JP2002244484A - 定着装置・画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ベルト定着方式の定着装置において、立ち上
げ時の残時間を高精度に算出できるようにする。 【解決手段】 定着装置１は、定着ローラ２と、加熱ロ
ーラ６と、定着ローラ２と加熱ローラ６間に張架された
定着ベルト８と、定着ローラ２に対向して配置され、定
着ベルト８を挟んで該定着ローラ２に圧接された加圧ロ
ーラ１２と、加圧ローラ１２の温度を検知するサーミス
タ１６等を有している。図示しない制御手段は、立ち上
がり終了までの残時間を、立ち上がり開始時における上
記加圧ローラの温度に基づいて、予め記憶された加圧ロ
ーラ１２と立ち上がり時間の関係データテーブルから決
定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ベルト定着方式の
定着装置及び該定着装置を有する複写機、プリンタ、フ
ァクシミリ等の画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばフルカラー複写機は、熱と圧力で
記録材としての用紙上にトナー画像を定着する定着装置
を有している。定着装置としては、熱ローラ方式の定着
装置と、ベルト定着方式の定着装置がある。熱ローラ方
式の定着装置は、内部にハロゲンヒータを有し、トナー
画像に直接接触する定着ローラと、同じく内部にハロゲ
ンヒータを有し、該定着ローラに圧接する加圧ローラを
備えている。定着ローラと、加圧ローラは、それぞれ芯
金の表面にゴム層が設けられた構成を有している。各ゴ
ム層は、熱伝達率の低下を防止するために、２ｍｍ程度
の厚みに設定されている。このような薄いゴム層で用紙
に熱を与えるのに必要なニップ部（圧接部）を形成する
ためには、定着ローラ、加圧ローラ間において大きな加
圧力が必要となる。そして、この加圧力に耐えうるため
には、ローラ径（芯金径）を大きく、すなわち、金属部
の厚みを大きくする必要があった。そのため、ローラの
熱容量が大きく、立ち上がり時間（ウォームアップ時
間）が長いという問題がある。

【０００３】６ｃｐｍの機能を有するフルカラー複写機
における熱ローラ方式の定着装置の構成例を以下に示
す。 定着ローラ：外径５５ｍｍ（シリコーンゴム層の厚み２
ｍｍ） 定着ローラのヒータ：６５０Ｗ 定着ローラのコピー可能温度までの立ち上がり時間：８
分（無回転） 加圧ローラ：外径５５ｍｍ（シリコーンゴム層の厚み２
ｍｍ） 加圧ローラのヒータ：５００Ｗ 加圧ローラのコピー可能温度までの立ち上がり時間：７
分（無回転） カラー複写機の立ち上がり時間（＝定着ローラの立ち上
がり時間）：８分

【０００４】このような熱ローラ方式の定着装置におけ
る問題点を解消するものとしてベルト定着方式の定着装
置が開発されている。これは、内部にヒータを有しない
定着ローラと、これとは別に内部にヒータを有する加熱
ローラを設け、この２本のローラ間に定着ベルトを張架
し、該定着ベルトを介して定着ローラに加圧ローラを圧
接する構成となっている。定着ベルトは、ポリイミド樹
脂ベルトの表層にシリコーンゴムをコーティングしたも
のが使用されている。ベルト定着方式では、定着ローラ
にはヒータが存在しないため、熱伝達率を考慮する必要
がなく、ゴム層を厚くすることができる。このため、比
較的小さい加圧力で必要なニップ幅を得ることができ、
定着ローラ、加圧ローラ共に従来より小径化、すなわ
ち、低熱容量化が可能となっている。

【０００５】また、画像面と接する定着ベルトを加熱す
る加熱ローラは、定着ローラ、加圧ローラのように圧接
する必要性はないため、小径化、薄肉化とすることがで
きる。さらにゴム層も必要ないため、定着ローラ、加圧
ローラよりさらに熱容量は小さい。このような構成で
は、加熱ローラと加圧ローラの立ち上がり時間に大きな
差が生じるため、立ち上がり中に一定時間の回転動作を
追加し、加熱ローラ、定着ローラ、加圧ローラを同時に
温度上昇させる方式（制御）が採られている。

【０００６】６ｃｐｍの機能を有するフルカラー複写機
におけるベルト定着方式の定着装置の構成例を以下に示
す。 加熱ローラ：外径３０ｍｍ 加熱ローラのヒータ：６５０Ｗ 加熱ローラのコピー可能温度までの立ち上がり時間：１
分（無回転） 定着ローラ：外径４０ｍｍ（シリコーンゴム層の厚み５
ｍｍ） 加圧ローラ：外径４０ｍｍ（シリコーンゴム層の厚み２
ｍｍ） 加圧ローラのヒータ：５００Ｗ 加圧ローラのコピー可能温度までの立ち上がり時間：
５．５分（無回転） カラー複写機の立ち上がり時間（回転動作を含む）：４
分

【０００７】この例では、加熱ローラが立ち上がる直前
（約５０秒後）から回転動作を行っている。回転動作を
行うと、加熱ローラの温度が定着ベルトを介して定着ロ
ーラ、加圧ローラに移行するため、加熱ローラの温度が
低下する。このとき、加熱ローラのヒータは点灯を続け
るので、加熱ローラが立ち上がり時間の遅い加圧ローラ
を同時に加熱する状態となる。再び加熱ローラがその設
定温度近くまで温度が上がったときに回転動作を停止す
る。このとき、加圧ローラも加熱ローラからの加熱によ
って設定温度近くまで温度が上昇している。回転動作停
止後はそのまま各ローラとも各ヒータによって加熱され
て設定温度に達し、立ち上がり終了となる。このとき、
立ち上がり時間は上記のように４分となり、熱ローラ方
式の半分に短縮される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】熱ローラ方式のよう
に、立ち上がりにおいてローラが無回転の場合には、温
度が１次式的に上昇するため、ローラの初期温度から立
ち上がり終了までの残時間を容易に算出することができ
る。通常、定着性に大きく寄与する定着ローラ（画像面
に対向するローラ）の温度から算出を行う。複写機等の
画像形成装置では、画像品質の安定化のために、作像部
でのセルフチェック動作が自動的に行われる場合があ
る。熱ローラ方式では残時間を高精度に把握できるた
め、該残時間によって、作像部のセルフチェック動作の
有無を決定することができる。すなわち、残時間と、セ
ルフチェック動作に要する時間とを比べ、セルフチェッ
ク動作時間より立ち上がり残時間が長い場合にはセルフ
チェック動作を行い、そうでない場合にはセルフチェッ
ク動作は行わない。また、立ち上がり途中の定着ローラ
温度から、立ち上がり終了までの残時間を常に算出する
ことができるため、画像形成装置の操作パネルに残時間
を表示してユーザーが容易に残時間を確認することが可
能である。

【０００９】しかしながら、立ち上がり途中に回転動作
が行われるベルト定着方式の定着装置では、加熱ロー
ラ、定着ローラ、加圧ローラ共１次式的な温度上昇とな
らないため、残時間の検出が困難であった。このため、
ユーザーに正確な残時間を認識させることができなかっ
たり、立ち上がり動作におけるセルフチェック動作の投
入の判断が困難であるという問題があった。

【００１０】そこで、本発明は、立ち上げ時の残時間を
高精度に算出できるベルト定着方式の定着装置、及び該
定着装置を備えた画像形成装置の提供を、その目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明では、熱源を有する加熱ローラ
と、定着ローラと、該加熱ローラと定着ローラ間に張架
された定着ベルトと、該定着ベルトを介して該定着ロー
ラに圧接する加圧ローラを有し、立ち上がり時には一部
回転動作を行うベルト定着方式の定着装置において、立
ち上がり終了までの残時間を、立ち上がり開始時におけ
る上記加圧ローラの温度に基づいて決定する手段を有し
ている、という構成を採っている。

【００１２】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
定着装置において、上記残時間を元に立ち上がり終了ま
でのカウントを行い、且つその結果を表示する、という
構成を採っている。

【００１３】請求項３記載の発明では、請求項１記載の
定着装置において、上記残時間に基づいて作像部でのセ
ルフチェックが可能かどうかを判断する手段を有してい
る、という構成を採っている。

【００１４】請求項４記載の発明では、像担持体に形成
された静電潜像を現像手段によりトナー像として可視像
可し、該トナー像を記録材に転写し、該トナー像を保持
した記録材をベルト定着方式の定着装置に通して定着を
行う画像形成装置において、上記定着装置が、請求項１
乃至３のうちの一つに記載のものである、という構成を
採っている。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
乃至図４に基づいて説明する。まず、図４に基づいて、
本実施形態における画像形成装置としてのカラー複写機
の全体構成及び動作について概略的に説明する。露光手
段としての書き込み光学ユニット４００は、カラースキ
ャナ２００からのカラー画像データを光信号に変換して
原稿画像に対応した光書き込みを行い、像担持体である
感光体４０２上に静電潜像を形成する。該書き込み光学
ユニット４００は、レーザーダイオード４０４、ポリゴ
ンミラー４０６とその回転用モータ４０８、ｆ／θレン
ズ４１０や反射ミラー４１２等により構成されている。
感光体４０２は、矢印で示すように反時計回りの向きに
回転され、その周囲には、感光体クリーニングユニット
４１４、除電ランプ４１６、電位センサ４２０、回転式
現像装置４２２のうちの選択された現像器（図４では現
像器４３８）、現像濃度パターン検知器４２４、中間転
写ベルト４２６等が配置されている。

【００１６】回転式現像装置４２２は、ブラック用現像
器４２８、シアン用現像器４３０、マゼンタ用現像器４
３２、イエロー用現像器４３４と、角現像器を回転させ
る図示しない回転駆動部を有している。各現像器は、静
電潜像を可視像化するために、現像剤の穂を感光体４０
２の表面に接触させて回転する現像スリーブや、現像剤
を汲み上げて攪拌するために回転する現像パドル等を有
している。待機状態では、回転式現像装置４２２は、ブ
ラック現像の位置にセットされており、コピー動作が開
始されると、カラースキャナ２００で所定のタイミング
からブラック画像のデータの読み取りがスタートし、こ
の画像データに基づいてレーザ光による光書き込み・静
電潜像（ブラック潜像）の形成が始まる。

【００１７】このブラック潜像の先端部から現像するた
めに、ブラック用現像器４２８の現像位置に潜像先端部
が到達する前に、現像スリーブを回転開始してブラック
潜像をブラックトナーで現像する。そして、以後、ブラ
ック潜像領域の現像動作を続けるが、潜像後端部がブラ
ック現像位置を通過した時点で、速やかにブラックのた
めの現像位置から次の色んお現像位置まで、回転式現像
装置４２２が回転する。当該動作は、少なくとも、次の
画像データによる潜像先端部が到達する前に完了させ
る。像形成サイクルが開始されると、まず、感光体４０
２は矢印で示すように反時計回りの向きに、中間転写ベ
ルト４２６は時計回りの向きに、図示しない駆動モータ
によって回転させられる。中間転写ベルト４２６の回転
に伴って、ブラックトナー像形成、シアントナー像形
成、マゼンタトナー像形成、イエロートナー像形成が行
われ、最終的にブラック（Ｂｋ）、シアン（Ｃ）、マゼ
ンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に、中間転写ベルト４
２６上に重ねられ、トナー像が形成される。

【００１８】中間転写ベルト４２６は、駆動ローラ４４
４、転写対向ローラ４４６ａ、４４６ｂ、クリーニング
対向ローラ４４８及び従動ローラ群に張架されており、
図示しない駆動モータにより駆動制御されるようになっ
ている。感光体４０２に順次形成されるブラック、シア
ン、マゼンタ、イエローの各トナー像が中間転写ベルト
４２６上で正確に順次位置合わせされ、これによって４
色重ねのベルト転写画像が形成される。このベルト転写
画像は転写コロナ放電器４５４により記録材（用紙）に
一括転写される。

【００１９】給紙バンク４５６内の各記録紙カセット４
５８、４６０、４６２には装置本体内のカセット４６４
に収容された用紙のサイズとは異なる各種サイズの用紙
が収容されており、これらのうち、指定されたサイズ紙
の収容カセットから、該指定された用紙が給紙コロ４６
６によってレジストローラ対４７０方向に給紙・搬送さ
れる。図４において、符号４６８はＯＨＰ用紙や厚紙等
のための手差し給紙トレイを示す。像形成が開始される
時期に、用紙は上記いずれかのカセットの給紙口から給
送され、レジストローラ対４７０のニップ部で待機す
る。そして、コロナ放電器４５４に中間転写ベルト４２
６上のトナー像の先端がさしかかるときに、丁度用紙先
端がこの像先端に一致するようにレジストローラ対４７
０が駆動され、用紙と像のレジスト合わせが行われる。

【００２０】このようにして、用紙が中間転写ベルト４
２６と重ねられて、正電位につながれたコロナ放電器４
５４の上を通過する。このとき、コロナ放電電流で用紙
が正電荷で荷電され、トナー画像が用紙に転写される。
続いて、コロナ放電器４５４の図上左側に配置された図
示しない除電ブラシの箇所を通過するときに用紙は除電
され、中間転写ベルト４２６から剥離して紙搬送ベルト
４７２に移る。中間転写ベルト４２６から４色重ねトナ
ー像を一括転写された用紙は、紙搬送ベルト４７２によ
りベルト定着方式の定着装置１へ搬送され、この定着装
置１で熱と圧力によりトナー像を定着される。定着を終
えた用紙は排出ローラ対４８０で機外へ排出され、図示
しないトレイにスタックされる。これにより、フルカラ
ーコピーが得られる。

【００２１】次に、ベルト定着方式の定着装置１につい
て詳細に説明する。図１に示すように、定着装置１は、
定着ローラ２と、内部に熱源としてのハロゲンヒータ４
を有する加熱ローラ６と、定着ローラ２と加熱ローラ６
間に張架された定着ベルト８と、定着ローラ２に対向し
て配置され、定着ベルト８を挟んで該定着ローラ２に図
示しない圧縮スプリングの付勢力により圧接され、内部
に熱源としてのハロゲンヒータ１０を有する加圧ローラ
１２と、加熱ローラ６側の定着ベルト８の温度を検知す
るサーミスタ１４と、加圧ローラ１２の温度を検知する
サーミスタ１６と、加熱ローラ６側において定着ベルト
８にオイルを塗布するオイル塗布手段１８と、定着ベル
ト８の表面を清掃するクリーニングローラ２０等を有し
ている。

【００２２】加熱ローラ６は、熱伝導率の良好なアルミ
ニウム製のパイプ（厚みが２ｍｍで外径が３０ｍｍ）で
形成されており、長手方向の温度ムラを防止している。
該パイプの表面には、定着ベルト８との摩擦による摩耗
を抑制するためにアルマイト処理が施されている。サー
ミスタ１４による検知情報は図示しない制御手段に入力
される。該制御手段は、該検知情報に基づいてハロゲン
ヒータ４（６５０Ｗ）のオン・オフ制御を行い、加熱ロ
ーラ６の温度を１６０℃に制御している。

【００２３】定着ベルト８は加熱ローラ６によって加熱
される。加熱ローラ６と定着ベルト８の巻き付け角を十
分にとっているため、回転時も定着ベルト８は加熱ロー
ラ６とほぼ同程度に加熱される。定着ベルト８は、耐熱
性の高いポリイミド樹脂（厚み０．０５〜０．２ｍｍ）
の表層に離型層としてシリコーンゴム（厚み０．１〜
０．２ｍｍ）をコーティングした構成となっている。定
着ベルト８の材質としてはこれに限らず、ステンレスや
ニッケル等の金属やゴムを採用することができる。定着
ベルト８は、定着ローラ２の両端部に設けた図示しない
寄り止めリングによって、寄りを規制されている。

【００２４】定着ローラ２は、金属製（鋼製）のパイプ
で形成された芯金２ａと、該芯金２ａの外周面に設けら
れたシリコーンゴム層２ｂを有している。定着ローラ２
の外径は４０ｍｍで、シリコーンゴム層２ｂの厚みは５
ｍｍである。加圧ローラ１２は、金属製（鋼製）のパイ
プで形成された芯金１２ａと、該芯金１２ａの外周面に
設けられたシリコーンゴム層１２ｂを有している。加圧
ローラ１２の外径は４０ｍｍで、シリコーンゴム層１２
ｂの厚みは２ｍｍである。サーミスタ１６による検知情
報は上記制御手段に入力される。該制御手段は、該検知
情報に基づいてハロゲンヒータ１０（５００Ｗ）のオン
・オフ制御を行い、加圧ローラ１２の温度を１５０℃に
制御している。

【００２５】オイル塗布手段１８は、外周面をシリコー
ンゴムでコーティングされた供給ローラ２２と、図示し
ないオイル供給装置から供給されるオイルを保持（含
浸）し、供給ローラ２２に塗布するフェルト２４と、供
給ローラ２２上のオイルを一定量に規制するブレード２
６と、外周面をシリコーンゴムでコーティングされ、供
給ローラ２２から供給されたオイルを定着ベルト８に塗
布する塗布ローラ２８を有している。ブレード２６で規
制された余剰オイルは、オイル受３０に溜まるようにな
っている。トナー画像を保持した用紙Ｐは、入口上ガイ
ド３２ａと入口下ガイド３２ｂにガイドされてニップ部
に進入する。定着を終了した用紙Ｐは、出口ガイド３４
ａと出口ガイド３４ｂにガイドされ、排紙コロ対３６に
より定着装置外へ排出される。

【００２６】次に、該定着装置１の室温時からの立ち上
がり時の動作を説明する。カラー複写機の電源をオンす
ると、加熱ローラ６（設定温度１６０℃）のハロゲンヒ
ータ４と、加圧ローラ１２（設定温度１５０℃）のハロ
ゲンヒータ１０が点灯する。加熱ローラ６が１５０℃に
達した時点で回転動作を開始する。このとき、加熱ロー
ラ６の温度は９０℃程度まで落ち込む。回転動作を続け
ながら、再び加熱ローラ６が１５０℃に達した時に回転
動作を停止する。このとき、加圧ローラ１２の温度は１
４０℃程度に達している。回転動作後、加熱ローラ６、
加圧ローラ１２は各々のハロゲンヒータ４，１０によっ
て加熱され、設定温度に達する。立ち上がり終了時間は
４分である。

【００２７】このようなベルト定着方式の定着装置で
は、ローラが室温時には残時間４分と推測される。しか
し、電源オフ後、一定時間が経過した後（定着装置が冷
めない間）の電源オン時や、ミスフィードした用紙を処
理した後のリカバリー時など、ローラが室温からの立ち
上がりでない場合には、立ち上がり中の加熱ローラ６、
加圧ローラ１２の温度が１次式のようには上昇しないた
め、残時間を推測することができない。そこで、電源オ
フ後、一定時間放置した後の加熱ローラ６の温度、加圧
ローラ１２の温度、及びその状態からの立ち上がり時間
を測定したところ、表１のような結果となった。

【００２８】

【表１】

【００２９】表１に示す結果に基づいて、加熱ローラ６
の温度と立ち上げ時間（立ち上がり時間）の関係を示し
たのが図２のグラフであり、加圧ローラ１２の温度と立
ち上がり時間の関係を示したのが図３のグラフである。
図２から、加熱ローラ６の場合には１００℃付近で立ち
上がり時間がばらつくことが判る。これに対して、図３
に示すように、加圧ローラ１２の場合にはほぼ比例する
関係にある。この実験結果から、ベルト定着方式の定着
装置においては、立ち上がり時の加圧ローラの温度から
精度よく立ち上がり時間を算出することができることが
判明した。

【００３０】この実験事実を踏まえ、本実施形態では、
上記制御手段は、立ち上がり終了までの残時間を、立ち
上がり開始時における加圧ローラ１２の温度に基づいて
決定する。また、制御手段は、決定された残時間とセル
フチェック動作の時間を比較してセルフチェック動作を
実行するかどうかを判断する。例えば、セルフチェック
動作に２分の時間が必要であるとすると、図３から、制
御手段は、電源投入時の加圧ローラ１２の温度が約１０
０℃以下の時、セルフチェック動作を実行する制御を行
う。制御手段の図示しないＲＯＭには予め加圧ローラ１
２と立ち上がり時間の関係データテーブルが記憶されて
いる。補正係数により演算するようにしてもよい。ま
た、本実施形態では、制御手段は、立ち上がり時間の残
時間をカウントダウンし、その結果を図示しない操作パ
ネルの液晶表示部に出力する構成を有している。オペレ
ータは、表示されて刻々変化する残時間を見て、立ち上
がり終了までの時間を認識することができる。

【００３１】

【発明の効果】請求項１又は４記載の発明によれば、立
ち上がり終了までの残時間を、立ち上がり開始時におけ
る加圧ローラの温度に基づいて決定する手段を有してい
る構成としたので、残時間を高精度に算出ないし決定す
ることができる。

【００３２】請求項２又は４記載の発明によれば、残時
間を元に立ち上がり終了までのカウントを行い、且つそ
の結果を表示する構成としたので、オペレータは、立ち
上がり終了までの時間を正確に認識することができ、使
用性の向上を図ることができる。

【００３３】請求項３又は４記載の発明によれば、残時
間に基づいて作像部でのセルフチェックが可能かどうか
を判断する手段を有している構成としたので、セルフチ
ェック動作を投入する機会を正確に把握することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る定着装置の概要正面
図である。

【図２】加熱ローラと立ち上がり時間の関係を示すグラ
フである。

【図３】加圧ローラと立ち上がり時間の関係を示すグラ
フである。

【図４】画像形成装置としてのカラー複写機の概要正面
図である。

【符号の説明】

２ 定着ローラ ４ 熱源としてのハロゲンヒータ ６ 加熱ローラ ８ 定着ベルト １２ 加圧ローラ Ｐ 記録材としての用紙 ４０２ 像担持体としての感光体 ４２２ 現像手段としての回転式現像装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱源を有する加熱ローラと、定着ローラ
   と、該加熱ローラと定着ローラ間に張架された定着ベル
   トと、該定着ベルトを介して該定着ローラに圧接する加
   圧ローラを有し、立ち上がり時には一部回転動作を行う
   ベルト定着方式の定着装置において、 立ち上がり終了までの残時間を、立ち上がり開始時にお
   ける上記加圧ローラの温度に基づいて決定する手段を有
   していることを特徴とする定着装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の定着装置において、 上記残時間を元に立ち上がり終了までのカウントを行
   い、且つその結果を表示することを特徴とする定着装
   置。
3. 【請求項３】請求項１記載の定着装置において、 上記残時間に基づいて作像部でのセルフチェックが可能
   かどうかを判断する手段を有していることを特徴とする
   定着装置。
4. 【請求項４】像担持体に形成された静電潜像を現像手段
   によりトナー像として可視像可し、該トナー像を記録材
   に転写し、該トナー像を保持した記録材をベルト定着方
   式の定着装置に通して定着を行う画像形成装置におい
   て、 上記定着装置が、請求項１乃至３のうちの一つに記載の
   ものであることを特徴とする画像形成装置。