JP5032197B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式を用いた複写機・プリンタ・ファクシミリ、或いはこれらを機能的に備えた複合機等の画像形成装置に用いられる定着装置及び画像形成装置に関するものである。

従来から、電子写真方式を用いた複写機・プリンタ・ファクシミリ、或いはこれらを機能的に備えた複合機等の画像形成装置に用いられる定着装置においては、省エネや安定時間短縮を考慮して、定着ローラと加圧ローラとからなる一対のローラ構成よりも熱容量を小さくしたうえでニップ時間が確保可能であるベルト定着方式が多く用いられるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

図７〜図９は、このようなベルト定着方式の一例を示し、定着装置１は、定着ヒータ等の発熱源（図示せず）により加熱される定着ローラ２と、無端状の加圧ベルト３と、加圧ベルト３を挟んで定着ローラ２に当接することでニップ部４を構成する加圧ローラ５と、加圧ベルト３の内周面の他方を張架する張架ローラ６と、加圧ベルト３の表面（転写紙搬送面）に付着した転写紙繊維屑等を除去するクリーニングローラ７と、加圧ベルト３よりも転写紙搬送方向上流側に配置された進入ガイド８と、ニップ部４よりも転写紙搬送方向下流側に配置された排出ローラ対９と、ニップ部４の転写紙搬送方向下流側に配置されて先端がニップ部４の直近にまで臨む分離板１０とを備えている。

また、このようなベルト定着方式の定着装置１には、加圧ベルト３の耐久性や定着性を向上するため、例えば、転写紙Ｔの光沢レベルに応じてニップ部４の転写紙搬送方向に沿う長さ（以下、「ニップ領域」と称する）を切り換えるもの（例えば、特許文献２参照）や、転写紙Ｔの紙厚に応じて定着ローラ２への加圧力を可変するもの（例えば、特許文献３，４参照）等が知られている。
特開平０４−０９７１８７号公報 特開２００４−０１２８７０号公報 特開２００５−２２７３２２号公報 特開２００５−２３４２６８号公報

一方、このようなベルト定着方式を用いた定着装置１において、更なる省エネルギー化や定着ローラ２の定着温度に達するまでの定着時間の短縮化、定着性能の向上等を図るため、定着ローラ２の低熱容量や高熱伝導化を考慮して、定着ローラ２に設けた弾性層（一般的にはシリコーンゴム等の薄膜）をさらに薄肉化したり廃止することが考えられる。

しかしながら、このような弾性層の薄肉化や廃止は、転写紙Ｔの分離性・搬送性に問題が発生する虞があった。

即ち、定着ローラ２の弾性層の薄肉化や廃止をしてしまうと、定着ローラ２の表面硬度が上がるため、ニップ部４の出口付近で定着ローラ２側に歪みができず、下方分離という面で不利となり、図８に示すように、転写紙Ｔが定着ローラ２側に巻き付き気味に搬送されてしまうという問題が発生する。

尚、このように転写紙Ｔが定着ローラ２に巻き付いてしまうと、紙詰まりの発生要因となってしまうため、ニップ部４の転写紙搬送方向下流側に分離板１０を、定着ローラ１０の表面に先端が非接触（又は接触）で配置している。

しかしながら、分離板１０は、ニップ部４の出口付近での転写紙Ｔに少しでも曲率分離作用が発生するように、ニップ部４の出口から一定距離を確保して離間配置する必要がある。

従って、表面に形成されたトナー像を定着するためにニップ部４へと搬送された転写紙Ｔは、図８に示すように、ニップ部４での定着直後における転写紙Ｔの先端（搬送方向基準）がニップ部４の出口付近の定着ローラ２の表面に巻き付き気味に搬送される現象は避けることができない。

また、図９に示すように、転写紙Ｔの先端がニップ部４から排紙されて排出ローラ対９にニップ搬送されると、転写紙Ｔは、排出ローラ対９とニップ部４との間で緊張状態で搬送されることとなる。

これにより、ニップ部４での出口付近での転写紙Ｔは、ニップ部４から転写紙Ｔの先端が排紙された直後においては、転写紙Ｔの巻き付きにより、ニップ部４のニップ領域Ａに加えて定着ローラ２の表面に沿う領域Ｂを含む長さで定着ローラ２の表面に接触する。また、ニップ部４での出口付近での転写紙Ｔは、転写紙Ｔの先端がニップ部４から排紙されて排出ローラ対９にニップ搬送された状態では、転写紙Ｔの緊張状態により、ニップ部４のニップ領域Ａに加えて領域Ｂよりも狭い定着ローラ２の表面に沿う領域Ｃを含む長さで定着ローラ２の表面に接触する。
このように、ニップ部４から排紙された転写紙Ｔは、ニップ部４から排紙された直後の転写紙Ｔの先端寄りは長い領域（領域Ａ＋領域Ｂ）で定着ローラ２の表面と接触し、排出ローラ対９にニップされた後の転写紙Ｔの後端寄りは短い領域（領域Ａ＋領域Ｃ）で定着ローラ２の表面と接触することとなる。

従って、１枚の同一転写紙Ｔにおいて、その搬送方向の先端寄りと後端寄りとで定着ローラ２の表面との接触長さが異なると、転写紙Ｔの先端寄りと後端寄りとで与えられる熱量が変わることとなるため、転写紙Ｔの先端寄りでは熱量過多に伴う高温オフセットが発生し易く、転写紙Ｔの後端寄りでは熱量不足に伴う定着不良が発生し易いといった問題が発生していた。

また、このような先端寄りと後端寄りとで与えられる熱量に差が発生すると、転写紙Ｔの先端寄りと後端寄りとで光沢度（以下、「グロス」と称する）の変化、即ち、先端寄りが高グロス、後端寄りが低グロスの傾向となり、定着画像が不自然となってしまうという問題も考えられ、結果的に定着後の画像品質の高画像化並びに安定化が損なわれるといった問題があった。

尚、特許文献１には、加圧ローラ５を中心に加圧ベルト３を回動移動させて、定着ローラ２との接触面を加圧ベルト３の長さ方向に変更させることで、ローラ／ローラ定着方式とローラ／ベルト定着方式の双方の利点を併せ持つ技術が提案されている。

しかしながら、このような技術の場合、画像形成装置全体の小型化を考慮すると、定着装置の設置スペースや搬送経路を確保するのが困難であるうえ、上述したように、１枚の搬送過程中の転写紙Ｔにおける搬送方向の先端寄りと後端寄りとで与えられる熱量の変化に対応することはできない。

同様に、特許文献２乃至特許文献４に開示の技術においても、複数種類の転写紙Ｔへの対応は可能であるものの、上述したように、１枚の搬送過程中の転写紙Ｔにおける搬送方向の先端寄りと後端寄りとで与えられる熱量の変化に対応することはできない。

そこで、本発明は、上記事情を考慮し、１枚の搬送過程中の転写紙における搬送方向の先端寄りと後端寄りとで与えられる熱量の変化に対応し得て、定着後の転写紙における画像品質の高画像化並びに安定化を向上することができる定着装置を提供することを目的とする。

本発明の定着装置は、定着ローラと、無端状の加圧ベルトと、前記加圧ベルトを挟んで前記定着ローラとでニップ部を形成するように前記定着ローラに当接する加圧ローラと、該加圧ローラと協働して前記加圧ベルトを回動移動させる変位ローラと、前記ニップ部における同一転写紙の搬送過程における転写紙先端寄りのニップ搬送時よりも転写紙後端寄りのニップ搬送時の方が前記加圧ベルトのニップ領域が広くなるように前記変位ローラを変位させる可変手段とを備えていることを特徴とする。

この際、前記可変手段は、前記変位ローラが前記ニップ部よりも上方に位置した突出位置と、前記変位ローラが前記ニップ部よりも下方に位置した退避位置と、に変位させるのが好ましい。

この際、前記ニップ部よりも転写紙搬送方向下流側に定着後の転写紙をニップ搬送する排出ローラ対を配置し、前記可変手段は、転写紙先端が前記ニップ部に進入する直前から前記排出ローラ対にニップされる直前までは前記変位ローラを退避位置に位置させ、転写紙先端が前記排出ローラ対にニップされてから転写紙後端が前記ニップ部を通過するまでは前記変位ローラを突出位置に位置させるのが好ましい。

また、本発明は上記した何れかの構成からなる画像形成装置を採用した画像形成装置とすることができる。

本発明の画像形成装置は、１枚の搬送過程中の転写紙Ｔにおける搬送方向の先端寄りと後端寄りとで与えられる熱量の変化に対応し得て、定着後の転写紙における画像品質の高画像化並びに安定化を向上することができる。

次に、本発明の一実施形態に係る画像形成装置をプリンタ１に適用し、図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてのプリンタの説明図、図２は本発明の一実施形態に係る画像形成装置における定着装置の定着動作前及び定着動作中に転写紙が排出ローラ対にニップされるまでの状態を示す説明図、図３は本発明の一実施形態に係る画像形成装置における定着装置の定着動作前及び定着動作中に転写紙が排出ローラ対にニップされるまでの状態を示す要部の斜視図、図４は本発明の一実施形態に係る画像形成装置における定着装置の定着動作中に転写紙が排出ローラ対にニップされている状態を示す説明図、図５は本発明の一実施形態に係る画像形成装置における定着装置の定着動作中に転写紙が排出ローラ対にニップされている状態を示す要部の斜視図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてのプリンタ１１は、図示しないパーソナルコンピュータやプリンタサーバ等に接続されており、そのコンピュータ等から送られてくる画像データに基づいてフルカラー画像を転写紙に転写・定着するものである。

プリンタ１１は、複数のドラム状の感光体１２と、各感光体１２に対応してタンデム方式に複数配置された現像器１３と、現像器１３に共有する補給用トナーを収容したトナーコンテナ１４と、複数段の給紙カセット１５に収納された転写紙（図示せず）を転写・定着しつつ排出口１６まで搬送する搬送経路１７の一部を構成するように感光体１２の配置方向に沿って回動移動可能な搬送ベルト１８と、定着装置１９とを有している。

各現像器１３は、感光体１２に形成された静電潜像を各色のトナーによって現像するものであり、感光体１２に隣接して配置されている。また、現像器１３は、本実施の形態では４箇所に隣接して４色（例えば、イエロー（Ｙ）・マゼンダ（Ｍ）・シアン（Ｃ）・ブラック（Ｋ））のトナーに対応する４つの現像器１２が設置可能となっている。

各現像器１３は、それぞれ略同様の構成であり、感光体１２に対向配置可能な現像ローラ２０等が設けられている。

定着装置１９は、図２，図４に示すように、定着ヒータ等の発熱源（図示せず）により加熱される定着ローラ２１と、無端状の加圧ベルト２２と、加圧ベルト２２を挟んで定着ローラ２１に当接することでニップ部２３を構成する加圧ローラ２４と、加圧ベルト２２の内周面の他方を張架する張架ローラ２５と、ニップ部２３へと転写紙Ｔを搬送する際の加圧ベルト２２の転写紙搬送状態を規定（例えば、水平搬送）するように加圧ベルト２２の回動移動を案内する変位ローラ２６と、加圧ベルト２２の表面（転写紙搬送面）に付着した転写紙繊維屑等を除去すると共に加圧ベルト２２の緊張状態を維持するテンションローラとしての機能を具備するクリーニングローラ２７と、加圧ベルト２２よりも転写紙搬送方向上流側に配置された進入ガイド２８と、ニップ部２３よりも転写紙搬送方向下流側に配置された排出ローラ対２９と、ニップ部２３の転写紙搬送方向下流側に配置されて先端がニップ部２３の直近にまで臨む分離板３０とを備えている。尚、クリーニングローラ２７は、軸線方向に沿う方向の加圧ベルト２２の温度ムラを改善する目的の熱伝導ローラ等でも良い。

張架ローラ２５は、加圧ベルト２２を回動移動させる際の従動ローラ（駆動ローラは定着ローラ２１）として機能し、その回転軸３１には、図３，図５に示すように、張架ローラ２５の両端に位置するように、偏心カム３２が設けられている。

この変位手段としての偏心カム３２には、変位ローラ２６が弾接している。また、偏心カム３２は、転写紙Ｔの搬送位置に応じて（例えば、レジストタイミング等を利用して）回転軸３１と一体に偏心カム３２が回転し、この偏心カム３２の回転位置に応じて変位ローラ２６が変位する。また、変位ローラ２６の変位は、加圧ベルト２２の緊張状態も変化するため、その緊張状態に合わせてテンションローラの機能も兼ねたクリーニングローラ２７が変位する。さらに、偏心カム３２は、変位ローラ２６を、ニップ部２３に搬送される直前の転写紙Ｔに対して搬送面（進入ガイド２８又はニップ部２３）よりも低い下死点の退避位置（図２参照）と、排出ローラ対２９にニップされる直後の転写紙Ｔに対して搬送面（進入ガイド２８又はニップ部２３）よりも高い上死点の突出位置（図４参照）とに変位させる。

尚、偏心カム３２は、張架ローラ２５の直径よりも小径とすることにより、加圧ベルト２２と摺動する部材が存在せず、加圧ベルト２２の回動移動トルク（負荷）の面でも有利である。また、張架ローラ２５，変位ローラ２６，偏心カム３２は、ニップ部２３の転写紙搬送方向上流側に配置しても良い。さらに、偏心カム３２は、変位ローラ２６の変位を段階的に行う形状としても良く、偏心カム３２の換わりに変位ローラ２６を上述した退避位置と突出位置との二位置に直線的に変位させるソレノイド等でも良い。また、偏心カム３２を回転軸３１に対してフリー（相対回転可能）とし、回転軸３１の回転に伴う張架ローラ２５の回転とは独立して偏心カム３２が回転するように構成しても良い。また、これとは逆に、張架ローラ２５は単なる従動回転であるため、回転軸３１に対して張架ローラ２５をフリー（相対回転可能）とし、回転軸３１の回転に伴う偏心カム３２の回転とは独立して張架ローラ２５が回転するように構成することも可能である。この際、偏心カム３２は、転写紙Ｔの長さ・種類・搬送速度等に対応して、退避位置と突出位置とを切り換えるタイミングを変更するのが好ましい。

上記の構成において、偏心カム３２は、プリント動作をおこなっていない通常状態（例えば、電源ＯＦＦ時や待機時等）及び転写紙Ｔの先端がニップ部２３に進入する直前（図６（Ａ）参照）からニップ部２３を経由して排出後（図６（Ｃ）参照）、排出ローラ対２９にニップされる直前までは変位ローラ２６を退避位置（付近）に位置させている。

これにより、転写紙Ｔの先端がニップ部２３から排出された直後において、ニップ部２３での出口付近での転写紙Ｔは、定着ローラ２１の表面に対する転写紙Ｔの巻き付きにより、ニップ部２３のニップ領域Ａに加えて、定着ローラ２１の表面に沿う領域Ｂを含む長さで定着ローラ２１の表面に接触する。

また、偏心カム３２は、転写紙Ｔの先端が排出ローラ対２９にニップされた直後（図６（Ｂ）参照）から転写紙Ｔの後端がニップ部２３を抜けた排出完了直後（図６（Ｄ）参照）に至る過程では変位ローラ２６を突出位置（付近）に位置させている。

これにより、転写紙Ｔの先端が排出ローラ対２９にニップされた以降において、ニップ部２３での出口付近での転写紙Ｔは、ニップ部２３の下流側における転写紙Ｔの緊張状態によるニップ部２３のニップ領域Ａに加えて、領域Ｂよりも狭い定着ローラ２１の表面に沿う領域Ｃを含む長さ並びに、ニップ部２３の上流側における変位ローラ２６の突出に伴う転写紙Ｔの後端寄りの定着ローラ２１の表面側への接近による領域Ｄを含む長さで定着ローラ２１の表面に接触する。

尚、領域Ｂ，Ｃは、ニップ部２３に対して転写紙Ｔと定着ローラ２１との熱特性における接触拡大範囲であり、領域Ｄは、ニップ部２３に対して同一転写紙Ｔの搬送過程における先端寄りのニップ搬送時よりも後端寄りのニップ搬送時の方が加圧ベルト２２のニップ領域が実質的に広がる範囲となる。

従って、転写紙Ｔは、ニップ部２３から排出された直後から排出ローラ対２９にニップされる直前までは、ニップ領域Ａ＋領域Ｂの範囲で定着ローラ２１に接触し、排出ローラ対２９にニップされた直後からニップ部２３の排出完了直前に至るまでは、ニップ領域Ａ＋領域Ｃ＋領域Ｄの範囲で定着ローラ２１に接触する。

これにより、領域Ｂ≒領域Ｃ＋領域Ｄとなるように、変位ローラ２６の突出位置並びにタイミングを設定することにより、１枚の搬送過程中の転写紙Ｔにおける搬送方向の先端寄りと後端寄りとで与えられる熱量の変化に対応し得て、定着後の転写紙Ｔにおける画像品質の高画像化並びに安定化を向上することができる。

尚、転写紙Ｔが厚紙等の場合、転写紙Ｔの先端が定着ローラ２１の表面に巻き付き気味に搬送されることはないため、このような偏心カム３２の動作は不要となる。また、通常の搬送速度よりも遅い速度で転写紙Ｔを搬送して画像解像度や定着性を確保するようなモード（高画質モード等）においては、ニップ部２３の上流側に配置した転写紙検出センサ（図示せず）が転写紙Ｔの先端を検知してから排出ローラ対２９にニップされるまでの時間も長くなるため、それらに合わせて偏心カム３２の動作・制御を変更しても良い。

このように、本発明の定着装置１９によれば、１枚の転写紙Ｔに対する定着時に、転写紙Ｔの先端寄りと後端寄りとにおける熱量を略同量に制御することができ、転写紙Ｔの先端寄りでの高温オフセットや転写紙Ｔの後端寄りでの定着不良の発生を防止し得て、しかも、転写紙Ｔの先端寄りと後端寄りとのグロス差の発生も抑制することができ、定着画像の高画質化並びに安定化に貢献することができる。

ところで、上記実施の形態では、本発明の画像形成装置をプリンタ１１に適用して説明したが、例えば、複写専用機や複合機のように、画像形成装置全般に適用することができることは勿論である。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてのプリンタの説明図である。 本発明の一実施形態に係る画像形成装置における定着装置の定着動作前の説明図である。 本発明の一実施形態に係る画像形成装置における定着装置の定着動作前の要部の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る画像形成装置における定着装置の定着動作中の説明図である。 本発明の一実施形態に係る画像形成装置における定着装置の定着動作中の要部の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る画像形成装置における定着装置の定着動作を時系列で示し、（Ａ）はニップ部進入直前、（Ｂ）はニップ部進入直後、（Ｃ）は排出ローラ対進入直後、（Ｄ）はニップ部離脱直後、の説明図である。 従来の画像形成装置における定着装置の転写紙がニップに進入するまでの要部の斜視図である。 従来の画像形成装置における定着装置の転写紙がニップに進入して排出ローラ対にニップされるまでの状態の要部の斜視図である。 従来の画像形成装置における定着装置の転写紙が排出ローラ対にニップされている状態の要部の斜視図である。

符号の説明

１９…定着装置
２１…定着ローラ
２２…加圧ベルト
２３…ニップ部
２４…加圧ローラ
２６…変位ローラ
３２…偏心カム（変位手段）

Claims (2)

1. 定着ローラと、無端状の加圧ベルトと、前記加圧ベルトを挟んで前記定着ローラとでニップ部を形成するように前記定着ローラに当接する加圧ローラと、該加圧ローラと協働して前記加圧ベルトを回動移動させる変位ローラと、前記ニップ部における同一転写紙の搬送過程における転写紙先端寄りのニップ搬送時よりも転写紙後端寄りのニップ搬送時の方が前記加圧ベルトのニップ領域が広くなるように前記変位ローラを変位させる可変手段と、前記ニップ部よりも転写紙搬送方向下流側に配置されて定着後の転写紙をニップ搬送する排出ロータ対と、を備え、
   前記可変手段は、前記変位ローラが前記ニップ部よりも上方に位置した突出位置と、前記変位ローラが前記ニップ部よりも下方に位置した退避位置と、に変位させ、転写紙先端が前記ニップ部に進入する直前から前記排出ローラ対にニップされる直前までは前記変位ローラを前記退避位置に位置させ、転写紙先端が前記排出ローラ対にニップされてから転写紙後端が前記ニップ部を通過するまでは前記変位ローラを前記突出位置に位置させることを特徴とする定着装置。
2. 請求項１に記載の定着装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。

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