JP3959556B2 - 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、複写機、プリンター、ファクシミリなどの画像形成装置において未定着画像を加熱・加圧定着するための定着装置に係り、特に、加熱ロールに対して無端ベルトを圧接配置し、加熱ロールと無端ベルトとの間に形成された接触ニップ域に記録シートを通過させることにより未定着画像を加熱・加圧定着する所謂ベルトニップ方式の定着装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来この種のベルトニップ方式の定着装置としては、例えば熱源を有する回転可能な加熱ロールと、この加熱ロールに圧接し且つ加熱ロールと共に転動する無端ベルトと、この無端ベルトの内側に配設されて、前記無端ベルトを加熱ロールに押圧させ且つ前記無端ベルトと加熱ロールとの間に接触ニップ域を形成する弾性押圧部材とを備えたものが既に知られている(特開昭62−135865号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の定着装置にあっては、弾性押圧部材による押圧状態が固定的に決まっていたため、無端ベルトと加熱ロールとの間に形成される接触ニップ域の加圧状態は一義的に決まってしまう。
このため、例えば普通紙に対しては適正な接触ニップ域を形成でき、良好な定着性を得ることができるかも知れないが、普通紙以外の用紙(例えば厚紙、薄紙、封筒などの特殊紙)に対して適正な接触ニップ域を形成しにくく、その分、良好な定着性を得ることが困難になり易いばかりか、封筒などについては特に封筒の開閉蓋部分に紙しわが発生しやすく、また、腰の弱い薄紙については剥離性に支障をきたすという技術的課題が見られた。
【0004】
本発明は、以上の技術的課題を解決するためになされたものであって、記録シートの種類に関係なく、記録シートのしわ発生や剥離性不良という事態を有効に防止しながら、常に安定した定着性を得ることができる定着装置を提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の基本的構成は、図1に示すように、未定着画像Tを記録シート6上に加熱・加圧定着させる定着装置において、熱源1aを有する回転可能な加熱ロール1と、この加熱ロール1に圧接し且つ加熱ロール1と共に転動する無端ベルト2と、この無端ベルト2の内側に配設されて、前記無端ベルト2を加熱ロール1に押圧させ且つ前記無端ベルト2と加熱ロール1との間に接触ニップ域nを形成する弾性押圧部材3と、この弾性押圧部材3の位置を可変自在に支持する可動支持部材4と、この可動支持部材4を移動させ、弾性押圧部材3の位置を可変設定することで、無端ベルト2と加熱ロール1との間に形成される接触ニップ域nの加圧状態を変更する駆動手段5とを備えたものである。
【0006】
このような技術的手段において、加熱ロール1としては、少なくとも熱源1aを有するものであればよく、弾性層を有するか否かは特に問わない。但し、加熱ロール1側に弾性層を有する態様であれば、弾性押圧部材3のみならず、可動支持部材4の一部を無端ベルト2を介して加熱ロール1に圧接させることにより、無端ベルト2と加熱ロール1との間の接触ニップ域nの一部を構成することが可能であり、その分、接触ニップ域nの加圧状態の変更パターンに関する自由度が高まる点で好ましい。
【0007】
また、無端ベルト2としては、樹脂、金属等どのような材質のものでも適用してよく、この無端ベルト2の配設の仕方としては、張架ロール等に掛け渡すようにしても差し支えないが、無端ベルト2からの放熱を最小限に抑えるという観点からすれば、接触ニップ域n以外に接触する部材を極力なくすようにすることが好ましい。
更に、本願の定着装置の駆動方式については、加熱ロール1及び無端ベルト2のいずれを駆動しても差し支えないが、無端ベルト2を張架しない態様にあっては、加熱ロール1を回転駆動し、無端ベルト2を追従回転させることが好ましい。
【0008】
更にまた、弾性押圧部材3としては、無端ベルト2を加熱ロール1に押圧させ、無端ベルト2と加熱ロール1との間に接触ニップ域nを形成するものであれば、スプリング部材等の弾性付勢手段で剛体の押圧部材を弾性付勢したものであってもよいし、押圧部材の全部若しくは一部に弾性体を用い、この弾性体の弾性変形に伴う弾性力を利用したものでもよいし、あるいは、両者を組み合わせたもの等適宜選定して差し支えない。
【0009】
また、可動支持部材4としては、弾性押圧部材3の位置を可変自在に支持するものであれば、単独の部材であっても、二以上の複数の部材に分離したものであってもよい。
特に、本発明の基本的構成において、可動支持部材4の好ましい態様としては、弾性押圧部材3が嵌合保持される支持ホルダを具備し、この支持ホルダのうち弾性押圧部材3に隣接し且つ弾性押圧部材3の無端ベルト2の進行方向上流側に位置する部位を無端ベルト2に当接させ、無端ベルト2の接触ニップ域n入口側支持ホルダとの当接部位にて加熱ロール1に対し無端ベルト2を進行方向上流側に向かって拡開配置したものが挙げられる。より好ましくは、更に、支持ホルダのうち弾性押圧部材3に隣接し且つ弾性押圧部材3の無端ベルト2の進行方向下流側に位置する部位を無端ベルト2に当接させ、無端ベルト2の接触ニップ域n出口側支持ホルダとの当接部位にて加熱ロール1に対し無端ベルト2を進行方向下流側に向かって拡開配置したものが挙げられる([0014],[0015],図2参照)。
特に、本発明では、無端ベルト2と加熱ロール1との間に形成される接触ニップ域nの加圧状態の変更態様の自由度を高めるという観点からすれば、可動支持部材4としては、弾性押圧部材3の位置を数段階に切り換え、無端ベルト2と加熱ロール1との間に形成される接触ニップ域n全体の加圧荷重を可変設定することに加えて、前記接触ニップ域nの出口側の加圧荷重を独立して可変設定するものであることが必要である。
そして、このような挙動を与える可動支持部材4の代表的態様としては、弾性押圧部材3が嵌合保持される支持ホルダを具備し、この支持ホルダのうち接触ニップ域nの前後に位置する部位に夫々移動支点を設け、夫々の移動支点を揺動支点として支持ホルダを介して弾性押圧部材3を揺動自在としたものが挙げられる。
【0010】
また、このような定着装置を画像形成装置内に搭載し、定着装置の接触ニップ域nを制御するという観点からすれば、記録シート6に関する情報を供給する記録シート情報供給手段7と、この記録シート情報供給手段7から供給された記録シート6に関する情報に基づいて駆動手段5の駆動条件を制御するマイクロコンピュータ等の駆動条件制御手段8とを具備させることが好ましい。
ここで、記録シート情報供給手段7としては、記録シート6に関する情報を供給するものであれば、記録シート6に関する情報を検出するものであってもよいし、あるいは、例えば封筒モードを選択する等記録シート6に関する情報を予め指定するようにするなど適宜選定して差し支えない。
ここで、記録シート6に関する情報としては、記録シート6の厚さや封筒モード等の特殊シートに関するものに限られるものではなく、接触ニップ域nの加圧状態による定着性やしわの発生などに起因するパラメータであれば、記録シート6のサイズ、画像の種類(イメージ又は文字)、含水率の程度などの各種パラメータの少なくともいずれか一つを適宜選定して差し支えない。
【0011】
次に、上述した技術的手段の作用について説明する。
図1において、駆動手段5は、可動支持部材4を移動させ、弾性押圧部材3の位置を可変設定することで、無端ベルト2と加熱ロール1との間に形成される接触ニップ域nの加圧状態を変更する。
このような接触ニップ域nの加圧状態の変更処理は、例えば記録シート情報供給手段7から供給された記録シート6に関する情報に基づいて駆動条件制御手段8にて駆動手段5の駆動条件を制御することにより行なわれる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図2は本発明が適用された定着装置の実施の形態1を示す概要説明図である。
同図において、定着装置は、回転可能な加熱ロール10と、この加熱ロール10に圧接し且つ加熱ロール10と共に転動する無端ベルト20とを備えている。
本実施の形態において、加熱ロール10は、熱伝導率のよいアルミニウム円筒をコア11として表面にシリコーンゴムからなる弾性層12を被覆し、この弾性層12の被覆面を鏡面状態近くに仕上げたものであり、内部に熱源としてハロゲンランプ13を内蔵配置したものである。
一方、無端ベルト20は耐熱性樹脂ポリイミドフィルムなどで、表面にはPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等の離型層が形成されている。
【0013】
また、無端ベルト20の支持構造は、張架ロールなどを持たず、加熱ロール10に対向する無端ベルト20の内側にシリコーンゴム等の耐熱性弾性体からなる弾性押圧部材21を配設し、この弾性押圧部材21を可動支持部材22にて移動可能に支持したものであり、無端ベルト20を加熱ロール10に押圧することにより両者間に接触ニップ域nを形成し、従動回転する無端ベルト20と加熱ロール10との間の接触ニップ域nに用紙15を通過させることにより未定着トナー像を加熱、加圧定着させる構成となっている。
【0014】
本実施の形態において、弾性押圧部材21は、加熱ロール10との間に形成される接触ニップ域nに対し基本的に略等しい加圧状態になるテーパ状頂面を有し且つ両側面が平行な断面略台形状の長尺弾性体からなるものである。
そして、可動支持部材22は、図2及び図3に示すように、弾性押圧部材21が嵌合保持される接触ニップ域nの前後方向に対し非対称形状の凹所24を有する長尺な支持ホルダ23と、この支持ホルダ23が接触ニップ域nの前後に位置する一対の揺動支点O1,O2のいずれかを中心として揺動自在に支持される一対の揺動機構31,32とを備えたものである。
【0015】
特に、本実施の形態では、支持ホルダ23の接触ニップ域n出口側のホルダ壁23cの先端には曲率半径の小さい断面円弧状の小径円弧部25が形成されている。
更に、本実施の形態では、無端ベルト20内にはベルト走行ガイド26が配設されており、このベルト走行ガイド26は、例えば支持ホルダ23のホルダ底壁23a略中央に下方に向かって一体的に延びる脚部27と、この脚部27の先端に緩やかな曲率半径の曲面状ガイド部28とを備えたものになっており、曲面状ガイド部28に沿って無端ベルト20の形状を保持しながら無端ベルト20を安定走行させるようになっている。
【0016】
また、第一の揺動機構31は、支持ホルダ23における接触ニップ域n入口側のホルダ壁23bの長手方向両端に一端が回動自在に連結される一対のリンクアーム311,312を有すると共に、このリンクアーム311,312の他端間を連結ロッド313にて連結し、更に、この連結ロッド313の略中央付近には例えば円形状の偏心カム314を中心から偏位させて固着し、この偏心カム314の連結ロッド313との固着部から離間した部位を第一駆動モータ315のシャフト軸に直接若しくは所定の駆動伝達系を介して駆動連結するようにしたものである。
一方、第二の揺動機構32は、支持ホルダ23のホルダ底壁23a下面における接触ニップ域n出口側両端付近には円形状の偏心カム321,322を配設し、この偏心カム321,322の非中心位置間を連結ロッド323にて連結すると共に、この連結ロッド323の延長部を第二駆動モータ324のシャフト軸に直接若しくは所定の駆動伝達系を介して駆動連結するようにしたものである。
この結果、本実施の形態では、第一の揺動機構31は、第二の揺動機構32の支持ホルダ23と偏心カム321,322との接触部(揺動支点O2)を中心として支持ホルダ23を揺動させ、一方、第二の揺動機構32は、第一の揺動機構31のリンクアーム311,312と支持ホルダ23との連結部(揺動支点O1)を中心として支持ホルダ23を揺動させるようになっている。
【0017】
更に、本実施の形態では、定着装置に突入する用紙15の厚さ(本実施の形態では、例えば普通紙、厚紙、薄紙の三段階)を検知する紙厚センサ51が用紙搬送路中に設けられている。ここで、紙厚センサ51としては、例えば用紙厚に応じて変化する圧力を検出する圧力センサが用いられる。
また、手差しトレイ(その他の用紙トレイの場合もあり得る)に封筒をセットするモード(例えば封筒モード)を選択する封筒モードスイッチ(図中封筒モードSW)52が画像形成装置のコンソールパネル(図示せず)上に設けられている。
そして、制御装置50は、例えば図4に示す「定着モード変更処理」を実行し、コピースイッチがオンされると、先ず、封筒モードスイッチ52がオンか否かをチェックし、オンであれば、定着装置の接触ニップ域nを「封筒モード」に設定し、封筒モードスイッチ52がオフであれば、次に、紙厚センサ51による紙厚検知を行ない、検知された紙厚情報に基づいて、定着装置の接触ニップ域nを「普通紙モード」、「厚紙モード」又は「薄紙モード」のいずれかに設定し、これらのモード設定が終了した時点で通常の定着処理を行なうようにする。
【0018】
次に、本実施の形態における定着装置の各定着モード時の作動状態を示す。
●封筒モード
図5は封筒モード時の定着装置の作動状態を示す。
同図において、第一の揺動機構31は、第一駆動モータ315のシャフト軸とリンクアーム311,312間の連結ロッド313との固着部とを結ぶ直線が水平線h上(水平線hに対し角度0゜)に配置され、しかも、第二の揺動機構32は、偏心カム321,322の回転軸(連結ロッド323軸に相当)と支持ホルダ23に接触する偏心カム321,322面とのスパンが最も短寸となる位置(本実施の形態では、揺動支点O2と偏心カム321,322の回転軸とを結ぶ直線を基準(0゜)とする)に配置されるようになっている。
このとき、無端ベルト20と加熱ロール10との接触ニップ域nの入口側開口上下幅が寸法L程度であり、接触ニップ域nの加圧状態は比較的低圧(例えば0.0098N/mm2〜0.049N/mm2程度)に設定される。
このような状態で、定着装置に所定枚数の封筒(用紙)15を連続的に通過させたところ、封筒の開閉蓋部分における紙しわの発生は全く見られなかった。
【0019】
●厚紙モード
図6は厚紙モード時の定着装置の作動状態を示す。
同図において、第一の揺動機構31は、第一駆動モータ315のシャフト軸とリンクアーム311,312間の連結ロッド313との固着部とを結ぶ直線が水平線hに対し角度θに配置され、しかも、第二の揺動機構32は、偏心カム321,322が基準位置からβだけ図中時計回り方向に回転した位置に配置されるようになっている。
このとき、無端ベルト20と加熱ロール10との接触ニップ域nの入口側開口上下幅が寸法L−X程度になり、接触ニップ域nの加圧状態は高圧(例えば0.049N/mm2〜0.098N/mm2程度)に設定される。
このような状態で、定着装置に所定枚数の厚紙(用紙)15を連続的に通過させたところ、定着性の良好な画像が確実に得られることが確された。
【0020】
●薄紙モード
図7は薄紙モード時の定着装置の作動状態を示す。
同図において、第一の揺動機構31は、厚紙モードと同様に、第一駆動モータ315のシャフト軸とリンクアーム311,312間の連結ロッド313との固着部とを結ぶ直線が水平線hに対し角度θに配置されるが、第二の揺動機構32は、偏心カム321,322が、厚紙モード(基準位置からβだけ図中時計回り方向に回転した位置)よりも更にαだけ図中時計回り方向に回転した位置に配置されるようになっている。
このとき、第二の揺動機構32の偏心カム321,322が厚紙モード時よりも更に回転することから、支持ホルダ23の出口側ホルダ壁23cが更に加熱ロール10側へ移動し、その出口側ホルダ壁23cの先端に形成された小径円弧部25が無端ベルト20を介して加熱ロール10の弾性層12に当接し、局所的弾性歪み14を発生させている。
このため、本薄紙モードにあっては、接触ニップ域nの出口側に局所的弾性歪み14が形成されるため、接触ニップ域nの出口側での加圧状態が他の部分に比べて高荷重となり、薄紙(用紙)15が接触ニップ域nから開放される際に局所的弾性歪み14の弾性復帰作用で、そもそも腰が弱く剥離し難い薄紙(用紙)15が確実に剥離せしめられる。
このような状態で、定着装置に所定枚数の薄紙(用紙)15を連続的に通過させたところ、薄紙15の剥離不良は全く見られず、定着性の良好な画像が確実に得られることが確された。
【0021】
●普通紙モード
図8は普通紙モード時の定着装置の作動状態を示す。
同図において、第一の揺動機構31は、第一駆動モータ315のシャフト軸とリンクアーム311,312間の連結ロッド313との固着部とを結ぶ直線が水平線hに対し角度θ/2(本実施の形態では厚紙モードの半分程度)に配置され、しかも、第二の揺動機構32は、偏心カム321,322が基準位置からβ/2(本実施の形態では厚紙モードの半分程度)だけ図中時計回り方向に回転した位置に配置されるようになっている。
このとき、無端ベルト20と加熱ロール10との接触ニップ域nの加圧状態は、低圧状態と高圧状態との略中間程度に設定される。
このような状態で、定着装置に所定枚数の普通紙(用紙)15を連続的に通過させたところ、定着性の良好な画像が確実に得られることが確信された。
尚、本実施の形態において、例えばOHP等の特殊シートについて定着を行なう場合には、例えば普通紙モードを選択すると共に、定着性を確保するために定着装置の定着速度を低速にするようにすればよい。
【0022】
また、上述した実施の形態にあっては、紙厚センサ51及び封筒モードスイッチ52の両方からの情報に基づいて定着モードを切り換えるようにしているが、紙厚センサ51又は封筒モードスイッチ52のいずれか一方の情報に基づいて定着モードを切り換えるようにしてもよい。
【0023】
また、図9は実施の形態1に係る定着装置を組込んだ画像形成装置の一例を示す。
同図における画像形成装置は、転写ドラム方式の電子写真カラー画像形成装置であり、感光ドラムなどの像担持体61と、この像担持体61上に各色の静電潜像を書き込むレーザー走査装置などの露光装置62(本例では、露光ランプ621,ミラー群622、結像レンズ623、撮像装置624、画像データ処理部625、信号処理部626、画像書込み装置627にて構成)と、像担持体61上の静電潜像を各色トナーにて可視像化する回転式現像装置などの多色用現像装置63と、用紙供給カセット64からの用紙(図示せず)を保持し、像担持体61上の各色トナー像を保持した用紙に順次転写する転写ドラム65(転写コロトロン651、除電コロトロン652、用紙吸着コロトロン653、クリーナ654を含む)と、各色トナー像が転写された用紙を定着する定着装置66とを備えたものであり、当該定着装置66に例えば実施の形態1に係る定着装置を用いるようにしたものである。
尚、図中、符号67は定着装置66の加熱ロール10にオイルを供給するオイル供給装置、68は原稿が載置されるプラテン、69は用紙搬送路70中の任意の箇所に配設された例えば圧力センサからなる紙厚センサである。
このような画像形成装置においては、例えば紙厚センサ69からの情報に基づいて定着装置66の定着モード(接触ニップ域の加圧状態)を紙厚に応じて適宜変更することが可能になり、使用用紙に対し最適な定着モードを選択するようにすれば、良好な定着処理を常時実行することが可能である。
尚、封筒モードスイッチ(図示せず)に連動して封筒に最適な定着モードを選択し、封筒に対して常時良好な定着処理を実行することが可能であることは勿論である。
【0024】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、加熱ロールに圧接配置される無端ベルトの内側に弾性押圧部材を配設し、この弾性押圧部材を可動支持部材で支持すると共に、この可動支持部材の位置を可変設定することにより、加熱ロールと無端ベルトとの間に形成される接触ニップ域の加圧状態を変更するようにしたので、記録シートの厚さや種類等に応じて、使用対象となる記録シートに最適な接触ニップ域を容易に形成することができる。
特に、本発明において、可動支持部材として、弾性押圧部材が嵌合保持される支持ホルダを具備し、この支持ホルダのうち接触ニップ域の前後に位置する部位に夫々移動支点を設け、夫々の移動支点を揺動支点として支持ホルダを介して弾性押圧部材を揺動自在としたので、支持ホルダにて弾性押圧部材の形状を保持することができるほか、弾性押圧部材の位置を数段階に切り換え、無端ベルトと加圧ロールとの間に形成される接触ニップ域全体の加圧状態を可変設定することに加えて、接触ニップ域の出口側の加圧状態を独立して可変設定することができる。
このため、記録シートの厚さや封筒等の特殊紙ということに影響されることなく、使用対象となる記録シートに対し、記録シートのしわ発生や剥離性不良という事態を有効に防止しながら、常に安定した定着性を得ることができる。
よって、各記録シートへの適応能力の高い、しかも、安定した定着性能の定着装置を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る定着装置の概要を示す説明図である。
【図2】 実施の形態1に係る定着装置の概要を示す説明図である。
【図3】 図2中矢印III方向から要部断面説明図である。
【図4】 実施の形態1で用いられる定着モード変更処理に関するフローチャートである。
【図5】 実施の形態1で用いられる封筒モードの状態を示す説明図である。
【図6】 実施の形態1で用いられる厚紙モードの状態を示す説明図である。
【図7】 実施の形態1で用いられる薄紙モードの状態を示す説明図である。
【図8】 実施の形態1で用いられる普通紙モードの状態を示す説明図である。
【図9】 実施の形態1に係る定着装置が組込まれた画像形成装置の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
1…加熱ロール,1a…熱源,2…無端ベルト,3…弾性押圧部材,4…可動支持部材,5…駆動手段,6…記録シート,7…記録シート情報供給手段,8…駆動条件制御手段,T…未定着画像,n…接触ニップ域

Claims (3)

  1. 未定着画像(T)を記録シート(6)上に加熱・加圧定着させる定着装置において、
    熱源(1a)を有する回転可能な加熱ロール(1)と、
    この加熱ロール(1)に圧接し且つ加熱ロール(1)と共に転動する無端ベルト(2)と、
    この無端ベルト(2)の内側に配設されて、前記無端ベルト(2)を加熱ロール(1)に押圧させ且つ前記無端ベルト(2)と加熱ロール(1)との間に接触ニップ域(n)を形成する弾性押圧部材(3)と、
    この弾性押圧部材(3)の位置を可変自在に支持する可動支持部材(4)と、
    この可動支持部材(4)を移動させ、弾性押圧部材(3)の位置を可変設定することで、無端ベルト(2)と加熱ロール(1)との間に形成される接触ニップ域(n)の加圧状態を変更する駆動手段(5)とを備え、
    可動支持部材(4)は、弾性押圧部材(3)が嵌合保持される支持ホルダを具備し、この支持ホルダのうち接触ニップ域(n)の前後に位置する部位に夫々移動支点を設け、夫々の移動支点を揺動支点として支持ホルダを介して弾性押圧部材(3)を揺動自在としたことを特徴とする定着装置。
  2. 請求項記載の定着装置において、
    可動支持部材(4)は、弾性押圧部材(3)の位置を数段階に切り換え、無端ベルト(2)と加熱ロール(1)との間に形成される接触ニップ域(n)全体の加圧荷重を可変設定することに加えて、前記接触ニップ域(n)の出口側の加圧荷重を独立して可変設定するものであることを特徴とする定着装置。
  3. 請求項1又は2記載の定着装置において、
    記録シート(6)に関する情報を供給する記録シート情報供給手段(7)と、
    この記録シート情報供給手段(7)から供給された記録シート(6)に関する情報に基づいて駆動手段(5)の駆動条件を制御する駆動条件制御手段(8)とを備えたことを特徴とする定着装置。
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