JP2005221652A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 画像形成装置の高速化に対応して、定着装置において安定した定着性を維持しつつ、良好な剥離性能を実現する。
【解決手段】 用紙Pに担持されたトナー像を加熱する回動可能な定着ロール61と、定着ロール61とニップ部Nを形成しながら移動可能な加圧ベルト620と、加圧ベルト620を介して定着ロール61とは反対側に配置され、用紙Pを定着ロール61の表面から剥離する加圧ロール622とを備えており、加圧ロール622は、加圧ベルト620を冷却する。
【選択図】 図2
【解決手段】 用紙Pに担持されたトナー像を加熱する回動可能な定着ロール61と、定着ロール61とニップ部Nを形成しながら移動可能な加圧ベルト620と、加圧ベルト620を介して定着ロール61とは反対側に配置され、用紙Pを定着ロール61の表面から剥離する加圧ロール622とを備えており、加圧ロール622は、加圧ベルト620を冷却する。
【選択図】 図2
Description
本発明は、定着装置等に関し、より詳しくは例えば電子写真方式を利用した画像形成装置に用いられる定着装置等に関する。
電子写真方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置では、例えばドラム状に形成された感光体を一様に帯電し、この感光体を画像情報に基づいて制御された光で露光して感光体上に静電潜像を形成する。そして、この静電潜像をトナーによって可視像(トナー像)とし、さらにこのトナー像を記録紙に転写し、これを定着装置によって定着して画像形成している。
かかる画像形成装置に用いられる定着装置においては、図6に示したように、円筒状の芯金111の内部に加熱源113を備え、その芯金111の外周面に離型層112が形成された定着ロール110と、この定着ロール110に対して圧接配置され、芯金121の外周面に耐熱性弾性層122、および耐熱性樹脂被膜あるいは耐熱性ゴム被膜による離型層123が形成された加圧ロール120とで構成されている。そして、定着ロール110と加圧ロール120との間に、未定着トナー像を担持した記録紙を通過させて、未定着トナー像に対して加熱と加圧とを行うことによって、記録紙にトナー像を定着している。このような定着装置は、加熱ロール方式と呼ばれて、一般に広く利用されている。
ところで、加熱ロール方式の定着装置において高速化を図ろうとする場合には、トナーと記録紙に充分な熱量を供給するために、ニップ幅を定着速度に比例して広くすることが必要となる。ニップ幅を広くする方法として、定着ロールと加圧ロールとの間の荷重を大きくする方法や、弾性体の厚さを厚くする方法、さらにはロール径を大きくする方法がある。
しかし、荷重を大きくする方法や、弾性体の厚さを厚くする方法では、ロールの撓みに起因するニップ幅の形状がロール軸に沿って不均一になることから、定着むらや紙しわが発生する等といった画像品質上の問題が生じる。また、ロール径を大きくする方法では、装置の大型化を招くとともに、ロールを室温から定着可能温度に上昇させるまでの時間(ウォームアップタイム)が長くなるという問題がある。
しかし、荷重を大きくする方法や、弾性体の厚さを厚くする方法では、ロールの撓みに起因するニップ幅の形状がロール軸に沿って不均一になることから、定着むらや紙しわが発生する等といった画像品質上の問題が生じる。また、ロール径を大きくする方法では、装置の大型化を招くとともに、ロールを室温から定着可能温度に上昇させるまでの時間(ウォームアップタイム)が長くなるという問題がある。
そこで、これらの問題を解消して、画像形成装置の高速化に対応した定着装置を実現するべく、本出願人は、表面に弾性体が被覆された定着ロールと、複数の支持ロールによって張架されたエンドレスベルトとを設け、エンドレスベルトと定着ロールとの間にニップ領域を形成するようにエンドレスベルトを定着ロールの周りに所定角度だけ巻き付けるとともに、ニップ領域の出口にニップ領域の他の部分よりも大きな圧力を局部的に加えて定着ロール表面の弾性体にひずみを生じさせるように構成した定着装置に関する技術を提案している(例えば、特許文献1参照)。
さらに、本出願人は、表面が弾性変形する回転可能な定着ロールと、この定着ロールに接触したまま走行可能なエンドレスベルトと、このエンドレスベルトの内側に非回転状態で配置された圧力パッドとを具備し、圧力パッドによって、定着ロールとの接触面が形成されるようにエンドレスベルトを定着ロールに圧接させ、エンドレスベルトと定着ロールとの間にシートを通過させるベルトニップを設けるとともに、定着ロールの表面のうち、シートの出口側を局部的に弾性変形させるように構成した定着装置に関する技術を提案している(例えば、特許文献2参照)。
かかる特許文献1に記載された技術では、複数個のロールで張架されたエンドレスベルトを接触させてベルトニップを形成している。また、特許文献2に記載された技術では、圧力パッドを用いてエンドレスベルトを定着ロールに圧接させてベルトニップを形成している。このような構成を採用することにより、定着ロールとエンドレスベルトとによって形成されるベルトニップの幅が従来の定着ロールと加圧ロールとのロールニップの幅よりも容易に大きくすることができるので、高速化対応が可能となり、しかも装置の小型化を図ることも容易である。
特に、定着ロールに圧接させるエンドレスベルトの熱容量が小さいために定着ロールから伝達される熱も発散され難い。そのため、定着ロールの回転が開始されても、定着ロールからエンドレスベルト側に奪われる熱量は比較的少なく、熱をトナーの溶融に利用する効率が高まることから、トナーの定着性の向上を図ることができるという利点をも有している。
特に、定着ロールに圧接させるエンドレスベルトの熱容量が小さいために定着ロールから伝達される熱も発散され難い。そのため、定着ロールの回転が開始されても、定着ロールからエンドレスベルト側に奪われる熱量は比較的少なく、熱をトナーの溶融に利用する効率が高まることから、トナーの定着性の向上を図ることができるという利点をも有している。
ところで、上記した特許文献1および特許文献2に記載した定着装置(これらを総称して「ベルトニップ方式」という。)においても、画像形成装置のさらなる高速化が進み、短時間に連続して送られてくる多数枚の記録紙に対して定着処理を行うこととなると、安定した定着性を維持するために、定着ロールの内部から定着ロールの表面に対して充分な熱量を効率的に伝達する必要がある。そのためには、定着ロールの表面に被覆される弾性層は熱的抵抗体として作用することから、この弾性層を薄く形成するのが有効である。このように構成することによって、定着ロールを加熱し始めてからプリント可能となるまでのウォームアップタイムを短縮することも可能となる。
しかしながら、ベルトニップ方式の定着装置では、記録紙を定着ロールから剥離するに際して、ワイドに形成されたニップ部の下流側出口領域を局所的に加圧することで、定着ロールの表面に形成された弾性層にひずみを生じさせて、記録紙の剥離を行なっている。そのために、弾性層を薄く形成した場合には、弾性層に生じさせるひずみ量が小さくなって、記録紙の剥離が充分に行なえなくなるという問題があった。特に、紙厚が薄く、所謂「コシ」の弱い記録紙において、剥離不良が生じ易かった。
そこで本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、画像形成装置の高速化に対応して、安定した定着性を維持しつつ、良好な剥離性能を実現する定着装置を提供することにある。
かかる目的のもと、本発明の定着装置は、記録材に担持されたトナー像を加熱する回動可能な定着部材と、定着部材とニップ部を形成しながら移動可能なベルト部材と、ベルト部材を介して定着部材とは反対側に配置され、記録材を定着部材の表面から剥離する剥離部材とを備えており、剥離部材は、ベルト部材を冷却することを特徴としている。なお、ベルト部材には、厚みを持ったベルト状の部材のほかに、薄層のフィルム状の部材をも含む。
ここで、ニップ部においてベルト部材を定着部材に圧接させる押圧部材をさらに備えた構成とすることができる。また、剥離部材は、ヒートパイプが配設されたことを特徴とすることができる。さらに、剥離部材は、ベルト部材の温度低下量を制御可能であることを特徴とすることもできる。
また、ベルト部材は、高い熱伝導性を有することを特徴とすることもできる。
ここで、ニップ部においてベルト部材を定着部材に圧接させる押圧部材をさらに備えた構成とすることができる。また、剥離部材は、ヒートパイプが配設されたことを特徴とすることができる。さらに、剥離部材は、ベルト部材の温度低下量を制御可能であることを特徴とすることもできる。
また、ベルト部材は、高い熱伝導性を有することを特徴とすることもできる。
また、本発明の定着装置は、発熱部材を有し、表面が弾性変形する回転可能な定着ロールと、定着ロールとニップ部を形成しながら移動可能なエンドレスベルトと、エンドレスベルトを介して定着ロールとは反対側に配置され、定着ロールの表面のうち、ニップ部の下流側を局部的に弾性変形させる加圧部材と、加圧部材を冷却する冷却部材とを備えたこと特徴としている。
ここで、エンドレスベルトは、複数のロールで張架され、この複数のロールのうちの1のロールが加圧部材であることを特徴とすることができる。これに加えて、複数のロールのうちの1のロールは、内部に加熱部材が配設された構成とすることができる。特に、この加熱部材は、発熱量が調整可能である構成とすることができる。
また、加圧部材は、ニップ部においてエンドレスベルトを定着ロールに圧接させることを特徴とすることができる。さらに、冷却部材は、加圧部材の温度低下量を制御可能である構成とすることができる。
ここで、エンドレスベルトは、複数のロールで張架され、この複数のロールのうちの1のロールが加圧部材であることを特徴とすることができる。これに加えて、複数のロールのうちの1のロールは、内部に加熱部材が配設された構成とすることができる。特に、この加熱部材は、発熱量が調整可能である構成とすることができる。
また、加圧部材は、ニップ部においてエンドレスベルトを定着ロールに圧接させることを特徴とすることができる。さらに、冷却部材は、加圧部材の温度低下量を制御可能である構成とすることができる。
さらに、本発明の定着装置は、発熱部材を有し、表面が弾性変形する回転可能な定着ロールと、定着ロールとニップ部を形成しながら移動可能なエンドレスベルトと、エンドレスベルトを介して定着ロールとは反対側に配置され、定着ロールの表面のうち、ニップ部の下流側を局部的に弾性変形させる加圧部材とを備えており、定着ロールと加圧部材との間に温度勾配が形成されたことを特徴としている。
ここで、ニップ部であって加圧部材の上流側に、エンドレスベルトを定着ロールに圧接させる押圧部材をさらに備えた構成とすることができる。このような構成において、押圧部材と加圧部材の間に温度勾配が形成されたことを特徴とすることができる。特に、ニップ部の上流側に、エンドレスベルトを加熱する加熱部材をさらに備えた構成することもできる。
ここで、ニップ部であって加圧部材の上流側に、エンドレスベルトを定着ロールに圧接させる押圧部材をさらに備えた構成とすることができる。このような構成において、押圧部材と加圧部材の間に温度勾配が形成されたことを特徴とすることができる。特に、ニップ部の上流側に、エンドレスベルトを加熱する加熱部材をさらに備えた構成することもできる。
また、本発明を画像形成装置として捉え、本発明の画像形成装置は、トナー像を形成するトナー像形成手段と、トナー像形成手段によって形成されたトナー像を記録材上に転写する転写手段と、記録材上に転写されたトナー像を記録材に定着する定着手段とを含み、定着手段は、発熱部材を有し、表面が弾性変形する回動可能な定着部材と、定着部材とニップ部を形成しながら移動可能なベルト部材と、ベルト部材を介して定着部材とは反対側に配置され、定着部材の表面のうち、ニップ部の下流側を局部的に弾性変形させる加圧部材と、加圧部材を冷却する冷却部材とを備えたことを特徴としている。
本発明の効果として、画像形成装置の高速化に対応して、定着装置において安定した定着性を維持しつつ、良好な剥離性能を実現することが可能となった。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
[実施の形態1]
図1は本実施の形態が適用される画像形成装置を示した概略構成図である。図1に示す画像形成装置は、一般にタンデム型と呼ばれる中間転写方式の画像形成装置であって、電子写真方式により各色成分のトナー像が形成される複数の画像形成ユニット1Y,1M,1C,1K、各画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kにより形成された各色成分トナー像を中間転写ベルト15に順次転写(一次転写)させる一次転写部10、中間転写ベルト15上に転写された重畳トナー画像を記録材(記録紙)である用紙Pに一括転写(二次転写)させる二次転写部20、二次転写された画像を用紙P上に定着させる定着装置60を備えている。また、各装置(各部)の動作を制御する制御部40を有している。
[実施の形態1]
図1は本実施の形態が適用される画像形成装置を示した概略構成図である。図1に示す画像形成装置は、一般にタンデム型と呼ばれる中間転写方式の画像形成装置であって、電子写真方式により各色成分のトナー像が形成される複数の画像形成ユニット1Y,1M,1C,1K、各画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kにより形成された各色成分トナー像を中間転写ベルト15に順次転写(一次転写)させる一次転写部10、中間転写ベルト15上に転写された重畳トナー画像を記録材(記録紙)である用紙Pに一括転写(二次転写)させる二次転写部20、二次転写された画像を用紙P上に定着させる定着装置60を備えている。また、各装置(各部)の動作を制御する制御部40を有している。
本実施の形態において、各画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kは、矢印A方向に回転する感光体ドラム11の周囲に、これらの感光体ドラム11を帯電する帯電器12、感光体ドラム11上に静電潜像を書込むレーザ露光器13(図中露光ビームを符号Bmで示す)、各色成分トナーが収容されて感光体ドラム11上の静電潜像をトナーにより可視像化する現像器14、感光体ドラム11上に形成された各色成分トナー像を一次転写部10にて中間転写ベルト15に転写する一次転写ロール16、感光体ドラム11上の残留トナーが除去されるドラムクリーナ17、などの電子写真用デバイスが順次配設されている。これらの画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kは、中間転写ベルト15の上流側から、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の順に、略直線状に配置されている。
中間転写体である中間転写ベルト15は、ポリイミドあるいはポリアミド等の樹脂にカーボンブラック等の帯電防止剤を適当量含有させたフィルム状の無端ベルトで構成されている。そして、その体積抵抗率は106〜1014Ωcmとなるように形成されており、その厚みは例えば0.1mm程度に構成されている。中間転写ベルト15は、各種ロールによって図1に示すB方向に所定の速度で循環駆動(回動)されている。この各種ロールとして、定速性に優れたモータ(図示せず)により駆動されて中間転写ベルト15を回動させる駆動ロール31、各感光体ドラム11の配列方向に沿って略直線状に延びる中間転写ベルト15を支持する支持ロール32、中間転写ベルト15に対して一定の張力を与えると共に中間転写ベルト15の蛇行を防止する補正ロールとして機能するテンションロール33、二次転写部20に設けられるバックアップロール25、中間転写ベルト15上の残留トナーを掻き取るクリーニング部に設けられるクリーニングバックアップロール34を有している。
一次転写部10は、中間転写ベルト15を挟んで感光体ドラム11に対向して配置される一次転写ロール16で構成されている。一次転写ロール16は、シャフトと、シャフトの周囲に固着された弾性層としてのスポンジ層とで構成されている。シャフトは鉄、SUS等の金属で構成された円柱棒である。スポンジ層はカーボンブラック等の導電剤を配合したNBRとSBRとEPDMとのブレンドゴムで形成され、体積抵抗率が107〜109Ωcmのスポンジ状の円筒ロールである。そして、一次転写ロール16は中間転写ベルト15を挟んで感光体ドラム11に圧接配置され、さらに一次転写ロール16にはトナーの帯電極性(マイナス極性とする。以下同様。)と逆極性の電圧(一次転写バイアス)が印加されるようになっている。これにより、各々の感光体ドラム11上のトナー像が中間転写ベルト15に順次、静電吸引され、中間転写ベルト15上において重畳されたトナー像が形成されるようになっている。
二次転写部20は、中間転写ベルト15のトナー像担持面側に配置される二次転写ロール22と、バックアップロール25とによって構成される。バックアップロール25は、表面がカーボンを分散したEPDMとNBRとのブレンドゴムのチューブ、内部がEPDMゴムで構成されている。そして、その表面抵抗率が107〜1010Ω/□となるように形成され、硬度は例えば70°(アスカーC:高分子計器(株)製、以下同様。)に設定される。このバックアップロール25は、中間転写ベルト15の裏面側に配置されて二次転写ロール22の対向電極をなし、二次転写バイアスが安定的に印加される金属製の給電ロール26が当接配置されている。
一方、二次転写ロール22は、シャフトと、シャフトの周囲に固着された弾性層としてのスポンジ層とで構成されている。シャフトは鉄、SUS等の金属で構成された円柱棒である。スポンジ層はカーボンブラック等の導電剤を配合したNBRとSBRとEPDMとのブレンドゴムで形成され、体積抵抗率が107〜109Ωcmのスポンジ状の円筒ロールである。そして、二次転写ロール22は中間転写ベルト15を挟んでバックアップロール25に圧接配置され、さらに二次転写ロール22は接地されてバックアップロール25との間に二次転写バイアスが形成され、二次転写部20に搬送される用紙P上にトナー像を二次転写する。
また、中間転写ベルト15の二次転写部20の下流側には、二次転写後の中間転写ベルト15上の残留トナーや紙粉を除去し、中間転写ベルト15の表面をクリーニングする中間転写ベルトクリーナ35が接離自在に設けられている。一方、イエローの画像形成ユニット1Yの上流側には、各画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kにおける画像形成タイミングをとるための基準となる基準信号を発生する基準センサ(ホームポジションセンサ)42が配設されている。また、黒の画像形成ユニット1Kの下流側には、画質調整を行うための画像濃度センサ43が配設されている。この基準センサ42は、中間転写ベルト15の裏側に設けられた所定のマークを認識して基準信号を発生しており、この基準信号の認識に基づく制御部40からの指示により、各画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kは画像形成を開始するように構成されている。
さらに、本実施の形態の画像形成装置では、用紙搬送系として、用紙Pを収容する用紙トレイ50、この用紙トレイ50に集積された用紙Pを所定のタイミングで取り出して搬送するピックアップロール51、ピックアップロール51により繰り出された用紙Pを搬送する搬送ロール52、搬送ロール52により搬送された用紙Pを二次転写部20へと送り込む搬送シュート53、二次転写ロール22により二次転写された後に搬送される用紙Pを定着装置60へと搬送する搬送ベルト55、用紙Pを定着装置60に導く定着入口ガイド56を備えている。
次に、本実施の形態に係る画像形成装置の基本的な作像プロセスについて説明する。図1に示すような画像形成装置では、図示しない画像読取装置(IIT)や図示しないパーソナルコンピュータ(PC)等から出力される画像データは、図示しない画像処理装置(IPS)により所定の画像処理が施された後、画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kによって作像作業が実行される。IPSでは、入力された反射率データに対して、シェーディング補正、位置ズレ補正、明度/色空間変換、ガンマ補正、枠消しや色編集、移動編集等の各種画像編集等の所定の画像処理が施される。画像処理が施された画像データは、Y、M、C、Kの4色の色材階調データに変換され、レーザ露光器13に出力される。
レーザ露光器13では、入力された色材階調データに応じて、例えば半導体レーザから出射された露光ビームBmを画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kの各々の感光体ドラム11に照射している。画像形成ユニット1Y,1M,1C、1Kの各感光体ドラム11では、帯電器12によって表面が帯電された後、このレーザ露光器13によって表面が走査露光され、静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、各々の画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kによって、Y、M、C、Kの各色のトナー像として現像される。
画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kの感光体ドラム11上に形成されたトナー像は、各感光体ドラム11と中間転写ベルト15とが当接する一次転写部10において、中間転写ベルト15上に転写される。より具体的には、一次転写部10において、一次転写ロール16により中間転写ベルト15の基材に対しトナーの帯電極性(マイナス極性)と逆極性の電圧(一次転写バイアス)が付加され、トナー像を中間転写ベルト15の表面に順次重ね合わせて一次転写が行われる。
トナー像が中間転写ベルト15の表面に順次一次転写された後、中間転写ベルト15は移動してトナー像が二次転写部20に搬送される。トナー像が二次転写部20に搬送されると、用紙搬送系では、トナー像が二次転写部20に搬送されるタイミングに合わせてピックアップロール51が回転し、用紙トレイ50から所定サイズの用紙Pが供給される。ピックアップロール51により供給された用紙Pは、搬送ロール52により搬送され、搬送シュート53を経て二次転写部20に到達する。この二次転写部20に到達する前に、用紙Pは一旦停止され、トナー像が担持された中間転写ベルト15の移動タイミングに合わせてレジストロール(図示せず)が回転することで、用紙Pの位置とトナー像の位置との位置合わせがなされる。
二次転写部20では、中間転写ベルト15を介して、二次転写ロール22がバックアップロール25に押圧される。このとき、タイミングを合わせて搬送された用紙Pは、中間転写ベルト15と二次転写ロール22との間に挟み込まれる。その際に、給電ロール26からトナーの帯電極性(マイナス極性)と同極性の電圧(二次転写バイアス)が印加されると、二次転写ロール22とバックアップロール25との間に転写電界が形成される。そして、中間転写ベルト15上に担持された未定着トナー像は、二次転写ロール22とバックアップロール25とによって押圧される二次転写部20において、用紙P上に一括して静電転写される。
その後、トナー像が静電転写された用紙Pは、二次転写ロール22によって中間転写ベルト15から剥離された状態でそのまま搬送され、二次転写ロール22の用紙搬送方向下流側に設けられた搬送ベルト55へと搬送される。搬送ベルト55では、定着装置60における最適な搬送速度に合わせて、用紙Pを定着装置60まで搬送する。定着装置60に搬送された用紙P上の未定着トナー像は、定着装置60によって熱および圧力で定着処理を受けることで用紙P上に定着される。そして定着画像が形成された用紙Pは、画像形成装置の排出部に設けられた排紙載置部に搬送される。
一方、用紙Pへの転写が終了した後、中間転写ベルト15上に残った残留トナーは、中間転写ベルト15の回動に伴ってクリーニング部まで搬送され、クリーニングバックアップロール34および中間転写ベルトクリーナ35によって中間転写ベルト15上から除去される。
一方、用紙Pへの転写が終了した後、中間転写ベルト15上に残った残留トナーは、中間転写ベルト15の回動に伴ってクリーニング部まで搬送され、クリーニングバックアップロール34および中間転写ベルトクリーナ35によって中間転写ベルト15上から除去される。
次に、本実施の形態の画像形成装置に用いられる定着装置60について説明する。
図2は本実施の形態の定着装置60の構成を示す側断面図である。この定着装置60は、定着部材の一例としての定着ロール61と加圧ベルトモジュール62とで主要部が構成されている。
定着ロール61は、厚さ5mmのアルミニウムで形成された芯金611の表面に、厚さ1.5mmの弾性層612が被覆されて形成された、外径65mmφ、長さ350mmのソフトロールである。弾性層612には、硬度が25〜45°(JIS−A)のシリコーンゴムが用いられている。さらに、定着ロール61は、紙しわの発生を抑制するため、外径を中央部よりも両端部の方が100μmだけ大きくした所謂フレアー形状で形成されている。そして、定着ロール61は、260mm/sの表面速度で矢印A方向に回転する。
また、定着ロール61の内部には加熱部材として定格1000Wのハロゲンヒータ613が配設され、定着ロール61の表面に接触するように配置された温度センサ614の計測値に基づき、画像形成装置の制御部40(図1参照)が定着ロール61の表面温度を160℃に制御している。
なお、弾性層612の材質としては、シリコーンゴムに限定されず、例えばフッ素ゴムのような従来公知の各種材質を用いることができ、また、シリコーンゴムとフッ素ゴムからなる複数層積層された弾性層612を用いてもよい。さらに、弾性層612の表面には、離型層として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樹脂)等を被覆することもできる。
図2は本実施の形態の定着装置60の構成を示す側断面図である。この定着装置60は、定着部材の一例としての定着ロール61と加圧ベルトモジュール62とで主要部が構成されている。
定着ロール61は、厚さ5mmのアルミニウムで形成された芯金611の表面に、厚さ1.5mmの弾性層612が被覆されて形成された、外径65mmφ、長さ350mmのソフトロールである。弾性層612には、硬度が25〜45°(JIS−A)のシリコーンゴムが用いられている。さらに、定着ロール61は、紙しわの発生を抑制するため、外径を中央部よりも両端部の方が100μmだけ大きくした所謂フレアー形状で形成されている。そして、定着ロール61は、260mm/sの表面速度で矢印A方向に回転する。
また、定着ロール61の内部には加熱部材として定格1000Wのハロゲンヒータ613が配設され、定着ロール61の表面に接触するように配置された温度センサ614の計測値に基づき、画像形成装置の制御部40(図1参照)が定着ロール61の表面温度を160℃に制御している。
なお、弾性層612の材質としては、シリコーンゴムに限定されず、例えばフッ素ゴムのような従来公知の各種材質を用いることができ、また、シリコーンゴムとフッ素ゴムからなる複数層積層された弾性層612を用いてもよい。さらに、弾性層612の表面には、離型層として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樹脂)等を被覆することもできる。
定着ロール61の近傍には、定着ロール61の表面と軸方向に亘って均一に接触するように、2本の外部加熱ロール615、617が並列に配置されている。外部加熱ロール615、617は、直径23mm、肉厚2mm、長さ350mmのステンレス製のロールを芯金として、その表面に離型層として厚さ20μmのPFAが被覆されて形成されている。この離型層により、定着ロール61表面に付着したオフセットトナーや紙粉が堆積するのを抑制している。
また、外部加熱ロール615、617の内部には、それぞれ加熱源として定格300Wのハロゲンヒータ616、618が配置され、図示しない温度センサおよび制御部40(図1参照)により外部加熱ロール615、617の表面温度は185℃に制御されている。そして、外部加熱ロール615、617から定着ロール61に熱を供給することによって、連続通紙した場合等に生じる定着ロール61表面の急激な温度低下等の発生を防いでいる。
また、外部加熱ロール615、617の内部には、それぞれ加熱源として定格300Wのハロゲンヒータ616、618が配置され、図示しない温度センサおよび制御部40(図1参照)により外部加熱ロール615、617の表面温度は185℃に制御されている。そして、外部加熱ロール615、617から定着ロール61に熱を供給することによって、連続通紙した場合等に生じる定着ロール61表面の急激な温度低下等の発生を防いでいる。
一方、加圧ベルトモジュール62は、インレットロール621、加圧ロール622および張架ロール623の3本のロールにより張架された加圧ベルト620、加圧ベルト620の内側において、加圧ベルト620を介して定着ロール61に付勢される状態で配置される圧力パッド(押圧部材)63により主要部が構成されている。そして、加圧ベルト620は、定着ロール61が矢印A方向へ回転するのに伴い、定着ロール61に従動して矢印B方向に回動する。その進行速度は、定着ロール61の表面速度と同じ260mm/sである。
加圧ベルト620は、定着ロール61の外周面に当接してニップ部Nを形成している。また、このニップ部Nには、加圧ベルト620の内側に圧力パッド63が加圧ベルト620を介して定着ロール61に向けて付勢された状態で配置されているので、トナー像を担持した用紙Pは、このニップ部Nを通過する際に、ニップ部Nにおいて加熱および加圧され、トナー像が用紙Pに定着される。
加圧ベルト620は、定着ロール61の外周面に当接してニップ部Nを形成している。また、このニップ部Nには、加圧ベルト620の内側に圧力パッド63が加圧ベルト620を介して定着ロール61に向けて付勢された状態で配置されているので、トナー像を担持した用紙Pは、このニップ部Nを通過する際に、ニップ部Nにおいて加熱および加圧され、トナー像が用紙Pに定着される。
また、加圧ベルト620は、ベース層とその表面(定着ロール61側の面、または両面)に被覆された離型層とから構成されているのが好ましい。そして、ベース層としては、ニッケル、SUS等の熱伝導性に優れ、強度の高い材質が適している。ベース層の厚さは、30〜200μm、より好ましくは50〜100μmに形成される。ベース層の表面に形成される離型層としては、フッ素樹脂、例えばPFA等が5〜20μmの厚さでコーティングされたものが好ましい。
本実施の形態の定着装置60においては、加圧ベルト620として、厚さ75μm、幅340mm、周長288mmのSUSのベース層に、離型層として10μmのPFAを被覆したものを用いた。
本実施の形態の定着装置60においては、加圧ベルト620として、厚さ75μm、幅340mm、周長288mmのSUSのベース層に、離型層として10μmのPFAを被覆したものを用いた。
さらに、加圧ベルト620を張架する3個のロールは、ステンレス製のインレットロール621、内部にヒートパイプ64が配設されたステンレス製の加圧ロール622、およびステンレス製の張架ロール623であり、10kgの張力で加圧ベルト620を張架している。それぞれのロールの直径は、22mm、25mmおよび20mmである。また、インレットロール621の内部には、加熱源としてハロゲンヒータ625が配設されている。そして、図示しない温度センサおよび制御部40(図1参照)によりその表面温度は140℃に制御され、加圧ベルト620に予熱を与えている。さらに、ハロゲンヒータ625の出力を調整することによって、インレットロール621の表面温度は変更することが可能である。
なお、インレットロール621、加圧ロール622および張架ロール623のいずれかのロールには、加圧ベルト620のベルトエッジ位置検知機構と、ベルトエッジ位置検知機構の検知結果に応じて加圧ベルト620の軸方向における当接位置を変位させる軸変位機構とを配設し、加圧ベルト620の蛇行を制御するように構成することも可能である。
なお、インレットロール621、加圧ロール622および張架ロール623のいずれかのロールには、加圧ベルト620のベルトエッジ位置検知機構と、ベルトエッジ位置検知機構の検知結果に応じて加圧ベルト620の軸方向における当接位置を変位させる軸変位機構とを配設し、加圧ベルト620の蛇行を制御するように構成することも可能である。
また、圧力パッド63に対し用紙P搬送方向(矢印C方向)の下流側に配置された加圧ロール622は、加圧手段としての圧縮コイルスプリング(不図示)によって、加圧ベルト620を介して定着ロール61の中心軸に向けて付勢されており、定着ロール61の当接部に局所的な高圧を生じさせている。それによって、定着ロール61の表面の弾性層612は弾性変形してひずみが生じ、ニップ部Nの出口領域では、この定着ロール61のひずみにより、用紙Pが定着ロール61側から剥離される。したがって、加圧ロール622は剥離部材として機能する。
なお、この定着ロール61および定着ベルト614に対する局所的な高圧を低荷重で効率良く与えるために、加圧ロール622は定着ロール61より小径で、その表面は硬質に形成されていることが望ましい。
なお、この定着ロール61および定着ベルト614に対する局所的な高圧を低荷重で効率良く与えるために、加圧ロール622は定着ロール61より小径で、その表面は硬質に形成されていることが望ましい。
ここで、剥離部材である加圧ロール622の構成について説明する。図3は、加圧ロール622の構成を説明する図である。図3に示したように、加圧ロール622は熱伝導性に優れたステンレス、ニッケル、鉄、アルミニウム等の金属で形成され、加圧ロール622の内部には、内周面に密着するように冷却部材の一例としてのヒートパイプ64が配設されている。ヒートパイプ64は、加圧ロール622の両端部から伸張する部分を有するように構成され、この伸張部が熱を放出する放熱部64aとして機能する。この放熱部64aでは、熱の放出を効率良く行なうために、両端部のそれぞれに高さ30mm、幅40mmの4枚のフィン65が配置されている。
ヒートパイプ64では、内側に多孔性物質であるウィック(金網または布)が貼り付けられ、水などの作動液が保持されている。加圧ロール622からの熱によってウィックに保持された作動液は蒸発し、両端部の放熱部64aへ流れる(図3中、破線矢印)。その際、加圧ロール622から蒸発熱を奪うことにより、加圧ロール622は冷却される。一方、放熱部64aでは、蒸気が冷却されて凝集し、熱を放出する。その際、ヒートパイプ64は加圧ロール622の回転に伴って回転するため、放熱部64aに配置されたフィン65の回転によって効率良く熱を放出することができる。さらに、放熱部64aで凝集した作動液は、ウィックの毛細管現象によって、放熱部64aから加圧ロール622が配置された吸熱領域へと還流する。このようにして、加圧ロール622の熱は、ヒートパイプ64両端部の放熱部64aから放出され、加圧ロール622を冷却することができる。
また、フィン65が配置された放熱部64aは、吸気口66aと排気口66bとが設けられた円筒状のチャンバー66で覆うように構成されている。このチャンバー66は、断熱性の高い材質で形成されている。さらに、加圧ロール622の表面に接触するように温度センサ68が配置されている。そして、温度センサ68の計測値に基づき、画像形成装置の制御部40(図1参照)がチャンバー66の吸気口66aおよび/または排気口66bの開口量を調整することで、加圧ロール622の表面温度を80℃に制御している。
図4は、チャンバー66における排気口66bの開口量の調整機構を説明する図であり、図3のAA断面図である。図4に示すように、チャンバー66の内側にはチャンバー66の内周面に密着するように円筒状の開口量調整部材67が配置されている。開口量調整部材67にはチャンバー66の排気口66bに対応させて、同様な形状、大きさで形成された開口67bが設けられている。そして、開口量調整部材67はヒートパイプ64の中心軸を中心に図示しないモータによって回転し、加圧ロール622の表面に設けられた温度センサ68の計測値に基づき、チャンバー66の排気口66bの開口量を調整するように構成されている。図4では、排気口66bの開口量の調整機構について示したが、吸気口66aに関しても同様に開口量を調整することが可能である。
このような機構により、チャンバー66における吸気口66aおよび/または排気口66bの開口量が調整され、放熱部64aを流れる空気流量は制御される。それによって、放熱部64aから放出される熱量は調整され、加圧ロール622の表面温度を所定値に制御することが可能である。
このような機構により、チャンバー66における吸気口66aおよび/または排気口66bの開口量が調整され、放熱部64aを流れる空気流量は制御される。それによって、放熱部64aから放出される熱量は調整され、加圧ロール622の表面温度を所定値に制御することが可能である。
次に、押圧部材としての圧力パッド63について説明する。圧力パッド63は、幅の広いニップ部Nを確保するための弾性体部材と、弾性体部材が加圧ベルト620の内周面と接触する面に設けられた低摩擦層とで構成され、金属等からなるホルダに保持されている。低摩擦層を表面に有する弾性体部材は、定着ロール61側がほぼ定着ロール61の外周面に倣う凹形状に形成され、定着ロール61に対して押圧されて配置され、ニップ部Nの入口側領域を形成している。弾性体部材としては、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性の高い弾性体や、板バネ等を用いることができる。弾性体部材上に形成された低摩擦層は、加圧ベルト620内周面と圧力パッド63との摺動抵抗を小さくするために設けられ、摩擦係数が小さく、耐摩耗性のある材質であることが望ましい。具体的には、テフロン(登録商標)を含浸させたガラス繊維シート、フッ素樹脂シート、フッ素樹脂塗膜等を用いることができる。
なお、圧力パッド63としては、本実施の形態のようにパッド状に成型されたものの他に、例えば、ロール状に成型されたものを用いることもでき、加圧ベルト620を介して定着ロール61表面に付勢させて従動回転させてもよい。ただし、本実施の形態のようにパッド状に成型された圧力パッド63の方が、当接するニップ部N全域に亘って、広く均一にニップ圧を付与することができる。
なお、圧力パッド63としては、本実施の形態のようにパッド状に成型されたものの他に、例えば、ロール状に成型されたものを用いることもでき、加圧ベルト620を介して定着ロール61表面に付勢させて従動回転させてもよい。ただし、本実施の形態のようにパッド状に成型された圧力パッド63の方が、当接するニップ部N全域に亘って、広く均一にニップ圧を付与することができる。
続いて、本実施の形態の定着装置60のニップ部Nにおける用紙Pの剥離について説明する。
画像形成装置の二次転写部20(図1参照)において未定着トナー像が静電転写された用紙Pは、搬送ベルト55および定着入口ガイド56により、定着装置60のニップ部Nに向けて(矢印C方向)搬送されてくる。ニップ部Nを通過する用紙P表面の未定着トナー像は、ニップ部Nに作用する圧力と熱とにより用紙Pに定着される。本実施の形態の定着装置60では、上述したように、定着ロール61と加圧ベルト620とを当接させた構成により、ニップ部Nを広く設定することができるため、安定した定着性能を確保することができる。
画像形成装置の二次転写部20(図1参照)において未定着トナー像が静電転写された用紙Pは、搬送ベルト55および定着入口ガイド56により、定着装置60のニップ部Nに向けて(矢印C方向)搬送されてくる。ニップ部Nを通過する用紙P表面の未定着トナー像は、ニップ部Nに作用する圧力と熱とにより用紙Pに定着される。本実施の形態の定着装置60では、上述したように、定着ロール61と加圧ベルト620とを当接させた構成により、ニップ部Nを広く設定することができるため、安定した定着性能を確保することができる。
ニップ部Nの下流側出口領域では、加圧ロール622が加圧ベルト620を介して定着ロール61の中心軸に向けて付勢されることで、定着ロール61の当接部に局所的な高圧を生じさせている。それによって、定着ロール61の表面の弾性層612は弾性変形してひずみが生じ、この定着ロール61のひずみにより、トナー像が定着された用紙Pには定着ロール61側から剥離されるような力が働く。
さらに、ニップ部Nの下流側出口領域では、表面温度が80℃に制御された加圧ロール622によって熱伝導性を高く構成した加圧ベルト620が冷却され、この冷却された加圧ベルト620を介して用紙Pも裏面側が冷却される。そのため、用紙Pでは、定着ロール61によって高温に熱せられた表面側と、加圧ベルト620を介して加圧ロール622により冷却された裏面側との間に、断面方向に向けて温度勾配が形成される。この温度勾配によって、加圧ロール622が配設された領域を通過する用紙Pにおいては、定着ロール61側の表面の熱膨張量が大きく、加圧ロール622側の裏面の熱膨張量が小さくなり、下向きの変形(ダウンカール)が発生する。
このように、ニップ部Nの下流側出口領域においては、加圧ロール622の局所的な押圧による定着ロール61表面の弾性層612でのひずみの作用と、加圧ベルト620を介して加圧ロール622により裏面側が冷却されることによって用紙Pに発生するダウンカールの作用とにより、用紙Pにおける定着ロール61からの剥離性を向上させることが可能となる。そのため、特に、紙厚が薄い用紙Pや、所謂「コシ」の弱い用紙Pでも、良好な剥離性を実現することが可能となる。
さらに、ニップ部Nの下流側出口領域では、表面温度が80℃に制御された加圧ロール622によって熱伝導性を高く構成した加圧ベルト620が冷却され、この冷却された加圧ベルト620を介して用紙Pも裏面側が冷却される。そのため、用紙Pでは、定着ロール61によって高温に熱せられた表面側と、加圧ベルト620を介して加圧ロール622により冷却された裏面側との間に、断面方向に向けて温度勾配が形成される。この温度勾配によって、加圧ロール622が配設された領域を通過する用紙Pにおいては、定着ロール61側の表面の熱膨張量が大きく、加圧ロール622側の裏面の熱膨張量が小さくなり、下向きの変形(ダウンカール)が発生する。
このように、ニップ部Nの下流側出口領域においては、加圧ロール622の局所的な押圧による定着ロール61表面の弾性層612でのひずみの作用と、加圧ベルト620を介して加圧ロール622により裏面側が冷却されることによって用紙Pに発生するダウンカールの作用とにより、用紙Pにおける定着ロール61からの剥離性を向上させることが可能となる。そのため、特に、紙厚が薄い用紙Pや、所謂「コシ」の弱い用紙Pでも、良好な剥離性を実現することが可能となる。
また、加圧ベルト620を張架するインレットロール621の内部には、加熱部材としてハロゲンヒータ625が配設されて、その表面温度は140℃に制御されて加圧ベルト620を加熱している。これにより、ニップ部Nの上流側入口領域では、加圧ベルト620の表面温度を高く維持するとともに、ニップ部Nの下流側出口領域では加圧ロール622によって加圧ベルト620の表面温度を冷却して、ニップ部Nの上流側入口領域と下流側出口領域との間にも温度勾配を形成している。そのため、ニップ部Nの上流側入口領域での高温により定着画像の良好な画質を確保できるとともに、ニップ部Nの下流側出口領域では用紙Pを急冷するので、さらに効果的にダウンカールを発生させることができる。
さらに、加圧ロール622では、ヒートパイプ64の放熱量を制御することで、加圧ロール622の表面温度を制御することが可能であるため、加圧ロール622の表面温度が過度に低くなるのを抑制できるので、定着画像の画質と剥離性能とを両立させた加圧ベルト620の温度制御を行うことも可能である。なお、その際に、インレットロール621による加圧ベルト620の表面温度の制御を同時に行ない、ニップ部Nの上流側入口領域との間の温度勾配をも調整することも可能である。
さらに、加圧ロール622では、ヒートパイプ64の放熱量を制御することで、加圧ロール622の表面温度を制御することが可能であるため、加圧ロール622の表面温度が過度に低くなるのを抑制できるので、定着画像の画質と剥離性能とを両立させた加圧ベルト620の温度制御を行うことも可能である。なお、その際に、インレットロール621による加圧ベルト620の表面温度の制御を同時に行ない、ニップ部Nの上流側入口領域との間の温度勾配をも調整することも可能である。
なお、本実施の形態の定着装置60では、加圧ロール622を冷却する部材としてヒートパイプ64を用いたが、熱伝導性に優れたものであれば、如何なる部材を用いることも可能である。
また、本実施の形態の定着装置60では、定着部材として定着ロール61のみを用いた構成としたが、定着ロール61に並列して加熱部材が配設された張架ロールを設け、定着ロール61と張架ロールとによって定着ベルトを張架し、ニップ部Nにおいて定着ベルトを介して定着を行なう構成を採用することも可能である。
また、本実施の形態の定着装置60では、定着部材として定着ロール61のみを用いた構成としたが、定着ロール61に並列して加熱部材が配設された張架ロールを設け、定着ロール61と張架ロールとによって定着ベルトを張架し、ニップ部Nにおいて定着ベルトを介して定着を行なう構成を採用することも可能である。
ところで、上記のようにしてニップ部Nの下流出口領域において定着ロール61から剥離された用紙Pは、ニップ部Nの定着ロール61の回転方向A下流側であって、定着ロール61表面近傍に配置された剥離案内板626、627により排出ガイド628に案内される。そして、排出ロール629により画像形成装置の排出部に設けられた排紙載置部(不図示)に搬送され、載置される。
次に、本実施の形態の定着装置60を用いて、用紙Pの剥離性能に関する実験を行なった。本実験では、用紙Pとして富士ゼロックス(株)製のA3サイズのP紙(商品名)を用い、用紙Pには1.6g/cm2のトナー像を担持させた所謂「ベタチャート」状態での通紙を行なった。その結果、先端余白量が2mmまで剥離不良が生じることなく、安定した定着を行うことができた。なお、「ベタチャート」を用いたのは、「ベタチャート」状態の用紙Pは定着ロール61への付着力が強く、剥離不良が生じ易いからである。また、先端余白量とは、トナー像が付着していない用紙先端部領域の幅であり、先端余白量が多いと剥離には有利であり、少ないと剥離には厳しい条件となる。
一方、その比較例として、加圧ロール622にヒートパイプ64を配設しない状態で、同様の実験を行なったところ、ニップ部Nの下流側出口領域での加圧ベルト620の温度は150℃に達し、先端余白量が4mmでも剥離不良が発生した。
このように、本実施の形態の定着装置60の優位性を確認することができた。
一方、その比較例として、加圧ロール622にヒートパイプ64を配設しない状態で、同様の実験を行なったところ、ニップ部Nの下流側出口領域での加圧ベルト620の温度は150℃に達し、先端余白量が4mmでも剥離不良が発生した。
このように、本実施の形態の定着装置60の優位性を確認することができた。
以上説明したように、本実施の形態の定着装置60では、ニップ部Nの下流側出口領域において、定着ロール61の表面の弾性層612を弾性変形させてひずみを生じさせる加圧ロール622の内部に、ヒートパイプ64のような熱伝導性に優れた部材を配設し、加圧ロール622を冷却するように構成している。これによって、ニップ部Nの下流側出口領域では、加圧ロール622により加圧ベルト620を冷却し、この冷却された加圧ベルト620を介して用紙Pの裏面側を冷却することで、定着ロール61によって高温に熱せられた表面側と、加圧ベルト620を介して加圧ロール622によって冷却された裏面側との間に、断面方向に温度勾配を形成して、用紙Pに下向きの変形(ダウンカール)を発生させることができる。そのため、加圧ロール622の局所的な押圧による定着ロール61表面の弾性層612でのひずみの作用に加えて、加圧ベルト620を介して加圧ロール622により裏面側が冷却されることによって用紙Pに発生するダウンカールの作用により、用紙Pにおける定着ロール61からの剥離性を向上させることが可能となる。特に、紙厚が薄い用紙Pや、所謂「コシ」の弱い用紙Pでも、良好な剥離性を実現することが可能である。
[実施の形態2]
実施の形態1では、加圧ベルトモジュール62として、インレットロール621、加圧ロール622および張架ロール623の3本のロールにより張架された加圧ベルト620を用いた構成の定着装置60が搭載された画像形成装置について説明した。実施の形態2では、図1に示した画像形成装置に搭載する定着装置であって、加圧ベルトモジュール62として、エンドレスベルトの内側に非回転状態で配置された圧力パッドによって、定着ロールとの接触面が形成されるようにエンドレスベルトを定着ロールに圧接させた定着装置80について説明する。尚、実施の形態1と同様な構成については同様な符号を用い、ここではその詳細な説明を省略する。
実施の形態1では、加圧ベルトモジュール62として、インレットロール621、加圧ロール622および張架ロール623の3本のロールにより張架された加圧ベルト620を用いた構成の定着装置60が搭載された画像形成装置について説明した。実施の形態2では、図1に示した画像形成装置に搭載する定着装置であって、加圧ベルトモジュール62として、エンドレスベルトの内側に非回転状態で配置された圧力パッドによって、定着ロールとの接触面が形成されるようにエンドレスベルトを定着ロールに圧接させた定着装置80について説明する。尚、実施の形態1と同様な構成については同様な符号を用い、ここではその詳細な説明を省略する。
図5は、本実施の形態に係る定着装置80の構成を示す側断面図である。本実施の形態の定着装置80は、加圧ベルトモジュール62において、エンドレスベルト82がロールに張架されずにフリーな状態で回転する構成(特に、フリーベルトニップ方式と呼ぶ。)となっていることを除いては、実施の形態1の定着装置60と同様である。
加圧ベルトモジュール62は、エンドレスベルト82、エンドレスベルト82を介して定着ロール61から押圧される圧力パッド84により主要部が構成されている。
エンドレスベルト82は、圧力パッド84とベルト走行ガイド83とによって回動自在に支持されている。そして、ニップ部Nにおいて定着ロール61に対して圧接されて配置されている。
圧力パッド84は、エンドレスベルト82の内側において、エンドレスベルト82を介して定着ロール61に押圧される状態で配置され、定着ロール61との間でニップ部Nを形成している。圧力パッド84は、幅の広いニップ部Nを確保するためのプレニップ部材84aをニップ部Nの入口側に配置し、定着ロール61にひずみを与えるための剥離部材としての剥離ニップ部材84bをニップ部Nの出口側に配置している。さらに、エンドレスベルト82の内周面と圧力パッド84との摺動抵抗を小さくするために、プレニップ部材84aおよび剥離ニップ部材84bのエンドレスベルト82と接する面に低摩擦シート88が設けられている。そして、圧力パッド84と低摩擦シート88とは、金属製のホルダ85に保持されている。
加圧ベルトモジュール62は、エンドレスベルト82、エンドレスベルト82を介して定着ロール61から押圧される圧力パッド84により主要部が構成されている。
エンドレスベルト82は、圧力パッド84とベルト走行ガイド83とによって回動自在に支持されている。そして、ニップ部Nにおいて定着ロール61に対して圧接されて配置されている。
圧力パッド84は、エンドレスベルト82の内側において、エンドレスベルト82を介して定着ロール61に押圧される状態で配置され、定着ロール61との間でニップ部Nを形成している。圧力パッド84は、幅の広いニップ部Nを確保するためのプレニップ部材84aをニップ部Nの入口側に配置し、定着ロール61にひずみを与えるための剥離部材としての剥離ニップ部材84bをニップ部Nの出口側に配置している。さらに、エンドレスベルト82の内周面と圧力パッド84との摺動抵抗を小さくするために、プレニップ部材84aおよび剥離ニップ部材84bのエンドレスベルト82と接する面に低摩擦シート88が設けられている。そして、圧力パッド84と低摩擦シート88とは、金属製のホルダ85に保持されている。
さらに、ホルダ85には、ベルト走行ガイド83が取り付けられ、エンドレスベルト82がスムーズに回動することができるように構成されている。すなわち、ベルト走行ガイド83は、エンドレスベルト82内周面と摺擦するため、静止摩擦係数の小さな材質で形成されている。また、ベルト走行ガイド83は、エンドレスベルト82から熱を奪い難いように熱伝導率の低い材質で形成されている。
定着ロール61は、図示しない駆動モータにより矢印A方向に回転し、この回転によりエンドレスベルト82も従動回転する。図1に示した画像形成装置の二次転写部20においてトナー像が静電転写された用紙Pは、定着入口ガイド56によって導かれて、ニップ部Nに搬送される。そして、用紙Pがニップ部Nを通過する際に、用紙P上のトナー像はニップ部Nに作用する圧力と、定着ロール61から供給される熱とによって定着される。本実施の形態の定着装置80では、ほぼ定着ロール61の外周面に倣う凹形状のプレニップ部材84aによりニップ部Nを広く構成することができるため、安定した定着性能を確保することができる。
加えて、本実施の形態の定着装置80では、定着ロール61の外周面に対し突出させて剥離ニップ部材84bを配置することにより、ニップ部Nの下流側出口領域(剥離ニップ部)において定着ロール61表面の弾性層612のひずみが局所的に大きくなるように構成している。このように剥離ニップ部材84bを配置することにより、定着後の用紙Pは、剥離ニップ部を通過する際に、局所的に大きく形成されたひずみを通過することになるので、定着ロール61から用紙Pの剥離を行うことができる。
次に、加圧ベルトモジュール62を構成する各部材について詳細に述べる。エンドレスベルト82は、ベース層とその表面(定着ロール61側の面、または両面)に被覆された離型層とから構成されているが、ベース層としては、耐熱強度の高い樹脂で形成され、例えばポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド等が適している。ベース層の厚さは例えば50〜125μmに形成されるが、使用条件等に対応させるとともに、充分に低い熱伝導性が得られるように、材質・厚さ等の条件が選択されればよい。ベース層の表面に形成される離型層としては、フッ素樹脂、例えばPFA等が5〜20μmの厚さでコーティングされたものが好ましい。さらには、ベース層に弾性層を積層させ、断熱層を形成した構成を採ることもできる。
本実施の形態の定着装置80においては、加圧ベルト620として、厚み75μm、幅300mm、周長78mmのポイリミドフィルムのベース層に、厚さ30μmのPFAの表面層が被覆された多層構造に構成している。
本実施の形態の定着装置80においては、加圧ベルト620として、厚み75μm、幅300mm、周長78mmのポイリミドフィルムのベース層に、厚さ30μmのPFAの表面層が被覆された多層構造に構成している。
圧力パッド84は、上述したように、プレニップ部材84a、剥離ニップ部材84bで構成され、ホルダ85に支持されている。プレニップ部材84aには、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の弾性体や板バネ等を用いることができ、定着ロール61側の面は、ほぼ定着ロール61の外周面に倣う凹形状で形成されている。
剥離ニップ部材84bは、熱伝導性に優れたステンレス、ニッケル、鉄、アルミニウム等の金属で形成されている。剥離ニップ部材84bの形状としては、ニップ部Nにおける外面形状が一定の曲率半径を有する凸曲面状に形成される。
さらに、剥離ニップ部材84bの内部には、ヒートパイプ64が配設されている。ヒートパイプ64は、実施の形態1の場合と同様に、剥離ニップ部材84bの両端部から伸張する部分を有するように構成され、この伸張部が熱を放出する放熱部として機能する。この放熱部では、熱の放出を効率よく行なうために、両端部のそれぞれに高さ30mm、幅40mmの4枚のフィンが配置されている。
剥離ニップ部材84bは、熱伝導性に優れたステンレス、ニッケル、鉄、アルミニウム等の金属で形成されている。剥離ニップ部材84bの形状としては、ニップ部Nにおける外面形状が一定の曲率半径を有する凸曲面状に形成される。
さらに、剥離ニップ部材84bの内部には、ヒートパイプ64が配設されている。ヒートパイプ64は、実施の形態1の場合と同様に、剥離ニップ部材84bの両端部から伸張する部分を有するように構成され、この伸張部が熱を放出する放熱部として機能する。この放熱部では、熱の放出を効率よく行なうために、両端部のそれぞれに高さ30mm、幅40mmの4枚のフィンが配置されている。
低摩擦シート88は、エンドレスベルト82内周面と圧力パッド84との摺動抵抗(摩擦抵抗)を低減するために設けられ、摩擦係数が小さく、耐摩耗性・耐熱性に優れた材質が適している。具体的には、シンタード成型したPTFE樹脂シート、テフロン(登録商標)を含浸させたガラス繊維シート等を用いることができる。なお、低摩擦シート88は、プレニップ部材84aや剥離ニップ部材84bと別体に構成しても、プレニップ部材84aや剥離ニップ部材84bと一体的に構成しても、いずれでもよい。
また、ベルト走行ガイド83は、上述したように、エンドレスベルト82の内周面と摺擦するため、摩擦係数が低く、かつ、エンドレスベルト82から熱を奪い難いように熱伝導率が低い材質が適しており、PFAやPPS等の耐熱性樹脂が用いられる。
ベルト走行ガイド83には、定着装置80の長手方向に亘って、潤滑剤塗布部材87が配設されている。潤滑剤塗布部材87は、エンドレスベルト82内周面に対して接触するように配置され、アミン変性シリコーンオイル等の潤滑剤を適量供給する。これにより、エンドレスベルト82と低摩擦シート88との摺動部に潤滑剤を供給し、低摩擦シート88を介したエンドレスベルト82と圧力パッド84との摺動抵抗をさらに低減して、エンドレスベルト82の円滑な回動を図っている。
また、ベルト走行ガイド83の両端部において、エンドレスベルト82の安定した走行を確保すべく、エンドレスベルト82の回転軸の軸方向への変位を規制するベルトエッジガイドを備えることが好ましい。
ベルト走行ガイド83には、定着装置80の長手方向に亘って、潤滑剤塗布部材87が配設されている。潤滑剤塗布部材87は、エンドレスベルト82内周面に対して接触するように配置され、アミン変性シリコーンオイル等の潤滑剤を適量供給する。これにより、エンドレスベルト82と低摩擦シート88との摺動部に潤滑剤を供給し、低摩擦シート88を介したエンドレスベルト82と圧力パッド84との摺動抵抗をさらに低減して、エンドレスベルト82の円滑な回動を図っている。
また、ベルト走行ガイド83の両端部において、エンドレスベルト82の安定した走行を確保すべく、エンドレスベルト82の回転軸の軸方向への変位を規制するベルトエッジガイドを備えることが好ましい。
かかる本実施の形態の定着装置80では、ニップ部Nの下流側出口領域(剥離ニップ部)において配置された剥離ニップ部材84bは、その内部に配設されたヒートパイプ64によって冷却される。それによって、剥離ニップ部においては、剥離ニップ部材84bによってエンドレスベルト82が冷却され、この冷却されたエンドレスベルト82を介して用紙Pも裏面側が冷却される。そのため、用紙Pでは、定着ロール61によって高温に熱せられた表面側と、エンドレスベルト82を介して剥離ニップ部材84bによって冷却された裏面側との間に、断面方向に温度勾配が形成される。この温度勾配によって、剥離ニップ部材84bが配設された領域を通過する用紙Pにおいては、定着ロール61側の表面の熱膨張量は大きく、エンドレスベルト82側の裏面の熱膨張量は小さくなり、下向きの変形(ダウンカール)が発生する。
このように、ニップ部Nの剥離ニップ部においては、剥離ニップ部材84bの局所的な押圧による定着ロール61表面の弾性層612でのひずみの作用と、エンドレスベルト82を介して剥離ニップ部材84bにより裏面側が冷却されることによって用紙Pに発生するダウンカールの作用とにより、用紙Pにおける定着ロール61からの剥離性を向上させることが可能となる。そのため、特に、紙厚が薄い用紙Pや、所謂「コシ」の弱い用紙Pでも、良好な剥離性を実現することが可能である。
このように、ニップ部Nの剥離ニップ部においては、剥離ニップ部材84bの局所的な押圧による定着ロール61表面の弾性層612でのひずみの作用と、エンドレスベルト82を介して剥離ニップ部材84bにより裏面側が冷却されることによって用紙Pに発生するダウンカールの作用とにより、用紙Pにおける定着ロール61からの剥離性を向上させることが可能となる。そのため、特に、紙厚が薄い用紙Pや、所謂「コシ」の弱い用紙Pでも、良好な剥離性を実現することが可能である。
本発明の活用例として、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置への適用、例えば記録紙(用紙)上に担持された未定着トナー像を定着する定着装置への適用がある。また、インクジェト方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置への適用、例えば記録紙(用紙)上に担持された未乾燥インク像を乾燥する定着装置への適用がある。
1Y,1M,1C,1K…画像形成ユニット、11…感光体ドラム、12…帯電器、13…レーザ露光器、14…現像器、15…中間転写ベルト、16…一次転写ロール、17…ドラムクリーナ、20…二次転写部、60,80…定着装置、61…定着ロール、62…加圧ベルトモジュール、63,84…圧力パッド、64…ヒートパイプ、64a…放熱部、65…フィン、66…チャンバー、66a…吸気口、66b…排気口、67…開口量調整部材、67b…開口、82…エンドレスベルト、83…ベルト走行ガイド、87…潤滑剤塗布部材、88…低摩擦シート、615,617…外部加熱ロール、613,616,618,625…ハロゲンヒータ、620…加圧ベルト、621…インレットロール、622…加圧ロール、623…張架ロール
Claims (16)
- 記録材に担持されたトナー像を加熱する回動可能な定着部材と、
前記定着部材とニップ部を形成しながら移動可能なベルト部材と、
前記ベルト部材を介して前記定着部材とは反対側に配置され、前記記録材を前記定着部材の表面から剥離する剥離部材とを備え、
前記剥離部材は、前記ベルト部材を冷却することを特徴とする定着装置。 - 前記ニップ部において前記ベルト部材を前記定着部材に圧接させる押圧部材をさらに備えたことを特徴とする請求項1記載の定着装置。
- 前記剥離部材は、ヒートパイプが配設されたことを特徴とする請求項1記載の定着装置。
- 前記剥離部材は、前記ベルト部材の温度低下量を制御可能であることを特徴とする請求項1記載の定着装置。
- 前記ベルト部材は、高い熱伝導性を有することを特徴とする請求項1記載の定着装置。
- 発熱部材を有し、表面が弾性変形する回転可能な定着ロールと、
前記定着ロールとニップ部を形成しながら移動可能なエンドレスベルトと、
前記エンドレスベルトを介して前記定着ロールとは反対側に配置され、前記定着ロールの表面のうち、前記ニップ部の下流側を局部的に弾性変形させる加圧部材と、
前記加圧部材を冷却する冷却部材と
を備えたことを特徴とする定着装置。 - 前記エンドレスベルトは、複数のロールで張架され、当該複数のロールのうちの1のロールが前記加圧部材であることを特徴とする請求項6記載の定着装置。
- 前記複数のロールのうちの1のロールは、内部に加熱部材が配設されたことを特徴とする請求項7記載の定着装置。
- 前記加熱部材は、発熱量が調整可能であることを特徴とする請求項8記載の定着装置。
- 前記加圧部材は、前記ニップ部において前記エンドレスベルトを前記定着ロールに圧接させることを特徴とする請求項6記載の定着装置。
- 前記冷却部材は、前記加圧部材の温度低下量を制御可能であることを特徴とする請求項6記載の定着装置。
- 発熱部材を有し、表面が弾性変形する回転可能な定着ロールと、
前記定着ロールとニップ部を形成しながら移動可能なエンドレスベルトと、
前記エンドレスベルトを介して前記定着ロールとは反対側に配置され、前記定着ロールの表面のうち、前記ニップ部の下流側を局部的に弾性変形させる加圧部材とを備え、
前記定着ロールと前記加圧部材との間に温度勾配が形成されたことを特徴とする定着装置。 - 前記ニップ部であって前記加圧部材の上流側に、前記エンドレスベルトを前記定着ロールに圧接させる押圧部材をさらに備えたことを特徴とする請求項12記載の定着装置。
- 前記押圧部材と前記加圧部材の間に温度勾配が形成されたことを特徴とする請求項13記載の定着装置。
- 前記ニップ部の上流側に、前記エンドレスベルトを加熱する加熱部材をさらに備えたことを特徴とする請求項14記載の定着装置。
- トナー像を形成するトナー像形成手段と、
前記トナー像形成手段によって形成されたトナー像を記録材上に転写する転写手段と、
前記記録材上に転写されたトナー像を当該記録材に定着する定着手段とを含み、
前記定着手段は、
発熱部材を有し、表面が弾性変形する回動可能な定着部材と、
前記定着部材とニップ部を形成しながら移動可能なベルト部材と、
前記ベルト部材を介して前記定着部材とは反対側に配置され、前記定着部材の表面のうち、前記ニップ部の下流側を局部的に弾性変形させる加圧部材と、
前記加圧部材を冷却する冷却部材と
を備えたことを特徴とする画像形成装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004028373A JP2005221652A (ja) | 2004-02-04 | 2004-02-04 | 定着装置および画像形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004028373A JP2005221652A (ja) | 2004-02-04 | 2004-02-04 | 定着装置および画像形成装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005221652A true JP2005221652A (ja) | 2005-08-18 |
Family
ID=34997350
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2004028373A Pending JP2005221652A (ja) | 2004-02-04 | 2004-02-04 | 定着装置および画像形成装置 |
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Country | Link |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP2015132722A (ja) * | 2014-01-14 | 2015-07-23 | 富士ゼロックス株式会社 | 定着装置、摺動部材および画像形成装置 |
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JP2016157007A (ja) * | 2015-02-25 | 2016-09-01 | 富士ゼロックス株式会社 | 加熱搬送装置、定着装置及び画像形成装置 |
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-
2004
- 2004-02-04 JP JP2004028373A patent/JP2005221652A/ja active Pending
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