JP4586392B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents
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Description
しかし、荷重を大きくする方法や、弾性体の厚さを厚くする方法では、ロールの撓みに起因するニップ幅の形状がロール軸に沿って不均一になることから、定着むらや紙しわが発生する等といった画像品質上の問題が生じる。また、ロール径を大きくする方法では、装置の大型化を招くとともに、ロールを室温から定着可能温度に上昇させるまでの時間(ウォームアップタイム)が長くなるという問題がある。
特に、定着ロールに圧接させるエンドレスベルトの熱容量が小さいために定着ロールから伝達される熱も発散され難い。そのため、定着ロールの回転が開始されても、定着ロールからエンドレスベルト側に奪われる熱量は比較的少なく、熱をトナーの溶融に利用する効率が高まることから、トナーの定着性の向上を図ることができるという利点も有している。
また他の目的は、記録紙を定着ロール側から安定的に剥離することにある。
ここで、第1ニップ部と第2ニップ部とは、連続して形成された構成とすることができる。また、第2のベルトモジュールは、第1ニップ部において加圧ベルトを定着ロール側に押圧する押圧部材をさらに備えた構成とすることもできる。さらに、第1のベルトモジュールは、第2ニップ部において定着ベルトを加圧ロール側に押圧する押圧部材をさらに備えた構成とすることもできる。
また、第1ニップ部と第2ニップ部とは、湾曲方向が互いに相反する方向であることを特徴とすることもできる。さらに、第1のベルトモジュールは、定着ベルトを加圧ロール側に押圧する剥離ロールを備えた構成とすることもできる。特に、剥離ロールは、加圧ロールの表面に凹みを形成することを特徴とすることができる。
また、加圧ロールは、表面に弾性体層が形成されたことを特徴とすることができる。さらに、加圧ベルトは、弾性体層が形成されたことを特徴とすることができる。さらにまた、定着ロールと加圧ロールと剥離ロールとは、それぞれの外径が、定着ロール>加圧ロール>剥離ロールの関係を満たすことを特徴とすることができる。また、定着ロールと加圧ロールと剥離ロールとは、それぞれの表面の硬度が、剥離ロール>加圧ロール>定着ロールの関係を満たすことを特徴とすることもできる。
さらには、定着ロールは内部に加熱部材が配設され、張架ロールは内部に加熱部材が配設された構成とすることができる。また、張架ロールは、複数配設されたことを特徴とすることができ、特に、複数の張架ロールのうちの少なくとも1の張架ロールは、定着ベルトの外表面に接触するように配置されたことを特徴とすることができる。
ここで、定着手段は、第1ニップ部においてトナー像を記録材上に定着し、第2ニップ部において記録材と定着ベルトとの付着力を低下させることを特徴とすることができる。また、定着手段は、定着ロールの内部に加熱部材が配設され、張架ロールの内部に加熱部材が配設された構成とすることもできる。
[実施の形態1]
図1は本実施の形態が適用される画像形成装置を示した概略構成図である。図1に示す画像形成装置は、一般にタンデム型と呼ばれる中間転写方式の画像形成装置であって、電子写真方式により各色成分のトナー像が形成される複数の画像形成ユニット1Y,1M,1C,1K、各画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kにより形成された各色成分トナー像を中間転写ベルト15に順次転写(一次転写)させる一次転写部10、中間転写ベルト15上に転写された重畳トナー画像を記録材(記録紙)である用紙Pに一括転写(二次転写)させる二次転写部20、二次転写された画像を用紙P上に定着させる定着装置60を備えている。また、各装置(各部)の動作を制御する制御部40を有している。
一方、用紙Pへの転写が終了した後、中間転写ベルト15上に残った残留トナーは、中間転写ベルト15の回動に伴ってクリーニング部まで搬送され、クリーニングバックアップロール34および中間転写ベルトクリーナ35によって中間転写ベルト15上から除去される。
図2は本実施の形態の定着装置60の構成を示す側断面図である。この定着装置60は、定着ベルトモジュール(第1のベルトモジュール)61と加圧ベルトモジュール(第2のベルトモジュール)62とで主要部が構成されている。
定着ベルトモジュール61は、矢印A方向に回転する定着ロール610、内部に加熱部材としてのハロゲンヒータ616が配設された張架ロール615、ニップ部Nの最下流部に配置された剥離ロール64、定着ロール610と張架ロール615、さらには剥離ロール64に張架されて矢印D方向に従動回転する定着ベルト614により構成されている。
また、定着ロール610の内部には加熱部材として定格1000Wのハロゲンヒータ613が配設され、定着ロール610の表面に接触するように配置された温度センサ617aの計測値に基づき、画像形成装置の制御部40(図1参照)が定着ロール610の表面温度を160℃に制御している。
なお、弾性体層612の材質としては、シリコーンゴムに限定されず、例えばフッ素ゴムのような従来公知の各種材質を用いることができ、また、シリコーンゴムとフッ素ゴムからなる複数層積層された弾性体層612を用いてもよい。さらに、定着ロール610としては、弾性体層612のない、所謂ハードロールを用いることができ、この場合には、定着ロール610から定着ベルト614への熱供給がさらに効率化され、より温度ドループの小さな高速適性に優れた定着装置60が得られる。
定着ベルト614は、厚さ75μmのポリイミド樹脂で形成されたベース層と、ベース層の表面側(外周面側)に積層された厚さ200μmのシリコーンゴムからなる弾性体層と、さらに弾性体層の上に、離型層として厚さ30μmのテトラフルオロエチレン−ペルフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂(PFA)で形成された表面層とからなる多層構造で構成されている。ここでは、弾性体層は、特にカラー画像に対する画質向上のために設けられたものであり、本実施の形態ではゴム硬度が20Hs(JIS−A)のシリコーンゴムを使用している。なお、定着ベルト614の構成は、使用目的や使用条件等の装置設計条件に応じて、材質・厚さ・硬度等を適宜選択することができる。
また、張架ロール615は、定着ベルト614の軸方向の変位をできる限り小さくするため、および、定着ベルト614の張架を均一にするため、外径が端部よりも中央部のほうを100μmだけ大きくした所謂クラウン形状で形成している。
また、剥離ロール64の表面には、定着ベルト614との従動性を良好にするため、例えば厚さ50〜200μmの摩擦係数の高いゴム層を形成してもよい。
さらに、第1ニップ部N1の下流側には、加圧ロール622に加圧ベルト620が巻き付けられたラップ領域内であって、加圧ロール622が定着ロール610を圧接する領域から、剥離ロール64が加圧ロール622を圧接している領域に亘る範囲において、第1ニップ部N1に連続するように、定着ベルト614が加圧ロール622のラップ領域に圧接するように形成された第2ニップ部N2が構成されている。
なお、本実施の形態の定着装置60では、第1ニップ部N1は、定着ロール610の回転軸に関する中心角として45°に亘る帯状領域(以下、この中心角を「ラップ角度」という。)として形成され、この場合のニップ幅は26mmである。また、第2ニップ部N2では、加圧ロール622に関するラップ角度が45°に亘る帯状領域として形成され、この場合のニップ幅は9.8mmである。
また、離型層としては、フッ素樹脂、例えばPFA等が5〜20μmの厚さでコーティングされたものが好ましい。さらに、弾性体層としては、厚さが20〜500μm、好ましくは50〜300μm、ゴム硬度が8〜70Hs(JIS−A)、好ましくは15〜30Hs(JIS−A)のシリコーンゴム等を使用することができる。
本実施の形態の定着装置60においては、加圧ベルト620として、厚さ75μm、幅340mm、周長288mmのポイリミドフィルムのベース層に、ゴム硬度30Hs(JIS−A)、厚さ100μmのシリコーンゴムからなる弾性体層と、厚さ30μmのフッ素樹脂(PFA)からなる離型層とが外表面側(定着ベルトモジュール61側)に積層されて構成されている。
なお、リードロール621、加圧ロール622および張架ロール623のいずれかのロールには、加圧ベルト620のベルトエッジ位置検知機構と、ベルトエッジ位置検知機構の検知結果に応じて加圧ベルト620の軸方向における当接位置を変位させる軸変位機構とを配設し、加圧ベルト620の蛇行(ベルトウォーク)を制御するように構成することも可能である。
なお、圧力パッド63としては、本実施の形態のようにパッド状に成型されたものの他に、例えば、ロール状に成型されたものを用いることもでき、加圧ベルト620を介して定着ロール610表面に付勢させて従動回転させてもよい。ただし、本実施の形態のようにパッド状に成型された圧力パッド63のほうが、当接する第1ニップ部N1全域に亘って、広く均一にニップ圧を付与することができる。
画像形成装置の二次転写部20(図1参照)において未定着トナー像が静電転写された用紙Pは、搬送ベルト55および定着入口ガイド56により、定着装置60の第1ニップ部N1に向けて(矢印C方向)搬送されてくる。第1ニップ部N1を通過する用紙P表面の未定着トナー像は、第1ニップ部N1に作用する圧力と熱とにより用紙Pに定着される。本実施の形態の定着装置60では、上述したように、圧力パッド63を押圧させながら、定着ベルト614がラッピングされた定着ロール610と加圧ベルト620とを当接させた構成により、第1ニップ部N1を広く設定することができるため、安定した定着性能を確保することができる。
このとき、第1ニップ部N1に作用する熱は、主として定着ベルト614によって供給される。定着ベルト614は、定着ロール610の内部に配置されたハロゲンヒータ613から定着ロール610を通じて供給される熱と、張架ロール615の内部に配置されたハロゲンヒータ616から張架ロール615を通じて供給される熱とによって加熱されるように構成されている。そのため、定着ロール610のみでは熱エネルギーが不充分である場合においても、張架ロール615から適切かつ速やかに熱エネルギーを補給することができるので、ニップ部Nにおいては、プロセススピードが400mm/sという高速であっても充分な熱量を確保することができる。
そこで、その対応策の1つとして、定着ロール610の表面に直接接触するように外部加熱ロールのような外部加熱装置を配置し、定着ロール610の表面を外部から補助加熱する方法も考えられるが、外部加熱ロールと定着ロール610の表面との接触幅を大きく設定することが難しいので、結局充分な熱量を定着ロール610の表面に供給することは困難である。
かかる構成においては、直接的な加熱部材として機能する定着ベルト614は、極めて熱容量を小さく形成することができる。加えて、熱供給部材である定着ロール610と張架ロール615の双方とは広いラップ面積(大きなラップ角度)で接触できるので、定着ベルト614が1回転する短かい期間に、定着ロール610や張架ロール615から充分な熱量が供給されるので、定着ベルト614を必要な定着温度に復帰させることが可能となる。
その結果、高速定着時における大きな課題であった温度ドループの発生を抑制することが可能となる。特に、熱容量の大きな厚紙等に対する定着においても、温度ドループの発生を抑制することができる。また、紙種に対応させて定着温度を途中で切り替える(定着温度のアップおよびダウンの双方を含む。)必要がある場合にも、定着ベルト614は熱容量が小さいので、ハロゲンヒータ613およびハロゲンヒータ616の出力調整により、所望の温度への切り替えは容易であり、かつ速やかに行うこともできる。
さらに、かかる第1ニップ部N1の構成により、定着ベルト614の第1ニップ部N1入口側上流においては、定着ベルト614が定着ロール610とのみ接触する領域が形成されている。そのため、定着ベルト614がこの領域を通過する際に、回動の間に定着ベルト614に生じたシワが矯正される。したがって、ニップ部Nにおいては、用紙P上の未定着トナー像と平滑な状態で接触することができるので、良質な定着画像を得ることができる。
そのため、第1ニップ部N1において定着ロール610の曲率のもとで加熱加圧された用紙Pは、第2ニップ部N2において加圧ロール622による相反する方向に向いた曲率に進行方向が変化させられる。その際に、用紙P上のトナー像と定着ベルト614表面との間で微小なマイクロスリップが生じる。それによって、トナー像と定着ベルト614との付着力が弱められ、用紙Pは定着ベルト614から剥離されることとなる。このように、第2ニップ部N2は、最終の剥離工程で確実に剥離が行なわれるための準備工程に位置付けられる。
特に、第2ニップ部N2は加圧ロール622の曲率によって上に凸である湾曲した形状を有しているため、用紙Pにはダウンカールを形成することができるので、定着ベルト614からのセルフストリップを促進させることができる。
なお、剥離ロール64が加圧ロール622に圧接される際に、加圧ベルト620に形成された弾性体層も同様に歪んで加圧ベルト620にも凹部が形成されるので、用紙Pを加圧ベルト620から剥離する効果を促進している。
このように、定着ロール610と加圧ロール622と剥離ロール64の外径の関係としては、定着ロール610>加圧ロール622>剥離ロール64の関係を満たすことが望ましい。また、定着ロール610と加圧ロール622と剥離ロール64の硬度の関係としては、剥離ロール64>加圧ロール622>定着ロール610の関係を満たすことが望ましい。
さらには、用紙Pを挟持する2つの定着ベルト614と加圧ベルト620は、ともに進行方向において伸長することが極めて少ないので、用紙Pにおいても伸びが生じることが抑えられ、画像の歪みや傾きを抑制したり、画像倍率の均一化を維持することも可能となる。
ところで、本実施の形態の定着装置60では、第2ニップ部N2には圧力パッドを配置していないが、第1ニップ部N1における圧力パッド63と同様に、第2ニップ部N2においても圧力パッドを配置した構成を採ることもできる。その場合には、第2ニップ部N2においても、均一なニップ圧を付与することができる。
また、第1ニップ部N1において圧力と熱とを作用させてトナー像を理想に近いレベルまで定着した後に、定着ベルト614を張架するロールの1つである剥離ロール64を加圧ロール622に圧接するように配置し、定着ベルト614が加圧ロール622のラップ領域に圧接するように形成された第2ニップ部N2を構成している。このように構成することによって、用紙Pを定着ベルト614から確実にセルフストリップさせることが可能となる。
実施の形態1では、定着ロール610と並行して内部に加熱部材であるハロゲンヒータ616が配設された張架ロール615を配置し、張架ロール615と定着ロール610とを無端状の定着ベルト614で張架する構成の定着装置60が搭載された画像形成装置について説明した。実施の形態2では、図1に示した画像形成装置に搭載する定着装置であって、張架ロール615を2本配置し、新たに配置した1本の張架ロールが定着ベルト614に外表面から当接する定着装置70について説明する。なお、実施の形態1と同様な構成については同様な符号を用い、ここではその詳細な説明を省略する。
本実施の形態の定着装置70において、定着ベルトモジュール61は、矢印A方向に回転する定着ロール610、内部に加熱部材としてのハロゲンヒータ616が配設された張架ロール615、同様に内部に加熱部材としてのハロゲンヒータ619が配設された張架ロール618、ニップ部Nの最下流部に配置された剥離ロール64、定着ロール610と張架ロール615と張架ロール618、さらには剥離ロール64に張架されて矢印D方向に従動回転する定着ベルト614によって構成されている。
なお、張架ロール618は、定着ベルト614全体が張力10kgfとなるように荷重を印加する押圧ロールとしての機能をも有している。
また、第1ニップ部N1の下流側には、加圧ロール622に加圧ベルト620が巻き付けられたラップ領域内であって、加圧ロール622が定着ロール610を圧接する領域から、剥離ロール64が加圧ロール622を圧接している領域に亘る範囲において、第1ニップ部N1に連続するように、定着ベルト614が加圧ロール622のラップ領域に圧接するように形成された第2ニップ部N2が構成されている。
Claims (8)
- 定着ロールと張架ロールと剥離ロールとによって定着ベルトが張架された第1のベルトモジュールと、
前記定着ロールに押圧するように配置された加圧ロールと、張架ロールとによって加圧ベルトが張架された第2のベルトモジュールとを備え、
前記第1のベルトモジュールは、前記剥離ロールの外径が前記加圧ロールの外径よりも小さく構成されるとともに、当該剥離ロールが前記定着ベルトの外表面を当該加圧ロールに張架された前記加圧ベルトに接触させるように配置され、
前記第1のベルトモジュールと前記第2のベルトモジュールとは、前記定着ベルトと前記加圧ベルトとを介して、当該定着ベルトが巻き付けられている前記定着ロール上に形成され、当該定着ロールの曲率によって湾曲した第1ニップ部と、当該加圧ベルトが巻き付けられている前記加圧ロール上の前記剥離ロールが配置された位置まで形成され、当該加圧ロールの曲率によって当該第1ニップ部とは逆向きに湾曲した部分を含む第2ニップ部とで当接することを特徴とする定着装置。 - 前記第1のベルトモジュールの前記定着ロールと、前記第2のベルトモジュールの前記加圧ロールと、当該第1のベルトモジュールの前記剥離ロールとは、それぞれの表面の硬度が、
剥離ロール>加圧ロール>定着ロール
の関係を満たすことを特徴とする請求項1記載の定着装置。 - 前記第1ニップ部と前記第2ニップ部とは、連続して形成されたことを特徴とする請求項1記載の定着装置。
- 前記第2のベルトモジュールは、前記第1ニップ部において前記加圧ベルトを前記定着ロール側に押圧する押圧部材をさらに備えたことを特徴とする請求項1記載の定着装置。
- 前記剥離ロールは、前記加圧ロールの表面に凹みを形成することを特徴とする請求項1記載の定着装置。
- トナー像を形成するトナー像形成手段と、
前記トナー像形成手段によって形成されたトナー像を記録材上に転写する転写手段と、
前記記録材上に転写されたトナー像を当該記録材に定着する定着手段とを含み、
前記定着手段は、
回動可能な定着ロールと、
前記定着ロールに張架される定着ベルトと、
前記定着ベルトを張架する張架ロールと、
前記定着ロールに押圧するように配置された加圧ロールと、
前記加圧ロールに張架される加圧ベルトと、
外径が前記加圧ロールよりも小さく構成され、前記定着ベルトの外表面を前記加圧ベルトが張架された当該加圧ロールに押圧する剥離ロールとを有し、
前記定着ベルトと前記加圧ベルトとは、当該定着ベルトが巻き付けられている前記定着ロール上に形成され、当該定着ロールの曲率によって湾曲した第1ニップ部と、当該第1ニップ部に連続して、当該加圧ベルトが巻き付けられている前記加圧ロール上の前記剥離ロールが配置された位置まで形成され、当該加圧ロールの曲率によって当該第1ニップ部とは逆向きに湾曲した部分を含む第2ニップ部とで当接することを特徴とする画像形成装置。 - 前記定着手段は、前記第1ニップ部において前記トナー像を前記記録材上に定着し、前記第2ニップ部において当該記録材と前記定着ベルトとの付着力を低下させることを特徴とする請求項6記載の画像形成装置。
- 前記定着手段は、前記定着ロールの内部に加熱部材が配設され、前記張架ロールの内部に加熱部材が配設されたことを特徴とする請求項6記載の画像形成装置。
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