JP5482573B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等のトナーを用いて画像を形成する電子写真方式の画像形成装置の定着装置に関する。

紙等のシート状記録媒体（以下、用紙という）上に転写され担持されているトナー像からなる未定着画像を加熱定着することにより、複写物や記録物を得る電子写真方式の複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置が知られている。この画像形成装置に用いられる加熱定着処理を行う定着装置として、ローラ同士を圧接する構成やローラとベルトとを組み合わせた構成が知られており、ベルトを用いる構成ではローラ対を用いる構成における未定着画像に接する側に位置するローラに代えて１対のローラに掛け渡されたベルトを配置し、この１対のローラの１つには用紙を圧接する加圧ローラを対向させている。ベルトが掛け渡されるローラのうち加圧ローラと対向するローラは定着ローラとされ、定着ローラ以外のローラはベルトを加熱するための熱源を備えた加熱ローラとされている。このようなベルトを用いたベルト定着方式では、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を短縮できると共に省エネルギに寄与するという利点がある。

上述の画像形成装置において、カラー画像を形成するカラー画像形成装置の場合には色の発色性を向上させるため、定着ベルトとして表層にシリコーンゴムを素コートしたのも（一般的には数十μｍ程度のＰＦＡチューブを使用）やシリコーンゴムの表面にオイルを塗布したものを使用している。しかしこの構成では表層が軟らかいために傷が付き易く、表層に傷が付くと定着画像にスジ状の傷が生じることから、分離爪のような接触手段を用いずに大半は非接触分離を行っているが、非接触分離でトナーと定着ベルトとの粘着力が高い場合には定着後の用紙が定着ローラに巻き上がるため、容易に巻き上がりジャムが発生してしまうという問題点がある。特にカラー画像形成では何層もの色が積層されており、粘着力が高まるために巻き上がりジャムが発生し易い。

現在、カラー画像形成装置における用紙分離では、（１）定着ローラ及び定着ベルトとの間に微少なギャップ（０．２〜１ｍｍ程度）を有する状態で定着ローラ及び定着ベルトの長手方向及び幅方向に平行に延在する分離板を用いる非接触分離板方式、（２）定着ローラ及び定着ベルトとの間に微少なギャップ（０．２〜１ｍｍ程度）を有する状態で所定間隔をおいて配置された分離爪を用いる非接触分離爪方式、（３）用紙の腰の強さと定着ローラ及び定着ベルトの湾曲部弾性とで自然に用紙を剥離させるセルフストリッピング方式の３つが主に採用されている。しかし何れの方式も隙間を有しているため、薄い用紙や先端余白が少ない用紙を通紙する場合あるいは写真等のべた画像を有する用紙を通紙する場合には、用紙が定着ベルトに密着したまま隙間を通過して用紙巻き上がりが生じたり、逆に分離板や分離爪に用紙が突き当たったりすることによりジャムが発生してしまうという問題点がある。

本発明は上述の問題点を解決し、定着ベルトに傷を付けることなくかつジャムを発生させることなく、用紙を確実に分離することが可能な定着装置及びこれを用いた画像形成装置の提供を目的とする。

請求項１記載の発明は、表面に耐熱性離型層を有する無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトを走行可能に支持する定着ローラを含む複数のローラと、前記定着ベルトを加熱する熱源と、ニップ部において前記定着ベルトを介してシート状の記録媒体を前記定着ローラに押圧させる加圧ローラと、前記記録媒体を前記定着ベルトより分離させる分離手段と、前記定着ベルトを走行駆動する定着ベルト駆動手段と、前記加圧ローラを回転駆動する加圧ローラ駆動手段とを有する定着装置において、前記加圧ローラの回転周速度を制御する制御手段を有し、前記制御手段は、前記記録媒体の先端が前記分離手段により分離されるまでは前記定着ベルトの走行速度よりも遅い第１の速度となるように前記加圧ローラの回転周速度を制御し、前記記録媒体の先端が前記分離手段により分離された後は前記定着ベルトの走行速度と等しい第２の速度となるように前記加圧ローラの回転周速度を制御することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の定着装置において、さらに前記加圧ローラと前記加圧ローラ駆動手段との間に前記加圧ローラ駆動手段からの回転駆動力を前記加圧ローラに対して接続・遮断可能な断接手段を有し、前記制御手段は、第１の速度において前記加圧ローラと前記加圧ローラ駆動手段とを接続して前記加圧ローラを前記加圧ローラ駆動手段によって回転駆動し、第２の速度において前記加圧ローラと前記加圧ローラ駆動手段とを遮断して前記加圧ローラを前記定着ベルトの走行駆動により従動回転させることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の定着装置において、さらに前記加圧ローラの第１の速度における回転周速度に比して前記定着ベルトの走行速度が１０１％以上であることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１ないし３の何れか１つに記載の定着装置において、さらに前記定着ベルトの走行速度は常時その走行速度をフィードバックして制御されていることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の定着装置において、さらに前記定着ベルトの走行速度制御は非接触式温度センサを用いて行うことを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項４記載の定着装置において、さらに前記定着ベルトの走行速度制御は接触式温度センサを用いて行うことを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１ないし６の何れか１つに記載の定着装置において、さらに前記加圧ローラの第１の速度への制御は前記記録媒体として坪量１５０ｇ／ｍ^２以下のものを用いる場合に行われることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項１ないし７の何れか１つに記載の定着装置を有する画像形成装置であることを特徴とする。

本発明によれば、記録媒体の先端が分離手段により分離されるまでは定着ベルトと加圧ローラとの間に線速差を設け、記録媒体の先端が分離された後は線速差をなくす制御を行うことにより、記録媒体に定着ベルトから離れる向きの湾曲特性が付与されて分離性が向上し、かつシワのない画像を得ることができる。

本発明の一実施形態を採用した画像形成装置の概略正面図である。 本発明の一実施形態に用いられる定着装置の概略正面図である。 本発明の一実施形態に用いられる定着ベルトを説明する概略図である。 本発明の一実施形態に用いられる制御手段のブロック図である。 本発明の一実施形態における定着装置の動作を説明するタイミングチャートである。 本発明の一実施形態における線速差によるシートの挙動を説明する概略図である。 本発明の一実施形態における線速差とジャム発生率との関係を示す線図である。 本発明の一実施形態における線速差とシワ発生率との関係を示す線図である。 本発明の一実施形態におけるシートの坪量とジャム発生率との関係を示す線図である。

図１は本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置としてのカラー複写機１を示している。同図に示すように、装置本体２の中央よりやや上方の位置には中間転写ベルト３を有する中間転写ユニット４が配設されており、中間転写ベルト３と対向するようにイエロ、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に対応した作像部５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋが並設されている。ここで、各作像部５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋは作像プロセスに用いられるトナーの色が異なる以外はほぼ同一の構造であるので、以下の説明では作像部５と感光体ドラム６と１次転写ローラ７とにおける符号のアルファベット（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）を省略する。

作像部５は感光体ドラム６、感光体ドラム２１の周囲に配設された帯電手段８、現像装置９、クリーニング手段１０等を有している。感光体ドラム６上において後述する作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程、除電工程）が行われ、感光体ドラム６上に所望のトナー像が形成される。上述した感光体ドラム６、帯電手段８、現像装置９、クリーニング手段１０は装置本体２に対してそれぞれ着脱自在に構成されており、それぞれが寿命に達したときに個別に交換可能に構成されている。

次に、感光体ドラム６の作像プロセスについて説明する。感光体ドラム６は、図示しない駆動手段によって図１の矢印方向に回転駆動され、帯電手段８と対向する位置においてその表面を一様に帯電される（帯電工程）。その後、感光体ドラム６の帯電された表面は光学系１１からのレーザ照射位置に達し、この位置での露光走査により感光体ドラム６の表面に静電潜像が形成される（露光工程）。感光体ドラム６の潜像形成部は現像装置９との対向部に達し、この位置で静電潜像に現像剤が供給されて所望のトナー像が形成される（現像工程）。感光体ドラム６の表面に形成されたトナー像は中間転写ベルト３及び１次転写ローラ７との対向位置に達し、この位置で感光体ドラム６上のトナー像が中間転写ベルト３上に転写される（１次転写工程）。このとき感光体ドラム６上には僅かながら未転写トナーが残存する。１次転写後、感光体ドラム６の表面はクリーニング手段１０との対向位置に達し、この位置で未転写トナーがクリーニング手段１０によって回収される（クリーニング工程）。最後に感光体ドラム６の表面は図示しない除電手段との対向部に達し、この位置で残留電位を除去される（除電工程）。この一連の動作により、感光体ドラム６の作像プロセスが完了する。

上述の作像プロセスは、４つの作像部５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋにおいてそれぞれ行われる。各作像部５の上方に配設された光学系１１から画像情報に基づいたレーザ光が各感光体ドラム６に向けて照射される。詳しくは、光源から発せられたレーザ光をポリゴンミラーで走査しながら複数の光学素子を介して感光体ドラム６上に照射する。その後、現像工程を経て各感光体ドラム６上に形成した各色トナー像を中間転写ベルト３上に重畳転写することにより、中間転写ベルト３上にフルカラートナー像が形成される。

４個の１次転写ローラ７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋは、それぞれ対応する感光体ドラム６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋとの間で中間転写ベルト３を挟み込んで１次転写ニップを形成している。中間転写ベルト３が図１に矢印で示す方向に走行して各１次転写ローラ７の１次転写ニップを通過するとき各１次転写ローラ７にトナー極性とは逆極性の転写バイアスが印加されることにより、各感光体ドラム６上の各色トナー像が中間転写ベルト３上に重畳転写される。

フルカラートナー像が重畳転写された中間転写ベルト３は２次転写ローラ１２との対向位置に達し、この位置において２次転写バックアップローラ１３が２次転写ローラ１２との間に中間転写ベルト３を挟み込んで２次転写ニップを形成している。中間転写ベルト３上に形成されたフルカラートナー像は、２次転写ニップに搬送された転写紙等の記録媒体Ｐに転写されるが、このとき中間転写ベルト３上には記録媒体Ｐに転写しきれなかった未転写トナーが残存する。残存した未転写トナーは図示しない中間転写ベルトクリーニング手段により除去され、中間転写ベルト３が初期状態に復帰して中間転写ベルト３上で行われる一連の転写プロセスが完了する。

２次転写ニップに搬送される記録媒体Ｐは、装置本体２の下方に配設された給紙部１４から給紙ローラ１５及びレジストローラ対１６等を経由して搬送される。給紙部１４には記録媒体Ｐが複数枚重ねて収納されており、給紙ローラ１５の回転によりその最上位の１枚がレジストローラ対１６に向けて分離給送される。分離給送された記録媒体Ｐはレジストローラ対１６のニップ位置で一時停止され、中間転写ベルト３上のフルカラートナー像にタイミングを合わせてレジストローラ対１６が回転駆動されることにより２次転写ニップに向けて搬送され、２次転写ニップにおいて所望のフルカラー画像が転写される。

２次転写ニップにおいてフルカラー画像を転写された被転写材Ｐは定着装置１７へと搬送される。定着装置１７では、後述する定着ベルト及び加圧ローラによる加熱及び加圧により、フルカラー画像が記録媒体Ｐの表面に定着される。画像が定着された記録媒体Ｐは排紙ローラ対１８によって排出され、出力画像として図示しない排紙トレイ上に順次スタックされる。上述によりカラー複写機１における一連の画像形成プロセスが完了する。

次に、本発明の特徴部である定着装置１７について説明する。定着装置１７は、図２に示すように熱源としてのヒータ１９ａを内蔵した加熱ローラ１９、加熱ローラ１９の温度を検出する図示しない温度センサ、定着ローラ２０、加熱ローラ１９と定着ローラ２０とに掛け渡された定着ベルト２１、定着ベルト２１に所定の張力を付与するテンションローラ２２、定着ベルト２１に離型剤としてのオイルを塗布するオイル塗布機構２３、定着ベルト２１のクリーニングを行うベルトクリーニング手段２４、所定の圧接力で定着ベルト２１を介して定着ローラ２０に圧接してニップ部Ｎを形成するヒータ２５ａを内蔵した加圧ローラ２５、加圧ローラ２５の温度を検出する図示しない温度センサ、加圧ローラ２５の表面にシリコンオイルを塗布するオイル塗布機構２６、ニップ部Ｎに記録媒体Ｐを送り込む搬送手段２７、定着ベルト２１の表面から記録媒体Ｐを分離させる分離手段として機能する非接触分離板３３、加圧ローラ２５の表面から記録媒体Ｐを分離する非接触分離爪３４等を有しており、定着ベルト２１の近傍であって画像有効範囲の外側の位置にはその走行速度を検出するための温度センサ２８が、搬送手段２７の用紙搬送方向下流側端部には記録媒体Ｐの先端を検出する先端検知センサ２９がそれぞれ配設されている。

定着ローラ２０はモータ３０によって回転駆動され、定着ローラ２０が回転することにより定着ベルト２１が走行駆動されることからモータ３０は定着ベルト駆動手段として機能する。加圧ローラ２５は速度可変型のモータ３１によって回転駆動され、モータ３１は加圧ローラ駆動手段として機能する。各モータ３０，３１の作動は後述する制御手段３２によって制御される。また、定着ベルト２１の画像有効範囲外には、図３に示すようにその走行速度を測定するための複数の穴２１ａが等間隔で設けられている。各穴２１ａ間の定着ベルト２１の温度を温度センサ２８によって検出することにより、その検出時間から定着ベルト２１の走行速度が検出される。温度センサ２８に夜検出結果は後述する制御手段３２に送られる。なお、本形態では各穴２１ａを定着ベルト２１の一側部にのみ設けているが、定着ベルト２１に方向性を持たせることを回避すべく両側部に設けてもよい。また、本形態では定着ベルト２１の走行速度を定着ベルト２１自身で検出しているが、これはニップ部Ｎを構成すべく定着ローラ２０として弾性ローラを使用しているため、定着ローラ２０が熱膨張することによりその外径が変動するためである。

図４は、各モータ３０，３１の駆動を制御する制御手段３２のブロック図を示している。ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有する周知のマイクロコンピュータからなる制御手段３２は、温度センサ２８から送られる定着ベルト２１の速度情報及び先端検知センサ２９から送られる記録媒体Ｐの位置情報に基づき、モータ３０の駆動制御及びモータ３１の駆動及び速度制御を行う。

上述した構成に基づき、以下にカラー複写機１の定着装置１７における動作を説明する。本実施形態では、図５のタイミングチャートに示すように、シート（記録媒体Ｐ）がニップ部Ｎに進入し、ニップ部Ｎにおいて画像を定着されたシートの先端が非接触分離板３３によって分離されるまでは定着ベルト２１の走行速度に比して加圧ローラ２５の回転周速度が遅くなるようにモータ３１の回転速度を制御し、シートが分離された後は定着ベルト２１の走行速度と等しい回転周速度となるようにモータ３１の回転速度を制御している。このような制御を行う理由は、定着ベルト２１からのシートの分離性を向上させるためである。図６を用い、定着ベルト２１と加圧ローラ２５との間に線速差を設けることによりシートの分離性が向上する理由を説明する。ニップ部Ｎにおいて定着ベルト２１と加圧ローラ２５とに挟まれているシートは、定着ベルト２１による送り速度が速いために厚み方向の下側に比して上側が伸ばされ、結果としてシートは下向きに湾曲した状態で搬送される。線速差が逆転するとシートは上向きに湾曲して搬送される。これによりシートには定着ベルト２１から離間する向きの湾曲特性が与えられて分離性が向上するのである。図７は、定着装置１７において定着ベルト２１と加圧ローラ２５との間に線速差を設けることにより、分離ジャムの発生率が変化することを確認試験した結果を示している。図７から判るように、線速差を１％以上設けることにより分離ジャムの発生率が軽減している。

通常、シートを挟持搬送する搬送手段において、上側搬送部材と下側搬送部材との間に線速差を設けると、図８に示すようにシートのシワ発生率も上昇する。シワの発生率上昇を抑制する手段として、搬送部材を鼓形状とすることが一般的に挙げられるが、線速差を設けたことにより滑りが生じてしまい鼓形状効果が薄れてしまう。従って、線速差を設けてシートを搬送する場合には、分離及びシワの双方の副作用の中間を狙って設定する必要がある。「特許文献１」に開示された技術では、摺擦による定着部材へのフィルミング防止を目的として線速差を設けているが、固定ギヤによる線速差であるため恒常的に線速差が生じてしまい、シワに対しては不利であり画像条件によってはシワが発生してしまう。「特許文献２」に開示された技術では、定着ローラと加圧ローラとの線速差をなくすためにワンウェイクラッチを使用しているが、逆に任意のタイミングで線速差を設けることができず、用紙搬送ジャムが発生してしまう。「特許文献３」に開示された技術では、加圧ローラの熱膨張の変化をフィードバックして線速を制御しているが、ニップ部を形成する部材間には線速差が設けられていない。

本実施形態では、図５に示したようにシートの先端が分離するまで定着ベルト２１と加圧ローラ２５との間に線速差を設け分離後は線速差をなくすという制御を行うことにより、分離性が向上しシワのない画像を得ることができる。ただし、分離性は使用するシートの腰によって余裕度が異なる。シートの腰は坪量と相関があり、図９に線速差を設けない状態での分離性を評価した試験結果を示す。図９から明らかなように、坪量が１５０ｇ／ｍ^２以下の場合には分離性の余裕度が少なく線速差を設ける制御が有効であるが、坪量が１５０ｇ／ｍ^２を超える場合には特に制御は必要ではない。

上述の構成では、定着ベルト２１の走行速度を温度センサ２８によって直接検出してフィードバックしているので、定着ローラ２０の熱膨張に拘わらず定着ベルト２１の走行速度を安定化させることができる。また、上記実施形態ではモータ３１として速度可変型のモータを用い、この回転速度を制御手段３２によって制御する構成としたが、モータ３１に代えて断接手段としてのクラッチを内蔵したモータを用い、このモータの回転速度を定着ベルト２１の走行速度よりも低速に設定し、シートの先端が非接触分離板３３によって分離されるまではクラッチを接続してモータによって加圧ローラ２５を回転駆動し、シートが分離された後はクラッチを遮断して加圧ローラ２５を定着ベルト２１に従動回転させる構成としてもよい。これにより制御を簡略化することができる。

上記実施形態では画像形成装置としてカラー複写機を用いた例を示したが、本発明が適用可能な画像形成装置はこれに限定されず、プリンタ、プロッタ、ファクシミリ、これらの複合機等の他の画像形成装置にも本発明は適用可能である。

１ 画像形成装置（カラー複写機）
１７ 定着装置
１９ａ 熱源（ヒータ）
２０ 定着ローラ
２１ 定着ベルト
２５ 加圧ローラ
３０ 定着ベルト駆動手段（モータ）
３１ 加圧ローラ駆動手段（モータ）
３２ 制御手段
３３ 分離手段（非接触分離板）
Ｎ ニップ部
Ｐ 記録媒体（シート）

特開２００６−２０１４１４号公報 特開２００４−５４０２８号公報 特開２００２−３６５９５９号公報

Claims (8)

1. 表面に耐熱性離型層を有する無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトを走行可能に支持する定着ローラを含む複数のローラと、前記定着ベルトを加熱する熱源と、ニップ部において前記定着ベルトを介してシート状の記録媒体を前記定着ローラに押圧させる加圧ローラと、前記記録媒体を前記定着ベルトより分離させる分離手段と、前記定着ベルトを走行駆動する定着ベルト駆動手段と、前記加圧ローラを回転駆動する加圧ローラ駆動手段とを有する定着装置において、
   前記加圧ローラの回転周速度を制御する制御手段を有し、前記制御手段は、前記記録媒体の先端が前記分離手段により分離されるまでは前記定着ベルトの走行速度よりも遅い第１の速度となるように前記加圧ローラの回転周速度を制御し、前記記録媒体の先端が前記分離手段により分離された後は前記定着ベルトの走行速度と等しい第２の速度となるように前記加圧ローラの回転周速度を制御することを特徴とする定着装置。
2. 請求項１記載の定着装置において、
   前記加圧ローラと前記加圧ローラ駆動手段との間に前記加圧ローラ駆動手段からの回転駆動力を前記加圧ローラに対して接続・遮断可能な断接手段を有し、前記制御手段は、第１の速度において前記加圧ローラと前記加圧ローラ駆動手段とを接続して前記加圧ローラを前記加圧ローラ駆動手段によって回転駆動し、第２の速度において前記加圧ローラと前記加圧ローラ駆動手段とを遮断して前記加圧ローラを前記定着ベルトの走行駆動により従動回転させることを特徴とする定着装置。
3. 請求項１または２記載の定着装置において、
   前記加圧ローラの第１の速度における回転周速度に比して前記定着ベルトの走行速度が１０１％以上であることを特徴とする定着装置。
4. 請求項１ないし３の何れか１つに記載の定着装置において、
   前記定着ベルトの走行速度は常時その走行速度をフィードバックして制御されていることを特徴とする定着装置。
5. 請求項４記載の定着装置において、
   前記定着ベルトの走行速度制御は非接触式温度センサを用いて行うことを特徴とする定着装置。
6. 請求項４記載の定着装置において、
   前記定着ベルトの走行速度制御は接触式温度センサを用いて行うことを特徴とする定着装置。
7. 請求項１ないし６の何れか１つに記載の定着装置において、
   前記加圧ローラの第１の速度への制御は前記記録媒体として坪量１５０ｇ／ｍ^２以下のものを用いる場合に行われることを特徴とする定着装置。
8. 請求項１ないし７の何れか１つに記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。

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