JP2009122233A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成でニップ部の長手方向における面圧分布が良好になる定着装置。
【解決手段】弾性層を有すると共に加熱手段を有して回転する定着ローラと、前記定着ローラによって駆動されて回転する無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトを内周面側から加圧して前記定着ベルトを前記定着ローラに圧接させる加圧部材と、前記加圧部材に対して記録材の搬送方向下流側に配置され、前記定着ベルトを内周面側から押圧して前記定着ベルトを前記定着ローラに圧接させ、前記定着ローラの弾性層を弾性変形させる分離部材と、前記分離部材における前記定着ベルト側の端面に対して逆側となる端面を支持する支持部材と、を備え、前記定着ローラと前記定着ベルトとの間に形成されたニップ部で記録材上のトナー像を定着する定着装置において、前記分離部材は同じ材質で構成されると共に、前記支持部材側に複数の空間を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、定着ベルトを有するＦＢＮＦ方式の定着装置、及び該定着装置を備えた画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの諸機能を備えた複合機等の電子写真方式の画像形成装置においては、原稿に対応した潜像を感光体ドラムに形成し、この潜像にトナーを付与することによって顕像化し、この顕像化されたトナー像を記録材上に転写し、この後、記録材上のトナー像を定着して排紙している。

また、カラー画像を形成する場合には、原稿色に対応したＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの潜像を４個の感光体ドラムに形成し、顕像化された４色のトナー像を無端状の中間転写ベルトに一次転写した後、記録材上に二次転写して、記録材上に転写されたトナー像を定着して排紙している。

このようにトナー像を定着する定着装置として、ハロゲンランプ等の加熱手段を内蔵した定着ローラと、定着ローラを加圧する加圧ローラとによって形成されたニップ部で、トナー像が転写された記録材を挟持・搬送しながら、加熱・加圧する熱ローラ定着方式の定着装置があり、このような定着装置は構成が簡便であるため、広く利用されている。

ところで、このような定着装置において、高速化を図るためにはトナーと記録材に充分な熱量を供給する必要があり、このためにはニップ幅を広くする必要がある。ニップ幅を広くするためには、加圧ローラが定着ローラを加圧する荷重や、加圧ローラ内のシリコーンゴム等から形成された弾性層の厚みや、二つのローラの径等を増大させることが考えられる。

しかし、加圧ローラの荷重や弾性層の厚みを増大させると、軸方向のニップ幅が不均一になることがあり、定着ムラや記録材のしわが発生する虞がある。また、ローラの径を増大させると、定着装置が大型化するばかりでなく、ウォーミングアップタイムが長くなるという問題がある。

この問題を解決するために、外周面にシリコーンゴムから形成された弾性層を有し中央にハロゲンランプ等の加熱手段を内蔵して回転する定着ローラと、定着ローラによって駆動されて回転する無端状の定着ベルトと、定着ベルトの内側から定着ベルトを介して定着ローラを押圧する加圧パッドとを備え、定着ローラと定着ベルトとにより形成されたニップ部で、トナー像が転写された記録材を挟持・搬送しながら加熱・加圧する、所謂ＦＢＮＦ（Ｆｒｅｅ Ｂｅｌｔ Ｎｉｐ Ｆｕｓｅｒ）方式の定着装置が特許公報に開示されている（例えば、特許文献１参照）。

この定着装置によれば、加圧パッドにより定着ローラに押圧された定着ベルトが弾性変形し、定着ローラと定着ベルトとの間に幅広のニップ部が形成される。従って、高速化に対応でき、定着装置が大型化することもない。更に、定着ベルトの熱容量が小さいので、ウォーミングアップタイムが短縮し、省エネになる。
特開２００６−８４６５５号公報

定着装置においては、ニップ部を通過した記録材が溶融トナーの粘着力によって定着ローラに張り付いてしまうことがある。これを防止するために、ＦＢＮＦ方式の定着装置においては、加圧パッドに対して記録材の搬送方向下流側に、定着ベルトを内周面側から定着ローラの方向に押圧して定着ベルトを定着ローラに圧着させ、定着ローラの弾性層を大きな曲率で凹状に弾性変形させる分離部材を配置したものがある。これにより、分離爪等の格別の分離部材を設けずに、記録材を定着ローラから分離させることが可能になる。

また、分離部材における定着ベルト側の端面に対して逆側の端面を支持する支持部材が設けられている。分離部材は定着ローラの弾性層の反力を受け、且つ、分離部材は比較的高い剛性を有しているので、支持部材は強い押圧力を受け、撓みが生じやすい。支持部材は長手方向（記録材の搬送方向と直交する方向）に高い平面度になるように加工されているが、加工誤差や組立誤差があり、ニップ部の長手方向において面圧分布のバラツキが生ずる。この面圧分布のバラツキが大きいと、記録材の分離が不充分になる場合があり、また、記録材に光沢ムラや皺が発生することがある。

この問題を解決するために、特許文献１においてはフッ素ゴムやシリコーンゴムで形成され分離部材を弾性支持する弾性支持部材を設け、この弾性支持部材の弾性変形により支持部材の撓みを吸収してニップ部の面圧分布を均一化している。

しかし、このような弾性支持部材を設けると、この部材は長手方向において均一な弾性が要求され、高価な部品となる。また、長期にわたって押圧されるので、ゴム固有の特性により耐久性に関しても充分でない。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で支持部材の撓みによる影響を吸収する部位を分離部材に設け、ニップ部の長手方向における面圧分布が良好になる定着装置、及び該定着装置を備えた画像形成装置を提案することを目的とする。

前記目的は、下記に記載した発明により達成される。
１．弾性層を有すると共に加熱手段を有して回転する定着ローラと、
前記定着ローラによって駆動されて回転する無端状の定着ベルトと、
前記定着ベルトを内周面側から加圧して前記定着ベルトを前記定着ローラに圧接させる加圧部材と、
前記加圧部材に対して記録材の搬送方向下流側に配置され、前記定着ベルトを内周面側から押圧して前記定着ベルトを前記定着ローラに圧接させ、前記定着ローラの弾性層を弾性変形させる分離部材と、
前記分離部材における前記定着ベルト側の端面に対して逆側となる端面を支持する支持部材と、
を備え、
前記定着ローラと前記定着ベルトとの間に形成されたニップ部で記録材上のトナー像を定着する定着装置において、
前記分離部材は同じ材質で構成されると共に、前記支持部材側に複数の空間を有することを特徴とする定着装置。
２．前記分離部材における空間は、長手方向に連設された複数の空孔であることを特徴とする１に記載の定着装置。
３．前記分離部材における空間は、長手方向に連設された複数の櫛歯状の空間であることを特徴とする１に記載の定着装置。
４．前記分離部材における変形する部位は、長手方向に他の部位より薄く形成された薄肉部であることを特徴とする１に記載の定着装置。
５．１〜４の何れか１項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。

本発明の定着装置及び画像形成装置によれば、簡単な構成で支持部材の撓みによる影響を吸収し、ニップ部の長手方向における面圧分布が良好になる。従って、記録材の分離が不充分になったり、記録材に光沢ムラや皺が発生したりすることがない。

以下に本発明の定着装置に関する実施の形態を図を参照して説明する。

先ず、本発明の定着装置を用いた画像形成装置の一例を図１の構成図に基づいて説明する。

本画像形成装置は画像形成装置本体ＧＨと画像読取装置ＹＳとから構成される。

画像形成装置本体ＧＨは、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ、ベルト状の中間転写体６、給紙搬送手段及び定着装置９等からなる。

画像形成装置本体ＧＨの上部には、自動原稿送り装置２０１と原稿画像走査露光装置２０２から成る画像読取装置ＹＳが設置されている。自動原稿送り装置２０１の原稿台上に載置された原稿ｄは搬送手段により搬送され、原稿画像走査露光装置２０２の光学系により原稿の片面又は両面の画像が走査露光され、ラインイメージセンサＣＣＤに読み込まれる。

ラインイメージセンサＣＣＤにより光電変換されて形成された信号は、画像処理部において、アナログ処理、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等が行われた後、露光手段３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋに送られる。

イエロー（Ｙ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｙは、感光体ドラム１Ｙの周囲に帯電手段２Ｙ、露光手段３Ｙ、現像手段４Ｙ及びクリーニング手段８Ｙを配置している。マゼンタ（Ｍ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｍは、感光体ドラム１Ｍの周囲に帯電手段２Ｍ、露光手段３Ｍ、現像手段４Ｍ及びクリーニング手段８Ｍを配置している。シアン（Ｃ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｃは、感光体ドラム１Ｃの周囲に帯電手段２Ｃ、露光手段３Ｃ、現像手段４Ｃ及びクリーニング手段８Ｃを配置している。黒（Ｋ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｋは、感光体ドラム１Ｋの周囲に帯電手段２Ｋ、露光手段３Ｋ、現像手段４Ｋ及びクリーニング手段８Ｋを配置している。そして、帯電手段２Ｙと露光手段３Ｙ、帯電手段２Ｍと露光手段３Ｍ、帯電手段２Ｃと露光装置３Ｃ、及び帯電手段２Ｋと露光装置３Ｋは、潜像形成手段を構成する。

なお、現像手段４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及び黒（Ｋ）の小粒径のトナーとキャリアからなる２成分現像剤を内包する。

中間転写体６は、複数のローラにより巻回され、回動可能に支持されている。

定着装置１００は、加熱された定着ローラ１０１と定着ベルト１０２との間に形成されたニップ部で記録紙（記録材）Ｐ上のトナー像を加熱・加圧して定着する。

かくして、画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋより形成された各色の画像は、回動する中間転写体６上に転写手段７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋにより逐次転写されて（１次転写）、カラー画像合成されたトナー像が形成される。給紙カセット２０内に収容された記録紙Ｐは、給紙手段２１により給紙され、給紙ローラ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，レジストローラ２３等を経て、転写手段７Ａに搬送され、記録紙Ｐ上にカラー画像が転写される（２次転写）。カラー画像が転写された記録紙Ｐは定着装置１００において加熱・加圧され、記録紙Ｐ上のカラートナー像が定着される。その後、排紙ローラ２４に挟持されて機外の排紙トレイ２５上に載置される。

一方、転写手段７Ａにより記録紙Ｐにカラー画像を転写した後、記録紙Ｐを曲率分離した中間転写体６は、クリーニング手段８Ａにより残留トナーが除去される。

なお、以上はカラー画像を形成する画像形成装置であったが、モノクロ画像を形成する画像形成装置であってもよいし、中間転写体を用いても用いなくてもよい。

次に、本発明の定着装置１００の主要構成の実施の形態を図２を参照して説明する。図２は定着ベルト１０２等の幅方向に対して直交する断面図である。

定着ローラ１０１は、中央にハロゲンランプ（加熱手段）Ｈを内蔵し、アルミニュウムや鉄等から形成された円筒状芯金１０１Ａと、円筒状芯金１０１Ａを被覆し耐熱性の高いシリコーンゴムから成る弾性層１０１Ｂと、更に弾性層１０１Ｂを被覆しＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）若しくはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂から成る離型層１０１Ｃと、により構成されている。

定着ベルト１０２は、ポリイミドにより形成された基体と、基体の外表面を被覆するＰＦＡ若しくはＰＴＦＥで形成された離型層とにより構成されていて、無端状に形成されている。

加圧パッド１０３（加圧部材）は、例えば硬度ＪＩＳＡ約１０°のシリコーンゴムから形成され、ステンレスから形成されたベース板金１０４、及び耐熱樹脂から形成されたベース部材１０５と共に、耐熱樹脂から形成されたホルダー１０８に保持されている。また、ベース部材１０５の裏面には圧縮バネ１０６が配置されている。

分離部材１０７は定着された記録紙Ｐの分離性を向上させるために、加圧パッド１０３に対して記録紙Ｐの搬送方向下流側に配置されている。分離部材１０７はＰＰＳ、ポリイミド、ポリエステル、ポリアミド等の耐熱樹脂若しくはアルミニュウム等の金属を用い、先端部が曲率の大きい円弧に形成されている。また、ホルダー１０８，１０９を保持する金属製のフレーム１１０が中央に配置され、分離部材１０７における定着ベルト１０２側の端面に対して逆側の端面はフレーム１１０（支持部材）により支持されている。

摺動部材１１１は、ガラス繊維シートをフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）やテフロン（登録商標）でコーティングして形成され、定着ベルト１０２の内周面と加圧パッド１０３との間、及び定着ベルト１０２の内周面と分離部材１０７との間に配置され、一端がフレーム１１０に固定されている。

オイルパッド１１２はスポンジ等から形成されてシリコーンオイル等からなる潤滑剤を含浸し、ホルダー１０９に保持され、定着ベルト１０２の内周面に圧着している。

なお、定着ベルト１０２の回転時に、ホルダー１０８は摺動部材１１１を介して定着ベルト１０２を案内し、ホルダー１０９は定着ベルト１０２を直接案内する案内部材としての機能も有する。

このように構成された定着装置１００において、ハロゲンランプＨにより加熱され、不図示の駆動手段によって駆動された定着ローラ１０１が時計方向に回転する。また、加圧パッド１０３が圧縮バネ１０６によりベース板金１０４及びベース部材１０５を介して押圧され、加圧パッド１０３は摺動部材１１１を介して定着ベルト１０２を定着ローラ１０１に押圧する。更に、分離部材１０７が摺動部材１１１を介して定着ベルト１０２を定着ローラ１０１を押圧する。

従って、定着ベルト１０２は、定着ローラ１０１の回転によって反時計方向に回転し、加圧パッド１０３により定着ローラ１０１に押圧されて弾性変形するので、定着ベルト１０２と定着ローラ１０１との間に幅広のニップ部Ｎが形成される。そして、搬送された記録紙Ｐ上の未定着トナーはニップ部Ｎで加熱・加圧されて定着される。

また、分離部材１０７が摺動シート１１１を介して定着ベルト１０２を定着ローラ１０１を押圧し、定着ローラ１０１の弾性層１０１Ｂと離型層１０１Ｃとを曲率の大きい凹状に弾性変形させる。従って、ニップ部Ｎで定着された記録紙Ｐは分離爪等を用いずとも定着ローラ１０１から確実に剥離して分離する。

また、定着ベルト１０２の内周面は回転時に摺動部材１１１に摺動するが、摺動部材１１１は摩擦係数が小さいので、両者の間の摺動抵抗は小さい。更に、オイルパッド１１２から潤滑剤としてのシリコーンオイルが定着ベルト１０２の内周面と摺動部材１１１の外表面に供給されるので、更に摺動抵抗は小さくなる。

次に、画像形成装置の出荷時や、記録紙のジャム処理時や、メインテナンスのときのために、定着ベルト１０２を加圧パッド１０３や分離部材１０７等と共に定着ローラ１０１より離間させ、定着ベルト１０２による定着ローラ１０１への圧着を解除させる圧着解除機構が設けられている。この圧着解除機構を図３を参照して説明する。図３（ａ）は定着装置の使用時の状態の図で、図３（ｂ）は定着ベルト１０２による定着ローラ１０１への圧着を解除した図である。

図３（ａ）において、回動部材１１７は支軸１３１に軸支されて回動可能である。そして、回動部材１１７の端部１１７Ａが圧縮バネ１３２により押圧され、回動部材１１７は反時計方向に付勢されている。従って、前述のフレーム１１０を支持するフレーム支持部材１１６を介して定着ベルト１０２も回動し、定着ベルト１０２は定着ローラ１０１に圧着する。

一方、定着ベルト１０２による定着ローラ１０１への圧着を解除するときは、図３（ｂ）に示す如く、カム１３３を回転させる。カム１３３が回転すると、回動部材１１７の底部１１７Ｂがカム１３３によって押圧され、回動部材１１７は圧縮バネ１３２の付勢力に抗して時計方向に回動する。従って、フレーム支持部材１１６を介して定着ベルト１０２も回動し、定着ベルト１０２は定着ローラ１０１より離間するので、定着ベルト１０２による定着ローラ１０１への圧着が解除される。

このようにして、ニップ部Ｎへの押圧力は圧縮バネ１０５によるバネ圧と圧縮バネ１３２によるバネ圧により定まる。

以上の如き定着装置において、分離部材１０７は定着ローラ１０１の弾性層１０１Ｂの反力を受け、且つ、分離部材１０７は比較的剛性の高い材質で形成されているので、フレーム１１０は強い押圧力を受け、撓みが生じやすい。フレーム１１０は長手方向（記録材Ｐの搬送方向と直交する方向）に高い平面度になるように形成されているが、加工誤差や組立誤差があり、ニップ部Ｎの長手方向において面圧分布のバラツキが生ずる。この面圧分布のバラツキが大きいと、記録材Ｐの分離が不充分になる場合があり、また、記録材Ｐに光沢ムラや皺が発生することがある。

この問題を解決するために、分離部材１０７は同じ材質で構成されると共に、フレーム１１０側に複数の空間を有している。

即ち、分離部材１０７の側面図である図４に示す如く、分離部材１０７に複数の空孔１０７Ａをフレーム１１０の近傍における長手方向に連設している。これによって、分離部材１０７が定着ベルト１０２を定着ローラ１０１に圧接させたとき、定着ローラ１０１の反力によりフレーム１１０が撓んでも、フレーム１１０が山状に撓んだ部所に対応する空孔１０７Ａが押しつぶされ変形する。従って、フレーム１１０に撓みがあっても、ニップ部Ｎの長手方向における面圧分布は均一になる。

なお、分離部材１０７はフレーム１１０により定着ベルト１０２を介して定着ローラ１０１を押圧するが、フレーム１１０は必然的に両端支持になるので、定着ローラ１０１への押圧力は両端部より中央部の方が低くなる。この差を是正するために、分離部材１０７の定着ベルト１０２側の端面１０７Ｂを中央部が両端部より高い円弧状に形成している。

また、図４においては空孔１０７Ａが長手方向に２列に連設されているが、１列であっても３列以上に連設されていてもよい。

更に、空孔１０７Ａが１列の場合や、２列以上であっても隣り合う空孔１０７Ａが離れている場合に、二つの空孔１０７Ａの間にフレーム１１０の山状に撓んだ部分のピークが位置することもあり得る。しかし、狭い範囲で尖っていて直ちに発見されるような凸部が形成されたフレーム１１０は定着装置の組み立て前に排除される。従って、フレーム１１０の撓みによってピッチの大きい山部のピークが隣り合う二つの空孔１０７Ａの間に位置しても、隣り合う二つの空孔１０７Ａや、更にこれらに隣り合う空孔１０７Ａが共に変形するので、ニップ部Ｎの長手方向における面圧分布の均一化に影響することはない。

次に、このような空孔１０７Ａを有する分離部材１０７を設けた場合と、特許文献１に記載の如く分離部材を弾性支持する弾性支持部材を設けた場合との比較実験を行ったので実験結果を記す。

図５は二つの形状・寸法を示す図であり、図５（ａ）は空孔１０７Ａを有する分離部材１０７の図、図５（ｂ）は分離部材５０７と弾性支持部材５０８の図である。なお、寸法の数字の単位はｍｍである。また、分離部材１０７及び分離部材５０７は液晶ポリマーで、弾性支持部材５０８は硬度６０°（ＪＩＳ Ｋ６２５３）の耐熱フッ素ゴムから形成されている。

また、両者を組み込んだ定着装置におけるフレーム１１０の平面度は共に０．３ｍｍ以下である。

このような条件で両者を組み込んだ定着装置を図１の如き画像形成装置に各々組み込み、各々３０万コピーを行った。

この結果、ニップ部Ｎの長手方向における面圧分布は、分離部材１０７の場合は０％で均一のままであったが、分離部材５０７の場合は１０％のバラツキが生じた。これは、弾性支持部材５０８が劣化し硬度にバラツキが生じたものと思われる。

なお、以上の如く説明した分離部材１０７の空孔１０７Ａは円形であったが、円形に限定されるものではなく、楕円であっても四角形であっても、どのような形状であってもよい。

また、分離部材２０７における複数の空間としては、前述の空孔１０７Ａに限定されるものではなく、図６に示す如く、分離部材２０７におけるフレーム１１０側の端面に複数の櫛歯状の空間を連設してもよい。この場合は押圧力によって櫛歯２０７Ａが撓むので、同様な効果が得られる。

更に、不図示であるが、分離部材におけるフレーム１１０側の部分を他の部分より薄い薄肉部を形成してもよい。この場合は押圧力によって薄肉部が厚み方向に撓むので、同様な効果が得られる。

画像形成装置の構成図である。 定着装置の断面図である。 圧着解除機構の図である。 空孔を有する分離部材の側面図である。 実験に用いた分離部材の寸法図である。 櫛歯を有する分離部材の側面図である。

符号の説明

１００ 定着装置
１０１ 定着ローラ
１０１Ｂ 弾性層
１０２ 定着ベルト
１０３ 加圧パッド
１０７，２０７ 分離部材
１０７ 空孔
１１０ フレーム
２０７Ａ 櫛歯
Ｈ ハロゲンランプ
Ｎ ニップ部

Claims (5)

1. 弾性層を有すると共に加熱手段を有して回転する定着ローラと、
   前記定着ローラによって駆動されて回転する無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトを内周面側から加圧して前記定着ベルトを前記定着ローラに圧接させる加圧部材と、
   前記加圧部材に対して記録材の搬送方向下流側に配置され、前記定着ベルトを内周面側から押圧して前記定着ベルトを前記定着ローラに圧接させ、前記定着ローラの弾性層を弾性変形させる分離部材と、
   前記分離部材における前記定着ベルト側の端面に対して逆側となる端面を支持する支持部材と、
   を備え、
   前記定着ローラと前記定着ベルトとの間に形成されたニップ部で記録材上のトナー像を定着する定着装置において、
   前記分離部材は同じ材質で構成されると共に、前記支持部材側に複数の空間を有することを特徴とする定着装置。
2. 前記分離部材における空間は、長手方向に連設された複数の空孔であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記分離部材における空間は、長手方向に連設された複数の櫛歯状の空間であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
4. 前記分離部材における変形する部位は、長手方向に他の部位より薄く形成された薄肉部であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
5. 請求項１〜４の何れか１項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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