JP4906288B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に係り、特に、定着装置を改善した画像形成装置に関する。

一般的な画像形成装置の定着装置として、被記録媒体に転写された未定着トナー像を定着させるのに、例えば特許文献１に示すように、表面が弾性変形する加熱定着ローラに加圧ベルトを圧接してニップ部を形成し、そのニップ部に被記録媒体を通過させて未定着トナー像を加熱定着させるようにしたベルトニップ方式の定着装置が既に提案されている。

特開平８−２６２９０３号公報

上記従来の画像形成装置におけるベルトニップ方式の定着装置においては、加圧ベルトの圧接により加熱定着ローラが弾性変形することで、曲率の小さいニップ部が形成されることになる。その結果、加熱定着ローラの回転負荷が増えて加熱定着ローラの駆動トルクを増加させることになり、被記録媒体の安定した移送が困難となる問題が生じる。さらに、曲率の小さいニップ部が形成されることで、加熱定着ローラの弾性層の損傷が短時間に生じる。これは、小曲率の変形の場合は、弾性層の変形量が局所的に大きくなるために短時間の損傷が生じるものである。したがって、加熱定着ローラを含む定着装置の寿命を短くする問題がある。

本発明の目的は、被記録媒体の安定した移送が行えると共に、定着装置の長寿命化が可能な画像形成装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、無端状に形成され表面付近に弾性層がある加熱定着手段と、この加熱定着手段と協調してニップ部を形成しこのニップ部に被記録媒体を通過させることで転写された未定着トナー像を加熱定着する加圧ベルトと、前記加圧ベルトを加熱定着手段側に押圧する加圧部材とで構成した定着装置を備えた画像形成装置において、前記加圧部材の前記加圧ベルトに面する側で前記被記録媒体の移動方向の前後に位置する部位に曲面を形成したのである。

以上説明したように本発明によれば、表面が弾性変形する無端状に形成され加熱定着手段側に加圧ベルトを押圧する加圧部材の、被記録媒体の移動方向の前後となる曲面を設けたので、加圧ベルトと加熱定着手段との間に曲率の小さいニップ部が形成されることはなくなり、その結果、曲率の小さいニップ部の形成によって生じていた駆動トルクの増加がなくなるので、被記録媒体を安定して移送することができ、かつ、曲率の小さいニップ部が形成されることで生じていた加熱定着手段の損傷もなくなるので、定着装置を長寿命化させることができる。

以下本発明による画像形成装置の第１の実施の形態を、図１〜図３に示すカラーレーザプリンタに基づいて説明する。

カラーレーザプリンタ１は、大きくは感光体である無端状の感光体ベルト２と、この感光体ベルト２と接触する位置に配置された中間転写体３と、ベルトニップ方式の定着装置１４とを備えている。

前記感光体ベルト２は、駆動ローラＲ２と張力を与えるテンションローラを兼ねる従動ローラＲ１間に巻掛けられて垂直方向に張架され、矢印ａ方向に一定速度で駆動されている。また、この感光体ベルト２の外周面は、近接配置した帯電器４によって一様に帯電される。帯電された感光体ベルト２は、露光装置５によって露光されて表面に静電潜像が形成される。露光された感光体ベルト２に対しては静電潜像を現像してトナー像を形成する４つの現像機６１〜６４が配置されている。露光装置５の下方には、用紙等の被記録媒体１６を収納するカセット１０と、カセット１０からの被記録媒体１６を供給する給紙ローラ１１と、給紙された被記録媒体１６の姿勢を矯正するレジストローラ１２とが設置されている。矯正された被記録媒体１６が前記中間転写体３に接近する位置には、前記中間転写体３と協調してトナー像を前記被記録媒体１６に転写する転写ローラ１３が設けられている。さらに、トナー像が転写された被記録媒体１６を加熱定着させる定着装置４が設けられ、この定着装置１４の先にはトナー像が定着された被記録媒体１６を収容する排紙部１７が設けられている。この外、カラーレーザプリンタ１には、中間転写体３への転写後に感光体ベルト２の表面に残留するトナーを除去するブレード８と転写後に感光体ベルト２の表面に残留する電荷を除去するイレーズランプ９とが従動ローラ２１側に設けられ、さらに、中間転写体３の表面に残留するトナーを除去するクリーナ１５が設けられている。

そして前記定着装置１４は、被記録媒体１６に付着された未定着トナー像１８を加熱定着する無端状の加熱定着手段である加熱定着ローラ１９と、この加熱定着ローラ１９と前記被記録媒体１６を介して押圧する無端状の加圧ベルト２０とを備えている。

前記加熱定着ローラ１９は、中心部に位置する中空の芯金２１と、その表面に設けられたシリコーンゴムやフッ素ゴム等からなる耐熱性を有する弾性層２２と、その表面に設けられたフッ素樹脂等の耐熱樹脂よりなる表面被覆層２３と、前記芯金２１の中空部に配置したハロゲンランプ等の熱源２４から構成されている。

一方、前記加圧ベルト２０は、前記加熱定着ローラ１９側に被記録媒体１６の移動方向に沿って設けられた低摩擦部材２５と、この低摩擦部材２５の前記移動方向の両側に対向する位置に配置された案内部材２６Ａ,２６Ｂに巻掛けられており、この無端状の加圧ベルト２０内側には、前記低摩擦部材２５を介して加圧ベルト２０を前記加熱定着ローラ１９側に押圧する押圧手段２７と、前記加圧ベルト２０と前記低摩擦部材２５間の摩擦を低減させるためにシリコーンオイルやフッ素オイル等の潤滑油を供給する潤滑油供給装置３１とが配置されている。そして、前記押圧手段２７は、前記加圧ベルト２０に面する側で前記被記録媒体１６の移動方向の前後に位置する部位に曲面Ｒを形成した加圧部材２８と、この加圧部材２８を支持する支持体２９と、この支持体２９を前記加熱定着ローラ１９側に押付ける押圧ばね３０とを備えている。さらに、前記加圧部材２８は、加熱定着ローラ１９と加圧ベルト２０との接触部に形成されるニップ部の前記被記録媒体１６の搬送方向に直交する幅と同等以下の幅を有し、また図示は省略するが、弾性層からなる芯材と、その表面を覆う被覆層とから構成されている。尚、この被覆層は必須の部品ではなく、前記芯材が潤滑油供給装置３１からの潤滑油を含浸しない材質あるいは構成をしていれば、省略しても差支えない。

次に、本実施の形態によるカラーレーザプリンタ１によるカラー画像の記録方法を説明する。

カラーレーザプリンタ１の電源投入後、プリント待機となった状態で、情報処理装置（図示せず）からプリント信号がカラーレーザプリンタ１に入力されると、露光装置５が入力されたプリント信号に基づいてトナー像に該当するレーザ光を、帯電器４によって一様に帯電された感光体ベルト２上に照射し、感光体ベルト２上に静電潜像を形成する。

具体的には、まず、感光体ベルト２上に、露光装置５によって、イエロー色のトナー像に対応する静電潜像を形成し、イエロー現像機６１によりイエロー色のトナー像を現像する。そして、感光体ベルト２上に現像されたイエロー色のトナー像は、中間転写体３の表面に転写される。

イエロー色のトナー像を中間転写体３の表面に転写後、感光体ベルト２上に転写されずに残ったイエロー色のトナーをブレード８によって除去すると共に、感光体ベルト２上に残留する電荷をイレーズランプ９で除去する。

これらの工程が終了した後、同様な工程により、マゼンタ色，シアン色，ブラック色のトナー像に対応する静電潜像の形成、夫々のマゼンタ現像機６２，シアン現像機６３，ブラック現像機６４によって各色のトナー像の現像、各色のトナー像の中間転写体３表面への転写を行って各色のトナー像を中間転写体３上に重ね合わせる。尚、前記各現像機は、バイアス電圧を制御することで、現像機能が付与又は消失されるようになっている。

このようにして中間転写体３に重ね合わされた各色のトナー像を被記録媒体１６に転写するために、給紙ローラ１１を回転させてカセット１０に収納されている被記録媒体１６を１枚づつレジストローラ１２まで搬送し、被記録媒体１６の傾きを矯正して待機する。

次に、中間転写体３上のトナー像と整合するようなタイミングでレジストローラ１２を回転させ、待機していた被記録媒体１６の先端が中間転写体３と接触すると同時に転写ローラ１３を被記録媒体１６の背面より押付けて中間転写体３の重ね合わされた各色のトナー像を一度に被記録媒体１６上に静電転写する。

このようにして被記録媒体１６に静電転写された未定着トナー像１８は、定着装置１４の加熱された加熱定着ローラ１９と加圧ベルト２０との間を加熱加圧されながら移動することで、被記録媒体１６上にトナー像１８Ｐが定着され、その後、排紙部１７に排出される。

以上説明したカラーレーザプリンタ１によれば、加圧部材２８の加圧ベルト２０に面する側で被記録媒体１６の移動方向の前後に位置する部位に曲面Ｒを形成したので、加圧部材２８によって加圧ベルト２０を介して加熱定着ローラ１９の弾性層２２を弾性変形させても、曲率の小さいニップ部が形成されことはなくなる。その結果、加熱定着ローラの回転負荷の増加は抑制されるので、加熱定着ローラ１９の駆動トルクの低減はなくなり、被記録媒体１６の安定した移送を行うことができる。また、曲率の小さいニップ部が形成されないので、加熱定着ローラ１９の弾性層２２の損傷が短時間に生じることがなくなり、加熱定着ローラ１９を含む定着装置１４を長寿命化することができる。

表１は、加圧部材２８の曲面（曲率）Ｒと各特性との関係を実験により確認した結果を示すものである。実験した定着装置１４の条件は、加熱定着ローラ１９の外径が２６．６ｍｍ、弾性層２２の厚さが０．８ｍｍ、表面被覆層２３の厚さが０.０３ｍｍ、定着温度が１７０℃、加圧ベルト２０の加熱定着ローラ１９と対向する側の曲率半径が３０ｍｍ、加圧部材２８の被記録媒体１６の移動方向に沿う幅Ｗが６ｍｍ、加圧部材２８の高さＨが４ｍｍ、加圧部材２８の加熱定着ローラ１９の軸方向に沿う長さが２２０ｍｍ、加圧部材２８の芯材である弾性層の硬度が３０Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）、総荷重３０ｋｇｆと云う条件で、加圧部材２８の曲面（曲率）Ｒを変化させて夫々の評価を行った。尚、被記録媒体１６として一般的な薄紙を用い、その上に１５ｇ／ｍ^２のトナーを付着させ、用紙の搬送速度（移動速度）を１００ｍｍ／ｓで定着装置１４を通過させた。

その結果、加圧部材２８の端部の曲面（曲率）Ｒを大きくしたほうが、定着装置１４全体の寿命を向上できると共に、被記録媒体１６を安定して移送できることが判明した。即ち、曲面（曲率）Ｒが０．５ｍｍ未満であると、用紙へのトナーの定着特性や加熱定着ローラ１９からの用紙の剥離特性は顕著となるが、定着装置１４全体としての寿命が短く使用に耐えないものとなった。逆に、曲面（曲率）Ｒが０．５ｍｍ以上であると、トナーの定着特性や用紙の剥離特性は顕著なものではないが、通常の使用に耐え得るものであり、定着装置１４全体としての寿命は曲面（曲率）Ｒを大きくするほど向上することが確認された。

図４は、表１で示した曲面（曲率）Ｒを０，０.２ｍｍ，０.５ｍｍ，１.０ｍｍ，１.５ｍｍと変化させた場合の加圧部材２８による押圧力の分布を示す。図中のＣは、加熱定着ローラ１９と加圧ベルト２０とによって形成されたニップ部における被記録媒体１６の移送方向の中心部位を示す。加圧部材２８の弾性層は、繰り返して受ける振動や偏芯や環境変化等による弾性変化によって劣化して行く。特に、加圧部材２８の端部は、応力が集中するために劣化しやすく、加圧ベルト２０の移動に影響を与えるような形状である場合には、加圧ベルト２０の駆動トルクを増加させる要因となる。したがって、加圧部材２８の端部の曲面（曲率）Ｒを大きく、特に、０.５ｍｍ以上として加圧部材２８の端部に集中する応力を低減させて加圧ベルト２０の移動を円滑にすることで、定着特性や剥離特性を維持しながら定着装置１４の駆動トルクの低減と長寿命化に効果があることが、これらの実験によって確認できた。

このような弾性層を有する加圧部材２８を形成する場合、周知の形成方法で形成可能である。例えば、削り出しや成型によるものである。成型の場合には、型を製造し、その型にシリコーンゴムやフッ素ゴム等の弾性材料を注入して固めるという工程で行う。この工程において、ゴムのように硬度が低い材料の場合、型の曲率次第では所定の曲率の端部を得るのが困難になることがある。しかしながら、本実施の形態によれば、端部の曲率Ｒが０．５ｍｍ以上であるために、所定の曲率の端部を得ることができる。そのため、成型により加圧部材２８を形成する場合には、削り出しに比べて材料の歩留まりが向上し、製造価格を低減することが可能となる。

図５は、第１の実施の形態におけるカラーレーザプリンタの定着装置１４の第１の変形例を示すもので、図１と同符号は同一部品を示すので、再度の説明は省略する。

この第１の変形例において図１と異なる構成は、加圧部材３２の被記録媒体１６の移動方向両端部となる部位の形状をなだらかな曲率としたことである。このように、加圧部材３２の両端部位の形状をなだらかな対称な曲率とすることで、加圧部材３２の変形を抑制して加熱定着ローラ１９と加圧ベルト２０とによって形成されたニップ部の形成を安定化することができ、かつ加圧部材３２と加熱定着ローラ１９との位置ずれに対するニップ部における圧力分布変動の感度を下げることができる。

図６は、第１の実施の形態におけるカラーレーザプリンタの定着装置１４の第２の変形例を示すもので、図１と同符号は同一部品を示すので、再度の説明は省略する。

この第２の変形例において図１と異なる構成は、図１の加熱定着ローラ１９の代わりに、無端状の加熱定着手段として加熱ベルト３３と押圧手段２７Ａを用いたのである。

この加熱ベルト３３は、ハロゲンランプ等の熱源２４を内側に配置した二つの加熱ローラ３４Ａ,３４Ｂに巻掛けられている。この加熱ベルト３３の内側には、被記録媒体１６側に面しこの被記録媒体１６の移動方向に沿って設けられた低摩擦部材２５Ａと、この低摩擦部材２５Ａを介して加熱ベルト３３を被記録媒体１６側に押圧する押圧手段２７Ａとを配置しており、前記押圧手段２７Ａは、図１に示す押圧手段２７と同じように、前記加熱ベルト３３に面する側で前記被記録媒体１６の移動方向の前後に位置する部位に曲面Ｒを形成した加圧部材２８Ａと、この加圧部材２８Ａを支持する支持体２９Ａと、この支持体２９Ａを前記加熱ベルト３３側に押付ける押圧ばね３０Ａとを備えている。ここで、加圧部材２８Ａが本発明による加熱ベルトを一方向に押圧する第１の加圧部材となり、加圧部材２８が本発明による加圧ベルトを第１の加圧部材の押圧方向に対向する方向に押圧する第２の加圧部材となる。これら第１及び第２の加圧部材２８，２８Ａは、何れも前記被記録媒体１６の移動方向の前後に位置する部位に、０．５ｍｍ以上となる曲面を形成している。

上記構成により、加熱ベルト３３は加熱ローラ３４Ａ,３４Ｂを通過することで、必要な熱量を付与され、加圧部材２８Ａによって前記被記録媒体１６の未定着トナー像を定着させるのである。尚、加熱ベルト３３に必要な熱量を付与できない時には、複数の加熱ローラ３５,３６を追加配置することで確保することができる。

この第２の変形例によれば、加熱ベルト３３を用いているので、定着装置１４の大きさに影響を与えることはなく、また、ニップ部の幅や出口部の変形形状を調整することで、被記録媒体１６への悪影響を抑制することができる。

本発明による画像形成装置の第１の実施の形態を示す定着装置の概略構成図。 図１に示す定着装置の加圧部材の拡大図。 図１に示す定着装置を搭載したカラーレーザプリンタを示す概略構成図。 図１の定着装置における加圧部材の端部曲面と押圧力の分布を示す線図。 図１に示す定着装置の第１の変形例を示す概略構成図。 図１に示す定着装置の第２の変形例を示す概略構成図。

符号の説明

１…カラーレーザプリンタ、１４…定着装置、１６…被記録媒体、１９…加熱定着ローラ、２０…加圧ベルト、２１…芯金、２２…弾性層、２３…表面被覆層、２４…熱源、２５，２５Ａ…低摩擦部材、２６Ａ，２６Ｂ…案内部材、２７，２７Ａ…押圧手段、２８，２８Ａ，３２…加圧部材、２９，２９Ａ…支持体、３０，３０Ａ…押圧ばね、３３…加熱ベルト、３４Ａ，３４Ｂ，３５，３６…加熱ローラ。

Claims (1)

1. 熱源を有する加熱ローラと、この加熱ローラに巻掛けられた加熱ベルトと、この加熱ベルトを一方向に押圧する第１の加圧部材とを備えた無端状の加熱定着手段と、この無端状の加熱定着手段と協調してニップ部を形成しこのニップ部に被記録媒体を通過させることで転写された未定着トナー像を加熱定着する加圧ベルトと、この加圧ベルトを前記第１の加圧部材の押圧方向に対向する方向に押圧する第２の加圧部材とを備えた無端状の加圧手段とで構成した定着装置を有する画像形成装置において、
   前記第１の加圧部材と前記加熱ベルトの間に被記録媒体の移動方向に沿って第１の低摩擦部材を設け、
   前記第２の加圧部材と前記加圧ベルトの間に被記録媒体の移動方向に沿って第２の低摩擦部材を設け、
   前記第１及び第２の加圧部材はそれぞれ弾性層を有し、
   前記第１及び第２の加圧部材の前記加熱ベルト及び加圧ベルトに面する側で前記被記録媒体の移動方向の前後に位置する部位にそれぞれ曲率が０．５ｍｍ以上の曲面を形成し、
   前記加熱ベルトと前記加圧ベルトのニップ部は、同一構成である前記第１の加圧部材及び前記第２の加圧部材のみにより形成されることを特徴とする画像形成装置。

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