JP6488848B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置及び画像形成装置に関するものである。

一般的に、複写機、ファクシミリ、プリンタ等といった画像形成装置には、非定着画像としてのトナー像が形成されたシート状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。定着装置において、定着ベルトを含む二つの回転部材の対向接触部である定着圧接部（ニップ部）にシート状部材を通過させつつ、加熱・加圧を行なってトナー像をシート状媒体に定着する。

例えば、特許文献１には、定着装置（図示せず）として、定着ローラと加熱ローラ及びこれら二つのローラに掛け渡された定着ベルトと、定着ローラに対向して定着ベルトに接触する加圧ローラ及び研磨ローラとを備えたものが記載されている。

この研磨ローラは加圧スプリングを介して接離カムで駆動され、定着ローラ上の定着ベルトに対して接離（接触離脱）可能となっている。研磨ローラは定着ベルトの表面を摺擦、研磨するものである。

定着ベルトの定着圧接部（ニップ部）においてシート状媒体である用紙が通過する際に、用紙の裁断バリによって定着ベルトの表面が摩耗し、この用紙よりも大きいサイズの用紙で画像を出力した場合に、定着ベルト上の摩耗箇所が画像に現れてしまうことがある。研磨ローラを使用してこのような問題に対応している。

また、近年では、環境問題に対する意識の高揚により、パルプの使用量が少なく、二酸化炭素の発生量の少ない薄紙の使用の拡大や、薄紙から厚紙、様々な記録媒体への対応力、高耐久、高速化が求められてきている。

例えば、定着ベルトの内側に配置された弾性体である定着ローラに対して、定着ローラよりも硬度の高い加圧ローラを圧接することにより、定着圧接部（ニップ部）の出口側の定着ベルトの曲率を小さくすることで、用紙（シート）を分離させる方式がある。この方式においては、腰の弱い薄紙の分離性が必ずしも良くなく、且つ印刷速度の高速化により定着ローラが大径化されるに従い、益々、薄紙を分離するのが困難になりやすい。このため、定着圧接部の下流側において定着ベルトに強制的に曲率を形成するための部材（シート分離補助部材）を配置することも提案されている。

用紙エッジによる定着ベルトの摩耗に対して、定着ベルト表層を研磨する研磨ローラを用いる場合、従来においては、定着ローラを研磨ローラの対向部材としている。しかしながら、シート分離補助部材を用いた場合に、分離補助部材の上流側と下流側とで定着ベルトの線速のバランスが安定せず、定着ローラを対向部材とすると定着ベルトの研磨不良が発生する懸念がある。

本発明は、上記した点に鑑み、シート分離補助部材を用いた場合でも、研磨ローラによる定着ベルトの研磨不良の発生を抑制することのできる定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る定着装置は、定着ローラと、加熱ローラと、該定着ローラ及び該加熱ローラに掛け渡された定着ベルトと、該定着ベルトを介して該定着ローラに圧接して定着圧接部を形成する加圧部材と、該定着圧接部の下流側近傍において該定着ベルトの内側面に接触して該定着ベルトの曲率半径を小さくするシート分離補助部材と、該シート分離補助部材よりも下流側且つ該加熱ローラよりも上流側において該定着ベルトの外側面に接触する研磨ローラとを備えた定着装置であって、前記定着ベルトを挟んで前記研磨ローラと対向する位置に、該研磨ローラと共に該定着ベルトに対する圧接部を形成する対向ローラが配置されており、前記研磨ローラの軸方向長さは前記対向ローラの軸方向長さよりも長いことを特徴とする。

本発明によれば、シート分離補助部材を用いた場合でも、研磨ローラによる定着ベルトの研磨不良の発生を抑制することができる。

一実施形態に係る定着装置を示す断面図である。 同じく定着装置の一要部を示す概略図である。 図２の一要部を示す拡大図である。 一実施形態に係る画像形成装置を示す説明図である。

以下に、一実施形態に係る定着装置を図１〜図３に基づいて詳細に説明する。図１は定着装置の詳細図、図２は定着装置の一要部を示す概略図、図３は図２の一要部を示す拡大図である。

図１，図２に示す如く、この定着装置１は、上側の加熱ローラ１４と、中間の定着ローラ１１と、下側の加圧ローラ（加圧部材）１３と、中間左側のテンションローラ１５とを備えている。さらに、加熱ローラ１４と定着ローラ１１とテンションローラ１５とに一定の張力で掛け渡された第一ニップ形成部材である定着ベルト（定着部材）１２を備えている。

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て定着圧接部Ｎを形成する第二ニップ形成部材である。定着圧接部Ｎにおいては、金属製のローラ母体の表面にフッ素系のコーティングを施したり、フッ素系のシート状部材を被着させている。定着圧接部Ｎの直後（下流側）において定着ベルト１２の曲率半径を小さくするシート分離補助部材（以下、分離補助部材と称する）１６が定着ベルト１２の内側に配設されている。

分離補助部材１６は、定着圧接部Ｎの下流側近傍において定着ベルト１２の内側面１２ｂに強く接触して、定着ベルト１２の曲率半径を小さく規定している。分離補助部材１６は、定着ベルト１２の内側面１２ｂに接触する湾曲状ないし略湾曲状の外側面１６ａを有している。分離補助部材１６は、定着ローラ１１と同心の不動のブラケット１６Ａを介して固定されている。分離補助部材１６はブラケット１６Ａで定着ローラ１１の径方向外側に突出している。

定着圧接部Ｎのシート（用紙）排出側において板状のシート分離板（分離手段）１９が取り付けられ、シート分離板１９の先端１９ａが定着ベルト１２との間の微少ギャップＭ（図２）を維持している。先端１９ａ側は略テーパ状に尖っている。また、加圧ローラ１３へのシート（用紙）Ｐの巻き付きを抑止するシート分離爪１８がシート分離板１９の下方に隣接して設けられている。シートＰはシート分離板１９とシート分離爪１８との間を通って図で左側に排出される。なお、明細書で前後左右の方向性は説明の便宜上のものであり、必ずしも定着装置１の設置方向と一致するものではない。

定着ベルト１２は、無端ベルトであり、断面構造として、例えばニッケル、ステンレス、ポリイミド等といった基材にシリコンゴム層等の弾性層を形成した二層構造となっている。また、定着ローラ１１は、金属製の芯金にシリコンゴム等の弾性体を被着させたものである。ウォームアップ時間の短縮のために、定着ベルト１２の熱を吸収しにくいように、発泡シリコンゴムを用いることも可能である。また、加熱ローラ１４は、アルミニウム又は鉄製の中空ローラで内部にハロゲンヒータ等のヒータ１４ｈから成る熱源を有している。熱源は誘導加熱機構であってもよい。

定着装置１を駆動する際には、定着ローラ１１が図中時計回り方向（図１の矢印Ｄ方向）に回転駆動される。そして、定着ベルト１２が、テンションローラ１５の外向きの押圧により適切な張力が付与された状態でシートＰを排出する方向（図２で矢印Ｄ１の時計回り方向）に回動する。通紙（定着）の際には、加圧ローラ１３が不図示の加圧脱圧手段で加圧されて定着圧接部Ｎを形成し、待機時（非定着時）においては、加圧ローラ１３が定着ベルト１２から図中下方に離脱する。

定着の際には、加熱ローラ１４の内部に配置されたヒータ１４ｈの発熱により、定着装置１内の不図示のサーミスタで検出される温度が所定の温度（例えばトナーの定着に適する温度）になるまで定着ベルト１２が加熱される。加圧ローラ１３は、通常はアルミニウム又は鉄製等の芯金の上にシリコ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、不図示の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１を駆動する時には、この加圧脱圧手段により、定着ベルト１２への加圧ローラ１３の押し当てが一定の圧力で行なわれる。

なお、本実施形態では、加圧部材として加圧ローラ１３を用いたが、加圧部材はローラタイプに限定されるものではなく、例えば、不図示の二つのローラに掛け渡された無端ベルト状の加圧部材（ベルトタイプ）を用いることも可能である。加圧部材１３は定着ベルト１２を介して定着ローラ１１に圧接して、定着ベルト１２の定着圧接部Ｎを形成する。

定着装置１では、定着ベルト１２及び加圧ローラ１３が回転駆動された状態で、定着ベルト１２の表面は所定の温度まで加熱されている。この状態で定着圧接部（ニップ部）Ｎに、未定着トナーが形成されたシートＰが図中右側から左側方向に通紙され、定着圧接部Ｎにおける加圧及び加熱により未定着トナーがシートＰ上に熱融着されて定着が行なわれる。

次いで、トナーが定着されたシートＰは定着圧接部Ｎから図で左側に排出される。定着圧接部Ｎの下流側の定着ベルト１２の内側に配置された分離補助部材１６によって定着ベルト１２に小さな曲率半径が形成される。これにより、シートＰの先端が前述の微小ギャップＭ（図２）の距離だけ定着ベルト１２より離れ、シートＰが定着ベルト１２から分離される。

本例において、定着ベルト１２は、少し左上がりに傾斜した略平面的な定着圧着部Ｎから分離補助部材１６の下部外側面１６ａ１に沿って、定着ローラ１１の外周面よりも径方向外側に（下流側で水平ないし斜め下向きに）湾曲状に突出している。この定着ベルト１２の突出部分１２ｃに沿ってシートＰが定着圧接部Ｎから略水平方向に分離して送り出される（図１のシートＰ２を参照）。

図２，図３に示す如く、テンションローラ１５と加熱ローラ１４とに架橋された定着ベルト１２の内側に対向ローラ２１が配置され、対向ローラ２１に対して定着ベルト１２を挟んで向かい合う位置に研磨ローラ２０が配置されている。研磨ローラ２０は定着ベルト１２の外側に配置されて定着ベルト１２の外側面１２ａに接触している。テンションローラ１５と加熱ローラ１４との間に掛け渡された（架橋された）定着ベルト部分１２Ａの長さのほぼ中間位置において、対向ローラ２１及び研磨ローラ２０が定着ベルト１２の内外から定着ベルト１２に接触している。研磨ローラ２０は、分離補助部材１６よりもベルト回転方向下流側且つ加熱ローラ１４よりも上流側において定着ベルト１２の外側面１２ａに接触している。対向ローラ２１は研磨ローラ２０と共に定着ベルト１２に対する（定着ベルト１２の）圧接部Ｎ１（図３）を形成する。

分離補助部材１６の比較的近傍の上流側と下流側とで定着ベルト１２の線速が変動した場合でも、分離補助部材１６のさらに上流側における定着ベルト１２の線速が安定した位置で、定着ベルト１２が対向ローラ２１に押し付けられつつ研磨ローラ２０で研磨される。これにより、定着ベルト１２の研磨が研磨残り等なく安定して行なわれ、定着ベルト１２の研磨不良の発生が抑制される。

また、分離補助部材１６の下流側で定着ベルト１２がテンションローラ１５に接触しつつ上流側に移動することで、テンションローラ１５によって定着ベルト１２の線速が安定する。その状態で、テンションローラ１５と加熱ローラ１４との間で、定着ベルト１２が対向ローラ２１に押し付けられつつ研磨ローラ２０で研磨される。これにより、定着ベルト１２の研磨が一層安定して行なわれ、定着ベルト１２の研磨不良の発生が一層抑制される。そして、安定した研磨性能を維持し、良好なシート分離性能、画像品質を得ることができる。

対向ローラ２１とテンションローラ１５と加熱ローラ１４とでなす（これら三つのローラに掛け渡される）定着ベルト１２の屈曲角度θは、１８０°未満（θ＜１８０°）に規定されている。角度θ＜１８０°と規定したのは、図３に示すように、定着ベルト１２にかかる研磨ローラ２０の線圧が、定着ベルト１２を介した対向ローラ２１との圧接部（ニップ部）Ｎ１にのみ付与され、安定的な研磨性能を得ることができるからである。そして、安定した研磨性能を維持し、良好なシート分離性能、画像品質を得ることができる。例えば、定着ベルト１２の角度θがθ＝１８０°又はθ＞１８０°である場合には、圧接部Ｎ１の面積が増加し、定着ベルト１２にかかる研磨ローラ２０の圧力が分散されてしまい、安定的な研磨性能を得られにくい。

本実施形態における屈曲角度θは、例えば１７０°である。角度θは略１７０°（例えばθ＝１７０°±５°程度の範囲）であってもよい。また、角度θは１７０°以下であってもよい。但しθが鋭角的であると定着ベルト１２の耐久性を低下させる懸念があるので、角度θは鈍角であることが好ましい。

なお、対向ローラ２１とテンションローラ１５と加熱ローラ１４とでなす定着ベルト１２の屈曲角度θとは、正確には以下のようである。定着ベルト１２の軌跡に沿って、テンションローラ１５の外側面と対向ローラ２１の外側面とを接線方向に結んだ直線と、加熱ローラ１４の外側面と対向ローラ２１の外側面とを接線方向に結んだ直線とのなす交差角度（内側角度）である。

研磨ローラ２０は不図示の移動手段で図２の矢印Ａのように定着ベルト１２に対して接離（接触離脱）方向に移動可能である。また、対向ローラ２１は不図示の移動手段で矢印Ｂのように定着ベルト１２に対して接離方向（接触離脱）に移動可能である。移動手段は研磨ローラ２０と対向ローラ２１を定着ベルト１２に対して同時に接離方向に移動する（両ローラ２０，２１を同時に接触させ、同時に離脱させる）ものであってもよい。対向ローラ２１は常時、定着ベルト１２に接触するものであってもよいが、接離するものであることが、定着ベルト１２の接触抵抗を低減させる上で好ましい。「接離」とは、接触分離、接近乖離をも意味する。

定着ベルト１２を研磨する必要のない時に、研磨ローラ２０を定着ベルト１２から離脱（離間）させることで、定着ベルト１２の寿命を高めることができる。そして、安定した研磨性能を維持し、良好なシート分離性能、画像品質を得ることができる。

研磨ローラ２０と対向ローラ２１は、定着ローラ１１、加熱ローラ１４又は加圧ローラ１３と同様に、平行に軸方向に水平に延びている。そして、研磨ローラ２０の軸方向長さは、対向ローラ２１の軸方向長さよりも長く規定されている。これにより、研磨ローラ２０が対向ローラ２１の全長に渡って定着ベルト１２を介して対向ローラ２１に接触する。そして、研磨ローラ２０による定着ベルト１２の外側面（シートＰの上面に接触してシートＰを下流側に送り出す面）１２ａの研磨が研磨残り等なく確実に行なわれる。安定した研磨性能を維持し、良好なシート分離性能、画像品質を得ることができる。

以下に、図１の定着装置１におけるその他の構成を説明する。

定着装置１は例えば電子写真式印刷装置におけるものである。上下のカバー２，３の内側に、上から斜め左下にかけて加熱ローラ１４、定着ローラ１１、加圧ローラ１３が順に配置されている。加熱ローラ１４は内部に複数本の熱源１４ｈを有している。加圧ローラ１３は、退避位置から定着ローラ１１に向けて不図示の加圧脱圧手段で径方向に定着圧接部（画像定着位置）Ｎまでやや斜め上向きに付勢されて加圧状態となっている。加圧脱圧手段は、例えばカム部材とばね部材あるいはプランジャ等といった移動・付勢手段で構成されている。

加圧ローラ１３及び定着ローラ１１の定着圧接部Ｎに向けて、右側（上流側）の用紙ガイド板２４が左上がりに傾斜して配置されると共に、左側（下流側ないし出口側）の用紙ガイド板２８が略水平に配置されている。各用紙ガイド板２４，２８の上面に記録媒体としての用紙Ｐ１，Ｐ２が配置されている。用紙Ｐは記録媒体の一種である。

定着圧接部Ｎの左側（下流側）に断面湾曲状の分離補助部材１６がテンションローラ１５に向けて斜め上向きに配設されている。定着ベルト１２と各ローラ１１，１４，１５，２０，２１は上カバー２の内側に配置され、加圧ローラ１３は下カバー３の内側に配置されている。上下のカバー２，３の間に用紙案内路２５が形成されている。

右側の用紙ガイド板２４の左端（先端）は加圧ローラ１３の右上の外側面に近接している。右側の用紙ガイド板２４は下カバー３の一部（上壁）を兼ねている。右側の用紙ガイド板２４の下側のスペースに他のローラ群（例えばクリーニングウェブユニット）２７が配設され、ローラ群２７のうちの小さなローラ１７が加圧ローラ１３の右側の外側面に向けて近接配置されている。

左側の用紙ガイド板２８の右端（先端）側は斜め下向きに折れ曲げられて、用紙ガイド板２８の右端（先端）が加圧ローラ１３に近接している。左側の用紙ガイド板２８は下カバー３側に固定されている。左側の用紙ガイド板２８の下方において、整風板２３が配置されている。整風板２３の右端部（先端部）が加圧ローラ１３の下部左側の外側面に接触している。

整風板２３よりも右側において（加圧ローラ１３の下端よりも右側において）、他の整風板２２が右上がりに傾斜して配置されている。整風板２２の上端部が加圧ローラ１３の下部右側の外周面に接触している。右側の整風板２２の下方において、下カバー３の底壁に送風取り入れ用の開口が設けられ、開口から斜め左上がりに加圧ローラ１３の下部に向けて冷却ダクト２６が配置されている。冷却ダクト２６は左側の排気ダクト３４に続いている。一例として、左側の整風板２３の上面よりも上側に突出して不図示の加圧ローラ用温度センサが下カバー３に配設されている。加圧ローラ１３の表面（外側面）に沿って冷却風が矢印Ｗで示すように流れて、加圧ローラ１３が冷却される。

以下に、図４を用いて、本実施形態に係る画像形成装置について説明する。

この画像形成装置５０はタンデム型のカラー複写機である。画像形成装置５０は、装置本体の中央部に位置する画像形成部５０Ａと、画像形成部５０Ａの下方に位置する給紙部５０Ｂと、画像形成部５０Ａの上方に位置する不図示の画像読取部を有する高速機である。画像形成部５０Ａに前述の定着装置１が組み込まれている。

画像形成部５０Ａには、水平方向に延びる転写面を有する転写ベルト６０が配置され、転写ベルト６０の上面に、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）による像を保持可能な像保持体としての感光体５５Ｙ、５５Ｍ、５５Ｃ、５５Ｋが転写ベルト６０の転写面に沿って並置されている。各感光体５５Ｙ、５５Ｍ、５５Ｃ、５５Ｋ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。その周りに、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５１と、帯電装置５２Ｙ、５２Ｍ、５２Ｃ、５２Ｋと、現像装置５３Ｙ、５３Ｍ、５３Ｃ、５３Ｋと、一次転写装置５４Ｙ、５４Ｍ、５４Ｃ、５４Ｋと、クリーニング装置が配置されている。

また、各現像装置５３Ｙ、５３Ｍ、５３Ｃ、５３Ｋ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６０は、駆動ローラと従動ローラに掛け回されて感光体５５Ｙ、５５Ｍ、５５Ｃ、５５Ｋ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、従動ローラの一つであるローラ６１に対向する位置に転写ローラ６２が設けられている。転写ローラ６２から定着装置１までのシートＰの搬送経路は横パス式となっている。

給紙部５０Ｂ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７０と、給紙トレイ７０内のシートＰを最上部から順に一枚ずつ分離して転写ローラ６２まで搬送する搬送機構とを有している。

画像形成装置５０における画像形成にあたっては、例えば、感光体５５Ｙ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５５Ｙ上に静電潜像が形成される。この静電潜像はイエローのトナーを収容した現像装置５３Ｙによりトナー像として可視像化され、このトナー像は所定のバイアスが印加される一次転写装置５４Ｙにより転写ベルト６０上に一次転写される。他の感光体５５Ｍ，５５Ｃ，５５Ｋ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転写ベルト６０上に静電気力で順に転写されて重ね合わされる。

次に、感光体５５Ｙ、５５Ｍ、５５Ｃ、５５Ｋから転写ベルト６０上に一次転写されたトナー像は、ローラ６１、転写ローラ６２により搬送されてきたシートＰに転写される。トナー像が転写されたシートＰは、さらに定着装置１まで搬送され、定着装置１における定着ベルト１２と加圧ローラ１３との定着圧接部（ニップ部）Ｎにて定着が行なわれる。

定着装置１における定着ベルト１２や加圧ローラ１３には、オイル塗布装置８１，８２によりそれぞれ適当量のオイルが塗布されており、また、必要に応じて図２の定着圧接部Ｎの下流側に配置された分離補助部材１６やシート分離板１８が機能する。これにより、シートＰが定着ベルト１２や加圧ローラ１３に巻き付くことなく定着圧接部Ｎの下流側に排出される。定着圧接部Ｎから排出されたシートＰは排出経路に沿ってスタッカ６５（図４）に送り出される。

上記定着装置１及び定着装置１を有する画像形成装置５０により、一層高度なシート定着分離機能が得られ、様々な紙種・画像への対応が可能となる。また、装置１，５０の小型化が可能になると共に、安定したシート分離性能、画像品質、高耐久性が可能になる。このように、安定した研磨性能を維持し、良好なシート分離性能、画像品質を得ることができる。

なお、本発明は、図面に示した実施形態に限定されるものではない。他の実施形態、追加、変更、削除等、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、何れの態様においても本発明の作用効果を奏する限り、本発明に範疇に含まれるものである。

１ 定着装置
１１ 定着ローラ
１２ 定着ベルト
１３ 加圧ローラ（加圧部材）
１４ 加熱ローラ
１６ シート分離補助部材
２０ 研磨ローラ
２１ 対向ローラ
５０ 画像形成装置
Ｎ 定着圧接部
Ｎ１ 圧接部
θ 屈曲角度

特開２０１４−１６４０７４号公報

Claims (6)

1. 定着ローラと、加熱ローラと、該定着ローラ及び該加熱ローラに掛け渡された定着ベルトと、該定着ベルトを介して該定着ローラに圧接して定着圧接部を形成する加圧部材と、該定着圧接部の下流側近傍において該定着ベルトの内側面に接触して該定着ベルトの曲率半径を小さくするシート分離補助部材と、該シート分離補助部材よりも下流側且つ該加熱ローラよりも上流側において該定着ベルトの外側面に接触する研磨ローラとを備えた定着装置であって、
   前記定着ベルトを挟んで前記研磨ローラと対向する位置に、該研磨ローラと共に該定着ベルトに対する圧接部を形成する対向ローラが配置されており、
   前記研磨ローラの軸方向長さは前記対向ローラの軸方向長さよりも長いことを特徴とする定着装置。
2. 前記シート分離補助部材の下流側において前記定着ベルトを張るテンションローラを備え、該テンションローラと前記加熱ローラとの間に前記研磨ローラが配置されたことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記対向ローラによって形成される前記定着ベルトの屈曲角度は、１８０°未満であることを特徴とする請求項１又は２記載の定着装置。
4. 前記研磨ローラは前記定着ベルトに対して接触離脱可能であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の定着装置。
5. 前記対向ローラは前記定着ベルトに対して接触離脱可能であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の定着装置。
6. 請求項１〜５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。

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