JP5342739B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、ベルト定着装置及びベルト定着装置を備える画像形成装置に関するものである。

特開２００２−３５１２４９号公報 特開２００４−１０９５２１号公報

複写機やプリンタあるいはファクシミリ等の画像形成装置に用いられる熱定着装置として、無端状ベルトを用いたベルト定着装置は周知である。加熱ローラと定着ローラ間に無端状ベルト（以下、定着ベルトという）を張設した構成のベルト定着装置では、加熱ローラにて定着ベルトを温めるため、弾性層を有する定着ローラの熱伝導性が悪くても、定着ベルトの温度変化に容易に対応できるというメリットがある。

従来、弾性層を有する定着ローラ又は加圧ローラとしては芯金上にシリコーンゴム等を被覆したゴムローラが広く使用されてきたが、近年は、さらなるニップ幅の拡大および定着ベルトへの熱的影響を防止するため、熱伝導性の低いシリコーンスポンジが弾性層として使用されている。

シリコーンスポンジは低圧による使用においては特に問題がない。しかし、高圧及び大きな変形を伴う条件での使用では圧縮永久歪が大きいため、使用が難しかった。そのため、定着装置の待機時等に、定着ローラに対する加圧力を減じることが提案され、例えば、特許文献１には、待機状態のときに加圧ローラを定着ローラ及び定着ベルトから離間させる構成が開示されている。また、特許文献２には、ニップ幅を変更可能なヒートロール方式の定着装置が開示されている。

しかしながら、シリコーンスポンジは、静的な一時の高圧には耐えられても変形を繰り返す回転状態では耐久性が低いため、待機時に加圧ローラを離間させたり加圧力を減じる方法では、定着時（回転状態）における負荷を軽減することにはならず、シリコーンスポンジを弾性層に用いるローラの耐久性を高めることが難しいという問題があった。

また、定着ベルト表層のテフロンコート（テフロンは登録商標）は軟らかいため、通紙により微細な凹凸が付き、それが画像の光沢筋として出てしまうことがある。これに対しては、定着ベルトと加圧ローラのニップ部で線速差を設けて凹凸部を磨耗させるのが有効である。しかし、定着ベルトと加圧ローラに線速差を設ける場合、通紙時に用紙から紙粉が出るため、その紙粉が削り粉の役目を果たし、定着ベルト及びスポンジローラの耐久性が低下するという問題がある。

本発明は、ベルト定着装置における上述の問題を解決し、シリコーンスポンジローラ及び定着ベルトの耐久性を高めることを目的とする。

前記の課題は、本発明により、加熱手段により加熱される定着ベルトを挟んで定着ローラと加圧ローラを圧接させてニップを形成し、該ニップに未定着トナー像を担持する記録材を通過させて定着を行う定着装置であって、前記定着ローラがシリコーンスポンジからなる弾性層を有し、前記定着ローラと前記加圧ローラの圧接力を変更可能な定着装置において、前記定着ローラと前記加圧ローラが回転している状態で、前記定着ローラと前記加圧ローラを定着可能な状態に圧接させる加圧状態と、前記定着ローラと前記加圧ローラを前記加圧状態よりも圧接力の小さな定着しない状態で圧接させる減圧状態とに切り替え可能に設けるとともに、前記減圧状態では前記定着ベルトの周速が前記加圧ローラの周速よりも遅くなるように構成されている
ことにより解決される。

また、前記定着ローラの軸に装着した定着ギヤと前記加圧ローラの軸に装着した加圧ギヤとが噛み合わされ、前記定着ローラから前記定着ギヤ及び加圧ギヤを介して前記加圧ローラへと駆動力が伝達されるよう構成され、前記減圧状態で前記定着ギヤと前記加圧ギヤの噛み合いが維持されると好ましい。

また、定着装置立ち上げ時に前記減圧状態とし、立ち上げ完了後に前記加圧状態に切り替えると好ましい。
また、定着動作終了後、前記減圧状態に切り替えると好ましい。

また、記録材が当該定着装置を通過しているときのみ前記加圧状態とすると好ましい。
また、前記の課題は、本発明により、請求項１〜５のいずれか１項に記載の定着装置を備える画像形成装置により解決される。

また、連続して複数枚の定着を行なう場合、最終用紙が前記定着装置を通過後に、前記定着装置を前記減圧状態に切り替えると好ましい。

また、定着条件を変更可能に構成され、該定着条件変更後、前記減圧状態で前記定着装置を立ち上げ、定着装置立ち上げ完了後に前記加圧状態に切り替えると好ましい。
また、前記定着条件の変更が定着設定温度を高める変更であると好ましい。

請求項１の定着装置及び請求項６の画像形成装置によれば、定着ローラと加圧ローラが回転している状態で、加圧状態と減圧状態とに切り替えることができるので、シリコーンスポンジ層を有する定着ローラと定着ベルトの耐久性を向上させることができる。また、定着装置の温度上昇に影響を与えることもない。

また、減圧状態では線速差により紙粉を飛ばしてしまうために紙粉が削り粉として作用することを防止でき、定着ローラと定着ベルトの耐久性を高めることができる。また、線速差によりベルト表面の凹凸が磨耗することで光沢スジの発生を抑制することもできる。

請求項２の構成により、減圧状態で定着ローラ及び加圧ローラを回転させることが、簡単な構成で実現できる。
請求項３の構成により、立ち上げ時に減圧状態とすることで、高負荷での回転を減らし、定着ローラと定着ベルトの耐久性を向上させることができる。また、光沢スジの発生を抑制することもできる。

請求項４の構成により、定着動作終了後に減圧状態に切り替えることで、定着ローラと定着ベルトの耐久性を向上させることができる。
請求項５の構成により、記録材が当該定着装置を通過しているときのみ加圧状態とするので、定着ローラと定着ベルトの耐久性を向上させることができる。

請求項７の構成により、制御の複雑化を防ぎつつ、定着ローラと定着ベルトの耐久性を向上させることができる。

請求項８の構成により、定着条件が変更された立ち上げ時でも、定着ローラと定着ベルトの耐久性の低下を防ぐことができる。
請求項９の構成により、厚紙に対応して定着設定温度を高めた場合でも、定着ローラと定着ベルトの耐久性の低下を防ぎ、耐久性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る定着装置の要部構成を示す側面図である。この図に示すように、本例の定着装置は、熱源を内蔵する加熱ローラ２と、弾性層を有する定着ローラ３と、これら加熱ローラ２及び定着ローラ３に張設された定着ベルト１と、定着ベルト１を間に挟んで定着ローラ３に圧接される加圧ローラ７を有している。

定着ベルト１は、Ｎｉ，ＳＵＳ等の金属フィルムやＰＩ，ＰＡＩ等の樹脂フィルムの基材上にシリコーンゴムが有り、表層にフッソ樹脂を設けた無端状ベルトである。加熱ローラ２は、その内部にヒータ４，５を配置した金属パイプ製ローラである。定着ローラ３は、芯金３ａ上にシリコーンスポンジの弾性層３ｂを有するものである。本例では、図示しない駆動手段により定着ローラ３が回転駆動され、これにより定着ベルト１が走行駆動される。加熱ローラ２の近傍には温度センサ６が配設されており、該温度センサ６で定着ベルト１の温度を検知して、加熱ローラ２内部のヒータ４，５を点灯制御している。なお、温度センサ６は図では１つとして示しているが、ローラ軸方向に複数個設けてあり、ローラ軸方向の中央部と端部での温度を検知している。

加圧ローラ７は、芯金上にゴム層７ａ及び表層としてのフッ素樹脂を被覆して設けたもので、図２に示すギヤ列により定着ローラ１から駆動を受けて回転する。
図２は、上記定着ローラ３及び加圧ローラ７を駆動するギヤ列を示す部分正面図である。この図に示すように、定着ローラ３の軸には定着ギヤ１１が固定され、その定着ギヤ１１に、駆動手段からの駆動力が図示しないギヤによって伝達されて定着ローラ３が回転駆動される。また、加圧ローラ７の軸には加圧ギヤ１２が固定されており、その加圧ギヤ１２は定着ギヤ１１に噛み合わされている。

そして、図１，２に示すように、加圧ローラ７の軸を回転自在に支持する軸受１３に下方から当接される加圧レバー８が設けられている。該加圧レバー８は、一方側端部の揺動軸９を支点として揺動可能に設けられており、図示しないカムモータによりカム１０を回動させることにより、加圧レバー８が揺動し、定着ローラ３に対する加圧ローラ７の圧接力（以下、加圧力という）が変更される。カム１０が図１に実線で示す加圧位置にあるとき、加圧力は最大となり、カム１０が図１に仮想線で示す減圧位置にあるとき、加圧力は最小となる。ただし、本例では、加圧力最小のとき、加圧ローラ７が定着ローラ（及び定着ベルト１）から離間しないように設定されている。以下の説明において、加圧レバー８が図１に実線で示す加圧位置にある加圧状態を「定着可能状態」と呼び、加圧レバー８が図１に仮想線で示す位置にある減圧状態を「定着しない状態」と呼ぶ。

未定着トナー像を担持する用紙（図示せず）は図１に矢印で示すように図中右から左方向に搬送され、定着ローラ３と加圧ローラ７の弾性層３ｂ，７ａの変形による圧接部分（ニップ部）を通過し、加熱ローラ２により暖められた定着ベルト１からの熱とニップ部の圧力とによりトナー像が用紙上に定着される。定着後の用紙はニップ部通過後、溶融したトナーの粘着力に定着ローラ３の曲率等による分離力が打ち勝ち、定着ベルト１から分離して搬送される。

ところで、定着ローラ３の弾性層を構成するシリコーンスポンジは経時的な高負荷により永久歪や破損を起こし易いため、本例では、上記のようにレバー８の位置を変更して加圧力を減少できるように構成している。

定着ローラ３のシリコーンスポンジ層３ｂは、「定着可能状態」においては高い負荷を受ける。ただし、静止状態の高負荷は永久歪には影響を及ぼすが時間的に数時間レベルでの同一部分の負荷に対してであり、そのような同一部分に負荷のかかる静止状態ではカム１０を回転させて「定着しない状態」にしてやれば特に問題とはならない。しかし、「定着可能状態」で回転する場合は、定着ローラ３のシリコーンスポンジ層３ｂに繰り返し力が加わり、破損の可能性が高まる。

そこで、本例の定着装置では、用紙がニップ部を通過するときのみ「定着可能状態」を保ち、通過しないときには「定着しない状態」に加圧力を減少させることにより、高負荷での回転を減少させるようにし、定着ローラ３の耐久性を向上させている。

本例では、給紙開始からの所定のタイミングで上記「定着可能状態」とし、定着装置下流側に設けた用紙センサで用紙の通過を検知したら上記「定着しない状態」に切り替えるように構成している。ただし、これに限らず、レジストローラをオンするタイミングを用いたり、定着入口部にセンサを設ける構成、あるいは機外への用紙排出部に設けたセンサ出力の利用など、適宜な構成で「定着可能状態」と「定着しない状態」を切り替えるようにすることも可能である。

図３は、ニップ部における定着ローラ３の弾性層の変形を説明するための模式図である。この図に示すように、定着ローラ３の中心から定着ベルト１表面までは、通常の部分では半径：ｃである。これに対し、ニップ前後（ニップ入口部と出口部）では通常部分よりも半径が大きくなり、半径：ａ（ａ＞ｃ）となる。このため、ニップ部における定着ベルト１の周速（線速）は、途中半径の小さいｂ部（加圧ローラ７の圧接による小径部）があるものの、おおよそ半径：ａの周速となる。

ここで、上記「定着可能状態」と「定着しない状態」を比べると、「定着しない状態」ではニップ幅が「定着可能状態」よりも小さく、ニップ前後の半径：ａが通常半径：ｃに近くなるため、ニップ部における定着ベルト１の周速は「定着可能状態」よりも遅くなる。

本例の定着装置では、加圧ローラ７は定着ローラ３からの回転をギヤ１１，１２により伝達されるので、上記「定着可能状態」と「定着しない状態」で加圧ローラ７の周速（線速）が大きく変わることはない。これにより、「定着可能状態」で定着ベルト１と加圧ローラ７のニップ部での周速（線速）がほぼ等速になるようにギヤ１１，１２を設定していれば、「定着しない状態」では定着ベルト１の周速が加圧ローラ７の周速よりも遅くなり、定着ベルト１と加圧ローラ７の間に線速差が生まれる。

よって、定着動作時に用紙から紙粉が出ても、用紙がニップ部を通過するときは「定着可能状態」で定着ベルト１と加圧ローラ７が等速のために定着ベルト表層のテフロンコートが削られることが無く、また、用紙が通過していないときは加圧力を減じた「定着しない状態」で、回転時に紙粉を線速差で飛ばしてしまうため、紙粉が削り粉として擦れる回数を減らし、かつ、定着ベルト１表面の凸凹も線速差により磨耗するため、光沢筋の発生を抑制することができる。これにより、光沢筋の発生を抑制しつつ、定着ローラ３のシリコーンスポンジ層と定着ベルト１の耐久性を向上させることができる。

なお、定着ギヤ１１と加圧ギヤ１２は、図４に実線で示すように、「定着しない状態」のときにも、両ギヤの噛み合いが確保され、定着ギヤ１１から加圧ギヤ１２へ回転が伝達されるように構成されている。これにより、加圧力が減じた「定着しない状態」であっても加圧ローラ７が駆動され、定着ベルト１と加圧ローラ７の間に線速差を生み出すことが可能となっている。図４における仮想線は、「定着可能状態」における加圧ギヤ１２の位置を示し、図中の矢印で示すように、加圧ギヤ１２は「定着可能状態」の位置から「定着しない状態」の位置へ移動する。

次に、定着ローラ３と加圧ローラ７が長く回転する状態としては、室温からのパワーオンや省エネモードからの復帰時（以下、これらを立ち上がりという）のように、室温から定着可能な温度まで定着ベルトを回転させながら温度上昇させる状況がある。このような状況において「定着可能状態」で定着ローラ３及び加圧ローラ７を回転させると高負荷での回転数が増えることになる。そこで、本例では、立ち上がり時の回転を「定着しない状態」で行なうようにしている。これにより、高負荷での回転を少なくし、定着ローラ３のシリコーンスポンジ層と定着ベルト１の耐久性を向上させることができる。なお、「定着しない状態」でも定着ローラ３及び加圧ローラ７は定着ベルト１と面積をもって接触しているため、温度上昇に関してはあまり影響が無く、立ち上がりが遅くなることはない。また、定着ベルト１と加圧ローラ７に線速差が有るために、ベルト表面の凹凸も磨耗するため、光沢スジの発生も抑えられる。

図５に、定着制御の一例を示す。このフローチャートにおいて、電源投入（パワーオン）後、カム８０を回転させるカムモータを制御して定着装置を減圧状態（「定着しない状態」）にさせ、定着装置を立ち上げる（Ｓ４〜Ｓ８）。立上げ終了後、作像が開始されるとカムモータを制御して「定着可能状態」に切り替え（Ｓ１０）、作像が終了したら定着モータをオフにするとともに、カムモータを制御して減圧状態（「定着しない状態」）に切り替える（Ｓ１４，Ｓ１５）。また、Ｓ４からＳ１６以下に進むルートは待機状態からの制御であり、立ち上げ完了後にカムモータを制御して加圧状態（「定着可能状態」）に切り替えている（Ｓ２０〜Ｓ２２）。

ところで、画像形成装置の構成によっては、用紙が通過した後も定着装置が駆動される場合がある。例えば、定着装置を駆動するモータが、定着後の用紙を機外に排出する排紙ローラも駆動する構成の場合、用紙通過後も定着装置の駆動が継続されることになる。このような構成において、「定着可能状態」のまま定着装置を駆動すると高負荷での回転が増えることになり、シリコーンスポンジローラの耐久性を低下させる原因となる。

そこで、１ジョブの最終用紙が定着装置を通過後に上記「定着しない状態」に切り替えることで、用紙排出時の定着駆動による定着ローラ３及び定着ベルト１の耐久性低下を防止することができる。図６に制御の一例を示す。このフローチャートにおいて、１ジョブの作像終了後にカムモータを制御して減圧状態（「定着しない状態」）に切り替え（Ｓ３５〜Ｓ３７）、用紙の排出が完了したら定着モータをオフさせる（Ｓ３８，Ｓ３９）。

また、画像形成装置の構成によっては、厚紙等を定着する場合に定着条件を普通紙定着条件から変更させるものがある。変更する定着条件としては、定着設定温度や定着線速などである。厚紙等の場合は、普通紙よりも定着設定温度を高くすることが考えられる。このような場合も、「定着可能状態」のまま定着装置を駆動することで定着ローラ及び定着ベルトに負荷を与えるので、上記「定着しない状態」に切り替えることで、定着条件を変更した場合の定着ローラ３及び定着ベルト１の耐久性低下を防止することができる。図７に制御の一例を示す。このフローチャートにおいて、厚紙モードへ変更後、カムモータを制御して減圧状態（「定着しない状態」）に切り替える（Ｓ４３〜Ｓ４５）。作像が開始され、加熱ローラ温度（定着ベルト１の温度）が設定温度に達した後（立ち上げ完了後）、カムモータを制御して「定着可能状態」に切り替える（Ｓ４９〜Ｓ５１）。

最後に、本発明に係る定着装置を装着した画像形成装置の一例として、図８に示すプリンタについて説明する。図８に示す画像形成装置１００はプリンタとして構成され、装置上面に排紙トレイ１１３を設けている。排紙トレイ１１３の下にレーザ書込みユニット１１０を配置し、その下方に感光体ドラム１０１を中心とする作像部を設けている。感光体ドラム１０１の周囲には、電子写真プロセスに必要な帯電器，現像装置，転写装置，クリーニング装置，除電器等の各機器が配置されている。転写装置としての転写チャージャに隣接して分離チャージャが配置される。その作像部の図において左方には、定着装置５０が配置され、感光体ドラム１０１と定着装置５０間は搬送ベルト１１１によって連絡されている。定着装置５０は、図１〜４で説明したものである。

レーザ書込みユニット１１０は、レーザ出力ユニット，結像レンズおよびミラー等で構成され、レーザ光源であるレーザダイオード及びモータによって高速で定速回転する回転多面鏡（ポリゴンミラー）を有している。レーザ出力ユニットより照射されるレーザ光は、定速回転するポリゴンミラーで偏光され、結像レンズを通り、ミラーで折り返され、作像部の感光体１０１の面上に集光結像する。

装置下部には２段の給紙カセット１１５，１１５が備えられ、各給紙カセットに対応する給紙手段１１６，１１６が設けられている。給紙カセット１１５から排紙トレイ１１３までの用紙搬送路中の各所には搬送ローラ１１７が適宜配置されている。各給紙カセット１１５から給紙手段１１６によって送出された用紙は、搬送ローラ１１７によって上方に搬送され、レジストローラ１１４へと送られる。

上記のように構成されたプリンタ１００における複写動作について簡単に説明する。
パソコン等の外部機器より送られた画像データに基づいて書き込みユニット１１０のレーザ出力ユニットが駆動され、書き込みユニット１１０からのレーザー光が感光体ドラム１０１に照射され、感光体ドラム１０１の表面に静電潜像が形成される。その静電潜像に現像装置よりトナーが付与されてトナー像として可視化される。

一方、給紙カセット１１５，１１５のいずれかより用紙が給紙され、レジストローラ１１４へ給送されてる。そして、感光体ドラム１０１上のトナー像とタイミングを合わせてレジストローラ１１４より用紙が転写部へ送出される。転写装置により感光体ドラム１０１上のトナー像が用紙上に転写され、分離チャージャにより用紙が感光体より分離される。トナー像を担持した用紙は搬送ベルト１１１により定着装置５０へ搬送され、加熱及び加圧によりトナー像が用紙に定着される。トナー像定着後の用紙は搬送ローラ１１７により搬送され、排紙ローラ１１８によって装置上面の排紙トレイ１１３へと排出される。

なお、感光体ドラム１０１の表面を一様に帯電させる帯電器としては、本例のチャージャタイプのほかに、感光体表面に接触するタイプ、たとえば帯電ローラを採用することもできる。また、転写装置としては、本例のチャージャタイプのほかに、感光体表面に接触するタイプ、たとえば転写ローラあるいは転写ベルトを採用することもできる。さらに、書込みユニットとしては、本例のレーザスキャン方式の他に、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）アレイと結像素子からなる露光装置を採用することもできる。

以上、本発明を図示例により説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。定着装置の定着ベルトは、加熱ローラ及び定着ローラ以外の支持ローラ等に掛け渡されていても良い。また、定着ベルトを加熱する手段も、ハロゲンヒータ等に限らず、誘導加熱装置を用いることもできる。また、定着ベルトに対する加圧ローラの加圧力を変更させる構成も、カムを用いた構成のほか、弾性部材とソレノイドの組み合わせなど、適宜な構成を採用することができる。さらに、加圧力の変更すなわち「定着可能状態」と「定着しない状態」の切替制御も、適宜な制御を採用可能である。

また、画像形成装置各部の構成も任意であり、作像方式等は任意である。また、モノクロ装置に限らず、多色機あるいはフルカラー機であっても良い。画像形成装置としてはプリンタに限らず、複写機やファクシミリ、あるいは複数の機能を備える複合機であっても良い。

本発明に係る定着装置の要部構成を示す側面図である。 定着ローラと加圧ローラを駆動するギヤ列を示す部分正面図である。 ニップ部における定着ローラ弾性層の変形を説明するための模式図である。 減圧状態における定着ギヤと加圧ギヤの噛み合いを示す模式図である。 定着装置立ち上げ時の制御例を示すフローチャートである。 用紙排出時における制御例を示すフローチャートである。 定着条件を変更する場合の制御例を示すフローチャートである。 図１の定着装置を備える画像形成装置の概略構成図である。

符号の説明

１ 定着ベルト
２ 加熱ローラ
３ 定着ローラ
３ｂ シリコーンスポンジ弾性層
４，５ 定着ヒータ
６ 温度センサ
７ 加圧ローラ
８ 加圧レバー
１０ カム
１１ 定着ギヤ
１２ 加圧ギヤ
５０ 定着装置
１００ 画像形成装置（プリンタ）
１０１ 感光体ドラム

Claims (9)

1. 加熱手段により加熱される定着ベルトを挟んで定着ローラと加圧ローラを圧接させてニップを形成し、該ニップに未定着トナー像を担持する記録材を通過させて定着を行う定着装置であって、
   前記定着ローラがシリコーンスポンジからなる弾性層を有し、
   前記定着ローラと前記加圧ローラの圧接力を変更可能な定着装置において、
   前記定着ローラと前記加圧ローラが回転している状態で、前記定着ローラと前記加圧ローラを定着可能な状態に圧接させる加圧状態と、前記定着ローラと前記加圧ローラを前記加圧状態よりも圧接力の小さな定着しない状態で圧接させる減圧状態とに切り替え可能に設けるとともに、
   前記減圧状態では前記定着ベルトの周速が前記加圧ローラの周速よりも遅くなるように構成されていることを特徴とする定着装置。
2. 前記定着ローラの軸に装着した定着ギヤと前記加圧ローラの軸に装着した加圧ギヤとが噛み合わされ、前記定着ローラから前記定着ギヤ及び加圧ギヤを介して前記加圧ローラへと駆動力が伝達されるよう構成され、
   前記減圧状態で前記定着ギヤと前記加圧ギヤの噛み合いが維持されることを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
3. 定着装置立ち上げ時に前記減圧状態とし、立ち上げ完了後に前記加圧状態に切り替えることを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
4. 定着動作終了後、前記減圧状態に切り替えることを特徴とする、請求項１または３に記載の定着装置。
5. 記録材が当該定着装置を通過しているときのみ前記加圧状態とすることを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
7. 連続して複数枚の定着を行なう場合、最終用紙が前記定着装置を通過後に、前記定着装置を前記減圧状態に切り替えることを特徴とする、請求項６に記載の画像形成装置。
8. 定着条件を変更可能に構成され、該定着条件変更後、前記減圧状態で前記定着装置を立ち上げ、定着装置立ち上げ完了後に前記加圧状態に切り替えることを特徴とする、請求項６に記載の画像形成装置。
9. 前記定着条件の変更が定着設定温度を高める変更である、請求項８に記載の画像形成装置。

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