(57)【要約】【課題】  定着ローラに転写材が巻付くことを抑えるとともに、白抜け画像等の画像の不具合を抑えることがでいる定着装置を提供すること。【解決手段】  第１、第２、第３の回転対の定着ローラ設定温度をＴ１、Ｔ２、Ｔ３とすると、Ｔ３＞Ｔ２＞Ｔ１の関係とし、第１の回転対および第２の回転対によって、事前に転写材上のトナーを十分加熱して、転写材側のトナーの温度を上げてから、第３の回転対のニップに転写材を通過させて、トナーを転写材に定着させる。これにより、定着ローラに転写材が巻付くことを抑えるとともに、白抜け画像等の画像の不具合を抑えることができる。【選択図】  図２  
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能に構成された定着ローラと、回転可能に構成された加圧ローラとからなり、該定着ローラと該加圧ローラとでニップ部を形成する定着手段を備え、記録材に担持されたトナー像を該定着手段のニップ部で熱及び圧力により記録材に定着させる定着装置において、上記定着手段を複数備え、記録材の移動方向に対し最も下流側に位置する定着手段の加熱設定温度が、他の定着手段の加熱設定温度よりも高いことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１の定着装置において、記録材の移動方向に対し最も下流側に位置する定着手段の少なくとも定着ローラの直径は、他の定着手段の定着ローラの直径よりも小さいことを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１または２の定着装置において、記録材の移動方向に対し最も下流側に位置する定着手段の少なくとも定着ローラの硬度が、他の定着手段の定着ローラの硬度より硬いことを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項１、２または３の定着装置において、記録材の移動方向に対し最も下流側に位置する定着手段の少なくとも定着ローラの周速が他の定着手段の定着ローラの周速よりも速いことを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項４の定着装置において、記録材の移動方向に対し最も下流側に位置する定着手段の加圧力が他の定着手段の加圧力より低いことを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項１、２、３、４または５の定着装置において、前記定着手段の定着ローラおよび加圧ローラは、芯金を備えており、該芯金は、繊維強化金属で形成されていることを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項１、２、３、４、５または６の定着装置において、前記定着ローラおよび加圧ローラは、同一材料および同一形状であるとともに、加熱設定温度が同一であることを特徴とする定着装置。
【請求項８】
請求項１、２、３、４、５、６または７の定着装置において、転写材の移動方向に対し最も上流側に位置する加圧ローラから最も下流側に位置する加圧ローラにかけて加圧ベルトが張架されており、上記ベルトを介して定着ローラと加圧ローラとでニップ部を形成することを特徴とする定着装置。
【請求項９】
請求項８の定着装置において、前記記録材は前記加圧ベルトに静電吸着されて搬送されることを特徴とする定着装置。
【請求項１０】
請求８または９の定着装置において、記録材の移動方向に対し最も上流側に位置する定着ローラと、記録材の移動方向に対し最も上流側に位置する定着ローラから少なくともひとつ下流側に位置する定着ローラとで張架された定着ベルトを備えることを特徴とする定着装置。
【請求項１１】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０の定着装置において、記録材の移動方向に対し最も下流側に位置する少なくとも定着ローラには、ベルトが張架されていることを特徴とする定着装置。
【請求項１２】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０または１１定着装置において、各定着ローラおよび加圧ローラの線速は、２５０ｍｍ／ｓｅｃ以上であることを特徴とする定着装置。
【請求項１３】
像担持体上に形成されたトナー像を記録材に転写して、該記録材に担持されたトナー像を該記録材に定着せしめる定着手段とを備える画像形成装置において、上記定着手段として、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１または１２の何れかの定着装置を用い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】
本発明は、定着装置および画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像形成装置においては、像担持体上の潜像が現像装置から供給されたトナーによって現像され、像担持体上に顕像としてのトナー像が形成される。この像担持体上のトナー像は転写装置によって転写材に転写され、定着装置によって転写材上に定着される。この定着装置の定着手段としては、例えば内部にヒータが組み込まれ、回転可能に構成された定着ローラと、該定着ローラの表面に所定の圧力をもって接触して回転可能に構成された加圧ローラとからなり、該定着ローラと該加圧ローラとで形成するニップ部で熱及び圧力により転写材上のトナー像を転写材に定着させるものが知られている。
【０００３】
一方、近年、プリント速度の高速化から、定着速度を高速にしている。定着速度が速まった結果、転写材の定着装置通過時間が早まってきている。このため、転写材上のトナー像の加熱時間が短くなり、従来の定着ローラの加熱温度では、トナーの転写材側が十分加熱されず、定着不良を引き起こす場合があった。そこで、定着ローラの加熱温度を高く設定して、短時間の加熱でも、トナーを定着温度まで加熱できるようにしていた。しかし、このように高温度でトナー像を加熱すると、転写材側のトナー温度に比べ、定着側（表面側）のトナー温度が非常に高くなってしまう。また、近年、画像の色再現性や光沢性を確保するためにトナーが溶融しやすい、融点の低いトナーが使用されるようになってきている。このように、低い融点のトナーが使用された場合、転写材上の定着側のトナーが高温のため液状化し、トナーの凝集力が低下して定着ローラに付着するいわゆる高温オフセットが発生する場合があった。このため、定着ローラの加熱温度を低くしてしまうと、今度は、トナーの転写材側が十分加熱されず、定着不良を引き起こしてしまう。
【０００４】
そこで、特許文献１や特許文献２には、定着ローラと加圧ローラからなる定着手段を複数設け、それぞれの定着ローラの加熱温度を異ならせた定着装置が記載されている。このように複数のローラで序々にトナーを加熱することで、トナーを転写材に付着させるべく、トナーの表面側が高温オフセットするような高温に定着ローラの加熱温度を設定しなくても、トナーを転写材に付着させることができる。また、特許文献１では、上流側の定着ローラの加熱温度を最も高くして、上流側の定着ローラによってトナー表面側を十分に溶融させて、色再現性や光沢性を確保している。そして、下流側のローラの表面を平滑化して、画像の光沢性をさらに向上させたり、下流側のローラの表面の粗くして、画像の光沢性を抑えたりすることができるようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−１９２０６８号公報
【特許文献２】特開平０７−３１１５０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のように上流側の定着ローラの加熱温度を最も高くして、トナー像の表面側をある程度溶融させた結果、トナーの粘着性が増し、下流側の定着ローラに転写材が巻付いたり、転写材上のトナーが下流側の定着ローラに付着して、白抜け画像を形成したりする場合があった。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、定着ローラに転写材が巻付くことを抑えるとともに、白抜け画像等の画像の不具合を抑えることができる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】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１の定着装置は、回転可能に構成された定着ローラと、該定着ローラの表面に所定の圧力をもって接触して回転可能に構成された加圧ローラとからなり、該定着ローラと該加圧ローラとでニップ部を形成する定着手段を備え、像担持体上に形成されたトナー像を転写材に転写して、該転写材に担持されたトナー像を該定着手段のニップ部で熱及び圧力により転写材に定着させる定着装置において、上記定着手段を複数備え、転写材の移動方向に対し最も下流側に位置する定着手段の加熱設定温度が、他の定着手段の加熱設定温度よりも高いことを特徴とするものである。
また、請求項２の定着装置は、請求項１の定着装置において、転写材の移動方向に対し最も下流側に位置する定着手段の少なくとも定着ローラの直径は、他の定着手段の定着ローラの直径よりも小さいことを特徴とするものである。
また、請求項３の定着装置は、請求項１または２の定着装置において、転写材の移動方向に対し最も下流側に位置する定着手段の少なくとも定着ローラの硬度が、他のの定着手段の定着ローラの硬度より硬いことを特徴とするものである。
また、請求項４の定着装置は、請求項１、２または３の定着装置において、転写材の移動方向に対し最も下流側に位置する定着手段の少なくとも定着ローラの周速が他の定着手段の定着ローラの周速よりも速いことを特徴とするものである。
また、請求項５の定着装置は、請求項４の定着装置において、転写材の移動方向に対し最も下流側に位置する定着手段の加圧力が他の定着手段の加圧力より低いことを特徴とするものである。
また、請求項６の定着装置は、請求項１、２、３、４または５の定着装置において、前記定着手段の定着ローラおよび加圧ローラは、芯金を備えており、該芯金は、繊維強化金属で形成されていることを特徴とするものである。
また、請求項７の定着装置は、請求項１、２、３、４、５または６の定着装置において、前記定着ローラおよび加圧ローラは、同一部材であるとともに、加熱設定温度が同一であることを特徴とするものである。
また、請求項８の定着装置は、請求項１、２、３、４、５、６または７の定着装置において、転写材の移動方向に対し最も上流側に位置する加圧ローラから最も下流側に位置する加圧ローラにかけて加圧ベルトが張架されており、上記ベルトを介して定着ローラと加圧ローラとでニップ部を形成することを特徴とするものである。
また、請求項９の定着装置は、請求項８の定着装置において、前記転写材は前記加圧ベルトに静電吸着されて搬送されることを特徴とするものである。
また、請求項１０の定着装置は、請求８または９の定着装置において、転写材の移動方向に対し最も上流側に位置する定着ローラと、転写材の移動方向に対し最も上流側に位置する定着ローラから少なくともひとつ下流側に位置する定着ローラとで張架された定着ベルトを備えることを特徴とするものである。
また、請求項１１の定着装置は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０の定着装置において、転写材の移動方向に対し最も下流側に位置する少なくとも定着ローラには、ベルトが張架されていることを特徴とするものである。
また、請求項１２の定着装置は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０または１１定着装置において、各定着ローラおよび加圧ローラの線速は、２５０ｍｍ／ｓｅｃ以上であることを特徴とするものである。
また、請求項１３の画像形成装置は、像担持体上に形成されたトナー像を転写材に転写して、該転写材に担持されたトナー像を該転写材に定着せしめる定着手段とを備える画像形成装置において、上記定着手段として、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１または１２の何れかの定着装置を用いたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１乃至１２の発明によれば、記録材の移動方向に対して上流側の定着手段では、記録材の表面が溶融しないよう、加熱温度を低く抑え、最下流の定着手段の温度を最も高く設定して、この定着手段で記録材の表面を十分溶融させている。この結果、上流側の定着手段によってトナー像の粘性が増して、下流側の定着ローラに記録材が巻付いたり、トナーが下流側の定着ローラに付着して、白抜け画像等の画像不良を抑えたりすることができる効果がある。また、最下流の定着手段の加熱温度を高く設定しているので、記録材上トナーの表面を色再現性、光沢性が発揮できる程度に十分に溶融させることができる。これにより、色再現性が良く、光沢性のある画像を得ることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を、電子写真方式の画像形成装置であるカラー電子写真複写機（以下、単に「複写機」という）に適用した実施形態について説明する。
まず、本実施形態に係る複写機の全体的な構成について説明する。
この複写機は、図１に示すように、画像読取部（以下、「スキャナ部」という）１００と画像形成部（以下、「プリンタ部」という。）２００とから構成されている。
【００１１】
上記スキャナ部１００では、コンタクトガラス２９上に載せられた原稿の画像を、図示しない照明ランプ、ミラー群及びレンズを介してＣＣＤ２０に結像し、該原稿のカラー画像情報を、例えばＢｌｕｅ（以下、「Ｂ」という）、Ｇｒｅｅｎ（以下、「Ｇ」という）、Ｒｅｄ（以下、「Ｒ」という）の色分解光として読み取り、電気的な画像信号に変換する。これにより得たＢ、Ｇ、Ｒの各画像信号は、その強度レベルに基づいて、図示しない画像処理部で色変換処理が行われる。この色変換処理によって、イエロー（以下、「Ｙ」という）、シアン（以下、「Ｃ」という）、マゼンタ（以下、「Ｍ」という）、ブラック（以下、「Ｂｋ」という）のカラー画像データとなる。
【００１２】
上記プリンタ部２００では、上記スキャナ部１００で得たカラー画像データに基づいて画像形成が行われる。本実施形態では、像担持体として、４つの感光体ドラム１Ａ，２Ａ，３Ａ，４Ａが設けられており、給紙部１０側からＹ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋに対応する各感光体ドラムがほぼ同一な平面上に並列配置されている。各感光体ドラム１Ａ，２Ａ，３Ａ，４Ａは、光導電性を有する有機または無機材料で構成されている。各感光体ドラム１Ａ，２Ａ，３Ａ，４Ａは、それぞれに対して設けられた帯電手段としての帯電装置１Ｅ，２Ｅ，３Ｅ，４Ｅにより、その表面を例えば負極性に一様に帯電される。帯電装置１Ｅ，２Ｅ，３Ｅ，４Ｅは、コロトロン、スコロトロンなど、コロナ放電により電荷を発生させて像担持体表面に散布する方式のものが用いられる。
そして、帯電された各感光体ドラム１Ａ，２Ａ，３Ａ，４Ａは、各感光体ドラムのそれぞれに対して設けられたレーザ書込ユニット１Ｄ，２Ｄ，３Ｄ，４Ｄによって光書込が行われる。これにより、各感光体ドラム上に各画像データに対応した静電潜像が形成される。該静電潜像は、各感光体ドラムのそれぞれに対して設けられた現像手段としての現像装置１Ｂ，２Ｂ，３Ｂ，４Ｂによって、負極性に帯電された各色トナーにより反転現像され、各感光体ドラムに各色のトナー像が形成される。
【００１３】
次いで、給紙部１０からレジストローラ２７を経て、各感光体ドラムと転写ユニット５との間に形成される転写材搬送経路の各転写領域に転写材Ｐが給紙される。該転写材Ｐとしては、通常のコピー紙やＯＨＰシートなどを用いることができる。転写ユニット５は、駆動ローラ、従動ローラ、テンションローラの複数個のローラに掛け渡されて転写材搬送方向に循環移動する搬送ベルト２５を有している。
【００１４】
これにより、給紙部１０から給紙された転写材Ｐは、該搬送ベルト２５の循環移動により図１の左方に向けて搬送される。このとき、転写材Ｐは、各感光体ドラムに形成された各色トナー像の先端が、搬送ベルト２５との対向点である各転写領域に回転搬送されてくるタイミングで、その印字開始位置が該対向点に一致するように搬送される。
そして、各感光体ドラム１Ａ，２Ａ，３Ａ，４Ａに形成された各色トナー像は、各感光体ドラムと対向するように搬送ベルト２５の裏面側にそれぞれ配置された転写手段としての転写ローラ１Ｃ，２Ｃ，３Ｃ，４Ｃによって、順次、転写材Ｐ上に重ね合わされて転写される。具体的には、搬送ベルト２５は、ポリエステルフィルムなどの誘電体から形成されており、各転写ローラ１Ｃ，２Ｃ，３Ｃ，４Ｃによって、搬送ベルト２５がトナーの極性と反対の極性（ここでは正極性）に帯電されることにより、各感光体ドラム上の負極性のトナーが搬送ベルト２５側に静電力により引き寄せられて、転写材Ｐに転写される。
【００１５】
このようにして各色トナー像が転写された転写材Ｐは、定着手段としての定着装置２１側に端部に配置された分離手段としての分離装置２８によって搬送ベルト２５上から分離される。そして、搬送ベルト２５から分離された転写材Ｐは、定着装置２１に搬送されて該転写材上に転写されたトナー画像が定着された後、カラー画像コピーとして機外に排出される。
なお、搬送ベルト２５に蓄積された電荷は、転写材Ｐの分離後、除電手段としてのベルト除電装置２６により中和されて除電される。また、上記トナー像の転写工程などにおいて搬送ベルト２５に付着した飛散トナーや紙粉等は、クリーニング手段としてのクリーニングユニット２２により除去される。
【００１６】
次に、第１の実施形態における定着装置２１について説明する。図２に示す定着装置２１は、転写材Ｐの進行方向上流側から第１の回転対Ａ、第２の回転対Ｂ、第３の回転対Ｃを備える。第１の回転対Ａは定着ローラ６ａと加圧ローラ６ｂの対からなり、それぞれのローラ内部には、加熱源であるハロゲンヒータ１５Ａをそれぞれ備えている。定着ローラ６ａ、加圧ローラ６ｂの表面付近に温度センサ素子であるサーミスタ４０を配置し、定着ローラ６ａ、加圧ローラ６ｂの表面温度を検知する。定着ローラ６ａ、加圧ローラ６ｂはそれぞれ制御設定温度Ｔ１が設定されており、サーミスタ４０の温度検知に基づき、その設定温度Ｔ１になるように図示されていない温度制御装置によってハロゲンヒータ１５Ａの点灯を制御する。ニップ出口には転写材の巻付きを防止する為に非接触の剥離板１４を設ける。
【００１７】
第２の回転対Ｂも上記第１の回転対Ａ同様、定着ローラ７ａと加圧ローラ７ｂとの対からなり、各ローラの内部には、ハロゲンヒータ１５Ｂが内蔵されている。そして、上述同様、サーミスタ４０の温度検知に基づき、ハロゲンヒータ１５Ｂを点灯制御する。また、第１の回転対Ａ同様、ニップ出口に非接触の剥離板１４を設けている。第２の回転対Ｂの定着ローラ７ａの径は、第１の回転対Ａの定着ローラ６ａの径より小さくなっている。第３の回転対Ｃも上述同様、ハロゲンヒータ１５Ｃが内蔵された定着ローラ８ａと加圧ローラ８ｂとを備え、温度検知手段のサーミスタ４０、非接触の剥離板１４を備えている。第３の回転対Ｃの定着ローラ８ａの径は、第２の回転対Ｂの定着ローラの径より小さくしている。また第１、第２、第３の回転対の定着ローラ設定温度をＴ１、Ｔ２、Ｔ３とすると、Ｔ３＞Ｔ２＞Ｔ１の関係となっている。このように、定着ローラの設定温度と定着ローラの関係を図示すると、図３のような関係になる。すなわち、定着ローラの径が大きいものは、定着ローラの設定温度を低くしており、定着ローラの径が小さくなるに従って定着ローラの設定温度を高くしている。これは、定着ローラの径が大きいほど、転写材がトナーの粘性によって巻き付きやすくなるので、ローラ径の大きいものは、設定温度を低くして、トナーの粘性を上げないようにするためである。また、各定着ローラおよび加圧ローラの線速は、２５０ｍｍ／ｓｅｃ以上好ましくは、６００ｍｍ／ｓｅｃとしている。
【００１８】
第１の回転対Ａを通過する転写材上のトナーは、定着ローラ６ａと加圧ローラ６ｂとのニップ間でコールドオフセットしない程度の温度に上げられる。定着ローラ６ａ、加圧ローラ６ｂの径は大きいので、定着ローラ６ａと加圧ローラ６ｂとのニップ幅は長くなる。これにより、転写材上のトナーは、長時間加熱される。よって、転写材上のトナーの定着側と転写材側との温度差をほとんどなくすことができる。また、定着ローラ６ａおよび加圧ローラ６ｂの設定温度Ｔ１は、加熱によってトナーの粘性が高まり、定着ローラ６ａや加圧ローラ６ｂにトナーが吸着して転写材がローラに巻付かない程度に温度設定されている。これにより、第一の回転対Ａを通過した転写材上のトナーは、トナーの厚み方向に均一に加熱された状態であるとともに、定着ローラ６ａや加圧ローラ６ｂに粘着しない程度に加熱された状態となっている。
【００１９】
第一の回転対Ａを通過した転写材上のトナーは、続いて第２の回転対Ｂを通過する。第２の回転対Ｂの定着ローラ７ａおよび加圧ローラ７ｂの設定温度Ｔ２は、第一の回転対Ａの定着ローラ６ａおよび加圧ローラ６ｂの設定温度Ｔ１より高く設定されている。これにより、第２の回転対Ｂの定着ローラ７ａと加圧ローラ７ｂとで形成されるニップ幅を通過した転写材上トナーの温度は、転写材側のトナーが定着可能温度付近にまで上昇する。その結果、第２の回転対Ｂのニップ幅を通過するトナーの粘性は、第１の回転対Ａのニップ幅を通過する時の粘性より高くなってしまい、転写材Ｐが第一の回転対Ａを通過するときに比べてローラに巻付きやすくなってしまう。しかし、第２の回転対Ｂの定着ローラ７ａおよび加圧ローラ７ｂの径は、第一の回転対Ａのローラ径に比べて小さくなっており、転写材Ｐが巻付きにくくなっている。従って、上述のようにトナーの粘性が高まっても、転写材Ｐがローラに巻付くことがない。
【００２０】
第２の回転対Ｂを通過した転写材上のトナーは、続いて第３の回転対Ｃを通過する。従来のひとつの回転対で転写材上のトナーを定着させる場合、定着ローラおよび加圧ローラの設定温度は、トナーを十分溶融させて画像の色再現性や光沢性を確保するため、高い温度に設定する必要がある。しかしながら、トナーが溶融してしまうと、トナーの粘性が高くなり、巻付きやすくなる。この巻付きを防止するために、ローラ径を小さくしてしまうと、今度は、トナーを加熱するための十分なニップ幅が得られず、トナーが十分溶融せずに、色再現性や光沢性の悪い画像となったり、転写材側のトナーが定着可能温度Ｔに達せずに転写材にトナーが十分定着しなくなったりする場合があった。そこで、トナーを転写材に定着させるために、定着ローラ（定着部材）を非常に高い温度Ｔａに設定すると、図４に示す実線（ａ）のように、回転対のニップでの転写材上のトナーの転写材側と定着部材側（表面側）との温度勾配が大きいものとなってしまう。この結果、定着部材側のトナーが液状化して定着ローラに付着する高温オフセットが発生する場合がある。しかし、この実施形態では、第１の回転対Ａおよび第２の回転対Ｂによって、事前に転写材上のトナーを十分加熱しているので、ローラ径を小さくして、ニップ幅が狭く、設定温度Ｔ３も従来に比べて低く設定しても、図４に示す点線（ｂ）のように、トナーを転写材に定着する定着可能温度に加熱することができる。また、図４の点線（ｂ）に示すように、回転対のニップでの転写材上のトナーの転写材側と定着部材側（表面側）との温度勾配を小さくすることができる。よって、定着部材側のトナーが液状化して定着ローラに付着する高温オフセットが発生することがない。また、ローラ径が小径であるので、転写材が巻付くこともなくなる。
【００２１】
また、第３の回転対Ｃの定着ローラ８ａおよび加圧ローラ８ｂの周速は、第２の回転対Ｂの定着ローラ７ａおよび加圧ローラ７ｂの周速に比べて速くしている。第２の回転対Ｂのニップから、第３の回転対Ｃのニップまでの距離は、転写材の長さに比べて十分短い距離となっている。このため、転写材の先端が第３の回転対Ｃのニップ幅を通過するときは、転写材の中央部付近は、第２回転対Ｂに挟まれている。また、第２の回転対Ｂの定着ローラ７ａと加圧ローラ７ｂの両方からそれぞれ、約１０７Ｎ／ｍの線圧が転写材に加圧されている。一方、第３の回転対Ｃの定着ローラ８ａと加圧ローラ８ｂからそれぞれ、約３５Ｎ／ｍの線圧が転写材に加圧されており、第２の回転対Ｂより弱い加圧力となっている。これにより、転写材の先端が第３の回転対Ｃのニップを通過するとき、転写材Ｐは、第３の回転対Ｃの周速と等速で移動しないで、第２回転対Ｂの周速と等速で移動することとなる。このため、転写材Ｐと第３の回転対Ｃとの間にズレ力が働き、定着ローラ８ａおよび加圧ローラ８ｂとの分離性が向上できる。また、第３の回転対Ｃと第２の回転対との間の周速差は、３％以内とするのが好ましい。これよりも周速差を大きくしてしまうと、定着画像に画像のズレを生じてしまう虞がある。また、この実施形態では、第３の回転対Ｃと第２の回転対Ｂとの間の周速差および加圧力を変えているが、これに限定されない。例えば、第１の回転対Ａのニップから、第３回転対Ｃのニップまでの距離が転写材の長さよりも十分短い場合、第１の回転対Ａの周速を他の回転対Ｂ、Ｃの周速よりも遅くするとともに、第１の回転対Ａから転写材にかかる加圧力を他の回転対Ｂ、Ｃからかかる加圧力よりも大きくして、転写材Ｐの移動速度を第１の回転対Ａの周速と等速で移動させるようにして、他の回転対Ｂ，Ｃの周速よりも遅くしてもよい。このようにすることで、転写材の先端が第２の回転対Ｂのニップを通過するとき、転写材Ｐの移動速度と第２の回転対Ｂの周速との差によって、転写材Ｐと第２回転対Ｂとの間にズレ力が発生して、転写材Ｐが第２の回転対に付着しにくくなる。また、転写材Ｐの先端が第３の回転対Ｃのニップを通過するときも同様に、転写材Ｐの移動速度と第３の回転対Ｃの周速との差によって、転写材Ｐと第３の回転対Ｃとの間にズレ力が発生して、転写材Ｐが第３の回転対に付着しにくくなり、巻付きを防止することができる。
【００２２】
この実施形態においては、第１の回転対Ａの定着ローラ６ａと加圧ローラ６ｂ、第２の回転対Ｂの定着ローラ７ａと加圧ローラ７ｂ、第３の回転対Ｃの定着ローラ８ａと加圧ローラ８ｂとをそれぞれ同一形状としている。また、各回転対の定着ローラの設定温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３とそれと対をなす加圧ローラとの設定温度を同じにしている。これにより、定着ローラ側の定着条件と加圧ローラ側の定着条件を同じにすることができる。その結果、同時両面定着においても巻付きを防止することができるとともに、表裏同画質の定着画像を得ることができる。片面画像をプリントする場合は、定着ローラ側のみ設定温度に加温すればよい。
【００２３】
また、各定着ローラ６ａ、７ａ、８ａおよび各加圧ローラ６ｂ、７ｂ、８ｂは、鉄の繊維強化金属からなる芯金を有しており、繊維の配列方向は、軸方向となっている。繊維強化金属は、繊維の含有量によって異なるが、そのヤング率を１７０〜５２０ＧＰａとすることができる。鉄のヤング率は、２００ＧPａ、アルミのヤング率は７０ＧＰａであるので、繊維強化金属とすることでヤング率を最大で鉄の約２．５倍、アルミの約７．５倍とすることができる。このように、芯金を繊維強化金属とすることで、芯金のヤング率を大きくすることができ、たわみを防止することができる。特に、小径のローラの場合、芯金の強度が保てず、たわみやすいが、芯金を繊維強化金属にすることで、たわみを防止することができる。この繊維強化金属の芯金の外周面にシリコーンゴムを形成し、その上にＰＦＡチューブを被覆して、定着ローラ６ａ、７ａ、８ａおよび加圧ローラ６ｂ、７ｂ、８ｂが形成される。
【００２４】
転写材Ｐが普通紙より厚い場合、紙がローラの熱を吸収して、トナーが十分加熱されず、コールドオフセット等を引き起こす場合がある。また、転写材Ｐが普通紙より薄い場合は、逆にトナーが加熱されすぎて、高温オフセットや、ローラへの巻付きを引き起こす場合があった。さらに、画像の先端に余白の無い画像は、先端に余白がある場合に比べて各ローラに巻付き易い。このため、転写材Ｐの厚さや、先端余白の有無等によって、各回転対Ａ、Ｂ、Ｃの設定温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を変更するようにしている。図５に示すように、ユーザの操作や透過センサ等の紙判別手段３０２によって転写材Ｐの厚さを判別し、そのデータを制御部３０１に送る。また、スキャナ部１００からの画像読み取り情報３０３から、画像先端余白の有無を検知し、そのデータを制御部３０１に送る。これらのデータに基づき、各回転対Ａ、Ｂ、Ｃの定着ローラおよび加圧ローラの設定温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を制御する。このように、紙質や画像条件によって各回転対のローラの設定温度を変更するので、紙質や画像条件による定着不良などが発生しないようになる。
【００２５】
次に、第２の実施形態における定着装置について説明する。図６は、第２の実施形態の定着装置の概略構成図である。この定着装置は、第１の回転対Ｄと第２の回転対Ｅとを備えている。第１の回転対Ｄは、定着ローラ１６ａ、加圧ローラ１６ｂを備えている。第２の回転対Ｅは、第１の回転対Ｄの定着ローラ１６ａ、加圧ローラ１６ｂより径の小さい定着ローラ１７ａ、加圧ローラ１７ｂを備えている。第１の回転対Ｄの定着ローラ１６ａ、加圧ローラ１６ｂには、加熱ローラ１８がそれぞれ当接しており、この加熱ローラ１８によって、定着ローラ１６ａ、加圧ローラ１６ｂが加熱される。この加熱ローラ１８の内部には、ハロゲンヒータ１９Ａが備えられており、定着ローラ１６ａ、加圧ローラ１６ｂの温度をサーミスタ４０で検知し、その検知結果に基づきハロゲンヒータ１９Ａを点灯制御している。これにより、定着ローラ１６ａおよび加圧ローラ１６ｂの温度を一定温度Ｔ４に制御することができる。また、第２の回転対Ｅの定着ローラ１７ａ、加圧ローラ１７ｂの内部には、ハロゲンヒータ１９Ｂが内蔵されている。そして、第１の回転対Ｄ同様、定着ローラ１７ａ、加圧ローラ１７ｂには、サーミスタ４０がそれぞれ設けられており、サーミスタ４０の温度検知に基づき、ハロゲンヒータ１９Ｂを点灯制御して、定着ローラ１９ａ、加圧ローラ１９ｂを一定温度Ｔ５に制御する。また、第１の回転対Ｄ同様、定着ローラ１９ａ、加圧ローラ１９ｂには、非接触の剥離板１４がそれぞれ設けられている。第２の回転対Ｅの各ローラは、鉄の繊維強化金属からなる芯金の外周面にシリコーンゴムを形成し、その上にＰＦＡチューブを被覆したものである。
【００２６】
また、第１の回転対Ｄの定着ローラ１６ａおよび加圧ローラ１６ｂは、鉄の繊維強化金属からなる芯金の外周面に発泡シリコーンゴムを形成し、その上にＰＦＡチューブを被覆している。これにより、定着ローラ１６ａおよび加圧ローラ１６ｂがＪＩＳ  Ａ１０Ｈｓ程度の低硬度となる。このように、定着ローラおよび加圧ローラ１６ｂを低硬度にすると、ニップ幅を大きくすることができる。この結果、長時間転写材上トナーを加熱することができ、この第１の回転対Ｄを通過した転写材上のトナーは、転写材側と表面側との温度勾配を小さくすることができる。第１の回転対Ｄの設置温度Ｔ４は、第１の回転対Ｄのニップを転写材のトナーが通過する際、少なくともコールドオフセットを起こさないとともに、加熱によりトナーの粘性が増して転写材Ｐがローラに吸着しない程度にトナーが加熱されるような温度に設定されている。
【００２７】
第１の回転対Ｄを通過した転写材上のトナーは、続いて第２の回転対Ｅを通過する。第１の回転対Ｄで予め均一にトナーを加熱しているので、第２の回転対Ｅのニップ幅が狭くて、各ローラの設定温度Ｔ５が、さほど高温でなくても、トナーを十分溶融させて画像の色再現性や光沢性を確保するとともに、転写材にトナーを定着させることができる。このため、第２の回転対の径を小さくすることができ、転写材がローラに巻付きにくくなる。
【００２８】
この第２の実施形態においても、第１の実施形態同様に、第１の回転対Ｄの各ローラの周速を第２の回転対Ｅの各ローラの周速より遅くするとともに、第一の回転対Ｄのニップで転写材Ｐにかかる加圧力を第２の回転対Ｅの加圧力より大きくして、第２の回転対Ｅの周速と転写材の移動速度に差を生じさせてもよい。これにより、第１の実施形態同様、第２の回転対Ｅの各ローラと転写材との間にズレ力が生じて転写材が第２の回転対Ｅのローラに巻付きにくくなる。また、各回転対Ｄ、Ｅの加圧ローラと定着ローラは、同一形状であり、各回転対の定着ローラの設定温度とそれと対をなす加圧ローラとの設定温度を同じにしている。その結果、同時両面定着においても巻付きを防止することができるとともに、表裏同画質の定着画像を得ることができる。片面画像をプリントする場合は、定着ローラ側のみ設定温度に加温するようにすれば、装置の消費電力を抑えることができる。
【００２９】
なお、この第２の実施形態において、第１の回転対Ｄの定着ローラ１６ａ、加圧ローラ１６ｂをＪＩＳ  Ａ１０Ｈｓ程度の低硬度とするため、発泡シリコーンゴムとしているが、これに限らず、ＪＩＳ  Ａ１０Ｈｓ程度の低硬度のシリコーンゴム等で形成してもよい。
【００３０】
次に、第３の実施形態における定着装置について説明する。図７は、第３の実施形態の定着装置の概略構成図である。この定着装置は、第１の回転対Ｆと第２の回転対Ｇと第３の回転対Ｈとを備えている。各回転対Ｆ、Ｇ、Ｈにそれぞれ備えられている定着ローラ３０ａ、３１ａ、３２ａについては、上述の実施形態１と同様の構成を有している。各回転対Ｆ、Ｇ、Ｈの加圧ローラ３０ｂ、３１ｂ、３２ｂの径は、対となる定着ローラ３０ａ、３１ａ、３２ａの径と同一であり、定着ローラ同様、ハロゲンヒータがそれぞれ内蔵されており、加圧ローラの外周には、サーミスタ４０がそれぞれ備えらている。各加圧ローラ３０ｂ、３１ｂ、３２ｂには、加圧ベルト３３が架け渡されている。加圧ベルト３３は、厚さ９０μｍのポリイミドの基体上に厚さ２００μｍのシリコーンゴムの中間層を形成し、この中間層上に厚さ３０μｍのＰＦＡチューブを被覆している。また、加圧ローラ３０ｂには、電源４１からトナーと同極性のバイアスが印加されている。これにより、搬送された転写材Ｐが加圧ベルト３３に静電吸着して搬送される。この結果、定着ローラ３０ａ、３１ａに巻き付きにくくなり、転写材Ｐを安定的に搬送することができる。また、第２の回転対Ｇの加圧ローラ３１ｂと、第３の回転対Ｈの加圧ローラ３２ｂとの間には、除電ブラシ３９が設けられており、加圧ベルト３３の内周面に接触している。この除電ブラシ３９によって、加圧ベルトの除電を行なう。これにより、第３の回転対Ｈを通過した転写材は、加圧ベルト３３に巻き付くことがなくなる。
【００３１】
この第３の実施形態も上述した第１の実施形態と同様に、転写材の移動方向に対して上流側から下流側に向かうに従って回転対の径が小さくなっており、逆に設定温度は、転写材の移動方向に対して上流側から下流側に向かうに従って大きくなるようにしている。これにより、トナーが各回転対の定着ローラに巻付き難くなっている。また、第３の回転対Ｈを通過する前に、転写材上のトナーは、均一に加熱されているので、第３回転対Ｈでは、短時間の加熱でさほど高温でなくとも、トナーを十分溶融させて画像の色再現性や光沢性を確保するとともに、転写材に定着させることができる。また、この実施形態においては、加圧ベルト３３で転写材Ｐを搬送するので安定して転写材Ｐを搬送することができる。また、加圧ベルト３３で転写材Ｐを静電吸着させているので、第１および第２の回転対Ｆ、Ｇの定着ローラ３０ａ、３１ｂに巻付きにくくなっている。このように、安定的に転写材Ｐを搬送することができるので、第１や第２の実施形態に比べて定着速度を速めることができる。
【００３２】
次に、第４の実施形態における定着装置について説明する。図８は、第４の実施形態の定着装置の概略構成図である。この実施形態の第1の回転対Ｉおよび第２の回転対Ｊは、第1の実施形態と同様の構成を有している。第３の回転対Ｆの定着ローラ３６ａの図示中の上部に定着側加熱ローラ３５ａを備え、定着ローラ３６ａと定着側加熱ローラ３５ａとで定着側加熱ベルト３４ａを張架している。加圧ローラ３６ｂも同様に、図示中の下部に加圧側加熱ローラ３５ｂを備え、加圧ローラ３６ｂと加圧側加熱ローラ３５ｂとで加圧側加熱ベルト３４ｂを張架している。加熱ローラ３５ａ、３５ｂは、その内部にハロゲンヒータ３７を備えている。各加熱ローラ３５ａ、３５ｂと対向する位置には、サーミスタ４０がそれぞれ備えらており、このサーミスタ４０の温度検知に基づき、図示されていない温度制御装置によってハロゲンヒータ３７を点灯制御して、各加熱ベルト３４ａ、３４ｂを一定温度に制御する。また、定着ローラ３６ａおよび加圧ローラ３６ｂは、鉄の繊維強化金属からなる芯金の外周面にシリコーンゴムを形成し、その上にフッ素樹脂をコーティングしたものである。
【００３３】
第３の回転対Ｋは、転写材がローラに巻付かないようにその径を小さくしている。そのため、周長が短く、ローラが汚れ易く表層劣化が早くなり耐久性に劣る場合があった。しかし、上述のように、定着ローラ３６ａ、加圧ローラ３６ｂに各加熱ベルト３４ａ、３４ｂを張架することで、周長を長くすることができ、耐久性を向上することができる。また、小径であると、ハロゲンヒータを内蔵することが製造上困難となるが、この実施形態では、加熱手段を別に設けることができ、製造が容易とすることができる。なお、この実施形態では、第３の回転対Ｋを加熱ベルトを張架した形状としているが、これに限らず、第１および第２の回転対Ｉ、Ｊを第３の回転対Ｋと同一の形状としてもよい。
【００３４】
次に、第５の実施形態における定着装置について説明する。図９は、第５の実施形態の定着装置の概略構成図である。この実施形態は、第３の実施形態とほぼ同様であり、異なる点は、第１の回転対Ｆの定着ローラ３０ａと、第２の回転対Ｇの定着ローラ３１ａを定着ベルト３８で張架したところである。このように、第１の回転対Ｆの定着ローラ３０ａと、第２の回転対Ｇの定着ローラ３１ａを定着ベルト３８で張架することで、ニップ幅を大きくすることができる。これにより、転写材上のトナーを長時間加熱することができ、転写材上のトナーの定着側と転写材側との温度差をほとんどなくすことができる。その結果、第３の回転対Ｈの設定温度が低く、ニップ幅が狭くてトナーの加熱時間が短くても、トナーを転写材Ｐに定着することができる。また、第１の回転対Ｆの定着ローラ３０ａと、第２の回転対Ｇの定着ローラ３１ａのみ張架した場合、第３の定着ローラの周速を定着ベルトの周速より速くするとともに、第２回転対の加圧力を第３の回転対の加圧力よりに比べて大きくする。そして、転写材の移動速度を第２定着ベルトの移動速度と同じにして、第３の回転対との間で周速をことならせることで、転写材と第３の回転対との間でズレ力を発生させて定着ローラへの巻付きを防止している。
本実施形態では、定着ベルト３８を第１の回転対Ｆの定着ローラ３０ａと、第２の回転対Ｇの定着ローラ３１ａで張架しているが、第１から第３の回転対Ｆ、Ｇ、Ｈの定着ローラを定着ベルトで張架してもよい。このように、定着ローラ側と加圧ローラ側を同一形状にすることで、同時両面定着においても巻付きを防止することができるとともに、表裏同画質の定着画像を得ることができる。
【００３５】
なお、これまで加圧ローラや定着ローラの熱源としてローラに内蔵されたハロゲンヒータを用いているが、これに限らず、熱源はローラの外部に設けてもよい。また、加圧ローラや定着ローラの周辺に励磁コイルを設け、誘導発熱による加熱でもよい。
【００３６】
以上、本実施形態の定着装置によれば、第１、第２、第３の回転対の定着ローラ設定温度をＴ１、Ｔ２、Ｔ３とすると、Ｔ３＞Ｔ２＞Ｔ１の関係としている。このように、第１の回転対および第２の回転対によって、事前に転写材上のトナーを十分加熱して、転写材側のトナーの温度を上げてから、第３の回転対のニップに転写材を通過させて、トナーを転写材に定着させている。これにより、従来、ひとつの回転対で転写材Ｐにトナーを定着させる時の設定温度に比べて、設定温度を低くしてもトナーを転写材に定着させることができる。従来では、転写材側のトナーを定着させるために、定着ローラの設定温度を高温とするため、トナー表面が溶融して、定着ローラに付着するホットオフセットなどの不具合を起こしていた。しかし、本実施形態では、定着ローラの設定温度を低くしてもトナーを転写材に定着させることができるので、ホットオフセットなどの不具合を起こすことがない。また、転写材の移動方向に対して上流側の定着手段では、転写材の表面が溶融しないよう、加熱温度を低く抑え、最下流の定着手段の温度を最も高く設定して、この定着手段で記録材の表面が溶融させている。この結果、トナー像の粘性が増して、下流側の定着ローラに転写材が巻付いたり、トナーが下流側の定着ローラに付着して、白抜け画像等の画像不良を起こしたりしない。また、最下流の定着手段で転写材の表面を溶融させているので、色再現性が良く、光沢性のある画像を得ることができる。
また、本実施形態の定着装置によれば、回転対の定着ローラの径が転写材の移動方向に対して上流側から下流側に向かうに従って回転対の径が小さくなっている。トナーが上流側から、下流側に向かうに従って、トナーが加熱され、粘性が高くなる。その結果、転写材がローラに巻付きやすくなるが、上述のように、ローラの径を上流側から下流側に向かうに従って回転対の径を小さくして、転写材との分離性を高くしているので、転写材が巻付くことがない。また、上流側の回転対の設定温度をトナーがコールドオフセットしない程度の低い設定温度にすれば、トナーの粘性が低く抑えられるので、その分、回転対の径を大きくすることができる。これにより、ニップ幅を大きくすることができ、長時間トナーを加熱することができる。その結果、トナーが均一に加熱されることとなり、転写材側と定着側との間のトナーの温度勾配をほとんどなくすことができる。よって、最下流のトナーを転写材に定着させる回転対のニップ幅が狭くて短時間の加熱でも、トナーを転写材に定着させることができる。これにより、最下流の回転対を高温にして、トナーの表面を十分溶融させて画像の色再現性や光沢性を上げても、回転対の径を小径としているので、巻付くことが無くなる。よって、剥離爪１４をローラに接触させて転写材を強制的に剥離させる必要がなくなる。その結果、シリコンオイルをローラ表面に塗布する必要がなくなり、装置内を汚染したり、転写材に付着して加筆性を低下させたりすることがない。また、上流側の回転対でトナーを均一に加熱しているので、短い加熱時間でもトナーを転写材に定着させることができる。この結果、定着ローラに巻付きにくく、色再現性の良い、光沢性の良好な品質の高い画像を得ることができる。
また、本実施形態の定着装置によれば、最下流側の回転対のローラの周速を上流側の回転対のローラの周速より速くするとともに、最下流の回転対のニップで転写材にかかる加圧力を上流側の回転対の加圧力より小さくして、最下流の回転対の周速と転写材の移動速度とに差を生じさせている。これにより、最下流の回転対の各ローラと転写材との間にズレ力が生じて転写材が最下流の回転対のローラに巻付きにくくすることができる。
また、本実施形態の定着装置は、各回転対の定着ローラと加圧ローラとをそれぞれ同一形状としている。また、各回転対の定着ローラの設定温度とそれと対をなす加圧ローラとの設定温度を同じにしている。これにより、定着ローラ側の定着条件と加圧ローラ側の定着条件を同じにすることができる。その結果、同時両面定着においても巻付きを防止することができるとともに、表裏同画質の定着画像を得ることができる。
また、本実施形態の定着装置は、各定着ローラまたは各加圧ローラは、鉄の繊維強化金属からなる芯金を有しており、繊維の配列方向は、軸方向となっている。これにより、芯金のヤング率を大きくすることができ、たわみを防止することができる。その結果、ローラの転写材への加圧力がたわみによって軸方向に均一でなくなり、搬送力が軸方向一定でなくなことで起こる、紙しわを防止することができる。
また、第３の実施形態の定着装置は、各回転対の加圧ローラ３０ｂ、３１ｂ、３２ｂに、加圧ベルト３３が張架されている。これにより、加圧ベルト３３で転写材Ｐを搬送するので安定して転写材Ｐを搬送することができる。その結果、第１や第２の実施形態に比べて定着速度を速めることができる。
また、第３の実施形態の定着装置は、加圧ローラ３０ｂに、電源４１からトナーと同極性のバイアスが印加している。これにより、搬送された転写材Ｐが加圧ベルト３３に静電吸着して搬送される。この結果、定着ローラ３０ａ、３１ａに巻付きにくくなり、転写材Ｐを安定的に搬送することができる。
また、第４の実施形態の定着装置は、第３の回転対Ｆの定着ローラ３６ａには、定着側加熱ベルト３４ａが架け渡されており、定着側加熱ベルト３４ａを定着側加熱ローラ３５ａと定着ローラ３６ａとで張架している。また、第３の回転対Ｆの加圧ローラ３６ｂも、定着ローラと同様に加圧側加熱ベルト３４ｂを加圧側加熱ローラ３５ｂと加圧ローラ３６ｂ張架している。これにより、第３の回転対の周長を長くすることができ、回転対の表層劣化の進行を遅らせることができる。これにより、第３の回転対Ｆの耐久性を向上させることができる。また、ベルトを張架することで加熱手段を定着ローラや加圧ローラと別で設けることができ、製造を容易にすることができる。
また、第５の実施形態の定着装置は、第１の回転対Ｆの定着ローラ３０ａと、第２の回転対Ｇの定着ローラ３１ａを定着ベルト３８で張架している。これにより、ニップ幅を大きくすることができる。よって、転写材上のトナーを長時間加熱することができるので、転写材上のトナーの定着側と転写材側との温度差をほとんどなくすことができる。その結果、第３の回転対Ｈの設定温度が低く、ニップ幅が狭くて加熱時間が短くても、トナーを転写材Ｐに定着することができる。また、定着スピードを速めても、ニップ幅が大きいので、トナーを均一に加熱することができる。
また、本実施形態の定着装置は、各定着ローラおよび加圧ローラの線速を２５０ｍｍ／ｓｅｃ以上としている。これにより、定着速度が高速化され、プリント速度を速めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施形態に係る画像形成装置の要部説明図。
【図２】第１の実施形態に係る定着装置の要部説明図。
【図３】回転対の配置位置による定着ローラ径と定着ローラ設定温度の関係を説明する説明図。
【図４】転写材上のトナー温度勾配の説明図。
【図５】定着ローラ設定温度の温度制御の説明するブロック図。
【図６】第２の実施形態に係る定着装置の要部説明図。
【図７】第３の実施形態に係る定着装置の要部説明図。
【図８】第４の実施形態に係る定着装置の要部説明図。
【図９】第５の実施形態に係る定着装置の要部説明図。
【符号の説明】
【００３８】
１Ａ、２Ａ、３Ａ、４Ａ  感光体ドラム
１Ｂ、２Ｂ、３Ｂ、４Ｂ  現像装置
１Ｅ，２Ｅ，３Ｅ，４Ｅ  帯電装置
５  転写ユニット
１０  給紙部
１４  剥離爪
２５  搬送ベルト
２８  分離装置
３３  加圧ベルト
３８  定着ベルト
３９  除電ブラシ
４０  サーミスタ
４１  電源
【図１】
2005128338.tif 000003
【図２】
2005128338.tif 000004
【図３】
2005128338.tif 000005
【図４】
2005128338.tif 000006
【図５】
2005128338.tif 000007
【図６】
2005128338.tif 000008
【図７】
2005128338.tif 000009
【図８】
2005128338.tif 000010
【図９】
2005128338.tif 000011