JP6885118B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置および画像形成装置に関する。

一般に、電子写真プロセス技術を利用した画像形成装置（プリンター、複写機、ファクシミリ等）は、帯電した感光体ドラム（像担持体）に対して、画像データに基づくレーザー光を照射（露光）することにより静電潜像を形成する。そして、静電潜像が形成された感光体ドラムへ現像装置よりトナーを供給することにより静電潜像を可視化してトナー像を形成する。さらに、このトナー像を直接または間接的に用紙に転写させた後、上加圧部材と下加圧部材とにより形成される定着ニップで加熱、加圧して定着させることにより、用紙にトナー像を形成する。

特に、カラーの画像形成装置における定着ニップにおいては、複数色のトナーをムラなく用紙に定着させる必要があるので、用紙のトナー像側の面に対向する上加圧部材には、層厚の大きな弾性層を有する定着ローラーを用いることで、定着ニップにおける定着性が向上する。他方、近年では、良好で安定した画質を実現しつつ、さらに省エネを実現した構成への要求が高まっていることに鑑みて、当該定着ローラーをパッドと呼ばれる回転不能な加圧部材に変更したものも知られている。

ところで、下加圧部材に駆動源が設けられ、上加圧部材が従動する構成の定着装置では、ウォームアップ動作の直後など、上加圧部材の温度が高いときに用紙を通紙すると、かかる用紙がスリップしやすいという問題がある。

このような問題に対して、特許文献１では、下加圧ローラーの温度によって該ローラーの摩擦係数が変化することに鑑みて、該ローラーに温度検知センサーを設け、下加圧ローラーが適温でない場合にジョブを停止して温度制御および空回転を実施し、温度が適正範囲になった場合にプリントを再開する技術が記載されている。

特開２００４−１４５２０５号公報

しかしながら、特許文献１記載の技術では、下加圧ローラーの温度が適正範囲外の場合、ジョブを中断することから、印刷の生産性という点において課題がある。

本発明の目的は、生産性を確保しつつ、用紙のスリップの発生を防止することが可能な定着装置および画像形成装置を提供することである。

本発明に係る定着装置は、
上加圧部材と、
前記上加圧部材の間で定着ニップを形成する下加圧部材と、
前記定着ニップを通過する用紙にスリップが発生しないように、前記下加圧部材の温度に応じて、前記定着ニップのニップ圧を制御する制御部と、
を備える。

本発明に係る画像形成装置は、
用紙にトナー像を形成する画像形成部と、
上記の定着装置と、
を備える。

本発明によれば、生産性を確保しつつ、用紙のスリップの発生を防止することができる。

本実施の形態における画像形成装置の全体構成を概略的に示す図である。 本実施の形態における画像形成装置の制御系の主要部を示す図である。 定着装置としての定着部の要部を抽出して示す図である。 下加圧ローラーの押圧力と搬送力との関係を説明するグラフである。

以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本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ある。図２は、本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１に示すように、画像形成装置１は、電子写真プロセス技術を利用した中間転写方式のカラー画像形成装置である。すなわち、画像形成装置１は、感光体ドラム４１３上に形成されたＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各色トナー像を中間転写ベルト４２１に一次転写し、中間転写ベルト４２１上で４色のトナー像を重ね合わせた後、給紙トレイユニット５１ａ〜５１ｃから送出された用紙Ｓに二次転写することにより、画像を形成する。

また、画像形成装置１には、ＹＭＣＫの４色に対応する感光体ドラム４１３を中間転写ベルト４２１の走行方向に直列配置し、中間転写ベルト４２１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が採用されている。

図２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、用紙搬送部５０、定着部６０および制御部１０１を備える。定着部６０は、本発明の「定着装置」に対応する。

制御部１０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０２、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０３、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０４等を備える。ＣＰＵ１０２は、ＲＯＭ１０３から処理内容に応じたプログラムを読み出してＲＡＭ１０４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の各ブロック等の動作を集中制御する。このとき、記憶部７２に格納されている各種データが参照される。記憶部７２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。

制御部１０１は、通信部７１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ー）との間で各種データの送受信を行う。制御部１０１は、例えば、外部の装置から送信された画像データ（入力画像データ）を受信し、この画像データに基づいて用紙Ｓに画像を形成させる。通信部７１は、例えばＬＡＮカード等の通信制御カードで構成される。

図１に示すように、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および原稿画像走査装置１２（スキャナー）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により、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可能となる。

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）センサー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は、原稿画像走査装置１２による読取結果に基づいて入力画像データを生成する。この入力画像データには、画像処理部３０において所定の画像処理が施される。

図２に示すように、操作表示部２０は、例えばタッチパネル付の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）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１０１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、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、ユーザーによる各種入力操作を受け付けて、操作信号を制御部１０１に出力する。

画像処理部３０は、入力画像データに対して、初期設定又はユーザー設定に応じたデジタル画像処理を行う回路等を備える。例えば、画像処理部３０は、制御部１０１の制御下で、階調補正データ（階調補正テーブル）に基づいて階調補正を行う。また、画像処理部３０は、入力画像データに対して、階調補正の他、色補正、シェーディング補正等の各種補正処理や、圧縮処理等を施す。これらの処理が施された画像データに基づいて、画像形成部４０が制御される。

図１に示すように、画像形成部４０は、入力画像データに基づいて、Ｙ成分、Ｍ成分、Ｃ成分、Ｋ成分の各有色トナーによる画像を形成するための画像形成ユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋ、中間転写ユニット４２等を備える。

Ｙ成分、Ｍ成分、Ｃ成分、Ｋ成分用の画像形成ユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋは、同様の構成を有する。図示及び説明の便宜上、共通する構成要素は同一の符号で示し、それぞれを区別する場合には符号にＹ、Ｍ、Ｃ、又はＫを添えて示すこととする。図１では、Ｙ成分用の画像形成ユニット４１Ｙの構成要素についてのみ符号が付され、その他の画像形成ユニット４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋの構成要素については符号が省略されている。

画像形成ユニット４１は、露光装置４１１、現像装置４１２、感光体ドラム４１３、帯電装置４１４、及びドラムクリーニング装置４１５等を備える。

感光体ドラム４１３は、例えばドラム状の金属基体の外周面に、有機光導電体を含有させた樹脂よりなる感光層が形成された有機感光体よりなる。

制御部１０１は、感光体ドラム４１３を回転させる駆動モーター（図示略）に供給される駆動電流を制御することにより、感光体ドラム４１３を一定の周速度で回転させる。

帯電装置４１４は、例えば帯電チャージャーであり、コロナ放電を発生させることにより、光導電性を有する感光体ドラム４１３の表面を一様に負極性に帯電させる。

露光装置４１１は、例えば半導体レーザーで構成され、感光体ドラム４１３に対して各色成分の画像に対応するレーザー光を照射する。その結果、感光体ドラム４１３の表面のうちレーザー光が照射された画像領域には、背景領域との電位差により各色成分の静電潜像が形成される。

現像装置４１２は、二成分逆転方式の現像装置であり、感光体ドラム４１３の表面に各色成分の現像剤を付着させることにより静電潜像を可視化してトナー像を形成する。

現像装置４１２には、例えば帯電装置４１４の帯電極性と同極性の直流現像バイアス、または交流電圧に帯電装置４１４の帯電極性と同極性の直流電圧が重畳された現像バイアスが印加される。その結果、露光装置４１１によって形成された静電潜像にトナーを付着させる反転現像が行われる。

ドラムクリーニング装置４１５は、感光体ドラム４１３の表面に当接され、弾性体よりなる平板状のドラムクリーニングブレード等を有し、中間転写ベルト４２１に転写されずに感光体ドラム４１３の表面に残留するトナーを除去する。

中間転写ユニット４２は、中間転写ベルト４２１、一次転写ローラー４２２、複数の支持ローラー４２３、二次転写ローラー４２４、及びベルトクリーニング装置４２６等を備える。

中間転写ベルト４２１は無端状ベルトで構成され、複数の支持ローラー４２３にループ状に張架される。複数の支持ローラー４２３のうちの少なくとも１つは駆動ローラーで構成され、その他は従動ローラーで構成される。例えば、Ｋ成分用の一次転写ローラー４２２よりもベルト走行方向下流側に配置されるローラー４２３Ａが駆動ローラーであることが好ましい。これにより、一次転写部におけるベルトの走行速度を一定に保持しやすくなる。駆動ローラー４２３Ａが回転することにより、中間転写ベルト４２１は矢印Ａ方向に一定速度で走行する。

中間転写ベルト４２１は、導電性および弾性を有するベルトであり、表面に高抵抗層を有する。中間転写ベルト４２１は、制御部１０１からの制御信号によって回転駆動される。

一次転写ローラー４２２は、各色成分の感光体ドラム４１３に対向して、中間転写ベルト４２１の内周面側に配置される。中間転写ベルト４２１を挟んで、一次転写ローラー４２２が感光体ドラム４１３に圧接されることにより、感光体ドラム４１３から中間転写ベルト４２１へトナー像を転写するための一次転写ニップが形成される。

二次転写ローラー４２４は、駆動ローラー４２３Ａのベルト走行方向下流側に配置されるバックアップローラー４２３Ｂに対向して、中間転写ベルト４２１の外周面側に配置される。中間転写ベルト４２１を挟んで、二次転写ローラー４２４がバックアップローラー４２３Ｂに圧接されることにより、中間転写ベルト４２１から用紙Ｓへトナー像を転写するための二次転写ニップが形成される。

一次転写ニップを中間転写ベルト４２１が通過する際、感光体ドラム４１３上のトナー像が中間転写ベルト４２１に順次重ねて一次転写される。具体的には、一次転写ローラー４２２に一次転写バイアスを印加し、中間転写ベルト４２１の裏面側、つまり一次転写ローラー４２２と当接する側にトナーと逆極性の電荷を付与することにより、トナー像は中間転写ベルト４２１に静電的に転写される。

その後、用紙Ｓが二次転写ニップを通過する際、中間転写ベルト４２１上のトナー像が用紙Ｓに二次転写される。具体的には、二次転写ローラー４２４に二次転写バイアスを印加し、用紙Ｓの裏面側、つまり二次転写ローラー４２４と当接する側にトナーと逆極性の電荷を付与することにより、トナー像は用紙Ｓに静電的に転写される。トナー像が転写された用紙Ｓは定着部６０に向けて搬送される。

ベルトクリーニング装置４２６は、二次転写後に中間転写ベルト４２１の表面に残留する転写残トナーを除去する。

定着部６０は、用紙Ｓの定着面、つまりトナー像が形成されている面側に配置される定着面側部材を有する上側定着部６０Ａ、用紙Ｓの裏面つまり定着面の反対の面側に配置される裏面側支持部材を有する下側定着部６０Ｂ、および加熱源等を備える。定着面側部材に裏面側支持部材が圧接されることにより、用紙Ｓを挟持して搬送する定着ニップが形成される。定着部６０および制御部１０１は、本発明の定着装置に対応する。

定着部６０は、トナー像が二次転写され、搬送されてきた用紙Ｓを定着ニップで加熱、加圧することにより、用紙Ｓにトナー像を定着させる。定着部６０は、筐体である定着器Ｆ内にユニットとして配置される。

上側定着部６０Ａは、定着面側部材である無端状の定着ベルト６１、加熱ローラー６２および押圧パッド部２００を有する。定着ベルト６１は、加熱ローラー６２と押圧パッド部２００とによって張架されている。加熱ローラー６２は、定着ベルト６１を加熱する加熱源６０Ｃを備えている。定着ニップの近傍には、定着ベルト６１の表面温度を検知する図示しない非接触温度センサーなどの温度検知部が設けられている。制御部１０１は、かかる非接触温度センサーの検知温度をモニターして、定着ベルト６１が適温になるように加熱源６０Ｃを制御する。なお、押圧パッド部２００の構成については後述する。

下側定着部６０Ｂは、裏面側支持部材である加圧ローラー６４を有する。加圧ローラー６４は、定着ベルト６１との間で用紙Ｓを挟持して搬送する定着ニップを形成している。

用紙搬送部５０は、給紙部５１、排紙部５２、及び搬送経路部５３等を備える。給紙部５１を構成する３つの給紙トレイユニット５１ａ〜５１ｃには、坪量やサイズ等に基づいて識別された用紙Ｓ（規格用紙、特殊用紙）が予め設定された種類毎に収容される。搬送経路部５３は、レジストローラー対５３ａを含む複数の搬送ローラー対を有する。レジストローラー対５３ａが配設されたレジストローラー部は、用紙Ｓの傾きおよび片寄りを補正する。

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、搬送経路部５３により画像形成部４０に搬送される。画像形成部４０においては、中間転写ベルト４２１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、定着部６０において定着工程が施される。画像形成された用紙Ｓは、排紙ローラー５２ａを備えた排紙部５２により機外に排紙される。

次に、図３を参照して、定着装置である定着部６０の主要な構成を説明する。図３に示すように、本実施の形態の定着部６０は、上側定着部６０Ａとして回転不能な押圧パッド部２００が設けられている。また、この定着部６０は、駆動源が下側定着部６０Ｂの加圧ローラー６４にのみ設けられ、かかる加圧ローラー６４の回転により上側定着部６０Ａの定着ベルト６１が従動して走行する構成となっている。

上側定着部６０Ａの押圧パッド部２００（「パッド部材」に対応する）は、押圧部材２１０、摺動部材２２０、支持部材２３０、および潤滑剤供給部２４０を有する。

押圧部材２１０の下面側の領域は、定着ベルト６１を介して加圧ローラー６４との間で定着ニップＮＰを形成するニップ形成部としての役割を担う。かかるニップ形成部は、下加圧部材である加圧ローラー６４に加圧されることにより、定着ベルト６１を押圧する。

摺動部材２２０は、押圧部材２１０と定着ベルト６１との間に挟み込まれる、例えば、テフロン（登録商標）加工されたシート状の部材である。摺動部材２２０は、押圧部材２１０と定着ベルト６１との間における摺動抵抗を低減させる機能を有する。

また、摺動部材２２０と定着ベルト６１との間には、後述のように潤滑剤が塗布されることにより、定着ニップ部分における定着ベルト６１の摺動抵抗がさらに低減される。

支持部材２３０は、加圧ローラー６４に加圧される押圧部材２１０を支持する部分である。支持部材２３０により押圧部材２１０が支持されることで、定着ニップＮＰにおける圧力が確保される。

潤滑剤供給部２４０は、定着ベルト６１の内面に潤滑剤を供給するものであり、定着ベルト６１の走行方向（用紙搬送方向）における定着ニップＮＰの下流側に設けられている。

かかる構成の定着部６０において、制御部１０１の制御信号によって加圧ローラー６４が図３中の反時計方向（矢印参照）に駆動回転されると、定着ベルト６１および加熱ローラー６２が時計方向（矢印参照）に従動して回転する。定着ベルト６１の回転時には、摺動部材２２０に対して定着ベルト６１が摺動し、潤滑剤供給部２４０から供給された潤滑剤により定着ニップＮＰにおける摺動部材２２０と定着ベルト６１との間の摺動抵抗が低く保持される。

ところで、本実施の形態のように、下加圧部材である加圧ローラー６４にのみ駆動源が設けられ、上加圧部材が従動する定着装置では、ウォームアップ動作の直後など、定着ベルト６１（上加圧部材）の温度が高いときに用紙Ｓを通紙すると、用紙Ｓがスリップしやすいという問題がある。

特に、本実施の形態のように、上側定着部６０Ａにおける定着ニップＮＰを形成する部材として、上記のような押圧パッド部２００を用いる場合、定着ベルト６１の温度が高いときに用紙Ｓを通紙すると、用紙Ｓの水分の蒸発により、定着ニップＮＰ内に水蒸気膜が形成され、下加圧部材と用紙Ｓ間の摩擦係数が低下し、用紙Ｓのスリップが発生しやすい。

より具体的に説明すると、加圧ローラー６４の温度が低い場合には、通過する用紙Ｓの内部温度の上昇は少なく、用紙スリップの現象は、加圧ローラー６４が温まっている場合よりも大きく抑制される。他方、本実施の形態のように、熱源が上ベルト側すなわち上側定着部６０Ａにあり、駆動源の駆動力が加圧ローラー６４のみに伝達される構成では、定着ベルト６１を回転させるために、非通紙のウォームアップの時点から加圧ローラー６４を加熱された定着ベルト６１に押圧させる必要がある。このために、加圧ローラー６４はウォームアップの時点から定着ベルト６１の熱が伝達され、加圧ローラー６４の温度はウォームアップ時およびその直後で最も高くなり、ウォームアップ動作終了後に通紙された用紙Ｓのスリップが発生する虞がある。

ここで、定着部６０における実質的な通紙の力は、定着ベルト６１への加圧ローラー６４の押圧時に発生する搬送トルク（以下「搬送力」という）と、押圧パッド部２００および定着ベルト６１間の摺動抵抗（以下、「抵抗力」という）と、の間の差で表すことができる。この特性を図４の特性グラフを参照して説明すると、加圧ローラー６４の押圧力（Ｎ）を上げて行くと、搬送力および抵抗力のいずれも上昇して行くが、搬送力の上昇度合いよりも抵抗力の上昇度合いの方が緩やかなことが分かる。すなわち、図４の横軸方向に示す加圧ローラー６４の押圧力を上げるほど、定着部６０における実質的な通紙の力が大きくなり、スリップの発生可能性を低くできることが、本発明者らの鋭意研究により明らかになった。

また、本発明者らは、上述した構成の定着部６０で種々の通紙実験を行ったところ、安定的にスリップを発生しないようにするためには、定着ニップＮＰにおける実質的な通紙の力として、１０Ｎ以上の力が必要であることが分かった。

以下に、本発明者らが行った主な実験内容について説明する。

なお、以下の各実験では、共通条件として、上記構成の定着部６０で定着ベルト６１の温度を１８０℃、周速度を３００ｍｍ／秒に設定し、定着ニップＮＰ内の温度が最も上昇する白紙（カバレッジ０％）にて用紙Ｓを連続的に通紙して、スリップ発生の有無等を調べた。また、かかる実験用の画像形成装置として、加圧ローラー６４の近傍に温度センサーを配置し、加圧ローラー６４の温度を測定しながらスリップ発生の有無等を試験した。特に断り書きがない限り、通紙する用紙Ｓは、Ａ３サイズのＯＫトップコート８５ｇ／ｍ２のＮＮ調湿紙を使用し、定着部６０のウォームアップ動作の直後に通紙を開始した。

また、本発明者らは、用紙Ｓのスリップが発生しない条件下で定着ベルト６１および加圧ローラー６４の耐久性を試験した。かかる試験では、特に断り書きがない限り、用紙Ｓを１０枚連続で通紙した後に５分間放置することを繰り返し、定着ベルト６１や加圧ローラー６４の耐久に問題が発生するまで用紙Ｓの通紙を行った。

（実験１）
本発明者らは、プッシュプルゲージを接続した用紙Ｓを定着ニップＮＰに通紙させ、定着ニップＮＰのニップ圧を様々に変えてスリップ発生の有無を調べ、スリップを発生させないようにするための定着ニップＮＰにおける実質的な通紙の力を求めた。

ここで、上述の搬送力は、用紙Ｓがプッシュプルゲージを引っ張る力であり、通紙中のプッシュプルゲージの目盛りの値に等しい。また、定着ベルト６１の内面と押圧パッド部２００（摺動部材２２０等）との間のトルクを上述の抵抗力とした。そして、用紙Ｓの種類や温湿度条件、加圧ローラー６４の温度を様々に変えてスリップの発生有無の実験を行い、スリップが発生しない場合の「搬送力−抵抗力」を計算することによって、定着ニップＮＰにおける実質的な通紙の力を求めた。

かかる実験の結果、一旦定着ニップＮＰで用紙Ｓにある程度の力が掛けられた後でも、定着ニップＮＰ内の温度上昇によってスリップが発生し得ることが判明した。そして、上述した構成の定着部６０では、用紙Ｓの種類や加圧ローラー６４の温度に関わらず安定的にスリップを発生させないための定着ニップＮＰの実質的な通紙の力は、１０Ｎ以上必要であることが判明した。以下は、誤差等を考慮して、定着ニップＮＰの実質的な通紙の力を１１Ｎ確保する場合について説明する。

（実験２）
本発明者らは、ウォームアップ動作の直後に、上述の用紙Ｓを連続で通紙して、搬送力および加圧ローラー６４の温度を測定しつつ、加圧ローラー６４の押圧力を様々に変えてスリップ発生の有無を調べた。

この実験では、加圧ローラー６４の温度は、１枚目の通紙時に１６０℃まで上昇し、２枚目以降は約２０℃ずつ低くなり、４枚目の通紙時に１００℃の平衡状態に達した。そして、加圧ローラー６４の温度が最も高い１６０℃の場合にも定着ニップＮＰの実質的な通紙の力を１１Ｎに確保するためには、加圧ローラー６４の押圧力を６５０Ｎに設定する必要があることが分かった。かかる６５０Ｎの値は、従来機における定着動作時（以下、通常時という。）の定着ニップＮＰのニップ圧よりも高い値である。

また、これら各実験から、定着ニップＮＰの実質的な通紙の力を固定値（この例では１１Ｎ）と仮定した場合でも、必要とされる加圧ローラー６４の押圧力は、固定値にはならず、加圧ローラー６４の温度状態によって大きく変動することが分かった。言い換えると、従来のように定着ニップＮＰのニップ圧を固定値として通紙した場合、加圧ローラー６４の温度が上がると実質的な通紙の力が弱くなり、加圧ローラー６４の温度が下がるにつれて実質的な通紙の力が強くなり、最終的には１１Ｎに達することを意味する。

上記の実験結果では、例えば加圧ローラー６４の温度が平衡状態の１００℃よりも６０℃高い１６０℃の場合、実質的な通紙の力を１１Ｎとするためには、加圧ローラー６４の押圧力を通常よりも１５０Ｎ程度高くする必要があること、等が判明した。また、後述のように、実質的な通紙の力を１１Ｎとするために必要とされる加圧ローラー６４の押圧力は、用紙の種類等によっても変わって来ることが判明した。

このような性質に鑑みると、加圧ローラー６４と用紙Ｓとの摩擦力（μ）が低下した際の用紙Ｓのスリップ発生を防止するために、恒常的に加圧ローラー６４の圧接力を通常時よりも高くして（例えば６５０Ｎ或いはそれ以上として）対応することも考えられる。このような構成とすることにより、加圧ローラー６４が最高温度の状態であってもジョブを停止する必要がないことから、印刷の生産性を確保しつつ、用紙のスリップの発生を防止することができる。他方、このような対応策では、定着ニップＮＰすなわち加圧ローラー６４と定着ベルト６１との摺動部で抵抗力が増して定着ベルト６１が痛みやすくなり、また、加圧ローラー６４にかかる負荷が増すことから、部材の耐久面という点で課題が残る。

そこで、本実施の形態では、下加圧部材である加圧ローラー６４の温度が高い場合、定着ニップＮＰのニップ圧を第１の値よりも高い第２の値とし、加圧ローラー６４の温度が下がっていく態様に応じて定着ニップＮＰのニップ圧を第２の値から第１の値まで下げるように、制御部１０１によって加圧ローラー６４の押圧力を制御する。

より具体的には、制御部１０１は、加圧ローラー６４の温度が予め定められた温度範囲よりも高くなる状況では、加圧ローラー６４の押圧力を、通常時における第１の押圧力よりも高い第２の押圧力とするように制御する。また制御部１０１は、加圧ローラー６４の温度が下がって行く態様に応じて、加圧ローラー６４の押圧力を第２の押圧力から第１の押圧力まで下げる制御を行う。

ここで、定着ニップＮＰのニップ圧すなわち加圧ローラー６４の押圧力の制御は、本実施の形態では、加圧ローラー６４に備えられた、図示しないカム等からなる押圧機構を駆動するモーター等の駆動源に、制御部１０１から駆動信号を出力することで行う。

また、ニップ圧の第１の値に対応する加圧ローラー６４の第１の押圧力は、例えば、加圧ローラー６４の温度が平衡状態（この例では１００℃）となった場合に安定的にスリップが発生しない程度の押圧力と定義することができる。

このような構成とすることで、加圧ローラー６４の温度状態等に関わらずジョブを中断させることなく、印刷の生産性を確保しつつ、用紙Ｓのスリップの発生を防止することが可能となり、加えて、定着ニップＮＰを構成する部材の耐久性を確保し寿命を延ばすこともできるようになる。

加圧ローラー６４の温度は、図示しない温度センサー等の温度測定部を設けることで測定することができる。この場合、制御部１０１は、かかる温度測定部の測定値に応じて、上述のように加圧ローラー６４の押圧力を制御する。このように温度測定部を設ける場合、測定された加圧ローラー６４の実際の温度に応じて加圧ローラー６４の押圧力を制御（調整）することができる。

他方、温度センサーは、設置のための場所（スペース）が必要となり、定着器（筐体）Ｆが小型の場合にはかかる設置スペースを確保することが難しい場合がある。特に、定着ベルト６１の駆動を加圧ローラー６４でのみ行うような比較的小型の定着装置では、温度センサーの設置スペースを確保し難い。また、加圧ローラー６４の実際の温度は軸方向における中央側と端部側とで異なる場合があるため、温度センサーは、軸方向に複数設ける必要がある。したがって、温度センサー等の温度測定部を設ける構成は、大型機に適した構成であり、小型機には不向きな構成といえる。

また、上述の温度測定部を設けない場合でも、加圧ローラー６４の温度は、画像形成条件、言い換えると画像形成装置１の稼働の条件や状態等により推定することができる。かかる実情に鑑みて、以下に説明する実施の形態では、制御部１０１は、加圧ローラー６４の温度状態やスリップのしやすさ等に関する値を登録したテーブルを用いて加圧ローラー６４の押圧力を制御する。

加圧ローラー６４の温度は、画像形成装置１の稼働開始時やアイドリングからの復帰時における非通紙でのウォームアップ動作時に最も高くなり、その後のプリント動作中に平衡状態に至る。したがって、制御部１０１は、テーブルを用いて、画像形成装置１の稼働開始時やアイドリングからの復帰時における非通紙でのウォームアップ動作終了後の最初のプリント時に加圧ローラー６４の押圧力を最も高くし、その後、温度が下がるにつれて、加圧ローラー６４の押圧力を低くする制御を行う。

ここで、加圧ローラー６４の押圧力の制御に用いられるテーブルは、加圧ローラー６４の温度に関連した値と、加圧ローラー６４の押圧力に関する値とを対応付けたものである。以下、かかるテーブルの構成例について詳述する。

（テーブルの例）
上述のように、印刷ジョブ実行時の定着装置において加圧ローラー６４の温度が最も上がりやすいのは、（アイドリング解消時を含む）ウォームアップ動作の直後である。すなわち、定着動作中の加圧ローラー６４の温度は、ウォームアップ動作の直後の最初の用紙の定着時に最も高くなり（本例では１６０℃）、その後の経過時間や通紙枚数につれて徐々に低くなり、所定枚数の通紙時に平衡温度（本例では４枚目で１００℃）に達する。このため、制御部１０１は、ウォームアップ動作時には、印刷ジョブ開始からの用紙の通紙枚数と加圧ローラー６４の押圧力とを対応付けたテーブルを使用して加圧ローラー６４の押圧力を制御するとよい。かかるテーブルの例を表１に示す。

表１のテーブルは、通紙枚数が４枚目で加圧ローラー６４の温度が平衡状態に達する場合の例であり、制御部１０１は、４枚目以降の通紙では加圧ローラー６４の押圧力が下限値すなわち第１の押圧力（この場合は５００Ｎ）になるように制御する。

上記表１および後述する各表において、「加圧ローラー押圧力」の値は、加圧ローラー６４の押圧力に関する他の値とすることができ、例えば、制御部１０１から加圧ローラー６４の押圧機構のモーター等に供給する電力（電流や電圧）の値としてもよい。

このように、通紙枚数毎に加圧ローラー６４の押圧力を低下させる制御を行う本実施の形態によれば、生産性の確保および用紙Ｓのスリップの発生防止とともに、定着ニップＮＰの構成部材の寿命を伸ばすことができる。本発明者らは、実際に、表１に示す数値を用いて定着ベルト６１や加圧ローラー６４の耐久試験を行った結果、加圧ローラー６４の押圧力を恒常的に６５０Ｎとした場合と比較して、耐久性を２倍に伸ばすことができた。具体的には、上述の耐久試験の結果、加圧ローラー６４の押圧力を恒常的に６５０Ｎとした場合は１５０Ｋ枚の通紙で耐久に問題が発生したが、表１のテーブルを用いて加圧ローラー６４の押圧力を可変制御した場合は、３００Ｋ枚の通紙まで耐久に問題が生じなかった。

また、定着ニップＮＰにおける用紙Ｓのスリップ発生のしやすさは、上述した加圧ローラー６４の温度の他に、以下のような要因によっても左右されることが判明した。

例えば、用紙Ｓとして、アンカー効果が発揮されないコート紙などの摩擦係数の低い紙が使用される場合、定着ニップＮＰにおいてスリップがより発生しやすい。また、用紙Ｓの厚さが薄くなるほど、定着ニップＮＰ内での面圧が掛かりにくくなり、かつ、紙内部まで温度が上昇しやすくなるため、定着ニップＮＰにおいてスリップがより発生しやすい。

これに関する実験結果を以下に説明する。

（実験３）
本発明者らは、用紙Ｓとして、より薄い用紙であるＯＫトップコート７３ｇ／ｍ^２を使用した他は、上述の共通条件下で通紙実験を行った。この結果、定着ニップＮＰでスリップが発生しないようにするためには、各々の用紙枚数時における通紙の際に、上述したＯＫトップコート８５ｇ／ｍ^２の場合よりも５０Ｎ高い圧接力を必要とすることが判明した。

かかる用紙の性質に鑑みると、制御部１０１は、印刷ジョブの実行時に、使用される用紙Ｓの種類を示す用紙情報を参照して、薄紙やコート紙などのスリップしやすい用紙を通紙する場合には、上述した表１のテーブルの各値に補正値（本例では５０Ｎ）を加えて加圧ローラー６４の押圧力を制御する。あるいは、制御部１０１は、表１のテーブルに代えて下記表２のテーブルを使用する。

表２のテーブルは、上記表１のテーブルにおける通紙枚数毎の加圧ローラー６４の押圧力を各々５０Ｎ高くしたものであり、このため、下限値（第１の押圧力）も５０Ｎ高くなる。このようなテーブルは、用紙の種類毎に、すなわち用紙の種類に応じて複数設けられることができる。

本発明者らは、用紙ＳとしてＯＫトップコート７３ｇ／ｍ^２を使用し、表２に示す数値を用いて加圧ローラー６４の耐久試験を行った結果、加圧ローラー６４の押圧力を恒常的に７００Ｎとした場合と比較して、定着ローラー６４等の耐久性を２倍に伸ばすことができた。具体的には、上述の耐久試験の結果、加圧ローラー６４の押圧力を恒常的に７００Ｎとした場合は１４０Ｋ枚の通紙で耐久に問題が発生したが、表２のテーブルを用いて加圧ローラー６４の押圧力を可変制御した場合は、２８０Ｋ枚の通紙まで耐久に問題が生じなかった。

また、本発明者らの実験の結果、用紙Ｓに含まれる水分量が多いほど、かかる水分の蒸発により定着ニップＮＰ内に形成される水蒸気膜の面積が大きくなり、定着ニップＮＰにおいてスリップが発生しやすくなることが判明した。

用紙Ｓの水分量に関連して本発明者らが実際に行った実験結果を説明する。

（実験４）
本発明者らは、通紙する用紙Ｓとして、ＯＫトップコート８５ｇ／ｍ^２をＨＨ調湿紙として使用した他は、上述した共通条件下で通紙実験を行った。この結果、定着ニップＮＰでスリップが発生しないようにするためには、各々の用紙枚数時における通紙の際に、同紙のＮＮ調湿紙の場合よりも５０Ｎ高い圧接力を必要とすることが判明した。

かかる性質を考慮すると、定着ニップＮＰを通過する前の用紙Ｓに含まれる水分量に関する値を計測する計測部を設け、制御部１０１は、かかる計測部の計測値を加味して定着ニップＮＰのニップ圧を制御することが好ましい。すなわち、制御部１０１は、印刷ジョブの実行時に、計測部の計測値を参照し、かかる計測値がスリップしやすい値を示す場合には、上述した表１のテーブルの各値に対応する補正値（本例では５０Ｎ）を加えて加圧ローラー６４の押圧力を制御する。あるいは、制御部１０１は、表１のテーブルに代えて上述した表２のテーブルを使用する。ここで、表１のテーブルに代わって使用されるテーブルは、計測部の計測値の数値範囲等に応じて複数設けられることができる。

計測部のより具体的な構成としては、用紙搬送方向における定着ニップＮＰの上流側、例えば給紙トレイユニット５１ａ〜５１ｃの近傍あるいは給紙トレイユニット５１ａ〜５１ｃの各々の内部に不図示の温湿度センサーを設ける。この場合、制御部１０１は、定着ニップＮＰを通過する用紙Ｓを、温湿度センサーによる計測値の環境下の調湿紙とみなして、加圧ローラー６４の押圧力を制御（調整）する。加えて、制御部１０１は、給紙トレイユニット５１ａ〜５１ｃに用紙Ｓが補給されてからの時間を加味して定着ニップＮＰを通過する用紙Ｓの水分量を推定し、かかる推定結果に応じて加圧ローラー６４の押圧力を制御（調整）してもよい。また、計測部の他の構成例として、用紙Ｓの抵抗を測定する装置を別途設け、かかる装置の測定値から用紙Ｓに含まれる水分量を推定し、かかる推定結果に応じて加圧ローラー６４の押圧力を制御（調整）してもよい。この場合、制御部１０１は、印刷ジョブの実行時に、上述した計測部の計測値を参照して、上述したＨＨ調湿紙に相当する水分量の多い用紙を通紙する場合、上述した表１のテーブルの各値に補正値（本例では５０Ｎ）を加えて加圧ローラー６４の押圧力を制御する。あるいは、制御部１０１は、表１のテーブルに代えて上述した代替的なテーブルを使用する。

本発明者らは、用紙Ｓとして上記のＨＨ調湿紙を使用し、表２に示す数値を用いて定着ベルト６１および加圧ローラー６４の耐久試験を行った結果、加圧ローラー６４の押圧力を恒常的に７００Ｎとした場合と比較して、耐久性を２倍に伸ばすことができた。具体的には、上述の耐久試験の結果、加圧ローラー６４の押圧力を恒常的に７００Ｎとした場合は１４０Ｋ枚の通紙で耐久に問題が発生したが、表２のテーブルを用いて加圧ローラー６４を可変制御した場合は、２８０Ｋ枚の通紙まで耐久に問題が生じなかった。

加圧ローラー６４の温度を測定する温度センサー等の温度測定部を設ける場合には、加圧ローラー６４の実際の温度をリアルタイムで測定できるため、加圧ローラー６４の温度の上昇や下降の速度等について考慮する必要はない。他方、上述のように、加圧ローラー６４の温度を測定せずにテーブルを用いて加圧ローラー６４の押圧力を制御しようとする場合、加圧ローラー６４の内部の温まり方、特に、加圧ローラー６４の表面温度の降下の態様を考慮した制御を行う必要がある。ここで、加圧ローラー６４の表面の温度降下は、直前の印刷ジョブやアイドリング状況に大きく影響を受けることが判明した。これに関し、本発明者らの実験結果を説明する。

（実験５）
本発明者らは、上記構成の定着部６０において、最初の印刷ジョブと次の印刷ジョブ（第２ジョブ）との間のインターバル（すなわち加圧ローラー６４を放置する時間）を変えて、第２ジョブ実行時における加圧ローラー６４の表面温度の降下の態様を調べた。

この結果、インターバルを４分以上とした場合、第２ジョブ実行時における加圧ローラー６４の表面温度の下がり方は、ウォームアップ時と変わらなかった。すなわち、加圧ローラー６４の表面温度は、通紙枚数が４枚目の時点で平衡状態（１００℃）に達した。

これに対して、インターバルを４分未満とした場合には、第２ジョブ実行時における加圧ローラー６４の表面温度の下がり方は、ウォームアップ時と比べて、より緩やかになった。具体的には、加圧ローラー６４の表面温度は、通紙枚数が４枚目の時点では平衡状態（１００℃）に達せず、７枚目の時点で平衡状態（１００℃）に達した。インターバルが４分未満である場合に、スリップを発生させないための加圧ローラー６４の押圧力の制御の態様を表３に示す。

したがって、制御部１０１は、印刷ジョブの実行時に、前回の印刷ジョブ終了時からのインターバルが４分未満の場合、表１のテーブルに代えて表３のテーブルを使用して加圧ローラー６４の押圧力を制御する。表３のテーブルでは、加圧ローラー６４の押圧力を第１の押圧力（この例では５００Ｎ）に戻す時期（枚数）がより後になっていることが分かる。

このようなテーブルを使用することで、前回の印刷ジョブ終了のタイミング等の印刷ジョブの実行状況に応じて、加圧ローラー６４の押圧力を第１の押圧力に戻す時期や態様を変更することができる。なお、表１のテーブルに代えて使用するテーブルを、前回の印刷ジョブ終了のタイミングに応じて複数設けることとしてもよい。例えば、前回の印刷ジョブ終了時からのインターバルが１分未満の場合、２分未満の場合、３分未満の場合には表３と異なる値を登録したテーブルを使用することとしてもよい。

本発明者らは、実際に、表３に示す数値を用いて加圧ローラー６４の耐久試験を行った。この耐久試験では、用紙Ｓを１０枚連続で通紙した後に３分間放置することを繰り返し、加圧ローラー６４等の耐久に問題が発生するまで用紙Ｓの通紙を行った。

かかる耐久試験の結果、加圧ローラー６４の押圧力を恒常的に６５０Ｎとした場合と比較して、加圧ローラー６４等の耐久性を大幅に伸ばすことができた。具体的には、上記の耐久試験の結果、加圧ローラー６４の押圧力を恒常的に６５０Ｎとした場合は１５０Ｋ枚の通紙で耐久に問題が発生したが、表３のテーブルを用いて制御した場合は、２８０Ｋ枚の通紙まで耐久に問題が生じなかった。

（定着ニップＮＰの好適な構成および実験結果）
さらに、本発明者らが種々の実験を行った結果、定着ニップＮＰの構成を変えることにより、加圧ローラー６４の押圧力を上記表１の値より低くしても用紙のスリップを防止できることを見出した。具体的には、定着ニップＮＰにおける用紙Ｓを押圧するピーク圧を、用紙搬送方向における定着ニップＮＰの中央よりも上流側に設定した場合に、加圧ローラー６４の押圧力を表１に示す値よりも低くしても用紙Ｓのスリップが発生しないことが分かった。

このような定着ニップＮＰのピーク圧とするために、図３に示すように、押圧部材２１０を支持する支持部材２３０の低面に突起部２３１が設けられている。かかる突起部２３１は、支持部材２３０の低面における定着ベルト６１の走行方向（用紙搬送方向）上流側の領域に設けられており、支持部材２３０の軸方向（図３の奥行き方向）に沿って延びている。かかる構成によれば、突起部２３１により用紙搬送方向における定着ニップＮＰの中央よりも上流側に支持部材２３０の押圧力が加わり、定着ニップＮＰにおける用紙Ｓを押圧するピーク圧が、用紙搬送方向における定着ニップＮＰの中央よりも上流側に設定される。

このような構成により、上記表１のテーブルと比較して、通紙枚数毎の加圧ローラー６４の押圧力を各々５０Ｎ低い設定としても、実質的な搬送力を１１Ｎ以上に確保でき、用紙のスリップを防止できることが判明した。かかる構成を採用した場合に加圧ローラー６４の押圧制御で制御部１０１が使用するテーブルの例を表４に示す。

表１のテーブルと比較して分かるように、定着ニップＮＰのピーク圧を上流側に設定した場合、加圧ローラー６４の押圧力を各通紙枚数時で５０Ｎ低く設定することが可能となり、また、下限値（第１の押圧力）も５０Ｎ低い値に設定することができた。このため、定着ニップＮＰの構成部材の寿命をより長くすることが可能となる。

本発明者らは、実際に、表４に示す数値を用いて加圧ローラー６４等の耐久試験を行った結果、表１の数値の場合よりも、耐久性をさらに伸ばすことができた。具体的には、表４のテーブルを用いて制御した場合は、３５０Ｋ枚の通紙まで耐久に問題が生じなかった。

（加圧ローラー６４の温度を測定する構成の場合）
上述のように、大型機の場合には、温度センサー等の温度測定部を設けて加圧ローラー６４の温度を測定する構成が好ましく適用され得る。かかる構成においても、制御部１０１は、テーブルを用いて加圧ローラー６４の押圧力を制御することができ、この場合、上述した各表における「通紙枚数」の欄には「加圧ローラー温度」の値を登録すればよい。上述した表１に対応するテーブルを表５に示す。

この場合も、制御部１０１は、上述した用紙の種類（薄紙等）や計測部の計測値によっては、表５のテーブルの「加圧ローラー押圧力」の値に補正値を加えて加圧ローラー６４の押圧力を制御することができる。或いは、かかる用紙の種類や計測部の計測値に対応させて、表５のテーブルに代えて使用するテーブルを設けてもよい。

上述した実施の形態では、定着ニップＮＰの上側に位置する上加圧部材として回転不能なパッドを用いた上パッド方式の構成について説明した。他の例として、上加圧部材としてローラーを用いた構成としてもよい。他方、上述した実施の形態のように定着ニップＮＰを形成する部材の一方が固定部材（パッド部材）の場合には定着ニップＮＰの抵抗力が大きくなるため、上述したような定着ニップＮＰの押圧制御がより有効となる。

上述した実施の形態では、定着ニップＮＰの下側に位置する下加圧部材がローラーすなわち加圧ローラー６４である下ローラー方式の構成について説明した。他の例として、下加圧部材が加圧ベルトである下ベルト方式であってもよく、さらには下パッド方式であってもよい。

上述した実施の形態では、定着ニップＮＰのニップ圧の制御は、加圧ローラー６４側の押圧機構を制御することで行った。定着ニップＮＰのニップ圧の制御の他の例として、押圧パッド部２００側にカム等からなる押圧機構を設け、かかる押圧機構を駆動するモーター等に制御部１０１から駆動信号を出力することとしてもよい。

以上、詳細に説明したように、本発明を適用した実施の形態によれば、生産性を確保しつつ、用紙のスリップの発生を防止することが可能な定着装置および画像形成装置を提供できる。

その他、上記実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１ 画像形成装置
６０ 定着部（定着装置）
６０Ａ 上側定着部
６０Ｂ 下側定着部
６０Ｃ 加熱源（熱源）
６１ 定着ベルト（上加圧部材）
６４ 加圧ローラー（下加圧部材）
１０１ 制御部
２００ 押圧パッド部（パッド部材、上加圧部材）
２１０ 押圧部材
２２０ 摺動部材
２３０ 支持部材
２３１ 突起部
２４０ 潤滑剤供給部

Claims (14)

1. 上加圧部材と、
   前記上加圧部材の間で定着ニップを形成する下加圧部材と、
   前記定着ニップを通過する用紙にスリップが発生しないように、前記下加圧部材の温度に応じて、前記定着ニップのニップ圧を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記下加圧部材の温度と、前記用紙に含まれる水分量に関する値を計測する計測部の計測値と、に基づいて、前記用紙に含まれる水分量が多いほど前記ニップ圧を高くする定着装置。
2. 前記制御部は、前記下加圧部材の温度が高い場合、前記ニップ圧を第１の値よりも高い第２の値とし、前記下加圧部材の温度が下がって行く態様に応じて前記ニップ圧を前記第２の値から前記第１の値まで下げる制御を行う、
   請求項１に記載の定着装置。
3. 前記制御部は、前記下加圧部材の温度に関する値と前記ニップ圧に関する値とを対応付けたテーブルを用いて、前記ニップ圧を制御する、
   請求項１または２に記載の定着装置。
4. 前記下加圧部材の温度に関する値は、印刷ジョブ開始からの用紙の通紙枚数である、
   請求項３に記載の定着装置。
5. 前記制御部は、前記下加圧部材の温度を測定する温度測定部の測定値に応じて、前記ニップ圧を制御する、
   請求項１から３のいずれかに記載の定着装置。
6. 前記制御部は、前記下加圧部材の温度および前記用紙の種類に応じて、前記ニップ圧を制御する、
   請求項１から５のいずれかに記載の定着装置。
7. 前記テーブルは、前記用紙の種類に応じて複数設けられている、
   請求項３に記載の定着装置。
8. 前記テーブルは、前記用紙に含まれる水分量に応じて複数設けられている、
   請求項３に記載の定着装置。
9. 前記制御部は、印刷ジョブの実行状況に基づいて、前記ニップ圧を前記第１の値に下げる態様を変更するように、前記ニップ圧を制御する、
   請求項２に記載の定着装置。
10. 前記テーブルは、印刷ジョブの実行状況に応じて複数設けられている、
    請求項３に記載の定着装置。
11. 前記上加圧部材または前記下加圧部材は、回転不能なパッド部材を有する、
    請求項１から１０のいずれかに記載の定着装置。
12. 前記パッド部材は、前記定着ニップにおける用紙を押圧するピーク圧を、用紙搬送方向における前記定着ニップの中央よりも上流側に形成する、
    請求項１１に記載の定着装置。
13. 前記制御部は、前記上加圧部材の温度を検知する温度検知部の出力値に基づいて、前記上加圧部材を加熱する熱源を制御する、
    請求項１から１２のいずれかに記載の定着装置。
14. 用紙にトナー像を形成する画像形成部と、
    請求項１から１３のいずれかに記載の定着装置と、
    を備える画像形成装置。

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