JP2007147706A

JP2007147706A - 定着機構

Info

Publication number: JP2007147706A
Application number: JP2005338341A
Authority: JP
Inventors: Hironaga Motokawa; 浩永本川; Shigeji Okano; 茂治岡野; Hideaki Shibata; 英明柴田
Original assignee: PFU Ltd
Current assignee: PFU Ltd
Priority date: 2005-11-24
Filing date: 2005-11-24
Publication date: 2007-06-14

Abstract

【課題】この発明の課題は、定着ローラ対の定着部に媒体先端が進入するときのショック目振動を防止し、また媒体の種類や厚みに応じた定着条件の変化に対応可能な安価で高耐久な定着機構を提供することにある。
【解決手段】定着ローラ対のローラ間ギャップを規制するローラ間ギャップ規制手段と、ローラ間ギャップの規制量を媒体の厚さや種類に応じて変更可能なギャップ規制量変更手段と、定着条件に変更が生じてもギャップイニシャル位置を再検出可能なギャップイニシャル位置検出手段とを備えた構成とする。
ギャップイニシャル位置検出手段として、定着ローラ対の摩擦力によって一方の定着ローラが従動回転することで定着ローラ対のギャップ規制量が変化する偏心カムを備え、ギャップ規制量の増加により定着ローラ対の摩擦力がなくなり従動回転側の定着ローラが停止する偏心カム位置をギャップイニシャル位置とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、電子写真プリンタの媒体へのトナー画像の定着に関し、加熱定着時に一対の定着ローラにより圧力を付加して定着を行う場合に、不必要に高い圧力を付加する事で、媒体先端が定着ローラ対に進入するときに発生する圧痕により、定着ローラ表面材料劣化による定着ローラの寿命の短命化を軽減する定着機構を実現する技術に関するものである。

従来、電子写真プリンタにおいてトナー画像の媒体への定着は、定着ローラをヒーターにより加熱し、この定着ローラに媒体を接触させることで加熱することによって、トナーの樹脂成分を溶融させることで行われていた。

この加熱定着時に、強固な定着強度を得るためには、トナー樹脂成分の溶融時に定着ローラ対により付圧をかけることで、媒体表面の微小な凹凸に溶融したトナーを浸透させること、即ちアンカー効果が必要である。

また溶融時に加えられる圧力は、トナー粒子間の結合を促進しトナーの自己凝集力をあげて定着強度を向上させる効果もあることが知られている。

しかし、定着ローラによる媒体への圧力を上げると、媒体先端が定着ローラ対の定着部であるニップ部に進入するとき及び媒体後端が定着ローラ対のニップ部を出るときにショック目と呼ばれる振動が発生し、定着光沢ムラの原因となったり、定着ローラ表面に媒体の先端エッジ進入による圧痕が発生し、定着ローラ表面材料劣化による定着ローラ寿命の短命化の原因となったりしていた。

このような問題に対し、ローラ対のニップ部に媒体が進入するときにローラ間ギャップを一時的に広げることでショック目を軽減する装置や、ローラ間ギャップを工場出荷時の定着条件を前提としてローラ間ギャップのギャップイニシャル位置を固定し、この位置を基準としてローラ間ギャップを媒体の厚さに応じて変化させ、印刷媒体がローラ対の定着部に進入してもギャップ変動を起こさないようにしてショック目を軽減する装置が考案されている（特許文献１を参照）。

しかし、ローラ対のニップ部に媒体が進入するときにローラ間ギャップを一時的に広げることでショック目を軽減する装置の場合には、一般的に十分なアンカー効果及びトナー粒子間結合力を確保するには0.3ＭＰａ以上（3kg/cm2以上）の高圧力が必要であり、媒体先端のみにローラ退避及び接触を行うためには高出力な退避接触機構が必要であったり、また、媒体進入時のショック目は軽減されるがローラ退避接触によるローラ振動発生は避けられなかった。

この退避接触に伴うローラ振動発生は、特願２００１−１１０７２９に示すような分散剤を有する不揮発性トナーの溶融転写定着のように、非常に高圧力（望ましくは10〜60kg/cm2）を付加する方式の場合に特に顕著であった。

また、ローラ間ギャップを工場出荷時の定着条件を前提としてローラ間ギャップのギャップイニシャル位置を固定し、この位置を基準としてローラ間ギャップを媒体の厚さに応じて変化させ、印刷媒体がローラ対の定着部に進入してもギャップ変動を起こさないようにしてショック目を軽減する装置の場合には、工場出荷時と同様な一定の定着条件（ローラ温度条件や経年変化によるローラ表面ゴム材の収縮）のときはローラ間ギャップの設定量を媒体の厚さに応じて変更することで対応可能であるが、媒体の種類や厚さに応じて定着条件（ローラ温度条件や経年変化によるローラ表面ゴム材の収縮）も変化させたり、変化してしまったりした場合、ローラ径の熱膨張及び加熱による定着ローラ表面ゴム材料の硬度変化や、経年変化によるローラ表面ゴム材の収縮によって、製造時に設定したギャップイニシャル位置が変化するため、一定圧力を発生させるためのローラ間ギャップの規制量の絶対値が変わってしまうという問題に対応することはできなかった。

具体的には、図１２の（ａ）に示すように、例えば、工場出荷時の定着条件である定着ローラ５０のローラ温度を所定の温度になるようヒーター５１により加熱し、このときの定着ローラ５０がちょうど接するようなローラ間ギャップ規制手段５２の位置をギャップイニシャル位置として固定して決めた場合、媒体の厚さや種類の特性に応じて、より確実にトナー画像を媒体に定着できるように、定着条件であるローラ温度を上げたようなときに、図１２の（ｂ）に示すように、定着ローラ５０の径が熱により膨張し、定着ローラ５０の対が互いに食い込んだ状態となり、このような状態をギャップイニシャル位置として媒体の厚さに応じてローラ間ギャップの規制量を変化させても、適切なローラ間ギャップを得られないという問題がある。

特開２００４−３３３６３２号公報

前記のごとく、従来の技術では次のような問題点がある。

電子写真プリンタにおいて、トナー画像の媒体への定着には、定着ローラをヒーターにより加熱し、定着部にてトナーの樹脂成分を溶融するとともに、十分な定着強度を得るために媒体に圧力を加えていた。

この圧力を十分に定着強度を確保できるように上げていくと、媒体が定着ローラ対の定着部であるニップ部に進入するとき、ショック目と呼ばれる振動が発生し、ローラ表面に媒体の先端エッジ進入による圧痕が発生して定着ローラ表面材料劣化による定着ローラ寿命の短命化の原因となっていた。

このようなショック目と呼ばれる振動を軽減するために、媒体が定着部に進入するときにローラ間ギャップを一時的に広げる装置や、工場出荷時の定着条件を前提としてローラ間ギャップのギャップイニシャル位置を固定し、この位置を基準としてローラ間ギャップを媒体の厚さに応じて変化させ、媒体が定着部に進入してもギャップ変動を起こさないように制御する装置が考案されている。

しかし、媒体が定着部に進入するときにローラ間ギャップを一時的に広げる装置では、ローラの退避接触には高出力な退避接触機構が必要であったり、退避接触時にローラに振動が発生してしまったりという問題があり、また、工場出荷時の定着条件を前提としてローラ間ギャップのギャップイニシャル位置を固定し、この位置を基準としてローラ間ギャップを媒体の厚さに応じて変化させ、媒体が定着部に進入してもギャップ変動を起こさないように制御する装置では、一定の定着条件（ローラ温度条件や経年変化によるローラ表面ゴム材の収縮）に対しては対応できても、定着条件も変化させたり、変化してしまったりした場合にはローラ間ギャップの規制量の絶対値が変わってしまい、これに対応できないという問題があった。

この発明の課題は、定着ローラ対の定着部に媒体先端が進入するときのショック目振動を防止し、かつローラ表面に媒体の先端エッジの進入による圧痕が発生することなく、かつ媒体の種類や厚みに応じた定着条件の変化に対応可能な安価で高耐久な定着機構を提供することにある。

前記の問題点を解決するために、この発明では次に示す手段を取った。

定着ローラ対のローラ間ギャップを規制するローラ間ギャップ規制手段と、ローラ間ギャップの規制量を媒体の厚さや種類に応じて変更可能なギャップ規制量変更手段と、定着条件に変更が生じてもギャップイニシャル位置を再検出可能なギャップイニシャル位置検出手段とを備えた構成とする。

前記ギャップイニシャル位置検出手段として、定着ローラ対の摩擦力によって一方の定着ローラが従動回転することで定着ローラ対のギャップ規制量が変化する偏心カムを備え、ギャップ規制量の増加により定着ローラ対の摩擦力がなくなり従動回転側の定着ローラが停止する偏心カム位置をギャップイニシャル位置とし、前記ギャップ規制量変更手段により、このギャップイニシャル位置から媒体の厚さや種類に応じてローラ間ギャップの規制量を変更する構成とする。

前記ギャップイニシャル位置検出手段として、定着ローラ対のローラ間ギャップ規制量が変化する偏心カムからなるローラ間ギャップ規制手段を備え、かつ前記偏心カムは摩擦力によって前記ギャップ規制量変更手段と連結されており、かつ前記ギャップ規制量変更手段の片方の回転方向に対しては前記偏心カムと前記ギャップ規制量変更手段は一体になって供回りする回転規制手段を備え、前記偏心カムが前記ギャップ規制量変更手段により回転され、対向するローラもしくは対向するローラに取り付けられた同心円カムに接触して前記摩擦力以上の力が加わり、空回りした位置から前記ギャップ規制量変更手段により前記偏心カムを、偏心カムの左右対称な位置まで逆回転させた位置をギャップイニシャル位置とし、前記ギャップ規制量変更手段により、このギャップイニシャル位置から媒体の厚さや種類に応じてローラ間ギャップの規制量を変更する構成としても良い。

この発明により、以下に示すような効果が期待できる。

電子写真プリンタにおいて、トナー画像を媒体に定着させるためには、定着ローラをヒーターにより加熱し、この定着ローラの熱によりトナーの樹脂成分を溶融して定着させる加熱定着が行われている。

この加熱定着により十分に定着強度を得るためには、溶融されたトナー樹脂成分が、媒体の微細な凹凸に浸透し、アンカー効果を発揮するように定着ローラにより媒体に圧力を付加する必要があるが、圧力を付加するための定着ローラ対の定着部に媒体が進入するとき、ショック目と呼ばれる振動が発生し、定着ローラ表面に媒体先端エッジ進入による圧痕が発生し、定着ローラ表面材料劣化による定着ローラの寿命の短命化の原因となっていた。

このような問題を解決するため、工場出荷時の定着条件を前提としてローラ間ギャップのギャップイニシャル位置を固定し、この位置を基準としてローラ間ギャップを媒体の厚さに応じて変化させ、媒体が定着部に進入してもギャップ変動を起こさないように制御する装置が考案されているが、媒体の厚さや種類に応じて定着条件（ローラ温度条件や経年変化によるローラ表面材料の収縮）も変化させたり、変化してしまったりした場合にはローラ間ギャップの規制量の絶対値が変わってしまい、これに対応できないという問題があった。

本発明を利用することにより、より確実な定着を行うために、媒体の厚さや種類に応じて定着条件を変化させたり、経年変化によりローラ表面材料の収縮が発生したりすることで、基準となるギャップイニシャル位置が変化してしまうという問題に対し、印刷処理前に変化したギャップイニシャル位置を検出することができ、上記のような問題を解消する定着機構を提供することができるようになる。

この発明は、次に示す実施の形態を取った。

これにより、媒体の厚さや種類が変わった場合でも、より確実にトナー画像の定着を行うために、定着条件（ローラ温度条件）を変えることにより、定着ローラの径が熱膨張などにより変化し、ローラ間ギャップの規制量の基準となるギャップイニシャル位置が変化したときにも、ギャップイニシャル位置検出手段により変化後のギャップイニシャル位置を検出することで、媒体が定着ローラ対の定着部に進入するときにショック目振動などが発生しない適切なローラ間ギャップの規制量を確保することができるようになる。

前記ギャップイニシャル位置検出手段として、定着ローラ対の摩擦力によって一方の定着ローラが従動回転することで定着ローラ対のギャップ規制量が変化する偏心カムを備え、ギャップ規制量の増加により定着ローラ対の摩擦力がなくなり従動回転側の定着ローラが停止する偏心カム位置をギャップイニシャル位置として検出する機構とし、前記ギャップ規制量変更手段により、このギャップイニシャル位置から媒体の厚さや種類に応じてローラ間ギャップの規制量を変更する構成とする。

これにより、偏心カムという単純な機構を用いて定着条件の変化による、ギャップイニシャル位置の変化を、印刷処理前に変化後のギャップイニシャル位置を検出することができ、これを基準としてローラ間ギャップの規制量を制御することで、媒体の厚さや種類に応じた適切なローラ間ギャップの変更ができるようになる。

これによっても、偏心カムという単純な機構を用いて定着条件の変化による、ギャップイニシャル位置の変化を、印刷処理前に変化後のギャップイニシャル位置を検出することができ、これを基準としてローラ間ギャップの規制量を制御することで、媒体の厚さや種類に応じた適切なローラ間ギャップの変更ができるようになる。

この発明による代表的な実施例を図によって説明する。なお、以下において、同じ箇所は同一の符号を付してあり、詳細な説明を省略することがある。

図１は本発明の実施例を示す。

本発明の定着機構は、図１に示すように、ヒーター２により加熱された定着ローラ１ａ、定着ローラ１ｂのローラ間に、トナー画像が転写された媒体４を通過させることで、トナー樹脂成分を溶融し、ローラ間を通過するときに付加される圧力により媒体４の微細な凹凸にトナー粒子を浸透させ、アンカー効果を発揮させることで、トナー画像が十分に媒体４に定着するように構成している。

定着ローラ１ｂには、定着ローラ駆動モータ５が備えられており、これにより定着ローラ１ｂは自立回転し、媒体４は定着ローラ１ａ、定着ローラ１ｂ間に搬送され、このときに発生する摩擦力により定着ローラ１ａも従動回転するように構成している。

定着ローラ１ａ、定着ローラ１ｂ間のローラ間ギャップがなく、ローラどうしが接触した状態で媒体４がローラ間に進入してくると、ショック目振動と呼ばれる振動が発生し、ローラ表面に媒体の先端エッジ進入による圧痕が発生して定着ローラ表面材料劣化による定着ローラ寿命の短命化の原因となる。

そこで、本発明の定着機構では、図１、図２に示すように、定着ローラ１ａ、定着ローラ１ｂの側面にローラ間ギャップ規制手段として、偏心カム３と同心円カム６を対向して接触するように構成しており、図３に示すように、媒体４の厚さや種類に応じて定着ローラ１ａ、定着ローラ１ｂのローラ間ギャップを適切に確保するように、偏心カム３をギャップ規制量変更手段７（モータ等）により回転させることで、ローラ間ギャップを変化させて保持するようにしている。

これにより、媒体４に転写されていたトナー画像は、媒体４に十分な強度をもって定着されるとともに、媒体４の先端エッジが定着ローラ１ａ、定着ローラ１ｂの定着部に進入するときにショック目振動を発生することなく、よって、ローラ表面に媒体の先端エッジ進入による圧痕も発生せず、定着ローラの高耐久化も実現できるようにしている。

しかし、偏心カム３を回転させることで定着ローラ１ａ、定着ローラ１ｂのローラ間ギャップを確保するためのギャップ規制量変更手段７による偏心カム３の回転量は、あくまで図４に示すように、定着ローラ１ａ、定着ローラ１ｂのローラ間ギャップが０ｍｍのときの偏心カム３のギャップイニシャル位置を基準として、媒体４の厚さや種類に応じてギャップ規制量変更手段７によりどれだけ偏心カム３を回転させることでローラ間ギャップを確保するか算出しているので、ギャップイニシャル位置がずれた場合には、適切なローラ間ギャップを確保することができない。

このギャップイニシャル位置のずれが発生する原因としては、媒体４の厚さや種類に応じて、より確実にトナー画像の定着を行うために、定着条件である定着ローラ１ａ、定着ローラ１ｂの温度条件を例えば上げることにより、定着ローラの径が熱膨張により拡大するような場合や、経年変化によりローラ表面ゴム材が収縮し定着ローラの径が縮小するような場合が考えられる。

そこで、本発明の定着機構では、図５に示すように、定着ローラ１ａ、定着ローラ１ｂが最も密着する偏心カム３の位置（経年変化によるローラ径の縮小を考慮してもローラどうしが接触するように偏心量を設計してあるものとする）から、定着ローラ１ｂを定着ローラ駆動モータ５により、媒体搬送方向とは逆回転するように制御する。

ローラ間ギャップ規制手段である偏心カム３にはワンウェイクラッチが挿入されており、定着ローラ１ａが媒体搬送方向に回転する場合には空回りするが、定着ローラ１ａが媒体搬送方向と逆回転する場合には供回りすることでギャップ規制量が変化するように構成している。

これにより、定着ローラ１ｂを定着ローラ駆動モータ５により、媒体搬送方向とは逆回転させていくと、これに伴って偏心カム３も回転し、しだいに定着ローラ１ａと定着ローラ１ｂのローラ間隔は拡がっていき、定着ローラ対の摩擦力がなくなり、定着ローラ１ａおよび偏心カム３が停止することとなる。

このときの偏心カム３の位置をギャップイニシャル位置として検出し、このギャップイニシャル位置を基準として、媒体４の厚さや種類に応じて適切なローラ間ギャップが得られるようにローラ間ギャップ規制手段である偏心カム３の回転量を算出し、ギャップ規制量変更手段７により偏心カム３を回転させることで、定着条件であるローラ温度条件の変化や、経年変化によるローラ径の変化にかかわらず、所定のローラ間ギャップを得られるようにしている。

また、別のギャップイニシャル位置検出手段である実施例２としては、図６に示すように、ギャップ規制量変更手段７として、モータなどの駆動原とギアにより直接偏心カム３を回転させ、ローラ間ギャップの規制量を変更するのではなく、ギャップ規制量変更手段７として、ギャップ規制量変更手段モータ７ａとギャップ規制量変更手段ギア列７ｂとで構成されるようにし、ギャップ規制量変更手段ギア列７ｂにより、間接的にローラ間ギャップを規制する偏心カム３を回転させるように構成する。

偏心カム３には、図に示すように、回転方向規制手段８（例えばワンウェイクラッチ）が挿入されており、ギャップ規制量変更手段モータ７ａの片方の回転方向、例えば図８のＡ方向に対しては偏心カム３とギャップ規制量変更手段７（ギャップ規制量変更手段モータ７ａとギャップ規制量変更手段ギア列７ｂ）は一体になって供回りする構造である。

また、図６に示すようにＢ方向に回ると偏心カム３とギャップ規制量変更手段ギア列７ｂは摩擦力によってのみ供回りする構造である。

なお、このとき偏心カム３とギャップ規制量変更手段ギア列７ｂは直接接触させて摩擦力を発生させても良いが、図６に示すように、摩擦発生部材９を偏心カム３とギャップ規制量変更手段ギア列７ｂとの間に挟みこむことで、より適正な摩擦力を発生させるように構成しても良い。

このような構造の装置としておき、まず、定着ローラ１ｂに取り付けられた同心円カム６を停止させた状態にし、図６に示すようにギャップ規制量変更手段７により、偏心カム３をＢ方向に回転させ、図７に示すように偏心カム３が対向する定着ローラ１ｂに取り付けられた同心円カム６に接触して、偏心カム３とギャップ規制量変更手段ギア列７ｂとの摩擦力以上の力が加わると偏心カム３は停止してギャップ規制量変更手段７のみ滑り回転する。

なお、ここでは定着ローラ１ｂに同心円カム６を備えた構成で説明しているが、同心円カム６を備えずに定着ローラ１ｂに直接偏心カム３が接触するような構成としても良い。

次に図８に示すように、偏心カム３が空回り停止した位置からギャップ規制量変更手段７をＡ方向に逆回転させると、偏心カム３とギャップ規制量変更手段７は回転方向規制手段８（ワンウェイクラッチなど）の作用により一体になって供回りする。

図８の破線で示した側面から見て左右対称の位置まで偏心カム３を回転させて、その位置を図９に示すような、定着ローラ１ａと定着ローラ１ｂが接するギャップイニシャル位置として検出する。

このような側面から見て左右対称な位置までギャップ規制量変更手段７（ギャップ規制量変更手段モータ７ａとギャップ規制量変更手段ギア列７ｂ）により偏心カム３を回転させる方法として、図１０に示すように、偏心カム３の偏心量が最大となる偏心頂点部に遮蔽板１１を備え、定着ローラ１ａの真上に備えられたセンサー１０がこの遮蔽板１１を検出するまでのギャップ規制量変更手段モータ７ａのパルス数や回転時間を計測し、これと同じだけのパルス数や回転時間だけギャップ規制量変更手段モータ７ａを回転駆動させることで、偏心カム３を側面から見て左右対称な位置までもってくるようにしている。

このようにしてギャップイニシャル位置を検出し、このギャップイニシャル位置を基準として、媒体４の厚さや種類に応じて適切なローラ間ギャップが得られるようにローラ間ギャップ規制手段である偏心カム３の回転量を算出し、ギャップ規制量変更手段７により図１１に示すように、偏心カム３をＡ方向に回転させることで、定着条件であるローラ温度条件の変化や、経年変化によるローラ径の変化にかかわらず、所定のローラ間ギャップを得られるようにしている。

本発明の実施例の全体構成図である。定着ローラ正面から見た実施例の構成図である。ギャップ規制量変更手段の説明図である。ギャップイニシャル位置の説明図である。ギャップイニシャル位置の検出処理説明図である。ギャップイニシャル位置検出手段の実施例２の説明図１である。ギャップイニシャル位置検出手段の実施例２の説明図２である。ギャップイニシャル位置検出手段の実施例２の説明図３である。ギャップイニシャル位置検出手段の実施例２の説明図４である。偏心カムを側面から見て左右対称位置まで回転させる処理説明図である。ギャップイニシャル位置検出手段の実施例２の説明図５である。従来機構の定着条件変化によるギャップイニシャル位置の変化説明図である。

符号の説明

１ａ：定着ローラ
１ｂ：定着ローラ
２：ヒーター
３：偏心カム
４：媒体
５：定着ローラ駆動モータ
６：同心円カム
７：ギャップ規制量変更手段
７ａ：ギャップ規制量変更手段モータ
７ｂ：ギャップ規制量変更手段ギア列
８：回転方向規制手段
９：摩擦発生部材
１０：センサー
１１：遮蔽板

Claims

電子写真プリンタの定着機構において、
定着ローラ対のローラ間ギャップを規制するローラ間ギャップ規制手段と、
ローラ間ギャップの規制量を媒体の厚さや種類に応じて変更可能なギャップ規制量変更手段と、
定着条件に変更が生じてもギャップイニシャル位置を再検出可能なギャップイニシャル位置検出手段とを備えた、
ことを特徴とする定着機構。
電子写真プリンタの定着機構において、
前記ギャップイニシャル位置検出手段として、定着ローラ対の摩擦力によって一方の定着ローラが従動回転することで定着ローラ対のギャップ規制量が変化する偏心カムを備え、ギャップ規制量の増加により定着ローラ対の摩擦力がなくなり従動回転側の定着ローラが停止する偏心カム位置をギャップイニシャル位置として検出する機構とし、
前記ギャップ規制量変更手段により、このギャップイニシャル位置から媒体の厚さや種類に応じてローラ間ギャップの規制量を変更する、
ことを特徴とする請求項１に記載の定着機構。
電子写真プリンタの定着機構において、
前記ギャップイニシャル位置検出手段として、定着ローラ対のローラ間ギャップ規制量が変化する偏心カムからなるローラ間ギャップ規制手段を備え、
かつ前記偏心カムは摩擦力によって前記ギャップ規制量変更手段と連結されており、
かつ前記ギャップ規制量変更手段の片方の回転方向に対しては前記偏心カムと前記ギャップ規制量変更手段は一体になって供回りする回転規制手段を備え、
前記偏心カムが前記ギャップ規制量変更手段により回転され、対向するローラもしくは対向するローラに取り付けられた同心円カムに接触して前記摩擦力以上の力が加わり、空回りした位置から前記ギャップ規制量変更手段により前記偏心カムを、偏心カムの左右対称な位置まで逆回転させた位置をギャップイニシャル位置として検出する機構とし、
前記ギャップ規制量変更手段により、このギャップイニシャル位置から媒体の厚さや種類に応じてローラ間ギャップの規制量を変更する、
ことを特徴とする請求項１に記載の定着機構。