JP4789683B2

JP4789683B2 - ベルト定着器

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Publication number: JP4789683B2
Application number: JP2006100218A
Authority: JP
Inventors: 敏行浜田; 晃洋近藤; 天榮木
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2026-03-31
Also published as: JP2007272104A

Description

本発明は、例えば、複写機又はレーザープリンタ等の画像形成装置に用いられる定着ベルト方式の定着器に関するものである。

一般的に、複写機、プリンタ等の画像形成装置に備えられた定着装置の定着方式は未定着トナー像を加熱及び加圧することにより転写紙上に定着させる方式である。近年では、このような熱加圧ローラ方式の定着装置以外に薄肉状（低熱容量式）の定着ベルトを使用する定着ベルト式の定着器が知られている。この定着ベルト定着器は、定着ローラ及び加熱ローラと、これら両ローラにより張架された無端状の定着ベルトと、この定着ベルトを介して定着ローラに対向して設けられた加圧ローラとを有している。

そして、ベルト定着器まで搬送される転写紙上の未定着トナー像は加熱及び定着ベルトを介して定着ローラ及び加圧ローラ間で形成されるニップ部により圧接され定着されることとなる。

このようなベルト定着器における小サイズ用紙の連続通紙時には、定着ベルトの非通紙域（端部）はその通紙域（中央部）に比べて温度が上昇し、定着不良や光沢ムラの原因となるという問題がある。

この問題に対処するため、特許文献１には、小サイズ用紙の連続通紙時における非通紙域（端部）の温度上昇を防止するために、加熱ローラの内部に、小サイズ用紙にほぼ対応する第１の配光分布を有する第１の熱源と、大サイズ用紙にほぼ対応する第２の配光分布を有する第２の熱源と、を設け、小サイズ用紙の定着時には第１及び第２の熱源を使用し、大サイズ用紙の定着時には第２の熱源を使用することが提案されている。
特開２００１−２０１９７８号公報（段落００１３、図４）

しかしながら、この特許文献１に提案されたベルト定着器によると、小サイズ用紙の連続通紙時は、定着ベルトの通紙領域（中央部）は加熱ローラ内部の両方の熱源（第１及び第２の熱源）により加熱されることになるため、ベルト回転方向において加熱ローラへの巻き付け部からニップ部に至る部分では、定着ベルトの通紙域（中央部）はその非通紙域（端部）に比べて温度が上昇し、ニップ部の上流部で定着ベルトに温度ムラが発生する。

そして、このような定着ベルトの温度ムラは、定着ローラへの巻き付け部を介して定着ベルトよりも熱容量の大きな定着ローラの弾性体に伝わり、定着ローラの中央部の弾性体の軟化を引き起こし、定着ベルトの走行性を不安定にするという問題がある。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、小サイズ用紙の連続通紙時又は連続通紙後の定着ベルトの温度ムラを低減させ、定着不良や光沢ムラを防止するとともに、ベルト走行性の安定化を図ることを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、対向して配置された一対の定着ローラ及び加圧ローラと、熱源を内蔵する加熱ローラと、前記定着ローラと前記加熱ローラとの間に掛け渡してなる無端ベルトからなる定着ベルトと、前記定着ベルトの内側にできる中空部に、前記定着ローラとともに従動回転して前記定着ローラ表面を加熱する熱源を内蔵する内部加熱ローラとを備え、前記定着ローラを回転駆動する駆動手段と、前記駆動手段によって前記定着ローラを回転駆動するとともに、前記加熱ローラによって前記定着ベルトを加熱することにより、前記定着ベルトと前記加圧ローラとのニップ部に定着トナー像を担持した用紙を通紙して加熱定着を行うベルト定着器において、加熱ローラ内部の熱源は、両端部が中央部より高くなる又は両端部、中央部ともほぼ同一となる配光分布を有し、内部加熱ローラ内部の熱源は、両端部が中央部より低くなる配光分布を有することを特徴とする。

そして、上記の構成のベルト定着器によって、小サイズ用紙の連続通紙中、前記駆動手段を動作させながら、定着ベルト中央部に設けたベルト温度検知手段の検知温度に基づいて加熱ローラ内部の熱源のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うとともに、定着ベルト最大通紙域外に設けたベルト温度検知手段の検知温度に基づいて加熱ローラ内部の熱源及び内部加熱ローラ内部の熱源を、熱源の交互切替えによるＯＮ／ＯＦＦ制御することを特徴とする。

これにより、小サイズ用紙の連続通紙中に最大通紙域外のベルト温度が中央部よりも上昇した場合でも、加熱ローラ内部の熱源と内部加熱ローラ内部の熱源とが交互にＯＮ／ＯＦＦ制御され、定着ベルトの温度ムラを軽減することができる。

或いは、上記の構成のベルト定着器によって、小サイズ用紙の連続通紙終了後、前記駆動手段を動作させながら、定着ベルト中央部に設けたベルト温度検知手段の検知温度に基づいて加熱ローラ内部の熱源のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うとともに、定着ベルト中央部に設けたベルト温度検知手段の検知温度に基づいて内部加熱ローラ内部の熱源のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことを特徴とする。

これにより、小サイズ用紙の連続通紙後の最大通紙域外のベルト温度が中央部よりも高くなっている場合でも、加熱ローラ内部の熱源と内部加熱ローラ内部の熱源がＯＮ／ＯＦＦ制御され、定着ベルトの温度ムラを速やかに解消することができる。

本発明によると、小サイズ用紙の連続通紙中又は連続通紙後のベルト定着器の温度ムラを低減させ、定着不良や光沢ムラを防止するとともに、ベルト走行性の安定化を図ることが可能となる。

本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るベルト定着器１の概略の構成を示す説明図である。ベルト定着器１は、不図示のカラー複写機に装備されるものである。不図示のカラー複写機は、原稿画像を読み取り部で読み取り、原稿画像に応じたトナー像を画像形成部で形成した上で用紙に転写し、用紙に転写されたトナー像を定着し、この用紙を排紙するという概略構成をとり、ベルト定着器１は、トナー像を定着する際に用いられる。

本実施形態に係るベルト定着器１は、定着ベルト２と、定着ローラ３と、加圧ローラ４と、加熱ローラ５と、内部加熱ローラ６（補助加熱ローラ）とを有している。そして、加熱ローラ５の中空内にはヒータランプ６ａ（熱源）が、内部加熱ローラ６の中空内にはヒータランプ６ａ（熱源）が配置されている。

定着ベルト２は、定着ローラ３及び加熱ローラ５に掛け回され、定着ローラ３によって矢印Ａ方向に駆動される。この定着ベルト２は４０μｍの厚さのニッケル薄板の無端ベルトであって、外周表面にシリコンゴム膜等のオフセット防止剤がコーティングされたものである。

定着ローラ３と、加圧ローラ４とは、対向して配置されるゴムローラであり、加圧ローラ４が定着ベルト２を介して定着ローラ３の中心方向に加圧されることによりニップ部Ｎを形成する。加熱ローラ５は定着ベルト２にテンションを与えるものであり、肉厚が軸方向で一定の円筒形をしたアルミ管でできている。そして、加熱ローラ５の中空内に配置されたヒータランプ５ａからの熱が、加熱ローラ５を介して定着ベルト２に伝わり、定着ベルト２が加熱される。

また、本実施形態に係るベルト定着器１は、無端状の定着ベルト２の内側にできる中空部に、定着ローラ３に圧接された内部加熱ローラ６を有し、内部加熱ローラ６は、定着ローラ３の非通紙領域に対応する位置で、不図示のギア構造によって定着ローラ３とかみ合わされ、定着ローラ３の回転に従動して回転する。そして、内部加熱ローラ６の中空内に配置されたヒータランプ６ａから、内部加熱ローラ６を介して定着ローラ３の表面に伝えられた熱が、定着ベルト２に伝えられることとなる。

つまり、内部加熱ローラ６と、ヒータランプ６ａとは、定着ローラ３の表面を加熱する加熱手段を構成している。

上記構成のベルト定着器１においては、トナー像形成後の用紙Ｐ（シート状媒体）は矢印Ｂ方向に搬送され、ニップ部Ｎにおいて、加熱加圧されることによって、トナー像Ｔが定着される。

図２は、温度検知手段や温度計の配置を説明するための定着ベルトのニップ部近傍を示す模式的な平面図である。

ベルト定着器１は、図１及び図２に示すように、定着ベルト２のニップ部Ｎの上流側に、軸方向の中央部に非接触型サーミスタ７（ベルト温度検知手段）を、一端部（最大通紙域外）に接触型サーミスタ８（ベルト温度検知手段）を備えている。そして、図２に示すように、これらサーミスタ７及び８と定着ベルト回転方向で同じ位置となるように、定着ベルト幅方向の通紙域の中央に温度計９、中央から左右にそれぞれ１２０ｍｍの距離の位置に温度計１０，１１、中央から左右にそれぞれ１４０ｍｍの距離の位置に温度計１２，１３が配置され、それぞれの位置で定着ベルト２表面の温度を定点測定できるようになっている。

図２中には、縦向き（用紙の長辺が搬送方向に平行となる向き）で搬送されるＢ４サイズ用紙の通紙域（Ｂ４縦幅）と、横向き（用紙の短辺が搬送方向に平行となる向き）で搬送されるＡ４サイズ用紙の通紙域（Ａ４横幅）も併せて示している。Ｂ４縦幅は、定着ベルト幅方向の通紙域の中央から左右にそれぞれ１２８．５ｍｍの距離の範囲であり、Ａ４横幅は、定着ベルト幅方向の通紙域の中央から左右にそれぞれ１４８．５ｍｍの距離の範囲である。従って、温度計１０，１１は、Ｂ４縦幅よりも内側に位置し、温度計１２，１３は、Ｂ４縦幅よりも外側であって、Ａ４横幅よりも内側に位置することになる。なお、Ａ４横幅は、各種サイズの用紙の通紙域の最大値（最大通紙域）を規定している。

図３は、加熱ローラ内部のヒータランプ（ａ）及び内部加熱ローラ内部のヒータランプ（ｂ）の軸方向における配光分布を示す図である。

図３（ａ）に示すように、加熱ローラ５内部のヒータランプ５ａは、両端部（Ａ４縦幅の外側、かつ、Ａ４横幅の内側）、中央部（Ａ４縦幅の内側）とも同一（１００％）で、最大通紙域外（Ａ４横幅の外側）は１００％から０％へ単調に下降する配光分布に設定されている。なお、両端部が中央部より高くなる配光分布としてもよい。

他方、図３（ｂ）に示すように、内部加熱ローラ６内部のヒータランプ６ａは、中央部（Ａ４縦幅の内側）が１００％の一定値となり、中央部の外側で最大通紙域の内側（Ａ４縦幅の外側、かつ、Ａ４横幅の内側）が１００％から単調に下降して３０％の一定値となり、最大通紙域の外側（Ａ４横幅の外側）は３０％から０％へ単調に下降する配光分布に設定されている。これにより、内部加熱ローラ６の表面温度分布は、定着ベルト幅以上であり、両端部の温度が中央部より低い値を有することとなる。

図４は、加熱ローラ５内部のヒータランプ５ａ及び内部加熱ローラ６内部のヒータランプ６ａの制御系統を示すベルト定着器の定着ローラ３及び加熱ローラ５のローラ軸を通る断面図である。

図４に示すように、加熱ローラ５内部のヒータランプ５ａ及び内部加熱ローラ６内部のヒータランプ６ａのＯＮ／ＯＦＦ動作は、ヒータランプ５ａ及び６ａに通電するドライバ１４及び１５の駆動のＯＮ／ＯＦＦを切替えることによって制御される。定着ローラ３は、メインモータ２１によって回転駆動される。制御部１６は、非接触型サーミスタ７、接触型サーミスタ８、カラー複写機の電源スイッチ１７、カラー複写機の待機中に画像形成動作をスタートさせるプリントスイッチ１８、カラー複写機の用紙搬送経路におけるベルト定着器１よりも上流側に設けられたレジストスイッチ１９、カラー複写機の用紙搬送経路におけるベルト定着器１よりも下流側に設けられた排出スイッチ２０等の検知信号に基づいてドライバ１５及び１６の駆動を制御する。

次に、本発明構成のベルト定着器の動作例について従来構成のベルト定着器と比較しながら説明する。図５は、本発明構成のベルト定着器にトナー像を形成したＢ４サイズの用紙を縦向きに通紙する場合における図３（ａ）に示すような配光分布を有する加熱ローラ５内部のヒータランプ５ａと図３（ｂ）に示すような配光分布を有する内部加熱ローラ６内部のヒータランプ６ａのＯＮ・ＯＦＦのタイミングチャートの一例であり、図６は、図３（ａ）に示すような配光分布を有する加熱ローラ５内部のヒータランプ５ａのみを有する従来構成のベルト定着器（ａ）、及び図３（ａ）に示すような配光分布を有する加熱ローラ５内部のヒータランプ５ａと図３（ｂ）に示すような配光分布を有する内部加熱ローラ６内部のヒータランプ６ａとを有する本発明構成のベルト定着器（ｂ）において、トナー像を形成したＢ４サイズの用紙を縦向きに連続通紙する前と連続通紙中の定着ベルト表面の温度を定点測定した結果の一例を示す図である。

電源スイッチ１７は常時ＯＮ状態であり、プリントスイッチ１８がＯＮされる前は、カラー複写機は待機状態となっている。このとき、中央部の非接触型サーミスタ７の検知温度に基づいて加熱ローラ５内部のヒータランプ５ａをドライバ１５によってＯＮ／ＯＦＦ制御して、定着ベルト２の表面温度は１４０℃に制御される。

この状態で、例えばＢ４サイズの用紙を選択してプリントスイッチ１８がＯＮされると、トナー像の定着に備えて、メインモータ２１がＯＮされて、定着ローラ３が回転駆動され、これによって定着ベルト２が回転するとともに、中央部の非接触型サーミスタ７の検知温度に基づいて加熱ローラ５内部のヒータランプ５ａをドライバ１５によってＯＮ／ＯＦＦ制御して、定着ベルト２のニップ部Ｎの表面温度は１６５℃に制御される。

そして、複数のＢ４サイズの用紙が連続して搬送されていき、画像形成部において用紙にトナー像が転写された後、ベルト定着器１において用紙上のトナー像が次々に定着される。

しかし、従来構成のベルト定着器１では、連続通紙中も加熱ローラ５内部のヒータランプ５ａを中央部の非接触型サーミスタ７の検知温度（制御温度１６５°）に基づいてＯＮ／ＯＦＦ制御することになるので、図６（ａ）に示すように、定着ベルト２の端部は、中央部に比べて温度が上昇し、結果として定着ベルトに４０℃近い温度ムラが発生する。

そして、このような定着ベルト２の温度ムラは、定着ローラ３への巻き付け部を介して定着ベルト２よりも熱容量の大きな定着ローラ３の弾性体に伝わり、定着ローラ３の中央部の弾性体の軟化を引き起こし、定着ベルト２の走行性を不安定にするという問題がある。また、この状態ですぐにＡ４サイズの用紙の通紙を行うと、用紙の両端部で定着不良や光沢ムラが生じる原因となる。

そこで、本発明構成のベルト定着器１では、加熱ローラ５内部のヒータランプ５ａを中央部の非接触型サーミスタ７の検知温度（制御温度１６５°）に基づいてＯＮ／ＯＦＦ制御することに加えて、加熱ローラ５内部のヒータランプ５ａ及び内部加熱ローラ６内部のヒータランプ６ａの切替え制御（一方をＯＮし、他方をＯＦＦする制御）を最大通紙域外の接触型サーミスタ８の検知温度（制御温度１８０℃及び１７９℃）に基づいて行う。すなわち、最大通紙域外の接触型サーミスタ８が１８０℃を検知したとき、内部加熱ローラ６内部のヒータランプ６ａをＯＮするとともに、加熱ローラ５内部のヒータランプ５ａをＯＦＦし、その後、最大通紙域外の接触型サーミスタ８が１７９℃を検知したとき、内部加熱ローラ６内部のヒータランプ６ａをＯＦＦするとともに、加熱ローラ５内部のヒータランプ５ａをＯＮする動作を交互に繰り返すようにする。

これにより、図５に示すように、小サイズ用紙の連続通紙中に最大通紙域外のベルト温度が１８０℃に達した後は、加熱ローラ５内部のヒータランプ５ａと内部加熱ローラ６内部のヒータランプ６ａとが交互にＯＮ／ＯＦＦ制御され、従来構成のベルト定着器で４０℃近くあった温度ムラは２０℃以内にまで軽減される。

なお、ヒータランプの切替え制御を行う制御温度は、連続通紙を行う用紙のサイズによって変更してもよい。例えば、表１のように、用紙サイズがＡ４縦幅より大きくＡ４横幅以下のときとＡ４縦幅以下のときで、切替え基準温度Ｘ℃を別々に設定し、最大通紙域外の接触型サーミスタ８がＸ℃を検知したとき、内部加熱ローラ６内部のヒータランプ６ａをＯＮするとともに、加熱ローラ５内部のヒータランプ５ａをＯＦＦし、その後、最大通紙域外の接触型サーミスタ８が（Ｘ−１）℃を検知したとき、内部加熱ローラ６内部のヒータランプ６ａをＯＦＦするとともに、加熱ローラ５内部のヒータランプ５ａをＯＮする動作を交互に繰り返すようにするものである。

そして、排出スイッチ２０がＯＦＦされ、連続通紙が終了すると、内部加熱ローラ６内部のヒータランプ６ａはＯＦＦされ、さらに所定時間経過後、メインモータ２１もＯＦＦされて定着ベルト２の回転が停止し、待機状態に戻る。

また、従来構成のように小サイズ用紙の連続通紙中のヒータランプの切替え制御を行わない場合でも、連続通紙後に、メインモータ２１を動作させ、定着ベルト２を回転させながら、中央部の非接触型サーミスタ７の検知温度に基づいて加熱ローラ５内部のヒータランプ５ａのＯＮ／ＯＦＦ制御を行うとともに、中央部の非接触型サーミスタ７の検知温度に基づいて内部加熱ローラ６内部のヒータランプ６ａのＯＮ／ＯＦＦ制御を行うようにしてもよい。例えば、図７に示すように、縦向きのＡ４サイズの用紙の連続通紙終了後に、内部加熱ローラ６内部のヒータランプ６ａを中央部の非接触型サーミスタ７の検知温度（制御温度１７０℃）に基づいてＯＮ／ＯＦＦ制御することを追加する。

これにより、小サイズ用紙の連続通紙で発生した、端部の温度が中央部より高くなるベルト温度の温度ムラ（破線）を、配光分布が中央より端部が低い値に設定された内部加熱ローラ６内部のヒータランプ６ａの動作により、端部の温度が中央部よりも低くなる定着ローラ温度の温度格差（点線）を生じさせ、この温度格差を定着ローラ３を介して定着ベルト２に付加することにより、ベルト温度の温度ムラを速やかに解消することができる（実線）。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態においては、用紙を略水平方向へ搬送するベルト定着器を用いて説明を行ったが、用紙を略鉛直方向へ搬送するベルト定着器についても同様に適用できる。また、内部加熱ローラを必要に応じて定着ローラから離接させるソレノイド等の離接手段を設けてもよい。

本発明は、定着ベルトを用いた定着器に関するものであり、カラーレーザプリンタ等の画像形成装置に利用することができる。

は、本発明の実施形態に係るベルト定着器１の概略の構成を示す説明図である。は、温度検知手段や温度計の配置を説明するための定着ベルトのニップ部近傍を示す模式的な平面図である。は、加熱ローラ内部のヒータランプ（ａ）及び内部加熱ローラ内部のヒータランプ（ｂ）の軸方向における配光分布を示す図である。は、加熱ローラ内部のヒータランプ及び内部加熱ローラ内部のヒータランプの制御系統を示すベルト定着器の定着ローラ及び加熱ローラのローラ軸を通る断面図である。は、本発明構成のベルト定着器にトナー像を形成したＢ４サイズの用紙を縦向きに通紙する場合における図３（ａ）に示すような配光分布を有する加熱ローラ内部のヒータランプと図３（ｂ）に示すような配光分布を有する内部加熱ローラ内部のヒータランプのＯＮ・ＯＦＦのタイミングチャートの一例である。は、図３（ａ）に示すような配光分布を有する加熱ローラ内部のヒータランプのみを有する従来構成のベルト定着器（ａ）、及び図３（ａ）に示すような配光分布を有する加熱ローラ内部のヒータランプと図３（ｂ）に示すような配光分布を有する内部加熱ローラ内部のヒータランプとを有する本発明構成のベルト定着器（ｂ）において、トナー像を形成したＢ４サイズの用紙を縦向きに連続通紙する前と連続通紙中の定着ベルト表面の温度を定点測定した結果の一例を示す図である。は、Ａ４サイズの用紙を縦向きに連続通紙した後、定着ベルト表面の温度ムラ（破線）と逆の配光分布（点線）を有する内部加熱ローラにより温度ムラが解消される（実線）ことを示す図である。

符号の説明

１ベルト定着器
２定着ベルト
３定着ローラ
４加圧ローラ
５加熱ローラ
５ａ加熱ローラに内蔵されたヒータランプ
６内部加熱ローラ
６ａ内部加熱ローラに内蔵されたヒータランプ
７非接触型サーミスタ
８接触型サーミスタ
９，１０，１１，１２，１３温度計
１４ドライバ
１５ドライバ
１６制御部
１７電源スイッチ
１８プリントスイッチ
１９レジストスイッチ
２０排出スイッチ
２１メインモータ
Ｎニップ部
Ｐ用紙
Ｔトナー像

Claims

対向して配置された一対の定着ローラ及び加圧ローラと、
熱源を内蔵する加熱ローラと、
前記定着ローラと前記加熱ローラとの間に掛け渡してなる無端ベルトからなる定着ベルトと、
前記定着ベルトの内側にできる中空部に、前記定着ローラとともに従動回転して前記定着ローラ表面を加熱する熱源を内蔵する内部加熱ローラとを備え、
前記定着ローラを回転駆動する駆動手段と、
前記駆動手段によって前記定着ローラを回転駆動するとともに、前記加熱ローラによって前記定着ベルトを加熱することにより、前記定着ベルトと前記加圧ローラとのニップ部に定着トナー像を担持した用紙を通紙して加熱定着を行うベルト定着器において、
加熱ローラ内部の熱源は、両端部が中央部より高くなる又は両端部、中央部ともほぼ同一となる配光分布を有し、内部加熱ローラ内部の熱源は、両端部が中央部より低くなる配光分布を有することを特徴とするベルト定着器。
小サイズ用紙の連続通紙中、前記駆動手段を動作させながら、定着ベルト中央部に設けたベルト温度検知手段の検知温度に基づいて加熱ローラ内部の熱源のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うとともに、定着ベルト最大通紙域外に設けたベルト温度検知手段の検知温度に基づいて加熱ローラ内部の熱源及び内部加熱ローラ内部の熱源を、熱源の交互切替えによるＯＮ／ＯＦＦ制御することを特徴とする請求項１に記載のベルト定着器。
小サイズ用紙の連続通紙終了後、前記駆動手段を動作させながら、定着ベルト中央部に設けたベルト温度検知手段の検知温度に基づいて加熱ローラ内部の熱源のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うとともに、定着ベルト中央部に設けたベルト温度検知手段の検知温度に基づいて内部加熱ローラ内部の熱源のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のベルト定着器。