JP2009210818A - 定着装置、および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】記録紙のシワの発生を防止することができる定着装置を提供する。
【解決手段】定着ローラ５２の両端部の弾性層５２ｃの硬度を、中央部の弾性層５２ｂの硬度に対して小さくする。これにより、定着ローラ５２の中央部に対して両端部での用紙搬送量が大きくなり、記録紙を両端部方向に広げる作用が働く。定着ニップ前中央部にできる記録紙のたるみを伸ばしながら、定着処理が行われることで、記録紙のシワを防止することができる。
【選択図】図４

Description

この発明は、定着装置および画像形成装置に関し、特に、記録紙のシワを防止する機能を備えた定着装置および画像形成装置に関する。

電子写真式の画像形成装置（ＭＦＰ（Ｍｕｌｔｉ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ）、ファクシミリ装置、複写機、プリンタなど）には、トナー像を熱により用紙に定着させる定着装置が設けられている。

高湿環境で記録紙が不均一に調湿されると、記録紙の端部は、うねり等の変形が生じた状態となる。この状態で記録紙が定着装置の定着ニップ部に突入すると、記録紙にシワが生じたり、画像ノイズ等の不具合が生じる場合があった。

一般的に、記録紙のシワ防止対策として、定着装置のニップ部を構成するローラの少なくとも一方の外径形状を逆クラウン形状とすることが行われている。これは、ローラの端部の径を最大にし、中央部の径を最小にするものである。これにより、ローラ中央部に対し、ローラ端部での用紙搬送量を増やすことで、記録紙のシワが抑制される。

なお、定着装置のローラを逆クラウン形状にせず、記録紙のシワを防止する方法も考えられている。

下記特許文献１は、定着装置のニップ部を構成する加圧ローラを３分割にして、中央部と端部の通紙負荷を変え、搬送速度を変える定着装置を開示する。独立従動回転する加圧ローラの中央部は芯がねと胴体とで回転できるようにし、両端部は単独で回転できるようにするものである。これにより、加圧ローラの中央部と端部とで用紙搬送の速度差を付けることができる。

下記特許文献２は、定着ローラの撓みを防止するために、定着ローラに押付けられる押圧ローラを３分割して、中央部と端部とで硬度を変える定着装置を開示する。押圧ローラは、定着ローラをクリーニングする定着ウェブを、定着ローラに押し付けるものである。押圧ローラの硬度を変化させることで、定着ローラの撓み量を低減させるものである。
特開平１１−２４２４０３号公報 特開２０００−１９４２２２号公報

上述のように、記録紙のシワを防止するために、ローラ形状を逆クラウンの形状にすると、製造上高い精度を必要とする上、コストアップにもなる。また、ローラ中央部のニップ内圧力が低下するため、定着性が悪化するという問題点がある。

この発明はそのような問題点を解決するためになされたものであり、簡単な構成で記録紙のシワを防止することができ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している。

上記目的を達成するためこの発明のある局面に従うと、定着装置は、加熱源により加熱され、記録媒体に形成された画像を定着させる定着ベルトと、定着ベルト内部に設けられた定着ローラと、定着ベルトを介して、定着ローラに荷重をかけてニップ部を形成する加圧ローラとを備え、定着ベルト、定着ローラ、および加圧ローラのうち、少なくとも一つの弾性層の両端部の硬度が中央部に対して小さい。

好ましくは弾性層は、少なくとも軸方向に３分割される。

好ましくは定着ローラの弾性層の硬度は、両端部が中央部に対しアスカーＣ硬度で８°〜１５°小さい。

好ましくは画像形成装置は、上述のいずれかに記載の定着装置を備える。

これらの発明に従うと、簡単な構成で記録紙のシワを防止することができる定着装置および画像形成装置を提供することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態における画像形成装置について説明する。

図１は、本発明の実施の形態の１つにおける定着装置を備えた画像形成装置の構成を示す図である。

ここでは画像形成装置は、カラープリンタであるものとして、その概略構成を示す断面図で示す。以下では図１の画像形成装置に基づき説明を行なうが、本発明が適用される画像形成装置は、これに限定されるものではない。

画像形成装置内には、ブラック（ＢＫ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）のトナー像を形成する各色の画像形成ユニット１が、白抜きの大きな矢印で示す方向に循環する中間転写ベルト１１に沿って、上流からＢＫ→Ｙ→Ｍ→Ｃの順に配置されている。

画像形成ユニット１は、感光体ドラム２を一様に帯電させるための帯電部３と、帯電した感光体ドラム２に画像露光を行うための露光部９と、露光によって形成された静電潜像に各色のトナーで現像を行うための現像部４とを備えている。

制御装置１８は、この画像形成装置（この場合カラープリンタ）全体を制御する。制御装置１８から、露光制御装置１９に画像に応じた信号が送られる。露光制御装置１９は各色に応じて露光部９のそれぞれを駆動する。

画像形成ユニット１内の感光体ドラム２上に現像されたトナー画像は、中間転写ベルト１１との接触位置で、１次転写部１２によって中間転写ベルト１１上に転写される。１次転写後、感光体ドラム２に残留したトナーは下流に配置されたクリーニング部５によって除去され、クリーニング部５の下側から回収される。

中間転写ベルト１１上に転写されたトナー画像は、各画像形成ユニット１のそれぞれを通過するごとに各色がその上に重ねられる。最終的にフルカラーのトナー画像が中間転写ベルト１１上に形成される。

その後、フルカラーのトナー画像は、更に下流において、いわゆる２次転写部１３によって紙などの記録シート（記録紙）１４に一括して転写される。記録シート１４は、上方の定着装置３０を通過することによってトナー画像が定着されて排紙トレー１６上に排紙される。

記録シート１４は、最下部の記録シートカセット１７に納められており、そこから１枚ずつ２次転写部１３まで搬送される。

定着装置３０は、加熱ローラ５１と、定着ベルト５３とを備える。また、記録シートを挟んで加圧する定着ローラ５２および加圧ローラ５４を備えている。具体的な定着処理については、図２で説明する。

２次転写後に中間転写ベルト１１上に残留したトナーは、クリーニングブレード１５によって中間転写ベルト１１上から除去され、図示しない搬送スクリューで搬送され、やはり図示しない廃トナー容器に回収される。

なお、各エレメントの配置などは、装置に応じて適時変更しても構わない。

図２は、定着装置３０の動作を説明する図である。

ここでは、定着装置３０の各ローラは、逆クラウン形状とせずに、ストレート形状とされている（少なくとも１つのローラを逆クラウン形状としてもよい）。

また、定着装置３０は、加熱源と定着部とが分離されている、ベルト定着システムを採用している。

定着装置３０は、加熱ローラ５１と、定着ローラ５２と、定着ベルト５３と、加圧ローラ５４とを備える。

加熱ローラ５１の外周には、加熱温度を調整するためのサーミスタ（加熱サーミスタ）５６が配置されている。また、加熱ローラ５１の内部には、加熱ヒータ５５が備えられる。

加熱ローラ５１は、アルミ製であり、芯金の厚さは０．５ｍｍ、外径は２５ｍｍであるものとする。表面には、耐熱性および耐摩耗性に優れた、ＰＴＦが塗装されている。

定着ローラ５２は、芯金５２ａと、弾性層５２ｂとにより、構成される。定着ローラ５２の具体的な構成については、図４で説明する。

加圧ローラ５４は、芯金５４ａと、弾性層５２ｂと、表層５４ｃとにより、構成される。

加圧ローラ５４は、鉄製であり、芯金５４ａの厚さは２．５ｍｍ、弾性層５４ｂはシリコーンゴムで厚さ２．５ｍｍ、外径３５ｍｍであるものとする。表層５４ｃは、厚さ３０μｍのＰＦＡチューブからなる離型層を被覆して形成されている。このときの加圧ローラ５４の表面硬度は、アスカーＣ６０°となっている。

本実施の形態の画像形成装置において、プリント処理が行われる際の、定着装置３０の動作を説明する。

加熱ローラ５１は、熱源である加熱ヒータ５５のヒータランプで加熱される。加熱ローラ５１の外周に配置されたサーミスタ５６よって、加熱ローラ５１の温度が検出される。サーミスタ５６が、検出した温度に応じて、加熱ヒータ５５のオンオフを制御することにより、加熱ローラ５１が所定の温度になるように制御されている。

定着ベルト５３は、回転可能に支持された加熱ローラ５１と、回転可能に固定支持された定着ローラ５２とに巻き掛けられている。

加熱ローラ５１が加熱されることで、定着ベルト５３も加熱される。なお、定着ベルト５３を加熱する方法は、加熱ヒータ５５による加熱に限るものではなく、電磁誘導による加熱でも構わない。

定着ベルト５３を定着ローラ５２との間に挟んだ状態で、加圧ローラ５４が定着ベルト５３に圧接されている。定着ベルト５３と加圧ローラ５４との接触部に、定着ニップ部が形成される。なお、加圧ローラ５４内部に熱源を配置する構成にしてもよい。

加圧ローラ５４は、駆動モータ（図示せず）により、表面速度１６５ｍｍ／ｓで回転している。これに伴って、定着ベルト５３と、定着ローラ５２とが従動する。定着ベルト５３はこのように回転されるうちに、加熱ローラ５１によって全周が加熱され、所定の温度まで昇温する。

定着ベルト５３が所定の温度に加熱された後、表面に未定着トナー画像５７ａが形成された記録紙（記録材）５７が、定着ニップ部に突入する。定着ニップ部を通過する間に、未定着トナー画像５７ａが、記録紙５７に定着され、定着処理が終了する。

図３は、定着ベルト５３の構成を示す図である。

定着ベルト５３は、基層５３ａと、弾性層５３ｂと、表層５３ｃとにより構成されている。

基層５３aには、内径６０ｍｍ、幅３３０ｍｍ、厚さ７０μｍのポリイミドフィルムが用いられている。

弾性層５３ｂは、厚さ１５０μｍのシリコーンゴムで構成されている。

表層５３ｃは、厚さ３０μｍのＰＦＡチューブからなる離型層を被覆して形成されている。

図４は定着ローラ５２の構成を示す図である。

定着ローラ５２は、鉄製である芯金５２ａを軸部分に有する。芯金５２ａの外径は１８ｍｍであるものとする。その上に、厚さ６ｍｍの弾性層（弾性層５２ｂおよび弾性層５２ｃ）が、軸方向に３つに分割されて配置されている。左側端部の弾性層５２ｃと、中央部の弾性層５２ｂと、右側端部の弾性層５２ｃとは、それぞれ同程度の軸方向の長さを有するものとする。また、各弾性層は、シリコーンスポンジを積層している。中央部の弾性層５２ｂの表面硬度は、アスカーＣ硬度で３０°とする。両端部の弾性層５２ｃの表面硬度は、中央部の弾性層５２ｂに対し、アスカーＣ硬度で８〜１５°小さい硬度で構成されている。すなわち、弾性層５２ｂよりも、弾性層５２ｃは軟らかい素材で構成されている。

このように、定着ニップ部を構成する定着ローラ５２の弾性層を軸方向に３つに分割し、中央部に対し端部の硬度を小さくすることにより、両端部の弾性層５２ｃのひずみ量が増し、中央部に対し両端部が記録紙を保持する定着ニップ部が広がる。すなわち定着ニップ部では、中央に対し端部の用紙搬送量が大きくなる。このため、記録紙を両端部方向に広げる作用が働き、記録紙中央部にできる、定着ニップに入る前部分のたるみを伸ばし、記録紙のシワを防止することができる。

また、定着ローラ５２の両端部に対し、中央部の硬度が高く設定されているため、中央部のニップ幅を狭くしても、中央部のニップ部の圧力は端部より高くなる。このため、トナーの定着性を悪化させることがない。

なお、プリント処理時の、定着ローラ５２の動作については、図５で説明する。

図５は、プリント処理時の定着ローラ５２の動作を示す図である。

プリントしたい画像が、画像形成装置内で現像され、記録紙に転写された後、定着装置内で定着処理が行われる。未定着トナー画像を転写された記録紙は、定着ベルト、定着ローラおよび加圧ローラにより、記録紙搬送方向に送られながら、未定着トナー画像が定着される。

図を参照して、定着ローラ５２は、記録紙５７の未定着トナー画像が転写された面の位置で回転する。ここでは図示しないが、定着ローラ５２と記録紙５７との間には、定着ベルト５３が存在する。このとき、図４で説明したように、定着ローラ５２の弾性層は、中央部に対し、左右の端部が軟らかくなっている。すなわち、定着ローラ５２は、中央部に対し、端部のローラ表面硬度が低くなっている。

この構成により、定着ローラ５２の端部は、定着ベルト５３を挟んで、加圧ローラ５４と接する幅が大きくなる。そのため、定着ローラ５２の端部における用紙搬送量を大きくすることができる。中央部に比べて、端部の用紙搬送速度が速くなることで、記録紙５７をローラ端部方向に広げる作用が働く。記録紙５７がローラ端部方向に広げられながら、定着処理が行われることで、記録紙５７にシワが生じることを防止することができる。

図６は、定着ローラ５２の中央部と端部とでローラ表面硬度を変えた場合の、中央部を基準としたローラ表面硬度差による記録紙のシワの発生状況を示す図である。

ここでは、上記のように構成された定着装置３０を用いて実験を行なった結果が示されている。具体的には、定着ローラ５２の、中央部弾性層５２ｂの硬度を端部弾性層５２ｃの硬度よりより高くする。そして、記録紙を通紙し、定着処理を行なう。その際に、記録紙に紙シワが発生するかどうかを調べた。また、実験には、高湿環境（温度３０℃、湿度８５％）に、８時間調湿した記録紙を使用した。

図を参照して、定着ローラ５２の中央部に対して、端部のローラの表面硬度の差が５°である場合（中央部の硬度が端部よりも５°高い場合）、紙シワが発生する。また、ローラ表面硬度差が８°、１５°、１８°の場合には、紙シワは発生していない。よって、中央部と端部とのローラ表面硬度差が８°以上であれば、記録紙のシワが発生せず、良好に定着処理が行えていることが分かる。

図７は、定着ローラ５２の中央部と端部とでローラ表面硬度を変えた場合の、中央部を基準としたローラ表面硬度差による記録紙の後端跳ね上げの発生状況を示す図である。

ここでは図６の場合と同様に、定着ローラ５２の中央部弾性層５２ｂの硬度を、端部弾性層５２ｃの硬度よりも高く設定した場合の実験結果を示している。記録紙を通紙し、定着処理を行なった際に、記録紙後端跳ね上げが発生するかどうかを調べた。実験環境は図６の場合と同様であり、高湿環境（温度３０℃、湿度８５％）に、８時間調湿した記録紙を使用した。

ここでいう、跳ね上げとは、紙がそって画像形成装置の構成部品に接触することである。用紙後端に跳ね上げが発生すると、用紙上の未定着トナーが乱れやすくなる。跳ね上げが発生しないほうが、より適切に定着処理を行なうことができる。

図を参照して、定着ローラ５２の中央部に対して、端部のローラの表面硬度の差が５°、８°、１５°である場合（中央部の硬度が端部よりも５°、８°、１５°高い場合）、後端跳ね上げは発生しない。また、ローラ表面硬度差が１８°の場合には、後端跳ね上げが発生する。よって、中央部と端部とのローラ表面硬度差が１５°以下である場合に、後端跳ね上げが発生せず、適切な定着処理が行えていることが分かる。

図６では、定着ローラ５２の中央部に対して端部のローラ表面硬度差が８°以上の場合に、記録紙のシワが発生せず、図７では、ローラ表面硬度差が１５°以下の場合に、後端跳ね上げが発生しないことから、本実施の形態における定着ローラ５２の中央部に対する端部の表面硬度の差は、８°〜１５°の範囲であることが望ましい。この範囲内の硬度である場合に、記録紙のシワを発生させず、安定した画像品質を保つことができる。

［実施の形態における効果］

以上のように本実施の形態によると、定着装置の定着ローラとして、逆クラウン形状のものではなく、ストレート形状のものが用いられる。定着ローラの弾性層は３つに分割され、中央部に対し両端部のローラ表面硬度は小さくされる。これにより、記録紙が高湿環境で不均一に調湿された状態であっても、紙シワの発生を防止することができる。また、ローラ中央部のニップ圧力が低下しないため、定着不良のない安定した画像を確保することができる。

［その他］

なお、定着装置の各種条件や設定は、上述の実施の形態に限定されない。定着ローラの弾性層の中央部と端部との硬度差は、紙シワが発生せず、記録紙後端跳ね上げも発生しない範囲において設定するとよい。

また、上述の実施の形態では、定着ローラの弾性層を分割し、部分ごとに硬度を変えることとしたが、定着ベルトや加圧ローラの弾性層を分割し、部分ごとに硬度を変えることとしてもよい。すなわち、図３に示される定着ベルト内の弾性層５３ｂをローラの軸方向に３分割させ、中央部よりも端部の硬度を低くする、または図２に示される加圧ローラの弾性層５４ｂをローラの軸方向に３分割させ、中央部よりも端部の硬度を低くするものである。

この場合も、定着ローラの弾性層の硬度を設定したように、紙シワが発生せず、記録紙後端跳ね上げも発生しない範囲で、弾性層の中央部と端部とに硬度差をつけるとよい。

なお、上述の実施の形態では、ローラを３分割にしたが、３分割以上としてもよい。この場合、中央のローラから左右に行く毎にローラの硬度が段階的に小さくなることが望ましい。

また、ローラを分割することなく、中央のローラから左右に行く毎にローラの硬度がなだらかに小さくなるようにローラを構成してもよい。

さらに、画像形成装置としては、モノクロ／カラーの複写機、プリンタ、ファクシミリ装置やこれらの複合機（ＭＦＰ）などいずれであってもよい。

なお、上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態の１つにおける定着装置を備えた画像形成装置の構成を示す図である。 定着装置３０の動作を説明する図である。 定着ベルト５３の構成を示す図である。 定着ローラ５２の構成を示す図である。 プリント処理時の定着ローラ５２の動作を示す図である。 定着ローラ５２の中央部と端部とでローラ表面硬度を変えた場合の、中央部を基準としたローラ表面硬度差による記録紙のシワの発生状況を示す図である。 定着ローラ５２の中央部と端部とでローラ表面硬度を変えた場合の、中央部を基準としたローラ表面硬度差による記録紙の後端跳ね上げの発生状況を示す図である。

符号の説明

１ 画像形成ユニット
２ 感光体ドラム
３ 帯電部
４ 現像部
５ クリーニング部
９ 露光部
１１ 中間転写ベルト
１２ １次転写部
１３ ２次転写部
１４ 記録シート
１５ クリーニングブレード
１６ 排紙トレー
１７ 記録シートカセット
１８ 制御装置
１９ 露光制御装置
３０ 定着装置
５１ 加熱ローラ
５２ 定着ローラ
５３ 定着ベルト
５４ 加圧ローラ
５５ 加熱ヒータ
５６ サーミスタ
５７ 記録紙

Claims (4)

1. 加熱源により加熱され、記録媒体に形成された画像を定着させる定着ベルトと、
   前記定着ベルト内部に設けられた定着ローラと、
   前記定着ベルトを介して、前記定着ローラに荷重をかけてニップ部を形成する加圧ローラとを備えた定着装置であって、
   前記定着ベルト、定着ローラ、および加圧ローラのうち、少なくとも一つの弾性層の両端部の硬度が中央部に対して小さい、定着装置。
2. 前記弾性層は、少なくとも軸方向に３分割される、請求項１に記載の定着装置。
3. 前記定着ローラの前記弾性層の硬度は、両端部が中央部に対しアスカーＣ硬度で８°〜１５°小さい、請求項１または２に記載の定着装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の定着装置を備えた、画像形成装置。

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