JP2006065230A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ウェブ押し当てローラを２本配置し、かつ、ウェブ脱着方式をとるウェブクリーニング方式を採用した定着装置において、ウェブ離間時の当接面の温度低下が少なく、加熱定着ローラ表面の傷発生を防止することが可能な技術を提供する。
【解決手段】 ウェブ離間時に、ウェブ上で定着ローラの表面との距離が最短となる最近接点での離間距離が、離間動作のばらつき及びウェブのたるみを考慮しても、ウェブが定着ローラの表面と接触しないための最低必要の距離以上とし、さらに、ウェブ離間時に定着ローラの表面との距離が最長となる離間距離を、定着ローラの半径Ｒと、ウェブ押し当てローラの半径ｒと、ウェブ押し当てローラ２本の中心間の距離ｄとの関係式で表した。
【選択図】 図３

Description

本発明は、シート等の記録媒体上に画像を形成する機能を備えた、例えば、複写機、プリンタ、あるいは、ファクシミリ装置などの画像形成装置に関し、特に、これらの装置に備えられる、未定着の現像剤像を加熱・加圧定着させるための定着装置に関する。

ハロゲンランプ等の加熱源を内蔵した構成の定着ローラと、前記定着ローラと圧接しながら回転する圧着ローラとを含む定着装置に転写済みのシートを導き、前述のローラ対による加熱、加圧作用でシート上のトナー像を当該シートに定着させるように構成した複写機等の画像形成装置はよく知られている。

また、前記従来の定着装置においては、トナー像を形成しているトナーの一部が定着ローラに付着する、所謂オフセット現象が生じる。特に、記録紙がジャムした時などは、定着ニップ内に記録紙が滞留したり、記録紙が定着ローラに巻きついたりするので、大量のオフセットトナーが定着ローラに付着する。

このような定着ローラに付着したトナーを除去するための手段として、クリーニング手段を定着ローラ表面に当接させることが行われており、クリーニング手段としては通常、クリーニングシートを定着ローラ表面に当接させるウェブクリーニング方式が行われている。

しかしながら、このようなウェブクリーニング方式においては、常時クリーニングシートを定着ローラ表面に当接させるため、定着ローラ表面がウェブにより摺擦され、表面が摩耗し寿命が短くなるという問題点があった。

また、上記ウェブには、通常、定着ローラとトナーとの離型性を高めるために、クリーニングウェブにシリコーンオイル等の離型オイルを含浸させ、オイル塗布機能をも持たせているが、常時定着ローラ表面にウェブを当接させているために、定着ローラ表面へのオイル塗布が過剰となり、定着後の画像にオイルの跡（所謂、オイル筋）が発生することがあった。

このような、ウェブクリーニング方式に対しては、クリーニングウェブを定着ローラ表面に接離する手段を設け、クリーニングが必要な時だけ（未定着画像の定着時やジャム時）、定着ローラ表面にウェブを当接させ、それ以外の時には離間させる所謂ウェブ脱着方式がとられている。

また、さらに近年、ウェブクリーニング方式においては、定着ローラに付着したトナーの清掃性を向上させるために、ウェブを清掃時に定着ローラの表面に押し当てるウェブ押し当てローラを２本配置し、清掃時にウェブが定着ローラの表面に当接している周方向の距離を長くしたものも採用されている（特許文献１参照）。
特開平０６−３０１２５１号公報

しかしながら、このようにローラ傷、オイル筋を対策したウェブ脱着方式を併用した定着装置においては、ウェブが定着ローラから離間した時の、ウェブの温度低下が問題であり、この温度低下により、清掃により定着ローラ表面からウェブ上に回収されたトナーが
固形化し、この固形化したトナーのウェブの部分が、再度定着ローラ表面に当接されると定着ローラ表面を傷つけてしまうという問題点があった。

このようなウェブ離間時のウェブ当接面の温度低下に対しては、ウェブ離間時のウェブと定着ローラ表面との離間距離をなるべく小さくすることで、ウェブ押し当てローラを１本だけ配置する定着装置においては、対策可能であった。

しかし、上記のように清掃性を上げるためにウェブ押し当てローラを２本配置する定着装置においては、ウェブが定着ローラの表面に当接している周方向の距離を長くしたために、その当接部分の周方向の中心部において、ウェブの離間距離を小さくしても、当接部分の周方向においての最上流部や最下流部においては、ウェブの離間距離が遠くなってしまい、この部分では離間時に温度低下が起きてしまい、対策が十分でなかった。

本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ウェブ押し当てローラを２本配置し、かつ、ウェブ脱着方式をとるウェブクリーニング方式を採用した定着装置において、ウェブ離間時の当接面の温度低下が少なく、加熱定着ローラ表面の傷発生を防止することが可能な技術を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明にあっては、
発熱手段を有する加熱定着ローラと、
前記加熱定着ローラに当接して回転し、該加熱定着ローラの外周面を押圧することにより、該加熱定着ローラとニップ部を形成するように設けられた加圧部材と、
を有し、
前記ニップ部に、未定着の現像剤像を担持したシートを通過させることにより、該シート上の現像剤像を該シートに定着させる定着装置であって、
前記加熱定着ローラの表面を清掃するクリーニング手段を有し、
前記クリーニング手段は、清掃部材としてウェブを用いるウェブ方式のクリーニング手段であって、清掃時に該ウェブを該加熱定着ローラの表面に押し当てるウェブ押し当てローラを２本有し、さらに該クリーニング手段は該加熱定着ローラに対して接離可能となっている定着装置において、
前記２本のウェブ押し当てローラの半径は等しく、かつ、該クリーニング手段の離間時に、該ウェブ上で、前記加熱定着ローラの表面との距離が最短となる最近接点での離間距離Ｌ_Ｓ（ｍｍ）が、
Ｌ_ＭＩＮ≦Ｌ_Ｓ
（但し、Ｌ_ＭＩＮは、ウェブ離間時に、該クリーニング手段の離間動作のばらつき及びウェブのたるみを考慮しても、ウェブが該加熱定着ローラの表面と接触しないための最低の離間距離（ｍｍ））
を満たし、さらに、
前記加熱定着ローラの半径Ｒ（ｍｍ）と、前記ウェブ押し当てローラの半径ｒ（ｍｍ）と、前記ウェブ押し当てローラ２本の中心間の距離ｄ（ｍｍ）とは、関係式
（（Ｒ＋２）^２＋（ｒ＋（ｄ−２ｒ）／２）^２）^１／２−Ｒ＜Ｌ_ｇ
（但し、Ｌ_ｇ（ｍｍ）は、該加熱定着ローラの表面温度が、上述の所定の定着処理条件に維持されている時に、該加熱定着ローラの表面からの距離で雰囲気温度がガラス転移点温度Ｔ_ｇ（℃）となる距離）
を満たすことを特徴とする。

画像形成装置にあっては、像担持体上に形成された静電潜像を現像して得られた現像剤像をシートに転写する画像形成手段と、
未定着の現像剤像を前記シートに定着させる上記記載の定着装置と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ウェブ押し当てローラを２本配置し、かつ、ウェブ脱着方式をとるウェブクリーニング方式を採用した定着装置において、ウェブ離間時の当接面の温度低下が少なく、加熱定着ローラ表面の傷発生を防止することが可能となる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。

（実施の形態１）
以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態１に係る加熱定着装置を詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態１に係る加熱定着装置（以下、定着装置という）１を示す概略図である。図４は、本発明の実施の形態１に係る画像形成装置１０の概略構成図である。

まず、画像形成装置の概略構成について説明する。

図４において、給紙カセット２から給紙ローラ３によって１枚ずつ給送されたシートＰは、搬送路Ａを通過し、搬送ローラ４に搬送される。そして、像担持体としての感光ドラム５上に形成されたトナー画像（現像剤像）の先端位置が感光ドラム５と転写ローラ６とが接触する転写ニップ部の位置に到達したときに、シートＰの先端が転写ニップ部に搬送するようにタイミングを取る。なお、感光ドラム５および転写ローラ６などは画像形成部（画像形成手段）を構成している。

このようにして転写ニップ部において、感光ドラム５上のトナー画像をシートＰに転写させた後に、シートＰは、感光ドラム５から分離し、定着装置１へ搬送される。この定着装置１において、シートＰに転写されている未定着のトナー画像を定着させた後、トナー画像が定着されたシートＰを、搬送路Ｂを通過させて排紙ローラ対８によって画像形成装置本体の排紙部９へ排出させる。

次に、本実施の形態に係る定着装置１について説明する。

図１に示すように、定着手段１は、加熱定着ローラ（以下、定着ローラという）２１と、加圧ローラ３０とからなる一対のローラーから構成されている。定着ローラ２１は、内部に加熱源（発熱手段）となる内部ヒータ２６を有し、アルミ又は鉄などにより構成された薄肉芯金ローラ２２の表面に耐熱弾性離型層２３が設けられたものである。加圧ローラ３０は、前記定着ローラ２１と同様に薄肉芯金ローラ３１の表面に耐熱弾性離型層３２が設けられ、両ローラの当接部でニップ領域（ニップ部）Ｎが形成されるように図示されないバネにより定着ローラ２１側に圧接されている。ここで、加圧ローラ３０は加圧部材を構成している。

２５はトナー画像Ｔを表面に坦持したシートＰを定着ローラ２１の表面から効率よく分離するための分離爪、Ｓ１は温度制御及び温度検知を行うためのサーミスタである。

制御部４０は、サーミスタＳ１から入力された測定温度に対応する検出データに基づいて前記定着ローラ２１の表面温度を所定の温度にするための出力データを図示しない電圧供給電源に送り、前記電源より必要な電圧をハロゲンランプなどにより構成された内部ヒータ２６に供給する。

前記のように構成された装置では、所定の画像形成プロセスを経てシートＰ表面に形成された未定着トナー画像Ｔは、内部ヒータ２６によりその表面が所定の温度（ＴＲ＝１６５℃）に設定された定着ローラ（駆動ローラ）２１と加圧ローラ（従動ローラ）３０とにより形成された定着領域であるニップ部Ｎを通過後、定着ローラ２１の表面からシートＰが必要に応じて分離爪２５を用いて分離され定着画像が得られる構成となっている。

次に、本実施の形態の要部をなすクリーニング手段について説明する。

クリーニング手段は、清掃部材としてクリーニングウェブＷを用いるウェブ方式のクリーニング手段であって、クリーニングウェブＷは、定着ローラ２１の回転方向で、ニップ領域Ｎに対して下流側に、定着ローラ２１に当接して設けられており、定着ローラ２１にオフセットしたトナーを除去する。クリーニング手段は、クリーニングウェブＷの一端がロール軸７０５に係止されるとともに当該ロール軸上に巻き回すことにより構成したクリーニングウェブ元巻き７１０と、前記ロール状のクリーニングウェブＷの他端を係止してなる巻き取りロール軸７２０と、前記クリーニングウェブＷを前記定着ローラ２１の表面に圧接する２本の押し当てローラ７３０，７３１とを主要素としている。

前記２本の押し当てローラ７３０，７３１は前記クリーニングウェブＷを定着ローラ２１の表面に圧接させている。

このように、２本の押し当てローラ７３０，７３１によりクリーニングウェブＷを圧接することで、２本の押し当てローラ７３０，７３１が定着ローラ２１に当接する２箇所の間に渡って、クリーニングウェブＷが定着ローラ２１の表面に当接され、押し当てローラが１本の時に比べ、クリーニングウェブＷの周方向の当接距離が長くとられ、クリーニングウェブＷの清掃性が向上する構成となっている。

また、前記巻き取りロール軸７２０は定着装置の枠体上に設けたモータから駆動力を伝達され、定着ローラ２１との接触点において、定着ローラ２１の回転方向に対して反対方向にクリーニングウェブＷを移送し、巻き取るように構成してある。

本実施の形態におけるクリーニングウェブＷは、厚さ約４０μｍで、アラミド繊維とポリエステル繊維を混合したものを不織布にしたものを用いている。また、クリーニングウェブＷには、トナー離型用のシリコーンオイルが含浸されている。

さらに、本実施の形態では、クリーニングウェブＷの当接による、定着ローラ２１表面の摩耗、及びオイル塗布過剰による定着後の画像のオイル筋を防止するために、クリーニングウェブＷの定着ローラ２１表面への接離手段を設けている（ウェブ脱着方式）。すなわち、図１に示すように、２本の押し当てローラ７３０，７３１の支持部材を図不示の移動手段で移動させ、図の点線と実線で示すように、定着ローラ２１表面に対して、クリーニングウェブＷの接離を所定のタイミングで行う構成となっており、シートＰが定着装置を通過する時には定着ローラ２１表面に当接し、それ以外の時では離間している。

このようなウェブ脱着方式を用いたクリーニング方式においては、クリーニングウェブＷが定着ローラ２１表面から離間した時の、クリーニングウェブＷの定着ローラ２１への当接面の温度低下が問題となり、この温度低下が大きいとクリーニングウェブＷに、清掃
時に回収されたトナーが固形化し、この固形化したトナーが清掃時に摺擦されることにより、定着ローラ２１表面への傷が発生する。

図２は、定着ローラ２１の表面温度がＴＲ＝１６５℃に維持されている状態での、定着ローラ表面からの距離と雰囲気温度との関係を示す図である。図３は、脱着時の離間距離を、定着ローラ２１の半径（ｍｍ）、２本のウェブ押し当てローラ７３０，７３１の半径（ｍｍ）、２本のウェブ押し当てローラ７３０，７３１の中心間の距離（ｍｍ）から求めるための図である。図５は、ウェブローラ１本系における、当接部を示す図である。

本発明者が検討を行ったところ、クリーニングウェブＷ上のトナーの固形化を防止するには、クリーニングウェブＷ上に回収されたトナーの雰囲気温度をガラス転移点温度Ｔｇより高い温度にすれば良いことがわかった。

また、定着ローラ２１の表面温度ＴＲがＴＲ＝１６５℃に維持されている状態で、定着ローラ表面からの距離と雰囲気温度との関係は図２に示すような関係であり、定着ローラ表面からの距離が５．０ｍｍの位置で、雰囲気温度は８０℃となる。トナーのガラス転移点温度Ｔｇは約６０℃なので、定着ローラ２１の表面温度ＴＲがＴＲ＝１６５℃に維持されている状態で、定着ローラ表面からの距離が５．０ｍｍより小さければ、トナーの固形化を十分に防止することができる。

この結果から、押し当てローラが１本の構成では、図５に示すように、１本の押し当てローラによるクリーニングウェブＷの当接部分（図中のＭ）の離間距離が５．０ｍｍより小さいという設定にすればよい。

しかしながら、本実施の形態のように、クリーニングウェブＷの清掃性を向上させるために、押し当てローラを２本とする構成においては、次に示すような配慮が必要となる。

つまり、押し当てローラを２本有する構成においては、図３に示すように、２本の押し当てローラによって押圧される２箇所の部分（図中のＡ，Ｂ）の間に渡ってクリーニングウェブＷが定着ローラ２１に当接されるため、図中のＡ，Ｂ間の中点に当たるＣが、離間時の離間距離が最短となり、また、図中のＡ及びＢが離間時の離間距離が最長となる。

この最長の離間距離となるＡ及びＢでの離間距離が、押し当てローラ１本系の時と同様に５．０ｍｍより小さいという条件がまず必要となる。

また、離間時の離間距離が最短となる点Ｃの離間距離Ｌ_Ｓ については、ばらつきを考慮して、離間時にクリーニングウェブＷが定着ローラ２１表面に接触しない距離Ｌ_ＭＩＮ
以上に設定しておく必要がある。離間動作のばらつき及びクリーニングウェブＷのたるみ等を考慮すると、Ｌ_ＭＩＮ ＝２．０ｍｍとなり、本実施の形態では、Ｌ_Ｓ ＝Ｌ_ＭＩＮ ＝２．０ｍｍとなるように設定した。

よって、本実施の形態では、離間時の点Ｃにおける離間距離を２．０ｍｍとした時の、点Ａ及びＢの離間距離が５．０ｍｍより小さいという条件で、構成を設定している。この離間時の点Ｃにおける離間距離を２．０ｍｍとした時の、点Ａ及びＢの離間距離Ｌ_Ａ ＝Ｌ_Ｂ は、図３に示すように近似的に求めている。図中、Ｒは定着ローラ２１の半径（ｍｍ）、ｒは２本のウェブ押し当てローラの半径（ｍｍ）、ｄはウェブ押し当てローラ２本の中心間の距離（ｍｍ）を示している。また、離間時の離間距離が最短となる点Ｃの離間距離は２．０ｍｍとしている。

これから、点Ａ及びＢの離間距離Ｌ_Ａ ＝Ｌ_Ｂ は、定着ローラ２１の中心をＯとする
と、直角三角形ＯＡＣの関係で求められ、
Ｌ_Ａ ＝Ｌ_Ｂ ＝（（Ｒ＋２）^２＋（ｒ＋（ｄ−２ｒ）／２）^２）^１／２−Ｒ
となる。

また、最長の離間距離が５．０ｍｍより小さいという条件から
Ｌ_Ａ ＝Ｌ_Ｂ ＜５．０
となるので、
（（Ｒ＋２）^２＋（ｒ＋（ｄ−２ｒ）／２）^２）^１／２−Ｒ＜５．０ ・・・式（１）
という条件式を得る。

本実施の形態では、式（１）を満たすように定着ローラ２１の半径（ｍｍ）、２本のウェブ押し当てローラの半径（ｍｍ）、ウェブ押し当てローラ２本の中心間の距離（ｍｍ）を設定している。本実施の形態では、Ｒ＝４０ｍｍ、ｒ＝１１ｍｍ、ｄ＝２４ｍｍとしている。

以上説明したように、本実施の形態では、ウェブ押し当てローラ２本系おいて、離間時にクリーニングウェブＷの定着ローラ２１への当接面で、最長の離間距離となる部分で離間距離を５．０ｍｍより小さいという構成とし、当該当接面で、最長の離間距離となる部分（ウェブ離間時におけるウェブ当接部分の周方向においての最上流部や最下流部）での離間距離における雰囲気温度をトナーのガラス転移点温度Ｔｇ（℃）を上回る温度としたので、クリーニングウェブＷの当接面全面にわたり温度低下を防止することができ、固形化トナーによる定着ローラ傷を防止することが可能となる。

また、本実施の形態では、ウェブ押し当てローラ２本系で、かつ、ウェブ脱着方式の構成であるので、クリーニングウェブＷのクリーニング性が良好で、オフセットトナーが多い定着装置にも対応でき、また、クリーニングウェブＷを清掃時のみ定着ローラに当接させるので、定着ローラの摩耗が少なく、また、定着後の画像のオイル筋もなくすことができる。

（実施の形態２）
上述した実施の形態１では、クリーニングウェブＷは、シートＰが定着装置１を通過する時のみ定着ローラ２１表面に当接していたが、ジャム処理後の復帰シーケンスにおいてもクリーニングウェブＷを当接させても良い。

そして、ジャム処理後の復帰シーケンスにおいては、定着ローラの表面温度ＴＲがＴＲ＝１６５℃になった時点で、クリーニングウェブＷを当接させ、その後、所定時間だけ定着ローラ２１の空回転を行い、定着ローラ２１表面の清掃を行う。

この場合には、上述した実施の形態１で述べた効果の他に、ジャム処理後の復帰シーケンスにおいてもクリーニングウェブＷを当接させ、ジャム時に定着ローラに付着したトナーを清掃できるので、ジャム後に通紙されるシートＰのトナー汚れを防止することができる。

（実施の形態３）
さらに、ジャム処理後の復帰シーケンスに加えて、上述した実施の形態１に記したような定着装置を備えた画像形成装置本体の電源投入後の立ち上げシーケンス時にも、クリーニングウェブＷを当接させても良い。

そして、電源投入後の立ち上げシーケンスにおいては、上述した実施の形態２と同様に、定着ローラの表面温度ＴＲがＴＲ＝１６５℃になった時点で、クリーニングウェブＷを
当接させ、その後所定時間だけ定着ローラ２１の空回転を行い、定着ローラ２１表面の清掃を行う。

この場合には、上述した実施の形態２で述べた効果の他に、画像形成装置本体の電源投入後のシーケンスを、通常用とジャム処理後用との２種類に分ける必要がなくなり、シーケンスが単純にでき、本体のシーケンス制御の負荷を軽減できるという効果を有する。

本発明の実施の形態に係る定着装置を示す概略構成図である。 定着ローラの表面温度がＴＲ＝１６５℃に維持されている状態での、定着ローラ表面からの距離と雰囲気温度との関係を示す図である。 本発明の実施の形態に係る定着装置において、脱着時の離間距離を、定着ローラの半径（ｍｍ）、２本のウェブ押し当てローラの半径（ｍｍ）、ウェブ押し当てローラ２本の中心間の距離（ｍｍ）から求めるための図である。 本発明の実施の形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。 ウェブローラ１本系における、当接部を示す図である。

符号の説明

１ 加熱定着装置
１０ 画像形成装置
２１ 加熱定着ローラ
３０ 加圧ローラ
２５ 分離爪
２６ 内部ヒータ
７０５ ロール軸
７１０ クリーニングウェブ元巻き
７２０ 巻き取りロール軸
７３０，７３１ 押し当てローラ
Ｐ シート
Ｓ１ サーミスタ
Ｗ クリーニングウェブ

Claims (2)

1. 発熱手段を有する加熱定着ローラと、
   前記加熱定着ローラに当接して回転し、該加熱定着ローラの外周面を押圧することにより、該加熱定着ローラとニップ部を形成するように設けられた加圧部材と、
   を有し、
   前記ニップ部に、未定着の現像剤像を担持したシートを通過させることにより、該シート上の現像剤像を、所定の定着処理条件にて加熱及び加圧して該現像剤像を該シートに定着させる定着装置であって、
   前記加熱定着ローラの表面を清掃するクリーニング手段を有し、
   前記クリーニング手段は、清掃部材としてウェブを用いるウェブ方式のクリーニング手段であって、清掃時に該ウェブを該加熱定着ローラの表面に押し当てるウェブ押し当てローラを２本有し、さらに該クリーニング手段は該加熱定着ローラに対して接離可能となっている定着装置において、
   前記２本のウェブ押し当てローラの半径は等しく、かつ、該クリーニング手段の離間時に、該ウェブ上で、前記加熱定着ローラの表面との距離が最短となる最近接点での離間距離Ｌ_Ｓ（ｍｍ）が、
   Ｌ_ＭＩＮ≦Ｌ_Ｓ
   （但し、Ｌ_ＭＩＮは、ウェブ離間時に、該クリーニング手段の離間動作のばらつき及びウェブのたるみを考慮しても、ウェブが該加熱定着ローラの表面と接触しないための最低の離間距離（ｍｍ））
   を満たし、さらに、
   前記加熱定着ローラの半径Ｒ（ｍｍ）と、前記ウェブ押し当てローラの半径ｒ（ｍｍ）と、前記ウェブ押し当てローラ２本の中心間の距離ｄ（ｍｍ）とは、関係式
   （（Ｒ＋２）^２＋（ｒ＋（ｄ−２ｒ）／２）^２）^１／２−Ｒ＜Ｌ_ｇ
   （但し、Ｌ_ｇ（ｍｍ）は、該加熱定着ローラの表面温度が、上述の所定の定着処理条件に維持されている時に、該加熱定着ローラの表面からの距離で雰囲気温度がガラス転移点温度Ｔ_ｇ（℃）となる距離）
   を満たすことを特徴とする定着装置。
2. 像担持体上に形成された静電潜像を現像して得られた現像剤像をシートに転写する画像形成手段と、
   未定着の現像剤像を前記シートに定着させる請求項１に記載の定着装置と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。

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