JP6645354B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents
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Description
画像形成装置では、電子写真記録、静電記録、磁気記録等の画像形成プロセスにより、画像転写方式もしくは直接方式により未定着トナー画像が記録材シート、印刷紙、感光紙、静電記録紙などの記録材に形成される。未定着トナー画像を定着させるための定着装置としては、熱ローラ方式、フィルム加熱方式、電磁誘導加熱方式等の接触加熱方式の定着装置が広く採用されている。
また、画像形成装置の高速化に伴い、単位時間あたりの通紙枚数が増え、必要熱量が増大しているため、特に連続印刷のはじめに熱量が不足する(所謂、温度落ち込み)が問題となっている。
図2の定着装置では、無端ベルト61の内部に、パイプ状の金属熱伝導体60が無端ベルト61の移動をガイド可能に固定されている。そして、熱源62により金属熱伝導体60を介して無端ベルト61が加熱される。さらに無端ベルト61を介して金属熱伝導体60に接してニップ部Nを形成する加圧ローラ63を備え、該加圧ローラ63の回転に連れ回るようにして無端ベルト61が周方向に移動する。
この構成により、定着装置を構成する無端ベルト全体を温めることが可能であり、加熱待機時からのファーストプリントタイムを短縮することができ、かつ高速回転時の熱量不足を解消することが可能となっている。
例えば、図3に示すように、無端ベルトの内側から金属熱伝導体を取り除き、代わりにニップ形成部材を設ける構成では、ニップ形成部材を配設した箇所以外で、無端ベルトを熱源によって直接加熱できる。そのため、伝熱効率が大幅に向上し消費電力が低減する。これにより、加熱待機時からのファーストプリントタイムを更に短縮できる。また、金属熱伝導体レスによるコストダウンが可能となる。
しかしながら、異音発生を抑制するための適切な対策は講じられていないのが現状である。
本発明の定着装置は、熱源により加熱される無端状の定着部材と、前記定着部材に直接もしくは摺動部材を介して接するニップ形成部材と、前記定着部材を介して前記ニップ形成部材に対向し、前記定着部材を押圧するとともに定着ニップ部を形成する変位可能な加圧部材と、前記定着部材に対する前記加圧部材の食い込み量を調節する調圧手段と、前記定着部材及び前記加圧部材の少なくともいずれか一方の温度を検知する温度検知手段と、初期からの使用履歴を取得する使用履歴取得手段と、を備え、前記調圧手段は、前記定着部材の加熱時以外の所定の回転動作時における食い込み量を、前記使用履歴取得手段が取得した使用履歴に応じて設定する。
図3に示すように、本実施形態の定着装置は、可撓性の無端ベルトである定着部材1、定着部材1に直接もしくは摺動部材を介して接するニップ形成部材6、定着部材1を介してニップ形成部材6に対向し、定着部材1を押圧するとともに定着ニップ部Nを形成する変位可能な加圧ローラである加圧部材3を備えている。
加圧部材3には、芯金5及び弾性層4が備えられている。
定着部材1は定着ニップ部Nを形成しない部分においては、ベルト保護部材11により保護されるように構成してもよい。
加圧部材3を除く上記の部品は一対の保持部材8に内包されている。保持部材8は定着部材1をガイドするガイド手段としても機能している。
熱源2が発光して定着部材1が直接加熱される領域は、遮光部材12によって制御される。遮光部材12の形状は、例えば、通紙される記録紙の幅に合わせた遮光面積が設けられた段付き形状となっており、定着部材1の内側に沿って非接触で回動するように配置され、回動して加熱に不必要な領域を遮蔽する。
具体的には、(1)潤滑剤の粘度が低い(高温状態)、(2)摺動速度が遅い、(3)圧力が高い、という条件下での回転動作時に異音が発生しやすく、例えば、印刷完了後の高温状態を回避するため定着部材1及び加圧部材3を回転させて冷却する回転冷却動作時に発生しやすい。
そこで、本実施形態の定着装置では、上記条件下における回転動作時に、定着部材1に対する加圧部材3の食い込み量を調節して摺動面の圧力を低下させ、異音の発生を抑制する。
図4は、図3に示す定着装置の定着部材1及び加圧部材3と、調圧手段とを示したものである。調圧手段は、加圧部材3の押し込み量を変化させるレバー14、レバー14を変位させる偏心カム13、レバー14を引っ張る加圧ばね15により構成される。
偏心カム13の回転に伴ってレバー14が変位し、レバー14の変位により加圧部材3の定着部材1に対する食い込み量が変化する。
所定の回転動作とは、定着部材1及び加圧部材3の少なくともいずれか一方が所定の温度に達したとき、定着部材1及び加圧部材3を回転させて冷却する回転冷却動作である。
印刷終了後、そのまま回転を停止した場合、熱源に近い箇所の定着部材1が熱源2の余熱によって局所的に加熱され、塑性変形をしてしまう場合がある。これを防止するため、印刷終了後であっても、定着部材1が一定温度に到達した場合は(熱源2で局所的に温まっていると判断し)温度上昇を防ぐために非加熱状態で回転動作を行うのが回転冷却動作である。
なお、定着部材1が余熱により局所的に加熱される領域、すなわち熱源2に最も近く最も温度が高くなる領域に温度検知手段(温度制御手段)を配設することが好ましい。
図5のグラフは、横軸に通紙枚数、縦軸に定着部材1の走行距離を示したもので、これらの値はいずれも定着装置の上限値(寿命とされる値)に対する初期状態からの累積値の割合を算出して得た値である。
走行距離とは、例えば、直径30mmの回転体が10回転した場合、30×3.14×10=942mmが走行距離となる。
また、本実施形態の定着装置は、定着部材1と加圧部材3とは連れ回るため、定着部材1の走行距離は加圧部材3の走行距離と等しく、すなわち定着装置自体の走行距離として採用することができる。
ここで、横軸の値Xと縦軸の値Yについて、X<Yである場合は「条件A」、X>Yとなる場合は「条件B」と判定する。
定着装置における定着部材1の走行距離の上限値として設定された値が300km、通紙枚数の上限値として設定された値が30万枚の場合について例を示す。
使用履歴として得られた値が、走行距離150km、通紙枚数10万枚である場合、Yは50%、Xは33%となり、X<Yであるので「条件A」に該当する。
一方、使用履歴として得られた値が、走行距離100km、通紙枚数15万枚である場合、Yは33%、Xは50%となり、X>Yであるので「条件B」に該当する。
一方、「条件B」は実際の通紙動作以外の回転動作は少なく、連続通紙の頻度が高い傾向であると考えられる。連続通紙が多い場合は、高温状態となりやすく、自砺振動及びそれに伴う異音が発生しやすいことが予想される。
ここで、横軸の値Xと縦軸の値Yについて、Y>1.7Xの場合は「条件A」、Yの値が1.7X>Y>0.6Xの場合は「条件B」、Y<0.6Xの場合は「条件C」と判定する。
このように使用履歴に応じて、条件B及び条件Cに該当する場合に、定着部材1に対する加圧部材3の食い込み量を最適な値に設定し、摺動面の圧力を調節することで、異音を防止することができる。
また、通紙枚数の値を横軸とした場合、投入されたジョブ数または装置トルクの値を縦軸としてその関係を求め、連続通紙の頻度と高温状態となる確率を推定し、食い込み量を設定することができる。
各条件における値は回転冷却動作時に設定される食い込み量であり、「設定値(1)」の値は図6の3つの条件(条件A、条件B、条件C)において設定される値に対応している。
摺動面の圧力が高いと異音が発生しやすくなるため、定着部材1に対する加圧部材3の食い込み量を少なく設定する。具体的には、条件Bの場合は0.8mmとし、条件Cの場合は0.5mmとしている。一方、条件Aの場合は通紙時と同じ1.1mmのままとしている。
例えば、図7の「設定値(2)」は、異音発生防止を優先する場合の設定値を示している。設定値(2)は、条件A〜Cのいずれの場合も0.5mmである。
一方、図7の「設定値(3)」は、ベルトスリップの発生防止を優先する場合の設定値を示している。ベルトスリップとは、潤滑剤の枯渇により摺動抵抗が上昇し、加圧部材3に対して定着部材1が連れまわらなくなる状態である。設定値(3)は、加圧部材3の駆動力を定着部材1に充分に伝えるための値であり、条件A〜Cのいずれの場合も1.1mmである。
したがって、使用履歴取得手段が取得した使用履歴から、定着装置が上述の状態であることが判明した場合、回転冷却動作時の食い込み量を通紙状態と同じ値とする(変化させない)ことができる。
また、調圧手段は、使用履歴が第一の所定の値に達するまで、及び第二の所定の値に達した後、所定の回転動作時における食い込み量を最大とすることができる。
図8のグラフは、図5及び図6と同様、横軸に通紙枚数、縦軸に定着部材1の走行距離を示したものである。これらの値はいずれも定着装置の上限値(寿命とされる値)に対する初期状態からの累積値の割合を算出して得た値である。各条件における食い込み量の値は図7のテーブルに従って設定することができる。
通紙枚数が6,000枚を超えた場合は、走行距離との関係に応じて条件を設定する。
本実施形態の定着装置では、回転冷却動作の継続時間を10秒としている。しかしながら、連続通紙の頻度が高く、十分な冷却が実現できずに10秒単位の回転を複数回繰り返す状況をまねく場合がある。異音は回転冷却動作の開始時に発生しやすいため、異音が発生しない最適な食い込み量に変更した後、回転冷却動作を開始し、十分な冷却がなされるまでの一定時間継続して行われることが好ましい。
例として、印刷終了後に定着部材1が200℃に達し、この定着部材1の温度を低下させるための回転冷却動作を10秒間行う場合について説明する。回転冷却動作の開始前に設定され、調節された食い込み量が、図7に示すテーブルの条件Bに基づく量であったとする。回転冷却動作を開始後、走行距離の増加により該当する条件が条件Aに変化し、それに基づいて設定される食い込み量が変化する場合であっても、当初の条件Bに基づく食い込み量を維持するということを意味する。これにより、不安定な動作を回避することができる。
印刷終了後、定着部材1または加圧部材3が所定の温度に到達した場合は、すぐに冷却を開始する必要がある。しかしながら、食い込み量の調節を完了させてから所定の回転動作を開始する場合、回転開始までに温度がさらに上昇してしまう可能性がある。そこで、定着部材1または加圧部材3の温度が上昇しすぎるのを防止するために、食い込み量の調節完了を待たずに回転冷却動作を開始し、食い込み量の調節を並行して行うことが好ましい。図4の構成では、回転冷却動作を開始しながら、偏心カム13の回転も実行する。
本実施形態の定着装置において、ユーザー毎に異なる様々な使用状況に応じて、異音の発生を防止するための最適な食い込み量が設定可能であることが好ましい。
本実施形態の画像形成装置を図1に示す。本実施形態の画像形成装置100は、上述の本発明の定着装置10を備えている。
図1に示す画像形成装置100は、複数の色画像を形成する作像部がベルトの展張方向に沿って並置されたタンデム方式を用いるカラープリンタであるが、本実施形態はこの方式に限定されない。また、画像形成装置としては、複写機やファクシミリ装置を対象とすることができる。
各感光体ドラム45に形成された可視像は、中間転写体(以下、「転写ベルト」という)30に重畳転写され(一次転写工程)、次いで、被記録媒体である記録紙Pに一括転写される(二次転写工程)。転写ベルト30は、感光体ドラム45に対峙しながら矢印方向に移動する無端ベルトである。
帯電後に行われる書き込みは、光書込装置49が用いられる。
シート給送装置50は、最上位の記録紙Pの上面に当接する給送ローラ51を有している。給送ローラ51が反時計回り方向に回転駆動されることにより、最上位の記録紙Pがレジストローラ対52に向けて給送される。
記録紙Pの先端がレジストローラ対52に到達したことを検知する図示しないセンサが設けられている。
レジストローラ対52は、シート給送装置50から搬送されてきた記録紙Pを、画像ステーションによるトナー像の形成タイミングに合わせた所定のタイミングで、各感光体ドラム45と転写ベルト30との間の転写部に向けて繰り出す。
従動ローラ33は、転写ベルト30に対する張力付勢手段としての機能も備えているため、バネなどを用いた付勢手段が設けられている。
転写ベルトユニット43は、さらに、2次転写ローラ36とクリーニング装置35を備えている。
2 熱源
3 加圧部材(加圧ローラ)
4 弾性層
5 芯金
6 ニップ形成部材
7 支持部材
8 保持部材
9 反射部材
10 定着装置
11 ベルト保護部材
12 遮光部材
13 偏心カム
14 レバー
15 加圧ばね
100 画像形成装置
N ニップ部
Claims (8)
- 熱源により加熱される無端状の定着部材と、
前記定着部材に直接もしくは摺動部材を介して接するニップ形成部材と、
前記定着部材を介して前記ニップ形成部材に対向し、前記定着部材を押圧するとともに定着ニップ部を形成する変位可能な加圧部材と、
前記定着部材に対する前記加圧部材の食い込み量を調節する調圧手段と、
前記定着部材及び前記加圧部材の少なくともいずれか一方の温度を検知する温度検知手段と、
初期からの使用履歴を取得する使用履歴取得手段と、を備え、
前記調圧手段は、前記定着部材の加熱時以外の所定の回転動作時における食い込み量を、前記使用履歴取得手段が取得した使用履歴に応じて設定することを特徴とする定着装置。 - 前記所定の回転動作は、前記定着部材及び前記加圧部材の少なくともいずれか一方が所定の温度に達したとき、前記定着部材及び前記加圧部材を回転させて冷却する回転冷却動作であることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
- 前記使用履歴取得手段は、記録紙の通紙枚数、前記定着部材の走行距離、投入されたジョブ数、及び装置トルクの少なくともいずれかの値を使用履歴の値として取得することを特徴とする請求項1または2に記載の定着装置。
- 前記調圧手段は、前記使用履歴が第一の所定の値に達するまで、及び第二の所定の値に達した後、前記所定の回転動作時における食い込み量を一定とすることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の定着装置。
- 前記調圧手段は、前記使用履歴が第一の所定の値に達するまで、及び第二の所定の値に達した後、前記所定の回転動作時における食い込み量を最大とすることを特徴とする請求項4に記載の定着装置。
- 前記調圧手段は、前記所定の回転動作の開始時の食い込み量を、前記所定の回転動作の終了まで維持することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の定着装置。
- 前記調圧手段は、設定された前記食い込み量が前記定着部材の加熱時における前記食い込み量よりも少なくなる場合、前記所定の回転動作の開始とともに食い込み量の調節を行うことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の定着装置。
- 請求項1から7のいずれかに記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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