JP2003307963A - 定着装置・画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 定着動作開始直後の定着ベルトの温度低下に
よる定着不良を抑制する。 【解決手段】 待機中（停止中）に定着ローラ４の温度
を検知するサーミスタ９の検知温度が、一定温度として
の１０５℃以下になると、制御手段は定着ローラ４に駆
動力を入力し、装置を３０秒間（所定時間）回転駆動す
る。この回転中、加熱ローラ３の設定温度は１７０℃か
ら１８０℃に切り替えられる。回転中に定着ローラ４は
約１７０℃に達し、回転終了まで約１７０℃を維持す
る。回転によって定着ローラ４の温度が上がり、定着動
作開始に伴う定着ローラ４への熱移動による定着ベルト
５の温度の落ち込みが防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、記録媒体上にトナ
ーを定着するための定着装置及び該定着装置を備えた複
写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関
し、詳しくはベルト定着方式の定着装置及び画像形成装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】定着装置としては、従来より、定着ロー
ラと加圧ローラが圧接したいわゆる熱ローラ方式の定着
装置が知られている。定着ローラは、例えば金属パイプ
（芯金）の表面に弾性層としてゴム層を設けた構成を有
しており、金属パイプの内部には熱源としてのハロゲン
ヒータが設けられている。加圧ローラは、例えば金属パ
イプ（芯金）の表面に弾性層としてゴム層を設けた構成
を有しており、金属パイプの内部には熱源としてのハロ
ゲンヒータが設けられている。定着ローラと加圧ローラ
の圧接部（ニップ部）をトナー画像を転写された用紙
（記録媒体）が通過することで、トナー画像が熱と圧力
により用紙上に定着される。

【０００３】定着ローラや加圧ローラの表面温度は温度
センサで検知され、一定温度（約１７０℃）で制御され
ているが、熱伝導率が悪いゴム層が厚い場合には、ゴム
層と金属パイプの境界面温度がローラ表面に比較して数
十度高くなり、ゴム層を接着している接着剤の耐熱温度
（約２００℃）をオーバーしてしまうという問題が発生
する。このため、これらのゴム層は約２ｍｍ程度と比較
的薄く形成される。しかしながら、この薄いゴム層で用
紙に熱を与えるのに必要なニップ部を形成するために
は、定着ローラと加圧ローラ間の加圧力を大きくする必
要がある。この大きな加圧力下において強度、耐久性を
維持するためには、ローラ径を大きくして金属パイプの
厚みを大きくする必要があるが、そのようにした場合ロ
ーラの熱容量が大きくなりウォームアップ時間が長くな
るという問題が発生する。

【０００４】このような問題に鑑み、ベルト定着方式の
定着装置が開発されている。これは、定着ローラと加熱
ローラ間に定着ベルトが掛け回され、定着ベルトを介し
て定着ローラに加圧ローラが圧接する構成を有してい
る。定着ローラは、例えば熱源を有しない金属パイプの
表面にゴム層を設けた構成を有しており、加熱ローラは
例えば金属パイプの内部に熱源としてのハロゲンヒータ
を設けた構成を有している。定着ベルトは、例えばポリ
イミド樹脂で形成され、その表面はシリコンゴムでコー
ティングされている。加熱ローラや加圧ローラの表面温
度は温度センサによって検知され、約１７０℃で制御さ
れている。加熱ローラの表面温度については、加熱ロー
ラに巻き付いた定着ベルト上の温度を検知してもよい。

【０００５】上記ベルト定着方式では、定着ローラには
ヒータが無いためゴム層を厚くすることが可能であり、
比較的小さい加圧力で必要なニップ幅を得ることが可能
である。従って、定着ローラ、加圧ローラ共に熱ローラ
方式に比べて小径化、すなわち低熱容量化が可能とな
る。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ことはな
いため、小径化、薄肉化とすることができ、さらにゴム
層も必要ないため、定着ローラ、加圧ローラよりもさら
に熱容量を小さくすることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようなベルト定着方式の定着装置においては、定着ロー
ラを加熱する手段を有していないため、回転動作（通紙
動作）開始時に定着ベルトや加圧ローラの熱が定着ロー
ラに奪われ、その結果、定着ベルト表面の温度が下がる
現象が発生する。そのため、通紙中の加熱ローラ又は加
熱ローラに巻き付いている定着ベルト表面、加圧ローラ
の設定温度は待機中の設定温度より低い１５０℃として
いる。電源投入後数時間経過した後は、約１７０℃で加
熱されている加熱ローラの熱で定着装置内の雰囲気温度
が高くなり、定着ローラの温度も高くなっている。この
とき、回転開始直後の温度は約１５０℃まで落ち込む
が、設定温度は１５０℃であるため、通紙中は常に一定
の温度を維持することができる。

【０００７】しかしながら、電源投入直後などは定着装
置内の雰囲気温度が低く定着ローラ温度も低い。そのた
め温度は約１４０℃に低下する。この状態で通紙が開始
されると、用紙にも熱が奪われるため、設定温度の１５
０℃まで復帰するのに時間を要してしまう。１４０℃〜
１５０℃になる間に通過した用紙は設定より低い温度で
あるため、トナーの定着が不十分となる場合がある。特
開平１１−３４４８８４号公報には、通紙中の温度を安
定させる手段として、待機中は加熱ローラ温度によって
加熱ローラのヒータを制御し、通紙中は定着ローラ温度
によって加熱ローラのヒータを制御する方式が提案され
ている。しかしながら、定着ローラの温度による制御と
しても、回転開始直後に落ち込んだ温度が設定温度に復
帰するまでには時間を要することに変わりはなく、上記
問題の解決には至っていない。

【０００８】そこで、本発明は、回転動作開始後の温度
の落ち込みを防止でき、定着性の安定化を図れる定着装
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。

【０００９】

【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、上記加熱ローラと定着ローラ間に掛
け回された無端状の定着ベルトと、該定着ベルトを介し
て上記定着ローラに圧接する加圧ローラを有していると
ともに、上記定着ローラの温度を検知する定着ローラ温
度検知手段を有する定着装置において、待機モード時、
上記定着ローラ温度検知手段による検知温度が一定温度
以下になった場合、装置を回転駆動する、という構成を
採っている。

【００１０】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、上記装置の回転駆動が所定時間行な
われる、という構成を採っている。

【００１１】請求項３記載の発明では、請求項２記載の
定着装置において、上記定着ローラの熱容量の大きさに
応じて上記所定時間を変化させる、という構成を採って
いる。

【００１２】請求項４記載の発明では、請求項１記載の
定着装置において、上記装置の回転駆動が、上記定着ロ
ーラ温度検知手段による検知温度が所定温度以上になる
まで行なわれる、という構成を採っている。

【００１３】請求項５記載の発明では、請求項１乃至４
の何れか１つに記載の定着装置において、上記装置の回
転駆動中は、上記加熱ローラの設定温度を待機モード時
よりも高く設定する、という構成を採っている。

【００１４】請求項６記載の発明では、像担持体上に画
像情報に基いて静電潜像を形成し、該静電潜像を現像装
置によりトナー像として可視像化し、該トナー像を記録
媒体上に転写した後定着装置に通して定着を行なう画像
形成装置において、上記定着装置が、請求項１乃至５の
何れか１つに記載の定着装置である、という構成を採っ
ている。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施形態を
図１乃至図３に基いて説明する。まず、図３に基いて本
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
構成の概要を説明する。カラー複写機２０は、原稿画像
に応じて各色ごとの画像を形成する作像装置２１Ｃ、２
１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫと、作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、
２１Ｍ、２１ＢＫに対向して配置された転写装置２２
と、各作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫと転
写装置２２とが対向する転写領域に各種シート状媒体
（記録媒体）を供給するシート状媒体供給手段としての
手差しトレイ２３、給紙カセット２４、２４と、手差し
トレイ２３、給紙カセット２４、２４から搬送されてき
たシート状媒体を作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２
１ＢＫによる作像のタイミングに合わせて供給するレジ
ストローラ対３０と、転写領域において転写後のシート
状媒体の定着を行う定着装置１を有している。

【００１６】カラー複写機２０では、一般にコピー等に
用いられる普通紙、ＯＨＰシートや、カード、ハガキと
いった９０Ｋ紙、坪量約１００ｇ／ｍ²相当以上の厚紙
や、封筒等の用紙よりも熱容量が大きないわゆる特殊シ
ートなどをシート状媒体として用いることが可能であ
る。

【００１７】各作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１
ＢＫはそれぞれシアン、イエロー、マゼンタ、ブラック
の各色の現像を行なうものであり、用いるトナーの色が
異なるが、その構成はほぼ同様であるから、作像装置２
１Ｃの構成を各作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１
ＢＫの代表として説明する。作像装置２１Ｃは、像担持
体としての感光体ドラム２５Ｃ、感光体ドラム２５Ｃの
回転方向Ａにおいて順に配置されている帯電装置２７
Ｃ、現像装置２６Ｃ、クリーニング装置２８Ｃ等を有
し、帯電装置２７Ｃと現像装置２６Ｃとの間で露光光２
９Ｃを受ける周知の構成である。静電潜像担持体はドラ
ム状でなく、ベルト状としても良い。

【００１８】定着装置１は、図１に示すように、内部に
熱源としてのハロゲンヒータ２を有する加熱ローラ３
と、定着ローラ４と、加熱ローラ３と定着ローラ４間に
掛け回された無端状の定着ベルト５と、内部に熱源とし
てのハロゲンヒータ７を有し、図示しない加圧手段によ
り定着ベルト５を介して定着ローラ４に圧接された加圧
ローラ６と、加熱ローラ３部位の定着ベルト５の温度を
検知する温度検知手段としてのサーミスタ８と、定着ロ
ーラ４の表面温度を検知する温度検知手段としてのサー
ミスタ９と、加圧ローラ６の表面温度を検知する温度検
知手段としてのサーミスタ１０と、定着ベルト５の表面
にオイルを塗布するオイル塗布装置１２等を有してい
る。トナー像を転写された用紙１８は、入口上ガイド１
９ａと入口ガイド下１９ｂにより案内されてニップ部Ｎ
に進入する。定着を終えた用紙１８は、出口ガイド２０
ａと出口ガイド２０ｂにより案内され、排出ローラ対２
１により定着装置１外へ排出される。

【００１９】加熱ローラ３は、長手方向の温度ムラを防
止するため、熱伝導率の良好なアルミニウム製のパイプ
（厚み２ｍｍ）で形成されている。加熱ローラ３の外径
は３０ｍｍに設定されており、表面は定着ベルト５との
摩擦による磨耗を防止するためにアルマイト処理を施し
ている。図示しない制御手段（コントローラ）は、サー
ミスタ８の検知情報に基いてハロゲンヒータ２（６５０
Ｗ）をオン・オフ制御し、加熱ローラ３の温度（当該部
位の定着ベルト５の温度）を１７０℃に制御している。
加熱ローラ３に巻き付いている定着ベルト５は、加熱ロ
ーラ３によって加熱される。加熱ローラ３に対する定着
ベルト５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５は加熱ローラ３とほぼ同時に加熱され
る。この定着ベルト５は、耐熱性のポリイミド樹脂（厚
み０．０５〜０．２ｍｍ）の表層に離型層をコーティン
グした構成となっている。離型層の材質は、シリコーン
ゴム、フッ素樹脂、シリコーンゴムとフッ素樹脂の２層
構造、シリコーンゴムとフッ素樹脂の混合体などが可能
である。定着ベルト５の材質としては、樹脂以外にも金
属（ステンレスやニッケル等）やゴムなどが可能であ
る。定着ベルト５は、定着ローラ４の両端部に設けた図
示しない寄り止めリングによってベルト寄りを規制され
ている。

【００２０】定着ローラ４は、外径が３０ｍｍのスチー
ル製のパイプ４ａと、該パイプ４ａの表面に設けられた
シリコーンゴム層４ｂ（厚み４ｍｍ）を有している。定
着ローラ４は、図示しない本体側の駆動ギヤに連結され
ており、回転駆動される。定着ベルト５は定着ローラ４
に巻き付いているため定着ローラ４と共に回転し、加熱
ローラ３を連れ回りで回転させる。加圧ローラ６は、外
径が３０ｍｍのスチール製のパイプ６ａと、該パイプ６
ａの表面に設けられたシリコーンゴム層６ｂ（厚み１ｍ
ｍ）を有している。上記制御手段は、サーミスタ１０の
検知情報に基いてハロゲンヒータ７（５００Ｗ）をオン
・オフ制御し、加圧ローラ６の表面温度を１７０℃に制
御している。加圧ローラ６は、定着ローラ４の中心と加
熱ローラ３の中心を結ぶ線Ｌ１と、定着ローラ４の中心
と加圧ローラ６の中心を結ぶ線Ｌ２とがなす角度θが９
０〜２７０°になる位置に設定されている。このように
すると、ニップ部Ｎは定着ベルト５を介して定着ローラ
４と加圧ローラ６の接触部のみで形成される。このニッ
プ形成は従来の熱ローラ方式とほぼ同様であり、用紙の
搬送性に優れている。

【００２１】オイル塗布装置１２は、図示しないオイル
供給装置から供給されたオイルを含浸された塗布フェル
ト１５と、シリコーンゴムで表面をコーティングされ、
塗布フェルト１５によりオイルを供給される供給ローラ
１４と、供給ローラ１４上のオイルを一定量に規制する
ブレード１６と、シリコーンゴムで表面をコーティング
され、供給ローラ１４からオイルを受けて定着ベルト５
に塗布する塗布ローラ１３と、オイル受１７を有してい
る。オイル塗布を行なうことで、ニップ部内で溶融した
トナーが定着ベルト５へ付着するいわゆるオフセット現
象を防止することができる。トナー側にオフセット防止
用の離型材を添加すれば、定着装置１側でオイル塗布を
行なわない、いわゆるオイルレス定着方式も可能とな
る。定着装置１の搬送速度は、１００ｍｍ／ｓに設定さ
れている。

【００２２】図５及び図６は、上記構成における加熱ロ
ーラ３の温度と定着ローラ４の温度の出力状態を示して
いる。図中Ｓのポイントから回転動作（通紙動作）を開
始している。ここでいう加熱ローラ温度とは、加熱ロー
ラ３の巻き付いた定着ベルト５上の温度としている。図
５は電源投入後数時間経過した定着装置１内の温度出力
である。加熱ローラ３は待機モード中１７０℃に制御さ
れ、このとき定着ローラ４は約１２０℃で安定してい
る。この状態から回転動作が始まると、加熱ローラ３は
１５０℃（−２０℃）に温度が低下する。回転動作中
（通紙中）の設定温度はこの１５０℃に設定しているた
め、通紙中は一定温度を保っている。定着ローラ４の通
紙中の温度は省略している。

【００２３】図６は、電源投入後動作可能状態となって
から３分後の状態である。この場合は、定着装置１内が
十分に暖まっていないため、定着ローラ４の温度は約９
０℃と低い状態にある。この状態から回転動作が始まる
と、加熱ローラ３の温度は１４０℃（−３０℃）まで落
ち込み、その後徐々に設定温度の１５０℃に上昇する
（範囲Ｔ）。この間は定着ベルト５の熱が用紙１８に持
っていかれるため、設定温度に復帰するまでに時間がか
かり、この場合では１５枚通紙後に設定温度の１５０℃
になった。この１５枚は本来の設定温度で定着が行なわ
れていないため、定着性が甘くなるという不具合が発生
してしまう。フルカラーコピー時には温度によって画像
の光沢度がシビアに変化するため、通紙開始直後の画像
と１５枚目以降の画像では光沢度が異なって出力されて
しまうという不具合も生じる。本実施形態では、これら
の問題に対処すべく、待機状態において定着ローラ４の
温度が低い状態では回転動作を行なって定着ローラ４の
温度を上昇させることとしている。すなわち、定着ロー
ラ４を回転させて定着ベルト５を回転駆動し、加熱ロー
ラ３側の熱を定着ベルト５を介して定着ローラ４に移動
させるものである。

【００２４】図２は、本実施形態における回転駆動制御
を示している。待機中（停止中）に定着ローラ４の温度
を検知するサーミスタ９の検知温度が、一定温度として
の１０５℃以下になると、上記制御手段は定着ローラ４
に駆動力を入力し、装置を３０秒間（所定時間）回転駆
動する。この回転中、加熱ローラ３の設定温度は１７０
℃から１８０℃に切り替えられる。このような制御を行
なうことで、回転中に定着ローラ４は約１７０℃に達
し、回転終了まで約１７０℃を維持する。回転によって
定着ローラ４の表面を１７０℃とすることで定着ローラ
４の内側も徐々に加熱されるが、回転時間中には定着ロ
ーラ4の内部（芯金部）までは十分に加熱することはで
きない。

【００２５】そのため、回転が停止すると定着ローラ４
の表面温度は定着ローラ４の内面側に熱を奪われて次第
に下がっていく。十分に装置内が暖まっている場合には
定着ローラ４の表面温度は１２０℃程度で安定するが、
装置がまだ完全に暖まっていない場合には定着ローラ４
の温度はさらに下がる。このため、１０５℃に達した場
合にはまた同様の回転動作を開始する。このように回転
動作を繰り返し行なっていくことによって、定着装置１
内の雰囲気は十分に暖まり、定着ローラ４の温度は１０
５℃から１２０℃程度で安定する。定着ローラ４が比較
的大きい場合、すなわち熱容量が大きい場合には、回転
時間（所定時間）を長く設定することで、回転開始後か
ら１０５℃まで落ち込むまでの時間を長くすることがで
きる。

【００２６】図４は、第２の実施形態における回転駆動
制御を示している。本実施形態では、定着ローラ４の温
度が１０５℃となったときに回転を開始し、１７０℃に
なった時点で回転を停止する。回転終了後の動作は第１
の実施形態と同様である。第１の実施形態のように一定
時間の回転とした場合、回転後半から終了の定着ローラ
４の温度は加熱ローラ３の温度に近くなっているので、
加熱ローラ３から定着ローラ４への熱の移動は少ない。
すなわち、回転を続けても加熱ローラ３から定着ローラ
４への熱移動効率が悪くなっている。本実施形態のよう
に定着ローラ４の温度が所定温度以上になった時点で回
転を停止すると、効率の悪い状態（定着ローラ４の温度
が高い状態）での回転を行なわないため、第１の実施形
態より回転時間が短くなる利点がある。但し、第１の実
施形態と比較して定着ローラ４の内部まで熱が伝わりき
らないうちに回転が停止するため、回転停止後の温度低
下が速くなってしまう。このため、本実施形態は定着ロ
ーラ４が比較的小さい、すなわち熱容量が小さくて内側
まで熱がすぐ伝わるような定着装置の場合に有効であ
る。

【００２７】上述したように、本発明は定着ローラ４の
温度が積極的に制御されていないベルト定着方式の定着
装置に有効である。定着ローラ４の内部に小容量の補助
ヒータを設けて定着ローラ４を予熱し、熱移動を抑制す
ることも考えられるが、定着ローラ４のヒータが加熱ロ
ーラ３のヒータと並列接続されている場合には定着ロー
ラ４の温度が一定に制御されている状態とはならないた
め、本発明を適用することにより上記効果を得ることが
できる。

【００２８】

【発明の効果】請求項１又は６記載の発明によれば、熱
源を有する加熱ローラと、定着ローラと、上記加熱ロー
ラと定着ローラ間に掛け回された無端状の定着ベルト
と、該定着ベルトを介して上記定着ローラに圧接する加
圧ローラを有しているとともに、上記定着ローラの温度
を検知する定着ローラ温度検知手段を有する定着装置に
おいて、待機モード時、上記定着ローラ温度検知手段に
よる検知温度が一定温度以下になった場合装置を回転駆
動する構成としたので、通紙開始（定着開始）直後の回
転時の定着ベルトの温度低下による定着不良を新たな構
成を設けることなく簡単な制御で防止することができ
る。

【００２９】請求項２又は６記載の発明によれば、請求
項１記載の定着装置において、上記装置の回転駆動が所
定時間行なわれる構成としたので、定着装置の大きさに
応じた適正な回転時間とすることで、待機中に定着ロー
ラの温度が一定温度以下になることを抑制することがで
きる。

【００３０】請求項３又は６記載の発明によれば、請求
項２記載の定着装置において、上記定着ローラの熱容量
の大きさに応じて上記所定時間を変化させる構成とした
ので、定着ローラの熱容量に拘わらず確実に定着不良を
なくすことができる。

【００３１】請求項４又は６記載の発明によれば、請求
項１記載の定着装置において、上記装置の回転駆動が、
上記定着ローラ温度検知手段による検知温度が所定温度
以上になるまで行なわれる構成としたので、定着ローラ
の加熱のための回転時間を必要最小限に止めることがで
き、無駄なエネルギーの消費を回避することができる。

【００３２】請求項５又は６記載の発明によれば、請求
項１乃至４の何れか１つに記載の定着装置において、上
記装置の回転駆動中は、上記加熱ローラの設定温度を待
機モード時（非回転時）よりも高く設定する構成とした
ので、定着ローラへの熱移動をより効率的に行なうこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態における定着装置の概
要正面図である。

【図２】回転駆動の制御状態を示すグラフである。

【図３】カラー複写機の概要正面図である。

【図４】第２の実施形態における回転駆動の制御状態を
示すグラフである。

【図５】回転駆動の制御を行なわない場合の加熱ローラ
と定着ローラの温度出力状態を示すグラフである。

【図６】回転駆動の制御を行なわない場合の電源投入後
時間が経っていないときの加熱ローラと定着ローラの温
度出力状態を示すグラフである。

【符号の説明】

２ 熱源としてのハロゲンヒータ ３ 加熱ローラ ４ 定着ローラ ５ 定着ベルト ６ 加圧ローラ ９ 定着ローラ温度検知手段としてのサーミスタ １８ 記録媒体としての用紙 ２５ 像担持体としての感光体ドラム ２６ 現像装置

Claims (6)

【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、上記加熱ローラと定着ローラ間に掛け回された無端
   状の定着ベルトと、該定着ベルトを介して上記定着ロー
   ラに圧接する加圧ローラを有しているとともに、上記定
   着ローラの温度を検知する定着ローラ温度検知手段を有
   する定着装置において、 待機モード時、上記定着ローラ温度検知手段による検知
   温度が一定温度以下になった場合、装置を回転駆動する
   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、 上記装置の回転駆動が、所定時間行なわれることを特徴
   とする定着装置。
3. 【請求項３】請求項２記載の定着装置において、 上記定着ローラの熱容量の大きさに応じて上記所定時間
   を変化させることを特徴とする定着装置。
4. 【請求項４】請求項１記載の定着装置において、 上記装置の回転駆動が、上記定着ローラ温度検知手段に
   よる検知温度が所定温度以上になるまで行なわれること
   を特徴とする定着装置。
5. 【請求項５】請求項１乃至４の何れか１つに記載の定着
   装置において、 上記装置の回転駆動中は、上記加熱ローラの設定温度を
   待機モード時よりも高く設定することを特徴とする定着
   装置。
6. 【請求項６】像担持体上に画像情報に基いて静電潜像を
   形成し、該静電潜像を現像装置によりトナー像として可
   視像化し、該トナー像を記録媒体上に転写した後定着装
   置に通して定着を行なう画像形成装置において、 上記定着装置が、請求項１乃至５の何れか１つに記載の
   定着装置であることを特徴とする画像形成装置。