JP2007086099A - 定着装置及びその定着装置を具備する画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 定着ローラと加熱ローラとに巻き掛けられて回転駆動される定着ベルトと、その定着ベルトに圧接した加圧ローラと、定着ベルトに圧接して、その定着ベルトに張力を付与するテンションローラとを有し、定着ベルトと加圧ローラとの間に定着すべきトナー像を担持した記録媒体を通過させて、そのトナー像を定着する定着装置において、定着ベルトの幅方向各端部領域の温度の落ち込みによりコールドオフセットが発生することを防止する。
【解決手段】 テンションローラ３９の軸線方向各端部ＥＲ，ＥＬの直径Ｄ１を、テンションローラ３９の軸線方向中心部ＣＬの直径Ｄ２よりも大きく設定する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、定着ローラと、加熱される加熱ローラの少なくとも２つの支持ローラに巻き掛けられて回転駆動される定着ベルトと、該定着ベルトの表面に圧接する加圧部材と、前記定着ベルトの表面に圧接したテンションローラとを具備し、該定着ベルトと加圧部材との間に、定着すべきトナー像を担持した記録媒体を、該トナー像が定着ベルトに接する向きにして通過させ、その通過時に前記トナー像に熱と圧力を加えて該トナー像を記録媒体に定着する定着装置と、その定着装置を具備する画像形成装置に関するものである。

電子複写機、プリンタ、ファクシミリ又はその複合機などとして構成される画像形成装置に、上記形式の定着装置を採用することは従来より周知である（例えば特許文献１参照）。この種の定着装置においては、テンションローラを定着ベルトの表面に圧接させて、該定着ベルトに張力を付与している。これによって定着ベルトを加熱ローラの周面に密着させることができるので、加熱ローラの熱を定着ベルトに効率よく伝達して、その定着ベルトを加熱することができる。ところが、本発明者の検討したところによると、定着ベルトの幅方向中央領域には、テンションローラによって充分な張力を与えることができるが、定着ベルトの幅方向端部領域には充分な張力が与えられず、これによって定着ベルトの幅方向各端部領域と加熱ローラ周面との密着性が低下し、定着ベルトの幅方向各端部領域の温度が、定着ベルトの幅方向中央領域の温度よりも低くなる。この状態で、定着ベルトと加圧部材の間に、トナー付着量の多いトナー像を担持した記録媒体が送り込まれると、定着ベルトの幅方向各端部領域の温度が低すぎるため、この領域のベルト表面にトナーが付着するおそれがある。この現象はコールドオフセットと称せられるものであり、かかる現象が発生すると、定着ベルトに付着したトナーが再び記録媒体に付着して、記録媒体がトナーで汚されるおそれを免れない。

特開２００２−１２３１１１号公報

本発明の目的は、上記従来の欠点を除去した定着装置と、その定着装置を有する画像形成装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、冒頭に記載した形式の定着装置において、前記テンションローラの軸線方向各端部の直径を、該テンションローラの軸線方向中心部の直径よりも大きく設定したことを特徴とする定着装置を提案する（請求項１）。

また、上記請求項１に記載の画像形成装置において、前記テンションローラの直径を、その軸線方向中心部の側から、前記各端部に向けて漸次大きく設定すると有利である（請求項２）。

さらに、上記請求項１又は２に記載の定着装置において、前記テンションローラの長さを、最大の記録媒体幅よりも大きく設定すると有利である（請求項３）。

また、本発明は、上記目的を達成するため、冒頭に記載した形式の定着装置において、前記テンションローラの長さを、前記定着ベルトの幅よりも大きく設定したことを特徴とする定着装置を提案する（請求項４）。

さらに、本発明は、上記目的を達成するため、請求項１乃至４のいずれかに記載の定着装置を具備する画像形成装置を提案する（請求項５）。

本発明によれば、コールドオフセットの発生を効果的に抑制し、ないしは阻止することができる。

以下、本発明の実施形態例を説明し、併せて前述の従来の欠点を図面に即してより具体的に明らかにする。

図１は、画像形成装置本体１１内に配置された作像装置１と、定着装置２とを有する画像形成装置の部分断面概略図である。図１に示した作像装置１は、ドラム状の感光体として構成された第１乃至第４の像担持体３Ｙ，３Ｃ，３Ｍ，３ＢＫを有し、その各像担持体上にイエロートナー像、シアントナー像、マゼンタトナー像及びブラックトナー像がそれぞれ形成される。第１乃至第４の像担持体３Ｙ乃至３ＢＫに対向して中間転写ベルト４が配置され、この中間転写ベルト４は、ローラ５，６，７に巻き掛けられて矢印Ａ方向に回転駆動される。

第１の像担持体３Ｙは、図１における時計方向に回転駆動され、このとき帯電ローラ８によって像担持体３Ｙが所定の極性に帯電され、次いでその帯電面に、レーザ書き込みユニット９から出射する光変調されたレーザビームＬが照射される。これによって像担持体３Ｙに静電潜像が形成され、その静電潜像が現像装置１０によってイエロートナー像として可視像化される。

中間転写ベルト４を挟んで、像担持体３Ｙと反対側に一次転写ローラ１２が配置され、この一次転写ローラ１２に転写電圧が印加されることにより、像担持体３Ｙ上のトナー像が、矢印Ａ方向に走行する中間転写ベルト４上に一次転写される。トナー像転写後の像担持体３Ｙ上に付着する転写残トナーはクリーニング装置１３によって除去される。全く同様にして、図１に示した第２乃至第４の像担持体３Ｃ，３Ｍ，３ＢＫ上にシアントナー像、マゼンタトナー像及びブラックトナー像がそれぞれ形成され、これらのトナー像がイエロートナー像の転写された中間転写ベルト４上に順次重ねて一次転写され、中間転写ベルト４上に重ねトナー像が形成される。

一方、図１に示すように、画像形成装置本体１１内の下部には、例えば転写紙より成る記録媒体Ｐを収容した給紙カセット１４と、給紙ローラ１５を有する給紙装置１６が配置され、給紙ローラ１５の回転によって最上位の記録媒体Ｐが矢印Ｂ方向に送り出される。送り出された記録媒体Ｐは、レジストローラ対１７によって、所定のタイミングで、支持ローラ５に巻き掛けられた中間転写ベルト４の部分と、これに対置された二次転写ローラ１８との間に給送される。このとき、二次転写ローラ１８には所定の転写電圧が印加され、これによって中間転写ベルト４上の重ねトナー像が記録媒体Ｐに二次転写される。

トナー像を二次転写された記録媒体Ｐは、矢印Ｃで示すように、さらに上方に搬送されて定着装置２を通り、このとき記録媒体上のトナー像が熱と圧力の作用により定着される。定着装置２を通過した記録媒体は、画像形成装置本体１１の上部の排紙部１９に排出される。また、トナー像転写後の中間転写ベルト４上に付着する転写残トナーはクリーニング装置２０によって除去される。

図２は図１に示した定着装置２の拡大断面図である。ここに示した定着装置は、定着ローラ２２と、加熱ローラ２３の２つの支持ローラの周面に巻き掛けられて矢印Ｆ方向に回転駆動される定着ベルト２１と、この定着ベルト２１の表面に圧接する加圧部材の一例である加圧ローラ２４と、図示していない加圧ばねによって加圧されて定着ベルト２１の表面に圧接したテンションローラ３９とを有している。このテンションローラ３９によって定着ベルト２１に適度な張力が付与される。また、後述するように、記録媒体上のトナー像が接触する側の定着ベルト２１の面が、定着ベルト２１の表面であり、これと反対側の面が定着ベルト２１の裏面であって、その裏面に定着ローラ２２と加熱ローラ２３の周面が当接する。

さらに、定着装置２は、加熱ローラ２３を加熱する加熱手段を有しており、図示した例では、中空な加熱ローラ２３の内部に設けられた１つの熱源２８によって加熱手段が構成されている。この熱源２８としては、例えばハロゲンヒータや、赤外線ヒータによって構成される。加熱ローラに発熱層より成る加熱手段を設け、その発熱層を発熱させることにより加熱ローラ２３を加熱することもできる。このように、加熱ローラ自体が発熱手段を有しているように構成することもできる。

上述した熱源２８の発熱により加熱ローラ２３が加熱され、その加熱ローラ２３に巻き掛けられた定着ベルト２１が加熱される。加熱ローラ２３に接触する定着ベルト部分の表面には、例えばサーミスタより成る温度センサ３０が対向配置され、その温度センサ３０によって、上記定着ベルト部分の表面温度が検知される。定着ローラ２２と加圧ローラ２４の少なくとも一方に、加熱手段を内設することもできる。

定着ベルト２１は、例えば、ニッケルやポリイミドなどの基材と、その基材上に設けられたＰＦＡやＰＴＦＥなどの離型層とから成り、或いはその中間にシリコーンゴムなどの弾性層を設けた耐熱性の無端ベルトにより構成される。この弾性層は画像のしなやかさを維持するために設けられるものである。基材の厚みは５０〜９０μｍ程度が適当である。また弾性層の厚みは１００〜３００μｍ、離型層の厚みは２０〜５０μｍ程度が好適である。チューブタイプの離型層を用いることもできるし、液状や粉体のＰＦＡやＰＴＦＥを塗装又は焼成して離型層を構成することもできる。

また、定着ローラ２２は、図２に示すように鉄やアルミニウムなどの金属、又は高強度の樹脂より成る中空の芯金２５と、その芯金２５の表面に設けられた例えばシリコーンゴムより成る弾性層２６と、さらにその弾性層２６の表面に積層されたフッ素樹脂より成る表層２７とによって構成されている。弾性層２６をスポンジゴムにより構成することもできる。かかる弾性層２６は、その硬度を、例えば５０Ｈｓ以下：アスカーＣと低くすることができるため、定着ベルト２１への負荷を少なくすることができる。しかも熱伝導が他のゴムと比較して低いため、定着ベルト２１の熱を逃がし難いという利点も得られる。

また、加熱ローラ２３は、例えば、アルミニウム又は鉄などの金属製の中空ローラより成る。加熱ローラ２３の厚みは薄い方がよいが、定着ベルト２１の張力によって曲げ応力を受けるので、加熱ローラ２３がアルミニウムから成るときは、０．４ｍｍ以上、鉄から成るときは０．２ｍｍ以上の厚みが必要となる。加熱ローラ２３の内側面には、熱源２８からの熱を吸収しやすくするために、黒色などの熱吸収を促進する塗料が塗布される。

また、テンションローラ３９は、加熱ローラ２３と定着ローラ２２とに掛けられた両定着ベルト部分のほぼ中間の位置に設けられ、前述のように、加圧ばねによって加圧されて定着ベルト２１の表面に圧接している。かかるテンションローラ３９は、図２に示すように、金属などの剛性の高い材料より成る芯金４０と、その芯金上に設けられた表層４１より成り、この表層４１は、例えばシリコーンゴムや耐熱フェルトなどの弾性体又はある程度弾性を有する材料から構成されている。かかる表層４１を設けることによって、テンションローラ３９が定着ベルト２１の表面に傷をつけることを防止し、しかもテンションローラ３９が定着ベルト２１の表面に均一に圧接できる利点が得られる。さらに、この表層４１の熱伝導が低いため、定着ベルト２１からの放熱を抑えることができる。

加圧ローラ２４は、例えば、アルミニウム又は鉄などの金属から成る中空状の芯金３５と、その表面に設けられたシリコーンゴムなどの弾性層３６と、その弾性層３６上に積層されたＰＦＡやＰＴＦＥより成る表層３７とによって構成されている。定着ベルト２１と、これに圧接した加圧ローラ２４との間にニップが形成されている。芯金３５上にＰＦＡチューブなどの離型性のよい部材を巻いて加圧ローラ２４を構成することもできる。

上述のように、本例の定着装置２においては、定着ベルト２１は、定着ローラ２２と加熱ローラ２３の２つの支持ローラに巻き掛けられているが、定着ベルトを３つ以上の支持ローラに巻き掛けることもできる。また、本例の定着装置においては、加圧ローラ２４より成る１つの加圧部材が定着ベルト２１に圧接しているが、複数の加圧部材を定着ベルト２１に圧接させることもできる。このように、定着装置は、定着ローラ２２と、加熱される加熱ローラ２３の少なくとも２つの支持ローラに巻き掛けられて回転駆動される定着ベルト２１と、この定着ベルト２１に圧接する少なくとも１つの加圧部材を有しているのである。

また、図２に示した定着装置２においては、定着ローラ２２に巻き掛けられた定着ベルト部分に加圧ローラ２４が圧接しているが、定着ローラ２２に接していない定着ベルト部分に加圧ローラ２４を圧接させ、或いは定着ローラ２２に接している定着ベルト部分と当該定着ローラ２２に接していない定着ベルト部分とに亘って加圧ローラ２４を圧接させることもできる。

定着動作時に、加熱ローラ２３、定着ローラ２２、加圧ローラ２４及びテンションローラ３９は、それぞれ図２に矢印Ｇ，Ｄ，Ｅ，Ｈで示した方向に回転し、定着ベルト２１が矢印Ｆ方向に回転駆動される。この状態で、定着ベルト２１と加圧ローラ２４との間のニップに、定着すべきトナー像Ｔを担持した記録媒体Ｐが送り込まれ、そのトナー像Ｔが定着ベルト２１に接触する。このとき、定着ベルト２１の温度がトナー像の定着に適した目標温度に保たれるように、温度センサ３０の検知結果に基づいて、加熱源２８への通電のオン、オフが制御される。これにより、記録媒体Ｐが定着ベルト２１と加圧ローラ２４とのニップを通過するとき、記録媒体Ｐに担持されたトナー像に熱と圧力が加えられ、そのトナー像のトナーが溶融して、該トナー像が記録媒体Ｐに定着される。定着ベルトと加圧部材との間に、定着すべきトナー像を担持した記録媒体を、該トナー像が定着ベルトに接する向きにして通過させ、その通過時にトナー像に熱と圧力を加えて、該トナー像を記録媒体に定着するのである。

図２に示した加圧ローラ２４の弾性層３６のゴム硬度を高くしたり、その弾性層３６の厚みを薄くするなどして、加圧ローラ２４の表面硬度を、定着ローラ２２の表面硬度よりも高く設定すると、定着ベルト２１と加圧ローラ２４とのニップにおいて、定着ローラ２２の弾性層２６が窪んだ状態に弾性変形する。このように構成することにより、記録媒体Ｐを定着ベルト２１から剥離させやすくすることができる。

ここで、定着ベルト２１は、その表面に圧接するテンションローラ３９によって張力が与えられているので、定着ベルト２１は定着ローラ２２と加熱ローラ２３の周面に密着する。このように、定着ベルト２１が加熱ローラ２３の周面に密着することにより、熱源２８によって加熱された加熱ローラ２３の熱を効率よく定着ベルト２１に伝えることができる。

ここで、図３に示すように、テンションローラ３９の軸線方向の長さＬ１は、定着ベルト２１の移動方向Ｆに対して直交する方向の定着ベルト幅Ｗよりも短く設定されている。この点は従来の定着装置においても同様である。このため、従来の定着装置においては、テンションローラが圧接した定着ベルトの幅方向中央領域ＢＣ（図３）には、テンションローラによって充分な張力が付与され、その中央領域ＢＣが加熱ローラの周面に密着する。これにより、定着ベルトの幅方向中央領域ＢＣに加熱ローラから十分な量の熱が伝えられる。ところが、テンションローラの接触していない定着ベルトの幅方向各端部領域ＢＥ（図３）には充分な張力が与えられず、従ってその各端部領域ＢＥは加熱ローラに密着せず、その加熱ローラから、定着ベルトの各端部領域ＢＥに充分な量の熱が伝えられない。かかる定着ベルトと加圧ローラとの間に記録媒体が送り込まれると、定着ベルトの幅方向中央領域ＢＣよりも温度の低くなった定着ベルトの幅方向各端部領域ＢＥに接したトナーが、定着ベルトの表面に移行するおそれがある。このようにしてコールドオフセットが発生するのである。

そこで、本例の定着装置においては、図４の（ａ），（ｂ）に誇張して模式的に示すように、テンションローラ３９の軸線方向各端部ＥＲ，ＥＬの直径Ｄ１が、そのテンションローラ３９の軸線方向中心部ＣＬの直径Ｄ２よりも大きく設定されている。その際、図４の（ａ）に示すように、テンションローラ３９の軸線方向中心部ＣＬを含む軸線方向中央領域ＣＡの全体の直径を一定とし、テンションローラ３９の軸線方向各端部領域ＥＡの直径が、軸線方向各端部ＥＲ，ＥＬに向け漸次大きくなるように、テンションローラ３９を構成することができる。或いは、図４の（ｂ）に示すように、テンションローラ３９の軸線方向中心部ＣＬの直径Ｄ２が最も小さくなっていて、その軸線方向中心部ＣＬから、軸線方向各端部ＥＲ，ＥＬに向けてテンションローラ３９の直径が漸次大きくなるように、テンションローラ３９を構成することもできる。このように、テンションローラ３９の直径を、その軸線方向中心部ＣＬの側から、各端部ＥＲ，ＥＬに向けて漸次大きく設定するのである。

テンションローラ３９の直径を上述の如く設定することによって、テンションローラ３９の各端部ＥＲ，ＥＬないしはその各端部領域ＥＡが、テンションローラ３９の中心部ＣＬないしはその中央領域ＣＡよりも強く定着ベルト２１に圧接する。このため、図３に示した定着ベルト２１の軸線方向各端部領域ＢＥにも大きな張力が付与され、この各端部領域ＢＥも加熱ローラ２３の周面に密着する。これによって、定着ベルト２１は、その全幅に亘って、加熱ローラ２３から均一に加熱され、かかる定着ベルト２１と加圧ローラ２４との間に、トナー量の多いトナー像を担持した記録媒体が送り込まれたときも、コールドオフセットが発生することを阻止できる。

さらに、上述した構成において、テンションローラ３９の軸線方向長さＬ１を、最大の記録媒体幅よりも大きく設定することが好ましい。例えば、レターサイズ紙の２１６ｍｍの幅の記録媒体が最大幅の記録媒体であるとしたときは、テンションローラ３９の長さＬ１を２１６ｍｍよりも長く設定する。このようにすれば、いかなる幅サイズの記録媒体の場合も、定着ベルト２１の温度落ち込みによるコールドオフセットの発生を防止できる。

さらに、図５に示すように、テンションローラ３９の長さＬ１を、定着ベルト２１の幅Ｗよりも大きく設定すれば、テンションローラ３９の軸線方向各端部領域が定着ベルト２１に当接することはなく、定着ベルト２１は、テンションローラ３９によって、ベルトの全幅に亘って均一にテンションを掛けられる。このため、定着ベルト２１が、その全幅に亘って加熱ローラ２３の周面に密着し、全幅に亘って均一に加熱される。これにより、定着ベルト２１の温度落ち込みによるコールドオフセットの発生を防止することができる。この構成は、図４に例示したように、テンションローラ３９の直径を設定した場合のほかに、図５に示したように、テンションローラ３９の直径を全長に亘って一定にしたときにも適用できるものである。図５に示した定着装置の他の構成は図２乃至図４に示したところと変りはない。

なお、図３乃至図５から判るように、テンションローラ３９の芯金４０の軸線方向各端部は、テンションローラ３９よりもその軸線方向外方に突出し、この突出した各部分がテンションローラ３９よりも小径なジャーナル部４２を構成しているが、これらのジャーナル部４２は、本発明におけるテンションローラ３９を構成する部分ではない。図示した例では、各ジャーナル部４２よりも大径な芯金４０の部分と、その表面に設けられた表層４１とによってテンションローラ３９が構成されている。

画像形成装置の一例を示す概略断面図である。 図１に示した定着装置の拡大断面図である。 図２に示した定着装置を斜め上方より見た斜視図であって、一部の要素の図示を省略した図である。 定着装置の直径を明らかにする断面図であって、その直径の変化を誇張して示した図である。 定着装置の他の例を示す、図２と同様な斜視図である。

符号の説明

２ 定着装置
２１ 定着ベルト
２２ 定着ローラ
２３ 加熱ローラ
３９ テンションローラ
ＣＬ 中心部
Ｄ１，Ｄ２ 直径
Ｌ１ 長さ
ＥＲ，ＥＬ 端部
Ｐ 記録媒体
Ｔ トナー像
Ｗ 幅

Claims (5)

1. 定着ローラと、加熱される加熱ローラの少なくとも２つの支持ローラに巻き掛けられて回転駆動される定着ベルトと、該定着ベルトの表面に圧接する加圧部材と、前記定着ベルトの表面に圧接したテンションローラとを具備し、該定着ベルトと加圧部材との間に、定着すべきトナー像を担持した記録媒体を、該トナー像が定着ベルトに接する向きにして通過させ、その通過時に前記トナー像に熱と圧力を加えて該トナー像を記録媒体に定着する定着装置において、
   前記テンションローラの軸線方向各端部の直径を、該テンションローラの軸線方向中心部の直径よりも大きく設定したことを特徴とする定着装置。
2. 前記テンションローラの直径を、その軸線方向中心部の側から、前記各端部に向けて漸次大きく設定した請求項１に記載の定着装置。
3. 前記テンションローラの長さを、最大の記録媒体幅よりも大きく設定した請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 定着ローラと、加熱される加熱ローラの少なくとも２つの支持ローラに巻き掛けられて回転駆動される定着ベルトと、該定着ベルトの表面に圧接する加圧部材と、前記定着ベルトの表面に圧接したテンションローラとを具備し、該定着ベルトと加圧部材との間に、定着すべきトナー像を担持した記録媒体を、該トナー像が定着ベルトに接する向きにして通過させ、その通過時に前記トナー像に熱と圧力を加えて該トナー像を記録媒体に定着する定着装置において、
   前記テンションローラの長さを、前記定着ベルトの幅よりも大きく設定したことを特徴とする定着装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の定着装置を具備する画像形成装置。

Images