JP2006235573A

JP2006235573A - 画像形成装置

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Publication number: JP2006235573A
Application number: JP2005275387A
Authority: JP
Inventors: Masayasu Onodera; 正泰小野寺
Original assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Current assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Priority date: 2005-01-27
Filing date: 2005-09-22
Publication date: 2006-09-07
Anticipated expiration: 2025-09-22
Also published as: JP4475210B2

Abstract

【課題】薄紙等の記録紙を通紙しても、定着装置の通過後に確実に分離することができる画像形成装置。
【解決手段】無端状の定着ベルトを少なくとも二つのローラに張架し、一方のローラである定着ローラに前記定着ベルトを介して加圧する加圧ローラを有し、所定の加熱手段によって加熱された前記定着ベルトと前記加圧ローラとの間に形成されたニップ部で記録紙上のトナー像を定着する定着装置を備えた画像形成装置において、前記定着ベルトの張力を変更する張力変更手段と、給紙する記録紙の種類を判別する記録紙判別手段と、前記記録紙判別手段による判別に対応して前記張力変更手段を作動させるべく制御する制御手段と、を設けたこと。
【選択図】図２

Description

本発明は、記録紙上の未定着トナーを加熱・加圧して定着するベルト定着装置を備えた画像形成装置に関し、詳しくは記録紙がベルト定着装置のニップ部を通過した後の記録紙の分離性能を向上させた画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの諸機能を備えた複合機等の電子写真方式の画像形成装置においては、原稿に対応した潜像を感光体に形成し、この潜像にトナーを付与することによって顕像化し、この顕像化されたトナー像を記録紙上に転写し、この後、記録紙上に転写されたトナー像を定着して排紙している。

また、カラー画像を形成する場合には、原稿色に対応したＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの潜像を４個の感光体ドラムに形成し、顕像化された４色のトナー像を無端状ベルトからなる中間転写体に一次転写した後、記録紙上に二次転写して、記録紙上に転写されたトナー像を定着して排紙している。

このようにトナー像を定着する定着装置として、ハロゲンヒータ等を内蔵した加熱ローラと、加熱ローラを加圧する加圧ローラとによって形成されたニップ部で、トナー像が転写された記録紙を挟持・搬送しながら、加熱・加圧する熱ローラ定着方式の定着装置があり、このような定着装置は構成が簡便であるため、広く利用されている。

また、無端状の定着ベルトをハロゲンヒータ等を内蔵した加熱ローラと定着ローラとに張架し、定着ベルトを介して定着ローラを加圧する加圧ローラを有し、定着ベルトと加圧ローラとによって形成されたニップ部で、トナー像が転写された記録紙を挟持・搬送しながら、加熱・加圧するベルト定着方式の定着装置があり、このような定着装置は定着ベルトの加熱ローラの熱容量が小さいので、ウオーミングアップタイムが短縮し、省エネになるという利点を有している。

しかし、定着装置においては、記録紙上のトナー像のトナーはニップ部を通過する際に加熱されるので、該トナーが接着剤として作用し、ニップ部を通過した記録紙が分離せずに定着ベルトの表面に付着したまま定着ベルトに巻き付き、ジャムを発生させる虞がある。特に記録紙として、斤量の小さい紙（薄紙）、しかも斤量の小さい印刷用コート紙を用いたときは、分離性能がより低下する。

また、フルカラーの画像形成装置の場合には画像が光沢を有することが望ましく、このためにニップ幅を大きくして加熱時間を長くすることが考えられる。ニップ幅を大きくするためには、定着ローラのゴム層を厚くするか、定着ローラの径を大きくすればよい。

熱ローラ定着装置を用いた場合には、定着ローラはハロゲンヒータ等の熱源を内蔵するので、熱伝導率の低いゴム層を厚くすることが困難である。また、定着ローラの径を大きくすると、記録紙の分離性能が低下する。

一方、ベルト定着装置においては、定着ローラは熱源を有しないので、ゴム層を厚くすることが可能であり、定着ローラを小径としてもニップ幅を大きくすることが可能である。従って、記録紙の分離性能の点でベルト定着装置は熱ローラ定着装置より有利である。

特に高速機の場合には、ゴム層を厚くすることができるベルト定着装置が有利である。

しかしながら、ベルト定着装置を用いたとしても、ニップ部を通過した記録紙を確実に分離させるのは困難である。

そこで、定着装置の記録紙搬送方向下流側において、定着ベルトに分離爪を当接させて、記録紙を定着ベルトより分離させるものがある。しかし、この構成では分離爪が定着ベルトに常時当接しているので、定着ベルトが摩耗して劣化する虞がある。

更に、定着装置における記録紙の分離性能を向上させるることを目的とした特許公報が多数開示されている。

例えば、定着ベルトを加熱ローラと、定着ローラと、曲率半径の大きい固定部材とにより張架し、該固定部材が定着ベルトの内側から定着ベルトを介して加圧ローラに圧着するベルト定着装置がある。この定着装置によれば、曲率半径の大きい固定部材によって定着ベルトも曲率半径が大きくなるので、分離爪を設けなくても記録紙の分離性能が向上するというものである（特許文献１参照）。

また、ニップ部の出口側に、周囲に複数の爪を有して回転駆動される分離回転体を複数個設け、分離回転体によって記録紙を定着ベルトの表面から分離するベルト定着装置がある（特許文献２参照）。

また、ニップ部の出口側に、ステンレス板等からなる分離手段を定着ベルトと非接触状態に配置し、記録紙が分離手段によって定着ベルトに巻き付くことを阻止するベルト定着装置がある（特許文献３参照）。

更に、ニップ部の出口側にて、小径の補助ローラが定着ベルトを介して定着ローラに圧接することにより、ニップ部と補助ローラの圧接部との間に曲率の大きな湾曲部が形成されるので、ニップ部を通過した記録紙が湾曲部で定着ベルトから剥離するというベルト定着装置がある（特許文献４参照）。
特開２００３−５５６６号公報特開２００３−１２２１７２号公報特開２００３−３３０３０９号公報特開２００３−３３０３１０号公報

しかしながら、上記の特許文献においては下記の如き問題がある。

特許文献１においては、定着ベルトを加熱ローラと、定着ローラと、曲率半径の大きい固定部材とにより張架し、固定部材が定着ベルトの内側から定着ベルトを介して加圧ローラに圧着している。従って、半径が小さく回転しない固定部材に定着ベルトの裏面が常に摺接するので、定着ベルトが摩耗し易く、充分な耐久性能が望めないという問題がある。

特許文献２においては、分離回転体に設けた爪によって、定着した画像に傷が付き易いという問題がある。

特許文献３においては、分離手段のエッジによって、定着した画像に傷が付き易いという問題がある。

特許文献４においては、ニップ部の下流側で記録紙のトナー像と定着ベルトとの密着が不安定で不揃いになるため、光沢ムラが発生し易いという問題がある。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で、通紙する記録紙が薄紙であっても確実に分離するベルト定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的は下記に記載した発明により達成される。
（１）無端状の定着ベルトを少なくとも二つのローラに張架し、一方のローラである定着ローラに前記定着ベルトを介して加圧する加圧ローラを有し、所定の加熱手段によって加熱された前記定着ベルトと前記加圧ローラとの間に形成されたニップ部で記録紙上のトナー像を定着する定着装置を備えた画像形成装置において、前記定着ベルトの張力を変更する張力変更手段と、給紙する記録紙の種類を判別する記録紙判別手段と、前記記録紙判別手段による判別に対応して前記張力変更手段を作動させるべく制御する制御手段と、を設けたことを特徴とする画像形成装置。
（２）前記制御手段は、前記記録紙が薄紙であるときには、前記張力変更手段を作動させて前記定着ベルトの張力を低下させることを特徴とする（１）に記載の画像形成装置。
（３）無端状の定着ベルトを少なくとも二つのローラに張架し、一方のローラである定着ローラに前記定着ベルトを介して加圧する加圧ローラを有し、所定の加熱手段によって加熱された前記定着ベルトと前記加圧ローラとの間に形成されたニップ部で記録紙上のトナー像を定着する定着装置を備えた画像形成装置において、前記定着ベルトの張力を変更する張力変更手段と、分離優先モード設定手段と、前記分離優先モード設定手段により分離優先モードが設定されたときは、前記張力変更手段を作動させ前記定着ベルトの張力を低下させるべく制御する制御手段と、を設けたことを特徴とする画像形成装置。

請求項１，２に記載の画像形成装置によれば、ベルト定着装置の定着ベルトの張力を通紙する記録紙に応じて変更するので、薄紙等の記録紙を通紙しても、定着装置の通過後に確実に分離することができる。

請求項３に記載の画像形成装置によれば、ベルト定着装置の定着ベルトの張力を分離優先モードの選択に応じて変更するので、写真画像のようなトナー量が多くて分離し難い画像パターンを有する記録紙を通紙しても、定着装置の通過後に確実に分離することができる。

以下に本発明の画像形成装置に関する実施の形態を図を参照して説明する。

先ず、画像形成装置の一例を図１の構成図に基づいて説明する。

本画像形成装置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、ベルト状の中間転写体６、給紙搬送手段及び定着装置９等からなる。

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て形成された信号は、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、画像圧縮処理等が行われた後、露光手段３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋに送られる。

イエロー（Ｙ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｙは、感光体ドラム１Ｙの周囲に帯電手段２Ｙ、露光手段３Ｙ、現像装置４Ｙ及びクリーニング手段８Ｙを配置している。マゼンタ（Ｍ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｍは、感光体ドラム１Ｍの周囲に帯電手段２Ｍ、露光手段３Ｍ、現像装置４Ｍ及びクリーニング手段８Ｍを配置している。シアン（Ｃ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｃは、感光体ドラム１Ｃの周囲に帯電手段２Ｃ、露光手段３Ｃ、現像装置４Ｃ及びクリーニング手段８Ｃを配置している。黒（Ｋ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｋは、感光体ドラム１Ｋの周囲に帯電手段２Ｋ、露光手段３Ｋ、現像装置４Ｋ及びクリーニング手段８Ｋを配置している。そして、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は、潜像形成手段を構成する。

なお、現像装置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。

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。

定着装置９は、無端状の定着ベルト９１を加熱ローラ９２と定着ローラ９３とに張架し、定着ベルト９１を介して定着ローラ９３を押圧する加圧ローラ９４を有し、定着ベルト９１と加圧ローラ９４との間に形成されたニップ部で記録紙（転写材）Ｐ上のトナー像を加熱・加圧して定着する。

かくして、画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，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，７Ｋにより逐次転写されて（１次転写）、カラー画像合成されたトナー像が形成される。給紙カセット２０内に収容された記録紙Ｐは、給紙手段２１により給紙され、給紙ローラ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，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は定着装置９において加熱・加圧され、記録紙Ｐ上のカラートナー像が定着される。その後、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を曲率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、以上はカラー画像を形成する画像形成装置であったが、モノクロ画像を形成する画像形成装置であってもよい。

次に、本発明に係わる定着装置について、図２の断面図に基づいて説明する。

定着ベルト９１は、無端状に形成され、例えば、基体として厚さ７０μｍのＰＩ（ポリイミド）等からなる耐熱性の樹脂ベルトを用い、基体の外周面を厚さ２００μｍの耐熱性のシリコンゴムで被覆し、更に、離型層として厚さ３０μｍのＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）チューブで被覆している。なお、外径寸法は例えば８０ｍｍで、幅は例えば３４０ｍｍである。

加熱ローラ９２は、定着ベルト９１を加熱する加熱手段としてのハロゲンランプ９２Ａを内蔵し、例えば、アルミニュウム等から形成された肉厚２ｍｍの円筒状の中空回転体９２Ｂの外周面を、耐熱性のＰＦＡチューブ９２Ｃで被覆し、ハードローラとして構成されている。なお、外径寸法は例えば４７ｍｍである。

定着ローラ９３は、例えば、鉄等の金属から形成された中実の芯金９３Ａを、厚さ４．５ｍｍの耐熱性のシリコンゴム９３Ｂで被覆し、更に、厚さ２．５ｍｍのスポンジ９３Ｃで被覆して、ソフトローラとして構成されている。外径寸法は４０ｍｍである。

加圧ローラ９４は、ハロゲンランプ９４Ａを内蔵し、例えば、アルミニュウム等から形成された肉厚３ｍｍの円筒状の中空回転体９４Ｂの外周面を、厚さ３ｍｍの耐熱性のシリコンゴム９４Ｃで被覆し、更に、離型層として厚さ３０μｍのＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）チューブ９４Ｄで被覆し、ソフトローラとして構成されている。なお、外径寸法は例えば５０ｍｍである。

なお、定着ベルト９１を加熱する加熱手段として、どのような加熱手段を用いてもよく、例えば励磁コイルを用いた誘導加熱発熱体を用いてもよい。また、加熱手段は、必ずしも加熱ローラ９２等の中に配置されていなくてもよく、どこに配置されていてもよい。

また、加熱ローラ９２の不図示の支軸は上下方向に移動可能であり、加熱ローラ９２に引っ張りばね９５が掛けられていて、加熱ローラ９２は上方に付勢されている。従って、引っ張りばね９５の付勢力を変化させると、定着ベルト９１の張力が変化する。

ここで、引っ張りばね９５の付勢力を変化させる駆動源として、ソレノイドやモータを用いることができる。

なお、テンションローラを設けても定着ベルト９１の張力を変化させることは可能であるが、構成が複雑化し、テンションローラに熱を奪われるので、好ましくない。

また、定着ベルト９１を介して加熱ローラ９２の温度を検知する温度センサＳ１、及び加圧ローラ９４の温度を検知する温度センサＳ２が設けられている。

以上の構成において、不図示の駆動手段によって定着ローラ９３を時計方向に回転させると、定着ベルト９１及び加熱ローラ９２は時計方向に回転し、加圧ローラ９４は反時計方向に回転する。また、加熱ローラ９２に当接する定着ベルト９１はハロゲンランプ９２Ａにより加熱され、加圧ローラ９４もハロゲンランプ９４Ａによって加熱される。そして、不図示の付勢手段によって加圧ローラ９４が定着ローラ９３の方向に付勢されているので、定着ローラ９３に巻回された定着ベルト９１と加圧ローラ９４との間のニップ部Ｎで、給紙された記録紙Ｐが加熱・加圧されて、記録紙Ｐ上のトナー像が定着される。

次に、上記の定着装置を備えた画像形成装置を用い、定着ベルトの張力を変化させて行った実験を記す。
・実験内容
定着ベルトの張力を変化させると共に加熱ローラの温度を変化させ、４種の記録紙を通紙して、分離性と定着性を確認した。

制御温度：加圧ローラの温度が加熱ローラの温度より２０℃低くなるように設定
通紙速度：３００ｍｍ／ｓ
トナー付着量：１０±０．３ｇ／ｍ²
記録紙：
普通紙Ａ斤量５６ｇ／ｍ²
普通紙Ｂ斤量８０ｇ／ｍ²
コート紙Ａ斤量８０ｇ／ｍ²
コート紙Ｂ斤量１００ｇ／ｍ²
・実験結果
分離性のデータを表１に、定着性のデータを表２に示す。

なお、分離性に関しては下記の如く評価した。

○：分離した
△：巻き付き気味で分離した
×〜△：かなり巻き付き気味だが一応分離した
×：分離せず
また、定着性に関しては下記の如く評価した。

所定のパターンの画像を定着した後、画像を布で擦って濃度変化を測定し、所定の濃度以上である場合を定着性が良好である○とし、その他を定着不良である×とした。
・考察
先ず、表１に示す分離性に関しては、定着ベルトの張力を低下させた方が向上する傾向があり、本実験においては張力を１５Ｎに設定したときには、加熱ローラの温度を変化させても全ての記録紙が分離した。しかし、定着ベルトの張力を更に低下させて、張力を８Ｎに設定したときには、殆ど分離しなかった。

これは、定着ベルトの張力を低下させると、加圧ローラが定着ベルトを介して定着ローラにより食い込むことになって、ニップ幅が広くなるために、分離性能が向上するものと推定する。しかし、定着ベルトの張力を低下させ過ぎると、ニップ部の前後で定着ベルトが撓み気味になり、ニップ部出口付近の分離曲率が小さくなって、分離性能が低下するものと推定する。

また、厚紙である普通紙Ｂ及びコート紙Ｂは張力１５Ｎ〜３３Ｎの範囲で加熱ローラの温度を変化させても殆ど全てが分離したが、薄紙である普通紙Ａ及びコート紙Ａは加熱ローラの温度を変化させた場合に張力１５Ｎのときしか全てが分離することはなかった。

また、張力を４６Ｎまで上げると、各紙とも分離性能が低下した。

一方、表２に示す定着性に関しては、定着ベルトの張力を低下させた方が悪化する傾向があり、本実験においては張力を４６Ｎ，３３Ｎに設定したときには、加熱ローラの温度を変化させても全ての記録紙の定着性が良好であったが、張力を２０Ｎ以下に設定すると、次第に定着性が悪化する。これは、特に紙質に影響し、薄紙である普通紙Ａ及びコート紙Ａは、張力を１５Ｎまで低下させても定着性が悪化することはなかったが、厚紙である普通紙Ｂ及びコート紙Ｂは、張力を２０Ｎに設定した場合に、加熱ローラの温度が１８０℃や１７０℃のときに定着不良になった。

これは、張力を低く設定すると、定着ベルトと加熱ローラとの接触が不充分になり、その結果、定着ベルトへの熱供給が減少してしまうからである。特に、厚紙であると熱供給が一層不充分になって、定着不良となる。また、薄紙は厚紙と比較して熱供給量が少なくても、充分な定着温度を確保することができるので、問題は生じない。従って、定着性の観点からは張力は大きい方が望ましい。

これらの結果から、張力を固定することは分離性能と定着性を同時に満たす上で問題となることが分かる。

ここで、加熱ローラの温度は約１９０℃に設定することが多く、設定温度のバラツキやウォーミングアップ直後の通紙による温度低下等を考慮すると、加熱ローラの温度が１７０℃〜２００℃の範囲で分離性や定着性が保証される必要がある。この点を考慮して、加熱ローラの温度が１７０℃〜２００℃の範囲で全て○である場合に○とし、一つでも×があった場合には×として、表１，２をまとめた表を表３に示す。また、表３の右欄には分離性と定着性を合わせた総合結果を示す。

表３によれば、普通紙及びコート紙に拘わらず、厚紙の場合には定着ベルトの張力を３３Ｎに設定し、薄紙の場合には定着ベルトの張力を１５Ｎに設定すれば、分離性と定着性の双方が良好になる。

このように、記録紙の厚みに対応して定着ベルトの張力を変化させることにより記録紙の定着性を悪化させずに分離性を向上させることができるが、上述の定着ベルトの張力の値は絶対的な値でなく、定着装置の各部材の寸法や材質が異なれば、変化するものである。

更に、トナー像が記録紙の全面に形成されている場合、例えば、写真やプレゼンテーション用資料は厚紙であっても分離性能が低下する。そこで、このように分離し難い記録紙を給紙するときには、定着性が低下するが、定着ベルトの張力を例えば２０Ｎに低下させて設定する分離優先モードを画像形成装置に設けることが望ましい。

以上の如き、ベルト定着装置において給紙する記録紙の種類に応じて定着ベルトの張力を変化させる構成をブロック図として図３に示す。

図３において、記録紙判別手段１０１は、通紙する記録紙の種類を判別する手段であって、普通紙であるかコート紙であるかや、記録紙の斤量を判別する。具体的にはユーザーが使用する記録紙を操作ボードで選択して入力する。また、画像形成装置の内部に記録紙の反射率、厚み、比重等を測定するセンサを配置して、自動的に記録紙の種類を判別するようにしてもよい。

記録紙判別手段１０１から出力された情報は制御手段１０２に入力され、記録紙の種類や斤量に応じて張力変更手段１０３を作動させる。具体的には、入力された記録紙の種類や斥量の情報を所定の条件と比較して記録紙が薄紙に相当するか否かを判断する。薄紙でないと判断された場合は、張力を例えば３３Ｎに設定し、薄紙と判断された場合は、張力を低下させ例えば１５Ｎに設定する。なお、張力変更手段１０３は設定された張力に応じて定着ベルトの張力を変更させる手段であって、ソレノイドやモータを用いることができる。

また、分離し難い画像パターンを出力するときには、ユーザーが操作ボードで分離優先モード設定手段１０４を操作して分離優先モードを設定すれば、制御手段１０２は張力変更手段１０３を駆動して定着ベルトを所定の張力に低下させる。

画像形成装置の構成図である。定着装置の断面図である。本発明に係わるブロック図である。

符号の説明

９定着装置
９１定着ベルト
９２加熱ローラ
９３定着ローラ
９４加圧ローラ
９５引っ張りばね

Claims

無端状の定着ベルトを少なくとも二つのローラに張架し、一方のローラである定着ローラに前記定着ベルトを介して加圧する加圧ローラを有し、所定の加熱手段によって加熱された前記定着ベルトと前記加圧ローラとの間に形成されたニップ部で記録紙上のトナー像を定着する定着装置を備えた画像形成装置において、
前記定着ベルトの張力を変更する張力変更手段と、
給紙する記録紙の種類を判別する記録紙判別手段と、
前記記録紙判別手段による判別に対応して前記張力変更手段を作動させるべく制御する制御手段と、
を設けたことを特徴とする画像形成装置。
前記制御手段は、前記記録紙が薄紙であるときには、前記張力変更手段を作動させて前記定着ベルトの張力を低下させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
無端状の定着ベルトを少なくとも二つのローラに張架し、一方のローラである定着ローラに前記定着ベルトを介して加圧する加圧ローラを有し、所定の加熱手段によって加熱された前記定着ベルトと前記加圧ローラとの間に形成されたニップ部で記録紙上のトナー像を定着する定着装置を備えた画像形成装置において、
前記定着ベルトの張力を変更する張力変更手段と、
分離優先モード設定手段と、
前記分離優先モード設定手段により分離優先モードが設定されたときは、前記張力変更手段を作動させ前記定着ベルトの張力を低下させるべく制御する制御手段と、
を設けたことを特徴とする画像形成装置。