(57)【要約】      （修正有）【課題】転写材が外部加圧ローラや定着ベルトに巻き付くことの抑制。カールが矯正され安定して回収される定着装置を装着した画像形成装置の提供。【解決手段】支持加圧ローラ及び加熱ローラ間に巻回した無端状の定着ベルトと前記支持加圧ローラに対向して前記定着ベルトを介して設けられた外部加圧ローラを有し、該外部加圧ローラと前記定着ベルトの間に転写材を挟持して転写材上の未定着画像を定着するベルト定着装置を有する画像形成装置であり、前記外部加圧ローラの表面に近接又は接触して配設される分離爪を有する分離補助手段が配設されており、前記分離爪の転写材搬送方向上流側の先端位置と、前記外部加圧ローラ及び前記定着ベルトが転写材をニップして挟持する領域の転写材搬送方向下流側端部の出口位置との間の距離及び時間の関係式によって安定したカール状態を持たせる。【選択図】図４
2006113238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持加圧ローラ及び加熱ローラ間に巻回した無端状の定着ベルトと前記支持加圧ローラに対向して前記定着ベルトを介して設けられた外部加圧ローラを有し、該外部加圧ローラと前記定着ベルトの間に転写材を挟持して転写材上の未定着画像を定着するベルト定着装置を有する画像形成装置であり、前記外部加圧ローラの表面に近接又は接触して配設される分離爪を有する分離補助手段が配設されており、前記分離爪の転写材搬送方向上流側の先端位置と、前記外部加圧ローラ及び前記定着ベルトが転写材をニップして挟持する領域の転写材搬送方向下流側端部の出口位置との間に下式のような関係を持たせたことを特徴とする画像形成装置。
−１８０ｔ＋５．８＜ｈ＜−１８０ｔ＋１１．５
ｈ＝ｒ（１−ｃｏｓθ），ｔ＝ｒθ／Ｌ
ここに、
ｒ：前記ローラ半径（ｍｍ）
θ：前記分離爪の転写材搬送方向上流側の先端から、前記外部加圧ローラと前記定着ベルトが転写材を挟持する領域の転写材搬送方向下流側端部の出口までを、前記外部加圧ローラの回転軸のまわりに測った角度（ラジアン）
Ｌ：転写材搬送速度（ｍｍ／ｓ）
【請求項２】
請求項１に記載の画像形成装置において、前記分離補助手段は前記転写材の搬送速度の変更に応じて前記分離爪の位置を変更する調節手段を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
前記調節手段による前記分離爪の位置変更は、前記外部加圧ローラの回転軸を中心に前記調節手段が前記分離補助手段を回転させて適正位置に固定させて行うことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は定着時に転写材に発生するカールが抑制されると共に、外部加圧ローラ又は定着ベルトへの巻き付きが抑制されて定着済みの転写材が安定して回収されるようにした定着装置を装着した画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１及び特許文献２に示すように、ニップした定着ローラと加圧ローラとの間に転写材を通し定着を行うと、ニップに沿ったカールを生ずるので、それを定着部の下流に設けたデカーラ等で矯正しようとする試みが為されている。また、熱定着型の高速処理が可能で、カラー画像にも対応し、かつ使用する転写材の様々な紙種にも対応する必要のあるＰＯＤ市場で満足な性能を得るため、ベルト定着装置の定着ベルトの柔軟性を生かして、外部加圧ローラが定着ベルトを押圧して幅広いニップを形成することも行われている。
【０００３】
何れにしても、転写材としての紙がニップを適用されているかなりの時間にわたって、定着ベルトと外部加圧ローラによって加熱・加圧されるため、定着後の転写材としての紙が大きくカールしてしまう不具合があった。特にＰＯＤで用いられる厚い紙で顕著である。
【特許文献１】特開平５−７２９３７号公報
【特許文献２】特開平１０−２３１０６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上述のような従来技術の不具合を解消し、転写時のカールが大きくならないようにして、デカーラ等のカール矯正手段を別に設けたりすること無く、転写材が外部加圧ローラや定着ベルトに巻き付くことを抑制され、結果的にカールが矯正され安定して回収されるようにした定着装置を装着した画像形成装置を提供することを課題目的にする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は次の技術手段（１）〜（３）項の何れかによって達成される。
【０００６】
（１）支持加圧ローラ及び加熱ローラ間に巻回した無端状の定着ベルトと前記支持加圧ローラに対向して前記定着ベルトを介して設けられた外部加圧ローラを有し、該外部加圧ローラと前記定着ベルトの間に転写材を挟持して転写材上の未定着画像を定着するベルト定着装置を有する画像形成装置であり、前記外部加圧ローラの表面に近接又は接触して配設される分離爪を有する分離補助手段が配設されており、前記分離爪の転写材搬送方向上流側の先端位置と、前記外部加圧ローラ及び前記定着ベルトが転写材をニップして挟持する領域の転写材搬送方向下流側端部の出口位置との間に下式のような関係を持たせたことを特徴とする画像形成装置。
【０００７】
−１８０ｔ＋５．８＜ｈ＜−１８０ｔ＋１１．５
ｈ＝ｒ（１−ｃｏｓθ），ｔ＝ｒθ／Ｌ
ここに、
ｒ：前記ローラ半径（ｍｍ）
θ：前記分離爪の転写材搬送方向上流側の先端から、前記外部加圧ローラと前記定着ベルトが転写材を挟持する領域の転写材搬送方向下流側端部の出口までを、前記外部加圧ローラの回転軸のまわりに測った角度（ラジアン）
Ｌ：転写材搬送速度（ｍｍ／ｓ）
（２）（１）項に記載の画像形成装置において、前記分離補助手段は前記転写材の搬送速度の変更に応じて前記分離爪の位置を変更する調節手段を有することを特徴とする画像形成装置。
【０００８】
（３）前記調節手段による前記分離爪の位置変更は、前記外部加圧ローラの回転軸を中心に前記調節手段が前記分離補助手段を回転させて適正位置に固定させて行うことを特徴とする（２）項に記載の画像形成装置。
【０００９】
加圧ローラに設ける分離爪を線速度に見合った位置で当接もしくは近接させる。近すぎると加圧ローラの周面と逆側にカールし、遠すぎると加圧ローラに沿う側にカールする。線速度を変更する場合は、これに応じて爪位置を変更することが必要であり望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、外部加熱ローラ又は定着ベルトに巻き付こうとする転写材のカールの度合いは緩和され、安定した転写材の定着と回収が容易に行われるようになった。また、請求項２、３の発明によれば、転写材の搬送速度の変更に応じて、分離補助手段の位置を変える調整が行われ、カールやそれによって起こる巻き付きを起こすことのない安定した機構の画像形成装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本欄の記載は請求項の技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、以下の、本発明の実施の形態における断定的な説明は、ベストモードを示すものであって、本発明の用語の意義や技術的範囲を限定するものではない。
【００１２】
図１は、本発明の画像形成装置の実施の形態としてのカラー用の画像形成装置を示す概略構成図である。
【００１３】
この画像形成装置１００は、タンデム構成のフルカラーの画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋと、中間転写体のユニットとして無端ベルト状中間転写体ユニット７と、給紙搬送手段２１及びベルト定着装置２４とから成る。画像形成装置の本体Ａの上部には、原稿画像読み取り装置ＳＣが配置されている。
【００１４】
イエロー色の画像を形成する画像形成部１０Ｙは、ドラム状の感光体１Ｙ、該感光体１Ｙの周囲に配置された帯電装置２Ｙ、像露光手段３Ｙ、現像器４Ｙ、一次転写手段としての一次転写ローラ５Ｙ、クリーニング手段６Ｙを有する。マゼンタ色の画像を形成する画像形成部１０Ｍは、ドラム状の感光体１Ｍ、該感光体１Ｍの周囲に配置された帯電装置２Ｍ、像露光手段３Ｍ、現像器４Ｍ、一次転写手段としての一次転写ローラ５Ｍ、クリーニング手段６Ｍを有する。シアン色の画像を形成する画像形成部１０Ｃは、ドラム状の感光体１Ｃ、該感光体１Ｃの周囲に配置された帯電装置２Ｃ、像露光手段３Ｃ、現像器４Ｃ、一次転写手段としての一次転写ローラ５Ｃ、クリーニング手段６Ｃを有する。黒色画像を形成する画像形成部１０Ｋは、ドラム状の感光体１Ｋ、該感光体１Ｋの周囲に配置された帯電装置２Ｋ、像露光手段３Ｋ、現像器４Ｋ、一次転写手段としての一次転写ローラ５Ｋ、クリーニング手段６Ｋを有する。
【００１５】
中間転写体ユニットとしての無端ベルト状中間転写体ユニット７は、複数のローラにより巻回され、回動可能に支持された半導電性エンドレスベルト状の中間転写体としての無端ベルト状中間転写体７０を有する。
【００１６】
画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋより形成された各色の画像は、一次転写ローラ５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋにより、回動する無端ベルト状中間転写体７０上に逐次転写されて、合成されたカラー画像が形成される。給紙カセット２０内に収容された記録媒体として用紙等の転写材Ｐは、給紙手段２１により給紙され、複数の中間ローラ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ、レジストローラ２３を経て、二次転写手段としての二次転写ローラ５Ａに搬送され、転写材Ｐ上にカラー画像が一括転写される。カラー画像が転写された転写材Ｐは、ベルト定着装置２４により定着処理され、排紙ローラ２５に挟持されて機外の排紙トレイ２６上に載置される。
【００１７】
一方、二次転写手段としての二次転写ローラ５Ａにより転写材Ｐにカラー画像を転写した後、転写材Ｐを曲率分離した無端ベルト状中間転写体７０は、クリーニング手段６Ａにより残留トナーが除去される。
【００１８】
画像形成処理中、一次転写ローラ５Ｋは常時、感光体１Ｋに圧接している。他の一次転写ローラ５Ｙ，５Ｍ，５Ｃはカラー画像形成時にのみ、それぞれ対応する感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃに圧接する。
【００１９】
二次転写ローラ５Ａは、ここを転写材Ｐが通過して二次転写が行われる時にのみ、無端ベルト状中間転写体７０に圧接する。
【００２０】
また、装置本体Ａから筐体８を支持レール８２Ｌ，８２Ｒを介して引き出し可能にしてある。
【００２１】
筐体８は、画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋと、無端ベルト状中間転写体ユニット７とから成る。
【００２２】
画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋは、垂直方向に縦列配置されている。感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの図示左側方には無端ベルト状中間転写体ユニット７が配置されている。無端ベルト状中間転写体ユニット７は、ローラ７１，７２，７３，７４，７６，７７を巻回して回動可能な無端ベルト状中間転写体７０、一次転写ローラ５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ及びクリーニング手段６Ａとから成る。
【００２３】
筐体８の引き出し操作により、画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋと、無端ベルト状中間転写体ユニット７とは、一体となって、本体Ａから引き出される。
【００２４】
このように感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ上に帯電、露光、現像によりトナー像を形成し、無端ベルト状中間転写体７０上に各色のトナー像を一次転写して重ね合わせ、それを一括して転写材Ｐに二次転写し、ベルト定着装置２４で加圧及び加熱により固定して定着する。トナー像を無端ベルト状中間転写体７０に転移させた後の感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、クリーニング手段６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋで転写時に各感光体上に残された残留トナーを清掃した後、上記の帯電、露光、現像のサイクルに入り、次の像形成が行われる。
【００２５】
次に本発明の特色であるベルト定着装置２４について図１の他に図２のベルト定着装置の正面図を用いて詳述する。
【００２６】
ベルト定着装置２４はヒータを内蔵した加熱ローラ２４１と支持加圧ローラ２４３との間に、金属基体もしくは耐熱樹脂基体とシリコンゴムをベルト状に成型した無端状の定着ベルト２４２を巻回し、該定着ベルト２４２を支持搬送することにより、該定着ベルト２４２と転写材Ｐを前記支持加圧ローラ２４３、及びこれと対向する外部加圧ローラ２４６の間にニップ状に挟んで、該転写材Ｐを加圧加熱定着するものであり、定着ベルト２４２は前記外部加圧ローラ２４６若しくは支持加圧ローラ２４３若しくはその両方の駆動回転によって支持搬送される。また、必要に応じて高生産性に必要な大熱供給量に対応するため、外部加圧ローラ２４６に外部加熱ローラ２４７を設けることができる。また、必要に応じて、ジャム発生時等に定着ベルト２４２に付着した汚れを除去するため、クリーニングローラ２４４を設けても良い。
【００２７】
加熱ローラ２４１には、異なったサイズの転写材としての用紙に対応するため、図２に示すように配光の異なったハロゲンランプ２４５を２本配置してある。もちろん、さらに高い生産性に対応するため、さらにハロゲンランプ２４５を追加してもよい。
【００２８】
さて、転写材Ｐが前述のニップの部分で加熱、加圧されてニップ出口から排出されるが、ニップ出口の下流には、外部加圧ローラ２４６の表面に接触する分離補助手段２５０の分離爪２５０Ａが設置してあり、所定の力（本実施例では、２Ｎ／ｍ。ローラのきずを軽微に抑えるため、一般的に１０Ｎ／ｍ以下が好適である。）で外部加圧ローラ２４６に当接している。この分離爪２５０Ａがないと、定着ニップ形状に沿って変形した転写材Ｐとしての紙が、外部加圧ローラ２４６に巻き付くなどし、紙詰まりの原因となる。
【００２９】
本発明者は実験により、転写材Ｐがニップ下流側端部の出口を出てから分離爪２５０Ａによって剥離されるまでの距離によってカールの仕方が変わることを見出した。
【００３０】
本発明の適用されるベルト定着装置２４では、主加圧ニップで定着ベルト２４２からの転写材Ｐの分離を確実に行うため、上凸ニップになるような構成をとっており、転写材Ｐとしての紙は上凸の状態で定着ニップの下流側端部の出口から排出される。定性的には、この上凸ニップから出てすぐに分離爪２５０Ａによって上向きに曲げられると、紙が加熱により柔軟なうちに変形を受けるため下凸となり、ニップ出口から排出後上凸ニップを延長するかたちで外部加圧ローラに沿ってある程度冷却されてから剥離されると、その形状を残すかたちで上凸になると考えられる。この実験結果はニップ出口から分離爪２５０Ａの先端位置までの距離や時間及びそのときの転写材Ｐの曲げ量と、そのときの冷却状態との間に適正値が存在することを示すものと考えられる。言い換えると、ニップ出口から排出後適正な冷却状態（≒冷却時間）で剥離することが必要である。
【００３１】
本発明者は上記画像形成装置１００のベルト定着器２４において、定着ベルト２４２は基体が７０μｍのＰＩ、その上に２００μｍのＳｉゴム層及び３０μｍのＰＦＡ離型層をコートした内径８０ｍｍの無端ベルトであり、支持加圧ローラ２４３は鉄製の芯金に６ｍｍのＳｉゴム内層及び４ｍｍのＳｉスポンジ外層をライニングした外径４５ｍｍのローラであり、加熱ローラ２４１は外径５０ｍｍ、肉厚２ｍｍのアルミニウムパイプに２０μｍのＰＦＡ離型層をコートしたものであり、外部加圧ローラ２４６はアルミニウムパイプに３ｍｍのＳｉゴム層及び３０μｍのＰＦＡ離型層をライニング及びコートしたローラであり、外部加熱ローラ２４７は外径２５ｍｍ、肉厚２ｍｍのアルミニウムパイプに２０μｍのＰＦＡ離型層をコートしたものであり、クリーニングローラ２４４は外径２０ｍｍのアルミニウムローラであるように設定して実験をした。
【００３２】
この実験においては、予備実験において最もカール量が大きかった王子製紙製電子写真用コート紙ＰＯＤ１００ｇ／ｍ2（Ａ４判）を使用した。
【００３３】
定着荷重（ニップ荷重）は９００Ｎ／３７０ｍｍ幅、定着ベルトの設定温度は１９５℃、外部加圧ローラの設定温度は１７０℃、外部加熱ローラの設定温度は２１０℃、定着ベルトの張力は５０Ｎであり、実験室の環境条件は２５℃、３０〜５０％ＲＨであった。
【００３４】
このようにして本発明者は、外部加圧ローラの径を幾つかに変化させ、分離爪２５０Ａの先端位置及び転写材Ｐの搬送速度を色々に変更して転写材Ｐとしての紙のカール量を測定した。その測定方法は、定着後の紙を下凸状態で平面上に置き、四隅の高さを測定するものであり、上凸カールの紙は測定値の極性を反転させて表している。そして、ニップ出口から分離爪２５０Ａまでの高さｈ＝ｒ（１−ｃｏｓθ）を縦軸に、転写材Ｐとしての紙がニップを出てから分離爪２５０Ａの位置で剥離されるまでの時間ｔ＝ｒθ／Ｌを横軸にして各ｈとｔに対応した転写材Ｐのカール量を測定し、そのカール状態をグラフにプロットしたものが図４である。即ち、ニップを出てから分離爪の位置に達する距離と時間の関係領域における転写材のカールの大小の分布状態を示す図である。また、ｈとｔに対応する外部加圧ローラの半径、その線速度及び分離爪２５０Ａの先端位置をそれぞれ変化させて、転写材Ｐのカール状態を測定して得られた結果を表に示したのが表１である。
【００３５】
ここに、ｒ：外部加圧ローラ半径（ｍｍ），θ：ニップ出口から分離爪２５０Ａ先端までを外部加圧ローラ２４６の回転軸のまわりに測った角度（単位ラジアン），Ｌ：線速度（ｍｍ／ｓ）である。
【００３６】
また、カール状態はＡ４判の転写材Ｐのカール量の測定値が１０ｍｍ未満のものは○、１０ｍｍ以上で上凸のものは×、１０ｍｍ以上で下凸のものは△とした。これは、カール量が上凸でも下凸でも１０ｍｍを超えると定着後の搬送経路で紙詰まり（ジャム）を起こすおそれがあるためである。
【００３７】
【表１】
2006113238.tif 000003
【００３８】
図４は、このｈとｔを変化させたとき各値に対して、カール量の測定を行って、表１に示したその測定値によって区分した３つのカール状態をプロットしたものである。その結果、方程式ｈ＝−１８０ｔ＋５．８で表されるラインＡより下側では下凸カールが、方程式ｈ＝−１８０ｔ＋１１．５で表されるラインＢより上側では上凸カールがそれぞれ１０ｍｍを越え、定着後の排紙経路や反転経路で紙詰まりを起こしやすくなるカールをすることがわかった。
従って、
−１８０ｔ＋５．８＜ｈ＜−１８０ｔ＋１１．５
となるように上記設定値を選択することによって、カール量を実用上不具合のない範囲（図４及び表１の○で表される範囲）に抑制することができる。
【００３９】
実施例では、表１や図４に示すように、例えば、ｒ＝２５ｍｍ，θ＝２２度（２２π／１８０ラジアン），Ｌ＝３００ｍｍ／ｓとすることにより、カール量は５ｍｍ以内という良好な結果を得た。
【００４０】
光沢度変更や紙厚変更に対応して線速度を変更する場合は、線速度に応じて、分離爪２５０Ａの位置を変更することが望ましい。分離爪２５０Ａの位置の変更は、図３の正面断面図に示すように、外部加圧ローラ２４６の回転軸２４６Ｓの周りに分離爪２５０Ａを装着した分離補助手段２５０のフレーム２５１をその分岐フレーム２５４と共にバネ２５５の付勢に抗して回転させ、調節手段２５７の調節ねじ２５８を調節することによって、極めて高精度に且つ簡易化した機構で実現される。尚、分離爪は前記フレーム２５１の中にバネ２５３に付勢されてピン２５１Ａの周りに回動し、所定の押圧力で外部加圧ローラ面に軽く接触するようにしてある。また接触させないで近接するに止める場合には偏心ピン２５２を適切な位置に回すことによって目的を達成できる。勿論、調節手段２５７に既知のモータやその制御回路からなる駆動装置を付加すれば、画像形成装置１００の制御部からの指令により、自動的に調節することができる。
【００４１】
給紙ガイド等により定着領域に搬送されてきたトナー画像を保持した転写材Ｐとしての紙と定着ベルト２４２は外部加圧ローラ２４６と定着ベルトで巻回されている支持加圧ローラ２４３とに挟まれて加圧される。このように加圧ローラ間で形成される主加圧ニップによって加圧・加熱される。このように定着ベルト２４２の持つ熱と両加圧ローラ２４３，２４６による圧力によって、トナーは紙に定着される。トナー層にはゴム、もしくはごく薄い離型性層を介してゴムが当接されるため、ゴムが変形して紙やトナー層の凹凸に追従して、均一に接触し、光沢むらなどのない均一な定着が行われ、トナー画像は適度な光沢を持つ。定着後この分離爪の補助を受けて、外部加圧ローラから分離された紙は、その適切な位置設定により概ね平坦な形状をもって排出載置される。
【００４２】
本実施例では、外部加圧ローラに爪を当接したが、ローラ表面のきずを避けるため、ごく近接させて配置する場合でも同様の設定で効果があることは言うまでもない。
【００４３】
本発明により、分離性能と紙の平面性を両立させた定着装置を備えた画像形成装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の画像形成装置の実施の形態としてのカラー用の画像形成装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明に用いるベルト定着装置の一例を示す正面断面図である。
【図３】本発明に用いるベルト定着装置の分離補助手段における分離爪とその位置調節手段を示す正面断面図である。
【図４】ニップを出てから分離爪の位置に達する距離と時間の関係領域における転写材のカールの大小の分布状態を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ  感光体
２４  ベルト定着装置
１００  画像形成装置
２４１  加熱ローラ
２４２  定着ベルト
２４３  支持加圧ローラ
２４４  クリーニングローラ
２４５  ハロゲンランプ
２４６  外部加圧ローラ
２４６Ｓ  回転軸
２４７  外部加熱ローラ
２５０  分離補助手段
２５０Ａ  分離爪
２５１  フレーム
２５２  偏心ピン
２５３，２５５  バネ
２５４  分岐フレーム
Ｐ  転写材
【図１】
2006113238.tif 000004
【図２】
2006113238.tif 000005
【図３】
2006113238.tif 000006
【図４】
2006113238.tif 000007