(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子写真方式で、シート状画像形成媒体上に帯電した現像剤を転写させて形成した画像を、加熱して定着させる定着装置において、
熱源を有する加熱ローラと、
導電性を有し、加熱ローラの外周に接触してニップを形成し、ニップでシート状画像形成媒体および現像剤を加熱するような経路を循環する定着ベルトと、
定着ベルトに、現像剤の帯電極性と反対の極性の電圧を印加する電圧印加手段と、
定着ベルトの循環経路で、ニップの上流側に設けられる支点を中心に揺動変位可能に設けられて、ニップの上流側の定着ベルトと接触しながら加熱する発熱板と、
該発熱板を押圧し、発熱板で該支点よりもニップ側の部分がニップに近接する方向に揺動変位して、該定着ベルトが該ニップの開始部に押圧されるように付勢するばねとを含むことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記電圧印加手段は、前記ニップで前記定着ベルトの循環経路の内側に配置され、該定着ベルトに接触しながら電圧を印加するバイアスローラを含むことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機や印刷機などで、電子写真方式で形成した現像剤による画像を画像形成用紙などの表面上に定着させるために用いる定着装置、特に定着ベルトを用いる定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、複写機や印刷機などでは電子写真方式による画像形成が利用されている。電子写真方式では、静電的に画像を形成し、トナーなどと呼ばれる粉末状の固体現像剤で画像を顕在化させ、現像剤を画像形成媒体上に定着させるまでの一連のプロセス処理が行われる。現像剤は熱可塑性樹脂成分を含み、加熱によって部分的に溶融し、画像形成媒体の表面に定着する。電子写真方式の画像形成装置では、表面上に現像剤による画像が形成されている画像形成媒体を加熱して、現像剤を加熱溶融させるために、定着装置が設けられる。
【０００３】
図３は、従来からの典型的な定着装置１の概略的な構成を示す。定着装置１は、定着ベルト２を使用する。定着ベルト２は、インレットローラ３、アシストローラ４、加圧ローラ５およびステアリングローラ６で形成される経路を循環する。定着ベルト２は、アシストローラ４が設けられている位置で、加熱ローラ７に接触する。加熱ローラ７の表面には、三井フロロケミカル株式会社の商標「テフロン」などで代表されるポリ４ふっ化エチレンなどによる表面被覆層８が形成されている。アシストローラ４は、設けないこともある。定着ベルト２と加熱ローラ７の接触部分には、ニップ部９が形成される。加熱ローラ７の内部には、加熱用のヒータやランプなどの熱源１０が設けられる。トナー１１が静電的に付着している画像形成用紙１２がニップ部９を通過する際に、トナー１１および画像形成用紙１２の加熱が行われる。加熱用の熱源は、インレットローラ３にも設けられることがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図３に示す定着装置１では、トナー３を加熱して定着を行わせるニップ部９の長さであるニップ幅Ｗを大きく取るために、定着ベルト２を用いる。画像形成能力を高めるためには、画像形成用紙１２の搬送速度を大きくする必要があるけれども、トナー１１を定着するためには、一定の熱用をニップ部９での加熱で与える必要がある。ニップ部９の加熱温度は、表面被覆層８に使用しているポリ４ふっ化エチレンの分解温度が２５０℃程度であるので、変形等が生じない２００℃以下の温度、たとえば１８０℃程度に留める必要がある。ニップ部９の温度に限界があれば、トナー１１が加熱されて到達する温度は、ニップ部９で加熱される時間に対応する。画像形成用紙１２の搬送速度を高めて、しかもトナー１１の加熱を充分に行うためには、ニップ部９のニップ幅Ｗを大きくしなければならない。
【０００５】
図４は、図３のニップ部９付近を拡大して示す。定着ベルト２を使用する定着装置１は、加圧ローラを使用する定着装置よりも、ニップ幅Ｗを大きくすることが容易であるけれども、定着ベルト２の搬送経路で、ニップ部９直前および直後の区間でも、定着ベルト２の表面が加熱ローラ７の表面に接近してしまう。加熱ローラ７の表面には、離型性を良好にするためにポリ４ふっ化エチレンなどの表面被覆層８が形成されているけれども、トナー１１の付着を完全に防ぐことはできない。さらにトナー１１は帯電しているので、静電的な引力で加熱ローラ７に吸引されるおそれがある。
【０００６】
ニップ部９の上流側で、トナー１１の少なくとも一部が加熱ローラ７の表面に飛びついて付着すると、付着したトナー１１がニップ部９で画像形成用紙１２上に再度転写され、元のトナー１１の位置からずれた位置に画像として定着されるオフセットが生じてしまう。
【０００７】
ニップ部９下流側でも、充分に画像形成用紙１２上に付着しなかったトナー１１が加熱ローラ７の表面に付着し、加熱ローラ７でトナー１１が付着した部分が一巡してニップ部９の上流側に戻り、さらにニップ部９に達すると、オフセットが生じる。また、トナー１１が画像形成用紙１２の表面に定着しても、帯電状態は保たれているので、トナー１１が定着された画像形成用紙１２が加熱ローラ７の表面に静電的に付着しやすくなる。加熱ローラ７への画像形成用紙１２の付着を防止するためには、ニップ部９の下流側に、画像形成用紙１２を加熱ローラ７の表面から強制的に分離させる分離爪１３などを設ける必要がある。
【０００８】
本発明の目的は、簡単な構成でオフセットを防ぎ、効率よく現像剤を定着することができる定着装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電子写真方式で、シート状画像形成媒体上に帯電した現像剤を転写させて形成した画像を、加熱して定着させる定着装置において、
熱源を有する加熱ローラと、
導電性を有し、加熱ローラの外周に接触してニップを形成し、ニップでシート状画像形成媒体および現像剤を加熱するような経路を循環する定着ベルトと、
定着ベルトに、現像剤の帯電極性と反対の極性の電圧を印加する電圧印加手段と、
定着ベルトの循環経路で、ニップの上流側に設けられる支点を中心に揺動変位可能に設けられて、ニップの上流側の定着ベルトと接触しながら加熱する発熱板と、
該発熱板を押圧し、発熱板で該支点よりもニップ側の部分がニップに近接する方向に揺動変位して、該定着ベルトが該ニップの開始部に押圧されるように付勢するばねとを含むことを特徴とする定着装置である。
【００１０】
本発明に従えば、シート状画像形成媒体上に電子写真方式による画像を、現像剤によって形成した後で定着させる定着装置は、加熱ローラと、定着ベルトと、電圧印加手段、発熱板と、ばねとを含む。定着ベルトは、熱源を有する加熱ローラの外周に接触してニップを形成し、ニップでシート状画像形成媒体および現像剤を加熱するような経路を循環する。定着ベルトは導電性も有し、電圧印加手段によって、現像剤とは反対の極性の電圧が印加される。ニップが加熱ローラと加熱された定着ベルトとの接触によって形成されるので、ニップ幅を大きく取って、現像剤のシート状画像形成媒体への定着のために充分な加熱を行うことができる。定着ベルトは導電性を有し、電圧印加手段によって現像剤とは反対の極性の電圧を印加するので、定着ベルト側から現像剤を静電的に吸引し、加熱ローラへの移行を防ぐことができる。定着ローラを導電性にして、電圧印加手段を設けるだけの簡単な構成で、オフセットの発生を防止することができる。
また、発熱板は、定着ベルトの循環経路で、ニップの上流側で接触しながら定着ベルトを加熱する。発熱板は、定着ベルトの循環経路の形状に合わせて曲げ整形することができるので、ニップの直前まで定着ベルトと接触して、定着ベルトを充分に加熱することができる。さらに、発熱板は、定着ベルトの循環経路においてニップの上流側に設けられる支点を中心にして揺動変位可能である。ばねは、その押圧力によって発熱板を揺動変位させ、発熱板によって定着ベルトをニップの開始部に押圧させる。すなわち、発熱板をばねで付勢して、定着ベルトをニップの開始部に押圧するので、ニップ幅を大きく取り、しかも充分な加圧を行うことができる。
【００１３】
また本発明で、前記電圧印加手段は、前記ニップで前記定着ベルトの循環経路の内側に配置され、該定着ベルトに接触しながら電圧を印加するバイアスローラを含むことを特徴とする。
【００１４】
本発明に従えば、バイアスローラは導電性を有する定着ベルトに、循環経路の内側から接触して電圧を印加するので、簡単かつ確実にオフセット防止のための電圧を印加することができる。バイアスローラが接触する位置では、定着ベルトを加熱ローラの表面に押しつけることができるので、ニップで加熱されて軟化したり溶融する現像剤をシート状画像形成媒体上に押しつぶして、確実に定着させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態である定着装置２１の概略的な構成を示す。定着装置２１は、電子写真方式で形成し、シート状画像形成媒体の表面に静電的に付着させている現像剤を加熱して、シート状画像形成媒体表面上に定着させるために用いられる。本実施形態の定着装置２１も、図３に示す定着装置１と同様に、定着ベルト２２を用いる。定着ベルト２２は、無端の環状ベルトであり、発熱板２３、バイアスローラ２４、加圧ローラ２５およびステアリングローラ２６で形成する経路を循環する。定着ベルト２２は、バイアスローラ２４が設けられている部分で、加熱ローラ２７の外周面に接触する。加熱ローラ２７の外周面の表面は、図３と同様に、溶融した現像剤の付着を防ぐため、ポリ４ふっ化エチレンなどの表面被覆層２８で覆われている。定着ベルト２２が加熱ローラ２７の外周面に接触する部分は、ニップ部２９を形成する。加熱ローラ２７内には、加熱用のヒータやランプなどの熱源３０が収納される。
【００１８】
ニップ部２９には、現像剤であるトナー３１が静電的に付着しているシート状画像形成媒体としての画像形成用紙３２が搬送される。画像形成用紙３２がニップ部２９を通過する際に、加熱ローラ２７と定着ベルト２２とで挟まれ、加熱と加圧とを受け、トナー３１を軟化・溶融させて画像形成用紙３２上に定着させることができる。ニップ部２９では、定着ベルト２２の循環経路の内側、すなわち定着ベルト２２に関して加熱ローラ２７に対向する側から、バイアスローラ２４が定着ベルト２２を加熱ローラ２７の表面側に押圧する。このような押圧の機能は、図３のアシストローラ４も有しているけれども、本実施形態のバイアスローラ２４は、トナー３１が帯電している極性と反対の極性の電圧を定着ベルト２２に印加する機能も有している。本実施形態では、トナー３１が負に帯電している場合を想定し、バイアスローラ２４には、電源３３から正の電圧を印加する。
【００１９】
本実施形態の定着ベルト２２は、たとえば導電性を有するように処理したポリイミド樹脂で無端状に形成されたフィルム製であり、表面にはポリ４ふっ化エチレン樹脂層がコーティングされている。バイアスローラ２４は導電性を有する定着ベルト２２に、循環経路の内側から接触して電圧を印加するので、簡単かつ確実にオフセット防止のための電圧を印加することができる。バイアスローラ２４が接触する位置では、定着ベルト２２を加熱ローラ２７の表面に押しつけることができるので、ニップ２９部で加熱されて軟化したり溶融するトナー３１を画像形成用紙３２の表面上に押しつぶして、確実に定着させることができる。
【００２０】
発熱板２３は、金属製の基板３４の裏面側に形成する発熱層３５で、定着ベルト２２の加熱のための熱を発生させ、画像形成用紙３２の裏面側からトナー３１の加熱を行う。基板３４は、定着ベルト２２の循環経路で、ニップ部２９の上流側で、ニップ部２９の開始部分を含む長さＬの区間にわたって、定着ベルト２２に接触し、発熱層３５で発生する熱を定着ベルト２２に与える。発熱板２３は、定着ベルト２２の循環経路で、定着ベルト２２が循環方向を大きく変化させる区間に設けられ、大略的に２つの腕が中間で連結されるＵ字形状を有する。そのＵ字形状の中間部には、支点３６が設けられ、その支点３６を中心に紙面に平行な面内での揺動変位が可能である。発熱板２３で支点３６に関して、先端がニップ部２９に接触する腕２３ａの反対側の腕２３ｂには、圧縮型のばね３７によって腕２３ａをニップ部２９側に押圧するように付勢が行われる。ニップ部２９側の腕２３ａに対して圧縮型のばねで直接的に付勢することもできる。また、支点３６に、腕２３ａがニップ部２９に押しつけられるようなトルクを発生するような回転ばねを設けることもできる。発熱板２３をばね３７で付勢して、定着ベルト２２をニップ部２９の開始部に押圧するので、ニップ幅を大きく取り、しかも充分な加圧を行うことができる。
【００２１】
加圧ローラ２５は、定着ベルト２２を加熱ローラ２７の外周面に押しつける加圧力を発生させる。ステアリングローラ２６は、定着ベルト２２が循環中に生じる紙面に垂直な幅方向への位置ずれが一定の範囲内に収るように調整する。定着ベルト２２の位置ずれを自動的に補正することができるスキュー自動補正の機構を採用することもできる。なお、定着ベルト２２の循環のための駆動は、加圧ローラ２５またはステアリングローラ２６を回転駆動して行う。ニップ部２９が加熱ローラ２７と加熱された定着ベルト２２との接触によって形成され、バイアスローラ２４による電圧印加でオフセットを防止するので、ニップ幅を大きく取って、トナー３１の画像形成用紙３２への定着のために充分な加熱を行うことができる。ニップ幅を大きくして、充分な加熱が可能となるので、画像形成用紙３２の搬送速度を高め、画像形成能力を増大させることができる。
【００２２】
図２は、図１の定着装置２１のニップ部２９付近の構成を拡大して示す。定着ベルト２２は、前述のように、導電性を有するようにしたポリイミドなど、耐熱性の合成樹脂フィルムであり、可撓性を有するので、加熱ローラ２７の外周面に押圧することによって、ニップ部２９を比較的大きいニップ幅Ｗで形成することができる。発熱板２３は、たとえばステンレス鋼板などの金属製の基板３４の裏面側に、電気抵抗体で発熱層３５を形成し、通電によって発熱させて加熱を行う。基板３４の表面側は、定着ベルト２２と接触し、定着ベルト２２が摺動するので、摩擦を低減するように、潤滑性を良好にするポリ４ふっ化エチレン樹脂コーティングなどの表面処理を施す。基板３４は、定着ベルト２２の循環経路の形状に合わせて曲げ整形することができるので、ニップ部２９の開始部分まで定着ベルト２２に接触し、定着ベルト２２を充分に加熱することができる。
【００２３】
バイアスローラ２４は、導電性繊維を表面に表面に静電植毛して形成したり、導電性スポンジ材料で形成する。定着ベルト２２は、導電性、耐熱性および高離型性を有するので、ニップ部２９での加熱にも耐えることができ、トナー３１を静電的に吸引して、トナー３１が定着域の前後で加熱ローラ２７側に飛んでいくのを防ぐことができる。なお、電圧印加手段としては、バイアスローラ２４のようなローラではなく、板状体やブラシの先端などを接触させることもできる。
【００２４】
以上で説明したように、本実施形態の定着装置２１では、シート状画像形成媒体である画像形成用紙３２上に電子写真方式による画像を、現像剤であるトナー３１によって形成した後で定着させる。定着装置２１は、加熱ローラ２７と、定着ベルト２２と、電圧印加手段であるバイアスローラ２４と、発熱板２３とを含む。定着ベルト２２は、熱源３０を有する加熱ローラ２７の外周に接触してニップ部２９を形成し、ニップ部２９で画像形成用紙３２およびトナー３１を加熱するような経路を循環する。定着ベルト２２は導電性も有し、バイアスローラ２４によって、トナー３１が帯電している電荷の極性とは反対の極性の電圧が印加される。発熱板２３は、定着ベルト２２の循環経路で、ニップ部２９の上流側の区間に配置され、その区間内にわたって接触しながら定着ベルト２２を加熱する。ニップ部２９が加熱ローラ２７と加熱された定着ベルト２２との接触によって形成されるので、ニップ幅を大きく取って、トナー３１の画像形成用紙３２への定着のために充分な加熱を行うことができる。発熱板２３は、定着ベルト２２の循環経路の形状に合わせて曲げ整形することができ、ニップ部２９の開始部分まで定着ベルト２２と接触して、定着ベルト２２を充分に加熱することができる。
【００２５】
定着ベルト２２は導電性を有し、バイアスローラ２４によってトナー３１とは反対の極性の電圧を印加するので、定着ベルト２２側からトナー３１を静電的に吸引し、加熱ローラ２７へのトナー３１の移行を防ぐことができる。定着ベルト２２を導電性にして、バイアスローラ２４などの電圧印加手段を設けるだけの簡単な構成で、オフセットの発生を防止することができる。また、画像形成用紙３２がニップ部２９の外部で加熱ローラ２７の表面に付着しにくくなるので、図３に示すような分離爪１３などを用いる必要をなくすことができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、定着ベルトが熱源を有する加熱ローラの外周に接触してニップを形成し、大きなニップ幅を得ることができる。ニップ幅が大きく、加熱を充分に行うことができるので、シート状画像形成媒体の搬送速度を高めて、画像形成能力を向上させることができる。定着ベルトは導電性を有し、電圧印加手段によって現像剤とは反対の極性の電圧を印加するので、定着ベルト側から現像剤を静電的に吸引し、加熱ローラへの移行を防ぐことができる。定着ローラを導電性にして、電圧印加手段を設けるだけの簡単な構成で、オフセットの発生を防止することができる。
また、定着ベルトの循環経路で、ニップの上流側には、接触しながら定着ベルトを加熱する発熱板が設けられるので、ニップ幅を大きく取って、ニップの直前まで定着ベルトを充分に加熱することができる。さらに、発熱板をばねで付勢するので、定着ベルトをニップの開始部に確実に押圧し、ニップ幅を大きく取って、充分な加圧を行うことができる。
【００２８】
また本発明によれば、定着ベルトの循環経路の内側からバイアスローラが接触して電圧を印加するので、簡単かつ確実にオフセット防止のための電圧を印加することができる。ニップではバイアスローラが接触して、定着ベルトを加熱ローラの表面に押しつけることができるので、加熱されて軟化したり溶融する現像剤をシート状画像形成媒体の表面上で押しつぶして、確実に定着させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である定着装置２１の概略的な構成を示す簡略化した断面図である。
【図２】図１の定着装置２１でニップ部２９付近を拡大して示す断面図である。
【図３】従来からの典型的な定着装置１の概略的な構成を示す断面図である。
【図４】図３のニップ部９付近でオフセットが生じる状態を模式的に示す図である。
【符号の説明】
２１  定着装置
２２  定着ベルト
２３  発熱板
２３ａ，２３ｂ  腕
２４  バイアスローラ
２５  加圧ローラ
２６  ステアリングローラ
２７  加熱ローラ
２９  ニップ部
３１  トナー
３２  画像形成用紙
３３  電源
３４  基板
３５  発熱層
３６  支点
３７  ばね
【図１】
0003806000.tif 000002
【図２】
0003806000.tif 000003
【図３】
0003806000.tif 000004
【図４】
0003806000.tif 000005