JP2009103982A - 定着装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】封筒しわの発生が低減できる定着装置を提供する。
【解決手段】加熱ローラ１、加圧ベルト２、加圧ベルト２の一部を加熱ローラ１側に加圧する加圧パッド６、加圧パッド６を弾性付勢する加圧バネ８を備えた定着装置において、加圧パッド６で加圧ベルト２を加熱ローラ１側に加圧して形成されたニップ部の入口側と出口側の両端部１３の弾性層の断面形状が凸形状、ニップ部の中央部１４の弾性層の断面形状が凹形状となることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真技術を利用した複写機やプリンタなどの画像形成装置に係り、特に定着装置内で発生する被記録媒体のしわを低減するのに好適な定着装置に関するものである。

画像形成装置における定着装置では、小径の加熱ローラに加圧ベルトを巻きつけてニップ部を確保するため、ニップ部の曲率が小さく、その結果、複数枚の用紙が重なった封筒を通すと、加熱ローラと当接する表面と、加圧ベルトと当接する裏面で曲率による速度差が発生し、封筒にしわが発生することがある。近年、画像形成装置は小型化、高速化が要求され、定着装置においては、小径の加熱ローラに加圧ベルトを介して用紙を押し当てて定着を行うベルト方式が多く採用されており、封筒しわの発生率がより大きくなっている。

図８は、従来の定着装置において加圧ベルトと加熱ローラのニップ部へ搬送される封筒を示した拡大断面図である。

同図に示すように、シームレス状の加圧ベルト２の一部がその内側から加圧パッド６によって加熱ローラ１側に加圧されて、ニップ部ｈを形成している。厚さｔの封筒表面層３４ａと厚さｔの封筒裏面層３４ｂの２枚重ねになった封筒が、このニップ部ｈを通過する間に封筒上のトナーが溶融して定着が行われる。

この構成より封筒の表面は加熱ローラ１の半径ｒで搬送され、封筒の裏面は紙厚２ｔの分だけ大きい半径（ｒ＋２ｔ）で搬送される。従って表面と裏面の速度比はｒ+２ｔ／ｒとなる。このことから加熱ローラ１の半径が小さいほど、紙厚による影響が大きくなり、表面と裏面の速度差による表裏搬送量差ｍが生じ、そのために封筒しわが発生する。

この定着時のしわを低減するため、種々の提案がなされている。例えば特開平７−２６１５２９号公報に記載のように、加熱ローラとバックアップローラの２本の定着ロ−ラをそれぞれ駆動ローラとして駆動させ、ニップ部における２本の定着ロ−ラの表面速度を一致させることによりの封筒しわを低減する構成が提案されている。
特開平７−２６１５２９号公報

しかし前記の構成では、部品点数が増大し、組立工程も複雑化し、コスト高を招くなどの問題がある。

本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、小型、安価な構成でしわの発生を有効に低減できる定着装置ならびにそれを備えた画像形成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、内部に発熱体を有し、外周部に弾性層を形成した加熱ローラと、
その加熱ローラの弾性層に圧接してニップ部を形成する加圧ベルトと、
その加圧ベルトの内側に挿入されて加圧ベルトの一部を加熱ローラ側に加圧する加圧パッドと、
その加圧パッドを加熱ローラ側に弾性付勢する加圧バネを備え、
トナーを付着した被記録媒体が前記ニップ部を挿通することにより加熱と加圧でトナーが被記録媒体に定着される定着装置において、
前記加圧パッドで加圧ベルトの一部を加熱ローラ側に加圧して形成されたニップ部の前記被記録媒体の入口側と出口側の両端部の前記弾性層の断面形状が凸形状、ニップ部の中央部の前記弾性層の断面形状が凹形状となる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、前記ニップ部の両端部での加熱ローラの半径ｒと、ニップ部の中央部での加圧ベルトの半径ｒ´がほぼ等しい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または第２の手段において、前記加圧パッドが、前記加熱ローラの弾性層よりも柔らかい第１加圧部材と、加熱ローラの弾性層よりも硬い第２加圧部材を有し、前記第１加圧部材が前記ニップ部の両端部と対応する位置に設置されて、前記第２加圧部材が前記ニップ部の中央部と対応する位置に設置されていることを特徴とするものである。

本発明の第４の手段は前記第３の手段において、前記第１加圧部材の略中央部に長穴が形成され、その長穴に前記第２加圧部材に設けた突起部が挿入され、その突起部の先端部が第１加圧部材の前記加熱ローラと対向する側面近くにあることを特徴とするものである。

本発明の第５の手段は前記第４の手段において、前記第１加圧部材の長穴と第２加圧部材の突起部との間にギャップが形成されていることを特徴とするものである。

本発明の第６の手段は前記第４または第５の手段において、前記第１加圧部材の前記加熱ローラと対向する側面が加熱ローラの外周面にほぼ沿って凹状に湾曲していることを特徴とするものである。

本発明の第７の手段は前記第１ないし第６の手段において、前記被記録媒体が２層以上重なり合った被記録媒体であることを特徴とするものである。

本発明の第８の手段は前記第７の手段において、前記被記録媒体が封筒であることを特徴とするものである。

本発明の第９の手段は、トナー像を形成する感光体と、その感光体の表面を一様に帯電する帯電器と、帯電した感光体の表面を露光して静電潜像を形成する光学ユニットと、前記静電潜像にトナーを付着してトナー像を形成する現像器と、前記トナー像を被記録媒体側に転写する転写器と、転写したトナー像を被記録媒体に定着する定着装置を備えた画像形成装置において、
前記定着装置が前記第１ないし第８の手段の定着装置であることを特徴とするものである。

本発明は前述のような構成になっており、小型、安価な構成でしわの発生を有効に低減できる定着装置ならびにそれを備えた画像形成装置を提供することができる。

小型で多種用紙の高速、高画質カラー定着を実現するとともに、封筒などでのしわの発生を低減するという目的を、加圧部材を弾性体と非弾性体で構成し、加熱ローラの表面の弾性変形よりも大きく弾性変形する部分と、弾性変形しない部分をニップ部に設けることで、加熱ローラの圧力分布を変化させ、ニップ部の曲率半径を大きくできる構成とした。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図５により説明する。先ず、本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成について図５を用いて説明する。

同図に示すように画像形成装置本体３７は、現像器３８〜４１、光学ユニット４２、帯電器４３、感光ベルト４４、転写ベルト４５、レジストローラ４６、転写ローラ４７、除電器４８、定着装置１０、排紙ローラ５０及び給紙カセット５１を主たる構成部品としており、所定の位置に設置されている。

次に画像形成装置本体３７の動作について説明する。ここには示していないホストコンピュータからの印字開始信号により、帯電器４３は感光ベルト４４の表面を一様に帯電する。光学ユニット４２はホストコンピュータから送られて来る印字データによって、感光ベルト４４の上に静電潜像を形成する。形成された静電潜像は、現像器３８〜４１の何れか一つが選択されてトナーの付着により現像される。

感光ベルト４４はここには示していない駆動源（モータ）によって回転し、転写ベルト４５の上に感光ベルト４４上のトナーを転写する。カラー印字の場合は、現像器３８〜４１を切り替えながら、この工程を３〜４回繰り返す。転写ベルト４５上には、単色または複数色のトナーによる可視像（トナー像）が形成され、転写が終了する時点或はその事前に、給紙カセット５１から用紙３２が給紙ローラ５３により引き出され、レジストローラ４６の位置で待機する。

転写ベルト４５上に形成された可視像（トナー像）の位置が、用紙３２上への転写位置と合致するタイミングを見計らって、レジストローラ４６の位置に待機していた用紙３２は再び搬送を開始し、転写ローラ４７の位置で可視像を用紙３２側に転写する。

除電器４８により用紙３２は転写ベルト４５から剥離し、定着装置１０によりトナーが用紙３２に定着され、画像が形成された用紙３２は排紙ローラ５０により図中矢印Cの方向に排出され、排紙トレイ５４に積層される。

次に、この画像形成装置に用いる定着装置１０の構成について図１を用いて説明する。同図に示すよう定着装置１０は、加熱ローラ１、加圧ベルト２、入口ガイド３、剥離ガイド４、加圧パッド６、出口ガイド７、下ケース３３から主に構成される。

加熱ローラ１は、厚さ０．５ｍｍのバイプ状の芯金１ａの上に、厚さ０．８ｍｍ、ＪＩＳ硬度２０度のシリコ−ンゴムからなる弾性層１ｂで被覆された外径２６.６ｍｍの弾性ローラである。加熱ローラ１は図示していない駆動源により矢印Ａの方向へ回転する。内部にヒータ５を有し、この熱によってトナーを溶融する。

加熱ローラ１の周囲には、用紙３２のガイド機能を有する下ケース３３と、加熱ローラ１の通紙部に接触して加熱ローラ１の表面温度を高精度に検知することでヒータ５の発熱を制御する接触式サーミスタ３１と、加熱ローラ１の表面との間にギャップＧを形成して、定着後の用紙３２を加熱ローラ１から剥離して案内する剥離ガイド４が所定位置に配置されている。

加圧ベルト２は、内径３０ｍｍのシームレスのポリイミドベルトから構成され、その表面にはトナーとの離型性を確保するため、４フッ化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（ＰＦＡ）の膜が被覆されている。

加圧ベルト２は、表面が加熱ローラ１の曲率に対応して湾曲形状を有する加圧パッド６によって、加熱ローラ１に対して巻きつき角度θで当接し、トナー９を溶融するためのニップ部ｈを形成している。そのため加熱ローラ１が小径でも定着する速度に必要なニップ部ｈの幅が確保でき、定着装置の小型化が図れる一方、高速定着が可能となる。本実施形態では、ニップ幅（ｈ）＝９〜１３ｍｍ、巻きつき角度θ=４５°〜５０°で定着速度２００ｍｍ/ｓを実現している。

以上の構成により、未定着のトナー９が転写された用紙３２は、入口ガイド３と下ケース３３のガイドにより矢印Ｂ方向へ搬送され、ニップ部ｈでトナー９が用紙３２に溶融定着されたのち、剥離ガイド４により加熱ローラ１から剥離されて排出される構成となっている。

次に本発明に係わる封筒しわ低減手段について、図１〜４を用いて説明する。図２ならびに図３は加圧ベルト２と加熱ローラ１のニップ部ｈへ搬送される封筒の状態を示した拡大断面図、図４は加圧パッド６の分解斜視図である。

加圧パッド６は加圧ベルト２の内側に挿入配置されて、加圧ベルト２よりも長く形成され、加圧パッド６の両端部が加圧ベルト２の両端部から若干突出している。

加圧パッド６は、弾性層６ａと弾性層支持部材６ｂと押し部材６ｃとから構成されている。前記弾性層６ａは例えばＪＩＳ硬度１０度のシリコーンゴムの成形体からなり、前記加熱ローラ１の弾性層１ｂよりも柔らかくなっている。弾性層６ａの長手方向と直交する方向の断面形状が加熱ローラ１の曲率にほぼ対応して凹状の湾曲形状になっており、それの長手方向に沿って長穴１２´が形成されている（図２〜４参照）。

前記弾性層支持部材６ｂは合成樹脂の成形体からなり、長手方向と直交する方向の断面形状がコの字状をしており、それの長手方向に沿って長穴１２が形成されている（図３〜４参照）。

前述のように弾性層６ａの加熱ローラ１と対向する側面は加熱ローラ１の曲率にほぼ対応した湾曲面６ａ´となっており、これを設けることにより、加熱ローラ１が小径でも定着する速度に必要なニップ幅ｈが得られ、定着装置の小型化と高速定着が可能となる。弾性層６ａは弾性層支持部材６ｂの加熱ローラ１と対向する側の側面に一体成形により固着され、弾性層６ａの長穴１２´と弾性層支持部材６ｂの長穴１２は位置的に一致している（図２、図３参照）。

前記押し部材６ｃは例えばアルミニウムからなり、それの中央部に突起部６ｃ´を有する断面形状がＴ字状をしており、突起部６ｃ´は押し部材６ｃの長手方向に沿って延びている（図４参照）。このように押し部材６ｃは、加熱ローラ１の弾性層１ｂよりも硬い材料で構成されている。長穴１２、１２´ならびに突起部６ｃ´の長手方向の長さは、加圧ベルト２の幅と略同寸かそれよりも若干長く設計されている。

図２に示すように、押し部材６ｃは弾性層支持部材６ｂの内側に収納され、突起部６ｃ´が弾性層支持部材６ｂの長穴１２から弾性層６ａの長穴１２´にかけて挿入され、長穴１２、１２´との間にギャップＦ、Ｆ´を形成している。突起部６ｃ´の先端部は、弾性層６ａの側面と略面一か或いはそれよりも若干突出している。この状態で押し部材６ｃは弾性層支持部材６ｂの内側に接着固定される。

このようにして構成された加圧パッド６が加圧ベルト２内に挿入され、加圧ベルト２から突出した加圧パッド６の両端部にそれぞれ加圧バネ８の一端部が当接し、加圧バネ８の他端部は固定部１１の固定される（図１参照）。これにより加圧ベルト２は、加圧パッド６を介して所定の荷重で加熱ローラ１側に弾性付勢され、所定幅のニップ部ｈが形成される。

図３は、このニップ部ｈに封筒を挿通している状態を示す拡大断面である。同図に示すように、厚さｔの封筒表面層３４ａと厚さｔの封筒裏面層３４ｂの２枚重ねになった封筒が、ニップ部ｈを通過する間に封筒上のトナーが溶融して定着が行われる。

前述のように弾性層６ａと押し部材６ｃの間にギャップＦ´（図2参照）が形成されているから、互いに干渉することなく加熱ローラ１を加圧することができる。そのためニップ部ｈの封筒３４が挿入される入口側と出口側の両端部においては、弾性層６ａの方が加熱ローラ１の弾性層１ｂよりも大きく弾性変形するため、加熱ローラ１の弾性層１ｂの両端部１３は凸形状となる。逆にニップ部ｈの中央部は、押し部材６ｃにより、加熱ローラ１の方が押し部材６ｃに従い弾性変形して中央部１４は凹形状となる。

従ってニップ部ｈの封筒搬送入口と出口において、封筒表面層３４ａと封筒裏面層３４ｂは、それぞれ加熱ローラ１の半径ｒとｒ+２ｔで搬送されるが、ニップ部ｈの中央部は加圧ベルト２の半径をｒ´としたとき、封筒裏面層３４ｂがｒ´で搬送され、封筒表面層３４ａは、ｒ´+２ｔで搬送される。

このときｒ≒ｒ´となるように加圧パッド６の構成を調整すれば、ニップ部ｈの両端部と中央部での速度比は逆になる。よって、封筒３４の表裏搬送速度が逆転する部分が発生するため、その分表裏搬送量差ｍ´が少なくなり、その結果、封筒しわを低減することができる。

また加熱ローラ１のニップ部ｈにおける表面形状を凹凸にしてニップ部の曲率半径を大きくすることができるため、小径の加熱ローラと加圧ベルトの組み合わせでも、十分なニップ幅とニップ部の曲率半径を確保することができる。

図６は、本発明の他の実施形態に係る加圧パッド６の拡大断面図である。前記実施形態では断面形状がコの字状の弾性層支持部材６ｂを使用したが、本実施形態では平板状の弾性層支持部材６ｂを使用している。

また、加圧パッド６を定着装置に組み込む前の状態では、押し部材６ｃの突起部６ｃ´の先端面は弾性層６ａの側面より若干内側に位置している。このように押し部材６ｃの先端部が弾性層６ａの側面より若干内側に位置していても、加圧パッド６を定着装置に組み込んだ状態では、前記実施形態と同様にニップ部ｈの両端部は、弾性層６ａの方が加熱ローラ１の表面の弾性変形よりも大きく変形するため、加熱ローラ１の表面は凸形状となり、逆にニップ部ｈの中央部は、押し部材６ｃ（突起部６ｃ´）により、加熱ローラ１の方が押し部材６ｃに従い弾性変形して凹形状となる。

図７は、本発明のさらに他の実施形態に係る加圧パッド６の拡大断面図である。本実施形態では前記実施形態で使用していた弾性層支持部材６ｂを省略して、弾性層６ａを押し部材６ｃの側面に直接接着剤を用いて固定したものである。

前記実施形態では押し部材６ｃに軽量のアルミニウムを用いたが、耐熱性でかつ加圧による弾性変形が加熱ローラ１の表面弾性層よりも小さければ例えば鋼材などの他の金属あるいは硬質合成樹脂など他の材料でも構わない。また、弾性層６ａについても、耐熱性で、かつ加圧による弾性変形が加熱ローラ１の表面弾性層よりも大きければ他の材料でも構わない。

前記実施形態では封筒の場合について説明したが、本発明は台紙とその表面に貼付された剥離紙から構成されるラベル紙などに印刷する場合にも適用可能である。

本発明の実施形態に係る定着装置の断面図である。 その定着装置の加圧ベルトと加熱ローラのニップ部へ搬送される封筒の状態を示した拡大断面図である。 その定着装置の加圧ベルトと加熱ローラのニップ部へ搬送される封筒の状態を示した拡大断面図である。 その定着装置に用いる加圧パッドの分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 本発明の他の実施形態に係る加圧パッドの拡大断面図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る加圧パッドの拡大断面図である。 従来の定着装置の加圧ベルトと加熱ローラのニップ部へ搬送される封筒の状態を示した拡大断面図である。

符号の説明

１・・・加熱ローラ、１ａ・・・芯金、１ｂ・・・弾性層、２・・・加圧ベルト、３・・・入口ガイド、４・・・剥離ガイド、５・・・ヒータ、６・・・加圧パッド、６ａ・・・弾性層、６ａ´・・・湾曲面、６ｂ・・・支持部材、６ｃ・・・押し部材、６ｃ´・・・突起部、７・・・出口ガイド、８・・・加圧バネ、９・・・トナー、１０・・・定着装置、１１・・・固定部、１２、１２´・・・長穴、１３・・・両端部、１４・・・中央部、３１・・・サーミスタ、３２・・・用紙、３３・・・下ケース、３４・・・封筒、３４ａ・・・封筒表面層、３４ｂ・・・封筒裏面、３７・・・画像形成装置本体、３８〜４１・・・現像器、４２・・・光学ユニット、４３・・・帯電器、４４・・・感光ベルト、４５・・・中間転写ベルト、４６・・・レジストローラ、４７・・・転写ローラ、４８・・・除電器、５０・・・排紙ローラ、５１・・・給紙カセット、５３・・・給紙ローラ、５４・・・排紙トレイ、ｈ・・・ニップ部、Ｆ・・・突起部と支持部材のギャップ、Ｆ´・・・突起部と弾性層のギャップ、ｒ・・・加熱ローラの半径、ｒ´・・・ニップ部中央部における加圧ベルトの半径。

Claims (9)

1. 内部に発熱体を有し、外周部に弾性層を形成した加熱ローラと、
   その加熱ローラの弾性層に圧接してニップ部を形成する加圧ベルトと、
   その加圧ベルトの内側に挿入されて加圧ベルトの一部を加熱ローラ側に加圧する加圧パッドと、
   その加圧パッドを加熱ローラ側に弾性付勢する加圧バネを備え、
   トナーを付着した被記録媒体が前記ニップ部を挿通することにより加熱と加圧でトナーが被記録媒体に定着される定着装置において、
   前記加圧パッドで加圧ベルトの一部を加熱ローラ側に加圧して形成されたニップ部の前記被記録媒体の入口側と出口側の両端部の前記弾性層の断面形状が凸形状、ニップ部の中央部の前記弾性層の断面形状が凹形状とな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、前記ニップ部の両端部での加熱ローラの半径ｒと、ニップ部の中央部での加圧ベルトの半径ｒ´がほぼ等しいことを特徴とする定着装置。
3. 請求項１または２に記載の定着装置において、前記加圧パッドが、前記加熱ローラの弾性層よりも柔らかい第１加圧部材と、加熱ローラの弾性層よりも硬い第２加圧部材を有し、前記第１加圧部材が前記ニップ部の両端部と対応する位置に設置されて、前記第２加圧部材が前記ニップ部の中央部と対応する位置に設置されていることを特徴とする定着装置。
4. 請求項３に記載の定着装置において、前記第１加圧部材の略中央部に長穴が形成され、その長穴に前記第２加圧部材に設けた突起部が挿入され、その突起部の先端部が第１加圧部材の前記加熱ローラと対向する側面近くにあることを特徴とする定着装置。
5. 請求項４に記載の定着装置において、前記第１加圧部材の長穴と第２加圧部材の突起部との間にギャップが形成されていることを特徴とする定着装置。
6. 請求項４または５に記載の定着装置において、前記第１加圧部材の前記加熱ローラと対向する側面が加熱ローラの外周面にほぼ沿って凹状に湾曲していることを特徴とする定着装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の定着装置において、前記被記録媒体が２層以上重なり合った被記録媒体であることを特徴とする定着装置。
8. 請求項７に記載の定着装置において、前記被記録媒体が封筒であることを特徴とする定着装置。
9. トナー像を形成する感光体と、その感光体の表面を一様に帯電する帯電器と、帯電した感光体の表面を露光して静電潜像を形成する光学ユニットと、前記静電潜像にトナーを付着してトナー像を形成する現像器と、前記トナー像を被記録媒体側に転写する転写器と、転写したトナー像を被記録媒体に定着する定着装置を備えた画像形成装置において、
   前記定着装置が請求項１ないし８のいずれか１項に記載の定着装置であることを特徴とする画像形成装置。

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