JP2004020689A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ベルト周速度、および、定着性能の変動を押さえることにより、高品質の定着画像を得られるベルト定着装置を備えた画像形成装置を提供すること。
【解決手段】転写材上のトナー画像を加圧加熱により転写材に定着するベルト定着装置を備えた画像形成装置において、従動ローラの回転速度を検知する第１検知手段を設け、前記第１検知手段により検知された回転速度に基づき、前記従動ローラの回転速度を一定の速度に保持するように駆動ローラの回転速度を制御する制御手段を有することを特徴とする画像形成装置。
【選択図】 図２
【解決手段】転写材上のトナー画像を加圧加熱により転写材に定着するベルト定着装置を備えた画像形成装置において、従動ローラの回転速度を検知する第１検知手段を設け、前記第１検知手段により検知された回転速度に基づき、前記従動ローラの回転速度を一定の速度に保持するように駆動ローラの回転速度を制御する制御手段を有することを特徴とする画像形成装置。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子写真方式による画像形成は、光学的に感光体上に静電潜像を形成した後に、いわゆる樹脂と着色剤より構成されるトナーにより現像を行い、感光体上に可視像を形成し、次に、前記可視像を用紙等の転写材に転写し、さらに、前記転写材上のトナー画像および転写材に熱、および、圧力を加え、トナー画像の転写材への定着を行うことにより達成される。
【０００３】
トナー画像の転写材への定着方法としては、トナー画像を担持した転写材を対向する熱ローラでニップする方式が多く採用されてきたが、近年、ベルト方式の採用も見られるようになった。
【０００４】
ベルト方式の定着装置は、対向ローラ方式のものに比較して、定着装置の熱容量の低減によりウオーミングアップ時間の短縮ができ、また、接触による加熱時間の確保に寄与するニップ幅を大きくとれることから、特に、高速の画像形成装置によるカラー画像等の定着ムラの減少等、画像品位の向上等の点で優位な方式と言われている。しかしながら、十分なニップ幅を確保するためには厚い弾性層を有するローラの使用が不可欠であるということから、温度あるいは経時による定着ベルトの周速度の変化、およびニップ幅の変化が大きく、安定した定着性能の維持が困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の不具合に鑑みてなされたもので、その目的は定着ベルトの周速度やニップ幅の変化を極力抑制し、結果として、高品質の定着画像を安定して得られる定着装置を備えた画像形成装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、以下の手段により達成できる。
【０００７】
（１） 定着ベルトと、前記定着ベルトを回転可能に懸架する第１支持ローラと第２支持ローラの少なくとも二つの支持ローラと、前記第１支持ローラと前記定着ベルトを挟んで対峙する加圧ローラとを有し、前記第１支持ローラまたは前記加圧ローラを前記定着ベルトを回転駆動する駆動ローラとするとともに、第２支持ローラを前記定着ベルトにより従動回転可能となし、かつ、前記第２支持ローラに前記定着ベルトを加熱するためのヒータを内包せしめ、転写材上のトナー画像を加圧加熱により転写材に定着するベルト定着装置を備えた画像形成装置において、前記第２支持ローラの回転速度を検知する第１検知手段と、前記第１検知手段により検知された回転速度に基づき、前記第２支持ローラの回転速度を一定の速度に保持するように前記駆動ローラの回転速度を制御する制御手段とを有することを特徴とする画像形成装置。
【０００８】
（２） 定着ベルトと、前記定着ベルトを回転可能に懸架する第１支持ローラと第２支持ローラの少なくとも二つの支持ローラと、前記第１支持ローラと前記定着ベルトを挟んで対峙する加圧ローラとを有し、前記第１支持ローラまたは前記加圧ローラを前記定着ベルトを回転駆動する駆動ローラとするとともに、第２支持ローラを前記定着ベルトにより従動回転可能となし、かつ、前記第２支持ローラに前記定着ベルトを加熱するためのヒータを内包せしめ、転写材上のトナー画像を加圧加熱により転写材に定着するベルト定着装置を備えた画像形成装置において、前記第２支持ローラの回転速度を検知する第１検知手段と前記第２支持ローラの表面温度を検知する温度センサと前記駆動ローラの回転速度を検知する第２検知手段と、前記第１検知手段、前記第２検知手段および前記温度センサにより検知される検知結果に基づき、定着条件を変更する制御手段とを設けたことを特徴とする画像形成装置。
【０００９】
（３） 前記定着条件は、加熱ローラの表面温度または加圧ローラの圧力、もしくは前記表面温度と前記圧力の二つであることを特徴とする前記（２）に記載の画像形成装置。
【００１０】
（４） 定着ベルトと、前記定着ベルトを回転可能に懸架する第１支持ローラと第２支持ローラの少なくとも二つの支持ローラと、前記第１支持ローラと前記定着ベルトを挟んで対峙する加圧ローラとを有し、前記第１支持ローラまたは前記加圧ローラを前記定着ベルトを回転駆動する駆動ローラとするとともに、第２支持ローラを前記定着ベルトにより従動回転可能となし、かつ、前記第２支持ローラに前記定着ベルトを加熱するためのヒータを内包せしめ、転写材上のトナー画像を加圧加熱により転写材に定着するベルト定着装置を備えた画像形成装置において、前記第２支持ローラの回転速度を検知する第１検知手段と前記第２支持ローラの表面温度を検知する温度センサと、前記駆動ローラの回転速度を検知する第２検知手段を設け、前記第１検知手段及び前記第２検知手段より検知された回転速度を比較した結果に基づき、前記駆動ローラの劣化を判定する制御手段を有することを特徴とする画像形成装置。
【００１１】
（５） 前記制御手段は、前記判定の結果に基づき、部品またはユニットの交換を促すための表示を行うように制御することを特徴とする前記（４）に記載の画像形成装置。
【００１２】
（６） 定着ベルトと、前記定着ベルトを回転可能に懸架する第１支持ローラと第２支持ローラの少なくとも二つの支持ローラと、前記第１支持ローラと前記定着ベルトを挟んで対峙する加圧ローラとを有し、前記第１支持ローラまたは前記加圧ローラを前記定着ベルトを回転駆動する駆動ローラとするとともに、第２支持ローラを前記定着ベルトにより従動回転可能となし、かつ、前記第２支持ローラに前記定着ベルトを加熱するためのヒータを内包せしめ、転写材上のトナー画像を加圧加熱により転写材に定着するベルト定着装置を備えた画像形成装置において、前記第２支持ローラの回転速度を検知する第１検知手段と、前記駆動ローラの回転速度を検知する第２検知手段をもうけ、前記第１検知手段および第２検知手段により検知された検知結果に基づき、前記加圧ローラの押圧力を設定するとともに、前記押圧力の値を記憶手段に記憶するように制御することを特徴とする画像形成装置。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係わる実施の形態を、以下、図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、画像形成装置の一例としてのデジタルカラー複写機（以下、複写機という）の構成を示す概略図である。
【００１５】
本実施の形態における複写機は、機体上部に自動原稿送り装置１を有するとともに、機体内に画像読み取り装置２、画像形成部３、転写ベルトユニット４、給紙部５、ベルト定着装置Ｔ、反転排紙・再給紙部６、および、反転紙再給紙部７を有している。
【００１６】
前記自動原稿送り装置１は、原稿を１枚ずつ送り出して画像読み取り装置へと搬送し、画像読み取りが終わった原稿を所定の場所に排出する装置である。
【００１７】
前記自動原稿送り装置１は、原稿を載置する原稿載置台１０１、載置された原稿を分離する原稿分離手段１０３、分離された原稿を搬送する原稿搬送部１０５、搬送された原稿を排紙する原稿排紙手段１０７、排紙された原稿を載置する原稿排紙台１０９、および、原稿の両面の画像を読み取る両面コピーモードにおいて、当該原稿の表裏面を反転させるために使用されるローラ対からなる原稿反転手段１１１を有している。
【００１８】
前記原稿載置台１０１上に載置された複数枚の原稿（不図示）は、原稿分離手段１０３によって１枚ずつ分離され、前記原稿搬送部１０５を介して画像読み取り位置に向けて搬送される。
【００１９】
前記原稿読み取り位置は、前記原稿搬送部１０５の下方部に設けられており、そこで、搬送中の原稿は画像読み取り装置２を構成するスリット２０１を介して走査され読み取られる。読み取られた原稿は原稿排紙手段１０７によって原稿排紙台１０９上に排出される。
【００２０】
なお、両面コピーモードにおいては、片面が読み取られて搬送されてくる原稿は、前記原稿反転手段１１１により二点鎖線の矢印の示す方向に搬送され、進行方向における後端を咬んでいる状態で、当該原稿反転手段１１１の駆動が停止された後の逆方向回転により前記原稿搬送部１０５を介して再度、画像読み取り位置に導かれ、しかる後、前記原稿排出手段１０７によって原稿排紙台１０９上に排出される。
【００２１】
上記の工程は、原稿載置台１０１上に載置された原稿の枚数分繰り返される。前記画像読み取り装置２は、前記スリット２０１、原稿を照射するためのランプ２１３と原稿からの反射光を反射させる第１ミラー２１５とを一体化してなる第１ミラーユニット２０５、第１ミラー２１５からの光を反射させる第２ミラー２１７と第３ミラー２１９とを略Ｖ字状に一体化してなる第２ミラーユニット２０７と、当該第３ミラー２１９からの反射光を撮像素子上に結像させる結像レンズ２０９、および、結像レンズ２０９によって結像された光像を光電変換して画像処理装置へ画像信号を送るライン状の撮像素子（以下、ＣＣＤという）２１１を有している。
【００２２】
画像処理装置をはじめ、ベルト定着装置の制御部であるところの、Ｃ１、Ｃ２、Ｈ１等も含む制御手段Ｓは、前記ＣＣＤからの画像情報を取り込み、適宜の画像処理を施し、一旦、メモリに蓄積する。
【００２３】
前記自動原稿送り装置１によって送られている原稿を、画像読み取り装置２で読み取る態様においては、第１ミラーユニット２０５、および、第２ミラーユニット２０７は、図１で示される位置に固定されている。
【００２４】
前記画像読み取り装置２によって読み取られ、制御部Ｓにて画像処理を施された各色の画像情報はメモリより順次取り出され、画像形成部３を構成する各露光光学系３０５にそれぞれ電気信号として出力される。
【００２５】
前記画像形成部３は、色分解画像に応じたトナー画像を形成するイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂ）の４組の画像形成手段（以下、画像形成ユニットという）３０を含む。
【００２６】
それぞれの画像形成ユニット３０は、感光体ドラム３０１、スコロトロン形式からなるコロナ帯電器（以下、単に帯電器という）３０３、画像書き込み手段である露光光学系３０５、および、現像器３５０を主要構成要素とする。
【００２７】
前記露光光学系３０５はレーザ光学系で構成される露光ユニットであり、その構成自体は公知である。３０９はドラムクリーニング手段である。
【００２８】
４組の画像形成ユニットの機械的構成は同じであるので、符号は１つのユニットにのみ付してある。
【００２９】
なお、それぞれの画像形成ユニット３０は、ベルト設置部において縦方向に長く配設された、ベルトユニット４を構成するループ状の回転ベルト（以下、中間転写ベルトという）４０１の一平面（張設面）Ａに沿って、上から、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順に配列されている。
【００３０】
４０３は前記中間転写ベルト４０１の内側であって、かつ、前記感光体ドラム３０１の周面一部に対向して位置づけられた転写手段である。
【００３１】
前記転写手段４０３は、中間転写ベルト４０１を回転可能に懸架する転写ベルト支持ローラ４０５、４０６、４０７、および、バックアップローラ４１０等と共にベルトユニット４を構成し、また、前記バックアップローラ４１０は、中間転写ベルト４０１を挟んで当該バックアップローラと押圧しながら回転するように対向配置した転写ローラ５１０とで二次転写手段を構成している。
【００３２】
上記の画像形成ユニット３０とベルトユニット４の構成による画像形成は次のようになされる。
【００３３】
画像形成プロセスの開始に伴って、反時計方向に回転する感光体ドラム３０１の表面は帯電器３０３により所定の極性に帯電される。
【００３４】
次いで、露光光学系３０５による第１の色信号、即ち、イエロー（Ｙ）の画像信号に対応する露光が施され、当該（Ｙ）の画像に対応する静電潜像が前記感光体ドラム３０１上に形成される。
【００３５】
前記静電潜像は現像器３５０で反転現像されて（Ｙ）のトナー像に変換された後、転写手段４０３により中間転写ベルト４０１上に転写される。
【００３６】
第１の色信号による画像形成開始から所定の時間後に順次開始される他の色信号による画像形成は上記と同様のプロセスにより、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各画像形成ユニットによって作られ、それぞれのトナー像が前記（Ｙ）のトナー像のある画像領域と重畳するように順次転写され、前記中間転写ベルト４０１上に重ね合わせのカラートナー像が形成される。
【００３７】
一方、転写処理終了後の前記感光体ドラム３０１の表面はドラムクリーニング手段３０９で清掃され、新たな画像形成のための準備が整えられる。
【００３８】
なお、前記感光体ドラム３０１、あるいは、中間転写ベルト４０１に対する個々の画像形成プロセスの開始タイミングは、前記中間転写ベルト４０１の回転路の適切な位置に付設したレジストセンサ４１３が、当該中間転写ベルト４０１に設けた、例えば、塗料を用いて形成した基準マークを検知した時を起点として計時を行い、所定時間経過毎に、順次、（Ｙ）、（Ｍ）、（Ｃ）、（Ｋ）プロセスを開始させるように制御されている。
【００３９】
転写材であるところの用紙Ｐは、前記中間転写ベルト４０１上における画像形成に対応した適宜のタイミングで給紙部５の送り出し部５０１（５１１、５２１）に位置する給紙ローラ５０３（５１３、５２３）によって給紙され、レジストローラ５５１に向けて搬送される。
【００４０】
しかる後、前記レジストローラ５５１の回転始動によって前記中間転写ベルト４０１上のカラートナー像領域と重畳するように２次転写部に向けて給送された用紙Ｐは、２次転写部において、前記バックアップローラ４１０と前記転写ローラ５１０とにより前記中間ベルト４０１と共に押圧挟持されながらニップ部から送り出され、この間で、前記中間転写ベルト４０１上に担持（形成）されたカラートナー画像が前記用紙Ｐ上に転写される。
【００４１】
なお、前記転写の際、前記転写ローラ５１０に適宜の転写バイアス電圧を印加するように構成することが望ましい。
【００４２】
トナー画像が転写された前記用紙Ｐは、例えば、不図示の分離爪の作用を受けて前記中間転写ベルト４０１から分離され、ベルト定着装置Ｔに向けて搬送される。
【００４３】
ベルト定着装置Ｔについての説明は、後に、図２、図３をもとに詳細に行うので、ここでは省略する。
【００４４】
ベルト定着装置Ｔによる定着処理終了後の用紙Ｐは、その下流に設けてある排紙ローラ６０３により搬送され、装置の本体外部に設けてある排紙トレイ９上に排出される。
【００４５】
一方、二次転写終了後の前記中間転写ベルト４０１の表面はブレードからなるクリーニング手段４１５によって清掃され、新たなトナー像を担持する準備がなされる。
【００４６】
なお、図において、通路切替部材６０１の実線位置は定着処理後に用紙Ｐの上下面を反転させて排出する場合に保持される位置であり、破線位置は、上述のごとく、ベルト定着装置Ｔから送り出された用紙Ｐを反転せずにそのまま排出する際に保持される位置である。
【００４７】
例えば、用紙Ｐの反転排出においては、ベルト定着装置Ｔから送り出された用紙Ｐは前記通路切替部材６０１の右側の面に沿って下方に案内され、ローラ対６０２によって進行方向における後端が挟持される状態まで進み、停止する。
次にローラ対６０２が逆回転し、用紙Ｐは上方に送られ、前記切替部材６０１の左面に沿って進み、前記排紙ローラ６０３に達し、当該排出ローラにて排出される。
【００４８】
また、前記自動原稿送り装置１を用いる両面コピーモードの場合の用紙Ｐの挙動は、反転排出の場合と同様に、片面に画像が形成された定着処理後の用紙Ｐを前記切替部材６０１の右側の面に沿って下方に導き、進行方向における用紙Ｐの後端をローラ対６０５により挟持した状態で搬送を停止し、該ローラ対を逆回転させ、ガイド板Ｇに沿って上昇させ、複数のローラ対７０１、７０３、７０５を有する反転紙再給紙部７に導くことで用紙Ｐの反転を達成する。
【００４９】
用紙Ｐの第２面に対する画像形成プロセスは、前述の第１面の場合と同様であり、前記定着装置から送り出された後の排出については、前述の何れかを選択することになる。
【００５０】
次に、本発明によるベルト定着装置の構成を図２、および、図３を用いて詳細に説明をする。
【００５１】
図２はベルト定着装置を説明するために構成を模式的に示す上面図であり、図３は同じく正面図である。
【００５２】
本実施の形態は、定着ベルト８０１を支持する複数の支持ローラが２本の場合であり、第１ローラを駆動ローラ８０２、第２ローラを従動回転する加熱ローラ８０３としてある。
【００５３】
定着ベルト８０１は、前記定着ベルトを保持するための支持ローラであるところの駆動ローラ８０２と加熱ローラ８０３により、回転可能に懸架されている。前記定着ベルト８０１は、耐熱樹脂や金属を基体とし、その上にシリコンゴム層、および、フッ素樹脂からなる離型層が設けてあり、厚みは０．１ｍｍ〜１ｍｍ、周長１６０ｍｍ〜３００ｍｍ、幅２５０ｍｍ〜３５０ｍｍのベルトである。
【００５４】
また、前記駆動ローラ８０２は、外径３０ｍｍ〜５０ｍｍ、長さ２５０ｍｍ〜３５０ｍｍのローラである。基体は１ｍｍ〜３ｍｍの厚さの鉄あるいはアルミニウムの管で、表面に厚さ約５ｍｍのシリコンゴム、あるいはシリコンスポンジ等からなる弾性層Ｄを有する。また、減速器を備えたモータＭ１により駆動力を得て、定着ベルト８０１、加熱ローラ８０３、加圧ローラ８０４を回転させる。なお、前記駆動ローラ８０２の回転速度は、第２検知手段であるエンコーダＥ２により出力される電気的パルス信号を、駆動制御部Ｃ１に取り込み、得られたデジタル情報を演算処理をし、その結果に基づき前記モータＭ１を制御することにより任意の回転速度に設定できるように構成してある。また、モータＭ１にステッピングモータを用いることにより、エンコーダＥ２を省略して前記駆動ローラ８０２の回転速度を制御することも可能である。
【００５５】
加熱ローラ８０３は、前述したごとく、定着ベルト８０１を懸架支持し、作動状態においては前記定着ベルト８０１から動力伝達を受け従動回転をする従動ローラである。前記加熱ローラ８０３の外径は３０ｍｍ〜５０ｍｍ、長さ２５０ｍｍ〜３５０ｍｍで、肉厚０．５ｍｍ〜３ｍｍのアルミニウムあるいは鉄の管で作られたローラである。加熱ローラ８０３の表面温度は温度検知手段である温度センサＴＳ、加熱ローラ８０３の加熱手段であるヒータＨ、および温度コントローラＨ１により制御される。また、前記加熱ローラ８０３の回転速度は、第２検知手段であるエンコーダＥ１により出力される電気的パルス信号により、定着ベルト８０１の周速度を制御するためのフィードバック情報として前記駆動制御部Ｃ１に伝達される。
【００５６】
加圧ローラ８０４は、加圧レバー８０５の一端に回転可能に取り付けられており、前記駆動ローラ８０２と定着ベルト８０１を挟んで対峙し、押圧力を加える。前記加圧ローラ８０４の外径は３０ｍｍ〜７０ｍｍ、長さ２５０ｍｍ〜３５０ｍｍで、基体である肉厚１．５〜３ｍｍの鉄あるいはアルミニウムの管上の表面に厚さ１〜３ｍｍのシリコンゴム、または、シリコンスポンジ等からなる弾性層Ｄを設けた構成となっている。
【００５７】
なお、前記駆動ローラ８０２、加圧ローラ８０４の関係については、加圧ローラと対峙している支持ローラを駆動ローラとして説明したが、駆動ローラとしての役割を加圧ローラに持たせ、前記支持ローラを定着ベルトを介して従動回転させてもよい。
【００５８】
前記加圧レバー８０５は支点８０６を中心に回転可能で、加圧バネ８０７の力により、前記加圧ローラ８０４を介して定着ベルト８０１および駆動ローラ８０２に対し押圧力を加える。
【００５９】
前記加圧バネ８０７の圧縮の大きさは、圧縮レバー８０８と該レバーの一端を上下させる偏芯カム８１０により可変となっている。
【００６０】
前記偏芯カム８１０と同軸上には、偏芯カムを回転させるための動力伝達部品であるウオームホイル８１１、および、偏芯カムの停止位置を検出するためのエンコーダ板８１４が取り付けられている。
【００６１】
前記偏芯カム８１０は、モータＭ２によりウオームホイル８１１、および、ウオーム８１２を介して回転駆動される。また前記偏芯カム８１０の回転は、エンコーダ板８１４と第１光学センサ８１５、および、第２光学センサ８１６から得られる電気的パルス信号を定着制御部Ｃに取り込み、判断処理を行った後、加圧制御部Ｃ２から出力される停止信号により前記モータＭ２の回転を止めることで、前記エンコーダ板８１４の所定位置にて停止させることができる。
【００６２】
エンコーダ板８１４には、外周に沿って複数の等ピッチの切り欠き部があり、前記複数の等ピッチの切り欠き部の最初の切り欠き部の深さは、他の切り欠き部に比較して、２倍程度深くしてある。前記第１光学センサ８１５は前述の最初の切り欠き部のみを検出し、他の切り欠き部は検出しない。なお、偏芯カム８１０は、第１光学センサ８１５が切り欠き部を検出してエンコーダ板８１４が停止している時には、偏芯カム８１０は最短径部が圧縮レバー８０８に当接しているように取り付けられている。一方、第２光学センサ８１６はエンコーダ板８１４の外周にある全ての切り欠き部を検出する。
【００６３】
トナー画像を担持した用紙Ｐはガイド板８１７に支持されながら進行し、定着ベルト８０１と加圧ローラ８０４の間にニップされ、加熱、加圧されて、トナー画像は用紙Ｐに定着される。この際、中間転写ベルト４０１から分離し、中間転写ベルトの周速度と同じ速度で進行してくる用紙Ｐの速度と定着ベルト８０１の周速度に大きな速度差が存在すると、画像こすれ、画像ずれ等の不都合を生じる。これらの不都合を解消するためには、前記速度差をできるだけ小さくすることが重要である。一方、加圧ローラ８０４により常に押圧力を受けている駆動ローラ８０２は、前述したように、表面に弾性層Ｄを有しており、この弾性層の温度による熱膨張による外径変化、および、経時変化による弾性層の弾性変化に伴う外径変化が存在する。従って、前記駆動ローラ８０２により回転している定着ベルト８０１の速度は、モータＭ１の回転速度が一定であっても、前述の外径変化によって変化し、前記速度差が大きくなる危険性が生ずる。
【００６４】
本発明による前記駆動ローラ８０２の回転速度の制御は、定着ベルト８０１により動力伝達され、従動回転する加熱ローラ８０３の回転量を検出するエンコーダＥ１の出力信号の変化を基に行うものである。前述の駆動ローラ８０２の外径変化により、定着ベルト８０１の周速度が変化し、加熱ローラ８０３の回転速度が変化すると、前記出力信号が変化する。この信号を駆動制御部Ｃ１に取り込み、エンコーダＥ１から出力されるパルス信号が変化する以前の元の出力パルス信号と同様になるように、駆動制御部Ｃ１によりモータＭ１の回転速度を制御する。この方法により、加熱ローラ８０３は駆動ローラ８０２の外径変化に関係なく一定の回転を維持するように制御されるので、同時に定着ベルト８０１の周速度も一定に制御される。
【００６５】
なお、加熱ローラ８０３は前述した、アルミニウムのローラで、駆動ローラ８０２に比較し、温度あるいは経時による外径変化はきわめて小さく、定着ベルト８０１の周速度と加熱ローラ８０３の回転速度の関係の変化は、通常は無視できるが、もし必要があれば、エンコーダＥ１の出力から得られた値に、あらかじめ設定しておいた加熱ローラ８０３の外径の温度変化分の補正を、温度センサＴＳにて検知された前記加熱ローラ８０３の表面温度を基に、駆動制御部Ｃ１にて加えてもよい。
【００６６】
前述の駆動ローラ８０２、加圧ローラ８０４の外径変化は、定着ベルト８０１の周速度に変化を与えるだけでなく、用紙Ｐをニップする条件、例えばニップ幅、ニップ圧等の変化ももたらし、その結果はトナー画像の用紙Ｐへの定着条件の変化として現れ、所定の定着性能を発揮しなくなる危険性を生ずる。
【００６７】
本発明は、駆動ローラ８０２の回転速度、加熱ローラ８０３の回転速度と温度を検出し、前記駆動ローラ８０２の回転速度と前記加熱ローラ８０３の回転速度の差あるいは比の変化より、ニップ幅の変化を計算し、その結果に対応して、加熱ローラの温度制御、あるいは加圧ローラ８０４の押圧力の制御、もしくは前記温度制御と押圧力の制御を同時に行うものである。
【００６８】
関数式としては、Ｔｂ＝Ｔｂ（Ｔｈ、Ｒｈ、Ｒｍ）
Ｔｂ：定着ベルト８０１の温度
Ｔｈ：加熱ローラ８０３の表面温度
Ｒｈ：加熱ローラ８０３の回転速度
Ｒｍ：駆動ローラ８０２の回転速度
のように表現されるが、実用に際しては、実験的に求めた値を３次元テーブルの形で定着制御部Ｃ内のメモリにストアし、検知されたＴｈ、Ｒｈ、Ｒｍの値を基に、前記テーブルを参照し、前述の温度、または押圧力、もしくは両方の制御を行う。例えば、加熱ローラ８０３の回転速度Ｒｈ、表面温度Ｔｈが初期設定値で不変の時に、駆動ローラ８０２の回転速度Ｒｍが初期設定値よりも上昇した場合、駆動ローラ８０２の弾性層のつぶれ量が増加し、ニップ幅の増加が起こっているという判断を行い、定着性能を初期の性能に保つことを目的として定着ベルト８０１の温度を下げるように、加熱ローラ８０３の表面温度Ｔｈを温度コントローラＨ１により制御する。新たに設定される加熱ローラ８０３の表面温度Ｔｈの値は前記テーブルより引用される。
【００６９】
前述の例は、加熱ローラ８０３の表面温度Ｔｈを制御することにより定着性能を維持する方法であるが、駆動ローラ８０２の回転速度Ｒｍを初期の設定値になるように加圧ローラ８０４の押圧力を加圧制御部Ｃ２により制御してもよい。
【００７０】
前述の加熱ローラ８０３の表面温度Ｔｈあるいは加圧ローラ８０４の押圧力という単独因子の制御では定着性能を一定に維持することが困難である場合、もしくは、単独因子の制御の大きさにある制限を設ける必要がある場合には、あらかじめ定着制御部Ｃのメモリ内のテーブルに設定された値を基に、二つの因子、即ち、加熱ローラ８０３の表面温度Ｔｈ、および加圧ローラ８０４の押圧力の二つの因子の制御を行う。
【００７１】
また、本発明では、前述の駆動ローラ８０２と加熱ローラ８０３の回転速度の差あるいは比が、継続してある一定の値を超えたときには、駆動ローラ８０２の経時変化が進行し、使用限界に達した、あるいは使用限界に近づいたと判断し、駆動ローラ８０２、もしくは駆動ローラ８０２を含むユニットの交換を促すようにしてある。交換を促す手段は、操作部（不図示）による表示や、各種通信手段による使用者、管理者への通報など、適宜な手段でよい。また、使用限界を大きく超えて使用が継続され、機器損傷のおそれがある場合には画像形成装置本体の動作を強制的に止めてもよい。
【００７２】
図３で示されるように、加圧ローラ８０４の押圧力は加圧バネ８０７によって与えられるが、その押圧力の大きさは、加圧バネ８０７単体の仕様、および、取り付け設定位置により決定される。しかしながら、一般にバネ製品の強さのばらつきは１０％程度はあるので、ベルト定着装置の製造組み立て時には、この影響を除くための調整が必要になる。
【００７３】
本発明では、加熱ローラ８０３の回転速度と駆動ローラ８０２の回転速度から、初期の加圧バネの圧縮条件を設定している。
【００７４】
偏芯カム８１０と同軸で回転するエンコーダ板８１４の最初の端の切り欠き部を第１光学センサ８１５が検出している時には、偏芯カム８１０の最短径部が圧縮レバー８０８に当接しているので、加圧バネ８０７は最も圧縮が弱い状態となっている。
【００７５】
偏芯カム８１０が回転すると、回転に伴って徐々に前記偏芯カム８１０の長径部が圧縮レバー８０８に当接するようになり、加圧バネ８０７は圧縮レバー８０８の移動により、強く圧縮されるようになる。偏芯カム８１０の回転と同時にエンコーダ板８１４も回転するので第２光学センサ８１６により通過した切り欠き部が計数され、得られた数より、対応する偏芯カム８１０の圧縮レバー８０８に当接している位置を特定できる構成となっている。
【００７６】
製品組み立て時、あるいは駆動ローラ８０２の交換時には、駆動ローラ８０２の外径および弾性の製造上のばらつきは小さいので、加熱ローラ８０３の回転速度を所定の速度に保つための駆動ローラ８０２の回転速度がある範囲外にある場合には、加圧ローラ８０４の押圧力が大きいか、もしくは小さく、結果として、ニップ幅が初期の範囲の値に入っていないと判断される。加熱ローラ８０３の回転速度Ｒｈは初期の既定値に保ちつつ、前記駆動ローラ８０２の回転速度を所定の範囲に収まるように加圧ローラ８０４の押圧力を偏芯カム８１０の回転により設定する。
【００７７】
調整後の偏芯カム８１０の停止位置は加圧制御部Ｃ２の記憶手段であるメモリ内に記憶され、前記記憶された情報は初期の押圧力を付与した条件として前述のテーブル引用時に参照される。
【００７８】
【発明の効果】
本発明により、ベルト定着装置に使用される弾性層を有するローラの加熱、および経時による物理的特性の変化により引き起こされる、定着ベルトの周速度の変化や定着性能の変化を、駆動ローラおよび従動ローラの回転速度、加熱ローラの表面温度等の検知情報から、駆動ローラの回転速度、加熱ローラの表面温度、加圧ローラの押圧力等を制御することにより、最小限に抑えることができ、長期にわたり安定した高品質の画像定着を行う画像形成装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】カラー画像形成装置の構成を示す概略図である。
【図２】ベルト定着装置を説明するために構成を模式的に示す上面図である。
【図３】ベルト定着装置を説明するために構成を模式的に示す正面図である。
【符号の説明】
１ 自動原稿送り装置
２ 画像読み取り装置
３ 画像形成部
３０ 画像形成手段（画像形成ユニット）
８０１ 定着ベルト
８０２ 駆動ローラ（第１支持ローラ）
８０３ 加熱ローラ（第２支持ローラ）
８０４ 加圧ローラ
８０５ 加圧レバー
８０７ 加圧バネ
８０８ 圧縮レバー
８１０ 偏芯カム
８１４ エンコーダ板
Ｔ ベルト定着装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子写真方式による画像形成は、光学的に感光体上に静電潜像を形成した後に、いわゆる樹脂と着色剤より構成されるトナーにより現像を行い、感光体上に可視像を形成し、次に、前記可視像を用紙等の転写材に転写し、さらに、前記転写材上のトナー画像および転写材に熱、および、圧力を加え、トナー画像の転写材への定着を行うことにより達成される。
【０００３】
トナー画像の転写材への定着方法としては、トナー画像を担持した転写材を対向する熱ローラでニップする方式が多く採用されてきたが、近年、ベルト方式の採用も見られるようになった。
【０００４】
ベルト方式の定着装置は、対向ローラ方式のものに比較して、定着装置の熱容量の低減によりウオーミングアップ時間の短縮ができ、また、接触による加熱時間の確保に寄与するニップ幅を大きくとれることから、特に、高速の画像形成装置によるカラー画像等の定着ムラの減少等、画像品位の向上等の点で優位な方式と言われている。しかしながら、十分なニップ幅を確保するためには厚い弾性層を有するローラの使用が不可欠であるということから、温度あるいは経時による定着ベルトの周速度の変化、およびニップ幅の変化が大きく、安定した定着性能の維持が困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の不具合に鑑みてなされたもので、その目的は定着ベルトの周速度やニップ幅の変化を極力抑制し、結果として、高品質の定着画像を安定して得られる定着装置を備えた画像形成装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、以下の手段により達成できる。
【０００７】
（１） 定着ベルトと、前記定着ベルトを回転可能に懸架する第１支持ローラと第２支持ローラの少なくとも二つの支持ローラと、前記第１支持ローラと前記定着ベルトを挟んで対峙する加圧ローラとを有し、前記第１支持ローラまたは前記加圧ローラを前記定着ベルトを回転駆動する駆動ローラとするとともに、第２支持ローラを前記定着ベルトにより従動回転可能となし、かつ、前記第２支持ローラに前記定着ベルトを加熱するためのヒータを内包せしめ、転写材上のトナー画像を加圧加熱により転写材に定着するベルト定着装置を備えた画像形成装置において、前記第２支持ローラの回転速度を検知する第１検知手段と、前記第１検知手段により検知された回転速度に基づき、前記第２支持ローラの回転速度を一定の速度に保持するように前記駆動ローラの回転速度を制御する制御手段とを有することを特徴とする画像形成装置。
【０００８】
（２） 定着ベルトと、前記定着ベルトを回転可能に懸架する第１支持ローラと第２支持ローラの少なくとも二つの支持ローラと、前記第１支持ローラと前記定着ベルトを挟んで対峙する加圧ローラとを有し、前記第１支持ローラまたは前記加圧ローラを前記定着ベルトを回転駆動する駆動ローラとするとともに、第２支持ローラを前記定着ベルトにより従動回転可能となし、かつ、前記第２支持ローラに前記定着ベルトを加熱するためのヒータを内包せしめ、転写材上のトナー画像を加圧加熱により転写材に定着するベルト定着装置を備えた画像形成装置において、前記第２支持ローラの回転速度を検知する第１検知手段と前記第２支持ローラの表面温度を検知する温度センサと前記駆動ローラの回転速度を検知する第２検知手段と、前記第１検知手段、前記第２検知手段および前記温度センサにより検知される検知結果に基づき、定着条件を変更する制御手段とを設けたことを特徴とする画像形成装置。
【０００９】
（３） 前記定着条件は、加熱ローラの表面温度または加圧ローラの圧力、もしくは前記表面温度と前記圧力の二つであることを特徴とする前記（２）に記載の画像形成装置。
【００１０】
（４） 定着ベルトと、前記定着ベルトを回転可能に懸架する第１支持ローラと第２支持ローラの少なくとも二つの支持ローラと、前記第１支持ローラと前記定着ベルトを挟んで対峙する加圧ローラとを有し、前記第１支持ローラまたは前記加圧ローラを前記定着ベルトを回転駆動する駆動ローラとするとともに、第２支持ローラを前記定着ベルトにより従動回転可能となし、かつ、前記第２支持ローラに前記定着ベルトを加熱するためのヒータを内包せしめ、転写材上のトナー画像を加圧加熱により転写材に定着するベルト定着装置を備えた画像形成装置において、前記第２支持ローラの回転速度を検知する第１検知手段と前記第２支持ローラの表面温度を検知する温度センサと、前記駆動ローラの回転速度を検知する第２検知手段を設け、前記第１検知手段及び前記第２検知手段より検知された回転速度を比較した結果に基づき、前記駆動ローラの劣化を判定する制御手段を有することを特徴とする画像形成装置。
【００１１】
（５） 前記制御手段は、前記判定の結果に基づき、部品またはユニットの交換を促すための表示を行うように制御することを特徴とする前記（４）に記載の画像形成装置。
【００１２】
（６） 定着ベルトと、前記定着ベルトを回転可能に懸架する第１支持ローラと第２支持ローラの少なくとも二つの支持ローラと、前記第１支持ローラと前記定着ベルトを挟んで対峙する加圧ローラとを有し、前記第１支持ローラまたは前記加圧ローラを前記定着ベルトを回転駆動する駆動ローラとするとともに、第２支持ローラを前記定着ベルトにより従動回転可能となし、かつ、前記第２支持ローラに前記定着ベルトを加熱するためのヒータを内包せしめ、転写材上のトナー画像を加圧加熱により転写材に定着するベルト定着装置を備えた画像形成装置において、前記第２支持ローラの回転速度を検知する第１検知手段と、前記駆動ローラの回転速度を検知する第２検知手段をもうけ、前記第１検知手段および第２検知手段により検知された検知結果に基づき、前記加圧ローラの押圧力を設定するとともに、前記押圧力の値を記憶手段に記憶するように制御することを特徴とする画像形成装置。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係わる実施の形態を、以下、図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、画像形成装置の一例としてのデジタルカラー複写機（以下、複写機という）の構成を示す概略図である。
【００１５】
本実施の形態における複写機は、機体上部に自動原稿送り装置１を有するとともに、機体内に画像読み取り装置２、画像形成部３、転写ベルトユニット４、給紙部５、ベルト定着装置Ｔ、反転排紙・再給紙部６、および、反転紙再給紙部７を有している。
【００１６】
前記自動原稿送り装置１は、原稿を１枚ずつ送り出して画像読み取り装置へと搬送し、画像読み取りが終わった原稿を所定の場所に排出する装置である。
【００１７】
前記自動原稿送り装置１は、原稿を載置する原稿載置台１０１、載置された原稿を分離する原稿分離手段１０３、分離された原稿を搬送する原稿搬送部１０５、搬送された原稿を排紙する原稿排紙手段１０７、排紙された原稿を載置する原稿排紙台１０９、および、原稿の両面の画像を読み取る両面コピーモードにおいて、当該原稿の表裏面を反転させるために使用されるローラ対からなる原稿反転手段１１１を有している。
【００１８】
前記原稿載置台１０１上に載置された複数枚の原稿（不図示）は、原稿分離手段１０３によって１枚ずつ分離され、前記原稿搬送部１０５を介して画像読み取り位置に向けて搬送される。
【００１９】
前記原稿読み取り位置は、前記原稿搬送部１０５の下方部に設けられており、そこで、搬送中の原稿は画像読み取り装置２を構成するスリット２０１を介して走査され読み取られる。読み取られた原稿は原稿排紙手段１０７によって原稿排紙台１０９上に排出される。
【００２０】
なお、両面コピーモードにおいては、片面が読み取られて搬送されてくる原稿は、前記原稿反転手段１１１により二点鎖線の矢印の示す方向に搬送され、進行方向における後端を咬んでいる状態で、当該原稿反転手段１１１の駆動が停止された後の逆方向回転により前記原稿搬送部１０５を介して再度、画像読み取り位置に導かれ、しかる後、前記原稿排出手段１０７によって原稿排紙台１０９上に排出される。
【００２１】
上記の工程は、原稿載置台１０１上に載置された原稿の枚数分繰り返される。前記画像読み取り装置２は、前記スリット２０１、原稿を照射するためのランプ２１３と原稿からの反射光を反射させる第１ミラー２１５とを一体化してなる第１ミラーユニット２０５、第１ミラー２１５からの光を反射させる第２ミラー２１７と第３ミラー２１９とを略Ｖ字状に一体化してなる第２ミラーユニット２０７と、当該第３ミラー２１９からの反射光を撮像素子上に結像させる結像レンズ２０９、および、結像レンズ２０９によって結像された光像を光電変換して画像処理装置へ画像信号を送るライン状の撮像素子（以下、ＣＣＤという）２１１を有している。
【００２２】
画像処理装置をはじめ、ベルト定着装置の制御部であるところの、Ｃ１、Ｃ２、Ｈ１等も含む制御手段Ｓは、前記ＣＣＤからの画像情報を取り込み、適宜の画像処理を施し、一旦、メモリに蓄積する。
【００２３】
前記自動原稿送り装置１によって送られている原稿を、画像読み取り装置２で読み取る態様においては、第１ミラーユニット２０５、および、第２ミラーユニット２０７は、図１で示される位置に固定されている。
【００２４】
前記画像読み取り装置２によって読み取られ、制御部Ｓにて画像処理を施された各色の画像情報はメモリより順次取り出され、画像形成部３を構成する各露光光学系３０５にそれぞれ電気信号として出力される。
【００２５】
前記画像形成部３は、色分解画像に応じたトナー画像を形成するイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂ）の４組の画像形成手段（以下、画像形成ユニットという）３０を含む。
【００２６】
それぞれの画像形成ユニット３０は、感光体ドラム３０１、スコロトロン形式からなるコロナ帯電器（以下、単に帯電器という）３０３、画像書き込み手段である露光光学系３０５、および、現像器３５０を主要構成要素とする。
【００２７】
前記露光光学系３０５はレーザ光学系で構成される露光ユニットであり、その構成自体は公知である。３０９はドラムクリーニング手段である。
【００２８】
４組の画像形成ユニットの機械的構成は同じであるので、符号は１つのユニットにのみ付してある。
【００２９】
なお、それぞれの画像形成ユニット３０は、ベルト設置部において縦方向に長く配設された、ベルトユニット４を構成するループ状の回転ベルト（以下、中間転写ベルトという）４０１の一平面（張設面）Ａに沿って、上から、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順に配列されている。
【００３０】
４０３は前記中間転写ベルト４０１の内側であって、かつ、前記感光体ドラム３０１の周面一部に対向して位置づけられた転写手段である。
【００３１】
前記転写手段４０３は、中間転写ベルト４０１を回転可能に懸架する転写ベルト支持ローラ４０５、４０６、４０７、および、バックアップローラ４１０等と共にベルトユニット４を構成し、また、前記バックアップローラ４１０は、中間転写ベルト４０１を挟んで当該バックアップローラと押圧しながら回転するように対向配置した転写ローラ５１０とで二次転写手段を構成している。
【００３２】
上記の画像形成ユニット３０とベルトユニット４の構成による画像形成は次のようになされる。
【００３３】
画像形成プロセスの開始に伴って、反時計方向に回転する感光体ドラム３０１の表面は帯電器３０３により所定の極性に帯電される。
【００３４】
次いで、露光光学系３０５による第１の色信号、即ち、イエロー（Ｙ）の画像信号に対応する露光が施され、当該（Ｙ）の画像に対応する静電潜像が前記感光体ドラム３０１上に形成される。
【００３５】
前記静電潜像は現像器３５０で反転現像されて（Ｙ）のトナー像に変換された後、転写手段４０３により中間転写ベルト４０１上に転写される。
【００３６】
第１の色信号による画像形成開始から所定の時間後に順次開始される他の色信号による画像形成は上記と同様のプロセスにより、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各画像形成ユニットによって作られ、それぞれのトナー像が前記（Ｙ）のトナー像のある画像領域と重畳するように順次転写され、前記中間転写ベルト４０１上に重ね合わせのカラートナー像が形成される。
【００３７】
一方、転写処理終了後の前記感光体ドラム３０１の表面はドラムクリーニング手段３０９で清掃され、新たな画像形成のための準備が整えられる。
【００３８】
なお、前記感光体ドラム３０１、あるいは、中間転写ベルト４０１に対する個々の画像形成プロセスの開始タイミングは、前記中間転写ベルト４０１の回転路の適切な位置に付設したレジストセンサ４１３が、当該中間転写ベルト４０１に設けた、例えば、塗料を用いて形成した基準マークを検知した時を起点として計時を行い、所定時間経過毎に、順次、（Ｙ）、（Ｍ）、（Ｃ）、（Ｋ）プロセスを開始させるように制御されている。
【００３９】
転写材であるところの用紙Ｐは、前記中間転写ベルト４０１上における画像形成に対応した適宜のタイミングで給紙部５の送り出し部５０１（５１１、５２１）に位置する給紙ローラ５０３（５１３、５２３）によって給紙され、レジストローラ５５１に向けて搬送される。
【００４０】
しかる後、前記レジストローラ５５１の回転始動によって前記中間転写ベルト４０１上のカラートナー像領域と重畳するように２次転写部に向けて給送された用紙Ｐは、２次転写部において、前記バックアップローラ４１０と前記転写ローラ５１０とにより前記中間ベルト４０１と共に押圧挟持されながらニップ部から送り出され、この間で、前記中間転写ベルト４０１上に担持（形成）されたカラートナー画像が前記用紙Ｐ上に転写される。
【００４１】
なお、前記転写の際、前記転写ローラ５１０に適宜の転写バイアス電圧を印加するように構成することが望ましい。
【００４２】
トナー画像が転写された前記用紙Ｐは、例えば、不図示の分離爪の作用を受けて前記中間転写ベルト４０１から分離され、ベルト定着装置Ｔに向けて搬送される。
【００４３】
ベルト定着装置Ｔについての説明は、後に、図２、図３をもとに詳細に行うので、ここでは省略する。
【００４４】
ベルト定着装置Ｔによる定着処理終了後の用紙Ｐは、その下流に設けてある排紙ローラ６０３により搬送され、装置の本体外部に設けてある排紙トレイ９上に排出される。
【００４５】
一方、二次転写終了後の前記中間転写ベルト４０１の表面はブレードからなるクリーニング手段４１５によって清掃され、新たなトナー像を担持する準備がなされる。
【００４６】
なお、図において、通路切替部材６０１の実線位置は定着処理後に用紙Ｐの上下面を反転させて排出する場合に保持される位置であり、破線位置は、上述のごとく、ベルト定着装置Ｔから送り出された用紙Ｐを反転せずにそのまま排出する際に保持される位置である。
【００４７】
例えば、用紙Ｐの反転排出においては、ベルト定着装置Ｔから送り出された用紙Ｐは前記通路切替部材６０１の右側の面に沿って下方に案内され、ローラ対６０２によって進行方向における後端が挟持される状態まで進み、停止する。
次にローラ対６０２が逆回転し、用紙Ｐは上方に送られ、前記切替部材６０１の左面に沿って進み、前記排紙ローラ６０３に達し、当該排出ローラにて排出される。
【００４８】
また、前記自動原稿送り装置１を用いる両面コピーモードの場合の用紙Ｐの挙動は、反転排出の場合と同様に、片面に画像が形成された定着処理後の用紙Ｐを前記切替部材６０１の右側の面に沿って下方に導き、進行方向における用紙Ｐの後端をローラ対６０５により挟持した状態で搬送を停止し、該ローラ対を逆回転させ、ガイド板Ｇに沿って上昇させ、複数のローラ対７０１、７０３、７０５を有する反転紙再給紙部７に導くことで用紙Ｐの反転を達成する。
【００４９】
用紙Ｐの第２面に対する画像形成プロセスは、前述の第１面の場合と同様であり、前記定着装置から送り出された後の排出については、前述の何れかを選択することになる。
【００５０】
次に、本発明によるベルト定着装置の構成を図２、および、図３を用いて詳細に説明をする。
【００５１】
図２はベルト定着装置を説明するために構成を模式的に示す上面図であり、図３は同じく正面図である。
【００５２】
本実施の形態は、定着ベルト８０１を支持する複数の支持ローラが２本の場合であり、第１ローラを駆動ローラ８０２、第２ローラを従動回転する加熱ローラ８０３としてある。
【００５３】
定着ベルト８０１は、前記定着ベルトを保持するための支持ローラであるところの駆動ローラ８０２と加熱ローラ８０３により、回転可能に懸架されている。前記定着ベルト８０１は、耐熱樹脂や金属を基体とし、その上にシリコンゴム層、および、フッ素樹脂からなる離型層が設けてあり、厚みは０．１ｍｍ〜１ｍｍ、周長１６０ｍｍ〜３００ｍｍ、幅２５０ｍｍ〜３５０ｍｍのベルトである。
【００５４】
また、前記駆動ローラ８０２は、外径３０ｍｍ〜５０ｍｍ、長さ２５０ｍｍ〜３５０ｍｍのローラである。基体は１ｍｍ〜３ｍｍの厚さの鉄あるいはアルミニウムの管で、表面に厚さ約５ｍｍのシリコンゴム、あるいはシリコンスポンジ等からなる弾性層Ｄを有する。また、減速器を備えたモータＭ１により駆動力を得て、定着ベルト８０１、加熱ローラ８０３、加圧ローラ８０４を回転させる。なお、前記駆動ローラ８０２の回転速度は、第２検知手段であるエンコーダＥ２により出力される電気的パルス信号を、駆動制御部Ｃ１に取り込み、得られたデジタル情報を演算処理をし、その結果に基づき前記モータＭ１を制御することにより任意の回転速度に設定できるように構成してある。また、モータＭ１にステッピングモータを用いることにより、エンコーダＥ２を省略して前記駆動ローラ８０２の回転速度を制御することも可能である。
【００５５】
加熱ローラ８０３は、前述したごとく、定着ベルト８０１を懸架支持し、作動状態においては前記定着ベルト８０１から動力伝達を受け従動回転をする従動ローラである。前記加熱ローラ８０３の外径は３０ｍｍ〜５０ｍｍ、長さ２５０ｍｍ〜３５０ｍｍで、肉厚０．５ｍｍ〜３ｍｍのアルミニウムあるいは鉄の管で作られたローラである。加熱ローラ８０３の表面温度は温度検知手段である温度センサＴＳ、加熱ローラ８０３の加熱手段であるヒータＨ、および温度コントローラＨ１により制御される。また、前記加熱ローラ８０３の回転速度は、第２検知手段であるエンコーダＥ１により出力される電気的パルス信号により、定着ベルト８０１の周速度を制御するためのフィードバック情報として前記駆動制御部Ｃ１に伝達される。
【００５６】
加圧ローラ８０４は、加圧レバー８０５の一端に回転可能に取り付けられており、前記駆動ローラ８０２と定着ベルト８０１を挟んで対峙し、押圧力を加える。前記加圧ローラ８０４の外径は３０ｍｍ〜７０ｍｍ、長さ２５０ｍｍ〜３５０ｍｍで、基体である肉厚１．５〜３ｍｍの鉄あるいはアルミニウムの管上の表面に厚さ１〜３ｍｍのシリコンゴム、または、シリコンスポンジ等からなる弾性層Ｄを設けた構成となっている。
【００５７】
なお、前記駆動ローラ８０２、加圧ローラ８０４の関係については、加圧ローラと対峙している支持ローラを駆動ローラとして説明したが、駆動ローラとしての役割を加圧ローラに持たせ、前記支持ローラを定着ベルトを介して従動回転させてもよい。
【００５８】
前記加圧レバー８０５は支点８０６を中心に回転可能で、加圧バネ８０７の力により、前記加圧ローラ８０４を介して定着ベルト８０１および駆動ローラ８０２に対し押圧力を加える。
【００５９】
前記加圧バネ８０７の圧縮の大きさは、圧縮レバー８０８と該レバーの一端を上下させる偏芯カム８１０により可変となっている。
【００６０】
前記偏芯カム８１０と同軸上には、偏芯カムを回転させるための動力伝達部品であるウオームホイル８１１、および、偏芯カムの停止位置を検出するためのエンコーダ板８１４が取り付けられている。
【００６１】
前記偏芯カム８１０は、モータＭ２によりウオームホイル８１１、および、ウオーム８１２を介して回転駆動される。また前記偏芯カム８１０の回転は、エンコーダ板８１４と第１光学センサ８１５、および、第２光学センサ８１６から得られる電気的パルス信号を定着制御部Ｃに取り込み、判断処理を行った後、加圧制御部Ｃ２から出力される停止信号により前記モータＭ２の回転を止めることで、前記エンコーダ板８１４の所定位置にて停止させることができる。
【００６２】
エンコーダ板８１４には、外周に沿って複数の等ピッチの切り欠き部があり、前記複数の等ピッチの切り欠き部の最初の切り欠き部の深さは、他の切り欠き部に比較して、２倍程度深くしてある。前記第１光学センサ８１５は前述の最初の切り欠き部のみを検出し、他の切り欠き部は検出しない。なお、偏芯カム８１０は、第１光学センサ８１５が切り欠き部を検出してエンコーダ板８１４が停止している時には、偏芯カム８１０は最短径部が圧縮レバー８０８に当接しているように取り付けられている。一方、第２光学センサ８１６はエンコーダ板８１４の外周にある全ての切り欠き部を検出する。
【００６３】
トナー画像を担持した用紙Ｐはガイド板８１７に支持されながら進行し、定着ベルト８０１と加圧ローラ８０４の間にニップされ、加熱、加圧されて、トナー画像は用紙Ｐに定着される。この際、中間転写ベルト４０１から分離し、中間転写ベルトの周速度と同じ速度で進行してくる用紙Ｐの速度と定着ベルト８０１の周速度に大きな速度差が存在すると、画像こすれ、画像ずれ等の不都合を生じる。これらの不都合を解消するためには、前記速度差をできるだけ小さくすることが重要である。一方、加圧ローラ８０４により常に押圧力を受けている駆動ローラ８０２は、前述したように、表面に弾性層Ｄを有しており、この弾性層の温度による熱膨張による外径変化、および、経時変化による弾性層の弾性変化に伴う外径変化が存在する。従って、前記駆動ローラ８０２により回転している定着ベルト８０１の速度は、モータＭ１の回転速度が一定であっても、前述の外径変化によって変化し、前記速度差が大きくなる危険性が生ずる。
【００６４】
本発明による前記駆動ローラ８０２の回転速度の制御は、定着ベルト８０１により動力伝達され、従動回転する加熱ローラ８０３の回転量を検出するエンコーダＥ１の出力信号の変化を基に行うものである。前述の駆動ローラ８０２の外径変化により、定着ベルト８０１の周速度が変化し、加熱ローラ８０３の回転速度が変化すると、前記出力信号が変化する。この信号を駆動制御部Ｃ１に取り込み、エンコーダＥ１から出力されるパルス信号が変化する以前の元の出力パルス信号と同様になるように、駆動制御部Ｃ１によりモータＭ１の回転速度を制御する。この方法により、加熱ローラ８０３は駆動ローラ８０２の外径変化に関係なく一定の回転を維持するように制御されるので、同時に定着ベルト８０１の周速度も一定に制御される。
【００６５】
なお、加熱ローラ８０３は前述した、アルミニウムのローラで、駆動ローラ８０２に比較し、温度あるいは経時による外径変化はきわめて小さく、定着ベルト８０１の周速度と加熱ローラ８０３の回転速度の関係の変化は、通常は無視できるが、もし必要があれば、エンコーダＥ１の出力から得られた値に、あらかじめ設定しておいた加熱ローラ８０３の外径の温度変化分の補正を、温度センサＴＳにて検知された前記加熱ローラ８０３の表面温度を基に、駆動制御部Ｃ１にて加えてもよい。
【００６６】
前述の駆動ローラ８０２、加圧ローラ８０４の外径変化は、定着ベルト８０１の周速度に変化を与えるだけでなく、用紙Ｐをニップする条件、例えばニップ幅、ニップ圧等の変化ももたらし、その結果はトナー画像の用紙Ｐへの定着条件の変化として現れ、所定の定着性能を発揮しなくなる危険性を生ずる。
【００６７】
本発明は、駆動ローラ８０２の回転速度、加熱ローラ８０３の回転速度と温度を検出し、前記駆動ローラ８０２の回転速度と前記加熱ローラ８０３の回転速度の差あるいは比の変化より、ニップ幅の変化を計算し、その結果に対応して、加熱ローラの温度制御、あるいは加圧ローラ８０４の押圧力の制御、もしくは前記温度制御と押圧力の制御を同時に行うものである。
【００６８】
関数式としては、Ｔｂ＝Ｔｂ（Ｔｈ、Ｒｈ、Ｒｍ）
Ｔｂ：定着ベルト８０１の温度
Ｔｈ：加熱ローラ８０３の表面温度
Ｒｈ：加熱ローラ８０３の回転速度
Ｒｍ：駆動ローラ８０２の回転速度
のように表現されるが、実用に際しては、実験的に求めた値を３次元テーブルの形で定着制御部Ｃ内のメモリにストアし、検知されたＴｈ、Ｒｈ、Ｒｍの値を基に、前記テーブルを参照し、前述の温度、または押圧力、もしくは両方の制御を行う。例えば、加熱ローラ８０３の回転速度Ｒｈ、表面温度Ｔｈが初期設定値で不変の時に、駆動ローラ８０２の回転速度Ｒｍが初期設定値よりも上昇した場合、駆動ローラ８０２の弾性層のつぶれ量が増加し、ニップ幅の増加が起こっているという判断を行い、定着性能を初期の性能に保つことを目的として定着ベルト８０１の温度を下げるように、加熱ローラ８０３の表面温度Ｔｈを温度コントローラＨ１により制御する。新たに設定される加熱ローラ８０３の表面温度Ｔｈの値は前記テーブルより引用される。
【００６９】
前述の例は、加熱ローラ８０３の表面温度Ｔｈを制御することにより定着性能を維持する方法であるが、駆動ローラ８０２の回転速度Ｒｍを初期の設定値になるように加圧ローラ８０４の押圧力を加圧制御部Ｃ２により制御してもよい。
【００７０】
前述の加熱ローラ８０３の表面温度Ｔｈあるいは加圧ローラ８０４の押圧力という単独因子の制御では定着性能を一定に維持することが困難である場合、もしくは、単独因子の制御の大きさにある制限を設ける必要がある場合には、あらかじめ定着制御部Ｃのメモリ内のテーブルに設定された値を基に、二つの因子、即ち、加熱ローラ８０３の表面温度Ｔｈ、および加圧ローラ８０４の押圧力の二つの因子の制御を行う。
【００７１】
また、本発明では、前述の駆動ローラ８０２と加熱ローラ８０３の回転速度の差あるいは比が、継続してある一定の値を超えたときには、駆動ローラ８０２の経時変化が進行し、使用限界に達した、あるいは使用限界に近づいたと判断し、駆動ローラ８０２、もしくは駆動ローラ８０２を含むユニットの交換を促すようにしてある。交換を促す手段は、操作部（不図示）による表示や、各種通信手段による使用者、管理者への通報など、適宜な手段でよい。また、使用限界を大きく超えて使用が継続され、機器損傷のおそれがある場合には画像形成装置本体の動作を強制的に止めてもよい。
【００７２】
図３で示されるように、加圧ローラ８０４の押圧力は加圧バネ８０７によって与えられるが、その押圧力の大きさは、加圧バネ８０７単体の仕様、および、取り付け設定位置により決定される。しかしながら、一般にバネ製品の強さのばらつきは１０％程度はあるので、ベルト定着装置の製造組み立て時には、この影響を除くための調整が必要になる。
【００７３】
本発明では、加熱ローラ８０３の回転速度と駆動ローラ８０２の回転速度から、初期の加圧バネの圧縮条件を設定している。
【００７４】
偏芯カム８１０と同軸で回転するエンコーダ板８１４の最初の端の切り欠き部を第１光学センサ８１５が検出している時には、偏芯カム８１０の最短径部が圧縮レバー８０８に当接しているので、加圧バネ８０７は最も圧縮が弱い状態となっている。
【００７５】
偏芯カム８１０が回転すると、回転に伴って徐々に前記偏芯カム８１０の長径部が圧縮レバー８０８に当接するようになり、加圧バネ８０７は圧縮レバー８０８の移動により、強く圧縮されるようになる。偏芯カム８１０の回転と同時にエンコーダ板８１４も回転するので第２光学センサ８１６により通過した切り欠き部が計数され、得られた数より、対応する偏芯カム８１０の圧縮レバー８０８に当接している位置を特定できる構成となっている。
【００７６】
製品組み立て時、あるいは駆動ローラ８０２の交換時には、駆動ローラ８０２の外径および弾性の製造上のばらつきは小さいので、加熱ローラ８０３の回転速度を所定の速度に保つための駆動ローラ８０２の回転速度がある範囲外にある場合には、加圧ローラ８０４の押圧力が大きいか、もしくは小さく、結果として、ニップ幅が初期の範囲の値に入っていないと判断される。加熱ローラ８０３の回転速度Ｒｈは初期の既定値に保ちつつ、前記駆動ローラ８０２の回転速度を所定の範囲に収まるように加圧ローラ８０４の押圧力を偏芯カム８１０の回転により設定する。
【００７７】
調整後の偏芯カム８１０の停止位置は加圧制御部Ｃ２の記憶手段であるメモリ内に記憶され、前記記憶された情報は初期の押圧力を付与した条件として前述のテーブル引用時に参照される。
【００７８】
【発明の効果】
本発明により、ベルト定着装置に使用される弾性層を有するローラの加熱、および経時による物理的特性の変化により引き起こされる、定着ベルトの周速度の変化や定着性能の変化を、駆動ローラおよび従動ローラの回転速度、加熱ローラの表面温度等の検知情報から、駆動ローラの回転速度、加熱ローラの表面温度、加圧ローラの押圧力等を制御することにより、最小限に抑えることができ、長期にわたり安定した高品質の画像定着を行う画像形成装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】カラー画像形成装置の構成を示す概略図である。
【図２】ベルト定着装置を説明するために構成を模式的に示す上面図である。
【図３】ベルト定着装置を説明するために構成を模式的に示す正面図である。
【符号の説明】
１ 自動原稿送り装置
２ 画像読み取り装置
３ 画像形成部
３０ 画像形成手段（画像形成ユニット）
８０１ 定着ベルト
８０２ 駆動ローラ（第１支持ローラ）
８０３ 加熱ローラ（第２支持ローラ）
８０４ 加圧ローラ
８０５ 加圧レバー
８０７ 加圧バネ
８０８ 圧縮レバー
８１０ 偏芯カム
８１４ エンコーダ板
Ｔ ベルト定着装置
Claims (6)
- 定着ベルトと、前記定着ベルトを回転可能に懸架する第１支持ローラと第２支持ローラの少なくとも二つの支持ローラと、前記第１支持ローラと前記定着ベルトを挟んで対峙する加圧ローラとを有し、前記第１支持ローラまたは前記加圧ローラを前記定着ベルトを回転駆動する駆動ローラとするとともに、第２支持ローラを前記定着ベルトにより従動回転可能となし、かつ、前記第２支持ローラに前記定着ベルトを加熱するためのヒータを内包せしめ、転写材上のトナー画像を加圧加熱により転写材に定着するベルト定着装置を備えた画像形成装置において、前記第２支持ローラの回転速度を検知する第１検知手段と、前記第１検知手段により検知された回転速度に基づき、前記第２支持ローラの回転速度を一定の速度に保持するように前記駆動ローラの回転速度を制御する制御手段とを有することを特徴とする画像形成装置。
- 定着ベルトと、前記定着ベルトを回転可能に懸架する第１支持ローラと第２支持ローラの少なくとも二つの支持ローラと、前記第１支持ローラと前記定着ベルトを挟んで対峙する加圧ローラとを有し、前記第１支持ローラまたは前記加圧ローラを前記定着ベルトを回転駆動する駆動ローラとするとともに、第２支持ローラを前記定着ベルトにより従動回転可能となし、かつ、前記第２支持ローラに前記定着ベルトを加熱するためのヒータを内包せしめ、転写材上のトナー画像を加圧加熱により転写材に定着するベルト定着装置を備えた画像形成装置において、前記第２支持ローラの回転速度を検知する第１検知手段と前記第２支持ローラの表面温度を検知する温度センサと前記駆動ローラの回転速度を検知する第２検知手段と、前記第１検知手段、前記第２検知手段および前記温度センサにより検知される検知結果に基づき、定着条件を変更する制御手段とを設けたことを特徴とする画像形成装置。
- 前記定着条件は、加熱ローラの表面温度または加圧ローラの圧力、もしくは前記表面温度と前記圧力の二つであることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
- 定着ベルトと、前記定着ベルトを回転可能に懸架する第１支持ローラと第２支持ローラの少なくとも二つの支持ローラと、前記第１支持ローラと前記定着ベルトを挟んで対峙する加圧ローラとを有し、前記第１支持ローラまたは前記加圧ローラを前記定着ベルトを回転駆動する駆動ローラとするとともに、第２支持ローラを前記定着ベルトにより従動回転可能となし、かつ、前記第２支持ローラに前記定着ベルトを加熱するためのヒータを内包せしめ、転写材上のトナー画像を加圧加熱により転写材に定着するベルト定着装置を備えた画像形成装置において、前記第２支持ローラの回転速度を検知する第１検知手段と前記第２支持ローラの表面温度を検知する温度センサと、前記駆動ローラの回転速度を検知する第２検知手段を設け、前記第１検知手段及び前記第２検知手段より検知された回転速度を比較した結果に基づき、前記駆動ローラの劣化を判定する制御手段を有することを特徴とする画像形成装置。
- 前記制御手段は、前記判定の結果に基づき、部品またはユニットの交換を促すための表示を行うように制御することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
- 定着ベルトと、前記定着ベルトを回転可能に懸架する第１支持ローラと第２支持ローラの少なくとも二つの支持ローラと、前記第１支持ローラと前記定着ベルトを挟んで対峙する加圧ローラとを有し、前記第１支持ローラまたは前記加圧ローラを前記定着ベルトを回転駆動する駆動ローラとするとともに、第２支持ローラを前記定着ベルトにより従動回転可能となし、かつ、前記第２支持ローラに前記定着ベルトを加熱するためのヒータを内包せしめ、転写材上のトナー画像を加圧加熱により転写材に定着するベルト定着装置を備えた画像形成装置において、前記第２支持ローラの回転速度を検知する第１検知手段と、前記駆動ローラの回転速度を検知する第２検知手段をもうけ、前記第１検知手段および第２検知手段により検知された検知結果に基づき、前記加圧ローラの押圧力を設定するとともに、前記押圧力の値を記憶手段に記憶するように制御することを特徴とする画像形成装置。
Priority Applications (1)
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