JP2004093709A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートローラ表面のゴム層の温度上昇時間を短くするとともに、媒体通過部と媒体非通過部との温度を均一にして、前記媒体通過部のゴム層の温度を安定的に検出することができ、温度制御を正確に行うことができるようにする。
【解決手段】弾性層１１ａを備え、媒体に当接する加熱用の定着手段と、該加熱用の定着手段に接触させられ、前記媒体を挟持する加圧用の定着手段と、前記加熱用の定着手段の表面に当接し、該加熱用の定着手段の表面を加熱する加熱手段とを有する。
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、定着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カラー電子写真方式の画像形成装置の定着装置においては、カラートナーの十分な溶融性及びトナー散りを防止するために、一般的に、芯（しん）金の表面に紙等の媒体のトナー付着面に接触して定着を行うゴム層を有するヒートローラを回転自在に配設している。そして、該ヒートローラは、中空で内部にハロゲンランプを備え、該ハロゲンランプの発熱によって内部からヒートローラの芯金を通してゴム層を加熱し、該ゴム層の熱によって前記媒体上のトナーを溶融するようになっている。
【０００３】
ここで、前記芯金は、表面のゴム層に均一に熱を伝導させるために、一般的に、熱伝導率の高いアルミニウム合金等から成る。また、安定的な定着性を得ることができるように、前記芯金の熱容量を大きくして前記ゴム層の温度を抑制する必要があるので、前記芯金は肉厚が２〔ｍｍ〕程度の円筒体として構成される。
【０００４】
そして、前記定着装置においては、前記ハロゲンランプへ通電することによって芯金を通してヒートローラ表面のゴム層を、媒体上のトナーを溶解することができるように、所定の温度になるまで加熱する。このようにして、前記ヒートローラ表面のゴム層が前記所定の温度になると、前記定着装置を備える画像形成装置においては、印刷が開始される。
【０００５】
すると、表面にトナー像が形成された前記媒体は　前記ヒートローラに対向するように配設されたバックアップローラによって、前記表面が前記ヒートローラのゴム層に押し付けられながら搬送される。これにより、前記トナー像を構成するトナーが前記ゴム層の熱によって溶融して、媒体に定着する。そして、トナー像が定着して画像が形成された前記媒体は、画像形成装置の外に排出される。
【０００６】
この時、ヒートローラ表面のゴム層の温度は、前記ヒートローラ表面に当接する温度検出手段によって検出され、前記温度に基づいて、ヒートローラ内部の熱源であるハロゲンランプの通電・非通電の制御が行われる。これにより、前記ヒートローラ表面のゴム層の温度をトナーの定着に適した温度に制御して、定着を連続的に行うようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の定着装置においては、ヒートローラの芯金の熱容量が大きく、また、表面に熱伝導性が低いゴム層を有しているので、ヒートローラのゴム層表面が所定の温度に到達するまでに３〜８分程度の時間が必要になり、印字起動後に実際の印刷開始までに多くの時間がかかってしまう。
【０００８】
そして、印刷開始時間までの待ち時間を発生させないように、ヒートローラを通電によって加熱し続け、常に定着可能な温度に維持するようにすることができるが、通電によってエネルギーを消費し、省エネに反してしまう。
【０００９】
通常、ヒートローラ表面のゴム層は熱伝導率が低いので、媒体が通過する部分、すなわち、媒体通過部（通過領域内）と該媒体通過部の外側の媒体が通過しない部分、すなわち、媒体非通過部との間に温度差が生じてしまう。この場合、前記媒体通過部は、媒体によって熱が奪われるので、温度が低下するが、前記媒体非通過部は、熱が奪われないので、温度が低下しない。しかも、ゴム層の熱伝導率が低く、高温の媒体非通過部から低温の媒体通過部へ熱が流れない。そのため、媒体通過部においては、ゴム層の内側の芯金から供給される熱量と媒体によって奪われる熱量とが平衡した状態で、低温になっている。一方、媒体非通過部においては、ゴム層の内側の芯金から供給される熱量と周囲の空気によって奪われる熱量とが平衡した状態で、高温になっている。このように、前記媒体通過部と媒体非通過部との間で温度差が生じているので、媒体非通過部に配設されている前記温度検出手段は、媒体に接触する部分、すなわち、媒体通過部のヒートローラ表面のゴム層の温度を直接に検出することができない。
【００１０】
もっとも、前記温度検出手段を媒体通過部に配設すれば、媒体に接触する部分のヒートローラ表面のゴム層の温度を直接に検出することはできるが、この場合、媒体からの紙粉・含有成分や媒体上のトナーの一部がゴム層上に移動し、温度検出手段とゴム層との間に前記紙粉・含有成分やトナーが蓄積して熱伝導を妨げたり、温度検出手段とゴム層との間に隙（すき）間が空いたりしてしまう。そのため、前記温度検出手段は媒体通過部のヒートローラ表面のゴム層の温度を安定的に検出することができなくなってしまう。
【００１１】
また、表面のゴム層の温度を検知して温度を制御するようになっているが、表面のゴム層の熱伝導率が低く、ゴム層の下の芯金から表面まで熱が到達するまで時間がかかってしまう。そのため、必要以上に芯金を加熱し、表面の温度が所定温度以上にオーバーシュートすることがあり、表面の温度を正確に制御することができない。
【００１２】
本発明は、前記従来の定着装置の問題点を解決して、ヒートローラ表面のゴム層の温度上昇時間を短くするとともに、媒体通過部と媒体非通過部との温度を均一にして、前記媒体通過部のゴム層の温度を安定的に検出することができ、温度制御を正確に行うことができる定着装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明の定着装置においては、弾性層を備え、媒体に当接する加熱用の定着手段と、該加熱用の定着手段に接触させられ、前記媒体を挟持する加圧用の定着手段と、前記加熱用の定着手段の表面に当接し、該加熱用の定着手段の表面を加熱する加熱手段とを有する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
図１は本発明の第１の実施の形態における定着装置の概略図、図２は本発明の第１の実施の形態における画像形成装置の概略図、図３は本発明の第１の実施の形態における定着装置の正面図である。
【００１６】
図において、１０は定着装置、１１は紙等の媒体１４表面の未定着トナー像を加熱定着するための定着手段として使用される加熱用の定着ローラとしてのヒートローラである。該ヒートローラ１１は、金属製の芯金１１ｂ表面に、前記媒体１４上の未定着トナー像に当接して定着を行うゴム等から成る弾性層１１ａを有する。そして、前記ヒートローラ１１は、中空円筒形状を有し、内部に加熱源として機能する固定通電熱源としてのハロゲンランプ１２を備え、該ハロゲンランプ１２の発熱によって内部から芯金１１ｂを通して弾性層１１ａを加熱し、該弾性層１１ａの熱によって前記媒体１４上のトナーを溶融するようになっている。
【００１７】
ここで、前記芯金１１ｂは、該芯金１１ｂ表面の弾性層１１ａに均一に熱を伝導させるために、一般的に、熱伝導率の高いアルミニウム合金等から成る。また、安定的な定着性を得ることができるように、前記芯金１１ｂの熱容量を大きくして前記弾性層１１ａの温度変動を抑制する必要があるので、前記芯金１１ｂは肉厚が２〔ｍｍ〕程度の円筒体として構成される。
【００１８】
また、１３は加圧手段として使用される加圧用の定着ローラとしてのバックアップローラであり、バネ部材等の付勢手段を備える図示されない押圧手段によって前記ヒートローラ１１に付勢圧接される、すなわち、押し付けられる。そして、前記媒体１４は、前記ヒートローラ１１とバックアップローラ１３とによって挟持加圧される。なお、該バックアップローラ１３も、一般的に、表面にゴム等から成る弾性層を有する。
【００１９】
ここで、前記ヒートローラ１１を回転させるための駆動力が伝達される歯車等の駆動伝達手段１５が、図３に示されるように、ヒートローラ１１の一端に一体的に形成されている。また、該ヒートローラ１１表面に付着したトナー及び紙粉・含有成分を清掃するため、ローラ等から成る清掃部材としてのクリーニング部材１６が、バネ部材等から成る付勢手段１７によって、前記ヒートローラ１１に当接するように配設される。
【００２０】
また、前記ヒートローラ１１には、該ヒートローラ１１表面の弾性層１１ａの温度を検出する温度検出手段２２が配設されている。ここで、該温度検出手段２２は、図３に示されるように、媒体１４と接触する媒体通過部の外側に位置し、媒体１４が通過しない部分、すなわち、媒体非通過部の表面に接触しており、該媒体非通過部のヒートローラ１１表面の弾性層１１ａの温度を検出する。そして、図示されない制御部は、前記温度検出手段２２の検出した温度に基づいて前記ハロゲンランプ１２の通電・非通電を制御することによって、前記ヒートローラ１１表面の弾性層１１ａを所定の定着温度に保つように制御する。なお、該定着温度は、媒体１４上のトナーを溶解することができるような前記弾性層１１ａと同じ温度である。
【００２１】
さらに、前記ヒートローラ１１表面には、加熱手段としての加熱ローラ１９が当接されている。該加熱ローラ１９は、図３に示されるように、内部に加熱源として機能する固定通電熱源としてのハロゲンランプ４１が配設され、前記ヒートローラ１１とほぼ等しい長さ寸法を有し、該ヒートローラ１１と平行に、かつ、ヒートローラ１１の媒体１４の入口側に配設される。そして、前記加熱ローラ１９は、熱伝導率が高いアルミニウム合金等から成る金属製のローラであり、バネ部材等の付勢手段１８によって、ヒートローラ１１表面の弾性層１１ａに押し付けられている。
【００２２】
ここで、前記加熱ローラ１９の内部のほぼ中心部には該加熱ローラ１９を内部から加熱するハロゲンランプ４１及び加熱ローラ１９の温度を検出する温度検出手段４２が配設されている。そして、前記ヒートローラ１１のほぼ中心部に配設され、該ヒートローラ１１表面を内側から加熱するハロゲンランプ１２と共に、前記ハロゲンランプ４１は前記ヒートローラ１１の表面を外側から所定の温度になるまで加熱するようになっている。すなわち、前記ヒートローラ１１表面がトナーが溶融する所定の温度になるまで、前記温度検出手段２２及び温度検出手段４２によって検出された温度に基づいてハロゲンランプ１２及びハロゲンランプ４１に通電し、温度検出手段２２及び温度検出手段４２の検出した温度に基づいて前記ハロゲンランプ１２及びハロゲンランプ４１の通電・非通電を制御し、ヒートローラ１１表面を所定の温度に保つようにする。これにより、前記ヒートローラ１１の弾性層１１ａ表面を速やかに、かつ、均一に加熱することができる。
【００２３】
また、前記加熱ローラ１９表面に付着したトナー及び紙粉・含有成分を清掃するため、ローラ等から成る清掃部材としてのクリーニング部材２１が、バネ部材等から成る付勢手段２０によって、前記加熱ローラ１９に当接するように配設される。そして、前記加熱ローラ１９は、定着部の媒体搬送路の上流側の該媒体搬送路の近傍上方に配設される。
【００２４】
なお、図２に示されるように、本実施の形態における画像形成装置は、カラー画像を形成する電子写真方式の画像形成装置であり、媒体１４の搬送経路に沿って、四つの画像形成手段２７が配設される。そして、該画像形成手段２７は、それぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの各色のトナー画像を形成し前記媒体１４上に転写するようになっている。また、前記画像形成装置において、２４は媒体１４を繰り出す給紙ローラであり、前記媒体１４を１枚ずつ分離する分離機構２５が前記給紙ローラ２４に当接して配設される。そして、給紙ローラ２４及び分離機構２５によって１枚ずつ分離して繰り出された媒体１４を画像形成手段２７に送り込む送りローラ２６が配設される。
【００２５】
ここで、前記媒体１４が、各ローラやベルトによって搬送経路を搬送されると、四つの画像形成手段２７にそれぞれ対向して配設されたローラ等から成る転写手段２８によって、前記各色のトナー画像が前記媒体１４上に転写されるようになっている。そして、トナー画像が転写された媒体１４は、定着装置１０に搬入され、バックアップローラ１３によって、表面がヒートローラ１１の弾性層１１ａに押し付けられながら搬送される。これにより、前記トナー像を構成するトナーが前記弾性層１１ａの熱によって溶融して、媒体１４上に定着する。そして、トナー像が定着して画像が形成された前記媒体１４は、画像形成装置の排出部に排出される。
【００２６】
次に、前記構成の定着装置１０の動作について説明する。
【００２７】
まず、画像形成装置に印刷起動信号が入力されると、ハロゲンランプ１２及びハロゲンランプ４１が通電加熱され、ヒートローラ１１が図示されない駆動源によって回転駆動される。また、加熱ローラ１９も前記ヒートローラ１１の回転に伴って連れ回り回転する。そして、前記加熱ローラ１９は、金属製なので、ハロゲンランプ４１によって加熱されると、内壁と外壁、すなわち、表面との間に温度差が発生することなく、速やかに温度上昇する。これにより、ヒートローラ１１の弾性層１１ａ表面に加熱ローラ１９の当接部から熱が供給される。一方、前記ハロゲンランプ１２によって、前記ヒートローラ１１の芯金１１ｂの内壁が加熱され、該芯金１１ｂから弾性層１１ａに熱が供給される。
【００２８】
そして、ヒートローラ１１表面がトナーを溶融定着することができる温度になると、図示されない駆動源によって給紙ローラ２４を給紙方向に回転させ、媒体１４が分離機構２５によって１枚ずつ分離して繰り出され、送りローラ２６に到達する。そして、該送りローラ２６に媒体１４が当接すると、前記給紙ローラ２４は停止し、送りローラ２６が図示されない駆動源によって駆動され、媒体１４が搬送経路に沿って四つの画像形成手段２７に順次供給される。
【００２９】
続いて、それぞれの画像形成手段２７によって形成された各色のトナー像は、それぞれの転写手段２８によって媒体１４上に転写される。そして、各色のトナー像が表面に転写された媒体１４は定着装置１０に搬入される。該定着装置１０において、前記駆動源からの駆動力が駆動伝達手段１５に伝達され、ヒートローラ１１が回転させられると、該ヒートローラ１１に押圧されているバックアップローラ１３に前記ヒートローラ１１の回転が伝達され、前記バックアップローラ１３も回転させられる。
【００３０】
次に、定着装置１０に搬入された前記媒体１４は、前記ヒートローラ１１及びバックアップローラ１３の間、すなわち、定着部に送り込まれ、回転する前記ヒートローラ１１及びバックアップローラ１３によって両面から挟持されて搬送される。ここで、前記媒体１４は、トナー画像が転写された表面が前記バックアップローラ１３によってヒートローラ１１の弾性層１１ａに押し付けられた状態で搬送される。そのため、前記媒体１４上の、前記トナー像を構成するトナーが、ヒートローラ１１の回転に伴い、前記弾性層１１ａの熱によって連続的に溶融する。溶融したトナーは、前記媒体１４上に付着して定着する。これにより、定着画像が形成される。なお、前記トナーが定着された媒体１４は、画像形成装置の排出部に排出される。
【００３１】
そして、媒体１４が定着部を通過すると、前記ヒートローラ１１から媒体１４に熱が移り、媒体１４上のトナーが溶融し、溶融した該トナーが付着してトナー像が定着される。このとき、ヒートローラ１１の媒体通過部における弾性層１１ａの表面部分から媒体１４に移行する熱量が奪われ、前記媒体通過部における弾性層１１ａの表面部分の温度が低下する。ここで、前記ヒートローラ１１の芯金１１ｂは、ハロゲンランプ１２から熱を受け、該熱を弾性層１１ａに伝導するが、ゴム等から成る弾性層１１ａの熱伝導率が低いので、前記芯金１１ｂから伝導された熱は弾性層１１ａの表面部分にまで速やかに伝導しない。そのため、前記媒体通過部における弾性層１１ａの表面部分の温度は低下したままとなる。一方、前記ヒートローラ１１の媒体非通過部における弾性層１１ａは、熱の移動や空冷によって温度が低下するが、媒体１４に移行する熱量が直接奪われることがないので、前記弾性層１１ａの温度が低下しない。
【００３２】
したがって、媒体１４が通過した直後の位置（図１におけるｃ）での弾性層１１ａの表面部分の温度分布は、図３における、線Ｃで示されるようになる。すなわち、媒体通過部における弾性層１１ａの表面部分の温度は低く、媒体非通過部における弾性層１１ａの表面部分の温度は高くなっている。
【００３３】
しかし、本実施の形態においては、前記ヒートローラ１１表面に加熱ローラ１９が当接されている。そして、該加熱ローラ１９は、熱伝導性が高い金属製であり、内壁側及びヒートローラ１１の媒体非通過部に当接した、あまり熱量が奪われていない部分から、媒体通過部に相当する部分に熱が容易に供給されるので、短時間で一様の温度になる。しかも、前記加熱ローラ１９が一回転する間にハロゲンランプ４１の熱が内部から供給され、ヒートローラ１１を加熱するのに必要な所定の温度になる。そのため、前記ヒートローラ１１表面に当接する直前の位置（図１におけるａ）での加熱ローラ１９の表面部分の温度分布は、図３における、線Ａで示されるようになる。すなわち、加熱ローラ１９の表面部分の温度は、全ての範囲において、前記ヒートローラ１１全体における弾性層１１ａの表面部分の温度より高く、かつ、一定である。
【００３４】
このような、温度分布の状態にある弾性層１１ａと加熱ローラ１９とが当接する場合、図３に示されるように、媒体通過部においては、弾性層１１ａの表面部分の温度が上昇する。一方、媒体非通過部においては、ヒートローラ１１が回転している間に熱が周囲の空気や媒体通過部に移動するので、弾性層１１ａの表面部分の温度が低くなる。したがって、加熱ローラ１９に当接した後の位置（図１におけるｂ）での弾性層１１ａの表面部分の温度分布は、図３における、点線Ｂで示されるようになる。すなわち、前記ヒートローラ１１全体における弾性層１１ａの表面部分の平均温度に近似した温度となり、かつ、一定に近い状態になる。そして、図１に示されるように、温度検出手段２２は前記加熱ローラ１９に当接した後の位置（図１におけるｂに近い位置）での弾性層１１ａの表面部分の温度を検出する。そのため、前記温度検出手段２２が検出する温度は、媒体非通過部における弾性層１１ａの表面部分の温度であるが、実質的に媒体通過部における弾性層１１ａの表面部分の温度に等しいと言える。
【００３５】
このように、前記ヒートローラ１１表面の弾性層１１ａの表面部分は、媒体１４に接触熱抵抗分だけ降下した熱を加熱ローラ１９から供給されて温度が上昇し、再度、バックアップローラ１３とヒートローラ１１とによって形成された定着部に移動して連続定着が行われる。この場合、加熱ローラ１９からヒートローラ１１への熱の供給量は、熱力学の原理に従って、温度差が大きいヒートローラ１１の媒体通過部へは多く、温度差が少ない媒体非通過部へは少ない。そのため、ヒートローラ１１表面がほぼ均一に加熱されることになる。
【００３６】
一方、加熱ローラ１９におけるヒートローラ１１の媒体通過部に当接した部分は、多くの熱が奪われるので、その熱量分だけ温度が下がることになる。しかし、加熱ローラ１９は熱伝導性が高い金属製であり、内壁側及びヒートローラ１１の媒体非通過部に当接した、あまり熱量が奪われていない部分から、媒体通過部に相当する部分に熱が容易に供給されるので、短時間で一様の温度になり、かつ、加熱ローラ１９が一回転する間にハロゲンランプ４１の熱が内部から供給され、ヒートローラ１１を加熱するのに必要な所定の温度になる。
【００３７】
このように、本実施の形態においては、熱伝導率が高い加熱ローラ１９をヒートローラ１１表面に当接させて配設し、媒体非通過部における弾性層１１ａの表面部分の熱を媒体通過部における弾性層１１ａの表面部分に伝導することによって、ヒートローラ１１全体における弾性層１１ａの表面部分の温度を均一にすることができるとともに、ヒートローラ表面を定着に必要な温度に短時間で加熱することができる。
【００３８】
また、ヒートローラ１１の弾性層１１ａの表面部分を内部からだけ加熱する場合には、弾性層１１ａが所定の温度になるまでに時間がかかるので、ヒートローラ１１の温度を一回転する間に所定の温度にするためにローラ径を大きくする必要がある。しかし、本実施の形態における加熱ローラ１９は、熱伝導率が高い金属で形成されているので、内部の熱が短時間で加熱ローラ１９表面に供給され、加熱ローラ１９の内壁と表面との温度差が短時間でなくなる。そのため、前記ヒートローラ１１のローラ径を大きくする必要がなく、印刷速度（が高くなっても）に対して小型にすることができる。
【００３９】
さらに、加熱ローラ１９を定着部の媒体搬送路の上流側の該媒体搬送路の近傍上方に配設することによって、媒体１４を予熱することができるので、定着性を向上させることができ、熱効率を高くすることができる。
【００４０】
そして、ヒートローラ１１の表面温度と加熱ローラ１９の表面温度との温度差や温度変化を検知し、ヒートローラ１１の立ち上がりや温度変動を抑えるように、加熱ローラ１９の熱源を効率的に制御することもできる。
【００４１】
また、加熱ローラ１９表面に当接させてクリーニング部材２１を配設しているので、加熱ローラ１９に当接する温度検出手段４２をヒートローラ１１の媒体通過部に対応する位置に配設することができる。そのため、ヒートローラ１１の媒体通過部に対応する位置における加熱ローラ１９の温度検出を容易に行うことができる。
【００４２】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。
【００４３】
図４は本発明の第２の実施の形態における定着装置の正面図、図５は本発明の第２の実施の形態における定着装置の概略図である。
【００４４】
この場合、加熱ローラ１９の一端には、図４に示されるように、該加熱ローラ１９を回転させるための駆動力が伝達される歯車等の駆動伝達手段３０が一体的に形成されている。また、前記加熱ローラ１９は、バネ部材等の付勢手段１８によってヒートローラ１１に押し付けられている。そして、図示されない駆動源からの駆動力が駆動伝達手段３０に伝達され、加熱ローラ１９が回転させられる。すると、該加熱ローラ１９が押圧されているヒートローラ１１に前記加熱ローラ１９の回転が伝達され、前記ヒートローラ１１も回転させられるようになっている。
【００４５】
また、バックアップローラ１３はバネ部材等の図示されない付勢手段によってヒートローラ１１に押し付けられていて、該ヒートローラ１１の回転に伴ってバックアップローラ１３も回転させられる。
【００４６】
ここで、前記ヒートローラ１１は、内部にハロゲンランプ１２を備える中空円筒形状の金属製の芯金１１ｂを有し、該芯金１１ｂ表面には弾性層１１ａが形成されている。なお、バックアップローラ１３も金属製の芯金の上に弾性体である表面層を有している弾性ローラから成る。
【００４７】
また、加熱ローラ１９は、内部にハロゲンランプ４１を備え、線膨張係数が小さく、熱伝導率が高い金属から成る。
【００４８】
次に、前記構成の定着装置１０の動作について説明する。
【００４９】
まず、画像形成装置に印刷起動信号が入力されると、ヒートローラ１１の内部に配設されたハロゲンランプ１２が通電される。そして、図示されない駆動源によって加熱ローラ１９が回転させられると、該加熱ローラ１９に押圧されているヒートローラ１１が加熱ローラ１９の回転に伴って回転する。すると、前記ヒートローラ１１に押圧されているバックアップローラ１３に前記ヒートローラ１１の回転が伝達され、前記バックアップローラ１３も回転させられる。
【００５０】
一方、ヒートローラ１１表面の弾性層１１ａの表面部分が所定の温度になると、画像形成装置の給紙ローラ２４が図示されない駆動源によって回転駆動され、媒体１４を給紙カセットから繰り出し、媒体１４の先端が図示されない検知手段によって検知されてから所定量の媒体１４の先端が送りローラ２６に当接するまで媒体１４を搬送する。
【００５１】
次に、送りローラ２６が図示されない駆動源によって駆動され、媒体１４が搬送経路に沿って四つの画像形成手段２７に順次供給される。続いて、それぞれの画像形成手段２７によって形成された各色のトナー像は、それぞれの転写手段２８によって媒体１４上に転写される。そして、各色のトナー像が表面に転写された媒体１４は定着装置１０に搬入される。
【００５２】
次に、定着装置１０に搬入された前記媒体１４は、前記ヒートローラ１１及びバックアップローラ１３の間、すなわち、定着部に送り込まれ、回転する前記ヒートローラ１１及びバックアップローラ１３によって両面から挟持されて搬送される。ここで、前記媒体１４は、トナー画像が転写された表面が前記バックアップローラ１３によってヒートローラ１１の弾性層１１ａに押し付けられた状態で搬送される。そのため、前記媒体１４上の、前記トナー像を構成するトナーが、ヒートローラ１１の回転に伴い、前記弾性層１１ａの熱によって連続的に溶融する。溶融したトナーは、前記媒体１４上に付着して定着する。これにより、定着画像が形成される。なお、前記トナーが定着された媒体１４は、画像形成装置の排出部に排出される。
【００５３】
そして、媒体１４が定着部を通過すると、前記ヒートローラ１１から媒体１４に熱が移り、媒体１４上のトナーが溶融し、媒体１４に溶融したトナーが付着してトナー像が定着される。このとき、ヒートローラ１１の媒体通過部における弾性層１１ａの表面部分から媒体１４に移行する熱量が奪われ、前記弾性層１１ａの表面部分の温度が低下する。前記ヒートローラ１１は一周する間にハロゲンランプ１２から熱量が供給され、供給された熱量分の温度が上昇し、媒体非通過部は、媒体通過部への熱の移動や空冷によって温度が低下する。
【００５４】
そして、前記媒体通過部における弾性層１１ａの表面部分は、ハロゲンランプ４１によって加熱された加熱ローラ１９との当接位置に到達すると、加熱ローラ１９から熱が供給される。そのため、前記媒体通過部における弾性層１１ａの表面部分は、接触熱抵抗分だけ降下した熱を加熱ローラ１９から供給されて温度が上昇し、再度、バックアップローラ１３とヒートローラ１１とによって形成された定着部に移動する。これにより、連続定着が行われる。
【００５５】
この時、加熱ローラ１９からヒートローラ１１へ移動する熱量は、熱力学の原理に従って、温度差が大きいヒートローラ１１の媒体通過部へは多く、温度差が少ない媒体非通過部へは少なくなる。そのため、ヒートローラ１１表面をほぼ均一に加熱することができる。
【００５６】
一方、加熱ローラ１９はヒートローラ１１の媒体通過部に当接した部分は多くの熱が奪われ、その熱量分だけ温度が下がるが、加熱ローラ１９は熱伝導性が高い金属製であり、内壁側及びヒートローラ１１の媒体非通過部に当接した、あまり熱量が奪われていない部分から、媒体通過部に相当する部分に熱が容易に供給されるので、短時間で一様の温度になり、かつ、加熱ローラ１９が一周する間にハロゲンランプ４１の熱が内部から供給され、ヒートローラ１１を加熱するのに必要な所定の温度になる。
【００５７】
ここで、前記加熱ローラ１９は、熱伝導率が高い金属から成り、しかも、線膨張係数が１０^−６オーダーの小さな値である。そのため、前記加熱ローラ１９は、前記ヒートローラ１１からの熱を受けても、半径（又は直径）の寸法がほとんど変化せず、外周の長さ寸法もほとんど変化しない。したがって、図示されない駆動源によって前記加熱ローラ１９が一定の回転速度で回転させられると、該加熱ローラ１９の周速は、表面部分の温度に係わらず一定となる。
【００５８】
ところで、ヒートローラ１１表面の弾性層１１ａは、ゴム等から成り、線膨張係数が１０^−３オーダーの大きな値である。そのため、温度が変化すると、弾性層１１ａの寸法が変化し、弾性層１１ａの表面部分の半径（又は直径）の寸法及び外周の長さ寸法が変化してしまう。したがって、ヒートローラ１１を一定の回転速度で回転させても、該ヒートローラ１１の外周、すなわち、弾性層１１ａの表面部分の周速が変化してしまう。
【００５９】
これに対し、本実施の形態において、前記ヒートローラ１１は、その外周、すなわち、弾性層１１ａの表面部分が加熱ローラ１９の外周に押し付けられ、該加熱ローラ１９の回転が伝達されて回転させられている。そのため、前記弾性層１１ａの表面部分の周速は、前記加熱ローラ１９の周速に等しく、弾性層１１ａの表面部分の温度に係わらず一定となる。したがって、ヒートローラ１１及びバックアップローラ１３によって搬送される媒体１４の搬送速度は、弾性層１１ａの表面部分の温度に係わらず一定となる。その結果、媒体１４を精度良く搬送することができる。
【００６０】
このように、本実施の形態においては、線膨張係数の小さい金属から成る加熱ローラ１９に一体的に駆動伝達手段３０を設け、前記加熱ローラ１９にヒートローラ１１を当接させ、加熱ローラ１９の周速に伴ってヒートローラ１１が回転されるようになっているので、ヒートローラ１１の周速を温度に対して依存性が低く、精度良く回転させることができ、媒体１４の搬送精度を温度に対して安定的に行うことができる。
【００６１】
また、加工精度の点からみても、弾性体である弾性層１１ａを加工するよりも、剛体である金属から成る加熱ローラ１９を加工する方が加工精度を高めることができるので、加熱ローラ１９の周速の加工誤差による変動を小さくすることができる。したがって、媒体１４の搬送速度のばらつきを小さくすることができ、媒体１４を安定的に搬送することができる。
【００６２】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第１及び第２の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。
【００６３】
図６は本発明の第３の実施の形態における定着装置の斜視図、図７は本発明の第３の実施の形態における定着装置の制御部の動作を示すブロック図である。
【００６４】
本実施の形態において、内部にハロゲンランプ４１が配設された加熱ローラ１９の一端の表面には、図６に示されるように、周速検出用の目盛としての所定ピッチの複数本の線３１が印刷されている。なお、ヒートローラ１１を回転させるための駆動力が伝達される歯車等の駆動伝達手段１５が、ヒートローラ１１の一端に一体的に形成されている。そして、前記加熱ローラ１９は、図示されない押圧手段によってヒートローラ１１表面の弾性層１１ａに押し付けられ、前記ヒートローラ１１の回転が伝達されて回転するようになっている。また、３２は前記線３１の数をカウントして加熱ローラ１９の周速を検出するための周速検出手段である。
【００６５】
次に、前記構成の定着装置１０の動作について説明する。
【００６６】
この場合、駆動源としてのヒートローラ駆動源３５からの駆動力が伝達されてヒートローラ１１が回転させられると、該ヒートローラ１１の回転が伝達されて、加熱ローラ１９が回転する。すると、該加熱ローラ１９の外周に印刷された線３１が周速検出手段３２によってカウントされ、検出信号としてのパルス信号３３が制御部３４に送信される。ここで、前記パルス信号３３における一つ一つのパルスは、１本１本の線３１に対応する。
【００６７】
続いて、前記制御部３４の図示されない演算部において、一定の時間内における前記パルス信号３３中のパルス数をカウントし、加熱ローラ１９の周速を演算する。そして、前記制御部３４は、演算された周速の値、すなわち、検出値と、あらかじめ設定された所定の値、すなわち、既定値とを比較し、前記検出値が既定値に一致するように制御部３４に信号を送り、該制御部３４においてヒートローラ駆動源３５の入力パルス又は電流値を制御する出力をヒートローラ駆動源３５のドライバに出力し、ヒートローラ駆動源３５の回転速度を制御し、ヒートローラ駆動源３５の駆動力を制御する。
【００６８】
また、ヒートローラ１１表面から加熱ローラ１９表面に移行したトナー及び紙粉・含有成分は、加熱ローラ１９に当接して配設されたクリーニング部材２１によって除去される。そして、加熱ローラ１９は、再度、ハロゲンランプ４１によって加熱され、ヒートローラ１１との当接部においてヒートローラ１１に熱を供給する。
【００６９】
このように、本実施の形態においては、ヒートローラ駆動源３５からの駆動力が伝達されてヒートローラ１１が回転させられると、該ヒートローラ１１の回転が伝達されて、加熱ローラ１９が回転する。そして、該加熱ローラ１９の周速を検出して、該周速があらかじめ設定された所定の値となるように、ヒートローラ駆動源３５を制御する。ここで、加熱ローラ１９の周速はヒートローラ１１の周速と等しい。
【００７０】
したがって、該ヒートローラ１１の外周の周速を制御することができ、媒体１４の搬送精度を高くすることができる。
【００７１】
なお、前記第３の実施の形態においては、加熱ローラ１９上に印刷された所定ピッチの複数本の線３１をカウントして、加熱ローラ１９の周速を検出するようになっているが、加熱ローラ１９の端部に回転速度検出用のエンコーダを配設し、その回転速度を検出することもできる。また、ヒートローラ１１に代えて、表面に弾性層を有する定着ベルトを使用するベルト式の定着装置にも適用することができる。
【００７２】
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、第１〜３の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。
【００７３】
図８は本発明の第４の実施の形態における定着装置の概略図である。
【００７４】
図において、ヒートローラ１１は、芯金１１ｂ表面に、前記媒体１４のトナー付着面に接触して定着を行うゴム等から成る弾性層１１ａを有する。そして、前記ヒートローラ１１は、中空円筒形状を有し、内部に加熱手段としてのハロゲンランプ１２を備え、該ハロゲンランプ１２の発熱によって内部から芯金１１ｂを通して弾性層１１ａを加熱し、該弾性層１１ａの熱によって前記媒体１４上のトナーを溶融するようになっている。
【００７５】
さらに、前記ヒートローラ１１表面には、内部にハロゲンランプ４１を備えた加熱ローラ１９が、図示されない押圧手段によって当接されている。そして、前記加熱ローラ１９は、輻（ふく）射熱を吸収しやすいように、表面が黒色に着色され、また、加熱ローラ１９を円周方向に囲い、長手方向にわたってヒートローラ１１側が開口した熱反射板としての熱輻射ケース５０に外周が覆われている。ここで、該輻射ケース５０は、ヒートローラ１１の軸方向と同一方向の軸を中心として開閉自在に形成されている。また、熱輻射ケース５０の裏側には、放熱を防止するために断熱部材５１が配設されている。
【００７６】
次に、前記構成の定着装置の動作について説明する。
【００７７】
まず、画像形成装置に印刷起動信号が入力されると、ヒートローラ１１の回転に伴ってヒートローラ１１の外周の周速に連動して加熱ローラ１９が回転すると、該加熱ローラ１９の内部に配設されたハロゲンランプ４１が通電によって発熱し、加熱ローラ１９を内部から加熱する。そして、加熱ローラ１９表面の温度が上昇し、ヒートローラ１１の回転に伴って連動して加熱ローラ１９が回転し、該加熱ローラ１９とヒートローラ１１との当接部においてヒートローラ１１に熱伝達が起こり、ヒートローラ１１の弾性層１１ａが加熱される。
【００７８】
この場合、前記加熱ローラ１９は、ヒートローラ１１の回転に伴って回転しながらヒートローラ１１との当接部で熱をヒートローラ１１に伝達して降温するが、ハロゲンランプ４１からの熱が加熱ローラ１９の内壁から外壁に向かって流れる。
【００７９】
一方、加熱ローラ１９表面から放射される輻射熱は、加熱ローラ１９の円周方向に配設された熱輻射ケース５０によって反射され、かつ、加熱ローラ１９表面で暖められた空気は熱輻射ケース５０によって加熱ローラ１９と熱輻射ケース５０との間に保持されるが、加熱ローラ１９表面が黒色に着色されているので、加熱ローラ１９に効果的に吸熱される。
【００８０】
また、熱輻射ケース５０の裏側には断熱部材５１が配設されているので、熱輻射ケース５０に伝わった熱は大気中に放熱することなく、加熱ローラ１９が効率的に蓄熱され、再度ヒートローラ１１との当接部に到着し、連続的にヒートローラ１１表面を加熱することができる。
【００８１】
続いて、ヒートローラ１１表面の弾性層１１ａの表面部分の温度が上昇して定着に必要な所定温度になると、画像形成装置の給紙ローラ２４が図示されない駆動源によって回転駆動される。そして、媒体１４を給紙カセットから繰り出し、媒体１４の先端が図示されない検知手段によって検知されてから所定量の媒体１４の先端が送りローラ２６に当接するまで媒体１４を搬送する。
【００８２】
次に、送りローラ２６が図示されない駆動源によって駆動され、媒体１４が搬送経路に沿って四つの画像形成手段２７に順次供給される。続いて、それぞれの画像形成手段２７によって形成された各色のトナー像は、それぞれの転写手段２８によって媒体１４上に転写される。そして、各色のトナー像が表面に転写された媒体１４は定着装置１０に搬入される。
【００８３】
次に、定着装置１０に搬入された前記媒体１４は、前記ヒートローラ１１及びバックアップローラ１３の間に送り込まれ、回転する前記ヒートローラ１１及びバックアップローラ１３によって両面から挟持されて搬送される。ここで、前記媒体１４は、トナー画像が転写された表面が前記バックアップローラ１３によってヒートローラ１１の弾性層１１ａに押し付けられた状態で搬送される。そのため、前記媒体１４上の、前記トナー像を構成するトナーが、ヒートローラ１１の回転に伴い、前記弾性層１１ａの熱によって連続的に溶融する。溶融したトナーは、前記媒体１４上に付着して定着する。これにより、定着画像が形成される。なお、前記トナーが定着された媒体１４は、画像形成装置の排出部に排出される。
【００８４】
また、画像形成装置は、複数の給紙カセットを有しており、熱容量の大きな厚い媒体と熱容量の小さい薄い媒体とが同時にセットされており、一般的にユーザの指定によって自在に媒体の選択をすることができるようになっている。
【００８５】
そして、媒体は熱容量が異なるため、媒体毎に適正な定着温度は当然異なり、薄い媒体は熱容量が小さく低い定着温度で定着可能であるが、厚い媒体は熱容量が大きく定着温度を高くする必要がある。
【００８６】
また、薄い媒体を定着した後に別の給紙カセットにセットされた厚い媒体を定着する場合は、ハロゲンランプ１２及び４１を加熱してヒートローラ１１の温度を高めて定着を行うことになる。一方、厚い媒体を印字定着した後に、別の給紙カセットにセットされた薄い媒体を定着する場合には、ヒートローラ１１が薄い媒体に適した温度になるまで、印刷を開始することができなくなることになる。
【００８７】
そして、ヒートローラ１１が薄い媒体に適した所定の温度になると、給紙ローラ２４−Ａが図示されない駆動源によって回転駆動され、媒体１４−Ａをカセットから繰り出し、媒体１４−Ａの先端が図示されない検知手段によって検知されてから所定量の媒体１４−Ａの先端が送りローラ２６に当接するまで媒体１４−Ａを搬送する。
【００８８】
また、別の給紙カセットから繰り出された場合と同様に、媒体１４−Ａ上に画像が形成され媒体１４−Ａは定着装置１０に搬入され、媒体１４−Ａ上にトナーが付着して定着し、媒体１４−Ａは画像形成装置の排出部に排出される。
【００８９】
そして、ヒートローラ１１を冷却する時、図示されない駆動手段によってヒートローラ１１の軸に平行に設けられた軸を中心として開閉カバーを開放することで、加熱ローラ１９とヒートロ−ラ１１の冷却を促進することができ、印刷開始までの時間を短くすることができる。
【００９０】
このように、本実施の形態においては、ヒートローラ１１を表面から加熱し、内部にハロゲンランプ４１が配設され、前記ヒートローラ１１に当接する加熱ローラ１９の円周方向に熱輻射ケース５０が配設され、さらに、該熱輻射ケース５０の裏側に断熱部材５１が配設されている。そのため、ヒートローラ１１に当接して加熱する加熱ローラ１９を効率的に加熱蓄熱させることができる。
【００９１】
また、加熱ローラ１９表面を黒色に着色することによって輻射熱の吸収蓄熱をよりよくすることができる。
【００９２】
さらに、媒体の種類によって熱容量が異なるため、媒体毎に適正な定着温度は当然異なり、定着温度の低い媒体を定着する場合には、迅速にヒートローラ１１を冷却する必要があるが、定着終了時に、図８に示されるように、熱輻射ケース５０を軸を軸を中心として開放することで、加熱ローラ１９とヒートローラ１１の冷却を促進することができる。
【００９３】
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。なお、第１〜４の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。
【００９４】
図９は本発明の第５の実施の形態における定着装置の概略図である。
【００９５】
この場合、媒体１４上のトナーを媒体１４上に溶融定着するヒートローラ１１表面の弾性層１１ａの下に、該弾性層１１ａよりも熱伝導性が低い断熱部材から成る断熱層１１ｃが形成される。そして、前記ヒートローラ１１の弾性層１１ａに押し付けられて当接するように、内部にハロゲンランプ４１を有する加熱ローラ１９が配設される。なお、本実施の形態においては、ヒートローラ１１の内部にハロゲンランプ１２が配設されていない。
【００９６】
次に、前記構成の定着装置１０の動作について説明する。
【００９７】
まず、画像形成装置に印刷起動信号が入力されると、ヒートローラ１１の回転に伴ってヒートローラ１１の外周の周速に連動して加熱ローラ１９が回転すると、該加熱ローラ１９の内部に配設されたハロゲンランプ４１が通電によって発熱し、加熱ローラ１９を内部から加熱する。そして、加熱ローラ１９表面の温度が上昇し、ヒートローラ１１の回転に伴って連動して加熱ローラ１９が回転し、該加熱ローラ１９とヒートローラ１１との当接部においてヒートローラ１１に熱伝達が起こり、ヒートローラ１１の弾性層１１ａが加熱される。
【００９８】
この場合、前記加熱ローラ１９からヒートローラ１１表面の弾性層１１ａに移行した熱によって表面の弾性層１１ａが加熱されるが、該弾性層１１ａの下側で断熱層１１ｃによって熱の移動が妨げられるので、弾性層１１ａに熱が効率的に蓄熱される。
【００９９】
続いて、ヒートローラ１１表面の弾性層１１ａの表面部分の温度が上昇して定着に必要な所定温度になると、画像形成装置の給紙ローラ２４が図示されない駆動源によって回転駆動される。そして、媒体１４を給紙カセットから繰り出し、媒体１４の先端が図示されない検知手段によって検知されてから所定量の媒体１４の先端が送りローラ２６に当接するまで媒体１４を搬送する。
【０１００】
次に、送りローラ２６が図示されない駆動源によって駆動され、媒体１４が搬送経路に沿って四つの画像形成手段２７に順次供給される。続いて、それぞれの画像形成手段２７によって形成された各色のトナー像は、それぞれの転写手段２８によって媒体１４上に転写される。そして、各色のトナー像が表面に転写された媒体１４は定着装置１０に搬入される。
【０１０１】
次に、定着装置１０に搬入された前記媒体１４は、前記ヒートローラ１１及びバックアップローラ１３の間に送り込まれ、回転する前記ヒートローラ１１及びバックアップローラ１３によって両面から挟持されて搬送される。ここで、前記媒体１４は、トナー画像が転写された表面が前記バックアップローラ１３によってヒートローラ１１の弾性層１１ａに押し付けられた状態で搬送される。そのため、前記媒体１４上の、前記トナー像を構成するトナーが、ヒートローラ１１の回転に伴い、前記弾性層１１ａの熱によって連続的に溶融する。溶融したトナーは、前記媒体１４上に付着して定着する。これにより、定着画像が形成される。なお、前記トナーが定着された媒体１４は、画像形成装置の排出部に排出される。また、定着部において媒体１４に熱を移行したヒートローラ１１は、再度加熱ローラ１９から熱の移行を受けるので、連続的に定着が行われる。
【０１０２】
このように、本実施の形態においては、ヒートローラ１１表面の弾性層１１ａの下に該弾性層１１ａよりも熱伝導性が低い断熱層１１ｃが形成されるので、弾性層１１ａを効率的に加熱蓄熱することができ、熱効率を向上させることができる。
【０１０３】
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。なお、第１〜第５の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、本実施の形態における画像形成装置の構造については、前記第１の実施の形態における画像形成装置の構造と同様であるので、図２を援用して説明する。
【０１０４】
図１０は本発明の第６の実施の形態におけるヒートローラの概略図、図１１は本発明の第６の実施の形態における加熱ローラの概略図、図１２は本発明の第６の実施の形態におけるトグル通電の通電パターンを示す図、図１３は本発明の第６の実施の形態における他の間欠通電の通電パターンを示す図である。
【０１０５】
本実施の形態においては、図１０に示されるように、ヒートローラ１１の内部に配設されたハロゲンランプ１２を通電駆動する通電駆動部６０、該通電駆動部６０を制御する制御部６１が配設され、前記ヒートローラ１１の表面温度を検知する温度検出手段２２が配設される。また、図１１に示されるように、加熱ローラ１９の内部に配設されたハロゲンランプ４１を通電駆動する通電駆動部６５、該通電駆動部６５を制御する制御部６６が配設され、前記加熱ローラ１９の表面温度を検知する温度検出手段４２が配設される。
【０１０６】
この場合、連続印字中に、制御部６１は、ハロゲンランプ１２によるヒートローラ１１を加熱する加熱量がヒートローラ１１を定着温度以下の所定の温度に保つことができる加熱量になるように制御し、一方、制御部６６は温度検出手段２２の検出した温度に基づいてヒートローラ１１を定着温度とするようにハロゲンランプ４１による加熱ローラ１９の加熱量を制御するようになっている。しかも、ヒートローラ１１のハロゲンランプ１２及び加熱ローラ１９のハロゲンランプ４１の通電パターンを、通電時間が互いにオーバーラップしないような間欠通電として、いずれか一方だけに通電されるように通電駆動する。これにより、消費電力を抑えるようになっている。
【０１０７】
この場合、間欠通電として、図１２に示されるように、トグル通電が行われる。図１２において、線Ａはヒートローラ１１のハロゲンランプ１２の通電状態を示し、線Ｂは加熱ローラ１９のハロゲンランプ４１の通電状態を示している。ここで、線Ａと線Ｂは、ともに、パルス幅が等しく、かつ、オンとオフの状態が逆転していることが分かる。このようなトグル通電を行うことによって、ヒートローラ１１のハロゲンランプ１２及び加熱ローラ１９のハロゲンランプ４１の通電パターンを、通電時間が互いにオーバーラップしないような間欠通電として、いずれか一方だけに通電されるように通電駆動することができる。
【０１０８】
なお、ヒートローラ１１のハロゲンランプ１２及び加熱ローラ１９のハロゲンランプ４１の通電パターンを、通電時間が互いにオーバーラップしないようにするのであれば、トグル通電以外の間欠通電を行うこともできる。例えば、図１３に示されるような間欠通電が行われてもよい。図１３において、線Ａはヒートローラ１１のハロゲンランプ１２の通電状態を示し、線Ｂは加熱ローラ１９のハロゲンランプ４１の通電状態を示している。ここで、線Ａと線Ｂは、ともに、オンとなるパルスの時間が重ならないことが分かる。
【０１０９】
次に、定着装置１０の動作について説明する。
【０１１０】
図１４は本発明の第６の実施の形態におけるヒートローラの動作を示すタイムチャート、図１５は本発明の第６の実施の形態におけるヒートローラ及び加熱ローラの動作を示すタイムチャートである。
【０１１１】
まず、印刷起動信号によって、ヒートローラ１１の内部に配設されたハロゲンランプ１２を通電し、図示されない駆動源によってヒートローラ１１が回転させられると、加熱ローラ１９もヒートローラ１１の回転に伴って回転する。そして、前記加熱ローラ１９はハロゲンランプ４１によって加熱されるが、加熱ローラ１９は金属から成るので、加熱ローラ１９の内壁及び外壁、すなわち、加熱ローラ１９表面は温度差が生じることなく温度が上昇し、ヒートローラ１１の弾性層１１ａ表面に加熱ローラ１９の当接部で熱を供給する。
【０１１２】
ここで、図１４に示されるように、温度の立ち上がり時は、ヒートローラ１１の内部に配設されたハロゲンランプ１２、及び加熱ローラ１９の内部に配設されたハロゲンランプ４１は、連続通電されヒートローラ１１及び加熱ローラ１９を加熱する。なお、図１４において、線Ｄは加熱ローラ１９の表面温度を、線Ｅはヒートローラ１１の表面温度を、線Ｆはヒートローラ１１のハロゲンランプ１２だけを制御した時の加熱ローラ１９の表面温度を示している。
【０１１３】
そして、ヒートローラ１１が所定の温度になると、ハロゲンランプ１２、４１の通電が停止させられる。なお、熱伝導性が低い弾性層１１ａを有するヒートローラ１１は、ハロゲンランプ１２の通電を停止しても、その表面温度は上昇し、通電制御が困難であるが、所定の温度でヒートローラ１１のハロゲンランプ１２を停止させ、その時間当たりの温度勾（こう）配を監視しながら、内壁と温度差が少ない加熱ローラ１９の温度を加熱制御することによって、ヒートローラ１１の弾性層１１ａの温度タイムラグによって発生する温度のオーバーシュートを少なくすることができる。
【０１１４】
また、温度の立ち上がり時において、ヒートローラ１１及び加熱ローラ１９の回転を定着時の回転速度より遅く回すことで、加熱ローラ１９からヒートローラ１１への熱の移動を効率的に行うことができる。
【０１１５】
続いて、印刷及び定着が開始されると、ヒートローラ１１のハロゲンランプ１２及び加熱ローラ１９のハロゲンランプ４１のどちらか一方の発熱源だけが通電されるトグル通電が行われる。なお、トグル通電に代えて、図１３に示されるような間欠通電が行われてもよいが、ここでは、図１２に示されるようなトグル通電が行われる場合について説明する。そして、制御部６１、６６は、温度検出手段２２、４２が検出した温度に基づいて、ヒートローラ１１の温度制御を行う。
【０１１６】
また、印刷及び定着が終了して、次の印刷及び定着が開始されるまでの待機時においては、ヒートローラ１１、加熱ローラ１９及びバックアップローラ１３を回転させずに停止させるようになっている。この場合、ヒートローラ１１及びバックアップローラ１３は、弾性層を表面に有しているので、常に同じ箇所が加圧されていると、前記弾性層が変形してしまう。したがって、所定時間ごとに微小量だけ移動させる、すなわち、わずかな角度だけ回転させることが望ましい。
【０１１７】
そして、再び印刷及び定着が開始されると、トグル通電が再び行われ、ヒートローラ１１の表面温度が、図１５に示されるように上昇する。
【０１１８】
このように、本実施の形態においては、ヒートローラ１１に当接する金属製の熱伝導性が高い加熱ローラ１９を配設し、ヒートローラ１１表面の熱伝導性が低い弾性層１１ａに外部から熱を供給するようになっている。そして、画像形成装置がクイックモードに設定されている場合、待機時に内部に配設されたハロゲンランプ１２によって、熱伝導性が低い弾性層１１ａを有するヒートローラ１１を所定の温度に保つようにしているので、短時間でヒートローラ１１表面をトナーを溶融することができる温度にすることができる。また、ヒートローラ１１の内部に配設されたハロゲンランプ１２と加熱ローラ１９の内部に配設されたハロゲンランプ４１とを同時に通電しないように制御して定着を行うことができるので、エネルギー消費を少なくすることができ、供給電力を少なくすることができる。さらに、待機時における待機電力を抑えることができる。
【０１１９】
さらに、待機時においてヒートローラ１１、加熱ローラ１９及びバックアップローラ１３を間欠的に微小量移動させる、すなわち、わずかな角度だけ回転させてそれぞれのローラ間の接触部分を変えるようにしているので、弾性層を有するローラの待機時における変形を防止することができる。
【０１２０】
なお、熱伝導性が低い弾性層１１ａを有するヒートローラ１１は、ハロゲンランプ１２の通電を停止しても、その表面温度は上昇し、通電制御が困難であるが、所定の温度でヒートローラ１１のハロゲンランプ１２を停止させ、その時間当たりの温度勾配を監視しながら、内壁と温度差が少ない加熱ローラ１９の温度を加熱制御することによって、ヒートローラ１１の弾性層１１ａの温度タイムラグによって発生する温度のオーバーシュートを少なくすることができる。
【０１２１】
また、連続印字中において、ハロゲンランプ１２によるヒートローラ１１を加熱する加熱量を、ヒートローラ１１を定着温度以下の所定の温度に保つことができる加熱量とし、温度検出手段２２の検出した温度に基づいて定着温度まで加熱ローラ１９を加熱制御するように、ヒートローラ１１のハロゲンランプ１２の間欠通電、及び加熱ローラ１９のハロゲンランプ４１の間欠通電のいずれか一方だけの通電とすることによって、消費電力を抑えることもできる。
【０１２２】
次に、本発明の第７の実施の形態について説明する。なお、第１〜第６の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。
【０１２３】
図１６は本発明の第７の実施の形態における定着装置の概略図である。
【０１２４】
図において、１１はヒートローラ、１２は該ヒートローラ１１のハロゲンランプ、１３はバックアップローラ、１９は加熱ローラ、２２は前記ヒートローラ１１の表面温度を検知する温度検出手段、４１は前記加熱ローラ１９のハロゲンランプである。
【０１２５】
そして、加熱ローラ１９の温度を検知する温度検出手段４３、４４が、加熱ローラ１９とヒートローラ１１との当接部を挟んで配設される。
【０１２６】
次に、前記構成の定着装置１０の動作について説明する。
【０１２７】
図１７は本発明の第７の実施の形態における定着装置の動作を示すタイムチャートである。
【０１２８】
まず、印字起動がかかると、ヒートローラ１１及び加熱ローラ１９は内部に配設されたハロゲンランプ１２、４１によってそれぞれ加熱され、ヒートローラ１１の表面が定着に必要な温度になるまで加熱制御される。この場合、加熱ローラ１９のヒートローラ１１との当接部を挟んで温度検出手段４３、４４が配設されている。そのため、ヒートローラ１１へ熱を供給する前の加熱ローラ１９表面の温度、及び、ヒートローラ１１へ熱を供給した後の加熱ローラ１９表面の温度に基づいて、加熱ローラ１９からヒートローラ１１への熱の移動状態（当接前後の温度差）を把握することができる。そして、前記熱の移動状態としての当接前後の温度差が所定の値以下で、かつ、ヒートローラ１１の温度が所定の温度になった時、印刷を開始するように制御される。
【０１２９】
また、加熱ローラ１９とヒートローラ１１との当接部の下流側の温度検出手段４３の検出した温度とヒートローラ１１の温度検出手段２２の検出した温度との温度差が所定の値以下で、かつ、ヒートローラ１１の温度が所定の温度になった時、印刷を開始するように制御してもよい。
【０１３０】
そして、連続印刷の定着が始まると、媒体１４の定着によってヒートローラ１１の温度が下がり、加熱ローラ１９からの熱の移動が大きくなり、加熱ローラ１９の温度が低下する。このとき、ヒートローラ１１を介して媒体１４に移行する熱量が大きいと、加熱ローラ１９の温度低下が大きくなるので、加熱ローラ１９のハロゲンランプ４１は、発熱量が増えるように通電時間デューティ（通電印加時間）を大きくするように通電制御される。この場合、加熱ローラ１９の温度が所定の上限温度と下限温度との間になるように温度制御が行われることになる。なお、前記温度差に応じてハロゲンランプ４１の通電時間デューティを決め、ヒートローラ１１及び加熱ローラ１９の温度制御を行うこともできる。
【０１３１】
なお、図１７において、線Ｇは温度検出手段２２によって検出されたヒートローラ１１の温度を、線Ｈは温度検出手段４３によって検出された加熱ローラ１９の温度を、線Ｉは温度検出手段４４によって検出された加熱ローラ１９の温度を、線Ｊはヒートローラ１１の設定温度を、線Ｋは加熱ローラ１９の上限制御温度を、線Ｌは加熱ローラ１９表面上の特定の点の温度推移を示す。
【０１３２】
このように、本実施の形態においては、ヒートローラ１１と加熱ローラ１９との当接部の下流側に温度検出手段４３を配設し、ヒートローラ１１への熱の移動状態とヒートローラ１１の加熱状態とを検知するようになっているので、より一層安定したヒートローラ１１の温度制御を効率的に行うことができる。
【０１３３】
すなわち、ヒートローラ１１の表面温度だけでなく、ヒートローラ１１表面に熱を供給する加熱ローラ１９の表面温度とヒートローラ１１の表面温度との温度差を、加熱ローラ１９とヒートローラ１１との当接部の上流側及び下流側に配設された温度検出手段４３、４４によって検出し、検出した温度差が所定値以下になると定着を開始するようにしている。そのため、ヒートローラ１１及び加熱ローラ１９の蓄熱状態を検知することができ、定着温度が安定した定着制御を行うことができる。また、温度差に応じて通電時間デューティを決めて温度制御することによって、オーバーシュートが発生しにくく、より安定した温度制御を行うことができる。
【０１３４】
なお、前記第１〜第４の実施の形態においては、ヒートローラ１１に当接して内部にハロゲンランプ４１を有する加熱ローラ１９について説明したが、ヒートローラ１１に当接する加熱ローラ１９に代えて、ヒートローラ１１表面から所定の間隔で保持されるヒートローラ１１を加熱する固定通電熱源を用いてもよい。また、ヒートローラ１１に当接回転する加熱ローラ１９自体が発熱する通電熱源を用いることもできる。
【０１３５】
そして、前記第５の実施の形態においては、弾性層１１ａより熱伝導性が低い断熱層１１ｃを用いて説明したが、ヒートローラ１１の芯金１１ｂ自体を断熱部材とし、弾性層１１ａを支持してもよい。
【０１３６】
また、前記第１〜第５の実施の形態においては、媒体１４表面に接するヒートローラ１１について説明したが、媒体１４をヒートローラ１１との間に挟持するヒートローラ１１に圧接する表面に弾性層を有するバックアップローラに適用することもできる。
【０１３７】
さらに、前記第１〜第５の実施の形態においては、ヒートローラ１１について説明したが、表面に弾性層を有する定着ベルトにも適用することができる。
【０１３８】
また、最終紙の定着が終了する以前に、加熱ローラ１９のハロゲンランプ４１の通電を停止することによって、逆にヒートローラ１１表面から熱を奪うようにすることもでき、ヒートローラ１１の蓄熱によるオーバーシュートを防止することができ、より安定したヒートローラ１１の制御を行うことができる。
【０１３９】
また、このとき、熱の移動を効率的に行えるように定着時の回転速度より遅く回すことで、ヒートローラ１１から加熱ローラ１９への熱の移動を効率的に行うことができる。
【０１４０】
更に、前記第６及び第７の実施の形態においては、通電時間デューティ（通電印加時間）を変化させる場合について説明したが、印加電圧を変化させることによってヒートローラ１１及び加熱ローラ１９を加熱制御してもよい。
【０１４１】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【０１４２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、定着装置においては、弾性層を備え、媒体に当接する加熱用の定着手段と、該加熱用の定着手段に接触させられ、前記媒体を挟持する加圧用の定着手段と、前記加熱用の定着手段の表面に当接し、該加熱用の定着手段の表面を加熱する加熱手段とを有する。
【０１４３】
この場合、定着手段表面の温度上昇時間を短くするとともに、媒体通過部と媒体非通過部との温度を均一にして、前記媒体通過部の温度を安定的に検出することができ、温度制御を正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における定着装置の概略図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における画像形成装置の概略図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における定着装置の正面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態における定着装置の正面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態における定着装置の概略図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態における定着装置の斜視図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態における定着装置の制御部の動作を示すブロック図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態における定着装置の概略図である。
【図９】本発明の第５の実施の形態における定着装置の概略図である。
【図１０】本発明の第６の実施の形態におけるヒートローラの概略図である。
【図１１】本発明の第６の実施の形態における加熱ローラの概略図である。
【図１２】本発明の第６の実施の形態におけるトグル通電の通電パターンを示す図である。
【図１３】本発明の第６の実施の形態における他の間欠通電の通電パターンを示す図である。
【図１４】本発明の第６の実施の形態におけるヒートローラの動作を示すタイムチャートである。
【図１５】本発明の第６の実施の形態におけるヒートローラ及び加熱ローラの動作を示すタイムチャートである。
【図１６】本発明の第７の実施の形態における定着装置の概略図である。
【図１７】本発明の第７の実施の形態における定着装置の動作を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１０　　定着装置
１１　　ヒートローラ
１１ａ　　弾性層
１２、４１　　ハロゲンランプ
１３　　バックアップローラ
１４　　媒体
１５、３０　　駆動伝達手段
１６、２１　　クリーニング部材
１９　　加熱ローラ
２２、４２、４３、４４　　温度検出手段
３２　　周速検出手段
３５　　ヒートローラ駆動源
５０　　熱輻射ケース
５１　　断熱部材

Claims (19)

1. （ａ）弾性層を備え、媒体に当接する加熱用の定着手段と、
   （ｂ）該加熱用の定着手段に接触させられ、前記媒体を挟持する加圧用の定着手段と、
   （ｃ）前記加熱用の定着手段の表面に当接し、該加熱用の定着手段の表面を加熱する加熱手段とを有することを特徴とする定着装置。
2. 前記加熱手段は、前記加熱用の定着手段の弾性層に当接して回転する請求項１に記載の定着装置。
3. 前記加熱手段は、前記加熱用の定着手段の弾性層に当接して回転し、内部に固定通電熱源を有する中空の金属製の加熱ローラである請求項１に記載の定着装置。
4. 前記加熱ローラは、前記加熱用の定着手段の弾性層に当接し、駆動源から駆動伝達手段によって回転駆動される請求項３に記載の定着装置。
5. 前記加熱手段は、前記定着手段に当接し、駆動源から駆動伝達手段によって回転駆動される加熱ローラである請求項１に記載の定着装置。
6. 前記加熱ローラに当接する温度検出手段を有する請求項３〜５のいずれか１項に記載の定着装置。
7. 前記加熱手段を、前記加熱用の定着手段と加圧用の定着手段との接触部より回転方向に関して上流側、かつ、媒体搬送方向に関して上流側における媒体搬送路の近傍に配設する請求項１〜６のいずれか１項に記載の定着装置。
8. 前記加熱ローラの表面に当接する清掃部材を有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の定着装置。
9. 前記定着手段側に開口を備え、前記加熱手段を囲う熱反射板を有する請求項１〜８のいずれか１項に記載の定着装置。
10. 前記熱反射板は、下層に断熱部材を備える請求項９に記載の定着装置。
11. 前記定着手段は、断熱部材から成る層を備える請求項１〜１０のいずれか１項に記載の定着装置。
12. 前記加熱手段は、表面が黒色である請求項１〜１１のいずれか１項に記載の定着装置。
13. 前記加熱ローラは、周速検出手段によって周速を検出するための被検出手段が設けられている請求項３〜１２のいずれか１項に記載の定着装置。
14. （ａ）内部に加熱源を備え、媒体に当接するヒートローラと、
    （ｂ）該ヒートローラに接触させられ、前記媒体を挟持する加圧ローラと、
    （ｃ）内部に加熱源を備え、前記ヒートローラの表面に当接する加熱ローラとを有し、
    （ｄ）待機モードにおいて、前記ヒートローラの加熱源だけをオンにして前記ヒートローラを所定の温度に保つことを特徴とする定着装置。
15. 前記加熱源に間欠通電することによって、前記ヒートローラの表面温度を所定の温度で待機させる請求項１４に記載の定着装置。
16. 定着動作時において、前記ヒートローラの加熱源によって定着温度以下の所定の温度にまで前記ヒートローラを加熱するとともに、前記加熱ローラの加熱源によって定着温度にまで前記ヒートローラを昇温させる請求項１４又は１５に記載の定着装置。
17. 立ち上がり時及び印刷時において、ヒートローラの加熱源及び加熱ローラの加熱源のいずれか一方を通電する請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の定着装置。
18. 前記ヒートローラと加熱ローラとの当接部を挟んで配設され、前記加熱ローラに当接する二つの温度検出手段と、前記ヒートローラに当接する温度検出手段とを有し、前記加熱ローラに当接する二つの温度検出手段の出力を比較して、印刷開始を決定する請求項１４〜１７のいずれか１項に記載の定着装置。
19. 前記ヒートローラと加熱ローラとの当接部を挟んで配設され、前記加熱ローラに当接する二つの温度検出手段と、前記ヒートローラに当接する温度検出手段とを有し、前記加熱ローラに当接する下流側の温度検出手段の出力とヒートローラに当接する温度検出手段の出力とを比較して、印刷開始を決定する請求項１４〜１７のいずれか１項に記載の定着装置。

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