(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動される加熱用回転体と、この加熱用回転体と圧接して従動回転される加圧用回転体と、少なくとも上記加熱用回転体を加熱する加熱手段とを有し、上記加熱用回転体と上記加圧用回転体とで記録材を狭持搬送し、同記録材上の未定着トナーを加熱溶融して定着して上記記録材の両面に対して画像を形成可能な定着装置において、
上記記録材の第１面に画像を形成する時よりも上記記録材の第２面に画像を形成する時に、上記加圧用回転体に対する負荷トルクを小さくする手段を有すること特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１記載の定着装置において、
上記負荷トルクを小さくする手段は、上記加圧用回転体の表面に対して接離可能に設けられ、同回転体を押圧する負荷部材であることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項２記載の定着装置において、
上記負荷部材がオイル塗布部材であることを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項１記載の定着装置において、
上記負荷トルクを小さくする手段は、電気的に負荷トルクの変動を制御するものであることを特徴とする定着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱用回転体と加圧用回転体とで記録材を狭持搬送し、記録材上の未定着トナーを加熱溶融して定着する定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式を利用した画像形成装置は、プリンター及び複写機などに適用され、高速性及び高画質という利点から、近年その普及がめざましい。電子写真方式は、ドラムやベルト状の感光体に代表される像担持体上に画像情報に応じた潜像を形成し、トナーを用いて潜像をトナー像として現像してさらに紙やＯＨＰに用いられる樹脂製のフィルム等の記録材上にトナー像を転写し、定着装置でトナー像を定着させる過程をとる。環境保護や資源の有効利用の観点から、画像を記録材の両面に形成する両面複写が近年その重要度を増している。実際に、記録材表面（以下第１面）に現像・転写・定着により画像形成を行い、次にその反対面となる記録材裏面（以下第２面）にも同様に画像を形成する両面複写可能な画像形成装置が多数実現されている。
【０００３】
定着装置では、発熱ローラ方式が現在最も一般的に使われている定着方法である。発熱ローラ方式の構成は、加熱用回転体となる加熱用ローラ及び加圧用回転体となる加圧用ローラを対で備え、この２つのローラをバネなどで互いに押し付けあい相互圧接部（以下「ニップ部」と記す）を設け、記録材上の未定着のトナー画像を狭持搬送することにより熱溶融して記録材上に定着している。この発熱ローラ方式の大きな課題の一つとして、ニップ部に記録材を通すと記録材にシワが発生し易いことが挙げられる。このため以前より、シワ発生を抑えるためにさまざまな解決案が提示されている。よく使われる対策としては、ローラ形状を逆クラウン状にすることがある。これにより記録材端部の搬送速度が記録材中央部よりも速くなり、記録材後端を広げる力が発生しシワを防止している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような定着装置を用いて記録材の第２面に画像形成を行うと、記録材後端にシワが発生し易いという問題がでてきて、上記逆クラウン状ローラの対策をとってもシワの発生が有効に抑制できない事がわかった。この問題はカラー画像形成装置において顕著に発生し、また、形成する画像の位置によっても影響を受ける。すなわち、第１面の画像が記録材の中央部に形成され、記録材端部が白紙の時に、シワが高い頻度で発生する。これは、第１面の画像部と白紙部表面の表面状態が異なり記録紙中央の画像部が滑りやすくなっているため、第２面に画像を形成する場合に、第１面の画像部と加圧用ローラ（従動側）との間で滑りが生じる。このため、第１面の画像部と加圧用ローラとの摩擦抵抗が低減し、第２面に駆動側となる加熱用ローラから駆動力がかかるため、第２面に画像を形成するときには、記録材中央部の搬送速度が第１面の時よりも速くなり、記録材の中央方面に力を受けることによって後端に縦方向の紙シワが発生してしまう。
【０００５】
このような、両面画像形成時に発生するシワ対策として、加熱用回転体と加圧用回転体の表面にシリコンゴム層を設け、このシリコンゴム層の厚さ及び各ローラのニップ部の幅をそれぞれ実験値により規定して、シワの発生しない領域で画像定着を行う定着装置が提案されている（特開平６−３０１３０６号公報）。具体的には、定着ローラ及び加圧ローラのそれぞれの弾性層の厚さの和を４ｍｍ以上とし、これら弾性層の層厚差を１ｍｍ以下としてニップ部の幅を確保し、接触圧を３０ｋｇｆ以下に抑えることにより紙シワの発生を防止している。しかし、特開平６−３０１３０６号公報では、接触圧を３０ｋｇｆ以下に低く保つことでシワを低減させており、高い接触圧を必要とする高速な画像形成には適用できないという課題を有している。
本発明は、記録材の両面に画像を形成する際に発生するシワを、加熱用回転体と加圧用回転体との接触圧を高めても確実に低減でき、高速複写を可能とする定着装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、駆動力を与えられ回転する加熱用回転体と、加熱用回転体に対向配置され、この部材と圧接することにより従動回転する加圧用回転体と、少なくとも加熱用回転体を加熱する加熱手段とを有し、記録材の第１面への画像形成時と比較して、記録材の第２面に画像形成する時に加圧用回転体へかかる負荷トルクを小さくする手段を備え、記録材の第１面と第２面への画像形成時における加圧用回転体に対する負荷トルクを変更可能としている。
請求項２記載の発明は、加圧用回転体に対して接離可能に設けられ、加圧用回転体を押圧する負荷部材で、記録材の第１面と第２面への画像形成時における加圧用回転体への負荷トルクを制御可能としている。
【０００７】
請求項３記載の発明は、負荷部材をオイル塗布部材で構成して、負荷部材とオイル塗布部材との共通化を図りながら、記録材の第１面と第２面への画像形成時における加圧用回転体への負荷トルクを制御可能とするとともに、加圧用回転体の表面にオイルを塗布して、記録材の剥離性を高めている。
請求項４記載の発明は、回転負荷トルクを小さくする手段が、電気的に負荷トルクの変動を制御するものであることを特徴としている。
【０００８】
【実施例】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。図２に示す定着装置は、図示しない両面複写対応のカラー画像形成装置の一例となるフルカラー複写機に装着されるものである。定着装置は、加熱用回転体としての定着ローラ１と、これに対向配置された加圧用回転体としての加圧ローラ２とを有し、紙やＯＨＰ（オーバヘッドプロジエクタ）に用いる樹脂シート状の記録材３を挟持搬送して、第１面３ａや第２面３ｂに転写された未定着トナー像４を、加圧しながら加熱溶融して定着するものである。トナー像４は、図示しない画像形成装置の転写部で記録紙３上に転写されたものである。
【０００９】
定着ローラ１は外部から駆動力を与えられ、図２において時計回り方向に回転する。定着ローラ１は、芯金１ａ上に弾性層１ｂを被覆している構成を採っている。芯金１ａはローラ状のアルミ、鉄及びその合金が主に用いられることが多く、ローラ内に内設された加熱手段となるハロゲンヒータ１１による発熱で高温となる。弾性層１ｂは加圧ローラ２との相互圧接部となるニップ部１６を大きくし、また、画像光沢を得るために被覆されており、芯金１ａ上にシリコンゴムで形成されている。この例では、定着ローラ１がシリコンゴムの弾性層１ｂを備えているが、弾性層１ｂを持たない構成でも良い。定着ローラ１の外径は６０mm、弾性層１ｂの厚みは１〜３mmに適宜設定されている。
【００１０】
弾性層１ｂには、離型用オイルを塗布するためのオイル塗布フェルト５が当接され、その回転方向下流側にオイル量を規制するためのオイルブレード６が当接されている。離型用オイルはジメチルシリコーンオイルで、粘度は３００ＣＳのものを用いている。本実施例では、オイル塗布フェルト５とオイルブレード６とを有するオイル塗布機構により、オイル塗布量をＡ４サイズあたり１０ｍｇ以下（２〜１０ｍｇ）に規制することを可能としている。弾性層１ｂにはクリーニングローラ７及び分離爪９が当接され、クリーニングローラ７にはスクレーパ８が当接されている。
【００１１】
加圧ローラ２は定着ローラ１と圧接されていて、定着ローラ１の回転駆動により図２において反時計回り方向に従動回転する。加圧ローラ２は、定着ローラ１と同様に芯金２ａ上に弾性層２ｂを被覆されている。加圧ローラ２の外径は６０mm、弾性層の厚みは１〜４mmに設定されている。定着ローラ１と加圧ローラ２によるニップ部１６の幅Ｗ（用紙搬送方向のニップ部の長さ）は９.５ｍｍ、定着速度は１８０ｍｍ／ｓである。また、本構成では加圧ローラ２にも、加熱手段となるハロゲンヒータ１２が内設されていて、高温に発熱されるようになっている。無論ハロゲンヒータ１２はなくてもよい。両ローラの接触圧は、約８０ｋｇｆ程度に設定されている。この接触圧は、１分間に６枚、記録材３にカラー画像を定着する場合の接触圧である。両ローラの接触圧は、この例に限定されるものではなく、単位時間当りに定着（印刷）する記録材３の枚数に応じた一般的な接触圧であればよく、少なくとも３０ｋｇｆよりも大きい接触圧とする。
【００１２】
加圧ローラ２の外周近傍には、記録材３の紙粉や埃を掻き取るための加圧ローラブレード１３と、記録材３の第２面３ｂにトナー像４を定着して複写画像を形成するときに、第１面３ａへの画像形成時と比較して負荷トルクを小さくする手段となる負荷部材１０とが配置されている。加圧ローラブレード１３は、弾性層２ｂに摺接するように設けられている。
【００１３】
負荷部材１０は、第１面３ａに画像を形成するときは図２，図３に示すように加圧ローラ２と接触し、第２面３ｂに画像を形成するときには、図１に示すように加圧ローラ２から離れるように接離自在に設けられている。負荷部材１０は、離型用オイルを塗布するためのオイル塗布フェルトからなるオイル塗布部材であり、加圧ローラ２の回転トルクの負荷部材として作用する構成としている。つまり、加圧ローラ２は、負荷部材１０によってその負荷トルクを制御される。加負荷部材１０として用いたオイル塗布部材は、オイルを含浸させたフェルトに限定されるものではなく、回転可能なローラであってもよい。この場合、スポンジあるいはそれに類似する含浸性のある部材でローラを構成し、このローラに離型用オイルを含浸させて使用しても良い。あるいは、含浸性のない部材でローラを構成した場合、離型用オイルを適宜ローラ表面に供給し、それから加圧ローラ２に供給するようにしても良い。
【００１４】
図１、図２、図３に示した定着装置の駆動系に付いて説明する。図４に示すように、定着ローラ１にはシャフト１４が一体回転可能に設けられている。シャフト１４の一端には、駆動力入力ギヤ１７が固着されている。この駆動力入力ギヤ１７には、図示しない駆動モータで回転される出力ギア１９が噛合して、駆動モータからの駆動力が伝達される。シャフト１４は、図示しない側板に回転可能に支持されている。加圧ローラ２は、軸１５と一体的に設けられ、この軸１５の両端部に設けられた軸受１８，１８によって支持され回転可能となっている。軸受１８，１８は図示しない側板に設けられている。
【００１５】
このような構成の定着装置の動作を説明する。
未定着のトナー像４を担持した記録材３は、図３の右から左方向に搬送され、定着ローラ１と加圧ローラ２とが圧接されたニップ部１６を通過することで熱と圧力によりトナー像４が記録材３上に溶融して画像部１４０として定着される。
【００１６】
ここで、第１面３ａにトナー像４が担持されていれば、記録材３は図３に示すように第１面３ａに画像部１４０が形成されて分離爪９によって定着ローラ１より剥離され、定着装置から図示しない排紙トレイに排紙される。両面複写する場合であれば、記録材３は第２面３ｂにトナー像４が担持され、第１面３ａが加圧ローラ２に接触して移動して、ニップ部１６を通過することで第２面３ｂにトナー像４が定着されて図示しない排紙トレイに排紙される。
【００１７】
本発明者は、記録材３への画像定着時において負荷部材１０を加圧ローラ２に接離する実験を行ったところ、次のように結果を得られた。この実験では、第１面３ａを形成した後一旦装置を停止して、機外において定着装置から加圧ローラ２への負荷部材１０（オイル塗布部材）を除いた後、第２面３ｂを形成する実験で、記録材３に発生するシワの確認を行った。
【００１８】
以下、実験の概要を示すと、Ａ４サイズの用紙を縦方向に搬送して画像を形成した。紙の幅は２１０mmで、形成した画像幅は１２０mmである。まず加圧ローラ２に負荷部材１０を圧接させて第２面３ｂに画像部１４０を形成したところ３枚中３枚とも用紙の後端にシワが発生した。それに対し、負荷部材１０を外して、つまり、加圧ローラ２から離間して第２面３ｂに画像部１４０を形成したところ、３枚中３枚とも用紙にはシワが発生しなかった。なお、第１面３ａに画像を形成する際には、負荷部材１０と加圧ローラ２との接触、離間何れの場合でもシワは発生しなかった。
【００１９】
加圧ローラ２へのオイル塗布と負荷の影響を分離して確認するため、オイル塗布機能を備えた負荷部材１０でなく、加圧ローラ２の回転自体の負荷となるように、非通紙領域にオイル塗布機能を備えない負荷部材１０を圧接する構成により実験を行った結果も上記と同様の結果となった。なお、第２面３ｂへの画像形成時に離型用オイルを供給しなくても、特に画像の乱れは観察されなかった。
【００２０】
上記実験により、加圧ローラ２の負荷トルクを調整することで記録紙３のシワ発生を抑制できることが確認できた。このため、加熱ローラ１と加圧ローラ２との接触圧を従来例のように低下させなくて済み、高速な画像形成に対応することができる。
【００２１】
負荷トルクがシワに影響を与える理由としては、記録材３の摩擦係数が白紙部と画像部１４０とで異なっており、画像部すなわち、本例では記録材３の中央部がスリップして搬送速度が速くなるときに、従動側となる加圧ローラ２に対する負荷トルクの小さい方が、記録材３の中央部と白紙部（両側部）との速度差が小さくなるからであると考えられる。
【００２２】
従来例のように、加熱ローラと加圧ローラの接触圧を３０ｋｇｆとして充分なニップ部の幅を得ようとすると、ローラを構成するゴム層を厚くせざるをえない。一般にゴムは金属等に比べて熱伝導率がよくないので、従来例の構成で充分なニップ部の幅を得ようとすると、両ローラの加熱時間が長くなり、加熱エネルギーを増加させなければなりません。この点、本実施例のように負荷トルクでシワの発生を防止すると、両ローラの接触圧を低くする必要がなく、各ローラの加熱時間や加熱エネルギーの増大を防止でき、省エネルギーで素早く確実な定着を行える。このような定着装置を画像形成装置に装着することで、省エネを図りながら印刷速度を早められる。
【００２３】
本実施例では、加圧ローラ２に対する負荷トルクを小さくする手段を、加圧ローラ２に負荷部材１０を接離させる構成としているが、これに限定されるものではない。この手段としては加圧ローラ２にギアを取り付けて、これを駆動する図示しない駆動モータのトルクを第１面３ａと第２面３ｂに画像を形成する時に変動させたり、加圧ローラ２にギアを取り付けて、このギアで駆動される図示しない排紙ローラ等の被駆動部材を回転トルクを、被駆動部材を加圧ローラ２に対して接離あるいは変動させることにより第１面３ａと第２面３ｂに画像を形成する時に変動させるようにしてもよい。あるいは、加圧ローラ２の軸１５に周知の電磁ブレーキを設けて電気的に負荷トルクの変動を制御したり、あるいは加圧ローラ２の軸受１８，１８の回転抵抗を機械的に変更したりする構成でも良い。
【００２４】
軸受１８，１８の回転抵抗を機械的に変更する例としては、上述のように加圧ローラ２にギアを取り付けて駆動若しくは負荷トルクを変動させるものが挙げられる。これは第１面３ａの形成時にはギアに対する駆動力伝達を行わずに加圧ローラ２を従動とし、第２面３ｂの形成時にはこのギアに駆動力を与えるという構成であればよい。
【００２５】
また、本実施例ではカラー画像を定着させる構成で、トナーなどの画像形成剤との離型性を確保するために、各ローラ１，２の表面に離型用オイルを塗布しているが、これを塗布しない構成でもよい。離型用オイルを塗布しない場合には、離型性を高めるため１０から３０ミクロン程度のフッ素系樹脂層を各ローラ１，２の表面に形成することが望ましい。
【００２６】
図５、図６は、定着装置の変形例を示すが、以下、上述した実施例と同一の構成に関しては同一符号を付し詳細な説明は省略する。図５に示す定着装置は、加熱手段となるハロゲンヒータ２２を内設され、軸２３と一体回転するローラ２１を加熱ローラ１と並設し、このローラ２１と加熱ローラ１とに巻きかけたベルト２０を加熱用回転体としたものである。このベルト２０は、加圧ローラ２と圧接されていて、加圧ローラ２との相互圧接部をニップ部１６としている。この例では、オイル塗布フェルト５、オイルブレード６、クリーニングローラ７及び分離爪９がベルト２０の外周面２０ａに当接されている。
【００２７】
図６に示す定着装置は、軸３５，３６に各々支持されたローラ３１，３２に巻きかけたベルト３３を加熱用回転体としたもので、軸３５，３６の少なくとも一方は駆動軸を構成する。ベルト３３は、加熱手段となるハロゲンヒータ３４を有する加熱加圧ユニット３７で加圧ローラ２に向かって凸設されている。この例では、加圧ローラ２が加熱加圧ユニット３７に対向配置されて、この対向部においてベルト３３の表面３３ａに圧接して相互圧接部をニップ部１６としている。オイル塗布フェルト５、オイルブレード６、クリーニングローラ７及び分離爪９は、ベルト３３の外周面３３ａに当接されている。
【００２８】
このような構成としても、第２面３ａへの画像形成時に、負荷部材１０を加圧ローラ２から離間させることで、記録材３のシワの発生を上述の理由から確実に防止することができる。
【００２９】
図５、図６では、加熱用回転体側をベルトとし、加圧用回転体を加圧ローラ２としているが、加熱用回転体に図１乃至図３に示す加熱ローラ１を用い、加圧用回転体を図５、図６に示すように、ベルト状に構成したものであってもよい。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１，２記載の発明によれば、両面画像形成時に、記録材後半に発生する縦シワの発生を確実に抑えることができ、高速複写が可能となる。
【００３１】
請求項３記載の発明によれば、負荷部材で加圧用回転体を加圧しながらオイルが塗布されるので、記録材後半に発生する縦シワの発生を確実に抑えて高速複写を可能としながら、同時に記録材の剥離性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す定着装置の構成と両面印刷時の状態を示す図である。
【図２】図１に示す定着装置における印刷前の状態を示す図である。
【図３】図１に示す定着装置における片面印刷時の状態を示す図である。
【図４】定着装置の駆動系の構成を示す図である。
【図５】本発明の変形例を示す定着装置の構成と動作を示す図である。
【図６】本発明の変形例を示す定着装置の構成と動作を示す図である。
【符号の説明】
１                  加熱用回転体
２                  加圧用回転体
３                  記録材
３ａ                記録材の第１面
３ｂ                記録材の第２面
４                  未定着トナー
１０                負荷部材
【図１】
0003679613.tif 000002
【図２】
0003679613.tif 000003
【図３】
0003679613.tif 000004
【図４】
0003679613.tif 000005
【図５】
0003679613.tif 000006
【図６】
0003679613.tif 000007