JP2021196500A - 定着装置およびそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着ベルトの回転速度および蛇行を両方とも補正する。【解決手段】定着装置は、位置認識用のパターンが表面に設けられた被加熱回転体と、加熱部と、加圧回転体と、加圧回転体を被加熱回転体に押圧する押圧機構と、加圧回転体を回転駆動する駆動部と、位置認識部と、回転状態判断部と、駆動制御部と、押圧制御部と、を備える。位置認識部は、上記パターンに含まれる特定箇所の位置を規定周期で認識する。回転状態判断部は、規定周期ごとに認識された特定箇所の位置に基づいて、被加熱回転体の回転速度の変化と蛇行状態とを判断する。駆動制御部は、被加熱回転体の回転速度の変化に基づいて、駆動部を制御する。押圧制御部は、被加熱回転体の蛇行状態に基づいて、押圧機構を制御して、加圧回転体の回転軸方向の両端部に付加する押圧力を相対的に変化させる。【選択図】図７

Description

本発明は、例えば複写機、プリンター、ファクシミリ、それらの複合機等の画像形成装置に用いられる定着装置と、その定着装置を備えた画像形成装置とに関する。

従来から、複写機等の画像形成装置において、定着装置が広く用いられている。定着装置は、記録媒体としての用紙上の未定着トナー像を、加熱および加圧によって溶融定着させる。このような定着装置として、例えば、加熱される無端状の定着ベルト（被加熱回転体）と、加圧ローラー（加圧回転体）とを圧接して定着ニップ部を形成し、定着ニップ部にて未定着トナー像を用紙に定着させる構成が知られている（例えば特許文献１、２参照）。

特開２００２−３１１７４４号公報 特開２００８−２９８８７７号公報

ところで、定着ベルトは加熱によって膨張し、定着ベルトの周長は加熱温度によって変化する。加圧ローラーの回転数が一定である場合、定着ベルトの周長が変化すると、定着ベルトの回転速度が変化する。また、加圧ローラーの回転数が一定である場合に、定着ベルトの熱により加圧ローラーが膨張し、加圧ローラーの周長が変化すると、加圧ローラーの回転速度（周速）が変化する。このため、定着ベルトと加圧ローラーとの間の定着ニップ部を通過する用紙の搬送速度が変化する。したがって、加熱によって定着ベルトの周長が変化したり、加圧ローラーの回転速度が変化しても、定着ニップ部を通過する用紙の搬送速度が一定となるように、定着ベルトの回転速度を補正することが必要となる。

また、定着ベルトは、回転に伴って軸線方向（ベルト幅方向）に蛇行する場合がある。定着ベルトのベルト幅方向の端部には、定着ベルトの蛇行を規制するリブ（寄り止め）が設けられているが、定着ベルトの蛇行が繰り返され、定着ベルトを内側から支持するガイドへのリブの接触が繰り返されると、リブひいては定着ベルトが破損するおそれがある。このため、定着ベルトの蛇行を補正することが望まれる。

定着ベルトの回転速度および蛇行を両方とも補正する技術については、特許文献１および２も含めて未だ提案されていない。

本発明は、上記問題点に鑑み、定着ベルトの回転速度および蛇行を両方とも補正することができる定着装置と、その定着装置を備えた画像形成装置とを提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る定着装置は、位置認識用のパターンが表面に設けられた被加熱回転体と、前記被加熱回転体を加熱する加熱部と、前記被加熱回転体に圧接され、前記被加熱回転体との間で、記録媒体上の未定着トナー像を溶融定着する定着ニップ部を形成する加圧回転体と、前記加圧回転体を前記被加熱回転体に押圧する押圧機構と、前記加圧回転体を回転駆動する駆動部と、前記パターンに含まれる特定箇所の位置を規定周期で認識する位置認識部と、前記規定周期ごとに認識された前記特定箇所の位置に基づいて、前記被加熱回転体の回転速度の変化と蛇行状態とを判断する回転状態判断部と、前記被加熱回転体の回転速度の変化に基づいて、前記駆動部を制御する駆動制御部と、前記被加熱回転体の蛇行状態に基づいて、前記押圧機構を制御して、前記加圧回転体の回転軸方向の両端部に付加する押圧力を相対的に変化させる押圧制御部と、を備えている。

上記の構成によれば、定着ベルトの回転速度および蛇行を両方とも補正することができる。

本発明の一実施形態に係る定着装置が搭載される画像形成装置の内部構造を示す概略断面図である。 上記定着装置の概略の構成を示す断面図である。 上記定着装置の定着ベルトの概略の構成を示す断面図である。 上記定着ベルトの側面図である。 上記定着ベルトおよび上記定着ベルトに圧接される加圧ローラーの平面図である。 上記定着装置の制御系の概略の構成を示すブロック図である。 上記定着ベルトの回転状態に基づいて駆動部および押圧機構を制御する動作の流れを示すフローチャートである。 任意のタイミングで撮影された、上記定着ベルトの表面のパターンの画像の一例を示す説明図である。 規定周期で連続して取得された上記パターンの複数の画像のバリエーションを模式的に示す説明図である。

〔１．画像形成装置の構成〕
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る定着装置１３が搭載される画像形成装置１００の内部構造を示す概略断面図である。画像形成装置１００（ここでは例えばカラープリンター）の本体内には、４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、ＰｃおよびＰｄが、一方向に順に（図１では左側から右側に向かって）配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（シアン、マゼンタ、イエローおよびブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像および転写の各工程によりシアン、マゼンタ、イエローおよびブラックの画像を順次形成する。

これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム（像担持体）１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄが配設されている。さらに、図１において反時計回り方向に回転する中間転写ベルト８が、各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄに隣接して設けられている。これらの感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像は、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに当接しながら移動する中間転写ベルト８上に順次一次転写されて重畳される。その後、中間転写ベルト８上に一次転写されたトナー像は、二次転写ローラー９により、記録媒体の一例としての用紙Ｓ上に二次転写される。上記用紙Ｓは、定着装置１３においてトナー像が定着された後、画像形成装置１００の本体から排出される。メインモーター（図示せず）により感光体ドラム１ａ〜１ｄを図１において時計回り方向に回転させながら、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに対する画像形成プロセスが実行される。

トナー像が二次転写される用紙Ｓは、画像形成装置１００の本体下部に配置された用紙カセット１６内に収容されている。用紙カセット１６内の用紙Ｓは、給紙ローラー１２ａおよびレジストローラー対１２ｂを介して、二次転写ローラー９と中間転写ベルト８の駆動ローラー１１とのニップ部へと搬送される。中間転写ベルト８には、誘電体樹脂製のシートが用いられ、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが主に用いられる。二次転写ローラー９の下流側には、中間転写ベルト８の表面に残存するトナー等を除去するためのブレード状のベルトクリーナー１９が配置されている。

次に、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄについて説明する。回転可能に配設された感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲および下方には、感光体ドラム１ａ〜１ｄを帯電させる帯電装置２ａ、２ｂ、２ｃおよび２ｄと、各感光体ドラム１ａ〜１ｄを画像データに基づいて露光する露光装置５と、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にトナー像を形成する現像装置３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に残留した現像剤（トナー）等を除去するクリーニング装置７ａ、７ｂ、７ｃおよび７ｄとが設けられている。

パソコン等の上位装置から画像データが入力されると、先ず、帯電装置２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面が一様に帯電される。次いで露光装置５により、各感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に画像データに応じて光が照射され、これによって各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像データに応じた静電潜像が形成される。現像装置３ａ〜３ｄには、それぞれシアン、マゼンタ、イエローおよびブラックの各色のトナーを含む現像剤（例えば二成分現像剤）が所定量充填されている。現像剤中のトナーは、現像装置３ａ〜３ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に供給され、静電的に付着する。これにより、露光装置５からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。なお、各現像装置３ａ〜３ｄ内に充填された二成分現像剤中のトナーの割合が、上記トナー像の形成によって規定値を下回った場合には、トナーコンテナ４ａ〜４ｄから各現像装置３ａ〜３ｄにトナーが補給される。

一次転写ローラー６ａ〜６ｄにより、一次転写ローラー６ａ〜６ｄと感光体ドラム１ａ〜１ｄとの間に所定の転写電圧で電界が付与されると、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のシアン、マゼンタ、イエローおよびブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に一次転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、一次転写後に感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナー等が、クリーニング装置７ａ〜７ｄによって除去される。

中間転写ベルト８は、上流側の従動ローラー１０と、下流側の駆動ローラー１１とに掛け渡されている。ベルト駆動モーター（図示せず）による駆動ローラー１１の回転に伴い、中間転写ベルト８が反時計回り方向に回転を開始すると、用紙Ｓがレジストローラー対１２ｂから所定のタイミングで駆動ローラー１１と二次転写ローラー９とのニップ部（二次転写ニップ部）へ搬送される。そして、上記ニップ部において、中間転写ベルト８上のフルカラー画像が用紙Ｓ上に二次転写される。トナー像が二次転写された用紙Ｓは、定着装置１３へと搬送される。

定着装置１３に搬送された用紙Ｓは、定着ベルト２１および加圧ローラー２２（図２参照）によって加熱および加圧される。これにより、トナー像が用紙Ｓの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された用紙Ｓは、複数方向に分岐した分岐部１４によって搬送方向が振り分けられ、そのまま（あるいは、両面搬送路１８に送られて両面に画像が形成された後に）、排出ローラー対１５によって排出トレイ１７に排出される。

〔２．定着装置の構成〕
図２は、上記した定着装置１３の概略の構成を示す断面図である。なお、図２の上方が定着装置１３に対する用紙挿通方向（搬送方向）の下流側であり、下方が定着装置１３に対する用紙挿通方向の上流側である。定着装置１３は、定着ベルト２１（被加熱回転体）と、加圧ローラー２２（加圧回転体）と、加熱部２３と、ニップ形成部材２４と、ベルトガイド２５と、フレーム部材２６と、押圧機構３０と、を備える。

定着ベルト２１は、定着装置１３の筐体部（図示せず）に、水平な軸芯回りに回転可能に支持される。定着ベルト２１は、無端状であって、例えば外径２０ｍｍ〜５０ｍｍの円筒形状で構成され、加圧ローラー２２とほぼ同じ軸線方向長さ（用紙Ｓの幅方向長さ）を有する。定着ベルト２１は、記録媒体である用紙Ｓの搬送方向に沿って図２の反時計回り方向に回転する。なお、定着ベルト２１の回転方向を、ここでは周方向とも称する。

図３は、定着ベルト２１の概略の構成を示す断面図である。定着ベルト２１は、基材層である発熱層２１ａの外周側に、弾性層２１ｂと、離型層２１ｃとが内側からこの順で設けられた積層構造を有する。発熱層２１ａは、例えば厚さ３０μｍ〜５０μｍのニッケル等の金属製フィルムや、例えば銅、銀、アルミニウム等の金属粉末を混入した厚さ５０μｍ〜１００μｍのポリイミドフィルムで構成される。弾性層２１ｂは、例えば厚さ１００μｍ〜５００μｍのシリコンゴム等で構成される。離型層２１ｃは、例えば厚さ３０μｍ〜５０μｍのＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）等のフッ素系樹脂で構成される。

図４は、定着ベルト２１の側面図である。定着ベルト２１は、位置認識用のパターンＰＴを表面に有している。パターンＰＴは、定着ベルト２１の表面において、回転の中心軸となる軸線ＡＸ１の方向（ベルト幅方向）の一端部に設けられている。パターンＰＴは、後述する位置認識部５２としての画像センサー５２ａによって撮影される。これにより、パターンＰＴの画像が取得される。取得されたパターンＰＴの画像は、後述する回転状態判断部６０ｂが定着ベルト２１の回転速度の変化および蛇行状態を判断する際に利用される。

パターンＰＴは、ここでは、ベルト幅方向に対して傾斜する方向に延びる直線状の突起または溝が、定着ベルト２１の周方向に等間隔に並んで形成されている。なお、パターンＰＴは、突起または溝が周方向に規則正しく並ぶパターンには限定されず、周方向にランダムに並ぶパターンであってもよい。また、パターンＰＴは、直線状の突起または溝には限定されず、例えばサンドブラスト加工によって表面が粗面化されたパターンであってもよい。

図２に示すように、加圧ローラー２２は、定着装置１３の筐体部に、水平な軸芯回りに回転可能に支持される。加圧ローラー２２は円柱形状であり、定着ベルト２１とほぼ同じ軸線方向長さ（用紙Ｓの幅方向長さ）を有する。

加圧ローラー２２は、芯金２２ａの外周側に弾性層および離型層がこの順で積層された積層構造を有する。芯金２２ａは、例えば直径２０ｍｍ程度のアルミニウム等の金属で構成される。芯金２２ａは、弾性層および離型層よりも軸方向に長い。弾性層は、例えば厚さ８ｍｍ程度のシリコンゴム等で構成される。離型層は、例えば厚さ１０μｍ〜５０μｍ程度のＰＦＡ等のフッ素系樹脂で構成される。

加圧ローラー２２には、押圧機構３０により、定着ベルト２１に向けて所定の圧力が付与される。加圧ローラー２２の外周面は、定着ベルト２１を介してニップ形成部材２４を押圧することにより、定着ベルト２１の外周面に圧接されて定着ニップ部Ｎを形成する。つまり、加圧ローラー２２は、定着ベルト２１に圧接され、定着ベルト２１との間で、用紙Ｓ上の未定着トナー像ＩＭを溶融定着する定着ニップ部Ｎを形成する。

加圧ローラー２２は、後述する駆動部４１（図６参照）により、時計回り方向に回転する。加圧ローラー２２は、定着ベルト２１の外周面に接触し、定着ベルト２１に反時計回り方向の回転駆動力を付与する。これにより、定着ベルト２１を従動回転させることができる。

加熱部２３は、定着ベルト２１に対して加圧ローラー２２が配置された側とは反対側の領域に、所定の間隙を隔てて定着ベルト２１の外周面に対向配置される。加熱部２３は、定着ベルト２１の軸線方向に沿って、定着ベルト２１よりもやや長く延びる。加熱部２３は、定着ベルト２１の発熱層２１ａを誘導加熱によって発熱させることで、定着ベルト２１を加熱する。

加熱部２３は、励磁コイル２３ａと、不図示の保持部材、コア等と、を備える。励磁コイル２３ａおよびコアは、保持部材によって所定位置に保持される。励磁コイル２３ａは、複数本の導線を束ねたリッツ線で構成され、定着ベルト２１の軸線方向に沿って延びるように巻き回されている。励磁コイル２３ａは、定着ベルト２１の周方向において、定着ベルト２１の外周面に沿って円弧形状に構成される。

ニップ形成部材２４は、定着ベルト２１を隔てて加圧ローラー２２と対向して定着ベルト２１の内側に配置される。ニップ形成部材２４は、定着ベルト２１の内周面に接触し、定着ベルト２１と加圧ローラー２２との間に定着ニップ部Ｎを形成する。

ニップ形成部材２４は、定着ベルト２１の軸線方向に沿って、定着ベルト２１とほぼ同じ長さで延びる略直方体形状を有する。ニップ形成部材２４は、例えばアルミニウム等の金属や、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂で構成される基材を有する。ニップ形成部材２４は、当該基材の定着ベルト２１との対向側に、例えばエラストマー、シリコンゴム等で構成される弾性層を有する構成であってもよい。さらに、ニップ形成部材２４は、定着ベルト２１との対向領域に、例えばＰＦＡ等のフッ素系樹脂で構成されたシート材（離型層）を有する。シート材は、定着ニップ部Ｎにおいて定着ベルト２１の内周面に接触し、定着ニップ部Ｎよりも定着ベルト２１の回転方向上流側および下流側の、定着ベルト２１とは接触しない領域まで延びる。

ベルトガイド２５は、定着ベルト２１を隔てて加熱部２３と対向して定着ベルト２１の内側に配置される。ベルトガイド２５は、定着ニップ部Ｎ以外の定着ベルト２１の内周面に接触し、定着ベルト２１を内側から支持する。ベルトガイド２５は、定着ベルト２１の軸線方向に沿って、定着ベルト２１よりも短い長さで延びる板金で構成される。定着ベルト２１の軸線方向の両端にはリブ（不図示）が設けられており、定着ベルト２１の軸線方向の変位量（蛇行量）が規定値を超えると、ベルトガイド２５にリブが当たることで定着ベルト２１の蛇行が規制される。ベルトガイド２５は、例えば厚さ０．１ｍｍ〜０．５ｍｍのＳＵＳ４３０等の弾性を有する磁性金属で構成される。ベルトガイド２５は、接触部２５ａおよび接続部２５ｂを備える。

接触部２５ａは、定着ベルト２１の径方向中心部に対して、定着ニップ部Ｎとは反対側に配置される。接触部２５ａは、定着ベルト２１の内周面に沿って円弧状に湾曲する。接触部２５ａは、外周面のほぼ全域に亘って定着ベルト２１の内周面に接触する。接触部２５ａは、定着ベルト２１を隔てて励磁コイル２３ａと対向する。

接続部２５ｂは、定着ベルト２１の回転方向に対して接触部２５ａの下流側に配置される。接続部２５ｂは、接触部２５ａの周方向一端部に連結される。接続部２５ｂは、接触部２５ａの周方向一端部から定着ベルト２１の径方向内側に向かって屈曲して延び、さらにフレーム部材２６に隣接して定着ニップ部Ｎに向かって屈曲する。接続部２５ｂは、定着ベルト２１と接触しない。

フレーム部材２６は、定着ベルト２１の径方向略中心部であって、ベルトガイド２５の接触部２５ａと、ニップ形成部材２４との間に配置される。フレーム部材２６は、定着ベルト２１の軸線方向に沿って、定着ベルト２１よりもやや長く延びる。

フレーム部材２６は、ニップ形成部材２４およびベルトガイド２５を保持する。ニップ形成部材２４は、フレーム部材２６の、定着ニップ部Ｎと対向するニップ側壁部２６ａに固定される。ベルトガイド２５の接続部２５ｂは、フレーム部材２６の、定着ニップ部Ｎの定着ベルト２１の回転方向上流側の側壁部２６ｂに固定される。

定着ニップ部Ｎに対して用紙搬送方向の下流側（図２の上側）には、セパレーター２９が配置される。セパレーター２９は、定着ニップ部Ｎを通過した用紙Ｓを定着ベルト２１の外周面から分離する。

押圧機構３０は、加圧ローラー２２を定着ベルト２１に押圧する機構である。この押圧機構３０は、棒状の押圧レバー３１と、押圧力付与部３２とを有して構成される。押圧レバー３１は、支軸３１ｓの軸方向の両端部に設けられる。支軸３１ｓは、加圧ローラー２２の回転軸（芯金２２ａの中心軸）と平行に延び、加圧ローラー２２と離間して位置する。押圧レバー３１の一方の端部（図２では下端部）３１ａは、支軸３１ｓと摺動して回動可能に接続されている。したがって、押圧レバー３１は、支軸３１ｓを中心に回動する。また、押圧レバー３１は、一方の端部３１ａと、他方の端部（図２では上端部）３１ｂとの間で、芯金２２ａと接触する。

押圧力付与部３２は、押圧レバー３１に押圧力を付与する。つまり、押圧力付与部３２は、押圧レバー３１の他方の端部３１ｂを押圧して、押圧レバー３１を芯金２２ａの方向に押し付ける。このような押圧力付与部３２は、ばねと、ばねを押圧レバー３１の方向に押し込む押圧部等を有して構成される。ばねの押し込み量は調整可能となっており、これによって、押圧力付与部３２による押圧レバー３１の押圧力（荷重）を調整することが可能となっている。押圧レバー３１は、押圧力付与部３２から付与される押圧力により、支軸３１ａを中心に図２の反時計回り方向に回動する。これにより、加圧ローラー２２を定着ベルト２１に向けて押圧することができる。

図５は、定着ベルト２１および加圧ローラー２２の平面図である。加圧ローラー２２の回転軸ＡＸ２が延びる方向（軸方向）において、加圧ローラー２２の芯金２２ａの一方の端部を２２Ｅ１とし、他方の端部を２２Ｅ２とする。押圧レバー３１および押圧力付与部３２は、加圧ローラー２２の端部２２Ｅ１および２２Ｅ２のそれぞれに対応して２つずつ設けられている。これにより、各押圧レバー３１に対する押圧力を各押圧力付与部３２で個別に設定または調整して、加圧ローラー２２の端部２２Ｅ１および２２Ｅ２のそれぞれに付加する押圧力を個別に設定または調整することが可能となっている。

また、定着装置１３は、定着ベルト２１の回転周期を検出する構成を備える。例えば、定着ベルト２１の周方向の一部に反射部材（例えばアルミニウム箔）を設け、発光部から定着ベルト２１に向かって光（例えば赤外光）を照射し、反射部材で反射された光を受光部で受光するようにすれば、受光部での光の受光周期から、定着ベルト２１の回転周期を求めることができる。通常、後述する制御装置６０の駆動制御部６０ｃ（図６参照）により、上記回転周期が一定となるように駆動部４１が制御されるが、加熱による定着ベルト２１の周長の変化によって定着ベルト２１の回転速度が変化した場合には、定着ベルト２１の回転速度を補正するための後述の制御が行われる。

〔３．定着装置の制御系について〕
図６は、定着装置１３の制御系の概略の構成を示すブロック図である。定着装置１３は、上述の構成に加えて、駆動部４１と、照明部５１と、位置認識部５２と、制御装置６０と、を備えている。駆動部４１は、モーター、ギア列等を含んで構成され、加圧ローラー２２を回転駆動する。加圧ローラー２２は、上記モーター等から動力を得て回転する。

位置認識部５２は、定着ベルト２１の表面に設けられたパターンＰＴを規定周期で認識するとともに、パターンＰＴに含まれる特定箇所の位置を規定周期で認識する。このような位置認識部５２は、パターンＰＴを撮影して画像を取得し、取得した画像からパターンＰＴの特定箇所の位置を認識する画像センサー５２ａで構成されている。

なお、上記の規定周期としては、例えば定着ベルト２１の上記回転周期よりも短い微小周期を考えることができる。この場合、定着ベルト２１が１周する間に、位置認識部５２によるパターンＰＴの特定箇所の位置認識が複数回行われる。

位置認識部５２（画像センサー５２ａ）は、図２に示すように、例えば定着ベルト２１の上方に位置しているが、定着ベルト２１のパターンＰＴを撮影できる位置であればよく、設置位置は定着ベルト２１の上方には限定されない。

照明部５１は、定着ベルト２１、特に、定着ベルト２１の表面に設けられたパターンＰＴを照明する。このような照明部５１は、可視光（例えば白色光）を出射するＬＥＤ（発光ダイオード）で構成され、位置認識部５２の近傍に位置している。照明部５１によってパターンＰＴを照明することにより、位置認識部５２の画像センサー５２ａは、明るいパターンＰＴを撮影して、パターンＰＴが明確に映った画像を取得することができる。これにより、画像センサー５２は、取得した画像からパターンＰＴの特定箇所の位置を精度よく認識することが可能となる。

なお、照明部５１の設置を省略することも勿論可能であるが、通常、画像形成装置１００の本体内は暗いため、照明部５１を設けて、画像センサー５２ａによる明るいパターンＰＴの撮影を可能にすることが望ましい。

図６に示す制御装置６０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）とメモリとを含んで構成される。具体的には、制御装置６０は、主制御部６０ａと、回転状態判断部６０ｂと、駆動制御部６０ｃと、押圧制御部６０ｄと、記憶部６０ｅと、を有する。主制御部６０ａ、回転状態判断部６０ｂ、駆動制御部６０ｃ、および押圧制御部６０ｄは、同一のＣＰＵで構成されてもよいし、別々のＣＰＵで構成されてもよい。

主制御部６０ａは、定着装置１３をはじめ、画像形成装置１００の各部の動作を制御する。また、主制御部６０ａは、定着装置１３の内部に設けられた赤外線センサー（不図示）で検知された定着ベルト２１の温度に基づいて、加熱部２３を制御する。これにより、定着ベルト２１の温度を、定着に好適な所定の温度範囲に収まるように制御することができる。

回転状態判断部６０ｂは、規定周期ごとに認識される特定箇所の位置に基づいて、定着ベルト２１の回転速度の変化と蛇行状態とを回転状態として判断する。なお、回転状態の具体的な判断手法の詳細については後述する。

駆動制御部６０ｃは、回転状態判断部６０ｂで判断された定着ベルト２１の回転速度の変化に基づいて、駆動部４１を制御し、加圧ローラー２２の回転を制御する。これにより、加圧ローラー２２の回転によって従動回転する定着ベルト２１の回転を間接的に制御することができる。

押圧制御部６０ｄは、回転状態判断部６０ｂで判断された定着ベルト２１の蛇行状態に基づいて、押圧機構３０を制御して、加圧ローラー２２の回転軸ＡＸ２の方向の両方の端部２２Ｅ１、２２Ｅ２（図５参照）に付加する押圧力を相対的に変化させる。例えば、図５において、加圧ローラー２２の端部２２Ｅ２よりも端部２２Ｅ１に対する押圧力を高くすると、加圧ローラー２２と圧接された定着ベルト２１は、軸線ＡＸ１方向において、押圧力のより高い側（図５のＡ方向）に移動する。逆に、加圧ローラー２２の端部２２Ｅ１よりも端部２２Ｅ２に対する押圧力を高くすると、定着ベルト２１は軸線ＡＸ１方向において、押圧力の高い側（図５のＡ’方向）に移動する。したがって、押圧機構３０によって加圧ローラー２２の端部２２Ｅ１、２２Ｅ２に対する押圧力を相対的に変化させることにより、定着ベルト２１を軸線ＡＸ１の方向に変位させることができ、これによって定着ベルト２１の蛇行を補正することが可能となる。

記憶部６０ｅは、制御装置６０の動作プログラムを記憶するとともに、各種の情報を記憶するメモリであり、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、不揮発性メモリなどを含んで構成される。記憶部６０ｅに記憶される情報には、画像センサー５２ａで取得された画像のデータも含まれる。

〔４．定着ベルトの回転状態に基づく駆動部および押圧機構の制御について〕
次に、本実施形態における定着ベルト２１の回転状態に基づく駆動部４１および押圧機構３０の制御について説明する。図７は、定着ベルト２１の回転状態に基づいて駆動部４１および押圧機構３０を制御する動作の流れを示すフローチャートである。

まず、制御装置６０の駆動制御部６０ｃ（図６参照）は、駆動部４１を制御して、加圧ローラー２２を図２で時計回り方向に回転させる（Ｓ１）。これにより、加圧ローラー２２が圧接される定着ベルト２１が、図２で反時計回り方向に回転する（Ｓ２）。なお、駆動制御部６０ｃによる加圧ローラー２２の回転開始のタイミングは、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄでの画像形成動作に応じて決まるタイミングで適切に制御される。

続いて、主制御部６０ａは加熱部２３を制御して、定着ベルト２１の発熱層２１ａを発熱させ、定着ベルト２１を所定温度（例えば１６０℃）に加熱する（Ｓ３）。なお、定着ベルト２１の加熱は、Ｓ２と並行して行われてもよいし、Ｓ１で加圧ローラー２２を回転させる前に行われてもよい。

次に、位置認識部５２の画像センサー５２ａは、定着ベルト２１の表面に設けられたパターンＰＴを撮影して規定周期Ｌ（ｓｅｃ）で撮影する（Ｓ４）。これにより、規定周期Ｌごとに、パターンＰＴの撮影画像が得られる。図８は、任意のタイミングで撮影されたパターンＰＴの画像Ｒの一例を示している。なお、図８において、画像Ｒの縦方向（ａａ’方向）は、定着ベルト２１の軸線ＡＸ１の方向（図５のＡＡ’方向）に対応し、横方向（ｂｂ’方向）は、定着ベルト２１の周方向に対応している。

続いて、画像センサー５２ａは、取得したパターンＰＴの画像Ｒから、パターンＰＴに含まれる特定箇所Ｐ０の位置を認識する（Ｓ５）。特に、画像センサー５２ａは、パターンＰＴを規定周期Ｌで撮影することから、パターンＰＴに含まれる特定箇所Ｐ０の位置を、規定周期Ｌで（規定周期Ｌごとに）認識する。図８では、パターンＰに含まれる特定箇所Ｐ０を、ここでは特定の直線状の突起とし、他の箇所と明確に区別するために太線で示す。なお、画像センサー５２ａが特定箇所Ｐ０を容易に認識できるようにするために、特定箇所Ｐ０の色、形状等を、他の箇所と異ならせてパターンＰを定着ベルト２１の表面に形成してもよい。

次に、回転状態判断部６０ｂは、規定周期Ｌごとに認識された特定箇所Ｐ０の複数の位置に基づいて、定着ベルト２１の周方向における特定箇所Ｐ０の移動量を、第１移動量Ｘ（ｍｍ）として算出する（Ｓ６）。図９は、規定周期Ｌで連続して取得されたパターンＰＴの画像Ｒ１およびＲ２のバリエーションを模式的に示している。画像Ｒ１およびＲ２の周方向に対応する方向（ｂｂ’方向）において、先に取得された画像Ｒ１の先端と特定箇所Ｐ０の先端との距離をＸ１（ｍｍ）とし、後に取得された画像Ｒ２の先端と特定箇所Ｐ０の先端との距離をＸ２（ｍｍ）とすると、回転状態判断部６０ｂは、Ｘ１−Ｘ２を演算することにより、定着ベルト２１の回転に伴う、特定箇所Ｐ０の第１移動量Ｘを算出することができる。

続いて、回転状態判断部６０ｂは、規定周期Ｌごとに認識された特定箇所Ｐ０の複数の位置に基づいて、定着ベルト２１の軸線ＡＸ１の方向における特定箇所Ｐ０の移動量を、第２移動量Ｙ（ｍｍ）として算出する（Ｓ７）。図９の画像Ｒ１およびＲ２の軸線方向に対応する方向（ａａ’方向）において、先に取得された画像Ｒ１の先端と特定箇所Ｐ０の先端との距離をＹ１（ｍｍ）とし、後に取得された画像Ｒ２の先端と特定箇所Ｐ０の先端との距離をＹ２（ｍｍ）とすると、回転状態判断部６０ｂは、Ｙ１−Ｙ２を演算することにより、特定箇所Ｐ０の第２移動量Ｙを算出することができる。

次に、回転状態判断部６０ｂは、Ｓ６で算出した第１移動量Ｘが、規定周期Ｌでの移動量として予め設定された設定値Ｘ０（ｍｍ）と等しいか否かを判断する（Ｓ８）。例えば、図９のケース１、４および５のように、第１移動量Ｘと設定値Ｘ０とが等しい場合、回転状態判断部６０ｂは、定着ベルト２１の回転速度は規定通りであり、変化していないと判断する。この場合、駆動制御部６０ｃは、回転ローラー２２の回転速度を維持するように駆動部４１を制御する（Ｓ９）。これにより、定着ニップ部Ｎを通過する用紙Ｓの搬送速度は所定範囲内に維持される。

一方、図９のケース２および３のように、第１移動量Ｘと設定値Ｘ０とが等しくない場合、回転状態判断部６０ｂは、定着ベルト２１の回転速度は変化したと判断する。特に、ケース２のように、第１移動量Ｘが設定値Ｘ０よりも大きい場合、回転状態判断部６０ｂは、定着ベルト２１の回転速度は遅くなったと判断する。また、ケース３のように、第１移動量Ｘが設定値Ｘ０よりも小さい場合、回転状態判断部６０ｂは、定着ベルト２１の回転速度は速くなったと判断する。そして、駆動制御部６０ｃは、上記の回転状態判断部６０ｂの判断（定着ベルト２１の回転速度の変化）に基づいて駆動部４１を制御して、加圧ローラー２２の回転速度を調整する（Ｓ１０）。具体的には、ケース２の場合、駆動制御部６０ｃは、回転ローラー２２の回転速度を速くするように駆動部４１を制御する。一方、ケース３の場合、駆動制御部６０ｃは、回転ローラー２２の回転速度を遅くするように駆動部４１を制御する。これにより、定着ニップ部Ｎを通過する用紙Ｓの搬送速度を所定の範囲内に収めることができる。

次に、回転状態判断部６０ｂは、Ｓ７で算出した第２移動量Ｙが０（ｍｍ）であるか否かを判断する（Ｓ１１）。例えば、図９のケース１〜３のように、第２移動量Ｙが０（ｍｍ）である場合、回転状態判断部６０ｂは、定着ベルト２１の蛇行（軸線ＡＸ１の方向の変位）は生じていないと判断する。この場合、押圧制御部６０ｄは、加圧ローラー２２の回転軸ＡＸ２方向の両方の端部２２Ｅ１、２２Ｅ２に対する押圧力を維持するように押圧機構３０を制御する（Ｓ１２）。

一方、図９のケース４および５のように、第２移動量Ｙが０（ｍｍ）でない場合、回転状態判断部６０ｂは、定着ベルト２１に蛇行が生じたと判断する。特に、ケース４のように、第２移動量Ｙが０（ｍｍ）よりも大きい場合、回転状態判断部６０ｂは、定着ベルト２１が軸線方向の一方の側（図５でＡ方向）に蛇行したと判断する。また、ケース５のように、第２移動量Ｙが０（ｍｍ）よりも小さい場合、回転状態判断部６０ｂは、定着ベルト２１が軸線方向の他方の側（図５でＡ’方向）に蛇行したと判断する。そして、押圧制御部６０ｄは、上記の回転状態判断部６０ｂの判断に基づいて押圧機構３０を制御して、加圧ローラー２２の両方の端部２２Ｅ１、２２Ｅ２に対する押圧力を調整する（Ｓ１３）。

具体的には、ケース４の場合、押圧制御部６０ｄは、回転ローラー２２の端部２２Ｅ２に対する押圧力を高める、端部２２Ｅ１に対する押圧力を弱める、またはそれらを同時に行うように、押圧機構３０を制御する。一方、ケース５の場合、押圧制御部６０ｄは、回転ローラー２２の端部２２Ｅ１に対する押圧力を高める、端部２２Ｅ２に対する押圧力を弱める、またはそれらを同時に行うように、押圧機構３０を制御する。このように端部２２Ｅ１、２２Ｅ２の少なくとも一方に対する押圧力を調整することにより、前述したように定着ベルト２１を軸線ＡＸ１の方向に変位させて、定着ベルト２１の蛇行を補正することができる。

その後、印刷が終了するまで、Ｓ４以降の処理を繰り返し行い（Ｓ１４）、印刷が終了した時点で一連の処理を終了する。

以上のように、駆動制御部６０ｃは、定着ベルト２１の回転速度の変化に基づいて、駆動部４１を制御する（Ｓ８、Ｓ１０）。これにより、加熱部２３による加熱温度の変化によって定着ベルト２１の周長が変化したり、定着ベルト２１の熱によって加圧ローラー２２が膨張し、加圧ローラー２２の周長が変化して加圧ローラー２２の回転速度が変化しても、駆動部４１によって加圧ローラー２２の回転速度を調整して、定着ニップ部Ｎを搬送される用紙Ｓの搬送速度が一定となるように、加圧ローラー２２と圧接される定着ベルト２１の回転速度を補正することが可能となる。また、押圧制御部６０ｄは、定着ベルト２１の蛇行状態に基づいて、押圧機構３０を制御して、加圧ローラー２２の回転軸ＡＸ２の方向の両方の端部２２Ｅ１、２２Ｅ２に付加する押圧力を相対的に変化させる（Ｓ１１、Ｓ１３）。これにより、定着ベルト２１に蛇行が生じた場合でも、定着ベルト２１の軸線ＡＸ１の方向において、蛇行が生じた方向とは反対方向に定着ベルト２１を変位させて、定着ベルト２１の蛇行を補正することが可能となる。

つまり、本実施形態の構成によれば、定着ベルト２１の回転速度および蛇行を両方とも補正することが可能となる。特に、定着ベルト２１の蛇行量が大きいと、定着ベルト２１の軸線方向の端部のリブ（不図示）がベルトガイド２５と接触して定着ベルト２１が破損するおそれがあるが、上記蛇行の補正により、リブひいては定着ベルト２１の破損を抑制することができる。

また、回転状態判断部６０ｂは、規定周期Ｌごとに認識された特定箇所Ｐ０の複数の位置に基づいて、定着ベルト２１の周方向（ｂｂ’方向）における特定箇所Ｐ０の移動量を第１移動量Ｘとして算出し、算出した第１移動量Ｘと、規定周期Ｌでの移動量として予め設定された設定値Ｘ０とに基づいて、定着ベルト２１の回転速度の変化を判断する（Ｓ８）。第１移動量Ｘと設定値Ｘ０との差は、定着ベルト２１の回転速度の変化の有無および変化量を直接的に表す。このため、第１移動量Ｘと設定値Ｘ０とに基づいて、定着ベルト２１の回転速度の変化を確実に判断することができる。

さらに、回転状態判断部６０ｂは、規定周期Ｌごとに認識された特定箇所Ｐ０の複数の位置に基づいて、定着ベルト２１の軸線ＡＸ１の方向における特定箇所Ｐ０の移動量を第２移動量Ｙとして算出し、算出した第２移動量Ｙに基づいて、定着ベルト２１の蛇行状態を判断する（Ｓ１１）。第２移動量Ｙは、定着ベルト２１の軸線ＡＸ１の方向の蛇行の有無および蛇行量を直接的に表す。このため、第２移動量Ｙに基づいて、定着ベルト２１の蛇行状態を確実に判断することができる。

また、駆動制御部６０ｃは、回転状態判断部６０ｂによって判断された定着ベルト２１の回転速度の変化に基づいて、駆動部４１を制御して加圧ローラー２２の回転速度を調整することにより、定着ニップ部Ｎを通過する用紙Ｓの搬送速度を所定の範囲内に収める（Ｓ１０）。定着ベルト２１の周長が変化して回転速度が変化しても、加圧ローラー２２の回転速度の調整により、用紙Ｓの搬送速度が所定の範囲内に収められるため、用紙Ｓの良好な搬送を実現することができる。

また、押圧制御部６０ｄは、回転状態判断部６０ｂによって判断された定着ベルト２１の蛇行状態に基づいて、押圧機構３０を制御して、加圧ローラー２２の回転軸ＡＸ２の方向の両方の端部２２Ｅ１、２２Ｅ２のうち、定着ベルト２１が蛇行した側に位置する一方の端部に付加する押圧力よりも、他方の端部に付加する押圧力を相対的に高める。これにより、定着ベルト２１に蛇行が生じても、その蛇行を確実に補正することができる。

また、位置認識部５２は、画像センサー５２ａで構成されている。このように、位置認識部５２として画像センサー５２ａを用いることにより、パターンＰＴに含まれる特定箇所Ｐ０の位置を確実に認識（検知）することができる。

また、本実施形態では、加熱部２３によって加熱される被加熱回転体として、定着ベルト２１を用いている。定着ベルト２１は、加熱温度によって周長が変化しやすい。このため、定着ベルト２１の回転速度の変化に基づいて加圧ローラー２２の回転速度を調整することにより、定着ベルト２１の回転速度を補正することができる本実施形態の効果が非常に有効となる。

また、本実施形態の画像形成装置１００は、上述した構成の定着装置１３と、定着装置１３に搬送される用紙Ｓに未定着のトナー像ＩＭを形成する画像形成部Ｐａ〜Ｐｄと、を備えている。定着ベルト２１の加熱温度の変化によって定着ベルト２１の周長が変化したり、加圧ローラー２２が熱膨張して回転速度が変化しても、定着ベルト２１の回転速度Ｖに基づいた加圧ローラー２２の回転駆動により、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄから搬送される用紙Ｓを所定の範囲内の搬送速度で搬送して、定着装置１３から排出することが可能となる。

なお、本発明は本実施形態の構成に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、加熱部２３は、励磁コイルとコアとを備える構成（誘導加熱方式）には限定されず、例えばハロゲンヒーターを用いた構成でもよい。

また、本実施形態では、用紙Ｓが定着ニップ部Ｎを下方から上方に向かって通過する垂直搬送式の定着装置１３について説明したが、用紙Ｓが定着ニップ部Ｎを水平に通過する水平搬送式の定着装置においても本実施形態で説明した構成を適用することは可能である。

また、画像形成装置１００は、図１に示したようなタンデム型のカラープリンターに限らず、モノクロ複写機やデジタル複合機、ファクシミリやレーザープリンター等、定着装置を備えた種々の画像形成装置に適用可能である。

本発明は、例えば複写機、プリンター、ファクシミリ、それらの複合機等の画像形成装置の定着装置に利用可能である。

１３ 定着装置
２１ 定着ベルト（被加熱回転体）
２２ 加圧ローラー（加圧回転体）
２３ 加熱部
３０ 押圧機構
４１ 駆動部
５１ 照明部
５２ 位置認識部
５２ａ 画像センサー
６０ｂ 回転状態判断部
６０ｃ 駆動制御部
６０ｄ 押圧制御部
ＩＭ 未定着トナー像
Ｎ 定着ニップ部
Ｐａ〜Ｐｄ 画像形成部
Ｐ０ 特定箇所
ＰＴ パターン
Ｓ 用紙（記録媒体）

Claims (9)

1. 位置認識用のパターンが表面に設けられた被加熱回転体と、
   前記被加熱回転体を加熱する加熱部と、
   前記被加熱回転体に圧接され、前記被加熱回転体との間で、記録媒体上の未定着トナー像を溶融定着する定着ニップ部を形成する加圧回転体と、
   前記加圧回転体を前記被加熱回転体に押圧する押圧機構と、
   前記加圧回転体を回転駆動する駆動部と、
   前記パターンに含まれる特定箇所の位置を規定周期で認識する位置認識部と、
   前記規定周期ごとに認識された前記特定箇所の位置に基づいて、前記被加熱回転体の回転速度の変化と蛇行状態とを判断する回転状態判断部と、
   前記被加熱回転体の回転速度の変化に基づいて、前記駆動部を制御する駆動制御部と、
   前記被加熱回転体の蛇行状態に基づいて、前記押圧機構を制御して、前記加圧回転体の回転軸方向の両端部に付加する押圧力を相対的に変化させる押圧制御部と、を備えていることを特徴とする定着装置。
2. 前記回転状態判断部は、前記規定周期ごとに認識された前記特定箇所の複数の位置に基づいて、前記被加熱回転体の周方向における前記特定箇所の移動量を第１移動量として算出し、算出した前記第１移動量と、前記規定周期での移動量として予め設定された設定値とに基づいて、前記被加熱回転体の回転速度の変化を判断することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記回転状態判断部は、前記規定周期ごとに認識された前記特定箇所の複数の位置に基づいて、前記被加熱回転体の軸線方向における前記特定箇所の移動量を第２移動量として算出し、算出した前記第２移動量に基づいて、前記被加熱回転体の蛇行状態を判断することを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
4. 前記駆動制御部は、前記被加熱回転体の回転速度の変化に基づいて、前記駆動部を制御して前記加圧回転体の回転速度を調整することにより、前記定着ニップ部を通過する前記記録媒体の搬送速度を所定の範囲内に収めることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の定着装置。
5. 前記押圧制御部は、前記被加熱回転体の蛇行状態に基づいて、前記押圧機構を制御して、前記加圧回転体の回転軸方向の両端部のうち、前記被加熱回転体が蛇行した側に位置する一方の端部に付加する押圧力よりも、他方の端部に付加する押圧力を相対的に高めることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の定着装置。
6. 前記位置認識部は、前記パターンを撮影して画像を取得し、取得した画像から前記特定箇所の位置を認識する画像センサーで構成されてい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. 前記パターンを照明する照明部をさらに備えていることを特徴とする請求項６のいずれかに記載の定着装置。
8. 前記被加熱回転体は、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。
9. 請求項１から８のいずれかに記載の定着装置と、
   前記定着装置に搬送される前記記録媒体に前記未定着のトナー像を形成する画像形成部と、を備えていることを特徴とする画像形成装置。

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