JP4872225B2 - 画像定着装置 - Google Patents
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Description
その他、ベルトニップ方式を採用した画像定着装置については、特許文献2〜特許文献12に記載されたものがある。なお、従来のベルトニップ方式の定着装置を「BNF」と省略して呼称する。
画像定着装置の加熱の際には、暖まった記録シート127の繊維の間隙やトナー128の粒子同士の間隙から空気が熱膨張したり水蒸気が蒸発したりする。このような空気や水蒸気は、記録シート127がニップ内で加熱されることにより発生し、記録シート127がニップを通過するまでニップ内、具体的には記録シート127と加熱定着ロール121またはエンドレスベルト135との間に気泡となって介在し、記録シート127がニップを通過し終えると同時に外部に排出される。
図13に示されるように、圧力ロール125による押圧部と圧力補助ロール149による押圧部との間に、圧接力(圧力P)の小さい領域が広く存在しており、この領域に気泡が介在すると、加熱定着ロール121とエンドレスベルト135との間にギャップが生じることがある。このようなギャップが生じると、ニップ内にある記録シート127表面のトナー128の全てがまだ定着していない状態では、未定着のトナー128が、気泡が動き回ることによって移動してしまうことがある。このため、画像のニジミやズレ、乱れなどが発生するという問題点がある。
すなわち、ベルトの張力だけでニップを形成する領域があると、このような画質欠陥が生じる可能性が高く、これはベルトの張力だけでニップを形成する領域を少なくするだけでは解決することができない。
<1> 回転可能に支持された定着用回転体と、
該定着用回転体を所定の温度に加熱する加熱手段と、
前記定着用回転体の外周面に沿って外周面が接触し、前記定着用回転体に従動ないし連動して回転すると共に、未定着トナー像を担持した記録シートが挿通されるニップを前記定着用回転体との間に形成するエンドレスベルトと、
該エンドレスベルトの内側かつ前記ニップ位置に配置され、当該エンドレスベルトを介して前記定着用回転体の表面を面で押圧するパッド状の圧力付与部材と、
前記エンドレスベルトの内側で、前記圧力付与部材のエンドレスベルト回転方向上流および/または下流かつ前記ニップ位置に配置され、当該エンドレスベルトを介して前記定着用回転体の表面を押圧する押圧ロールと、
を含み、前記圧力付与部材の前記押圧ロール側の端部に、前記エンドレスベルトと前記押圧ロールとの空隙を埋める形状の楔部を有し、該楔部が前記エンドレスベルトおよび前記押圧ロールの双方と接触して摺擦されると共に、前記押圧ロールによる押圧力が前記楔部および前記エンドレスベルトを介して前記定着用回転体の表面に作用することで、前記楔部による押圧力が生じ、前記定着用回転体の表面に下記式を満たす規定圧力以上の押圧力をニップ領域の全域にわたって与えるように構成されてなることを特徴とする画像定着装置である。
・規定圧力=P o (T n /T o −1)
上記式中、T n は定着用回転体の表面温度、T o は定着用回転体から十分離れた位置における空気の温度、P o は大気圧をそれぞれ表す。
前記圧力付与部材が、前記エンドレスベルトおよび前記定着用回転体を介して前記加熱ロールを押圧する位置に配され、
前記圧力付与部材のエンドレスベルト回転方向上下流双方、かつ、前記エンドレスベルトおよび前記定着用回転体を介して前記加熱ロールを押圧する位置にそれぞれ前記押圧ロールが配され、
前記押圧補助ロールが、前記押圧ロールのうちエンドレスベルト回転方向下流に位置する下流側押圧ロールに前記定着用回転体を巻きつけつつ、当該下流側押圧ロール表面を当該定着用回転体および前記エンドレスベルトを介して押圧するように配され、
前記定着用回転体の内側で、前記加熱ロールと前記押圧補助ロールとの間に、前記定着用回転体および前記エンドレスベルトを介して前記下流側押圧ロールを面で押圧するパッド状の第2圧力付与部材と、
を含み、前記押圧ロールのうちエンドレスベルト回転方向上流に位置する上流側押圧ロールと前記加熱ロールとが対向する位置から、前記下流側押圧ロールと前記押圧補助ロールとが対向する位置までの間に、未定着トナー像を担持した記録シートが挿通されるニップが形成されると共に、
前記第2圧力付与部材の前記加熱ロール側および前記押圧補助ロール側の端部に、前記定着用回転体と前記加熱ロールまたは前記押圧補助ロールとの空隙を埋める形状の楔部を有し、該楔部が前記定着用回転体、および前記加熱ロールまたは前記押圧補助ロールと接触して摺擦されると共に、前記下流側押圧ロールによる押圧力が前記楔部、前記エンドレスベルトおよび前記定着用回転体を介して、前記加熱ロールおよび前記押圧補助ロールの表面に作用することで、前記楔部による押圧力が生じ、前記加熱ロールおよび前記押圧補助ロールの表面に、前記規定圧力以上の押圧力をニップ領域の全域にわたって与えるように構成されてなることを特徴とする<5>に記載の画像定着装置である。
したがって、高速化と高画質とを高い次元で両立させることができ、特に高速化に対応可能なカラー用複写機の定着装置に採用することにより、記録シートの種類に関係なく最適な画像定着を行うことができる。
<第1の実施形態>
図1は、本発明の例示的一態様である第1の実施形態の画像定着装置の模式断面図である。図1において、符号1は矢印A方向に回転可能に配置された加熱定着ロール(定着用回転体)を示し、内部には、加熱手段としてハロゲンランプ11が配置されている。加熱定着ロール1と当接してニップを形成するエンドレスベルト2は、張架ロール3,4および押圧ロール5に張架されており、加熱定着ロール1の回転に応じて矢印B方向に従動回転するようになっている。また、押圧ロール5は、不図示の圧縮コイルスプリングによって加熱定着ロール1に対して押圧されている。
ここで、押圧力Dの力の適切な大きさ、すなわち既述の規定圧力Po(Tn/To−1)について、検討する。
ここで、Tnは加熱定着ロール1の表面温度、Toは加熱定着ロール1から十分離れた位置における空気の温度(環境温度とする)、Poは大気圧である。
式(1)は、次のように導かれる。
PV=nRT ・・・(2)
これより以下の式(3)(4)が導かれる。
(Po+Pn)Vn=nRTn ・・・(3)
PoVo=nRTo ・・・(4)
このことから、下記式(5)が導かれる。
Tn/(Po+Pn)≦To/Po ・・・(5)
上記式(5)を変形することで、既述の式(1)が導かれる。
ニップにおける加熱定着ロール1の表面温度と、それぞれの気体の存在箇所との間には、熱伝導のタイムラグ等の理由から開きがある。そのため、加熱定着ロール1の表面温度をそのまま代入するのではなく、適宜補正した値としてから代入することが好ましい。
図6は、本発明の他の例示的一態様である第2の実施形態の画像定着装置の模式断面図である。本実施形態の画像定着装置は、第1の実施形態の画像定着装置とは異なり、圧力付与部材の前後にそれぞれ押圧ロールが配された構成となっている。
その他、押圧楔部材30a,30bの構成に基づく作用・効果は、第1の実施形態における押圧楔部材10の構成で説明した通りである。
本実施形態の画像定着装置および図8に示す比較例の画像定着装置を用い、実際に未定着トナー像(トナー28)を担持した用紙(記録シート27)を熱定着させて、本発明の効果を確認する試験を行った。
○:問題なし
△:軽度の画像乱れあり(定着画像として許容限度範囲内)
×:画像乱れあり(定着画像として許容限度範囲を超える程度のもの)
図9は、本発明のさらに他の例示的一態様である第3の実施形態の画像定着装置の模式断面図である。本実施形態の画像定着装置は、第1の実施形態や第2の実施形態の画像定着装置とは異なり、圧力付与部材が2つ配され、そのそれぞれに押圧楔部材が配された構成となっている。
定着ベルトモジュール46は、主として、ベルト回転体41の他、内部に加熱手段としてのハロゲンランプ51が配されて矢印I方向に回転する第1のロールである加熱ロール61と、第4のロールである定着側加圧ロール(押圧補助ロール)48と、ベルト回転体41の内周から補助的な加熱を行う第1外部加熱ロール53と、ベルト回転体41を介して第1外部加熱ロール53に対向配置され、ベルト回転体41の外周から補助的な加熱を行う第2外部加熱ロール54と、から構成される。ベルト回転体41は、加熱ロール61、定着側加圧ロール48および第1外部加熱ロール53に巻回され、かつ、第2外部加熱ロール54に外周から押圧されて、これら4つのロールによってテンションが掛けられて張架されており、定着側加圧ロール48に従動して、矢印J方向に回転する。
そこで、本実施形態においては、第1の固定パッド49および第2の固定パッド59として、第2の実施形態で用いた固定パッド(圧力付与部材)29と同一の機能の部材、すなわち圧力付与部材としての主たる部分を構成する圧力付与固定部材(第2の実施形態における押圧パッド34)と、楔部を構成する押圧楔部材(第2の実施形態における30a,30b)との別体で構成されており、かかる押圧楔部材が各ロールとベルトとの間隙を埋めると共に、ニップ圧を全ての領域において規定圧力Po(Tn/To−1)以上になるようにしている。
その他、第1の固定パッド49および第2の固定パッド59の有する押圧楔部材の構成に基づく作用・効果は、第1の実施形態における押圧楔部材10や第2の実施形態における押圧楔部材30a,30bの構成で説明した通りである。
図10のグラフを見てもわかるように、本実施形態の画像定着装置では、各パッドとロールとの境目部分での押圧力を、押圧楔部材の作用により効果的に増大させ、ニップ領域の全域にわたって規定圧力Po(Tn/To−1)以上を実現している。
例えば、上記実施形態では全て、圧力付与部材が、前記楔部を構成する押圧楔部材と、それ以外の部位の圧力付与固定部材との別体で構成されてなる態様を例に挙げているが、本発明はこれに限定されるものではなく、圧力付与部材において、楔部としての機能を奏することを条件として、これが一体的に成形された部材であっても何ら問題ない。
Claims (7)
- 回転可能に支持された定着用回転体と、
該定着用回転体を所定の温度に加熱する加熱手段と、
前記定着用回転体の外周面に沿って外周面が接触し、前記定着用回転体に従動ないし連動して回転すると共に、未定着トナー像を担持した記録シートが挿通されるニップを前記定着用回転体との間に形成するエンドレスベルトと、
該エンドレスベルトの内側かつ前記ニップ位置に配置され、当該エンドレスベルトを介して前記定着用回転体の表面を面で押圧するパッド状の圧力付与部材と、
前記エンドレスベルトの内側で、前記圧力付与部材のエンドレスベルト回転方向上流および/または下流かつ前記ニップ位置に配置され、当該エンドレスベルトを介して前記定着用回転体の表面を押圧する押圧ロールと、
を含み、前記圧力付与部材の前記押圧ロール側の端部に、前記エンドレスベルトと前記押圧ロールとの空隙を埋める形状の楔部を有し、該楔部が前記エンドレスベルトおよび前記押圧ロールの双方と接触して摺擦されると共に、前記押圧ロールによる押圧力が前記楔部および前記エンドレスベルトを介して前記定着用回転体の表面に作用することで、前記楔部による押圧力が生じ、前記定着用回転体の表面に下記式を満たす規定圧力以上の押圧力をニップ領域の全域にわたって与えるように構成されてなることを特徴とする画像定着装置。
・規定圧力=P o (T n /T o −1)
上記式中、T n は定着用回転体の表面温度、T o は定着用回転体から十分離れた位置における空気の温度、P o は大気圧をそれぞれ表す。 - 前記圧力付与部材の少なくとも前記楔部が弾性体からなり、前記押圧ロールによる押圧力で当該楔部が弾性変形する反力によって、前記楔部による押圧力が生じることを特徴とする請求項1に記載の画像定着装置。
- 前記楔部の前記押圧ロールとの摺擦面が、弾性変形時に、前記押圧ロールの外周面に沿って略一致する形状に湾曲することを特徴とする請求項2に記載の画像定着装置。
- 前記楔部の前記エンドレスベルトないし前記押圧ロールとの摺擦面が、自己潤滑性のある材料で形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の画像定着装置。
- 前記定着用回転体が、無端ベルト状であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の画像定着装置。
- 前記無端ベルト状の定着用回転体が、少なくとも加熱ロールと押圧補助ロールとに張架されており、
前記圧力付与部材が、前記エンドレスベルトおよび前記定着用回転体を介して前記加熱ロールを押圧する位置に配され、
前記圧力付与部材のエンドレスベルト回転方向上下流双方、かつ、前記エンドレスベルトおよび前記定着用回転体を介して前記加熱ロールを押圧する位置にそれぞれ前記押圧ロールが配され、
前記押圧補助ロールが、前記押圧ロールのうちエンドレスベルト回転方向下流に位置する下流側押圧ロールに前記定着用回転体を巻きつけつつ、当該下流側押圧ロール表面を当該定着用回転体および前記エンドレスベルトを介して押圧するように配され、
前記定着用回転体の内側で、前記加熱ロールと前記押圧補助ロールとの間に、前記定着用回転体および前記エンドレスベルトを介して前記下流側押圧ロールを面で押圧するパッド状の第2圧力付与部材と、
を含み、前記押圧ロールのうちエンドレスベルト回転方向上流に位置する上流側押圧ロールと前記加熱ロールとが対向する位置から、前記下流側押圧ロールと前記押圧補助ロールとが対向する位置までの間に、未定着トナー像を担持した記録シートが挿通されるニップが形成されると共に、
前記第2圧力付与部材の前記加熱ロール側および前記押圧補助ロール側の端部に、前記定着用回転体と前記加熱ロールまたは前記押圧補助ロールとの空隙を埋める形状の楔部を有し、該楔部が前記定着用回転体、および前記加熱ロールまたは前記押圧補助ロールと接触して摺擦されると共に、前記下流側押圧ロールによる押圧力が前記楔部、前記エンドレスベルトおよび前記定着用回転体を介して、前記加熱ロールおよび前記押圧補助ロールの表面に作用することで、前記楔部による押圧力が生じ、前記加熱ロールおよび前記押圧補助ロールの表面に、前記規定圧力以上の押圧力をニップ領域の全域にわたって与えるように構成されてなることを特徴とする請求項5に記載の画像定着装置。 - 前記下流側押圧ロールが、その表面を加熱するための熱源を備えることを特徴とする請求項6に記載の画像定着装置。
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