JP2008096633A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小径の加熱ローラに対しても確実に端部の定着性を向上させつつ記録紙のしわの発生を防止する定着装置を提供する。
【解決手段】加熱ローラに向けてエンドレスベルトを押圧する第１パッド３および第２パッド４を有し、上記第１パッド３および上記第２パッド４の自由状態において、上記第１パッド３の端部３１の上記第２パッド４からの突出量ｂは、上記第１パッド３の中央部３０の上記第２パッド４からの突出量ａよりも、大きい。
【選択図】図２Ａ

Description

この発明は、例えば、複写機、レーザプリンタやファクシミリ等に用いられる定着装置、および、この定着装置を用いた画像形成装置に関する。

従来、定着装置としては、加熱ローラと、この加熱ローラの周面に接触する無端状ベルトと、このベルトを内側から上記加熱ローラに押圧する加圧パッドとを有し、上記加熱ローラと上記ベルトとの間に記録紙を挟み込み、トナー像を加熱溶融して記録紙に圧着している。

そして、良好な画像定着を行うと共に記録紙のしわの発生を防止するために、上記加圧パッドの上記ベルトの周方向の寸法は、上記ベルトの幅方向の中央部より両端部で大きくなっている（特開２００５−４１２６号公報：特許文献１参照）。
特開２００５−４１２６号公報

しかしながら、上記従来の定着装置では、定着装置の小型化のために上記加熱ローラを小径にした場合、この小径の加熱ローラによって、上記加圧パッドの全体を押圧することは、困難である。

したがって、上記加圧パッドの上記小径の加熱ローラへの押圧によって形成される上記加圧パッドの押圧面（いわゆる、ニップ面）に関して、この押圧面の上記ベルトの周方向の幅（いわゆる、ニップ幅）は、上記加圧パッドの中央部と上記加圧パッドの端部とが同じになる。

つまり、上記小径の加熱ローラに対しては、上記加圧パッドの端部での定着性が劣ると共に、上記記録紙のしわが発生する。

そこで、この発明の課題は、小径の加熱ローラに対しても確実に端部の定着性を向上させつつ記録紙のしわの発生を防止する定着装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の定着装置は、
互いに接触して共に回転する加熱回転体および加圧回転体と、
上記加熱回転体を加熱する加熱部と、
上記加圧回転体の内部に配置されると共に、上記加熱回転体に向けて上記加圧回転体を弾性変形して押圧する第１パッドと、
上記加圧回転体の内部に配置されると共に、上記第１パッドよりも、上記加熱回転体と上記加圧回転体との接触面における上記加圧回転体の回転方向の下流側で、上記加熱回転体に向けて上記加圧回転体を押圧し、上記第１パッドの硬度よりも高い硬度を有する第２パッドと
を備え、
上記第１パッドおよび上記第２パッドの自由状態において、
上記第１パッドは、上記第２パッドの上記加圧回転体を押圧する押圧面よりも、上記加熱回転体側に突出すると共に、上記第１パッドの少なくとも下流側の部位において、上記第１パッドの上記第２パッドの押圧面からの突出量は、上記第１パッドの上記加圧回転体軸方向の端部が、上記第１パッドの上記加圧回転体軸方向の中央部よりも、大きいことを特徴としている。

この発明の定着装置によれば、上記第１パッドおよび上記第２パッドの自由状態において、上記第１パッドの少なくとも下流側の部位において、上記第１パッドの上記第２パッドの押圧面からの突出量は、上記第１パッドの上記加圧回転体軸方向の端部が、上記第１パッドの上記加圧回転体軸方向の中央部よりも、大きいので、上記第１パッドの上記加熱回転体への押圧によって形成される上記第１パッドの押圧面（以下、ニップ面という）に関して、この押圧面の上記加圧回転体の回転方向の幅（以下、ニップ幅という）は、上記第１パッドの中央部より上記第１パッドの端部が大きくなる。

つまり、定着装置の小型化のために上記加熱回転体を小径にした場合、小径の上記加熱回転体が上記第１パッドの全体を押圧しなくても、上記第１パッドの端部のニップ幅は、上記第１パッドの中央部のニップ幅よりも、大きくなる。

したがって、小径の上記加熱回転体に対しても、上記第１パッドの端部のニップ幅を大きくできるので、上記加熱回転体の熱を、上記第１パッドの端部に十分に伝達できて、上記第１パッドの端部の定着性を向上することができる。

また、上記第１パッドの端部のニップ幅は、上記第１パッドの中央部のニップ幅よりも、大きくなるので、上記第１パッドの中央部よりも上記第１パッドの端部で、上記加熱回転体と上記加圧回転体との間の摩擦力が大きくなり、上記第１パッドの端部で、記録材の搬送力が大きいものとなる。したがって、上記記録材に、上記第１パッドの両端部方向の引張力が作用して、上記記録材のしわの発生を防止できる。

また、一実施形態の定着装置では、上記第１パッドの上記加圧回転体軸方向の中央部における上記第１パッドの突出量ａと、上記第１パッドの上記加圧回転体軸方向の端部における上記第１パッドの突出量ｂとの比ｂ／ａは、１．２＜（ｂ／ａ）＜１．８の範囲となっている。

この実施形態の定着装置によれば、上記第１パッドの中央部の突出量ａと上記第１パッドの端部の突出量ｂとの比ｂ／ａは、１．２＜（ｂ／ａ）＜１．８の範囲となっているので、上記第１パッドの端部の定着性を良好にすると同時に、上記記録材の分離性を良好にできる。

また、一実施形態の定着装置では、上記第１パッドと上記第２パッドとは、バネ係数の異なるバネを介して、上記加熱回転体に押圧されている。

この実施形態の定着装置によれば、上記第１パッドと上記第２パッドとは、バネ係数の異なるバネを介して、上記加熱回転体に押圧されているので、上記第１パッドと上記第２パッドとを異なる押圧力で、上記加熱回転体に押圧することができる。

これにより、上記第１パッドを適切な圧力で上記加熱回転体に押圧して良好な定着を行なうことができると共に、上記第２パッドを適切な力で上記加熱回転体に押圧して上記加熱回転体の弾性体層にひずみを生じさせて上記加熱回転体から上記記録材を剥離し易い状態とすることができる。

また、この発明の画像形成装置は、上記定着装置を備えたことを特徴としている。

この発明の画像形成装置によれば、上記定着装置を備えているので、上記定着装置を小型にしても、良好な画像定着を行うと共に記録紙のしわの発生を防止できて、小型で品質のよい画像形成装置を実現できる。

この発明の定着装置によれば、上記第１パッドおよび上記第２パッドの自由状態において、上記第１パッドの少なくとも下流側の部位において、上記第１パッドの上記第２パッドの押圧面からの突出量は、上記第１パッドの上記加圧回転体軸方向の端部が、上記第１パッドの上記加圧回転体軸方向の中央部よりも、大きいので、小径の上記加熱回転体に対しても、上記第１パッドの端部の定着性を向上することができると共に上記記録材のしわの発生を防止できる。

また、この発明の画像形成装置によれば、上記定着装置を備えているので、小型で品質のよい画像形成装置を実現できる。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、この発明の定着装置の第１実施形態である縦断面図を示している。この定着装置は、互いに外周面を接触して共に回転する加熱回転体としての加熱ローラ１および加圧回転体としてのエンドレスベルト２と、上記加熱ローラ１を加熱する加熱部としてのハロゲンランプ６と、上記ベルト２の内部に配置されると共に上記加熱ローラ１に向けて上記ベルト２を弾性変形して押圧する第１パッド３と、上記ベルト２の内部に配置されると共に上記第１パッド３よりも、上記加熱ローラ１と上記ベルト２との接触面における上記ベルト２の回転方向の下流側で、上記加熱ローラ１に向けて上記ベルト２を押圧する第２パッド４とを有する。

上記加熱ローラ１は、この内部に配置された上記ロゲンランプ６により、加熱されつつ、（図示しない）駆動源によって、回転駆動される。

上記加熱ローラ１は、表層１ａ、中間層１ｂおよび芯金１ｃからなる。上記加熱ローラ１の外径は、好ましくは、２０ｍｍ〜５０ｍｍである。上記表層１ａは、フッ素チューブおよびフッ素系コーティング等の離型性を付与した構成が望ましく、厚さは、５μｍ〜１００μｍである。上記中間層１ｂは、弾性層であり、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱性の高い材質が望ましく、厚さは、０．０５ｍｍ〜５ｍｍである。上記芯金１ｃは、アルミや鉄等の金属が望ましく、厚さは、０．１ｍｍ〜５ｍｍである。

上記ベルト２は、表層２ａおよびベース層２ｂから成る。上記表層２ａは、フッ素チューブおよびフッ素系コーティング等の離型性を付与した構成が望ましく、導電性の場合もあり、厚さは５μｍ〜１００μｍである。上記ベース層２ｂは、耐熱性、強度や表面平滑性を考慮してポリイミド、ポリアミドやポリイミドアミド等の耐熱性樹脂や、アルミニウムやステンレス等の金属を用いる。

上記第１パッド３および上記第２パッド４は、上記ベルト２の軸方向に沿って、上記加熱ローラ１や上記ベルト２の幅寸法と略同じ長さに、形成されている。

上記第１パッド３は、弾性体であり、例えば、ゴム硬度１０°〜２０°のシリコーンゴムからなる。上記第１パッド３は、上記第２パッド４の凹部に嵌め合わされている。

上記第２パッド４は、上記第１パッド３の硬度よりも高い硬度を有する。上記第２パッド４は、例えば、非弾性体であり、（ポリフエニレンサルファイドや液晶ポリマー等の）合成樹脂や、（アルミ、鉄やステンレス等の）金属からなる。上記第２パッド４は、パッド支持部材５により支持されている。

そして、上記構成の定着装置では、上記加熱ローラ１および上記ベルト２は、互いに接触して記録材Ｐを搬送しつつこの記録材Ｐのトナーｔを定着させる。具体的に述べると、上記加熱ローラ１と上記ベルト２との接触によりニップ部を形成し、このニップ部によって、上記記録材Ｐの上記トナーｔを溶融して定着しつつ上記記録材Ｐを搬送する。

上記記録材Ｐは、例えば、用紙やＯＨＰシートなどのシートである。この記録材Ｐの一面には、トナーｔが付着され、このトナーｔは、例えば、樹脂、磁性体または着色料などの加熱溶融性を有する材料からなる。

また、上記定着装置は、図示しない作像装置と共に、画像形成装置を構成する。この作像装置は、上記記録材Ｐに未定着のトナーｔを付着して画像を形成する。

図２Ａと図２Ｂに示すように、上記第１パッド３および上記第２パッド４の自由状態において、上記第１パッド３は、上記第２パッド４の上記ベルト２を押圧する押圧面４０よりも、上記加熱ローラ１側に突出している。図２Ａは、上記ベルト２の回転方向の下流側からみた、上記第１パッド３および上記第２パッド４の正面図を示す。図２Ｂは、上記第１パッド３および上記第２パッド４の上記ベルト２の軸方向の中央部の断面図を示す。矢印Ｄは、上記ベルト２の回転方向を示し、上流側および下流側をあらわす。

上記第１パッド３の上記第２パッド４の押圧面４０からの突出量は、上記第１パッド３の上記ベルト２軸方向の端部３１が、上記第１パッド３の上記ベルト２軸方向の中央部３０よりも、大きい。つまり、上記第１パッド３の中央部３０の突出量ａよりも、上記第１パッド３の両端部３１，３１の突出量ｂが、大きい。

上記第２パッド４の押圧面４０は、上記ベルト２の軸方向に沿って平行な平坦面である。上記第１パッド３の上記加熱ローラ１側の上面は、上記第１パッド３の端部３１から上記第１パッド３の中央部３０にかけて次第に凹むように、形成されている。

そして、上記第１パッド３の中央部３０の突出量ａよりも、上記第１パッド３の端部３１の突出量ｂが、大きいので、上記第１パッド３の上記加熱ローラ１への押圧によって形成される上記第１パッド３の押圧面（以下、ニップ面という）に関して、この押圧面の上記ベルト２回転方向の幅（以下、ニップ幅という）は、上記第１パッド３の中央部３０より上記第１パッド３の端部３１が大きくなる。

具体的に述べると、図３に示すように、上記第１パッド３のニップ面１３に関して、中央部のニップ幅Ｗ１より、端部のニップ幅Ｗ２が、大きくなる。上記第１パッド３のニップ面１３の下流側には、上記第２パッド４の上記加熱ローラ１への押圧によって形成される上記第２パッド４のニップ面１４がある。図３中、矢印Ｄは、上記ベルト２の回転方向を示し、上流側および下流側をあらわす。

つまり、上記第１パッド３は、上記加熱ローラ１との圧接によって、弾性変形する。このとき、上記加熱ローラ１は、上記第２パッド４の押圧面４０に接触して、上記第１パッド３側への進入を阻止されるので、上記第１パッド３のつぶれ量が、上記押圧面４０によって、規制される。

したがって、上記第１パッド３の中央部３０の突出量ａよりも、上記第１パッド３の端部３１の突出量ｂが、大きいことで、上記第１パッド３のニップ面１３に関して、中央部のニップ幅Ｗ１より、端部のニップ幅Ｗ２が、大きくなる。なお、上記第２パッド４は、上記加熱ローラ１との圧接によって、ほぼ弾性変形せず、上記第２パッド４の押圧面４０と上記第２パッド４のニップ面１４との形状は、ほぼ一致する。

そして、定着装置の小型化のために上記加熱ローラ１を小径にした場合、小径の上記加熱ローラ１が上記第１パッド３の全体を押圧しなくても、上記第１パッド３の端部３１のニップ幅Ｗ２は、上記第１パッド３の中央部３０のニップ幅Ｗ１よりも、大きくなる。

したがって、小径の上記加熱ローラ１に対しても、上記第１パッド３の端部３１のニップ幅Ｗ２を大きくできるので、上記加熱ローラ１の熱を、上記第１パッド３の端部３１に十分に伝達できて、上記第１パッド３の端部３１の定着性を向上することができる。

また、上記第１パッド３の端部３１のニップ幅Ｗ２は、上記第１パッド３の中央部３０のニップ幅Ｗ１よりも、大きくなるので、上記第１パッド３の中央部３０よりも上記第１パッド３の端部３１で、上記加熱ローラ１と上記ベルト２との間の摩擦力が大きくなり、上記第１パッド３の端部３１で、上記記録材Ｐの搬送力が大きいものとなる。したがって、上記記録材Ｐに、上記第１パッド３の両端部３１，３１方向の引張力が作用して、上記記録材Ｐのしわの発生を防止できる。

また、上記定着装置を有する画像形成装置によれば、上記定着装置を小型にしても、良好な画像定着を行うと共に記録紙のしわの発生を防止できて、小型で品質のよい画像形成装置を実現できる。

上記第１パッド３の中央部３０の突出量ａと、上記第１パッド３の端部３１の突出量ｂとの比ｂ／ａは、１．２＜（ｂ／ａ）＜１．８の範囲となっている。したがって、上記第１パッド３の端部３１の定着性を良好にすると同時に、上記記録材Ｐの分離性を良好にできる。

次に、上記定着装置を用いて実験を行った結果を、以下の［表１］および［表２］を用いて、説明する。

［表１］は、（ｂ／ａ）を変えて、上記第１パッド３の端部３１の定着性を比較したものである。

［表１］

ここで、○は、上記第１パッド３の端部３１の定着性が、上記第１パッド３の中央部３０の定着性と同等に良好であることを示す。△は、上記第１パッド３の端部３１の定着性が、上記第１パッド３の中央部３０の定着性よりやや低いことを示す。×は、上記第１パッド３の端部３１の定着性が、上記第１パッド３の中央部３０の定着性より低いことを示す。

［表１］からわかるように、１．２＜（ｂ／ａ）であるとき、上記第１パッド３の端部３１の定着性は、良好である。好ましくは、１．４≦（ｂ／ａ）のとき、さらに好ましくは、１．６≦（ｂ／ａ）のときである。

［表２］は、（ｂ／ａ）を変えて、上記記録材Ｐの上記加熱ローラ１または上記ベルト２からの分離性を比較したものである。

［表２］

ここで、○は、上記記録材Ｐの上記加熱ローラ１または上記ベルト２からの分離性が良好であることを示す。△は、上記記録材Ｐの上記加熱ローラ１または上記ベルト２からの分離性がやや良好であることを示す。×は、上記記録材Ｐの上記加熱ローラ１または上記ベルト２からの分離性が悪いことを示す。

［表２］からわかるように、（ｂ／ａ）＜１．８であるとき、上記記録材Ｐの上記加熱ローラ１または上記ベルト２からの分離性は、良好である。好ましくは、（ｂ／ａ）≦１．６のとき、さらに好ましくは、（ｂ／ａ）≦１．４のときである。

したがって、［表１］および［表２］から、１．２＜（ｂ／ａ）＜１．８のとき、上記第１パッド３の端部３１の定着性、および、上記記録材Ｐの分離性を、良好にできる。さらに好ましくは、１．４≦（ｂ／ａ）≦１．６のときである。

（第２の実施形態）
図４は、この発明の定着装置の第２の実施形態を示している。上記第１の実施形態と相違する点を説明すると、この第２の実施形態では、上記第１パッド３と上記第２パッド４とは、バネ係数の異なるバネ７，８を介して、上記加熱ローラ１に押圧されている。したがって、上記第１パッド３と上記第２パッド４とを異なる押圧力で、上記加熱ローラ１に押圧することができる。なお、この第２の実施形態において、上記第１の実施形態と同一の部分には、同一の参照番号を付して、詳細な説明を省略する。

具体的に述べると、上記第２パッド４を支持する上記パッド支持部材５は、圧縮バネ等の第１バネ７によって、上記加熱ローラ１側に付勢されている。上記第１パッド３は、圧縮バネ等の第２バネ８を介して、上記第２パッド４に取り付けられ、上記第２バネ８によって、上記加熱ローラ１側に付勢されている。

上記第１パッド３は、上記第１バネ７および上記第２バネ８によって、上記加熱ローラ１に押圧されている。上記第２バネ８は、上記第１バネ７より、バネ係数が小さくなっており、上記第２バネ８を介して、上記第１パッド３を付勢することによって、上記第２パッド４とは独立して、上記第１パッド３の上記加熱ローラ１に対する押圧力を適切に設定することができる。

上記第２パッド４は、上記パッド支持部材５を介して、上記第１バネ７によって、上記第１パッド３より大きな力で、上記加熱ローラ１に押圧されている。この押圧力によって、上記加熱ローラ１の弾性層である上記中間層１ｂにひずみが生じ、この部分で上記加熱ローラ１の周面の移動速度が大きくなる。そして、上記加熱ローラ１の周面の速度と上記記録材Ｐが搬送される速度との間にずれが生じ、上記記録材Ｐが上記加熱ローラ１から剥離され易くなる。

なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、上記第１パッド３の少なくとも下流側の部位において、上記第１パッド３の中央部３０の突出量ａよりも、上記第１パッド３の端部３１の突出量ｂが、大きければよい。

また、上記第２パッド４の押圧面４０は、上記第２パッド４の端部から上記第２パッド４の中央部にかけて次第に突出するように、形成され、かつ、上記第１パッド３の上記加熱ローラ１側の上面は、上記ベルト２の軸方向に沿って平行な平坦面であってもよく、上記第１パッド３の端部３１の突出量ｂが、上記第１パッド３の中央部３０の突出量ａよりも、大きければ、上記第２パッド４の押圧面４０、および、上記第１パッド３の上記加熱ローラ１側の上面は、いかなる形状であってもよい。

また、加熱回転体として、上記加熱ローラ１以外に、ベルトであってもよい。また、上記加圧回転体として、上記ベルト２以外に、ローラであってもよい。また、加熱部として、上記ハロゲンランプ６以外に、ヒートランプ、電磁誘導加熱体や抵抗発熱体等のどれでもよい。

また、画像形成装置としては、モノクロ／カラーの複写機、プリンタ、ＦＡＸやこれらの複合機など、どれであってもかまわない。

本発明の定着装置の第１実施形態を示す縦断面図である。 エンドレスベルトの回転方向の下流側からみた、第１パッドおよび第２パッドの正面図である。 第１パッドおよび第２パッドのエンドレスベルトの軸方向の中央部の断面図である。 第１パッドのニップ面および第２パッドのニップ面の説明図である。 本発明の定着装置の第２実施形態を示す縦断面図である。

符号の説明

１ 加熱ローラ（加熱回転体）
２ エンドレスベルト（加圧回転体）
３ 第１パッド
３０ 中央部
３１ 端部
４ 第２パッド
４０ 押圧面
５ パッド支持部材
６ ハロゲンランプ（加熱部）
７ 第１バネ
８ 第２バネ
１３ 第１パッドのニップ面
１４ 第２パッドのニップ面
ａ 第１パッドの中央部の突出量
ｂ 第１パッドの端部の突出量
Ｗ１ 第１パッドのニップ面の中央部のニップ幅
Ｗ２ 第１パッドのニップ面の端部のニップ幅

Claims (4)

1. 互いに接触して共に回転する加熱回転体および加圧回転体と、
   上記加熱回転体を加熱する加熱部と、
   上記加圧回転体の内部に配置されると共に、上記加熱回転体に向けて上記加圧回転体を弾性変形して押圧する第１パッドと、
   上記加圧回転体の内部に配置されると共に、上記第１パッドよりも、上記加熱回転体と上記加圧回転体との接触面における上記加圧回転体の回転方向の下流側で、上記加熱回転体に向けて上記加圧回転体を押圧し、上記第１パッドの硬度よりも高い硬度を有する第２パッドと
   を備え、
   上記第１パッドおよび上記第２パッドの自由状態において、
   上記第１パッドは、上記第２パッドの上記加圧回転体を押圧する押圧面よりも、上記加熱回転体側に突出すると共に、上記第１パッドの少なくとも下流側の部位において、上記第１パッドの上記第２パッドの押圧面からの突出量は、上記第１パッドの上記加圧回転体軸方向の端部が、上記第１パッドの上記加圧回転体軸方向の中央部よりも、大きい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、
   上記第１パッドの上記加圧回転体軸方向の中央部における上記第１パッドの突出量ａと、上記第１パッドの上記加圧回転体軸方向の端部における上記第１パッドの突出量ｂとの比ｂ／ａは、１．２＜（ｂ／ａ）＜１．８の範囲となっていることを特徴とする定着装置。
3. 請求項１に記載の定着装置において、
   上記第１パッドと上記第２パッドとは、バネ係数の異なるバネを介して、上記加熱回転体に押圧されていることを特徴とする定着装置。
4. 請求項１に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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