(57)【要約】      （修正有）【課題】ニップ下流側に蓄積した潤滑剤を再塗布することで摺動抵抗の低減と潤滑剤供給過剰の予防を両立する定着装置を提供する。【解決手段】記録媒体と接触し記録媒体上のトナーを定着させる無端状のベルトと、前記記録媒体に接触して加圧する加圧部材と、前記ベルトの内側に前記加圧部材に対向して設けられ、前記加圧部材からの圧力を受ける被加圧部材と、前記ベルトを加熱する加熱源と、被加圧部材は下流側加圧と上流側加圧の２つの状態を切り替える、圧分布切り替え機構とを備え、前記ベルトと前記被加圧部材との間に摩擦を低減する潤滑剤が塗布されており、被加圧部材が上流側加圧で無端状ベルトがプリント時とは逆回転する潤滑剤再塗布モードを有することを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体と接触し記録媒体上のトナーを定着させる無端状のベルトと、
前記記録媒体に接触して加圧する加圧部材と、
前記ベルトの内側に前記加圧部材に対向して設けられ、前記加圧部材からの圧力を受ける被加圧部材と、
前記ベルトを加熱する加熱源と、
被加圧部材は下流側加圧と上流側加圧の２つの状態を切り替える、圧分布切り替え機構とを備え、
前記ベルトと前記被加圧部材との間に摩擦を低減する潤滑剤が塗布されており、 
被加圧部材が上流側加圧で無端状ベルトがプリント時とは逆回転する潤滑剤再塗布モードを有す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
ベルトの回転数を計測する手段を持ち、
潤滑剤再塗布モードに移行するタイミングは規定されたベルト走行距離に達した時であることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１に記載の定着装置において
前記ベルトを回転駆動させる際に掛かるトルクの大きさを検知するトルク検知部を持ち、
潤滑剤再塗布モードに移行するタイミングは
検知トルクが基準トルク以上の時であることを特徴とする定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置および画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を利用した画像形成装置の定着装置として、無端ベルト（定着ベルト）と加圧ローラとの間に記録部材を圧接、挟持する圧接部分を形成したベルト定着タイプが用いられている。この場合、無端ベルトの内側には、記録部材へのトナー等の定着物質の定着が確実に行われるようにするため、無端ベルトと摺動、接触して、無端ベルトを記録部材側にスリップさせることなしに押圧する摺動部（例えば、摺動シート）が設けられている。
【０００３】
このような構成において、摺動シートと無端ベルト内面との間に潤滑剤を保持し、耐久後も保持し続けるための構成として、摺動シートの無端ベルト内面と接する側の面に凹部を点在させ、この凹部にオイルを保持する構成が提案されている（特許文献１および２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１４８８３７号公報
【特許文献２】特開２０１４−１４５８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
パッドとベルトの接触領域は摺動部であるため摩擦低減のために潤滑剤が必要であるが塗布された潤滑剤はベルトの回転駆動で摺動部上流側から下流側へ流れていき、上流側は潤滑剤が枯渇しやすく、摺動領域下流側のニップ部では上流から移動してきた潤滑剤が溜まる。
【０００６】
先行技術文献の特許では常に潤滑剤を供給し続けるため、摺動領域上流の潤滑剤が枯渇しやすい領域を基準に潤滑剤を供給するとベルト内面全体としては供給過剰になる可能性がある。
【０００７】
本発明ではニップ下流側に蓄積した潤滑剤を再塗布することで摺動抵抗の低減と潤滑剤供給過剰の予防を両立する定着装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
記録媒体と接触し記録媒体上のトナーを定着させる無端状のベルトと、
前記記録媒体に接触して加圧する加圧部材と、
前記ベルトの内側に前記加圧部材に対向して設けられ、前記加圧部材からの圧力を受ける被加圧部材と、
前記ベルトを加熱する加熱源と、
被加圧部材は下流側加圧と上流側加圧の２つの状態を切り替える、圧分布切り替え機構とを備え、
前記ベルトと前記被加圧部材との間に摩擦を低減する潤滑剤が塗布されており、 
被加圧部材が上流側加圧で無端状ベルトがプリント時とは逆回転する潤滑剤再塗布モードを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
ニップ下流に蓄積し、摩擦低減に寄与しなくなった潤滑剤を再塗布することでニップ部の摺動抵抗を減らしながら、潤滑剤が枯渇を予防と供給過剰の予防を両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明における画像形成装置の概略図である。
【図２】本発明実施例の定着装置の概略図である。
【図３】本発明実施例の通紙モードと再塗布モードの概略図である。
【図４】本発明実施例のニップパッドを固定する側板の概略図である。
【図５】本発明実施例のニップパッドと側板の概略断面図である。
【図６】本発明実施例の通紙モードと再塗布モード圧プロファイル。
【図７】実施例１の通紙モードと再塗布モードの切り替えフロー。
【図８】実施例２の通紙モードと再塗布モードの切り替えフロー
【図９】実施例１、２、比較例の効果比較のグラフ。
【図１０】通紙モードで耐久後のニップ付近の拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に係る加熱定着装置の実施例について、図を用いて説明する。図１は、本実施形態の画像形成装置の一例であるカラー電子写真プリンタの断面図であり、シートの搬送方向に沿った断面図である。本実施形態では、カラー電子写真プリンタを単に「プリンタ」という。
【００１２】
シートは、トナー像が形成されるものである。シートの具体例として、普通紙、普通紙の代用品である樹脂製シート、厚紙、オーバーヘッドプロジェクター用などがある。
【００１３】
図１に示すプリンタは、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂｋ（ブラック）の各色の画像形成部１０を備えている。感光ドラム１１は、帯電器１２によってあらかじめ帯電される。その後、感光ドラム１１は、レーザスキャナ１３によって、潜像を形成されている。潜像は、現像器１３によってトナー像になる。感光ドラム１１のトナー像は、一次転写ブレード１６によって、像担持体である例えば中間転写ベルト１７に順次転写される。転写後、感光ドラム１１に残ったトナーは、クリーナ１５によって除去される。
【００１４】
この結果、感光ドラム１１の表面は、清浄になり、次の画像形成に備える。一方、シートＰは、給紙カセット１８、又はマルチ給紙トレイ１９から、１枚ずつ送り出されてレジストローラ対２０に送り込まれる。レジストローラ対２０は、シートＰを一旦受け止めて、シートが斜行している場合、真っ直ぐに直す。そして、レジストローラ対２０は、中間転写ベルト１７上のトナー像と同期を取って、シートを中間転写ベルト１７と二次転写ローラ２１との間に送り込む。中間転写ベルト上のカラーのトナー像は、転写体である例えば二次転写ローラ２１によってシートＰに転写される。
【００１５】
その後、シートのトナー像は、シートが定着装置２００によって、加熱加圧されることでシートに定着される。
【００１６】
［定着装置］
次に、本実施例で用いた定着器について説明する。図２は、定着装置２００の概略構成図で示されるようなベルト加熱方式の加熱装置を用いている。
【００１７】
用紙Ｐと接触し搬送する無端状のベルトの一例としての定着ベルト２０２と、定着ベルト２０２の内側に、加圧ローラ２０５に対向して設けられ、加圧ローラ２０５からの圧力を受けるニップパッド２０７とを備えている。ニップパッド２０７は、定着ベルト２０２と加圧ローラ２０５とが互いに押圧されながら接触する領域であるニップ部Ｎｐにて定着ベルト２０２を内側から加熱する。ニップ部Ｎｐの搬送方向の幅は、例えば、１０ｍｍ程度である。
【００１８】
また、本実施例の定着機は定着ベルト２０２を内側から張架しながら定着ベルト２０２を加熱する内部加熱ローラ２０３、２０４を備えている。
【００１９】
内部加熱ローラ２０３、２０４は、例えばアルミニウムやＳＵＳで形成された円筒状ローラである。内部加熱ローラ２０３、２０４の少なくとも一方は、図示しない駆動モータからの回転駆動力を受けて、図中矢印方向に回転し、定着ベルト２０２を駆動する。
【００２０】
また、内部加熱ローラ２０３、２０４およびニップパッド２０７の内部には、それぞれ加熱源の一例であるハロゲンヒータ２１０，２１１，２１２が配置され、内部加熱ローラ２０３、２０４およびニップパッド２０７は、予め定められた温度、例えば、内部加熱ローラ２０３、２０４は、２１０℃に加熱され、ニップパッド２０７は、２００℃に加熱される。
内部加熱ローラ２０３、２０４およびニップパッド２０７の両端部には、定着ベルト２０２を内側から外側に向けて押圧する図示しないバネ部材が配置され、定着ベルト２０２全体の張力を、例えば１５ｋｇｆに設定している。
【００２１】
このように、実施形態の定着装置２００では、ニップパッド２０７と内部加熱ローラ２０３、２０４とによって定着ベルト２０２が加熱される構成を採用している。ここで、図示はしないが、内部加熱ローラ２０３、２０４以外に定着ベルト２０２を張架する張架ローラを備えていてもよい。
【００２２】
定着ベルト２０２は、例えば、ポリイミド樹脂で形成されたベース層と、ベース層の表面側（外周面側）に積層されたシリコーンゴムからなる弾性体層とで構成されている。ここでは、弾性体層は、特にカラー画像に対する画質向上のために設けられている。定着対象となる用紙Ｐに保持されるトナー像は、粉体である各色トナーが積層して形成されている。そのため、ニップ部Ｎｐにおいてトナー像の全体に均一に熱を供給するには、用紙Ｐ上のトナー像の凹凸に倣って定着ベルト２０２表面が変形することが好ましいからである。
【００２３】
加圧ローラ２０５は、例えば、アルミニウムやＳＵＳからなる円柱状ローラを基体として、例えば、シリコーンゴムからなる弾性層２０６が設けられている。また、ＰＦＡチューブからなる離型層をさらに積層してもよい。
【００２４】
加圧ローラ２０５は、定着ベルト２０２に接離するように配置され、定着ベルト２０２を押圧しながら接触するように設定される。
【００２５】
次に駆動状態について説明する。加圧ローラ２０５が回転駆動され、それに伴って円筒状定着ベルト２０２が従動回転状態になる。またヒーター２１０、２１１、２１２に通電がなされて定着ベルト２０２が昇温して所定の温度に立ち上がり、温調された状態において、定着ニップ部Ｎｐの定着ベルト２０２と加圧ローラ２０５との間に未定着トナー像Ｔを担持した記録材Ｐが導入される。定着ニップ部Ｎｐにおいて記録材Ｐのトナー像担持面が定着ベルト２０２の外面に密着して定着ベルト２０２と一緒に定着ニップ部Ｎｐを挟持搬送されていく。
【００２６】
この挟持搬送過程においてヒーター２１０、２１１、２１２で加熱された定着ベルト２０２の熱により記録材Ｐが加熱され、記録材Ｐ上の未定着トナー像Ｔが記録材Ｐ上に加熱・加圧されて溶融定着される。定着ニップ部Ｎｐを通過した記録材Ｐは定着ベルト２０２の面から曲率分離または記録材Ｐの余白が不図示の分離爪に当たって定着ベルト２０２から剥離して排出搬送されていく。
【００２７】
[ニップパッド]
ニップパッド２０７は、例えばアルミニウムやＳＵＳで形成された外形が略直方体形状の母材２０８と、母材２０８の加圧ローラ２０５に対向する側に設けられたパッド２１３とを備えている。パッド２１３は、母材２０８と同じ材質で形成してもよいし、他の材質、例えば樹脂製であってもよい。ここでは母材２０８はアルミニウム、パッド２１３も母材２０８と同じアルミニウムで形成した。
【００２８】
また、用紙Ｐの搬送方向の母材２０８の上流側からパッド２１３を覆うように下流側にかけて設けられた樹脂製のシートの一例である摺動シート２０９を備えている。摺動シート２０９は、定着ベルト２０２とニップパッド２０７との間の摩擦を低減する。摺動シート２０９は、一例としてＰＴＦＥ（Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）を用いることができる。ここでは厚み０．３ｍｍ、長手幅３７０ｍｍ、長さ７０ｍｍのＰＴＦＥを用いた。
【００２９】
摺動シート２０９は、用紙Ｐの搬送方向における上流側端部と下流側端部とが、固定ネジで固定されている。摺動摩擦を下げるため耐熱性グリス等の潤滑剤を摺動シート２０９とベルト２０２の間に介在させている。本実施例では東レ・ダウコーニング株式会社製の耐熱グリス・ＭＯＬＹＫＯＴＥ（登録商標）ＨＰ３００を塗布した。
【００３０】
［ニップ圧分布の可変機構］
図３のaは通紙時の通紙モードのニップパッドの状態を示し、図３のｂはニップ下流に溜まった潤滑剤をニップ上流側に再塗布する再塗布モードの状態を示した図である。
【００３１】
本実施例ではニップパッド２０７の端部にピン３０２、３０３が付いており、画像形成装置筐体に固定された側板４００の開口部４０２にピン３０２が貫通し、側板４００の開口部４０１とピン３０３が勘合し、ピン３０３を中心としてニップパッド２０７が回転可能になっている。開口部４０２はピン３０２の直径よりも開口幅が大きく、長さｈの範囲でニップパッド２０７の回転角度を規制する。ここではｈは１０ｍｍとした。また、バネ部材４０４は図３、図５に示すように一方の端部がピン３０２に固定されており、もう一方の端部は側板４００の締結部４０３に固定される。
【００３２】
通紙モードでは図３のaに示すように加圧ローラ２０５がベルト２０２を介してニップパッド２０７をプリント時の規定圧力で押圧することでバネ部材４０４が圧縮され、ピン３０２は開口部４０２の上辺に突き当たった位置でニップパッド２０７は固定されることで下流側加圧になる。このときのニップ内圧力分布は図６のa.通紙圧プロファイルに示した圧分布になる。この状態で加圧ローラ２０５を不図示の回転機構で矢印方向へ回転させ、定着ベルト２０２は図３のaの矢印方向に従動回転する。
【００３３】
図１０には通紙モードで耐久後のニップ付近の拡大図である。ベルト２０２の摺動シート２０９の間に介在させた潤滑材はベルト２０２の駆動に伴い、ニップ下流のニップ出口付近に潤滑材溜まり５００ができるためニップ上流側の潤滑材は枯渇する。
【００３４】
再塗布モードではニップ出口付近に蓄積した潤滑材を再塗布することで摺動性能を回復させる。再塗布モードでは、ヒーターを停止し、加圧ローラの駆動を停止し、加圧ローラの押圧力を減少させる。加圧ローラによる押圧力が減少するため圧縮されていたバネ部材４０４が自然に伸長し、ニップパッド２０７は上流側加圧の状態になる。このときニップ内圧力分布は図６のｂ.再塗布圧プロファイルに示した分布になり、加圧ローラは軽く定着ベルト２０２に触れた状態となる。この状態で加圧ローラ２０５を不図示の回転機構で図３のｂの矢印方向へ回転させ、定着ベルト２０２は通紙モードとは逆向きに従動回転する。
【００３５】
このように上流側加圧状態で定着ベルト２０２を逆回転することで、通紙時にニップ上流から下流に掃き寄せられた潤滑剤を再びニップ上流に再塗布することができる。
【００３６】
［実施例１］
図７に実施例１のシーケンスを示す。実施例１では電源が入るとヒーターに通電され、加圧ローラー（駆動ローラー）が回転し、回転数を常にカウントしておく。回転数が基準回転数以上に達すると再塗布モードに移行し、上述したニップ圧分布可変機構によって下流に掃き寄せされた潤滑剤を上流側へ再塗布する。
【００３７】
ここでは基準回転数は５００回、逆回転時のベルト搬送速度は２００ｍｍ／ｓで再塗布モードの逆回転時間は1分とした。ベルトの回転数はプロセススピードＶ[ｍｍ／ｓ]、ベルトの長さＬ[ｍｍ]としたときに前回の再塗布モード終了から通紙モードでの駆動時間ｔ［ｓ］を計測しておき、ベルト回転数Ｎを次の式から把握しておく。
Ｎ＝Ｖ・ｔ／Ｌ
Ｎが５００以上になったときに再塗布モードに移行するように設定した。
【００３８】
［実施例２］
図８に実施例２のシーケンスを示す。実施例２では電源が入るとヒーターに通電され、加圧ローラー（駆動ローラー）が回転し、加圧ローラに加わるトルクを監視しておく。トルクが基準値以上に達すると再塗布モードに移行し、上述したニップ圧分布可変機構によって下流に掃き寄せされた潤滑剤を上流側へ再塗布する。
【００３９】
ここではトルク基準値はを８ｋｇｆ／ｃｍ、逆回転時のベルト搬送速度は２００ｍｍ／ｓで再塗布モードの逆回転時間は1分とした。トルクアップの検知方法は設定した加圧ローラのモーター入力電力の増分で検知する。
【００４０】
［比較例］
定着機構成はニップ圧可変機構がなく、実施例１，２の通紙モードのときの下流側加圧状態でニップパッド２０７を固定した。これ以外は実施例１と同様の構成であり、潤滑剤の追加や再塗布が無い構成とした。
【００４１】
［効果の確認］
上述の実施例１、実施例２、比較例のそれぞれについて通紙耐久試験を次の条件で行った。
【００４２】
通紙条件は１００ｐｐｍ、５００ｍｍ／ｓ、定着ベルト表面温度１８０℃設定、坪量８０ｇ紙、２３℃５０％環境とし、１００枚通紙と５分スタンバイを繰り返すモードで耐久試験を行った。耐久試験は摺動シートの熱膨張以外にも、摺動シートに加えられる張力に起因したクリープによる影響も観察するため、５０Ｋ毎に電源オフし、１４時間の常温状態を耐久試験の間に挟んで行った。
【００４３】
図９は通紙枚数２００Ｋとなった時点で耐久試験を止め、実施例１、実施例２、比較例のそれぞれについて電源オンから８０秒間の加圧ローラに加わるトルクを計測した結果である。
【００４４】
また、実施例１、実施例２、比較例の定着機を分解し、ニップ下流の通紙モードにおける圧の高い部分に溜まった潤滑剤量を確認したところ、実施例１、実施例２では比較例よりも潤滑剤量が少なかった。
【００４５】
このことから、比較例は２００Ｋ通紙の時点で潤滑剤偏りが大きくなり、ニップパッド２０７とベルト２０２の間の摺動摩擦が大きくなっていることが分かる。
【００４６】
対して、実施例１と実施例２は２００Ｋを超えても比較例に対してトルクが小さく、潤滑剤再塗布による、ニップパッド２０７とベルト２０２の間の摺動摩擦の上昇防止効果があることが分かる。また、本実施例は潤滑剤が不足した部分を基準として随時供給する方式ではなく、定着装置の組み上げ時に塗布した潤滑剤を再利用する方式であるため供給過多になることはない。
【００４７】
以上のことからニップ内圧分布を下流側加圧から上流側加圧とし、ベルトを逆回転して下流に溜まった潤滑剤を上流側へ再塗布することでニップパッドとベルト間の摺動摩擦上昇の抑制と潤滑剤の供給過多防止とを両立できた。
【００４８】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１０：画像形成部
１１：感光ドラム 
１２：帯電器
１３：レーザスキャナ
１４：現像器
１５：クリーナ
１６：一次転写ブレード
１７：中間転写ベルト
１８：給紙カセット
１９：マルチ給紙トレイ
２０：レジストローラ対
２１：二次転写ローラ
２００：定着装置
２０２：定着ベルト
２０３,２０４：定着ベルトの張架ローラ
２０５：加圧ローラ
２０６：加圧ローラ弾性層
２０７：ニップパッド
２０８：ニップパッド母材
２０９：摺動シート
２１０、２１１、２１２：ハロゲンヒーター
２１３：パッド
Ｐ：シート
Ｔ：トナー
Ｎｐ：ニップ部
３００：締結部
３０１：バネ部材
３０２：開口部３０４を貫通するニップパッドに固定されるピン
３０３：開口部４０１と勘合するニップパッドに固定されるピン
３０４：開口部
４００：側板
４０１：開口部
５００：ニップ下流の潤滑材溜
【図１】
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【図２】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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