JP2012022298A - 定着装置、画像形成装置、定着装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コストアップにつながる厳重な耐熱対策を要求されることなくニップ幅の変動に追従して定着条件を最適化することができ、定着性の安定化を図ることができる定着装置、画像形成装置、定着装置の制御方法を提供する。
【解決手段】テンションローラ１６の回転軸にロータリーエンコーダ１９を設置し、ロータリーエンコーダ１９のパルス信号からテンションローラ１６の角速度を算出する。そして、テンションローラ１６の角速度の変化からニップ幅の変動を間接的に検知し、テンションローラ１６の角速度の変化量、すなわちニップ幅の変動量に応じてニップ幅調整機構１８を動作させて、ニップ幅を適正値に調整する。
【選択図】図２

Description

本発明は、記録媒体上のトナー像を加熱溶融して記録媒体に定着させる定着装置、該定着装置を備えた画像形成装置、および定着装置の制御方法に関する。

電子写真方式の複写機、プリンタ等の画像形成装置では、記録媒体上に転写されたトナー像を加熱溶融して記録媒体に定着させる定着装置が備えられている。画像形成装置に用いられる定着装置としては、定着ベルトの熱で記録媒体上のトナー像を加熱溶融するベルト定着方式の定着装置や、定着ローラの熱で記録媒体上のトナー像を加熱溶融するローラ定着方式の定着装置が広く知られている。このうち、特にベルト定着方式の定着装置は、ローラ定着方式の定着装置と比べて定着部材を低熱容量化できるため、装置の立ち上がり時間の短縮化や消費電力の低減を達成できる方式として知られている。

ベルト定着方式の定着装置は、定着ローラや加熱ローラ、テンションローラ等の複数のローラ部材に張架・支持された定着ベルトと、定着ベルトを介して定着ローラに圧接してニップ部を形成する加圧ローラと、加圧ローラの位置を調整することでニップ部の幅を設定する加圧調整機構などを備える。そして、定着ベルトと加圧ローラとの間のニップ部を記録媒体が通過する過程で、加熱ローラを熱源とする定着ベルトの熱により記録媒体上のトナー像を加熱溶融し、圧力を加えることによって、トナー像を記録媒体に定着させる。

このような定着装置においては、ニップ部の幅（以下、ニップ幅という。）の変動により定着性が不安定になるという課題がある。ニップ幅が変動する要因としては、与えられた熱によって定着ローラのゴム層が膨張することによる定着ローラの変形が挙げられる。ニップ幅が変動すると、ニップ部を通過する記録媒体上のトナー像に与える熱量が変化するために、定着性が安定しない。このような課題に対して、ニップ幅の変動を検知して定着条件を最適化する技術として、例えば特許文献１に記載の技術が提案されている。

特許文献１には、狙ったニップ幅からの変動によって定着性がばらつくのを防止する目的で、テンションローラを兼ねた加熱ローラの近傍にレーザ変位計等の変位センサを設置し、この変位センサで検出した加熱ローラの位置変動からニップ幅の変動を検知して、その検知結果に基づいて記録媒体の搬送速度や定着ベルトの温度を変更する、という技術が開示されている。

しかしながら、上記の特許文献１に記載の技術では、加熱ローラの近傍に設置した変位センサを用いてニップ幅の変動を検出する構成となっているため、加熱ローラの熱によって変位センサが誤作動することのないように厳重な耐熱対策を施すことが求められ、コストアップを招くといった問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コストアップにつながる厳重な耐熱対策を要求されることなくニップ幅の変動に追従して定着条件を最適化することができ、定着性の安定化を図ることができる定着装置、画像形成装置、定着装置の制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる定着装置は、回転駆動される定着ローラと、前記定着ローラの回転によって駆動される定着ベルトと、前記定着ベルトの駆動により連れ回り回転する従動ローラと、前記定着ベルトを介して前記定着ローラに圧接してニップ部を形成する加圧部材と、前記従動ローラの回転速度を計測する計測手段と、前記従動ローラの回転速度に基づいて定着条件を調整する制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明にかかる画像形成装置は、本発明にかかる定着装置を備えることを特徴とする。

また、本発明にかかる定着装置の制御方法は、回転駆動される定着ローラと、該定着ローラの回転によって駆動される定着ベルトと、前記定着ベルトの駆動により連れ回り回転する従動ローラと、前記定着ベルトを介して前記定着ローラに圧接してニップ部を形成する加圧部材とを備える定着装置の制御方法であって、前記従動ローラの回転速度を計測するステップと、計測した前記従動ローラの回転速度に基づいて定着条件を調整するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、従動ローラの回転速度を計測し、計測した従動ローラの回転速度に基づいて定着条件を調整するようにしているので、コストアップにつながる厳重な耐熱対策を要求されることなくニップ幅の変動に追従して定着条件を最適化することができ、定着性の安定化を図ることができるという効果を奏する。

図１は、カラーレーザプリンタの概略構成図である。 図２は、定着装置の詳細を示す構成図である。 図３−１は、ロータリーエンコーダの設置位置の一例を説明する斜視図である。 図３−２は、ロータリーエンコーダの設置位置の他の例を説明する斜視図である。 図４は、定着装置においてニップ幅が変動する様子を模式的に示した図である。 図５は、ニップ幅の変動を検知する原理を説明する図である。 図６は、定着装置の動作中に制御部によって実行される具体的な処理の一例を示すフローチャートである。 図７は、基準速度設定モードでの動作時に制御部により実行される処理の一例を示すフローチャートである。 図８は、熱膨張飽和検知モードでの動作時に制御部により実行される処理の一例を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる定着装置、画像形成装置、定着装置の制御方法の最良な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下では、本発明を適用した画像形成装置の一例としてタンデム方式のカラーレーザプリンタ、本発明を適用した定着装置の一例としてベルト定着方式の定着装置を例示して説明する。

図１は、本実施形態にかかるカラーレーザプリンタ１００の概略構成図である。このカラーレーザプリンタ１００は、Ｙ（イエロー），Ｍ（マゼンダ），Ｃ（シアン），Ｋ（ブラック）の４色分の画像形成ユニット１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを備えており、これら画像形成ユニット１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが転写ベルト１０の走行方向（図中矢印Ｂ方向）に沿って順次配置された、タンデム方式のカラーレーザプリンタである。

画像形成ユニット１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、それぞれ感光体２ａ〜２ｄ、ドラム帯電器３a〜３ｄ、露光装置４ａ〜４ｄ、現像器５ａ〜５ｄ、転写器６ａ〜６ｄ、清掃装置７ａ〜７ｄを備えている。感光体２ａ〜２ｄはドラム状に構成され、図中矢印Ａ方向に回転操作される。ドラム帯電器３a〜３ｄは、回転操作される感光体２ａ〜２ｄを一様に帯電させる。露光装置４ａ〜４ｄは、ドラム帯電器３a〜３ｄにより帯電された感光体２ａ〜２ｄの表面にレーザ光を走査し、画像データに基づく静電潜像を形成する。現像器５ａ〜５ｄは、露光装置４ａ〜４ｄの露光により感光体２ａ〜２ｄに形成された静電潜像をトナーにより現像する。転写器６ａ〜６ｄは、現像器５ａ〜５ｄの現像により感光体２ａ〜２ｄ上に形成されたトナー像を転写ベルト１０に転写する。清掃装置７ａ〜７ｄは、感光体２ａ〜２ｄの表面を清掃する。

カラーレーザプリンタ１００では、画像形成ユニット１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄにより形成されたＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ４色のトナー像が転写ベルト１０上に重ね合わせて転写されることで、転写ベルト１０上には４色フルカラーのトナー像が形成される。転写ベルト１０上に形成されたトナー像は、用紙転写器９に到達すると同時に用紙転写器９に印加された高電圧の作用により、図中矢印Ｈの方向に搬送されて転写ベルト１０と用紙転写器９との間を通過する記録媒体Ｐ上に転写される。転写ベルト１０上の未転写トナーはベルト清掃装置１２で回収される。記録媒体Ｐ上に転写されたトナー像は、定着装置１１によって記録媒体Ｐに定着される。

図２は、定着装置１１の詳細を示す構成図である。この定着装置１１は、定着部材として定着ベルト１３を用いたベルト定着方式の定着装置であり、定着ベルト１３のほか、加熱ローラ１４、定着ローラ１５、テンションローラ１６、加圧ローラ（加圧部材）１７、ニップ幅調整機構１８、ロータリーエンコーダ１９、制御部２０、メモリ２１等を備えている。

ここで、定着部材としての定着ベルト１３は、樹脂材料からなるベース層上に、弾性層、離型層が順次積層された多層構造の無端ベルトである。定着ベルト１３の弾性層は、フッ素ゴム、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム等の弾性材料で形成されている。定着ベルト１３の離型層は、ＰＦＡ（４フッ化エチレンバーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ＰＥＳ（ポリエーテルサルファイド）、等で形成されている。定着ベルト１３の表層に離型層を設けることにより、トナー像Ｔに対する離型性（剥離性）が担保されることになる。定着ベルト１３は、３つのローラ部材（加熱ローラ１４、定着ローラ１５、テンションローラ１６）に張架・支持されている。

加熱ローラ１４は、金属材料からなる薄肉の円筒体であって、その円筒体の内部にはヒータ２２（熱源）が固定して設けられている。ヒータ２２は、ハロゲンヒータやカーボンヒータであって、その両端部が定着装置１１の側板に固定されている。また、加熱ローラ１４は、その両端軸部が定着装置１１の側板に軸受を介して回転自在に取り付けられている。ヒータ２２は、電源部（交流電源）から出力制御された電力が供給されることで発熱する。このヒータ２２からの輻射熱によって加熱ローラ１４が加熱されて、さらに加熱ローラ１４によって加熱された定着ベルト１３の表面から記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔに熱が加えられる。ヒータ２２の出力制御は、定着ベルト１３表面に対向するサーモパイル等の温度センサ（不図示である。）によるベルト表面温度の検知結果に基づいて行われる。

定着ローラ１５は、ステンレススチール（例えば、ＳＵＳ３０４）等からなる芯金１５ａ上に、フッ素ゴム、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム等の弾性層１５ｂが形成されたローラ部材である。定着ローラ１５は、その両端軸部が定着装置１１の側板に軸受を介して回転自在に取り付けられており、図示しない定着ローラ駆動部によって時計回り（図中矢印Ｃ方向）に回転駆動され、これにより、定着ベルト１３が駆動されて図中矢印Ｄ方向に走行する。

テンションローラ１６は、定着ベルト１３が駆動されて図中矢印Ｄ方向に走行することによって連れ回り回転する従動ローラであり、定着ベルト１３に一定のテンションを与える役割を持つ。

加圧ローラ１７は、定着ローラ１５とほぼ同じ構成であり、ステンレススチール（例えば、ＳＵＳ３０４）等からなる芯金１７ａ上に、フッ素ゴム、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム等の弾性層１７ｂが形成されたローラ部材である。

定着装置１１では、加圧ローラ１７が定着ベルト１３を介して定着ローラ１５に圧接してニップ部を形成している。定着装置１１は、ニップ部を形成させるために、定着ローラ１５の弾性層１５ｂを、加圧ローラ１７の弾性層１７ｂよりも厚くしている。例として、加圧ローラ１７の弾性層１７ｂは３ｍｍあるのに対して、定着ローラ１５の弾性層１５ｂは１５ｍｍである。

記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔを加熱溶融して記録媒体Ｐに安定的に定着させるには、定着ローラ１５と加圧ローラ１７との間のニップ部の幅（ニップ幅）を、使用する記録媒体Ｐに応じて適切に設定しておく必要がある。しかしながら、ニップ幅は経時的に変動しやすく、ニップ幅の変動によって定着性がばらつく懸念がある。本実施形態にかかる定着装置１１では、このようなニップ幅の変動時にニップ幅を調整する機構として、ニップ幅調整機構１８が設けられている。

ニップ幅調整機構１８は、揺動アーム１８ａを備えている。加圧ローラ１７の両端軸受けは、この揺動アーム１８ａに回転自在な状態で支持されている。揺動アーム１８ａは、その一端側に設けられた揺動軸１８ｂを中心として揺動可能とされている。揺動アーム１８ａの他端側にはベアリング１８ｃが固定されている。そして、このベアリング１８ｃの図中下方に接触する位置に、円の中心から外れた位置に回転軸を有する偏芯カム１８ｄが設けられている。この偏心カム１８ｄは、図示しないニップ幅調整モータにより駆動される。また、偏芯カム１８ｄには遮蔽板１８ｅが備えられ、偏芯カム位置検出手段１８ｆが遮蔽板１８ｅの位置を検出することで偏芯カム１８ｄの基準位置を把握できるようになっている。

偏芯カム１８ｄは、揺動アーム１８ａに接続された揺動アームスプリング１８ｇの張力によって、常にベアリング１８ｃに接触した状態に保たれている。そして、ニップ幅調整モータの駆動により偏芯カム１８ｄが図中矢印Ｅ方向に回転すると、ベアリング１８ｃが図中矢印Ｆ方向に移動する。これにより、加圧ローラ１７が図中矢印Ｇ方向に移動して、ニップ幅が増加することとなる。一方、ニップ幅調整モータの駆動により偏芯カム１８ｄが図中矢印Ｅ’方向に回転すると、ベアリング１８ｃが図中矢印Ｆ’方向に移動する。これにより、加圧ローラ１７が図中矢印Ｇ’方向に移動して、ニップ幅は減少することとなる。

ロータリーエンコーダ１９は、テンションローラ１６の回転軸上に設置され、テンションローラ１６の角速度に応じたパルス信号を制御部２０へ出力する。ここで、ロータリーエンコーダ１９は、テンションローラ１６の定着ベルト１３に接するローラ部分から離れた位置に設置することが望ましい。例えば図３−１に示すように、テンションローラ１６の回転軸１６ａを延長し、この延長した回転軸１６ａの先端部分に、ロータリーエンコーダ１９を設置する。また、例えば図３−２に示すように、テンションローラ１６の回転軸１６ａを延長してその先端にカップリング１６ｂを設け、このカップリング１６ｂによって別部材の回転軸１６ｃを連結する。そして、回転軸１６ａに連結されて一体に回転する回転軸１６ｃの先端部分に、ロータリーエンコーダ１９を設置するようにしてもよい。このように、ロータリーエンコーダ１９をテンションローラ１６のローラ部分から離れた位置に設置することにより、熱源となる加熱ローラ１４や定着ベルト１３からロータリーエンコーダ１９への熱の伝達を大幅に緩和することができ、ロータリーエンコーダ１９に対する耐熱対策を不要、もしくは極めて簡素なものとすることができる。

制御部２０は、テンションローラ１６の回転軸上に設置されたロータリーエンコーダ１９により得られるパルス信号から、テンションローラ１６の角速度を算出する。そして、制御部２０は、算出したテンションローラ１６の角速度をメモリ２１に記憶されている基準速度と比較し、テンションローラ１６の角速度の基準速度からの変化量に応じてニップ幅調整機構１８を動作させ、ニップ幅を適正値に調整するようにしている。なお、基準速度は、ニップ幅が適正値に維持されているときに制御部２０により算出されたテンションローラ１６の角速度であり、事前にメモリ２１に格納されている。

図４は、定着装置１１においてニップ幅が変動する様子を模式的に示した図であり、（ａ）はカラーレーザプリンタ１００の電源オン後の印刷開始時における定着装置１１の状態を示し、（ｂ）は所定枚数の印刷が終了した時点での定着装置１１の状態を示している。印刷開始時においては、定着ローラ１５が比較的低温状態となっている。このときの定着ローラ１５の径をＲとし、ニップ幅をＮとする（図４（ａ）参照）。その後、印刷が継続されるに従って定着ローラ１５の受熱量が徐々に増えていき、定着ローラ１５の弾性層１５ｂが熱膨張することで、定着ローラ１５の径はＲ＋ΔＲ（ΔＲ≧０）となる。その結果、ニップ幅はＮ＋ΔＮ（ΔＮ≧０）に増加する（図４（ｂ）参照）。ここでは、定着ローラ１５の膨張による変形によってニップ幅が変動する例を示したが、その他、加圧ローラ１７が定着ローラ１５に圧接する位置が変化した場合にも同様に、ニップ幅の変動が生じる。

このようにニップ幅が変動した状態において、加圧ローラ１７を同じ圧接位置に保持したまま連続印刷すると、ニップ部にて記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔに加えられる熱量が大きくなる。その結果、記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔが定着ベルト１３側に付着してしまい、記録媒体Ｐへの正常な定着ができなかったり、カラー画像の光沢性を損なったりするなど、良好な定着性が得られなくなってしまう。そこで、本実施形態にかかる定着装置１１では、以上のようなニップ幅の変動をテンションローラ１６の角速度変化から間接的に検知し、テンションローラ１６の角速度変化に応じてニップ幅調整機構１８を動作させてニップ幅を適正値に調整することによって、良好な定着性を安定的に得られるようにしている。

図５は、ニップ幅の変動を検知する原理を説明する図である。定着ローラ１５は図示しない駆動部により、角速度ω_０にて回転している。定着ローラ１５が熱膨張し、その半径がＲ＋ΔＲとなったとき、ニップ幅がＮ＋ΔＮとなるのは前述の通りであるが、このとき同時に、定着ベルト１３の表面速度も当初のＶからＶ＋ΔＶに変化する。ここで、定着ベルト１３の表面速度の変化量ΔＶは、下記式（１）の通りである。
ΔＶ＝ω_０×ΔＲ ・・・（１）
また、定着ベルト１３の表面速度の変化に伴い、定着ベルト１３の走行によって連れ回り回転するテンションローラ１６の角速度も、当初のω_１からω_１＋Δω_１に変化する。ここで、テンションローラの半径をｒとすると、テンションローラ１６の角速度の変化量Δω_１は、下記式（２）の通りである。
Δω_１＝ΔＶ／ｒ ・・・（２）
さらに、上記式（１）および式（２）より、下記式（３）が導かれる。
Δω_１＝ω_０×ΔＲ／ｒ ・・・（３）

一方、ニップ幅の変動量ΔＮについても、ａを定数として、下記式（４）が成り立つことが分かっている。
ΔＮ≒ａ×ΔＲ ・・・（４）
したがって、上記式（３）および式（４）より、下記式（５）が導かれる。
ΔＮ≒ａ×ｒ×Δω_１／ω_０ ・・・（５）
ここで、ａ、ｒ、ω_０はそれぞれ一定値であるので、ニップ幅の変動量ΔＮは、テンションローラ１６の角速度の変化量Δω_１によって定まるといえる。すなわち、テンションローラ１６の角速度の変化を検出することによって、ニップ幅の変動を間接的に検知することができる。

本実施形態にかかる定着装置１１では、以上の原理を用いて、制御部２０が、テンションローラ１６に設置されたロータリーエンコーダ１９のパルス信号を入力してテンションローラ１６の角速度を算出し、このテンションローラ１６の角速度の変化からニップ幅の変動を間接的に検知するようにしている。そして、制御部２０は、テンションローラ１６の角速度の変化量、すなわちニップ幅の変動量に応じてニップ幅調整機構１８を動作させて、ニップ幅を適正値に調整するようにしている。

図６は、本実施形態にかかる定着装置１１の動作中に制御部２０によって実行される具体的な処理の一例を示すフローチャートである。以下、この図６のフローチャートに沿って、制御部２０により実行される一連の処理の流れを説明する。

図６のフローチャートで示す処理が開始されると、制御部２０は、まず定着ベルト１３が定速駆動されてしているか判定する（ステップＳ５０１）。そして、定着ベルト１３が定速駆動されていれば（ステップＳ５０１：ＹＥＳ）、次のステップＳ５０２へ処理を移行し、定着ベルト１３が定速駆動されていなければ（ステップＳ５０１：ＮＯ）、処理を終了する。なお、定着ベルト１３が定速駆動されているかどうかは、定着ローラ１５を回転駆動する定着ローラ駆動部の状態から判断できる。

次に、制御部２０は、ロータリーエンコーダ１９から出力されるパルス信号から、規定サンプリング間隔にてテンションローラ１６の角速度ω_１を算出して、算出したテンションローラ１６の角速度ω_１をメモリ２１に蓄積する（ステップＳ５０２）。

次に、制御部２０は、角速度ω_１のサンプリング回数が規定回数に達したかどうかを判断し（ステップＳ５０３）、規定回数未満であれば（ステップＳ５０３：Ｎｏ）、規定回数に達するまで角速度ω_１のサンプリングを繰り返し、規定回数に達したら（ステップＳ５０３：ＹＥＳ）、次のステップＳ５０４へ処理を移行する。なお、テンションローラ１６の角速度ω_１のサンプリング回数は、定着ベルト１３が所定距離走行するのに対応した回数とされるが、局所的（突発的）な定着ベルト１３の速度変動の影響によるノイズ除去のため、定着ベルト１３が一周する程度とすることが望ましい。ただし、定着ローラ１５の熱膨張は比較的ゆっくりと進行するため、更に長い時間に亘って角速度ω_１のサンプリングを行うようにしてもよい。

次に、制御部２０は、メモリ２１に蓄積された規定サンプリング回数分の角速度ω_１データより、角速度平均値ω_１ＡＶＥを算出する（ステップＳ５０４）。

次に、制御部２０は、メモリ２１に予め記憶されている基準速度ω_１ＩＮＩと、Ｓ５０４にて算出した角速度平均値ω_１ＡＶＥの差分から、テンションローラ１６の角速度変化量Δω_１を算出する（ステップＳ５０５）。

次に、制御部２０は、ステップＳ５０５で算出したテンションローラ１６の角速度変化量Δω_１に対応したニップ幅の調整量を算出する（ステップＳ５０６）。そして、制御部２０は、算出したニップ幅の調整量に応じた駆動信号をニップ幅調整機構１８に対して出力し（ステップＳ５０７）、ニップ幅調整機構１８にニップ幅の調整を実行させる。なお、テンションローラ１６の角速度変化量Δω_１に対応したニップ幅の調整量は、例えば、角速度変化量Δω_１とニップ幅調整機構１８における偏芯カム１８ｄの位置補正量との関係を予め規定した対応テーブルを保持しておき、この対応テーブルに従って角速度変化量Δω_１に対応する偏芯カム１８ｄの位置補正量を求めるようにすればよい。

本実施形態にかかる定着装置１１では、制御部２０が以上の処理を実行することによって、例えば定着ローラ１５の熱膨張などによりニップ幅に変動が生じてもニップ幅を適正値に調整することができ、良好な定着性を安定的に得ることができる。

図７は、テンションローラ１６の角速度変化量Δω_１の算出に用いられる基準速度ω_１ＩＮＩをメモリ２１に格納させる基準速度設定モードの際に、制御部２０により実行される処理の一例を示すフローチャートである。以下、この図７のフローチャートに沿って、基準速度設定モード時に制御部２０により実行される一連の処理の流れを説明する。

図７のフローチャートで示す一連の処理は、カラーレーザプリンタ１００の出荷前の工場や製品納入先において、メカニカルな調整によりニップ幅を規定値に調整する作業が行われた直後に、作業者が基準速度設定モードを選択してカラーレーザプリンタ１００を動作させることにより開始される。ニップ幅を規定値に調整する作業の直後に基準速度設定モードを実施する理由は、ニップ幅が適正値になっているときのテンションローラ１６の角速度を基準速度ω_１ＩＮＩとしてメモリ２１に記憶させるためである。

基準速度設定モードによる動作が開始されると、制御部２０は、まず、定着ローラ駆動部に対して定速回転指令を出力して定着ローラ１５を定速で回転させることにより、定着ベルト１３を定速にて駆動させる（ステップＳ６０１）。

次に、制御部２０は、ロータリーエンコーダ１９から出力されるパルス信号から、規定サンプリング間隔にてテンションローラ１６の角速度ω_１を算出して、算出したテンションローラ１６の角速度ω_１をメモリ２１に蓄積する（ステップＳ６０２）。

次に、制御部２０は、角速度ω_１のサンプリング回数が規定回数に達したかどうかを判断し（ステップＳ６０３）、規定回数未満であれば（ステップＳ６０３：Ｎｏ）、規定回数に達するまで角速度ω_１のサンプリングを繰り返し、規定回数に達したら（ステップＳ６０３：ＹＥＳ）、次のステップＳ６０４へ処理を移行する。なお、テンションローラ１６の角速度ω_１のサンプリング回数は、上記と同様、ノイズ除去のために定着ベルト１３が一周する程度もしくはそれ以上とすることが望ましい。

次に、制御部２０は、メモリ２１に蓄積された規定サンプリング回数分の角速度ω_１データより、角速度平均値ω_１ＡＶＥを算出する（ステップＳ６０４）。

次に、制御部２０は、ステップＳ６０４で算出した角速度平均値ω_１ＡＶＥを基準速度ω_１ＩＮＩとしてメモリ２１に記憶する（ステップＳ６０５）。そして、制御部２０は、定着ベルト１３の駆動を停止させて（ステップＳ６０６）、基準速度設定モードにおける一連の処理を終了する。

なお、以上の基準速度設定モードでの処理は、カラーレーザプリンタ１００の出荷前の工場や製品納入先でニップ幅を規定値に調整する作業が行われた直後に実施されるが、上述したように、ニップ幅の変動が検知されてニップ幅調整機構１８によるニップ幅の調整が行われた直後にも、基準速度設定モードによる処理を実施するようにしてもよい。この場合、ニップ幅調整機構１８によるニップ幅の調整直後に実施される処理で新たに算出された値により、メモリ２１に記憶されている基準速度ω_１ＩＮＩが更新されることになる。このようにニップ幅調整機構１８によるニップ幅の調整が行われた後に基準速度ω_１ＩＮＩの更新を行うことにより、定着ローラ１５に不可逆的な変形が生じてニップ幅が変動した場合でも、ニップ幅を適正値に調整することが可能となる。

ところで、本実施形態にかかる定着装置１１では、上述したように、ニップ幅の変動を直接検知してフィードバックするのではなく、テンションローラ１６の角速度の変化からニップ幅の変動を間接的に検知してニップ幅の調整を行うようにしている。このため、ニップ幅の検知に多少の誤差が生じる可能性があり、ニップ幅の調整量が大きい状況ではその誤差の影響が大きく現れてニップ幅調整制御における精度の低下を招く懸念がある。ここで、定着ローラ１５の熱による膨張が飽和した状況を考えると、膨張飽和によって定着ローラ１５の変形は収まるため、ニップ幅の変動量は少なくなる。したがって、上述した出荷前の工場や製品納入先において工場作業者やサービスマンにより実施されるメカニカルなニップ幅の調整作業を、定着ローラ１５が膨張飽和した状態で実施するようにすれば、カラーレーザプリンタ１００を実際に稼動させて印刷を行っている中でのニップ幅調整量を小さくして、ニップ幅を間接的に検知することによる誤差の影響を抑制できると考えられる。すなわち、定着ローラ１５が膨張飽和した状態でメカニカルなニップ幅の調整作業を行った場合、ニップ幅調整量が大きくなるのは定着ローラ１５の温度が低い状況、例えば、カラーレーザプリンタ１００の電源投入直後などである。カラーレーザプリンタ１００の電源投入直後は、イニシャライズ動作が数分程度続くため、この間に印刷が行われることがない。したがって、ニップ幅の調整量が大きい状況で印刷が行われることは少なくなり、印刷物への悪影響を最小限に抑えることができる。

以上の観点から、本実施形態にかかる定着装置１１では、工場作業者やサービスマンがメカニカルなニップ幅の調整作業を行う前に使用するカラーレーザプリンタ１００の動作モードとして、定着ローラ１５の熱膨張が飽和している状況にあるかどうかを検知する熱膨張飽和検知モードが設けられており、このモードによって定着ローラ１５の熱膨張が飽和している状況にあるかどうかを制御部２０が判断し、定着ローラ１５の熱膨張が飽和している場合には、図示しない表示パネルを利用したメッセージ表示や音声出力などにより、定着ローラ１５の熱膨張が飽和している状況であることを、工場作業者やサービスマンに対して報知するようにしている。

図８は、熱膨張飽和検知モードの際に、制御部２０により実行される処理の一例を示すフローチャートである。以下、この図８のフローチャートに沿って、熱膨張飽和検知モード時に制御部２０により実行される一連の処理の流れを説明する。

熱膨張飽和検知モードによる動作が開始されると、制御部２０は、まず、定着ローラ駆動部に対して定速回転指令を出力して定着ローラ１５を定速で回転させることにより、定着ベルト１３を定速にて駆動させる（ステップＳ７０１）。

次に、制御部２０は、加熱ローラ１５内部のヒータ２２を熱源とする定着ベルト１３の表面温度が画像形成時と同じになるように、定着温度制御を実施する（ステップＳ７０２）。

次に、制御部２０は、ロータリーエンコーダ１９から出力されるパルス信号から、規定サンプリング間隔にてテンションローラ１６の角速度ω_１を算出して、算出したテンションローラ１６の角速度ω_１をメモリ２１に蓄積する（ステップＳ７０３）。

次に、制御部２０は、角速度ω_１のサンプリング回数が規定回数に達したかどうかを判断し（ステップＳ７０４）、規定回数未満であれば（ステップＳ７０４：Ｎｏ）、規定回数に達するまで角速度ω_１のサンプリングを繰り返し、規定回数に達したら（ステップＳ７０４：ＹＥＳ）、次のステップＳ７０５へ処理を移行する。なお、テンションローラ１６の角速度ω_１のサンプリング回数は、上記と同様、ノイズ除去のために定着ベルト１３が一周する程度もしくはそれ以上とすることが望ましい。

次に、制御部２０は、メモリ２１に蓄積された規定サンプリング回数分の角速度ω_１データより、角速度平均値ω_１ＡＶＥを算出する（ステップＳ７０５）。

次に、制御部２０は、ステップＳ７０５で算出した角速度平均値ω_１ＡＶＥが初回算出値（熱膨張飽和検知モードによる動作を開始して最初に算出した角速度平均値ω_１ＡＶＥ）であるかどうかを判断し（ステップＳ７０６）、算出した角速度平均値ω_１ＡＶＥが初回算出値であれば（ステップＳ７０６：ＹＥＳ）ステップＳ７０７に処理を移行し、算出した角速度平均値ω_１ＡＶＥが初回算出値でなければ（ステップＳ７０６：ＮＯ）ステップＳ７０９に処理を移行する。

ステップＳ７０７では、制御部２０は、ステップＳ７０５で算出した角速度平均値ω_１ＡＶＥを、次回の処理周期においてステップＳ７０９での比較対象として用いる角速度平均値ω_{１ＡＶＥ−１}の前回値としてメモリ２１に記憶する。そして、制御部２０は、規定時間待機した後（ステップＳ７０８）、ステップＳ７０３に戻って次の処理周期にて同様の処理を繰り返す。

一方、ステップＳ７０９では、制御部２０は、ステップＳ７０５で算出した角速度平均値ω_１ＡＶＥを、メモリ２１に記憶されている前回値、つまり前回の処理周期において算出した角速度平均値ω_{１ＡＶＥ−１}と比較して、両者の差分が既定値以下であるか否かを判定する。そして、制御部２０は、両者の差分が既定値を超えている場合には（ステップＳ７０９：ＮＯ）、ステップＳ７０７に戻ってステップＳ７０５で算出した角速度平均値ω_１ＡＶＥを前回値としてメモリ２１に記憶し、規定時間待機した後（ステップＳ７０８）、ステップＳ７０３に戻って次の処理周期にて同様の処理を繰り返す。

一方、両者の差分が既定値以下であれば（ステップＳ７０９：ＹＥＳ）、制御部２０は、図示しない表示パネルへのメッセージ表示や音声出力などにより、定着ローラ１５の熱膨張が飽和している状況であることを工場作業者やサービスマンに対して報知し、熱膨張飽和検知モードにおける一連の処理を終了する。

なお、以上の熱膨張飽和検知モードの動作は、カラーレーザプリンタ１００の出荷前の工場や製品納入先で工場作業者やサービスマンがメカニカルな調整によりニップ幅を規定値に調整する作業の直前に実施されることを想定しているが、上述したように、定着ローラ１５が膨張飽和した状況ではニップ調整量が大きくならないことを考えると、定着ローラ１５が膨張飽和した状況をユーザに知らせて、このような状況で画像形成を行わせることも有効である。このような観点から、カラーレーザプリンタ１００を実際に稼動させて印刷を行う際にも、その動作モードの１つとして上述した熱膨張飽和検知モードを選択できるようにし、定着ローラ１５が膨張飽和したときにその旨をユーザに対して報知するようにしてもよい。

以上、具体的な例を挙げながら詳細に説明したように、本実施形態にかかる定着装置１１によれば、制御部２０が、テンションローラ１６に設置されたロータリーエンコーダ１９のパルス信号からテンションローラ１６の角速度を算出し、このテンションローラ１６の角速度の変化からニップ幅の変動を間接的に検知するようにしている。そして、制御部２０は、テンションローラ１６の角速度の変化量、すなわちニップ幅の変動量に応じてニップ幅調整機構１８を動作させて、ニップ幅を適正値に調整するようにしている。したがって、従来技術のようにニップ幅を検知するための機構に対して厳重な耐熱対策が要求されてコストアップを招くといった不都合を生じさせることなく、ニップ幅の変動に追従してニップ幅の調整を行ってニップ幅を適正値に維持することができ、定着性の安定化を図ることができる。特に、図３−１や図３−２に例示したように、ロータリーエンコーダ１９を、テンションローラ１６のローラ部分から離れた位置に設置するようにすれば、熱源となる加熱ローラ１４や定着ベルト１３からロータリーエンコーダ１９への熱の伝達を大幅に緩和することができ、ロータリーエンコーダ１９に対する耐熱対策を不要、もしくは極めて簡素なものとすることができる。また、本実施形態にかかるカラーレーザプリンタ１００は、このような定着装置１１を備えることによって、高品位な印刷物を安定的に出力することができる。

なお、本発明は、上記の実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で様々な変形や変更を加えて具体化することができる。例えば、上記の実施形態ではテンションローラ１６の回転速度を計測するようにしているが、テンションローラ１６の代わりに、加熱ローラ１５などの他の従動ローラの回転速度を計測するようにしてもよい。この場合も、回転速度を計測するためのロータリーエンコーダ１９は、従動ローラの回転軸を延長するなどして、従動ローラのローラ部分から離れた位置に設置することが望ましく、これによりロータリーエンコーダ１９に対する耐熱対策を不要、もしくは極めて簡素なものとすることができる。また、テンションローラ１６あるいは他の従動ローラの回転速度を計測する手段は、ロータリーエンコーダ１９に限定されるものではなく、ローラ回転速度を計測可能な公知の計測手段をいずれも採用することができる。

また、上記の実施形態では、テンションローラ１６の回転速度に基づいて、ニップ幅調整機構１８によってニップ幅を調整するようにしているが、例えば、定着ベルト１３の温度（定着温度（ヒータ２２の発熱量））や定着ローラ１５の回転速度など、他の定着条件を調整するようにしても、ニップ幅を直接調整する場合と同様の効果を得ることができる。ただし、定着条件として定着温度を調整する場合には、定着温度が目標温度に到達するまでの間は画像形成を停止させる必要が生じ、また、定着条件として定着ローラ１５の回転速度を調整する場合には、定着ローラ１５の回転速度が遅くなることにより生産性が低下することも想定される。これに対して、上記の実施形態のように、定着条件としてニップ幅を直接調整するようにした場合には、このような生産性の低下を招くことなく、定着装置１１の定着性の安定化を実現することができる。

１１ 定着装置
１３ 定着ベルト
１４ 加熱ローラ
１５ 定着ローラ
１６ テンションローラ
１７ 加圧ローラ
１８ ニップ幅調整機構
１９ ロータリーエンコーダ
２０ 制御部
２１ メモリ
１００ カラーレーザプリンタ

特開２００８−１３９７２４号公報

Claims (14)

1. 回転駆動される定着ローラと、
   前記定着ローラの回転によって駆動される定着ベルトと、
   前記定着ベルトの駆動により連れ回り回転する従動ローラと、
   前記定着ベルトを介して前記定着ローラに圧接してニップ部を形成する加圧部材と、
   前記従動ローラの回転速度を計測する計測手段と、
   前記従動ローラの回転速度に基づいて定着条件を調整する制御手段と、を備えることを特徴とする定着装置。
2. 前記従動ローラは、回転軸が前記定着ベルトから離れる方向に延長されており、
   前記計測手段は、前記従動ローラの回転軸の延長された部分に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記計測手段は、前記従動ローラの回転軸の延長された部分に設けられたエンコーダであることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. 前記加圧部材の位置を調整することで前記ニップ部の幅を調整するニップ幅調整機構をさらに備え、
   前記制御手段は、前記従動ローラの回転速度に基づき前記ニップ幅調整機構の動作を制御することで、前記定着条件として前記ニップ部の幅を調整することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着装置。
5. 前記制御手段は、前記従動ローラの回転速度に基づき、前記定着条件として前記定着ベルトの温度を調整することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着装置。
6. 前記制御手段は、前記従動ローラの回転速度に基づき、前記定着条件として前記定着ローラの回転速度を調整することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着装置。
7. 前記制御手段は、前記定着ベルトが所定距離駆動される間に前記計測手段によって複数回計測される前記従動ローラの回転速度の平均値に基づいて前記定着条件を調整することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の定着装置。
8. 前記ニップ部の幅が適正に維持されているときに前記計測手段により計測された前記従動ローラの回転速度を基準速度として保持する記憶手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記記憶手段が保持している基準速度と、前記計測手段により計測された前記従動ローラの回転速度との差分に応じた調整量で前記定着条件を調整することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の定着装置。
9. 前記計測手段は、前記制御手段により前記定着条件が調整された後に前記従動ローラの回転速度を計測して、計測した値により前記記憶手段に保持されている前記基準速度を更新することを特徴とする請求項８に記載の定着装置。
10. 前記制御手段は、前記計測手段により計測された前記従動ローラの回転速度の前回計測値からの変化量が既定値以下の場合に、前記定着ローラの熱膨張が飽和したことを報知することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の定着装置。
11. 前記計測手段により回転速度が計測される前記従動ローラは、前記定着ベルトに張力を付与するテンションローラであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の定着装置。
12. 前記計測手段により回転速度が計測される前記従動ローラは、前記定着ベルトを加熱する加熱ローラであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の定着装置。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
14. 回転駆動される定着ローラと、該定着ローラの回転によって駆動される定着ベルトと、前記定着ベルトの駆動により連れ回り回転する従動ローラと、前記定着ベルトを介して前記定着ローラに圧接してニップ部を形成する加圧部材とを備える定着装置の制御方法であって、
    前記従動ローラの回転速度を計測するステップと、
    計測した前記従動ローラの回転速度に基づいて定着条件を調整するステップと、を含むことを特徴とする定着装置の制御方法。

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