JP2003255757A - 定着装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ベルト定着において、ベルトの寄りの防止
と、消費エネルギーの低下を両立させて、高速化を達成
する。 【解決手段】 定着ローラと加圧ベルトからなるベルト
定着装置において、定着ローラの内部に配置された加熱
源が長手方向に複数に分割されており、ベルト寄り制御
モード時に長手の温度分布を加圧ベルトが寄っている方
側の温度を上げるような温調制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カールソンプロセ
スを用いた電子写真装置、複写機、プリンター等の定着
装置の制御に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真装置に採用されている定
着装置の殆どは、記録材上にのせたトナーを加熱・加圧
して溶融し、永久像化させる熱圧式定着装置である。

【０００３】その中で大別すると、２対のローラを対向
圧接させ、そのローラのいずれか、もしくは両方の内部
に加熱源を配置し、その圧接部に記録材を狭持搬送させ
て定着処理を行うローラ方式の定着装置と、片方がロー
ラ、もう片方がベルトで構成される所謂ベルト方式の定
着装置の２種類が存在する。

【０００４】図４は一般的なローラ方式の定着装置（以
後、ローラ定着と呼ぶ）である。

【０００５】図４において、１は定着ローラ、２は加圧
ローラである。定着ローラ１および加圧ローラ２はアル
ミニウム等の熱伝導率の高い金属の中空芯金３にシリコ
ンゴム等の弾性層４を被覆し、更にその表層に離型層と
してフッ素コート層５を被覆したものである。この定着
ローラ１と加圧ローラ２は不図示の加圧機構によって一
定の圧力で圧接されており、両ローラの弾性層の歪みに
よって圧接部に形成される領域（一般的に定着ニップと
呼ばれる）が形成される。定着ローラ１は不図示の駆動
装置によって回転駆動され、同時に加圧ローラ２も定着
ローラ１との摩擦力で従動される。未定着トナー像はこ
の定着ニップを通過する時に熱および圧によってトナー
が溶融され、ニップ通過後に自然冷却によって永久像化
される。定着ローラ１の内部には加熱源としてハロゲン
ランプ６が配置され、定着ローラの表面温度を検知する
サーミスタ７の出力結果に基づき、不図示の温度制御回
路によってある一定の温度に調整される。

【０００６】ここで、定着装置の定着能力、すなわち未
定着トナー像ののった記録材に与えられる熱量は、定着
ローラおよび加圧ローラの温度と、記録材が定着ニップ
部に通過する時間、すなわち定着ニップ幅と記録材の進
行速度に依存することが分かる。ここで定着ニップ幅と
は、定着ニップの記録材進行方向の長さのことを指す。

【０００７】すなわち、より高速なプロセススピードを
持つ電子写真装置には、それに対応したより定着ニップ
の広い定着装置が構成として必要となってくることにな
る。

【０００８】ローラ定着において、定着能力の向上のた
めにニップ幅を大きくする方法としては、第１に定着ロ
ーラおよび加圧ローラの弾性体の硬度を下げて歪み量を
大きくする、第２に両ローラ間の加圧力を上げて歪み量
を大きくする、第３に両ローラの弾性体の厚みを上げ
る、第４に両ローラの径を大きくする、などが考えられ
る。

【０００９】しかしながら、第１および第２の方法を選
んだ場合、両ローラの弾性体にかかる歪みが増大するた
め、弾性体の回転駆動に対するストレスが増大し、定着
装置の寿命が短くなりやすいという問題点が発生する。

【００１０】また、第３，第４の方法を選んだ場合、両
ローラを室温から定着可能温度まで上昇させるのに必要
な時間（以下、ウォームアップタイムと呼ぶ）が長くな
ったり、また必然的に装置が大型化するなどの様々な問
題点を有することになる。

【００１１】このような問題点を解決し、より定着装置
を高速化対応させるために、特開昭６１−１３２９７２
号公報においてベルト方式の熱圧定着装置、いわゆるベ
ルト定着が提案されている。ベルト定着の場合、いわゆ
る定着ニップ幅を構成上広く取ることが可能であるた
め、定着速度に応じて定着ニップを記録材進行方向に広
くとることで対応が可能となる。

【００１２】ここでベルト定着においては、ベルトの駆
動による長手軸方向のベルトの移動、いわゆるベルトの
寄りという問題を解決する必要があるため、その構成を
大別すると、ベルトを端部で規制ガイドに当てて寄りを
防止するいわゆるガイド規制型と、ベルトの寄り制御を
設けてベルト寄りを防止するいわゆる寄り制御型の２種
類の構成に分かれる。

【００１３】図５はガイド規制型のベルト定着の構成図
である。１は定着ローラであり、ローラ定着方式と同様
に中空芯金３にシリコンゴム等の弾性層４を被覆し、更
にその表層に離型層としてフッ素コート層５を被覆して
いる。定着ローラ１の内部に加熱源であるハロゲンラン
プ６が配置されており、サーミスタ７が検知した温度に
応じて不図示の温度調節回路によって定着ローラ１の表
面温度が一定になるようにハロゲンランプ７の温度調節
が行われる。

【００１４】１０は加圧ベルトであり、ポリイミド等の
耐熱性樹脂材料を無端ベルト状に成形したものである。
１１は加圧部材であり、アルミニウムをブロック状に成
形したもので、加圧ベルト１０を介して不図示の加圧手
段によって定着ローラ１に加圧され、圧接することで定
着ニップ部を形成している。定着ローラ１は不図示の駆
動装置によって駆動回転され、それに従動して加圧ベル
ト１０も回転する。

【００１５】図６はガイド規制型ベルト定着装置を下か
ら見たものであり、１２はベルトの寄りを規制するベル
ト規制ガイドである。ベルト規制ガイド１２は、ベルト
の駆動によって定着装置のいずれか端部に寄ってきた加
圧ベルトを突き当てて規制することで、ベルトの寄りを
規制している。

【００１６】図７は寄り制御型のベルト定着の構成図で
ある。１は定着ローラであり、ローラ定着方式と同様に
中空芯金３にシリコンゴム等の弾性層４を被覆し、更に
その表層に離型層としてフッ素コート層５を被覆してい
る。定着ローラ１の内部に加熱源であるハロゲンランプ
６が配置されており、サーミスタ７が検知した温度に応
じて不図示の温度調節回路によって定着ローラ１の表面
温度が一定になるようにハロゲンランプ７の温度調節が
行われる。

【００１７】１０は加圧ベルトであり、ポリイミド等の
耐熱性樹脂材料を無端ベルト状に成形したものである。
寄り制御ローラ１３および支持ローラ１４は加圧ベルト
１０を張架するように配置された回転可能な支持部材で
あり、寄り制御ローラ１３は長手方向の奥側の軸が固定
され、長手方向の手前側の軸が水平方向に可動可能な構
成になっている。１５はベルト位置検知センサであり、
ベルト位置検知センサ１５の検知結果に応じて、不図示
の駆動手段に応じて寄り制御ローラ１３が前後に可動す
る構成になっている。つまり、寄り制御ローラ１５の手
前側の軸が加圧ベルト１０の外側方向に移動すると、加
圧ベルト１０の手前側にかかるベルトの張力が上がるた
め、より張力の低い奥側にベルトが移動しようとする力
が発生し、結果的に加圧ベルト１０は奥側に移動する。
またその反対に、寄り制御ローラ１５の手前側の軸が加
圧ベルト１０の内側方向に移動すると、同じ原理で加圧
ベルト１０は手前側に移動する。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記で
説明した従来の２種類のベルト定着には、それぞれ問題
点が存在する。

【００１９】まず第１のガイド規制型ベルト定着の場
合、加圧ベルト１０の寄りやすさ、すなわち加圧ベルト
１０の長手方向の移動速度は、基本的には加圧ベルト１
０の回転駆動速度に比例するという点にある。すなわ
ち、ベルト定着のメリットの一つであるプロセススピー
ドの高速化が対応しやすいという点に対して、ガイド規
制型ベルト定着の場合は、プロセススピードが速くなる
ほどベルト部材とガイド部材にかかる力が上昇するた
め、ベルトにかかる力がベルト部材の撓み強度を超えて
しまった場合、ベルトがベルト規制ガイドに乗り上げた
り、最悪の場合はベルト部材が本来の寿命を全うする以
前に破壊されてしまう場合がありえることである。これ
に対する対策として、ベルト部材の厚みを増す等の強度
アップを行うという方法が存在するが、ベルト部材のコ
ストアップの問題や、厚みが増すことによりベルト部材
の熱容量が大きくなり、ベルト部材の熱低下が発生し、
定着能力が低下したり必要電力が上昇するなどの弊害が
生じてしまう。

【００２０】また第２の寄り制御型ベルト定着の場合、
ベルト部材の寄り制御を行うことで高速化の対応はガイ
ド規制型に対してより難易度は低いものの、一方で寄り
制御に用いるベルト部材の支持部材がベルト部材と接触
していることにより、ベルトの持つ熱量が支持部材に吸
収されるため、ベルト部材の温度が低下し易く、定着性
能の中の最も大きな要因である定着温度そのものを下げ
る弊害を持っている。これに対して、例えば定着装置に
供給する電力を上げることで、定着能力的に必要な熱量
を維持するという方法が存在するが、当然ながら消費エ
ネルギーが増大するという弊害を生じさせる結果となっ
ていた。

【００２１】以上のことから、ベルト定着において高速
化を達成しようとした場合、ベルトの寄りの防止と、消
費エネルギーの低下の両立が基本的に困難であるという
問題点があることが分かる。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、ベルト
定着におけるベルトの寄り制御を、ベルト部材の内側に
支持部材を設けずに、定着装置の加熱源を長手位置方向
に複数に分割し、ベルト部材の長手方向で異なる温度に
設定してベルトを回転駆動させることで、ベルト部材の
温度低下を防止しつつベルト部材の寄り制御を行うこと
が可能である。

【００２３】すなわち、本発明によれば、回転体の内部
に長手方向に対し複数に分割された加熱源を持つ定着ロ
ーラと、長手方向に分割された前記加熱源に対応した位
置の表面温度を検知する複数の定着ローラ温度検知手段
と、前記温度検知手段の結果に応じて定着ローラ内部の
加熱源を独立に温度調整を行う温度調整手段と、前記定
着ローラに対向して配置され定着ローラとの間で未定着
のトナー像がのせられた記録材を狭持搬送してトナー像
を加熱・加圧して永久像化する加圧ベルトと、加圧ベル
トの長手方向に対する位置を検知するベルト位置検知手
段と、を有する定着装置において、記録材を定着ローラ
において狭持搬送していない非通紙時に、前記加圧ベル
ト位置検知手段の結果に応じて、定着ローラおよび加圧
ベルトを駆動させると同時に前記加熱源を長手で独立に
温調制御することを特徴とする定着装置の制御方法を用
いることで、本発明の課題解決が達成される。

【００２４】また、前記温度調整手段は加圧ベルト位置
検知手段の結果に応じて、加圧ベルトの定常状態の位置
に対して長手方向外側に寄っている方側の定着ローラの
温調温度を低下させ、内側に寄っている方側の温調温度
を上昇させることで本発明の課題解決が達成される。

【００２５】また、前記定着ローラ温度検知手段が、定
着ローラの両端部に配置されることで本発明の課題解決
が達成される。

【００２６】

【発明の実施の形態】（第１の実施例）図１は本発明の
第１の実施例に従う定着装置の概略構成図である。図２
は前記定着装置を下から見た時の概略説明図である。

【００２７】図１において、１は定着ローラであり、中
空芯金３にシリコンゴム等の弾性層４を被覆し、更にそ
の表層に離型層としてフッ素コート層５を被覆してい
る。定着ローラ１の内部には、加熱源であるフロントハ
ロゲンランプ２２とリアハロゲンランプ２３が配置され
ている。フロントハロゲンランプ２２は、定着ローラの
通紙領域の中心位置から定着装置手前側の非通紙域端部
の領域を加熱するように配光されたハロゲンランプであ
り、リアハロゲンランプ２３は、定着ローラの通紙領域
の中心位置から定着装置奥側の非通紙域端部の領域を加
熱するように配光されたハロゲンランプである。ここ
で、本実施例においては説明の簡略化のため二つのハロ
ゲンランプの配光は中心位置で等分に分割されたものに
なっているが、ハロゲンランプの発光量に応じて長手の
いずれかの位置で分割されていてもよい。

【００２８】二つのハロゲンランプの位置に対応して、
フロントサーミスタ２４は定着装置手前側の非通紙域端
部の定着ローラ１表面に接し、リアサーミスタ２５は定
着装置奥側の非通紙域端部の定着ローラ１表面に接して
いる。フロントサーミスタ２４およびリアサーミスタ２
５は、それぞれ検知した温度を温度調節回路２０に電気
信号として送る。温度調節回路２０は定着ローラ１の表
面が設定されたある一定温度になるようにフロントハロ
ゲンランプ２２およびリアハロゲンランプ２３の発光の
オン／オフを行う。

【００２９】１０は加圧ベルトであり、ポリイミド等の
耐熱性樹脂材料を無端ベルト状に成形したものである。
１１は加圧部材であり、アルミニウムをブロック状に成
形したもので、加圧ベルト１０を介して不図示の加圧手
段によって定着ローラ１に加圧され、圧接することで定
着ニップ部を形成している。定着ローラ１は不図示の駆
動装置によって駆動回転され、それに従動して加圧ベル
ト１０も回転する。

【００３０】１５は加圧ベルト１０の定着装置の長手方
向の位置を検知するベルト位置検知手段であり、その検
知方式は光学式である。ベルト位置検知手段１５は対向
位置に照射した光の反射光量を検出しており、加圧ベル
ト１０が照射光部位に被さっていない状態では加圧部材
１１のアルミ表面によって反射される光量が大きく、加
圧ベルト１０が照射光部位に被さってくると反射光量が
減少するため、その反射光量を判断することでベルトの
寄りを検知することが可能となる。本発明においてはベ
ルト位置検知手段として光学式を採用しているが、これ
が機械式等であっても効果は同様である。

【００３１】ここで、定着ローラ１と加圧ベルト１０の
圧接領域の記録材進行方向の長さ、すなわち定着ニップ
幅が、加圧ベルトの中心位置から見て、手前側と奥側で
それぞれ同じ場合、定着ローラ１から加圧ベルト１０に
かかる回転駆動力は長手全域で均一であるため、加圧ベ
ルト１０のベルトはベルトの寄りは発生しにくいはずで
ある。

【００３２】しかしながら、実際の定着装置の使用時に
は、定着装置を様々なサイズの記録材が通過することに
より、定着ローラ１から加圧ベルト１０にかかる駆動回
転力が定着装置の長手方向で偏りが生じたり、定着ロー
ラ１の長手の温度分布が偏るなど、様々な要因で加圧ベ
ルト１０の長手方向にかかる力が変化し、ベルト部材の
横方向の移動、すなわちベルトの寄りという問題が発生
する。

【００３３】そこで本発明では、定着ローラ１と加圧ベ
ルト１０で形成される定着ニップが、定着ローラ１の表
面温度の上昇に従って、定着ローラの熱膨張と弾性層と
硬度の低下によって定着ニップが広がり、逆に定着ロー
ラ１の表面温度の低下に従って定着ニップが狭まること
を利用して、定着ニップ幅を長手方向の装置手前側と奥
側で変えることにより、定着ニップで加圧ベルト１０に
かかる回転駆動力を長手方向で変え、加圧ベルト１０の
長手方向の移動力および移動方向を制御することを特徴
としている。

【００３４】定着ニップが変化すると加圧ベルト１０が
移動する原理は、基本的には加圧ベルト１０と接触する
定着ローラ１によって形成される定着ニップの幅が長手
のある部位で広がると、その部位の加圧ベルト１０の周
速がそれ以外の部分に比較して僅かに上昇するため、周
速の低い方向、すなわち定着ニップ幅の狭い方向に加圧
ベルト１０が移動しようとする力が発生するためであ
る。

【００３５】図３は本実施例におけるベルト寄り制御を
説明するフローチャートである。

【００３６】まず、ベルト位置検知手段１５が加圧ベル
ト１０の寄りを検知することで、ベルト寄り制御モード
に入る。ベルト寄り制御モードにおいては、定着ローラ
１の駆動回転のみを行い、記録材の通過を禁止する（す
なわち、画像形成プロセスを待機状態にさせる）。

【００３７】ベルト位置検知手段１５の検知結果が、手
前側に加圧ベルト１０が寄っていると検知していた場
合、温度調節回路２０はフロントサーミスタ２４の検知
結果に応じてフロントハロゲンランプ２２を通常の待機
状態での温調温度（本実施例においては１６０℃）を維
持するように制御を行い、リアハロゲンランプ２３をオ
フすることで、定着ローラ１の長手手前側と奥側の温度
差をつけるようにする。

【００３８】ベルト位置検知手段１５の検知結果が、奥
側に加圧ベルト１０が寄っていると検知した場合、温度
調節回路２０はリアサーミスタ２５の検知結果に応じて
リアハロゲンランプ２３を通常の待機状態での温調温度
（本実施例においては１６０℃）を維持するように制御
を行い、フロントハロゲンランプ２２をオフすること
で、定着ローラ１の長手手前側と奥側の温度差をつける
ようにする。

【００３９】次に、ベルト位置検知手段１５の検知結果
が、手前側、奥側のいずれも寄っていないと検知された
時点で、ベルト寄り制御モードを終了させ、画像形成プ
ロセスを許可する信号を送り、定着装置は通常の温調シ
ーケンスに復帰する。

【００４０】以上説明したように、加圧ベルト１０の長
手方向の位置を検知するベルト位置検知手段１５の結果
に応じて、長手方向で配光が分割された複数（本実施例
においては二つ）の加熱源をオン／オフし、定着ローラ
表面の温調温度を定着ローラ１の手前側と奥側で変化さ
せる寄り制御モードをもつことにより、別な寄り制御用
の部材や装置をもつことなく、ベルトの寄り制御を行う
ことが可能となるのである。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ベ
ルト定着において、ベルトの寄りの防止と、消費エネル
ギーの低下を両立させて、高速化を達成することが出来
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明における定着装置の概略説明図

【図２】 本発明における定着装置を下から見た場合の
概略説明図

【図３】 ベルト寄り制御モードのフローチャート

【図４】 従来のローラ定着装置の概略説明図

【図５】 従来のガイド規制型のベルト定着装置の概略
説明図

【図６】 従来のガイド規制型のベルト定着装置を下か
ら見た場合の概略説明図

【図７】 従来の寄り規制型のベルト定着装置の概略説
明図

【符号の説明】

１．．．定着ローラ ２．．．加圧ローラ ３．．．中空芯金 ４．．．弾性層 ５．．．離型層 ６．．．ハロゲンランプ ７．．．サーミスタ １０．．加圧ベルト １１．．加圧部材 １２．．ベルト規制ガイド １３．．寄り制御ローラ １４．．支持ローラ １５．．ベルト位置検知センサ ２０．．温度調整回路 ２２．．フロントハロゲンランプ ２３．．リアハロゲンランプ ２４．．フロントサーミスタ ２５．．リアサーミスタ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転体の内部に長手方向に対し複数に分
   割された加熱源を持つ定着ローラと、前記加熱源の長手
   方向に分割された配光率に対応した位置の表面温度を検
   知する複数の定着ローラ温度検知手段と、前記温度検知
   手段の結果に応じて定着ローラ内部の加熱源を独立に温
   度調整を行う温度調整手段と、前記定着ローラに対向し
   て配置され定着ローラとの間で未定着のトナー像がのせ
   られた記録材を狭持搬送してトナー像を加熱・加圧して
   永久像化する加圧ベルトと、加圧ベルトの長手方向に対
   する位置を検知するベルト位置検知手段と、を有する定
   着装置において、 記録材を定着ローラにおいて狭持搬送していない非通紙
   時に行うベルト寄り制御モードをもち、前記ベルト寄り
   制御モード時において前記加圧ベルト位置検知手段の結
   果に応じて、定着ローラおよび加圧ベルトを駆動させる
   と同時に定着ローラ表面の長手方向温度分布を変化させ
   ることを特徴とする定着装置の制御方法。
2. 【請求項２】 前記温度調整手段は加圧ベルト位置検知
   手段の結果に応じて、加圧ベルトの定常状態の位置に対
   して長手方向外側に寄っている方側の定着ローラの表面
   温度を上昇させるか、もしくは内側に寄っている方側の
   定着ローラの表面温度を低下させることを特徴とする請
   求項１記載の定着装置の制御方法。
3. 【請求項３】 前記定着ローラ温度検知手段が、定着ロ
   ーラの両端部に配置されることを特徴とする請求項１又
   は２に記載の定着装置の制御方法。