JP2006138941A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】弾性体層を有するローラを用いた定着装置であって，普通紙等の腰のない記録紙を利用した場合でも，ローラから適切に分離できるとともに良好な画質の画像が得られる定着装置および画像形成装置を提供すること。
【解決手段】本発明の定着装置１４は，弾性体層２４を有する加熱ローラ２１と，加熱ローラ２１の弾性体層２４より変形しやすい弾性体層２６を有する加圧ローラ２２とを有し，それらのニップＮに記録紙２８を通して記録紙２８上のトナー像を定着させるものであって，加熱ローラ２１の表面であって加圧ローラ２２とのニップＮより記録紙２８の進行方向下流側の位置に接触し，加熱ローラ２１から記録紙２８を分離する分離爪３１を有し，加熱ローラ２１と加圧ローラ２２とのニップＮの出口から分離爪３１の先端までの距離が，記録紙２８の進行速度にて１０〜４０ミリ秒の範囲内の所要時間を要する距離である。
【選択図】 図２

Description

本発明は，加熱加圧による定着を行う定着装置およびその定着装置を使用するプリンタ，複写機等の画像形成装置に関する。さらに詳細には，被転写媒体を加熱ローラと加圧ローラとで挟んで定着する定着装置および画像形成装置に関するものである。

従来より，コピー機，プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置では，トナー像が形成された被記録材を加熱加圧して，トナーを被記録材に定着させるための定着装置を有している。このような定着装置では，加熱ローラと加圧ローラとを有し，被記録材にそれらのニップを通過させることにより定着を行うものが知られている。さらに，定着後にこれらのローラから被記録材を分離するための分離爪を有するものもある。

さらには，分離爪によって分離された被記録材が分離爪の後部に触れて，形成画像が傷つくことを防止するために，分離爪に拍車を有するものがある（例えば，特許文献１，特許文献２参照。）。これらの文献に記載の分離爪では，その先端より下流側に，回転自在な拍車が取り付けられている。定着器で定着され分離爪の先端部でローラから分離された被記録材は，拍車に接触して拍車を回転させつつ進行する。従って，定着直後の被記録材に接触する部材面積はごく小さく，形成画像に筋状の傷が付くことが防止されている。また，拍車によって記録紙をローラから離れるように導くことで，ニップ後すぐに分離できるとされている。
特開２００１−１７５１１２号公報 特開２００３−２９５６７０号公報

しかしながら，この定着装置を有する画像形成装置に，上記の特許文献１，２のように拍車を設けた分離爪であっても，適切な分離がなされないおそれがある。例えば，普通紙等の腰の弱い記録紙を使用した場合には，記録紙が分離爪の形状に倣ってしまい，ニップ部出口からすぐの分離とならないおそれがある。記録紙が，ニップ部を通り過ぎてからも長く加熱ローラに張り付いていると，加圧のない状態で加熱のみ受けることとなり，画質の低下を招くため好ましくない。

また，加熱ローラあるいは加圧ローラとして，その表面に弾性体層を設けた弾性ローラを用いた場合には，分離爪をそのローラ表面に接触させることにより弾性体層を傷付けるおそれがある。その一方で，ウォームアップ時間の短縮のために加熱ローラの弾性体層を薄く形成しようとすると，ニップ面積を稼ぐためには，加圧ローラの弾性体層を比較的厚く形成する必要がある。この場合には，適切なマイクロスリップを発生させることが難しく，分離爪のローラ表面への接触が不可避となるという問題点もあった。そのため，弾性体層に傷を付けることなく，分離爪をローラ表面に接触させることが望まれていた。

本発明は，前記した従来の定着装置が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，弾性体層を有するローラを用いた定着装置であって，普通紙等の腰のない記録紙を利用した場合でも，ローラから適切に分離できるとともに良好な画質の画像が得られる定着装置および画像形成装置を提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた本発明の定着装置は，弾性層を表面に有する加熱回転体と，加熱回転体の弾性層より変形しやすい弾性層を表面に有する加圧回転体とを有し，加熱回転体と加圧回転体とが互いに押し付けられており，その押し付け箇所に被記録材を通して被記録材上のトナー像を定着させる定着装置であって，加熱回転体の表面であって加圧回転体との押し付け箇所より被記録材の進行方向下流側の位置に接触し，加熱回転体から被記録材を分離する分離部材を有し，加熱回転体と加圧回転体との押し付け箇所の出口から分離部材の先端までの距離が，被記録材の進行速度にて１０〜４０ミリ秒の範囲内の所要時間を要する距離である。

本発明の定着装置では，加熱回転体と加圧回転体との表面にいずれも弾性層が設けられ，加圧回転体の弾性層の方が，加熱回転体の弾性層より変形しやすい。ここで，変形しやすいとは，より厚いかあるいはより柔軟であるかの少なくとも一方を満たすものである。従って，加熱回転体と加圧回転体との押し付け箇所では，加圧回転体の方がより変形した状態となる。さらに，これらの押し付け箇所を通った被記録材は，トナーの溶融によって粘着性が増すため，加熱回転体の表面に張り付いた状態となっている。本発明の定着装置は，分離部材を有するので，この張り付いた被記録材が加熱回転体から分離される。さらに，その分離部材の配置が上記のように設定されていることから，柔軟な被記録材であっても適度に硬度を取り戻していることにより容易に分離できるとともに，余熱による画質の低下が防止されている。これにより，弾性体層を有するローラを用いた定着装置であって，普通紙等の腰のない記録紙を利用した場合でも，ローラから適切に分離できるとともに良好な画質の画像が得られる定着装置となっている。

さらに本発明では，加熱回転体の弾性層の厚さが，０．１〜０．３ｍｍの範囲内にあることが望ましい。
このようにすれば，予熱時間を短くできるとともに画像の表面性が良好なものとなる。

また本発明では，分離部材は，加熱回転体の回転軸と平行な軸のまわりに回転可能なものであり，「分離部材と加熱回転体との接触位置」と加熱回転体の回転中心とを結ぶ線分と，「分離部材と加熱回転体との接触位置」と分離部材の回転中心とを結ぶ線分とがなす角の角度が９０〜１０５°の範囲内にあることも望ましい。
このようにすれば，被記録材を加熱回転体から確実に分離できるとともに弾性層を傷つけるおそれはない。

また本発明は，被記録材上にトナー像を形成するトナー像形成部と，弾性層を表面に有する加熱回転体と，加熱回転体の弾性層より変形しやすい弾性層を表面に有する加圧回転体とを有し，加熱回転体と加圧回転体とが互いに押し付けられており，その押し付け箇所に被記録材を通して被記録材上のトナー像を定着させて画像を得る画像形成装置であって，加熱回転体の表面であって加圧回転体との押し付け箇所より被記録材の進行方向下流側の位置に接触し，加熱回転体から被記録材を分離する分離部材を有し，加熱回転体と加圧回転体との押し付け箇所の出口から分離部材の先端までの距離が，被記録材の進行速度にて１０〜４０ミリ秒の範囲内の所要時間を要する距離である画像形成装置にも及ぶ。

本発明の定着装置および画像形成装置によれば，弾性体層を有するローラを用いた定着装置であって，普通紙等の腰のない記録紙を利用した場合でも，ローラから適切に分離できるとともに良好な画質の画像が得られる。

以下，本発明を具体化した最良の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，タンデム方式のカラープリンタに本発明を適用したものである。

本形態のカラープリンタ１は，図１にその概略を示すように，イエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ），ブラック（Ｋ）の各色のプロセスユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋが中間転写ベルト１１に沿って並べられた，いわゆるタンデム方式のものである。各プロセスユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋは，画像形成用の一般的なユニットであり，それぞれ，感光体ドラム，帯電装置，露光装置，現像装置，クリーニング装置等を有している。カラープリンタ１はさらに，給紙カセット１２，２次転写ローラ１３，定着ユニット１４，排紙トレイ１５等を有している。以下の文中では，特に区別する必要のない場合には，ＹＭＣＫの添字を省略して表記する。

このカラープリンタ１では，画像形成を指示された画像データに基づいて，各プロセスユニット１０によって各色のトナー像が形成される。各プロセスユニット１０では，それぞれ異なる色のトナー像を転写ベルト１１上に順次重ねて形成する。そして，重ねられたトナー像が，給紙カセット１２から搬送されて来る記録紙に，２次転写ローラ１３によって転写される。トナー像が転写された記録紙は，定着ユニット１４にて定着を受けて排紙トレイ１５に排出される。

定着ユニット１４は，図２に示すように，外径がほぼ同径の２つのローラである加熱ローラ２１と加圧ローラ２２とを有している。加熱ローラ２１は，中心にヒータ２３を有し，これによってローラ全体が加熱される。さらに，外周面はシリコンゴム製の弾性体層２４が形成され，その内周側にアルミ製の芯金２５を有している。また，弾性体層２４の外面には，フッ素チューブ層が設けられていても良い。一方，加圧ローラ２２は，外周面に弾性体層２６とその内周側に芯金２７とを有している。

ここで，図２に示すように，加熱ローラ２１の弾性体層２４は比較的薄く形成されている。これは，加熱ローラ２１の予熱時間をできるだけ短いものとするためである。その一方，加圧ローラ２２の弾性体層２６は比較的厚く形成されている。これは，弾性体層２４が薄くても，定着に必要なニップＮを得るためである。このため，弾性体層２６は，弾性体層２４より変形しやすいものとなっている。

ここで，予熱時間短縮のためには弾性体層２４をできるだけ薄くすることが望ましい。例えば，弾性体層２４の厚さが０．３ｍｍを超えると，予熱時間の短縮効果が得られないので，弾性体層２４の厚さは０．３ｍｍ以内とすることが望ましい。その一方で，あまりに薄すぎるとトナー層の凹凸を十分にならすことができず，画像の表面性が不良となることがわかった。例えば，弾性体層２４の厚さを０．０５ｍｍとした実験では，形成された画像の表面性が良好でないものがあった。一方，弾性体層２４の厚さを０．１，０．２，０．３（いずれもｍｍ）とした場合では，いずれも良好な表面性が得られた。そのため，弾性体層２４は少なくとも０．１ｍｍ以上の厚さに形成することが望ましい。これらのことから，加熱ローラ２１は，その弾性体層２４の厚さが０．１〜０．３ｍｍの範囲内となるように形成する。

これらの加熱ローラ２１と加圧ローラ２２とはともに，図２に示すように，その回転軸周りに回転駆動される。そして，その間に記録紙２８が挟み込まれ，図中下方から上方へ向かって進行する。記録紙２８は，加熱ローラ２１と加圧ローラ２２とのニップＮで加熱加圧されることにより，トナー像が定着される。さらに，ニップＮの下流側には，耐熱樹脂製の分離爪３１が，加熱ローラ２１の外周面にその先端部を接するように設けられている。分離爪３１には，拍車３２が回転自在に取り付けられ，分離爪３１と拍車３２とは回転軸３３によって一体的に回転可能にされている。また，分離爪３１の表面は，フッ素樹脂によるコーティングがなされ，トナーの固着が防止されている。

次に，分離爪３１の配置についてさらに詳細に説明する。本形態のカラープリンタ１では，図３に示すように，分離爪３１の先端部が加熱ローラ２１に接している接点３４とニップＮの出口３５との距離ｄには，適切な範囲がある。例えば，距離ｄが小さすぎる場合には分離爪３１によって分離できない場合がある。これは，特に普通紙等の腰のない紙では，加熱により軟化して加熱ローラ２１に強く巻き付いているためである。また，距離ｄが大きすぎる場合には画質の低下を招くおそれがある。これは，ニップＮから脱出後，分離爪３１によって分離されるまでの間に，記録紙が無加圧の状態で加熱ローラ２１に長く接することとなり，余熱によって画像表面が荒れるためである。

これに対し，本発明者らは，この距離ｄの最適範囲がシステム速度との関係で決定されることを見いだした。３種類のシステム速度（１５０，１２５，１００（ｍｍ／ｓ））に対して，距離ｄを１〜６ｍｍまで変化させた実験の結果を図４に示す。各欄の下段において，「／」で区切った３つの記号は，左からそれぞれ「普通紙における画質」，「光沢紙における画質」，「普通紙の分離性」を示す。いずれも「○」は良好，「×」は不良を表している。なお，普通紙の分離不良が発生した２件では，普通紙における画質は検出不能であった。

図４に示すように，距離ｄが小さい場合，システム速度の速いものでは普通紙において分離不良が発生した。距離ｄが小さくてもシステム速度を遅くすれば，正常に分離可能であった。また，距離ｄを大きくしていくと，特にシステム速度の遅いものでは先に画質低下が発生した。一方，システム速度が速ければ，やや大きい距離ｄであっても画質の低下は発生しなかった。すなわち，同じ距離ｄでもシステム速度によってその評価結果は異なるものであった。

そこで，それぞれの実験条件について，ニップＮの出口３５から分離爪３１の接点３４到達までの時間ｔを算出したところ，良好な相関性が見られた。図４では，各欄の上段に時間ｔを記載している。これより距離ｄは，時間ｔが以下の範囲を満たすように設定すればよいことがわかった。まず，普通紙における分離性を確保するために，時間ｔは少なくとも８ｍｓより大きくする必要がある。また，普通紙における画質を確保するために，時間ｔは少なくとも４２．３ｍｓより小さくする必要がある。時間ｔが１０〜４０ｍｓの範囲であれば，全て良好な結果が得られた。

次に，分離爪３１の配置角度について説明する。分離爪３１は，図５に示すように，分離角度θで加熱ローラ２１に接する。分離角度θは，加熱ローラ２１の中心と接点３４とを結ぶ線と，分離爪３１の回転軸３３の中心と接点３４とを結ぶ線とのなす角度である。この分離角度θが９０度より小さいと，記録紙２８を加熱ローラ２１から分離することができない。一方，分離角度θが大きすぎると，紙詰まり等によって分離爪３１が加熱ローラ２１方向へ押圧された場合に，分離爪３１の先端部によって加熱ローラ３１の弾性体層２４が傷つくおそれがある。発明者らの実験では，分離角度θが，９０度，９５度，１００度，１０５度では加熱ローラ２１の破損は起きなかった。分離角度θが１１０度では，加熱ローラ２１の破損が発生した。従って，分離角度θは，９０〜１０５度の範囲内とする。

次に，ニップＮで記録紙２８に加えられる圧力ｐについて説明する。圧力ｐが小さいと画像に十分な光沢が得られず，画質が低下するおそれがある。これは，粉体であるトナーが溶融した状態で十分な圧力を受けられず，トナー間の隙間がよく埋められないためである。一方，圧力ｐが大きすぎると，ローラ２１，２２の回転軸が湾曲して用紙端部の送り速度がやや速くなる。このため，用紙後端付近で，画像ノイズや用紙のしわが生じるおそれがある。

この圧力ｐは，ニップＮの面積と大きく関わり，単位面積あたりの圧力である面圧値で規定することが好ましい。例えば，Ａ４紙を上限とするＡ４サイズ機では，両ローラ２１，２２のローラ長は０．２４ｍ，ニップＮは０．００６ｍのものがある。一方で，Ａ３サイズ機では，ローラ長が０．３２ｍ，ニップＮが０．００８ｍのものがある。これらにおいて，両ローラ２１，２２の軸間に加えられる定着部全圧を変更して，画質評価を行った結果を図６に示す。定着部全圧（圧力ｐ）を各ニップ面積で除して面圧ｑに変換したところ，良好な相関性が得られた。この図から，ニップ部の面圧ｑは３．９×１０⁵Ｎ／ｍ²より小さくする必要があることがわかった。

次に，このニップ部の面圧ｑと光沢度との関係を図７に示す。上方の線Ｌ１はシステム速度が１００ｍｍ／ｓ，下方の線Ｌ２は１２５ｍｍ／ｓのものである。いずれも同様の変化形状を示し，面圧ｑが１．５×１０⁵Ｎ／ｍ²を超えたあたりから，面圧ｑに対する光沢度の変化が安定する。従って，面圧ｑを１．５×１０⁵Ｎ／ｍ²より大きくすれば，たとえ面圧ｑに多少ばらつきがあったとしても安定した光沢度が得られるので望ましい。これらのことから，ニップ部の面圧ｑは１．５×１０⁵〜３．８×１０⁵Ｎ／ｍ²の範囲とすればよい。

次に，拍車３２について説明する。拍車３２は，その外周部で厚さが小さく，外形がギザギザに形成されている。拍車３２は，図８に示すように，回転軸３６によって分離爪３１に回転自在に取り付けられている。拍車３２の径は，分離爪３１の背面に対して突出する距離ｈが，約１．２ｍｍ以上であるように設定することが好ましい。ここで，分離爪３１の背面とは，図中右側の加熱ローラ２１から遠い側の面のことであり，こちら側を記録紙２８が通過する。このようにすることにより，ニップＮを通過した記録紙２８は，接点３４で分離爪３１によって分離され，分離爪３１の図中右側で拍車３２の外周部に接触する。そして，拍車３２のギザギザの先端部にごく小さい面積で接触して，拍車３２を回転させながら，分離爪３１の背面に触れることなく通過することができる。

次に，このカラープリンタ１の動作を説明する。プリント動作が開始されるとまず，各プロセスユニット１０によってトナー像が形成され，各色のトナーが重ね合わされて記録紙２８上に転写される。この記録紙２８が，図２に示すように，図中下方から定着ユニット１４に進入される。そして，加熱ローラ２１と加圧ローラ２２とのニップＮにおいて，加熱加圧されてトナーが定着される。このとき，上記のようにローラ２１，２２間の面圧ｑが１．５×１０⁵〜３．８×１０⁵Ｎ／ｍ²の範囲に設定されているので，十分な光沢と良好な画質が得られる。

さらに，ニップＮを通過した記録紙２８は，ニップＮの出口３５からの時間ｔが１０〜４０ｍｓの範囲で，分離爪３１との接点３４に到達し分離される。これにより，この時点では，普通紙であっても十分分離可能な程度まで温度が低下しているとともに，画質低下が起きるほどには余熱を受けることはない。さらに，分離爪３１の分離角度θは，９０〜１０５度の範囲内にされているので，接点３４において確実に分離される。また，もし記録紙２８がジャムを起こした場合でも，分離爪３１によって加熱ローラ２１が傷付けられるおそれはない。分離爪３１との接点３４で分離された記録紙２８は，分離爪３１の背面側で拍車３２に接し，拍車３２を回転させながら進行するので，画像面が大きくこすられることがなく良好な画質が保持される。

以上詳細に説明したように本形態のカラープリンタ１によれば，分離爪３１の配置として，ニップＮの出口３５からの時間ｔが１０〜４０ｍｓの範囲にされているので，確実に分離されるとともに良好な画質が保持される。さらに，システム速度によって最適距離を算出することは容易である。また，分離爪３１の分離角度θが９０〜１０５度の範囲にされているので，確実に分離されるとともに加熱ローラ２１を傷つけるおそれはない。さらに，ニップ部の面圧ｑが１．５×１０⁵〜３．８×１０⁵Ｎ／ｍ²の範囲にされているので，十分な光沢と良好な画質の画像が得られる。従って，弾性体層２４を有する加熱ローラ２１を用いた定着装置１４であって，普通紙等の腰のない記録紙２８を利用した場合でも，加熱ローラ２１から適切に分離できるとともに良好な画質の画像が得られる。

なお，本形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。
例えば，上記の形態では，加熱ローラ２１を使用した定着ユニット１４を利用したカラープリンタ１を例示したが，図９に示すように，ベルトタイプの定着装置４０であってもよい。この定着ローラ４１は，ローラ部４２の中心にヒータ４３を有し，また，基材４４と弾性層４５とが重ねて形成されたベルト４６がかけられている。
また，弾性体層や芯金の材質も上記のものに限らない。
また例えば，本発明は，カラープリンタ１に限らずモノクロプリンタ，ファクシミリ，コピー機等の画像形成装置にも適用可能である。

本形態のカラープリンタの主要部の概略構成図である。 定着装置の概略構成図である。 分離爪周辺の概略構成図である。 ニップ出口から分離部までの距離とシステム速度との関係を示す説明図である。 分離爪の配置についての説明図である。 定着ニップ部の面圧と画質との関係を示す説明図である。 定着ニップ部の面圧と光沢度との関係を示すグラフ図である。 拍車周辺の説明図である。 定着装置の別の例の概略構成図である。

符号の説明

１ カラープリンタ（画像形成装置）
１４ 定着装置
２１ 加熱ローラ（加熱回転体）
２２ 加圧ローラ（加圧回転体）
２４ 弾性体層（弾性層）
２６ 弾性体層（弾性層）
３１ 分離爪（分離部材）

Claims (3)

1. 弾性層を表面に有する加熱回転体と，前記加熱回転体の弾性層より変形しやすい弾性層を表面に有する加圧回転体とを有し，前記加熱回転体と前記加圧回転体とが互いに押し付けられており，その押し付け箇所に被記録材を通して被記録材上のトナー像を定着させる定着装置において，
   前記加熱回転体の表面であって前記加圧回転体との押し付け箇所より被記録材の進行方向下流側の位置に接触し，前記加熱回転体から被記録材を分離する分離部材を有し，
   前記加熱回転体と前記加圧回転体との押し付け箇所の出口から前記分離部材の先端までの距離が，被記録材の進行速度にて１０〜４０ミリ秒の範囲内の所要時間を要する距離であることを特徴とする定着装置。
2. 請求項１に記載の定着装置において，
   前記加熱回転体の弾性層の厚さが，０．１〜０．３ｍｍの範囲内にあり，
   前記分離部材は，前記加熱回転体の回転軸と平行な軸のまわりに回転可能なものであり，
   「前記分離部材と前記加熱回転体との接触位置」と前記加熱回転体の回転中心とを結ぶ線分と，「前記分離部材と前記加熱回転体との接触位置」と前記分離部材の回転中心とを結ぶ線分とがなす角の角度が９０〜１０５°の範囲内にあることを特徴とする定着装置。
3. 被記録材上にトナー像を形成するトナー像形成部と，弾性層を表面に有する加熱回転体と，前記加熱回転体の弾性層より変形しやすい弾性層を表面に有する加圧回転体とを有し，前記加熱回転体と前記加圧回転体とが互いに押し付けられており，その押し付け箇所に被記録材を通して被記録材上のトナー像を定着させて画像を得る画像形成装置において，
   前記加熱回転体の表面であって前記加圧回転体との押し付け箇所より被記録材の進行方向下流側の位置に接触し，前記加熱回転体から被記録材を分離する分離部材を有し，
   前記加熱回転体と前記加圧回転体との押し付け箇所の出口から前記分離部材の先端までの距離が，被記録材の進行速度にて１０〜４０ミリ秒の範囲内の所要時間を要する距離であることを特徴とする画像形成装置。

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