JP5450369B2 - 定着装置及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転する定着ローラ等の加熱部材とこれに圧接される固定式の加圧部材を備える定着装置とこれを備えた複写機やプリンタ等の画像形成装置に関するものである。

電子写真方式によって用紙等の記録材に画像を形成する複写機やプリンタ等の画像形成装置においては、感光ドラム等の像担持体上に形成された静電潜像を現像装置によって現像してトナー像として顕像化し、このトナー像を記録材上に転写することが行われる。そして、トナー像が転写された記録材は、定着装置へと搬送され、該定着装置によって加熱及び加圧されてトナー像の定着を受け後に機外に排出され、これによって一連の画像形成動作が完了する。

ところで、斯かる画像形成装置における定着装置には、従来、図６に示す加熱ローラ方式を採用するものが専ら使用されていた。

即ち、図６は加熱ローラ方式を採用する従来の定着装置の断面図であり、図示の定着装置１１８は、互いに当接して図示矢視方向に回転する定着ローラ１２１と加圧ローラ１２２を備えており、円筒状の定着ローラ１２１の内部には定着ヒータ１２３が配置されている。ここで、加圧ローラ１２２は、例えば外径φ１２ｍｍの芯金１２２ａの外表面に、外径がφ２５ｍｍとなるようにシリコンゴム層１２２ｂを形成し、その外表面に離型層として厚み５０μｍのＦＰＡチューブ１２２ｃを被覆し、全体の硬度が４２°（Ａｓｋｅｒ−Ｃ、１ｋｇｆ）となるよう構成されている。そして、この加圧ローラ１２２を荷重７ｋｇｆで定着ローラ１２１に押圧配置した場合、定着ローラ１２１と加圧ローラ１２２間に形成されるニップの幅は５ｍｍ程度と比較的狭い。

斯かる加熱ローラ方式を採用する定着装置１１８においては、加圧ローラ１２２の熱容量が大きいためにウォームアップタイム（定着可能な温度に達するまでに要する時間）が長く、部品コストが高いという問題がある。

そこで、図７の断面図に示すような定着装置２１８が提案されている。図示の定着装置２１８は、従来の加圧ローラ１２２（図６参照）に代えて固定式の加圧部材２２２を使用するものであって、加圧部材２２２は、定着ローラ２２１と接触する表層部材２２４と、該表層部材２２４を定着ローラ２２１に押圧する押圧部材２２５及び該押圧部材２２５と前記表層部材２２４を支持する支持部材２２６で構成されている。

斯かる定着装置２１８においては、定着ローラ２２１と加圧部材２２２との間に形成されるニップに記録材を通過させることによって、該記録材上に転写されたトナー像を加熱及び加圧して定着させることができる。このような定着方式によれば、所要のニップ幅を確保した上で、加圧部材２２２の熱容量を小さく抑えてウォームアップタイムを短縮することができるとともに、定着装置２１８のコストダウンと小型化を図ることができる。

図６に示す加熱ローラ方式を採用する定着装置１１８では、加圧ローラ１２２は定着ローラ１２１と共に回転するため、該加圧ローラ１２２の定着ローラ１２１との圧接位置が常に変動し、これによって記録材を搬送することができるが、図７に示す固定式の加圧部材２２２を用いる定着装置２１８においては、加圧部材２２２には定着ローラ２２１の回転方向下流側に引っ張られる力が加わる。このことを図８（ａ）〜（ｄ）に基づいて以下に説明する。

即ち、図８（ａ）〜（ｄ）は加圧部材２２２の変形の様子を示す断面図であり、定着ローラ２２１が回転していない図８（ａ）に示す状態から図８（ｂ）に示すように定着ローラ２２１が図示矢印方向に回転すると、加圧部材２２２の表層部材２２４と押圧部材２２５は、定着ローラ２２１との間に発生する摩擦力によって定着ローラ２２１の回転方向下流側に引っ張られて図示のように支持部材２２６への接着面を基点として変形し、押圧部材２２５には逆方向の復元力（剪断力）が作用する。この場合、加圧部材２２２が定着ローラ２２１の回転方向下流側に引っ張られる程、ニップ入口が初期の位置から下流方向にズレるため、記録材の搬送性に悪影響が現れる。又、加圧部材２２２のニップ入口側が定着ローラ２２１から離間する方向に変形するため、ニップ入口での定着ローラ２２１と記録材の接触が不十分となり、定着性の低下を招いてしまう。このため、加圧部材２２２の押圧部材２２５は初期の位置に戻り易いように摩擦の小さな表面を有することが望ましく、又、この押圧部材２２５の変形を防ぐ手段を設ける必要がある。

そして、図８（ｃ）に示すように定着ローラ２２１の回転が停止しても、定着ローラ２２１と加圧部材２２２には圧力が加えられた状態が維持されるため、加圧部材２２２の表層部材２２４と押圧部材２２５が定着ローラ２２１の回転方向下流側に変形した状態が維持される。このように表層部材２２４と押圧部材２２５が定着ローラ２２１の回転方向下流側に変形した状態で放置され続けると、弾性部材で構成された押圧部材２２５が塑性変形し、図８（ｄ）に示すように押圧部材２２５に圧抜け部が２２５ａ生じ、ニップ入口側において押圧部材２２５が定着ローラ２２１から離間する。この結果、ニップ幅が減少し、定着不良等を招くという問題が発生する。

ところで、特許文献１には、固定式の加圧部材の弾性体に、そのシート材移動方向下流側への変形を防ぐための機構を設けた定着装置が提案されている。

特許文献２には、固定式の加圧部材を支持体と弾性体及びこれらを被覆するチューブで構成し、用紙が通過する際に加圧部材に負荷が生じても最表面のチューブが支持体や弾性体から剥離しないよう構成した定着装置が提案されている。

特許文献３には、支持体と弾性体及びこれらを被覆するチューブで構成された固定式の加圧部材のニップ入口と出口よりも中央の方が定着ローラに対して凸形状となっている定着装置が提案されている。これによれば、用紙が通過する際に加圧部材に負荷が生じても最表面のチューブの支持体や弾性体からの剥離を阻止することができる。

特許文献４には、定着ローラと加圧部材との間に、ガラス繊維を基材とする耐熱性シートを互いを接着させることなく配置することによって、加圧部材が耐熱シートによって拘束されることなく加圧部材の変形を抑制することができる定着装置が提案されている。

特開２００２−０７２７１８号公報 特開２００２−１２３１２０号公報 特許第４０６４６１４号公報 特開平８−２４１０００号公報

特許文献１において提案された定着装置によれば、弾性体の全体的な変形とニップ出口の位置変動は抑えられるが、ニップ入口の位置変動や弾性体の変形自体を抑えることができない。このため、弾性体のニップ入口側が変形した場合には、ニップ幅が縮小して定着性が悪化するという問題が発生する。又、弾性体のニップ入口側の変形部分を初期の状態に戻す機構が設けられていないため、耐久が進むに連れて定着性は悪化の一途を辿ることになる。

特許文献２，３において提案された定着装置では、加圧部材はチューブによって支持体と弾性体を覆う構成を採用しているため、通紙による負荷を受けても弾性体とチューブが分離することはないが、弾性体の変形自体を防ぐことができないという問題がある。

特許文献４において提案された定着装置によれば、加圧部材が耐熱シートによって拘束されないために耐熱シートの変形分の影響は抑えられるが、加圧によって最も変形するのは耐熱シートではなく加圧部材であり、耐熱シートによる拘束がなくなっても加圧部材と耐熱シート間に滑りが生じない限り、加圧部材は変形した状態で保持されることになり、加圧部材の変形による定着性の悪化を防ぐことができないという問題がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、固定式の加圧部材の経時変化とこれに伴う定着不良や記録材の搬送不良を防ぐことができる定着装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、加熱部材を回転可能に配置し、該加熱部材に圧接されて加熱部材との間にニップを形成する加圧部材を固定配置し、トナー像が転写された記録材を加熱部材と加圧部材との間に形成された前記ニップを通過させることによってトナー像を記録材上に定着させる定着装置において、前記加圧部材を、前記加熱部材と接触する表層部材と、該表層部材を前記加熱部材に押圧する押圧部材を含んで構成し、これらの表層部材と押圧部材を非接着状態で設置するとともに、両者の間に潤滑剤を介在させたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記表層部材と押圧部材を無負荷状態で非接触となるよう配置したことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記加圧部材を、その中心の加圧方向が前記加熱部材の中心に対して該加熱部材の回転方向上流側となるよう配置したことを特徴とする。

請求項４記載の画像形成装置は、請求項１〜３の何れかに記載の定着装置を備えることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、固定式の加圧部材の表層部材と押圧部材を非接着状態で設置するとともに、両者の間に潤滑剤を介在させたため、加熱部材と加圧ローラ間に生じる摩擦力によって表層部材と押圧部材との間で滑りが生じ、加熱部材の回転によって表層部材と押圧部材が加熱部材の回転方向下流側に変形しても、加熱部材の回転が停止すると表層部材と押圧部材は初期の状態に戻ることができる。このため、耐久による押圧部材の塑性変形やこれに伴うニップ部入口の圧抜けとニップ部入口部の位置変形を抑えることができ、定着不良や記録材の搬送不良を防ぐことができる。

請求項２記載の発明によれば、表層部材と押圧部材を無負荷状態で非接触となるよう配置したため、押圧部材が表層部材によって拘束されることがなく、表層部材と押圧部材との間で確実に滑りを生じさせることができる。

請求項３記載の発明によれば、加圧部材を、その中心の加圧方向が加熱部材の中心に対して該加熱部材の回転方向上流側となるよう配置したため、加圧部材を加熱部材に対して垂直に接触させた場合よりも、押圧部材が接触方向に変形する力が強まり、該押圧部材を初期の形状に戻す復元力が高められる。

請求項４記載の発明によれば、定着装置での定着不良や記録材の搬送不良が防がれる結果、高質画像を安定的に得ることができる。

本発明に係る画像形成装置の断面図である。 本発明に係る定着装置の無負荷状態を示す断面図である。 本発明に係る定着装置の負荷状態を示す断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は本発明に係る定着装置の加圧部材の変形の様子を示す断面図である。 本発明の別実施形態に係る定着装置の断面図である。 加熱ローラ方式を採用する従来の定着装置の断面図である。 固定式の加圧部材を有する従来の定着装置の断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は固定式の加圧部材を有する従来の定着装置の加圧部材の変形の様子を示す断面図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

［画像形成装置］
図１は本発明に係る画像形成装置の断面図であり、図示の画像形成装置１はレーザープリンタであって、装置本体１Ａの内部上方には、画像形成部２が配され、装置本体１Ａ内の下半部には用紙収納部３が配されている。

上記画像形成部２は、電子写真方式によって画像を形成するものであって、回転可能に配された像担持体としての感光ドラム４と、その周囲に配された帯電器５、現像装置６、転写ローラ７及びクリーニング装置８の他、現像装置６に現像剤であるトナーを補給するためのトナーホッパ９を備えている。そして、画像形成部２の横には、光走査装置であるレーザースキャナユニット（ＬＳＵ）１０が配置されている。

前記用紙収納部３は、記録材である複数枚の用紙が積層収容された着脱可能な上下２段の給紙カセット１１，１２を備えており、各給紙カセット１１，１２の近傍には、各給紙カセット１１，１２内の用紙を上位のものから順次取り出すピックローラ１３と、取り出された用紙を１枚ずつ分離して送り出すフィードローラ１４とリタードローラ１５がそれぞれ配設されている
又、装置本体１Ａ内には、用紙収納部３から画像形成部２に至る第１搬送路Ｓ１と、画像形成部２から排紙トレイ１６に至る第２搬送路Ｓ２が配置されており、第１搬送路Ｓ１にはレジストローラ１７と前記転写ローラ７が設けられ、第２搬送路Ｓ２には本発明に係る定着装置１８と搬送ローラ１９及び排紙ローラ２０が設けられている。尚、定着装置１８の構成の詳細は後述する。

次に、以上のように構成された画像形成装置１の画像形成動作について説明する。

画像形成動作が開始されると、画像形成部２においては感光ドラム４が不図示の駆動手段によって図１の矢印方向（時計方向）に回転駆動され、その表面が帯電器５によって所定の電位に一様に帯電される。そして、パソコン等から送信される電気信号に基づくレーザービームがレーザースキャナユニット１０から出力されて感光ドラム４の表面が露光走査されると、該感光ドラム４上に画像情報に応じた静電潜像が形成される。そして、この感光ドラム４上に形成された静電潜像は、現像装置６によって現像剤であるトナーを用いて現像されてトナー像として可視像化される。

ところで、カセット給紙を行う場合、用紙収納部３の例えば上段の給紙カセット１１内に収容されている用紙は、ピックローラ１３によって最上位のものからピックアップされ、フィードローラ１４とリタードローラ１５によって１枚ずつ分離されて第１搬送経路Ｓ１をレジストローラ１７へと搬送される。そして、レジストローラ１７においては、用紙は、一時待機状態とされた後、感光ドラム４上のトナー像に同期する所定のタイミングで画像形成部２へと供給される。

画像形成部２においては、感光ドラム４と転写ローラ７との間のニップへと供給された用紙は、転写ローラ７によって感光ドラム４に押し付けられながら搬送されることによって、その表面に感光ドラム４上のトナー像が転写される。そして、トナー像が転写された用紙は、定着装置１８へと搬送され、この定着装置１８のニップを通過する過程で加熱及び加圧されてトナー像の定着を受ける。尚、用紙へのトナー像の転写後に感光ドラム４の表面に残留するトナー（転写残トナー）はクリーニング装置８によって除去され、表面が清掃された感光ドラム４は次の画像形成動作に備えられる。

而して、定着装置１８にて表面にトナー像が定着された用紙は、第２搬送路Ｓ２を搬送ローラ１９によって排紙ローラ２０に向かって搬送され、排紙ローラ２０によって排紙トレイ１６へと排出され、これによって一連の画像形成動作が終了する。

［定着装置］
次に、本発明に係る前記定着装置１８について図２〜図４を参照しながら以下に説明する。

図２は本発明に係る定着装置の無負荷状態（未加圧状態）を示す断面図、図３は同定着装置の負荷状態（加圧状態）を示す断面図、図４（ａ）〜（ｄ）は同定着装置の加圧部材の変形の様子を示す断面図である。

本発明に係る定着装置１８は、円筒状の定着ローラ２１を回転可能に配置し、該定着ローラ２１に下方から圧接されて定着ローラ２１との間にニップを形成する加圧部材２２を固定配置して構成されており、定着ローラ２１内の中心には定着ヒータ２３が配置されている。

本実施の形態では、上記定着ローラ２１は、外径φ２３ｍｍ、肉厚０．６５ｍｍのアルミニウム製の芯金の外表面に、導電材や耐摩耗材が充填されたＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素樹脂を、プライマ層を含めて２５μｍの厚みでコーティングすることによって構成されている。又、この定着ローラ２１の内部に配置された前記定着ヒータ２３は、電圧１００Ｖ、出力８００Ｗのハロゲンランプで構成されており、この定着ヒータ２３によって定着ローラ２１が所定の定着温度に加熱される。尚、定着ローラ２１の表面温度は不図示の温度センサによって常時検出され、その検出信号が不図示のコントローラにフィードバックされることによって定着ローラ２１の表面温度が所定の定着温度に制御される。

前記加圧部材２２は、定着ローラ２１と接触する表層部材２４と、該表層部材２４を定着ローラ２１に押圧する押圧部材２５及びこれらの表層部材２４と押圧部材２５を支持する支持部材２６によって構成されている。尚、本実施の形態では、支持部材２６は、幅１５ｍｍ、厚み６ｍｍの金属部材によって構成されており、押圧部材２５は、幅１０ｍｍ、厚み６ｍｍ、硬度１０°〜４５°（Ａｓｋｅｒ−Ｃ、１ｋｇｆ）のシリコンゴム、シリコンスポンジ、フッ素ゴム、フッ素スポンジ等の耐熱性弾性部材によって構成されて支持部材２６の上面に接着されている。又、表層部材２４は、厚み１０μｍ〜３００μｍのＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＰＩ、カプトン等のシート又は無端状フィルムによって構成されており、その幅方向両端部は支持部材２６の両側面に接着されている。

而して、本発明に係る定着装置１８においては、表層部材２４と押圧部材２５とは接着されておらず、図２に示すように加圧部材２２が定着ローラ２１に押圧されていない無負荷状態では表層部材２４と押圧部材２５とは非接触であって、両者間には耐熱性フッ素グリス等の潤滑剤２７が介在して油膜が形成されている。

以上のように構成された定着装置１８において、加圧部材２２が図３に示すように定着ローラ２１に下方から所定の力で押圧されると、該加圧部材２２の表層部材２４と押圧部材２５が定着ローラ２１の外周面に沿って凹状に変形し、定着ローラ２１と加圧部材２２との間に幅８ｍｍのニップが形成される。

上記状態において、定着ローラ２１が不図示の駆動手段によって図３の矢印方向（時計方向）に所定の速度で回転駆動されると、前述のようにトナー像が転写された用紙がニップ部を通過する過程で加熱及び加圧され、トナー像が用紙上に定着される。尚、このとき、加圧部材２２の表層部材２４は、用紙との間に発生する摩擦力を低減するとともに、押圧部材２５への汚れの付着を防ぐ機能を果たす。

ここで、本発明に係る定着装置１８における加圧部材２２の変形の様子を示す図４（ａ）〜（ｄ）に基づいて以下に説明する。

即ち、図４（ａ）〜（ｄ）は加圧部材２２の変形の様子を示す断面図であり、定着ローラ２１が回転していない図４（ａ）に示す状態から図４（ｂ）に示すように定着ローラ２１が図示矢印方向（時計方向）に回転すると、加圧部材２２の表層部材２４と押圧部材２５は、定着ローラ２１との間に発生する摩擦力によって定着ローラ２１の回転方向下流側に引っ張られて図示のように支持部材２６への接着面を基点として変形し、押圧部材２５には逆方向の復元力（剪断力）が作用する。

そして、図４（ｃ）に示すように定着ローラ２１の回転が停止しても、定着ローラ２１と加圧部材２２には圧力が加えられた状態が維持されるが、本実施の形態では、加圧部材２２の表層部材２４と押圧部材２５との間には潤滑剤２７による油膜が形成されているため、表層部材２４と押圧部材２５との間で滑りが発生し、定着ローラ２１の回転方向下流側に変形していた表層部材２４と押圧部材２５は、押圧部材２５に作用している復元力（剪断力）によって図４（ｄ）に示すように初期の形状（図４（ａ）に示す形状）に復帰することができる。

従って、本発明に係る定着装置１８によれば、耐久による押圧部材２５の塑性変形やこれに伴うニップ部入口の圧抜けとニップ部入口部の位置変形を抑えることができ、定着不良や用紙の搬送不良を防ぐことができるとともに、用紙搬送力付与のタイミングのズレに伴う用紙の斜行やシワの発生を防ぐことができる。

又、本発明に係る定着装置１８においては、加圧部材２２の表層部材２４と押圧部材２５を無負荷状態において非接触となるよう配置したため、押圧部材２５が表層部材２４によって拘束されることがなく、表層部材２４と押圧部材２５との間で確実に滑りを生じさせることができるという効果が得られる。

そして、以上のように定着装置１８での定着不良や用紙の搬送不良が防がれる結果、図１に示す画像形成装置（レーザープリンタ）において高質画像を安定的に得ることができる。

次に、本発明の別実施形態を図５に基づいて以下に説明する。

図５は本発明の別実施形態に係る定着装置の断面図であり、本実施の形態では、加圧部材２２を、その中心の加圧方向が定着ローラ２１の中心に対して該定着ローラ２１の回転方向上流側となるよう配置したことを特徴としており、他の構成は前記実施の形態１のそれと同じである。

而して、本変形例に係る定着装置１８によれば、加圧部材２２を、その中心の加圧方向が定着ローラ２１の中心に対して該定着ローラ２１の回転方向上流側となるよう配置したため、加圧部材２２を定着ローラ２１に対して垂直に接触させた前記実施の形態よりも、押圧部材２５が接触方向に変形する力が強まり、該押圧部材２５を初期の形状に戻す復元力が高められるという効果が得られる。

尚、以上は加熱部材として定着ローラを使用する加熱ローラ方式の定着装置に対して本発明を適用した形態について説明したが、本発明は、加熱部材として定着ベルトを使用するベルト定着方式の定着装置に対しても同様に適用可能である。

又、以上は本発明をモノクロのレーザープリンタとこれに備えられた定着装置に対して適用した形態について説明したが、本発明は、カラーレザープリンタやモノクロ・カラーを問わず、複写機や複合機等の他の任意の画像形成装置及びこれに備えられた定着装置に対しても同様に適用可能であることは勿論である。

１ 画像形成装置
１Ａ 画像形成装置本体
２ 画像形成部
３ 用紙収納部
４ 感光ドラム
５ 帯電器
６ 現像装置
７ 転写ローラ
８ クリーニング装置
９ トナーホッパ
１０ レーザースキャナユニット（ＬＳＵ）
１１，１２ 給紙カセット
１３ ピックローラ
１４ フィードローラ
１５ リタードローラ
１６ 排紙トレイ
１７ レジストローラ
１８ 定着装置
１９ 搬送ローラ
２０ 排紙ローラ
２１ 定着ローラ（加熱部材）
２２ 加圧部材
２３ 定着ヒータ
２４ 表層部材
２５ 押圧部材
２６ 支持部材
２７ 潤滑剤
Ｓ１ 第１搬送路
Ｓ２ 第２搬送路

Claims (4)

1. 加熱部材を回転可能に配置し、該加熱部材に圧接されて加熱部材との間にニップを形成する加圧部材を固定配置し、トナー像が転写された記録材を加熱部材と加圧部材との間に形成された前記ニップを通過させることによってトナー像を記録材上に定着させる定着装置において、
   前記加圧部材を、前記加熱部材と接触する表層部材と、該表層部材を前記加熱部材に押圧する押圧部材を含んで構成し、これらの表層部材と押圧部材を非接着状態で設置するとともに、両者の間に潤滑剤を介在させ、前記表層部材と押圧部材を無負荷状態で非接触となるよう配置したことを特徴とする定着装置。
2. 加熱部材を回転可能に配置し、該加熱部材に圧接されて加熱部材との間にニップを形成する加圧部材を固定配置し、トナー像が転写された記録材を加熱部材と加圧部材との間に形成された前記ニップを通過させることによってトナー像を記録材上に定着させる定着装置において、
   前記加圧部材を、前記加熱部材と接触する表層部材と、該表層部材を前記加熱部材に押圧する押圧部材を含んで構成し、これらの表層部材と押圧部材を非接着状態で設置するとともに、両者の間に潤滑剤を介在させ、前記加圧部材を、その中心の加圧方向が前記加熱部材の中心に対して該加熱部材の回転方向上流側となるよう配置したことを特徴とする定着装置。
3. 前記加圧部材を、その中心の加圧方向が前記加熱部材の中心に対して該加熱部材の回転方向上流側となるよう配置したことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
4. 請求項１〜３の何れかに記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

Images