JP5471201B2

JP5471201B2 - 加熱定着装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JP5471201B2
Application number: JP2009205034A
Authority: JP
Inventors: 誉唯月岡
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2009-09-04
Filing date: 2009-09-04
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2029-09-04
Also published as: US20110058839A1; JP2011053625A; US8385763B2

Description

本発明は、加熱定着装置及び画像形成装置に関し、詳しくは、加熱した定着ローラと加圧ローラを用いて記録媒体に付着したトナーを加熱溶着して定着させる加熱定着装置、及び該装置を備えた複写装置、プリンタ装置、ファクシミリ装置等の画像形成装置に関する。

電子写真方式の複写装置、プリンタ装置、ファクシミリ装置等の画像形成装置においては、用紙等の記録媒体上に転写されたトナー画像を溶融、加圧して用紙に定着させる加熱定着装置が用いられている。加熱定着装置は、ヒータによって加熱された定着ローラと、加圧ローラとで形成されるニップ部に、未定着トナー画像が形成された用紙を通過させることにより用紙上にトナー画像を定着させる。

このような加熱定着装置においては、使用する用紙の種類や厚みに応じて、定着に最適な熱量を与えることが重要となる。例えば、定着ローラの温度を可変として、用紙に与える熱量を変化させる方法が挙げられるが、定着ローラの温度調整に時間を要し、ダウンタイムの発生を招くことがある。
これに対し、加圧ローラが定着ローラに加える圧力を可変とすることで、ニップ幅を変化させ、用紙が通貨する際の熱量を制御する方法が知られている（例えば、特許文献１〜１２参照）。

ニップ幅を可変とした加熱定着装置の構成としては、例えば、図１（ａ）に示すように、加圧ローラ（加圧部材）１０５が、加圧手段である付勢部材１０８によって図示しない定着ローラ（定着部材）に圧接され、該加圧手段が、カム１０１の回転（両方向の矢印で示す）によって加圧ローラ１０５への加圧力を制御できるものが挙げられる。

カム１０３の制御方法としては、図１（ｂ）に示すように、カム１０１と連動して矢印の方向へ回転可能な遮断フィラー１０２が、透過型センサ１０３が受光する光を遮断する構成によって行うことができる。例えば、遮断フィラー１０２が透過型センサ１０３の光を遮断した後、一定回転後の位置を、図の右側に示すホームポジション（以下、「Ｈ．Ｐ．」と表すことがある）として停止させ、次いでホームポジションの位置から、用紙の種類や厚みに応じて定めた一定の角度だけ回転させ、図の左側のように加圧ポジションとする方法が挙げられる。

しかし、上述の方法では、用紙の種類や厚みを変更する度に、必ずホームポジション位置へ移動させる必要があり、切り替えに時間を要することがある。また、加圧力を基準値に戻すとともに、動作量を初期化する技術も提案されているが（例えば、特許文献１３参照）、同様に、切り替えが間に合わない場合には、定着不良等の不具合を生じるという問題があった。

カムの制御方法における上述の問題に対し、ホームポジション位置へ移動させることなく、その時点におけるニップ幅情報を保持しつつ、用紙の種類や厚みの変更時には、必要な変更量に応じた分だけカムの回転方向及びカムの回転量を決定してニップ部の幅を調整する方法を実現できれば、時間短縮が可能である。
しかしながら、このような制御を繰り返すことにより、基準となるホームポジション位置での調整が行われないことから、カムを駆動するギアのバックラッシュなどの原因により、少しずつ目的の位置への移動にずれが生じてしまうおそれがある。

よって、本発明の課題は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、ホームポジションへの移動を行わず、動作を繰り返した場合であっても、カムを常に所望の位置に停止させることができ、用紙の種類や厚みに対して最適なニップ部の幅を、迅速かつ確実に調整可能な加熱定着装置、該加熱定着装置を備えた画像形成装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明に係る画像形成装置は、以下のとおりである。
〔１〕トナー像を加熱して溶融する定着部材と、前記定着部材に圧接してニップ部を形成する加圧部材と、カムの回転により前記定着部材に対する前記加圧部材の加圧力を変化させ、前記ニップ部の幅を複数段階に可変する手段と、前記カムを回転駆動する駆動モータと、前記カムの回転位置を検出する少なくとも２つの位置検出手段と、を備え、前記位置検出手段はそれぞれ、固定保持された透過型センサと、前記透過型センサが受光する光を遮断する遮断羽が設けられ、前記カムと同軸上に設けられ一体的に回転する遮断フィラーと、を有し、前記少なくとも２つの位置検出手段には、前記カムの回転位置が未知の場合に、所定のホームポジションにするための第１の位置検出手段と、前記カムの回転位置が前記ホームポジションを含む各ポジションにある際に、前記透過型センサが受光する光を遮断する位置に前記遮断羽を有するとともに、既知の前記カムの回転位置と、前記カムの回転方向と、前記遮断フィラーの回転により前記遮断羽が前記透過型センサの受光する光を横切ることで変化する前記透過型センサの信号のオンとオフが切り替わる回数と、に基づき、前記カムの回転位置を制御する第２の位置検出手段と、を含むことを特徴とする加熱定着装置である。
〔２〕前記駆動モータが、ステッピングモータであることを特徴とする前記〔１〕に記載の加熱定着装置である。
〔３〕前記第１および第２の位置検出手段双方の前記遮断羽が、前記透過型センサが受光する光を遮断する位置にある場合に、前記カムの回転の異常を検出することを特徴とする前記〔１〕または〔２〕のいずれかに記載の加熱定着装置である。
〔４〕前記定着部材及び前記加圧部材が、着脱自在な加熱定着ユニットを構成し、前記透過型センサが、前記加熱定着ユニットの外部に配置されていることを特徴とする前記〔１〕から〔３〕のいずれかに記載の加熱定着装置である。
〔５〕前記〔１〕から〔４〕のいずれかに記載の加熱定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置である。
〔６〕表示部を備え、前記透過型センサの出力信号により装置の異常が検知されたとき、前記表示部に異常状態であることが表示されることを特徴とする前記〔５〕に記載の画像形成装置である。

本発明の効果として、請求項１の発明によれば、信号のオンとオフが切り替わる回数が所定の回数となった後にカムを停止させることにより、ホームポジションへの移動を行わず、動作を繰り返した場合であっても、カムを常に所望の位置に停止させることができ、用紙の種類や厚みに対して最適なニップ部の幅を、迅速かつ確実に調整することができる。
請求項２の発明によれば、駆動モータのイナーシャに起因する停止位置の誤差の発生を低減することができ、カムを常に所望の位置に停止させることができ、用紙の種類や厚みに対して最適なニップ部の幅を、迅速かつ確実に調整することができる。
請求項３の発明によれば、センサの誤検知やセンサの故障による不具合を検出することができる。
請求項４の発明によれば、前記加熱定着ユニットの交換時に前記透過型センサを交換する必要が無く、コストダウンを実現することができる。
請求項５の発明によれば、印刷実行時に、カムのホームポジションへの移動を行わず、動作を繰り返した場合であっても、カムを常に所望の位置に停止させることができ、用紙の種類や厚みに対して最適なニップ部の幅を、迅速かつ確実に調整することができる。
請求項６の発明によれば、オペレータに異常状態であることを明示することができ、画像形成装置のダウンタイムの発生を低減することができる。

従来の加熱定着装置の一例であり、（ａ）はニップ幅を可変とした加熱定着装置の構成図、（ｂ）は遮断フィラーと透過型センサのポジションを説明した図である。本発明の加熱定着装置の一実施形態の例を示す概略構成図である。本発明の加熱定着装置の一実施形態の例を示す概略断面図である。本発明の加熱定着装置における、軸中心からカム周動面までの距離と、２つの遮断フィラー形状との関係を示した図である。カムの回転位置を検出する流れを説明するフロー図である。カムのホームポジションの検知動作の流れを説明するフロー図である。カムの現在位置から所定の位置に変更するのに必要な透過型センサの信号のオンとオフが切り替わる回数を示した表である。本発明の加熱定着装置の他の実施形態の例を示す概略断面図である。本発明の画像形成装置の一例を示す概略断面図である。本発明の画像形成装置における異常検知の表示方法を示す説明図である。

以下、本発明に係る加熱定着装置及び画像形成装置について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下に示す実施例の実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

図２及び図３に、本発明の加熱定着装置の一実施形態の例を示す概略構成図を示す。
本発明の加熱定着装置は、トナー像を加熱して溶融する定着部材である定着ローラ６、前記定着部材に圧接してニップ部１０を形成する加圧部材である加圧ローラ５と、カム１の回転により定着ローラ６に対する加圧部材（付勢部材）８の加圧力を変化させ、ニップ部１０の幅を少なくとも三段階に可変する手段と、カム１を回転駆動する駆動モータ４４と、カム１の回転位置を検出する少なくとも２つの位置検出手段とを備える。
前記位置検出手段は、固定保持された透過型センサ３Ａ及び３Ｂと、カム１と同軸上に設けられ、一体的に回転する遮断フィラー２Ａ及び２Ｂとからなり、遮断フィラー２は、透過型センサ３が受光する光を遮断しうる遮断羽（図４に４２で示す）を有し、遮断羽４２は複数の遮断フィラー２Ａ及び２Ｂ間で互いに位相が異なるように設けられている。
遮断フィラー２の回転により、遮断羽４２が透過型センサ３の受光する光を横切ることで変化する透過型センサ３の出力信号のオンとオフが切り替わり、切り替わった回数に基づき、カム１の回転位置を制御する。

定着ローラ６及び加圧ローラ５は、加熱手段としてハロゲンヒータ４０を備えている。
トナーを担持した転写紙は、定着ローラ６と加圧ローラ５とから形成されるニップ部１０にて加熱と加圧をされることにより、転写紙にトナーが定着する。
加圧ローラ５は、加圧手段８によって定着部材に加圧され、その加圧力は回動可能なカム１によって可変である。カム１は、回転軸４６に固定され、加圧ローラ５の前後に配置されている。回転軸４６には、カム１の位置検出手段として遮断フィラー２が少なくとも一つ固定され（図２及び図３の実施態様では２つ）ている。遮断フィラー２は、透過型センサの受光する光を遮断する部材として、複数の略矩形形状（又は略扇形状）の遮断羽を有している。

図４に、本発明の加熱定着装置における、軸中心からカム周動面までの距離と、２つの遮断フィラー形状との関係をそれぞれ示す。本実施態様では、カム１は、ホームポジションと、三段階のニップ部の幅として三つのポジション（ポジション１〜３）を有する形状として設計されている。２つの遮断フィラーのうち、一方の遮断フィラー２Ａは、複数の遮断羽を有し、他方の遮断フィラー２Ｂは、１つの遮断羽を有する。遮断フィラーの矩形形状の遮断羽の数としては、少なくともニップ部の幅のポジション数より多い必要があり、本実施態様では、遮断フィラー２Ａの遮断羽４２Ａの数を５つとした。なお、ＣＷ及びＣＣＷは回転方向を表す。
複数の位置検出手段において、それぞれ異なる数と配置の遮断羽４２を備えた複数の遮断フィラーは、これらがカム１とともに１回転することにより、それぞれの羽の位相が異なる様に配置されている。

なお、カム１は、透過型センサ３Ａ及び３Ｂが、ともに「オン（ＯＮ）」となった場合に、異常と判断され、センサの誤検知及び故障による不具合を検出することができる。

図５及び図６に、カム１の回転位置を検出する流れを説明するフロー図を示す。
カム１の回転位置の検出に必要となる情報としては、透過型センサ３Ａ及び３Ｂのオンとオフが切り替わった回数、詳しくはオフからオンに信号が変化した回数（以下、「ＯＦＦ／ＯＮ回数」と表すことがある）、駆動モータ４の回転方向が挙げられ、保存する情報としては、カム１の位置情報、及びＯＦＦ／ＯＮ回数である。

図５に示すとおり、カム１の検知動作は、まず、カム１の位置情報を確認し（Ｓ００１）、不明の場合にはホームポジションの検知を行う（Ｓ００２）。なお、ホームポジションの検知動作のフローは、図６に示す。
カム１の現在のポジションＰ_ｎ、次のポジションをＰ_ｎ＋１で表したとき、Ｐ_ｎがＰ_ｎ＋１よりも大きい場合、ＣＷ方向に駆動モータを回転させる（Ｓ００４）。次いで、ＯＦＦ／ＯＮ回数が、所定の回数カウントされたかを確認し（Ｓ００５）、所定回数のカウントが確認された後、１００ｍｓ回転させて停止させる（Ｓ００６）。
一方、Ｐ_ｎがＰ_ｎ＋１よりも小さい場合、ＣＣＷ方向に駆動モータを回転させる（Ｓ００７）。次いで、ＯＦＦ／ＯＮ回数が、所定の回数カウントされたかを確認し（Ｓ００８）、所定回数のカウントが確認された後、１００ｍｓ回転させて停止させる（Ｓ００９）。

図６に示すとおり、ホームポジションの検知は、ＣＷ方向に駆動モータを回転させ（Ｓ０１１）、透過型センサ３の信号がＯＮであるかを確認する（Ｓ０１２）。ＯＮが検出されれば、１００ｍｓ回転させて停止させた後、ＣＣＷ方向に駆動モータを回転させる（Ｓ０１３）。次いで、透過型センサ３の信号がＯＦＦであるかを確認し（Ｓ０１４）、ＯＦＦが検出されれば、１００ｍｓ回転させた後停止させ、この位置情報を、カム１のホームポジションとして保存する。

図７に、カムの現在位置から所定の位置に変更するのに必要な透過型センサの信号のオンとオフが切り替わる回数を示した表を示す。
本実施態様においては、遮断フィラーの略矩形形状の遮断羽の数を、ニップ幅のポジション数と同一にしたが、同一とする必要はなく、適宜ＯＦＦ／ＯＮ回数を設定すればよい。
回転の停止タイミングも同様である。このような設定とすることにより、用紙の種類や厚みに対する最適なニップ幅への変更を短時間にて行うことができ、かつ移動毎に必要ポジションを検出するため、所望の位置からのズレによる不具合の発生を防止できる。

なお、駆動モータとしては、ステッピングモータを用いることが好ましい。
ステッピングモータを用いることにより、モータの駆動停止の際にイナーシャに起因する停止位置のズレを防ぐことができ、より正確にカム１を所望の位置に停止させることができる。

また、図８に示すように、透過型センサ３Ａ及び３Ｂを固定保持させる際に、遮断フィラー２Ａ及び２Ｂにそれぞれ対応した位置となるよう配設されるが、定着ローラ６及び加圧ローラ５からなる着脱自在な加熱定着ユニット４３が構成されているとき、透過型センサ３は、該加熱定着ユニット４３の外側に配置されることが好ましい。このような配置とすることにより、加熱定着ユニットの交換時に、透過型センサ３をあわせて交換する必要がなく、コストダウンをはかることができる。

図９に、本発明の加熱定着装置を備える画像形成装置の一例の断面図を示す。
本発明の画像形成装置は、本発明の加熱定着装置を搭載することによって、カムを常に所望の位置に停止させることができ、用紙の種類や厚みに対して最適なニップ部の幅を、迅速かつ確実に調整することができる。
画像形成装置は主に、画像を形成する画像形成部１２に本発明の加熱定着装置３６を備え、さらに、原稿を読み取る読み取りユニット１１、自動原稿搬送装置（ＡＤＦ）１３、ＡＤＦ１３から送り出される原稿をスタックする原稿排紙トレイ１４、給紙カセット１５ないし１８を備える給紙部１９、記録用紙をスタックする排紙部（排紙トレイ２０）により構成される。

そして、ＡＤＦ１３の原稿台２１上に原稿Ｄをセットして、図示しない操作部での操作、例えば、プリントキーの押下操作を行うと、最上位の原稿Ｄがピックアップローラ２２の回転により矢印Ｂ１方向へ送り出され、原稿搬送ベルト２３の回転により、画像読み取りユニット１１に固定されたコンタクトガラス２４上へ給送され、停止する。
コンタクトガラス２４上に載置された原稿Ｄの画像は、画像形成部１２とコンタクトガラス２４の間に位置する読み取り装置２５によって読み取られる。読み取り装置２５は、コンタクトガラス２４上の原稿Ｄを照明する光源２６、原稿画像を結像する光学系２７、原稿画像を結像させるＣＣＤ等からなる光電変換素子２８等を有している。画像読み取り終了後、原稿Ｄを搬送ベルト２３の回転により矢印Ｂ２方向へ搬送して排紙トレイ１４上へ排出する。このように、原稿Ｄを１枚ずつコンタクトガラス１４上へ給送して原稿画像を画像読み取りユニット１１によって読み取る。

一方、画像形成部１２の内部には、像担持体である感光体３０が配置してある。感光体３０は、図において時計方向に回転駆動し、帯電装置３１によって表面を所定の電位に帯電させる。また、書き込みユニット３２からは、読み取り装置２５によって読み取った画像情報に応じて光変調したレーザ光Ｌを照射し、帯電させた感光体３０の表面をこのレーザ光Ｌで露光し、これによって感光体３０の表面に静電潜像を形成する。この静電潜像は、現像装置３３を通るとき、対向する転写装置３４によって感光体３０と転写装置３４の間に給送された記録媒体Ｐに転写される。トナー像転写後の感光体３０の表面は、クリーニング装置３５によって清掃される。

画像形成部１２の下部に配置した複数の給紙カセット１５〜１８には、紙等の記録媒体Ｐを収容してあり、いずれかの給紙カセット１５〜１８から記録媒体Ｐを矢印Ｂ３方向へ送り出し、その記録媒体Ｐの表面に、上述のように感光体３０の表面に形成したトナー像を転写する。次に、記録媒体Ｐを矢印Ｂ４で示すように、画像形成部２内の本発明の加熱定着装置３６を通し、熱と圧力の作用によって記録媒体Ｐの表面に転写されたトナー像を定着させる。本発明の加熱定着装置３６を通った記録媒体Ｐは、排出ローラ対３７によって搬送され、矢印Ｂ５で示すように排紙トレイ２０へ排出され、スタックされる。

図１０に、本発明の画像形成装置における異常検知を通知する方法の一例を示す。
本発明の画像形成装置は、表示部４５を備え、透過型センサ３の出力信号により装置の異常が検知されたとき、表示部４５に異常状態であることが表示される。具体的には、検知された異常発生の情報は、コントローラを介し、オペレータなどが視認することができるパネル等に表示される。
また、ネットワークに接続された画像形成装置においては、表示部４５への表示とともに、サービスマン等に対し自動的に通知される。このような態様とすることにより、異常発生時のダウンタイムを短縮することができる。

１カム
２遮断フィラー
３透過型センサ
４駆動モータ
５加圧ローラ
６定着ローラ
７加熱ローラ
８加圧部材（付勢手段）
９定着ベルト
１０ニップ部
３６加熱定着装置
４０ハロゲンヒータ
４２遮断羽
４３加熱定着ユニット
４５表示部

特開２００２−０２３５４６号公報特開２００２−０４０８６３号公報特開２００１−２８２０４１号公報特開２００３−０１５４６１号公報特許３５４１８４２号公報特開２００５−０１０５９３号公報特開２００７−２９３０３７号公報特開平９−１７１３２０号公報特開平１０−２９３４９９号公報特開平１１−３０５５８８号公報特開２００１−０２２２１９号公報特開２００１−０７５４１６号公報特開２００２−２０２６８４号公報

Claims

トナー像を加熱して溶融する定着部材と、
前記定着部材に圧接してニップ部を形成する加圧部材と、
カムの回転により前記定着部材に対する前記加圧部材の加圧力を変化させ、前記ニップ部の幅を複数段階に可変する手段と、
前記カムを回転駆動する駆動モータと、
前記カムの回転位置を検出する少なくとも２つの位置検出手段と、を備え、
前記位置検出手段はそれぞれ、
固定保持された透過型センサと、
前記透過型センサが受光する光を遮断する遮断羽が設けられ、前記カムと同軸上に設けられ一体的に回転する遮断フィラーと、を有し、
前記少なくとも２つの位置検出手段には、
前記カムの回転位置が未知の場合に、所定のホームポジションにするための第１の位置検出手段と、
前記カムの回転位置が前記ホームポジションを含む各ポジションにある際に、前記透過型センサが受光する光を遮断する位置に前記遮断羽を有するとともに、
既知の前記カムの回転位置と、前記カムの回転方向と、前記遮断フィラーの回転により前記遮断羽が前記透過型センサの受光する光を横切ることで変化する前記透過型センサの信号のオンとオフが切り替わる回数と、に基づき、前記カムの回転位置を制御する第２の位置検出手段と、を含む
ことを特徴とする加熱定着装置。
前記駆動モータが、ステッピングモータであることを特徴とする請求項１に記載の加熱定着装置。
前記第１および第２の位置検出手段双方の前記遮断羽が、前記透過型センサが受光する光を遮断する位置にある場合に、前記カムの回転の異常を検出することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の加熱定着装置。
前記定着部材及び前記加圧部材が、着脱自在な加熱定着ユニットを構成し、前記透過型センサが、前記加熱定着ユニットの外部に配置されてい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加熱定着装置。
請求項１から４のいずれかに記載の加熱定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
表示部を備え、前記透過型センサの出力信号により装置の異常が検知されたとき、前記表示部に異常状態であることが表示されることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。