JP2011138172A - 画像加熱装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 加圧ベルト内面と駆動ローラ間の摩擦力を加圧ベルト外面と定着ローラ間の摩擦力よりも小さくし、定着ローラの周速よりも加圧ベルトの駆動ローラの周速の方が速くなるように駆動する。このような設定により、加圧ベルトが定着ローラとの摺動により従動回転することが可能になり画像ズレの発生を防止することができる。
【選択図】 図2
Description
ニップ部における加熱回転体の周速とニップ部におけるエンドレスベルトの周速とが等しくなるように、ベルトと駆動ローラ間の摩擦係数をμ1、加熱回転体とベルト間の摩擦係数をμ2、加圧パットとベルト間の摩擦係数μ3、画像加熱時における加熱回転体の周速をV1、画像加熱時における駆動ローラの周速をV2、駆動ローラの加熱回転体への加圧力をP1、加圧パットの加熱回転体への加圧力をP2とすると、
μ1<μ2
0.005<μ1<0.3
1<V2 /V1<1.2
μ1×(P1+P2)>(μ2×P2)−(μ3×P1)
の関係を有することを特徴とする。
まず図1を用いて、画像形成装置の全体構成について説明する。
図1に示す画像形成装置は、電子写真方式を採用した画像形成装置(いわゆるプリンタ)である。
この画像形成手段は以下に説明する機器を備えている。
図2は、画像加熱装置としての定着装置の概略構成図を示したものである。
上記定着装置Xは、図2に示すように、加熱回転体(定着回転体)としての定着ローラ10が駆動手段としての駆動モータや駆動ギア列により矢印A方向に回転可能に設けられている。定着ローラ10はアルミ等の金属からなる芯金111とその表層にシリコーンゴム等からなる弾性層112を有している。定着ローラの内部には加熱源としてのハロゲンヒータ113が配置されており、定着ローラはこのハロゲンヒータからの熱により加熱される。定着ローラ表面には温度検出素子としてのサーミスタ114が接触配置されている。制御装置は、このサーミスタ114による検出結果に応じてハロゲンヒータへの通電量を制御することにより定着ローラ表面が所定の定着温度を維持するようにしている。
インレットローラ21は加圧ベルトを加熱するためのハロゲンヒータが内蔵されている。
また、加圧パッド26の端部には金属ワイヤー26aが設けられている。金属ワイヤー26aは加圧パッド26と一体構成となっている。この金属ワイヤー26aにより定着ローラ12の弾性層112cは変形させられる。
この駆動機構は4つのギアと伝動ベルト15とテンションローラから主に構成されている。
第一伝達ギア12は定着ギア11に対向し噛合されるため定着ローラ10の駆動が伝達され、更に第二伝達ギア13と共に軸16に係合されている。
そのためには、上述したように、定着ローラを駆動する構成としながらも、加圧ベルトも別途駆動する構成とするのが好ましい。しかしながら、この構成とした場合、両者を全くの同一の速度で駆動することは、駆動機構の公差などにより困難である。
すなわち、
(分離ローラ22の周速度)>(加圧ベルト20内周面の周速度)
となるように周速度を設定している。
ところで上述のように、
(分離ローラ22の周速度)>(加圧ベルト20内周面の周速度)
とすると、次のような事態が考えられる。
(加圧ベルト20外面の周速度)>(定着ローラ10の周速度)
となり、加圧ベルト20と定着ローラ10とが滑り、これにより定着ローラ10とシート間も滑ることで画像ズレが発生してしまう。
よって、F1>F2
を満足するように構成するのが好ましい。
(定着ローラ10と加圧ベルト20外面との動摩擦係数)>(加圧ベルト20内面と分離ローラ22との動摩擦係数)
を満足するように構成するのが好ましい。
本例においては、分離ローラ22と加圧パッド26を加圧ベルト20に圧接させてニップを形成している。そのため、分離ローラ22との摺動摩擦力(分離ローラ10駆動力)F2と、加圧パッド26との摺動摩擦力(加圧パッド26ブレーキ力)F3が加圧ベルト22内面から発生される。ここで、加圧パッド26は固定支持されているため、次式を満たせば画像ずれの発生を防止できる。
F1>(F2−F3)
但し、図中に示すF1、F2、F3、V1、V2、V3、V4、P1、P2は以下に記すパラメータを表している。
F1:定着駆動力(=μ1×(P1+P2))F2:分離ローラ10駆動力(=μ2×P2)
F3:加圧パッド26ブレーキ力(=μ3×P1)V1:定着ローラ10周速度(=100[mm/s])
V2:分離ローラ22周速度(=103[mm/s])
P1:加圧パッド加圧力(=471〜510[N])
P2:分離ローラ加圧力(=412〜451[N])
μ1:定着ローラ10と加圧ベルト外面間の動摩擦係数
μ2:加圧ベルト20と分離ローラ22間の動摩擦係数
μ3:加圧ベルト20と摺動シート27間の動摩擦係数
(定着ローラ10と加圧ベルト20外面との動摩擦係数)>(加圧ベルト20内面と分離ローラ22との動摩擦係数)
であっても、
(定着ローラ10と加圧ベルト20外面との動摩擦係数)<(加圧ベルト20と摺動シート27間の摩擦係数)
であれば、加圧ベルト20は定着ローラ10に従動されずに滑ってしまう可能性がある。
図6に示すように、測定対象の一方の試料1(70[mm]×50[mm])をプレート50に取り付けて固定する。また、測定対象の他方の試料2である回転体51を固定する。この回転体51は、本例における定着ローラ10や分離ローラ22のことを示す。
そして、温度23℃、湿度50%RHに保持した室内環境下で、上記回転体51を矢印Xの方向に100[mm/s]で回転させ、そのときに得られるテンションゲージ53からの出力値Fを読み取って測定値とする。出力値Fは、測定開始直後はスティックスリップなどにより出力値が不安定になるため、出力値Fが安定したものを測定値として複数求め、それを平均化したものである。
F=μ×N(μは動摩擦係数、Nはおもりの荷重2.9[N]である)
本発明者等の実験の結果、
μ1=0.25μ2=0.1
μ3=0.14
となった。
よって、
μ1>μ2、μ1>μ3
の関係となる。さらに、
F1=μ1×(P1+P2)=230[N]F2=μ2×P2=43[N]
F3=μ3×P1=65[N]
となるから、
F1>(F2−F3)
の関係となる。
また、周速比を1.2(20[%])よりも大きくすると、摩擦熱の影響でオイルローラに含まれているオイルが耐久前において枯渇してしまい、定着ローラ10と加圧ベルト20との間にすべりが発生してしまった。このときの分離ローラ22と加圧ベルト20内周面との摩擦係数μ2は0.3であった。
よって、下記3式を満足するように構成するのが好ましい。
1<分離ローラ22周速度/定着ローラ10周速度<1.2 ・・・(1)
分離ローラ22と加圧ベルト20内周面との摩擦係数μ2の範囲は
0.005<μ2<0.3 ・・・(2)
加圧ベルト20と摺動シート27間の動摩擦係数μ3は
μ3>0.14 ・・・(3)
図7は、非通紙時の定着装置の状態を示した図であり、加圧ベルト20と加圧パッド26定着ローラ10に圧接されずに、定着ローラ10から離間されている。
すなわち、
F4:インレットローラ21と加圧ベルト20間の摩擦力
F5:ステアリングローラ23と加圧ベルト20間の摩擦力
としたとき、
F3>(F4+F5)
を満足するのが好ましい。
その結果、加圧ベルト20は分離ローラ22周速度に従動されるため、
(加圧ベルト20内面の周速度)≒(分離ローラ22周速度)
となる。
本例では実施例1の定着ローラの代わりに定着ベルトにした点が変更点であるが、本例の構成は実施例1と同様に本発明を適用することが可能である。
つまり、定着ベルトと加圧ベルトをそれぞれ駆動する構成としながらも、加圧ベルトを定着ベルトとの摺動により従動回転させる構成とされている。なお、その他の構成は実施例1と同様である。以下、具体的に説明する。
定着ベルト320は内径が40mmで、厚みが75μmのポリイミドを基層とし、基層の外周には弾性層が300μmの厚みで設けられている。弾性層の材料としては、公知の弾性材料を使用することができ、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム等を用いることができる。
加熱ローラ322は、外径が20mmで、内径が18mmである厚さ1mmの鉄製の中空ローラであり、内部に加熱手段としてのハロゲンヒータ322aを配置している。また、加熱ローラ322はテンションローラとしての機能も有している。
シリコーンゴムの硬度はJIS−A15度、熱伝導率は0.8W/mKである。シリコーンゴム層によって、内部への熱伝導も少なくなるためウォーミングアップタイムの短縮にも効果がある。
本定着装置のニップ部を形成する各部材に対して個別に測定して得られた、各部材間に働く力を表2に示す。
定着摺動抵抗F2は、定着ベルト320〜定着パッド324間に働く動摩擦力である。
加圧駆動力F3は、シリコーンオイルを塗布した状態における加圧ローラ326〜加圧ベルト321間に働く動摩擦力である。
加圧摺動抵抗F4は、シリコーンオイルを塗布した状態における加圧ベルト321〜加圧パッド327間に働く動摩擦力である。
ベルト間摩擦力F5は、ベルト間にシート(紙)Sが介在している時の通紙領域外におけるベルト間の動摩擦力である。
定着〜紙摩擦力F6は、定着ベルト320〜トナーを載せた紙S間に働く最大静止摩擦力である。
加圧〜紙摩擦力F7は、加圧ベルト21〜紙S間に働く最大静止摩擦力である。
表2によると、加圧ベルト321内面に塗布するオイル量によって加圧ベルト21に働く力が変化していることがわかる。
そこで、定着ベルト320〜シートS間に働く力をF6’および加圧ベルト321〜シートS間に働く力をF7’とした。
定着ベルト320と紙Sが滑る条件は、F6<F7’である。
加圧ベルト321と紙Sが滑る条件は、F7<F6’である。
一方で、加圧ローラの周速が速すぎると加圧ベルト〜加圧ローラ間の摺擦により耐久性低下といった問題が発生することがわかっている。このため、加圧ローラの周速は定着ローラの周速に対して1.2倍以下に設定することが望ましい。
本実施例の基本構成は、加圧ベルトに潤滑用オイルを塗布する実施例2の構成の代わりに、加圧ベルト内面に低摩擦処理を施した点を除き、実施例2と同様である。なお、装置全体の構成については実施例1と同様である。
2 ベルトユニット
10、100 定着ローラ
11、201 定着ギア
12 第一伝達ギア
13 第二伝達ギア
14 分離駆動ギア
15、206 伝動ベルト、
16、205 軸
20、101 加圧ベルト
21 インレットローラ
22、34、103 分離ローラ
23 ステアリングローラ
24 加圧パッド部
25 加圧ベース
26、102 加圧パッド
27 摺動シート
28 オイル塗布ローラ
29、30、114 サーミスタ
111 芯金
112 弾性層
113 ヒーター
201 画像形成装置
202 感光体ドラム
203 帯電器
204 光学装置
205 光
206 現像器
207 転写ローラ
208 クリーニング装置
209 給送カセット
210 給送ローラ
211 レジストローラ対
212 排出ローラ対
213 排出トレイ
320 定着ベルト
321 加圧ベルト
322 加熱ローラ
322a ハロゲンヒータ
323 定着ローラ
324 定着パッド
325 テンションローラ
326 加圧ローラ
327 加圧パッド
Claims (6)
- 記録材上の画像をニップ部にて加熱する加熱回転体と、この加熱回転体を駆動する駆動手段と、加熱回転体との間でニップ部を形成するエンドレスベルトと、潤滑剤が塗布されたベルトの内面と接触して、ベルトを駆動する駆動ローラと、ベルトの回転方向において駆動ローラよりも上流側の位置に配置され、ベルトを介して加熱回転体を押圧する加圧パットと、を有する画像加熱装置において、
ニップ部における加熱回転体の周速とニップ部におけるエンドレスベルトの周速とが等しくなるように、
ベルトと駆動ローラ間の摩擦係数をμ1、加熱回転体とベルト間の摩擦係数をμ2、加圧パットとベルト間の摩擦係数μ3、画像加熱時における加熱回転体の周速をV1、画像加熱時における駆動ローラの周速をV2、駆動ローラの加熱回転体への加圧力をP1、加圧パットの加熱回転体への加圧力をP2とすると、
μ1<μ2
0.005<μ1<0.3
1<V2 /V1<1.2
μ1×(P1+P2)>(μ2×P2)−(μ3×P1)
の関係を有することを特徴とする画像加熱装置。 - 0.14<μ2
を満足することを特徴とする請求項1に記載の画像加熱装置。 - 前記加熱回転体と前記ベルトが離間した状態のとき、前記駆動ローラの周速は前記ベルトの内周速とほぼ等しく、前記ベルトの外周速は前記加熱回転体の周速よりも速いことを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の画像加熱装置。
- 前記ベルト内面に潤滑材を塗布する塗布手段を有することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の画像加熱装置。
- 前記加熱回転体はエンドレスの加熱ベルトを有し、前記駆動手段は前記駆動ローラに対向配置され前記加熱ベルトを駆動する駆動ローラを有することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の画像加熱装置。
- 前記μ2は前記加熱ベルトと前記ベルト間の摩擦係数、前記V1は前記加熱ベルトの駆動ローラの周速に対応することを特徴とする請求項5に記載の画像加熱装置。
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