JP2008003297A - 定着装置およびこれを用いた画像形成装置ならびに定着ベルト送り速度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】定着ベルトの送り速度を高い精度で制御することができる定着装置およびこれを用いた画像形成装置ならびに定着ベルト送り速度制御方法を提供すること。
【解決手段】サーミスタ２４０は、定着ベルト２１３の温度を検出する。不揮発性メモリ２５４は、ベルト温度に対応付けて定着ベルト２１３が該当する温度のときの定着ローラ２１２の外径を求めるための補正係数を記述したローラ径補正係数テーブルを、あらかじめ格納している。制御部２５０は、検出されたベルト温度に基づいてローラ径補正係数を決定し、定着ベルト２１３の実際の移動速度を推定する。そして、特定された実際の移動速度が定着ベルト２１３の周表面の移動速度の理想値に一致するように、加圧ローラ２３０を駆動する駆動モータ２６０の回転数を修正する。
【選択図】図２

Description

本発明は、記録媒体にトナー像などの未定着画像を溶融定着させる定着装置およびこれを用いた画像形成装置ならびに定着ベルト送り速度制御方法に関し、特に、定着ベルトを使用する定着装置における定着ベルト送り速度制御方法に関する。

電子写真方式あるいは静電記録方式による複写機、ファクシミリおよびプリンタなどの画像形成装置は、記録媒体に静電的に担持されたトナー像を記録媒体に溶融定着させる定着装置を備えている。

ベルト方式の定着装置では、定着ローラなどの定着部材に定着ベルトが懸架されており、定着ベルトを介して定着部材に加圧ローラが圧接することにより、定着ニップ部が形成されている。定着ベルトは、加熱されるとともに、加圧ローラの駆動回転によって従動回転する。定着ニップ部に進入した記録媒体は、定着ベルトの送り速度と同じ速度で定着ニップ部を通過する。記録媒体の未定着トナー像は、記録媒体が定着ニップ部を通過するときに熱と圧力を加えられ、記録媒体に固定される。

定着ベルトの送り速度を制御することは、従来より行われている。たとえば、特許文献１には、定着ベルトの実際の送り速度を推定し、推定結果に基づいて定着ベルトの送り速度を修正する技術が開示されている。具体的には、定着ベルトが懸架されたローラの端部に、ローラの外周方向に突出した突起を設け、フォトセンサの受光部を遮蔽する遮蔽体が突起の移動に伴って動くようにする。そして、フォトセンサの遮蔽体の検出時間の間隔を基に、定着ベルトの実際の送り速度を推定し、推定結果に基づいて加圧ローラの回転数を補正する。これにより、定着ベルトの送り速度を制御することを可能にしている。

また、たとえば、特許文献２には、定着ベルトの内側表面にグリスなどの潤滑材が塗布されている場合に、潤滑材の粘度の変化を考慮して定着ベルトの送り速度を変化させる技術が開示されている。具体的には、定着ベルトの温度を検出し、ウォームアップ時の定着ベルトの温度が低く潤滑材の粘度が高いときには、低い速度で定着ベルトを回転させ、定着ベルトの温度が上昇して潤滑材の粘度が高くなったときには、より高い速度で定着ベルトを回転させる。これにより、定着ベルトの送り速度を変化させ、ウォームアップ時の定着ベルトの駆動負荷を軽減することを可能としている。
特開２００２−７２７５１号公報 特開２００４−２８６９２９号公報

ところで、定着ベルトの送り速度および定着ニップ部における記録媒体の搬送速度は、駆動回転される加圧ローラの周表面の移動速度で定まる。したがって、加圧ローラの外径が一定であれば、加圧ローラの回転数を一定とすることによって、容易に記録媒体の搬送速度を安定させることができる。

ところが、実際には、装置の使用状況や周囲の温度環境によって定着ベルトの温度は変動し、その影響を受けて、加圧ローラの外径は素材の熱膨張によって変動する。したがって、単に加圧ローラの回転数を一定とするだけでは、記録媒体の搬送速度を安定させることは難しい。

定着装置における記録媒体の搬送速度が不安定になると、たとえば記録媒体上にトナー像を転写する装置部など、記録媒体の搬送経路上で前後する他の装置部との記録媒体の引っ張り合いや、記録媒体のたわみなどを発生させることがある。すなわち、トナー像の転写不良や光沢ムラなど、画像不良が生じる恐れがある。したがって、より高い画像品質を保持するためには、定着装置における記録媒体の搬送速度を、高い精度で設計値に一致させる必要がある。

しかしながら、上記した特許文献１記載の技術では、定着ローラとは別に、熱膨張の少ないローラを設けなければならず、構成が複雑化するという問題がある。そこで、特許文献１では、定着ベルトを加熱するローラを使用して定着ベルトの送り速度を検出するようにしているが、このようなローラの周辺には加熱用の装置部が配置されていることから、やはり構成の複雑化を招く。

また、上記した特許文献２記載の技術では、定着ベルトの送り速度を検出することは行っておらず、記録媒体の搬送速度を高い精度で制御することはできない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、定着ベルトの送り速度を高い精度で制御することができる定着装置およびこれを用いた画像形成装置ならびに定着ベルト送り速度制御方法を提供することを目的とする。

本発明の定着装置は、無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトを加熱する加熱手段と、未定着画像が形成された画像記録媒体に前記定着ベルトを接触させた状態で回転して前記画像記録媒体を搬送するローラと、前記ローラの回転数を検出する回転数検出手段と、前記定着ベルトの温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の検出結果および前記回転数検出手段の検出結果を基に、前記定着ベルトの送り速度が一定となるように前記ローラの回転を制御する制御手段と、を有する構成を採る。

本発明の画像形成装置は、画像記録媒体上に未定着画像を形成する画像形成手段と、上記構成を有する定着装置と、を具備する構成を採る。

本発明の定着ベルト送り速度制御方法は、無端状であって加熱される定着ベルトを未定着画像が形成された画像記録媒体に接触させた状態で回転して前記画像記録媒体を搬送するローラの回転数を検出する回転数検出ステップと、前記定着ベルトの温度を検出する温度検出ステップと、前記回転数検出ステップでの検出結果および前記温度検出ステップでの検出結果を基に、前記定着ベルトの送り速度が一定となるように前記ローラの回転を修正する修正ステップと、を有するようにした。

本発明によれば、画像記録媒体を搬送するローラの回転数と、定着ベルトの温度とを検出し、これらの検出結果を基にローラの回転を制御するようにした。これにより、ローラの径が温度により変化し、その結果として定着ベルトの送り速度が変化する場合でも、その変化を定着ベルトの送り速度を一定にする制御に反映させることができる。したがって、定着ベルトの送り速度を所定値により高い精度で一致させることが可能となる。しかも、定着ローラや加圧ローラなど、画像記録媒体を搬送するローラ自体の回転数を検出するので、定着ベルトを加熱するローラなどの他のローラの回転数を検出する必要がなく、より簡単な構成でこのような制御を実現することができる。

本発明の第１の態様に係る定着装置は、無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトを加熱する加熱手段と、未定着画像が形成された画像記録媒体に前記定着ベルトを接触させた状態で回転して前記画像記録媒体を搬送するローラと、前記ローラの回転数を検出する回転数検出手段と、前記定着ベルトの温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の検出結果および前記回転数検出手段の検出結果を基に、前記定着ベルトの送り速度が一定となるように前記ローラの回転を制御する制御手段と、を有する構成を採る。

本発明によれば、ローラの外径の温度による変化を、定着ベルトの送り速度の制御に反映することができるので、定着ベルトの送り速度が一定となるように精度よく制御することが可能となる。

本発明の第２の態様に係る定着装置は、上記構成を有するとともに、前記定着ベルトの温度と前記ローラの径との関係を示す情報を格納する情報格納手段、をさら有し、前記制御手段は、前記情報格納手段に格納された情報を参照して、前記ローラの回転制御を行う構成を採る。

本発明によれば、温度検出手段による検出結果に基づいてローラの径を推定することができるので、定着ベルトの送り速度をより高い精度で制御することが可能となる。

本発明の第３の態様に係る定着装置は、上記構成を有するとともに、前記ローラは、前記定着ベルトが懸架された定着ローラであり、前記定着ローラとの間で前記画像記録媒体を挟み込んで加圧するとともに、自己の回転によって前記ローラを従動回転させる加圧ローラと、前記加圧ローラを駆動回転させる駆動手段と、をさらに有し、前記制御手段は、前記駆動手段の駆動速度を制御することによって、前記定着ローラの回転制御を行う構成を採る。

本発明によれば、加圧ローラではなく、より簡単に径を精度よく検出することができる定着ローラの回転数を検出し、その検出結果を使用して定着ベルトの送り速度の制御を行うため、装置構成の単純化や制御精度の向上を図ることができる。

本発明の第４の態様に係る定着装置は、上記構成を有するとともに、前記回転検出手段は、前記ローラの軸端部に固定され、前記ローラと共に回転する円盤と、前記円盤の回転を検出するセンサと、を有する構成を採る。

本発明によれば、円盤の回転を検出することによって、前記ローラの回転を検出することができる。

本発明の第５の態様に係る定着装置は、上記構成を有するとともに、前記円盤は、回転方向に沿って配置された光透過領域と光不透過領域を有し、前記センサは、前記円盤の回転によって前記光透過領域および前記光不透過領域が通過する位置に検出部を配置した透過型フォトセンサである構成を採る。

本発明によれば、前記ローラの回転を、透過型フォトセンサで検出することができる。

本発明の第６の態様に係る定着装置は、上記構成を有するとともに、前記円盤は、回転方向に沿って配置された色の異なる複数の領域を有し、前記センサは、前記円盤の回転によって前記複数の領域が通過する位置に検出部を配置した反射型フォトインタラプタである構成を採る。

本発明によれば、前記ローラの回転を、反射型フォトインタラプタで検出することができる。

本発明の画像形成装置は、画像記録媒体上に未定着画像を形成する画像形成手段と、上記構成を有する定着装置と、を具備する構成を採る。

本発明によれば、上記構成を有する各定着装置の効果を、画像形成装置でも奏することが可能となる。すなわち、定着装置での記録媒体の搬送速度を、画像形成装置の他の装置部での記録媒体の搬送速度に対応させて精度よく制御できるため、高い画像品質を保持することができる。

本発明の定着ベルト送り速度制御方法は、無端状であって加熱される定着ベルトを未定着画像が形成された画像記録媒体に接触させた状態で回転して前記画像記録媒体を搬送するローラの回転数を検出する回転数検出ステップと、前記定着ベルトの温度を検出する温度検出ステップと、前記回転数検出ステップでの検出結果および前記温度検出ステップでの検出結果を基に、前記定着ベルトの送り速度が一定となるように前記ローラの回転を修正する修正ステップと、を有するようにした。

本発明によれば、ローラの外径の温度による変化を、定着ベルトの送り速度の制御に反映することができるので、定着ベルトの送り速度が一定となるように精度よく制御することが可能となる。またこのような処理を実現するプログラムを生成し、コンピュータに実行させることにより、既存または汎用の定着装置および画像形成装置で、上記した効果を奏することが可能となる。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一の構成または機能を有する構成要素および相当部分には、同一の符号を付し、その説明を省略する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る定着装置を用いた画像形成装置の全体構成を示す概略断面図である。この画像形成装置は、スキャナ機能とカラープリンタ機能を備えた複合機である。

図１において、画像形成装置１００は、原稿読取部１１０、給紙カセット１２０、電子写真感光体（以下「感光体ドラム」という）１３０ａ〜１３０ｄ、画像形成部１４０、定着部２００（定着装置）、通紙センサ１５０、および排紙トレイ１６０を有する。

原稿読取部１１０は、イメージセンサを使用して原稿を読み取り、画像情報の時系列電気デジタル画素信号を出力する。

給紙カセット１２０は、記録紙（画像形成媒体）Ｐを、画像形成部１４０の動作と同期した所定のタイミングで、一枚ずつ送り出す。送り出された記録紙Ｐは、搬送経路１７０に沿って画像形成部１４０へ給送される。

感光体ドラム１３０ａ〜１３０ｄは、原稿読取部１１０から出力される画像情報や、パーソナルコンピュータなどの外部のホスト装置から送られてきた画像情報を基に、シアン、マゼンダ、イエロー、およびブラックの色成分ごとのトナー像をそれぞれ形成する。

画像形成部１４０は、感光体ドラム１３０ａ〜１３０ｄに形成されたトナー像を、給紙カセット１２０から給送される記録紙Ｐの記録面に転写し、記録紙Ｐに未定着トナー像を形成する。具体的には、感光体ドラム１３０ａ〜１３０ｄに形成された色成分ごとのトナー像を重ね合わせてカラー画像を合成し、記録紙Ｐ上に転写する。そして、画像形成部１４０は、未定着トナー像が転写された記録紙Ｐを、定着部２００へ給送する。

定着部２００は、熱によって記録紙Ｐ上の未定着トナー像を記録紙Ｐに溶融定着させ、定着処理が終了した記録紙Ｐを搬送経路１７０の下流側へ送り出す。定着部２００の構成については、後に別図を参照して詳しく説明する。

通紙センサ１５０は、定着部２００の出口側の搬送経路１７０を通過する記録紙Ｐを検出し、記録紙Ｐの通過枚数を、定着処理の枚数としてカウントする。通紙センサ１５０を通過した記録紙Ｐは、排紙トレイ１６０に排出される。

排紙トレイ１６０では、排出された記録紙Ｐが、外部から容易に取り出せる状態で積載される。

図２は、図１に示す画像形成装置１００で使用される定着部２００の基本的な構成を示す概略図である。

図２において、定着部２００は、ヒートローラ２１１、定着ローラ（ヒューザローラ）２１２、定着ベルト２１３、誘導加熱部２２０（加熱手段）、および加圧ローラ２３０を有する。さらに、定着部２００は、記録紙Ｐの搬送速度の制御に関係する装置部として、サーミスタ(温度検出手段)２４０と、制御部２５０、および駆動モータ２６０を有する。また、誘導加熱部２２０は、コイル２２１を有する。

制御部２５０は、制御基板で構成され、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２５１、ＲＯＭ（Read Only Memory）２５２、ＲＡＭ（Random Access Memory）２５３、不揮発性メモリ２５４、およびタイマ２５５を有する。ＲＯＭ２５２は、ＣＰＵ２５１が実行する制御プログラムを記憶し、ＲＡＭ２５３は、ＣＰＵ２５１の作業用メモリとして機能する。不揮発性メモリ２５４は、制御部２５０が各種処理を行うのに必要な情報をあらかじめ格納している。タイマ２５５は、制御部２５０が実行する処理において時間の計測を行うためのものである。

ヒートローラ２１１と定着ローラ２１２は、所定の距離をおいて配置されている。定着ベルト２１３は無端状であり、ヒートローラ２１１および定着ローラ２１２に巻き掛けられている。加圧ローラ２３０は、定着ローラ２１２と近接して配置され、定着ローラ２１２の周表面のうち定着ベルト２１３が巻き掛けられる部分で、定着ベルト２１３を挟んで定着ローラ２１２に圧接する。これにより、定着ローラ２１２と加圧ローラ２３０との間には、定着ニップ部２７０が形成されている。この定着ニップ部２７０は、記録紙Ｐを挟み込んで記録紙Ｐ上の未定着トナー像Ｔを記録紙Ｐに定着させるためのものである。

また、加圧ローラ２３０は、駆動モータ２６０によって、図中において時計回りに回転する。定着ローラ２１２および定着ベルト２１３は、加圧ローラ２３０の回転によって、従動回転する。これにより、定着ニップ部２７０に進入した記録紙Ｐは、加圧ローラ２３０によって押圧されながら、定着ベルト２１３の送り速度（以下「ベルト速度」という）と同じ速度で、矢印３００の方向に移動する。

誘導加熱部２２０は、ヒートローラ２１１の周表面の定着ベルト２１３が巻き掛けられる部分に対して、対向配置されている。誘導加熱部２２０のコイル２２１は、ヒートローラ２１１を中心にした円形の断面領域にわたって、ヒートローラ２１１の周囲を覆うように配置されている。

サーミスタ２４０は、定着ベルト２１３の内側のスペースに、定着ベルト２１３の内側の面、つまり、記録紙Ｐのトナー像形成面に接触しない側の面に当接して配置されている。より具体的には、サーミスタ２４０は、定着ベルト２１３が誘導加熱部２２０と対向する部分を通過してから定着ローラ２１２に接触するまでの間の、定着ニップ部２７０近傍の位置に配置されている。なお、サーミスタ２４０は３つ設けられており、定着ローラ２１２の軸に平行に並べて配置されている。具体的には、サーミスタ２４０は、定着ローラ２１２の軸に平行な方向において、定着ベルト２１３の中央と、記録紙Ｐを縦送りにした場合の記録紙Ｐの通過領域の端部に対応する位置と、記録紙Ｐを横送りにした場合の記録紙Ｐの通過領域の端部に対応する位置に、それぞれ配置されている。これは、記録紙Ｐの通紙状態によらずに、定着ベルト２１３の記録紙Ｐの通過領域の温度をより正確に取得するためである。

ヒートローラ２１１および定着ベルト２１３は、回転方向の全周にわたって、導電性磁性部材からなる発熱層を有する。誘導加熱部２２０のコイル２２１は、供給電力に応じた交番磁界を発生し、ヒートローラ２１１の発熱層および定着ベルト２１３の発熱層に渦電流を発生させる。ヒートローラ２１１および定着ベルト２１３の発熱層は、渦電流によって発熱する。すなわち、ヒートローラ２１１および定着ベルト２１３は、誘導加熱部２２０の電磁誘導作用によって発熱する。

一方で、ヒートローラ２１１および定着ベルト２１３は回転するため、ヒートローラ２１１および定着ベルト２１３は、回転方向の全周にわたって一様に加熱される。その結果、定着ニップ部２７０に進入した記録紙Ｐに対して、安定的に熱を供給することができる。

定着ローラ２１２および加圧ローラ２３０は、表層を構成する部材として、それぞれ弾性層を有する。ただし、たとえば、定着ローラ２１２の弾性層をシリコンスポンジとし、加圧ローラ２３０の弾性層をシリコーンゴムとするなど、加圧ローラ２３０の表面硬度を定着ローラ２１２の表面硬度よりも高くすることが望ましい。また、定着ベルト２１３は、たとえば、ポリイミドからなる耐熱性のフィルム基材上に、シリコーンゴムからなる弾性層およびＰＴＦＥ（PolyTetra-Fluoro Ethylene）からなる表面離型層などの各部材を重ねて構成される。

これにより、図２に示すように、定着ニップ部２７０では、定着ベルト２１３を間に挟んで、加圧ローラ２３０が定着ローラ２１２に食い込んだ状態となる。すなわち、記録紙Ｐが定着ニップ部２７０を通過するときの速度は、ベルト速度にほぼ一致することになる。

このように構成された定着装置２００では、記録紙Ｐの記録面を定着ベルト２１３に接触させるように、記録紙Ｐを矢印３００の方向で定着ニップ部２７０へ進入させることにより、記録紙Ｐ上の未定着トナー像Ｔを記録紙Ｐに溶融定着させることができる。

上記したように、定着装置２００では、定着ベルト２１３の送り速度を高精度に制御する必要がある。ところが、定着ベルト２１３の実際の送り速度を高い精度で検出しなければ、定着ベルト２１３の送り速度を高精度に制御することは難しい。そこで、定着装置２００は、定着ローラ２１２の回転数を高い精度で検出する回転数検出部を備えることによって、定着ローラ２１２の回転数に基づいて定着ベルト２１３の実際の送り速度の検出を行う。

ただし、加圧ローラ２３０と同様に、定着ローラ２１２の径も、定着ベルト２１３の温度（以下「ベルト温度」という）に応じて変動する。したがって、単に定着ローラ２１２の回転数を制御するのみでは、定着ベルト２１３の送り速度を高精度に制御することは難しい。そこで、制御部２５０は、ベルト温度を基に、定着ローラ２１２の径のベルト温度による変化を考慮してベルト速度を制御する。

まず、回転数検出部について説明を行う。

図３は、回転数検出部の構成を示す概略斜視図である。図２に示す定着ローラ２１２の端部に、回転数検出部２８０（回転数検出手段）が設けられている。回転数検出部２８０は、外周方向に突出する羽根２８１を円周方向に沿って複数有する円盤２８２と、円盤２８２の羽根２８１を検出するための透過型フォトセンサ２８３ａ、２８３ｂとを有している。

円盤２８２は、中心軸が定着ローラ２１２の中心軸に固定されており、定着ローラ２１２と同じ回転数で回転する。透過型フォトセンサ２８３ａ、２８３ｂは、円盤２８２の羽根２８１が通過する領域の異なる位置にそれぞれ配置されている。

図４は、回転数検出部２８０の構成を示す概略図である。透過型フォトセンサ２８３ａ、２８３ｂは、円盤２８２の回転軸から等距離で、かつ回転軸を中心とする所定の角度θで配置されている。また、定着ローラ２１２および円盤２８２は、図中で時計回りの方向に回転するものとする。すなわち、円盤２８２の羽根２８１は、透過型フォトセンサ２８３ａの受光部を遮蔽した後、角度θだけ回転したのち、透過型フォトセンサ２８３ｂの受光部を遮蔽する。ただし、この角度θは、回転軸を中心とする隣り合う羽根２８１の角度と等しいか、これよりも小さい角度となっている。以下、定着ローラ２１２がある回転数で回転しており、ある羽根２８１が透過型フォトセンサ２８３ａに到達した直後に透過型フォトセンサ２８３ｂに到達するまでの時間をｔとして、説明を行う。

図５は、フォトセンサの受光レベルの時間変化の一例を示す波形図である。横軸は時間を示し、縦軸は受光レベルを示す。定着ローラ２１２が回転するとき、透過型フォトセンサ２８３ａ、２８３ｂの受光レベルは、図５に示すように、矩形波となる。受光レベルの立下りタイミングは、透過型フォトセンサ２８３の遮光開始タイミングを示す。したがって、透過型フォトセンサ２８３ａのある遮光開始タイミングから、その直後の透過型フォトセンサ２８３ｂの遮光開始タイミングまでが、前記した時間ｔに対応する。透過型フォトセンサ２８３ａ、２８３ｂは、図２に示す制御部２５０に対し、検出した受光レベルの立下りタイミングを、遮光開始タイミングとして出力する。

ある羽根２８１が角度θだけ回転するのに要する時間ｔを検出することによって、円盤２８２の回転数、つまり定着ローラ２１２の回転数を検出することができる。このように、円盤２８２における羽根２８１の配置間隔の誤差に関係なく検出が行われるため、定着ローラ２１２の回転数を高い精度で検出することが可能となる。

次に、ベルト速度の制御方法について説明する。

図１に示す画像形成装置１００は、複数のキースイッチと液晶パネルを備えた操作部（図示せず）を有している。ユーザは、この操作部を操作することによって、印字処理をスタートさせることができるとともに、記録紙Ｐへの画像形成処理、つまり印字処理を行う際のモード（以下「印字モード」という）を選択することができるようになっている。また、画像形成装置１００は、通信手段（図示せず）を介して、外部のホスト装置から、印字処理や印字モードの選択を遠隔操作できるようになっている。

ベルト速度の理想値（以下「基準ベルト速度」という）は、印字モードによって異なる。そこで、制御部２５０は、不揮発性メモリ２５４に、印字モードに対応付けて基準ベルト速度を記述した基準ベルト速度テーブルを、あらかじめ格納している。そして、選択された印字モードに対応する基準ベルト速度を、この基準ベルト速度テーブルを参照して決定する。

図６は、基準ベルト速度テーブルの内容を示す説明図である。基準ベルト速度テーブル４００には、印字モードに対応付けて、基準ベルト速度が記述されている。それぞれの基準ベルト速度は、画像形成装置１００が該当する印字モードで印字を行う際に、画像形成部１４０など、画像形成装置１００を構成する他の装置部が記録紙Ｐを搬送する速度と対応した値となっている。ここでは、たとえば、「標準速、モノクロ」という印字モードに対応して、「１７０ｍｍ／ｓ」という基準ベルト速度が記述されている。したがって、制御部２５０は、「標準速、モノクロ」という印字モードが選択された場合には、「１７０ｍｍ／ｓ」を、基準ベルト速度に決定する。

また、制御部２５０は、不揮発性メモリ２５４に、定着ローラ２１２の外径（以下「ローラ径」という）の基準値（以下「基準ローラ径」という）をあらかじめ格納している。そして、基準ベルト速度ごとに、ローラ径が基準ローラ径に一致しているときにベルト速度を該当する基準ベルト速度に一致させるような駆動モータ２６０の周波数（以下「基準周波数」という）を、あらかじめ格納している。制御部２５０は、初期状態として、駆動モータ２６０の回転数を、この基準周波数に一致するように設定する。

さらに、制御部２５０は、不揮発性メモリ２５４に、ベルト温度に対応付けて、ローラ径補正係数を記述した、ローラ径補正係数テーブルを、あらかじめ格納している。ローラ径補正係数とは、定着ベルト２１３が該当する温度のときの定着ローラ２１２の外径を求めるための補正係数である。

図７は、ローラ径補正係数テーブルの内容を示す説明図である。ローラ径補正係数テーブル４５０には、ベルト温度に対応付けて、ローラ径の増加分の基準ローラ径に対する割合が、ローラ径補正係数として記述されている。

図７に示すローラ径補正係数テーブル４５０では、たとえば、１５１℃から１６０℃までの範囲のベルト温度に、０.６０６％が対応付けられている。これは、ベルト温度が１５１℃から１６０℃までの範囲にあるとき、基準ローラ径のおよそ０.６０６％だけベルト径が基準ローラ径よりも大きいことを示す。ローラ径補正係数テーブル４５０の記述内容は、たとえば実験によって求められたものである。

制御部２５０は、印字処理が開始されると、回転数検出部２８０による回転数検出結果と、サーミスタ２４０によって検出されるベルト温度を基に、ベルト速度を制御するためのベルト速度制御処理を実行する。

図８は、制御部２５０によるベルト速度制御処理の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ１１００で、制御部２５０は、タイマ２５５をリセットする。

次に、ステップＳ１２００で、円盤２８２の羽根２８１が先に通過する第１のフォトセンサ、つまり透過型フォトセンサ２８３ａが、羽根２８１によって遮光されるのを監視する。透過型フォトセンサ２８３ａが遮光されると（Ｓ１２００：ＹＥＳ）、ステップＳ１３００へ進む。

ステップＳ１３００では、タイマ２５５の計時を起動させる。すなわち、タイマ２５５の計測時間は、透過型フォトセンサ２８３ａの遮光開始タイミングからの経過時間を示すことになる。

次に、ステップＳ１４００で、円盤２８２の羽根２８１が後に通過する第２のフォトセンサ、つまり透過型フォトセンサ２８３ｂが、羽根２８１によって遮光されるのを監視する。透過型フォトセンサ２８３ｂが遮光されると（Ｓ１４００：ＹＥＳ）、ステップＳ１５００へ進む。

ステップＳ１５００では、タイマ２５５の計測時間を、ある羽根２８１が透過型フォトセンサ２８３ａに到達してから透過型フォトセンサ２８３ｂに到達するまでの時間として取得する。すなわち、図４および図５に示す時間ｔを取得する。

次に、ステップＳ１６００で、サーミスタ２４０の検出温度をベルト温度として取得する。サーミスタ２４０は、既に説明したように３つ備えられている。制御部２５０は、たとえば、３つのサーミスタ２４０のうち、次に定着処理が行われる記録紙Ｐの通過領域に対応する位置に配置されたサーミスタ２４０による検出結果を、ベルト温度として取得するようにする。あるいは、３つのサーミスタ２４０の検出結果の平均を、ベルト温度として取得するようにしてもよい。

次に、ステップＳ１７００で、ステップＳ１６００で取得されたベルト温度を基に、図７に示すローラ径補正係数テーブル４５０から、定着ローラ２１２の実際の径を求めるためのローラ径補正係数を取得する。たとえば、ベルト温度が１５１℃から１６０℃までの範囲である場合には、ローラ径補正係数として「０.６０６％」が取得される。

次に、ステップＳ１８００で、ステップＳ１７００で取得したローラ径補正係数を基に、実際のベルト速度（以下「実ベルト速度」という）を算出する。前記した基準ローラ径をローラ径補正係数の割合だけ変化させた値が、定着ローラ２１２の実際の外径であり、この外径から定着ローラ２１２の周長を求めることができる。また、定着ローラ２１２の回転数は、時間ｔおよび角度θによって求めることができ、この回転数と周長から、定着ローラ２１２の周表面の移動速度、つまり実ベルト速度を求めることができる。

したがって、たとえば、ローラ径補正係数をｒ、基準ローラ径をｄ_ｒ、円周率をπとし、定着ベルト２１３の厚さｄ_ｂを考慮すると、θの単位がラジアンのとき、実ベルト速度ｖは、以下の式で求めることができる。

ｖ ＝ ｛（ｄ_ｒ＋２ｄ_ｂ）×π×（１＋ｒ）｝／｛（３６０／θ）×ｔ｝

ステップＳ１９００では、ステップＳ１８００で算出された実ベルト速度を、基準ベルト速度と比較する。

次に、ステップＳ２０００で、ステップＳ１９００での比較結果を基に、ベルト速度を修正する必要があるか、つまり駆動モータ２６０の周波数を変更する必要があるかを判別する。具体的には、ステップＳ１９００での比較結果として得られる実ベルト速度と基準ベルト速度との差が、所定の許容範囲内であるか否かを判別する。この許容範囲は、たとえば、実験によって正常に印字処理が行われる実ベルト速度の最大値と最小地を特定し、特定した最大値および最小値と基準ベルト速度と差によって決定すればよい。

実ベルト速度と基準ベルト速度との差が許容範囲外であり、駆動モータ２６０の周波数（モータ周波数）を変更する必要がある場合には（Ｓ２０００：ＹＥＳ）、ステップＳ２１００へ進む。一方、実ベルト速度と基準ベルト速度との差が許容範囲内であり、駆動モータ２６０の周波数を変更する必要がない場合には（Ｓ２０００：ＮＯ）、ステップＳ２２００へ進む。

ステップＳ２１００では、ベルト速度が基準ベルト速度に一致するように、駆動モータ２６０の周波数を修正する。具体的には、たとえば、加圧ローラ２３０の回転数と駆動モータ２６０の周波数が比例関係にある場合には、基準ベルト速度を定着ベルト２１３の実ベルト速度で除した値を、実ベルト速度に対する基準ベルト速度の比（以下「ベルト速度比」という）として算出する。そして、基準周波数にベルト速度比を乗じた値に一致するように、駆動モータ２６０の周波数を修正する。これにより、ベルト速度を基準ベルト速度に一致させることができる。

また、たとえば、実ベルト速度が基準ベルト速度を上回る場合には、駆動モータ２６０の周波数を１クリメント減少させ、実ベルト速度が基準ベルト速度を下回る場合には、駆動モータ２６０の周波数を１クリメント増加させるようにしてもよい。この場合、加圧ローラ２３０の回転数と駆動モータ２６０の周波数が比例関係になくても、複数回周波数の修正を繰り返すことによって、最終的にベルト速度を基準ベルト速度に一致させることができる。

そして、ステップＳ２２００で、ベルト速度の制御を継続する場合には（Ｓ２２００：ＮＯ）、ステップＳ１１００へ戻る。一方、印字処理が終了するなどしてベルト速度の制御を終了する場合には（Ｓ２２００：ＹＥＳ）、一連の処理を終了する。

このように、画像形成装置１００の定着部２００は、定着ローラ２１２の回転数を高い精度で検出するとともに、温度による定着ローラ２１２の径の変化を考慮して、ベルト速度の制御を行う。これにより、高い精度でベルト速度を制御することができる。

なお、回転数検出部は、図３および図４に示す構成に限定されるものではなく、他の各種構成を採ることができる。たとえば、透過型フォトセンサを使用するのであれば、羽根ではなく、円盤に孔を穿つなど、円盤のセンサ通過部分に、円盤の回転方向に沿って、光が透過する領域（光透過領域）と光が透過しない領域（光不透過領域）を交互に配置すればよい。さらに、透過型フォトセンサではなく、反射型フォトインタラプタを配置し、円盤に色の異なる複数の領域を回転方向に沿って交互に配置することによって、定着ローラ２１２の回転数を検出するようにしてもよい。

図９は、回転数検出部の他の構成を示す概略斜視図である。この回転数検出部５８０では、片面に円周に沿って白色領域と黒色領域を交互に配置した白黒円盤５８２と、白黒円盤５８０の白黒を検出するための反射型フォトインタラプタ５８３ａ、５８３ｂを有している。

図３および図４に示す円盤２８２と同様に、白黒円盤５８２の中心軸は、定着ローラ２１２の中心軸に固定されており、反射型フォトインタラプタ５８３ａ、５８３ｂは、白黒円盤５８２の白色領域および黒色領域が通過する領域に、白黒円盤５８２の回転軸から等距離かつ回転軸を中心とする所定の角度θで配置されている。また、この角度θは、白黒回転軸を中心とする隣り合う白黒境界の角度と等しいか、これよりも小さい角度となっている。したがって、反射型フォトインタラプタ５８３ａ、５８３ｂの受光レベルの変化のタイミングを、図３および図４に示す透過型フォトセンサ２８３ａ、２８３ｂの受光レベルの変化のタイミングと同様に扱うことができ、定着ローラ２１２の回転数の検出に使用することができる。

以上説明したように、本実施の形態の画像形成装置１００によれば、定着部２００は、定着ローラ２１２の回転数と、定着ベルト２１３の温度とを検出し、これらの検出結果に基づいて定着ローラ２１２の回転を制御し、定着ベルト２１３の送り速度が一定になるように制御する。これにより、加圧ローラ２３０の径や定着ローラ２１２の径が温度により変化し、その結果として定着ベルト２１３の送り速度が変化する場合でも、その変化を定着ベルト２１３の送り速度を一定にする制御に反映させることができる。

また、定着ベルト２１３の温度に対応付けて定着ローラ２１２の径の補正係数を記述したローラ径補正係数テーブルをあらかじめ用意しており、このローラ径補正係数テーブルを参照して定着ローラ２１２の実際の径を推定する。そして、推定結果を基に、定着ローラ２１２の回転を制御する。これにより、高い精度で定着ベルト２１３の送り速度を理想値に一致させることができる。

さらに、定着ローラ２１２の回転方向に２つのフォトセンサを配置し、羽根や色の境界部分が１つ目のセンサに到達してから２つ目のセンサに到達するまでに要した時間を基に、定着ローラ２１２の実際の回転数を検出する。これにより、定着ベルト２１３の実際の送り速度を高い精度で検出することができ、さらに高い精度で定着ベルト２１３の送り速度を理想値に一致させることが可能となる。また、以上のように定着ベルト２１３の送り速度を高精度に制御することにより、定着部２００と画像形成部１４０など画像形成装置１００の他の装置部との間で、記録紙の搬送速度を精度よく一致させることができ、画像形成装置１００の画像品質を高いまま保持することができる。特に、本実施の形態の画像形成装置１００のようなカラー画像のプリントを行う装置の場合、画像形成部と定着部との間で記録媒体の引っ張り合いやたわみが発生すると、記録紙上に層状に重ね合わせられた各色のトナーのうち、記録紙表面からより離れた側の層のトナーが記録紙上により大きく飛び散るという現象が発生する。すなわち、カラー画像のプリントでは、モノクロ画像のプリントに比べて、記録媒体の引っ張り合いやたわみが画像品質に大きな影響を及ぼす。したがって、本発明は、カラープリンタ機能を有する画像形成装置において、より大きな効果を奏することができる。

なお、本実施の形態では、定着ローラの回転数の検出結果に基づいて定着ベルト２１３の送り速度を制御するようにしたが、加圧ローラに回転数検出部を設け、加圧ローラの回転数検出結果に基づいて定着ベルト２１３の送り速度を制御するようにしてもよい。

ただし、加圧ローラは定着ローラよりも比熱の高い構成となっており、定着ベルトの温度や加圧ローラ表面の温度から加圧ローラの外形を高い精度で検出することは難しい。一方で、加圧ローラの芯金の温度を検出するようにすると、装置が複雑化する恐れがある。したがって、本実施の形態で説明したように、定着ローラに回転数検出部を設けることにより、加圧ローラに回転数検出部を設ける場合に比べて、装置構成の単純化や制御精度の向上を図ることが可能となる。

本発明に係る定着装置は、高精度で定着ベルトの送り速度を制御することができるので、電子写真方式あるいは静電記録方式による複写機、ファクシミリおよびプリンタなどの画像形成装置に用いられる定着装置として有用である。

本発明の一実施の形態に係る定着装置を用いた画像形成装置の全体構成を示す概略断面図 本実施の形態における定着部の基本的な構成を示す概略図 本実施の形態における回転数検出部の構成を示す概略斜視図 本実施の形態における回転数検出部の構成を示す概略図 本実施の形態におけるフォトセンサの受光レベルの時間変化の一例を示す波形図 本実施の形態における基準ベルト速度テーブルの内容を示す説明図 本実施の形態におけるローラ径補正係数テーブルの内容を示す説明図 本実施の形態におけるベルト速度制御処理の流れを示すフローチャート 本実施の形態における回転数検出部の他の構成を示す概略斜視図

符号の説明

１００ 画像形成装置
１１０ 原稿読取部
１２０ 給紙カセット
１３０ 感光体ドラム
１４０ 画像形成部
１５０ 通紙センサ
１６０ 排紙トレイ
１７０ 搬送経路
２００ 定着部
２１１ ヒートローラ
２１２ 定着ローラ
２１３ 定着ベルト
２２０ 誘導加熱部
２２１ コイル
２３０ 加圧ローラ
２４０ サーミスタ
２５０ 制御部
２６０ 駆動モータ
２５１ ＣＰＵ
２５２ ＲＯＭ
２５３ ＲＡＭ
２５４ 不揮発性メモリ
２５５ タイマ
２８０、５８０ 回転数検出部
２８２ 円盤
２８３ 透過型フォトセンサ
５８２ 白黒円盤
５８３ 反射型フォトインタラプタ

Claims (8)

1. 無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトを加熱する加熱手段と、
   未定着画像が形成された画像記録媒体に前記定着ベルトを接触させた状態で回転して前記画像記録媒体を搬送するローラと、
   前記ローラの回転数を検出する回転数検出手段と、
   前記定着ベルトの温度を検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段の検出結果および前記回転数検出手段の検出結果を基に、前記定着ベルトの送り速度が一定となるように前記ローラの回転を制御する制御手段と、
   を有する定着装置。
2. 前記定着ベルトの温度と前記ローラの径との関係を示す情報を格納する情報格納手段、をさら有し、
   前記制御手段は、
   前記情報格納手段に格納された情報を参照して、前記ローラの回転制御を行う、
   請求項１記載の定着装置。
3. 前記ローラは、前記定着ベルトが懸架された定着ローラであり、
   前記定着ローラとの間で前記画像記録媒体を挟み込んで加圧するとともに、自己の回転によって前記ローラを従動回転させる加圧ローラと、
   前記加圧ローラを駆動回転させる駆動手段と、をさらに有し、
   前記制御手段は、
   前記駆動手段の駆動速度を制御することによって、前記定着ローラの回転制御を行う、
   請求項１記載の定着装置。
4. 前記回転検出手段は、
   前記ローラの軸端部に固定され、前記ローラと共に回転する円盤と、
   前記円盤の回転を検出するセンサと、
   を有する請求項１記載の定着装置。
5. 前記円盤は、
   回転方向に沿って配置された光透過領域と光不透過領域を有し、
   前記センサは、
   前記円盤の回転によって前記光透過領域および前記光不透過領域が通過する位置に検出部を配置した透過型フォトセンサである、
   請求項４記載の定着装置。
6. 前記円盤は、
   回転方向に沿って配置された色の異なる複数の領域を有し、
   前記センサは、
   前記円盤の回転によって前記複数の領域が通過する位置に検出部を配置した反射型フォトインタラプタである、
   請求項４記載の定着装置。
7. 画像記録媒体上に未定着画像を形成する画像形成手段と、
   請求項１から請求項６のいずれかに記載の定着装置と、
   を具備する画像形成装置。
8. 無端状であって加熱される定着ベルトを未定着画像が形成された画像記録媒体に接触させた状態で回転して前記画像記録媒体を搬送するローラの回転数を検出する回転数検出ステップと、
   前記定着ベルトの温度を検出する温度検出ステップと、
   前記回転数検出ステップでの検出結果および前記温度検出ステップでの検出結果を基に、前記定着ベルトの送り速度が一定となるように前記ローラの回転を修正する修正ステップと、
   を有する定着ベルト送り速度制御方法。
   

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