(57)【要約】【課題】用紙内における画像の定着品質の均一化を図りつつ、ニップ部の上流における用紙搬送制御を簡易にする。【解決手段】定着装置は、定着ローラ、加圧ローラ、制御回路、加圧ローラの表面温度を検出する温度センサ、および用紙搬送におけるニップ部に対する上流位置に配置されて当該上流位置における用紙の有無を検出する用紙センサを備える。制御回路は、ニップ部を通過中の用紙の後端が上流位置を通過し終えたことを用紙センサによって検知した後、温度センサによって検出される温度が許容温度範囲よりも低い場合に、加圧ローラの回転速度を低下させかつ当該用紙がニップ部を通過し終えた後に回転速度を元に戻す。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面を昇温させる熱源を有した定着ローラと、前記定着ローラに当接して用紙を加熱するためのニップ部を形成する加圧ローラと、前記定着ローラおよび加圧ローラの回転速度を制御する制御回路とを有する定着装置であって、
前記加圧ローラの表面温度を検出する温度センサと、
用紙搬送における前記ニップ部に対する上流位置に配置されて当該上流位置における用紙の有無を検出する用紙センサと、を備えており、
前記制御回路は、前記ニップ部を通過中の用紙の後端が前記上流位置を通過し終えたことを前記用紙センサによって検知した後、前記温度センサによって検出される温度が許容温度範囲よりも低い場合に、前記回転速度を低下させかつ当該用紙が前記ニップ部を通過し終えた後に前記回転速度を元に戻す
ことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記用紙が前記ニップ部を通過している期間における前記加圧ローラの表面温度の低下量に応じて、前記ニップ部の長さ分の搬送時間が加熱に必要な要求加熱時間となるように前記回転速度を段階的に低下させる
請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
前記許容温度範囲の内外のそれぞれ温度と回転速度とを対応づける制御テーブルを有し、
前記制御回路は、制御テーブルを参照して前記回転速度を決める
請求項１または２に記載の定着装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の定着装置を備え、
用紙に転写されたトナー像を前記定着装置によって定着させる
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
表面を昇温させる熱源を有した定着ローラおよび前記定着ローラに当接して用紙を加熱するためのニップ部を形成する加圧ローラを有する定着器のローラ回転速度を制御する方法であって、
用紙搬送における前記ニップ部に対する上流位置に、当該上流位置における用紙の有無を検出する用紙センサを配置し、
前記ニップ部を通過中の用紙の後端が前記上流位置を通過し終えたことを前記用紙センサによって検知した後、前記加圧ローラの表面温度が許容温度範囲よりも低い場合に、前記定着ローラおよび前記加圧ローラの回転速度を低下させかつ当該用紙が前記ニップ部を通過し終えた後に前記回転速度を元に戻す
ことを特徴とする定着器のローラ回転速度制御方法。
【請求項６】
用紙の種類と前記ニップ部を用紙が通過するときの前記加圧ローラの表面温度の低下量の推定値とを対応づける予め用意された温度低下量テーブルを用いて、使用される用紙の種類を示す指定情報と用紙搬送のタイミング情報とから、前記加圧ローラの表面温度を推定し、その推定値を前記加圧ローラの表面温度とみなして前記許容温度範囲の下限値と比較する
請求項５記載の定着器のローラ回転速度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録用紙上に画像を形成するための定着装置、定着装置を有した画像形成装置、およびローラ回転速度制御方法に関する。画像形成装置には、プリンタ、複写機、ファクシミリ装置および複合機（ＭＦＰ：Multifunction Peripheralsともいう）が含まれる。
【背景技術】
【０００２】
電子写真法によって用紙上に画像を形成する画像形成装置は、トナー像が転写された用紙を加熱する定着器を備える。加熱によって色材であるトナーが溶融して用紙に定着する。典型的な定着器は、表面を昇温させる熱源を有した定着ローラ（加熱ローラともいう）と、定着ローラに当接してニップ部を形成する加圧ローラとを備える。用紙はニップ部に搬送され、ニップ部を通過する間に加熱されかつ加圧される。定着ローラの熱源としてハロゲンランプが広く用いられている。また、誘導加熱（Induction Heating：ＩＨ）によって発熱するベルト状の磁性導電体を熱源として備える定着器もある。
【０００３】
用紙がニップ部を通過するとき、ニップ部においてトナーの溶融に伴う融解熱の消費や用紙への熱発散が起こる。定着器内で用紙を一定の速度で搬送する場合、用紙の先端から後端に向かうにつれて次第にニップ部の温度が低下する。通常、このような温度低下を見込んで、用紙後端での温度が適正な定着の可能な温度範囲を下回らないように定着開始時のニップ部の温度が高めに設定される。
【０００４】
定着時の用紙搬送速度を変化させる先行技術がある。その一つは、定着ローラの表面温度を検出し、表面温度の低下に応動して定着ローラの回転速度を低下させるものである（特許文献１）。これによれば、速度低下によってニップ時間が延長されるので、定着限界（下限温度）が下がって連続形成可能な枚数が増大する。他の一つは、１枚の用紙がニップ部を通過している期間中に定着ローラの回転速度を低下させるものである（特許文献２、３）。これによれば、用紙の先端から後端まで定着の温度条件を均等化し、光沢や強度を含む定着品質を均一化することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５７−７９９７５号公報
【特許文献２】実公平４−１５６４号公報
【特許文献３】特開平８−９５４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来においては、定着における搬送の減速に合わせてニップ部の上流における搬送の速度や送り出しのタイミングを制御する必要があった。また、用紙がニップ部を通過する際は必ず搬送を減速するために、画像形成の生産性が低下していた。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされ、用紙内における画像の定着品質の均一化を図りつつ、ニップ部の上流における用紙搬送制御を簡易にすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する定着装置は、表面を昇温させる熱源を有した定着ローラと、前記定着ローラに当接して用紙を加熱するためのニップ部を形成する加圧ローラと、前記定着ローラおよび加圧ローラの回転速度を制御する制御回路とを有する定着装置であって、前記加圧ローラの表面温度を検出する温度センサと、用紙搬送における前記ニップ部に対する上流位置に配置されて当該上流位置における用紙の有無を検出する用紙センサと、を備える。前記制御回路は、前記ニップ部を通過中の用紙の後端が前記上流位置を通過し終えたことを前記用紙センサによって検知した後、前記温度センサによって検出される温度が許容温度範囲よりも低い場合に、前記回転速度を低下させかつ当該用紙が前記ニップ部を通過し終えた後に前記回転速度を元に戻す。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、用紙内における画像の定着品質の均一化を図りつつ、ニップ部の上流における用紙搬送制御を簡易にすることができる。搬送速度の減速がそれを必要とするときのみに行われるので、生産性の低下を最小限にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】定着用のローラの駆動制御方法の概要を示すタイミングチャートである。
【図２】温度低下量テーブルの一例を示す図である。
【図３】制御テーブルの一例を示す図である。
【図４】画像形成装置の構成の概要を示す図である。
【図５】定着器の構成を示す図である。
【図６】定着器を備える定着装置の構成を示す図である。
【図７】定着器のローラの回転駆動制御の一例を示すタイミングチャートである。
【図８】定着器のローラの回転駆動制御の他の例を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
電子写真式の画像形成装置において、図１に示されるように加圧ローラの表面温度変化に応じてローラ回転速度が切り換えられる。加圧ローラの表面温度が待機時の温度である通常温度Ｔ０に保たれた状態で、ニップ部に上流から用紙が搬入される。そのとき、加圧ローラは通常速度Ｓ０で回転し、その回転速度に対応する周速度で用紙を下流へ送りながら用紙を定着ローラに押し付ける。用紙先端がニップ部に到達する時点ｔ０から用紙後端がニップ部を通過し終える時点ｔ５，ｔ５’，ｔ５”までの期間（これを用紙通過期間という）ＴＰに、次のように必要に応じてローラ回転速度が段階的に変更される。
【００１２】
温度変化Ａは、用紙通過期間ＴＰにおける温度低下量が通常温度Ｔ０と第１閾値温度Ｔ１（Ｔ１＜Ｔ０）との差よりも小さい変化である。加圧ローラの表面温度変化が温度変化Ａである場合は、表面温度は適正定着範囲の下限Ｔｍｉnよりも十分に高いので、ローラ回転速度を下げる必要はない。この場合、ローラ回転速度は通常速度Ｓ０に保たれる。搬送速度が低下しないので、用紙通過期間ＴＰは最短となる。
【００１３】
温度変化Ｂは、時点ｔ３で温度低下量が通常温度Ｔ０と第１閾値温度Ｔ１との差に達する変化である。加圧ローラの表面温度変化が温度変化Ｂである場合は、ニップ時間を延長するためにローラ回転速度を下げる必要がある。この場合、時点ｔ３またはそれ以後の近い時点で、ローラ回転速度が通常速度Ｓ０より小さい第１補正速度（減速速度）Ｓ１に切り替えられる。すなわち、搬送速度が１段階減速される。用紙通過期間ＴＰの終了は時点ｔ５より後の時点ｔ５’になる。時点ｔ５’より後にローラ回転速度は第１補正速度Ｓ１から通常速度Ｓ０へ戻される。
【００１４】
温度変化Ｃは、時点ｔ３より前の時点ｔ２で温度低下量が通常温度Ｔ０と第１閾値温度Ｔ１との差に達し、さらにその後の時点ｔ４で温度低下量が通常温度Ｔ０と第２閾値温度Ｔ２（Ｔ２＜Ｔ１）との差に達する変化である。加圧ローラの表面温度変化が温度変化Ｃである場合も、ニップ時間を延長するためにローラ回転速度を下げる必要がある。この場合、時点ｔ２またはそれ以後の近い時点で、ローラ回転速度が通常速度Ｓ０から第１補正速度Ｓ１に切り替えられ、さらに時点ｔ４またはそれ以後の近い時点で、ローラ回転速度が第１補正速度Ｓ１からそれより小さい第２補正速度Ｓ２に切り替えられる。すなわち、搬送速度が１段ずつ２段階減速される。用紙通過期間ＴＰの終了は時点ｔ５’より後の時点ｔ５”になる。時点ｔ５”より後にローラ回転速度は第２補正速度Ｓ２から通常速度Ｓ０へ戻される。
【００１５】
第１閾値温度Ｔ１および第２閾値温度Ｔ２は、適正な定着品質を得るための要求加熱時間に基づいて設定される。ニップ部の寸法は一定であるので、ニップ部において用紙が受ける熱量はニップ部の寸法分の距離を移動する時間（ニップ時間）に依存する。表面温度が低いほど多くの熱量を必要とし、必要な熱量を得るためのニップ時間である要求加熱時間は長い。ただし、所定幅の温度範囲ごとにニップ時間を制御すれば、実用上の適正な定着品質が得られる。第１閾値温度Ｔ１および第２閾値温度Ｔ２は、ニップ時間の制御にかかわる温度範囲（ある要求加熱時間の適用が許容される範囲）の下限を決める設定値である。
【００１６】
第１閾値温度Ｔ１および第２閾値温度Ｔ２は固定値ではなく、通常温度Ｔ０に対する相対値である。これにより、動作環境や用紙の種類に応じて通常温度Ｔ０の設定を変更した場合にも、標準の設定をした場合と同様にニップ時間を適正化することができる。ただし、
第１閾値温度Ｔ１および第２閾値温度Ｔ２を固定値としてもよい。
【００１７】
ローラ回転速度の切り替えが必要である場合において、ニップ部の上流での用紙搬送に影響しないタイミングで切り替えをするのが望ましい。すなわち上流の搬送ローラから用紙が離れた後にローラ回転速度を減速すればよい。そのための装置構成については後述する。
【００１８】
ローラ回転速度の切り替えの要否を判断する第１の方法は、表面温度を検出して第１閾値温度Ｔ１および第２閾値温度Ｔ２と比較するものである。第２の方法は、用紙搬送のタイミング情報で特定される用紙通過期間ＴＰの開始時点ｔ１からの経過時間を計時し、予め実験または計算で求めた温度低下特性に基づいて加圧ローラの表面温度を推定し、その推定値を実際の表面温度とみなして第１閾値温度Ｔ１および第２閾値温度Ｔ２と比較するものである。
【００１９】
温度低下特性には、用紙の熱容量および通常速度Ｓ０での用紙通過期間ＴＰの長さが関係する。そこで、図２に示されるように熱容量で分類される用紙の種類ごとに、用紙サイズ別に温度低下量を対応づける温度低下量テーブルＴＡ１を制御手段が参照可能に適当なメモリに記憶させておく。そうすれば、例えば動作設定操作における用紙種類および用紙サイズの指定に応じて、該当する温度低下特性に基づいて加圧ローラの表面温度を推定することができる。
【００２０】
なお、図２の例示では用紙サイズの代表例としてＡ３、Ａ４、Ａ５を挙げているが、Ｂ５、Ｂ４、はがき、レター、リーガルといった他の使用が想定される各種サイズについても温度低下量を対応づけておくことができる。また、各サイズについて長辺が搬送方向に沿う場合と短辺が沿う場合とに区分して温度低下量を対応づけておくことができる。
【００２１】
ローラ回転制御にかかわる第１補正速度Ｓ１および第２補正速度Ｓ２は、所定の温度区分ごとに計算された要求加熱時間に基づいて設定される。図３に例示される制御テーブルＴＡ２では、温度低下量の区分ごとに、要求加熱時間、ローラ周速度、およびローラ回転速度が対応づけられている。ニップ部の搬送方向寸法（ニップ幅）を要求加熱時間で除した商（ニップ幅／要求加熱時間）がローラ周速度である。例示ではニップ幅を４．５ｍｍとして計算されている。加熱ローラの外径とローラ周速度からローラ回転速度が決まる。
【００２２】
以下、ローラ回転速度を切り替える機能を有した画像形成装置の構成を説明する。
【００２３】
図４に例示される画像形成装置１は、電子写真法によってカラー画像またはモノクロ画像を形成するタンデム式のカラープリンタである。カラー画像形成時にイエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、および黒（Ｋ）の４色のトナー像を並行して形成するため、画像形成装置１は中間転写ベルト２０および中間転写ベルト２０に沿って並ぶ４個のプロセスユニットＵＹ，ＵＭ，ＵＣ，ＵＫを有する。黒（Ｋ）の像形成のためのプロセスユニットＵＫは、感光体ドラム１１、帯電装置１２、プリントヘッド１３、現像装置１４、一次転写装置１５、および清掃装置１６を備えており、他のプロセスユニットＵＹ，ＵＭ，ＵＣも、トナーの色の違いを除いて同様の構成要素を備えている。
【００２４】
画像形成装置１にはランプ加熱型の定着器３０が実装されている。定着器３０は、定着ローラ（加熱ローラ）３１および加圧ローラ３２を備える。図５に示されるとおり、定着ローラ３１は、その表面を昇温させる熱源としてハロゲンランプ３１０を有する。加圧ローラ３２は、定着ローラ３１に当接して用紙Ｐを加熱するためのニップ部３５を形成する。定着ローラ３１の周面の近傍に、表面温度を非接触で検出する温度センサ（例えば赤外線センサ）３１４が配置されており、加圧ローラ３２の周面の近傍に表面温度を検出する接触型の温度センサ３１５が配置されている。
【００２５】
定着ローラ３１および加圧ローラ３２は図示しない軸受に回転可能に支持される。加圧ローラ３２はバネまたは弾性部材を用いた図示しない付勢機構によって定着ローラ３１に押し当てられる。定着ローラ３１が駆動機構によって用紙Ｐを送り出す方向（図では反時計周り）に所定の周速度となるように回転駆動される。加圧ローラ３２はニップ部３５での定着ローラ３１との摩擦力によって定着ローラ３１の回転に従動して回転する。ただし、これとは逆に加圧ローラ３２を駆動回転させて定着ローラ３１を従動回転させる機構構成、または定着ローラ３１および加圧ローラ３２の両方を駆動回転させる機構構成を採用してもよい。
【００２６】
画像形成動作の概要は次のとおりである。図示しない外部装置（例えば、パーソナルコンピュータ）から例えばカラープリントジョブが与えられると、プロセスユニットＵＹ，ＵＭ，ＵＣ，ＵＫにおいて、帯電装置１２が感光体ドラム１１の表面を一様に帯電させる。外部装置からの画像データに応じて、プリントヘッド１３の射出する光ビームがオンオフ制御され、感光体ドラム１１の表面に潜像が形成される。潜像は現像装置１４によってトナー像に現像され、一次転写装置１５によって中間転写ベルト２０に一次転写される。中間転写ベルト２０の移動に同期した一次転写によって、４色のそれぞれのトナー像が中間転写ベルト２０上で重ねられる。４色のトナー像の形成と並行して、用紙収納部２４からジョブが指定する種類およびサイズの用紙Ｐが取り出され、搬送ローラ２６によって中間転写ベルト２０と二次転写ローラ２７とが対向する二次転写位置へ搬送される。中間転写ベルト２０からトナー像が二次転写された用紙Ｐは、定着器３０を経た後、排紙ローラ対２８によって排紙トレイ２９に排出される。用紙Ｐが定着器３０を通過するとき、トナーが溶融して画像が記録用紙に定着する。
【００２７】
定着器３０の上流側で定着器３０に最も近い搬送ローラは二次転写ローラ２７である。定着器３０のニップ部３５と二次転写位置との距離は、使用が可能とされる適合サイズの用紙における搬送方向寸法の最小値よりも短い。すなわち、画像形成装置１では、用紙が定着器３０のニップ部３５と二次転写のニップ部との両方に跨る期間がある。定着器３０での搬送速度の切り替えを上流での搬送に支障のないタイミングで行うため、二次転写ローラ２７の下流であって二次転写ローラ２７に近い位置に用紙センサ６０が配置されている。用紙センサ６０の配置位置は定着器３０のニップ部３５に対する上流位置である。
【００２８】
画像形成装置１の動作は制御回路１００によって制御される。図６のように制御ユニット１００は、制御プログラムを実行するＣＰＵ、プログラムや各種データを記憶する記憶部、および外部装置と通信する通信部を備える。制御ユニット１００には温度センサ３１４，３１５および用紙センサ６０から検出信号が入力される。温度センサ３１４の出力に基づいて定着ローラ３１のハロゲンランプ３１０を駆動するヒータドライバ１１７が制御され、温度センサ３１５の出力に基づいて定着ローラ３１を回転させる回転駆動機構１２０が制御される。定着ローラ３１の温度制御においては、操作部１１０によって指定された用紙の種類およびサイズに応じて通常温度を高めたり標準に戻したりする設定調整が行われる。このような制御回路１００と定着器３０とで定着装置３が構成される。
【００２９】
図７および図８では加圧ローラ３２の回転速度制御の例が示される。ここでの例は２枚の用紙にそれぞれ画像を形成する場合の制御例である。図７の例では用紙サイズがＡ４（297mm×210mm）で短尺方向が搬送方向である。図８の例では用紙サイズがＡ５（210mm×148mm）で短尺方向が搬送方向である。
【００３０】
加圧ローラ３２の回転速度制御は、加圧ローラ３２の表面温度の低下を定着品質上の許容範囲内に抑えるために行われる。加圧ローラ３２と当接する定着ローラ３１は熱源を有し適正に温調制御されるので、定着ローラ３１の表面温度は熱源の応答性に起因する多少の変動はあるものの、基本的に一定に保たれる。これに対して、加圧ローラ３２の表面温度は用紙がニップ部３５を通過する際に徐々に低下する。
【００３１】
図７において、時点ｔ１１で上流から搬送されてきた用紙がニップ部３５に到達し、この用紙に対する定着が始まる。時点ｔ１１が用紙通過期間ＴＰの前縁である。時点ｔ１１より以前の時点ｔ１０において、ニップ部３５からみた上流位置に配置された用紙センサ６０の出力が用紙の「無」から「有」に変化している。これは、用紙の先端が上流位置に到達したことを示す。
【００３２】
用紙通過期間ＴＰにおいて加圧ローラ３２の表面温度は徐々に低下する。時点ｔ１２において、表面温度が通常速度の適用範囲の下限側の閾値温度まで低下したので、ニップ時間が現在の温度に対応する要求加熱時間となるように搬送速度を減速する必要が生じている。しかし、時点ｔ１２では上流位置に用紙が有る。つまり、用紙が二次転写ローラ２７から解放されていない。したがって、この時点ｔ１２では減速しない。仮に減速すると、ニップ部３５の搬送速度よりも速く二次転写ローラ２７が用紙を送り出すので、ニップ部３５と二次転写ローラ２７との間の搬送路内で用紙が湾曲し、搬送ガイドと接触するなどして未定着のトナー像が乱れる。
【００３３】
加圧ローラ３２の回転速度の減速は、用紙センサ６０の配置された上流位置を用紙の後端が通過し、用紙が二次転写ローラ２７から解放された後に行われる。すなわち、制御回路１００が用紙センサ６０の出力に基づいて、上流位置で用紙が「有」から「無」になったのを検知したのに呼応して行われる。図示では時点ｔ１３において加圧ローラ３２の回転速度が通常速度（例えば１５０ｍｍ／ｓ）からそれより１段低い補正速度（例えば１００ｍｍ／ｓ）に切り替えられる。これにより、ニップ時間が延長されるので、表面温度の低下が以前よりも緩やかになる。
【００３４】
その後、時点ｔ１４で用紙通過期間ＴＰが終了すると、用紙による熱吸収がなくなるので、定着ローラ３１からの熱伝導によって加圧ローラ３２の表面温度が通常温度に戻る。減速されている回転速度は、時点ｔ１４から次の用紙の用紙通過期間ＴＰが始まるまでの紙間期間内に通常速度に戻される。２枚目に用紙に対しても、１枚目の用紙と同様に回転速度制御が行われる。
【００３５】
図８において、時点ｔ２０で上流位置に用紙の先端が到達し、その後の時点ｔ２１で用紙の先端がニップ部３５に到達する。時点ｔ２１から時点ｔ２２までの用紙通過期間ＴＰにおいて、加圧ローラ３２の表面温度は徐々に低下するものの、閾値温度までは低下しない。したがって、加圧ローラ３２の回転速度は、１枚目の用紙の用紙通過期間ＴＰ、２枚目の用紙の用紙通過期間ＴＰ、およびこれらの間の紙間期間を合わせた全期間にわたって通常速度に保たれる。
【００３６】
以上の実施形態において、定着器３０はランプ加熱型に限らず、誘導加熱型であってもよい。画像形成装置１は、用紙に対して加熱加圧を行うものであればよく、モノクロプリンタ、複写機、ファクシミリ装置および複合機といった各種画像形成装置に本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１    画像形成装置
３    定着装置
３１    定着ローラ
３１０    ハロゲンランプ（熱源）
３２    加圧ローラ
３５    ニップ部
１００    制御回路
３１５    温度センサ
６０    用紙センサ
ＴＡ２    制御テーブル
【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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【図７】
2011158809.tif 000009
【図８】
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