JP2007121707A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像形成モードの違い、記録材種類の違い、記録材サイズの違い等によって生ずる定着不足、定着過剰、無駄な電力消費等の問題を解決する。
【解決手段】押圧幅及び押圧長さの少なくともいずれか一つを変えることができる押圧手段で第１循環移動体に第２循環移動体を押圧する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置、特に、熱定着方式の定着装置を備えた画像形成装置に関する。

熱定着方式の定着装置は、一般に加熱部材と加圧部材とでニップを形成し、該ニップに未定着のトナー像を担持する記録材を通すことにより、トナー像を加熱溶融して定着する。

高速化、高画質化、カラー化等のように電子写真画像形成装置の性能向上に対応して定着装置が改良されている。また、電子写真画像形成装置の消費電力は主に、定着装置の消費電力により占められることから、画像形成装置の省エネを目的として、定着装置により消費される電力を圧縮するための開発が行われている。

特許文献１の例で示されるように、加熱部材としてベルトを用いることにより、記録材を加熱するニップの幅を広くすることにより、記録材を加熱する時間を長くして高速化を図る改良や、加熱部材の熱容量を小さくすることにより省エネ化が図られている。
特開２００１−３１８５４４号公報

しかしながら、従来の定着装置では、加熱部材と加圧部材とで形成されるニップの幅及び長さ、即ち、記録材の搬送方向のニップの長さ及び該搬送方向に直交する方向のニップの長さが一定であった。

このために、次のような問題があった。
（１）厚紙等のように、定着性の低い記録材を基準にして定着条件を設定すると、通常の記録材や、薄紙のように定着性のよい記録材では定着過剰となって、過剰な光沢性を持った画像に仕上がり、画質や画像の品位が低下する等の問題が生じ、定着性の高い記録材を基準として定着条件を設定すると定着不足となるという問題が生ずる。

また、定着性の低い記録材の定着に際しては、定着性を確保するために、記録材の搬送速度、即ち、ニップ通過速度を下げる必要が生じて、生産性が低下するという問題がある。
（２）カラー画像形成装置においては、カラーモード時に必要な定着エネルギーとモノクロモード時に必要なエネルギーとが異なるために、一定した生産性で画像形成を行うと、カラーモードにおける定着不足、モノクロモードにおける定着過剰が問題となり、また、定着性を一定にすると、カラーモードにおける生産性の低下が問題となる。
（３）一般的な電子写真画像形成装置は様々なサイズの記録材に対応できるように作られているので、定着装置の性能としては、最大サイズの記録材に対して必要な定着性能を持つように作られている。このような定着装置において、小サイズの記録材に対する定着を行う場合、定着作用を行わない部分も加熱されることになり、不要な電力が消費される。このような不要な電力消費を避けるために、記録材の搬送幅方向に分割されたヒータを用いて、記録材の幅に応じて、ヒータへの通電を変える定着装置があるが、このような定着装置においても、定着が行われる加熱部分から、定着が行われない非加熱部分にニップを介して熱が散逸して不要な電力消費が生ずる。

本発明は、従来の定着装置における前記に説明した問題を解決することを目的とする。

本発明においては、加熱部材と加圧部材で形成されるニップの長さ及び幅の少なくともいずれか一方を変更可能とすることにより、前記（１）〜（３）で説明したような問題解決される。

即ち、下記の発明により前記目的が解決される。
１．第１循環移動体、該第１循環移動体に対向して配置された第２循環移動体、前記第１循環移動体を駆動する駆動手段、少なくとも前記第１循環移動体を加熱する加熱手段及び前記第２循環移動体の内側に配置され、前記第１循環移動体に前記第２循環移動体を圧接させる押圧手段を有し、
循環移動する前記第１、第２循環移動体間のニップに未定着のトナー像を担持する記録材を通すことにより、トナー像を定着する定着装置において、
前記押圧手段を押圧幅及び押圧長さの少なくともいずれか一方を変更可能に構成した定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
２．記録材のサイズに応じて、前記押圧長さを変える制御手段を有することを特徴とする前記１に記載の画像形成装置。
３．記録材の種類に応じて、前記押圧幅を変える制御手段を有することを特徴とする前記１に記載の画像形成装置。
４．画像形成モードに応じて、前記押圧幅を変える制御手段を有することを特徴とする前記１に記載の画像形成装置。
５．前記押圧手段は、前記押圧長さ方向に分割された複数の押圧部材を有し、前記制御手段は、前記複数の押圧部材少なくとも一部を選択して押圧位置に設定することにより、前記押圧長さを変更することを特徴とする前記２に記載の画像形成装置。
６．前記押圧手段は、前記押圧幅の方向に分割された複数の押圧部材を有し、前記制御手段は、前記複数の押圧部材の少なくとも一部を選択して押圧位置に設定することにより、前記押圧幅を変更することを特徴とする前記３に記載の画像形成装置。
７．前記第２循環移動体と前記押圧手段との間に、摩擦低減手段を介在させたことを特徴とする前記１〜６のいずれか１項に記載の画像形成装置。

本発明により、画像形成モードの切換や記録材の違いに応じた適正定着が行われるので、高品質の画像が形成されるとともに、消費電力を節約することができる。

また、記録材のサイズに応じた加熱が行われるので、小サイズの記録材に画像を形成する場合における無駄な電力消費を節約することができる。

以下図示の実施の形態により本発明を説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。

図１は本発明の実施の形態に係る画像形成装置の全体図である。

画像形成装置Ａ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と給紙装置２０及び後述する定着装置Ｔ等から構成されている。

画像形成装置Ａの上部には、画像読取装置Ｂが設置されている。原稿台上に載置された原稿は画像読取装置Ｂの原稿画像走査露光装置の光学系により画像が走査露光され、ラインイメージセンサに読み込まれる。ラインイメージセンサ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、露光手段３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋに入力される。

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５Ｙ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、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５Ｍを有する。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、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５Ｃを有する。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、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５Ｋを有する。

４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及び黒（Ｋ）の小粒径トナーとキャリアからなる二成分現像剤で現像を行う現像装置である。

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，１０Ｋにより形成された各色の画像は、回動する中間転写体６上に一次転写手段７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋにより逐次転写されて（一次転写）、合成されたカラー画像が形成される。

給紙装置２０の用紙収納部（給紙カセット）２１内に収容された記録材Ｐは、給紙手段（第１給紙部）２２により給紙され、給紙ローラ２３，２４，２５Ａ，２５Ｂ、レジストローラ（第２給紙部）２６等を経て、二次転写手段（転写ローラ）９に搬送され、記録材Ｐ上にカラー画像が転写される（二次転写）。

なお、画像形成装置Ａの下部に鉛直方向に縦列配置された３段の用紙収納部２１は、ほぼ同一の構成をなすから、同符号を付した。また、３段の給紙手段２２も、ほぼ同一の構成をなすから、同符号を付してある。用紙収納部２１、給紙手段２２を含めて給紙装置２０と称す。

用紙収納部２１に収容された記録材Ｐのサイズ及び紙種は操作部１１の表示画面に表示され、任意に選択設定される。また、原稿サイズと複写倍率とによって記録材Ｐのサイズを自動設定する事も可能である。

カラー画像が転写された記録材Ｐは、定着装置Ｔにおいて記録材Ｐが挟持され、熱と圧力とを加えることにより記録材Ｐ上のカラートナー像（或いはトナー像）が定着されて記録材Ｐ上に固定され、搬送ローラ対３７に挟持されて搬送され、排紙搬送路に設けられた排紙ローラ２７から排出され、機外の排紙トレイ２８上に載置される。

一方、二次転写手段９により記録材Ｐにカラー画像を転写した後、記録材Ｐを曲率分離した中間転写体６は、クリーニング手段８により残留トナーが除去される。

定着処理された記録材Ｐを反転排紙する場合には記録材Ｐは定着装置Ｔと排紙ローラ２７の中間の分岐点に配置された分岐板２９の図示右側の搬送路を通過し、下方の搬送路ｒ１（反転搬送路）に搬送された後、逆転搬送されて分岐板２９の図示左側の搬送路ｒ２を通過し、排紙ローラ２７により装置外に排出される。

記録材Ｐの両面に複写する場合には、記録材Ｐの第１面に形成した画像を定着処理した後、記録材Ｐを分岐板２９により排紙搬送路から分岐させ、下方の搬送路ｒ１、さらに搬送路ｒ３に導入した後、逆転搬送し、搬送路ｒ４に搬送した後、上方に迂回し給紙ローラ２５Ｂにより搬送する。

記録材Ｐは画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋにおいて第２面に各色の画像が両面に形成され、定着装置Ｔにより加熱定着処理され、排紙ローラ２７によって装置外に排出される。

図示の装置は、前記に説明したようにカラー画像を形成するカラーモード及びモノクロモードを有する。

モノクロモードにおいては、画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１ＯＣ又は１０Ｋのみが作動して、モノクロ画像を形成する。白黒画像を形成するモノクロモードは、特に、高い頻度で使用され、画像形成部１０Ｋが作動して白黒画像を形成する。
＜実施の形態１＞
図２は本発明の実施の形態１に係る定着装置Ｔを示し、図２（ａ）の状態と図２（ｂ）の状態とで定着が行われる。

図２において、Ｔ１は第１循環移動体としての加熱ローラである。加熱ローラＴ１は、芯金にフッ素樹脂等の離型性表面層を形成したもの、芯金の上にシリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性弾性層及び該耐熱性弾性層の上にフッ素樹脂等の離型性表面層を形成したものが用いられる。また、加熱部材として、ローラに代えてベルトを用いることもできる。ベルトとしては、金属又はポリイミド、ポリイミドアミド、ポリエステル等の耐熱性樹脂からなるベース層の上に、前記の離型性表面層を形成したもの又は前記ベース層の上に前記耐熱弾性層及び前記離型性表面層を形成したものが用いられる。

Ｔ２は加熱ローラＴ１に対向して設けられ、加熱ローラＴ１に圧接する第２循環移動体としての加圧ベルトであり、加圧ベルトＴ２には、金属又はポリイミド、ポリイミドアミド、ポリエステル等の耐熱性樹脂からなるベース層上にフッ素樹脂からなる離型性表面層を形成したもの又は前記ベース層上にシリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性弾性層及びフッ素樹脂からなる表面離型層を形成したものが用いられる。

Ｔ３は加熱手段としての熱源であり、ハロゲンランプ等が用いられるが、ハロゲンランプに代えて抵抗発熱体や誘導発熱体等の公知の熱源を用いることができる。

Ｔ４は、加圧ベルトＴ２を加熱ローラＴ１に押圧する押圧手段を構成する押圧部材であり、シリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性弾性パッドで構成される。

押圧部材Ｔ４は支持部材Ｔ５にその基部が固定され、支持部材Ｔ５は圧縮型のコイルバネＴ６により加圧ベルトＴ２を加熱ローラＴ１に押圧する。コイルバネＴ６は定着装置Ｔの枠に固定された支持部材Ｔ７でその下部が支持される。

Ｔ１０は、加圧ベルトＴ２を加熱ローラｔ１に押圧する押圧手段を構成する押圧部材であり、シリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性弾性パッドで構成される。

押圧部材Ｔ１０は支持部材ＴＴ１１にその基部が固定され、支持部材Ｔ１１は圧縮型のコイルバネＴ１２により加圧ベルトＴ２を加熱ローラＴ１に押圧する。コイルバネＴ１２は定着装置Ｔの枠に固定された支持部材Ｔ１３でその下部が支持される。

支持部材Ｔ１３はモータＭＴ２により回転駆動されるカムＴ１４で支持されており、モータＭＴ２の回転駆動により、押圧部材Ｔ１０は上下に移動して、加圧ベルトＴ２を加熱ローラＴ１に対して圧着・圧着解除する。

ＣＲは制御手段であり、モータＭＴ２を制御して、加圧ベルトＴ２の圧着・圧着解除制御を行う。

以上の構成を有する定着装置の作動は次のとおりである。

画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋにおいてトナー像を形成するカラーモードにおいては、制御手段ＣＲは、定着装置Ｔを図２ａに示す状態、即ち、加圧ベルトＴ２を加圧部材Ｔ４及びＴ１０により加熱ローラＴ１に押圧した状態で画像形成を行い、モータＭＴ１が加熱ローラＴ１を回転駆動して、加熱ローラＴ１と加圧ベルトＴ２とで記録材Ｐを挟持搬送して定着を行う。

カラーモードにおいては、圧接幅は、
（押圧部材Ｔ４による圧接幅ＮＡ＋押圧部材Ｔ１０による圧接幅ＮＢ）
となる。従って、記録材Ｐがニップを通過して、加熱ローラＴ１により加熱される時間は、（ＮＡ＋ＮＢ）／Ｓとなる。但し、Ｓは記録材の搬送速度であり、圧接幅は押圧部材により加圧ベルト圧接Ｔ４が加熱ローラＴ１に圧接する部分の記録材Ｐの搬送方向の長さである。

一方、モノクロモード、即ち、画像形成部１０Ｙのみにより、画像形成部１０Ｍのみにより、画像形成部１０Ｃのみにより又は画像形成部１０Ｋのみによりトナー像を形成し、画像を形成するモードにおいては、制御手段ＣＲは、定着装置Ｔを図２（ｂ）の状態、即ち、押圧部材Ｔ４のみが加圧ベルトＴ２を加熱ローラＴ１に押圧し、押圧部材Ｔ１０は下方に移動して押圧しないように定着装置Ｔを設定して定着が行われる。

この場合には、圧接幅は、ＮＡ／Ｓとなって、記録材Ｐが加熱される時間が短くなる。

このような圧接幅の変更により、カラーモード、モノクロモードのそれぞれにおいて、適正な定着が行われ、カラーモードにおける定着不足やモノクロモードにおける定着過剰が防止される。従って、カラーモードとモノクロモードとにおいて、等しい画像形成速度で画像形成を行っても、良好に定着された画像を形成することが可能となる。また、カラーモードにおいて、モノクロモード時よりも画像形成速度を落として画像形成を行う場合であっても、従来よりも低い速度の低下で、両モードにおいて良好な定着を行うことが可能となりカラーモードにおけるプリント生産性が向上する。

更に、カラー画像形成装置でなく、白黒画像を形成する画像形成装置に、図２に示す定着装置を用いて、定着性を改良することが可能である。即ち、厚紙と薄紙のように、定着性の異なる記録材に画像を形成する場合に、操作部（図示せず）において、紙種を設定することにより、制御手段ＣＲがモータＭＴ２を制御して、押圧部材Ｔ１０による加圧ベルトＴ２の圧着・圧着解除を行うことにより、紙種に対応した定着を行うことができる。

更にまた、押圧部材を３個以上用いるか、又は、ニップ幅を連続的に変更可能な押圧手段を用いることにより、カラーモード、モノクロモード、記録材の種類等の多様な条件に対応した定着を行うようにすることも可能である。
＜実施の形態２＞
図３は本発明の実施の形態２に係る定着装置を示し、図３（ａ）は大サイズの記録材を定着する状態を示し、図３（ｂ）は小サイズの記録材を定着する状態を示す。

図２と同位置の部材は同一の符号を付す。

加圧ベルトＴ２を加熱ローラＴ１に押圧する押圧手段として、固定の支持部材Ｔ２１により支持された押圧部材Ｔ２０が設けられ、支持部材Ｔ２３Ａ、Ｔ２３Ｂ、Ｔ２３Ｃにより支持された押圧部材２２Ａ、２２Ｂが設けられる。

支持部材２３Ａは押圧部材２２Ａを支持し支持部材２３Ｃの右端部に固定され、支持部材２３Ｂは押圧部材２２Ｂを支持し支持部材２３Ｃの左端部に固定される。

制御手段ＣＲはモータＭＴ２を駆動して、大サイズの記録材Ｐの定着処理に際しては、支持部材２３Ｃを上昇させる。従って、図３（ａ）に示すように加圧ベルトＴ２は記録材Ｐの搬送幅方向の中央部を押圧する押圧部材Ｔ２０及び搬送幅方向の端部を押圧部材２２Ａ及び２２Ｂにより加熱ローラＴ１に押圧される。

また、制御手段ＣＲはモータＭＴ２を駆動して、小サイズの記録材Ｐを定着するに際しては、押圧部材２２Ａ、２２Ｂを下降させて、図３（ｂ）に示すように、押圧部材Ｔ２０のみにより、加熱ベルトＴ２の記録材の幅方向、即ち、記録材Ｐの搬送方向に直交する方向の中央部のみで記録材Ｐを挟持し、加熱する。

このようにして、記録材Ｐの搬送方向に直交する方向の押圧部の長さである押圧長さを変更して定着が行われる。

従って、大サイズ、小サイズ何れの場合にも均一な定着が行われる。また、小サイズの記録材Ｐの定着においては、記録材Ｐが通過する範囲の外である加圧ベルトＴ２の端部が実質的に加熱ローラＴ１から離れており、記録材Ｐの幅方向の端部における加熱ローラＴ１から加圧ベルトＴ２への熱伝導がきわめて少ないので、小サイズの記録材の定着処理における不要なエネルギーの消費が抑制される。

次に、押圧手段と第２循環移動体との間の滑り性を向上するための摩擦低減手段について説明する。

図２において、第２循環移動体としての加圧ベルトＴ２は押圧部材Ｔ４、Ｔ１０上を摺動して移動する。従って、加圧ベルトＴ２と押圧部材Ｔ４、Ｔ１０間の摩擦により、定着装置の駆動に大きなトルクが必要になり、駆動伝達系を堅牢な部品で構成したり、モータＭＴ１として大出力モータが必要になるなどの問題や、駆動側となる加熱ローラＴ１と従動側となる加圧ベルトＴ２との間にスリップが生ずるなどの問題がある。

このような問題を解決するために、加圧ベルトＴ２の内周面に摩擦低減手段として耐熱性グリースを塗布することが好ましい。

或いは、図４に示すように、押圧部材Ｔ４、Ｔ１０を低摩擦シートＴ１６、Ｔ１７で被覆し、加圧ベルトＴ２と押圧部材Ｔ４、Ｔ１０との間に摩擦低減手段としての低摩擦シートＴ１６、Ｔ１７を介在させえうことが可能である。

低摩擦シートＴ１６、Ｔ１７はフッ素樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等からなる。また、カラス繊維クロスにフッ素樹脂を溶融含芯させたもの等を用いることができ、また、低摩擦シートと耐熱性グリース等の摩擦低下剤とを共用することも可能である。

更に、フッ素樹脂等の耐熱性樹脂中に潤滑剤等をフィラーとして含有させたものを低摩擦シートとして用いることもできる。

・プロセス速度（定着装置Ｔにおける記録材の搬送速度）：３２０ｍｍ／ｓｃ（カラーモード及びモノクロモードに共通）
（１）実施例１
モード 押圧幅 光沢度 平均消費電力 評価
モノクロ ８ｍｍ ４０ １０００Ｗ 過剰光沢
５ｍｍ ２０ ９００Ｗ 適度な光沢
カラー ８ｍｍ ４０ １０００Ｗ 適度な光沢
５ｍｍ − ９００Ｗ 定着不足
押圧幅を変えない場合には、定着過多による過剰光沢や定着不足があったが、押圧幅を変えたことにより、これらの不具合が解消した。
（２）実施例２
記録材サイズ 押圧長さ 平均消費電力
Ａ４サイズ縦送り ２１０ｍｍ ９００Ｗ
２９７ｍｍ １０００Ｗ
押圧長さを変えることにより、消費電力を圧縮することができた。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置の全体図である。 本発明の実施の形態１に組み込まれる定着装置の例を示す図である。 本発明の実施の形態２に組み込まれる定着装置の例を示す図である。 摩擦低減手段を有する定着装置の例を示す図である。

符号の説明

Ｔ 定着装置
Ｔ１ 加熱ローラ
Ｔ２ 加圧ベルト
Ｔ３ 光源
Ｔ４、Ｔ１０、Ｔ２０、Ｔ２２Ａ、Ｔ２２Ｂ 押圧部材
ＣＲ 制御手段

Claims (7)

1. 第１循環移動体、該第１循環移動体に対向して配置された第２循環移動体、前記第１循環移動体を駆動する駆動手段、少なくとも前記第１循環移動体を加熱する加熱手段及び前記第２循環移動体の内側に配置され、前記第１循環移動体に前記第２循環移動体を圧接させる押圧手段を有し、
   循環移動する前記第１、第２循環移動体間のニップに未定着のトナー像を担持する記録材を通すことにより、トナー像を定着する定着装置において、
   前記押圧手段を押圧幅及び押圧長さの少なくともいずれか一方を変更可能に構成した定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 記録材のサイズに応じて、前記押圧長さを変える制御手段を有することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 記録材の種類に応じて、前記押圧幅を変える制御手段を有することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 画像形成モードに応じて、前記押圧幅を変える制御手段を有することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. 前記押圧手段は、前記押圧長さ方向に分割された複数の押圧部材を有し、前記制御手段は、前記複数の押圧部材少なくとも一部を選択して押圧位置に設定することにより、前記押圧長さを変更することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
6. 前記押圧手段は、前記押圧幅の方向に分割された複数の押圧部材を有し、前記制御手段は、前記複数の押圧部材の少なくとも一部を選択して押圧位置に設定することにより、前記押圧幅を変更することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
7. 前記第２循環移動体と前記押圧手段との間に、摩擦低減手段を介在させたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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