(57)【要約】【課題】  オイルレスの状態でも、分離爪を設けず、画像が傷付けられることなく、しかも高速定着にも対応でき、定着ローラや押圧部材の耐久性が安定して確保できる定着装置を提供すること。【解決手段】  加熱手段を有する定着部材と、それを押圧してニップ部を形成する押圧部材とを有し、未定着トナー像を転写した転写材を前記ニップ部を通過させて、定着させる定着装置において、前記定着部材は弾性層を有し、ニップ形状は前記弾性層が前記押圧部材で変形されて定着部材側に凸形状となっており、転写材の先端が、少なくとも下流端のニップ部を通過時に、その位置の押圧力を増圧させる手段を有することを特徴とする定着装置。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱手段を有する定着部材と、それを押圧してニップ部を形成する押圧部材とを有し、未定着トナー像を転写した転写材を前記ニップ部を通過させて、定着させる定着装置において、
前記定着部材は弾性層を有し、ニップ形状は前記弾性層が前記押圧部材で変形されて定着部材側に凸形状となっており、転写材の先端が、少なくとも下流端のニップ部を通過時に、その位置の押圧力を増圧させる手段を有することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記定着部材は定着ローラであり、前記押圧部材は押圧ローラであることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記定着部材は定着ローラであり、前記押圧部材は、複数の支持ローラに巻回されたエンドレスベルトでニップ部の最下流部に配置した前記支持ローラとその上流側に配置した押圧部材とで、前記エンドレスベルトを前記定着ローラに押圧して前記ニップ部を形成するものであり、最下流部に配置した前記支持ローラが前記押圧力を増圧させる手段を有することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項４】
前記転写材の厚さによって、該転写材の先端が、少なくとも最下流部にあるニップ部を通過時に増圧させる押圧力の大きさを変えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を用いた画像形成装置において、未定着トナー像を加熱定着する定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の定着装置では、一般に転写材を定着部材から剥離するのに、分離爪を定着部材に当接させていた。しかし、オイルを塗布して分離性を確保している場合は、オイルがあるので定着画像が爪でキズつきにくく、またモノクロの場合は光沢性を要求されないので、僅かな爪による擦りキズは問題にならなかった。しかし、カラー画像の場合には、光沢度が高く、また、オイルレス化の傾向にあり、オイルレスで定着すると分離爪による僅かな定着画像の擦りキズが目立ち易くなる。それを避けるため、分離爪無しで転写材を剥離する必要がある。
【０００３】
そこでニップ部の最下流部から転写材が出てゆくとき、定着部材の曲率を大きく凸状にすることが一般的に行われる。しかし、高速化する場合はベルトで巻回してニップ経路の長さを大きくする必要があり、曲率を大きくすることは行われなかった。特許文献１に示すように、ニップ部の最下流部で、定着部材を変形させて分離させる技術があるが、薄紙では分離が出来ないことがある。そして分離をさせるために押圧を強くしたままにすると、転写材全域にカールが出るし、押圧部材としてのベルトや定着ローラの耐久性が低下するといった問題が出てくる。
【特許文献１】特開平８−１６６７３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明はこのような従来技術の問題点を解消し、オイルレスの状態でも、分離爪を設けず、画像、特にカラー画像が傷付けられることなく、しかも高速定着にも対応でき、定着ローラや押圧部材の耐久性が安定して確保できる定着装置を提供することを課題にする。
【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）〜（４）の何れかによって達成される。
【０００６】
（１）加熱手段を有する定着部材と、それを押圧してニップ部を形成する押圧部材とを有し、未定着トナー像を転写した転写材を前記ニップ部を通過させて、定着させる定着装置において、
前記定着部材は弾性層を有し、ニップ形状は前記弾性層が前記押圧部材で変形されて定着部材側に凸形状となっており、転写材の先端が、少なくとも下流端のニップ部を通過時に、その位置の押圧力を増圧させる手段を有することを特徴とする定着装置。
【０００７】
（２）前記定着部材は定着ローラであり、前記押圧部材は押圧ローラであることを特徴とする（１）項に記載の定着装置。
【０００８】
（３）前記定着部材は定着ローラであり、前記押圧部材は、複数の支持ローラに巻回されたエンドレスベルトでニップ部の最下流部に配置した前記支持ローラとその上流側に配置した押圧部材とで、前記エンドレスベルトを前記定着ローラに押圧して前記ニップ部を形成するものであり、最下流部に配置した前記支持ローラが前記押圧力を増圧させる手段を有することを特徴とする（１）項に記載の定着装置。
【０００９】
（４）前記転写材の厚さによって、該転写材の先端が、少なくとも最下流部にあるニップ部を通過時に増圧させる押圧力の大きさを変えることを特徴とする（１）〜（３）項の何れか１項に記載の定着装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、オイルレスの状態でも、分離爪を設けず、カラー画像が傷付けられることなく、また、ベルト定着を用いる高速定着にも対応でき、更に、定着ローラや押圧部材の耐久性が損なわれること無く、安定した高品質の定着が持続できる定着装置が提供できるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図を用いて説明する。しかし、それに限定されるものではない。
【００１２】
図１は請求項１の第１の実施例である定着装置を示し、図２は第２の実施例である定着装置を示す。第１の実施例は請求項２に関するものであり、第２の実施例は請求項３に関するものである。
【００１３】
図１においては、加熱手段２４１Ａを有する定着部材である定着ローラ２４１と、それを押圧してニップ部を形成する押圧部材としての押圧ローラ２４２を有し、未定着トナー像を転写した転写材Ｐを線速２４０ｍｍ／ｓで前記ニップ部を通過させて、定着させる定着装置２４が構成されている。
【００１４】
前記定着ローラ２４１は外径が５５ｍｍであり、表層より、厚さが３０〜７０μｍのＰＦＡチューブ、厚さが２〜３ｍｍのＳｉゴムの弾性層、厚さが３〜５ｍｍの芯金を有し、ＪＩＳ−Ａのゴム硬度が５〜１５度であり、駆動ローラになっている。前記押圧ローラ２４２は、外径が５０ｍｍであり、表層より、厚さが３０〜７０μｍのＰＦＡチューブ、厚さが２〜４ｍｍのＳｉゴムの弾性層、厚さが３〜５ｍｍの芯金を有し、ＪＩＳ−Ａのゴム硬度が２０〜３０度である。
【００１５】
そして押圧ローラ２４２の回転軸２４２Ａは支軸２５２の周りに回動するレバー２５１の端部に固定されている。該レバー２５１の他方の端部側にバネ２５３の一端が掛けられ、該バネ２５３の他端は支軸２５７の周りに回動する調整レバー２５４に掛けられている。バネ２５３で付勢された該調整レバー２５４の付勢面に接触してカム２５５が駆動軸２５６によって回転可能に設けられている。そして、少なくともニップ部下流端部近傍を転写材Ｐの先端部が通過するとき、カム２５５の調整レバー２５４への接触面が、定常時の接触面Ｂから増圧時の所定の接触面域に移動して、所定時間、その位置を保持するようにプログラムされたステッピングモータによって駆動され、押圧力を増圧させる手段が構成される。
【００１６】
所定の接触面域は転写材の厚さによって決められる押圧力によって定められたカムの位置にある。これについては後述する。
【００１７】
ニップ形状は前記定着ローラ２４１の弾性層が前記押圧部材である押圧ローラ２４２の定常の押圧力により変形されて、定着部材側に凸形状となっており、転写材の先端が、少なくともニップ部の最下流端を通過時に、その位置の押圧力を更に増圧させる手段として、上記カム２５５が駆動される。
【００１８】
以上、転写材Ｐ有無の検出と、それに伴う押圧ローラの押圧力を上昇させる時期と期間を時系列的に表したのが図３に示すタイムチャートである。転写材検出手段２４２Ｂにより転写材先端部が検出されると押圧ローラのニップ圧を定常の７００Ｎの状態から、増圧させて、例えば坪量６０ｇ／ｍ2の転写材であれば、１０００Ｎの状態に移行させて、転写材の先端部がニップ部を十分通過した後まで１０００Ｎの状態を保ってから定常の７００Ｎの状態に戻すようにしてある。これによってオイルレスで分離爪が無い状態でも十分分離が安定して達成される。尚、増圧量３００Ｎは後述するように転写材の厚さによって異なる。
【００１９】
第２の実施例は図２を用いて説明する。定着部材は第１の実施例と同様に定着ローラ２４１であり、押圧部材は複数の支持ローラ２４３，２４４，２４５に巻回されたエンドレスベルト２４６でニップ部の最下流部に配置した前記支持ローラ２４３と、その上流側に配置した、バネ２４８に押圧される押圧パッド２４７の間で、前記エンドレスベルト２４６を前記定着ローラ２４１に押圧して前記ニップ部を形成し、未定着トナー像を転写した転写材Ｐを線速２８０ｍｍ／ｓで前記ニップ部を通過させて、定着させる定着装置２４Ａが構成されている。最下流部に配置した前記支持ローラ２４３が前記押圧力を増圧させる手段を有するようにしてある。
【００２０】
定着装置２４Ａにおける、前記定着ローラ２４１は外径が６０ｍｍであり、表層より、厚さが３０〜７０μｍのＰＦＡチューブ、厚さが２〜３ｍｍのＳｉゴムの弾性層、厚さが３〜５ｍｍの芯金を有し、ＪＩＳ−Ａのゴム硬度が５〜２０度であり、駆動ローラになっている。また、エンドレスベルト２４６を定着ローラ２４１にニップさせる押圧ローラとして働く前述の最下流部に配置した前記支持ローラ２４３は、外径が２０ｍｍであり、表層より、離型層や弾性層はなく、厚さが０．８〜２ｍｍの芯金を有している。また、押圧パッド２４７は厚さが２〜４ｍｍ、ＪＩＳ−Ａのゴム硬度が１０〜３０度であり、バネ２４８で２００Ｎの押圧が掛けられている。更にエンドレスベルトは、厚さ５０〜１００μｍのポリイミドのベースの上に厚さ１００〜２００μｍのＳｉゴムがライニングされ、離型層に３０〜４０μｍのＰＦＡチューブ層が被されている。
【００２１】
そして押圧ローラ２４３の回転軸２４３Ａは支軸２５２Ａの周りに回動するレバー２５１Ａの端部に固定されている。該レバー２５１Ａの他方の端部側にバネ２５３Ａの一端が掛けられ、該バネ２５３Ａの他端は支軸２５７Ａの周りに回動する調整レバー２５４Ａに掛けられている。バネ２５３Ａで付勢された該調整レバー２５４Ａの付勢面に接触してカム２５５Ａが駆動軸２５６Ａによって回転可能に設けられている。そして、ニップ部下流端部近傍を転写材Ｐの先端部が通過するとき、カム２５５Ａの調整レバー２５４Ａへの接触面が定常時の接触面Ｂから増圧時の接触面域に移動して、所定時間、その位置を保持するようにプログラムされたステッピングモータによって駆動され、押圧力を増圧させる手段が構成される。
【００２２】
以上、転写材Ｐ有無の検出と、それに伴う押圧ローラの押圧力を上昇させる時期と期間を時系列的に表したのが図４に示すタイムチャートである。転写材検出手段２４２Ｃにより転写材Ｐの先端部が検出されると、押圧ローラのニップ圧を定常の３００Ｎの状態から、増圧させて、例えば坪量６０ｇ／ｍ2の転写材であれば、５００Ｎの状態に移行させて、転写材の先端部がニップ部を十分通過した後まで５００Ｎの状態を保ってから定常の３００Ｎの状態に戻すようにしてある。これによってオイルレスで分離爪が無い状態でも十分分離が安定して達成される。尚、増圧量２００Ｎは後述するように転写材の厚さによって異なる。
【００２３】
以上は、使用する転写材Ｐが特定の厚さ（坪量６０ｇ／ｍ2）の場合の例について説明したが、転写材Ｐの先端が、少なくとも最下流部にあるニップ部を通過時に増圧させる押圧力の大きさは、転写材Ｐの厚さによって、大きく変わるし、ローラ定着の場合とベルト定着の場合とでもかなり異なる。即ち、転写材が厚いものは、転写材自体に腰があるので分離しやすいが、薄いほど難しくなる。坪量２１０ｇ／ｍ2から６０ｇ／ｃｍ2程度の転写材に対するまで、徐々に押圧を上げる必要がある。また、ベルト定着の場合はニップ期間が長いのでニップのための押圧力はローラ定着の場合よりも小さくしてある。
【００２４】
それについて、次のような実験をして確かめた結果を、表１及び図５のグラフを用いて説明する。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
図３、図４のタイミングチャートに示したタイミング位置で、増圧した量を合わせた押圧荷重を転写材の各厚さ（坪量で示す）に対してかけて、１０枚ずつ１０Ｎピッチで振り、１０枚全部分離出来た荷重を記録したのが表１であり、それをグラフにプロットしたのが図５のグラフである。ローラ定着及びベルト定着それぞれに押圧力の荷重データが得られた。トナーの付着量は１０ｇ／ｍ2で全面ベタのものを用いた。
【００２７】
プロットされた各曲線の上部にあれば分離可能である。
【００２８】
このように、ニップ部全域又は一部のニップ形状を定着部材側に凸となる形状にして、特に、転写材先端がニップ最下流端近傍を通過する時、押圧力を更に増加させて、分離性を確保することにより、坪量６０ｇ／ｍ2程度の薄手の転写材も安定して分離ができるようになり、カールも先端に僅かに出るが問題となる程ではなく、定着部材や押圧部材の耐久性も正常であり劣化する兆候は見られなかった。
【００２９】
押圧力の変化でニップ形状の凸深さも変わり、紙先端にカールがついて分離するようになる。
【００３０】
押圧力を上げると凸形状が深くなり、ニップ下流の出口の曲率が変化し、排出時の先端部の転写材Ｐの方向と定着ローラ面との離れるときの角度が大きくなり、転写材はその先端のカールが少し大きくなるが分離し易くなる。
【００３１】
ニップ幅が長いタイプの場合は、ニップ下流の出口の前記押圧力を変化させることにより、出口付近の定着部材の曲率の変化が大きくなり、転写材の先端部のカールも分離方向に僅かについて、薄手の転写材も安定して分離できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施の形態例としてのローラ定着装置の断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態例としてのベルト定着装置の断面図である。
【図３】ローラ定着の場合、押圧ローラの押圧力を増圧させるときのタイミングチャートである。
【図４】ベルト定着の場合、押圧ローラの押圧力を増圧させるときのタイミングチャートである。
【図５】転写材の厚さと、増圧量を合わせた押圧荷重との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３３】
２４，２４Ａ  定着装置
２４１  定着ローラ
２４１Ａ  加熱手段
２４２  押圧ローラ
２４２Ａ  回転軸
２４２Ｂ，２４２Ｃ  転写材検出手段
２４３，２４４，２４５  支持ローラ
２４３Ａ  回転軸
２４６  エンドレスベルト
２４７  押圧パッド
２４８，２５３，２５３Ａ  バネ
２５１，２５１Ａ  レバー
２５２，２５２Ａ，２５７，２５７Ａ  支軸
２５４，２５４Ａ  調整レバ
２５５，２５５Ａ  カム
２５６，２５６Ａ  駆動軸
Ｐ  転写材
Ｂ  定常時の接触面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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