JP2008102408A

JP2008102408A - 定着装置

Info

Publication number: JP2008102408A
Application number: JP2006286291A
Authority: JP
Inventors: Michio Yokosuka; 道雄横須賀
Original assignee: Ricoh Printing Systems Ltd
Current assignee: Ricoh Printing Systems Ltd
Priority date: 2006-10-20
Filing date: 2006-10-20
Publication date: 2008-05-01
Anticipated expiration: 2026-10-20
Also published as: JP4964558B2

Abstract

【課題】
消費電力の節減とコールドオフセットやそれによる剥離ミスの低減を図る。
【解決手段】
加熱ロール１と、加圧ロール２または加熱ロールからなり溶融挟持部３２を形成し用紙３０のトナー画像３１を定着する定着ロール対と、溶融挟持部３２の出口側の加熱ロール１の表面に付着した用紙３０に空気を噴出する剥離用管路２３と、剥離部材９と、剥離用管路２３の開閉をする第１の弁１７と、剥離用管路２３に空気圧を供給する圧力供給部３５を有する定着装置において、剥離用管路２３の空気噴出口近傍に、第２の弁１５を有する排気用管路１３を接続した特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機、プリンタなどの画像形成装置に於いて、記録体に形成されたトナー画像を定着する定着装置に関するものである。

図６は、従来の定着装置を説明するものである。電子写真装置の定着装置として、金属ロールの内部にヒータランプを設けた加熱ロールと、それに相接する表面にゴム層を有する加圧ロールの間を通過させ加熱圧力定着する定着装置が知られており、従来から複写機、プリンタ等において使用されている。

上記の加熱ロールとして、アルミまたは鋼材の円筒の表面上にプライマー層を設け、その上にＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニールエーテル共重合体）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の離型性樹脂層を設けた加熱ロール，いわゆるハードロールと、アルミ円筒上にプライマー層を設け、その上に厚さが０．１ｍｍより厚いシリコーンゴムやふっ素ゴム等の弾性体層を設けた弾性加熱ロールいわゆるソフトロールが知られている。また、電子写真装置の多機能化により、両面印刷が行われている。両面印刷のため、加圧ロールの内部にはヒータランプが設けられ、２本の加熱ロールによる両面同時定着が行われている。

ソフトロール１は、金属ロール2の表面にシリコーンゴムの弾性体層３を形成した。ソフトロール５は、金属ロール６にシリコーンゴムの弾性体層７を形成した。両ソフトロールの金属ロール２、６の内部にはヒータランプ４、８を設けた。また、弾性体層３、７の表面には、離型性を向上させるため、ＰＦＡやＰＴＦＥ等の離型性樹脂層（図示せず）を形成する場合がある。

しかし、印刷用紙３０は、ソフトロール1、5によって形成される溶融挟持部３２を通過して定着される際、溶融したトナー３１の粘性により、ソフトロール１または５の表面に巻き付く場合がある。そのため、一般には、ソフトロール１、５には、表面に接触または一定の間隙を有する剥離爪３３、３４を設け、印刷用紙３０を剥離する用紙剥離手段がある。

ところが、この用紙剥離手段には以下の問題がある。剥離爪３３、３４をソフトロール１、５表面に接触させた場合、剥離爪３３、３４によるソフトロール１、５の磨耗、または、傷が生じ易い。また、剥離爪３３、３４がソフトロール１、５と一定の間隙を有する場合、印刷用紙３０が間隙をすり抜けて、剥離ミスが生じることがある。

これの対策として、剥離爪３３、３４と、印刷用紙３０に空気を吹き付けるエアー剥離を組み合わせた用紙剥離手段がある。この用紙剥離手段の構成を図６に示した。剥離爪３３、３４は、ソフトロール１、５と一定の間隙を有する位置に設け、剥離爪３３の内部には管路１１、剥離爪３４の内部には管路１２が設けられ、管路２３と管路１１、管路２４と管路１２は接続している。

検知器２６は、時計（図示せず）、発光部２８と受光部２７を有し、発光部２８から出射された光線２９が印刷用紙３０によって遮光された時刻を測定する。弁制御部２５は、検知器２６の時刻情報を基に、印刷用紙３０の先端部が、溶融挟持部３２から搬出される時間を計算し、弁制御信号を、信号線１９、２１によって伝え、管路２３、２４に設けた弁１７、２０を、用紙の搬送時間から計算した、剥離に要する時間だけ開き、圧力容器３５の空気圧を、管路１１、１２の出口から空気流として噴出することによって、印刷用紙３０は、ソフトロール1または５から剥離される。この時、印刷用紙３０の先端部はエアー剥離によって、それより後部は剥離爪３３、３４によって剥離される（例えば、特許文献1参照）。

特開平８−５４８０１号公報（第６頁、図６)

しかし、エアー剥離に於いて、印刷用紙３０の先端部が、溶融挟持部３２出口から、剥離爪３３または３４の剥離面の固定位置に達するまでの搬送時間が、剥離に要する時間Ｔ１であり、この時間だけ弁１７、２０を開け、印刷用紙３０に空気流を吹き付けた。しかし、実際は、剥離に要する時間の間、弁１７、２０を開口した後に、管路１１、２３と管路１２、２４の中には残圧が生じ、それが出口から空気流になって噴出した。この空気流によって、加熱ロール表面は冷却され、定着温度の低下となり、これに対しヒーター４、８のＯＮ時間を長くすることにより対処するが、消費電力量が増える。また、定着温度の低下が生じた時に、コールドオフセットやそれによる剥離ミスが生じることがある。

本発明の目的は、消費電力の節減及び安定した定着性の確保、剥離ミス低減等が可能な電子写真装置を提供することにある。

前記目的を達成するため本発明の第１の手段は、加熱ロールと、加圧ロールまたは加熱ロールからなり、相接することにより溶融挟持部を形成し、用紙のトナー画像を定着する定着ロール対と、前記溶融挟持部の出口側の加熱ロールの表面に付着した用紙に空気を噴出する剥離用管路と、剥離部材と、前記剥離用管路の開閉をする第１の弁、前記剥離用管路に空気圧を供給する圧力供給部を有する定着装置において、前記剥離用管路の空気噴出口近傍に、第２の弁を有する排気用管路を接続したことを特徴とするものである。

本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記溶融挟持部入口近傍の用紙検知センサーの信号により前記溶融挟持部から用紙先端が搬出される時刻Ｔｓを算出する演算部と、前記第１の弁、第２の弁の開閉を制御する弁制御部を有し、前記剥離用管路の弁(第１の弁)が時刻Ｔｓに開口されてから閉口するまでの時間をＴ０とし、前記時刻Ｔｓから用紙剥離に要する時刻Ｔｔまでの時間をＴ１とし、前記時刻Ｔｓから前記空気噴出口の空気噴出を終了する時刻Ｔｍまでの時間をＴ２とすると、時刻Ｔｔから時間（Ｔ２−Ｔ１）の間第２の弁を開口し、常圧となった後に閉口することを特徴とするものである。

本発明の第３の手段は前記第１ないし第３のいずれかの手段において、前記剥離用管路を複数個設け、それらの出口が定着ロール軸方向において異なる位置に設けたことを特徴とする。

本発明の第４の手段は前記第１の手段において、前記空気圧を供給する管路と前記剥離用管路の接続部と、前記空気圧を供給する管路と前記排気用管路の接続部との圧力損失が、前者に比べ後者が小さい接続であることを特徴とする。

本発明の定着装置によれば、エアー剥離の際、用紙剥離後に、定着ロール表面に流れる無駄吹きが少なくなることにより、定着ロール表面温度の低下が小さくなり、消費電力の節減及び安定した定着性の確保、剥離ミスの低減などが可能となり、画像形成装置の信頼性が高まる。

前述のように複写機、プリンタ等の電子写真装置（画像形成装置）の信頼性を高める目的は、剥離爪を有する定着装置のエアー用紙剥離にて、剥離用管路の出口近傍に、第２の弁を有する排気用管路を接続し、剥離用管路の第１の弁を、一定時間開いた後に生じる残圧のうち、剥離に必要としない残圧を、第２の弁を、無駄吹きする時間開くことにより排出し、定着ロール表面への無駄吹きを少なくすること、複数個の剥離用管路の出口を、定着ロールの軸方向にて、異なる位置に設けることにより実現する。

図１〜５及び表１は、本発明の実施例を説明するものである。電子写真装置の定着装置として、金属ロールの内部にヒータランプを設けた加熱ロールと、それに相接する表面にゴム層を有する加圧ロールの間を通過させ加熱圧力定着する定着装置が知られており、従来から複写機、プリンタ等において使用されている。

上記の加熱ロールとして、アルミまたは鋼材の円筒の表面上にプライマー層を設け、その上にＰＦＡやＰＴＦＥ等の離型性樹脂層を設けた加熱ロール，いわゆるハードロールと、アルミ円筒上にプライマー層を設け、その上に厚さが０．１ｍｍより厚いシリコーンゴムやふっ素ゴム等の弾性体層を設けた弾性加熱ロールいわゆるソフトロールが知られている。また、電子写真装置の多機能化により、両面印刷が行われている。両面印刷のため、加圧ロールの内部にヒータランプが設けられ、２本の加熱ロールによる両面同時定着が行われている。

図1に、両面同時定着の定着装置の構成を示した。ソフトロール１は、金属ロール２の表面にシリコーンゴムの弾性体層３を形成した。ソフトロール５は、金属ロール６にシリコーンゴムの弾性体層７を形成した。両ソフトロールの金属ロール２、６の内部にはヒータランプ４、８を設けた。また、弾性体層３、７の表面には、離型性を向上させるため、ＰＦＡやＰＴＦＥ等の離型性樹脂層（図示せず）を形成する場合がある。

しかし、印刷用紙３０が、ソフトロール１、５によって形成される溶融挟持部３２を通過して定着される際、溶融したトナー３１の粘性により、ソフトロール１または５の表面に貼り付く場合がある。そのため、ロール表面に対し、一定の間隙を有する剥離爪９、１０を設けた。本実施例では、間隙の大きさを、実機相当の１mmに設定した。しかし、剥離爪９、１０のみでは、印刷用紙３０が間隙をすり抜けて、剥離ミスが生じることがあるため、印刷用紙３０に空気を吹き付けて剥離するエアー剥離を組み合わせた用紙剥離手段を採用した。

その用紙剥離手段の定着装置の構成を図１に示した。剥離爪９の内部には管路１１, 剥離爪１０の内部には管路１２を設けた。本実施例に於いては、管路１１、１２を剥離爪９、１０の内部に設けたが、管路１１、１２を剥離爪９、１０の側面に隣接させることも可能である。また、管路１１、１２の空気流の出口は、ソフトロール１、５の表面の冷却を軽減するため、図３のようにソフトロール１、５の軸方向に異なる位置に設けた。圧縮空気を管路に供給する圧力容器３５には管路２３、２４を接続し、夫々の管路に弁１７、２０を設けた。弁１７、２０の制御は、弁制御部２５により、弁制御信号を信号線１９、２１に伝えて行う。管路２３には管路１１、管路２４には管路１２を接続した。管路１１と管路２３の接続部付近に管路１３を設け、管路１２と管路２４の接続部近傍に管路１４を設け、管路１３に弁１５、管路１４に弁１６を設けた。弁１５、１６の開閉は、弁制御部２５により制御信号を信号線１８、２２に伝えて行う。

ここで、図２のように、管路２３には管路１１、管路２４には管路１２を、夫々ほぼ直角なる角度に接続してもよい。管路１１と管路２３の接続部付近の、管路２３に管路１３をほぼ真直ぐに接続し、管路１２と管路２４の接続部近傍の、管路２４にほぼ真直ぐに接続することにより、接続部での圧力損失を、管路２３と管路１３、管路２４と管路１４に比べ、管路２３と管路１１、管路２４と管路１２の接続部より小さくした。尚、管路１３に弁１５、管路１４に弁１６を設けた。

次にエアー剥離の動作原理を説明する。検知器２６は時計（図示せず）、発光部２８と受光部２７を有し、発光部２８から出射された光線２９が印刷用紙３０によって遮光された時刻を測定する。弁制御部２５は、検知器２６の時刻情報を基に、印刷用紙３０の先端部が、溶融挟持部３２から搬出される時間を演算部（図示せず）にて計算し、弁制御信号を信号線１９、２１によって弁駆動部（図示せず）に伝え、弁１７、２０を剥離に要する時間だけ開く。圧力容器３５内の圧縮空気（２気圧）は、管路１１、１２の出口から空気流として噴出されることによって、印刷用紙３０はソフトロール１または５から剥離される。この時、印刷用紙３０の先端部はエアー剥離によって、それより後部は剥離爪９、１０によって剥離される。本実施例では、剥離爪４３、４４はエアー剥離を行わない。このエアー剥離に於いて、無駄吹きのない、弁１５、１６の制御時間を求めた。

エアー剥離に於いて、印刷用紙３０の先端部が、溶融挟持部３２出口から剥離爪９または１０の剥離面の固定位置に達するまでの搬送時間を、剥離に要する時間Ｔ１とし、この時間だけ印刷用紙３０に空気流を吹き付ける。しかし、実際は、弁１７、２０を剥離に要する時間の間開口した後には、管路１１、２３と管路１２、２４の中に残圧が生じ、それが出口から空気流になって噴出する。この現象を実験装置にて確認した。

その実験装置の構成図を図４に示した。圧力容器４２(圧力＝２気圧)に管路３８を接続した。管路３８の出口から1500mm後の位置に弁３７を設け、制御部３６、４０によって弁３７の開閉を制御した。管路３８の出口から１mmの位置に圧力計３９を設け、記録計４１にて記録した。これにより、弁３７の制御時間、及び、管路３８の出口の圧力と時間の関係を求めた。その結果を図５及び表１に示した。

弁３７が時刻Ｔｓに開口されてから閉口するまでの時間をＴ0とし、開いている制御時間Ｔ０を弁動作の応答時間を考慮して２０msに設定し。前記時刻Ｔｓから用紙剥離に要する時刻Ｔｔまでの時間をＴ１（＝６７ｍｓ）とし、前記時刻Ｔｓから前記管路３８の出口の空気圧が常圧になる時刻Ｔｍまでの時間をT2とすると、時刻Ｔｔからの無駄吹きしている時間（T２−Ｔ１）を測定した結果、表１に示したように、前記時間（Ｔ２−Ｔ１）は７３ｍｓであった。

図１の定着機による用紙剥離の際は、時刻Ｔｓに管路２３、２４の弁１７、２０を開口し、時間Ｔ１経過後に弁１７、２０を閉じ、管路１３、１４の弁１５、１６を時間（Ｔ２−Ｔ１）の間開口することにより、残圧を減圧することが可能となった。尚、弁１５、１６は時間（Ｔ２−Ｔ１）経過後、常圧となったなら閉口する。よって、定着ロールの表面温度の低下は軽減された。

また、図２の構成によれば、管路１３、１４の弁１５、１６を開口した時、管路２３、２４の空気流は、管路１１、１２に比べ、圧力損失が小さい管路１３、１４に多く流れ、管路１１、１２の残圧による空気流を減らすことが可能となった。よって、定着ロールの表面温度の低下が軽減された。

本発明のレーザプリンタ等のエアー剥離の定着装置によれば、用紙剥離後に定着ロール表面に流れる無駄吹きが少なくなり、定着ロール表面温度の低下が小さくなり、消費電力の節減、また、表面温度の低下が生じた時に生じる、コールドオフセットやそれによる剥離ミスを減らすことが可能となり、その利用効果は高く、プリンタ、複写機の印刷機械メーカーにおいて利用の可能性はある。

本発明の実施形態に係る定着装置の概略図である。本発明の実施形態に係る定着装置の概略図である。本発明の実施形態に係る定着装置のエアー剥離の位置を示す図である。エアー剥離現象実験装置を示す概略図である。エアー剥離の圧力と時間の関係を示す図である。従来例に係る定着装置の概略図である。

符号の説明

１：ソフトロール、２：金属ロール、３：弾性体層、４：ヒータランプ、５：ソフトロール、６：金属ロール、７：弾性体層、８：ヒータランプ、９：剥離爪、１０：剥離爪、１１：管路、１２：管路、１３：管路、１４：管路、１５：弁、１６：弁、１７：弁、１８：信号線、１９：信号線、２０：弁、２1：信号線、２２：信号線、２３：管路、２４：管路、２５：弁制御部、２６：検知器、２７：受光部、２８：発光部、２９：光線、３０：印刷用紙、３１：トナー画像、３２：溶融挟持部、３３：剥離爪、３４：剥離爪、３５：圧力容器、３６：制御部、３７：弁、３８：管路、３９：圧力計、４０：制御部、４１：記録計、４２：圧力容器、４３：剥離爪、４４：剥離爪。

Claims

加熱ロールと、加圧ロールまたは加熱ロールからなり、相接することにより溶融挟持部を形成し、用紙のトナー画像を定着する定着ロール対と、前記溶融挟持部の出口側の加熱ロールの表面に付着した用紙に空気を噴出する剥離用管路と、剥離部材と、前記剥離用管路の開閉をする第１の弁と、前記剥離用管路に空気圧を供給する圧力供給部を有する定着装置において、前記剥離用管路の空気噴出口近傍に、第２の弁を有する排気用管路を接続したことを特徴とする定着装置。
請求項１記載の定着装置において、前記溶融挟持部入口近傍の用紙検知センサーの信号により前記溶融挟持部から用紙先端が搬出される時刻Tsを算出する演算部と、前記第１の弁、第２の弁の開閉を制御する弁制御部を有し、前記剥離用管路の弁(第１の弁)が時刻Ｔｓに開口されてから閉口するまでの時間をＴ０とし、前記時刻Ｔｓから用紙剥離に要する時刻Ｔｔまでの時間をＴ１とし、前記時刻Ｔｓから前記空気噴出口の空気噴出を終了する時刻Ｔｍまでの時間をＴ２とすると、時刻Ｔｔから時間（Ｔ２−Ｔ１）の間第２の弁を開口し、常圧となった後に閉口することを特徴とする定着装置。
請求項１ないし３のいずれか1項記載の定着装置において、前記剥離用管路を複数個設け、それらの出口が定着ロール軸方向において異なる位置に設けたことを特徴とする定着装置。
請求項１記載の定着装置において、前記空気圧を供給する管路と前記剥離用管路の接続部と、前記空気圧を供給する管路と前記排気用管路の接続部との圧力損失が、前者に比べ後者が小さい接続であることを特徴とする定着装置。