト62の溝と低摩擦シート68の溝に保持された潤滑剤をエンドレスベルト62と低摩擦シート68との接触部(溝と溝との間の凸部)に送り出すように構成している。
このように構成することによって、エンドレスベルト62とセラミックヒータ82との間の摺動抵抗を常に小さく維持することができる。そのため、エンドレスベルト62は円滑に回動でき、エンドレスベルト62と用紙Pとは等速で回動することが可能となる。その結果、用紙Pは加圧ロール81と等速に安定して搬送することができ、紙しわの発生や画像ずれを抑制することができる。
また、エンドレスベルト62とセラミックヒータ82との間の摺動抵抗を常に小さく維持することができるので、加圧ロール81を駆動する駆動モータとして、駆動トルクのより小さなものを使用できるので、画像形成装置の製造を安価に行える利点もある。
また、エンドレスベルト62とセラミックヒータ82との間の摺動抵抗を常に小さく維持することができるので、加圧ロール81を駆動する駆動モータとして、駆動トルクのより小さなものを使用できるので、画像形成装置の製造を安価に行える利点もある。
本発明の活用例として、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置への適用、例えば記録紙(用紙)上に担持された未定着トナー像を定着する定着装置への適用がある。また、インクジェト方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置への適用、例えば記録紙(用紙)上に担持された未乾燥インク像を乾燥する定着装置への適用がある。
1Y,1M,1C,1K…画像形成ユニット、11…感光体ドラム、12…帯電器、13…レーザ露光器、14…現像器、15…中間転写ベルト、16…一次転写ロール、17…ドラムクリーナ、20…二次転写部、60,90…定着装置、61…定着ロール、62…エンドレスベルト、63…ベルト走行ガイド、64…圧力パッド、64a…プレニップ部材、64b…剥離ニップ部材、65…ホルダ、66,86…ハロゲンヒータ、67…潤滑剤塗布部材、68…低摩擦シート、69…温度センサ、70…剥離部材、81…加圧ロール、82…セラミックヒータ
Claims (7)
- 回動可能な回動部材と、
前記回動部材に接触しながら移動可能であって、内周面に溝が形成されたエンドレスベルトと、
前記エンドレスベルトの内側に配置され、当該エンドレスベルトを前記回動部材に圧接させて当該回動部材と当該エンドレスベルトとの間に記録材が通過するニップ部を形成する圧力部材と、
前記エンドレスベルトと前記圧力部材との間に設けられ、当該エンドレスベルトとの摺擦面に溝が形成された摺動部材と
を備えたことを特徴とする定着装置。 - 前記エンドレスベルトに形成された溝と前記摺動部材に形成された溝とは、互いに異なる方向に配列されたことを特徴とする請求項1記載の定着装置。
- 前記エンドレスベルトに形成された溝の配列方向と前記摺動部材に形成された溝の配列方向とは、30°〜60°の交差角を有することを特徴とする請求項2記載の定着装置。
- 前記エンドレスベルトに形成された溝の配列方向および/または前記摺動部材に形成された溝の配列方向は、当該エンドレスベルトの移動方向に対し±60°の範囲内に設定されることを特徴とする請求項1記載の定着装置。
- 前記エンドレスベルトと前記摺動部材との摺擦部に潤滑剤を供給する潤滑剤供給部材をさらに備えたことを特徴とする請求項1記載の定着装置。
- 前記回動部材が発熱源を有する定着ロールであり、当該定着ロールにより前記記録材を加熱加圧することを特徴とする請求項1記載の定着装置。
- トナー像を形成するトナー像形成手段と、
前記トナー像形成手段によって形成されたトナー像を記録材上に転写する転写手段と、
前記記録材上に転写されたトナー像を当該記録材に定着する定着手段とを含み、
前記定着手段は、
請求項1〜6に記載の定着装置であることを特徴とする画像形成装置。
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- 2003-09-10 JP JP2003318091A patent/JP2005084484A/ja active Pending
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