JP2014066743A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】定着ニップ部における圧着荷重を大きくした場合でも、ひじわの発生を防止することが可能な定着装置および画像形成装置を提供する。
【解決手段】表層部にシリコンゴム220bを有する定着ローラー220と、定着ローラー220の弾性層に巻き掛けられた定着ベルト230と、定着ベルト230を介して定着ローラー220のシリコンゴム220bを加圧し、定着ベルト230との間に定着ニップ部200を形成する加圧ローラー240とを備える。定着ニップ部200の用紙搬送方向入り口側に形成されるシリコンゴム220bのバルジ部270と定着ベルト230との接触を剥離するように定着ベルト230を案内するテンションローラー260を配置している。
【選択図】図2

Description

本発明は、定着装置および画像形成装置に関する。
プリンタ、複写機、ファクシミリおよびこれらの複合機等の画像形成装置には、定着装置が設けられている。定着装置は、入力された画像データに基づいて記録用紙上に形成されたトナー像を定着させる。定着装置においては、トナー像が形成された記録用紙は、加熱部材(例えば、定着ローラーおよび定着ベルト)と加圧部材(例えば、加圧ローラー)とによって形成される定着ニップ部を通過する際、加圧および加熱されて、トナー像が記録用紙上に定着される。
従来、この定着の際に、定着ローラー表面にトナーが付着してしまうオフセットや、トナー像が形成された記録用紙の定着ローラーに対する巻き付きが発生し、画像品質や通紙性能を低下させてしまうという問題があった。そこで、ワックスを添加したトナーを用いることで、加熱時にトナー中から溶解したワックスが定着ローラーに供給され、オフセットや記録用紙の巻き付きを抑える技術が提案されている。
しかしながら、トナーから定着ローラーに供給されたワックスの一部が定着ローラーに付着してしまい、定着ローラー上にワックスによる潜像が形成された場合、次の定着を行った際に、画像表面に存在するワックス量が異なるようになる。そのため、定着ローラー上のワックス潜像に起因する光沢ムラといった現象(以下、「光沢メモリ」ともいう)が発生してしまい、画像品質を低下させてしまうという問題があった。光沢メモリの発生を防止するためには、定着ニップ部における圧着荷重、言い換えると定着ローラーと加圧ローラーとの圧着荷重を例えば、従来の1.5倍程度に大きくする必要があった。
なお、定着装置に関連する技術としては、電磁誘導加熱方式の定着装置において発熱体の変位に連動して誘導加熱部を変位させるように構成した技術が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。特許文献1に記載の技術によれば、定着装置の構成部材に熱変形が生じても、誘導加熱部と発熱体との位置関係の変動が少なく、発熱効率の変動等の不具合が生じないようにすることができる。
また、記録用紙の坪量に応じて、記録用紙の加圧域への進入姿勢を適した状態となるように切り替えることによって、定着部材の表面の樹脂層に凹みや傷が形成されることを抑制する技術が提案されている(例えば、特許文献2を参照)。
特許第4841179号公報 特許第4821594号公報
しかしながら、光沢ムラの発生を防止するために加熱部材と加圧部材との圧着荷重を大きくすると、その副作用として、図7(a)に示すように、記録用紙10にその搬送方向に沿った波打ち20(以下、「ひじわ」という)が生じてしまうという問題があった。
ひじわ20は、次のようなメカニズムで発生すると考えられている。図7(b)は、定着装置の構成を示す図である。定着装置は、加熱ローラー(図示せず)、定着ローラー40、無端状の定着ベルト50および加圧ローラー60を備える。定着ローラー40は、弾性層(例えば、ゴム層)30を有する。加熱ローラーおよび定着ローラー40は、所定の距離だけ離間して配置されている。加熱ローラーと定着ローラー40との間には、定着ベルト50が掛け渡されている。加圧ローラー60は、定着ベルト50と定着ローラー40とが接触している領域において定着ベルト50に圧接した状態で配置されている。定着ベルト50と加圧ローラー60とが接する部位には、上凸形状の定着ニップ部70が形成されている。
定着ニップ部70では、加圧ローラー60は、定着ローラー40の弾性層30を押圧して凹ませる。定着ニップ部70の入口側における端部周辺には、弾性層30のうち加圧ローラー60の圧接により生じたたわみが下凸形状となる部分80(以下、「バルジ部」ともいう)が形成される。定着ローラー40および加圧ローラー60の回転に伴い、弾性層30のバルジ部80は定着ローラー40の軸方向に伸縮変形する。その結果、定着ベルト50のうち弾性層30のバルジ部80に接触する部分では僅かなうねりが生じ、定着ベルト50および加圧ローラー60に挟持された状態で定着ニップ部70を通過した記録用紙10にひじわ20が生じてしまう。
本発明は、定着ニップ部における圧着荷重を大きくした場合でも、ひじわの発生を防止することが可能な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。
本発明に係る定着装置は、
表層部に弾性層を有する第1加圧ローラーと、
前記第1加圧ローラーの前記弾性層に巻き掛けられた定着ベルトと、
前記定着ベルトを介して前記第1加圧ローラーの前記弾性層を加圧し、前記定着ベルトとの間に定着ニップ部を形成する第2加圧ローラーと、を備え、
前記定着ニップ部の用紙搬送方向入り口側に形成される前記弾性層の膨出部と前記定着ベルトとの接触を剥離するように前記定着ベルトを案内する案内部材を配置した。
本発明に係る画像形成装置は、上記定着装置を備える。
本発明によれば、定着ニップ部における圧着荷重を大きくした場合でも、ひじわの発生を防止することが可能な定着装置および画像形成装置を提供することができる。
本実施の形態における画像形成装置の制御ブロック図である。 本実施の形態における定着ニップ部を形成する構成を示す図である。 張架部材の構成の変形例を示す図である。 第1の実施例においてテンションローラーの位置とひじわの発生状況との関係を示す表である。 第2の実施例における定着ニップ部を形成する構成を示す図である。 第2の実施例においてテンションローラーの形状および位置と、ひじわの発生状況との関係を示す表である。 従来技術の問題点を説明する図である。
以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
[画像形成装置100の構成]
図1に示す画像形成装置100は、電子写真プロセスにより記録用紙に画像を形成する。画像形成装置100は、制御部101、原稿読み取り部110、操作表示部120、画像処理部130、画像形成部140、搬送部150、定着部160、通信部171および記憶部172を備えている。
制御部101は、CPU(Central Processing Unit)102、ROM(Read Only Memory)103、RAM(Random Access Memory)104等を備えている。CPU102は、ROM103から処理内容に応じたプログラムを読み出してRAM104に展開し、展開したプログラムと協働して画像形成装置100の各ブロックの動作を集中制御する。このとき、記憶部172に格納されている各種データが参照される。記憶部172は、例えば不揮発性の半導体メモリ(いわゆるフラッシュメモリ)やハードディスクドライブで構成される。
制御部101は、通信部171を介して、LAN(Local Area Network)、WAN(Wide Area Network)等の通信ネットワークに接続された外部の装置(例えばパーソナルコンピューター)との間で、各種データの送受信を行う。制御部101は、例えば、外部の装置から送信された画像データを受信し、この画像データ(入力画像データ)に基づいて記録用紙に画像を形成させる。通信部171は、例えばLANカード等の通信制御カードで構成される。
原稿読み取り部110は、コンタクトガラス上に搬送された原稿を光学的に走査し、原稿からの反射光をCCD(Charge Coupled Device)センサーの受光面上に結像させ、原稿を読み取る。なお、コンタクトガラス上への原稿の搬送は、自動原稿給紙装置(ADF)により行われるが、手作業で原稿をコンタクトガラス上に載置する場合もある。
操作表示部120は、タッチパネル式の画面を有する。ユーザーは、各種の指示および設定のための入力操作を、タッチパネル式の画面を介して行うことができる。
画像処理部130は、アナログディジタル(A/D)変換処理を行う回路およびディジタル画像処理を行う回路を含む。画像処理部130は、原稿読み取り部110のCCDセンサーにより取得されたアナログ画像信号から、A/D変換処理によりディジタル画像データを生成して画像形成部140に出力する。
画像形成部140は、画像処理部130により生成されたディジタル画像データに基づいてレーザー光を発光し、当該発光したレーザー光を感光体ドラムに照射することにより、感光体ドラム上に静電潜像を形成する(露光工程)。
画像形成部140は、上記の露光工程に加え、露光工程前に行われる帯電工程、露光工程後に行われる現像工程、現像工程後の転写工程および転写工程後のクリーニング工程をそれぞれ実行するための構成を備えている。
帯電工程では、画像形成部140は、帯電装置からのコロナ放電により、感光体ドラムの表面を一様に帯電させる。現像工程では、画像形成部140は、現像装置内の現像剤に含まれるトナーを感光体ドラム上の静電潜像に付着させることにより、感光体ドラム上にトナー像を形成する。
転写工程では、画像形成部140は、感光体ドラム上のトナー像を中間転写ベルトに1次転写させる。また、画像形成部140は、中間転写ベルト上のトナー像を、搬送部150により搬送された記録用紙に2次転写する。クリーニング工程では、画像形成部140は、転写工程後の感光体ドラムに残留しているトナーを除去する。
定着部160は、定着ニップ部に導入された記録用紙上のトナー像に熱および圧力を加えること(加熱定着)により、トナー像を記録用紙に定着させる(定着工程)。この結果、記録用紙上には定着トナー像が形成される。定着部160により加熱定着された記録用紙は、画像形成装置100の外部に排出される。
[定着ニップ部200を形成する構成]
次に、図2を参照し、定着ニップ部200を形成する構成について説明する。定着ニップ部200は、ベルト加熱方式により構成される。すなわち、定着部160は、定着ニップ部200を形成する上側加圧部と下側加圧部とを有する。上側加圧部は、加熱ローラー210と、第1加圧ローラーとしての定着ローラー220とを有する。加熱ローラー210と定着ローラー220との間には、無端状の定着ベルト230が所定のベルト張力(例えば、400[N])で巻き掛けられている。下側加圧部は、第2加圧ローラーとしての加圧ローラー240を有する。加圧ローラー240は、定着ベルト230を介して定着ローラー220を所定の定着荷重(例えば、2650[N])で加圧する。このようにして、定着ローラー220と加圧ローラー240との間には、記録用紙Sを狭持して搬送する上凸形状の定着ニップ部200が形成される。
定着ベルト230は、トナー像が形成された記録用紙Sに接触して、この記録用紙Sを定着温度(例えば、160〜200[℃])で加熱する。ここで、定着温度とは、記録用紙S上のトナーを溶融するのに必要な熱量を供給しうる温度であり、画像形成される記録用紙Sの紙種等によって異なる。
定着ベルト230は、例えば、基体として厚さ70[μm]のPI(ポリイミド)を用い、基体の外周面を弾性層として厚さ200[μm]の耐熱性のシリコンゴム(硬度JIS−A30°)で被覆し、更に、表層に厚さ30[μm]の耐熱性樹脂であるPFA(パーフルオロアルコキシ)のコーティングをしている。
定着ベルト230は、矢印A方向(以下、「回転方向」という)に回動する。定着ベルト230の線速度は、例えば460[mm/s]である。
加熱ローラー210は、定着ベルト230を加熱する加熱手段としてのハロゲンヒーター250を内蔵している。ハロゲンヒーター250は、例えば、アルミニウム等から形成された肉厚4[mm]の円筒状の芯金の外周面を、厚さ30[μm]のPTFEでコーティングした樹脂層で被覆されている。加熱ローラー210の外径寸法は、例えば58[mm]である。なお、ハロゲンヒーター250は、異なった紙幅に対応するために、例えば1200[W]のものを2本、750[W]のものを2本、500[W]のものを1本用いて構成され、用紙Sの異なる紙幅に対応させて軸方向に異なる発熱分布になるように配置されている。
ハロゲンヒーター250の温度は、制御部101によって制御される。ハロゲンヒーター250によって加熱ローラー210が加熱され、その結果、定着ベルト230が加熱される。
定着ローラー220は、加圧ローラー240とともに、定着ニップ部200を形成するための加圧部を構成する。定着ローラー220の駆動制御(例えば、回転のオン/オフ、回転数等)は、制御部101によって行われる。
定着ローラー220は、例えば、鉄等の金属から形成された中実の芯金220aを、表層部の弾性層として厚さ20[mm]の耐熱性のシリコンゴム220b(硬度JIS−A5[°])で被覆し、更に、厚さ30[μm]の低摩擦で耐熱性樹脂であるPTFEでコーティングした樹脂層で被覆している。定着ローラー220のローラー硬度は、ASKER−C硬度で35[°]である。定着ローラー220の外径寸法は、例えば70[mm]である。
加圧ローラー240は、押圧手段(図示略)により定着ベルト230を介して定着ローラー220のシリコンゴム220bに圧接する。加圧ローラー240の駆動制御(例えば、回転のオン/オフ、回転数等)は、制御部101によって行われる。
加圧ローラー240は、アルミニウム等から形成された肉厚4[mm]の円筒状の芯金の外周面を、弾性層として厚さ1[mm]の耐熱性のシリコンゴム(硬度JIS−A30[°])で被覆し、更に、厚さ30[μm]のPFAチューブの樹脂層で被覆している。加圧ローラー240の外径寸法は、例えば70[mm]である。加圧ローラー240の制御温度は、例えば80〜120[℃]である。
定着ベルト230の内周面側、かつ、定着ベルト230の回転方向における定着ニップ部200の上流側には、定着ベルト230を張架するテンションローラー260(案内部材)が設けられている。テンションローラー260は、定着ベルト230の回転によって受動回転する。テンションローラー260の外径寸法は、例えば15[mm]である。
テンションローラー260は、定着ローラー220のシリコンゴム220bのうち加圧ローラー240の圧接により定着ニップ部200の用紙搬送方向入り口側に形成される膨出部、すなわち圧接により生じたたわみが下凸形状となる部分(バルジ部)270と定着ベルト230との接触を剥離するように定着ベルト230を案内する。具体的には、テンションローラー260は、バルジ部270に対する定着ベルト230の巻き掛け量が、テンションローラー260を設けない場合と比べて小さくなる位置に設けられている。
本実施の形態では、テンションローラー260は、定着ローラー220の中心280と加圧ローラー240の中心290とを結んだ直線L1に平行な直線L2であって、定着ベルト230の回転方向における定着ニップ部200の上流側の端点300を通る直線L2(第1の直線)を、端点300を中心として用紙進入側に40度傾けた直線L3(第2の直線)と、90度傾けた直線L4(第3の直線)との間に位置する。
[本実施の形態における効果]
以上詳しく説明したように、本実施の形態では、表層部にシリコンゴム220bを有する定着ローラー220と、定着ローラー220の弾性層に巻き掛けられた定着ベルト230と、定着ベルト230を介して定着ローラー220のシリコンゴム220bを加圧し、定着ベルト230との間に定着ニップ部200を形成する加圧ローラー240とを備える。定着ニップ部200の用紙搬送方向入り口側に形成されるシリコンゴム220bのバルジ部270と定着ベルト230との接触を剥離するように定着ベルト230を案内するテンションローラー260を配置している。
このように構成した本実施の形態によれば、定着ニップ部200における圧着荷重を大きくし、バルジ部270が定着ローラー220の軸方向に伸縮変形する場合でも、バルジ部270に対する定着ベルト230の巻き掛け量が小さくなる分、定着ベルト230にうねりが生じにくくなり(バルジ部270の悪影響を受けにくくなり)、ひいては、定着ベルト230および加圧ローラー240に挟持された状態で定着ニップ部200を通過した記録用紙Sにひじわが生じることを防止することができる。
また、本実施の形態では、テンションローラー260は、定着ベルト230の回転によって受動回転する。この構成により、テンションローラー260による定着ベルト230への負荷が小さくなり、定着ベルト230の耐久性を向上させることができる。
[変形例]
なお、上記実施の形態では、テンションローラー260は、定着ベルト230の回転によって受動回転する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、テンションローラー260は、制御部101の制御下において駆動回転しても良い。また、テンションローラー260は、回転せずに固定されていても良い。
また、上記実施の形態では、テンションローラー260が案内部材として機能する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。要は、シリコンゴム220bのバルジ部270と定着ベルト230との接触を剥離するように定着ベルト230を案内するものであれば良い。案内部材の形状としては、少なくとも定着ベルト230の内周面と接触する範囲において曲面を有する形状であれば良く、上記実施の形態のような円柱形状(ローラー形状)に限られない。
また、上記実施の形態において、テンションローラー260による定着ベルト230への負荷を小さくする観点から、テンションローラー260の表層にPFA、テフロン(登録商標)、フッ素樹脂またはPTFEのコーティングを行っても良く、当該表層の静摩擦係数を例えば0.4以下とすることが望ましい。
また、上記実施の形態において、テンションローラー260は、図3に示すように、その軸方向において端部の径が中央部の径より大きい逆クラウン形状(V字形状)を有しても良い。この場合、逆クラウン形状の程度は、例えば、テンションローラー260の端部径:15[mm]、中央部径:15.5[mm]のクラウン量Δφ:−0.5[mm]とする。
その他、上記実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
[実施例]
最後に、本発明者らが行った、上記実施の形態における有効性を確認する実験の結果について説明する。
[第1実施例に係る画像形成装置の構成]
実験用の画像形成装置としては、図1,2の構成を有する画像形成装置100を用いた。
[第2実施例に係る画像形成装置の構成]
実験用の画像形成装置としては、図1,2の構成を有し、テンションローラー260がクラウン形状を有する画像形成装置100を用いた。
[第1の実験方法]
第1の実験では、テンションローラー260を、図2に示す点a〜点kにそれぞれ配置した場合、定着ニップ部200を通過した記録用紙Sにおけるひじわの発生状況を目視で確認した。図4は、ひじわの発生状況を下記評価基準により評価した結果を示す。なお、図4において、テンションローラー角度とは、テンションローラー260の位置(点a〜点kの何れか)が、直線L2を、端点300を中心として用紙進入側に何度傾けた直線上に位置するかを表す。例えば、テンションローラー260の位置が点eである場合、その点eは、直線L2を、端点300を中心として用紙進入側に50度傾けた直線上に位置する。
(ひじわの発生状況)
○:目視ではひじわは見えず、良好である。
△:目視でひじわは僅かに見えるが許容できるレベルである。
×:目視でひじわがはっきり見え、実用上問題となるレベルである。
[第1の実験結果]
第1の実験では、テンションローラー角度が40度未満である場合、ひじわが顕著に発生した。その一方、テンションローラー角度を40度以上にすると、ひじわの発生状況が大きく改善し、高品位な画像を得ることができた。しかしながら、テンションローラー角度を90度以上に設定すると、記録用紙Sが定着ニップ部200に進入する前に定着ベルト230と接触してしまい、画像を通紙することができなかった。以上の結果から、テンションローラー260の位置にひじわの発生状況が依存することが理解でき、テンションローラー260は、直線L2を、端点300を中心として用紙進入側に40度傾けた直線L3と、90度傾けた直線L4との間に位置することが望ましい。
[第2の実験方法]
第2の実験では、テンションローラー260を、図5に示す点A〜点Eにそれぞれ配置するとともに、テンションローラー260の形状を変えた場合、定着ニップ部200を通過した記録用紙Sにおけるひじわの発生状況を目視で確認した。図6は、ひじわの発生状況を下記評価基準により評価した結果を示す。
(ひじわの発生状況)
○:目視ではひじわは見えず、良好である。
△:目視でひじわは僅かに見えるが許容できるレベルである。
×:目視でひじわがはっきり見え、実用上問題となるレベルである。
[第2の実験結果]
第2の実験では、テンションローラー260がその軸方向において端部の径が中央部の径より小さい正クラウン形状を有する場合、ひじわの発生状況が悪化する一方、テンションローラー260がその軸方向において端部の径が中央部の径より大きい逆クラウン形状を有する場合、ひじわの発生状況(特に、テンションローラー角度が35度であり、クラウン量が−0.3以上であるとき)が改善した。以上の結果から、テンションローラー260は逆クラウン形状を有することが望ましい。
100 画像形成装置
101 制御部
102 CPU
103 ROM
104 RAM
110 原稿読み取り部
120 操作表示部
130 画像処理部
140 画像形成部
150 搬送部
160 定着部
171 通信部
172 記憶部
200 定着ニップ部
210 加熱ローラー
220 定着ローラー
230 定着ベルト
240 加圧ローラー
250 ハロゲンヒーター
260 テンションローラー
270 バルジ部
280,290 中心
300 端点

Claims (5)

  1. 表層部に弾性層を有する第1加圧ローラーと、
    前記第1加圧ローラーの前記弾性層に巻き掛けられた定着ベルトと、
    前記定着ベルトを介して前記第1加圧ローラーの前記弾性層を加圧し、前記定着ベルトとの間に定着ニップ部を形成する第2加圧ローラーと、を備え、
    前記定着ニップ部の用紙搬送方向入り口側に形成される前記弾性層の膨出部と前記定着ベルトとの接触を剥離するように前記定着ベルトを案内する案内部材を配置した定着装置。
  2. 前記案内部材は、前記第1加圧ローラーの中心と前記第2加圧ローラーの中心とを結んだ直線に平行な直線であって、前記定着ベルトの回転方向における前記定着ニップ部の上流側の端点を通る第1の直線を、当該端点を中心として用紙進入側に40度傾けた第2の直線と、90度傾けた第3の直線との間に位置する請求項1に記載の定着装置。
  3. 前記案内部材は、その軸方向において端部の径が中央部の径より大きい逆クラウン形状を有する請求項1または2に記載の定着装置。
  4. 前記案内部材は、前記定着ベルトの回転によって受動回転する請求項1〜3の何れか1項に記載の定着装置。
  5. 請求項1〜4の何れか1項に記載の定着装置を備える画像形成装置。
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