(57)【要約】【課題】転写紙を定着部材から分離するために使用される非接触式の分離手段と定着ローラとのギャップ変動を防止し、ジャムやベルトキズ、ローラキズ、定着不良といった不具合の無い安定した高品質で高耐久な画像形成装置を提供する。【解決手段】定着ローラを所定長延長し、当接部材１４が定着ローラ１１表面と当接する部分と、定着ローラ１１の中央部との熱膨張量の差を減少させた。【選択図】図３
2009014771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着ローラと、前記定着ローラから転写紙を分離する非接触式の分離手段と、前記定着ローラ両端の非画像領域に当接して前記定着ローラ表面と前記分離手段との距離を保つ当接手段と、加圧ローラと、を備えた熱定着装置であって、
前記定着ローラ両端を前記加圧ローラより幅方向に長く形成したことを特徴とする熱定着装置。
【請求項２】
定着ローラと、前記定着ローラに張架され画像を定着させる定着ベルトと、前記定着ベルトから転写紙を分離する非接触式の分離手段と、前記定着ローラ両端の非画像領域に当接して前記定着ローラ表面と前記分離手段との距離を保つ当接手段と、を備えた熱定着装置であって、
前記定着ローラ両端を前記加圧ローラより幅方向に長く形成したことを特徴とする熱定着装置。
【請求項３】
前記定着ローラ両端は、前記加圧ローラよりもそれぞれ少なくとも１０ｍｍ長く形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱定着装置。
【請求項４】
内周端部にベルトの寄りを規制するガイド部材を備えた定着ベルトと、
前記定着ベルトを張架する定着ローラと、
前記定着ベルトから転写紙を分離する非接触式の分離手段と、
前記定着ベルト両端の非画像領域を介して前記定着ローラと当接して前記定着ベルト表面と前記分離手段との距離を保つ当接手段と、を備えた熱定着装置であって、
前記定着ローラ両端に前記加圧ローラより幅方向に長く形成した小径部を有することを特徴とする熱定着装置。
【請求項５】
前記小径部を定着ローラの幅方向に少なくとも１０ｍｍ形成したことを特徴とする請求項４に記載の熱定着装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の熱定着装置を備え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】
本発明は複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等の電子写真式画像形成装置に装備される定着装置の改良に関し、特に加熱されて回転する定着部材と、定着部材に圧接しながら回転する加圧部材とを備え、両部材のニップ部を通過する転写紙上のトナー像を熱と圧力の作用によって定着させた後、転写紙を定着部材から分離するために使用される分離手段と、該分離手段を備えた定着装置と、これを備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、分離手段は定着ローラの通紙領域内で定着ローラに当接させるものが主流であった。ところが、分離手段を当接させることにより、定着ローラや定着ベルトに傷がついたり、分離手段に堆積したトナーや紙粉が転写紙に付着したりして異常画像が発生することがあるため、昨今では非接触式の分離手段が用いられるようになっている（特許文献１）。
また、このような非接触式の分離手段では、分離手段と定着ローラとの間に所定のギャップが必要であり、これをいかに正確に設定・管理するかが非常に重要な問題である。このギャップの管理方法としては、定着ローラ又は定着ベルト端部の非通紙領域や非画像領域に分離爪を直接押し当てる方法が知られている（特許文献２）。
【特許文献１】特許第３８４３７９６号
【特許文献２】特許第３３１５５０４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、分離爪に押し当てる定着ローラが肉厚のゴムローラの場合、記録材にトナー像を定着させるために加えられる熱を受けて、ローラの外径が数％熱膨張するが、ヒータの温度勾配が定着ローラの中央部と端部で異なることや、端部は外気温の影響を受けやすい等の理由により、定着ローラの中央部と端部では膨張量が異なるのが通例である。このため、特許文献２記載の発明では、設定された温度によって分離手段と定着ローラ又は定着ベルトとのギャップが変化し、その結果、分離不良や、定着ローラ又は定着ベルトに傷が付く等といった不具合が発生する虞があった。
また定着ローラ両端部の外径が中央部より細いために、定着ローラ両端部ではニップ幅が出にくくなるが、ゴムローラは経時変化によりゴム硬度が低下し、外径が細るという性質があるため、経時変化により端部のニップ幅が低下してニップ幅規格を割り込み、定着不良となる虞もあった。
本発明は上述事情に鑑みてなされたものであり、定着ローラ長を分離手段の当接位置から外側へ延長することで、分離手段の当接部材の押し当てる位置を定着ローラ端部から離したり、定着ローラに小径部を設けたりすることで膨張量の差を減少させてギャップを安定させ、分離不良の発生を抑えると共に、経時変化による定着ローラ端部でのニップ幅低下を防止する高耐久な定着装置と画像形成装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、定着ローラと、前記定着ローラから転写紙を分離する非接触式の分離手段と、前記定着ローラ両端の非画像領域に当接して前記定着ローラ表面と前記分離手段との距離を保つ当接手段と、加圧ローラと、を備えた熱定着装置であって、前記定着ローラ両端を前記加圧ローラより幅方向に長く形成したことを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、定着ローラと、前記定着ローラに張架され画像を定着させる定着ベルトと、前記定着ベルトから転写紙を分離する非接触式の分離手段と、前記定着ローラ両端の非画像領域に当接して前記定着ローラ表面と前記分離手段との距離を保つ当接手段と、を備えた熱定着装置であって、前記定着ローラ両端を前記加圧ローラより幅方向に長く形成したことを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の熱定着装置であって、前記定着ローラ両端は、前記加圧ローラよりもそれぞれ少なくとも１０ｍｍ長く形成されていることを特徴とする。
【０００５】
また、請求項４に記載の発明は、内周端部にベルトの寄りを規制するガイド部材を備えた定着ベルトと、前記定着ベルトを張架する定着ローラと、前記定着ベルトから転写紙を分離する非接触式の分離手段と、前記定着ベルト両端の非画像領域を介して前記定着ローラと当接して前記定着ベルト表面と前記分離手段との距離を保つ当接手段と、を備えた熱定着装置であって、前記定着ローラ両端に前記加圧ローラより幅方向に長く形成した小径部を有することを特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の熱定着装置であって、前記小径部を定着ローラの幅方向に少なくとも１０ｍｍ形成したことを特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５の何れか一項に記載の熱定着装置を備えた画像形成装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、定着ローラ長さを分離手段の当接位置から外側へ延長することで分離手段と無端状ベルトまたは定着ローラとのギャップのバラツキを軽減する事ができ、ジャムやベルトキズ、ローラキズ、定着不良といった不具合の無い安定した高品質で高耐久な画像形成装置を提供することかできる。また、寄り止めガイドがある無端状ベルトを用いた定着装置でも、定着ローラ端部に小径部を設ける事で、分離手段と無端状ベルトのギャップのバラツキを軽減する事ができ、ジャムやベルトキズ、ローラキズ、定着不良といった不具合の無い安定した高品質で高耐久な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】
【０００７】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
［実施例１］
本発明第１の実施例について、図１〜図３に基づいて説明する。図１は画像領域内における本発明に係る定着装置１０の概略断面図であり、図２は画像領域外における本発明に係る定着装置１０の概略断面図である。また、図３は本発明に係る定着装置１０を転写紙Ｐの搬送方向下流側から見た正面図である。
定着装置１０には、定着ローラ１１と、定着ローラ１１に圧接して加圧ローラ１２が配置され、図示していないが少なくとも片方のローラの芯金内部には、赤外線ヒータ等の加熱手段が設けられている。転写紙Ｐは図中右側から左側へと搬送され、定着ローラ１１と加圧ローラ１２のニップ部Ｎを通過する際に、加熱されて転写紙Ｐ上のトナーが溶融し、同時に加圧されて転写紙Ｐにトナーが定着する。
定着ローラ１１は、加圧ローラ１２と比較して硬度が低く設定されており、定着ローラ１１が圧縮量（ｔ）で圧縮されることで、定着ローラ１１のニップ部Ｎは凸形状に弾性変形し、ニップ直後の転写紙Ｐは加圧ローラ１２に沿うようにして下向きに搬送され、左方の分離手段１３で分離しやすくなっている。
定着装置１０の画像領域内では、図中左方の分離手段１３は、定着ローラ１１と微小ギャップ（Ｇ）を維持した非接触状態となっている。分離手段１３は画像領域内をすべてカバーする板状の部材でも良いし、従来の接触式分離爪のように所定の間隔を空けて複数個配設しても良い（図３参照）。
【０００８】
一方、定着装置１０の画像領域外では、図４中、左方の当接部材１４は、引張りスプリング（図示せず）等により定着ローラ１１側に付勢され、定着ローラ１１に当接している。
また、分離手段１３と当接部材１４は、ローラの軸方向に取付部材１５によって一体となるように形成されている。微小ギャップ（Ｇ）は、当接部材１４が定着ローラ１１と当接することにより、取付部材１５を介して適正に管理されるが、本実施例では図３に示すように、加圧ローラ１２に比して定着ローラ１１が長く形成されている。加圧ローラ１２の長さは変更せず、定着ローラ１１をのみを端部方向へ延長することで、定着ローラ１１の熱による膨張量が当接部材１４と当接する部分と中央部とで差が出ないようにして、微少ギャップ（Ｇ）の変動を激減させている。
図４は、実験データをグラフに示したものである。この実験においては、外径５２ｍｍ、肉厚１４ｍｍ、軸上硬度４０Ｈｓ（いずれも室温での測定）の発泡ローラを用い、この発泡ローラを表面温度１７５℃（定着温度）に加熱したときの膨張量を比較した。なお、定着ローラ長については、図９（ａ）に示す通り、従来の定着ローラ端部１１ａをゼロ基準点とした。
【０００９】
図９（ａ）に示す従来の定着ローラ１１Ａでは、ローラ端部１１ａから２ｍｍの位置に当接部材１４を設けているので、この位置における膨張量を計測したところ、室温と１７５℃に加熱したときとでは、中央部と比較して半径で約０．４５ｍｍ膨張量が少なかった。即ち、この位置に当接部材１４を接触させて定着ローラ１１Ａと分離手段１３とのギャップ管理を行うと、分離手段１３と定着ローラ１１Ａまたは定着ベルト１７とのギャップが最大で０．４５ｍｍ変動する事になる。定着ローラは加熱手段により加熱された後に通紙されるから、通常、定着ローラが室温と同温度にある時に通紙される事はなく、実際には通紙時に０．４５ｍｍまで変動する事は無い。
しかし、リロード直後でローラが温まりきっていない状態で通紙した場合と、連続通紙してローラ温度が飽和した場合とでは、０．４５ｍｍまで行かないまでも、この何割かでギャップ変動することが、この実験結果から予測される。当然、この変動幅は極力小さくした方が分離性能は安定する。
【００１０】
ここで、定着ローラ端部から５０ｍｍ以上中央に寄った地点における熱膨張量を計測し、比較したところ、膨張量は中央部と同一になり、定着ローラ１１と分離手段１３とのギャップは変動しなくなることがわかった。従って、定着ローラ１１の長さを従来ローラより一端につき５０ｍｍ、すなわち定着ローラ１１全体で１００ｍｍ延長すれば、定着ローラ１１と分離手段１３とのギャップを一定に保つことができる。
なお、この定着ローラ１１の長さは、定着装置の大型化やコストアップを極力防止し、かつ可能な限り大きな効果を得るために、従来ローラ１１Ａより一端に付き１０ｍｍ延長することが特に好ましい（図９（ｂ）参照）。従来ローラ１１Ａに比べローラ端部を約１０ｍｍ外側に延長した本発明の対策ローラ１１Ｃを作成し、対策ローラ１１Ｃの端部１１ｃから１２ｍｍ離間した位置で当接部材を当接したところ、微少ギャップ（Ｇ）の変動量は約０．２ｍｍと、従来品より約１／２に激減させることができた。
【００１１】
もちろん、大型化やコストアップ等の制約がない場合には、定着ローラ１１と分離手段１３とのギャップ変動がなくなるまで定着ローラ１１を延長すれば良い。また、延長距離は１０ｍｍに限ることはなく、性能上ギャップ変動が許容される範囲まで延長することで、安定した分離性能を得つつ、定着装置の大型化やコストアップを押さえることができる。逆に装置レイアウト上１０ｍｍも延長できない場合でも、装置レイアウト上可能な範囲で延長すれば本発明の効果が得られ、確実にギャップの変動量は軽減する。
以上のように、本発明によれば、定着ローラ長さを外側へ延長することで分離手段と無端状ベルトまたは定着ローラとのギャップのバラツキを軽減する事ができ、ジャムやベルトキズ、ローラキズ、定着不良といった不具合の無い安定した高品質で高耐久な画像形成装置を提供することができる。
【００１２】
［実施例２］
本発明第２の実施例を図５、図６に示す。図１〜３と同一部材については、同一符号を付し、その説明を省略する。第１の実施例と異なるのは、定着装置１０に無端状の定着ベルト１７を使用している点である。
本実施例では、無端状の定着ベルト１７は、加熱ローラ１６と定着ローラ１１によって張架されている。その他の構成は、第１の実施例と同様である。本実施例においても、定着ローラ１１を従来ローラより外側に延長することで、定着ローラ１１と分離手段１３とのギャップの変動を軽減することができた。
【００１３】
［実施例３］
本発明第３の実施例について、図７、図８に基づいて説明する。本実施例における定着装置１０は、無端状の定着ベルト１７と寄り止めガイド１７ａを備えている。
図７は寄り止めガイド１７ａの動作を説明する図である。図７のようなベルトの寄りを規制する寄り止めガイド１７ａが、無端状の定着ベルト１７の内面端部全周についていて、無端状の定着ベルト１７が図中矢印方向に寄ると加熱ローラ１６端部が寄り止めガイド１７ａと接触して、無端状の定着ベルト１７の寄りを規制するようになっている。図示していないが、反対側の端部も同様である。
図８は寄り止めガイド１７ａと定着ローラ１１と当接部材１４の位置関係、及び定着ローラ１１の中央部と端部の半径差（ｒ）と寄り止めガイド１７ａの高さ（ｈ）を示す図である。図８は一端しか図示していないが、他端も同様である。
定着ローラ１１は、寄り止めガイド１７ａと接触しないように、その端部において外径が一様に細く形成された小径部１１ｂを有している。定着ローラ１１の大径部１１ｄと小径部１１ｂとの内径差（ｒ）は、寄り止めガイド１７ａの高さ（ｈ）と、定着ローラ１１の圧縮量（ｔ）とを合計した値以上とすることで、定着ローラ１１と加圧ローラ１２とでニップ部Ｎを形成した位置でも定着ローラ１１で寄り止めガイド１７ａを潰さないようにしている。
【００１４】
実際に小径部１１ｂの長さを１０ｍｍとした対策ローラ１１Ｂを作成し、実施例１と同様の実験を行った。すなわち、大径部の外径５２ｍｍ、肉厚１４ｍｍ、軸上硬度４０Ｈｓ（いずれも室温での測定）の発泡ローラを用い、この発泡ローラを表面温度１７５℃（定着温度）に加熱したときの膨張量を、基準点から２ｍｍ中央に寄った地点（当接部材１４の当接位置）と中央部とで比較した。
図４に実験結果を示す。対策ローラ２でもギャップ（Ｇ）の変動量が約０．３ｍｍと従来の約２／３に軽減することができた。
尚、本発明でも装置の大型化やコストアップを防止すべく、小径部長さを１０ｍｍに設定したが、そういった制約がない場合には、微少ギャップ（Ｇ）の変動がなくなるまで定着ローラ１１の小径部１１ｂを延長すれば良く、又は性能上微少ギャップ（Ｇ）の変動が許されるまで延長するのが良い。逆にレイアウト上１０ｍｍも延長できない場合でもできる範囲で延長すれば延長しないよりは確実に変動量は軽減する。
【００１５】
本発明によれば、寄り止めガイドがある無端状ベルトを用いた定着装置でも、定着ローラ端部に小径部を設ける事で分離手段と無端状ベルトのギャップのバラツキを約２／３に軽減する事ができ、ジャムやベルトキズ、ローラキズ、定着不良といった不具合の無い安定した高品質で高耐久な画像形成装置となる。
また前述した第１乃至第３の実施例のローラに限定する趣旨ではない。本実施例とは異なる条件の他の定着ローラについても、本発明を適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明第１の実施例の画像領域内における定着装置１０の概略断面図である。
【図２】本発明第１の実施例の画像領域外における定着装置１０の概略断面図である。
【図３】本発明第１の実施例の定着装置１０を転写紙Ｐの搬送方向下流側から見た正面図である。
【図４】実験データをグラフで示す図である。
【図５】本発明第２の実施例の画像領域内における定着装置１０の概略断面図である。
【図６】本発明第２の実施例の画像領域外における定着装置１０の概略断面図である。
【図７】寄り止めガイド１７ａの動作を説明する図である。
【図８】寄り止めガイド１７ａと定着ローラ１１と当接部材１４の位置関係、及び定着ローラ１１の中央部と端部の半径差（ｒ）と寄り止めガイド１７ａの高さ（ｈ）を示す図である。
【図９】従来の定着ローラと本発明に係る定着ローラとの長さを比較する図で、（ａ）は従来の定着ローラ１１Ａを示す図、（ｂ）は本発明の対策ローラ１１Ｂを示す図、（ｃ）は本発明の対策ローラ１１Ｃを示す図である。
【符号の説明】
【００１７】
１…対策ローラ１、２…対策ローラ２、１０…定着装置、１１…定着ローラ、１１Ａ…従来の定着ローラ、１１Ｂ、１１Ｃ…本発明の対策ローラ、１１ａ…従来の定着ローラ端部、１１ｂ…小径部、１１ｃ…本発明の定着ローラ端部、１１ｄ…大径部、１２…加圧ローラ、１３…分離手段、１４…当接部材、１５…取付部材、１６…加熱ローラ、１７…定着ベルト、１７ａ…ガイド、Ｇ…微少ギャップ、Ｎ…ニップ部、Ｐ…転写紙
【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】
2009014771.tif 000008
【図７】
2009014771.tif 000009
【図８】
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【図９】
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