JP2009271281A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着装置において、定着ローラや定着ベルト等の大きさを維持したままニップ幅のみを拡大しても、良好な定着性と分離性を確保しながら高速化に対応できるＦＢＮ方式の定着装置。
【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押圧し、前記定着ベルトを前記定着ローラに圧接させて、前記定着ベルトと前記定着ローラとの間に記録材上のトナー像を定着するためのニップ部を形成する押圧手段と、を備え、前記押圧手段は記録材の搬送方向に配設された複数の押圧部材から構成されると共に、前記複数の押圧部材は弾性体から形成された弾性部材並びに前記弾性部材より高圧で前記定着ベルトを前記定着ローラへ押圧する高圧部材及び分離部材を含むこと。
【選択図】図２

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、ハロゲンランプ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ＦＢＮ（Ｆｒｅｅ Ｂｅｌｔ Ｎｉｐ）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）。

この特許文献１に記載の定着装置の構成を図４に基づいて説明する。なお、図４に示す定着装置の符号は特許文献１に記載の符号と異ならせてある。

定着ローラ３０１は、ハロゲンランプＨを内蔵し、シリコーンゴムから成る弾性層３０１Ｂを有する。

定着ベルト３０２は、無端状に形成されている。

押圧パッド３１１は、シリコーンゴムから形成され、圧縮バネ３１８により付勢されて、定着ベルト３０２を定着ローラ３０１に圧接させる。

分離部材３１６は金属から形成され、同様に定着ベルト３０２を定着ローラ３０１に圧接させる。

摺動シート３０３は、摩擦係数が小さい材料から形成され、定着ベルト３０２と押圧パッド３１１との間、及び定着ベルト３０２と分離部材３１６との間に配置されて、定着ベルト３０２の内周面に摺接する。

オイルパッド３０４はスポンジ等から形成され、シリコーンオイルを含有し、定着ベルト３０２の内周面に圧着している。

このように構成された定着装置３００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３０１が時計方向に回転する。また、押圧パッド３１１が圧縮バネ３１８により押圧され、押圧パッド３１１は摺動シート３０３を介して定着ベルト３０２を定着ローラ３０１に押圧する。更に、分離部材３１６が摺動シート３０３を介して定着ベルト３０２を定着ローラ３０１に押圧して凹状に変形させる。

従って、定着ベルト３０２は、定着ローラ３０１の回転によって反時計方向に回転し、押圧パッド３１１により定着ローラ１０１に圧接されるので、定着ベルト３０２と定着ローラ３０１との間に幅広のニップ部Ｎ３が形成される。このようにして、搬送された記録紙Ｐ上の未定着トナーはニップ部Ｎ３で加熱・加圧されて定着される。また、ニップ部Ｎ３からの記録紙Ｐの排出部近傍において、分離部材３１６によってニップ部Ｎ３の一部が大きな曲率で変形するので、排出された記録紙Ｐは定着ローラ３０１から確実に分離する。

また、定着ベルト３０２の内周面は回転時に摺動シート３０３に摺動するが、摺動シート３０３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３０４から潤滑剤としてのシリコーンオイルが定着ベルト３０２の内周面に供給されるので、更に摺動抵抗は小さくなる。

この定着装置によれば、小型な形状であるにも拘わらず幅広のニップ部が形成されて高速化に対応できる。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２００８−２６６０３号公報

前述の如きＦＢＮ方式の定着装置を用いた画像形成装置において、更に高速化が要求されることがある。すると、定着装置も高速化に対応できるようにニップ幅をより広げる必要がある。この際に、定着装置全体を比例拡大すれば対応可能であるが、画像形成装置内のスペースの関係で定着装置を現状の大きさのままにせざるを得ない場合がある。

そこで、定着ローラや定着ベルト等の大きさは変更せず、押圧パッドや分離部材の幅寸法のみを広げてニップ幅を広げることが考えられる。

この場合に、押圧パッドと分離部材の幅のみを拡大するようにすると、分離部材によって定着ベルトが定着ローラに弾性層に食い込む量が少なくなり、弾性層を大きな曲率で弾性変形させ難くなって、記録材の分離性が低下する。

そこで、分離部材の幅を広げずに、押圧パッドの幅のみを広げることが考えられるが、この場合は圧縮バネによる押圧力が一定であるので、押圧パッドによって定着ベルトが定着ローラに圧接する全体の圧接力が弱まり、定着性が低下する。

この様な状態の圧力分布を図５に示す。図５（ａ）は押圧パッドと分離部材の幅を広げたときの圧力分布、図５（ｂ）は押圧パッドの幅のみを広げたときの圧力分布であって、横軸はニップ幅、縦軸は押圧力である。また、破線は押圧パッドも分離部材も幅を広げない従来の定着装置における圧力分布である。

このように、分離部材の幅を広げると分離性が低下し、押圧パッドの幅を広げると定着性が低下する。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、ＦＢＮ方式の定着装置において、定着ローラや定着ベルト等の大きさを維持したままニップ幅のみを拡大しても、良好な定着性と分離性を確保しながら高速化に対応できる定着装置、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押圧し、前記定着ベルトを前記定着ローラに圧接させて、前記定着ベルトと前記定着ローラとの間に記録材上のトナー像を定着するためのニップ部を形成する押圧手段と、
を備え、
前記押圧手段は記録材の搬送方向に配設された複数の押圧部材から構成されると共に、前記複数の押圧部材は弾性体から形成された弾性部材並びに前記弾性部材より高圧で前記定着ベルトを前記定着ローラへ押圧する高圧部材及び分離部材を含むことを特徴とする定着装置。

２．前記高圧の押圧部材は剛性体から形成されていることを特徴とする前記１に記載の定着装置。

３．複数の前記弾性部材が配設されると共に、前記高圧部材が前記弾性部材の間に配設されることを特徴とする前記１又は２に記載の定着装置。

４．前記押圧手段には、記録材の搬送方向上流側から順に、第１の前記弾性部材、前記高圧部材、第２の前記弾性部材及び前記分離部材が配設されることを特徴とする前記３に記載の定着装置。

５．第１の前記弾性部材より第２の前記弾性部材の方が硬度が高いことを特徴とする前記４に記載の定着装置。

６．前記１〜５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、ＦＢＮ方式の定着装置において、定着ローラや定着ベルト等の大きさを維持したままニップ幅のみを拡大しても、良好な定着性と分離性を確保しながら高速化に対応できる。

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、本発明に係わる定着装置１００の主要構成について、図２に示す断面図に基づいて説明する。

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成る円筒状芯金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表層１０１Ｃと、により構成されている。

定着ベルト１０２は、ポリイミドから成る基体と、基体の外表面を被覆しＰＦＡ若しくはＰＴＦＥから成る表層とにより構成されていて、無端状に形成されている。なお、定着ベルト１０２は薄いので、図においては基体や表層を省略して描いていない。

第１押圧パッド１１１と第２押圧パッド１１２は、各々シリコーンゴム等の弾性体により形成された第１の弾性部材と第２の弾性部材であって、ステンレスから成るベース板金１１３にそれぞれ保持されている。更に、ベース板金１１３は耐熱樹脂から成るベース部材１１４に保持されると共に、ベース部材１１４は耐熱樹脂から成るホルダー１２１に保持されている。

また、第１押圧パッド１１１と第２押圧パッド１１２の間には、耐熱樹脂若しくはアルミニュウム等の金属から成って剛性体である高圧部材１１５が配置され、ベース板金１１３に保持されている。

そして、ホルダー１２１に挿着された圧縮バネ１１８がベース部材１１４押圧している。

また、第２押圧パッド１１２に隣接して耐熱樹脂若しくはアルミニュウム等の金属から成って剛性体である分離部材１１６が配置され、耐熱樹脂から形成されたホルダー１２２及び中央に配置された金属製のフレーム１２３によって保持されている。

更に、ホルダー１２１，１２２はフレーム１２３によって保持されている。

摺動シート１０３は、テフロン（登録商標）コーティングのガラス繊維シートやＰＴＦＥシート等の摩擦係数の小さい材料から形成され、定着ベルト１０２の内周面と、第１押圧パッド１１１、高圧部材１１５、第２押圧パッド１１２及び分離部材１１６と、の間に配置されて、定着ベルト１０２の内周面に摺接し、一端がフレーム１２３に固定されている。

オイルパッド１０４はスポンジ等から形成されてシリコーンオイル等から成る潤滑剤を含有し、ホルダー１２２に保持され、定着ベルト１０２の内周面に圧接している。

なお、定着ベルト１０２の回転時に、ホルダー１２１は摺動シート１０３を介して定着ベルト１０２を案内し、ホルダー１２２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。

また、フレーム１２３は定着ローラ１０１以外の上記の各部材を保持すると共に、不図示の支軸を中心に回動可能であり、且つ、定着ベルト１０２が定着ローラ１０１に圧接するように不図示のバネで付勢されている。従って、通常の定着時には図２に示す如く定着ベルト１０２が定着ローラ１０１に圧接する状態であるが、記録紙Ｐにジャムが生じたとき等には、フレーム１２３を回動させ、定着ベルト１０２を定着ローラ１０１から離間させる。

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、第１押圧パッド１１１、高圧部材１１５、第２押圧パッド１１２及び分離部材１１６が、摺動シート１０３を介して定着ベルト１０２を押圧し、定着ベルト１０２を定着ローラ１０１に圧接させる。従って、定着ベルト１０２と定着ローラ１０１との間に幅広のニップ部Ｎ１が形成される。

このようにニップ部Ｎ１を形成する押圧手段は、記録紙Ｐの搬送方向上流側から順に配設された第１押圧パッド１１１、高圧部材１１５、第２押圧パッド１１２及び分離部材１１６の複数の押圧部材から構成されている。そして、剛性体から形成された高圧部材１１５及び分離部材１１６の押圧部材は弾性体から形成された第１押圧パッド１１１及び第２押圧パッド１１２の押圧部材より、定着ローラ１０１への押圧力が高い。

この状態で、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するので、ニップ部Ｎ１で記録紙Ｐを挟持、搬送しながら、加熱、加圧して、記録紙Ｐ上のトナー画像を定着する。

なお、分離部材１１７は長めに形成されていて、ニップ部Ｎ１からの記録紙Ｐの排出部近傍において、摺動シート１０３を介して定着ベルト１０２を定着ローラ１０１に強く押圧し、定着ローラ１０１を大きな曲率で凹状に変形させる。これにより、定着された記録紙Ｐは定着ローラ１０１から確実に分離して、排出される。

また、定着ベルト１０２の内周面は回転時に摺動シート１０３に摺動するが、摺動シート１０３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１０４から潤滑剤としてのシリコーンオイルが定着ベルト１０２の内周面に供給されるので、更に摺動抵抗は小さくなる。

ここで、以上の如く説明した図２に示す定着装置１００は、小型化を維持しながら、より高速化に対応するために、ニップ幅を図４に示した従来の定着装置３００より広くなるように形成している。即ち、定着装置１００の定着ローラ１０１や定着ベルト１０２は定着装置３００の定着ローラ３０１や定着ベルト３０２と同径であって、定着装置１００全体は定着装置３００と同じサイズである。しかし、定着装置１００における第１押圧パッド１１１、高圧部材１１５及び第２押圧パッド１１２の記録紙搬送方向長さの合計は、定着装置３００における押圧パッド３０３の記録紙搬送方向長さより長く形成されている。また、分離部材１１６の記録紙Ｐの搬送方向の長さは、高圧部材３０７の記録紙Ｐの搬送方向の長さと同等である。従って、ニップ部Ｎ１の幅はニップ部Ｎ３の幅より広くなり、その結果、高速化に対応できる。しかも、分離部材１１６と高圧部材３０７は同じ幅であるので、分離性が低下することがない。更に、弾性体である第１押圧パッド１１１と第２押圧パッド１１２の間に剛性体である高圧部材１１５を配置したので、図５（ｂ）に示した押圧状態とは異なって定着ベルト１０２が定着ローラ１０１に圧接する圧接力が弱まることがなく、定着性が低下することがない。

なお、高圧部材１１５による押圧力は、第１押圧パッド１１１及び第２押圧パッド１１２の押圧力より高いので、ニップ部Ｎ１内における押圧力があまり大きく変化すると、記録紙Ｐの搬送速度が不安定になり、画像不良が発生する虞がある。このために、第２押圧パッド１１２の押圧力が第１押圧パッド１１１の押圧力より高まるように、第２押圧パッド１１２の硬度の方が第１押圧パッド１１１の硬度より高いことが望ましい。

また、高圧部材１１５の幅が広すぎると、ニップ部Ｎ１での摩擦力が増大し、その結果、定着ローラ１０１と定着ベルト１０２の回転トルクが増大するので、画像不良が発生する虞がある。このために、高圧部材１１５の幅をあまり広くしない方が望ましい。

この定着装置１００の圧力分布を図３に示す。横軸はニップ幅、縦軸は押圧力である。また、破線は従来の定着装置３００における圧力分布である。

次に、本発明の定着装置１００と従来の定着装置３００等の定着性、分離性、画像ずれを比較する実験を行ったので、この実験について記す。
（１）実験条件
定着装置
ニップ幅及び各部材の記録紙搬送方向の幅を表１に示す。

１：図４に示す従来の形式
２：従来形式の押圧パッド３０３と分離部材３０７を比例拡大した。

３：従来形式の押圧パッド３０３のみを拡大した。

４：図２に示す本発明の形式
定着ローラ：外径３５ｍｍ
定着ベルト：外径３０ｍｍ
他の実験条件：表２に示す。

環境条件：温度２５℃、湿度５０％
定着性：記録紙とトナーの剥離強度を測定
分離性：ニップ部からの排紙直後において定着ローラへの巻き付きの有無を視認
画像ずれ：画像上のトナーのずれを視認
（２）実験結果
表３に示す。

（３）考察
この実験によっても、定着装置１００は他の形式の定着装置と比較して、定着性、分離性、画像ずれの何れにおいても最も優れていることが実証された。

なお、以上の形態においては、１個の高圧部材を設けたが、２個以上の高圧部材を設けるようにしてもよい。２個の高圧部材を設けた場合は、記録紙搬送方向上流側から押圧パッド、高圧部材、押圧パッド、高圧部材、押圧パッド及び分離部材の順になる。

画像形成装置の構成図である。 本発明の定着装置の断面図である。 本発明の定着装置のニップ部における圧力分布の図である。 従来の定着装置の断面図である。 従来の定着装置に関して、押圧パッドと分離部材を比例拡大したときと、押圧パッド３０３のみを拡大したときの圧力分布の図である。

符号の説明

１００，３００ 定着装置
１０１，３０１ 定着ローラ
１０２，３０２ 定着ベルト
１０３，３０３ 摺動シート
１１１ 第１押圧パッド
１１２ 第２押圧パッド
１１５ 高圧部材
１１６，３１６ 分離部材
３１１ 押圧パッド

Claims (6)

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押圧し、前記定着ベルトを前記定着ローラに圧接させて、前記定着ベルトと前記定着ローラとの間に記録材上のトナー像を定着するためのニップ部を形成する押圧手段と、
   を備え、
   前記押圧手段は記録材の搬送方向に配設された複数の押圧部材から構成されると共に、前記複数の押圧部材は弾性体から形成された弾性部材並びに前記弾性部材より高圧で前記定着ベルトを前記定着ローラへ押圧する高圧部材及び分離部材を含むことを特徴とする定着装置。
2. 前記高圧の押圧部材は剛性体から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 複数の前記弾性部材が配設されると共に、前記高圧部材が前記弾性部材の間に配設されることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記押圧手段には、記録材の搬送方向上流側から順に、第１の前記弾性部材、前記高圧部材、第２の前記弾性部材及び前記分離部材が配設されることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
5. 第１の前記弾性部材より第２の前記弾性部材の方が硬度が高いことを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
6. 請求項１〜５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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