JP5716506B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、エア分離方式の定着装置を備えた画像形成装置に関する。

一般に、電子写真方式の画像形成装置（プリンタ、複写機、ファクシミリ等）は、トナー像が転写された用紙に熱と圧力を加えることにより、トナーを定着させる定着装置を備えている。この定着装置は、用紙に担持されたトナーを加熱して溶融する加熱部と、加熱部に対して用紙を押圧する加圧部とで構成される。

定着装置の加圧部は、例えば、定着ローラと、定着ローラに対して所定の荷重で押圧される加圧ローラを備えて構成される。定着ローラに対して加圧ローラが直接又は間接的に押圧されることにより、用紙を狭持して搬送するニップ部が形成される。
定着装置の加熱部は、例えば、加熱源（例えばハロゲンヒータ）が内蔵された加熱ローラと定着ローラに張架された、無端状の定着ベルトで構成される（熱ベルト方式）。この場合、加圧ローラが定着ベルトを介して定着ローラに押圧されることでニップ部が形成されることになる。また、定着ローラに加熱源を内蔵し、定着ローラ自体が加熱部となる場合もある（熱ローラ方式）。この場合、定着ローラに対して加圧ローラが直接押圧されてニップ部が形成されることになる。

定着装置において用紙に適切な定着工程を施すためには、ニップ部を通過する用紙上のトナーに、このトナーが溶融される程度の熱量を過不足なく供給する必要がある。そのため、定着ローラに対して加圧ローラが所定の荷重で押圧されたときに所定幅のニップ部が形成されるように、定着ローラは芯金の周面にシリコーンゴム等の弾性層を形成した構成となっている。

上述した定着装置を備えた画像形成装置では、画像データに基づいて感光体ドラム上にトナー像が現像され、このトナー像が用紙上に転写される。そして、トナー像が転写された用紙が定着装置に搬送され、用紙がニップ部を通過する際に加熱、加圧されることにより、用紙にトナー像が定着される。

ここで、定着工程では、未定着のトナー像の担持面が加熱部（定着ベルト又は定着ローラ）に直接接触することとなる。そのため、溶融されたトナーの粘性により用紙が加熱部から分離せずに巻き付いてしまい、紙ジャムを引き起こすことがある。かかる問題を解決するための技術として、ニップ部の出口近傍にエアを吹き付けることにより、加熱部から用紙を分離させるエア分離方式の定着装置が提案されている（例えば特許文献１、２）。このエア分離方式の定着装置では、加熱部から用紙を分離させるための望ましい位置、すなわちエアを吹き付けるべき位置（分離ポイント）が予め設定され、この分離ポイントに向けてエアが送風されるようになっている。分離ポイントは、例えばニップ部の用紙排出側の端部（ニップ端）からの距離で規定される。

特開昭６０−２４７６７２号公報 特開２００６−１１３３４２号公報

一方、近年では、特にＰＯＤ（Print On Demand）等の軽印刷分野、或いはデジタル印刷分野等の進展が著しく、この分野において画像形成処理の高速化（例えばＡ４サイズの印刷速度で１２０枚／ｍｉｎ以上、搬送速度で６００ｍｍ／ｓｅｃ以上）が強く要求されている。この要求を実現すべく定着工程における用紙の搬送速度を単純に高速にすると、用紙のニップ部通過時間が短くなり、トナーに供給される熱量が不足してしまう。そのため、従来の定着装置では、定着ローラを大径化してニップ幅を拡大させることにより、定着性を確保するのに十分な熱量がトナーに供給されるようにしている。しかし、定着ローラの大径化に際して芯金を大径化すると、定着ローラの熱容量が大きくなるため、省電力の観点から好ましくない。例えば、定着ローラの熱容量が大きくなると、ウォームアップ時間が長くなり消費電力が大きくなる。そこで、芯金の外周面に形成される弾性層の肉厚を厚くすることにより、定着ローラの大径化を図ることが多い。

しかしながら、定着ローラの弾性層の肉厚を厚くすると（例えば３０ｍｍ）、弾性層の熱膨張／熱収縮（以下、熱伸縮）が従来に比較して遙かに大きくなり、これに伴う定着ローラの外径変動を無視できなくなる。その結果、従来のエア分離方式の定着装置では、用紙の分離性が著しく低下する虞がある。

図１は、熱ベルト方式の定着装置における定着ベルトの温度と、定着ローラの温度の変化を示す図である。図１に示すように、画像形成装置では、電源投入から画像形成可能な状態になるまで、すなわち定着ベルトの温度が設定温度（図１では約２００℃）に到達するまではウォームアップ中となる。そして、定着ベルトの温度が設定温度に到達するとウォームアップ終了となり画像形成可能となる。しかし、定着ローラは未だ昇温過程にあるので、ウォームアップ直後に画像形成処理が開始されると、この画像形成処理中に定着ローラの外径が増大していくことになる。

また、多数枚の連続した画像形成処理（連続プリント）が終了した直後は、定着ベルトから用紙への熱供給が途絶えるため、定着ベルト及び定着ローラの温度が急峻に上昇する（いわゆるオーバーシュート）。その後、定着ベルトは直ぐに元の設定温度に戻って安定する。一方、定着ローラは、熱容量が大きいために暫くは連続プリント時よりも若干高い温度に保持され、徐々に元の温度に戻って安定する。つまり、連続プリントの直後に新たな画像形成処理が開始されると、この画像形成処理中に定着ローラの外径が減少していくことになる。

また、画像形成に用いられる用紙の坪量や紙種等を変更する場合、定着ベルトの設定温度を変更することになるため、それに伴い定着ローラの温度が変化し、外径が変化することとなる。

なお、熱ローラ方式の定着装置においては、定着ローラの温度が設定温度に到達するまでウォームアップ中となるため、熱ベルト方式の定着装置に比較してウォームアップ直後の定着ローラの外径変動は少ない。しかし、連続プリントの直後や用紙の坪量を変更して画像形成を行う場合には、やはり定着ローラの外径が変化することとなる。

このように、定着ローラの弾性層の肉厚が厚く形成された場合、画像形成を行う条件によって定着ローラの外径が変化する。したがって、エアを吹き付ける分離ポイントも変化する。例えば、図２に示すように、常温（２０℃）での分離ポイントをニップ端から定着ローラの周面に沿って所定長だけ離間したＳＰ₀に設定した場合、２００℃では定着ローラの中心ＯからＳＰ₀を結ぶ直線上のＳＰ₁が分離ポイントとなる。

しかしながら、従来のエア分離方式の定着装置では、定着ローラの外径変動を想定して送風方向が設定されていないため、分離ポイントに的確にエアが吹き付けられなくなってしまう。例えば、図２に示すように、エアの送風方向が常温時の分離ポイントＳＰ₀における接線方向に設定されている場合、２００℃時に実際にエアが吹き付けられるポイントは、分離ポイントＳＰ₁よりも上方のＳＰ₂となる。その結果、期待通りの分離性が得られなくなり（図２では、分離ポイントＳＰ₁で用紙が分離されず、ＳＰ₂まで用紙が定着ローラに巻き付く）、紙ジャム等が発生するという弊害が生じる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、加熱部から確実に用紙を分離できるエア分離方式の定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明に係る画像形成装置は、トナー像が転写された用紙に接触して、この用紙を所定の温度で加熱する加熱部と、
定着ローラに対して加圧ローラが直接又は間接的に押圧されることにより、用紙を狭持して搬送するニップ部を形成する加圧部と、
前記ニップ部の用紙排出側に送風することにより、前記加熱部から前記用紙を分離させるエア分離部と、を有し、前記ニップ部で前記用紙を加熱、加圧しながら搬送することにより未定着のトナー像を前記用紙上に定着させる定着装置を備えた画像形成装置であって、
前記定着ローラが、外周面に熱伸縮性を有する弾性層を有し、
前記エア分離部が、前記加熱部の温度が前記所定の温度で安定し、かつ前記定着ローラの温度が安定したときの当該定着ローラの外径に合わせて設定された分離ポイントに向けて送風するものとし、
前記分離ポイントは、前記定着ローラの外径変動に関わらず、前記ニップ部の用紙排出側の端部から同距離に設定されることを特徴とする。

本発明によれば、定着装置において、弾性層の熱伸縮に伴い定着ローラの外径が変動しても、的確に分離ポイントに向けてエアが送風される。したがって、加熱部（定着ベルト、定着ローラ）から確実に用紙を分離できるエア分離方式の定着装置を備えた画像形成装置が提供される。

ベルト加熱方式の定着装置における定着ベルトの温度と、定着ローラの温度の変化を示す図である。 従来の定着装置におけるエア分離ユニットによる送風方向を示す図である。 本発明の実施の形態に係る画像形成装置の全体構成を概略的に示す図である。 実施の形態に係る画像形成装置の制御系の主要部を示す図である。 定着装置の細部構成を示す図である。 定着ローラの温度と外径の関係を示す図である。 定着ローラの外径とエア分離ユニットの移動量の関係を示す図である。 定着ローラの温度とエア分離ユニットの移動量の関係を示す図である。 第１の実施の形態におけるエア制御処理の一例を示すフローチャートである。 第１の実施の形態におけるエア分離ユニットによるエアの送風方向を示す図である。 第２の実施の形態におけるエア制御処理の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
図３は本発明の実施の形態に係る画像形成装置１の全体構成を概略的に示す図で、図４は実施の形態に係る画像形成装置１の制御系の主要部を示す図である。
図３、４に示す画像形成装置１は、原稿に形成されているカラー画像を読み取って取得された画像データ、又は、ネットワークを介して外部の情報機器（例えばパーソナルコンピュータ）から入力された画像データに基づいて、用紙に色を重ね合わせることにより画像を形成する。画像形成装置１は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色に対応する感光体ドラム４３Ｙ、４３Ｍ、４３Ｃ、４３Ｋを被転写体（画像形成装置１では中間転写ベルト４７ａ）の走行方向に直列配置し、被転写体に一回の手順で各色トナー像を順次転写させるタンデム方式の画像形成装置である。

図３、４に示すように、画像形成装置１は、画像読取部１０、操作表示部２０、画像処理部３０、画像形成部４０、搬送部５０、定着装置Ｆ、及び制御部８０を備えて構成される。
制御部８０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）８１、ＲＯＭ（Read Only Memory）８２、ＲＡＭ（Random Access Memory）８３等を備えて構成されている。ＣＰＵ８１は、ＲＯＭ８２から処理内容に応じたプログラムを読み出してＲＡＭ８３に展開し、展開したプログラムと協働して画像形成装置１の各ブロック（画像読取部１０、操作表示部２０、画像処理部３０、画像形成部４０、搬送部５０、定着装置Ｆ等）の動作を集中制御する。このとき、記憶部９２に格納されている各種データが参照される。記憶部９２は、例えば不揮発性の半導体メモリ（いわゆるフラッシュメモリ）や、ハードディスクドライブで構成される。
また、制御部８０は、通信部９１を介して、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＷＡＮ（Wide Area Network）等の通信ネットワークに接続された外部の装置（例えばパーソナルコンピュータ）との間で各種データの送受信を行う。通信部９１は、例えばＬＡＮカード等の通信制御カードで構成される。

画像読取部１０は、ＡＤＦ（Auto Document Feeder）と称される自動原稿給紙装置１１及び原稿画像走査装置（スキャナ）１２等を備えて構成される。
自動原稿給紙装置１１は、原稿トレイに載置された原稿ｄを搬送機構により搬送して原稿画像走査装置１２へ送り出す。自動原稿給紙装置１１は、原稿トレイに載置された多数枚の原稿ｄの画像（両面を含む）を連続して一挙に読み取ることができる。
原稿画像走査装置１２は、自動原稿給紙装置１１からコンタクトガラス上に搬送された原稿又はコンタクトガラス上に載置された原稿を光学的に走査し、原稿からの反射光をＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ１２ａの受光面上に結像させ、原稿画像を読み取る。画像読取部１０によって読み取られた画像（アナログ画像信号）には、画像処理部３０において所定の画像処理が施される。

操作表示部２０は、タッチパネル付の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）等で構成され、表示部２１及び操作部２２として機能する。表示部２１は、制御部８０から入力される表示制御信号に従って、各種操作画面、画像の状態表示、各機能の動作状況等の表示を行う。操作部２２は、テンキー、スタートキー等の各種操作キーを備え、ユーザによる各種入力操作を受け付けて、操作信号を制御部８０に出力する。

画像処理部３０は、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換処理を行う回路及びデジタル画像処理を行う回路等を備えて構成される。画像処理部３０は、画像読取部１０からのアナログ画像信号にＡ／Ｄ変換処理を施すことによりデジタル画像データ（ＲＧＢ信号）を生成する。また、画像処理部３０は、このデジタル画像データに、色変換処理、初期設定又はユーザ設定に応じた補正処理（シェーディング補正等）、及び圧縮処理等を施す。これらの処理が施されたデジタル画像データ（ＹＭＣＫ信号）に基づいて、画像形成部４０が制御される。

画像形成部４０は、異なる色成分Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋに対応して設けられた、露光装置４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋ、現像装置４２Ｙ、４２Ｍ、４２Ｃ、４２Ｋ、感光体ドラム４３Ｙ、４３Ｍ、４３Ｃ、４３Ｋ、帯電装置４４Ｙ、４４Ｍ、４４Ｃ、４４Ｋ、クリーニング装置４５Ｙ、４５Ｍ、４５Ｃ、４５Ｋ、一次転写ローラ４６Ｙ、４６Ｍ、４６Ｃ、４６Ｋ、及び中間転写ユニット４７等を備えて構成される。

画像形成部４０のＹ成分用のユニットにおいて、帯電装置４４Ｙは、感光体ドラム４３Ｙを帯電させる。露光装置４１Ｙは、例えば半導体レーザで構成され、感光体ドラム４３Ｙに対してＹ成分に対応するレーザ光を照射する。これにより、感光体ドラム４３Ｙの表面にＹ成分の静電潜像が形成される。現像装置４２Ｙは、Ｙ成分の現像剤（例えば、小粒径のトナーと磁性体とからなる二成分現像剤）を収容しており、感光体ドラム４３Ｙの表面にＹ成分のトナーを付着させることにより、静電潜像を現像する（トナー像の形成）。Ｍ成分、Ｃ成分、及びＫ成分用のユニットにおいても、同様にして、対応する感光体ドラム４３Ｍ、４３Ｃ、４３Ｋの表面に各色トナー像が形成される。

中間転写ユニット４７は、複数の支持ローラ４７ｂに被転写体となる無端状の中間転写ベルト４７ａが張架されて構成される。一次転写ローラ４６Ｙ、４６Ｍ、４６Ｃ、４６Ｋによって、中間転写ベルト４７ａが感光体ドラム４３Ｙ、４３Ｍ、４３Ｃ、４３Ｋに圧接されると、中間転写ベルト４７ａに各色トナー像が順次重ねて一次転写される。そして、一次転写された中間転写ベルト４７ａが二次転写ローラ４９によって用紙に圧接されると、用紙にトナー像が二次転写される。

クリーニング装置４５Ｙ、４５Ｍ、４５Ｃ、４５Ｋは、一次転写後に感光体ドラム４３Ｙ、４３Ｍ、４３Ｃ、４３Ｋの表面に残存するトナーを除去する。クリーニング装置４８は、二次転写後に中間転写ベルト４７ａに残存するトナーを除去する。

定着装置Ｆは、図４、５に示すように、定着ユニット６０とエア分離ユニット７０等を備えて構成された、エア分離方式の定着装置である。
定着ユニット６０は、加熱ローラ６２と定着ローラ６３に無端状の定着ベルト６１が張架されて構成される上側加圧部と、加圧ローラ６４で構成される下側加圧部を有する（熱ベルト方式）。加圧ローラ６４が定着ベルト６１を介して定着ローラ６３に押圧されることにより、用紙Ｓを狭持して搬送するニップ部Ｎが形成される。

定着ベルト６１は、トナー像が転写された用紙Ｓに接触して、この用紙Ｓを所定の温度で加熱する加熱部である。ここで、所定の温度とは、用紙Ｓがニップ部Ｎを通過する際に、トナーを溶融するのに必要な熱量を供給しうる温度であり、画像形成される用紙の紙種等によって異なる。
定着ベルト６１の近傍には、定着ベルト６１の温度を検出する制御用の温度センサ（図示略）が配置される。この制御用の温度センサによる検出信号は制御部８０に出力される。制御部８０は、制御用の温度センサ（図示略）による測定温度が予め設定された温度となるように、加熱源６２ｃの出力を制御する（例えばオン／オフ制御）。
定着ベルト６１は、例えば耐熱性のポリイミドからなるフィルム基材の外周面に、シリコーンゴム等からなる弾性層と、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素系樹脂からなる表面離型層が順に積層して形成された構成を有する。

加熱ローラ６２は、用紙Ｓが定着ベルト６１によって所定の温度で加熱されるように、定着ベルト６１を加熱する。加熱ローラ６２は、例えばアルミニウム等からなる円筒状の芯金６２ａの外周面に、ＰＴＦＥ等からなる樹脂層６２ｂが形成された構成を有する。
また、加熱ローラ６２には、ハロゲンヒータ等の加熱源６２ｃが内蔵されている。この加熱源６２ｃの出力制御は、制御部８０によって行われる。加熱源６２ｃによって芯金６２ａ、樹脂層６２ｂが加熱され、その結果、定着ベルト６１が加熱される。なお、定着ベルト６１が、電磁誘導加熱（ＩＨ：Induction Heating）により加熱されるようになっていてもよい。

定着ローラ６３は、後述する加圧ローラ６４とともに、ニップ部Ｎを形成するための加圧部を構成する。定着ローラ６３の駆動制御（例えば、回転のオン／オフ、回転数等）は、制御部８０によって行われる。
定着ローラ６３は、例えば鉄等からなる円柱状の芯金６３ａの外周面に、シリコーンゴム等からなる弾性層６３ｂが形成された構成を有する。さらに、弾性層６３ｂの外周面に、ＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂からなる表面離型層が形成される場合もある。

本実施の形態では、画像形成処理の高速化（例えば搬送速度で６００ｍｍ／ｓｅｃ）を実現するために、弾性層６３ｂの肉厚を３０ｍｍとし、定着ローラ６３の外径を１５０ｍｍ（＠２０℃）としている。弾性層６３ｂを構成するシリコーンゴムは熱伸縮性を有する（熱膨張係数：３×１０^-4／Ｋ）ため、定着ローラ６３の外径は温度変化に伴い拡径／縮径されることになる。なお、温度変化に伴い芯金６３ａも熱伸縮するが、その程度は弾性層６３ｂに比較すると極めて小さいため、定着ローラ６３の外径変動を考えるとき芯金６３ａの熱伸縮は無視することができる。

定着ローラ６３の近傍には、定着ローラ６３の熱伸縮に伴う外径変動を検出するためのセンサ６５が配置される。第１の実施の形態では、センサ６５は、定着ローラ６３（弾性層６３ｂ）の温度を検出する温度センサ６５Ａで構成される。温度センサ６５Ａとしては、定着ローラ６３の表面から放射される赤外線の量に基づいて温度を測定する非接触式のもの（例えばサーモパイルを利用した赤外線温度センサ）が好適である。
温度センサ６５Ａによる検出信号は制御部８０に出力され、制御部８０がエア分離ユニット７０を制御する際に用いられる。制御部８０は、温度センサ６５Ａによって検出された定着ローラ６３の外径変動に応じて、エア分離ユニット７０によるエアの送風態様を制御する。ここで、エアの送風態様とは、エアの送風方向及び吹き出し位置のことである。

加圧ローラ６４は、定着ローラ６３とともに、ニップ部Ｎを形成するための加圧部を構成する。加圧ローラ６４は、付勢手段（図示略）により定着ベルト６１を介して定着ローラ６３に押圧される。加圧ローラ６４の駆動制御（例えば、回転のオン／オフ、回転数、定着ローラ６３に対する圧接／離間等）は、制御部８０によって行われる。加圧ローラ６４のその他の構成は、加熱ローラ６２と同様であるので、説明を省略する。なお、加圧ローラ６４には、ハロゲンヒータ等の加熱源が内蔵されていなくてもよい。

エア分離ユニット７０は、ニップ部Ｎの用紙排出側、具体的には加熱部である定着ベルト６１の分離ポイント（用紙を分離させるための望ましい位置）に向けてエアを送風する。この分離ポイントにおいて、ニップ部Ｎを通過した直後の用紙の先端部近傍にエアが吹き付けられることにより、加熱部である定着ベルト６１から用紙が分離する。分離ポイントは、例えばニップ部Ｎの用紙排出側の端部（ニップ端）からの距離で規定される。
エア分離ユニット７０は、定着ローラ６３の軸方向Ｚに延びるエア送風部７０ａを有し、このエア送風部７０ａから定着ベルト６１の表面に対してエアを軸方向一様に送風させる。本実施の形態では、エア分離ユニット７０は、圧縮されたエアを所定のタイミングで短時間噴出させるコンプレッサ式の送風装置で構成される。

このエア分離ユニット７０は、図４に示すように、アクチュエータ７１、コンプレッサ７２、電磁弁７３を備えて構成される。上述したように、定着ローラ６３の外径は、弾性層６３ｂの熱伸縮に伴い変動する。つまり、定着ローラ６３の温度によって分離ポイントが変動することになる。そこで、本実施の形態では、エア分離ユニット７０にアクチュエータ７１を設け、エア分離ユニット７０によるエアの送風態様を、変化する分離ポイントに応じて変更できるようになっている。

アクチュエータ７１は、エア分離ユニット７０によるエアの送風態様を変化させるための機構である。アクチュエータ７１は、例えば定着ローラ６３の軸方向Ｚに対して垂直なＸ軸、Ｙ軸の２軸駆動によりエア分離ユニット７０の全体を移動させることにより、エアの吹き出し位置を変化させる。また、アクチュエータ７１は、エア分離ユニット７０をＸＹ平面内で揺動させることにより、エアの送風方向を変化させる。アクチュエータ７１の駆動制御は、制御部８０によって行われる。これにより、エア分離ユニット７０からのエアを、所定の分離ポイントに向けて送風させることができる。

なお、エア分離ユニット７０によるエアの送風態様を変化させるための機構は上述したものに限定されない。例えば、エア分離ユニット７０のエア送風部７０ａに風向を規制する羽根板を設け、これを揺動させることによりエアの送風方向を変化させるようにしてもよい。また、アクチュエータ７１は、エア分離ユニット７０によるエアの送風方向又はエアの吹き出し位置の何れかを変化させるようになっていてもよい。

コンプレッサ７２は、空気を高圧に圧縮する装置である。電磁弁７３は、コンプレッサ７２で圧縮されたエアを所定のタイミングに従って噴出させる開閉弁である。コンプレッサ７２の回転数等の制御、及び電磁弁７３の開閉制御は、制御部８０によって行われる。

定着装置Ｆにおいて、ニップ部Ｎを通過した用紙Ｓの先端が分離ポイントに到達するタイミングで、制御部８０は電磁弁７３を短時間開状態に制御する。すると、コンプレッサ７２で圧縮されたエアがエア送風部７０ａから送風され、用紙Ｓと定着ベルト６１の境界に吹き付けられる。このとき、エア分離ユニット７０によるエアの送風方向は、分離ポイントにおける接線方向であることが望ましい。これにより、用紙Ｓが定着ベルト６１から効率よく分離される。

本実施の形態の定着装置Ｆでは、制御部８０が実行するエア制御処理により、弾性層６３ｂの熱伸縮に伴い定着ローラ６３の外径が変化した場合にも、これに追従して適切な分離ポイントにエアが吹き付けられるようになっている。特に、定着装置Ｆにおいて、用紙Ｓが所定の温度（画像形成時の温度、例えば２００℃）で加熱されるときに、エア分離ユニット７０が分離ポイントに向けて確実にエアを送風するようになっている。具体的なエア制御処理については後述する。

搬送部５０は、給紙装置５１、搬送機構５２、及び排紙装置５３等を備えて構成される。給紙装置５１は、３つの給紙トレイユニット５１ａ〜５１ｃを備えている。これらの給紙トレイユニット５１ａ〜５１ｃには、用紙の坪量やサイズ等に基づいて識別された規格用紙や特殊用紙Ｓが予め設定された種類ごとに収容される。給紙トレイユニット５１ａ〜５１ｃに収容されている用紙Ｓは、最上部から一枚ずつ送出され、レジストローラ５２ａ等の複数の搬送ローラを備えた搬送機構５２により画像形成部４０に搬送される。このとき、レジストローラ５２ａが配設されたレジスト部により、給紙された用紙Ｓの傾きが補正されるとともに搬送タイミングが調整される。
そして、画像形成部４０において、中間転写ベルト４７ａのトナー像が用紙Ｓの一方の面に一括して二次転写され、定着装置Ｆにおいて定着工程が施される。画像形成された用紙Ｓは、排紙ローラ５３ａを備えた排紙装置５３により機外の排紙トレイ５３ｂに排紙される。

上述したように、本実施の形態の画像形成装置１は、ニップ部Ｎで用紙Ｓを加熱、加圧しながら搬送することにより未定着のトナー像を用紙Ｓ上に定着させる定着装置Ｆを備えている。
定着装置Ｆは、トナー像が転写された用紙Ｓに接触して、この用紙Ｓを所定の温度で加熱する定着ベルト６１（加熱部）と、定着ローラ６３に対して加圧ローラ６４が定着ベルト６１を介して間接的に押圧されることにより、用紙Ｓを狭持して搬送するニップ部Ｎを形成する加圧部を有している。また、定着装置Ｆは、ニップ部Ｎの用紙排出側に送風することにより、定着ベルト６１（加熱部）から用紙Ｓを分離させるエア分離ユニット７０（エア分離部）を有している。

第１の実施の形態では、センサ６５として定着ローラ６３（弾性層６３ｂ）の温度を検出する温度センサ６５Ａを適用する。この場合、制御部８０は、温度センサ６５Ａで検出された定着ローラ６３の温度に基づいてアクチュエータ７１の駆動を制御する。具体的には、定着ローラ６３の温度と、アクチュエータ７１の駆動情報（エア分離ユニット７０の移動量、移動方向）を対応付けたルックアップテーブルを記憶部９２に予め格納しておく。制御部８０は、このルックアップテーブルを参照して、アクチュエータ７１を制御する。

定着ローラ６３の温度と外径の関係は、例えば図６のように表される。図６に従うと、２０℃における定着ローラ６３の外径は１５０ｍｍであり、２００℃における定着ローラ６３の外径は１５８ｍｍである。定着ローラ６３の温度と外径の関係は、実験的に測定して求めてもよいし、弾性層６３ｂの肉厚及び熱膨張係数等に基づいて計算により求めてもよい。

また、定着ローラ６３の外径とエア分離ユニットの移動量は、例えば図７のように表される。図７には、外径が１５０ｍｍのときのエア分離ユニット７０の位置を基準として、エア分離ユニット７０を一方向に平行移動させる場合の移動量について示している。定着ベルト６１の分離ポイントに対して、接線方向からエアが吹き付けられるようにエア分離ユニット７０の位置が決定されるので、これに基づいて定着ローラ６３の外径とエア分離ユニット７０の移動量の関係を求めることができる。

図６に示す定着ローラ６３の温度と外径の関係、及び図７に示す定着ローラ６３の外径とエア分離ユニット７０の移動量の関係から、定着ローラ６３の温度とエア分離ユニット７０の移動量を対応付けたルックアップテーブルが生成される。このルックアップテーブルは、例えば図８のように表される。図８に従うと、定着ローラ６３が２０℃のときのエア分離ユニット７０の位置を基準として、定着ローラ６３が２００℃のときにはエア分離ユニット７０を４ｍｍ平行移動させることになる。

図９は、第１の実施の形態におけるエア制御処理の一例について示すフローチャートである。図９に示すエア制御処理は、画像形成装置１の電源が投入されることに伴い、ＣＰＵ８１がＲＯＭ８２に格納されている所定のプログラムを実行することにより実現される。

ステップＳ１０１において、制御部８０は、アクチュエータ７１を制御して、エア分離ユニット７０の位置をホームポジション（ＨＰ）に移動させる。ここで、ホームポジションとは、画像形成装置１の電源投入後にエア分離ユニット７０が配置される初期の位置である。図１０に示すように、ホームポジションは、例えば常温（２０℃）での定着ローラ６３の外径に対応する位置とされる。このとき、エア分離ユニット７０によるエアの送風方向は、定着ベルト６１の分離ポイントＳＰ₀における接線方向と一致する。なお、図１０では、定着ベルト６１を省略して示している。

ステップＳ１０２において、制御部８０は、温度センサ６５Ａからの検出信号に基づいて、定着ローラ６３の温度を検出する。
ステップＳ１０３において、制御部８０は、記憶部９２に予め格納されているルックアップテーブルを参照して、検出温度に対応するエア分離ユニット７０の駆動情報を取得する。

ステップＳ１０４において、制御部８０は、アクチュエータ７１を制御して、エア分離ユニット７０の位置（角度を含む）、すなわちエア分離ユニット７０によるエアの送風態様を調整する。定着ローラ６３の外径変動がない場合には、エア分離ユニット７０によるエアの送風態様は保持される。

図１０に示すように、分離ポイントが定着ローラ６３の中心Ｏと２０℃における分離ポイントＳＰ₀を結ぶ半径方向の延長線上に移動する場合、定着ローラ６３の外径が変動した分だけアクチュエータ７１によってエア分離ユニット７０を平行移動させる。このとき、エア分離ユニット７０によるエアの送風方向は、分離ポイントにおける定着ローラ６３の接線方向に一致する。

また、定着ローラ６３の外径変動に応じて、定着ローラ６３の周方向に沿って分離ポイントを変化させる場合は、アクチュエータ７１によってエア分離ユニット７０を揺動させ、エア分離ユニット７０によるエアの送風方向を変化させる。同時に、エア分離ユニット７０の位置を移動させてもよい。

ステップＳ１０５において、制御部８０は、画像形成装置１の電源がオフとされたか否かを判定する。制御部８０は、画像形成装置１の電源がオフとされていると判定した場合には処理を終了し、電源がオフとされていないと判定した場合にはステップＳ１０２に移行してエア制御処理を繰り返す。

このように、第１の実施の形態の画像形成装置１は、センサ６５として定着ローラ６３の温度を検出する温度センサ６５Ａを備えている。そして、制御部８０は、温度センサ６５Ａによる検出結果に基づいてエア分離ユニット７０によるエアの送風態様を制御する。
これにより、弾性層６３ｂの熱伸縮に伴う定着ローラ６３の外径変動に応じて、エア分離ユニット７０によるエアの吹き付け位置を適切に制御することができる。例えば、図１に示すようにウォームアップの直後、連続プリントが終了した直後、又は画像形成に用いられる用紙の坪量や紙種を変更する場合等、定着ローラ６３の外径変動によって用紙Ｓの分離性が損なわれる虞がある場合に極めて有用である。

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態では、定着ローラ６３の熱伸縮に伴う外径変動を検出するためのセンサ６５が、定着ローラ６３の外径変動を直接的に検出する変位センサ６５Ｂで構成される。その他の構成は第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
変位センサ６５Ｂによる検出信号は制御部８０に出力され、制御部８０がエア分離ユニット７０を制御する際に用いられる。制御部８０は、変位センサ６５Ｂによって検出された定着ローラ６３の外径変動に応じて、エア分離ユニット７０によるエアの送風態様を制御する。

この場合、制御部８０は、変位センサ６５Ｂで検出された定着ローラ６３の外径変動に基づいてアクチュエータ７１の駆動を制御する。具体的には、定着ローラ６３のホームポジションを基準とする外径変動と、アクチュエータ７１の駆動情報（エア分離ユニット７０の移動量、移動方向）を対応付けたルックアップテーブルを記憶部９２に予め格納しておく。制御部８０は、このルックアップテーブルを参照して、アクチュエータ７１を制御する。第２の実施の形態では、図１１に示すフローチャートに従ってエア制御処理が行われる。

図１１は、第２の実施の形態におけるエア制御処理の一例について示すフローチャートである。図１１に示すエア制御処理は、画像形成装置１の電源が投入されることに伴い、ＣＰＵ８１がＲＯＭ８２に格納されている所定のプログラムを実行することにより実現される。なお、図９のフローチャートと重複する工程については説明を簡略化する。

ステップＳ２０１において、制御部８０は、アクチュエータ７１を制御して、エア分離ユニット７０の位置をホームポジション（ＨＰ）に移動させる。
ステップＳ２０２において、制御部８０は、変位センサ６５Ｂからの検出信号に基づいて、定着ローラ６３の外径変動を検出する。
ステップＳ２０３において、制御部８０は、記憶部９２に予め格納されているルックアップテーブルを参照して、検出された外径変動に対応するエア分離ユニット７０の駆動情報を取得する。

ステップＳ２０４において、制御部８０は、アクチュエータ７１を制御して、エア分離ユニット７０の位置（角度を含む）、すなわちエア分離ユニット７０によるエアの送風態様を調整する。定着ローラ６３の外径変動がない場合には、エア分離ユニット７０によるエアの送風態様は保持される。

図１０に示すように、エア分離ユニット７０を一方向に平行移動させる場合、変位センサ６５Ｂで検出された定着ローラ６３の外径変動分だけエア分離ユニット７０を移動させることになる。
また、定着ローラ６３の外径変動に応じて、定着ローラ６３の周方向に沿って分離ポイントを変化させる場合は、アクチュエータ７１によってエア分離ユニット７０を揺動させ、エア分離ユニット７０によるエアの送風方向を変化させる。同時に、エア分離ユニット７０の位置を移動させてもよい。

ステップＳ２０５において、制御部８０は、画像形成装置１の電源がオフとされたか否かを判定する。制御部８０は、画像形成装置１の電源がオフとされていると判定した場合には処理を終了し、電源がオフとされていないと判定した場合にはステップＳ２０２に移行してエア制御処理を繰り返す。

このように、第２の実施の形態の画像形成装置１は、センサ６５として定着ローラ６３の外径変動を検出する変位センサ６５Ｂを備えている。そして、制御部８０は、変位センサ６５Ｂによる検出結果に基づいてエア分離ユニット７０によるエアの送風態様を制御する。
これにより、第１の実施の形態と同様に、定着ローラ６３の外径変動に応じて、エア分離ユニット７０によるエアの吹き付け位置を適切に制御することができる。

［第３の実施の形態］
第３の実施の形態では、第１の実施の形態、第２の実施の形態におけるセンサ６５が省略される。その他の構成は第１の実施の形態と同様である。第３の実施の形態において、制御部８０は、画像形成を行うときの当該画像形成装置１の動作状況に基づいて、エア分離ユニット７０によるエアの送風態様を制御する。

ここで、画像形成装置１の動作状況とは、プリント枚数、連続プリントの前後、ウォームアップ完了からの時間、待機時間、画像形成に用いられる用紙の坪量又は紙種の変更、画像形成装置１が設置されている環境の温度等である。
そして、これらの動作状況に基づいて、定着ローラ６３の温度又は外径をおおよそ推測することができる。したがって、第１、第２の実施の形態と同様に、定着ローラ６３の外径変動に応じて、エア分離ユニット７０によるエアの吹き付け位置を適切に制御することができる。

第１〜第３の実施の形態で説明したように、画像形成装置１は、弾性層６３ｂの熱伸縮に伴う定着ローラ６３の外径変動に応じてエア分離ユニット７０（エア分離部）によるエアの送風態様を制御するエア制御部（制御部８０、アクチュエータ７１）を備えている。
このエア制御部によるエア制御処理により、弾性層６３ｂの熱伸縮に伴い定着ローラ６３の外径が変化しても、的確に分離ポイントに向けてエアが送風されるので、定着ベルト６１から確実に用紙を分離させることができる。したがって、ウォームアップ直後、連続プリントが終了した直後、画像形成に用いられる用紙の坪量又は紙種が変更された後の画像形成時等に、定着ベルト６１から用紙Ｓが分離されずに、紙ジャム等の不具合が生じることもない。

［第４の実施の形態］
第４の実施の形態に係る画像形成装置は、第１〜第３の実施の形態と同様の構成を有する。第４の実施の形態では、定着ベルト６１（加熱部）の温度が所定の温度で安定し、かつ定着ローラ６３の温度が安定したときの当該定着ローラ６３の外径に合わせて、エア分離ユニット７０（エア分離部）によるエアの送風態様が設定される。すなわち、画像形成装置１の電源を投入した直後のエア分離ユニット７０のホームポジションが、画像形成時の温度における定着ローラ６３の外径に合わせて設定される。

これにより、通常の画像形成時に、容易かつ的確に分離ポイントに向けてエアが送風されるので、定着ベルト６１から確実に用紙を分離させることができる。この場合、ウォームアップが終了した後、定着ローラ６３の温度が安定するまでは、エア分離ユニット７０によるエアの吹き付け位置が分離ポイントとずれてしまうが、ウォームアップ後に適度な待機時間があれば大幅にずれてしまうことはない。

なお、画像形成に用いられる用紙の紙種や坪量に応じて設定温度が初期の設定温度から変更されると、定着ローラ６３の外径が変動することになる。また、連続プリントの終了直後等、一時的に定着ローラ６３の外径が変動することもある。そこで、第１〜第３の実施形態と組み合わせて、定着ローラ６３の温度が安定した後も、弾性層６３ｂの熱伸縮に伴う定着ローラ６３の外径変動に応じて、エア分離ユニット７０によるエアの送風態様が制御されるようにするのが望ましい。

第１〜第４の実施の形態で説明したように、画像形成装置１では、定着ローラ６３が外周面に熱伸縮性を有する弾性層６３ｂを有しているので、弾性層６３ｂの熱伸縮に伴い定着ローラ６３の外径が変動する、すなわち分離ポイントが変動する。このように、定着ローラ６３の外径変動によって分離ポイントが変動する場合に対応すべく、用紙Ｓが所定の温度で加熱されるときに、エア分離ユニット７０（エア分離部）が定着ベルト６１（加熱部）の分離ポイントに向けて送風するようになっている。
画像形成装置１によれば、定着装置Ｆにおいて、弾性層６３ｂの熱伸縮に伴い定着ローラ６３の外径が変動しても、的確に分離ポイントに向けてエアが送風される。したがって、定着ベルト６１（加熱部）から確実に用紙Ｓを分離することができる。

特に、画像形成装置１において、熱ベルト方式の定着ユニット６０を採用している場合、すなわち、加熱部である定着ベルト６１の温度と定着ローラ６３の温度が一致せず、ウォームアップ直後の画像形成時に定着ローラ６３の外径変動が生じうる場合に有用である。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、定着装置Ｆの定着ユニット６０において、ハロゲンヒータ等の加熱源を内蔵した定着ローラで上側加圧部を構成するようにしてもよい（熱ローラ方式）。この場合、定着ローラが加圧ローラとともに加圧部を構成するとともに、加熱部を構成する。また、定着ローラに対して加圧ローラが直接的に押圧されることにより、用紙Ｓを狭持して搬送するニップ部Ｎが形成される。

また例えば、定着ユニット６０の下側加圧部として、複数の支持ローラに無端ベルトを張架したベルト式の構成を適用することもできる。
さらには、エア分離ユニット７０として、ファンを回転させることにより分離ポイントに向けてエアを連続的に送風するファン式の送風装置を適用することもできる。
また、実施の形態では、画像形成装置１の制御部８０が定着装置Ｆ（定着ユニット６０、エア分離部７０）の動作を制御するが、定着装置Ｆの動作を制御する専用の制御部を設けるようにしてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 画像形成装置
１０ 画像読取部
１１ 自動原稿給紙装置
１２ 原稿画像走査装置
２０ 操作表示部
２１ 表示部
２２ 操作部
３０ 画像処理部
４０ 画像形成部
４１ 露光装置
４２ 現像装置
４３ 感光体ドラム
４４ 帯電装置
４５ クリーニング装置
４６ 一次転写ローラ
４７ 中間転写ユニット
４７ａ 中間転写ベルト
４７ｂ 支持ローラ
４８ クリーニング装置
５０ 搬送部
５１ 給紙装置
５２ 搬送機構
５３ 排紙装置
６０ 定着ユニット
６１ 定着ベルト（加熱部）
６２ 加熱ローラ
６２ａ 芯金
６２ｂ 樹脂層
６２ｃ 加熱源
６３ 定着ローラ（加圧部）
６３ａ 芯金
６３ｂ 弾性層
６４ 加圧ローラ（加圧部）
６５ センサ
６５Ａ 温度センサ
６５Ｂ 変位センサ
７０ エア分離ユニット（エア分離部）
７１ アクチュエータ
７２ コンプレッサ
７３ 電磁弁
８０ 制御部
８１ ＣＰＵ
８２ ＲＯＭ
８３ ＲＡＭ
９１ 通信部
９２ 記憶部
Ｆ 定着装置

Claims (7)

1. トナー像が転写された用紙に接触して、この用紙を所定の温度で加熱する加熱部と、
   定着ローラに対して加圧ローラが直接又は間接的に押圧されることにより、用紙を狭持して搬送するニップ部を形成する加圧部と、
   前記ニップ部の用紙排出側に送風することにより、前記加熱部から前記用紙を分離させるエア分離部と、を有し、前記ニップ部で前記用紙を加熱、加圧しながら搬送することにより未定着のトナー像を前記用紙上に定着させる定着装置を備えた画像形成装置であって、
   前記定着ローラが、外周面に熱伸縮性を有する弾性層を有し、
   前記エア分離部が、前記加熱部の温度が前記所定の温度で安定し、かつ前記定着ローラの温度が安定したときの当該定着ローラの外径に合わせて設定された分離ポイントに向けて送風するものとし、
   前記分離ポイントは、前記定着ローラの外径変動に関わらず、前記ニップ部の用紙排出側の端部から同距離に設定されることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記分離ポイントにエアが吹き付けられるように、前記弾性層の熱膨張に伴う前記定着ローラの外径変動に応じて前記エア分離部によるエアの送風態様を制御するエア制御部を備えることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記定着ローラの温度を検出する温度センサを備え、
   前記エア制御部が、前記温度センサによる検出結果に基づいて前記エア分離部によるエアの送風態様を制御することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記定着ローラの外径変動を検出する変位センサを備え、
   前記エア制御部が、前記変位センサによる検出結果に基づいて前記エア分離部によるエアの送風態様を制御することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
5. 前記エア制御部が、画像形成を行うときの当該画像形成装置の動作状況に基づいて前記エア分離部によるエアの送風態様を制御することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
6. 前記加熱部が、前記定着ローラを含む複数の支持ローラに張架される無端状の定着ベルトで構成され、この定着ベルトにより前記用紙が加熱されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の画像形成装置。
7. 前記エア分離部によるエアの送風方向が、前記分離ポイントにおける接線方向と一致することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の画像形成装置。

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