JP3772126B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、定着ベルトを有する定着装置および画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
可視像形成のためにトナーを用いる画像形成装置においては、トナー画像を転写紙等の記録シートに永久画像として定着するために定着装置が備えられている。かかる定着装置において、ローラとエンドレスベルトとにより未定着トナー像を担持した転写材を挟持搬送し、その際、熱、圧力等の作用により、未定着トナー像を転写材に定着するようにした装置はよく知られている。この種のベルトを用いる定着装置において、ニップ幅を広く取れる等の理由から多量のトナーを担持するフルカラーの画像形成装置に適しており、近年、その需要が高まっている。また、トナー像を熱、圧力によって定着する装置では、トナーの溶融等により定着回転体に転写材が貼り付き気味となり、転写材が分離爪によって分離されると、分離爪に付着した汚れが転写材に転移する。よって、定着装置では転写材を分離爪に触れる前に確実に定着回転体から分離することは転写材の汚れを防止する点で重要であり、これはベルト方式の定着装置においても同様の課題となっている。
【０００３】
例えば、特開平８‐１６６７３４号公報に記載されている定着装置では、定着ロールと対向する位置に補助ロールを配置して定着ローラ表面速度と加圧ベルト速度との差が生じないようにしており、さらにニップ部出口付近で加圧ベルトを支持するローラの１つが定着ローラへ押圧することにより、この圧接力によって生じるニップ部内速度差を利用して記録シートを定着ローラから確実に分離させるとともに記録シートと定着ローラ表面との間で生じる画像乱れを防止している。そして、この公報の記載された定着装置では、ニップ部出口付近での加圧ベルト支持ローラの押圧によってセルフストリッピング効果をだし、定着ローラからの記録シートの分離性を高めている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載された定着装置ではベルト支持ローラの押圧力が大きくするほど分離効果が良いが、その反面、加熱定着ローラの周速度とシートの搬送速度との間に差が生じ、画像乱れは押圧力が大きいほど酷くなっていく。さらに、ベルト支持ローラは温度が高いと、両面の画像を順次定着するときに、既に定着した他面の画像が熱せられると、その画像光沢度の変化が大きくなってしまう。上記公報に記載された定着装置では、ベルト支持ローラが定着ローラに常時接触しているため、該ローラの温度を下げることは容易でないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記した従来の問題に鑑み、画像の乱れを生ずることなく、転写材の分離性を高めて転写材が汚れることを抑制することができる定着装置および画像形成装置を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、１つの駆動ローラを含む複数のベルト支持体に巻き掛けられ、加熱手段によって加熱されるエンドレス状の定着ベルトを有し、前記ベルト支持体の１つは定着ベルトを挟んで加圧ローラが当接され、前記定着ベルトにはベルト支持体と加圧ローラのニップから転写材排出方向へ延びるベルト走行辺を有する定着装置において、前記ベルト支持体と加圧ローラのニップから転写材排出方向へ延びるベルト走行辺に、外周面側から当接して前記定着ベルトを撓ませる押圧部材が設けられていることを特徴としている。
【０００７】
なお、本発明の定着装置において、前記押圧部材が前記定着ベルトの走行によって連れ回り回転をする円筒状回転体であると、効果的である。
さらに、本発明の定着装置において、前記押圧部材が前記定着ベルトに当接して撓ませる撓み位置と、定着ベルトの撓みを解消する撓み解消位置との間で移動可能であると、効果的である。
【０００８】
さらにまた、本発明の定着装置において、前記押圧部材が転写材の種類に応じて定着ベルトの撓み量を可変すると、効果的である。
さらにまた、本発明の定着装置において、前記転写材の先端が前記押圧部材の定着ベルトに当接する位置を通過後、転写材の先端が定着ベルト走行方向の下流側のベルト支持体に達する前に、前記撓み解消位置に位置させている前記押圧部材を撓み位置へ移動し、転写材の後端が該撓み位置を通過する前に撓み解消位置へ移動すると、効果的である。
【０００９】
さらにまた、本発明の定着装置において、前記押圧部材が前記定着ベルトとで挟持した転写材を搬送する方向へ回転駆動される駆動回転体であり、該押圧部材の線速が前記定着ベルトの線速と同等かそれよりも速いと、効果的である。
【００１０】
さらにまた、本発明の定着装置において、前記押圧部材にヒートパイプが設けられているとともに、該押圧部材を冷却する手段が備えられていると、効果的である。
【００１１】
また、上記課題を解決するため、本発明の画像形成装置は、請求項１ないし７の何れか一項に記載の定着装置を備えていることを特徴としている。
【発明の実施の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る定着装置を用いた画像形成装置の概略を示す概略構成図である。
【００１３】
本例の画像形成装置は、タンデム方式のフルカラープリンタであって、ベルト転写装置１上には４個の作像ユニット２が配置され、該作像ユニット２はイエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＫの４色のトナー像を形成するように構成されている。各作像ユニット２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ、２Ｋは、像担持体としての感光体ベルト３を有し、該感光体ベルト３が図示していない駆動装置によって時計方向へ回転されるとき、帯電手段としての帯電ローラ４によって一様に帯電され、その帯電部分にはユニット毎にその色の画像情報に応じたレーザ光５が露光される。この露光により形成された静電潜像は、現像手段６より現像されてトナー像となり、ベルト転写装置１に対向する位置へ到来する。
【００１４】
他方、給紙カセット１０もしくは手差し給紙装置１１からは転写材Ｐが給紙され、給紙された転写材Ｐはレジストセンサ１２で検知されて一旦停止する。そして、転写材Ｐはレジストローラ１３により上記したトナー像と同期してベルト転写装置１上に搬送され転写器７の作用によってそのトナー像が転写される。
【００１５】
フルカラープリントの場合、転写材Ｐには、第１の作像ユニット２Ｙで形成されたＹトナー像が転写され、その間に第２の作像ユニット２ＭではＭ成分色の潜像が形成され、現像手段６にてＭトナーによるＭトナー像が得られると、先の第1の作像ユニット２Ｙで転写が終了した転写材ＰにそのＭトナー像が転写されてＹトナー像と重ね合わされる。以下、Ｃトナー像、Ｋトナー像についても同様な方法で画像形成が行われ、転写材Ｐに４色のトナー像が重ね合わされる。そして、４色のトナー像が重ね合わされた転写材Ｐはベルト転写装置１から分離されて定着装置２０へ搬送される。なお、転写が終了したそれぞれの感光体はクリーニング手段８によって残留トナーが除去され、引き続き行われる次の像形成に備えられる。
【００１６】
定着装置２０は、図１および図２に示すように、ベルト支持体として厚肉弾性体を表層に施した定着ローラ２１、例えばハロゲンランプ等の加熱源２２を内蔵した加熱ローラ２３及び分離を補助する補助ローラ２４が設けられ、これら定着ローラ２１、加熱ローラ２３及び補助ローラ２４に巻き掛けられて三角形状に形成された定着ベルト２５を有している。さらに、定着装置２０には定着ローラ２１に定着ベルト２５を挟んで圧接される加圧ローラ２６が設けられ、本例では加圧ローラ２６にも加熱源２７が内蔵されている。この定着装置２０は、定着ローラ２１に加圧ローラ２６が圧接される部分が定着ニップであり、この定着ニップ近傍の定着ベルト２５の温度を図示していないサーミスタ等の温度検知器によって測定している。なお、定着ベルト２５は定着ローラ２１、加熱ローラ２３及び補助ローラ２４の何れか一つが駆動ローラ（本例では定着ローラ２１）として構成され、図２の矢印Ｂ方向へ回転走行される。
【００１７】
かかる構成の定着装置２０に対し、未定着トナー像を担持した転写材Ｐは矢印Ａ方向から搬送され、符号２８はベルト転写装置１から分離して定着装置２０へ搬送される転写材Ｐのガイド部材である。上記補助ローラ２４は、定着ニップに対し、転写材Ｐの排紙側、すなわち転写材Ｐ搬送方向Ａの下流側に配置されており、定着ベルト２５の定着ローラ２１と補助ローラ２４間の走行辺には定着ベルト２５に押し当てられた押圧部材４０が位置固定で設けられている。本実施形態における押圧部材４０は、定着ベルト２５の走行によって連れ回りする円筒状回転体で構成され、定着ベルト２５は押し当てられている押圧部材４０により定着ローラ２１と補助ローラ２４の外周を結ぶ直線より三角形の内側に入り込むように撓ませられている。すなわち、定着ベルト２５には押圧部材４０により図３に示す撓み量Ｈが与えられている。なお、図２において、符号２９は定着ニップを通過した転写材先端を定着ベルト２５と押圧部材４０とのニップヘ案内するガイド板、符号３０は定着ベルト２５と押圧部材４０のニップを通過した転写材先端を図示していない排紙部へ案内するガイド板ある。また、符号３１は補助ローラ２４の位置で定着ベルト２５に設けられた分離爪、符号３２は定着ベルト２５に所定のテンションを与えるテンションローラである。さらに、上記加熱ローラ２２が上下方向に移動可能であるとともに、弾性手段としての引っ張りバネ３３による押し上げ力が与えられており、定着ベルト２５にはこのバネによるテンションも与えられている。
【００１８】
このように構成された定着装置２０は、先端が定着ニップを通過した転写材Ｐが定着ベルト２５と押圧部材４０のニップへ送られる。そして、転写材Ｐが該ニップを通過するとき、定着ベルト２５に撓みが形成されていることにより、その先端が図３に示すように、定着ベルト２５から離れて押圧部材４０の周面に沿って移動しようとすることで、転写材Ｐの定着ベルト２５からの分離性が高められる。
【００１９】
かくして、上記定着装置２０では押圧部材４０で定着ベルト２５を撓ませるという簡単な構成で転写材の分離性を高められ、転写材が定着ベルト２５に貼り付いて分離爪３１に当ることを防止することができる。なお、この転写材の分離性を高めるには押圧部材４０の径が大きいと緩やかな撓みとなりその効果が薄れる。よって、押圧部材４０はある程度小径のローラが好ましく、Ａ３サイズまでプリント可能な機器で実験したところ、押圧部材４０は直径が３０ｍｍ以下で８ｍｍ程度までならば分離性が良く、しかも転写材の挟持に支障が生ずることなく有利であった。
【００２０】
ところで、転写材Ｐが定着ベルト２５に巻き付くのは４５Ｋ連量の薄紙のとき、発生しやすく、さらに最も普及している普通紙の場合、４５Ｋ連量の薄紙程でないとしても巻き付くことがある。しかし、転写材が厚紙であれば定着ベルト２５に巻き付くことがないので、上記した定着装置２０においても転写材Ｐの種類に応じて押圧部材４０の位置を変えることが有利である。すなわち、巻き付きやすい薄紙の場合、定着ベルト２５へ押圧部材４０を押圧する必要があり、巻き付く恐れのある普通紙も定着ベルト２５へ押圧部材４０を押圧した方がよいが、厚紙は押圧部材４０の押圧は不要で、押圧すると画像を乱す恐れもあるのでむしろ押圧を避けた方がよい。なお、普通紙の場合、押圧部材４０を薄紙ほど強く押圧する必要がない。
【００２１】
そこで、図４に示す本発明の他の実施形態では、押圧部材４０が支軸４１を介して揺動可能に装着された揺動アーム４２の一端に軸支され、揺動アーム４２の他端側には２組のスプリング４３、４４を介してソレノイド４５，４６が設けられている。ソレノイド４５，４６は、揺動アーム４２に対しその長手方向において連結する位置が異なっており、この構成によりソレノイド４５，４６がオンして揺動レバー４２を同等量押し下げたとき、その押し下げ力による支軸４１を中心とした揺動アーム４２の反時計方向の回動量は支軸４１に近いソレノイド４６の方がソレノイド４５よりも大きくなる。また、両ソレノイド４５，４６がオフ状態では、揺動アーム４２は図４の実線の位置でバランスして停止している。この両ソレノイド４５，４６のオフ時が定着ベルト２５の撓みを解消した撓み解消位置であり、図４では分かりやすくするため撓み解消位置での押圧部材４０が定着ベルト２５から大きく離れているが、撓み解消位置の押圧部材４０は定着ベルト２５から僅かに離れた位置、さらには定着ベルト２５を撓ませないが、該ベルトに接する位置であってもよい。
【００２２】
このように構成された定着装置は、ソレノイド４５、４６の何れかをオンするかによって押圧部材４０による定着ベルト２５の撓み量をＨ１，Ｈ２のように変更することができ、さらに両ソレノイド４５，４６ともオフすることによって定着ベルト２５を撓ませない態様を取ることができる。よって、押圧部材４０を転写材Ｐの種類に応じて最適な分離性が得られる。押圧部材４０の移動はソレノイドに限らず、カム等で行ってもよい。
【００２３】
図５に示すフローチャートは、図４の定着装置の一制御例を示す。
図５において、使用者がキーボード上の薄紙用給紙トレイまたは普通紙用給紙トレイまたは厚紙用給紙トレイの何れかを選択してプリントスイッチ（図示せず）をオンする（ステップ１）。トナー画像が転写された転写材Ｐが、転写ベルト装置１と定着装置２０の間に設けられたセンサ４７（図１に示す）に検知されると（ステップ２）、選択された給紙トレイが薄紙トレイかが判断される（ステップ３）。そして、転写材Ｐが薄紙である場合、センサ４７がオンして一定時間後、ソレノイド４６がオンし（ステップ４）、それによってスプリング４４を介して揺動アーム４２の他端側を下方へ引っ張る。ソレノイド４６がオンすると、押圧部材４０が定着ベルト２５を図４の２点鎖線で示す位置まで撓ませるため、薄紙に適した分離性が得られる。そして、定着装置２０と排紙部（図示せず）との間に設けられたセンサ４８（図１に示す）が転写材Ｐを検知したかが判断され（ステップ５）、センサ４８がオンして一定時間後ソレノイド４６がオフする（ステップ６）。なお、ステップ５でセンサ４８が転写材Pを検知しないときは定着部でジャムしたことであり、この場合ジャム処理をする（ステップ９）。
【００２４】
上記ステップ３において、選択された給紙トレイが薄紙トレイでない場合、給紙トレイが普通紙トレイかが判断される（ステップ７）。普通紙トレイが選択されている場合には、センサ４７がオンして一定時間後、ソレノイド４５がオンし（ステップ８）、それによってスプリング４３を介して揺動アーム４２の他端側を下方へ引っ張る。ソレノイド４５がオンすると、押圧部材４０が定着ベルト２５を薄紙より撓み量の小さい図４の１点鎖線で示す位置まで撓ませるため、普通紙に適した分離性が得られる。その後、上記ステップ５、６を経て制御が終了する。
【００２５】
また、上記ステップ７において、選択された給紙トレイが普通紙トレイでない場合、転写材Ｐは厚紙であるので、両ソレノイド４５，４６がオンせずに終了する。したがって、押圧部材４０により定着ベルト２５を撓ませることなく定着が終了する。よって、転写材Ｐが厚紙の場合、不要な定着ベルト２５の撓みを形成しない。
【００２６】
ところで、上記したように押圧部材４０を定着ベルト２５に接離するように移動させる場合、押圧部材４０を定着ベルト２５に当接させるタイミングが重要であり、転写材Ｐの到来前に当接させると、押圧部材４０に定着ベルト２５の汚れが付着し、その汚れがその後送られてくる転写材Ｐの裏面に再転写するという問題が起きる。
【００２７】
そこで、本実施形態では上記したセンサ４７がオンして一定時間後にソレノイド４５または４６がオンするタイミングとして、転写材Ｐの先端が押圧部材４０の定着ベルト２５に当接する位置を通過した直後から転写材Ｐの先端が補助ローラ２４に達する前としている。これは、転写材Ｐの先端が補助ローラ２４に達した後に、分離性を高める押圧部材４０の当接をさせても転写材Ｐが分離せずに分離爪３１に当ってしまう恐れがあるからである。なお、上記した実験機では転写材Ｐの先端２０ｍｍ以内で押圧部材４０を接触させている。また、押圧部材４０を転写材Ｐから離す位置は転写材Ｐを挟持している間ならば任意であるが、転写材Ｐはその先端が分離されればそれに追随するので、転写材Ｐの先端がセンサ４８に検知された直後にはなしてもよい。
【００２８】
上記した実施形態では、押圧部材４０を定着ベルト２５の走行に連れ回り回転をする従動円筒体として説明しているが、本発明の押圧部材４０は駆動する駆動円筒体であってもよい。押圧部材４０を回転駆動する方法としては、例えば他の部材を駆動する駆動源に駆動連結してもよいが、専用のモータを設けることが特に図４に示すように押圧部材４０を移動する場合、駆動伝達が簡素化されて有利である。このとき、押圧部材４０の線速は定着ベルト２５のそれよりも速くすると分離性が高まり有利である。しかし、押圧部材４０の線速をあまりにも速くし過ぎると、画像乱れが発生する恐れがあるため、定着ベルト２５との線速比は１〜１．５くらいが適正である。
【００２９】
ところで、図１に記載していないが、画像形成装置が両面機能を有しているとき、第１面が定着されている転写材Ｐの第２面の画像を定着するとき、押圧部材４０は第1面の画像と接する。このとき、押圧部材４０の温度が高いと第１面の画像の光沢度を劣化させる現象が発生する。よって、押圧部材４０の温度は低くすることが要求される。
【００３０】
そこで、図６に示す本発明の他の実施形態では押圧部材４０としてヒートパイプを使用するとともに、その軸部に冷却フィン４９を接続し、その冷却フィン４９をファン５０の送風によって冷却している。
【００３１】
このように構成された定着装置は、押圧部材４０の温度を定着ベルト２５のそれよりも低くすることができ、したがって、第１面の画像と低い温度で接するので、光沢ムラのない画像を得ることができる。なお、冷却フィン４９および冷却ファンは押圧部材４０の両側に設けることも可能であるが、本例の押圧部材４０がヒートパイプであるので片側だけで十分であり、かつ押圧部材４０全体が一様に冷却される。
【００３２】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、各種改変することができる。
例えば、上記実施形態では定着ベルト２５が３本のローラに巻き掛けられているが、ローラであるベルト支持体は２本、さらには４本以上であってもよい。
【００３３】
さらに、ベルト支持体は１つの駆動ローラを設ければ、他のベルト支持体は少なくともベルト摺動面が湾曲した固定部材であってもよい。
【発明の効果】
【００３４】
請求項１の構成によれば、ベルト支持体と加圧ローラのニップから転写材排出方向へ延びるベルト走行辺に、外周面側から当接して定着ベルトを撓ませる押圧部材が設けられているので、転写材の分離性が高められ、定着ベルトに貼り付き気味の転写材であっても確実に分離することができる。
【００３５】
請求項２の構成によれば、押圧部材が定着ベルトの走行によって連れ回り回転をする円筒状回転体であるので、転写材が定着ベルトと押圧部材の間に入り易く、かつ、確実に挟持搬送することができる。
【００３６】
請求項３の構成によれば、押圧部材が定着ベルトに当接して撓ませる撓み位置と、定着ベルトの撓みを解消する撓み解消位置との間で移動可能であるので、定着ベルトの撓み量を変更することができる。
【００３７】
請求項４の構成によれば、押圧部材が転写材の種類に応じて定着ベルトの撓み量を可変するので、転写材の形態、材質に応じて設定した定着ベルトの撓みが得られ、転写材の種類毎に好ましい分離性を提供することができる。
【００３８】
請求項５の構成によれば、転写材の先端が撓み位置を通過後、転写材の先端が定着ベルト走行方向の下流側のベルト支持体に達する前に、撓み解消位置に位置させている押圧部材を撓み位置へ移動し、転写材の後端が該撓み位置を通過する前に撓み解消位置へ移動するので、押圧部材を定着ベルトに接離させても良好な分離性が得られるとともに、押圧部材がトナー等で汚れることを防止できる。
【００３９】
請求項６の構成によれば、押圧部材が定着ベルトとで挟持した転写材を搬送する方向へ回転駆動される駆動回転体であり、該押圧部材の線速が定着ベルトの線速と同等かそれよりも速いので、転写材の分離性をより高めることができる。
【００４０】
請求項７の構成によれば、押圧部材にヒートパイプが設けられているとともに、該押圧部材を冷却する手段が備えられているので、押圧部材を定着ベルトよりも低温になり、両面画像の光沢性の悪化を防止することができる。
【００４１】
請求項８の構成によれば、上記した効果が享受することができる画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る定着装置を用いた画像形成装置を概略を示す構成図である。
【図２】本発明に係る定着装置の構成を示す拡大説明図である。
【図３】押圧部材によって転写材が分離された状態を示す説明図である。
【図４】押圧部材を移動する構成の一例を示す説明図である。
【図５】図４の定着装置の制御例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の他の実施形態を示す押圧部材の説明図である。
【符号の説明】
２０ 定着装置
２１ 定着ローラ（ベルト支持体）
２２ 加熱ローラ（ベルト支持体）
２４ 補助ローラ（ベルト支持体）
２５ 定着ベルト
２６ 加圧ローラ
４０ 押圧部材
５０ 冷却ファン（冷却手段）

Claims (8)

1. １つの駆動ローラを含む複数のベルト支持体に巻き掛けられ、加熱手段によって加熱されるエンドレス状の定着ベルトを有し、前記ベルト支持体の１つは定着ベルトを挟んで加圧ローラが当接され、前記定着ベルトにはベルト支持体と加圧ローラのニップから転写材排出方向へ延びるベルト走行辺を有する定着装置において、
   前記ベルト支持体と加圧ローラのニップから転写材排出方向へ延びるベルト走行辺に、外周面側から当接して前記定着ベルトを撓ませる押圧部材が設けられてい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、前記押圧部材が前記定着ベルトの走行によって連れ回り回転をする円筒状回転体であることを特徴とする定着装置。
3. 請求項１または２に記載の定着装置において、前記押圧部材が前記定着ベルトに当接して撓ませる撓み位置と、定着ベルトの撓みを解消する撓み解消位置との間で移動可能であることを特徴とする定着装置。
4. 請求項３に記載の定着装置において、前記押圧部材が転写材の種類に応じて定着ベルトの撓み量を可変することを特徴とする定着装置。
5. 請求項３または４に記載の定着装置において、前記転写材の先端が前記押圧部材の定着ベルトに当接する位置を通過後、転写材の先端が定着ベルト走行方向の下流側のベルト支持体に達する前に、前記撓み解消位置に位置させている前記押圧部材を撓み位置へ移動し、転写材の後端が該撓み位置を通過する前に撓み解消位置へ移動することを特徴とする定着装置。
6. 請求項１ないし５の何れか一項に記載の定着装置において、前記押圧部材が前記定着ベルトとで挟持した転写材を搬送する方向へ回転駆動される駆動回転体であり、該押圧部材の線速が前記定着ベルトの線速と同等かそれよりも速いことを特徴とする定着装置。
7. 請求項１ないし６の何れか一項に記載の定着装置において、前記押圧部材にヒートパイプが設けられているとともに、該押圧部材を冷却する手段が備えられていることを特徴とする定着装置。
8. 請求項１ないし７の何れか一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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