JP2005241954A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 各種の紙に定着可能な定着装置を持つ画像形成装置を提供すること。
【解決手段】 少なくとも１つが帯状の２つの回転体を圧接し、ニップ部を作り、前記回転体の１つを熱する熱源と、前記回転体の駆動源を備え、前記ニップ部で定着する装置を持つ画像形成装置において、前記帯状の回転体を他方の回転体へ押圧する加圧部材を複数個備え、該加圧部材の内１つをニップ部に移動、停止させる制御手段を有し、前記転写材の品種、銘柄、斤量等を操作部上で設定する手段、前記転写材の厚み、斤量、平滑度、光沢度、剛度等を定着前に検知する手段、設置温度、湿度、転写材の温度、含水率を検知する手段中、少なくとも１つを備え、これ等手段による検知結果により、転写材のニップ部到達前に、前記加圧部材の１つをニップ部に移動させることを特徴とする画像形成装置。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ＦＡＸ等の電子写真方式を用いる定着装置を有する画像形成装置に関し、特に、２ツの回転体で挟持、加圧、加熱することにより定着処理を行う定着装置を有する画像形成装置に関する。

従来の定着装置においては、２つの回転体であるローラを圧接させて形成されたニップ部にトナー画像を保持した転写材を通過させ、加熱、加圧してトナー画像を転写材に定着する方式が一般的である。

カラー画像形成装置の場合、転写材上のトナー付着量が多くなるため、転写材が、トナー像を加熱、加圧の際、回転体に巻付き易くなる問題が発生する。そのため、ニップ形状が未定着のトナー像側に凹状になるようにしてある。このような場合、転写材の裏面側のローラの硬度を、未定着トナー像側のローラの硬度よりある程度硬くする必要があるため、厚紙等の定着性の悪い転写材に必要なニップ幅を確保できず、定着性の悪い転写材を定着する際は、定着温度を上げたり、プロセス速度を下げたりすることにより対応し、その結果、ウォームアップ時間が長くなったり、プリント生産性が低下する問題が生じる。そればかりか厚紙等の剛度の高い転写材は定着装置通過後、排紙時の形状がニップ形状に倣い、カールが大きくなる問題も生じる。厚紙は剛度が高く、未定着トナー像側のローラ側にニップ形状を凸にする必要がないため、転写材の裏面側のローラの硬度を下げてニップ幅を確保し、且つ、カールが小さくなるようにニップ部をフラット形状にすることが可能であるが、そのような条件下では逆に薄紙が未定着トナー像側のローラに巻付くという問題が発生する。

上記の問題に対応して、転写材の含水率、厚み等によって最適なローラの温度、直径、周速、表面硬度等の条件を複数のローラを利用して、選択可能にする技術（例えば、特許文献１参照）や、トナー画像を担持する封筒のシワまたはＯＨＴ（透明紙）上のカラートナー像の透過性確保等の対策のため、転写材の種類によりローラを選択する技術（例えば、特許文献２参照）が開示されている。

また、未定着トナー像側にローラを、転写材の裏面側にベルト（帯）を設置し、ベルトをローラへ押圧する加圧部材を複数設け、転写材の幅に応じて、転写材の搬送方向にたいして垂直方向の長さ（幅）の異なる複数の加圧部材の中から１つを選択して未定着トナー像側のローラにベルトを介して圧接させる位置に切り替え、さらに圧力も切り替える技術（例えば、特許文献３参照）が開示されている。
特開昭５４−９５２４６号公報 特開平４−１６６８７８号公報 特開２００１−５３１２号公報

しかしながら、複数のローラの選択の場合、複数のローラの温度を同時に制御しなければならずスタンバイ時の消費電力が非常に多くかかる問題が生じ、仮に、スタンバイ時の消費電力を抑えるために複数のローラの温度制御を省略すると、ローラを切替えてからローラが昇温するまでに時間がかかり、ファーストプリントアウトに長時間がかかり、また、定着アンダーの発生も懸念される。さらに、ローラの周速を下げる方向に制御してしまうと、プリントの生産性も低下する。したがって、単に、温度、直径、周速、表面硬度のちがうローラを備えて、状況に応じて切り替えるだけでは、切り替えた際の待ち時間やプリントの生産性が落ちてしまうという問題が生じてしまう。特許文献３のように、圧力や、加圧部材の転写材の搬送方向に対して垂直方向の長さ（幅）を変えただけでは、様々な種類の転写材や、環境変動に対して、定着性や通紙性を確保し巻き付きを防ぐようなことはできない。

本発明は、定着性、剥離性、シワ対策、温度分布適正化等の総合的な定着性能が確保できる定着装置を有する画像形成装置を提供することを目的とする。

本目的は、下記の手段によって達成される。
少なくとも１つがベルト形状で構成された２つの回転体を互いに圧接させてニップ部を形成し、前記２つの回転体の少なくとも１つを加熱する加熱源と、前記２つの回転体の少なくとも１つを回転駆動する駆動源とを備え、前記ニップ部に転写材を通過させることにより、前記転写材上にトナー画像を定着させる定着装置を有する画像形成装置において、前記ベルト形状の回転体を他方の回転体へ押し付ける加圧部材を複数個備え、当該複数個の加圧部材の内１つをニップ部に移動させて停止させる移動手段と移動停止制御を行う制御手段とを有し、出力する前記転写材のサイズ、品種、銘柄、厚み、斤量、平滑度、光沢度のいずれかを操作部上で設定する手段、出力する前記転写材のサイズ、厚み、斤量、平滑度、光沢度、剛度のいずれかを定着工程前に検知する手段、画像形成装置の設置環境温度もしくは湿度、転写材の温度もしくは含水率を検知する手段のうち少なくとも１つを備え、これらの手段による検知結果に基づいて、前記転写材が前記ニップ部に到達する前に、前記複数個の加圧部材の内の１つを前記ニップ部に移動させることを特徴とする画像形成装置。

ベルトを介して転写材をローラに押圧する加圧部材を固定し、加圧部材は転写材の条件によって変更される機構にすることによって、総合的な定着性能が確保できる定着装置を有する画像形成装置を提供することができる。

はじめに、本発明に係わる定着装置及びそれを装着する画像形成装置について説明する。

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。

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。

図１において、１０は感光体、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、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、１６は現像スリーブ、２０は中間転写ベルトを示す。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。

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。

中間転写ベルト２０は駆動ローラ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。

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。

感光体１０は、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１の矢印で示す反時計方向に回転する。

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。

現像器１３は、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。

中間転写ベルト２０は、体積抵抗率１０⁶〜１０¹²Ω・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０．０１５〜０．０５ｍｍの半導電性シームレスベルトである。

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。

２６はアースローラ２２から当接および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。

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。４は本発明に係わる定着装置であり、詳細は後述する。

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。８５は操作パネルである。Ｂ１は制御手段であるコントロール部である。

ここで、本発明に係る定着装置４について説明する。

図２は、加圧部材の移動手段を説明するための図である。

図２において、４１は加熱ローラで、アルミから形成された円筒状の芯金４１３に弾性体である耐熱層４１２がライニングされ、当該耐熱層４１２の外周に離型層４１１が被覆された構成で作られ、当該加熱ローラ４１の空洞部に配設された、加熱源であるハロゲンヒータ４６によって所定の温度まで加熱され、その温度は、前記加熱ローラ４１の表面近傍に設置された非接触温度センサ４１４により検出され、コントロール部Ｂ１に伝達され、当該コントロール部Ｂ１はハロゲンヒータ４６をＯＮ、ＯＦＦすることによって、加熱ローラ４１の表面温度が規定の温度となるように制御している。

４７は、ポリイミドを基体としシリコーンゴム層面にＰＦＡ樹脂薄層塗布した加圧ベルトで、、給紙ガイド等により定着領域であるニップ部Ｔに搬送されてきたトナー画像を保持した転写材Ｐを、加圧ベルト４７と加圧部材である加圧パッドＡ１で加熱ローラ４１に押し付けて転写材Ｐ上にトナー像を定着する。

４２はパッド移動機構で、円筒状のパッド支持ローラ４２０と加圧パッドＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４等とで構成され、剛体部材であるパッド支持ローラ４２０は剛体の材質で構成され、長手方向に複数の溝Ｍを有し、当該溝Ｍに加圧パッドＡ１〜Ａ４を持着している。

加圧パッドＡ１〜Ａ４は各々硬度、熱容量、加圧ベルトの進行方向と垂直方向の厚みもしくは熱容量の分布の少なくとも１つが異なるように構成されている。

パッド支持ローラ４２０の熱伝導率は低い方がより好ましい。パッド支持ローラ４２０は不図示の駆動部から動力を得て回転する回転軸４２５と一体に構成されている。

回転軸４２５は、コントロール部Ｂ１の指示に従って、所定の角度だけ回動し、加圧パッドＡ１〜Ａ４のうちいずれかを加圧ベルト４７を介して加熱ローラ４１に、移動して不図示の停止機構で停止固定され、所定の位置で加熱ローラ４１を押圧してニップ部Ｔを形成する。

したがって、各加圧パッドＡ１〜Ａ４で形成されるニップ部Ｔにおいては、圧力、ニップ長さ等は互いに異なり、定着条件も異なることになる。

実施の形態では、４個の加圧パッドＡ１〜Ａ４が持着されているが、４個以上あってもよい。

図１に戻って、Ｇはガイド板、４３はベルト駆動ローラ、４４はテンションローラ、４５は従動ローラ、４６はハロゲンヒータ、４８は定着排紙ローラである。

図３は、加圧パッドを示す図である。

図３（ａ）において、加圧パッドＡ１〜Ａ４はシリコーンゴム製の弾性部材４２２をテフロン（Ｒ）系の摺動シート４２３が被覆した状態で構成されている。

前記複数の加圧パッドＡ１〜Ａ４は硬度、熱容量、転写材の搬送方向と平行する方向の厚みｔ、転写材の搬送方向と直行する方向の厚みｈ、転写材の搬送方向と直行する方向の厚みｈの分布、転写材の搬送方向と直行する方向の熱容量分布、転写材の搬送方向と直行する方向の硬度分布の少なくとも１つが互いに異なっている。

弾性部材４２２は、熱伝導率が０．０５〜０．２５Ｗ／ｍ・ｋの範囲の低熱伝導シリコーンゴムを素材とし、テフロン（Ｒ）系樹脂（ＰＴＦＥ等）の摺動シート４２３は加圧ベルト４７との摩擦係数を低減している。

また、加圧パッドＡ１〜Ａ４は、図３（ｂ）のように、両端部より中央部の厚みｈを大きくしたり、図３（ｃ）のように、加圧パッドを１〜ｎに複数分割し、各々分割された弾性部材４２２の硬度が中央ほど高く、両端部ほど低くし、溝Ｍに一本保持してもよい。また、加圧パッドを１〜ｎに複数分割し、各々の分割された弾性部材４２２の熱伝導率が中央部ほど低く、両端部ほど高くし、溝Ｍに一本保持してもよい。また、図３（ｄ）のように、溝Ｍを湾曲にして、加圧パッドの厚みｈを中央部ほど厚く、両端部ほど薄くしてもよい。

このような互いに異なった構成の加圧パッドＡ１〜Ａ４が、各溝Ｍに持着されており、転写材のサイズ、品質、銘柄、厚み、斤量、平滑度、光沢度、剛度等の条件のいずれかを画像形成装置の操作部で設定しておけば、その条件に適合した加圧パッドが選択移動する。

また、転写材のサイズ、厚み、斤量、平滑度、光沢度のいずれかの条件を転写前に検知し、その結果をコントロール部Ｂ１に伝達しておけば、その条件に適合した加圧パッドが選択される。

また、画像形成装置が設置されている環境の温度もしくは湿度や、転写材の温度もしくは含水率を検知し、その結果をコントロール部Ｂ１に伝達しておけば、その条件に適合した加圧パッドが選択される。

上記のように選択された加圧パッドＡ１〜Ａ４と加圧ベルト４７と加熱ローラ４１とで形成されたニップ部Ｔで最適な定着処理が可能となる。

なお、転写材のサイズ、品質、銘柄、厚み、斤量、平滑度、光沢度、剛度や、設置環境の温度もしくは湿度や、転写材の温度もしくは含水率等に対応する最適な加圧パッドの選択は、予め実験によって得られたデータから作られたプログラムに従って行われ、当該プログラムはコントロール部Ｂ１に記憶されている。

図４は、転写工程前の転写材に関する条件を検知する検知手段の例を示す図である。

図４（ａ）は、転写材Ｐの厚みを測定する検地装置である。図４（ａ）において、７４ａは、両端が不図示の枠体に固定された軸受で支持されたローラ、７４ｂは、転写材搬送方向に対し垂直に変位可能な軸受に支持された変位ローラである。Ｓ１は超音波等の変位検知センサである。

転写材Ｐが７４ａ、ｂで挟持、搬送されると、ローラ７４ｂは点線から実線の位置に転写材Ｐの厚み分ｅだけ変動し、変位検知センサＳ１からコントロール部Ｂ１へ変位情報が伝達され、その厚みに対応した最適な加圧パッドが選択される。

図４（ｂ）は、転写材Ｐの平滑度、光沢度を測定する検地装置である。図４（ｂ）において、Ｓ２は反射光量を検知するセンサで、転写材表面の粗さ、光沢度が測定され、センサＳ２からコントロール部Ｂ１へ情報が伝達され、粗さ、光沢度に対応した最適な加圧パッドが選択される。

図４（ｃ）は、転写材Ｐの剛度を測定する検地装置である。図４（ｃ）において、７５は、転写材Ｐの搬送経路にある搬送ローラ対である。Ｓ３は反射光量を検知するセンサで、搬送ローラ対７５から所定の距離ｆの位置に設けられている。

転写材Ｐは搬送ローラ対７５に挟持搬送され、先端部が検知される。

仮に、転写材Ｐの剛度が小さい場合は、実線のように大きく撓み、剛度が高い場合は、点線のように撓み量が小さくなる。この撓み量の大小によってセンサＳ３が受ける光量の変化と撓み量の関係から、転写材Ｐの剛度を検知し、その結果をコントロール部Ｂ１へ情報が伝達されその剛度に対応した最適な加圧パッドが選択される。

図４（ｄ）は、転写材の含水率を測定する検地装置である。図４（ｄ）において、７７は導電性の搬送ローラ対で、転写材Ｐは挟持、搬送されるが、当該搬送ローラ対７７には電圧Ｅが印加されている。転写材Ｐの含水率が高いと紙を介したローラ間の抵抗値は低くなり電流値Ａは高くなる。含水率が低いと抵抗値は高くなり、電流値Ａは低くなる。この電流値Ａの情報がコントロール部Ｂ１へ伝達され、含水率に対応する最適な加圧パッドが選択される。

また、画像形成装置内の外装近傍には、装置が設置されている環境の温度、湿度を検知するセンサや給紙搬送部には転写材の温度を検知する手段であるセンサが設けられ、コントロール部Ｂ１にその情報は伝達され、最適な加圧パッドの選択に寄与している。装置が設置されている環境の温度、湿度を検知するセンサ付近の外装は手が入らないようにしたスリットが設けられている。

また、転写材サイズは給紙カセット７２で公知の手段で自動検知することが可能である。

図５は、画像形成装置の上面に設けられた操作パネルの一部を示している。

操作パネル上には紙質選択部が設けられている。

図５（ａ）は、選択する紙質の項目である。

図５（ｂ）は、紙質の項目の例を示している。

紙質の選択は、前述したような給紙、搬送経路にセンサを設けて、紙質を検知する方法の他に、操作者がプリント前に紙質を入力し、最適な加圧パッド選択を制御する方法もある。以下、その方法について説明する。

図５において、当該操作パネル８５には紙質を設定する手段である紙質選択部８５１が設けられている。

操作者は、転写材のサイズ、紙種、品種、銘柄、厚み、斤量、平滑度、光沢度のいずれかを紙質選択部８５１上で設定すれば、コントロール部Ｂ１でその条件に適合した加圧パッドが選択される。

なお、上記実施の形態では、未定着トナーに接する回転体をローラにし、転写材の裏面側に接する回転体をベルトにしたものについて記述したが、図６のような構成でも本発明の効果は達成できる。

図６は、加圧手段を加熱ベルトの内側にして、加圧ローラに押圧する形態を示す図である。

図６における定着方法では、４１Ａは加熱ローラ、４３はベルト駆動ローラ、４５がテンションローラとなり、加熱ベルト４７Ａを加熱し、加圧手段４３Ａにて、ニップ部Ｔで、トナーを保持した転写材Ｐを加圧ローラ４９に押圧、加熱する方法である。なお、２つハロゲンヒータ４６Ａ、４６Ｂは各々の温度センサ４１５、４１４の出力値に応じてコントロール部Ｂ１にてＯＮ、ＯＦＦ制御される。また、ベルトの加熱ローラ４１Ａはアルミの円筒状の芯金にフッ素樹脂等をコーティングしたものである。基本的には図２で説明した構成と同じ故、詳細な省略する。

また、厚み、斤量、平滑度、光沢度等を数値的に入力できるようなプログラムがコントロール部Ｂ１に内設し、それに対応した数値をテンキー８５２（図５参照）で入力すれば、その条件に適合した加圧パッドの選択も可能である。

画像形成装置の全体構成の一例を示す模式図である。 加圧部材の移動手段を説明するための図である。 加圧パッドを示す図である。 転写工程前の転写材に関する条件を検知する検知手段の例を示す図である。 操作パネル上に設けた紙質選択部を示す図である。 加圧手段を加圧ベルトの内側にして、加圧ローラに押圧する形態を示す図である。

符号の説明

１ 画像形成手段
１０ 感光体
２０ 中間転写ベルト
４ 定着装置
４１ 加熱ローラ
４２ 加圧手段
４３ ベルト駆動ローラ
４４ テンションローラ
４５ 従動ローラ
４７ 加圧ベルト
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４ 加圧パッド
４２０ パッド支持ローラ
４２２ 弾性部材
４２３ 摺動シート

Claims (3)

1. 少なくとも１つがベルト形状で構成された２つの回転体を互いに圧接させてニップ部を形成し、前記２つの回転体の少なくとも１つを加熱する加熱源と、前記２つの回転体の少なくとも１つを回転駆動する駆動源とを備え、前記ニップ部に転写材を通過させることにより、前記転写材上にトナー画像を定着させる定着装置を有する画像形成装置において、前記ベルト形状の回転体を他方の回転体へ押し付ける加圧部材を複数個備え、当該複数個の加圧部材の内１つをニップ部に移動させて停止させる移動手段と移動停止制御を行う制御手段とを有し、出力する前記転写材のサイズ、品種、銘柄、厚み、斤量、平滑度、光沢度のいずれかを操作部上で設定する手段、出力する前記転写材のサイズ、厚み、斤量、平滑度、光沢度、剛度のいずれかを定着工程前に検知する手段、画像形成装置の設置環境温度もしくは湿度、転写材の温度もしくは含水率を検知する手段のうち少なくとも１つを備え、これらの手段による検知結果に基づいて、前記転写材が前記ニップ部に到達する前に、前記複数個の加圧部材の内の１つを前記ニップ部に移動させることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記複数個の加圧部材は、弾性部材を有し、弾性部材の硬度、熱容量、転写材の搬送方向と平行する方向の厚みｔ、転写材の搬送方向と直行する方向の厚みｈ、転写材の搬送方向と直行する方向の厚みｈの分布、転写材の搬送方向と直行する方向の熱容量分布、転写材の搬送方向と直行する方向の硬度分布、の少なくとも１つが互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記複数個の加圧部材は弾性部材で、その熱伝導率が０．０５〜０．２５Ｗ／ｍ・ｋの範囲にあり、前記複数個の加圧部材を一体保持する剛体部材があることを特徴とする請求項１ないし２のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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