JP2019168627A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着器の異音の発生を抑制する手段を提供する。【解決手段】媒体に転写された現像剤と接触し、該現像剤を熱と圧力で媒体に定着させる回転可能な定着部材と、前記定着部材と対向配置され、前記定着部材との間に接触部を形成し、前記接触部で媒体を前記定着部材に押圧する加圧部材と、前記定着部材の回転方向における前記接触部の下流において前記定着部材の表面と当接し、前記定着部材から媒体を分離する分離片と、を有し、前記分離片は、前記定着部材の表面と当接する当接面を有し、前記当接面の尖度を３以上とした。【選択図】 図３

Description

本発明は、媒体に転写された現像剤を定着させる定着装置および画像形成装置に関する。

従来の画像形成装置は、媒体に転写された現像剤を加熱する定着ローラを備えた定着装置（例えば、特許文献１参照）を有し、その定着ローラの表面に、媒体が貼りついて巻き付くことを防止するため、定着ローラの表面に接触する分離爪を設け、定着ローラを通過する媒体が定着ローラに巻き付くことを防止するようにしている。

特開２００２−９１２１７号公報

しかしながら、従来の技術においては、定着部材としての定着ローラの表面と、分離片としての分離爪とは接触しているため、印刷を行う場合の定着ローラの低速回転時に、定着ローラの表面と分離爪との間でスティックスリップが連続的に発生することにより、異音が発生してしまうという問題がある。
本発明は、このような問題を解決することを課題とし、定着装置の異音の発生を抑制することを目的とする。

そのため、本発明は、媒体に転写された現像剤と接触し、該現像剤を熱と圧力で媒体に定着させる回転可能な定着部材と、前記定着部材と対向配置され、前記定着部材との間に接触部を形成し、前記接触部で媒体を前記定着部材に押圧する加圧部材と、前記定着部材の回転方向における前記接触部の下流において前記定着部材の表面と当接し、前記定着部材から媒体を分離する分離片と、を有し、前記分離片は、前記定着部材の表面と当接する当接面を有し、前記当接面は、尖度が３以上であることを特徴とする。

このようにした本発明は、定着装置の異音の発生を抑制することができるという効果が得られる。

実施例における画像形成装置の概略側断面図 実施例における定着器の斜視図 実施例における定着器の断面図 実施例における分離爪の斜視図 実施例における分離爪の斜視図 実施例における尖度の説明図 実施例における分離爪の表面の加工方法と尖度の関係を示す説明図 実施例における梨地加工による分離爪の斜視図 実施例におけるシボ加工による分離爪の斜視図 実施例における分離爪の表面形状と異音の関係を示す説明図

以下、図面を参照して本発明による定着装置および画像形成装置の実施例を説明する。

図１は実施例における画像形成装置の概略側断面図である。
図１において、画像形成装置１は、例えば電子写真方式のプリンタであり、媒体に転写された現像剤を定着させる定着装置を有するものである。

画像形成装置１は、給紙カセット２と、画像形成ユニット３と、転写ユニット４と、定着器５と、媒体堆積部６とを有している。
給紙カセット２は、媒体を積層して収容するものである。給紙カセット２に収容された媒体は給紙サブローラ１２の回転により１枚ずつ分離されて送り出され、さらに給紙ローラ１１により図中矢印Ａが示す媒体搬送方向へ搬送され、レジスト部１３へ搬送される。

このレジスト部１３は、媒体搬送方向における給紙ローラ１１の下流に配置され、例えばレジストローラ対で構成されたものである。レジスト部１３は、給紙ローラ１１により搬送された媒体の先端の斜行を矯正し、転写ユニット４へ搬送する。

画像形成ユニット３は、回転可能な像担持体としての感光ドラム３１を備え、その感光ドラム３１にＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）ヘッド３１により画像データに応じて選択的に露光することで静電潜像を形成し、その静電潜像に現像剤としてのトナーを供給して可視像としてのトナー像を形成するものである。

転写ユニット４は、転写ローラ４１と、除電部４２と、搬送部４３とを有し、画像形成ユニット３と対向配置されたものである。
転写ローラ４１は、画像形成ユニット３の感光ドラム３１と対向配置され、レジスト部２０３から搬送された媒体を搬送するとともに、転写電圧が印加されることで媒体に、感光ドラム３１に形成されたトナー像を転写するものである。転写ローラ４１は、バネにより感光ドラム３１に押圧され、感光ドラム３１との間で媒体を挟持して搬送する。

除電部４２は、媒体搬送方向における転写ローラ４１の下流に配置され、転写ローラ４１を通過した媒体の非トナー像形成面側に帯電した電荷を除去するものである。
搬送部４３は、媒体搬送方向における除電部４２の下流に配置され、転写ローラ４１を通過した媒体を定着器５へ案内する搬送ガイドである。

定着装置としての定着器５は、媒体搬送方向における転写ユニット４の下流に配置され、媒体に転写されたトナー像を熱と圧力で定着させるものである。定着器５は、定着ローラ５１と、加圧ローラ５２と、分離爪５３とを有している。

定着部材としての定着ローラ５１は、媒体に転写されたトナーと接触し、そのトナーを熱と圧力で媒体に定着させる回転可能なローラである。この定着ローラ５１は、内部に熱源としてのハロゲンランプ等のヒータ５１１を備え、ヒータ５１１により加熱された表面で媒体に転写された未定着のトナーを溶融する。また、定着ローラ５１は、定着器５のフレームに回転可能に支持されている。

加圧部材としての加圧ローラ５２は、定着ローラ５１と対向配置され、定着ローラ５１との間に接触部を形成し、その接触部で媒体を定着ローラ５１に押圧するローラである。この加圧ローラ５２は、バネによって得られた加圧力で定着ローラ５１に押圧されている。また、加圧ローラ５２は、定着器５のフレームに回転可能に支持され、定着ローラ５１の回転に従動して回転することにより、溶融されたトナーを媒体に定着させるとともに、媒体を排出ローラ部１４へ搬送する。

定着ローラ５１は、加圧ローラ５２との間で媒体を挟持し、モータ等の駆動源により図中矢印が示す方向に回転することにより媒体を排出ローラ部１４へ搬送する。
分離片としての分離爪５３は、定着ローラ５１の回転方向において、定着ローラ５１と加圧ローラ５２との接触部の下流において、先端部が定着ローラ５１の外周面に接触するように配置されたものである。この分離爪５３は、定着ローラ５１により搬送される媒体を定着ローラ５１の外周面から分離するものである。なお、分離爪５３の詳細な構成は後述する。
媒体堆積部６は、排出ローラ部１４で排出された媒体を堆積させるスタッカである。

図２は実施例における定着器の斜視図、図３は実施例における定着器の断面図、図４および図５は実施例における分離爪の斜視図である。

図３に示すように、定着器５は、定着ローラ５１と、加圧ローラ５２と、分離爪５３とを有している。また、本実施例の定着器５は、図２に示すように、図中矢印Ａが示す媒体搬送方向と直交する方向（定着ローラ５１および加圧ローラ５２の回転軸方向）に４つの分離爪５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄが配設されている。

定着ローラ５１は、断面がパイプ形状の芯金５１２を有している。この芯金５１２は、アルミニウムまたは鉄により構成されている。芯金５１２の内部には、熱源としてハロゲンランプ等のヒータ５１１が配設されている。

芯金５１２の表面は、フッ素系のコート剤（例えば、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）がコーティングされて離形層を形成している。これは、トナーが転写された媒体に、ヒータ５１１による熱と、定着ローラ５１と加圧ローラ５２による圧力とにより、トナーを定着させる際に、媒体が定着ローラ５１の表面に貼り付かないようにするためである。
なお、本実施例では、芯金５１２の表面をＰＦＡでコーティングし、定着ローラ５１の表面の離形層を形成するようにしている。

加圧ローラ５２は、定着ローラ５１と対向配置され、回転軸の両端部に配設されたバネにより定着ローラ５１の表面に押圧され、定着ローラ５１の回転に従動して回転することができるようになっている。

分離爪５３は、媒体搬送方向における定着ローラ５１の下流側に、支持部（回転軸）５３１で回動可能に支持されている。また、分離爪５３は、付勢部材としてのスプリング５３２で付勢され、図５に示す先端部５３３の一部である当接部としての当接面５３３ａが定着ローラ５１の表面に所定の圧力で当接するように配設されている。したがって、分離爪５３の当接面５３３ａは、回転可能な定着ローラ５１の表面に常時接触している。

分離爪５３の当接面５３３ａは、平面として形成され、また当接面５３３ａが定着ローラ５１の表面に接触している場合において、定着ローラ５１の表面から離間している２つの傾斜面５３３ｂの間に挟まれるように形成され、定着ローラ５１の表面との接触面積を減らすように形成されている。なお、傾斜面５３３ｂは、分離爪５３の当接面５３３ａの図５（ａ）に示す支持部５３１の軸方向（図３に示す定着ローラ５１の回転軸方向）における両端部に連続するようにそれぞれ形成されている。

また、分離爪５３の先端部５３３の当接面５３３ａの反対側には、媒体と接触する媒体接触部５３４が形成されている。
さらに、分離爪５３は、摺動性および耐熱性に優れたＰＦＡ、即ち定着ローラ５１と同じ種類の材料で構成されている。

ここで、分離爪５３を定着ローラ５１の表面と同じ種類の材料であるＰＦＡで構成する理由は、定着ローラ５１の表面の離形層を、軟らかく、かつ離型性が高い材料であるＰＦＡで形成しているため、定着ローラ５１の表面と同様に、材料が軟らかく、かつ離型性が高い材料であるＰＦＡとする必要があるからである。

定着ローラ５１の表面に接触して媒体を分離する分離爪５３に、定着ローラ５１の表面より相対的に硬い材料を採用した場合、コーティングされた定着ローラ５１の表面を削ってしまう。

この対策として分離爪５３の定着ローラ５１の表面への押圧力を低下させると、媒体の分離性が低下してしまう。また、定着ローラ５１の軸方向における分離爪５３の長さ（幅）を広げると、定着ローラ５１の表面への押圧力を低下させることはできるが、媒体との接触面積が増加してしまい、分離爪５３にトナー等の異物が付着して汚れが発生してしまう。

したがって、分離爪５３は、定着ローラ５１の表面と同じ種類の材料であるＰＦＡで構成するようにしている。
また、本実施例では、分離爪５３の当接面５３３ａの表面の粗さ形状が所定の尖度となるように形成されている。

ここで、当接面５３３ａの表面の尖度（Ｋｕｒｔｏｓｉｓ）とは、「ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３」で規定される尖度Ｒｋｕであり、当接面５３３ａの表面の粗さ形状の特性を表す指標である。図６に示すように、尖度Ｒｋｕが大きければ鋭いピークと、長く太い裾を持った表面の粗さ形状となり、また尖度Ｒｋｕが小さければ丸みがかったピークと短く細い尾を持った表面の粗さ形状となる。

本実施例では、分離爪５３の当接面５３３ａの表面の尖度が３以上となるように、当接面５３３ａの表面の粗さ形状を形成するようにしている。

上述した構成の作用について説明する。
まず、画像形成装置の動作の概要を図１に基づいて説明する。
給紙ローラ１１および給紙サブローラ１２により給紙カセット２から給紙された媒体は、レジスト部１３へ搬送され、レジストローラ対により先端の斜行が矯正されるとともに、画像形成ユニット３の感光ドラム３１と転写ユニット４の転写ローラ４１とが接触しているニップ部（接触部）へ搬送される。

一方、画像形成ユニット３の感光ドラム３１は、ＬＥＤヘッド３０により画像データに基づいて選択的に露光されて静電潜像が形成される。そして、感光ドラム３１に形成された静電潜像にトナーが供給されて感光ドラム３１の表面に可視のトナー像が現像される。

感光ドラム３１と転写ローラ４１とのニップ部に媒体が到達すると、転写ローラ４１に転写電圧が印加されることにより、感光ドラム３１に形成されたトナー像が媒体に転写される。
感光ドラム３１と転写ローラ４１とのニップ部を通過し、トナー像が転写された媒体は、除電部４２によってトナー像が転写されていない非トナー像面側の帯電が除去され、搬送部６２に案内されて定着器５へ搬送される。

定着器５に搬送された媒体は、ヒータ５１１によって加熱された定着ローラ５１と、定着ローラ５１の回転に従動回転する加圧ローラ５２とにより、熱と圧力でトナー像が定着されるとともに、排出ローラ部１４へ搬送され、装置外へ排出されて媒体堆積部６に堆積される。

このとき、定着器５の定着ローラ５１と加圧ローラ５２とにより搬送される媒体は、回転する定着ローラ５１の外周面と接触している分離爪５３により、定着ローラ５１の外周面から分離されて排出ローラ部１４へ搬送される。
このようにして画像形成装置１の印刷動作が行われる。

次に、図５に示す分離爪５３の先端部５３３の当接面５３３ａの加工方法の実施例を、図７の実施例における分離爪の表面の加工方法と尖度の関係を示す説明図に基づいて図５を参照しながら説明する。

分離爪５３の先端部５３３の当接面５３３ａの尖度を高くする加工方法としては、切削加工、ペーパー粗し加工、サンドブラスト加工、梨地加工、シボ加工等がある。
切削加工は、当接面５３３ａをフライスで切削する加工方法である。

ペーパー粗し加工は、当接面５３３ａをサンドペーパーで研磨する加工方法である。表面はランダムに荒れ、形状は鋭い粗さ形状になる。なお、本実施例では、粒度♯５００のサンドペーパーを荷重２ｋｇｆで当接面５３３ａに押圧した状態において支持部５３１の軸方向に５回往復させて研磨した。

サンドブラスト加工は、当接面５３３ａに対して研磨材（例えば、鉄、砂、ガラス等）の粒子を吹き付けて表面に細かい凹凸のキズをつける加工方法である。
梨地加工やシボ加工は、金型（鋳型、プレス型等）の表面に細かい凹凸をつけて成型品にその模様を転写する加工方法である。
例えば、梨地加工した当接面５３３ａは図８に示すように加工される。また、シボ加工した当接面５３３ａは図９に示すように溝が線状に形成される。

図７は、それぞれの加工方法により加工した当接面５３３ａの尖度を縦軸に表し、横軸の左端から「金型加工」、「切削加工」、「ペーパー粗し加工」、「シボ加工」、「シボ加工＋ペーパー粗し加工」、「サンドブラスト（砂）」、「サンドブラスト（ジルコンビーズ）」、「サンドブラスト（ナイロンショット）」、「梨地加工」の加工方法を表している。

図７において、「金型加工」は、金型で分離爪５３を成型したものであり、分離爪５３の先端部５３３の当接面５３３ａの尖度は２．７Ｒｋｕ、表面粗さＲａ＝０．５であった。なお、この場合、当接面５３３ａに特別な加工は行っていない状態である。

「切削加工」は、上記「金型加工」で成型した分離爪５３の先端部５３３の当接面５３３ａに上述した切削加工を施したものであり、尖度は４．４Ｒｋｕ、表面粗さＲａ＝０．４であった。
「ペーパー粗し加工」は、上記「金型加工」で成型した分離爪５３の先端部５３３の当接面５３３ａに上述したペーパー粗し加工を施したものであり、尖度Ｒｋｕは３．９Ｒｋｕ、表面粗さＲａ＝１．９であった。
「シボ加工」は、分離爪５３の先端部５３３の当接面５３３ａに対応する金型の部位に、棚澤八光社製ＴＨ−１０６を使用してシボ加工を施して成型したものであり、尖度は２．８Ｒｋｕ、表面粗さＲａ＝１．１であった。

「シボ加工＋ペーパー粗し加工」は、分離爪５３の先端部５３３の当接面５３３ａを上記「シボ加工」で成型した後、その当接面５３３ａに上述したペーパー粗し加工を施したものであり、尖度は４．０Ｒｋｕ、表面粗さＲａ＝１．９であった。
「サンドブラスト（砂）加工」は、上記「金型加工」で成型した分離爪５３の先端部５３３の当接面５３３ａに、研磨材として砂を用いて上述したサンドブラスト加工を施したものであり、尖度は３．０Ｒｋｕ、表面粗さＲａ＝０．５であった。
なお、分離爪５３の先端部５３３の当接面５３３ａを上記「シボ加工」で成型した後、その当接面５３３ａに、研磨材として砂を用いて上述したサンドブラスト加工を施したものであり、尖度は３．７Ｒｋｕ、表面粗さＲａ＝０．９であった。

研磨材である砂は、材質をアルミナ、硬度をモース硬度１２、平均粒径を１２０μｍの大きさとし、プラストロン株式会社製サンドブラストマイクロピーニングを用いて吹付時間を１０秒程度とした。
「サンドブラスト（ジルコンビーズ）加工」は、上記「金型加工」で成型した分離爪５３の先端部５３３の当接面５３３ａに、研磨材をジルコンビーズに変更して上述したサンドブラスト加工を施したものであり、尖度は２．５Ｒｋｕと小さくなった。なお、表面粗さＲａ＝１．０であった。

研磨材であるジルコンビーズは、材質をセラミック、硬度をモース硬度８、形状を球形、中心粒径を０．１８〜０．２５ｍｍの大きさ、真比重を３．８５とし、射出吹付加工方法で加工時間を１〜２秒とした。
「サンドブラスト（ナイロンショット）加工」は、上記「金型加工」で成型した分離爪５３の先端部５３３の当接面５３３ａに、研磨材をナイロンショットに変更して上述したサンドブラスト加工を施したものであり、尖度は２．２Ｒｋｕとさらに小さくなった。なお、表面粗さＲａ＝２．６であった。

研磨材であるナイロンショットは、材質をナイロン樹脂、硬度をモース硬度２、形状を円柱形、Φ０．６ｍｍ×０．６ｍｍの大きさ、真比重を１．１５とし、射出吹付加工方法で加工時間を１〜２秒とした。
「梨地加工」は、分離爪５３の先端部５３３の当接面５３３ａに対応する金型の部位に、梨地加工を施して成型したものであり、尖度は３．１Ｒｋｕ、表面粗さＲａ＝０．５であった。

なお、分離爪５３の先端部５３３の当接面５３３ａの尖度を高くする加工方法は、上記の加工方法に限られるものではなく、ペーパー粗し加工におけるサンドペーパーの粒度やサンドブラスト加工における研磨材等を適宜選定することができる。

また、本実施例では、上述以外の加工方法を使用した場合、当接面５３３ａの尖度をＲｋｕ＝６．１０まで高めることができたが、それ以上の尖度を有する当接面５３３ａの製造が困難であった。

このように、本実施例では、分離爪５３の当接面５３３ａの表面に対して、上述した「切削加工」、「ペーパー粗し加工」、「シボ加工＋ペーパー粗し加工」、または「サンドブラスト（砂）加工」の加工方法により加工を施し、分離爪５３の当接面５３３ａの表面の尖度が３以上となるように、当接面５３３ａの表面を形成した。

ここで、図５に示す分離爪５３の当接面５３３ａの表面の尖度が３以上となるように形成した理由を図１０に基づいて図５を参照しながら説明する。

図１０は実施例における分離爪の表面形状と異音の関係を示す説明図であり、分離爪５３の当接面５３３ａの表面の表面粗さ（μｍ）および尖度（Ｒｋｕ）と異音発生の関係を表している。なお、表面粗さは、Ｒａ（算術平均粗さ）である。

また、図１０は、分離爪５３の当接面５３３ａの表面を種々の方法で加工し、表面粗さＲａと粗さ形状を測定器（株式会社小坂研究所製ＳＥＦ３５００Ｋ）で測定し、各分離爪５３を使用して異音の発生の有無を確認した評価結果を表している。なお、図１０（ａ）中の「〇」は異音発生無、「△」は異音が僅かに発生、「×」は異音発生有を表している。また、定着ローラ５１の回転速度は印刷時の回転速度（低速）とした。

図１０（ａ）に示すように、本評価結果では、分離爪５３の当接面５３３ａの表面の表面粗さ（μｍ）を大きくしても異音に対する効果は表れない。

例えば、図１０（ａ）に示すように、表面粗さＲａ＝１．１、尖度Ｒｋｕ＝２．８とした場合も、異音が発生した。また、図１０（ｃ）に示すように、表面粗さＲａ＝６．５、尖度Ｒｋｕ＝２．１とした場合、異音が発生した。
一方、分離爪５３の当接面５３３ａの表面の尖度Ｒｋｕを３以上にすると異音が発生しないことが判明した。

例えば、図１０（ａ）に示すように、表面粗さＲａ＝０．５、尖度Ｒｋｕ＝３．０や表面粗さＲａ＝０．４、尖度Ｒｋｕ＝４．４とした場合も異音は発生しなかった。また、図１０（ｂ）に示すように、表面粗さＲａ＝１．９としても、尖度Ｒｋｕ＝４．０とした場合、異音は発生しなかった。
即ち、本実施例では、分離爪５３の当接面５３３ａの表面の尖度Ｒｋｕを３未満にした場合、異音が発生し、尖度Ｒｋｕを３以上にした場合、異音が発生しないことが判明した。

これは、尖度Ｒｋｕが３以上の場合の鋭いピークと長く太い裾を持った当接面５３３ａの表面は、定着ローラ５１の表面との接触面積が減り、異音が発生しない傾向にあるためと考えられる。
このように、本実施例では、分離爪５３の当接面５３３ａの表面の形状を尖度Ｒｋｕで表現した場合、その尖度Ｒｋｕを３以上にすることにより、分離爪５３の当接面５３３ａの表面と、定着ローラ５１の表面との接触による異音の発生を抑制することができる。

また、定着ローラ５１の表面をＰＦＡでコーティングし、かつ分離爪５３の当接面５３３ａをＰＦＡ（定着ローラ５１の表面と同種材料）で形成した場合であっても、スティックスリップを抑制することができ、異音の発生を抑制することができる。
以上説明したように、本実施例では、分離爪の当接面の表面の尖度を３以上としたことにより、定着器における異音の発生を抑制することができるという効果が得られる。

また、定着ローラと、その定着ローラと当接する分離爪の両方を同じ材料であるＰＦＡで形成した場合であっても、スティックスリップを抑制することができ、定着器における異音の発生を抑制することができるという効果が得られる。
なお、本実施例では、画像形成装置をプリンタとして説明したが、それに限られるものでなく、定着器を有するものであれば複写機、ファクシミリ装置、複合機（ＭＦＰ）等としても良い。

また、画像形成装置を画像形成ユニットが１つのモノクロプリンタとして説明したが、複数の画像形成ユニットを有するカラープリンタとしても良い。

１ 画像形成装置
２ 給紙カセット
３ 画像形成ユニット
４ 転写ユニット
５ 定着器
６ 媒体堆積部
５１ 定着ローラ
５２ 加圧ローラ
５３ 分離爪
５３１ 支持部
５３２ スプリング
５３３ 先端部
５３３ａ 当接面

Claims (8)

1. 媒体に転写された現像剤と接触し、該現像剤を熱と圧力で媒体に定着させる回転可能な定着部材と、
   前記定着部材と対向配置され、前記定着部材との間に接触部を形成し、前記接触部で媒体を前記定着部材に押圧する加圧部材と、
   前記定着部材の回転方向における前記接触部の下流において前記定着部材の表面と当接し、前記定着部材から媒体を分離する分離片と、
   を有し、
   前記分離片は、前記定着部材の表面と当接する当接面を有し、
   前記当接面は、尖度が３以上であることを特徴とする定着装置。
2. 請求項１に記載の定着装置において、
   前記分離片は、前記定着部材の表面と同種の材料で構成されていることを特徴とする定着装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の定着装置において、
   前記当接面は、切削加工が施されていることを特徴とする定着装置。
4. 請求項１または請求項２に記載の定着装置において、
   前記当接面は、粒度５００のサンドペーパーによる粗し加工が施されていることを特徴とする定着装置。
5. 請求項１または請求項２に記載の定着装置において、
   前記当接面は、シボ加工された後、粒度５００のサンドペーパーによる粗し加工が施されていることを特徴とする定着装置。
6. 請求項１または請求項２に記載の定着装置において、
   前記当接面は、砂を研磨材としたサンドブラスト加工が施されていることを特徴とする定着装置。
7. 請求項１または請求項２に記載の定着装置において、
   前記当接面は、梨地加工されていることを特徴とする定着装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。

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