JP4661516B2 - 定着装置および定着ベルトの劣化判定方法 - Google Patents
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また、他の目的は、ベルト部材の経時劣化に伴うコールドオフセットの発生を抑制することにある。
ここで、判断するステップでは、力率が所定の基準値を下回った場合に導電層にクラックが生じたものと判断することができる。
図1は、本実施の形態が適用される画像形成装置を示した概略構成図である。図1に示す画像形成装置は、一般にタンデム型と呼ばれる中間転写方式の画像形成装置であって、電子写真方式により各色成分のトナー像が形成される複数の画像形成ユニット1Y,1M,1C,1K、各画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kにより形成された各色成分トナー像を中間転写ベルト15に順次転写(一次転写)させる一次転写部10、中間転写ベルト15上に転写された重畳トナー画像を記録材である用紙Pに一括転写(二次転写)させる二次転写部20、二次転写された画像(未定着画像)を用紙P上に定着させる定着装置60を備えている。また、各装置(各部)の動作を制御する制御部40、画像形成装置に対する画像形成動作等の指示を受け付け、また、ユーザに対しメッセージ等を表示させるためのユーザインタフェース(UI)41、を有している。
一方、二次転写ロール22は、シャフトと、シャフトの周囲に固着された弾性層としてのスポンジ層とで構成されている。シャフトは鉄、SUS等の金属で構成された円柱棒である。スポンジ層はカーボンブラック等の導電剤を配合したNBRとSBRとEPDMとのブレンドゴムで形成され、体積抵抗率が107.5〜108.5Ωcmのスポンジ状の円筒ロールである。そして、二次転写ロール22は中間転写ベルト15を挟んでバックアップロール25に圧接配置され、さらに二次転写ロール22は接地されてバックアップロール25との間に二次転写バイアスが形成され、二次転写部20に搬送される用紙P上にトナー像を二次転写する。
一方、用紙Pへの転写が終了した後、中間転写ベルト15上に残った残留トナーは、中間転写ベルト15の回動に伴ってクリーニング部まで搬送され、クリーニングバックアップロール34およびベルトクリーナ35によって中間転写ベルト15上から除去される。
図2は本実施の形態の定着装置60の構成を示す概略正面図であり、図3は図2におけるX1−X1断面図である。図2および図3に示すように、本実施の形態の定着装置60は、無端状の周面を有する定着ベルト61、定着ベルト61の外周面に圧接して配設され、定着ベルト61の回動に従動して回転する加圧ロール62、定着ベルト61の内側にて定着ベルト61を介して加圧ロール62に圧接配置される押圧パッド63、押圧パッド63等を支持するパッド支持部材64、定着ベルト61の外周面形状に倣って形成されるとともに定着ベルト61とは所定の間隙を持って配設され、定着ベルト61を長手方向に亘って電磁誘導加熱する電磁誘導加熱部材65、定着ベルト61の両端部に配設され、定着ベルト61の両端部の断面形状を円形に維持しつつ定着ベルト61を周方向に回転駆動するエンドキャップ部材66、定着ベルト61の内側にて定着ベルト61の内周面に沿って配設され、電磁誘導加熱部材65による定着ベルト61への加熱効率を高めるフェライト部材67、定着ベルト61のライフを判断するのに用いられるセンサコイル71により主要部が構成されている。なお、図2においては、後述する温度均一化ロール72の記載を省略している。また、定着後の用紙Pを定着ベルト61から完全に分離するための補助手段として、定着ベルト61の定着ニップ部Nの下流側に、剥離補助部材75を配設することも可能である。
弾性層61dは、厚さが10〜500μm、好ましくは50〜300μmであって、耐熱性、熱伝導性に優れたシリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム等が用いられる。本実施の形態では、ゴム硬度15°(JIS−A:JIS−K A型試験機)、厚さ200μmのシリコーンゴムを使用している。
また、弾性層61dのゴム硬度としては、高すぎると用紙Pやトナー像の凹凸に追従しきれず定着画像に光沢ムラが発生し易い。そこで、弾性層61dのゴム硬度としては50゜(JIS−A:JIS−K A型試験機)以下、より好ましくは35゜以下が適している。
さらに、弾性層61dの熱伝導率λに関しては、λ=6×10−4〜2×10−3[cal/cm・sec・deg ]が適している。熱伝導率λが6×10−4[cal/cm・sec・deg ]よりも小さい場合には熱抵抗が大きく、定着ベルト61の表層(表面離型層61e)における温度上昇が遅くなる。一方、熱伝導率λが2×10−3[cal/cm・sec・deg ]よりも大きい場合には、硬度が過度に高くなったり、圧縮永久歪みが悪化したりする。そのため、熱伝導率λは6×10−4〜2×10−3[cal/cm・sec・deg ]、より好ましくは8×10−4〜1.5×10−3[cal/cm・sec・deg ]に設定するのが好ましい。
また、表面離型層61eの厚さは、5〜50μmが好ましい。表面離型層61eの厚さが5μmよりも小さい場合には、塗膜時に塗りムラが生じて離型性の悪い領域が形成されたり、耐久性が不足したりするといった問題が発生するからである。また、表面離型層61eが50μmを超える場合には、熱伝導が悪化するという問題が発生し、特に樹脂系の材質で形成された表面離型層61eでは硬度が高くなりすぎ、弾性層61dが有する機能を低下させるからである。なお、本実施の形態では、厚さ30μmのPFAを使用している。
通紙域A1における押圧パッド63の断面形状は、図5(b)に示すように相対する加圧ロール62と同じ方向でかつ概略等しい半径の円弧であり、定着ニップ入口側に相当する部分よりも出口側に相当する部分の弾性層厚さが厚くなっている。一方、非通紙域A2における押圧パッド63の断面形状は、図5(c)に示すように定着ベルト61の形状に倣う円弧形状を有している。
さらに、パッド支持部材64には、高透磁率の材質(例えば、フェライトやパーマロイ等)から構成され、電磁誘導加熱部材65による加熱効率を高めるためのフェライト部材67や、定着ベルト61の温度を検知する図示しない温度検知センサが固定されている。
そして、両端部にエンドキャップ部材66が装着された定着ベルト61を用いる本実施の形態の定着装置60においては、図2に示すように、駆動モータ80からの回転駆動力が伝達ギヤ81,82を介してシャフト83に伝達され、シャフト83に結合された伝達ギヤ84,85からエンドキャップ部材66の両端部のギヤ部に伝達される。それによって、エンドキャップ部材66から定着ベルト61に回転駆動力が伝わり、エンドキャップ部材66と定着ベルト61とが一体となって回転駆動される。その際には、定着ベルト61の回転軸がパッド支持部材64の軸部64aの中心軸と一致しているため、定着ベルト61は軸部64aの中心軸周りに滑らかな回転動作を行う。なお、本実施の形態では、駆動モータ80、伝達ギヤ81,82、シャフト83、伝達ギヤ84,85、およびエンドキャップ部材66により駆動部材が構成されている。
なお、図2は、通紙域A1に対応する定着装置60の断面図を、また、図7は非通紙域A2に対応する定着装置60の断面図を、それぞれ示しているということができる。
なお、その際には、定着ベルト61の温度は、図示しない温度検知センサでの計測値に基づいて、画像形成装置の制御部40が励磁コイル65bに供給する電力量または高周波電流の供給時間等を制御することにより、所定の温度に維持されている。
図1に示す画像形成装置において、画像形成開始の信号が入力されると、定着装置60では、駆動モータ80が駆動されることによりエンドキャップ部材66に駆動力が伝わり、定着ベルト61は回転動作を開始する。ほぼ同時に、励磁回路65dを介して励磁コイル65bに高周波電流が流れ、定着ベルト61の導電性層61bに渦電流が流れて加熱が始まり、定着ベルト61が所定の温度まで加熱されると未定着トナー像を載せた用紙Pが定着ニップ部Nに突入し、熱と圧力により定着される。
このとき、定着ベルト61は、通紙域A1においては図3に示すように、定着ニップ出口部において押圧パッド63がニップ出口側に倒れることにより大きく変形し、用紙Pの定着ベルト61からの剥離が容易になるような構成となっている。また、定着ベルト61の両端部には定着ベルト61の内部に定着ベルト61に駆動を伝えるためのエンドキャップ部材66が嵌合されている。その結果、定着ベルト61は、図7に示すように両端部においては円形形状を保っている。
ボビン71aは、φ10mmで長さ5mmの耐熱性樹脂で構成されている。また、導線71bは、ポリイミドで絶縁被覆が施されたφ1.6mmの銅線からなり、ボビン71aに単層で30ターン巻き回されている。そして、本実施の形態では、定着ベルト61の端部から20mm内側の位置にセンサコイル71を取り付けるとともに、定着ベルト61の表面とセンサコイル71との距離を1mmに設定している。なお、本実施の形態では、ボビン71aの中空状の開口が、定着ベルト61と対向するようにセンサコイル71が配設される。なお、本実施の形態では、円筒形状のボビン71aに導線71bを巻き回すことで、導線71bを螺旋状に形成しているが、これに限られるものではなく、例えば角形のコイルを構成するようにしてもよい。
図10から明らかなように、イニシャル状態では、端部からの距離とは無関係に力率は0.16である。そして、定着ベルト61の端部5mmの位置では、定着動作(通紙)を開始してすぐにクラックが入り始め、力率が低下し始める。また、端部10mmの位置では100kpv(10万枚)を過ぎたあたりから力率が低下し始め、端部15mmの位置では250kpvを過ぎたあたりから力率が低下し始めている。さらに、端部20mmの位置では325kpvから力率が低下している。すなわち、上述した理由により定着ベルト61にかかる歪みが最も大きいベルト端部で発生したクラックは非通紙域A2から徐々に軸方向の通紙域A1に向けて成長してくるのである。このクラックが発生する枚数は、定着装置60の使われ方や、定着ベルト61や押圧パッド63などの製造時のバラツキにより異なってくる。
では、図12に示すフローチャートを参照しつつ、定着ベルト61のライフ検知について説明する。
画像形成動作の開始に伴って定着動作が開始されると(ステップ101)、制御部40は、高周波電源91によるセンサコイル71への高周波電流の供給を開始する(ステップ102)。また、センサコイル71に高周波電流が供給されるのに伴い、センサコイル71に供給される電力の力率が力率測定部92によって計測され(ステップ103)、計測された力率が制御部40に出力される。次に、制御部40は、力率測定部92によって計測された力率が予め決められた許容値以上であるかを判断する(ステップ104)。ここで、力率が許容値以上であると判断した場合には、ステップ103に戻って定着動作を続行する。一方、ステップ104において、力率が許容値を下回っていると判断した場合には、定着装置60における定着動作を含む画像形成動作全体を停止し(ステップ105)、UI41に定着ベルト61の交換を促すメッセージを表示させる(ステップ106)。なお、制御部40では、センサコイル71に供給される電力の力率の許容値(本例では、例えば0.13が用いられる)を、図示しないROM等に格納している。
また、本実施の形態では、力率が許容値を下回った時点で画像形成動作および定着動作を直ちに停止させるようにしていたが、これに限られるものではなく、例えば力率が第一の許容値を下回った時点でUI41に例えば「まもなく交換時期です」というメッセージを表示させ、その後力率が第二の許容値を下回った時点で画像形成動作及び定着動作を緊急停止させるようにしてもよい。なおここで、第二の許容値は本実施の形態における許容値と同じ値(例えば0.13)に設定することができ、また、第一の許容値は第二の許容値よりもわずかに大きい値(例えば0.14)に設定することができる。
Claims (6)
- 記録材上に形成された未定着画像を定着する定着装置であって、
導電性層を有し回動可能に配設される無端状のベルト部材と、
前記ベルト部材の外周面に圧接配置される加圧部材と、
前記導電性層を介して前記ベルト部材を誘導加熱する誘導加熱手段と、
前記誘導加熱手段による誘導加熱に対する前記導電性層の性能低下を検知する検知手段と
を含み、
前記検知手段は、
最大サイズの記録材の通紙域よりも外側で前記ベルト部材に対向配置されるセンサコイルと、
前記センサコイルに高周波電流を供給する電源と、
前記電源により前記センサコイルに前記高周波電流を流したときの電力の力率を測定する力率測定部と
を有することを特徴とする定着装置。 - 前記検知手段によって前記導電性層の性能低下が検知されたときに、前記ベルト部材及び前記加圧部材を用いた定着動作を停止させる制御手段をさらに含むことを特徴とする請求項1記載の定着装置。
- 金属層を有し回動可能に配設される定着ベルトと、
前記定着ベルトの外周面に圧接することで、当該定着ベルトとの間に未定着画像を担持した記録材を挿通するための定着ニップ部を形成するニップ形成部材と、
前記定着ベルトの内側から前記ニップ形成部材に向けて当該定着ベルトを押圧し、前記定着ニップ部における当該定着ベルトの形状を変形させる押圧パッドと、
前記定着ベルトの軸方向端部側であって当該定着ベルトを用いて定着可能な最大サイズの記録材の通紙域内の温度分布に影響を及ぼす部位の前記金属層におけるクラックの発生を検知するクラック検知部と
を含む定着装置。 - 前記定着ベルトの軸方向両端部に嵌合し、当該定着ベルトを駆動するエンドキャップ部材をさらに含み、
前記押圧パッドは、前記記録材が通過する軸方向中央部と当該記録材が通過しない軸方向両端部とで前記定着ベルトに当接する部位の形状が異なることを特徴とする請求項3記載の定着装置。 - トナー像を形成するトナー像形成部と、
前記トナー像形成部によって形成されたトナー像を記録材に転写する転写部と、
前記転写部によって前記記録材上に転写されたトナー像を定着する定着部とを備え、
前記定着部は、
導電性層を有し回動可能に配設される無端状のベルト部材と、
前記ベルト部材の外周面に圧接配置される加圧部材と、
前記導電性層を介して前記ベルト部材を誘導加熱する誘導加熱手段と、
前記誘導加熱手段による誘導加熱に対する前記導電性層の性能低下を検知する検知手段と
を含み、
前記検知手段は、
最大サイズの記録材の通紙域よりも外側で前記ベルト部材に対向配置されるセンサコイルと、
前記センサコイルに高周波電流を供給する電源と、
前記電源により前記センサコイルに前記高周波電流を流したときの電力の力率を測定する力率測定部と
を有することを特徴とする画像形成装置。 - トナー像を形成するトナー像形成部と、
前記トナー像形成部によって形成されたトナー像を記録材に転写する転写部と、
前記転写部によって前記記録材上に転写されたトナー像を定着する定着部とを備え、
前記定着部は、
金属層を有し回動可能に配設される定着ベルトと、
前記定着ベルトの外周面に圧接することで、当該定着ベルトとの間に未定着画像を担持した記録材を挿通するための定着ニップ部を形成するニップ形成部材と、
前記定着ベルトの内側から前記ニップ形成部材に向けて当該定着ベルトを押圧し、前記定着ニップ部における当該定着ベルトの形状を変形させる押圧パッドと、
前記定着ベルトの軸方向端部側であって前記定着部で定着可能な最大サイズの記録材の通紙域内の温度分布に影響を及ぼす部位の前記金属層におけるクラックの発生を検知するクラック検知部と
を含むことを特徴とする画像形成装置。
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