JP6699423B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents
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Description
上ベルトパッド方式の定着装置は、回転駆動し、弾力性ないし柔軟性を有する加圧ローラーと、これに当接して、記録媒体が挿通される定着ニップ部を形成しつつ周動する無端状の定着ベルトと、平面部を有し、該平面部で定着ベルトを内部から押圧し、定着ニップ部を略平面状に形作る定着パッドと、定着ベルトの周内に配置され、内部にハロゲンランプ等の熱源を有する加熱ローラーと、を備えている。定着ベルトは、熱源からの熱伝導により加熱されている。
上ベルトパッド方式の定着装置は、熱容量の小さい定着ベルトを用いているので、立ち上がり時間を短縮することができ、予熱電力を削減することができる。また、定着ベルトを内部から押圧する定着パッドの形を変えることで、定着ニップ部の長さや圧力を任意に設定することができ、効率的に定着することができる。
定着ニップでのせん断力を抑える方策として、定着ベルトに駆動を取る方法が効果があることを見出した。定着ベルトに駆動を取る方法は、特開2004−264398号公報(特許文献1)に示されている。特許文献1では、定着ニップ出口で定着ベルトを引っ張り上げるための駆動ローラーが設けられる構成が採用されている。
図1を参照して、画像形成装置1の概略構成について説明する。図1は、画像形成装置1の全体構成を示す斜視図である。
図3および図4を参照して、上述の画像形成装置1に用いられる定着装置100の構成について説明する。図3は、定着装置100の構成を示す部分拡大図、図4は、定着装置100の構成を示す側面図である。定着パッド30と加熱ローラー40に架け渡された無端状の定着ベルト20を備える。定着パッド30の対向位置には加圧ローラー10が設けられ、定着ベルト20を挟み込んで定着ニップNを形成している。
加熱ローラー40は、例えば円筒状の芯金401の外周面(表面)にPTFEコート402が積層されている。外径は、約60mmである。芯金401には、厚さが約1mmのアルミニウム板が用いられている。加熱ローラー40は、比較的小さな熱容量になっている。
図5を参照して、定着パッド30の構成について説明する。図5は、定着ベルト20を含めた状態での定着パッド30の横断面図である。定着パッド30は剛体からなるパッドホルダー33を基体として構成されており、材料としてアルミニウムを用いている。鉄、SUS、または、耐熱性のある樹脂を用いてもよい。パッドホルダー33の上流は定着ベルト20が沿うように曲面で構成されている。パッドホルダー33の裏面は凹んだ溝33gが形成されており、この溝33gに熱伝導率が低く弾性を有する第1定着パッド31および第2定着パッド32が固定されている。
図6を参照して、定着ベルト20の構造について説明する。図6は、定着ベルト20の断面図である。定着ベルト20は、厚さが50μmのニッケルによって外径80mmの円筒状に構成された基材201と、基材201の表面(外周面)上に積層された弾性層202と、弾性層202の表面(外周面)上に積層された離型層203とを有している。定着ベルト20は、加熱ローラー40および定着パッド30に、所定のテンションで巻き掛けられることにより、水平方向に沿った長円形状になっている。
再び、図4を参照して、加圧ローラー10は、アルミニウム製(厚さ5mm)の芯金101と、芯金101の外周面(表面)上に積層された弾性層102と、弾性層102の外周面(表面)上に積層された離型層(図示していない)とを有している。弾性層102には、シリコーンゴムが用いられている。離型層には、例えば厚さが30μmのPFA樹脂のチューブが用いられている。
定着装置100は、加圧ローラー10を回転させる加圧ローラー駆動部51と、加熱ローラー40を回転させる加熱ローラー駆動部61を有している。これら駆動部としては、一般的な交流モーターでもよいが、ここではDCブラシレスモーターを使用した。構造的には交流モーターの永久磁石式同期モーターと類似の構成であり、回転子に永久磁石を使用し、回転子の回転位置をホール素子などでセンシングして参照して回転磁界を発生し、これをコントロールすることでトルクや速度を制御することができる。また、これらの駆動部にはそれぞれに駆動電力を供給するモータードライバー回路(後述)が接続されている。
図7を参照して、モーターのドライバーについて説明する。図7は、一般的なドライバーの機能を説明するための概略ブロック図である。使用するDCブラシレスモーター1000には回転磁界を発生するために多くは3相の電力を供給している。その周波数および電力を制御することで回転速度とトルクを制御させることができる。
この定着装置100の制御部80は、加圧ローラー駆動部51と加熱ローラー駆動部61とのトルク配分を制御することが可能である。その方法を以下に説明する。加圧ローラー駆動部51を主として定着装置100を駆動する場合は、加圧ローラー駆動部51に接続した加圧ローラーモータードライバーを速度制御モードで使用する。これにより加圧ローラー10や記録媒体および定着ベルト20は一定速度で安定して搬送することができる。この際、加熱ローラー駆動部61に接続した加熱ローラーモータードライバーはトルク制御モードとする。
図8から図10を参照して、実施の形態1の定着装置100Aの構成について説明する。図8は、定着装置100Aの構成を示す部分拡大図、図9は、「モードI」状態の定着装置の構成を示す側面図、図10は、「モードII」状態の定着装置の構成を示す側面図である。
図11および図12を参照して、実施の形態2における定着装置200について説明する。主要な部材構成および構造は、上記定着装置100および定着装置100Aと同じであるため、重複する説明は省略する。図11は、定着装置200における「モードI」での制御状態を示す図、図12は、定着装置200における「モードII」での制御状態を示す図である。
図13を参照して、実施の形態3における定着装置300について説明する。主要な部材構成および構造は、上記定着装置100,100A,200と同じであるため、重複する説明は省略する。図13は、定着装置300における「モードI」での制御状態を示す図である。
図14を参照して、実施の形態4における定着装置400について説明する。主要な部材構成および構造は、上記定着装置100,100A,200,300と同じであるため、重複する説明は省略する。図14は、定着装置400における「モードII」での制御状態を示す図である。
図15を参照して、実施の形態5における定着装置500について説明する。主要な部材構成および構造は、上記定着装置100,100A,200,300,400と同じであるため、重複する説明は省略する。図15は、定着装置500における「モードI」での制御状態を示す図である。
以下、図16から図22に示す実施例1から実施例50、および、比較例1から比較例5に基づき、本実施の形態に基づいた定着装置について、定着性、ベルト耐久性、および、分離性の評価結果について、以下説明する。図16から図22は、実施例1から実施例50、および、比較例1から比較例5の評価結果を示す図である。
図16から図22に示す各条件(記録媒体種、定着装置の構成およびそのモード、トルク配分(Thは、加熱ローラー40のトルク配分、Tpは、加圧ローラー10のトルク配分)、せん断力、曲率半径、ニップ出口での圧力)に基づき得られた画像について、その画像部を消しゴム(ライオン事務器社製、砂消し「LION 26111」)を押圧荷重1kgfで2回擦り、画像濃度の残存率をX−Rite社製「X−Rite model 404」により測定して、定着性の評価を行なった。以下の3段階のランク評価とした。
同様に、図16から図22に示す各条件に基づき得られた画像について、定着ベルト20を設定温度180℃に加熱した状態で、連続100時間空回転させることで、ベルト耐久の評価を行なった。連続100時間後の定着ベルトの様子を調べ、ベルト耐久の評価を行なった。以下の3段階のランク評価とした(図22参照)。
同様に、図16から図22に示す各条件に基づき得られた画像について、記録媒体が定着部から排紙されるときの様子を調べ、以下の3段階のランク評価を行った(図21参照)。
上述の実施の形態1〜5に示す各定着装置を用いて、それぞれ、記録媒体として、凹凸紙、薄いコート紙にて定着画像を形成し、定着性評価、ベルト耐久性評価、分離性評価を行なった。
実施例1では、記録媒体に凹凸紙(レザック(登録商標)66)を用い、画像形成装置にて未定着画像を作成した後、定着装置として実施の形態1のモードIを用い、トルク配分をTh:Tp=20:80として、加熱ベルト温度を180℃、加圧ローラー10の温度を100℃で定着した。
実施例2では、トルク配分をTh:Tp=50:50とした点を除き、実施例1と同じである。実施例1と同様の評価が得られた。
実施例3では、トルク配分をTh:Tp=100:0とした点を除き、実施例1と同じである。実施例1と同様の評価が得られた。
実施例4では、トルク配分をTh:Tp=15:85とした点を除き、実施例1と同じである。定着性の評価が「B」となり、総合評価も「B」となった。
実施例5では、定着装置のモードをモードIIとした以外は、実施例1と同じである。ベルト耐久性の評価が「B」となり、総合評価も「B」となった。
実施例6では、記録媒体にPODを用い、画像形成装置にて未定着画像を作成した後、定着装置として実施の形態1のモードIIを用い、トルク配分をTh:Tp=0:100として、加熱ベルト温度を180℃、加圧ローラー10の温度を100℃で定着した。すべての評価で「A」が得られた。
実施例7では、トルク配分をTh:Tp=15:85とした点を除き、実施例6と同じである。ベルト耐久性の評価が「B」となり、総合評価も「B」となった。
実施例8では、トルク配分をTh:Tp=20:80とした点を除き、実施例6と同じである。ベルト耐久性の評価が「B」となり、総合評価も「B」となった。
実施例9では、定着装置として実施の形態1のモードIを用いた点を除き、実施例6と同じである。分離性の評価が「B」となり、総合評価も「B」となった。
実施例10では、定着装置として実施の形態1のモードIを用いた点を除き、実施例8と同じである。分離性の評価が「B」となり、総合評価も「B」となった。
実施例11では、記録媒体に凹凸紙(レザック(登録商標)76)を用い、画像形成装置にて未定着画像を作成した後、定着装置として実施の形態2のモードIを用い、トルク配分をTh:Tp=20:80として、加熱ベルト温度を180℃、加圧ローラー10の温度を100℃で定着した。すべての評価で「A」が得られた。
実施例12では、トルク配分をTh:Tp=50:50とした点を除き、実施例11と同じである。実施例11と同様の評価が得られた。
実施例13では、トルク配分をTh:Tp=100:0とした点を除き、実施例11と同じである。実施例11と同様の評価が得られた。
実施例14では、トルク配分をTh:Tp=15:85とした点を除き、実施例11と同じである。定着性の評価が「B」となり、総合評価も「B」となった。
実施例15では、定着装置のモードをモードIIとした以外は、実施例11と同じである。ベルト耐久性の評価が「B」となり、総合評価も「B」となった。
実施例16では、記録媒体にPODを用い、画像形成装置にて未定着画像を作成した後、定着装置として実施の形態2のモードIIを用い、トルク配分をTh:Tp=0:100として、加熱ベルト温度を180℃、加圧ローラー10の温度を100℃で定着した。すべての評価で「A」が得られた。
実施例17では、トルク配分をTh:Tp=15:85とした点を除き、実施例16と同じである。ベルト耐久性の評価が「B」となり、総合評価も「B」となった。
実施例18では、トルク配分をTh:Tp=20:80とした点を除き、実施例16と同じである。ベルト耐久性の評価が「B」となり、総合評価も「B」となった。
実施例19では、定着装置として実施の形態2のモードIを用いた点を除き、実施例16と同じである。分離性の評価が「B」となり、総合評価も「B」となった。
実施例20では、定着装置として実施の形態2のモードIを用いた点を除き、実施例18と同じである。ベルト耐久性の評価が「B」となり、総合評価も「B」となった。
実施例21では、記録媒体に凹凸紙(レザック(登録商標)66)を用い、画像形成装置にて未定着画像を作成した後、定着装置として実施の形態3のモードIを用い、トルク配分をTh:Tp=20:80として、加熱ベルト温度を180℃、加圧ローラー10の温度を100℃で定着した。すべての評価で「A」が得られた。
実施例22では、トルク配分をTh:Tp=55:45とした点を除き、実施例21と同じである。実施例21と同様の評価が得られた。
実施例23では、トルク配分をTh:Tp=100:0とした点を除き、実施例21と同じである。実施例21と同様の評価が得られた。
実施例24では、トルク配分をTh:Tp=15:85とした点を除き、実施例21と同じである。定着性の評価が「B」となり、総合評価も「B」となった。
実施例25では、定着装置のモードをモードIIとした以外は、実施例1と同じである。ベルト耐久性の評価が「B」となり、総合評価も「B」となった。
実施例26では、記録媒体にPODを用い、画像形成装置にて未定着画像を作成した後、定着装置として実施の形態3のモードIIを用い、トルク配分をTh:Tp=0:100として、加熱ベルト温度を180℃、加圧ローラー10の温度を100℃で定着した。すべての評価で「A」が得られた。
実施例27では、トルク配分をTh:Tp=15:85とした点を除き、実施例26と同じである。ベルト耐久性の評価が「B」となり、総合評価も「B」となった。
実施例28では、トルク配分をTh:Tp=20:80とした点を除き、実施例26と同じである。ベルト耐久性の評価が「B」となり、総合評価も「B」となった。
実施例29では、定着装置として実施の形態3のモードIを用いた点を除き、実施例26と同じである。分離性の評価が「B」となり、総合評価も「B」となった。
実施例30では、定着装置として実施の形態3のモードIを用いた点を除き、実施例28と同じである。分離性の評価が「B」となり、総合評価も「B」となった。
実施例31では、記録媒体に凹凸紙(レザック(登録商標)66)を用い、画像形成装置にて未定着画像を作成した後、定着装置として実施の形態4のモードIを用い、トルク配分をTh:Tp=20:80として、加熱ベルト温度を180℃、加圧ローラー10の温度を100℃で定着した。すべての評価で「A」が得られた。
実施例32では、トルク配分をTh:Tp=55:45とした点を除き、実施例31と同じである。実施例31と同様の評価が得られた。
実施例33では、トルク配分をTh:Tp=100:0とした点を除き、実施例31と同じである。実施例31と同様の評価が得られた。
実施例34では、トルク配分をTh:Tp=15:85とした点を除き、実施例31と同じである。定着性の評価が「B」となり、総合評価も「B」となった。
実施例35では、定着装置のモードをモードIIとした以外は、実施例31と同じである。ベルト耐久性の評価が「B」となり、総合評価も「B」となった。
実施例36では、記録媒体にPODを用い、画像形成装置にて未定着画像を作成した後、定着装置として実施の形態4のモードIIを用い、トルク配分をTh:Tp=0:100として、加熱ベルト温度を180℃、加圧ローラー10の温度を100℃で定着した。すべての評価で「A」が得られた。
実施例37では、トルク配分をTh:Tp=15:85とした点を除き、実施例36と同じである。ベルト耐久性の評価が「B」となり、総合評価も「B」となった。
実施例38では、トルク配分をTh:Tp=20:80とした点を除き、実施例36と同じである。ベルト耐久性の評価が「B」となり、総合評価も「B」となった。
実施例39では、定着装置として実施の形態4のモードIを用いた点を除き、実施例36と同じである。分離性の評価が「B」となり、総合評価も「B」となった。
実施例40では、定着装置として実施の形態4のモードIを用いた点を除き、実施例38と同じである。分離性の評価が「B」となり、総合評価も「B」となった。
実施例41では、記録媒体に凹凸紙(レザック(登録商標)75)を用い、画像形成装置にて未定着画像を作成した後、定着装置として実施の形態5のモードIを用い、トルク配分をTh:Tp=20:80として、加熱ベルト温度を180℃、加圧ローラー10の温度を100℃で定着した。すべての評価で「A」が得られた。
実施例42では、トルク配分をTh:Tp=55:45とした点を除き、実施例41と同じである。実施例41と同様の評価が得られた。
実施例43では、トルク配分をTh:Tp=100:0とした点を除き、実施例41と同じである。実施例41と同様の評価が得られた。
実施例44では、トルク配分をTh:Tp=15:85とした点を除き、実施例41と同じである。定着性の評価が「B」となり、総合評価も「B」となった。
実施例45では、定着装置のモードをモードIIとした以外は、実施例41と同じである。ベルト耐久性の評価が「B」となり、総合評価も「B」となった。
実施例46では、記録媒体にPODを用い、画像形成装置にて未定着画像を作成した後、定着装置として実施の形態5のモードIIを用い、トルク配分をTh:Tp=0:100として、加熱ベルト温度を180℃、加圧ローラー10の温度を100℃で定着した。すべての評価で「A」が得られた。
実施例47では、トルク配分をTh:Tp=15:85とした点を除き、実施例46と同じである。ベルト耐久性の評価が「B」となり、総合評価も「B」となった。
実施例48では、トルク配分をTh:Tp=20:80とした点を除き、実施例46と同じである。ベルト耐久性の評価が「B」となり、総合評価も「B」となった。
実施例49では、定着装置として実施の形態4のモードIを用いた点を除き、実施例46と同じである。分離性の評価が「B」となり、総合評価も「B」となった。
実施例50では、定着装置として実施の形態4のモードIを用いた点を除き、実施例38と同じである。分離性の評価が「B」となり、総合評価も「B」となった。
比較例1では、記録媒体に凹凸紙(レザック(登録商標)66)を用い、画像形成装置にて未定着画像を作成した後、定着装置として実施の形態1のモードIを用い、トルク配分をTh:Tp=0:100として、加熱ベルト温度を180℃、加圧ローラー10の温度を100℃で定着した。定着性の評価が「C」となり、総合評価も「C」となった。
比較例2では、記録媒体に凹凸紙(レザック(登録商標)75)を用い、画像形成装置にて未定着画像を作成した後、定着装置として実施の形態2のモードIを用い、トルク配分をTh:Tp=0:100として、加熱ベルト温度を180℃、加圧ローラー10の温度を100℃で定着した。定着性の評価が「C」となり、総合評価も「C」となった。
比較例3では、記録媒体に凹凸紙(レザック(登録商標)66)を用い、画像形成装置にて未定着画像を作成した後、定着装置として実施の形態3のモードIを用い、トルク配分をTh:Tp=0:100として、加熱ベルト温度を180℃、加圧ローラー10の温度を100℃で定着した。定着性の評価が「C」となり、総合評価も「C」となった。
比較例4では、記録媒体に凹凸紙(レザック(登録商標)66)を用い、画像形成装置にて未定着画像を作成した後、定着装置として実施の形態4のモードIを用い、トルク配分をTh:Tp=0:100として、加熱ベルト温度を180℃、加圧ローラー10の温度を100℃で定着した。定着性の評価が「C」となり、総合評価も「C」となった。
比較例5では、記録媒体に凹凸紙(レザック(登録商標)75)を用い、画像形成装置にて未定着画像を作成した後、定着装置として実施の形態5のモードIを用い、トルク配分をTh:Tp=0:100として、加熱ベルト温度を180℃、加圧ローラー10の温度を100℃で定着した。定着性の評価が「C」となり、総合評価も「C」となった。
Claims (10)
- 記録媒体にトナー画像を定着させる定着装置であって、
無端状の定着ベルトと、
前記定着ベルトの周内に配置されベルトを駆動させる加熱ローラーと、
前記定着ベルトに対向配置され、前記記録媒体が通過する定着ニップを形成する加圧ローラーと、
前記加圧ローラーを駆動する加圧ローラー駆動部と、
前記加熱ローラーを駆動する加熱ローラー駆動部と、
前記定着ベルトの周内に前記加圧ローラーと対向配置された定着パッドと、
前記定着ニップの出口側での前記定着ベルトへの負荷を低減させるベルト負荷低減手段と、
前記加圧ローラー駆動部、前記加熱ローラー駆動部および前記ベルト負荷低減手段を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記ベルト負荷低減手段を作動させる場合に、前記加圧ローラーおよび前記加熱ローラーのトルク配分における前記加熱ローラーのトルクを、前記ベルト負荷低減手段を作動させない場合よりも大きくなるように制御し、
前記ベルト負荷低減手段は、前記定着ベルトの前記定着ニップからの排出角度を変更する、定着装置。 - 前記ベルト負荷低減手段は、前記加熱ローラーの位置を変更して、前記定着ベルトの排出角度を変更する、請求項1に記載の定着装置。
- 前記ベルト負荷低減手段は、前記定着ニップの下流方向において、前記定着ベルトに内側から当接するベルト押圧部材を用いて、前記定着ベルトの排出角度を変更する、請求項1に記載の定着装置。
- 前記ベルト負荷低減手段は、前記定着ニップの下流方向において、前記定着ベルトに内側から当接するアイドルローラーを用いて、前記定着ベルトの排出角度を変更する、請求項1に記載の定着装置。
- 記録媒体にトナー画像を定着させる定着装置であって、
無端状の定着ベルトと、
前記定着ベルトの周内に配置されベルトを駆動させる加熱ローラーと、
前記定着ベルトに対向配置され、前記記録媒体が通過する定着ニップを形成する加圧ローラーと、
前記加圧ローラーを駆動する加圧ローラー駆動部と、
前記加熱ローラーを駆動する加熱ローラー駆動部と、
前記定着ベルトの周内に前記加圧ローラーと対向配置された定着パッドと、
前記定着ニップの出口側での前記定着ベルトへの負荷を低減させるベルト負荷低減手段と、
前記加圧ローラー駆動部、前記加熱ローラー駆動部および前記ベルト負荷低減手段を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記ベルト負荷低減手段を作動させる場合に、前記加圧ローラーおよび前記加熱ローラーのトルク配分における前記加熱ローラーのトルクを、前記ベルト負荷低減手段を作動させない場合よりも大きくなるように制御し、
前記ベルト負荷低減手段は、前記加圧ローラーの前記定着パッドへの加圧力を変更し、
前記ベルト負荷低減手段は、前記定着パッドの設置角度を変更することにより、前記定着パッドへの加圧力を変更する、定着装置。 - 前記ベルト負荷低減手段は、前記定着パッドと前記加圧ローラーの相対位置を変更することで、前記定着パッドへの加圧力を変更する、請求項5に記載の定着装置。
- 前記記録媒体が凹凸紙の場合は、少なくとも前記加熱ローラーにトルクを付与してアシスト動作をさせる制御を行なう、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の定着装置。
- 前記記録媒体が凹凸紙の場合は、前記加熱ローラーの駆動トルクと前記加圧ローラーの駆動トルクのトルク配分は、20:80〜100:0である、請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の定着装置。
- 前記記録媒体が薄紙を含む普通紙の場合は、前記加圧ローラーの駆動を主駆動とする制
御を行なう、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の定着装置。 - 請求項1から請求項9のいずれかに記載の定着装置を備えた画像形成装置。
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