JP3931366B2 - 画像定着装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像定着装置、より詳しくは、感光体上に形成された静電潜像をトナー粒子にて顕像化し、記録用紙に転写させた後、熱及び圧力にて記録用紙に定着させる画像定着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
画像定着装置は、電子写真技術を応用した複写機、ファクシミリ、レーザープリンタ等の画像形成装置において、最終的に画像品質を決定する重要なものである。以下に従来の画像定着装置について説明する。
【０００３】
図８は従来の画像定着装置を用いた画像形成装置の要部構成図である。図８において、１は露光光学系（以下、ＬＳＵと略称する。）で、半導体レーザ、コリメータレンズ，回転ミラー、ｆ−θレンズ等の光源を内蔵している。２は無端ベルト状のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等を基材として、その外周面上にセレン（Ｓｅ）系感光体、あるいは有機感光体（ＯＰＣ）等の感光性受容層が薄層に塗布された感光体であり、駆動ローラ３と従動ローラ４とに掛けわたされて矢印Ａ方向に回転する。５Ｙ，５Ｍ，５Ｃおよび５Ｂは、感光体２に対向配設された現像器であり、それぞれイエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの各色のトナーを収容している。
【０００４】
６は無端ベルト状の中間転写体であり、駆動ローラ７と従動ローラ８および９とに掛けわたされて矢印Ｂ方向に回転する。１０は中間転写体６の内面側に配置された第１転写ローラであり、この第１転写ローラ１０の押圧力によって中間転写体６の表面と感光体２の表面とが接触している。１１は中間転写体６の表面上に形成されたトナー像を転写材１２に転写するための第２転写ローラであり、転写材１２への転写時に中間転写体６と当接する。１３は転写材１２を収納する給紙トレイであり、１４は給紙トレイ１３より転写材１２を高摩擦係数の表面でピックアップし、適時第２転写部へ給紙する給紙ローラである。
【０００５】
１５は表面にシリコーンゴム等を薄く被覆した金属製中空の加熱ローラであり、内部にはハロゲンランプ等のヒータ１６が配設されている。１７は最表面にふっ素樹脂皮膜層、中間にゴム層を配した金属製の加圧ローラであり、付勢部材（図示せず）によって加熱ローラ１５に圧接されている。１８は加熱ローラ１５の表面温度を検知する温度検知器である。１９は温度制御部で、温度検知器１８の検知温度に基づいてヒータ１６の出力をヒータドライバ２０で調整することにより、加熱ローラ１５の表面温度を一定の温度に保つ。２１，２２は転写材２を排出するための排紙ローラである。
【０００６】
以上のように構成された、従来の画像定着装置を用いた画像形成装置について、以下その動作を説明する。
【０００７】
印字信号に従いＬＳＵ１によって感光体２上に第１の色（以下、イエローとする）の成分に対応する潜像が書き込まれる。この潜像をイエローのトナーを収容した現像器５Ｙによって顕像化する。顕像化された一色分のトナー画像は、電圧が印加された第１転写ローラ１０によって中間転写体６に転写される。同様にして感光体２の表面上に形成された第２〜第４の色であるマゼンタ、シアンおよびブラックのトナー画像も中間転写体６上に重ね合わせるように転写され、中間転写体６の表面上に一つの合成トナー像が形成される。この後、給紙トレイ１３から給紙ローラ１４により転写材１２が抽出、搬送されてきて、合成トナー像は電圧が印加された第２転写ローラ１１によって転写材１２に転写され、加熱ローラ１５と加圧ローラ１７との当接部で形成されるニップ部を通過する。このとき表面が加熱ローラ１５と接触することによって合成トナー像は溶融され、同時に加熱ローラ１５と加圧ローラ１７とに圧接されることによって、転写材１２に半永久的にトナー画像が定着される。さらに、転写材１２は定着部から排紙ローラ２１，２２に搬送され、排紙トレイ（図示せず）に収納される。
【０００８】
上記の定着部において、加熱ローラ１５と加圧ローラ１７間で、未定着画像を担持した転写材１２は挟持、搬送され、熱と圧力によってトナー画像が転写材１２に定着させされる。このとき、カラー画像のように未定着トナーが多い場合には、加熱ローラ１５と加圧ローラ１７の接触部に形成されるニップ部で急激に加熱されるため、トナー層に大きな温度勾配が発生し、加熱ローラ１５側に溶融トナーがオフセットするいわゆる高温オフセットが発生する。そこで、従来の画像定着装置では、シリコーンオイル等の離型オイルを未定着トナー接触側のローラ表面上に塗布することによって、この高温オフセットを防止している。
【０００９】
図９は従来のオイル塗布機構を備えた画像定着装置の要部構成図である。同図において、加熱ローラ１５、加圧ローラ１７は前に述べたものと同様であり、ここでの説明は省略する。２３はオイルタンクであり、オイル２４が収容されている。２５はピストンの往復運動を利用したポンプであり、加熱ローラ１５の回転に連動してオイルタンク２３内のオイル２４を汲み上げてオイル供給フェルト２６へ滴下する。オイル供給フェルト２６はオイルを長手方向に拡散させ、ゴム製のオイル塗布ローラ２７の全長にわたって均一にオイル２４を供給する。２８はふっ素ゴム製のオイル規制ブレードであり、加熱ローラ１５表面の余分なオイルを除去して均一なオイル薄層を形成する。除去されたオイルは、オイル受け２９を通してオイルタンク２３に回収される。加熱ローラ１５上のオイルはオイル規制ブレード２８によって薄層化され、トナー離型層を形成し、溶融したトナーの加熱ローラ１５へのオフセットを防ぐ。
【００１０】
しかし、このような定着装置は、離型オイル塗布機構によって、装置の大型化とコストアップ、メンテナンスの複雑化と印字物への離型オイル残留という問題点を有し、さらに高速化に対応するには、必要な熱をトナーに供給するために加熱、加圧ローラの径の大型化や、大きな加圧力が必要となる。
【００１１】
そこで離型オイル塗布機構の簡略化や、印字速度の高速化に対応するため、加熱ローラに無端状ベルトを巻き付けて、これらの間に形成される長いニップ部で、圧力と熱を長い時間、転写材上の未定着トナーに作用させることにより良好な定着を得るようにした装置が提案されている。
【００１２】
図１０は従来の無端状ベルト方式の画像定着装置の要部構成図、図１１は図１０の無端状ベルトの断面図、図１２は図１０の画像定着装置の部分拡大図である。
【００１３】
図１０において、３０は加熱ローラ１５に巻き付けてニップ部３１を形成するための無端状ベルト、３２は無端状ベルト３０を加熱ローラ１５に圧接して圧接ニップ部３３を形成するための加圧ローラ、３４，３５は無端状ベルト３０を張架するための張架ローラであり、３６は加熱ローラ１５を加熱するためのヒータ、３７は加圧ローラ３２を押圧するための押圧バネである。
【００１４】
図１１において、無端状ベルト３０は、ニッケル電鋳またはポリイミド等のベルト基材３０ａ上に薄いシリコーンゴム等の耐熱弾性層３０ｂを形成したもので、転写材１２は、トナー層が加熱ローラ１５側になるように矢印Ｃ方向に搬送され、ニップ部３１内で十分な熱量を与えられ、圧接ニップ部３３で加熱ローラ１５から剥離する。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１０に示す画像定着装置では以下のような問題点を有している。図１２に示すように、無端状ベルト３０は加圧ローラ３２によって放射方向に圧接され、点Ａ、点Ｂ間で示される圧接ニップ部３３を形成する。ここで弧ＡＣＢの長さは、ベルト厚を含めた加圧ローラ３２の径よりも加熱ローラ１５の径の方が大きいため、加圧加重がゼロの場合の破線で示す弧ＡＤＢの長さよりも長くなる。一方、加熱ローラ１５は角速度一定で回転駆動されるため、弧の長さの比はそのまま速度の比となる。つまり、弧ＡＣＢ間の平均速度Ｖ１は、弧ＡＤＢ間の平均速度Ｖ２よりも速くなる。
【００１６】
ここで転写材１２は、ニップ部３１間で最も搬送力の高い圧接ニップ部３３での速度Ｖ１で搬送されることとなるが、ニップ部３１間のうち圧接ニップ部３３を除く領域での加熱ローラ１５の周速Ｖ３はＶ２に等しいので、圧接ニップ部３３を除くニップ部３１では、転写材１２の搬送速度Ｖ１と加熱ローラ１５の表面速度Ｖ３に速度差が生じる。この速度差によって、転写材１２と加熱ローラ１５表面の間でトナー層が引きずられてしまう、いわゆるトナー引きずりという現象が発生し、これが画像品質を著しく悪化させる原因となっている。
【００１７】
本発明は上記従来の問題点を解決するものであり、転写材、加熱ローラの速度差によるトナー引きずりの発生を防止することができ、オイル塗布の簡略化、印字速度の高速化、小型化が可能な画像定着装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明は、内部に加熱手段を備え、外周面に弾性体層を有する加熱ローラと、複数のローラによって張架された無端状ベルトとを備え、前記加熱ローラに前記無端状ベルトの一部を巻き付けてニップ部を形成してなる画像定着装置において、前記ニップ部の出口よりも下流側に転写材剥離手段を備え、前記転写材剥離手段は前記加熱ローラに圧接され、トルクリミッターを備えた剥離ローラであり、前記剥離ローラを、トルクリミッターを介して前記加熱ローラよりも遅い周速で回転駆動することにより、トナー引きずりの発生を防止するものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、内部に加熱手段を備え、外周面に弾性体層を有する加熱ローラと、複数のローラによって張架された無端状ベルトとを備え、前記加熱ローラに前記無端状ベルトの一部を巻き付けてニップ部を形成してなる画像定着装置において、前記ニップ部の出口よりも下流側に転写材剥離手段を備え、前記転写材剥離手段は前記加熱ローラに圧接され、トルクリミッターを備えた剥離ローラであり、前記剥離ローラを、トルクリミッターを介して前記加熱ローラよりも遅い周速で回転駆動させ、前記トルクリミッターの設定トルクを前記加熱手段と前記転写材剥離手段との摩擦によって伝導される第１トルクより小さく、前記加熱手段と前記転写材剥離手段との間を通過する転写材と前記転写材剥離手段との摩擦によって伝導される第２トルクよりも大きい範囲に設定したことにより、ニップ部内に圧接ニップ部をなくし、加熱ローラ上の圧接ニップ部と、圧接ニップ部以外のニップ部の速度差から生じるトナーの引きずりを防止できるという作用を有する。また、剥離ローラ通過時の転写材に制動力がかかることにより、ニップ部の転写材との速度差がなくなり、剥離手段によって、ニップ部において転写材と加熱ローラとの間に速度差を生じることがなく、トナーの引きずりを起こさないという作用を有する。
【００２８】
外周面に弾性体層を有する加熱ローラに無端状ベルトの一部を巻き付けてニップ部を形成してなる画像定着装置において、ニップ部の出口よりも下流側に転写材剥離手段を備えた構成として定着機能と剥離機能を分離することにより、ニップ部内に圧接ニップ部がなくなり、加熱ローラ上の圧接ニップ部と、圧接ニップ部以外のニップ部の速度差から生じるトナーの引きずりを防止することができる。また、前記の転写材剥離手段を、加熱ローラに圧接され、トルクリミッターを介して加熱ローラよりも遅い周速で回転駆動される剥離ローラとすることにより、転写材通過時には転写材を間に介することによって、剥離ローラと加熱ローラ間の摩擦がトルクリミッターの制限トルクよりも小さくなり、剥離ローラは加熱ローラよりも遅い周速で回転駆動させ、前記トルクリミッターの設定トルクを前記加熱手段と前記転写材剥離手段との摩擦によって伝導される第１トルクより小さく、前記加熱手段と前記転写材剥離手段との間を通過する転写材と前記転写材剥離手段との摩擦によって伝導される第２トルクよりも大きい範囲に設定することによって、剥離ローラ通過時の転写材に制動力がかかることにより、ニップ部の転写材との速度差がなくなり、ニップ部において転写材と加熱ローラとの間に速度差を生じることがなく、トナーの引きずりを防止することができる。
【００３０】
このときの無端状ゴムベルト３９の厚さや硬度は、加熱ローラ１５の外径、加熱ローラ１５の外周面上に形成された耐熱弾性層の硬度、厚さ、そして、加圧ローラ３２の外径、圧接荷重等の条件により最適に決定される。
【００３１】
（実施の形態３）
図５は本発明の第３の実施の形態における画像定着装置の要部構成図である。
【００３２】
図５において、従来例と同様に加熱ローラ１５は駆動源（図示せず）より伝達された駆動力により矢印Ｄ方向に回転駆動されているが、加圧ローラ３２も駆動源（図示せず）より伝達された駆動力により矢印Ｄ方向に回転駆動されている。
【００３３】
このとき、加圧ローラ３２のベルト厚を含めた周速は、圧接ニップ部３３内の加熱ローラ１５の平均周速度Ｖ１よりも僅かに遅く設定されている。
【００３４】
これによって、転写材１２が圧接ニップ部３３を通過するとき、転写材１２に搬送方向と逆向きの制御力をかけることができ、転写材１２の搬送速度Ｖ４が、ニップ部３１間で圧接ニップ部３３を除く領域での加熱ローラ１５の周速Ｖ３に等しくなり、圧接ニップ部３３内で転写材１２の搬送速度Ｖ４と加熱ローラ１５の表面速度Ｖ３の速度差がなくなり、転写材１２の剥離性能を確保したまま、転写材１２と加熱ローラ１５表面の間でトナー引きずりが発生するという現象を防止することができ、良好な画像品質を得ることができる。
【００３５】
このときの加圧ローラ３２のベルト厚を含めた周速は、加熱ローラ１５の外径、加熱ローラ１５の外周面上に形成された耐熱弾性層の硬度、厚さ、そして、加圧ローラ３２の外径、圧接荷重等の条件により最適に決定される。
【００３６】
（実施の形態４）
図６は本発明の第４の実施の形態における画像定着装置の要部構成図、図７は図６の画像定着装置の剥離ローラの駆動部構成図である。
【００３７】
図６において、加圧ローラ３２は加熱ローラ１５への圧接荷重がゼロまたは極微少な状態で取り付けられ、無端状ベルト３０は加熱ローラ１５との間にニップ部４０を形成している。また、４１は金属製の剥離ローラで、押圧バネ４２によって一定荷重で加熱ローラ１５へ圧接され、加熱ローラ１５との間に圧接ニップ部４３を形成している。
【００３８】
図７において、４４は剥離ローラ４１の軸４１ａを画像定着装置のシャーシ４５に軸支するためのベアリング、４６は軸４１ａの端部に取り付けられ、歯車４６ａを有するトルクリミッターである。トルクリミッター４６は機械式のもので、設定トルク内では駆動力を伝達するが、伝達トルクが設定トルクを超えると軸との間ですべりを起こすものである。
【００３９】
図６において、従来例と同様に加熱ローラ１５は駆動源（図示せず）より伝達された駆動力により矢印Ｄ方向に回転駆動されているが、剥離ローラ４１も駆動源（図示せず）より伝達された駆動力により矢印Ｄ方向に回転駆動されている。
【００４０】
このとき、剥離ローラ４１は、圧接ニップ部４３内の加熱ローラ１５の平均周速度Ｖ５よりも僅かに遅い周速Ｖ６で回転駆動され、トルクリミッター４６の設定トルクＴ１は、加熱ローラ１５、剥離ローラ４１間の摩擦によって伝導されるトルクＴ２よりも小さく、剥離ローラ４１、転写材１２間の摩擦によって伝導されるトルクＴ３よりも大きい範囲に設定されている。
【００４１】
通常の回転時には、加熱ローラ１５から剥離ローラ４１に伝達されるトルクはＴ２であるので、設定トルクＴ１よりもトルクＴ２の方が大きいためにトルクリミッター４６は僅かにすべりを起こし、剥離ローラ４１は加熱ローラ１５から伝達されるトルクで回転する。転写材１２が圧接ニップ部４３を通過するときは、加熱ローラ１５から剥離ローラ４１に伝達されるトルクはＴ３であり、設定トルクＴ１よりもトルクＴ３の方が小さいので、トルクリミッター４６はすべりを起こさずに駆動源から伝達される駆動トルクを歯車４６ａ部を介して剥離ローラ４１に伝える。このとき、転写材１２には搬送方向と逆向きに制動力が加わるので、転写材１２の搬送速度Ｖ７は圧接ニップ部４３内の加熱ローラ１５の平均周速度Ｖ５よりも遅くなり、Ｖ７＜Ｖ３となるようにＶ６を設定すれば、ニップ部４０内で転写材１２の搬送速度と加熱ローラ１５の表面速度との速度差がなくなる。
【００４２】
従って無端状ベルト３０を用いた定着手段と、剥離ローラ４１を用いた剥離手段とを分離することによって完全にトナー引きずりを防止する構成とすることができ、良好な画像品質を得ることができる。
【００４３】
このときのＶ６はＶ７＜Ｖ３となるように設定するが、加圧ローラ３２、剥離ローラ４１間であまり転写材１２に撓みを生じないように最適に決定される。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によって以下の効果を奏することができる。
【００４５】
（１）外周面に弾性体層を有する加熱ローラに無端状ベルトの一部を巻き付けてニップ部を形成すると共に、無端状ベルトを張架するローラのうちの単数または複数のローラを加圧ローラとした画像定着装置において、加圧ローラの外周面に加熱ローラの外周面の弾性体層よりも硬度の高い弾性体層を有するように構成することにより、加熱ローラ上の圧接ニップ部の速度と、圧接ニップ部以外のニップ部の速度を等しくすることができ、転写材の搬送速度と、加熱ローラ周速の速度差から生じるトナーの引きずりを防止することができる。
【００４６】
（２）外周面に弾性体層を有する加熱ローラに無端状ベルトの一部を巻き付けてニップ部を形成すると共に、無端状ベルトを張架するローラのうちの単数または複数のローラを加圧ローラとした画像定着装置において、無端状ベルトを弾性体で構成することにより、加熱ローラ上の圧接ニップ部の速度と、圧接ニップ部以外のニップ部の速度を等しくすることができ、転写材の搬送速度と、加熱ローラ周速の速度差から生じるトナーの引きずりを防止することができる。
【００４７】
（３）外周面に弾性体層を有する加熱ローラに無端状ベルトの一部を巻き付けてニップ部を形成すると共に、無端状ベルトを張架するローラのうちの単数または複数のローラを加圧ローラとした画像定着装置において、加熱ローラと加圧ローラの両方を回転駆動し、加圧ローラの周速を加熱ローラの周速よりも遅くなるように構成することにより、加熱ローラ上の圧接ニップ部の速度と、圧接ニップ部以外のニップ部の速度を等しくすることができ、転写材の搬送速度と、加熱ローラ周速の速度差から生じるトナーの引きずりを防止することができる。
【００４８】
（４）外周面に弾性体層を有する加熱ローラに無端状ベルトの一部を巻き付けてニップ部を形成してなる画像定着装置において、ニップ部の出口よりも下流側に転写材剥離手段を備えた構成として定着機能と剥離機能を分離することにより、ニップ部内に圧接ニップ部がなくなり、加熱ローラ上の圧接ニップ部と、圧接ニップ部以外のニップ部の速度差から生じるトナーの引きずりを防止することができる。
【００４９】
（５）前記の転写材剥離手段を、加熱ローラに圧接され、トルクリミッターを介して加熱ローラよりも遅い周速で回転駆動される剥離ローラとすることにより、転写材通過時には転写材を間に介することによって、剥離ローラと加熱ローラ間の摩擦がトルクリミッターの制限トルクよりも小さくなり、剥離ローラは加熱ローラよりも遅い周速で回転駆動されることになって、剥離ローラ通過時の転写材に制動力がかかることにより、ニップ部の転写材との速度差がなくなり、ニップ部において転写材と加熱ローラとの間に速度差を生じることがなく、トナーの引きずりを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における画像定着装置の要部構成図
【図２】図１の画像定着装置の要部拡大図
【図３】本発明の第２の実施の形態における画像定着装置の要部構成図
【図４】図３の画像定着装置の要部拡大図
【図５】本発明の第３の実施の形態における画像定着装置の要部構成図
【図６】本発明の第４の実施の形態における画像定着装置の要部構成図
【図７】図６の画像定着装置の剥離ローラの駆動部構成図
【図８】従来の画像定着装置を用いた画像形成装置の要部構成図
【図９】従来のオイル塗布機構を備えた画像定着装置の要部構成図
【図１０】従来の無端状ベルト方式の画像定着装置の要部構成図
【図１１】図１０の画像定着装置の無端状ベルトの断面図
【図１２】図１０の画像定着装置の部分拡大図
【符号の説明】
１２ 転写材
１５ 加熱ローラ
３０ 無端状ベルト
３１ ニップ部
３２ 加圧ローラ
３３ 圧接ニップ部
３４，３５ 張架ローラ
３６ ヒータ
３７ 押圧バネ
３８ 弾性加圧ローラ
３８ａ 加圧ローラ軸
３８ｂ 耐熱弾性層
３９ 無端状ゴムベルト
４０ ニップ部
４１ 剥離ローラ
４１ａ 軸
４２ 押圧バネ
４３ 圧接ニップ部
４４ ベアリング
４５ シャーシ
４６ トルクリミッター
４６ａ 歯車
【発明の属する技術分野】
本発明は画像定着装置、より詳しくは、感光体上に形成された静電潜像をトナー粒子にて顕像化し、記録用紙に転写させた後、熱及び圧力にて記録用紙に定着させる画像定着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
画像定着装置は、電子写真技術を応用した複写機、ファクシミリ、レーザープリンタ等の画像形成装置において、最終的に画像品質を決定する重要なものである。以下に従来の画像定着装置について説明する。
【０００３】
図８は従来の画像定着装置を用いた画像形成装置の要部構成図である。図８において、１は露光光学系（以下、ＬＳＵと略称する。）で、半導体レーザ、コリメータレンズ，回転ミラー、ｆ−θレンズ等の光源を内蔵している。２は無端ベルト状のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等を基材として、その外周面上にセレン（Ｓｅ）系感光体、あるいは有機感光体（ＯＰＣ）等の感光性受容層が薄層に塗布された感光体であり、駆動ローラ３と従動ローラ４とに掛けわたされて矢印Ａ方向に回転する。５Ｙ，５Ｍ，５Ｃおよび５Ｂは、感光体２に対向配設された現像器であり、それぞれイエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの各色のトナーを収容している。
【０００４】
６は無端ベルト状の中間転写体であり、駆動ローラ７と従動ローラ８および９とに掛けわたされて矢印Ｂ方向に回転する。１０は中間転写体６の内面側に配置された第１転写ローラであり、この第１転写ローラ１０の押圧力によって中間転写体６の表面と感光体２の表面とが接触している。１１は中間転写体６の表面上に形成されたトナー像を転写材１２に転写するための第２転写ローラであり、転写材１２への転写時に中間転写体６と当接する。１３は転写材１２を収納する給紙トレイであり、１４は給紙トレイ１３より転写材１２を高摩擦係数の表面でピックアップし、適時第２転写部へ給紙する給紙ローラである。
【０００５】
１５は表面にシリコーンゴム等を薄く被覆した金属製中空の加熱ローラであり、内部にはハロゲンランプ等のヒータ１６が配設されている。１７は最表面にふっ素樹脂皮膜層、中間にゴム層を配した金属製の加圧ローラであり、付勢部材（図示せず）によって加熱ローラ１５に圧接されている。１８は加熱ローラ１５の表面温度を検知する温度検知器である。１９は温度制御部で、温度検知器１８の検知温度に基づいてヒータ１６の出力をヒータドライバ２０で調整することにより、加熱ローラ１５の表面温度を一定の温度に保つ。２１，２２は転写材２を排出するための排紙ローラである。
【０００６】
以上のように構成された、従来の画像定着装置を用いた画像形成装置について、以下その動作を説明する。
【０００７】
印字信号に従いＬＳＵ１によって感光体２上に第１の色（以下、イエローとする）の成分に対応する潜像が書き込まれる。この潜像をイエローのトナーを収容した現像器５Ｙによって顕像化する。顕像化された一色分のトナー画像は、電圧が印加された第１転写ローラ１０によって中間転写体６に転写される。同様にして感光体２の表面上に形成された第２〜第４の色であるマゼンタ、シアンおよびブラックのトナー画像も中間転写体６上に重ね合わせるように転写され、中間転写体６の表面上に一つの合成トナー像が形成される。この後、給紙トレイ１３から給紙ローラ１４により転写材１２が抽出、搬送されてきて、合成トナー像は電圧が印加された第２転写ローラ１１によって転写材１２に転写され、加熱ローラ１５と加圧ローラ１７との当接部で形成されるニップ部を通過する。このとき表面が加熱ローラ１５と接触することによって合成トナー像は溶融され、同時に加熱ローラ１５と加圧ローラ１７とに圧接されることによって、転写材１２に半永久的にトナー画像が定着される。さらに、転写材１２は定着部から排紙ローラ２１，２２に搬送され、排紙トレイ（図示せず）に収納される。
【０００８】
上記の定着部において、加熱ローラ１５と加圧ローラ１７間で、未定着画像を担持した転写材１２は挟持、搬送され、熱と圧力によってトナー画像が転写材１２に定着させされる。このとき、カラー画像のように未定着トナーが多い場合には、加熱ローラ１５と加圧ローラ１７の接触部に形成されるニップ部で急激に加熱されるため、トナー層に大きな温度勾配が発生し、加熱ローラ１５側に溶融トナーがオフセットするいわゆる高温オフセットが発生する。そこで、従来の画像定着装置では、シリコーンオイル等の離型オイルを未定着トナー接触側のローラ表面上に塗布することによって、この高温オフセットを防止している。
【０００９】
図９は従来のオイル塗布機構を備えた画像定着装置の要部構成図である。同図において、加熱ローラ１５、加圧ローラ１７は前に述べたものと同様であり、ここでの説明は省略する。２３はオイルタンクであり、オイル２４が収容されている。２５はピストンの往復運動を利用したポンプであり、加熱ローラ１５の回転に連動してオイルタンク２３内のオイル２４を汲み上げてオイル供給フェルト２６へ滴下する。オイル供給フェルト２６はオイルを長手方向に拡散させ、ゴム製のオイル塗布ローラ２７の全長にわたって均一にオイル２４を供給する。２８はふっ素ゴム製のオイル規制ブレードであり、加熱ローラ１５表面の余分なオイルを除去して均一なオイル薄層を形成する。除去されたオイルは、オイル受け２９を通してオイルタンク２３に回収される。加熱ローラ１５上のオイルはオイル規制ブレード２８によって薄層化され、トナー離型層を形成し、溶融したトナーの加熱ローラ１５へのオフセットを防ぐ。
【００１０】
しかし、このような定着装置は、離型オイル塗布機構によって、装置の大型化とコストアップ、メンテナンスの複雑化と印字物への離型オイル残留という問題点を有し、さらに高速化に対応するには、必要な熱をトナーに供給するために加熱、加圧ローラの径の大型化や、大きな加圧力が必要となる。
【００１１】
そこで離型オイル塗布機構の簡略化や、印字速度の高速化に対応するため、加熱ローラに無端状ベルトを巻き付けて、これらの間に形成される長いニップ部で、圧力と熱を長い時間、転写材上の未定着トナーに作用させることにより良好な定着を得るようにした装置が提案されている。
【００１２】
図１０は従来の無端状ベルト方式の画像定着装置の要部構成図、図１１は図１０の無端状ベルトの断面図、図１２は図１０の画像定着装置の部分拡大図である。
【００１３】
図１０において、３０は加熱ローラ１５に巻き付けてニップ部３１を形成するための無端状ベルト、３２は無端状ベルト３０を加熱ローラ１５に圧接して圧接ニップ部３３を形成するための加圧ローラ、３４，３５は無端状ベルト３０を張架するための張架ローラであり、３６は加熱ローラ１５を加熱するためのヒータ、３７は加圧ローラ３２を押圧するための押圧バネである。
【００１４】
図１１において、無端状ベルト３０は、ニッケル電鋳またはポリイミド等のベルト基材３０ａ上に薄いシリコーンゴム等の耐熱弾性層３０ｂを形成したもので、転写材１２は、トナー層が加熱ローラ１５側になるように矢印Ｃ方向に搬送され、ニップ部３１内で十分な熱量を与えられ、圧接ニップ部３３で加熱ローラ１５から剥離する。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１０に示す画像定着装置では以下のような問題点を有している。図１２に示すように、無端状ベルト３０は加圧ローラ３２によって放射方向に圧接され、点Ａ、点Ｂ間で示される圧接ニップ部３３を形成する。ここで弧ＡＣＢの長さは、ベルト厚を含めた加圧ローラ３２の径よりも加熱ローラ１５の径の方が大きいため、加圧加重がゼロの場合の破線で示す弧ＡＤＢの長さよりも長くなる。一方、加熱ローラ１５は角速度一定で回転駆動されるため、弧の長さの比はそのまま速度の比となる。つまり、弧ＡＣＢ間の平均速度Ｖ１は、弧ＡＤＢ間の平均速度Ｖ２よりも速くなる。
【００１６】
ここで転写材１２は、ニップ部３１間で最も搬送力の高い圧接ニップ部３３での速度Ｖ１で搬送されることとなるが、ニップ部３１間のうち圧接ニップ部３３を除く領域での加熱ローラ１５の周速Ｖ３はＶ２に等しいので、圧接ニップ部３３を除くニップ部３１では、転写材１２の搬送速度Ｖ１と加熱ローラ１５の表面速度Ｖ３に速度差が生じる。この速度差によって、転写材１２と加熱ローラ１５表面の間でトナー層が引きずられてしまう、いわゆるトナー引きずりという現象が発生し、これが画像品質を著しく悪化させる原因となっている。
【００１７】
本発明は上記従来の問題点を解決するものであり、転写材、加熱ローラの速度差によるトナー引きずりの発生を防止することができ、オイル塗布の簡略化、印字速度の高速化、小型化が可能な画像定着装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明は、内部に加熱手段を備え、外周面に弾性体層を有する加熱ローラと、複数のローラによって張架された無端状ベルトとを備え、前記加熱ローラに前記無端状ベルトの一部を巻き付けてニップ部を形成してなる画像定着装置において、前記ニップ部の出口よりも下流側に転写材剥離手段を備え、前記転写材剥離手段は前記加熱ローラに圧接され、トルクリミッターを備えた剥離ローラであり、前記剥離ローラを、トルクリミッターを介して前記加熱ローラよりも遅い周速で回転駆動することにより、トナー引きずりの発生を防止するものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、内部に加熱手段を備え、外周面に弾性体層を有する加熱ローラと、複数のローラによって張架された無端状ベルトとを備え、前記加熱ローラに前記無端状ベルトの一部を巻き付けてニップ部を形成してなる画像定着装置において、前記ニップ部の出口よりも下流側に転写材剥離手段を備え、前記転写材剥離手段は前記加熱ローラに圧接され、トルクリミッターを備えた剥離ローラであり、前記剥離ローラを、トルクリミッターを介して前記加熱ローラよりも遅い周速で回転駆動させ、前記トルクリミッターの設定トルクを前記加熱手段と前記転写材剥離手段との摩擦によって伝導される第１トルクより小さく、前記加熱手段と前記転写材剥離手段との間を通過する転写材と前記転写材剥離手段との摩擦によって伝導される第２トルクよりも大きい範囲に設定したことにより、ニップ部内に圧接ニップ部をなくし、加熱ローラ上の圧接ニップ部と、圧接ニップ部以外のニップ部の速度差から生じるトナーの引きずりを防止できるという作用を有する。また、剥離ローラ通過時の転写材に制動力がかかることにより、ニップ部の転写材との速度差がなくなり、剥離手段によって、ニップ部において転写材と加熱ローラとの間に速度差を生じることがなく、トナーの引きずりを起こさないという作用を有する。
【００２８】
外周面に弾性体層を有する加熱ローラに無端状ベルトの一部を巻き付けてニップ部を形成してなる画像定着装置において、ニップ部の出口よりも下流側に転写材剥離手段を備えた構成として定着機能と剥離機能を分離することにより、ニップ部内に圧接ニップ部がなくなり、加熱ローラ上の圧接ニップ部と、圧接ニップ部以外のニップ部の速度差から生じるトナーの引きずりを防止することができる。また、前記の転写材剥離手段を、加熱ローラに圧接され、トルクリミッターを介して加熱ローラよりも遅い周速で回転駆動される剥離ローラとすることにより、転写材通過時には転写材を間に介することによって、剥離ローラと加熱ローラ間の摩擦がトルクリミッターの制限トルクよりも小さくなり、剥離ローラは加熱ローラよりも遅い周速で回転駆動させ、前記トルクリミッターの設定トルクを前記加熱手段と前記転写材剥離手段との摩擦によって伝導される第１トルクより小さく、前記加熱手段と前記転写材剥離手段との間を通過する転写材と前記転写材剥離手段との摩擦によって伝導される第２トルクよりも大きい範囲に設定することによって、剥離ローラ通過時の転写材に制動力がかかることにより、ニップ部の転写材との速度差がなくなり、ニップ部において転写材と加熱ローラとの間に速度差を生じることがなく、トナーの引きずりを防止することができる。
【００３０】
このときの無端状ゴムベルト３９の厚さや硬度は、加熱ローラ１５の外径、加熱ローラ１５の外周面上に形成された耐熱弾性層の硬度、厚さ、そして、加圧ローラ３２の外径、圧接荷重等の条件により最適に決定される。
【００３１】
（実施の形態３）
図５は本発明の第３の実施の形態における画像定着装置の要部構成図である。
【００３２】
図５において、従来例と同様に加熱ローラ１５は駆動源（図示せず）より伝達された駆動力により矢印Ｄ方向に回転駆動されているが、加圧ローラ３２も駆動源（図示せず）より伝達された駆動力により矢印Ｄ方向に回転駆動されている。
【００３３】
このとき、加圧ローラ３２のベルト厚を含めた周速は、圧接ニップ部３３内の加熱ローラ１５の平均周速度Ｖ１よりも僅かに遅く設定されている。
【００３４】
これによって、転写材１２が圧接ニップ部３３を通過するとき、転写材１２に搬送方向と逆向きの制御力をかけることができ、転写材１２の搬送速度Ｖ４が、ニップ部３１間で圧接ニップ部３３を除く領域での加熱ローラ１５の周速Ｖ３に等しくなり、圧接ニップ部３３内で転写材１２の搬送速度Ｖ４と加熱ローラ１５の表面速度Ｖ３の速度差がなくなり、転写材１２の剥離性能を確保したまま、転写材１２と加熱ローラ１５表面の間でトナー引きずりが発生するという現象を防止することができ、良好な画像品質を得ることができる。
【００３５】
このときの加圧ローラ３２のベルト厚を含めた周速は、加熱ローラ１５の外径、加熱ローラ１５の外周面上に形成された耐熱弾性層の硬度、厚さ、そして、加圧ローラ３２の外径、圧接荷重等の条件により最適に決定される。
【００３６】
（実施の形態４）
図６は本発明の第４の実施の形態における画像定着装置の要部構成図、図７は図６の画像定着装置の剥離ローラの駆動部構成図である。
【００３７】
図６において、加圧ローラ３２は加熱ローラ１５への圧接荷重がゼロまたは極微少な状態で取り付けられ、無端状ベルト３０は加熱ローラ１５との間にニップ部４０を形成している。また、４１は金属製の剥離ローラで、押圧バネ４２によって一定荷重で加熱ローラ１５へ圧接され、加熱ローラ１５との間に圧接ニップ部４３を形成している。
【００３８】
図７において、４４は剥離ローラ４１の軸４１ａを画像定着装置のシャーシ４５に軸支するためのベアリング、４６は軸４１ａの端部に取り付けられ、歯車４６ａを有するトルクリミッターである。トルクリミッター４６は機械式のもので、設定トルク内では駆動力を伝達するが、伝達トルクが設定トルクを超えると軸との間ですべりを起こすものである。
【００３９】
図６において、従来例と同様に加熱ローラ１５は駆動源（図示せず）より伝達された駆動力により矢印Ｄ方向に回転駆動されているが、剥離ローラ４１も駆動源（図示せず）より伝達された駆動力により矢印Ｄ方向に回転駆動されている。
【００４０】
このとき、剥離ローラ４１は、圧接ニップ部４３内の加熱ローラ１５の平均周速度Ｖ５よりも僅かに遅い周速Ｖ６で回転駆動され、トルクリミッター４６の設定トルクＴ１は、加熱ローラ１５、剥離ローラ４１間の摩擦によって伝導されるトルクＴ２よりも小さく、剥離ローラ４１、転写材１２間の摩擦によって伝導されるトルクＴ３よりも大きい範囲に設定されている。
【００４１】
通常の回転時には、加熱ローラ１５から剥離ローラ４１に伝達されるトルクはＴ２であるので、設定トルクＴ１よりもトルクＴ２の方が大きいためにトルクリミッター４６は僅かにすべりを起こし、剥離ローラ４１は加熱ローラ１５から伝達されるトルクで回転する。転写材１２が圧接ニップ部４３を通過するときは、加熱ローラ１５から剥離ローラ４１に伝達されるトルクはＴ３であり、設定トルクＴ１よりもトルクＴ３の方が小さいので、トルクリミッター４６はすべりを起こさずに駆動源から伝達される駆動トルクを歯車４６ａ部を介して剥離ローラ４１に伝える。このとき、転写材１２には搬送方向と逆向きに制動力が加わるので、転写材１２の搬送速度Ｖ７は圧接ニップ部４３内の加熱ローラ１５の平均周速度Ｖ５よりも遅くなり、Ｖ７＜Ｖ３となるようにＶ６を設定すれば、ニップ部４０内で転写材１２の搬送速度と加熱ローラ１５の表面速度との速度差がなくなる。
【００４２】
従って無端状ベルト３０を用いた定着手段と、剥離ローラ４１を用いた剥離手段とを分離することによって完全にトナー引きずりを防止する構成とすることができ、良好な画像品質を得ることができる。
【００４３】
このときのＶ６はＶ７＜Ｖ３となるように設定するが、加圧ローラ３２、剥離ローラ４１間であまり転写材１２に撓みを生じないように最適に決定される。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によって以下の効果を奏することができる。
【００４５】
（１）外周面に弾性体層を有する加熱ローラに無端状ベルトの一部を巻き付けてニップ部を形成すると共に、無端状ベルトを張架するローラのうちの単数または複数のローラを加圧ローラとした画像定着装置において、加圧ローラの外周面に加熱ローラの外周面の弾性体層よりも硬度の高い弾性体層を有するように構成することにより、加熱ローラ上の圧接ニップ部の速度と、圧接ニップ部以外のニップ部の速度を等しくすることができ、転写材の搬送速度と、加熱ローラ周速の速度差から生じるトナーの引きずりを防止することができる。
【００４６】
（２）外周面に弾性体層を有する加熱ローラに無端状ベルトの一部を巻き付けてニップ部を形成すると共に、無端状ベルトを張架するローラのうちの単数または複数のローラを加圧ローラとした画像定着装置において、無端状ベルトを弾性体で構成することにより、加熱ローラ上の圧接ニップ部の速度と、圧接ニップ部以外のニップ部の速度を等しくすることができ、転写材の搬送速度と、加熱ローラ周速の速度差から生じるトナーの引きずりを防止することができる。
【００４７】
（３）外周面に弾性体層を有する加熱ローラに無端状ベルトの一部を巻き付けてニップ部を形成すると共に、無端状ベルトを張架するローラのうちの単数または複数のローラを加圧ローラとした画像定着装置において、加熱ローラと加圧ローラの両方を回転駆動し、加圧ローラの周速を加熱ローラの周速よりも遅くなるように構成することにより、加熱ローラ上の圧接ニップ部の速度と、圧接ニップ部以外のニップ部の速度を等しくすることができ、転写材の搬送速度と、加熱ローラ周速の速度差から生じるトナーの引きずりを防止することができる。
【００４８】
（４）外周面に弾性体層を有する加熱ローラに無端状ベルトの一部を巻き付けてニップ部を形成してなる画像定着装置において、ニップ部の出口よりも下流側に転写材剥離手段を備えた構成として定着機能と剥離機能を分離することにより、ニップ部内に圧接ニップ部がなくなり、加熱ローラ上の圧接ニップ部と、圧接ニップ部以外のニップ部の速度差から生じるトナーの引きずりを防止することができる。
【００４９】
（５）前記の転写材剥離手段を、加熱ローラに圧接され、トルクリミッターを介して加熱ローラよりも遅い周速で回転駆動される剥離ローラとすることにより、転写材通過時には転写材を間に介することによって、剥離ローラと加熱ローラ間の摩擦がトルクリミッターの制限トルクよりも小さくなり、剥離ローラは加熱ローラよりも遅い周速で回転駆動されることになって、剥離ローラ通過時の転写材に制動力がかかることにより、ニップ部の転写材との速度差がなくなり、ニップ部において転写材と加熱ローラとの間に速度差を生じることがなく、トナーの引きずりを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における画像定着装置の要部構成図
【図２】図１の画像定着装置の要部拡大図
【図３】本発明の第２の実施の形態における画像定着装置の要部構成図
【図４】図３の画像定着装置の要部拡大図
【図５】本発明の第３の実施の形態における画像定着装置の要部構成図
【図６】本発明の第４の実施の形態における画像定着装置の要部構成図
【図７】図６の画像定着装置の剥離ローラの駆動部構成図
【図８】従来の画像定着装置を用いた画像形成装置の要部構成図
【図９】従来のオイル塗布機構を備えた画像定着装置の要部構成図
【図１０】従来の無端状ベルト方式の画像定着装置の要部構成図
【図１１】図１０の画像定着装置の無端状ベルトの断面図
【図１２】図１０の画像定着装置の部分拡大図
【符号の説明】
１２ 転写材
１５ 加熱ローラ
３０ 無端状ベルト
３１ ニップ部
３２ 加圧ローラ
３３ 圧接ニップ部
３４，３５ 張架ローラ
３６ ヒータ
３７ 押圧バネ
３８ 弾性加圧ローラ
３８ａ 加圧ローラ軸
３８ｂ 耐熱弾性層
３９ 無端状ゴムベルト
４０ ニップ部
４１ 剥離ローラ
４１ａ 軸
４２ 押圧バネ
４３ 圧接ニップ部
４４ ベアリング
４５ シャーシ
４６ トルクリミッター
４６ａ 歯車
Claims (1)
- 内部に加熱手段を備え、外周面に弾性体層を有する加熱ローラと、複数のローラによって張架された無端状ベルトとを備え、前記加熱ローラに前記無端状ベルトの一部を巻き付けてニップ部を形成してなる画像定着装置において、前記ニップ部の出口よりも下流側に転写材剥離手段を備え、前記転写材剥離手段は前記加熱ローラに圧接され、トルクリミッターを備えた剥離ローラであり、前記剥離ローラを、トルクリミッターを介して前記加熱ローラよりも遅い周速で回転駆動するようにし、前記トルクリミッターの設定トルクは前記加熱手段と前記転写材剥離手段との摩擦によって伝導される第１トルクより小さく、前記加熱手段と前記転写材剥離手段との間を通過する転写材と前記転写材剥離手段との摩擦によって伝導される第２トルクよりも大きい範囲に設定されていることを特徴とする画像定着装置。
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-
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