JP2006171368A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ウォーミングアップ時間の短縮化を図ることができるとともに、記録媒体の定着性の安定化を図ることのできる定着装置を提供することを目的とする。
【解決手段】加圧ローラ４００の表面は、無端ベルト３００の表面よりも先行して加熱されるので、無端ベルト３００の表面の温度がトナーを溶融し定着させるのに適した温度に達していない場合であっても、無端ベルト３００を介して定着ローラ２００と加圧ローラ４００とが接するニップ部は、発熱ローラ１００により加熱される無端ベルト３００による熱と加圧ローラ４００の熱源４３０による熱とによって、迅速にトナーを溶融し定着させるのに適した温度に加熱される。これにより、ウォーミングアップ時間の短縮化を図ることができ、しかも、定着装置の状態変化による用紙光沢の変化や透過率等の用紙の定着性の安定化を図ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ベルト定着方式の定着装置に関するものであり、特に電子写真方式を採用したプリンタ、複写機、ファクシミリ等のトナーを印刷媒体に定着させるベルト定着方式の定着装置に関するものである。

近年、パソコンの低価格化と汎用化に伴い、電子写真方式等のレーザプリンタ、複写機といった印刷装置も広く使用されるようになってきている。この印刷装置では、高速化、小型化、高画質化が求められている。また、環境保護の観点からは、印刷装置に関し、低消費電力、定着器のウォーミングアップ時間の短縮が追及されている。

印刷装置、特にレーザプリンタは、インターフェース部を含むコントローラ部と記録部とを備え、この記録部はレーザ走査露光部と電子写真プロセス部とを備えている。

電子写真プロセス部は、図５の従来の画像形成装置の概略構成を示す構成図に示すように、感光体の表面に電子を付着させ、一定電位にかつ均一に帯電させる帯電装置（帯電プロセス）１１と、レーザ光を感光体に照射することにより、露光部分の電位を低下させて静電潜像を形成する露光装置（露光プロセス）１２と、帯電した微小粉体であるトナーを静電潜像に対応させて感光体へ付着させる現像装置（現像プロセス）１３と、感光体上に形成されたトナー像を中間転写体に転写する１次転写ローラ（第１次転写プロセス）１４−１と、中間転写体に転写されたトナー像を紙などの記録媒体に転写する２次転写ローラ（第２次転写プロセス）１４−２と、中間転写体に転写されずに感光体に残ったトナーを回収するＯＰＣクリーニング装置（クリーニングプロセス）１５−１と、用紙に転写されずに中間転写体に残ったトナーを回収する中間転写ベルトクリーニング装置（クリーニングプロセス）１５−２と、光を照射することで、感光体の残留電位を除去して感光体の表面電位を初期化する除電装置（除電プロセス）１６と、記録媒体上のトナーを、熱と圧力をかけて完全に溶融することにより発色させて用紙上に定着させる定着装置（定着プロセス）１７と、を有している。

定着方式としては、低価格、小型化および高速化という観点から、熱と圧力とによる定着方式、いわゆる熱定着方式が主に採用されている。この他に光を用いる定着方式も知られているが、この定着方式は、低価格、小型化および高速化の流れの中では、採用される機会が少ない。

図６は、従来の定着装置（ローラ方式）の概略構成図を示している。

この定着装置は、図６に示すように、ローラ加熱方式の定着装置であり、加熱ローラ２１は、アルミニウム素管（芯金）２２の表面にゴム２３が被覆されているとともに、アルミニウム素管２２の内部に熱源（ハロゲンランプ）２４が配設されている。加圧ローラ２５もアルミニウム素管（芯金）２６の表面にゴム２７が被覆されている。加熱ローラ２１に対向して加圧ローラ２５が圧接した状態で配設されている。

加熱ローラ２１と加圧ローラ２５とが接しているニップ部分に、トナー２９が転写された用紙２８が通過することにより、トナー２９は、加熱ローラ２１からの熱と加圧ローラ２５から加熱ローラ２１へ作用する圧力とよって溶融され、用紙２８に定着される。

上述したローラ加熱方式の定着装置においては、用紙へのトナーの定着性は、定着温度とニップ幅とによって決まる。このニップ幅は、加熱ローラ２１のゴム２３および加圧ローラ２５のゴム２７のそれぞれの硬度と厚みによって決定される。出来るだけ広いニップ幅が高速、低温定着を実現させることになる。

しかし、加熱ローラ２１のゴム２３および加圧ローラ２５のゴム２７の硬度と厚みから決まる用紙２８の排出方向と、ニップ部で溶融したトナー２９が用紙２８を加熱ローラ２１へ引き付ける影響とによっては、用紙２８が、加熱ローラ２１と分離せずに、加熱ローラ２１に巻き付く問題が発生する。

さらに、ニップ幅を確保するために、加熱ローラ２１のゴム２３および加圧ローラ２５のゴム２７のゴム厚を厚くすると、熱源（ハロゲンランプ）２４の熱が加熱ローラ２１の表面に伝わるためには時間を要することになり、ウォーミングアップ時間が長くなってしまうという問題も発生する。

このように従来の定着装置においては、熱と圧力とによってトナーを溶融し、用紙に定着させるようにしているが、トナーが溶融し過ぎても、また溶融しなくても不具合になる。たとえば、特にカラートナーを用いる電子写真方式では、トナーの色数に応じたトナーが用紙に積層されているため、この積層されているトナーへ伝達するための熱量を多く必要とする。そのため、熱量を確保するためにニップ幅（時間）を長くするようにした場合には、必然的に加熱ローラ２１のゴム２３の厚みが厚くなり、結果として、熱源２４の熱が伝達され、加熱ローラ２１の表面（ゴム２３の表面）の温度が所定の温度に達するまでの時間（昇温時間）が長くなり、ウォーミングアップ時間が長くなってしまうという問題が発生する。

同時に、上述したようにゴム厚を厚くした加熱ローラ２１および加圧ローラ２５では、熱的に安定するまで多くの時間を要し、これに伴う経時変化によって定着器（定着装置）の状態が変化することになる。そのため、用紙の光沢の変化や透過率の変化といった用紙の定着性が変化するとともに、熱膨張によって加熱ローラ２１および加圧ローラ２５のそれぞれの径が変化することに起因して用紙搬送速度が変化するという問題も発生する。

このような問題の対策としては、加熱ローラ２１および加圧ローラ２５のゴムの熱伝導率の向上、つまり加熱ローラ２１のゴム２３および加圧ローラ２５ゴム２７のそれぞれの厚みを薄くするのが効果的である。

しかし、この対策は、上述した高速、低温定着の対応策、つまり加熱ローラ２１のゴム２３および加圧ローラ２５のゴム２７のそれぞれの厚みを厚くすることにより形成される広いニップ幅が高速、低温定着を実現させるという処理とは反対の対策である。

このような問題の解決策として、フィルム加熱方式の定着装置が知られている（たとえば、特許文献１、２）。この定着装置は、支持部材に固定支持された加熱体に耐熱性を有する薄肉の定着フィルムを介して記録材を密着させるとともに、この定着フィルムを加熱体に対して摺動移動させながら当該加熱体の有する熱を定着フィルムを介して記録材に供給する。

この定着装置においては、加熱体として、たとえば、耐熱性、絶縁性、良熱伝導性などの特性を有するアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などのセラミック基板の上に、通電により発熱する抵抗層を設けた構成を基本とするセラミックヒータを用いる。また、定着フィルムとして薄膜で低熱容量のものを用いることができるために、この定着装置では、熱ローラ方式の定着装置よりも伝熱効率が高く、ウォームアップ時間の短縮が図れ、クイックスタート化や省エネルギー化が可能になる。

図７は、従来の定着装置（ベルト方式）の概略構成を示す構成図を示している。

この定着装置は、図７に示すように、熱源（ハロゲンランプ）３４を有する加熱ローラ３１とこれに対向して配設される定着ローラ３２とに無端ベルト３３を張っている。定着ローラ３２はゴムが被覆されている。加圧ローラ３５を定着ローラ３２に押圧させることで、無端ベルト３３を介してニップを形成する。このニップ部分に未定着のトナーが転写されている用紙を通過させることで、当該トナーを定着させ、高速立ち上げと高速印字を実現する（たとえば、特許文献３参照）。

しかしこの方法では、熱源３４がトナーを溶融させるニップの部分から遠いために熱の損出が避けられない。また、上記図６に示したローラ加熱方式の定着装置で説明したように、ニップ幅を確保するために、定着ローラ３２のゴムの厚さを厚くすると、熱的に安定するまでに多くの時間（長いウォーミングアップ時間）を要し、これに伴う経時変化によって定着器（定着装置）の状態が変化する。そのため、用紙の光沢の変化や透過率の変化といった用紙の定着性が変化するとともに、熱膨張によって定着ローラ３２および加圧ローラ３５のそれぞれの径が変化することに起因して用紙搬送速度が変化するという問題も発生する。

また、外部に設けられた電磁誘導体による励磁によって発熱ローラが発熱するベルト定着方式の定着装置も知られている（たとえば、特許文献４参照）。

この（特許文献４）に記載された定着装置は、図８の従来の定着装置（ベルト方式）の他の例を示す構成図に示すように、耐熱性を有する定着ベルト４１と、定着ベルト４１に内接し、少なくとも一部が導電性を有する回転可能な発熱ローラ４２と、発熱ローラ４２との間で定着ベルト４１を移動可能に懸架する定着ローラ４３と、発熱ローラ４２の外側に配置され、発熱ローラ４２を励磁して加熱する励磁手段４４とを備えている。

発熱ローラ４２が回転動作を始めた後に励磁手段４４が発熱ローラ４２を励磁して加熱する。発熱ローラ４２は、図示しない装置本体の駆動源によって回転駆動され、定着ローラ４３は、定着ベルト４１を介して発熱ローラ４２の回転に伴って回転する。また、加圧ローラ４５は、定着ベルト４１を介して定着ローラ４３の回転に伴って回転する。

定着ベルト４１の発熱ローラ４２との接触部を通り過ぎた部分には、定着ベルト４１の裏面に接触するように温度センサ４６が設けられており、これにより定着ベルト４１の温度を検知することができるように設定されている。

このようなベルト定着方式の定着装置において、トナー像４７が転写された記録紙４８を、トナー像４７が転写された面を上側にして矢印Ｆの方向から突入させることにより、記録紙４８上のトナー像４７を定着させることができる。

しかしこの方法においても、発熱ローラ４２がトナーを溶融させるニップの部分から遠いために熱の損出が避けられない。また、上記図６に示したローラ加熱方式の定着装置で説明したように、ニップ幅を確保するために、定着ローラ４３のゴムの厚さを厚くすると、熱的に安定するまでに多くの時間（長いウォーミングアップ時間）を要し、これに伴う経時変化によって定着器（定着装置）の状態が変化する。そのため、用紙の光沢の変化や透過率の変化といった用紙の定着性が変化するとともに、熱膨張によって定着ローラ４３および加圧ローラ４５のそれぞれの径が変化することに起因して用紙搬送速度が変化するという問題も発生する。
特開昭６３−３１３１８２号公報 特開平１−２６３６７９号公報 特開平１１−３８８０７号公報 特開２００２−８２５４９号公報

上述したように、従来の定着装置においては、図６に示した従来の定着装置にあっては、次の（１）〜（３）の問題点を有している。

（１）用紙２８が加熱ローラ２１と分離せずに、加熱ローラ２１に巻き付く虞がある。

（２）ニップ幅を確保するために、加熱ローラ２１のゴム２３および加圧ローラ２５のゴム２７の厚さを厚くすると、熱源（ハロゲンランプ）２４の熱が加熱ローラ２１の表面に伝わるためには多くの時間を要し、ウォーミングアップ時間が長くなる。

（３）ゴム厚を厚くした加熱ローラ２１および加圧ローラ２５では、熱的に安定するまで多くの時間を要し、これに伴う経時変化によって定着器（定着装置）の状態が変化することになる。そのため、用紙の光沢の変化や透過率の変化といった用紙の定着性が変化するとともに、熱膨張によって加熱ローラ２１および加圧ローラ２５のそれぞれの径が変化することに起因して用紙搬送速度が変化する。

また、図７および図８に示した従来のベルト定着方式の定着装置にあっては、次の（４）〜（６）の問題点を有している。

（４）加熱ローラ３１（あるいは発熱ローラ４２）がトナーを溶融させるニップの部分から遠いために熱の損出が避けられない。

（５）ニップ幅を確保するために定着ローラ３２（あるいは定着ローラ４３）のゴムの厚さを厚くすると、熱的に安定するまでに多くの時間（長いウォーミングアップ時間）を要する。

（６）長いウォーミングアップ時間に伴う経時変化によって定着器（定着装置）の状態が変化する。そのため、用紙の光沢の変化や透過率の変化といった用紙の定着性が変化するとともに、熱膨張によって定着ローラおよび加圧ローラのそれぞれの径が変化することに起因して用紙搬送速度が変化するという問題も発生する。

そこで、本発明は、ウォーミングアップ時間の短縮化を図ることのできる定着装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、ウォーミングアップ時間の短縮化を図ることができるとともに、記録媒体の定着性の安定化を図ることのできる定着装置を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明の定着装置は、第１の発熱体としての発熱ローラと、前記発熱ローラと平行に対向して配置される定着ローラと、前記発熱ローラと前記定着ローラとに移動可能に張架され、前記発熱ローラから発熱する熱により加熱される無端状態のベルトと、前記定着ローラと平行であって前記ベルトを介して前記定着ローラのみと圧接する第２の発熱体としての加圧ローラと、を有し、未定着のトナー画像が転写されている記録媒体を、前記ベルトを介して前記定着ローラと前記加圧ローラとが接する部分に通過させることにより、当該トナー画像を前記記録媒体に定着させる構成としたものである。

本発明の好ましい形態において、前記定着ローラは、前記ベルトを介して前記記録媒体の一方の面と接する弾性層が形成され、前記加圧ローラは、前記記録媒体の他方の面と接する被覆層が形成されている。

本発明のさらに好ましい形態において、前記加圧ローラの温度は、前記ベルトの温度よりも高い温度値に設定される。

本発明のさらに好ましい形態において、前記加圧ローラの硬度は、前記定着ローラの硬度よりも高く設定されている。

本発明のさらに好ましい形態において、前記加圧ローラの温度は、前記ベルトの温度の上昇に応じて、温度値が異なる複数の設定温度のうち所定の設定温度に達するように設定される。

本発明のさらに好ましい形態において、前記加圧ローラの温度は、安定した定着温度に達するように、所定の期間のみ前記ベルトの温度よりも高く設定される。

本発明のさらに好ましい形態において、前記加圧ローラの温度が前記所定の温度を超えている場合に、両面印刷を行うときは、第１面目に対する印刷および定着が終了した印刷媒体の第２面目に対する定着処理に関し、前記加圧ローラの温度が前記所定の温度に低下するまでの間、前記ベルトを介して前記定着ローラと前記加圧ローラとが接する部分へ向けての前記印刷媒体の搬送動作を停止させる。

本発明のさらに好ましい形態において、前記加圧ローラの温度を前記所定の温度まで低下させるために、当該加圧ローラを前記定着ローラとの圧接状態を開放し、当該加圧ローラを空転させる。

本発明のさらに好ましい形態において、前記加圧ローラの発熱源の定格電力は、前記発熱ローラの発熱源の定格電力よりも大きい値に設定されている。

本発明によれば、ベルトを介して定着ローラと加圧ローラとが接している部分は、発熱ローラにより加熱されるベルトによる熱と加圧ローラによる熱とによって、迅速にトナーを溶融し定着させるのに適した温度に加熱されるので、ウォーミングアップ時間の短縮化を図ることができるという有効な効果が得られる。

また、本発明によれば、ウォーミングアップ時間を短縮することができるので、経時変化による定着装置の状態の変化を抑制することができることとなり、そのため、記録媒体の光沢の変化や透過率の変化が抑制され、記録媒体の定着性の安定化を図ることができるという有効な効果が得られる。

さらに、本発明によれば、ベルトを介して弾性層を有する定着ローラと加圧ローラとが接している部分は、発熱ローラにより加熱されるベルトによる熱と加圧ローラによる熱とによって、迅速にトナーを溶融し定着させるのに適した温度に加熱されるので、弾性層を有する定着ローラを使用した場合であっても、ウォーミングアップ時間の短縮化を図ることができるとともに、記録媒体の光沢の変化や透過率の変化が抑制され、記録媒体の定着性の安定化を図ることができるという有効な効果が得られる。

さらに、本発明によれば、加圧ローラの温度は、ベルトの温度よりも先行して加熱されるので、ベルトの温度がトナーを溶融し定着させるのに適した温度に達していない場合であっても、ベルトを介して定着ローラと加圧ローラとが接している部分は、発熱ローラにより加熱されるベルトによる熱と加圧ローラによる熱とによって、迅速にトナーを溶融し定着させるのに適した温度に加熱されるので、ウォーミングアップ時間の短縮化を図ることができるとともに、用紙などの記録媒体の光沢の変化や透過率の変化が抑制され、記録媒体の定着性の安定化を図ることができるという有効な効果が得られる。

本発明の請求項１に記載の発明は、第１の発熱体としての発熱ローラと、発熱ローラと平行に対向して配置される定着ローラと、発熱ローラと定着ローラとに移動可能に張架され、発熱ローラから発熱する熱により加熱される無端状態のベルトと、定着ローラと平行であってベルトを介して定着ローラのみと圧接する第２の発熱体としての加圧ローラと、を有し、未定着のトナー画像が転写されている記録媒体を、ベルトを介して定着ローラと加圧ローラとが接する部分に通過させることにより、当該トナー画像を記録媒体に定着させる定着装置であり、ベルトを介して定着ローラと加圧ローラとが接している部分は、発熱ローラにより加熱されるベルトによる熱と加圧ローラの熱源による熱とによって、迅速にトナーを溶融し定着させるのに適した温度に加熱されるので、ウォーミングアップ時間の短縮化を図ることができるという作用を有する。また、ウォーミングアップ時間を短縮することができるので、経時変化による定着装置の状態の変化を抑制することができることとなり、そのため、用紙などの記録媒体の光沢の変化や透過率の変化が抑制され、記録媒体の定着性の安定化を図ることができるという作用を有する。

本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、定着ローラは、ベルトを介して記録媒体の一方の面と接する弾性層が形成され、加圧ローラは、記録媒体の他方の面と接する被覆層が形成されている定着装置であり、ベルトを介して弾性層を有する定着ローラと加圧ローラとが接している部分は、発熱ローラにより加熱されるベルトによる熱と加圧ローラの熱源による熱とによって、迅速にトナーを溶融し定着させるのに適した温度に加熱されるので、弾性層を有する定着ローラを使用した場合であっても、ウォーミングアップ時間の短縮化を図ることができるとともに、用紙などの記録媒体の光沢の変化や透過率の変化が抑制され、記録媒体の定着性の安定化を図ることができるという作用を有する。

本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、加圧ローラの温度は、ベルトの温度よりも高い温度値に設定される定着装置であり、加圧ローラの温度は、ベルトの温度よりも先行して加熱されるので、ベルトの温度がトナーを溶融し定着させるのに適した温度に達していない場合であっても、ベルトを介して定着ローラと加圧ローラとが接している部分は、発熱ローラにより加熱されるベルトによる熱と加圧ローラの熱源による熱とによって、迅速にトナーを溶融し定着させるのに適した温度に加熱されるので、ウォーミングアップ時間の短縮化を図ることができるとともに、用紙などの記録媒体の光沢の変化や透過率の変化が抑制され、記録媒体の定着性の安定化を図ることができるという作用を有する。

本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明において、加圧ローラの硬度は、定着ローラの硬度よりも高く設定されている定着装置であり、ベルトを介して加圧ローラと定着ローラとが接する状態（圧接状態）を定着に適した圧接状態にすることができるという作用を有する。

本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載の発明において、加圧ローラの温度は、ベルトの温度の上昇に応じて、温度値が異なる複数の設定温度のうち所定の設定温度に達するように設定される定着装置であり、加圧ローラの温度は、固定ではなく、複数の設定温度のうち所定の設定温度に設定されるようになっているので、ベルトの温度が所定の温度値を超えて上昇していった場合に、加圧ローラの温度が、例えば複数の設定温度のうち最大の設定温度から当該設定温度よりも低い設定温度に設定されるべく低下していくことで、ベルトを介して定着ローラと加圧ローラとが接している部分は、発熱ローラにより加熱されるベルトによる熱と加圧ローラの熱源による熱とによって、迅速にトナーを溶融し定着させるのに適した温度に加熱されるので、ウォーミングアップ時間の短縮化を図ることができるとともに、用紙などの記録媒体の光沢の変化や透過率の変化が抑制され、記録媒体の定着性の安定化を図ることができるという作用を有する。また、熱の供給過剰を防止し、安定した画質の維持を可能にすることができるという作用を有する。

本発明の請求項６に記載の発明は、請求項５記載の発明において、加圧ローラの温度は、安定した定着温度に達するように、所定の期間のみベルトの温度よりも高く設定される定着装置であり、加圧ローラの温度は、ウォーミングアップ時あるいは厚紙印刷時などにおいて安定した定着温度に達するように、所定の期間のみベルトの温度よりも高くなり、また、ベルトの温度が所定の温度値を超えて上昇していった場合は、加圧ローラの温度が、所定の割合で所定の温度まで低下することにより、ベルトを介して定着ローラと加圧ローラとが接している部分は、発熱ローラにより加熱されるベルトによる熱と加圧ローラの発熱源による熱とによって、迅速にトナーを溶融し定着させるのに適した温度に加熱されるので、ウォーミングアップ時あるいは厚紙印刷時などにおいて、迅速に安定した定着温度に達することができるという作用を有する。また、ベルトを介して定着ローラと加圧ローラとが接している部分は、発熱ローラにより加熱されるベルトによる熱に加えて、加圧ローラの発熱源による熱を利用してトナーを溶融しつつトナーの過剰溶融（ホットオフセット）を軽減して、印刷媒体へのトナーの定着を行うことができるという作用を有する。

本発明の請求項７に記載の発明は、請求項５または６記載の発明において、加圧ローラの温度が所定の温度を超えている場合に、両面印刷を行うときは、第１面目に対する印刷および定着が終了した印刷媒体の第２面目に対する定着処理に関し、加圧ローラの温度が所定の温度に低下するまでの間、ベルトを介して定着ローラと加圧ローラとが接する部分へ向けての印刷媒体の搬送動作を停止させる定着装置であり、印刷媒体の第１面に対する定着処理のときには、ベルトの温度がトナーを溶融し定着するのに適した温度に達していない場合であっても、ベルトを介して定着ローラと加圧ローラとが接している部分は、発熱ローラにより加熱されるベルトによる熱と加圧ローラの発熱源による熱とによって、迅速にトナーを溶融し定着させるのに適した温度に加熱され、一方、印刷媒体の第２面に対する定着処理のときは、ベルトの温度が所定の温度値を超えて上昇していった場合に、加圧ローラの温度が所定の温度に低下するまでの間、ベルトを介して定着ローラと加圧ローラとが接する部分（ニップ部）へ向けての印刷媒体の搬送動作が停止されるので、ベルトを介して定着ローラと加圧ローラとが接している部分は、発熱ローラにより加熱されるベルトによる熱と加圧ローラの発熱源による熱とによって、トナーを溶融し定着させるのに適した温度に加熱されるので、ウォーミングアップ時間の短縮化を図ることができ、しかも、熱の供給過剰つまりトナーの過剰溶融（ホットオフセット）を防止し、安定した画質を維持することができるという作用を有する。

本発明の請求項８に記載の発明は、請求項７記載の発明において、加圧ローラの温度を所定の温度まで低下させるために、当該加圧ローラを定着ローラとの圧接状態を開放し、当該加圧ローラを空転させる定着装置であり、加圧ローラの温度を急激に低下させることなく徐々に低下させことができるという作用を有する。

本発明の請求項９に記載の発明は、請求項１〜８の何れか一項に記載の発明において、加圧ローラの発熱源の定格電力は、発熱ローラの発熱源の定格電力よりも大きい値に設定されている定着装置であり、ウォーミングアップ時などにおいて、加圧ローラの温度を、発熱ローラの発熱源により加熱されるベルトの温度よりも高くすることができるという作用を有する。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しつつさらに具体的に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、ここでの説明は本発明が実施される最良の形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における定着装置の構成を示す構成図、図２は図１に示した定着装置の温度制御を説明する図である。

図１に示すように、定着装置は、第１の発熱体としての発熱ローラ１００と、発熱ローラ１００と平行に対向して配置される定着ローラ２００と、発熱ローラ１００と定着ローラ２００とに移動可能に張架され、発熱ローラ１００から発熱する熱により加熱される無端状態のベルト（以下、「無端ベルト」という。）３００と、定着ローラ２００と平行であって無端ベルト３００を介して定着ローラ２００のみと圧接する第２の発熱体としての加圧ローラ４００と、無端ベルト３００つまり発熱ローラ１００および加圧ローラ４００の温度制御を行う制御部５００とを備えている。

この実施の形態１の定着装置は、画像形成装置たとえば図５に示した印刷装置（カラープリンタ）の定着装置１７として使用されるものである。

さて、発熱ローラ１００は、内部に例えばハロゲンランプなどの熱源（発熱源）１１０が配設されている。

定着ローラ２００は、芯金（金属管）２１０の表面に弾性層２２０が形成されており、この弾性層２２０は、例えば表面が低硬度（ＪＩＳＡ３０度）の弾力性を有する発砲体であるシリコーンゴムで形成されている。

無端ベルト３００は、耐熱性を有する材料例えばポリイミド樹脂で形成されており、このポリイミド樹脂の表面に、離型性を付与するために例えばシリコーンゴムを被覆した構成になっている。

加圧ローラ４００は、芯金（金属管）４１０の表面に被覆層４２０が形成されているとともに、芯金４１０の内側に例えばハロゲンランプなどの熱源（発熱源）４３０が配設されている。芯金２１０の厚みは１．０ｍｍ以下であり、被覆層４２０の厚みは１．０ｍｍ以下である。この被覆層４２０は、例えば硬度ＪＩＳＡ６５度のシリコーンゴムによって形成されている。

なお、加圧ローラ４００の熱源（発熱源）４３０の定格電力は、発熱ローラ１００の熱源（発熱源）１１０の定格電力よりも大きい値に設定されている。また、上述したように加圧ローラ４００の硬度（見掛け硬度）は、定着ローラ２００の硬度（見掛け硬度）よりも高く設定されている。

発熱ローラ１００は、図示しない装置本体の駆動源によって回転駆動され、定着ローラ２００は、無端ベルト３００を介して発熱ローラ１００の回転に伴って回転する。加圧ローラ４００は、無端ベルト３００を介して定着ローラ２００の回転に伴って回転する。ちなみに、無端ベルト３００は図１中矢印Ａの方向に移動（回転）する。

無端ベルト３００の発熱ローラ１００との接触部を通過した部分には、無端ベルト３００の裏面近傍に（あるいは無端ベルト３００の裏面に接触するように）サーミスタなどの温度センサ３１０が設けられている。

また、加圧ローラ４００における無端ベルト３００を介して定着ローラ２００と接する部分（ニップ部）であって、例えば記録媒体６００が進入する側の近傍に、サーミスタなどの温度センサ４４０が設けられている。

制御部５００は、無端ベルト３００の裏面近傍に配設された温度センサ３１０によって検出された温度検出結果に基づいて、発熱ローラ１００に設けられている熱源１１０を温度制御することにより無端ベルト３００の表面（裏面）の温度を制御する。

また、制御部５００は、加圧ローラ４００のニップ部近傍に配設された温度センサ４４０によって検出された温度検出結果に基づいて、加圧ローラ４００に設けられている熱源４３０を温度制御することにより加圧ローラ４００の表面の温度を制御する。

このような定着装置においては、記録媒体６００は、未定着のトナー（トナー画像）６１０が転写されている面（一方の面）が無端ベルト３００を介して定着ローラ２００の弾性層２２０と接し、他方の面が加圧ローラ４００の被覆層４２０と接するように、無端ベルト３００を介して定着ローラ２００と加圧ローラ４００とが接する部分（ニップ部）に向けて搬送（図１中矢印Ｂの方向に搬送）されるようになっている。

制御部５００は、本定着装置のウォーミングアップのときは、加圧ローラ４００の表面の温度が無端ベルト３００の表面の温度よりも高い温度値になるように、発熱ローラ１００の熱源１１０および加圧ローラ４００の熱源４３０それぞれを制御する。このようにして温度制御される無端ベルト３００の表面および加圧ローラ４００の表面の温度と時間との関係（温度特性）を図２に示す。

図２において、縦軸上の温度Ｔ１は加圧ローラ４００の表面の設定温度を示し、温度Ｔ２はウォーミングアップ時間短縮時の無端ベルト３００の表面の設定温度を示し、温度Ｔ３は無端ベルト３００の表面の設定温度を示し、温度Ｔ４はウォーミングアップ時間短縮時の加圧ローラ４００の表面の設定温度を示している。これらの設定温度は、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４の関係が成立するように設定される。また、Ｔ１００は無端ベルト３００の表面の温度（以下、「無端ベルト３００の表面温度」という。）を示し、Ｔ２００は加圧ローラ４００の表面の温度（以下、「加圧ローラ４００の表面温度」という。）を示している。

制御部５００は、図２に示すように、発熱ローラ１００の熱源１１０および加圧ローラ４００の熱源４３０に対し通電が開始された時点（電源投入された時点）ｔ０から所定の時間が経過した時点ｔ１の期間で、無端ベルト３００の表面温度Ｔ１００が設定温度Ｔ２に達し、また、加圧ローラ４００の表面温度Ｔ２００が設定温度Ｔ４（＞Ｔ２）に達するように、各熱源を温度制御する。

加圧ローラ４００の表面は、無端ベルト３００の表面よりも先行して加熱されるので、無端ベルト３００の表面温度Ｔ１００が設定温度Ｔ３に達していない場合であっても、上記ニップ部は、時点ｔ１では、無端ベルト３００の表面温度Ｔ１００の熱と、加圧ローラ４００の表面温度Ｔ２００の熱とによって、記録媒体６００に転写されている未定着のトナー６１０を溶融し定着させるのに適した温度に加熱される。

すなわち、この実施の形態１では、時点ｔ０から時点ｔ１までの時間がウォーミングアップ時間ということになる。ちなみに、加圧ローラ４００に熱源４３０を設けない場合、つまり、発熱ローラ１００のみに熱源１１０を設けるようにした場合（従来の定着装置の場合）は、時点ｔ０から時点ｔ２までの時間がウォーミングアップ時間である。

そして、ウォーミングアップ時間に達した時点ｔ１以降において、未定着のトナー（トナー画像）６１０が転写されている記録媒体６００が、上記ニップ部に到達するように搬送され、該ニップ部を通過することにより、未定着のトナー６１０が溶融され記録媒体６００に定着される。

なお、上記実施の形態１では、第１の発熱体としての発熱ローラ１００は、内部に熱源（ハロゲンランプ）１１０を配設するようにしたが、本発明はこれに限定されることなく、次のようにしてもよい。

この場合の定着装置は、図１に示す定着装置の構成において、熱源１１０を削除し、発熱ローラ１００の外側に励磁コイル（電磁誘導体）を配設した構成とする。そして、その励磁コイルによって発熱ローラ１００の一部を励磁することにより、発熱ローラ１００を加熱するようにする。

以上説明したように、本実施の形態１によれば、上記ニップ部は、発熱ローラ１００により加熱される無端ベルト３００による熱と加圧ローラ４００の熱源４３０による熱とによって、迅速に、トナーを溶融し定着させるのに適した温度に加熱されるので、ウォーミングアップ時間の短縮化を図ることができる。

また、無端ベルト３００の表面は、発熱ローラ１００により加熱される熱に加えて、加圧ローラ４００の熱源４３０による熱によって加熱されることになり、これにより、上記ニップ部は、発熱ローラ１００により加熱される無端ベルト３００による熱と加圧ローラ４００の熱源４３０による熱とによって、迅速にトナーを溶融し定着させるのに適した温度に加熱されるので、弾性層を有する定着ローラの場合であっても、ウォーミングアップ時間の短縮化を図ることができる。

さらに、加圧ローラ４００の表面は、無端ベルト３００の表面よりも先行して加熱されるので、無端ベルト３００の表面の温度がトナーを溶融し定着させるのに適した温度に達していない場合であっても、上記ニップ部は、発熱ローラ１００により加熱される無端ベルト３００による熱と加圧ローラ４００の熱源４３０による熱とによって、迅速にトナーを溶融し定着させるのに適した温度に加熱されることになるので、ウォーミングアップ時間の短縮化を図ることができる。

さらに、ウォーミングアップ時間を短縮することができるので、経時変化による定着装置の状態の変化を抑制することができることとなり、そのため、定着器（定着装置）の状態変化による用紙光沢の変化や透過率の変化が抑制され、用紙（記録媒体）の定着性の安定化を図ることができる。

（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２における定着装置の温度制御を説明する図である。

この実施の形態２の定着装置は、図１に示した実施の形態１の定着装置の場合と同様の構成になっているので、ここではその説明は省略する。図３は、図２に示した温度と時間との関係を示した特性（温度特性）と同一の内容の特性を示したものである。

次に、実施の形態２の定着装置の定着処理について、図１および図３を参照して説明する。

制御部５００は、図３に示すように、時点ｔ０から、加圧ローラ４００の表面温度Ｔ２００が設定温度Ｔ４に達する（超える）時点ｔ１までの時間Ａにおいては、加圧ローラ４００の表面温度Ｔ２００が、無端ベルト３００の表面温度Ｔ１００の上昇とともに上昇するように、加圧ローラ４００の熱源４３０を温度制御する。

また、制御部５００は、上記加圧ローラ４００の表面温度Ｔ２００が設定温度Ｔ４に達した時点ｔ１から、上記無端ベルト３００の表面温度Ｔ１００が設定温度Ｔ３に達する時点ｔ２までの時間Ｂにおいては、上記加圧ローラ４００の表面温度Ｔ２００が、上記無端ベルト３００の表面温度Ｔ１００の上昇とともに所定の割合で加圧ローラ４００の設定温度Ｔ１まで低下するように、加圧ローラ４００の熱源４３０を温度制御する。

さらに、制御部５００は、上記無端ベルト３００の表面温度Ｔ１００が設定温度Ｔ３に達した時点ｔ２以降は、上記加圧ローラ４００の表面温度Ｔ２００が設定温度Ｔ１に維持されるように、加圧ローラ４００の熱源４３０を温度制御する。

上述したように、この実施の形態２では、無端ベルト３００の表面温度Ｔ１００の温度上昇に応じて、加圧ローラ４００の熱源４３０に対する温度制御に関し、設定温度Ｔ４または設定温度Ｔ１が適用される。

また、無端ベルト３００の表面温度Ｔ１００が設定温度Ｔ２を超えて上昇していった場合（時点ｔ１以降）には、加圧ローラ４００の表面温度Ｔ２００は、設定温度Ｔ１に達するように除々に低下するように温度制御される。

さらに、加圧ローラ４００の表面温度は、常時、無端ベルト３００の表面温度よりも高く設定されるのではなく、ウォーミングアップ時や厚紙印刷などの場合に、安定した定着温度に達するように、一時的に無端ベルト３００の表面温度よりも高くなるように設定される。

以上説明したように、実施の形態２によれば、加圧ローラ４００の表面温度Ｔ２００は、固定ではなく、複数の設定温度Ｔ１、Ｔ４のうち所定の設定温度に達するように温度制御され、しかも、無端ベルト３００の表面温度Ｔ１００が設定温度（所定の温度値）Ｔ２を超えて上昇していった場合には、加圧ローラ４００の表面温度Ｔ２００は、設定温度Ｔ４から当該設定温度Ｔ４よりも低い設定温度Ｔ１に達するように、徐々に低下するよう温度制御される。

これにより、上記ニップ部は、発熱ローラ１００により加熱される無端ベルト３００による熱と加圧ローラ４００の熱源４３０による熱とによって、迅速にトナーを溶融し定着させるのに適した温度に加熱されるので、ウォーミングアップ時間の短縮化を図ることができ、しかもウォーミングアップ時間の短縮に伴い用紙の光沢の変化や透過率の変化が抑制され、用紙（記録媒体）の定着性の安定化を図ることができる。

また、無端ベルト３００の表面温度Ｔ１００が設定温度Ｔ２を超えて上昇していった場合には、加圧ローラ４００の表面温度Ｔ２００が所定の割合で、設定温度Ｔ１まで低下するので、上記ニップ部は、発熱ローラ１００により加熱される無端ベルト３００による熱に加えて、加圧ローラ４００の熱源４３０による熱を利用して、未定着のトナーを溶融しつつ、熱の供給過剰つまりトナーの過剰溶融（ホットオフセット）を防止して、印刷媒体へのトナーの定着を行うことができ、安定した画質を維持することができる。

（実施の形態３）
図４は本発明の実施の形態３における定着装置の温度制御を説明する図である。

この実施の形態３の定着装置は、図１に示した実施の形態１の定着装置の場合と同様の構成になっているので、ここではその説明は省略する。

次に、実施の形態３の定着装置の定着処理について、図１および図４を参照して説明する。

この実施の形態３の定着装置では、上述した実施の形態２の場合と同様に、制御部５００は、図４に示すように、時点ｔ０から、加圧ローラ４００の設定温度（所定の温度）Ｔ１を超えた任意の温度（たとえば図３に示した加圧ローラ４００の設定温度Ｔ４に相当する温度）に達する時点ｔ１までの時間においては、加圧ローラ４００の表面温度Ｔ２１０が、無端ベルト３００の表面温度Ｔ１１０の上昇とともに上昇するように、加圧ローラ４００の熱源４３０を温度制御する。

また、制御部５００は、上記時点ｔ１から、上記無端ベルト３００の表面温度Ｔ１１０が設定温度Ｔ３に達する時点ｔ２までの時間においては、上記加圧ローラ４００の表面温度Ｔ２１０が、上記無端ベルト３００の表面温度Ｔ１１０の上昇とともに所定の割合で上記設定温度Ｔ１まで低下するように、加圧ローラ４００の熱源４３０を温度制御する。

このように温度制御される定着装置においては、時点ｔ０から時点ｔ１までの時間はウォーミングアップ時間なので定着処理は行われず、時点ｔ１に達したときに、無端ベルト３００を介して定着ローラ２００と加圧ローラ４００とが接する部分（ニップ部）に、未定着のトナー（トナー画像）６１０が転写されている記録媒体６００が到達するようにすることが可能となる。

そして、制御部５００は、加圧ローラ４００の表面温度Ｔ２１０が加圧ローラ４００の設定温度（所定の温度）Ｔ１を超えている場合（時点ｔ１から時点ｔ２の期間の場合）に、両面印刷を行うときは、第１面目に対する印刷および定着が終了した印刷媒体の第２面目に対する定着処理に関し、加圧ローラ４００の表面温度Ｔ２１０が設定温度Ｔ１に低下するまでの間、上記ニップ部へ向けての印刷媒体の搬送動作を停止させる。これは、印刷媒体を搬送する搬送系の図示しない駆動手段に対し、印刷媒体の搬送動作を停止させる命令を与えることで実現できる。

また、制御部５００は、加圧ローラ４００の表面温度Ｔ２１０を設定温度（所定の温度）Ｔ１まで低下させるために、加圧ローラ４００を、無端ベルト３００を介して圧接されている定着ローラ２００との圧接状態を開放させた後、この加圧ローラ４００を空転させるよう、図示しない駆動手段を制御する。

そして、加圧ローラ４００の表面温度Ｔ２１０が設定温度（所定の温度）Ｔ１に達した時点ｔ２以降において、第２面目に未定着のトナーが転写されている記録媒体６００が上記ニップ部に到達し、当該ニップ部を通過することにより、前記トナーは溶融して記録媒体６００に定着されることになる。

以上説明したように、実施の形態３によれば、記録媒体６００の第１面目に対する定着処理のときには、無端ベルト３００の表面温度Ｔ１１０がトナーを溶融し定着するのに適した温度（設定温度Ｔ３）に達していない場合であっても、上記ニップ部は、発熱ローラ１００により加熱される無端ベルト３００による熱と加圧ローラ４００の熱源４３０による熱とによって、迅速にトナーを溶融し定着させるのに適した温度に加熱されるので、ウォーミングアップ時間の短縮化を図ることができ、しかもウォーミングアップ時間の短縮に伴い用紙の光沢の変化や透過率の変化が抑制され、用紙（記録媒体）の定着性の安定化を図ることができる。

一方、加圧ローラ４００の表面温度Ｔ２１０が加圧ローラ４００の設定温度（所定の温度）Ｔ１を超えている場合に、記録媒体６００の第２面目に対する定着処理に関し、加圧ローラ４００の表面温度Ｔ２１０が設定温度Ｔ１に低下するまでの間、上記ニップ部へ向けての印刷媒体の搬送動作を停止されるので、当該ニップ部は、発熱ローラ１００により加熱される無端ベルト３００による熱と加圧ローラ４００の熱源４３０による熱とによって、トナーを溶融し定着させるのに適した温度に加熱されるので、熱の供給過剰つまりトナーの溶融過剰（ホットオフセット）を防止し、安定した画質を維持することができる。

本発明は、第１の発熱体としての発熱ローラと、これに対向する定着ローラと、発熱ローラと定着ローラとに張架されるベルトと、第２の発熱体としての加圧ローラと、を有し、未定着のトナーが転写されている記録媒体を、ベルトを介して定着ローラと加圧ローラとが接する部分に通過させることにより、当該トナーを、発熱ローラにより加熱されるベルトによる熱に加えて加圧ローラからの熱と圧力とにより溶融して記録媒体に定着させることで、ウォーミングアップ時間の短縮化を図るとともに、定着装置の状態変化による用紙光沢の変化や透過率などの用紙の定着性の安定化を図ることができる定着装置であり、プリンタ、複写機、ファクシミリなど電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置に広く適用することができる。

本発明の実施の形態１における定着装置の構成を示す構成図 図１に示した定着装置の温度制御を説明する図 本発明の実施の形態２における定着装置の温度制御を説明する図 本発明の実施の形態３における定着装置の温度制御を説明する図 従来の画像形成装置の概略構成を示す構成図 従来の定着装置（ローラ方式）の概略構成を示す構成図 従来の定着装置（ベルト方式）の概略構成を示す構成図 従来の定着装置（ベルト方式）の他の例を示す構成図

符号の説明

１１ 帯電装置
１２ 露光装置
１３ 現像装置
１４−１ １次転写ローラ
１４−２ ２次転写ローラ
１５−１ ＯＰＣクリーニング装置
１５−２ 中間転写ベルトクリーニング装置
１６ 除電装置
１７ 定着装置
１００ 発熱ローラ
１１０ 熱源
２００ 定着ローラ
２１０ 芯金（金属管）
２２０ 弾性層
３００ 無端ベルト
３１０ 温度センサ
４００ 加圧ローラ
４１０ 芯金（金属管）
４２０ 被覆層
４３０ 熱源
４４０ 温度センサ
５００ 制御部
Ｔ１ 加圧ローラの設定温度
Ｔ２ ウォーミングアップ時間短縮時の無端ベルトの設定温度
Ｔ３ 無端ベルトの設定温度
Ｔ４ ウォーミングアップ時間短縮時の加圧ローラの設定温度
Ｔ１００，Ｔ１１０ 無端ベルトの表面温度
Ｔ２００，Ｔ２１０ 加圧ローラの表面温度

Claims (9)

1. 第１の発熱体としての発熱ローラと、
   前記発熱ローラと平行に対向して配置される定着ローラと、
   前記発熱ローラと前記定着ローラとに移動可能に張架され、前記発熱ローラから発熱する熱により加熱される無端状態のベルトと、
   前記定着ローラと平行であって前記ベルトを介して前記定着ローラのみと圧接する第２の発熱体としての加圧ローラと、を有し、
   未定着のトナー画像が転写されている記録媒体を、前記ベルトを介して前記定着ローラと前記加圧ローラとが接する部分に通過させることにより、当該トナー画像を前記記録媒体に定着させることを特徴とする定着装置。
2. 前記定着ローラは、前記ベルトを介して前記記録媒体の一方の面と接する弾性層が形成され、前記加圧ローラは、前記記録媒体の他方の面と接する被覆層が形成されていることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記加圧ローラの温度は、前記ベルトの温度よりも高い温度値に設定されることを特徴とする請求項１または２記載の定着装置。
4. 前記加圧ローラの硬度は、前記定着ローラの硬度よりも高く設定されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の定着装置。
5. 前記加圧ローラの温度は、前記ベルトの温度の上昇に応じて、温度値が異なる複数の設定温度のうち所定の設定温度に達するように設定されることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の定着装置。
6. 前記加圧ローラの温度は、安定した定着温度に達するように、所定の期間のみ前記ベルトの温度よりも高く設定されることを特徴とする請求項５記載の定着装置。
7. 前記加圧ローラの温度が前記所定の温度を超えている場合に、両面印刷を行うときは、第１面目に対する印刷および定着が終了した印刷媒体の第２面目に対する定着処理に関し、前記加圧ローラの温度が前記所定の温度に低下するまでの間、前記ベルトを介して前記定着ローラと前記加圧ローラとが接する部分へ向けての前記印刷媒体の搬送動作を停止させることを特徴とする請求項５または６記載の定着装置。
8. 前記加圧ローラの温度を前記所定の温度まで低下させるために、当該加圧ローラを前記定着ローラとの圧接状態を開放し、当該加圧ローラを空転させることを特徴とする請求項７記載の定着装置。
9. 前記加圧ローラの発熱源の定格電力は、前記発熱ローラの発熱源の定格電力よりも大きい値に設定されていることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の定着装置。

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