(57)【要約】【課題】  転写材の分離性や、高い画像光沢度、円滑なベルト走行性を確保し、安定した性能の定着装置を有する画像形成装置を提供することを目的とする。【解決手段】  無端ベルトを挟んで回転体Ａと回転体Ｂとを圧接してニップ部を形成し、当該回転体Ｂと前記無端ベルトとの接触領域の下流側に前記無端ベルトの内側に当接する前記回転体Ｂより小径の分離ローラを備える定着装置を有する画像形成装置において、前記無端ベルトを挟んで前記分離ローラを押圧する加熱ローラを有することを特徴とする画像形成装置。【選択図】        図２
2006072073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無端ベルトと回転体Ｂとを接触させてニップ部を形成し、当該ニップ部の前記無端ベルト内側で、かつ前記無端ベルトの回転方向の上側に当接する回転体Ａと、前記ニップ部の前記無端ベルトの内側で、かつ前記無端ベルトの回転方向の下流側に当接する、回転体Ｂより直径の小さい分離ローラとを備える定着装置を有する画像形成装置において、前記無端ベルトを挟んで前記分離ローラを前記回転体Ｂのほぼ中心方向に押圧し、かつ前記無端ベルトを加熱する前記分離ローラより直径の大きい加熱ローラを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記回転体Ｂは前記分離ローラおよび前記回転体Ａに圧着または圧着解除可能なことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記分離ローラの径は前記回転体Ｂの径の１０〜８０％であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記分離ローラの径は５〜２０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ＦＡＸ等の電子写真方式に用いる熱定着装置を有する画像形成装置に関し、特に、定着ベルト、定着ローラから転写材が容易に分離され、トナー画像の光沢度を確保する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の定着装置においては、図５は従来の定着機構の一例を示す図であるが、図５に記載するように転写材が通過するニップ部において接触する２つの回転体（図５ではベルトＢとローラＲ２）を圧接させるためのベルト内側に設置された圧接部材が、１つの部材（図５ではローラＲ１）で構成されるものや、図４に記載するように転写材が通過するニップ部において接触する２つの回転体（図４ではベルトと加圧ローラ）を圧接させるためのベルト内側にに設置された圧接部材が、２つの部材（図４では加熱ローラと分離ローラ）を圧切させるためのベルト内側に設置された圧接部材が、２つの部材（図４では加熱ローラと分離ローラ）で構成されたものがある。特に、後者の場合、図４に示すように、ニップ部の幅の確保と転写材の分離性能の確保の両立をはかる意味でカラー高速定着に対して有利となっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図４は、ベルトと回転体とで形成されたニップ部に転写材を通過させる方法を示す図である。
【特許文献１】特開２００３−３３７４８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、図４において、上記提案の技術は、分離ローラ両端部分に加圧ローラ方向に力をかける構造であり、分離ローラの径が小さいため圧接力を小さく抑えないと、当該分離ローラが撓んで定着性の均一性を損なってしまう。分離ローラの圧接力を大きくしても加圧ローラへの当接が均一になるように、分離ローラの外径を正クラウン形状にすることも考えられるが、クラウン量を相当量大きくしなければならず、ベルトの走行に不利な影響を与えかねない。一方、分離ローラの圧接力を小さく抑えてしまうと、ニップ出口の圧力不足により高い光沢度が得られず、両面コピー時に無端ベルト（以下、単にベルトともいう。）とニップ部を形成する加圧ローラから転写材が分離しない等の問題が残る。分離ローラの圧接力を大きくしても加圧ローラへの当接が均一になるように、分離ローラの外径を正クラウン形状にすることも考えられるが、ベルト走行に不利な条件を与えかねない。
【０００５】
本発明は、前記分離ローラの全面に圧力をかけ、撓みを抑制する構造にすることによって、転写材の分離や、画像の高い光沢度が確保できる安定した性能の定着装置を有する画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
無端ベルトと回転体Ｂとを接触させてニップ部を形成し、当該ニップ部の前記無端ベルト内側で、かつ前記無端ベルトの回転方向の上側に当接する回転体Ａと、前記ニップ部の前記無端ベルトの内側で、かつ前記無端ベルトの回転方向の下流側に当接する、回転体Ｂより直径の小さい分離ローラとを備える定着装置を有する画像形成装置において、前記無端ベルトを挟んで前記分離ローラを前記回転体Ｂのほぼ中心方向に押圧し、かつ前記無端ベルトを加熱する前記分離ローラより直径の大きい加熱ローラを有することを特徴とする画像形成装置。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の定着構造によって、転写材の分離、高い画像光沢度、円滑なベルト走行、転写材の表面シワ回避等が確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
はじめに、本発明に係わる現像装置及びそれを装着する画像形成装置について説明する。
【０００９】
本発明の実施の形態における説明では、本明細書に用いる用語により本発明の技術範囲が限定されることはない。
【００１０】
図１は画像形成装置の全体構成の一例を示す模式図である。
【００１１】
図１において、１０は感光体、１１は帯電手段であるスコロトロン帯電器、１２は画像書き込み手段である書き込み装置、１３は現像手段である現像装置、１４は感光体１０の表面を清掃するためのクリーニング装置、１５はクリーニングブレード、１６は現像スリーブ、２０は中間転写ベルトを示す。画像形成手段１は感光体１０、スコロトロン帯電器１１、現像装置１３、およびクリーニング装置１４等からなっており、各色毎の画像形成手段１の機械的な構成は同じであるので、図１ではＹ（イエロー）系列のみの構成について参照符号を付けており、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）およびＫ（黒）の構成要素については参照符号を省略した。
【００１２】
各色毎の画像形成手段１の配置は中間転写ベルト２０の走行方向に対して、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの順になっており、各感光体１０は中間転写ベルト２０の張設面に接触し、接触点で中間転写ベルト２０の走行方向と同方向、かつ、同線速度で回転する。
【００１３】
中間転写ベルト２０は駆動ローラ２１、アースローラ２２、テンションローラ２３、除電ローラ２７、従動ローラ２４に張架され、これらのローラと中間転写ベルト２０、転写器２５、クリーニング装置２８等でベルトユニット３を構成する。
【００１４】
中間転写ベルト２０の走行は不図示の駆動モータによる駆動ローラ２１の回転によって行われる。
【００１５】
感光体１０は、例えばアルミ材によって形成される円筒状の金属基体の外周に導電層、ａ−Ｓｉ層あるいは有機感光体（ＯＰＣ）等の感光層を形成したものであり、導電層を接地した状態で図１の矢印で示す反時計方向に回転する。
【００１６】
読み取り装置８０からの画像データに対応する電気信号は画像形成レーザで光信号に変換され、書き込み装置１２によって感光体１０上に投光される。
【００１７】
現像装置１３は、感光体１０の周面に対し所定の間隔を保ち、感光体１０の回転方向と最接近位置において逆方向に回転する円筒状の非磁性ステンレスあるいはアルミ材で形成された現像スリーブ１６を有している。
【００１８】
中間転写ベルト２０は、体積抵抗率１０6〜１０12Ω・ｃｍの無端ベルトであり、例えば変性ポリイミド、熱硬化ポリイミド、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ナイロンアロイ等のエンジニアリングプラスチックに導電材料を分散した、厚さ０．０４〜０．１０ｍｍの半導電性シームレスベルトである。
【００１９】
２５は転写器で、トナーと反対極性の直流が印加され、感光体１０上に形成されたトナー画像を中間転写ベルト２０上に転写させる機能を有する。転写器２５としてはコロナ放電器の他に転写ローラを用いることもできる。
【００２０】
２６はアースローラ２２から当接および当接解除可能な転写ローラで、中間転写ベルト２０上に形成されたトナー画像を転写材Ｐに再転写する。
【００２１】
２８はクリーニング装置で、中間転写ベルト２０を挟んで従動ローラ２４に対向して設けられている。トナー画像を転写材Ｐに転写後、中間転写ベルト２０は、トナーと同極性または逆極性の直流電圧を重畳した交流電圧が印加された除電ローラ２７で残留トナーの電荷が弱められ、クリーニングブレード２９によって周面上に残ったトナーが清掃される。
【００２２】
４は定着装置であり、４０は無端ベルトで、４１は加熱ローラで、４２は回転体Ｂである加圧ローラで、４３は分離ローラである。４４は回転体Ａである先行定着ローラである。当該定着装置についての詳細は後述する。
【００２３】
５は、圧着手段を示し、詳細は後述する。
【００２４】
７０は紙送り出しローラ、７１はタイミングローラ、７２は紙カセット、７３は搬送ローラである。８１は排紙ローラで、定着された転写材を排紙皿８２へ排紙する。８５は操作パネルである。Ｂ１は、各駆動部、画像形成プロセス、定着温度等の制御手段であるコントロール部である。
【００２５】
ここで、本発明に係る定着装置４について説明する。
【００２６】
図２は、図１における定着装置を拡大した断面図である。
【００２７】
図３は、図２におけるＹＹ矢視断面を示す図である。
【００２８】
図２、図３において、加熱ローラ４１は、アルミから形成された円筒状の芯金４１３の外周にＰＦＡ樹脂の離型層４１１が被覆された構成で作られ、両端部に荷重を掛けて、後述する分離ローラ４３の全面に圧力がかかる構造になっており、画像形成および定着処理の稼働中は不図示の駆動部からの動力を得て矢印Ｗの方向に回転する。加圧ローラ４２による圧着状態の図２（ａ）、圧着解除状態の図２（ｂ）に示すように、加熱ローラ４１、分離ローラ４３の両端支持部は加圧ローラ４２のほぼ中心方向に不図示の軸受を介して溝ｇ１、ｇ２に沿って移動可能な構造になっており、かつ加熱ローラ４１の両端部にバネ４１ａを設け、加圧ローラ４２のほぼ中心方向への力がかかるような構造になっている。また、加熱ローラ４１の空洞部に不図示の支持接片を介して配設された、熱源であるハロゲンヒータ４６によって所定の温度まで加熱され、その温度は、前記加熱ローラ４１の表面に対向して設置された非接触の温度センサであるサーモパイルセンサ４１４により検出され、コントロール部Ｂ１に伝達され、当該コントロール部Ｂ１はハロゲンヒータ４６をＯＮ、ＯＦＦすることによって、加熱ローラ４１の表面温度が規定の温度となるように制御している。
【００２９】
また、加熱ローラ４１の外径、ローラ肉厚の組み合わせは、分離ローラ４３の押圧により、撓みがほとんど発生しない条件に設定されている。加熱ローラ４１の外径は分離ローラ４３のそれぞれに比べて大きく設定されている。
【００３０】
加圧ローラ４２は、アルミから形成された円筒状の剛性を有する芯金に耐熱層のシリコーンゴムがライニングされ、表層に離型層のＰＦＡ樹脂薄層が被覆された構成で作られ、当該加圧ローラ４２の空洞部に支持接片４９１を介して配設された、熱源であるハロゲンヒータ４９によって所定の温度まで加熱され、その温度は、前記加圧ローラ４２の表面に対向して設置された非接触の温度センサであるサーモパイルセンサ４２４により検出され、コントロール部Ｂ１に伝達され、当該コントロール部Ｂ１はハロゲンヒータ４９をＯＮ、ＯＦＦすることによって、加圧ローラ４２の表面温度が規定の温度となるように制御している。当該加圧ローラ４２は、内側がＰＩ（ポリイミド樹脂）、中間がシリコーンゴム、外側がＰＦＡ樹脂の層から構成されたベルト４０を介して、後述する圧着手段５によって前記分離ローラ４３および前記先行定着ローラ４４に押圧し、ニップ部Ｔを形成する。
【００３１】
加圧ローラ４２に対しても定着処理の稼働中は、不図示の駆動部からの動力を得る構造になっている。
【００３２】
分離ローラ４３は、アルミ芯金４３１に硬質シリコーンゴム４３２がライニングされ、その表面をＰＦＡ樹脂の離型層４３３が被覆した構成からなっている。すなわち、シリコーンゴム層４３２を設けることにより、硬い加熱ローラ４１による押圧が安定するようになる。
【００３３】
先行定着ローラ４４は、アルミの芯金４４１にシリコーンスポンジ４４２で構成され、そのの位置は固定されている。４５はベルト４０に張りを加えるテンションローラで、４８は固定ローラである。
【００３４】
テンションローラ４５、固定ローラ４８はアルミニウムやステンレスの芯金にフッ素樹脂を被膜したものを用いているが芯金に発泡セラミックを被膜し、さらにフッ素樹脂を被膜してベルト４０から熱を奪われないようにすれば更に好ましい。
【００３５】
ベルト４０は、前記加熱ローラ４１、加圧ローラ４２に外面で当接し、分離ローラ４３、先行定着ローラ４４、テンションローラ４５、固定ローラ４８に内面で当接して張架されている。
【００３６】
圧着手段５は、前記加圧ローラ４２を、前記（無端）ベルト４０を介して、先行定着ローラ４４及び分離ローラ４３に圧着する。
【００３７】
以下、圧着手段５について図２、図３を基に説明する。
【００３８】
圧着手段５は、ローラ支持板５１Ａ、５１Ｂ、支持ボス５２、断熱スリーブ５３、偏芯カム５４Ａ、５４Ｂ、バネ５１２、作動ボス５１１等で構成されている。
【００３９】
前記加圧ローラ４２は、両端部が断熱スリーブ５３を介してローラ支持板５１Ａ、５１Ｂで支持されている。当該ローラ支持板５１Ａ、５１Ｂは不図示のステイで一体化され、支持ボス５２を支点として矢印Ｕ方向に回動可能である。
【００４０】
前記ローラ支持板５１Ａ、５１Ｂには、前記加圧ローラ４２の回転中心を挟んで前記支持ボス５２と対する側に作動ボス５１１が設けられ、当該作動ボス５１１は前記ローラ支持板５１Ａ、５１Ｂに掛けられたバネ５１２によって偏芯カム５４Ａ、５４Ｂに絶えず当接している。当該偏芯カム５４Ａ、５４Ｂは、不図示の動力源から駆動力を得て回転する回転軸５４に同位相で取り付けられ、１８０度回転する毎に前記加圧ローラ４２を前記先行定着ローラ４４および分離ローラ４３に圧着および圧着解除を行う。
【００４１】
すなわち、トナーを担持した転写材を定着するときに圧着動作を行い、定着が完了すると圧着解除動作となる。なお、圧着解除状態のときでも、ベルト４０はテンションローラ４５によって点線で示したように張力がかかった状態となっている。
【００４２】
図２（ｃ）に示すように、圧着解除状態のとき、両端部が移動可能な構造になっている加熱ローラ４１と分離ローラ４３は、定着処理中（すなわち、加圧ローラ４２が圧着中）の位置に対して、加圧ローラ４２の方向へ動くが一定以上は移動しないように溝ｇ１、ｇ２の端部に相当するストッパが各々に設けられているので、加圧ローラ４２と、分離ローラ４３およびベルト４０との離間は確保される。
【００４３】
６は、前記加熱ローラ４１の表面を清掃するクリーニング手段で、清掃ウェブ６０の供給側ロール６１、巻取り側ロール６２、不図示のバネで清掃ウェブ６０を介して前記加熱ローラ４１に当接する押圧ローラ６１等から構成され、前記加熱ローラ４１の表面のトナー汚れ等を取り除く。
【００４４】
以上から、本発明においては、分離ローラ４３は圧着状態（ニップ部形成時）のときベルト４０を介して圧着によりほとんど撓みの発生しない加熱ローラ４１と加圧ローラ４２とに挟持、押圧された状態にあるので、転写材の分離効果を上げるため小径にしても軸方向での撓みが回避される。因みに、分離ローラ４３の径は、加圧ローラ４２の径の１０〜８０％の小径にすることが好ましく、また、加熱ローラ４１の径の１０〜８０％の小径にすることが好ましく、本実施の形態においてはその径は５〜２０ｍｍを採用している。
【００４５】
すなわち、ベルト４０に外側で当接する加熱ローラ４１の存在により、小径の分離ローラ４３をクラウン量を大きく設定することなく、高荷重をかけることが可能になり、ベルト４０、加圧ローラ４２からの転写材の分離や、高光沢度が確保でき、ベルト４０の安定した走行性が確保される。さらに、加熱ローラ４１の外周面にベルト４０を倦着し加熱することにより、金属などに比べて熱伝導性の悪いシリコーンゴムの厚さが０．５ｍｍ以上の厚いベルトを使用しても効率の良い加熱が可能になる。
【００４６】
ベルト４０にはシリコーンゴム層だけのものを用いてもよいが、オイル塗布機構が必要になるため、ＰＩ（ポリイミド樹脂）基材にシリコーンゴム層をのせ、その上にＰＦＡ等のフッ素樹脂を被膜したものがより好ましく、この場合ベルトを成型する円筒形の金型の内側からポリイミド、シリコーンゴム、フッ素樹脂の順に形成されたベルトを用いることにより本発明のようにベルト表面を加熱ローラ４１に巻き付けたベルト搬送機構でも表面フッ素樹脂のシワが発生しない（ただし、ポリイミド層は必ずしもなくてもよい）。
【００４７】
ベルト表面にフッ素樹脂を設けた形態を使用する場合はトナーはワックスを７〜２０重力％含有した重合法により製造されたものを用いることが好ましい。
【００４８】
前述したが、圧着解除時には、加熱ローラ４１は両端部にバネ４１ａで荷重を掛けて加圧ローラ４２の中心方向に溝ｇ１に沿って移動し、分離ローラ４３の溝ｇ２に沿って移動する。先行定着ローラ４４は、加圧手段５によって加圧ローラ４２の位置が下がり、加圧ローラ４２との圧力が解除され永久歪みが生じないようになっている。
【００４９】
すなわち、非通紙状態では、加熱ローラ４１、分離ローラ４３については各々加圧ローラ４２方向へ所定以上移動しないようなストッパを設けているため、加熱ローラ４１、分離ローラ４３、加圧ローラ４２はお互いの間に圧力がかからず、分離ローラ４３のゴムの永久歪みや加熱ローラ４１に芯金のクリープが生じないようにしている。
【００５０】
以上から、本発明によって、オイルレス高速カラー画像形成における定着処理でも、安定した転写材の分離性、高光沢度、円滑なベルト走行性の確保が可能となる。
【００５１】
以下、画像形成プロセス（画像形成工程）について図１を基に説明する。
【００５２】
画像記録のスタートにより不図示の感光体ドラムの駆動モータの始動によりイエロー（Ｙ）の画像形成手段１の感光体１０が矢印で示す方向に回転され、同時に帯電ローラ１１の帯電作用により感光体１０に電位の付与が開始される。
【００５３】
感光体１０は電位を付与されたあと、露光光学系１２によって第１の色信号すなわちＹの画像データに対応する電気信号による画像書込が開始され、感光体１０の表面に原稿画像のＹの画像に対応する静電潜像が形成される。
【００５４】
前記の潜像は現像装置１３により非接触の状態で反転現像され、感光体１０の回転に応じイエロー（Ｙ）のトナー像が形成される。
【００５５】
上記画像形成プロセスによって画像形成体である感光体１０上に形成されたＹのトナー像が、転写器２５によって、中間転写ベルト２０上に転写される。
【００５６】
次いで中間転写ベルト２０は、Ｙのトナー像と同期が取られ、マゼンタ（Ｍ）の画像形成手段１により、スコロトロン帯電器１１の帯電作用により電位が付与され、書き込み装置１２によってＭの色信号すなわちＭの画像データに対応する電気信号による画像書込が行われ、現像装置１３による非接触の反転現像によって感光体１０上に形成されたＭのトナー像が、Ｍの転写器２５によって、前記のＹのトナー像の上から重ね合わせて形成される。
【００５７】
同様のプロセスにより、Ｙ、Ｍの重ね合わせトナー像と同期が取られ、シアン（Ｃ）の画像形成手段１により、感光体１０上に形成された、Ｃの色信号によるＣの画像データに対応するＣのトナー像が、Ｃの転写器２５によって、前記のＹ、Ｍ、のトナー像上から重ね合わせて形成され、更にＹ、Ｍ、Ｃの重ね合わせトナー像と同期が取られ、黒色（Ｋ）の画像形成手段１により、感光体１０上に形成された、Ｋの色信号によるＫの画像データに対応するＫのトナー像が、Ｋの転写器によって、前記のＹ、Ｍ、Ｃ、のトナー像の上からＫのトナー像が重ね合わせて形成され、中間転写ベルト２０上それぞれにＹ、Ｍ、Ｃ、およびＫの重ね合わせカラートナー画像が形成される。
【００５８】
また、一次転写後の各色の感光体１０上の面に残ったトナーは、クリーニングユニット１４により残留トナーが除去され、不図示の帯電前の一様露光器により先の画像形成における感光体１０、履歴が解消されて、次の画像形成サイクルにはいる。
【００５９】
前記重ね合わせトナー画像を担持している中間転写ベルト２０は矢印Ｆの方向に送られ、転写材Ｐが、転写材収納手段である給紙カセット５４より、送り出しローラ７０によって送り出され、搬送ローラ７３を経てタイミングローラ７１へ搬送され、中間転写ベルト２０上のトナー画像と同期がとられて、タイミングローラ７１の駆動によって、転写ローラ２６の転写領域Ｓに給送される。
【００６０】
中間転写ベルト２０に重畳した転写材Ｐは、転写領域Ｓでアースローラ２２と転写ローラ２６に挟持転写され、定着装置４で、ベルト４０を介して加圧ローラ４２と先行定着ローラ４４と分離ローラ４３とで形成されるニップ部Ｔで挟持、加圧して定着され、排紙ローラ８１で、排紙皿８２へ排紙される。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】画像形成装置の全体構成の一例を示す模式図である。
【図２】図１における定着装置を拡大した断面図である。
【図３】図２におけるＹＹ矢視断面を示す図である。
【図４】ベルトと回転体とで形成されたニップ部に転写材を通過させる方法を示す図である。
【図５】従来の定着機構の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  画像形成装置
４  定着装置
４１  加熱ローラ
４２  加圧ローラ
４３  分離ローラ
５  圧着手段
５３  断熱スリーブ
５１２  バネ
５１Ａ、５１Ｂ  ローラ支持板
５４Ａ、５４Ｂ  偏芯カム
【図１】
2006072073.tif 000003
【図２】
2006072073.tif 000004
【図３】
2006072073.tif 000005
【図４】
2006072073.tif 000006
【図５】
2006072073.tif 000007