JP4075483B2 - 画像形成記録装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紙、ＯＨＰシートなどの記録媒体に印字印画を行う画像形成記録装置に関し、特に記録媒体上に保持された未定着トナーを定着する定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高速定着を実現するために記録媒体を加熱および加圧する時間を長くとることが可能な定着装置として、記録媒体のトナー付着面を定着ローラに接触させ、記録媒体のトナー非付着面をエンドレスベルトに接触させて加圧部材で加圧する構成の加圧ベルト型定着装置が知られている。加圧ベルト型定着装置においては、定着ローラとエンドレスベルトの接触した用紙通過区間（以下、ニップ部と称する、その幅をニップ幅と称する）において、適正な熱エネルギおよび加圧エネルギを加えることが重要である。
【０００３】
特開平８−１６６７３４号公報には、発熱手段を内蔵して回転駆動される加熱定着ロールと、この加熱定着ロールに巻き回すように接触される加圧ベルトと、この加圧ベルトを張架する複数のロールのうちの一つとして備えられ、加熱定着ロールと加圧ベルトとの圧設部の、加熱定着ロールの回転方向における下流部で加熱定着ロールの弾性体層に圧縮変形を生じさせるように押圧する圧力ロールと、圧設部の上流部に備えられ、加圧ベルトを介して加熱定着ロールに圧設される圧力補助ロールとを備えた画像形成装置の定着装置が記載されている。この定着装置では、圧力補助ロールと加熱定着ロールとの圧設力と加熱定着ロールに巻き回すように接触された加圧ベルトの張力による圧設力との合計が、圧力ロールの押圧力と同等もしくはそれ以上となるように設定されている。これにより、圧力補助ロールの圧設部と圧力ロールの押圧部との間、すなわち加熱定着ロール周面に生じるひずみが小さい部分における加熱定着ロールと記録シートとの間の摩擦力を支配的にすることにより、記録シートを加熱定着ロールの変形の生じていない部分の周速に近い速度で搬送するようにしている。
【０００４】
また特開２００１―２２８７３１号公報には、加圧部材として押圧パッドを用いており、低摩擦化のためと、経時的なベルト（エンドレスベルト）の駆動トルクの増大を防止して安定した走行性能を確保するために、加圧部材のエンドレスベルトとの対向部に多孔質樹脂部材を設け、この多孔質樹脂部材内に潤滑剤を保持させた定着装置が記載されている。この定着装置では安定的に潤滑剤を供給するためにエンドレスベルトの内周面に潤滑剤を供給する手段（フェルト）を設けている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開平８−１６６７３４号公報の定着装置では、加熱定着ロールの周速と記録シートの搬送速度との関係に着目して、圧力補助ロールによる圧設力、加圧ベルトの張力による圧設力及び圧力ロールの押圧力の大きさを設定しており、ニップ部における記録媒体の予熱、トナーの溶融、トナーの定着及び記録媒体の定着ローラからの剥離という動作或いは機能の配分や、そのときの各加圧力の配分に対する配慮が十分とは言えない。また、圧力補助ロールによる圧設力、加圧ベルトの張力による圧設力及び圧力ロールの押圧力の個々の間では、圧力ロールの押圧力が最大になっている。
【０００６】
本発明の第１の目的は、高速定着を実現でき、ファーストプリント時間を短くでき、かつオイルレス定着を実現できる画像形成記録装置を提供することにある。
【０００７】
また、特開２００１―２２８７３１号公報の定着装置では、潤滑剤を供給するフェルトをエンドレスベルトの内周面に押付ける構造のため、エンドレスベルト端部からの潤滑剤漏れに対する配慮が必要になり、使い勝手の観点から課題を有している。
【０００８】
本発明の第２の目的は、加圧ベルト型定着装置の低駆動トルクを長時間にわたって維持することができ、安価で、使い勝手のよい定着装置を備えた画像形成記録装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、本発明の画像形成装置は、未定着トナー画像を記録媒体に定着させる定着装置が、ヒータを内蔵した定着ローラ、定着ローラに巻き掛けられたエンドレスベルト、エンドレスベルトを定着ローラに圧接する３つの加圧部材により構成され、前記３つの加圧部材の中で用紙進入側から２番目の加圧部材の加圧力を最大にしたものである。
或いは、未定着トナー画像を記録媒体に定着させる定着装置が、ヒータを内蔵した定着ローラ、定着ローラに巻き掛けられたエンドレスベルトを備えて構成され、エンドレスベルトを介して定着ローラに印加される圧力が３つのピークを有し、前記３つのピークの中で用紙進入側から２番目のピークの圧力を他の２つのピークの圧力より大きくしたものである。
また上記第２の目的を達成するために、本発明の画像形成装置は、定着装置に非回転型加圧部材を備え、非回転型加圧部材とエンドレスベルトの間にシート状部材を挿入し、シート状部材に潤滑剤を保持させたものである。
このとき、シート状部材の非回転型加圧部材とエンドレスベルトに挟持され加圧されている部位以外の部位に潤滑剤供給部を設け、潤滑剤供給部がベルト内周面と接触していない構成にするとよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に係る画像形成記録装置の実施例について説明する。
【００１１】
本発明が関係する通常の画像形成記録装置では、以下の課題を有している。
（イ）安価に構成可能な単一の中間転写体により用紙へトナー転写を行うカラー画像形成記録装置においては、各色毎の中間転写体を有する同一４色印刷速度（ページ/分で表記される）のカラー画像形成記録装置と比して４倍の定着速度{定着ローラの周速（ｍｍ/秒）で表記される}が要求され、高速定着を実現しなければならない。
（ロ）画像形成記録装置に電源投入してから、最初の印刷が始まるまでの時間（ファーストプリント時間）を短くするためには、熱容量の大きい定着ローラ表面ゴム層のゴム厚を小さくする必要があるが、その場合は、ゴム厚が厚い場合と比較して、トナーに大きい熱および圧力を加える必要がある。
（ハ）画像形成記録装置の使い勝手を向上するための定着ローラ表面にオイルの供給を全く行わないオイルレス定着方式においては、ワックスを含浸したトナーは硬い殻に覆われているため、定着部では、大きい熱および圧力を加える必要がある。
上記（イ）（ロ）（ハ）をすべて満足できる加圧ベルト型定着方式について検討を行ったところ、従来技術の加圧手段および加圧条件では実現できないことが判明した。
以下に説明する実施例では、単一の中間転写体により用紙へのトナー転写を行うカラー画像形成記録装置において、高速定着を実現でき、ファーストプリント時間を短くでき、かつオイルレス定着を実現する、定着装置を有する画像形成記録装置を提供する。
【００１２】
本発明に係る画像形成記録装置及び定着装置の一実施例を図１〜図１７を用いて説明する。
【００１３】
本実施例の画像形成記録装置の定着装置の構成について、図１を用いて説明する。定着器１は、定着ローラ２とベルト加圧部３とからなっている。定着ローラ２は鉄もしくはアルミなどからなる芯金４とゴム層５から構成されており、内部にヒータ６が内蔵されている。トナーの離型性を高めるため、ゴム層５の表面にフッ素樹脂層を設けてもよい。ベルト加圧部３は、ベルト７、ベルト加圧部材８、ばね等で構成されるベルト加圧手段９からなっている。以下、定着ローラ２にベルト７が加圧されている部位をニップ部と呼び、その幅をニップ幅と称する。ニップ部のベルトの加圧条件（加圧幅、面圧）が定着性能に大きな影響を及ぼす。２００ｍｍ/ｓ程度の高速定着を実現するためには、図２の定着速度とニップ幅の関係に示すように、ニップ幅を９ｍｍ程度確保する必要があり、ニップ部の各部に適正な面圧を加えるため、ベルト７を加圧する加圧部材８を８ａ、８ｂ、８ｃの３ケから構成している。
【００１４】
定着装置が印刷できる状態にするため所定の温度まで昇温するのに要する時間をウォームアップ時間と呼ぶ。ウォームアップ時間を３０ｓ程度と短くするためには、定着ローラ直径を、図３に示すように、４０ｍｍ以下とすることが望ましい。オイルレストナーを用いる場合は、オイル外部供給型トナーと比較して硬い（弾性率が高い）ため、圧力を適切に付与する必要がある。小径の定着ローラで広いニップ幅を確保し、かつ適正な圧力を付与するには、加圧部材８にも定着ローラ２の形状に倣った構造が求められる。
【００１５】
加圧部材のニップ部での役割を図４に示した。ニップ部入口より用紙予熱、トナー溶融、トナー用紙定着、及び用紙剥離の役割があり、それぞれへのニップ幅、面圧、加圧力の寄与を表記した。加圧力は、ニップ幅と面圧の積に対応する。
【００１６】
加圧部材８を分割し、各加圧部材を簡易な構造の、表面が平面の加圧パッドにより実現することを検討したところ（ニップ幅は各加圧部材で最大３―４ｍｍ）、図４に示すように定着速度１００ｍｍ/sでは２ケの加圧部材で定着を実現できたが、２００ｍｍ/ｓでは３ケの加圧部材が必要であることが判明した。
【００１７】
表中に定着が実現できた条件での各加圧部材の加圧力を併記し、各役割に求められる加圧力と、定着を実現できた加圧力から、各加圧部材がどこまでの役割を担っているかの推定を記した。これから、定着速度が高くなると、トナー溶融、トナー用紙定着を担う加圧部材数を増やさないと定着装置全体としての役割を果たせないことがわかった。
【００１８】
高速定着時の各加圧部材の加圧力の大小は下記のような役割分担であることから、中央＞入口、出口 である。
入口加圧部材（用紙予熱＋トナー溶融の大部分）：加圧力（△＋○、中）
中央加圧部材（トナー溶融の一部＋トナー用紙定着の大部分）：加圧力（△＋◎、大）
出口加圧部材（トナー用紙定着の一部＋用紙剥離の全部）：加圧力（△＋○、中）
これから、高速定着、短いウォームアップ時間、オイルレストナー定着を実現するために３ケの加圧部材を用い、加圧力は用紙進入側から２番目の加圧部材を１、３番目より大とした。
【００１９】
各加圧部材８ａ、８ｂ、８ｃの加圧条件{加圧力(=面圧*ニップ幅)}について、（Ａ）定着性、（Ｂ）用紙剥離の２つの観点から説明する。
【００２０】
（Ａ）定着性への各加圧部材の加圧条件の関わり
定着を実現する加圧条件について、図５、図６を用いて説明する。図５、図６は、図１に示すような３ケの加圧部材の１４０℃で定着できる条件を基に、２ケの加圧部材の加圧条件は固定、他の１ケの加圧部材の加圧条件を変えて、等しい定着温度（１４０℃）で定着できる加圧条件をプロットしたものである。図５は低定着速度（１００ｍｍ/s）の場合の結果を示しており、図６は高定着速度（２００ｍｍ/s）の場合の結果を示している。
【００２１】
これから、低定着速度（１００ｍｍ/s）においては、出口加圧部材は、等定着温度の加圧条件がばらついており、定着では重要であるはずの面圧も低くてよいとの結果である。これは、中央加圧部材の加圧条件を設定すれば、出口加圧部材は加圧しなくてよい（加圧部材は２ケでよい）ことを示している。
一方、高定着速度（２００ｍｍ/s）においては、出口加圧部材も等定着温度線を引くことができ、加圧部材が３ケ必要であることを示している。
【００２２】
本結果から、３ケの加圧部材の面圧は、中央＞入口,出口の大小関係である。
【００２３】
さらに、図５、図６から言えることは、図の面圧/ニップ幅の勾配の絶対値が、入口＞中央＞出口であることから、ニップ幅の寄与は入口＞中央＞出口、である。従って、各加圧部材のニップ幅は、入口＞中央＞出口とすることにより、少ない面圧で良好な定着が実現できる。
【００２４】
（Ｂ）用紙剥離への各加圧部材の加圧条件の関わり
定着装置では、ニップ部の形状が定着ローラ側が凸な形状をしているため、用紙を通紙すると、ニップ出口より出てくる用紙は定着ローラ２側に巻付き気味である。用紙が巻付き気味である挙動は、出口加圧部材８ｃの圧力を高め、定着ローラ２のゴム層５を弾性変形させることにより、ニップ出口の形状を定着ローラ側に局所的に凹な形状にすることが有効であり、出口加圧部材の圧力と用紙の剥離の状況を図７により説明する。
【００２５】
図７では、ニップから出た用紙のすくい上げと厚紙カール除去を目的としたガイド３０を装着した場合の試験結果を示した。図７中で、（ａ）先端折れとは、用紙が巻付気味に出てきたため、ガイド３０と定着ローラ２の隙間に用紙の一部が進入しつつも、用紙はガイドですくいあげられて排出された現象であり、（ｂ）巻付き（ジャム）は用紙がガイド３０と定着ローラ２の隙間に進入し、排出されなくなった状態を示す。いずれも出口加圧部材の加圧条件が適切でない場合に発生する現象である。
図７の結果から、標準紙（坪量80g/m²程度）では、0.1(MPa)で問題無だが、薄紙（坪量60g/m²程度、用紙剛性低い）では0.2(MPa)必要である。用紙剥離には、出口加圧部材の圧力の寄与が大きい。
【００２６】
以上の知見を基に、定着装置のニップ部の圧力分布を図８に示すような圧力分布とすることにより、２００ｍｍ/s、定着温度１４０℃の高速定着を実現できた。この条件をまとめると、下記のとおりである。
【００２７】
加圧部材８ａ、８ｂ、８ｃが当接する３ケ所に対応する３ヶ所のピークを有する。
(1)ニップ幅：入口加圧部材(例4.5mm)＞中央加圧部材(例3.5mm)＞出口加圧部材(例2mm)
(2)面圧：中央加圧部材(例0.5MPa)＞出口加圧部材(例0.22MPa),入口加圧部材（例0.2MPa）
(3)加圧力（ニップ幅と面圧の積に対応）：中央加圧部材＞入口加圧部材,出口加圧部材
の順であり、図６の結果も併せて考えると、望ましい加圧条件の具体的範囲は下記である。
（ａ）入口加圧部材：(1)ニップ幅：3(mm)から７(mm)、(2)面圧：0.05(MPa)より0.2(MPa)
（ｂ）中央加圧部材：(1)ニップ幅：2(mm)より4(mm)、(2)面圧：0.2(MPa)より0.5(MPa)
（ｃ）出口加圧部材：(1)1(mm)より3(mm)、(3)面圧：0.1(MPa)より0.3(MPa)
このように、入口加圧部材、中央加圧部材、出口加圧部材で要求される加圧条件が求められることから、各加圧部材８ａ，８ｂ，８ｃは独立した加圧手段９ａ，９ｂ，９ｃにより加圧されることが望ましい。
【００２８】
ベルト加圧部材８としては、ローラをベルト裏面に押し当てる回転型加圧部材（加圧ローラ）と、平面部をベルト裏面に押し当てる非回転型加圧部材（加圧パッド）が考えられる。
【００２９】
これから、加圧ローラと加圧パッドには下記の観点で差異がみられる。
(1)ニップ幅確保：加圧パッドが有利
(2)面圧付与：同等
(3)ベルト回転負荷：加圧ローラが有利
これから、入口加圧部材としては、ニップ幅確保が重要であることから加圧パッドが好適、中央加圧部材としては、面圧、ニップ幅ともに要求されるため、加圧ローラもしくは加圧パッド、出口加圧部材は、ニップ幅は要求されず面圧が要求されることから、加圧ローラもしくは加圧パッド、とすることが望ましい。
【００３０】
ただし、加圧ローラを２ケ隣接配置するのは構造上大型化するため、加圧ローラは隣接配置しないことが望ましいと考えると、図１の加圧部材８は、
（１）入口加圧部材：加圧パッド、中央加圧部材：加圧パッド、出口加圧部材：加圧パッド、
（２）入口加圧部材：加圧パッド、中央加圧部材：加圧ローラ、出口加圧部材：加圧パッド、
（３）入口加圧部材：加圧パッド、中央加圧部材：加圧パッド、出口加圧部材：加圧ローラ、
とする構成のうちのいずれかが望ましい。このような構成とすることにより、本実施例で述べた加圧条件が実現でき、高速定着を実現できる。
【００３１】
定着装置においてウォームアップ時間を短くするには、加熱部材の熱容量低減、放熱部材の断熱化が有効である。加熱部材の熱容量低減については、定着ローラの芯金厚さ、ゴム厚さを薄くすることが有効である。放熱部材の断熱化として、加圧部材８の表面に断熱弾性層１２を設けることが有効である。図１では断熱弾性層１２を入口加圧部材８ａのみに設けた例を示したが、これに限定されるものではない。
【００３２】
熱抵抗を基に、定着ローラ表面を１５０℃、加圧部材端部を２０℃としたときの定常熱伝導の計算例を図９に示した。おおまかな計算であるが、加圧部材８の表面に断熱弾性層１２がない場合は、定着ローラゴム内部とベルト内部で大きな温度勾配が生じている。これは定着ローラゴム層とベルトが一番熱抵抗が大きいためである。一方、加圧部材表面に定着ローラゴム層、ベルトより熱抵抗の大きい断熱弾性層を設けた場合は図９の破線のように加圧部材表面の断熱弾性層で大きい温度勾配が発生している。このような構成であれば、定着ローラ表面を１５０℃まで加熱するときに芯金内面温度をどこまで上げる必要があるかという点でも、加圧部材表面に断熱弾性層なしの場合より低くできるため、ウォームアップ時間を短くできる。
【００３３】
入口加圧部材にシリコンゴムよりなる断熱弾性層１２を設けた場合と設けない場合のウォームアップ時間を図１０に示した。ウォームアップ時間は弾性弾性層を設けることで低減されている。
【００３４】
定着性能の観点では、入口加圧部材８ａに弾性弾性層１２を設けるは有利である。実施例で図６を用いて説明したように入口加圧部材はニップ幅の定着温度への感度が大きいことから、表面に断熱弾性層１２を設けることはその弾性変形によるニップ幅拡大が実現できるため、その点でも有利である。また、中央加圧部材８ｂ、出口加圧部材８ｃは面圧の定着温度への感度が大きいことから、断熱弾性層を設けない構成とすることが望ましい。
【００３５】
材質として、加圧部材に設ける断熱弾性層としては、例えば熱伝導率が低いシリコンゴムが望ましい。また、断熱弾性層を設けない加圧部材は、アルミニウム、鉄などで構成することが望ましい。
【００３６】
次に、定着装置を駆動する駆動トルクを低減する手段について説明する。
非回転型加圧部材表面材とベルト裏面材の加圧接触時における静摩擦係数について図１１を用いて説明する。ここでは、ベルト材として、耐熱性の高いポリイミドベルトを用いた場合を対象とした測定結果を示す。
（１）非回転型加圧部材表面材がステンレスの場合：0.1
（２）非回転型加圧部材表面材がシリコンゴムの場合：1.0
（３）非回転型加圧部材表面材がフッ素繊維シートの場合（潤滑剤（フッ素オイル）無し）：0.08
（４）非回転型加圧部材表面材がフッ素繊維シートの場合（潤滑剤（フッ素オイル）有り）：0.03
これから、非回転型加圧部材表面材として、シリコンゴム層の上にフッ素繊維シートを設けることにより、潤滑剤無の場合は（１）並みに摩擦係数を低くできる。さらに潤滑剤を設けることにより、著しく摩擦係数を低くできることが明らかになった。尚、潤滑剤としては、フッ素繊維と親和性の高いフッ素オイルを用いるとよい。
【００３７】
そこで、図１２に示すように、非回転型加圧部材（入口パッド８ａ、中央パッド８ｂ）表面にフッ素繊維よりなるシート状部材３１を設けることが望ましい。シート状部材３１はその一端（定着ローラ回転方向に対して上流側）３２が固定されている。このような構造とすることにより、定着ローラ回転時にも剥がれることなく、非回転状態で、回転するエンドレスベルトと、静止した加圧パッド８ａ，８ｂの間で低摩擦材としての役割を果たす。
【００３８】
図１３に、潤滑剤が有る場合と無い場合について定着装置駆動トルクの定着装置回転時間との関係を示した。これから、潤滑剤無では、短時間で駆動トルクの上昇がみられるのに対して、潤滑剤ありでは、定着装置を長時間回転させても駆動トルクの上昇はみられない。
【００３９】
以上のように、シート状部材３１と潤滑剤を用いることにより、定着装置の駆動トルクを低くすることができ、定着装置を長時間回転させても駆動トルクの変化を少なくすることができる。
【００４０】
定着装置を更に長時間回転させたときの駆動トルクの上昇を、潤滑剤漏れの少ない構成で実現するために、シート状部材３１に潤滑剤供給部３３を設けることが望ましい。
【００４１】
潤滑剤供給部３３を設けずに、定着装置（シート状部材３１、潤滑剤あり）をさらに長時間回転させたところ、図１４の破線のように駆動トルクが上昇してゆく特性がみられた。この原因は、シート状部材３１内に保持される潤滑剤の質量が図１５の破線に示すように低下してゆくためと考えられる。従来のベルト定着装置では、ベルト内周面に接触するように潤滑剤供給部（フェルトなどからなる）を設ける構成が知られている。しかしながら、このような構成では、潤滑剤供給部のベルトへの接触を確実に実現するため、潤滑剤供給部をベルトに食い込むような配置としている。このため、潤滑剤供給部はベルトに押されて、潤滑剤の軸方向両端への漏れが大きい問題がある。本実施例では、図１２に示すように潤滑剤供給部３３をシート状部材の加圧部材/ベルト間でもなく、ベルト内周面とも接触しない位置に設ける構成とし、潤滑剤供給部３３はシート状部材３１に接触して設けることにした。これにより、潤滑剤供給部３３からシート状部材３１へは潤滑剤が濃度拡散で移動させることができる。従って、シート状部材３１が、加圧部材８ａ，８ｂとベルト７の間に挟まれた部位で潤滑剤の濃度が低くなると、潤滑剤供給部３３からその部位へ潤滑剤が拡散で移動する。ここで、潤滑剤供給部３３は、アラミド繊維などの耐熱性繊維よりなり、フッ素オイルが保持された構成とする。
【００４２】
このような構成とすることにより、シート状部材の潤滑剤保持質量の時間変化は図１５の実線のようになり、変化は少なくでき、定着装置の駆動トルクは図１４の実線に示すように変化を少なくできる。
また、従来知られているベルト内周面に接触するように潤滑剤供給部（フェルトなどからなる）を設ける構成と、本実施例の構成とでの一定時間回転時の潤滑剤漏れ量を比較すると、図１６のようになり、本実施例の構成とすることにより、漏れ量を著しく低減することができる。
【００４３】
なお、加圧部材８ｃを非回転型加圧部材にすることも可能であり、シート状部材３１は複数の非回転型加圧部材に跨って、或いは非回転型加圧部材毎に分離して設けてもよい。また潤滑剤供給部３３は複数の非回転型加圧部材に共通して一つ設けてもよいし、非回転型加圧部材毎に分離して設けてもよい。
【００４４】
以上に述べたように、非回転型加圧部材とベルトの間に、フッ素繊維（例えば無孔質フッ素樹脂を編んだもの）よりなるシート状部材を設け、シート状部材のベルトと接触しない部位に潤滑剤供給部材を設けることにより、潤滑剤を拡散により供給する構成とすることができる。このような構成により、潤滑剤はフッ素繊維シート内部の濃度勾配により拡散して広がるため、加圧ユニット、ベルト間の部位の潤滑剤の濃度が低下すると、潤滑剤が補われる構成にすることができる。そのため、潤滑剤供給部材をベルトに押付ける構成と比較して、潤滑剤の端部からの漏れは著しく低減できる。これにより、定着装置の駆動トルクの時間変化を小さくでき、かつ潤滑剤の漏れを低減できる構成が実現できる。
【００４５】
次に以上述べた定着装置を有する本発明の画像形成記録装置の構成を図１７を用いて説明する。
駆動ローラ２３、ベルトに張力を与えるテンションローラを兼ね備えた従動ローラ１６により垂直方向に張架され矢印方向に一定速度で回転する感光体ベルト２５と、感光体ベルト２５と接触配置される中間転写体２７と、感光体ベルト２５の表面を一様に帯電する帯電器１７と、一様に帯電された感光体ベルト２５表面を露光して該表面に静電潜像を形成する露光装置１４と、感光体ベルト２５の水平面に当接するよう配置され静電潜像を現像してトナー像を形成する４つの現像器１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄと、用紙など記録媒体２８を収納したカセット１３から記録媒体を給紙する給紙ローラ２０と、カセット１３より給紙された記録媒体の姿勢を矯正するレジストローラ２１と、トナー像を記録媒体に転写する転写ローラ２２と、定着装置１と、定着された記録媒体を機外へ排出する排紙部２４と、感光体ベルト２５表面に残留する電荷を除去するイレーズランプ１９と、残留するトナーを除去するブレード１８と、転写後に中間転写体２７表面に残留するトナーを除去するクリーナ２６を備える。
【００４６】
ここで、駆動ローラ２３と従動ローラ１６は上下逆でもよい。また、中間転写体２７は、ドラムで構成しても、ベルトで構成してもよい。ベルトで構成する場合は、感光体２５との接触部、転写ローラ２２との接触部、の各々内面にベルトに張力を付与するローラを設ける。
【００４７】
次に、本装置によるカラー画像の形成方法を説明する。
電源投入後、プリント待機状態になったプリンタ本体に図示されない情報処理装置からプリント信号が送られると、露光装置１４より、トナー像に該当する部位にレーザ光が、帯電器１７により一様に帯電された感光体ベルト２５上に照射され、感光体ベルト２５上には静電潜像が形成される。
まず、感光体ベルト２５上に露光装置１４によりシアン色のトナー像に対応する静電潜像を形成し、シアン現像器１５ｄにより現像しトナー像とする。ここで、１５ｄはシアン色のトナーを使用する現像器、１５ｃはマゼンタ色のトナーを使用する現像器、１５ｂはイエロー色のトナーを使用する現像器、１５ａはブラック色のトナーを使用する現像器であり、各現像器にはバイアス電圧を制御することにより現像機能が付与または消失されるようになっている。感光体ベルト２５上に形成されたトナー像は中間転写体２７との接触部で中間転写体２７表面に転写され、該表面に保持される。
一方、トナー像転写後の感光体ベルト２５上は感光体ベルト２５表面に残留する電荷をイレーズランプ１９で除去した後、転写されずに残留したトナーをブレード１８により除去する構成になっている。
これら感光体ベルト２５表面を初期状態に戻す工程が終了した後、次色であるマゼンタ色のトナー像を同様に感光体ベルト２５表面に形成し、中間転写体２７表面上に保持されている前記シアン色のトナー像に重ねあわせて転写して中間転写体２７上に保持する。
【００４８】
同様の工程をイエロー、ブラック色についても繰り返し中間転写体２７上で４色のトナー像を重ね合わせると同時に該表面に保持する。
【００４９】
このようにして中間転写体２７の表面上に形成した４色のトナー像を記録媒体２８上に転写するために、給紙ローラ２０を回転させカセット１３に収納された記録媒体２８を１枚づつ分離し、レジストローラ２１まで搬送し記録媒体２８の斜行を補正した後、停止する。次いで、中間転写体上のトナー像と整合するようなタイミングでレジストローラ２１の回転を始動する。搬送される記録媒体の先端が中間転写体２７と接触すると同時に転写ローラ２２を記録媒体背面より押しつけ、中間転写体２７表面上の４色のトナー像を一度に記録媒体２８上に静電転写する。こうして記録媒体２８上にできあがった４色のトナー像は定着器１の定着ローラと加圧ローラの間を通過することにより定着されプリンタ２９の排紙部２４に排出され、印画の一連のプロセスを終了する。
【００５０】
このような画像形成記録装置で上記の構成の定着装置を具備することにより、高速定着、短いウオームアップ時間、オイルレストナーの定着を実現できる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の画像形成記録装置は、３分割のベルト加圧部材を用い、その加圧力をニップ進入入口から２番目を最大とすることにより、トナーの加熱、加圧時間を長くとることができ、高速定着を実現できる。
非回転型加圧部材とエンドレスベルト間にシート状部材を設け、低摩擦化を図り、潤滑剤を塗布することによりさらなる低摩擦化を図ることにより、定着装置駆動トルクの時間変化を低減できる。さらに非回転型加圧部材とエンドレスベルト間のシート状部材の非加圧部で、かつベルト内周面との非接触部に潤滑剤供給部を設けることにより、定着装置駆動トルクの時間変化の更なる低減を、潤滑剤漏れを少なく実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成記録装置の一実施例の定着装置の構造を示す図。
【図２】本発明の一実施例に係る定着速度と必要なニップ幅の関係例を示す図。
【図３】本発明の一実施例に係る定着装置の定着ローラ径とウォームアップ時間の関係例を示す図。
【図４】本発明の一実施例に係る定着装置のニップ部での役割を示す図。
【図５】本発明の一実施例に係る定着装置の加圧条件と定着温度の関係を示す図。
【図６】本発明の一実施例に係る定着装置の加圧条件と定着温度の関係を示す他の図。
【図７】本発明の一実施例に係る定着装置の用紙剥離特性を示す図。
【図８】本発明の一実施例に係る定着装置のニップ部における定着装置の圧力分布を示す図。
【図９】本発明の一実施例に係る定着装置の定着部の温度分布計算例を示す図。
【図１０】本発明の一実施例に係る定着装置のウォームアップ時間を示す図。
【図１１】本発明の一実施例に係る定着装置の非回転型加圧部材表面材とベルト裏面材の間の静摩擦係数を示す図。
【図１２】本発明の一実施例に係る定着装置の構造を示す図。
【図１３】本発明の一実施例に係る定着装置の潤滑剤有無による駆動トルクの差異を示す図。
【図１４】本発明の一実施例に係る定着装置の駆動トルクの時間変化を示す図。
【図１５】本発明の一実施例に係る定着装置のシート状部材の潤滑剤保持質量の時間変化を示す図。
【図１６】定着装置の潤滑剤漏れ量の差異を示す図。
【図１７】本発明に係る画像形成記録装置の構成を示す図。
【符号の説明】
１…定着装置、２…定着ローラ、３…ベルト加圧部、４…芯金、５…定着ローラゴム層、６…ヒータ、７…ベルト、８…加圧部材、９…加圧部材加圧手段、１０…用紙、１１…未定着トナー、１２…加圧部材表面断熱弾性層、１３…カセット、１４…露光装置、１５…現像器、１６…従動ローラ、１７…帯電器、１８…ブレード、１９…イレーズランプ、２０…給紙ローラ、２１…レジストローラ、２２…転写ローラ、２３…駆動ローラ、２４…排紙部、２５…感光体ベルト、２６…クリーナ、２７…中間転写体、２８…記録媒体、２９…画像形成装置、３０…ガイド、３１…シート状部材、３２…シート状部材端部、３３…潤滑剤供給部。

Claims (8)

1. 未定着トナー画像を記録媒体に定着させる定着装置は、ヒータを内蔵した定着ローラと、定着ローラに巻き掛けられたエンドレスベルトと、エンドレスベルトを定着ローラに押し付ける加圧部材を有し、前記定着装置に進入してくる用紙にトナーを定着させる画像形成記録装置において、
   前記加圧部材は、３つの押し付け圧力のピークを得る３つの加圧部材を有し、
   前記３つの加圧部材は、一つが回転型、残り２つが非回転型をなし、
   前記用紙の進入側から２番目の加圧部材は非回転型で、かつ前記押し付け圧力のピークが他の加圧部材より大きいことを特徴とする画像形成記録装置。
2. 請求項１記載の画像形成記録装置において、
   前記３つの加圧部材の、前記エンドレスベルトを介して前記定着ローラを加圧する接触幅の大きさを、用紙進入側の加圧部材、中央の加圧部材、用紙出口側の加圧部材の順とした画像形成記録装置。
3. 請求項２に記載の画像形成記録装置において、
   前記３つの加圧部材が前記エンドレスベルトを介して定着ローラを加圧する面圧を、用紙進入側の加圧部材は０．０５（ＭＰａ）より０．２０（ＭＰａ）、中央の加圧部材は０．２（ＭＰａ）より０．５０（ＭＰａ）、用紙出口側の加圧部材は０．１（ＭＰａ）より０．３（ＭＰａ）とした画像形成記録装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載されて画像形成記録装置において、
   前記定着装置の加圧部材の表面に断熱弾性層を設けた画像形成記録装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載された画像形成記録装置において、
   前記定着装置に非回転型加圧部材を備え、前記非回転型加圧部材とエンドレスベルトの間にシート状部材を挿入し、前記シート状部材に潤滑剤を保持させた画像形成記録装置。
6. 請求項５に記載の画像形成記録装置において、
   前記定着装置のシート状部材をフッ素繊維により構成し、潤滑剤をフッ素オイルとした画像形成記録装置。
7. 請求項６に記載の画像形成記録装置において、
   前記シート状部材の前記非回転型加圧部材と前記エンドレスベルトに挟持され加圧されている部位以外の部位に潤滑剤供給部を設け、前記潤滑剤供給部がベルト内周面と接触していない構成とした画像形成記録装置。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載された画像形成記録装置において、
   感光体上に形成された各色のトナー画像が重畳される単一の中間転写体を備え、画像形成に用いる静電潜像顕在化媒体として、定着装置で定着ローラに液体離型剤を供給することなく定着ローラとの離型性が確保可能なトナーを用いる画像形成記録装置。

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