JP2010079219A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ニップ部から搬出されたシート部材の定着像を有する面と前記2つの定着部材の一方の表面から乖離する分離手段が前記ニップ部下流に設けられ、前記分離手段は、付勢手段によって前記分離手段の先端部が付勢された前記定着部材の一方の最大画像領域内で前記分離手段の先端部が付勢された前記定着部材と樹脂層を微小ギャップを有して前記先端部と非接触に保持されており、前記最大画像領域外に前記微小ギャップを保持する為の突当部材が配置され、前記突当部材の当接部は、前記定着部材の回転軸方向において前記最大画像領域内の前記先端部と略一致し、その曲率半径が所定の大きさであり、前記先端部が所定の厚み以下の金属板を折り返したヘミング加工がされた定着装置を特徴とする。
【選択図】図4
Description
不必要なこの粘着を防止するため、トナーへワックス成分を加えたり、定着ローラや定着ベルトの表面を離型性の材質で被覆したり、あるいは定着ローラや定着ベルト表面にシリコーンオイル等の離型剤を塗布する等によって、定着ローラや定着ベルトへのトナーの固着、あるいはこのようなトナーと記録媒体の複合した粘着性ゴミのこれら定着ベルトなどへの固着を防止している。
このような分離爪を用いた分離手段では、分離爪と定着ベルトや定着ローラ等の定着部材とが摺擦して、分離爪と定着部材との接触個所にトナーが滞留し易くなる。その滞留したトナーがある時期に一気に乖離し、記録媒体(シート基材)などを汚染するという問題がある。さらに分離爪と定着部材(定着ローラまたは定着ベルト)とが摺擦している為に、摺擦跡が定着部材上に生じ、定着部材の寿命の低下を引き起こし、更にその摺擦跡が定着中の画像に影響して、異常画像を生じる等の問題がある。特に近年の定着装置では、トナー自体に離形性が付与され、定着装置の定着ローラや定着ベルトに離型性を付与することは使い勝手の悪さから排除される傾向になっており、上記した問題が益々顕著化する傾向にある。
しかしながら、分離板と定着部材とが非接触状態で分離爪と同等に分離性能を発揮し、あるいは維持するには、分離部先端と定着部材とのギャップ(間隙)を極力、微小(たとえば0.1mm程度)に維持しながら、その間隙を管理しなければならない。更に、分離部の先端部をニップ直後(近傍)に配置しなければならない。
上記位置に分離板先端を配置するには、分離板先端を配置するニップ直後の回転体表面の位置や駆動時の微小な変動、さらにニップ直後の設置という条件のために、空間的な制限もある。
この発明に開示された構成では、分離ガイドが耐熱樹脂で一体成型された構成であり、この分離ガイドはソリが発生しやすく、軸方向全域に渡って0.1〜0.6mmのギャップ(隙間)を維持するのは非常に困難である。特に近年、定着性や断熱性の向上のために、定着ローラに発泡性の弾性層を用いており、分離ガイドのみならず、定着ローラにもブレや撓みを抑えることが難しいので益々ソリが発生しやすくなっている。
この分離板先端と近接する定着部材である回転体表面の変動に感度良く分離板先端が対応することが難しく、この分離板先端が定着部材(回転体)を傷つけたり、また分離板先端とこの回転体とのギャップ(隙間)を狭くするにも限度がある。
近年、小スペースにして定着性を確保する為に、定着ローラの弾性部材に発泡シリコン等のスポンジ材を用い、加圧ローラとの食い込み量を増やしてニップ幅を広げられている。更に発泡シリコンを定着ローラとして用いると立ち上がり時間も短くなり、消費電力も少ない定着装置も知られている。このような発明では、上述した問題点が益々顕著となる傾向にある。
これらの問題を解決するため、ジョブエンド後、あるいは非使用時には、定着ローラに加圧ローラへの圧力を解除する機構(脱圧機構)が設けられている。しかしながら、上記した文献に開示された非接触分離手段では、脱圧機構による圧力解除後の定着ローラ表面の微小な変動には対応できていない。具体的には、加圧ローラなどの加圧手段を脱圧すると、定着ローラの食い込みが開放され、ニップ直後の回転体の表面が、加圧前の定着ローラ表面の形状まで回復するように変動する。このような非接触分離手段では、このニップ直後の表面の形状状態の変動に対応できず、分離手段の先端部が、他方の回転体(ローラまたはベルト)の表面を傷つけることとなる。このようなことの無いように、この変動(元の形状への復帰)が影響しない位置まで分離手段の先端部をニップ直後の位置から離し、これと共に回転体(ローラまたはベルト)表面からも離す必要がある。このような分離能を確保するように再設定しなおすことは、至難であると言える。
また、請求項2の発明は、請求項1に記載の定着装置において、前記分離手段の先端部はフッ素コート層が形成されている定着装置を特徴とする。
また、請求項4の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の定着装置において、前記先端部より下流に、回動自在に支持されたコロが設けられ、前記先端部から前記コロまでに前記シート部材を導くガイド部材が設けられ、前記ガイド部材と前記コロとは、分離手段を構成する前記基体に一体に設置されている定着装置を特徴とする。
また、請求項5の発明は、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の定着装置において、前記分離手段を備えた側の定着部材の表面層に発泡部材の層を有し、弾性体を少なくともその表面層に有する定着ローラを有した構成であり、前記定着ローラに圧接される加圧ローラは前記定着ローラに対して加圧状態または圧低減状態に切り替え可能に構成された定着装置を特徴とする。
また、請求項6の発明は、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の定着装置を備えている画像形成装置を特徴とする。
さらに、このような定着装置を用いることにより、分離爪による不具合を発生せずに分離性能を確保し、更に長寿命化を達成し、発泡材質定着ローラによる定着性能向上および立ち上がり時間が短く、消費電力の少ない画像形成装置を提供することができる。
図1は本発明の定着装置の要部を示す例図である。図1に記載の定着装置は定着ベルト2内に定着ローラ1と加熱ローラ3を備えて構成されている。その構成例としては、定着ベルト2を介して定着ローラ1に対して加圧ローラ4が加圧されてニップ部Nが形成される。加熱ローラ3と加圧ローラ4の内部には熱源(ハロゲンヒータ)7が内蔵され、図中、右側から未定着トナー像6が載置された現像後の紙などのシート体(記録媒体ということがある)5が無端状の定着ベルト上に載置され、形成されたこのニップ部に、左側(上流側)から定着ベルトにより搬送され、この未定着画像が載置されたシート体5が定着ベルトと共にニップ部Nで挟持されて、加圧・加熱されて、現像された像がシート体に定着されるように構成されている。
定着ベルト2は、たとえば外形52mm程度の定着ローラ1と、たとえば外形35mm程度で厚みが0.6mm程度のアルミ製の中空円筒からなる加熱ローラ3とにより張架されている。定着ローラ1は、たとえば外形52mm程度で層の厚みが14mm程度の発泡シリコンゴムによる耐熱・弾性層を有している。
加圧ローラ4は、たとえばその厚みが1mm程度の中空の鋼製の芯金に、厚み1.5mm程度のシリコンゴムで覆い、最外層にPTFE−PFA(ポリテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)チューブを備えた構成のローラであり、その外形が50mm程度である。
上記した加圧ローラ4は定着ベルト2を介して定着ローラ1に対して3mm程度食い込むことにより、およそ14mmの幅のニップ部を構成している。
上記ニップ部の下流には、転写紙(定着画像を有する記録媒体)5を加圧ローラ4から剥離するための分離爪9が、加圧ローラ4と当接させて摺動している。
また両部材(定着部材と加圧部材)の少なくとも1つにベルトを含んで構成される場合、このベルトを張架するためのローラに、このローラの中心軸の中央方向に縮径する縮径部を前記ローラの両端部に、前記ローラに対して対称に配設することができる。このローラには、溝が形成されていることが好ましい。
図2に示すように、分離手段8は、分離手段の回動支点8aを中心に回動自在に構成され、スプリング11により分離手段回転レバー10が張設され分離手段8の先端部が定着ベルト2の方向に付勢されるように構成されている。
ニップ部の下流側において、定着側には用紙を定着ベルト2から剥離するための分離手段8が備えられている。分離手段8は支点8aを中心として揺動可能に支持されている。その分離手段8の一端と定着装置機枠とにスプリング11が張節されており、分離手段8を図中反時計回り方向に付勢している。これにより、分離手段8の他端側の分離板先端が、定着ベルト2方向へ付勢される構成となっている。
ニップ部下流側では、定着部材側の分離手段8と加圧部材側の分離手段9とで分離されたシート部材(記録紙または記録媒体ということがある)5は、ニップ部N(図1参照)を通過後に、これら分離手段8及び分離爪57によって定着部材及び加圧部材から分離され、その後、定着側ガイド板と加圧側ガイド板とに案内されて排紙部へ搬送される。
この図に示すように、分離板8cは、基体8dと先端部材8fから構成されている。また、先端部材8fの両側の非通紙領域には、別部材である突当部材8bが基体8dにネジ止めされている。そして分離手段8の先端部8fは、最大画像領域の外に配置された突当部材8bによって、ニップ直後(ニップ部近傍でありその下流側)のニップの極近傍に配置することができる。
図4は図2に示すA部の詳細拡大図である。ただし手前側の突当部材8bは取り外した状態でその詳細を示している。
図1〜図2に示す分離手段8で定着部材と定着後のシート部材との分離能を有効に確保するには、図5に示す分離手段の先端部8fを定着ベルト2に可能な限り接近させ、且つニップ下流部側近傍に近づけなければならない(図1〜図2では、直接シート部材と接している定着部材として、定着ベルト2により説明している。)。先端部が曲率形状を有して所定の厚みを持っており、分離板の先端部材8fと定着部材である定着ベルト間の距離(ギャップ)を管理するためのギャップ管理部材である。
なお、図5から分るように、細く尖った先端部8fと、両側の位置決め部材8eの曲率形状の曲率中心とが、軸方向(定着ローラ1の軸方向=通紙方向と直行する方向)において略一致する位置関係となるように構成されている。
非接触式の分離手段8で分離性能を確保するためには、図5に示すように上記分離板8cの先端部材8fを極力定着ベルト2に近づけ、且つ、ニップ下流部近傍に近づけなければならない。ニップ下流点と分離手段の先端部8fとの距離rは、製品仕様で定められた転写紙先端の余白Wと比較して、これと同等かそれ以下としなければならない。且つニップ出口部の接線ベクトルnより、分離手段の先端部8fは定着ベルト2側にギャップGを介して位置していなければならない。
通常、転写紙5の先端の余白Wは、その最小値が画像形成装置の仕様から2〜5mmであり、最大画像領域外の両端部、突当部材8bの曲率半径と分離板8cの調整によって定まる分離手段の先端部8fと定着ベルト2とのギャップGは0.1〜0.6mmの範囲で管理する。この範囲を外れると分離品質(分離性能)が悪化する。上記構成を満足する為には、当接部材8bの曲率半径は0.6mm以下に設定し、軸方向において当接部材8bの曲率中心と分離板8cの分離手段の先端部8fは略一致した位置に配置される。
同様に、従来の分離爪のように定着部材に通紙領域で摺動していないので、先端部材8fと定着ベルト53との間には固着トナーが溜まることも無い。
さらに、分離手段8を構成する部材のうち、上記した当接部材8bのみが回転体(定着ベルト2と摺接する部材であり最も寿命が短い部材であるが、当接部材8bを別部品として構成しているので、メンテナンス時には当接部材8bだけを交換すればよく、ランニングコストを低減させることができるというメリットも有している。なお、加圧側は非画像面のために固着トナーが付いたり、摺動後の異常画像が発生するなどの課題は殆ど発生しないので、本実施形態では加圧ローラ4には、接触式の分離爪9を採用している。
同様に、分離爪のように本発明の定着装置に使用される分離板8cは定着部材とギャップGの間隙を有しており、直接摺擦することがないので、分離手段の先端部8fと定着ベルト2との間には固着トナーが滞留することも無い。また、分離板8cの先端部はヘミング加工によってR形状としたので、画像上に傷を発生させることも無く、紙詰まり等の異常時に定着ベルト2と接触したとしても、定着ベルト2上に傷を発生させることも無い。
以上の構成によって、定着ベルト2と分離手段8とは、最大画像領域内では当接していないので、摺擦跡が定着部材に生じることも無く、よって画像に影響を与えない。
本発明では図4〜図5に示すように、0.2mm以下の金属性板を180度曲げた分離板8cの先端部8fの定着ベルト2と近接する部位や記録媒体(シート部材)5が通紙する領域には、プライマ層を介して表層にPFA(テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等の材料を用いたフッ素コート層8eが形成されている。
フッ素系のコート層8eは、トナー6に対して離型性が良く、トナー6によって分離板8cが固着されず汚染されない。また、定着ベルト2との摺動性に優れ、たとえ分離板の先端8fと定着ベルト2とが接触したり摺擦しても、このコート層はエラストマーであり弾性樹脂であるも作用して定着ベルト2に傷が付き難いという効果がある。
図6に示すように、分離手段8は、ニップ部に対して記録媒体Pの搬送方向下流側に対応する位置に、コロ8hが回動自在に支持されて設置されている。このコロ8hは、ニップ部から送出された記録媒体Pの搬送を補助するものである。
また、分離板8c(先端部8f)とコロ8hとの間に、ガイド部材8gが設置されている。ガイド部材8gは、ニップ部から送出された記録媒体Pをコロ8hの位置に向けて案内するものである。
このような構成により、ニップ部から送出された記録媒体Pは、ガイド部材8g及びコロ8hによって分離板8cから離れて搬送されることになる。したがって、分離工程後に記録媒体Pの画像面が分離板8cに摺接して、擦れ画像等の異常画像が発生する不具合を防止することができる。なお、ガイド部材8g及びコロ8hは、基体8dに対して一体的に構成、設置されている。このため、先端部8fに対する相対的な位置が一定に保たれて、記録媒体Pの搬送性が安定化することになる。
以上説明したように、当接部材8bの曲率部8eの曲率中心が分離板8c(分離部材)の先端部8fに一致するように構成したり、幅方向に複数の分離板8cを設けてそれらの当接部材8bに対する相対的な位置をそれぞれ調整可能に構成している。これにより、定着ベルト2(対向部材)や分離板8cの磨耗・損傷が抑止されるとともに、爪あと汚れ画像等の異常画像の発生が抑止されて、さらに記録媒体Pに対する分離性を良好に維持することができる。
そして、ネジ8iは突当部材8bと一体となった基体8dにネジにより締結され、このネジ8iを締めこんだり緩めて、分離板の先端部8fの調製を行なう。
図6に示すように、B−B線断面では、ネジ8iを締めて、分離板の先端部8fの位置を調整し、C−C線断面では、ネジ8iを緩めて、分離板の先端部8fの位置を調整している。そして、全体で定着部材である定着ベルト2と分離板の先端部8fとの隙間を、0.1〜0.5mmの範囲になるように調整される。上記構成によって、分離板8cの先端部8fと定着部材である定着ベルト2との隙間(ギャップ)を精度良く管理することができる。
分離手段8を備えた側の定着ローラ1の材質がシリコーン発泡部材で構成されている為、弾性に優れた構成となっており、加圧ローラ4が3mm程度食い込み、ニップ部を形成している。このため、この構成においては、定着ローラ1の圧縮永久歪の課題や寿命低下に対する対策を、以下のようにして講じている。
その対策として、本実施形態では、加圧ローラ4には定着ローラ1に対して、圧低減切り替え機構を設けている。
具体的には記録媒体5が通紙する時には、偏心カム13が図8のような状態となり、加圧レバー12を押し上げ、定着ベルト2を介して加圧ローラ4の定着ローラ1に対する食い込み量が3mmとなる。一方、待機時や立ち上がり時及びOFF状態等の記録媒体5が定着装置に搬送されないときには図9の状態に偏心カム13が回転し、加圧レバー12が下がり、定着ベルト2を介して加圧ローラ4の定着ローラ1に対する食い込み量が減ったり、もしくは離間する機構を備えている。
非接触方式の分離手段8で分離性能を確保するために、図5に示す状態に分離手段先端8fの位置を配置すると、加圧ローラ4は圧低減の際に定着ローラ1の歪が開放されることによって、定着ベルト2の表面の位置が加圧時の分離手段先端8fの位置まで達する(図10参照)。
しかし、分離手段8の構成によって、減圧して分離手段先端8f近傍の定着ベルト2の表面の性状状態が変わっても、最大画像領域外両端の曲率形状8bを介して分離部先端8fが反応するので、分離部先端8fで回転体表面を傷つけるのを防止することができる。
図11は本発明の定着装置を設けた画像形成装置の構成例を示す略図である。
給紙ユニット31により、用紙が転写部へ搬送される。
一方、書き込みユニット32によってスキャナによる信号もしくはプリンタによる信号によって、作像ユニット33内の感光体上に露光される。感光体上に露光された潜像は作像ユニット33によって転写ベルトに作像され、転写ユニット34によって、搬送されてきた転写紙に未定着トナー像が転写される。そして未定着トナー像は定着ユニット35で定着される。また、両面時には両面ユニット36で記録媒体5が反転されて、再び転写部へ搬送される。
上記構成によって、分離爪による不具合を発生せずに分離性能を確保し、更に長寿命化を達成し、発泡材質定着ローラによる定着性能向上および立ち上がり時間が短く、消費電力の少ない画像形成装置を提供することができる。
そして、図示していないスタートスイッチを押すと、自動原稿搬送装置37に原稿をセットしたときは、原稿を搬送してコンタクトガラス上へと移動した後、他方コンタクトガラス上に原稿をセットしたときは、直ちにスキャナを駆動し、第1走行体及び第2走行体を走行する。そして、光源から光を発射して原稿面からの反射光をミラーで反射して結像レンズを通して読み取りセンサに入れ、原稿内容を読み取る。
また、スタートスイッチが押されると中間転写ベルトが回転走行し、同時に、個々の作像ユニット33でその感光体33−1を回転して各感光体33−1上にそれぞれ、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの単色画像を形成する。そして、中間転写ベルトの走行とともに、それらの単色画像を順次転写して中間転写ベルト上に合成カラー画像を形成する。
さらに、スタートスイッチを押すことで、給紙部31の給紙カセットの1つからシートを繰り出し、分離ローラで1枚ずつ分離して給紙路に入れ、搬送ローラで搬送して複写機本体30内の給紙路に導き、レジストローラ34−2に突き当てて止める。または、手差し給紙を選択した場合には手差しトレイからシートを繰り出し、1枚ずつ分離して給紙し、同じくレジストローラ34−2に突き当てて止める。
画像転写後のシートは、二次転写装置34−3で搬送して定着装置35へと送り込み、定着装置35で熱と圧力とを加えて転写画像を定着した後、排出ローラで機外に排出し、排紙トレイ38上にスタックする。または、切換爪で切り換えてシート反転装置39に入れ、そこで反転して再び転写位置へと導き、裏面にも画像を記録した後、排紙トレイ38上に排出される。
定着装置35は、上述したように分離手段8を備えており、本例の分離手段8は非接触方式によって接触式分離爪と同等以上の分離性能を有しており、また、非接触方式であるため画像に摺動跡などが発生することもなく、優れた分離性能と高品質な画像とを得ることができる。また、非接触方式であるため分離板先端に固着トナーが溜まることも無く、さらに、脱圧時の定着部材の変動にも対応可能であり、ランニングコストにも優れている。そして、加圧ローラの脱圧が可能なことにより、定着装置の寿命も高寿命である。本実施例の定着装置は弾性層を有する定着ローラによりニップを形成するベルト定着装置であり、定着性能に優れ、また、立ち上がり時間も短く、消費電力の少ない定着装置及び画像形成装置を提供することができる。
以上、本発明を図示例により説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
また、画像形成装置においてはフルカラー装置に限らず、モノクロ装置や複数色の画像形成装置とすることもできる。また、画像形成装置の作像部等の構成は任意であり、例えばカラー画像形成装置とする場合、一つの像担持体の周りに複数の現像器を配置した構成などを採用することもできる。また、直接転写方式を採用しても良い。さらに、画像形成装置としては複写機に限らず、プリンタやファクシミリ、あるいは複数の機能を有する複合機であっても良い。
Claims (6)
- 2つの定着部材の圧接によって形成されるニップ部の上流から搬入された未定着トナー像を有するシート部材を加熱・加圧して定着する定着装置において、
前記ニップ部から搬出されたシート部材の定着像を有する面と前記2つの定着部材の一方の表面から乖離する分離手段が前記ニップ部下流に設けられ、前記分離手段は、付勢手段によって前記分離手段の先端部が付勢された前記定着部材の一方の最大画像領域内で前記分離手段の先端部が付勢された前記定着部材と樹脂層を微小ギャップを有して前記先端部と非接触に保持されており、前記最大画像領域外に前記微小ギャップを保持する為の突当部材が配置され、
前記突当部材の当接部は、前記定着部材の回転軸方向において、前記最大画像領域内の前記先端部と略一致し、その曲率半径が0.6mm以下であり、前記最大画像領域内の分離手段の前記先端部は厚み0.2mm以下の金属性板を折り返したヘミング加工がされたことを特徴とする定着装置。 - 請求項1に記載の定着装置において、
前記分離手段の先端部はフッ素コート層が形成されていることを特徴とする定着装置。 - 請求項1又は2に記載の定着装置において、
前記先端部は、前記最大画像領域外の両端部に設けられた曲率形状を含む基体と別体に構成され、前記先端部は軸方向に、溝形状を有する複数のネジの溝部に挟持され、
前記複数のネジが前記最大画像領域外の両端部に設けられた前記曲率形状を含む基体に対して勘合して、前記先端部が軸方向でその前記定着部材に対する間隙を調整自在可能に構成されていることを特徴とする定着装置。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の定着装置において、
前記先端部より下流に、回動自在に支持されたコロが設けられ、
前記先端部から前記コロまでに前記シート部材を導くガイド部材が設けられ、
前記ガイド部材と前記コロとは、分離手段を構成する前記基体に一体に設置されていることを特徴とする定着装置。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の定着装置において、
前記分離手段を備えた側の定着部材の表面層に発泡部材の層を有し、弾性体を少なくともその表面層に有する定着ローラを有した構成であり、
前記定着ローラに圧接される加圧ローラは前記定着ローラに対して加圧状態または圧低減状態に切り替え可能に構成されたことを特徴とする定着装置。 - 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の定着装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。
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