JP2018185482A - 定着装置、画像形成装置、および定着装置用プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】装置の大型化を抑止しつつ、ニップ部を形成する部材間のスリップを防止可能な定着装置を提供する【解決手段】加熱される回転体４６２と、回転体を押圧しつつ回転することで従動回転する回転体との間に形成されるニップ部で、トナー画像が形成された記録媒体を挟持して搬送する加圧ローラー４６１と、加圧ローラーおよび回転体の少なくとも一方の、搬送される記録媒体が通過する通過領域の、記録媒体が通過する方向に直交する方向に対し両側に設けられた、通過領域より摩擦係数の大きいグリップ部Ｇ１、Ｇ２と、加圧ローラーの回転に対し回転体がスリップしやすくなる所定の条件を満たした場合に、グリップ部を冷却する冷却部４６６と、を有する。【選択図】図３

Description

本発明は定着装置、画像形成装置、および定着装置用プログラムに関する。

近年、電子写真方式で用紙に画像を形成する画像形成装置が広く普及している。

このような画像形成装置は、トナー画像が形成された用紙を加熱および加圧することでトナー画像を用紙に溶融定着させる定着装置を備えている。定着装置は、ヒーターにより加熱される定着ベルトと、定着ベルトを押圧しつつ回転することで定着ベルトを従動回転させ、定着ベルトとの間に形成されるニップ部で用紙を挟持して搬送する加圧ローラーとを備える。用紙は、ニップ部で加熱および加圧される。

定着ベルトが固定部材であるパッドに掛架され、加圧ローラーが定着ベルトを介してパッドを加圧することで定着ベルトを押圧する構成の定着装置においては、パッドの熱容量が小さいため、比較的少ない電力でニップ部を所定の定着温度まで加熱できる。しかし、パッドと定着ベルト間の摩擦が大きくなるため、加圧ローラーによる定着ベルトの駆動力が不足し、定着ベルトと加圧ローラーとの間でスリップが発生することがある。

ニップ部において安定して用紙を搬送するための先行技術として、下記特許文献１に記載されたものがある。すなわち、加圧ローラーの用紙を挟持する中央部の両端に、中央部より摩擦係数が大きいグリップ部を着脱可能に設ける。これにより、回転駆動される加圧ローラーから定着ベルトが十分なグリップ力を得られるようにして、加圧ローラーの定着ベルトに対する駆動力を増大させることにより、定着ベルトを安定して従動回転させることができる。

特許文献２には、次の技術が記載されている。すなわち、加熱された定着ベルトの、用紙の搬送方向に直交する方向の端部をファンによる風で冷却して、当該端部に用紙が通過しない状態が続くことによる過度の温度上昇を防止する。さらに、当該ファンからの風を加圧ローラーまで誘導することで、印刷開始の際に用紙から発生する水蒸気を飛散させて加圧ローラーにおける結露によるスリップを防止する。

特許文献３には、次の技術が記載されている。すなわち、加圧ローラーへのファンによる送風領域を、加圧ローラーの回転軸方向における端部とするモードと、加圧ローラーの全域とするモードとで切り替える。これにより、加圧ローラーの当該端部に用紙が通過しない状態が続くことによる過度の温度上昇を防止するとともに、印刷開始の際に用紙から発生する水蒸気を飛散させて加圧ローラーにおける結露によるスリップを防止する。

特開２０１２−１４５７１０号公報 特開２０１３−７７７７号公報 特開２０１３−６８７７２号公報

しかし、特許文献１に記載された技術は次のような問題がある。すなわち、回転駆動される加圧ローラーから定着ベルトが得るグリップ力は、環境条件等により変化する。このため、最もグリップ力が小さくなる環境条件において、定着ベルトと加圧ローラーとがスリップしないようにするには、グリップ部の幅を増大させる必要がある。グリップ部の幅の増大は、装置の大型化を招き、コスト増大の原因となる。

また、引用文献２、３に記載された技術は、定着ベルトを安定駆動するために、加圧ローラーによる定着ベルトの駆動力をさらに増加させることが困難であるという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものである。すなわち、装置の大型化を抑止しつつ、ニップ部を形成する部材間のスリップを防止可能な定着装置を提供することを目的とする。

本発明の上記課題は、以下の手段によって解決される。

（１）加熱される回転体と、前記回転体を押圧しつつ回転することで従動回転する前記回転体との間に形成されるニップ部で、トナー画像が形成された記録媒体を挟持して搬送する加圧ローラーと、前記加圧ローラーおよび前記回転体の少なくとも一方の、搬送される前記記録媒体が通過する通過領域の、前記記録媒体が通過する方向に直交する方向に対し両側に設けられた、前記通過領域より摩擦係数の大きいグリップ部と、前記加圧ローラーの回転に対し前記回転体がスリップしやすくなる所定の条件を満たした場合に、前記グリップ部を冷却する冷却部と、を有する定着装置。

（２）前記所定の条件は、前記記録媒体の厚さが所定の厚さ以下であることを含む、上記（１）に記載の定着装置。

（３）前記所定の条件は、前記記録媒体の搬送方向に対し直交する方向の幅が所定の幅以上であることを含む、上記（１）または（２）に記載の定着装置。

（４）前記所定の条件は、前記加圧ローラーにより前記回転体の押圧が開始された当初の前記加圧ローラーの温度が所定の温度以上になっていることを含む、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の定着装置。

（５）前記所定の条件は、前記記録媒体がコート紙であることを含む、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の定着装置。

（６）前記所定の条件は、前記定着装置における相対湿度が所定の湿度以上であることを含む、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の定着装置。

（７）記録媒体にトナー画像を形成するトナー画像形成部と、加熱される回転体と、前記回転体を押圧しつつ回転することで従動回転する前記回転体との間に形成されるニップ部で、前記トナー画像が形成された前記記録媒体を挟持して搬送する加圧ローラーと、前記加圧ローラーおよび前記回転体の少なくとも一方の、搬送される前記記録媒体が通過する通過領域の、前記記録媒体が通過する方向に直交する方向に対し両側に設けられた、前記通過領域より摩擦係数の大きいグリップ部と、前記加圧ローラーの回転に対し前記回転体がスリップしやすくなる所定の条件を満たした場合に、前記グリップ部を冷却する冷却部と、を有する画像形成装置。

（８）加熱される回転体と、前記回転体を押圧しつつ回転することで従動回転する前記回転体との間に形成されるニップ部で、トナー画像が形成された記録媒体を挟持して搬送する加圧ローラーと、前記加圧ローラーおよび前記回転体の少なくとも一方の、搬送される前記記録媒体が通過する通過領域の、前記記録媒体が通過する方向に直交する方向に対し両側に設けられた、前記通過領域より摩擦係数の大きいグリップ部と、前記グリップ部を冷却する冷却部とを有する定着装置を制御するための制御プログラムであって、前記加圧ローラーの回転に対し前記記録媒体がスリップしやすい所定の条件を満たした場合に、前記冷却部に前記グリップ部を冷却させる手順をコンピューターに実行させるためのプログラム。

ニップ部を形成する部材間でスリップしやすくなる所定の条件を満たしたときに、当該部材のうち少なくともいずれかの、用紙の通過領域の両端に設けられたグリップ部を冷却する。これにより、装置の大型化を抑止しつつ、ニップ部を形成する部材間のスリップを防止できる。

画像形成装置を有する画像形成システムの概略構成を示す図である。 画像形成システムのハードウェア構成を示すブロック図である 定着部の概略構成の例１を示す図である。 定着部の概略構成の例１を示す図である。 定着部の概略構成の例２を示す図である。 定着部の概略構成の例３を示す図である。 定着部の概略構成の例３を示す図である。 定着部の概略構成の例４を示す図である。 グリップ部の温度と、加圧ローラーと定着ベルトとの間の摩擦力との関係の実測結果を示すグラフである。 定着部の動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る定着装置、画像形成装置、および定着装置用プログラムについて詳細に説明する。なお、図面において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

図１は、実施形態に係る画像形成装置を有する画像形成システムの概略構成を示す図である。図２は、画像形成システムのハードウェア構成を示すブロック図である。図３および図４は、定着部の概略構成の例１を示す図である。図３には、用紙Ｓの搬送方向に並行な方向から見た定着部４６の構成が示されている。図４には、用紙Ｓの搬送方向と直交する方向から見た定着部４６の構成が示されている。

画像形成システム１００は、画像形成装置１０１および後処理装置１０２を有する。

画像形成システム１００は、制御部１０、記憶部２０、画像制御部３０、画像形成部４０、給紙搬送部５０、操作パネル６０、後処理部７０、および通信インターフェース８０を有し、これらは信号をやりとりするためのバスを介して相互に接続される。

画像形成装置１０１は用紙Ｓに画像を形成する。後処理装置１０３は、画像形成装置１０１で画像が形成された用紙Ｓの後処理を行う。

制御部１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）により構成され、プログラムにしたがって画像形成システム１００の各部の制御および演算処理を行う。

記憶部２０は、制御部１０の作業領域として一時的にプログラムやデータを記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、あらかじめ各種プログラムや各種データを格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、オペレーションシステムを含む各種プログラムおよび各種データを格納するＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ）を有する。

画像制御部３０は、印刷ジョブに含まれる印刷データのレイアウト処理およびラスタライズ処理を行い、画像データを生成する。印刷ジョブとは、画像形成システム１００に対する印刷命令の総称であり、印刷データおよび印刷設定が含まれる。印刷データとは、印刷の対象である文書のデータであり、印刷データには、例えば、イメージデータ、ベクタデータ、テキストデータといった各種データが含まれ得る。具体的には、印刷データは、ＰＤＬ（Ｐａｇｅ Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ Ｌａｎｇｕａｇｅ）データ、ＰＤＦ（Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ Ｆｏｒｍａｔ）データまたはＴＩＦＦ（Ｔａｇｇｅｄ Ｉｍａｇｅ Ｆｉｌｅ Ｆｏｒｍａｔ）データであり得る。印刷設定とは、用紙への画像形成および後処理に関する設定であり、たとえば、用紙の種類、印刷部数、ページ割付、カラーまたはモノクロの選択、および平綴じなどの各種設定が含まれる。

画像形成部４０は、中間転写ベルト４１、感光体ドラム４２、現像部４３、書込部４４、２次転写部４５、および定着部４６を有する。中間転写ベルト４１、感光体ドラム４２、現像部４３、書込部４４、および２次転写部４５はトナー画像形成部を構成する。定着部４６は定着装置を構成する。

感光体ドラム４２、現像部４３、および書込部４４は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、およびブラック（Ｋ）の各色に対応した構成をそれぞれ有するが、図１では、感光体ドラム４２および現像部４３については、Ｙ以外の符号の表記を省略している。

書込部４４は、画像データに基づいて、帯電された感光体ドラム４２の表面を露光し、静電潜像を形成する。現像部４３は、形成された静電潜像をトナーにより現像して、各感光体ドラム４２の表面に各色のトナー画像を形成する。これらを各色の１次転写部（図示せず）で中間転写ベルト４１上に順次重ねてゆき、フルカラーのトナー画像を形成する。トナー画像は、２次転写部４５で用紙Ｓ上に転写された後、定着部４６で加熱および加圧されることで用紙Ｓ上にフルカラーの画像を形成する。

定着部４６は、ヒーターランプ４６３により加熱される加熱ローラー４６４およびパッド４６５に掛架した無端状の定着ベルト４６２が、加圧ローラー４６１により押圧されることで形成されるニップ部Ｎで用紙Ｓを加熱および加圧する。加圧ローラー４６１は、定着ベルト４６２のパッド４６５に掛架された部分を押圧する。加圧ローラー４６１は、定着ベルト４６２を押圧しつつモーター（図示せず）により回転駆動されることで、摩擦力により定着ベルト４６２を従動回転させる。これにより、用紙Ｓは、ニップ部Ｎで挟持され搬送される。定着ベルト４６２は回転体を構成する。

なお、定着部４６は、パッド４６５に代えて定着ローラーを用いて構成されてもよい。すなわち、定着ベルト４６２が掛架された定着ローラーを、定着ベルト４６２を介して加圧ローラー４６１で押圧することにより、加圧ローラー４６１と定着ベルト４６２の間にニップ部Ｎを形成する構成を有してもよい。

また、定着部４６は、定着ベルト４６２およびパッド４６５を用いず、定着ローラーを兼ねる加熱ローラー４６４を加圧ローラー４６１で押圧することでニップ部Ｎを形成する構成を有してもよい。この場合、加熱ローラー４６４が回転体を構成し、加圧ローラー４６１は、加熱ローラー４６４を押圧しつつ回転することで、摩擦力により加熱ローラー４６４を従動回転させる。

定着部４６は、定着部４６の温度を計測する一般的な温度センサー４６７と、定着部４６における相対湿度を計測する一般的な湿度センサー４６８を有する。

定着部４６は、後述するように、加圧ローラー４６１の用紙Ｓが通過する通過領域ＡＴ１の、用紙Ｓが通過する方向に直交する方向に対し両側に設けられた、通過領域ＡＴ１より摩擦係数の大きいグリップ部Ｇ１、Ｇ２を冷却するための冷却部４６６を有する。

給紙搬送部５０は、給紙トレイ５１、搬送路５２（５２ａ〜５２ｃ）、複数の搬送ローラー５３、搬送ローラー５３を駆動する駆動モーター（図示せず）、および排紙トレイ５４を有する。

給紙搬送部５０は、駆動モーターの駆動によって各搬送ローラー５３を回転させ、給紙トレイ５１から用紙Ｓを給紙し、搬送路５２を搬送させる。

搬送路５２は、画像形成装置１０１内の搬送路５２ａ、５２ｂ、および後処理装置１０２内の搬送路５２ｃから構成される。

給紙トレイ５１から給紙された用紙Ｓは、搬送路５２ａを搬送される。搬送路５２ａには、クラッチにより回転、停止することで用紙Ｓの搬送タイミングを調整するレジストローラー５３１が配置される。

搬送路５２ａを搬送され、画像形成部４０により画像形成された用紙Ｓは、下流側の搬送路５２ｃを経由して、印刷ジョブの印刷設定に応じた各処理がなされた後、機外に排出され排紙トレイ５４上に配置される。

印刷ジョブの印刷設定が両面印刷の設定であれば、一方の面に画像形成された用紙Ｓを画像形成装置１０１のＡＤＵ（Ａｕｔｏ Ｄｕｐｌｅｘ Ｕｎｉｔ）搬送路である搬送路５２ｂに搬送する。ＡＤＵ搬送路５２ｂに搬送された用紙Ｓは、スイッチバック経路で表裏を反転された後、搬送路５２ａに合流し、画像形成部４０で他方の面に画像が形成される。

操作パネル６０は、タッチパネル、テンキー、スタートボタン、ストップボタンなどを備えており、印刷条件などの各種設定、および各種指示の入力がされる。また、操作パネル６０は、各種情報を表示する。

後処理部７０は、搬送路５２ｃに設けられる。後処理部７０では、たとえば用紙Ｓをスタックするスタック部とステープル部とを有し、複数枚の用紙Ｓをスタック部で重ねた後、ステープル部でステープルを用いた平綴じ処理を行う。平綴じされた用紙Ｓの束は、排紙トレイ５４上に排出される。また平綴じしない用紙Ｓは、そのまま搬送路５２ｃを経由して排出される。

通信インターフェース８０には、ＳＡＴＡ、ＰＣＩ ＥｘｐｒｅＳ、ＵＳＢ、イーサネット（登録商標）、ＩＥＥＥ１３９４などの規格によるネットワークインターフェース、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＩＥＥＥ８０２．１１などの無線通信インターフェース、などの各種ローカル接続インターフェースが用いられる。通信インターフェース８０を通じてＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等の外部の端末から印刷ジョブが受信される。

定着部４６の構成について、図３、４を参照して、さらに詳細に説明する。

定着部４６は、上述したように、加圧ローラー４６１、定着ベルト４６２、ヒーターランプ４６３、加熱ローラー４６４、パッド４６５、冷却部４６６、温度センサー４６７、および湿度センサー４６８を有する。

加圧ローラー４６１は、用紙Ｓが通過する通過領域ＡＴ１を表面に有する中央部ＣＰ１と、通過領域ＡＴ１より摩擦係数の大きいグリップ部Ｇ１、Ｇ２を表面に有する端部ＥＰ１、ＥＰ２とを有する。中央部ＣＰ１は、円柱状の芯金４６１ａと、芯金４６１ａの円柱状の側面を覆うゴム層４６１ｂと、ゴム層４６１ｂの表面を覆う耐熱性に優れた離形剤の表層４６１ｃとにより構成され得る。ゴム層４６１ｂには、たとえばシリコーンゴムが用いられ得る。表層４６１ｃには、たとえばテフロン（登録商標）系の材料が用いられ得る。端部ＥＰ１、ＥＰ２は、円柱状の芯金４６１ａと、芯金４６１ａの円柱状の側面を覆うゴム層４６１ｂとにより構成され得る。すなわち、中央部ＣＰ１と端部ＥＰ１、ＥＰ２は、前者がゴム層４６１ｂの表面に離型剤の表層４６１ｃを有し、後者が離型剤の表層を有さない点を除き、同じ構成を有し得る。したがって、中央部ＣＰ１と端部ＥＰ１、ＥＰ２の芯金４６１ａおよびゴム層４６１ｂは一体形成され得る。通過領域ＡＴ１の表面に離型剤の表層４６１ｃを設けることにより、加熱により溶融した用紙Ｓ上のトナーが加圧ローラー４６１に張り付くことを防止できる。グリップ部Ｇ１、Ｇ２において離型剤の表層を設けず摩擦係数の大きいゴム層を露出させることで、グリップ部Ｇ１、Ｇ２の摩擦係数を通過領域ＡＴの摩擦係数より大きくできる。なお、グリップ部Ｇ１、Ｇ２において露出させたゴム層４６１ｂの表面に細かい凹凸を設けることで、グリップ部Ｇ１、Ｇ２の摩擦係数をさらに大きくできる。

加圧ローラー４６１に、摩擦係数の大きいグリップ部Ｇ１、Ｇ２を設けることにより、回転駆動される加圧ローラー４６１から定着ベルト４６２が得るグリップ力を増大できる。

ヒーターランプ４６３は、加熱ローラー４６４の中空芯金の内部に配置され、加熱ローラー４６４を加熱する。ヒーターランプ４６３は、少なくとも加熱ローラー４６４の回転軸方向の幅以上の長さを有する長尺状のハロゲンランプにより構成され得る。これにより、ヒーターランプ４６３は加熱ローラー４６４の表面温度が均一になるように加熱ローラー４６４を加熱できる。

加熱ローラー４６４は、回転軸の周りを回転自在に設けられ、掛架される定着ベルト４６２と当接することで定着ベルト４６２を加熱する。その際、加圧ローラー４６１が定着ベルト４６２を押圧しつつ回転することで、定着ベルト４６２が従動回転する。定着ベルト４６２の回転に伴い、加熱ローラー４６４は定着ベルト４６２と当接する部分を加熱しつつ従動回転する。加熱ローラー４６４は、たとえばニッケルやステンレス鋼などの金属で構成され得る。

定着ベルト４６２は、ポリイミドなどの樹脂材料、またはニッケルやステンレス鋼などの金属により構成され得る。定着ベルト４６２は、加熱により溶融した用紙Ｓ上のトナーが定着ベルト４６２に張り付くことを防止するために、加圧ローラー４６１により押圧される表面に耐熱性に優れた離形剤の表層をさらに有し得る。

パッド４６５は、加圧ローラー４６１からの押圧力を定着ベルト４６２に印加させるために、定着ベルト４６２を介して加圧ローラー４６１と対向する位置に配置される。すなわち、パッド４６５は、加圧ローラー４６１により定着ベルト４６２を押圧させてニップ部Ｎを形成させるための受け部材として機能する。パッド４６５の定着ベルト４６２を介して加圧ローラー４６１と当接する面は、加圧ローラー４６１の曲率と整合する曲率の凹形状を有し得る。これにより、ニップ部Ｎにおいて用紙Ｓをより均一に押圧できる。パッド４６５は、耐熱性を有する樹脂材やフッ素ゴムなどのゴム材により構成され得る。パッド４６５は、定着ベルト４６２との摺動抵抗を低減するためにフッ素樹脂などを用いた潤滑部材の表層や摺動シートを有し得る。定着ベルト４６２のパッド４６５と当接する裏面には、定着ベルト４６２とパッド４６５との間の摩擦力を低減するために、グリース等の潤滑剤が塗布され得る。

冷却部４６６は、送風機４６６ａを有する。送風機４６６ａは、冷却風ＣＡをグリップ部Ｇ１、Ｇ２に当てることによりグリップ部Ｇ１、Ｇ２を冷却する。送風機４６６ａは、たとえば熱交換器およびファンにより構成され得る。なお、図４に示すように、冷却部４６６は、冷却風ＣＡをグリップ部Ｇ１、Ｇ２に沿って流すためのガイド流路４６６ｂを有し得る。

図５は、定着部の概略構成の例２を示す図である。

図５に示す定着部４６は、冷却部４６６に遮蔽板４６６ｃを有する。遮蔽板４６６ｃは、冷却風ＣＡが通過領域ＡＴ１に当たらないように送風機４６６ａから送風される冷却風を遮蔽する。遮蔽板４６６ｃを設けることにより、冷却風ＣＡが通過領域ＡＴに当たることで定着温度が変動し、トナー画像の用紙Ｓへの定着に影響を及ぼすことを防止できる。

図６および図７は、定着部の概略構成の例３を示す図である。図６には、用紙Ｓの搬送方向に並行な方向から見た定着部４６の構成が示されている。図７には、用紙Ｓの搬送方向と直交する方向から見た定着部４６の構成が示されている。

図６および図７に示す定着部４６は、冷却部４６６に、グリップ部当接部材４６６ｄ、流路管４６６ｅ、送風機４６６ａ、隔壁４６６ｆ、およびベアリング４６６ｇを有する。

グリップ部当接部材４６６ｄは、グリップ部Ｇ１、Ｇ２の、加圧ローラー４６１の回転軸方向の幅（以下、「グリップ幅」と称する）の長さと同じ長さの厚さを有する円板形状を有し得る。グリップ部当接部材４６６ｄは、金属等の熱伝導率の高い部材により構成される。グリップ部当接部材４６６ｄは、たとえばアルミニウムにより構成され得る。グリップ部当接部材４６６ｄは中央に流路管４６６ｅを貫通させるための貫通穴ＴＨを有する。グリップ部当接部材４６６ｄは、図示しない移動機構により、円板形状の、厚さ方向に直交する方向の側面がグリップ部Ｇ１、Ｇ２と当接および離間可能に設けられ得る。

流路管４６６ｅは、グリップ部当接部材４６６ｄを貫通穴ＴＨにおいて貫通し、グリップ部当接部材４６６ｄに固定される。流路管４６６ｅは、金属等の熱伝導率の高い部材により構成される。流路管４６６ｅは、たとえばアルミニウムにより構成され得る。流路管４６６ｅには冷却部４６６から送風される冷却風ＣＡが流れる。これにより、流路管４６６ｅは、貫通穴ＴＨにおいて当接するグリップ部当接部材４６６ｄを冷却する。

流路管４６６ｅは、固定されたベアリング４６６ｇにより回転自在に保持される。これにより、グリップ部当接部材４６６ｄは、グリップ部Ｇ１、Ｇ２に当接することで、加圧ローラー４６１の回転により従動回転する。流路管４６６ｅにより冷却されたグリップ部当接部材４６６ｄは、グリップ部Ｇ１、Ｇ２と当接しつつ回転することでグリップ部Ｇ１、Ｇ２を冷却する。

隔壁４６６ｆは、送風機４６６ａから送風される冷却風ＣＡを外部から隔てて流路管４６６ｅに案内する。これにより冷却風ＣＡを効率的に流路管４６６ｅに供給できる。

定着部４６は、グリップ部当接部材４６６ｄを、円板形状の厚さ方向に直交する方向の側面がグリップ部Ｇ１、Ｇ２と当接および離間させるための図示しない移動機構をさらに有し得る。

図８は、定着部の概略構成の例４を示す図である。

図８に示す定着部４６においては、加圧ローラー４６１だけでなく、定着ベルト４６２にもグリップ部Ｇ３、Ｇ４を設ける。すなわち、定着ベルト４６２の、用紙Ｓが通過する通過領域ＡＴ２の両側にも、通過領域ＡＴ２より摩擦係数の大きいグリップ部Ｇ３、Ｇ４を設ける。たとえば、グリップ部Ｇ３、Ｇ４をシリコーンゴム等のゴム材で構成することで、通過領域ＡＴ２よりもグリップ部Ｇ３、Ｇ４の摩擦係数を大きくできる。これにより、回転駆動される加圧ローラー４６１から定着ベルト４６２が得るグリップ力をさらに増大できる。また、加圧ローラー４６１から定着ベルト４６２が一定のグリップ力を得るために必要な各グリップ部Ｇ１〜Ｇ４のグリップ幅を低減できる。冷却部４６６は、グリップ部Ｇ１、Ｇ２に冷却風ＣＡを当てることでグリップ部Ｇ１、Ｇ２を冷却する。なお、冷却部４６６は、グリップ部Ｇ３、Ｇ４にも冷却風ＣＡを当てることでグリップ部Ｇ３、Ｇ４も冷却し得る。

冷却部４６６がグリップ部Ｇ１、Ｇ２を冷却することによる作用について説明する。

グリップ幅を一定にした場合の加圧ローラー４６１と定着ベルト４６２との間の摩擦力Ｆは一般的に次の式で表される。

Ｆ∝Ｆａ＋Ｆｈ＝Ａ・ｓ＋ｋ・Ｅ’^−１／３・ｔａｎδ
ここで、Ｆａは粘着摩擦、Ｆｈはヒステリシス摩擦、Ａは接触面積、ｓはせん断強さ、ｋは定数、Ｅ’は貯蔵弾性率、ｔａｎδは損失正接である。

上記式によれば、ヒステリシス摩擦Ｆｈは損失正接ｔａｎδに依存するが、損失正接ｔａｎδは温度依存性を有する。具体的には、温度が低下すると損失正接ｔａｎδが大きくなるため、ヒステリシス摩擦Ｆｈが大きくなる。したがって、摩擦力Ｆは温度が上昇すると小さくなり、温度が低下すると大きくなる。グリップ力は摩擦力Ｆに正比例するので、温度が低くなるとグリップ力が大きくなる。

図９は、グリップ部の温度と、加圧ローラーと定着ベルトとの間の摩擦力との関係の実測結果を示すグラフである。グラフにおいては、グリップ幅が１０ｍｍの場合と２０ｍｍの場合とが示されている。定着部４６の各部材の条件は、次の通りである。加熱ローラー４６４の直径は１８ｍｍ、定着ベルト４６２のベルト直径は４０ｍｍ、加圧ローラー４６１の直径は３２ｍｍ、加圧ローラー４６１の用紙Ｓの搬送方向に直交する方向の幅（以下、「加圧ローラーの幅」と称する）は３４０ｍｍである。加圧ローラー４６１による荷重は６１０Ｎ、ニップ部Ｎの用紙Ｓの搬送方向の幅（以下、「ニップ幅」と称する）は１１ｍｍ（パッド４６５を使用）である。２９７ｍｍ×１００ｍｍのサイズの用紙Ｓの一端をニップ部に挿入し、他端を固定した際に用紙Ｓにかかる引っ張り力を加圧ローラー４６１と定着ベルト４６２との間の摩擦力（以下、単に「摩擦力」と称する）として実測している。

図９に示すように、グリップ部Ｇ１、Ｇ２の温度を１７０℃から１１０℃まで冷却することにより、摩擦力を約１．５倍増大できる。したがって、グリップ部Ｇ１、Ｇ２を冷却して摩擦力を増大させることにより、加圧ローラー４６１の回転に対し定着ベルト４６２および用紙Ｓがスリップすること（以下、単に「スリップ」と称する）を防止できる。

スリップが発生しやすくなる条件について説明する。

用紙Ｓの厚さが薄いとスリップが発生しやすくなる。すなわち、用紙Ｓの厚さが薄いと、用紙Ｓの厚さによるニップ部Ｎを形成する加圧ローラー４６１および定着ベルト４６２への抗力が小さくなる。このため、用紙Ｓ、加圧ローラー４６１、および定着ベルト４６２の相互にかかる圧力が弱まることで摩擦力が低下し、スリップが発生しやすくなる。用紙Ｓの厚さが所定の厚さ以下である場合に、グリップ部Ｇ１、Ｇ２を冷却して摩擦力を増大させることにより、スリップの発生を防止できる。所定の厚さは、実験により任意の値に決定し得る。所定の厚さは、以下説明する他の条件による影響をも考慮され得る。所定の厚さは、たとえば８３μｍとし得る。

なお、一般的に、たとえば、坪量が７９．１ｇ／ｍ^２のコート紙の厚さは６０μｍであり比較的薄いため、トナー画像の定着のための加熱に必要な熱量が小さく、加圧ローラーの用紙の搬送方向に直交する方向の端部に長時間用紙が通過しなくても当該端部の温度上昇は小さい。このため、用紙の厚さが比較的薄い場合は、加圧ローラーの端部の温度上昇が問題になることは稀であり、加圧ローラーの端部の過度の温度上昇を防止することを目的とした当該端部の冷却は通常は行われない。しかし、本実施形態においては、用紙Ｓの厚さが薄いとスリップが発生しやすくことから、スリップ防止のために、用紙Ｓの厚さが所定の厚さ以下である場合にグリップ部Ｇ１、Ｇ２を冷却する。

用紙Ｓの搬送方向に直交する方向の幅（以下、「用紙幅」と称する）が広いとスリップが発生しやすくなる。すなわち、用紙幅が広いと、ニップ部Ｎにおいて、加圧ローラー４６１と定着ベルト４６２との間に用紙Ｓが介在する範囲が増大するため、加圧ローラー４６１と定着ベルト４６２とが接触する面積が減少する。これにより、加圧ローラー４６１の駆動力が定着ベルト４６２に伝わりにくくなる。また、用紙幅が広いと、ニップ部Ｎにおいて通過領域ＡＴ１、ＡＴ２を通過する用紙Ｓの搬送方向に直交する方向の両端がグリップ部Ｇ１、Ｇ２に接近する。このため、用紙Ｓの厚みにより加圧ローラー４６１および定着ベルト４６２の用紙Ｓの搬送方向に直交する方向の両端が互いに離隔する方向の力を受け、グリップ部Ｇ１、Ｇ２が定着ベルト４６２を押圧する力が減少する。これにより、摩擦力が減少する。したがって、スリップが発生しやすくなる。用紙Ｓの幅が所定の幅以上である場合に、グリップ部Ｇ１、Ｇ２を冷却して摩擦力を増大させることにより、スリップの発生を防止できる。所定の幅は、実験により任意の値に決定し得る。所定の幅は、他の条件による影響をも考慮され得る。所定の幅は、たとえば２９７μｍとし得る。

なお、一般的に、たとえば用紙幅が３２０ｍｍのＳＲＡ３サイズの用紙を、最大用紙幅が３２０ｍｍの一般的な装置で画像形成する場合は、定着部における加熱領域全体を用紙が通過する。この場合、加圧ローラーの端部の過度の温度上昇は生じないため、当該端部の過度の温度上昇を防止することを目的とした冷却は不要である。しかし、本実施形態においては、用紙幅が広いとスリップが発生しやすくなることから、スリップ防止のために、用紙Ｓの幅が所定の幅以上である場合に、グリップ部Ｇ１、Ｇ２を冷却する。

加圧ローラー４６１が定着ベルト４６２を押圧する圧接が開始されることで、定着ベルト４６２の熱により加圧ローラー４６１の温度が上昇するとスリップが発生しやすくなる。すなわち、加圧ローラー４６１の温度は、未定着トナー画像のニップ部Ｎにおける加熱への影響が小さい。また、両面印刷において一旦用紙Ｓに定着されたトナー画像が再溶融すると画質の劣化につながる。このため、加圧ローラー４６１の温度は定着ベルト４６２より低い定常温度に保たれる。しかし、定着開始により、加圧ローラー４６１による定着ベルト４６２の圧接が開始された瞬間から急に加圧ローラー４６１が定着ベルト４６２により加熱され、加圧ローラー４６１の温度が上昇する。定着開始後、ニップ部Ｎを通過する用紙Ｓの枚数が少ない当初は、用紙Ｓに奪われる熱量がまだ少ないため、加圧ローラー４６１の温度は定常温度より高めに推移する。加圧ローラー４６１の温度が高いと用紙Ｓに含まれる水分が加熱により蒸発し用紙Ｓの加圧ローラー４６１と接触する側の面に水の膜を形成する。これにより摩擦力が低下する。また、加圧ローラー４６１の温度が上昇することでグリップ部Ｇ１、Ｇ２の温度も上昇するためさらに摩擦力が低下する。したがって、スリップが発生しやすくなる。加圧ローラー４６１による定着ベルト４６２の押圧が開始された当初の加圧ローラー４６１の温度が所定の温度以上になっている場合に、グリップ部Ｇ１、Ｇ２を冷却して摩擦力を増大させることにより、スリップの発生を防止できる。所定の温度は、実験により任意の値に決定し得る。所定の温度は、他の条件による影響をも考慮され得る。所定の温度は、加圧ローラー４６１の定常状態の温度を超える任意の温度とすることができる。

なお、一般的に、加圧ローラーの端部の過度の温度上昇を防止することを目的とした当該端部の冷却は、定着開始後の通紙枚数が多くなった場合に行われる。しかし、本実施形態においては、圧接開始当初の加圧ローラー４６１の温度上昇によりスリップが発生しやすくなることから、スリップ防止のために、圧接開始当初に加圧ローラー４６１の温度が所定の温度以上になっている場合に、グリップ部Ｇ１、Ｇ２を冷却する。

用紙Ｓの表面の平滑度が高いとスリップが発生しやすくなる。すなわち、たとえばコート紙などの用紙Ｓの表面の平滑度が高い用紙Ｓは、加圧ローラー４６１との間および定着ベルト４６２との間の摩擦力が低下する。したがって、スリップが発生しやすくなる。用紙Ｓがコート紙である場合に、グリップ部Ｇ１、Ｇ２を冷却して摩擦力を増大させることにより、スリップの発生を防止できる。

定着部４６における相対湿度が高いとスリップが発生しやすくなる。すなわち、定着部４６における相対湿度が高いと、用紙Ｓがニップ部Ｎを通過する際に加熱により蒸発する水分が増加して用紙Ｓ上に付着しやすくなる。これにより摩擦力が低下しやすくなり、スリップが発生しやすくなる。定着部４６における相対湿度が所定の湿度以上である場合に、グリップ部Ｇ１、Ｇ２を冷却して摩擦力を増大させることにより、スリップの発生を防止できる。所定の湿度は実験により任意の値に決定し得る。所定の湿度は、たとえば７０％とすることができる。

用紙Ｓとしてコート紙を用い、用紙Ｓの厚さと用紙Ｓの幅を変えたときのスリップの発生の有無の実験結果について説明する。

実験条件は、次の通りである。定着部４６の構成は、定着部４６の例４（図６、図７参照）の構成である。加熱ローラー４６４の直径は４０ｍｍ、定着ベルト４６２のベルト直径は８０ｍｍである。加圧ローラー４６１の直径は５０ｍｍ、加圧ローラー４６１のゴム層４６１ｂの厚さは５ｍｍ、加圧ローラー４６１の幅は３９０ｍｍである。定着温度は１８０℃で、用紙Ｓの搬送速度は３００ｍｍ／ｓ、加圧ローラー４６１による荷重は８００Ｎ、ニップ幅は１５ｍｍである。グリップ幅は１５ｍｍである。

実験結果を表１に示す。表１において、丸印はスリップが発生したことを示し、バツ印はスリップが発生したことを示している。

グリップ部Ｇ１、Ｇ２を冷却しない場合は、次のような結果を示している。すなわち、用紙Ｓの厚さが８３μｍ以下になると、用紙Ｓの幅が２９７ｍｍ、３２０ｍｍの場合にスリップが発生する場合がある。用紙Ｓの幅が２９７ｍｍ以上になると、用紙Ｓの厚さが６０μｍ、８３μｍの場合にスリップが発生する場合がある。すなわち、用紙Ｓの厚さが６０μｍで、幅が３２０ｍｍの条件においてスリップが発生していないが、その他の条件においては、用紙Ｓの厚さが薄く、用紙Ｓの幅が広いほどスリップが発生しやすい傾向を示している。用紙Ｓの厚さが６０μｍで、用紙Ｓの幅が３２０ｍｍの条件においてスリップが発生していないことは、用紙Ｓの厚さおよび用紙Ｓの幅以外の複数の条件が絡んだ結果と考えられる。

一方、グリップ部Ｇ１、Ｇ２を冷却した場合は、用紙Ｓの厚さが６０μｍ、８３μｍ、１３１μｍ、および用紙Ｓの幅が２１０ｍｍ、２９７ｍｍ、３２０ｍｍのいずれの組み合わせの条件においてもスリップは発生していない。

上記実験結果によれば、用紙Ｓの厚さが８３μｍ以下で、かつ用紙Ｓの幅が２９７ｍｍ以上で、かつ用紙Ｓがコート紙という条件を満たしたときにグリップ部Ｇ１、Ｇ２を冷却することで、スリップを防止し得ることが判る。

画像形成システム１００の動作について説明する。

図１０は、定着部の動作を示すフローチャートである。本フローチャートは、記憶部２０に記憶された、定着部４６を制御するための制御プログラムにしたがい制御部１０により実行され得る。

制御部１０は、印刷ジョブに基づいて、用紙Ｓへの画像の形成を開始するために、加圧ローラー４６１の定着ベルト４６２への圧接を開始する（Ｓ１０１）。

制御部１０は、加圧ローラー４６１の温度が所定の温度以上かどうか判断する（Ｓ１０２）。制御部１０は、加圧ローラー４６１の温度が所定の温度以上であると判断したときは（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、グリップ部Ｇ１、Ｇ２を冷却部４６６により冷却する（Ｓ１０７）。グリップ部Ｇ１、Ｇ２を冷却することで、加圧ローラー４６１と定着ベルト４６２との間の摩擦力を増加させてスリップを防止できる。

制御部１０は、加圧ローラー４６１の温度が所定の温度以上ではないと判断したときは（Ｓ１０２：ＮＯ）、印刷ジョブの印刷設定に基づき、用紙Ｓの厚さが所定の厚さ以下かどうか判断する（Ｓ１０３）。制御部１０は、用紙Ｓの厚さが所定の厚さ以下であると判断したときは（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、グリップ部Ｇ１、Ｇ２を冷却する（Ｓ１０７）。

制御部１０は、用紙Ｓの厚さが所定の厚さ以下でないと判断したときは（Ｓ１０３：ＮＯ）、印刷ジョブの印刷設定に基づき、用紙Ｓの幅が所定の幅以上かどうか判断する（Ｓ１０４）。制御部１０は、用紙Ｓの幅が所定の幅以上であると判断したときは（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、グリップ部Ｇ１、Ｇ２を冷却する（Ｓ１０７）。

制御部１０は、用紙Ｓの幅が所定の幅以上でないと判断したときは（Ｓ１０４：ＮＯ）印刷ジョブの印刷設定に基づき、用紙Ｓがコート紙かどうか判断する（Ｓ１０５）。制御部１０は、用紙Ｓがコート紙であると判断したときは（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、グリップ部Ｇ１、Ｇ２を冷却する（Ｓ１０７）。

制御部１０は、用紙Ｓがコート紙でないと判断したときは（Ｓ１０５：ＮＯ）、定着部４６における相対湿度が所定の湿度以上かどうか判断する（Ｓ１０６）。制御部１０は、定着部４６における相対湿度が所定の湿度以上であると判断したときは（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、グリップ部Ｇ１、Ｇ２を冷却する（Ｓ１０７）。

制御部１０は、定着部４６における相対湿度が所定の湿度以上でないと判断したときは（Ｓ１０６：ＮＯ）、用紙Ｓのニップ部Ｎへの搬送を開始し、用紙Ｓ上に形成されたトナー画像加熱および加圧することで用紙Ｓにトナー画像を定着させる（Ｓ１０８）。制御部１０は、グリップ部Ｇ１、Ｇ２を冷却したときも、用紙Ｓのニップ部Ｎへの搬送を開始し、用紙Ｓ上にトナー画像を定着させる。

本実施形態は、以下の効果を奏する。

ニップ部を形成する加圧ローラーおよび回転体の間でスリップしやすくなる所定の条件を満たしたときに、加圧ローラーおよび回転体の少なくともいずれかの、用紙の通過領域の両端に設けられたグリップ部を冷却する。これにより、グリップ部の摩擦力を増大でき、ニップ部を形成する部材間のスリップを防止できる。また、加圧ローラーの幅を長くする必要なく、ニップ部のスリップを防止できるので、装置が大型化することもない。

さらに、上記所定の条件に、用紙の厚さが所定の厚さ以下であることを含める。これにより、用紙の厚さが薄いことに起因するスリップを効果的に防止できる。

さらに、上記所定の条件を、用紙の幅が所定の幅以上であることとする。これにより、用紙の幅が広いことに起因するスリップの発生を効果的に防止できる。

さらに、上記所定の条件に、加圧ローラーによる回転体の押圧が開始された当初の加圧ローラーの温度が所定の温度以上になっていることを含める。これにより、加熱された回転体と加圧ローラーが圧接することで加圧ローラーの温度が上昇することに起因するスリップの発生を効果的に防止できる。

さらに、上記所定の条件に、用紙がコート紙であることを含める。これにより、定着する用紙の表面の平滑度が高いことに起因するスリップの発生を効果的に防止できる。

さらに、上記所定の条件に、定着装置における相対湿度が所定の湿度以上であることを含める。これにより、定着装置における相対湿度が高いことに起因するスリップの発生を効果的に防止できる。

本発明に係る定着装置、画像形成装置、および定着装置用プログラムは、上述した実施形態に限定されない。

例えば、上述した実施形態においては、グリップ部を加圧ローラーのみ、もしくは加圧ローラーおよび定着ベルトの両方に設けている。しかし、定着ベルトのみにグリップ部を設けてもよい。この場合、冷却部は、定着ベルトのグリップ部を冷却する。

また、加圧ローラーの、グリップ部を表面に有する端部は加圧ローラーに着脱可能に設けられてもよい。この場合、当該端部が加圧ローラーに装着される際の装着面と反対の面に放熱フィンを設けてもよい。これにより、当該端部の温度が下がりやすくなり、加圧ローラーの定着ベルトに対するグリップ力をさらに増大できる。

また、実施形態においてプログラムにより実行される処理の一部または全部を回路などのハードウェアに置き換えて実施されてもよい。

Ｎ ニップ部、
Ｓ 用紙、
ＡＴ１、ＡＴ２ 通過領域、
Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４ グリップ部、
１０ 制御部、
２０ 記憶部、
３０ 画像処理部、
４０ 画像形成部、
４６ 定着部、
５０ 用紙搬送部、
６０ 操作パネル、
７０ 後処理部、
１００ 画像形成システム、
１０１ 画像形成装置、
１０２ 後処理装置、
４６１ 加圧ローラー、
４６２ 定着ベルト、
４６３ ヒーターランプ、
４６４ 加熱ローラー、
４６５ パッド、
４６６ 冷却部、
４６６ａ 送風機、
４６６ｂ ガイド流路、
４６６ｃ 遮蔽板、
４６６ｄ グリップ部当接部材、
４６６ｅ 流路管、
４６６ｆ 隔壁、
４６６ｇ ベアリング。

Claims (8)

1. 加熱される回転体と、
   前記回転体を押圧しつつ回転することで従動回転する前記回転体との間に形成されるニップ部で、トナー画像が形成された記録媒体を挟持して搬送する加圧ローラーと、
   前記加圧ローラーおよび前記回転体の少なくとも一方の、搬送される前記記録媒体が通過する通過領域の、前記記録媒体が通過する方向に直交する方向に対し両側に設けられた、前記通過領域より摩擦係数の大きいグリップ部と、
   前記加圧ローラーの回転に対し前記回転体がスリップしやすくなる所定の条件を満たした場合に、前記グリップ部を冷却する冷却部と、
   を有する定着装置。
2. 前記所定の条件は、前記記録媒体の厚さが所定の厚さ以下であることを含む、請求項１に記載の定着装置。
3. 前記所定の条件は、前記記録媒体の搬送方向に対し直交する方向の幅が所定の幅以上であることを含む、請求項１または２に記載の定着装置。
4. 前記所定の条件は、前記加圧ローラーにより前記回転体の押圧が開始された当初の前記加圧ローラーの温度が所定の温度以上になっていることを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着装置。
5. 前記所定の条件は、前記記録媒体がコート紙であることを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の定着装置。
6. 前記所定の条件は、前記定着装置における相対湿度が所定の湿度以上であることを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の定着装置。
7. 記録媒体にトナー画像を形成するトナー画像形成部と、
   加熱される回転体と、
   前記回転体を押圧しつつ回転することで従動回転する前記回転体との間に形成されるニップ部で、前記トナー画像が形成された前記記録媒体を挟持して搬送する加圧ローラーと、
   前記加圧ローラーおよび前記回転体の少なくとも一方の、搬送される前記記録媒体が通過する通過領域の、前記記録媒体が通過する方向に直交する方向に対し両側に設けられた、前記通過領域より摩擦係数の大きいグリップ部と、
   前記加圧ローラーの回転に対し前記回転体がスリップしやすくなる所定の条件を満たした場合に、前記グリップ部を冷却する冷却部と、
   を有する画像形成装置。
8. 加熱される回転体と、前記回転体を押圧しつつ回転することで従動回転する前記回転体との間に形成されるニップ部で、トナー画像が形成された記録媒体を挟持して搬送する加圧ローラーと、前記加圧ローラーおよび前記回転体の少なくとも一方の、搬送される前記記録媒体が通過する通過領域の、前記記録媒体が通過する方向に直交する方向に対し両側に設けられた、前記通過領域より摩擦係数の大きいグリップ部と、前記グリップ部を冷却する冷却部とを有する定着装置を制御するための制御プログラムであって、
   前記加圧ローラーの回転に対し前記記録媒体がスリップしやすい所定の条件を満たした場合に、前記冷却部に前記グリップ部を冷却させる手順をコンピューターに実行させるためのプログラム。