JP4903641B2

JP4903641B2 - 定着装置

Info

Publication number: JP4903641B2
Application number: JP2007180681A
Authority: JP
Inventors: 利治蜂須賀
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2007-07-10
Filing date: 2007-07-10
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2027-07-10
Also published as: US7869729B2; US20090016760A1; JP2009020153A

Description

本発明は、記録媒体上に形成された画像に対して加熱および加圧して像定着を行う定着装置に関するものである。

この種の定着装置において、その定着画像品質は、定着部材と加圧部材とで形成される定着ニップの幅、いわゆるニップ幅により大きく影響を受けるが、経時のニップ幅は、定着部材や加圧部材の経時硬度変化により変動する。

また、ウォーミングアップ直後と連続通紙時では、ローラ温度の違いによる外径変化によってもニップ幅は変動し、定着画像品質がばらつく要因となっている。

特許文献１には、ウォームアップ時、定着ベルトと加熱ローラとの接触面積を減じることにより、ウォームアップ時の定着ベルトへの熱の移動を抑制するようにした構成が記載されている。

特許文献２には、基準定着ローラと調整定着ローラと定着ベルトとのユニット、および基準加圧ローラと調整加圧ローラと加圧ベルトとのユニットを備え、温度，画像形成条件によって調整定着ローラおよび調整加圧ローラとのニップ量を調整するようにした構成が記載されている。

特許文献３には、定着装置の経年変化の度合を検知して加圧ローラ硬度とニップ幅の変化を推定し、これに応じて定着装置の制御パラメータを変更するようにした構成が記載されている。
特開２００５−１５６７６９号公報特開２００４−１１７５１８号公報特開２００５−３０１０７０号公報

従来の定着装置の前記のような問題に対し、通紙枚数や駆動時間の点から特許文献３では、定着装置の経年変化の度合を検知して定着装置の制御パラメータを変更するようにしているが、ウォーミングアップ直後と連続通紙時のニップ幅の変化は補正することができない。

一般にローラ定着方式と呼ばれる定着ローラと加熱ローラとが接触する構成のものでは、ローラ間が一定荷重で加圧されている場合、ローラ硬度が低くなるとローラ間の食い込み量が増加し、ニップ幅が増大する。

このため、定着ローラと加圧ローラの位置変化により定着パラメータを変更し、定着画像品質を安定させる構成のものや、定着ローラと加圧ローラとの距離を一定に保つことにより、経時によってローラ硬度が低下し食い込み量が増えてニップ幅が増大することを防止するようにした構成が提案されている。

しかしながら、定着ローラに対してベルト部材がテンションを加えて巻き付いている、いわゆるベルト定着方式では、定着ローラと加圧ローラの距離が一定の場合、定着ローラ硬度が低下すると、ニップ幅が減少する。

これは、ローラ表面における弾性体の硬度が低下することにより、ニップ入口および出口近傍の弾性体が、ベルト部材のテンションによって変形し、加圧ローラから離間するためである。図８（ａ）〜（ｄ）を参照して、ベルト定着方式におけるニップの変化について説明する。

図８（ａ）〜（ｄ）において、１００はベルト部材１０１が巻回している定着ローラ、１０２はベルト部材１０１を介して定着ローラ１００に圧接している加圧ローラである。

図８（ａ）の状態は経時変化などがなく定着ローラ１００が初期の径（標準状態）である場合を示し、これに対して、図８（ｂ）は定着ローラ１００の径が、経時などにて変化して小さくなった状態を示しており、図８（ａ）の状態から図８（ｂ）に示す状態になると、ニップ幅が小さくなる。

また、図８（ｃ）の状態は定着ローラ１００において経時変化などがなく、ローラ硬度が初期の標準状態である場合を示し、これに対して、図８（ｄ）は経時変化などにより定着ローラ１００の硬度が低下した場合を示しており、図８（ｃ）の状態から図８（ｄ）に示す状態になると、ニップ幅が減少する。

このようなニップ幅の変化により、定着対象である記録媒体としての記録紙のニップ通紙時における加圧／加熱状態が変わることになり、このため定着画像品質を変化させ、品質がばらつく要因となる。

本発明の目的は、前記従来技術の課題を解決し、定着処理がなされるニップにおける幅変化を精度よく検知し、その検知結果に応じて記録媒体通過時における定着パラメータを変化させることにより、定着画像品質の安定化を図る定着装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、ベルト部材と、該ベルト部材内に設置されて該ベルト部材に熱を与える加熱ローラと、前記ベルト部材内に前記加熱ローラに対して対向設置される第１ローラ部材と、前記加熱ローラと前記第１ローラ部材間に架設された前記ベルト部材に外側から張力を付与するテンション付与部材と、前記ベルト部材を介して前記第１ローラ部材に圧接する第２ローラ部材とを備え、前記第１ローラ部材と前記第２ローラ部材により前記ベルト部材を介在して形成されるニップにて、記録媒体上に形成された画像に対して加熱および加圧して像定着を行う定着装置において、前記第１ローラ部材と前記第２ローラ部材との距離を一定に保つ保持部材と、前記テンション付与部材の位置を検知する検知手段と、該検知結果に応じて記録媒体通過時の前記ニップにおける定着に係る制御パラメータを変化させる制御部とを備えたことを特徴とし、この構成によって、保持部材によりローラ硬度変化による圧接する両ローラ部材における食込み量変化を防止し、さらに、テンション付与部材の位置検知にて、両ローラ部材の硬度変化または外形変化によるニップ幅の増減を精度よく検知することができるため、該検知結果に基づいて両ローラ部材のニップにおける定着に係る制御パラメータを変化させることにより、定着画像品質を安定させることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の定着装置において、制御部が、検知結果に応じて記録媒体通過時のニップにおける定着設定温度を変化させることを特徴とし、この構成によって、検知結果に基づいてニップにおける定着温度を変化させることにより、両ローラ部材間における変位，変形などに対応し、適正な温度による定着が行われる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の定着装置において、テンション付与部材の位置が、予め設定された位置よりもベルト部材側に入り込んだときに、記録媒体通過時の定着設定温度を高くすることを特徴とし、この構成によって、テンション付与部材の位置が所定の位置よりも定着ベルトに食い込むと、ローラ硬度が低下したか、ローラ外径が小さくなり、ニップが規定よりも少ない状態であるとし、これに応じて定着温度を高くすることにより定着熱量を確保し、定着画像品質を安定させることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の定着装置において、制御部が、検知結果に応じて記録媒体通過時のニップにおける線速を変化させることを特徴とし、この構成によって、検知結果に応じて線速を変化させることにより、両ローラ部材間における変位，変形などに対応し、適正な記録媒体移動速度による定着が行われる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の定着装置において、テンション付与部材の位置が、予め設定された位置よりもベルト部材側に入り込んだとき、記録媒体通過時の線速を遅くすることを特徴とし、この構成によって、テンション付与部材の位置が所定の位置よりも定着ベルトに食い込むと、ローラ硬度が低下したか、ローラ外径が小さくなり、ニップが規定よりも少ない状態であるとし、これに応じて記録媒体を移動させる速度を遅くすることにより定着熱量を確保し、定着画像品質を安定させることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１，３または５に記載の定着装置において、ベルト部材がベルト表面に離型層を有することを特徴とするものである。

請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の定着装置において、第１ローラ部材がローラ表面に弾性層を有することを特徴とするものである。

請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の定着装置において、第２ローラ部材がローラ表面に離型層を有することを特徴とするものである。

本発明に係る定着装置によれば、第１ローラ部材と第２ローラ部材との距離を一定に保つ保持部材と、テンション付与部材の位置を検知する検知手段と、該検知結果に応じて記録媒体通過時の第１ローラ部材と第２ローラ部材間のニップにおける定着に係る制御パラメータを変化させる制御部とを備えたことによって、ローラ硬度の変化による両ローラ部材における食込み量変化を保持部材により防止し、さらに、テンション付与部材の位置検知にて、両ローラ部材の硬度変化または外径変化によるニップ幅の増減を精度よく検知することができるため、該検知結果に基づいて両ローラ部材のニップにおける定着に係る制御パラメータである定着温度，ローラ線速を変化させることにより、良好かつ確実に定着画像品質を安定させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係る定着装置の実施形態１の構成図である。

図１において、１は、無端状構造になっており、表面が離型層としてのＰＦＡチューブで覆われたベルト部材である定着ベルト、２は、定着ベルト１の内上部に設けられ、内部にハロゲンヒータ３が設置されたアルミ製の加熱ローラ、４は、定着ベルト１の内下部において加熱ローラ２に対して対向設置され、表層が発泡シリコンゴムからなる第１ローラ部材である定着ローラ、５は、表層がＰＦＡチューブで覆われ、かつテンションスプリング６から付勢力を受けて、加熱ローラ２と定着ローラ４間に架設された定着ベルト１に対して外側から張力を付与するテンション付与部材であるテンションローラである。

７は、内部にハロゲンヒータ８が設置され、定着ベルト１を介して定着ローラ４の下部に圧接する第２ローラ部材である加圧ローラであって、該加圧ローラ７と定着ローラ４により定着ベルト１を介在して定着ニップＮを形成している。

９は、テンションローラ５の側方に設置され、レーザ変位計などからなる検知手段である変位センサであって、テンションローラ５の変位量、すなわち、テンションローラ５の定着ベルト１に対する食込み量を検知している。

１０は、制御部であるＣＰＵ（中央演算処理ユニット）であって、装置各部の動作をコントロールしており、本例では変位センサ９からの検知情報を受け演算処理し、その検知結果に応じて、ハロゲンヒータ３，８の発熱／加熱を、ヒータ駆動部１１，１２を介してコントロールし、かつ、定着ローラ４，加圧ローラ７をローラ駆動部１３，１４を介してコントロールする。

図２（ａ），（ｂ）は本実施形態の定着装置における保持部材を説明するための構成図であり、図２（ａ）は定着ローラ４と加圧ローラ７の圧接状態を示しており、両ローラ４，７の端部にはそれぞれ軸受１５，１６が設けられ、軸受１５，１６は、図２（ｂ）に示す保持部材である板状の軸受固定部材１７に設けられた軸受固定孔１７ａ，１７ｂにて保持され、定着ローラ４と加圧ローラ７との中心間距離を一定に保持するようにしている。

図１において本定着装置は、図示しない複写機，ファクシミリ装置などの画像形成装置の一部に設置され、画像形成装置がオンになるとＣＰＵ１０では、ヒータ駆動部１１，１２に駆動信号を送り、ハロゲンヒータ３，８を発熱させニップＮにおいて所定の定着温度になるようにコントロールし、同時にローラ駆動部１３，１４に駆動信号を送り、定着ベルト１を含めて定着ローラ４と加圧ローラ７のニップＮにおいて所定の線速にて記録媒体である記録紙Ｐを移動／搬送するようにコントロールする。

前記定着温度と前記ローラ線速など適正値は、ニップＮにおける定着に係る制御パラメータとして、装置仕様やトナーなどの現像剤に応じて予め設定され、ＣＰＵ１０におけるメモリにパラメータデータとして記憶される。

これにより、定着ローラ４と加圧ローラ７間のニップＮにて、トナー未定着画像Ｇｏが形成された記録紙Ｐを挟持するようにして、加熱および加圧を加え像定着Ｇを行いながら記録紙Ｐを所定方向へ搬送する。

本実施形態において、ＣＰＵ１０では、変位センサ９にてテンションローラ５の変位量、すなわち、テンションローラ５の定着ベルト１に対する食込み量の検知データを受け、該検知結果に応じて記録紙通過時のニップＮにおける定着に係る制御パラメータを変化させるようにしている。

以下に本実施形態における定着に係る制御パラメータについて説明する。

図１に示すニップ幅Ｎｔとニップ時間（ニップ時間Ｔは、記録紙Ｐを搬送するローラ線速をＶｒとして、Ｔ＝Ｎｔ／Ｖｒにて示される）との関係は、図３に示す関係図のように、ニップ幅Ｎｔが狭くなるとニップ時間Ｔが短くなり、記録紙ＰがニップＮに存在する時間が短くなるため、所定の定着処理が行われるためには、より高い定着温度にする必要がある。

また、図４に示すニップ時間と最適定着温度との関係図のように、ニップ時間Ｔが短くなるとき、すなわち、ニップ幅Ｎｔが狭くなった場合には、最適定着温度を高くする必要がある。

このように、ニップＮ部分におけるニップ幅Ｎｔの増減、例えば、予め設定された適正値に比べてニップ幅Ｎｔが狭くなったときには、記録紙通紙時のニップＮにおける定着温度を、予め設定された適正値よりも高くする必要がある。

また、ニップＮ部分において、ニップ幅Ｎｔが予め設定された適正値に比べて狭くなったときには、ローラ線速Ｖｒを予め設定された適正値に比べて遅くすれば、適正ニップ幅Ｎｔのときによりも、ニップＮに記録紙Ｐが長く存在することになり、記録紙通紙時に所定の定着熱量を確保することができる。

本実施形態では、ニップＮ部分におけるニップ幅Ｎｔの増減は、変位センサ９にてテンションローラ５の変位量を検知することによって検知され、該検知結果に応じて前記定着温度あるいは線速などの定着に係る制御パラメータを変化させるようにしている。

すなわち、定着ローラ４としてのスポンジローラの硬度が低下すると、テンションローラ５の押圧力を受けて定着ベルト１を介して定着ローラ４が上方へ引き上げられるようになり、図５に示すテンションローラの定着ベルトへの食込み量（テンションローラの変位）と定着ローラの径変化量との関係図のように、テンションローラ５の食込み量が大きくなると、定着ローラ４における定着ベルト１が巻き付けられている部分の変化量が大きくなり、ローラ外径が小さくなる。

ここで、本実施形態では、定着ローラ４と加圧ローラ７は図２に示す軸受固定部材１７により保持されているため、図６に示すテンションローラの定着ベルトへの食込み量とニップ幅との関係図のように、テンションローラ５の食込み量が大きくなると、定着ローラ４と加圧ローラ７における食込み量が減少し、よって、ニップ幅Ｎｔが減少することになる。

このようなことから、変位センサ９にてテンションローラ５の変位量を検知することによって、精度よくニップＮ部分におけるニップ幅Ｎｔの増減を検知することができる。

ＣＰＵ１０には、ニップＮにおける定着に係る制御パラメータとして、テンションローラ５の変位量に対応した定着温度あるいは線速の適正値データが記憶されているため、ＣＰＵ１０では、変位センサ９からのテンションローラ５の食込み量の検知データを受けて、既述した定着温度とローラ線速との少なくともいずれか一方をコントロールして、ニップＮにおいて適正定着熱量が加わるように制御することが可能になる。

このように記録紙通紙時のニップＮにおける定着制御パラメータをコントロールすることによって、ニップＮ部分における定着熱量を一定化させることにより、定着画像品質を確保することが可能になる。

図７は本発明に係る定着装置の実施形態２の構成図である。なお、既に説明した部材に対応する部材には同一符号を付して詳しい説明は省略する。

図７において、２１は、無端状構造になっており、表面が離型層としてのＰＦＡチューブで覆われたベルト部材である加圧ベルト、２２は、加圧ベルト２１の内下部に設けられ、内部にハロゲンヒータ２３が設置されたアルミ製の加熱ローラ、２４は、加圧ベルト２１の内上部において加熱ローラ２に対して対向設置され、表層が発泡シリコンゴムからなる第１ローラ部材である加圧ローラ、２７は、内部にハロゲンヒータ２８が設置され、加圧ベルト２１を介して加圧ローラ４の上部に圧接する第２ローラ部材である定着ローラであって、該定着ローラ２７と加圧ローラ２４により加圧ベルト２１を介在して定着ニップＮを形成している。

また、実施形態２では実施形態１と同様に、図２に示す軸受固定部材１７により、加圧ローラ２４と定着ローラ２７との中心間距離が一定になるように保持されている。

さらに、実施形態１と同様に、変位センサ９にてテンションローラ５の変位量を検知することによって、ニップＮ部分におけるニップ幅Ｎｔの増減を検知しており、ＣＰＵ１０では、変位センサ９からのテンションローラ５の食込み量の検知データを受けて、定着温度と線速との少なくともいずれか一方をコントロールし、ニップＮにおいて適正定着熱量が加わるようにしている。これにより、ニップＮ部分における定着熱量を一定化させることができ、定着画像品質を確保している。

前記記録紙通紙時のニップにおける定着制御パラメータについて、実施例にて具体的に説明する。

実施例１では、図１に示す構成のものにおいて、定着ローラ４を直径４０ｍｍのスポンジ製のものを使用し、加圧ローラ７を直径４０ｍｍのものとした。定着に必要な熱量は使用される現像剤（トナー）の種類によって異なり、ここでは、ニップ時間（＝ニップ幅／線速）４０ｍｓｅｃ、加熱温度１６０℃で良好な定着品質が得られるトナーを用いた例について説明する。

実施例１において、（表１），（表２）はテンションローラ５の変位に応じて変化させる定着制御条件（パラメータ）として、定着温度をコントロールした例であって、テンションローラ５の変位量が０〜５．０ｍｍの範囲では、標準ニップ（適正範囲）として予め設定された定着温度（１６０℃）に設定する。しかし、変位量が５．１〜８．０ｍｍの場合には、ニップ幅Ｎｔの減少に応じて定着温度Ａを高くし、本例では１６５℃に設定する。また、前記変位量が８．１ｍｍ以上になった場合、ニップ幅Ｎｔの減少に応じて、定着温度Ｂをさらに高くし（Ａ＜Ｂ）、本例では１７０℃に設定する。

実施例２では、実施例１と同様な構成において、（表３），（表４）に示すように、テンションローラ５の変位に応じて変化させる定着制御条件（パラメータ）として、記録紙の移動させるためのローラを含めたプロセス線速をコントロールした例であって、テンションローラ５の変位量が０〜５．０ｍｍの範囲では、標準ニップ（適正範囲）として、予め設定された線速（３２３ｍｍ／ｓｅｃ）に設定する。しかし、変位量が５．１〜８．０ｍｍの場合には、ニップ幅Ｎｔの減少に応じて線速Ａを遅くし、本例では２８６ｍｍ／ｓｅｃに設定する。また、前記変位量が８．１ｍｍ以上になった場合、ニップ幅Ｎｔの減少に応じて、線速Ｂをさらに遅くし（Ａ＞Ｂ）、本例では２４４６ｍｍ／ｓｅｃに設定する。

前記実施例１，２において、定着制御条件（パラメータ）の設定制御により、定着画像品質が安定的に確保されることが検証された。

なお、前記（表１）〜（表４）の具体的定着制御条件（パラメータ）の設定値は、図７に示す実施形態２の構成においても同様に適用された。

本発明は、ＰＰＣ，ファクシミリ，レーザープリンタなどの画像形成部に搭載される、いわゆるベルト定着方式の定着装置に実施して有効である。

本発明に係る定着装置の実施形態１の構成図（ａ），（ｂ）は本実施形態の定着装置における保持部材を説明するための構成図本実施形態に係るニップ幅とニップ時間との関係図本実施形態に係るニップ時間と最適定着温度との関係図本実施形態に係るテンションローラ食込み量と定着ローラ径変化量の関係図本実施形態に係るテンションローラ食込み量とニップ幅との関係図本発明に係る定着装置の実施形態２の構成図（ａ）〜（ｄ）は従来のベルト定着方式におけるニップの変化についての説明図

符号の説明

１定着ベルト
２加熱ローラ
３ハロゲンヒータ
４定着ローラ
５テンションローラ
６テンションスプリング
７加圧ローラ
８ハロゲンヒータ
９変位センサ
１０ＣＰＵ（中央演算処理ユニット）
１１，１２ヒータ駆動部
１３，１４ローラ駆動部
１５，１６軸受
１７軸受固定部材
２１加圧ベルト
２２加熱ローラ
２３ハロゲンヒータ
２４加圧ローラ
２７定着ローラ
２８ハロゲンヒータ

Claims

ベルト部材と、該ベルト部材内に設置されて該ベルト部材に熱を与える加熱ローラと、前記ベルト部材内に前記加熱ローラに対して対向設置される第１ローラ部材と、前記加熱ローラと前記第１ローラ部材間に架設された前記ベルト部材に外側から張力を付与するテンション付与部材と、前記ベルト部材を介して前記第１ローラ部材に圧接する第２ローラ部材とを備え、前記第１ローラ部材と前記第２ローラ部材により前記ベルト部材を介在して形成されるニップにて、記録媒体上に形成された画像に対して加熱および加圧して像定着を行う定着装置において、
前記第１ローラ部材と前記第２ローラ部材との距離を一定に保つ保持部材と、前記テンション付与部材の位置を検知する検知手段と、該検知結果に応じて記録媒体通過時の前記ニップにおける定着に係る制御パラメータを変化させる制御部とを備えたことを特徴とする定着装置。
前記制御部が、前記検知結果に応じて記録媒体通過時の前記ニップにおける定着設定温度を変化させることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記テンション付与部材の位置が、予め設定された位置よりも前記ベルト部材側に入り込んだときに、記録媒体通過時の前記定着設定温度を高くすることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
前記制御部が、前記検知結果に応じて記録媒体通過時の前記ニップにおける線速を変化させることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記テンション付与部材の位置が、予め設定された位置よりも前記ベルト部材側に入り込んだとき、記録媒体通過時の前記線速を遅くすることを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
前記ベルト部材がベルト表面に離型層を有することを特徴とする請求項１，３または５に記載の定着装置。
前記第１ローラ部材がローラ表面に弾性層を有することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記第２ローラ部材がローラ表面に離型層を有することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。