JP2008058563A - 加圧部材、これを用いた定着装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着装置に用いる加圧部材を改良して装置の構成を簡単化し、記録媒体に大きな負荷をかけずに加熱手段からの記録媒体の分離性を向上させ、均一なニップを形成しやすくする。
【解決手段】無端状部材１０３内に配した保持部材１０１が凹部（穴）１０２を有し、付勢部材１０４は突起部１０５を有し、当接する際に凹凸係合することで当接面積を大きくする。保持部材１０１と付勢部材１０４がそれぞれ平面部分を有する部材であることにより、やはり当接面の面積を増やす。付勢部材１０４の保持部材１０１への押圧方向と保持部材１０１による圧接部材１０６への押圧方向が同じであるため、加熱ローラと無端状部材とのニップ部を十分に形成することができる。また付勢部材１０４の保持部材１０１への押圧をそのまま保持部材１０１が圧接部材１０６へと伝えて押圧でき、押圧のばらつきが起こりにくくなる。
【選択図】図６

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリまたはそれらの複合機においてトナー画像の熱定着に使用される定着装置とこれに用いる加圧部材、そしてこの加圧部材を備えた定着装置を有する画像形成装置に関する。

この種の加圧部材、定着装置、画像形成装置に関しては、種々の提案がされている（例えば特許文献１参照）。これら従来技術は、定着装置として表面が弾性変形する回転可能な加熱ローラに出口部を局所的に弾性変形させる加圧部材を圧接させ、ニップ部を形成し、その間に送り込まれる記録媒体上のトナー像を加圧及び加熱し、定着するベルトニップ方式である。

しかしながら、このベルトニップ方式の定着装置では、出口部の局所的な変形による速度差から画像ズレが生じやすく、さらに、加熱ローラの弾性層を硬質部材で押圧することで局所的に弾性層に歪を設け、曲率の小さいニップ形状を作ることから、用紙に与える負荷（ペーパーダメージ、及びカール量）が大きくなりやすい（例えば特許文献２参照）。

なお、ローラ／ローラ方式の場合、加圧ローラの端部芯金を押圧することでニップ部を形成することが知られている。一方、ベルトニップ方式の加圧部材において、無端状部材の寄りを防止する固定部材を押圧することが知られている。

特許第３２９８３５４号公報 特開２００５−１６４７２１号公報

本発明は、加熱手段と、加圧部材と、無端状部材を少なくとも備えた定着装置に用いる加圧部材、これを用いる定着装置、画像形成装置に関するが、前記の構成でニップを形成する際に、付勢部材が固定部材を押圧すると、固定部材と保持部材の間の取り付け誤差により、固定部材の押圧方向と保持部材の実際の押圧方向が異なる状態が生じる場合があり、ニップ部を十分に得ることができない。さらに付勢部材が直接固定部材に押圧するため、固定部材の破損のおそれがある。

ローラ／ローラ方式の場合、加圧ローラを押圧する際に加圧ローラ端部芯金の全周を押圧しているものが多いので、押圧方向と加圧ローラがニップ部に加圧する方向は同じであり、適正なニップを形成できるために問題にならなかったが、ベルトなどの無端状部材を用いる場合、押圧する際に固定部材と保持部材の間の取り付け誤差により、固定部材の押圧方向と保持部材の実際の押圧方向とが異なる場合があり、押圧方向のずれは画像形成に当たって大きな問題を引き起こしやすい。

また、ジャム時にニップ解除を行って用紙を取り除く際に、加圧部材の圧力を解除することが必要であるが、この圧解除機構を定着器に設けると、さらなるスペースと部品点数を考慮する必要があり、他の部品と機能を兼ねて省スペースかつ低コストにできないかという課題が生じる。

そこで本発明は、加熱手段と、加圧部材と、無端状部材を少なくとも備えた定着装置に用いる加圧部材、これを用いる定着装置、画像形成装置であって、装置の構成を簡単化し、記録媒体に大きな負荷をかけずに加熱手段からの記録媒体の分離性を向上させ、また押圧により加圧部材弾性層が均一なニップを形成し記録媒体上に形成される画質も向上させ得る発明を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る加圧部材は、弾性層と熱源を有する加熱手段と、無端状部材と、圧接部材とを有する加圧手段を備え、未定着のトナー像を担持した記録媒体を前記無端状部材によって搬送し、前記加熱手段で形成されるニップ部を通過させることで前記記録媒体上の未定着トナー像を定着させる定着装置に用いる加圧部材において、前記圧接部材を保持する保持部材の両端を直接に押圧付勢することを特徴とする。

同請求項２に係る加圧部材は、請求項１記載の加圧部材において、前記保持部材と前記付勢部材との当接面の関係が、
前記保持部材の幅（Ｈ１）≦前記付勢部材の当接面の幅（Ｈ２）
であることを特徴とする。

同請求項３に係る加圧部材は、請求項１または２記載の加圧部材において、前記付勢部材を前記保持部材の側面にも延設し、前記保持部材の側面から前記保持部材に当接する。

同請求項４に係る加圧部材は、請求項１から３のいずれかに記載の加圧部材において、前記保持部材が突起を有していることを特徴とする。

同請求項５に係る加圧部材は、請求項１から４のいずれかに記載の加圧部材において、前記付勢部材が突起を有していることを特徴とする。

同請求項６に係る加圧部材は、請求項１から５のいずれかに記載の加圧部材において、前記保持部材と前記付勢部材の当接面が各々平面であることを特徴とする。

同請求項７に係る加圧部材は、請求項１から６のいずれかに記載の加圧部材において、前記無端状部材の両端部に固定部材を備え、該固定部材は前記付勢部材が前記保持部材を加圧する部分に切欠きを有し、さらに外側に延伸していることを特徴とする。

同請求項８に係る加圧部材は、請求項１から７のいずれかに記載の加圧部材において、前記付勢部材と前記保持部材は互いの当接面を凹凸係合させるものであることを特徴とする。

同請求項９に係る加圧部材は、請求項１から８記載の加圧部材において、前記固定部材が前記付勢部材により加圧された前記保持部材により加圧される当接面を有することを特徴とする。

同請求項１０に係る加圧部材は、請求項１から９のいずれかに記載の加圧部材において、前記当接面にリブを備えることを特徴とする。

同請求項１１に係る加圧部材は、請求項７から１０のいずれかに記載の加圧部材において、前記固定部材の外側に延伸した部分を押圧するは圧解除部材を備えることを特徴とする。

同請求項１２に係る定着装置は、請求項１から１１のいずれかに記載の加圧部材を備えたことを特徴とする。

同請求項１３に係る画像形成装置は、請求項１２の定着装置を備えたことを特徴とする。

同請求項１４に係る画像形成装置は、異なる色のトナー像を形成する複数の現像手段と、前記現像手段のトナー像を表面に付着させる感光手段と、前記感光手段のトナー像を転写する中間転写手段と、前記中間転写手段のトナー像を記録媒体に転写する転写手段とを有し、前記請求項１２に記載の定着装置を備えたことを特徴とする。

本発明は、圧接部材を保持する保持部材の両端を直接に押圧付勢することで、ニップ部を十分に形成することができる。

以下本発明を実施するための最良の形態を、図に示す実施例を参照して説明する。

図１は、本発明の画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。この図により、本発明の画像形成装置の一実施形態の装置本体の概要、すなわち一般的な構成を説明する。

この画像形成装置１０には、図中矢印Ａ方向に回転する感光体１、感光体１の表面を帯電するスコロトロン帯電装置２、帯電された感光体１の表面を画像情報により変調された露光光Ｒで露光して感光体１上に静電潜像を形成するＲＯＳ（レーザ出力部）３、感光体１上の静電潜像をトナーで現像して感光体１上にトナー像を形成する現像装置４、感光体１上のトナー像を用紙Ｐに転写する転写装置５、用紙Ｐに転写されたトナー像を定着する定着装置６、用紙Ｐを収納する用紙トレイ７、感光体１の表面をクリーニングするクリーナ８、感光体１表面の残留電荷を除去する除電装置９を備えている。

次に、この図１を参照しながらこの画像形成装置における画像形成動作について説明する。
先ず、画像読取部（図示せず）で原稿から読み取られた原画像信号、あるいは外部のコンピュータ（図示せず）などで作成された原画像信号が画像処理部（図示せず）に入力し、適切な画像処理を行う。こうして得られた入力画像信号をＲＯＳ（レーザ出力部）３に入力し、レーザ光線Ｒを変調する。入力画像信号によって変調されたレーザ光線Ｒを、スコロトロン帯電装置２により一様帯電された感光体１の表面にラスタ照射する。感光体１表面にレーザ光線Ｒをラスタ照射すると、感光体１上には入力画像信号に対応した静電潜像が形成される。

感光体１上に形成された静電潜像は、現像装置４によりトナーで現像し、感光体１上にトナー像を形成する。感光体１上に形成したトナー像は、感光体１の図中矢印Ａ方向への回転に伴って、感光体１に対向して配置した転写装置５に向かって搬送される。

一方、用紙トレイ７に収納しておいた用紙Ｐを、感光体１と転写装置５との間のニップ部に向かって供給し、転写装置５により感光体１上のトナー像を用紙Ｐ上に転写する。用紙Ｐ上に転写したトナー像を、定着装置６によって、搬送してきた用紙Ｐに定着させ、所望の画像を得る。

トナー像の用紙Ｐ上への転写が終了した感光体１の表面に付着した残留トナーなどの付着物は、クリーナ８によりクリーニングし、さらに、感光体１の表面の残留電荷を除電装置９により除去し、１回の画像形成動作が終了する。

図２は、本発明の一実施形態を示す定着器の説明図である。図２において、１’は、加熱定着ローラであり、加熱定着ローラ１’は、表面被覆層２’と、弾性層３’と、芯金４’と、熱源６’を有し、駆動回転している。

また図中３２は記録媒体であり、３１は記録媒体３２の表面に付着した未定着トナーである。記録媒体３２は、図２の矢印方向に搬送する。記録媒体３２を挟んで、加圧手段が設けてある。

加圧手段は、加圧部材２１と、加圧部材２１を支持する支持部材２２と、加圧部材２１と支持部材２２を記録媒体３２側に加圧する加圧スプリング１１と、従動する無端状部材２３と無端状部材２３と加圧部材２１の間の摩擦を低減するための低摩擦部材２５と、無端状部材２３の搬送経路を規定するガイド２４を備えている。

図中２７は、無端状部材の２３と加圧部材２１の間の摩擦をさらに低減するための潤滑油を供給する潤滑油供給部材である。一般的に潤滑油はシリコンオイルもしくはフッ素オイルなどが含まれているものを使用する。

図中３３は、加熱ローラ１’と無端状部材２３とのニップ部を通過した後の記録媒体３２上の定着画像である。加熱定着ローラ１’の表面被覆層２’は、未定着トナー３１が付着しにくいようにＰＦＡ層などを用いる。また、弾性層３’としては、一般的にシリコンゴムやフッ素ゴムなどを用いている。シリコンゴムを用いた場合、耐膨潤性を向上させるためにフッ素層などをコートすることもある。

無端状部材２３は、ＰＦＡとポリイミドより形成してある。加圧部材２１は、加圧方向の面にフラットな加圧パッドを用いてあり、シリコンゴム又はフッ素ゴムのゴム層を有している。ここで記録媒体３２としては、カット紙などの用紙を挙げ得る。

図３に他の例を示す。図２と同じ部分には、同じ符号を付して説明する。記録媒体３２の未定着トナー３２の付着した画像面側に設けた５’は、無端状加熱部材である。また図中８’は、弾性層を有した加熱部材であり、９’は、加圧部材８’を支持する加圧支持部材である。図中６’は、熱源であり、７’は、無端状加熱部材５’を張架し、もしくは同時に加熱する加熱ローラである。熱量が足りない場合は、無端状加熱部材５’に外側から、加熱ローラを接触させて加熱することもできる。

なおこの例では、無端状加熱部材５’を駆動する駆動源は加熱ローラ７’であるが、熱源を持たない従動ローラを設けてそれに連結しても良い。図２のような加熱定着ローラ１’を用いる構成よりも、この構成は無端状加熱部材を用いるので、装置全体の大きさに、さほど影響なく、ニップ幅やニップ出口部の変形形状を調整することができる。なおこの構成の場合、加圧部材２１の幅を加熱部材８’の幅に比べて同等、もしくは小さく設定する必要がある。

次に本実施例の実験例を説明する。今回の実験において、ゴム硬度８Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）、弾性層ゴム永久歪４％、ゴム荷重方向厚さ４ｍｍの加圧部材を用いた定着装置に比べて、厚さを２ｍｍに変更することで、分離性能が良くなることが確認できた。また、加熱定着ローラ側の弾性層のゴム永久歪が大きい場合、加熱定着ローラ表面形状が局所的に変形し、画像の光沢ムラ等の画像劣化を起こす原因となる。ゴム永久歪が５％以上の場合、光沢ムラが目立ち、ゴム永久歪４％以下が望ましいことが分かっている。さらに、ニップ出口後の加熱定着ローラ表面と用紙表面とのクリアランスが大きいと用紙は分離しやすいと言う考えから、加熱定着ローラの外径もこのクリアランスを決めるパラメータの一つであることが分かる。加熱定着ローラ外径がφ２８ｍｍ以上の場合、分離性能が低下するのが確認できている。従って、加熱定着ローラ外径はφ２８ｍｍ以下が望ましい。さらに、加熱定着ローラの弾性層の厚さも、加熱定着ローラ表面と用紙表面とのクリアランスを決めるパラメータのひとつであることが分かる。ゴム厚さが０．８ｍｍ以下の場合、分離性能が低下することが分かっている。これは加熱定着ローラ弾性層の厚さが薄くなるにつれ、変形量が小さくなり、ニップ出口部の用紙突出姿勢を適正な状態に出来ないためと考える。従って、加熱定着ローラの弾性層の厚さは０．８ｍｍ以上が望ましい。同じく、加熱定着ローラの弾性層のゴム硬度も、分離時のクリアランスを決めるパラメータのひとつであることが分かる。ゴム硬度が８Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）以上の場合、分離性能が低下することが分かっている。これは加熱定着ローラ弾性層の硬度が高くなるにつれ、変形量が小さくなり、ニップ出口部の用紙突出姿勢を適正な状態に出来ないためと考える。従って、加熱定着ローラの弾性層のゴム硬度は８Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）以下が望ましい。さらに、加圧部材のゴム永久歪が大きい場合、ニップ形状の経時的変形が起き、定着特性及び分離特性が不安定になる可能性がある。加圧部材のゴム永久歪が５％以上の場合、１００時間以上の加熱空転後の分離特性が低下することが確認できた。従って、加圧部材のゴム永久歪４％以下が望ましいことが分かっている。

図４は、本実施例で用いた固定部材１００を横から見て示す図である。固定部材１００はＡ、Ｂ、Ｃの３つの部分からなり、Ａ部分が後述する保持部材と接触し、加圧部材を形成する。Ｂ部分は無端状部材の寄り止めを防止するための機能を有している。また、Ｃ部分はニップ部の圧力解除を行う際に必要な部分である。また固定部材１００はＢ部分とＣ部分の間に切り欠きが設けてあり、この部分で後述する付勢部材が直接に保持部材を押圧して最適なニップを形成できるようにしている。

図５は図４の固定部材１００を保持部材と接する面からみた図である。Ａ部分はリブを有しており、これにより固定部材１００と保持部材との固定を強くして、これも後述する付勢部材が保持部材への押圧方向と加圧部材がニップ部への押圧方向が同じ方向となるようにして、ズレが生じにくくしてある。

図６は本発明の一実施形態に係る加圧部材を保持部材１０１と固定部材１００と付勢部材１０４とに分解した図である。無端状部材１０３内に配した保持部材１０１は凹部（穴）１０２を有し、付勢部材１０４は突起部１０５を有することにより、それぞれで当接する際に凹凸係合することで当接面積を大きくしてある。これは、逆に保持部材１０１が凸部をもち、付勢部材１０４が凹部を有する構成であってもよい。また、保持部材１０１と付勢部材１０４がそれぞれ平面部分を有する部材であることにより、やはり当接面の面積を増やしている。図中１０６は図２、図３の加圧部材２１に相当する圧接部材である。

すなわち本実施例では、付勢部材１０４の保持部材１０１への押圧方向と保持部材１０１による圧接部材１０６への押圧方向が同じであるため、図２、図３の例で示した加熱ローラ１’と無端状部材２３とのニップ部を十分に形成することができる。また付勢部材１０４の保持部材１０１への押圧をそのまま保持部材１０１が圧接部材１０６へと伝えて押圧でき、押圧のばらつきが起こりにくくなる。

また、付勢部材１０４と保持部材１０１との当接面積が増えるため、付勢部材１０４の保持部材１０１への押圧方向がぶれることを防いで、押圧のばらつきを起こしにくくできる。そして、保持部材１０１が凹部１０２あるいは突部を有することにより、保持部材１０１と付勢部材１０４との密接が良くなり、さらに押圧のばらつきが起きにくい。そして、付勢部材１０４が保持部材１０１を直接押圧することにより、固定部材１００を破損させることを無くせる。

また固定部材１００と保持部材１０１との当接面を有することで、付勢部材１０４の位置決め及び無端状部材１０３の左右の寄りをなくし、安定したニップ部を形成できる。固定部材１００の面精度誤差による保持部材の傾きも防止できる。

圧解除には固定部材１００の付勢部材１０４を用いるため、圧解除用に部品を増やす必要がなく、省スペースで定着ユニットを構成できる。また固定部材１００が無端状部材１０３の左右への寄りを防止し、かつ圧解除も兼ねているため、さらに省スペースな定着装置にできる。

電子写真方式の画像形成装置の一例の説明図である。 本発明の実施対象となる定着装置の一例の説明図である。 同他のタイプの定着装置の説明図である。 本発明の一実施形態を示す固定部材の横から見て示す図である。 図４の固定部材の保持部材と接する面からみた図である。 図４、図５の保持部材と固定部材と付勢部材の構成を示す分解斜視図である。

符号の説明

１：感光体
２：スコロトロン帯電装置
３：ＲＯＳ（レーザ出力部）
４：現像装置
５：転写装置
６：定着装置
７：用紙トレイ
８：クリーナ
９：除電装置
１０：画像形成装置
１‘：加圧定着ローラ
２’：表面被覆層
３‘：弾性層
４’：芯金
５‘：無端状加熱部材
６‘：熱源
７’：加熱ローラ
８‘：加圧部材
９’：加圧支持部材
２１：加圧部材
２２：支持部材
２３：無端状部材
２４：ガイド
３１：未定着トナー
３２：記録媒体
１００：固定部材
１０１：保持部材
１０２：凹部（穴）
１０３：無端状部材
１０４：付勢部材
１０５：突起部
１０６：圧接部材

Claims (14)

1. 弾性層と熱源を有する加熱手段と、無端状部材と、圧接部材とを有する加圧手段を備え、未定着のトナー像を担持した記録媒体を前記無端状部材によって搬送し、前記加熱手段で形成されるニップ部を通過させることで前記記録媒体上の未定着トナー像を定着させる定着装置に用いる加圧部材において、前記圧接部材を保持する保持部材の両端を直接に押圧付勢することを特徴とする加圧部材。
2. 請求項１記載の加圧部材において、前記保持部材と前記付勢部材との当接面の関係が、
   前記保持部材の幅（Ｈ１）≦前記付勢部材の当接面の幅（Ｈ２）
   であることを特徴とする加圧部材。
3. 請求項１または２記載の加圧部材において、前記付勢部材を前記保持部材の側面にも延設し、前記保持部材の側面から前記保持部材に当接する加圧部材。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の加圧部材において、前記保持部材が突起を有していることを特徴とする加圧部材。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の加圧部材において、前記付勢部材が突起を有していることを特徴とする加圧部材。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の加圧部材において、前記保持部材と前記付勢部材の当接面が各々平面であることを特徴とする加圧部材。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の加圧部材において、前記無端状部材の両端部に固定部材を備え、該固定部材は前記付勢部材が前記保持部材を加圧する部分に切欠きを有し、さらに外側に延伸していることを特徴とする加圧部材。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の加圧部材において、前記付勢部材と前記保持部材は互いの当接面を凹凸係合させるものであることを特徴とする加圧部材。
9. 請求項１から８記載の加圧部材において、前記固定部材が前記付勢部材により加圧された前記保持部材により加圧される当接面を有することを特徴とする加圧部材。
10. 請求項１から９のいずれかに記載の加圧部材において、前記当接面にリブを備えることを特徴とする加圧部材。
11. 請求項７から１０のいずれかに記載の加圧部材において、前記固定部材の外側に延伸した部分を押圧するは圧解除部材を備えることを特徴とする加圧部材。
12. 請求項１から１１のいずれかに記載の加圧部材を備えたことを特徴とする定着装置。
13. 請求項１２の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
14. 異なる色のトナー像を形成する複数の現像手段と、前記現像手段のトナー像を表面に付着させる感光手段と、前記感光手段のトナー像を転写する中間転写手段と、前記中間転写手段のトナー像を記録媒体に転写する転写手段とを有し、前記請求項１２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。