JP5942695B2 - 用紙分離装置、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの機能を併せ持った複合機等の電子写真方式画像形成装置に装着される定着装置、特に熱定着装置の定着部材から記録媒体を分離する分離構成に関するものである。

可視像形成のためにトナーを用いる画像形成装置においては、トナー画像を転写紙等の記録媒体に永久画像として定着するために定着装置が備えられている。定着装置では、加熱され回転する定着ローラや定着ベルトと、それに圧接・回転する加圧ローラや加圧ベルト等によって形成された圧接部を記録媒体が通過することによって、記録媒体上に載置されたトナーが溶融され記録媒体上にトナー画像が定着される。

主に樹脂で構成されているトナーは圧接部で溶融して、定着ローラや定着ベルトと粘着する性質があるため、様々なやり方を用いて、定着ローラや定着ベルトとトナーとが粘着することを防止している。例えば、トナーにワックス成分を付加したり、定着ローラや定着ベルトの表面を離型性の材料で被覆したり、定着ローラや定着ベルトの表面にシリコーンオイル等の離型剤を塗布する等である。

更には、分離爪を備えた用紙分離機構を定着ローラや定着ベルトに付設することで、溶融したトナーのために定着ローラや定着ベルトに巻き付こうとする記録媒体を強制的に分離することも行われている。しかしながら、分離爪を用いて定着ローラや定着ベルトから強制的に記録媒体を分離する際、記録媒体上のトナー画像が、分離爪に接触したり、更には下流側の分離板の搬送面に接触することになる。分離爪や分離板は、定着ローラ／ベルトと加圧ローラ／ベルトにより形成された圧接部に近接して配置されるため、圧接部を通過した直後の冷えていないトナー、即ち、溶融状態の残るトナーが分離爪や分離板の搬送面に接触する。この際、分離爪や分離板の搬送面の表面性状が粗いと、溶融トナーが引っ掻かれ、筋画像となって出力されることとなる。逆に、分離爪や分離板の搬送面の表面性状が平滑過ぎると、溶融トナーとの密着性が高まって搬送抵抗となり、記録媒体の搬送品質に問題が生じる。

また、分離爪や分離板の搬送面の表面性状を適正化して、筋画像を発生せず、かつ搬送品質の問題が生じない条件を初期的に実現したとしても、分離爪や分離板の搬送面に接触する様々な条件（紙種、画像等）を有した記録媒体を通紙することで、経時において、分離爪や分離板は記録媒体によって研磨され、平滑化して、表面性状が変化する。分離爪や分離板が平滑化して、表面性状が変化すると、既述のように、記録媒体の搬送品質に問題が生じる。

上記のような問題は、近年、需要の高まっているコート紙と称する、表面に樹脂層をコーティングした記録媒体で顕著となる。コート紙は、通常の紙繊維の上に樹脂層をコーティングした記録媒体であり、定着装置にて加熱されると剛性が弱くなる。そのため、定着ローラや定着ベルトとトナー間の粘着力に対抗する記録媒体の剛性（こし）が弱く、分離爪や分離板へのトナーの接触力が強くなる。これにより、上記の問題が顕著となる。

従来から分離部材の搬送面とトナーの接触による筋画像は問題視され、例えば特許文献１では、分離爪の搬送面側の形状を記録媒体幅方向の端部と中央位置で異なる形状とし、端部側を搬送面側に突出させ、中央側を搬送面側から引っ込める構成の提案がなされ、筋画像の発生を回避する試みがなされている。

しかし、コート紙のように剛性が弱い記録媒体の場合、引用文献１に提案の構成では、分離爪にかかる接触力が端部側の分離爪に集中するため、より強い筋画像となってしまうと予測することができる。

また、分離部材では、その頭部における最先端部において、樹脂成形時又はコーティング時に、バリ状の凸形状が発生する場合があり、コート紙のように剛性の弱い記録媒体では、その剛性の弱さによって、分離爪や分離板の最先端部に記録媒体上のトナーが接触することがある。そして、この最先端部のバリの大きさによっては、トナーが引っ掻かれ、筋画像となる。

更に別の問題としては、分離爪や分離板の搬送面にトナーが接触することから、トナーが分離爪や分離板に固着してしまうことが懸念される。固着してしまうと、記録媒体の搬送問題や固着トナーによるトナー画像の引っ掻きが生じ、筋画像となることもある。

従来の問題に鑑み、本発明の課題は、薄紙のようにこしの弱い記録媒体の搬送にも支障なく、またトナー固着等に由来する記録媒体の表面に筋画像を形成することもない用紙分離装置を提案することにある。

本発明によれば、上記課題は、相接する２つの回転体によって形成されたニップ部の用紙搬送下流側に配されるべき用紙分離装置であって、前記回転体の軸方向に平行に先端を合わせた単数の又は複数の分離部材を備える用紙分離装置において、前記分離部材の用紙摺擦面に、用紙搬送方向に交差する方向に延在する溝が形成され、前記用紙摺擦面の表面粗さが算術平均粗さで１．５μｍ以下、あるいは最大高さで１０．０μｍ以下、あるいは十点平均粗さで７．２μｍ以下に設定され、かつ前記分離部材の用紙搬送面先端のバリ凸高さが２５μｍ以下であることによって、解決される。

分離部材の用紙摺擦面に、用紙搬送方向に交差する方向に延在する溝が形成され、前記用紙摺擦面の表面粗さが算術平均粗さで１．５μｍ以下、あるいは最大高さで１０．０μｍ以下、あるいは十点平均粗さで７．２μｍ以下に設定され、かつ前記分離部材の用紙搬送面先端のバリ凸高さが２５μｍ以下であることによって、トナー画像が接触する摺擦面の面積が低減し、分離部材に固着トナーが発生することもなく、さらに、特に厚みの薄いコート紙であっても搬送性能に優れ、かつそのような記録媒体でも分離部材が記録媒体上のトナー画像と擦れることで発生し得る筋画像も防止できる用紙分離装置を提供でき、画質および搬送性に優れた画像形成装置の提供が可能になる。

画像形成装置の概略図である。 本発明の実施形態に係る定着装置の側面図である。 本発明の実施形態に係る用紙分離装置を説明するための概念図である。 分離部材の構成を示す斜視図である。 分離部材の構成を示す図で、図５ａは側面図であり、図５ｂは分離部材先端部の断面図である。 分離部材の表面状態を示す図で、図６ａは用紙搬送面の側からの平面図、図６ｂは側面図である。 用紙搬送面の表面粗さと各種品質の関係を示す表である。 用紙搬送面先端のバリ高さと画像キズの関係を示す電子顕微鏡観察図である。

以下に、本発明の一つの実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る定着装置を設けた画像形成装置の略図である。画像形成装置全体の機構としては、従来と基本的に同じであり、感光体の周囲に、画像を形成するために必要な所定の装置、例えば帯電手段、露光手段（書き込みユニット）、現像手段等が設けられているが、当業者であれば構成、作動をよく知るものなので、簡単な説明とする。

給紙ユニット３１によって、記録媒体たる用紙が転写部へ搬送される。一方、書き込みユニット３２によって、原稿読み取りのスキャナによる信号や外部ＰＣによる信号に基づいて、作像ユニット３３内の感光体上に露光が行われる。

感光体上に露光された潜像は作像ユニット３３によって可視像化され、転写ベルトに一次転写され、転写ユニット３４によって、搬送されてきた用紙に未定着トナー像が二次転写される。そして未定着トナー像は定着装置３５で定着され、分離ユニット７によって定着ベルトから剥離され、機外へ排出される。両面画像形成の場合には、両面ユニット３６で用紙が反転され、再び転写部へ搬送された後に、定着装置３５、分離ユニット７を経て排紙される。

図２は、本発明の実施形態に係る定着装置３５、分離ユニット７の側面図である。同図は定着ローラおよび加圧ローラの回転軸に対して垂直な断面を示している。
定着ベルト３内に定着ローラ２と加熱ローラ４が備えられ、定着ベルト３を介して定着ローラ２に対し加圧ローラ５が加圧して定着ニップ部を形成している。加熱ローラ４と加圧ローラ５の内部には熱源であるハロゲンヒータ６が内蔵され、図の右側から搬送されてくる未定着トナー像を担持した用紙９を、定着ニップ部で挟持・加熱し、定着する構成である。

定着ベルト３は、例えば内径７５ｍｍで厚み９０μｍのポリイミド樹脂で形成された基体表層に厚み２００μｍのシリコーンゴム、更に最外層には厚さ２０μｍのＰＦＡ（テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）コートが施されている。この定着ベルト３は、外径５２ｍｍで厚み１４ｍｍの発泡シリコーンゴムから成る定着ローラ２と外径３５ｍｍで厚み０．６ｍｍのアルミ製中空円筒から成る加熱ローラ４によって巻き掛けられている。

加圧ローラ５は、鋼製で厚み１ｍｍの中空芯金に厚み１．５ｍｍのシリコーンゴムが覆って、最外層にはＰＦＡチューブを備えた外径５０ｍｍの構成である。加圧ローラ５は定着ベルト３を介して定着ローラ２に対して３ｍｍ食い込み、およそ１４ｍｍのニップ幅を形成している。

定着ニップ部下流側で定着ベルト３の側には、用紙９を定着ベルト３から分離（剥離）するための用紙分離装置たる分離ユニット７が備えられている。分離ユニット７の定着ニップ部側先端には、分離部材１が備えられている。本例では、分離爪としての分離部材１を定着ローラ２や加圧ローラ５の軸方向に複数個備えた構成となっている。ただ、分離部材１が、分離対象たる想定用紙の幅方向最大幅に連続して延在する一様な爪状に形成されていてもよい。このような形状を分離板と称することもあるが、ここでは一般化して分離爪と呼ぶことにする。分離部材１の働きで分離された用紙は、その後、定着側ガイド板と加圧側ガイド板の案内によって排紙部へ搬送されることになる。

なお同図において、符号１０は未定着トナー、１１は分離ユニット７のレバー、１２は分離ユニット７に対する引っ張りスプリングをそれぞれ示す。
図３は分離部材１を含む分離ユニット７の構成を詳しく示した詳細図である。分離部材１は支軸１ｂを中心に回動自在な構成となっている。更に、分離部材１は分離ユニット７の圧縮スプリング７ｂと調整ネジ７ａによって、その分離部材頭部１ｃの位置を定着ベルト３に対して微調整可能な構成となっている。調整ネジ７ａは固定部材としての分離ユニット７に設けられたねじ穴に対して進退可能に構成されていて、調整ネジ７ａの回動により、支軸１ｂを中心として分離部材１を揺動できる。その結果、分離部材１を定着ベルト３に当接させてもよく、また所定のギャップ、例えば０．１〜０．６ｍｍ程度のギャップを設けるようにしてもよい。当接させれば、用紙を強制分離する確実性を高めることができ、また所定のギャップをとることで、接触式分離に近い分離性能を確保しつつ、分離部材と定着ベルトとの摺擦を避けることができ、定着ベルトの表面に摺擦跡がつくこともない。

以上の説明では、分離ユニット７、分離部材１を定着装置に適用する場合で説明してきたが、ベルトやローラ類からシート状の媒体を剥離する場面というのは定着装置に限らず種々存在する。本発明の分離部材１、分離ユニット７は定着装置以外にも、例えば転写装置等にも用いることができる。

図４は、分離部材１の構成の一例を示す斜視図である。定着ローラ２の軸方向に対し平行になるよう分離ユニット７に複数個備えられる分離部材１は、支軸１ｂを有した基材１ａの先端（支軸から一方側に最も離れた部分）に分離部材先端部１ｃとして基材１ａより柔らかい樹脂がインサート成形によって一体的に成形された構成となっている。このような分離部材１を用いることによって、紙詰まり等の外圧によっても永久変形することが無く、非攻撃性に優れた樹脂を分離部材先端部１ｃに使用しているので、相手部材に傷を付ける等の不具合を防ぐことができる。

また、基材１ａと分離部材先端部１ｃとはインサート成形により一体的に成形されているので、基材１ａが有する支軸１ｂと分離部材先端部１ｃとの位置は精度良く成形することができる。そのため同一材料で成形された分離部材同様に分離性能にも優れている。

図５も分離部材１を説明するための図である。図５ａは図４に対応する分離部材の全体図、図ｂは図５ａに示した範囲Ｂを部分拡大した分離部材先端部の詳細図である。図５ｂにおいて太線で外形を示した分離部材頭部１ｃは、基材先端部を囲むようにインサート成形によって一体化した樹脂製の爪形状をなしている。分離部材頭部１ｃの材質としてフッ素系樹脂を使用している。フッ素系樹脂は摺動性に優れているため、接触しても相手に傷を付けることも無く、トナーに対する離型性にも優れているためにトナー固着を起こすことも無い。以上から、分離手段頭部１ｃの材質をフッ素系樹脂にすることによって、トナーに対する非粘着性にも優れた分離部材１を提供できる。また、分離部材頭部１ｃの材質をＰＥＥＫ材、ＰＡＩ材又はＰＩ材とし、用紙搬送面１０にフッ素系樹脂をコーティングしてもよい。これら措置によって、分離部材の搬送面へのトナー固着を防止することができる。コーティング加工であれば、分離部材の表面性状を容易に加工でき、材質をフッ素系樹脂とすれば、コート層磨耗による劣化を回避できる。

ここで、分離部材頭部１ｃの用紙搬送面１０の表面には、図６から分かるように、溝２０が用紙搬送方向を横切るように形成され、その結果、用紙搬送面１０から凹となる部分が複数箇所存在することになる。溝２０は、用紙搬送方向に対して例えば角度θ＝９０°、爪幅全体にわたって配置されている。分離部材１が、分離対象たる想定用紙の幅方向最大幅に連続して延在する分離板の場合でも分離部材の全幅にわたって通しの溝として形成されているのが好ましい。

分離部材頭部１ｃの用紙搬送面１０の表面に溝形状が無い従来品と、分離部材頭部１ｃの用紙搬送面１０の表面に溝形状を設けた発明品において、接触式の表面粗さ計（ミツトヨ製）にて用紙搬送面１０の表面の粗さを計測した各種分離部材１を用意し、厚みの薄いコート紙を通紙して、搬送品質、画像品質（筋画像の有無）に関して確認した結果を図７に示す。

従来品においては、算術平均粗さ（粗さ曲線から、その平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線から測定曲線までの偏差の絶対値を合計し、平均した値Ｒａ）の観点で２．０８μｍ以上、あるいは最大高さ（粗さ曲線から、その平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線から最も高い山頂までの高さと最も低い谷底までの深さとの和Ｒｙ）の観点で１９．９７μｍ以上、十点平均粗さ（粗さ曲線から、その平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線から、最も高い山頂から５番目までの山頂の標高の絶対値の平均値と、最も低い谷底から５番目までの谷底の標高の絶対値の平均値との和Ｒｚ）の観点で１４．０８μｍ以上にて、筋画像が発生した（画像異常）。また算術平均粗さの観点で０．４８μｍ以下、最大高さの観点で２．８μｍ以下、十点平均粗さの観点で１．２４μｍ以下にて、搬送異常が発生した。搬送異常は、用紙搬送面が平滑過ぎて、用紙上のトナーとの密着性が高まることで搬送抵抗が大きくなることに起因している。

一方、本発明品においては、算術平均粗さの観点で１．５２μｍ、最大高さの観点で１０．１μｍ、十点平均粗さの観点で７．２４μｍでは筋画像が発生しなかったが、算術平均粗さの観点で２．０２μｍ以上、最大高さの観点で１８．７５μｍ以上、十点平均粗さの観点で１１．５４μｍ以上にて、筋画像が発生し、算術平均粗さの観点で０．２１μｍ以下、最大高さの観点で２．２１μｍ以下、十点平均粗さの観点で０．９５μｍ以下でも、搬送異常が発生しなかった。

以上の結果より、本発明品にて、従来品より画像品質と搬送品質の両立範囲が、従来品よりも２倍程度拡げることが可能となり、分離部材１の部品における用紙搬送面１０の表面性状の品質保証が可能となった。

また、本発明品において、分離部材頭部１ｃの最先端部のバリ状凸形を電子顕微鏡（×１０）にて観察し、バリ凸高さを画像計測した各種分離部材１を用意し、厚みの薄いコート紙を通紙して、筋画像の発生有無を確認した結果を図８に示す。

バリ凸高さ１５μｍ以下にて、筋画像は発生しなかった。バリ凸高さ２５μｍ以上にて、筋画像が発生した。以上の結果より、バリ凸高さを２５μｍ未満、好ましくは１５μｍ以下とすることで、筋画像を抑えることができるといえる。

２ 定着ローラ
３ 定着ベルト
４ 加熱ローラ
５ 加圧ローラ
６ ハロゲンヒータ
７ 分離ユニット
７ｃ 回動支点
９ 用紙
１０ 未定着トナー
１１ レバー
１２ 引っ張りスプリング
３５ 定着装置

特開２００６−１８９６８８号公報

Claims (7)

1. 相接する２つの回転体によって形成されたニップ部の用紙搬送下流側に配されるべき用紙分離装置であって、前記回転体の軸方向に平行に先端を合わせた単数の又は複数の分離部材を備える用紙分離装置において、前記分離部材の用紙摺擦面に、用紙搬送方向に交差する方向に延在する溝が形成され、前記用紙摺擦面の表面粗さが算術平均粗さで１．５μｍ以下、あるいは最大高さで１０．０μｍ以下、あるいは十点平均粗さで７．２μｍ以下に設定され、かつ前記分離部材の用紙搬送面先端のバリ凸高さが２５μｍ以下であることを特徴とする用紙分離装置。
2. 前記分離部材が前記回転体に当接するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の用紙分離装置。
3. 前記分離部材が前記回転体に対して所定の隙間を有して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の用紙分離装置。
4. 前記表面粗さに設定された前記分離部材の用紙摺擦面がフッ素コーティングされたものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の用紙分離装置。
5. 前記表面粗さに設定された前記分離部材の用紙摺擦面がフッ素樹脂材料で構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の用紙分離装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の用紙分離装置を備える定着装置。
7. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の用紙分離装置を備える画像形成装置。

Images