JP2005300915A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加圧部材が高温であることに起因して発生する紙しわ、ベルトスリップ等の問題を解決するベルト定着装置を提供すること。
【解決手段】発熱源を有する定着部材と、前記定着部材に接触して加圧／回動する無端状ベルトと、前記無端ベルトを介して前記定着部材に前記無端ベルトを押圧する加圧部材から成り、前記定着部材と前記無端ベルトで定着ニップを形成し、未定着トナーを載せた転写材を前記定着ニップに通紙することで前記転写材上にトナー像を永久固着させる定着装置において、前記無端ベルト内部には発熱源を持たず、且つ、前記加圧部材には加圧部材の温度を検知する温度検知部材を配置し、前記加圧部材の温度を検知し、制御条件を変更することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、用紙上に形成されたトナー画像を該用紙上に発熱及び／又は加圧により定着する定着装置に関するものである。

近年、フルカラー定着装置において省エネルギー、立ち上げ時間の短縮等が求められている。これらを達成するために、定着装置全体の熱容量を小さくすることが必要であり、定着ローラの芯金、弾性層の薄肉化、加圧ベルトの採用を行うことで、例えば、特許文献１に記載されるように、省エネルギー且つ立ち上げ時間の短いベルト定着装置を提供することが可能となっている。

このベルト定着装置は、薄肉定着ローラを撓ませて、加圧ベルトを定着ローラに押し当てる加圧部材で撓みを補正することにより、定着ローラの撓みに起因する圧抜けを防止し、定着性を確保している。

しかし、このベルト定着装置は、長時間スタンバイ状態で放置しておくと加圧部材の温度が上昇し、長時間スタンバイ後にコピー動作を行うと加圧部材が高温のために駆動トルクが増加し、加圧ベルトのスリップを引き起こしたり、放熱量の差によって加圧部材中央部の温度が加圧部材端部の温度よりも高くなるために定着ニップ中央部の圧力が特に高くなり、定着ニップ中央部の紙搬送速度が速くなることに起因する紙しわの発生等の問題があった。

特開平０９−２８１８２４号公報

そこで、本発明はこれらの問題点を解決するために提案されたのもであり、加圧ベルトを採用し、加圧ベルト内に加熱源を持たないベルト定着装置において、加圧ベルトを定着ローラに押圧する加圧部材の温度を測定し、その温度が設定値を超えた時に定着条件を変更することで、加圧部材が高温であることに起因して発生する紙しわ、ベルトスリップ等の問題を解決するベルト定着装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、発熱源を有する定着部材と、前記定着部材に接触して加圧／回動する無端状ベルトと、前記無端ベルトを介して前記定着部材に前記無端ベルトを押圧する加圧部材から成り、前記定着部材と前記無端ベルトで定着ニップを形成し、未定着トナーを載せた転写材を前記定着ニップに通紙することで前記転写材上にトナー像を永久固着させる定着装置において、前記無端ベルト内部には発熱源を持たず、且つ、前記加圧部材には加圧部材の温度を検知する温度検知部材を配置し、前記加圧部材の温度を検知し、制御条件を変更することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記定着装置の制御条件は、前記定着部材の温度調節温度を変更することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、スタンバイ中に少なくとも第１温度調節温度Ｔ１と第２温度調節温度Ｔ２を有し、Ｔ１＞Ｔ２とすることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、発熱源を有する定着部材と、前記定着部材に接触して加圧／回動する無端状ベルトと、前記無端ベルトを介して前記定着部材に前記無端ベルトを押圧する加圧部材から成り、前記定着部材と前記無端ベルトで定着ニップを形成し、未定着トナーを載せた転写材を前記定着ニップに通紙することで前記転写材上にトナー像を永久固着させる定着装置において、前記無端ベルト内部には発熱源を持たず、且つ、前記加圧部材には加圧部材の温度を検知する温度検知部材を配置し、前記加圧部材の温度を検知し、前記温度検知部材で検知した温度によって画像形成動作開始時の制御条件を変更することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記制御条件は、発熱源の制御、定着部材の前回転時間を制御することを特徴とする。

本発明によれば、加圧部材の過昇温に起因して発生する紙しわ、ベルトスリップ等の問題を解決することができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

＜実施の形態１＞
図３は本発明に係る画像形成装置の概略構成図であり、同図において、１１は静電潜像担持体としての電子写真感光体ドラムであり、ＯＰＣ、アモルファスＳｉ等の感光材料層をアルミニウムやニッケル等のシリンダ上の基板上に形成したものであり、図中矢印Ａ方向に所定のプロセススピードで回転駆動される。以降、本実施形態において像担持体１１を感光体１１と称する。

感光体１１は、１次帯電器２１で一様帯電された後、画像信号に対応した画像露光３１がなされる。画像露光３１は、ＬＥＤにより実行される。該ＬＥＤにより発せられた画像露光は、結像レンズを経た後、感光体１１に照射され、その露光部の表面電位を画像信号レベルに応じて減衰させることにより静電潜像を形成する。尚、本実施形態の露光装置としては、ＬＥＤのみでなく半導体レーザ素子等も使用可能である。

以上のようにして形成された潜像は現像器４０により現像される。ここで、現像器４０は、イエロー現像器４１、マゼンタ現像器４２、シアン現像器４３、ブラック現像器４４の４色の現像器から成り、感光体１１に対して着脱可能に配置されている。現像の順序は、最初にイエロー現像器４１が感光体と接して現像を行い、感光体１１上にトナー像が形成される。その間、他の現像器は感光体１１から離間している。現像器４０においては、交流電圧と直流電圧を重畳したバイアス電圧を印加することにより、感光体１１に形成された静電潜像を反転現像する。次いで、不図示の帯電器によってトナー像に対してＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳した電圧が印加されることにより、トナーのトリボが最適化される。そして、該トナー像は、図中矢印Ｂ方向に回転する転写ドラム５１に静電的に付着した転写材６１に転写される。

一方、感光体１１は、クリーニング器８１によって残留トナーを除去された後、次色の現像過程に移り、マゼンタ、シアン、ブラックの順で現像が行われる。

全てのトナーが転写された転写材６１は、分離帯電器５２による帯電及び転写ドラム５１の曲率により、転写ドラム５１から剥離される。そして、定着装置７０に搬送されて定着された後、機外へ排出される。

次に、定着装置の構成について説明する。

図１に定着装置の概要を図示する。

図１において、７１は直径３０ｍｍの定着ローラで、中空の厚さ０．８ｍｍのＦｅ芯金層と０．５ｍｍの断熱層と３０μｍのＰＦＡチューブから成る離型層を有している。定着ローラ７１は、不図示のモータから駆動を受け、図中矢印方向に回転可能である。７２は、定着ローラ７１に当接するように配置された直径３０ｍｍの無端状のベルトであり、厚さ６０μｍのポリイミド基体と３０μｍのＰＦＡチューブ層から成る離型層を有している。ベルト７２は、定着ローラ７１に対して従動で回転可能であり、図中矢印方向に回転する。

７３はベルト７２に当接するように配置され、ベルト７２を介して定着ローラ７１に圧力を付与し、定着ローラ７１とベルト７２の間に定着ニップを形成する加圧部材である。この加圧部材７３は、２層構成となっており、上層は弾性層、下層は金属から成る支持ステーで構成されている。尚、本実施の形態では、定着ニップを７ｍｍとした。

７４は定着ローラ７１内に配置された配熱分布が定着ローラ７１の中央部を集中して加熱するバロゲンヒーター（以降、中高ヒーター）であり、本実施の形態ではワッテージが１００Ｖ入力で６００Ｗ出力のものを使用した。７５は定着ローラ７１内に配置された配熱分布が定着ローラ７１端部を集中して加熱するバロゲンヒーター（以降、端部高ヒーター）であり、本実施の形態ではワッテージが１００Ｖ入力で５００Ｗ出力のものを使用した。

７６は定着ローラ７１表面の温度計測のための非接触温度センサーで、定着ローラ７１の通紙域中央部に配設されている。７７は定着ローラ７１の温度が異常値を示したときにヒーターへの通電を強制的に遮断する非接触式サーモスイッチである。７８は加圧部材７３の金属支持ステーの温度を検知する接触式の温度センサーである。７９は転写ドラム５１から記録材６１を定着装置に搬送する入り口ガイドである。

定着装置は、電源投入と共に中高ヒーター７４と端部高ヒーター７５が点灯し、定着ローラ７１を加熱する。定着ローラ７１が所定の温度Ｔ０に達すると、定着ローラ７１とベルト７２の回転を開始し、定着ローラ７１が所定の第１温度調節温度Ｔ１に達すると定着ローラ７１の回転を止め、スタンバイ状態となり、コピーが可能となる。スタンバイ状態移行後の定着ローラ７１、加圧部材７３の温度制御フローチャートを図３に示す。

スタンバイ状態に移行した後、加圧部材７３の金属支持ステー部の温度を接触式サーミスタ７８で温度検知し、接触式サーミスタ７８の検知温度が１６０℃を検知すると、定着ローラ７１の温度調節温度を第２温度調節温度Ｔ２に移行する。尚、本実施の形態では、回転開始温度Ｔ０を５０℃、スタンバイ中の第１温度調節温度Ｔ１を１８０℃、第２温度調節温度Ｔ２を１７０℃、通紙中の温度調節温度Ｔ３を１８５℃とした。

コピー動作が開始されると、定着ローラ７１の温度調節温度Ｔ３は１８５℃に移行し、コピー動作終了時には定着ローラ７１の温度調節温度をスタンバイ温度の１８０℃（Ｔ１）に戻し、加圧部材７３の温度が再び１６０℃を検知すると定着ローラ７１のスタンバイ温度を第２温度調節温度Ｔ２とするように制御されている。尚、通紙中は、用紙サイズ等で予め定められている点灯比で中高ヒーター７４と端部高ヒーター７５を交互点灯するように制御されている。

転写ドラム５１から剥離離された転写材６１が入り口ガイド７８上を移動し、回転中の定着ローラ７１と加圧ローラ７２で形成されるニップ部に進入し、転写材６１上のトナー像を圧力及び熱によって永久画像として定着する。その後、転写材６１は、該転写材６１の自重によって分離され、排紙部に搬送される。

以上の定着装置を用いて、プロセススピードを２００ｍｍ／ｓでＡ３サイズ紙（坪量６４ｇ／ｍ²）の全面フルカラー画像を１０００枚連続通紙した。このときの定着ローラと加圧部材の温度推移を図４に示す。尚、図４（ａ）は本実施の形態の制御を入れないものであり、図４（ｂ）は本実施の形態の制御を入れた場合の温度推移を示したものである。又、紙しわの発生枚数及びベルトスリップ発生の有無を表１に示す。

図４（ａ），（ｂ）より、加圧部材の温度が１６０℃を超えたところで定着ローラのスタンバイ温度調節温度を下げることで、加圧部材の過昇温を防止することが可能となった。又、表１より、加圧部材の過昇温を防止することにより、連続通紙時に紙しわ、ベルトスリップとも発生しなくなることが分かった。

以上の結果より、ベルト内に加熱源を持たないベルト定着装置において、加圧ベルトを定着ローラに押圧する加圧部材の温度を測定し、その温度が設定値を超えた時に定着ローラのスタンバイ温度調節温度を変更することで、紙しわ、ベルトスリップを解決するベルト定着装置を提供することが可能となった。

＜実施の形態２＞
以下に本発明の実施の形態２について説明する。

尚、本実施の形態で用いた画像形成装置及び定着装置は実施の形態１で用いたもの（図１及び図２）と同様であるため、これらについての説明は省略する。

本実施の形態における定着装置の温度制御方法を説明する。

図５に定着ローラ７１、支持部材７３の温度制御フローチャートを示す。コピー動作が開始されると、加圧部材７３の温度を温度センサー７８で読み取り、１６０℃以下ならば画像形成及び定着動作を開始し、１６０℃以上ならばヒーター74７４，７５への通電を止めて定着ローラ７１を空回転させる。加圧部材７３の温度が１６０℃以下となった時にヒーターへの通電を再開し、定着ローラ７１を通紙中の温度調節温度１８５℃で温度制御して画像形成及び定着動作を行うように制御される。

以上の定着装置を用いて、プロセススピードを２００ｍｍ／ｓでＡ３サイズ紙（坪量６４ｇ／ｍ２
）の全面フルカラー画像を１０００枚連続通紙した。このときの定着ローラと加圧部材の温度推移を図６に示す．
図４（ａ）及び図６より、加圧部材の温度が１６０℃を下回る時までヒーターへの通電を止めて定着ローラを空回転させることで、加圧部材の過昇温を防止することが可能となった。又、加圧部材の過昇温を防止することにより、実施の形態１と同様に、連続通紙時に紙しわ、ベルトスリップとも発生しなくなる結果が得られた。

以上の結果より、ベルト内に加熱源を持たないベルト定着装置において、コピー動作開始時に加圧ベルトを定着ローラに押圧する加圧部材の温度を測定し、その温度が設定値より高ければヒーターの通電をオフし、定着ローラを空回転させることで加圧部材の温度を下げ、設定値を下回ったときにコピー動作を開始する制御を用いても、紙しわ、ベルトスリップを解決するベルト定着装置を提供することが可能となった。

本発明は、用紙上に形成されたトナー画像を該用紙上に発熱及び／又は加圧により定着する定着装置に対して適用可能である。

本発明の実施の形態１における定着装置の概略構成を示す模式的断面図である。 本発明の実施の形態１に係る画像形成装置の概略構成を示す模式的断面図である。 本発明の実施の形態１における定着装置の温度制御のフローチャートである。 （ａ）は本発明の実施の形態１における温度制御を入れない時の定着ローラ及び加圧部材の温度推移を示す図、（ｂ）は本発明の実施の形態１における定着ローラ及び加圧部材の温度推移を示す図である。 本発明の実施の形態２における定着装置の制御のフローチャートである。 本発明の実施の形態２における定着ローラ及び加圧部材の温度推移を示す図である。

符号の説明

１１ 感光体ドラム
２１ 一次帯電器
４１ 現像器
５１ 転写ドラム
６１ 転写材
７０ 定着装置
７１ 定着ローラ
７２ 加圧ベルト
７３ 加圧部材
７４，７５ ヒーター
７６，７８ サーミスタ
７７ サーモスイッチ
７９ 入り口ガイド
８１ クリーナー

Claims (5)

1. 発熱源を有する定着部材と、前記定着部材に接触して加圧／回動する無端状ベルトと、前記無端ベルトを介して前記定着部材に前記無端ベルトを押圧する加圧部材から成り、前記定着部材と前記無端ベルトで定着ニップを形成し、未定着トナーを載せた転写材を前記定着ニップに通紙することで前記転写材上にトナー像を永久固着させる定着装置において、
   前記無端ベルト内部には発熱源を持たず、且つ、前記加圧部材には加圧部材の温度を検知する温度検知部材を配置し、前記加圧部材の温度を検知し、制御条件を変更することを特徴とする定着装置。
2. 前記定着装置の制御条件は、前記定着部材の温度調節温度を変更することを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. スタンバイ中に少なくとも第１温度調節温度Ｔ１と第２温度調節温度Ｔ２を有し、Ｔ１＞Ｔ２とすることを特徴とする請求項１又は２記載の定着装置。
4. 発熱源を有する定着部材と、前記定着部材に接触して加圧／回動する無端状ベルトと、前記無端ベルトを介して前記定着部材に前記無端ベルトを押圧する加圧部材から成り、前記定着部材と前記無端ベルトで定着ニップを形成し、未定着トナーを載せた転写材を前記定着ニップに通紙することで前記転写材上にトナー像を永久固着させる定着装置において、
   前記無端ベルト内部には発熱源を持たず、且つ、前記加圧部材には加圧部材の温度を検知する温度検知部材を配置し、前記加圧部材の温度を検知し、前記温度検知部材で検知した温度によって画像形成動作開始時の制御条件を変更することを特徴とする定着装置。
5. 前記制御条件は、発熱源の制御、定着部材の前回転時間を制御することを特徴とする請求項４記載の定着装置。

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