(57)【要約】【課題】記録媒体への負荷変動を低減し、画像の乱れを抑制することが可能な、定着装置を提供する。【解決手段】定着装置は、加圧ローラと、加圧ローラと押圧接触する領域である定着ニップ部を形成する定着ローラと、定着ニップ部の圧力を変更する圧力可変機構と、記録媒体の走行状態を検知する走行検知部と、走行状態に基づいて記録媒体の先端部が定着ニップ部に突入する第１のタイミングを算出し、圧力可変機構を駆動制御する圧力制御部と、圧力可変機構を作動させるタイミングを検知するタイミング検知部とを備える。圧力制御部は、タイミング検知部による第１のタイミングの検知結果に基づいて、記録媒体の先端部が定着ニップ部に突入するまでは定着ニップ部の圧力を記録媒体を搬送可能な第１の圧力とし、記録媒体の先端部が定着ニップ部に突入した後、圧力可変機構を駆動して定着ニップ部の圧力を未定着トナー像の定着に必要な第２の圧力まで上昇させる。【選択図】図９
2010151983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体を押圧する加圧ローラと、
前記加圧ローラと対向して設けられ、前記加圧ローラと押圧接触する領域である定着ニップ部に搬送される記録媒体上の未定着トナー像を定着させる定着ローラと、
前記加圧ローラと前記定着ローラとの間に生じる負荷である前記定着ニップ部の圧力を変更する圧力可変機構と、
記録媒体の走行状態を検知する走行検知部と、
検知された走行状態に基づいて記録媒体の先端部が前記定着ニップ部に突入する第１のタイミングを算出し、前記圧力可変機構を駆動制御する圧力制御部と、
前記圧力可変機構を作動させるタイミングを検知するタイミング検知部と、
を備え、
前記圧力制御部は、前記タイミング検知部による第１のタイミングの検知結果に基づいて、記録媒体の先端部が前記定着ニップ部に突入するまでは前記定着ニップ部の圧力を記録媒体を搬送可能な第１の圧力とし、記録媒体の先端部が前記定着ニップ部に突入した後、前記圧力可変機構を駆動して前記定着ニップ部の圧力を未定着トナー像の定着に必要な第２の圧力まで上昇させる、定着装置。
【請求項２】
前記圧力制御部は、記録媒体の搬送速度と、前記走行検知部から前記定着ニップ部の入口までの距離とに基づいて、前記第１のタイミングを算出する、請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記圧力制御部は、
前記記録媒体上の未定着トナー像が前記定着ニップ部を通過する第２のタイミングをさらに算出し、
前記タイミング検知部による第２のタイミングの検知結果に基づいて、前記定着ニップ部の圧力を前記第２の圧力から前記第１の圧力まで下降させる、請求項１または２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記圧力制御部は、記録媒体の搬送速度と、記録媒体上における画像の形成位置とに基づいて、前記第２のタイミングを算出する、請求項３に記載の定着装置。
【請求項５】
前記圧力可変機構は、前記加圧ローラの回転中心と前記定着ローラの回転中心とを結ぶ直線方向に、前記加圧ローラまたは前記定着ローラのうちいずれか一方を移動させて、前記定着ニップ部の圧力を変更する、請求項１〜４のいずれかに記載の定着装置。
【請求項６】
前記走行検知部は、記録媒体にトナー像が転写された後、記録媒体が前記定着ニップ部に突入するまでの搬送経路上に設けられる、請求項１〜５のいずれかに記載の定着装置。
【請求項７】
記録媒体を収容するとともに、記録媒体を記録媒体搬送路上に搬送する記録媒体搬送ユニットと、
周面に静電潜像を担持する静電潜像担持体と、
前記静電潜像担持体上の前記静電潜像を現像してトナー像を生成する現像ユニットと、
前記トナー像を記録媒体に転写する転写ユニットと、
記録媒体上の未定着トナー像を定着させる定着ユニットと、
を備え、
前記定着ユニットは、
記録媒体を押圧する加圧ローラと、
前記加圧ローラと対向して設けられ、前記加圧ローラと押圧接触する領域である定着ニップ部に搬送される記録媒体上の未定着トナー像を定着させる定着ローラと、
前記加圧ローラと前記定着ローラとの間に生じる負荷である前記定着ニップ部の圧力を変更する圧力可変機構と、
記録媒体の走行状態を検知する走行検知部と、
検知された走行状態に基づいて記録媒体の先端部が前記定着ニップ部に突入する第１のタイミングを算出し、前記圧力可変機構を駆動制御する圧力制御部と、
前記圧力可変機構を作動させるタイミングを検知するタイミング検知部と、
を備え、
前記圧力制御部は、前記タイミング検知部による第１のタイミングの検知結果に基づいて、記録媒体の先端部が前記定着ニップ部に突入するまでは前記定着ニップ部の圧力を記録媒体を搬送可能な第１の圧力とし、記録媒体の先端部が前記定着ニップ部に突入した後、前記圧力可変機構を駆動して前記定着ニップ部の圧力を未定着トナー像の定着に必要な第２の圧力まで上昇させる、画像形成装置。
【請求項８】
記録媒体を押圧する加圧ローラと、前記加圧ローラと対向して設けられ、前記加圧ローラと押圧接触する領域である定着ニップ部に記録媒体の先端部が突入するまでは、前記加圧ローラと前記定着ローラとの間に生じる負荷である前記定着ニップ部の圧力を、記録媒体を搬送可能な第１の圧力とするステップと、
記録媒体の走行状態を走行検知部により検知するステップと、
検知された走行状態に基づいて記録媒体の先端部が前記定着ニップ部に突入する第１のタイミングを圧力制御部により算出するステップと、
前記圧力可変機構を作動させるタイミングをタイミング検知部により検知するステップと、
前記タイミング検知部による第１のタイミングの検知結果に基づいて、記録媒体の先端部が前記定着ニップ部に突入した後に、前記定着ニップ部の圧力を変更する圧力可変機構を駆動して、前記定着ニップ部の圧力を未定着トナー像の定着に必要な第２の圧力まで上昇させるステップと、
を含む、圧力制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置、画像形成装置および圧力制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザプリンターや複写機、ファクシミリ等の電子写真画像形成方式を用いて記録媒体上に画像を形成する画像形成装置において、記録媒体上に転写されたトナー像を定着させて永久的な画像とすることが必要である。トナー像の定着方法としては、大きく分類すると、熱によりトナーを溶かし、さらに圧力により記録媒体に浸透させる方法や、トナーおよび記録媒体に大きな圧力を加えてトナーを潰して記録媒体に付着させる方法、溶剤によりトナーを溶かして記録媒体に浸透させる方法等がある。
【０００３】
現在、電子写真装置では、熱と圧力とを利用した定着方式が最も多く使用されている。この理由は、比較的簡単な構成であり、また低速から高速まで幅広い範囲で安定した良好な定着性が得られるためである。
【０００４】
例えば、ヒートロール方式の定着装置は、熱源を内包した加熱（定着）ローラと、加熱ローラに押圧接触する加圧ローラとから構成される。加熱ローラは、例えばアルミニウムや鉄等の金属を用いた円筒からなり、その周面には例えばシリコンゴムからなる弾性層と、最外周面に例えばＰＦＡ等からなる離型層が形成される。金属製の円筒の内部には、例えばハロゲンランプなどの輻射熱源が設けられる。このような定着装置では、輻射熱源により加熱ローラの内部から加熱ローラ全体を加熱して、加圧ローラとの間にできる定着ニップにトナー像が転写された記録媒体を通過させ、トナーを溶融固着させる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１１６８１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、加熱ローラと加圧ローラとが押圧接触する定着ニップ部に記録媒体が突入する際、記録媒体に対して衝撃波が伝搬し、記録媒体上の転写像を乱すという問題があった。例えば、図１１に示すように、記録媒体は、転写ベルト（図示せず。）を懸架する懸架ローラ１２と、懸架ローラ１２とともに転写ベルトを挟持する転写ローラ１４とからなる転写ユニット１０により転写ベルト上のトナー像を転写される。その後、記録媒体は、加熱ローラ２２と加圧ローラ２４とが押圧接触して設けられた定着ユニット２０へ搬送される。このとき、定着ニップ部における荷重が大きすぎると、記録媒体が定着ニップ部に侵入し難く、記録媒体が定着ユニット２０から衝撃を受けて記録媒体上の転写像が乱されてしまう。
【０００７】
また、記録媒体が定着ニップ部に突入するときの定着ニップ部における荷重が大きすぎると、記録媒体が定着ニップ部に侵入し難いが、記録媒体は所定の速さで定着ユニット２０側へ搬送され続けている。このため、図１２に示すように、記録媒体（例えば、用紙Ｐ）のうち、記録媒体の先端部分が定着ニップ部に位置したときに転写ユニット１０に挟持されている部分にずれが生じてしまう。さらに、記録媒体の定着ニップ部への突入のための回転負荷変動に伴いギア歯が変位することによっても、画像面内に微小なずれが生じてしまう。
【０００８】
図１２の用紙Ｐの領域ｚを拡大してみると、衝撃による記録媒体上の転写像の乱れや記録媒体のずれが生じていないときには、領域ｚ１に示すように規則的にトナーが付着している。しかし、転写像の乱れや記録媒体のずれが生じると、領域ｚ２に示すようにトナーが本来あるべき位置、すなわち図１２の白丸の位置からグレーの丸の位置にずれて付着してしまう。かかる状態で定着ユニット２０により画像が記録媒体に定着されると、画像に濃度差が生じてしまい、筋形状の画像が形成されてしまう。特に、記録媒体の一部が転写ユニット１０に挟持されている状態で記録媒体の先端部が定着ニップ部に突入したときに、このような問題が顕著となる。
【０００９】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、定着装置による記録媒体への負荷変動を低減し、画像の乱れを抑制することが可能な、新規かつ改良された定着装置、画像形成装置および圧力制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、記録媒体を押圧する加圧ローラと、加圧ローラと対向して設けられ、加圧ローラと押圧接触する領域である定着ニップ部に搬送される記録媒体上の未定着トナー像を定着させる定着ローラと、加圧ローラと定着ローラとの間に生じる負荷である定着ニップ部の圧力を変更する圧力可変機構と、記録媒体の走行状態を検知する走行検知部と、検知された走行状態に基づいて記録媒体の先端部が定着ニップ部に突入する第１のタイミングを算出し、圧力可変機構を駆動制御する圧力制御部と、圧力可変機構を作動させるタイミングを検知するタイミング検知部と、を備える定着装置が提供される。圧力制御部は、タイミング検知部による第１のタイミングの検知結果に基づいて、記録媒体の先端部が定着ニップ部に突入するまでは定着ニップ部の圧力を記録媒体を搬送可能な第１の圧力とし、記録媒体の先端部が定着ニップ部に突入した後、圧力可変機構を駆動して定着ニップ部の圧力を未定着トナー像の定着に必要な第２の圧力まで上昇させる。
【００１１】
本発明によれば、記録媒体の先端部が定着ニップ部に突入するまでは定着ニップ部の圧力を記録媒体を搬送可能な第１の圧力とし、記録媒体の先端部が定着ニップ部に突入すると圧力可変機構を駆動して定着ニップ部の圧力を未定着トナー像の定着に必要な第２の圧力まで上昇させる。このように、記録媒体が定着ニップ部に突入するときの圧力（第１の圧力）を、未定着トナー像の定着処理に必要な圧力（第２の圧力）よりも低くすることにより、記録媒体が定着ニップ部に突入するときに生じる衝撃を低減することができる。これにより、転写像の乱れや記録媒体のずれの発生を低減することができる。
【００１２】
ここで、圧力制御部は、記録媒体の搬送速度と、走行検知部から定着ニップ部の入口までの距離とに基づいて、第１のタイミングを算出してもよい。これにより、定着ニップ部の圧力を第１の圧力から第２の圧力まで上昇させるために圧力可変機構を作動させる適切なタイミングを取得することができる。
【００１３】
また、圧力制御部は、記録媒体上の未定着トナー像が定着ニップ部を通過する第２のタイミングをさらに算出することもできる。圧力制御部は、タイミング検知部による第２のタイミングの検知結果に基づいて、定着ニップ部の圧力を第２の圧力から第１の圧力まで下降させる。このように、記録媒体上の未定着トナー像が定着ニップ部を通過した後に定着ニップ部の圧力を第２の圧力から第１の圧力まで下げることにより、定着装置の構成部材への負荷や記録媒体へのダメージを低減することができる。
【００１４】
このとき、圧力制御部は、記録媒体の搬送速度と、記録媒体上における画像の形成位置とに基づいて、第２のタイミングを算出することができる。これにより、定着ニップ部の圧力を第２の圧力から第１の圧力まで下げるために圧力可変機構を作動させる適切なタイミングを取得することができる。
【００１５】
また、圧力可変機構は、加圧ローラの回転中心と定着ローラの回転中心とを結ぶ直線方向に、加圧ローラまたは定着ローラのうちいずれか一方を移動させて、定着ニップ部の圧力を変更することができる。
【００１６】
さらに、走行検知部は、例えば記録媒体にトナー像が転写された後、記録媒体が定着ニップ部に突入するまでの搬送経路上に設けることができる。これにより圧力可変機構を作動させるタイミングをより正確に算出することができる。
【００１７】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、記録媒体を収容するとともに、記録媒体を記録媒体搬送路上に搬送する記録媒体搬送ユニットと、周面に静電潜像を担持する静電潜像担持体と、静電潜像担持体上の静電潜像を現像してトナー像を生成する現像ユニットと、トナー像を記録媒体に転写する転写ユニットと、記録媒体上の未定着トナー像を定着させる定着ユニットと、を備える画像形成装置が提供される。定着ユニットは、記録媒体を押圧する加圧ローラと、加圧ローラと対向して設けられ、加圧ローラと押圧接触する領域である定着ニップ部に搬送される記録媒体上の未定着トナー像を定着させる定着ローラと、加圧ローラと定着ローラとの間に生じる負荷である定着ニップ部の圧力を変更する圧力可変機構と、記録媒体の走行状態を検知する走行検知部と、検知された走行状態に基づいて記録媒体の先端部が定着ニップ部に突入する第１のタイミングを算出し、圧力可変機構を駆動制御する圧力制御部と、圧力可変機構を作動させるタイミングを検知するタイミング検知部と、を備える。圧力制御部は、タイミング検知部による第１のタイミングの検知結果に基づいて、記録媒体の先端部が定着ニップ部に突入するまでは定着ニップ部の圧力を記録媒体を搬送可能な第１の圧力とし、記録媒体の先端部が定着ニップ部に突入した後、圧力可変機構を駆動して定着ニップ部の圧力を未定着トナー像の定着に必要な第２の圧力まで上昇させる。
【００１８】
さらに、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、記録媒体を押圧する加圧ローラと、加圧ローラと対向して設けられ、加圧ローラと押圧接触する領域である定着ニップ部に記録媒体の先端部が突入するまでは、加圧ローラと前記定着ローラとの間に生じる負荷である定着ニップ部の圧力を、記録媒体を搬送可能な第１の圧力とするステップと、記録媒体の走行状態を走行検知部により検知するステップと、検知された走行状態に基づいて記録媒体の先端部が定着ニップ部に突入する第１のタイミングを圧力制御部により算出するステップと、圧力可変機構を作動させるタイミングをタイミング検知部により検知するステップと、タイミング検知部による第１のタイミングの検知結果に基づいて、記録媒体の先端部が定着ニップ部に突入した後に、定着ニップ部の圧力を変更する圧力可変機構を駆動して、定着ニップ部の圧力を未定着トナー像の定着に必要な第２の圧力まで上昇させるステップと、を含む、圧力制御方法が提供される。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように本発明によれば、定着装置による記録媒体への負荷変動を低減し、画像の乱れを抑制することが可能な定着装置、画像形成装置および圧力制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２１】
まず、図１に基づいて、本発明の実施形態にかかる定着ユニット１５０を備える画像形成装置１００の概略構成について説明する。なお、図１は、本実施形態にかかる画像形成装置１００の概略構成を示す説明図である。
【００２２】
＜画像形成装置の概略構成＞
本実施形態にかかる定着ユニット１５０は、例えば、図１に示すようなタンデム方式の画像形成装置に設けることができる。画像形成装置１００は、図１に示すように、記録媒体搬送ユニット１１０と、一次転写体として転写ベルト１２０を備える転写ユニットと、静電潜像を担持する感光体ドラム１３０と、感光体ドラム１３０上に形成された静電潜像を現像する現像ユニット１４０と、定着ユニット１５０とから構成される。
【００２３】
記録媒体搬送ユニット１１０は、最終的に画像が形成される記録媒体を収容するとともに、記録媒体を記録媒体搬送路上に搬送する。記録媒体は例えば用紙Ｐであり、カセットに積層して収容される。記録媒体搬送ユニット１１０は、用紙Ｐに転写されるトナー像が形成されて二次転写領域に到達するタイミングで、用紙Ｐを二次転写領域に到達させる。
【００２４】
転写ユニットは、後述する現像ユニット１４０により形成されたトナー像を記録媒体に二次転写する二次転写領域に搬送する。転写ユニットは、転写ベルト１２０と、転写ベルト１２０を懸架する懸架ローラ１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄと、感光体ドラム１３０とともに転写ベルト１２０を挟持する一次転写ローラ１２２と、懸架ローラ１２０ｄとともに転写ベルト１２０を挟持する二次転写ローラ１２４とからなる。
【００２５】
転写ベルト１２０は、懸架ローラ１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄにより循環移動される無端状のベルトである。一次転写ローラ１２２は、転写ベルト１２０の内周側から感光体ドラム１３０を押圧するように設けられる。一方、二次転写ローラ１２４は、転写ベルト１２０の外周側から懸架ローラ１２０ｄを押圧するように設けられる。また、図１には示していないが、転写ユニットは、転写ベルト１２０に付着したトナーを除去するベルトクリーニング装置などをさらに備えてもよい。
【００２６】
感光体ドラム１３０は、周面に画像が形成される静電潜像担持体であり、例えばＯＰＣ（Ｏｒｇａｎｉｃ  ＰｈｏｔｏＣｏｎｄｕｃｔｏｒ）からなる。本実施形態にかかる画像形成装置１００は、カラー画像を形成可能な装置であり、例えばマゼンタ、イエロー、シアン、ブラックの各色に対応して、４つの感光体ドラム１３０が転写ベルト１２０の回転方向に設けられている。各感光体ドラム１３０の周上には、図１に示すように、帯電ローラ１３２と、露光ユニット１３４と、現像ユニット１４０と、クリーニングユニット１３８とが設けられている。
【００２７】
帯電ローラ１３２は、感光体ドラム１３０の表面を所定の電位に均一に帯電する。露光ユニット１３４は、帯電ローラ１３２により帯電した感光体ドラム１３０の表面を形成する画像に応じて露光する。これにより、感光体ドラム１３０の表面のうち露光ユニット１３４により露光された部分の電位が変化し、静電潜像が形成される。現像ユニット１４０は、トナータンク１３６（１３６Ｍ、１３６Ｙ、１３６Ｃ、１３６Ｂ）により供給されたトナーで感光体ドラム１３０に形成された静電潜像を現像し、トナー像を生成する。
【００２８】
クリーニングユニット１３８は、感光体ドラム１３０上に形成されたトナー像が転写ベルト１２０に一次転写された後に感光体ドラム１３０上に残存するトナーを回収する。クリーニングユニット１３８は、例えばクリーニングブレードを設け、感光体ドラム１３０の周面にクリーニングブレードを当接させることにより感光体ドラム１３０上の残トナーをそぎ落とすように構成することができる。なお、感光体ドラム１３０の周上には、感光体ドラム１３０の回転方向においてクリーニングユニット１３８と帯電ローラ１３２との間に、感光体ドラム１３０の電位をリセットする除電ランプ（図示せず。）を配置することもできる。
【００２９】
現像ユニット１４０は、現像ローラ１４１と、攪拌搬送部１４２、１４３とから構成される。現像ローラ１４１は、感光体ドラム１３０の周面上に形成された静電潜像に対してトナーを供給する現像剤担持体である。攪拌搬送部１４２、１４３は、現像剤を構成する磁性体のキャリアと非磁性体または弱磁性体のトナーとを攪拌して、キャリアとトナーとを帯電させる。第１の攪拌搬送部１４２は、現像ローラ１１０と略垂直方向に対向して配置されており、混合攪拌された現像剤を現像ローラ１４１へ供給する。第２の攪拌搬送部１４３は、現像剤を混合攪拌して現像剤を十分に帯電させる役割を担っており、帯電した現像剤を第１の攪拌搬送部１４２へ搬送する。第２の攪拌搬送部１４３には、トナー濃度を検出するためのトナー濃度センサ（図示せず。）が設けられており、搬送路内のトナー濃度が低下するとトナータンク１３６から搬送路内に現像剤が供給される。
【００３０】
定着ユニット１５０は、転写ベルト１２０から記録媒体へ二次転写されたトナー像を記録媒体に付着させ、定着させる。定着ユニット１５０は、例えば、加熱ローラ１５２と、加圧ローラ１５４とから構成される。加熱ローラ１５２は、定着ローラとして機能する回転軸周りに回転可能な円筒状の部材であり、その内部には例えばハロゲンランプなどの熱源が設けられている。加圧ローラ１５４は、回転軸周りに回転可能な円筒状の部材であり、加熱ローラ１５２を押圧するように設けられる。加熱ローラ１５２および加圧ローラ１５４の外周面には、例えばシリコンゴム等の耐熱弾性層が設けられる。加熱ローラ１５２と加圧ローラ１５４と接触領域である定着ニップ部に記録媒体を通過させることにより、トナー像を記録媒体に溶融定着させる。
【００３１】
なお、転写ベルト１２０から記録媒体へ二次転写する二次転写領域と定着ユニット１５０との間には、記録媒体の走行状態を検知する走行センサ１７０が設けられる。走行センサ１７０は、記録媒体が走行センサ１７０を設けた位置を通過したか否かを検知する。また、本実施形態にかかる定着ユニット１５０には、加熱ローラ１５２と加圧ローラ１５４との押圧力を調整する圧力可変機構（図２の符号１６０）を備える。圧力可変機構の構成の詳細については後述する。
【００３２】
また、画像形成装置１００には、定着ユニット１５０によりトナー像が定着された記録媒体を装置外部へ排出するための排出ローラ１０４、１０６が設けられている。
【００３３】
このような画像形成装置１００は、まず、画像形成装置１００が操作されると、被記録画像の画像信号が制御部（図示せず。）に送信される。次いで、制御部は、受信した画像信号に基づいて、帯電ローラ１３２により感光体ドラム１３０の表面を所定の電位に均一に帯電させた後、露光ユニット１３４により感光体ドラム１３０の表面にレーザ光を照射して静電潜像を形成する。
【００３４】
一方、現像ユニット１４０では、トナーとキャリアとを混合攪拌して十分に帯電させた後、現像ローラ（図１の符号１４１）に現像剤を担持させる。そして、現像ローラ１４１の回転により現像剤が感光体ドラム１３０と対向する領域まで搬送されると、現像ローラ１４１に担持された現像剤のうちトナーが感光体ドラム１３０の周面上に形成された静電潜像に移動し、静電潜像を現像する。こうして形成されたトナー像は、感光体ドラム１３０と転写ベルト１２０とが対向する領域において、感光体ドラム１３０から転写ベルト１２０へ一次転写される。転写ベルト１２０には、４つの感光体ドラム１３０上に形成されたトナー像が順次積層されて、１つの積層トナー像が形成される。そして、積層トナー像は、懸架ローラ１２０ｄと二次転写ローラ１２４とが接触する領域において、記録媒体搬送ユニット１１０から搬送された記録媒体に二次転写される。
【００３５】
積層トナー像が二次転写された記録媒体は、定着ユニット１５０へ搬送される。記録媒体を加熱ローラ１５２と加圧ローラ１５４との間で熱および圧力が加えながら通過させることにより、積層トナー像が記録媒体に溶融定着する。その後、記録媒体は、排出ローラ１０４、１０６により画像形成装置１の外部へ排出される。一方、転写ベルト１２０は、ベルトクリーニング装置を備える場合、積層トナー像が記録媒体へ二次転写された後、転写ベルト１２０に残存するトナーがベルトクリーニング装置により除去される。
【００３６】
なお、図１に示したタンデム方式の画像形成装置１００は、本実施形態にかかる定着ユニット１５０を用いた画像形成装置の一例であり、本実施形態にかかる定着ユニット１５０は、種々の方式の画像形成装置に適用することができる。
【００３７】
以上、本実施形態にかかる定着ユニット１５０を備える画像形成装置１００の概略構成について説明した。本実施形態にかかる画像形成装置１００では、定着ユニット１５０の加熱ローラ１５２と加圧ローラ１５４との間にかかる負荷を調整することにより、記録媒体への衝撃による記録媒体上の転写像の乱れや記録媒体のずれの発生を低減させる。このため、定着ユニット１５０には、加熱ローラ１５２と加圧ローラ１５４との間にかかる負荷を調整する圧力可変機構が設けられている。
【００３８】
以下、図２〜図５に基づいて、圧力可変機構の構成とその作用について説明する。なお、図２は、本実施形態にかかる圧力可変機構１６０の構成を示す部分側面図である。図３は、本実施形態にかかる圧力可変機構１６０の第１の連結部１６２を示す斜視図である。図４および図５は、本実施形態にかかる圧力可変機構１６０の動作を説明する説明図である。
【００３９】
＜圧力可変機構の構成＞
まず、図２および図３に基づいて、本実施形態にかかる圧力可変機構１６０の構成について説明する。本実施形態にかかる圧力可変機構１６０は、上述したように、加熱ローラ１５２と加圧ローラ１５４との間の負荷を調整する機構であって、ギア部１６１と、第１の連結部１６２と、第２の連結部１６３と、ばね部１６４と、支持部材１６５とから構成される。
【００４０】
ギア部１６１は、中心軸周りに回転可能な円板状の部材であって、外周には、所定のピッチでギヤ歯１６１ａが形成されている。なお、図２では、ギア歯１６１ａを簡略化して記載している。ギア部１６１は、ギア歯１６１ａが第１の連結部１６２のギア歯１６２ｂと噛合するように設けられている。ギア部１６１は、モータ等の駆動部（図示せず。）によって、中心軸周りに時計回りまたは反時計回りに回転される。
【００４１】
第１の連結部１６２は、ギア部１６１の回転運動を加圧ローラ１５４に伝達する伝達部材である。第１の連結部１６２は、図３に示すように、略扇形状の部材である。第１の連結部１６２は、筐体１０２に固定された回転軸１０３が挿通される第１の貫通孔１６２ａと、ギア部１６１のギア歯１６１ａと噛合するギア歯１６２ｂと、支持部材１６５の突出部１６５ａが挿通される第２の貫通孔１６２ｃと、加圧ローラ１５４の支持軸１５４ａが位置する円弧部１６２ｄとを備える。第１の連結部１６２は、ギア部１６１の回転に伴って、第１の貫通孔１６２ａに挿通された回転軸１０３を回転中心として回転移動する。なお、図示していないが、第１の連結部１６２は、加圧ローラ１５４の支持軸１５４ａと連結されている。これにより、第１の連結部１６２の移動に伴って、加圧ローラ１５４の支持軸１５４ｂが移動し、加熱ローラ１５２との間の加圧力を強めたり弱めたりすることができる。
【００４２】
第２の連結部１６３は、筐体１０２に対して圧力可変機構１６０を連結する部材である。第２の連結部１６３は、ギア部１６１と筐体１０２とを連結することにより、圧力可変機構１６０を画像形成装置１００に連結する。
【００４３】
ばね部１６４は、定着ユニット１５０を構成する加熱ローラ１５２と加圧ローラ１５４との間の負荷を調整する弾性部材である。ばね部１６４は、例えば圧縮コイルばねであって、巻回して形成された内部空間には略円柱形状の支持部材１６５が挿通される。支持部材１６５は、一端側の外周面上には第１の連結部１６２と連結するために第２の貫通孔１６２ｃに挿通される突出部１６５ａが設けられ、他端側にはばね部１６４を係止する係止部１６５ｂが設けられる。第１の連結部１６２の移動に伴い、支持部材１６５は長穴形状である第２の貫通孔１６２ｃの形状に沿って移動し、ばね部１６４は伸縮する。
【００４４】
このような圧力可変機構１６０は、駆動部によりギア部１６１を第１の方向（図２では時計回り）に回転させると、第１の連結部１６２が回転移動し、加圧ローラ１５４を加熱ローラ１５２に押圧させる。このとき、ばね部１５４は圧縮され、加圧ローラ１５４が急激に加熱ローラ１５２を押圧しないように調整している。一方、駆動部によりギア部１６１を第１の方向と反対方向である第２の方向（図２では反時計回り）に回転させると、第１の連結部１６２が回転移動し、加圧ローラ１５４を加熱ローラ１５２から離隔させる。
【００４５】
＜圧力可変機構の動作＞
本実施形態にかかる圧力可変機構１６０をモデル化して示した図４および図５に基づいて、圧力可変機構１６０の動作を説明する。まず、図４に加熱ローラ１５２と加圧ローラ１５４との間の加圧力が低い状態を示す。このとき、ばね部１６４から加圧ローラ１５４に作用する弾性力はほぼゼロであるとする。
【００４６】
次いで、加熱ローラ１５２と加圧ローラ１５４との間の加圧力を高める場合、ギア部１６１を第１の方向（図４では反時計回り）に回転させて、第１の連結部１６２を回転軸１０３回りに回転移動させる。図４の例では、第１の連結部１６２は、時計回りに回転する。そうすると、第１の連結部１６２と支持軸１５４ａで連結された加圧ローラ１５４が加熱ローラ１５２を押圧するように直線移動し、図５に示すように、加熱ローラ１５２と加圧ローラ１５４との間の負荷が大きくなる。このとき、ばね部１６４は、第１の連結部１６２の回転移動に伴って圧縮され、元の状態に戻ろうとする復元力を第１の連結部１６２および加圧ローラ１５４に対して作用させる。このばね部１６４の復元力によって、加熱ローラ１５２と加圧ローラ１５４との間の負荷が急激に大きくなるのを防止し、より圧力制御を行いやすいようにすることができる。
【００４７】
一方、ギア部１６１を第２の方向（図５では時計回り）に回転させると、第１の連結部１６２は、回転軸１０３を中心に反時計回りに移動する。これに伴い、第１の連結部１６２と連結された加圧ローラ１５４も図５紙面下側へ移動する。これにより、加圧ローラ１５４が加熱ローラ１５２から離隔し、加熱ローラ１５２と加圧ローラ１５４との間の負荷を小さくすることができる。このとき、ばね部１６４の圧縮は弱められ、第１の連結部１６２および加圧ローラ１５４に対して作用する復元力も減少する。
【００４８】
以上、本実施形態にかかる圧力可変機構１６０の構成とその動作について説明した。なお、圧力可変機構１６０の構成はかかる例に限定されず、例えば、図６に示すように、略扇形状の第１の連結部１６２の代わりにギア部１６１のギア歯１６１ａと噛合するウォーム２６０を用いてもよい。この場合、ギア部１６１が第１の方向（図６では反時計回り）に回転すると、ウォーム２６０が回転しながら図６の紙面上側へ移動する。そうすると、ウォーム２６０と加圧ローラ１５４とを連結する連結部２６１も移動し、これに伴い加圧ローラ１５４の支持軸１５４ａも加熱ローラ１５２を押圧するように直線移動する。こうして、加熱ローラ１５２と加圧ローラ１５４との間の負荷を大きくすることができる。
【００４９】
一方、ギア部１６１を第２の方向（図６では時計回り）に回転させると、ウォーム２６０も回転しながら図６の紙面下側へ移動する。そうすると、ウォーム２６０と加圧ローラ１５４とを連結する連結部２６１も移動し、加圧ローラ１５４の支持軸１５４ａも加熱ローラ１５２から離隔する。これにより、加熱ローラ１５２と加圧ローラ１５４との間の負荷を小さくすることができる。
【００５０】
また、本実施形態にかかる圧力可変機構１６０は、図４に示すような２ロールタイプの定着ユニット１５０のみならず、図７に示すように、ベルトタイプの定着ユニットにも適用することができる。ベルトタイプの定着ユニットは、図７に示すように、加熱源（図示せず。）を有する加熱ローラ２５２と、定着ローラ２５４と、加熱ローラ２５２および定着ローラ２５４により懸架された無端ベルト２５６と、無端ベルト２５６を挟持して定着ローラ２５４に圧接する加圧ローラ１５４とからなる。このような定着ユニットに対しても、加圧ローラ１５４を圧力可変機構１６０と連結して設けることにより、図４および図５に基づいて説明したように圧力可変機構１６０を動作させて、定着ローラ２５４と加圧ローラ１５４との間の負荷を調整することができる。
【００５１】
［圧力可変機構の制御］
次に、図８〜図１０に基づいて、上述した圧力可変機構１６０の制御方法について、説明する。本実施形態にかかる定着ユニット１５０は、圧力可変機構１６０の動作を制御する制御部３００を備えている。そこで、以下、制御部３００の構成とそれによる圧力制御方法について説明する。なお、図８は、本実施形態にかかる圧力可変機構１６０を制御する制御部３００の構成を示すブロック図である。図９は、本実施形態にかかる圧力可変機構１６０の制御方法を示すフローチャートである。図１０は、本実施形態にかかる圧力可変機構１６０の制御方法により変化する定着ユニット１５０の定着ニップ部における負荷変動を示すグラフである。
【００５２】
＜制御部の構成＞
まず、図８に基づいて、圧力可変機構１６０を制御する制御部３００の構成について説明する。本実施形態にかかる制御部３００は、図８に示すように、画像入力部３１０と、画像処理部３２０と、圧力制御部３３０と、走行検知部３４０と、タイミング検知部３５０と、駆動制御部３６０とから構成される。
【００５３】
画像入力部３１０は、画像データが入力される入力部である。画像形成装置１００により記録媒体に形成する画像は、例えば、スキャナ部（図示せず。）から読み込まれたり、パーソナルコンピュータの記憶部から読み出されたりして、入力される。画像入力部３１０は、このように取得された画像データを受信し、画像処理部３２０へ出力する。
【００５４】
画像処理部３２０は、画像データに対する画像処理を行う機能部である。画像処理部３２０では、画像データを解析して、画像データの内容（例えば、画像の色や要求される質等）や、記録媒体における画像データの形成位置を取得することができる。画像処理部３２０は、これらの情報を圧力制御部３３０へ出力する。
【００５５】
圧力制御部３３０は、圧力可変機構１６０により加熱ローラ１５２と加圧ローラ１５４との間の負荷を変動させるタイミングを制御する制御部である。圧力制御部３３０は、画像処理部３２０から入力された画像データの内容や、記録媒体における画像データの形成位置、走行検知部３４０およびタイミング検知部３５０の検知情報に基づいて、加熱ローラ１５２と加圧ローラ１５４との間の負荷を変動させるタイミングを制御する。かかる制御方法については後述する。圧力制御部３３０は、加熱ローラ１５２と加圧ローラ１５４との間の負荷を変動させるタイミングに基づいて、駆動制御部３６０に対し、圧力可変機構１６０を駆動させる駆動指示を出力する。
【００５６】
走行検知部３４０は、記録媒体の走行状態を検知する。走行検知部３４０は、転写ユニットにより記録媒体へトナー像が転写される転写領域から、記録媒体上の未定着トナー像を定着ユニット１５０により定着させる定着領域の間に設けられる。走行検知部３４０は、図１の走行センサ１７０に相当する。走行検知部３４０は、記録媒体が走行検知部３４０の設けられた位置を通過したことを検知すると、圧力制御部３３０にその結果を出力する。
【００５７】
タイミング検知部３５０は、圧力可変機構１６０を作動させて加熱ローラ１５２と加圧ローラ１５４との間の負荷を変動させるタイミングを検知する。タイミング検知部３５０には、例えば画像形成装置１００に設けられたＣＰＵのタイマーを用いることができる。タイミング検知部３５０は、圧力可変機構１６０を作動させるタイミングを検知すると、圧力制御部３３０へその結果を出力する。
【００５８】
駆動制御部３６０は、圧力可変機構１６０の駆動を制御する制御部である。駆動制御部３６０は、圧力制御部３３０から入力された圧力可変機構１６０を作動させるタイミングおよび加熱ローラ１５２と加圧ローラ１５４との間の目標負荷に基づいて、実際に圧力可変機構１６０を駆動するための制御量を算出する。そして、駆動制御部３６０は、算出した制御量に基づいて、圧力可変機構１６０を作動させる。
【００５９】
＜圧力可変機構の制御方法＞
次に、図９および図１０に基づいて、上述した制御部３００による圧力可変機構１６０の制御方法について説明する。なお、以下では、記録媒体を用紙Ｐとして説明する。まず、用紙Ｐが定着ユニット１５０の定着ニップ部に突入する前の状態では、定着ニップ部の圧力（すなわち、加熱ローラ１５２と加圧ローラ１５４との間の負荷）は第１の圧力Ｐ１に設定されている（ステップＳ１１０）。第１の圧力Ｐ１は、用紙Ｐを搬送するために最低限必要な圧力である。このように用紙Ｐが定着ニップ部に突入するまでの圧力を設定することにより、用紙Ｐが定着ニップ部に突入するときに生じる衝撃を低減することができる。
【００６０】
次いで、走行検知部３４０により用紙Ｐの走行が検知されたか否かを判定する（ステップＳ１２０）。走行検知部３４０は、用紙Ｐの先端を検知すると、圧力制御部３３０にその結果を出力する。走行検知部３４０から用紙Ｐの検知が通知されると、圧力制御部３３０は、用紙Ｐの先端が定着ニップ部に到達する到達タイミングを算出する（ステップＳ１３０）。到達タイミングは、画像データの内容に応じて画像形成装置１００において規定された記録媒体の搬送速度と、走行検知部３４０から定着ニップ部の入口までの距離とから決定される。すなわち、記録媒体の搬送速度と上記距離とから用紙Ｐの先端が走行検知部３４０を通過してから定着ニップ部の入口に到達するまでの到達時間ｔ１が得られる。圧力制御部３３０は、到達時間ｔ１を算出すると、タイミング検知部３５０に対して、時間のカウントを開始させる。
【００６１】
その後、用紙Ｐの先端が定着ニップ部に到達したか否かを判定する（ステップＳ１４０）。ステップＳ１４０の判定は、タイミング検知部３５０による時間のカウントが到達時間ｔ１に達したか否かにより行うことができる。タイミング検知部３５０によりカウントされている時間が到達時間ｔ１に達していない場合には、到達時間ｔ１に達するまで当該判定を繰り返す。そして、タイミング検知部３５０によりカウントされている時間が到達時間ｔ１に達すると、タイミング検知部３５０は、その結果を圧力制御部３３０へ出力する。
【００６２】
次いで、タイミング検知部３５０から用紙Ｐが定着ニップ部に到達したことが通知されると、圧力制御部３３０は、定着ニップ部の圧力を第２の圧力Ｐ２まで上昇させる（ステップＳ１５０）。用紙Ｐが定着ニップ部に侵入すると、用紙Ｐに付着された未定着トナー像を定着させるために、定着ニップ部の圧力を定着処理に必要な圧力（第２の圧力Ｐ２）にする必要がある。定着処理に必要な圧力は、用紙Ｐを搬送するために必要な圧力Ｐ１よりも大きい。したがって、圧力制御部３３０は、用紙Ｐが定着ニップ部に到達すると、図１０に示すように、定着ニップ部の圧力を第１の圧力Ｐ１から第２の圧力Ｐ２まで上昇させる。すなわち、圧力可変機構１６０により加熱ローラ１５２を押圧する方向に加圧ローラ１５４を移動させて、定着ニップ部の圧力を上昇させる。このとき、定着ニップ部の圧力の変化の速さは駆動部の性能により、記録媒体が定着ニップ部に突入してすぐに定着ニップ部の圧力を第１の圧力Ｐ１から第２の圧力Ｐ２まで上昇させることができる。
【００６３】
なお、第２の圧力Ｐ２が過度に大きくなると、定着ユニット１５０を構成する加熱ローラ１５２や加圧ローラ１５４等の部材への負荷や、用紙Ｐに対するダメージが大きくなる。第２の圧力Ｐ２の大きさは、このような点を考慮して、未定着トナー像の定着処理を確実に行うとともに、定着ユニット１５０の構成部材や用紙Ｐへの影響も考慮して決定するのが望ましい。
【００６４】
定着ニップ部の圧力が第２の圧力Ｐ２まで上昇されると、次に、圧力制御部３３０は、用紙Ｐの画像部分（未定着トナー像が付着した部分）が定着ニップ部を通過したか否かを判定する（ステップＳ１６０）。ステップＳ１６０における判定は、例えば、画像処理部３２０から入力された用紙Ｐにおける画像データの形成位置と用紙Ｐの搬送速度とから算出される、用紙Ｐが定着ニップ部に突入してから画像部分が通過するまでの通過時間ｔ２に基づいて行うことができる。
【００６５】
圧力制御部３３０は、定着ニップ部の圧力が第２の圧力Ｐ２まで上昇されると、画像処理部３２０から入力された用紙Ｐにおける画像データの形成位置と用紙Ｐの搬送速度とから通過時間ｔ２を算出する。そして、圧力制御部３３０は、通過時間ｔ２を算出すると、タイミング検知部３５０に対して、時間のカウントを開始させる。タイミング検知部３５０による時間のカウントが通過時間ｔ２に達していない場合には、通過時間ｔ２に達するまで当該判定を繰り返す。そして、タイミング検知部３５０によりカウントされている時間が通過時間ｔ２に達すると、タイミング検知部３５０は、その結果を圧力制御部３３０へ出力する。
【００６６】
タイミング検知部３５０から画像部分が定着ニップ部を通過したことが通知されると、圧力制御部３３０は、定着ニップ部の圧力を第１の圧力Ｐ１まで下げる（ステップＳ１７０）。すなわち、圧力可変機構１６０により加熱ローラ１５２から離隔する方向に加圧ローラ１５４を移動させて、定着ニップ部の圧力を下げる。用紙Ｐの画像部分が定着ニップ部を通過すると、用紙Ｐに対して定着処理に必要な第２の圧力Ｐ２を加える必要はなく、用紙Ｐが搬送方向に搬送されればよい。また、用紙Ｐに加えられる圧力を下げることにより、定着ユニット１５０を構成する加熱ローラ１５２や加圧ローラ１５４等の部材の寿命を長くすることができる。さらに、用紙Ｐに大きな負荷が加えられることにより生じる用紙Ｐの変形を伴うダメージも低減させることができる。
【００６７】
このように、ステップＳ１１０〜Ｓ１７０までの処理を繰り返し、用紙Ｐの走行状態に応じて圧力可変機構１６０を作動させて定着ニップ部の圧力を調整することができる。
【００６８】
以上、本実施形態にかかる制御部３００による圧力可変機構１６０の制御方法について説明した。本実施形態にかかる制御方法によれば、記録媒体が定着ユニット１５０の加熱ローラ１５２と加圧ローラ１５４との間に突入するまでは、定着ニップ部の圧力を記録媒体を搬送可能な圧力（第１の圧力Ｐ１）に設定し、記録媒体が定着ニップ部に突入すると、定着ニップ部の圧力を定着処理に必要な圧力（第２の圧力Ｐ２）まで上昇させる。
【００６９】
これにより、記録媒体が定着ニップ部に侵入しやすくなり、定着ニップ部への突入により発生する衝撃を低減することができる。また、記録媒体のうち、記録媒体の先端部分が定着ニップ部に位置したときに転写ユニットに挟持されている部分に生じるずれを低減することができ、記録媒体が定着ユニットから受ける衝撃を低減することもできる。したがって、記録媒体上の転写像の乱れを低減することができ、画質の低下を防止することができる。
【００７０】
また、記録媒体が定着ニップ部に侵入した後であって記録媒体の画像部分が定着ニップ部を通過した後に、定着ニップ部の圧力を記録媒体の搬送に必要な圧力（第１の圧力Ｐ１）にまで下げる。これにより、定着ユニット１５０を構成する部材の寿命を長くすることができ、用紙Ｐに対するダメージも低減することができる。
【００７１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００７２】
例えば、上記実施形態では、記録媒体が定着ニップ部に侵入した後に定着ニップ部の圧力を下げるタイミングを、記録媒体の画像部分が定着ニップ部を通過したときとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、記録媒体の終端が定着ニップ部を通過した後に定着ニップ部の圧力を第２の圧力Ｐ２から第１の圧力Ｐ１に変更するようにしてもよい。この場合、圧力制御部３３０は、走行検知部３４０により記録媒体の終端の検知が通知されると、記録媒体の終端が定着ニップ部を通過する時間を算出する。当該時間は、記録媒体の搬送速度と、走行検知部３４０から定着ニップ部の出口までの距離から算出できる。圧力制御部３３０は、タイミング検知部３５０にかかる時間をカウントさせて、タイミング検知部３５０から当該時間に達したとの通知を受けると、圧力可変機構１６０を作動させて定着ニップ部の圧力を第１の圧力Ｐ１に低下させる。このようにして、定着ニップ部の圧力を変更させることもできる。
【００７３】
また、上記実施形態では、加熱ローラ１５２の位置を固定し、加圧ローラ１５４のみを圧力可変機構１６０により移動させて定着ニップ部の圧力を変更したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、加圧ローラ１５４の位置を固定して、加熱ローラ１５２のみを圧力可変機構１６０により移動させて定着ニップ部の圧力を変更してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施形態にかかる画像形成装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】同実施形態にかかる圧力可変機構の構成を示す部分側面図である。
【図３】同実施形態にかかる圧力可変機構の第１の連結部を示す斜視図である。
【図４】同実施形態にかかる圧力可変機構の動作を説明する説明図であって、加熱ローラと加圧ローラとの間の負荷が低いときの状態を示す。
【図５】同実施形態にかかる圧力可変機構の動作を説明する説明図であって、加熱ローラと加圧ローラとの間の負荷を高めたときの状態を示す。
【図６】同実施形態にかかる圧力可変機構の他の構成例を示す説明図である。
【図７】同実施形態にかかる圧力可変機構を適用可能な他の定着ユニットの構成を示す説明図である。
【図８】同実施形態にかかる圧力可変機構を制御する制御部の構成を示すブロック図である。
【図９】同実施形態にかかる圧力可変機構の制御方法を示すフローチャートである。
【図１０】同実施形態にかかる圧力可変機構の制御方法により変化する定着ユニットの定着ニップ部における負荷変動を示すグラフである。
【図１１】転写ユニットと定着ユニットとの位置関係を説明する説明図である。
【図１２】衝撃による記録媒体上の転写像の乱れや記録媒体のずれが生じたときの記録媒体上のトナーの付着状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７５】
１００    画像形成装置
１１０    記録媒体搬送ユニット
１３０    感光体ドラム
１４０    現像ユニット
１５０    定着ユニット
１５２    加熱ローラ
１５４    加圧ローラ
１６０    圧力可変機構
１６１    ギア部
１６２    第１の連結部
１６３    第２の連結部
１６４    ばね部
１６５    支持部材
１７０    走行センサ
３００    制御部
３１０    画像入力部
３２０    画像処理部
３３０    圧力制御部
３４０    走行検知部
３５０    タイミング検知部
３６０    駆動制御部
【図１】
2010151983.tif 000003
【図２】
2010151983.tif 000004
【図３】
2010151983.tif 000005
【図４】
2010151983.tif 000006
【図５】
2010151983.tif 000007
【図６】
2010151983.tif 000008
【図７】
2010151983.tif 000009
【図８】
2010151983.tif 000010
【図９】
2010151983.tif 000011
【図１０】
2010151983.tif 000012
【図１１】
2010151983.tif 000013
【図１２】
2010151983.tif 000014