JP2005326702A - Belt fixing device - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a belt fixing device used in an electrophotographic image forming apparatus.
従来、例えば下記特許文献1,2には、無端状の定着ベルトを介して加圧パッドに弾性ローラを圧接し、前記弾性ローラを回転駆動することにより前記定着ベルトが前記加圧パッド上を摩擦摺動しつつ回転駆動されるベルト定着装置において、定着ベルトの内面に潤滑剤を塗布することで前記加圧パッドとの摩擦抵抗を低減して駆動トルクを抑制する技術が提案されている。 Conventionally, for example, in Patent Documents 1 and 2 below, an elastic roller is pressed against a pressure pad via an endless fixing belt, and the elastic belt is driven to rotate so that the fixing belt rubs on the pressure pad. In a belt fixing device that is driven to rotate while sliding, a technique has been proposed in which a lubricant is applied to the inner surface of the fixing belt to reduce the frictional resistance with the pressure pad and suppress the driving torque.
しかしながら、定着ベルトの内側に潤滑剤をシールするのは構造上困難であり、使用するうちに定着ベルトの内側から潤滑剤が徐々に漏れ出る。これにより、加圧パッドと定着ベルトとの間の摩擦摺動部の潤滑剤がやがては枯渇することになる。このため、加圧パッドと定着ベルトとの摩擦抵抗が大きくなって、定着ベルトを駆動する弾性ローラの駆動トルクが増大する。その結果、潤滑剤を用いても駆動トルクの増大を防止できないために、結局は大型モータや大型の駆動機構を使用する必要があった。 However, it is structurally difficult to seal the lubricant inside the fixing belt, and the lubricant gradually leaks from the inside of the fixing belt during use. As a result, the lubricant in the frictional sliding portion between the pressure pad and the fixing belt will eventually be exhausted. For this reason, the frictional resistance between the pressure pad and the fixing belt increases, and the driving torque of the elastic roller that drives the fixing belt increases. As a result, even if a lubricant is used, an increase in driving torque cannot be prevented, so that it is necessary to use a large motor or a large driving mechanism after all.
そこで、前記課題を解決するために本発明は、定着ベルトの駆動トルクの増大を抑制し、モータを含む駆動機構の大型化や破損を防止できるベルト定着装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a belt fixing device that can suppress an increase in driving torque of a fixing belt and prevent an increase in size and damage of a driving mechanism including a motor.
前記目的を達成するために、本発明のベルト定着装置は、内面に潤滑剤が塗布される無端状ベルトと、前記無端状ベルト内に固定配置されたニップ形成部材と、前記無端状ベルトを介して前記ニップ形成部材に圧接された回転駆動される弾性ローラと、前記無端状ベルトが摩擦摺動する前記ニップ形成部材との接触部に潤滑剤を補給するために所定の動作を行う潤滑剤補給手段とを備えたものである。 In order to achieve the above object, a belt fixing device according to the present invention includes an endless belt having an inner surface coated with a lubricant, a nip forming member fixedly disposed in the endless belt, and the endless belt. Lubricant replenishment that performs a predetermined operation to replenish lubricant to a contact portion between the elastic roller that is rotationally driven in pressure contact with the nip forming member and the nip forming member on which the endless belt frictionally slides Means.
本発明のベルト定着装置では、前記無端状ベルトの駆動トルクを検出するトルク検出手段をさらに備え、前記トルク検出手段の検出結果に基づいて前記潤滑剤補給手段を作動させてもよい。 The belt fixing device of the present invention may further include a torque detection unit that detects a driving torque of the endless belt, and the lubricant supply unit may be operated based on a detection result of the torque detection unit.
また、本発明のベルト定着装置では、前記トルク検出手段が、前記無端状ベルトの回転速度、または、前記無端状ベルトの回転にしたがって回転する従動ローラの回転速度に基づいてトルクを検出してもよい。 In the belt fixing device of the present invention, the torque detecting means may detect torque based on the rotational speed of the endless belt or the rotational speed of a driven roller that rotates in accordance with the rotation of the endless belt. Good.
また、本発明のベルト定着装置では、前記トルク検出手段が、前記無端状ベルトと前記弾性ローラとの間のニップ部に導入される用紙のループ量に基づいてトルクを検出してもよい。 In the belt fixing device of the present invention, the torque detection unit may detect torque based on a loop amount of the paper introduced into a nip portion between the endless belt and the elastic roller.
また、本発明のベルト定着装置では、前記トルク検出手段が、前記弾性ローラを駆動するモータの電流に基づいてトルクを検出してもよい。 In the belt fixing device of the present invention, the torque detection unit may detect torque based on a current of a motor that drives the elastic roller.
また、本発明のベルト定着装置では、前記所定の動作が、前記弾性ローラの圧接荷重を一時的に小さくすることであってもよい。 In the belt fixing device of the present invention, the predetermined operation may be to temporarily reduce the pressure load of the elastic roller.
また、本発明のベルト定着装置では、前記所定の動作が、前記弾性ローラを一時的に逆転駆動することであってもよい。 In the belt fixing device of the present invention, the predetermined operation may be to temporarily reversely drive the elastic roller.
さらに、本発明のベルト定着装置では、前記所定の動作が、前記無端状ベルトの内面に接触配置された潤滑剤供給部材の交換時期を報知することであってもよい。 Furthermore, in the belt fixing device of the present invention, the predetermined operation may be to notify the replacement timing of the lubricant supply member disposed in contact with the inner surface of the endless belt.
本発明のベルト定着装置によれば、潤滑剤補給手段が、例えば弾性ローラの圧接荷重を一時的に小さくする、弾性ローラを一時的に逆転駆動する、潤滑剤供給部材の交換時期を報知するなどの動作を行うことで、潤滑剤が枯渇しつつある無端状ベルトとニップ形成部材との間に潤滑剤が補給される。これにより、無端状ベルトとニップ形成部材との間の潤滑状態が回復して無端状ベルトの駆動トルクの増大を抑制できるので、モータを含む駆動機構の大型化や破損を防止することができる。 According to the belt fixing device of the present invention, the lubricant replenishing means temporarily reduces the pressure contact load of the elastic roller, temporarily rotates the elastic roller in reverse, notifies the replacement timing of the lubricant supply member, etc. By performing this operation, the lubricant is replenished between the endless belt that is being depleted of the lubricant and the nip forming member. As a result, the lubrication state between the endless belt and the nip forming member is recovered and an increase in the driving torque of the endless belt can be suppressed, so that the drive mechanism including the motor can be prevented from being enlarged or damaged.
以下に、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、本発明の一実施形態であるベルト定着装置10の全体構成図である。ベルト定着装置10は、無端フィルム状の定着ベルト(無端状ベルト)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で長手方向(図1において奥行き方向、以下に同じ。)の幅が約240mmであって、ポリイミド(PI)からなる厚み70μmの基材、シリコンゴムからなる厚み200μmの弾性層、および、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(PFA)からなる厚み30μmの離型層を内側から順に積層して構成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a
定着ベルト12は、回転可能に配置された加熱ローラ14と、定着ベルト12内において加熱ローラ14から離れて平行かつ回転不能に固定配置されたニップ形成部材16とに巻き掛けられている。加熱ローラ14は、例えば外径35mmの金属円筒からなり、例えばハロゲンランプからなるヒータ15を内蔵している。
The
ニップ形成部材16は、例えば耐熱樹脂からなる本体の上に例えばシリコンゴムからなる弾性層を設けて構成されており、定着ベルト12の幅以上の長さをもって長手方向に延在している。定着ベルト12の内面と接触するニップ形成部材16の弾性層の表面は、摩擦係数の低い材料(例えばPFA、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)など)からなる低摩擦層で覆われている。
The
ニップ形成部材16は、例えば金属円柱棒からなる補強部材18によって補強されており、これにより長手方向と直交する方向に撓むのが防止されている。また、ニップ形成部材16の本体と補強部材18との間には、断熱を目的とした空間が確保されている。
The
定着ベルト12の内面には、潤滑剤供給部材19が接触配置されている。潤滑剤供給部材19は、多孔質または繊維質の材料からなるのが好ましく、例えばセラミックや耐熱フェルトや紙などが好適に用いられる。潤滑剤供給部材19には、例えばグリスやオイルなどの潤滑剤が含浸されており、これにより回転する定着ベルト12の内面に潤滑剤が塗布されるようになっている。
A
ニップ形成部材16には、定着ベルト12を介して加圧ローラ(弾性ローラ)20が圧接されており、定着ベルト12と加圧ローラ20との接触部が定着ニップ(ニップ部)22になっている。加圧ローラ20は、例えば、外径約30mmの円柱状をなし、外径22mmの芯金の周囲に厚み4mmの弾性層を被覆して前記弾性層の表面に厚み40μmの離型層が形成されている。
なお、加圧ローラ20にヒータを設けて、用紙のトナー画像面が加圧ローラ20と接触しながら定着ニップ22を用紙が通過するようにしてもよい。
A pressure roller (elastic roller) 20 is pressed against the
Note that a heater may be provided in the
加圧ローラ20は、図示しないギヤ列を介してモータ24に接続されて、回転駆動されるようになっている。これらのギヤ列およびモータ24が駆動機構を構成する。通常動作において、モータ24によって加圧ローラ20が矢印A方向に回転駆動されると、これに伴って定着ベルト12はニップ形成部材16上を摩擦摺動しつつ矢印B方向に回転するようになっている。また、モータ24には、例えば電流計からなるモータ電流検出部(トルク検出手段)26が接続されており、モータ24に流れる電流を検出することで定着ベルト12の駆動トルクを検出できるようになっている。
The
ニップ形成部材16の定着ニップ形成面は、加圧ローラ20の外周面に沿った湾曲面に形成されている。これにより、定着ニップ22内の圧力分布が通紙方向(図1において下から上の方向)に関して入口から出口までほぼ均一になり、その結果、比較的低いニップ圧で高品質な定着画像が得られるようになっている。ただし、定着ニップ22内のニップ圧は、入口側で高くなっていてもよいし、出口側で高くなっていてもよい。
The fixing nip forming surface of the
加圧ローラ20の端部は、支持部材28によって回動可能に支持されている。支持部材28は、フレーム30に固定されて軸32を中心に回動可能になっている。支持部材28の上部には、折り曲げ部28aが形成されており、この折り曲げ部28を貫通してシャフト34が延びている。折り曲げ部28aとシャフト34の一端部のフランジ部34aとの間であってシャフト34の周囲には、スプリング36が外装されている。シャフト34の他端部には、フレーム30に固定された軸37によって回動可能に支持された円弧状ギヤ38のレバー部38aが回動可能に連結されている。円弧状ギヤ38には、モータ40によって回転駆動される駆動ギヤ42が噛合している。これにより、モータ40により駆動ギヤ42が回転すると、円弧状ギヤ38、シャフト34およびスプリング36を介して支持部材28が回動し、その結果、ニップ形成部材16に対して加圧ローラ20を圧接離隔することで圧接荷重を変更できるようになっている。
An end portion of the
続いて、前記構成からなるベルト定着装置10の動作について説明する。
ベルト定着装置10では、モータ24によって加圧ローラ20が矢印A方向に回転駆動され、これに伴って定着ベルト12が矢印B方向に回転する。この回転の際に、定着ベルト12の内面には、潤滑剤供給部材19によって潤滑剤が塗布される。このように回転するうちに、ヒータ15によって加熱された加熱ローラ14から伝熱されることにより、定着ベルト12は全周にわたって所定の定着温度(例えば180℃)に加熱される。
Next, the operation of the
In the
定着ベルト12が所定の定着温度に加熱された後、未定着トナー画像を表面に担持した用紙が画像面を定着ベルト12側に向けた状態で図中下方から定着ニップ22に導入され、定着ニップ22を通過する間にトナー画像が加熱溶融して用紙に定着される。
After the
ベルト定着装置10が長期にわたって作動するうちに、潤滑剤が定着ベルト12の内側から徐々に漏れ出る。また、漏れ出ないにしても潤滑剤は圧力の低い方に移動しやすく、使用につれて定着ベルト12とニップ形成部材16との接触部の入口側および出口側のニップ形成部材16上に溜まる。そのために、定着ベルト12とニップ形成部材16との間において潤滑剤が枯渇してくる。すると、ニップ形成部材16に対する摩擦抵抗が大きくなるため、定着ベルト12の駆動トルクが増大してくる。
The lubricant gradually leaks from the inside of the fixing
定着ベルト12の駆動トルクが増大してくると、加圧ローラ20を駆動するモータ24の電流が増加する。この電流増加がモータ電流検出部26で検出されると、ベルト定着装置10が組み込まれた画像形成装置の制御部は、潤滑剤供給部材19の交換時期であることをユーザに報知する。その報知方法としては、例えば、操作パネルの表示部に表示する、音声により知らせる等がある。
As the driving torque of the fixing
これにより、ユーザによって潤滑剤を含浸した新しい潤滑剤供給部材19に交換されると、潤滑剤が定着ベルト12の内面に塗布されてニップ形成部材16との間の接触部に補給される。その結果、潤滑剤の枯渇が解消されて潤滑状態が回復し、定着ベルト12の駆動トルクが低下する。
Accordingly, when the user replaces the
このように、本実施形態のベルト定着装置10によれば、定着ベルト12の駆動トルクの増大を抑制できるので、モータ24を含む駆動機構の大型化や破損を防止することができる。
As described above, according to the
前記においては潤滑剤供給部材19の交換により定着ベルト12とニップ形成部材16との間に潤滑剤を補給したが、潤滑剤供給部材19の交換を行う前に次のような動作を行うことによって定着ベルト12とニップ形成部材16との接触部に潤滑剤を補給してもよい。モータ24の電流増加が検出されると、モータ24により加圧ローラ20を一時的に逆転駆動して定着ベルト12を逆転させる。これにより、定着ベルト12とニップ形成部材16との接触部の出口側に溜まっている潤滑剤が前記接触部へと導入されて潤滑剤の枯渇状態が解消される。または、モータ24の電流増加が検出されたときに、モータ40を駆動することによって加圧ローラ20の圧接荷重を一時的に小さくしてもよい。これによっても、定着ベルト12とニップ形成部材16との接触部の入口側および出口側に溜まっている潤滑剤が前記接触部に流れ込んで潤滑剤の枯渇状態が解消される。なお、定着ベルト12の逆転や加圧ローラ20の圧接荷重の変更は、非通紙時に行われる。
In the above description, the lubricant is supplied between the fixing
ところで、前記ベルト定着装置10においては、定着ベルト12のトルク検出手段としてモータ電流検出部26を用いたが、これに限らず、次のようなトルク検出手段を用いてもよい。
In the
例えば、定着ベルト12の縁部全周に多数の反射部を等間隔に配置して、その配置部分に光を照射する。そして、前記反射板で反射された光を受光センサ44で受光して、その受光信号をベルト回転速度検出部46に入力して、定着ベルト12の回転速度を検出する。定着ベルト12とニップ形成部材16との接触部において潤滑剤が枯渇してくると、これに伴って定着ベルト12の駆動トルクが増大し、その結果、定着ベルト12の回転速度の低下をもたらす。このように、定着ベルト12の回転速度を検出することによって、駆動トルクの増大を検出することができる。
なお、定着ベルト12の回転速度の低下は従動ローラである加熱ローラ14の回転速度低下をもたらすため、同様の方法で加熱ローラ14の回転速度を検出するようにしてもよい。
For example, a large number of reflecting portions are arranged at equal intervals around the entire periphery of the edge of the fixing
Note that a decrease in the rotation speed of the fixing
また、潤滑剤の枯渇によって定着ベルト12の駆動トルクが増大してくると、定着ベルト12に対して加圧ローラ20がスリップすることにより定着ニップ22における用紙搬送速度が低下する。このように搬送速度が低下している定着ニップ22に用紙が所定の搬送速度で導入されてくると、用紙は図中一点鎖線で示す用紙搬送路48からループ状にふくらむ。この用紙のループ量をセンサ50で検出し、その検出結果に基づいて上述したような各種の潤滑剤補給動作を行うようにしてもよい。
Further, when the driving torque of the fixing
ここで、ベルト定着装置10の効果確認のための比較実験を行った。その結果を図2のグラフに示す。このグラフは、耐久時間と駆動トルクとの関係を表す。実験では、ベルト定着装置10を用いて、潤滑剤供給部材19を設けた場合と、潤滑剤供給部材19を設けることなく最初に定着ベルト12の内面に潤滑剤を塗布しただけの場合とで実験を行った。また、潤滑剤供給部材19を設けない場合でも、潤滑材補給動作することなく定着ベルト12を連続回転させた従来の場合、定着ベルト12の一時的逆転により潤滑剤補給を行った場合、加圧ローラ20を一時的に離隔させて圧接荷重を小さくすることより潤滑剤補給を行った場合の3つの場合について調べた。
Here, a comparative experiment for confirming the effect of the
加圧ローラ20の圧接荷重は300Nとし、潤滑剤には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グリスを用いた。耐久は通紙を行わずに所定定着温度に温調して定着ベルト12を連続回転させ、この状態で駆動トルクの変化を測定した。
The pressure contact load of the
逆転動作ありの場合は、100時間、200時間、300時間の各時点で10秒間の逆転動作を入れてその前後で駆動トルクを測定した。圧接離隔ありの場合は、100時間、200時間、300時間の各時点で駆動を停止して圧接荷重を一時解放して再度300Nに設定したその前後で駆動トルクを測定した。潤滑剤供給部材ありの場合は、潤滑剤供給部材19としてアラミド繊維からなる厚さ2mmの不織布を長手方向については定着ベルト12と同じ幅で、回転方向に関して10mm幅で定着ベルト12の内面に接触させ、初期に2gの潤滑剤を含浸させたものを用い、300時間時点で新しいものに交換した。
In the case of reverse operation, the drive torque was measured before and after 10 seconds of reverse operation at each time point of 100 hours, 200 hours, and 300 hours. In the case where there was a pressure separation, the driving torque was measured before and after the driving was stopped at each time point of 100 hours, 200 hours, and 300 hours, the pressure contact load was temporarily released and set to 300 N again. When there is a lubricant supply member, a 2 mm thick non-woven fabric made of aramid fibers is used as the
図4のグラフから明らかなように、潤滑剤供給部材ありの場合で駆動トルク抑制効果が最も大きく、逆転ありおよび圧接離隔ありの各場合についても駆動トルク抑制効果が得られることが確認できた。 As is apparent from the graph of FIG. 4, it was confirmed that the driving torque suppression effect was the greatest when the lubricant supply member was present, and that the driving torque suppression effect was obtained even when there was reverse rotation and pressure contact separation.
10…ベルト定着装置
12…定着ベルト(無端状ベルト)
14…加熱ローラ
16…ニップ形成部材
19…潤滑剤供給部材
20…加圧ローラ(弾性ローラ)
22…定着ニップ(ニップ部)
24…モータ
26…モータ電流検出部(トルク検出手段)
28…支持部材
34…シャフト
36…スプリング
38…円弧状ギヤ
40…モータ
42…駆動ギヤ
44…受光センサ(トルク検出手段)
46…ベルト回転速度検出部(トルク検出手段)
50…センサ(トルク検出手段)
10 ...
14 ...
22. Fixing nip (nip part)
24 ...
28 ...
46... Belt rotation speed detection unit (torque detection means)
50. Sensor (torque detection means)
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