JP2017040801A - 定着装置、画像形成装置、及び画像形成システム - Google Patents

Abstract

【課題】加熱部９３と、加熱部９３により加熱される無端状の定着ベルト９１と、定着ベルト９１の内周面を摺動可能に支持するベルト支持部９４と、ベルト支持部９４における定着ベルト９１との摺動面９４５に対して該定着ベルト９１を挟んで押圧されることでニップ部Ｎを形成する加圧ローラー９２とを備え、ベルト支持部９４における定着ベルト９１との摺動面９４５には所定潤滑剤が塗布されている定着装置において、回転中の定着ベルト９１とベルト支持部９４との摩擦熱により定着ベルト９１が破損するのを防止する。
【解決手段】ベルト支持部９４は、摺動面９４５を形成する固定潤滑剤からなる摺動層９４４と、該摺動層９４４におけるニップ部Ｎ側とは反対側に設けられた断熱層９４３とを有している
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に搭載される定着装置、該定着装置を備えた画像形成装置、及び該画像形成装置を含む画像形成システムに関する。

従来より、電子写真方式の画像形成装置に搭載される定着装置として、加熱部により加熱された無端状の定着ベルトに加圧ローラーを圧接させ、加圧ローラーの回転駆動により定着ベルトを回転させて定着ベルトと加圧ローラーとの間に用紙を通過させることで当該用紙にトナー像を熱定着させるようにした定着装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

定着ベルトの径方向内側には、該定着ベルトの内周面を摺動可能に支持するベルト支持部が設けられている。加圧ローラーは、ベルト支持部における定着ベルトとの摺動面に対向して配置されている。加圧ローラーは、上記ベルト支持部の摺動面との間に定着ベルトを挟み込んで該定着ベルトとの間に定着ニップを形成している。定着ベルトの回転中心を挟んで定着ニップ側とは反対側には、定着ベルトを加熱する加熱部が設けられている。この加熱部は、例えばハロゲンランプやＩＨヒーター等により構成されている。

上記ベルト支持部における定着ベルトとの摺動面には、グリース等の所定潤滑剤が塗布されている。これにより、回転中の定着ベルトとベルト支持部との間に生じる摩擦抵抗を低減するようにしている。

特開２００３−２９５５５号公報

上述した従来の定着装置において、ベルト支持部における定着ベルトとの摺動面は、定着ベルトとの摩擦熱の影響を受けて高温になる。このため、該摺動面に塗布された所定潤滑剤が高温のために蒸発しての量が不足する場合がある。この結果、定着ベルトにおける上記摺動面付近の温度が一気に上昇し、定着ベルトの破損を招くという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、回転中の定着ベルトとベルト支持部との摩擦熱により定着ベルトが破損するのを防止することにある。

本発明に係る定着装置は、加熱部と、該加熱部により加熱される無端状の定着ベルトと、該定着ベルトの内周面を摺動可能に支持するベルト支持部と、該ベルト支持部における該定着ベルトとの摺動面に対して該定着ベルトを挟んで押圧されることでニップ部を形成する加圧ローラーとを備え、上記ベルト支持部における上記定着ベルトとの摺動面には所定潤滑剤が塗布されている。

上記ベルト支持部は、固定潤滑剤からなり上記摺動面を形成する摺動層と、該摺動層における上記ニップ部側とは反対側に設けられた断熱層とを有している。

本発明によれば、回転中の定着ベルトとベルト支持部との摩擦熱により定着ベルトが破損するのを防止することができる。

図１は、実施形態における画像形成装置を示す概略構成図である。 図２は、定着装置における加圧ローラーの軸心に対して垂直な面で切断した断面図である。 図３は、画像形成装置の制御系の一部を示すブロック図である。 図４は、コントローラーにおけるグリス不足検知制御、及び重送検知制御の一例を示すフローチャートである。 図５は、加圧ローラーを駆動するモーターの負荷トルクの時間変化を示すグラフである。 図６は、他の実施形態を示す図３相当図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

《実施形態》
図１は、本実施形態におけるレーザープリンター(画像形成装置の一例)１の概略構成を示す断面図である。レーザープリンター１は、図１に示すように、箱状のプリンタ本体２と、手差し給紙部６と、カセット給紙部７と、画像形成部８と、定着装置９と、排紙部１０とを備えている。そうして、レーザープリンター１は、プリンタ本体２内の搬送路Ｌに沿って用紙を搬送しながら、不図示の端末等から送信される画像データに基づいて用紙に画像を形成するように構成されている。

手差し給紙部６は、プリンタ本体２の１つの側部に開閉可能に設けられた手差しトレイ４と、プリンタ本体２の内部に回転可能に設けられた手差し用の給紙ローラー５とを有している。

カセット給紙部７は、プリンタ本体２の底部に設けられている。カセット給紙部７は、互いに重ねられた複数の用紙を収容する給紙カセット１１と、給紙カセット１１内の用紙を１枚ずつ取り出すピックアップローラー１２と、取り出された用紙を１枚ずつ分離して搬送路Ｌへと送り出すフィードローラー１３及びリタードローラー１４とを備えている。

画像形成部８は、プリンタ本体２内におけるカセット給紙部７の上方に設けられている。画像形成部８は、プリンタ本体２内に回転可能に設けられた像担持体である感光体ドラム１６と、感光体ドラム１６の周囲に配置された帯電器１７と、現像部１８と、転写ローラー１９と、クリーニング部２０と、感光体ドラム１６の上方に配置された光走査装置であるレーザースキャニングユニット（ＬＳＵ）３０とを備えている。そうして、画像形成部８は、手差し給紙部６又はカセット給紙部７から供給された用紙に画像を形成するようになっている。

尚、搬送路Ｌには、送り出された用紙を、一時的に待機させた後に所定のタイミングで画像形成部８に供給する一対のレジストローラー１５が設けられている。

定着装置９は、画像形成部８の側方に配置されている。定着装置９は、互いに圧接されて回転する定着ベルト９１及び加圧ローラー９２を備えている。そうして、定着装置９は、画像形成部８で用紙に転写されたトナー像を当該用紙に定着させるように構成されている。

排紙部１０は、定着装置９の上方に設けられている。排紙部１０は、排紙トレイ３と、排紙トレイ３へ用紙を搬送するための排紙ローラー対２４と、排紙ローラー対２４へ用紙を案内する複数の搬送ガイドリブ２５とを備えている。排紙トレイ３は、プリンタ本体２の上部に凹状に形成されている。

レーザープリンター１が画像データを受信すると、画像形成部８において、感光体ドラム１６が回転駆動されると共に、帯電器１７が感光体ドラム１６の表面を帯電させる。

そして、画像データに基づいて、レーザー光がレーザースキャニングユニット３０から感光体ドラム１６へ出射される。感光体ドラム１６の表面には、レーザー光が照射されることによって静電潜像が形成される。感光体ドラム１６上に形成された静電潜像は、現像部１８にて帯電されたトナーにより現像されることで、トナー像として可視化される。

その後、用紙は、転写ローラー１９と感光体ドラム１６との間を通過する。この通過の際、転写ローラーにはトナーと逆極性の転写バイアスが印加される。これにより、感光体ドラム１６上のトナー像が用紙に転写される。トナー像が転写された用紙は、定着装置９において定着ベルト９１と加圧ローラー９２とにより加熱及び加圧される。その結果、トナー像が用紙に定着する。感光体ドラム１６から用紙にトナー像を転写した後、感光体ドラム１６の表面に付着している残留トナーは、クリーニング部２０により除去される。

次に図２を参照しながら定着装置９の詳細について説明する。定着装置９は、定着ベルト９１と加圧ローラー９２と加熱部９３とを有している。定着ベルト９１は可撓性を有する円筒状部材（無端状部材）からなる。加圧ローラー９２は、円筒状の芯金９２１と芯金９２１の外周面に形成された弾性層９２２と弾性層の外周面に形成された不図示の離型層とを有している。加圧ローラー９２は駆動モーター９６（図３にのみ示す）により回転駆動される。加圧ローラー９２の外周面は定着ベルト９１の外周面に当接しており、加圧ローラー９２が駆動モーター９６により回転駆動されることで、定着ベルト９１が加圧ローラー９２に従動して回転するようになっている。

定着ベルト９１は、誘導発熱層と弾性層と離型層（いずれも図示省略）とを内周側から外周側に向かって順に積層して形成されている。定着ベルト９１の径方向内側には、ベルト支持部９４及びガイド部９５が設けられている。ベルト支持部９４は、定着ベルト９１の内側空間の下端部に配置されている。ベルト支持部９４は、ステー９４１と支持本体部９４２とを有している。 ステー９４１は、下側に開放する断面コ字状の柱状体からなる。ステー９４１の両端部は定着装置９のケーシング壁面に固定されている。支持本体部９４２は、定着ベルト９１の軸方向に延びる直方体状部材であり、ステー９４１のコ字状凹部に嵌め込まれて固定されている。

支持本体部９４２の下面は、回転する定着ベルト９１の内周面と摺接する摺動面９４５とされている。摺動面９４５には、定着ベルト９１との摩擦を低減するためにゲル状のグリース（所定潤滑剤）が塗布されている。加圧ローラー９２は、上記摺動面９４５に対して定着ベルト９１を挟んで押圧されることで定着ベルト９１との間にニップ部Ｎを形成している。

支持本体部９４２は断熱層９４３および摺動層９４４を有している。断熱層９４３及び摺動層９４４は共に、セラミック又はセラミックを主成分とする材料で構成されている。摺動面９４５を形成する固定潤滑剤からなる摺動層９４４と、該摺動層９４４におけるニップ部Ｎ側とは反対側に設けられた断熱層９４３とを有している。断熱層９４３は、例えばケイ酸カルシウム等のセラミックにより層状されている。摺動層９４４は、六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ：hexagonal boron nitride）を含む膜によって形成されている。膜の形成方法としては、（１）六方晶窒化ホウ素をアルコール系溶媒に微分散させて焼結する方法、（２）ｈＢＮを使用した共析Ｎｉメッキ法、（３）セラミック又は粉末金属と六方晶窒化ホウ素とを焼結させる方法（４）六方晶窒化ホウ素を蒸着させる方法との４つの方法が挙げられる。これら４つの方法のうち上記（３）の方法は、断熱層９４３を構成するケイ酸カルシウムとの親和性及び接合強度を高めることができるので好ましい。

上記ガイド部９５は、定着ベルト９１の内側空間の上端部に配置されている。ガイド部９５は、定着ベルト９１の軸方向に延びる断面アーチ状の柱状部材からなる。ガイド部９５は、基材層９５１と基材層９５１の上面に形成されて定着ベルト９１の内周面に摺接する断熱層９５２とを有している。

上記加熱部９３は、定着ベルト９１の上端部（ニップ部Ｎ側とは反対側の端部）よりも上側（径方向外側）に設けられていて、コイル９３１と磁性体コア９３２とを有している。コイル９３１は、不図示の電源部に接続されている。コイル９３１は、定着ベルト９１の軸方向に沿ってリッツ線をループ状に複数回だけ巻き回して形成されている。磁性体コア９３２は、ＭｎＺｎ合金系等の高透磁率のフェライトからなり、コイル９３１全体を外側から覆うように形成されている。コイル９３１が電源部により通電されると、コイル９３１から発生した磁束が磁性体コア９３２を通過した後、定着ベルト９１の誘導発熱層を通過する。この結果、誘導発熱層に渦電流が生じることによりジュール熱が生じて定着ベルト９１が発熱する。定着ベルト９１が加熱部９３により加熱されてニップ部Ｎの温度が目標温度に達すると、ニップ部Ｎで挟持された用紙Ｐ上のトナー像が溶融して用紙Ｐに定着される。

図３に示すように、上記加圧ローラー９２の駆動モーター９６はコントローラー１００により制御される。コントローラー１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等を有するマイクロコンピューターからなる。コントローラー１００は、駆動モーター９６の駆動回転数を制御することでニップ部Ｎにおける用紙Ｐの搬送速度を制御する。また、コントローラー１００は、駆動モーター９６の駆動電流を検知して、検知した駆動電流を基に駆動モーター９６の負荷トルクを算出する。そして、コントローラー１００は、算出した負荷トルクを基に、摺動面９４５に塗布されたグリース量の不足異常及びニップ部Ｎにおける用紙Ｐの重送異常を検知する。グリースの不足異常検知では、ベルト支持部９４における定着ベルト９１との摺動面９４５に塗布されたグリースの量が予め設定した下限値を下回っていることを検知する。重送異常検知では、定着装置９のニップ部Ｎにおいて用紙Ｐが複数枚重なった状態で搬送される状態を検知する。コントローラー１００は、各異常を検知した場合には、レーザープリンター１の操作パネルに設けられた表示部１０１を通じて警報を行う。

図４のフローチャートを参照しながら、コントローラー１００における上記各異常検知制御の詳細を説明する。

最初のステップＳ１では、現時点で印刷ジョブを実行中であるか否かを判定し、この判定がＮＯである場合にはリターンする一方、ＹＥＳである場合にはステップＳ２に進む。

ステップＳ２では、駆動モーター９６の駆動電流を検知して、検知した駆動電流を基に駆動モーター９６の負荷トルクを算出する。

ステップＳ３では、ステップＳ２で算出した駆動モーター９６の負荷トルクが予め設定した第一所定トルクＮ１を越えるか否かを判定し、この判定がＮＯである場合にはリターンする一方、ＹＥＳである場合にはステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、ステップＳ２で算出した駆動モーター９６の負荷トルクが予め設定した第二所定トルクＮ２を越えるか否かを判定し、この判定がＮＯである場合にはステップＳ６に進む一方、ＹＥＳである場合にはステップＳ５に進む。第二所定トルクＮ２は、第一所定トルクＮ１よりも大きい。

ステップＳ５では、ニップ部Ｎにおいて用紙Ｐの重送が発生していると判断して、ユーザーに対して表示部１０１を通じて警報を行う。本実施形態では、一例として、「用紙Ｐの重送が発生しています。レーザープリンター１のカバーを開けて用紙Ｐを取り除いて下さい。」というメッセージを表示部１０１に表示させる。そうして、用紙Ｐの重送異常に関する警報を行った後にリターンする。

ステップＳ４の判定がＮＯである場合に進むステップＳ６では、ベルト支持部９４の摺動面９４５に塗布されたグリースの量が上記下限値を下回っていると判断して、ユーザーに対して表示部１０１を通じて警報を行う。本実施形態では、一例として、「定着装置内のグリースが不足しています。グリースを補給して下さい。」というメッセージを表示部１０１に表示させる。そうして、グリース不足に関する警報を行った後にリターンする。

ところで、例えば定着ベルト９１とベルト支持部９４の摺動面９４５との接触圧が用紙Ｐの重送等に起因して増加すると、摺動面９４５にて発生する摩擦熱が増大する。このように定着装置９のイレギュラーな作動状態によって、摺動面９４５の温度が上昇すると、摺動面９４５に塗布されたグリースが蒸発して上記下限値を下回る。グリースの量が下限値を下回ると、摺動面９４５における定着ベルト９１との摩擦抵抗が一気に増加し、これに伴い摺動面９４５の温度が一気に上昇する。この結果、定着ベルト９１が破損する虞がある。

これに対して本実施形態では、摺動面９４５を形成する摺動層９４４が固体潤滑剤である六方晶窒化ホウ素含有部材で構成されているので、摺動面９４５に塗布されているグリースの量が上記下限値を下回ったとしても、定着ベルト９１と摺動面９４５との摩擦抵抗の増加を極力、抑制することができる。したがって、定着ベルト９１が摺動面９４５との摩擦熱により破損するのを防止することができる。

ここで、摺動層９４４を構成する六方晶窒化ホウ素含有部材は、摩擦抵抗は小さいものの熱伝導性が高いという特性を有している。このため、定着ベルト９１のニップ部Ｎ付近の熱が摺動層９４４を介して支持本体部９４２及びステー９４１へと逃げてしまう虞がある。

これに対して本実施形態では、摺動層９４４と支持本体部９４２との間に断熱層９４３を設けるようにしたことで、定着ベルト９１のニップ部Ｎ付近の熱が逃げるのを防止し、延いては、定着温度が目標温度を下回るのを防止することができる。よって、定着温度の低下による画像不良の発生を防止することができる。

ところで、定着ベルト９１と摺動面９４５との摩擦抵抗が増加すると、加圧ローラー９２を駆動するための駆動モーター９６の負荷トルクが増加する。図５は、この負荷トルクの時間的変化を記録したグラフである。グラフ中のラインＬ１は本実施形態の定着装置９を使用した場合を示し、ラインＬ２は、摺動層９４４を有さない従来形態の定着装置９を使用した場合を示している。このグラフより、本実施形態では、グリースの量が下限値を下回る前後（時刻ｔの前後）で生じる負荷トルクの上昇幅が従来形態に比べて抑制されていることがわかる。この負荷トルクの上昇は、ニップ部Ｎにおいて用紙Ｐの重送が発生した場合にも生じる。従来形態の定着装置９では、この重送発生時におけるトルク上昇幅（図示省略）とグリース不足時のトルク上昇幅に大きな差がなかった。

これに対して、本実施形態の定着装置９では、上述のように摺動層９４４を固体潤滑部材で構成するようにしたことで、定着装置９におけるグリース不足時のトルク上昇幅が低く抑えられている。これにより、用紙Ｐの重送発生時とグリース不足時とで駆動モーター９６のトルク上昇幅に明確な差を持たせることができる。したがって、コントローラー１００において、駆動モーター９６の駆動電流を基に、用紙Ｐの重送異常とグリースの不足異常とを容易に検知することができる。具体的には、本実施形態では、コントローラー１００は、駆動モーター９６の負荷トルクが第一所定トルクＮ１を越えた場合には、グリースの不足異常が生じていると判断（検知）し、駆動モーター９６の負荷トルクが第二所定トルクＮ２を越えた場合には、用紙Ｐの重送異常が生じていると判断（検知）するようにしている。そして、コントローラー１００は、グリースの不足異常を検知した場合及び用紙Ｐの重送異常を検知した場合にはそれぞれ、表示部１０１に上記メッセージを表示することでユーザーに対して警報を行うようになっている（ステップＳ５，Ｓ６）。したがって、ユーザーは表示部１０１に表示されたメッセージを見て、各異常が生じてることを認識し、適切な措置をとることができる。

《他の実施形態》
上記実施形態では、コントローラー１００は、レーザープリンター１の操作パネルに設けられた表示部１０１を通じて警報を行うようになっているが、これに限ったものではなく、例えば図６に示すように、レーザープリンター１に接続された外部端末１０２に設けられていてもよい。

上記実施形態では、所定潤滑剤の一例としてゲル状潤滑剤であるグリースを挙げて説明したが、これに限ったものではなく、所定潤滑剤はオイル等の液状潤滑剤であってもよい。

以上説明したように、本発明は、電子写真方式の画像形成装置に搭載される定着装置、該定着装置を備えた画像形成装置、及び該画像形成装置を含む画像形成システムに有用である。

Ｎ ニップ部
Ｐ 用紙
１ レーザープリンター
９ 定着装置
９１ 定着ベルト
９２ 加圧ローラー
９３ 加熱部
９４ ベルト支持部
９４２ 支持本体部
９４３ 断熱層
９４４ 摺動層
９４５ 摺動面
９６ モーター
１００ コントローラー（制御部、警報部、トルク検知部）
１０１ 表示部
１０２ 外部端末
１０３ 表示部

Claims (4)

1. 加熱部と、該加熱部により加熱される無端状の定着ベルトと、該定着ベルトの内周面を摺動可能に支持するベルト支持部と、該ベルト支持部における該定着ベルトとの摺動面に対して該定着ベルトを挟んで押圧されることでニップ部を形成する加圧ローラーとを備え、上記ベルト支持部における上記定着ベルトとの摺動面には所定潤滑剤が塗布されている定着装置であって、
   上記ベルト支持部は、固定潤滑剤からなり上記摺動面を形成する摺動層と、該摺動層における上記ニップ部側とは反対側に設けられた断熱層とを有している定着装置。
2. 請求項１に記載の定着装置において、
   上記固体潤滑剤は六方晶窒化ホウ素含有部材である、定着装置。
3. 請求項１又は２に記載の定着装置において、
   上記加圧ローラーを駆動する駆動モーターと、
   上記駆動モーターの負荷トルクを検知するトルク検知部と、
   上記トルク検知部により検知された負荷トルクが第一所定トルクを越えた場合には、上記摺動面に塗布されている上記所定潤滑剤の量が予め設定した下限値を下回っていると判断し、そのことについて警報を行う警報部とを備えている、定着装置。
4. 請求項３に記載の定着装置において、
   上記警報部は、上記トルク検知部により検知された負荷トルクが第一所定トルクよりも大きい第二所定トルクを越える場合には、上記ニップ部において複数枚の用紙が重なって搬送される重送が生じていると判断し、そのことについて警報を行うように構成されている、定着装置。
   
   

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