JP2007199635A - 定着装置及びこれを搭載する画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】転写部及び定着部の搬送速度をそれぞれ検知し、検知された速度比が一定になるように定着部の搬送速度を変化させることにより、転写材のたるみ過ぎや引っ張りを無くして上記不具合を解消し、良好な画像を得ることができる定着装置及びこれを搭載する画像形成装置を提供する。
【解決手段】像担持体上のトナー像を転写する転写搬送部材の下流に配置されかつ転写材搬送方向において前記転写材Ｐ上のトナー像を熱定着させる定着装置において、その速度を検知する検知手段２８、３２を備えており、前記転写搬送部材の速度と、前記検知手段２８、３２により検知された速度との速度比が一定になるようにその速度を変化させる制御手段を有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、転写材上のトナー像を熱定着させる定着装置及びこの定着装置を搭載しているレーザビームプリンタ、デジタルカラー複写機、普通紙ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。

画像形成装置は、画像形成部で作成されたトナー画像を転写材（紙）に転写部で転写し、続いて定着部で定着する。省スペース化のため、転写部と定着部は近接しており、転写材後端が転写部を抜けきる前に転写材先端が定着部に達するため、転写部と定着部で同時に搬送することになる。そのため、転写部と定着部の搬送速度にズレがあると画像不良が発生する可能性がある。
具体的には、定着部が転写部よりも搬送速度が速い場合は、転写材が引っ張られることになり、画像伸びやジター等が発生する。転写材の引っ張りを無くすためには、転写材に転写部と定着部との間で或る程度のたるみを持たせる必要がある。

しかし、定着部が転写部よりも搬送速度が遅い場合、たるみが大きくなり過ぎてしまい、コスレや中抜け等の画像不良が発生する。上記問題は、定着部と転写部の搬送速度が同一、もしくは転写材が転写部を抜けるまで良好なたるみ量を保持していれば発生しない。
しかし実際には転写部、定着部ともに、温度変化による駆動ローラの径変化や、転写材の種類（厚さ、剛性等）などの条件により搬送速度が変動するため、定着部と転写部の搬送速度を同一にするのは困難である。
かかる問題を解決するために、画像形成装置においては従来から種々の技術が提案されている（例えば、特許文献１乃至５参照）。

特許文献１では、紙のたるみ量を非接触式センサで検知して定着ローラの速度を制御することで上記問題を解消している。しかし、非接触センサでは転写材のたるみ過ぎを検知することはできるが、引っ張りを検知することはできない。
これに対し、特許文献２では、ばね等で転写材に押し当てられた接触式センサでたるみ量及び引っ張りを検知することで上記問題を解消している。しかし、接触式センサでは衝撃や振動を転写材に与えてしまうため、トナー画像乱れや転写ボケが発生してしまう。

また、特許文献３では、転写材上のトナー画像を加圧加熱により転写材に定着するベルト定着装置を備えた画像形成装置において、従動ローラの速度を検知して一定になるように回転速度を保持するために駆動ローラの回転速度を制御することにより、ベルト周速度、つまりは定着部の搬送速度変動を押さえることにより、高品質の定着画像が得られる画像形成装置を開示している。
しかし、転写部も搬送速度変動要因（駆動ローラ径の変化やベルト歪み等）を持っているため、定着部の搬送速度のみでは上記問題を完全に解消することはできない。

特許文献４では、定着部を構成する定着ベルト上に設けられた速度検知パターンへの光照射及び反射光の検知により定着ベルトの速度を検知する定着装置において、速度検知パターンを表面層で被覆することにより、搬送速度変動要因に捉われることなく定着部の搬送速度を長期間にわたって正確に検出することができることが開示されている。
しかし、転写部の搬送速度変動があった場合に上記問題を解消することができない。なお、特許文献４の記載に、転写ベルトに対しても「トナー像を一旦中間転写ベルト上に転写し、このベルト上でトナー像を加熱溶融して記録シート上に圧着する画像形成装置の中間転写ベルトにおいても、同様の速度検出パターンを設け、速度センサによって速度を検出して制御を行うこともできる」とある。しかし、転写部と定着部が一体のシステムについて述べている。

特許文献５では、転写部から受け取った転写材を、自走可能な搬送ベルトによって保持しながら搬送して定着装置に受け渡す搬送ユニットを紙搬送経路に設けることにより、コスレによる画像不良を押さえている。しかし、搬送ユニットを追加することによる大幅なコストアップや大きな設置スペースが必要となる等の問題がある。
特開２００１−０１９２４４公報 特開２００４−２３３４３７公報 特開２００４−２０６８９公報 特開２００５−０２４９３４公報 特開２００５−１７５５８公報

上記従来の解決技術では、本発明が解決しようとする問題、すなわち、転写部、定着部間に発生する不具合を解決することはできない。
そこで、本発明の目的は、転写部及び定着部の搬送速度をそれぞれ検知し、検知された速度比が一定になるように定着部の搬送速度を変化させることにより、転写材のたるみ過ぎや引っ張りを無くして上記不具合を解消し、良好な画像を得ることができる定着装置及びこれを搭載する画像形成装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、トナー像を保持して搬送する転写搬送部材上のトナー像を転写材上に転写する転写部材の転写材搬送方向下流側に配置されて、前記転写材上のトナー像を熱定着させる定着装置において、前記転写搬送部材の搬送速度を検知する検知手段と、前記定着装置による転写材の搬送速度を検知する検知手段と、制御手段と、を備えており、前記制御手段は、各検知手段により検知された前記転写搬送部材の搬送速度と、前記定着装置の搬送速度との速度比が一定になるように制御することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１において、前記定着装置は、回転自在の定着ローラ及び加熱ローラ、及び前記定着ローラと加熱ローラに張架された定着ベルト、及び加圧ローラから構成され、前記定着装置による転写材の搬送速度を検知する検知手段は、前記定着ベルトの速度を検知する検知手段であり、該検知手段は、前記定着ベルト表面もしくは裏面に描かれた定着速度マーカと、前記定着速度マーカと対向配置された定着ベルト表面位置センサと、を備えていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２において、前記転写搬送部材の速度を検知する検知手段は、前記転写搬送部材表面もしくは裏面に描かれた転写速度マーカと、前記転写速度マーカと対向するように配置された転写表面位置センサと、を備えていることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項２において、前記定着装置による転写材の搬送速度を検知する検知手段は、前記定着速度マーカに対向配置された反射部材と、前記反射部材を介して前記定着速度マーカに反射光が照射されるように配置された定着速度センサと、を備えていることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項２乃至４の何れか一項において、前記制御手段は、前記定着ローラもしくは前記加圧ローラを駆動するモータの速度を変化させることを特徴とする。
請求項６の発明に係る画像形成装置は、請求項１乃至５のいずれか１項記載の定着装置を搭載することを特徴とする。

本発明によれば、像担持体及び定着ベルトの速度をそれぞれ検知する検知手段を備えており、前記検知手段により検知された速度比が一定になるように前記定着ベルトの速度を変化させる制御手段を有しているので、転写部と定着部の間で転写材のたるみ過ぎや引っ張りを無くすことができ、良好な画像を得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は画像形成装置であるカラー複写機の全体構成を示す概略図である。図１において、まず、カラー画像を得る過程について説明する。
カラー複写機１は、中間転写ベルト（転写搬送部材）１１を有する転写ベルトユニット１０に対して、４つの画像ステーションが配置され、各画像ステーションは像担持体（以下、感光体ドラム）として１５Ｙ、１５Ｃ、１５Ｍ、１５Ｂｋをそれぞれ有している。
各感光体ドラムの回りには夫々専用の帯電装置１６Ｙ、１６Ｃ、１６Ｍ、１６Ｂｋ、現像装置１８Ｙ、１８Ｃ、１８Ｍ、１８Ｂｋ、クリーニング装置１７Ｙ、１７Ｃ、１７Ｍ、１７Ｂｋが配置されている。
トナーを補給するトナーボトル９は、図中左からイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、黒（Ｂｋ）のトナーが充填されており、ここから図示しない搬送経路によって、所定の補給量だけ各色の現像装置１８Ｙ、１８Ｃ、１８Ｍ、１８Ｂｋに補給される。

動作に関しては、転写材Ｐが給紙カセット２より給紙ローラ３で送られ、転写材Ｐの先端がレジストローラ対４まで到達すると、図示しないセンサによって検知され、この検知信号でタイミングを取りながら、レジストローラ対４によって転写材Ｐを２次転写ローラ（２次転写部材）５と中間転写ベルト１１のニップ部に搬送する。
帯電装置１６Ｙ、１６Ｃ、１６Ｍ、１６Ｂｋによって一様に予め帯電された感光体ドラム１５Ｙ、１５Ｃ、１５Ｍ、１５Ｂｋは、光書き込み装置８によりレーザ光にて露光走査され、感光体ドラム１５Ｙ、１５Ｃ、１５Ｍ、１５Ｂｋ上に静電潜像が作られる。

各静電潜像は、それぞれ各色の現像装置１８Ｙ、１８Ｃ、１８Ｍ、１８Ｂｋにより現像され、感光体ドラム１５Ｙ、１５Ｃ、１５Ｍ、１５Ｂｋ表面にイエロー、シアン、マゼンタ、黒のトナー像が形成される。次に１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｂｋに電圧が印加され、感光体ドラム１５Ｙ、１５Ｃ、１５Ｍ、１５Ｂｋ上のトナーが、中間転写ベルト１１上に順次転写されていく。
この時、各色の作像動作は、そのトナー像が中間転写ベルト（転写搬送部材）１１の同じ位置に重ねて転写されるように、上流側から下流側に向けてタイミングをずらして実行される。中間転写ベルト１１上に形成された画像は、２次転写ローラ５の位置まで搬送され、転写材Ｐに２次転写される。

各色のトナー像が転写された転写材Ｐは、定着装置６に搬送されて熱定着され、排紙ローラ７を通って排紙される。なお、感光体ドラム１５Ｙ、１５Ｃ、１５Ｍ、１５Ｂｋ上の残留トナーは、それぞれのクリーニング装置１７Ｙ、１７Ｃ、１７Ｍ、１７Ｂｋでクリーニングされる。
その後、直流に交流成分のバイアスが重畳印加された帯電装置１６Ｙ、１６Ｃ、１６Ｍ、１６Ｂｋによって除電と同時に帯電され、次の作像に備える。また、中間転写ベルト１１上の残留トナーは、中間転写ベルトクリーニング装置１３によってクリーニングされ、次の作像工程に備える。

図２は本発明の対象である定着装置の一例を示す概略構成図である。図２を参照して、以下で定着装置６について説明する。この例は、定着部材として定着ベルト１９と定着ローラ２０、及び加熱ローラ２１、加圧部材として加圧ローラ２２を用いている場合である。
定着装置６は、図２に示すように、加熱ローラ２１と定着ローラ２０とに無端状の定着ベルト１９が巻き付いている。加熱ローラ２１は、金属製の芯金にハロゲンランプ２３等の加熱手段を内蔵しており、この輻射熱によって加熱ローラ２１を介し定着ベルト１９を内側から加熱している。
この時、定着ローラ２０、加圧ローラ２２は金属の芯金の外周にシリコンゴムを配したローラである。加熱ローラ２１はアルミニウム、又は鉄からなる中空ローラである。定着ベルト１９はポリイミドまたはニッケルの基材にシリコンゴム層、離型層を有しているものである。

また、加熱ローラ２１には、例えば、温度センサ素子であるサーミスタ２４が定着ベルト１９を介して配置され、サーミスタ２４の温度検知に基づき、その設定温度となるように加熱手段を制御している。
また、定着ベルト１９を介して定着ローラ２０をばね等の図示しない付勢手段によって加圧している加圧ローラ２２を備えている。また、加圧ローラ２２は、図示しない駆動手段によって回転しており、これにより、定着ローラ２０が従動回転するようになっている。
また、定着装置６には、定着ベルト１９の中央部付近に接触するテンションローラ２５が設けられている。このテンションローラ２５は、適所に取り付けられる付勢手段であるばね２６によって定着ベルト１９を内側へ加圧しており、これにより、定着ベルト１９にテンションが付与されている。

なお、この実施の形態においては、駆動手段を加圧ローラ２２に設けているが、定着ローラ２０に設け、加圧ローラ２２を従動回転させてもよい。また、定着ニップの用紙搬送方向下流側には、分離部材２７が設けられており、転写材Ｐが定着ベルト２０に巻き付かないようにしている。符号２８は後述する定着ベルト表面位置センサである。

図３は中間転写ベルト裏面のベルト回転方向Ｈに設置される転写速度マーカを示す概略図である。図４は図３の転写速度マーカを拡大して示す図である。図５は転写表面位置センサから得られる出力波形を示す波形図である。
図３乃至図５により本発明の第１の実施の形態を説明する。先ず、中間転写ベルト１１の速度を検知する方法を示す。図３に示すように、中間転写ベルト１１の裏面に転写速度マーカ３０がベルト回転方向Ｈに配置されている。

図４には、図３のＡ部分の拡大図を示している。転写速度マーカ３０は図４のように縞模様となっている。転写表面位置センサ２９は転写速度マーカ３０に対向するように設置されており、転写速度マーカ３０へ光を照射し、反射光の強弱を検知することにより図５に示すような出力波形を得る。
１つ１つの転写速度マーカ３０の間隔は１ｍｍで、最初に通過した速度マーカと次に通過した速度マーカの通過時間ｔ０、ｔ１の差が０．００６５秒であった場合、中間転写ベルト１１の速度は１５３．８ｍｍ／秒と検知することができる。
上述したように、像担持体（中間転写ベルト１１）表面もしくは裏面に転写速度マーカ３０が描かれており、この転写速度マーカ３０と対向するように転写表面位置センサ２９が設置されているので、駆動軸や従動軸の回転速度を検知する方法に比べて、速度を精度良く検知することができる。

図６は図２を下から見た概略底面図である。次に同様に定着ベルト１９の速度を検知する方法を示す。図６において、定着ローラ２０と加熱ローラ２１に掛け回された定着ベルト１９の表面に定着速度マーカ３２がベルト回転方向Ｈ’に配置されている。この定着速度マーカ３２は図４のように縞模様となっている。
定着ベルト表面位置センサ２８は定着速度マーカ３２に対向するように設置されており、定着速度マーカ３２へ光を照射し、反射光の強弱を検知することにより図５に示すような出力波形を得る。このように、定着ベルト１９においても、上記中間転写ベルト１１と同様に速度を検知することができる。

ここで、図示しない演算装置（制御手段）によって中間転写ベルト１１と定着ベルト１９の速度比を求め、予め設定されている速度比と異なる場合は、一致するように定着駆動モータ３１（図６）の回転速度を制御する。
実際の例を挙げると、中間転写ベルト１１と定着ベルト１９の速度比が１：１．０２と設定されている。中間転写ベルト１１及び定着ベルト１９の速度は、環境温度やプロセス制御等により変動している。
上記速度検知手段によって、中間転写ベルト１１の速度が１５５ｍｍ／秒であった場合は、定着ベルト１９の速度が１５８．１ｍｍ／秒になるように、そして中間転写ベルト１１の速度が１５６ｍｍ／秒であった場合は、定着ベルト１９の速度が１５９．１２ｍｍ／秒になるように、定着駆動モータ３１の回転速度を制御する。
定着ベルト１９表面もしくは裏面に定着速度マーカ３２が描かれており、定着速度マーカ３２と対向するように定着ベルト表面位置センサ２８が設置されているので、駆動軸や従動軸の回転速度を検知する方法に比べて、速度を精度良く検知することができる。

図７は図６と同様な図２を下から見た概略底面図である。図８は図７の矢印Ｂ方向から見た図である。図７及び図８を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。ここで、反射部材３３が線状の定着速度マーカ３２に対向するように配置されている。
反射部材３３を介して定着速度マーカ３２に反射光Ｌが照射されるように定着速度センサ（定着ベルト表面位置センサ）３４が設置されている。定着ベルト表面位置センサ３４は定着速度マーカ３２へ光を照射し、反射光の強弱を検出することにより図５に示すような出力波形を得る。

１つ１つの定着速度マーカ３２の間隔は決められていることから、定着速度マーカ３２の１つ当たりの通過時間が分かるため、定着ベルト１９の速度を検知することができる。
上述のごとく、反射部材３３が定着速度マーカ３２に対向するように設置されており、反射部材３３を介して定着速度マーカ３２に反射光が照射されるように定着速度センサ３４が設置されているので、定着ベルト１９等の高温となる部材から離れた位置に定着速度センサ３４を設置できるため、この定着速度センサ３４の信頼性を上げることができる。また、定着速度センサ３４の耐熱性を低くしてコストダウンすることもできる。

本発明によれば、画像形成装置は、定着ローラ２０もしくは加圧ローラ２２を駆動するモータの回転速度を変化させるので、構成が大掛かりにならず容易に実施することができる。
本発明の定着装置は、電子写真式の画像形成装置に適用することができる。

画像形成装置であるカラー複写機の全体構成を示す概略図である。 本発明の対象である定着装置の一例を示す概略構成図である。 中間転写ベルト裏面のベルト回転方向Ｈに設置される転写速度マーカを示す概略図である。 図３の転写速度マーカを拡大して示す図である。 転写表面位置センサから得られる出力波形を示す波形図である。 図２を下から見た概略底面図である。 図６と同様な図２を下から見た概略底面図である。 図７の矢印Ｂ方向から見た図である。

符号の説明

１ カラー複写機（画像形成装置）
６ 定着装置
１０ 転写ベルトユニット
１１ 転写搬送部材（中間転写ベルト）
１９ 定着ベルト
２０ 定着ローラ
２１ 加熱ローラ
２２ 加圧ローラ
２８ 定着ベルト表面位置センサ
２９ 転写表面位置センサ
３０ 転写速度マーカ
３２ 定着速度マーカ
３３ 反射部材
３４ 定着速度センサ
Ｐ 転写材

Claims (6)

1. トナー像を保持して搬送する転写搬送部材上のトナー像を転写材上に転写する転写部材の転写材搬送方向下流側に配置されて、前記転写材上のトナー像を熱定着させる定着装置において、前記転写搬送部材の搬送速度を検知する検知手段と、前記定着装置による転写材の搬送速度を検知する検知手段と、制御手段と、を備えており、前記制御手段は、各検知手段により検知された前記転写搬送部材の搬送速度と、前記定着装置の搬送速度との速度比が一定になるように制御することを特徴とする定着装置。
2. 前記定着装置は、回転自在の定着ローラ及び加熱ローラ、及び前記定着ローラと加熱ローラに張架された定着ベルト、及び加圧ローラから構成され、前記定着装置による転写材の搬送速度を検知する検知手段は、前記定着ベルトの速度を検知する検知手段であり、該検知手段は、前記定着ベルト表面もしくは裏面に描かれた定着速度マーカと、前記定着速度マーカと対向配置された定着ベルト表面位置センサと、を備えていることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記転写搬送部材の速度を検知する検知手段は、前記転写搬送部材表面もしくは裏面に描かれた転写速度マーカと、前記転写速度マーカと対向するように配置された転写表面位置センサと、を備えていることを特徴とする請求項２記載の定着装置。
4. 前記定着装置による転写材の搬送速度を検知する検知手段は、前記定着速度マーカに対向配置された反射部材と、前記反射部材を介して前記定着速度マーカに反射光が照射されるように配置された定着速度センサと、を備えていることを特徴とする請求項２記載の定着装置。
5. 前記制御手段は、前記定着ローラもしくは前記加圧ローラを駆動するモータの速度を変化させることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項記載の定着装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項記載の定着装置を搭載することを特徴とする画像形成装置。

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