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発明の名称 定着装置,及び画像形成装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−109293(P2001−109293A)
公開日 平成13年4月20日(2001.4.20)
出願番号 特願平11−284967
出願日 平成11年10月6日(1999.10.6)
代理人 【識別番号】100084135
【弁理士】
【氏名又は名称】本庄 武男
【テーマコード(参考)】
2H033
【Fターム(参考)】
2H033 AA15 BA10 BA11 BB01 
発明者 前川 孝
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 弾性層がその表層側に形成された圧ローラと,該圧ローラに対向して配置された定着ローラと,該定着ローラより用紙搬送方向下流側に設けられた下流側ローラと,上記定着ローラと下流側ローラとに張られた無端状の定着ベルトとを具備し,互いに圧接される上記圧ローラと上記定着ベルトとの間の圧接部に未定着トナー像が付着した用紙を通過させ,用紙にトナー像を定着させてなる定着装置において,上記定着ローラと上記下流側ローラの共通接線の上記定着ローラに対する上記圧ローラ側の接点を,上記定着ローラ及び上記圧ローラそれぞれの回転中心を結んだ直線より用紙搬送方向下流側の上記圧接部内に配置してなることを特徴とする定着装置。
【請求項2】 上記請求項1に記載の定着装置を具備した画像形成装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は,定着装置,及び画像形成装置に係り,詳しくは,弾性層がその表層側に形成された圧ローラと,該圧ローラに対向して配置された定着ローラと,該定着ローラより用紙搬送方向下流側に設けられた下流側ローラと,上記定着ローラと下流側ローラとに張られた無端状の定着ベルトとを具備し,互いに圧接される上記圧ローラと上記定着ベルトとの間の圧接部に未定着トナー像が付着した用紙を通過させ,用紙にトナー像を定着させてなる定着装置,及び該定着装置を具備した複写機,プリンタなどの画像形成装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】例えば複写機やプリンタなどの画像形成装置において,感光体上に形成されたトナー像は,転写部により静電的に用紙に付着させられるが,このときトナーは用紙に定着しておらず,用紙上のトナー像は容易に乱れうる。トナーを用紙に定着させるには,熱や圧力などを用いる必要がある。トナーを用紙に定着させる方式は,過去幾つか提案されており,熱源を有した熱ローラと該熱ローラに圧接される圧ローラとを備えた熱ローラ定着方式や,複数のローラに張られた無端状の定着ベルトと該定着ベルトに圧接される圧ローラとを備えた圧ローラを圧接させるベルト定着方式などがある。上記した両方式では,熱ローラ又は定着ベルトと圧ローラとの間で用紙に圧力が加えられながら,熱ローラ又は定着ベルトによって用紙に熱が与えられ,用紙上のトナーが溶融定着される。上記熱ローラ定着方式は,現在広く採用されているが,上記熱ローラと圧ローラとの間の圧接部(ニップ部)の用紙搬送方向の長さを大きくするのに限界があり,用紙の搬送速度が高速になると,用紙に対して加熱及び加圧を十分に行えない場合がある。一方,ベルト定着方式では,上記定着ベルトに対して圧ローラが圧接されるため,上記熱ローラ定着方式と比較して,上記定着ベルトと圧ローラとの間のニップ部の用紙搬送方向の長さを確保しやすく,トナーの用紙に対する定着性を向上させやすい等の利点がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記の通り,ベルト定着方式では,熱ローラ定着方式より定着性が向上するなどの利点があるものの,熱ローラ定着方式と同様,上記ニップ部の形状に沿って用紙がカールしてしまう場合がある。用紙がカールしていると,紙詰まりの原因となったり,機外の排出トレーに用紙をストックするのが難しくなってしまうので,用紙のカールは,通常上記ニップ部の用紙搬送方向下流にデカール機構を設けるなどして,用紙が機外に排出されるまでに抑えられる。しかしながら,上記デカール機構を設けてカールを抑えると,デカール機構を設ける分だけ搬送長が大きくなって装置が大型化するし,構成も複雑になる。本発明は,このような従来の技術における課題を解決するために,定着装置,及び画像形成装置を改良し,定着ローラと該定着ローラよりも用紙搬送方向下流側に配置された下流側ローラとの共通接線の該定着ローラに対する圧ローラ側の接点を,上記定着ローラ及び上記圧ローラそれぞれの回転中心を結んだ直線より用紙搬送方向下流側の上記圧ローラと定着ベルトとの間の圧接部内に配置することによって,上記圧接部内で少なくとも互いに向きが異なる2つのニップ形状を形成すると共に,用紙搬送方向下流側のニップ形状の長さを適当な大きさにして,デカール機構等を用いる必要なく,用紙のカールを抑えることができる定着装置,及びこれを具備した画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために,請求項1に係る発明は,弾性層がその表層側に形成された圧ローラと,該圧ローラに対向して配置された定着ローラと,該定着ローラより用紙搬送方向下流側に設けられた下流側ローラと,上記定着ローラと下流側ローラとに張られた無端状の定着ベルトとを具備し,互いに圧接される上記圧ローラと上記定着ベルトとの間の圧接部に未定着トナー像が付着した用紙を通過させ,用紙にトナー像を定着させてなる定着装置において,上記定着ローラと上記下流側ローラの共通接線の上記定着ローラに対する上記圧ローラ側の接点を,上記定着ローラ及び上記圧ローラそれぞれの回転中心を結んだ直線より用紙搬送方向下流側の上記圧接部内に配置してなることを特徴とする定着装置として構成されている。また,請求項2に係る発明は,上記請求項1に記載の定着装置を具備した画像形成装置である。上記請求項1に記載の定着装置,又は上記請求項2に記載の画像形成装置では,定着ローラと下流側ローラの共通接線の該定着ローラに対する圧ローラ側の接点が,上記定着ローラ及び上記圧ローラそれぞれの回転中心を結んだ直線より用紙搬送方向下流側の上記圧ローラと定着ベルトとの間の圧接部内に配置されるため,上記圧接部内で少なくとも互いに向きが異なる2つのニップ形状を形成すると共に,用紙搬送方向下流側のニップ形状の長さを適当な大きさにすることができ,デカール機構等を用いる必要なく,用紙のカールを抑えることが可能である。
【0005】
【発明の実施の形態】以下,添付図面を参照して,本発明の実施の形態につき説明し,本発明の理解に供する。尚,以下の実施の形態は,本発明の具体的な一例であって,本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。ここに,図1は本発明の実施の形態に係る定着装置の概略構成を示す図,図2は本発明の実施の形態に係る画像形成装置の全体構成を説明するための図である。本発明の実施の形態に係る定着装置1は,図1に示す如く,弾性層21がその表層側に形成された圧ローラ2と,該圧ローラ2に対向して配置された定着ローラ3と,上記定着ローラ3より用紙搬送方向下流側に設けられた下流側ローラ4と,上記定着ローラ3と下流側ローラ4とに張られた無端状の定着ベルト5とを具備し,互いに圧接される上記圧ローラ2と上記定着ベルト5との間の圧接部Nに未定着トナー像が付着した用紙を通過させ,用紙にトナー像を定着させる点で従来装置と同様である。一方,本発明の実施の形態に係る定着装置が,従来装置と異なるのは,上記定着ローラ3と上記下流側ローラ4の共通接線の上記定着ローラ3に対する上記圧ローラ2側の接点Pを,上記定着ローラ3及び上記圧ローラ2それぞれの回転中心を結んだ直線Lより用紙搬送方向下流側の上記圧接部N内に配置した点である。また,本発明の実施の形態に係る定着装置1を備える画像形成装置は,例えば中間転写ベルトを用いたディジタルフルカラー複写機A1として具体化される。上記複写機A1と同型の従来の複写機との相違点は,上記定着装置1に係る相違点と同様であるが,まず図2を参照しながら上記複写機A1の全体構成について簡単に説明する。
【0006】上記複写機A1では,原稿載置台101上にセットされた原稿に対して,矢印Xで示す副走査方向に走査される光源102からの光が照射され,その反射光がミラーM1,M2,M3,及びレンズ103を介して複数のCCD等からなる光学センサ104上に結像される。上記光学センサ104上に結像された原稿画像は,図示しない画像処理部において画像出力信号に変換され,この画像出力信号に基づく光がレーザスキャナ105から感光体ドラム106に照射されて上記感光体ドラム106上に静電潜像が形成される。上記感光体ドラム106上に形成された静電潜像は,各色毎に独立に設置された4つの現像装置107a,107b,107c,107dの内の一つによって顕像化されてトナー像が形成され,該トナー像は中間転写ベルト108上に転写される。上記現像,転写処理を上記4つの現像装置について繰り返すことにより,上記中間転写ベルト108上には4色全てのトナー像が重ねられる。その後,カセット109若しくは手差しトレー110から矢印Y1若しくはY2の方向に搬送された用紙を,上記中間転写ベルト108のトナー像形成位置と同期させながら転写ローラ111間を通過させつつ一定の転写電圧を印加することにより,上記トナー像は上記中間転写ベルト108から上記用紙に転写される。トナー転写後,上記中間転写ベルト108はクリーニングブレード112によってクリーニングされ,感光体ドラム106から新たなトナー像が転写される。上記中間転写ベルト108からトナー像が転写された用紙は,搬送ベルト113によって矢印Y3方向にある定着装置1まで搬送される。上記定着装置1に搬送された用紙は,定着ベルト5及び圧ローラ2によって上記トナー像が定着された後,さらに搬送され機外の排出トレー114上に排出される。
【0007】次に上記複写機A1の主要部である定着装置1付近の構成について詳細説明する。上記定着装置1は,圧ローラ2,定着ローラ3,下流側ローラ4,定着用ベルト5などを具備する。上記圧ローラ2は,例えば芯金にシリコンゴムなどの弾性体が巻かれてその表層側に弾性層21が形成されたものであり,用紙のトナー付着面とは反対側の面に配置される。また,上記定着ローラ3は,ハロゲンランプなどの熱源,及び鉄などの金属製の芯金などからなり,用紙のトナー付着面側の上記圧ローラ2と対向する位置に配置される。上記下流側ローラ4は,鉄などの金属製の芯金などからなり,この実施の形態では,上記定着ローラ3より小径のものが用いられる。尚,上記下流側ローラ4の基材には,鉄の他,アルミニウムなどを用いることも可能であるが,鉄を基材とした上記下流側ローラ4は,剛性と熱伝導性が適当であり,上記下流側ローラ4からの熱の放散を抑えるのに好適である。上記定着ベルト5は,上記定着ローラ3と上記下流側ローラ4との間に張られた無端状の金属ベルトであり,上記金属ベルトの基材は例えばステンレスなどである。上記定着ローラ3及び上記下流側ローラ4それぞれの回転軸は,互いの距離が広がる方向にバネなどの図示しない付勢手段によって付勢される。これは,両回転軸の距離が固定された状態で,上記定着ベルト5を上記定着ローラ3及び上記下流側ローラ4に張っていると,上記定着ベルト5が蛇行してしまう恐れがあるからである。また,上記定着ベルト5の張り具合は,この付勢手段による付勢力を変更することによって調整される。この実施の形態では,上記定着ベルト5の張り具合は,上記定着ベルト5の上記定着ローラ3に接触しない部分で上記圧ローラ2を圧接させたときに上記定着ベルト5が撓む程度に調整される。上記定着ベルト5に上記圧ローラ2が圧接されて形成される上記定着ベルト5と上記圧ローラ2との間の圧接部(ニップ部)Nに,未定着トナー像が付着した用紙が搬送され,上記ニップ部Nにおいて上記定着ベルト5及び上記圧ローラ2により加熱及び加圧されることによって,用紙に上記トナー像が定着される。
【0008】ところで,上記ニップ部Nは上記圧ローラ2又は上記定着ローラ3の回転周面に沿った形状になるため,上記ニップ部Nの形成の仕方によっては,上記ニップ部Nから引き出される際に,上記圧ローラ2又は上記定着ローラ3の回転周面に沿って用紙がカールしてしまう恐れがある。例えば仮に図3に示すように,上記定着ベルト5が上記定着ローラ3と接触している部分のみに上記圧ローラ2が圧接されているとすると,上記圧ローラ2の弾性層21より上記定着ローラ3の芯金の方が当然ながら硬度が大きく,上記定着ベルト5は上記圧ローラ2から受ける加重に対して上記定着ローラ3によって支持されることになるから,上記定着ベルト5と上記圧ローラとの間の上記ニップ部Nでは,上記圧ローラ2側の弾性層21が変形する。このとき,上記ニップ部Nは,上記ニップ部Nの全長に渡って,上記定着ローラ3の回転周面に沿って定まる円弧状の形状を有することになる。即ち,用紙は上記ニップ部Nの全長に渡って,上記定着ローラ3の回転周面に沿って加熱及び加圧を受けることになり,上記定着ローラ3に沿ってカールしてしまう恐れが高い。また,仮に図4に示すように,上記定着ベルト5が上記定着ローラ3と接触していない部分のみに上記圧ローラ2が圧接されているとすると,上記圧ローラ2から受ける圧接力に対して上記定着ベルト5の張力が十分に大きくなければ,上記圧接力に対して上記定着ローラ3により支持もされないから,上記定着ベルト5が上記圧ローラ2の回転周面に沿って撓まされて上記ニップ部Nが形成される。このとき,上記ニップ部Nは,上記ニップ部Nの全長に渡って,上記圧ローラ2の回転周面に沿って定まる円弧状の形状を有することになる。従って,用紙は上記ニップ部Nの全長に渡って,上記圧ローラ2の回転周面に沿って加熱及び加圧を受けることになり,上記圧ローラ2に沿ってカールしてしまう恐れが高くなる。
【0009】このことから理解される通り,用紙が上記ニップ部Nから引き出される直前に,上記ニップ部Nの比較的長い距離に渡って(言い換えれば比較的長時間に渡って),同形状の面に沿って加熱及び加圧を受けると用紙はカールしてしまう。従って,上記定着装置1において,用紙のカールを防止するには,少なくとも,上記定着ベルト5が上記定着ローラ3と接触している部分と接触していない部分の両方に上記圧ローラ2を圧接させるような配置を行うことが必要である。これは,上記定着ベルト5が上記定着ローラ3と接触している部分と接触していない部分の両方に上記圧ローラ2を圧接させるような配置を行えば,上記定着ベルト5が上記定着ローラ3に接触している部分では,上記弾性層21が変形して上記ニップ部Nの形状が上記定着ローラ3の回転周面に沿ったものとなり,上記定着ベルト5が上記定着ローラ3に接触していない部分では,上記定着ベルト5が撓み上記ニップ部Nの形状が上記圧ローラ2の回転周面に沿ったものとなって,上記ニップ部N全体では,少なくとも向きが互いに異なる2つのニップ形状が形成されることになるからである。このとき,上記定着ローラ3と上記下流側ローラ4の共通接線の上記定着ローラ3に対する上記圧ローラ2側の接点Pが上記圧接部N内にあるか否かで,上記ニップ部N全体で2つのニップ形状が形成されるか否かを表現することができる。図3及び図4の例では,いずれも上記接点Pが,円弧状の上記圧接部Nの外側にある。これに対し,図5に示すように,上記定着ベルト5が上記定着ローラ3と接触している部分と接触していない部分の両方に上記圧ローラ2を圧接させるような配置を行えば,上記接点Pは上記定着ベルト5と上記圧ローラ2との間の上記圧接部N内に位置する。図6に示す如く,上記接点Pを境にして,上記接点Pより用紙搬送方向上流側のニップN1の形状は,上記定着ローラ3の回転周面に沿って形成され,上記接点Pより用紙搬送方向下流側のニップN2の形状は,上記圧ローラ2の回転周面に沿って形成される。
【0010】但し,上記接点Pが上記圧接部N内にあり,上記ニップ部N全体で形状や向きの異なる2つのニップN1,N2が形成されたとしても,上記接点Pより用紙搬送方向下流側のニップN2の長さが大きすぎると,図4の例と同様に,上記圧ローラ2の回転周面に沿って用紙がカールしてしまう。図5に示した配置は,上記接点Pが,上記定着ローラ3及び圧ローラ2それぞれの回転中心を結ぶ直線L上にあるものであり,定着ベルトを用いた定着装置では一般的な配置である。しかしながら,本発明者は,上記の配置では上記圧ローラ2の回転周面に沿って用紙がカールしてしまう場合が多いことを実験的に確かめた。この傾向は,国産紙と較べて20g程度紙重が大きい海外紙で顕著であった。この場合,上記ニップ部Nより用紙搬送方向下流に用紙のカールを矯正するデカール機構を設けるなどの必要が生じてしまう。また,上記直線Lよりも上記接点Pを用紙搬送方向上流側に位置するように上記定着ローラ3,圧ローラ2,下流側ローラ4を配置すれば,上記接点Pより用紙搬送方向下流側のニップN2の長さがさらに大きくなり,一方図7に示すように,上記ニップ部Nと上記定着ベルト5と圧ローラ2とが圧接されない部分との境界(上記ニップ部Nの直外側)より用紙搬送方向下流側に上記接点Pが配置されると,上記接点Pより用紙搬送方向下流側のニップN2が無くなってしまうから,上記ニップ部Nの形状によって,用紙のカールを抑えることができない。
【0011】そこで,上記定着装置1では,図1(b)に示すように,上記定着ローラ3と上記下流側ローラ4の共通接線の上記定着ローラ3に対する上記圧ローラ2側の接点Pが,上記定着ローラ3及び上記圧ローラ2それぞれの回転中心を結んだ直線Lより用紙搬送方向下流側の上記圧接部N内(上記境界は含まない)に配置される。このように上記接点Pを配置することによって,上記接点Pよりも用紙搬送方向上流側の上記定着ローラ3の回転周面に沿ったニップN1と少なくとも向きが異なり,上記接点Pよりも用紙搬送方向下流側の上記圧ローラ2の回転周面に沿ったニップN2の長さを適当にすることができ,用紙のカールを抑えることが可能となる。このように本発明の実施の形態に係る定着装置,及び画像形成装置では,定着ローラと下流側ローラの共通接線の該定着ローラに対する圧ローラ側の接点が,上記定着ローラ及び上記圧ローラそれぞれの回転中心を結んだ直線より用紙搬送方向下流側の上記圧ローラと定着ベルトとの間の圧接部内に配置されるため,上記圧接部内で少なくとも互いに向きが異なる2つのニップ形状を形成すると共に,用紙搬送方向下流側のニップ形状の長さを適当な大きさにすることができ,デカール機構等を用いる必要なく,用紙のカールを抑えることが可能である。尚,上記実施の形態では,上記定着ベルト5は,定着ローラ3と下流側ローラ4の2つのローラに張られていたが,これに限られるものではなく,定着ローラ3と下流側ローラ4に加えてさらに他のローラにも上記定着ベルト5を張った定着装置,及び画像形成装置に本発明を適用することも可能である。また,上記実施の形態では,本発明を中間転写ベルトを備えたディジタルカラー複写機に適用したが,これに限られるものではなく,他の複写機や例えばプリンタなどの定着装置を備えた他の画像形成装置に適用することも可能である。
【0012】
【発明の効果】以上説明した通り,上記請求項1に記載の定着装置,又は上記請求項2に記載の画像形成装置では,定着ローラと下流側ローラの共通接線の該定着ローラに対する圧ローラ側の接点が,上記定着ローラ及び上記圧ローラそれぞれの回転中心を結んだ直線より用紙搬送方向下流側の上記圧ローラと定着ベルトとの間の圧接部内に配置されるため,上記圧接部内で少なくとも互いに向きが異なる2つのニップ形状を形成すると共に,用紙搬送方向下流側のニップ形状の長さを適当な大きさにすることができ,デカール機構等を用いる必要なく,用紙のカールを抑えることが可能である。




 

 


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