JP7468174B2 - 定着装置およびそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば複写機、プリンター、ファクシミリ、それらの複合機等の画像形成装置に用いられる定着装置と、その定着装置を備えた画像形成装置とに関する。

従来から、複写機等の画像形成装置において、定着装置が広く用いられている。定着装置は、記録媒体としての用紙上の未定着トナー像を、加熱および加圧によって溶融定着させる。このような定着装置として、例えば、加熱される無端状の定着ベルト（被加熱回転体）と、加圧ローラー（加圧回転体）とを圧接して定着ニップ部を形成し、定着ニップ部にて未定着トナー像を用紙に定着させる構成が知られている（例えば特許文献１、２参照）。

特開２００２－３１１７４４号公報 特開２００８－２９８８７７号公報

ところで、定着ベルトは加熱により膨張する。定着ベルトが熱膨張すると、定着ベルトの周長が基準の長さよりも長くなる。この場合、定着ベルトの１周の回転に要する時間と、予め決められた定着ベルトの周長の値とを用いて定着ベルトの回転速度を求めても、上記回転速度には、定着ベルトの熱膨張による周長の変化分の誤差が含まれる。このため、定着ベルトの回転速度に基づいて、定着ベルトに圧接する加圧ローラーの回転速度を調整する場合でも、その調整を精度よく行うことができなくなる。したがって、加圧ローラーの回転速度の調整を精度よく行うためには、定着ベルトの熱膨張を考慮して定着ベルトの回転速度を正確に求めることが必要となる。しかし、このような技術については、特許文献１および２も含めて未だ提案されていない。

本発明は、上記問題点に鑑み、被加熱回転体が熱膨張しても、被加熱回転体の回転速度を正確に求めることができ、これによって、加圧回転体の回転速度の調整を精度よく行うことができる定着装置と、その定着装置を備えた画像形成装置とを提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る定着装置は、周方向の一部に反射部材が設けられる被加熱回転体と、前記被加熱回転体を加熱する加熱部と、前記被加熱回転体に圧接され、前記被加熱回転体との間で、記録媒体上の未定着トナー像を溶融定着する定着ニップ部を形成する加圧回転体と、前記加圧回転体を回転駆動する駆動部と、前記被加熱回転体に向けて赤外光を発光する発光部と、前記発光部から発光され、前記被加熱回転体の前記反射部材で反射された前記赤外光を、前記被加熱回転体の回転によって周期的に受光するとともに、前記被加熱回転体の発熱による放射光を受光する受光部と、前記受光部での検出結果に基づいて、前記駆動部を制御する駆動制御部と、を備える。前記受光部は、前記放射光の受光に基づいて、前記被加熱回転体の温度を検出する。前記駆動制御部は、前記受光部での前記赤外光の受光周期と、前記被加熱回転体の前記温度に応じて決まる周長とに基づいて、前記被加熱回転体の回転速度を求め、求めた前記回転速度に基づいて、前記駆動部を制御する。

上記の構成によれば、被加熱回転体が熱膨張しても、被加熱回転体の回転速度を正確に求めることができ、これによって、加圧回転体の回転速度の調整を精度よく行うことができる。

本発明の一実施形態に係る定着装置が搭載される画像形成装置の内部構造を示す概略断面図である。 上記定着装置の概略の構成を示す断面図である。 上記定着装置の定着ベルトの概略の構成を示す断面図である。 上記定着装置の制御系の概略の構成を示すブロック図である。 上記定着ベルトの温度と周長との関係を示すグラフである。 上記定着ベルトの回転を制御する動作の流れを示すフローチャートである。 赤外光の発光、上記定着ベルトの反射部材での赤外光の反射、受光部における赤外光の受光の各タイミングの例を模式的に示すタイミングチャートである。

〔１．画像形成装置の構成〕
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る定着装置１３が搭載される画像形成装置１００の内部構造を示す概略断面図である。画像形成装置１００（ここでは例えばカラープリンター）の本体内には、４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、ＰｃおよびＰｄが、一方向に順に（図１では左側から右側に向かって）配設されている。これらの画像形成部Ｐａ～Ｐｄは、異なる４色（シアン、マゼンタ、イエローおよびブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像および転写の各工程によりシアン、マゼンタ、イエローおよびブラックの画像を順次形成する。

これらの画像形成部Ｐａ～Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム（像担持体）１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄが配設されている。さらに、図１において反時計回り方向に回転する中間転写ベルト８が、各画像形成部Ｐａ～Ｐｄに隣接して設けられている。これらの感光体ドラム１ａ～１ｄ上に形成されたトナー像は、各感光体ドラム１ａ～１ｄに当接しながら移動する中間転写ベルト８上に順次一次転写されて重畳される。その後、中間転写ベルト８上に一次転写されたトナー像は、二次転写ローラー９により、記録媒体の一例としての用紙Ｓ上に二次転写される。上記用紙Ｓは、定着装置１３においてトナー像が定着された後、画像形成装置１００の本体から排出される。メインモーター（図示せず）により感光体ドラム１ａ～１ｄを図１において時計回り方向に回転させながら、各感光体ドラム１ａ～１ｄに対する画像形成プロセスが実行される。

トナー像が二次転写される用紙Ｓは、画像形成装置１００の本体下部に配置された用紙カセット１６内に収容されている。用紙カセット１６内の用紙Ｓは、給紙ローラー１２ａおよびレジストローラー対１２ｂを介して、二次転写ローラー９と中間転写ベルト８の駆動ローラー１１とのニップ部へと搬送される。中間転写ベルト８には、誘電体樹脂製のシートが用いられ、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが主に用いられる。二次転写ローラー９の下流側には、中間転写ベルト８の表面に残存するトナー等を除去するためのブレード状のベルトクリーナー１９が配置されている。

次に、画像形成部Ｐａ～Ｐｄについて説明する。回転可能に配設された感光体ドラム１ａ～１ｄの周囲および下方には、感光体ドラム１ａ～１ｄを帯電させる帯電装置２ａ、２ｂ、２ｃおよび２ｄと、各感光体ドラム１ａ～１ｄを画像データに基づいて露光する露光装置５と、感光体ドラム１ａ～１ｄ上にトナー像を形成する現像装置３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄと、感光体ドラム１ａ～１ｄ上に残留した現像剤（トナー）等を除去するクリーニング装置７ａ、７ｂ、７ｃおよび７ｄとが設けられている。

パソコン等の上位装置から画像データが入力されると、先ず、帯電装置２ａ～２ｄによって感光体ドラム１ａ～１ｄの表面が一様に帯電される。次いで露光装置５により、各感光体ドラム１ａ～１ｄの表面に画像データに応じて光が照射され、これによって各感光体ドラム１ａ～１ｄ上に画像データに応じた静電潜像が形成される。現像装置３ａ～３ｄには、それぞれシアン、マゼンタ、イエローおよびブラックの各色のトナーを含む現像剤（例えば二成分現像剤）が所定量充填されている。現像剤中のトナーは、現像装置３ａ～３ｄにより感光体ドラム１ａ～１ｄ上に供給され、静電的に付着する。これにより、露光装置５からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。なお、各現像装置３ａ～３ｄ内に充填された二成分現像剤中のトナーの割合が、上記トナー像の形成によって規定値を下回った場合には、トナーコンテナ４ａ～４ｄから各現像装置３ａ～３ｄにトナーが補給される。

一次転写ローラー６ａ～６ｄにより、一次転写ローラー６ａ～６ｄと感光体ドラム１ａ～１ｄとの間に所定の転写電圧で電界が付与されると、感光体ドラム１ａ～１ｄ上のシアン、マゼンタ、イエローおよびブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に一次転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、一次転写後に感光体ドラム１ａ～１ｄの表面に残留したトナー等が、クリーニング装置７ａ～７ｄによって除去される。

中間転写ベルト８は、上流側の従動ローラー１０と、下流側の駆動ローラー１１とに掛け渡されている。ベルト駆動モーター（図示せず）による駆動ローラー１１の回転に伴い、中間転写ベルト８が反時計回り方向に回転を開始すると、用紙Ｓがレジストローラー対１２ｂから所定のタイミングで駆動ローラー１１と二次転写ローラー９とのニップ部（二次転写ニップ部）へ搬送される。そして、上記ニップ部において、中間転写ベルト８上のフルカラー画像が用紙Ｓ上に二次転写される。トナー像が二次転写された用紙Ｓは、定着装置１３へと搬送される。

定着装置１３に搬送された用紙Ｓは、定着ベルト２１および加圧ローラー２２（図２参照）によって加熱および加圧される。これにより、トナー像が用紙Ｓの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された用紙Ｓは、複数方向に分岐した分岐部１４によって搬送方向が振り分けられ、そのまま（あるいは、両面搬送路１８に送られて両面に画像が形成された後に）、排出ローラー対１５によって排出トレイ１７に排出される。

〔２．定着装置の構成〕
図２は、上記した定着装置１３の概略の構成を示す断面図である。なお、図２の上方が定着装置１３に対する用紙挿通方向（搬送方向）の下流側であり、下方が定着装置１３に対する用紙挿通方向の上流側である。定着装置１３は、定着ベルト２１（被加熱回転体）と、加圧ローラー２２（加圧回転体）と、加熱部２３と、ニップ形成部材２４と、ベルトガイド２５と、フレーム部材２６と、を備える。

定着ベルト２１は、定着装置１３の筐体部（図示せず）に、水平な軸芯回りに回転可能に支持される。定着ベルト２１は、無端状であって、例えば外径２０ｍｍ～５０ｍｍの円筒形状で構成され、加圧ローラー２２とほぼ同じ軸線方向長さ（用紙Ｓの幅方向長さ）を有する。定着ベルト２１は、記録媒体である用紙Ｓの搬送方向に沿って図２の反時計回り方向に回転する。なお、定着ベルト２１の回転方向を、ここでは周方向とも称する。

図３は、定着ベルト２１の概略の構成を示す断面図である。定着ベルト２１は、基材層である発熱層２１ａの外周側に、弾性層２１ｂと、離型層２１ｃとが内側からこの順で設けられた積層構造を有する。発熱層２１ａは、例えば厚さ３０μｍ～５０μｍのニッケル等の金属製フィルムや、例えば銅、銀、アルミニウム等の金属粉末を混入した厚さ５０μｍ～１００μｍのポリイミドフィルムで構成される。弾性層２１ｂは、例えば厚さ１００μｍ～５００μｍのシリコンゴム等で構成される。離型層２１ｃは、例えば厚さ３０μｍ～５０μｍのＰＦＡ（テトラフルオロエチレン－パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）等のフッ素系樹脂で構成される。

定着ベルト２１は、図２に示す反射部材２１Ｒを有している。反射部材２１Ｒは、例えばアルミニウム箔で構成されており、定着ベルト２１の外周面上（例えば離型層２１ｃ上）で、定着ベルト２１の軸線方向（ベルト幅方向、周方向と垂直な方向）の一端部に設けられている。また、定着ベルト２１の周方向においては、反射部材２１Ｒは上記周方向の一部に設けられている。反射部材２１Ｒは、後述する発光部５１から出射される赤外光を反射させて受光部５２に導く。

加圧ローラー２２は、定着装置１３の筐体部に、水平な軸芯回りに回転可能に支持される。加圧ローラー２２は円柱形状であり、定着ベルト２１とほぼ同じ軸線方向長さ（用紙Ｓの幅方向長さ）を有する。

加圧ローラー２２は、芯金２２ａの外周側に弾性層および離型層がこの順で積層された積層構造を有する。芯金２２ａは、例えば直径２０ｍｍ程度のアルミニウム等の金属で構成される。芯金２２ａは、弾性層および離型層よりも軸方向に長い。弾性層は、例えば厚さ８ｍｍ程度のシリコンゴム等で構成される。離型層は、例えば厚さ１０μｍ～５０μｍ程度のＰＦＡ等のフッ素系樹脂で構成される。

加圧ローラー２２には、加圧機構３０により、定着ベルト２１に向けて所定の圧力が付与される。加圧ローラー２２の外周面は、定着ベルト２１を介してニップ形成部材２４を押圧することにより、定着ベルト２１の外周面に圧接されて定着ニップ部Ｎを形成する。つまり、加圧ローラー２２は、定着ベルト２１に圧接され、定着ベルト２１との間で、用紙Ｓ上の未定着トナー像ＩＭを溶融定着する定着ニップ部Ｎを形成する。

加圧機構３０は、棒状の加圧レバー３１と、加圧ばね３２とを有して構成される。加圧レバー３１は、支軸３１ｓの軸方向の両端部に設けられる。支軸３１ｓは、加圧ローラー２２の回転軸（芯金２２ａの中心軸）と平行に延び、加圧ローラー２２と離間して位置する。加圧レバー３１の一方の端部（図２では下端部）３１ａは、支軸３１ｓに接続されている。これにより、加圧レバー３１は、支軸３１ｓを中心に回動する。また、加圧レバー３１は、一方の端部３１ａと、他方の端部（図２では上端部）３１ｂとの間で、芯金２２ａと接触する。

加圧ばね３２は、加圧レバー３１の他方の端部３１ｂを押圧することにより、加圧レバー３１を芯金２２ａの方向に付勢する付勢部材である。加圧ばね３２の付勢力により、加圧レバー３１が支軸３１ａを中心に図２の反時計回り方向に回動する。これにより、加圧ローラー２２を定着ベルト２１に向けて押し付けて加圧することができる。

加圧ローラー２２は、後述する駆動部４１（図４参照）により、図２において時計回り方向に回転する。加圧ローラー２２は、定着ベルト２１の外周面に接触し、定着ベルト２１に反時計回り方向の回転駆動力を付与する。これにより、定着ベルト２１を従動回転させることができる。

加熱部２３は、定着ベルト２１に対して加圧ローラー２２が配置された側とは反対側の領域に、所定の間隙を隔てて定着ベルト２１の外周面に対向配置される。加熱部２３は、定着ベルト２１の軸線方向に沿って、定着ベルト２１よりもやや長く延びる。加熱部２３は、定着ベルト２１の発熱層２１ａを誘導加熱によって発熱させることで、定着ベルト２１を加熱する。

加熱部２３は、励磁コイル２３ａと、不図示の保持部材、コア等と、を備える。励磁コイル２３ａおよびコアは、保持部材によって所定位置に保持される。励磁コイル２３ａは、複数本の導線を束ねたリッツ線で構成され、定着ベルト２１の軸線方向に沿って延びるように巻き回されている。励磁コイル２３ａは、定着ベルト２１の周方向において、定着ベルト２１の外周面に沿って円弧形状に構成される。

ニップ形成部材２４は、定着ベルト２１を隔てて加圧ローラー２２と対向して定着ベルト２１の内側に配置される。ニップ形成部材２４は、定着ベルト２１の内周面に接触し、定着ベルト２１と加圧ローラー２２との間に定着ニップ部Ｎを形成する。

ニップ形成部材２４は、定着ベルト２１の軸線方向に沿って、定着ベルト２１とほぼ同じ長さで延びる略直方体形状を有する。ニップ形成部材２４は、例えばアルミニウム等の金属や、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂で構成される基材を有する。ニップ形成部材２４は、当該基材の定着ベルト２１との対向側に、例えばエラストマー、シリコンゴム等で構成される弾性層を有する構成であってもよい。さらに、ニップ形成部材２４は、定着ベルト２１との対向領域に、例えばＰＦＡ等のフッ素系樹脂で構成されたシート材（離型層）を有する。シート材は、定着ニップ部Ｎにおいて定着ベルト２１の内周面に接触し、定着ニップ部Ｎよりも定着ベルト２１の回転方向上流側および下流側の、定着ベルト２１とは接触しない領域まで延びる。

ベルトガイド２５は、定着ベルト２１を隔てて加熱部２３と対向して定着ベルト２１の内側に配置される。ベルトガイド２５は、定着ニップ部Ｎ以外の定着ベルト２１の内周面に接触し、定着ベルト２１を内側から支持する。ベルトガイド２５は、定着ベルト２１の軸線方向に沿って、定着ベルト２１とほぼ同じ長さで延びる板金で構成される。ベルトガイド２５は、例えば厚さ０．１ｍｍ～０．５ｍｍのＳＵＳ４３０等の弾性を有する磁性金属で構成される。ベルトガイド２５は、接触部２５ａおよび接続部２５ｂを備える。

接触部２５ａは、定着ベルト２１の径方向中心部に対して、定着ニップ部Ｎとは反対側に配置される。接触部２５ａは、定着ベルト２１の内周面に沿って円弧状に湾曲する。接触部２５ａは、外周面のほぼ全域に亘って定着ベルト２１の内周面に接触する。接触部２５ａは、定着ベルト２１を隔てて励磁コイル２３ａと対向する。

接続部２５ｂは、定着ベルト２１の回転方向に対して接触部２５ａの下流側に配置される。接続部２５ｂは、接触部２５ａの周方向一端部に連結される。接続部２５ｂは、接触部２５ａの周方向一端部から定着ベルト２１の径方向内側に向かって屈曲して延び、さらにフレーム部材２６に隣接して定着ニップ部Ｎに向かって屈曲する。接続部２５ｂは、定着ベルト２１と接触しない。

フレーム部材２６は、定着ベルト２１の径方向略中心部であって、ベルトガイド２５の接触部２５ａと、ニップ形成部材２４との間に配置される。フレーム部材２６は、定着ベルト２１の軸線方向に沿って、定着ベルト２１よりもやや長く延びる。

フレーム部材２６は、ニップ形成部材２４およびベルトガイド２５を保持する。ニップ形成部材２４は、フレーム部材２６の、定着ニップ部Ｎと対向するニップ側壁部２６ａに固定される。ベルトガイド２５の接続部２５ｂは、フレーム部材２６の、定着ニップ部Ｎの定着ベルト２１の回転方向上流側の側壁部２６ｂに固定される。

定着ニップ部Ｎに対して用紙搬送方向の下流側（図２の上側）には、セパレーター２９が配置される。セパレーター２９は、定着ニップ部Ｎを通過した用紙Ｓを定着ベルト２１の外周面から分離する。

〔３．定着装置の制御系について〕
図４は、定着装置１３の制御系の概略の構成を示すブロック図である。定着装置１３は、上述の構成に加えて、駆動部４１と、発光部５１と、受光部５２と、制御装置６０と、を備えている。駆動部４１は、モーター、ギア列等を含んで構成され、加圧ローラー２２を回転駆動する。加圧ローラー２２は、上記モーター等から動力を得て回転する。

発光部５１は、定着ベルト２１に向けて赤外光（赤外線）を発光する光源であり、例えば赤外光を出射するＬＥＤ（発光ダイオード）またはレーザー光源で構成される。本実施形態では、発光部５１は、一定の周期で赤外光を発光するように、制御装置６０の後述する主制御部６０ａによって制御される。

受光部５２は、発光部５１から発光され、定着ベルト２１の反射部材２１Ｒで反射された赤外光を、定着ベルト２１の回転によって周期的に受光するとともに、定着ベルト２１の発熱（加熱部２３の加熱によって発せられる熱）による放射光を受光する。特に、受光部５２は、定着ベルト２１からの放射光の受光によって定着ベルト２１の温度を検出する。このような受光部５２は、赤外光と放射光との両方の波長域に感度を有する赤外線センサーで構成されている。本実施形態では、発光部５１および受光部５２は、定着ベルト２１の周囲において、定着ニップ部Ｎよりも下流側に位置しているが（図２参照）、上流側に位置していてもよい。

制御装置６０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）とメモリとを含んで構成される。具体的には、制御装置６０は、主制御部６０ａと、駆動制御部６０ｂと、記憶部６０ｃと、を有する。

主制御部６０ａは、定着装置１３をはじめ、画像形成装置１００の各部の動作を制御する。また、主制御部６０ａは、受光部５２で検出される定着ベルト２１の温度に基づいて加熱部２３を制御する。これにより、定着ベルト２１の温度を、定着に好適な所定の温度範囲に収まるように制御することができる。

駆動制御部６０ｂは、受光部５２での検出結果に基づいて、駆動部４１を制御し、加圧ローラー２２の回転を制御する。これにより、加圧ローラー２２の回転によって従動回転する定着ベルト２１の回転を間接的に制御することができる。なお、駆動部４１の駆動制御による定着ベルト２１の回転制御の詳細については後述する。

記憶部６０ｃは、制御装置６０の動作プログラムを記憶するとともに、各種の情報を記憶するメモリであり、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、不揮発性メモリなどを含んで構成される。特に、記憶部６０ｃには、定着ベルト２１の温度と定着ベルト２１の周方向の長さ（周長）との関係を示すテーブルが記憶されている。

図５は、定着ベルト２１の温度ＢＴ（℃）と周長Ｌ（ｍｍ）との関係を示すグラフである。同図のように、定着ベルト２１の温度ＢＴの変化に伴って、定着ベルト２１の周長Ｌは変化する。例えば、定着ベルト２１の温度ＢＴが常温（例えば２３℃）から定着に必要な温度（例えば１６０℃）まで上昇すると、定着ベルト２１の熱膨張により、定着ベルト２１の周長ＬがＬ０（ｍｍ）からＬ１（ｍｍ）に延びる。定着ベルト２１の温度ＢＴと周長Ｌとの関係は、用いる定着ベルト２１の層構成、各層を形成する材料等により異なるが、記憶部６０ｃには、用いる定着ベルト２１に固有の温度ＢＴと周長Ｌとの関係が、テーブルの状態で記憶される。

〔４．定着ベルトの回転制御について〕
次に、本実施形態における定着ベルト２１の回転制御について説明する。図６は、定着ベルト２１の回転を制御する動作の流れを示すフローチャートである。また、図７は、発光部５１における赤外光の発光、定着ベルト２１の反射部材２１Ｒでの赤外光の反射、受光部５２における赤外光の受光の各タイミングの例を模式的に示すタイミングチャートである。

まず、制御装置６０の駆動制御部６０ｂ（図４参照）は、駆動部４１を制御して、加圧ローラー２２を図２で時計回り方向に回転させる（Ｓ１）。これにより、加圧ローラー２２が圧接される定着ベルト２１が、図２で反時計回り方向に回転する（Ｓ２）。なお、駆動制御部６０ｂによる加圧ローラー２２の回転開始のタイミングは、画像形成部Ｐａ～Ｐｄでの画像形成動作に応じて決まるタイミングで適切に制御される。

続いて、主制御部６０ａは加熱部２３を制御して、定着ベルト２１の発熱層２１ａを発熱させ、定着ベルト２１を所定温度（例えば１６０℃）に加熱する（Ｓ３）。なお、定着ベルト２１の加熱は、Ｓ２と並行して行われてもよいし、Ｓ１で加圧ローラー２２を回転させる前に行われてもよい。

次に、制御装置６０の主制御部６０ａは、発光部５１を制御して、赤外光の発光および停止を実行させる（Ｓ４）。この制御により、発光部５１は、図７で示す規定の周期ＴＬ（ｓｅｃ）内で赤外光の発光および停止をそれぞれ行うとともに、上記周期ＴＬで赤外光の発光および停止を繰り返す。なお、１周期ＴＬ内で、発光部５１が赤外光を発光する期間を、発光期間Ｔ１（ｓｅｃ）とし、赤外光の発光を停止する期間を、発光停止期間Ｔ２（ｓｅｃ）とすると、ＴＬ＝Ｔ１＋Ｔ２である。また、発光部５１での赤外光の発光タイミングは、発光期間Ｔ１内に、上記赤外光が定着ベルト２１の反射部材２１Ｒで反射されて受光部５２で受光される後述の期間Ｔ３（ｓｅｃ）が含まれるように制御される。

次に、受光部５２は、定着ベルト２１の温度ＢＴを検出する（Ｓ５）。より詳しくは、以下の通りである。

発光部５１から出射された赤外光は、定着ベルト２１に向かって進行し、定着ベルト２１に照射される。ここで、赤外光が発光部５１から出射される発光期間Ｔ１のうち、定着ベルト２１の回転に伴って周回する反射部材２１Ｒに赤外光が入射する期間Ｔ３では、赤外光が反射部材２１Ｒで反射されて受光部５２に導かれ、受光部５２で受光される。したがって、期間Ｔ３は、反射部材２１Ｒを介して発光部５１からの赤外光を受光部５２が周期的に受光するときの赤外光受光期間を構成する。以下、期間Ｔ３のことを、赤外光受光期間Ｔ３とも称する。

一方、発光期間Ｔ１のうち、定着ベルト２１の回転によって反射部材２１Ｒ以外の部位に赤外光が照射される期間Ｔ４（＝Ｔ１－Ｔ３）では、上記赤外光は反射部材２１Ｒで反射されないため、受光部５２で受光されない。また、発光停止期間Ｔ２では、そもそも発光部５１で赤外光が発光されないため、受光部５２で上記赤外光が受光されることはない。したがって、発光停止期間Ｔ２および期間Ｔ４は、発光部５１からの赤外光が受光されない期間を構成する。以下、発光停止期間Ｔ２と期間Ｔ４とを足し合わせた期間を、赤外光非受光期間Ｔｏｆｆ（ｓｅｃ）とも称する（Ｔｏｆｆ＝Ｔ２＋Ｔ４）。

ただし、赤外光非受光期間Ｔｏｆｆでは、定着ベルト２１の加熱によって発生する赤外光が、定着ベルト２１から放射される。定着ベルト２１の加熱によって発生する上記の赤外光を、発光部５１で発光される赤外光と区別するために、ここでは放射光とも呼ぶ。赤外光非受光期間Ｔｏｆｆでは、定着ベルト２１からの放射光のみが受光部５２で受光される。このため、受光部５２は、赤外光非受光期間Ｔｏｆｆにおいて、上記放射光の受光に基づいて、定着ベルト２１の温度ＢＴを検出することができる。

なお、赤外光受光期間Ｔ３でも、定着ベルト２１は発熱によって放射光を出射しており、受光部５２は上記放射光を受光する。しかし、赤外光受光期間Ｔ３での受光部５２の検出光量は、上記放射光の光量に、発光部５１から反射部材２１Ｒを介して受光した赤外光の光量が上乗せされた光量となる。このため、受光部５２は、検出光量に基づいて、赤外光と放射光とを両方受光する赤外光受光期間Ｔ３と、上記放射光のみを受光する赤外光非受光期間Ｔｏｆｆとを確実に区別して検出することができる。そして、受光部５２は、赤外光非受光期間Ｔｏｆｆでの放射光の検出光量に基づいて、定着ベルト２１の温度ＢＴを検出することができる。

次に、駆動制御部６０ｂは、受光部５２での赤外光の受光に基づいて、定着ベルト２１の回転に伴う上記赤外光の受光周期Ｔｃ（ｓｅｃ）、つまり、定着ベルト２１の１周（１回転）に要する時間を検出する（Ｓ６）。上記のように、受光部５２は赤外光受光期間Ｔ３と、赤外光を受光せずに放射光のみを受光する赤外光非受光期間Ｔｏｆｆとを区別して検出することができる。このため、駆動制御部６０ｂは、受光部５２の赤外光受光期間Ｔ３における赤外光の受光開始タイミングに基づいて、赤外光の受光周期Ｔｃを求めることができる。

続いて、駆動制御部６０ｂは、記憶部６０ｃに記憶されたテーブルに基づいて、Ｓ５で検出された定着ベルト２１の温度ＢＴに応じた周長Ｌを求める（Ｓ７）。そして、駆動制御部６０ｂは、赤外光の受光周期Ｔｃと、Ｓ７で求めた定着ベルト２１の周長Ｌとに基づいて、定着ベルト２１の回転速度Ｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）を求める（Ｓ８）。例えば、定着ベルト２１の回転速度Ｖは、Ｌ／Ｔｃで表される。

そして、駆動制御部６０ｂは、Ｓ８で求めた定着ベルト２１の回転速度Ｖに基づいて、駆動部４１（例えばモーター）を制御し、加圧ローラー２２の回転速度を調整する（Ｓ９）。例えば、駆動制御部６０ｂは、定着ベルト２１の熱膨張によって定着ベルト２１の回転速度Ｖが予め設定された速度範囲よりも速くなったと判断した場合、駆動部４１によって加圧ローラー２２の回転速度を遅くして、用紙Ｓが所定の搬送速度の範囲内に収まるようにする。

以上のように、本実施形態の定着装置１３において、受光部５２は、定着ベルト２１の発熱による放射光の受光により、定着ベルト２１の温度ＢＴそのものを検出する（Ｓ５）。これにより、駆動制御部６０ｂは、定着ベルト２１が熱膨張した場合でも、熱膨張時の温度ＢＴに応じた周長Ｌを求めることが可能となる（Ｓ７）。つまり、定着ベルト２１の熱膨張時点での周長Ｌ（基準長さ＋熱膨張による延び分）を求めることができる。そして、駆動制御部６０ｂは、発光部５１から出射された赤外光の受光部５２での受光周期Ｔｃと、定着ベルト２１の上記周長Ｌとに基づいて、定着ベルト２１の回転速度Ｖを求める（Ｓ８）。上記のように、定着ベルト２１の周長Ｌは、定着ベルト２１の熱膨張による長さの変化分を考慮して求められるため、受光周期Ｔｃと上記周長Ｌとに基づいて、定着ベルト２１の回転速度Ｖを正確に求めることが可能となる。

したがって、駆動制御部６０ｂは、求めた回転速度Ｖに基づいて、駆動部４１を制御することにより、Ｓ９において、定着ベルト２１に圧接される加圧ローラー２２の回転速度の調整を精度よく行うことが可能となる。その結果、定着ベルト２１と加圧ローラー２２との間の定着ニップ部Ｎを通過する用紙Ｓの搬送速度を、所定の範囲内に精度よく収めることが可能となる。

特に、反射部材２１Ｒを介して発光部５１からの赤外光を受光部５２が周期的に受光するときの赤外光受光期間Ｔ３以外の期間を、赤外光非受光期間Ｔｏｆｆとしたとき、受光部５２は、Ｓ５において、赤外光非受光期間Ｔｏｆｆでの放射光の受光に基づいて、定着ベルト２１の温度ＢＴを検出する。

赤外光非受光期間Ｔｏｆｆでは、発光部５１からの赤外光が反射部材２１Ｒを介して受光部５２で受光されず、定着ベルト２１から出射される放射光が受光部５２で受光される。これにより、受光部５２は、受光した上記放射光の光量に基づいて、定着ベルト２１の温度を正確に検出することが可能となる。

特に、図７で示したように、発光部５１が赤外光の発光および停止を所定の周期ＴＬで繰り返し、赤外光非受光期間Ｔｏｆｆが赤外光の発光停止期間Ｔ２を含むとき、発光停止期間Ｔ２では、発光部５１からの赤外光の出射自体が行われないため、例えば筐体内での乱反射等によって受光部５２が上記赤外光を誤検知する心配が全くない。したがって、受光部５２は、赤外光非受光期間Ｔｏｆｆの中でも、発光停止期間Ｔ２での放射光の受光に基づいて定着ベルト２１の温度ＢＴを検出することが望ましい。この場合、受光部５２は、受光した放射光の光量に基づいて、定着ベルト２１の温度を正確に検出することが確実に可能となる。

また、記憶部６０ｃには、定着ベルト２１の温度ＢＴと周長Ｌとの関係を示すテーブルが予め記憶されている。駆動制御部６０ｂは、上記テーブルに基づいて、受光部５２で検出された定着ベルト２１の温度ＢＴに応じた周長Ｌを求める（Ｓ７）。上記関係を予め設定したテーブルを利用することにより、Ｓ５で求めた定着ベルト２１の温度ＢＴに応じた周長Ｌを容易に求めることができる。

また、駆動制御部６０ｂは、Ｓ８で求めた定着ベルト２１の回転速度Ｖに基づいて、駆動部４１を制御して加圧ローラー２２の回転速度を調整することにより、定着ニップ部Ｎを通過する用紙Ｓの搬送速度を所定の範囲内に収める（Ｓ９）。定着ベルト２１が熱膨張して周長Ｌが変化しても、加圧ローラー２２の回転速度の調整により、用紙Ｓの搬送速度が所定の範囲内に収められるため、用紙Ｓの良好な搬送を実現することができる。

また、受光部５２は、発光部５１から出射される赤外光と、定着ベルト２１から出射される放射光との両方の波長域に感度を有する赤外線センサーで構成されている。この場合、単一の受光部５２（赤外線センサー）で赤外光と放射光との両方を検出できるため、赤外光と放射光とを別々のセンサーで検知する構成に比べて、定着装置１３の構成を簡素化することができる。

また、本実施形態では、加熱部２３によって加熱される被加熱回転体として、定着ベルト２１を用いている。定着ベルト２１は、温度ＢＴによって周長Ｌが変化しやすいため、定着ベルト２１の回転速度Ｖを正確に求めて加圧ローラー２２の回転速度の調整を精度よく行うことができる本実施形態の効果が非常に有効となる。

また、本実施形態の画像形成装置１００は、上述した構成の定着装置１３と、定着装置１３に搬送される用紙Ｓに未定着のトナー像ＩＭを形成する画像形成部Ｐａ～Ｐｄと、を備えている。定着ベルト２１が熱膨張して周長Ｌが変化しても、定着ベルト２１の正確な回転速度Ｖに基づいた加圧ローラー２２の回転駆動により、画像形成部Ｐａ～Ｐｄから搬送される用紙Ｓを所定の範囲内の搬送速度で搬送して、定着装置１３から排出することが可能となる。

なお、本発明は本実施形態の構成に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、本実施形態においては、被加熱回転体として無端状の定着ベルト２１を備えたベルト加熱方式の定着装置１３を例示したが、例えば定着ローラー等の、定着ベルト２１以外の被加熱回転体を備えた定着装置にも同様に適用できることは勿論である。また、加熱部２３も励磁コイルとコアとを備える誘導加熱方式に限定されず、例えばハロゲンヒーターを用いることも可能である。

なお、本実施形態では、図５の関係を示すテーブルを制御装置６０の記憶部６０ｃ（図４参照）に記憶させる例について説明したが、この例に限定されるわけではない。例えば、定着装置１３内で制御装置６０の外部にメモリを設け、上記メモリに上記テーブルを記憶させてもよい。また、画像形成装置１００内で定着装置１３の外部にメモリを設け、上記メモリに上記テーブルを記憶させてもよい。さらに、画像形成装置１００の外部のサーバー（例えばクラウドサーバー）に上記テーブルを記憶させ、制御装置１００が上記サーバーと通信して上記テーブルを参照する構成であってもよい。

また、本実施形態では、用紙Ｓが定着ニップ部Ｎを下方から上方に向かって通過する垂直搬送式の定着装置１３について説明したが、用紙Ｓが定着ニップ部Ｎを水平に通過する水平搬送式の定着装置においても本実施形態で説明した構成を適用することは可能である。

また、画像形成装置１００は、図１に示したようなタンデム型のカラープリンターに限らず、モノクロ複写機やデジタル複合機、ファクシミリやレーザープリンター等、定着装置を備えた種々の画像形成装置に適用可能である。

本発明は、例えば複写機、プリンター、ファクシミリ、それらの複合機等の画像形成装置の定着装置に利用可能である。

１３ 定着装置
２１ 定着ベルト（被加熱回転体）
２１Ｒ 反射部材
２２ 加圧ローラー（加圧回転体）
２３ 加熱部
４１ 駆動部
５１ 発光部
５２ 受光部
６０ｂ 駆動制御部
６０ｃ 記憶部
ＩＭ 未定着トナー像
Ｎ 定着ニップ部
Ｐａ～Ｐｄ 画像形成部
Ｓ 用紙（記録媒体）

Claims (8)

1. 周方向の一部に反射部材が設けられる被加熱回転体と、
   前記被加熱回転体を加熱する加熱部と、
   前記被加熱回転体に圧接され、前記被加熱回転体との間で、記録媒体上の未定着トナー像を溶融定着する定着ニップ部を形成する加圧回転体と、
   前記加圧回転体を回転駆動する駆動部と、
   前記被加熱回転体に向けて赤外光を発光する発光部と、
   前記発光部から発光され、前記被加熱回転体の前記反射部材で反射された前記赤外光を、前記被加熱回転体の回転によって周期的に受光するとともに、前記被加熱回転体の発熱による放射光を受光する受光部と、
   前記受光部での検出結果に基づいて、前記駆動部を制御する駆動制御部と、を備え、
   前記受光部は、前記放射光の受光に基づいて、前記被加熱回転体の温度を検出し、
   前記駆動制御部は、前記受光部での前記赤外光の受光周期と、前記被加熱回転体の前記温度に応じて決まる周長とに基づいて、前記被加熱回転体の回転速度を求め、求めた前記回転速度に基づいて、前記駆動部を制御することを特徴とする定着装置。
2. 前記反射部材を介して前記発光部からの前記赤外光を前記受光部が周期的に受光するときの前記赤外光の受光期間以外の期間を、赤外光非受光期間としたとき、
   前記受光部は、前記赤外光非受光期間での前記放射光の受光に基づいて、前記被加熱回転体の温度を検出することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記発光部は、前記赤外光の発光および停止を所定の周期で繰り返し、
   前記赤外光非受光期間は、前記発光部が前記赤外光の発光を停止する発光停止期間を含み、
   前記受光部は、前記発光停止期間での前記放射光の受光に基づいて、前記被加熱回転体の温度を検出することを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. 前記被加熱回転体の温度と周長との関係を示すテーブルを記憶する記憶部をさらに備え、
   前記駆動制御部は、前記テーブルに基づいて、前記受光部で検出された前記被加熱回転体の前記温度に応じた周長を求めることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の定着装置。
5. 前記駆動制御部は、前記被加熱回転体の回転速度に基づいて、前記駆動部を制御して前記加圧回転体の回転速度を調整することにより、前記定着ニップ部を通過する前記記録媒体の搬送速度を所定の範囲内に収めることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の定着装置。
6. 前記受光部は、前記赤外光と前記放射光との両方の波長域に感度を有する赤外線センサーで構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の定着装置。
7. 前記被加熱回転体は、定着ベルトであることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の定着装置。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の定着装置と、
   前記定着装置に搬送される前記記録媒体に前記未定着のトナー像を形成する画像形成部と、を備えていることを特徴とする画像形成装置。

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