(57)【要約】【課題】使用者があらかじめ記録用紙種類を選択して設定する必要がなく、簡便に各記録用紙に適した定着装置の制御を行うことができ、新たな記録用紙に対応可能とする。【解決手段】ヒータ１１３で加熱される定着ローラ１１０、および定着ローラ１１０との間で定着ニップ部Ｎ１を形成する加圧ローラ１２０を備え、定着ニップ部Ｎ１に記録用紙Ｐを通過させて記録用紙Ｐ上のトナーを定着する定着装置１００である。定着ニップ部Ｎ１の上流側に配置されて記録用紙に接触しつつ回転する樹脂ローラ１３１を備え、樹脂ローラ１３１と記録用紙Ｐとの摩擦力または剥離力を測定する力測定部１３０と、力測定部１３０の測定結果からトナーの定着強度を予測する定着強度予測部１４０と、温度制御、搬送速度制御、面圧制御を含む定着条件を制御する定着制御部１５０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱源で加熱される定着部材、および前記定着部材との間で定着ニップ部を形成する加圧部材を備え、前記定着ニップ部に記録用紙を通過させて前記記録用紙に担持されたトナーを定着する定着装置において、
前記定着ニップ部の上流側に配置されて前記記録用紙に接触しつつ回転するローラ部材を備え、前記ローラ部材と前記記録用紙との摩擦力または剥離力を測定する力測定部と、
前記力測定部の測定結果に基づいて温度制御、搬送速度制御、面圧制御のうち少なくとも一つを含む定着条件を制御する定着制御部と、
を備えたことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記力測定部の測定値に基づいて前記記録用紙と前記トナーとの定着強度を予測する定着強度予測部を備え、前記定着制御部は予測された前記定着強度に基づいて前記定着条件を制御することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記ローラ部材と前記記録用紙との間にはたらく摩擦力を測定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記ローラ部材と前記記録用紙との間にはたらく剥離力を測定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の定着装置。
【請求項５】
前記定着制御部は、前記定着ニップ部を通過する速度を制御することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項６】
前記定着制御部は、前記加圧部材が前記定着部材を押付ける力を調整することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の定着装置と、前記定着装置に搬送する前記記録用紙にトナー像を形成する作像手段と、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、加熱することによりトナーを記録用紙に定着する定着装置、およびこの定着装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置は、紙等のシート状記録媒体（以下、記録用紙という）上に転写され担持されているトナー像（未定着画像）を記録用紙に加熱定着することにより、複写物や記録物を出力する。このような画像形成装置として、複写機、ファクシミリ、プリンター、これらの機能をあわせ持つデジタル複合機が知られている。
【０００３】
このような定着装置として加熱源を備える定着ローラを備えるものがある。この定着装置を備える画像形装置では、定着ローラの温度制御を実行するために、定着ローラの温度を検出するサーミスタの温度検出値に基づいて加熱源を制御して定着ローラの温度が一定になるようにしている。
【０００４】
しかし、定着ローラの温度を一定にする制御では、記録用紙種類の影響を考慮していないため、定着時のトナーの定着強度に誤差が生じ定着画像の画質がばらつくことがある。記録用紙種類の多様性に対応する手段として、使用者が用紙種類選択部から記録用紙の種類を選択し、それぞれの記録用紙の種類に最適な定着装置の温度や圧力を制御する技術が提案されている。
【０００５】
特許文献１には、用紙種類選択部を備え、使用者が用紙種類選択部を用いて記録用紙種類を選択し、それぞれの記録用紙種類に最適な定着装置の温度や圧力を制御する定着装置が記載されている。すなわち、特許文献１に記載の定着装置は、内部に加熱手段を有する定着ローラと、前記定着ローラに圧接して回転する加圧ローラと、前記加圧ローラの加圧力を変化させるための加圧手段と、前記定着ローラと前記加圧ローラとのローラ対に対して記録用紙搬送方向上流側に設けられた記録用紙の厚さ検知手段と、制御手段とを有し、前記制御手段は、定着される前記異なる色調のトナーの種類と、前記厚さ検知手段によって検知した前記記録用紙の厚さとによって、定着に最適な前記定着ローラの温度と前記加圧手段の加圧力を設定する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来および特許文献１に記載の定着装置では、使用者による記録用紙種類の設定が必要であり、操作が煩雑であるという問題があった。それとともに、用紙種類選択部においてあらかじめ選択する記録用紙種類を設定する必要があるため、新たに発売される記録用紙等に対応することができず汎用性に乏しいという問題がある。
【０００７】
本発明の課題は、使用者があらかじめ記録用紙種類を選択して設定する必要がなく、簡便に各記録用紙に適した定着装置の制御を行うことができ、新たな記録用紙に対応できる定着装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る定着装置は、加熱源で加熱される定着部材、および前記定着部材との間で定着ニップ部を形成する加圧部材を備え、前記定着ニップ部に記録用紙を通過させて前記記録用紙上のトナーを定着する定着装置において、前記定着ニップ部の上流側に配置されて記録用紙に接触しつつ回転するローラ部材を備え、前記ローラ部材と記録用紙との摩擦力または剥離力を測定する力測定部と、前記力測定部の測定結果に基づいて前記定着装置における温度制御、搬送速度制御、面圧制御を含む定着条件を制御する定着制御部と、を備えることを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、記録用紙の種類をあらかじめ設定することなく、定着装置に記録用紙の種類に応じた最適な定着条件が設定されるので、特別な操作をすることなく良好な定着画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る画像形成装置の実施形態に係る画像形成装置を示す断面図である。
【図２】本発明に係る定着装置の実施形態に係る定着装置を示す模式図である。
【図３】同定着装置の力測定部で計測するトルクの変動の一例を示すグラフである。
【図４】同定着装置における定着強度の予測値と定着ローラの設定温度の関係を示すグラフである。
【図５】同定着装置における定着強度と搬送速度との関係を示すグラフである。
【図６】同定着装置における定着強度とニップ部の設定圧力との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明を実施するための形態に係る定着装置、および画像形成装置について説明する。まず、本発明の実施形態に係る定着装置が使用される画像形成装置について説明する。図１は本発明に係る記録用紙案内装置が使用される画像形成装置の概略構成を示す断面図である。以下、画像形成装置として、モノクロの複写機を例として説明する。画像形成装置は、原稿Ｄを読み取る画像読み取りユニット１１、トナー像を形成する画像形成手段である画像形成部１２、自動原稿搬送装置１３を備える。また画像形成装置は、自動原稿搬送装置１３から送り出される原稿Ｄをスタックする原稿排紙トレイ１４、給紙カセット１５ないし１８を備える給紙部１９、記録用紙をスタックする排紙トレイ２０を備える。
【００１２】
自動原稿搬送装置１３の原稿台２１上に原稿Ｄをセットして図示せぬ操作部での操作、例えばプリントキーの押下操作をすると、最上位の原稿Ｄがピックアップローラ２２の回転により矢印Ｂ１方向へ送り出される。原稿Ｄは、原稿搬送ベルト２３の回転により、画像読み取りユニット１１に固定されたコンタクトガラス２４上へ搬送され、そこで停止する。コンタクトガラス２４上に設置された原稿Ｄの画像は、画像形成部１２とコンタクトガラス２４の間に位置する読み取り装置２５によって読み取られる。読み取り装置２５は、コンタクトガラス２４上の原稿Ｄを照明する光源２６、原稿画像を結像する光学系２７、原稿画像を結像させる電荷結合素子（ＣＣＤ）等からなる光電変換素子２８等を有している。画像読み取り終了後、原稿Ｄを原稿搬送ベルト２３の回転により矢印Ｂ２方向へ搬送して原稿排紙トレイ１４上へ排出する。このように、原稿Ｄを１枚ずつコンタクトガラス２４上へ搬送して原稿画像を画像読み取りユニット１１によって読み取る。
【００１３】
一方、画像形成部１２の内部には、作像手段６０の感光体３０が配置してある。感光体３０は、図において時計方向に回転駆動し、帯電装置３１によって表面を所定の電位に帯電させる。また、書き込みユニット３２からは、読み取り装置２５によって読み取った画像情報に応じて光変調したレーザー光Ｌを照射し、帯電させた感光体３０の表面をこのレーザー光Ｌで露光し、これによって感光体３０の表面に静電潜像を形成する。この静電潜像は、現像装置３３を通るとき、対向する転写装置３４によって感光体３０と転写装置３４の間に搬送された記録媒体である記録用紙Ｐに転写する。トナー像転写後の感光体３０の表面は、クリーニング装置３５によって清掃する。
【００１４】
画像形成部１２の下部に配置した複数の給紙カセット１５ないし１８には、紙等の記録用紙Ｐを収容してある。いずれかの給紙カセット１５ないし１８から記録用紙Ｐを矢印Ｂ３方向へ送り出し、その記録用紙Ｐの表面に、上述のように感光体３０の表面に形成したトナー像を転写する。次に、記録用紙Ｐを矢印Ｂ４で示すように画像形成部１２内の定着装置１００を通し、熱と圧力の作用によって記録用紙Ｐに担持されたトナー像を定着する。そして、定着装置１００を通った記録用紙Ｐを排出ローラ対３６によって搬送し、矢印Ｂ５で示すように排紙トレイ２０へ排出する。
【００１５】
なお、画像形成装置として、複数色に対応した複数の作像手段を備えるカラー複写機や、プリンター、複写機、ファクシミリ等の機能をあわせ持つ複合機を対象とすることができる。
【００１６】
＜実施形態１＞
以下本発明に係る定着装置の実施形態１に係る定着装置について説明する。実施形態１に係る定着装置は、制御に際して、以下の特徴を有する。すなわち、定着装置は、定着強度予測部によって記録用紙の種類に応じて予測された定着強度に基づいて加熱源を温度制御する。これにより、記録用紙の種類に応じて最適な画像を提供することができる。ここで、定着強度の予測は、定着強度予測部で行う。定着強度予測部は、力測定部材が測定した力測定部材と記録用紙が接触した際に作用する摩擦力および剥離力に基づいて定着強度の予測を行う。
【００１７】
次に実施形態１に係る定着装置を図面に基づいて説明する。図２は本発明に係る定着装置の実施形態に係る定着装置を示す模式図である。定着装置１００は、定着ニップ部Ｎ１を形成する定着手段である定着ローラ１１０、および加圧手段である加圧ローラ１２０を備える。また定着装置１００は、図示しない搬送モータ、定着ニップ部Ｎ１の上流側に配置した力測定部１３０、力測定部１３０で測定値から記録用紙Ｐとトナーとの定着強度を予測する定着強度予測部１４０を備える。さらに定着装置１００は、定着強度予測部１４０が予測した定着強度から定着装置１００の定着条件を制御する定着制御部１５０を備える。
【００１８】
記録用紙Ｐは力測定部１３０が形成するニップ部Ｎ２、定着ローラ１１０および加圧ローラ１２０が形成する定着ニップ部Ｎ１の順に通過する。図２には記載していないが、力測定部１３０の下流かつ定着ローラ１１０および加圧ローラ１２０の上流には記録用紙Ｐにトナーを転写する作像手段６０（図１参照）が設けられている。記録用紙Ｐがニップ部Ｎ２を通過するのはトナーが転写される前であり、定着ニップ部Ｎ１を通過するのはトナーが転写された後である。
【００１９】
次に定着ローラ１１０、および加圧ローラ１２０について説明する。定着ローラ１１０および加圧ローラ１２０、図２の矢印の方向に回転するローラであり、記録用紙Ｐが図のように左から右へ定着ニップ部Ｎ１を通過し、転写されたトナーを加熱および加圧することにより記録用紙Ｐに定着させる。
【００２０】
定着ローラ１１０は定着部材芯金１１２の表面に定着部材表層１１１を設けたローラ部材である。定着部材芯金１１２をアルミニウム、定着部材表層１１１をフッ素樹脂（例えばテフロン（登録商標））で構成している。ヒータ１１３は芯金の中空の内部で発熱することにより、変更可能に定着部材を加熱する。加圧ローラ１２０は、定着部材に対向して配置された加圧部材芯金１２２の表面に加圧部材表層１２１を設けたローラである。加圧部材芯金１２２をアルミニウム、加圧部材表層１２１をフッ素樹脂（例えばテフロン（登録商標））で構成している。搬送モータはステッピングモータ、ＡＣモータ、ＤＣモータなど、速度を変更できるモータにより構成され、加圧ローラ１２０を加圧部材芯金１２２の中心軸まわりに回転させる。
【００２１】
次に力測定部１３０について説明する。力測定部１３０は、ローラ部材である樹脂ローラ１３１、および保持部材１３２から形成され、ニップ部Ｎ２を形成する。記録用紙Ｐは、図２に示すように、図中左から右へニップ部Ｎ２を通過する。樹脂ローラ１３１は、加圧ローラ１２０と同様に搬送モータで駆動されている。樹脂ローラ１３１は所定の回転数で回転され、記録用紙Ｐを搬送する。
【００２２】
樹脂ローラ１３１は、ポリエステル系の樹脂で構成する。力測定部１３０において樹脂ローラ１３１は、トナーを模するものであり、樹脂ローラ１３１と記録用紙Ｐとの間で計測された力は、後にトナーと記録用紙Ｐの定着強度を予測するために使用される。このため、樹脂ローラ１３１の素材としては、トナーと類似した材料としてポリエステルを用いている。樹脂ローラ１３１の素材は、トナーの材料に合わせてポリエチレン、ＰＥＴ等の樹脂を使用することができる。また溶融したトナーの性質を再現するため、樹脂ローラ１３１を加熱しておくことができる。
【００２３】
保持部材１３２はステンレス鋼（ＳＵＳ）などの金属の表面をフッ素樹脂（例えばテフロン（登録商標））で加工したものを用いる。後に樹脂ローラ１３１において樹脂ローラ１３１と記録用紙Ｐの摩擦力等を検出するため、保持部材１３２の表面においてできる限り記録用紙Ｐとの摩擦係数が小さいことが望ましく、表面は鏡面状に形成した金属とすることができる。
【００２４】
力測定部１３０では、図２に示すように、樹脂ローラ１３１が回転する際のトルクを検出する。記録用紙Ｐがニップ部Ｎ２を通過する前後では樹脂ローラ１３１にかかる力が変化する。この際のトルクの差を求めることによって記録用紙Ｐと樹脂ローラ１３１との間にはたらく力を計測する。
【００２５】
前述のように樹脂ローラ１３１はトナーを模した材料であるため、トナーと記録用紙Ｐの定着強度を見積もることができる。このとき力Ｆ１（図３参照）は記録用紙Ｐがニップ部Ｎ２を通過している最中と、通過していないときとのトルクの差である。これは樹脂ローラ１３１と記録用紙Ｐとの摩擦力として検出することができる。また力Ｆ２（図３参照）は記録用紙Ｐがニップ部Ｎ２から剥離する瞬間と通過していないときとのトルクの差である。これは樹脂ローラ１３１と記録用紙Ｐとの剥離力として検出することができる。得られた摩擦力Ｆ１および剥離力Ｆ２は定着強度予測部１４０において定着強度を予測する際に利用する。
【００２６】
次に定着強度予測部１４０について説明する。定着強度予測部１４０は、力測定部１３０において計測した樹脂ローラ１３１と記録用紙Ｐとの摩擦力および剥離力の測定結果を用いて定着強度を予測する。また、定着制御部１５０は、定着強度予測部１４０が予測した定着強度に応じて定着ローラ１１０のヒータ１１３を制御し定着ローラ１１０の設定温度を変更する。
【００２７】
図３は同定着装置の力測定部で計測するトルクの変動の一例を示すグラフ、図４は同定着装置における定着強度の予測値と定着ローラの設定温度の関係を示すグラフである。図３のグラフの横軸は、定着強度の予測値として力測定部１３０において計測された摩擦力と剥離力の合計について基準となる普通紙を１として相対値を算出したものである。また縦軸はそれぞれの記録用紙において実験から定着画像の強度や定着ローラへのオフセット量などから判断された最適な定着ローラ温度である。１０種類の記録用紙に対しそれぞれの値をプロットしたところ、両者はよい相関を示していることが分かった。定着強度が１．０の記録用紙は設定温度１３０℃が最適であるのに対し、定着強度の高い２．０の記録用紙では設定温度１２０℃が最適であり、定着強度の低い０．５の記録用紙は１４０℃が最適である。
【００２８】
以上により、搬送される記録用紙Ｐを力測定部１３０において摩擦力および剥離力を計測し、その結果を用いてそれぞれの記録用紙に最適な温度に定着ローラ１１０を制御することができることが分かる。実施形態１では、定着強度は力測定部１３０において得られた摩擦力と剥離力の合計としたが、摩擦力のみあるいは剥離力のみ、摩擦力と剥離力に重み付けをして加算するなどすることができる。定着装置において最適な定着ローラ温度とよい相関が得られるパラメータであることが望ましい。
【００２９】
次に実施形態１に係る定着装置１００の動作について説明する。記録用紙Ｐはまず力測定部１３０、すなわち樹脂ローラ１３１と保持部材１３２が形成するニップ部Ｎ２を通過する。このとき、図３に示すように、力測定部１３０で樹脂ローラ１３１との摩擦力および剥離力が計測される。次いで定着強度予測部１４０は、計測された摩擦力および剥離力から定着強度の予測値を算出する。そして、定着制御部１５０は、この予測値を受け、図４の関係式を用いて定着ローラ１１０の温度がそれぞれの記録用紙Ｐに最適な温度になるように定着ローラ１１０のヒータ１１３を制御する。
【００３０】
そして、力測定部１３０を通過した記録用紙Ｐはトナー像が転写された後、最適な温度に制御された定着ローラ１１０および加圧ローラ１２０が形成する定着ニップ部Ｎ１を通過する。これにより、搬送される記録用紙Ｐと発熱した定着ローラ１１０が定着ニップ部Ｎ１で接触し、記録用紙Ｐ上のトナー像を最適な状態に加熱されて溶融する。
【００３１】
実施形態１に係る定着装置１００では、力測定部１３０、定着強度予測部１４０を備えトナーと記録用紙の定着強度を予測する。そして、定着制御部１５０は、予測した定着強度に基づいてヒータ１１３を制御して、定着装置１００の温度を制御する。このため、記録用紙の種類をあらかじめ設定する必要がなく、自動的かつ簡便に各記録用紙に適した条件に定着装置の制御を行うことができる。よって、幅広い記録用紙種類に対応した定着装置を提供することができる。また、今後新たに発売される記録用紙であっても柔軟に対応が可能である。
【００３２】
＜実施形態２＞
実施形態１に係る定着装置１００では、定着制御部１５０で記録用紙Ｐに対して定着強度から定着ローラ１１０の温度が最適になるように制御したが、定着制御部１５０が制御する対象は定着ローラ１１０の温度以外でもよい。例えば、記録用紙Ｐが定着ニップ部Ｎ１を通過する記録用紙の搬送速度制御を行うことができる。図５は同定着装置における定着強度と搬送速度との関係を示すグラフである。実施形態２に係る定着装置では、定着強度と搬送速度の関係式を実験により求めておく。そして、定着制御部１５０は、それぞれの記録用紙Ｐに対して定着強度予測部１４０において予測した定着強度に応じて加圧ローラ１２０を駆動する搬送モータの回転数を制御する。
【００３３】
＜実施形態３＞
さらに、定着ローラ１１０と加圧ローラ１２０が形成する定着ニップ部Ｎ１の面圧制御を行うことができる。図６は同定着装置における定着強度とニップ部の設定圧力との関係を示すグラフである。実施形態３に係る定着装置では、定着制御部１５０は、図６に示す関係式から定着強度に基づいて定着ローラ１１０と加圧ローラ１２０が形成する定着ニップ部Ｎ１の面圧を制御する。このとき、加圧ローラ１２０は定着ローラ１１０に対して押し込み量を調整できるような機構を備えるものとし、加圧ローラ１２０の定着ローラ１１０への押付け力を制御して定着ニップ部Ｎ１の面圧を制御する。
【００３４】
さらに、定着ローラ１１０の温度、搬送速度、定着ニップ部Ｎ１の面圧から複数のパラメータを選択して制御することができる。この場合、それぞれを定着強度予測部１４０において予測した定着強度に応じ定着制御部１５０で制御することにより、より精密に記録用紙Ｐに応じた最適な定着画像を得ることができる。
【００３５】
以上のように、各実施形態に係る定着装置によれば、定着強度予測部によって記録用紙の種類に応じて予測した定着強度に基づき、加熱源を制御する機構を設けることにより、定着装置において記録用紙の種類に応じて最適な画像を提供することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１００：定着装置
１１０：定着ローラ（定着部材）
１１３：ヒータ（加熱手段）
１２０：加圧ローラ
１２２：加圧部材芯金
１３０：力測定部
１３１：樹脂ローラ（ローラ部材）
１３２：保持部材
１４０：定着強度予測部
１５０：定着制御部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３７】
【特許文献１】特開２００３−１５４６１公報
【図１】
2015001544.tif 000003
【図２】
2015001544.tif 000004
【図３】
2015001544.tif 000005
【図４】
2015001544.tif 000006
【図５】
2015001544.tif 000007
【図６】
2015001544.tif 000008