JP4972985B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ等の画像形成装置に関し、特に、未定着画像を熱定着する定着装置を備えた画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式、静電記録方式、イオノグラフィー等の画像形成方式を採用し、カラーや白黒の画像を形成する複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置では、未定着画像を熱定着するための定着装置が用いられている。このような定着装置としては、弾性押圧部材により加熱ロールに対して無端ベルトを圧接配置し、加熱ロールと無端ベルトとの間に形成された接触ニップ域に記録シートを通過させることにより未定着画像を加熱・加圧定着する、所謂ベルトニップ方式の定着装置が知られている（特許文献１等を参照）。

従来、上記方式の定着装置では、弾性押圧部材による押圧状態は固定されており、無端ベルトと加熱ロールとの間に形成される接触ニップ域の加圧状態は、画像を形成する用紙に関係なく一定であった。普通紙、厚紙、薄紙等、紙質の相違に対しては、紙質に応じて与える熱量を変化させることにより対応しているが、紙種は増加する一方であり、紙質に応じて熱量を変化させるだけでは良好な定着性を得ることができない、という問題があった。

この問題を解決するために、加熱ロールに圧接配置される無端ベルトの内側に弾性押圧部材を配設し、この弾性押圧部材を可動支持部材で支持すると共に、この可動支持部材の位置を可変設定できるようにした定着装置が提案されている（特許文献２参照）。この定着装置では、加熱ロールと無端ベルトとの間に形成される接触ニップ域の加圧状態を変更することができ、記録シートの厚さや種類等に応じて、使用対象となる記録シートに最適な接触ニップ域を容易に形成することができる。これにより紙質適応性を高めている。
特開昭６２−１３５８６５号公報 特開平１０−２２８２００号公報

しかしながら、特許文献２の定着装置では、接触ニップ域の圧力状態が変更されるだけであり、多種・多様な紙種に十分に対応することができない、即ち、常に良好な定着性を得ることができないという問題があった。

本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、紙質に拘らず常に良好な定着画像を得ることができる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画像形成装置は、弾性体からなる圧力パッドを有する第１の押圧部材により加熱ロールに対して無端ベルトを圧接配置し、前記加熱ロールと前記無端ベルトとの間に形成された接触ニップ域に用紙を通過させて、該用紙上の未定着画像を加熱・加圧定着する定着装置と、前記第１の押圧部材に固定され且つ搬送方向に延びるアーム、前記搬送方向の入口側に配置され且つ回転により前記アームの一端を移動させる偏芯カム、及び前記搬送方向の出口側に配置され且つ荷重変化により伸縮して前記アームの他端を押圧する第２の押圧部材を備え、前記偏芯カムの回転及び前記第２の押圧部材に掛かる荷重変化に応じた前記アームの移動により、前記接触ニップ域のニップ圧及びニップ幅の少なくとも一方を変化させる可変機構と、前記偏芯カムを回転させると共に前記第２の押圧部材に掛かる荷重を増減して、前記可変機構を駆動する駆動手段と、画像を形成する用紙の紙質情報を含む画像形成条件に応じて前記搬送方向の圧力分布が変化するように、前記駆動手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴としている。

以上説明したように本発明によれば、接触ニップ域の圧力状態だけでなく、接触ニップ幅を紙質に応じて変更するように定着装置が制御されるので、紙質に拘わらず常に良好な定着画像を得ることができる、という効果がある。また、接触ニップ域の状態変化に加え、紙に定着するトナー量を考慮して定着装置を制御することで、画像によらず安定して良好な定着画像を得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。

（画像形成装置）
図１は本発明の実施の形態に係る画像形成装置の制御系の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る画像形成装置は、電子写真方式を用いて用紙上に画像を形成する画像形成装置である。電子写真方式を用いた画像形成装置は、用紙上に画像を形成する画像形成部と、画像形成部に用紙を供給する給紙部とを備えている。また、画像形成部は、感光体ドラム、帯電部、光走査部、現像部、転写部、及び定着部を備えている。画像形成部では、帯電部で感光体ドラムの表面が一様に帯電され、ＲＯＳ等で構成された光走査部により感光体ドラムが走査露光されて静電潜像が形成される。形成された静電潜像は現像部でトナーにより現像され、現像されたトナー像は転写部で用紙に転写される。こうして用紙に転写されたトナー像は、定着部で加熱・加圧定着される。このような画像形成装置には従来公知の構成を適用できるため、ここでは説明を省略する。

図１に示すように、本実施の形態に係る画像形成装置には、画像形成装置の各部を駆動制御し、上述した画像形成処理を実行するプリンタ制御部１０が設けられている。このプリンタ制御部１０は、上位のコントローラ（ＥＳＳ）１４に接続され、ＥＳＳ１４により制御されている。ＥＳＳ１４には、操作パネル等のユーザ・インターフェイス（ＵＩ）部３２が接続されている。

プリンタ制御部１０には、ＥＳＳ１４から入力されたプリントコマンド（プリント条件、紙質情報等）に基づいて処理動作を実行するマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）１２と、ＥＳＳ１４から入力された画像信号に基づいて制御信号を生成してレーザ走査装置（ＲＯＳ）１６に出力する画像データ処理部１８と、定着器２０に設けられたカム駆動用モータ２２、用紙搬送用モータ２４、及び駆動検知センサ２６を駆動制御する負荷制御部２８と、各種データを記憶するメモリ３０と、が設けられている。カム駆動用モータ２２には、ステッピングモータを用いることができる。

プリンタ制御部１０のＣＰＵ１２には、定着器２０の各部を駆動制御するための制御テーブルの確定処理に用いるレジスタ３４（ＴＣＮＴ１）とレジスタ３６（ＴＣＮＴ２）とが設けられている。なお、制御テーブルの確定処理とその処理における２つのレジスタ（ＴＣＮＴ１、ＴＣＮＴ２）の役割については後述する。

また、図示した通り、クロック信号（ＶＣＬＫ）、ページシンク（ＰＳ）信号、ラインシンク（ＬＳ）信号、画像データ信号（ＶＤＡＴＡ）の各々は、画像データ処理部１８から出力され、ＲＯＳ１６とＣＰＵ１２の各々に入力される。

図２は本実施の形態に係る定着器の概略構成図である。
定着器２０は、加熱ランプ４２が内蔵された加熱ロール４０と、この加熱ロール４０に圧接し且つ加熱ロール４０と共に転動する無端状の定着ベルト４４と、を備えている。加熱ロール４０は、熱伝導率のよいアルミニウム等の円筒状のコア４６を備え、コア４６の表面にはシリコーンゴム等からなる弾性層４８が被覆されている。定着ベルト４４はポリイミド等の耐熱性樹脂からなるフィルムで構成され、定着ベルト４４の表面にはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の離型層（図示せず）が形成されている。

加熱ロール４０に対向する定着ベルト４４の内側には、シリコーンゴム等の耐熱性弾性体からなる圧力パッド５０が配置されている。圧力パッド５０は定着ベルト４４を加熱ロール４０に押圧する押圧部材５２に嵌め込まれ、押圧部材５２は走行ガイドを兼ねた支持部材５４により移動可能に支持されている。定着ベルト４４を加熱ロール４０に押圧することにより、両者間に接触ニップ域５６が形成される。そして、この接触ニップ域５６に用紙を通過させることにより、用紙上に未定着トナー像が加熱・加圧定着される。

また、定着器２０には、用紙の種類（紙種）に応じて接触ニップ域５６の状態を変化させる可変機構が設けられている。この可変機構は、回転軸５８の周りに回転する偏芯カム６０と、一端が連結部６２で連結されると共に他端が押圧部材５２に固定されたアーム６４及びアーム６６と、アーム６４の他端を押圧するスプリング等の押圧部材７０と、で構成されている。

偏芯カム６０は、図１に示すカム駆動用モータ２２とシャフト（図示せず）によって接続されている。アーム６４は押圧部材５２を貫通し且つ中央部が押圧部材５２に固定されており、アーム６６は他端が押圧部材５２に固定されている。押圧部材７０の一端は固定部材６８に固定され、荷重変化により伸縮自在に構成されている。

（接触ニップ域の状態変化）
図３（Ａ）乃至（Ｃ）は、定着器２０の「薄紙モード」、「普通紙モード」、「厚紙モード」での状態を示す図であり、図３（Ｄ）乃至（Ｆ）は各モードでのプロセス方向の圧力分布を示す図である。

通常、スタンバイ状態(待機状態)では、定着モードは「普通紙モード」に設定されており、定着器２０は図３（Ｂ）及び図３（Ｅ）に示す状態となっている。

「薄紙モード」に移行する場合には、図３（Ａ）に示すように、ここからの偏芯カム６０の回転量によりプロセス方向の圧力分布を変化させる。例えば、カム駆動用モータ２２として１ステップで１．６°回転するステッピングモータを用い、ＣＰＵ１２からのパルス（矩形波）を負荷制御部１８に入力して、１パルスに対し１ステップ移動することにより１パルスに対し１．６°回転することができ、偏芯カム６０の回転距離（量）を正確にコントロールすることができる。本実施の形態では、ＣＰＵ１２からの所定パルス数のパルス信号を負荷制御部１８に入力して、カム駆動用モータ２２を駆動し、偏芯カム６０を所定角度（図では左回りに９０°）だけ回転させている。

薄紙は、用紙に消費される熱量が小さい(加熱ロールの温度が下がり難い)ので、ニップ幅が小さくても用紙への画像の定着に問題はない。しかしながら、接触ニップ域５６でのピーク圧力を高くしなければ、用紙の加熱ロール４０からの剥離性が低下する。従って、「薄紙モード」では、定着ベルト４４からの用紙の剥離が優先される。

図３（Ａ）に示すように、偏芯カム６０を所定角度回転させてアーム６４、６６を矢印Ａ方向に移動させると共に、荷重を減らして押圧部材７０を伸張することで、図３（Ｄ）に示すように、圧力パッド５０を介して押圧される接触ニップ域５６（プレ加熱部）が狭くなり、その結果、接触ニップ域５６の幅（ニップ幅）が小さくなる。一方、押圧部材５２の一部が加熱ロール４０に食い込むことにより、押圧部材５２を介して押圧される接触ニップ域５６（定着部）でのピーク圧力が高くなる。

特に、画素密度が高い画像の場合には、用紙上のトナー量が多くなり、このトナーが加熱ロール４０から剥離し難く、加熱ロール４０に用紙が巻き付きトラブルを招く虞がある。本実施の形態では、用紙の先端部分での画素密度を計測することにより、画素密度の値に応じて、更に、接触ニップ域５６での圧力（ニップ圧）及び接触ニップ域５６での幅（ニップ幅）を細かく制御して、最適な定着条件を設定することができる。

例えば、画素密度が高くトナー量が多い場合には、ニップ幅を小さく、ピーク圧力を高くすることによって、用紙の剥離性が高い定着器へと意図的にコントロールすることができる。一方、画素密度が低くトナー量が少ない場合には、ピーク圧力が高い期間を短くすることによって、加熱ロール４０の寿命（交換するまでのライフ）を長くできる。例えば、偏芯カム６０の回転角度を９０°から７０°に減らすことで、ピーク圧力を１０％程度低減することができる。

なお、定着器２０から用紙が排出されると、定着器２０は図３（Ｂ）に示すスタンバイ状態(待機状態)に戻る。定着器２０出口に検知センサ（図示せず）を設けることで、用紙の排出を検知することができる。

「厚紙モード」に移行する場合には、図３（Ｃ）に示すように、偏芯カム６０を所定角度回転（図では右回りに９０°）させてアーム６４、６６を矢印Ｂ方向に移動させると共に、荷重を増やして押圧部材７０を圧縮することで、圧力パッド５０が持ち上げられ、図３（Ｆ）に示すように、プレ加熱部が広くなり、ニップ幅が広くなる。即ち、用紙に熱を伝える領域が長くなることになる。一方、定着部でのピーク圧力は低下する。

「厚紙モード」では、画像の定着が優先される。上述した通り、ニップ幅が広くなり加熱時間も延びるため、画素密度が高くトナー量が多い場合であっても、良好な画質(充分にトナーが溶解して用紙に定着した)を安定して得られるようになる。また、ニップ幅が広がったが、その代わり定着部のピーク圧力は低下する。定着部でのピーク圧力が低下したとしても、厚紙では用紙が持っている"コシ"が強いため、用紙が加熱ロール４０に巻き付く懸念は無い。従って、定着部でのピーク圧力を薄紙や普通紙ほど高めなくてもよい。

従来、定着ベルトと加熱ロールとの間に形成される接触ニップ域の加圧状態は、画像を形成する用紙やトナー量に関係なく一定であった。普通紙、厚紙、薄紙等、紙質の相違に対しては、紙質に応じて与える熱量を変化させることにより対応していた。例えば、厚紙では、用紙の搬送速度を遅くし、加熱時間を長くすることによって、安定した定着作業を行っていた。本実施の形態では、ニップ幅を制御して加熱時間を長くするので、搬送速度（プロセススピード）を遅くすること無く、加熱時間を長くすることができる。なお、厚紙ではピーク圧力を高くする(機構)も用意する必要がない。

（制御テーブルの確定処理）
図４にＣＰＵ１２で実行される「制御テーブルの確定処理」のルーチンを示す。
このフローチャートでは、まず、ステップ１００で、印刷ジョブが開始されたことを確認する。印刷ジョブの開始が確認されると、ステップ１００で肯定判断してステップ１０２に進み、ＥＳＳ１４から薄紙、普通紙、厚紙等の紙質情報を取得する。ＥＳＳ１４は、ＵＩ部３２からの入力、マシンの設定値、厚さ検出センサ（図示せず）からの出力に基づいて、紙質情報を取得することができる。

次に、ステップ１０４で、画像形成装置の各部をプリンタ制御部１０により制御して、画像形成（プリント）動作を開始する。次のステップ１０６で、印刷ジョブのページ毎に出力されるページシンク（ＰＳ）信号が入力されたことを確認する。図６に示すように、ＰＳ信号は、画像処理においてページタイミングを生成し、主走査方向のライン毎に出力されるラインシンク（ＬＳ）信号のパルス数をカウントして、１ページの印画エリアが終了するとインアクティブになる。即ち、ＬＳ信号のパルス数をカウントして副走査の長さを判断できる。

画像データ処理部１８からＰＳ信号が出力されると、ＲＯＳ１６にＹＭＣＫ各色の画像データ信号（例えば、ＶＤＡＴＡ Ｙ）が出力される。従って、ＰＳ信号の入力が確認されると、ステップ１０６で肯定判断してステップ１０８に進み、画素密度を計測する「画素密度計測処理」が実行される。この処理では、画素密度はレジスタ３６（ＴＣＮＴ２）のカウント値として出力される。なお、「画素密度計測処理」の詳細については後述する。

画素密度が計測される（ＴＣＮＴ２のカウント値が得られる）と、次のステップ１１０に進み、図９に示す表を参照して定着器制御テーブルを確定する。図９に示す表（ＦＵＳＥＲ ＣＯＮＴ Ｔａｂｌｅ）は、紙質、ＴＣＮＴ２のカウント値、画素密度、及び濃度に対応した「定着器制御テーブル」を示すものである。図９に示す表は、メモリ３０に格納されている。

図９では、紙質は「薄紙、普通紙、厚紙」の３種類に分類され、各紙種毎に画素密度が「小、中、大」の３種類に分類されて、９種類の定着器制御テーブルが用意されている。画素密度が「小、中、大」は、濃度「薄、中、濃」に各々対応付けられる。画素密度の大小は、ＴＣＮＴ２のカウント値に閾値を設けることで判断される。閾値は定着器の特性に基づいて適宜設けられる。ここでは、ＴＣＮＴ２のカウント値が１０以下の場合は画素密度「小」、１１以上２０以下の場合は画素密度「中」、２１以上の場合は画素密度「大」とされている。

例えば、紙質が「普通紙」で且つ画素密度が「中」の場合には、表から「Ｔａｂｌｅ５」が選択され、定着器２０は図３（Ｂ）及び（Ｅ）に示すスタンバイ状態（待機状態）とされる。また、紙質が「薄紙」で且つ画素密度が「大」の場合には、表から「Ｔａｂｌｅ３」が選択され、定着器２０は図３（Ａ）及び（Ｄ）に示す剥離優先の状態とされる。紙質が「薄紙」で且つ画素密度が「小」の場合には、表から「Ｔａｂｌｅ１」が選択され、「Ｔａｂｌｅ３」の場合より定着部でのピーク圧力が低下するように制御される。また、紙質が「厚紙」で且つ画素密度が「大」の場合には、表から「Ｔａｂｌｅ９」が選択され、定着器２０は図３（Ｃ）及び（Ｆ）に示す定着優先の状態とされる。

定着器制御テーブルが確定されるとステップ１１２に進み、ステップ１１２で、図１０に示す表を参照してモータ制御パターンを確定し、次のステップ１１４で、モータ制御パターンに応じた制御信号を負荷制御部２８に出力する。図１０に示す表（ＭＯＴＯＲ ＣＯＮＴ Ｔａｂｌｅ）は、定着器制御テーブルに対応した「モータ制御パターン」を示すものである。図１０に示す表は、メモリ３０に格納されている。また、各制御パターンも、メモリ３０に格納されている。

ここでは、図９のＴａｂｌｅ１乃至９に対応して、９種類のＰａｔｔｅｒｎＡ乃至Ｈが設けられている。例えば、ステップ１１０で定着器制御テーブルが「Ｔａｂｌｅ３」と確定されると、次のステップ１１２では「Ｔａｂｌｅ３」に対応した「ＰａｔｔｅｒｎｅＣ」がモータ制御パターンと確定される。モータ制御パターンが確定すると、メモリ３０から確定したパターンが読み出され、このパターンに従ったモータ制御が実行される。

なお、「パターン」とは、パルス数（モータの移動量）、励磁パターン、相に流す電流トルク等、ステッピングモータを制御するための制御パラメータを意味している。また、「パターン」には、他の形態から現在の形態へ移行するためのパラメータも含まれている。例えば、Ｔａｂｌｅ１からＴａｂｌｅ３に移行するためのモータのパラメータや、Ｔａｂｌｅ９からＴａｂｌｅ３に移行するためのモータのパラメータなどである。

次に、ステップ１１６で、ＰＳ信号がインアクティブになったことを確認する。ＰＳ信号がインアクティブになったことが確認されると、ステップ１１６で肯定判断してステップ１１８に進み、印刷ジョブが終了したか否かを判断する。印刷ジョブが終了していない場合は、次ページの処理があるため、ステップ１０６に戻って、ＰＳ信号が入力されたことを確認する。印刷ジョブが終了していれば、ここでルーチンを終了する。

図５には、図４のステップ１０８で実行される「画素密度計測処理」のサブルーチンを示す。サブルーチンが開始されると、まず、ステップ２００で、レジスタ３６（ＴＣＮＴ２）のカウント値をリセットし、次のステップ２０２で、ＬＳ信号が入力されたことを確認する。なお、用紙の定着器への到達を検出するレジセンサ（図示せず）の検出信号をトリガーとして、ＬＳ信号の入力を監視することができる。ＬＳ信号の入力が確認されると、ステップ２０２で肯定判断してステップ２０４に進み、レジスタ３４（ＴＣＮＴ１）のカウント値をリセットする。ＬＳ信号が入力されると、次のステップ２０６で、クロック信号（ＶＣＬＫ）毎に画像データ信号（ＶＤＡＴＡ）を監視（取得）する。

図７は画像データ監視のタイミングを示すタイミングチャートであり、図８は画素密度が積算される様子を示すタイミングチャートである。図７及び図８に示すように、クロック信号に同期して設定された監視ポイント（矢印で示す）毎に、画像データ信号（ＶＤＡＴＡ Ｙ）を確認する。図８では、クロック信号の立ち上りでデータの確定を行っている。なお、図ではＹ色の画像データ信号を確認しているが、Ｙ色だけでなく、ＹＭＣＫ各色について画素密度の積算を行う。

この監視ポイントで、画像データ信号がハイレベル（Ｈ領域）にある場合には、ＴＣＮＴ１がアップカウントされ、カウント値が１増加する。画像データ信号がローレベル（Ｌ領域）にある場合には、ＴＣＮＴ１はアップカウントされない。ＴＣＮＴ１には予め閾値が設定されており、ＴＣＮＴ１のカウント値が設定された閾値を超える（オーバーフローする）と、ＴＣＮＴ２がアップカウントされ、カウント値が１増加する。従って、ＴＣＮＴ２のカウント値が大きいほど、画素密度が大きく、濃度が濃い（トナー量が多い)と判断される。なお、ＴＣＮＴ１はＬＳ信号（１主走査ライン）毎にリセットされるので、ＴＣＮＴ２は１つのＬＳ信号に対して１しか増加しない。

フローチャート（図５）に戻って説明すると、ステップ２０６で画像データ信号を取得した後、ステップ２０８で、画像データ信号がハイレベル（Ｈ領域）にあるか否かを判断する。Ｈ領域にある場合には、ステップ２０８で肯定判定してステップ２１０に進み、ＴＣＮＴ１をアップカウントする。一方、画像データ信号がＬ領域にある場合には、ステップ２０８で否定判定してステップ２０６に戻り、次の画像データ信号を取得する。

ＴＣＮＴ１をアップカウントした場合には、次にステップ２１２で、ＴＣＮＴ１がオーバーフローしていないか確認する。オーバーフローした場合は、ステップ２１２で肯定判定してステップ２１４に進み、ＴＣＮＴ２をアップカウントする。一方、ＴＣＮＴ１がオーバーフローしていない場合には、ステップ２１２で否定判定してステップ２０６に戻り、次の画像データ信号を取得する。

ＴＣＮＴ２をアップカウントした場合には、次のステップ２１６で、次のＬＳ信号が入力されたことを確認する。次のＬＳ信号が入力されると、ステップ２１８に進み、ＬＳ信号の入力回数が所定値（例えば、５０回）を超えたか否かを判断する。即ち、画像データ信号を監視する期間はＬＳ信号の個数で管理されており、これにより画素密度が計測される領域（印字される用紙先端からの距離）が設定されている。

ＬＳ信号の入力回数が所定値を超えた場合には、ステップ２１８で肯定判定してステップ２２０に進み、ＴＣＮＴ２のカウント値をメモリ３０に記憶してルーチンを終了する。ＬＳ信号の入力回数が所定値を超えていない場合には、ステップ２０４に戻って処理を繰り返す。

（モータ故障検知）
本実施の形態に係る画像形成装置では、定着器２０を駆動するモータ２２に不具合があったり、モータを制御する負荷制御部２８の回路基板に不具合があると、定着器２０の可変機構が機能できなくなる。不具合を検知せず、用紙が定着器２０に搬送されると、加熱ロールへの巻き付き、トナーの定着不良、紙づまり、紙しわ等が発生してしまう。従って、モータ故障検知機構を更に設けることが好ましい。

図１１（Ａ）及び（Ｂ）はモータ故障検知機構を示す図である。
図１１（Ａ）の機構では、モータ２２とモータ２２の駆動電源８０との間にヒューズ８２が挿入され、直列に接続された抵抗８４、８６の一端がヒューズ８２とモータ２２との間に接続されると共に他端が接地されている。また、抵抗８４、８６の接続点はＣＰＵ１２に接続されている。これにより、抵抗８４、８６の分圧がＣＰＵ１２に入力される。なお、分圧が３Ｖ程度になるように、抵抗８４、８６の値が調整される。このようにＣＰＵ１２で分圧電位をモニターすることで、ヒューズ８２の断線、駆動電源８０の不具合等によるモータ２２の異常を検知することができる。

なお、異常を検知した場合には、検知内容、基板交換指示を不揮発性のメモリに格納した後、ＵＩ部３２にアナウンスを表示し、定着器２０の加熱ロールへの電力供給をシャットダウンする。これは用紙が加熱ロールへ巻き付き、加熱によって発煙発火することを防止するためである。また、検知内容等をメモリに格納しておくことで、後にサービス員がメンテナンス(トラブル調査)を行った際に、メモリ内容を確認できる。

また、図１１（Ｂ）の機構では、モータ２２とモータ２２の駆動電源８０との間に抵抗８８が挿入され、抵抗８８前後での電位を比較するコンパレータ９０が設けられている。コンパレータ９０の出力端は、ＣＰＵ１２に接続されている。これにより、コンパレータ９０の出力（パルス電圧）がＣＰＵ１２に入力される。モータ２２が通常の動作を行っているときは、電流はリップル状になり、ＣＰＵ１２において出力されるパルスの逓倍の周波数が確認できる。例えば、モータの１相あたりのコイルに異常が発生した場合には、周波数が乱れるので、これにより何らかの異常がモータ２２に発生したことが確認できる。また、周波数が現れない場合には、モータ２２が回転していないと判断でき、電気回路側になんらかの不具合が発生したと判断することができる。

また、定着器２０の周辺に、カムやギアの基準位置からのずれを検知する検知センサ（図１のセンサ２６等）を配置して、モータ２２の異常を検知することができる。例えば、定着器２０がＴａｂｌｅ４の状態にある場合をホームポジションとして、センサ２６から信号が入力されるようにする。印刷ジョブの開始前や用紙印刷間等の所定のタイミングでホームポジションに復帰するように制御し、そのタイミングでセンサ２６からの検知信号が入力されない場合は、モータ２２や負荷制御部２８の回路基板に何らかの異常があると判断する。

なお、異常を検知した場合には、検知内容、基板交換指示を不揮発性のメモリに格納した後、ＵＩ部３２にアナウンスを表示し、定着器２０の加熱ロールへの電力供給をシャットダウンする。これは用紙が加熱ロールへ巻き付き、加熱によって発煙発火することを防止するためである。また、検知内容等をメモリに格納しておくことで、後にサービス員がメンテナンス(トラブル調査)を行った際に、メモリ内容を確認できる。

なお、異常を検知した場合には、検知内容、基板交換指示を不揮発性のメモリに格納した後、ＵＩ部３２にアナウンスを表示し、以下の処置を行う。ホームポジションから全く移動しない場合、厚紙では搬送速度を通常より遅くする。画素密度が特に高い場合には、搬送速度を２．５倍程度にする。これは、充分にトナーを用紙に定着させないとユーザへのトナー付着の危険性があるためである。厚紙で画素密度が低い場合には、用紙に消費される熱量分だけ搬送速度を遅くする。例えば、搬送速度を２倍程度にする。定着器２０のピーク圧力を高くできないため、薄紙が指定された場合は印刷ジョブを終了してメッセージを表示する。或いは、薄紙の選択をできないように印刷ジョブの開始前にＵＩ部３２にアナウンス表示を行う。

以上説明した通り、本実施の形態では、用紙の紙質に応じて接触ニップ域での圧力（ニップ圧）及び接触ニップ域の幅（ニップ幅）を制御すると共に、用紙の先端部分での画素密度の値に応じてニップ圧及びニップ幅を更に細かく制御して、最適な定着条件を設定することができ、紙質に拘わらず常に良好な定着画像を得ることができる。

また、本実施の形態では、ニップ幅を制御して加熱時間を変更することができ、厚紙の場合でも、搬送速度（プロセススピード）を遅くすることなく、熱供給量を制御することができる。

上記の実施の形態では、カムを用いて接触ニップ域５６の状態を変化させる可変機構を設けた例について説明したが、これは一例であり、可変機構はステッピングモータを用いて制御できるものであれば特に制限はない。例えば、ギヤや梃子（テコ）の原理によって可変させる可変機構や、加熱ロールの位置を前後にずらす可変機構を用いることもできる。

また、連続プリントの際には、その都度Table5の待機状態まで戻っていると処理時間が長くなる。このため直前の形態から次の用紙に適した形態まで連続で動作を行う。これはパターンの中にそれぞれの形態(Table)からのモータ制御パターンを格納しており、そこから判断してＣＰＵでモータの制御を行うことができるためである。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置の制御系の構成を示すブロック図である。 定着器の概略構成図である。 （Ａ）乃至（Ｃ）は定着器の薄紙モード、普通紙モード、厚紙モードでの状態を示す図であり、（Ｄ）乃至（Ｆ）は各モードでのプロセス方向の圧力分布を示す図である。 制御テーブルの確定処理ルーチンを示すフローチャートである。 画素密度計測処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 ページシンク（ＰＳ）信号及びラインシンク（ＬＳ）信号の出力タイミングを示すタイミングチャートである。 画像データ監視のタイミングを示すタイミングチャートである。 画素密度が積算される様子を示すタイミングチャートである。 定着器制御テーブルを示す図である。 モータ制御テーブルを示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）はモータ故障検知機構を示す図である。

符号の説明

１０ プリンタ制御部
１２ ＣＰＵ
１４ ＥＳＳ
１６ ＲＯＳ
１８ 画像データ処理部
１８ 負荷制御部
２０ 定着器
２２、２４ モータ
２６ センサ
２８ 負荷制御部
３０ メモリ
３２ ＵＩ部
３４ レジスタ
３６ レジスタ
４０ 加熱ロール
４２ 加熱ランプ
４４ 定着ベルト
４６ コア
４８ 弾性層
５０ 圧力パッド
５２ 押圧部材
５４ 支持部材
５６ 接触ニップ域
５８ 回転軸
６０ 偏芯カム
６２ 連結部
６４、６６ アーム
６８ 固定部材
７０ 押圧部材
８０ 駆動電源
８２ ヒューズ
８４ 抵抗
８８ 抵抗
９０ コンパレータ

Claims (9)

1. 弾性体からなる圧力パッドを有する第１の押圧部材により加熱ロールに対して無端ベルトを圧接配置し、前記加熱ロールと前記無端ベルトとの間に形成された接触ニップ域に用紙を通過させて、該用紙上の未定着画像を加熱・加圧定着する定着装置と、
   前記第１の押圧部材に固定され且つ搬送方向に延びるアーム、前記搬送方向の入口側に配置され且つ回転により前記アームの一端を移動させる偏芯カム、及び前記搬送方向の出口側に配置され且つ荷重変化により伸縮して前記アームの他端を押圧する第２の押圧部材を備え、前記偏芯カムの回転及び前記第２の押圧部材に掛かる荷重変化に応じた前記アームの移動により、前記接触ニップ域のニップ圧及びニップ幅の少なくとも一方を変化させる可変機構と、
   前記偏芯カムを回転させると共に前記第２の押圧部材に掛かる荷重を増減して、前記可変機構を駆動する駆動手段と、
   画像を形成する用紙の紙質情報を含む画像形成条件に応じて前記搬送方向の圧力分布が変化するように、前記駆動手段を制御する制御手段と、
   を備えた画像形成装置。
2. 前記用紙の紙質情報を取得する情報取得手段と、入力された画像データの所定印字領域での画素密度を計測する計測手段と、前記情報取得手段で取得された紙質情報と前記計測手段で計測された画素密度とに応じて制御条件を設定する設定手段と、を更に備え、
   前記制御手段は、前記設定手段で設定された制御条件に基づいて前記駆動手段を制御する請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御手段は、用紙が薄紙である場合に、用紙が普通紙である場合に比べて、前記接触ニップ域のニップ幅が小さくなり且つ前記接触ニップ域でのピーク圧力が高くなるように前記駆動手段を制御する、請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記制御手段は、用紙が厚紙である場合に、用紙が普通紙である場合に比べて、前記接触ニップ域のニップ幅が広くなり且つ前記接触ニップ域でのピーク圧力が低下するように前記駆動手段を制御する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記制御手段は、用紙が薄紙であり且つ画素密度が低い場合に、用紙が薄紙であり且つ画素密度が高い場合に比べて、前記接触ニップ域でのピーク圧力が高い期間が短くなるように前記駆動手段を制御する、請求項２乃至４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記計測手段は、主走査ライン毎に画像データを取得し、高濃度画素数をカウントして、所定印字領域での画素密度を計測する、請求項２乃至５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記計測手段は、画像書き出し位置から所定印字領域での画素密度を計測する、請求項２乃至６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記設定手段は、紙質情報と画素密度とに応じて制御条件を予めテーブルで記憶した記憶手段を備え、該テーブルを参照して、前記情報取得手段で取得された紙質情報と前記計測手段で計測された画素密度とに応じて制御条件を設定する、請求項２乃至７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
9. 前記駆動手段と該駆動手段の駆動電源との間の電圧変動を検出して前記駆動手段の異常を検知する異常検知手段を更に備えた請求項１乃至８のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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