まず、図1を用いてカラープリンター1(画像形成装置)の全体の構成について説明する。
カラープリンター1は、箱型形状のプリンター本体2を備えており、プリンター本体2の下部には用紙(記録体)を収納した給紙カセット3が設けられ、プリンター本体2の上部には排紙トレイ4が設けられている。
プリンター本体2の中央部には、中間転写ベルト6が複数のローラー間に架設され、中間転写ベルト6の下方には、レーザー・スキャニング・ユニット(LSU)で構成される露光装置7が配置されている。中間転写ベルト6の下側には、4個の画像形成部8がトナーの色(例えば、マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの4色)ごとに設けられている。各画像形成部8には、感光体ドラム9が回転可能に設けられており、感光体ドラム9の周囲には、帯電器10と、現像器11と、一次転写部12と、クリーニング装置13と、除電器14とが、一次転写のプロセス順に配置されている。現像器11の上方には、各画像形成部8と対応するトナーコンテナ15が、トナーの色(例えば、マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの4色)ごとに設けられている。
プリンター本体2の一側(図面上右側)には、用紙の搬送路16が上下方向に設けられている。つまり、本実施形態のカラープリンター1は、所謂縦搬送である。搬送路16の上流端には給紙部17が設けられ、搬送路16の中流部には中間転写ベルト6の一端(図面上右端)に二次転写部18が設けられ、搬送路16の下流部には定着装置19が設けられ、搬送路16の下流端には排紙口20が設けられている。
次に、このような構成を備えたカラープリンター1の画像形成動作について説明する。カラープリンター1に電源が投入されると、各種パラメーターが初期化され、定着装置19の温度設定等の初期設定が実行される。そして、カラープリンター1に接続されたコンピューター等から画像データが入力され、印刷開始の指示がなされると、以下のようにして画像形成動作が実行される。
まず、帯電器10によって感光体ドラム9の表面が帯電された後、露光装置7からのレーザー光(矢印P参照)により感光体ドラム9の表面に静電潜像が形成される。次に、この静電潜像を、トナーコンテナ15から供給されるトナーによって現像器11が対応する色のトナー画像に現像する。このトナー画像は、一次転写部12において中間転写ベルト6の表面に一次転写される。以上の動作を各画像形成部8が順次繰り返すことによって、中間転写ベルト6上にフルカラーのトナー画像が形成される。なお、感光体ドラム9上に残留したトナー及び電荷は、クリーニング装置13及び除電器14によって除去される。
一方、給紙部17によって給紙カセット3又は手指しトレイ(図示せず)から取り出された用紙は、上記した画像形成動作とタイミングを合わせて二次転写部18へと搬送され、二次転写部18において、中間転写ベルト6上のフルカラーのトナー画像が用紙に二次転写される。トナー画像を二次転写された用紙は、搬送路16を下流側へと搬送されて定着装置19に進入し、この定着装置19において用紙にトナー画像が定着される。トナー画像が定着された用紙は、排紙口20から排紙トレイ4上に排出される。
次に、定着装置19について説明する。以下、説明の便宜上、図2における紙面手前側を定着装置19の正面側(前側)とする。各図に適宜付される矢印Frは、定着装置19の正面側(前側)を示している。
図2に示されるように、定着装置19は、定着ユニット21と、定着ユニット21の左側に設けられるIHユニット22と、を備えている。
まず、定着装置19の定着ユニット21について説明する。定着ユニット21は、プリンター本体2に対して着脱可能となっている。
図2、図3に示されるように、定着ユニット21は、筐体23と、筐体23の左側部に収容される定着ローラー24と、定着ローラー24に周設される定着ベルト25(定着部材)と、筐体23の右側部に収容される加圧ローラー26(加圧部材)と、筐体23の前後両端側に設けられる離間機構27(図2参照)と、を備えている。
図4等に示されるように、筐体23は、第1支持部30と、第1支持部30の右側に設けられる第2支持部31と、を備えている。図3に示されるように、筐体23の下端側には、用紙を導入するための導入口32が設けられている。筐体23の上端側には、用紙を導出するための導出口33が設けられている。
図5に示されるように、第1支持部30の前後両端壁34(図5では前端壁のみ表示)の下部には、第1軸受部35が設けられている。第1支持部30の前後両端壁34の外面には、第1軸受部35の右上方に、第1軸部36が突設されている。第1支持部30の前後両端壁34の下端部には、右方に延出する延出部37が設けられている。延出部37の外面の基端側(左端側)には、第2軸部38が突設されている。
第2支持部31の前後両端壁40(図5では前端壁のみ表示)の中央部には、第2軸受部41が設けられている。第2支持部31の前後両端壁40の下端部には、円弧状の係合溝42が設けられている。係合溝42は、第1支持部30の前後両端壁34に設けられた第2軸部38に係合している。これにより、第2軸部38を中心に回転可能となるように第2支持部31が第1支持部30に支持されている。
第2支持部31の前後両端壁40の上端部には、固定片43が設けられている。固定片43は、側板44と、側板44の上端から右方に向かって屈曲される上板45と、を備えており、略L字状を成している。固定片43の側板44には、円形の挿通穴46が左右方向に穿設されている。
定着ローラー24は、前後方向に長い円筒状を成している。図3に示されるように、定着ローラー24は、筐体23の第1支持部30に収容されている。定着ローラー24は、定着ベルト25の内側に配置され、加圧ローラー26との間で定着ベルト25を挟み込んでいる。
定着ローラー24は、例えば、円筒状の基材層と、この基材層に周設される円筒状の弾性層と、によって構成されている。定着ローラー24の基材層は、例えば、ステンレスやアルミニウム等の金属によって構成されている。定着ローラー24の弾性層は、例えば、シリコンスポンジによって構成されている。なお、図3において、定着ローラー24の各層(基材層と弾性層)は、特に区別されずに表示されている。
図5に示されるように、定着ローラー24の前後両端部(図5では前端部のみ表示)は、筐体23の第1支持部30の前後両端壁34に設けられた第1軸受部35に取り付けられている。これにより、定着ローラー24が第1支持部30に回転可能に支持されている。
定着ベルト25(図3等参照)は、例えば、基材層と、この基材層に周設される弾性層と、この弾性層を被覆する離型層と、によって構成されている。定着ベルト25の基材層は、例えばニッケル等の金属によって構成されている。定着ベルト25の弾性層は、例えばシリコンゴムやシリコンスポンジによって構成されている。定着ベルト25の離型層は、例えばPFA等のフッ素系樹脂によって構成されている。なお、図3等において、定着ベルト25の各層(基材層、弾性層、離型層)は、特に区別されずに表示されている。定着ベルト25は、定着ローラー24と一体に回転可能に設けられている。
図3に示されるように、定着ベルト25の上側(用紙の搬送方向における下流側)には分離部材50が設けられており、この分離部材50によって定着ベルト25から用紙を分離できるようになっている。定着ベルト25の下方にはサーミスター51(温度センサー)が設けられており、このサーミスター51によって定着ベルト25の温度を検知できるようになっている。
加圧ローラー26は、前後方向に長い円筒状を成している。加圧ローラー26は、例えば、基材層と、この基材層に周設される弾性層と、この弾性層を被覆する離型層と、によって構成されている。加圧ローラー26の基材層は、例えばステンレスやアルミニウム等の金属によって構成されている。加圧ローラー26の弾性層は、例えばシリコンゴムやシリコンスポンジによって構成されている。加圧ローラー26の離型層は、例えばPFA等のフッ素系樹脂によって構成されている。なお、図3において、加圧ローラー26の各層(基材層、弾性層、離型層)は、特に区別されずに表示されている。加圧ローラー26は、定着ベルト25に圧接し、定着ベルト25との間に定着ニップ52を形成している。
図5に示されるように、加圧ローラー26の前後両端部(図5では前端部のみ表示)は、筐体23の第2支持部31の前後両端壁40に設けられた第2軸受部41に取り付けられている。これにより、加圧ローラー26が第2支持部31に回転可能に支持されている。
図2等に示されるように、離間機構27の前側部分は、駆動モーター53と、駆動モーター53の右方に設けられる減速ギア機構54と、駆動モーター53の右上方に設けられる駆動部材55と、駆動部材55の右側に設けられるコイルスプリング56(弾性部材)と、を備えている。
駆動モーター53は、筐体23の第1支持部30の前側に配置されている。駆動モーター53は、下方に延びるモーター軸57を有しており、モーター軸57には、ウォームギア58が同心状に固定されている。
図6に示されるように、減速ギア機構54は、第1ギア61と、第1ギア61の右下側に設けられる第2ギア62と、第2ギア62の右上側に設けられる第3ギア63と、第3ギア63の右側に設けられる第4ギア64と、第4ギア64の下側に設けられる第5ギア65と、第5ギア65の左側に設けられる第6ギア66と、を備えている。
第1ギア61は、大径部61aと小径部61bを備えている。第1ギア61の大径部61aは、駆動モーター53のウォームギア58に噛合している。第2ギア62は、第1ギア61の小径部61bに噛合している。第3ギア63は、大径部63aと小径部63bを備えている。第3ギア63の大径部63aは、第2ギア62に噛合している。第4ギア64は、第3ギア63の小径部63bに噛合している。第5ギア65は、大径部65aと小径部65bを備えている。第5ギア65の小径部65bは、第4ギア64に噛合している。第6ギア66は、大径部66aと小径部66bを備えている。第6ギア66の小径部66bは、第5ギア65の大径部65aと噛合している。
図7に示されるように、駆動部材55の上部には、軸穴67が設けられている。軸穴67は、筐体23の第1支持部30の前端壁34に設けられた第1軸部36に係合している。これにより、軸穴67を中心に回転可能となるように、駆動部材55が筐体23の第1支持部30に支持されている。
駆動部材55の下端部には、軸穴67の下側に駆動ギア68が設けられている。駆動ギア68は、減速ギア機構54の第6ギア66の大径部66aに噛合している。これにより、減速ギア機構54を介して、駆動モーター53と駆動部材55が接続されている。換言すると、減速ギア機構54は、駆動モーター53と駆動部材55の間に介装されている。
駆動部材55の上端部には、軸穴67の上側に駆動片70が設けられている。駆動片70の外面には、検出板71が突設されている。駆動部材55には、駆動片70から右側に向かって突出する押圧片72が設けられている。押圧片72は、左右方向に長い直棒状を成している。押圧片72は、筐体23の第2支持部31の前端壁40に設けられた固定片43の挿通穴46に挿通されている。押圧片72の先端部(右端部)には、円形の鍔部73が設けられている。
コイルスプリング56は、駆動部材55の押圧片72の外周に巻回されている。コイルスプリング56は、左右方向を軸心方向としている。コイルスプリング56の右端部は、押圧片72の鍔部73に当接している。コイルスプリング56の左端部は、筐体23の第2支持部31に設けられた固定片43の側板44に当接している。つまり、コイルスプリング56は、駆動部材55の押圧片72と第2支持部31の固定片43の間に介装されている。
図8に示されるように、離間機構27の後側部分には、駆動モーター53及び第1ギア61〜第4ギア64が設けられていない。離間機構27の後側部分のそれ以外の構成は、離間機構27の前側部分と同様である。離間機構27の後側部分の第5ギア65は、離間機構27の前側部分の第5ギア65と、連結シャフト74を介して連結されている。そして、離間機構27の前側部分の第5ギア65が回転すると、この回転が連結シャフト74を介して離間機構27の後側部分の第5ギア65に伝達されて、離間機構27の後側部分の第5ギア65が回転するように構成されている。
次に、定着装置19のIHユニット22について説明する。IHユニット22は、プリンター本体2に固定されている。図3に示されるように、IHユニット22は、ケース部材75と、ケース部材75内に収納され、定着ベルト25の外周に沿って円弧状に設けられるIHコイル76(熱源)と、ケース部材75内に収納され、IHコイル76の外周に沿って設けられるアーチコア77と、を備えている。
次に、定着装置19の制御システムについて説明する。
図9に示されるように、定着装置19には、制御部80が設けられている。制御部80は、記憶部81と接続されている。記憶部81は、不揮発性メモリーであり、プリンター1が停止しても、書き込まれた情報を保持できるようになっている。記憶部81は、例えば、EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)によって構成されている。記憶部81は、制御部80が実行する制御プログラムを記憶している。記憶部81は、用紙のジャムの発生に関する情報を記憶している。
制御部80は、サーミスター51に接続されており、サーミスター51が検知した定着ベルト25の温度が、制御部80に出力されるようになっている。
制御部80は、位置センサー82に接続されている。位置センサー82は、駆動部材55の駆動片70の外面に突設された検出板71(図7等参照)の位置を検出できるようになっている。
制御部80は、離間機構27の駆動モーター53に接続されており、制御部80からの駆動指令信号に基づいて、駆動モーター53のウォームギア58が回転すると、この回転が減速ギア機構54を介して駆動部材55に伝達され、駆動部材55が回転するようになっている。
制御部80は、モーター等によって構成される駆動源83に接続されており、駆動源83は、加圧ローラー26に接続されている。そして、制御部80からの駆動指令信号に基づいて駆動源83が加圧ローラー26を回転させると、加圧ローラー26に圧接する定着ベルト25が加圧ローラー26とは逆方向に回転するようになっている。つまり、駆動源83によって定着ベルト25及び加圧ローラー26を回転させることができるようになっている。
制御部80は、IHコイル76と接続されている。そして、制御部80からの駆動指令信号に基づいてIHコイル76に高周波電流が流れることで、IHコイル76に高周波磁界が発生するとともに、この高周波磁界によって定着ベルト25が発熱するように構成されている。つまり、IHコイル76によって定着ベルト25を加熱できるようになっている。
上記のように構成されたものにおいて、用紙にトナー画像を定着させる時には、図2に示されるように、定着ベルト25に加圧ローラー26が圧接している。この状態で、用紙が搬送路16に沿って上流側(下方)から搬送されてくると、この用紙が定着ニップ52を通過する。これにより、用紙とトナー画像が加熱及び加圧されて、トナー画像が用紙に定着される。
これに対して、用紙にトナー画像を定着させない時(例えば、カラープリンター1の待機時)には、制御部80からの駆動指令信号に基づいて、駆動モーター53のウォームギア58が所定方向に回転する。この回転が減速ギア機構54を介して駆動部材55の駆動ギア68(図7参照)に伝達され、駆動部材55が一方向(正面視で時計方向。図7の矢印a参照)に回転する。これに伴って、駆動部材55の押圧片72が右方に移動し、第2支持部31が第2軸部38(図5参照)を中心に第1支持部30から離間する方向(正面視で時計方向。図5の矢印b参照)に回転する。これに伴って、図10に示されるように、定着ベルト25から加圧ローラー26が離間する。以上のように、離間機構27によって定着ベルト25と加圧ローラー26を接離させることができるようになっている。
次に、定着装置19の制御の一例について、主に図11を参照しつつ説明する。
カラープリンター1が正常に動作している時には、制御部80は、定時フラッグを一定時間(例えば、15分間)ごとに記憶部81に書き込む(ステップS101)。
一方で、カラープリンター1が停止すると(カラープリンター1の主電源がオフになると)、制御部80による記憶部81への定時フラッグの書き込みも停止する(ステップS102)。
ステップS102におけるカラープリンター1の停止が正常停止である場合には、離間機構27が定着ベルト25と加圧ローラー26を離間させると共に、制御部80が停止フラッグを記憶部81に書き込む(ステップS103)。つまり、制御部80が停止フラッグを記憶部81に書き込むことができるのは、定着ベルト25と加圧ローラー26が離間した状態でカラープリンター1が停止する場合である。なお、カラープリンター1の停止が正常停止である場合とは、例えば、印字動作が完了してから一定時間経過後にカラープリンター1がスリープモードに移行し、カラープリンター1がスリープモードに移行してから一定時間経過後にカラープリンター1の主電源がオフになる場合である。
一方で、ステップS102におけるカラープリンター1の停止が異常停止である場合には、離間機構27が定着ベルト25と加圧ローラー26を離間させることができず、制御部80が停止フラッグを記憶部81に書き込むこともできない(ステップS104)。なお、カラープリンター1の停止が異常停止である場合とは、例えば、カラープリンター1の主電源が急にオフになる場合(例えば、カラープリンター1の電源コードが突然引き抜かれる場合)や、地震発生時の停電等によりカラープリンター1への電源供給が遮断される場合である。
カラープリンター1が停止した後、例えばカラープリンター1の電源スイッチが操作され、カラープリンター1の電源がONになると、カラープリンター1が起動する(ステップS105)。
カラープリンター1が起動すると、制御部80は、カラープリンター1が前回停止した時の停止フラッグが記憶部81に存在するかを確認する(ステップS106)。換言すると、制御部80は、カラープリンター1が前回停止した時に、制御部80が記憶部81に停止フラッグを書き込んだかを確認する。
ステップS106の判断がYESの場合(カラープリンター1が前回停止した時の停止フラッグが記憶部81に存在すると制御部80が判断した場合)には、IHコイル76が定着ベルト25を加熱すると共に駆動源83が定着ベルト25及び加圧ローラー26を回転させる起動処理がT1秒間行われる(ステップS107)。
一方で、ステップS106の判断がNOの場合(カラープリンター1が前回停止した時の停止フラッグが記憶部81に存在しないと制御部80が判断した場合)には、制御部80は、最終の定時フラッグが記憶部81に書き込まれてからカラープリンター1が起動するまでの経過時間Tと記憶部81に記憶された基準時間Tsを比較する。具体的には、制御部80は、経過時間Tが基準時間Tsよりも長いかどうかを判断する(ステップS108)。
ステップS108の判断がNOの場合(経過時間Tが基準時間Ts以下であると制御部80が判断した場合)には、離間機構27が定着ベルト25と加圧ローラー26を離間させる(ステップS109)。
その後、IHコイル76が定着ベルト25を加熱すると共に駆動源83が定着ベルト25及び加圧ローラー26を回転させる起動処理が、T1秒間行われる(ステップS110)。
一方で、ステップS108の判断がYESの場合(経過時間Tが基準時間Tsよりも長いと制御部80が判断した場合)には、離間機構27が定着ベルト25と加圧ローラー26を離間させる(ステップS111)。
その後、IHコイル76が定着ベルト25を加熱すると共に駆動源83が定着ベルト25及び加圧ローラー26を回転させる起動処理が、T2(>T1)秒間行われる(ステップS112)。
以上のように、制御部80が記憶部81に停止フラッグを書き込むことで、カラープリンター1の前回の停止が正常停止であるか異常停止であるかを判断できるようになっている。また、制御部80が記憶部81に定時フラッグを書き込むことで、カラープリンター1の前回の異常停止がいつであるかを判断できるようになっている。
本実施形態では上記のように、定着ベルト25に加圧ローラー26が圧接したままの状態でカラープリンター1が停止した場合(カラープリンター1が異常停止した場合)には、次にカラープリンター1が起動する時に定着ベルト25と加圧ローラー26が離間され、一定時間の起動処理が行われるようになっている。このような制御を行うことで、カラープリンター1の異常停止に伴って変形した定着ベルト25や加圧ローラー26を元の形状に復元させることが可能となり、定着ベルト25や加圧ローラー26が変形したままの状態でトナー画像を用紙に定着させる動作が行われるのを回避することができる。そのため、定着不良や定着ムラの発生を防止し、定着ベルト25及び加圧ローラー26の駆動トルクが上昇するのを抑制することが可能となる。更に、蓄電手段等の新たな部品を追加する必要が無いため、コストアップを抑制することが可能となる。
また、経過時間Tが基準時間Tsよりも長いと制御部80が判断した場合には、経過時間Tが基準時間Ts以下であると制御部80が判断した場合よりも起動処理の時間を長くしている。そのため、変形した定着ベルト25や加圧ローラー26を確実に元の形状に復元させることが可能となる。一方で、経過時間Tが基準時間Ts以下であると制御部80が判断した場合には、経過時間Tが基準時間Tsよりも長いと制御部80が判断した場合よりも起動処理の時間を短くしている。そのため、トナー画像を用紙に定着させる動作に速やかに移行することが可能となる。このように、経過時間Tの長さに応じて、起動処理の時間を適切な長さに調節することができる。
また、本実施形態では、定着ベルト25と加圧ローラー26が離間した状態でカラープリンター1が停止した場合(カラープリンター1が正常停止した場合)にも、起動処理を一定時間行っている。このような制御を行うことで、トナー画像を用紙に定着させることが可能な温度に定着ベルト25を速やかに到達させることが可能となる。
また、停止フラッグ及び定時フラッグを書き込むための記憶部81が、制御部80が実行する制御プログラムを記憶するための記憶領域及び用紙のジャムの発生に関する情報を記憶するための記憶領域として併用されている。このような構成を採用することにより、停止フラッグ及び定時フラッグを書き込むための専用の記憶部81が不要となり、コストアップを一層効果的に抑制することが可能となる。
また、本実施形態では、定着ローラー24が弾性層を有しているため、定着ニップ52の幅(ニップ幅)をより広くすることができる。更に、本実施形態では、定着ローラー24の弾性層をシリコンスポンジによって構成しているため、定着ローラー24の弾性層をシリコンゴム等によって構成する場合と比較して、定着ローラー24の弾性層の熱容量を小さくすることができると共に、定着ローラー24の弾性層の断熱性を高めることが可能となる。そのため、省エネルギー化及びウォームアップ時間の短縮化を図ることができる。
しかしながら、シリコンスポンジの弾性層を有する定着ローラー24を用いる場合、定着ニップ52を形成する際に定着ローラー24に大きな圧力が掛かると、シリコンスポンジの弾性力によって定着ローラー24の表面側部分が歪んでしまう。そのため、シリコンスポンジの弾性層を有する定着ローラー24が高温加圧状態で長時間放置されると、シリコンゴム等の弾性層を有する定着ローラー24よりも、弾性層の変形が維持されやすい。
しかしながら、本実施形態では上記のように、定着ベルト25に加圧ローラー26が圧接したままの状態でカラープリンター1が停止した場合(カラープリンター1が異常停止した場合)には、次にカラープリンター1が起動する時に定着ベルト25と加圧ローラー26が離間され、一定時間の起動処理が行われるようになっている。このような制御を行うことで、カラープリンター1の異常停止に伴って変形した定着ローラー24の弾性層を元の形状に復元させることが可能となり、定着ローラー24の弾性層が変形したままの状態でトナー画像を用紙に定着させる動作が行われるのを回避することができる。そのため、定着不良や定着ムラの発生を防止し、定着ベルト25及び加圧ローラー26の駆動トルクが上昇するのを抑制することが可能となる。
本実施形態では、定着ローラー24の弾性層がシリコンスポンジによって構成される場合について説明したが、他の異なる実施形態では、定着ローラー24の弾性層がシリコンゴム等によって構成されていても良い。
本実施形態では、定着ベルト25が定着ローラー24に周設される場合について説明したが、他の異なる実施形態では、定着ベルト25が複数個のローラーに架け渡されていても良い。また、定着ベルト25の内側に設けられた押圧部材に対して定着ベルト25が摺動しても良い。
本実施形態では、IHコイル76を熱源として用いる場合について説明したが、他の異なる実施形態では、ハロゲンヒーターやセラミックヒーター等のヒーターを熱源として用いても良い。
本実施形態では、カラープリンター1に本発明の構成を適用する場合について説明したが、他の異なる実施形態では、モノクロプリンター、複写機、ファクシミリ、複合機等の他の画像形成装置に本発明の構成を適用しても良い。