JP2006201414A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、オイルレス方式のベルト定着装置を使用した場合に、画像の光沢度の
低下を引き起こす定着ベルト表面へのフィルミングを抑制し、画像品質を向上させることができる定着装置及び画像形成装置を提供することを課題とする。
【解決手段】そこで、本発明は、定着装置１に、定着ベルト２と加圧ローラ５との連れ回
りではなく、ギヤ駆動によって線速差をもたせ、また、ウォームアップ後に所定の線速差
に適応変化させることができるようにすることで、上記課題を解決した。
【選択図】 図２（ａ）

Description

本発明は、複写機、プリンタおよびファクシミリ等の画像形成装置において、定着ベル
ト表面に発生するフィルミングを抑制し、定着装置の耐久性を向上させた定着装置及び画
像形成装置に関するものである。

従来から、フルカラーの画像形成装置の普及が広がり、高画質化、省エネルギー化、耐
久性の向上などの要求に応えるため、定着プロセスの改良が進められている。なかでも、
熱定着ローラ方式は、安全性、高速定着性の点から、ほとんどの画像形成装置に用いられ
ている。熱定着ローラ方式は、オイル塗布方式とオイルレス方式に分類され、近年では、
これまでカラー画像定着技術の主流だったオイル塗布方式からオイルレス方式への移行が
進んでいる。
また、定着装置は消費電力の５０％以上を消費することから、省エネルギー化の要求に
応えるため、熱定着ローラ方式に比べて大幅に定着部の熱容量が小さく、ウォームアップ
時間が短縮された、定着ベルト方式も普及している。

定着プロセス改良のための従来技術としては、シート材に発生するカールを適切に補正
するため、加熱ローラと加圧ローラの周速度差を制御する方法がある（例えば、特許文献
１参照。）。また、用紙の搬送の安定と定着性を維持するため、定着ローラと加圧ローラ
間の周速度差を制御する方法がある（例えば、特許文献２参照。）。さらに、定着ムラを
防止するため、加熱ローラをウォームアップさせる場合は分離手段を加熱ローラ外周表面
から離間させたまま加熱ローラを回転始動させ、かつ、加熱ローラ外周表面温度に応じて
加熱ローラの回転速度を適応変化させる方法もある（例えば、特許文献３参照。）。

特開２００４−０２９５６３号公報 特開２００４−０５４０２８号公報 特開２００５−０１０２１８号公報

このように定着プロセスの改良が進められているが、上記従来技術は、近年普及してい
るオイルレス方式のベルト定着装置の問題点を解決するものではない。オイルレス方式の
ベルト定着装置では、転写紙の紙粉や炭酸カルシウム等により定着ベルト表面にフィルミ
ングが発生することにより、画像の光沢度が低下するといった問題がある。さらに、定着
ベルト表面に接触する分離爪やサーミスタ等を設けた場合、例えば、サーミスタによって
紙粉や炭酸カルシウム等が定着ベルト表面にせき止められ、サーミスタとの接触部と非接
触部との間でフィルミング状態に差が生じ、とくに、カラー画像の高画像用の転写紙に定
着させる際に、光沢ムラを発生させることがある。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、光沢度の低下を引き起こす定着
ベルト表面へのフィルミングを抑制し、画像品質を向上させることができる定着装置及び
画像形成装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、以下の特徴を有している。
本発明は、オイルレス方式のベルト定着装置において、定着ベルトと加圧ローラとの間
に線速差をもたせることにより、転写紙の紙粉や炭酸カルシウム等により定着ベルト表面
に発生するフィルミングを抑制することを特徴とする。「線速差」とは、定着ベルトが加
圧ローラに連れ回りをする際の定着ローラの回転数に対し、どれだけ回転数差を与えるか
を意味するものである。「連れ回り」とは回転数差がゼロの状態を意味し、定着ローラに
定着ギヤを装着させない場合、定着ベルトが定着ニップ部の摩擦力のみによる回転となる
状態をいう。定着ベルトが連れ回り状態となると、転写紙が定着ニップ部を通過する際、
定着ベルト表面にフィルミングが発生しやすくなることがわかっている。そこで、定着ベ
ルトと加圧ローラとの連れ回りではなく、ギヤ駆動によって線速差をもたせることにより
フィルミングを抑制することができる。

本発明は、前記線速差が、定着ベルトを駆動する定着ローラの連れ回り時とギヤ駆動時
における回転数差に換算した絶対値として０．５％以上であることを特徴とする。実験結
果から、フィルミング抑制効果を発揮するには、回転数差の絶対値の下限値を０．５％に
する必要がある。

本発明は、前記線速差が、定着ベルトを駆動する定着ローラの連れ回り時とギヤ駆動時
における回転数差に換算した絶対値として５．０％以下であることを特徴とする。実験結
果から、フィルミング抑制効果を発揮するには、回転数差の絶対値が大きいほどフィルミ
ング抑制効果を発揮するが、上限値を５．０％にする必要がある。上限値を定めるのは、
定着装置の耐久性に影響を及ぼさないようにするためである。

本発明は、定着装置が、ウォームアップ後に所定の線速差に適応変化することを特徴と
する。定着ローラに発泡シリコーンゴムが用いられていると、熱膨張で定着ローラの径が
変動するため、連れ回りによる定着ローラの回転数も変動する。一方、ギヤ駆動させる場
合は、ギヤの歯数を調整することにより定着ローラの回転数を一定にできる。このため、
線速差は、熱膨張によって変動する、連れ回りによる定着ローラの回転数によって支配さ
れる。したがって、ウォームアップ後に目標の線速差にするためには、熱膨張を加味した
定着ローラ径を設定すればよい。ウォームアップ後に所定の線速差に適応変化させること
ができる定着装置を設計することで、フィルミング抑制効果を発揮することができる。

本発明は、上記定着装置を有することを特徴とする画像形成装置を提供する。

上記課題を解決するための手段により、本発明では、定着ベルトと加圧ローラとの連れ
回りではなく、ギヤ駆動によって線速差をもたせ、また、ウォームアップ後に所定の線速
差に適応変化させることができるようにすることで、定着ベルト表面に発生するフィルミ
ングを抑制することができ、画像品質の向上が図られた。また、定着装置の耐久性の向上
も図られたことにより、高品位な画像形成装置を提供することができた。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図１から図７に基づいて説明する。ただ
し、これらは一実施形態にすぎず、本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。

図１は、オイルレス方式のカラー用ベルト定着装置の側面図である。定着ベルト２及び
加圧ローラ５の表面はＰＦＡ層である。定着装置１の駆動は、加圧ローラ駆動ギヤに連結
している入力ギヤによって行われる。

図２（ａ）は、図１において、ベルトギヤ駆動方式の定着ギヤがある場合を示した図で
ある。図２（ｂ）は、ベルト連れ回り方式の定着ギヤがない場合を示した図である。図２
（ｂ）のように、定着ベルト２が連れ回り状態となると、転写紙が定着ニップ部を通過す
る際、定着ベルト表面にフィルミングが発生しやすくなることがわかっている。そこで、
図２（ａ）のように、定着ベルト２と加圧ローラ５との連れ回り状態にしないで、ギヤ駆
動によって線速差をもたせることにより、フィルミングを抑制することができる。

図３は、定着ベルト表面へのフィルミングランクの推移を示したグラフである。通紙枚
数とベルトフィルミングランクとの関係から、図２（ａ）の定着ギヤがある線速差ありの
場合と、図２（ｂ）の定着ギヤがない連れ回り時の場合のフィルミングランク推移を示し
ている。フィルミングランクは、定着ベルト表面に発生したフィルミングの発生量を目視
によりランク付けしたものである。
回転数差がゼロの状態の連れ回り時（非爪部）は、フィルミングが発生しやすくなるた
め、フィルミングランクの推移は、悪い方向に高くなる曲線を示す。一方、例えば３％の
回転数差を与えて線速差あり（非爪部）とした場合、フィルミングランクの推移は緩やか
な勾配を示す。また、定着ベルト表面に接触するサーミスタを設けた場合は、サーミスタ
との接触部である（爪接触部）のフィルミングランクの推移は、さらに緩やかな勾配を示
す。サーミスタとの接触部である（爪接触部）と、非接触部である（非爪部）との間でフ
ィルミング状態の差が大きくなると、とくに、カラー画像の高画像用の転写紙に定着させ
る際に、光沢ムラが顕在化する。図３の実験結果から、光沢ムラを防ぎ、フィルミングラ
ンクの推移を緩やかな勾配にするためには、定着ローラ４に適正なギヤを装着して、ギヤ
駆動によって適切な線速差をもたせるようにすればよいことがわかった。

図４は、回転数差とフィルミングランクの推移との関係を示したグラフである。回転数
差は、上記線速差を、定着ベルト２を駆動する定着ローラ４の連れ回り時とギヤ駆動時に
おける回転数差に換算したときの絶対値である。図４の実験結果から、回転数差が絶対値
で０．５％以下のときは、フィルミング抑制効果は表れないことがわかった。このため、
フィルミング抑制効果を得るためには、回転数差の下限値を０．５％にする必要がある。
図４に示すように、回転数差の絶対値を大きくすると、これに比例してフィルミング抑
制効果は大きくなる。しかしながら、回転数差の絶対値を大きくするほど、定着ニップ部
に生ずる摩擦反力が大きくなり、定着装置内の部品の耐久性に影響を及ぼすようになる。
例えば、ギヤの耐久性の限界つまり欠け等が発生する前段階として、以下に説明する兆候
が見られるようになる。
ギヤの耐久性が満たされている範囲内では、定着ニップ部に生ずる摩擦反力よりもギヤ
によるトルクのほうが勝る。ギヤの耐久トルクに定着ニップ部に生ずる摩擦反力が均衡し
てくると、摩擦反力を低減しようとして、定着ローラ４と加圧ローラ５との間の定着ニッ
プ部が、ある周期ごとにねじれる。そして、あるねじれに達して摩擦反力が低減できると、
定着ニップ部のねじれが異常音と共に解消される。この解消されるときに転写紙が定着ニ
ップ部で搬送中の場合、画像乱れ等を発生させる。図４の実験結果から、こうした兆候が
見られ始めるのは、回転数差を絶対値で５．０％以上にしたときであることがわかった。
したがって、回転数差の絶対値が大きいほどフィルミング抑制効果を発揮するが、定着装
置１の耐久性と両立する領域として回転数差の上限値を５．０％にする必要がある。

図５は、ウォームアップ時間と連れ回り時の定着ローラ回転数の推移を示したグラフで
ある。ウォームアップは、定着部を常温から加熱し、熱定着させるために行う。定着ロー
ラ４に発泡シリコーンゴムが用いられていると、ウォームアップ後の定着ローラ４は、熱
膨張により、定着ローラ４の径が大きくなるため、定着ローラ回転数は逓減し、ある回転
数で収束する。このように、熱膨張で定着ローラ４の径が変動するため、連れ回り時の定
着ローラ回転数も変動することになる。

図６は、ウォームアップ時間と定着ギヤがある場合の定着ローラ回転数の推移を示した
グラフである。ギヤ駆動回転数は、ギヤの歯数を調整することで定着ギヤの駆動回転数を
一定にすることができる。図６のようにギヤ駆動回転数を設定すると、ウォームアップが
完了するまでの時間のｔ秒付近までは、回転数差が逓減する。ウォームアップ完了後のｔ
秒以降は、回転数差が逓増する。図６の実験結果から、ウォームアップが完了するまでの
ｔ秒を境に、回転数差が逓減または逓増する線速差の設定領域が得られた。なお、線速差
の設定とは、定着ベルト２が加圧ローラ５に連れ回りをする際の定着ローラ４の回転数に
対し、どれだけ回転数差を与えるかを意味するものである。

図７は、ウォームアップ時間と定着ギヤにワンウェイクラッチを装着した場合の、定着
ローラ回転数の推移を示したグラフである。ワンウェイギヤ駆動回転数を一定に設定する
と、ウォームアップが完了するまでの時間のｔ秒付近までは、定着ベルト２が加圧ローラ
５に連れ回り、ウォームアップ完了後のｔ秒以降は、回転数差が逓増する。図７の実験結
果から、ウォームアップタイムに対応させたギヤ駆動回転数を設定することにより、ウォ
ームアップが完了するまでは連れ回るようにし、定着装置１の耐久性を向上させることが
できることがわかった。また、フィルミングを抑制すべき通紙可能なウォームアップ後に、
目標の線速差にすることで、フィルミング抑制効果を発揮できることがわかった。
線速差は、熱膨張によって変動する、連れ回りによる定着ローラの回転数によって支配
されるため、ウォームアップ後に目標の線速差にするためには、熱膨張を加味した定着ロ
ーラ径を設定すればよい。ウォームアップ後に所定の線速差に適応変化させることができ
る定着装置１を設計することで、フィルミング抑制効果を発揮することができる。

オイルレス方式のカラー用ベルト定着装置の側面図である。 ベルトギヤ駆動方式の定着ギヤがある場合を示した図である。 ベルト連れ回り方式の定着ギヤがない場合を示した図である。 定着ベルト表面へのフィルミングランクの推移を示したグラフである。 回転数差とフィルミングランクの推移との関係を示したグラフである。 ウォームアップ時間と連れ回り時の定着ローラ回転数の推移を示したグラフである。 ウォームアップ時間と定着ギヤがある場合の、定着ローラ回転数の推移を示したグラフである。 ウォームアップ時間と定着ギヤにワンウェイクラッチを装着した場合の、定着ローラ回転数の推移を示したグラフである。

符号の説明

１ 定着装置
２ 定着ベルト
３ 加熱ローラ
４ 定着ローラ
５ 加圧ローラ
６ 加熱ヒータ
７ 加圧ヒータ
８ サーミスタ
９ 分離爪
１０ 定着ローラの発泡シリコーンゴム部

Claims (5)

1. オイルレス方式のベルト定着装置において、定着ベルトと加圧ローラとの間に線速差を
   もたせることにより、転写紙の紙粉や炭酸カルシウム等により定着ベルト表面に発生する
   フィルミングを抑制することを特徴とする定着装置。
2. 前記線速差は、定着ベルトを駆動する定着ローラの連れ回り時とギヤ駆動時における回
   転数差に換算した絶対値が０．５％以上であることを特徴とする請求項１に記載の定着装
   置。
3. 前記線速差は、定着ベルトを駆動する定着ローラの連れ回り時とギヤ駆動時における回
   転数差に換算した絶対値が５．０％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の
   定着装置。
4. 定着装置は、ウォームアップ後に所定の線速差に適応変化することを特徴とする請求項
   １ないし３のいずれかに記載の定着装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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