JP2011081136A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷却剥離定着において、定着ベルトを傷つけることなくクリーニングする。
【解決手段】 未定着トナー像を形成した記録材を加熱する定着ローラと、定着ローラに架け回されたエンドレスベルトと、エンドレスベルトを介して定着ローラに加圧されニップを形成する加圧ローラと、エンドレスベルトに密着したまま移動する記録材をベルトから分離する前に冷却する冷却手段とを有する高光沢画像を形成する冷却分離式の定着器であって、定着ベルト上の残トナーを加圧ローラ側に移動させ、加圧ローラ上設けた清掃手段でクリーニングする。
【選択図】 なし

Description

本発明は、例えば電子写真方式や静電記録方式等によって画像形成する画像形成装置の定着装置に関し、特に、高い光沢性を有する画像形成を行うことが可能な冷却分離定着方式（または、冷却剥離定着方式）に関するものである。

従来、電子写真方式等の画像形成装置では、画像形成部で形成されたトナーを記録材上に静電転写し、定着装置で溶融定着する方法を用いている。

画像形成装置の出力画像を光沢度という観点から見ると、オフィス文書のような低いものから、オフセット印刷のようなコート紙を用いた中程度のもの、印画紙を用いた銀塩写真のような高いものまで様々な光沢のものがあり、電子写真方式の画像形成装置にも様々な光沢度の画像形成が可能なことが要望されつつある。

特許文献１では、通常のローラ定着方式ではなく冷却剥離式の定着器を採用している。冷却剥離式の定着器では銀塩写真のような高光沢の画像を得ることができる。

特許文献２には、ローラ定着方式と冷却剥離定着方式を併用し、光沢、非光沢を切り替えて定着する方式も提案されている。

特開2002-341619号公報 特開平5-158364号公報 特開2008-26709号公報

冷却剥離式の定着器の定着ベルト表面上を調べると、トナーを充分に加熱し、冷却して定着ベルトから分離するために、トナーがホットオフセットやコールドオフセットして定着ベルトを汚すことはほとんどない。しかしながら、紙詰まり等により画像形成が瞬断された場合、定着途中の溶融されたトナーが定着ベルト上にオフセットしてしまう場合がある。

そうであっても、特許文献1、2記載のように、有色トナーを透明トナーで覆う場合は、仮に透明トナーが定着ベルト上にオフセットし、次の記録材上に再オフセットしても透明なので実質的に問題にならなかったと考えられる（図７（a）参照）。図７において、Pは記録材、Tは透明トナー、Yはイエロートナー、C+Mはシアントナーとマゼンタトナーからなるブルー色を表している。

また、透明トナーを用いずに転写材に樹脂層を有した樹脂シート（あるいは「フォトメディア」とも称する）を使用する場合であっても、各々の画像形成装置専用に開発された樹脂シートであるため各々専用紙用に最適設計されており紙詰まりが起こることはなかったと考えられる。

しかし、一般的な印刷用コート紙に対して、画像形成を行う場合は紙の状態によっては紙詰まりの確率は0ではないため、定着ベルト上にトナーがオフセットしてしまう可能性は残る。

また、図７（a）のように、透明トナーを用いる場合でも、有色トナーを透明トナーで完全に覆う場合は、仮にオフセットしても透明トナーだけだが、図７（ｂ）のように、画像上の有色トナーが無い部分だけ透明トナーで覆う場合は定着ベルト上に有色トナーがオフセットしてしまう可能性はある。

冷却剥離式の定着器の定着ベルトのクリーニング方法として、冷却分離をしないローラ対定着装置の定着ローラクリーニング手段として一般的に用いられる不織布を用いたウェブクリーニング手段や、ゴムブレードを用いたクリーニング手段は好ましくない。そのようなクリーニング手段では、定着ベルトの表面にキズがついてしまったり、光沢が低下してしまったりといった問題が発生する。このため、冷却剥離式で定着ベルト周上にクリーニング手段を設けた製品は上市されていない。

そこで、特許文献3に、樹脂シートをクリーニングシートとして用いることが提案されている。しかし、汚れが取れるまで複数枚の樹脂シートを使用することになるので好ましいクリーニング方法とは言えない。

本発明の目的は、ほとんど汚れない冷却剥離式の定着器が紙詰まり等で汚れたときにも、クリーニングペーパーを使用せず、定着ベルトの表層を傷つけることなく、クリーニングする方法を提案することである。

以上の説明より本発明にかかる定着装置は、未定着トナー像を形成した記録材を加熱する定着ローラと、定着ローラに架け回されたエンドレスベルトと、エンドレスベルトを介して定着ローラに加圧されニップを形成する加圧ローラと、エンドレスベルトに密着したまま移動する記録材をベルトから分離する前に冷却する冷却手段とを有し、高光沢画像を形成する冷却分離式の定着器であって、加圧ローラに清掃手段を設けたことを特徴とする定着器である。

さらには、加圧ローラを冷却する冷却手段を設けることを特徴とする請求項１記載の定着器である。

さらには、エンドレスベルト上のトナーをクリーニングするクリーニングモードを設け、クリーニングモード時は、定着ローラ温度をT1[℃]、加圧ローラ温度をT2[℃]としたとき、
T1≧T2とすることでエンドレスベルト上のトナーを加圧ローラへ移動させ、清掃手段にて清掃することを特徴とする定着装置である。

冷却分離式で画像表面が高光沢な鏡面になるのは、定着ベルトに画像面が接触したまま、加熱→冷却されることで定着ベルト表面の鏡面を画像表面に転写しているためであり、もし定着ベルト表面に傷があると、傷跡も画像表面に転写するため、光沢ムラとなってしまう。

一方、加圧ローラ側は、傷ついたとしても鏡面を出そうとしている画像面と反対側であり、かつ定着ローラよりも制御温度が低いためある程度傷がついていても画像表面に傷跡が転写されることはない。

以上の本発明にかかる冷却剥離式の定着装置によれば、紙詰まり等で定着ベルトが汚れたときでも、クリーニングペーパーを使用せず、定着ベルトの表層を傷つけることなく、クリーニングすることが可能である。

本発明の定着装置を用いた画像形成装置における定着ベルトのクリーニングを説明する説明図。 本発明の定着装置を用いたの画像形成装置における全体構成を示す図。 ローラ定着器を説明する説明図。 冷却分離式の定着器を説明する説明図。 ジャムリカバリ動作を説明するフロー図。 ジャムリカバリ動作を説明するブロック図。 色トナーと透明トナーの紙上の載り方を説明する説明図。

以下に図面に基づいて本発明の好ましい実施の形態を更に詳細に説明するが、本発明はこれらによって何ら限定されるものではない。

本発明に係る定着装置で定着する未定着画像を形成する画像形成装置の実施形態について、図２を用いて説明する。

図２は本実施形態に係る定着装置99を含む画像形成装置の全体構成図である。図２に示す装置内には第1、第2、第3、第4の画像形成部Pa、Pb、Pc、Pdが併設され、各々異なった色のトナー像が潜像、現像、転写のプロセスを経て形成される。

画像形成部Pa、Pb、Pc、Pdは、それぞれ専用の像担持体、本例では電子写真感光ドラム3a、3b、3c、3dを具備し、各感光ドラム3a、3b、3c、3d上に各色のトナー像が形成される。各感光ドラム3a、3b、3c、3dに隣接して中間転写体130が設置され、感光ドラム3a、3b、3c、3d上に形成された各色のトナー像が、中間転写体130上に1次転写され、2次転写部で記録材P上に転写される。さらにトナー像が転写された記録材Pは、定着部9で加熱及び加圧によりトナー像を定着した後、記録画像として装置外に排出される。

感光ドラム3a、3b、3c、3dの外周には、それぞれドラム帯電器2a、2b、2c、2d、現像器1a、1b、1c、1d、1次転写帯電器24a、24b、24c、24d及びクリーナー4a、4b、4c、4dが設けられ、装置の上方部にはさらに図示しない光源装置およびポリゴンミラーが設置されている。

光源装置から発せられたレーザー光をポリゴンミラーを回転して走査し、その走査光の光束を反射ミラーによって偏向し、fθレンズにより感光ドラム3a、3b、3c、3dの母線上に集光して露光することにより、感光ドラム3a、3b、3c、3d上に画像信号に応じた潜像が形成される。

現像器1a、1b、1c、1dには、現像剤としてそれぞれシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックのトナーが、図示しない供給装置により所定量充填されている。現像器1a、1b、1c、1dは、それぞれ感光ドラム3a、3b、3c、3d上の潜像を現像して、シアントナー像、マゼンタトナー像、イエロートナー像及びブラックトナー像として可視化する。場合によっては、透明トナー像を現像する現像器を備えても良い。

中間転写体130は矢示の方向に感光ドラム3と同じ周速度をもって回転駆動されている。

感光ドラム3a上に形成担持された上記第1色のイエロートナー画像は、感光ドラム3と中間転写体130とのニップ部を通過する過程で、中間転写体130に印加される1次転写バイアスにより形成される電界と圧力により、中間転写体130の外周面に中間転写されていく。

11は2次転写ローラで、中間転写体130に対応し平行に軸受させて下面部に接触させて配設してある。2次転写ローラ11には、2次転写バイアス源によって所望の2次転写バイアスが印加されている。中間転写体130上に重畳転写された合成カラートナー画像の記録材Pへの転写は、給紙カセット10からレジストローラ12、転写前ガイドを通過して中間転写体130と2次転写ローラ11との当接ニップに所定のタイミングで記録材Pが給送され、同時に2次転写バイアスがバイアス電源からに印加される。この2次転写バイアスにより中間転写体130から記録材Pへ合成カラートナー画像が転写される。

以下、同様に第2色のマゼンタトナー画像、第3色のシアントナー画像、第4色のブラックトナー画像が順次中間転写体130上に重畳転写され、目的のカラー画像に対応した合成カラートナー画像が形成される。

一次転写が終了した感光ドラム3a、3b、3c、3dは、それぞれのクリーナ4a、4b、4c、4dにより転写残トナーをクリーニング、除去され、引き続き次の潜像の形成以下に備えられる。転写ベルト130上に残留したトナー及びその他の異物は、転写ベルト130の表面にクリーニングウエブ（不織布）19を当接して、拭い取るようにしている。

トナー画像の転写を受けた転写材Pは定着器9へ順次導入され、転写材に熱と圧力を加えることで定着される。定着器９による定着後は、そのまま排紙する場合は、図中上方の回避パスへ、高光沢画像を出力する場合は、冷却分離定着器９９へ搬送される。モードの切り替えはユーザが操作部等から指定すればよい。

図３は定着装置の具体例として、熱ローラ方式の定着装置の基本構成を示すもので、この定着装置は、加熱体たるハロゲンランプヒータ５６を内包する円筒状芯金７１の表面に離型性層７０を設けた定着ローラ５１と、棒状芯金７３の周囲に耐熱性ゴム層７２を設け、さらにその表面に離型性層７０を形成した加圧ローラ５２で構成されており、両者の対向ニップ部で記録材Ｐの搬送を行うと同時に熱と圧力によってトナーを記録材Ｐに定着させるものである。また、定着ローラ５１には不図示のサーミスタが接触または非接触に配設されており、温度調節回路を介してヒーターへの電圧を制御することにより定着ローラ５１の表面の温度調節を行っている。

図４は冷却分離式の定着装置の具体例を示すもので、この定着装置は、定着ローラ５１と、テンションローラ７9と、定着ローラ５１とテンションローラ７９との間に所定のテンションで架け回された定着ベルト８０と、上記定着ベルト８０を介して定着ローラ５１に対して加圧され定着ニップを形成する加圧ローラ５２と、で構成されている。定着ニップ部で記録材Ｐの搬送を行うと同時に熱と圧力によってトナーを記録材Ｐに定着させた後、定着ベルトをファンやヒートシンクにて冷却する（図中COOLER表示）ことで、トナー像を冷却、固化し、テンションローラ部で定着ベルトから分離する構成となっている。上記のごとくトナー像を冷却してから分離することで定着ベルトの表面の形状をトナー像側に転写し、高光沢な画像を得ることが出来る。

定着ベルト８０は耐熱性のあるベース層と離型層からなり、ベース層はニッケル、アルミニウム、ステンレス製の金属シートやＰＥＴ、ＰＢＴ、ポリイミド、ポリイミドアミド等の耐熱樹脂から構成される。離型層はシリコンゴム、フッ素ゴム、フッ素樹脂等から構成されトナーや記録材との剥離容易性が求められる。

次に加圧ローラ周上に設けたクリーニング装置について説明する。

クリーニング装置は、従来より一般的に用いられているウェブクリーニングを用いた（例：特開昭50-57237）。クリーニングウェブ90は耐熱性の不織布（ノーメックス（商品名））で、クリーニングウェブ90は、弾性層を備えたウェブローラ91にて総圧20Ｎにて両端部でバネ加圧している。クリーニングウェブは供給ローラ92側から巻取りローラ93側へ移動することで加圧ローラ上のオフセットトナーをウェブ側へ転移させる。クリーニング装置は、加圧ローラに対して接離可能な着脱機構を有しており、クリーニング動作しないときは離間しており、クリーニング動作時のみ加圧ローラに接触させる。クリーニング装置の着脱は、加圧カム96および、加圧カム96を回転させるモータ97から成る。

冷却装置95は、冷却用ファンであり、加圧ローラに対向配置され加圧ローラを冷却する。冷却用ファンは加圧ローラの温度検知手段により所定温度以上の時のみONされる。

次に、ジャム検知センサ（図２中のJ1〜J8）について説明する。本例では、ジャム検知センサは給紙カセット10から、搬送縦パス上のジャム検センサJ1、レジストローラ12の前のジャム検センサJ2、２次転写後のジャム検センサJ3、定着入口部のジャム検センサJ4、定着出口部のジャム検センサJ5、冷却分離式の定着器の入口と出口のジャム検センサJ6、J8、冷却分離定着器を通らないときの排紙部のジャム検センサJ7を設けた。各ジャム検センサは、接触式で記録紙の搬送路上に配置され、記録材の来るタイミングを検知している。記録材が来ると図中Δ記載のフラグが倒され、フォトインタラプタ等でフラグが倒れていることを検知する。上記いずれかのジャム検センサで、記録材の来るタイミングが遅れたり（遅延）、記録材の通り過ぎるタイミングが遅れたり（滞留）すると、ジャムと検知する。

次に、図５に基づき画像形成装置の紙搬送路の何処かで紙詰まり（または、ジャムと称する）が発生したときの動作について説明する。

紙詰まり発生時は、本体の損傷を防ぐために、すぐに本体動作を停止する。図5（ａ）のように、ジャム検知後（図5（ａ）（１））、定着器は、定着ローラ、定着ベルトの回転停止、定着ローラ、加圧ローラのヒータOFF、加圧ローラを定着ベルトから離間する（図5（ａ）（２））。本体停止後、操作部等でユーザーに紙詰まりの発生を知らせ、詰まった記録材を取り除くように促す図5（ａ）（３））。ユーザーが詰まった記録材を取り除いたあと、本体は紙詰まりからの復帰動作（ジャム復帰動作、ジャムリカバリ動作）を開始する。ジャムリカバリ動作は、感光ドラム上、中間転写体上等に残ったトナーを清掃し、画像形成を再開できるようにする動作である。定着ベルト上に付着したトナーも同様に清掃する必要がある。

図6に、本実施例のブロック図を示した。

上記ジャムリカバリ信号を受け取った中央制御部（コントローラ）は、上記フローに従って定着ローラ回転制御部、温度制御部、冷却制御部、加圧ローラ着脱制御部、清掃制御部へ動作信号を送る。

以下に、本発明者が上記定着器を備えた画像形成装置にて定着ベルトのクリーニング性の効果の検討を行った内容について説明する。ジャムリカバリの動作フローを図５（ｂ）に示す。

画像形成中、定着ローラは180℃に温度制御され、冷却部（図１中COOLER表示）にて定着ベルト、記録材上のトナー層が冷却され、テンションローラ79部では約50℃まで低下したところで定着ベルトから分離される。

ジャム発生時、定着ベルト上にオフセットしたトナーは、ユーザがジャム処理している間、少しずつ温度が低下していきトナー融点を下回る場合がある。そのときトナーは固化しているのでそのままではクリーニングできない。そのため、ジャム復帰動作開始（図5（ｂ）（１））は、まず、定着ローラのヒータON、回転ON（図5（ｂ）（２））として、定着ベルト上のトナーを温め溶融状態にする。そのときの温度ターゲットをT1[℃]とする。

同時に加圧ローラ側では、まず加圧ローラの温度がターゲット温度T2[℃]となるように温度制御する。フロー図5（ｂ）（３）で、T2より温度が低ければヒータON（図5（ｂ）（４））とし、T2より温度が高ければファン95をON（図5（ｂ）（５））としてT2まで冷却する。

定着ローラ温度がT1、加圧ローラ温度がT2となった時点（図5（ｂ）（６））で、加圧ローラを定着ベルトに対して接触（図5（ｂ）（７））させ、クリーニング装置を加圧ローラに対して接触させ、クリーニングウェブを送り始める（図5（ｂ）（８））。本動作は定着ベルトが何周するかを定着ベルト回転数Nとして条件をふっており、所定回転数N回転（図5（ｂ）（９））後、ジャム復帰動作は終了（図5（ｂ）(10)）となる。

以上のような基本シーケンスで、定着ローラ温度T1[℃]、加圧ローラ温度T2[℃]、定着ベルト回転数N[周]の条件をふって、クリーニング性を検討した結果が表１である。定着ベルトにオフセットさせたトナーは、記録材上に本検討で使用した画像形成装置のトナー最大載り量1.5[mg/cm²]を載せて、わざとジャムを起こしてオフセットさせ、その後クリーニング動作を行い、次の画像にオフセットトナーが再付着しなければクリーニング性は「〇」、再付着した場合クリーニング性は「×」とした。

条件１と条件2では、T1＝180℃、T2＝180℃とし、回転数のみ各々20回と30回としたところ、条件１は×、条件２は〇となった。回転数が足りないとクリーニングできず、十分足りていればクリーニングできている。

条件３と条件４では、T1＝180℃、T2＝170℃とし、回転数のみ各々10回と20回としたところ、条件３は×、条件４は〇となった。回転数が足りないとクリーニングできず、十分足りていればクリーニングできているが、条件１、２よりも少ない回転数でクリーニングできている。これは、定着ローラと加圧ローラの温度差があることで定着ベルトから加圧ローラ側へのトナー転移がしやすくなっていることを表している。

条件５、条件６、条件７では、T1＝180℃固定で、T2＝150℃／100℃／70℃、回転数は20回／10回／10回としたところ、全ての条件で〇となった。これは、定着ローラと加圧ローラの温度差が大きくなることで定着ベルトから加圧ローラ側へのトナー転移がしやすくなっていることを表している。

条件8では、T1＝180℃、T2＝50℃、回転数は10回としたところ、クリーニング性は×となった。これは、加圧ローラの温度を下げ過ぎて、定着ローラと加圧ローラの温度差が大きくなることで定着ベルトから加圧ローラ側へのトナー転移がしやすくなっているが、温度を下げすぎたため、加圧ローラ側でトナーが溶融状態から、固体状態へ変化し、クリーニングできなくなってしまったことを表している。また、加圧ローラの温度は冷却ファンで冷却しているものの、定着ローラからの熱の移動によりどんどん上昇していき、50℃を維持することはできなかった。

条件９、条件10、条件11では、T1＝160℃固定で、T2＝160℃／150℃／100℃、回転数は30回／20回／10回としたところ、全ての条件で〇となった。条件1〜8に比べて、T1を20℃下げたが、同じ傾向がみられた。

条件12、条件13では、各々T1＝160℃／180℃、T2＝180℃／200℃、回転数は30回としたが、両方の条件で×となった。これは、定着ローラの温度よりも加圧ローラの温度が大きくなることで定着ベルトから加圧ローラ側へのトナー転移がしにくくなっていることを表している。

本実施例では、定着ベルトの表層と加圧ローラの表層は同じフッ素系の材料を使用しているが、温度の高い方から低い方へ、表面エネルギーの低い方から高い方へトナーが移動していると考えられる。

以上の結果から、定着ベルトを傷つけずに良好にクリーニングするには、T1≧T2とすることでトナーを加圧ローラ側に移動させることが出来、加圧ローラ上のクリーニング装置にてトナーを清掃することができることがわかった。具体的には上述のように本実施例として、T1＝160〜180℃、T2＝70〜180℃、N＝10〜30回にてクリーニング可能であった。

本発明は以上説明した実施系によって何ら限定されるものではなく、クリーニング装置は着脱機構を持たなくても良い場合もある。また、ウェブクリーニングに限らず、金属ローラ等からなるクリーニングローラであってもよい。また、加圧ローラにクリーニングローラを当接して、そのクリーニングローラにクリーニングウェブを当接させるタイプでもよい。クリーニング装置は、画像形成装置本体の要求される画像レベルや耐久寿命に応じて最適な方式を選ぶことができる。

また、加圧ローラの冷却ファンを自然放熱を利用することで省くことができる場合もある。

また、ジャム検センサは上述の位置に限らず、多い場合、少ない場合もあり、画像形成装置の記録材搬送路の構成に依存する。また、接触式に限らず非接触の光学式センサでもよい。

９ ローラ定着
５１ 定着ローラ
５２ 加圧ローラ
７９ テンションローラ
８０ 定着ベルト
９０ クリーニングウェブ
９５ 冷却ファン
９９ 冷却分離式定着器

Claims (3)

1. 未定着トナー像を形成した記録材を加熱する定着ローラと、定着ローラに架け回されたエンドレスベルトと、エンドレスベルトを介して定着ローラに加圧されニップを形成する加圧ローラと、エンドレスベルトに密着したまま移動する記録材をベルトから分離する前に冷却する冷却手段とを有する高光沢画像を形成する冷却分離式の定着器であって、
   加圧ローラに清掃手段を設けたことを特徴とする定着器。
2. 加圧ローラを冷却する冷却手段を設けることを特徴とする請求項１記載の定着器。
3. エンドレスベルト上のトナーをクリーニングするクリーニングモードを設け、クリーニングモード時は、定着ローラ温度をT1[℃]、加圧ローラ温度をT2[℃]としたとき、
   T1≧T2とすることでエンドレスベルト上のトナーを加圧ローラへ移動させ、清掃手段にて清掃することを特徴とする定着装置。

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