JP5157192B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

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本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの機能を備えた複合機等の画像形成装置に装着され、転写材上に形成された未定着トナー像を、定着部材と加圧部材とにより加圧、加熱して画像を定着する定着装置、及び定着装置を備えた画像形成装置に関する。
複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの諸機能を備えた複合機等の電子写真方式の画像形成装置においては、原稿に対応した潜像を感光体ドラムに形成し、この潜像にトナーを付与することによって顕像化し、この顕像化されたトナー像を用紙上に転写し、この後、用紙上のトナー像を定着して排紙している。
また、カラー画像を形成する場合には、原稿色に対応したY,M,C,Kの潜像を4個の感光体ドラムに形成し、顕像化された4色のトナー像を無端状の中間転写ベルトに一次転写した後、用紙上に二次転写して、用紙上に転写されたトナー像を定着して排紙している。
このようにトナー像を定着する定着装置として、ハロゲンランプ等の加熱手段を内蔵した定着ローラと、定着ローラを加圧する加圧ローラとによって形成された定着ニップ部で、トナー像が転写された用紙を挟持、搬送しながら、加熱、加圧する熱ローラ定着方式の定着装置があり、このような定着装置は構成が簡便であるため、広く利用されている。
このような定着装置において、高速化を図るためにはトナーと用紙に充分な熱量を供給する必要があり、このためにはニップ幅を広くする必要がある。ニップ幅を広くするためには、加圧ローラが定着ローラを加圧する荷重や、加圧ローラ内のシリコーンゴム等から形成された弾性層の厚みや、二つのローラの径等を増大させることが考えられる。
しかし、加圧ローラの荷重や弾性層の厚みを増大させると、軸方向のニップ幅が不均一になることがあり、定着ムラや用紙のしわが発生するおそれがある。また、ローラの径を増大させると、定着装置が大型化するばかりでなく、ウォーミングアップタイムが長くなるという問題がある。
この問題を解決するために、シリコーンゴムから形成された弾性層を有し、中央にハロゲンランプ等の加熱手段を内蔵して回転する定着ローラと、定着ローラに接触しながら駆動されて回転する無端状の加圧ベルトと、加圧ベルトの内周面に配置された圧力パッドと、を備え、圧力パッドにより加圧ベルトを定着ローラの方向に押圧する方式の定着装置、所謂FBN(Free Belt Nip)方式の定着装置が特許文献1に開示されている。
特許文献1に示された定着装置では、低摩擦部材の端部領域であって定着ニップ部を含む領域に、ベルト部材側に向けて高くなる段差を形成したものである。
この定着装置によれば、圧力パッドにより定着ローラに押圧された定着ベルトが弾性変形し、定着ローラと定着ベルトとの間に幅広の定着ニップ部が形成される。従って、高速化に対応でき、定着装置が大型化することもない。更に、定着ベルトの熱容量が小さいので、ウォーミングアップタイムが短縮し、省エネルギー化にもなる。
特開2006−72218号公報
FBNベルト方式の定着装置において、用紙の分離性を向上させる方法として、圧力パッドの圧力を高くする方法がある。しかし、加圧力を高くするのに伴い、加圧ベルトの摺動による摩擦抵抗も増大するため、加圧力を高くしすぎた場合には、加圧ベルトの従動回動性不良が発生し、画像ズレ等の悪影響を及ぼす。
また、用紙の分離性を向上させる方法として、圧力パッドの用紙搬送方向下流側に分離ニップ部材を配置して、該分離ニップ部材を定着ベルトを介して定着ローラに押圧させることにより、定着ローラの耐熱性弾性層に歪みを生じさせるものがあるが、通紙領域に分離ニップ部を形成させるものであるから、腰の弱い用紙が変形するおそれがある。
特許文献1の定着装置は、定着部材に接触しながら回動可能なベルト部材には、内側に、ベルト部材を定着部材に圧接させて定着ニップ部を形成する押圧部材と、ベルト部材と定着部材との間の摺動摩擦を低減する低摩擦部材とを備えたものである。低摩擦部材の端部領域であって定着ニップ部を含む領域に、ベルト部材側に向けて高くなる段差を形成している。
一般に、パッド内に含浸された潤滑剤は、圧力の高い所から低い所に移動する傾向にある。FBN方式の定着ニップ部においては、分離部材位置に最も高い圧力がかかっており潤滑剤の移動が阻止され、バネ付勢された押圧パッド内に含浸された潤滑剤は、圧力の低い自由端部に潤滑剤が移動し、自由端部から潤滑剤漏れが発生する。
本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、FBN方式の定着装置において、回動するベルト部材の摺動抵抗を上げることなく、簡単な構成でベルト部材内からの潤滑剤の漏れを抑制する定着装置、及び該定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
前記目的は、下記に記載した構成により達成される。
1. 駆動回転する定着部材と、前記定着部材の外周面に接触しながら回動し、該定着部材と協働して用紙を挟持し搬送する定着ニップ部を形成する加圧部材と、前記定着ニップ部における前記用紙の搬送方向下流側に配置され、前記加圧部材の内側から、前記加圧部材を前記定着部材に押圧して、該定着ニップ部から加圧定着された前記用紙を分離させる分離部材と、を備えた定着装置において、前記分離部材の用紙搬送方向に直交する用紙幅方向において、前記用紙の通紙幅の外方で、前記分離部材の端部に至る間の特定の領域に、前記定着部材を押圧する面に対して凹状に形成された押圧力低減部が設けられていることを特徴とする定着装置。
2. 駆動回転する定着部材と、前記定着部材の外周面に接触しながら回動する加圧部材と、前記加圧部材の内側に配設され、該加圧部材を前記定着部材に圧接させ、該定着部材と該加圧部材とを協働させて用紙を挟持し搬送する定着ニップ部を形成する圧接部材と、前記加圧部材と前記圧接部材との間に配設され、該加圧部材と該圧接部材との摺動摩擦を低減する摺動シートと、前記定着ニップ部における前記用紙の搬送方向下流側に配置され、前記摺動シートの内側から、前記加圧部材を前記定着部材に押圧して、該定着ニップ部から加圧定着された前記用紙を分離させる分離部材と、を備えた定着装置において、前記摺動シートの用紙搬送方向に直交する用紙幅方向において、前記用紙の通紙幅の外方で、前記分離部材の端部に至る間の特定の領域に、前記定着部材を押圧する面に対して凹状に形成された押圧力低減部を設けたことを特徴とする定着装置。
3. トナー像を形成する画像形成手段と、前記画像形成手段によって形成されたトナー像を用紙上に転写する転写手段と、前記転写手段に用紙を搬送する給紙手段と、
前記用紙上に転写されたトナー像を該用紙に定着する定着装置と、を備えている画像形成装置において、前記定着装置は、上記1あるいは2に記載の定着装置であることを特徴とする画像形成装置。
本発明の定着装置によれば、分離部材の端部または摺動シートの端部に加圧力低減部を設けることにより、加圧ベルトの端部に流れようとする潤滑剤を加圧ベルトの回動方向に流すことが可能となり、潤滑剤の端部漏れを抑制することが可能となる。
また、本発明の定着装置を備えた画像形成装置によれば、定着装置でのベルト部材からの潤滑剤の漏洩を押さえることで、長期に亘り高品質な画像を形成することが可能となった。
以下に本発明の画像形成装置に関する実施の形態を図を参照して説明する。なお、本発明は下記の実施の形態に限定されるものではない。
図1は、本発明に係る画像形成装置の一例を示す構成図である。
本画像形成装置は画像形成装置本体Aと画像読取装置Bとから構成される。
画像形成装置本体Aはタンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成部10Y,10M,10C,10K、ベルト状の中間転写体6、給紙搬送手段及び定着装置30等からなる。
画像形成装置本体Aの上部には、自動原稿送り装置DFと原稿画像走査露光装置SCから成る画像読取装置Bが設置されている。自動原稿送り装置DFの原稿台上に載置された原稿dは搬送手段により搬送され、原稿画像走査露光装置SCの光学系により原稿の片面又は両面の画像が走査露光され、ラインイメージセンサCCDに読み込まれる。
ラインイメージセンサCCDにより光電変換されて形成された信号は、画像処理部において、アナログ処理、A/D変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等が行われた後、露光手段3Y,3M,3C,3Kに送られる。
イエロー(Y)色の画像を形成する画像形成部10Yは、感光体1Yの周囲に帯電手段2Y、露光手段3Y、現像手段4Y及びクリーニング手段8Yを配置している。マゼンタ(M)色の画像を形成する画像形成部10Mは、感光体1Mの周囲に帯電手段2M、露光手段3M、現像手段4M及びクリーニング手段8Mを配置している。シアン(C)色の画像を形成する画像形成部10Cは、感光体1Cの周囲に帯電手段2C、露光手段3C、現像手段4C及びクリーニング手段8Cを配置している。黒(K)色の画像を形成する画像形成部10Kは、感光体1Kの周囲に帯電手段2K、露光手段3K、現像手段4K及びクリーニング手段8Kを配置している。帯電手段2Yと露光手段3Y、帯電手段2Mと露光手段3M、帯電手段2Cと露光手段3C、及び帯電手段2Kと露光手段3Kは、潜像形成手段を構成する。
なお、現像手段4Y,4M,4C,4Kは、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)及び黒(K)の小粒径のトナーとキャリアからなる2成分現像剤を内包する。
中間転写体6は、複数のローラにより巻回され、図示しない駆動手段により回動可能に支持されている。
定着装置30は、定着部材である定着ローラ31と、加圧部材である加圧ベルト32との間に形成された定着ニップ部Nで用紙P上のトナー像を加熱、加圧して定着する。
画像形成部10Y,10M,10C,10Kより形成された各色の画像は、回動する中間転写体6上に一次転写手段7Y,7M,7C,7Kにより逐次転写されて、カラー画像合成されたトナー像が形成される。給紙カセット20内に収容された用紙Pは、給紙手段21により給紙され、給紙ローラ22A,22B,22C,22D,レジストローラ23等を経て、二次転写手段7Aに搬送され、用紙P上にカラー画像が転写される。カラー画像が転写された用紙Pは定着装置30において加熱、加圧され、用紙P上のカラートナー像が定着される。その後、排紙ローラ24に挟持されて機外の排紙トレイ25上に載置される。
一方、二次転写手段7Aにより用紙Pにカラー画像を転写した後、用紙Pを曲率分離した中間転写体6は、クリーニング手段8Aにより残留トナーが除去される。
なお、以上はカラー画像を形成する画像形成装置であったが、モノクロ画像を形成する画像形成装置であってもよいし、中間転写体を用いても用いなくてもよい。
次に、本発明に係わるFBN(Free Belt Nip)方式の定着装置30の主要構成について、図2に示す定着装置30の断面図及び図3に示す定着装置30の要部拡大断面図に基づいて説明する。
定着ローラ31は、内部にハロゲンランプ(加熱手段)Hを内蔵し、アルミニュウムや鉄等から形成された円筒状芯金31と、円筒状芯金31を被覆し耐熱性の高いシリコーンゴムから成る弾性層31Bと、更に弾性層31Bを被覆しPFA(パーフルオロアルキルビニルエーテル)若しくはPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等のフッ素樹脂から成る離型層31と、により構成されている。
加圧ベルト32は、約100μmの厚みのポリイミドにより形成された基体と、基体の外表面を被覆する約25μmの厚みのPFA若しくはPTFEで形成された離型層とにより構成されていて、無端状に形成されている。
加圧ベルト32を内部から押圧する押圧パッド33は、硬度JISA約10°のシリコーンゴムから形成され、耐熱樹脂から形成された支持部材34と共に、耐熱樹脂から形成されたハウジング38に保持されている。また、支持部材34の裏面には圧縮バネ36が配置されている。
また、定着された用紙Pの分離性を向上させるための分離部材37は耐熱樹脂若しくはアルミニュウム等の金属から形成され、ハウジング38及び耐熱樹脂から形成されたハウジング39に保持されている。ハウジング38,39は中央に配置された金属製のフレーム40によって保持されている。
分離部材37は、加圧ベルト32の内側から、定着ローラ31の表面を定着ローラ31の軸方向に亘って局所的に押圧して、定着ローラ31と加圧ベルト32とが圧接する定着ニップ部Nから排出される用紙Pを曲率分離する。
摺動シート41は、テフロン(登録商標)コーティングのガラス繊維シートやPTFEシートから形成され、加圧ベルト32の内周面と押圧パッド33との間、及び加圧ベルト32の内周面と分離部材37との間に配置され、一端がフレーム40に固定されている。
潤滑剤塗布部材42はスポンジ等から形成されてシリコーンオイル等からなる潤滑剤を含有し、ハウジング39に保持され、加圧ベルト32の内周面に圧着している。
なお、加圧ベルト32の回転時に、ハウジング38は摺動シート41を介して加圧ベルト32を案内し、ハウジング39は加圧ベルト32を直接案内する案内部材としての機能も有する。
このように構成された定着装置30において、ハロゲンランプHにより加熱され、不図示の駆動手段によって駆動された定着ローラ31が図示の時計方向に回転する。また、押圧パッド33が圧縮バネ36により支持部材35を介して押圧され、押圧パッド33は摺動シート41を介して加圧ベルト32を定着ローラ31に押圧する。更に、分離部材37が摺動シート41を介して加圧ベルト32を定着ローラ31に押圧する。
従って、加圧ベルト32は、定着ローラ31の回転によって図示の反時計方向に回転し、押圧パッド33により定着ローラ31に押圧されて弾性変形するので、加圧ベルト32と定着ローラ31との間に幅広の定着ニップ部Nが形成される。搬送された用紙P上の未定着トナーは定着ニップ部Nで加熱、加圧されて定着される。
また、加圧ベルト32の内周面は回転時に摺動シート41に摺動するが、摺動シート41は摩擦係数が小さいので、両者の間の摺動抵抗は小さい。更に、潤滑剤塗布部材42から潤滑剤としてのシリコーンオイルが加圧ベルト32の内周面に供給されるので、更に摺動抵抗は小さくなる。
図4は、押圧パッド33、分離部材37、摺動シート41の斜視図である。
分離部材37の用紙幅方向の両端部近傍には、定着ローラ31を押圧する面に対して凹状に形成された押圧力低減部(凹部)37Aが設けられている。従って、押圧力低減部37Aの定着ローラ31に対する加圧力は、分離部材37の他の先端部の加圧力より少なくなる。
押圧力低減部37Aは、用紙搬送方向に直交する用紙幅方向において、用紙Pの通紙幅の外方で、分離部材37の端部に至る間の特定の領域に設けられている。
図5(a)は、摺動シート41の部分斜視図、図5(b)は、摺動シート41の層構成を示す断面図である。
加圧ベルト32を定着ローラ31に押圧する押圧パッド33と加圧ベルト32との間の摺動摩擦を低減する摺動シート41は、基体41aの表裏面にフッ素樹脂層41b,41cをコーティングしたものである。基体41aはメッシュ状のガラスクロスから成り、厚みが70〜80μmである。フッ素樹脂層41b,41cの厚みは20〜30μmである。
摺動シート41の用紙幅方向の両端部近傍には、定着ローラ31を押圧する面に対して凹状に形成して摺動シート41の一部の厚みを低減した圧接力低減部(凹部)41Aが設けられている。圧接力低減部41Aはフッ素樹脂層41bの一部を除去して形成される。
従って、分離部材37により加圧される圧接力低減部41Aの定着ローラ31に対する加圧力は、分離部材37により加圧される摺動シート41の他の部分の加圧力より少なくなる。
圧接力低減部41Aは、用紙搬送方向に直交する用紙幅方向において、用紙Pの通紙幅の外方で、摺動シート41の端部に至る間の特定の領域に設けられている。
図6(a)は、本発明に係る定着装置30の各部材の用紙搬送方向に直交する用紙幅方向の長さ関係を説明する図、図6(b)は分離部材37の側面図、図6(c)は摺動シート41の側面図である。
これらの図において、W1は用紙Pの通紙幅、W2は分離部材37の幅、W3は摺動シート41の幅、W4は加圧ベルト32の幅を示す。これらの各幅は、W1<W2<W3<W4である。
用紙Pの通紙幅W1の外方で、分離部材37の端部に至る間の領域、即ち、(W2−W1)/2=ΔWの特定の領域に、分離部材37の押圧力低減部37Aを設けた。または、ΔWの特定の領域に、摺動シート41の圧接力低減部41Aを設けた。
図7(a)は、押圧パッド33と従来の分離部材37による潤滑剤の流れを説明する模式図である。
分離部材37が摺動シート41、加圧ベルト32を介して定着ローラ31を加圧することにより、押圧パッド33内の潤滑剤の外周方向の移動がせきとめられて、押圧パッド33の側方から漏出して、定着装置30内を汚損させるようになる。
図7(b)は、押圧パッド33と本発明の分離部材37による潤滑剤の流れを説明する模式図である。
押圧パッド33内の潤滑剤は、分離部材37の用紙幅方向の両端部近傍に設けられた加圧力の小さい押圧力低減部37Aを容易に通過して流出し、摺動シート41の内面に塗布される。また、押圧パッド33内の一部の潤滑剤は、押圧パッド33の側方から流出して、摺動シート41の内面に塗布される。
FBN方式の定着装置30において、摺動シート41の端部までの潤滑剤到達量を分離部材37に押圧力低減部(凹部)37Aを設けた本発明の実施例と、押圧力低減部37Aを設けない従来例とを比較検討した。
[条件]
分離部材37の端部から100mmの位置に潤滑剤を塗布した。定着装置30を400mm/secで、10分間回転させた後、分離部材37の端部への潤滑剤の到達量を測定した。潤滑剤としてジメチルシリコーンオイル、100cm3を用いた。押圧力低減部37Aは、幅10mm、深さ3mmとした。加圧ベルト32の端部に吸い取り紙等の吸着材を固定し、加圧ベルト32の回動前後における吸着材の質量を測定して、潤滑剤の到達量を測定した。
[結果]
押圧力低減部37Aを設けない場合の潤滑剤の到達量は、0.210g、押圧力低減部37Aを設けた場合の潤滑剤の到達量は、0.052gであった。これによって、押圧力低減部37Aを設けることにより、摺動シート41の外部に流れ出す潤滑剤の量を少なくすることが可能であることが判明した。
本発明に係る画像形成装置の一例を示す構成図。 定着装置の要部拡大断面図。 定着装置の要部拡大断面図。 押圧パッド、分離部材、摺動シートの斜視図。 摺動シートの部分斜視図、及び摺動シートの層構成を示す断面図。 本発明に係る定着装置の各部材の用紙搬送方向に直交する用紙幅方向の長さ関係を説明する図、分離部材の側面図、摺動シートの側面図。 押圧パッドと従来の分離部材による潤滑剤の流れを説明する模式図、及び押圧パッドと本発明の分離部材による潤滑剤の流れを説明する模式図。
符号の説明
30 定着装置
31 定着ローラ(定着部材)
32 加圧ベルト(加圧部材)
33 押圧パッド
37 分離部材
37A 押圧力低減部(凹部)
41 摺動シート
41A 圧接力低減部(凹部)
42 潤滑剤塗布部材
A 画像形成装置本体
H ハロゲンランプ(加熱手段)
N 定着ニップ部
P 用紙

Claims (9)

  1. 駆動回転する定着部材と、
    前記定着部材の外周面に接触しながら回動し、該定着部材と協働して用紙を挟持し搬送する定着ニップ部を形成する加圧部材と、
    前記定着ニップ部における前記用紙の搬送方向下流側に配置され、前記加圧部材の内側から、前記加圧部材を前記定着部材に押圧して、該定着ニップ部から加圧定着された前記用紙を分離させる分離部材と、
    を備えた定着装置において、
    前記分離部材の用紙搬送方向に直交する用紙幅方向において、前記用紙の通紙幅の外方で、前記分離部材の端部に至る間の特定の領域に、前記定着部材を押圧する面に対して凹状に形成された押圧力低減部が設けられていることを特徴とする定着装置。
  2. 前記加圧部材を前記定着部材に圧接させて前記定着ニップを形成する圧接部材が、該加圧部材の内側に配設されていることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
  3. 前記加圧部材と前記圧接部材との間に、該加圧部材と該圧接部材との摺動摩擦を低減する摺動シートが設けられていることを特徴とする請求項2に記載の定着装置。
  4. 前記加圧部材の内周面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布部材をさらに備え、
    前記摺動シートは、前記潤滑剤塗布部材以外の前記加圧部材の内側に配設された部材の全部または一部を覆うように配設されていることを特徴とする請求項3に記載の定着装置。
  5. 駆動回転する定着部材と、
    前記定着部材の外周面に接触しながら回動する加圧部材と、
    前記加圧部材の内側に配設され、該加圧部材を前記定着部材に圧接させ、該定着部材と該加圧部材とを協働させて用紙を挟持し搬送する定着ニップ部を形成する圧接部材と、
    前記加圧部材と前記圧接部材との間に配設され、該加圧部材と該圧接部材との摺動摩擦を低減する摺動シートと、
    前記定着ニップ部における前記用紙の搬送方向下流側に配置され、前記摺動シートの内側から、前記加圧部材を前記定着部材に押圧して、該定着ニップ部から加圧定着された前記用紙を分離させる分離部材と、
    を備えた定着装置において、
    前記摺動シートの用紙搬送方向に直交する用紙幅方向において、前記用紙の通紙幅の外方で、前記分離部材の端部に至る間の特定の領域に、前記定着部材を押圧する面に対して凹状に形成された押圧力低減部を設けたことを特徴とする定着装置。
  6. 前記加圧部材の内周面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布部材をさらに備え、
    前記摺動シートは、前記潤滑剤塗布部材以外の前記加圧部材の内側に配設された部材の全部または一部を覆うように配設されていることを特徴とする請求項5に記載の定着装置。
  7. 前記定着部材は、円筒状の定着ローラであることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の定着装置。
  8. 前記加圧部材は、前記定着ローラの外周面に接触しながら回動する加圧ベルトであることを特徴とする請求項7に記載の定着装置。
  9. トナー像を形成する画像形成手段と、
    前記画像形成手段によって形成されたトナー像を用紙上に転写する転写手段と、
    前記転写手段に用紙を搬送する給紙手段と、
    前記用紙上に転写されたトナー像を該用紙に定着する定着装置と、
    を備えている画像形成装置において、
    前記定着装置は、請求項1乃至8の何れか1項に記載の定着装置であることを特徴とする画像形成装置。
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