JP7243214B2

JP7243214B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP7243214B2
Application number: JP2019009448A
Authority: JP
Inventors: 和喜小田切
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2019-01-23
Filing date: 2019-01-23
Publication date: 2023-03-22
Anticipated expiration: 2039-01-23
Also published as: JP2020118837A; US20200233351A1

Description

本発明は、画像形成装置に関するものである。

定着装置を備える画像形成装置が知られている。近年、定着装置には、省エネ化、コストダウンの観点からパッドを用いた方式が採用される場合がある。この方式においては、パッドの形状の自由度が高い。定着性を向上させることなどを考慮して自由な設計した結果、パッドの形状が複雑になる場合もある。パッドの形状が複雑である場合、封筒のように複数の紙が重なった構造を含む記録媒体を通すと、表裏の紙の搬送量に違いが生じやすくなり、しわが発生する場合がある。

特開２０１７－１２０３９８号公報（特許文献１）では、封筒を通す場合にパッドと封筒とが接触する面積を減らすことによって表裏の紙の搬送量の差を小さくする技術が提示されている。

特開２０１７－１２０３９８号公報

特許文献１に記載された方法では、封筒面とパッドとの接触面積が減るので、スリップなどの搬送不良が発生する可能性がある。封筒を通過させる際に定着ニップ部の圧力分布は２つのピークを有する状態となるが、このような圧力分布では、定着性はあまり良くない。

そこで、本発明は、記録媒体の種類の違いによって定着作業時に生じうるしわを防止することができる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、本発明に基づく画像形成装置は、記録媒体を上流から下流に搬送するために循環可能な無端状のベルトと、上記ベルトの内側から上記ベルトを少なくとも第１の側に向けて押圧する定着パッドと、上記定着パッドを上記ベルトとは反対側から支持する支持部材と、ローラとを備え、上記ローラと上記定着パッドとは上記ベルトを挟み込んでおり、上記定着パッドは、上記ベルトと上記ローラとの間に第１種記録媒体を通す第１モードと、上記ベルトと上記ローラとの間に第２種記録媒体を通す第２モードとをとりえ、上記定着パッドの上流側の第１点と下流側の第２点とに注目したとき、上記第１モードと上記第２モードとでは、上記第１点と上記第２点とを結んだ直線の傾きが異なる。

本発明によれば、２通りのモードのいずれが選択されるかによって、定着パッドの姿勢が変化するので、記録媒体の種類に応じて適切にしわを防止しつつ定着作業を行なうことができる。したがって、記録媒体の種類の違いによって定着作業時に生じうるしわを防止することができる。

本発明に基づく実施の形態１における画像形成装置の概念図である。本発明に基づく実施の形態１における画像形成装置に備わる定着装置の概念図である。図２に示した定着装置の部分拡大図である。定着パッドを支持部材に取り付ける方法の第１の説明図である。定着パッドを支持部材に取り付ける方法の第２の説明図である。本発明に基づく実施の形態１における画像形成装置に備わる定着装置に含まれる定着パッド構造体の断面図である。定着パッド構造体が回転する様子の第１の説明図である。定着パッド構造体が回転する様子の第２の説明図である。定着ニップ部における排紙角度と搬送距離との関係の説明図である。本発明に基づく実施の形態１における画像形成装置に備わる定着装置で定着作業を行なう際の圧力分布のグラフである。

（実施の形態１）
（構成）
図１～図８を参照して、本発明に基づく実施の形態１における画像形成装置について説明する。

本実施の形態における画像形成装置８０１の概念図を図１に示す。画像形成装置８０１は、筐体１と、筐体１の下部に配置されたカセット４０とを備える。筐体１の内部には、感光体４４、帯電器４６、転写ベルト４７、画像露光装置４８、現像ローラ４５、１次転写ローラ４２、２次転写ローラ４３、定着装置１０１などが配置されている。カセット４０内には１以上の記録媒体２が格納されている。記録媒体２は、たとえば紙であってよいが、紙以外のものであってもよい。転写ベルト４７は無端状であって、循環して走行するように配置されている。

画像形成装置８０１においては、感光体４４の表面が、帯電器４６によって一様に所定電位となるように帯電させられる。この帯電域に対して画像露光装置４８から原稿画像に応じた画像露光が施される。これによって、感光体４４の表面に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像バイアスを印加された現像ローラ４５で現像されて可視トナー像とされる。１次転写ローラ４２にはトナーを引き寄せるバイアスが印加されており、感光体４４の表面の可視トナー像は転写ベルト４７に転写される。

一方、給紙ローラ４１によってカセット４０から記録媒体２が１枚ずつ取り出され、２次転写ローラ４３に搬送される。２次転写ローラ４３にも１次転写ローラ４２と同様に電圧が印加されている。転写ベルト４７は、２次転写ローラ４３と押圧ローラ４９とによって挟まれており、この部分は２次転写ニップ部３８となっている。記録媒体２が２次転写ニップ部３８を通過する際には、記録媒体２および転写ベルト４７が２次転写ローラ４３と押圧ローラ４９とによって挟み込まれて押圧される。転写ベルト４７によって搬送された可視トナー像は２次転写ニップ部３８において記録媒体２に転写される。可視トナー像を担持した状態の記録媒体２は、定着装置１０１へと送り込まれる。定着装置１０１の詳細な構造は、後述する。定着装置１０１では、加熱および加圧が行なわれ、トナーは記録媒体２に定着する。このようにして画像形成が完了した記録媒体２は、出口３９から排出される。

定着装置１０１を単独で取り出したところを図２に示す。定着装置１０１は、無端状のベルト５１と、加圧のためのローラ５８と、ベルト５１の内側に固定的に配置された定着パッド５２とを備える。定着パッド５２とローラ５８とがベルト５１を挟み込むように位置付けられており、これらによって定着ニップ部５０が形成されている。定着パッド５２は、ベルト５１の経路を規定している。ベルト５１は定着パッド５２の形状に沿って送られる。

定着パッド５２は支持部材５４によって支持されている。加熱部材５７の内側に熱源５６が配置されている。ベルト５１は、加熱部材５７と定着パッド５２とによって張架されている。ローラ５８は、図示しないモータによって、所定の回転速度で回転する。これによりベルト５１が送られる。

定着パッド５２は、たとえばポリフェニレンスルファイド、ポリイミド、液晶ポリマーなどの樹脂で形成されていてよい、定着パッド５２は、樹脂の代わりに、アルミ、鉄などの金属、セラミックなどで形成されていてもよい。定着パッド５２は、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどからなる固定部材を備えていてもよい。定着パッド５２は２以上の部品の組合せによって構成されていてもよい。

加熱部材５７は、アルミ、ＳＵＳなどの金属で形成された部材であり、ほぼ円筒形状である。ローラ５８は、芯金／弾性層／離形層の３層構造となっている。弾性層はシリコーンゴム、フッ素ゴムなどのように耐熱性が高い材料で形成されていることが好ましい。芯金は、アルミ、鉄などの金属で形成されていることが好ましい。芯金はパイプ形状であってよく、中実形状であってもよい。離型層は、フッ素チューブで形成されるか、フッ素系コーティングなどの離型性を付与した構成が好ましい。

熱源５６はハロゲンヒータであってもよい。あるいは、熱源５６は、加熱部材５７および／またはベルト５１をＩＨで加熱する方式であってもよい。加熱部材５７および／またはベルト５１を抵抗発熱体で形成しておいて、これ自体を発熱させる方式を採用してもよい。

トナー画像が転写された記録媒体２は、トナー画像が転写された表面を、加熱されたベルト５１に向けた状態で定着ニップ部５０に搬送され、定着ニップ部５０を通過する。定着ニップ部５０を通過する記録媒体２は、ベルト５１とローラ５８とに挟み込まれることによって押圧されて加熱される。これにより、トナー画像が記録媒体２に定着する。

定着パッド５２の近傍を拡大したところを図３に示す。この図においては、記録媒体２は矢印９１，９２に示すように、下から上へと送られていくので、下方が上流側であり、上方が下流側である。

定着ニップ部５０に送り込まれてきた記録媒体２は、矢印９１で示されるように正しく定着ニップ部５０へと導かれる。定着ニップ部５０を通過した記録媒体２は矢印９２で示されるように定着ニップ部５０から排出される。

図４～図６を参照して、定着パッド５２を支持部材５４に取り付けることについて説明する。支持部材５４は、板金によって形成されたものであってよい。図４および図５に示すように、支持部材５４には、定着パッド５２を取り付けるための孔５４ａが設けられている。図５に示すように、定着パッド５２の支持部材５４側の面には、支持部材５４に取り付けるためにピン５２ｂが設けられている。孔５４ａにピン５２ｂを嵌入することで、定着パッド５２を支持部材５４に取り付けることができる。取付けを完了した状態の断面図を図６に示す。

定着パッド５２と支持部材５４とを組み合わせたもの（以下「定着パッド構造体」という。）は、図７に矢印９６で示すように一定角度だけ回転させることができる。この回転は、モータなどを用いて行なうことができる。図７では、この回転の中心線が一点鎖線で表示されている。この回転により、図８に示すように定着パッド構造体の姿勢が変化する。図８においては、定着ニップ部５０から記録媒体２が排出される際の向きを、矢印９２で表示している。矢印９２の向きは定着パッド構造体６０の姿勢に依存して定まる。図８において実線で示す姿勢のときに記録媒体２が矢印９２の向きに排出されるとすれば、二点鎖線で示す姿勢のときには記録媒体２は矢印９２ｅの向きに排出される。

なお、定着パッド構造体６０の回転は、正確に固定された中心線のまわりになされるものとは限らない。回転の中心線が変動しつつ定着パッド５２の角度が変化するような変位であってもよい。少なくとも定着パッド５２の角度が変化すればよい。

本実施の形態における画像形成装置８０１の構成は、以下のように表現することができる。

画像形成装置８０１は、記録媒体２を上流から下流に搬送するために循環可能な無端状のベルト５１と、ベルト５１の内側からベルト５１を少なくとも第１の側９５に向けて押圧する定着パッド５２と、定着パッド５２をベルト５１とは反対側から支持する支持部材５４と、ローラ５８とを備える。ローラ５８は加圧のためのものである。ローラ５８と定着パッド５２とはベルト５１を挟み込んでいる。定着パッド５２は、ベルト５１とローラ５８との間に第１種記録媒体を通す第１モードと、ベルト５１とローラ５８との間に第２種記録媒体を通す第２モードとをとり得る。定着パッド５２の上流側の第１点と下流側の第２点とに注目したとき、前記第１モードと前記第２モードとでは、前記第１点と前記第２点とを結んだ直線の傾きが異なる。

図８に示すように、定着パッド５２の下流側端部では、定着パッド５２が特に突出しており、定着パッド５２の外形線が直線に近い形状になっている部分がある。この部分を以下「定着仕上げ部」と呼ぶこととする。定着パッド５２は定着仕上げ部５２ｆを有する。前記第１点および前記第２点は、定着パッド５２を断面図で見たときの定着仕上げ部５２ｆの外形線の中で設定される。図８においては、第１点および第２点を明示していないが、第１点は定着仕上げ部５２ｆの上流側端部近傍の適当な位置に任意に定めればよい。第２点は定着仕上げ部５２ｆの下流側端部近傍の適当な位置に任意に定めればよい。

（作用・効果）
本実施の形態では、定着パッド５２が、第１種記録媒体を通す第１モードと、第２種記録媒体を通す第２モードとをとり得、このいずれのモードで使用するかによって、定着パッド５２の姿勢が変化するので、記録媒体２の種類に応じて適切にしわを防止しつつ定着作業を行なうことができる。したがって、記録媒体の種類の違いによって定着作業時に生じうるしわを防止することができる。

なお、本実施の形態において、前記第１種記録媒体は用紙であり、前記第２種記録媒体は封筒であり、前記第１モードにおける定着パッド５２の姿勢を第１の姿勢とすると、前記第２モードでは、定着パッド５２は、前記第１の姿勢から、前記第２点が前記第１点を中心としてローラ５８から遠ざかる向きに回転させられた第２の姿勢となることが好ましい。図８においては、ローラ５８を図示していないが、ローラ５８は図中右側にあって、定着パッド５２に向けて加圧するように配置されている。すなわち、封筒を対象とした場合に第２モードが選択され、第２モードに切り替えるために定着パッド５２が第１の姿勢から第２の姿勢に変化する際には、定着パッド５２の下流側すなわち図中上部が図中左側に変位するように姿勢が変化することが好ましい。

封筒を対象とする際にこのように姿勢を変化させることが好ましい理由について、図９を参照して説明する。図９では、説明をわかりやすくするために角度を誇張して大きく表示している。定着ニップ部５０では、記録媒体の搬送経路は必ずしも直線状ではないが、定着仕上げ部５２ｆにおける搬送経路は直線に近似することができるので、ここでは、直線で近似して表示している。

支持部材５４が定着パッド５２を押圧する向きをＸ軸とし、これに垂直でなおかつ下流を向く向きをＹ軸とする。Ｙ軸は鉛直方向と一致していてもよいが、鉛直方向とは限らない。定着仕上げ部５２ｆにおける記録媒体の搬送経路のうち上流側のある点を点Ａとする。定着仕上げ部５２ｆの表面は傾斜している。すなわち、定着仕上げ部５２ｆは、より下流側にいくほど大きく突出した形状となっているので、定着ニップ部５０を通過して排出される記録媒体は点ＡからそのままＹ軸に平行に搬送されて点Ｄに至るのではなく、たとえば点Ａから点Ｂに搬送される。角ＤＡＢの角度はθ１となっている。この角度θ１のように、記録媒体が排出される方向とＹ軸とがなす角度のことを「排紙角度」という。このときの搬送距離は線分ＡＢの長さＬ１となる。記録媒体が通常の用紙である場合には、記録媒体はこのように排紙角度θ１で搬送されて所望の方向に排出される。

一方、記録媒体が封筒である場合には、搬送距離が長ければ長いほど表裏の搬送量のずれが生じやすくなり、その結果、しわが発生しやすくなる。記録媒体が封筒である場合には、しわ発生防止のためには搬送距離をなるべく短くすることが好ましい。排紙角度をθ１からθ１より小さなθ２に変更することによって搬送経路を線分ＡＢから線分ＡＣに切り替えれば搬送距離は長さＬ２となる。Ｌ２＜Ｌ１であるので、記録媒体の搬送経路を線分ＡＣに沿わせた方がしわが発生しにくくなるといえる。線分ＡＢを第１モードとし、線分ＡＣを第２モードとし、記録媒体の種類に応じて両モードの間で切り替えることとすれば、しわ発生を適切に抑制することができる。

ただし、常に排紙角度θ２にしたままでよいかといえばそうではない。排紙角度が小さいと、薄紙などの用紙では、分離性が悪くなる。ここでいう「分離性」とは、定着ニップ部を通過し終えた後で、記録媒体がいかに円滑にベルト５１から離れるかの度合いを意味する。分離性が悪い状態だと、定着ニップ部５０を通過し終えた用紙が、ベルト５１から離れて本来予定された排出の向きに進むのではなく、ベルト５１から離れるタイミングが遅れて予定外の向きに排出されてしまったりする可能性が高くなる。図３でいえば、本来は矢印９２の向きにされるべき排紙が、図中においてより左側に向けて排紙してしまうという不良を引き起こす可能性が高まる。そこで、薄紙などの用紙では、分離性を確保するために、排紙角度は大きくしておくことが求められる。一方、封筒の場合には、秤量（つぼりょう）が大きいので、たとえ排紙角度が小さくても分離性が良好である。

そこで、上述のように、前記第１種記録媒体は用紙であるものとし、前記第２種記録媒体は封筒であるものとし、前記第１モードにおける定着パッド５２の姿勢を第１の姿勢とすると、前記第２モードでは、定着パッド５２は、前記第１の姿勢から、前記第２点が前記第１点を中心としてローラ５８から遠ざかる向きに回転させられた第２の姿勢とすることが好ましいといえる。すなわち、封筒を扱う第２モードでは第１モードに比べて排紙角度を小さくすることが好ましい。

たとえば一般的な記録媒体に印刷する際には第１モードとして排紙角度を６°以上とし、封筒に印刷する際には第２モードとして排紙角度を４°以下とすることが考えられる。このように切り替えることによって異なる種類の記録媒体に対して問題なく印刷ができる。

なお、ローラ５８とベルト５１とが密着する区間を定着ニップ部５０と呼ぶこととすると、定着ニップ部５０内における上流から下流にかけての圧力分布のピーク位置は、第１モードと第２モードとの間で変化しないように、第１モードと第２モードとの間で定着パッド５２の姿勢を変化させることが好ましい。圧力分布の例を図１０に示す。横軸は定着ニップ部５０内での位置を表す。位置を示す０から１２の数字は、定着パッド５２の定着仕上げ部５２ｆの中での、相対的な位置を示すために任意に定めたものである。横軸において右側が入り口側であり、左側が出口側である。縦軸は作用している圧力を示す。図１０のグラフにおいては、排紙角度が６°のときの圧力分布が実線で示され、排紙角度が４°のときの圧力分布が破線で示されている。排紙角度が４°と６°との間で変更されることによって圧力分布は変化するが、いずれの場合にも出口に近いある場所で圧力がピークとなっている。すなわち、圧力分布のピーク位置は、第１モードと第２モードとの間で変化していない。定着作業を良好に行なうためには、出口に近い位置において最も高い圧力が作用することが求められる。図１０に示すように、第１モードと第２モードとの間で圧力分布のピーク位置が変化しないように、第１モードと第２モードとの間での定着パッド５２の姿勢変化を行なうこととすれば、第１モードと第２モードとの両方において良好な定着作業を行なうことができる。

なお、封筒において生じるしわは、封筒の秤量（つぼりょう）が小さいほど発生しやすい。前記第２種記録媒体は坪量が一定値以下の封筒に限られ、坪量が一定値より大きい封筒の場合には、定着パッド５２は前記第１モードで使用されることが好ましい。このようにすれば、分離性を良好に維持することができる。封筒であっても坪量が一定値より大きいものは、元々、定着ニップ部５０を通過する際のしわが発生しやすくないので、第１モードで使用してもよい。

なお、前記一定値は、８０ｇ／ｍ²であることが好ましい。すなわち、坪量が８０ｇ／ｍ²以下の封筒については、第２モードで使用し、坪量が８０ｇ／ｍ²より大きい封筒および封筒以外の記録媒体については第１モードで使用することが好ましい。

（実験例）
発明者らは、図２に示した定着装置１０１において排紙角度を３°、４°、６°、９°の４通りに変化させ、さらにその各条件において定着温度を１２０～１６０℃の５通りに変化させて、実験を行なった。排紙角度および定着温度の１つの組合せ当たり封筒５枚を通してそのうち何枚にしわが発生するかを調べた。その結果を表１に示す。

定着温度が１５０℃以上である場合には、排紙角度にかかわらずしわが発生していた。定着温度が１４０℃以下である場合には、排紙角度が６°および９°ではしわが発生していたものの４°以下であればしわの発生が見られなかった。このことから、排紙角度を小さくすることによって封筒におけるしわ発生を抑制できることがわかる。たとえば第１モードでは排紙角度を６°とし、第２モードでは排紙角度を４°としてもよい。

なお、上記実施の形態のうち複数を適宜組み合わせて採用してもよい。
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

１筐体、２記録媒体、３８２次転写ニップ部、３９出口、４０カセット、４１給紙ローラ、４２１次転写ローラ、４３２次転写ローラ、４４感光体、４５現像ローラ、４６帯電器、４７転写ベルト、４８画像露光装置、４９押圧ローラ、５０定着ニップ部、５１ベルト、５２定着パッド、５２ｂピン、５２ｆ定着仕上げ部、５４支持部材、５４ａ孔、５６熱源、５７加熱部材、５８（加圧のための）ローラ、５９加熱ローラ、６０定着パッド構造体、９１，９２，９２ｅ矢印、９５第１の側、９６（回転を示す）矢印、１０１定着装置、８０１画像形成装置。

Claims

記録媒体を上流から下流に搬送するために循環可能な無端状のベルトと、
前記ベルトの内側から前記ベルトを少なくとも第１の側に向けて押圧する定着パッドと、
前記定着パッドを前記ベルトとは反対側から支持する支持部材と、
ローラとを備え、
前記支持部材は、前記定着パッドを支持する板状の中間部と、前記中間部の上流側および下流側の各端から前記第１の側とは反対側にそれぞれ延在する部分とを含み、
前記ローラと前記定着パッドとは前記ベルトを挟み込んでおり、
前記定着パッドは、前記ベルトと前記ローラとの間に第１種記録媒体を通す第１モードと、前記ベルトと前記ローラとの間に第２種記録媒体を通す第２モードとをとりえ、
前記定着パッドの上流側の第１点と下流側の第２点とに注目したとき、前記第１モードと前記第２モードとでは、前記第１点と前記第２点とを結んだ直線の傾きが異なり、
前記第１モードと前記第２モードとの切換えは、前記支持部材の前記中間部を通る直線を中心として行なわれる、画像形成装置。
前記ローラと前記ベルトとが密着する区間を定着ニップ部と呼ぶこととすると、
前記定着ニップ部内における前記上流から前記下流にかけての圧力分布のピーク位置は、前記第１モードと前記第２モードとの間で変化しないように、前記第１モードと前記第２モードとの間で前記定着パッドの姿勢を変化させる、請求項１に記載の画像形成装置。
前記第１種記録媒体は用紙であり、前記第２種記録媒体は封筒であり、前記第１モードにおける前記定着パッドの姿勢を第１の姿勢とすると、前記第２モードでは、前記定着パッドは、前記第１の姿勢から、前記第２点が前記第１点を中心として前記ローラから遠ざかる向きに回転させられた第２の姿勢となる、請求項１または２に記載の画像形成装置。
前記第２種記録媒体は坪量が一定値以下の封筒に限られ、坪量が一定値より大きい封筒の場合には、前記定着パッドは前記第１モードで使用される、請求項３に記載の画像形成装置。
前記一定値は、８０ｇ／ｍ²である、請求項４に記載の画像形成装置。