WO2010016375A1

WO2010016375A1 - 定着装置及び画像形成装置

Info

Publication number: WO2010016375A1
Application number: PCT/JP2009/062962
Authority: WO
Inventors: 貴之堀江
Original assignee: コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社
Priority date: 2008-08-06
Filing date: 2009-07-17
Publication date: 2010-02-11
Also published as: JP2010039254A

Abstract

　本発明は、加圧パッドから分離部材へ至る押圧力が徐々に増加する圧力分布にして画像不良の発生を抑えることが簡単な構成で実現できる定着装置。　弾性層を有すると共に加熱手段を有して回転する定着ローラと、定着ローラによって駆動されて回転する無端状の定着ベルトと、定着ベルトを内周面側から押圧して定着ベルトを定着ローラに圧接させると共に弾性変形する加圧部材と、加圧部材に対して記録材の搬送方向下流側に配置され、定着ベルトを内周面側から押圧して定着ベルトを定着ローラに圧接させることにより定着ローラの弾性層を弾性変形させる分離部材と、を備え、定着ローラと定着ベルトとの間に形成されたニップ部で搬送される記録材上のトナー像を定着する定着装置において、　加圧部材における定着ベルト側の面は、記録材の搬送方向下流側に進むに従い定着ローラ側へ突出する状態に配置されていることを特徴とする。

Description

定着装置及び画像形成装置

　本発明は、定着ベルトを有するＦＢＮＦ方式の定着装置、及び該定着装置を備えた画像形成装置に関する。

　複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの諸機能を備えた複合機等の電子写真方式の画像形成装置においては、原稿に対応した潜像を感光体ドラムに形成し、この潜像にトナーを付与することによって顕像化し、この顕像化されたトナー像を記録材上に転写し、この後、記録材上のトナー像を定着して排紙している。

　また、カラー画像を形成する場合には、原稿色に対応したＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの潜像を４個の感光体ドラムに形成し、顕像化された４色のトナー像を無端状の中間転写ベルトに一次転写した後、記録材上に二次転写して、記録材上に転写されたトナー像を定着して排紙している。

　このようにトナー像を定着する定着装置として、ハロゲンランプ等の加熱手段を内蔵した定着ローラと、定着ローラを加圧する加圧ローラとによって形成されたニップ部で、トナー像が転写された記録材を挟持・搬送しながら、加熱・加圧する熱ローラ定着方式の定着装置があり、このような定着装置は構成が簡便であるため、広く利用されている。

　ところで、このような定着装置において、高速化を図るためにはトナーと記録材に充分な熱量を供給する必要があり、このためにはニップ幅を広くする必要がある。ニップ幅を広くするためには、加圧ローラが定着ローラを加圧する荷重や、加圧ローラ内のシリコーンゴム等から形成された弾性層の厚みや、二つのローラの径等を増大させることが考えられる。

　しかし、加圧ローラの荷重や弾性層の厚みを増大させると、軸方向のニップ幅が不均一になることがあり、定着ムラや記録材のしわが発生する虞がある。また、ローラの径を増大させると、定着装置が大型化するばかりでなく、ウォーミングアップタイムが長くなるという問題がある。

　この問題を解決するために、ハロゲンランプを内蔵すると共に弾性層を有して回転する定着ローラと、定着ローラによって駆動されて回転する無端状の定着ベルトと、定着ベルトの内周面側に配置された加圧パッドとを備え、加圧パッドが定着ベルトを押圧することにより定着ローラと定着ベルトとの間に形成されたニップ部で、トナー像が転写された記録材を挟持・搬送しながら加熱・加圧する、所謂ＦＢＮ（Ｆｒｅｅ　Ｂｅｌｔ　Ｎｉｐ）方式の定着装置が特許公報に開示されている（例えば、特許文献１参照）。

　この定着装置によれば、加圧パッドにより定着ローラに押圧された定着ベルトと定着ローラとの間に幅広のニップ部が形成される。従って、小型な形状であるにも拘わらず高速化に対応でき、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が短縮し、省エネになる。

　また、ニップ部を通過した記録材が溶融トナーの粘着力によって定着ローラに張り付いてしまうことがある。これを防止するために、この定着装置においては、加圧パッドに対して記録材の搬送方向下流側に、定着ベルトを内周面側から定着ローラの方向に押圧して定着ベルトを定着ローラに圧着させ、定着ローラの弾性層を大きな曲率で凹状に弾性変形させる分離部材を配置している。これにより、分離爪等の格別の分離部材を設けずに、記録材を定着ローラから分離させることが可能になる。

特開２００６－１２６５３６号公報

　特許文献１の如きＦＢＮ方式の定着装置において、加圧パッドはシリコーンゴム等のゴムから形成されて幅が広く、分離部材は耐熱性樹脂や金属から形成されて幅が狭いので、ニップ内において定着ローラに対する両者の押圧力に差が生ずる。これを圧力分布のグラフとして示すと、例えば図６の如くなる。このようにニップ内において加圧パッドと分離部材とで押圧力差が大きいと、記録材の搬送速度が不安定になり、画像不良が発生する虞がある。

　そこで、押圧力の変化を小さくし、例えば図７の如く加圧パッドから分離部材へ至る押圧力が徐々に増加する圧力分布にすることが望ましい。このような圧力分布にするためには、加圧パッドによる押圧力を記録紙の搬送方向上流側を弱くし、下流側を強くして、押圧力に差を付けた形状にする必要がある。

　また、加圧パッドを支持するために耐熱性樹脂等から形成された支持部材が設けられているが、この支持部材が回動可能な様に上流側に受け部（ストッパ１６１）を設けることが特許文献１に記載されている。このように構成することにより、支持部材の下方に設けた圧縮バネが支持部材を押圧すると、付勢された支持部材は受け部を中心に回動するので、加圧パッドによる押圧力は上流側より下流側の方が増大し、押圧力の変化が小さくなる。

　しかし、ゴムは押圧された場合に、図８に示す如く、押圧された部所のみが変形するのではなく、その周辺も同時に変形して分散する性質を有する。従って、加圧パッドとしてゴムを用いた場合に単純に上記の如き構成にすると、圧力分布が図９の如くなり、ニップ幅が狭くなって定着不良が発生する虞がある。従って、図７の如き圧力分布にするためには、加圧パッドの形状を数多く試行錯誤して高精度に製作しなければならず、容易なことではない。これは、支持部材が受け部を中心に回動する構成にした場合も同様である。

　本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、加圧パッドから分離部材へ至る押圧力が徐々に増加する圧力分布にして画像不良の発生を抑えることが簡単な構成で実現できる定着装置、及び該定着装置を備えた画像形成装置を提案することを発明の目的とする。

　前記目的は、下記に記載した発明により達成される。

　１．弾性層を有すると共に加熱手段を有して回転する定着ローラと、
前記定着ローラによって駆動されて回転する無端状の定着ベルトと、
前記定着ベルトを内周面側から押圧して前記定着ベルトを前記定着ローラに圧接させると共に弾性変形する加圧部材と、
前記加圧部材に対して記録材の搬送方向下流側に配置され、前記定着ベルトを内周面側から押圧して前記定着ベルトを前記定着ローラに圧接させることにより前記定着ローラの弾性層を弾性変形させる分離部材と、
を備え、
前記定着ローラと前記定着ベルトとの間に形成されたニップ部で搬送される記録材上のトナー像を定着する定着装置において、
前記加圧部材における前記定着ベルト側の面は、記録材の搬送方向下流側に進むに従い前記定着ローラ側へ突出する状態に配置されていることを特徴とする定着装置。

　２．前記加圧部材を支持する支持部材の支持面は、記録材の搬送方向下流側に進むに従い前記定着ローラ側へ突出する形状に形成されていることを特徴とする前記１に記載の定着装置。

　３．前記支持部材の支持面は、押圧方向に直交する面に対して傾斜した曲面であることを特徴とする前記２に記載の定着装置。

　４．前記支持部材の支持面は、押圧方向に直交する面に対して傾斜した平面であることを特徴とする前記２に記載の定着装置。

　５．前記加圧部材は、厚みが一定であることを特徴とする前記２～４の何れか１項に記載の定着装置。

　６．前記加圧部材は、記録材の搬送方向下流側に進むに従って厚みが増加することを特徴とする前記２に記載の定着装置。

　７．前記加圧部材は、不織布から成ることを特徴とする前記１～６の何れか１項に記載の定着装置。

　８．前記加圧部材は、アラミド繊維の不織布から成ることを特徴とする前記７に記載の定着装置。

　９．前記加圧部材の厚みは、５ｍｍ以上、４０ｍｍ以下であることを特徴とする前記１～８の何れか１項に記載の定着装置。

　１０．前記加圧部材の目付量は、１００ｇ／ｍ^２以上、１５００ｇ／ｍ^２以下であることを特徴とする前記１～９の何れか１項に記載の定着装置。

　１１．前記支持部材は、耐熱性の樹脂から形成されていることを特徴とする前記１～１０の何れか１項に記載の定着装置。

　１２．前記１～１１の何れか１項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

　本発明の定着装置によれば、加圧パッドから分離部材へ至る押圧力が徐々に増加する圧力分布にして画像不良の発生を抑えることが簡単な構成で実現できる。

画像形成装置の構成図である。定着装置の拡大断面図である。変形していないときの加圧パッドの図である。押圧された状態を示す不織布の断面図である。加圧パッドの変形例を示す図である。ニップ部内の押圧力に差があるときの圧力分布のグラフである。ニップ部内の押圧力を是正したときの圧力分布のグラフである。押圧された状態を示すゴムの断面図である。ニップ部が狭くなっているときの圧力分布のグラフである。

　以下に本発明の実施の形態に基づいて、本発明を説明するが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。

　先ず、本発明に係わる画像形成装置について図１の構成図を参照して説明する。

　本画像形成装置は画像読取装置ＹＳ、画像形成装置ＧＨ等で構成される。画像形成部ＧＨは、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ、中間転写体６、２次転写手段７Ａ、定着装置１００、給紙手段２０等で構成される。

　画像形成部ＧＨの上部には、自動原稿送り装置５０１と原稿画像走査露光装置５０２からなる画像読取装置ＹＳが設置されている。自動原稿送り装置５０１の原稿台上に載置された原稿ｄは搬送手段により搬送され、原稿画像走査露光装置５０２の光学系により原稿の片面または両面の画像が走査露光され、ラインイメージセンサＣＣＤに読み込まれる。

　ラインイメージセンサＣＣＤにより光電変換されて形成された画像信号は、不図示の画像処理部において、アナログ処理、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等が行われた後、露光手段３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋに送られる。

　イエロー（Ｙ）色の画像を形成する画像形成ユニット１０Ｙは、感光体ドラム１Ｙの周囲に帯電手段２Ｙ、露光手段３Ｙ、現像装置４Ｙ、一次転写手段７Ｙ及びクリーニング手段８Ｙを有する。マゼンタ（Ｍ）色の画像を形成する画像形成ユニット１０Ｍは、感光体ドラム１Ｍの周囲に帯電手段２Ｍ、露光手段３Ｍ、現像装置４Ｍ、一次転写手段７Ｍ及びクリーニング手段８Ｍを有する。シアン（Ｃ）色の画像を形成する画像形成ユニット１０Ｃは、感光体ドラム１Ｃの周囲に帯電手段２Ｃ、露光手段３Ｃ、現像装置４Ｃ、一次転写手段７Ｃ及びクリーニング手段８Ｃを有する。黒（Ｂｋ）色の画像を形成する画像形成ユニット１０Ｋは、感光体ドラム１Ｋの周囲に帯電手段２Ｋ、露光手段３Ｋ、現像装置４Ｋ、一次転写手段７Ｋ及びクリーニング手段８Ｋを有する。そして、帯電手段２Ｙと露光手段３Ｙ、帯電手段２Ｍと露光手段３Ｍ、帯電手段２Ｃと露光手段３Ｃ、及び帯電手段２Ｋと露光手段３Ｋは、潜像形成手段を構成する。

　なお、現像装置４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及び黒（Ｋ）の小粒径のトナーとキャリアからなる２成分現像剤を内包する。

　中間転写体６は、複数のローラにより巻回され、回動可能に支持されている。

　定着装置１００は、ハロゲンランプを内蔵した定着ローラ１０１と定着ベルト１０２との間に形成されたニップ部で記録紙Ｐ（記録材）上のトナー像を加熱・加圧して定着する。

　画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋより形成された各色の画像は、回動する中間転写体６上に１次転写手段７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋにより逐次１次転写されて、カラー画像合成されたトナー像が形成される。

　給紙トレイ２１内に収容された記録紙Ｐは、給紙手段２０の給紙ローラ２２により１枚分離されて給紙され、複数の給紙ローラ２３を経て、停止状態にあるレジストローラ２４へ給紙される。そこで一旦停止されて、その先端と中間転写体６上のトナー像との位置関係が正確に一致するタイミングで、レジストローラ２４が回転を開始することにより２次転写手段７Ａに給紙され、記録紙Ｐ上にカラー画像が２次転写される。カラー画像が転写された記録紙Ｐは定着装置１００において加熱・加圧され、記録紙Ｐ上のカラートナー像が定着される。その後、排紙ローラ２５に挟持されて機外の排紙トレイ２６上に載置される。

　一方、２次転写手段７Ａにより記録紙Ｐにカラー画像を転写した後、記録紙Ｐを曲率分離した中間転写体６は、中間転写体クリーニング手段８Ａにより残留トナーが除去される。

　なお、以上はカラー画像を形成する画像形成装置であったが、モノクロ画像を形成する画像形成装置であってもよい。

　次に、本発明に係わる定着装置１００を図２の拡大断面図に基づいて説明する。この定着装置１００はＦＢＮ方式の定着装置である。

　定着ローラ１０１は、中央にハロゲンランプ（加熱手段）Ｈを内蔵し、アルミニュウムや鉄等から形成された円筒状芯金１０１Ａと、円筒状芯金１０１Ａを被覆し耐熱性の高いシリコーンゴムから成る弾性層１０１Ｂと、更に弾性層１０１Ｂを被覆しＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）若しくはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂から成る離型層１０１Ｃと、により構成されている。

　定着ベルト１０２は、ポリイミドにより形成された基体と、基体の外表面を被覆するＰＦＡ若しくはＰＴＦＥで形成された離型層とにより構成されていて、無端状に形成されている。

　加圧パッド１０３（加圧部材）は、例えばアラミド繊維から形成された不織布から成る。図２は加圧パッド１０３が定着ベルト１０２を介して定着ローラ１０１を押圧し、加圧パッド１０３自身が変形している図であるが、加圧パッド１０３が変形していないときには図３に示す形状になっている。

　即ち、加圧パッド１０３は耐熱樹脂から形成された支持部材１０４に支持されているが、加圧パッド１０３の厚みは一定であり、加圧パッド１０３を支持する支持部材１０４の支持面１０４Ａが記録紙Ｐの搬送方向下流側に進むに従い、定着ローラ１０１側へ次第に突出する曲面、即ち、押圧方向に直交する面に対して傾斜した曲面に形成されている。従って、記録紙Ｐの搬送方向下流側に進むに従い、加圧パッド１０３の定着ベルト１０２側の面が定着ローラ１０１側へ次第に突出する状態に配置されている。

　また、支持部材１０４は耐熱樹脂から形成されたホルダー１０８に保持されており、また、支持部材１０４の裏面には圧縮バネ１０６が配置されている。

　分離部材１０７は定着された記録紙Ｐの分離性を向上させるために、加圧パッド１０３に対して記録紙Ｐの搬送方向下流側に配置されている。分離部材１０７はＰＰＳ、ポリイミド、ポリエステル、ポリアミド等の耐熱樹脂若しくはアルミニュウム等の金属から成り、先端部が曲率の大きい円弧に形成されている。また、ホルダー１０８，１０９を保持する金属製のフレーム１１０が中央に配置され、分離部材１０７における定着ベルト１０２側の端面に対して逆側の端面はフレーム１１０により支持されている。

　摺動部材１１１は、ガラス繊維シートをフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）やテフロン（登録商標）でコーティングして形成され、定着ベルト１０２の内周面と加圧パッド１０３との間、及び定着ベルト１０２の内周面と分離部材１０７との間に配置され、一端がフレーム１１０に固定されている。

　オイルパッド１１２はスポンジ等から形成されてシリコーンオイル等からなる潤滑剤を含浸し、ホルダー１０９に保持され、定着ベルト１０２の内周面に圧着している。

　なお、定着ベルト１０２の回転時に、ホルダー１０８は摺動部材１１１を介して定着ベルト１０２を案内し、ホルダー１０９は定着ベルト１０２を直接案内する案内部材としての機能も有する。

　このように構成された定着装置１００において、ハロゲンランプＨにより加熱され、不図示の駆動手段によって駆動された定着ローラ１０１が時計方向に回転する。また、加圧パッド１０３が圧縮バネ１０６により支持部材１０４を介して押圧され、加圧パッド１０３は摺動部材１１１を介して定着ベルト１０２を定着ローラ１０１に押圧する。しかし、加圧パッド１０３は定着ローラ１０１より軟らかいので自らが弾性変形する。これにより、定着ベルト１０２は加圧パッド１０３側に弾性変形し、定着ベルト１０２と定着ローラ１０１との間に幅広のニップ部Ｎが形成される。そして、定着ベルト１０２は定着ローラ１０１の回転によって反時計方向に回転し、搬送された記録紙Ｐ上の未定着トナーはニップ部Ｎで加熱・加圧されて定着される。

　一方、分離部材１０７は摺動部材１１１を介して定着ベルト１０２を定着ローラ１０１を押圧し、定着ローラ１０１の弾性層１０１Ｂと離型層１０１Ｃとを曲率の大きい凹状に弾性変形させる。従って、ニップ部Ｎで定着された記録紙Ｐは分離爪等を用いずとも定着ローラ１０１から確実に剥離して分離する。

　また、定着ベルト１０２の内周面は回転時に摺動部材１１１に摺動するが、摺動部材１１１は摩擦係数が小さいので、両者の間の摺動抵抗は小さい。更に、オイルパッド１１２から潤滑剤としてのシリコーンオイルが定着ベルト１０２の内周面と摺動部材１１１の外表面に供給されるので、更に摺動抵抗は小さくなる。

　以上の定着装置１００において、加圧パッド１０３は不織布から成る。不織布は押圧された場合に、図４に示す如く、押圧された部所のみが変形し、その周辺は変形し難い特性を有する。従って、図８の如き特性を有するゴムと較べて、図７の如く加圧パッド１０３から分離部材１０７へ押圧力が徐々に増加する圧力分布を容易に得られる。

　また、加圧パッドが変形していないときの形状は、図３に示す形状に限定されるものではなく、加圧パッドと支持部材の形状を例えば、図５（ａ）や図５（ｂ）の如くしてもよい。

　図５（ａ）は加圧パッド２０３の厚みが一定であり、支持部材２０４の支持面２０４Ａが記録紙Ｐの搬送方向下流側に進むに従い、定着ローラ１０１側へ次第に突出する平面、即ち、押圧方向に直交する面に対して傾斜した平面に形成されている。

　図５（ｂ）は支持部材３０４の厚みが一定であり、加圧パッド３０３の厚みが記録紙Ｐの搬送方向下流側に進むに従い次第に増加している。

　このように、図５（ａ）及び図５（ｂ）においては、加圧パッド２０３，３０３の定着ベルト１０２側の面は記録紙Ｐの搬送方向下流側に進むに従い、定着ローラ１０１側へ次第に突出した状態に配置されているので、図３の場合と同様に図７の如く加圧パッド２０３，３０３から分離部材１０７へ至る押圧力が徐々に増加する圧力分布にすることは容易に可能になる。

　また、加圧パッド１０３，２０３，３０３を形成する不織布としては、アラミド繊維に代えて、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、レーヨン繊維、コットン繊維等を用いることができる。

　なお、加圧パッド１０３，２０３，３０３の厚みは、５ｍｍ以上、４０ｍｍ以下であることが望ましい。５ｍｍを下回ると不織布が変形し難く、４０ｍｍを上回ると押圧力が均一化して、図７の如き圧力分布にするのが困難になる。

　また、加圧パッド１０３，２０３，３０３の目付量は、１００ｇ／ｍ^２以上、１５００ｇ／ｍ^２以下であることが望ましい。１００ｇ／ｍ^２を下回ると不織布の弾性が低下し、１５００ｇ／ｍ^２を上回ると不織布が変形し難く、図７の如き圧力分布にするのが困難になる。

　１００　定着装置
　１０１　定着ローラ
　１０２　定着ベルト
　１０３，２０３，３０３　加圧パッド
　１０４，２０４，３０４　支持部材
　１０４Ａ，２０４Ａ　支持面
　Ｈ　ハロゲンランプ
　Ｎ　ニップ部
　Ｐ　記録紙

Claims

弾性層を有すると共に加熱手段を有して回転する定着ローラと、
前記定着ローラによって駆動されて回転する無端状の定着ベルトと、
前記定着ベルトを内周面側から押圧して前記定着ベルトを前記定着ローラに圧接させると共に弾性変形する加圧部材と、
前記加圧部材に対して記録材の搬送方向下流側に配置され、前記定着ベルトを内周面側から押圧して前記定着ベルトを前記定着ローラに圧接させることにより前記定着ローラの弾性層を弾性変形させる分離部材と、
を備え、
前記定着ローラと前記定着ベルトとの間に形成されたニップ部で搬送される記録材上のトナー像を定着する定着装置において、
前記加圧部材における前記定着ベルト側の面は、記録材の搬送方向下流側に進むに従い前記定着ローラ側へ突出する状態に配置されていることを特徴とする定着装置。
前記加圧部材を支持する支持部材の支持面は、記録材の搬送方向下流側に進むに従い前記定着ローラ側へ突出する形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記支持部材の支持面は、押圧方向に直交する面に対して傾斜した曲面であることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
前記支持部材の支持面は、押圧方向に直交する面に対して傾斜した平面であることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
前記加圧部材は、厚みが一定であることを特徴とする請求項２～４の何れか１項に記載の定着装置。
前記加圧部材は、記録材の搬送方向下流側に進むに従って厚みが増加することを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
前記加圧部材は、不織布から成ることを特徴とする請求項１～６の何れか１項に記載の定着装置。
前記加圧部材は、アラミド繊維の不織布から成ることを特徴とする請求項７に記載の定着装置。
前記加圧部材の厚みは、５ｍｍ以上、４０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１～８の何れか１項に記載の定着装置。
前記加圧部材の目付量は、１００ｇ／ｍ^２以上、１５００ｇ／ｍ^２以下であることを特徴とする請求項１～９の何れか１項に記載の定着装置。
前記支持部材は、耐熱性の樹脂から形成されていることを特徴とする請求項１～１０の何れか１項に記載の定着装置。
請求項１～１１の何れか１項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。