JP2016136194A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】記録材を検知するための独立した手段を設けることなく、装置内の記録材を精度よく検知可能な定着装置を提供する。【解決手段】記録材Ｐ上に形成されたトナー像を定着させる定着装置２０において、定着部材と、前記定着部材を加熱する加熱源８と、前記定着部材とニップＮを形成する加圧部材４と、加圧部材４を回転させる回転駆動手段６と、回転駆動手段６によって加圧部材４を回転させる駆動トルクを検出するトルク検出手段と、を備え、検出された駆動トルクの値に応じて記録材Ｐの通紙有無及び厚みを判定する定着装置である。【選択図】図１

Description

本発明は、定着装置及び画像形成装置に関する。

プリンタ、複写機などの画像形成装置では、電子写真記録、静電記録、磁気記録等の画像形成プロセスにより、画像転写方式もしくは直接方式により未定着トナー画像が記録材（記録材シート、印刷紙、感光紙、静電記録紙など）に形成される。
電子写真方式を利用した画像形成装置は、例えば、像担持体である感光ドラムの表面に静電潜像を形成し、感光ドラム上の静電潜像を現像剤であるトナー等によって現像して可視像化し、現像された画像を転写装置により記録材に転写して画像を担持させる。

未定着トナー画像を定着させるための定着装置としては、熱ローラ方式、フィルム加熱方式、電磁誘導加熱方式等の接触加熱方式の定着装置が広く採用されている。例えば、対向するローラもしくはベルトもしくはそれらの組み合わせによりなる定着回転体が配置され、記録材を挟みこみ、熱および圧力を加え、未定着トナー画像を記録材上に定着するものがある。

上記のような定着装置では、その内部において、ニップ部への記録材の到達及び通過を検知するセンサを設置する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

一方、定着装置を通過した記録材は、定着装置による加熱及び加圧の影響により反りなどの変形が生じてしまうことがある。そこで、記録材の変形に起因した搬送不良などの発生を防ぐため、記録材の厚みなどを検知し、適切な定着条件となるように制御されることが行われる。この場合、記録材の厚みを検知可能なセンサを設け、該センサにより実際に通紙された記録材を検知することが好ましい。

定着装置内で記録材を検知する手段としては、特許文献１に記載された検知機構のように、光学センサまたは接触式センサなどの記録材センサをニップ部近傍に設置する構成が広く適用されている。

しかしながら、ニップ部の近傍は非常に高温になるため、記録材を検知するセンサに対する断熱手段の設置、または耐熱性を有するセンサの選択が必要となり、コスト上昇の要因となる。
また、近年の装置の高機能化により、装置内に配置される機構が増加し（例えば、各ローラのリフレッシュ機構など）、配置スペースが制限されるため、熱の影響を回避するためのレイアウトも困難である。

そこで本発明は、記録材を検知するための独立した手段を設けることなく、装置内の記録材を精度よく検知可能な定着装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、記録材上に形成されたトナー像を定着させる定着装置において、定着部材と、前記定着部材を加熱する加熱源と、前記定着部材とニップを形成する加圧部材と、前記加圧部材を回転させる回転駆動手段と、前記回転駆動手段によって前記加圧部材を回転させる駆動トルクを検出するトルク検出手段と、を備え、検出された駆動トルクの値に応じて前記記録材の通紙有無及び厚みを判定することを特徴とする。

本発明によれば、記録材を検知するための独立した手段を設けることなく、装置内の記録材を精度よく検知可能な定着装置を提供することができる。

本実施形態の定着装置の構成の一例を示す模式図である。 本実施形態の定着装置の構成の一例を示す模式図である。 駆動トルクプロファイルの一例を示すグラフである。 本実施形態の画像形成装置の構成の一例を示す模式図である。 本実施形態の画像形成装置の構成の一例を示す模式図である。

以下、本発明に係る定着装置及び画像形成装置について、図面を参照して説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

本実施形態の定着装置は、記録材上に形成されたトナー像を定着させる定着装置において、定着部材と、前記定着部材を加熱する加熱源と、前記定着部材とニップを形成する加圧部材と、前記加圧部材を回転させる回転駆動手段と、前記回転駆動手段によって前記加圧部材を回転させる駆動トルクを検出するトルク検出手段と、を備え、検出された駆動トルクの値に応じて前記記録材の通紙有無及び厚みを判定する。

図１及び図２は、本実施形態の定着装置の構成を示す模式図である。
図１は、前記定着部材が、定着ローラである態様であり、図２は、前記定着部材が、定着ローラ及び前記加熱源を備える加熱ローラに張架された定着ベルトである態様を示している。

図１の定着装置について説明する。
定着部材である定着ローラ２の芯金部の軸方向中央孔にはヒータ８が設けられ、ヒータ８のオン／オフにより表面温度が制御される。定着ローラ２の表面温度は温度検出装置９により検知される。
定着ローラ２は、例えば、中央に孔を有する芯金に数ｍｍから数十ｍｍ厚のシリコーンゴム層が形成され、表面にＰＦＡコーティングが施されたものである。

加圧部材である加圧ローラ４は、図示しない加圧機構によって定着ローラ２に対して脱圧／圧接可能に配置されている。加圧ローラ４が定着ローラ２に圧接されることにより、加圧ローラ４と定着ローラ２の間には、定着ニップ部Ｎが形成される。
加圧ローラ４は、例えば、芯金に数ｍｍ厚のシリコーンゴム層が形成され、表面がＰＦＡチューブで被覆されたものである。

加圧ローラ４は、モータなどの回転駆動手段６によって回転駆動される。回転駆動手段６の駆動トルクは、接続された制御手段７のトルク検出手段（以下、単に「トルク検出手段７’」と表す）により検出される。
なお、本実施形態では回転駆動を加圧ローラ４の駆動により行っているが、定着ローラ２を駆動する構成であってもよい。

定着ニップ部Ｎの上流側には、記録材Ｐを定着ニップ部Ｎへと案内する定着入口ガイド板５が配置されている。後述する画像形成装置の転写ユニットから送り出された記録材Ｐは、中継搬送ユニット１１１によって定着入口ガイド板５に導入され、定着入口ガイド板５の搬送面を沿いながら定着ニップ部Ｎへ導入される。

定着ニップ部Ｎの下流側には、分離板１０が配置されている。定着ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは分離板１０により定着ローラ２から剥離され、定着装置外へ送り出される。

図２の定着装置について説明する。
定着部材は、加熱ローラ１と定着ローラ２に巻き掛けられた無端状の定着ベルト３からなる。加熱ローラの芯金部の軸方向中央孔にはヒータ８が設けられ、ヒータ８のオン／オフにより定着ベルト３の表面温度が制御される。
定着ベルト３の表面温度は温度検出装置９により検知される。

加圧部材である加圧ローラ４は、図示しない加圧機構によって定着ベルト３を介して定着ローラ２に対して脱圧／圧接可能に配置されている。加圧ローラ４が定着ベルト３を介して定着ローラ２に圧接されることにより、定着ニップ部Ｎが形成される。
加圧ローラ４は、例えば、芯金に数ｍｍ厚のシリコーンゴム層が形成され、表面がＰＦＡチューブで被覆されたものである。

加圧ローラ４は、モータなどの回転駆動手段６によって回転駆動される。回転駆動手段６の駆動トルクは、接続された制御手段７によりモニタされる。
なお、本実施形態では回転駆動を加圧ローラ４側の駆動により行っているが、定着ローラ２を回転駆動させる構成であってもよい。

定着ローラ２は、例えば、芯金に数十ｍｍ厚のシリコーンゴムを形成したもので、定着ベルト３は、例えば、ポリイミドの基材上にシリコーンゴム層を設け、表面にＰＦＡコーティングを施したものである。
定着ローラ２のシリコーンゴム層は、加圧ローラ４のシリコーンゴム層よりも十分に厚く、かつゴム硬度が柔らかい層で構成することにより、加圧ローラ４との圧接時に定着ローラ２側に加圧ローラ４を食い込ませ、記録材Ｐを定着ベルト３から剥離しやすくなることができる。

以下、図１及び図２に共通する機構について説明する。
本実施形態の定着装置２０は、トルク検出手段７’によって検出された駆動トルクの値に応じて記録材Ｐの通過有無及び厚みを判定する。
具体的には、トルク検出手段７’により検出された駆動トルクの値を予め設定された基準値と対比することにより記録材Ｐの通紙有無を判定し、トルク検出手段７’により検出された駆動トルクの値を予め設定された所定の閾値と対比することにより記録材Ｐの厚みを判定する。なお、回転駆動を定着部材（定着ローラ２）側で行う構成の場合は、駆動トルク検出手段７’を、定着ローラ２の回転駆動手段に設ける構成としてもよい。
ここで、判定の対象とする「駆動トルクの値」とは、経時での駆動トルクの変動であり、「所定の閾値と対比する」とは、所定の閾値を超えたか否かを判断することである。

駆動トルクの基準値は、印刷ジョブ開始前または印刷ジョブ終了後の待機状態における一定時間の駆動トルクの平均値である。
例えば、電源投入後、印刷ジョブ開始前の駆動トルクを一定時間取り込み、平均化した値を基準値として設定することにより、その定着装置固有の基準トルクを設定することができ、精度よく記録材Ｐの通紙状態を判定することが可能となる。
また、印刷ジョブ終了後の待機状態の駆動トルクを一定時間取り込み、平均化した値を基準値とすることにより、基準値を常に最新の状態に維持することができ、精度よく記録材の通紙状態を判定することが可能となる。

駆動トルクの基準値は、駆動トルク検知時における装置内環境に応じて補正された値であることが好ましい。
基準値として任意のタイミングで一定時間取り込んだ駆動トルクに対し、取り込んだ時点における定着装置の稼働条件、設置環境、蓄熱状態などにより補正した値を設定することで、随時基準値を適切な値に更新することができる。

駆動トルクの閾値は、記録材Ｐの厚みに応じて設定された値である。
例えば、記録材Ｐの厚みと相関するトルク変動を記録材の厚みの情報として保持しておき、該情報と検知された駆動トルクの変動とを比較することにより、通紙された記録材の厚みを判断することができる。すなわち、厚みを検出するための手段を個別に設ける必要がない。

本実施形態の定着装置は、駆動トルクの値に応じて判定された記録材Ｐの厚みに応じて、定着条件が制御される。
記録材Ｐの厚みをオペレータが随時設定することなく、自動的に定着条件（例えば、定着部材の設定温度、転写条件、通紙線速など）が設定される。

また、本実施形態の定着装置は図１及び図２に示す操作パネル１１を備える。操作パネル１１は、オペレータが情報を入力するための外部入力手段、エラーなどをオペレータに通知するための表示手段を有する。

外部入力手段により入力され設定された記録材Ｐの厚みと、検知された駆動トルクの値に応じて判定された記録材Ｐの厚みとの一致を検証することができる。
ここで、入力により設定された値と検知された値とが相違する場合などは、表示手段によりエラーが通知される。

図３に、動作中の回転駆動手段６の駆動トルクプロファイルの例を示す。
グラフの実線Ｐ２は薄い記録材（薄紙）印刷時、破線Ｐ１は厚い記録材（厚紙）印刷時のプロファイルである。

回転開始のタイミングをＴ０で示している。Ｔ１は、非通紙状態としての基準トルク（Ａ）を設定するための期間であり、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４は通紙期間である。

図３に示すように、駆動トルクが通紙判別閾値（Ｂ）を越える変動があった場合、通紙時であることを判別することができる。上述のように、基準トルク（Ａ）は、待機状態の駆動トルクを平均化した値として随時更新されるため、機差など誤差因子を除外した状態で高精度な通紙状態の検出が可能となる。

また、厚紙は負荷が大きいため駆動トルクの上昇量は大きくなる。紙厚による駆動トルク上昇量を予め設定しておき（紙厚判別閾値（Ｃ））、通紙時の駆動トルク変動量と比較することで、現在通紙されている記録材Ｐ（厚紙Ｐ１，薄紙Ｐ２）の紙厚を判別することができる。

判別された紙厚情報と、オペレータによって入力され設定された紙厚情報とを比較し、差異がある場合はアラートを表示し、設定ミスを通知することが可能である。あるいは判別された紙厚情報からシステムの設定情報を修正するとともに、定着部材の設定温度を判別された紙厚に適正な温度に修正することも可能である。

図４及び図５は、本実施形態の画像形成装置の構成を示す模式図である。
図４は、図１に示す態様の定着装置を備えた画像形成装置の例であり、図５は、図２に示す態様の定着装置を備えた画像形成装置の例である。

図４及び図５に例示する画像形成装置１００は、タンデム型中間転写方式のカラー複写機である。同図に示すように、画像形成装置１００は、装置本体１０１と、装置本体１０１の上部に配置された画像読取装置であるスキャナ１０２と、該スキャナ１０２のさらに上部に配置された自動原稿給送装置（ＡＤＦ）１０３とを有している。

装置本体１０１の下部には、複数の給紙カセット１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄを備えた給紙部１０４が配置されている。

装置本体１０１のほぼ中央部には、中間転写体としての無端状の中間転写ベルト１０５が配置されている。中間転写ベルト１０５は、複数の支持ローラ１０６，１０７，１０８等に掛け渡されて支持されており、図示しない駆動源により図中時計回り方向に回転駆動される。

支持ローラ１０８の近傍には、２次転写後に中間転写ベルト１０５上に残留する残留トナー等を除去する中間転写体クリーニング装置１０９が設けられている。

支持ローラ１０６と支持ローラ１０７との間に張り渡された中間転写ベルト１０５上には、その搬送方向に沿って、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４つの画像形成手段としてのプロセスカートリッジ２９Ｙ，２９Ｍ，２９Ｃ，２９Ｋがこの順に並設・配置され、タンデム画像形成部３０が構成されている。但し、これら４つの色順は一例であり、これに限定されるものではない。

プロセスカートリッジ２９Ｙ，２９Ｍ，２９Ｃ，２９Ｋには、像担持体としてのドラム状の感光体ドラム２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃ，２１Ｋが配置されている。以下、プロセスカートリッジ２９Ｙ，２９Ｍ，２９Ｃ，２９Ｋの構成は、露光される画像データ色に対応した現像剤中のトナー色が異なるのみで他の構成は同様のため、色を表す添え字符号を削除した符号で総括的に説明する。

プロセスカートリッジ２９における感光体ドラム２１の周囲には、感光体ドラム表面に像担持体保護剤を供給する保護層形成装置２２、感光体ドラム表面を均一に帯電させる帯電装置２３、後述する露光装置としての潜像形成装置２８からの露光を受け入れる部位、感光体ドラム表面の潜像形成部分にトナーを供給してトナー可視像化する現像装置２５、感光体ドラム表面のトナー画像を中間転写ベルト１０５に１次転写する転写ローラ２６および転写後の感光体ドラム表面の残留トナー等をクリーニングするクリーニング装置２４が配置されている。

タンデム画像形成部３０の上方には、露光装置としての潜像形成装置２８が配置されている。中間転写ベルト１０５を挟んで支持ローラ１０８と反対の側には、転写装置としての２次転写ローラ１１０が配置されている。該２次転写ローラ１１０により、中間転写ベルト１０５上のトナー画像が、給紙部１０４から給送されるシート状記録媒体の一例としての用紙に転写される。

２次転写ローラ１１０の左側には、用紙上に転写された転写画像を定着する本実施形態の定着装置２０が配置されている。
定着装置２０の下方には、上述したタンデム画像形成部３０とほぼ平行に、用紙の両面に画像を形成する場合に用紙を反転するシート反転装置１１２が配置されている。

画像形成のための一連のプロセスについて、ネガ−ポジプロセスで説明を行うが、色を表す符号を省略して簡明に述べる。有機光導電層を有する感光体（ＯＰＣ）に代表される感光体ドラム２１は、除電ランプ（図示せず）等で除電され、帯電装置２３の帯電ローラで均一にマイナスに帯電される。

帯電装置２３による感光体ドラム２１の帯電が行われる際には、電圧印加機構（図示せず）から帯電装置２３に、感光体ドラム２１を所望の電位に帯電させるに適した、適当な大きさの電圧またはこれに交流電圧を重畳した帯電電圧が印加される。

帯電された感光体ドラム２１は、レーザ光学系等の潜像形成装置２８によって照射されるレーザ光で潜像形成が行われる。レーザ光は半導体レーザから発せられて、高速で回転する多角柱の多面鏡（ポリゴンミラー）等により感光体ドラム２１の表面を、感光体ドラム２１の回転軸方向に走査する。

このようにして形成された潜像が、現像装置２５にある現像剤担持体である現像スリーブ（現像ローラ）上に供給されたトナー粒子、またはトナー粒子およびキャリア粒子の混合物からなる現像剤により現像され、トナー可視像が形成される。潜像の現像時には、電圧印加機構（図示せず）から現像スリーブに、感光体ドラム２１の露光部と非露光部の間にある、適当な大きさの電圧またはこれに交流電圧を重畳した現像バイアスが印加される。

各色に対応した感光体ドラム２１上に形成されたトナー像は、図示しない転写装置を構成する転写ローラ２６にて中間転写ベルト１０５上に転写され、給紙部１０４から給送され、あるいは手差しトレイ１１３から給送された紙などの転写媒体（シート状記録媒体）上に、２次転写ローラ１１０により重ね合わされたトナー像（カラー画像）が一括転写される。その後、中間転写ベルト１０５は、感光体ドラム２１から分離され、転写像が得られる。

感光体ドラム２１上に残存するトナー粒子は、クリーニング装置２４内のクリーニングブレード等によって回収される。画像転写後の未定着のトナー像を担持した用紙は、中継搬送ユニット１１１によって定着装置２０へと搬送され、定着ローラ２に巻き掛けられた定着ベルト３と加圧ローラ４とのニップ部で熱と圧力を加えられて転写画像を定着される。定着された用紙は、排紙ローラ対１１５により排紙トレイ１１６上に排出・スタックされる。

あるいは、図示しない切換爪で搬送路を切り換えられてシート反転装置１１２に搬送され、そこで反転されて再び転写位置へと導かれ、裏面にも画像を形成された後に、排紙ローラ対１１５により排紙トレイ１１６上に排出・スタックされる。画像転写後の中間転写ベルト１０５は、中間転写体クリーニング装置１０９により残留トナー等を除去され、タンデム画像形成部３０による再度の画像形成に備える。

定着装置２０として上述の本実施形態の定着装置を適用することにより、紙厚による用紙設定の手間を省略することができる。

１ 加熱ローラ
２ 定着ローラ
３ 定着ベルト
４ 加圧ローラ
５ 定着入口ガイド板
６ 回転駆動手段
７ 制御装置
７’ トルク検出手段
８ ヒータ
９ 温度検出装置
１０ 分離板
１１ 操作パネル
２０ 定着装置
１００ 画像形成装置
１１１ 中継搬送ユニット
Ｐ 記録材（用紙）

特開２００５−１８１６８９号公報

Claims (10)

1. 記録材上に形成されたトナー像を定着させる定着装置において、
   定着部材と、
   前記定着部材を加熱する加熱源と、
   前記定着部材とニップを形成する加圧部材と、
   前記加圧部材を回転させる回転駆動手段と、
   前記回転駆動手段によって前記加圧部材を回転させる駆動トルクを検出するトルク検出手段と、を備え、
   検出された駆動トルクの値に応じて前記記録材の通紙有無及び厚みを判定することを特徴とする定着装置。
2. 前記トルク検出手段により検出された駆動トルクの値を予め設定された基準値と対比することにより前記記録材の通紙有無を判定し、
   前記トルク検出手段により検出された駆動トルクの値を予め設定された所定の閾値と対比することにより前記記録材の厚みを判定することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記基準値は、印刷ジョブ開始前または印刷ジョブ終了後の待機状態における一定時間の駆動トルクの平均値であることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. 前記基準値は、駆動トルク検知時における装置内環境に応じて補正された値であることを特徴とする請求項２または３に記載の定着装置。
5. 前記閾値は、前記記録材の厚みに応じて設定された値であることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
6. 前記駆動トルクの値に応じて判定された前記記録材の厚みに応じて、定着条件が制御されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の定着装置。
7. 外部入力手段を備え、
   前記外部入力手段により入力され設定された前記記録材の厚みと、前記駆動トルクの値に応じて判定された前記記録材の厚みとの一致を検証することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の定着装置。
8. 前記定着部材が、定着ローラであることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の定着装置。
9. 前記定着部材が、定着ローラ及び前記加熱源を備える加熱ローラに張架された定着ベルトであることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の定着装置。
10. 請求項１から９のいずれか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。

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