JP4714901B2

JP4714901B2 - 定着装置および画像形成装置

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Publication number: JP4714901B2
Application number: JP2006022212A
Authority: JP
Inventors: 哲子黒須
Original assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Current assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Priority date: 2006-01-31
Filing date: 2006-01-31
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2026-01-31
Also published as: JP2007206153A

Description

本発明は、電子写真技術による複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置、及び、それらの画像形成装置に使用される定着装置に関する

電子写真技術による画像形成装置には、未定着トナー画像を担持した用紙を、対向するローラ、あるいはベルト等の回転体により形成したニップ部にて挟持し、加圧加熱しながら搬送して、トナー画像を用紙に定着する定着装置が広く用いられている。

このような定着装置は、内部に加熱手段であるヒータを有するローラ状の加熱部材、又はローラ状の加熱部材に巻き回されたベルト状の加熱部材に、ローラ状又は複数のローラに巻き回されたベルト状の加圧部材を対向させて配置し、回転するこれらの二つの部材の間にトナー画像を担持した用紙を挟み、加圧加熱しながら搬送して定着処理を施すものである。

このような方式の定着装置においては、用紙上に形成された未定着のトナー画像が前記加熱部材の周面に直接接触するため、溶融したトナーの粘性により用紙が加熱部材に貼り付き、用紙が加熱部材から剥離しない、いわゆる巻き付き現象を起こす可能性がある。このような問題を回避するために、金属又は耐熱性の樹脂で作られる剥離爪を設け、この剥離爪の先端を加熱部材の周面に当接するように配置して、加熱部材に巻き付いた用紙の先端部を周面から剥離する剥離爪方式と呼ばれる方法が広く採用されるようになった。

しかしながら、剥離爪方式においては、剥離爪を常に加熱部材の周面に当接させるために、剥離爪には小さな押圧力がかけられている。このため、剥離爪の先端部、及び加熱部材の周面は摩耗すると共に、時には、加熱部材の周面の付着物が剥離爪の先端に堆積して、これが原因となり加熱部材の周面に傷を発生させる場合もある。

また、剥離した用紙先端部は、定着直後の画像面を剥離爪に接触させながら進行することから、擦り傷等の画像品質の低下をもたらす場合がある。

加熱部材の周面に発生する傷を軽減するために、剥離爪の代わりに剥離シートを用いる方法も多く採用されている。しかしながら、この方法においては、剥離シートや剥離後の用紙の搬送方向を規制する搬送ガイド部材が用紙の定着直後の画像面に接触することから、しばしば、画像乱れや、光沢ムラ等の画像品質の低下をもたらす。

上述したような不都合に対応するために、用紙を加熱部材の周面から剥離するための剥離爪や剥離シートの様な用紙や加熱部材に直接接触する部材を設けずに、エアーポンプ、空気開閉弁、圧縮空気吐出部材等からなる圧縮空気吐出装置を設けて、予め設定したタイミングで加熱部材に貼り付いて進行してくる用紙の先端部に空気を吹き付けて用紙の剥離を行う定着装置も登場するようになった（例えば特許文献１参照。）。

しかしながら、上述した圧縮空気の吐出による用紙の剥離は、用紙の画像面が剥離のための部材に接触しないという強みを持つ反面、圧縮空気の吐出は用紙の先端が加熱部材から剥離された後もしばらくの間継続することから、吐出する空気により作り出される乱流により用紙の進行が乱されることがある。特に、剛性の低い、坪量の低い薄い用紙はこのような乱流の影響を受けやすく、ジャム等の搬送上のトラブル発生の原因ともなる。また、加熱部材の周面に触れ高温となった空気が適当に画像形成装置の内部に拡散することから現像剤の温度上昇や感光体のクリーニング不良をもたらすこともある。
特開２００５−４９６４７号公報（第２頁）

本発明は、上述したような状況に鑑みてなされたもので、その目的は、圧縮空気の吐出により用紙の剥離を行う定着装置であって、吐出空気の乱流化を抑制し、吐出空気の加熱部材近傍での滞留を防止した定着装置の提供と、この定着装置を備えた画像形成装置の提供にある。

前記課題は、以下に記載する発明により達成される。
１．加熱手段を有する第１の回転体と、第１の回転体に対向して配置された第２の回転体とにより形成されるニップ部にて、未定着トナー画像を担持した用紙を加熱加圧しながら搬送してトナー画像を用紙上に定着する画像形成装置の定着装置であって、
前記第１の回転体又は前記第２の回転体から前記用紙を圧縮気体の吐出により剥離する剥離手段を有し、
前記剥離手段は、前記圧縮気体を前記第１の回転体及び前記第２の回転体の周面に沿って両端に向かって吐出する圧縮気体吐出部材を備える
ことを特徴とする定着装置。
２．気体の吸引口を前記第１の回転体又は前記第２の回転体の両端部近傍に設けた排気手段を有することを特徴とする１項に記載の定着装置。
３．前記圧縮気体吐出部材の気体吐出角度を変更する吐出角度変更手段を有することを特徴とする１または２項に記載の定着装置。
４．トナー画像を用紙上に形成する画像形成装置であって、
１〜３項のいずれか一項に記載する定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
５．３項に記載する定着装置を備えた画像形成装置であって、
用紙情報を入力する入力操作手段と、
入力された用紙情報を基に、前記吐出角度変更手段を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする画像形成装置。

吐出する圧縮空気の方向を進行する用紙の中心部から両端部に向けることにより吐出空気の乱流化が抑制され、また、吐出空気の加熱部材近傍での滞留が防止されることによって、加熱部材から剥離した用紙の搬送が安定化され、画像形成装置内の温度上昇が防止される。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。

図１は、複写機、ファクシミリ、プリンタの機能を有する、通称、複合機と呼ばれるデジタル式の画像形成装置Ｇの概略構成図である。

画像形成装置Ｇは、本体の上部に自動原稿送り装置ＡＤＦを有し、本体は、画像読み取り手段１、画像書き込み手段２、画像形成手段３、入力操作手段４、給紙手段５、排紙再給紙手段６、および、定着装置７、制御手段Ｃ等から構成されている。

自動原稿送り装置ＡＤＦは、原稿載置台１１に載置された原稿を原稿分離手段１２によって一枚ずつ原稿搬送手段１３に送り出し、原稿搬送手段１３は送られた原稿を原稿排紙手段１４に搬送し、原稿排紙手段１４は送られた原稿を原稿排紙台１５に排紙する。原稿画像は原稿搬送路に設けられた、画像読み取り手段１の原稿画像読み取り位置であるスリット２１にて読み取りがなされる。

原稿両面の画像を読み取る場合には、一対のローラを有する原稿反転手段１６によって、第１面を読み取られた原稿が表裏反転されて、再度、原稿搬送手段１３に送り出されることにより第２面の読み取りがなされる。読み取りが終了した原稿は原稿排紙台１５に排紙される。

画像読み取り手段１は、原稿画像を読み取って画像データを得るための手段であり、スリット２１の位置にて、ランプ２３１により光照射された原稿画像を第１ミラーユニット２３と、第２ミラーユニット２４と、結像レンズ２５とによりライン状のＣＣＤである撮像素子２６に結像させている。撮像素子２６から出力された信号は、制御手段Ｃの画像処理部においてＡ／Ｄ変換され、シェーディング補正、画像圧縮等の処理がなされてメモリＭに画像データとして保存される。

画像書き込み手段２は、メモリＭから呼び出されて所定の画像処理が施された画像データに基づき、レーザビームとポリゴンミラーとにより、帯電手段３２によって一様帯電されて回転している像担持体３１の表面を走査して、像担持体３１の面上に原稿画像に対応した静電潜像を形成する。

前記静電潜像は、画像形成手段３の現像手段３４により反転現像されて、トナー画像が像担持体３１上に形成される。

トナー画像形成のタイミングに対応して、手差し給紙手段５５、または、用紙Ｐを収容するカセットやトレイを有する給紙手段５からは、用紙Ｐが給送され、搬送ローラ５６により搬送され、タイミングローラ３９によって像担持体上に形成された前記トナー画像との位置合わせのための同期が取られて転写領域に送り出される。

転写領域において、像担持体３１の表面に形成されたトナー画像は、転写手段３５により反対極性に帯電された用紙Ｐに転写される。

トナー画像を担持した用紙Ｐは、分離除電手段３６の作用により、像担持体３１の表面から分離し、定着装置７に送られる。

定着装置７において、トナー画像を担持した前記用紙Ｐは、第１の回転体である加熱ローラ７１と第２の回転体である加圧ローラ７２とにより加熱加圧を受けながら搬送され、トナー画像が用紙Ｐに定着されて、排出ローラ６３によって機外の排紙台６４に排出される。

なお、用紙Ｐを表裏反転して排紙台６４に排出する場合には、切換ガイド６２により、用紙Ｐを排紙再給紙手段６に導き、用紙Ｐをスイッチバックさせて排出ローラ６３に送る。

また、用紙Ｐの両面に画像形成をする場合には、第１面の定着を終えた用紙Ｐを、切換ガイド６２により排紙再給紙手段６に導き、反転部６５にて反転させた後、給紙のための搬送路６６に送り出し、第２面の画像形成に供する。

一方、用紙Ｐへのトナー画像の転写を終えた像担持体３１の表面は、クリーニング手段３７により残留トナーが除去されて次なる画像形成に向けての準備がなされる。

図２は、画像形成装置Ｇの制御関係を示すブロック図である。

制御手段ＣはＣＰＵ、メモリＭを始め、図に記されてはいないが演算ユニット、Ｉ／Ｏポート、通信用インターフェイス、駆動回路等を有するコンピュータシステムであり、図示の各手段、又は装置とは対応するＩ／Ｏポート、通信用インターフェイス、駆動回路にて接続されている。

また、制御手段Ｃによる制御は、メモリＭに格納されている所定のプログラムが実行されることによりなされる。

自動原稿送り装置ＡＤＦにも、制御手段Ｃに比較して規模は小さいが、ＣＰＵを中心とした同様な制御手段が設けられており、制御手段Ｃとは、通信手段Ｒにて接続されている。

なお、本図では、本発明の説明に直接関係しないブロックの記載が省略されている。

図３は、圧縮空気の吐出による剥離手段７５０を有する定着装置７の概念図である。

加熱ローラ７１（第１の回転体）は、内部に加熱手段であるヒータＨを備え、周辺に熱伝導性の高い弾性体７０１を有している。

加圧ローラ７２（第２の回転体）は、周辺に弾性体７０２を設けた、又は弾性体を設けないローラである。

剥離手段７５０のノズル７５は、圧縮された気体を所定の方向に吐出させる圧縮気体吐出部材であり、複数本のノズルが図の奥行き方向に所定の間隔をおいて並べられている。なお、ノズル７５の数は、画像形成装置Ｇが許容する用紙Ｐのサイズにより予め決定される。また、通常用いる圧縮気体としては空気が使用されるが、窒素等の他の気体も使用可能である。

矢印ａに沿って進行したトナー画像を担持した用紙Ｐは、先端が用紙検知センサＳにより検知され、検知信号は制御手段Ｃにおくられる。更に進行した用紙Ｐの先端部は、ニップ部ＮＰで加圧加熱され、ニップ部ＮＰの出口にて加圧ローラ７２の周面から離れて接線方向ｅに向かって送り出される。このように用紙Ｐの先端部は、常に加熱ローラ７１の周面から用紙Ｐが持つ剛性により剥離することが望ましいが、既に説明したように、溶融したトナーの粘性により、用紙Ｐの先端部の画像面は加熱ローラ７１に密着したままの状態で矢印ｆのように進行する場合もある。

このような状態の用紙Ｐを加熱ローラ７１の周面から剥離するために、用紙Ｐの先端部がニップ部から出た時に、所定の時間ノズル７５より空気を前記先端部に向けて吐出させる。剥離した用紙Ｐはガイド部材７７、７８に導かれて、点線矢印ｂのように進行する。

なお、ノズル７５は、ノズルの口が、ニップ部ＮＰの出口から１０〜２０ｍｍ離れ、且つ、加熱ローラ７１の周面に接触しない範囲のできる限り接近した位置に取り付けられる。また、ノズル７５と水平面とのなす角度αは、実験により決定される。

用紙Ｐの先端部を加熱ローラ７１から剥離するために必要とされる力は、用紙Ｐの先端部の画像のトナー量と、用紙の剛性とに依存する。従って、使用される用紙Ｐの中で最も剛性が低く、且つ、先端部に最もトナーが多量に付着するトナー画像を有する用紙Ｐ、即ち、定着後に最も剥離が困難な用紙に対し、確実に用紙Ｐの剥離が行われるように用紙Ｐの先端部に吹き付ける空気の吐出の強さと時間を決定する。

吐出した空気は、剥離前の用紙Ｐの先端部、剥離後の用紙Ｐの画像面、加熱ローラ７１及び加圧ローラ７２周面、ガイド部材７７、７８に突き当たり、乱流となる。従って、剥離した用紙Ｐの先端部はこの乱流により激しく振動して、場合によっては、先端部がガイド部材に沿って進行しない用紙搬送不良が発生する場合もある。

図４は、このような用紙搬送不良の例を示す図である。

矢印ａのように進行した用紙Ｐは、ニップ部ＮＰを出た後にノズル７５から吐出した圧縮空気により、先端部が加熱ローラ７１の周面から剥離した後、先端部がガイド部材７７、７８にそった矢印ｂの方向に進行せず、上述したような乱流により矢印ｈ、または矢印ｉのように先端部が加熱ローラ７１、加圧ローラ７２の周面に巻き込まれる場合がある。これらの用紙搬送不良は、薄いコート紙のように剛性の低い用紙に発生することが多い。

また、高温になっている加熱ローラ７１に接触した空気は、加熱ローラ７１及び加圧ローラ７２周面、ガイド部材７７、７８、定着装置７の外装の開口部を通して画像形成装置Ｇの内部に拡散して、機内の温度を上昇させる。このような機内の温度上昇は現像剤の温度上昇や、クリーニング不良を招くものであり、できるかぎり抑制されるべきものである。

本発明は、ノズルから吐出された空気が乱流となることを抑え、また、吐出した空気が高温となっている加熱ローラ７１の周面に滞留する時間を軽減させると共に、早期に加熱された空気を機外に排気することにより機内の温度上昇を防止するものである。

図５は、加熱ローラ７１とノズル７５の配置関係を説明する上面図である。

用紙Ｐは、加熱ローラ７１と加圧ローラ７２とにより作られるニップ部にて加圧加熱され、その先端部がニップ部から出る時に複数のノズル７５吐出される圧縮空気により、先端部は加熱ローラ７１の周面から離れ、矢印ｘの方向に進行する。

複数のノズル７５は、図で示すように用紙Ｐの進行方向ｘに対し、所定の角度βを持つように取り付けられており、吐出した空気は、図中の点線矢印で示すように、加熱ローラ７１及び加圧ローラ７２の周面に沿って用紙Ｐの両端部に向かって進行する。このように吐出した空気の流れを作ることにより、従来行われているようなノズル７５から吐出する空気を用紙Ｐの進行方向ｘに対し対向させる（β＝１８０度）場合に比較して、大幅に乱流の大きさが抑制され、また、加熱ローラ７１の周面での空気の滞留が減少する。

また、加熱ローラ７１、または加圧ローラ７２の両端部近傍、例えば２〜１０ｍｍ離れた位置には排気手段７６０の吸引口である気体吸引ダクト７６が設けられており、加熱ローラ７１、及び加圧ローラ７２の両端部に流れてきた高温の空気は排気手段７６０により機外に排出され、機内への拡散が防止される。

図６は、ノズルの角度βを可変にする吐出角度変更手段７８０の概念図である。

ノズル７５は吐出口近傍の支点７８１で回転可能に保持され、後端には回転ネジ７８２と組み合わされるラック７８３が取り付けられており、回転ネジ７８２の回転により実線の位置から点線の位置まで移動する。回転ネジ７８２とラック７８３は進行する用紙Ｐのほぼ中心線と交差する位置にて、ネジ山の方向が対称となるように作られており、図に示すように中心線ｌを挟んでノズル７５が対称的に動くように構成されている。

ラック７７３が取り付けられていないノズル７５は、回転する取り付け支点とレバーからなる連結部材７８４によりラック７８３が取り付けられたノズル７５と連結され、共同して動くようになっている。

回転ネジ７８２はステッピングモータ７８５により駆動され、ステッピングモータ７８５は、ポジションセンサＨＰにより検知される基準位置から所定の角度だけ回転するように制御手段Ｃによりステップ数が制御される。即ち、制御手段Ｃは、ステッピングモータ７８５のステップ数を制御することにより、ノズルの角度βを制御することができる。このような制御手段Ｃの制御により、ノズル７５から吐出する圧縮空気の吐出方向を変更することができる。

図７は、ノズル７５からの圧縮空気の吐出により用紙Ｐを加熱ローラ７１から剥離する剥離手段７５０の圧縮空気吐出手段７７０の構成を示すブロック図である。

圧縮空気吐出手段７７０は、公知の技術から構成される。

空気タンク７７６は、空気が充填されるタンクであり、圧力センサＰＳの信号を基に制御手段Ｃにより空気ポンプ７７７が制御されることにより内部圧力が所定の圧力となるように維持されている。所定の圧力まで圧縮された空気は、電磁弁７７８が開くことにより空気ダクト７７９を進行してノズル７５から吐出する。尚、電磁弁７７８の開閉のタイミングの制御は、用紙検知センサＳからの信号を基にして制御手段Ｃが所定のプログラムを実行させることにより行われる。

図８は、排気手段７６０を説明する概念図である。

ノズル７５から吐出し、加熱部材７１、加圧部材７５の周面に沿って進行した空気は、加熱部材７１、加圧部材７５の両端部の近傍に設けられた排気手段７６０の気体吸引口である気体吸引ダクト７６に引き込まれ、排気ファン７６１により実線矢印の機外に排出される。

図９は、画像形成に供される用紙の用紙情報を取得して、剥離手段７５０のノズル７５の角度βを変更することにより気体の吐出角度を変更する吐出角度変更手段の制御の流れを示すフローチャートである。

用紙Ｐによってノズルの方向を変更することは、用紙の種類に対応した最適な剥離条件を設定できる方法として有効なものである。

画像形成装置Ｇの入力操作手段４から入力された、給紙手段５のトレイ、またはカセットに装填された用紙Ｐの用紙に係わる情報、例えば、用紙の種類、坪量、サイズの情報である用紙情報は、制御手段Ｃのメモリの所定のエリアに記憶される。

画像形成装置Ｇのスタートボタンが押されると（ステップＳ１：Ｙ）、用紙情報が読み出され（ステップＳ２）、予め設定してある用紙情報とノズルの角度との関係を設定したノズル角度設定テーブルが参照され（ステップＳ３）、設定する角度が決定する。次いで、現在停止しているノズルの角度が所定の記憶エリアから読み出され、設定する角度との照合が行われ、移動する角度、即ち移動に必要な方向とステップ数とが算出される（ステップＳ５）。算出結果に基づき、所定のステップ数だけステッピングモータ７８５が駆動され（ステップＳ６）、新たな停止角度が所定の記憶エリアに記憶される（ステップＳ７）。

以上説明したように、本発明による定着装置、または画像形成装置においては、吐出する圧縮空気の方向を進行する用紙の中心部から両端部に向けることにより吐出空気の乱流化が抑制され、また、吐出空気の加熱部材近傍での滞留が防止されることによって、加熱部材から剥離した用紙の搬送が安定化される。

なお、本実施の形態の説明は、圧縮気体吐出部材として複数のノズル７５を用いて圧縮空気の吐出を行う例を基に行ったが、複数のノズルの代わりに図１０のような空気ダクトを設けても良い。また、排気手段７６０の気体吸引口とダクトを一体化しても良い。この場合、気体吸引口は、用紙サイズの最大幅より外側に配置される。

画像形成装置の概略構成図である。画像形成装置の制御関係を示すブロック図である。剥離手段を有する定着装置の概念図である。用紙搬送不良の例を示す図である。ノズルと加熱ローラの配置関係を示す上面図である。吐出角度変更手段の概念図である。剥離手段の圧縮空気吐出部の構成を示すブロック図である。排気手段を説明する概念図である。吐出角度変更手段の制御の流れを示すフローチャートである。空気ダクトの例を示す図である。

符号の説明

４入力操作手段
７定着装置
７１加熱ローラ（第１の回転体）
７２加圧ローラ（第２の回転体）
７５ノズル（圧縮気体吐出部材）
７５０剥離手段
７６０排気手段
７７０圧縮空気吐出手段
７８０吐出角度変更手段
Ｃ制御手段
Ｇ画像形成装置
Ｍメモリ
Ｓ用紙検知センサ

Claims

加熱手段を有する第１の回転体と、第１の回転体に対向して配置された第２の回転体とにより形成されるニップ部にて、未定着トナー画像を担持した用紙を加熱加圧しながら搬送してトナー画像を用紙上に定着する画像形成装置の定着装置であって、
前記第１の回転体又は前記第２の回転体から前記用紙を圧縮気体の吐出により剥離する剥離手段を有し、
前記剥離手段は、前記圧縮気体を前記第１の回転体及び前記第２の回転体の周面に沿って両端に向かって吐出する圧縮気体吐出部材を備える
ことを特徴とする定着装置。
気体の吸引口を前記第１の回転体又は前記第２の回転体の両端部近傍に設けた排気手段を有することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記圧縮気体吐出部材の気体吐出角度を変更する吐出角度変更手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
トナー画像を用紙上に形成する画像形成装置であって、
請求項１〜３のいずれか一項に記載する定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
請求項３に記載する定着装置を備えた画像形成装置であって、
用紙情報を入力する入力操作手段と、
入力された用紙情報を基に、前記吐出角度変更手段を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする画像形成装置。