JP2009098334A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】記録媒体のスリップを十分に低減し、かつ記録媒体の分離不良を防止する定着装置および画像形成装置を提供すること。
【解決手段】円筒状芯体１２および該芯体の表面に形成される弾性層１３を有し、内部に配設された加熱源１４により加熱される加熱ローラ１１；無端ベルト状に形成された定着ベルト２１；および該定着ベルトの内部から定着ベルトを加熱ローラの表面に押圧して加熱ローラとの間にニップ部を形成する剛性部材３２、および該剛性部材に対してニップ部における加熱ローラ回転方向上流側で隣接して配設される弾性部材３３を有する押圧部材３１を備え、ニップ部における加熱ローラと定着ベルトとの間に、未定着トナーを担持した記録媒体Ｓを入射させることによりトナーの定着を行う定着装置１０であって、押圧部材の剛性部材３２が押圧する方向Ｄｒを加熱ローラの回転中心方向Ｄｃよりもニップ部の記録媒体入口側（Ｓａ側）に傾けた定着装置、および該定着装置を備えた画像形成装置。
【選択図】図２

Description

本発明は定着装置および画像形成装置に関する。

従来より、画像形成装置において、未定着トナーを担持した記録媒体は定着装置により加熱・加圧され定着が行われる。

例えば、加熱源によって加熱される加熱部材と、無端ベルト状に形成された定着ベルトと、前記定着ベルトの内部に配設され、当該定着ベルトを加熱部材の表面に圧接させる剛性を有する部材からなる圧接部材とを備え、前記加熱部材と定着ベルトの間に形成されるニップ部に、未定着トナー像を担持した記録媒体を通過させることにより定着を行なう定着装置において、前記圧接部材の剛性を有する部材が圧接する方向を、前記加熱部材の中心近傍に向けた定着装置が知られている（特許文献１）。
特開２００３−５５５３号公報

しかしながら、トナー量の多い画像を印刷する場合、回転する加熱部材に対して用紙等の記録媒体がスリップし、記録媒体の搬送が困難になるという問題があった。また加熱部材に対する記録媒体の分離性が悪く、加熱部材に記録媒体が巻きついてしまうという問題があった。これらの問題は、定着温度が１８０℃以上の場合など、高いほど顕著であった。

本発明は、記録媒体のスリップを十分に低減し、かつ記録媒体の分離不良を防止する定着装置および画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明は、円筒状芯体および該芯体の表面に形成された弾性層を有し、内部に配設された加熱源により加熱される加熱ローラ；
無端ベルト状に形成された定着ベルト；および
該定着ベルトの内部から定着ベルトを加熱ローラの表面に押圧して加熱ローラとの間にニップ部を形成する剛性部材、および該剛性部材にニップ部における加熱ローラ回転方向上流側で隣接して配設されて剛性部材と共に加熱ローラとの間にニップ部を形成する弾性部材を有する押圧部材を備え、
ニップ部における加熱ローラと定着ベルトとの間に、未定着トナーを担持した記録媒体を入射させることによりトナーの定着を行う定着装置であって、
押圧部材の剛性部材が押圧する方向を加熱ローラの回転中心方向よりもニップ部の記録媒体入口側に向けたことを特徴とする定着装置、および該定着装置を備えた画像形成装置に関する。

本発明によれば、トナー量の多い画像を印刷する場合であっても、記録媒体のスリップを十分に低減でき、記録媒体の分離不良を十分に抑制できる。しかもそのような効果は、定着温度が比較的高い温度の場合であっても有効に得られる。
本発明によれば、このような効果を定着性能と搬送性能を低下させることなく得られる。

本発明の画像形成装置は後述する定着装置を備えたことを特徴とするものであり、通常は、図１に示すように、円筒状で回転可能な潜像担持体１、該潜像担持体の表面を一様に帯電させる帯電装置２、潜像担持体を露光して静電潜像を形成する露光装置３、該静電潜像に基づいてトナー像を現像する現像装置４、トナー像と逆極性の電圧が印加されることで潜像担持体上のトナー像を記録媒体に転写させる転写装置５、および潜像担持体上の残留トナーを清掃する清掃装置６とを含んでなっている。画像形成装置に用いられる潜像担持体１、帯電装置２、露光装置３、現像装置４、転写装置５、清掃装置６等は、周知の電子写真方式の技術を任意に使用してかまわない。図１は本発明の一実施形態に係わる画像形成装置の全体構成を示す概略図である。

そのような画像形成装置においては、潜像担持体１の表面が帯電装置２により一様に所定電位に帯電され、その帯電域に露光装置３から原稿画像に応じた露光が施され、潜像担持体上に静電潜像が形成される。この静電潜像は現像装置４で現像されて可視トナー像とされる。一方、記録用紙等の記録媒体Ｓを収容したカセット７から給紙ローラ８にて記録媒体が１枚ずつ引き出され、タイミングローラ対９へ供給される。タイミングローラ９は潜像担持体１上のトナー像と同期をとって記録媒体Ｓを、潜像担持体１と転写装置５との間に送り込む。これによって、記録媒体Ｓにトナー像が転写された後、定着装置１０で加熱加圧下に記録媒体Ｓ上に定着される。転写後、潜像担持体１上に残留する転写残トナー等は、清掃装置６により除去・清掃される。

定着装置１０は、加熱源により加熱される加熱ローラ、無端ベルト状に形成された定着ベルト、および該定着ベルトの内部から定着ベルトを加熱ローラの表面に押圧して加熱ローラとの間に定着ベルトを介したニップ部を形成する押圧部材を備え、ニップ部における加熱ローラと定着ベルトとの間に、未定着トナーを担持した記録媒体を入射させることによりトナーの定着を行うものである。
以下、定着装置について図２を用いて詳しく説明する。図２は本発明の一実施形態に係わる定着装置の概略模式図である。

加熱ローラ１１は、円筒状芯体１２および該芯体の表面に形成された弾性層１３を有し、内部に配設された加熱源１４により加熱される。

円筒状芯体１２は、アルミニウム、鉄等の金属が望ましく使用される。芯体の厚さは特に制限されず、通常は０．１〜５ｍｍ程度であり、装置の軽量化及びウォームアップ時間の観点から０．２〜１．５ｍｍ程度が望ましい。芯体の外径は、任意であるが、１０〜５０ｍｍが望ましい。

弾性層１３は後述する定着ベルト２１を介した押圧部材３１による押圧により弾性変形可能なものである。弾性層の硬度はＪＩＳ−Ａで７〜３５°、特に２０〜３０°が好ましい。弾性層を構成する材料としては、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム等のような弾性があり、かつ耐熱性の高い材料が挙げられる。弾性層は導電性物質が含有されて、導電性を有していてもよい。弾性層の厚さは、任意であるが、０．０５〜２ｍｍ程度が望ましい。

加熱ローラ１１は弾性層の上に表面層を有してもよい。表面層としてフッ素系樹脂層やシリコーン樹脂層等が挙げられる。フッ素系樹脂層を構成する材料の具体例として、例えば、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体）等が挙げられる。フッ素系樹脂層は、加熱ローラ１１の製造時において、外周面に弾性層が形成された芯体に対してフッ素系チューブを被せ、加熱により溶着させることによって製造可能である。フッ素系チューブの具体例として、例えば、三井・デュポンフロロケミカル（株）製ＰＦＡ３５０−Ｊ、４５１ＨＰ−Ｊ、９５１ＨＰ Ｐｌｕｓ等が挙げられる。そのような表面層を形成することによって、加熱ローラに離型性を付与することができる。表面層の厚さは５〜１００μｍ程度が望ましい。

加熱ローラ１１の最表面は、水との接触角が９０度以上、特に１１０度以上が望ましい。表面粗さはRaは０．０１〜５０μｍ程度であることが望ましい。

加熱ローラ１１の内部に配設される加熱源１４は加熱ローラを所定温度に加熱できれば特に制限されず、通常は、ハロゲンランプが使用される。

定着ベルト２１は無端ベルト状に形成されたものであって、ポリイミド、ポリフェニレンスルファイド、ニッケル、鉄、ステンレス等の基材を有するものである。基材の表面には加熱ローラ１１と同様の表面層が形成されてもよい。定着ベルトは基材や表面層に導電性物質が含有されて、導電性を有していてもよい。定着ベルトの厚さは５０〜１５０μｍ程度が望ましい。定着ベルトの外径は任意であるが、２０〜１００ｍｍが望ましい。

表面層と基材との間に中間層を設けても良い。中間層は、シリコーンゴム、フッ素ゴム等のような弾性があり、かつ耐熱性の高い材料からなっていることが望ましく、厚さは任意であるが、０．０５〜２ｍｍ程度が望ましい。中間層の硬度はＪＩＳ−Ａで１０〜５０°、特に２０〜４０°が好ましい。

押圧部材３１は、少なくとも剛性部材３２および弾性部材３３を有するものであり、図２に示すように支持部材３４によって支持されていてもよい。

剛性部材３２は定着ベルトの内部から定着ベルトを加熱ローラの表面に押圧して加熱ローラとの間にニップ部を形成するものであり、本発明においては、図２に示すように、当該剛性部材３２が押圧する方向Ｄｒを加熱ローラの回転中心方向Ｄｃよりもニップ部における記録媒体入口側（Ｓａ側）に傾けて定着ベルト２１を加熱ローラ１１表面に押圧する。

剛性部材３２の押圧方向Ｄｒは、詳しくは、加熱ローラ軸に対して垂直な断面図（例えば図２）において剛性部材のニップ部形成領域を表す曲線または／および直線の中央点Ａで、剛性部材が定着ベルトを押圧する方向である。例えば、定着装置において剛性部材が現実にニップ部を形成する領域から中央点Ａを決定し、加熱ローラ１１を取り除いたとき、当該中央点Ａが移動する方向を調べることによって、押圧方向を知見できる。本発明においては、そのような押圧方向Ｄｒを加熱ローラ１１の回転中心方向Ｄｃに向けることなく、当該加熱ローラ中心方向Ｄｃを基準にしてニップ部の記録媒体入口側（Ｓａ側）に傾ける。これによって、記録媒体のスリップ防止と分離性向上とを両立できる。

上記中央点Ａにおける加熱ローラ１１の回転中心方向Ｄｃを基準にして押圧方向Ｄｒがなす角度θは、本発明の目的が達成される限り特に制限されるものではなく、例えば、０．３°以上、好ましくは０．５〜５．０°、より好ましくは０．７〜３．０°である。本明細書中、押圧方向Ｄｒを示す角度θは、中央点Ａにおける加熱ローラ１１の回転中心方向Ｄｃを基準に決定されるものとし、当該基準方向よりもニップ部の記録媒体入口側（Ｓａ側）を正の値で、その反対側（Ｓｂ側）を負の値で示すものとする。角度θが０°であったり、０°未満であったりすると、トナー量の多い画像を印刷する場合、加熱ローラに対して記録媒体がスリップし、記録媒体の搬送ができなくなるといった不具合や加熱ローラに対する記録媒体の分離性が悪く加熱ローラに記録媒体が巻きついてしまうという問題が発生する。

剛性部材３２は定着ベルト２１を定着ベルト２１を介して加熱ローラ１１に対して押圧したとき、加熱ローラの弾性層を弾性変形させ得る程度の硬度を有するものである。剛性部材は例えば、ポリフェニレンスルファイド、ポリイミド、液晶ポリマー等の樹脂やアルミニウム、鉄等の金属、セラミック等からなっていてよい。

剛性部材３２の形状は本発明の目的が達成される限り特に制限されるものではなく、通常は図３に示すように剛性部材３２における定着ベルトとの接触部分である押圧部分３００が平坦面３０１を有し、さらにニップ部の出口側（Ｓｂ側）にはＲ形状に加工された湾曲面３０２を有することが好ましい。剛性部材３２は全体形状として略直方体形状を有していてもよいし、または図３に示すようにニップ部における加熱ローラ１１の回転方向上流側に、後述する弾性部材３３を隣接配置させるための台座部３５を有してもよい。図３は図２に示す定着装置から押圧部材３１を取り出したときの該押圧部材３１の概略拡大模式図である。

剛性部材３２は押圧部分３００に平坦面３０１を有する場合、当該平坦面が押圧方向Ｄｒと垂直の関係を有するように配設される。

弾性部材３３は剛性部材３２に対して、ニップ部における加熱ローラ回転方向上流側で隣接して配設され、剛性部材と共に加熱ローラとの間にニップ部を形成する。

弾性部材３３は加熱ローラ１１への押圧時において弾性変形可能なものである。弾性部材の硬度はアスカーＣで５〜５０°、特に１５〜３０°が好ましい。弾性部材を構成する材料としては、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム等のような弾性があり、かつ耐熱性の高い材料が挙げられる。

弾性部材３３の形状は本発明の目的が達成される限り特に制限されるものではなく、通常は図３に示すように加熱ローラ１１の軸方向を長軸とした略直方体形状を有する。弾性部材３３は剛性部材３２よりも押圧方向Ｄｒへ突出していることが好ましい。突出量ｔは特に制限されず、通常は０．１ｍｍ以上、特に０．７〜１．２ｍｍが好ましい。弾性部材３３の突出によって、弾性部材３３と加熱ローラ１１との間に定着ベルト２１を介してニップ部が有効に形成されるため、トナーをより一層十分に定着できる。

定着部材２１の内部には、例えば図２中、押圧部材３１の右側に、加熱源が配設されていてもよい。

支持部材３４はアルミ、鉄などの金属の引抜材や押出材若しくは板金等で構成されている。

（実施例／比較例）
図２に示す定着装置を製造し、プリンター（Ｍａｇｉｃｏｌｏｒ２５００Ｗ；コニカミノルタビジネステクノロジーズ社製）に設置した。特に押圧部材３１は表１に示す所定の位置で水平方向に押圧した。なお特記しない限り、上記プリンターの標準条件を採用した。

剛性部材３２；液晶ポリマー（全芳香族ポリエステル樹脂ゼナイト７２４４；デュポン社製）
弾性部材３３；シリコーンゴム（硬度２０°）
Ｌ_１；１３．６ｍｍ、Ｌ_２；５ｍｍ、Ｌ_３；８ｍｍ、平坦面３０１における長さＬ_４；１．４ｍｍ、湾曲面３０２の曲率Ｒ：６ｍｍ、ｔ；表１に示す、押圧力；表１に示す。

加熱ローラ１１はアルミニウムからなる外径２６．２ｍｍ（２００℃温度時）の芯体１２の表面に厚み０．５６ｍｍの弾性層（シリコーンゴム；硬度ＪＩＳ−Ａ２０°）１３を有してなるものである。加熱ローラの最表面は、水との接触角が１１０度であり、表面粗さはＲａが０．３μｍであった。
定着ベルト２１は内径３０ｍｍのポリイミド製ベルト基材の表面に厚み３０μｍのＰＦＡ層を有してなるものである。

（評価）
全面２層ベタ画像（イエロー・マゼンタ）を通常の印字時に設定される最大トナー付着量（１１ｇ／ｍ^２）にて３０℃８５％環境下で所定の用紙に印字し（定着温度２００℃）、以下の項目について評価した。

・用紙のスリップ率
加熱ローラ表面にマーキングを施し、画像上のマーキングのピッチを測定し、下式より算出した。スリップ率は１２％未満が実用上問題のない範囲内であり、１０％以下が好ましい。
スリップ率（％）＝｛１−（測定結果）／（ローラ外径×熱膨張×π）｝×１００
用紙：ＮＳ１０００（２０９ｇ／ｍ^２紙）
システム速度：７２ｍｍ／ｓ。

・分離性
印字の際、先端余白量を０〜４ｍｍの範囲内で変化させ、定着装置内での分離不良について観察し、評価した。
用紙：ＸＥＲＯＸ ＳＴ紙（５２ｇ／ｍ^２）
システム速度：１４４ｍｍ／ｓ。
○：分離不良は全く発生しなかった；
×：分離不良が発生した。

・定着性
印字された２層ベタ画像（ＹＭ）を光沢度測定器（村上色彩技術研究所製ＧＭＸ−２０２）にて評価した。
用紙：ＸＥＲＯＸ ＳＴ紙（５２ｇ／ｍ^２）
システム速度：１４４ｍｍ／ｓ。
○：全面にて光沢が良好であった；
△：一部で光沢不足が発生した（実用上問題なし）；
×：全面にて光沢不良が発生した。

表に記載の押圧部材の位置は、加熱ローラ軸に対して垂直な断面図において、剛性部材３２の平坦面３０１を表す直線の中央点と、加熱ローラの軸を通る水平線との距離を示すものとする。
押圧力は、押圧部材３１全体としての加熱ローラ１１に対する押圧力である。押圧力は押圧力印加のために用いるばねの力量と加圧機構の構成（加圧レバー比等）から求めることができる。

本発明の画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。 本発明の定着装置の一実施形態を示す概略模式図である。 図２に示す定着装置における押圧部材の概略拡大模式図である。

符号の説明

１：潜像担持体、２：帯電装置、３：露光装置、４：現像装置、５：転写装置、６：清掃装置、７：カセット、８：給紙ローラ、９：タイミングローラ対、１０：定着装置、１１：加熱ローラ、１２：芯体、１３：弾性層、１４：加熱源、２１：定着ベルト、３１：押圧部材、３２：剛性部材、３３：弾性部材、３４：支持部材、３５：台座部。

Claims (3)

1. 円筒状芯体および該芯体の表面に形成された弾性層を有し、内部に配設された加熱源により加熱される加熱ローラ；
   無端ベルト状に形成された定着ベルト；および
   該定着ベルトの内部から定着ベルトを加熱ローラの表面に押圧して加熱ローラとの間にニップ部を形成する剛性部材、および該剛性部材にニップ部における加熱ローラ回転方向上流側で隣接して配設されて剛性部材と共に加熱ローラとの間にニップ部を形成する弾性部材を有する押圧部材を備え、
   ニップ部における加熱ローラと定着ベルトとの間に、未定着トナーを担持した記録媒体を入射させることによりトナーの定着を行う定着装置であって、
   押圧部材の剛性部材が押圧する方向を加熱ローラの回転中心方向よりもニップ部の記録媒体入口側に向けたことを特徴とする定着装置。
2. 弾性部材が剛性部材よりも押圧方向に０．７ｍｍ以上突出している請求項１に記載の定着装置。
3. 請求項１または２に記載の定着装置を備えた画像形成装置。

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