(57)【要約】【課題】温度上昇などの外乱による用紙搬送速度の変動が少ない電子写真形成装置における定着器を実現するものである。【解決手段】以下の構成を有することを特徴とする定着装置。（１）定着加熱ローラー。（２）加圧ローラー。（３）加圧ローラーに回転駆動力を入力する駆動伝達機構。（４）駆動モーター。（５）定着加熱ローラーの周速度を検出するセンサー。このセンサーは発光部にＬＥＤを用いた反射型のイメージセンサーである。（６）駆動制御ユニット。ここで上記駆動制御ユニットは、上記定着加熱ローラー周速度センサーの出力が、目標速度に収束するように定速度制御をすることを特徴とする。【選択図】　　　　図１
2004109169.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の構成を有することを特徴とする電子写真画像形成装置における定着装置。
（１）定着加熱ローラー。ここで定着加熱ローラーの外径部は　転写部から送られてきた記録媒体の未定着トナーの存在する面に接触し、これに熱を与え記録媒体に溶融定着する。
（２）定着加熱ローラーに熱供給するための加熱源。
（３）加圧ローラー。ここで加圧ローラー軸は　定着加熱ローラー軸と平行であり、定着加熱ローラーに対して所定の力で加圧され、この２つのローラー間の接触領域に記録媒体を挟み込んでこれを搬送する。
（４）加圧ローラーに回転駆動力を入力する駆動伝達機構。ここで定着加熱ローラーは加圧ローラーに直接、あるいは記録媒体を介して加圧接触しているために　これに従動する。
（５）駆動モーター。
（６）定着加熱ローラーの周速度を検出するセンサー。このセンサーは　発光部にＬＥＤを用いた反射型のイメージセンサーである。
（７）駆動制御ユニット。
ここで上記駆動制御ユニットは、上記定着加熱ローラー周速度センサーの出力が目標速度に収束するように定速度制御をすることを特徴とする。
【請求項２】
前記駆動モーターは、出力軸の回転数を検出するパルスジェネレーターを有するＤＣモーターであり、この検出値を用いて出力回転数のフィードバック補償をおこなうことを特徴とする請求項１記載の電子写真画像形成装置における定着装置。
【請求項３】
前記パルスジェネレーターの検出値から求まる定着加熱ローラー周速度と、前記定着加熱ローラー周速度センサーから得た周速度を比較し、後者の値が一定幅以上低くなった時には、ローラースリップ信号を出力することを特徴とする請求項１又は２記載の電子写真画像形成装置における定着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真画像形成方式を用いて記録媒体に画像を形成する電子写真複写機、電子写真プリンタ（例えばレーザープリンタ等）、ファクシミリ装置、ワードプロセッサ等の電子写真画像形成装置における定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真画像形成装置においては、転写部において記録媒体上に転写されたトナー像を互いに加圧接触して回転するローラー対に挟持搬送し、この接触部位で熱を加えてトナーを記録媒体（紙）に加熱定着する。
【０００３】
トナーを記録媒体に定着するとは、トナーが所望の粘度になるまでトナーに熱を加え、これを機械的に加圧し、トナーと紙のセルロース繊維間に分子間力などの結合力を発生させて接着固定するプロセスである。
【０００４】
ここで例えば、トナーに伝わる熱が不足するとトナーの紙への溶け込み不足となる結果として、定着ローラー側にトナーがオフセットしてしまうコールドオフセットが発生する。逆にトナーが過熱してもトナー間の凝集力が低下する結果として定着ローラーにオフセットするホットオフセットが発生する。このような画像欠損にまでいたらなくても、とくにフルカラー機は不均一なトナー溶融による光沢ムラや　色相、彩度がばらつくなどの発色性の低下がおこり、トナーの均一溶融性についてはとくに敏感である。
【０００５】
このトナーの溶融状態を均一化するための手段として、トナー面に接触する定着加熱ローラーおよび用紙裏面に接触する加圧ローラーのアルミ等の金属母材表面上に耐熱シリコンゴム層を設け、この弾性の作用で加圧力分布を均一化し、熱伝達を均一化することがおこなわれる。
【０００６】
また定着加熱ローラー側のシリコンゴム層には、熱源から母材をとうして得た熱を拡散して均一化する作用、連続通紙時の表面温度低下を避けるための畜熱部としての機能あり、加圧ローラー側のシリコンゴム層は定着ニップ部と加圧ローラー軸間の断熱作用がある。
【０００７】
ところで上記のように、その外周にシリコンゴムなどの弾性層をもつローラーを定着器に使用した場合、熱膨張によってローラー径が変化し、用紙の搬送速度が変化する。
【０００８】
この搬送速度の変化は、連続紙通紙時や、本体構成上　転写部と定着部が接近している場合に用紙の押し込みや、引き合いが発生して画像不良や紙シワ、通紙ジャムの原因となる。
【０００９】
従来の定着器における用紙搬送速度の検出方法としては、
（１）給排紙部の搬送コロの軸回転数から搬送速度を検出する方法。
（２）定着加熱ローラーに速度検出用ローラーを接触従動回転させてこのローラー軸の軸回転数を検出する。
等があるが、ここで（１）は非通紙時の回転検出ができないため、第１枚目の通紙に制御がかけられず、間欠プリントに対応できないこと。
【００１０】
（２）は定着ローラー表面の損傷は直接、画像としてあらわれることから定着ローラーへのコロなどの接触は避けるべきである。また（１）、（２）ともにコロの滑り、コロ自身の熱膨張の影響を受けるので、多くとも±３％程度である搬送速度変動を検出するのは困難であった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は温度上昇などの外乱による用紙搬送速度の変動が少ない電子写真形成装置における定着器を実現するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
（構成）
以下の構成を有することを特徴とする電子写真画像形成装置における定着装置。
【００１３】
（１）定着加熱ローラー。ここで定着加熱ローラーの外径部は、転写部から送られてきた記録媒体の未定着トナーの存在する面に接触し、これに熱を与え記録媒体に溶融定着する。
【００１４】
（２）定着加熱ローラーに熱供給するための加熱源。
【００１５】
（３）加圧ローラー。ここで加圧ローラー軸は、定着加熱ローラー軸と平行であり、定着加熱ローラーに対して所定の力で加圧され、この２つのローラー間の接触領域に記録媒体を挟み込んでこれを搬送する。
【００１６】
（４）加圧ローラーに回転駆動力を入力する駆動伝達機構。ここで定着加熱ローラーは加圧ローラーに直接、あるいは記録媒体を介して加圧接触しているために　これに従動する。
【００１７】
（５）駆動モーター。
【００１８】
（６）定着加熱ローラーの周速度を検出するセンサー。このセンサーは、発光部にＬＥＤを用いた反射型のイメージセンサーである。
【００１９】
（７）駆動制御ユニット。
【００２０】
ここで上記駆動制御ユニットは、上記定着加熱ローラー周速度センサーの出力が目標速度に収束するように定速度制御をすることを特徴とする。
【００２１】
（説明）
図１にもとづいて本発明に係る構成を簡単に説明する。
【００２２】
本構成における定着機では、定着加熱ローラー（１００）と加圧ローラー（１０２）を一対用いる。このローラー対の軸は常に平行であり、加圧ローラー軸（１０２ｂ）は、空間に固定された定着加熱ローラー軸（１００ａ）に対してその距離を減少する方向にバネなどの手段により付勢されている。よって定着加熱ローラー（１００）と加圧ローラー（１０２）は定着ニップ部（１０１）でその外周が互いに加圧接触する。
加圧ローラー（１０２）は、加圧ローラー軸（１０２ｂ）上に固定されたローラー駆動ギア（１２４）から駆動入力される。ローラー駆動ギア（１２４）へは２個の二段アイドラギア（１２０，１２２）を介してモーターピニオン（１１４）から駆動力が伝達され、モーター軸から加圧ローラー軸まで３段の減速を行っている。
【００２３】
モーター（１１０）は、パルスジェネレーター（１１２）付きの直流モーターである。
【００２４】
速度センサー（１３０）は発光部にＬＥＤを用いた反射型のイメージセンサーであり、定着加熱ローラー（１００）の外周の接線速度を検出している。
【００２５】
ここで図１（ｂ）に示すように、搬送速度目標値Ｅｉ（１５０）に対して検出速度Ｅｏ（１５２）が一定の誤差以内に収束するように閉ループ制御を構成した。モーター部（１６２）は、とくに負荷変動などの外乱に適応するため、軸回転数フィードバック補償をかけている。
【００２６】
以上のように本発明の構成の定着器によれば、定着ユニット駆動および制御を本体と独立して行い、また速度検出に非接触のイメージセンサを用いたことで用紙搬送速度を高精度に安定化することが可能である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（実施例）
（本発明に係る定着器が用いられる電子写真画像形成装置本体）
初めに本実施例にしたがって構成される電子写真画像形成装置について、図２を用いて説明する。図２は本実施例における電子写真方式の画像形成装置本体ＡにプロセスカートリッジＢが装着された状態の断面図である。
【００２８】
画像形成装置本体Ａ内のプロセスカートリッジＢは、ドラム形状の電子写真感光体、すなわち、感光体ドラム７を有する。感光体ドラム７は、帯電手段によって帯電され、ついで、光学手段１からレーザー光を照射することによって感光体ドラム７に画像情報に応じた潜像が形成される。この潜像は、プロセスカートリッジＢの現像手段によって現像され、可視像、すなわち、トナー像となる。
【００２９】
一方、トナー像の形成と同期して給紙カセットにセットした記録媒体１２をピックアップローラー１３，搬送ローラー対２，及びレジストローラ対３で転写位置へと搬送する。転写位置には、転写手段としての転写ローラー４が配置されており、電圧を印加することによって、感光体ドラム７上のトナー像を記録媒体に転写する。
【００３０】
トナー像の転写を受けた記録媒体は、定着手段１１へと搬送される。定着手段１１は通過する記録媒体に熱及び圧力を印加して転写されたトナー像を記録媒体上に定着する。
【００３１】
記録媒体は、排出ローラー対（８）で搬送され排出トレーへと排出される。
【００３２】
（定着機構成）
本実施例における定着装置構成を図３に示す。
【００３３】
図１において、その上面に未定着トナー像を有する用紙は、搬送面（３０１）に沿って入口開口（３０２）より搬入され、定着プロセスを経て排出口（３０３）より機外へ排出される。
【００３４】
定着加熱ローラー（１００）は、厚さ１ｍｍのアルミパイプを母材としてその外周に約１ｍｍの耐熱シリコンゴム層をスプレーコートした後、最外層に約５０μｍのＰＦＡ層をコートしたものであり、外径は３０ｍｍである。定着加熱ローラー（１００）は、その両端のフランジを軸受けを介して定着フレーム（３００）に対して支持されている。また軸芯部には、定着熱源として８００Ｗの近赤外ハロゲンヒーターを設けている。
【００３５】
加圧ローラー（１０２）は、外径２０ｍｍのステンレス製軸の外周に５ｍｍの耐熱シリコンゴム層を注型により成型したものであり、外径研削により外径精度を維持している。加圧ローラー（１０２）は、その両端を軸受けを介して加圧フレーム（３１０）に対して支持されている。さらに加圧フレーム（３１０）は定着フレームに設けられたピボット軸（３１２）について揺動可能に支持される。定着加熱ローラー（１００）と加圧ローラー（１０２）のローラー対の軸は常に平行であり、加圧ローラー軸（１０２ｂ）は、空間に固定された定着加熱ローラー軸（１００ａ）に対してその距離を減少する方向に加圧バネ（３１４）の手段により付勢されている。
【００３６】
よって定着加熱ローラー（１００）と加圧ローラー（１０２）は定着ニップ部（１０１）でその外周が互いに加圧接触する。本実施例においては、１対のローラーの変形により形成された定着ニップの面積と面圧分布を考慮して、この定着ニップにおける加圧力をニップ平均面厚ｐ＝３ｋｇｆ／ｃｍ２となる様に設定した。
【００３７】
ここで外部より加圧ローラー（１０２）を駆動すると、定着ローラー（１００）は外周部で接線方向力を受けるため、これに従動する。
【００３８】
定着上カバー（３０５）の定着ローラー長手中央部には、速度センサー（１３０）が設けられる。速度センサー（１３０）は発光部にＬＥＤを用いた反射型のイメージセンサーであり、赤色ＬＥＤ（１３０ｃ）を光源としてレンズユニット（１３０ａ）をとうして定着加熱ローラー（１００）の外周部を照明して、これをレンズユニット（１３０ａ）の別の部位をとうしてチップ（１３０ｂ）内のイメージセンサー部に結像させる。得られたパターンの移動距離と時間から定着ローラーの接線速度を検出する。
【００３９】
ここで本実施例で用いたイメージセンサーは、定着加熱ローラーの表面の微小凹凸を検出するのに十分な解像度を有していたため、特に定着加熱ローラー表面に検出用のマーキングは設けなかったが、解像度の低いセンサーを用いる際や、センサー部の昇温を避けるなどの目的でセンサと定着ローラー間の距離を大きくする際には、ローラーのシリコンゴム層表面に速度検出用マークを印刷してその上にＰＦＡをコートするなどの方法を取ることができる。
【００４０】
（定着器駆動機構）
図１（ａ）に示すように、加圧ローラー（１０２）は、加圧ローラー軸（１０２ｂ）上に固定されたローラー駆動ギア（１２４）から駆動入力される。ローラー駆動ギア（１２４）へは２個の二段アイドラギア（１２０，１２２）を介してモーターピニオン（１１４）から駆動力が伝達され、モーター軸から加圧ローラー軸まで３段の減速を行っている。
【００４１】
モーター（１１０）は、パルスジェネレーター（１１２）付きの直流モーターである。
【００４２】
図４にギア列の配置を示す。ここで第２アイドラギア（１２２）の軸は加圧ローラーフレームの揺動軸（３１２）上にあるので、ニップ部を通過する用紙の厚さの影響により　加圧ローラーフレームが揺動軸（３１２）中心に揺動しても第２アイドラギア（１２２）と加圧ローラーギア（１２４）の中心間距離は一定である。
【００４３】
（定着ユニット定速制御ブロック）
図１（ｂ）に本実施例にかかる定着器の速度制御ブロックを示す。
【００４４】
ここでは搬送速度目標値Ｅｉ（１５０）に対して検出速度Ｅｏ（１５２）が一定の誤差以内に収束するように閉ループ制御を構成した。Ｅｏの検出は速度センサ（１３０）の出力を用いている。
【００４５】
モーター部（１６２）は、モーター軸に取り付けられたパルスジェネレーター（１１２）により回転数Ｎを検出して軸回転数フィードバック補償をかけている。これは負荷変動などの外乱に適応するためである。
【００４６】
外乱Ｄ（１５４）としては、主に定着ローラー、加圧ローラーの熱膨張による速度変動を考慮しているが、速度センサ（１３０）のサンプリング周波数が１．５ＫＨｚと十分高いのでニップ突入の衝撃、紙厚による速度変動に追従可能であった。
【００４７】
また逆に、熱膨張による速度変動の低減だけがねらいであれば、速度センサの仕様を簡略化して、より安価なセンサを使用してもよい。
【００４８】
本実施例においては、上記の定速制御をＤＳＰによるソフトウエア制御により実現しているが、より簡易な方法としてアナログデバイスを用いたＰＩＤ回路を使用してもよい。
【００４９】
さらに本実施例においては、目標速度値に対して検出速度がある一定値以上低下した場合に、ローラースリップと判断してアラーム信号を出力する機能を追加した。このローラースリップ信号の出力により、駆動動力、ヒーター電源をＯＦＦするロジックを構成することで、ローラー停止時のローラー異常昇温、ニップ部の用紙滞留による発火、ローラー焼き付きなどの事故を防止することができる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明における電子写真画像形成装置の定着装置構成によれば、
定着ユニットの駆動を本体と独立して定速制御する簡易な構成を実現した。これにより転写部と定着部の距離を接近させるなど本体構成上のレイアウトの自由度が向上した。
【００５１】
速度検出に非接触のイメージセンサを用いたことで用紙搬送速度を高精度に安定化することを可能とした。
【００５２】
さらにローラースリップを検知することによってローラー停止時のローラー異常昇温、ニップ部の用紙滞留による発火、ローラー焼き付きなどの事故を防止することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における定着装置駆動構成の模式図　および　定速制御ブロック図。
【図２】本発明の実施例における電子写真画像形成装置の断面図。
【図３】本発明における定着装置の中央部断面図。
【図４】本発明における定着装置の駆動部構成図。
【図５】本発明における定着装置の外観図。
【符号の説明】
１１…定着ユニット
１００…定着加熱ローラー
１０２…加圧ローラー
１３０…速度センサー
１１０…駆動モーター
１１２…パルスジェネレーター
３００…定着フレーム
３１０…加圧フレーム
３１４…加圧バネ
１５０…速度目標値
１５２…速度出力値
１６２…駆動モーターブロック
【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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