JP2004286933A

JP2004286933A - ベルト定着装置

Info

Publication number: JP2004286933A
Application number: JP2003077081A
Authority: JP
Inventors: Noboru Yonekawa; のぼる米川
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2003-03-20
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2004-10-14

Abstract

【課題】潤滑剤を用いた場合においてウォームアップ時における加圧ローラの駆動負荷を低減できるベルト定着装置を提供する。
【解決手段】本発明のベルト定着装置１０は、回転可能に設けられた加熱ローラ１４と回転不能に固定配置されたニップ形成部材２０とに巻き掛けられ、内面にグリスまたはオイル等の潤滑剤が塗布されるエンドレスシート状の定着ベルト１２と、ニップ形成部材２０に対して定着ベルト１２を挟んで圧接され、定着ベルト１２との接触部が定着ニップ２１になっている回転駆動可能な加圧ローラ４０とを備え、定着ベルト１２は、加圧ローラ４０が回転駆動されることによって回転し、加圧ローラ４０は、少なくともウォームアップ時には加圧ローラ４０が定着ベルト１２に対してスリップを生じながら回転する程度の圧接力でニップ形成部材２０に対して圧接されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置に用いられるベルト定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
なし
【０００３】
従来、図５に示すように、熱源であるヒータランプ１０２を内部に有する回転可能な加熱ローラ１０４と、この加熱ローラ１０４から離れた位置に回転可能に配置され、外周部にスポンジまたはゴムからなる弾性層１０６を有する定着ローラ１０８と、加熱ローラ１０４と定着ローラ１０８とに巻き掛けられたエンドレスシート状の定着ベルト１１０と、定着ローラ１０８に対して定着ベルト１１０を挟んで圧接された加圧ローラ１１２とからなるベルト定着装置１００が知られている。なお、このベルト定着装置１００は、一般に広く知られていることから、前記特許文献として特定の文献を挙げることをせずに「なし」としたものである。
【０００４】
前記ベルト定着装置１００では、定着ベルト１１０と加圧ローラ１１２との接触部が定着ニップ１１４になっている。定着ベルト１１０は、加圧ローラ１１２が矢印Ｃ方向に回転駆動されることにより、矢印Ｄ方向に回転するようになっている。このように回転するうちに定着ベルト１１０は、加熱ローラ１０４によって加熱されることにより所定の定着温度（例えば１８０℃）に昇温する。そして、ベルト定着装置１００では、定着ベルト１１０が所定温度まで昇温した後に、未定着トナー画像が形成された記録媒体が定着ニップ１１４に導入され、この定着ニップ１１４を通過する際にトナー画像が記録媒体に加熱定着されるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記ベルト定着装置１００では、定着ベルト１１０の回転に伴って定着ローラ１０８も従動回転するため、加圧ローラ１１２の駆動負荷はそれほど大きくはならない。しかし、本願出願人は本願と同日付けで提出した別の特許願において、前記定着ローラ１０８に代えて、定着ベルト１１０の内側に回転不能に固定配置されたニップ形成部材を用いたベルト定着装置を提案しており、このベルト定着装置では定着ベルト１１０がニップ形成部材上を摺動しつつ回転することになるため、定着ベルト１１０とニップ形成部材との摩擦抵抗によって加圧ローラ１１２の駆動負荷が大きくなる。
【０００６】
そこで、定着ベルト１１０とニップ形成部材との摩擦抵抗を小さくして加圧ローラ１１２の駆動負荷を下げるために、定着ベルト１１０の内面にグリスやオイル等の潤滑剤を塗布することが考えられる。しかしながら、画像形成装置を始動させる際のベルト定着装置は暖まっていない低温状態にあり、低温状態での潤滑剤は高温時に比べて粘度が高いため、加圧ローラ１１２による定着ベルト１１０の駆動開始時には加圧ローラ１１２の駆動負荷がかえって大きくなるという問題が生じることになる。その結果、加圧ローラ１１２を回転駆動するために最大トルクの大きなモータを用いなければならずコスト高につながる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、潤滑剤を用いた場合においてウォームアップ時における加圧ローラの駆動負荷を低減できるベルト定着装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、
回転可能または回転不能に設けられた加熱部材と回転不能に固定配置されたニップ形成部材とに巻き掛けられ、内面にグリスまたはオイル等の潤滑剤が塗布されるエンドレスシート状の定着ベルトと、
前記ニップ形成部材に対して前記定着ベルトを挟んで圧接され、前記定着ベルトとの接触部が定着ニップになっている回転駆動可能な加圧ローラとを備え、
前記定着ベルトは、前記加圧ローラが回転駆動されることによって回転し、前記加圧ローラは、少なくともウォームアップ時には前記加圧ローラが前記定着ベルトに対してスリップを生じながら回転する程度の圧接力で前記ニップ形成部材に対して圧接されているものである。
【０００９】
前記構成からなるベルト定着装置では、画像形成装置を始動させる際のベルト定着装置が暖まっていない状態、すなわち潤滑剤が低温状態で粘度が高いとき、加圧ローラが定着ベルトに対してスリップを生じながら回転することにより、加圧ローラの駆動負荷を低減することができるとともに、駆動伝達機構の破損を防止できる。
【００１０】
前記加圧ローラの圧接力を制御する制御部を設けてもよい。
【００１１】
また、前記定着ニップ内の圧力分布が通紙方向に関しておおよそフラットになるように前記ニップ形成部材の前記加圧ローラとの対向面を前記加圧ローラの外周面に沿った湾曲面としてもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態のベルト定着装置１０を示す。ベルト定着装置１０は、エンドレスシート状の定着ベルト１２を備えている。定着ベルト１２は、例えば、円筒状にしたときの外径が５０ｍｍで、厚さ７０μｍのＰＩ（ポリイミド）からなる基材、厚さ２００μｍのシリコンゴムからなる弾性層、および、厚さ３０μｍのＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）からなる離型層を内側から順に積層して構成されている。定着ベルト１２は、回転可能に両端が支持された加熱ローラ（加熱部材）１４と、この加熱ローラ１４から離れた位置に回転不能に固定配置されたニップ形成部材２０とに巻き掛けられている。定着ベルト１２が回転するときにニップ形成部材２０との摩擦抵抗を低減するために、定着ベルト１２の内面には例えばグリースまたはオイル等の潤滑剤が塗布されている。
【００１３】
加熱ローラ１４は、例えば外径３５ｍｍの金属円筒管からなり、内部に熱源であるヒータランプ１６を有している。また、加熱ローラ１４が図示しないスプリングによって前記ニップ形成部材２０から離れる方向へ付勢されることより、定着ベルト１２に所定のテンションが付与されている。
【００１４】
ヒータランプ１６で内部から加熱された加熱ローラ１４によって定着ベルト１２が加熱されるようになっている。また、加熱ローラ１４にはサーミスタ１８が接触配置されており、このサーミスタ１８によって検出された温度に応じてヒータランプ１６のオン・オフを制御することにより加熱ローラ１４および定着ベルト１２を所定温度に設定できるようになっている。
【００１５】
前記ニップ形成部材２０は定着ベルト１２の内側に配置されており、このニップ形成部材２０に対して定着ベルト１２を挟んだ状態で加圧ローラ４０が圧接されている。これにより、定着ベルト１２と加圧ローラ４０との接触部が定着ニップ２１になっている。この定着ニップ２１におけるニップ荷重（すなわち加圧ローラ４０の圧接力）は例えば１００Ｎに設定されている。この加圧ローラ４０の圧接力は、本実施形態ではウォームアップ時だけでなく通常の定着動作時においても不変とした。
【００１６】
加圧ローラ４０は、例えば、外径が３０ｍｍであり、外径２２ｍｍの金属円筒状の芯金４２の外周部に厚さ４ｍｍのゴムまたはスポンジからなる弾性層４４を有しており、弾性層４４の表面には厚さ４０μｍの離型層（図示せず）が形成されている。また、加圧ローラ４０は、モータ４６により矢印Ａ方向に回転駆動されるようになっている。なお、加圧ローラ４０の内部に補助ヒータを配置してもよい。
【００１７】
加圧ローラ４０の弾性層４４は、軸方向（図１の奥行き方向）に例えば２４０ｍｍの長さを有している。定着ベルト１２は加圧ローラ４０の弾性層４４が全長にわたって圧接されるようにそれ以上の幅を有している。さらに、ニップ形成部材２０は、定着ベルト１２を全幅にわたって支持するように延在している。
【００１８】
ニップ形成部材２０は、熱伝導度が低く、かつ、加圧ローラ４０の弾性層４４よりも硬い材料（例えば樹脂、セラミック等）で形成されている。また、ニップ形成部材２０の加圧ローラ４０との対向面２２は、加圧ローラ４０の外周面に沿った湾曲面としてある。具体的には、ニップ形成部材２０の対向面２２の曲率半径は、加圧ローラ４０の外周面の曲率半径と同一の例えば１５ｍｍか、あるいは、それよりも若干大きい例えば１５．４ｍｍとしてある。これにより、定着ニップ２１の周方向の長さ（いわゆるニップ幅）は約１２ｍｍになっている。このようにニップ形成部材２０の加圧ローラ４０との対向面２２を加圧ローラ４０の外周面に沿った湾曲面とすることで、定着ニップ２１内の圧力分布が通紙方向に関しておおよそフラットになるようにしてある。なお、前記「おおよそフラット」には、ニップ圧力が、入口側および出口側に比べてニップ中央部で若干高くなった状態、または、ニップ中央部に比べて入口側および出口側で若干高くなった状態も含むものとする。
【００１９】
ニップ形成部材２０の背面には、断面Ｓ字状に折り曲げた板金製の補強部材３０がニップ形成部材２０の長手方向に沿って設けてある。この補強部材３０は、ニップ形成部材２０が加圧ローラ４０で押圧されることにより長手方向と直交する方向へ撓むのをできるだけ抑えるためのものである。また、ニップ形成部材２０と補強部材３０との間には、断熱を目的とした空間３２が設けられている。なお、補強部材は、板金製のものに限らず、例えば中実の金属棒であってもよい。
【００２０】
定着ニップ２１の下方には突入ガイド５０が配置されており、この突入ガイド５０によって、表面に未定着トナー画像Ｔが形成された用紙Ｐが定着ニップ２１へと導入されるようになっている。また、定着ニップ２１の上方には一対の排出ガイド５２が配置されている。これらの排出ガイド５２は、定着ニップ２１から出てきた用紙Ｐを補助的にガイドするとともに、定着ベルト１２または加圧ローラ４０に巻き付こうとする用紙Ｐを分離させる役割を果たしている。
【００２１】
上記構成からなるベルト定着装置１０では、画像形成装置の始動時にウォームアップ動作が行なわれる。このとき、加圧ローラ４０がモータ４６によって矢印Ａ方向に回転駆動されると、これに伴って定着ベルト１２がニップ形成部材２０の表面を摺動しながら移動して矢印Ｂ方向に回転することになる。
【００２２】
しかし、ウォームアップ開始時には、ベルト定着装置１０は室温状態すなわち低温状態にあり、定着ベルト１２の内面に塗布されている潤滑剤は高粘度状態にある。このため、加圧ローラ４０を定着ベルト１２に対して通常の圧接力（例えば、３００〜４００Ｎ）で圧接させて加圧ローラ４０を回転駆動させると、潤滑剤を用いたことで加圧ローラ４０の駆動負荷がかえって大きくなる。その結果、モータ４６として最大トルクの大きなものを用いなければならずコスト高につながる。
【００２３】
本実施形態のベルト定着装置１０では、加圧ローラ４０を定着ベルト１２に対して従来の圧接力に比べて小さい圧接力（例えば１００Ｎ）で圧接させている。したがって、潤滑剤が高粘度状態にあるウォームアップ開始時には、加圧ローラ４０は定着ベルト１２に対してスリップを生じながら回転する。
【００２４】
ウォームアップ開始から時間が経過するにつれてヒータランプ１６で加熱ローラ１４が加熱され、サーミスタ１８による検出温度が上昇する。また、この温度上昇に伴って定着ベルト１２内面の潤滑剤の粘度が低くなってきて、加圧ローラ４０の駆動負荷が次第に小さくなる。潤滑剤が低粘度状態になると、加圧ローラ４０は定着ベルト１２に対してスリップを生じることなく回転する。
【００２５】
その後、加圧ローラ４０を９０ｍｍ／ｓｅｃで回転駆動させながら、サーミスタ１８による検出温度が所定の定着温度（例えば１８０℃）になったとき、ウォームアップ動作を終了する。
【００２６】
前記ウォームアップ動作を終了した後、加圧ローラ４０の駆動速度（すなわち定着ベルト１２の回転速度）はシステム速度である例えば１５０ｍｍ／ｓｅｃに切り替えられる。この状態で、表面に未定着トナー画像Ｔが形成された用紙Ｐが定着ニップ２１に下方から導入される。用紙Ｐの通紙時には、加圧ローラ４０と定着ベルト１２との間に用紙Ｐを噛み込むので若干圧接力が上昇し、加圧ローラ４０のスリップが生じることがない。そして、定着ニップ２１を通過する間にトナー画像Ｔが用紙Ｐに定着される。定着ニップ２１を通過した用紙Ｐは、上方に搬送されて画像形成装置の外部に排出される。
【００２７】
このように前記ベルト定着装置１０によれば、潤滑剤が低温状態にあるウォームアップ時には加圧ローラ４０の圧接力を通常の圧接力（例えば３００〜４００Ｎ）よりも小さくして加圧ローラ４０をスリップさせることで、潤滑剤が高粘度状態にあっても加圧ローラ４０の駆動負荷を低減することができる。従って、モータ４６として最大トルクの大きなモータを用いる必要がなく、しかも、駆動伝達機構の破損を防止できる。
【００２８】
また、ベルト定着装置１０では、回転不能に固定配置されたニップ形成部材２０の加圧ローラ４０との対向面２２を加圧ローラ４０の外周面に沿った湾曲面として、定着ニップ２１内の圧力分布が通紙方向に関しておおよそフラットになるようにしてある。これにより、定着ニップ２１内の全域において用紙搬送速度が一定になり、その結果、定着ニップ２１を通過する用紙にストレスが生じることがなく、画像にじみ等の画像ノイズや紙しわの発生を防止できる。
【００２９】
また、ニップ形成部材２０の幅を任意に設定することで、例えば１２ｍｍという所望の幅の定着ニップ２１を得ることができる。したがって、２つのローラ間に定着ニップを形成する従来の定着装置では例えば９ｍｍ幅の定着ニップを得るためには例えば４８０Ｎという大きな圧接力が必要であるのに対し、例えば１００〜２４０Ｎという比較的小さい圧接力で幅広の定着ニップ２１を容易に実現できる。このように幅広の定着ニップ２１とすることで、定着に必要なニップ時間を稼ぐことができ、その結果、装置のシステム速度の高速化に対応することができる。
【００３０】
また、従来型のベルト定着装置に用いられていた外周部に弾性層を有する定着ローラに代えてニップ形成部材２０を用いたことで、定着装置を小型化できるとともに定着ベルト１２の周長を短くできる。このように定着ベルト１２を短くできることで定着ベルト１２の熱容量が小さくなるとともに定着ベルト１２からの放熱量も少なくなり、しかも、熱容量の大きい弾性層を有する定着ローラに代えて熱容量の小さい例えば樹脂製のニップ形成部材２０を用いていることで、加熱ローラ１４から伝熱されることによって定着ベルト１２が昇温する速度が速くなり、その結果、始動時のウォームアップ時間および印刷待機時からの回復時間を短くすることができる。
【００３１】
さらに、用紙の種類に応じて加圧ローラ４０の圧接力を可変とした場合でも、定着ニップ２１の入口および出口の位置が２つのローラ間に定着ニップを形成する従来の定着装置のように大きく変動することがないため、定着ニップ２１への用紙の突入性能、および、定着ニップ２１から出る用紙の分離性能を悪化させることがない。
【００３２】
ここで、前記ベルト定着装置１０を用いて、加圧ローラ４０と定着ベルト１２との間にスリップが有るときと無いときの駆動トルク差を調べた。このとき、加圧ローラ４０の圧接力は３００Ｎとし、潤滑剤としてパーフロロポリエーテルをフッ素樹脂で増稠したダウコーニング社製のグリースを用いた。また、加圧ローラ４０表面の材料を変更して加圧ローラ４０と定着ベルト１２との摩擦係数を下げることによりスリップを発生させた。また、駆動トルクは定着ベルト１２の温度が２３℃、１５０℃、１８５℃のときに測定した。その結果、図２に示すように、ベルト定着装置１０では定着ベルト１２の温度が低いときスリップが生じることにより駆動トルクが低減されていることが確認できた。
【００３３】
次に、図３，４を参照して第２実施形態のベルト定着装置１１について説明する。
【００３４】
図３に示すように、前記ベルト定着装置１１は第１実施形態のベルト定着装置１０とほぼ同様の構成を備えているため、同一部材には同一符号を付して説明をを省略し、異なる構成についてのみ説明する。
【００３５】
ベルト定着装置１１は、圧接力調節機構６０と制御部６０ａを備えている。圧接力調節機構６０は、制御部６０ａからの指令に基づいて加圧ローラ４０の圧接力を調節するためのものである。
【００３６】
圧接力調節機構６０は、図４に示すように、フレーム６２を備えている。フレーム６２には、モータ６４に連結される駆動ギヤ６４が回転駆動可能に軸支されている。駆動ギヤ６４は、円弧状ギヤ６８と噛み合っている。円弧状ギヤ６８に一端が固定された円弧状ギヤ軸７０もまた、ピン７２によってフレーム６２に回動可能に軸支されている。
【００３７】
また、フレーム６２には、加圧ローラ軸受７４が固定された押圧レバー７６の一端が回動可能に軸支されている。押圧レバー７６の他端には折り曲げ部７８が設けられている。この折り曲げ部７８に形成された貫通孔には、一端部に皿部８０を有する押圧棒８２が貫通して設けてあり、この押圧棒８２の他端が前記円弧状ギヤ軸７０の他端に回動可能に連結されている。そして、押圧レバー７６の折り曲げ部７８と押圧棒８２の皿部８０との間に押圧バネ８４が設けてあり、この押圧バネ８４の内部を前記押圧棒８４が貫通して延びている。
【００３８】
このような構成からなる圧接力調節機構６０では、制御部６０ａからの指令により回転量が制御されるモータ６４によって駆動ギヤ６６が回転駆動されると、円弧状ギヤ６８が移動することによって円弧状ギヤ軸７０がピン７２を中心として回動し、この回動が押圧棒８２および押圧バネ８４を介して伝達されることによって押圧レバー７６が回動し、その結果、加圧ローラ軸受７４が移動することにより加圧ローラ４０の圧接力を調節できるようになっている。なお、図４に示す機構は、加圧ローラ４０の軸方向両端側にそれぞれ設けられている。
【００３９】
上記構成からなる圧接力調節機構６０を備えたベルト定着装置１１では、ウォームアップ時には第１実施形態と同様に加圧ローラ４０は例えば１００Ｎの圧接力で圧接される。また、ウォームアップ動作を終了した後、用紙Ｐの通紙時には、定着ベルト１２のスリップが生じないように加圧ローラ４０の圧接力を大きくする。具体的に例示すると、用紙Ｐの通紙時には加圧ローラ４０の圧接力が通常の定着圧接力である３００〜４００Ｎに設定される。
【００４０】
このようにベルト定着装置１１によれば、潤滑剤が低温状態にあるウォームアップ時には加圧ローラ４０の圧接力を小さくして加圧ローラ４０をスリップさせることで、潤滑剤が高粘度状態にあっても加圧ローラ４０の駆動負荷を低減することができる。また、用紙Ｐの通紙時には、加圧ローラ４０の圧接力を大きくすることにより定着ベルト１２のスリップを確実に防止することができる。
【００４１】
なお、前記ベルト定着装置１０では、ヒータランプ１６を内蔵した加熱ローラ１４によって定着ベルト１２を加熱するようにしたが、ヒータランプ１６は加圧ローラ４０内に配置されてもよい。また、用紙Ｐ上に形成された未定着トナー画像Ｔは、加圧ローラ４０に接触して定着されてもよい。
【００４２】
また、前記ベルト定着装置１０では、加熱部材として回転可能な加熱ローラ１４を用いたが、これに代えて回転不能なシート状ヒータを用いてもよい。この場合、湾曲させたシート状ヒータとニップ形成部材２０とに定着ベルト１２を巻き掛けて、摺動する定着ベルト１２をシート状ヒータで加熱することになる。
【００４３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、画像形成装置を始動させる際のベルト定着装置が暖まっていない状態、すなわち潤滑剤が低温状態で粘度が高いとき、加圧ローラが定着ベルトに対してスリップを生じながら回転することにより、加圧ローラの駆動負荷を低減することができるとともに、駆動伝達機構の破損を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のベルト定着装置の構成図。
【図２】スリップが有るときと無いときの駆動トルク差の関係を示すグラフ。
【図３】第２実施形態のベルト定着装置の構成図。
【図４】圧接力調節機構の構成図。
【図５】従来のベルト定着装置の一例を示す構成図。
【符号の説明】
１０…ベルト定着装置
１２…定着ベルト
１４…加熱ローラ（加熱部材）
２０…ニップ形成部材
２１…定着ニップ
４０…加圧ローラ

Claims

回転可能または回転不能に設けられた加熱部材と回転不能に固定配置されたニップ形成部材とに巻き掛けられ、内面にグリスまたはオイル等の潤滑剤が塗布されるエンドレスシート状の定着ベルトと、
前記ニップ形成部材に対して前記定着ベルトを挟んで圧接され、前記定着ベルトとの接触部が定着ニップになっている回転駆動可能な加圧ローラとを備え、
前記定着ベルトは、前記加圧ローラが回転駆動されることによって回転し、前記加圧ローラは、少なくともウォームアップ時には前記加圧ローラが前記定着ベルトに対してスリップを生じながら回転する程度の圧接力で前記ニップ形成部材に対して圧接されていることを特徴とするベルト定着装置。
前記加圧ローラの圧接力を制御する制御部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のベルト定着装置。
前記定着ニップ内の圧力分布が通紙方向に関しておおよそフラットになるように前記ニップ形成部材の前記加圧ローラとの対向面を前記加圧ローラの外周面に沿った湾曲面としたことを特徴とする請求項１に記載のベルト定着装置。