(57)【要約】【課題】長期間にわたって用紙分離性能が確保される、画像形成装置の定着装置を提供する。【解決手段】芯金２２と弾性層２４と発熱層とを有する定着部材２０と、該定着部材２０に圧接される加圧部材１０との間で形成されるニップ部１８を通過させることにより記録媒体上に形成された未定着像を加熱して定着処理する画像形成装置の定着装置２において、定着部材２０の発熱層を外部から加熱する外部加熱部材３０と、定着部材２０の近くに対向配置されて、定着処理された記録媒体を定着部材２０から引き離す分離部材４２と、定着部材２０の表面と分離部材４２とのギャップＧを一定に維持するためのギャップ維持手段２４，４０と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯金と弾性層と発熱層とを有する定着部材と、該定着部材に圧接される加圧部材との間で形成されるニップ部を通過させることにより記録媒体上に形成された未定着像を加熱して定着処理する画像形成装置の定着装置において、
前記定着部材の発熱層を外部から加熱する外部加熱部材と、
前記定着部材の近くに対向配置されて、定着処理された記録媒体を定着部材から引き離す分離部材と、
前記定着部材の表面と前記分離部材とのギャップを一定に維持するためのギャップ維持手段と、
を備えることを特徴とする画像形成装置の定着装置。
【請求項２】
前記ギャップ維持手段は、定着部材の表面と前記分離部材とのギャップをギャップセンサで測定し、測定されたギャップに基づいて前記分離部材を所定位置に修正することを特徴とする、請求項１記載の画像形成装置の定着装置。
【請求項３】
前記ギャップ維持手段は、定着部材の弾性層として、反発弾性率が５０％以上であるスポンジ状弾性体を用いた構成であることを特徴とする、請求項１記載の画像形成装置の定着装置。
【請求項４】
前記定着部材は、発熱層を備える定着ベルトが弾性層の外周面上に嵌装された構成であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の画像形成装置の定着装置。
【請求項５】
前記外部加熱部材が誘導加熱であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の画像形成装置の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置に使用される定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置では、帯電装置を使用して被帯電部材（感光体）の表面を均一に帯電させ、その上に画像を露光することによって画像潜像が形成されている。形成された画像潜像をトナーで現像してトナー像を形成し、これを記録媒体に転写し、或いは中間転写体、例えば中間転写ベルトに転写した上でさらに記録媒体に転写し、転写されたトナー像を定着装置で加熱定着処理することによって画像形成が行われている。
【０００３】
このような画像形成装置に使用される定着装置としては、定着ローラと加圧ローラとが圧接配置されたニップ部を有する熱ローラ方式の定着装置が広く使用されている。定着ローラ及び加圧ローラの少なくとも一方の表面には、ニップ部を通過後のトナー定着済み用紙を該ローラから分離するための分離爪が配置されている。この方式の定着装置は、定着ローラ内部に熱源であるハロゲンランプが配置されており、このハロゲンランプを通電制御装置に接続して定着ローラの表面温度が所定の定着温度に維持されるように制御されている。
【０００４】
上記熱ローラ方式の定着装置は、長い使用実績があり定着性能の優れた定着装置であるが、電源の投入から定着処理可能温度に到達するまでの立ち上がり時間が長いこと、熱効率が低いこと等の問題を有している。
【０００５】
立ち上がり時間を短縮するとともに、熱効率の高い加熱方式として、誘導加熱や抵抗加熱やランプ加熱等の加熱手段によって定着ローラの外部から加熱する外部加熱方式が提案されている。
【０００６】
外部加熱方式の一例としての誘導加熱方式では、定着ローラ芯金の回りに弾性体を設けた回転ローラの表面に、鉄などの強磁性体からなる加熱薄板の上に弾性層及び離型層を積層配置した定着ローラに対して、あるいは、定着ローラの表面に回転自在に装着された、鉄などの強磁性体からなる加熱薄板の上に弾性層及び離型層を積層配置した定着ベルトに対して、コイルユニットが配置された構成をしている。そして、コイルユニットに高周波電流を流すことで定着ローラや定着ベルト等に設けられた加熱薄板リーブに流れる渦電流から発生するジュール熱によって定着ローラや定着ベルトを加熱するものである。
【０００７】
定着ローラに使用されている従来の弾性層としては、シリコーンゴムや反発弾性率が３０乃至５０％程度の反発弾性の低いシリコンスポンジが一般的である（例えば、特許文献１を参照のこと）。上述の外部加熱方式にてベルトを加熱する場合、弾性層がより断熱性の高いシリコーンスポンジとした方がベルトの昇温性能に有利である。しかしながら、シリコーンスポンジについては、長期間の使用による耐久劣化によって、弾性層の縮小変形とともに反発弾性が低下し、定着ベルトや定着ローラの最外面と分離爪とのギャップが大きくなってしまう。その結果、低反発弾性の弾性層から構成された従来タイプの定着装置には、定着ローラや加圧ローラに付着した記録媒体が分離爪で引き剥がされにくくなるという分離不良発生の問題がある。
【特許文献１】特開平７−３３４０２４号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の解決すべき技術的課題は、長期間にわたって用紙分離性能が確保される、画像形成装置の定着装置を提供することである。
【課題を解決するための手段および作用・効果】
【０００９】
上記技術的課題を解決するために、本発明によれば、
芯金と弾性層と発熱層とを有する定着部材と、該定着部材に圧接される加圧部材との間で形成されるニップ部を通過させることにより記録媒体上に形成された未定着像を加熱して定着処理する画像形成装置の定着装置において、
前記定着部材の発熱層を外部から加熱する外部加熱部材と、
前記定着部材の近くに対向配置されて、定着処理された記録媒体を定着部材から引き離す分離部材と、
前記定着部材の表面と前記分離部材とのギャップを一定以下に維持するためのギャップ維持手段と、
を備えることを特徴とする画像形成装置の定着装置が提供される。
【００１０】
従来技術のところでも説明したように、定着部材の弾性層の耐久劣化により定着部材の表面と前記分離部材とのギャップが大きくなる傾向がある。上記構成によれば、定着部材の表面と前記分離部材とのギャップを一定に維持するためのギャップ維持手段を設けることによって、外部加熱部材によって加熱された定着部材と加圧部材との間で形成されるニップ部から排出された定着処理済み記録媒体を、分離部材によって定着部材から長期間にわたって安定的に引き離すことができる。
【００１１】
このようなギャップ維持手段は、能動的にギャップを一定に維持するように構成されたもの、すなわち、定着部材の表面と前記分離部材とのギャップをギャップセンサで測定し、測定されたギャップに基づいて前記分離部材を所定位置に修正するものである。
【００１２】
あるいは、ギャップ維持手段は、構成要素自身によってギャップを一定に維持するように構成されたもの、すなわち、定着部材の弾性層として、反発弾性率が５０％以上であるスポンジ状弾性体を用いた構成である。
【００１３】
定着部材は、発熱層を弾性層の上に固定的に配設した構成とすることもできるが、外部加熱が容易であるという特長を有する、発熱層を備える定着ベルトが弾性層の外周面上に嵌装された構成である。
【００１４】
外部加熱部材は、抵抗加熱やランプ加熱等でも使用可能であるが、立ち上がり時間が短くて熱効率の高い誘導加熱であることが好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の一実施形態に係る画像形成装置の定着装置２について、図１を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置の定着装置２の模式的な説明図である。定着装置２は、電子写真方式による画像形成装置（例えば、複写機、プリンタなど）、すなわち、像担持体（例えば感光体ドラム）上に潜像を形成した後、トナーで潜像を顕像化してトナー画像を形成し、続いてトナー画像を用紙に転写する装置に着脱可能に組み込まれるようになっている。
【００１７】
図１に示すように、定着装置２は、定着ローラ２０と圧接して、用紙が通過するニップ部１８を形成する加圧ローラ１０（加圧部材）と、定着ローラ２０（定着部材）と、誘導加熱コイルユニット３０（外部加熱部材）、分離爪４２（分離部材）と、分離爪制御ユニット４０（ギャップ維持手段）と、を備えている。
【００１８】
加圧ローラ１０は、例えば、回転駆動モータに接続されてアルミニウムや鋼等からなる芯金１２の上に厚さ２乃至５ｍｍ程度のシリコーンスポンジからなる弾性層１４が形成され、その表面を厚さ３０μｍ程度のＰＦＡ（perfluoroalkoxy)からなる離型層で被覆された構成をしている。加圧ローラ１０は、図示されていないバネで定着ローラ２０に向けて付勢することによって定着ローラ２０に圧接されている。定着ローラ２０と加圧ローラ１０との間の接触部は、弾性層１４及び弾性層２４の弾性変形によって、ニップ部１８を形成する。
【００１９】
定着ローラ２０は、アルミニウムや鋼等の芯金２２の上にシリコンゴムを発泡させたスポンジ状の弾性層２４が配設され、定着ベルト２６が弾性層２４の外周面上に嵌装された構成であり、定着ベルト２６及び定着ローラ２０が加圧ローラ１０の回転に伴って従動回転する。
【００２０】
定着ベルト２６は、例えば、厚さ５０μｍ程度の鉄やＳＵＳ４３０ステンレス鋼からなる発熱層の上に、シリコンゴムからなる厚さ３００μｍ程度の弾性層を形成し、その表面を厚さ２０μｍ程度のＰＦＡ（perfluoroalkoxy)からなる離型層で被覆して構成されており、誘導加熱可能な可撓性を備えたベルトである。
【００２１】
定着ローラ２０の周辺には、定着ローラ２０の回転方向上流側で、ニップ部１８から遠い位置（図ではニップ部１８から略１８０度の位置）に誘導加熱コイルユニット３０が配置されている。
【００２２】
誘導加熱コイルユニット３０は、フェライトからなるメインコアと、その両側に配置された裾コアと、メインコイル３６と、誘導加熱コイル駆動電源（不図示）と、を備えている。誘導加熱コイルユニット３０のメインコイル３６に高周波電流を流すと、定着ベルト２６の発熱層のうち、誘導加熱コイルユニット３０に対向する部分に渦電流が流れてジュール熱で発熱することにより、定着ローラ２０が加熱される。
【００２３】
ニップ部１８の用紙搬送方向の下流側において、定着ローラ２０側に紙を分離するための分離爪４２が定着ローラ２０に対して非接触状態であるように少なくとも一つ設けられている。用紙上に形成されたトナー画像を加熱定着する場合、印字面側に定着ローラ２０が配置されるが、トナー定着済み用紙が定着ローラ２０に巻き付き易いため、分離爪４２は定着ローラ２０側に設けられている。
【００２４】
分離爪４２の先細の先端部分が、定着ローラ２０の定着ベルト２６の近傍に配設されている。分離爪４２の先端部分を定着ローラ２０の定着ベルト２６に向けて前進又は後退させることによって、定着ローラ２０の定着ベルト２６の表面と分離爪４２との間のギャップＧ（例えば１ｍｍ）を一定に維持するための分離爪制御ユニット４０が設けられている。ギャップ維持手段としての分離爪制御ユニット４０は、分離爪４２を駆動する駆動モータ４８と、定着ローラ２０の定着ベルト２６の表面と分離爪４２との間のギャップＧを検出するギャップセンサ４６と、ギャップセンサ４６からの情報に基づいて分離爪４２の前進・後退を制御する制御回路４４と、を備えている。
【００２５】
ギャップセンサ４６としては、例えば、透過式のレーザー測定器が使用される。分離爪４２はニップ部１８の定着ローラ２０からトナー定着済み用紙を分離するためのものであるから、ニップ部１８の加圧ローラ１０が邪魔になってレーザー測定することができない。そこで、加圧ローラ１０のロール長を定着ローラ２０のロール長よりも短寸に構成し、軸方向の非通紙領域で加圧ローラ１０が無い領域において、分離爪４２と同形のダミー爪と透過式のレーザー測定器とを配置して、定着ローラ２０の定着ベルト２６の表面とダミー爪とのギャップＧを測定することで、定着ローラ２０の定着ベルト２６の表面と分離爪４２との間のギャップＧを擬似的に測定することができる。
【００２６】
あるいは、レーザー式、渦電流式、超音波式の位置変位センサによって、定着ローラ２０の定着ベルト２６の表面の絶対位置を測定し、定着ベルト２６の表面位置の変動から分離爪４２との間のギャップＧを推定することによって、ギャップＧの変動を知ることができる。
【００２７】
ギャップセンサ４６から得られたギャップＧの変動に関する情報に基づいて、駆動モータ４８で分離爪４２を前進あるいは後退させることによって、定着ローラ２０の定着ベルト２６の表面と分離爪４２との間のギャップＧが一定に保たれる。
【００２８】
上記構成において、誘導加熱コイルユニット３０に高周波電流を流して定着ローラ２０を加熱しておき、図示しない画像形成装置の作像装置によりトナー像が転写された未定着の用紙（記録媒体）をニップ部１８を通過させることで、前記トナー像の定着処理が行われる。ニップ部１８を通過したトナー定着済み用紙は、分離爪４２により定着ローラ２０から分離された後、不図示の排紙部に搬送される。
【００２９】
そして、長期間の使用によって定着ローラ２０の反発弾性が失われたとしても、定着ローラ２０の定着ベルト２６の表面と分離爪４２との間のギャップＧが一定に保たれるので、長期間にわたって所定の用紙分離性能を確保することができる。
【００３０】
次に、図２乃至６を参照しながら、本発明の他の実施形態に係る画像形成装置の定着装置２について説明するが、上述した実施形態と重複する部分については省略して、相違点を中心に説明する。
【００３１】
図２は、本発明の他の実施形態に係る画像形成装置の定着装置２の模式的な説明図である。図３は、定着装置２に使用されるスポンジ状弾性体の反発弾性率と耐久時間との関係を示す図である。図４は、比較例に係る定着装置２におけるベルト位置変位と耐久時間との関係を示す図である。図５は、本発明に係る定着装置２におけるベルト位置変位と耐久時間との関係を示す図である。図６は、使用する弾性層の違いによって、定着装置２におけるベルト位置変位が異なることを説明する図である。
【００３２】
図１に示した実施形態では、分離爪４２が能動的に変位することでギャップＧを一定に維持するように構成されているのに対して、本実施形態では、図２に示すように、分離爪４２が固定位置にあるとともに定着ローラ２０の弾性層２４が耐久劣化しにくい材料から構成されていることが特徴である。すなわち、耐久劣化しにくい定着ローラ２０の弾性層２４が、ギャップ維持手段として、反発弾性率が５０％以上であるスポンジ状弾性体から構成されていることを特徴としている。
【００３３】
定着ローラ２０の芯金２２の上に配設される弾性層２４は、比重が０．４乃至０．６のシリコーンスポンジ体から構成されている。そして、シリコーンスポンジ体の反発弾性率が５０％以上であることが、定着ローラ２０の弾性層２４に用いることが極めて有効であることを見出した。すなわち、反発弾性率の異なった様々なシリコーンスポンジ体を準備して、表１に示した反発弾性率を有するシリコーンスポンジ体を定着試験装置の定着ローラ２０の弾性層２４に組み込んで、３０万枚の通紙試験を行い、その試験結果を表１に示す。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
表１から明らかなように、シリコーンスポンジ体の反発弾性率が４５％以下である場合には、分離不良が発生したのに対して、シリコーンスポンジ体の反発弾性率が５０％以上である場合には、３０万枚の通紙試験でも何の問題も無かった。
【００３６】
また、図３は、従来スポンジとして表１のシリコーンスポンジ体の反発弾性率が約４５％のもの（点線）、及び、本願スポンジとして表１のシリコーンスポンジ体の反発弾性率が約５７％のもの（実線）の耐久試験結果を示している。試験用定着装置の定着ローラ２０に組み込まれたシリコーンスポンジ体の反発弾性率は、ＪＩＳ  Ｋ６２５５に規定するトリプソン式反発弾性試験装置で測定した。
【００３７】
図３から明らかなように、従来技術に係る反発弾性率が約４５％のもの（点線）は、反発弾性率が経時的に低下しているのに対して、本発明に係る反発弾性率が約５７％のもの（実線）は、反発弾性率が経時的にほとんど変化していないことが分かる。
【００３８】
ところで、図４乃至６に示すように、定着ベルト２６やスポンジ状弾性層２４の暖まり具合によって、定着ベルト２６の位置が絶えず変動している。図４及び５は、従来技術に係る反発弾性率が約４５％のもの及び、本発明に係る反発弾性率が約５７％のものに関して、動作時間（加熱時間）と定着ベルト２６の変位との関係を示している。
【００３９】
図４の状態Ａ（図５の点線）に示すように、従来技術に係る反発弾性率が約４５％である新品及び、本発明に係る反発弾性率が約５７％である新品を、それぞれスポンジ状弾性層２４に適用し、スポンジ状弾性層２４に定着ベルト２６を嵌装して、動作時間（加熱時間）と定着ベルト２６の変位との関係を調べた。その結果、スポンジ状弾性層２４に嵌装されたいずれの定着ベルト２６も、ほとんど変形していなかった。
【００４０】
次に、所定時間の通紙試験を行ったスポンジ状弾性層２４に嵌装された定着ベルト２６について、動作時間（加熱時間）と定着ベルト２６の変位との関係を調べた。
【００４１】
図４の状態Ｂ（図５の太線）に示すように、電源を投入した加熱直後において、従来技術に係る反発弾性率が約４５％のものであって耐久試験後（３８２時間後）のスポンジ状弾性層２４に嵌装された定着ベルト２６は、−０．８ｍｍくらい凹んでいる。そして、時間が経過するにつれて、縮小変形したスポンジ状弾性層２４が加熱によって膨張することによって、定着ベルト２６は０ｍｍくらいの位置まで回復する。
【００４２】
図４の状態Ｃ（図５の細線）に示すように、電源を投入した加熱直後において、本発明に係る反発弾性率が約５７％であって耐久試験後（２５８時間後又は４０５時間後）のスポンジ状弾性層２４に嵌装された定着ベルト２６は、反発弾性を有するので、圧接されることで瞬間的に盛り上がって、定着ベルト２６は＋０．８ｍｍくらいの位置まで変位する。そして、次第に、定着ベルト２６は０ｍｍくらいの位置に安定する。
【００４３】
したがって、耐久劣化しにくい定着ローラ２０の弾性層２４を、反発弾性率が５０％以上であるスポンジ状弾性体から構成することによって、定着ローラ２０の定着ベルト２６の表面と分離爪４２との間のギャップＧが一定以下に保たれるので、長期間にわたって所定の用紙分離性能を確保することができる。
【００４４】
なお、以上の説明は、本発明の一実施形態を説明するために開示したものであり、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態では、定着ローラ２０が定着ベルト２６を備えるタイプのものであるが、定着ベルト２６を有しないローラ体だけのタイプのものであってもよい。すなわち、定着ローラ２０は、芯金２２の上にシリコンゴムを発泡させたスポンジ状弾性層２４を設け、さらにその上に発熱層を形成したものである。発熱層は、厚さ４００μｍ程度の鉄の薄板上に、厚さ３００μｍ程度のシリコンゴムからなる弾性層を形成し、その表面を厚さ２０μｍ程度のＰＦＡ層で被覆した構成をしている。また、定着ローラ２０を外部から加熱する外部加熱手段として、抵抗加熱やランプ加熱等の加熱手段を使用することもできる。さらにまた、上記実施形態では、分離爪４２を定着ローラ２０側に設けているが、代わりにまたはこれに加えて分離爪４２を加圧ローラ１０側に設けることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像形成装置の定着装置の模式的な説明図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る画像形成装置の定着装置の模式的な説明図である。
【図３】定着装置に使用されるスポンジ状弾性体の反発弾性率と耐久時間との関係を示す図である。
【図４】比較例に係る定着装置におけるベルト位置変位と耐久時間との関係を示す図である。
【図５】本発明に係る定着装置におけるベルト位置変位と耐久時間との関係を示す図である。
【図６】使用する弾性層の違いによって、定着装置におけるベルト位置変位が異なることを説明する図である。
【符号の説明】
【００４６】
２  定着装置
１０  加圧ローラ
１２  芯金
１４  弾性層
１８  ニップ部
２０  定着ローラ
２２  芯金
２４  弾性層
２６  定着ベルト
３０  誘導加熱コイルユニット
３２  メインコア
３４  裾コア
３６  メインコイル
４０  分離爪制御ユニット
４２  分離爪
４４  制御回路
４６  ギャップセンサ
４８  駆動モータ
Ｇ  ギャップ
【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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【図６】
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