(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無端状の定着ベルトと、
互いに平行な第１〜第３の軸廻りにそれぞれ軸支され、前記定着ベルトを張架する加熱ローラ、定着ローラ及び剥離ローラと、
前記第１〜第３の軸に平行な第４の軸廻りに軸支され、前記定着ベルトを挟んで前記定着ローラ及び前記剥離ローラに圧接する加圧ローラと、
回転力を発生する駆動源と、を備え、前記定着ベルトと前記加圧ローラとの間に用紙を通過させる定着ユニットであって、
前記剥離ローラを、前記用紙の通過方向における前記定着ローラの下流側に配置し、
前記駆動源は、少なくとも前記加圧ローラに回転を供給し、
前記剥離ローラの表面の硬度は、前記加圧ローラの表面の硬度以下であり、且つ前記定着ローラの硬度より大きく、
前記剥離ローラの表面の硬度は、前記剥離ローラの表面における前記定着ベルトが接触する部分について前記定着ベルトの表面から測定した硬度であり、
前記剥離ローラと前記加圧ローラとのニップ部が直線状となり、又は前記剥離ローラが前記加圧ローラの周面に沿って凹んだ形状となり、前記用紙が前記定着ベルトから剥離する方向に変形する、定着ユニット。
【請求項２】
前記定着ローラの表面の硬度は、前記加圧ローラの表面の硬度未満である請求項１に記載の定着ユニット。
【請求項３】
前記加圧ローラは、前記駆動源から前記回転力の供給を受けて回転するとともに、前記定着ベルトを移動させ、
前記加熱ローラ、前記定着ローラ、及び前記剥離ローラは、前記定着ベルトの移動によって、従動回転する、請求項１又は２に記載の定着ユニット。
【請求項４】
電子写真方式によって像担持体に形成したトナー像を用紙に転写する画像形成部と、
請求項１〜３の何れかに記載の定着ユニットであって、前記トナー像が転写された用紙を前記定着ベルトと前記加圧ローラとの間に通過させる定着ユニットと、を備えた画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、定着ベルトを用いて用紙にトナー像を定着させる定着ユニット及びこの定着ユニットを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置の定着ユニットは、表面にトナー像が静電吸着した用紙を加熱及び加圧し、トナー像を溶融させて用紙表面に定着させる。定着ユニットには、加熱ローラ及び定着ローラに張架された無端状の定着ベルトと、定着ベルトを挟んで定着ローラに圧接する加圧ローラと、の間に用紙を通過させて加熱及び加圧するものがある。
【０００３】
定着ベルトを用いた定着ユニットとして、用紙の通過方向における定着ローラの下流側に、加熱ローラ及び定着ローラとともに定着ベルトを張架する剥離ローラを配置したものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
定着ベルトを挟んで剥離ローラを加圧ローラに圧接させると、定着ベルトが加圧ローラと定着ローラとに挟持されている位置から加圧ローラと剥離ローラとに挟持されている位置までの間で、用紙が定着ベルト及び加圧ローラに接触する。用紙を加熱及び加圧する距離が長くなり、画像形成速度の高速化に伴う用紙に対する供給熱量の低下、及びこれに起因する定着不良の発生を防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１２８３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、加熱ローラのみに駆動力を与え、定着ローラ、剥離ローラ及び加圧ローラが定着ベルトを介して加熱ローラに従動回転するものとすると、用紙通過方向に沿って配置された定着ローラと剥離ローラとに回転速度差を生じ易い。剥離ローラの回転速度が定着ローラの回転速度よりも低下すると、定着ローラと剥離ローラとの間で定着ベルトが加圧ローラの周面から離間し、用紙を加熱及び加圧する距離が減少して用紙に対する供給熱量の低下、及びこれに起因する定着不良を発生する。
【０００７】
この発明の目的は、定着ローラと剥離ローラとの間における加圧ローラの周面からの定着ベルトの離間を防止し、高速画像形成時の用紙に対する供給熱量の低下、及びこれに起因する定着不良の発生を確実に防止できる定着ユニット及び画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の定着ユニットは、定着ベルト、加熱ローラ、定着ローラ、剥離ローラ、加圧ローラ、駆動源を備える。加熱ローラ、定着ローラ及び剥離ローラは、互いに平行な第１〜第３の軸廻りに回転自在に支持され、無端状の定着ベルトを張架する。加圧ローラは、第１〜第３の軸に平行な第４の軸廻りに回転自在に支持され、定着ベルトを挟んで定着ローラ及び剥離ローラに圧接する。剥離ローラは、用紙の通過方向における定着ローラの下流側に配置される。駆動源は、少なくとも加圧ローラに回転を供給する。
【０００９】
この構成では、加圧ローラは、駆動源からの回転の供給によって回転し、定着ベルトを挟んで定着ローラ及び剥離ローラに圧接する。定着ベルトは、定着ローラと加圧ローラとに挟持される第１のニップ位置から剥離ローラと加圧ローラとに挟持される第２のニップ位置までの間で、加圧ローラに接触して回転力の供給を受け、加圧ローラの周面と同期して移動する。したがって、定着ベルトは、第１のニップ位置から第２のニップ位置までの間で、加圧ローラの周面から離間することがなく、加圧ローラとともに用紙を加熱及び加圧する。
【００１０】
この構成において、定着ローラの表面の硬度は、加圧ローラの表面の硬度未満であることが好ましい。第１のニップ位置において、定着ローラの周面は加圧ローラの周面に沿って凹み、定着ベルトは加圧ローラの周面に沿う形状に変形する。これによって、第１のニップ位置から第２のニップ位置までの間で定着ベルトが加圧ローラの周面から離間することをより確実に防止できる。
【００１１】
また、剥離ローラの表面の硬度は、加圧ローラの表面の硬度以下であることが好ましい。第２のニップ位置において、剥離ローラと加圧ローラとのニップ部が直線状、又は剥離ローラが加圧ローラの周面に沿って凹んだ形状となり、用紙は定着ベルトから離間する方向に変形するとともに、用紙が剥離する剥離ポイントが安定する。これによって、用紙を一定の位置で定着ベルトから容易に剥離させることができる。
【００１２】
さらに、剥離ローラの表面の硬度は、剥離ローラの表面における定着ベルトが接触する部分について定着ベルトの表面から測定した硬度であることが好ましい。第２のニップ位置で、用紙に直接接触する定着ベルトと加圧ローラとのニップ部の形状を直線状、又は定着ベルトが加圧ローラの周面に沿って凹んだ形状とすることができる。これによって、用紙を一定の位置で定着ベルトからより確実に剥離させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、定着ローラと剥離ローラとの間における加圧ローラの周面からの定着ベルトの離間を防止して、高速画像形成時における用紙に対する供給熱量の低下、及びこれに起因する定着不良の発生を確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施例に係る画像形成装置の概略図である。
【図２】この発明の定着ユニットの概略図である。
【図３】同定着装置における定着ベルト、定着ローラ、剥離ローラ、及び加圧ローラの圧接状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に示すように、画像形成装置１００は、画像読取部９０、画像形成部１１０、給紙部８０を備え、原稿から読み取った画像データを用いて、記録媒体である用紙に電子写真方式による多色又は単色の画像形成処理を行う。なお、画像形成装置１００は、外部装置から入力される画像データに基づく画像形成処理をも行うものであってもよい。
【００１６】
画像読取部９０は、上面に原稿台９２，９３を備えている。画像読取部９０の上面には、自動原稿搬送装置１２０が背面側端部を支点に開閉自在に装着されている。画像読取部９０は、自動原稿搬送装置１２０の搬送によって原稿台９３上を通過する原稿、又はオペレータによる自動原稿搬送装置１２０の開閉操作を伴う手動によって原稿台９２上に載置された原稿から画像データを読み取る。
【００１７】
画像形成部１１０は、露光ユニット１、画像形成部１０Ａ〜１０Ｄ、中間転写ユニット６０、二次転写ユニット３０、定着ユニット７０を備えている。
【００１８】
画像形成部１０Ａは、現像器２Ａ、感光体ドラム（本発明の像担持体に相当する。）３Ａ、クリーナユニット４Ａ、帯電器５Ａを備え、ブラック（Ｂｋ）の画像を形成する。帯電器５Ａは、感光体ドラム３Ａの表面を所定の電位に均一に帯電させる。現像器２Ａは、露光ユニット１の露光によって感光体ドラム３Ａ上に形成された静電潜像を、Ｂｋのトナー像に顕像化する。クリーナユニット４Ａは、感光体ドラム３Ａの周面に残留したトナーを回収する。画像形成部１０Ｂ〜１０Ｄは、画像形成部１０Ａと同様に構成されており、それぞれシアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）のトナー像を感光体ドラム３Ｂ〜３Ｄの表面に形成する。
【００１９】
露光ユニット１は、半導体レーザ、ポリゴンミラー、ｆθレンズ及び反射ミラー等の光学系部品を備えたレーザスキャニングユニットである。露光ユニット１は、Ｂｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙのそれぞれの画像データで変調されたレーザ光のそれぞれで画像形成部１０Ａ〜１０Ｄの感光体ドラム３Ａ〜３Ｄの表面を軸方向に沿って露光走査し、静電潜像を形成する。
【００２０】
中間転写ユニット６０は、中間転写ベルト６１、駆動ローラ６２、従動ローラ６３、一次転写ローラ６４Ａ〜６４Ｄ、及びクリーニングユニット６５を有している。中間転写ベルト６１は、駆動ローラ６２、及び従動ローラ６３に張架された無端状のベルトである。中間転写ベルト６１は、画像形成部１０Ｄ，１０Ｃ，１０Ｂ，１０Ａをこの順に通過する循環経路に沿って移動する。一次転写ローラ６４Ａ〜６４Ｄのそれぞれは、中間転写ベルト６１を挟んで感光体ドラム３Ａ〜３Ｄに対向して配置されており、感光体ドラム３Ａ〜３Ｄの周面に形成されたトナー像を中間転写ベルト６１の表面に一次転写する。
【００２１】
カラー画像形成時には、中間転写ベルト６１が循環経路に沿って移動する間に、画像形成部１０Ｄ，１０Ｃ，１０Ｂ，１０ＡのそれぞれでＹ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋのトナー像が中間転写ベルト６１の表面に順次重ね合わせて転写される。モノクロ画像形成時には、中間転写ベルト６１が循環経路に沿って移動する間に、画像形成部１０ＡのみでＢｋのトナー像が中間転写ベルト６１の表面に転写される。
【００２２】
二次転写ユニット３０は、二次転写ローラ３１及び二次転写ベルト３２を備えている。二次転写ベルト３２は、複数のローラに張架された無端状のベルトである。二次転写ローラ３１は、駆動ローラ６２との間に二次転写ベルト３２及び中間転写ベルト６１を挟んで駆動ローラ６２に対向する位置に配置されている。二次転写ユニット３０は、中間転写ベルト６１の表面のトナー像を、中間転写ベルト６１と二次転写ベルト３２との間に搬送された用紙へ二次転写する。二次転写後の中間転写ベルト６１の表面に残留したトナーは、クリーニングユニット６５によって回収される。
【００２３】
定着ユニット７０は、中間転写ベルト６１と二次転写ベルト３２との間を通過してトナー像が転写された用紙を加熱及び加圧する。用紙に転写されたトナー像が、用紙の表面に堅牢に定着する。定着ユニット７０を通過した用紙は、画像形成部１１０の上方に配置された排紙トレイ９１に排出される。
【００２４】
給紙部８０は、給紙カセット８１及び手差しトレイ８２を備えている。給紙カセット８１は、印刷処理に使用する複数枚の用紙を収納しており、露光ユニット１の下側に設けられている。手差しトレイ８２は、画像形成装置１００の側面に装備されている。用紙搬送路４０は、給紙部８０から中間転写ベルト６１と二次転写ユニット３０との間及び定着ユニット７０を経由して排紙トレイ９１に至る間に形成されている。
【００２５】
図２に示すように、定着ユニット７０は、加熱ローラ７１、定着ローラ７２、剥離ローラ７３、定着ベルト７４、加圧ローラ７５を備えている。
【００２６】
加熱ローラ７１は、直径が２８ｍｍの金属製円筒体であり、軸７１０の軸廻りに回転自在に軸支されている。加熱ローラ７１は、ハロゲンランプ等のヒータ７１１を内蔵し、定着ベルト７４を加熱する。
【００２７】
加熱ローラ７１の表面温度は、サーミスタ等の温度センサ２１によって検出される。定着ユニット７０は、温度センサ２１が検出した加熱ローラ７１の表面温度が所定値となるように、ヒータ７１１の駆動を制御する。
【００２８】
定着ローラ７２は、中実棒又は中空パイプの金属製の芯材と、芯材の両端部を除く外周面を被覆するスポンジ等の弾性体とから形成される。定着ローラ７２は、直径が３５ｍｍの円柱又は円筒形状に形成される。定着ローラ７２は、両端部を除く外周面のアスカＣ硬度（以下、表面硬度と称す。）が４０〜５０度になるように形成されている。定着ローラ７２は、軸７１０に平行な軸７２０の軸廻りに回転自在に軸支されている。
【００２９】
剥離ローラ７３は、中実棒又は中空パイプの金属製の芯材と、芯材の両端部を除く外周面を被覆するシリコーンゴムとから形成される。剥離ローラ７３は、直径が２０ｍｍ以下の円柱又は円筒形状に形成され、シリコーンゴムの層厚が１〜１．５ｍｍに形成されている。剥離ローラ７３は、表面硬度が５５〜７０度になるように形成されている。剥離ローラ７３は、軸７１０，７２０に平行な軸７３０の軸廻りに回転自在に軸支されている。軸７１０，７２０，７３０は、それぞれフレーム２６１に保持されており、フレーム２６１は、フレーム２６０に固定されている。
【００３０】
剥離ローラ７３の下流側には、剥離板２３及び剥離爪２４が配置されている。剥離板２３及び剥離爪２４は、剥離ローラ７３によって定着ベルト７４から剥離された用紙を用紙搬送路４０へ導く。
【００３１】
定着ベルト７４は、７０〜９０μｍのポリイミドフィルム（ＰＩ）と、２００〜３００μｍのシリコーンゴム層と、１５〜３０μｍのテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）層と、の積層構造にされている。定着ベルト７４は、加熱ローラ７１、定着ローラ７２及び剥離ローラ７３によって、張架されている。
【００３２】
加圧ローラ７５は、ハロゲンランプ等のヒータ７５１を内蔵する中空パイプの金属製の芯材と、芯材の両端部を除く外周面を被覆するゴム層と、ゴムの外周面を被覆する離型層とから形成される。離型層は、トナーの付着を防止する。加圧ローラ７５は、表面硬度が７０〜８０度になるように形成されている。
【００３３】
加圧ローラ７５の表面温度は、サーミスタ等の温度センサ２２によって検出される。定着ユニット７０は、温度センサ２２が検出した加圧ローラ７５の表面温度が所定温度となるように、ヒータ７５１の駆動を制御する。
【００３４】
加圧ローラ７５は、軸７１０，７２０，７３０に平行な軸７５０の軸廻りに回転自在に軸支され、定着ベルト７４を挟んで定着ローラ７２及び剥離ローラ７３のそれぞれと対向する位置に配置されている。用紙は、加圧ローラ７５と定着ベルト７４との間を通過する。用紙の通過方向において、剥離ローラ７３は定着ローラ７２の下流側に配置されている。
【００３５】
加圧ローラ７５は、圧接機構２５によって、定着ベルト７４を挟んで定着ローラ７２及び剥離ローラ７３を圧接する。圧接機構２５は、フレーム２５１及びバネ２５２を備える。フレーム２５１は、フレーム２６０に保持された支軸２６０Ａが貫通するための貫通孔２５１Ａを長手方向の一端に設け、他端にバネ２５２が接続されている。フレーム２５１は、長手方向の中心より貫通孔２５１Ａ側において、加圧ローラ７５を軸７５０廻りに回転自在に支持している。バネ２５２は、一端がフレーム２５１に接続され、他端がフレーム２６０に接続されている。
【００３６】
圧接機構２５は、バネ２５２の弾性力により、フレーム２５１を矢印Ｄ方向に付勢する。圧接機構２５は、図３に示すように、定着ベルト７４を挟んで、加圧ローラ７５と定着ローラ７２との間にニップ部５１を形成し、加圧ローラ７５と剥離ローラ７３との間にニップ部５２を形成する。定着ローラ７２に対する加圧ローラ７５の加圧荷重の総圧は、６０ｋｇ・ｆ以上が好ましく、剥離ローラ７３に対する加圧ローラ７５の加圧荷重の総圧は、１４ｋｇ・ｆ以上が好ましい。
【００３７】
加圧ローラ７５は、フレーム２６０に保持されたモータ７６（本発明の駆動源に相当する。）に接続され、モータ７６から回転が供給される。加圧ローラ７５の回転力は、定着ベルト７４に伝達されるとともに、定着ベルト７４を介して加熱ローラ７１、定着ローラ７２、及び剥離ローラ７３に伝達される。
【００３８】
定着ベルト７４は、ニップ部５１が形成された位置からニップ部５２が形成された位置までの間で、加圧ローラ７５の周面に接触して回転力の供給を受け、矢印Ｍ１の方向への加圧ローラ７５の周面の移動に同期して、矢印Ｍ２の方向に移動する。加熱ローラ７１、定着ローラ７２、及び剥離ローラ７３は、矢印Ｍ２の方向への定着ベルト７４の移動に同期して、それぞれ矢印Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５の方向に従動回転する。
【００３９】
定着ベルト７４は、加圧ローラ７５の周面の移動に同期して移動するため、ニップ部５１が形成された位置からニップ部５２が形成された位置までの間で、加圧ローラ７５の周面から離間することなく、加圧ローラ７５とともに用紙を加圧及び加熱することができる。定着ユニット７０は、加圧ローラ７５と定着ベルト７４との間を通過する用紙に対して加熱及び加圧する距離を長くすることができ、トナー像を安定して用紙に定着させることができる。
【００４０】
定着ローラ７２の表面硬度が加圧ローラ７５の表面硬度未満であるから、ニップ部５１は、加圧ローラ７５の周面に沿って凹み、定着ベルト７４は、加圧ローラ７５の周面に沿う形状に変形する。定着ユニット７０は、定着ベルト７４の形状と加圧ローラ７５の周面の形状とが一致する区間、すなわちニップ部５１が形成された位置からニップ部５２が形成された位置までの間で、定着ベルト７４が加圧ローラ７５の周面から離間することを確実に防止することができる。
【００４１】
特に、定着ローラ７２に対する加圧ローラ７５の加圧荷重の総圧が６０ｋｇ・ｆ以上で、且つ剥離ローラ７３に対する加圧ローラ７５の加圧荷重の総圧が１４ｋｇ・ｆ以上の場合には、定着ユニット７０は、ニップ部５１が形成された位置からニップ部５２が形成された位置までの間で、定着ベルト７４が加圧ローラ７５の周面から離間することをより確実に防止することができる。
【００４２】
剥離ローラ７３の表面硬度が加圧ローラ７５の表面硬度以下であるから、ニップ部５２は、直線状、又は加圧ローラ７５の周面に沿って凹み、定着ベルト７４は、直線状、又は加圧ローラ７５の周面に沿う形状に変形する。定着ベルト７４は、剥離ローラ７３の変形が元に戻る位置Ｐ、すなわち用紙の通過方向におけるニップ部５２の出口の位置Ｐで、加圧ローラ７５の反対側に屈曲して、加圧ローラ７５から離間する。用紙は、加圧ローラ７５と定着ベルト７４の間を加圧ローラ７５の周面に沿って通過してきたため、定着ベルト７４が加圧ローラ７５の反対側に屈曲する位置Ｐで定着ベルト７４から容易に剥離される。ニップ部５２の出口の位置Ｐは、定着ベルト７４から用紙が剥離される剥離ポイントとなり、常に同じ位置に形成される。定着ユニット７０は、剥離ポイントが安定するため、用紙を一定の位置で定着ベルト７４から容易に剥離させることができる。
【００４３】
なお、上述の実施例では、剥離ローラ７３の表面硬度が剥離ローラ７３の周面の表面硬度であったが、剥離ローラ７３の表面における定着ベルト７４が接触する部分について、定着ベルト７４の表面側から測定した硬度であってもよい。用紙を定着ベルト７４から剥離する際には、定着ベルト７４の表面硬度も関係するからである。
【００４４】
上述の実施例の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施例ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４５】
４０…用紙搬送路
５１，５２…ニップ部
７０…定着ユニット
７１…加熱ローラ
７２…定着ローラ
７３…剥離ローラ
７４…定着ベルト
７５…加圧ローラ
７６…モータ（駆動源）
１００…画像形成装置
１１０…画像形成部
【図１】
0005976997.tif 000002
【図２】
0005976997.tif 000003
【図３】
0005976997.tif 000004