JP4821594B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents
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Description
特許文献1に開示の定着器は、2つの定着ローラ間に用紙を通してその用紙の画像形成面上に転写したトナー画像を定着する電子写真装置の定着器において、定着ローラのうち、用紙の画像形成面と対向する画像面対向定着ローラを、芯金の外周に弾性層を設けて構成する一方、ヒータを有するテンションローラをその画像面対向定着ローラの用紙搬送方向上流位置に設け、そのテンションローラと画像面対向定着ローラとの間に定着ベルトを掛け渡してなる。
また、前記定着部材の前記記録媒体に接する面には樹脂層が形成されており、前記進入姿勢規定手段による当該記録媒体の前記加圧域への進入姿勢の規定によって当該記録媒体の先端部による当該樹脂層の変形が抑制されるように構成されていることを特徴とすることができる。
また、前記案内手段は、前記記録媒体の前記加圧域への進入姿勢を変更可能に構成されていることを特徴とすることができる。
さらに、前記案内手段は、前記条件を満たす姿勢で前記記録媒体を前記加圧域に進入させる第一の案内経路と、前記記録媒体を湾曲させて前記加圧域に進入させる第二の案内経路とを切り替え可能に備えており、前記記録媒体の情報を取得すると共に当該記録媒体の情報に基づいて前記案内手段を切り替える制御手段をさらに備えることを特徴とすることができる。
さらにまた、前記制御手段は、前記記録媒体の坪量が所定値以下では、前記案内手段を前記第二の案内経路とすることを特徴とすることができる。
請求項2の発明によれば、記録媒体による定着ベルトの表面の樹脂層の凹みや傷の形成を抑制することが可能になる。
請求項3の発明によれば、記録媒体の坪量に応じて記録媒体の加圧域への進入姿勢を適した状態となるように切り替えることができ、記録媒体による定着部材の表面の樹脂層の凹みや傷の形成を抑制するとともに、記録媒体におけるシワの発生を抑制することが可能になる。
請求項4の発明によれば、記録媒体による定着ベルトの表面の樹脂層の凹みや傷の形成を抑制することが可能になる。
図1は本実施の形態を適用した画像形成装置1の概略構成図である。
画像形成装置1は、いわゆる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を形成する複数の画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kと、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に順次重畳して転写(一次転写)させる一次転写部10とを備えている。また、画像形成装置1は、中間転写ベルト15上に転写されたトナー画像を記録媒体としての記録用紙Pに一括転写(二次転写)させる二次転写部20と、二次転写された画像を記録用紙P上に定着させる定着装置60とを備えている。さらに、画像形成装置1は、上記各装置(各部)の動作を制御する制御手段としての制御部40と、記録用紙搬送機構50とを有している。
本実施の形態では、上記画像形成ユニット1Y,1M,1C,1K、中間転写ベルト15、二次転写部20等が、本発明におけるトナー像形成手段を構成しているものである。
なお、本発明は、このようなタンデム型のカラー画像形成装置に限るものではなく、回転式現像装置を用いたカラーの画像形成装置や、モノクロの複写機等に適用しても良いものである。
一次転写部10は、中間転写ベルト15を挟んで感光体ドラム11に対向配置された一次転写ロール16によって構成されている。一次転写ロール16は感光体ドラム11に中間転写ベルト15を圧接させるようになっている。また、一次転写ロール16にはトナーの帯電極性と逆極性の電圧(一次転写バイアス)が印加されるようになっている。これにより、各々の感光体ドラム11上のトナー像を中間転写ベルト15に順次静電吸引し、中間転写ベルト15上にトナー像を重畳形成する。
バックアップロール25には二次転写バイアスが印加されると共に、二次転写ロール22は接地されており、バックアップロール25との間に二次転写バイアスが形成されるようになっている。そして、中間転写ベルト15が支持したトナー像を、搬送供給される記録用紙P上に二次転写する。
また、中間転写ベルト15の二次転写部20の下流側には、二次転写後の中間転写ベルト15上の残留トナーや紙粉を除去し、中間転写ベルト15の表面をクリーニングする中間転写ベルトクリーナ35が設けられている。
制御部40は、用紙設定等の各種情報が入力される図示しない操作パネルが接続されており、この操作パネルから入力される情報に基づいて、プロセススピードや、定着装置60の温度等の定着パラメータを変更する等、画像形成装置1の各機構を制御駆動する。
すなわち、図示しない画像読取装置や図示しないパーソナルコンピュータ等から出力される画像データに基づいて、各画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kのそれぞれの感光体ドラム11上にそれぞれの色のトナー像を形成する。各画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kにおけるトナー像の形成は、帯電器12によって帯電された感光体ドラム11上をレーザ露光器13で走査露光して静電潜像を形成し、その静電潜像を現像器14によって現像してトナー像を形成することによって行われる。
その後、トナー像が転写された記録用紙Pを、記録用紙搬送機構50によって定着装置60に搬送し、定着装置60によって熱および圧力によってトナー像を記録用紙P上に定着させ、図示しない排紙載置部に排出する。
図2は定着装置60の概略構成を示す断面図である。
定着装置60は、定着部材としての定着ベルト610を備える定着ベルトモジュール61、定着ベルトモジュール61に圧接配置された加圧部材としての加圧ロール62とによって構成されている。
そして、定着ベルトモジュール61と加圧ロール62との間に、記録用紙Pを加圧加熱してトナー像を定着させる加圧域としてのニップ部Nを形成している。ニップ部Nは、定着ロール611と加圧ロール62との間に形成されるロールニップ部N1と、剥離パッド64と加圧ロール62との間に形成される剥離パッドニップ部N2とから成る。
また、ニップ部Nの上流側(図中左側)には進入姿勢規定手段および案内手段としての導入機構70が配設され、下流側(図中右側)には排紙ガイド80が配設されている。
導入機構70は、記録用紙Pを案内して、ニップ部Nに進入する記録用紙Pの姿勢を規定する。この導入機構70については、後に詳述する。
排紙ガイド80の下流側には、上下の通路板65U,65Lが所定間隔で配設されて成る排紙通路65が接続され、そのさらに下流側に排紙ロール66が配設されている。
定着ロール611の内部には、加熱手段としてハロゲンヒータ616aが配設されている。このハロゲンヒータ616aは、定着ロール611の表面に接触するように配置された温度センサ617aの計測値に基づいて画像形成装置1の制御部40によって制御され、これによって定着ロール611はその表面温度がたとえば150℃に加熱制御されるようになっている。
また、張架ロール612の両端部には定着ベルト610を外側に押圧するバネ部材(不図示)が配設され、定着ベルト610全体の張力を15kgfに設定し、定着ベルト610の張力を幅方向に亘って均一としている。
さらに、この張架ロール612は、詳細は図示しないが、一方の端部を支点として他端が定着ロール611に対して離接する方向に揺動可能に設けられており、その揺動によって定着ベルト610の蛇行を所定の範囲に規定する機能を有している。
張架ロール613の内部には、加熱手段としてのハロゲンヒータ616cが配設されており、このハロゲンヒータ616cは、張架ロール613の表面に接触するように配置された温度センサ617cの計測値に基づいて画像形成装置1の制御部40によって制御され、これによって張架ロール613はその表面温度がたとえば190℃に加熱制御されるようになっている。つまり、張架ロール613は、定着ベルト610を張架する機能とともに、定着ベルト610を外周面側から加熱する機能をも併せ持っている。したがって、本実施の形態では、定着ロール611と張架ロール612および張架ロール613とによって定着ベルト610を加熱する構成となっているものである。
張架ロール614は、アルミニウムによって所定径および長さに形成された円柱状ロールである。回転自在に支持されており、張架ロール612から定着ロール611に至る定着ベルト610の経路を規定している。
すなわち、画像形成装置1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て、記録用紙搬送機構50によって図2中矢印Fで示す方向に搬送される記録用紙Pを、ニップ部Nを通過させて、ここで作用する主に熱によってトナー像を記録用紙Pに定着させる。
このとき、ニップ部Nに作用する熱は、主として定着ベルト610によって供給される。定着ベルト610は、定着ロール611の内部に配置されたハロゲンヒータ616aから定着ロール611を通じて供給される熱と、張架ロール612の内部に配置されたハロゲンヒータ616bから張架ロール612を通じて供給される熱と、張架ロール613の内部に配置されたハロゲンヒータ616cから張架ロール613を通じて供給される熱とによって加熱される。そのため、主に張架ロール612および張架ロール613から適切かつ速やかに定着ベルト610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たとえば260mm/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。なお、プロセススピードと温度等の定着パラメータは、制御部40によって画像形成する記録用紙Pに応じて変更されるようになっているものである。
図3は導入機構70による記録用紙Pの姿勢規定を説明する定着装置60の概略拡大図、図4は記録用紙Pのニップ部Nへの進入姿勢による定着ベルト610への接触状態を説明する図、図5は記録用紙Pによる定着ベルト610の傷形成の説明図、図6は比較実験の結果を示すグラフである。
上部搬送路71Uおよび下部搬送路71Lは、それぞれ、無端ベルトが搬送プーリに張架されて成るフィーダ73(上部フィーダ73U,下部フィーダ73L)と、その下流側にニップ部Nに隣接して位置するガイド板74(上部ガイド板74U,下部ガイド板74L)とから成る。そして、フィーダ73が記録用紙Pを支持して搬送すると共に、ガイド板74がその上面で記録用紙Pの進入姿勢を規定して、ニップ部Nに案内するようになっている。
すなわち、
記録用紙Pの先端部とニップ部Nの入り口部位における定着ベルトモジュール61の接線A(定着ロール611を巻回する定着ベルト610の接線)とが成す角度:φ1
記録用紙Pの先端部とニップ部Nの入り口部位における加圧ロール62の接線Bとが成す角度:φ2
として、
φ1<φ2
の条件を満たす姿勢とする。
つまり、換言すれば、図3に示すように、上部ガイド板74Uは、ニップ部Nの入り口部位における定着ベルトモジュール61の接線Aと、加圧ロール62の接線Bとが成す角度:φを二分する中心線Cより定着ベルトモジュール61側で、記録用紙Pを定着ベルトモジュール61に沿わせてニップ部Nに案内するように設けられているものである。
また、図4(a)が上記条件を満たす場合、(b)が条件を満たさない場合を示している。
これにより、下部ガイド板74Lは、下部フィーダ73Lによって搬送される記録用紙Pの経路を上側に向けて偏向するようになっており、下部搬送路71Lによって搬送される記録用紙Pは、図2中に破線で示すように下側に凸に屈曲してニップ部Nに案内されるようになっている。
このような導入機構70の各部の駆動制御(切り替え装置72の切り替えおよび搬送路71のフィーダ73の駆動制御)は、制御部40によって行われる。
この切り替え装置72の判定基準は、記録用紙Pの厚さの指標である坪量に基づいて用紙設定の情報と関連して予め定められている。たとえば、記録用紙Pの坪量が120g/m2以上では上部搬送路71U側とし、120g/m2未満では下部搬送路71L側とする。この切り替え装置72の切り替えは、画像形成装置1に入力された記録用紙Pの設定に従って行われる温度や速度等の定着パラメータの変更と同時に行う。
すなわち、定着装置60のニップ部Nに記録用紙Pを咬み込む際に、記録用紙Pの先端部によって定着ベルト610の表面に傷や凹みが形成されることがある。それらは、図5(a)に示すように記録用紙Pをニップ部Nに咬み込む際に、記録用紙Pの先端部のエッジが強く当たることによって、定着ベルト610の表面の樹脂層(弾性層,剥離層)が弾性変形許容量を超えて塑性変形してしまい、図5(b)に示すように復元しない塑性変形部となってしまうことによって生ずる。これは、記録用紙Pの先端がバリ等により鋭くなっていると局部的な圧力が大きくなって生じやすい。また、記録用紙Pの厚さが厚い場合にはニップ部N内の圧力が薄紙と比較して大きくなり、大きな傷や凹みを生ずる。
(A)は、本実施の形態を適用した構成で、
φ1=17.5°
φ2=27.5°
として、φ1<φ2の条件を満たすものである。
(B),(C)は比較例で、それぞれ
φ1=27.5°
φ2=17.5°
として、φ1<φ2の条件を満たさないものである。
ニップ部Nのニップ幅(記録用紙Pの移動方向の長さ):20mm
ニップ荷重:通紙時の最大面圧0.8MPa(8kg/cm2)
である。
実験方法は、定着ベルト610に凹みや傷を形成し易い坪量200g/m2以上のA4の記録用紙Pを、プロセス速度260mm/sで通紙した後、坪量127g/m2のコート紙に12g/m2の未定着トナー像を形成して60°画像グロスで60%の定着画像を得、その画像において定着ベルト610の傷に対応したスジを目視評価した。
(A)および(B)では先端にバリのある記録用紙Pを用い、(C)では先端にバリのない記録用紙Pを用いた。
評価階級は、
0:目視では確認できない
1:非常に軽微な線が見えるがほとんど気がつかない
2:わずかに見える
3:薄い線が見える
である。
図7は異なる経路規定構成を適用した定着装置を示す。図中、上記構成例と同機能の部位には同符号を付して説明を省略する。
図7に示す構成は、記録用紙Pの搬送経路の下側に、搬送加熱ロール75を備えたものである。
搬送加熱ロール75は、たとえば、アルミニウム等によって形成された円筒形のロールであり、その内部には、加熱手段としてのハロゲンヒータが配設されてその表面温度がたとえば100℃に加熱制御されるようになっている。
これにより、記録用紙Pをその下面側から加熱することで、上側に凸の形状にカールさせ、上記の条件(φ1<φ2)を満足させる姿勢でニップ部Nに進入させるものである。つまり、この構成では、搬送加熱ロール75が本発明における進入姿勢規定手段および案内手段である。
図8に示す構成は、ニップ部Nの上流側に配置された案内板76によって、記録用紙Pを、その先端が定着ベルトモジュール61(定着ベルト610)のニップ部Nの入り口より所定量(X)上流側に接触する経路で案内するように構成したものである。これにより、先端が定着ベルト610に接触した記録用紙Pは定着ベルト610の回転に伴って図中二点鎖線で示すように下側に湾曲し、ニップ部Nへの進入状態(記録用紙Pの先端のエッジ部が加圧ロール62によって定着ベルト610に圧接される状態)では、上記φ1<φ2の条件を満たす姿勢となるようになっているものである。
この構成では、先端がニップ部Nに至るまでの記録用紙Pの搬送経路はφ1<φ2の条件の範囲内である必要はなく、高い自由度で搬送経路を設定できる。
Claims (4)
- 記録媒体上に転写されたトナー像を当該記録媒体上に定着する定着装置であって、
外周面に樹脂層を有し、回転する定着部材と、
前記定着部材とは反対方向に回転し、当該定着部材との間に前記記録媒体を通過させて加圧する加圧域を形成する加圧部材と、
前記加圧域の前記記録媒体の入り口部位よりも当該記録媒体の通過方向上流側に設けられ、当該記録媒体を当該入り口部位に向けて案内する案内部材とを備え、
前記加圧域は、前記加圧部材の凸の円弧形状を有する部位に対して前記定着部材の凸の円弧形状を有する部位が押圧されることにより、当該定着部材の凸の円弧形状に倣って当該加圧部材の凸の円弧形状が凹状に弾性変形した領域であり、
前記案内部材は、前記入り口部位における前記定着部材の凸の円弧形状の接線および当該入り口部位における前記加圧部材の凸の円弧形状の接線がなす角を二等分する中心線と、当該入り口部位における当該定着部材の凸の円弧形状の接線との間の領域に設けられ、当該入り口部位に向かって延びる第1の案内部材と、当該中心線よりも当該加圧部材に近い領域において、当該入り口部位に向かって延びる第2の案内部材とを有し、
前記記録媒体の坪量が所定値よりも大きい場合には、当該記録媒体を前記第1の案内部材にて案内し、当該記録媒体の坪量が当該所定値以下の場合には、当該記録媒体を前記第2の案内部材にて案内する
ことを特徴とする定着装置。 - 前記定着部材は、基材と、当該基材上に被覆された弾性を有する弾性層と、当該弾性層上に被覆された前記樹脂層とを有し、内周面からロール部材により張架されることにより凸の円弧形状を呈する無端状の定着ベルトから構成され、
前記加圧部材は、凸の円弧形状を有するとともに、前記定着ベルトを介して前記ロール部材から押圧されることで、凹状に弾性変形する加圧ロールから構成されること
を特徴とする請求項1に記載の定着装置。 - 記録媒体上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、
外周面に樹脂層を有し、回転する定着部材と、
外周面が前記定着部材の前記樹脂層と接触して設けられるとともに、当該定着部材との間に、トナー像が転写された記録媒体を通過させて加熱加圧する加圧域を形成する加圧部材と、
前記加圧域の入り口部位よりも前記記録媒体の通過方向上流側にて、トナー像が転写された当該記録媒体を当該入り口部位に向けて案内する案内部材と、を備え、
前記加圧域は、前記加圧部材の凸の円弧形状を有する部位に対して前記定着部材の凸の円弧形状を有する部位が押圧されることにより、当該定着部材の凸の円弧形状に倣って当該加圧部材の凸の円弧形状が凹状に弾性変形した領域であり、
前記案内部材は、前記入り口部位における前記定着部材の凸の円弧形状の接線および当該入り口部位における前記加圧部材の凸の円弧形状の接線がなす角を二等分する中心線と、当該入り口部位における当該定着部材の凸の円弧形状の接線との間の領域に設けられ、当該入り口部位に向かって延びる第1の案内部材と、当該中心線よりも当該加圧部材に近い領域において、当該入り口部位に向かって延びる第2の案内部材とを有し、
前記記録媒体の坪量が所定値よりも大きい場合には、当該記録媒体を前記第1の案内部材にて案内し、当該記録媒体の坪量が当該所定値以下の場合には、当該記録媒体を前記第2の案内部材にて案内する
ことを特徴とする画像形成装置。 - 前記定着部材は、基材と、当該基材上に被覆された弾性を有する弾性層と、当該弾性層上に被覆された前記樹脂層とを有し、内周面からロール部材により張架されることにより凸の円弧形状を呈する無端状の定着ベルトから構成され、
前記加圧部材は、凸の円弧形状を有するとともに、前記定着ベルトを介して前記ロール部材から押圧されることで、凹状に弾性変形する加圧ロールから構成されること
を特徴とする請求項3に記載の画像形成装置。
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