JP7201112B2 - 定着装置 - Google Patents

Description

本発明は、記録媒体にトナー像を熱定着する定着装置に関する。

従来、シート状の記録媒体を加熱ローラとエンドレスベルトでニップして熱定着する定着装置が知られている。エンドレスベルトの内側には弾性体が配置されており、弾性体が加熱ローラに向けて押し付けられている。特許文献１には、ニップ領域を大きくするために、弾性体が記録媒体の搬送方向に離れて２つ設けられた定着装置が記載されている。この定着装置では、下流側のニップ圧を高めて記録媒体のしわを低減するために、下流側の弾性体の硬さが、上流側の弾性体の硬さよりも大きくなっている。

特開２０１７－０２１０６８号公報

しかしながら、上流側の弾性体が柔らかいと、弾性体を加熱ローラに押し付けたときに、加熱ローラに倣って弾性体が大きく変形する。このため、記録媒体が曲げられた状態で加熱されるため、ニップ部を通過した記録媒体のカール（湾曲）が大きくなってしまうという問題点がある。

そこで、本発明は、記録媒体のカールが大きくなるのを抑制する定着装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の定着装置は、エンドレスベルトと、第１弾性体と、第１弾性体よりも硬い第２弾性体と、外周に弾性層を有するローラであって、第１弾性体および第２弾性体との間でエンドレスベルトを挟み、エンドレスベルトとの間で記録媒体を搬送方向に搬送するローラと、を備えている。第１弾性体は、第２弾性体より搬送方向の上流側に位置している。弾性層は、第１弾性体より柔らかい。

このような構成によれば、第１弾性体とローラとのニップ領域では、ローラの弾性層が潰れて、ローラと第１弾性体に挟まれる記録媒体が平面に近づくので、記録媒体のカールを抑制できる。

前記した定着装置において、第１弾性体は、搬送方向の下流端に角部を有する構成としてもよい。

このような構成によれば、第１弾性体の下流端に角部を有するため、角部で記録媒体をローラに強く押し付けて、ローラに対して記録媒体を反らせることができる。このため、第１弾性体とローラとのニップ領域で、記録媒体がローラに巻き付くようにカールしたとしても、角部による押し付けで記録媒体を逆に反らせて戻し、カールを減少させることができる。

前記した定着装置において、搬送方向において、第１弾性体と第２弾性体の間に隙間を有する構成としてもよい。

このような構成によれば、ニップ領域を広くすることができる。

前記した定着装置において、弾性層のデュロメータ硬さは、６より小さく、第１弾性体のデュロメータ硬さは、６～２０である構成としてもよい。

前記した定着装置において、第２弾性体のデュロメータ硬さは、６０～９０である構成としてもよい。

前記した定着装置において、弾性層のデュロメータ硬さは、５以下であり、第１弾性体のデュロメータ硬さは、６～１０であり、第２弾性体のデュロメータ硬さは、７０～９０である構成としてもよい。

このような構成によれば、ニップ幅を広くしつつ、記録媒体のカールを抑制し、記録媒体の剥離性向上し、定着装置の駆動トルクを抑制することができる。

前記した定着装置において、ローラは、ヒータを有する構成としてもよい。

本発明によれば、定着装置において、記録媒体のカールが大きくなるのを抑制することができる。

本発明に係る定着装置を備えた画像形成装置の断面図である。 実施形態に係る定着装置を示す断面図である。 ニップしていない状態の定着装置の断面図である。 第１弾性体と第２弾性体の硬さを変えたときの、カール特性、剥離特性、ニップ荷重を示す図である。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明において、特に断りがないかぎり図１に示した上下方向を上下、図１における右側を前、左側を後、紙面の手前側を左、紙面の奥側を右として、各方向を示す。

図１に示すように、画像形成装置の一例としてのレーザプリンタ１は、筐体２と、記録シートなどの記録媒体Ｓを供給する供給部３と、記録媒体Ｓにトナー像を形成するためのプロセス部４と、定着装置１００と、を主に備えている。

供給部３は、筐体２内の下部に設けられ、記録媒体Ｓを収容する供給トレイ３１と、供給トレイ３１内の記録媒体Ｓをプロセス部４に向けて搬送する供給機構３２と、を備えている。

プロセス部４は、筐体２内に収容されており、露光装置５と、プロセスカートリッジ６と、転写ローラ６３と、を備えている。

露光装置５は、筐体２内の上部に配置され、一点鎖線で示すレーザ光を、後述する感光体ドラム６１の表面に高速走査にて照射する。

プロセスカートリッジ６は、露光装置５の下方に配置され、筐体２に対して着脱可能となっている。プロセスカートリッジ６は、静電潜像が形成される感光体ドラム６１と、帯電器６２と、トナーを収容するトナー収容部６５と、トナー収容部６５内のトナーを感光体ドラム６１に供給する供給ローラ６６および現像ローラ６４を備えている。

このプロセスカートリッジ６では、帯電器６２が、回転する感光体ドラム６１の表面を一様に帯電する。露光装置５は、感光体ドラム６１の表面にレーザ光を出射して、感光体ドラム６１の表面を露光することで、感光体ドラム６１の表面に画像データに基づく静電潜像を形成する。

次いで、回転駆動される現像ローラ６４が感光体ドラム６１の静電潜像にトナーを供給して、感光体ドラム６１の表面上にトナー像を形成する。その後、感光体ドラム６１の表面上に担持されたトナー像は、記録媒体Ｓが感光体ドラム６１と転写ローラ６３の間で搬送される際に、転写ローラ６３に引き寄せられて記録媒体Ｓ上に転写される。

定着装置１００は、プロセスカートリッジ６の後方に設けられている。記録媒体Ｓ上に転写されたトナー像は、定着装置１００を通過することで記録媒体Ｓ上に熱定着される。
トナー像が熱定着された記録媒体Ｓは、搬送ローラ２３，２４によって排出トレイ２２上に排出される。

図２に示すように、定着装置１００は、ローラの一例としての加熱ローラ１１０と、加熱ローラ１１０に対向して配置された加圧ユニット１２０を主に備えている。

加熱ローラ１１０は、円筒状のローラである。加熱ローラ１１０は、金属などからなる素管１１１と、素管１１１の外周に設けられた弾性層１１２と、素管１１１の内側に設けられたヒータ１１３とを有している。弾性層１１２の外側には、耐熱性、耐摩耗性を有する被覆などが設けられていてもよい。加熱ローラ１１０は、定着装置１００の図示しないフレームに回転可能に支持されており、レーザプリンタ１の筐体２内に設けられた図示しないモータから駆動力が入力されることで図２の時計回りに回転駆動する。

弾性層１１２は、例えば、シリコンゴムなどのゴムからなる。弾性層１１２は、後述する第１弾性体１２３より柔らかい。具体的に、弾性層１１２のデュロメータ硬さは、６より小さいことが望ましく、５以下であるとさらに望ましい。

ここで、硬さとは、ＩＳＯ７６１９－１に規定されているデュロメータ硬さのことである。デュロメータ硬さは，規定した条件下で試験片に規定の押針を押し込んだときの押針の押込み深さから得られる値である。

なお、シリコンゴムの硬さは、製造時に添加する添加物（シリカ系充填剤やカーボン系充填剤）の比率を変えることで調整することができる。具体的には、添加物の比率を大きくすると、ゴムの硬さが大きくなる。また、シリコン系のオイルを添加することで、硬さを小さくすることもできる。ゴムの製法としては、液状射出成型や押出成型を採用することができる。一般的には、低硬度ゴムは、液状射出成型が適しており、高硬度ゴムは、押出成形が適している。

ヒータ１１３は、加熱ローラ１１０の弾性層１１２を加熱するものである。ヒータ１１３としては、例えば、通電によって発光し、輻射熱によって加熱するハロゲンランプを用いることができる。

加圧ユニット１２０は、図示しない押圧機構により加熱ローラ１１０に向けて押圧され、記録媒体Ｓを熱定着させるためのニップ部Ｎを形成している。ニップ部Ｎは、第１ニップ部Ｎ１と、第２ニップ部Ｎ２と、第３ニップ部Ｎ３から形成されている。

加圧ユニット１２０は、エンドレスベルト１２１と、ベルトガイド１２２と、第１弾性体１２３と、第２弾性体１２４と、ホルダ１２５と、摺動シート１２６と、ステイ１２７を主に備えている。ベルトガイド１２２、第１弾性体１２３、第２弾性体１２４、ホルダ１２５、摺動シート１２６およびステイ１２７は、エンドレスベルト１２１の幅方向から見てエンドレスベルト１２１の内側に位置している。

エンドレスベルト１２１は、加熱ローラ１１０と、第１弾性体１２３および第２弾性体１２４に挟まれている。エンドレスベルト１２１は、耐熱性と可撓性を有する無端状のベルトである。エンドレスベルト１２１は、その両端部が図示せぬサイドガイドによって回転可能に支持されている。エンドレスベルト１２１は、加熱ローラ１１０の回転によって図２の反時計回りに従動回転するように設けられている。
加熱ローラ１１０とエンドレスベルト１２１との間で記録媒体Ｓを搬送方向に搬送する。なお、搬送方向は、加熱ローラ１１０とエンドレスベルト１２１との間で形成されるニップ部Ｎの入り口から出口に向かう方向と等しい。

ベルトガイド１２２は、エンドレスベルト１２１の内周面と接触可能に配置され、エンドレスベルト１２１をガイドする部材である。

第１弾性体１２３は、第２弾性体１２４より搬送方向の上流側に位置している。第１弾性体１２３は、加熱ローラ１１０との間でエンドレスベルト１２１を挟んでいる。第１弾性体１２３は、加熱ローラ１１０との間で第１ニップ部Ｎ１を形成している。図３に示すように、加熱ローラ１１０がエンドレスベルト１２１と接触していない状態において、第１弾性体１２３は直方体であり、左右方向に長い長尺状に形成されている。

第１弾性体１２３は、例えば、シリコンゴムなどのゴムからなる。第１弾性体１２３は、加熱ローラ１１０の弾性層１１２より硬く、第２弾性体１２４より柔らかい。具体的に、第１弾性体１２３は、デュロメータ硬さが６～８０であり、６～２０であることが望ましく、６～１０であることがさらに望ましい。

第１弾性体１２３は、搬送方向の下流端に角部１２３Ａを有している。より具体的には、エンドレスベルト１２１の内周面と接する第１弾性体１２３の表面と、第２弾性体１２４と対向する第１弾性体１２３の側面とが接続する部分に、略直角の角部１２３Ａを有している。

第２弾性体１２４は、第１弾性体１２３から搬送方向の下流側に所定距離離れて配置されている。そして、第１弾性体１２３と第２弾性体１２４の間には、所定距離離れた分だけ隙間１２８を有している。第２弾性体１２４は、加熱ローラ１１０との間でエンドレスベルト１２１を挟んでいる。第２弾性体１２４は、加熱ローラ１１０との間で第２ニップ部Ｎ２を形成している。また、エンドレスベルト１２１は、搬送方向における隙間１２８に対応する位置において、第３ニップ部Ｎ３を形成している。第２弾性体１２４は、加熱ローラ１１０がエンドレスベルト１２１と接触していない状態において、直方体であり、左右方向に長い長尺状に形成されている。第２弾性体１２４の寸法は、加熱ローラ１１０と加圧ユニット１２０が並ぶ方向、本実施形態では上下方向において、第１弾性体１２３の寸法より小さい。

第２弾性体１２４は、例えば、シリコンゴムなどのゴムからなる。第２弾性体１２４は、第１弾性体１２３よりも硬い。具体的に、第２弾性体１２４は、デュロメータ硬さが１０～９０であり、６０～９０であることが望ましく、７０～９０であることがさらに望ましい。

ホルダ１２５は、第１弾性体１２３と第２弾性体１２４を保持する部材である。摺動シート１２６は、エンドレスベルト１２１の内周面と、第１弾性体１２３および第２弾性体１２４に挟まれている。ステイ１２７は、ベルトガイド１２２とホルダ１２５の間に配置され、ベルトガイド１２２とホルダ１２５を支持している。

以上に説明した本実施形態の定着装置によれば、以下のような作用・効果を得ることができる。

定着装置１００に記録媒体Ｓが搬送されると、まず、記録媒体Ｓは、第１ニップ部Ｎ１でニップされる。加熱ローラ１１０の弾性層１１２は、第１弾性体１２３より柔らかいので、第１ニップ部Ｎ１では、加熱ローラ１１０の弾性層１１２が潰れて、加熱ローラ１１０と第１弾性体１２３に挟まれる記録媒体Ｓが平面に近い形状を保ったまま熱定着される。この結果、記録媒体Ｓのカールを抑制できる。

第１ニップ部Ｎ１において、記録媒体Ｓは加熱ローラ１１０に巻き付くようにカールする場合がある。しかし、第１弾性体１２３は下流端に角部１２３Ａを有するので、角部１２３Ａが記録媒体Ｓを加熱ローラ１１０に強く押し付け、これにより、記録媒体Ｓを加熱ローラ１１０に対して反らせることができる。このため、記録媒体Ｓが第１ニップ部Ｎ１でカールした場合であっても、記録媒体Ｓを逆向きに戻すことができる。このため、記録媒体Ｓのカールが大きくなるのを抑制することができる。

そして、第１ニップ部Ｎ１を通過した後、記録媒体Ｓは、第３ニップ部Ｎ３でニップされる。隙間１２８に対応して位置する第３ニップ部Ｎ３でも記録媒体Ｓをニップすることが可能なので、ニップ領域を広くすることができる。

そして、第３ニップ部Ｎ３を通過した後、記録媒体Ｓは、第２ニップ部Ｎ２でニップされる。第２ニップ部Ｎ２では、第２弾性体１２４が弾性層１１２よりかなり硬いので、第２弾性体１２４はほとんど変形しない。この結果、第２ニップ部Ｎ２では、第１ニップ部Ｎ１および第３ニップ部Ｎ３に比べて、ニップ圧が大きくできるとともに、記録媒体Ｓの剥離性が良くなる。

また、第２弾性体１２４が第１弾性体１２３より上下方向の寸法が小さいので、第２弾性体１２４は、非常に弾性変形しにくい。

以上に説明した本実施形態における第１弾性体１２３および第２弾性体１２４の硬さを変えたときの、カール特性、剥離特性、ニップ荷重を測定した結果を図４に示し、以下に説明する。

記録媒体は普通紙とし、各部材のデュロメータ硬さを以下のようにした。
定着ローラの弾性層 ５
第１弾性体 ４，６，７，８，９，１０，１５，２０
第２弾性体 ４０，５０，６０，７０，８０，９０

カール特性は、記録媒体が定着装置で熱定着された後、記録媒体の湾曲（カール）の程度を目視で判定し、ほとんど湾曲していないものを「Ａ」とし、湾曲が大きくなるにつれて、「Ｂ」「Ｃ」「Ｄ」とした。
剥離特性は、定着装置から剥離する特性を目視で評価した。もっとも剥離性が良いものを「Ａ」とし、剥離性が悪くなるにつれて「Ｂ」「Ｃ」「Ｄ」とした。
ニップ荷重は、搬送方向におけるニップ部のニップ幅を一定に保つようにするためのニップ荷重、つまり、加圧ユニットを加熱ローラに押圧する荷重を測定して、ニップ荷重が最も小さいものを「Ａ」とし、ニップ荷重が大きくなるにつれて「Ｂ」「Ｃ」「Ｄ」と評価した。なお、ニップ荷重が大きくなると、加熱ローラ１１０を回転駆動するためのモータのトルクを大きくする必要があるため、ニップ荷重が小さいほどよい。

図４に示す実験結果より、第１弾性体１２３のデュロメータ硬さが４のときは、カール特性が良くないことがわかる。また、第２弾性体１２４のデュロメータ硬さが４０，５０のときは、剥離特性が悪く、ニップ荷重が大きくなることがわかる。
まとめると、第１弾性体１２３のデュロメータ硬さが６～２０であり、かつ、第２弾性体１２４のデュロメータ硬さが６０～９０であると、ニップ幅を広くしつつ、記録媒体Ｓのカールが抑制される。
また、第１弾性体１２３のデュロメータ硬さが６～１０であれば、ニップ荷重が小さくなるので、定着装置１００の駆動トルクを抑制することができる。そして、第２弾性体１２４のデュロメータ硬さが７０～９０であれば、カール特性を良好にすることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、以下に例示するように様々な形態で利用できる。以下の説明においては、前記実施形態と略同様の構造となる部材には同一の符号を付し、その説明は省略する。

前記実施形態においては、画像形成装置の一例としてモノクロのレーザプリンタを例示したが、画像形成装置はカラーの画像形成装置であってもよいし、コピー機や複合機であってもよい。また、記録媒体は、用紙に限らず、ＯＨＰシートなどであってもよい。

前記実施形態では、ローラがヒータを有する加熱ローラである構成を例示したが、ローラがヒータを有していなくてもよい。この場合、エンドレスベルトの内側にヒータを配置して、エンドレスベルトをヒータで加熱する構成とすればよい。また、ローラの外部にヒータを配置し、ローラ表面を加熱する構成としてもよい。

前記実施形態では、第１弾性体と第２弾性体との間に隙間を有する構成としていたが、隙間がない構成としてもよい。

前記実施形態では、第１弾性体および第２弾性体を直方体としたが、弾性体は直方体に限られず、他の形状であってもよい。

前記実施形態では、第２弾性体の寸法は、上下方向において、第１弾性体の寸法より小さい構成としたが、第２弾性体の寸法は、第１弾性体の寸法以上としてもよい。

前記実施形態では、ヒータとしてハロゲンランプを例示したが、ヒータは、例えばカーボンヒータなどであってもよい。また、熱源は、誘導加熱方式のヒータであってもよい。

なお、前記実施形態で説明した各要素を、任意に組み合わせて実施してもよい。

１００ 定着装置
１１０ 加熱ローラ
１１２ 弾性層
１１３ ヒータ
１２１ エンドレスベルト
１２３ 第１弾性体
１２３Ａ 角部
１２４ 第２弾性体
１２８ 隙間
Ｓ 記録媒体

Claims (8)

1. エンドレスベルトと、
   第１弾性体と、
   前記第１弾性体よりも硬い第２弾性体と、
   外周に前記第２弾性体より柔らかい弾性層を有するローラであって、前記第１弾性体および前記第２弾性体との間で前記エンドレスベルトを挟み、前記エンドレスベルトとの間で記録媒体を搬送方向に搬送するローラと、を備え、
   前記第１弾性体は、前記第２弾性体より前記搬送方向の上流側に位置し、
   前記搬送方向において、前記第１弾性体と前記第２弾性体の間に隙間を有し、
   前記第１弾性体は、前記ローラとの間で記録媒体をニップする第１ニップ部を形成し、
   前記第２弾性体は、前記ローラとの間で記録媒体をニップする第２ニップ部を形成し、
   前記エンドレスベルトは、前記隙間に対応する位置で記録媒体をニップする第３ニップ部を形成し、
   前記第１弾性体は、直方体であり、前記ローラに近い端部に、前記搬送方向の上流端に位置する上流端の角部と、前記搬送方向の下流端に位置する下流端の角部であって、前記上流端の角部よりも変形量が大きい下流端の角部と、を有し、
   前記第２弾性体は、直方体であり、前記ローラに近い端部に、前記搬送方向の上流端に位置する上流端の角部と、前記搬送方向の下流端に位置する下流端の角部であって、前記第２ニップ部を形成しない下流側の角部と、を有し、
   前記第３ニップ部の寸法は、前記第２ニップ部の寸法より前記搬送方向において大きいことを特徴とする定着装置。
2. 前記第２ニップ部では、前記第１ニップ部に比べてニップ圧が大きいことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記ローラと前記エンドレスベルトとが並ぶ方向において、前記第２弾性体の寸法は、前記第１弾性体の寸法より小さい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. 前記第１弾性体と前記第２弾性体とを前記ローラと前記エンドレスベルトとが並ぶ方向において保持するホルダを備え、
   前記ホルダの前記第１弾性体を保持する面と前記第２弾性体を保持する面とは、前記ローラと前記エンドレスベルトとが並ぶ方向において位置が異なることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 前記第１弾性体と前記第２弾性体とを前記ローラと前記エンドレスベルトとが並ぶ方向において保持するホルダを備え、
   前記ホルダの前記第１弾性体を保持する面と前記第２弾性体を保持する面とは、平行であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の定着装置。
6. 前記第１弾性体の前記ローラに向いた面と前記第２弾性体の前記ローラに向いた面とは、平行であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の定着装置。
7. 前記第１弾性体および前記第２弾性体と、前記エンドレスベルトとの間に挟まれる摺動シートを備えることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の定着装置。
8. 前記ローラは、ヒータを有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の定着装置。

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