(57)【要約】【課題】定着部材の鳴きが発生した場合でも、鳴き現象が発生しない条件で使用し続けることが可能となり、コンティニュアスランを実現する。【解決手段】無端状のベルト体からなる加熱回転体、加熱回転体の内部に配置された加熱体、加熱体を保持する加熱対保持部材、定着回転体と接して定着ニップ部を形成する加圧回転体、および加圧回転体を駆動する駆動手段からなる定着装置において、前記定着装置は、記録体の種類に応じて定着処理速度を可変とする速度制御手段、駆動手段に掛かるトルクを計測するトルク計測手段を有し、前記速度制御手段は、所定の坪量以下の記録材に対して定着処理を行う第一のモードと、所定の坪量以上の記録材に対して定着処理を行う第二のモードを有し、第一のモードの処理速度は、第二のモードの処理速度より速く、該トルク計測手段の検知するトルク値が所定以上のなった場合、第一のモードでのみ定着を行うように速度制御を行うことを特徴とする。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無端状のベルト体からなる加熱回転体、加熱回転体の内部に配置された加熱体、加熱体を保持する加熱対保持部材、加熱回転体を介して加熱体と接して定着ニップ部を形成する加圧回転体、および加圧回転体を駆動する駆動手段からなる定着装置において、
前記定着装置は、記録体の種類に応じて定着処理速度を可変とする速度制御手段、駆動手段に掛かるトルクを計測するトルク計測手段を有し、前記速度制御手段は、所定の坪量以下の記録材に対して定着処理を行う第一のモードと、所定の坪量以上の記録材に対して定着処理を行う第二のモードを有し、第一のモードの処理速度は、第二のモードの処理速度より速く、該トルク計測手段の検知するトルク値が所定以上のなった場合、第一のモードでのみ定着を行うように速度制御を行うことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
無端状のベルト体からなる加熱回転体、加熱回転体を加熱する加熱体、加熱回転体の内部に配置された加圧パッド部材、加圧パッド部材を保持する加熱対保持部材、加熱回転体を介して加圧パッド部材と接して定着ニップ部を形成する加圧回転体、および加圧回転体を駆動する駆動手段からなる定着装置において、
前記定着装置は、記録体の種類に応じて定着処理速度を可変とする速度制御手段、駆動手段に掛かるトルクを計測するトルク計測手段を有し、前記速度制御手段は、所定の坪量以下の記録材に対して定着処理を行う第一のモードと、所定の坪量以上の記録材に対して定着処理を行う第二のモードを有し、第一のモードの処理速度は、第二のモードの処理速度より速く、該トルク計測手段の検知するトルク値が所定以上のなった場合、第一のモードでのみ定着を行うように速度制御を行うことを特徴とする定着装置。
【請求項３】
速度制御を行って定着処理をするかしないかをユーザーが判断するモードを有することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合機、複写機、プリンタ、ファックス等の記録材上に画像形成可能な電子写真方式の加熱定着装置、および画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真装置、静電記録装置などの画像形成装置においては、シート上にトナー画像を形成し、これを加熱、加圧して定着させることにより画像を形成している。このような定着装置として、内部にヒータを有する定着ローラに加圧ローラを圧接して定着ニップを形成し、定着を行うローラ定着方式が従来採用されている。
【０００３】
ところで、近年では省エネルギー推進の観点から、熱伝達効率が高く、装置の立ち上がりが速いオンデマンド方式として、熱容量の小さい定着フィルムを介して加熱するフィルム加熱方式の定着装置、すなわちフィルム定着装置が提案されている。
【０００４】
フィルム定着装置は特許文献１、特許文献２に記載されるような、固定支持された加熱体としての例えばセラミックヒータ（以下、ヒータと記す）と、該ヒータと摺動する伝熱部材としての例えば耐熱性樹脂フィルム（以下、定着フィルムと記す）と、該定着フィルムを介して前記ヒータに圧接してトナー像加熱定着領域としての定着ニップ部を形成する加圧部材としての弾性加圧ローラを有し、定着ニップ部の定着フィルムと加圧ローラとの間で未定着トナー像を担持した記録材を挟持搬送させて定着フィルムを介したヒータからの熱により未定着トナー像を記録材上に加熱溶融定着させるものである。
【０００５】
上記のようなフィルム定着装置において、定着部材として用いられるフィルムは、離型層、弾性層、基材金属層および、内面コート層の４層構成を取ることが多い。これらの層の役割は、離型層はトナー接着の防止するため、弾性層はトナーの包み込み効果によって定着性を上げるため、基材金属層はフィルム剛性と熱伝導率性を高めるため、内面コート層はヒータによる基材金属の削れ傷や磨耗を防止するために、それぞれ設けられている。
【０００６】
特に、内面コート層は、ヒータに直接接触していることから非常に高温となるため、ポリイミドなど耐熱性樹脂を用いることが多い。しかしながら、ポリイミドはセラミックヒータとの摺動性が低く、加圧フィルムを介して定着フィルムを駆動する際に大きな負荷トルクが発生してしまう課題がある。同時に、摺動性が低いことで、定着フィルムが回転する際にスティックスリップが発生し、定着フィルムが自励振動することによって摺動音が発生する、「定着フィルム鳴き」という課題も発生する。
【０００７】
これらの課題に対する従来技術として、特許文献３から特許文献５に記載されるような方法が提案されている。特許文献３、４では速度を制御することで鳴きを抑制している。特許文献３は、端部昇温で発生した鳴きに対し、ベルト回転速度をアップして端部昇温を防止し、共振点を変更することで抑制する発明であり、特許文献４は、定着鳴きが発生する際には、紙間速度を下げる発明である。
【０００８】
また、特許文献５は、端部昇温で発生した鳴きに対し、加圧ローラの長手方向位置をずらすことで抑制する発明である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭６３−３１３１８２号公報
【特許文献２】特開平２−１５７８７８号公報
【特許文献３】特開２００８−２０５３３号公報
【特許文献４】特開２００８−４０４２０号公報
【特許文献５】特開２００９−１６２９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしならが、上記特許文献３、４、５に記載される技術においては、以下のような課題が挙げられる。特許文献３や５に記載される技術では、非通紙部による鳴きには対応できるが、定着部材鳴きの原因が長手全域に亘って発生した際には対応ができず、鳴きが発生してしまう。
【００１１】
また、特許文献４に記載される技術では、紙間で発生する定着部材鳴きは解消できるが通紙時に発生する鳴きは解消しない。さらに、このような状態で通紙を行うと画ズレなど他弊害も発生する恐れがある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明に係る定着装置は、  
無端状のベルト体からなる加熱回転体、加熱回転体の内部に配置された加熱体、加熱体を保持する加熱対保持部材、定着回転体と接して定着ニップ部を形成する加圧回転体、および加圧回転体を駆動する駆動手段からなる定着装置において、
前記定着装置は、記録体の種類に応じて定着処理速度を可変とする速度制御手段、駆動手段に掛かるトルクを計測するトルク計測手段を有し、前記速度制御手段は、所定の坪量以下の記録材に対して定着処理を行う第一のモードと、所定の坪量以上の記録材に対して定着処理を行う第二のモードを有し、第一のモードの処理速度は、第二のモードの処理速度より速く、該トルク計測手段の検知するトルク値が所定以上のなった場合、第一のモードでのみ定着を行うように速度制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る定着装置によれば、定着部材の鳴きが発生した場合でも、鳴き現象が発生しない条件で使用し続けることが可能となり、コンティニュアスランが実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第一の実施例における画像形成装置の模式図である。
【図２】第一の実施例における加熱定着装置の模式図である。
【図３】本実施例における観点速度と定着トルクの関係を示したグラフである。
【図４】第一の実施例における加熱定着装置の制御機構の模式図である。
【図５】第一の実施例における記録材の種類に対する通紙開始時間と定着ベルト表面温度の関係を示したグラフである。
【図６】第一の実施例における動作のフローチャートである。
【図７】第一の実施例における動作のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例（実施例）を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００１６】
［実施例１］
図１は本実施形態の画像形成装置の一例であるカラー電子写真プリンタの断面図であり、シートの搬送方向に沿った断面図である。本実施形態では、カラー電子写真プリンタを単に「プリンタ」という。
【００１７】
図１に示すプリンタは、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂｋ（ブラック）の各色の画像形成部１０を備えている。感光ドラム１１は、帯電器１２によってあらかじめ帯電される。その後、感光ドラム１１は、レーザスキャナ１３によって、潜像を形成されている。潜像は、現像器１４によってトナー像になる。感光ドラム１１のトナー像は、一次転写ブレード１７によって、像担持体である例えば中間転写ベルト３１に順次転写される。転写後、感光ドラム１１に残ったトナーは、クリーナ１５によって除去される。この結果、感光ドラム１１の表面は、清浄になり、次の画像形成に備える。
【００１８】
一方、シートＰは、給紙カセット２０、又はマルチ給紙トレイ２５から、１枚ずつ送り出されてレジストローラ対２３に送り込まれる。レジストローラ対２３は、シートＰを一旦受け止めて、シートが斜行している場合、真っ直ぐに直す。そして、レジストローラ対２３は、中間転写ベルト３１上のトナー像と同期を取って、シートを中間転写ベルト３１と二次転写ローラ３５との間に送り込む。中間転写ベルト上のカラーのトナー像は、転写体である例えば二次転写ローラ３５によってシートＰに転写される。その後、シートのトナー像は、シートが定着器４０によって、加熱加圧されることでシートに定着される。
【００１９】
次に、本実施例で用いた定着装置について説明する。
図２は定着装置４０の概略構成図で示されるようなベルト加熱方式の加熱装置（テンションレスタイプ）を用いた。本実施例ではこのような加熱装置を用いたが、ローラ対方式やベルト方式の加熱装置でも実施可能である。
【００２０】
４３は加熱体としてのとしてのセラミックヒーター（以下、ヒーターと記す）である。このヒータ４３は図面に垂直方向を長手とする細長薄板状のセラミック基板と、この基板面に具備させた通電発熱抵抗体層を基本構成とするもので、発熱抵抗体層に対する通電により全体に急峻な立ち上がり特性で昇温する、低熱容量のヒータである。また、記録材の長手幅サイズに応じて、通電領域を切り替える構成となっている。
【００２１】
４１は熱を伝達する加熱部材としての円筒状（エンドレス）の耐熱性の定着ベルトであり、上記のヒータ４３を含む支持部材にルーズに外嵌させてある。本実施例における定着ベルト４１は、表層、弾性層、基層の３層複合構造を有した定着ベルトである。
【００２２】
離型層は厚さ１００μｍ以下、好ましくは２０〜７０μｍのフッ素樹脂材料を使用できる。たとえば、例えばフッ素樹脂層としては、例えばＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＦＡなどが挙げられる。本実施例では、厚さ３０μｍのＰＦＡチューブを用いた。
【００２３】
弾性層は、熱容量を小さくしてクイックスタート製を向上させるために、厚さとしては１０００μｍ以下、好ましくは５００μｍ以下のゴム材料を使用できる。例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム等が挙げられる。ゴム硬度１０度（ＪＩＳ−Ａ）、熱伝導率１．３Ｗ／ｍ・Ｋ、厚さ３００μｍのシリコーンゴムを用いた。
【００２４】
基材金属層も弾性層と同様にクイックスタート性を向上させるために、厚さとして１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の耐熱性材料を使用できる。例えば、ＳＵＳ、ニッケルなどの金属フィルムを使用できる。本実施例では、厚さが３０μｍ、直径が２５ｍｍの円筒状ニッケル金属フィルムを用いた。
【００２５】
４４は加圧部材としての耐熱性弾性加圧ローラであり、芯金と、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴム、あるいはシリコーンゴムの発泡体からなる弾性層からなり、芯金の両端部を回転自由に軸受け支持させて配設してある。この加圧ローラ４４の上側に上記の定着ベルト４１・ヒータ４３を、ヒータ４３側に対して加圧ローラ４４に並行に配置し、不図示の押付部材で押圧させることで、定着ベルト４１を介してヒータ４３の下面と加圧ローラ４４の上面にローラ弾性層の弾性に抗して圧接させて加熱部としての所定幅の定着ニップ部Ｔを形成させてある。
【００２６】
加圧ローラ４４は不図示の駆動手段により矢印の反時計方向に所定の回転周速度にて回転駆動される。この加圧ローラ４４の回転駆動による加圧ローラ４４と定着ベルト４１との、定着ニップ部Ｔにおける圧接摩擦力により円筒状の定着ベルト４１に回転力が作用して該定着ベルト４１がヒータ４３の下向き面に密着して摺動しながら矢印の時計方向に従動回転状態になる。支持部材は円筒状定着ベルト４１の回転ガイド部材でもある。
【００２７】
加圧ローラ４４が回転駆動され、それに伴って円筒状定着ベルト４１が従動回転状態になり、またヒータ４３に通電がなされて該ヒータが迅速に昇温して所定の温度に立ち上がり温調された状態において、定着ニップ部Ｔの定着ベルト４１と加圧ローラ４４との間に未定着トナー像Ｔを担持した記録材Ｐが導入され、定着ニップ部Ｎおいて記録材Ｐのトナー像担持側面が定着ベルト４１の外面に密着して定着ベルト４１と一緒に定着ニップ部Ｔを挟持搬送されていく。この挟持搬送過程においてヒータ４３で加熱された定着ベルト４１の熱により記録材Ｐが加熱され、記録材Ｐ上の未定着トナー像Ｔが記録材Ｐ上に加熱・加圧されて溶融定着される。定着ニップ部Ｔを通過した記録材Ｐは定着ベルト４１の面から曲率分離して排出搬送されていく。
【００２８】
４５は接触式温度計（サーミスタ）であり、ヒータ４３によって加熱された定着ベルト４１の温度を計測し、その検出結果を不図示の温度制御手段に渡す構成となっている。
【００２９】
４６はヒーターホルダであり、高温に発熱したヒータ４３を保持する部材である。
【００３０】
［定着フィルム鳴きとトルクの関係］
次に、定着フィルムの鳴きとトルクの発生に関する実験を行った。本実験では、図２に示す定着装置を用いた。実験方法としては、まず記録材を通過させていない初期状態での定着装置を用い、定着ベルトの回転速度を５０〜３００ｍｍ／ｓで５０ｍｍ／ｓで回転させ、その際の加圧ローラの駆動トルクを計測し、回転速度とトルクの関係を求めた。また、各回転速度において定着ベルト鳴きの発生状態を確認した。その後、記録材を５０万枚定着処理した後に同様の実験を行った。
本実験結果を以下に示す。
【００３１】
まず、初期状態について説明する。初期状態では、どの回転速度においても定着ベルト鳴きは発生しておらず、回転速度とトルクにおいて正の相関関係があることが確認できた。
【００３２】
これに対し、５０万枚処理後は１００ｍｍ／ｓ以下の回転速度において定着ベルト鳴きが発生した。また、回転速度とトルクの関係では、１００ｍｍ／ｓ以上の回転速度においては正の相関関係となってたが、定着ベルト鳴きが発生した１００ｍｍ／ｓ以下においては負の相関関係となっていた。
【００３３】
定着ベルト鳴き発生時に負の相関関係となる原因は、定着ベルト鳴きがスティックスリップによって発生していることが挙げられる。一般に、スティックスリップは固着と駆動が交互で発生することによって生じる。その際に、固着状態でトルクが上昇しており、特に回転速度が遅い条件においては、固着から駆動する際に大きな回転トルクが必要となる。これにより、定着ベルト鳴きが発生している際には、回転速度とトルクが負の関係を持つといえる。
【００３４】
従って、回転速度とトルクの正負の関係によって、定着ベルトの鳴き発生の有無や回転速度を検知することが可能であることが確認された。
【００３５】
［定着処理速度とコールドオフセットの関係］
次に、定着処理速度とコールドオフセットの発生についての検討を行った。本実験では、図２に示す定着装置を用いた。実験方法としては、加圧力を総圧で３００Ｎ、定着ベルトの回転速度を３００ｍｍ／ｓ、温度を定着ベルト表面が１８０℃とし、１分当たりの定着処理枚数とコールドオフセット発生の有無を確認した。コールドオフセットの評価方法としては、定着処理後のトナー画像上に白ぬけがある場合をＮＧ、無い場合をＯＫとした。紙種としては、ＧＦ−Ｃ０８１（王子製紙（株）社製、８１ｇ／ｃｍ２紙）、およびＧＦ−Ｃ２０９（王子製紙（株）社製、２０９ｇ／ｃｍ２紙）を用いた。また、トナーは紙上の載り量０．９ｍｇ／ｃｍ２となるように調整した。
【００３６】
実験条件、および実験結果を表にまとめると、以下の通りとなる。なお、紙間距離とは、複数枚プリントする際の一枚目の記録材とその次の記録材の間隔のことである。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
一般に、坪量が大きい記録材上のトナーを定着する場合は、坪量が小さい記録材と比較して熱量不足となるためコールドオフセットが発生しやすい。そのため、条件１と条件２に示すように、回転速度を落として加熱時間を増やすことでコールドオフセットを防ぐ。
【００３９】
しかしならが、紙間距離が大きくすることで定着装置全体が蓄熱され、回転速度を坪量が小さい記録材の時と同じにしても熱量不足が解消されることが確認された。
【００４０】
これらの条件における図５に温度推移の比較結果を示す。条件２では、回転速度を落として１分当たりの定着処理枚数を減らすことにより熱量不足を防いだため、定着ベルトの表面温度の低下は見られなかった。その結果、温度変化は条件１と同程度となった。
【００４１】
これに対し、条件３、条件４、条件５など、回転速度を３００ｍｍ／ｓとして坪量が大きな記録材を処理した場合は熱量不足によって温度低下が起きてしまい、結果的にコールドオフセットが発生してしまった。
【００４２】
また、条件６のように、回転速度は３００ｍｍ／ｓとしても十分に１分間の定着処理枚数を減らして熱量不足を補うと、条件１や条件２のような温度推移となり、コールドオフセットを防止することができた。
【００４３】
従って、坪量が大きな記録材を用いた条件においても、１分間の定着処理枚数を減らして熱量不足を補うことによって、コールドオフセットを防ぐことが可能であることが確認された。
【００４４】
［定着装置の動作１：制限モードへの移行］
次に本実施例における定着装置の動作について説明する。本実施例では図４に示されるような定着装置を用いた。図４に示される定着装置には、加圧ローラのモーター電流値を検知するモーター電流検知装置１００と、検知装置１００からの情報に基づいて定着装置の動作を制御するＣＰＵ１０１からなる。ＣＰＵ１０１では、定着ベルトの回転速度とモーター電流の関係によって動作を制御する機構となっている。
【００４５】
この定着装置には、１０５ｇ／ｃｍ２以下の記録材を定着処理する定着モード１、１０５ｇ／ｃｍ２以上の記録材で定着処理する定着モード２、および処理枚数を落として１０５ｇ／ｃｍ２以上の記録材で定着処理する定着モード３の３つのモードを持つ構成となっている。それらの定着モードの条件を表にまとめると、以下の通りとなる。
【００４６】
【表２】
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【００４７】
また、定着モード１と定着モード２を使う場合を「通常プリント」、また、定着モード１と定着モード３を使う場合を「制限モード」と呼ぶ。
【００４８】
これらの装置の動作の、通常動作のフローチャートを図６に示す。
<S001>  プリンタの動作スタート
<S002>  通常のプリント動作を開始する。
<S003>  通常プリントを終了する。
<S004>  プリント終了後に加圧ローラの回転速度を５０〜３００ｍｍ／ｓの範囲で５０ｍｍ／ｓ刻みに変化させた場合の回転速度とモーター電流との関係を検知し、５０ｍｍ／ｓから１５０ｍｍ／ｓの範囲において回転数と電流の関係が負になるかを判定する。
<S005>  判定がＹｅｓの場合は、制限モードへと移行する。
<S006>  画像形成装置本体のコントロールパネルに「制限モードへ移行」と表示する。
<S007>  動作を終了する
<S008>  判定がＮｏの場合は、通常プリントを維持する。
【００４９】
この制御は、処理枚数が５万枚毎に実施し、２５万枚以降は１万枚毎に実施する。
このように制御することで、定着ベルト鳴きが発生した際に、動作が止まることなく装置を動作することができ、コンティニュアスランを実現することができる。
【００５０】
［定着装置の動作２：制限モード移行後の動作］
次に本実施例における制限モード移行後の定着装置の動作について説明する。これらの装置の動作の、通常動作のフローチャートを図６に示す。
<S009>  制限モードでの動作スタート
<S010>  制限モードでの使用を実施するかをユーザーが判断する。
<S011>  制限モード使用がＹｅｓの場合、定着ベルト鳴き以外が有るかを判定する。
<S012>  定着ベルト鳴き以外が無い場合は、制限モードでのプリントを開始する。
<S013>  制限モードでのプリント動作を終了する。
<S014>  加圧ローラの回転速度を５０〜３００ｍｍ／ｓの範囲で５０ｍｍ／ｓ刻みに変化させた場合の回転速度とモーター電流との関係を検知し、５０ｍｍ／ｓから３００ｍｍ／ｓの範囲において範囲において回転数と電流の関係が負になるかを判定する。
<S015>  判定がＹｅｓの場合は、装置を停止する。
<S016>  画像形成装置本体のコントロールパネルに「装置停止」と表示する。
<S017>  動作を終了する。
<S018>  判定がＮｏの場合は、装置を停止する。
<S019>  判定がＮｏの場合は、装置を停止する。
<S020>  判定がＮｏの場合は、制限モードのまま次ジョブまで待機する。
【００５１】
このように制御することで、制限モードによって対応できない状態になった場合においても、装置を正常に動作させることが可能となる。
【００５２】
［他の加熱方式における動作］
なお、本実施例では、加熱方式としてセラミックヒータを用いているが、セラミックヒータに限らず、ＩＨによる加熱方式やハロゲンヒータによる加熱方式においても使用可能である。
【００５３】
ＩＨ加熱方式では、加熱源４３の替わりにＳＵＳ等の金属製の加圧部材を用い、ベルトをＩＨで加熱する構成となる。
【００５４】
また、ハロゲンヒータ加熱方式では、ＩＨ加熱方式と同様に加熱源４３の替わりにＳＵＳ等の金属製の加圧部材を用い、ベルト内部にハロゲンヒータを設置する構成となる。
【００５５】
動作に関しては、セラミックヒータ方式と同様であり、このように制御することで、定着ベルト鳴きが発生した際に、動作が止まることなく装置を動作することができ、コンティニュアスランを実現することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１０  画像形成部、
１１  感光ドラム、１２  帯電器、１３  レーザスキャナ、１４  現像器、
１５  クリーナ、１７  一次転写ブレード、２０  給紙カセット、
２５  マルチ給紙トレイ、２３  レジストローラ対、３１  中間転写ベルト、
３５  二次転写ローラ、４０  定着器、４１  定着ベルト、４３  加熱体、
４４  加圧ローラ、４５  接触式サーミスタ、４６  ヒーターホルダ、
４７  ベルト駆動手段、Ｐ  シート、Ｔ  トナー、１００  モーター電流検知装置、
１０１  ＣＰＵ
【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】
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