JP2023110490A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】定着画像を高画質化できる定着装置を提供する。【解決手段】定着装置100は、定着部材51と、定着部材51を表面が移動するように駆動する駆動装置Mと、定着部材51の表面移動速度を検出する定着部材速度検出手段20,63と、記定着部材速度検出手段の検出結果を用いて駆動装置を制御する駆動制御手段300とを備える。さらに、定着部材51で搬送されているシートの移動速度を検出するシート速度検出手段21,22を設け、シート速度検出手段の検出結果を駆動制御手段300による駆動装置の制御に用いる。定着部材51よりシートの搬送下流側にシート搬送手段23を備え、シート速度検出手段21,22は、定着部材51とシート搬送手段23との間の搬送経路でシートの移動速度を検出するようにしてもよい。【選択図】図2

Description

本発明は、定着装置及び画像形成装置に関するものである。
従来、定着部材と、定着部材を表面が移動するように駆動する駆動装置と、定着部材の表面移動速度を検出する定着部材速度検出手段と、定着部材速度検出手段の検出結果を用いて駆動装置を制御する駆動制御手段とを備えた定着装置が知られている。
例えば、特許文献1には、加熱部材とニップ形成部材に張架された無端ベルト(定着部材)と、加圧部材との間を搬送するときに記録材(シート)上のトナー画像を定着させる定着装置が開示されている。この定着装置は、無端ベルトを回転駆動する駆動回転体の速度が、回転検知手段を用いて検知した無端ベルトが架け回された従動回転体の回転速度に基づいて制御される。駆動回転体は、ニップ形成部材と加圧部材の少なくとも一方であり、従動回転体は、加熱部材である。そして、加熱部材の熱膨張分を補正して駆動回転体の速度を制御する。これにより、無端ベルトの線速を一定に保つことが可能であり、定着ニップを通過中の記録材に担持されたトナー画像が乱れる、定着画像の乱れの発生を、抑制できるとされている。
画像の高画質化のたる定着画像の一層の高画質化が求められる。
上述した課題を解決するために、本発明は、定着部材と、前記定着部材を表面が移動するように駆動する駆動装置と、前記定着部材の表面移動速度を検出する定着部材速度検出手段と、前記定着部材速度検出手段の検出結果を用いて前記駆動装置を制御する駆動制御手段とを備えた定着装置において、前記定着部材で搬送されているシートの移動速度を検出するシート速度検出手段を設け、前記シート速度検出手段の検出結果を前記駆動制御手段による前記駆動装置の制御に用いることを特徴とするものである。
本発明によれば定着画像を高画質化できる。
本実施形態の複写機の構成を示す模式図。 定着装置100の説明図。 定着装置100の変形例の説明図。 定着部材速度検出手段の検出結果を用いて行う駆動装置の制御の変形例の説明図。
以下、本発明に係る定着装置を備える画像形成装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態における画像形成装置は、電子写真方式の画像形成部を備えるプリンタである。このプリンタは、画像形成部が4つの感光体を備える中間転写方式のタンデム型のプリンタであるが、他のカラープリンタやモノクロプリンタであってもよい。画像形成装置は、スキャナ部を備えた複写機であってもよい。
図1は本実施形態の複写機の構成を示す模式図である。本実施形態のプリンタ200は、シートあるいは記録媒体である用紙上に画像を形成するプリンタ部200Aと、複数の給紙カセット220を有した給紙部200Bとを備える。プリンタ部200Aは、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の色ごとの作像部が中間転写体としての中間転写ベルト210の回転方向に沿って配列されている。
各作像部は、それぞれ、潜像担持体としての感光体205を備えている。感光体205の周囲には、帯電装置202、光書込装置201、現像装置203、一次転写装置204、感光体クリーニング装置206などを備えている。符号の添え字Y,M,C,Kは色を区別するためのものである。このプリンタ200は、中間転写ベルト210をクリーニングするベルトクリーニング装置213や定着装置100も備えている。
図示の定着装置100は、定着カバー100a内に、定着部材であるとともに無端ベルトである定着ベルト51、定着ベルトの支持部材であるとともにニップ形成部材であるニップ形成ローラ52と、定着ベルトの支持部材である加熱ローラ54と、加圧部材である加圧ローラ55とを備えている。
プリンタ部200Aにおいて、各感光体205上に形成された各色トナー像は、一次転写装置204によって、表面が移動する中間転写ベルト210上に互いに重なり合うように一次転写され、中間転写ベルト210上にカラートナー像が形成される。中間転写ベルト210上のカラートナー像は、中間転写ベルト210の回転に伴って二次転写バックアップローラ211と二次転写対向ローラ212からなる二次転写領域へと搬送される。両ローラの間には二次転写電界が形成される。
中間転写ベルト7210のカラートナー像は、二次転写領域において、所定のタイミングで給紙部200Bにより給紙カセット220から搬送されてくる用紙上に二次転写される。カラートナー像が形成された用紙は、その後、定着装置100へと搬送され、熱と圧力の作用により、カラートナー像が用紙上に定着される。定着後の用紙は、排出トレイ215へと排出される。
図2は定着装置100の説明図である。図2(a)は概略構成図、図2(b)は校正治具の説明図である。図2(a)において、定着装置100は、定着ベルト51を駆動し、記録媒体にトナーを定着させるためにニップ形成ローラ52と加圧ローラ55が配置される。ニップ形成ローラ52と加圧ローラ55の少なくとも一方が駆動源としてのモータMで回転駆動される。図示の例ではニップ形成ローラ52を駆動する。定着ベルト51を温めるため、加熱手段として内部に加熱ヒータ53aを挿入した加熱ローラ54がある。定着ベルトに張力を与えるため、加熱ローラ54はスプリングなどによって矢印Aの方向に付勢される。
定着ベルト51と接触し定着ベルトにより駆動される従動回転体としての従動ローラ20が設けられている。従動ローラ20はスリットエンコーダ63aが同軸上に取り付けられ、フォトセンサ63bでスリットを検出する。スリットエンコーダ63aとフォトセンサ63bとで回転検知部材63を構成し、この出力を用いて従動ローラ20の回転数を測定できる。コントローラ部300は従動ローラ20の回転数から定着ベルト51の表面の移動速度を算出する。従動ローラ20と回転検知部材63とコントローラ部300の速度算出機能部分とで定着部材速度検出手段を構成する。
従動ローラ20は昇温により径が増大するように変形する温度依存部材である。この従動ローラ20の温度を検出する温度センサ90が配置されている。コントローラ部300の速度算出機能部分は、後述するように、この温度センサ90からの温度情報を用いる。エンコーダに代え、他の回転検知手段を採用してもよい。また、従動ローラ20ではなく、加熱ローラ54の回転数を測定してもよい。
定着装置100の用紙搬送方向上流側には、直前の搬送ローラ対として二次転写バックアップローラ211と二次転写対向ローラ212(上流ローラ)があり、用紙搬送方向下流には、排紙ローラ23がある。定着装置100と排紙ローラ23の間にシートを検知する上流搬送センサ21と下流搬送センサ22とを配置している。これらがエッジセンサに相当する。これらは、後述問題を解決するために追加したものであり、使い方は後述する。コントローラ部300は、各センサ(63b、90,21,22)からの信号を受け取り、モータMの駆動を制御する駆動制御手段に相当する。
シート搬送開始時、定着装置100によるシート搬送前は、従動ローラ20があらかじめ定められた回転数r1になるように、ニップ形成ローラ52、または加圧ローラ55を駆動する。つまり、コントローラ部300は、定着部材速度検出手段の検出結果を用いて駆動装置としてのモータMを制御する駆動制御手段に相当する。コントローラ部300は、一定の時間間隔で従動ローラ20の回転数rを測定し、定めた回転数r1からのずれを逐次補正する。蓄熱状態により従動ローラ20が膨張するため、従動ローラ20の回転数と定着ベルト51の速度の関係は蓄熱状態により変化する。そのため、温度センサ90で検知した温度に基づき蓄熱状態を予測し、予め実験など定めておいて補正係数を用いて回転数r1を補正する。
以上の構成においては、次の問題が発生するおそれがある。定着装置では、定着ベルトと定着ローラ、加圧ローラなどでニップを作り、シートを搬送し、併せてシート上の画像を溶融定着する。定着装置は、環境やシートの銘柄ごとに定着温度を変更し、また経時で蓄熱状態が変わるため、ローラの膨張状態が都度変わり、シート搬送速度がばらついてしまう。定着装置にて搬送速度がばらつくと、上流下流のローラと、紙を引っ張り合ったり、搬送路にたるみが発生したりしてしまい、ローラスリップなどにより、異常画像が発生することがある。そのため、定着ベルト速度を直接あるいは間接的に測定し、理想からの定着ベルト速度のずれを補正し、シート搬送速度のばらつきを低減する。
ところが従来の技術では、定着ベルト線速を一定に出来る一方、定着ベルトの速度とシートの搬送速度は必ずしも一致しない。このため、定着ベルト速度から正確に所望のシート搬送速度に補正できない。定着ニップ部でのシート搬送状態は複雑であり、温度環境や加圧力、部品ばらつき、紙の銘柄などで変化してしまう。シート搬送速度を正確に補正するには、様々なシートを、様々な条件で大量に印刷し、定着ベルトとシート搬送速度の相関をあらかじめ評価しなくてはならず、大きな時間とコストがかかってしまう。また、経時劣化(定着ベルト表面性、面圧低下など)によってシート速度変動が発生する問題があった。シート速度変動を抑制し、定着画像の一層の高画質化が求められる。
上記問題を解決するために、本実施形態では、定着部材で搬送されているシートの移動速度を検出するシート速度検出手段を設け、シート速度検出手段の検出結果をコントローラ部300によるニップ形成ローラ52の回転駆動制御に用いる。このシート速度検出手段は、定着装置100と排紙ローラ23の間に配置した上流搬送センサ21と下流搬送センサ22とを備える。これらによるシート搬送速度の検出は次のように行う。
二次転写バックアップローラ211等で搬送されたシートが、定着装置100に到達し、定着装置100で搬送する際に、上流搬送センサ21、下流搬送センサ22を通過する。このとき、上流搬送センサ21と下流搬送センサ22にてシートを検知する時間差tを計測する。上流搬送センサ21と下流搬送センサ22の距離Lにより、シート搬送速度vが下式(1)で求まる。各センサはともに、シートの先端または後端の同じ方の端を検知する。
v=L/t (1)
狙いのシート搬送速度v0と実際のシート搬送速度vとの比から、従動ローラの回転数の目標をr1から下式(2)でr0に更新する。以降、従動ローラの回転数はr0を目標とし、シート搬送毎に更新する。
r0=r1×(v0/v) (2)
上流搬送センサ21と下流搬送センサ22の距離Lが正確でないと、測定速度が正しく算出できない。必要精度に応じて、上流搬送センサ21と下流搬送センサ22の位置決めを高精度化する。例えば、必要精度が緩い場合は、メカ部品のばらつきで管理する。必要精度が厳しい場合は、センサを治具組みする。もしくは校正治具により、センサ間距離Lの校正を実施する。
図2(b)おいて、校正治具30は、校正用の専用パターンP1,P2が施されたシートである。専用パターンP1,P2は2つあり、その長さa1及びa2は、センサ間距離Lより十分大きい。また、a1及びa2の長さは異なる。専用パターンは、上流搬送センサ21と下流搬送センサ22にて検知できる搬送方向直交方向の位置(破線Bで示す)に配置されている。図中白抜きの矢印Dが搬送方向である。
校正治具30を定着装置100で搬送する。下流搬送センサ22にて長さa1のパターンの先端を検知し、上流搬送センサ21にて長さa1の後端を検知するまでの時間t1を測定する。同様に、長さa2のパターンの時間t2を測定する。t1、t2は下式(3)、(4)となる。式中、vは搬送速度である。
t1=(a1-L)/v (3)
t2=(a2-L)/v (4)
この式から、下式(5)でLが求められる。
L=(a1×t2-a2×t1)/(t2-t1) (5)
シート搬送速度vは未知であるため、専用パターン1つでセンサ間距離Lは算出できない。実施例では、専用パターンを配置した校正治具30を挙げたが、専用パターンではなく、穴をあけたシートなどでも良い。以上のようにして、コントローラ部300による上記(1)の式を用いた速度演算に用いるセンサ間距離Lの情報の校正を実施するこの校正のための動作をユーザの指示で実行させるようにすることがこのましい。プリンタの工場出荷時に校正を行わせるようにしてもよい。
図3は、定着装置100の変形例の説明図である。図3(a)は概略構成図、図3(b)はシート速度検出の説明図である。この変形例は図2の例と下流搬送センサ22を削除して1つの搬送センサ21のみにしている点である。図3(b)において、搬送センサ21で検知する検知パターンP3は1つを図示しているが、複数個あってもよい。検知パターンP3は形成する所望の印刷画像の形成領域の外側に配置する。
図2の例と同様に、二次転写バックアップローラ211等で搬送されたシートが、定着装置100に到達し、定着装置100で搬送する際に、搬送センサ21を通過する。このとき、搬送センサ21にて検知パターン先端を検知し、さらに後端を検知するまでの時間tを計測する。検知パターンの長さaにより、シート搬送速度vが下式(6)で求まる。
v=a/t (6)
狙いのシート搬送速度v0と実際のシート搬送速度vとの比から、従動ローラの回転数の目標をr1から上記式(2)でr0に更新する。以降、従動ローラの回転数はr0を目標とし、シート搬送毎に更新する。この例は、センサ数を削減でき、センサ間距離に測定される搬送速度が依存しないメリットがある。一方で、検知パターンが必要になるため、シートに検知パターンを印刷することを許容できる場合に使用可能な構成となる。
図4は定着部材速度検出手段の検出結果を用いて行う駆動装置の制御の変形例の説明図である。この例では、定着ベルト51を回転駆動するニップ形成ローラ52や加圧ローラ55等の駆動回転体の速度が、回転検知部材63を用いて検知した加熱ローラ54等の従動回転体の回転速度に基づいて制御される。加えて、本変形例の定着装置100では、駆動回転体が、ニップ形成ローラ52及び加圧ローラ55の少なくともいずれかであり、従動回転体が、加熱ローラ54であり、加熱ローラ54の熱膨張分を補正して、駆動回転体の速度を制御する。
加圧ローラ55は、次のような加圧脱圧手段80により、定着ベルト51側へ加圧する加圧状態と、定着ベルト51から離間して脱圧された脱圧状態(離間状態)とに切り替え可能に構成されている。加圧脱圧手段80は、加圧レバー81、加圧スプリング82、加圧カム83、及び加圧カムシャフト84を有し、加圧カムシャフト84をカム駆動モータで回転させることで、加圧状態と脱圧状態とに切り替え可能である。この加圧脱圧手段80を用いて、カム駆動モータにより加圧カム83のカム位置を調整することで、所定のニップ圧を得ることもできる。
この加圧脱圧手段80を用い、定着ベルト51と加圧ローラ55とが離間しているときに検知した加熱ローラ54の回転速度を補正する。そして、次回、定着ベルト51と加圧ローラ55で形成される定着ニップに用紙を迎えるときの、駆動するニップ形成ローラ52及び加圧ローラ55の少なくともいずれかの初期回転速度が設定される。これによれば、次の作用効果を奏することができる。
すなわち、定着ニップを解除する機能により、加圧材への過剰な熱の伝達や、不必要時の接触による部品の経時劣化を抑制することができる。機械の高耐久性、印刷品質を担保するため、job1枚目が到達する直前に、脱圧状態から加圧状態に切り替えることがある。一方、脱圧中と加圧中でベルト線速が異なってしまうことが分かっているが、加圧切り替え直後だとベルト線速を補正する時間がないことがある。そのような場合であっても、ベルト線速を狙いの速度に制御することができる。
また、また、定着駆動モータの駆動力が伝達されるニップ形成ローラ52、及び加圧ローラ55の少なくともいずれかには弾性ゴム層52bを有している。そして、離間中の定着ベルト51の線速と、加圧ローラ55による加圧中の定着ベルト51の線速とを検知し、その検知結果に基づいて、定着駆動モータの駆動を制御し、定着ベルト51の線速を最適化する。これによれば、上述の作用効果を奏することができる。すなわち、脱圧中と加圧中でベルト線速が異なってしまうことが分かっているが、加圧切り替え直後だとベルト線速を補正する時間がないことがある。そのような場合であっても、ベルト線速を狙いの速度に制御することができる。
加圧時のニップ形成ローラ52及び加圧ローラ55の少なくともいずれかを回転させる速度の設定は、定着装置100の蓄熱状態の検出結果に応じた補正値を用いて設定される。これによれば、蓄熱状態により、定着ベルト線速を測定する従動回転体の回転速度が変わってしまうため、蓄熱状態に応じて狙いの速度の補正を行うことができる。定着装置100の蓄熱状態をニップ形成ローラ52の芯金52aの温度を温度センサ93で測定するなどして検出できる。
なお、従動回転体としての加熱ローラ54の熱膨張を補正するため加熱ローラ54の温度の検知する温度検知手段91は、加熱ローラ54の定着ベルト51よりも幅方向外側まで延在している箇所に対向こさせて温度を直接検知することができる。定着ベルト51の内部で加熱ローラ54に対向するように配置してもよい。これに代え、定着ベルト51を介して対向させてもよい。これよれば、従動回転体の熱膨張を簡易的に定着ベルト上の温度を検出することで、低コストで狙いの速度の補正を行うことが可能となる。
また、加圧部材が定着部材を加圧するときに、加圧部材の位置を変化させることで、異なるニップ幅を形成してもよい。これによれば、銘柄や環境により、ニップ幅を変更できる。加圧部材の位置を変化させるのに代え、加圧部材による加圧力を変化させることで、異なるニップ幅を形成するようにしてもよい。ニップ幅を変更することで多種多様な用紙の定着性能を確保可能となる。
以上の実施形態は、次の作用効果があるといえる。すなわち、定着ベルトの速度を測定し、初期設定値からのずれを補正することで、定着ベルトの速度ばらつきを抑制し、記録材搬送速度を安定させることができる。また温度変化による従動回転体の回転数の計測値の変化分を補正することで、正しく定着ベルト速度を狙いの値に制御できる。さらに、記録材の実搬送速度を測定し、理想値からのずれを算出し、定着ベルト速度の速度目標を切り替えることで、記録材の変化や機械差、機械稼働環境などによらず所望の記録材搬送速度に補正できる。これらにより、信頼性の高い用紙搬送性能を有した画像形成装置が提供できる。
20 :従動ローラ
21 :上流搬送センサ
22 :下流搬送センサ
23 :排紙ローラ
30 :校正治具
51 :定着ベルト
52 :ニップ形成ローラ
52a :芯金
52b :弾性ゴム層
53a :加熱ヒータ
54 :加熱ローラ
55 :加圧ローラ
63 :回転検知部材
63a :スリットエンコーダ
63b :フォトセンサ
80 :加圧脱圧手段
81 :加圧レバー
82 :加圧スプリング
83 :加圧カム
84 :加圧カムシャフト
90 :温度センサ
91 :温度検知手段
93 :温度センサ
100 :定着装置
100a :定着カバー
200 :プリンタ
200A :プリンタ部
200B :給紙部
201 :光書込装置
202 :帯電装置
203 :現像装置
204 :一次転写装置
205 :感光体
206 :感光体クリーニング装置
210 :中間転写ベルト
211 :二次転写バックアップローラ
212 :二次転写対向ローラ
213 :ベルトクリーニング装置
215 :排出トレイ
220 :給紙カセット
300 :コントローラ部
7210 :中間転写ベルト
A :矢印
B :破線
D :矢印
L :センサ間距離
M :モータ
N :定着ニップ
P1 :専用パターン
P2 :専用パターン
P3 :検知パターン
特開2019‐003167号公報

Claims (10)

  1. 定着部材と、
    前記定着部材を表面が移動するように駆動する駆動装置と、
    前記定着部材の表面移動速度を検出する定着部材速度検出手段と、
    前記定着部材速度検出手段の検出結果を用いて前記駆動装置を制御する駆動制御手段とを備えた定着装置において、
    前記定着部材で搬送されているシートの移動速度を検出するシート速度検出手段を設け、
    前記シート速度検出手段の検出結果を前記駆動制御手段による前記駆動装置の制御に用いることを特徴とする定着装置。
  2. 請求項1に記載の定着装置において、
    前記定着部材よりシートの搬送下流側にシート搬送手段を備え、
    前記シート速度検出手段は、前記定着部材と前記シート搬送手段との間の搬送経路でシートの移動速度を検出することを特徴とする定着装置。
  3. 請求項1または2に記載の定着装置において、
    前記シート速度検出手段は、シートの端を検出するエッジセンサをシート搬送方向に沿って一対備え、シート搬送方向上流側のエッジセンサにより搬送されているシートの端を検知してから、シート搬送方向下流側のエッジセンサにより前記シートの端を検知するまでの時間と、エッジセンサ間の距離とからシート搬送速度を算出することを特徴とする定着装置。
  4. 請求項3に記載の定着装置において、
    前記エッジセンサ間の距離の情報を校正する距離情報校正手段を備え、
    前記距離情報校正手段は、校正用検知パターンを備えたシートを搬送し、前記エッジセンサで前記校正用検知パターンを検知し、前記校正用検知パターンの検知結果からシートの搬送速度を算出して前記距離の情報を校正することを特徴とする定着装置。
  5. 請求項1または2に記載の定着装置において、
    前記シート速度検出手段は、シート上のパターンを検知するセンサを備え、搬送されているシートに設けた搬送方向長さが既知の検知パターンを前記センサで検知し、前記検知パターンを検知していた時間と前記既知の長さとからシート搬送速度を算出することを特徴とする定着装置。
  6. 請求項1乃至5の何れか一に記載の定着装置において、
    前記シート速度検出手段による検出をシート毎に行い、シート毎に検出結果を前記駆動制御手段による前記駆動装置の制御に用いることを特徴とする定着装置。
  7. 請求項1乃至6の何れか一に記載の定着装置において、
    前記定着部材は複数の支持部材で支持した無端ベルトであり、
    前記定着部材速度検出手段は、前記無端ベルトの移動に従動する従動回転体の回転速度から前記表面移動速度を検出することを特徴とする定着装置。
  8. 請求項1乃至7の何れか一に記載の定着装置において、
    前記定着部材を加熱する加熱手段と、
    前記定着部材の実際の表面移動速度が一定でも、前記加熱手段からの熱による変形によって前記定着部材速度検出手段の検出結果を変化させる温度依存部材を備え、
    前記駆動制御手段は、前記温度依存部材の変形による変化分だけ前記定着部材速度検出手段の検出結果を補正して前記駆動装置を制御することを特徴とする定着装置。
  9. 請求項1乃至8の何れか一に記載の定着装置において、
    前記定着部材にシートを加圧する加圧部材と、
    前記定着部材と前記加圧部材とを加圧状態と、離間あるいは脱圧状態とで切り替える加圧脱圧手段とを備え、
    前記駆動制御手段は、
    前記定着部材と前記加圧部材とが離間状態のときに検知した前記定着部材速度検出手段の検出速度から、
    次回、前記定着部材と前記加圧部材を加圧状態にしてシートを迎えるときの、前記駆動装置の初期目標速度を設定することを特徴とする定着装置。
  10. シート上に担持したトナー画像をシート上に定着する定着装置を備えた画像形成装置において、
    前記定着装置として、請求項1乃至9のいずれか一に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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