JP2005331637A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 装置を小型化すると共に、トナーの付着量による定着性のばらつきを抑え、中間定着状態のモード時における定着性のムラを小さくする定着装置を提供すること。
【解決手段】 加熱部材による加熱温度が異なる第１定着モードと第２定着モードとを有し、第２定着モードは、第１定着モードよりも加熱部材による加熱温度が低いモードであり、加熱部材と加圧部材との少なくとも一方はベルトであり、転写材のニップ部の通過時間が６０〜３００ｍｓであることを特徴とする定着装置。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ＦＡＸ等の画像形成装置に用いられる加熱部材を備える定着装置に関する。

従来より、複写機、プリンタ、ＦＡＸ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられている定着装置として、弾性層を有して所定の温度に維持された発熱ゴムローラと、発熱ゴムローラに圧接し、弾性層を有する加圧ゴムローラとによって、未定着のトナー画像が形成された転写材を挟持搬送しつつ加熱する熱ローラ定着方式が多用されている。

しかしながら、この種の装置では、発熱ゴムローラの熱抵抗や熱容量が大きいため、ウォーミングアップ時間が長くなると共に、弾性層内側の温度が高くなり、発熱ゴムローラの寿命を短くしていた。

また、カラー画像ではベタ面積が大きい画像が多く、そのベタ画像も黒以外のものが多く光沢むらなどが目立つ。上記の発熱ゴムローラ及び加圧ゴムローラにハードローラを用いる場合は、転写材（記録紙）やトナー層の凹凸にローラ表面が追従しないため光沢むらが生じ、画像品位が低下するという問題点があった。

これらの問題点を解決するために、無端状の加熱部材としての定着ベルトを用い、複数のローラ部材により定着ベルトを支持張架するもので、定着ベルト内部の定着ローラ部材（定着ローラ）と、定着ベルトを挟んで定着ローラと対向する加圧ローラ（加圧ローラ部材）と、内部に定着ベルトを加熱する加熱部材を有する発熱ローラ（発熱ローラ部材）とを設け、定着ベルトの回転方向で、定着ローラの上流側に設けられる巻き付き部と、定着ローラと加圧ローラとに設けられるニップ部にて記録紙上のトナー像を定着する加熱部材を用いる定着装置が、例えば特許文献１により開示されている。

また、装置の小型化、ヒートローラの存在に起因するウォームアップ時間の問題や消費電力コストの問題の解消を図るとともに、画像形成後において消しゴム等で容易に消去できるようにした電子写真記録装置を提供するものが知られている（特許文献２参照。）。

また、従来、定着装置で定着したコピー画像を消す場合、通常の消しゴムでは消せないため、砂消しゴムかナイフで画像を削り落とすか修正液で上書きする必要があった。そのため砂消しゴムやナイフでは削り落とすことで紙が痛み汚くなったり場合によっては紙に穴が開いたり、修正液の場合は塗布液が盛り上がり上手く書けなくなったり、液が周りに着いて汚す等の問題があった。そこで特許文献３のように定着程度を落とし、消しゴムで消える程度の定着状態にする技術が出されている。
特開平１０−３０７４９６号公報 特開平８−９５３９８号公報 特開平５−２３５３号公報

しかしながら、上記の特許文献３（特開平５−２３５３号公報）で示されている構成の定着装置ではニップ時間は大きくても５０ｍｓ程度になってしまうため、トナーの付着量による熱伝達速度の差で、中間定着状態の定着時にトナーと紙の境界部に温度差が生じて定着性にムラが生じてしまう。そのため手で擦っただけで画像が落ちてしまう所や、消しゴムでは消えないような部分が生ずるという問題が起こる。

本発明は上記の不具合を解消し、装置を小型化すると共に、トナーの付着量による定着性のばらつきを抑え、中間定着状態のモード時における定着性のムラを小さくする定着装置を提供することを目的とする。

上記本発明の目的は下記の構成により達成される。

（１）加熱手段を備え、加熱部材と加圧部材とによりニップ部を形成し、当該ニップ部によりトナーを転写材に加熱定着する定着装置において、前記加熱部材による加熱温度が異なる第１定着モードと第２定着モードとを有し、前記第２定着モードは、前記第１定着モードよりも前記加熱部材による加熱温度が低いモードであり、前記加熱部材と前記加圧部材との少なくとも一方はベルトであり、前記転写材の前記ニップ部の通過時間が６０〜３００ｍｓであることを特徴とする定着装置（第１の発明）。

（２）加熱手段を備え、加熱部材と加圧部材とによりニップ部を形成し、当該ニップ部によりトナーを転写材に加熱定着する定着装置において、第１定着モードと前記第１定着モードよりも低くなる第３定着モードを有し、前記加熱部材と前記加圧部材の少なくとも一方はベルトであり、前記第３定着モードにおいては、前記第１定着モードよりも前記転写材のニップ部通過時間を短くすることを特徴とする定着装置（第２の発明）。

本発明は上記の如き構成をとることにより、装置を小型化すると共に、トナーの付着量による定着性のばらつきを抑え、中間定着状態のモード時における定着性のムラを小さくする定着装置の提供を図るものである。

本発明によれば、ニップ部の幅を６０〜３００ｍｓと長くし、転写材のニップ部通過時間長くし、トナーの表層と紙の境界部での温度差を抑えることにより、トナーの付着量による定着性のばらつきを抑えることが出来るようになり、中間定着状態のモード時における定着性のムラが小さくなった。また、装置が小型化が成される。また、長い転写材のニップ部通過時間でトナーの粘度を６×１０³〜２×１０⁴Ｐａ・Ｓ程度に揃え、ニップの出口近傍で大きな圧力をかけることにより、中間定着状態のモード時における定着性を更に安定させることができる定着装置の提供が可能となる。また、転写材のニップ部通過時間を変更することことにより、中間定着状態の定着が可能な定着装置の提供が可能となる。

以下、本願発明の実施の形態を説明する。なお、本欄の記載は請求項の技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、以下の、本発明の実施の形態における断定的な説明は、ベストモードを示すものであって、本発明の用語の意義や技術的範囲を限定するものではない。

（１）本発明にかかわる加熱部材を有する定着装置を備える画像形成装置について、図１にて以下に述べる。

図１において、画像形成装置ＧＳは、画像形成装置本体ＧＨと画像読取装置ＹＳとから構成される。

画像形成装置本体ＧＨは、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋと、ベルト状の中間転写体６と給紙搬送手段及び後述する分離補助手段を有する定着装置１７とからなる。

画像形成装置本体ＧＨの上部には、自動原稿送り装置２０１と原稿画像走査露光装置２０２から成る画像読取装置ＹＳが設置されている。自動原稿送り装置２０１の原稿台上に載置された原稿ｄは搬送手段により搬送され、原稿画像走査露光装置２０２の光学系により原稿の片面又は両面の画像が走査露光され、ラインイメージセンサＣＣＤに読み込まれる。

ラインイメージセンサＣＣＤにより光電変換されたアナログ信号は、画像処理部において、アナログ処理、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等を行った後、画像書き込み部（露光手段）３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋに信号を送る。

イエロー（Ｙ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｙは、像担持体としての感光体ドラム１Ｙの周囲に配置された帯電手段２Ｙ、露光手段３Ｙ、現像装置４Ｙ及びクリーニング手段８Ｙを有する。マゼンタ（Ｍ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｍは、像担持体としての感光体ドラム１Ｍ、帯電手段２Ｍ、露光手段３Ｍ、現像装置４Ｍ及びクリーニング手段８Ｍを有する。シアン（Ｃ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｃは、像担持体としての感光体ドラム１Ｃ、帯電手段２Ｃ、露光手段３Ｃ、現像装置４Ｃ及びクリーニング手段８Ｃを有する。黒（Ｋ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｋは、像担持体としての感光体ドラム１Ｋ、帯電手段２Ｋ、露光手段３Ｋ、現像装置４Ｋ及びクリーニング手段８Ｋを有する。帯電手段２Ｙと露光手段３Ｙ、帯電手段２Ｍと露光手段３Ｍ、帯電手段２Ｃと露光装置３Ｃ及び帯電手段２Ｋと露光装置３Ｋとは、潜像形成手段を構成する。

４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及び黒（Ｋ）の、小粒径のトナーとキャリアからなる２成分現像剤を内包する現像装置である。

中間転写体６は、複数のローラにより巻回され、回動可能に支持されている。

画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ及び１０Ｋより形成された各色の画像は、回動する中間転写体６上に転写手段７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ及び７Ｋにより逐次転写されて（１次転写）、合成されたカラー画像が形成される。給紙カセット２０内に収容された転写材としての記録紙Ｐは、給紙手段２１により給紙され、給紙ローラ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、レジストローラ２３等を経て、転写手段７Ａに搬送され、記録紙Ｐ上にカラー画像が転写される（２次転写）。カラー画像が転写された記録紙Ｐは、後段において詳述する定着装置１７（或いは定着装置１７Ａ）へと搬送される。定着装置１７（或いは定着装置１７Ａ）において、熱と圧力とを加えることによりカラートナー像（或いはトナー像）が定着された記録紙Ｐは、排紙ローラ２４に挟持されて機外の排紙トレイ２５上に載置される。

一方、転写手段７Ａにより記録紙Ｐにカラー画像を転写した後、記録紙Ｐを分離した中間転写体６は、クリーニング手段８Ａにより残留トナーが除去される。

なお、上記画像形成装置の説明においては、カラー画像形成にて説明したが、モノクロ画像を形成する場合も本発明に含まれるものである。

（２）本発明にかかわる定着装置について、図２または図３を用いて以下に説明する。図２は、本発明にかかわる加熱部材を有する定着装置の概要断面図であり、図３は、本発明にかかわる定着装置の他の例の概要断面図である。各定着装置において、同様な機能、構造を有する部材には同一の符号を付す。なお、通常のローラ定着での転写材のニップ部通過時間は、４０ｍｓ程度が限界である。

図２によれば、本発明にかかわる定着装置１７は、無端状の加熱部材としての定着ベルト２７と、定着ベルト２７の内周面の一方において定着ベルト２７を支持張架する定着ローラ１７ｃと、内部に加熱手段としてのハロゲンランプＨＬａを有し定着ベルト２７の内周面の他方において定着ベルト２７を支持張架する発熱ローラ部材としての発熱ローラ１７ａと、定着ベルト２７を挟んで定着ローラ１７ｃと対向し、定着ローラ１７ｃを押圧（加圧）する加圧部材としての加圧ローラ１７ｂとのローラ部材を備えて定着ベルト２７を張架するものである。

発熱ローラ１７ａによって加熱される定着ベルト２７を挟んで定着ローラ１７ｃと対向する加圧ローラ１７ｂを定着ローラ１７ａに押圧し、加圧ローラ１７ｂと定着ベルト２７との間にニップ部Ｎを形成し、該ニップ部Ｎを通して熱と圧力とを加えることにより記録紙Ｐ上のトナー像（或いはカラートナー像）を定着するものである。定着ベルト２７を加圧部材として用いることも可能である（図３参照、図２には不図示）。

加熱部材としての定着ベルト２７としては、基体として内径７０〜１２０ｍｍ程度で厚さ２０〜８０μｍ程度の、例えばニッケル電鋳ベルトを用いた金属ベルトや、厚さ４０〜１５０μｍ程度のポリイミドやポリアミド等を用いた耐熱性の樹脂ベルトの外側（外周面）に、厚さ１００〜３００μｍ程度の絶縁性のシリコンゴムを被覆したものに、離型層として表面に厚さ３０〜５０μｍ程度のＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）コーティング加工を施したものを用いる。

内部に定着ベルト２７を加熱する加熱手段としてのハロゲンヒータＨＬａを有する発熱ローラ１７ａは、例えばアルミ材を用いた、肉厚１〜２ｍｍ程度の円筒状の金属パイプ１７１ａと、該金属パイプ１７１ａの外周面に被覆した厚さ１５〜５０μｍ程度のＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）チューブからなる離型層１７３ａとを形成した、外径４０〜６０ｍｍ程度のローラ部材として構成される。

定着ローラ１７ｃは、例えばＳＴＫＭ（機械構造用炭素鋼管）等のスチール材を用いた、肉厚２〜５ｍｍ程度の円筒状の金属パイプ１７１ｃと、該金属パイプ１７１ｃの外周面に厚さ０．５〜５ｍｍのシリコンゴム層１７２ｃを設け、さらに該シリコンゴム層１７２ｃの外側に厚さ３０〜７０μｍ程度のＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）チューブ１７３ｃとからなる、外径２５〜６０ｍｍ程度のソフトローラとして構成される。

加圧ローラ１７ｂは、例えばＳＴＫＭ（機械構造用炭素鋼管）等のスチール材やアルミ材を用いた、肉厚２〜５ｍｍ程度の円筒状の金属パイプ１７１ｂと、該金属パイプ１７１ｂの外周面に厚さ１〜３ｍｍの薄肉で、ゴム硬度が４０Ｈｓ〜７０Ｈｓ（ＪＩＳ、Ａゴム硬度）のやや硬めのゴム層よりなるシリコンゴム層１７２ｂを設け、さらに該シリコンゴム層１７２ｂの外側に厚さ１５〜５０μｍ程度のＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）チューブを被覆した離型層１７３ｂとからなる、外径５０〜８０ｍｍ程度のやや硬めのソフトローラとして構成される。

不図示の駆動モータにより定着ローラ１７ｃを回転駆動し、定着ローラ１７ｃの回転により定着ベルト２７を支持搬送させて従動回転させる。

定着ベルト２７と加圧ローラ１７ｂとの間に形成されるニップ部Ｎにより、定着領域へ進入される記録紙Ｐ上のトナー像（或いはカラートナー像）を加圧加熱し、記録紙Ｐ上に固着定着させる。

また、発熱ローラ１７ａに接触する温度検知手段としての温度センサＴＳ１を設け、発熱ローラ１７ａの温度制御を行う。温度検知手段としては、その他非接触の温度センサを用いることも可能である。

上記定着装置１７において本発明は、加熱部材としての定着ベルト２７による加熱温度が異なる第１定着モードとしての通常定着モードと第２定着モードとしての中間定着状態のモードとを有し、中間定着状態のモードは、通常定着モードよりも定着ベルト２７による加熱温度が低いモードであり、前記加熱部材と前記加圧部材の少なくとも一方はベルトであり、記録紙Ｐのニップ部Ｎの部通過時間が６０〜３００ｍｓであるものである。通常定着モードでの定着ベルト２７（或いは発熱ローラ１７ａ（図３参照））の温度は１７０〜１９０℃程度であり、記録紙Ｐ上の粘度は５×１０²〜２×１０³Ｐａ・ｓ程度である。また、中間定着状態のモードでの定着ベルト２７（或いは発熱ローラ１７ａ（図３参照））の温度は１２０〜１４０℃程度であり、記録紙Ｐ上の粘度は６×１０³〜２×１０⁴Ｐａ・ｓ程度である。

中間定着状態のモードは、ニップ部Ｎの入口側の定着ベルト２７の温度が、トナーの粘度が６×１０³〜２×１０⁴Ｐａ・Ｓとなる温度で、記録紙Ｐのニップ部Ｎの部通過時間は６０〜３００ｍｓであるものである。また、ニップ部出口側近傍の面圧が１５０〜３００ｋＰａであるものである。面圧が１５０ｋＰａ未満で小さいと出口側でトナーを記録紙Ｐに固定する荷重が低すぎ、転写むらが発生する。また、面圧が３００ｋＰａを越えて大きいとローラゴムの耐久性が下がってしまう。ニップ部Ｎの幅を６０〜３００ｍｓと長くし、トナーの表層と記録紙Ｐの境界部での温度差を抑えることにより、トナーの付着量による定着性のばらつきを抑えることが出来るようになり、定着性のムラが小さくなった。ニップ部時間は長い方が定着性は安定するが、通常の転写材では３００ｍｓ以上大きくしても効果は僅かとなり、装置が大型化する。ニップ部Ｎの通過時間は６０ｍｓ以上３００ｍｓ以下が適正範囲となる。また長い記録紙Ｐのニップ部Ｎの部通過時間でトナーの粘度を６×１０³〜２×１０⁴Ｐａ・Ｓに揃え、ニップ部Ｎの出口側近傍で大きな圧力をかけることにより、定着性を更に安定させることが出来るようになった。トナーの粘度が６×１０³Ｐａ・Ｓよりも小さいと定着性良くて消しゴムで消すことが困難となり、２×１０⁴Ｐａ・Ｓよりも大きいと手で擦るとトナーが剥がれて画像が汚れる。

また本発明は、記録紙Ｐの厚みに基づき、中間定着状態のモードにおける定着ベルト２７による加熱温度を変更するものである。

また、通常定着モードよりも低くなる第３定着モードを有し、前記加熱部材と前記加圧部材の少なくとも一方はベルトとするものであり、第３定着モードにおいては、通常定着モードよりも記録紙Ｐのニップ部Ｎの通過時間を短くするものである。通常定着モードでは、中間定着状態のモードの温度より２０〜４０℃高いため、モードの切り換え時に定着ベルト２７温度がすぐには変わらない。通常定着モードと第３定着モードとの切換え時、発熱ローラ１７ａを上下させ、図２の点線で示すように、定着ベルト２７の加圧ローラ１７ｂへの巻き付け部の長さを変える等のことを行い、記録紙Ｐのニップ部Ｎの部通過時間を変更（記録紙Ｐのニップ部Ｎの部通過時間を短く）するものである。これにより、モード切り換えに即座に対応を可能とする。

上記定着装置１７において、加圧手段としては、図２に１点鎖線で示す示すように、支軸Ｊ１を支点として回転する板材ＩＰに加圧ローラ１７ｂの中心線ＰＬ１を通し、支軸Ｊ１と反対側の板材ＩＰの底面をバネＳＰａで押圧する。バネＳＰａは受け板ＵＰａに乗っかっており、モータＭにより回転されるピニオンギアＰＮａと、当該ピニオンギアＰＮａに接続するネジ歯車Ｇａ、Ｇｂの回転により、受け板ＵＰａが上下され、図２太線矢印で示すような、定着ローラ１７ｃへの圧力の変更が行われる。

図３によれば、本発明にかかわる定着装置１７Ａは、無端状の加熱部材としての定着ベルト２７と、内部に加熱手段としてのハロゲンランプＨＬａを有する発熱ローラ１７ａと、定着ベルト２７の内周面の一方において定着ベルト２７を支持張架する加圧ローラ１７ｆと、定着ベルト２７の内周面の他方において定着ベルト２７を支持張架する張架ローラ１７ｄと、テンションローラ１７ｅとにより構成される。定着ベルト２７を挟んで発熱ローラ１７ａと対向し、発熱ローラ１７ａを押圧（加圧）する加圧ローラ１７ｆと、張架ローラ１７ｄと、テンションローラ１７ｅとによるローラ部材を備えて定着ベルト２７を張架するものである。

加圧ローラ１７ｆは図２の加圧ローラ１７ｂと同様なものが用いられる。

張架ローラ１７ｄは、例えばＳＴＫＭ（機械構造用炭素鋼鋼管）を用いた、肉厚０．５〜１．２ｍｍ程度の円筒状の金属パイプ１７１ｄと、該金属パイプ１７１ｄの外周面に１５〜３０μｍ程度のＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）チューブを被覆した離型層１７３ｄとからなる。

定着ベルト２７と発熱ローラ１７ａとの間に形成されるニップ部Ｎにより、定着領域へ進入される記録紙Ｐ上のトナー像（或いはカラートナー像）を加圧加熱し、記録紙Ｐ上に固着定着させる。

また、発熱ローラ１７ａに接触する温度検知手段としての温度センサＴＳ１を設け、発熱ローラ１７ａの温度制御を行う。温度検知手段としては、その他非接触の温度センサを用いることも可能である。

加圧手段としては、図２に同様なものが用いられる。

図３の定着装置１７Ａにおいて、効果および作用等は図２で説明したものと同様である。

上記各定着装置において、ニップ部の幅を６０〜３００ｍｓと長くし、トナーの表層と紙の境界部での温度差を抑えることにより、トナーの付着量による定着性のばらつきを抑えることが出来るようになり、定着性のムラが小さくなった。転写材のニップ部通過時間は長い方が定着性は安定するが、通常の転写材では３００ｍｓ以上大きくしても効果は僅かとなり、装置が大型化する。転写材のニップ部通過時間は６０ｍｓ以上３００ｍｓ以下が適正範囲となる。また長い転写材のニップ部通過時間トナーの粘度を６×１０³〜２×１０⁴Ｐａ・Ｓに揃え、ニップ部の出口側近傍で大きな圧力をかけることにより、定着性を更に安定させることが出来るようになった。

上記の如く、本発明の如き構成をとることにより、装置が小型化されると共に、トナーの付着量による定着性のばらつきを抑えることができるようになり、中間定着状態のモード時における定着性のムラが小さくなる定着装置が得られる。

本発明にかかわる加熱部材を有する定着装置を備える画像形成装置の概略断面構成図である。 本発明にかかわる加熱部材を有する定着装置の概要断面図である。 本発明にかかわる定着装置の他の例の概要断面図である。

符号の説明

１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ 感光体ドラム
２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ 帯電手段
３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ 露光手段
４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ 現像装置
１７ 定着装置
１７ａ 発熱ローラ
１７ｂ，１７ｆ 加圧ローラ
１７ｃ 定着ローラ１７ｃ
１７ｄ 張架ローラ
１７ｅ テンションローラ
２７ａ 定着ベルト
ＨＬａ ハロゲンヒータ
Ｎ ニップ部
Ｐ 記録紙

Claims (4)

1. 加熱手段を備え、加熱部材と加圧部材とによりニップ部を形成し、当該ニップ部によりトナーを転写材に加熱定着する定着装置において、
   前記加熱部材による加熱温度が異なる第１定着モードと第２定着モードとを有し、
   前記第２定着モードは、前記第１定着モードよりも前記加熱部材による加熱温度が低いモードであり、
   前記加熱部材と前記加圧部材との少なくとも一方はベルトであり、
   前記転写材の前記ニップ部の通過時間が６０〜３００ｍｓであることを特徴とする定着装置。
2. 前記ニップ部出口側近傍の面圧が１５０〜３００ｋＰａであることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記転写材の厚みに基づき、前記第２定着モードにおける前記加熱部材による加熱温度を変更することを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
4. 加熱手段を備え、加熱部材と加圧部材とによりニップ部を形成し、当該ニップ部によりトナーを転写材に加熱定着する定着装置において、
   第１定着モードと前記第１定着モードよりも低くなる第３定着モードを有し、
   前記加熱部材と前記加圧部材の少なくとも一方はベルトであり、
   前記第３定着モードにおいては、前記第１定着モードよりも前記転写材のニップ部通過時間を短くすることを特徴とする定着装置。

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