JP2019003055A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加圧部材に掛かる回転負荷を適切に抑制する。【解決手段】プリンター１の定着装置１０は、トナー像が形成された記録媒体に接触してトナー像を加熱する加熱ローラー１２と、加熱ローラー１２との間を通過する記録媒体を加圧する加圧ローラー１３（加圧部材）と、を備え、加熱ローラー１２の回転駆動のトルクの変化に基づいて、加熱ローラー１２に対する加圧ローラー１３の圧力を段階的に高くする。【選択図】図１

Description

本発明は、記録媒体にトナー像を定着させる定着装置と、この定着装置を備えた画像形成装置に関する。

従来、画像形成装置は、用紙等の記録媒体に形成されたトナー像を定着させる定着装置を備える。定着装置は、トナー像を加熱する加熱部材と、記録媒体に対してトナー像を加圧する加圧部材とを備える。加圧部材は、加熱部材に加圧されていて加熱部材の回転に伴って従動回転し、記録媒体は、加熱部材及び加圧部材の間に通される。

例えば、特許文献１に開示される定着装置は、加熱源を有する回転可能な定着ローラー（加熱部材）と、定着ローラーに圧接された回転可能な加圧ローラー（加圧部材）と、定着ローラーの中央領域と端部領域とに配置された少なくとも２つの温度検知手段とを備え、定着ローラーの端部領域に配置された温度検知手段の検出温度が所定値になったときに各ローラーのウォームアップ回転動作を開始する。

また、特許文献２に開示される定着装置は、加熱部材に接して回転駆動される加圧部材を有し、加熱部材と加圧部材によって形成されるニップに未定着画像が形成された記録紙を導入して挟持搬送することで記録紙に未定着画像を定着する。また、定着装置は、定着装置を駆動するための駆動源と、駆動源から加圧部材への駆動を伝える第一の駆動経路と、駆動源から加圧部材への駆動を伝える第一の駆動経路よりも減速比が小さい第二の駆動経路と、駆動源の回転方向を切り替える制御手段と、定着装置の温度を検出する温度検出手段を有する。そして、定着装置は、駆動源の回転方向切換により、一定速度で駆動する駆動源の駆動力を定着装置の温度が所定の温度になるまでは、第一の駆動経路で加圧部材に伝達し、定着装置の温度が所定の温度以上になった場合は、第二の駆動経路で加圧部材に伝達する。

特開２００５−３２１４４５号公報 特開２０１４−１６４１５１号公報

定着装置において、加熱部材を定格電圧で駆動するとき、加熱部材の回転駆動のトルク（負荷率）は、加圧部材の停止状態、即ち、回転開始直後に最も大きくなる。また、加圧部材は、加圧により圧縮する弾性材料から構成されるところ、２００℃近い温度の印字中に比べて、常温付近の稼働開始直後（冷状態）では、加圧部材の弾性率が低くなる。加熱部材を定格電圧で駆動するとき、加圧部材の加熱部材に対する圧力を高くすると、加圧部材の弾性率が高い場合に比べて、加圧部材の弾性率が低い場合には、加熱部材の回転駆動のトルクが大きくなる。上記のように加熱部材が大きなトルクで回転すると、加熱部材との接触に起因する大きな負荷（接触負荷）が加圧部材に掛かる。このような大きな回転負荷が加圧部材に掛かることで、加圧部材が破損するおそれがある。そこで、加熱部材のトルクを低減する必要がある。

しかしながら、上記の特許文献１のように加熱部材が所定温度以上になった場合に加熱部材の回転を開始する定着装置では、加圧部材の温度や接触負荷を考慮しないため、加熱部材のトルクを低減できずに、大きな回転負荷が加圧部材に掛かることがある。また、上記の特許文献２のような駆動源から加圧部材への減速比（回転数）を切り換える機構を加熱部材に適用しても、加熱部材を定格電圧で駆動するとき、加熱部材のトルクは回転数の影響を受けないため、大きな回転負荷が加圧部材に掛かることがある。

本発明では、加圧部材に掛かる回転負荷を適切に抑制することを目的とする。

本発明の定着装置は、トナー像が形成された記録媒体に接触して前記トナー像を加熱する加熱部材と、前記加熱部材との間を通過する前記記録媒体を加圧する加圧部材と、を備え、前記加熱部材の回転駆動のトルクの変化に基づいて、前記加熱部材に対する前記加圧部材の圧力を段階的に高くすることを特徴とする。

上記の定着装置は、前記トルクが所定の閾値以下になった場合に、前記加圧部材の圧力を段階的に高くするとよい。

上記の定着装置は、前記トルクが所定の経過時間変化しなかった場合に、前記加圧部材の圧力を段階的に高くするとよい。

前記加圧部材は、発泡ゴムからなる加圧ローラーで構成されてよい。

本発明の画像形成装置は、上記のトナー定着装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、加圧部材に掛かる回転負荷を適切に抑制することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るプリンターを示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るプリンターの定着装置において、加圧ローラーの圧力及び切り換え条件、並びに加熱ローラーの負荷率の例を示す表である。

先ず、本発明の実施形態に係るプリンター１（画像形成装置）の全体の構成について図１を参照しながら説明する。説明の便宜上、図１における紙面手前側をプリンター１の前側とする。各図に適宜付される矢印Ｌ、Ｒ、Ｕ、Ｌｏは、それぞれプリンター１の左側、右側、上側、下側を示している。

プリンター１は、箱型形状のプリンター本体２を備える。プリンター本体２の下部には、用紙を収容する給紙カセットが装着され、プリンター本体２の上面には排紙トレイが設けられる。

プリンター本体２の内部の上部には、レーザー・スキャニング・ユニット（ＬＳＵ）で構成される露光器が排紙トレイの下方に配置され、露光器の下方には、画像形成部５が設けられる。画像形成部５には、像担持体である感光体ドラム６（像担持体）が回転可能に設けられ、感光体ドラム６の周囲には、帯電器と、現像器と、転写ローラーと、クリーニング装置とが、感光体ドラム６の回転方向に沿って配置される。

また、プリンター本体２の内部には、用紙の搬送経路８が設けられる。搬送経路８の上流端には給紙部が給紙カセットの近傍に設けられる。搬送経路８の中流部には、感光体ドラム６と転写ローラーによって構成される転写部が設けられる。搬送経路８の下流部には定着装置１０が設けられる。搬送経路８の下流端には排紙部が排紙トレイの近傍に設けられる。

更に、プリンター本体２の内部には、定着装置１０の動作を制御する制御装置１１が設けられる。制御装置１１は、例えば、ＣＰＵ等で構成される制御部と、ＲＯＭやＲＡＭ等からなる記憶部とから構成される。

次に、このような構成を備えたプリンター１の画像形成動作について説明する。プリンター１は、外部のコンピューター等から画像データが入力され、印刷開始の指示がなされると、画像形成動作を開始する。先ず、画像形成部５の帯電器によって感光体ドラム６の表面が帯電された後、露光器からのレーザー光により感光体ドラム６に対して画像データに対応した露光が行われ、感光体ドラム６の表面に静電潜像が形成される。次に、この静電潜像を、画像形成部５の現像器がトナーを用いてトナー像に現像する。

一方、給紙カセットに収納された用紙は、給紙部によって取り出されて搬送経路８上を搬送される。搬送経路８上の用紙は、所定のタイミングで転写部へと搬送され、転写部によって感光体ドラム６上のトナー像が用紙に転写される。トナー像を転写された用紙は、定着装置１０へと搬送され、定着装置１０によって用紙にトナー像が定着される。トナー像が定着された用紙は、排紙部から排紙トレイに排出される。

次に、定着装置１０について説明する。定着装置１０は、加熱ローラー１２（加熱部材）と、加圧ローラー１３（加圧部材）と、熱源１４と、駆動源１５と、圧力調整部１６と、トルク検出部１７とを備える。

加熱ローラー１２は、前後方向に長い円筒状に形成され、前後方向に長い回転軸を有して略箱型状の定着フレーム（図示せず）内に回転可能に支持される。加熱ローラー１２は、例えば、アルミニウム等の金属材料で形成され、直径３０ｍｍ及び厚さ０．６６ｍｍを有する。なお、加熱ローラー１２は、上記の金属材料から成る円筒状の芯材と、芯材に周設されたシリコンゴム等から成る弾性層と、弾性層を被覆するフッ素樹脂等から成る離型層とから構成されてもよい。加熱ローラー１２は、熱源１４によって加熱されて、トナー像が形成された用紙に接触してトナー像を加熱する。加熱ローラー１２は、駆動ギア（図示せず）を介して駆動源１５に接続されていて、駆動源１５からの回転駆動力によって回転する。加熱ローラー１２は、例えば、熱源１４による加熱を開始してから、所定時間（例えば、４ｓ）経過後に駆動を開始するように制御される。

加圧ローラー１３は、前後方向に長い円筒状に形成され、前後方向に長い回転軸を有して略箱型状の定着フレーム（図示せず）内に回転可能に支持される。加圧ローラー１３は、例えば、発泡ゴム等の弾性材料で形成され、直径３５ｍｍ及び厚さ６ｍｍを有する。なお、加圧ローラー１３は、アルミニウムや鉄等の金属材料から成る円筒状の芯材と、芯材に周設された上記の弾性材料から成る弾性層と、弾性層を被覆するフッ素樹脂等から成る離型層とから構成されてもよい。加圧ローラー１３は、加熱ローラー１２側に加圧されて、加熱ローラー１２との間に定着ニップＮを形成する。加圧ローラー１３は、加熱ローラー１２の回転に従動して回転しつつ、加熱ローラー１２との間の定着ニップＮを通過する用紙を加圧する。

熱源１４は、加熱ローラー１２の内部に設けられる。熱源１４は、例えば、ハロゲンヒーターやセラミックヒーター等によって構成される。熱源１４は、電源（図示せず）から電力を供給されると共に、制御装置１１から加熱信号を受信して稼働し、発熱して加熱ローラー１２を加熱する。熱源１４は、例えば、稼働後、加熱ローラー１２を１８５℃まで昇温するように制御される。

駆動源１５は、モーター等から構成される。駆動源１５は、電源（図示せず）から定格電圧を供給されると共に、制御装置１１から駆動信号を受信して稼働し、加熱ローラー１２に回転駆動力を伝達する。駆動源１５は、例えば、６０ｐｐｍの回転数で加熱ローラー１２を回転させる。

圧力調整部１６は、加熱ローラー１２に対する加圧ローラー１３の圧力を段階的に調整する機構である。圧力調整部１６は、例えば、制御装置１１からの調整信号に制御されて、加熱ローラー１２に対して加圧ローラー１３を段階的に移動させる。例えば、圧力調整部１６は、定着フレーム（図示せず）に取り付けられ、加圧ローラー１３を回転可能に支持するベアリングを、ソレノイドやカム等の移動部材やバネ等の付勢部材によって移動させるように構成される。

トルク検出部１７は、加熱ローラー１２の回転駆動のトルク（負荷率）、即ち、駆動源１５のトルクを検出する。加熱ローラー１２のトルクは、加熱ローラー１２の駆動開始直後に最も高く、加熱ローラー１２の回転及び加圧ローラー１３の従動回転が進行するに連れ、加圧ローラー１３の温度が上昇するため低くなる。例えば、トルク検出部１７は、駆動源１５の駆動軸に掛かるトルクを検出するように構成されてもよく、あるいは、駆動源１５に流れる電流を検出してその電流値に基づいてトルクを算出するように構成されてもよい。また、トルク検出部１７は、駆動源１５と一体的に構成されてもよく、あるいは、駆動源１５とは別個に構成されて駆動源１５の駆動軸や加熱ローラー１２の回転軸に取り付けられるものでもよい。

次に、定着装置１０において、制御装置１１による加圧ローラー１３の調整動作について説明する。制御装置１１は、トルク検出部１７による加熱ローラー１２のトルクの検出結果を監視していて、その検出結果に基づいて、圧力調整部１６を制御して加圧ローラー１３の圧力を段階的に調整する。例えば、加圧ローラー１３の圧力には、図２に示すように、初期状態である第１段階、中間状態である第２状態（例えば、１００Ｎ）及び通常印字状態である第３段階（通常印字時の圧力、例えば、２５０Ｎ）がある。制御装置１１は、定着装置１０の駆動状態や加熱ローラー１２のトルクの変化に基づく切替条件を設定し、その切替条件に応じて加圧ローラー１３の圧力を第１段階から第２段階へ、又は第１段階から第３段階へ切り替える。

例えば、第１実施例として、制御装置１１は、定着装置１０の駆動開始時に、第１段階として、図２に示すように、加圧ローラー１３の圧力が封筒印字時の圧力（封筒圧、例えば、４０Ｎ）になるように圧力調整部１６を制御する。このように加圧ローラー１３が第１段階である場合、定着装置１０の駆動開始直後では、加熱ローラー１２の負荷率は、例えば、３５％になる。

制御装置１１は、トルク検出部１７によって検出された加熱ローラー１２のトルクが所定の閾値以下になったとき、例えば、駆動源１５の負荷率が所定の閾値（例えば、３０％）以下になったときに、圧力調整部１６を制御して、加圧ローラー１３の圧力を第３段階へと切り替える。ここでは、第２段階は省略される。このように加圧ローラー１３が加熱ローラー１２のトルクに応じて第３段階に切り替えられた場合、図２の第１実施例に示すように、加熱ローラー１２の負荷率は、例えば、４８％に抑制される。

なお、図２の第１比較例に示すように、加熱ローラー１２のトルクに拘らず、定着装置１０の駆動開始と同時に、加圧ローラー１３が封筒圧の第１段階から第３段階に切り替えられた場合、加熱ローラー１２の負荷率は、例えば、７３％まで上昇してしまう。

また、第２実施例及び第３実施例として、制御装置１１は、定着装置１０の駆動開始時に、第１段階として、図２に示すように、加圧ローラー１３の圧力が解除（例えば、０Ｎ）されるように圧力調整部１６を制御する。このように加圧ローラー１３が第１段階である場合、定着装置１０の駆動開始直後では、加熱ローラー１２の負荷率は、例えば、５％になる。

この第２実施例及び第３実施例では、制御装置１１は、定着装置１０の駆動開始と同時に、圧力調整部１６を制御して、加圧ローラー１３の圧力を第２段階へと切り替える。このように加圧ローラー１３が第２段階に切り替えられた場合、図２に示すように、加熱ローラー１２の負荷率は、例えば、５５％に抑制される。

その後、第２実施例では、制御装置１１は、トルク検出部１７によって検出された加熱ローラー１２のトルクが所定の閾値以下になったとき、例えば、駆動源１５の負荷率が所定の閾値（例えば、４０％）以下になったときに、圧力調整部１６を制御して、加圧ローラー１３の圧力を第３段階へと切り替える。このように加圧ローラー１３が加熱ローラー１２のトルクに応じて第３段階に切り替えられた場合、図２に示すように、加熱ローラー１２の負荷率は、例えば、４０％に抑制される。

あるいは、第３実施例では、制御装置１１は、トルク検出部１７によって検出された加熱ローラー１２のトルクが所定の経過時間変化しなかった場合、例えば、駆動源１５の負荷率が所定の経過時間（例えば、５ｓ）の間、所定の変化範囲（例えば、５％）を超えて変化しなかった場合に、圧力調整部１６を制御して、加圧ローラー１３の圧力を第３段階へと切り替える。このように加圧ローラー１３が加熱ローラー１２のトルクに応じて第３段階に切り替えられた場合、図２に示すように、加熱ローラー１２の負荷率は、例えば、３５％に抑制される。

なお、図２の第２比較例に示すように、加熱ローラー１２のトルクに拘らず、定着装置１０の駆動開始と同時に、加圧ローラー１３が解除された第１段階から第３段階に切り替えられた場合、加熱ローラー１２の負荷率は、例えば、７６％まで上昇してしまう。

上記したように、第１実施例、第２実施例及び第３実施例によれば、加熱ローラー１２の負荷率が抑制されるので、加熱ローラー１２に従動する加圧ローラー１３の回転負荷は適切に抑制され、加圧ローラー１３の破損を回避することができる。一方、第１比較例及び第２比較例によれば、加熱ローラー１２の負荷率が抑制されないので、加熱ローラー１２に従動する加圧ローラー１３の回転負荷は抑制されず、加圧ローラー１３が破損するおそれがある。

本実施形態によれば、上述のように、プリンター１（画像形成装置）の定着装置１０は、トナー像が形成された記録媒体に接触してトナー像を加熱する加熱ローラー１２（加熱部材）と、加熱ローラー１２との間を通過する記録媒体を加圧する加圧ローラー１３（加圧部材）と、を備え、加熱ローラー１２の回転駆動のトルクの変化に基づいて、加熱ローラー１２に対する加圧ローラー１３の圧力を段階的に高くする。

定着装置１０では、加熱ローラー１２の駆動開始直後に、加熱ローラー１２の負荷率や加圧ローラー１３の回転負荷が最大になる。本実施形態のような構成によれば、加熱ローラー１２の駆動開始直後に、加圧ローラー１３の温度が低く弾性率が低い場合には、加熱ローラー１２に対する加圧ローラー１３の圧力が低く設定されるので、加熱ローラー１２の負荷率や加圧ローラー１３の回転負荷を抑制することができる。また、定着装置１０は、加圧ローラー１３の加圧状態を複数段階に分けていて、加熱ローラー１２のトルクの変化に従って加圧ローラー１３の加圧状態を調整する。これにより、加熱ローラー１２のトルクが抑制された状態を監視しつつ、加圧ローラー１３の圧力を高く段階的に調整することができる。そして、加熱ローラー１２の駆動開始後に加圧ローラー１３の温度が十分に高くなることで加圧ローラー１３の弾性率が高くなってから、加圧ローラー１３の圧力が、通常印字時の圧力まで上げられる。そのため、加熱ローラー１２に従動する加圧ローラー１３の回転負荷の急激な上昇を抑制することができる。従って、加圧ローラー１３の破損を抑制することができる。

また、本実施形態によれば、定着装置１０は、トルクが所定の閾値以下になった場合に、加圧ローラー１３の圧力を段階的に高くするとよい。これにより、加熱ローラー１２のトルクが抑制された状態を適切に判定して、加圧ローラー１３の回転負荷の上昇をより適切に抑制することができる。

更に、本実施形態によれば、定着装置１０は、トルクが所定の経過時間変化しなかった場合に、加圧ローラー１３の圧力を段階的に高くするとよい。これにより、加熱ローラー１２のトルクが抑制された状態を適切に判定して、加圧ローラー１３の回転負荷の上昇をより適切に抑制することができる。

また、本実施形態によれば、加圧ローラー１３は、発泡ゴムからなる加圧ローラー１３で構成されてよい。上記のような構成の定着装置１０では、加圧ローラー１３が発泡ゴムで構成されている場合に、加圧ローラー１３の回転負荷の上昇をより適切に抑制することができる。なお、発泡ゴムは、ソリッドゴムに比べて空気層が多いため、製品として強度が高く、物性変化を起こし易いという利点があるため、上記したような本発明に特有の効果がより大きくなる。

本実施形態では、モノクロのプリンター１に本発明の構成を適用する場合について説明したが、他の異なる実施形態では、カラープリンター、複写機、ファクシミリ、複合機等の他の画像形成装置に本発明の構成を適用することも可能である。

１ プリンター（画像形成装置）
２ プリンター本体
５ 画像形成部
６ 感光体ドラム
８ 搬送経路
１０ 定着装置
１１ 制御装置
１２ 加熱ローラー（加熱部材）
１３ 加圧ローラー（加圧部材）
１４ 熱源
１５ 駆動源
１６ 圧力調整部
１７ トルク検出部

Claims (5)

1. トナー像が形成された記録媒体に接触して前記トナー像を加熱する加熱部材と、
   前記加熱部材との間を通過する前記記録媒体を加圧する加圧部材と、を備え、
   前記加熱部材の回転駆動のトルクの変化に基づいて、前記加熱部材に対する前記加圧部材の圧力を段階的に高くすることを特徴とする定着装置。
2. 前記トルクが所定の閾値以下になった場合に、前記加圧部材の圧力を段階的に高くすることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記トルクが所定の経過時間変化しなかった場合に、前記加圧部材の圧力を段階的に高くすることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記加圧部材は、発泡ゴムからなる加圧ローラーで構成されることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の定着装置。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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