(57)【要約】【課題】加圧加熱ムラによる定着画像品質の低下が少ない定着手段を備えた画像形成装置の提供。【解決手段】転写材上の未定着画像をニップして加圧加熱することにより画像の定着をする定着手段を有する画像形成装置であって、前記定着手段におけるニップ幅全域、もしくは一部を押圧する加圧部材が、内部に液体、もしくは気体を充填した袋であることを特徴とする画像形成装置。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転写材上の未定着画像をニップして加圧加熱することにより画像の定着をする定着手段を有する画像形成装置であって、
前記定着手段におけるニップ幅全域、もしくは一部を押圧する加圧部材が、内部に液体、もしくは気体を充填した袋であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記加圧部材が耐熱性樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記加圧部材に充填した液体が油であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項４】
定着温度領域における蒸気圧が、大気圧以下であるような液体を前記加圧部材に充填したことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項５】
定着温度領域における、前記加圧部材に充填された気体の体積の概ね１／１．６の体積の前記気体を、室温下において前記加圧部材に充填したことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項６】
環状の定着ベルトの内側に第１の加圧部材、外側に第２の加圧部材を設けることにより形成されたニップにて、未定着画像を担持した転写材を給送しながら加圧加熱して画像の定着を行う定着手段を有する画像形成装置であって、
前記第１の加圧部材が内部に液体、もしくは気体を充填した袋であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記第２の加圧部材がローラであり、第３の加圧部材を前記定着ベルトの内側に配して、前記第２の加圧部材との間に第２のニップを形成するように構成したことを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記第１の加圧部材、もしくは前記第２の加圧部材と前記定着ベルトの間にシートを設けたことを特徴とする請求項６、もしくは７に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記シートがフッ素樹脂を含むことを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転写材上の未定着トナー画像を加圧、加熱することによって転写材に定着するためのベルトを有する定着手段を備えた、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真方式による複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置においては、転写材にトナー画像を定着する手段として、表面に弾性層を有して、所定の表面温度を維持するように制御された加熱ローラと、表面に弾性層を有し、前記加熱ローラに対向して加熱ローラを押圧する押圧ローラとにより、トナー画像を担持した転写材を二つのローラ間に挟み加圧、加熱をしながら搬送することによってトナー画像を転写材に定着を行う、いわゆる熱ローラ定着方式の定着手段が多く採用されてきた。
【０００３】
しかしながら、この熱ローラ定着方式は、加熱ローラの熱抵抗が大きいことから、弾性層内部が外部に比較し高温になりローラの寿命が短くなるという問題や、熱容量が大きいことからウォーミングアップ時間が長くなるという問題を有していた。
【０００４】
また、カラー原稿の場合には、文字等の線画を主体とする白黒原稿とは異なり、ある領域を一様に着色した画像、あるいは階調を有する画像を有する場合が多いが、これらの原稿から出力された画像においては、定着の不均一が光沢のムラとなって現れ、この方式の定着手段による画像品質の低下の問題も大きくなってきた。
【０００５】
上述の問題を解消するために、加熱ローラと複数の支持ローラに掛け回したベルトと、前記ベルトの外側から支持ローラをベルトを挟んで押圧する押圧ローラとを設け、ベルトと押圧ローラとにより形成されるニップにて、搬送されている未定着トナー画像を担持した転写材を加圧加熱することによって定着をおこなうベルト定着方式の定着手段も広く用いられるようになってきた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
ベルト定着方式の定着手段においては、より大きなニップ幅を確保するために、支持ローラと、押圧ローラと、ベルトとにより作られる主ニップの上流側に、補助ローラもしくは加圧部材とベルトとからなる補助ニップを設けることも多い。この補助ニップでの予備加熱により、主ニップでのトナーの溶融が充分になされ、その結果、ムラのない完全な画像定着が実現される。
【０００７】
しかしながら、ベルトと押圧ローラから形成される主ニップに比較して大きなニップ幅を形成している補助ニップにて、トナー画像を担持した転写材に所定の押圧力を均一に付与し加熱するということは容易ではない。この本来の目的を達成するために、補助ニップを構成するための加圧部材として弾性部材を用い、この部材を支持するための支持部材を押圧ローラの曲がりに追随できるように構成するという提案もなされている（例えば、特許文献２参照。）。しかしながら、このような注意深い材料選択と、複雑な構造は、画像形成装置の信頼性の低下や、コストアップにつながりかねないという懸念を生みだしている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−１６６７３４号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開平１０−１８６９１０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述のような状況に鑑みてなされたもので、その目的は、定着手段がトナー画像を担持した転写材を加圧加熱するためのニップを形成するための加圧部材として液体、もしくは気体を封入した袋状の部材を用いて、ニップ全域での押圧力の均一化を実現することによって、定着画像品質の低下がない画像形成装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、以下の手段により達成される。
【００１２】
（１）  転写材上の未定着画像をニップして加圧加熱することにより画像の定着をする定着手段を有する画像形成装置であって、
前記定着手段におけるニップ幅全域、もしくは一部を押圧する加圧部材が、内部に液体、もしくは気体を充填した袋であることを特徴とする画像形成装置。
【００１３】
（２）  前記加圧部材が耐熱性樹脂であることを特徴とする（１）に記載の画像形成装置。
【００１４】
（３）  前記加圧部材に充填した液体が油であることを特徴とする（１）に記載の画像形成装置。
【００１５】
（４）  定着温度領域における蒸気圧が、大気圧以下であるような液体を前記加圧部材に充填したことを特徴とする（１）に記載の画像形成装置。
【００１６】
（５）  定着温度領域における、前記加圧部材に充填された気体の体積の概ね１／１．６の体積の前記気体を、室温下において前記加圧部材に充填したことを特徴とする（１）に記載の画像形成装置。
【００１７】
（６）  環状の定着ベルトの内側に第１の加圧部材、外側に第２の加圧部材を設けることにより形成されたニップにて、未定着画像を担持した転写材を給送しながら加圧加熱して画像の定着を行う定着手段を有する画像形成装置であって、
前記第１の加圧部材が内部に液体、もしくは気体を充填した袋であることを特徴とする（１）に記載の画像形成装置。
【００１８】
（７）  前記第２の加圧部材がローラであり、第３の加圧部材を前記定着ベルトの内側に配して、前記第２の加圧部材との間に第２のニップを形成するように構成したことを特徴とする（６）に記載の画像形成装置。
【００１９】
（８）  前記第１の加圧部材、もしくは前記第２の加圧部材と前記定着ベルトの間にシートを設けたことを特徴とする（６）、もしくは（７）に記載の画像形成装置。
【００２０】
（９）  前記シートがフッ素樹脂を含むことを特徴とする（１）に記載の画像形成装置。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図を基に説明する。
【００２２】
図１は本発明による画像形成装置を説明する模式図である。
画像形成装置ＧＳは、画像形成装置本体ＧＨと、その上部に取り付けられた自動原稿送り装置ＤＦとから構成される。
【００２３】
自動原稿送り装置ＤＦの原稿載置台２０１に載置された原稿Ｄは、一枚ずつに分離され原稿搬送路に送り出され、搬送ドラム２０２により搬送される。搬送されている原稿Ｄの原稿画像は原稿画像読み取り位置ＲＰにて原稿画像読み取り手段２により、読み取りがなされる。読み取りが終了した原稿Ｄは第１搬送ガイドＧ１、および原稿排出ローラ２０５により原稿排紙台２１１に排出される。
【００２４】
原稿Ｄの裏面の原稿画像も読み取る場合には、表面（第１面）の読み取りを終えた原稿Ｄを第１搬送ガイドＧ１により原稿反転ローラ２０６に導き、原稿Ｄの後端を挟持した状態から反転する原稿反転ローラ２０６によって、第１搬送ガイドＧ１、第２搬送ガイドＧ２を経由して、再度、原稿搬送路に送り出す。反転して送り出された原稿Ｄの裏面（第２面）は、表面（第１面）と同様に読み取りがなされた後、原稿排紙台２１１に排出される。
【００２５】
画像形成装置本体ＧＨは、原稿画像読み取り手段２、原稿画像書き込み手段３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ、画像形成手段１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｋ、画像転写手段７、定着手段１０、反転排紙手段９、再給紙手段２０、給紙手段３０、制御手段Ｃ１等から構成される。
【００２６】
原稿読み取り位置ＲＰにて原稿画像はランプＬにて照射され、その反射光は第１ミラーユニット２１、第２ミラーユニット２２、レンズ２３によって導かれ、撮像素子ＣＣＤの受光面に結像される。撮像素子ＣＣＤにより光電変換された画像信号は、画像読み取り制御部２４にてＡ／Ｄ変換、シェーディング補正、圧縮等の処理がなされ、制御手段Ｃ１のメモリＭ１に原稿画像データとしてストアされる。
【００２７】
メモリＭ１にストアされた前記原稿画像データには、ユーザの指定により、もしくは設定されている条件により適宜な画像処理がなされて、出力画像データが作成される。
【００２８】
出力画像データを基に、レーザ光源、ポリゴンミラー、複数のレンズからなる原稿画像書き込み手段３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋのレーザビームによる走査がなされて、画像形成手段１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｋの構成要素である感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの表面には潜像が形成される。
【００２９】
感光体１Ｙの周辺には、帯電手段２Ｙ、現像手段４Ｙ、第１転写ローラ７２Ｙ、クリーニング手段８Ｙが配置されている。感光体１Ｍ、１Ｃ、１Ｋについても同様である。これらの構成は、電子写真方式のカラー画像形成装置に用いられる公知の技術からなる。
【００３０】
潜像が形成された感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋは、対応する現像手段４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋにより現像されて、トナー画像が形成される。感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上のトナー画像は画像転写手段７の第１転写ローラ７２Ｙ、７２Ｍ、７２Ｃ、７２Ｋにより、転写ベルト７１上の所定位置に逐次転写される。
【００３１】
転写ベルト７１上に転写されたトナー画像は、第２転写ローラ７３によって、給紙手段３０から給紙され、給紙ローラ３３によって給紙のタイミングが取られて給送されてきた転写材である用紙Ｐに転写される。
【００３２】
トナー画像の用紙Ｐへの転写を終えた転写ベルト７１はクリーニング手段８Ａにより、表面が清掃され、次の画像転写に供される。
【００３３】
一方、トナー画像を担持した用紙Ｐは、後に詳細な説明をする定着手段１０に送られ、トナー画像が用紙Ｐへ定着される。
【００３４】
定着手段１０による定着処理を終えた用紙Ｐは排紙反転手段９により搬送され、排紙台２５に排紙される。用紙Ｐを表裏反転して排紙する場合には、排紙ガイド２６にて、一旦、用紙Ｐを下方に導き、排紙反転ローラ２７Ａに用紙Ｐの後端を挟持させた後、これを逆転をさせ、排紙ガイド２６により排紙ローラ２４に導き排紙する。
【００３５】
なお、用紙Ｐの裏面にも画像形成を行う場合には、表面の画像定着を終えた用紙Ｐを排紙ガイド２６により下方にある再給紙手段２０に搬送し、再給紙反転ローラ２７Ｂにより後端を挟持させた後、逆送することによって用紙Ｐを反転させて、再給紙搬送路２８に送り出し、裏面への画像形成に供する。
【００３６】
図２は、画像形成装置の制御関係を示すブロック図である。
画像形成装置本体ＧＨにある制御手段Ｃ１は、ＣＰＵ（ＣＰＵ１）、メモリＭ１、Ｉ／Ｏポート、通信用インターフェイス、各手段を駆動制御するための回路を有するコンピュータシステムである。また、自動原稿送り装置ＤＦにある制御手段Ｃ２も、規模は小さいが同様のコンピュータシステムである。上記の制御手段Ｃ１と制御手段Ｃ２とは、シリアル通信手段Ｃ３にて接続されている。なお、本図では、本発明の説明に直接関係しないブロックについては記載が省略されている。
【００３７】
図３は、定着手段１０を説明するための模式図である。
未定着のトナー画像を担持した用紙Ｐは、進入ガイド１１に導かれて定着ベルトＢと、押圧ローラ１２とで形成されている補助ニップＳＮに進行する。進行したトナー画像は、先ず定着ベルトＢとの接触により加熱され、さらに加圧部材４１と押圧ローラ１２とにより形成される補助ニップＳＮにて、加圧加熱される。トナー画像は定着ベルトＢにより継続的加熱を受けながら、支持ローラ１４と押圧ローラ１２により形成される主ニップＳＮにてより強く加圧されて、用紙Ｐに定着される。画像定着終了後の用紙Ｐは排出ガイド１５に導かれて、排出ローラ１６により、既に説明した排紙反転手段９に送られる。
【００３８】
定着ベルトＢの加熱は、ヒータＨ１を内蔵して、定着ベルトＢを支持しながら回転している加熱ローラ１７により行われる。加熱ローラ１７の表面温度は温度センサＴＳによって周期的に計測され、測定結果が制御手段Ｃ１に取り込まれ、所定の温度を維持するようにヒータＨ１が制御されている。
【００３９】
定着ベルトＢは、図示されているように、加熱ローラ１７、ベルトガイド１８、加圧部材４１、支持ローラ１４に掛け回され、矢印ｂの方向に回転している。
【００４０】
加圧部材４１による補助ニップＳＮでの弱い加圧は、主ニップＭＮでの加圧加熱に先立ち補助的な加圧加熱を行うもので、主ニップＭＮでの定着がより完全に行われるようにすると共に、画像上に現れる定着ムラをなくすという点で極めて有効なものである。
【００４１】
しかしながら、この補助ニップ部は主ニップに比較して長いニップ幅を有しているので、用紙Ｐの送り幅とニップ幅とで作られる全域にわたり一定のムラの無い加圧をすることは容易ではない。しかも、加圧のムラは直ちに加熱のムラにつながり、画像のムラとなってコピー上に現れる。
【００４２】
本発明は、上述の問題を、補助ニップＳＮを形成するための加圧部材４１として、気体、もしくは液体を充填した袋状の部材を用いることにより、ニップ部全域にわたり、ムラのない一定の加圧を実現するものである。
【００４３】
図４は、補助ニップＮＡを形成するために用いられる加圧ユニット４０を示す模式図である。
【００４４】
加圧ユニット４０は、加圧部材４１、保持部材４２、固定部材４３、加圧バネ４４等から構成される。
【００４５】
保持部材４２は、気体、もしくは液体を充填した袋である加圧部材４１を保持しながら、定着手段１０の主筐体に固定されている固定部材４３に摺動可能に取り付けられており、加圧バネ４４により加圧部材４１を介して、定着ベルトＢを押圧ローラ１２方向に押圧している。この押圧により定着ベルトＢと、加熱部材４１の定着ベルトＢとの接触面は、図に示すように押圧ローラ１２の外周に沿って変形し、補助ニップＳＮが形成される。
【００４６】
加圧部材４１には、気体、もしくは液体が充填されているので、バネ４４による押圧力は、加圧部材４１が定着ベルトＢとが接触している領域の全域にわたって均一となる。その結果、定着ベルトＢと押圧ローラ１２とにより形成される補助ニップＳＮにおいては、全域において均一な押圧力が付与されることとなり、その結果として加熱も一定となり、画像のムラの発生が防止される。
【００４７】
袋である加圧部材４１の材料は、定着温度領域（１５０〜２００℃）において、充分な耐熱性と柔軟性と対摩耗性とを有することが必要であり、具体的には、ポリイミド樹脂等が適当である。
【００４８】
また、前記加圧部材４１に充填する充填物は、液体の場合には定着温度領域における蒸気圧が大気圧以下であることが、充填物の急激な膨張による加圧部材４１の破損を防止するために必要であるが、各種の食用油がこの条件を満足し、毒性が無く、且つ安価であることから適当である。なお、シリコンオイル等も高価ではあるが性能的には適当なものである。
【００４９】
充填物が気体の場合には、気体の膨張率を考慮する必要がある。即ち、充填された気体が２０℃から２００℃まで上昇したときには、その体積は１．６倍となる。
計算式：（２７３＋２００）／（２７３＋２０）＝１．６
従って、加圧部材４１は、仮に、自由な状態に置かれていたとすれば、三次元方向に１．１７倍伸びることになる。
計算式：１．６の１／３乗
ところが実際には、保持部材３２により２方向が規制されるので、伸びは１方向となり１．６倍となる。
【００５０】
従って、加圧部材４１の破損を防止するためには、部材の引っ張り破断張力が温度により変わらないという前提をおいた場合には、部材の２００℃における引っ張り張力が破断張力の１／１．６以下になるように設定しておけばよい。実際には、各種要因のばらつきを考慮すると１／２以下とすることが妥当である。すなわち、部材の引っ張り破断に関しては２倍の安全係数を設けておけばよいということになる。
【００５１】
しかしながら、気体を充填する場合には、予め外気圧よりも低い充填圧力として、定着温度領域での充填物の膨張体積を低く抑えることが望ましい。すなわち、前述したように、２０℃から２００℃まで充填された気体の温度がが上昇した時には体積は１．６倍となるので、２０℃において予め１／１．６の体積の気体を充填しておけば、２００℃において、体積が１となり、外気圧と均衡することになる。
【００５２】
図５（１）は、図４の加圧部材４１と定着ベルトＢとの間に、シート４５を設けたもので、加圧部材４１に定着ベルトＢが直接に接して摺動することを防止するものである。これにより、加圧部材４１の定着ベルトＢの摺動による損傷を防止すると共に、加圧部材４１よりも定着ベルトＢとの摩擦抵抗が少なく、耐摩耗性に優れた材料を選択することが可能となり、加圧部材４１の長寿命化と、定着ベルトＢの回転の円滑化とが実現される。なお、シート４５は図５（２）のようにベルトガイド１８に固定してもよい。
【００５３】
実験においては、前記シートの材料に、フッ素樹脂であるＰＴＦＥ（ポリ・テトラ・フロロ・エチレン）を基材として、摩擦抵抗を低下させて対摩耗性を向上させたものを採用することにより好結果を得た。具体的には、エクセライド（株式会社ニチアス製フィラー入り４フッ化エチレン樹脂）、ＫＷＸ２（光洋化学製フィラー非含有ポリ４フッ化エチレン樹脂）、チューコーフローファブリック（中興化成工業株式会社製フッ素樹脂含浸ガラス織布）
等である。
【００５４】
図６は、上述した、主ニップＭＮと補助ニップＳＮとを設ける定着手段１０とは異なり、懸架ローラ１００に懸架された定着ベルトＢと、ガイド部材１８Ａ、１８Ｂと、加圧部材４１と、外接ローラ１９とにより、図示するような広いニップ幅ＷＮを形成するようにした定着手段の実施の形態である。このような構成においても、本発明の効果は何ら変わることはない。
【００５５】
また、本実施の形態においては、転写材の画像面と定着ベルトが接触する「上ベルトタイプ」を基に、本発明による加圧部材の適用例を説明をしたが、定着ベルトが転写材の非画像面と接触する「下ベルトタイプ」における説明も同様であり、効果も変わるものではない。
【００５６】
【発明の効果】
請求項１の発明により、ニップでの、トナーを担持した転写材への均一な分布の加圧加熱が容易に実現され、分布ムラに起因する定着品質の不均一が回避される。
【００５７】
請求項２により、耐熱性と柔軟性を備えた部材が実現され、ニップ幅全域にわたり均一な圧力付与が可能となる。また、金属などに比較し熱伝導率が低いので、熱流失が防止される。
【００５８】
請求項３により、長期的に特性が安定し、且つ低廉な加圧部材が実現される。請求項４により、定着温度領域における、加圧部材に充填した充填物の気化による過大な膨張による加圧部材の破損が防止される。
【００５９】
請求項５により、定着温度領域における加圧部材に充填した気体の膨張による加圧部材の破損が防止される。
【００６０】
請求項６、および請求項７により、均一な加圧加熱分布をした幅の広いニップが形成され、高い定着品質が実現される。
【００６１】
請求項８、および請求項９により、加圧部材と定着ベルトとの摩擦が減少し、加圧部材や定着ベルトの寿命が延びる。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像形成装置を示す模式図である。
【図２】画像形成装置の制御関係を示すブロック図である。
【図３】定着手段を示す模式図である。
【図４】加圧ユニットを示す模式図である。
【図５】シートを有する加圧ユニットを示す模式図である。
【図６】定着手段の他の構成例を示す模式図である。
【符号の説明】
１  画像形成手段
１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ  感光体
２  原稿画像読み取り手段
３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ  原稿画像書き込み手段
７  画像転写手段
９  反転排紙手段
１０  定着手段
１２  押圧ローラ
２０  再給紙手段
３０  給紙手段
４０  加圧ユニット
４１  加圧部材
４２  保持部材
４３  固定部材
４４  加圧バネ
４５  シート
７２Ｙ、７２Ｍ、７２Ｃ、７２Ｋ  第１転写ローラ
７３  第２転写ローラ
Ｂ  定着ベルト
Ｃ１  制御手段
Ｍ１  メモリ
Ｐ  用紙
ＤＦ  自動原稿送り装置
ＧＨ  画像形成装置本体
ＧＳ  画像形成装置
ＭＮ  主ニップ
ＳＮ  補助ニップ
【図１】
2005037479.tif 000003
【図２】
2005037479.tif 000004
【図３】
2005037479.tif 000005
【図４】
2005037479.tif 000006
【図５】
2005037479.tif 000007
【図６】
2005037479.tif 000008