JP3938706B2

JP3938706B2 - 加熱定着装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JP3938706B2
Application number: JP2002108400A
Authority: JP
Inventors: 誉唯月岡
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-04-10
Filing date: 2002-04-10
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2022-04-10
Also published as: JP2003302858A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像形成装置、レーザープリンター、複写機、ファクシミリ等の定着装置に用いられる熱ローラ方式を用いた加熱定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真式の画像形成装置の画像形成部を構成する加熱定着装置では、定着部材と加圧部材との圧接により形成されるニップ部を通過することで、転写紙（転写媒体）上の未定着トナー画像は加熱及び加圧により定着される。トナーは溶融されているため、ニップ部内においては、トナーが粘着剤となり転写紙が定着部材と分離せずに巻付いてしまうという問題がある。
そのため定着部材の表層は離型性の良い材料で構成されている。離型性の良い材料としてはフッ素樹脂が多く使用されている。
フルカラー複写機ではイエロー、マゼンタ、シアン、黒の四色のトナーを溶融状態で混色する必要がある。十分に混色するためにトナーをニップ部内で完全に溶融するので、転写紙の巻付きが発生しやすくなるという問題点があり、通常は離型剤としてシリコンオイルを塗布することで離型性を確保している。
分離手段としては定着部材の軸方向に連なる複数の爪がバネなどの弾性体によって軽く定着部材表面に当接するように設置されている。転写紙は爪で分離され、分離ガイドに沿って搬出される。爪を接触させることで分離は確実になるが、定着部材の磨耗、傷付きや、爪でかき取られたトナーやオイルが転写紙に汚れとして付着するなどの問題がある。
一方、オイルレス定着では（１）転写紙へのオイルの付着による汚れがなくなる、（２）オイル補給がなくなりメンテナンスフリーになる、（３）オイル塗布部材がなくなりコストダウンになる、という利点がある。しかしオイルレス定着では巻付きという課題に関してオイル塗布と比較するとマージンが狭くなり、より厳しくなる。
又、分離部の曲率半径を小さくして分離性能の向上を図り、これらの問題（用紙巻付きによる非分離）を解消し、オイル塗布や分離手段（分離爪、分離ガイド板等）を定着部材（又は及び加圧ローラ）に当接して用いることなく、片面（又は及び両面）定着後の転写紙のセルフ分離を可能とする発明が本件出願人の先願として存在する。
しかし、分離部において曲率を用いて転写紙を分離する際に画像乱れが生じる問題がある。
【０００３】
図１０は本発明に近い従来装置の一例を示す概略断面図である。図１０では、非加熱材である未定着トナー１を担持した転写紙２（転写媒体）を、入口ガイド板９により無端状定着ベルト５を介して定着ローラ３と圧接部材である圧接ローラ４とのニップ部で加熱加圧して未定着トナー１を転写紙２に加熱定着させるベルト加熱装置の例を示したものである。１０は温度検出手段である。
ここで、定着ベルト５は、ニッケル、耐熱性樹脂（ポリイミド等）、炭素鋼、あるいはステンレス鋼等により形成された薄肉の無端状ベルトであることが望ましい。また定着ベルト５の表層には耐熱離型層（フッ素系樹脂、シリコンゴム等）が被覆された構成になっており、これは定着性及び熱応答性を得る条件として望ましい。また、中間層として耐熱弾性層を設ける構成であっても良い。無端状ベルトはニッケル電鋳法やポリイミド成型法によるベルト継ぎ目のないものを意味する。また定着ローラ３は中心に芯金を有し、その外周にニップ幅を十分な広さにするために柔らかい耐熱性の材料、例えば発泡シリコンゴム等で構成された断熱性弾性部材を備えている。また、断熱性弾性部材の厚さは十分な厚さで、定着ローラ３直径の１５％〜２０％ほどの厚さを有している。一方圧接ローラ４の構成はアルミ、ステンレス、もしくは炭素鋼等の芯金の表層に耐熱性の離型層（フッ素系樹脂、シリコンゴム等）を有している。ここで、芯金を中空に構成し、中に熱源（ハロゲンヒータ等）を有している場合も有る。図示例では転写紙２の定着ベルト５からの剥離性を良くするために定着ローラ３に対して下向きニップ形状としている。そして、圧接ローラ４の硬度を硬くしている。また、圧接ローラ４表層の離型層厚さを圧接ローラ４直径の７％未満とし、その硬度もＪＩＳＡで２０Ｈｓ以下としている。定着ベルト５は定着ローラ３と加熱ローラ７との間に掛け渡された構成となっている。ここで加熱ローラ７の構成はアルミ、炭素鋼、ステンレス鋼等の中空金属円筒の薄肉ローラである。さらには加熱ローラ７の中に第一の加熱手段６（ハロゲンヒータ等）を具備している。本来ベルト加熱定着は立ち上がり時間が短いことと、トナーのベルトオフセット防止効果があって、オイルレス又はオイル微量塗布が可能な定着装置が特徴である。
しかし、図１０の場合においても、分離部において曲率を用いて転写紙を分離する際に画像乱れが生じる問題がある。
【０００４】
図１１に従来例の別例を示す。３つのローラに張架されたベルト５と、ベルト５の外周面に接触してベルト５との間でニップ部を形成する圧接部材である圧接ローラ４と、ベルト５が加熱ローラ７と圧接ローラ４の加熱手段６ａ、６ｂを介して発熱され、転写紙２上の未定着トナー１を加熱するベルト定着装置である。図中８は分離部材加圧手段、１２は圧接ローラ加圧手段、１３は加熱ローラ加圧手段である。転写紙２の搬送方向上流側はベルト５を介して弾性層を有する定着ローラ３と、加熱手段６ｂ及び駆動手段１１を設けた表面硬度の大きい圧接ローラ４によってニップを形成する定着工程がある。次に、転写紙２はベルト５が圧接ローラ４に接触して圧接ローラ４とベルト５との間で転写紙２の搬送を行う搬送工程を経て搬送方向下流側に到る。更に転写紙２はベルト５を介して、ニップ出口分離部に対応した位置に分離部材である分離ローラ１４と圧接ローラ４によってニップ形成された分離工程に到る。定着工程においてはベルト搬送方向上流側のベルト５にて転写紙２上の未定着トナー１が定着可能なトナー温度に設定されている。分離工程の分離ローラ１４は転写紙２がベルト５に巻付くことなく分離可能なローラ径に設定してある。
ニップ出口分離部に対応した位置に曲率が大きい（小径の）分離ローラ１４を用いることによって、曲率分離による分離性能の向上が図られている。このような曲率分離の効果が得られることが実験によっても検証されている。また、定着工程において未定着トナー１の転写紙２への定着が、コールドオフセットによる定着性の低下を生じさせることはない。
しかし、図１１の場合においても、ニップ出口部において分離部材（分離ローラ１４）により転写紙２を曲率分離することによりトナー剥れからの画像乱れが生じることがわかっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、分離部材が少なくとも二つの位置を取り得る機構を設け、転写紙の分離時以外では分離部材を分離位置から離間させることで、ベルトの曲げ負担を軽減して、ベルトの寿命向上を図り、転写紙の分離性を向上し、画像乱れの発生を防止することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、無端ベルトと、該無端ベルトの内側にて前記無端ベルトを支持する少なくとも二つの支持部材と、前記無端ベルトと圧接してニップ部を形成する回転可能な圧接部材と、を有し、前記無端ベルトあるいは前記支持部材あるいは前記圧接部材の少なくとも一つが加熱手段を備えてトナー像を担持する転写紙に対し加熱及び加圧を行ない、トナーを溶融させて前記転写紙に定着するように構成された加熱定着装置において、前記ニップ部の出口側且つ、前記無端ベルト内側に配された少なくとも一つの分離部材と、前記分離部材を前記圧接部材に対して接離可能に保持する移動機構と、を備え、前記移動機構は、当該加熱定着装置の上流側に配設されたレジストローラにより前記転写紙が給送されてから所定の期間が経過後に、前記分離部材を前記圧接部材に対して圧接させて前記ニップ部を通過した前記転写紙が前記無端ベルトに巻付くことなく分離される曲率とし、前記転写紙の先端が前記無端ベルトから分離した後は、前記分離部材を前記圧接部材から離間させる加熱定着装置を特徴とする。
又、本発明は、前記分離部材はローラ形状であり、直径が１０ｍｍ以上且つ２０ｍｍ以下である加熱定着装置を特徴とする。
又、本発明は、前記無端ベルトは、ベルト基体と、耐熱弾性材料を有する中間層と、フッ素樹脂材料を有する表層と、から形成され、前記圧接部材は、ローラ形状であり、ローラ芯金と耐熱性弾性材料を有する中間層と、フッ素樹脂材料を有する表層と、から形成されている加熱定着装置を特徴とする。
又、本発明は、前記無端ベルト及び前記圧接部材の各表層は、フッ素樹脂チューブ材料を被覆接着してなる加熱定着装置を特徴とする。
又、本発明は、前記無端ベルトを巻回した前記支持部材の何れか一つはローラ形状であり、前記支持部材及び前記圧接部材を駆動する駆動手段を備えた加熱定着装置を特徴とする。
又、本発明は、前記した加熱定着装置を備えた画像形成装置を特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明に係る加熱定着装置の第１の形態例を示す略図である。図１の装置は、図１０に示した装置に比して、分離部材である分離ローラ１４に移動機構１５が設けられており、分離ローラ１４が二つの位置を取り得る点で異なっている。即ち、無端ベルト５は、定着ローラ（支持部材）３と加熱ローラ（支持部材）７と分離ローラ１４により支持されている。分離ローラ１４は、移動機構１５により圧接部材である圧接ローラ４と接離可能となっており、転写紙２の非分離時には分離ローラ１４を圧接ローラ４から離し、分離時には圧接させることで、転写紙２がトナー担持部（ベルト外面）に巻付くことなく分離可能な曲率を作るようにしている。従来では分離ローラ１４を圧接ローラ４に圧接させる際にベルト５は張架されるため材料疲労の原因となっている。また分離時に分離ローラ１４が画像に影響し、画像乱れが生じる原因ともなっている。
上記形態例によれば、ベルト５からの分離ローラ１４の離間により疲労が低減されるためにベルト５の寿命向上が図れる。更には、転写紙２の先端部が、分離ローラ１４を通過し、ベルト５及び圧接ローラ４から分離した後、ある一定期間後に分離ローラ１４を離間させることで画像乱れを防止できる。
図２に、分離ローラ１４の移動機構の一実施例を示す。ソレノイド１６が信号を受けることによって、分離ローラ１４を圧接ローラ４に対して接離できる機構となっている。ソレノイド１６は、本体から突出入自在に支持されたロッド１６ａにより分離ローラ１４の軸部を回転自在に支持している。
また、分離ローラ１４の移動機構としてはステッピングモータを用いギヤを回転させ分離ローラ１４を移動できる機構でもよい。
【０００８】
図３に、本発明に係る加熱定着装置の第２の形態例を示す。電子写真装置では通常、給紙装置１７から一枚分離搬送された転写紙２は、レジストローラ１８にてタイミングを取り給送され、転写装置１９の転写チャージャ、或いは転写ローラにてトナー画像が転写された後、加熱定着装置２０に給送される。このレジストローラ１８の給送タイミング信号よりある一定期間を持って分離ローラ１４が圧接ローラ４に一定圧力を持って圧接せしめることで、より圧接する時間を短くし、転写紙２がトナー担持部に巻付くことなく分離可能な曲率を作るよう設計されている。またこの分離ローラ１４により定着ニップ部出口において分離ローラ１４及びベルト５から分離した転写紙２は、図示しない出口ガイド板を通り排紙部へ搬送される。その際、前述の分離ローラ１４は、転写紙２先端部が圧接ローラ及びベルト５から分離した後、圧接ローラ４から一定距離離間せしめるよう制御器２１で設定されている。これにより、ベルト５は離間することで、かつより圧接時間を短縮できることで、曲げ負担を更に軽減出来る。また画像乱れをも防止できる。
図４に、本発明に係る巻付き防止効果を説明する実施例を示す。分離ローラ１４径が小さい即ち、曲率分離の効果が実験によって検証されたものであり、ローラ径が２０ｍｍ以下で分離性が良好になるという結果を示している。本実施例の実験結果では、定着設定温度は１６０℃、またホットオフセットのような異常画像発生温度は１８０℃以上である。よって定着可能な温度範囲内では転写紙の巻付きは発生しない。また、分離ローラ１４がベルト５を介して圧接ローラ４に圧接するときに起きるローラ撓み変形による転写紙のシワや画像光沢ムラ等の異常画像を防止するためには分離ローラ１４のローラ径は１０ｍｍ以上必要である。これにより、ベルトは離間することで、曲げ負担を軽減出来る。更に画像乱れを防止できる。また分離部材が分離ローラ１４であることで、ベルト５との摩擦を減らすことが可能となるため、回転時のトルクの軽減により動力効率を向上でき、かつ磨耗低下により更にベルト５の寿命向上を図ることができる。
【０００９】
図６に、本発明に係るベルト５の形態例を示す。この時、従来例を図５に示す。図５の従来例に対し、図６の実施形態では、表層のフッ素樹脂材料層２２とベルト基体２３との間に、耐熱弾性材料の中間層２４がある点で異なる。ベルト５の表層２２は厚さ５〜３０μｍのフッ素樹脂材料、中間層２４は１００〜３００μｍ、ゴム硬度が３０度（ＪＩＳＡ）以下の耐熱弾性材料である。
又、前記圧接ローラ４の表層は厚さ５〜３０μｍのフッ素樹脂材料、中間層が厚さ０．５ｍｍ以上で、ゴム硬度が３０度（ＪＩＳＡ）以下の耐熱弾性材料を有する。表面エネルギーの低い高離型材料の表面層と弾性層を中間層に設けて表面硬度を低くすることによって、離型性向上による転写紙の巻付きや画像劣化の防止が可能となった。
また、紙紛付着による画像汚れの課題については図９の実験データを示す。実験検証結果によると、ベルト表面硬度が大きいほど紙紛付着量は少ない。紙紛付着量の許容値としては濁度２％以下で問題ない表面硬度である。また、圧接ローラ４においても同様なことが言える。例えば、本願の圧接ローラ４の構成で言えば、基体上に設けた弾性体中間層が厚さ１ｍｍ、ゴム硬度３０度以下（ＪＩＳＡ）のときが表面硬度７５度であって、かかる構成の圧接ローラであっても問題ない。
また、図６において、本発明に係るベルト５を実施した。ベルト５の表層にフッ素樹脂チューブ（厚さ：３０μｍ）を被覆接着する。従来のフッ素樹脂材料の塗布方式の欠点は、チューブ被覆方式に比べると表面の粗さ精度が悪く、画像面の光沢がでない。また、耐磨耗性も劣る。表面精度、耐久性については塗装方式に比べて、チューブ被覆方式の方が良い。
図７、図８に、本発明に係る加熱定着装置の第３、４の形態例を示す。駆動手段１１によって、ベルト５の回転駆動と、ベルト５に圧接して定着ニップを形成する圧接ローラ４の回転駆動を、各々のローラ３、７、１４に与えることによって、ベルト５のスリップを防止している。更に、ベルト５の周速度と圧接ローラ４周速度が略同一（画像乱れが生じない範囲での周速度差）となるような条件に、例えば、定着ローラ３又は分離ローラ１４と圧接ローラ４の径と回転数を設定する。
【００１０】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、分離部材が少なくとも二つの位置を取ることが可能であるため、分離性が良く、かつベルトの寿命向上を図ることができる。更には画像乱れの発生を防止することができる。
更には転写紙のタイミングにより圧接時間を短縮出来るため、更にベルト寿命向上を図ることができる。
請求項２の発明によれば、分離部材が少なくとも二つの位置を取り得ることが可能であるため、分離性が良く、かつベルトの寿命向上を図ることができる。更には画像乱れの発生を防止することができる。更に分離部材をローラ形状とすることでベルトとの摩擦軽減が可能となるため、動力効率向上及び摩擦低下によるベルト寿命向上を図ることができる。
請求項３の発明によれば、分離部材が少なくとも二つの位置を取ることが可能であるため、分離性が良く、かつベルトの寿命向上を図ることができる。更には画像乱れの発生を防止することができる。更にはベルト及び圧接部材にオフセットトナーや紙粉付着による画像汚れのないオイルレス両面定着の実現を図ることができる。
請求項４の発明によれば、分離部材が少なくとも二つの位置を取ることが可能であるため、分離性が良く、かつベルトの寿命向上を図ることができる。更には画像乱れの発生を防止することができる。更には、ベルト及び圧接ローラに、オフセットトナーや紙紛付着による画像汚れのないオイルレス両面定着の実現を図ることができる。更にはベルト定着特有のベルト回転によるベルト繰り返し屈曲動作に耐え得る定着ベルトの寿命向上を図ることができる。
請求項５の発明によれば、分離部材が少なくとも二つの位置を取ることが可能であるため、分離性が良く、かつベルトの寿命向上を図ることができる。更には画像乱れの発生を防止することができる。更には定着ニップ内での画像乱れの防止を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る加熱定着装置の第１の形態例を示す側面図である。
【図２】分離ローラの移動機構の一実施例を示す側面図である。
【図３】本発明に係る加熱定着装置の第２の形態例を示す側面図である。
【図４】本発明に係る巻付き防止効果を説明する線図である。
【図５】従来のベルトの例を示す断面図である。
【図６】本発明に係るベルトの形態を示す断面図である。
【図７】本発明に係る加熱定着装置の第３の形態例を示す側面図である。
【図８】本発明に係る加熱定着装置の第４の形態例を示す側面図である。
【図９】紙紛付着による画像汚れの実験検証結果を示す線図である。
【図１０】従来装置の一例を示す概略断面図である。
【図１１】従来装置の他の例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１未定着トナー、２記録媒体（転写紙）、３定着ローラ（支持部材）、４圧接ローラ（圧接部材）、５定着ベルト（ベルト）、６加熱手段、７加熱ローラ（支持部材）、１１駆動手段、１４分離ローラ（分離部材）、１５移動機構

Claims

無端ベルトと、該無端ベルトの内側にて前記無端ベルトを支持する少なくとも二つの支持部材と、前記無端ベルトと圧接してニップ部を形成する回転可能な圧接部材と、を有し、前記無端ベルトあるいは前記支持部材あるいは前記圧接部材の少なくとも一つが加熱手段を備えてトナー像を担持する転写紙に対し加熱及び加圧を行ない、トナーを溶融させて前記転写紙に定着するように構成された加熱定着装置において、
前記ニップ部の出口側且つ、前記無端ベルト内側に配された少なくとも一つの分離部材と、
前記分離部材を前記圧接部材に対して接離可能に保持する移動機構と、を備え、
前記移動機構は、当該加熱定着装置の上流側に配設されたレジストローラにより前記転写紙が給送されてから所定の期間が経過後に、前記分離部材を前記圧接部材に対して圧接させて前記ニップ部を通過した前記転写紙が前記無端ベルトに巻付くことなく分離される曲率とし、前記転写紙の先端が前記無端ベルトから分離した後は、前記分離部材を前記圧接部材から離間させることを特徴とする加熱定着装置。
前記分離部材はローラ形状であり、直径が１０ｍｍ以上且つ２０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の加熱定着装置。
前記無端ベルトは、ベルト基体と、耐熱弾性材料を有する中間層と、フッ素樹脂材料を有する表層と、から形成され、
前記圧接部材は、ローラ形状であり、ローラ芯金と耐熱性弾性材料を有する中間層と、フッ素樹脂材料を有する表層と、から形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱定着装置。
前記無端ベルト及び前記圧接部材の各表層は、フッ素樹脂チューブ材料を被覆接着してなることを特徴とした請求項３記載の加熱定着装置。
前記無端ベルトを巻回した前記支持部材の何れか一つはローラ形状であり、
前記支持部材及び前記圧接部材を駆動する駆動手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の加熱定着装置。
請求項１乃至５の何れか一項に記載の加熱定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。