《実施例1》
[画像形成装置]
図2は画像形成装置の一例の概略断面図である。この画像形成装置1は、自動原稿搬送装置2を搭載している、タンデム方式−中間転写方式のフルカラー電子写真複写機である。
UY、UM、UC、UKは、それぞれ、イエロー(Y)色、マゼンタ(M)色、シアン(C)色、ブラック(K)色のトナー像を形成する4つの作像部である。各作像部は、それぞれ、感光ドラム3、帯電器4、レーザスキャナ5、現像器6、一次転写帯電器7、ドラムクリーナ8を有する。なお、図の煩雑を避けるため作像部UY以外の作像部UM、UC、UKにおけるこれらの機器に対する符号の記入は省略した。また、これら作像部の電子写真プロセスや作像動作は公知であるからその説明は割愛する。
各作像部のドラム3から回動する中間転写ベルト9に対して各色のトナー像が所定に重畳されて一次転写される。これによりベルト9上に4色重畳のトナー像が形成される。一方、カセット10又は11、或いは手差しトレイ12から記録材(シート:以下、用紙あるいは紙と記す)Sが一枚宛給送される。その用紙Sが搬送路13を通ってレジストロール対14により所定の制御タイミングでベルト9と二次転写ロール15との圧接部である二次転写ニップ部に導入される。これにより、用紙Sに対してベルト9上の4色重畳のトナー像が一括して二次転写される。
本実施例の画像形成装置1において上記の機構部が画像形成ジョブを実行するために用紙(記録材)Sに未定着のトナー像を形成する画像形成部である。その用紙Sが画像加熱装置である定着装置(定着器)Fに導入されて加熱・加圧されることで未定着のトナー像が溶融軟化して固着像として定着される。定着装置Fを出た用紙Sは片面画像形成モードの場合は進路制御により搬送路16の側に導入されて排出トレイ17上に排出される。
両面画像形成モードの場合は、定着装置Fを出た片面画像形成済みの用紙Sが進路制御により反転搬送路18の側に導入された後にスイッチバック搬送されて両面搬送路19に導入される。そして、表裏反転された状態で再び搬送路13を通って二次転写ニップ部に導入されて裏面に対するトナー像の形成がなされる。以後は片面画像形成の場合と同様に定着装置Fに導入され、排出トレイ17上に両面画像形成物として排出される。なお、本実施例1の画像形成装置1においては大小各幅サイズの用紙Sの搬送は用紙幅中心の所謂中央基準でなされる。所謂片側基準で用紙搬送を行う装置構成であってもよい。
102は画像形成装置1の操作部である。図3はこの操作部102を含む制御系統のブロック図である。操作部102は制御部100と電気的情報の授受を行うユーザインタフェース(UI:User Interface、入力手段、表示手段)である。この操作部102により制御部100に対してユーザ(操作者、使用者)からの画像形成モード設定、使用記録材の選択等の各種の指示入力を行う。また、制御部100から操作部102に対してユーザへの装置の状態報知等がなされる。制御部100は画像形成装置1の全ての機構部を統括的に制御する。
操作部102は、メインスイッチM−SW、入力部(操作パネル)104、表示部(ディスプレイ:UI画面)105を有する。入力部104には、値数入力を行うためのテンキー群、プリント開始ボタン、ストップキー、節電ボタン等の各種の操作キーが配設されている。表示部105はタッチパネル方式の液晶画面であり、使用する用紙の選択が可能な用紙表示(記録材選択手段)などの各種の情報表示がなされると共に、各種の操作ボタンの表示もなされる。表示された操作ボタンによっても画像形成装置1が行う動作の各種設定が制御部100に入力される。
また、制御部100はCPU(中央演算処理装置)110を有する。また、制御部100は後述する定着装置F等の制御のための、加圧力制御部113、メモリ111、記録材情報処理部114、タイマ112等を有している。タイマ112は、後述するように、画像形成ジョブ(JOB:プリントジョブ)が終了してから通常加圧状態(通常加圧モード)である時間をカウントする機能を有している。
200はパソコン・イメージリーダ・ファクシミリ等の外部ホスト装置である。ホスト装置200は制御部100に対してインターフェイスを介して接続されており、このホスト装置200からも制御部100に画像形成ジョブや使用する用紙の選択等の各種の指示情報が入力される。また、逆に、制御部100からホスト装置200に各種情報がフィードバックされる。
[定着装置]
以下で説明する定着装置(定着部)Fに関して、正面側とは用紙Sの入口側、背面側とは用紙Sの出口側である。左右とは装置Fを正面側からみて左又は右である。本実施例においては右側を一端側(駆動側)、左側を他端側(非駆動側)とする。上下は重力方向において上又は下である。上流側と下流側は用紙Sの搬送方向(記録材搬送方向)において上流側と下流側である。
図4は定着装置Fの正面図、図5は同装置Fの要部の拡大横断面図、図6と図7はそれぞれ同装置Fの一端側と他端側の側面図である。図8はコイルユニットを省き且つ一部を切り欠いた同装置Fの要部の斜視図、図9はコイルユニットを省いた同装置Fの要部の平面図であり、用紙Sが導入されている状態時を示している。図10の(a)は定着ベルトの層構造模式図、(b)は蓋板を省いて内部を見たコイルユニットの斜視図、(c)はベルトユニットにおけるベルト内部アセンブリの斜視図である。
本実施例の定着装置Fは、IH(誘導加熱)方式−ベルト方式の画像加熱装置であり、大別して、下記のような部材や機構を有している。
a:用紙Sに形成されたトナー像をニップ部Nにて加熱する第1の回転体(定着部材:加熱回転体)としての可撓性を有するエンドレスベルト(以下、定着ベルトあるいはベルトと記す)21を含むベルトユニット20
b:ベルト21との間でニップ部Nを形成する第2の回転体(加圧部材:加圧回転体)としての弾性を有する加圧ローラ30
c:ベルト21を加熱する加熱器としてのコイルユニット(誘導加熱装置、磁束発生手段)40
d:ベルト21と加圧ローラ30を相対的に加圧して上記のニップ部Nを形成する加圧機構500R・500L
e:加圧機構500R・500Lによるニップ部Nの加圧力を変更可能な加圧力変更機構
f:底板61とこの底板61に固定して対向させて配設された一端側と他端側の側板62R・62Lを有し、上記のような部材や機構を収容している装置枠体(シャーシ、ハウジング)60
(2−1)ベルトユニット20
ベルトユニット20は、金属層を有する無端状(エンドレス)のベルト21を有する。また、ベルト内部アセンブリとしての、定着パッド22、定着バッド22を保持するパッド部材23、パッド部材23を保持するステー24、ステー24を覆う内部コア(内側磁性体コア)25等の組み立て体を有する。図10の(c)はこのベルト内部アセンブリの斜視図である。
定着パッド22、パッド部材23、ステー24は何れもベルト21の長手方向(幅方向)に長い部材である。ステー24は一端部と他端部がそれぞれベルト21の両端部から外方に突出しており、その突出部に対してそれぞれ一端側と他端側のフランジ部材26R・26Lが嵌着されている。ベルト21はこの両フランジ部材26R・26Lの対向面間においてベルト内部アセンブリ22〜25の外側にルーズに外嵌されている。
ステー24の長手中央部には弾性支持部材27を介してサーミスタ等の第1の温度センサ(温度検知手段:温度検出素子)TH1が配設されている。この温度センサTH1はベルト21の温度を検知して制御部100にフィードバックする。
支持部材27はステー24の上面の長手中央部に設けられている透穴24aとこの透穴24aに対応する内コア位置に設けられている透穴25aを通って内コア25の外側に突き出ている。そして、この支持部材27の先端部に支持されているセンサTH1がベルト21の幅方向中央部の内面に弾性的に当接している。これにより、回転されるベルト21のセンサ当接面が波打つなどの位置変動が生じたとしてもセンサTH1がこれに追従してベルト21の内面との良好な接触状態が維持される。
図10の(a)はベルト21の層構成模型図である。ベルト21は内径が20〜40mm程度の金属の基層21aを有している。基層21aの金属には鉄合金やニッケル合金、銅、銀などを適宜選択可能である。
基層21aの外周には弾性層21bとして耐熱性ゴム層が設けられている。ゴム層の厚さは100〜800μmの範囲内で設定するのが好ましい。本実施例では、ベルト21の熱容量を小さくしてウォーミングアップタイムを短縮し、かつカラー画像を定着するときに好適な定着画像を得ることを考慮して、ゴム層の厚みは200μmとされている。更に弾性層21bの外周には、表面離型層21cとしてフッ素樹脂層(例えばPFAやPTFE)が設けられている。
基層1aの内面側には、ベルト21の内面と温度センサTH1との摺動摩擦を低下させるために、摺動性の高い滑性層21dを10〜50μm設けても良い。本実施例では30μmのポリイミド層を設け、さらにその表面に潤滑剤としての耐熱性グリースを塗布し、ベルト21の内面の潤滑性を維持している。
定着パッド22を保持したパッド部材23がベルト21と加圧ローラ30との間に押圧力を作用させてニップ部Nを形成する。定着パッド22はステンレスなどの金属やセラミックス等の硬度の高い材質からなり、厚さ1mm程度で長手方向に伸びた形状である。パッド部材23の材質はPPSやLCP等の耐熱性の樹脂からなる。
パッド部材23を保持するステー24はニップ部Nに圧力を加えるために剛性が必要であるため金属製の剛性部材である。ステー24の材質としては、加熱器としてのコイルユニット40によってベルト21のみが発熱することが望ましく、誘導加熱の影響を受けにくいステンレス等の非磁性の材質が望ましい。
ステー24のコイルユニット40側には、誘導加熱をより効果的に行うために内部コア25が設けられている。内部コア25は、図10の(c)に示すように、長手方向に複数に分割して、コイルユニット40の後述する励磁コイル41との距離を漸次変化させるように配置されている。内部コア25は励磁コイル41に高周波電流を印加することにより発生した磁束がより効率的にベルト21の加熱に用いられるように、磁束を遮蔽するフェライト等の高透磁率の材質からできている。
ベルトユニット20は一端側と他端側のフランジ部材26R・26Lをそれぞれ装置枠体60の一端側と他端側の側板62R・62Lにそれぞれ形成されている縦方向のガイドスリット部62aに係合させて配設されている。したがって、ベルトユニット20は全体に側板62R・62L間においてスリット部62aに沿って上下方向に移動可能な自由度を有する。
(2−2)加圧ローラ
加圧ローラ30は金属製の芯金30aに弾性層30bとしてゴム層、また表面には離型層30cが設けられている、外形30mmの弾性ローラである。加圧ローラ30はベルトユニット20の下側において、軸線方向をベルトユニット20の長手方向にほぼ平行にして、側板62R・62Lに間に軸受63を介して回転可能に配設されている。
芯金30aの他端側の端部には第1の駆動ギアG1が同心一体に配設されている。このギアG1に対して制御部100で制御される第1のモータ(駆動源)M1の駆動力が伝達手段(不図示)を介して伝達されて、加圧ローラ30が駆動回転体として図5において矢印R30の反時計方向に所定の速度で回転駆動される。
また、加圧ローラ30の表面温度を検知するために、第2の温度センサ(温度検知手段)TH2が加圧ローラ30の長手方向の中央部付近に配置されている。この温度センサTH2は、非接触サーミスタ(NCセンサ)や、サーモパイル等が使用できる。また、接触式であっても問題ないが、本実施例では通紙領域内に温度センサを設けており、加圧ローラ30におけるスジ等の画像不良を避けるために非接触式を採用している。
(2−3)コイルユニット40
コイルユニット40はベルト21を誘導加熱する加熱器であり、ベルトユニット20の上側に配設されている。コイルユニット40はベルト21の長手方向に沿って長いハウジング43の内部に励磁コイル(磁束を生ずるコイル)41、外部コア(外側磁性体コア)42等を組み付けたものである。
ハウジング43は横長箱型で耐熱樹脂製の成型品(電気絶縁性樹脂の肉厚2mm程度のモールド部材)である。ハウジング43の底板43a側がベルト21に対する対向面である。底板43aは横断面においてベルト21の外周面の略半周範囲に沿うようにハウジング43の内側に湾曲している。
コイルユニット40はハウジング43の両端部がベルトユニット20の一端側と他端側フランジ部材26R・26Lに受け止められている。これにより、ハウジング43の底板43aがベルト21の上面に対して所定のギャップ(隙間)αを存して対面している。コイルユニット40はハウジング43の一端側と他端側の側板がそれぞれの側のフランジ部材26R・26Lにワイヤーバネ(不図示)で括りつけられている。つまり、コイルユニット40はベルトユニット20と一体化されている。
従って、ベルトユニット20のフランジ部材26R・26Lが後述するように加圧機構500L・500Rで加圧されて沈みこむとコイルユニット40もギャップαを維持したままベルトユニット20と一緒に沈みこむ。また、フランジ部材26R・26Lが減圧または圧力解除されて浮くとコイルユニット40もギャップαを維持したままベルトユニット20と一緒に浮く。
コイル41は、電線として例えばリッツ線を用い、これを横長・船底状にしてベルト21の周面と側面の一部に対向するように巻回してなる。そして、ハウジング内側に湾曲している底板43aの内面に当てがわれてハウジング内部に収められている。コイル41には、制御部100で制御される電源装置(励磁回路)101から20〜60kHzの高周波電流が印加される。この電流印加によりコイル41によって発生した磁界によりベルト21の金属層(導電層)が誘導発熱する。
外部コア42は、コイル41によって発生した磁界がベルト21の金属層(導電層)以外に実質漏れないようにコイル41を覆わせた外側の磁性体コアである。そして、外部コア42は、図10の(b)のように、長手方向に沿って複数に分割されて並んで配置されている。
(2−4)定着動作
画像形成装置1のスタンバイ状態においては、定着装置Fは、後述する加圧機構500R・500Lによるニップ部Nの加圧力が加圧力変更機構により実質解除されている加圧解除モード(加圧解除状態)に保持されている。第1のモータM1がOFFにされていて加圧ローラ30の回転は停止している。コイルユニット40のコイル41に対する給電はOFFにされている。
制御部100は、画像形成ジョブ(プリントジョブ)の開始信号の入力に基づいて所定の制御タイミングにて加圧力変更機構を制御して加圧機構500R・500Lを通常の加圧力(第1の加圧力)の通常加圧モード(通常加圧状態)にする。
これにより、ベルトユニット20のステー24がフランジ部材26R・26Lを介して所定に加圧されて、ベルト内アセンブリがベルト21を介して加圧ロール30に対して弾性層30bの弾性に抗して加圧される。その結果、定着パッド22がベルト21を介して加圧ローラ30に圧接してベルト21と加圧ロール30との間に用紙搬送方向aにおいて所定幅のニップ部Nが形成される。
また、制御部100は第1のモータM1をONする。これにより、加圧ローラ30が図5において矢印R30の反時計方向に所定の速度で回転駆動される。この加圧ローラ30の回転により、ニップ部Nにおける加圧ローラ30の表面とベルト21の表面との摩擦力でベルト21に回転力が作用する。ベルト21はその内面が定着パッド22に密着して摺動しながらベルト内部アセンブリ22〜25の外周りを図5において矢印R21の時計方向に加圧ローラ30の回転速度と同じ速度で従動回転する。ベルト21の回転に伴うスラスト方向への移動はフランジ部材26R・26Lのフランジ部により規制される。
ベルト21は、少なくとも画像形成実行時には、制御部100で制御される第1のモータM1によって加圧ローラ30が回転駆動されることで上記のように従動回転する。この回転は、二次転写ニップ部の側から搬送されてくる、未定着のトナー像tを担持した用紙Sの搬送速度とほぼ同一の周速度でなされる。
制御部100は電源装置101からコイル41に対して20kHz〜60kHzの高周波電流(交番電流)を印加する。コイル41は高周波電流の供給により交番磁束(磁場)を発生する。その交番磁束がコア42により回転しているベルト21の上面側においてベルト21の金属層21aに導かれる。そうすると、金属層21aに渦電流が発生して、その渦電流によるジュール熱により金属層21aが自己発熱(電磁誘導発熱)してベルト21が昇温していく。
即ち、回転するベルト21はコイルユニット40から発生される磁界が存在する領域を通過したときに金属層21aが電磁誘導発熱して全周的に加熱されて昇温する。このベルト21の温度が第1の温度センサTH1により検知される。温度センサTH1はベルト21の通紙域になる部分の温度を検知し、その検知温度情報が制御部100にフィードバックされる。
制御部(温度制御機能部)100はこのセンサTH1から入力する検知温度(検知される温度に関する情報)が所定の目標温度(定着温度:所定の温度に対応する情報)に維持されるように電源装置101からコイル41に対する供給電力を制御している。
本実施例では、ベルト21の目標温度である180℃で一定になるように、温度センサTH1の検出値に基づいて高周波電流の周波数を変化させてコイル41に入力する電力を制御して温度調節を行っている。
上記のように加圧ローラ30が駆動され、ベルト21が所定の定着温度に立ち上がって温調された状態において、ニップ部Nに未定着のトナー像tを担持した用紙Sがトナー像担持面側をベルト21側に向けてガイド部材64で案内されて導入される。用紙Sはニップ部Nにおいてベルト21の外周面に密着し、ベルト21と一緒にニップ部Nを挟持搬送されていく。
これにより、主にベルト21の熱が付与され、またニップ部Nの圧力を受けて未定着トナー像tが用紙Sの表面に熱圧定着される。ニップ部Nを通った用紙Sはベルト21の外周面からベルト21の表面がニップ部Nの出口部分の変形によって自己分離(曲率分離)して、更には分離ガイド65で分離補助を受けて、ガイド部材66により定着装置Fから排出搬送されていく。
分離ガイド65は、ニップ部Nの出口部分から出た用紙Sがベルト21に巻き付かないように、かつベルト21に接触してベルト21に傷をつけないように、ベルト21とある間隔(隙間)を持って配置されている。分離ガイド65はフランジ部材26R・26Lの一部に係合しバネ等の付勢手段により固定されている。
画像形成ジョブが終了すると、後述するように、制御部100は、定着装置Fのコイル41に対する供給電力をOFFにし、第1のモータM1をOFFにすると共に、定着装置Fを通常加圧モードで待機させる。
この時、タイマ112(図3)が通常加圧モード(第1の加圧力)での待機時間をカウントしている。制御部100はタイマ112でカウントされる所定の待機時間が経過するまでに次の画像形成ジョブが投入されないときには、所定の待機時間が経過すると加圧力変更機構により定着装置Fの加圧状態を通常加圧モードから圧解除モードに移行させる。これについては後述する。
(2−5)加圧機構
加圧機構500R・500Lは、本実施例1では、ベルトユニット20のフランジ部材(被押圧部材)26R・26Lを加圧(押圧)してベルト21と加圧ローラ30との間に用紙搬送方向aにおいて所定幅のニップ部Nを形成する機構である。本実施例においては、装置枠体60の一端側と他端側の側板62R・62Lの外側の上部にそれぞれ左右対称に同一構成で同期して動作する加圧機構500R・500Lを具備させている。
加圧機構500R・500Lは、本実施例ではカム(圧解除カム)501を用いた構成になっており、カム501、加圧板回動軸502、カム回動軸504、加圧板505、加圧調整ネジ506、加圧支持板507、加圧バネ508から構成されている。
加圧カム回動軸504は一端側と他端側の側板62R・62L間に回転可能に軸受けされて配設されている。この軸504の一端部と他端部にそれぞれ同形状のカム501が同位相で固定して取り付けられている。また、この軸504の一端部に同心一体に第2の駆動ギアG2が取り付けられている。
加圧板505と加圧支持板507は、加圧板回動軸502により軸支されており、加圧板505は加圧支持板507に対して回転自在に動くことが出来る。また、加圧支持板507は一端側と他端側の側板62R・62Lに対して加圧板回動軸502が貫通することで支持されており、加圧支持板507の先端部507aはそれぞれの側の側板62R・62Lに対してビス等の手段507bで固定されている。
加圧支持板507には加圧調整ネジ506が締結されており、このネジ506を締めることによってネジ506の座面が加圧バネ508のバネ長を縮め、加圧板505に負荷されるバネ荷重を大きくすることができる。加圧板505は上述のとおり加圧支持板507に対して回転自在に支持されているので、加圧バネ508による圧縮力によって加圧板回動軸502まわりにモーメントが発生する。
一端側と他端側の加圧機構500R・500Lの加圧板505は、それぞれ、ベルトユニット20の一端側と他端側のフランジ部材26R・26Lの受圧部26aの上面に当接するように配置されている。そのため、加圧板505の自由状態時には、一端側と他端側のフランジ部材26R・26Lがそれぞれ対応する加圧板505に生じるモーメントによって加圧ローラ30方向へ所定の加圧力で押される。
そのため、ベルト内アセンブリ22〜25がベルト21を介して加圧ロール30に対して弾性層30bの弾性に抗して加圧される。その結果、定着パッド22がベルト21を介して加圧ローラ30に圧接してベルト21と加圧ロール30との間に用紙搬送方向aにおいて所定幅のニップ部Nが形成されることとなる。通常、加圧力は例えば550Nに設定されている。
加圧力を解除する際には、一端側と他端側の加圧機構500R・500Lにおいて、それぞれ、所定の偏心量を持った加圧カム501を同時に同位相で回転させる。この加圧カム501の回転で加圧板505を軸502を中心に押し上げ、加圧板505とフランジ部材26R・26Lの接触を解除するまで加圧板505を回転させることによって加圧力を解除している。加圧カム501の回転は制御部100で制御される第2の駆動モータM2の駆動力が伝達手段(不図示)を介して第2の駆動ギアG2に伝達されて軸504が駆動されることで一端側と他端側の加圧機構500R・500Lにおいて同時になされる。
(2−6)加圧力変更機構
次に、本実施例における加圧力変更機構(加圧力切替機構:加圧力可変手段)を図11〜図16を用いて説明する。図11は定着装置Fの一端側(駆動側)の斜視図であり、加圧機構500Rの一部を切り欠いてある。加圧板505は第1の加圧板(第1の加圧部材)505Aと第2の加圧板(第1の加圧部材)505Bを持つ。この第1と第2の加圧板505A・505Bは共に加圧板回動軸502を中心に加圧支持板507に回転可能に係合されている。即ち、第1と第2の加圧板505A・505Bは揺動中心が同一である。
また、第1の加圧板505Aを第1の加圧バネ(第1の弾性部材)508Aが、第2の加圧板505Bを第2の加圧バネ(第2の弾性部材)508Bがそれぞれ一端側のフランジ部材26Rを加圧ローラ30側に押し付ける方向にバネ付勢している。この場合、第1の加圧板505Aは第2の加圧板505Bを介してフランジ部材26Rを加圧している。第1の加圧バネ508Aと第2の加圧板505Bは本実施例においては加圧機構500Rの前後方向において同一直線上にある。
他端側の加圧機構500Lも上記の一端側の加圧機構500Rと同じ機構であるから、以下においては一端側の加圧機構500Rを代表して加圧力変更機構について説明する。
図11Aは定着装置Fの一端側の拡大正面図である。図12は図11Aの(12)−(12)線矢視の拡大断面図、図13は図11Aの(13)−(13)線矢視の拡大断面図である。
第2の加圧板505Bのフランジ部材(被押圧部材)26Rを押す面の一部に突起部702a(図13)を有している。この突起部702aを第1の加圧板505Aが押すことで第1の加圧板505Aと第2の加圧板505Bで同時にフランジ部材26Rを加圧する構成となっている。
第1の加圧バネ508Aは第2の加圧バネ508Bよりも高い付勢力が出るように設定されている。例えば、ニップ部Nに550Nの加圧力が付与されている場合、第1の加圧バネ508Aは520Nを、第2の加圧バネ508Bは残り30Nを付勢するように設定されている。この550Nのニップ力は第1の種類の記録材としての普通紙や光沢紙、厚紙等の用紙に対して用いられる。
以後、この加圧力(第1の加圧力)の状態を「通常加圧モード」と称する。通常加圧モードでの加圧力と、通紙速度や温調温度を適切にコントロールすることによって、普通紙のみならず、厚紙や光沢紙の定着性や光沢感を満足することが可能となる。
フランジ部材26Rを挟んで(中にして)加圧板回動軸502と対向する側に、加圧力変更部材としてのカム(圧解除カム)501が配置されている。同じく、加圧支持板507の加圧板505A・505Bを内包する空間の外側に第2の駆動ギア(圧解除ギア)G2、カム回動軸504が配置されている。ギアG2とカム501は軸504と同軸に配置されており、ギアG2の回転によってカム501が回転するように係合している。
カム501は長手方向に大カム部(第1のカム)501aと小カム部(第1のカム)501bの2つのカムを並設したような形状をしており、2つのカムプロファイルを持っている。具体的には、小カム部501bは第2の加圧板505Bを軸502を中心に回転動作させ、大カム部501aは第1の加圧板505Aを軸502を中心に回転動作させることができる。即ち、大カム部501aと小カム部501bは一体となって形成され、カムの回転中心が同一である。
図14は、カム501の回転に伴う、小カム部501bと大カム部501aによる第2の加圧板505Bと第1の加圧板505Aのそれぞれの軸502を中心とする回転量を図示している。図14は、加圧状態が縦軸の0°に対応しており、加圧板505A・505Bが軸502を中心に右周りをする時を正(図11)としている。
(2−7)低加圧モード
次に、ニップ圧が通常加圧モード(第1の加圧力)よりも低い状態(第2の加圧力:以下、低加圧モード)について説明する。画像形成ジョブが定着装置Fを低加圧モードにして用紙Sを通紙するジョブ、例えば、使用される用紙Sが第2の種類の記録材としての封筒である場合(封筒通紙ジョブ)は、制御部100は定着装置Fの加圧状態を低加圧モードに移行する。
即ち、ユーザが用紙Sとして封筒を通紙する際、封筒をカセットやマルチトレイと言った給紙ユニットにセットし、操作部102でプリントモードを封筒設定にしてコピーやプリントを行う。制御部100は封筒通紙ジョブとなった場合、定着装置Fの加圧状態を低加圧モードに移行する。
この低加圧モードへの移行は次のとおりである。制御部100は第2モータM2を駆動する。このモータM2から第2のギアG2に駆動が伝わり、ギアG2を図11において時計方向に回転させることで、ギアG2と平行ピンやDカット等により係合している軸504、ならびにカム501を回転させる。カム501が低加圧モードで停止し、定着装置Fが低加圧モードに移行した状態が図15である。
図15ではカム501の大カム部501aが第1の加圧板505Aを押し上げ、第1の加圧板505Aは圧解除状態となっている。一方で小カム部501bは第2の加圧板505Bには触れず、第1の加圧板505Aと第2の加圧板505Bも接触しない状態となっている。このため、第1の加圧バネ508Aの加圧力はカム501で十分に受けることができ、フランジ部材26Rには第1の加圧バネ508Aの加圧力は作用しない。
第2の加圧板505Bには第2の加圧バネ508Bが配置されているため、図15の状態では第2の加圧バネ508Bのみがフランジ部材26Rに作用する。通常加圧モードの説明で述べたとおり、第1の加圧バネ508Aの付勢力に比べて第2の加圧バネ508Bの付勢力は約1/18程度である。そのため、通常加圧モード(第1の加圧力)に比して低加圧モードの加圧力(第2の加圧力)を大きく減少させることができる。
この加圧力の比に関して、通常加圧モードにおける第1と第2の加圧バネ508A・508Bによる押圧力F1と、低加圧モードにおける第2の加圧バネ508Bによる押圧力F2との比F1/F2が8倍以上であることが好ましい。
上記の加圧力変更機構をまとめると次のとおりである。加圧力変更機構は、第1の加圧板(第1の加圧部材)505Aと第1の加圧板(第2の加圧部材)505Bを選択的に揺動させることによりニップ部Nの加圧力を変更可能な大カム部(第1のカム)501aと小カム部(第2のカム)501bを備える。
加圧力変更機構を制御する制御部100は、画像加熱処理を施す用紙の種類に基づいて、加圧機構によるニップ部Nの加圧力を通常加圧モード(第1の加圧力)と、通常加圧モードの第1の加圧力より低い低加圧モード(第2の加圧力)に設定する。
通常加圧モードは第1の加圧板505Aと第2の加圧板505Bの両方による加圧力である。低加圧モードは第1の加圧板505Aと第2の加圧板505Bの一方(本実施例においては第2の加圧板505B)加圧力による通常加圧モードよりも低い加圧力である。
(2−8)圧解除モード
画像形成装置が稼働しておらず、メインスイッチM−SW(図3)がOFFされている場合や、紙詰まりを生じた場合、所定時間内に画像形成ジョブの投入が無い場合には、制御部100は定着装置Fの加圧状態を圧解除モードに移行する。
その際は、図11〜図13の通常加圧モードや図15の低加圧モードから、図16に示す圧解除モードに移行する。圧解除モードでは低加圧モードと異なり、第1の加圧板505Aと第2の加圧板505Bがともにカム501のそれぞれ大カム部501a、小カム部501bにより持ち上げられる。即ち、第1の加圧バネ508A、第2の加圧バネ508Bの両方のバネの付勢力をカム501が受ける。これによって、ニップ部の加圧力を解除した状態である。圧解除モードに移行することにより、ベルト21や加圧ローラ30の塑性変形(ひずみ)や紙詰まり時の用紙の除去性が向上する。
(2−9)定着駆動
次に加圧ローラ30がベルト21に与える駆動力について説明する。制御部100は第1のモータM1を駆動する。このモータM1から第1のギアG1に駆動が伝わり、ギアG2を図11において時計方向に回転させる。これにより、加圧ローラ30が図5において矢印R30の反時計方向に所定の回転周速度にて回転駆動される。このとき、加圧ローラ30の回転駆動によって生じる、加圧ローラ30とベルト21とのニップ部Nにおける圧接摩擦力によりベルト21に回転力が作用する。ベルト21は定着パッド23の下向き面に密着して摺動しながら図5において矢印R21の時計方向に従動回転状態になる。
加圧ローラ30とベルト21とのニップ部Nにおける圧接摩擦力(駆動力)は、加圧力に比例する。つまり、加圧ローラ30とベルト21間の摩擦係数をμとすると、本実施例では、通常加圧モード時の加圧力が550N、低加圧モード時の加圧力が30Nなので、
通常加圧モード時の駆動力(F1):550μ(N)
低加圧モード時の駆動力(F2):30μ(N)
となる。
ここで、定着パッド23とベルト21の内面の間に介在する潤滑剤の粘性による摺動抵抗をRとする。ニップ部Nにおける圧接摩擦力が潤滑剤の粘性による摺動抵抗を下回ると、ベルト21が加圧ローラ30に追従しなくなり、スリップしてしまう。また、潤滑剤としてのフッ素系の耐熱性グリースは、低温になるほど粘度が高くなる性質を有する。本実施例における低温時の潤滑剤の粘性による摺動抵抗と通常加圧モード時及び低加圧モード時の圧接摩擦力との関係は下記のようになる。
低加圧モード時の駆動力(F2)<潤滑剤粘性による摺動抵抗(R)<通常加圧モード時の駆動力(F1)
つまり、低加圧モード時の駆動力が潤滑剤の摺動抵抗より下回ることによって、低加圧モード時にはベルト21が加圧ローラ30の回転に追従せず、スリップしてしまう恐れがある、ということである。
それに対し、潤滑剤の温度が180℃の時の摺動抵抗で比較すると、潤滑剤の粘度が下がるので、
潤滑剤粘性による摺動抵抗(R)<低加圧モード時の駆動力(F2)<通常加圧モード時の駆動力(F1)
となり、低加圧モード時の駆動力が潤滑剤の摺動抵抗を上回り、低加圧モード時でもベルト21のスリップを抑制することができる。
つまり、低加圧モードでベルト21を回転させるときには、定着パッド23とベルト21の内面に介在している潤滑剤をあらかじめ高温にし、粘度を下げておく必要がある。
(2−10)前回転動作
上記の定着装置構成を踏まえた上で、本実施例における定着装置Fの前回転動作について説明する。ここで、前回転動作とは、一般に、プリント信号を受けてからのプリント準備動作のことである。定着装置Fの前回転動作とは、ベルト21が所定の温度になるまで、加圧ローラ30とベルト21を加熱〜回転させる温調準備動作のことである。本実施例の制御を図1に示すブロック図を使って説明する。
制御部100に対して操作部102またはPC等の外部ホスト装置200から、ユーザが出力する記録材種の幅・坪量などの情報(用紙サイズおよび用紙種類)が記録材情報処理部114に送られる。その記録材情報処理部114の情報が、CPU110に転送される。CPU110は、メモリ111を参照し、記録材情報処理部114の情報によって、定着装置Fの加圧力を所定の値にするように加圧力制御部113に命令する。加圧力制御部113は加圧力変更機構によって定着装置Fの加圧力を所定の圧に制御する。
本実施例の制御を図1に示したフローチャートを使って説明する。制御部100は画像形成ジョブ(JOB)を受け付け(S1)、画像形成装置の立ち上げ動作(前回転動作)を行う。そのジョブが定着装置Fを低加圧モードにして用紙Sを通紙するジョブ(低加圧モードジョブ)かどうかをCPU110が判断する。
低加圧モードジョブで無ければ、加圧力を通常加圧モードで定着装置Fを立ち上げ、第1の温度センサTH1で検知されるベルト温度が180℃になるまで前回転動作を実施し、画像形成動作および定着動作を行う(S2〜S9)。
もし低加圧モードジョブであれば、ベルト21が180℃になるまで前回転動作を実施し、その後加圧ローラ30の表面温度が100℃になるまで前回転動作を延長する(S6、S15)。
第2の温度センサTH2で検知される加圧ローラ30の表面温度が所定の閾値以上、本実施例では100℃以上になると、ニップ部Nに介在する潤滑剤の粘度は、低加圧モードでもベルト21がスリップしないところまで低くなっている。そして、その後、加圧力を低加圧モードに移行し、画像形成動作および定着動作を行う(S15〜S20)。
本実施例の制御を図17、図18に示したタイミングチャートを使って説明する。図17は、画像形成ジョブが定着装置Fを通常加圧モードにして実行する通常加圧モードジョブである場合の制御タイミングチャートである。図18は低加圧モードジョブである場合の制御タイミングチャートである。定着ベルト温度に関しては、簡略化の為、温調温度は一律同じにしている。
制御部100は通常加圧モードジョブを受け付けると、定着装置Fは通常加圧モードに移行する(S2)。次に加圧ローラ30をモータM1により駆動させ、加圧ローラ30及びベルト21を回転駆動させる(S3、S4)。そして、励磁コイル41に電圧を印加し(S5)、ベルト21を180℃まで温調させる(通常前回転動作)。その後、画像成形を開始し、用紙上に画像を形成する(S7)。画像形成が終了したら(S8)、温調を停止し(S9)、加圧ローラ30の駆動を停止し(S10)、所定時間の内に次の画像形成ジョブの投入が無ければ圧解除モードに移行する(S12〜S14)。
即ち、画像形成ジョブが終了すると、制御部100は、定着装置Fのコイル41に対する供給電力をOFFにし、第1のモータM1をOFFにすると共に、定着装置Fを通常加圧モードで待機させる(S8〜S11)。この時、タイマ112が通常加圧モードでの待機時間をカウントしている。制御部100はタイマ112でカウントされる所定の待機時間が経過するまでに次の画像形成ジョブが投入されないときには、所定の待機時間が経過すると定着装置Fの加圧状態を通常加圧モードから圧解除モードに移行させる(S12〜S14)。
続いて、低加圧モード時の動作について説明する。制御部100は低加圧モードジョブを受け付けると、定着装置Fを通常加圧モードに移行させる(S2)。次に加圧ローラ30をモータM1により駆動させ、加圧ローラ30及びベルト21を回転駆動させる(S3、S4)。そして、励磁コイル41に電圧を印加し(S5)、ベルトを180℃まで温調させる(通常前回転動作)。
その後、そのまま加圧ローラ30の表面温度が100℃(所定温度)になるまで、前回転動作を続ける(蓄熱動作:S15、S21)。前回転動作が終了すると、温調及び加圧ローラ駆動を一度停止させ、定着装置Fは低加圧モードに移行する(S16)。そして、加圧ローラ30を再度駆動させ、温調動作を再開させる。その後、画像形成を開始し(S17)、用紙上に画像を形成する。画像形成が終了したら(S18)、温調を停止し(S19)、加圧ローラ30の駆動を停止する(S20)。
この時、加圧ローラ30の温度が100℃以上であれば、上述した蓄熱動作(S21)を行う必要はないため、定着装置Fは低加圧モードで待機させる(S22、S23)。加圧ローラ200の温度が100℃を下回ると、通常加圧モードに移行し(S22、S11)、所定時間の経過後に圧解除動作を行う(S12〜S14)。
ステップS12において、次の画像形成ジョブが投入されている場合、ステップS24でそのジョブが低加圧モードジョブかどうかの判断がなされる。低加圧モードジョブである場合は制御はステップS15へ移行する。低加圧モードジョブで無ければ制御はステップS7に移行する。
また、ステップS23で定着装置Fが低加圧モードで待機した後にステップS25で次の画像形成ジョブの投入が無ければステップS22へ移行する。次の画像形成ジョブの投入が有れば、ステップS26でそのジョブが低加圧モードジョブかどうかの判断がなされる。低加圧モードジョブである場合はステップS17へ移行する。低加圧モードジョブで無ければステップS27において定着装置Fは低加圧モードから通常加圧モードへ移行され、ステップS7に移行する。
上記の制御をまとめると次のとおりである。制御部100は、加圧力が第2の加圧力にされた低加圧モードで実行された画像形成ジョブの終了後に温度センサTH2で検知される温度が所定温度の温度以下である場合には、加圧力が第2の加圧力から第1の加圧力にされる方向に加圧力変更機構を制御する。ここで、本実施例では第2の加圧力から第1の加圧力に切り替えたが、第1の加圧力に限られず、第2の加圧力よりも高い圧力へ切り替えが含まれる。
制御部100は、用紙(記録材)として封筒を用いた画像形成ジョブが実行される場合には、加圧力が第2の加圧力にされる方向に加圧力変更機構を制御する。
制御部100は、用紙として封筒を用いた画像形成ジョブが実行される場合において、温度センサTH2で検知される温度が所定温度の温度以下である場合には次のように制御する。即ち、温度センサTH2で検知される温度が前記所定値よりも高い温度になったら加圧力が第2の加圧力にされる方向に加圧力変更機構を制御する。
加圧力変更機構はニップ部Nの加圧力を実質解除することが可能であり、制御部100は、加圧力が第1の加圧力にされて実行された画像形成ジョブの終了後に所定時間が経過するまでの間に次の画像形成ジョブの投入がない場合には次のように制御する。即ち、前記所定時間が経過した後に加圧力が第1の加圧力から実質解除される方向に加圧力変更機構を制御する。
上記の本実施例1の定着装置Fの特徴構成をまとめると次のとおりである。
a:用紙(記録材)Sに形成されたトナー像tをニップ部Nにて加熱するベルト(第1の回転体)21を有する。
b:上記ベルト21との間でニップ部Nを形成する加圧ローラ(第2の回転体)30を有する。
c:加圧機構500L・500R、加圧力変更機構、および制御100をまとめて設定手段と呼称すると、当該設定手段を有する。設定手段は、普通紙や光沢紙、厚紙等の第1の種類の記録材に画像加熱処理を施す際はニップ部Nの圧力を第1の圧力に設定するとともに封筒等の第2の種類の記録材に画像加熱処理を施す際はニップ部Nの圧力を第1の圧力よりも低い第2の圧力に設定する。
d:加圧ローラ30の温度を検出する温度センサTH2を有する。
e:そして、設定手段は、第2の種類の記録材への画像加熱処理が終了した際の温度センサTH2の検出温度が所定温度の温度以下である場合には、ニップ部Nの圧力を第2の圧力よりも高い圧力に切り替えることを特徴とする。
以上説明した制御によって、ベルト21のスリップ、及び封筒しわを抑制しつつ、多様な用紙種類、サイズに対応した定着装置を提供することが可能となる。封筒のような低加圧モードを多用するユーザにおいては、封筒を通紙するたびに必要以上に待ち時間を発生させることが無い。なお、ここで述べた実施例は一例にすぎず、設定値等はこれに限定されるものではない。
《実施例2》
実施例1では、第2の温度センサTH2で検知される加圧ローラ30の温度に応じて、低加圧モードジョブの終了後(図1のS20)にも、低加圧モードを維持する制御例(S22、S23)であった。
本実施例2では、低加圧モードジョブの終了後に、低加圧モードを維持するかどうかを選択できる手段を設けている。即ち、図19に示すように、封筒等の低加圧モードを使用するメディアをよく通紙するユーザは、操作部102を操作して表示部105に表示されるユーザ設定項目から、普通紙優先モードか、封筒通紙優先モードか、を選ぶことができる。Aは封筒通紙優先モードを選択するためのキー、Bは普通紙優先モードを選択するためのキーである。
封筒通紙優先モードは、加圧力が第2加圧力にされて実行されたジョブの終了後に温度センサTH2で検知される温度が所定値よりも高い場合において、加圧力を第2の加圧力にしたままで装置を待機させるモード(第1の制御モード)である。
普通紙優先モードは、加圧力が第2の加圧力にされて実行されたジョブの終了後に温度センサTH2で検知される温度が所定値よりも高い場合において、第2の加圧力を第1の加圧力にする方向に加圧力変更機構を制御するモード(第2の制御モード)である。
図19普通紙優先モードBが選択された場合は、図1と同様の制御フローとなる。一方、封筒通紙優先モードAが選択されている場合、図1のフローチャートのS22において、Yで処理するため、温度センサTH2で検出される加圧ローラ30の温度が100℃よりも高ければ低加圧モードで待機状態になる。この時に再び低加圧モードJOBが実行された場合、蓄熱動作を行わないため、封筒JOBを従来よりも早く終了させることが可能となる。
一方で、低加圧モードで待機した場合、再び通常圧モードに切り替えるためには圧解除カムを回転させる必要があるため、普通紙を出力するために必要な時間は若干長くなる。そのため、ユーザがA、Bどちらのモードを優先するかを使用状況に応じて適宜選択することが可能となっている。
本実施例2においてはユーザが選択するようにユーザ設定モードから選択するような例を上げたが、サービスマンがユーザに使用状況をヒアリングし、サービスマンが専用で設定するサービスモードから選択する方式でも良い。
本実施例2の構成と制御をまとめるとつぎのとおりである。前述の設定手段は、第2の種類の記録材への画像加熱処理が終了した後の温度センサTH2で検出される温度が所定温度よりも高い場合において、第1の制御モードと第2の制御モードの1つを操作者に選択させる選択部を有する。第1の制御モードはニップ部の圧力を第2の圧力のままで装置を待機させる制御モードである。第2の制御モードは第2の圧力よりも高い圧力へ切り替える制御モードである。
選択部は表示部を有し、設定手段は表示部における表示内容を制御する。設定手段は、表示部に第1の制御モードを選択するためのキーと第2の制御モードを選択するためのキーを表示させる
《その他の実施例》
(1)実施例では、定着部(画像加熱装置)として、用紙上(記録材上)に形成された未定着のトナー像を加熱して定着する定着装置を例にして説明したが、これに限られない。用紙Pに定着もしくは仮定着されたトナー像を再加熱して画像のグロス(光沢度)を増大させる装置(光沢向上装置:この場合も定着装置と呼ぶ)も定着部に包含される。
(2)定着部において第1の回転体と第2の回転体は共にローラ体である装置構成であってもよいし、共にエンドレスベルトである装置構成であってもよいし、一方がローラ体であり他方がエンドレスベルトである装置構成であってもよい。
(3)加圧機構は第1の回転体と第2の回転体のうちの少なくとも一方を他方に向けて加圧する構成であればよい。
(4)第1の回転体の加熱構成は外部加熱構成でも内部加熱構成でもよく、また実施例の誘導加熱に限られない。接触型ヒータや熱線照射加熱であってもよい。
(5)画像形成装置は実施例のようなフルカラーの画像を形成する画像形成装置に限られず、モノクロの画像を形成する画像形成装置でもよい。また画像形成装置は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、複写機、FAX、及び、これらの機能を複数備えた複合機等、種々の用途で実施できる。