JP2009151070A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シートの材質や種類に応じて定着ニップ圧を変更し、定着装置と排紙ローラにおけるシート搬送速度の差を小さく、もしくは同期させるのに特別な排紙ローラ速度調整手段が不要で所要のシート搬送性能が得られる低コストの画像形成装置を提供する。
【解決手段】定着ローラ（第１の定着部材）４と加圧ローラ（第２の定着部材）１２との間に形成される定着ニップ部のニップ圧をシートＳの材質および種類に応じて変更し、未定着トナー像Ｔに熱と圧を加えて定着する。異なるシートＳに対応して回転を可変する加圧ローラ１２と排紙ローラ３０におけるシート搬送速度の差を小さく、もしくは同期させる。そのように同期させるのに特別な排紙ローラ速度調整手段を必要としない。所要のシート搬送性能が得られ、高速化されてシート搬送速度がアップした場合でも画像こすれを生じず、良質画像を出力できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置および複合機などの画像形成装置に関し、さらに詳しくは、その画像形成装置に備わる定着装置に関するものである。

図８は、画像形成装置に装備された定着装置１０４を示す。画像形成部で形成された現像剤像（以下、「トナー像」という）は記録紙であるシートＳに転写される。転写後のシートＳは定着装置１０４に搬送され、シートＳ上の未定着トナー像に熱と圧を加えて定着処理を行う。トナー像の定着を終えたシートＳはたとえば排紙用の搬送ローラ（以下、「排紙ローラ」という）１０５に送られ、排紙トレイなどへと排出される。

定着装置１０４では、定着ローラ１０４ａと加圧ローラ１０４ｂとの圧接面間にシートＳを挟持し、熱と圧を加えて未定着トナー像を定着させる定着ニップ部が形成される。定着ローラ１０４ａは図示しない回転駆動源からの回転動力が伝達されて回転する駆動ローラとして機能すると同時に、熱源によって発熱する加熱ローラとして機能する。加圧ローラ１０４ｂはそうした定着ローラ１０４ａに圧接し、画像形成部から搬送されてきたシートＳを定着ニップ部に挟持させて未定着トナー像に圧を加えつつ回転して通紙させる。加熱および加圧によってトナー像の定着を終えたシートＳは、下流側に配置されたローラ対１０５ａ，１０５ｂからなる排紙ローラ１０５へと搬送される。

ところで、シートＳの材質や種類は薄手、厚手の記録紙やコート紙といったように多種多様であるために、定着装置１０４と排紙ローラ１０５との搬送区間を搬送中のシート搬送速度はシートごとに異なり、それによって様々な問題が発生する。

その１つに、定着装置１０４から送り出されたシートＳは材質や種類が異なるごとに一定しない挙動を示すという問題点がある。それへの対応策として排紙ローラ１０５の周速度を定着ローラ１０４ａの周速度よりも速くし、定着装置１０４を出たシートＳを排紙ローラ１０５で引っ張るように一定の張力を付与して弛ませずに搬送する。それによってシートＳの先端の不正な動きなどを抑える。そのように排紙ローラ１０５の周速度を速めてシートＳを引っ張り込むようにすることで、定着装置１０４から送り出されたシートＳが搬送路のガイドなどに接触して画像を擦って傷めるのを防ぐ。しかしその場合、排紙ローラ１０５と定着装置１０４との周速度の差が大きく、また排紙ローラ１０５とシートＳとの速度差によるスリップなどが発生すると、やはりシートＳ上では画像こすれが生じる。画像こすれを防ぐために、シートＳへの排紙ローラ１０５の接触圧を小さく設定すると、特に厚手のシートなどの場合は搬送力が不足してシート搬送能力を低下させる不都合がある。

このように、排紙ローラ１０５と定着ローラ１０４ａとの周速度差を一律に設定すると、多種多様なシートＳに有効に対応できない。そこで、図８を参照すると、シートＳの材質や種類などに応じて排紙ローラ１０５の周速度ＶＲを可変とし、その周速度ＶＲと定着ローラ１０４ａの周速度ＶＦとの相対関係を可変にしたものが提案されている。

また、材質や種類など異なるシートすべてに安定した良質画像を出力させることを目標に、定着ローラと加圧ローラの間の定着ニップ部において、定着ニップ圧を自在に変更できるようにした装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。この場合、シートが定着装置に送り込まれる前の段階で予め材質や種類など当該シートに関する情報を取得する。そのシート情報に基づいた制御でもって加圧レバーや加圧カムなどで構成されるニップ圧調整手段を作動させ、定着ローラおよび加圧ローラ間の定着ニップ圧を自在に変更する。適正な定着ニップ圧に調整することによって、シートを適正圧で挟持してトナー像を定着させ、良質画像を得るというものである。

特開平０９−１７９４３５号公報

しかしながら、特許文献１のように異なるシートごとに定着ニップ圧を変更する構造では、変更するごとにシートの搬送速度にバラツキを生じる。また、図８に示すように、異なるシートＳごとに排紙ローラ１０５の周速度ＶＲを変更し、定着ローラ１０４ａの周速度ＶＦとの相対関係を変更させるには、特別な排紙ローラ速度調整手段を設ける必要があり、部品点数の増加と相まってコスト高となる。

本発明の目的は、シートの材質や種類に応じて定着ニップ圧を変更し、定着装置と排紙ローラのシート搬送速度差を小さく、もしくは同期させるのに特別な排紙ローラ速度調整手段が不要で所要のシート搬送性能が得られる低コストの画像形成装置を提供する。

加えて、本発明の目的は、生産性向上のために高速化されてシート搬送速度がアップした場合でも画像こすれを生じず、良質画像を出力できる画像形成装置を提供する。

上記目的を達成するために本発明に係る代表的な画像形成装置は、シートに形成された未定着トナー像をその間で定着する第１及び第２の定着部材と、トナー像が定着されたシートを搬送するシート搬送手段と、を有し、前記第１及び第２の定着部材により挟持搬送されているシートを前記シート搬送手段によって挟持搬送可能な画像形成装置において、
前記第１の定着部材に従動回転する前記第２の定着部材から前記シート搬送手段へ回転力を伝達する回転力伝達手段を有することを特徴とするものである。

本発明の画像形成装置によれば、シートの材質や種類に応じて変更される定着装置における第２の定着部材の回転を回転伝達手段によって排紙ローラなどのシート搬送手段に伝達するので、特別なシート搬送手段速度調整手段を必要としない低コストの画像形成装置を提供できる。また、上記第２の定着部材の回転をシート搬送手段に伝えることで両者の速度差を最小限または小さくすることができるので、生産性向上のために高速化されてシート搬送速度がアップした場合でも、シート搬送手段とシートとの速度差がないので画像こすれを生じず、良質画像を出力できる。

以下、本発明に係る画像形成装置の好適な実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

≪画像形成装置本体≫
はじめに、図１は、本実施形態による画像形成装置の具体例としてフルカラー中間転写方式のものを示す。この場合の画像形成装置の装置本体１は、画像形成手段として例えばＹ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），Ｋ（ブラック）の各色に対応する画像形成部２００Ｙ，２００Ｍ，２００Ｃ，２００Ｋを直列に配置して構成されている。すなわち、可視像化までのプロセスを各色で並列処理するタンデム方式が採用された画像形成装置である。以下、記述の煩雑化を防ぐために、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの４つの画像形成部を符号２００で代表させて説明するものとし、関連する次の各プロセス手段についても同様とする。また、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ各色の画像形成部の配列順序はそれに限定されない。なお、フルカラー中間転写方式の画像形成装置に限らず、モノクロ画像形成装置の場合でも実施形態として可能である。

各画像形成部２００では以下の各プロセス手段が備わっている。Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ各色に対応して表面に静電潜像を担持する像担持体１２０と、一次帯電装置１２１と、露光装置１２２と、そして現像装置１２３を有している。一次帯電装置１２１は対応する像担持体１２０の表面を設定された電位の帯電バイアス電圧を印加して一様に帯電し、露光装置１２２によって露光して静電潜像を形成される。静電潜像は、現像装置１２３によってトナー現像され、トナー像として可視像化される。

像担持体１２０の表面に形成して担持された各トナー像は、一次転写装置１２４によって無端状ベルトによる中間転写体１２５の上に順次重ねて一次転写とされる。そして、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ全色が一次転写された中間転写体１２５上のトナー像は、その後に二次転写装置１２６によってシートＳの上に一括して二次転写される。なお、シートＳは給紙装置１２８によって二次転写装置１２６まで搬送される。転写されたトナー像を担持したシートＳは定着装置２に搬送される。定着装置２では、定着ニップ部にてシートＳを挟持して未定着のトナー像に熱と圧を加えることで定着させる。定着処理を終えて定着装置２から送り出されたシートＳは、シート搬送手段である搬送ローラ対３０によって装置本体１の排出トレイ上またはシート材両面搬送パスなどにむけて搬送される。

以上のようにして、装置本体１では帯電、露光、現像、転写、定着など一連の画像形成プロセスを実行して、記録紙やＯＨＰ用紙などによるシートＳ上にカラートナー像を形成して排出する。なお、モノクロ画像形成装置の場合は、ブラック（Ｋ）の像担持体のみが存在し、その像担持体に形成されたトナー像を転写装置でシートに転写する。

≪定着装置≫
つぎに、図２を参照して、装置本体１に装備された定着装置２について説明する。

本実施形態の定着装置２では、二次転写装置１２６によってトナー像Ｔが転写されたシートＳを定着ローラ（第１の定着部材）４および加圧ローラ（第２の定着部材）１２間に挟持搬送可能であり、搬送しつつ熱と圧を加え、未定着のトナー像ＴをシートＳ上に定着する。

定着装置２は上部ユニット５を有し、この定着上ユニット５に定着ローラ４がこの両端を軸受６で回転自在に軸支されている。定着ローラ４はアルミニウムや鉄など金属製パイプ７の表層をシリコーンゴムやフッ素ゴムなど弾性を有する耐熱層８で被覆し、耐熱層８の表面をさらにＰＦＡやＰＴＦＥなど図示しない離型層を被覆して成形されている。また、かかる構造の定着ローラ４の内部に熱源として加熱ヒータ９が装着され、内部からの発熱によって定着ローラ４を適正な温度に維持するように加熱する。定着ローラ４の同軸上には駆動ギア４０が設けられ、それに噛合するアイドルギア４１を介して回転駆動源のモータ４２から出力した回転動力を駆動ギア４０に伝達し、定着ローラ４を回転駆動させる。

また、定着装置２は下部ユニット１０を有し、この下部ユニット１０に以下の各部材で構成される加圧機構および回転力伝達手段が設けられている。

−加圧機構−
第２の定着部材である加圧ローラ１２は第１の定着部材である定着ローラ４に従動回転する。この従動回転とは、加圧ローラ１２が上部ユニット５に設けられた駆動回転側の定着ローラ４に圧接し、定着ローラ４の回転に追従して回転することをいう。加圧機構は、そうした加圧ローラ１２を両端で軸受１１によって回転自在に軸支しており、また加圧ローラ１２を押し当てて押圧する加圧アーム１３を有し、この加圧アーム１３によって加圧ローラ１２を定着ローラ４に圧接させている。また、加圧アーム１３に一端が係止された押圧ばね１４を有し、この押圧ばね１４で加圧ローラ１２を定着ローラ４に押し当てて圧接する方向に付勢している。また、押圧ばね１４の他端が係止された加圧レバー１５を有し、この加圧レバー１５は押圧ばね１４を圧縮させて加圧ローラ１２を定着ローラ４に押し当てる圧接方向に回動可能に下部ユニット１０に軸支されている。そうした加圧レバー１５の下部に当接して押圧カム１６が設けられており、そのカム回動による押圧力でもって加圧レバー１５を支軸１７を介して回動させる。すなわち、支軸１７を回動中心にて加圧レバー１５を図２のたとえば時計回り方向に回動させると、押圧ばね１４が圧縮される。圧縮された押圧ばね１４の弾発力を加圧アーム１３に作用させることによって、加圧ローラ１２を定着ローラ４に押し当てる方向に付勢する付勢力を発生させている。かかる機構によって、加圧ローラ１２と定着ローラ４との間の圧接面間に定着ニップ部のニップ領域Ｎを形成している。

また、上記加圧ローラ１２の同軸上には、つぎに説明する回転力伝達手段の機構を構成する部材の１つとして加圧側ギア１８が設けられている。この加圧側ギア１８に噛合する中間ギア３２を介して下流の排紙ローラ（シート搬送手段）３０を構成する駆動ローラ３０ａに加圧ローラ１２の回転を伝達する。

−回転力伝達手段−
すなわち、定着ニップ領域Ｎの下流側にはシート搬送ガイド５０と排紙ローラ３０が配置され、これらの部材で定着後のシートＳを画像形成装置の装置本体１に装備された排出トレイ上またはシート両面搬送パスなどへと搬送する。排紙ローラ３０は駆動ローラ３０ａと従動ローラ３０ｂのローラ対でなっており、図示しない押圧部材によって従動ローラ３０ｂを駆動ローラ３０ａに圧接する方向へ押圧付勢している。したがって、駆動ローラ３０ａを回転させると圧接力によって従動ローラ３０ｂが追従して回転し、シートＳをそれら両ローラ間に挟持搬送する。

そこで、加圧ローラ１２の同軸上の上記加圧側ギア１８に中間ギア３２が噛合し、この中間ギア３２を駆動ローラ３０ａの同軸上に設けた搬送側ギア３１に噛合して連結させている。したがって、加圧ローラ１２の回転は加圧側ギア１８から中間ギア３２に伝達され、この中間ギア３２から搬送側ギア３１に伝達されて駆動ローラ３０ａを回転させ、一連の回転力伝達手段が構成される。すなわち、かかる回転力伝達手段を構成するギア列のギア比でもって、加圧ローラ１２の回転による周速度と同じになるよう排紙ローラ３０側の駆動ローラ３０ａの周速度を同期させて回転させる。

つぎに、模式的に示す図３を参照して、定着ローラ４および加圧ローラ１２間の定着ニップ部のニップ領域Ｎにて通紙中のシートＳの搬送速度が変化する現象例について説明する。

定着ローラ４は、表面層のゴムの特性によって定着ニップ領域Ｎの両端４ａ，４ａが突出するように変形すると考えられる。そのため、定着ニップ領域Ｎでの定着ローラ４の速度としては、定着ニップ領域Ｎで表面層のゴムが弾性変形した変形量の分だけ周長さが増加することで、増速される。したがって、ニップ部長さが小さくゴム変形の少ない設定の場合は定着ニップ領域Ｎでの速度の増加分は小さく、ニップ部長さが大きくゴム変形の多い設定では定着ニップ領域Ｎでの速度の増加分は大きくなる。

図４は、上記加圧機構によって加圧ローラ１２に付与される加圧力に相関して、加圧ローラ１２の回転による周速度と、定着ローラ４の回転による周速度との作用でシートＳが搬送されるときの搬送速度を測定した結果例を示す。この図４の特性図から、加圧ローラ１２の周速度が定着ローラ４の周速度を上回って速くなっている。また、図５は、定着ローラ４と加圧ローラ１２とシートＳの３者間において摩擦係数を測定した実験結果を示す。定着ローラ４とシート表面画像「有り」シートＳの摩擦係数をμ１、シート材裏面画像「有り」シートＳと加圧ローラ１２の摩擦係数をμ２、シート材裏面画像「無し」シートＳと加圧ローラ１２の摩擦係数をμ３とする。それら摩擦係数を比較すると、μ１＜μ２の＜μ３関係が成立することが明らかになっている。つまり定着装置２におけるシート搬送速度は摩擦係数が大きい加圧ローラ１２の周速度と実質同じになると考えられる。

その意味するところを以下に考察する。定着ローラ４は設定された一定の回転速度で駆動しており、周速度は変化せずに一定とみることができる。しかし、加圧ローラ１２の場合、加圧機構によって付与される加圧力が大きくなればなるほど周速度が速くなる。それは、加圧ローラ１２に対する加圧力が大きくなるほど、定着ローラ４との定着ニップ領域Ｎが長大になり、定着ニップ領域Ｎでの加圧ローラ１２の変形量が増大する分だけ周速度が速くならざるを得ないからである。また、シート搬送速度について、加圧ローラ１２に対する加圧力が増大して、その加圧ローラ１２の周速度が大きくなるに従い、増速する。すなわち、定着ニップ領域Ｎの変形量に応じて加圧ローラ１２の周速度が変化し、その変化に応じてシートＳを搬送する速度も変化する。

以上の構成から、図６および図７を参照して、定着装置２の動作と作用について説明する。

図６は、たとえば坪量６０ｇ程度の薄いシートＳ１が定着ニップ領域Ｎ１を通過する際の状態を示し、図７はたとえば坪量２５０ｇ程度のシートＳ２が定着ニップ領域Ｎ２を通過する際の状態を示す。その場合、図６の薄手シート通過時の定着ニップ領域Ｎ１よりも図７の厚手シート通過時の定着ニップ領域Ｎ２の方を大きく設定してある。

それによると、薄手のシートＳ１が定着ニップ領域Ｎ１を通過するときは、厚手のシートＳ２がそこを通過するときと比べて、薄手シートの場合はシート厚さ寸法が薄いために小熱量でもってトナー像Ｔを定着させることができる。

ユーザは、薄手シートまたは厚手シートのいずれかに応じて任意に選択でき、画像出力を実行することができる。その場合、画像形成装置の装置本体１に操作パネルなどによる操作部（図示略）が設けてあり、ユーザはその操作部にてキー入力などして指定することができる。

図６に示すように、ユーザの選択で薄いシートＳ１に対して画像出力する指定が入力された場合、押圧カム１６は回転角度Ａで停止し、押圧ばね１４の圧縮量は少なく、加圧ローラ１２が定着ローラ４に圧接する力が小さい。それにより、定着ニップ領域Ｎ１の長さは図７の定着ニップ領域Ｎ２と比べて短く、薄いシートＳ１のトナー像Ｔ１を定着するのに最適な熱量を付与される。シートＳ１は加圧ローラ１２の周速度Ｖ1とほほ同じ速度で搬送される。

排紙ローラ３０は、回転力伝達手段である加圧側ギア１８→中間ギア３２→搬送側ギア３１による一連のギア列による歯車比で加圧ローラ１２から回転伝達を受けて回転する。それにより、定着装置２と排紙ローラ３０との搬送区間では、シートＳ１は弛んだり、引っ張られたりすることなく、適正なシート状態で搬送される。それは加圧ローラ１２の回転による周速度と駆動ローラ３０ａの回転による周速度とが一致して同期しているからである。

一方、図７に示すように、ユーザの選択で厚いシートＳ２に対して画像出力する指定が入力される。厚手のシートＳ２が定着ニップ領域Ｎ２を通紙する際、薄手のシートＳ１の場合と比べてシート厚さ寸法が厚いので、未定着のトナー像Ｔを定着させるためには大きい熱量が必要になる。

したがって、この場合は押圧カム１６が回転角度Ｂで停止し、押圧ばね１４の圧縮量は大きく、加圧ローラ１２が定着ローラ４に圧接する力も大きくなるように設定される。すなわち、定着ニップ領域Ｎ２の長さは図６の定着ニップ領域Ｎ１よりも短く、厚手のシートＳ２に対して最適な熱量を付与される。その厚手のシートＳ２は加圧ローラ１２の周速Ｖ２とほほ同じ速度で搬送される。排紙ローラ３０は加圧ローラ１２からの回転を受けて同期に回転するから、定着装置２と排紙ローラ３０との搬送区間ではシートＳ２が弛んだり、引っ張られたりすることなく適正なシート状態で搬送される。

以上から理解されるように、定着ニップ領域Ｎが変形した量に応じて加圧ローラ１２の周速度は変化し、シートＳの搬送速度も加圧ローラ１２の周速変化に応じて変化する。そうすることによって定着ローラ４の回転に追従して加圧ローラ１２を回転させ、その加圧ローラ１２の回転に同期させて歯車比を有するギア列からなる回転力伝達手段を介して排紙ローラ３０に回転を伝達する。

すなわち、そこが要点となるのであり、排紙ローラ３０を加圧ローラ１２の周速度と同じ速さで回転させることで、排紙ローラ３０におけるシート搬送速度と、定着装置２におけるシート搬送速度との差を極小に抑える。言い換えれば、シートＳの材質や種類ごとに適応させるべく定着ニップ部におけるニップ圧を変更するに際して、加圧ローラ１２に対して加圧機構から付与される加圧力を変化させた場合でも、シート搬送速度に影響しない。

このような作用や効果をさらに高めるために、本実施形態においては第１の定着部材である定着ローラ４と第２の定着部材である加圧ローラ１２からなる定着装置と、そしてシート搬送手段である排紙ローラ３０との間のシート搬送方向における長さ（搬送区間距離）は、使用可能な最小サイズのシートＳのシート搬送方向における長さよりも短く設定してある。

したがって、シートＳの材質や種類が異なるごとに排紙ローラにおける周速度にバラツキが生じた従来の問題を払拭でき、生産性向上のために画像形成装置の高速化を目標に高いシート搬送力が要求される場合でも、それを満足させることができる。具体的には、定着を終えて定着装置２から送り出されたシートＳに弛みが生じず、定着装置２の下流側に配置されているシート搬送ガイド５０にシートＳが接触して擦れ、画像こすれなどの画像不良を防止できる。また、定着装置２と排紙ローラ３０のそれぞれにおけるシート搬送速度に差を皆無もしくは極小に抑えて同期させることで、排紙ローラ３０によるシート搬送力をアップさせても、つまり搬送速度をアップしてもシートＳに対して排紙ローラ跡による痕跡が付かない。また、厚手のシートＳを搬送するのに十分な搬送力を排紙ローラ３０に付与することが可能になる。

以上、本発明の画像形成装置の好適な実施形態について詳記したが、そうした実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内でその他の実施形態、応用例、変形例およびそれらの組み合わせも可能である。

本発明に係る実施形態の画像形成装置を示す図。 画像形成装置に備わる定着装置を示す図。 定着ローラと加圧ローラの間に形成される定着ニップ領域におけるシート搬送速度を模式的に示す図。 加圧ローラによる押圧力に対して定着ローラと加圧ローラの周速度を測定した結果を示す特性図。 定着ローラと加圧ローラとシートとの摩擦係数の関係を示す図。 薄手シートが定着ニップ領域を通過する際の定着装置の状態を示す図。 厚手シートが定着ニップ領域を通過する際の定着装置の状態を示す図。 従来の画像形成装置における定着装置の近傍を示す図。

符号の説明

１・・・画像形成装置
２・・・定着装置
４・・・定着ローラ（定着部材）
９・・・加熱ヒータ
１２・・加圧ローラ（加圧部材）
１３・・加圧アーム
１４・・加圧ばね
１５・・加圧レバー
１６・・加圧カム
１８・・加圧側ギア（回転伝達手段）
３０・・排紙ローラ（シート搬送手段）
３１・・搬送側ギア（回転力伝達手段）
３２・・中間ギア（回転力伝達手段）
４０・・駆動ギア
４１・・定着側の中間ギア
４２・・定着駆動モータ
５０・・シート材搬送ガイド
Ｓ・・・シート
Ｎ・・・定着ニップ領域

Claims (3)

1. シートに形成された未定着トナー像をその間で定着する第１及び第２の定着部材と、トナー像が定着されたシートを搬送するシート搬送手段と、を有し、前記第１及び第２の定着部材により挟持搬送されているシートを前記シート搬送手段によって挟持搬送可能な画像形成装置において、
   前記第１の定着部材に従動回転する前記第２の定着部材から前記シート搬送手段へ回転力を伝達する回転力伝達手段を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記回転力伝達手段は前記シート搬送手段の周速が前記第２の定着部材の周速と実質同じとなるように回転力を伝達することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記第１及び第２の定着部材と前記シート搬送手段との間のシート搬送方向における長さは、使用可能な最小サイズのシートのシート搬送方向における長さよりも短いことを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。

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