JP2011191570A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着部材及び加圧部材の寿命を劣化させることなく複数種類の記録材に対応するという対応力の向上を図った定着装置、同装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【解決手段】加熱手段５１，５２を有する定着部材４１と加圧部材４２により形成されるニップ部ｎ１、ｎ２によって記録材Ｐの画像面上の未定着トナー像を定着させる定着装置４において、定着部材と加圧部材はそれぞれに各外周面の線速度ｖ１、ｖ２を独立して操作する駆動手段４５，４６を備え、各駆動手段は定着部材と加圧部材の各外周面ａ１，ｂ１を記録材Ｐの表裏面ａ２、ｂ２の搬送速度差Δｖが低減するようにそれぞれ独立した線速度で駆動し、非通紙時には定着部材と加圧部材のいずれか一方をその駆動手段４５，４６により駆動し他方を従動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機、レーザープリンタ、プロッタ、ファクシミリ等の画像形成装置に用いられ、定着ローラと加圧ローラとの間にニップを形成し、そのニップに記録材を通過させることにより記録材にトナー像を定着させるようにした定着装置、及び同定着装置を装備する画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式の画像形成装置では、まず、原稿画像を原稿読み取り部で読み取り、次いで、画像形成部の静電潜像担持体上に読み取った原稿画像に対応させて露光を行い静電潜像を形成する。更に、この静電潜像を現像して可視トナー像とし、このトナー像を記録材供給部から搬送されてくるさまざまな記録材である記録紙、封筒、等の上に転写し、転写トナー像を定着し、排紙部等に排出するという構成を採る。

この画像形成装置の画像形成部で用いる定着装置としては、従来からいわゆる加熱加圧を定着部材と加圧部材を互いに圧接して行う定着装置が多く用いられている。例えば、内部に熱源を有した定着部材である定着ローラと加圧部材である加圧ローラを圧接回転させ、両ローラの圧接部を成すニップがそこに達した記録紙を挟み、所定速度で搬送させる際に、記録材上の未定着トナー像を加熱加圧して画像面上にトナー像を可視像として定着する定着装置が知られており、その一例が、特許文献１（特開平９−１７９４３５号公報）に開示される。

ところで、様々な記録材の種類に応じて、その記録材の画像面にトナー像を的確に定着し、所定搬送速度で排紙方向に搬送させるという定着能力に関する対応力を向上する目的で記録材の表裏面の各線速を制御することは有効である。
ここで、加熱加圧の定着処理において、例えば、定着ローラあるいは加圧ローラのいずれかを駆動手段で回転駆動し、他方の駆動手段を非駆動の従動側とする定着装置を用いるとする。

この場合、例えば坪量６５ｇ／ｍ２以下のような薄紙（記録材）を両ローラが形成するニップに通紙する際には、非駆動側でスリップが起こり、また封筒のような二枚以上の紙が接合されたような記録材を通紙する際にはその駆動側と非駆動側に対向している紙の表裏の搬送速度（線速度）が変わり、不送りや画像乱れ、搬送シワが発生する恐れがある。

更に、坪量２００ｇ／ｍ２以上のような厚紙を通紙する際には非駆動側でのスリップや紙表裏での搬送速度（線速度）の相対的な変動は起こらないが、定着部材と加圧部材とで形成される湾曲したニップ形状によって搬送カールが発生し、搬送性及び印刷後のスタック性が悪化する恐れがある。
従来、様々な記録材（紙種）に定着スリップや画像こすれの発生を防ぎ画像を定着するという対応力を向上させるために、定着及び加圧部材に同一駆動源からアイドラを介して駆動をもたすことや、定着及び加圧部材の材質や形状によりニップ形状を平坦にすることや、記録材による圧力の低減やセット方向を規制することが考えられた。

例えば、特許文献１（特開平９−１７９４３５号公報）では、記録材が加熱部材と圧接部材の圧接部を連続して通される時には、両部材の圧接部の軸方向における記録材が通過しない周辺部分の温度上昇により鼓効果が増大するが、その際には圧接手段の加圧力の減圧化により加熱部材と圧接部材の相対速度差を低減させ、鼓効果を緩和して画像こすれや画像チリの発生を防止するようにしている。

特許文献２（特開２００２−３５１２３７号公報）では、第一の定着ユニットと第二の定着ユニットを搬送方向に順次配列させており、第一、第二の各定着ユニットではそれぞれの加圧ローラ側に駆動手段が配備され、その駆動力を摩擦力を介して加熱部材や定着ローラに伝え、従動回転させ、定着処理と画像面の光沢度確保を順次行うようにしている。

特許文献３（特開２００７−３１０１２９号公報）には、ヒータを一体的に取付けたヒーターホルダーに沿って摺動すると共に加圧ローラの回転力を受けて従動回転する定着フィルムが開示される。この定着フィルムに圧接する加圧ローラの温度が低いと加圧ローラと定着フィルムとの間の平坦なニップにスリップが起こり、高いとスリップが抑えられるとの特性、及び、定着ニップとその搬送路上流側の転写ニップ間での紙のたるみによるループを検知した状態では紙が引っ張られることがなく、ループが無く引っ張られる状態では定着スリップが起こりやすいとの特性を考慮し、定着スリップが起こりやすい時はスリップ防止作動を行い、そうでない時は無駄なスリップ防止作動を行わないようにした画像形成装置が開示される。

ところで、上述の特許文献１や２で提案されている画像形成装置のように、圧接部材（加圧部材）の駆動力をアイドラを介して加熱部材（定着部材）に伝達することで、同一駆動源からの駆動力で定着部材と加圧部材を共に駆動するとの構成を採るだけでは定着部材及び加圧部材の寿命を劣化させることなく、定着時の定着スリップを抑えて画像こすれの発生を防ぎ、耐久性を保持する等の定着時の対応力を様々な記録材（紙種）に対して保持には限界がある。

更に、上述の特許文献３で提案されている画像形成装置のように、ニップ形状を平坦にし、定着フィルムを従動回転させる装置では、近年の省電力化を狙って定着部に低熱容量部材を用いた場合、ニップ幅を十分な熱量確保ができるように形成することが困難であり、しかも圧力の低減はそれに伴い線速を落として必要熱量を確保する必要があるため生産性が落ちる。
また記録材のセット方向規制は利便性が悪くなることや封筒等セット方向を選べないような紙種に対しては対応できない、といった不具合がある。

本発明は、上述の問題点に着目してなされたもので、通紙時における定着部材及び加圧部材の各回転速度を適切に設定することで、定着部材及び加圧部材の寿命を劣化させることなく複数種類の記録材に対応するという対応力の向上を図った定着装置を提供することを目的とする。
更に、定着部材及び加圧部材の寿命を劣化させることなく複数種類の記録材に対応するという対応力を向上させる制御を容易に行うことを目的とする。

更に、定着部材と加圧部材の各外周面の線速度の基準値を記録材の紙種や表裏面の特性に応じて容易に設定できるようにすることを目的とする。
更に、定着部材及び加圧部材の温度に応じて各外周面の線速度を容易に補正できるようにすることを目的とする。
更に、定着部材と加圧部材のうち少なくとも一方はローラである場合も、前記請求項１〜４と同様の効果が得られるようにすることを目的とする。

更に、定着部材及び加圧部材の温度を通紙による影響を受けずに確実に検知して、記録材の定着での対応力を向上させることを目的とする。
更に、安価な温度検知手段を用いて、様々な記録材の定着での対応力を向上させることを目的とする。
更に、定着部材及び加圧部材の回転速度を正確にコントロールすることで、様々な記録材の定着での対応力を向上させることを目的とする。
更に、請求項１〜８のいずれか一つに記載の定着装置を搭載する画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明は前記課題を達成するため以下の構成とした。
第１の発明である定着装置は、加熱手段を有する定着部材と加圧部材により形成されるニップ部によって記録材の画像面上の未定着トナー像を定着させる定着装置において、前記定着部材と加圧部材にはそれぞれの外周面の線速度を独立操作する駆動手段が設けられ、前記各駆動手段は前記外周面が互いに記録材を挟んで定着する通紙時には、定着部材と加圧部材の各外周面を記録材の表裏面の搬送速度差が低減するそれぞれ独立した線速度で駆動し、非通紙時には、前記定着部材と加圧部材のいずれか一方をその駆動手段により駆動し他方を従動させる、ことを特徴とする。

第２の発明である定着装置は、請求項１に記載の定着装置において、前記通紙時には、定着部材と加圧部材の各外周面を記録材の表裏面の搬送速度差が低減するそれぞれ独立した線速度で駆動手段により駆動し、非通紙時には前記定着部材と加圧部材のいずれか一方をその駆動手段により駆動し他方を従動させるよう駆動手段を制御する制御手段を備えた、ことを特徴とする。

第３の発明である定着装置は、請求項１又は２に記載の定着装置において、前記定着部材と加圧部材の各外周面の線速度の基準値は前記記録材の紙種や表裏面の特性に応じてそれぞれ設定される、ことを特徴とする。

第４の発明である定着装置は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の定着装置において、前記定着部材と加圧部材の外表面には少なくとも一つ以上の表面温度を検知する温度検知手段を有し、前記制御手段はそれぞれの外表面の検知温度相当の線速度補正値を用いて前記定着部材と加圧部材の各外周面の線速度の基準値を補正する、ことを特徴とする。

第５の発明である定着装置は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の加熱定着において、前記定着部材と加圧部材のうち少なくとも一方はローラにより形成される、ことを特徴とする。

第６の発明である定着装置は、請求項１〜５のいずれか一つに記載の加熱定着において、定着部材と加圧部材に備えられた前記温度検知手段のうちそれぞれ少なくとも一つは通紙範囲外に設置されており、この通紙範囲外の検知手段により前記線速度補正値を求める、ことを特徴とする。

第７の発明である定着装置は、請求項２〜６のいずれか一つに記載の定着装置において、前記通紙範囲外に設置された温度検知手段として接触式サーミスタを用いる、ことを特徴とする。

第８の発明である定着装置は、請求項１〜７のいずれか一つに記載の定着装置において、前記駆動手段としてステッピングモータを用いる、ことを特徴とする。

第９の発明である画像形成装置は、請求項１〜８のいずれか一つに記載の定着装置を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、通紙時における定着部材及び加圧部材の各回転速度を適切に設定することで、定着部材及び加圧部材の寿命を劣化させることなく複数種類の記録材に対応するという対応力の向上を図った定着装置を提供することが可能となる。（請求項１）。

また、本発明によれば、通紙時における定着部材及び加圧部材の各回転速度を適切に設定することで、定着部材及び加圧部材の寿命を劣化させることなく複数種類の記録材の定着に対応するという制御を、制御手段により容易に行うことができる。（請求項２）
また、本発明によれば、記録材の紙種や表裏面の特性に応じて各外周面の線速度の基準値を設定するので、定着部材と加圧部材の各外周面の線速度の相対速度差を適正値に保持する制御が容易化される。（請求項３）
また、本発明によれば、定着部材及び加圧部材の温度にて各外周面の線速度を補正することで、より確実に複数種類の記録材の定着での対応力を向上させることができる。（請求項４）
また、本発明によれば、前記定着部材と加圧部材のうち少なくとも一方はローラである場合も、同上請求項１〜４の構成において、同上請求項１〜４と同様の効果が得られる。（請求項５）
また、本発明によれば、温度検知手段を通紙範囲外の部位に設置することにより通紙による定着部材と加圧部材の表面温度低下による影響を低減（無視）でき、より確実に複数種類の記録材の定着での対応力を向上させることができる。
請求項１きる。（請求項６）
また、本発明によれば、温度検知手段に接触式サーミスタを用いることで安価に、複数種類の記録材での対応力を向上させることができる。（請求項７）
また、本発明によれば、駆動手段をステッピングモータとしより正確に回転速度をコントロールできるために、より確実に複数種類の記録材の定着での対応力を向上させることができる。（請求項８）
また、本発明によれば、請求項１〜８のいずれか一つに記載の定着装置を搭載する画像形成装置を提供することができる。（請求項９）

本発明に係る定着装置の拡大側断面図である。 図１の定着装置の定着機能説明図である。 図１の定着装置を搭載した画像形成装置の全体構成を示す図である。 図１の定着装置の定着ローラと加圧ローラに対する温度検出手段の配置説明図である。 図１の定着装置の定着ローラと加圧ローラとその周辺部材の概略平面図である。 図１の定着装置の定着ローラと加圧ローラの外径の温度変化特性線図である。 図１の定着装置に装備された定着ローラと加圧ローラの温度変化に応じた制御速度特性表を示す図である。 図１の定着装置の他の実施形態例としての定着装置の概略側断面図である。

本発明を適用した定着装置を説明する。
まず、「第１実施形態」に係る定着装置と同装置を搭載する画像形成装置全体の構成・動作について、図１乃至図４を参照して説明する。
ここで、図１の定着装置に先立ち図３の画像形成装置としてのプリンタＭ１の全体構成を説明する。
図３に示すように、画像形成装置本体１００（以下、「装置本体１００」ともいう）には給紙装置２、転写装置３、定着装置４、排紙装置５がこの順に下から上に向けて重ねて配備される。

給紙装置２は装置本体１００の下方に記録材（転写紙等の転写材、記録紙やＯＨＰフィルムシート、封筒、等も含んでなる概念である）Ｐが複数枚重ねて収納された給紙部２０を備える。その給紙部２０から複数の給紙ローラ２１やその先のレジストローラ対２２等を経由して記録紙Ｐを転写装置３に搬送する。なお、この給紙装置２と併設され、装置本体１００の複数箇所に配備された図示しない複数種の給紙トレーを供え、これらより複数種の記録材が適時に転写装置３側に搬送可能に形成されている。

転写装置３は装置本体１００の中央に位置する中間転写ベルト装置３０と、同装置３０の要部を成す中間転写ベルト３１（中間転写体・ベルト部材）に対向するように並設された各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した作像部３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２Ｋと、記録材の搬送路Ｒに対向する転写部３３とを備える。
イエローに対応した作像部３２Ｙは、像担持体としての感光体ドラム３３Ｙと、感光体ドラム３３Ｙの周囲に配設された帯電部３２１Ｙ、露光部３４、現像部３２２Ｙ、クリーニング部３２３Ｙ、不図示の除電部等で構成されている。そして、感光体ドラム３３Ｙ上で、作像プロセス（帯電部、露光部、現像部、転写部、クリーニング部が行う各機能）が行なわれることにより、感光体ドラム３３Ｙ上にイエロー画像が形成されることになる。

なお、他の３つの作像部３２Ｍ、３２Ｃ、３２Ｋも、使用されるトナーの色が異なる以外は、イエローに対応した作像部３２Ｙとほぼ同様の構成となっていて、それぞれのトナー色に対応した画像が形成される。以下、他の３つの作像部３２Ｍ、３２Ｃ、３２Ｋの説明を適宜に省略して、イエローに対応した作像部３２Ｙのみの説明を行うことにする。
図１に示すように、感光体ドラム３３Ｙは、不図示の駆動モータによって図１中の時計方向に回転駆動され、帯電部３２１Ｙの位置で、感光体ドラム３３Ｙの表面が一様に帯電される帯電工程が行われ、次いで、露光部３４Ｙから発せられたレーザ光Ｌの露光走査を受けてイエローに対応した静電潜像が形成される露光工程が行われる。その後、感光体ドラム３３Ｙの表面は、現像部３２２Ｙで静電潜像が現像されて、イエローのトナー像が形成される現像工程が行われ、次いで、中間転写ベルト３１および転写ローラ３５Ｙ（１次転写ローラ）との対向位置において、感光体ドラム３３Ｙ上のトナー像が中間転写ベルト３１上に転写され、１次転写工程が行われる。

その後、感光体ドラム３３Ｙの表面は、クリーニング部３２３Ｙで感光体ドラム３３Ｙ上に残存した未転写トナーがクリーニングブレード３２３１によって不図示の回収部に回収されるクリーニング工程が行われる。次いで、感光体ドラム３３Ｙの表面は、不図示の除電部で残留電位が除去される。
こうして、感光体ドラム３３Ｙ上で行われる一連の作像プロセスが終了する。

なお、上述した作像プロセスは、他の作像部３２Ｍ、３２Ｃ、３２Ｋでも、イエロー作像部３２Ｙと同様に行われる。すなわち、これら作像部の近傍に配設された露光部３４から、画像情報に基いたレーザ光Ｌが、各作像部３２Ｃ、３２Ｍ、３２Ｋの感光体ドラム３３Ｍ、３３Ｃ、３３Ｋ上に向けて照射され、その後、現像工程を経て各感光体ドラム３３Ｍ、３３Ｃ、３３Ｋ上に形成した各色のトナー像を、中間転写ベルト３１上に順次重ねて転写する。こうして、中間転写ベルト３１上にカラー画像が形成される。

ここで、中間転写ベルト装置３０は、中間転写ベルト３１、１次転写ローラとしての４つの転写ローラ３５Ｙ、３５Ｍ、３５Ｃ、３５Ｋ、駆動ローラ３６、テンションローラ３７、３８、不図示の中間転写クリーニング部等で構成される。

中間転写ベルト３１は、複数のローラ部材３６、３７、３８によって張架・支持されるとともに、１つのローラ部材（駆動ローラ）３６の回転駆動によって図１中の矢印方向に無端走行・移動される。
４つの転写ローラ３５Ｙ、３５Ｍ、３５Ｃ、３５Ｋ（１次転写ローラ）は、それぞれ、中間転写ベルト３１を感光体ドラム３３Ｙ、３３Ｍ、３３Ｃ、３３Ｋとの間に挟み込んで１次転写ニップを形成している。そして、転写ローラ３５Ｙ、３５Ｍ、３５Ｃ、３５Ｋに、トナーの極性とは逆の高圧電圧（転写バイアス）が印加される。

そして、中間転写ベルト３１は、図１中矢印方向に走行して、転写ローラ３５Ｙ、３５Ｍ、３５Ｃ、３５Ｋの１次転写ニップを順次通過する。こうして、感光体ドラム３３Ｙ、３３Ｃ、３３Ｍ、３３Ｋ上の各色のトナー像が、中間転写ベルト３１上に順次重ねて１次転写される。
その後、各色のトナー像が重ねて転写された中間転写ベルト３１は、テンションローラ３８との対向位置に達する。この位置では、テンションローラ３８が、２次転写ローラ３９との間に中間転写ベルト３１を挟み込んで２次転写ニップＮ２を形成している。そして、２次転写ローラ３９に、トナーの極性とは逆の高圧電圧（２次転写バイアス）が印加される。これにより、中間転写ベルト３１上に形成された４色のトナー像は、この２次転写ニップＮ２の位置に搬送された記録材Ｐ上に転写され、２次転写工程が行われる。なお、中間転写ベルト３１は、不図示の中間転写クリーニング部の位置に達することで、中間転写ベルト３１上の未転写トナーが除去される。

こうして、中間転写ベルト３１上で行われる一連の転写プロセスが終了する。
このようなテンションローラ３８及びこれに巻き掛けられた中間転写ベルト３１と対向する２次転写ローラ３９との間の２次転写ニップＮ２に対し、レジストローラ対２２より記録材Ｐが搬送される。
ここで、レジストローラ対２２に搬送された記録材Ｐは、回転駆動を停止したレジストローラ対２２のローラニップの位置で一旦停止する。そして、中間転写ベルト３１上のカラー画像にタイミングを合わせて、レジストローラ対２２が回転駆動されることにより、記録材Ｐが２次転写ニップＮ２に向けて搬送される。こうして、記録材Ｐ上に、所望のカラー画像が一括転写される。

その後、２次転写ニップＮ２の位置でカラー画像が転写されたシートＰは、定着装置４の位置に搬送される。
この位置で、定着装置４を構成する定着部材である定着ローラ４１および加圧部材である加圧ローラ４２による熱と圧力とにより、記録材の表面（画像面）に４色のトナー画像が定着される。なお、定着装置４の構成・動作については、後でさらに詳しく説明する。
次いで、記録材Ｐは排紙装置５に搬送される。この排紙装置５は搬送路Ｒの下流端に位置する複数の排紙ローラ対５１と排紙トレー５２を備え、定着装置４からの記録材Ｐを装置外へと排出駆動する。排紙ローラ対５１によって装置外の排紙トレー５２に排出された記録材Ｐは、排紙トレー５２上に順次スタックされる。

次に、このような一連の画像形成プロセスを行う画像形成装置に搭載された定着装置４を詳細に説明する。
図１に示すように、定着装置４は、定着側本体４３と、同本体と対向配備され一体結合された加圧側本体４４と、定着側本体４３に枢支され加熱部材を成す定着ローラ４１と、これに当接し加圧部材を成す加圧ローラ４２と、定着ローラ４１に回転駆動力を伝達する定着駆動手段４５と、加圧ローラ４２に回転駆動力を伝達する加圧駆動手段４６と、これら各手段を駆動制御する制御手段４８と、を備える。

定着側本体４３は搬送路Ｒに対し、同路の幅方向両側端に近接して対設される左右縦壁部４３１（図１には一方側のみ記す）と、これら左右縦壁部４３１の縁部の互いに対向する複数箇所を互いに搬送路Ｒの幅方向（図１で紙面垂直方向）に沿って連結する複数の枠部材４３２とを備える。
同様に、加圧側本体４４は搬送路Ｒに対し、同路の幅方向両側端に近接して対設される左右縦壁部４４１（図１には一方側のみ記す）と、これら左右縦壁部４４１の縁部の互いに対向する複数箇所を互いに搬送路Ｒの幅方向（図１で紙面垂直方向）に沿って連結する複数の枠部材４４２とを備える。なお定着側本体４３と加圧側本体４４とは搬送路Ｒと干渉しない部位で相互に一体結合される。

このような定着側本体４３の左右縦壁部４３１間には定着ローラ４１が不図示の軸受けを介し枢支され、その定着ローラ４１の回転軸の一端側には定着駆動ギヤ４１１が設けられ、この定着駆動ギヤ４１１に後述の定着駆動手段４５が連結される。
ここで、定着ローラ４１は鉄鋼、アルミ等の中空芯金４１１に弾性層４１２を成すようにシリコンゴム厚さ１ｍｍを巻いた外径φ４０のローラとして形成される。また、加圧ローラ４２は同様の中空芯金４２１に弾性層４２２を成すようにシリコンゴム厚さ３ｍｍを巻いた外径φ４０のローラとして形成される。両ローラの表層部４１３、４２３はＰＦＡやＰＴＦＥ層を有するように形成される。

このような定着ローラ４１、加圧ローラ４２ともに加熱手段５１、５２を有し、いずれも中空芯金４１１、４２１内にハロゲンヒータを配備し、これらはヒータ駆動回路５３を介し制御手段４８に接続される。なお、加熱手段は他にＩＨコイルや面状発熱等を用いても良い。

図１に示すように、加圧ローラ４２はその弾性層４２２が比較的厚く（３ｍｍで比較的やわらかい）形成され、これが弾性層４１２が比較的薄い（１ｍｍで比較的硬い）定着ローラ４１と圧接することで、加圧ローラ４２に向けて凸状のニップｎが形成されている。
定着ローラ４１と加圧ローラ４２は共に外径が４０ｍｍのローラであり、ニップｎの搬送方向での幅Ｌｎは各ローラの中心線位置での円周角βで約４５°程度に形成されている。この比較的大きな幅Ｌｎのニップｎが形成されることで、加熱定着時間幅を増加でき、定着性をより向上させることができる。

なお、ニップｎが平坦に形成される場合より、図１のように湾曲した凸状のニップｎが形成されるようにした場合のほうが実質的に幅Ｌｎが大きくなり、その分、加熱定着時間幅を増加でき、定着性をより向上させることができるという利点がある。
図５に示すように、定着ローラ４１と加圧ローラ４２はそれぞれの軸方向（搬送路Ｒと直交する幅方向）Ｙにおいて、非通紙時には最大幅Ｂで相互に外周面が当接し、相互に搬送方向の回転力を伝える。
定着ローラ４１の定着駆動ギヤ４１１と加圧ローラ４２の加圧駆動ギヤ４２１に連結される定着駆動手段４５、加圧駆動手段４６を説明する。

ここでの加圧駆動手段４６は加圧ローラ４２側の線速度ｖ２を確保するよう駆動し、定着駆動手段４５は定着ローラ４１側の線速度ｖ１を確保するように駆動する。
まず、定着駆動手段４５は定着側本体４３の左右縦壁部４３１（図１には一方側のみ記す）間に枢支された定着ローラ４１の回転軸の一端と一体の定着駆動ギヤ４１１（図５参照）を駆動制御する。

この定着駆動手段４５は定着ローラ４１と一体の定着駆動ギヤ４１１に常時噛み合う定着アイドラギヤ４５２、これに噛み合う可動アイドラギヤ４５３、複数の減速ギヤ４５４、これに回転力を加えるステッピングモータ４５５とで形成される。ここで、可動アイドラ２８１を連結位置Ｐ１と分離位置Ｐ２とに切換える切換え手段Ｃ１を備える。

ここで、可動アイドラギヤ４５３はその回転軸が左右縦壁部４３１のガイドレール４５８にスライダ４５９を介して移動可能に支持され、そのスライダ４５９は左右縦壁部４３１に支持された電磁ソレノイド４５６に切換え移動可能に連結される。ここで、電磁ソレノイド４５６は駆動回路４５７を介して制御手段４８に連結され、制御手段４８からの接離信号に応じて可動アイドラギヤ４５３を連結位置ｐ１と分離位置ｐ２とに切換える。連結位置Ｐ１ではステッピングモータ４５５の回転を定着ローラ４１に伝達でき、分離位置Ｐ２ではステッピングモータ４５５から定着ローラ４１を分離し、空回転を可能とする。

一方、加圧駆動手段４６は加圧側本体４４の左右縦壁部４４１（図５参照）間に枢支された加圧ローラ４２の回転軸の一端と一体の加圧駆動ギヤ４２を駆動制御する。
この加圧駆動手段４６は加圧駆動ギヤ４２１に常時噛み合う２段の定着アイドラギヤ４６２、４６３、複数の減速ギヤ４６４，４６５、これに回転力を加えるステッピングモータ４６６とで形成される。
次に、このような定着駆動手段４５、加圧駆動手段４６に駆動される定着ローラ４１と加圧ローラ４２について説明を加える。

図５に示すように、定着ローラ４１と加圧ローラ４２には、通紙時において最大幅の記録材Ｐが通過する搬送領域Ｂ１とその両外側の非通過領域Ｂ２、Ｂ２とが存在し、非通過領域Ｂ２、Ｂ２において両ローラが相互に外周面が当接し、相互に搬送方向の回転力を伝える。なお、図４、５に示すように、非通過領域Ｂ２、Ｂ２は定着ローラ４１と加圧ローラ４２の外表面であり、ここには表面温度を検知する温度検知手段６１である接触式サーミスタを取付け、ここからの検知信号は制御手段４８に入力されている。この制御手段４８はそれぞれの外表面の検知温度相当の線速度補正値を用いて定着ローラと加圧ローラの各外周面の線速度の基準値を補正する。なお、接触式サーミスタに代えて、サーモパイルなど赤外線センサ等非接触型の温度検知手段６１を用いても良い。

ここで、図２に示すように、ニップ部ｎを移動する記録材Ｐは、定着ローラ４１側のトナー像を保持する表面ａ２（画像面）の線速度ｖｆ１に対して、加圧ローラ４２側の裏面ｂ２の線速度ｖｆ２が線速差Δｖｆ（＝｜ｖ２−ｖ１｜）として少なからず発生する。
ここで、基本的には定着ローラ４１と加圧ローラ４２の外径Ｄ１、Ｄ２（図５参照）が同一であれば、ローラ表面ａ１、ｂ１の線速度ｖ１，ｖ２の線速差Δｖはほぼゼロである。しかし、外径Ｄ２（＝２×ｒ２）の加圧ローラ４２側の外周長（２πｒ２）と、外径Ｄ１（＝２×ｒ１）の定着ローラ４１側の外周長（２πｒ１）は変動する。即ち、弾性層４２２が比較的厚い加圧ローラ４２側が、弾性層４１２が比較的薄い定着ローラ４１側より加熱により膨張して外径Ｄ１が大きくなる。

その結果、加圧ローラ４２側の外周長（２πｒ２）は、定着ローラ４１側の外周長（２πｒ１）より大きくなり、更に、同一回転速度（Ｎ／ｓｅｃ）時であるとすると、加圧ローラ４２側の線速度ｖ２（＝２πｒ２・Ｎ／ｓｅｃ）が定着ローラ４１側の線速度ｖ１（＝２πｒ１・Ｎ／ｓｅｃ）より大きくなり、線速度差Δｖ（＝ｖ２―ｖ１）が発生する。
このような温度変化に伴い、両ローラには以下の考慮すべき変異が生じる。即ち、ニップ部ｎに薄紙が達した場合や、封筒といった二枚以上の紙を重ねて端面が糊付けされているものが達した場合、線速度差Δｖが存在すると、記録材表面にシワや画像乱れといった不具合が発生し易い。

また、その線速差Δｖの発生による上述の不具合は、記録材第一面ａ２（画像面）の印刷時と第二面ｂ２（画像面）の印刷時とでは裏面のトナー有無によって発生度合いが異なる。

制御手段４８は、このような変動を考慮し、以下の制御特性を備える。
ここで定着ローラ４１と加圧ローラ４２の温度相当の外径の変動特性を取り込み、温度に応じた外径変化量を把握する。図６に示すように、例えば、普通紙の定着時に、定着ローラ４１と加圧ローラ４２が所定の回転速度（回転速度相当の表裏面ａ１，ｂ１の線速度ｖ１、ｖ２相当の値）に保持された場合において、常温、ここでは２３℃で、定着ローラ４１と加圧ローラ４２の直径が４０ｍｍに設定された状態で駆動するとする。

この場合に、各ローラの温度の増減変化に応じた定着ローラ４１と加圧ローラ４２の直径Ｄ１，Ｄ２の変動特性線図を求めた。
ここで、温度増時には、弾性層の大きな加圧ローラ４２が膨張し、定着ローラ４１の直径Ｄ１より相対的に大きな直径Ｄ２となり、直径偏差（＋δＤ）が増加する。温度減時には、弾性層の大きな加圧ローラ４２が収縮し、定着ローラ４１の直径Ｄ１より小さくなり、直径偏差（―δＤ）が増加し、これに続き低温化した場合、偏差は一定化している。

ここでは、図６に示す特性と同様の特性を各記録材毎に求める。その上で、各記録材ごとの基準線速度（図２のｖｆ１，ｖｆ２参照）相当の基準回転速度Ｎｔ１，Ｎｃ１（不図示）を設定した。更に、それらに基づき、定着ローラ４１と加圧ローラ４２の各記録材Ｐごとの表裏面ａ２、ｂ２の目標回転速度Ｎｔｏ（＝Ｎｔ１＋α１），Ｎｃｏ（＝Ｎｃ１＋α２）を図７に示すような制御速度特性表として設定した。

この図７に示す制御速度特性表には、記録材として厚紙、普通紙、薄紙、コート紙、封筒を記載し、それら各記録材の室温より定常での平均的昇温値として設定した１５０℃に達した場合の目標回転速度Ｎｔｏ、Ｎｃｏを制御速度特性表として設定した。ここで、図２に示すように、記録材Ｐと対向する定着ローラ４１の表面を第１面ａ１、加圧ローラ４２の表面を第１面ｂ１とし、これらに当接し摩擦力を介して従動する記録材Ｐ側の表面をそれぞれ第２面ａ２、ｂ２とした。ここで、第１面（ローラ側）ａ１，ｂ１の回転速度Ｎｔｏ，Ｎｃｏと、第２面（記録紙側）ａ２、ｂ２の回転速度Ｎｔｏｊ，Ｎｃｏｊとして示した。

なお、この図７に示す制御速度特性表における第１面ａ１，ｂ１の回転速度Ｎｔｏ，Ｎｃｏと、第２面ａ２、ｂ２の回転速度Ｎｔｏｊ，Ｎｃｏｊは定常温度幅１５０℃±θ（±θ：許容幅）の範囲内に達している場合の値である。そこで、基本的には、定着ローラ４１と加圧ローラ４２の各外周面の線速度の基準値（基準回転速度）に対して温度のずれ幅に応じた補正を加えて、各温度の複数の分布域に応じた複数の制御速度特性表（不図示）を予め作成しておき、現在の定着ローラ４１と加圧ローラ４２の各外周面の温度相当の制御速度特性表を選択し、同制御速度特性表より第１面ａ１，ｂ１の回転速度Ｎｔｏ，Ｎｃｏと、第２面ａ２、ｂ２の回転速度Ｎｔｏｊ，Ｎｃｏｊを読み取ることとなる。

ここで厚紙、普通紙、コート紙において、定着ローラ４１の第１面ａ１より、膨張し周速が早くなっている加圧ローラ４２の第１面ｂ１の速度を抑え、これにより、両ローラの線速度のずれを修正している。更に、厚紙、普通紙、コート紙において、記録材側の第２面ｂ２の回転速度Ｎｃｏｊを比較的高く設定し、厚紙、普通紙、コート紙の移動が早くなる状況に適合させている。
薄紙では第１面ａ１，ｂ１と第２面ａ２、ｂ２の各速度を同一化して、腰の弱い薄紙に相対速度差を加えて、しわが発生することを抑制している。

封筒では第１面ａ１，ｂ１と第２面ａ２、ｂ２の各速度を同一化すると共に、比較的低速回転させ、これにより、誤搬送（ミスフィード）を防止している。
なお、これら記録材の回転速度の設定に当たり、比較的搬送抵抗が低く、保形性がある厚紙、普通紙、コート紙の基準値を１００ｒｐｍの近傍の値に設定し、比較的搬送抵抗が高く、変形しやすい封筒は、半分の５０ｒｐｍの近傍の値に設定した。その上で、加圧部材の外表面の表面温度を温度検知手段６１で検知し、制御手段４８がそれぞれの外表面の検知温度相当の線速度補正値β（ｔ）を用いて定着部材と加圧部材の基準値（例えば、１００ｒｐｍ）を補正し、制御速度特性表に示すような値を導き、設定している。

このような、図１の定着装置４の制御手段４８は、プリンタＭ１の主電源のオン時に定着暖気モードで作動を行う。
定着暖気モードでは定着ローラ４１と加圧ローラ４２の表面温度を温度検知手段６１である接触式サーミスタで検知し、予め設定された待機温度に保持するようハロゲンヒータからなる加熱手段５１、５２を適時に駆動する。
スタートスイッチがオンする前は、定着ローラ４１側の定着駆動手段４５に配備の切換え手段Ｃ１の電磁ソレノイド４３４をオフし、可動アイドラギヤ４１３を分離位置Ｐ２に切換え保持し、ステッピングモータ４１５から定着ローラ４１を分離し、定着ローラ４１をこれに圧接する加圧ローラ４２により従動回転させる。この際、定着ローラ４１が非通紙であり、加圧駆動手段４６に駆動される定着ローラ４１と加圧ローラ４２は最大幅Ｂで互いに圧接して回転し、相互に搬送方向の回転力を伝えると共に相互に加熱がむら無く行われる。なお、この加熱処理後の待機中は加圧ローラ４２側の加圧駆動手段４６が低速回転を間欠的に待機モードで行うこととなる。

スタートスイッチがオンすると、定着ローラ４１側の定着駆動手段４５に配備の電磁ソレノイド４３４がオンし、可動アイドラギヤ４１３を連結位置Ｐ１に切換え保持し、ステッピングモータ４１５が定着ローラ４１を駆動し、ステッピングモータ４２５が加圧ローラ４２を駆動し、両ローラ４１、４２は最大幅Ｂで互いに圧接してそれぞれ設定された回転速度で駆動する。
この際、図３に示す画像形成装置内の給紙装置２、露光装置３４、転写装置３が順次駆動して、未定着カラートナー像を保持する記録材Ｐが形成され、これが定着装置４に搬送される。

この場合、制御手段４８は複数の記録材（転写紙等の転写材、記録紙やＯＨＰフィルムシート、封筒、等も含む）Ｐの種類のうち、いずれが今回の記録材かを給紙装置２側よりの情報に基づき判断する。
更に、定着ローラの第１面ａ１、加圧ローラの第１面ｂ１が定常の加熱が成され、実表面温度が定常温度幅１５０℃±θ（±θ：許容幅）の範囲内に達しているか判断し、達していると、今回の記録材Ｐの種類に応じて、定着ローラの表面を第１面ａ１、加圧ローラの表面を第１面ｂ１とし、これらに当接する記録材側の表面をそれぞれ第２面ａ２、ｂ２とし、第１面ａ１，ｂ１の回転速度Ｎｔｏ，Ｎｃｏを保持するように、定着ローラ４１側の定着駆動手段４５と加圧ローラ４２側の加圧駆動手段４６を駆動制御する。

このように、定着ローラと加圧ローラの表面を定常温度幅１５０℃±θ（±θ：許容幅）の範囲内に達した上で、記録材（転写紙等の転写材、記録紙やＯＨＰフィルムシート、封筒、等も含む）Ｐの種類に応じた第１面ａ１、ｂ１の回転速度Ｎｔｏ，Ｎｃｏを保持するよう制御することで、記録材側の第２面ａ２、ｂ２の回転速度Ｎｔｏｊ，Ｎｃｏｊを図７に示す制御速度特性表に近い値に保持でき、適正な記録材の搬送を行える。更に、定着ローラと加圧ローラの表面が定常温度幅１５０℃±θにない場合は、加圧ローラ４２の各外周面の温度相当の制御速度特性表を選択する。
その上で選択した制御速度特性表より第１面ａ１，ｂ１の回転速度Ｎｔｏ，Ｎｃｏと、第２面ａ２、ｂ２の回転速度Ｎｔｏｊ，Ｎｃｏｊを読み取り、第１面ａ１，ｂ１の回転速度Ｎｔｏ，Ｎｃｏを達成できるように、定着ローラ４１側の定着駆動手段４５と加圧ローラ４２側の加圧駆動手段４６を駆動制御する。

これにより、記録材Ｐの第２面ａ２、ｂ２（表裏面）の搬送速度差が低減し、不送りや画像乱れを抑え、各種の記録材の表裏面の相対速度差によるしわの発生を確実に防止できる。また、定着ローラ及び加圧ローラの温度に応じて制御速度特性表を選択し、それを目標値として各外周面の線速度を補正することで、より確実に複数の紙種の記録材の定着での対応力を向上させることができる。
図４に示したように、温度検知手段を通紙範囲外の非通過領域Ｂ２、Ｂ２に設置したので、連続する通紙時に表面温度が過度に低下することによる影響を低減（無視）でき、確実に複数紙種での記録材の定着での対応力を向上させることができる。
また図３に示すように、温度検知手段に接触式サーミスタを用いることで安価に、複数種の記録材の定着での対応力を向上させることができる。

また、駆動手段をステッピングモータとしより正確に回転速度をコントロールできるために、より確実に複数種の記録材の定着での対応力を向上させることができる。
更に、第１実施形態のベルト定着装置４を備えたプリンタＭ１は、定着ローラ４１の駆動手段４５の途中に切換え手段Ｃ１を設けたため、通紙時には、切換え手段Ｃ１が連結位置Ｐ１を保持して、記録材の表裏面の搬送速度差が低減するように、定着部材と加圧部材の各外周面をそれぞれ独立した線速度で駆動する制御を許容でき、非通紙時には、切換え手段Ｃ１が分離位置Ｐ２を保持して、定着部材と加圧部材のいずれか一方、図１の第１実施形態では加圧ローラ４２側の駆動手段４６を駆動し、定着ローラ４１を空作動させ、従動回転させるので、相対的な摩擦力を低減でき、定着部材と加圧部材の耐久性を確保できる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態の具体的構成に限らず、特許請求の範囲で記載した範囲内で様々な構成とすることができる。
たとえば、第１実施形態では、加熱加圧を定着部材と加圧部材を互いに圧接して行う定着装置４を備えたプリンタＭ１を説明したが、図８に示す第２実施形態のようにベルト定着装置４’を備えた不図示のプリンタに本発明を適用してもよい。この場合、定着ローラ２００と加熱ローラ２１０とに亘って巻き掛けた無端ベルト２２０を有する定着部材を構成し、更に、無端ベルト２２０が巻き掛けられた定着ローラ２００に加圧ローラ２６０を加圧手段２７０を用いて圧接する。ここで、定着ローラ２００と加圧ローラ２６０の圧接部位に記録紙Ｐが搬送され定着されるニップｎを形成する。更に、加熱ローラ２１０の枢支部には無端ベルト２２０に張力を付与する加圧手段２３０が取付けられる。更に、加熱ローラ２１０及び加圧ローラ２６０の中空軸内には加熱源２４０、２５０を取付ける。この様な構成とした上で、定着ローラ２００と加圧ローラ２６０とを別々の駆動手段２８０、２９０で回転駆動する。

駆動手段２８０、２９０は図１で説明したと同様の構成を採る。定着ローラ２００に対設された駆動手段２８０は定着ローラ２００と一体の駆動ギヤ２０１に噛み合うアイドラ２８１、可動アイドラ２８１、減速ギヤ２８４、駆動モータ２８５をこの順に連結し、可動アイドラ２８１、を連結位置Ｐ１と分離位置Ｐ２とに切換える切換え手段Ｃｂを備える。この切換え手段Ｃｂは電磁ソレノイド２８３、ガイドレール２８６、ガイドレール２８６に案内されると共に可動アイドラ２８１の回転軸を枢支するスライダ２８７を備え、不図示の制御手段からの接続、分離の出力信号に応じて電磁ソレノイド２８３が可動アイドラ２８１を連結位置Ｐ１と分離位置Ｐ２とに切換え、駆動モータ２８５の回転で定着ローラ２００を駆動するモードと、加圧ローラ２６０に従動するモードとに切換えるよう構成される。

一方、加圧ローラ２６０に対設された駆動手段２９０は図１で説明したと同様に、加圧ローラ２６０と一体の駆動ギヤ２６１に噛み合う複数のアイドラ２９１、減速ギヤ２９２、駆動モータ２９３をこの順に連結する。制御手段７１０からの駆動信号の入力時にのみ駆動モータ２８５の回転で加圧ローラ２６０を連続駆動するよう構成される。

この第２実施形態のベルト定着装置４’を備えたプリンタＭ２の場合も、定着ローラ２００の駆動手段２８０の途中に切換え手段Ｃｂを設けたので、制御手段７１０からの接続、分離の出力信号に応じて電磁ソレノイド２８３が可動アイドラ２８１を連結位置Ｐ１と分離位置Ｐ２とに切換え、駆動モータ２８５の回転で定着ローラ２００を駆動するモードと、加圧ローラ２６０に従動するモードとに切換えるよう制御することで、図１の定着装置と同様の作用効果が得られる。
更に、上述した、プリンタやプリンタを含む複合機の他に、本発明をファクシミリおよび印刷機の何れかに適用してもよく、またはそれらの少なくとも二つを組み合わせた複合機からなる画像形成装置に適用してもよい。これらの各実施形態の場合も、図１の定着装置とほぼ同様の効果を得ることができる。

２ 給紙装置
３ 転写装置
４ 定着装置
５ 排紙装置
４１ 定着部材
４２ 加圧部材
４５，４６ 駆動手段
４８ 制御手段
５１，５２ 加熱手段
６１ 温度検知手段
１００ 画像形成装置本体
ａ、ｂ 記録材の画像面
ａ１ 定着ローラの第１面
ｂ１ 加圧ローラの第１面
ａ２ 記録材側の表の第２面（画像面）
ｂ２ 記録材側の裏の第２面
ｆ１，ｆ２ 定着部材と加圧部材の外周面
ｎ１、ｎ２ ニップ部
ｖ１，ｖ２ 線速度
Δｖ 搬送速度差
Ｍ１ プリンタ
Ｎｔｏ，Ｎｃｏ 第１面の回転速度
Ｎｔｏｊ，Ｎｃｏｊ 第２面の回転速度
Ｐ 記録材（記録体）
Ｒ 搬送路

特開平９−１７９４３５号公報 特開２００２−３５１２３７号公報 特開２００７−３１０１２９号公報

Claims (9)

1. 加熱手段を有する定着部材と加圧部材により形成されるニップ部によって記録材の画像面上の未定着トナー像を定着させる定着装置において、
   前記定着部材と加圧部材にはそれぞれの外周面の線速度を独立操作する駆動手段が設けられ、
   前記各駆動手段は前記外周面が互いに記録材を挟んで定着する通紙時には、定着部材と加圧部材の各外周面を記録材の表裏面の搬送速度差が低減するそれぞれ独立した線速度で駆動し、非通紙時には、前記定着部材と加圧部材のいずれか一方をその駆動手段により駆動し他方を従動させる、ことを特徴とする定着装置。
2. 前記通紙時には、定着部材と加圧部材の各外周面を記録材の表裏面の搬送速度差が低減するそれぞれ独立した線速度で駆動手段により駆動し、非通紙時には前記定着部材と加圧部材のいずれか一方をその駆動手段により駆動し他方を従動させるよう駆動手段を制御する制御手段を備えた、ことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記定着部材と加圧部材の各外周面の線速度の基準値は前記記録材の紙種や表裏面の特性に応じてそれぞれ設定される、ことを特徴とする請求項１又は２記載の定着装置。
4. 前記定着部材と加圧部材の外表面には少なくとも一つ以上の表面温度を検知する温度検知手段を有し、前記制御手段はそれぞれの外表面の検知温度相当の線速度補正値を用いて前記定着部材と加圧部材の各外周面の線速度の基準値を補正する、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の定着装置。
5. 前記定着部材と加圧部材のうち少なくとも一方はローラにより形成される、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の定着装置。
6. 定着部材と加圧部材に備えられた前記温度検知手段のうちそれぞれ少なくとも一つは通紙範囲外に設置されており、この通紙範囲外の検知手段により前記線速度補正値を求める、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の定着装置。
7. 前記通紙範囲外に設置された温度検知手段として接触式サーミスタを用いる、ことを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の定着装置。
8. 前記駆動手段としてステッピングモータを用いる、ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の定着装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の定着装置を備えている、ことを特徴とする画像形成装置。

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