(57)【要約】【課題】  熱容量が大きくなって立ち上げ時間が遅くなることなく、熱効率がよく、部品コストが増大することなく、しかも定着ベルトの寿命を短くすることなく、記録媒体の分離性を向上した定着装置、またはそのような定着装置を備える画像形成装置を提供する。【解決手段】  加熱ローラ（第１ローラ）１０と支持ローラ（第２ローラ）１５に掛け回す定着ベルト２０と、その定着ベルトを加熱する加熱手段１１と、加熱ローラとの間で定着ベルトを挟む対向回転体２５とを備える。そして、その対向回転体と定着ベルトとの間の定着ニップｎに記録媒体を通してその未定着画像を記録媒体に定着する。そのような定着装置において、定着ニップの下流側で、定着ベルトを加熱ローラに押し当ててその定着ベルトの曲率半径を小さくする分離ワイヤ４０を備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ローラと第２ローラに掛け回す定着ベルトと、その定着ベルトを加熱する加熱手段と、前記第１ローラとの間で前記定着ベルトを挟む対向回転体とを備え、その対向回転体と前記定着ベルトとの間の定着ニップに記録媒体を通してその未定着画像を記録媒体に定着する定着装置において、
前記定着ニップの下流側で、前記定着ベルトを前記第１ローラに押し当ててその定着ベルトの曲率半径を小さくする分離ワイヤを備えることを特徴とする、定着装置。
【請求項２】
前記分離ワイヤを移動自在として常時は前記第１ローラに対する前記定着ベルトの押し当てを解除し、前記加熱手段で加熱してウォームアップ立ち上げ時間経過後に、前記分離ワイヤで前記定着ベルトを前記第１ローラに押し当て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】
前記定着ベルトを前記第１ローラに押し当てる時間を、長くても、記録媒体の先端が前記定着ニップに入る直前から後端が前記定着ニップを出るまでとすることを特徴とする、請求項１または２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記分離ワイヤの表面に離型層を設けることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１に記載の定着装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１に記載の定着装置を備えることを特徴とする、画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリまたはそれらの複合機などの画像形成装置に関する。そのうち特に、像担持体上に形成したトナー画像を直接または間接的に転写して、用紙・ＯＨＰフィルム等の記録媒体に画像を記録する電子写真式の画像形成装置に関する。および、そのような画像形成装置などにおいて、定着温度に加熱する定着ベルトとそれに押し当てる対向回転体間に記録媒体を通してそれら定着ベルトと対向回転体とで搬送しながら熱と圧とを加え、記録媒体上の未定着トナー画像を記録媒体に定着する定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真式の画像形成装置では、像担持体上にトナー画像を形成し、そのトナー画像を直接、または中間転写体を介して間接的に記録媒体に転写する。そして、そのトナー画像転写後の記録媒体を定着装置に導き、記録媒体上の未定着トナー画像を記録媒体に定着して永久画像とする。
【０００３】
定着装置は、加熱手段で定着温度に加熱する加熱ローラと、それに押し当てる加圧ローラ・加圧ベルト等の対向回転体との間で定着ニップを形成し、その定着ニップに、未定着トナー画像の載った記録媒体を通して加熱ローラを回転駆動して対向回転体を従動回転し、記録媒体を挟み込んで搬送しながらそれに熱と圧とを加え、トナー画像を加熱溶融して記録媒体に圧着するものが一般的である。
【０００４】
定着後の記録媒体は、先端を加熱ローラに押し当てる分離爪で加熱ローラから分離して所定位置へと排出する。
【０００５】
ところが、近年の画像形成装置は、カラー化が進んでいる。カラー化が進むと、定着すべきトナー量が多くなる。このため、定着ニップ通過後の記録媒体の溶融トナー量が増加し、加熱ローラに対する、定着後の記録媒体の付着力が増大して分離爪で分離できずに加熱ローラに巻き付くようなことがあった。
【０００６】
このような問題を解決すべく、従来の定着装置の中には、定着ベルトを使用し、加熱手段で直接定着ニップを加熱せずに定着ベルトを介して熱を伝えるようし、定着ニップを出る頃には熱が下がってトナーの粘性が低くなり、分離爪で定着ベルトから記録媒体を分離可能とするものがある。
【０００７】
また、定着ベルトを使用し、その定着ベルトを冷却してトナーの粘性を低下し、分離爪で定着ベルトから記録媒体を分離可能とするものもある。
【０００８】
【特許文献１】特許第２７６９７２７号公報
【特許文献２】特許第２８９２３８１号公報
【特許文献３】特許第２９７６１４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、前者には、直接定着ニップを加熱しないから効率が悪い問題があった。また、ものによっては、分離爪を耐熱性を有する樹脂でつくらなければならず、部品コストが増大する問題があった。
【００１０】
他方、後者には、定着ベルトを冷却すると、熱容量が大きくなって立ち上げ時間が遅くなるとともに、熱効率が悪くなる問題があった。
【００１１】
加えて、分離爪の先端を定着ベルトに接触していることから、傷が付きやすく、定着ベルトの寿命が短くなる問題もあった。
【００１２】
そこで、この発明の目的は、熱容量が大きくなって立ち上げ時間が遅くなることなく、熱効率がよく、部品コストが増大することなく、しかも定着ベルトの寿命を短くすることなく、記録媒体の分離性を向上した定着装置、またはそのような定着装置を備える画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
かかる目的を達成すべく、請求項１ないし４に係る発明は、第１ローラと第２ローラに掛け回す定着ベルトと、その定着ベルトを加熱する加熱手段と、前記第１ローラとの間で前記定着ベルトを挟む対向回転体とを備え、その対向回転体と前記定着ベルトとの間の定着ニップに記録媒体を通してその未定着画像を記録媒体に定着する定着装置において、
前記定着ニップの下流側で、前記定着ベルトを前記第１ローラに押し当ててその定着ベルトの曲率半径を小さくする分離ワイヤを備える、ことを特徴とする。
【００１４】
そのような定着装置において、分離ワイヤを移動自在として常時は前記第１ローラに対する前記定着ベルトの押し当てを解除し、前記加熱手段で加熱してウォームアップ立ち上げ時間経過後に、前記分離ワイヤで前記定着ベルトを前記第１ローラに押し当てるようにするとよい。
【００１５】
また、前記定着ベルトを前記第１ローラに押し当てる時間を、長くても、記録媒体の先端が前記定着ニップに入る直前から後端が前記定着ニップを出るまでとするとよく、前記分離ワイヤの表面に離型層を設けるとよい。
【００１６】
請求項５に係る発明は、画像形成装置において、請求項１ないし４のいずれか１に記載の定着装置を備える、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、定着ニップの下流側で、定着ベルトを第１ローラに押し当ててその定着ベルトの曲率半径を小さくする分離ワイヤを備えるので、その曲率半径の小さい部分で定着ベルトから記録媒体を分離することができる。特に熱容量が大きくなって立ち上げ時間が遅くなったり、熱効率が悪くなったり、部品コストが増大したり、定着ベルトに傷を付けて定着ベルトの寿命を短くしたりするおそれなく、記録媒体の分離性を向上することができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、常時は第１ローラに対する定着ベルトの押し当てを解除し、加熱手段で加熱してウォームアップ立ち上げ時間経過後に、分離ワイヤで定着ベルトを第１ローラに押し当てるようにするので、ウォームアップ立ち上げ時間経過前は、分離ワイヤによる第１ローラに対する定着ベルトの押し当てを解除し、定着ベルトの熱が分離ワイヤに奪われないようにし、熱効率を向上してウォームアップ立ち上げ時間を短縮することができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、定着ベルトを第１ローラに押し当てる時間を、長くても、記録媒体の先端が定着ニップに入る直前から後端が定着ニップを出るまでとするので、押し当て時間を不必要に長くすることなく、屈曲時間を短縮し、定着ベルトの寿命を一層長くすることができる。
【００２０】
請求項４に記載の発明によれば、分離ワイヤの表面に離型層を設けるので、微量のオフセットトナーが分離ワイヤに付着してそれが徐々に堆積するおそれをなくし、さらに定着ベルトの熱で溶融してそれが定着ベルトに付き、一周して逆に記録媒体に付着して画像品質を低下するおそれを解消することができる。
【００２１】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１ないし４のいずれか１に記載の定着装置を備えるので、定着ニップの下流で定着ベルトの曲率半径を小さくして定着ベルトから記録媒体を分離することができ、特に熱容量が大きくなって立ち上げ時間が遅くなったり、熱効率が悪くなったり、部品コストが増大したり、定着ベルトに傷を付けて定着ベルトの寿命を短くしたりするおそれなく、定着装置における記録媒体の分離性を向上した画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照しつつ、この発明の実施の最良形態につき説明する。
図１には、電子写真式画像形成装置に備える定着装置で、その内部機構の全体概略構成を示す。
【００２３】
電子写真式の画像形成装置では、図示省略するが、ドラム状やベルト状の像担持体上に帯電・書込み・現像を行ってトナー画像を形成し、そのトナー画像を直接、または中間転写体を介して間接的に転写して、用紙・ＯＨＰフィルム等の記録媒体上に、モノクロや二色やカラーのトナー画像を記録する。そして、トナー画像転写後の記録媒体を定着装置へと導き、記録媒体上の未定着トナー画像を記録媒体に定着し、所望のスタック位置へと排出する。
【００２４】
図１に示す定着装置には、第１ローラとして加熱ローラ１０を備える。加熱ローラ１０は、円筒状で、内側から外側に順に支持層、弾性層、離型層を設ける。支持層は、この例では、アルミニウムを使用するが、鉄や銅等の金属でもよく、肉厚０．３〜２mmで、外径を望ましくは３０〜５０mmとする。そして、内面には、光を吸収するように耐熱性の黒色塗料を塗る。内面に、補強リブを設けて強度アップを図ってもよい。また、加熱ローラ１０の表面は、摩擦抵抗をアップする目的で、ブラスト処理等で荒らすとよい。
【００２５】
そのような加熱ローラ１０は、図示省略するが、軸方向片側に駆動ギヤを設け、その駆動ギヤを介して定着駆動手段の駆動力が伝達される。
【００２６】
加熱ローラ１０の内部には、加熱手段１１を設ける。加熱手段１１は、この例では、２本のハロゲンランプ１２・１３を使用し、１本はＡ４縦を、別の１本はＡ４縦以外を加熱する。図示例に代えて、例えばＡ４横用１本とすることもできる。
【００２７】
加熱ローラ１０ともっとも近いところで、距離Ｌ離して、第２ローラである支持ローラ１５を備える。距離Ｌは、０．５〜２０mmとする。支持ローラ１５は、この例では、ステンレスパイプを使用し、肉厚を０．４〜１mmとして熱容量を下げているが、その他の材料として鉄、アルミニウム等の金属材料を用いてもよい。
【００２８】
第１ローラである加熱ローラ１０と第２ローラである支持ローラ１５には、周長をできるだけ短くした無端状の定着ベルト２０を掛け回す。そして、加熱ローラ１０の回転とともに、加熱手段１１で加熱しながら走行する。支持ローラ１５の外周には、耐熱層として、シリコーンゴム、フッ素ゴム(バイトンゴム)等からなる耐熱性リングを１〜１０mm間隔ではめて、支持ローラ１５と定着ベルト２０との接触面積を減らし、定着ベルト２０から支持ローラ１５に伝達される熱量を低減するようにしてもよい。
【００２９】
図２には、定着ベルト２０の部分拡大断面を示す。
図２から判るとおり、定着ベルト２０は、内側から外側に順に、支持層２１、弾性層２２、離型層２３を有する。
【００３０】
定着ベルト２０の支持層２１は、耐熱性の樹脂であるＰＩ（ポリイミド）でつくる。
【００３１】
弾性層２２は、一般的にはシリコーンゴムを用いるが、その他フッ素ゴム(バイトンゴム)等の耐熱性ゴムでも構わない。厚さは、０．１〜０．６mmとし、ゴム中に熱伝導率を上げるために、酸化材やシリカ等の材料を分散して混入しておくとよい。
【００３２】
離型層２３は、ＰＦＡ（パーフルオロアルキシ）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡとＰＴＦＥの混合体を用いてつくる。厚さを１０〜５０μmとし、弾性層２２との接着のために弾性層２２との間にはプライマーを塗る。
【００３３】
このような定着ベルト２０を加熱ローラ１０との間で挟んで加熱ローラ１０には対向回転体２５を押し当て、定着ベルト２０との間に定着ニップｎを形成する。対向回転体２５は、ベルトでもよいが、図示例では円筒状のローラを用いる。望ましくは、外径が３０〜５０φで、硬度はアスカーＣで８０°以下とする。そして、この対向回転体２５も、内側から外側に順に、支持層２６、弾性層２７、離型層２８を設ける。
【００３４】
対向回転体２５の支持層２６は、金属材料でつくり、中実でもパイプ状でもよい。図示例では、熱容量を下げるために、肉厚０．５〜１mmの鉄を用いている。
【００３５】
弾性層２７は、一般的にシリコーンゴム、シリコーンスポンジ、フッ素ゴム（バイトンゴム）等の耐熱性ゴムでつくり、厚さを１〜５mmとする。そして、熱伝導率を下げるために、断熱性を向上する中空球状充填材を分散して混入しておくとよい。ここで、中空球状充填材としては、ガラスバルーン、シリカバルーン、カーボンバルーン、フェノール樹脂バルーン、塩化ビニリデン樹脂バルーン、塩化ビニリデンと（メタ）アクリロニトリルとの重合体からなる樹脂バルーン、アルミナバルーン、ジルコニアバルーン、シラスバルーンなどを用いる。
【００３６】
離型層２８は、ＰＦＡ（パーフルオロアルキシ）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡとＰＴＦＥの混合体を用いてつくり、厚さを３０〜２００μｍとする。弾性層２７との接着のために弾性層２７との間にはプライマーを塗る。
【００３７】
加熱ローラ１０のまわりには、また定着ベルト２０を介してサーミスタ３０、安全装置３１を配置する。サーミスタ３０は、加熱ローラ１０、ひいては定着ベルト２０の温度をコントロールするもので、定着ベルト２０を介して加熱ローラ１０に接するように１ないし２個設ける。安全装置３１は、サーモスタットや温度ヒューズなどで、定着ベルト２０に非接触で加熱ローラ１０の近傍に設置する。
【００３８】
さて、この発明では、定着ニップｎの下流側に分離ワイヤ４０を備え、両端を各々不図示の、対向する一対の定着側板で固定支持する。そして、定着ベルト２０を凹ませて加熱ローラ１０に押し当て、定着ベルト２０の曲率半径を小さくする。分離ワイヤ４０は、直径０．５〜５mmとし、望ましくは１〜３とする。この例では、ステンレスを使用するが、その他の材料として鉄、銅等の金属材料を用いてもよい。
【００３９】
図３には、分離ワイヤ４０の断面を示す。
図示するとおり、ワイヤ本体４１の表面には、定着ベルト２０の幅以上の幅で塗って厚さ１０〜３０μｍの離型層４２を設ける。離型層４２としては、ＰＦＡ（パーフルオロアルキシ）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡとＰＴＦＥの混合体を用いる。ワイヤ本体４１との接着のためにワイヤ本体４１との間にはプライマーを塗る。
【００４０】
画像形成を開始するとき、ＣＰＵで電源をオンすると、加熱手段１１に信号を送り、発熱して加熱ローラ１０を加熱し、定着ベルト２０の温度を上昇する。そして、定着ベルト２０が所定の温度に達したところで、サーミスタ３０から検知信号を送信し、すぐさま定着駆動手段に信号を送って駆動し、再度所定の温度に達したところでサーミスタ３０から立ち上げ信号が入る。
【００４１】
そして、適宜のタイミングで、不図示のＣＰＵから給紙駆動手段に信号を送って給紙を開始し、記録媒体を搬送してレジストローラに突き当てて止める。そのレジストローラへの突き当て信号を受け、潜像形成終了のタイミングを見計らってＣＰＵから駆動信号を送出してレジストローラを回転し、記録媒体を送り出して転写位置で像担持体上のトナー画像を転写して後、図示定着装置へと導いて定着ベルト２０と対向回転体２５との間の定着ニップｎに入れ、定着ニップｎを通過するとき熱と圧を加えて記録媒体上の未定着トナー画像を記録媒体に定着する。このとき、記録媒体がレジストローラから出るタイミングに合わせてレジストローラの駆動を止める。
【００４２】
そして、分離ワイヤ４０で定着ベルト２０を加熱ローラ１０に押し当てる部分で定着ベルト２０を凹ませて定着ベルト２０の曲率半径を小さくする。これにより、小さい曲率半径で、定着ニップｎから出た記録媒体を加熱ローラ１０から確実に分離する。
【００４３】
図４には、他例である定着装置の内部機構の全体概略構成を示す。
この例では、分離ワイヤ４０の両側で各々分離ワイヤ４０の端部を、ソレノイド４４のプランジャ４５先端に取り付ける。そして、ソレノイド４４をオンオフすることにより、プランジャ４５を図中矢示方向に出し入れして分離ワイヤ４０を平行移動自在に支持する。ソレノイド４４は、駆動手段の一例であり、不図示の定着側板の外側に設けるが、それに代えて、ステッピングモータ等のモータを用いてもよい。
【００４４】
また、分離ワイヤ４０の両側で各々分離ワイヤ４０の端部に掛けて、同じく不図示の定着側板の外側に引張りばね４６を設ける。そして、分離ワイヤ４０を付勢してソレノイド４４に通電していないときは、図示するように、分離ワイヤ４０を加熱ローラ１０から離した状態で保持する。すなわち、常時は分離ワイヤ４０による、加熱ローラ１０に対する定着ベルト２０の押し当てを解除する。
【００４５】
画像形成を開始するとき、ＣＰＵで電源をオンすると、加熱手段１１に信号を送り、発熱して加熱ローラ１０を加熱し、定着ベルト２０の温度を上昇する。そして、定着ベルト２０が所定の温度に達したところで、サーミスタ３０から検知信号を送信し、すぐさま定着駆動手段に信号を送って駆動し、再度所定の温度に達したところでサーミスタ３０から立ち上げ信号が入る。
【００４６】
そして、適宜のタイミングで、ＣＰＵから給紙駆動手段に信号を送って給紙を開始し、記録媒体を搬送してレジストローラに突き当てる。レジストローラへの突き当て信号を受け、潜像形成終了のタイミングを見計らってＣＰＵから駆動信号を送出してレジストローラを回転する。そして、記録媒体を搬送して転写位置で像担持体上のトナー画像を転写して後、図示定着装置へと導いて定着ベルト２０と対向回転体２５との間の定着ニップｎに入れる。
【００４７】
このとき、あらかじめ適宜のタイミングで、記録媒体が定着ニップｎに入るタイミングに合わせてＣＰＵから信号を送ってソレノイド４４をオンする。すなわち、加熱手段１１で加熱してウォームアップ立ち上げ時間経過後に、ソレノイド４４に通電して分離ワイヤ４０を移動し、定着ベルト２０を加熱ローラ１０に押し当てる。
【００４８】
図５には、この定着状態における全体概略構成を示す。
図５に示す状態の、定着ベルト２０と対向回転体２５との間の定着ニップｎに記録媒体を通す。これにより、定着ニップｎを通過する記録媒体上の未定着トナー画像を記録媒体に定着する。
【００４９】
記録媒体がレジストローラから出るタイミングに合わせてレジストローラの駆動をオフする。それから、定着ニップｎを出るタイミングに合わせてソレノイド４４をオフし、引張りばね４６の付勢力で分離ワイヤ４０を元の位置に戻す。定着ベルト２０を加熱ローラ１０に押し当てる時間は、長くても、記録媒体の先端が定着ニップｎに入る直前から後端が定着ニップｎを出るまでとする。このようにすることで、押し当て時間を不必要に長くすることなく、屈曲時間を短縮し、定着ベルト２０の寿命を一層長くすることができる。
【００５０】
なお、図４および図５において、図１と対応する部分には、図１と同一の符号を付す。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】電子写真式画像形成装置に備える定着装置で、その内部機構の全体概略構成図である。
【図２】その定着装置に備える定着ベルトの部分拡大断面図である。
【図３】その定着装置に備える分離ワイヤの断面図である。
【図４】他例である定着装置の内部機構の全体概略構成図である。
【図５】その定着時の状態における全体概略構成図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０    加熱ローラ（第１ローラ）
１１    加熱手段
１５    支持ローラ（第２ローラ）
２０    定着ベルト
２５    対向回転体
４０    分離ワイヤ
４２    離型層
ｎ      定着ニップ
【図１】
2005181557.tif 000003
【図２】
2005181557.tif 000004
【図３】
2005181557.tif 000005
【図４】
2005181557.tif 000006
【図５】
2005181557.tif 000007