JP6746993B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

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Description

本開示は、画像形成装置に関し、特に、電子写真方式の画像形成装置に備えられる定着装置に関する。
電子写真方式の画像形成装置は、印刷工程として、入力画像に応じたトナー像を感光体上の形成する工程と、感光体上のトナー像を転写ベルト上に一次転写する工程と、転写ベルト上のトナー像を用紙に二次転写する工程と、定着装置によってトナー像を用紙に熱で定着させる工程とを実行する。
定着装置は、加熱回転体と加圧ローラーとを有する。加熱回転体の内部には、ヒーターが設けられている。ヒーターによって加熱された加熱回転体は、加熱回転体と加圧ローラーとの接触部分(以下、「定着ニップ」ともいう。)を通過する用紙に熱を伝える。これにより、トナーは、用紙上で融解し、用紙上に定着する。
近年、分離部材を備える定着装置が普及している。分離部材は、加熱回転体に対向して一列に配置され、定着ニップを通過した用紙が加熱回転体に巻き込まれないように用紙を加熱回転体から分離する。
分離部材を備える定着装置に関し、特開2013−57775号公報(特許文献1)は、「加熱部材の表面温度が変化しても分離部材によって加熱部材が傷付けられることがなく、記録媒体を良好に分離する」定着装置を開示している。特開2014−215355号公報(特許文献2)は、「加熱部材の表面の摩耗を抑制することが可能な定着装置を提供する」定着装置を開示している。特開2012−133201号公報(特許文献3)は、「記録媒体が接触しても回転体を傷付けることなく、良好な分離性能の維持が可能な」定着装置を開示している。特開2009−258396号公報(特許文献4)は、「シート紙を搬送する搬送部材と分離部材間の距離を規制し、分離部材による搬送部材の摩耗、摩損の発生を防止する」定着装置を開示している。
特開2013−57775号公報 特開2014−215355号公報 特開2012−133201号公報 特開2009−258396号公報
加熱回転体と分離部材との間には隙間(以下、「分離ギャップ」ともいう。)が設けられている。分離ギャップが大きい場合には、用紙が分離ギャップに入り込み、用紙のジャムが発生する。一方で、分離ギャップが小さい場合には、加熱回転体が熱膨張したときに、分離部材が加熱回転体に接触し、加熱回転体が傷付いてしまう。したがって、分離ギャップは、常に一定であることが望ましい。
用紙は、定着ニップを通過するときに加熱回転体から熱を奪う。そのため、様々なサイズの用紙が定着ニップを通過すると、加熱回転体の表面に温度ムラが生じ、熱膨張の度合いが加熱回転体の各場所で異なってしまう。その結果、分離ギャップは、加熱回転体の各場所で異なってしまう。
特許文献1〜4に開示される定着装置は、分離部材の位置を個別に調整することができない。そのため、様々なサイズの用紙が定着ニップを通過した場合には、加熱回転体の各場所ごとに分離ギャップが異なってしまう。この場合、用紙のジャムが発生する可能性が高くなる。したがって、様々なサイズの用紙が定着ニップを通過した場合であっても、用紙のジャムを抑制できる技術が望まれている。
本開示は上述のような問題点を解決するためになされたものであって、ある局面における目的は、用紙のジャムの発生を従来よりも抑制することが可能な定着装置を提供することである。他の局面における目的は、用紙のジャムの発生を従来よりも抑制することが可能な画像形成装置を提供することである。
ある局面に従うと、トナー像を用紙に熱で定着するための定着装置は、第1回転体と、上記第1回転体の回転面に接触している第2回転体と、上記第1回転体と上記第2回転体との接触部分を通過する用紙に熱が伝わるように、上記第1回転体を加熱するための加熱部と、上記第1回転体の回転面に対向して設けられ、上記接触部分を通過する上記用紙が上記第1回転体に巻き込まれないように当該用紙を上記第1回転体から分離するための複数の分離部材と、上記複数の分離部材のそれぞれと上記第1回転体との間の各距離が等しくなるように、上記第1回転体に対する上記複数の分離部材の各位置を調整するための調整部と、上記第1回転体に対向して設けられ、上記複数の分離部材が設けられている保持部材と、上記保持部材に設けられ、上記第1回転体に接している当接部材と、を備える。上記当接部材、上記保持部材、および上記複数の分離部材は、上記第1回転体と上記当接部材との接触部分における上記1回転体の径の変化に連動し、上記接触部分において、第1サイズの用紙が通過する領域を第1領域とし、上記接触部分において、上記第1サイズよりも大きい第2サイズの用紙が通過する領域であって、上記第1領域以外の領域を第2領域とし、上記複数の分離部材の内、上記第1領域に対向して設けられている分離部材を第1分離部材とし、上記複数の分離部材の内、上記第2領域に対向して設けられている分離部材を第2分離部材とした場合、上記調整部は、上記第1分離部材と上記第1回転体との間の距離が所定距離よりも長くならないように上記第1分離部材の変位を阻止するための阻止部材を含み、上記阻止部材により、上記第1回転体から離れる方向における上記第1分離部材の変位量を、当該方向における上記第2分離部材の変位量よりも少なくする。
好ましくは、上記当接部材は、上記第1回転体の回転面における両端に接している。
好ましくは、上記定着装置は、複数の距離センサーをさらに備える。上記複数の距離センサーのそれぞれは、上記複数の分離部材のいずれかに対応して設けられ、対応する分離部材と上記第1回転体との間の距離を検知する。上記調整部は、複数の駆動部を含む。上記複数の駆動部のそれぞれは、上記複数の分離部材のいずれかに対応して設けられており、上記複数の距離センサーによって検知される各距離が等しくなるように、対応する分離部材を駆動する。
好ましくは、上記定着装置は、複数の温度センサーをさらに備える。上記複数の温度センサーのそれぞれは、上記複数の分離部材のいずれかに対応して設けられ、対応する分離部材に対向する上記第1回転体の表面温度を検知する。上記調整部は、複数の駆動部を含む。上記複数の駆動部のそれぞれは、上記複数の分離部材のいずれかに対応して設けられており、上記複数の温度センサーによって検知される各温度に基づいて、対応する分離部材を駆動する。
好ましくは、上記定着装置は、上記用紙のサイズを検知するための検知部をさらに備える。上記調整部は、検知される上記用紙のサイズが上記第2サイズである場合に、上記第1回転体から離れる方向における上記第1分離部材の変位量を、当該方向における上記第2分離部材の変位量よりも少なくする。
トナー像を用紙に熱で定着するための定着装置は、第1回転体と、上記第1回転体の回転面に接触している第2回転体と、上記第1回転体と上記第2回転体との接触部分を通過する用紙に熱が伝わるように、上記第1回転体を加熱するための加熱部と、上記第1回転体の回転面に対向して設けられ、上記接触部分を通過する上記用紙が上記第1回転体に巻き込まれないように当該用紙を上記第1回転体から分離するための複数の分離部材と、上記複数の分離部材のそれぞれと上記第1回転体との間の各距離が等しくなるように、上記第1回転体に対する上記複数の分離部材の各位置を調整するための調整部と、複数の温度センサーと、を備え、上記接触部分において、第1サイズの用紙が通過する領域を第1領域とし、上記接触部分において、上記第1サイズよりも大きい第2サイズの用紙が通過する領域であって、上記第1領域以外の領域を第2領域とし、上記複数の分離部材の内、上記第1領域に対向して設けられている分離部材を第1分離部材とし、上記複数の分離部材の内、上記第2領域に対向して設けられている分離部材を第2分離部材とした場合、上記調整部は、上記第1回転体から離れる方向における上記第1分離部材の変位量を、当該方向における前記第2分離部材の変位量よりも少なくし、上記複数の温度センサーのそれぞれは、上記複数の分離部材のいずれかに対応して設けられ、対応する分離部材に対向する上記第1回転体の表面温度を検知し、上記調整部は、複数の駆動部を含み、上記複数の駆動部のそれぞれは、上記複数の分離部材のいずれかに対応して設けられており、上記複数の温度センサーによって検知される各温度に基づいて、対応する分離部材を駆動する。
他の局面に従うと、画像形成装置は、上記定着装置を備える。
ある局面において、用紙のジャムの発生を従来よりも抑制することができる。
本発明の上記および他の目的、特徴、局面および利点は、添付の図面と関連して理解される本発明に関する次の詳細な説明から明らかとなるであろう。
第1の実施の形態に従う画像形成装置の内部構造の一例を示す図である。 第1の実施の形態に従う定着装置の内部構造を示す斜視図である。 第1の実施の形態に従う定着装置の内部構造を示す側面図である。 第1の実施の形態に従う定着装置に備えられる加熱回転体周辺の構成を示す図である。 図4中のV−V線に沿った断面図である。 比較例に従う定着装置の内部構造を示す側面図である。 比較例に従う定着装置に備えられる加熱回転体周辺の構成を示す図である。 比較例に従う定着装置に対する実験結果を示す図である。 第1の実施の形態に従う定着装置に対する実験結果を示す図である。 第2の実施の形態に従う定着装置の内部構造を示す側面図である。 第2の実施の形態に従う定着装置に備えられる加熱回転体60周辺の構成を示す図である。 第2の実施の形態に従う画像形成装置の主要なハードウェア構成を示すブロック図である。 第2の実施の形態に従う画像形成装置の制御装置が実行する処理の一部を表わすフローチャートである。 第3の実施の形態に従う定着装置の内部構造を示す側面図である。 第3の実施の形態に従う定着装置に備えられる加熱回転体周辺の構成を示す図である。 第3の実施の形態に従う画像形成装置の制御装置が実行する処理の一部を表わすフローチャートである。 第4の実施の形態に従う画像形成装置の主要なハードウェア構成を示すブロック図である。
以下、図面を参照しつつ、本発明に従う各実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、これらについての詳細な説明を繰り返さない。なお、以下で説明される各実施の形態および各変形例は、適宜選択的に組み合わされてもよい。
<第1の実施の形態>
[画像形成装置100の内部構造]
図1を参照して、第1の実施の形態に従う画像形成装置100について説明する。図1は、画像形成装置100の内部構造の一例を示す図である。
図1には、カラープリンタとしての画像形成装置100が示されている。以下では、カラープリンタとしての画像形成装置100について説明するが、画像形成装置100は、カラープリンタに限定されない。たとえば、画像形成装置100は、モノクロプリンタであってもよいし、ファックスであってもよいし、モノクロプリンタ、カラープリンタおよびファックスの複合機(MFP:Multi-Functional Peripheral)であってもよい。
画像形成装置100は、画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kと、中間転写ベルト30と、一次転写ローラー31と、二次転写ローラー33と、カセット37と、従動ローラー38と、駆動ローラー39と、タイミングローラー40と、クリーニングブレード42と、定着装置50と、制御装置101とを備える。
画像形成ユニット1Yは、トナーボトル15Yからトナーの供給を受けてイエロー(Y)のトナー像を形成する。画像形成ユニット1Mは、トナーボトル15Mからトナーの供給を受けてマゼンタ(M)のトナー像を形成する。画像形成ユニット1Cは、トナーボトル15Cからトナーの供給を受けてシアン(C)のトナー像を形成する。画像形成ユニット1Kは、トナーボトル15Kからトナーの供給を受けてブラック(BK)のトナー像を形成する。
画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kは、それぞれ、中間転写ベルト30に沿って中間転写ベルト30の回転方向の順に配置されている。画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kは、それぞれ、感光体10と、帯電器11と、露光部12と、現像器13と、クリーニングブレード17とを備える。
帯電器11は、感光体10の表面を一様に帯電する。露光部12は、制御装置101からの制御信号に応じて感光体10にレーザー光を照射し、入力された画像パターンに従って感光体10の表面を露光する。これにより、入力画像に応じた静電潜像が感光体10上に形成される。
現像器13は、現像ローラー14を回転させながら、現像ローラー14に現像バイアスを印加し、現像ローラー14の表面にトナーを付着させる。これにより、トナーが現像ローラー14から感光体10に転写され、静電潜像に応じたトナー像が感光体10の表面に現像される。
感光体10と中間転写ベルト30とは、一次転写ローラー31を設けている部分で互いに接触している。一次転写ローラー31は、回転可能に構成される。トナー像と反対極性の転写電圧が一次転写ローラー31に印加されることによって、トナー像が感光体10から中間転写ベルト30に転写される。イエロー(Y)のトナー像、マゼンタ(M)のトナー像、シアン(C)のトナー像、およびブラック(BK)のトナー像が順に重ねられて感光体10から中間転写ベルト30に転写される。これにより、カラーのトナー像が中間転写ベルト30上に形成される。
中間転写ベルト30は、従動ローラー38と駆動ローラー39とに張架されている。駆動ローラー39はモーター(図示しない)に接続されている。中間転写ベルト30および従動ローラー38は、駆動ローラー39に連動して回転する。これにより、中間転写ベルト30上のトナー像が二次転写ローラー33に搬送される。
クリーニングブレード17は、感光体10に圧接されている。クリーニングブレード17は、感光体10から中間転写ベルト30へのトナー像の転写後に感光体10の表面に残留するトナーを回収する。
カセット37には、用紙Sがセットされる。用紙Sは、カセット37から1枚ずつタイミングローラー40によって搬送経路41に沿って二次転写ローラー33に送られる。制御装置101は、用紙Sが送り出されるタイミングに合わせて、二次転写ローラー33に印加する転写電圧を制御する。
二次転写ローラー33は、回転可能に構成される。二次転写ローラー33は、トナー像と反対極性の転写電圧を搬送中の用紙Sに印加する。これにより、トナー像は、中間転写ベルト30から二次転写ローラー33に引き付けられ、中間転写ベルト30上のトナー像が転写される。二次転写ローラー33への用紙Sの搬送タイミングは、中間転写ベルト30上のトナー像の位置に合わせてタイミングローラー40によって制御される。その結果、中間転写ベルト30上のトナー像は、用紙Sの適切な位置に転写される。
定着装置50は、自身を通過する用紙Sを加圧および加熱する。定着装置50は、制御装置101からの制御信号に従って、用紙の加熱度合いや、用紙に加える圧力などを制御する。定着装置50が用紙Sを加熱および加圧することで、トナー像が用紙Sに定着する。その後、用紙Sは、トレー48に排紙される。
クリーニングブレード42は、中間転写ベルト30に圧接されている。クリーニングブレード42は、中間転写ベルト30から用紙Sへのトナー像の転写後に中間転写ベルト30の表面に残留するトナーを回収する。回収されたトナーは、搬送スクリュー(図示しない)で搬送され、廃トナー容器(図示しない)に貯められる。
[定着装置50]
図2〜図4を参照して、上述の定着装置50についてさらに詳細に説明する。図2は、定着装置50の内部構造を示す斜視図である。図3は、定着装置50の内部構造を示す側面図である。図4は、定着装置50に備えられる加熱回転体60周辺の構成を示す図である。
定着装置50には、加熱回転体60が設けられている。加熱回転体60は、定着ローラー51と、定着ベルト53と、加熱ローラー57とで構成されている。加熱ローラー57の内部には、ヒーターH(加熱部)が設けられている。ヒーターHの数は、任意である。ヒーターHは、たとえば、ハロゲンヒーターである。ヒーターH(加熱部)は、加熱回転体60と加圧ローラー65との接触部分を通過する用紙Sに熱が伝わるように加熱回転体60を加熱する。より具体的には、ヒーターHは、加熱ローラー57を加熱することで、定着ベルト53に熱を伝える。加熱された定着ベルト53は、回転することにより定着ローラー51に熱を伝え、搬送経路41上を搬送されている用紙Sに熱を伝える。用紙Sが加熱されることで、用紙S上のトナー像32が融解する。その結果、トナー像32は、用紙Sに定着する。
定着装置50には、加圧ローラー65が設けられている。加圧ローラー65(第2回転体)は、加熱回転体60(第1回転体)に接触して設けられている。加圧ローラー65は、加熱回転体60と加圧ローラー65との接触部分を通過する用紙Sを定着ローラー51に加圧する。
加熱回転体60に対向して保持部材73が設けられている。保持部材73は、軸72を中心に回転可能に構成されている。保持部材73には、複数の分離爪71(分離部材)が設けられている。好ましくは、分離爪71は、等間隔に設けられている。分離爪71は、加熱回転体60に対向して設けられており、加熱回転体60と加圧ローラー65との接触部分を通過する用紙Sが加熱回転体60に巻き込まれないように用紙Sを加熱回転体60から分離する。定着ベルト53が分離爪71によって傷付けられてないように、加熱回転体60と分離爪71との間には、所定間隔(たとえば、1.0mm)の分離ギャップが設けられている。
保持部材73には、当接部材74が設けられている。当接部材74は、加熱回転体60に接している。より具体的には、当接部材74は、保持部材73の軸72方向の両端に設けられており、加熱回転体60の回転面の両端に接している。当接部材74は、加熱回転体60の両端の熱膨張に合わせて変位する。当接部材74に連動して、分離爪71および保持部材73が変位する。すなわち、分離爪71、保持部材73、および当接部材74は、加熱回転体60と当接部材74との接触部分における加熱回転体60の径の変化に連動する。
様々なサイズの用紙が印刷されると、定着ローラー51の表面温度にムラが生じ、熱膨張の度合いが加熱回転体60の場所によって異なってしまう。そのため、分離爪71が全て同じように変位すると、分離ギャップD1〜D5は、分離爪71ごとに異なってしまう。したがって、定着装置50は、分離ギャップD1〜D5が等しくなるように、加熱回転体60に対する分離爪71の各位置を個別に調整する。分離爪71の位置調整手段(調整部)には、様々な方法が採用され得る。図2〜図4には、位置調整手段の一例として、阻止部材75が示されている。阻止部材75の詳細については後述する。分離ギャップD1〜D5が一定に保たれることで、定着装置50は、用紙が分離ギャップD1〜D5に入り込むことを防止できる。結果として、用紙のジャムの発生が抑制される。また、分離ギャップD1〜D5が一定に保たれることで、定着装置50は、加熱回転体60と分離爪71との接触を防ぐことができる。結果として、定着装置50は、分離爪71が加熱回転体60を傷付けることを防げる。
以下では、加熱回転体60と加圧ローラー65との接触部分(すなわち、定着ニップ)において、第1サイズ(たとえば、A4サイズ)の用紙が通過する領域を通紙領域A1とする。第1サイズは、たとえば印刷可能な用紙サイズの内の最小サイズに相当する。第1サイズの用紙を小用紙ともいう。定着ニップにおいて、第1サイズよりも大きい第2サイズ(たとえば、A3サイズ)の用紙が通過する領域であって、通紙領域A1以外の領域を通紙領域A2とする。第2サイズは、たとえば印刷可能な用紙サイズの内の最大サイズに相当する。第2サイズの用紙を大用紙ともいう。複数の分離爪71の内、通紙領域A1に対向して設けられている分離爪71を分離爪71A1(第1分離部材)とする。複数の分離爪71の内、通紙領域A2に対向して設けられている分離爪71を分離爪71A2(第2分離部材)とする。
小用紙が定着ニップを通過すると、通紙領域A1の熱は小用紙に奪われる。このとき、通紙領域A2の熱は小用紙に奪われないため、通紙領域A2の温度は、通紙領域A1の温度よりも高くなる。そのため、加熱回転体60の熱膨張の度合いは、通紙領域A1よりも通紙領域A2で大きくなる。その結果、通紙領域A2における分離ギャップD1,D2,D4,D5は、通紙領域A1における分離ギャップD3よりも長くなる。そこで、好ましくは、分離爪71の位置調整手段は、加熱回転体60から離れる方向における分離爪71A1の変位量を、当該方向における分離爪71A2の変位量よりも少なくする。これにより、分離ギャップD1〜D5の差が小さくなる。
図2〜図4には、分離爪71の位置調整手段の一例として、阻止部材75が示されている。阻止部材75は、加熱回転体60に対向して設けられている。阻止部材75と加熱回転体60との間に分離爪71A1が配置されている。阻止部材75は、たとえば、定着装置50の筐体(図示しない)などに固定されている。すなわち、阻止部材75は、分離爪71や保持部材73に連動しない。阻止部材75は、分離爪71A1と加熱回転体60との間の分離ギャップD3が所定距離(たとえば、1.0mm)よりも長くならないように分離爪71A1の変位を阻止する。これにより、分離爪71A2の変位量が分離爪71A1の変位量よりも少なくなり、結果として、分離ギャップD1〜D5の差が小さくなる。
なお、図2〜図4の例では、阻止部材75が分離爪71に対して1つだけ設けられている例が示されているが、阻止部材75は、分離爪71の各々に対して設けられてもよい。この場合、好ましくは、阻止部材75は、アーチ状に配置される。より具体的には、各阻止部材75は、加熱開始前(すなわち、印刷開始前)における分離爪71と阻止部材75との間の距離が外側に設けられている分離爪71ほど長くなるように配置される。
[分離爪71]
図5を参照して、印刷過程における分離爪71A1の動きについて説明する。図5は、図4中のV−V線に沿った断面図である。
図5(A)は、印刷開始前(すなわち、加熱回転体60の加熱開始前)における分離爪71A1の様子を示す。図5(A)に示されるように、分離爪71A1と保持部材73とは、バネ76によって繋がれている。より具体的には、バネ76の一端は、分離爪71A1に固定されている。バネ76の他端は、保持部材73に形成されている溝の下部に固定されている。
画像形成装置100がユーザーから印刷指示を受け付けたことに基づいて、加熱回転体60の加熱が開始される。加熱回転体60の温度が高くなるにつれて、加熱回転体60は、熱膨張する。保持部材73は、加熱回転体60の端部の熱膨張に伴って軸72を中心として回転する。分離爪71A1は、保持部材73の回転に連動する。図5(B)に示されるように、加熱回転体60の端部の熱膨張が進むと、分離爪71A1は、阻止部材75に接触する。
図5(C)に示されるように、分離爪71A1が阻止部材75に接触した後は、加熱回転体60の端部の熱膨張がさらに進んだとしても、分離爪71A1は変位しなくなる。これにより、阻止部材75は、分離爪71A1が分離爪71A2(図4参照)と連動することを阻止でき、分離ギャップD1〜D5(図4参照)が個別に調整される。
[比較実験]
図6〜図9を参照して、本実施の形態に従う定着装置50と、比較例に従う定着装置50Xとの比較結果について説明する。図6は、比較例に従う定着装置50Xの内部構造を示す側面図である。図7は、比較例に従う定着装置50Xに備えられる加熱回転体60周辺の構成を示す図である。図8は、比較例に従う定着装置50Xに対する実験結果を示す図である。図9は、本実施の形態に従う定着装置50に対する実験結果を示す図である。
図6および図7に示されるように、比較例に従う定着装置50Xは、阻止部材75が設けられていない点で本実施の形態に従う定着装置50と異なる。定着装置50Xの他の構成は、定着装置50と同じである。
定着装置50,50Xの比較実験は、以下の条件下で行なわれた。
定着ローラー51の外径は、33mmである。定着ローラー51の中心に設けられている芯金は、中実である。定着ローラー51は、シリコンゴム層および表層で構成されている。シリコンゴム層の厚さは、4mmである。表層は、シリコンスポンジゴムで構成されている。表層の厚さは、2mmである。
定着ベルト53の内径は50mmである。定着ベルト53は、基層、シリコンゴム層、および表層で構成されている。基層の厚さは、60μmである。シリコンゴム層の厚さは、150μmである。表層の厚さは、15μmである。シリコンゴム層の厚さは、150μmである。定着ローラー51および加熱ローラー57が定着ベルト53を張架するためのテンションの大きさは50Nである。
加熱ローラー57の外径は18mmである。加熱ローラー57の芯金(図示しない)の厚さは0.3mmである。加熱ローラー57の内面は、黒色に塗装されている。加熱ローラー57の表面は、PFA(ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂)で塗装されている。
ヒーターHの数は、2つである。一方のヒーターHは、1200Wのハロゲンヒーターであり、当該ヒーターHの長さは300mmである。他方のヒーターは、800Wのハロゲンヒーターであり、当該ヒーターHの長さは180mmである。
加圧ローラー65の外径は、36mmである。加圧ローラー65の中心に設けられている芯金は、中実である。加圧ローラー65は、シリコンゴム層および表層で構成されている。シリコンゴム層の厚さは、6mmである。表層の厚さは、30μmである。加圧ローラー65は、加熱回転体60を400Nで押圧する。加圧ローラー65と加熱回転体60との接触部分(すなわち、定着ニップ)の幅は、用紙搬送方向において12mmである。加圧ローラー65は、加熱回転体60を従動回転する。用紙の搬送速度は、300mm/sである。
図8に示されるように、大用紙が連続的に印刷される場合、定着ベルト53(図4参照)温度は、通紙領域A1,A2(図4参照)の両方において160℃となる。加熱回転体60(図4参照)における径は、常温時よりも0.8mm長くなる。通紙領域A1,A2における分離ギャップは、共に1.0mmとなる。この場合、加熱回転体60の各位置で分離ギャップが等しくなり、加熱回転体60からの用紙の分離性が良好となる。
小用紙が連続的に印刷される場合、定着ベルト53の温度は、通紙領域A1において160℃となり、通紙領域A2において230℃となる。通紙領域A1における加熱回転体60の径は、常温時よりも0.8mm長くなり、通紙領域A1における分離ギャップは、1.4mmとなる。通紙領域A2における加熱回転体60の径は、常温時よりも1.2mm長くなり、通紙領域A2における分離ギャップは、1.0mmとなる。このように、比較例に従う定着装置50Xは、小用紙が連続的に印刷される場合には、通紙領域A1の分離ギャップが、通紙領域A2の分離ギャップよりも長くなる。その結果、用紙が加熱回転体60と分離爪71との間に入り込む可能性が高くなり、用紙のジャムが発生しやすくなる。
一方で、本実施の形態に従う定着装置50は、小用紙が連続的に印刷された場合であっても、通紙領域A1,A2における分離ギャップは、共に1.0mmとなる。分離ギャップが常に一定に保たれることで、用紙が分離ギャップに入り込むことが防止され、用紙のジャムの発生が抑制される。
[第1の実施の形態のまとめ]
以上のようにして、本実施の形態に従う定着装置50は、分離ギャップD1〜D5(図4参照)が等しくなるように分離爪71(図4参照)の位置を個別に調整する。分離ギャップD1〜D5が一定に保たれることで、定着装置50は、用紙が分離ギャップD1〜D5に入り込むことを防止でき、用紙のジャムの発生を抑制することができる。また、分離ギャップD1〜D5が一定に保たれることで、定着装置50は、分離爪71が加熱回転体60を傷付けることを防ぐことができる。
また、第1の実施の形態に従う定着装置50は、分離ギャップD1〜D5を一定に保つために分離爪71の駆動部品(たとえば、モータなど)などを必要とせず、機械的な構成だけで分離ギャップD1〜D5を一定に保つことができる。そのため、分離爪71の駆動部品の故障やソフトウェアのバグなどが発生せず、定着装置50における信頼性が高まる。
<第2の実施の形態>
[定着装置50]
図10および図11を参照して、第2の実施の形態に従う定着装置50について説明する。図10は、第2の実施の形態に従う定着装置50の内部構造を示す側面図である。図11は、第2の実施の形態に従う定着装置50に備えられる加熱回転体60周辺の構成を示す図である。
図10および図11に示されるように、第2の実施の形態に従う定着装置50は、阻止部材75の代わりに、分離爪71の駆動するアクチュエーター78(駆動部)を有する点で第1の実施の形態に従う定着装置50と異なる。また、第2の実施の形態に従う定着装置50においては、距離センサー77がさらに設けられている。その他の点は第1の実施の形態に従う定着装置50と同じであるので、以下では、それらの説明については説明を繰り返さない。
定着装置50には、複数の距離センサー77が設けられている。複数の距離センサー77のそれぞれは、複数の分離爪71のいずれかに対応して設けられ、対応する分離爪71と加熱回転体60との間の距離(すなわち、分離ギャップ)を検知する。好ましくは、各距離センサー77は、対応する分離爪71に隣接して設けられている。距離センサー77は、少なくとも2つ設けられる。好ましくは、距離センサー77の数は、分離爪71の数と同じである。
定着装置50には、複数のアクチュエーター78(駆動部)が設けられている。複数のアクチュエーター78のそれぞれは、分離爪71のいずれかに対応して設けられている。好ましくは、アクチュエーター78の数は、分離爪71の数と同じである。アクチュエーター78は、距離センサー77によって検知される各分離ギャップが等しくなるように、対応する分離爪71を駆動する。これにより、熱膨張の度合いが加熱回転体60の各場所で異なっていたとしても、分離ギャップD1〜D5が等しくなる。
[画像形成装置100のハードウェア構成]
図12を参照して、画像形成装置100のハードウェア構成の一例について説明する。図12は、画像形成装置100の主要なハードウェア構成を示すブロック図である。
図12に示されるように、画像形成装置100は、制御装置101と、ROM(Read Only Memory)102と、RAM(Random Access Memory)103と、ネットワークインターフェイス104と、操作パネル107と、記憶装置120とを含む。
制御装置101は、たとえば、少なくとも1つの集積回路によって構成される。集積回路は、たとえば、少なくとも1つのCPU(Central Processing Unit)、少なくとも1つのASIC(Application Specific Integrated Circuit)、少なくとも1つのFPGA(Field Programmable Gate Array)、またはそれらの組み合わせなどによって構成される。
制御装置101は、本実施の形態に従う制御プログラム122などの各種プログラムを実行することで画像形成装置100の動作を制御する。制御装置101は、制御プログラム122の実行命令を受け付けたことに基づいて、記憶装置120からROM102に制御プログラム122を読み出す。RAM103は、ワーキングメモリとして機能し、制御プログラム122の実行に必要な各種データを一時的に格納する。
ネットワークインターフェイス104には、アンテナ(図示しない)などが接続される。画像形成装置100は、当該アンテナを介して、外部の通信機器との間でデータをやり取りする。外部の通信機器は、たとえば、スマートフォンなどの携帯通信端末、サーバーなどを含む。画像形成装置100は、サーバーからアンテナを介して制御プログラム122をダウンロードできるように構成されてもよい。
操作パネル107は、ディスプレイとタッチパネルとで構成されている。ディスプレイおよびタッチパネルは互いに重ねられており、操作パネル107は、たとえば、画像形成装置100に対する印刷操作やスキャン操作などを受け付ける。
記憶装置120は、たとえば、ハードディスクや外付けの記憶装置などの記憶媒体である。記憶装置120は、本実施の形態に従う制御プログラム122などを格納する。制御プログラム122の格納場所は記憶装置120に限定されず、制御プログラム122は、制御装置101の記憶領域(たとえば、キャッシュなど)、ROM102、RAM103、外部機器(たとえば、サーバー)などに格納されていてもよい。
制御プログラム122は、単体のプログラムとしてではなく、任意のプログラムの一部に組み込まれて提供されてもよい。この場合、本実施の形態に従う制御処理は、任意のプログラムと協働して実現される。このような一部のモジュールを含まないプログラムであっても、本実施の形態に従う制御プログラム122の趣旨を逸脱するものではない。さらに、制御プログラム122によって提供される機能の一部または全部は、専用のハードウェアによって実現されてもよい。さらに、少なくとも1つのサーバーが制御プログラム122の処理の一部を実行する所謂クラウドサービスのような形態で画像形成装置100が構成されてもよい。
[画像形成装置100の制御構造]
図13を参照して、第2の実施の形態に従う画像形成装置100の制御構造について説明する。図13は、第2の実施の形態に従う画像形成装置100の制御装置101(図1)が実行する処理の一部を表わすフローチャートである。図13の処理は、制御装置101が制御プログラム122(図12参照)を実行することにより実現される。他の局面において、処理の一部または全部が、回路素子またはその他のハードウェアによって実行されてもよい。
ステップS10において、制御装置101は、画像形成装置100のユーザーから印刷指示を受け付けたか否かを判断する。制御装置101は、画像形成装置100のユーザーから印刷指示を受け付けたと判断した場合(ステップS10においてYES)、制御をステップS12に切り替える。そうでない場合には(ステップS10においてNO)、制御装置101は、ステップS10の処理を再び実行する。
ステップS12において、制御装置101は、複数の分離爪71の中から調整対象の分離爪を決定する。制御装置101は、予め定められた順番に従って複数の分離爪71を順に調整対象として決定する。
ステップS14において、制御装置101は、調整対象の分離爪71に対応する距離センサー77に、調整対象の分離爪71と加熱回転体60との間の距離(すなわち、分離ギャップ)を検知させる。
ステップS20において、制御装置101は、ステップS14において検知された分離ギャップが予め定められた目標値(たとえば、1.0mm)よりも小さいか否かを判断する。制御装置101は、ステップS14において検知された分離ギャップが予め定められた目標値よりも小さいと判断した場合(ステップS20においてYES)、制御をステップS22に切り替える。そうでない場合には(ステップS20においてNO)、制御装置101は、制御をステップS30に切り替える。
ステップS22において、制御装置101は、調整対象の分離爪71を駆動するアクチュエーター78を制御し、調整対象の分離爪71を加熱回転体60から遠ざける方向に駆動する。調整対象の分離爪71は、予め定められた目標値からステップS14において検知された分離ギャップを差分した分だけ駆動される。
ステップS30において、制御装置101は、ステップS14において検知された分離ギャップが予め定められた目標値(たとえば、1.0mm)よりも大きいか否かを判断する。制御装置101は、ステップS14において検知された分離ギャップが予め定められた目標値よりも大きいと判断した場合(ステップS30においてYES)、制御をステップS32に切り替える。そうでない場合には(ステップS30においてNO)、制御装置101は、制御をステップS40に切り替える。
ステップS32において、制御装置101は、調整対象の分離爪71を駆動するアクチュエーター78を制御し、調整対象の分離爪71を加熱回転体60に近付ける方向に駆動する。調整対象の分離爪71は、ステップS14において検知された分離ギャップから予め定められた目標値を差分した分だけ駆動される。
ステップS40において、制御装置101は、印刷処理が終了したか否かを判断する。制御装置101は、印刷処理が終了したと判断した場合(ステップS40においてYES)、本実施の形態に従う制御処理を終了する。そうでない場合には(ステップS40においてNO)、制御装置101は、制御をステップS12に戻す。
[第2の実施の形態のまとめ]
以上のようにして、本実施の形態に従う定着装置50は、距離センサー77によって検知される分離ギャップD1〜D5(図11参照)が等しくなるように各分離爪71を駆動する。分離ギャップが距離センサー77によって直接的に検知されるので、定着装置50は、各分離爪71の位置をより正確に調整することができる。
また、アクチュエーター78が各分離爪71について設けられているため、分離爪71の位置調整の自由度が改善される。そのため、本実施の形態に従う位置調整処理は、様々な種類の定着装置に適用され得る。たとえば、本実施の形態に従う位置調整処理は、通紙領域A1(図4参照)に小用紙を搬送する定着装置50だけでなく、通紙領域A2(図4参照)に小用紙を搬送する定着装置50にも適用され得る。
<第3の実施の形態>
[定着装置50]
図14および図15を参照して、第3の実施の形態に従う定着装置50について説明する。図14は、第3の実施の形態に従う定着装置50の内部構造を示す側面図である。図15は、第3の実施の形態に従う定着装置50に備えられる加熱回転体60周辺の構成を示す図である。
図14および図15に示されるように、第3の実施の形態に従う定着装置50は、距離センサー77の代わりに温度センサー79を有する点で第2の実施の形態に従う定着装置50と異なる。ハードウェア構成などのその他の点は第2の実施の形態に従う定着装置50と同じであるので、以下では、それらの説明については説明を繰り返さない。
定着装置50には、複数の温度センサー79が設けられている。複数の温度センサー79のそれぞれは、複数の分離爪71のいずれかに対応して設けられ、対応する分離爪71に対向する加熱回転体60の表面温度を検知する。好ましくは、各温度センサー79は、対応する分離爪71に隣接して設けられている。温度センサー79は、少なくとも2つ設けられる。好ましくは、温度センサー79の数は、分離爪71の数と同じである。なお、一般的な定着装置には、加熱回転体60の温度検知機能が搭載されていることがあり、その場合には、温度センサー79が新たに設けられる必要がない。既存の温度検知手段が流用されることで、定着装置50や画像形成装置100のコストが安くなる。
定着装置50には、複数のアクチュエーター78(駆動部)が設けられている。複数のアクチュエーター78のそれぞれは、分離爪71のいずれかに対応して設けられている。アクチュエーター78の数は、分離爪71の数と同じである。複数のアクチュエーター78のそれぞれは、複数の温度センサー79によって検知される各温度に基づいて、対応する分離爪71を駆動する。より具体的には、アクチュエーター78は、対応する温度センサー79によって検知される温度が予め定められた温度よりも高い場合には、対応する分離爪71を加熱回転体60から遠ざける方向に駆動する。一方で、アクチュエーター78は、対応する温度センサー79によって検知される温度が予め定められた温度よりも低い場合には、対応する分離爪71を加熱回転体60に近付ける方向に駆動する。分離爪71は、対応する温度センサー79によって検知温度が変わる度に駆動される。
[画像形成装置100の制御構造]
図16を参照して、第3の実施の形態に従う画像形成装置100の制御構造について説明する。図16は、第3の実施の形態に従う画像形成装置100の制御装置101(図1)が実行する処理の一部を表わすフローチャートである。図16の処理は、制御装置101が制御プログラム122(図12参照)を実行することにより実現される。他の局面において、処理の一部または全部が、回路素子またはその他のハードウェアによって実行されてもよい。なお、図16におけるステップS10,S12,S40の処理は、図13で説明した通りであるので、それらの説明については繰り返さない。
ステップS14Aにおいて、制御装置101は、調整対象の分離爪71に隣接する温度センサー79に、当該分離爪71の対向部分における加熱回転体60の表面温度を検知させる。
ステップS20Aにおいて、制御装置101は、ステップS14Aにおいて検知された表面温度が予め定められた温度よりも高いか否かを判断する。制御装置101は、ステップS14Aにおいて検知された表面温度が予め定められた温度(たとえば、200℃)よりも高いと判断した場合(ステップS20AにおいてYES)、制御をステップS22Aに切り替える。そうでない場合には(ステップS20AにおいてNO)、制御装置101は、制御をステップS30Aに切り替える。
ステップS22Aにおいて、制御装置101は、調整対象の分離爪71を駆動するアクチュエーター78を制御し、調整対象の分離爪71を加熱回転体60から遠ざける方向に駆動する。
ステップS30Aにおいて、制御装置101は、ステップS14Aにおいて検知された表面温度が予め定められた温度(たとえば、200℃)よりも低いか否かを判断する。制御装置101は、ステップS14Aにおいて検知された表面温度が予め定められた温度よりも低いと判断した場合(ステップS30AにおいてYES)、制御をステップS32Aに切り替える。そうでない場合には(ステップS30AにおいてNO)、制御装置101は、制御をステップS40に切り替える。
ステップS32Aにおいて、制御装置101は、調整対象の分離爪71を駆動するアクチュエーター78を制御し、調整対象の分離爪71を加熱回転体60に近付ける方向に駆動する。
[第3の実施の形態のまとめ]
以上のようにして、本実施の形態に従う定着装置50は、温度センサー79によって検知される温度に基づいて、分離爪71をそれぞれ駆動する。温度センサー79によって検知される温度は、加熱回転体60の各部分における熱膨張の度合いに相関する。すなわち、温度センサー79によって検知される温度に応じて分離爪71を駆動することは、加熱回転体60の熱膨張に合わせて分離爪71を駆動することを意味する。定着装置50は、温度センサー79から出力される各温度に基づいて各分離爪71駆動することで、加熱回転体60の熱膨張の度合いに関わらず分離ギャップD1〜D5(図15参照)を等しくすることができる。
また、温度センサー79は、距離センサー77(図10,図11参照)よりも安価であるため、第3の実施の形態に従う定着装置50のコストは、第2の実施の形態に従う定着装置50のコストよりも安くなる。
<第4の実施の形態>
図17を参照して、第4の実施の形態に従う定着装置50について説明する。図17は、第4の実施の形態に従う画像形成装置100の主要なハードウェア構成を示すブロック図である。
図17に示されるように、第4の実施の形態に従う画像形成装置100は、用紙のサイズを検知するための用紙センサー80(検知部)を有する点で第1〜3の実施の形態に従う画像形成装置100(図12参照)と異なる。その他の点は第1〜3の実施の形態に従う画像形成装置100と同じであるので、以下では、それらの説明については説明を繰り返さない。
用紙センサー80は、カセット37から定着装置50までにおける搬送経路41のいずれかの位置に設けられている。用紙センサー80は、搬送経路41を通過する用紙Sのサイズを検知する。用紙センサー80は、たとえばカメラである。当該カメラは、搬送中の用紙Sを撮影し、用紙Sを表わす画像を生成する。生成された画像は、制御装置101に出力される。制御装置101は、エッジ検知処理などの画像処理技術を用いて画像から用紙部分を特定し、当該用紙部分の大きさに応じて用紙Sのサイズを検知する。
上述したように、小用紙が定着装置50を通過すると、通紙領域A1(図4参照)の熱は小用紙に奪われる。このとき、通紙領域A2(図4参照)の熱は小用紙に奪われないため、通紙領域A2の温度は、通紙領域A1の温度よりも高くなる。すなわち、小用紙の印刷が続くと、通紙領域A2における熱膨張の度合いは、通紙領域A1における熱膨張の度合いよりも大きくなる。
そこで、アクチュエーター78は、用紙センサー80によって検知される用紙のサイズが小サイズ(第サイズ)である場合に、加熱回転体60から離れる方向における分離爪71A1(図4参照)の変位量を、当該方向における分離爪71A2(図4参照)の変位量よりも少なくする。これにより、分離ギャップD1〜D5(図4参照)の差が小さくなる。
好ましくは、アクチュエーター78は、小用紙の印刷枚数が印刷開始後から所定枚数(たとえば、20枚)を超えるまでは分離爪71を駆動しない。小用紙の印刷枚数が印刷開始後から所定枚数(たとえば、20枚)を超えると、アクチュエーター78は、加熱回転体60から離れる方向における分離爪71A1の変位量を、当該方向における分離爪71A2の変位量よりも少なくする。
なお、一般的な画像形成装置には、用紙サイズの検知機能が搭載されていることがあり、その場合には、用紙センサー80が新たに設けられる必要がない。既存の検知機能が流用されることで、定着装置50や画像形成装置100のコストが安くなる。
今回開示された実施の形態は全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全ての変更が含まれることが意図される。
1C,1K,1M,1Y 画像形成ユニット、10 感光体、11 帯電器、12 露光部、13 現像器、14 現像ローラー、15C,15K,15M,15Y トナーボトル、17,42 クリーニングブレード、30 中間転写ベルト、31 一次転写ローラー、32 トナー像、33 二次転写ローラー、37 カセット、38 従動ローラー、39 駆動ローラー、40 タイミングローラー、41 搬送経路、48 トレー、50,50X 定着装置、51 定着ローラー、53 定着ベルト、57 加熱ローラー、60 加熱回転体、65 加圧ローラー、71,71A1,71A2 分離爪、72 軸、73 保持部材、74 当接部材、75 阻止部材、76 バネ、77 距離センサー、78 アクチュエーター、79 温度センサー、80 用紙センサー、100 画像形成装置、101 制御装置、102 ROM、103 RAM、104 ネットワークインターフェイス、107 操作パネル、120 記憶装置、122 制御プログラム。

Claims (7)

  1. トナー像を用紙に熱で定着するための定着装置であって、
    第1回転体と、
    前記第1回転体の回転面に接触している第2回転体と、
    前記第1回転体と前記第2回転体との接触部分を通過する用紙に熱が伝わるように、前記第1回転体を加熱するための加熱部と、
    前記第1回転体の回転面に対向して設けられ、前記接触部分を通過する前記用紙が前記第1回転体に巻き込まれないように当該用紙を前記第1回転体から分離するための複数の分離部材と、
    前記複数の分離部材のそれぞれと前記第1回転体との間の各距離が等しくなるように、前記第1回転体に対する前記複数の分離部材の各位置を調整するための調整部と
    前記第1回転体に対向して設けられ、前記複数の分離部材が設けられている保持部材と、
    前記保持部材に設けられ、前記第1回転体に接している当接部材と、を備え、
    前記当接部材、前記保持部材、および前記複数の分離部材は、前記第1回転体と前記当接部材との接触部分における前記第1回転体の径の変化に連動し、
    前記接触部分において、第1サイズの用紙が通過する領域を第1領域とし、前記接触部分において、前記第1サイズよりも大きい第2サイズの用紙が通過する領域であって、前記第1領域以外の領域を第2領域とし、前記複数の分離部材の内、前記第1領域に対向して設けられている分離部材を第1分離部材とし、前記複数の分離部材の内、前記第2領域に対向して設けられている分離部材を第2分離部材とした場合、前記調整部は、前記第1分離部材と前記第1回転体との間の距離が所定距離よりも長くならないように前記第1分離部材の変位を阻止するための阻止部材を含み、前記阻止部材により、前記第1回転体から離れる方向における前記第1分離部材の変位量を、当該方向における前記第2分離部材の変位量よりも少なくする、定着装置。
  2. 前記当接部材は、前記第1回転体の回転面における両端に接している、請求項に記載の定着装置。
  3. 前記定着装置は、複数の距離センサーをさらに備え、
    前記複数の距離センサーのそれぞれは、前記複数の分離部材のいずれかに対応して設けられ、対応する分離部材と前記第1回転体との間の距離を検知し、
    前記調整部は、複数の駆動部を含み、
    前記複数の駆動部のそれぞれは、
    前記複数の分離部材のいずれかに対応して設けられており、
    前記複数の距離センサーによって検知される各距離が等しくなるように、対応する分離部材を駆動する、請求項1に記載の定着装置。
  4. 前記定着装置は、複数の温度センサーをさらに備え、
    前記複数の温度センサーのそれぞれは、前記複数の分離部材のいずれかに対応して設けられ、対応する分離部材に対向する前記第1回転体の表面温度を検知し、
    前記調整部は、複数の駆動部を含み、
    前記複数の駆動部のそれぞれは、
    前記複数の分離部材のいずれかに対応して設けられており、
    前記複数の温度センサーによって検知される各温度に基づいて、対応する分離部材を駆動する、請求項1に記載の定着装置。
  5. 前記定着装置は、前記用紙のサイズを検知するための検知部をさらに備え、
    前記調整部は、検知される前記用紙のサイズが前記第1サイズである場合に、前記第1回転体から離れる方向における前記第1分離部材の変位量を、当該方向における前記第2分離部材の変位量よりも少なくする、請求項1に記載の定着装置。
  6. トナー像を用紙に熱で定着するための定着装置であって、
    第1回転体と、
    前記第1回転体の回転面に接触している第2回転体と、
    前記第1回転体と前記第2回転体との接触部分を通過する用紙に熱が伝わるように、前記第1回転体を加熱するための加熱部と、
    前記第1回転体の回転面に対向して設けられ、前記接触部分を通過する前記用紙が前記第1回転体に巻き込まれないように当該用紙を前記第1回転体から分離するための複数の分離部材と、
    前記複数の分離部材のそれぞれと前記第1回転体との間の各距離が等しくなるように、前記第1回転体に対する前記複数の分離部材の各位置を調整するための調整部と、
    複数の温度センサーと、を備え、
    前記接触部分において、第1サイズの用紙が通過する領域を第1領域とし、前記接触部分において、前記第1サイズよりも大きい第2サイズの用紙が通過する領域であって、前記第1領域以外の領域を第2領域とし、前記複数の分離部材の内、前記第1領域に対向して設けられている分離部材を第1分離部材とし、前記複数の分離部材の内、前記第2領域に対向して設けられている分離部材を第2分離部材とした場合、前記調整部は、前記第1回転体から離れる方向における前記第1分離部材の変位量を、当該方向における前記第2分離部材の変位量よりも少なくし、
    前記複数の温度センサーのそれぞれは、前記複数の分離部材のいずれかに対応して設けられ、対応する分離部材に対向する前記第1回転体の表面温度を検知し、
    前記調整部は、複数の駆動部を含み、
    前記複数の駆動部のそれぞれは、
    前記複数の分離部材のいずれかに対応して設けられており、
    前記複数の温度センサーによって検知される各温度に基づいて、対応する分離部材を駆動する、定着装置。
  7. 請求項1〜のいずれか1項に記載の定着装置を備える、画像形成装置。
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