JP2022129624A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】記録媒体が通常紙である場合に、普通紙の種類に応じて定着ニップ圧を複数の加圧設定に精度よく調整可能な定着装置およびそれを備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】画像形成装置は、画像形成部と、定着装置と、入力部と、制御部と、を備える。定着装置は、被加熱回転体と、加圧回転体と、加熱部と、加圧機構と、基準位置検知機構と、を備える。制御部は、記録媒体が通常紙である場合は、加圧回転体を定着ニップ圧の異なる複数の加圧位置のいずれかに配置し、記録媒体が特殊紙である場合は、加圧回転体を複数の加圧位置および減圧位置のいずれかに配置して定着処理を行う。制御部は、加圧駆動モーターを正回転させた後、基準位置検知センサーがオン状態となったタイミングから所定時間が経過したとき、若しくはシャフトの回転量が所定量に到達したとき加圧駆動モーターを停止することにより加圧回転体を複数の加圧位置のいずれかに配置する。
【選択図】図３

Description

本発明は、複写機、プリンター、ファクシミリ、それらの複合機等の、定着装置を備えた画像形成装置に関し、特に、定着性と用紙の搬送性とを両立させる方法に関するものである。

画像形成装置においてトナー像を用紙に定着させるために、定着ローラーまたは定着ベルト（被加熱回転体）と加圧ローラー（加圧回転体）とが圧接してなる定着部材を備えた定着装置が広く用いられている。この定着装置では、加熱ローラーと加圧ローラーで形成される定着ニップ部に用紙等の記録材を通過させて、トナー像に熱と圧力を加えて記録材にトナー像を溶融定着させる。

上述したような定着装置では、定着ローラーまたは定着ベルトの温度と定着ニップ部のニップ圧は記録材へのトナー定着性を考慮し設定される。しかし、例えば普通紙へのトナー定着性を考慮して設定した加熱・加圧の条件下で、普通紙とは種類の異なる特殊紙にトナー像を定着させる場合、記録材にシワが発生しやすい。

そこで、封筒等の特殊紙に対するトナー像の定着性を損なうことなくシワの発生を抑制する定着装置が提案されている。例えば、特許文献１には、被定着部材の厚さを認識する認識手段と、認識手段によって認識された被定着部材の厚さが普通紙よりも厚い場合に圧接部材の圧接力を普通紙の定着時よりも小さく切り替える圧接力切替手段とを備える定着装置が開示されている。

また、特許文献２には、トナー像が転写された記録用紙を加熱する加熱部と、加熱部を加圧して所定のニップ部を形成する加圧部と、ニップ部を経由して所定方向に記録用紙を所定の搬送速度で搬送すべく、加熱部及び加圧部の少なくとも一方を駆動する搬送駆動手段と、加圧部による加圧量を制御する加圧量制御手段とを備え、加圧量制御手段が、記録用紙の種類に応じて加圧部による加圧量を制御する画像形成装置が開示されている。

特許文献３には、定着ニップを第１の圧力に設定する脱圧モードと、定着ニップの圧力を第１の圧力よりも大きい第２の圧力に設定する加圧モードを有し、脱圧モードで定着動作の待機状態に入ると共に脱圧モードで記録媒体の特定銘柄の通紙・定着を行うとともに、特定銘柄以外の通紙・定着は加圧モードで行う定着装置が開示されている。

特開２０１０７８９０３号公報 特開２０１０－１８１７２８号公報 特開２０１９－１５９２４７号公報

ところで、記録媒体が封筒等の特殊紙である場合だけでなく、薄紙や普通紙等の通常紙の場合においても坪量や厚みによって適切な定着条件が異なる。そこで、通常紙においても複数の定着ニップ圧に設定することが考えられる。このとき、設定される複数の定着ニップ圧の差はごく僅かであるため、精度の高い設定方法が求められる。

特許文献２では、加圧カムポジションセンサーによりカム位置を検知し、カムモーターを回転駆動させて定着ニップ圧を変更しているが、カムポジションセンサーとカム位置の関係が明確ではない。カム位置として精度面で重要なのは印字時の加圧位置であり、用紙種類に応じてより高い精度で加圧位置を制御するには、カム位置検知機構と加圧機構の設定を工夫する必要があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、位置精度が求められる加圧位置に近い位置で加圧位置センサーの検知位置となるように設定し、記録媒体が通常紙である場合に、通常紙の種類に応じて定着ニップ圧を複数の加圧設定に精度よく調整可能な定着装置およびそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の第１の構成は、画像形成部と、定着装置と、入力部と、制御部と、を備えた画像形成装置である。画像形成部は、記録媒体にトナー像を形成する。定着装置は、被加熱回転体と、被加熱回転体に所定の定着ニップ圧で圧接されて定着ニップ部を形成する加圧回転体と、被加熱回転体を加熱する加熱部と、加圧機構と、基準位置検知機構と、を備え、定着ニップ部を通過する記録媒体を加熱および加圧することによりトナー像を記録媒体に定着する定着処理を行う。加圧機構は、被加熱回転体に対し加圧回転体を接近または離間する方向に移動させる加圧レバーと、加圧レバーによる押圧力を可変する押圧カムと、押圧カムが固定されたシャフトを回転させる加圧駆動モーターと、を有する。基準位置検知機構は、シャフトに固定された遮光板と、遮光板によりオンまたはオフ状態となる基準位置検知センサーと、を有し、加圧回転体が基準位置にあることを検知する。入力部は、記録媒体の種類に関する情報を入力可能である。制御部は、入力部から入力された記録媒体の種類に関する情報に基づいて加圧機構を制御することにより加圧位置を調整する。加圧機構は、加圧回転体を、第１加圧位置と第１加圧位置よりも定着ニップ圧の小さい第２加圧位置とを含む、定着ニップ圧の異なる複数の加圧位置と、加圧位置に比べて定着ニップ圧が小さい減圧位置と、に選択配置する。制御部は、記録媒体が通常紙である場合は、加圧回転体を複数の加圧位置のいずれかに配置して定着処理を行い、記録媒体が特殊紙である場合は、加圧回転体を複数の加圧位置および減圧位置のいずれかに配置して定着処理を行う。遮光板は、押圧カムの回転位置が加圧位置付近に到達したタイミングで基準位置検知センサーがオン状態となるように配置されている。制御部は、加圧駆動モーターを正回転させた後、基準位置検知センサーがオン状態となったタイミングから所定時間が経過したとき、若しくはシャフトの回転量が所定量に到達したとき加圧駆動モーターを停止することにより加圧回転体を複数の加圧位置のいずれかに配置する。

本発明の第１の構成によれば、通常紙に対して第１加圧位置と第２加圧位置を含む複数の加圧位置を設けることにより、封筒等の特殊紙と薄紙、普通紙、厚紙等の通常紙とを含む全ての用紙の坪量や厚みに応じて複数の加圧位置を適切に使い分けることができ、簡易な機構と制御で搬送性能と定着性能とを両立させることができる。また、基準位置検知センサーがオン状態となってからの時間制御若しくは回転量（回転角）制御によって加圧駆動モーターを停止して加圧回転体を目標の加圧位置に配置することにより、加圧回転体を所定の加圧位置に精度よく位置決めすることができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置１００の内部構造を示す概略断面図 画像形成装置１００に搭載される定着装置１３の側面断面図 定着装置１３の加圧機構３０および基準位置検知機構４０の側面図 基準位置検知機構４０を図３の左側から見た正面図 画像形成装置１００の制御経路の一例を示すブロック図 本実施形態の画像形成装置１００におけるウォームアップ時および待機モード時の定着装置１３の制御例を示すタイミングチャート 本実施形態の画像形成装置１００における画像形成時の定着装置１３の制御例を示すタイミングチャートであって、用紙Ｓが薄めの普通紙である場合の制御例を示す図 本実施形態の画像形成装置１００における画像形成時の定着装置１３の制御例を示すタイミングチャートであって、用紙Ｓが厚めの普通紙である場合の制御例を示す図 本実施形態の画像形成装置１００における画像形成時の定着装置１３の制御例を示すタイミングチャートであって、用紙Ｓが厚めの普通紙である場合の他の制御例を示す図 本実施形態の画像形成装置１００における画像形成時の定着装置１３の制御例を示すタイミングチャートであって、用紙Ｓが封筒である場合の制御例を示す図

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、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１００の内部構造を示す概略断面図である。画像形成装置１００（ここではカラープリンター）本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、ＰｃおよびＰｄが、搬送方向上流側（図１では右側）から順に配設されている。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が、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によって記録媒体の一例としての用紙Ｓ上に二次転写される。さらに、トナー像が二次転写された用紙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本体より排出される。メインモーター５０（図５参照）により感光体ドラム１ａ～１ｄを図１において反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内に収容されており、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。また、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に画像情報を露光する露光装置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の表面を一様に帯電させる。次いで露光装置５によって画像データに応じて光照射し、各感光体ドラム１ａ～１ｄ上に画像データに応じた静電潜像を形成する。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二成分現像剤が所定量充填されている。なお、後述のトナー像の形成によって各現像装置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。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。

そして、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、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により除去される。

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とに掛け渡されており、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とこれに隣接して設けられた二次転写ローラー９とのニップ部（二次転写ニップ部）へ搬送され、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）により加熱および加圧されてトナー像が用紙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（或いは、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。

図２は、画像形成装置１００に搭載される定着装置１３の側面断面図である。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、図２に示すように、定着ベルト２１（被加熱回転体）、加圧ローラー２２（加圧回転体）、加熱部２３、ニップ形成部材２４、ベルトガイド２５およびフレーム部材２６を備える。

定着ベルト２１は、定着装置１３の筐体（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の挿通方向に沿って図２の時計回り方向に回転する。

定着ベルト２１は、基材層である発熱層の外周側に弾性層、離型層が積層された積層構造を有する。発熱層は、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。

加圧ローラー２２は、定着装置１３の筐体に、水平な軸線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には、加圧機構３０（図３参照）によって、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。

加圧ローラー２２は、定着駆動モーター４５（図５参照）に連結され、図２において反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に時計回り方向の回転駆動力を付与する。

加圧ローラー２２は、芯金２２ａの外周側に弾性層２２ｂが積層され、弾性層２２ｂの表面に離型層（図示せず）が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。弾性層２２ｂ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（用紙Ｓの幅方向、図２の紙面と垂直な方向）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。

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とほぼ同じ長さで延びる板金で構成される。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。

フレーム部材２６は、定着装置１３の筐体部に支持されており、ニップ形成部材２４およびベルトガイド２５を保持する。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。

用紙挿通方向に対し定着ニップ部Ｎの上流側（図２の下側）には、定着進入ガイド２７が配置されている。定着進入ガイド２７は、二次転写ニップ部（図１参照）を通過した用紙Ｓを定着ニップ部Ｎに案内する。

用紙挿通方向に対し定着ニップ部Ｎの下流側（図２の上側）には、分離爪２９が配置されている。分離爪２９は、定着処理後の用紙Ｓを定着ベルト２１の表面から分離する。分離爪２９は、先端部を定着ベルト２１の回転方向に対し上流側に向けて（カウンター方向に）、先端部が定着ベルト２１の外周面に近接するように所定の角度で配置されている。

図３は、定着装置１３の加圧機構３０および基準位置検知機構４０の側面図である。図４は、基準位置検知機構４０を図３の左側から見た正面図である。なお、図３では定着ベルト２１の内側に配置されるニップ形成部材２４、ベルトガイド２５、フレーム部材２６の記載を省略している。

加圧機構３０は、加圧レバー３１と、コイルバネ３２と、押圧カム３３とを有する。加圧レバー３１は支点３１ａに回動可能に支持されており、加圧ローラー２２の芯金２２ａに接触する。コイルバネ３２は、加圧レバー３１を加圧ローラー２２から離間する方向（図３の反時計回り方向）に付勢する。押圧カム３３はシャフト３５に固定されており、シャフト３５から外周面までの外径が変化する偏芯カムである。加圧レバー３１および押圧カム３３は、加圧ローラー２２の軸方向の両端部に一対配置される。

シャフト３５は加圧駆動モーター４７（図５参照）に連結されており、シャフト３５が回転駆動することで、押圧カム３３と加圧レバー３１との当接部分における押圧カム３３の外径が変化する。当接部分における押圧カム３３の外径が大きくなると、加圧レバー３１がコイルバネ３２の付勢力に抗して芯金２２ａを定着ベルト２１に近づく方向に押圧するため定着ニップ圧は大きくなる。押圧カム３３の外径が小さくなると、加圧レバー３１がコイルバネ３２の付勢力によって芯金２２ａから離間する方向に移動するため定着ニップ圧は小さくなる。

基準位置検知機構４０は、基準位置検知センサー４１と遮光板４３とを有する。基準位置検知センサー４１は、発光部と受光部とを有する検知部を備えたＰＩ（フォトインタラプター）センサーである。遮光板４３は、シャフト３５に固定されており、シャフト３５の回転によって基準位置検知センサー４１の検知部の光路を通過する。

次に、基準位置検知機構４０による加圧位置の検知方法について説明する。例えば、押圧カム３３の回転位置が略加圧位置付近に到達したタイミングで基準位置検知センサー４１がオン状態（遮光状態）となるように遮光板４３を配置しておく。そして、シャフト３５を正回転（図３の反時計回り方向に回転）させて基準位置検知センサー４１がオン状態となってから所定時間経過したとき（押圧カム３３の回転量が所定量となったとき）目標の加圧位置となるように構成する。

また、画像形成装置１００の電源投入時や省電力モード（スリープモード）からの復帰時等に実行されるウォームアップ時、およびウォームアップ後の待機モード時は、加圧ローラー２２を加圧位置に比べてニップ圧の小さい減圧位置に配置して定着ベルト２１を回転駆動する。この理由は、定着ベルト２１への物理的ストレスを軽減して寿命を延長するとともに、定着ベルト２１の回転停止時におけるクセ付きの軽減、加圧駆動モーター４７の駆動トルクの軽減、騒音の軽減等を目的とするためである。

具体的には、シャフト３５を逆回転（図３の時計回り方向に回転）させて基準位置検知センサー４１がオン状態からオフ状態（透光状態）となってから所定時間経過したとき（押圧カム３３の回転量が所定量となったとき）目標の減圧位置となるように構成する。

加圧駆動モーター４７による押圧カム３３の回転量は、モータートルクや負荷トルクの変動により、駆動時間が一定であっても多少の変動を生じる。但し、変動量が許容範囲内であれば、タイマー動作による制御により所定の精度で回転量を検出可能である。押圧カム３３の回転量をより正確に制御する場合は、シャフト３５にエンコーダー（パルス板）を付設し、基準位置検知センサー４１を通過するパルス数を検出することで、回転量の検出精度を更に高めることができる。

図５は、画像形成装置１００の制御経路の一例を示すブロック図である。なお、画像形成装置１００を使用する上で装置各部の様々な制御がなされるため、ここでは制御経路のうち、本発明の実施に必要となる部分を重点的に説明する。また、既に説明した部分については説明を省略する。

電圧制御回路５１は、帯電電圧電源５２、現像電圧電源５３、転写電圧電源５４、定着電圧電源５５と接続され、制御部９０からの出力信号によりこれらの各電源を作動させる。これらの各電源は、電圧制御回路５１からの制御信号によって、帯電電圧電源５２は帯電装置２ａ～２ｄに、現像電圧電源５３は現像装置３ａ～３ｄに、転写電圧電源５４は一次転写ローラー６ａ～６ｄおよび二次転写ローラー９に、定着電圧電源５５は定着装置１３内の加熱部２３に、それぞれ所定の電圧を印加する。

画像入力部７０は、画像形成装置１００にパソコン等から送信される画像データを受信する受信部である。画像入力部７０より入力された画像信号はデジタル信号に変換された後、一時記憶部９４に送出される。

操作部８０には、液晶表示部８１、各種の状態を示すＬＥＤ８２が設けられており、画像形成装置１００の状態を示したり、画像形成状況や印字部数を表示したりするようになっている。また、操作部８０から用紙Ｓが給紙される用紙カセット１６や手差し給紙トレイ（図示せず）を指定することで、用紙Ｓの種類やサイズを入力することができる。画像形成装置１００の各種設定はパソコンのプリンタードライバーから行われる。

制御部９０は、中央演算処理装置としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）９１、読み出し専用の記憶部であるＲＯＭ（Read Only Memory）９２、読み書き可能な記憶部であるＲＡＭ（Random Access Memory）９３、一時的に画像データ等を記憶する一時記憶部９４、タイマー９５、画像形成装置１００内の各装置に制御信号を送信したり操作部７０からの入力信号を受信したりする複数（ここでは２つ）のＩ／Ｆ（インターフェイス）９６を少なくとも備えている。

ＲＯＭ９２には、画像形成装置１００の制御用プログラムや、制御上の必要な数値等、画像形成装置１００の使用中に変更されることがないようなデータ等が収められている。ＲＡＭ９３には、画像形成装置１００の制御途中で発生した必要なデータや、画像形成装置１００の制御に一時的に必要となるデータ等が記憶される。

一時記憶部９４は、画像入力部７０より入力され、デジタル信号に変換された画像信号を一時的に記憶する。タイマー９５は、加圧位検知機構４０の基準位置検知センサー４１のオンまたはオフのタイミングからの加圧駆動モーター４７の駆動時間を計測する。

次に、本実施形態の画像形成装置１００における、定着装置１３の定着ニップ圧の調整制御について説明する。本実施形態では、加圧ローラー２２の加圧位置を第１加圧位置と第２加圧位置の２段階に設定可能である。そして、定着ニップ部Ｎを通過する用紙Ｓが通常紙であるか特殊紙であるか、或いは通常紙である場合の坪量（目付量）等に応じて加圧ローラー２２の加圧位置を変更することで、用紙Ｓの搬送性と定着性とを両立させることができる。

なお、本明細書中において「通常紙」とは、植物繊維で形成された単一層からなるシート（薄紙、普通紙、厚紙等）をいう。「特殊紙」とは、植物繊維以外の材料で形成された単一層からなるシート、若しくは植物繊維で形成された複数層からなるシート（封筒、ラベル紙、ＯＨＰシート等）をいう。

本実施形態における加圧ローラー２２の加圧位置の設定例を表１に示す。表１に示すように、本実施形態では、加圧ローラー２２の加圧位置として、定着ニップ圧が基準圧である第１加圧位置と、第１加圧位置よりもニップ圧が小さい第２加圧位置とに設定可能である。また、加圧位置に加えて減圧位置とジャム処理位置にも設定可能である。

ジャム処理位置は、シャフト３５を逆回転（図３の時計回り方向に回転）させたとき、基準位置検知センサー４１がオフ状態となったタイミングから加圧駆動モーター４７の駆動時間が３０００ｍｓ経過した位置とする。ジャム処理位置は、定着ニップ部Ｎにジャム（紙詰まり）した用紙Ｓを除去する際に設定される。

減圧位置は、シャフト３５を逆回転（図３の時計回り方向に回転）させたとき、基準位置検知センサー４１がオフ状態となったタイミングから加圧駆動モーター４７の駆動時間が１５００ｍｓ経過した位置とする。減圧位置は、ウォームアップ時や待機モード時、封筒等の特殊紙の印字時に設定される。

第１加圧位置は、シャフト３５を正回転（図３の反時計回り方向に回転）させたとき、基準位置検知センサー４１がオン状態となったタイミングから加圧駆動モーター４７の駆動時間が４００ｍｓ経過した位置とする。第１加圧位置は、通常紙のうち厚めの普通紙（坪量７６～１０５ｇ／ｍ²）、厚紙（坪量１０６～３００ｇ／ｍ²）等の印字時に設定される。

第２加圧位置は、基準位置検知センサー４１がオン状態となったタイミングから加圧駆動モーター４７の駆動時間が１００ｍｓ経過した位置とする。即ち、第１加圧位置は、加圧駆動モーター４７が第２加圧位置からさらに３００ｍｓ駆動した位置である。第２加圧位置は、通常紙のうち薄紙（坪量５２～５９ｇ／ｍ²）、薄めの普通紙（坪量６０～７５ｇ／ｍ²）等の印字時に設定される。

第１加圧位置と第２加圧位置での定着ニップ圧の範囲は、定着ニップ圧の低い第２加圧位置の定着ニップ圧Ｐ２を基準（＝１）としたとき、第１加圧位置の定着ニップ圧Ｐ１が１＜Ｐ１＜１．２の範囲にあることが好ましい。

図６は、本実施形態の画像形成装置１００におけるウォームアップ時および待機モード時の定着装置１３の制御例を示すタイミングチャートである。図６に示すように、ウォームアップ時においては加圧ローラー２２が減圧位置に配置されており、基準位置検知センサー４１がオフ状態となっている。この状態で、定着駆動モーター４５によって加圧ローラー２２の線速を半速（全速時の１／２）で回転させながら、定着電圧電源５５から加熱部２３に電圧を印加して、定着温度を待機温度まで昇温させる（ウォームアップ）。

その後、昇温開始から時間Ｔ２が経過して定着温度が待機温度に到達すると、加熱部２３に印加する電圧を制御して定着温度を待機温度に維持しつつ、加圧ローラー２２を減圧位置に配置した状態で、半速で回転を継続させる（待機モード）。

なお、ウォームアップ動作時に、時間Ｔ１（＜Ｔ２）が経過して定着温度がＴ１温度（＜待機温度）に到達したとき、図６の破線で表示されるように、加圧ローラー２２の線速を速くする（ここでは半速から全速に上げる）とともに、定着ニップ圧を強くする（ここでは減圧位置から第２加圧位置に変更する）制御を行う場合がある。

この制御の目的は、本実施形態のように加圧ローラー２２が熱源を有していない構成において、定着ベルト２１から加圧ローラー２２へ供給される熱量を増加させて、ウォームアップ完了時の加圧ローラー２２の温度を確保するためである。このような制御を実行するか否かは、定着装置１３の仕様や要求される性能に依存する。例えば、定着ベルト２１の昇温速度は、加圧ローラー２２へ供給される熱量が小さい減圧、低速条件の方が速い。そのため、例えば加圧ローラー２２が熱源を有しており、定着ベルト２１の昇温を優先させる場合は実行しないほうが好ましい。

また、ウォームアップ中に加圧ローラー２２が第２加圧位置に配置された状態で印字命令が入力された場合は、加圧ローラー２２を一旦減圧位置に戻さずに、第２加圧位置のまま、或いは第１加圧位置に変更して印字継続することが好ましい。これにより、加圧ローラー２２の移動に伴い発生する待ち時間を削減できる。

さらに、加圧機構３０や基準位置検知機構４０の構成によっては、ウォームアップ開始時に加圧ローラー２２の位置が不明確な状態となり、加圧ローラー２２がどの位置にあるのかが確定しない場合がある。そのような場合、図６の点線で表示されるように、ウォームアップ開始時に加圧駆動モーター４７を正回転させて、基準位置検知センサー４１がオン状態となってから加圧駆動モーター４７を１００ｍｓ駆動させて加圧ローラー２２を第２加圧位置に移動させる加圧動作を行う。そして、基準位置検知センサー４１のオン状態を検知した後、加圧ローラー２２を減圧位置に移動させることで、加圧ローラー２２の位置を確定することができる。

図７は、本実施形態の画像形成装置１００における画像形成時の定着装置１３の制御例を示すタイミングチャートであって、用紙Ｓが薄めの普通紙（坪量６０～７５ｇ／ｍ²）である場合の制御例を示す図である。図７に示すように、時間Ｔ３において印字命令が入力されると、加圧駆動モーター４７を正回転させる。そして、基準位置検知センサー４１がオン状態となってから加圧駆動モーター４７を１００ｍｓ駆動させて加圧ローラー２２を第２加圧位置に移動させる。同時に、加圧ローラー２２の線速を半速から全速に上げるとともに、定着温度を待機温度から基準温度に昇温させる。

そして、時間Ｔ４において画像形成動作が終了すると、加圧駆動モーター４７を逆回転させる。そして、基準位置検知センサー４１がオフ状態となってから加圧駆動モーター４７を１５００ｍｓ駆動させて加圧ローラー２２を減圧位置に移動させる。同時に、加圧ローラー２２の線速を全速から半速に低下させるとともに、定着温度を基準温度から待機温度に降温させることにより、画像形成装置１００を再び待機モードとする。

図８は、本実施形態の画像形成装置１００における画像形成時の定着装置１３の制御例を示すタイミングチャートであって、用紙Ｓが厚めの普通紙（坪量７６～１０５ｇ／ｍ²）である場合の制御例を示す図である。用紙Ｓが厚めの普通紙である場合は、時間Ｔ３において印字命令が入力されると、加圧駆動モーター４７を正回転させる。そして、基準位置検知センサー４１がオン状態となってから加圧駆動モーター４７を４００ｍｓ駆動させて加圧ローラー２２を第１加圧位置に移動させる。また、定着温度を基準温度よりも高温（基準温度＋補正温度）に昇温させる。他の動作は図７と同様である。

図９は、本実施形態の画像形成装置１００における画像形成時の定着装置１３の制御例を示すタイミングチャートであって、用紙Ｓが厚めの普通紙である場合の他の制御例を示す図である。図９では、印字命令の入力時に、操作部８０から入力される用紙の種類に関する情報が確定していない場合、減圧位置から一段階で用紙種に応じた加圧位置（ここでは第１加圧位置）に移動するのではなく、一旦第２加圧位置に移動し、用紙Ｓの種類が確定した時点（時間Ｔ５）で第１加圧位置に移動するという分割制御を示している。

このように、加圧ローラー２２を減圧位置から第２加圧位置、第１加圧位置へ段階的に移動させることにより、印字命令の入力時に操作部８０から入力される用紙種が確定していない場合等、用紙Ｓに関する情報が把握されていない場合も含めて同一の制御で定着条件を設定することができる。従って、画像形成装置１００の制御を簡素化することができる。印字命令が入力された時点で加圧ローラー２２の第２加圧位置への移動を開始するのは、用紙Ｓが定着装置１３に到達するまでに、加圧ローラー２２を用紙Ｓの種類に応じた加圧位置への移動を完了しておくためである。

加圧ローラー２２を第２加圧位置から第１加圧位置に移動させる方法としては、以下の２つの方法が考えられる。一つは、第２加圧位置は、基準位置検知センサー４１がオン状態となったタイミングからから１００ｍｓ経過した位置で加圧ローラー２２が停止しているので、さらに３００ｍｓだけ加圧方向に駆動して第１加圧位置に移動する方法（第１の方法）である。もう一つは、第２加圧位置から、一旦基準位置検知センサー４１がオフ状態となるまで減圧方向に移動し、そこから加圧方向に反転して、基準位置検知センサー４１がオン状態となったタイミングから４００ｍｓだけ加圧方向に駆動して第１加圧位置に移動する方法（第２の方法）である。

第１の方法は移動時間が短いという利点があるが、第２の方法は第１加圧位置が常に基準位置検知センサー４１のオン状態からの経過時間によって規定されるので、加圧ローラー２２の位置精度がより高くなるという利点がある。何れの方法を選択するかは、要求される位置精度と移動時間との関係を考慮して決定すればよい。

図１０は、本実施形態の画像形成装置１００における画像形成時の定着装置１３の制御例を示すタイミングチャートであって、用紙Ｓが特殊紙（封筒）である場合の制御例を示す図である。用紙Ｓが封筒である場合は、時間Ｔ３において印字命令が入力されると、シワ対策のために加圧ローラー２２を減圧位置、線速を半速のままとする。そして、定着温度を待機温度から基準温度に昇温させて印字を実行する。

なお、減圧位置でもまだ定着ニップ圧が高い場合には、図１０の破線で表示されるように、加圧ローラー２２をさらに定着ニップ圧が低いジャム処理位置に配置して印字を実行してもよい。用紙Ｓの種類と加圧ローラー２２の加圧位置、線速、定着温度の設定例をまとめると、表２のようになる。

表２に示した設定例は概略の設定傾向を示しており、定着装置１３の構成や加圧機構３０による定着ニップ圧の強さ、線速領域等によって変化し得る。また、定着温度の大幅な変化は、用紙種の変更時に待ち時間の発生要因となるので、定着温度が大幅に変化しないような制御が望ましい。

以上説明したように、本実施形態の構成によれば、薄紙、普通紙、厚紙等の通常紙に対する加圧位置として、第１加圧位置と第２加圧位置の２つを設け、２つの加圧位置を適切に使い分ける。これにより、封筒等の特殊紙だけでなく、通常紙を含む用紙の坪量や厚みに応じて定着ニップ圧を変更する場合に、簡易な機構と制御で搬送性と定着性との両立を実現可能な画像形成装置を提供することができる。

また本実施形態では、基準位置検知センサー４１がオン状態となってから所定時間経過したとき（押圧カム３３の回転量が所定量となったとき）目標の加圧位置となり、基準位置検知センサー４１がオフ状態となってから所定時間経過したとき（押圧カム３３の回転量が所定量となったとき）目標の減圧位置となるような基準位置検知機構４０を用いる。これにより、加圧ローラー２２を所定の加圧位置（または減圧位置）に精度よく位置決めすることができる。

その他、本発明は上記実施形態に限定されず、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、上記実施形態では加圧ローラー２２の加圧位置として第１加圧位置と第２加圧位置の２つを設定したが、３つ以上の加圧位置を設定してもよい。この場合、用紙Ｓの種類に応じてさらに細かく定着ニップ圧を設定可能となる。３つ以上の加圧位置における定着ニップ圧は、定着ニップ圧の最も低い加圧位置を１としたとき、１～１．２の範囲にあることが好ましい。加圧位置を３段階とする場合の設定例を表３に示す。表３に示す例では、第１加圧位置、第２加圧位置に加えて、第２加圧位置よりも定着ニップ圧の低い第３加圧位置を設けている。

また、上記実施形態においては、被加熱回転体として無端状の定着ベルト２１がニップ形成部材２４に対して摺動する摺動ベルト方式の定着装置１３を例示したが、例えば定着ベルト２１を定着ローラーに巻き付けた一軸ベルト方式や、定着ベルト２１を定着ローラーと加熱ローラーとに張架した二軸ベルト方式の定着装置、或いは定着ベルト２１以外の被加熱回転体を備えた定着装置にも全く同様に適用できるのはもちろんである。また、加熱部２３も励磁コイルとコアとを備える誘導加熱方式に限らず、例えばハロゲンヒーターとすることもできる。

また、上記各実施形態で示したような、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に限定されるものではなく、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発明を同様に適用可能である。

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、被加熱回転体と加圧部材で形成される定着ニップ部に記録媒体を挿通して、トナー像に熱と圧力を加えて記録媒体上にトナー像を溶融定着させる定着装置を備えた画像形成装置に利用可能である。本発明の利用により、通常紙の種類に応じて定着ニップ圧を複数の加圧設定に精度よく調整可能な画像形成装置を提供することができる。

Ｐａ～Ｐｄ 画像形成部
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
２４ ニップ形成部材
２５ ベルトガイド
２６ フレーム部材
３０ 加圧機構
３１ 加圧レバー
３２ コイルバネ
３３ 押圧カム
３５ シャフト
４０ 基準位置検知機構
４１ 基準位置検知センサー
４３ 遮光板
４７ 加圧駆動モーター
８０ 操作部（入力部）
９０ 制御部
９５ タイマー
１００ 画像形成装置
Ｎ 定着ニップ部
Ｓ 用紙（記録媒体）

Claims (9)

1. 記録媒体にトナー像を形成する画像形成部と、
   被加熱回転体と、
   前記被加熱回転体に所定の定着ニップ圧で圧接されて定着ニップ部を形成する加圧回転体と、
   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対し前記加圧回転体を接近または離間する方向に移動させる加圧レバーと、前記加圧レバーによる押圧力を可変する押圧カムと、前記押圧カムが固定されたシャフトを回転させる加圧駆動モーターと、を有する加圧機構と、
   前記シャフトに固定された遮光板と、前記遮光板によりオンまたはオフ状態となる基準位置検知センサーと、を有し、前記加圧回転体が基準位置にあることを検知する基準位置検知機構と、
   を備え、前記定着ニップ部を通過する前記記録媒体を加熱および加圧することにより前記トナー像を前記記録媒体に定着する定着処理を行う定着装置と、
   前記記録媒体の種類に関する情報を入力可能な入力部と、
   前記入力部から入力された前記記録媒体の種類に関する情報に基づいて前記加圧機構を制御することにより前記加圧位置を調整する制御部と、
   を備えた画像形成装置において、
   前記加圧機構は、前記加圧回転体を、第１加圧位置と前記第１加圧位置よりも前記定着ニップ圧の小さい第２加圧位置とを含む、前記定着ニップ圧の異なる複数の加圧位置と、前記加圧位置に比べて前記定着ニップ圧が小さい減圧位置と、に選択配置し、
   前記制御部は、前記記録媒体が通常紙である場合は、前記加圧回転体を複数の前記加圧位置のいずれかに配置して前記定着処理を行い、前記記録媒体が特殊紙である場合は、前記加圧回転体を複数の前記加圧位置および前記減圧位置のいずれかに配置して前記定着処理を行い、
   前記遮光板は、前記押圧カムの回転位置が前記加圧位置付近に到達したタイミングで前記基準位置検知センサーがオン状態となるように配置されており、
   前記加圧駆動モーターを正回転させた後、前記基準位置検知センサーがオン状態となったタイミングから所定時間が経過したとき、若しくは前記シャフトの回転量が所定量に到達したとき前記加圧駆動モーターを停止することにより前記加圧回転体を複数の前記加圧位置のいずれかに配置することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記加圧機構は、前記加圧回転体を前記定着ニップ圧の異なる複数の前記減圧位置に選択配置し、
   前記加圧駆動モーターを逆回転させた後、前記基準位置検知センサーがオフ状態となったタイミングから所定時間が経過したとき、若しくは前記シャフトの回転量が所定量に到達したとき前記加圧駆動モーターを停止することにより前記加圧回転体が複数の前記減圧位置のいずれかに配置されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 複数の前記加圧位置における前記定着ニップ圧は、前記定着ニップ圧の最も低い前記加圧位置を１としたとき、１～１．２の範囲にあることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記制御部は、前記被加熱回転体の温度である定着温度を待機温度まで立ち上げるウォームアップ開始時に、前記加圧回転体を前記減圧位置に配置した状態で前記加圧回転体を所定の線速で回転駆動し、前記ウォームアップ中に前記定着温度が前記待機温度よりも低い所定温度に到達したとき、前記加圧回転体の線速を速くするとともに、前記加圧回転体を前記減圧位置から前記第２加圧位置に移動し、前記定着温度が前記待機温度に到達したとき、前記加圧回転体の線速を元に戻すとともに、前記加圧回転体を前記第２加圧位置から前記減圧位置に移動する制御を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記制御部は、前記ウォームアップ中に前記加圧回転体が前記第２加圧位置に配置された状態で印字命令が入力された場合、前記記録媒体の種類に基づいて、前記加圧回転体を前記第２加圧位置に保持するか、若しくは前記第２加圧位置と異なる前記加圧位置および前記減圧位置のいずれかに配置することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記制御部は、印字命令が入力された時点で前記記録媒体の種類に関する情報が確定していない場合、前記加圧回転体を前記第２加圧位置に配置し、前記記録媒体の種類が確定した時点で前記加圧回転体を前記第２加圧位置に保持するか、若しくは前記第２加圧位置と異なる前記加圧位置および前記減圧位置のいずれかに配置することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記制御部は、印字命令が入力された時点で前記加圧回転体を前記第２加圧位置に配置し、前記入力部から入力された前記記録媒体の種類に基づいて、前記加圧回転体を前記第２加圧位置に保持するか、若しくは前記第２加圧位置と異なる前記加圧位置および前記減圧位置のいずれかに配置することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の画像形成装置。
8. 前記制御部は、前記加圧回転体を前記第２加圧位置から前記第２加圧位置と異なる前記加圧位置および前記減圧位置のいずれかに配置する場合、前記第２加圧位置から前記加圧駆動モーターを所定時間だけ正回転または逆回転させることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれかに記載の画像形成装置。
9. 前記制御部は、前記加圧回転体を前記第２加圧位置から前記第２加圧位置と異なる前記加圧位置および前記減圧位置のいずれかに配置する場合、前記加圧駆動モーターを回転させて前記基準位置検知センサーをオン状態またはオフ状態とし、前記加圧回転体が基準位置にあることを検知した後に前記加圧駆動モーターを所定時間だけ正回転または逆回転させることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれかに記載の画像形成装置。

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