JP6024538B2 - 定着装置、および、画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着後のシート状転写媒体（記録媒体、記録紙）の分離を補助するための分離補助部材を併設した定着ベルト式定着装置、及び、このような定着装置を備えた画像形成装置に関する。

複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置には、一般に、非定着画像としてのトナー像が形成されたシート状転写媒体にこのトナー像を定着するための定着装置が設けられている。

定着装置としては、次の２種類のものが一般的である。
・ヒータ等の加熱手段により加熱されるローラ対を有するもの。
・無端状ベルトである第一の回転部材と、第一の回転部材に当接しかつ第一の回転部材との対向位置において回転するローラ状の第二の回転部材（これには通常、加熱手段が設けられている）と、を有するもの。

このような定着装置では、トナー像を担持したシート状転写媒体を、回転部材同士の加圧接触によって形成される定着ニップ部を通過させ、この際に加熱・加圧を行うことで、トナー像を加熱溶融して上記シート状転写媒体上に定着するようになっている。

ところで近年は、地球環境問題に対する意識の高揚から、パルプ使用量が少なく、二酸化炭素発生量も少ない薄紙の使用の拡大や、商業印刷（プロダクションプリンティング）の拡大による、薄紙から厚紙までの幅広い対応性、及び、高速化が求められてきている。

薄紙では、腰が弱いため、定着装置の上記定着ニップ部から排出されるときに、回転部材への巻付きが発生しやすく、また、このような巻付きは用紙紙詰まりの原因となり、種々のトラブルを引き起こす場合があった。また、高速化による必要熱容量の増大により、ローラ径が増し、分離部の曲率半径が大きくなることで、近年は、より一層の、シート状転写媒体の回転部材からの分離性能向上が求められている。

このような課題の解決のために、従来の定着装置には、シート状転写媒体が薄紙である場合にも、回転部材からの分離を確実に行うための様々な用紙分離部材が提案されてきた。

ここで、特許文献１では、次のような定着装置用分離手段が提案されている。すなわち、回転体に非接触の分離手段の先端が定着ニップ直後の回転体表面の変動に反応して一定の微小なギャップを保ち、従来の分離爪と同等かそれを上回る分離性能を維持できる位置まで、ニップ直後の近傍及び回転体表面に近接できる分離手段である。

また、特許文献２では、剥離パッドと一体となってローラの回転軸を中心として揺動可能に取り付けられるとともに、定着ニップ部Ｎから排出される記録材の走行経路を規制するガイド部材を有した定着装置が提案されている。

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、定着ベルトを介して分離手段の先端と対向する部材が、表面が弾性体により構成された第一のローラであったために、微小なギャップを保つことが可能であった。

しかし、薄いシート状転写媒体でも高い分離性能を発揮できるように定着ベルトの曲率半径をニップ部ローラの曲率半径より小さくする分離補助部材をニップ部下流側に備えた定着装置では、微小なギャップを保つことが困難となった。すなわち、分離補助部材が剛体であるために、分離補助部材と分離手段との平行度の精度が悪いと、最大画像領域外に配置された突当部材が片当たりする。その結果、前記の微小なギャップが安定的に確保できず、その結果、安定した分離性能が得られない場合があるという課題があった。

また、特許文献２に記載の技術では、分離手段（ガイド部材）を分離補助部材（剥離パッド）と一体として、固定する方式も可能ではあるが、定着ベルトと分離手段とのギャップを一定に保つことができない。そのために、定着ベルトがばたついた場合にギャップが変動し、やはり、安定した分離性能が得られない場合があるという課題があった。

本発明は、従来の分離装置、及び、分離装置を有する定着装置が有する上記課題点に鑑みてなされたものである。その目的は、装置の小型化を可能としながら、薄いシート状転写媒体であっても用紙詰まりが生じにくい定着装置、および、画像形成装置を提供することにある。

本発明は、請求項１に記載の通り、回転駆動される無端状の定着ベルトと、第一のローラと、前記第一のローラとともに前記定着ベルトを張架する少なくとも１つのローラと、前記定着ベルトを介して前記第一のローラに圧接して前記定着ベルトの間に定着ニップ部を形成する加圧手段と、前記定着ニップ部に対して前記定着ベルト回転方向下流側に前記第一のローラよりも小さい曲率の凸部で前記定着ベルトの内側面に摺接して前記定着ベルトに前記凸部に沿う凸状の進行部分を形成する分離補助部材と、前記定着ベルトの外側面側に設置され前記定着ベルト回転方向下流側に配置された基部から先端に向かうに従って前記凸状の進行部分に近接しかつ前記先端が前記凸状の進行部分からギャップが形成された位置である転写媒体剥離位置に保持される、前記定着ベルトからシート状転写媒体を分離するための分離爪と、前記分離爪の前記先端を前記凸状の進行部分から離間する方向に移動可能に保持する分離爪保持機構と、を少なくとも有する定着装置において、前記分離爪保持機構が、前記第一のローラの軸と平行に設けられた、前記分離爪の前記基部を回動可能に軸支する第一の軸、前記分離補助部材の前記第一のローラの軸方向両端部から前記定着ベルト側面を越えて前記分離爪側に延設され、前記第一の軸の両端部ないし両端部付近がそれぞれ当接する一対の突出部、及び、前記分離爪を付勢しかつ当該分離爪の前記先端を前記転写媒体剥離位置に保持する分離爪付勢位置保持手段を有することを特徴とする定着装置である。

本発明は、常に安定した分離手段の位置精度を確保し、薄いシート状転写媒体であっても安定した分離性能が得られるので用紙詰まりが発生しにくいという効果が得られる。

図１は、本発明の定着装置の一例１００を示すモデル図である。 図２は、分離爪付近の拡大モデル図である。 図３は、分離爪を凸状の進行部分１２ａから離間する方向に移動させた状態を示すモデル図である。 図４は、本発明の定着装置の一例１００’の分離爪付近の拡大モデル図である。 図５は、本発明の定着装置の一例１００を有する画像形成装置の例を示すモデル図である。

以下、本発明の一実施例を、図面を参照して説明する。
図１に本発明に係る定着装置１００の例をモデル的に示す。

発明に係る定着装置１００の例は、定着部材（定着ベルト１２）、加圧部材（加圧ローラ１３）、及び、分離補助部材１６を有する。定着部材（定着ベルト１２）は、ローラ（定着ローラ）１１及び加熱ローラ１４に一定のテンションで架け渡された第１ニップ形成部材である。また、加圧部材（加圧ローラ１３）は、定着ベルト１２に対して下側で回転自在に圧接し定着ニップ部（定着圧接部）Ｎを形成する第２ニップ形成部材である。また、分離補助部材１５は、定着ベルト１２の内側にあって、金属製の母体の表面にフッ素系樹脂のコーティングが施された、あるいは、表面にフッ素系樹脂のシート状物が被覆されたもので、圧接部Ｎの直後で定着ベルトの曲率半径を小さくさせるものである。

ここで、上記で用いるフッ素系樹脂としてはポリテトラフッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン井重合体（ＰＦＡ）等が挙げられる。

このように分離補助部材１６が定着ベルト１２の内側面と摺擦する部分（摺擦面）にフッ素系樹脂が配されることにより、分離補助部材１６の位置が安定する。さらに、定着ベルト１２駆動のトルクを小さくでき、モータの小型化、省電力化が可能となるとともに定着ベルトの耐久性を損なうことがない。

さらに、発明に係る定着装置１００の例は、分離爪１８も有する。分離爪１８は、先端１８ａが定着ベルト１２の凸状の進行部分１２ａからギャップＭが形成された位置である転写媒体剥離位置に保持される。そして、分離爪１８は画像領域内相当部分に定着ベルト１２からシート状転写媒体Ｐを分離する。ここで定着ベルト１２の凸状の進行部分１２ａは、ローラ１１よりも小さい曲率の凸部に沿って形成される曲率の小さい部分である。分離爪１８は定着ベルト１２の外側面側に設置され定着ベルト１２回転方向下流側に配置された基部である分離手段１９の軸１９ｂ（第一の軸）によって軸支された部分から先端１８ａに向かうに従って凸状の進行部分１２ａに近接するように配置される。さらに、分離爪１８の基部側は分離手段１９となっている。分離手段１９の定着ニップ部Ｎのシート排出側であって画像領域外の両端部の突き当て部材１９ａが定着ベルト１２に当接する。このことにより、その分離爪１８先端１８ａが定着ベルト１２との微小なギャップＭを一定に保持できる。

この分離爪１８は、加圧部材（加圧ローラ１３）へのシートＰの巻き付きを防止する。分離爪１８を有する分離手段１９は、分離爪１８を付勢し且つ分離爪１８の先端１８ａを転写媒体剥離位置に保持する分離爪付勢位置保持手段により、軸（支点）１９ｂを中心として一方向へ付勢される。付勢はこの例ではスプリング２２による。ここで、転写媒体剥離位置は、凸状の進行部分１２ａからギャップＭを形成して離間した位置である。

ここで、定着ベルト１２は、無端ベルトであり、断面構造としては、例えばニッケル、ステンレス、ポリイミドなどの基材にシリコーンゴム層などの弾性層を形成した、あるいは、さらに離型層が形成された多層構造となっている。

また、ローラ１１は、本実施例では、金属の芯金の周囲にシリコーンゴムを配したものである。ウォームアップ時間短縮のため、定着ベルト１２の熱を吸収しにくいように、発泡シリコーンゴムを用いることもある。

また、加熱ローラ１４は、アルミニウムまたは鉄の中空ローラで、内部にハロゲンヒータなどのヒータ１４ｈからなる熱源を有している。熱源は誘導加熱機構（ＩＨ）であってもよい。

定着装置１００の駆動の際には、例えば、ローラ１１の図中矢印方向の回転駆動により、定着ベルト１２がテンションローラ１５により適切なテンションが付与された状態でシートＰを排出する方向に回転される。加圧ローラ１３は定着ベルト１２につれ回り（従動回転）する。

図示しないモータにより駆動されるローラは、ローラ１１に限定されず、加圧ローラ１３や加熱ローラ１４であってもよい。また、定着の際には、定着ベルト１２は、加熱ローラ１４内部に配置されたヒータ１４ｈの発熱によりサーミスタ（不図示）で検出される温度が所定の温度（例えばトナー定着に適する温度）まで加熱される。

加圧ローラ１３は、通常はアルミニウムまたは鉄等の芯金の周囲にシリコーンゴム等の弾性層が設けられた円筒形状のローラである。また、図示していない加圧脱圧手段により加圧ローラ１３を定着ベルト１２側へ移動させて加圧すること、及び定着ベルト１２から引き離す方向に移動させて脱圧することが可能である。

定着装置１００が駆動するときには、加圧脱圧手段により加圧ローラ１３の定着ベルト１２への押し当てが一定の圧力で定着ベルト１２の方向へ押されることにより行われる。なお、本発明では、加圧部材として、図１に示す加圧ローラ１３（ローラタイプ）の形態を示したが、これに限定されるものではなく、無端ベルト状の加圧部材（ベルトタイプ）としてもよい。

定着装置１００では、ローラ１１の回転駆動により、定着ベルト１２が回転し、そして、加圧ローラ１３が従動回転した状態で、定着ベルト１２の表面が所定の温度まで加熱されている。定着圧接部Ｎに未定着トナーが形成されたシート状転写媒体Ｐが通され（図中、右側から左側方向への通紙）、定着ニップ部Ｎにおける加圧及び加熱により未定着トナーをシートＰ上に熱融着させて定着を行う。ついで、トナーが定着されたシート状転写媒体Ｐは定着ニップ部Ｎから排出される。このとき、定着ニップ部Ｎ下流の定着ベルト１２内部に配置された分離補助部材１６によって定着ベルト１２の小さい曲率半径部分が作り出される。この曲率半径部分により、シートＰの先端は前述した微小なギャップＭ以上の距離だけ定着ベルト１２より離れ、シートＰは定着ベルト１２から分離される。

図２に、本発明に係る定着装置１００の分離爪１８付近の拡大図、図３に分離爪１８の先端１８ａが凸状の進行部分１６ｂから離間する方向に移動された状態を示す。

分離補助部材１６の第一のローラ１１の軸方向両端部から定着ベルト１２側面を越えて分離爪１８側に延設された一対の突出部１６ｃには、溝１６ａが設けられている。溝１６ａは分離爪１８の基部である分離手段１９を軸支する軸１９ｂ（「第一の軸」とも呼ぶ。）と略一致する半径を有する。なお、軸１９ｂは、ローラ１１の軸と平行に設けられている。溝１６ａに、軸１９ｂが脱離可能に係合されるので、単に軸１９ｂが一対の突出部１６ｃに当接する場合に比べ、より高い精度でギャップＭが維持される。

一方、分離爪１８の基部である分離手段１９を回動自在に軸支する軸（支点）１９ｂの両端は、カバーステー２４の両端に配置された軸（第一の軸）１９ｂより径の大きいＤ形状の穴２４ａに取り付けられている。そして、このＤ形状の穴２４ａと軸１９ｂは互いに自由度を有する。カバー２５は、カバーステー２４と一体となっておりアーム状部材を形成している、ローラ１１の軸と平行で、定着ベルト外側面側に設けられた軸２６（「第二の軸」とも呼ぶ）に回動可能に軸支されている。カバーステー２４とカバー２５とから構成されるアーム状部材は、一対の突出部１６ｃに向けて付勢されている。この付勢は、カバーステー２４の先端（分離爪１８を備えた分離手段１９が設けられている）を付勢するアーム状部材付勢手段（この例ではスプリング２７）による。この付勢により、分離爪１８の基部である分離手段１９を軸支する軸１９ｂの両端付近は、一対の突出部１６ｃに設けられた溝１６ａに突き当たり、脱離可能に係合された状態となる。これにより、軸１９ｂの位置が突出部１６ｃを介してローラ１１との相対位置が定まる構成となっている。

このように、軸１９ｂと溝１６ａの相対位置が直接決まり、その結果、分離爪１８の先端１８ａと定着ベルト１２の凸状の進行部分１２ａとの平行度の精度が高くなる。このため、分離爪１８を有する分離手段１９の軸（用紙幅）方向両端の軸１９ｂが、定着ベルト１２側の突出部１６ｃに均等に当接される。このため、分離爪１８の先端１８ａは微小なギャップＭを形成して定着ベルト１２から離間した転写媒体剥離位置に安定して位置決めされる。

一方、紙詰まり発生時には、図３に示す様に、分離手段１９に阻害されずに詰まったシートＰ（図示せず）の除去を容易に行うことができる。これは分離爪１８の先端１８ａを凸状の進行部分１２ａから離間する方向に移動（この例では回動）可能に分離爪１８を保持する分離爪保持機構による効果である。

上記したように、分離爪保持機構は、分離爪１８の基部側である分離手段１９、分離手段１９をカバーステー２４の先端側に軸支する軸１９ｂを有する。さらに、分離爪保持機構は、カバーステー２４とカバー２５とにより構成されるアーム状部材、軸２６、スプリング２７によるアーム状部材付勢手段を有する。

ここで、図１〜３に示した定着装置において、定着ニップ部Ｎを形成する加圧手段の圧力は、用いるトナー、定着処理速度、あるいは、シート状転写媒体の種類により、調整する必要が生じる場合や、あるいは経時で変化する場合が想定される。

その場合、定着ニップ部からの定着ベルトが解放される位置が変化し、それにつれて、上記凸状の進行部分１２ａを形成する最適箇所が変化することが想定される。

図４に、分離補助部材１６を図２に示した位置よりも、第一のローラ１１回転方向下流側に移動させて、定着ベルト１２の凸状の進行部分１２ａを移動させたときのモデル拡大図を示す。なお、分離補助部材１６の移動は加圧手段の圧力調整時に行ってもよく、あるいは、定着ベルト１２を介して第一のローラ１１に圧接して前記定着ベルト１２の間に定着ニップ部を形成する加圧手段の加圧力に応じて自動的に行うようにしてもよい。

上記したように、凸状の進行部分１２ａを形成する分離補助部材１６を、回動可能に設けることにより、定着ベルト１２の凸状の進行部分１２ａの形成箇所を最適化することができる。なお、分離補助部材１６の回転軸は、ローラ１１の軸と同軸として、ローラ１１の軸方向両端に、分離補助部材１６の軸方向両端とを接続するフレーム状（形状は問わない）の部材が軸回転可能に設けられている。

次に、本発明に係る画像形成装置について説明する。図５に、本発明に係る画像形成装置であるタンデム型のカラー複写機の構成を示す。カラー複写機２００は次の構成要件を有する高速機であり、画像形成部２００Ａに前述した定着装置１００を組み込んでいる。カラー複写機２００は、装置本体中央部に位置する画像形成部２００Ａ、該画像形成部２００Ａの下方に位置する給紙部２００Ｂ、画像形成部２００Ａの上方に位置する図示しない画像読取部、を有する。

画像形成部２００Ａには、水平方向に延びる転写面を有する転写ベルト２１０が配置されており、該定着ベルト２１０の上面には、色分解色と補色関係にある色の画像を形成するための構成が設けられている。すなわち、補色関係にある色のトナー（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）による像を担持可能な像担持体として、感光体２０５Ｙ，２０５Ｍ，２０５Ｃ，２０５Ｋが定着ベルト２１０の転写面に沿って並置されている。

各感光体２０５Ｙ，２０５Ｍ，２０５Ｃ，２０５Ｋはそれぞれ同じ方向（反時計回り方向）に回転可能なドラムで構成されている。各感光体２０５Ｙ（，Ｍ，Ｃ，Ｋ）には、回転過程において画像形成処理を実行する光書き込み装置２０１（本例では２箇所）、帯電装置２０２Ｙ（，Ｍ，Ｃ，Ｋ）現像装置２０３Ｙ（，Ｍ，Ｃ，Ｋ）が備えられている。各感光体２０５Ｙ（，Ｍ，Ｃ，Ｋ）には、さらに、１次転写装置２０４Ｙ（，Ｍ，Ｃ，Ｋ）及びクリーニング装置（図示せず）を有し、これらそれぞれが図示のように配置されている。また、各現像装置２０３には、それぞれのカラートナーが収容されている。転写ベルト２１０は、駆動ローラと従動ローラに掛け回されて感光体２０５Ｙ（，Ｍ，Ｃ，Ｋ）との対峙位置において同方向に移動可能な構成を有している。また、従動ローラの１つである対向ローラ２１１に対向する位置に転写ローラ２１２が設けられている。また、転写ローラ２１２から定着装置１００までのシートＰの搬送経路は水平方向となっている。

給紙部２００Ｂは、記録媒体としてのシートＰを積載収容する給紙トレイ２２０と、該給紙トレイ２２０内のシートＰを最上のものから順に１枚ずつ分離して、転写ローラ２１２の位置まで搬送する搬送機構を有している。本発明の画像形成装置２００における画像形成に当たっては、感光体２０５Ｙの表面が帯電装置２０２Ｙにより一様に帯電され、画像読取部からの画像情報に基づいて感光体２０５Ｙ上に静電潜像が形成される。該静電潜像はイエローのトナーを収容した現像装置２０３Ｙによりトナー像として可視像化され、該トナー像は所定のバイアスが印加される１次転写装置２０４Ｙにより転写ベルト２１０上に１次転写される。他の感光体２０５Ｍ，２０５Ｃ，２０５Ｋでもトナーの色が異なるだけで同様の画像形成がなされ、それぞれの色のトナー像が定着ベルト２１０上に静電気力で順に転写されて重ね合わせられる。つぎに、各感光体２０５から定着ベルト２１０上に１次転写されたトナー像Ｔは、対向ローラ２１１、転写ローラ２１２により搬送されてきたシートＰに転写される。トナー像Ｔが転写されたシートＰは、さらに定着装置１００まで搬送され、定着ベルト１２と加圧ローラ１３との定着ニップ部Ｎにて定着が行なわれる。このとき上述の構成により、常に安定した分離手段の位置精度を確保し、薄いシート状転写媒体であっても安定した分離性能が得られるので用紙詰まりが発生しにくく、加圧ローラ１３に巻き付くことなく定着装置１００から排出される。ついで、定着装置１００から排出されたシートＰは排出経路に沿ってスタッカ２１５へ送り出される。以上のように、本発明では定着装置１００を有する画像形成装置により、より高度な定着分離機能が得られ、さまざまな紙種・画像への対応が可能となる。

以上、本発明について、好ましい実施形態を挙げて説明したが、本発明の定着装置、および、画像形成装置は上記実施形態の構成に限定されるものではない。

当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の定着装置及び画像形成装置を適宜改変することができる。このような改変によってもなお本発明の定着装置、および、画像形成装置の構成を具備する限り、もちろん、本発明の範疇に含まれるものである。

１００、１００’ 定着装置
１１ ローラ（定着ローラ）
１２ 定着ベルト
１２ａ 凸状の進行部分
１３ 加圧ローラ
１４ 加熱ローラ
１５ テンションローラ
１６ 分離補助部材
１８ 分離爪
１８ａ 分離爪の先端
１９ 分離手段
１９ｂ 軸（第一の軸）
２４ カバーステー
２５ カバー
２６ 軸（第二の軸）
２７ スプリング
Ｍ ギャップ
Ｎ 定着ニップ部
Ｐ シート状転写媒体

特開２０１０−０７９２１９号公報 特開２００８−１３４３５６号公報

Claims (5)

1. 回転駆動される無端状の定着ベルトと、該定着ベルトが掛け渡たされるローラと、前記定着ベルトを介して前記ローラに圧接して前記定着ベルトの間に定着ニップ部を形成する加圧手段と、前記定着ニップ部に対して前記定着ベルト回転方向下流側に前記ローラよりも小さい曲率の凸部で前記定着ベルトの内側面に摺接して前記定着ベルトに前記凸部に沿う凸状の進行部分を形成する分離補助部材と、前記定着ベルトの外側面側に設置され前記定着ベルト回転方向下流側に配置された基部から先端に向かうに従って前記凸状の進行部分に近接しかつ前記先端が前記凸状の進行部分からギャップが形成された位置である転写媒体剥離位置に保持される、前記定着ベルトからシート状転写媒体を分離するための分離爪と、前記分離爪の前記先端を前記凸状の進行部分から離間する方向に移動可能に保持する分離爪保持機構と、を有する定着装置において、
   前記分離爪保持機構が、
   前記ローラの軸と平行に設けられた、前記分離爪の前記基部を回動可能に軸支する第一の軸、
   前記分離補助部材の前記ローラの軸方向両端部から前記定着ベルト側面を越えて前記分離爪側に延設され、前記第一の軸の両端部ないし両端部付近がそれぞれ当接する一対の突出部、及び、
   前記分離爪を付勢し且つ当該分離爪の前記先端を前記転写媒体剥離位置に保持する分離爪付勢位置保持手段を有することを特徴とする定着装置。
2. 前記第一の軸の両端部ないし両端部付近が、前記一対の突出部にそれぞれ設けられた、前記第一の軸の両端部ないし両端部付近を脱離可能に係合する溝で接していることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記分離爪保持機構が、
   前記定着ベルトの外側に設けられ、基部が前記ローラの軸と平行な第二の軸に回動可能に軸支されているアーム状部材と、前記アーム状部材の先端ないし先端付近を前記一対の突出部に向けて付勢するアーム状部材付勢手段と、を有し、
   前記アーム状部材の先端ないし先端付近に前記第一の軸が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の定着装置。
4. 前記分離補助部材の前記定着ベルトと摺擦する摺擦面が、フッ素系樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１ないし３に記載の定着装置。
5. 請求項１ないし４の何れか１項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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