JP4595596B2 - 定着装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents
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この加熱加圧ロール方式としては、加熱ロールと加圧ロールとの圧接ロール対を互いに回転させて、未定着トナー像を担持させた記録材をロール対の相互圧接部である定着ニップ域に通過させることで、トナー像を記録材上に熱圧定着させるようにしたものである。
このことは、弾性層及びコア(芯金)の厚肉化や加熱ロールの熱容量の増加をもたらし、加熱ロールが加熱開始から定着可能温度に上昇するまでの時間、すなわちウォームアップ時間が却って増加するという問題がある。
しかしながら、端部の圧力を高くしすぎると、定着ロール表面に用紙のエッジ(側端部)によるエッジ摩耗が発生したり、用紙の四隅がカールしてしまうという問題が発生する。
特許文献1では、中央部の圧力をPc、端部の圧力をPeとすると、0.6≦(Pe/Pc)≦0.8の関係に保つことで、紙しわ、エッジ摩耗、四隅カールを防ぐことが示されている。しかしながら、圧力比が小さくなりすぎると紙しわに繋がり、大きくなりすぎると四隅のカールが発生し易いことから、圧力比の適正範囲が狭いため、例えば長期的な使用に際し安定した剥離性能の維持が懸念される。
また、定着ベルト2は耐熱性を有するものであればよく、樹脂系、金属系材料が使用されるが、定着時の温度効率を向上させる観点から樹脂系材料が好ましい。
剥離加圧部材4aは定着ロール1の弾性層1aを変形して剥離性能を確保する観点から定着ロール1の弾性層1aより硬度の硬い剛性を備えることが好ましい。そして、本発明においては、剥離加圧部材4aの定着ベルト2に対する接触長が、中央部より端部の方を広くすることで、端部での記録材3の搬送速度が中央部より速くなり、記録材3への紙しわ発生を防ぐ効果がある。また、端部の圧力を特に高めることもないため、紙伸び等の悪影響もない。
したがって、剥離ニップ域5の接触長を中央部より端部を広く設定することで、記録材3の側端部の送り速度を記録材3中央部の送り速度より速くすることができ、紙しわの発生を防ぐことができるようになる。
また、本発明の別の態様としては、剥離加圧部材4aと定着ベルト2との接触面は、記録材搬送方向上流側では直線状であり、下流側では中央部より端部の方が拡がっているようになっている。この場合、一層紙しわの発生を抑えることができるようになる。
このような剥離ニップ域5の形状にあっては、(a)(b)共に剥離ニップ域5の中央部より端部の接触長が長くなっているため、記録材3の送り速度は中央部より端部側で速くなる。そのため、剥離ニップ域5の下流側では記録材3を中央に寄せる方向に力F1が働き、一方、上流側ではその反力として記録材3が外向きの力F2,F3を受ける。このとき、上流側の剥離ニップ域5の形状が直線状((b)に示すように)の方が、より外側への力F3を作用させることができることから、剥離ニップ域5での記録材3へのしごき作用が加わっても、紙しわを一層防ぐことが可能になる。
また、このとき、十分な定着ニップ域を確保する観点から、定着加圧部材4のうち剥離加圧部材4aを除いた部分は、定着ロール1の弾性層1aと同等以下の硬さを有する弾性を備えることが好ましい。
そして、この場合、定着ベルト2は、張架部材を介さずに定着ロール1と定着ベルト2との間でニップ搬送されるようにすれば、小型化に有効な所謂フリーベルトニップ方式の定着装置を実現することが可能になる。
更に、本発明は、上述した定着装置のみならず、画像形成装置をも対象とするものであり、この場合、トナー像を担持する像担持体と、この像担持体上のトナー像を記録材上に転写する転写部材と、記録材上に転写された未定着トナー像を定着する定着装置とを備え、この定着装置として上述の定着装置を配設するようにすればよい。
また、紙しわの発生防止を剥離加圧部材の圧力変化に頼らずに行うことができることから、記録材の四隅のカール発生を防ぐことも可能になる。
そして、本発明では、剥離加圧部材による剥離ニップ域の接触長の曲率を中央部から端部に向かって小さくなるように設定したので、剥離ニップ域の端部の接触長を長く確保できる。
また、本発明の別の態様では、剥離加圧部材と定着ベルトとの接触面を、記録材搬送方向における上流側では直線状とし、下流側では中央部より端部の方が拡がるようにしたので、紙しわの発生を一層抑えることができる。
そして、本発明の更に別の態様では、定着ロールと定着ベルトとの接触域に対応した定着ベルト裏面には、当該接触域を維持するための定着加圧部材を設け、定着加圧部材のうち剥離加圧部材を除いた部分の表面には、基材表面より摩擦抵抗の小さい低摩擦層を備えたので、定着ベルトと定着加圧部材との摩擦を防ぎ、有効に定着ニップ域が確保されるようになる。
◎実施の形態1
図3は、本発明が適用された画像形成装置の実施の形態1を示す。同図において、本実施の形態の画像形成装置は、カラー画像を形成可能な画像形成ユニット20を備えた装置本体20と、装置本体20の上部に原稿を読み取るための画像読取ユニット11を配設すると共に、その上方に画像読取ユニット11に原稿を送るための原稿送り装置12を配設する一方、装置本体20の画像形成ユニット20の下方には、記録材としての用紙を供給する多段の給紙カセット51〜53を引き出し可能に配設したものである。
そして、主搬送路62には、用紙の位置決め規制を行うレジストロール54、中間転写ベルト30上で多重化されたトナー像を一括転写する二次転写装置35、トナー像が一括転写された用紙を搬送する搬送ベルト、トナー像を用紙に定着する定着装置40及び装置本体20の側方に設けられ用紙を収容する収容トレイ57に用紙を排出する排出ロール56等が設けられている。
尚、これらの搬送路61〜64には、用紙の搬送を確実にする搬送ロールや搬送ガイド等の搬送部材が適宜配設されている。
ここで、コア41aとしては、機械的強度と良好な熱伝導性を備えていれば特に材質は制限されず、例えばステンレス、鋼、黄銅等の金属や合金が使用できる。
また、弾性層41bとしては、シリコーンゴムに限らず、耐熱性を備えていれば、例えばフッ素系ゴム等も使用でき、この弾性層41bをコア41aの表面に形成する方法も特に制限されず、注入成形法やコーティング法等が採用できる。
更に、離型層41cは、耐熱性があり、トナーに対する適度な離型性を備えるものであればよく、例えばフッ素系ゴムやフッ素系樹脂等が使用される。
更にまた、定着ロール41内部の加熱源42としては、コア41a内部に収容できる形状、構造のものでれば特に制限されず、目的に応じて適宜選定して差し支えない。
この剥離部材48は、例えば定着装置40のフレームに固定されるガイド48aとこのガイド48aに保持され、定着ロール41の軸方向に亘って定着ロール41と略先端が接触して配置される剥離シート48bで構成されている。この剥離シート48bは、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等の耐熱性樹脂シートや、ステンレス、鋼等の金属薄板を用いることができる。尚、剥離シート48bの厚みとしては、使用する材料によって異なるが、例えばポリイミド樹脂を用いた場合、50〜150μm程度が好ましい。50μm未満では剥離力を確保するための圧接力を与えることができなくなる可能性があり、一方、150μmを超えると剥離すべき用紙が剥離シート48bの先端に突き当たってしまい、スムーズに剥離できなくなる虞がある。
更には、この剥離シート48bは、その表面をPFA等のフッ素系樹脂で被覆されていてもよい。フッ素系樹脂で被覆することで、用紙との摩擦力も低下し、剥離シート48bの長寿命化を図ることが可能になる。
エンドレスベルト43の基材としては、耐熱性を有すれば、例えば熱硬化性ポリイミド、熱可塑性ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド等の樹脂基材や、ステンレス、ニッケル、銅等の金属基材が用いられる。また、離型層としては、表面に付着するトナーの剥離性が良好なものがよく、その材質としては、例えばPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PFA(テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)、FEP(テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体)等のフッ素系樹脂が用いられる。
下流側に位置する剥離ニップ部材47は、定着ロール41とエンドレスベルト43との剥離ニップ域を形成するもので、例えばアルミニウム、ステンレス、鋼、銅、黄銅等の金属や合金からなる高剛性の材料によって構成されている。
この低摩擦シート46aとしては、加工性、低摩擦性の観点からPTFE(ポリテトラフルオロエチレン樹脂)、PFA(テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)等が挙げられる。また、ガラス繊維を基体として、それにフッ素系樹脂を含浸もしくはフッ素系樹脂シートを接着したもの等であっても差し支えない。
また、本実施の形態における剥離ニップ部材47の形状は、図6に示すような形状をしており、この長手方向の端部と中央部とのエンドレスベルト43と接触する部位の形状が異なっている。すなわち、端部の曲率Ceと中央部の曲率Ccは、中央部の曲率Ccの方が大きくなっており、端部に向かって徐々に小さな曲率になるように形成されている。
したがって、剥離ニップ部材47とエンドレスベルト43との接触圧はほぼ同様であるが、剥離ニップ域の形状が中央部と端部で異なり、すなわち、剥離ニップ部材47とエンドレスベルト43との接触長(用紙搬送方向)が中央部と端部で異なり、端部の接触長が広く設定されている。
尚、図中、剥離ニップ域形状の二点鎖線(仮想線)は、剥離ニップ部材47の形状を工夫することで、剥離ニップ域形状の上流側形状を直線状とした場合を示している(図2参照)。
給紙カセット51〜53のいずれかから送り出された用紙は、垂直搬送路61を進み、主搬送路62に設けられたレジストロール54にて位置決め規制された後、二次転写装置35へと進む。
一方、作像エンジン21(21a〜21d)によって中間転写ベルト30上に多重転写された各色トナー像は、中間転写ベルト30上を搬送され、二次転写装置35に至る。
そして、二次転写装置35にて、中間転写ベルト30上の多重化されたトナー像は用紙上に一括転写される。トナー像が一括転写された用紙は、搬送ベルト55によって搬送され、定着装置40に至る。そして、定着装置40によってトナー像が用紙上に定着され、そのまま主搬送路62を進み、排出ロール56から収容トレイ57に排出される。
トナー像が一括転写された用紙は、定着装置40に挿入されると、プレニップ部材46によって形成された定着ニップ域にて、定着ロール41とエンドレスベルト43とに挟持搬送されながら、定着ロール41による十分な温度と十分な圧力により、安定した定着がなされるようになる。
そして、剥離ニップ部材47による剥離ニップ域では、剥離ニップ部材47の形状効果によって用紙の側端部の送り速度が用紙の中央部の送り速度より速くなるため、用紙を中央に寄せる力が作用する。そのため、用紙は、定着ロール41から剥離し易くなる。一方、用紙を中央に寄せる力によって、剥離ニップ域の上流側では用紙を側端部より外向きに向かわせる力が作用するため、剥離ニップ域で用紙に大きな力が作用しても紙しわの発生を防ぐことができるようになる。
更に、定着ロール41から剥離し易くなった用紙は、剥離部材48の剥離シート48bによって定着ロール41から確実に剥離されるようになる。
図7は、本発明が適用された画像形成装置で用いられる実施の形態2の定着装置の概要を示している。本実施の形態は、実施の形態1の定着装置(例えば図4参照)と異なり、プレニップ部材の代わりにエンドレスベルトを張架する張架ロールを設け、定着ニップ域を確保しようとしたものである。尚、実施の形態1と同様の構成要素には同様の符号を付し、ここではその詳細な説明は省略する。
そのため、本実施の形態においても、定着ロール41とエンドレスベルト43とのニップ域にて用紙は挟持搬送されるようになり、広い定着ニップ域を確保することが可能になる。そして、剥離ニップ部材47は実施の形態1と同様に構成されているため、実施の形態1と同様の効果を奏する。
図8は、本発明が適用された画像形成装置で用いられる実施の形態3の定着装置の概要を示す。本実施の形態は、実施の形態1の定着装置(例えば図4参照)と略同様に構成されるが、加熱源42を定着ロール41の内部ではなく、定着ロール41の外部で定着ニップ域の上流側近傍に配置した点が実施の形態1と異なる。尚、実施の形態1と同様の構成要素には同様の符号を付し、ここではその詳細な説明は省略する。
このように、加熱源42を定着ロール41の外部に配置しても、定着ロール41を有効に加熱することが可能になり、実施の形態1と同様の効果を奏する。
図9は、本発明が適用された画像形成装置で用いられる実施の形態4の定着装置の概要を示す。本実施の形態は、所謂SURF方式(Surface Rapid Fusing方式)に本件の剥離ニップ部材を応用した定着装置であり、加熱源を定着ベルト側に備えた構成となっている。尚、実施の形態1と同様の構成要素には同様の符号を付し、ここではその詳細な説明は省略する。
一方、エンドレスベルト43は、例えば熱伝導性の低いポリイミド等からなるベルトが使用され、張架ロール81,82に張架されて、例えば張架ロール82をドライブロールとして回動するようになっている。そして、このエンドレスベルト43の裏側には、定着ロール41とエンドレスベルト43を挟んで対向配置され且つエンドレスベルト43を裏面から加熱する加熱ロール83が設けられ、この加熱ロール83の表面は定着ロール41の弾性層と同等以下の硬さを要する弾性層が施されている。
そのため、本実施の形態では、この加熱ロール83と、加熱ロール83の下流側に設けられた剥離ニップ部材47との間で、定着ロール41とエンドレスベルト43との定着ニップ域を構成するようになっている。
発熱体85は、例えばセラミックス基材に酸化ルテニウム等の抵抗体が形成され、図示外の電源によってこの抵抗体が通電されることで発熱するようになっている。また、この発熱体85とエンドレスベルト43を挟んで対向する位置には、発熱体85の熱を有効にエンドレスベルト43に伝達するようにエンドレスベルト43を発熱体85側に付勢する弾性体86が設けられている。
定着ニップ域に達した用紙Sは、予備加熱されたエンドレスベルト43に加熱ロール83からの加熱が加わることで、有効に定着がなされる。そして、定着を終えた後、剥離ニップ域にて用紙Sの中央部と端部との送り速度差の効果により、紙しわ等のない効果的な剥離がなされるようになる。
このように、本実施の形態においても、実施の形態1と同様の効果を奏する。
エンドレスベルト43として例えば鉄系材料(積層タイプにあっては一部に設けられてもよい)を使用し、加熱源として、電磁誘導方式を採用することも可能である。この場合、図9のように予備加熱する方式でもよいし、予備加熱ではなく、加熱ロール83の代わりに例えば弾性体を介してエンドレスベルト43を加熱するようにしてもよい。
本実施例における定着ロールは、次のような構成とした。外径30mm、長さ360mm、肉厚0.35mmの鋼性の円筒状コアを使用し、その表面に弾性層としてシリコーンゴムを500μm厚にて被覆し、更にその表面にはPFAを30μm厚でディップコートした。コア内部の加熱源としては、600Wのハロゲンランプを用い、定着ロールの表面温度が170℃に維持されるように制御した。
更に、定着ニップ部材としては、幅10mm、長さ320mm、肉厚5mmのシリコーンゴムを用い、この定着ニップ部材の表面には、低摩擦シートとしてガラス繊維にPTFEを含浸させたフィルムを接着して使用した。
結果は、紙しわは発生せず、カール量は四隅の平均で4.8mmであった。
次に、比較のために、剥離ニップ部材の曲率変化のないもの(中央部と端部の曲率が共に5mm程度に相当)を使用して、従来のように面厚のみで紙しわを抑える鋼性にして同様の確認を行ったところ、紙しわの発生はなかったが、カール量は四隅の平均で12.2mmと大きくなった。
以上のことから、本件の有効性が確認された。
Claims (11)
- 弾性層を有する回転可能な定着ロールと、
この定着ロールに圧接し且つ定着ロールと共に転動して記録材を挟持搬送する無端状の定着ベルトと、
定着ロール又は定着ベルトの少なくとも一方を加熱する加熱源と、
定着ロールと定着ベルトとの間の接触域下流に対応した定着ベルト裏面に接触して設けられ、定着ベルトを定着ロール側に押圧し且つ定着ベルトと定着ロールとの間に剥離ニップ域を形成する剥離加圧部材とを備え、
剥離加圧部材による剥離ニップ域の記録材搬送方向における接触長は、剥離ニップ域の長手方向中央部より長手方向端部側が広く設定されると共に、当該接触長の曲率は、中央部から端部に向かって小さくなるように設定されていることを特徴とする定着装置。 - 弾性層を有する回転可能な定着ロールと、
この定着ロールに圧接し且つ定着ロールと共に転動して記録材を挟持搬送する無端状の定着ベルトと、
定着ロール又は定着ベルトの少なくとも一方を加熱する加熱源と、
定着ロールと定着ベルトとの間の接触域下流に対応した定着ベルト裏面に接触して設けられ、定着ベルトを定着ロール側に押圧し且つ定着ベルトと定着ロールとの間に剥離ニップ域を形成する剥離加圧部材とを備え、
剥離加圧部材による剥離ニップ域の記録材搬送方向における接触長は、剥離ニップ域の長手方向中央部より長手方向端部側が広く設定されると共に、剥離加圧部材と定着ベルトとの接触面は、記録材搬送方向における上流側では直線状であり、下流側では中央部より端部の方が拡がった形状となっていることを特徴とする定着装置。 - 弾性層を有する回転可能な定着ロールと、
この定着ロールに圧接し且つ定着ロールと共に転動して記録材を挟持搬送する無端状の定着ベルトと、
定着ロール又は定着ベルトの少なくとも一方を加熱する加熱源と、
定着ロールと定着ベルトとの間の接触域に対応して定着ベルト裏面側に接触して設けられ且つ当該接触域を維持するための定着加圧部材と、を備え、
この定着加圧部材は、前記接触域の下流に対応した定着ベルト裏面に接触して設けられ、定着ベルトを定着ロール側に押圧し且つ定着ベルトと定着ロールとの間に剥離ニップ域を形成する剥離加圧部材を有し、更に、この剥離加圧部材を除いた部分の表面には、基材表面より摩擦抵抗の小さい低摩擦層を備えることを特徴とする定着装置。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載の定着装置において、
剥離加圧部材による剥離ニップ域の接触長は、剥離ニップ域の中央部から端部に向かって連続的に広くなるように設定されていることを特徴とする定着装置。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載の定着装置において、
剥離加圧部材の定着ベルトに対する圧力は、剥離ニップ域の端部が中央部に比べ同等かそれ以下になるように設定されることを特徴とする定着装置。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載の定着装置において、
定着ロールの内部に加熱源を備えることを特徴とする定着装置。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載の定着装置において、
剥離加圧部材は、定着ロールの弾性層より硬い剛性を備えるものであることを特徴とする定着装置。 - 請求項2記載の定着装置において、
定着ロールと定着ベルトとの剥離ニップ域は、剥離加圧部材と定着ベルトとの接触面によって形成されることを特徴とする定着装置。 - 請求項3記載の定着装置において、
定着加圧部材のうち剥離加圧部材を除いた部分は、定着ロールの弾性層と同等以下の硬さを有する弾性を備えることを特徴とする定着装置。 - 請求項3記載の定着装置において、
定着ベルトは、張架部材を介さずに定着ロールと定着ベルトとの間でニップ搬送されるものであることを特徴とする定着装置。 - トナー像を担持する像担持体と、
この像担持体上のトナー像を記録材上に転写する転写部材と、
記録材上に転写された未定着トナー像を定着する請求項1乃至10のいずれかに記載の定着装置とを備えることを特徴とする画像形成装置。
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