(57)【要約】【課題】ヒータによる定着ローラの加熱を効率的に行うことができ、定着後の転写材のカールを効果的に抑える。【解決手段】定着排出手段１０は、定着ローラ７の転写材搬送速度よりも速い転写材搬送速度で転写材２を搬送する。ニップ部Ｐｂよりも転写材搬送方向下流側の位置Ｐ１  から転写材２が離れるように、定着ローラ７に対して定着排出手段１０を配置してある。第１の線１４と第２の線１５とで囲まれた定着ローラ７のスペース内で且つ定着ローラ７の回転中心Ｏ１  から偏心した位置に、ヒータ１１の中心を配置してある。【選択図】図２
2005215410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空状の定着ローラの内部にヒータを内蔵し、このヒータで加熱された前記定着ローラに加圧ローラを押し当てて所定幅のニップ部を形成し、このニップ部を形成した状態で前記定着ローラと前記加圧ローラを回転させ、この回転する前記定着ローラと前記加圧ローラの前記ニップ部にトナー像が転写されたシート状の転写材を送り込み、この転写材を前記定着ローラと前記加圧ローラの前記ニップで加熱・加圧してトナー像を定着させ、前記定着ローラと前記加圧ローラの前記ニップ部から送り出された転写材を定着排出手段によって転写材搬送方向下流側へ挟持・搬送する定着装置であって、
前記定着排出手段は、前記定着ローラの転写材搬送速度よりも速い転写材搬送速度で前記転写材を搬送するようになっており、
前記ニップ部よりも転写材搬送方向下流側の前記定着ローラの表面から前記転写材が離れるように、前記定着ローラに対して前記定着排出手段を配置し、
前記転写材が前記定着ローラの表面から離れる位置と前記定着ローラの回転中心とを結ぶ線を第１の線とし、前記定着ローラの回転中心と前記加圧ローラの回転中心とを結ぶ線を第２の線とすると、これら第１の線と第２の線とで囲まれた前記定着ローラのスペース内で且つ前記定着ローラの回転中心から偏心した位置に、前記ヒータの中心を配置したことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記第１の線と前記第２の線のなす角度が、５°〜２０°であることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
像担持体の表面に形成されたトナー像を転写手段で転写材に転写し、この転写済みの転写材を前記請求項１又は２に記載の定着装置に送り込むようにした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、ファクシミリ及びこれらの複合機等の電子写真方式の画像形成装置及びこの画像形成装置に使用される定着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から一般に知られた電子写真方式の複写機等の画像形成装置は、シート状の転写材を像担持体としての感光体と転写手段としての転写ローラとのニップ部に送り込み、その転写材に感光体表面のトナー像を転写した後、感光体と転写ローラの回転により転写済みの転写材を定着装置の定着ローラと加圧ローラのニップ部に送り込むようになっている。そして、この定着装置においては、定着ローラの内部に収容したヒータによって定着ローラを加熱し、トナー像が転写された転写材を定着ローラと加圧ローラのニップ部で加熱・加圧し、転写材にトナーを定着させる。トナーが定着した転写材は、定着ローラと加圧ローラによって転写材搬送方向下流側に送り出された後、排紙トレイ等に搬送される。
【０００３】
このような画像形成装置の定着装置は、一般的に、中空円筒状の定着ローラの回転中心部にヒータを配置し、そのヒータによって定着ローラの全周壁を均一に加熱するようになている。しかし、定着を効率的に行うには、定着部位である定着ローラと加圧ローラとのニップ部が常に定着温度に達していればよく、必ずしも定着ローラ全体が定着温度に達している必要はない。このように、定着ローラ全体を定着温度にするために、定着ローラ全体を均一加熱するような構成においては、発熱量が大きなヒータを使用することになり、消費電力が大きくなり、経済的に好ましくないという問題を有していた。
【０００４】
このような問題を解決するものとして、特許文献１乃至４の技術が案出された。この特許文献１乃至４に開示された定着装置は、ヒータの中心位置を定着ローラの回転中心から偏心させ、且つ、ヒータの中心位置を定着ローラの定着中心位置よりも転写材搬送方向上流側に配置し、定着ローラの定着部位近傍の表面温度を効率的に加熱するように工夫してある。しかし、このような定着装置は、定着ローラと加圧ローラのニップ部を転写材が通過する際に、定着ローラの熱が転写材に奪われることなり、ニップ部の転写材搬送方向下流側の部分において、定着ローラの温度が低下するという問題を上述の従来の定着装置と同様に有していた。その結果、このような定着装置は、転写材によって熱が奪われることを考慮して、定着ローラの定着中心位置よりも転写材搬送方向上流側における加熱温度を高めるようにしているため、定着ローラと加圧ローラのニップ部の転写材搬送方向上流側部分における温度が高くなりすぎ、ホットオフセットの問題を生じる虞があり、また、図４に示すように、ニップ部の転写材搬送方向上流側と下流側の温度差が大きいという問題をも生じていた。
【０００５】
そこで、このような特許文献１乃至４に開示された定着装置の問題を解消するため、ヒータを定着ローラと加圧ローラの定着中心位置（ニップ部の転写材搬送方向中心位置）よりも転写材搬送方向下流側に偏らせて配置する技術が開発された（特許文献５参照）。
【０００６】
【特許文献１】実用新案登録第２５２３０４８号公報
【特許文献２】特開平７−１４６６２０号公報
【特許文献３】特開平９−１９７８９７号公報
【特許文献４】特開２００１−２７８５８号公報
【特許文献５】特開２００２−２６８４３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献５に開示された定着装置は、印刷速度が高速の画像形成装置に使用すると、定着ローラの表面温度と加圧ローラの表面温度の違いによる影響が転写材のカールとなって顕著に表れるようになっていた。
【０００８】
そこで、本発明は、ヒータによる定着ローラの加熱を効率的に行うことができ、定着後の転写材のカールを効果的に抑えることができる定着装置を提供すること、及びこのような定着装置を備えた画像形成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】
【０００９】
請求項１の発明は、中空状の定着ローラの内部にヒータを内蔵し、このヒータで加熱された前記定着ローラに加圧ローラを押し当てて所定幅のニップ部を形成し、このニップ部を形成した状態で前記定着ローラと前記加圧ローラを回転させ、この回転する前記定着ローラと前記加圧ローラの前記ニップ部にトナー像が転写されたシート状の転写材を送り込み、この転写材を前記定着ローラと前記加圧ローラの前記ニップで加熱・加圧してトナー像を定着させ、前記定着ローラと前記加圧ローラの前記ニップ部から送り出された転写材を定着排出手段によって転写材搬送方向下流側へ挟持・搬送する定着装置である。そして、前記定着排出手段は、前記定着ローラの転写材搬送速度よりも速い転写材搬送速度で前記転写材を搬送するようになっている。また、前記ニップ部よりも転写材搬送方向下流側の前記定着ローラの表面から前記転写材が離れるように、前記定着ローラに対して前記定着排出手段を配置してある。また、前記転写材が前記定着ローラの表面から離れる位置と前記定着ローラの回転中心とを結ぶ線を第１の線とし、前記定着ローラの回転中心と前記加圧ローラの回転中心とを結ぶ線を第２の線とすると、これら第１の線と第２の線とで囲まれた前記定着ローラのスペース内で且つ前記定着ローラの回転中心から偏心した位置に、前記ヒータの中心を配置してある。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明に係る定着装置において、前記第１の線と前記第２の線のなす角度が、５°〜２０°であることを特徴としている。
【００１１】
請求項３の発明は、像担持体の表面に形成されたトナー像を転写手段で転写材に転写し、この転写済みの転写材を前記請求項１又は２の発明に係る定着装置に送り込むようにした画像形成装置に関するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、トナー定着後の転写材がニップ部を越えて定着ローラの周面に巻き付くようになっており、ニップ部が転写材搬送方向下流側に実質的に延長されたようになっているため、定着ローラによって長時間加熱されることになり、トナーの定着性が向上する。
【００１３】
また、本発明によれば、定着ローラと加圧ローラとで形成されるニップ部を越えた位置まで、転写材にテンションを与えた状態で定着ローラの周面に巻き付けるようになっているため、定着ローラと加圧ローラの温度差の影響によって発生する転写材後端の下向きカールを矯正して小さくすることが可能となった。
【００１４】
また、本発明によれば、ヒータを定着ローラの回転中心から偏心した位置で且つ定着ローラと加圧ローラとによって形成されるニップ部の転写材搬送方向下流側に配置し、定着ローラを効率的に加熱することができるため、定着率を向上することができると共に、消費電力の低減化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳述する。
【００１６】
（画像形成装置の概略構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置１の概略構成を模式的に示すものである。この図に示すように、本実施の形態の画像形成装置１は、図示しない給紙トレイから送り出されたシート状の転写材２がドラム状の感光体（像担持体）３と転写ローラ（転写体）４のニップ部（転写位置）Ｐａに送り込まれ、ここで感光体３表面のトナー像が転写材２に転写される。トナー像が転写された転写材２は、感光体３と転写ローラ４の回転によって転写材搬送下流側（定着装置５側）の搬送ガイド６に案内されて送り出され、定着装置５を構成する定着ローラ７と加圧ローラ８のニップ部Ｐｂに送り込まれる。このニップ部Ｐｂに送り込まれた転写材２は、定着ローラ７と加圧ローラ８とによって加熱・加圧され、トナー像が定着させられる。そして、定着後の転写材２は、定着ローラ７と加圧ローラ８とによって転写材搬送方向下流側に向けて送り出され、定着排出手段１０によって更に転写材搬送方向下流側に搬送され、図示しない排紙トレイ等に送られるようになっている。
【００１７】
（定着装置）
図２は、本発明の実施の形態に係る定着装置５の構成を示すものである。この図２に示すように、中空円筒状の定着ローラ７は、例えば、表面がフッ素樹脂加工されたアルミニウム，鉄等の熱伝導性に優れた硬質材料で形成されており、内部にヒータ１１が収容されている。この定着ローラ７は、その軸方向長さが印刷される転写材２の通紙幅方向（転写材搬送方向に直交する方向）の寸法よりも長くなるように形成されており、転写材２の全域を加熱・加圧できるようになっている。また、加圧ローラ８は、シリコンゴム，発泡シリコンスポンジ等の比較的（定着ローラ７に比較して）柔らかい材料で形成されており、定着ローラ７と同様の軸方向長さに形成され、定着ローラ７に押し付けられて弾性変形し、定着ローラ７との接触部に所定幅のニップ部Ｐｂを形成している。
【００１８】
定着ローラ７よりも転写材搬送方向下流側には、上述したように定着排出手段１０が配置されている。この定着排出手段１０は、回転駆動される定着排出ローラ１２と、この定着排出ローラ１２に押圧されて従動回転する定着排出コロ１３とを備えている。このうち、定着排出ローラ１２は、ＥＰＤＭ，耐熱性ＣＲゴム，シリコンゴム等のゴム材料で形成されている。また、定着排出コロ１３は、摩擦係数が小さなＰＯＭ，ＰＥＴ，ＰＢＴ等の樹脂材料で形成されている。ここで、定着排出ローラ１２の周速は、定着ローラ７の周速よりも２〜５％速くなるように設定されており、定着ローラ７及び加圧ローラ８のニップ部Ｐｂと定着排出手段１０のニップ部Ｐｃとの間に位置する転写材２にテンションが作用するようになっている。
【００１９】
また、定着排出コロ１３は定着排出ローラ１２に対して比較的弱く（少なくとも定着ローラ７と加圧ローラ８の接触圧よりもかなり弱く）押圧されており、定着排出コロ１３と定着排出ローラ１２のニップも小さくなるように設定（定着ローラ７と加圧ローラ８のニップ部Ｐｂよりもかなり小さく設定）されているため、転写材（用紙）を強く引っ張って破損する前に、転写材がスリップするようになっている。あるいは、定着排出ローラ１２の軸にトルクリミッタを設けて、転写材に所定張力以上の力が作用すると、定着排出ローラ１２の回転が駆動源との間でスリップするようになっている。
【００２０】
また、定着排出ローラ１２及び定着排出コロ１３は、転写材２が定着ローラ７から離れる位置Ｐ１  を考慮して、その位置が決定されている。すなわち、提出排出ローラ１２と定着排出コロ１３のニップ部Ｐｃは、定着ローラ７と加圧ローラ８のニップ部Ｐｂと共に転写材２を挟持して搬送する状態において、転写材２の定着ローラ７からの離間位置Ｐ１  が定着ローラ７と加圧ローラ８とで形成されるニップ部Ｐｂの転写材搬送方向下流側端部  Ｐ２よりも転写材搬送方向下流側になるように配置されている。
【００２１】
ここで、転写材２が定着ローラ７の表面から離間する位置Ｐ１  と定着ローラ７の回転中心Ｏ１  を結ぶ線を第１の線１４とし、定着ローラ７の回転中心Ｏ１  と加圧ローラ８の回転中心Ｏ２  とを結ぶ線を第２の線１５とすると、これら第１の線１４と第２の線１５がなす角度θを５°〜２０°の範囲に設定した。また、定着ローラ７と加圧ローラ８とで形成されるニップ部Ｐｂの転写材搬送方向下流端部Ｐ２  と定着ローラ７の回転中心Ｏ１  を結ぶ線を第３の線１６とし、この第３の線１６と第２の線１５とがなす角度をαとすると、その角度αをθよりも小さな角度であって、５°〜１５°の範囲となる角度に設定される。
【００２２】
定着ローラ７の内部に収容されるヒータ１１は、図２に示すように、その中心位置Ｏ３  が第１の線１４と第２の線１５に囲まれる領域であって、定着ローラ７の回転中心Ｏ１  から偏心した位置に配置されるようになっており、より好ましくはその中心位置Ｏ３  が第３の線１６と第２の線１５に囲まれる領域であって、定着ローラ７の回転中心Ｏ１  から偏心した位置に配置されることである。
【００２３】
このような構成の本実施の形態によれば、定着ローラ７と加圧ローラ８によって形成されるニップ部Ｐｂによって加熱・加圧されてトナーが定着した転写材２は、ニップ部Ｐｂを越えて定着ローラ７の周面に巻き付くため、ニップ部Ｐｂが転写材搬送方向下流側に実質的に延長されたようになっており、定着ローラ７によって長時間加熱されることになり、トナーの定着性が向上する。
【００２４】
また、このような構成の定着装置５は、定着ローラ７と加圧ローラ８とで形成されるニップ部Ｐｂを越えた位置まで、転写材２にテンションを与えた状態で定着ローラ７の周面に巻き付けるようになっているため、プリントスピードが３０ｐｐｍで、且つ感光体３の周速が２００ｍｍ／ｓｅｃを越えるような高速機に適用された場合において、定着ローラ７と加圧ローラ８の温度差の影響によって発生する転写材２後端の下向きカールを矯正して小さくすることが可能となった。
【００２５】
しかし、転写材２が定着ローラ７に巻き付く角度θを大きくしすぎると、転写材２が高温になりすぎ、一度定着したトナーが再融解して転写材２から剥がれてしまうホットオフセットという不具合や、転写材２後端部が上向きカールを生じてしまうという新たな不具合を発生してしまうため、上述したように、第１の線１４と第２の線１５がなす角度θを５°〜２０°にするのが望ましい。
【００２６】
また、本実施の形態は、ヒータ１１が定着ローラ７の回転中心Ｏ１  から偏心した位置で、且つニップ部Ｐｂに近い位置に配置されているため、ニップ部Ｐｂを効率的に加熱することができ、ウォームアップ時間を短縮することができる。
【００２７】
なお、定着排出手段１０は、定着排出ローラ１２と定着排出コロ１３とで構成する態様を例示したが、これに限られず、定着排出ベルト対でニップ部を形成したり、定着排出ベルトと定着排出コロとでニップ部を形成するようにしてもよい。
【実施例】
【００２８】
図２に示す本発明の定着装置５の性能を確認するために、図５に示す従来の定着装置２０との性能比較実験を行った。なお、この実験は、転写材２として、坪量が８０ｇ／ｍ２  のコピー用紙を使用し、ベタ画像コスリ試験による定着性を測定する（定着性試験を行う）と共に、１００枚連続プリント時のコピー用紙のカール量を測定して（カール量測定をして）その平均値を比較した。ここで、定着性試験は、先ず、コピー用紙に定着された黒ベタの複写画像の画像濃度を反射濃度計によって測定し、次いで、黒ベタの複写画面を、直径５０ｍｍで長さが２６ｍｍの軟鋼製の円柱の底面に綿布を被覆してなる錘（５０ｇ／ｃｍ２  ）で強制的に５回摩擦し（５回往復運動させて摩擦し）、その後、摩擦した黒ベタの複写画面を前述の反射濃度計によって画像濃度を測定し、摩擦前の画像濃度と摩擦後の画像濃度を比較する。この比較の結果、摩擦前の画像濃度よりも摩擦後の画像濃度が１０％低下した場合には、９０％の定着率と判断される。この定着率は、９０％以上であることが好ましい。また、カール量測定は、定着されて排紙トレイ上に排出されたコピー用紙を平板上に置き、コピー用紙端部の持ち上がり量を測定する。この測定により計測されたコピー用紙端部の持ち上がり量がカール量となる。
【００２９】
両定着装置５，２０は、共に、プリントスピードを６０ｐｐｍ、感光体３の周速を３２０ｍｍ／ｓｅｃ、定着ローラ７の外径寸法を４０ｍｍ、定着ローラ７の肉厚を１ｍｍ、加圧ローラ８の外径寸法を３０ｍｍとし、定着温度を１９０℃とした。また、図２に示す本発明の定着装置５は、第１の線１４と第２の線１５がなす角度θを１５°とし、ヒータ１１の中心位置Ｏ３  を定着ローラ７の回転中心Ｏ１  から５ｍｍだけニップ部Ｐｂ側に近づけるように偏心させると共に、ヒータ１１の中心位置Ｏ３  と定着ローラ７の回転中心Ｏ１  とを結ぶ線（図示せず）と第２の線１５とのなす角度を１０°とした（第２の線１５を転写材搬送方向下流側に向けて１０°回転させた）。一方、図５に示す従来の定着装置２０は、ヒータ１１の中心位置Ｏ３  を定着ローラ８の回転中心Ｏ１  に置き、第１の線１４と第２の線１５とのなす角度θを８°とした。なお、図２の定着装置５及び図５の定着装置２０は、第３の線１６と第２の線１５とのなす角度αを１０°とした。
【００３０】
このような条件で実験をした結果、本発明に係る定着装置５は、定着率が９２％であり、カール量が下向きに５ｍｍであった。これに対し、従来の定着装置２０は、定着率が８１％であり、カール量が下向きに１５ｍｍであった。このように、本発明の定着装置５によれば、従来の定着装置２０よりも定着率を向上でき、コピー用紙の後端カール量を小さく抑えることが可能になる。
【００３１】
また、図３（ａ）は、本発明に係る定着装置５において、定着ローラ７のニップ部Ｐｂ及びその近傍位置における温度分布の測定結果を示すものである。この図３（ａ）に示すように、本発明の定着装置５は、ヒータ１１がニップ部Ｐｂの中心位置Ｐ０  よりも転写材搬送方向下流側の定着ローラ７の内壁面を局部的に加熱することにより、ニップ部Ｐｂの転写材搬送方向上流側端部Ｐ３  と転写材搬送方向下流側端部Ｐ２  における定着ローラ７の外表面の温度の差を、図３（ｂ）に示す従来の定着装置２０よりも小さくすることができ、ニップ部Ｐｂの熱の変動を少なくすることができるため、安定した定着を行うことができると共に、ホットオフセット等の従来技術の問題が生じにくくなる。また、このように、本発明の定着装置５は、定着ローラ７の周面における温度差の均一化を図ることが可能になるため、ヒータ１１で効率的に定着ローラ７を加熱することができ、ヒータ１１の発熱量を低くすることができ、電力消費量を低減することも可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ及びこれらの複合機としての画像形成装置の定着装置として広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る定着装置の構成図である。
【図３】（ａ）は本発明の実施の形態に係る定着装置のニップ部の温度分布図であり、（ｂ）は図５に示す従来例に係る定着装置のニップ部の温度分布図である。
【図４】従来の定着装置のニップ部の温度分布図である。
【図５】従来例に係る定着装置の構成図である。
【符号の説明】
【００３４】
１……画像形成装置、２……転写材、３……感光体（像担持体）、４……転写ローラ（転写体）、５……定着装置、７……定着ローラ、８……加圧ローラ、１０……定着排出手段、１１……ヒータ、１４……第１の線、１５……第２の線、Ｐｂ……ニップ部、Ｏ１  Ｏ２  ……回転中心、Ｏ３  ……中心、Ｐ１  ……位置
【図１】
2005215410.tif 000003
【図２】
2005215410.tif 000004
【図３】
2005215410.tif 000005
【図４】
2005215410.tif 000006
【図５】
2005215410.tif 000007