JP2005292594A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 定着装置の出口のニップ部での記録媒体の巻き付きを防止する。
【解決手段】シート状の記録媒体Ｐにトナー画像Ｔ１，Ｔ２を定着する定着装置において、定着ローラと加圧ローラを対とした複数のローラ対１，２、３，４と、記録媒体Ｐの移動方向に沿って配置された前記複数のローラ対１，２、３，４の第１及び第２加圧ローラ２，４間に架け回された加圧ベルト５とを備え、入口側に配置されたローラ対では第１定着ローラ１の表面温度が第１加圧ローラ２の表面温度より高く、出口側に配置されたローラ対では第２定着ローラ３の表面温度が第２加圧ローラ４の方が低く、第２定着ローラ３のローラ表面硬度が第２加圧ローラ４の表面硬度よりも高く設定した。
【選択図】図２

Description

本発明はシート状の記録媒体にトナー画像を定着する定着装置及びこの定着装置を使用した電子写真式の複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置に関する。

この種の技術として例えば特許文献１−５に開示された発明が公知である。このうち、特許文献１には、電子写真プロセスで用紙上に転写された画像を熱及び圧力によって定着する電子写真プリンタであって、前記用紙の表面及び裏面のうちの一方から熱を加える第１の加熱ローラと、前記用紙の表面及び裏面のうちの他方から圧力を加える第１の加圧ローラと、前記第１の加熱ローラ及び前記第１の加圧ローラで夫々熱及び圧力が加えられた用紙に前記第１の加熱ローラとは逆方向から熱を加える第２の加熱ローラと、前記第１の加熱ローラ及び前記第１の加圧ローラで夫々熱及び圧力が加えられた用紙に前記第１の加圧ローラとは逆方向から圧力を加える第２の加圧ローラとを有することを特徴とする電子写真プリンタが開示されている。

また、特許文献２には、未定着のトナー像を担持した転写材を定着する定着装置において、複数の支持ローラに巻回して回動可能な定着ベルトを対向して配置し、未定着のトナー像を担持した転写材を前記対向する定着ベルト間での搬送、加熱、加圧作用を介して、未定着のトナー像を転写材に定着させることを特徴するが開示されている。

また、特許文献３には、導電層を有する薄肉の加熱ベルトを、磁界発生手段が発生する磁界によって誘導加熱し、前記加熱ベルトと相対して設けられる加圧部材とのニップ部で、記録媒体上の未定着トナー像を定着する定着装置において、前記加熱ベルトの内部に、弾性層を有する押圧部材を設け、当該押圧部材を加熱ベルトを介して加圧部材に押圧することにより、定着のためのニップ部を形成し、前記ニップ部内の圧力分布が前記加熱ベルトの移動方向に沿って対称となるように設定し、あるいは、前記ニップ部内の圧力分布が当該ニップ部の入口と出口とで非対称であり、出口部の圧力が入口部に対して高く設定した定着装置が開示されている。

また、特許文献４には、定着ローラと、加熱ローラと、両ローラに張架されたベルトと、該ベルトの外周面に接触してベルトとの間でニップを形成する加圧ローラを備えたベルト定着装置において、ベルトを介して定着ローラと加圧ローラによって形成されるニップの出口分離部に対応した位置であってベルトの内側に、出口分離部面を曲率の大きな形状部とした固定部材を備えたベルト定着装置が開示されている。

さらに、特許文献５には、同時両面定着において、表面と裏面の加熱のタイミングに差を設け、瞬間的に集中的な加熱を避けることによって、コート紙を用いた場合に発生するブリスタを防止するようにした定着装置が開示されている。
特開平９−３２５６２７号公報 特開２００２−７２７２４号公報 特開２００２−１４８９８３号公報 特開２００３−５５６６号公報 特開２０００−７５７１０号公報

しかし、特許文献１及び２記載の発明では、高速で高い定着能力を確保するための幅広いニップを構成するために、定着ベルトを対向して配置しているが、この方式ではベルトにより高速搬送したときに激しいベルト寄りが発生することがある。

また、特許文献３及び４記載の発明では、定着ニップ部内の押圧部材が固定パッドであり、定着ベルトの内側と摺動してしまうため、高速で安定したベルト搬送を保証することができない。

さらに、特許文献５記載の発明では、コート紙を用いた場合に発生するブリスタを防止することはできるが、同時両面定着における大きな課題となる巻き付きに対しては対策が充分であるとは言い難い。

本発明のこのような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、最終的なニップ出口での巻き付きを防止することにある。また、他の目的は、異常画像の発生を防止することにある。さらに他の目的は、高速搬送に対応できるようにすることにある。

前記目的を達成するため、第１の手段は、シート状の記録媒体にトナー画像を定着する定着装置において、定着ローラと加圧ローラを対とした複数のローラ対と、記録媒体の移動方向に沿って配置された前記複数のローラ対の加圧ローラ間に架け渡された加圧ベルトとを備え、入口側に配置されたローラ対では加圧ベルトに近接する方向に、出口側に配置されたローラ対では加圧ベルトから離間する方向に前記記録媒体を湾曲させる手段を備えていることを特徴とする。これにより、記録媒体の両面に形成された画像を両面同時に定着する場合の記録媒体の巻き付きを防止することができる。

第２の手段は、第１の手段において、前記湾曲させる手段が前記入口側及び出口側の定着ローラと加圧ローラの温度を制御する制御手段からなることを特徴とする。これにより定着ローラ及び加圧ローラの温度制御だけで記録媒体の巻き付きを防止することができる。

第３の手段は、第２の手段において、前記制御手段は、前記入口側に配置されたローラ対においては定着ローラの表面温度よりも加圧ローラの表面温度の方を高く、前記出口側に配置されたローラ対においては定着ローラの表面温度よりも加圧ローラの表面温度の方を低く設定することを特徴とする。このように温度差だけで容易に記録媒体の巻き付きを防止することができる。

第４の手段は、第２または第３の手段において、前記出口側のローラ対において、前記定着ローラの表面硬度よりも前記加圧ローラの表面硬度の方が高く設定されていることを特徴とする。このように構成すると、裏面のトナー像は表面のトナー像に比べると温度が低下しているので、表裏両面に発生する巻き付き力の関係から、記録媒体の出口巻き付き方向は出口側のローラ対の定着ローラ側になる。しかしながら、前記定着ローラとこの定着ローラと対となる加圧ローラの表層硬度の関係から、排紙方向としては加圧ローラ側の力が働く。よって、両者の力の向きが打ち消し合うことにより、出口側の定着ローラのニップ部でも記録媒体の巻き付きを防止することができる。

第５の手段は、シート状の記録媒体にトナー画像を定着する定着装置において、定着ローラと加圧ローラを対とした複数のローラ対と、記録媒体の移動方向に沿って配置された前記複数のローラ対の加圧ローラ間に架け回された加圧ベルトとを備え、入口側に配置されたローラ対では表面温度が定着ローラよりも加圧ローラの方が高く、出口側に配置されたローラ対では表面温度が定着ローラよりも加圧ローラの方が低く、ローラ表面硬度が定着ローラよりも加圧ローラの方が高く設定されていることを特徴とする。このように構成すると、入口側の定着ローラのニップ内では表面のトナー像は加熱はされるが定着はせずに、裏面のトナー像は加圧ベルトより充分な熱を得て溶融し、ほとんど定着する。この表裏両面に発生する巻き付き力の関係から、記録媒体の巻き付き方向は加圧ローラ側となるが、加圧ローラ側には加圧ベルトが架け回されているので、加圧ローラの表層に沿った方向への巻き付きはせずに、加圧ベルトに密着し、出口側の定着ローラへと搬送される。このため入口側の定着ローラでは記録媒体の巻き付きは発生しない。記録媒体は加圧ベルトに密着して搬送されながら放熱によって温度が低下し、出口側のローラ対の定着ローラで表面のトナー像は充分な熱を得て溶融し定着される。このとき、裏面のトナー像は表面のトナー像に比べると温度が低下しているので、表裏両面に発生する巻き付き力の関係から、記録媒体の出口巻き付き方向は定着ローラ側になる。しかしながら、定着ローラと加圧ローラの表層硬度の関係から、排紙方向としては加圧ローラ側の力が働く。よって、両者の力の向きが打ち消し合うことにより、出口側のローラ対でも記録媒体の巻き付きを防止することができる。

第６の手段は、第１ないし第５の手段において、前記出口側のローラ対における定着ローラは加圧ローラよりも小径に形成されていることを特徴とする。これにより、出口側のローラ対の定着ローラ側の分離性が向上するので、ニップ出口部における定着ローラ方向への巻き付きをより効果的に防止することができる。

第７の手段は、第６の手段において、前記出口側のローラ対における定着ローラの芯金は繊維強化金属で形成されていることを特徴とする。第６の手段のように定着ローラを小径化すると、小径化によってローラたわみに対する強度が低下するが、繊維強化金属はヤング率が大きいので、ローラの芯金に繊維強化金属を用いることにより小径ローラのたわみを防止することができる。

第８の手段は、第１ないし第７の手段において、前記入口側のローラ対と前記出口側のローラ対の間に前記加圧ベルトを冷却する冷却手段を備えていることを特徴とする。入口側ローラ対と出口側ローラ対の間で加圧ベルトを背面側から積極的に冷却することによって搬送される記録媒体の裏面トナー像の温度をより低下させることができる。これにより加圧ベルトとの接着力が低下し、出口側のローラ対のニップ出口における加圧ローラ側への巻き付きを防止することができる。

第９の手段は、第８の手段において、前記冷却手段は水冷機構を備えていることを特徴とする。このように水冷機構を使用すると、大きな冷却効果を安定して得ることができる。

第１０の手段は、第８の手段において、前記冷却手段は冷却用フィンを備えていることを特徴とする。このように冷却フィンを使用すると、コストも低く、簡便な構成により大きな冷却効果を得ることができる。

第１１の手段は、第８ないし第１０の手段において、前記冷却手段は冷却ファンを備えていることを特徴とする。このように冷却ファンを使用すると、簡便な構成でより大きな冷却効果を得ることができる。

第１２の手段は、第８ないし第１１の手段において、前記冷却手段はヒートパイプを備えていることを特徴とする。このようにヒートパイプを使用すると、熱移動促進が効率よく行え、こｒねいより大きな冷却効果を得ることができる。

第１３の手段は、第１ないし第１２の手段において、前記加圧ベルトに前記記録媒体とは逆極性の電荷を付加する手段をさらに備えていることを特徴とする。このように加圧ベルトに記録媒体とは逆極性の電荷が付加されると、加圧ベルトに対して記録媒体の密着性が向上し、高速搬送に対して不安定要素となるベルト寄りをなくし、記録媒体と加圧ベルトのずれによる異常画像の発生を防止することができる。その際、冷却機構を有する場合には、記録媒体と加圧ベルトの密着性が高いので、裏面トナー画像温度の低下をより促進することができる。

第１４の手段は、第１ないし第１３の手段において、前記入口側と出口側のローラ対間に搬送ローラをさらに備えていることを特徴とする。このように搬送ローラを設けると、搬送ローラによって押さえ込むことによる画像ずれ防止と、搬送ローラが放熱機能を有することから接触伝熱によるトナー画像温度の低下をより促進することができる。なお、搬送ローラが放熱機能を有することから加熱手段を備えていないことは言うまでもない。また、搬送ローラを使用することにより高速搬送の弊害となる摺動部を構造的になくすことができる。その結果、高速搬送に対応することが可能となる。

第１５の手段は、第１４の手段において、前記搬送ローラは前記ローラ対よりも小径であることを特徴とする。小径ローラとすることにより加圧ベルトに対する搬送ローラ配設位置の自由度が大きくなる。

第１６の手段は、第１４または第１５の手段において、搬送ローラに電気的なバイアスを印加する手段を備えていることを特徴とする。より具体的には、表面トナー像と同極性のバイアスを表面トナー像に接触する側の搬送ローラに印加すれば、搬送ローラへのオフセットを防止することができる。

第１７の手段は、第１ないし第１６の手段において、前記出口側のローラ対における定着ローラに離型材を塗布する手段を備えていることを特徴とする。前記定着ローラに離型材塗布を塗布すると、当該定着ローラ側の記録媒体の分離性向上が向上し、記録媒体の定着ローラ側の巻き付きを防止することができる。

第１８の手段は、第１ないし第１７の手段において、前記入口側のローラ対において、前記定着ローラの表面硬度よりも前記加圧ローラの表面硬度の方が高く設定されていることを特徴とする。このように構成すると、定着ローラ側の記録媒体の分離性が向上し、入口側ローラ対の定着ローラ方向への巻き付きを防止することができる。

第１９の手段は、第１ないし第１８の手段において、前記入口側のローラ対における定着ローラは加圧ローラよりも小径に設定されていることを特徴とする。このように構成すると、定着ローラ側の記録媒体の分離性が向上し、入口側ローラ対の定着ローラ方向への巻き付きを防止することができる。

第２０の手段は、第１９の手段において、前記入口側のローラ対における定着ローラの芯金は繊維強化金属で形成されていることを特徴とする。第１９の手段のように定着ローラを小径化すると、小径化によってローラたわみに対する強度が低下するが、繊維強化金属はヤング率が大きいので、ローラの芯金に繊維強化金属を用いることにより小径ローラのたわみを防止することができる。

第２１の手段は、第１ないし第２０の手段において、前記入口側のローラ対に前記記録媒体上のトナーとは逆極性の電荷を付加する手段を備えていることを特徴とする。前記付加する手段により表面トナー像と同極性のバイアスを定着ローラに印加すれば、入口側のローラ対における定着ローラへの未定着表面トナー画像のオフセットを防止することができる。

第２２の手段は、第１ないし第２１の手段において、前記入口側のローラ対の定着ローラは離型材を塗布する手段を備えていることを特徴とする。入口側のローラ対の定着ローラに離型材を塗布することにより定着ローラ側の分離性が向上し、ニップ出口部での定着ローラ方向への巻き付きを防止することができる。

第２３の手段は、第１ないし第２２の手段において、前記入口ローラ対における定着ローラを外部から加熱する手段を備えていることを特徴とする。

第２４の手段は、第１ないし第２３の手段において、前記出口ローラ対における定着ローラを外部から加熱する手段を備えていることを特徴とする。

第２５の手段は、第１ないし第２４の手段において、前記加圧ベルトを外部から加熱する手段を備えていることを特徴とする。

第２３ないし第２６の手段では、高速駆動時における各ローラおよびベルト表層の熱的な応答性、追従性の不足に対応し、高速で駆動した場合にも熱の応答性が高く、熱的に追従することが可能となり、高速駆動により記録媒体の生産性を高めることができる。また、定着装置が高速で立ち上がり、定着ローラ径に対する設計上の制約もなくなる。さらに第２６の手段では、単純な構成により、小型化、低コスト化を実現できる。

第２７の手段は、像担持体に形成された潜像をトナー現像し、現像されたトナー画像を記録媒体上に転写して画像を形成する画像形成手段と、前記記録媒体上のトナー画像を当該記録媒体に定着させる第１ないし第２６の手段に係る定着装置とを備えた画像形成装置を特徴とする。

第２８の手段は、第２７の手段において、前記画像形成手段が、前記潜像が色ごとに形成され、色ごとに前記潜像をトナー現像するカラー画像形成手段からなることを特徴とする。

第２７及び第２８の手段によれば、定着装置のニップ出口における記録媒体の巻き付きのない画像形成装置あるいはカラー画像形成装置を提供することができる。また、記録媒体と加圧ベルトのずれによる異常画像の発生のない画像形成装置あるいはカラー画像形成装置を提供することができる。さらに、高速駆動に対応した画像形成装置を提供あるいはカラー画像形成装置を提供することができる。

本発明によれば、定着装置の定着ローラニップ出口での記録媒体の巻き付きを防止することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置としてのタンデム型カラー複写機の構成を示す図である。
同図において、カラー複写機１０１は、装置本体中央部に位置する画像形成部１０１Ａ、１０１Ａ’と、該画像形成部１０１Ａ、１０１Ａ’に対して記録用紙を給紙する給紙部１０１Ｂと、画像形成部１０１Ａの上方に位置する図示しない画像読取部と、記録媒体Ｐ上に形成された画像を定着する定着装置１０９とを備えている。画像形成部１０１Ａは記録媒体Ｐの表面に電子写真画像を形成するための動作部であり、画像形成部１０１Ａ’は記録媒体Ｐの裏面に電子写真画像を形成するための動作部であるが、基本的な作像原理および動作は同様である。以下、両画像形成部１０１Ａ，１０１Ａ’で同等な各部には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

画像形成部１０１Ａ，１０１Ａ’には、垂直方向に延びる転写面を有する中間転写体としての中間転写ベルト１０３がそれぞれ配置されており、これらの中間転写ベルト１０３の側面には、色分解色と補色関係にある色の画像を形成するための作像要素が設けられている。すなわち、補色関係にある色のトナー（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）による像を担持可能な像担持体としての感光体１０４Ｙ，１０４Ｍ，１０４Ｃ，１０４Ｋが中間転写ベルト１０３の転写面に沿って並置されている。なお、これらの作像要素は記録用紙の搬送路に対して対称に配置されている。各感光体１０４Ｙ、１０４Ｍ、１０４Ｃ、１０４Ｋはそれぞれ同じ方向に回転可能なドラムで構成されており、その周りには、回転過程において画像形成処理を実行する帯電装置８０Ｙ，８０Ｍ，８０Ｃ，８０Ｋ、光書き込み手段としての書き込み装置１０６、現像装置１０５Ｙ，１０５Ｍ，１０５Ｃ，１０５Ｋ、一次転写装置５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃ，５０Ｋ、及びクリーニング装置１０２Ｙ，１０２Ｍ，１０２Ｃ，１０２Ｋが配置されている。各符号に付記しているアルファベットは、感光体１０４と同様、トナーの色別に対応している。各現像装置１０５Ｙ，Ｍ，Ｃには、それぞれのカラートナーが収容されている。中間転写ベルト１０３は、複数の支持ローラと支持ローラも兼ねている二次転写装置９０に掛け回されて感光体１０４Ｙ、１０４Ｍ、１０４Ｃ、１０４Ｋとの対峙位置において同方向に移動可能な構成を有している。支持ローラと対向する位置に、中間転写ベルト１０３の表面をクリーニングするクリーニング装置１１１が設けられている。

感光体１０４Ｙの表面が帯電装置８０Ｙにより一様に帯電され、画像読取部からの画像情報に基づいて感光体１０４Ｙ上に静電潜像が形成される。該静電潜像はイエローのトナーを収容した現像装置１０５Ｙによりトナー像として可視像化され、該トナー像は所定のバイアスが印加される一次転写装置５０Ｙにより中間転写ベルト１０３上に一次転写される。他の感光体１０４Ｍ、１０４Ｃ、１０４Ｋでもトナーの色が異なるだけで同様の画像形成がなされ、それぞれの色のトナー像Ｔ１（Ｔ２）が中間転写ベルト１０３上に順に転写されて重ね合わせられる。転写後感光体１０４上に残留したトナーはクリーニング装置１０２Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋにより除去され、また、転写後図示しない除電ランプにより感光体１０４の電位が初期化され、次の作像工程に備えられる。

給紙部１０１Ｂは、記録媒体としての用紙Ｐを積載収容する給紙トレイ１１６と、この給紙トレイ１１６内の用紙Ｐを最上のものから順に１枚ずつ分離して給紙する給紙コロ１１７と、給紙された用紙Ｐを搬送する搬送ローラ対１１８、１１９と、用紙Ｐを一旦停止させ、斜めずれを修正した後、中間転写ベルト１０３上の画像の先端と搬送方向の所定位置とが一致するタイミングで転写部ニップに向けて送り出すレジストローラ対１２０とを備えている。

表面の画像形成部１０１Ａと裏面の画像形成部１０１Ａ’のうち、裏面の画像形成部１０１Ａ’のみ一次転写工程と二次転写工程の間の中間転写ベルト１０３に対向する位置に、非接触の帯電装置１０８が配置されている。この帯電装置１０８により、感光体１０４Ｙ、１０４Ｍ、１０４Ｃ、１０４Ｂから中間転写ベルト１０３上に一次転写された裏面画像のトナー像Ｔ２は、逆極性に帯電される。二次転写部で、不図示の二次バイアス印加手段により二次転写装置９０に印加されるバイアス（ＡＣ、パルスなどの重畳を含む）により、トナー像Ｔ１およびＴ２は静電気力で記録媒体Ｐの表裏にそれぞれ同時に転写される。

転写トナー像を担持した記録媒体Ｐは定着装置１０９のニップ入口に送り込まれ、定着装置１０９によって表裏両面画像が同時に定着される。定着装置１０９は図２にも示すように定着ローラと加圧ローラを対としたローラ対が記録媒体の移動方向に沿って複数配置されている。入口側には第１定着ローラ１及び第１加圧ローラ２が配置され、出口側には第２定着ローラ３及び第２加圧ローラ４が配置されるとともに、第１加圧ローラ２と第２加圧ローラ４との間には無端状の加圧ベルト５が掛け渡されている。

定着装置の入口側に配置された第１定着ローラ１と第１加圧ローラ２は互いに圧接し、第１ニップを形成している。定着装置の出口側に配置された第２定着ローラ３と第２加圧ローラ４も互いに圧接し、第２ニップを形成している。第２定着ローラ３は第２加圧ローラ４よりも径を小さくしてある。

第１定着ローラ１、第１加圧ローラ２、第２定着ローラ３、第２加圧ローラ４はいずれもローラの内側から順に芯金、弾性層、離型層と積層される構造となっている。芯金は基本的に金属（鉄、アルミニウム）からなり、ローラ対にかける荷重と許容できるたわみ量により材料選択し設計する。特に第２定着ローラ３は小径であり、機械的にたわみに弱いので、芯金材料として繊維強化金属を用いてたわみを軽減している。弾性層は充分に軟らかく耐熱性がある材料が望ましく、シリコーンゴムを用いている。厚さは１００〜２０００μｍの範囲が望ましく、これより薄い場合は、弾性層の持つ効果が充分に活かされず、記録媒体が表面に持つ凹凸への追従が悪くなり、画像品質に影響が出ることがある。また、これより厚い場合は定着（加圧）ローラ自体の熱容量が大きくなってしまうので、定着装置全体の高速な立ち上がりを阻害してしまったり、定着（加圧）ローラ表面の温度と内部の温度差が大きくなる、弾性層内部や弾性層と芯金の接着面が高温になることにより、これらの劣化を促進してしまうという弊害がある。離型層は耐熱離型層（フッ素系樹脂、高離型シリコンゴム等）からなり、厚さは１０〜５０μｍの範囲が良好な定着性、耐久性及び熱応答性を得る条件として望ましい。

第２定着ローラ３と第２加圧ローラ４は、互いに異なる硬度や厚さの弾性層および離型層から形成され、それぞれのローラ表面硬度において、第２加圧ローラ４のほうが第２定着ローラ３よりも高くなっている。このため、第２ニップの出口排紙方向はやや下方向を向いている。

加圧ベルト５はベルトの内側から、基材層、弾性層、離型層と積層される構造となっている。離型層は耐熱離型層（フッ素系樹脂、高離型シリコンゴム等）からなり、厚さは１０〜５０μｍの範囲が良好な定着性、耐久性及び熱応答性を得る条件として望ましい。弾性層は充分に軟らかく耐熱性がある材料が望ましく、シリコーンゴムを用いている。厚さは１００〜３００μｍの範囲が望ましく、これより薄い場合は、弾性層の持つ効果が充分に活かされず、記録媒体が表面に持つ凹凸への追従が悪くなり、画像品質に影響が出ることがある。また、これより厚い場合は定着ベルト自体の熱容量が大きくなってしまうので、定着装置全体の高速な立ち上がりを阻害してしまう。基材層は耐熱性樹脂が用いられ、材質としてはポリイミド、ポリアミドイド、ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等を使用する。厚さは５０〜１２５μｍが望ましく、これより薄い場合は充分な強度が得られず耐久性が低い、剛性が低くなり回転するベルトの搬送性が悪くなる、などの問題が生じ、逆に厚い場合は定着ベルト自体の熱容量が大きくなってしまうので、定着装置全体の高速な立ち上がりを阻害してしまう。

ハロゲンヒータ６ａ，６ｂ，６ｃは、第１定着ローラ１、第１加圧ローラ２、第２定着ローラ３にそれぞれ内包されており、第２加圧ローラ４にはヒータは内包されていない。各ヒータ電力の出力はハロゲンヒータ６ａよりも６ｂ，６ｃのほうが大きくなっており、第１定着ローラ１の表面温度よりも第１加圧ローラ２の表面温度のほうが高くなるように制御されている。特に第１定着ローラ１の表面温度はトナーが完全に軟化しない温度で、トナーが記録媒体Ｐに完全に定着する温度よりも低くなっている。一方、第２加圧ローラ２に架け回された加圧ベルト５の表面温度は完全にトナーを溶融し定着させる温度になっている。また、第２加圧ローラ４にはヒータは内包されていないので、第２定着ローラ３の表面温度は第２加圧ローラに架け回された加圧ベルト５の表面温度よりも高くなっている。第２定着ローラ３の表面温度はトナーを溶融し定着させる温度になっている。

表裏両面にトナー像を転写された記録媒体Ｐは、第１ニップＮ１内に搬送される。第１ニップＮ１内では表面のトナー像Ｔ１は加熱はされるが定着はせずに、裏面のトナー像Ｔ２は加圧ベルト５より充分な熱を得て溶融し、ほとんど定着する。この表裏両面に発生する巻き付き力の関係から、記録媒体Ｐの巻き付き方向は第１加圧ローラ２側となるが、第１加圧ローラ２側は加圧ベルト５が架け回されているので、第１加圧ローラ２の表層に沿った方向への巻き付きはせずに、加圧ベルト５に密着し、第２ニップＮ２へと搬送される。よって、第１ニップＮ１部では記録媒体Ｐの巻き付きジャムは物理的に発生しない。

記録媒体Ｐは第１ニップＮ１と第２ニップＮ２の間にある空走期間において、加圧ベルト５に密着搬送されながら放熱によって温度が低下する。第２ニップＮ２内では、表面のトナー像Ｔ１は第２定着ローラ３から充分な熱を得て溶融し定着される。このとき、裏面のトナー像Ｔ２は表面のトナー像Ｔ１に比べると温度が低下しているので、表裏両面に発生する巻き付き力の関係から、記録媒体Ｐの出口巻き付き方向は第２定着ローラ３側になる。しかしながら、第２定着ローラ３と第２加圧ローラ４の表層硬度の関係から、排紙方向としては下向き（加圧ローラ４側）の力が働く。よって、両者の力の向きが打ち消し合うことにより、第２ニップＮ２部でも記録媒体Ｐの巻き付きジャムを防止することができる。

なお、前記ハロゲンヒータ６ａ，６ｂ，６ｃは第１定着ローラ１、第１加圧ローラ２、第２定着ローラ３の表面温度を検出する温度センサの出力に応じて図示しない制御回路のＣＰＵによって通電制御される。なお、このＣＰＵは、画像形成部１０１Ａ，１０１Ａ’、給紙部１０１ｂ、画像読み取り部、書き込み装置１０６、定着装置１０９、その他、後述の冷却装置を含むカラー複写機の各部の制御を司る。

＜第２の実施形態＞
図３は本発明の第２の実施形態に係る定着装置の概略を示す図である。カラー複写機１０１自体は図１に示した前述の第１の実施形態のものと同等に構成されているので、同等な各部には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

この第２の実施形態では、図３に示すように前述の空走期間の加圧ベルト５内側に冷却部材７が接するように配置されている。冷却部材７はアルミニウムまたは銅からなる平板で構成され、平板内部には不図示のマイクロヒートパイプが内蔵されている。背面には水冷ユニット７１が設置されており、未図示の冷却水用パイプを通して、冷却水が循環され、空走期間の加圧ベルト５を冷却する機構となっている。ヒートパイプ自体は公知の技術なので、ここでの説明は省略する。このように走期間の加圧ベルト５を背面から冷却部材７によって積極的に冷却するようにすることにより、搬送される記録媒体Ｐの裏面トナー像Ｔ２の温度をより低下させ、第２ニップＮ２出口における加圧ローラ４側への記録媒体Ｐの巻き付きを防止することができる。

その他、特に説明しない各部は前述の第１の実施形態と同等に構成され、同等に機能する。

＜第３の実施形態＞
図４は本発明の第３の実施形態に係る定着装置の概略構成を示す図である。カラー複写機１０１自体は図１に示した前述の第１の実施形態のものと同等に構成されているので、同等な各部には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

この第３の実施形態では、図４に示すようには冷却部材７の背面にフィン７２を設けている。フィン７２内部には不図示のマイクロヒートパイプが内蔵され、放熱の効率を高めている。さらにフィン７２の周囲に空気の流束を生じさせるファン７３が設置されている。ヒートパイプ自体は公知の技術なので、ここでの説明は省略する。

本施形態によれば、より簡便な構成でコストも低く、空走期間の加圧ベルト５を背面より積極的に冷却するにより、搬送される記録媒体Ｐの裏面トナー像Ｔ２の温度をより低下させ、第２ニップＮ２出口における加圧ローラ４側への記録媒体Ｐの巻き付きを防止することができる。

その他、特に説明しない各部は前述の第１の実施形態と同等に構成され、同等に機能する。

＜第４の実施形態＞
図５は本発明の第４の実施形態に係る定着装置の概略構成を示す図である。カラー複写機１０１自体は図１に示した前述の第１の実施形態のものと同等に構成されているので、同等な各部には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

この第４の実施形態では、は加圧ベルト５の第１ニップＮ１の入口付近上流部に帯電ローラ８が接するように配置されている。帯電ローラ８は加圧ベルト５に対し、記録媒体Ｐと逆極性の電化を付加し、第１ニップ部Ｎ１で記録媒体Ｐと加圧ベルト５が接触したのちに両者は静電的な力で密着搬送される。このように構成すると、空走期間において記録媒体Ｐと加圧ベルト５が密着搬送されるので、両者のずれによるトナー画像ずれなどの異常画像の発生を低減することができる。また、第２あるいは第３の実施形態のように空走期間の加圧ベルト５に冷却機構を接するように配置すると、冷却効果がさらに高くなり、冷却によるトナー温度の低下作用をさらに促進することができる。

その他、特に説明しない各部は前述の第１の実施形態と同等に構成され、同等に機能する。

＜第５の実施形態＞
図６は本発明の第５の実施形態に係る定着装置の概略構成を示す図である。カラー複写機１０１自体は図１に示した前述の第１の実施形態のものと同等に構成されているので、同等な各部には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

この第５の実施形態では、前述の空走期間の加圧ベルト５の両面に支持ローラ９が接するように配置されている。支持ローラ９はアルミニウムまたは銅からなり、ヒートパイプ構造を内包しているので、接触している加圧ベルト５は積極的に放熱される。支持ローラ９には、表面トナー像Ｔ１と同極性のバイアスが表面トナー像Ｔ１に接触する側の搬送ローラ９に印加する方向にかけられている。このようなバイアス印加により、搬送ローラ９の接触による未定着表面トナー画像Ｔ１の搬送ローラ９へのオフセットを防止することができるとともに、搬送ローラ９での押さえ込みによる画像ずれの発生を防止することができる。また、搬送ローラ９を放熱部材とし、放熱機能を持たせることにより接触伝熱によるトナー画像の温度低下作用を促進することもできる。

その他、特に説明しない各部は前述の第１の実施形態と同等に構成され、同等に機能する。

＜第６の実施形態＞
図７は本発明の第６の実施形態に係る定着装置の概略構成を示す図である。カラー複写機１０１自体は図１に示した前述の第１の実施形態のものと同等に構成されているので、同等な各部には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

この第６の実施形態では、第２定着ローラ３に離型材塗布手段としての離型材塗布ローラ１０が接するように設置されている。離型材としてはシリコーンオイル等が用いられる。また、離型材塗布ローラ１０に離型材を供給するための離型材供給手段１４が設けられている。第１定着ローラ１ｂは小径であり、機械的にたわみに弱いので、芯金材料として繊維強化金属を用いてたわみを軽減している。また、第１定着ローラ１ｂには帯電手段としての帯電ローラ８ｂが接するように配置されている。帯電ローラ８ｂは第１定着ローラ１ｂに対し、表面トナー像Ｔ１と同極性の電荷を付加する。

このように第２定着ローラ３に離型材を塗布すると、第２ニップＮ２出口での定着ローラ４側への記録媒体Ｐの巻き付きを防止することができる。また、第１定着ローラ１ｂを小径にすることにより、第１ニップＮ１出口での定着ローラ２側への記録媒体Ｐの巻き付きを防止することができる。さらに、第１定着ローラ１ｂに表面トナー像Ｔ１と同極性の電荷を付加することにより、ローラへのオフセットを防止することができる。

その他、特に説明しない各部は前述の第１の実施形態と同等に構成され、同等に機能する。

＜第７の実施形態＞
図８は本発明の第７の実施形態に係る定着装置の概略構成を示す図である。カラー複写機１０１自体は図１に示した前述の第１の実施形態のものと同等に構成されているので、同等な各部には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

この第７の実施形態では第２定着ローラ３に離型材塗布手段としての離型材塗布ローラ１０が接するように設置されており、第１定着ローラ１ｂに離型材塗布手段としての離型材塗布ローラ１０ｂが接するように設置されている。離型材塗布ローラ１０、１０ｂには離型材を供給するための離型材供給手段１４、１４ｂがそれぞれ設けられている。

このように第１定着ローラ１ｂ及び第２定着ローラ３にそれぞれ離型材を塗布することにより、第１ニップＮ１出口及び第２ニップＮ２出口での定着ローラ２，４側への記録媒体Ｐの巻き付きを防止することができる。

その他、特に説明しない各部は前述の第１の実施形態と同等に構成され、同等に機能する。

＜第８の実施形態＞
図９は本発明の第８の実施形態に係る定着装置の概略構成を示す図である。カラー複写機１０１自体は図１に示した前述の第１の実施形態のものと同等に構成されているので、同等な各部には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

この第８の実施形態では定着ローラ及び加圧ローラを加熱するヒータをローラ外に設けている。すなわち、ハロゲンヒータ６ａ，６ｂ，６ｃはいずれもローラに内包されているのではなく、第１定着ローラ１ｂ、加圧ベルト５、第２定着ローラ３の各ローラおよびベルトを外部表層から加熱する位置に配置されている。ローラ外にヒータが設けられていることから、反射板１１ａ，１１ｂ，１１ｃが各ハロゲンヒータ６ａ，６ｂ，６ｃの周囲を包むように設置され、第１定着ローラ１ｂ、加圧ベルト５、第２定着ローラ３に対して集光加熱できるような方向で設置されている。第１定着ローラ１ｂ、第１加圧ローラ２、第２定着ローラ３にはいずれも内部に加熱源がないので、芯金と弾性層の間に高性能の断熱性を有する断熱層が別途形成されていても良い。

このように第１定着ローラ１ｂ、加圧ベルト５、第２定着ローラ３を外部加熱するように構成すると、前記ローラ１ｂ，３及びベルト５の表面の温度を直接的に加熱するので、定着装置の立ち上がりを高速にすることができる。また、高速で駆動した場合にも熱の応答性が高く、熱的に追従することが可能なので、高速駆動により記録媒体の生産性を高めることができる。さらに、ヒータをローラに内蔵しないので、ローラ径に制約がなく、第１定着ローラ１ｂ、第２定着ローラ３ともに小径に設計がしやすくなる。

その他、特に説明しない各部は前述の第１の実施形態と同等に構成され、同等に機能する。

＜第９の実施形態＞
図１０は本発明の第９の実施形態に係る定着装置の概略構成を示す図である。カラー複写機１０１自体は図１に示した前述の第１の実施形態のものと同等に構成されているので、同等な各部には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

この第９の実施形態では第１定着ローラ１ｃ、加圧ベルト５、第２定着ローラ３の各ローラおよびベルトを外部表層から加熱する位置に第１及び第２の誘導加熱装置１５ａ，１５ｂが配置されている。これらの誘導加熱装置１５ａ，１５ｂは、第１及び第２のコア１２ａ，１２ｂ、第１及び第２のコイル１３ａ，１３ｂおよびコイルに接続された不図示の高周波電源などからなる。第１定着ローラ１ｃ、第２定着ローラ３はいずれも離型層と弾性層の間または弾性層内の位置に発熱層が形成されている。発熱層は鉄、ニッケルなどの金属からなる。厚さは１０〜２００μｍの範囲が望ましく、これより薄い場合は、誘導加熱による発熱が充分得られず、厚い場合はニップ部での変形に対抗する剛性が高くなってしまう。また、加圧ベルト５ｂは離型層と弾性層の間または弾性層内または弾性層と基材の間のいずれかの位置に発熱層が形成されている。発熱層は鉄、ニッケルなどの金属からなる。なお、基材の材質を金属にすることよって、基材兼発熱層とする構成としても良い。上記と同様の理由で厚さは１０〜２００μｍの範囲が望ましい。

第１のコア１２ａおよび第２のコイル１３ａからなる第１の誘導加熱装置１５ａは加圧ベルト５ｂの発熱層を直接誘導加熱する。第１のコア１２ｂおよび第２のコイル１３ｂからなる第２の誘導加熱装置１５ｂは、図示のとおり第１定着ローラ１ｃと第２定着ローラ３ｂの間の位置に配置することにより、両者の発熱層を同時に加熱する。ここで、第２のコア１２ｂの両端に対して第２のコイル１３ｂの巻数に差を設けることにより、第１定着ローラ１ｃと第２定着ローラ３ｂの発熱量に差をつけることができる。このように構成を単純にしながら、ローラ間の温度差の制御が可能となるので、小型化、低コスト化を実現できる。

このように構成すると、第１定着ローラ１ｃ、加圧ベルト５、第２定着ローラ３の各ローラおよびベルトを外部加熱するので、定着装置の立ち上がりを高速にすることができる。また、高速で駆動した場合にも熱の応答性が高く、熱的に追従することが可能なので、高速駆動により記録媒体の生産性を高めることができる。さらに、ヒータをローラに内蔵しないので、ローラ径に制約がなく、第１定着ローラ１ｃ、第２定着ローラ３ともに小径に設計がしやすくなる。

その他、特に説明しない各部は前述の第１の実施形態と同等に構成され、同等に機能する。

本発明の第１の実施形態におけるカラー複写機の全体の概略構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態における定着装置を示す概要図である。 本発明の第２の実施形態における定着装置を示す概要図である。 本発明の第３の実施形態における定着装置を示す概要図である。 本発明の第４の実施形態における定着装置を示す概要図である。 本発明の第５の実施形態における定着装置を示す概要図である。 本発明の第６の実施形態における定着装置を示す概要図である。 本発明の第７の実施形態における定着装置を示す概要図である。 本発明の第８の実施形態における定着装置を示す概要図である。 本発明の第９の実施形態における定着装置を示す概要図である。

符号の説明

１ 第１定着ローラ
２ 第１加圧ローラ
３ 第２定着ローラ
４ 第２加圧ローラ
５ 加圧ベルト
６ａ，６ｂ，６ｃ ハロゲンヒータ
７ 冷却部材
８ 帯電ローラ
９ 支持ローラ
１０ 離型材塗布ローラ
１１ 反射板
１２，１２ａ，１２ｂ コア
１３，１３ａ，１３ｂ コイル
１４ 離型材供給手段
１５ａ，１５ｂ 誘導加熱装置
７１ 水冷ユニット
７２ フィン
７３ ファン
１０１ カラー複写機
１０９ 定着装置
Ｎ１，Ｎ２ ニップ
Ｔ１，Ｔ２ トナー像
Ｐ 用紙

Claims (28)

1. シート状の記録媒体にトナー画像を定着する定着装置において、
   定着ローラと加圧ローラを対とした複数のローラ対と、
   記録媒体の移動方向に沿って配置された前記複数のローラ対の加圧ローラ間に架け渡された加圧ベルトと、
   を備え、
   入口側に配置されたローラ対では加圧ベルトに近接する方向に、出口側に配置されたローラ対では加圧ベルトから離間する方向に前記記録媒体を湾曲させる手段を備えていることを特徴とする定着装置。
2. 前記湾曲させる手段が前記入口側及び出口側の定着ローラと加圧ローラの温度を制御する制御手段からなることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記制御手段は、前記入口側に配置されたローラ対においては定着ローラの表面温度よりも加圧ローラの表面温度の方を高く、前記出口側に配置されたローラ対においては定着ローラの表面温度よりも加圧ローラの表面温度方を低く設定することを特徴とする請求項２記載の定着装置。
4. 前記出口側のローラ対において、前記定着ローラの表面硬度よりも前記加圧ローラの表面硬度の方が高く設定されていることを特徴とする請求項２または３記載の定着装置。
5. シート状の記録媒体にトナー画像を定着する定着装置において、
   定着ローラと加圧ローラを対とした複数のローラ対と、
   記録媒体の移動方向に沿って配置された前記複数のローラ対の加圧ローラ間に架け回された加圧ベルトと、
   を備え、
   入口側に配置されたローラ対では表面温度が定着ローラよりも加圧ローラの方が高く、
   出口側に配置されたローラ対では表面温度が定着ローラよりも加圧ローラの方が低く、ローラ表面硬度が定着ローラよりも加圧ローラの方が高く設定されていることを特徴とする定着装置。
6. 前記出口側のローラ対における定着ローラは加圧ローラよりも小径に形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の定着装置。
7. 前記出口側のローラ対における定着ローラの芯金は繊維強化金属で形成されていることを特徴とする請求項６記載の定着装置。
8. 前記入口側のローラ対と前記出口側のローラ対の間に前記加圧ベルトを冷却する冷却手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の定着装置。
9. 前記冷却手段は水冷機構を備えていることを特徴とする請求項８記載の定着装置。
10. 前記冷却手段は冷却用フィンを備えていることを特徴とする請求項８記載の定着装置。
11. 前記冷却手段は冷却ファンを備えていることを特徴とする請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の定着装置。
12. 前記冷却手段はヒートパイプを備えていることを特徴とする請求項８ないし１１のいずれか１項に記載の定着装置。
13. 前記加圧ベルトに前記記録媒体とは逆極性の電荷を付加する手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の定着装置。
14. 前記入口側と出口側のローラ対間に搬送ローラをさらに備えていることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の定着装置。
15. 前記搬送ローラは前記ローラ対よりも小径であることを特徴とする請求項１４記載の定着装置。
16. 搬送ローラに電気的なバイアスを印加する手段を備えていることを特徴とする請求項１４または１５記載の定着装置。
17. 前記出口側のローラ対における定着ローラに離型材を塗布する手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の定着装置。
18. 前記入口側のローラ対において、前記定着ローラの表面硬度よりも前記加圧ローラの表面硬度の方が高く設定されていることを特徴とする請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の定着装置。
19. 前記入口側のローラ対における定着ローラは加圧ローラよりも小径に設定されていることを特徴とする請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の定着装置。
20. 前記入口側のローラ対における定着ローラの芯金は繊維強化金属で形成されていることを特徴とする請求項１９記載の定着装置。
21. 前記入口側のローラ対に前記記録媒体上のトナーとは逆極性の電荷を付加する手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし２０のいずれか１項に記載の定着装置。
22. 前記入口側のローラ対の定着ローラは離型材を塗布する手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし２１記載の定着装置。
23. 前記入口ローラ対における定着ローラを外部から加熱する手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし２２のいずれか１項に記載の定着装置。
24. 前記出口ローラ対における定着ローラを外部から加熱する手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし２３のいずれか１項に記載の定着装置。
25. 前記加圧ベルトを外部から加熱する手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし２４のいずれか１項に記載の定着装置。
26. 前記外部から加熱する手段はハロゲンヒータまたは誘導加熱装置からなることを特徴とする請求項２３ないし２５のいずれか１項に記載の定着装置。
27. 像担持体に形成された潜像をトナー現像し、現像されたトナー画像を記録媒体上に転写して画像を形成する画像形成手段と、
    前記記録媒体上のトナー画像を当該記録媒体に定着させる請求項１ないし２６のいずれか１項に記載の定着装置と、
    を備えていることを特徴とする画像形成装置。
28. 前記画像形成手段が、前記潜像が色ごとに形成され、色ごとに前記潜像をトナー現像するカラー画像形成手段からなることを特徴とする請求項２７記載の画像形成装置。
    

Images