(57)【要約】【課題】加圧部材を回転駆動させる駆動手段の長寿命化を図ることができる定着装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】複数の支持部材に回転可能に支持される無端状の定着ベルト６５と、定着ベルトの外周面を加圧する回転可能な加圧部材６６と、複数の支持部材のうちの一つであって、定着ベルトを介して加圧部材と当接し定着ニップ６３１を形成するニップ形成部材６３と、複数の支持部材のうちの一つであって、ニップ形成部材とは異なる回転可能に設けられた他の支持部材６２と、加圧部材を回転させる第一駆動手段と、他の支持部材を回転させる第二駆動手段と、定着ベルトを加熱する加熱手段６１とを備えた定着装置６において、前記第二駆動手段が前記他の支持部材を駆動した後に、前記第一駆動手段が前記加圧部材の駆動を開始する。【選択図】図１
2017116727.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の支持部材に回転可能に支持される無端状の定着ベルトと、
前記定着ベルトの外周面を加圧する回転可能な加圧部材と、
前記複数の支持部材のうちの一つであって、前記定着ベルトを介して前記加圧部材と当接し定着ニップを形成するニップ形成部材と、
前記複数の支持部材のうちの一つであって、前記ニップ形成部材とは異なる回転可能に設けられた他の支持部材と、
前記加圧部材を回転させる第一駆動手段と、
前記他の支持部材を回転させる第二駆動手段と、
前記定着ベルトを加熱する加熱手段とを備えた定着装置において、
前記第二駆動手段が前記他の支持部材を駆動した後に、前記第一駆動手段が前記加圧部材の駆動を開始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、
前記加圧部材と前記他の支持部材とを略同速で回転させることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の定着装置において、
前記他の支持部材と前記定着ベルトとの間に発生する摩擦力により発生するトルクは、前記第一駆動手段により前記加圧部材を駆動させる駆動トルクよりも低いことを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項３に記載の定着装置において、
前記他の支持部材と前記定着ベルトとの間に発生する摩擦力により発生するトルクは、前記第一駆動手段により前記加圧部材を駆動させる駆動トルクの２０［％］以下であることを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項１乃至４に記載の定着装置において、
前記加圧部材の駆動を停止した後に、前記他の支持部材の駆動を停止することを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一記載の定着装置において、
前記第一駆動手段と前記第二駆動手段とは、それぞれ別個に駆動制御可能であることを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか一記載の定着装置において、
前記第一駆動手段と前記第二駆動手段とは、一つの駆動源と、一つの駆動連結手段とによって駆動制御可能であることを特徴とする定着装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一記載の定着装置において、
前記他の支持部材の中に前記加熱源を設けたことを特徴とする定着装置。
【請求項９】
記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、
前記記録媒体に形成された画像を該記録媒体に定着させる定着手段とを備えた画像形成装置において、
前記定着手段として、請求項１乃至８のいずれか一記載の定着装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の画像形成装置において、
前記画像形成手段は、外添剤としてオイル含有シリカを含むトナーを用いて、前記記録媒体に画像を形成す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、定着装置及び画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、無端状の定着ベルトと、定着ベルトの外周面に接触する加圧ローラとを備え、加熱手段によって定着ベルトを加熱する定着装置が知られている。
【０００３】
特許文献１には、係る定着装置であって、無端状の定着ベルトの内周側に設けたニップ形成部材に、定着ベルトを介して加圧ローラを当接させて、定着ベルトと加圧ローラとの間に定着ニップ部を形成するものが記載されている。また、この定着装置には、定着ベルトの内周側で定着ベルトを支持するとともに、内包するヒータからの熱によって定着ベルトを加熱する加熱ローラが設けられている。そして、加圧ローラと加熱ローラそれぞれをモータやギヤなどで構成される駆動手段によって回転駆動させることで、加圧ローラ及び加熱ローラの回転に従動して定着ベルトが回転する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、加圧ローラを静止状態から回転を開始させるのに必要な起動トルクが非常に高くなってしまい、加圧ローラを回転駆動させる駆動手段のモータやギヤなどに高負荷がかかって、前記駆動手段の短寿命化を招いてしまうおそれがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は、複数の支持部材に回転可能に支持される無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトの外周面を加圧する回転可能な加圧部材と、前記複数の支持部材のうちの一つであって、前記定着ベルトを介して前記加圧部材と当接し定着ニップを形成するニップ形成部材と、前記複数の支持部材のうちの一つであって、前記ニップ形成部材とは異なる回転可能に設けられた他の支持部材と、前記加圧部材を回転させる第一駆動手段と、前記他の支持部材を回転させる第二駆動手段と、前記定着ベルトを加熱する加熱手段とを備えた定着装置において、前記第二駆動手段が前記他の支持部材を駆動した後に、前記第一駆動手段が前記加圧部材の駆動を開始することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
以上、本発明によれば、加圧部材を回転駆動させる駆動手段の長寿命化を図ることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】加圧ローラの駆動開始に先行させて加熱ローラの駆動を開始した場合における定着ベルトの状態を示す図。
【図２】実施形態に係る画像形成装置の構成を示す構成図。
【図３】実施形態に係る定着装置の主要部の概略構成を示す断面図。
【図４】加熱ローラ及び加圧ローラを駆動する駆動伝達系を説明する説明図。
【図５】加熱ローラと加圧ローラとの駆動を同時に開始した場合におけるトルク推移を示すグラフ。
【図６】加圧ローラよりも０．５秒早く加熱ローラの駆動を開始させた時のトルク推移を示すグラフ。
【図７】加熱ローラの駆動開始と同時あるいは先行させて加圧ローラの駆動を開始した場合における定着ベルトの状態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明を適用した電子写真方式の画像形成装置の一実施形態について説明する。図２は、本実施形態に係る画像形成装置の構成を示す構成図である。なお、本実施形態では、画像形成装置がプリンタである場合について説明するが、本発明は、プリンタ以外の複写機、ファクシミリ装置、複合機などの他の画像形成装置にも適用できる。
【０００９】
図２において、本実施形態に係るプリンタは、一般的な電子写真方式の作像プロセスに従って画像を形成するタンデム型の電子写真方式のカラー画像形成装置の例である。このプリンタは、光書込手段（露光手段）としての書込装置１と互いに異なる４色（ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー）のトナーが封入された画像形成部としてのプロセスカートリッジ２とを備えている。トナーとしては、例えば粉砕トナー、重合トナーのどちらでもよく、外添剤としてオイル含有シリカを含むトナーを好ましく用いることができる。
【００１０】
さらに、このプリンタは、一次転写手段としての一次転写装置３、転写材供給手段としての給紙装置４、二次転写手段としての二次転写装置５、定着手段としての定着装置６、転写材排出手段としての排紙ローラ７などを備えている。一次転写装置３は、プロセスカートリッジ２で形成されたトナー像を中間転写ベルト上に重ね合わせる。二次転写装置５は、一次転写装置３で転写された中間転写ベルト上のトナー像を転写材としての用紙に転写し、給紙装置４は、用紙を積載するとともに、二次転写装置５による転写位置に用紙を供給する。後述する定着装置６は、用紙上のトナー像を定着させ、排紙ローラ７は、トナー像の定着後の用紙を排出する。プロセスカートリッジ２、一次転写装置３、給紙装置４、二次転写装置５及び定着装置６はそれぞれ、プリンタ本体に対して着脱可能なユニットとして構成される。
【００１１】
図３は、本実施形態に係る定着装置６の主要部の概略構成を示す断面図である。定着装置６は、加熱源としてのヒータ６１を内蔵する加熱ローラ６２と、定着部材としての定着ベルト６５と、加圧部材として図中矢印Ａ方向への回転駆動が与えられている加圧ローラ６６と、ニップ形成部材としての定着パッド６３とを備えている。定着装置６において、定着ベルト６５は、支持部材としての機能を果たす加熱ローラ６２と定着パッド６３とにより図中矢印Ｂ方向に従動回転可能に支持され、定着ベルト６５を挟んで定着パッド６３と加圧ローラ６６との間に定着ニップが形成されている。この定着ニップ内における圧力と熱とにより、定着ニップ（定着ベルト６５と加圧ローラ６６との間）に通紙される用紙上の未定着トナー像を熱溶融させて定着せしめることができる。
【００１２】
加熱ローラ６２は、ヒータ６１を内蔵する中空の金属ローラにより構成され、自らに対する掛け回し位置で定着ベルト６５を加熱する。また、加熱ローラ６２の表面には、テフロン（登録商標）をコーティングしている。定着ベルト６５は、基層と弾性層と表層とが積層された三層構造であり、基層にポリイミド、弾性層にシリコンゴム、表層にＰＦＡ樹脂を用いて構成される。
【００１３】
加圧ローラ６６は、スプリングからの付勢力により定着ベルト６５を挟んで定着パッド６３側に押し付けられており、加圧ローラ６６の弾性層が押し潰されて変形することにより、定着ニップにおいて所定のニップ幅が形成される。加圧ローラ６６には、中空もしくは中実の金属ローラに例えばシリコンゴム層などの熱的に安定な弾性層が設けられ、外表面に離型性を得るためにＰＦＡ樹脂層またはＰＴＦＥ樹脂層からなる離型層が設けられている。
【００１４】
定着パッド６３は、加圧による変形を防止するため所定の剛性を持つ定着ステー６４によって支持されており、定着ベルト６５の内周面と接触している。また、定着ベルト６５の内周面及び定着パッド６３には、シリコンオイルが塗布されており、定着ベルト６５の内周面と定着パッドとの摺動抵抗を低減させている。
【００１５】
強固な強度である定着ステー６４に支持される定着パッド６３に定着ベルト６５を介して加圧ローラ６６を加圧することで形成される定着ニップ６３１では、加圧ローラ６６の弾性層を押しつぶしながら加圧ローラ６６を回転させる。そのため、定着装置６内で最も大きな摺擦負荷が定着ニップ６３１で発生し、加圧ローラ６６を回転駆動させて定着ベルト６５を回転させるのに必要な加圧ローラ６６の駆動トルク成分のほとんどを占める。一方で、加熱ローラ６２に内包されたヒータ６１からの熱によって定着ベルト６５は加熱されるが、その加熱により定着パッド６３に塗布したシリコンオイルの粘度が大きく下がる。そのため、ヒータ６１の熱により定着ベルト６５が加熱された熱間における加圧ローラ６６の駆動トルクは、ヒータ６１の熱により定着ベルト６５が十分に加熱されていない冷間での加圧ローラ駆動開始時の起動トルクの５０［％］〜６０［％］程度まで低下する。冷間から駆動を開始するときの加圧ローラ６６の起動トルクが高く、定着ベルト６５の加熱後に加圧ローラ６６の駆動トルクが下がるということは、連続プリント出力時は低トルクで加圧ローラ６６を回転駆動させて定着装置６を稼働させているということとなる。一方、毎日数枚程度プリント出力する場合は、そのほとんどが高トルクで加圧ローラ６６を回転駆動させて定着装置６を稼働させているということとなる。
【００１６】
なお、本実施形態に係る定着装置６においては、加熱ローラ６２を静止状態から回転開始させるのに必要な起動トルクは、定着ベルト６５と加熱ローラ６２との摩擦抵抗が定着ニップ６３１での摺擦負荷に対し十分小さく設定されている。そのため、加圧ローラ６６が回転駆動していない状態では、加熱ローラ６２は空回りするよう設定されている。加熱ローラ６２が定着ベルト６５に対して空回りするトルクは、加圧ローラトルクに対し、およそ１０［％］〜２０［％］程度に設定されている。すなわち、定着ニップ６３１での摺擦負荷に対し、加熱ローラ駆動力として１０［％］〜２０［％］程度アシストしていることとなる。
【００１７】
図４は、加熱ローラ６２及び加圧ローラ６６を駆動する駆動伝達系を説明する説明図である。図５は、加熱ローラ６２と加圧ローラ６６との駆動を同時に開始した場合におけるトルク推移を示すグラフである。
【００１８】
本実施形態に係る定着装置６には、加熱ローラ６２及び加圧ローラ６６を回転駆動させる駆動装置７０が設けられている。この駆動装置７０は、駆動源であるモータ７１と、駆動伝達部材であるギヤ７３，７４，７５及び駆動伝達ベルト７６、駆動連結部材であるクラッチ７２などで構成される。駆動装置７０では、一つのモータ７１からの回転駆動力が、ギヤ７３，７４，７５や駆動伝達ベルト７６やクラッチ７２などを介して、加熱ローラ６２と加圧ローラ６６とに伝達されて、加熱ローラ６２と加圧ローラ６６とを回転駆動させる。また、モータ７１から加圧ローラ６６への駆動伝達経路中に設けられたクラッチ７２によって、モータ７１からギヤ７３とギヤ７４を介した加圧ローラ６６への駆動伝達状態と非駆動伝達状態との切り換え制御が可能となっている。加圧ローラ６６と加熱ローラ６２への駆動を同時に行った場合のモータトルクは、図５に示すようなトータルトルクとなるが、これは、単純に加圧ローラ６６のトルクと加熱ローラ６２のトルクとの合計にほぼ一致する。また、最大トルクがおよそ同じ時間で発生するので、ピークトルクは高くなり、加熱ローラ６２と加圧ローラ６６との両駆動に噛み合うギヤには、瞬間的に大きな力が加わることとなる。このため、モータ７１に高負荷がかったりギヤ摩耗が促進されたりして、駆動装置７０ひいては定着装置６の短寿命化や故障の原因となる。
【００１９】
図６は、加圧ローラ６６よりも０．５秒早く加熱ローラ６２を駆動させた時のトルク推移を示すグラフである。加熱ローラ６２を加圧ローラ６６よりも０．５秒早く駆動させることで、加熱ローラ６２と加圧ローラ６６それぞれの最大トルクが発生する時間がずれ、加熱ローラ６２及び加圧ローラ６６の両駆動に噛み合うギヤの最大トルクを下げることができる。また、図６から、加圧ローラ６６の駆動トルクのピークが、加熱ローラ６２と加圧ローラ６６とを同時に駆動させた場合よりも０．１［Ｎｍ］ほど下がっていることがわかる。このメカニズムについて、図７及び図１を用いて説明する。
【００２０】
図７は、加熱ローラ６２の駆動開始と同時あるいは先行させて加圧ローラ６６の駆動を開始した場合における定着ベルト６５の状態を示している。加圧ローラ６６が回転駆動を開始する際には、定着ニップ６３１での摺擦力が主な駆動負荷となる。そして、加圧ローラの駆動開始が、加熱ローラ６２より先あるいは同時である場合、加熱ローラ６２と定着ベルト６５との摺擦力と、その他に、定着ベルト自体の弛みと引っ張りの関係が負荷として現れることが、実験の結果で明らかとなった。なお、前記摺擦力は、加圧ローラ負荷の１０［％］〜２０［％］である。図７に示す状態では、加圧ローラ６６の回転に対し、定着ベルト６５の定着ニップ上流側が引っ張り側となっていることから、それが加圧ローラ６６の駆動負荷となってしまい、その分が余計な負荷となってしまう。
【００２１】
図１は、加圧ローラ６６の駆動開始に先行させて、加熱ローラ６２の駆動を開始した場合における定着ベルト６５の状態を示している。加圧ローラ６６よりも加熱ローラ６２を先に駆動させた場合は、加熱ローラ６２の回転駆動を開始し定着ベルト６５を送り始めたときに加圧ローラ６６が静止している。そのため、定着ニップ６３１で加圧ローラ６６と定着パッド６３とにより圧接された定着ベルト６５は、定着ニップ６３１からほとんど送り出されず、図１に示すように、定着ニップ上流側の定着ベルト部分に弛みが生じた状態となる。これにより、加圧ローラ６６の駆動開始時（起動時）に、定着ベルト６５の引っ張りと、加熱ローラ６２の駆動開始トルク（起動トルク）とが、加圧ローラ６６に負荷されるのを抑制でき、加圧ローラ６６のピークトルクが低減される。よって、ピークトルクが低減する分、モータ７１やギヤ７３などにかかる負荷が小さくなるので、モータ７１に高負荷がかったりギヤ摩耗が促進されたりして、駆動装置７０ひいては定着装置６の短寿命化や故障が生じてしまうのを抑制することができる。
【００２２】
また、加熱ローラ６２及び加圧ローラ６６の駆動停止時に、加圧ローラ６６の駆動を停止させた後に加熱ローラ６２の駆動を停止させることでも、定着ニップ上流側の定着ベルト部分に弛みが生じた状態となる。よって、停止時にも、上述したような加圧ローラ６６の駆動負荷が低減されるような定着ベルト６５の撓みや引っ張りを適正な状態にでき、モータ７１やギヤ７３などにかかる負荷が小さくなるので、上述したような装置の短寿命化や故障を抑制することができる。
【００２３】
また、加圧ローラ６６の駆動が停止した状態で加熱ローラ６２が駆動を開始した際には、加熱ローラ６２と定着ベルト６５との摩擦力よりも、定着ニップ６３１で生じる摩擦力のほうが十分に大きい。そのため、定着ベルト６５に対して加熱ローラ６２のスリップが発生する。これにより、定着ベルト６５の状態は、加圧ローラの駆動停止時には常に定着ニップ上流側が弛み、定着ニップ下流側が引っ張られた状態となり、加圧ローラ６６の駆動開始時の起動トルクが低減される。
【００２４】
以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
複数の支持部材に回転可能に支持される無端状の定着ベルト６５などの定着ベルトと、前記定着ベルトの外周面を加圧する回転可能な加圧ローラ６６などの加圧部材と、前記複数の支持部材のうちの一つであって、前記定着ベルトを介して前記加圧部材と当接し定着ニップ６３１などの定着ニップを形成する定着パッド６３などのニップ形成部材と、前記複数の支持部材のうちの一つであって、前記ニップ形成部材とは異なる回転可能に設けられた加熱ローラ６２などの他の支持部材と、前記加圧部材を回転させる第一駆動手段と、前記他の支持部材を回転させる第二駆動手段と、前記定着ベルトを加熱するヒータ６１などの加熱手段とを備えた定着装置６などの定着装置において、前記第二駆動手段が前記他の支持部材を駆動した後に、前記第一駆動手段が前記加圧部材の駆動を開始する。
加圧部材の回転開始時に、定着ニップよりも定着ベルト回転方向上流側であって、前記他の支持部材よりも定着ベルト回転方向下流側にある定着ベルト部分が強く張った状態であると、加圧部材の駆動負荷が大きく起動トルクが非常に高くなり得ることがわかった。
（態様Ａ）においては、前記他の支持部材の回転駆動を開始し定着ベルトを送り始めたときに加圧部材が静止しているので、加圧部材とニップ形成部材とにより圧接された定着ベルトは定着ニップからほとんど送り出されず、前記定着ベルト部分が弛んだ状態となる。これにより、加圧部材の回転開始時に、前記定着ベルト部分が強く張った状態よりも、前記定着ベルト部分を定着ニップから送り出すときに加圧部材にかかる駆動負荷が小さくなり、加圧部材の起動トルクを下げることができる。よって、前記起動トルクが下がった分、加圧部材を回転駆動させる第一駆動手段にかかる負荷が低減し、第一駆動手段の長寿命化を図ることができる。
（態様Ｂ）
（態様Ａ）において、前記加圧部材と前記他の支持部材とを略同速で回転させる。これによれば、上記実施形態について説明したように、装置の長寿命化を図ることができる。
（態様Ｃ）
（態様Ａ）または（態様Ｂ）において、前記他の支持部材と前記定着ベルトとの間に発生する摩擦力により発生するトルクは、前記第一駆動手段により前記加圧部材を駆動させる駆動トルクよりも低い。これによれば、上記実施形態について説明したように、定着ベルトの弛みや引っ張りを適正な状態にすると共に、不必要なトルクが加圧部材に発生しないようにすることができる。
（態様Ｄ）
（態様Ｃ）において、前記他の支持部材と前記定着ベルトとの間に発生する摩擦力により発生するトルクは、前記第一駆動手段により前記加圧部材を駆動させる駆動トルクの２０［％］以下である。これによれば、上記実施形態について説明したように、加圧部材に不必要なトルクが発生するのを抑制できる。
（態様Ｅ）
（態様Ａ）乃至（態様Ｄ）のいずれかにおいて、前記加圧部材の駆動を停止した後に、前記他の支持部材の駆動を停止する。これによれば、上記実施形態について説明したように、停止時に定着ベルトの撓みや引っ張りを適正な状態にすることができ、加圧部材にかかる駆動負荷を小さくすることができる。
（態様Ｆ）
（態様Ａ）乃至（態様Ｅ）のいずれかにおいて、前記第一駆動手段と前記第二駆動手段とは、それぞれ別個に駆動制御可能である。これによれば、上記実施形態について説明したように、第一駆動手段と第二駆動手段との駆動を別個に制御することで、他の駆動負荷の影響なく、精度よく回転駆動と駆動制御が可能となる。
（態様Ｇ）
（態様Ａ）乃至（態様Ｅ）のいずれかにおいて、前記第一駆動手段と前記第二駆動手段とは、一つの駆動源と、一つの駆動連結手段とによって駆動制御可能である。これによれば、上記実施形態について説明したように、精度よく回転駆動と駆動制御が可能となる。
（態様Ｈ）
（態様Ａ）乃至（態様Ｇ）のいずれかにおいて、前記他の支持部材の中に前記加熱源を設けた。これによれば、装置の小型化を図ることが可能となる。
（態様Ｉ）
記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、前記記録媒体に形成された画像を該記録媒体に定着させる定着手段とを備えた画像形成装置において、前記定着手段として、（態様Ａ）乃至（態様Ｈ）のいずれかの定着装置を用いた。これによれば、上記実施形態について説明したように、第一駆動手段の長寿命化を図ることができ、長期にわたって良好な画像形成を行うことができる。
（態様Ｊ）
（態様Ｉ）において、前記画像形成手段は、外添剤としてオイル含有シリカを含むトナーを用いて、前記記録媒体に画像を形成する。これによれば、定着手段における定着性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００２５】
１      書込装置
２      プロセスカートリッジ
３      一次転写装置
４      給紙装置
５      二次転写装置
６      定着装置
７      排紙ローラ
６１    ヒータ
６２    加熱ローラ
６３    定着パッド
６４    定着ステー
６５    定着ベルト
６６    加圧ローラ
７０    駆動装置
７１    モータ
７２    クラッチ
７３    ギヤ
７４    ギヤ
７５    ギヤ
７６    駆動伝達ベルト
６３１  定着ニップ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２６】
【特許文献１】特開２０１５−１３５３５４号公報
【図１】
2017116727.tif 000003
【図２】
2017116727.tif 000004
【図３】
2017116727.tif 000005
【図４】
2017116727.tif 000006
【図５】
2017116727.tif 000007
【図６】
2017116727.tif 000008
【図７】
2017116727.tif 000009