(57)【要約】【課題】定着ローラの弾性層の歪み変形を低減し，耐久寿命をさらに向上させた定着装置および画像形成装置を提供すること。【解決手段】本発明の定着装置１は，加熱ローラ１１と加圧ローラ１２とを有し，加圧ローラ１２を加熱ローラ１１へ圧接する圧接バネ３１と，圧接バネ３１による圧接力を調整するカム３２と，加熱ローラ１１の回転を起動する制御部３３とを有し，カム３２は，画像形成を行わない休止時の圧接力を画像形成時の圧接力より小さくし，制御部３３による起動時には，圧接力を休止時の圧接力から画像形成時の圧接力へ漸増させるものであり，制御部３３は，カム３２による圧接力の漸増と並行して，加熱ローラ１１の回転速度を上昇させるものである。【選択図】図２
2010066482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のローラ部材を有し，トナー像を担持しているシートを前記一対のローラ部材の間に通過させることにより，トナー像をシート上に定着する定着装置において，
前記他方のローラ部材を前記一方のローラ部材へ圧接する圧接部材と，
前記圧接部材による圧接力を調整する圧接力調整部材と，
前記一対のローラ部材の回転を起動する起動制御部とを有し，
前記圧接力調整部材は，
画像形成を行わない休止時の圧接力を画像形成時の圧接力より小さくし，
前記起動制御部による起動時には，圧接力を休止時の圧接力から画像形成時の圧接力へ漸増させるものであり，
前記起動制御部は，
前記圧接力調整部材による圧接力の漸増と並行して，前記一方のローラ部材の回転速度を上昇させることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１に記載の定着装置において，
前記一対のローラ部材は，一方の回転により他方が従動して回転するものであり，
前記圧接力調整部材による休止時の圧接力は，前記他方が従動しない程度に小さい圧接力であることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１および請求項２に記載の定着装置において，
前記圧接力調整部材は，
起動時の初期に，圧接力を予め決められた初期圧接力へ上昇させ，
その後画像形成時の圧接力へ向けてさらに漸増させるものであり，
前記起動制御部は，
前記圧接力調整部材による前記初期圧接力から画像形成時の圧接力への漸増と並行して，前記一方のローラ部材の回転速度を上昇させることを特徴とする定着装置。
【請求項４】
画像形成部と，一対のローラ部材を有するとともに，前記画像形成部によって付与されたトナー像を担持しているシートを前記一対のローラ部材の間に通過させることにより，トナー像をシート上に定着するものである定着装置とを有する画像形成装置において，
前記定着装置は，
前記他方のローラ部材を前記一方のローラ部材へ圧接する圧接部材と，
前記圧接部材による圧接力を調整する圧接力調整部材と，
前記一対のローラ部材の回転を起動する起動制御部とを有し，
前記圧接力調整部材は，
画像形成を行わない休止時の圧接力を画像形成時の圧接力より小さくし，
前記起動制御部による起動時には，圧接力を休止時の圧接力から画像形成時の圧接力へ漸増させるものであり，
前記起動制御部は，
前記圧接力調整部材による圧接力の漸増と並行して，前記一方のローラ部材の回転速度を上昇させることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，互いに平行に配置された２つのローラ部材による定着装置およびその定着装置を有する画像形成装置に関する。さらに詳細には，両方のローラ部材を互いに圧接する圧接力と，ローラ部材の回転速度とをともに調整できる定着装置，および画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より，互いに平行に配置された２つのローラ部材による定着装置が広く用いられている。そのような定着装置では，ローラとして弾性層を有するものを用いるとともに，２つのローラ部材を互いに圧接する圧接力を調整することによって，適切な定着ニップを形成するようにされているものがある（例えば，特許文献１参照。）。そして，互いに圧接されている２つのローラ部材の一方が回転駆動されることにより，他方は従動回転されるものがある。
【０００３】
このような定着装置では，その耐久寿命は主に，ローラの弾性層の機械的強度によって決定される。この弾性層の機械的強度が耐久とともに低下する原因としては，定着のための加熱による熱負荷と，定着ニップ近傍での応力負荷とが，その主なものとなっている。これらの負荷がいずれも繰り返し加えられることによる疲労により，弾性層の機械的強度は徐々に低下する。そのため従来より，弾性層に用いるゴム種の選択や添加剤の添加による強化が図られている。
【特許文献１】特開平５−１１６６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら，弾性層の材料強度による強度の向上だけではまだ不十分であった。このため，機械的疲労をできるだけ軽減することによるさらなる耐久寿命の向上が望まれていた。特に，定着ニップ部における弾性層の歪み変形の繰り返しは，弾性層の寿命に多大な影響を与えているため，これを低減することが特に望まれていた。
【０００５】
本発明は，前記した従来の定着装置が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，定着ローラの弾性層の歪み変形を低減し，耐久寿命をさらに向上させた定着装置および画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題の解決を目的としてなされた本発明の定着装置は，一対のローラ部材を有し，トナー像を担持しているシートを一対のローラ部材の間に通過させることにより，トナー像をシート上に定着する定着装置であって，他方のローラ部材を一方のローラ部材へ圧接する圧接部材と，圧接部材による圧接力を調整する圧接力調整部材と，一対のローラ部材の回転を起動する起動制御部とを有し，圧接力調整部材は，画像形成を行わない休止時の圧接力を画像形成時の圧接力より小さくし，起動制御部による起動時には，圧接力を休止時の圧接力から画像形成時の圧接力へ漸増させるものであり，起動制御部は，圧接力調整部材による圧接力の漸増と並行して，一方のローラ部材の回転速度を上昇させるものである。
【０００７】
本発明の定着装置によれば，互いに圧接される一対のローラ部材の圧接力が，圧接力調整部材によって調整されている。まず，休止時には画像形成時より圧接力を小さくしている。休止時には，ローラ部材の回転を停止するとともに圧接力も小さくすれば，省電力であり，弾性層の歪み変形も低減できる。さらに本発明では，この休止時から画像形成するために起動する場合には，圧接力を漸増している。ローラ部材の回転速度を上昇させている途中には，ローラ部材のニップ部に特に大きな力が加わる。この間の圧接力を大きくしすぎないことによって，ローラ部材の弾性層の歪み変形が低減される。これにより，ローラ部材の耐久寿命をさらに向上させることができる。
【０００８】
さらに本発明では，一対のローラ部材は，一方の回転により他方が従動して回転するものであり，圧接力調整部材による休止時の圧接力は，他方が従動しない程度に小さい圧接力であることが望ましい。
このようなものであれば，休止時にはローラ部材の歪み変形がごく小さい状態にされている。従って，定着ローラの弾性層の歪み変形を低減できる。
【０００９】
さらに本発明では，圧接力調整部材は，起動時の初期に，圧接力を予め決められた初期圧接力へ上昇させ，その後画像形成時の圧接力へ向けてさらに漸増させるものであり，起動制御部は，圧接力調整部材による初期圧接力から画像形成時の圧接力への漸増と並行して，一方のローラ部材の回転速度を上昇させることが望ましい。
このようなものであれば，起動のはじめから両ローラ部材の回転速度を合わせて回転速度を上昇させることができる。もし，異なる回転速度のローラを圧接させると，弾性層に大きな歪みが発生する。本発明のようにすれば，定着ローラの弾性層の歪み変形をより低減できる。
【００１０】
また本発明は，画像形成部と，一対のローラ部材を有するとともに，画像形成部によって付与されたトナー像を担持しているシートを一対のローラ部材の間に通過させることにより，トナー像をシート上に定着するものである定着装置とを有する画像形成装置であって，定着装置は，他方のローラ部材を一方のローラ部材へ圧接する圧接部材と，圧接部材による圧接力を調整する圧接力調整部材と，一対のローラ部材の回転を起動する起動制御部とを有し，圧接力調整部材は，画像形成を行わない休止時の圧接力を画像形成時の圧接力より小さくし，起動制御部による起動時には，圧接力を休止時の圧接力から画像形成時の圧接力へ漸増させるものであり，起動制御部は，圧接力調整部材による圧接力の漸増と並行して，一方のローラ部材の回転速度を上昇させる画像形成装置にも及ぶ。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の定着装置および画像形成装置によれば，定着ローラの弾性層の歪み変形を低減し，耐久寿命をさらに向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下，本発明を具体化した最良の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，電子写真方式の画像形成装置に本発明を適用したものである。
【００１３】
本形態の画像形成装置１００は，図１に概略構成を示すように，中間転写ベルト１０１を有する，いわゆるタンデム方式のカラープリンタである。中間転写ベルト１０１は，無端状ベルト部材であり，その図中両端部がローラ１０２，１０３によって支持されている。中間転写ベルト１０１の図中下部に沿って，イエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ），ブラック（Ｋ）の各色の画像形成部１０４Ｙ，１０４Ｍ，１０４Ｃ，１０４Ｋおよび画像濃度センサ１０５が配置されている。
【００１４】
各色の画像形成部１０４Ｙ，１０４Ｍ，１０４Ｃ，１０４Ｋはいずれも同様の構成である。それぞれ，感光体ドラム１０６とその周囲に配置された帯電装置１０７，露光装置１０８，現像装置１０９，クリーナ装置１１０を有している。また，中間転写ベルト１０１を挟んで感光体ドラム１０６に対向する位置に，１次転写装置１１１が配置されている。図１中では画像形成部１０４Ｙによって代表して示している。
【００１５】
図１中で下方に示すのは，用紙Ｐを収容する給紙装置１１２である。給紙装置１１２の上部には，用紙Ｐを送り出す給紙ローラ１１３が設けられている。用紙Ｐは，給紙装置１１２から搬送経路１１４に沿って上方へ送られる。搬送経路１１４を挟んで，ローラ１０３と対面する位置に，２次転写装置１１５が配置されている。さらにその下流側（図中上方）には，定着装置１が配置されている。定着装置１は，加熱ローラ１１，加圧ローラ１２を有している。定着装置１については，後に詳述する。定着装置１より搬送経路１１４のさらに下流側には，排紙ローラ１１６および排紙トレイ１１７が配置されている。
【００１６】
次に，本形態の画像形成装置１００の動作を簡単に説明する。この画像形成装置１００は，画像形成の指示を受けると，その画像信号から各色の画像データを生成する。生成された各色の画像データは，対応する画像形成部１０４Ｙ，１０４Ｍ，１０４Ｃ，１０４Ｋにそれぞれ送出される。各色の画像形成部１０４Ｙ，１０４Ｍ，１０４Ｃ，１０４Ｋは，画像データに基づいて，それぞれの感光体ドラム１０６を帯電・露光して静電潜像を形成する。さらに，形成された静電潜像を現像してトナー像を形成する。
【００１７】
形成されたトナー像は，順次，１次転写装置１１１によって中間転写ベルト１０１に転写され，重ね合わせられる。中間転写ベルト１０１に重ね合わせられたトナー像は，２次転写装置１１５によって用紙Ｐに転写される。トナー像を担持した用紙Ｐは，さらに搬送されて定着装置１に至り，定着装置１によって加熱されるとともに加圧される。これによりトナー像が用紙Ｐに定着される。トナー像が定着された用紙Ｐは，排紙ローラ１１６によって排紙トレイ１１７に排出される。
【００１８】
本形態の定着装置１は，図２に示すように，加熱ローラ１１と加圧ローラ１２とを有している。加熱ローラ１１は，Ａｌ，Ｆｅ等の金属製の芯金２１と，その表面上に設けられた耐熱弾性体層２２，離型層２３を有している。芯金２１の内部には，ハロゲンランプ等の加熱ヒータ２４が備えられている。耐熱弾性体層２２としては，シリコンゴム，フッ素ゴム，またはこれらの発泡材等が適している。離型層２３としては，ＰＦＡ（四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合体），ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン）等の塗膜層，またはチューブ層が適している。
【００１９】
さらに，加熱ローラ１１には，その少なくとも一方の端部に駆動ギアやモータ等の駆動機構が接続されている。これにより，定着処理の実行時に加熱ローラ１１は，図２中に矢印で示す向きに回転される。また，加圧ローラ１２は，加熱ローラ１１とほぼ同様の層構成を有するものである。すなわち，芯金２５と，その外周面上に設けられた耐熱弾性体層２６，離型層２７を有している。
【００２０】
さらに，本形態の定着装置１では，図２に示すように，加圧ローラ１２の軸方向の両端部に圧接機構が設けられている。すなわち，加圧ローラ１２の芯金２５を加熱ローラ１１に向けて圧接する圧接バネ３１と，圧接バネ３１による圧接力を調整するカム３２とを有している。これにより，加圧ローラ１２が加熱ローラ１１に圧接され，加熱ローラ１１の回転駆動によって，加圧ローラ１２は従動回転される。本形態では，加圧ローラ１２の耐熱弾性体層２６の方が加熱ローラ１１の耐熱弾性体層２２より大きく圧縮される。さらに本形態では，加熱ローラ１１の回転速度とカム３２の回転位置とを制御する制御部３３を有している。
【００２１】
さらに本形態では，図３〜図５に示すように，カム３２の回転位置によって，加圧ローラ１２の加熱ローラ１１に対する圧接力が調整される。図３に示しているのは，ほとんど圧接力が加えられていない状態である。この状態では，加熱ローラ１１が回転されても，加圧ローラ１２はすべってしまい従動回転しない。また，図４に示しているのは，中程度の圧接力が加えられている状態である。図５に示しているのは，最大の圧接力が加えられている状態である。
【００２２】
ここでは，カム３２の回転角に１対１に対応して，加圧ローラ１２の加熱ローラ１１に対する圧接力が得られるように，カム３２の形状が選択されている。そして，カム３２の回転角を図３の位置よりやや図４側にすると，加圧ローラ１２は加熱ローラ１１に従動回転する。図４と図５の状態では，加圧ローラ１２は従動回転する。なお，このカム３２の回転は，加熱ローラ１１の回転駆動とは別の機構によって行われる。
【００２３】
本形態の定着装置１においては，加熱ローラ１１と加圧ローラ１２とは，常時回転されているわけではない。例えば，画像形成が行われていない期間（休止時）には，省電力のために加熱ローラ１１の加熱や，これらのローラ１１，１２の回転等は停止される。そのため，そのような停止状態で画像形成指示等を受けた場合には，定着処理が可能な状態となるように起動する必要がある。
【００２４】
ここで，従来の起動処理では，加熱ローラ１１を適切な温度まで加熱し，加圧ローラ１２を適切な押圧力で加熱ローラ１１に圧接させてしまい，それから，加熱ローラ１１の回転を開始していた。そして，加熱ローラ１１の回転速度が適切な回転速度となったら，定着処理が可能となったと判断していた。そのため，加熱ローラ１１の回転速度を上昇させる過程のすべての期間で，加圧ローラ１２は，画像形成時に必要な圧接力で加熱ローラ１１に圧接されていた。
【００２５】
しかし，この従来の起動処理において，加熱ローラ１１の回転開始から定常回転となるまでの間に，特に加圧ローラ１２の耐熱弾性体層２６は，定常回転時を上回る大きな歪みを受けていることが分かった。装置の起動・停止の繰り返しにより，この大きな歪みを繰り返し受けることが，ローラの寿命に大きく関わっていた。本形態の定着装置１は，この起動処理における加圧ローラ１２の大きな歪みを防止し，ローラの寿命を向上させたものである。そのために本形態の起動処理では，制御部３３によって，加熱ローラ１１の回転速度とカム３２の回転位置とが制御される。
【００２６】
次に，本形態の定着装置１の起動処理について説明する。この起動処理は，定着装置１の省電力状態から，画像形成指示等を受けることによって開始される。省電力状態では，加熱ローラ１１の加熱が停止され，加熱ローラ１１と加圧ローラ１２とがいずれも回転されていない。また，カム３２は，図３に示す位置に停止されており，加熱ローラ１１と加圧ローラ１２とは，ほとんど圧接されていない。少なくとも変形するほどの圧接力は受けていない。
【００２７】
この状態から，起動処理を開始する。まず，加熱ローラ１１の加熱ヒータ２４に通電し，加熱ローラ１１を加熱する。そして，加熱ローラ１１が適温まで加熱されてからの回転起動処理は，図６に示すように，段階的に行う。図中で太線の実線Ｌ１は，加圧ローラ１２の耐熱弾性体層２６の歪みの大きさを，太線の破線Ｌ２は，加圧ローラ１２の受ける圧接力を，実線の細線Ｌ３は，加圧ローラ１２の回転速度をそれぞれ示している。
【００２８】
本形態では，駆動機構によって加熱ローラ１１の回転を開始すると同時に，カム３２をまず予め決められた角度まで回転する。この予め決められた角度とは，加圧ローラ１２が，加熱ローラ１１の回転に対して従動回転する最小の圧接力となる角度である。そして，カム３２をその角度位置でしばらく保持することにより，加圧ローラ１２が加熱ローラ１１の回転によって従動回転され始める。ここまでが，図中に「初期圧接力付与期間」と示した期間である。
【００２９】
その後，加熱ローラ１１の回転速度は次第に上昇し，それにつれて加圧ローラ１２の回転速度も次第に上昇する。このとき，回転速度の上昇にしたがって，カム３２を回転させて，加圧ローラ１２の加熱ローラ１１への圧接力を漸増させるのである。ここでは，図６の破線Ｌ２に示すように，ほぼ一定の傾斜で圧接力を徐々に上昇させる。本形態では，加圧ローラ１２の圧接力は，カム３２の回転角とほぼ対応しているので，カム３２を一定の角速度で回転させることにより，このような変化とすることができる。この期間が図中に「ローラ回転起動期間」と示した期間である。
【００３０】
「ローラ回転起動期間」には，加熱ローラ１１は予め決められた定常速度へむけて回転速度を上昇するように駆動されている。従って，加熱ローラ１１に従動している加圧ローラ１２の回転速度も，図６の細線Ｌ３に示すように，ほぼ一定の割合で上昇する。そして，加熱ローラ１１の回転速度が，予め決められた定常速度に到達したら，その状態での回転を続ける。これが，「定常回転期間」の状態である。加圧ローラ１２も，加熱ローラ１１とほぼ同じ回転速度（周速）での定常回転状態となっている。そして，画像形成処理はこの状態で行う。
【００３１】
なお，この回転起動処理の期間中に，加圧ローラ１２の耐熱弾性体層２６の歪みの大きさは，図６の実線Ｌ１に示すように変化する。すなわち，「初期圧接力付与期間」にはいったん上昇した後，維持される。「ローラ回転起動期間」には，両ローラの回転速度の上昇に伴って徐々に上昇する。「定常回転期間」には，一定量の歪みを受けている状態で維持される。「ローラ回転起動期間」の終了直前には，多少のオーバーシュート（図中にハッチングで示す）が発生している。
【００３２】
比較のために，従来の起動処理における加圧ローラの耐熱弾性体層の歪みの大きさの変化を，図７に示す。図中で太線の実線Ｌ４は，従来の処理における加圧ローラの耐熱弾性体層の歪みの大きさを，太線の破線Ｌ５は，従来の処理における加圧ローラの受ける圧接力を示す。実線の細線Ｌ３は，従来の処理における加圧ローラの回転速度であるが，これは本形態のものと同じである。なお，従来の処理では，初期圧接力を付与することは行わないが，図７では，ローラの回転を始めるまでの期間を本形態のものに対応させて，「初期圧接力付与期間」とした。
【００３３】
従来の処理では，図７の破線Ｌ５に示すように，圧接力をまず一気に上昇させ，しっかり圧接させてから，加熱ローラの回転速度を上昇させていた。そのため，加圧ローラの耐熱弾性体層の歪みは，図７の太線Ｌ４に示すように，圧接力を付与したときと加熱ローラの回転を開始したときとの２箇所において，急激に上昇していた。そして，「ローラ回転起動期間」の間中，その歪みの大きい状態が継続していた。この期間の歪みは，両ローラが定常回転状態となってからの歪み（本形態のものと同じ大きさ）よりかなり大きい。すなわち，従来の処理では，図中にハッチングして示すように「ローラ回転起動期間」の間中，大きいオーバーシュートが発生していた。
【００３４】
図６と図７との比較から分かるように，本形態の起動処理によれば，起動処理期間中に加圧ローラ１２の耐熱弾性体層２６に加わる歪みの大きさは，従来のものと比較してかなり小さいものとなっている。従って，加圧ローラ１２の寿命を向上させたものとなっている。
【００３５】
以上詳細に説明したように，本形態の画像形成装置によれば，定着装置の起動時に，カム３２の回転角によって，加圧ローラ１２の圧接力を徐々に上昇させている。従って，耐熱弾性体層２６の歪みの大きさも徐々に上昇する。これにより，起動のはじめの段階で圧接力を定常回転時の値まで上昇させてしまうものに比較して，加圧ローラ１２の耐熱弾性体層２６の歪み量は小さいものとなっている。従って，定着ローラの弾性層の歪み変形を低減し，耐久寿命をさらに向上させた定着装置となっている。
【００３６】
なお，本形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。
例えば，カム３２の形状や，各ローラの構成等は上記のものに限らない。また，カムに限らず，ローラ間の圧接力を適切に調整できるものであればよい。また圧接力は連続的に上昇させるものに限らず，段階的に上昇させてもよい。
また，画像形成装置の構成は一例である。本発明は，カラープリンタに限らず，モノクロプリンタ，ＦＡＸ，コピー機等にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本形態の画像形成装置を示す概略構成図である。
【図２】本形態の定着装置を示す断面図である。
【図３】カムの回転位置による圧接状態の違いを示す断面図である。
【図４】カムの回転位置による圧接状態の違いを示す断面図である。
【図５】カムの回転位置による圧接状態の違いを示す断面図である。
【図６】本形態の起動処理における加圧ローラの受ける圧接力，加圧ローラの回転速度，加圧ローラの歪みの時間変化を示すグラフ図である。
【図７】従来の起動処理における加圧ローラの受ける圧接力，加圧ローラの回転速度，加圧ローラの歪みの時間変化を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  定着装置
１１  加熱ローラ
１２  加圧ローラ
３１  圧接バネ
３２  カム
３３  制御部
【図１】
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【図２】
2010066482.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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