JP4169051B2

JP4169051B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP4169051B2
Application number: JP2006179206A
Authority: JP
Inventors: 慎一束村; 貴之堀江
Original assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Current assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2026-06-29
Also published as: JP2008009113A; US20080003006A1; US7606508B2

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの諸機能を備えた複合機等の電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置の制御に関し、特に定着ローラと無端状の定着ベルトとの間に形成されたニップ部で記録材に形成されたトナー像を加熱・加圧して定着する定着装置であって、封筒を通紙したときにも皺が生じない定着装置を備えた画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの諸機能を備えた複合機等の電子写真方式の画像形成装置においては、原稿に対応した潜像を感光体ドラムに形成し、この潜像にトナーを付与することによって顕像化し、この顕像化されたトナー像を記録材上に転写し、この後、記録材上のトナー像を定着して排紙している。

また、カラー画像を形成する場合には、原稿色に対応したＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの潜像を４個の感光体ドラムに形成し、顕像化された４色のトナー像を無端状の中間転写ベルトに一次転写した後、記録材上に二次転写して、記録材上に転写されたトナー像を定着して排紙している。

このようにトナー像を定着する定着装置として、ハロゲンランプ等の加熱手段を内蔵した定着ローラと、定着ローラを加圧する加圧ローラとによって形成されたニップ部で、トナー像が転写された記録材を挟持・搬送しながら、加熱・加圧する熱ローラ定着方式の定着装置があり、このような定着装置は構成が簡便であるため、広く利用されている。

ところで、このような定着装置において、高速化を図るためにはトナーと記録材に充分な熱量を供給する必要があり、このためにはニップ幅を広くする必要がある。ニップ幅を広くするためには、加圧ローラが定着ローラを加圧する押圧力や、加圧ローラ内のシリコーンゴム等から形成された弾性層の厚みや、二つのローラの径等を増大させることが考えられる。

しかし、加圧ローラの押圧力や弾性層の厚みを増大させると、軸方向のニップ幅が不均一になることがあり、定着ムラや記録材のしわが発生する虞がある。また、ローラの径を増大させると、定着装置が大型化するばかりでなく、ウォーミングアップタイムが長くなるという問題がある。

この問題を解決するために、シリコーンゴムから形成された弾性層を有し中央にハロゲンランプ等の加熱手段を内蔵して回転する定着ローラと、定着ローラによって駆動されて回転する無端状の定着ベルトと、定着ベルトの内周面側に配置された弾性押圧部材と、を備え、弾性押圧部材により定着ベルトを定着ローラに圧接する定着装置が特許公報に開示されている（特許文献１参照）。

この定着装置によれば、弾性押圧部材により定着ローラに圧接した定着ベルトが弾性変形し、定着ローラと定着ベルトとの間に幅広のニップ部が形成される。従って、高速化に対応でき、定着装置が大型化することもない。更に、定着ベルトの熱容量が小さいので、ウォーミングアップタイムが短縮し、省エネになる。

ここで、通紙する記録材として、普通紙の如く１枚のみである用紙以外に封筒等を用いることがある。封筒を用いると、紙材は両端が固着されて、その間が２枚重ねになっているため、円弧状に形成されたニップ部を封筒が通過すると、定着ローラ側に位置する紙材が円弧の内側に位置し、定着ベルト側に位置する紙材が円弧の外側に位置して、前者より後者の方が搬送速度が速くて両者の搬送速度が異なるために後者に皺が発生し易い。

このために、特許文献１に記載の定着装置と同様の定着装置であって、封筒を通紙する封筒モードの際は弾性押圧部材の圧接力を弱めて、皺の発生を防止する定着装置が特許公報に開示されている（特許文献２参照）。
特開２００５−１７３４４１号公報特開平１０−２２８２００号公報

しかしながら、特許文献２に記載の定着装置においては、封筒を通紙するときに、皺の発生を防止できても、弾性押圧部材の圧接力を弱めることにより、定着性が悪化してしまう。定着性の悪化を防止するためには、封筒の搬送速度を遅くすればよいが、単位時間当たりの出力枚数が減少してしまい、生産性が低下するという問題が生ずる。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、封筒を定着する際に皺が生ぜず、且つ、単位時間当たりの出力枚数を減少させる必要もない画像形成装置を提案することを発明の目的とする。

前記目的は、下記に記載した発明により達成される。

本発明の画像形成装置は、
加熱手段を有して回転する定着ローラと、
前記定着ローラと共に回転する無端状の定着ベルトと、
前記定着ベルトの内周面側に配置され、前記定着ベルトを押圧することにより前記定着ベルトを前記定着ローラに圧接させて、前記定着ローラの外周面に応じて前記定着ベルトと共に凹状に変形し、前記定着ローラと前記定着ベルトとの間に第１のニップ部を形成する押圧手段と、
前記定着ベルトの内周面側における前記押圧手段より記録材の搬送方向下流側に配置され、前記定着ベルトを押圧することにより前記定着ベルトを前記定着ローラに圧接させて、先端部により前記定着ローラの外周面を凹状に変形させ、且つ前記定着ローラと前記定着ベルトとの間に前記第１のニップ部よりニップ幅の狭い第２のニップ部を形成する分離手段と、を備え、
前記第１のニップ部及び前記第２のニップ部で記録材上のトナー像を定着する画像形成装置であって、
記録材として封筒を通紙するときは普通紙を通紙するときより前記分離手段の押圧力を大きくして前記第２のニップ部の曲率を変化させることにより、前記第２のニップ部における封筒の前記定着ローラ側の記録材の方が前記定着ベルト側の記録材より更に速い速度で搬送されるよう前記分離手段を制御する制御手段を備えたことを特徴とする。

本発明の画像形成装置によれば、封筒を定着する際に皺が生ぜず、且つ、単位時間当たりの出力枚数を減少させる必要もないという効果を奏する。

以下に本発明の画像形成装置に関する実施の形態を図を参照して説明する。

先ず、画像形成装置の一例を図１の構成図に基づいて説明する。

本画像形成装置は画像形成装置本体ＧＨと画像読取装置ＹＳとから構成される。

画像形成装置本体ＧＨは、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ、ベルト状の中間転写体６、給紙通紙手段及び定着装置９等からなる。

画像形成装置本体ＧＨの上部には、自動原稿送り装置２０１と原稿画像走査露光装置２０２から成る画像読取装置ＹＳが設置されている。自動原稿送り装置２０１の原稿台上に載置された原稿ｄは通紙手段により通紙され、原稿画像走査露光装置２０２の光学系により原稿の片面又は両面の画像が走査露光され、ラインイメージセンサＣＣＤに読み込まれる。

ラインイメージセンサＣＣＤにより光電変換されて形成された信号は、画像処理部において、アナログ処理、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等が行われた後、露光手段３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋに送られる。

イエロー（Ｙ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｙは、感光体ドラム１Ｙの周囲に帯電手段２Ｙ、露光手段３Ｙ、現像手段４Ｙ及びクリーニング手段８Ｙを配置している。マゼンタ（Ｍ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｍは、感光体ドラム１Ｍの周囲に帯電手段２Ｍ、露光手段３Ｍ、現像手段４Ｍ及びクリーニング手段８Ｍを配置している。シアン（Ｃ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｃは、感光体ドラム１Ｃの周囲に帯電手段２Ｃ、露光手段３Ｃ、現像手段４Ｃ及びクリーニング手段８Ｃを配置している。黒（Ｋ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｋは、感光体ドラム１Ｋの周囲に帯電手段２Ｋ、露光手段３Ｋ、現像手段４Ｋ及びクリーニング手段８Ｋを配置している。そして、帯電手段２Ｙと露光手段３Ｙ、帯電手段２Ｍと露光手段３Ｍ、帯電手段２Ｃと露光装置３Ｃ、及び帯電手段２Ｋと露光装置３Ｋは、潜像形成手段を構成する。

なお、現像手段４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及び黒（Ｋ）の小粒径のトナーとキャリアからなる２成分現像剤を内包する。

中間転写体６は、複数のローラにより巻回され、回動可能に支持されている。

定着装置１００は、加熱された定着ローラ１０１と定着ベルト１０２との間に形成されたニップ部で記録紙（記録材）Ｐ上のトナー像を加熱・加圧して定着する。

かくして、画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋより形成された各色の画像は、回動する中間転写体６上に転写手段７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋにより逐次転写されて（１次転写）、カラー画像合成されたトナー像が形成される。給紙カセット２０内に収容された記録紙Ｐは、給紙手段２１により給紙され、給紙ローラ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，レジストローラ２３等を経て、転写手段７Ａに通紙され、記録紙Ｐ上にカラー画像が転写される（２次転写）。カラー画像が転写された記録紙Ｐは定着装置１００において加熱・加圧され、記録紙Ｐ上のカラートナー像が定着される。その後、排紙ローラ２４に挟持されて機外の排紙トレイ２５上に載置される。

一方、転写手段７Ａにより記録紙Ｐにカラー画像を転写した後、記録紙Ｐを曲率分離した中間転写体６は、クリーニング手段８Ａにより残留トナーが除去される。

なお、以上はカラー画像を形成する画像形成装置であったが、モノクロ画像を形成する画像形成装置であってもよいし、中間転写体を用いても用いなくてもよい。

次に、本発明に係わる定着装置１００の主要構成について、図２に示す中心軸と直交して切断した定着装置の断面図に基づいて説明する。

定着ローラ１０１は、中央にハロゲンランプ（加熱手段）Ｈを内蔵し、アルミニュウムや鉄等から形成された円筒状芯金１０１Ａと、円筒状芯金１０１Ａを被覆し耐熱性の高いシリコーンゴムから成る弾性層１０１Ｂと、更に弾性層１０１Ｂを被覆しＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）若しくはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂から成る離型層１０１Ｃと、により構成されている。

定着ベルト１０２は、約１００μｍの厚みのポリイミドにより形成された基体と、基体の外表面を被覆する約２５μｍの厚みのＰＦＡ若しくはＰＴＦＥで形成された離型層とにより構成されていて、無端状に形成されている。

押圧パッド１０３は、硬度ＪＩＳＡ約１０°のシリコーンゴムから形成されて、定着ベルト１０２の内周面側に配置され、ステンレスから形成されたベース板金１０４、及び耐熱樹脂から形成されたベース部材１０５と共に、耐熱樹脂から形成されたホルダー１１１に保持されている。また、ベース部材１０５の裏面には圧縮バネ１０６（加圧部材）が配置されていて、圧縮バネ１０６はベース板金１０４及びベース部材１０５を介して押圧パッド１０３を押圧している。

ここで、押圧パッド１０３、ベース板金１０４、ベース部材１０５及び圧縮バネ１０６を含めて押圧手段と称す。

分離部材１０７は耐熱樹脂若しくはアルミニュウム等の金属から形成されて、定着ベルト１０２の内周面側にて且つ押圧パッド１０３より記録紙Ｐの搬送方向下流側に配置され、ホルダー１１１及び中央に配置された金属製のフレーム１１３によって保持されている。そして、分離部材１０７の後端部には圧縮バネ１０６とは別の部材である圧縮バネ１０８（加圧部材）の一端が当接し、圧縮バネ１０８の他端は金属製のベース板金１０９と当接している。ベース板金１０９は定着ベルト１０２の中心軸方向の両端に定着ベルト１０２より長く延びていて、同方向のベース板金１０９の両端部には偏心カム１１０が当接している。

ここで、分離部材１０７及び圧縮バネ１０８を分離手段と称す。

摺動部材１１４は、テフロン（登録商標）コーティングのガラス繊維シートやＰＴＦＥシートから形成され、定着ベルト１０２の内周面と押圧パッド１０３との間、及び定着ベルト１０２の内周面と分離部材１０７との間に配置され、一端がフレーム１１３に固定されている。

オイルパッド１１５はスポンジ等から形成されてシリコーンオイル等からなる潤滑剤を含有し、耐熱樹脂から形成されたホルダー１１２に保持され、定着ベルト１０２の内周面に圧着している。

なお、定着ベルト１０２の回転時に、ホルダー１１１は摺動部材１１４を介して定着ベルト１０２を案内し、ホルダー１１２は定着ベルト１０２を直接案内する案内部材としての機能も有する。

そして、ホルダー１１１，１１２はフレーム１１３によって保持されている。

このように構成された定着装置１００において、ハロゲンランプＨにより加熱され、不図示の駆動手段によって駆動された定着ローラ１０１は時計方向に回転する。また、圧縮バネ１０６によりベース板金１０４及びベース部材１０５を介して押圧された押圧パッド１０３は、摺動部材１１１を介して定着ベルト１０２を定着ローラ１０１に圧接する。更に、圧縮バネ１０８により押圧された分離部材１０７が摺動部材１１１を介して定着ベルト１０２を定着ローラ１０１に圧接する。

従って、定着ベルト１０２は、定着ローラ１０１の回転によって反時計方向に回転する。

ここで、押圧パッド１０３が定着ベルト１０２を定着ローラ１０１に圧接させるが、押圧パッド１０３の方が定着ローラ１０１より柔らかいので、押圧パッド１０３は定着ローラ１０１の外周面に応じて定着ベルト１０２と共に凹状に弾性変形する。このようにして、定着ベルト１０２と定着ローラ１０１との間に幅広の第１のニップ部Ｎ１が形成される。

また、分離部材１０７が定着ベルト１０２を定着ローラ１０１に圧接させるが、定着ローラ１０１の方が分離部材１０７より柔らかいので、定着ローラ１０１の外周面は分離部材１０７の先端部に応じて凹状に弾性変形する。このようにして、定着ローラ１０１と定着ベルト１０２との間に第２のニップ部が形成される。

この結果、第１のニップ部Ｎ１は曲率中心が定着ローラ１０１の側に位置するようにして小さい曲率で湾曲し、第２のニップ部Ｎ２は曲率中心が定着ベルト１０２の内周面側に位置するようにして大きい曲率で湾曲する。

なお、第２のニップ部Ｎ２は記録紙Ｐが定着ローラ１０１から分離するときの分離性を向上させるためのものであるから第１のニップ部Ｎ１より幅が狭く、第１のニップ部Ｎ１と第２のニップ部Ｎ２とが成す変曲点は第１のニップ部Ｎ１と第２のニップ部Ｎ２とを接続した全ニップ部の中央位置より記録紙Ｐの搬送方向下流側に位置する
このようにして、搬送された記録紙Ｐ上の未定着トナーは第１のニップ部Ｎ１及び第２のニップ部Ｎ２で加熱・加圧されて定着され、定着ローラ１０１から確実に分離して排出される。

なお、定着ベルト１０２の内周面は回転時に摩擦係数が小さい摺動部材１１１に摺動するので、両者の間の摺動抵抗は小さく、オイルパッド１１５から潤滑剤としてのシリコーンオイルが定着ベルト１０２の内周面に供給されるので、更に摺動抵抗は小さい。

以上の如き構成の定着装置において、普通紙に転写されたトナー像を定着するだけでなく、封筒に転写されたトナー像を定着することもある。図２に示した状態で封筒を通紙すると、第１のニップ部Ｎ１においては定着ベルト１０２に接する封筒の裏側の紙材の方が定着ローラ１０１に接する表側の紙材より速い速度で搬送される。一方、第２のニップ部Ｎ２では逆に封筒の表側の紙材の方が裏側の紙材より速い速度で搬送される。第２のニップ部Ｎ２は第１のニップ部Ｎ１よりニップ幅が狭いので、ニップ全体としては、封筒の裏側の紙材の方が速い速度で搬送され、裏側の紙材に皺が発生し易い。

なお、第２のニップ部Ｎ２を幅を広げて、第１のニップ部Ｎ１と略同等とすれば、封筒を通紙しても皺が発生することはないが、第２のニップ部Ｎ２の曲率が小さくなって、定着ローラ１０１からの分離性が低下する。

そこで、図３のニップ部の拡大断面図に示す如く、封筒Ｅを通紙するときには、分離部材１０７の押圧力をより高めて、定着ベルト１０２を定着ローラ１０１に強く圧接させ、分離部材１０７の先端部により定着ローラ１０１の外周面をより変形させて、第２のニップ部Ｎ２の曲率がより大きくなるようにすれば、第２のニップ部Ｎ２においては封筒Ｅの表側の紙材の方が裏側の紙材より更に速い速度で搬送されるので、第１のニップ部Ｎ１で生じた表裏の速度差が是正され、ニップ全体として封筒Ｅの表側の紙材と裏側の紙材の速度が同等になって、皺が発生することがない。

なお、このように構成したときは、封筒Ｅが第１のニップ部Ｎ１へ進入する方向と第２のニップ部Ｎ２から排出される方向とが略同一になる。

一方、普通紙を通紙する場合は、分離部材１０７の押圧力を前述の如く高めることはせずに、普通紙が正常に分離できる程度に留めておく。これは、普通紙を通紙する場合に分離部材１０７の押圧力を高めると、第２のニップ部Ｎ２の曲率がより大きくなることにより定着した普通紙にカーリングが発生し易くなるからである。なお、封筒の場合は紙厚が比較的厚いために、第２のニップ部Ｎ２の曲率がより大きくなってもカーリングが発生し難い。

次に、普通紙を給紙する場合と封筒を給紙する場合とで、分離部材１０７の押圧力を変化させる構成について、図４の定着装置の断面図、図５のフローチャートと図６のブロック図に基づいて説明する。

先ず、画像形成装置の操作ボード２０１で普通紙を通紙するモードと封筒を通紙するモードの何れかを選択し設定する（Ｓ１）。

普通紙を通紙する普通紙モードのときは（Ｓ２のＮ）、ＣＰＵ等からなる制御手段２０２はモータやソレノイド等からなる駆動手段２０３を駆動しない。従って、分離部材１０７の押圧力が小さい図２に示す状態で（Ｓ３）、画像形成を行い（Ｓ４）、その普通紙に転写されたトナー像を定着する（Ｓ５）。

一方、封筒を通紙する封筒モードのときは（Ｓ２のＹ）、制御手段２０２は駆動手段２０３を駆動して、図４に示す偏心カム１１０を回転させ、ベース板金１０９を介して圧縮バネ１０８を圧縮する。従って、分離部材１０７の押圧力が大きくなり（Ｓ６）、第２のニップ部Ｎ２の曲率がより大きくなった状態で、画像形成を行い（Ｓ４）、封筒に転写されたトナー像を定着する（Ｓ５）。

なお、普通紙モードや封筒モ−ドを操作ボードで入力操作するのではなく、給紙する記録材の紙厚を圧力センサ等により検知し、普通紙モードや封筒モ−ドを自動的に識別するようにしてもよい。

次に、上述の如き構成の定着装置を用いて封筒を通紙したときの、皺の発生に関する実験を記す。
（１）実験条件
・定着ローラ：直径４０ｍｍ、ゴム厚１．０ｍｍ、ゴム硬度１０°（ＪＩＳ−Ａ）
・定着ベルト：直径３５ｍｍ、厚み１００μｍ、材質ポリイミド
・押圧パッドによるニップ部（第１のニップ部）：ニップ幅８ｍｍ、圧力５０ｋｐａ
・分離部材によるニップ部（第２のニップ部）：ニップ幅２．５ｍｍ
・分離部材の押圧力（荷重）：１５０Ｎ，２３０Ｎ
・記録材：封筒長３、１２０ｍｍ×２３５ｍｍ、坪量１００ｇｓｍ、白色
（２）実験結果
表１に示す。

（３）考察
押圧力１５０Ｎのときは、分離部材により押圧されて変形した定着ローラの凹部の深さが浅く、第１のニップ部において生じた封筒の表裏の紙材の速度差を第２のニップ部で是正しきれていないので、封筒の裏側（定着ベルト側）の紙材に皺が発生した。

押圧力２３０Ｎのときは、分離部材により押圧されて変形した定着ローラの凹部の深さが適切で、第１のニップ部において生じた封筒の表裏の紙材の速度差を第２のニップ部で是正しているので、皺が発生しなかった。

なお、以上の分離部材を押圧する押圧力は上述の条件の定着装置の場合における値であって、定着装置の諸条件が異なれば、押圧力も異なってくる。従って、定着装置に応じて予め実験により適正な押圧力を求める必要がある。

画像形成装置の構成図である。定着装置の断面図である。ニップ部の拡大断面図である。分離部材の押圧力を大きくした定着装置の断面図である。本発明に係わるフローチャートである。本発明に係わるブロック図である。

符号の説明

１００定着装置
１０１定着ローラ
１０２定着ベルト
１０３押圧パッド
１０６，１０８圧縮バネ
１０７分離部材
１１０偏心カム
１１１，１１２ホルダー
１１３フレーム
１１４摺動部材
１１５オイルパッド
Ｐ記録紙
Ｅ封筒
Ｎ１第１のニップ部
Ｎ２第２のニップ部

Claims

加熱手段を有して回転する定着ローラと、
前記定着ローラと共に回転する無端状の定着ベルトと、
前記定着ベルトの内周面側に配置され、前記定着ベルトを押圧することにより前記定着ベルトを前記定着ローラに圧接させて、前記定着ローラの外周面に応じて前記定着ベルトと共に凹状に変形し、前記定着ローラと前記定着ベルトとの間に第１のニップ部を形成する押圧手段と、
前記定着ベルトの内周面側における前記押圧手段より記録材の搬送方向下流側に配置され、前記定着ベルトを押圧することにより前記定着ベルトを前記定着ローラに圧接させて、先端部により前記定着ローラの外周面を凹状に変形させ、且つ前記定着ローラと前記定着ベルトとの間に前記第１のニップ部よりニップ幅の狭い第２のニップ部を形成する分離手段と、を備え、
前記第１のニップ部及び前記第２のニップ部で記録材上のトナー像を定着する画像形成装置であって、
記録材として封筒を通紙するときは普通紙を通紙するときより前記分離手段の押圧力を大きくして前記第２のニップ部の曲率を変化させることにより、前記第２のニップ部における封筒の前記定着ローラ側の記録材の方が前記定着ベルト側の記録材より更に速い速度で搬送されるよう前記分離手段を制御する制御手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
封筒を前記第１のニップ部に通紙したときに生ずる表裏の紙材の速度差を、前記第２のニップ部で是正することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記第１のニップ部と前記第２のニップ部とが接続する変曲点が、前記第１のニップ部と前記第２のニップ部とを接続したニップ部の中央位置より記録材の搬送方向下流側に位置することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
前記押圧手段における押圧力を生ずる加圧部材と、前記分離部材における押圧力を生ずる加圧部材は異なる部材であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の画像形成装置。