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JP2012093638A - 定着装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

定着装置及びこれを用いた画像形成装置 Download PDF

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JP2012093638A JP2010242444A JP2010242444A JP2012093638A JP 2012093638 A JP2012093638 A JP 2012093638A JP 2010242444 A JP2010242444 A JP 2010242444A JP 2010242444 A JP2010242444 A JP 2010242444A JP 2012093638 A JP2012093638 A JP 2012093638A
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Abstract

【課題】帯状加熱回転体と加圧回転体との間に記録材を挟持搬送し、広い領域の定着域を確保する上で加圧回転体に対し複数の部材を対向配置した態様で、加熱回転体と記録材との間のずれに起因する像乱れを防止する。
【解決手段】少なくとも一部に弾性層1aを有する帯状加熱回転体1と、少なくとも一部に弾性層2aを有し且つ記録材6上の未定着トナー像Tを加熱加圧定着する加圧回転体2と、加圧回転体2との間にて加熱回転体1上の記録材6を挟持搬送する対向回転体3と、対向回転体3と加圧回転体2との間の第1の接触域Nの下流側に隣接して接触配置され、加熱回転体1が加圧回転体2側に接触配置された後に加圧回転体2表面から方向変更する屈曲形状になるように、加熱回転体1を押圧する押圧部材4と、を備え、加熱回転体1のうち、第1の接触域Nよりも押圧部材4と加圧回転体2との間の第2の接触域Nを記録材6の搬送方向に対し狭く設定する。
【選択図】図1

Description

本発明は、定着装置及びこれを用いた画像形成装置に関する。
従来における定着装置としては例えば特許文献1〜5に記載のものが既に提案されている。
特許文献1は、一対の定着ローラの一方の定着ローラに加熱装置を設けると共に、この定着ローラよりも周長の長い可撓性の定着用ベルトをその定着用ローラの外周に設け、定着用ベルトを介して一対の定着用ローラを圧接させたニップ部分よりも記録媒体の送り方向下流側において定着用ベルトにたるみ部を形成し、このたるみ部を他方の定着ローラの外周面に接触させた技術である。
特許文献2は、定着ローラと定着ベルトと加圧ローラとを備え、定着ローラの硬度を低くし、且つ、定着ベルトの曲げ剛性の低いものとし、定着ベルトはニップ部の出口の定着ローラの形状に倣うため、ニップ部の出口の曲率を小さくしている。これにより、用紙の腰を利用して用紙を容易に分離する技術である。
特許文献3は、加熱ローラと巻掛ローラとの間に定着ベルトを架設し、加圧ローラを定着ベルトを介して巻掛ローラに付勢し、加圧ローラと定着ベルトとの間の定着ニップ部の下流側において、巻掛ローラに向けて付勢される補助ローラを設け、押圧すると巻掛ローラの接触部表面は凹み、定着ベルトは定着ニップ部と補助ローラの接触部との間で巻掛ローラの表面から離れると共に曲率の大きな湾曲部を形成し、この湾曲部で記録媒体を定着ベルトから剥離する技術である。
特許文献4は、定着ローラと、張架ローラと、両者間に張設された無端状の定着ベルトと、定着ベルトの外側に配設され、定着ローラに圧接される加圧ローラと、定着ベルトの内側に設けられ、加圧ローラが定着ローラに圧接させられる圧接部より下流側において、加圧ローラを圧接させるための押圧部材とを有し、ニップ幅を大きくすることができ、ニップ部の出口側における定着ベルトの曲率を大きくする技術である。
特許文献5は、定着ロールと張架ロールとによって定着ベルトが張架された定着ベルトモジュールと、定着ベルトモジュールに押圧するように配置されて、定着ベルトモジュールとの間にニップ部を形成する加圧ベルトモジュールとを備え、定着ベルトモジュールは、ニップ部を離れた記録材搬送方向下流側にて定着ベルト内側から支持するように配設されると共に、定着ベルトの進行方向を屈曲させる剥離パッドとを有している技術である。
特開2002−207380号公報(発明の実施の形態,図2) 特開2002−268436号公報(発明の実施の形態,図1) 特開2003−330310号公報(発明の実施の形態,図1) 特開2005−234103号公報(発明を実施するための最良の形態,図1) 特開2006−243471号公報(発明を実施するための最良の形態,図2)
本発明の技術的課題は、帯状加熱回転体と加圧回転体との間に記録材を挟持搬送し、広い領域の定着域を確保する上で加圧回転体に対し複数の部材を対向配置した態様で、加熱回転体と記録材との間のずれに起因する像乱れを防止することが可能な定着装置及びこれを用いた画像形成装置を提供するものである。
請求項1に係る発明は、少なくとも一部に弾性層を有し且つ加熱されて回転する帯状加熱回転体と、この加熱回転体の表面に加圧接触されて加熱回転体と共に転動し、少なくとも一部に弾性層を有し且つ記録材上の未定着トナー像を加熱加圧定着する加圧回転体と、この加圧回転体に対向する前記加熱回転体の裏面に接触配置されて前記加熱回転体と共に回転し且つ前記加圧回転体との間にて前記加熱回転体上の記録材を挟持搬送する対向回転体と、前記加熱回転体の移動方向に交差する幅方向に沿って長く延びるように設けられ且つ前記加熱回転体の裏面のうち前記対向回転体と前記加圧回転体との間の第1の接触域の下流側に隣接して接触配置され、前記加熱回転体が前記加圧回転体側に接触配置された後に前記加圧回転体表面から方向変更する屈曲形状になるように、前記加熱回転体を押圧する押圧部材と、を備え、前記加熱回転体のうち、対向回転体と加圧回転体との間の第1の接触域よりも前記押圧部材と加圧回転体との間の第2の接触域を記録材の搬送方向に対し狭く設定することを特徴とする定着装置である。
請求項2に係る発明は、請求項1に係る定着装置において、前記第1の接触域における加圧回転体に対する対向回転体の最大食い込み量に比べて前記第2の接触域における加熱回転体に対する押圧部材の最大食い込み量を小さく設定することを特徴とする定着装置である。
請求項3に係る発明は、請求項1又は2に係る定着装置において、前記第1の接触域における加圧加熱体と対向回転体との間のピーク圧力に比べて前記第2の接触域における加熱回転体と押圧部材との間のピーク圧力を小さく設定することを特徴とする定着装置である。
請求項4に係る発明は、請求項1ないし3いずれかに係る定着装置において、前記押圧部材の加圧回転体側に設けられ且つ前記加熱回転体の屈曲形状角部が前記加圧回転体に食い込むように加熱回転体が案内される案内部を備えていることを特徴とする定着装置である。
請求項5に係る発明は、請求項1ないし4いずれかに係る定着装置において、前記押圧部材の加圧回転体側の面に設けられ且つ前記押圧部材の長手方向における中央部から端部に向かうに従い前記面が前記加圧回転体から離れるように形成され、前記加圧回転体に対して加熱回転体を加圧する加圧部を備えていることを特徴とする定着装置である。
請求項6に係る発明は、請求項1ないし5いずれかに係る定着装置において、前記押圧部材の前記加圧回転体側で且つ前記加熱回転体と前記加圧回転体との第1の接触域側に設けられ、加熱回転体の移動方向に交差する交差方向に対し中央部が両端部よりも前記第1の接触域側に向かって凸状に突出する突出部を備えていることを特徴とする定着装置である。
請求項7に係る発明は、請求項1ないし6いずれかに係る定着装置において、前記対向回転体は加熱源を有することを特徴とする定着装置である。
請求項8に係る発明は、記録材上に未定着トナー像を形成する作像装置と、この作像装置にて形成された記録材上の未定着トナー像を加熱加圧定着する請求項1ないし7いずれかに係る定着装置とを備えたことを特徴とする画像形成装置である。
請求項1に係る発明によれば、帯状加熱回転体と加圧回転体との間に記録材を挟持搬送し、広い領域の定着域を確保する上で加圧回転体に対し複数の部材を対向配置した態様で、加熱回転体と記録材との間のずれに起因する像乱れを防止することができる。
請求項2に係る発明によれば、記録材の定着域での経路が略S字状の経路で、定着域の第2の接触域において、加熱回転体と記録材との間のずれの要因となる剪断力が発生し易いとしても、加熱回転体と記録材との間のずれに起因する像乱れを有効に防止することができる。
請求項3に係る発明によれば、本構成を有さない態様に比べて、定着域の第2の接触域において、加熱回転体と記録材との間のずれの要因となる剪断力を低減でき、その分、加熱回転体と記録材との間のずれに起因する像乱れを有効に防止することができる。
請求項4に係る発明によれば、押圧部材による第2の接触域を確保すると共に、加熱回転体と加圧回転体との接触域を通過する記録材を、加熱回転体から確実に剥離することができる。
請求項5に係る発明によれば、加熱回転体と加圧回転体との接触域を通過する記録材を、加熱回転体から剥離するに当たり、記録材に対する剥離部位での加圧分布をより良好に保つことができる。
請求項6に係る発明によれば、本構成を有さない態様に比べて、加熱回転体から記録材を剥離するに当たり、記録材に対する剥離部位での加圧分布をより良好に保つことができる。
請求項7に係る発明によれば、定着域への加熱効率を向上させることができる。
請求項8に係る発明によれば、帯状加熱回転体と加圧回転体との間に記録材を挟持搬送し、広い領域の定着域を確保する上で加圧回転体に対し複数の部材を対向配置した態様で、加熱回転体と記録材との間のずれに起因する像乱れを防止することが可能な定着装置を備えた画像形成装置を構築することができる。
(a)は本発明が適用される定着装置の実施の形態の概要を示す説明図、(b)はその定着域の状態を模式的に示す説明図である。 実施の形態1に係る画像形成装置の全体構成を示す説明図である。 実施の形態1で用いられる定着装置の詳細を示す説明図である。 実施の形態1で用いられる定着装置の定着域周辺構造を示す説明図である。 (a)は押圧パッドを示す斜視図、(b)は(a)中B方向から見た矢視図である。尚、図中、符号x,y,zは空間の3軸(x軸、y軸、z軸)方向を示す。 (a)は押圧パッドの一要素である剥離部材の斜視図、(b)は(a)中B方向から見た矢視図、(c)は(b)中C方向から見た矢視図、(d)は(a)中D−D線に相当する断面図、(e)は比較の形態に係る剥離部材を示す斜視図である。尚、図中、符号x,y,zは空間の3軸(x軸、y軸、z軸)方向を示す。 (a)は押圧パッドの取付構造の一例を示す説明図、(b)は押圧パッドの取付構造の他の例を示す説明図である。 (a)は実施の形態1で用いられる定着装置の定着域の状態を模式的に示す説明図、(b)は定着域におけるプロセス方向位置と圧力との関係を示す説明図である。 実施の形態1で用いられる定着装置の定着域における定着ベルトと用紙との間で生ずるずれ現象を模式的に示す説明図である。 実施の形態1で用いられる定着装置の定着域における用紙の挙動を解析した説明図である。 (a)は押圧パッドと加圧ロールとの相対位置関係を模式的に示す説明図、(b)は押圧パッドのプロセス方向位置と圧力との関係を示す説明図である。 (a)は加圧ロールに対し押圧パッドを食い込ませない比較の形態の概要を示す説明図、(b)は(a)中のB部を拡大した説明図、(c)は(b)中の無加圧領域で生ずる現象を模式的に示す説明図である。 (a)は定着装置を上方から見たレイアウトを模式的に示す説明図、(b)は加圧領域が平面状である押圧パッドを用いた態様の定着ニップ域の圧力分布を模式的に示す説明図、(c)は加圧部が付加された押圧パッドを用いた態様の定着ニップ域の圧力分布を模式的に示す説明図である。 (a)は突出部が付加された押圧パッドを用いた態様の圧力分布を模式的に示す説明図、(b)は突出部がない押圧パッドを用いた態様の圧力分布を模式的に示す説明図である。 (a)は定着域を通過する用紙の搬送状態の一例を示す説明図、(b)は実施の形態1において、突出部が付加された押圧パッドを用いた態様による用紙への作用を示す説明図、(c)は突出部の先端湾曲縁の曲率を変化させた態様による用紙への作用の変化を示す説明図である。 (a)は実施例1に係る定着装置の定着域でのニップ圧力分布を示すグラフ図、(b)は比較例に係る定着装置の定着域でのニップ圧力分布を示すグラフ図である。 実施例2に係る定着装置を用いて押圧パッドの幅寸法とカラーノイズとの関係を調べたグラフ図である。 実施例3に係る定着装置を用いて画像濃度とカラーノイズとの関係を調べたグラフ図である。
◎実施の形態の概要
図1(a)は本発明が適用される定着装置の実施の形態の概要を示す説明図であり、この種の定着装置は例えば電子写真方式を採用した画像形成装置などに用いられる。尚、図1(b)は定着装置の定着域の詳細を示す。
この場合、画像形成装置は、記録材上に未定着トナー像を形成するトナー像作製装置と、このトナー像作製装置にて作製された記録材上の未定着トナー像を定着する定着装置と、を備えるものである。
同図において、定着装置は、図1(a)(b)に示すように、少なくとも一部に弾性層1aを有し且つ加熱されて回転する帯状加熱回転体1と、この加熱回転体1の表面に加圧接触されて加熱回転体1と共に転動し、少なくとも一部に弾性層2aを有し且つ記録材6上の未定着トナー像Tを加熱加圧定着する加圧回転体2と、この加圧回転体2に対向する前記加熱回転体1の裏面に接触配置されて前記加熱回転体1と共に回転し且つ前記加圧回転体2との間にて前記加熱回転体1上の記録材6を挟持搬送する対向回転体3と、前記加熱回転体1の移動方向に交差する幅方向に沿って長く延びるように設けられ且つ前記加熱回転体1の裏面のうち前記対向回転体3と前記加圧回転体2との間の第1の接触域Nの下流側に隣接して接触配置され、前記加熱回転体1が前記加圧回転体2側に接触配置された後に前記加圧回転体2表面から方向変更する屈曲形状になるように、前記加熱回転体1を押圧する押圧部材4と、を備え、前記加熱回転体1のうち、対向回転体3と加圧回転体2との間の第1の接触域Nよりも前記押圧部材4と加圧回転体2との間の第2の接触域Nを記録材6の搬送方向に対し狭く設定するものである。
尚、図1(a)において、符号5は加圧回転体2との間で加熱回転体1を挟持搬送すると共に前記加熱回転体1を加熱する加熱源であり、図1(a)では対向回転体3に内蔵されているが、加熱回転体1を加熱する方式はこれに限られるものではなく、例えば対向回転体3の表面に加熱源を付加するようにしたり、加熱回転体1を張架搬送する他の張架部材や加熱回転体1に接触又は非接触配置される加熱部材を加熱源としてもよいことは勿論である。
このような技術的手段において、帯状加熱回転体1は加熱源5にて加熱された帯状の回転体であればよく、少なくとも対向回転体3に掛け渡されて回転駆動される態様や、あるいは、対向回転体3以外に適宜数の張架部材にて掛け渡し、対向回転体3又は張架部材のいずれかを駆動源として回転駆動するようにしてもよい。
また、加熱回転体1の加熱源5としては加熱回転体1の表面又は裏面から加熱するものでもよいし、また、加熱回転体1自体に加熱源自体あるいは加熱源の一部を組み込むもの(例えば加熱回転体1内に磁束変化にて発熱する銅等の金属薄層を設けておき、これに対し磁束生成装置にて生成した磁束を及ばすようにする態様)でもよい。
更に、加圧回転体2と加熱回転体1との間で記録材6を挟持搬送するという点からすれば、加圧回転体2は加熱回転体1と共に転動することを要する。
ここで、加圧回転体2の弾性層2aが加熱回転体1の弾性層1aよりも弾性率が低い(弾性変形し易い)場合には、加熱回転体1は対向回転体3と加圧回転体2との間で加圧回転体2側に食い込む経路を経て移動する。
また、押圧部材4としては、予め決められた支持部位に支持される被支持部材と、この被支持部材の加熱回転体1との接触面に沿って設けられて屈曲形状角部にて記録材6を剥離する剥離部材とを有する態様や、加熱回転体1が保持可能な保持部材に対し支持部材を介して固定的に支持する態様など適宜選定して差し支えない。
また、本実施の形態では、第1の接触域Nと第2の接触域Nとの記録材6の搬送方向に対する寸法関係が特定されている。
つまり、本実施の形態では、第1の接触域N>第2の接触域Nであることから、記録材6の定着域経路として、第1の接触域N、第2の接触域N及び両者間の非接触域Nによる経路が得られる。
このとき、第1の接触域Nと第2の接触域Nとでは、曲率、方向変化により、第2の接触域Nにおいて加熱回転体1と記録材6との間に剪断力が働き、歪みが発生する懸念がある。この状態において、第2の接触域Nでは、記録材6の搬送方向に沿って入口部よりも出口部の方が歪みが大きくなる傾向にあるが、本例では、第2の接触域Nが第1の接触域Nに比べて狭いため、加熱回転体1の弾性層1aが前記歪みを吸収する。
この点、第1の接触域N以上に第2の接触域Nが広くなると、第2の接触域Nの後半では加熱回転体1の弾性層1aが前記歪みを吸収しきれず、加熱回転体1と記録材6との間にずれを生じる虞れがある。
次に、本実施の形態の代表的態様又は好ましい態様について説明する。
先ず、加圧回転体2に対する対向回転体3、押圧部材4の食い込み量については、図1(b)に示すように、第1の接触域Nにおける加圧回転体2に対する対向回転体3の最大食い込み量hに比べて前記第2の接触域Nにおける加熱回転体1に対する押圧部材4の最大食い込み量hを小さく設定することが好ましい。
本態様では、このような食い込み量に設定すると、記録材6の定着域経路として、第1の接触域N、第2の接触域N及び両者間の非接触域Nによる略S字状の経路が得られる。この略S字状の経路では、第1の接触域Nと第2の接触域Nとにおいて、曲率、方向変化が大きいことから、加熱回転体1と記録材6との間に剪断力が働き、歪みが発生し易い。ところが、本態様の場合、第2の接触域Nでは、押圧部材4による最大食い込み量hを小さくするため、押圧部材4による押圧力が小さくなり、その分、ずれの要因となる剪断力自体を小さくすることができる。
また、両方の接触域N,Nの好ましい圧力条件としては、図1(b)に示すように、第1の接触域Nにおける加熱回転体1と対向回転体3との間のピーク圧力pに比べて前記第2の接触域Nにおける加熱回転体1と押圧部材4との間のピーク圧力pを小さく設定することが挙げられる。このような関係でピーク圧力を設定すると、定着域の第2の接触域Nにおいて、ピーク圧力pが小さくなる分、押圧部材4による押圧力を低減させることが可能になり、加熱回転体1と記録材6との間に生ずる剪断力を低減させることが可能である。
更に、押圧部材4の好ましい態様としては、押圧部材4の加圧回転体2側に設けられ且つ前記加熱回転体1の屈曲形状角部が前記加圧回転体2に食い込むように加熱回転体1が案内される案内部(図示せず)を備えている態様が挙げられる。この態様では、案内部は、加圧回転体2に対して加熱回転体1の屈曲形状角部が埋没するように食い込むものであれば適宜選定して差し支えない。
また、押圧部材4の好ましい別の態様としては、押圧部材4の加圧回転体2側の面に設けられ且つ前記押圧部材4の長手方向における中央部から端部に向かうに従い前記面が前記加圧回転体2から離れるように形成され、前記加圧回転体2に対して加熱回転体1を加圧する加圧部(図示せず)を備えている態様が挙げられる。このとき、押圧部材4の中央部に対応する記録材6に対する剥離部位での加圧分布が増加することになり、押圧部材4の弛み等に伴う中央部での加圧不足は解消される。
また、記録材6の剥離部位での加圧分布を良好に保つという観点から、押圧部材4の好ましい別の態様としては、押圧部材4の加圧回転体2側で且つ前記加熱回転体1と前記加圧回転体2との第1の接触域N側に設けられ、加熱回転体1の移動方向に交差する交差方向に対し中央部が両端部よりも前記第1の接触域N側に向かって凸状に突出する突出部(図示せず)を備えている態様が挙げられる。ここでいう突出部は必ずしも湾曲状であることを要しない。山片状に突出したものでもよいし、中央部が突出したものであれば適宜選定して差し支えない。
上述した定着装置は画像形成装置の一構成要素として用いられる。
つまり、画像形成装置は、記録材6上に未定着トナー像Tを形成する作像装置(図示せず)と、この作像装置にて形成された記録材6上の未定着トナー像Tを加熱加圧定着する上述した定着装置とを備えていればよい。
ここで、作像装置としては、トナーを用いて記録材6上に未定着トナー像Tを形成するものであれば、電子写真方式や静電記録方式など適宜選定して差し支えない。
◎実施の形態1
<画像形成装置>
図2は本発明が適用される画像形成装置の実施の形態1を示す説明図である。
同図において、画像形成装置20は、所謂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り、電子写真方式により各色成分(本例ではイエロ(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の四色)のトナー像が形成される複数の画像形成部22(22a〜22d)を有し、各画像形成部22に対応した箇所にはベルト状の中間転写体23を配設すると共に、各画像形成部22に対応した中間転写体23の背面には一次転写器24(例えば一次転写ロール)を配設し、更に、中間転写体23の一部には、各画像形成部22から中間転写体23に一次転写器24にて一次転写された各色成分トナー像が記録材としての用紙Pに二次転写される二次転写器(例えば二次転写ロール)25を配設し、各色成分トナー像が転写された用紙Pの搬送方向下流側には定着装置60を配設し、用紙P上の未定着トナー像を定着させるものである。
ここで、各画像形成部22は、予め決められた方向に回転するドラム状の感光体30を有し、この感光体30の周囲には、感光体30を帯電する帯電器31、この帯電器31にて帯電された感光体30上に静電潜像を書き込むレーザ走査装置などの露光器32と、この露光器32にて感光体30上に書き込まれた静電潜像に対応する色トナーにて現像する現像器33と、この現像器33にて現像されたトナー像が前記一次転写器24にて中間転写体23上に一次転写された後の感光体30上の残留物を清掃する清掃器34とを備えたものである。
また、中間転写体23は、複数の張架ロール41〜45に掛け渡されており、例えば張架ロール41を駆動ロールとして予め決められた方向に沿って循環回転するようになっている。また、張架ロール44は二次転写器25としての二次転写ロールの対向ロールを兼用し、二次転写ロールと対向ロールとの間に二次転写に必要な二次転写電界を生成するようになっている。更に、張架ロール45に対応する中間転写体23の表面には中間転写清掃器46が配設されている。
更に、中間転写体23の下方には用紙供給装置50が設けられ、この用紙供給装置50から供給された用紙Pは二次転写器25を経て定着装置60に至る搬送経路51に沿って搬送されるようになっている。尚、搬送経路51には、適宜数の搬送ロール52や、二次転写器25から定着装置60へ搬送する搬送ベルト53、更には、二次転写器25による二次転写部位、定着装置60の定着部位へ用紙Pを案内する案内板54,55や、図示外の用紙排出部に用紙Pを排出するための排出ロール56等が設けられている。
<定着装置>
次に、本実施の形態で用いられる定着装置60について図3及び図4を用いて説明する。
同図において、定着装置60は、複数の張架ロール61〜65に掛け渡されて加熱されながら循環移動する定着ベルト66と、この定着ベルト66の張架ロール61〜65の一つを対向ロール(本例では61)とし、この対向ロール61との間で定着ベルト66を加圧搬送する加圧ロール67と、定着ベルト66の内側で対向ロール61と加圧ロール67との間のニップ域(第1の接触域)Nの下流側に設けられ、前記ニップ域Nを通過した用紙を更にニップ搬送した後に剥離する剥離装置70とを備えている。
ここで、本例では、張架ロールを兼用する対向ロール61はハロゲンランプ等の熱源61aを有しており、図示外の駆動モータからの駆動力にて駆動回転するようになっている。また、この対向ロール61、張架ロール62,64及び65は定着ベルト66の内側に配置され、張架ロール63は張架ロール62,64の間の定着ベルト66の外側に配置されている。
尚、本例では、対向ロール61は熱源61aを有する構成になっているが、これに加えて、あるいは、これとは別に、張架ロール62〜65の一部については、必要に応じて例えば熱源61aを有する補助加熱ロールを兼用してもよい。
そして、本例では、対向ロール61は、例えばアルミニウムからなる円筒状の芯金の表面に例えばフッ素樹脂などの保護層を被覆したものである。また、加圧ロール67は例えばアルミニウム製の芯金を基体67aとし、この基体67a上にシリコーンゴム等の弾性層67b、更にはPFAチューブなどの離型層67cを積層したものである。更に、定着ベルト66としては適宜選定して差し支えないが、例えばポリイミド樹脂等の基層66aを有し、この基層66aの表面側にシリコーンゴム等の弾性層66b、更にはPFAチューブからなる離型層66cを積層したものである。尚、各張架ロール62〜65は例えばアルミニウム製の金属ロールである。
<剥離装置>
−押圧パッド−
本実施の形態において、図4に示すように、剥離装置70は、定着ベルト66の移動方向に交差する幅方向に沿って長く延びるように設けられ、定着ベルト66が加圧ロール67側に接触配置された後に加圧ロール67表面から方向変更する形状になるように定着ベルト66を押圧する押圧パッド71を備えている。
本例では、押圧パッド71は、図4及び図5(a)(b)に示すように、例えば炭素鋼鋼材等の金属やセラミックス等の剛体にて形成され且つ予め決められた支持部位に支持される被支持部材72と、この被支持部材72の定着ベルト66との接触面に沿って設けられ且つ例えばSUS等の金属やセラミックス等の剛体にて断面略L字状に形成された剥離部材73とを有し、剥離部材73の縦方向に延びる縦壁部73aに開設された複数の取付孔74を介して図示外の止め具にて被支持部材72に対し剥離部材73を固着するものである。
−案内部−
そして、本例では、押圧パッド71の一要素である剥離部材73は断面略L字状の屈曲部位に曲面状角部73cを有しており、前記押圧パッド71は前記剥離部材73の横方向に延びる横壁部73b及び曲面状角部73cを案内部75として加圧ロール67に対し定着ベルト66を食い込ませるように定着ベルト66を案内するようになっている。
本例では、案内部75は剥離部材73の曲面状角部73cに対応して屈曲配置される定着ベルト66の屈曲部を加圧ロール67に埋没させる程度に食い込ませるようになっている。
このため、本例では、定着ベルト66は、例えば図4に示すように、対向ロール61と加圧ロール67との間のニップ域(第1の接触域に相当)N及び押圧パッド71と加圧ロール67との間のニップ域(第2の接触域に相当)Nにて加圧ロール67に接触配置されることになり、定着ベルト66は定着ニップ域N(具体的にはニップ域N+ニップ域N)に亘って加圧ロール67との間で用紙Pを加熱加圧搬送した後、前記ニップ域Nの出口側に位置する押圧パッド71の剥離部材73の曲面状角部73cの形状に沿って加圧ロール67から離間していくものである。このため、用紙Pは定着ベルト66と加圧ロール67との間の定着ニップ域Nを通過した後に前記押圧パッド71の剥離部材73の曲面状角部73cに対応した部位にて剥離し易い構成になっている。尚、定着ニップ域Nのニップ域Nとニップ域Nとの間には対向ロール61と押圧パッド71との間の隙間に対応して非接触域Nが存在している。
−加圧部−
また、本実施の形態において、押圧パッド71の一要素である剥離部材73は、図6(a)〜(d)に示すように、横壁部73bの面が押圧パッド71の長手方向に対し中央部から端部に向かうに従い加圧ロール67から離れるように形成され、加圧ロール67に対して定着ベルト66を加圧する加圧部76として構成されている。この加圧部76の加圧ロール67側への突出量h(図6(d)参照)は、押圧パッド71によるニップ域Nでの加圧分布のうち用紙Pの幅方向中央部の加圧不足分を考慮して適宜設定されるようになっている。
−突出部−
更に、本実施の形態において、押圧パッド71の一要素である剥離部材73は、更に、横壁部73bの先端側、つまり対向ロール61と加圧ロール67とのニップ域N側に突出部77を有し、この突出部77は用紙Pの搬送方向(プロセス方向に相当)に交差する幅方向に対し中央部が両端部よりもニップ域N側に向かって凸状に突出形成されている。
特に、本例では、突出部77の先端縁は、用紙Pの幅方向中央部を中心に対称的且つ湾曲状の湾曲縁78として形成されている。
このように、本実施の形態では、押圧パッド71の一要素である剥離部材73は、図6(e)に示す比較の形態の剥離部材73’(略矩形状の平板を断面略L字状に屈曲形成した態様)に比べて、案内部75、加圧部76及び突出部77を有している点に特徴がある。
−剥離装置の取付構造−
本実施の形態において、剥離装置70の取付構造は、図7(a)に示すように、図示外の画像形成装置筐体に対向ロール61が保持されるホルダ68を固定し、このホルダ68に対し押圧パッド71の一要素である被支持部材72を支持部材80にて固定するようにしたものである。
尚、剥離装置70の取付構造についてはこれに限定されるものではなく、例えば図7(b)に示すように、対向ロール61の軸に対して支持部材81を揺動自在に支持し、この支持部材81に対し押圧パッド71の一要素である被支持部材72を固定すると共に、前記被支持部材72を付勢バネ82にて支持部材81の揺動方向に抗する方向に付勢するようにしてもよい。
このような剥離装置70の取付構造については、図7(a)に示す方式は、図7(b)に示す方式に比べて、剥離装置70の押圧パッド71の加圧ロール67に対する相対域関係が一義的に定まる点で好ましい。
−定着ニップ域での加圧条件−
定着ニップ域Nでの定着ベルト66は、図8(a)に示すように、駆動されている対向ロール61との摩擦力で駆動力Fをもらい、圧接密着した用紙Pと共に、加圧ロール67を回転させながら循環移動する。
このとき、定着ニップ域Nの後半(ニップ域N)では、固定された押圧パッド71と定着ベルト66の裏面は摺擦することになり、この摩擦力は定着ベルト66搬送には制動力(ブレーキ力)Fとなる。この制動力Fが大きくなると、定着ニップ域Nの曲率の変化するところで、定着ベルト66と共に用紙Pも変形し易くなり、定着ベルト66と用紙Pとが離れやすく弛みが発生し易くなる。この押圧パッド71の制動力Fは、押圧パッド71表面と定着ベルト66裏面間の摩擦係数と、そこにかかる押圧力Fとで決まるもので、この押圧力Fが小さい方が制動力Fは小さく、定着ニップ域Nにて定着ベルト66と用紙Pとは良好に搬送される。
尚、押圧パッド71表面と定着ベルト66裏面間の摩擦係数を小さくするには、押圧パッド71の一要素である剥離部材73の定着ベルト66との接触面にガラス繊維等の潤滑層を形成し、押圧パッド71と定着ベルト66との間の摩擦抵抗を低減させるようにすることが好ましい。
本実施の形態では、定着ニップ域Nでの加圧条件は以下のように設定されている(図4,図8参照)。
(1)対向ロール61と加圧ロール67との間のニップ域Nと、押圧パッド71と加圧ロール67との間のニップ域Nとは、用紙搬送方向に対する幅寸法に関し、N>Nの関係を満たす。例えば定着ニップ域Nが23mmとした場合に、ニップ域Nが15mm、ニップ域Nが7mm、非ニップ域N(非接触域)1mm程度に設定される。
(2)ニップ域Nにおける加圧ロール67の最大食い込み量をh、ニップ域Nにおける加圧ロール67の最大食い込み量をhとすると、h>hの関係を満たす。
(3)定着ニップ域Nの加圧分布は、図8(b)に示す傾向を有しており、ニップ域Nでのピーク圧力をp、ニップ域Nでのピーク圧力をpとすれば、p>pの関係を満たす。特に、ニップ域Nのピーク圧力pは、ニップ域Nのピーク圧力pの1/2以下程度まで低く設定されることが好ましい。
<剥離補助装置>
また、本実施の形態では、定着装置60は定着ベルト66の内側に剥離装置70を有しているが、定着装置60の定着ベルト66と加圧ロール67との間の定着ニップ域Nの下流側には剥離補助部材90(図3参照)が設けられている。
この剥離補助部材90は、定着ベルト66の回転方向に先端部が対向するように非接触配置され且つ定着ベルト66に貼り付く用紙Pを剥離するものであり、例えば板状のバッフル板が用いられる。
この剥離補助部材90は、その先端を定着ベルト66に可能な限り近接させて設けることが好ましい。定着ベルト66との間の設置距離については、少なくとも1.0mm以下、好ましくは0.3mm以下にすることがよい。
しかしながら、剥離補助部材90の設置距離を定着ベルト66に近接しすぎると、剥離補助部材90が定着ベルト66からの輻射熱によって熱膨張する懸念があり、定着ベルト66を損傷したり、あるいは、波打ちを生じさせて画像不良を招来させる懸念もある。このため、本例では、剥離補助部材90については、熱膨張の少ない素材(例えばインバー)を用いることが好ましい。
<画像形成装置の作動>
次に、本実施の形態に係る画像形成装置の作動について説明する。
図2に示す画像形成装置において、各色成分の画像形成部22(22a〜22d)にて感光体30上に各色成分トナー像を形成し、中間転写体23上に各色トナー像を順次一次転写した後、用紙供給装置50から供給された用紙Pに対し中間転写体23上の各色トナー像を一括転写し、一括転写された各色トナー像が保持された用紙Pを定着装置60に搬入し、定着装置60にて用紙P上に各色トナー像を定着させた後、定着装置60から定着済み用紙Pを排出する。
このような作像過程において、定着装置60の剥離装置70の動作過程について説明する。
<剥離装置の動作過程>
−定着ニップ域での用紙挙動−
先ず、定着ニップ域Nでの用紙Pの挙動について説明する。
今、定着ニップ域Nは、図8(a)及び図9に示すように、対向ロール61と加圧ロール67との間のニップ域Nと、押圧パッド71と加圧ロール67との間のニップ域Nと、両者間に設けられる非ニップ域Nとを有し、用紙Pは定着ベルト66と加圧ロール67との間の定着ニップ域Nの経路に沿って挟持搬送される。
このとき、図9に示すように、ニップ域Nとニップ域Nとは曲率、用紙搬送方向に沿う幅寸法が異なることから、ニップ域Nでの定着ベルト66と用紙Pとの経路差α(例えば+1%)が両ニップ域N,N間の変曲点を境として、ニップ域Nでは剪断応力として働く。この剪断応力は、ニップ域Nでの定着ベルト66と用紙Pとの経路差β(例えば−数%)を低減する方向に働く。このような動作過程において、ニップ域Nが長過ぎると、剪断応力によって両者間の経路差βが無くなった後に両者間にずれが生ずるという懸念がある。このため、本実施の形態では、ニップ域Nに比べてニップ域Nの用紙搬送方向(プロセス方向)に沿う長さを短く設定することで、ニップ域Nにて定着ベルト66と用紙Pとの間に生ずるずれが可能な限り抑制するように配慮することが好ましい。
このような用紙挙動を更に詳述すると、図10に示すように、ニップ域N及び非ニップ域N(A領域)とニップ域N(B領域)との間で各ニップ域の曲率とその向きが相違するものと仮定すると、ニップ域N,N両者間での用紙Pの速度差(Δv=v−v)は用紙送りの量の差になり、非ニップ域Nでは、用紙Pの弛みMとして観察される。実際はニップ圧で用紙Pは押圧されているため、用紙Pが弛もうとする力が定着ベルト66と用紙P界面との間で剪断力Fsとなる。今、対向ロール61の半径をr、押圧パッド71の半径をr、用紙厚さをdとすると、用紙送り量の差sは、定着ベルト66がt秒間に搬送する量Lに対して、
s=d・L・(r+r)/r・r
で表せる。
すなわち、押圧パッド71の半径rが小さい方が弛みMが大きくなる。つまり、押圧パッド71が加圧ロール67側に食い込む程、用紙Pは弛もうとする。尚、これ以外の用紙搬送条件としては、例えば用紙Pが厚い方が弛みMが大きく、また、搬送距離Lが長い程弛むことが理解される。
また、これらをニップ域のパラメータで見ると、押圧パッド71の圧力が小さい方が良く、押圧パッド71の用紙搬送方向に沿う幅寸法も短い方が良いという結果が得られる。
−案内部による圧力分布−
本実施の形態において、剥離装置70は、図11(a)に示すように、押圧パッド71の案内部75にて定着ベルト66を加圧ロール67側に食い込ませるように当該定着ベルト66を案内する。
特に、本例では、押圧パッド71の案内部75は、剥離部材73の曲面状角部73cに対応して屈曲配置される定着ベルト66の屈曲部66aを加圧ロール67に埋没させる程度に食い込ませるようになっているため、押圧パッド71による定着ベルト66と加圧ロール67との間の加圧分布(図4に示すニップ域Nにおける加圧分布に相当)は、図11(b)に示すように、用紙Pの移動方向に相当するプロセス方向位置に対し剥離部材73の横壁部73bから曲面状角部73cに至るまでの間略均等に圧力が作用した状態になる。
尚、図11(b)に示す加圧分布は、図4の定着ニップ域Nにおける圧力分布を示し、左側領域がニップ域Nに対応し、右側領域がニップ域Nに対応するものである。
この点、仮に、図12(a)に示す比較の形態のように、剥離装置70’の一要素である押圧パッド71’が加圧ロール67に対し定着ベルト66を食い込まない状態で押圧している態様にあっては、図12(b)に示すように、押圧パッド71’と加圧ロール67との間で定着ベルト66が加圧ロール67に加圧されない無加圧領域Jが生成されてしまう懸念がある。
このとき、定着ベルト66が加圧ロール67に加圧されている状態では、図12(c)に示すように、用紙P上のトナー層Tは定着ベルト66に加圧されることから、トナー層T中の気泡Kが膨張しようとしても、押圧力U>気泡K中の水蒸気圧の関係を満たし、トナー層T中の気泡Kはそのままの状態を保つ。
これに対し、上述したように、無加圧領域Jが存在すると、図12(c)に示すように、トナー層T中の気泡Kが膨張し、押圧力U<気泡K中の水蒸気圧の関係になると、膨張した気泡Kがトナー層Tを破壊し、トナー層T表面を乱すという現象につながる懸念がある。
従って、本実施の形態によれば、上述した無加圧領域Jが存在しなくなることから、膨張した気泡Kがトナー層Tを破壊するという現象は抑制される。
−加圧部による圧力分布−
図13(a)は、本実施の形態で用いられる定着装置60を上方から見た模式図である。
このとき、仮に、剥離装置70の押圧パッド71に加圧部76を設けない態様(加圧部が平面状である態様に相当)では、図13(b)に示すように、定着ニップ域Nでの圧力分布は、図4に示すニップ域N(図中P/R Nipに相当)では十分に強い圧力が得られるが、図4に示すニップ域N(図中Pad Nipに相当)ではプロセス方向に交差する用紙幅方向の中央部が両端部に比べて弱い傾向が見られる。
このような状況において、本実施の形態では、押圧パッド71の加圧部76は、用紙幅方向に対し中央部から端部に向かうに従い加圧ロール67から離れる面を有しているため、定着ニップ域Nでの圧力分布のうち、押圧パッド71に対応するニップ域N(図中Pad Nipに相当)では、中央部の加圧不足分が補足されることになり、ニップ域Nの用紙幅方向中央部の圧力も両端部の圧力と略均一になり、用紙Pのトナー層Tは定着ニップ域Nのうちニップ域Nにおいても略均一な加圧分布をもって加熱定着される。このため、用紙Pのトナー層Tに対する定着性は用紙幅方向に対して略均一な状態に保たれる。
−突出部による圧力分布−
本実施の形態では、押圧パッド71は、用紙幅方向に対し中央部が両端部よりもニップ域N側に向かって凸状に突出形成されている突出部77を有しているため、この突出部77の分だけ押圧パッド71の幅方向中央部の加圧面積が増加することになる。このため、押圧パッド71による加圧分布は、図14(a)に示すように、突出部77に対応した部分で増加する傾向を示す。
特に、本例では、押圧パッド71による加圧分布は、図14(a)に示すように、突出部77に対応した部位で気泡の水蒸気圧よりも高い押圧力(ニップ圧)を有していることから、突出部77に対応した箇所で気泡の膨張によるトナー層の破壊は生じ難い。
この点、押圧パッド71に突出部77を設けない態様では、押圧パッド71の突出部77に対応した部分に押圧力が働かないことから、図14(b)に示すように、押圧パッド71と対向ロール61との間に加圧ロール67側にほとんど加圧されない無加圧領域(押圧力<気泡の水蒸気圧)が形成される懸念がある。
−突出部による用紙の皺抑制−
用紙Pが定着装置60の定着ニップ域N(図4参照)を通過する際には、図15(a)に示すように、用紙Pに皺Zが発生し易い。
本実施の形態では、押圧パッド71の突出部77の先端縁は、用紙Pの幅方向中央部を中心に対称的且つ湾曲状の湾曲縁78として形成されているため、図15(b)に示すように、突出部77の湾曲縁78には当該湾曲縁78の法線方向に向かって用紙Pを押し広げる力Fbが作用することになり、用紙Pの皺Zが押し広げられて発生しにくくなる。
特に、突出部77の湾曲縁78の曲率(1/R)を大きく設定すれば、この湾曲縁78の法線方向に向かう力Fcは、図15(c)に示すように、曲率の小さい場合に比べて、用紙Pを押し広げる作用がより強化されることになる。
◎実施例1
実施の形態1に係る定着装置を実施例1とし、定着ニップ域Nを23mm構成にすると共に、ニップ域Nを15mm、ニップ域Nを7mm、非ニップ域Nを1mmとし、かつ、加圧ロール67に対する対向ロール61の最大食い込み量に比べて押圧パッド71の最大食い込み量を少なく設定するという条件下にて、定着ニップ域Nの圧力分布を調べたところ、図16(a)に示す結果が得られた。
一方、比較例として、定着ニップ域Nを25mm構成にすると共に、ニップ域N、Nを略等しく設定すると共に、加圧ロール67に対する対向ロール61の最大食い込み量に比べて押圧パッド71の最大食い込み量を略同程度に設定するという条件下にて、定着ニップ域Nの圧力分布を調べたところ、図16(b)に示す結果が得られた。
実施例1に係る定着装置を用いて連続100枚の作像処理をしたところ、像乱れのない画像が得られた。
この点、比較例に係る定着装置を用いて連続100枚の作像処理をしたところ、何枚かの画像中に像乱れが確認された。
◎実施例2
実施の形態1に係る定着装置を実施例2とし、押圧パッド71の押圧力として2つのパラメータを用い、押圧パッド71のパッド幅とカラーノイズとの関係を調べたところ、図17に示す結果が得られた。
ここで、カラーノイズは粒状性を示す指標として用いられる。これは、カラー画像をスキャナで撮像してスキャナRGB信号に変換し、均等色空間(CIELAB)の明度・彩度・色相に分解する。次に、二次元色空間を二次元周波数孤空間に変換する。二次元周波数空間において、VTF(Visual Transfer Function)を乗算する。VTF処理された二次元周波数空間の振幅を周波数毎に周回積分を行い、カラーノイズベクトルを算出する。求めたカラーノイズベクトルからの主観との予想モデルでカラーノイズ値を算出する。カラーノイズ値が大きい程ノイズが多く、粒状性が悪いという評価になる。
図17によれば、押圧パッド71のパッド幅が狭い程、カラーノイズが小さくなり、その分、粒状性が良好になることが理解される。
◎実施例3
実施の形態1に係る定着装置を実施例3とし、押圧パッド71のパッド幅を4mm、押圧力を2kgf/cmに設定し、エックスライト社製測色計X−Rite938にて測定された画像濃度Lに対するカラーノイズを測定したところ、図18に示す結果が得られた。
このときの測定サンプルの定着条件は、定着ベルト66の温度を、低温側のトナーはがれのない(いわゆるコールドオフセットの起きない)最低温度に+10℃した温度に設定した条件にて定着動作を行い、定着画像を得たものである。
尚、比較例として、押圧パッドのパッド幅を11mm、押圧力を4kgf/cmに設定したものを用いた。
図18によれば、カラーノイズの目標値を例えば5とした場合、実施例3では全ての濃度画像に対してカラーノイズは少なく抑えられ、粒状性が良好であることが理解される。
この点、比較例にあっては、画像濃度Lが中濃度である領域でカラーノイズが大きくなり、粒状性が悪くなることが確認された。
このように、本実施例(若しくは実施例2)によれば、定着装置の定着性能として、粒状性のよい画像を得ることが可能であるため、普通紙に対して作像処理をした場合は勿論であるが、例えばエンボス紙(例えば商品名:レザック66)に対し作像処理を行っても、エンボス紙と定着ベルトとの間に像ずれはなく、像乱れのない画像が得られた。
1…帯状加熱回転体,1a…弾性層,2…加圧回転体,2a…弾性層,3…対向回転体,4…押圧部材,5…加熱源,6…記録材,N…非接触域,N…第1の接触域,N…第2の接触域,h…加圧回転体に対する対向回転体による最大食い込み量,h…加圧回転体に対する押圧部材による最大食い込み量,p…第1の接触域でのピーク圧力,p…第2の接触域でのピーク圧力,T…未定着トナー像

Claims (8)

  1. 少なくとも一部に弾性層を有し且つ加熱されて回転する帯状加熱回転体と、
    この加熱回転体の表面に加圧接触されて加熱回転体と共に転動し、少なくとも一部に弾性層を有し且つ記録材上の未定着トナー像を加熱加圧定着する加圧回転体と、
    この加圧回転体に対向する前記加熱回転体の裏面に接触配置されて前記加熱回転体と共に回転し且つ前記加圧回転体との間にて前記加熱回転体上の記録材を挟持搬送する対向回転体と、
    前記加熱回転体の移動方向に交差する幅方向に沿って長く延びるように設けられ且つ前記加熱回転体の裏面のうち前記対向回転体と前記加圧回転体との間の第1の接触域の下流側に隣接して接触配置され、前記加熱回転体が前記加圧回転体側に接触配置された後に前記加圧回転体表面から方向変更する屈曲形状になるように、前記加熱回転体を押圧する押圧部材と、を備え、
    前記加熱回転体のうち、対向回転体と加圧回転体との間の第1の接触域よりも前記押圧部材と加圧回転体との間の第2の接触域を記録材の搬送方向に対し狭く設定することを特徴とする定着装置。
  2. 請求項1記載の定着装置において、
    前記第1の接触域における加圧回転体に対する対向回転体の最大食い込み量に比べて前記第2の接触域における加熱回転体に対する押圧部材の最大食い込み量を小さく設定することを特徴とする定着装置。
  3. 請求項1又は2に記載の定着装置において、
    前記第1の接触域における加圧加熱体と対向回転体との間のピーク圧力に比べて前記第2の接触域における加熱回転体と押圧部材との間のピーク圧力を小さく設定することを特徴とする定着装置。
  4. 請求項1ないし3いずれかに記載の定着装置において、
    前記押圧部材の加圧回転体側に設けられ且つ前記加熱回転体の屈曲形状角部が前記加圧回転体に食い込むように加熱回転体が案内される案内部を備えていることを特徴とする定着装置。
  5. 請求項1ないし4いずれかに記載の定着装置において、
    前記押圧部材の加圧回転体側の面に設けられ且つ前記押圧部材の長手方向における中央部から端部に向かうに従い前記面が前記加圧回転体から離れるように形成され、前記加圧回転体に対して加熱回転体を加圧する加圧部を備えていることを特徴とする定着装置。
  6. 請求項1ないし5いずれかに記載の定着装置において、
    前記押圧部材の前記加圧回転体側で且つ前記加熱回転体と前記加圧回転体との第1の接触域側に設けられ、加熱回転体の移動方向に交差する交差方向に対し中央部が両端部よりも前記第1の接触域側に向かって凸状に突出する突出部を備えていることを特徴とする定着装置。
  7. 請求項1ないし6いずれかに記載の定着装置において、
    前記対向回転体は加熱源を有することを特徴とする定着装置。
  8. 記録材上に未定着トナー像を形成する作像装置と、
    この作像装置にて形成された記録材上の未定着トナー像を加熱加圧定着する請求項1ないし7いずれかに記載の定着装置とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
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