JP6889519B2

JP6889519B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP6889519B2
Application number: JP2015131463A
Authority: JP
Inventors: 岳誠長谷; 藤田　貴史; 貴史藤田; 斎藤　聖治; 聖治斎藤; 石井　賢治; 賢治石井; 晃康網田; 健一長谷川; 瀬戸　隆; 隆瀬戸; 哲生徳田; 洋瀬尾; 弘典山岡
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2021-06-18
Anticipated expiration: 2035-06-30
Also published as: US20170003633A1; US9715201B2; JP2017015882A

Description

本発明は、定着装置、及びこの定着装置を備えた画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置では、像担持体上の画像情報に基づいてトナー像を形成し、該トナー像を紙やＯＨＰシート等の記録材上に転写し、トナー像を担持した記録材を定着装置に通して熱と圧力によりトナー像を記録材上に固定する。その固定方法の一つとして、「熱ローラ方式」がある。

「熱ローラ方式」の定着装置は、ハロゲンヒータなどの加熱源により加熱される定着ローラと加圧ローラでニップ部を形成し、画像を担持した記録材をニップ部に通すことで、熱と圧力によりトナーを溶融させて定着させる。熱ローラ方式は安価であり、安全性や高速機への対応性等の観点からモノクロ機で広く用いられている。

一方、トナーは熱により溶融し、記録紙の繊維間に浸み込むことができる。また、同時に、定着ローラにも付着しやすい。また、トナーが溶融し、定着ローラあるいは定着ベルトに対する付着力が紙への接着力よりも大きい場合には、溶融したトナーは、記録紙から定着ローラあるいは定着ベルトへ移行しオフセットとなる。この移行したオフセットトナーは、熱ローラ方式の場合には分離爪やサーミスタ等の温度センサに堆積し、定着ローラあるいは定着ベルトが回転停止を繰り返すことで、堆積したトナーが定着ローラあるいは定着ベルトに落下して記録紙に再付着し、いわゆる黒ポチが生じて画像を汚すことがある。

この再付着トナーの発生および定着ローラや定着ベルトへの固着性は、トナー物性の違いによる差が大きく、また用紙に含まれる填料の影響も大きい。特に、粉砕法で作成された重質炭酸カルシウムを填料に含む用紙を使用した際には、トナーおよび用紙の重質炭酸カルシウムによって形成された固着物の定着ないしは加圧ローラへの接着性が高く、上記黒ポチを含む異常画像として発生しやすい。また、トナーとしてはオフセット性の悪いトナーにおいて悪化が顕著である。

印刷画像としては白紙の地汚れトナーがオフセット性、固着性ともに悪い。一方、定着ローラに発生した予兆段階の固着トナーは、セルフクリーニング効果により、未定着トナーとともに用紙に吐き出される。その効果は、画像面積率が高いほど大きく、トナーの固着がより発生しにくい。上記予兆段階とは、トナーが目視確認可能なサイズ以下の段階であり、例えば、１ｍｍ程度以下のトナーが固着している段階である。

このような問題点に鑑み、例えば、特許文献１では、クリーニングウェブを定着ローラまたは加圧ローラへ当接、摺擦させることにより、定着ローラまたは加圧ローラへ付着したトナーをクリーニングしている。

特許文献２では、従動回転する定着ローラに対して、所定の負荷トルクを付与することにより、定着ローラと加圧ローラとの間に微小な速度差を生じさせ、定着ベルト表面に付着したワックスをクリーニングすることにより、光沢ムラの異常の発生を防止する技術が開示されている。

特許文献１では、クリーニングウェブを駆動するための駆動手段や制御手段が必要になるだけでなく、低価格のモノクロ機に対するクリーニングウェブのコストの割合は大きく、また定着装置内の配置の課題もある。特許文献２では、負荷付与手段にモータを使用しており、同様にコスト、配置の課題がある。また、トナー固着と画像との両立のためには、適正な負荷範囲が規定される必要がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、定着部材または加圧部材に回転負荷を付与する回転負荷付与部材に与える回転負荷トルクを制御することにより、トナー固着による異常画像の発生を抑制することが可能な定着装置、及び画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明にかかる画像形成装置は、定着装置と、定着装置を駆動する駆動源と、を備え、トナー画像を感光体から印刷媒体に直接転写して画像を形成する画像形成装置であって、前記定着装置は、内部に熱源を有する定着ローラと、前記定着ローラに圧接して配置され、前記定着ローラと当接し、当接部の摩擦力で前記定着ローラの回転に従動して回転する加圧ローラと、前記加圧ローラに回転負荷を付与しつつ前記加圧ローラの両端部を回転可能に支持する一対の滑り軸受と、前記滑り軸受に対してバネによって所定の荷重を付与することで０．１〜０．６Ｎｍの間の回転負荷を与える機構部と、を備えることを特徴とする画像形成装置として構成される。

本発明によれば、定着部材または加圧部材に回転負荷を付与する回転負荷付与部材に与える回転負荷トルクを制御することにより、トナー固着による異常画像の発生を抑制することが可能となる。

本発明にかかる定着装置、及び画像形成装置を適用したプリンタの印刷機構の断面を示す模式図である。図１に示した印刷機構を備えた画像形成装置の一例を示す概略構成図である。熱ローラ方式を採用した定着装置の構成を示す図である。ベルト定着方式を採用した定着装置の構成例を示す図である。フリーベルト定着方式を採用した定着装置の構成例を示す図である。図３に示した定着装置が備える回転負荷付与機構の例を示す図である。図３に示した定着装置が備える回転負荷付与機構の例を示す図である。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる定着装置、及び画像形成装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下では、本発明にかかる定着装置、及び画像形成装置を一般的なプリンタに適用した場合について説明している。しかし、湿式プロセス（電子写真、インクジェット等）により画像を形成するプリンタやＭＦＰ（Multi-Function Peripheral）等の画像形成装置に備えられた用紙を乾燥・加熱する装置に対して適用することができる。

図１は、本発明にかかる画像形成装置、及び画像形成方法を適用したプリンタ１０００の印刷機構の断面を示す模式図である。図１に示すように、プリンタ１０００は、給紙手段４と、レジストローラ対６と、像担持体としての感光体ドラム８と、転写手段１０と、定着装置１２等を有している。

給紙手段４は、記録材としての用紙Ｐａが積載状態で収容される給紙トレイ１４と、給紙トレイ１４に収容された用紙Ｐａを最上のものから順に１枚ずつ分離して送り出す給紙コロ１６等を有している。給紙コロ１６によって送り出された用紙Ｐａはレジストローラ対６で一旦停止され、姿勢ずれを矯正された後、感光体ドラム８の回転に同期するタイミングで、すなわち、感光体ドラム８上に形成されたトナー像の先端と用紙Ｐａの搬送方向先端部の所定位置とが一致するタイミングでレジストローラ対６により転写部位Ｎへ送られる。

感光体ドラム８の周りには、矢印で示す回転方向順に、帯電手段としての帯電ローラ１８と、図示しない露光手段の一部を構成するミラー２０と、現像ローラ２２ａを備えた現像手段２２と、転写手段１０と、クリーニングブレード２４ａを備えたクリーニング手段２４等が配置されている。帯電ローラ１８と現像手段２２の間において、ミラー２０を介して感光体ドラム８上の露光部２６に露光光Ｌｂが照射され、走査されるようになっている。

プリンタにおける画像形成動作は従来と同様に行われる。すなわち、感光体ドラム８が回転を始めると、感光体ドラム８の表面が帯電ローラ１８により均一に帯電され、画像情報に基づいて露光光Ｌｂが露光部２６に照射、走査されて作成すべき画像に対応した静電潜像が形成される。この静電潜像は感光体ドラム８の回転により現像手段２２へ移動し、ここでトナーが供給されて可視像化され、トナー像が形成される。感光体ドラム８上に形成されたトナー像は、所定のタイミングで転写部位Ｎに進入してきた用紙Ｐａ上に転写手段１０による転写バイアス印加により転写される。

以下は中間転写方式の説明である。図２は、図１に示した印刷機構を備えた画像形成装置の一例を示す概略構成図である。同図において符号１００は画像形成装置としてのタンデム型中間転写式の画像形成装置本体、２００は該画像形成装置本体１００を載せる給紙テーブルをそれぞれ示している。また、画像形成装置本体１００の内部には複数の画像形成手段１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋが並設されたタンデム型中間転写式の画像形成部（以下、タンデム型画像形成部と言う）２０が設けられており、上記の符号に付けた添え字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色をそれぞれ示している。画像形成装置本体１００には、中央付近に、無端ベルト状の中間転写体（以下、中間転写ベルトと言う）１０が設けられている。この中間転写ベルト１０は、複数の支持ローラ１４、１５、１５’、１６等に掛け回して図中時計回りに回転搬送可能とする。この図示例では、支持ローラ１６の左に、中間転写ベルト用のクリーニング装置１７を設けている。クリーニング装置１７は画像転写後に中間転写ベルト１０上に残留する残留トナーを除去する。

支持ローラ１４と支持ローラ１５間に張り渡した中間転写ベルト１０上には、その搬送方向に沿って、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の４つの画像形成手段１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ（以下、１Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋのように略記する）を横に並べて配置してタンデム型画像形成部２０を構成する。このタンデム型画像形成部２０の各画像形成手段１Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナー画像を担持する像担持体としての感光体ドラム２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋを有している。

そして、このタンデム型画像形成部２０の上には、図１に示すように２つの露光装置４が設けられている。各露光装置４はそれぞれ２つの画像形成手段（１Ｙと１Ｍ、１Ｃと１Ｋ）に対応しており、例えば２つの光源装置（半導体レーザ、半導体レーザアレイ、あるいはマルチビーム光源等）とカップリング光学系、共通の光偏向器（ポリゴンミラー等）、２系統の走査結像光学系等で構成される光走査方式の露光装置であり、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色の画像情報に応じて各感光体ドラム２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋに露光を行い、静電潜像を形成する。

また、各画像形成手段１Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの感光体ドラム２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの周囲には、上記の露光に先立って各感光体ドラムを均一に帯電する帯電装置３Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ、上記の露光装置４によって形成された静電潜像を各色のトナーで現像する現像装置５Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ、感光体ドラム上の転写残トナーを除去する感光体用クリーニング装置７Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋが設けられている。さらに、各感光体ドラム２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋから中間転写ベルト１０にトナー画像を転写する一次転写位置には、中間転写ベルト１０を間に挟んで各感光体ドラム２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋに対向するように一次転写手段の構成要素としての一次転写ローラ６Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋが設けられている。

中間転写ベルト１０を支持する複数の支持ローラのうち、支持ローラ１４は中間転写ベルト１０を回転駆動する駆動ローラであり、図示しない駆動伝達機構（ギヤ、プーリ、ベルト等）を介してモータと接続されている。また、ブラックの単色画像を中間転写ベルト１０上に形成する場合には、図示しない移動機構により、駆動ローラ１４以外の支持ローラ１５、１５’を移動させて、イエロー、シアン、マゼンタの感光体ドラム２Ｙ、Ｍ、Ｃを中間転写ベルト１０から離間させることが可能である。

中間転写ベルト１０を挟んでタンデム型画像形成部２０と反対の側には、二次転写装置２２を備えている。この二次転写装置２２は、図示の例では、二次転写対向ローラ１６に二次転写ローラ１６’を押し当てて転写電界を印加することで中間転写ベルト１０上の画像を転写媒体としてのシート状の転写紙Ｓに転写する。

また、二次転写装置２２の横には、転写紙Ｓ上の転写画像を定着する定着装置２５を設けている。定着装置２５は、無端ベルトである定着ベルト２６に加圧ローラ２７を押し当てて構成する。定着ベルト２６は２つの支持ローラに掛け回されており、少なくとも一方のローラには図示しない加熱手段（ヒータ、ランプ、あるいは電磁誘導式の加熱装置等）が設けられている。

二次転写装置２２で画像が転写された転写紙Ｓは、２つのローラ２３に支持された搬送ベルト２４により上記定着装置２５へと搬送される。もちろん、搬送ベルト２４の部分は、固定されたガイド部材でも良く、また、搬送ローラや搬送コロ等でも良い。

なお、図示の例では、このような二次転写装置２２および定着装置２５の下に、上述したタンデム型画像形成部２０と平行に、転写紙Ｓの両面に画像を記録すべく転写紙Ｓを反転して搬送するシート反転装置２８を備えている。

中間転写ベルト方式は、１次転写から２次転写へトナーが転移する段階で地汚れトナーの割合が減少するため、紙上地汚れ量が直接転写方式に比べて少なく、トナー固着に対して有利である。

図１に戻り、トナー像を担持した用紙Ｐａは定着装置１２へ向けて搬送され、定着装置１２で定着された後、図示しない排紙トレイへ排出・スタックされる。転写部位Ｎで転写されずに感光体ドラム８上に残った残留トナーは、感光体ドラム８の回転に伴ってクリーニング手段２４に至り、このクリーニング手段２４を通過する間にクリーニングブレード２４ａにより掻き落とされて清掃される。その後、感光体ドラム８上の残留電位が図示しない除電手段により除去され、次の作像工程に備えられる。

（定着装置構成）
ここで、上記定着装置１２の構成について説明する。まず、定着装置１２に熱ローラ方式を採用した構成について説明する。

図３は、熱ローラ方式を採用した定着装置１２の構成を示す図である。図３に示すように、定着装置１２が有する定着ローラ２８は、ステンレス、アルミニウム等の金属製の芯金の外周に、加圧ローラ３０とニップを形成し、表層には、転写紙及びトナーの離型性を良くするために離型層を設ける。離型層には、耐熱性があり表面エネルギーの小さい材料が使用され、例えばシリコーン樹脂、フッ素樹脂、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）などの高分子樹脂からなる耐熱性チューブとして使用される。表層には、さらに耐摩耗性を確保するために、カーボン、ＳｉＣのような耐磨耗性添加剤が１０質量％添加されている。添加剤は３質量%以上添加すると十分な耐摩耗性が得られる一方、２０質量%以上添加されると定着ローラ２８の表面に露出する割合が増え、トナー離型性が悪化する。

さらに、定着ローラ２８の芯金中には定着ローラ２８の温度上昇を加速させるためのハロゲンヒータ等の熱源３３が配設される。熱源３３はハロゲンヒータに限ったものではなく、誘導加熱や面状発熱体が用いられても良い。

加圧ローラ３０は、ステンレス、アルミニウム等の金属製の芯金の外周にフッ素系ゴム、シリコーンゴム等の耐熱弾性材料からなる弾性層を適度な厚みで備え、定着ローラ２８と同様に、表層にフッ素系樹脂等からなる離型層を備える。また、加圧ローラ３０は、定着ローラ２８に向けて図示しないバネ等の加圧部材により押圧されており、弾性層を弾性変形させることにより、定着ローラ２８との間で一定時間トナーを加圧・加熱できるニップ部Ｎを形成する。

また、定着された転写紙を剥離するための分離爪３４が定着ローラに接して、設置される。分離爪３４は、定着ローラ軸方向に必要に応じ数箇所配置しても良い。分離爪３４は、トナー固着を抑制するためにＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰなどの高分子樹脂で表面が形成される。

さらに、定着ローラ２８、加圧ローラ３０等のヒータを制御するために、各部材の温度を検知するためにサーミスタ等の温度センサ３６を設け、加熱制御手段である加熱制御コントローラにより温度が制御される。本実施の形態における定着設定温度は、トナー粘弾性および定着性試験の結果から、１６０℃に設定されている。

図４は、ベルト定着方式を採用した定着装置１２の構成例を示す図である。また、図５は、フリーベルト定着方式を採用した定着装置１２の構成例を示す図である。

図４に示すように、ベルト定着方式では、可撓性を有する無端状の定着ベルト２５１と、加圧ローラ２５２の他に、定着ローラ２５３と、加熱ローラ２５４と、ハロゲンヒータ２２５を備えている。定着ベルト２５１は、定着ローラ２５３及び加熱ローラ２５４により支持されている。定着ローラ２５３は、芯金２５５上に、弾性層２５６が形成されている。芯金２５５を構成する材料としては、特に限定されないが、ステンレス鋼、アルミニウム等の金属材料が挙げられる。弾性層２５６を構成する材料としては、特に限定されないが、発泡性シリコーンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等のゴム材料が挙げられる。

加熱ローラ２５４の内部（内周面側）には、ハロゲンヒータ２２５が設けられている。定着ベルト２５１は、基材上に、弾性層及び離型層が順次積層されている。定着ベルト２５１の全体の厚さは、通常、１ｍｍ以下である。基材の厚さは、通常、２０〜５０μｍである。基材を構成する材料としては、特に限定されないが、ポリイミド等の樹脂材料が挙げられる。弾性層の厚さは、１００μｍ以上であることが好ましい。弾性層の厚さが１００μｍ未満であると、トナー像の表面の微小な凹凸に追従することができず、低温定着性が低下することがある。弾性層を構成する材料としては、特に限定されないが、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、フッ素ゴム等のゴム材料が挙げられる。

離型層の厚さは、通常１０〜４０μｍである。離型層を構成する材料としては、特に限定されないが、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ＰＥＳ（ポリエーテルスルフィド）等が挙げられる。

図５に示すように、フリーベルト定着方式は、定着装置１２内に加圧回転体（図５に示す例では加圧ローラ４３）と定着ベルト４１を有し、熱源（図５に示す例ではハロゲンヒータ４２）により定着ベルト４１が内周側から輻射熱で直接加熱される。このとき、図５に示す定着ベルト４１内には、定着ベルト４１を介して対向する加圧ローラ４３とニップ部Ｎを形成するニップ形成部材４６があり、定着ベルト４１の内面と直接（もしくは、図示しない摺動シートを介して間接的に）摺動するようになっている。摺動シートは、保持部材４８と定着ベルト４１との摺動抵抗を低減するためのシートであり、定着ベルト４１に対する摩擦係数が小さく、耐摩耗性や耐熱性に優れた材質、例えば多孔質のフッ素樹脂の織物で形成したシートで、矩形形状に形成されている。また、図５では、ニップ部Ｎの形状が平坦状であるが、凹形状やその他の形状であっても良い。その理由は、ニップ部Ｎの形状が凹形状である方が、記録紙先端の排出方向が加圧ローラ寄りになり、分離性が向上するのでジャムの発生が抑制されるためである。

定着ベルト４１は、ニッケルやＳＵＳなどの金属ベルトやポリイミドなどの樹脂材料を用いた無端ベルト（もしくはフィルム）とする。定着ベルト４１の表層は、ＰＦＡ、ＰＴＦＥまたはＦＥＰ層などの離型層を有し、トナーが付着しないように離型性を持たせている。定着ベルト４１の基材とＰＦＡ、ＰＴＦＥまたはＦＥＰ層の間にはシリコーンゴムの層などで形成する弾性層があっても良い。シリコーンゴム層がない場合は熱容量が小さくなり、定着性が向上するが、未定着画像を押し潰して定着させるときにベルト表面の微小な凹凸が画像に転写されて画像のベタ部にユズ肌状の光沢ムラ（ユズ肌画像）が残るという不具合が生じる。これを改善するにはシリコーンゴム層を１００μｍ以上設ける必要がある。シリコーンゴム層の変形により、微小な凹凸が吸収されユズ肌画像が改善する。

定着ベルト４１の内部にはニップ部Ｎを支持するための支持部材４７（ステー）を設け、加圧ローラ４３により圧力を受けるニップ形成部材４６の撓みを防止し、軸方向で均一なニップ幅を得られるようにしている。圧力を支持部材４７が支持することで、トナーを溶融定着させるに必要な定着ニップでの面圧値を得ることができる。しかし、この支持部材４７は鉄ないしはステンレスを曲げ加工等を実施することで形成され厚みが５ｍｍ程度の鉄板やＳＵＳ板を用いるため熱容量が大きい。

また、この支持部材４７は、両端部で保持部材４８（フランジ）に保持固定され、位置決めされている。また、熱源４２と支持部材４７の間に反射部材４９を備え、熱源４２からの輻射熱などにより支持部材４７が加熱されてしまうことによる無駄なエネルギー消費を抑制している。ここで反射部材４９を備える代わりに支持部材４７表面に断熱もしくは鏡面処理を行っても同様の効果を得ることか可能となる。

加圧ローラ４３は芯金４５に弾性ゴム層４４を有し、離型性を得るために表面に離型層（ＰＦＡまたはＰＴＦＥ層）が設けてある。加圧ローラ４３は、画像形成装置に設けられたモータなどの駆動源から、ギヤを介して駆動力が伝達され回転する。また、加圧ローラ４３はスプリングなどにより定着ベルト４１側に押し付けられており、弾性ゴム層４４が押し潰されて変形することにより、所定のニップ幅を有している。加圧ローラ４３は中空のローラであっても良く、加圧ローラ４３にハロゲンヒータなどの加熱源を有していても良い。弾性ゴム層４４はソリッドゴムでも良いが、加圧ローラ４３内部にヒータが無い場合は、スポンジゴムを用いても良い。スポンジゴムの方が、断熱性が高まり定着ベルトの熱が奪われにくくなるので、より望ましい。

定着ベルト４１は、加圧ローラ４３により連れ回り回転する。図５に示す場合では、加圧ローラ４３が図示しない駆動源により回転し、ニップ部Ｎでベルトに駆動力が伝達されることにより定着ベルト４１が回転する。定着ベルト４１はニップ部Ｎで挟み込まれて回転し、ニップ部以外では両端部で保持部材４８（フランジ）にガイドされ、走行する。上記のような構成により、安価で、ウォームアップが速い定着装置１２を実現することが可能となる。

図５に示したフリーベルト定着方式では、定着スリーブと摺動部材との摩擦が回転負荷トルクとなり、加圧ローラと微小な線速差が発生し、定着スリーブへのトナー固着に対して有利である。

（トナー固着）
図３に示したように、本発明を適用した定着装置１２では、記録紙上のトナーは、定着装置１２における定着ロ−ラあるいは定着ベルトと加圧ローラのニップ内で熱と圧力を受ける。このときに、熱によりトナーは溶融状態になり、粘弾性が低下する。また、同時に、圧力を受けることで記録紙上に広がるとともに記録紙の繊維中に入り込む。次に、記録紙がニップ内から抜け出して、熱ローラ方式の場合には両方のロ−ラから分離爪３４により剥離され離れてゆく。

トナーは熱により溶融し、記録紙の繊維間に浸み込むことができる。また、同時に、定着ローラにも付着しやすい。また、トナーが溶融し、定着ローラあるいは定着ベルトに対する付着力が紙への接着力よりも大きくなると、溶融したトナーは、記録紙から定着ローラあるいは定着ベルトへ移行しオフセットとなる。この移行したオフセットトナーは、熱ローラ方式の場合には分離爪３４やサーミスタ等の温度センサ３６に堆積し、定着ローラあるいは定着ベルトが回転停止を繰り返すことで、堆積したトナーが定着ローラあるいは定着ベルトに落下して記録紙に再付着し、いわゆる黒ポチが生じて画像を汚すことがある。

このように、トナーが定着ローラや定着ベルトに再固着して黒ポチを含む異常画像を生じさせる要因としては、用紙に対して画像が占める面積の割合を示す画像面積率、印刷画像がモノクロ印刷されている割合を示すモノクロ印刷率、用紙の品質を定める填料が含まれる割合を示す用紙の重質炭酸カルシウム量等の印刷条件によって、その発生頻度が左右されるといえる。上記モノクロ印刷率は、ブラック（Ｋ）が有するトナー物性が用紙に与える影響を示す指標であると考えることができる。すなわち、用紙に対する画像面積率やその画像の印刷時に用いられるトナーの物性等の画像を形成する側の印刷条件、あるいは用紙の品質等の印刷媒体側の印刷条件によって、上記黒ポチを含む異常画像の発生が左右されるといえる。

（回転負荷付与機構）
熱ローラ方式を採用した定着装置１２では、例えば、図６に示す回転負荷付与機構により、定着ローラ２８に対する回転負荷が付与される。上記定着装置１２が有する定着ローラ２８は、通常、定着装置１２外部の画像形成装置本体に備えられた駆動源５１から駆動力Ｍを得て回転する。図６に示す例では、駆動源５１からの駆動力が伝達された定着ローラ２８と圧接した加圧ローラ３０が従動回転することを示している。従来、加圧ローラ３０は、定着ローラ２８との間に生じる摩擦力によって、定着ローラ２８と回転速度を同じくして回転する。一方、本実施の形態における示す加圧ローラ３０の軸の端部には、上記従動回転に対する負荷トルクを付与するための滑り軸受５２が配置されている。滑り軸受け５２はバネ５３によって荷重が付与され、定着ローラ２８と加圧ローラ３０との間にニップ部を形成させるとともに、滑り軸受５２と加圧ローラ３０軸との間に摩擦力を生じさせて回転負荷トルクを付与する。また摺動面には摺動部材５４が配置され、耐磨耗性が付与されることで、経時でも安定した負荷トルクを付与することができる。回転負荷トルクの調整方法としては、バネ５３のバネ定数を引き上げる、もしくは摺動部材５４の種類を変更するといった方法がある。

回転負荷としては、例えば、Ａ４Ｙ幅の用紙を通常１５０ｍｍ／ｓｅｃ線速で搬送する熱ローラ方式を採用した定着装置１２では、０．１〜０．６Ｎ・ｍの回転負荷トルクを付与することが望ましく、０．２〜０．４Ｎ・ｍであることが更に望ましい。その設定は、ローラ構成やニップ幅により適宜調整される。上記回転負荷を上昇させすぎると、トナー固着に対しては効果が大きくなるが、定着ローラ２８と加圧ローラ３０との間で１％以下の微小線速差とならず、画像の抜けや、画像のオフセットが悪化することが分かっている。このため、回転付加トルクについては実験的に調整されることが望ましい。

この状態で用紙が通紙されると、定着ローラと用紙表面との間で摩擦力が生じるため、定着ローラ上の固着トナー等の微小固着物が剥がされること、およびその微小固着物が目視可能な程度にまで成長しないことが、通紙試験によって確認された。

回転負荷付与部材としては、滑り軸受５２の他に、オイルダンパ５５も使用することができる。図７に示すように、従動回転する加圧ローラ３０の軸に対して、駆動力伝達部材であるギヤ５７を介して接続される。オイルダンパ５５は画像形成装置本体に設置されることで、定着装置を小型にすることができる。また、オイルダンパ５５の種類だけでなく、ギヤ５７の比率を変更することで回転負荷トルクを調整することもできる。オイルダンパ５５としては、例えばトックベアリング社製のロータリーダンパーＴＤ８８、ＴＤ６２等を使用することができる。

回転負荷付与部材としては、他にトルクリミッタ５６も使用することができ、上記のオイルダンパ５５と同様の使用方法が可能である。トルクリミッタ５６としては、例えばトックベアリング社製のマグネット式トルクリミッタＴＬＥＳ１−８１６−４０Ｗを使用することができる。

回転負荷付与部材としては、上記の滑り軸受タイプ、オイルダンパ、トルクリミッタを挙げたが、滑り軸受タイプは低コストで搭載可能だが、耐久性に劣り、経時での回転負荷トルクがやや低下しやすい。オイルダンパやトルクリミッタは、滑り軸受タイプより高コスト、配置の課題があるが、耐久性に優れ、経時での回転負荷トルクは低下しにくい。

（検証実験内容）
定着ローラとして（株）リコー製複写機ｉｍａｇｉｏＮＥＯ４５１を用いて、これに重質炭酸カルシウムを２５質量％含有した市販のＰＰＣ（Plain Paper Copier）用紙をＡ４Ｙでセットし複写コピーテストを行った。その検証結果を表１に示す。印刷条件として、画像は、画像面積率が３％となるように、ランダムに文字画像を形成したものを用いた。トナー固着性については、上記画像を１００ｋ枚、１枚ごとに２０秒間欠でコピー印刷して白紙部への固着トナーの落下を確認し、○△×判定した。ここで、「○」は「固着発生なし」の場合であり、「△」は「固着発生が１ｋ枚のうち１％以下で発生」した場合であり、「×」は「固着画像が１ｋ枚のうち１％以上発生」した場合である。

（実施例１〜９、比較例１〜５）
実施例１では、転写方式が直接転写であり、定着方式が熱ローラ定着である。回転負荷付与部材には滑り軸受を使用し、初期トルクが０．２Ｎ・ｍ、経時トルクが０．１Ｎ・ｍである。トナー固着は経時で回転負荷トルクが０．２Ｎ・ｍ以下に低下したため、△であったが、画像オフセットは○であった。

実施例２では、転写方式が中間転写方式のため、地汚れ量が少なく、トナー固着は○であった。実施例３では、定着方式がベルト定着方式であり、回転負荷を付与することで、結果は実施例１と同等であった。

実施例４では、定着方式がフリーベルト定着方式であり、定着ベルトに回転負荷がかかるため、トナー固着は○であった。実施例５では、初期トルクが０．３Ｎ・ｍ、経時トルクが０．１５Ｎ・ｍであった。トナー固着は経時で回転負荷トルクが０．２Ｎ・ｍ以下に低下したため、△であったが、画像オフセットは○であった。

実施例６、７では回転負荷付与部材にオイルダンパ、実施例８、９ではトルクリミッタを使用した。実施例７では負荷トルクがやや高いため画像オフセットが△であったが、それ以外ではトナー固着、画像オフセットともに○であった。

比較例１、２、４では負荷トルクが０．１Ｎ・ｍ以下であり、トナー固着が×であった。比較例３、５では負荷トルクが０．６Ｎ・ｍ以上であり、画像オフセットが×であった。

このように、定着部材または加圧部材に回転負荷を付与する回転負荷付与部材に与える回転負荷トルクを０．１〜０．６Ｎｍ（望ましくは０．２〜０．４Ｎｍ）に制御することにより、トナー固着による異常画像の発生を抑制することが可能となる。

１０００プリンタ
４給紙手段
６レジストローラ対
８感光体ドラム
１０転写手段
１２定着装置
２８定着ローラ
３０加圧ローラ
３３熱源
３４分離爪
３６温度センサ
４１定着ベルト
４２ハロゲンヒータ
５１駆動源
５２滑り軸受
５３バネ
５４摺動部材
５５トルクリミッタ
５６オイルダンパ
５７ギヤ

特許５４９５８９２号特開２０１４−０８１６１０号公報

Claims

定着装置と、定着装置を駆動する駆動源と、を備え、トナー画像を感光体から印刷媒体に直接転写して画像を形成する画像形成装置であって、
前記定着装置は、
内部に熱源を有する定着ローラと、
前記定着ローラに圧接して配置され、前記定着ローラと当接し、当接部の摩擦力で前記定着ローラの回転に従動して回転する加圧ローラと、
前記加圧ローラに回転負荷を付与しつつ前記加圧ローラの両端部を回転可能に支持する一対の滑り軸受と、
前記滑り軸受に対してバネによって所定の荷重を付与することで０．１〜０．６Ｎｍの間の回転負荷を与える機構部と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
前記機構部は、前記滑り軸受に対してバネによって所定の荷重を付与することで０．２〜０．４Ｎｍの間の回転負荷を与える、
ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。