(57)【要約】【課題】厚紙が進入した場合に定着強度および光沢度の低下を防止し定着不良を解消する。【解決手段】表面に弾性層を有する加熱ローラ１０１と、該加熱ローラに押圧された加圧ローラ１０２と、該加圧ローラに対して転写材搬送方向上流側に配設されたベルト張架部材１０３と、前記加圧ローラおよびベルト張架部材の外周に捲着され、前記加熱ローラとの間にニップを形成するベルト１０５とを備え、加熱ローラと加圧ローラの喰い込み量２０８を、転写材が前記ニップ部に進入時の加熱ローラの逃げ量２０７より大きく設定した構成。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に弾性層を有する加熱ローラと、該加熱ローラに押圧された加圧ローラと、該加圧ローラに対して転写材搬送方向上流側に配設されたベルト張架部材と、前記加圧ローラおよびベルト張架部材の外周に捲着され、前記加熱ローラとの間にニップを形成するベルトとを備え、加熱ローラと加圧ローラの喰い込み量を、転写材が前記ニップ部に進入時の加熱ローラの逃げ量より大きく設定したことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記ベルト張架部材が固定して配設されていることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
前記ベルト張架部材が加熱ローラに対して揺動自在に配設され、ベルト張架部材の加熱ローラに対する圧接荷重を、加熱ローラの加圧ローラに対する荷重より大きく設定したことを特徴とする請求項１載の定着装置。
【請求項４】
前記加圧ローラは定着装置の固定側板に回転自在に装着され、前記加熱ローラは前記固定側板に揺動可能に配設された可動側板に回転自在に装着され、前記固定側板には加熱ローラとの間に間隙が形成されていることを特徴とする請求項１載の定着装置。
【請求項５】
前記転写材は封筒であり、該封筒の最大厚み部を後端として通紙を行うことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に弾性層を有する加熱ローラと、該加熱ローラに押圧された加圧ローラと、該加圧ローラに対して転写材搬送方向上流側に配設されたベルト張架部材と、前記加圧ローラおよびベルト張架部材の外周に捲着され、前記加熱ローラとの間にニップを形成するベルトとを備え、転写材上に形成した未定着トナー像を定着する定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機やプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置において、転写材上に未定着のトナー像を接触加熱定着する加熱ロール型定着装置として、表面に弾性体が被覆され加熱源を内蔵して回転可能な加熱ローラと、複数の支持ローラによって張架されたベルトと、ベルトを加熱ロールの廻りに所定角度だけ巻き付けてニップ領域を形成させると共にそのニップ領域の出口に他の部分よりも大きな圧力を局部的に加えて熱定着ロール表面の弾性体に歪みを生じさせる圧力手段とを設け、ニップ部からの転写材の排出を容易にした定着装置が提案（特許文献１参照）されている。
【０００３】
この従来の定着装置では、圧力手段が存在することにより、予め熱定着ローラの表面に歪みを有しているので、ニップ領域の出口で、熱定着ローラの表面上にトナーが接触している状態からその表面歪みを瞬間的に開放する。そのため、転写材がニップ部から排出される時に、トナーと熱定着ローラとの付着力を減少させて転写材が熱定着ローラに巻き付くことを抑制し、腰の弱い記録紙でもベルトニップの出口において容易に剥離できる。上記装置は、このことによって、従来必要とされてきた剥離爪を不要にしている。
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の定着装置の構造では、複数の支持ローラに張架されて移動可能なベルトを圧力手段でニップ形成可能な角度だけ加熱ロールに巻き付けると共に、ニップ領域の出口に局部的に大きな圧力を加えて駆動するので、複数の支持ロールとその回転軸受が必要である。さらに、耐熱ベルトの周長が長くなり、定着装置が複雑で大型化するだけでなく、高価にする。定着装置の複雑、大型化、高価な構成は、必然的に当該定着装置を搭載した画像形成装置を複雑、大型化、高価にする。
【０００５】
しかも、ベルトは、加熱源を内蔵して回転可能な熱定着ローラとのニップ部で加熱されるが、複数の支持ローラで張架し周長が長くなるという構成では、所定の経路で移動する時に、複数の支持ローラによって熱エネルギーが奪われ、また、周長の長さに応じて自然放熱が増える。そのため、所定の温度に到達するまでの時間が多く必要になり、電源オン時から定着可能になるまでの所謂ウォーミングアップ時間を長く要することになり、好ましくない。
【０００６】
さらに、加熱ローラに対してベルトをニップ形成可能な角度だけ巻き付けてニップ部出口で他の部分より大きな圧力を局部的に加え熱定着ロールの弾性層に歪みを形成させる構成では、転写材が加熱ローラに巻き付くのを抑制するには好適であるが、弾性層の歪みに沿って排出される転写材は、この歪みに倣ってカールしたり、局部的な高圧力のために皺発生などの変形をもたらす。
【０００７】
そこで、本出願人は、特許文献２、３において、熱ローラ型定着装置の構造の単純化、小型化、コスト低減を可能にし、ウォーミングアップ時間を短縮でき、転写材へのストレスを小さくしてカールの発生や皺発生など排出される転写材の変形を抑制できる定着装置を提案している。
【０００８】
これを図１により説明する。加熱ローラ１０１と、該加熱ローラ１０１に押圧される加圧ローラ１０２と、該加圧ローラ１０２に対して転写材搬送方向上流側に配置されるベルト張架部材１０３と、前記加圧ローラ１０２およびベルト張架部材１０３の外周に捲着され前記加熱ローラ１０１との間に定着ニップが形成されて移動するベルト１０５とを備えている。加熱ローラ１０１の表面には弾性層が形成され内部に加熱源１０４を有し矢印Ａと逆方向に回転する。加圧ロール１０２の外周には弾性層が被覆され、矢印Ａ方向に回転する。未定着像１０７が形成された紙等の転写材１０６は矢印Ｂ方向から進入される。
【特許文献１】特許第３０８４６９２号
【特許文献２】特開２００４−４２３４
【特許文献３】特開２００４−１２７３５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図１において、加熱ローラ１０１には加圧ローラ１０２へ矢印Ｃ方向に荷重がかけられ、加熱ローラ１０１の弾性層の存在により加圧ローラ１０２がベルト１０５を介して喰い込んでおりニップを形成している。ベルト張架部材１０３は加圧ローラ１０２に対して矢印Ｅ方向に揺動自在に配設され、かつ加熱ローラ１０１に対して矢印Ｄ方向に圧接されている。これにより、転写材１０６がベルト張架部材１０３に進入すると、転写材がベルト張架部材１０３を矢印Ｄと反対方向に押し下げるので、紙の厚さが変化しても紙にかかる圧力は一定となる構成になっている。
【００１０】
しかしながら、図２に示すように、厚紙１０８のコシが強い場合には、ベルト張架部材１０３を図示点線位置１１０から実線位置１０９へと押し下げすぎ、ニップ幅ＷｂがＷａと小さくなってしまう場合が生じ、ニップ通過時間が短くなるため光沢度が低下し、また定着不良が発生するという問題を有している。これを防止するために厚紙１０８の通紙速度を遅くし、ニップ通過時間を増加させると単位時間当たりの印字枚数（印字効率）を低下させてしまうという問題を有している。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題を解決するものであって、表面に弾性層を有する加熱ローラと、該加熱ローラに押圧された加圧ローラと、該加圧ローラに対して転写材搬送方向上流側に配設されたベルト張架部材と、前記加圧ローラおよびベルト張架部材の外周に捲着され、前記加熱ローラとの間にニップを形成するベルトとを備えた定着装置において、厚紙が進入した場合に定着強度および光沢度の低下を防止し定着不良を解消することができる定着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】
【００１２】
そのために本発明の定着装置は、表面に弾性層を有する加熱ローラと、該加熱ローラに押圧された加圧ローラと、該加圧ローラに対して転写材搬送方向上流側に配設されたベルト張架部材と、前記加圧ローラおよびベルト張架部材の外周に捲着され、前記加熱ローラとの間にニップを形成するベルトとを備え、加熱ローラと加圧ローラの喰い込み量を、転写材が前記ニップ部に進入時の加熱ローラの逃げ量より大きく設定したことを特徴とする。
また、前記ベルト張架部材が固定して配設されていることを特徴とする。
また、前記ベルト張架部材が加熱ローラに対して揺動自在に配設され、ベルト張架部材の加熱ローラに対する圧接荷重を、加熱ローラの加圧ローラに対する荷重より大きく設定したことを特徴とする。
また、前記加圧ローラは定着装置の固定側板に回転自在に装着され、前記加熱ローラは前記固定側板に揺動可能に配設された可動側板に回転自在に装着され、前記固定側板には加熱ローラとの間に間隙が形成されていることを特徴とする。
また、前記転写材は封筒であり、該封筒の最大厚み部を後端として通紙を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、厚紙を通紙しても加熱ローラと加圧ローラは常に接触状態となりベルト張力は減少せず、ベルト張架部材とベルトの摩擦力がベルト張力より常に小さく維持されることになる。また、ニップ幅の減少がなく、かつ厚紙通紙時でも加熱ローラ退避するのでニップ圧力は一定となる。その結果、厚紙の光沢度低下および定着不良をなくすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１〜図７は本発明の定着装置の１実施形態を示し、図１は模式的側面図、図２は厚紙通紙時の状態を示す模式図、図３は図１の加熱ローラと加圧ローラの取付状態を示す模式的側面図、図４は図３の矢印Ｇ方向から見た図、図５は本発明の特徴を説明するための図、図６は本発明の比較例を説明するための図、図７は喰い込み量を説明するための図である。
【００１５】
図１において、本発明の定着装置は、加熱ローラ１０１と、該加熱ローラ１０１に押圧される加圧ローラ１０２と、該加圧ローラ１０２に対して転写材搬送方向上流側に配置されるベルト張架部材１０３と、前記加圧ローラ１０２およびベルト張架部材１０３の外周に捲着され前記加熱ローラ１０１との間に定着ニップ部が形成されて移動するベルト１０５とを備えている。加熱ローラ１０１の表面には弾性層が形成され内部に加熱源１０４を有し矢印Ａと逆方向に回転する。加圧ロール１０２の外周には弾性層が被覆され、矢印Ａ方向に回転する。未定着像１０７が形成された紙等の転写材１０６は矢印Ｂ方向から進入される。
【００１６】
図１において、加熱ローラ１０１には加圧ローラ１０２へ矢印Ｃ方向に荷重がかけられ、加熱ローラ１０１の弾性層の存在により加圧ローラ１０２がベルト１０５を介して喰い込んでおりニップを形成している。ベルト張架部材１０３は加圧ローラ１０２の軸中心に対して矢印Ｅ方向に揺動自在に配設され、かつ加熱ローラ１０１に対して矢印Ｄ方向に圧接されている。この場合、ベルト張架部材１０３の加熱ローラ１０１に対する矢印Ｄ方向の圧接荷重を、加熱ローラ１０１の加圧ローラ１０２に対する矢印Ｃ方向の荷重より大きく設定する。これにより、厚紙１０８が進入したときに荷重が小さい加熱ローラ１０１の方が押し上げられるように構成している。なお、ベルト張架部材１０３を固定し、加熱ローラ１０１を移動可能にしてもよい。
【００１７】
図３および図４において、加熱ローラ１０１の回転軸４０１は可動側板４０３にベアリング４０７を介して回転自在に装着され、加圧ローラ１０２の回転軸４０２は定着装置の固定側板４０５にベアリング４１０を介して回転自在に装着されている。可動側板４０３の一端は軸４０４を中心として固定側板４０５に揺動回転可能に支持されるとともに、可動側板４０３の他端部４０８と固定側板４０５の間には引張バネ４０６が装着され可動側板４０３を矢印Ｃ方向に付勢し、これにより加熱ローラ１０１は加圧ローラ１０２に圧接されている。固定側板４０５には、加熱ローラ１０１の回転軸４０１より大径の貫通穴が形成され、これにより厚紙通紙時に加熱ローラ１０１が退避できるように間隙４０９が形成されている。
【００１８】
次に、図５により本発明の詳細について説明する。図５は、加熱ローラ２０１とベルト張架部材１０３および加圧ローラ１０２との間に厚紙１０８が進入した状態を示す模式的断面図である。図中、
２０１：厚紙１０８により押し上げられた加熱ローラ
２０２：通紙前の加熱ローラの位置
２０３：厚紙１０８により押し上げられた加熱ローラの回転軸中心
２０４：通紙前の加熱ローラの回転軸中心
２０５：通紙前の加熱ローラ表面位置で、かつ加圧ローラ１０２の喰い込み無し        と仮定した時の表面位置
矢印Ｗｃ：通紙前に加熱ローラ１０１とベルト張架部材１０３の接触していた
「巻き掛けニップ幅」
矢印Ｗｄ：通紙前に加熱ローラ１０１と加圧ローラ１０２の接触していた
「ローラニップ幅」
線分ＯＣ：回転軸中心２０３と２０４、および巻き掛けニップ幅Ｗｃを通る線
線分ＯＤ：回転軸中心２０４とローラニップ幅Ｗｄの中心を通る線
角度θ：線分ＯＣと線分ＯＤのなす角度
２０６：通紙したことにより移動した加熱ローラ１０１の回転軸中心移動距離
２０７：回転軸中心移動距離２０６の線分ＯＤ方向成分（加熱ローラ１０１の紙        進入時の逃げ量）
２０８：加熱ローラ１０１に対する加圧ローラ１０２の喰い込み量
を示している。
【００１９】
ここで、加熱ローラ１０１の紙進入時の逃げ量をΔＬとし厚紙の厚さをｄとすると、
ΔＬ＝ｄ×ｃｏｓ（θ）
なお、加熱ローラ１０１の回転軸中心移動距離２０６は厚紙の厚さｄに等しいものとする。
【００２０】
図６は、本発明の比較例を説明するための図である。
（加熱ローラ１０１と加圧ローラ１０２の喰い込み量）＜（加熱ローラ１０１の紙進入時の逃げ量）の場合
非通紙状態では、矢印Ｆ１で示されるベルト張力は、（加圧ローラ１０２にベルト１０５が巻き掛かっている摩擦力）と（図１の矢印Ｃで示される荷重に対する摩擦力）との和である。
厚紙通紙状態では、厚紙１０８が加圧ローラ３０１を押し上げ、加熱ローラ３０１と加圧ローラ１０２が非接触となり、ベルト張力は、加圧ローラ１０２にベルト１０５が巻き掛かっている摩擦力のみとなり、ベルト張力が小さくなる。その結果、矢印Ｆ２で示されるベルト張架部材１０３とベルト１０５の摩擦力がベルト張力Ｆ１より大きくなり、加圧ローラ１０２とベルト１０５がスリップし、ベルト１０５の回転駆動が停止し、厚紙１０８が入っていかなくなる。
【００２１】
そこで、本発明においては、（加熱ローラ１０１と加圧ローラ１０２の喰い込み量２０８）＞（転写材がニップ部に進入時の加熱ローラ１０１の逃げ量２０７）としている。これにより、厚紙１０８を通紙しても加熱ローラ１０１と加圧ローラ１０２は常に接触状態となりベルト張力は減少せず、矢印Ｆ２で示されるベルト張架部材１０３とベルト１０５の摩擦力がベルト張力Ｆ１より常に小さく維持されることになる。また、図２で示すようなニップ幅の減少がなく、かつ厚紙通紙時でも加熱ローラ１０１が退避するのでニップ圧力は一定となる。その結果、厚紙の光沢度低下および定着不良をなくすことができる。また、厚紙でも通紙速度を落とす必要がなくなり、単位時間あたりの印字枚数（印字効率）を維持することができる。
【００２２】
（実施例）
【表１】
2006098814.tif 000003
【００２３】
次に、加熱ローラ１０１と加圧ローラ１０２の喰い込み量の測定方法について説明する。まず、７５μｍ厚の普通紙（富士ゼロックス社製、Ｓ紙）の紙上に黒ベタ未定着印字を形成し、加熱ローラ１０１、３０１の表面温度を１８０℃に制御した定着器に通紙する。紙がニップ通過中に定着器の回転を停止し、同時に加熱源１０４も停止する。直ちに紙を図１の矢印Ｂと逆方向に引き抜く。ニップ部分は圧力がかかっているので、その部分は他の部分より高光沢になり、図５の巻き掛けニップ幅Ｗｃおよびローラニップ幅Ｗｄが測定できる。
【００２４】
図７は、喰い込み量の測定方法を説明するための図である。図中、
４１２：加熱ローラ１０１の回転軸中心
５０１：加圧ローラ１０２の回転軸中心
矢印Ｒｈ：加熱ローラ１０１の半径
矢印Ｒｐ：加圧ローラ１０２の半径とベルト１０５の厚みの合計
矢印Ｌｈｐ：加熱ローラ１０１の回転軸中心と加圧ローラ１０２の回転軸中心の            距離
を示す。図７より幾何計算で角度αを求める。
α＝Ｗｄ／（２×Ｒｐ）
余弦定理で既知の角度α、Ｒｐ、Ｒｈより、Ｌｈｐを求める。
Ｒｈ2 ＝Ｌｈｐ2−２×Ｌｈｐ×Ｒｐ×ｃｏｓ（α）
加熱ローラ１０１と加圧ローラ１０２の喰い込み量２０８＝Ｒｈ＋Ｒｐ−Ｌｈｐ
表２は実際の喰い込み量測定値を示している。
【表２】
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【００２５】
実施例、比較例に示した定着装置で保証している紙種（分類、代表紙種）と紙厚の関係を表３に示す。
【表３】
2006098814.tif 000005
【００２６】
次に、定着強度評価方法について説明する。未定着の灰色ベタ画像を定着装置に通し、定着後、灰色ベタ画像上にＨＢの鉛筆で文字を書く、プラスチック消しゴムで鉛筆文字を消し、灰色ベタ画像の薄れ具合を目視で評価する。表４にその結果を示す。表中、○：灰色画像の濃さが変わらない、△：灰色画像が薄くなった、×：灰色画像も消された、を示している。なお、速度は加熱ローラ１０１、３０１の表面速度である。光沢度評価方法は、未定着の黒ベタ画像を定着装置に通し、グロスメータ（ＧＭ−２６Ｄ  ＦＯＲ ７５°／村上色彩研究所製）を用いて測定した。
【表４】
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【００２７】
比較例１を実施例に変えることにより、１６５μｍ以上の紙厚でも定着強度および光沢度を維持することができた。また、比較例２（喰い込み量０．２３ｍｍ）では２６０μｍの厚紙が噛み込み不良となったが、実施例（喰い込み量０．３２ｍｍ）とすることにより、２６０μｍの厚紙が噛み込み可能になった。
【００２８】
次に、図８および図９により本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は、封筒を印字、定着する場合の実施形態である。図８は市販の和封筒を説明するための図である。封筒６０３は、フラップ部７０１と縦方向糊代部７０２と横方向糊代部７０３を備えており、点Ｐａ部の厚みをｄｆとすると、他の部分の厚みは表５のようになる。
【表５】
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【００２９】
図９は封筒がニップ部に進入した場合の模式図である。なお、前記実施形態と同一の構成について同一番号を付けて説明を省略する。図中、６０１は加熱ローラ１０１と加圧ローラ１０２との喰い込み量、６０２は封筒段差を示している。
図９に示すように、加熱ローラ１０１と加圧ローラ１０２の喰い込み量６０１が、加熱ローラ１０１の紙先端進入時の逃げ量より大きく、かつ加熱ローラ１０１の紙段差進入時の逃げ量６０２より大きければ、転写材である封筒６０３はニップ部に入っていく。封筒６０３の先端が加圧ローラ１０２のニップ部を通過すれば、封筒６０３、ベルト１０５を介して加熱ローラ１０１の加圧ローラ１０２への荷重は通紙前とほぼ同じになる。従って、図５の２０８と図９の６０１はほぼ同じになり、加熱ローラ１０１と加圧ローラ１０２の喰い込み量６０１が、加熱ローラ１０１の紙段差進入時の逃げ量６０２より大きければ、封筒６０３はニップ部に入っていく。
【００３０】
図８において、封筒６０３を矢印Ｉｕ方向に通紙すると、紙先端厚みはｄｆ、最大段差は点ＰａとＰｃの２×ｄｆであり、封筒６０３を矢印Ｉｄ方向に通紙すると、紙先端厚みは４×ｄｆ、段差は常にｄｆで小さくなる。
従って、加熱ローラ１０１と加圧ローラ１０２の喰い込み量を、矢印Ｉｕ方向通紙では２×ｄｆ、矢印Ｉｄ方向では４×ｄｆ以上としなければならない。従って、矢印Ｉｕ方向に封筒６０３の通紙を行うことにより、すなわち封筒６０３の最大厚み部Ｐｄを後端として通紙を行うことにより、加熱ローラ１０１と加圧ローラ１０２の喰い込み量を半分にすることができる。その結果、加熱ローラ１０１の弾性層の厚みを薄くすることができ、加熱ローラ１０１の熱容量を低減させウオームアップ時間を短縮することができる。
【００３１】
（実施例）
【表６】
2006098814.tif 000008
【００３２】
なお、ウオームアップ時間は、定着装置の加熱源１０４をオンし、図１の矢印Ａ方向に加圧ローラ１０２を回転駆動（表面速度２１０ｍｍ／ｓｅｃ）させたときの室温から加熱ローラ１０１表面が１８０℃に達するまでに要する時間である。この結果から封筒６０３を矢印Ｉｕ方向に通紙することにより、加熱ローラ１０１の弾性層の厚みを薄くすることができウオームアップ時間を短縮することができた。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の定着装置の１実施形態を示す模式的側面図である。
【図２】厚紙通紙時の状態を示す模式図である。
【図３】図１の加熱ローラと加圧ローラの取付状態を示す模式的側面図である。
【図４】図３の矢印Ｇ方向から見た図である。
【図５】本発明の特徴を説明するための図である。
【図６】本発明の比較例を説明するための図である。
【図７】本発明に係わる喰い込み量を説明するための図である。
【図８】本発明の他の実施形態を説明するための図である。
【図９】本発明の他の実施形態を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０１…加熱ローラ、１０２…加圧ローラ、１０３…ベルト張架部材
１０５…ベルト、２０７…逃げ量、２０８…喰い込み量、４０３…可動側板
４０５…固定側板、４０９…間隙、６０３…封筒
【図１】
2006098814.tif 000009
【図２】
2006098814.tif 000010
【図３】
2006098814.tif 000011
【図４】
2006098814.tif 000012
【図５】
2006098814.tif 000013
【図６】
2006098814.tif 000014
【図７】
2006098814.tif 000015
【図８】
2006098814.tif 000016
【図９】
2006098814.tif 000017