(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のロールと、
前記複数のロールに掛け回され、加熱されつつ循環駆動されるベルトと、
前記ベルトに対向し、前記ベルトとの間でトナー像が転写された媒体を加圧してトナー像を定着する加圧ロールと、を備える定着装置であって、
前記複数のロールのうち、ベルトの移動方向において前記加圧ロールの下流側に配置され、当該配置された位置で媒体をベルトから分離させるための一つのロールに掛け回される位置を境として、その前後のベルトの伸延方向間のなす角度を巻きつき角度としたとき、
前記ベルトの温度が予め定めた基準値以上となった場合に、前記ベルトの循環駆動経路内におけるベルトの巻きつき角度を、前記ベルトの内側に配置される前記一つのロールの位置を前記ベルトの外側に向けて移動させることで小さくしてベルトの最小曲率半径部分とすることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１記載の定着装置において、前記一つのロールは、前記ベルトの温度が予め定めた基準値より低い場合には、前記巻きつき角度を第１の角度とする第１位置に、前記ベルトの温度が前記基準値以上の場合には、前記巻きつき角度を前記第１の角度より小さくする第２位置に移動することを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の定着装置において、前記一つのロールは、前記複数のロールのうちの他のロールよりも直径が小さいことを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の定着装置において、前記ベルトは、前記複数のロールのいずれかの回転により循環駆動されるものであることを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベルトの巻きつき角度制御装置、ベルトの巻きつき角度制御プログラム及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、画像形成条件によって定着ベルトが掛けられたロールの位置を調整することにより定着ニップ量を調整する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１１７５１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、ベルトの亀裂発生を抑制できるベルトの巻きつき角度制御装置、ベルトの巻きつき角度制御プログラム及び画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１記載の定着装置の発明は、複数のロールと、前記複数のロールに掛け回され、加熱されつつ循環駆動されるベルトと、前記ベルトに対向し、前記ベルトとの間でトナー像が転写された媒体を加圧してトナー像を定着する加圧ロールと、を備える定着装置であって、前記複数のロールのうち、ベルトの移動方向において前記加圧ロールの下流側に配置され、当該配置された位置で媒体をベルトから分離させるための一つのロールに掛け回される位置を境として、その前後のベルトの伸延方向間のなす角度を巻きつき角度としたとき、前記ベルトの温度が予め定めた基準値以上となった場合に、前記ベルトの循環駆動経路内におけるベルトの巻きつき角度を、前記ベルトの内側に配置される前記一つのロールの位置を前記ベルトの外側に向けて移動させることで小さくしてベルトの最小曲率半径部分とすることを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記一つのロールは、前記ベルトの温度が予め定めた基準値より低い場合には、前記巻きつき角度を第１の角度とする第１位置に、前記ベルトの温度が前記基準値以上の場合には、前記巻きつき角度を前記第１の角度より小さくする第２位置に移動することを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記一つのロールは、前記複数のロールのうちの他のロールよりも直径が小さいことを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記ベルトは、前記複数のロールのいずれかの回転により循環駆動されるものであることを特徴とする。
【０００８】
請求項５記載の画像形成装置の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の定着装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１、請求項３、請求項４及び請求項５の発明によれば、本構成を有しない場合に較べて、ベルトの亀裂発生を抑制することができる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、本構成を有しない場合に較べて、ベルトの温度に応じて亀裂発生を抑制できる位置に巻きつき角度制御ロールの位置を移動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態にかかる画像形成装置の構成例を示す図である。
【図２】実施形態にかかるロール位置制御装置を構成するコンピュータのハードウェア構成の例を示す図である。
【図３】実施形態にかかるロール位置制御装置の一実施形態の機能ブロック図である。
【図４】実施形態にかかるロール位置制御装置の動作例のフロー図である。
【図５】定着ベルト１２ｆに発生する亀裂の観測結果を示す図である。
【図６】亀裂発生試験に使用した定着ベルト１２ｆの断面構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００１５】
図１には、実施形態にかかる画像形成装置の構成例が示される。図１において、画像形成装置は、ロール位置制御装置１０、定着装置１２、給紙装置１４、現像・転写装置１６及び媒体搬送経路１８を含んで構成されている。
【００１６】
ロール位置制御装置１０は、定着装置１２を構成するロールの位置を制御し、後述するように、定着用のベルトの循環駆動経路内における最小曲率半径部分の巻きつき角度を制御する。
【００１７】
定着装置１２は、加熱ロール１２ａ，ｂ，ｃ、加圧ロール１２ｄ、巻きつき角度制御ロール１２ｅ、定着ベルト１２ｆ及び温度測定装置１２ｇを含んで構成され、現像・転写装置１６から受け取った、トナー画像が転写された印刷用紙等の媒体を加熱及び加圧して定着処理を行う。この定着処理により、媒体上にトナー画像が形成される。
【００１８】
ここで、加熱ロール１２ａ，ｂ，ｃは、内部に図示しない加熱手段（ハロゲンランプ等を使用することができる）が設けられ、定着ベルト１２ｆを加熱する。また、加圧ロール１２ｄは、加熱ロール１２ｂとの間に定着ベルト１２ｆと媒体搬送経路１８により搬送される媒体とを挟み込み、媒体に定着用の圧力を加える。この際に定着ベルト１２ｆにより媒体の加熱も行われる。定着ベルト１２ｆは、加熱ロール１２ａ，ｂ，ｃ及び巻きつき角度制御ロール１２ｅの間に掛け回されており、図示しない駆動モーターによって回転駆動される加熱ロール１２ｂにより、矢印Ｃ方向に、加圧ロール１２ｄの周速度と等しい移動速度で循環駆動される。温度測定装置１２ｇは、定着ベルト１２ｆの温度を測定し、測定結果をロール位置制御装置１０に出力する。
【００１９】
ロール位置制御装置１０は、温度測定装置１２ｇの測定出力に基づいて加熱ロール１２ａ及び巻きつき角度制御ロール１２ｅの位置を制御し、定着ベルト１２ｆの循環駆動経路の形状を制御する。なお、加熱ロール１２ａ及び巻きつき角度制御ロール１２ｅは、適宜なアクチュエータ等により位置を移動する構成とすることができ、ロール位置制御装置１０は、このアクチュエータを制御することによりそれぞれのロールの位置を制御することができる。巻きつき角度制御ロール１２ｅの位置が図１の矢印Ａ１の方向（図の左右方向）に移動すると、巻きつき角度制御ロール１２ｅに巻き付く定着ベルト１２ｆの巻きつき角度θ１も変化する。このため、ロール位置制御装置１０は、巻きつき角度制御ロール１２ｅの位置の制御により定着ベルト１２ｆの巻きつき角度θ１を制御することができる。
【００２０】
また、上記ロール位置制御装置１０は、巻きつき角度制御ロール１２ｅを図１の矢印Ａ１の方向に移動し、加熱ロール１２ｂから定着ベルト１２ｆを送り出す角度を決定している。一般に、定着ベルト１２ｆが加熱ロール１２ｂと加圧ロール１２ｄの各回転中心を結ぶ直線に直行する方向となす角度θ２により、定着処理後の媒体の画像品質を保ちながら媒体と定着ベルト１２ｆとの分離を容易に行えるか否かが決まる。このため、ロール位置制御装置１０が巻きつき角度制御ロール１２ｅの位置を制御して定着ベルト１２ｆの加熱ロール１２ｂからの送り出し角度を決定している。図１の例では、巻きつき角度制御ロール１２ｅが位置α１にある場合に媒体と定着ベルト１２ｆとの分離を容易に行える。この場合、定着ベルト１２ｆの循環駆動経路の形状は、図１に実線で示されるように、楕円形状の一部を巻きつき角度制御ロール１２ｅで楕円の外側に引き出した形状となっており、巻きつき角度制御ロール１２ｅの位置が定着ベルト１２ｆの曲率半径が最小となる最小曲率半径部分となっている。また、このときロール位置制御装置１０は、加熱ロール１２ａの位置を位置α２としている。
【００２１】
一方、画像形成装置が起動した直後等は、定着ベルト１２ｆの温度は室温程度であり、巻きつき角度制御ロール１２ｅが位置α１にあると、定着ベルト１２ｆの巻きつき角度θ１が小さい角度となっているので、この状態で循環駆動すると、定着ベルト１２ｆに亀裂が発生する場合がある。特にヤング率の異なる材料を積層して形成したベルトでは、より亀裂が発生しやすくなる。このため、温度測定装置１２ｇが測定した定着ベルト１２ｆの温度が予め定めた基準値より低い場合には、ロール位置制御装置１０が巻きつき角度制御ロール１２ｅの位置を図１の破線で示した位置β１に移動させる。これにより、定着ベルト１２ｆの最小曲率半径部分の巻きつき角度θ１を、巻きつき角度制御ロール１２ｅが位置α１にあるときよりも大きくする。また、このときには、ロール位置制御装置１０が加熱ロール１２ａの位置も図１の矢印Ａ２の方向に移動させ、破線の位置β２とし、定着ベルト１２ｆに作用する張力が低下しすぎないように制御する。
【００２２】
以上のように、ロール位置制御装置１０は、巻きつき角度制御ロール１２ｅ及び加熱ロール１２ａを、それぞれ矢印Ａ１、Ａ２で示される２つの位置（α１，β１）及び（α２，β２）の間を移動させる制御を行う。
【００２３】
給紙装置１４は、印刷用紙等の媒体を保持し、現像・転写装置１６に媒体を供給する。なお、給紙装置１４は、複数種類の媒体を保持できる構成としてもよい。
【００２４】
現像・転写装置１６は、画像形成の対象である画像データに応じて出射されるレーザービームにより、図示しない感光体ドラムの表面に静電潜像を形成し、この静電潜像を、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、黒、透明の各色のトナー画像として現像する。現像したトナー画像は媒体に転写する。トナー画像が転写された媒体は、媒体搬送経路１８により定着装置１２に搬送される。なお、黒または黒と透明のトナーを使用して白黒画像のみを現像し転写する構成としてもよい。また、上記画像データの取得は、コンピュータ等の画像作成装置から適宜な通信手段により取得する構成、スキャナ等の画像読み取り装置により取得する構成等があるが、これらに限定されない。現像・転写装置１６では、取得した画像データを解析し、上記各色のトナーを使用する画像上の領域及び使用するトナーの種類、使用量等を決定して現像処理及び転写処理を行う。
【００２５】
媒体搬送経路１８は、適宜な搬送用ロール、ベルト等を含んで構成され、現像・転写装置１６から定着装置１２にトナー画像が転写された媒体を搬送する。また、定着装置１２で定着処理が行われ、トナー画像が形成された媒体を、矢印Ｐの方向に排出する。
【００２６】
図２には、実施形態にかかるロール位置制御装置を構成するコンピュータのハードウェア構成の例が示される。図２において、ロール位置制御装置は、中央処理装置（例えばマイクロプロセッサ等のＣＰＵを用いるとよい）２０、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２２、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）２４、入力装置２６、表示装置２８及びハードディスク装置（ＨＤＤ）３０を含んで構成されている。また、これらの構成要素は、バス３２により互いに接続されている。なお、入力装置２６、表示装置２８及びハードディスク装置３０は、それぞれ各入出力インターフェース３４ａ、３４ｂ、３４ｃを介してバス３２に接続されている。
【００２７】
ＣＰＵ２０は、ＲＡＭ２２またはＲＯＭ２４に格納されている制御プログラムに基づいて、後述する各部の動作を制御する。ＲＡＭ２２は主としてＣＰＵ２０の作業領域として機能し、ＲＯＭ２４にはＢＩＯＳ等の制御プログラムその他のＣＰＵ２０が使用するデータが格納されている。
【００２８】
また、入力装置２６は、キーボード、ポインティングデバイス、タッチパネル等により構成され、使用者が動作指示等を入力するために使用する。
【００２９】
また、表示装置２８は、液晶ディスプレイ、タッチパネル等により構成され、ＣＰＵ２０による処理結果等を表示する。
【００３０】
また、ハードディスク装置３０は記憶装置であり、後述する処理に必要となる種々のデータを記憶する。なお、ハードディスク装置３０の代わりに、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性記憶装置を使用してもよい。
【００３１】
図３には、実施形態にかかるロール位置制御装置の一実施形態の機能ブロック図が示される。図３において、ロール位置制御装置は、ベルト温度取得部３６、巻きつき角度制御部３８及びベルト張力制御部４０を含んで構成されており、これらの機能は例えばＣＰＵ２０とＣＰＵ２０の処理動作を制御するプログラムにより実現される。
【００３２】
ベルト温度取得部３６は、温度測定装置１２ｇが測定した定着ベルト１２ｆの温度を取得し、巻きつき角度制御部３８に当該温度を出力する。
【００３３】
巻きつき角度制御部３８は、ベルト温度取得部３６から取得した定着ベルト１２ｆの温度に応じて、定着ベルト１２ｆの循環駆動経路内における最小曲率半径部分の巻きつき角度θ１を制御するために、巻きつき角度制御ロール１２ｅの位置を決定する。巻きつき角度制御ロール１２ｅは、図１の矢印Ａ１に沿って、巻きつき角度制御部３８が決定した位置α１またはβ１に移動する。
【００３４】
ベルト張力制御部４０は、定着ベルト１２ｆの張力が一定値以下に低下しないように制御するために、巻きつき角度制御部３８が決定した巻きつき角度制御ロール１２ｅの位置に応じて加熱ロール１２ａの位置を決定する。加熱ロール１２ａは、図１の矢印Ａ２に沿って、ベルト張力制御部４０が決定した位置α２またはβ２に移動する。
【００３５】
図４には、実施形態にかかるロール位置制御装置の動作例のフローが示される。図４において、ベルト温度取得部３６が温度測定装置１２ｇから定着ベルト１２ｆの温度Ｔを取得し（Ｓ１）、巻きつき角度制御部３８に当該温度Ｔの値を出力すると、巻きつき角度制御部３８が、予め定めた基準値ＴＳと上記定着ベルト１２ｆの温度Ｔとを比較する（Ｓ２）。
【００３６】
Ｓ２において、ＴがＴＳより低い（Ｔ＜ＴＳ）場合には、巻きつき角度制御部３８が巻きつき角度制御ロール１２ｅの位置を図１のβ１に決定する（Ｓ３）。この結果、巻きつき角度制御ロール１２ｅの現在位置が図１のα１である場合には、巻きつき角度制御部３８が巻きつき角度制御ロール１２ｅを移動させる適宜なアクチュエータを制御して、巻きつき角度制御ロール１２ｅを位置β１まで移動させる。一方、巻きつき角度制御ロール１２ｅの現在位置が図１のβ１である場合には、アクチュエータには制御信号を出力せず、現在位置を維持させる。この結果、定着ベルト１２ｆの巻きつき角度制御ロール１２ｅへの巻きつき角度θ１は、巻きつき角度制御ロール１２ｅが位置α１にあるときよりも大きくなる。
【００３７】
また、このときベルト張力制御部４０は、加熱ロール１２ａの位置を図１のβ２に決定する（Ｓ４）。この結果、加熱ロール１２ａの現在位置が図１のα２である場合には、ベルト張力制御部４０が加熱ロール１２ａを移動させる適宜なアクチュエータを制御して、加熱ロール１２ａを位置β２まで移動させる。一方、加熱ロール１２ａの現在位置がβ２である場合には、アクチュエータには制御信号を出力せず、現在位置を維持させる。
【００３８】
一方、Ｓ２において、ＴがＴＳ以上（Ｔ≧ＴＳ）である場合には、巻きつき角度制御部３８が巻きつき角度制御ロール１２ｅの位置をα１に決定する（Ｓ５）。この結果、巻きつき角度制御ロール１２ｅの現在位置がβ１である場合には、巻きつき角度制御部３８が巻きつき角度制御ロール１２ｅを移動させる適宜なアクチュエータを制御して、巻きつき角度制御ロール１２ｅを位置α１まで移動させる。一方、巻きつき角度制御ロール１２ｅの現在位置がα１である場合には、アクチュエータには制御信号を出力せず、現在位置を維持させる。この結果、定着ベルト１２ｆの巻きつき角度制御ロール１２ｅへの巻きつき角度θ１は、巻きつき角度制御ロール１２ｅが位置β１にあるときよりも小さくなる。
【００３９】
また、このときベルト張力制御部４０は、加熱ロール１２ａの位置をα２に決定する（Ｓ６）。この結果、加熱ロール１２ａの現在位置がβ２である場合には、ベルト張力制御部４０が加熱ロール１２ａを移動させる適宜なアクチュエータを制御して、加熱ロール１２ａを位置α２まで移動させる。一方、加熱ロール１２ａの現在位置がα２である場合には、アクチュエータには制御信号を出力せず、現在位置を維持させる。
【００４０】
上述した、図４の各ステップを実行するためのプログラムは、記録媒体に格納することも可能であり、また、そのプログラムを通信手段によって提供しても良い。その場合、例えば、上記説明したプログラムについて、「プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体」の発明または「データ信号」の発明として捉えても良い。
【００４１】
なお、以上の説明は、定着装置１２を構成する定着ベルト１２ｆを例としているが、実施形態はこれには限定されず、駆動中に温度変化が生じるベルトであれば実施形態を適用可能である。
【００４２】
以下、上記実施形態の具体例を実施例として説明する。
【実施例】
【００４３】
図５（ａ），（ｂ）には、定着ベルト１２ｆに発生する亀裂の観測結果が示される。いずれも、連続通紙時に用紙端部のストレスを受けて定着ベルト上に入る亀裂を簡易的に再現できる方法として、定着ベルト１２ｆの表面層に長さ１ｍｍの傷をつけ、その成長の長さを観測したものである。なお、定着ベルト１２ｆの表面層上の小さな傷は定着時に画像上にグロス（光沢）ムラとして現れ難く、たとえグロスムラとして現れても目立たないが、小さな傷が成長し数ｃｍの亀裂となった場合、定着ベルト１２ｆの表面層だけでなく中間層にも亀裂が入り、明らかな画像品質不良となってしまう。
【００４４】
図６には、本実施例で亀裂発生試験に使用した定着ベルト１２ｆの断面構造が示される。図６において、定着ベルト１２ｆは３層構造となっており、基層４２が、８０μｍの厚さのポリイミド樹脂、中間層４４が、２００μｍの厚さのシリコンゴム、表面層４６が３０μｍの厚さのＰＦＡ（四フッ化エチレン−パーフルオロアルコキシビニルエーテル共重合樹脂）により構成されている。
【００４５】
上記定着ベルト１２ｆを、図１に示された定着装置１２に張力８ｋｇｆ（７８．４Ｎ）で、後述する動作を行わせた。なお、定着装置１２の加熱ロール１２ａの直径は６５ｍｍであり、加熱ロール１２ｂの直径は６５ｍｍであり、加熱ロール１２ｃの直径は５０ｍｍであった。また、加圧ロール１２ｄの直径は６５ｍｍであった。また、巻きつき角度制御ロール１２ｅの直径は１０ｍｍであった。
【００４６】
図５（ａ）は、巻きつき角度制御ロール１２ｅの位置を、定着ベルト１２ｆの巻きつき角度θ１が大きい位置β１とし、室温（２５℃）、４４０ｍｍ／秒の移動速度で定着ベルト１２ｆを回転させた実施例と、巻きつき角度制御ロール１２ｅの位置を、定着ベルト１２ｆの巻きつき角度θ１が小さい位置α１とし、実施例と同温度、同移動速度で定着ベルト１２ｆを回転させた比較例とが示される。
【００４７】
図５（ａ）に示されるように、定着ベルト１２ｆの曲率が大きい実施例では傷が亀裂へとほとんど成長しないが、定着ベルト１２ｆの曲率が小さい比較例では、定着ベルト１２ｆの回転数（延べ回転数）の増加に比例して傷が成長している。
【００４８】
また、図５（ｂ）は、巻きつき角度制御ロール１２ｅの位置を、定着ベルト１２ｆの巻きつき角度θ１が小さい位置α１とし、定着ベルト１２ｆの温度２５℃で移動速度を４４０ｍｍ／秒及び２２０ｍｍ／秒で回転させた場合の傷成長の観測結果である。この場合には、定着ベルト１２ｆの移動速度によらず、定着ベルト１２ｆの回転数（延べ回転数）の増加に比例して傷が成長している。このことから、定着ベルト表面が所定の温度に達するまでは、ゆっくりと回転させても亀裂となってしまい、曲率のストレスを取り除かない限りは亀裂を回避することはできないことがわかる。
【００４９】
以上より、室温（２５℃）で定着ベルト１２ｆを回転させた場合、定着ベルト１２ｆの移動速度によらず定着ベルト１２ｆの傷は成長するが、定着ベルト１２ｆの巻きつき角度θ１を大きくすることで傷の成長を抑制できることがわかる。なお、温度１４０℃において同様に定着ベルト１２ｆを回転させた場合には、巻きつき角度制御ロール１２ｅの位置がα１、β１のいずれの場合にも傷の成長が認められなかった。従って、室温より高い適宜な温度（例えば１４０℃）を基準値として設定し、当該基準値以上の温度になってから巻きつき角度制御ロール１２ｅの位置を位置α１とするように制御するのが好適である。
【符号の説明】
【００５０】
１０  ロール位置制御装置、１２  定着装置、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ  加熱ロール、１２ｄ  加圧ロール、１２ｅ  巻きつき角度制御ロール、１２ｆ  定着ベルト、１２ｇ  温度測定装置、１４  給紙装置、１６  現像・転写装置、１８  媒体搬送経路、２０  ＣＰＵ、２２  ＲＡＭ、２４  ＲＯＭ、２６  入力装置、２８  表示装置、３０  ハードディスク装置、３２  バス、３４ａ，３４ｂ，３４ｃ  入出力インターフェース、３６  ベルト温度取得部、３８  巻きつき角度制御部、４０  ベルト張力制御部、４２  基層、４４  中間層、４６  表面層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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