JP2007052112A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 記録媒体上のトナー載り量の左右差、定着ローラの圧バランスの左右差、転写ユニットの圧バランス差、給紙時の斜行等により片ループが発生した場合に、これを検知し、片側引っ張りで生じる画像不良を防止することを目的とする画像形成装置の提供。
【解決手段】 転写ユニットと定着ユニット間で記録媒体方向にループセンサを複数設け、これらのループ検知結果に基づいてモータ制御部が定着モータを制御することにより、片ループが発生した場合に、片側引っ張りで生じる画像不良を防止することを特徴とする画像形成装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子写真方式により画像を形成し、その形成した画像を記録媒体に定着する画像形成装置に関するものである。

まず、カラー画像形成装置における定着ユニットについて説明する。

近年、プリンタや複写機等の画像形成装置におけるカラー化が進んできている。このようなカラー画像形成装置に使用される定着ユニットとしては、定着部材に弾性層を有する熱ローラ方式の定着ユニットが良く知られている。この定着ユニットは、弾性層を有することによって、均一なカラー光沢画像を得ることを可能にしている。

しかし、弾性層を有する熱ローラ方式の定着方式においては、熱ローラ自体の熱容量が大きくなってしまい、定着ローラをトナー画像定着に適した温度までに昇温させるまでに必要な時間（ウォームアップタイム）が長くなるという問題があった。また、定着ユニットのコストも高価なものとなっていた。

均一なカラー光沢画像を犠牲にすることなく、ウォームアップタイムを短くする定着ユニットとして、白黒画像形成装置によく使用されるベルト定着方式において、定着ベルトに薄層の弾性層を設けた定着ユニットが近年用いられるようになってきている。図２は、このようなベルト定着ユニット８１の一例を示す図である。

定着ベルトユニット８２は、横断面略半円弧状樋型のヒータホルダ８７、このヒータホルダ８７の下面にヒータホルダ長手（図面に垂直方向）に沿って固定して配設した定着ヒータ８４、この定着ヒータ付きのヒータホルダ８７にルーズに外嵌させた、エンドレスベルト状（円筒状）の薄層の弾性層を有する定着ベルト８３等を備えるアセンブリである。

８５は弾性加圧ローラであり、その芯金の両端部を定着ユニット８１の側板間に回転自由に軸受させて配設してある。

この定着ベルトユニット８２は、弾性加圧ローラ８５の上側に、定着ヒータ８４側を下向きにして加圧ローラ８５に並行に配列し、ヒータホルダ８７の両端部側を不図示の付勢手段で所定の押圧力で押し下げた状態にしてある。これにより、定着ヒータ８４の下面を定着ベルト８３を挟んで弾性加圧ローラ８５の上面に加圧ローラ８５の弾性に抗して圧接させて所定幅の定着ニップ部８６を形成させている。

弾性加圧ローラ８５は不図示の駆動機構により矢印の方向に所定の周速度にて回転駆動される。この弾性加圧ローラ８５の回転駆動により、定着ニップ部８６において弾性加圧ローラ８５と定着ベルト８３の外面との摩擦力で定着ベルト８３に回転力が作用し、定着ベルト８３はその内周面が定着ニップ部８６において定着ヒータ８４の下面に密着して摺動しながら矢印の方向に弾性加圧ローラ８５の周速度にほぼ対応した周速度をもってヒータホルダ８７の外回りを従動回転状態になる。

定着ベルト８３は、厚さ３０μｍ程度のＳＵＳからなるエンドレスベルト上に、厚み約３００μｍの弾性層を有し、さらにその上に、厚み約３０μｍの離型層を被覆している。

定着ヒータ８４は、セラミック基板上に抵抗発熱体を形成したもので、この定着ヒータ８４の裏面には温度検知手段８９が当接され、これにより定着ヒータ８４の温度が検知される。この検知された温度に応じて、不図示の制御手段により定着ヒータ８４の温度が所望の温度になるように定着ヒータ８４に対する供給電力が制御されて温調制御される。

弾性加圧ローラ８５が回転駆動され、定着ベルト８３が従動回転し、定着ヒータ８４が所定温度に立ち上がって温調制御された状態において、未定着トナー像ｔを担持した記録媒体Ｐが定着ニップ部８６の定着ベルト８３と弾性加圧ローラ８５との間に導入される。その記録媒体Ｐは、未定着トナー像担持面が定着ベルト８３の外面に密着して定着ベルト８３と一緒に定着ニップ部８６を挟持搬送されていく。その挟持搬送過程において、記録媒体Ｐに対して定着ヒータ８４の熱が定着ベルト８３を介して付与され、また定着ニップ部８６の加圧力を受け、未定着トナー像ｔが記録媒体Ｐ上に永久固着画像として熱と圧力で定着される。その後、記録媒体Ｐは定着ニップ部８６を通過して定着ベルト８３の面から曲率分離して排出される。

このような構成の定着ユニット８１では、定着ベルト８３の熱容量が非常に小さく、定着ヒータ８４に電力を投入した後、短時間で定着ニップ部８６をトナー画像の定着可能温度まで昇温させることが可能である。

また、定着ユニットの構成も簡易であることから、低コストで提供できると言うメリットもある。

上述した理由から、定着ベルトに薄層の弾性層を設けた定着ユニットは、ローコストなカラー画像形成装置において用いられている。

次に、定着ユニットにおける記録媒体の搬送速度と転写ユニットにおける記録媒体の搬送速度の関係について説明する。

従来の画像形成装置では、転写ユニットにおける記録媒体の搬送速度と定着ユニットにおける記録媒体の搬送速度とを比較すると、定着ユニットの個体差や経時変化によるばらつきがあるため、記録媒体が転写ユニットと定着ユニットとの間で引っ張り合うことがないように、定着ユニットにおける記録媒体の搬送速度（以下「定着速度」とする）を転写ユニットにおける記録媒体の搬送速度（以下「転写速度」とする）に対して若干（約１〜２％程度）、遅く回転させている。

すなわち、定着速度を転写速度よりも速い場合には、定着ユニットにより記録媒体が転写ユニットから強制的に引き出されることになり、転写時の画像の乱れが発生したり、複写倍率のずれ、カラー画像の場合には色ずれが発生したりするため、決して引っ張り合わないようにする必要があるためである。

この速度差によって発生する記録媒体の撓みを吸収すべく、従来の画像形成装置では、転写位置から定着位置までの距離を長めに保つことによって、搬送路中で記録媒体が大きく撓むことを防止していた。

しかし、最近では画像形成装置を小型化するために、転写位置から定着位置までの距離を極力短くすることが必要となっている。

転写位置と定着位置との間隔を狭くすると、転写ユニットと定着ユニットとの間のわずかな速度差で記録媒体は大きく撓んでしまい、搬送路中で記録媒体の搬送不良（ジャムなど）を起こす可能性が高くなることや、記録媒体上の未定着トナ−が周辺の記録媒体ガイドなどに付着して画像擦れを発生させるという問題があった。

上記問題を解決するために、転写位置と定着位置との間に、記録媒体のループの程度を検出するループ検知手段を設け、このループの程度の検知結果に基づいて、定着ユニットの搬送速度を加減速制御し、転写ユニットと定着ユニットとの間で記録媒体の引っ張り合いが起こらないようにすると同時に、これらユニット間の速度差により発生する記録媒体のループ程度が一定以上にならないようにする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−８９６０５号公報

しかしながら、上記従来例では、転写ユニットと定着ユニットとの間にループ検知センサが一つだけ配置されている構成であって、記録媒体上のトナー載り量の左右差、定着ローラの圧バランスの左右差、転写ユニットの圧バランス差、給紙時の斜行等により片ループが発生し、ループ検知部分にはループがあるものの、それ以外の部分で記録媒体の引っ張り合いが生じた場合には、これを検知することが出来ずに、その結果、記録媒体の引っ張りによる画像不良が生じてしまうという問題があった。

そこで、本発明は上記のような問題を解決する為になされたもので、記録媒体に片ループが発生した場合にはそれを検知し、その検知結果に従い定着速度を制御することにより、記録媒体の引っ張りによる画像不良を防止する画像形成装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１記載の発明に係る画像形成装置は、記録媒体の搬送方向の上流側ユニットより下流側ユニットへ記録媒体を搬送する搬送手段と、前記下流側ユニットによる記録媒体搬送速度を少なくとも２段階以上で切換え可能な速度切換手段を備え、前記上流側ユニットから前記下流側ユニットへ搬送される間の記録媒体に発生するループ量を検知するループ検知手段を記録媒体の幅方向に複数有し、該ループ検知手段による検知結果に応じて前記速度切換手段を切換えることにより前記記録媒体のループ量を制御することを特徴とする。

請求項２記載の発明によれば、前記ループ検出手段は、前記記録媒体のループ量を多段階に検出可能である。

請求項３記載の発明によれば、前記上流側ユニットは、前記記録媒体を支持搬送し、像担持体上に形成されたトナー画像を転写する転写ベルトを有する転写装置であり、前記下流側ユニットは、前記記録媒体に転写されたトナー画像を定着する定着装置である。

請求項４記載の発明によれば、前記ループ検出手段は、前記記録媒体のループ量に応じて変位するアクチュエータと、前記アクチュエータの変位に応じて検出信号を発生するフォトインタラプタを備えたものである。

［作用］
以上の構成に基づいて、転写ユニットと定着ユニットとの間に、記録媒体のループ量を検出するループ検出手段を記録媒体の幅方向に複数設け、これらのループ量の検知結果に基づいて、搬送速度制御手段によって定着ユニットの搬送速度を加減速制御し、これらユニット間の速度差により発生する記録媒体のループ量が一定以上にならないようにすると同時に、記録媒体上のトナー載り量の左右差、定着ローラの圧バランスの左右差、転写ユニットの圧バランス差、給紙時の斜行等により片ループが発生した場合にはこれを検知し、その検知結果に基づき、定着側ユニットの搬送速度を制御することにより、記録媒体の片側引っ張りにより生じる、色ずれ等の画像不良を防止する。

本出願に係る第一の発明によれば、記録媒体上のトナー載り量の左右差、定着ローラの圧バランスの左右差、転写ユニットの圧バランス差、給紙時の斜行等により片ループが発生した場合に、これを検知し、その検知結果に基づき、定着ユニットの搬送速度を制御することにより、片側引っ張りで生じる色ずれ等の画像不良を防止する。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳しく説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、本願発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。

［画像形成装置の説明］
図３は、本発明の実施の形態１に係るカラー画像形成装置の記録部の構成を説明する概略構成図である。尚、本実施の形態に係る画像形成装置は、電子写真方式のタンデム型のフルカラープリンタの場合で説明する。

この画像形成装置は、イエロー色の画像を形成する画像形成部１Ｙと、マゼンタ色の画像を形成する画像形成部１Ｍと、シアン色の画像を形成する画像形成部１Ｃと、ブラック色の画像を形成する画像形成部１Ｂｋの４つの画像形成部（画像形成ユニット）を備えており、これらの４つの画像形成部は一定の間隔をおいて一列に配置されている。

各画像形成部１Ｍ，１Ｃ，１Ｙ，１Ｂｋには、それぞれ感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが設置されている。各感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの周囲には、帯電ローラ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ、現像装置４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ、転写ローラ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ、ドラムクリーニング装置６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄがそれぞれ設置されており、帯電ローラ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと現像装置４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ間の上方には露光装置７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄがそれぞれ設置されている。各現像装置４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄには、それぞれマゼンタトナー、シアントナー、イエロートナー、ブラックトナーが収納されている。

画像形成部１Ｍ，１Ｃ，１Ｙ，１Ｂｋの各感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの各転写部Ｎに、転写媒体としての無端ベルト状の記録媒体搬送ベルト４０が当接している。この記録媒体搬送ベルト４０は、駆動ローラ４１、支持ローラ４２に張架されており、駆動ローラ４１の回転駆動によって矢印方向（反時計回り方向）に回転（移動）される。記録媒体搬送ベルト４０上の画像形成部１Ｍの上流側には、転写媒体としての記録媒体Ｐを記録媒体搬送ベルト４０上に静電吸着させる吸着ローラ（不図示）が設置されている。

一次転写用の各転写ローラ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、各一次転写ニップ部Ｎにて記録媒体搬送ベルト４０を介して各感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに当接している。また、転写ローラ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄには、転写電源（不図示）が接続されている。

また、記録媒体搬送ベルト４０外側の駆動ローラ４１近傍にはベルトクリーニング装置４５が設置されている。

画像形成動作開始信号（プリント開始信号）が発せられると、所定のプロセススピードで回転駆動される画像形成部１Ｍ，１Ｃ，１Ｙ，１Ｂｋの各感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、それぞれ帯電ローラ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄによって一様に帯電（本実施の形態では負極性）される。そして、露光装置７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄは、それぞれ入力されるカラー色分解された画像信号をレーザ出力部（不図示）にて光信号に変換し、その変換された光信号であるレーザ光を、各帯電された各感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ上にそれぞれ走査露光して静電潜像を形成する。

そして、その静電潜像が形成された感光ドラム２ａ上に、感光ドラム２ａの帯電極性（負極性）と同極性の現像バイアスが印加された現像装置４ａによりマゼンタのトナーを感光体表面の帯電電位に応じて静電吸着させることで静電潜像を顕像化し、現像画像とする。

そして、このタイミングに合わせてレジストローラ４６で搬送された記録媒体Ｐが、駆動ローラ４１の駆動によって移動される記録媒体搬送ベルト４０表面に、吸着バイアスが印加された吸着ローラ（不図示）によって静電吸着されて画像形成部１Ｍの転写部Ｎに搬送され、転写電源（不図示）から転写バイアス（トナーと逆極性（正極性））が印加された転写ローラ５ａにより、マゼンタのトナー像が記録媒体Ｐ上に転写される。

マゼンタのトナー像が転写された記録媒体Ｐは、記録媒体搬送ベルト４０表面に吸着されて画像形成部１Ｃ側に移動される。そして、画像形成部１Ｃの転写部Ｎにおいても、前記と同様にして感光ドラム２ｂに形成されたシアンのトナー像が、記録媒体Ｐ上のマゼンタのトナー像上に重ね合わせて、転写バイアス（トナーと逆極性（正極性））が印加された転写ローラ５ｂにより転写される。

以下、同様にして記録媒体Ｐ上に重畳転写されたマゼンタ、シアンのトナー像上に、画像形成部１Ｙ、１Ｂｋの感光ドラム２ｃ、２ｄで形成されたイエロー、ブラックのトナー像を、各転写部Ｎにて転写バイアス（トナーと逆極性（正極性））が印加された転写ローラ５ｃ、５ｄにより順次重ね合わせて、フルカラーのトナー像を記録媒体Ｐ上に形成する。

こうしてフルカラーのトナー像が形成された記録媒体Ｐは定着ユニット１２に搬送されて、定着ベルト２０と加圧ローラ２２間の定着ニップ部でフルカラーのトナー像が加熱、加圧されて記録媒体Ｐの表面にカラー画像が溶融定着される。その後、装置外部に排出されて画像形成装置の出力画像となる。こうして一連の画像形成動作を終了する。

尚、画像形成装置内には環境センサ５０を有しており、帯電、現像、一次転写、二次転写のバイアスや定着条件は、この画像形成装置内の雰囲気環境（温度、湿度）に応じて変更可能な構成となっている。こうして記録媒体Ｐに形成されるトナー像濃度の調整のためや、最適な転写、定着条件を達成するために用いられる。また画像形成装置内にはメディアセンサ５１を有しており、記録媒体Ｐの種類を判別を行うことによって、転写バイアスや定着条件を、その記録媒体の種類に応じて変更可能な構成となっており、記録媒体Ｐに対する最適な転写、定着条件を達成するため用いられる。

上記した一次転写時において、感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ上に残留している一次転写残トナーは、ドラムクリーニング装置６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄによって除去されて回収される。また、転写後に記録媒体搬送ベルト４０上に残った残トナー（色ずれ検知用トナー像や濃度検知用トナー像）は、ベルトクリーニング装置４５によって除去されて回収される。

［定着ユニットの説明］
図４は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の定着ユニット１２の概略構成を示す模型図である。本実施の形態に係る定着ユニット１２は、定着ベルト加熱方式、加圧用回転体駆動方式（テンションレスタイプ）の加熱装置である。

（１）定着ユニット１２の全体的構成
２０は第一の回転体（第一の定着部材）としての定着ベルトであり、ベルト状部材に弾性層を設けてなる円筒状（エンドレスベルト状、スリーブ状）の部材である。この定着ベルト２０は詳しく後述する。２２は第二の回転体（第二の定着部材）としての加圧ローラである。１７は加熱体保持部材としての、横断面の略半円弧状樋型で、耐熱性及び剛性を有するヒータホルダである。１６は加熱体（熱源）としての定着ヒータであり、ヒータホルダ１７の下面に該ホルダ１７の長手に沿って配設してある。定着ベルト２０は、このヒータホルダ１７にルーズに外嵌させてある。ヒータホルダ１７は、耐熱性の高い液晶ポリマー樹脂で形成し、定着ヒータ１６を保持し、定着ベルト２０をガイドする役割を果たす。本実施の形態においては、液晶ポリマーとして、デュポン社のゼナイト７７５５（商品名）を使用した。ゼナイト７７５５の最大使用可能温度は、約２７０℃である。

加圧ローラ２２は、ステンレス製の芯金に、射出成形により、厚み約３ｍｍのシリコーンゴム層を形成し、その上に厚み約４０μｍのＰＦＡ樹脂チューブを被覆してなる。この加圧ローラ２２は、芯金の両端部を装置フレーム２４の不図示の奥側と手前側の側板間に回転自由に軸受保持させて配設してある。この加圧ローラ２２の上側に、定着ヒータ１６、ヒータホルダ１７、定着ベルト２０等から成る定着ベルトユニットをヒータ１６側を下向きにして加圧ローラ２２に並行に配置し、ヒータホルダ１７の両端部を不図示の加圧機構により片側９８Ｎ（１０ｋｇｆ）、総圧１９６Ｎ（２０ｋｇｆ）の力で加圧ローラ２２の軸線方向に附勢している。

これにより、定着ヒータ１６の下向き面を定着ベルト２０を介して加圧ローラ２２の弾性層に、その弾性層の弾性に抗して所定の押圧力をもって圧接させ、加熱定着に必要な所定幅の定着ニップ部２７を形成させてある。この加圧機構は、圧解除機構を有し、ジャム処理時等に、加圧を解除し、記録媒体Ｐの除去が容易な構成となっている。

１８と１９は第一と第二の温度検知手段としてのメインとサブの２つのサーミスタである。第一の温度検知手段としてのメインサーミスタ１８は、加熱体である定着ヒータ１６に非接触に配置され、本実施の形態ではヒータホルダ１７の上方において定着ベルト２０の内面に弾性的に接触させてあり、定着ベルト２０の内面の温度を検知する。第二の温度検知手段としてのサブサーミスタ１９は、メインサーミスタ１８よりも熱源である定着ヒータ１６に近い場所に配置され、本実施の形態では定着ヒータ１６の裏面に接触させてあり、定着ヒータ１６裏面の温度を検知する。

メインサーミスタ１８は、ヒータホルダ１７に固定支持させたステンレス製のアーム２５の先端にサーミスタ素子が取り付けられ、アーム２５が弾性揺動することにより、定着ベルト２０の内面の動きが不安定になった状態においても、サーミスタ素子が定着ベルト２０の内面に常に接する状態に保たれる。

メインサーミスタ１８及びサブサーミスタ１９は、その出力がそれぞれＡ／Ｄコンバータ６４，６５を介して温調制御部２１に入力されている。これにより温調制御部２１は、メインサーミスタ１８、サブサーミスタ１９の出力に基づいて、定着ヒータ１６の温調制御内容を決定し、電力供給部（加熱手段）としてのヒータ駆動回路２８によって定着ヒータ１６への通電を制御する。

２３と２６は、それぞれ装置フレーム２４に組付けた入り口ガイド２３と定着排紙ローラ２６である。入り口ガイド２３は、二次転写ニップを抜けた記録媒体Ｐが、定着ヒータ１６部分における定着ベルト２０と加圧ローラ２２との圧接部である定着ニップ部２７に正確にガイドされるように転写材を導く役割を果たす。本実施の形態の入り口ガイド２３は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂により形成されている。

加圧ローラ２２は駆動手段（図不示）により矢印の方向に所定の周速度で回転駆動される。この加圧ローラ２２の回転駆動による加圧ローラ２２の外面と定着ベルト２０との、定着ニップ部２７における圧接摩擦力により、円筒状の定着ベルト２０に回転力が作用して該定着ベルト２０が、その内面側が定着ヒータ１６の下向き面に密着して摺動しながらヒータホルダ１７の外回りを矢印の方向に従動回転状態になる。この定着ベルト２０内面にはグリスが塗布され、ヒータホルダ１７と定着ベルト２０内面との摺動性を確保している。

加圧ローラ２２が回転駆動され、それに伴って円筒状の定着ベルト２０が従動回転状態になり、また定着ヒータ１６に通電がなされると、定着ヒータ１６が昇温して所定の温度に立ち上げ温調される。この状態において、定着ニップ部２７の定着ベルト２０と加圧ローラ２２との間に未定着トナー像を担持した記録媒体Ｐが入り口ガイド２３に沿って案内されて導入されると、定着ニップ部２７において記録媒体Ｐのトナー像担持面側が定着ベルト２０の外面に密着して定着ベルト２０と一緒に定着ニップ部２７により挟持搬送されていく。

この挟持搬送過程において、定着ヒータ１６の熱が定着ベルト２０を介して記録媒体Ｐに付与され、記録媒体Ｐ上の未定着トナー像ｔが記録媒体Ｐ上に加熱及び加圧されて溶融定着される。定着ニップ部２７を通過した記録媒体Ｐは定着ベルト２０から曲率分離され、定着排紙ローラ２６で排出される。

［メインサーミスタ１８の説明］
メインサーミスタ１８は、定着ベルト２０の長手中央付近に配置され、定着ベルト２０の内面に接触するよう配置されている。このメインサーミスタ１８は、定着ニップ部２７の温度により近い温度である定着ベルト２０の温度を検出する手段として用いている。よって、通常の動作においては、メインサーミスタ１８の検知温度が目標温度になるよう、温調制御される。

［サブサーミスタ１９の説明］
サブサーミスタ１９は、定着ヒータ１６の長手端部付近に配設され、定着ヒータ１６の裏面に接触するよう配置されている。このサブサーミスタ１９は、加熱体である定着ヒータ１６の温度を検出し、定着ヒータ１６の温度が所定温度以上にならないようにモニタする安全装置としての役割を果たしている。

また、このサブサーミスタ１９により、立ち上げ時の定着ヒータ１６の温度のオーバーシュートや、定着ヒータ端部の昇温をモニタし、例えば端部の昇温により定着ヒータ２０の端部の温度が所定の温度を超えた場合には、それ以上に端部の昇温が悪化しないようにスループットを落とす等の制御を行うための判断に用いられる。

［定着ベルト２０の説明］
本実施の形態において、定着ベルト２０はベルト状部材に弾性層を設けてなる円筒状（エンドレスベルト状）の部材である。具体的には、ＳＵＳにより、厚み３０μｍの円筒状に形成したエンドレスベルト（ベルト基材）上に、厚み約３００μｍのシリコーンゴム層（弾性層）を、リングコート法により形成した上に、厚み３０μｍのＰＦＡ樹脂チューブ（最表面層）を被覆してなる。このような構成で作成した定着ベルト２０の熱容量を測定したところ、１２．２×１０^−２Ｊ／ｃｍ^２℃（定着ベルト１ｃｍ^２あたりの熱容量）であった。

（ア）定着ベルトの基層
定着ベルト２０の基層には、ポリイミドなどの樹脂を用いることもできるが、ポリイミドよりもＳＵＳやニッケルといった、金属のほうが、熱伝導率がおよそ１０倍と大きく、より高いオンデマンド性を得られることから、本実施の形態においては、定着ベルト２０の基層には、金属であるＳＵＳを用いた。

（イ）定着ベルトの弾性層
定着ベルト２０の弾性層には、比較的熱伝導率の高いゴム層を用いている。これは、より高いオンデマンド性を得るためである。本実施の形態で用いた材質は、比熱が約１２．２×１０^−１Ｊ／ｇ℃である。

（ウ）定着ベルトの離形層
定着ベルト２０の表面にフッ素樹脂層を設けることで、表面の離型性を向上し、定着ベルト２０表面にトナーが一旦付着し、再度、記録媒体Ｐに移動することで発生するオフセット現象を防止することができる。また定着ベルト２０の表面のフッ素樹脂層を、ＰＦＡチューブとすることで、より簡便に、均一なフッ素樹脂層を形成することが可能となる。

（エ）定着ベルトの熱容量
一般に、定着ベルト２０の熱容量が大きくなると、温度立ち上がりが鈍くなり、オンデマンド性が損なわれる。例えば、定着ユニット１２の構成にも拠るが、スタンバイ温調無しで、１分以内での立ち上がりを想定した場合、定着ベルト２０の熱容量は約４．２Ｊ／ｃｍ^２℃以下である必要があることが分かっている。

本実施の形態においては、室温状態からの立ち上げの際に、定着ヒータ１６に約１０００Ｗの電力を投入して、定着ベルト２０が１９０℃に２０秒以内に立ち上がる様に設計してある。シリコーンゴム層には、比熱が約１２．２×１０^−１Ｊ／ｇ℃の材質を用いており、このとき、シリコーンゴムの厚みは５００μｍ以下でなければならなく、定着ベルト２０の熱容量は約１８．９×１０^−２Ｊ／ｃｍ^２℃以下である必要がある。また逆に、４．２×１０^−２Ｊ／ｃｍ^２℃以下にしようとすると、定着ベルト２０のゴム層が極端に薄くなり、ＯＨＴ透過性やグロスムラなどの画質の点において、弾性層を持たないオンデマンド定着ユニットと同等になってしまう。

本実施の形態においては、ＯＨＴ透過性やグロスの設定など高画質な画像を得るために必要なシリコーンゴムの厚みは２００μｍ以上であった。この際の熱容量は８．８×１０^−２Ｊ／ｃｍ^２℃であった。

つまり、本実施の形態と同様の定着ユニットの構成における、定着ベルト２０の熱容量は４．２×１０^−２Ｊ／ｃｍ^２℃以上４．２Ｊ／ｃｍ^２℃以下が一般的に対象となる。この中で、よりオンデマンド性と高画質の両立を図ることができる、熱容量８．８×１０^−２Ｊ／ｃｍ^２℃以上１８．９×１０^−２Ｊ／ｃｍ^２℃以下の定着ベルトを用いることとした。

次に、定着ユニットにおける記録媒体の搬送速度と転写ユニットにおける記録媒体の搬送速度の関係について図１を用いて説明する。

転写ユニット６０における記録媒体の搬送速度（転写速度）はプロセススピードＰＳである。定着ユニット１２には個体差や経時変化によるばらつきがあるため、転写ユニット６０と定着ユニット１２との間で記録媒体Ｐの引っ張り合いがないように、定着ユニットにおける記録媒体の搬送速度（定着速度）を転写ユニットにおける記録媒体の搬送速度ＰＳに対して若干（約１〜２％程度）、遅く回転させている。この定着速度をＶｌｏｗとする。これは、定着速度が転写速度よりも速い場合には、定着ユニットにより記録媒体が転写ユニットから強制的に引き出されることになり、転写時の画像の乱れが発生したり、複写倍率のずれ、カラー画像の場合には色ずれが発生したりするため、決して引っ張り合わないようにする必要があるためである。

この速度差によって転写ユニットと定着ユニット間に記録媒体のループが形成される。このループを検知し、その検知結果に基づき、定着速度を制御する為に、ループ検知手段として、ループ検知センサ８が定着ユニットと転写ユニット間に配置される。本実施形態では図１に示すように、ループ検知センサ８Ｌ、８ＲをＡ４サイズ紙の端部、すなわち、記録媒体中央から幅方向に９０ｍｍの位置に配置している。このような配置にすることで、端部のループを敏感に検知することが可能となる。また、図５に示すように、ループ検知センサ８Ｌ、８Ｒはフォトインタラプタ８ａとアクチュエータ８ｂとを備えたもので、フォトインタラプタ８ａはアクチュエータ８ｂの変位に応じてＯＮ／ＯＦＦする。

記録媒体Ｐが転写ユニットから定着ユニットへの搬送が進むと、転写ユニットの記録媒体の搬送速度ＰＳが定着ユニットの搬送速度Ｖｌｏｗよりも速いのでループ量が増大する。ここで、ループ量が一定量を超えた場合には、アクチュエータ８ｂは回動され、フォトインタラプタ８ａがフラグによって遮光される。その結果、フォトインタラプタ８ａはＯＮ状態からＯＦＦ状態となる。モータ制御部（不図示）はこの、フォトインタラプタ８ａのＯＮ／ＯＦＦ状態をモニタする。

以下に２つのループセンサを用いた定着速度の制御方法について詳しく説明する。

表１に示すように、２つのループセンサの出力結果として計４通りある。

まず始めに、記録媒体の幅方向に配置された２つのループセンサ８Ｌ、８Ｒ内のフォトインタラプタ８ａが両方ともＯＦＦ状態になっている場合、つまり、記録媒体の幅方向に配置された２つのループセンサ８Ｌ、８Ｒの両ループ検知位置で、記録媒体のループにより、アクチュエータ８ｂが回動され、フォトインタラプタ８ａがフラグによって遮光さている場合について述べる。

ループ量が更に増大して、ある一定量を越えると、記録媒体のハネによる、トナーの飛び散りや、紙に負荷がかかった状態で定着ニップに突入することによる、光沢ムラ、紙しわ等の画像不良をおこす可能性がある。この画像不良を防止する為に、モータ制御部は定着速度が転写速度ＰＳより速い速度Ｖｈｉｇｈになるように定着モータを加速する。その後、定着速度が転写速度ＰＳより速くなり、ループ量が減少し、２つのループセンサ内のフォトインタラプタ８ａが両方ともＯＮ状態になったところで、モータ制御部はこれを検知し、元の定着速度Ｖｌｏｗに戻すように定着モータを減速する。

次に記録媒体の幅方向に配置された２つのループセンサ内のフォトインタラプタ８ａのうち、どちらか片方がＯＮ状態でもう片方がＯＦＦ状態の場合について述べる。

このような状態は、例えば、図６に示すような状態であり、ループセンサ８Ｌはループを検知しており、そのフォトインタラプタ８ａはＯＦＦの状態であり、ループ検知センサ８Ｒはループを検知しておらず、そのフォトインタラプタ８ａはＯＮの状態である。このような状態は記録媒体上のトナー載り量に左右差がある場合、定着ローラの圧バランスに左右差がある場合、転写ユニットの圧バランス差に左右差がある場合、また、斜行されて給紙された場合等により実現する。

モータ制御部はこのようなループセンサ８Ｌと８Ｒの出力結果を受けた場合には、片側だけにループが発生した状態（以下片ループ状態と表記する）であると判断し、転写速度ＰＳより遅い定着速度Ｖｌｏｗになるように、定着モータを制御する。これは、片ループが発生した場合には、転写ユニットと定着ユニット間の記録媒体の片側で記録媒体の引っ張りが生じている可能性があり、もし仮に定着速度を速めると、この引っ張りにより、色ずれ等の画像不良が発生する可能性が高いからである。

最後に、記録媒体の幅方向に配置された２つのループセンサ８Ｌ、８Ｒ内のフォトインタラプタ８ａが両方ともＯＮの場合について述べる。

この状態は記録媒体にループが形成されていない状態であり、仮に定着速度を速めると、この引っ張りにより、色ずれ等の画像不良が発生する。よってモータ制御部がこれを検知した場合には、転写速度ＰＳより遅い定着速度Ｖｌｏｗになるように制御する。

以上のような制御を行うことにより、定着ユニットと転写ユニットの搬送速度差により生じる記録媒体のループ量を一定以上にならないうにすると同時に、記録媒体上のトナー載り量の左右差、定着ローラの圧バランスの左右差、転写ユニットの圧バランス差、給紙時の斜行等により、片ループが発生した場合にはこれを検知し、その検知結果に基づき、定着ユニットの搬送速度を制御することにより、記録媒体の片側引っ張りにより生じる、色ずれ等の画像不良を防止することができる。

本実施の形態では、実施例１と同様に２つのループセンサは記録媒体中央から幅方向に９０ｍｍの位置に配置する。ここで、記録媒体の幅方向に配置された２つのループセンサ８Ｌ、８Ｒはそれぞれ図７に示すような、異なるループ量を検知するフォトインタラプタ９ａ，９ｂを有するループセンサ９であり、記録媒体のループ量を３段階で検知できるようにしたものである。フォトインタラプタ９ａ、９ｂが共にＯＮ状態の時が段階〔１〕、フォトインタラプタ９ａがＯＦＦ状態で９ｂがＯＮ状態の時が段階〔２〕、フォトインタラプタ９ａがＯＮ状態で９ｂがＯＦＦ状態の時が段階〔３〕である。

本実施の形態では段階〔２〕は図９で定義されるループ程度Ｌ（転写ユニットから記録媒体が剥離するポイントＫから定着ユニットニップ入り口Ｑをつなぐ線分ＫＱ（本実施例では４０ｍｍ）の中点Ｊから垂線方向へ伸ばした直線と記録媒体の交点をＭとした場合の、中点Ｊから交点Ｍまでの距離Ｌ）が５〜１０ｍｍである。一方、段階〔１〕はループ程度Ｌが５ｍｍ以下であり、段階〔３〕はループ程度Ｌが１０ｍｍ以上である。以上のようなループ程度が実現するように、フォトインタラプタ９ａ，９ｂ、アクチュエータ９ｃをそれぞれ配置する。

また、本実施の形態では定着目標速度をＶｌｏｗ、Ｖｍｉｄ、Ｖｈｉｇｈの３つ持つ。Ｖｌｏｗは転写ユニット６０における記録媒体の搬送速度ＰＳより遅い速度であり、Ｖｈｉｇｈは逆にＰＳより速い速度である。ＶｍｉｄはＰＳとほぼ同程度の速度になるようにする。

以上のような形態にすることにより、第１の実施例と比較し、より高い精度で、片側引っ張りで生じる色ずれ等の画像不良の防止をすることが出来る。以下に表２を用いてその方法を示す。

記録媒体の幅方向に配置された２つのループセンサ９Ｌ、９Ｒはそれぞれループ量を３段階で判断する為、モータ制御部への出力パターンとしては全部で９通りとなる。モータ制御部はこれら９通りの出力を受け、定着モータを所定の目標速度になるように加減速する。表２はこの９通りの出力パターンに対する定着モータの目標速度を表わしている。表２に示すように、制御は大きく分けて以下の４通りである。

まず１つ目は、両ループセンサ９Ｌ、９Ｒのループ検知結果が段階〔１〕、あるいは、片方が段階〔１〕で、もう片方が段階〔２〕である場合で、この場合には転写ユニットと定着ユニット間で記録媒体の引っ張りにより、色ずれ等の画像不良が発生するのを防止する為に、モータ制御部は定着モータ目標速度をＶｌｏｗとする。

２つ目は両ループセンサのループ検知結果が段階〔３〕、あるいは、片方が段階〔３〕でもう片方が段階〔２〕である場合で、このような場合にはループ量の増えすぎによる記録媒体のハネ等により、トナーの飛び散り等を防止する為に、モータ制御部は定着モータ目標速度をＶｈｉｇｈとする。３つ目は両ループセンサのループ検知結果が段階〔２〕の場合であり、この場合にはモータ制御部は定着モータ目標速度をＶｍｉｄとする。

４つ目の場合は片側のループセンサのループ検知結果が段階〔１〕であり、もう片方のループセンサの検知結果が段階〔３〕の場合で、この場合は大きな片ループ状態が起こってしまっている状態であり、仮に定着速度を上げると、片側引っ張りによる色ずれ等の画像不良が発生する。また、仮に減速するとループ量の増えすぎによる記録媒体のハネ等により、トナーの飛び散り等が発生してしまう可能性が高い。この場合にも定着モータ目標速度をＶｍｉｄとする。このようにすることにより、状況を悪化させずに記録媒体を搬送することが可能となる。以上のような制御を行うことにより、第１の実施例と比較し、より高い精度で、片側引っ張りで生じる色ずれ等の画像不良の防止をすることが出来る。

以下に、従来の画像形成装置、つまり、紙幅方向の中央にのみループ検知センサを設けた画像形成装置と本実施の形態１、２の画像形成装置による紙搬送に関する比較検討結果について述べる。記録媒体には普通紙としてＸｅｒｏｘ社のＸｅｒｏｘ ４０２４（坪量：７５ｇ／ｍ^２）、厚紙として同じくＸｅｒｏｘ社のＸｅｒｏｘ ４０２４（坪量：１０５ｇ／ｍ^２）、また、薄紙としてＢｏｄｇｅｒ ｂｏｎｄ（坪量：６０ｇ／ｍ^２）を用いた。片側ループを発生しやすくする為に、転写ユニットに左右２００ｇｆの圧バランス差を付けた。通紙はそれぞれの画像形成装置に対して１０回行った。

表３がその検討結果を示している。◎は画像不良が１回も発生しなかった場合を示し、○は３回以下を、△は５回以下をまた、×は１０回とも全て発生した場合を示している。表３に示すように、従来の画像形成装置では、普通紙で○、厚紙で△、薄紙で×であった。実施例１では画像不良の発生頻度は減少し、普通紙で◎、厚紙で◎、薄紙で○であった。一方実施例２では全ての通紙において画像不良は発生しなかった。

本実施の形態は紙幅方向に３つのループセンサを配置する形態であり、図８に示すように２つのループセンサ１０Ｌ、１０Ｒは実施例１、２と同じく、片ループに敏感な位置でループを検知するように、Ａ４サイズ紙の端部、すなわち、記録媒体中央から幅方向に９０ｍｍの位置に配置している。３つ目のループセンサ１０Ｃは記録媒体中央に配置する。また、定着モータ目標速度は実施例２と同様にＶｌｏｗ、Ｖｍｉｄ、Ｖｈｉｇｈの３つ持つようにする。

このような形態にすることで、定着ユニットと転写ユニットの搬送速度差により生じる記録媒体のループ量を一定以上にならないうにすると同時に、記録媒体上のトナー載り量の左右差、定着ローラの圧バランスの左右差、転写ユニットの圧バランス差、給紙時の斜行等により、片ループが発生した場合にはこれを検知し、その検知結果に基づき、定着ユニットの搬送速度を制御することにより、記録媒体の片側引っ張りにより生じる、色ずれ等の画像不良を防止することが出来る。

また、３つ目のループセンサ１０Ｃを紙記録媒体幅方向の中央に配置することで、実施例１、２ではループ制御することが出来なかった小サイズ紙をループ制御することが可能となる。また、記録媒体中央にループがなく記録媒体の両端にのみループがある場合には、定着モータ目標速度をＶｌｏｗと設定することで、中央での記録媒体の引っ張りを防止することが出来る。

本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置を示す概略図である。 ベルト定着ユニットを示す概略構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る定着ユニットを示す概略構成図である。 本発明の第１の実施形態に係るループ検知センサの動作を説明する図である。 片ループが発生した場合の記録媒体の挙動を説明する図である。 本発明の第２の実施形態に係るループ検知センサの動作を説明する図である。 本発明の第３の実施形態を説明する図である。 本発明の第２の実施形態に係るループ検知センサの動作を説明する図である。

符号の説明

１Ｙ イエロー色の画像を形成する画像形成部
１Ｍ マゼンダ色の画像を形成する画像形成部
１Ｃ シアン色の画像を形成する画像形成部
１Ｂｋ ブラック色の画像を形成する画像形成部
２ａ 感光ドラム
２ｂ 感光ドラム
２ｃ 感光ドラム
２ｄ 感光ドラム
３ａ 帯電ローラ
３ｂ 帯電ローラ
３ｃ 帯電ローラ
３ｄ 帯電ローラ
４ａ 現像装置
４ｂ 現像装置
４ｃ 現像装置
４ｄ 現像装置
５ａ 転写ローラ
５ｂ 転写ローラ
５ｃ 転写ローラ
５ｄ 転写ローラ
６ａ ドラムクリーニング装置
６ｂ ドラムクリーニング装置
６ｃ ドラムクリーニング装置
６ｄ ドラムクリーニング装置
７ａ 露光装置
７ｂ 露光装置
７ｃ 露光装置
７ｄ 露光装置
８ａ フォトインタラプタ
８ｂ アクチュエータ
８Ｌ ループ検知センサ
８Ｒ ループ検知センサ
９ａ フォトインタラプタ
９ｂ フォトインタラプタ
９ｃ アクチュエータ
１０Ｌ ループ検知センサ
１０Ｒ ループ検知センサ
１０Ｃ ループ検知センサ
１２ 定着ユニット
１６ 定着ヒータ
１７ ヒータホルダ
１８ メインサーミスタ
１９ サブサーミスタ
２０ 定着ベルト
２１ 温調制御部
２２ 加圧ローラ
２３ 入り口ガイド
２５ アーム
２６ 定着排紙ローラ
２７ 定着ニップ部
４０ 記録媒体搬送ベルト
４１ 駆動ローラ
４２ 支持ローラ
４５ ベルトクリーニング装置
４６ レジストローラ
５０ 環境センサ
５１ メディアセンサ
６４ Ａ／Ｄコンバータ
６５ Ａ／Ｄコンバータ
８１ 定着ユニット
８２ 定着ベルトユニット
８４ 定着ヒータ
８５ 弾性加圧ローラ
８６ 定着ニップ部
８７ ヒータホルダ
８９ 温度検知手段
Ｊ 線分ＱＫの中点
Ｋ 転写ユニットから記録媒体が剥離するポイント
Ｌ ループ程度
Ｍ 中点Ｊから垂線方向へ伸ばした直線と記録媒体の交点
Ｎ 転写ニップ部
Ｐ 記録媒体
Ｑ 定着ユニットニップ入り口
ｔ 未定着トナー像

Claims (4)

1. 記録媒体の搬送方向の上流側ユニットより下流側ユニットへ記録媒体を搬送する搬送手段と、前記下流側ユニットによる記録媒体搬送速度を少なくとも２段階以上で切換え可能な速度切換手段を有する画像形成装置において、前記上流側ユニットから前記下流側ユニットへ搬送される間の記録媒体に発生するループ量を検知するループ検知手段を記録媒体の幅方向に複数有し、該ループ検知手段による検知結果に応じて前記速度切換手段を切換えることにより前記記録媒体のループ量を制御することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記ループ検出手段は、前記記録媒体のループ量を多段階に検出可能であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記上流側ユニットは、前記記録媒体を支持搬送し、像担持体上に形成されたトナー画像を転写する転写ベルトを有する転写装置であり、前記下流側ユニットは、前記記録媒体に転写されたトナー画像を定着する定着装置であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記ループ検出手段は、前記記録媒体のループ量に応じて変位するアクチュエータと、前記アクチュエータの変位に応じて検出信号を発生するフォトインタラプタを有することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。

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