JP2009031528A

JP2009031528A - 定着装置

Info

Publication number: JP2009031528A
Application number: JP2007195274A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Agata; 健一阿我田; Teruaki Mitsuya; 輝章三矢; Marutomo Gotou; 丸朋後藤; Shunichi Ohara; 俊一大原
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2007-07-27
Filing date: 2007-07-27
Publication date: 2009-02-12

Abstract

【課題】第一、第二のＮＩＰ部間でＨＲからの記録媒体の浮きが発生せず、かつセカンドＢＲの長寿命化が図れる定着装置を提供する。
【解決手段】加熱ローラ１にバックアップローラ３を押圧して形成される第一の溶融挟持部８と、バックアップローラ３の加熱ローラ回転方向下流に設置されたセカンドバックアップローラ４を加熱ローラ1に押圧して形成される第二の溶融挟持部９を有し、第一の溶融挟持部８ならびに第二の溶融挟持部９に記録媒体５挿通して未定着トナーを記録媒体５に定着させる定着装置において、セカンドバックアップローラ４の表面速度と記録媒体搬送速度の速度差を、第一の溶融挟持部８と第二の溶融挟持部９の間における記録媒体５の浮きの発生限界に設定することを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、プリンタ、電子写真複写機、ファクシミリ等の電子写真方式を用いた電子写真装置に係り、特に記録媒体上の未定着トナーを定着させるローラ型の定着装置に関する。

電子写真方式を用いた記録装置においては、記録媒体の表面にトナーと呼ばれる粉末を画像として顕像化させ、その未定着トナーを加熱することにより溶融させ記録媒体に定着させる。従来、記録媒体上に未定着トナーを定着する装置としては、ローラ内部に配置されたハロゲンヒーターにて加熱した加熱ローラ（以下、ＨＲと略記する）にバックアップローラ（以下、BRと略記する）を押圧してなる溶融挟持部（以下、ＮＩＰ部と略記する）を形成し、その間に未定着トナーを担持した記録媒体を通過させることにより加熱及び加圧して定着する方法が用いられる。

この定着工程において高い定着強度を得るために、特に高速領域においてBRを押し付ける力とその挟持時間の確保が必要である。高速領域において高い定着強度を得る一手段として例えば特許第３４６９６７６号公報に記載されているように、バックアップローラの回転方向下流にセカンドバックアップローラ（以下、セカンドＢＲと略記する）を押圧してなる第二のＮＩＰ部を持たせる方式がある。

しかし、セカンドＢＲを押し付ける力を高くすると第一、第二のＮＩＰ部間でＨＲからの記録媒体の浮きが発生するため、十分な熱量供給ができず定着強度が落ちる。また、第一のＮＩＰ部でＨＲに付着したトナーをオフセットトナーと呼ぶが、このオフセットトナーが記録媒体に再転移することによって画像ぶれが発生するという問題があった。そこで、セカンドＢＲの表面において記録媒体と滑りがあるように押圧力を設定し、セカンドＢＲの表面速度が記録媒体の搬送速度より速くなるようにセカンドＢＲを駆動させることで第一、第二のＮＩＰ部間でＨＲからの記録媒体の浮きが発生しないという方式が特許第3469676号公報に記載されている。

また、複数の圧着ローラを設けた構成は、特開昭63-274968号公報にも記載されている。

特許第３４６９６７６号公報特開昭６３−２７４９６８号公報

しかし、セカンドＢＲ表面と記録媒体表面との間に絶えず滑りが発生する構成ではセカンドＢＲ表面と記録媒体表面との間で絶えず磨耗する。従来、第一、第二のＮＩＰ部間でのＨＲからの記録媒体の浮きがないようセカンドＢＲの駆動速度を設定するのみで、セカンドＢＲ表面と記録媒体表面の滑りによる磨耗については考えておらず、セカンドＢＲの寿命が短いという問題があった。また、封筒（カット紙）用の低速機を想定しているため、定着器の押し付け力が低く、十分な定着強度が得られなかった。

本発明の目的は、第一、第二のＮＩＰ部間でＨＲからの記録媒体の浮きが発生せず、かつセカンドＢＲの長寿命化が図れる定着装置を提供することにある。

前記目的を達成するため本発明の第１の手段は、加熱ローラにバックアップローラを押圧して形成される第一の溶融挟持部と、前記バックアップローラの加熱ローラ回転方向下流に設置されたセカンドバックアップローラを前記加熱ローラに押圧して形成される第二の溶融挟持部とを有し、
前記第一の溶融挟持部ならびに第二の溶融挟持部に記録媒体を順次挿通して未定着トナーを前記記録媒体に定着させる定着装置において、
前記セカンドバックアップローラの表面速度と前記記録媒体搬送速度の速度差を、前記第一の溶融挟持部と第二の溶融挟持部の間における前記記録媒体の浮きの発生限界に設定することを特徴とするものである。

本発明の第２の手段は、加熱ローラにバックアップローラを押圧して形成される第一の溶融挟持部と、前記バックアップローラの加熱ローラ回転方向下流に設置されたセカンドバックアップローラを前記加熱ローラに押圧して形成される第二の溶融挟持部とを有し、
前記第一の溶融挟持部ならびに第二の溶融挟持部に記録媒体を順次挿通して未定着トナーを前記記録媒体に定着させる定着装置において、
前記セカンドバックアップローラの表面速度と前記記録媒体搬送速度の速度差を、前記第一の溶融挟持部と第二の溶融挟持部の間における前記記録媒体の浮きの発生限界範囲に設定することを特徴とするものである。

本発明の第３の手段は前記第１または第２の手段において、前記セカンドバックアップローラの表面速度をV_2BR、前記第一の溶融挟持部に前記記録媒体が突入する搬送速度をV_P1としたとき、前記V_2BRと前記V_P1を測定する手段を有し、前記V_2BR、V_P1において
ΔV＝V_2BR− V_P1
とし、前記第一の溶融挟持部と前記第二の溶融挟持部の間における前記加熱ローラから前記記録媒体の浮きが発生する直前の前記V_2BRと前記V_P1の速度差をvとすると、
ΔV≧v
を満たす範囲で前記ΔVが前記vに近づくよう前記セカンドバックアップローラを駆動することを特徴とするものである。

本発明の第４の手段は前記第３の手段において、前記V_2BRと前記V_P1の測定によって前記ΔVを算出し、その算出したΔVが前記vに近づくよう前記セカンドバックアップローラの駆動速度を制御する速度制御手段を有することを特徴とするものである。

以上述べた本発明の定着装置では、セカンドBRを駆動させる構成において、第一、第二のＮＩＰ部間でHRから記録媒体の浮きが発生せず、かつセカンドＢＲ表面と記録媒体表面との磨耗を低減するようセカンドＢＲ駆動速度を制御することで、長寿命なセカンドBRを実現することができる。

前述のようにセカンドＢＲの表面速度をV_2BR、第一のＮＩＰ部に突入する直前の記録媒体搬送速度をV_P1とし、
ΔV＝V_2BR− V_P1 ----------------------------------------------------------------------------------(1)
とする。図１はセカンドＢＲ表面と記録媒体表面との間に滑りがある条件でのΔVと浮きの量の関係を示した図である。横軸にΔV、縦軸に浮きの量を示し、浮きが発生する境界のΔVの値をvとする。つまり、
ΔV≧v ------------------------------------------------------------------------------------------------(2)
の範囲では浮きが発生せず、ΔVがvに近づくほどV_2BRとV_P1の速度差が小さくなり、セカンドＢＲ表面と記録媒体表面における磨耗が低減する。

本発明ではV_2BR、V_P1を検出する手段を有し、図１における浮き発生の境界vに関して前記（2）式を満たし、かつΔVが限りなくvに近づくようV_2BR、V_P1の検出結果に基づいてセカンドBR駆動速度を制御することにより、第一、第二のＮＩＰ部間におけるHRから記録媒体の浮きを発生させず、かつセカンドBRの磨耗を低減させることができる。

以下、本発明の一実施例を図１、図２、図３を用いて説明する。

図１はセカンドバックアップローラ表面と記録媒体表面との間に滑りがある条件でのΔVと浮きの量の関係を示した図である。横軸にΔV、縦軸に浮きの量を示し、浮きが発生する境界のVの値をvとする。浮きの境界vに関してΔVがvより小さい範囲１０１では浮きが発生し、ΔVがv以上の範囲１０２では浮きの量が0であり、つまり浮きが発生しないことを示している。エラーバー１０３は浮き発生限界が用紙搬送速度の変化によって変動する範囲を示している。

図２は、本実施例に係る定着装置の断面側面図である。１は加熱ローラ（ＨＲ）、２はヒータ、３はバックアップローラ（ＢＲ）、４はセカンドバックアップローラ（セカンドＢＲ）、5は記録媒体、６は未定着トナー、７は定着されたトナー、８は第一の溶融挟持部（第一のＮＩＰ部）、９は第二の溶融挟持部（第二のＮＩＰ部）、１０は後方接触部、１１は第一のＮＩＰ部に突入する直前の記録媒体５の表面速度を測定する表面速度測定用レーザドップラ速度計（LDV）、１２はセカンドＢＲ４の回転角速度を測定するエンコーダ、V_HRはＨＲ１の表面速度、V_2BRはセカンドＢＲ４の表面速度、V_P1はLDV１０により測定される第一のNIP部に突入する直前の記録媒体搬送速度である。

図３は、図１のvで示す浮きの境界を測定するためにレーザ変位計１３を取り付けた定着装置の断面側面図である。

ハロゲンランプからなるヒータ２によって加熱されたＨＲ１にＢＲ３が圧接されることにより、第一のNIP部８が形成される。また、セカンドＢＲ４がＨＲ１に圧接されることにより第二のNIP部９が形成される。記録媒体５は連続紙であり、上面には未定着トナー画像が形成されている。HR1とセカンドＢＲ４は駆動ローラであり、記録媒体5はＨＲ１とセカンドＢＲ４の駆動により搬送方向に張力を付与される。記録媒体５は第一のＮＩＰ部８を挿通した後、後方接触部１０を経由して、第二のNIP部９を挿通し、未定着トナーは記録媒体５に定着される。これを図２では定着されたトナー７で示す。

次に、後方接触部１０でのHR1からの記録媒体５の浮きと、セカンドＢＲ４の表面と記録媒体５の表面の磨耗について説明する。ここで、セカンドＢＲ４の表面と記録媒体５の表面には滑りが発生する。セカンドＢＲ４の表面速度V_2BRと第一のNIP部８に突入する直前の記録媒体搬送速度V_P1に関して、
ΔV＝V_2BR−V_P1 ---------------------------------------------------------------------------------(1)
とすると、図１における浮きの境界vに関して、
ΔV≧v ---------------------------------------------------------------------------------------------(2)
を満たす範囲では浮きが発生しない。エンコーダ１２によるセカンドＢＲ４の回転角速度をV_2BRθとすると、（２）を満たしかつΔVをvに近づけるようV_2BRθとV_P1の検出結果に基づき、
V_2BR=2πV_2BRθ -----------------------------------------------------------------------------------(3)
としてセカンドＢＲ４の駆動速度を制御してV_2BRとV_P1の速度差を小さくさせることによりセカンドＢＲ４の磨耗が低減される。

ここで、図１における浮きの境界vの設定について説明する。浮きの境界vは次のような実験により求めることができる。まず、浮きが発生しないようセカンドＢＲ４の駆動速度をＨＲ１駆動速度よりも表面速度で５%以上速く駆動させて記録媒体5を搬送させる状態からセカンドＢＲ４の駆動速度を例えば1[rpm]遅くして例えば10秒間搬送させ、浮きが発生しなければさらに１[rpm]遅くし、同様の実験を浮きを検知するまで繰り返す。浮きを検知したら、その直前のセカンドBR4の表面速度をV_2BR'とし、そのときの記録媒体搬送速度をV_P1'とすると、
v= V_2BR'−V_P1' ------------------------------------------------------------------------------------(4)
として浮きの境界vを求めることができる。浮きを検知するためにまず、図３におけるレーザ変位計13によりあらかじめＨＲ１の偏芯の成分を測定し、レーザ変位計１３からHR1までの距離で最短の距離をL_HRとする。レーザ変位計１３から記録媒体５までの距離をL_P、記録媒体５の厚さをＴとすると、セカンドＢＲ４の回転速度を徐々に遅くする上記実験で、
L_P+T＜L_HR ----------------------------------------------------------------------------------------(5)
となるときを浮きが発生したこととみなす。その直前のV_2BRθを浮きが発生する直前のセカンドBR4の回転角速度V_2BRθ'とし、
V_2BR'＝2πV_2BRθ' -------------------------------------------------------------------------------(6)
とすることで式（４）によりvを求めることができる。このvに関して、測定器の速度検出精度やＨＲ１の温度変化による速度変動、セカンドＢＲ４の偏芯成分による速度変動を考え、ΔVをvに近づける限界でのΔVとvの差をΔvとする。つまり、
ΔV=v＋Δv --------------------------------------------------------------------------------------(7)
で確実に記録媒体５の浮きがなく、最も磨耗を低減する。Δvは例えば、ＨＲ１がφ100[mm]、セカンドＢＲ４がφ６０[mm]で、ＨＲ１の温度帯が１８０[℃]〜２１０[℃]、６６[ips]で用紙搬送する構成では、LDV１１とエンコーダ１２の測定精度、ＨＲ１の温度変化による速度変動、セカンドＢＲ４の偏芯成分による速度変動を考慮すると最大で１．５%の誤差があるため、
Δv=0.015v --------------------------------------------------------------------------------------(8)
とした。つまり、図２においてΔVが式（７）を満たすようにセカンドＢＲ４の駆動速度を設定することにより、セカンドＢＲ４表面と記録媒体５表面の速度差が最小となり、磨耗を最小にする。
実験条件としては、ＨＲ直径１００ｍｍ、ファーストＢＲ直径１００ｍｍ、セカンドＢＲφ６０ｍｍで、ＮＩＰの距離は５５ｍｍ（ＨＲの径で６０°程度）であった。実機でのＮＩＰ距離は３５ｍｍ（ＨＲの径で４０°程度）であるため、ＨＲにおいて４０°〜６０°に設定した。また、押し付け力はファーストＢＲを１８０ｋｇｆ、セカンドＢＲが３０ｋｇｆとした。

以上述べた本実施例によれば後方接触部１０におけるＨＲ１から記録媒体５の浮きが発生せず、かつセカンドＢＲ４と記録媒体５の速度差が最小となり磨耗を低減するので長寿命なセカンドＢＲを提供することができる。

以下、本発明のその他の実施例を図２、図４を用いて説明する。上記実施例１のようにセカンドＢＲ４の駆動速度を式（７）のように設定するのではなく、式（７）を満たすようセカンドＢＲ４の駆動速度を制御する。それ以外の部分については実施例1と同様である。

図４は本実施例の定着装置において記録媒体５の浮きを防止し、かつセカンドＢＲ４の磨耗を低減するための制御を示すフローチャートである。まず、ＨＲ１とセカンドＢＲ４を駆動し（S１）、用紙搬送を開始する（Ｓ２）。LDV１１とエンコーダ１２によりΔVを検知し（Ｓ３）、式（７）を満たしていなければ（Ｓ４のN）
ΔV＞v＋Δv -------------------------------------------------------------------------------------(9)
であるかを検知し、式（９）を満たしていなければ（Ｓ５のN）セカンドBR4の駆動速度を加速し（Ｓ６）、式（９）を満たせば（Ｓ５のY）セカンドＢＲ４を減速する（Ｓ７）。式（８）を満たせば（Ｓ４のY）記録媒体５の浮きが発生せず、かつ磨耗が最小となるためそのセカンドＢＲ４の駆動速度で駆動する（Ｓ８）。

以上述べた本実施例によれば、後方接触部10におけるHR1から記録媒体5の浮きの発生を防ぎ、かつセカンドＢＲ４と記録媒体５の速度差を最小となるようセカンドＢＲ４の駆動速度を制御するので、磨耗を低減し長寿命なセカンドＢＲを提供することができる。

連続紙の場合、用紙搬送方向上流側に補助ローラを設けることができない。下流側に補助ローラ（セカンドＢＲ）を設けて補助ローラが滑る条件でＨＲよりも早く駆動させることで浮きを防止している。また、ＨＲよりも早く駆動させることで押し付け力を上げることもできる。

また、第一のＮＩＰ部のニップ幅が十分でないとトナーが溶けずに画像ずれにつながるため、第一ＮＩＰの幅を広くし熱量を十分に与えることによって画像ずれがなくなるようにする。第一ＮＩＰを幅広にするためファーストＢＲ（主圧着ローラ）の径をセカンドＢＲの径よりも大きくし、ヒートローラの径と同等とする。温度差が大きいほうが、大きな熱量投入が期待できるため、第一ＮＩＰを幅広に設定するためにファーストＢＲの径をセカンドＢＲの径よりも大きくした。

本発明の電子写真のローラ定着装置では、第一、第二のＮＩＰ部間でＨＲから記録媒体の浮きが発生せず、かつセカンドＢＲ表面と記録媒体表面との磨耗を低減するようセカンドＢＲを駆動させるので、従来より長寿命なセカンドＢＲを実現した定着装置を提供できる。

記録媒体の浮きの発生特性を示す図である。本発明の実施例に係る転写装置の断面側面図である。本発明の実施例に係る転写装置の断面側面図である。本発明の実施例に係る転写装置において記録媒体の浮きを防止し、かつセカンドBRの磨耗を低減するための制御を示すフローチャートである。

符号の説明

１…加熱ローラ、２…ヒータ、３…バックアップローラ、４…セカンドバックアップローラ、５…記録媒体、６…未定着トナー、７…定着されたトナー、８…第一の溶融挟持部、９…第二の溶融挟持部、１０…後方接触部、１１…表面速度計測用レーザドップラ速度計、１２…エンコーダ、１３…レーザ変位計。

Claims

加熱ローラにバックアップローラを押圧して形成される第一の溶融挟持部と、前記バックアップローラの加熱ローラ回転方向下流に設置されたセカンドバックアップローラを前記加熱ローラに押圧して形成される第二の溶融挟持部とを有し、
前記第一の溶融挟持部ならびに第二の溶融挟持部に記録媒体を順次挿通して未定着トナーを前記記録媒体に定着させる定着装置において、
前記セカンドバックアップローラの表面速度と前記記録媒体搬送速度の速度差を、前記第一の溶融挟持部と第二の溶融挟持部の間における前記記録媒体の浮きの発生限界に設定することを特徴とする定着装置。
加熱ローラにバックアップローラを押圧して形成される第一の溶融挟持部と、前記バックアップローラの加熱ローラ回転方向下流に設置されたセカンドバックアップローラを前記加熱ローラに押圧して形成される第二の溶融挟持部とを有し、
前記第一の溶融挟持部ならびに第二の溶融挟持部に記録媒体を順次挿通して未定着トナーを前記記録媒体に定着させる定着装置において、
前記セカンドバックアップローラの表面速度と前記記録媒体搬送速度の速度差を、前記第一の溶融挟持部と第二の溶融挟持部の間における前記記録媒体の浮きの発生限界範囲に設定することを特徴とする定着装置。
請求項１または２記載の定着装置において、前記セカンドバックアップローラの表面速度をV_2BR、前記第一の溶融挟持部に前記記録媒体が突入する搬送速度をV_P1としたとき、前記V_2BRと前記V_P1を測定する手段を有し、前記V_2BR、V_P1において
ΔV＝V_2BR− V_P1
とし、前記第一の溶融挟持部と前記第二の溶融挟持部の間における前記加熱ローラから前記記録媒体の浮きが発生する直前の前記V_2BRと前記V_P1の速度差をvとすると、
ΔV≧v
を満たす範囲で前記ΔVが前記vに近づくよう前記セカンドバックアップローラを駆動することを特徴とする定着装置。
請求項３記載の定着装置において、前記V_2BRと前記V_P1の測定によって前記ΔVを算出し、その算出したΔVが前記vに近づくよう前記セカンドバックアップローラの駆動速度を制御する速度制御手段を有することを特徴とする定着装置。