JP2010054589A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、ニップ幅を広くとり安定した画像形成が可能で、カラー化や高速化に対応する。
【解決手段】定着ローラ２１と加圧ローラ２３は転写紙９の搬送経路中に対向しバネで加圧設置される。また、定着ローラ２１内側に、剛性の高い材料（ＳＵＳ等）で形成されている定着加圧ローラ２２とハロゲン等の棒状ヒータ２４を備えている。定着加圧ローラ２２は、定着ローラ２１と加圧ローラ２３の各中心点を結んだ線上よりも下流側に配置され、加圧ローラ２３と、前記定着ローラ２１と加圧ローラ２３間のバネよりも強いバネで加圧されている。このことにより、ニップ内に定着ローラ２１の弾性体層の変形に偏りが生じて、転写紙９の搬送方向の下流側に高圧部を形成することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、定着装置、およびこの定着装置を備えたプリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。

プリンタ等の画像形成装置においては、記録媒体に転写されたトナー像を加熱ローラと加圧ローラとを有する定着装置により定着することが広く行われている。しかし、近年のカラー化や高速化により、前記のような加熱ローラと加圧ローラとを圧接させる定着装置では、ニップ幅が狭いために熱を十分に与えられずトナーの定着に不具合を生じるという傾向がある。この問題を解決するため、複数のローラにより支持されたベルトを加圧ローラに押圧することによって、ニップ幅を広くとるようにした方法が示されている（特許文献１，２参照）。

さらに、このベルトを用いた方式の中には、特許文献３に示すように、ニップ部内での圧力分布を入口側と出口側で変えることで、低圧部で転写紙およびトナーに熱を十分に与えた後に狭い高圧部で転写紙に定着させることで、トルクの増大を防ぐことも行われている。
特開２００３−３０２８５８号公報 特開２００２−２７８３４９号公報 特開平１１−１３３７７６号公報

しかしながら、このような構成のベルトを用いた定着装置は、ベルトを掛け回すためのローラ等を必要として構成部品が増えてしまい、大きさ、コストの面で不利であるという問題があった。

本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、簡単な構成で、ニップ幅を広くとり安定した画像形成が可能で、カラー化や高速化に対応した定着装置および画像形成装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載した定着装置は、媒体の搬送経路上に対向して設けられた一対のローラと加熱手段を備え、前記一対のローラ間のニップ部での加圧および前記加熱手段の加熱により前記媒体上にトナー画像を定着させる定着装置において、前記一対のローラのうち一方のローラは肉厚が薄く、内部に前記ローラを前記ニップ部の加圧方向へ圧接するための第２ローラを備え、前記第２ローラの回転中心位置が、前記一対のローラそれぞれの回転中心を結んだ線よりも前記媒体の搬送経路の下流側にあることを特徴とする。

また、請求項２に記載した発明は、請求項１の定着装置において、前記第２ローラの径が、前記第２ローラを内部に備える外側ローラの径の１／２以下であることを特徴とする。

また、請求項３に記載した画像形成装置は、請求項１または２記載の定着装置を備えたことを特徴とする。

前記構成の定着装置および画像形成装置によれば、簡単な構成で、ニップ幅を広くとり安定したトナー定着ができ、カラー化や高速化に対応した画像形成を行うことができる。

本発明によれば、簡単な構成で、ニップ幅を広くとり安定した画像形成を行うことができ、カラー化や高速化に対応した定着装置および画像形成装置を提供することができるという効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態における光書込ユニットの概略構成を示し、また、図２（ａ）はカラーの画像形成装置、（ｂ）は画像形成ユニットの概略構成を示す図である。

図２（ａ）に示す画像形成装置は、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像を形成するための４つの画像形成ユニット１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋを備える。なお、Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋの色順は、図２（ａ）に限るものでなく、他の並び順であっても構わない。

画像形成ユニット１（Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ）は、それぞれ、像担持体としての感光体ドラム２（Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ）と、帯電部１ａ（Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ）、現像部１ｂ（Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ）、クリーニング手段（図示せず）とを備えている。また、各画像形成ユニット１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋの配置は、各感光体ドラムの回転軸が平行になるように、かつ記録媒体である転写紙９の移動方向に所定のピッチで配列するように、設定されている。

また、画像形成ユニット１（Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ）の下方には、光源（半導体レーザ３ａ）、ポリゴンミラー３ｃ、反射ミラー３ｅ、ｆ−θレンズ３ｆ等を備え、画像データに基づいて各感光体ドラム２（Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ）の表面に光ビーム３ｄを走査しながら照射する光書込ユニット３が、上方には各画像形成ユニットのトナー像を重ね合わせて転写するように搬送する転写搬送ベルト４を有するベルト駆動装置としての一次転写ユニット５が配置されている。

転写搬送ベルト４の外周面には、ブラシローラとクリーニングブレードから構成されたクリーニングユニット６が接触するように配置されている。このクリーニングユニット６により転写搬送ベルト４上に付着したトナー等の異物が除去される。

図２（ａ）において、一次転写ユニット５の右側には、転写紙９にトナー像を転写する二次転写ユニット７が配置され、その上方にはベルト定着方式の定着ユニット８が備えられている。画像形成装置の下部には、記録媒体である転写紙９が載置された給紙カセット１０ａ，１０ｂを備えている。また、画像形成装置の側面から手差しによる給紙を行う手差しトレイ１０ｃが備えられている。

この他、トナー補給容器１１Ｙ、１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｋが備えられ、図示していない廃トナーボトル、電源ユニットなども備えられている。

図２（ｂ）に示す現像手段としての現像部１ｂ（Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ）は、いずれも同様の構成からなり、それらは使用するトナーの色のみが異なる二成分現像方式の現像部１ｂ（Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ）であり、トナーと磁性キャリアからなる現像剤が収容されている。

現像部１ｂ（Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ）は感光体ドラム２（Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ）に対向した現像ローラ、現像剤を搬送・撹拌するスクリュー、トナー濃度センサ等から構成される。現像ローラは外側の回転自在のスリーブと内側に固定された磁石から構成されている。トナー濃度センサの出力に応じて、トナー補給装置よりトナーが補給される。

まず、図１の帯電ローラ（帯電部１ａ）に図示しない電源より所定の電圧が印加されて、対向する感光体ドラム２の表面を帯電する。所定の電位に帯電した感光体ドラム２の表面には、引き続いて光書込ユニット３により画像データに基づく光ビーム３ｄが走査され、静電潜像が書き込まれる。静電潜像を担持した感光体ドラム２の表面が現像部１ｂに到達すると、感光体ドラム２と対向配置される現像ローラにより、感光体ドラム２表面の静電潜像にトナーが供給されて、トナー像が形成される。

前記の動作が画像形成ユニット１（Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ）全てにおいて、同様にして所定のタイミングで行われ、感光体ドラム２（Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ）表面にはそれぞれ所定の色のトナー像が形成される。

転写紙９は、給紙カセット１０ａ，１０ｂ、もしくは手差しトレイ１０ｃのいずれかから搬送され、レジストローラ１６に到達したところで一端停止する。画像形成ユニット１（Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ）の画像形成動作タイミングで転写搬送ベルト４上に、各感光体ドラム２上のトナー像を順次転写していく。このトナー像の転写は、転写搬送ベルト４を挟んで各感光体ドラム２（Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ）と対向配置されている一次転写ローラ４ａ（Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ）から、図示しない電源より感光体ドラム２上のトナーの極性と逆極性の電圧が印加されることで行われる。

そして、感光体ドラム２との対向位置を通過し、４色のトナー像が重ね合わされた転写搬送ベルト４上のトナー像は、レジストローラ１６で送り出された転写紙９上に、二次転写ユニット７によって転写される。転写紙９は、引き続いて定着ユニット８に搬送され、熱と圧力を受けて画像を定着される。

図３は本実施形態における定着ユニット、図４は定着ローラの概略構成を示す図である。図３に示すように、定着ローラ２１と加圧ローラ２３は転写紙９の搬送経路中に対向して図示しないバネで加圧されて設置され、また図４に示すように、定着ローラ２１はアルミニウム合金等の定着ローラ：素管２１ａの上に変形しニップ幅を十分に広くするための弾性部材（発泡シリコン等）の定着ローラ：ゴム層２１ｂが形成され、必要に応じてさらにその上に離型性確保のためのフッ素系樹脂層が設けられ、端部にリング状のフランジを備え、装置本体側のリング状の受けに嵌め合わせている。

また、定着ローラ２１内側に、剛性の高い材料（ＳＵＳ等）で形成されている定着加圧ローラ２２とハロゲン等の棒状ヒータ２４を備えている。定着加圧ローラ２２は、定着ローラ２１と加圧ローラ２３の各中心点を結んだ線上よりも下流側に配置され、加圧ローラ２３と、前記定着ローラ２１と加圧ローラ２３間のバネよりも強いバネで加圧されている。

このことにより、ニップ内に定着ローラ２１の弾性体層の変形に偏りが生じ、図５に示すような圧力分布（図３の矢印Ａ，Ｂと図５の矢印Ａ，Ｂが対応）となり、転写紙９の搬送方向の下流側に高圧部を形成することができる。

また、図６は、面圧を変化させて定着させた転写紙９上のベタ画像を布で擦り、擦る前後の反射濃度差を測定した値（スミア定着値）の例を示す図である。値が低いほどよりよく定着されていることを示し、０．１５以下が望ましい。圧力を高くすることで定着が向上することがわかる。

このような圧力分布とすることにより、転写紙９に対して、上流側で十分な熱を与えた後に高圧を印加することで、定着性を向上することができる。

また、ヒータ２４は定着ローラ２１の中心付近に配置することで、待機時にも均一に昇温することができる。そのためには、定着加圧ローラ２２の径の大きさを定着ローラ２１の内径の１／２以下にする必要がある。

また、本実施形態の構成とすることで、ニップ全面に高圧を印加する場合よりも駆動トルクの低減を実現できる。

本発明によれば、簡単な構成で、ニップ幅を広くとり安定したトナー定着が可能となり、カラー化や高速化に対応した画像形成を行うことができる定着装置および画像形成装置を得られる。

本発明に係る定着装置は、簡単な構成で、ニップ幅を広くとり安定した画像形成を行うことができ、カラー化や高速化に対応し、定着装置を備えたプリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置に有用である。

本発明の実施形態における光書込ユニットの概略構成を示す図 実施形態における（ａ）はカラーの画像形成装置、（ｂ）は画像形成ユニットの概略構成を示す図 本実施形態における定着ユニットを示す図 本実施形態における定着ローラの概略構成を示す図 本実施形態におけるニップ内に定着ローラの弾性体層の変形に偏りが生じた圧力分布を示す図 本実施形態における面圧を変化させて定着させた転写紙ベタ画像を布で擦り反射濃度差を測定した値（スミア定着値）を示す図

符号の説明

１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ 画像形成ユニット
１ａ 帯電部
１ｂ 現像部
２ 感光体ドラム
３ 光書込ユニット
３ａ 半導体レーザ
３ｂ レンズ
３ｃ ポリゴンミラー
３ｄ 光ビーム
３ｅ 反射ミラー
３ｆ ｆ−θレンズ
４ 転写搬送ベルト
５ 一次転写ユニット
６ クリーニングユニット
７ 二次転写ユニット
７ａ 転写部
８ 定着ユニット
９ 転写紙
１０ａ，１０ｂ 給紙カセット
１０ｃ 手差しトレイ
１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋ トナー補給容器
２１ 定着ローラ
２１ａ 定着ローラ：素管
２１ｂ 定着ローラ：ゴム層
２２ 定着加圧ローラ
２３ 加圧ローラ
２４ ヒータ

Claims (3)

1. 媒体の搬送経路上に対向して設けられた一対のローラと加熱手段を備え、前記一対のローラ間のニップ部での加圧および前記加熱手段の加熱により前記媒体上にトナー画像を定着させる定着装置において、
   前記一対のローラのうち一方のローラは肉厚が薄く、内部に前記ローラを前記ニップ部の加圧方向へ圧接するための第２ローラを備え、
   前記第２ローラの回転中心位置が、前記一対のローラそれぞれの回転中心を結んだ線よりも前記媒体の搬送経路の下流側にあることを特徴とする定着装置。
2. 前記第２ローラの径が、前記第２ローラを内部に備える外側ローラの径の１／２以下であることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 請求項１または２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。