JP2007206477A - 定着装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複写機等の電子写真を用いた画像形成方法による定着装置、画像形成装置における、省エネルギー化と、画像の光沢ムラ防止を図る。
【解決手段】無端状の定着ベルト２３と加圧ベルト２５の間に記録紙２８を挟んで搬送し、その表面のトナー像を加熱、放熱させた後に定着ベルトからトナー面を分離する。定着ベルト２３からの分離時にトナー像は凝固しているため、１００℃程度で溶融するトナーを用いても定着ベルト２３側に低粘度トナーがオフセットすることが防止され、低温度定着が容易になる。このため良好な省エネルギー定着システムが得られることになる。このようなシステムにおいて懸架された一対のベルト２３、２５に一定の張力をかけ、記録紙２８の挟持を密着状態に保つ。ベルト２３、２５の面のうねりは光反射型センサ３１、３２で検出し、テンション調整によりうねりを無くす。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機やファクシミリ、プリンター、印刷機等の画像形成装置に関し、詳細にはこれらに用いられている電子写真を用いた画像形成の定着装置における省エネルギー化と、画像の光沢ムラを防止するための技術に関する。

従来から地球環境の保全のために省資源及び省エネルギーの要求が高まっている。電子写真においても省エネルギーのために消費電力を押さえる動きが活発化しており、特に電力消費の激しい定着の分野で低温度定着化が研究されている。現状では２００℃〜１５０℃程度の定着温度が一般的であり、定着装置の室温からの立ち上げ時間も１分〜５分程度かかっている。これを１５０℃以下、好ましくは１００℃近辺で定着できることが省エネルギー化と定着立ち上げ時間低減のため望まれる。

このような温度での定着を実現するためには当然トナーの軟化点あるいは融点は１００℃以下に下げざるをえないが、一般に同一種有機高分子物質は、融点が下がると溶融粘度の低下が避けられない。これは樹脂の融点が分子量に依存していることにあり、当然分子量が低ければ分子鎖のからみ合いが緩くなり、相互作用が弱くなることにより溶融粘度は下がると考えられる。従って超低融点トナーを使って定着を行った場合、融点以降急激な粘度の低下が起こる。このため有効なゴム域幅が狭く、紙上のトナーを定着加熱体側にオフセットしないようにすることが困難である。

このような問題を解決するために定着ベルトを用い、溶融したトナーを密着したまま放熱させて固化した後に、ベルトから分離させることでトナー像のオフセットを防止することが考えられる。

このように定着ベルトにトナー像を密着させて過熱、放熱を行う場合、搬送中にベルトのうねりによって密着状態が不均一になると、密着保温時間のバラツキが画像の光沢ムラとなって現れてしまうという問題がある。

特許文献１では、定着ローラーに掛けられた無端ベルトの表面にフレッシュエヤーを供給するダクトを連結した冷却ファンを設け、溶融状態にあるトナーが転写紙上に凝縮することで、オフセットを防止している。

特許文献２では、複数のローラーに掛けられた定着ベルトと、加熱手段と、記録紙の搬送路の先端、後端とその間に各ガイドローラーを備えて、紙を押さえて画像面を定着ベルトに密着させて搬送するようにしている。この場合ガイドローラーの当たっていない部分での紙の浮きや画像ブレが問題である。

特許文献３では、加熱ローラーと定着ローラーの間に架橋された無端状定着ベルトと、下方より圧接する加圧ローラーを備え、定着ローラーと加熱ローラーは該加圧ローラーに当接し、該当接部間でニップを形成するようにしている。この場合、定着ニップ内で高い曲率を持って記録紙を搬送することによる画像のブレが問題である。
特開平５−０１９６４６号公報 特開平１０−２２１９８２号公報 特開平２０００−８９５９３号公報

本発明は、複写機等の電子写真を用いた画像形成方法による定着装置、画像形成装置における、省エネルギー化と、画像の光沢ムラ防止を図り、低融点のトナーを用いた加熱−密着搬送による省エネ定着システムであって、定着ベルトのうねりを検知して密着搬送を安定的に行い、光沢ムラを防止して、良好なカラープリントが得られる装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る定着装置は、一対の無端ベルトで記録媒体がベルト張力０．００１〜５．４Ｎ／ｍｍで挟持され、該記録媒体がベルトで挟持される時間が５０〜１０００ミリ秒であり、該一対のベルトの張力による挟持で記録媒体が前記一対のベルトの一方である定着ベルトに画像面が密着した状態で搬送されるものである時に、該定着ベルト面のうねりを検出してうねり除去の動作を行う手段を有することを特徴とする。

本発明の定着装置では、無端状の定着ベルトと加圧ベルトの間に記録媒体を挟んで搬送し、記録媒体表面のトナー像を定着ベルトに密着させて加熱、放熱させた後に定着ベルトからトナー面を分離するようにしている。このような構成を用いると定着ベルトからの分離時にトナー像は凝固しているため、１００℃程度で溶融するトナーを用いても定着ベルト側に低粘度トナーがオフセットすることが防止され、低温度定着が容易になる。このため良好な省エネルギー定着システムが得られることになる。このようなシステムにおいて懸架された一対のベルトに一定の張力をかける必要は前記のように記録媒体を一対のベルトで挟持して密着状態を保つためであり、張力が弱すぎると密着面に浮き上がりが発生し易く、好ましくなく、逆に張力が強すぎるとベルトが伸びたり破断したりしやすくなるので好ましくない。好ましい張力はは０．０１〜５Ｎ／ｍｍ、より好ましくは０．０５〜４Ｎ／ｍｍ、更に好ましくは０．１〜２Ｎ／ｍｍである。

また本発明において加熱ローラーと加圧ローラーによるニップ後一対のベルトで挟持された記録媒体は５０〜１０００ミリ秒密着状態を保つことによってトナーを保温しトナーに充分熱が伝わるようにしており、この挟持される時間が短いとトナーが必要な熱を受けず定着性能が下がってしまう。また挟持する時間が長すぎると全体のベルト表面積が増えるので放熱が多くなりこのましくない。好ましい挟持の時間は６０〜８００ミリ秒、より好ましくは８０〜７００ミリ秒、更に好ましくは１００〜５００ミリ秒、更にもっと好ましくは２００〜４００ミリ秒である。

また一対の密着搬送ベルトの、うねりの状態を検出し、うねりを除去すると、ベルトのうねりを検知することで、密着搬送が良好に行われているかどうかを常にモニタリングでき、良好な搬送状態を保つこと可能になる。すなわち低融点のトナーを用いた加熱−密着搬送による省エネ定着システムであり、うねり検知センサによって定着ベルトのうねりを検知して補正動作を行うので密着搬送を安定的に行い光沢ムラを防止して、良好なカラープリントが得られる。

同請求項２に係るものは、請求項１に記載の定着装置において、前記うねりの検出を光反射型センサで行い、該光反射型センサは前記定着ベルト面に対して所定の角度で光を当て、反射光の入射量を検出することで前記定着ベルト面のうねりを検出するものであることを特徴とする。

うねりを検知するセンサには、光反射型センサを用いることができる。所定の角度でベルト面に光を当て、反射光の入射量を検出することでベルト面のうねりを検出するようにしている。この光反射型センサの概略図を図３に示す。ベルト面が張られた状態では図３−Ａのように反射光がほぼ１００％入射光となって検出される。しかし加温によるベルト周長の伸長、冷却による収縮、経時的な伸び、寸法誤差等によってベルト面にうねりが発生すると図３−Ｂに示すように入射光が検出されず、ベルトがうねっていると判断される。このようにすると密着搬送が良好に行われているかどうかを常にモニタリングして良好な搬送状態を保つこと可能になる。

同請求項３に係るものは、請求項２に記載の定着装置であって、前記うねりを検出する光反射型センサを前記一対の無担ベルトの密着搬送部裏面に備えることを特徴とする。

うねりを検出するセンサは密着搬送部の裏面に備える。このようにすると画像面の密着搬送が良好に行われているかどうかを常にモニタリングして良好な搬送状態を保つこと可能になる。

同請求項４に係るものは、請求項２に記載の定着装置であって、前記うねりを検出する光反射型センサを前記定着ベルト面と、前記一対のベルトの他方である加圧ベルト面それぞれに備えることを特徴とする。

うねりを検知するセンサは、定着ベルト面の検出と、加圧ベルト面の検出を行う。このようにすると搬送紙の表裏より密着搬送が良好に行われているかどうかを常にモニタリングして良好な搬送状態を保つこと可能になる。

同請求項５に係るものは、請求項２から４のいずれかに記載の定着装置において、前記一対のベルトはそれぞれテンションローラーにより架張力が調節されるものであり、前記光反射型センサによるベルト面のうねりの情報によってテンションが調節されるものであることを特徴とする。

一対のベルトはテンションローラーによって架張力が調節されるものであり、光反射型センサのベルト面のうねり情報によってテンションが調節されるようにしている。この一対のベルトテンションは所定の張力に調整されているが、加温によるベルト周長の伸長、経時的な伸び、などでベルトの張力が不足した場合、ベルト面がうねり、しわが発生したことを光センサーによって検知する。するとテンションを強める方向にテンションローラーが移動することでしわを除去し、密着搬送を維持する。このようにして経時的に画像の光沢ムラの発生を除去した良好な省エネルギー定着装置の提供が可能になる。

同請求項６に係るものは、請求項２から５のいずれかに記載の定着装置において、前記光反射型センサをベルト幅方向に複数配置してあることを特徴とする。

うねりを検知する光反射型センサをベルト幅方向に複数配置すると、ベルトの端部および中央でのうねり量をそれぞれ検出し、幅方向全面にわたってうねりをモニタリングして良好な搬送状態を保つこと可能になる。

同請求項７に係るものは、請求項２から６のいずれかに記載の定着装置において、前記光反射型センサが前記ベルトの片側のうねりを検出すると、前記テンションローラーの片側のテンションを強めることを特徴とする。

うねりを検知するセンサが片側のうねりを検知すると、うねりを検知した片側テンションのみが強まるようにする。一のセンサがうねりを検知し、他のセンサが検知しなければ、テンションローラーの片側のみが移動して片側テンションが強まる。このようにしてベルトしわを除去して常に密着搬送を維持し、画像の光沢ムラの発生を除去した良好な省エネルギー定着装置の提供が可能になる。

同請求項８に係るものは、請求項２から７のいずれかに記載の定着装置において、前記ベルトの厚みが５０μm〜５００μmの範囲であることを特徴とする。

一対のベルト厚みは５０μm〜５００μmの範囲であるようにする。これはベルト厚みが５０μm以下では強度が小さくなりテンションを強めてベルト張力を上昇させた時に破断する危険性が強まり、また５００μm以上の厚みになると、ベルト熱容量が増大して所定の温度まで加熱するのに長時間必要になるためである。このため５０μm〜５００μmの範囲のベルト厚みであると、うねり除去の制御を行いながら常に密着搬送を維持し、画像の光沢ムラの発生を除去した良好な省エネルギー定着装置の提供が可能になる。

同請求項９に係るものは、請求項２から８のいずれかに記載の定着装置において、前記ベルトがポリイミド基体上に表面層として高離型樹脂層が形成されていることを特徴とする。

このようなベルトを採用すると、ポリイミド樹脂ベルトによってベルト耐久性が得られ、うねりが発生してベルトテンションを強めた際、用紙のベルト密着力が強まっても表面の離型樹脂層によって用紙を安定的に分離することが可能になる。このようにして画像の光沢ムラの発生を除去した良好な省エネルギー定着装置の提供が可能になる。

同請求項１０に係るものは、請求項１１記載の定着装置において、前記ベルト基体と前記表面層の間に弾性層が形成されていることを特徴とする。

ベルト基体と表面層の間に弾性層を形成すると、片側にうねりが発生して片側テンションを強くした場合にも弾性層によって幅方向の密着圧力がならされて加圧力が不均一になることが防止される。このようにして画像の光沢ムラの発生を除去した良好な省エネルギー定着装置の提供が可能になる

本発明の請求項１１に係る画像形成装置は、請求項１から１１のいずれかに記載の定着装置を用いてなることを特徴とする。

本発明は、低融点のトナーを用いた加熱−密着搬送による省エネ定着システムにおいて、うねりを検出することによってベルトのうねりを検知して補正動作を行うので、一対の無端ベルトによる密着搬送を安定的に行え、光沢ムラを防止して、良好なカラープリントが得られる。

以下本発明を実施するための最良の形態を、図に示す実施例を参照して説明する。

図１は本発明の一実施例に係る定着装置を備えた画像形成装置の概略構成図を示す。コピー機として動作する場合は、読み取り部１において原稿を読み取った後デジタルデータとして書き込み信号に変える。プリンターとして動作する場合はコンピューターからの画像信号を書き込み信号に変換する。書き込み信号はイエロー、マゼンタ、シアンの３原色に黒を加えたものになり、ポリゴンミラー３より各色の感光体ユニット４〜７に光書き込みが行われる。各色の感光体ユニットではそれぞれの色に応じて帯電、書き込み、現像のプロセスにより感光体上にトナー像を形成し、該トナー像は中間転写ベルト８上に重ね合わされ、２次転写ローラー１１によって記録紙上に一括転写される。トナー像が乗った記録紙は搬送ベルト１２によって定着装置１３に搬送され、トナーを加熱、定着後、排紙部１７に排出される。

図２は定着装置１３の概略図を示す。加熱ローラー２１、上張架ローラー２２の間に無端状定着ベルト２３が掛けられており、テンションローラー２９によって上側にテンションを掛けて張られている。加熱ローラー２１内にはヒーター２４が入っており、定着ベルト２３を所定の温度まで加熱する。加圧ベルト２５は加圧ローラー２６、下張架ローラー２７の間に掛けられ、テンションローラー３０によって下側にテンションを掛けて張られており、定着ベルト２３と接触しながら駆動される。

また加熱ローラー２１と加圧ローラー２６は片側５０Ｎのバネによって加圧されており、搬送されてきた記録紙２８は用紙進入部で加圧されながら熱を受ける。そしてトナー像が溶融し、用紙が定着ベルトに密着しながら搬送される。そして密着搬送部においては上下のベルトに１Ｎ／ｍｍの張力を与えて用紙を搬送し、トナー像を放熱、固化させる。この定着器の加熱ローラー２１の制御温度は１３０℃、紙送りスピードは３００ｍｍ／秒であり、上下ベルトのニップ幅は９０ｍｍであるので、記録媒体が挟持される時間は３００ミリ秒である。

そしてこの定着装置の用紙密着搬送部裏面より、図３に示すように光反射型センサ（以下単にセンサという）によってベルトのうねりをモニタリングしている。センサ３１は半導体レーザー３２より光照射し、光検知部３３で反射光を検知している。そして図３（Ｂ）のように反射光の入射が検出されないとベルト２３のうねりが発生し、画像の密着搬送が不均一になっていると判断する。このベルト２３のうねり部分３４の下部の画像はツヤ消し状態であり、他の画像部分と光沢ムラが発生する。このためうねりを検出すると図２のテンションローラー３０の端部支点が図示しないソレノイド機構により上方に引き上げられ、ベルトが張られ、うねりが除去される。

このような構成にしたところ、全面画像のＡ３サイズ用紙を連続通紙しても、うねりによる光沢ムラの発生が防止されて、全幅で高品質のカラープリントが得られた。

＜実験例＞
使用トナー：環化イソプレン ３０ｗｔ％
ポリエステル ６０ｗｔ％
カルナウバワックス １０ｗｔ％
カーボンブラック １０重量部
負帯電性の荷電制御剤 １重量部
このトナーの軟化点は８０℃であり、定着下限温度は８５℃である。
ベルト構成：ポリイミド基体 ７０μｍ
シリコンゴム弾性層 １５０μm
表面ＰＦＡチューブ層 ３０μm

実施例１と同様な装置を用いるが、図４に示すように定着ベルト２３の幅方向の両端と中央部の３ヶ所にセンサを備えている。そして手前側のセンサ４１のみがうねりを検知すると、テンションローラー２９の手前側支点Ａが図示しないソレノイド機構により上方に引き上げられて手前側のみテンションを強め、うねりを除去する。また奥側のセンサ４３のみがうねりを検知すれば、奥側のみテンションを引き上げる。また両側支点Ａ、Ｂが引き上げられた状態で手前側のうねりを検知すれば、奥側の支点Ｂを引き下げることで相対的に手前側のテンションを高め、それによってうねりを除去する。

このような制御を行ったところ、全面画像のＡ３サイズ用紙を連続通紙しても、うねりによる光沢ムラの発生が防止されて、常に全幅で高品質のカラープリントが得られた。

本発明の一実施例に係る定着装置を備えた画像形成装置の概略構成図 実施例１の定着装置の概略図 うねり検出に用いた光反射型センサの概略図(Ａ)と、うねりの検出状態の概略図（Ｂ） 実施例２の定着装置の概略図

符号の説明

１：読み取り部
ポリゴンミラー３
感光体ユニット４〜７
中間転写ベルト８
２次転写ローラー１１
搬送ベルト１２
定着装置１３
排紙部１７
加熱ローラー２１
上張架ローラー２２
定着ベルト２３
テンションローラー２９
ヒーター２４
加圧ベルト２５
加圧ローラー２６
下張架ローラー２７
テンションローラー３０
記録紙２８
光反射型センサ（センサ）３１
半導体レーザー３２
光検知部３３
ベルトのうねり部分３４
センサ４１〜４３

Claims (11)

1. 一対の無端ベルトで記録媒体がベルト張力０．００１〜５．４Ｎ／ｍｍで挟持され、該記録媒体がベルトで挟持される時間が５０〜１０００ミリ秒であり、該一対のベルトの張力による挟持で記録媒体が前記一対のベルトの一方である定着ベルトに画像面が密着した状態で搬送されるものである時に、該定着ベルト面のうねりを検出してうねり除去の動作を行う手段を有す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、前記うねりの検出を光反射型センサで行い、該光反射型センサは前記定着ベルト面に対して所定の角度で光を当て、反射光の入射量を検出することで前記定着ベルト面のうねりを検出するものであることを特徴とする定着装置。
3. 請求項２に記載の定着装置であって、前記うねりを検出する光反射型センサを前記一対の無担ベルトの密着搬送部裏面に備えることを特徴とする定着装置。
4. 請求項２に記載の定着装置であって、前記うねりを検出する光反射型センサを前記定着ベルト面と、前記一対のベルトの他方である加圧ベルト面それぞれに備えることを特徴とする定着装置。
5. 請求項２から４のいずれかに記載の定着装置において、前記一対のベルトはそれぞれテンションローラーにより架張力が調節されるものであり、前記光反射型センサによるベルト面のうねりの情報によってテンションが調節されるものであることを特徴とする定着装置。
6. 請求項２から５のいずれかに記載の定着装置において、前記光反射型センサをベルト幅方向に複数配置してあることを特徴とする定着装置。
7. 請求項２から６のいずれかに記載の定着装置において、前記光反射型センサが前記ベルトの片側のうねりを検出すると、前記テンションローラーの片側のテンションを強めることを特徴とする定着装置。
8. 請求項２から７のいずれかに記載の定着装置において、前記ベルトの厚みが５０μm〜５００μmの範囲であることを特徴とする定着装置。
9. 請求項２から８のいずれかに記載の定着装置において、前記ベルトがポリイミド基体上に表面層として高離型樹脂層が形成されていることを特徴とする定着装置。
10. 請求項１１記載の定着装置において、前記ベルト基体と前記表面層の間に弾性層が形成されていることを特徴とする定着装置。
11. 請求項１から１１のいずれかに記載の定着装置を用いてなることを特徴とする画像形成装置。