JP2007072259A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 画像の欠陥を減少させ良好な画像形成が出来るとともに、分離爪による分離性能を十分に確保すること
【解決手段】 記録材にトナー像を定着する定着部材と、前記定着部材から記録材を分離する分離爪と、前記定着部材の表面に沿って前記分離爪を移動させる分離爪移動機構と、を有し、前記分離爪移動機構による前記分離爪の移動速度Ｖが以下の関係式を満たすことを特徴とする定着装置。
１×１０^-3ｍｍ／ｓ≦Ｖ≦０．１ｍｍ／ｓ
【選択図】 図２

Description

本発明は、記録材上のトナー像を定着する定着装置及びその定着装置を備えて画像を形成する複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。

複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式による画像形成装置は、感光体や中間転写体等の像担持体表面からトナー像を記録材上に転写し、転写されたトナー像を定着することによって記録材上に画像を形成している。

画像形成装置における一般的な定着装置は、加熱ローラと加圧ローラの２本のローラによりニップ領域を形成し、そのニップ領域に記録材を通過させてトナー像を定着させている。定着装置のニップ領域ではトナーが溶融するため、その溶融トナーによって加熱ローラと記録材との密着力が増し、記録材が加熱ローラに巻き付いてしまうという問題が発生していた。この問題を解決するため、分離爪を加熱ローラの表面に接触させるという技術が提案されている。

分離爪は記録材の巻き付き防止という点では良好であるが、加熱ローラ表面に接触しているため、加熱ローラの表面にスジ状の傷をつけてしまう。加熱ローラの表面に傷があると、この傷が記録材の画像に欠陥として表れてしまい、高画質が要求される画像形成装置にとって問題となっていた。この点を考慮した技術として、分離爪を加熱ローラの回転軸方向と平行する方向に移動可能とし、分離爪の移動範囲内で等速度で往復移動可能とした分離爪移動装置が提案されている（特許文献１参照）。
特開平９−１６０３９０号公報

しかし、分離爪を加熱ローラの回転軸方向と平行する方向に移動させても、分離爪の移動速度（分離爪が加熱ローラの表面に沿って単位時間当たりに移動する距離）が遅いと記録材の画像に欠陥を生じさせるだけの傷が加熱ローラ表面に発生してしまう。

また、分離爪の移動速度が速いと分離爪の分離性能について問題が発生する。この点を図７を用いて説明する。図７は加熱ローラの表面に沿って分離爪が移動する状態を示す図である。１０００は分離爪、１００１は加熱ローラであり、分離爪１０００は加熱ローラ１００１の表面に沿って往復移動する。分離爪１０００の移動速度が速いと、図７の（ｂ）で示すように分離爪１０００の片側が浮いてしまうという現象（以下、「片当たり」という。）が発生してしまう。分離爪１０００が図７の（ａ）のように加熱ローラ１００１に接触していると分離性能に問題はないが、図７の（ｂ）のような片当たりの状態では加熱ローラに密着した記録材に分離爪が十分接触することができず、良好な分離性能を発揮することができない。

従って、本発明の目的は、分離爪の移動速度に着目し、画像の欠陥がなく、且つ分離爪の分離性能に問題がない定着装置及び画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、分離爪の移動速度を適正化した。

即ち、本発明に係る定着装置は、
記録材にトナー像を定着する定着部材と、
前記定着部材から記録材を分離する分離爪と、
前記定着部材の表面に沿って前記分離爪を移動させる分離爪移動機構と、
を有し、
前記分離爪移動機構による前記分離爪の移動速度Ｖが以下の関係式を満たすことを特徴とするものである。

１×１０^-3ｍｍ／ｓ≦Ｖ≦０．１ｍｍ／ｓ
また、本発明に係る画像形成装置は、
像担持体上から記録材上に転写されたトナー像を定着することによって画像を形成する画像形成装置であって、
請求項１乃至３に記載の何れかの定着装置を有することを特徴とするものである。

本発明に係る定着装置及び画像形成装置によれば、画像の欠陥を減少させ良好な画像形成が出来るとともに、分離爪による分離性能を十分に確保することができる。

以下、本発明の実施の形態の画像形成装置について説明する。

図１は、画像形成装置の全体構成を示す説明図である。図１に示す画像形成装置は、両面原稿自動送り装置ＲＡＤＦと画像形成装置本体Ａとから構成されている。

両面原稿自動送り装置ＲＡＤＦは、画像形成装置本体Ａの上部にあり開閉可能となっている。原稿給紙台ａの原稿は、給紙ローラｂ、分離ローラｃ、レジストローラｄ、さらに搬送ドラムｅによって搬送される。

画像形成装置本体Ａは、画像読取手段１、制御手段２、画像書込手段３、画像形成手段４、記録材収納手段５、搬送手段６、定着手段７、排紙手段８、再搬送手段９等から構成されている。

画像読取手段１の光学系は、光源と第１ミラーを備える露光ユニット１４、第２ミラーと第３ミラーを備えるＶミラーユニット１５、レンズ１６、ＣＣＤイメージセンサ１７により構成されている。両面原稿自動送り装置ＲＡＤＦによって搬送された原稿に対する読取動作は、露光ユニット１４がスリット露光用ガラス１３の下方に位置した状態で行われる。原稿台ガラス１１上に置かれた原稿に対する読取動作は、露光ユニット１４及びＶミラーユニット１５が移動することによって行われる。

画像読取手段１によって読み取られた原稿の画像は、制御手段２によって画像処理され、画像データとして信号化されたうえでメモリに格納される。

次に記録材Ｐに画像を形成するプロセスを説明する。

感光体２１がメインモータ（図示せず）により駆動され、感光体２１の表面が電源（図示せず）により電圧供給され、帯電器２２の放電により正極性に帯電される（本実施例では＋８００Ｖ）。次に、画像書込手段３により画像情報に応じた光書込がなされ、感光体２１上に静電潜像が形成される。形成された静電潜像が現像器２３を通過すると、現像器２３内で正極性に帯電されたトナーが正極性現像バイアスの印加により潜像画像の部分に付着し、感光体２１上にトナー像が形成される。形成されたトナー像は転写器２４Ａによって感光体２１から記録材Ｐへ転写され、記録材Ｐは分離器２４Ｂによって分離される。転写後に残留した感光体２１上のトナーはクリーニング手段２５により清掃される。分離された記録材Ｐは、加熱ローラ、加圧ローラのローラ対からなる定着手段７へ送られる。その結果、トナー像が記録材Ｐへ定着され、画像形成された記録材Ｐが排紙手段８により装置外の排紙トレイ８１に排出される。

なお、両面プリントの場合は、第１面に画像形成された記録材Ｐは、搬送路切替板８２により再搬送手段９に送り込まれ、反転され、再び画像形成手段４において第２面に画像形成後、排紙手段８により装置外の排紙トレイ８１に排出される。

反転排紙の場合は、搬送路切り替え板８２により通常の排紙通路から分岐した記録材Ｐは、反転排紙部８３においてスイッチバックして表裏反転された後、排紙手段８により装置外の排紙トレイ８１に排出される。

図２は定着装置７の詳細図である。

定着装置７は定着部材７１と加圧部材７２により形成されたニップ領域に記録材を通過させトナー像を記録材に定着させている。

定着部材７１は記録材上のトナー像を溶融する加熱ローラである。定着部材７１は、例えば中空のアルミ芯金（肉厚１４ｍｍ）の外周にシリコンゴム（肉厚２ｍｍ）を被膜し、その上にＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ ３０μｍ）をコーティングしたφ７０ｍｍのローラであり、内部にハロゲンヒータを有している。

加圧部材７２は例えば中空のアルミ芯金（肉厚２ｍｍ）の外周にシリコンゴム（肉厚２ｍｍ、硬度１０°（ＪＩＳ Ｋ ６２５３のタイプＡデュロメータ（Ａ型）で測定））を被覆し、その上にＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）をコーティング（３０μｍ）したφ６０ｍｍのローラである。ＰＦＡの代わりにＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）をコーティングしたものでもよい。

加圧部材７２はバネ等の付勢部材（図示せず）によって定着部材７１に線圧２９．４Ｎ／ｃｍで圧接され、弾性変形によってニップ領域を形成している。このときのニップ領域の短手方向の長さは線圧やローラ表面の硬度によっても異なるがほぼ１０．５ｍｍになっている。

定着部材７１は周速度３５０〜４１０（ｍｍ／ｓ）で時計方向に回転し、加圧部材７２は定着部材７１に圧接して従動回転する。

清掃手段７３は定着部材７１の表面上に付着したトナーや紙粉を回収して定着部材７１の表面を清掃する。定着部材７１の表面にウェブ７３２が接触し、巻き上げローラ７３１がウェブ７３２を巻き上げることにより定着部材７１の表面からトナーや紙粉を回収している。

分離爪７４は定着部材７１に密着した記録材を分離するものであり、記録材が定着部材７１に巻き付くことを防止している。分離爪７１が同じ位置で定着部材７１に接触していると定着ローラ７１の表面にスジ状の傷を発生させてしまうため、定着部材７１の長手方向で左右に沿って往復移動させている。

定着部材７１の表面に沿って分離爪７４を移動させる分離爪移動機構１００を図３から図５を用いて説明する。

図３は分離爪移動機構１００を定着装置７の上面からみた平面図であり、図４は分離爪移動機構１００を定着部材７１側からみた平面図である。

図３に示すとおり、分離爪７４は定着部材７１の表面に沿って複数設置されている。複数設置されている理由は記録材を定着部材７１から良好に分離するためである。図４における破線領域Ａは、定着部材７１に接触している分離爪７４の接触箇所である。図３、図４では２つの分離爪７４を表しているが、それ以上の個数の分離爪７４を定着部材７１の表面に沿って設置しても良い。

分離爪７４の一部には開口があり（図示せず）、その開口に分離爪支持軸１０３が貫通している。分離爪支持軸１０３の両端はコの字形状の分離爪支持部１０２によって支持されている。このような構成により、分離爪７４は分離爪支持軸１０３を介して分離爪支持部１０２に支持されている。

分離爪支持部１０２は移動板１０１に固着されているため、移動板１０１が左右方向（図３、図４の矢印方向）に動けば、分離爪支持部１０２も移動板１０１とともに左右方向に動く構造となっている。移動板１０１は図３で示すように両端が折れ曲がったコの字形状となっている。移動板１０１の両端の折れ曲がった部分には開口が複数有り（図示せず）、その開口に複数の移動板支持軸１０７が各々貫通している。移動板支持軸１０７の端はＬ字形状の移動板支持部１０４によって支持されている。各々の移動板支持軸１０７の周辺には移動板付勢バネ１０５が設置されており移動板１０１を一方向へ押圧している。

移動板１０１には移動軸１０６が設置されており、この移動軸１０６が後述するブロック溝２０４Ａに嵌ることにより分離爪７４を左右方向に移動させている。

図５は分離爪７４を移動させるカム機構を示す図である。

２０１はカム軸、２０２はカム軸に設置されたカム軸用歯車、２０３はカム軸に設置されたカムを示す。駆動源からの駆動力がカム軸用歯車２０２を介してカム軸２０１に伝達される。カム軸２０１が回転するとカム２０３がカム軸２０１とともに回転する構造となっている。

２０４はカム２０３に接触するブロックであり、ブロック２０４の一部にはＵ字形状のブロック溝２０４Ａが設けられている。また、ブロック２０４の一部にはブロック付勢バネ２０５が接触しており、ブロック２０４を図５における右方向へ押圧している。

分離爪７４が定着部材７１の表面に沿って移動する機構を説明すると、まず駆動源からの駆動力がカム軸用歯車２０２を介してカム軸２０１に伝達され、カム軸２０１とカム２０３が回動する。カム２０３が回動すると、図５における破線領域Ｂでカム２０３と接触しているブロック２０４がカムの形状に沿ってカム軸２０１と平行する方向に移動する。ブロック２０４のブロック溝２０４Ａには移動軸１０６が嵌っているため、ブロック２０４の移動に伴って移動板１０１が移動する。このような機構によって、分離爪７４は図５の破線に示すように定着部材７１の表面に沿って左右方向に往復移動することになる。

図６は分離爪７４を移動させる駆動系を示す図である。

２０６は巻き上げローラ７３１（図２参照）に設置された清掃歯車であり、２０８はモータ、２０７はモータに設置された駆動歯車である。駆動歯車２０７は一つの歯車を介して清掃歯車２０６に噛み合っており、駆動歯車２０７が回動することによって、清掃手段７３が動作する構造となっている。分離爪７４を移動させるためのカム軸用歯車２０２も駆動歯車２０７に噛み合っており、モータ２０８の駆動力が伝達されることにより分離爪７４が定着部材７１の表面に沿って左右方向に往復移動する構造となっている。このように、清掃手段７３の一部を構成する巻き上げローラ７３１を動作させる駆動源によって分離爪７４を移動させるので、分離爪７４を移動させるための駆動モータを別途設ける必要がなく、コストダウンや省スペース化が図れる。

図３〜図６を用いて説明したように分離爪７４は定着部材７１の表面に沿って長手方向（軸方向）に往復移動する。分離爪７４の移動速度が遅いと、記録材の画像に欠陥を生じさせるだけの傷が定着部材７１の表面に発生してしまう。そこで、分離爪７４の移動速度をどのようにすれば記録材の画像に欠陥が生じないのか実験を通じて検討した。その結果を表１〜表３に示す。分離爪の移動速度とは、分離爪７４が定着部材７１の表面に沿って単位時間当たりに移動する距離をいう。

定着部材７１の表面に傷を発生させる要因は、分離爪７４の移動速度、分離爪７４の材質、定着部材７１の表面層、分離爪７４の当接荷重、分離爪７４の当接幅が考えられる。よって、これらの要因を組み合わせて実験を行った。分離爪７４の移動速度は、Ｖ１（５×１０^-4ｍｍ／ｓ）、Ｖ２（７．５×１０^-4ｍｍ／ｓ）、Ｖ３（１×１０^-3ｍｍ／ｓ）、Ｖ４（１．６×１０^-3ｍｍ／ｓ）、Ｖ５（２×１０^-3ｍｍ／ｓ）の５段階に変えて実験した。分離爪７４の材質はＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＩ（ポリイミド）の３種類、定着部材７１の表面層はＰＦＡチューブ、ＰＴＦＥコーティングの２種類を用いた。分離爪７４の当接荷重は１×９．８ｍＮ、５×９．８ｍＮ、１０×９．８ｍＮ、２０×９．８ｍＮの４段階、分離爪７４の当接幅は１ｍｍ、１．５ｍｍ、３ｍｍ、４．５ｍｍの４段階に変えて実験した。評価はベタ黒の画像を１０万プリントした時点での画像を評価することにより行った。表における「○」は分離爪７４による画像欠陥なし、「△」は分離爪７４によるかすかな画像欠陥あり、「×」は分離爪７４による画像欠陥ありという意味である。表１〜表３に示す実験結果より、分離爪７４の移動速度が１×１０^-3ｍｍ／ｓ以上であれば、分離爪７４の材質等がどのような組み合わせであっても画像の欠陥がないことが分かった。

一方、分離爪７４の移動速度が速いと前述した片当たりの現象が発生して分離爪の分離性能に問題が生じてしまう。そこで、分離爪７４の移動速度をどのようにすれば片当たりの現象を低減させ、分離爪７４の分離性能を確保することができるか実験を通じて検討した。その結果を表４に示す。

分離爪７４の移動速度を９段階に変えて実験した。表４に示す実験結果より、分離爪７４の移動速度が０．１ｍｍ／ｓ以下であれば片当たり現象が発生しないことが分かった。

以上の結果をより、分離爪７４の移動速度を１×１０^-3ｍｍ／ｓ≦Ｖ≦０．１ｍｍ／ｓの範囲で設定すれば、画像の欠陥を減少させ良好な画像形成が出来るとともに、分離爪による分離性能を十分に確保することができる。

なお、本発明は、本実施形態に限らず、別の形態の定着装置や画像形成装置においても効果があることはいうまでもない。

本発明の実施の形態の一例を示す画像形成装置の断面構成図である。 定着装置の説明図である。 分離爪移動機構１００を定着装置７の上面からみた平面図である。 分離爪移動機構１００を定着部材７１側からみた平面図である。 分離爪７４を移動させるカム機構を示す図である。 分離爪７４を移動させる駆動系を示す図である。 分離爪の片当たり現象を説明した図である。

符号の説明

１ 画像読取手段
２ 制御手段
３ 画像書込手段
４ 画像形成手段
５ 記録材収納手段
６ 搬送手段
７ 定着手段
７１ 定着部材
７２ 加圧部材
７３ 清掃手段
７３１ 巻き上げローラ
７３２ ウェブ
７４ 分離爪
８ 排紙手段
９ 再搬送手段
１００ 分離爪移動機構
１０１ 移動板
１０２ 分離爪支持部
１０３ 分離爪支持軸
１０４ 移動板支持部
１０５ 移動板付勢バネ
１０６ 移動軸
１０７ 移動板支持軸
２０１ カム軸
２０２ カム軸用歯車
２０３ カム
２０４ ブロック
２０４Ａ ブロック溝
２０５ ブロック付勢バネ
２０６ 清掃歯車
２０７ 駆動歯車
２０８ モータ

Claims (4)

1. 記録材にトナー像を定着する定着部材と、
   前記定着部材から記録材を分離する分離爪と、
   前記定着部材の表面に沿って前記分離爪を移動させる分離爪移動機構と、
   を有し、
   前記分離爪移動機構による前記分離爪の移動速度Ｖが以下の関係式を満たすことを特徴とする定着装置。
   １×１０^-3ｍｍ／ｓ≦Ｖ≦０．１ｍｍ／ｓ
2. 前記定着部材の表面を清掃する清掃手段を有し、
   前記分離爪移動機構が前記清掃手段を動作させる駆動源によって前記分離爪を移動させることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記定着部材は、記録材上のトナー像を溶融する加熱ローラであることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 像担持体上から記録材上に転写されたトナー像を定着することによって画像を形成する画像形成装置であって、
   請求項１乃至３に記載の何れかの定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。

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