JP2019086747A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ニップ幅の変化に起因した定着不良を抑制する定着装置および画像形成装置を提供する。【解決手段】定着装置は、定着ニップを通過する用紙にトナー像を定着させる定着装置であって、第１の駆動力が伝達されて回転する第１定着部と、第１定着部との間で定着ニップを形成し、第１定着部の回転により従動回転する第２定着部と、定着ニップのニップ幅を調整可能なニップ幅調整部と、第２定着部の回転速度を検出する回転速度検出部と、回転速度検出部による検出結果に基づいて、ニップ幅が所定の基準ニップ幅になるようにニップ幅調整部を制御する制御部と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、定着装置および画像形成装置に関する。

一般に、電子写真プロセス技術を利用した画像形成装置（プリンター、複写機、ファクシミリ等）は、帯電した感光体ドラム（像担持体）に対して、画像データに基づくレーザー光を照射（露光）することにより静電潜像を形成する。そして、静電潜像が形成された感光体ドラムへ現像装置よりトナーを供給することにより静電潜像を可視化してトナー像を形成する。さらに、このトナー像を直接または間接的に用紙に転写させた後、定着ニップで加熱、加圧して定着させることにより用紙にトナー像を形成する。

画像形成装置においては、様々な種類のメディアが用いられる。様々な種類のメディアとしては、坪量が異なるもの、表面にコーティングが塗布されたものと、塗布されていないもの、材質が異なるもの、封筒、エンボス紙等の紙種が異なるもの等が挙げられる。しかし、メディアによっては、定着ニップにおける適正なニップ幅が異なるので、様々なメディアに品質良く画像を定着するためには、メディアに応じてニップ幅を適正な幅に管理することが必要である。

例えば、厚紙に対しては、定着部における熱をしっかりと用紙に伝達するために、ニップ幅を広くすることが好ましい。それに対し、薄紙に対しては、大きな熱量を必要としないこと、及び、ニップ幅が広いと用紙に皺が発生しやすいことから、ニップ幅を狭くすることが好ましい。

メディアに応じてニップ幅を変更できるように、例えば、定着ニップを形成する、第１定着ローラーと第２定着ローラーとの間の軸間距離を可変にし、メディア毎にニップ幅を設定可能な構成が一般に知られている。しかし、熱や圧力の影響によりローラーの外径や硬さが変わるとニップ幅もそれにつれて変わり、一旦設定したニップ幅を維持することができなかった。

そこで、特許文献１には、両ローラーの軸受け間に軸間規制部材を設けて、これが膨張することで両ローラーの距離を保ち、定着ニップを一定に保つ構成が開示されている。

特開２０１１−５９１７２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、軸間規制部材の膨張によってニップ幅の変動が打ち消されることを期待しているだけであって、熱や圧力の影響によりローラーの外径や硬さが変化することに応じて、ニップ幅を正確に調整することは依然としてできない。例えば、定着装置における暖気状態の変化による定着部材の膨張度合いや、定着部材のへたり等のメディア以外の条件によってニップ幅が変化した場合、定着性が低下したり、通紙途中から、例えば薄紙に対して皺が生じたりするというような定着不良が生じるという問題が生じる。

なお、特許文献１に記載の構成では、実際のニップ幅を測定するものではないため、正確なニップ幅に調整できない場合があり、ニップ幅の変化に起因した定着不良を抑制する構成として一定の限界があった。

本発明の目的は、ニップ幅の変化に起因した定着不良を抑制する定着装置および画像形成装置を提供することである。

本発明に係る定着装置は、
定着ニップを通過する用紙にトナー像を定着させる定着装置であって、
第１の駆動力が伝達されて回転する第１定着部と、
前記第１定着部との間で前記定着ニップを形成し、前記第１定着部の回転により従動回転する第２定着部と、
前記定着ニップのニップ幅を調整可能なニップ幅調整部と、
前記第２定着部の回転速度を検出する回転速度検出部と、
前記回転速度検出部による検出結果に基づいて、前記ニップ幅が所定の基準ニップ幅になるように前記ニップ幅調整部を制御する制御部と、
を備える。

本発明に係る画像形成装置は、
第１の駆動力が伝達されて回転する第１定着部と、
前記第１定着部との間で定着ニップを形成し、前記第１定着部の回転により従動回転する第２定着部と、
前記定着ニップのニップ幅を調整可能なニップ幅調整部と、
前記第２定着部の回転速度を検出する回転速度検出部と、
前記回転速度検出部による検出結果に基づいて、前記ニップ幅が所定の基準ニップ幅になるように前記ニップ幅調整部を制御する制御部と、
を備える。

本発明によれば、ニップ幅の変化に起因した定着不良を抑制することができる。

本実施の形態に係る画像形成装置の全体構成を概略的に示す図である。 本実施の形態に係る画像形成装置の制御系の主要部を示す図である。 定着部とニップ幅調整部との関係を説明するための図である。 加熱積算時間に対する加圧ローラーのゴム硬度を示す図である。 軸間距離に対する定着ローラーの回転速度を示す図である。 軸間距離の調整量に対する定着ローラーの回転速度の変化量を示す図である。 軸間距離の調整量と、定着ローラーの回転速度の変化量との比率を示す図である。 定着ローラーにおける基準回転速度の測定制御を実行するときの動作例の一例を示すフローチャートである。 画像形成装置におけるニップ幅調整制御を実行するときの動作例の一例を示すフローチャートである。

以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る画像形成装置１の全体構成を概略的に示す図である。図２は、本実施の形態に係る画像形成装置１の制御系の主要部を示す図である。

図１に示すように、画像形成装置１は、電子写真プロセス技術を利用した中間転写方式のカラー画像形成装置である。すなわち、画像形成装置１は、感光体ドラム４１３上に形成されたＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各色トナー像を中間転写ベルト４２１に一次転写し、中間転写ベルト４２１上で４色のトナー像を重ね合わせた後、給紙トレイユニット５１ａ〜５１ｃから送出された用紙Ｓに二次転写することにより、画像を形成する。

また、画像形成装置１には、ＹＭＣＫの４色に対応する感光体ドラム４１３を中間転写ベルト４２１の走行方向に直列配置し、中間転写ベルト４２１に一回の手順で各色トナー像を順次転写させるタンデム方式が採用されている。

図２に示すように、画像形成装置１は、画像読取部１０、操作表示部２０、画像処理部３０、画像形成部４０、用紙搬送部５０、定着部６０および制御部１０１を備える。

制御部１０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０２、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０３、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０４等を備える。ＣＰＵ１０２は、ＲＯＭ１０３から処理内容に応じたプログラムを読み出してＲＡＭ１０４に展開し、展開したプログラムと協働して画像形成装置１の各ブロック等の動作を集中制御する。このとき、記憶部７２に格納されている各種データが参照される。記憶部７２は、例えば不揮発性の半導体メモリ（いわゆるフラッシュメモリ）やハードディスクドライブで構成される。

制御部１０１は、通信部７１を介して、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＷＡＮ（Wide Area Network）等の通信ネットワークに接続された外部の装置（例えばパーソナルコンピューター）との間で各種データの送受信を行う。制御部１０１は、例えば、外部の装置から送信された画像データ（入力画像データ）を受信し、この画像データに基づいて用紙Ｓに画像を形成させる。通信部７１は、例えばＬＡＮカード等の通信制御カードで構成される。

図１に示すように、画像読取部１０は、ＡＤＦ（Auto Document Feeder）と称される自動原稿給紙装置１１および原稿画像走査装置１２（スキャナー）等を備えて構成される。

自動原稿給紙装置１１は、原稿トレイに載置された原稿Ｄを搬送機構により搬送して原稿画像走査装置１２へ送り出す。自動原稿給紙装置１１により、原稿トレイに載置された多数枚の原稿Ｄの画像（両面を含む）を連続して一挙に読み取ることが可能となる。

原稿画像走査装置１２は、自動原稿給紙装置１１からコンタクトガラス上に搬送された原稿又はコンタクトガラス上に載置された原稿を光学的に走査し、原稿からの反射光をＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサー１２ａの受光面上に結像させ、原稿画像を読み取る。画像読取部１０は、原稿画像走査装置１２による読取結果に基づいて入力画像データを生成する。この入力画像データには、画像処理部３０において所定の画像処理が施される。

図２に示すように、操作表示部２０は、例えばタッチパネル付の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）で構成され、表示部２１及び操作部２２として機能する。表示部２１は、制御部１０１から入力される表示制御信号に従って、各種操作画面、画像の状態、各機能の動作状況等の表示を行う。操作部２２は、テンキー、スタートキー等の各種操作キーを備え、ユーザーによる各種入力操作を受け付けて、操作信号を制御部１０１に出力する。

画像処理部３０は、入力画像データに対して、初期設定又はユーザー設定に応じたデジタル画像処理を行う回路等を備える。例えば、画像処理部３０は、制御部１０１の制御下で、階調補正データ（階調補正テーブル）に基づいて階調補正を行う。また、画像処理部３０は、入力画像データに対して、階調補正の他、色補正、シェーディング補正等の各種補正処理や、圧縮処理等を施す。これらの処理が施された画像データに基づいて、画像形成部４０が制御される。

図１に示すように、画像形成部４０は、入力画像データに基づいて、Ｙ成分、Ｍ成分、Ｃ成分、Ｋ成分の各有色トナーによる画像を形成するための画像形成ユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋ、中間転写ユニット４２等を備える。

Ｙ成分、Ｍ成分、Ｃ成分、Ｋ成分用の画像形成ユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋは、同様の構成を有する。図示及び説明の便宜上、共通する構成要素は同一の符号で示し、それぞれを区別する場合には符号にＹ、Ｍ、Ｃ、又はＫを添えて示すこととする。図１では、Ｙ成分用の画像形成ユニット４１Ｙの構成要素についてのみ符号が付され、その他の画像形成ユニット４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋの構成要素については符号が省略されている。

画像形成ユニット４１は、露光装置４１１、現像装置４１２、感光体ドラム４１３、帯電装置４１４、及びドラムクリーニング装置４１５等を備える。

感光体ドラム４１３は、例えばドラム状の金属基体の外周面に、有機光導電体を含有させた樹脂よりなる感光層が形成された有機感光体よりなる。

制御部１０１は、感光体ドラム４１３を回転させる駆動モーター（図示略）に供給される駆動電流を制御することにより、感光体ドラム４１３を一定の周速度で回転させる。

帯電装置４１４は、例えば帯電チャージャーであり、コロナ放電を発生させることにより、光導電性を有する感光体ドラム４１３の表面を一様に負極性に帯電させる。

露光装置４１１は、例えば半導体レーザーで構成され、感光体ドラム４１３に対して各色成分の画像に対応するレーザー光を照射する。その結果、感光体ドラム４１３の表面のうちレーザー光が照射された画像領域には、背景領域との電位差により各色成分の静電潜像が形成される。

現像装置４１２は、二成分逆転方式の現像装置であり、感光体ドラム４１３の表面に各色成分の現像剤を付着させることにより静電潜像を可視化してトナー像を形成する。

現像装置４１２には、例えば帯電装置４１４の帯電極性と同極性の直流現像バイアス、または交流電圧に帯電装置４１４の帯電極性と同極性の直流電圧が重畳された現像バイアスが印加される。その結果、露光装置４１１によって形成された静電潜像にトナーを付着させる反転現像が行われる。

ドラムクリーニング装置４１５は、感光体ドラム４１３の表面に当接され、弾性体よりなる平板状のドラムクリーニングブレード等を有し、中間転写ベルト４２１に転写されずに感光体ドラム４１３の表面に残留するトナーを除去する。

中間転写ユニット４２は、中間転写ベルト４２１、一次転写ローラー４２２、複数の支持ローラー４２３、二次転写ローラー４２４、及びベルトクリーニング装置４２６等を備える。

中間転写ベルト４２１は無端状ベルトで構成され、複数の支持ローラー４２３にループ状に張架される。複数の支持ローラー４２３のうちの少なくとも１つは駆動ローラーで構成され、その他は従動ローラーで構成される。例えば、Ｋ成分用の一次転写ローラー４２２よりもベルト走行方向下流側に配置されるローラー４２３Ａが駆動ローラーであることが好ましい。これにより、一次転写部におけるベルトの走行速度を一定に保持しやすくなる。駆動ローラー４２３Ａが回転することにより、中間転写ベルト４２１は矢印Ａ方向に一定速度で走行する。

中間転写ベルト４２１は、導電性および弾性を有するベルトであり、表面に高抵抗層を有する。中間転写ベルト４２１は、制御部１０１からの制御信号によって回転駆動される。

一次転写ローラー４２２は、各色成分の感光体ドラム４１３に対向して、中間転写ベルト４２１の内周面側に配置される。中間転写ベルト４２１を挟んで、一次転写ローラー４２２が感光体ドラム４１３に圧接されることにより、感光体ドラム４１３から中間転写ベルト４２１へトナー像を転写するための一次転写ニップが形成される。

二次転写ローラー４２４は、駆動ローラー４２３Ａのベルト走行方向下流側に配置されるバックアップローラー４２３Ｂに対向して、中間転写ベルト４２１の外周面側に配置される。中間転写ベルト４２１を挟んで、二次転写ローラー４２４がバックアップローラー４２３Ｂに圧接されることにより、中間転写ベルト４２１から用紙Ｓへトナー像を転写するための二次転写ニップが形成される。

一次転写ニップを中間転写ベルト４２１が通過する際、感光体ドラム４１３上のトナー像が中間転写ベルト４２１に順次重ねて一次転写される。具体的には、一次転写ローラー４２２に一次転写バイアスを印加し、中間転写ベルト４２１の裏面側、つまり一次転写ローラー４２２と当接する側にトナーと逆極性の電荷を付与することにより、トナー像は中間転写ベルト４２１に静電的に転写される。

その後、用紙Ｓが二次転写ニップを通過する際、中間転写ベルト４２１上のトナー像が用紙Ｓに二次転写される。具体的には、二次転写ローラー４２４に二次転写バイアスを印加し、用紙Ｓの裏面側、つまり二次転写ローラー４２４と当接する側にトナーと逆極性の電荷を付与することにより、トナー像は用紙Ｓに静電的に転写される。トナー像が転写された用紙Ｓは定着部６０に向けて搬送される。

ベルトクリーニング装置４２６は、二次転写後に中間転写ベルト４２１の表面に残留する転写残トナーを除去する。

定着部６０は、用紙Ｓの定着面、つまりトナー像が形成されている面側に配置される定着面側部材を有する上側定着部６０Ａ、用紙Ｓの裏面つまり定着面の反対の面側に配置される裏面側支持部材を有する下側定着部６０Ｂ、および加熱源等を備える。定着面側部材に裏面側支持部材が圧着されることにより、用紙Ｓを挟持して搬送する定着ニップが形成される。上側定着部６０Ａと下側定着部６０Ｂとの圧着／離間は、後述するニップ幅調整部６８により行われる。

定着部６０は、トナー像が二次転写され、搬送されてきた用紙Ｓを定着ニップで加熱、加圧することにより、用紙Ｓにトナー像を定着させる。定着部６０は、定着器Ｆ内にユニットとして配置される。定着部６０は、本発明の「定着装置」に対応する。

上側定着部６０Ａは、定着面側部材である無端状の定着ベルト６１、加熱ローラー６２および定着ローラー６３を有する。定着ベルト６１は、加熱ローラー６２と定着ローラー６３とによって張架されている。定着ベルト６１及び定着ローラー６３は、本発明の「第２定着部」に対応する。

下側定着部６０Ｂは、裏面側支持部材である加圧ローラー６４を有する。加圧ローラー６４は、定着ベルト６１との間で用紙Ｓを挟持して搬送する定着ニップを形成している。加圧ローラー６４は、本発明の「第１定着部」に対応する。

また、定着部６０には、暖気状態検出部７３が設けられている。暖気状態検出部７３は、定着部６０における暖気状態を検出する。暖気状態検出部７３は、定着部６０における定着温度を検出可能な温度センサーや、定着部６０における雰囲気温度を検出可能な温度センサーを含む。制御部１０１は、暖気状態検出部７３の検出結果に基づいて、定着部６０の温度を制御する。

用紙搬送部５０は、給紙部５１、排紙部５２、及び搬送経路部５３等を備える。給紙部５１を構成する３つの給紙トレイユニット５１ａ〜５１ｃには、坪量やサイズ等に基づいて識別された用紙Ｓ（規格用紙、特殊用紙）が予め設定された種類毎に収容される。搬送経路部５３は、レジストローラー対５３ａを含む複数の搬送ローラー対を有する。レジストローラー対５３ａが配設されたレジストローラー部は、用紙Ｓの傾きおよび片寄りを補正する。

給紙トレイユニット５１ａ〜５１ｃに収容されている用紙Ｓは、最上部から一枚ずつ送出され、搬送経路部５３により画像形成部４０に搬送される。画像形成部４０においては、中間転写ベルト４２１のトナー像が用紙Ｓの一方の面に一括して二次転写され、定着部６０において定着工程が施される。画像形成された用紙Ｓは、排紙ローラー５２ａを備えた排紙部５２により機外に排紙される。

また、定着部６０は、上側定着部６０Ａ及び下側定着部６０Ｂの他に、図２に示すように、第１モーター６５と、第２モーター６６と、回転速度検出部６７と、ニップ幅調整部６８とを有する。

第１モーター６５は、加圧ローラー６４を所望の回転速度で回転させるための駆動力を加圧ローラー６４に伝達する。第２モーター６６は、第１モーター６５よりも低いトルクの駆動力を定着ローラー６３に伝達する。

第２モーター６６は、好ましくは、制御部１０１の制御の下、上側定着部６０Ａと離間した状態において、下側定着部６０Ｂの回転速度が、加圧ローラー６４の回転速度付近の速度になるように一定トルクを発生させる。

ここで、上側定着部６０Ａと下側定着部６０Ｂとが離間した状態から、圧着した状態に遷移する際、第１モーター６５により回転する加圧ローラー６４に対して、回転していない定着ベルト６１及び定着ローラー６３を圧着させると、上側定着部６０Ａと下側定着部６０Ｂとをスムーズに圧着させることができない可能性がある。

そのため、本実施の形態においては、第２モーター６６により定着ベルト６１及び定着ローラー６３を回転させた状態で、上側定着部６０Ａと下側定着部６０Ｂとを圧着する。これにより、定着ベルト６１及び定着ローラー６３は、回転している状態で加圧ローラー６４に圧着されるため、上側定着部６０Ａと下側定着部６０Ｂとをスムーズに圧着させやすくなり、安定した圧着／離間動作を行うことができる。

また、第２モーター６６の駆動力は、第１モーター６５の駆動力よりもトルクが低いので、定着ベルト６１及び定着ローラー６３が加圧ローラー６４に圧着した後、定着ベルト６１及び定着ローラー６３は、加圧ローラー６４の回転に従動する。

定着ベルト６１および定着ローラー６３の回転速度は、回転速度検出部６７により検出される。回転速度検出部６７は、例えばエンコーダーである。制御部１０１は、回転速度検出部６７の検出結果から、定着ベルト６１および定着ローラー６３の回転速度を制御する。なお、回転速度検出部６７は、定着ベルト６１および定着ローラー６３の回転速度を検出可能なものであれば、どのようなものであっても良い。また、回転速度検出部６７として、エンコーダーが用いられる場合、例えば、単位をｒｐｍとする角速度が検出されるが、角速度に限定されず、例えば、ローラーの寸法等により周速度に換算できるその他のものや、周速度そのものが回転速度検出部６７により検出されても良い。

図３に示すように、ニップ幅調整部６８は、回転可能なカム６８Ａと、加圧ローラー６４の回転軸を定着ローラー６３側に向けて付勢する付勢部材６８Ｂとを有する。カム６８Ａは、不図示の駆動部により回転される。当該駆動部は、制御部１０１により駆動を制御される。付勢部材６８Ｂは、加圧ローラー６４を、定着ローラー６３側に直接又は間接に押圧することで付勢する。

ニップ幅調整部６８では、カム６８Ａが回転することで、付勢部材６８Ｂにより加圧ローラー６４の回転軸への押圧量が制御される。これにより、定着ローラー６３の回転軸と加圧ローラー６４の回転軸の軸間距離を調整される。加圧ローラー６４の表面はゴムで構成されているため、当該軸間距離が調整されることにより、定着ニップにおける加圧ローラー６４のつぶれ量、つまり、定着ニップのニップ幅が調整される。

［基準ニップ幅の設定］
画像形成装置１においては、様々な種類のメディアが用いられる。様々な種類のメディアとしては、坪量が異なるもの、表面にコーティングが塗布されたものと、塗布されていないもの、材質が異なるもの、封筒、エンボス紙等の紙種が異なるもの等が挙げられる。しかし、メディアによっては、定着ニップにおける適正なニップ幅が異なるので、様々なメディアに品質良く画像を定着するためには、メディアに応じてニップ幅を適正な幅に管理する必要がある。

例えば、厚紙に対しては、定着部６０における熱をしっかりと用紙に伝達するために、ニップ幅を広くすることが好ましい。それに対し、薄紙に対しては、大きな熱量を必要としないこと、及び、ニップ幅が広いと用紙に皺が発生しやすいことから、ニップ幅を狭くすることが好ましい。

このように用紙の種類毎に適正なニップ幅が異なることから、制御部１０１は、用紙の種類毎に、所定の基準ニップ幅になるようにニップ幅調整部６８を制御する。基準ニップ幅は、用紙の種類毎に予め定められた、定着不良が生じないようなニップ幅である。

記憶部７２には、用紙の種類毎に、基準ニップ幅が記憶されている。具体的に、記憶部７２には、用紙の種類毎に、基準ニップ幅に対応する軸間距離として、カム６８Ａの基準位置がそれぞれ記憶されている。カム６８Ａの基準位置は、定着ニップのニップ幅が基準ニップ幅となるように設定されている。制御部１０１が用紙の種類に応じてカム６８Ａの基準位置を記憶部７２から取得し、当該基準位置を用いてニップ幅調整部６８を制御する。これにより、用紙の種類に合わせて定着ニップの基準ニップ幅を適正な幅に設定することができる。

また、定着部６０が基準ニップ幅を記憶させた記憶部を有する構成であっても良い。基準ニップ幅、つまり、適正なニップ幅となる軸間距離としてのカム６８Ａの基準位置は、定着部６０におけるローラー部材の硬度やバネ圧等の個体バラツキに応じて決定される。そのため、例えばロードセルのような測定器で圧分布が一定になるように調整された調整値を、定着部６０の記憶部内に記憶させておく。これにより、定着部６０を交換した後でも、交換後の定着部６０の記憶部に記憶された基準ニップ幅を用いてニップ幅を調整することができるので、定着部６０の個体バラツキに応じたニップ幅に調整することができる。

［ニップ幅の調整制御について］
ところで、定着部６０における暖気状態の変化による、加圧ローラー６４等の定着部材の膨張度合いや、当該定着部材のへたり度合い等のメディア以外の条件によってニップ幅が変化する場合がある。

加圧ローラー６４の表面はゴムを含むため、定着のために加熱を繰り返され続けることにより、当該表面のゴム硬度が変化する。具体的には、図４に示すように、加熱積算時間が増加するにつれ、ゴム硬度が大きくなる。

図４に示す例では、加熱積算時間がＴ１は、加熱積算時間がＴ０から２０００時間後の時間である。定着ニップのニップ幅Ｗは、加熱積算時間がＴ０のときのゴム硬度であるＨ０をゴム硬度の初期値とした場合、加熱積算時間がＴ１のときのゴム硬度であるＨ１と、Ｈ０とを用いると、以下の式（１）のように表すことができる。式（１）におけるＷ０は、定着ニップのニップ幅の初期値であり、βは、ゴム硬度を定着ニップのニップ幅に換算するための補正係数である。

Ｗ＝Ｗ０×（Ｈ０／Ｈ１）×β・・・（１）

加熱積算時間が増えるにつれゴム硬度が大きくなることと、式（１）との関係を考慮すると、ニップ幅は経時的に狭くなっていく。これは、加圧ローラー６４のゴム硬度が大きくなることで、定着ローラー６３及び定着ベルト６１に対して加圧ローラー６４を、付勢部材６８Ｂを抗して押し返そうとする力が強くなり、軸間距離が広がるためである。

このようにニップ幅が変動してしまうと、定着部６０における定着性が低下したり、通紙の途中において、例えば薄紙に対して皺が生じたりするような定着不良が生じるという問題が生じる。

前述したように、加圧ローラー６４は、定着ベルト６１及び定着ローラー６３に押し付けられることで、つぶされた状態になるため、定着ベルト６１及び定着ローラー６３に押し付けられてない場合と比較すると、実質的に径が小さくなった状態となっている。そこで、加圧ローラー６４のゴム硬度の経時的な変化により軸間距離が広がると、実質的に、加圧ローラー６４の径は、経時的に大きくなる方向に変動していくものと考えられる。

このように、加圧ローラー６４の径が変動するにつれてニップ幅が変動し、基準ニップ幅から乖離する。ニップ幅と基準ニップ幅とが乖離することを抑制するためには、軸間距離を固定に維持すること、又は軸間距離を定量的に制御することが考えられるが、何れも現行構成からの変更が必要となり、工数及び費用を要するものである。そこで、本願の発明者は、ニップ幅と回転速度との対応関係、つまり、定着ニップのニップ幅が変動すると、加圧ローラー６４の回転に従動する定着ローラー６３及び定着ベルト６１の回転速度も変動することを見出した。具体的には、図５に示すように、定着ローラー６３及び定着ベルト６１の回転速度は、加圧ローラー６４の径が大きくなる、つまり、軸間距離が大きくなるにつれ速くなる。

図５によれば、定着ローラー６３及び定着ベルト６１の回転速度と軸間距離との関係は、下記式（２）のように表される。式（２）では、定着ローラー６３の半径をＲｂ、加圧ローラー６４の半径をＲ、加圧ローラー６４の回転速度をＶ０、定着ローラー６３及び定着ベルト６１の回転速度Ｖｂとしている。そのため、軸間距離はＲｂ＋Ｒで表され、基準ニップ幅である時の加圧ローラー６４の半径をＲｃとした場合は、Ｒｂ＋Ｒｃで表される。なお、図５に示す例では、加圧ローラー６４の変形量が定着ローラー６３及び定着ベルト６１の変形量と比較して過剰に大きいため、定着ローラー６３が変形しない、つまり、定着ローラー６３の半径であるＲｂが一定であると仮定した場合の、定着ローラー６３及び定着ベルト６１の回転速度を示している。
Ｖｂ＝Ｖ０／Ｒｂ×Ｒ・・・（２）

図５及び式（２）から、加圧ローラー６４の径の実質的な変動、つまり、加圧ローラー６４の回転軸と、定着ローラー６３の回転軸との軸間距離の変動により、回転速度Ｖｂが変動することがわかる。そして、軸間距離の変動につれてニップ幅が変動することから、ニップ幅の変動につれて回転速度Ｖｂが変動することがわかる。

そこで、制御部１０１は、回転速度検出部６７の検出結果に基づいてニップ幅が所定の基準ニップ幅になるようにニップ幅調整部６８を制御する。

例えば、基準ニップ幅である時の加圧ローラー６４の径がＲｃ、つまり、軸間距離がＲｂ＋Ｒｃであるとき、図５の場合、回転速度Ｖｂは基準回転速度であるＶｂｔとなる。しかし、軸間距離がＲｂ＋Ｒｃよりも広がって、ニップ幅が基準ニップ幅よりも狭くなっていると、回転速度Ｖｂは基準回転速度であるＶｂｔよりも大きくなる。つまり、回転速度検出部６７により、検出される回転速度Ｖｂが基準回転速度よりも大きな値になる。

そのため、制御部１０１は、回転速度Ｖｂが基準回転速度より速い場合、ニップ幅を広げるような制御を行う。具体的には、制御部１０１は、加圧ローラー６４を定着ベルト６１および定着ローラー６３側に近づけて、軸間距離を狭めることで回転速度検出部６７による回転速度Ｖｂが基準回転速度となるようにニップ幅調整部６８を制御する。これにより、定着ニップのニップ幅を所定の基準ニップ幅に容易に調整することができるので、ニップ幅の変動に起因した定着不良を抑制することができる。

なお、基準回転速度は、例えば、定着部６０が初期状態のときに、ニップ幅が基準ニップ幅となるようにカム６８Ａが基準位置に設定された際に測定された回転速度であり、記憶部７２等に記憶されている。初期状態とは、例えば、新規な画像形成装置１又は定着部６０の入荷時の状態や、新規な定着ローラー６３、加圧ローラー６４、又はその他の定着部６０内の部品の交換直後の状態をいう。また、初期状態におけるニップ幅（基準ニップ幅）は、用紙に定着不良等が生じないように最適な幅となっており、カム６８Ａの基準位置により担保される。

また、制御部１０１は、回転速度検出部６７による回転速度Ｖｂの検出を、用紙が定着ニップを通過しない期間である非通紙時に行う。通紙時に回転速度検出部６７により回転速度Ｖｂを検出した場合、定着ニップを通過する用紙等の外乱の影響により、正確な回転速度Ｖｂを検出することが困難であると考えられる。そのため、非通紙時に回転速度Ｖｂの検出を行うことにより、正確な回転速度Ｖｂを検出することができる。

また、制御部１０１は、暖気状態検出部７３の検出結果に応じて、基準ニップ幅を設定する。定着部６０が定着温度（例えば、１８０℃）に達し、かつ、定着部６０の雰囲気温度が所定温度（例えば、７０℃）に達していない時点での暖気状態（以下、「暖気前」という）と、定着部６０の雰囲気温度が所定温度に達している暖気状態（以下、「暖気後」という）とでは、同じ温調であっても定着性が異なる。そのため、暖気前と暖気後のそれぞれに適した基準ニップ幅とするように制御することで、暖気状態に適した定着を行うことができ、ひいては定着性を安定化させることができる。具体的に、制御部１０１は、定着温度を検出可能な温度センサーにより、定着ベルト６１の表面温度が定着温度に達したかを検出し、雰囲気温度を検出可能な温度センサーにより、定着ベルト６１又は定着ローラー６３付近の雰囲気温度が所定温度に達したかを検出する。

［基準ニップ幅の補正］
ところで、経時変化により、加圧ローラー６４のゴム硬度が大きくなってニップ幅が減少するので、軸間距離を狭める、つまり、加圧ローラー６４の押し付け力を大きくして、ニップ幅を広げる制御が行われる。しかし、加圧ローラー６４が硬くなっているため、基準ニップ幅までニップ幅を広げるには大きな力が必要となり、定着部材の耐久性等を考慮すると、かえって良くない場合がある。そのような場合は、加圧ローラー６４の押し付け力が適正に保たれるよう基準ニップ幅を補正する。

具体的には、制御部１０１は、加熱ローラー６２による加熱時間、及び、加圧ローラー６４と、定着ベルト６１及び定着ローラー６３との間において定着ニップが形成されるニップ時間の少なくとも一方に応じて、基準ニップ幅時の基準回転速度を補正するようにニップ幅調整部６８を制御する。加熱時間及びニップ時間の少なくとも一方が所定時間より大きくなった場合、制御部１０１は、基準ニップ幅を減少させるように、基準回転速度の補正を行う。この場合、後述するニップ幅調整制御においては、基準ニップ幅を補正後の基準ニップ幅とし、定着ローラー６３の回転速度が補正後の基準回転速度となるようにカム６８Ａの位置を制御する。これにより、加圧ローラー６４の押し付け力を適正に保つことができる。なお、所定時間は、例えば２０００時間など、定着部材の材質等に応じて適宜設定される。また、加熱時間やニップ時間は、定着部６０の初期状態から積算された積算時間である。

しかし、基準ニップ幅を減少させる補正を行った場合、定着不良が発生する可能性があるので、当該補正による変動分を補うために、制御部１０１は、基準ニップ幅の補正量に応じて、加熱ローラー６２における加熱量を補正する制御を行う。加熱ローラー６２は、本発明の「加熱部」に対応する。

具体的に、制御部１０１は、基準ニップ幅を減少させる補正を行った場合、加熱ローラー６２における加熱量を増大させるように当該加熱量を補正する。このようにすることで、基準ニップ幅の減少分が相殺されるので、加圧ローラー６４の押し付け力を適正に保ちつつ、ニップ幅の変動に起因した定着不良が発生することを抑制することができる。

［寿命判定］
ところで、定着ローラー６３の回転速度の変化量は、軸間距離の調整量に応じて変動することが確認されている。例えば、図６に示すように、加圧ローラー６４が所定のゴム硬度であるとき、軸間距離の調整量に対する定着ローラー６３の回転速度の変化量は一次直線的に増加する。すなわち、加圧ローラー６４のゴム硬度が一定である場合、軸間距離の調整量と、軸間距離の調整量に対する回転速度の変化量との比率αは一定となる。なお、比率αは、回転速度の変化ｄＹを軸間距離の調整量の変化ｄＸで割った商である。

しかし、加圧ローラー６４のゴム硬度が経時的に大きくなっていくと、定着ニップにおいて、加圧ローラー６４がつぶれにくくなるので、比率αが小さくなるものと考えられる。すなわち、経時的に比率αが減少していくものと考えられる。

具体的には、図７に示すように、比率αは、定着ニップにおける加熱積算時間が増えていくにつれ、減少していくことが確認されている。また、加圧ローラー６４の回転軸と、定着ローラー６３の回転軸との間の軸間距離の調整量には限界があることから、比率αがある程度小さくなると、定着ローラー６３の回転速度を所望の回転速度にすることができなくなるものと考えられる。

定着ローラー６３の回転速度を所望の回転速度にすることができないと、定着ニップのニップ幅を調整できなくなるので、加圧ローラー６４が寿命を迎えたものと考えることができる。そこで、制御部１０１は、軸間距離の調整量の履歴、及び、軸間距離の調整量に対する回転速度の変化量の履歴を、例えば記憶部７２等に保持させておき、当該履歴に応じて軸間距離の調整量と、軸間距離の調整量に対する定着ローラー６３の回転速度の変化量との比率αが所定値α１となった場合、加圧ローラー６４が寿命であると判定する。なお、所定値α１は、例えば、定着ローラー６３の径、加圧ローラー６４の径、カム６８Ａの寸法、カム６８Ａを駆動する駆動部等に応じて設定される。

このようにすることで、加圧ローラー６４の寿命の判定を迅速に行うことができるので、定着部６０の部品交換を適切なタイミングで行うことができるとともに、定着ニップのニップ幅の変動に起因した定着不良の発生を未然に防ぐことができる。

また、制御部１０１は、軸間距離の調整量が所定量を超えた場合、加圧ローラー６４が寿命であると判定しても良い。所定量は、例えば、軸間距離を調整可能な最大量等、適宜な値に設定される。また、制御部１０１は、比率αが所定値となった場合、定着ローラー６３の寿命である、又は、定着ローラー６３及び加圧ローラー６４の寿命であると判定しても良い。

また、制御部１０１は、加圧ローラー６４等が寿命であると判定した場合、その交換を促すための警報を出力するようにしても良い。具体的には、制御部１０１は、画像形成装置１の操作表示部２０等に、加圧ローラー６４が寿命であることを表示するように制御したり、画像形成装置１から警告音等を発生させるように制御する。このようにすることで、ユーザーが加圧ローラー６４の交換時期を容易に把握することができる。

次に、画像形成装置１における制御を実行するときの動作例について説明する。まず、定着ローラー６３における基準回転速度を測定する制御の動作例について説明する。図８は、定着ローラー６３における基準回転速度の測定制御を実行するときの動作例の一例を示すフローチャートである。図８における処理は、例えば、新規な画像形成装置１の入荷時の状態や、新規な定着ローラー６３、加圧ローラー６４、又はその他の定着部６０内の部品の交換直後の状態において、画像形成装置１の電源がＯＮにされたとき等に適宜実行される。

図８に示すように、制御部１０１は、定着部６０が駆動された後、ニップ幅調整部６８を制御して暖気前の基準ニップ幅に対応するカム６８Ａの基準位置に設定する（ステップＳ１０１）。次に、制御部１０１は、定着準備が完了したか否かについて判定する（ステップＳ１０２）。なお、定着準備の完了は、定着部６０が定着温度に達したことにより完了したと判定される。

判定の結果、定着準備が完了していない場合（ステップＳ１０２、ＮＯ）、ステップＳ１０２の処理が繰り返される。一方、定着準備が完了した場合（ステップＳ１０２、ＹＥＳ）、制御部１０１は、暖気前の基準回転速度を測定する（ステップＳ１０３）。次に、制御部１０１は、測定した暖気前の基準回転速度を記憶部７２に記憶させる（ステップＳ１０４）。

次に、制御部１０１は、ニップ幅調整部６８を制御して暖気後の基準ニップ幅に対応するカム６８Ａの基準位置に設定する（ステップＳ１０５）。次に、制御部１０１は、暖気が完了したか否かについて判定する（ステップＳ１０６）。なお、暖気の完了は、定着部６０の雰囲気温度が所定温度に達したことにより完了したと判定される。

判定の結果、暖気が完了していない場合（ステップＳ１０６、ＮＯ）、ステップＳ１０６の処理が繰り返される。一方、暖気が完了した場合（ステップＳ１０６、ＹＥＳ）、制御部１０１は、暖気後の基準回転速度を測定する（ステップＳ１０７）。次に、制御部１０１は、暖気後の基準回転速度を記憶部７２に記憶させる（ステップＳ１０８）。ステップＳ１０８の後、本制御は終了する。

次に、画像形成装置１におけるニップ幅調整制御の動作例について説明する。図９は、画像形成装置１におけるニップ幅調整制御を実行するときの動作例の一例を示すフローチャートである。図９における処理は、例えば、制御部１０１が印刷処理の実行指示を受け付けたとき等に実行される。

図９に示すように、制御部１０１は、暖気が完了したか否かについて判定する（ステップＳ２０１）。判定の結果、暖気が完了している場合（ステップＳ２０１、ＹＥＳ）、制御部１０１は、ニップ幅調整部６８を制御して暖気後の基準ニップ幅に対応するカム６８Ａの位置に設定する（ステップＳ２０２）。一方、暖気が完了していない場合（ステップＳ２０１、ＮＯ）、制御部１０１は、ニップ幅調整部６８を制御して暖気前の基準ニップ幅に対応するカム６８Ａの位置に設定する（ステップＳ２０３）。なお、ここでいうカム６８Ａの位置とは、記憶部７２に記憶されている位置をいい、初期状態においては、基準位置である。

次に、制御部１０１は、定着ローラー６３の回転速度を測定する（ステップＳ２０４）。次に、制御部１０１は、測定した回転速度が基準回転速度より大きいか否かについて判定する（ステップＳ２０５）。

判定の結果、回転速度が基準回転速度より大きい場合（ステップＳ２０５、ＹＥＳ）、制御部１０１は、軸間距離を狭めるようにカム６８Ａを回転させる（ステップＳ２０６）。具体的には、制御部１０１は、回転速度が基準回転速度に一致するまで、カム６８Ａを回転させて、カム６８Ａの位置を制御する。

一方、回転速度が基準回転速度以下である場合（ステップＳ２０５、ＮＯ）、制御部１０１は、回転速度が基準回転速度より小さいか否かについて判定する（ステップＳ２０７）。判定の結果、回転速度が基準回転速度より小さくない、つまり、回転速度が基準回転速度に等しい場合（ステップＳ２０７、ＮＯ）、軸間距離を変えることなく、処理はステップＳ２０９に遷移する。

一方、回転速度が基準回転速度より小さい場合（ステップＳ２０７、ＹＥＳ）、制御部１０１は、軸間距離を広げるようにカム６８Ａを回転させる（ステップＳ２０８）。具体的には、制御部１０１は、回転速度が基準回転速度に一致するまで、カム６８Ａを回転させて、カム６８Ａの位置を制御する。

次に、制御部１０１は、設定した基準ニップ幅に対応するカム６８Ａの位置を記憶部７２に記憶させる（ステップＳ２０９）。ステップＳ２０９の後、本制御は終了する。

以上のような本実施の形態によれば、回転速度検出部６７の検出結果に基づいて、定着ニップのニップ幅が基準ニップ幅になるようにニップ幅調整部６８を制御する。すなわち、これにより、定着部６０における暖気状態の変化による定着部材の膨張度合いや、定着部材のへたり等でニップ幅が変動しても、当該ニップ幅の変動を容易に検出して、ニップ幅を適正な幅に調整することができる。その結果、ニップ幅の変化に起因した定着不良を抑制することができる。

また、定着ベルト６１及び定着ローラー６３の回転速度を検出することにより、ニップ幅の変動を検出するので、比較的簡易な構成により、加圧ローラー６４の径の変動に起因したニップ幅の変動を検出することができる。

なお、上記実施の形態では、定着ベルト６１及び定着ローラー６３が加圧ローラー６４の回転に従動する構成であったが、本発明はこれに限定されず、加圧ローラー６４が定着ベルト６１及び定着ローラー６３に従動する構成であっても良い。

また、上記実施の形態では、定着ベルト６１と加圧ローラー６４とにより定着ニップを形成する構成であったが、本発明はこれに限定されず、定着ベルトを有さない、定着ローラー６３と加圧ローラー６４とにより定着ニップを形成する構成であっても良い。

また、上記実施の形態では、加熱部としての加熱ローラー６２を有する構成を例示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、定着ローラー６３が加熱部を有する構成であっても良い。

また、上記実施の形態では、定着ローラー６３の回転軸と、加圧ローラー６４の回転軸との軸間距離を調整することでニップ幅を調整していたが、本発明はこれに限定されない。例えば、ニップ幅調整部６８は、ニップ幅を調整できるものであれば、カム６８Ａ及び付勢部材６８Ｂを有する機構以外の機構であっても良いし、また、軸間距離を調整しないものであっても良い。

その他、上記実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１ 画像形成装置
６０ 定着部
６１ 定着ベルト
６２ 加熱ローラー
６３ 定着ローラー
６４ 加圧ローラー
６５ 第１モーター
６６ 第２モーター
６７ 回転速度検出部
６８ ニップ幅調整部
７３ 暖気状態検出部
１０１ 制御部

Claims (20)

1. 定着ニップを通過する用紙にトナー像を定着させる定着装置であって、
   第１の駆動力が伝達されて回転する第１定着部と、
   前記第１定着部との間で前記定着ニップを形成し、前記第１定着部の回転により従動回転する第２定着部と、
   前記定着ニップのニップ幅を調整可能なニップ幅調整部と、
   前記第２定着部の回転速度を検出する回転速度検出部と、
   前記回転速度検出部による検出結果に基づいて、前記ニップ幅が所定の基準ニップ幅になるように前記ニップ幅調整部を制御する制御部と、
   を備える定着装置。
2. 前記制御部は、前記回転速度が前記基準ニップ幅時の基準回転速度となるように前記ニップ幅調整部を制御する、
   請求項１に記載の定着装置。
3. 前記基準ニップ幅時の前記基準回転速度を記憶する記憶部を備える、
   請求項２に記載の定着装置。
4. 前記基準ニップ幅は、前記用紙の種類毎に定められる、
   請求項３に記載の定着装置。
5. 前記定着装置における暖気状態を検出する暖気状態検出部を備え、
   前記制御部は、前記暖気状態検出部の検出結果に応じて、前記基準ニップ幅を設定する、
   請求項４に記載の定着装置。
6. 前記基準ニップ幅は、前記第１定着部及び前記第２定着部の初期状態における前記定着ニップのニップ幅であり、
   前記制御部は、前記基準ニップ幅時の基準回転速度として、前記初期状態において前記第２定着部の回転速度を検出するように前記回転速度検出部を制御する、
   請求項１〜５の何れか１項に記載の定着装置。
7. 前記初期状態とは、前記定着装置の入荷時の状態、または、前記第１定着部および前記第２定着部の少なくとも１つの交換直後の状態である、
   請求項６に記載の定着装置。
8. 前記ニップ幅調整部は、前記第１定着部と前記第２定着部との相対距離を調整することで前記ニップ幅を調整する、
   請求項１〜７の何れか１項に記載の定着装置。
9. 前記第１定着部及び前記第２定着部は、それぞれ回転軸を有するローラー部材を含み、
   前記相対距離は、前記第１定着部及び前記第２定着部のそれぞれのローラー部材の回転軸間の軸間距離である、
   請求項８に記載の定着装置。
10. 前記制御部は、前記相対距離の調整量が所定量を超えた場合、前記第１定着部及び前記第２定着部の少なくとも一方が寿命であると判定する、
    請求項８または請求項９に記載の定着装置。
11. 前記制御部は、前記相対距離の調整量と、前記相対距離の調整量に対する前記第２定着部の回転速度の変化量との比率が所定値以下となった場合、前記第１定着部及び前記第２定着部の少なくとも一方が寿命であると判定する、
    請求項８〜１０の何れか１項に記載の定着装置。
12. 前記基準ニップ幅時の前記基準回転速度を記憶する記憶部を備え、
    前記記憶部は、前記相対距離の調整量の履歴と、前記相対距離の調整量に対する回転速度の変化量の履歴とを記憶する、
    請求項１１に記載の定着装置。
13. 前記制御部は、前記第１定着部及び前記第２定着部の何れかが寿命であると判定した場合、その交換を促すための警報を出力する、
    請求項１０〜１２の何れか１項に記載の定着装置。
14. 前記第１定着部及び前記第２定着部の何れか一方を加熱する加熱部を備え、
    前記制御部は、
    前記加熱部による加熱時間、及び、前記第１定着部と前記第２定着部との間において定着ニップが形成されるニップ時間の少なくとも一方に応じて、前記基準ニップ幅を補正し、補正後の前記基準ニップ幅を前記基準ニップ幅とするように前記ニップ幅調整部を制御する、
    請求項１〜１３の何れか１項に記載の定着装置。
15. 前記制御部は、補正後の前記基準ニップ幅に応じて、前記加熱部における加熱量を調整する、
    請求項１４に記載の定着装置。
16. 前記第２定着部には、前記第１の駆動力よりもトルクが低い第２の駆動力が伝達可能である、
    請求項１〜１５の何れか１項に記載の定着装置。
17. 前記制御部は、前記ニップ幅調整部を制御して前記第１定着部と前記第２定着部とが離間した状態から圧着した状態に遷移させる際、前記第２定着部に前記第２の駆動力が伝達されている状態で遷移させる、
    請求項１６に記載の定着装置。
18. 前記回転速度検出部は、前記用紙が前記定着ニップを通過しない期間に前記第２定着部の回転速度の検出を行い、
    前記制御部は、前記用紙が前記定着ニップを通過しない期間に前記ニップ幅調整部の制御を行う、
    請求項１〜１７の何れか１項に記載の定着装置。
19. 前記ニップ幅調整部は、回転可能なカム部材と、前記第２定着部を前記第１定着部側に向けて付勢し、前記カム部材の回転によって前記第２定着部への付勢量を調整可能な付勢部材とからなる、
    請求項１〜１８の何れか１項に記載の定着装置。
20. 第１の駆動力が伝達されて回転する第１定着部と、
    前記第１定着部との間で定着ニップを形成し、前記第１定着部の回転により従動回転する第２定着部と、
    前記定着ニップのニップ幅を調整可能なニップ幅調整部と、
    前記第２定着部の回転速度を検出する回転速度検出部と、
    前記回転速度検出部による検出結果に基づいて、前記ニップ幅が所定の基準ニップ幅になるように前記ニップ幅調整部を制御する制御部と、
    を備える画像形成装置。

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