JP2006308932A - 画像加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ベルト定着方式の定着装置を搭載したの画像形成装置において、待機中のベルト及び懸架部材の温度低下を防止する。
【解決手段】画像形成手段部で記録材Ｐ上に未定着トナー像ｔを形成させ、定着装置Ｆで定着させて画像形成物を出力する画像形成装置において、定着装置Ｆは、懸架部材３・４に掛け渡たされて回転し、記録材と接触して記録材上の未定着トナー像を加熱するエンドレスベルト５と、エンドレスベルトを加熱する第１のヒータ６と、エンドレスベルトの内側で、且つ懸架部材３・４の外側に配設されて、輻射熱を放射する第２のヒータ７を有し、画像形成装置の画像形成動作中と待機時とで第１と第２のヒータを切り替え、画像形成動作中は第１のヒータ６を用いて定着装置を加熱し、待機時は第２のヒータ７を用いて定着装置を加熱する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子写真複写機・プリンタ等の画像形成装置に搭載される定着装置として用いれば好適な画像加熱装置に関する。特に、ベルト方式の画像加熱装置に関する。

特許文献１のように、２本以上のローラ軸にエンドレス（無端）の定着ベルトを掛け渡し、該定着ベルトを誘導加熱で加熱し、該定着ベルトにより記録材上の未定着トナー像を加熱定着するベルト方式の定着装置（ベルト定着装置）が提案されている。

一般にこの種のベルト定着装置に用いられるベルトは、基層の厚みを１００ミクロン前後と非常に薄く設定できるため、ベルトの熱容量を非常に小さく出来る。尚、従来の一般的なローラ対で定着する所謂ローラ定着装置に用いるローラは、ローラ自身で撓み等に対する強度を保証する必要があるため、基材（芯金）の厚みを０．５〜２０ｍｍ以上に設定することが一般的である。

このようにベルト定着装置は、熱容量の小さいベルトを加熱すればよいため、定着装置が室温に冷やされた所謂朝一状態から画像形成可能温度まで定着装置を立ち上げる立上げ時間が従来の所謂ローラ定着に比べ短時間で行う事が出来るのは周知の通りである。

この種のベルト定着装置の朝一の立上げ動作について説明する。ヒータに電力投入とともに、ベルト全体を加熱するために、ベルトを回転する。数十秒の加熱時間でベルトが定着可能な所定の温度に達したことをトリガーに、未定着トナー像を載せた記録材を定着ニップ部に導入して挟持搬送させる。この定着ニップ部におけるベルトの熱とニップ部圧による加熱加圧でトナー像を溶融定着し、定着画像を得る。

しかしながら、このようなベルト定着装置では、熱容量の少ないベルトの一部を集中的に加熱する。そのため、画像形成が終了し、次の画像形成を開始するまでの所謂待機時（スタンバイ時）は、ベルトの駆動を停止すると、加熱部近傍以外のベルト並びにベルト支持軸が、熱源からの熱の供給が非常に受けづらくなる。そのため、急激に温度が低下する。待機モード開始から数十分程経過すれば、ベルトの非加熱部及び支持軸の温度はその雰囲気温度の近傍まで低下する。

このようにベルト及び、懸架部材が温度降下しているときに印字信号が入力されると、温度の低下したベルト支持軸がベルトの熱を奪う。そのため、ベルト温度をトナーを溶融定着可能な定着温度まで昇温するのに数十秒程度の復帰時間を要する。無論、加熱領域に入って無かった低温部のベルトの昇温にも、時間を要する。

したがって、印字信号が入力されても、ベルトが走行し始めてから或る期間は、ベルトが定着可能な温度の定常状態に回復するまでベルトを加熱空回転し、待機させる必要がある。このため、装置の使用を中断して待機モードにあるときにこれを解除してプリントするときには、最初の記録材を供給した後にベルトの表面温度の定常回復までの時間が費やされることになる。そのため、最初の１枚の記録材のプリントアウトまでの時間が大幅に遅れてしまう。

このように、従来のベルト定着装置では、ベルトが走行していない待機中の時間帯が長くなればなるほど、再起動時のベルトの表面温度の降下が激しい。これを回復させるまでに前回転時間を大きくとるか、さもなくば、ベルト温度がトナーの溶融定着可能な定着下限温度以下に割り込む前に画像形成を一時中断する等の手法で生産性を低下せざるを得ない、という問題がある。

この課題を解決するため、特許文献２の様に、待機時も定着ベルトの空回転を行うことでこれを解決する手法が提案されている。
特開平１−１４４０８４号公報 特開平１０−３１２１３２号公報

しかしながら、待機中の空回転は、空回転時の駆動音が騒音となってユーザーに不快感を与える場合が多く、待機中の空回転をせずに待機時のベルト及びベルト支持軸を効率的に保温する技術が望まれている。

尚、特許文献２には、ベルトの支持軸を保温するために、各軸内にヒータを内包する構成が提案されている。しかし、次のようなデメリットが有る。。

１）前述の通り待機時にベルトを非回転に保つと、軸に非接触な部位のベルトの温度が待機中に低下してしまう。

２）軸の数だけヒータ及び制御装置を用意する必要がありコストが非常に高くなる。

３）各軸の内径をヒータを内包できるだけ大きく確保せざるを得ず、且つニップ圧に対する強度を確保するための肉厚を確保することを考慮すると装置が大型化せざるを得ない。

本発明の目的は、待機中の空回転をせずにベルト及びベルト支持軸を効率的に保温することで、待機時騒音を発生せずに、待機からの画像形成可能な温度までベルト温度を均一に短時間で上昇させ、プリント操作の効率低下を防止する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係る画像加熱装置の代表的な構成は、記録材上の画像を加熱するためのエンドレスベルトと、このベルトを懸架する互いに対向配置された第１の懸架部材及び第２の懸架部材と、を有する画像加熱装置において、ベルトの回転が停止された待機時において第１の懸架部材と第２の懸架部材に向けて熱を輻射する指向性ヒータを有することを特徴とする。

上記本発明の構成によれば、ベルトの回転が停止された待機中にエンドレスベルトや懸架部材を加熱し、待機時に空回転をせずに次回画像形成時のベルトの温度低下を防止することが出来る。

（１）画像形成装置例
図１は、本発明に従う画像加熱装置を定着装置として搭載した画像形成装置の一例の構成模式図である。この画像形成装置は電子写真方式を用いたレーザプリンタである。

５１は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）であり、矢印の時計方向に所定の速度で回転駆動される。５２は帯電手段としての接触帯電ローラであり、回転する感光ドラム５１の外周面を所定の極性・電位に一様に帯電処理する。５３はレーザスキャナであり、外部ホスト装置（パソコン、イメージリーダ等）１００から画像形成装置側の制御回路部５４に入力する画像信号（時系列電気デジタル画素信号）に対応して変調したレーザー光を出力する。そのレーザー光により、回転する感光ドラム５１の一様帯電処理面を走査露光Ｌする。これにより感光ドラム面に走査露光パターンに対応した静電潜像が形成される。５５は現像装置であり、感光ドラム面の静電潜像をトナー像として反転現像または正規現像する。５６は転写手段としての転写ローラであり、感光ドラムに対して所定の押圧力で接触して転写ニップ部Ｔを形成している。５８は給紙カセットであり、シート状の記録材Ｐを積載収納してある。所定の制御タイミングにて給紙ローラ５９が駆動される。これにより、給紙カセット５８内の記録材Ｐが一枚分離給紙されて、レジストローラ６０に送られる。レジストローラ６０は記録材Ｐの斜行修正をするとともに、所定の制御タイミングで記録材Ｐを転写ニップ部Ｔに給送する。転写ニップ部Ｔに給送された記録材Ｐは転写ニップ部を挟持搬送されていく。転写ローラ５６には記録材Ｐの先端部が転写ニップ部Ｔに進入してから記録材後端部が転写ニップ部を抜け出るまでの間所定の転写バイアスが印加される。これにより、転写ニップ部Ｔで挟持搬送されていく記録材Ｐの面に感光ドラム５１面側のトナー像が順次に静電転写される。転写ニップ部Ｔを出た記録材Ｐは感光ドラム５１面から分離されて定着装置Ｆに導入される。記録材分離後の感光ドラム面はクリーニング装置５７により転写残トナー等の残留物の除去を受けて清浄面化され、繰り返して作像に供される。定着装置Ｆは導入された記録材Ｐ上の未定着トナー像を永久固着画像として加熱加圧定着する。定着装置Ｆを出た記録材Ｐは排出ローラ６１で排紙トレイ６２へ排出される。

図２は上記画像形成装置の動作行程図である。

ａ）前多回転動作
画像形成装置のメイン電源スイッチが投入されたときに実行させる装置始動動作である。メインモータを起動させて感光ドラム５１を回転駆動させ、所定のプロセス機器について所定の始動動作を実行させる。

ｂ）待機（待機）
所定の前多回転動作が終了したら、メインモータを停止させて、外部ホスト装置１００から制御回路部５４への印字信号（プリント開始信号）の入力待ちをしている状態時である。

ｃ）前回転動作
外部ホスト装置１００から制御回路部５４へ印字信号が入力されたときに実行させる画像形成前動作である。メインモータを駆動させて感光ドラム５１を回転駆動させ、所定のプロセス機器について所定の画像形成前動作を実行させる。この前回転動作は前多回転動作中に印字信号が入力したときには前多回転動作に引き続いて実行される。

ｄ）画像形成動作
外部ホスト装置１００から制御回路部５４へ入力した画像信号に対応する画像を記録材Ｐに形成する作像動作である。所定の前回転動作の終了に引き続いて実行される。連続画像形成（連続プリント）モードの場合は１枚の記録材に対する画像形成動作が所定の設定画像形成枚数分繰り返して実行される。

ｅ）紙間
連続画像形成モードにおいて一の記録材Ｐの後端部が転写ニップ部Ｔを通過した後、次の記録材Ｐの先端部が転写ニップ部Ｔに到達するまでの間の、転写ニップ部Ｔにおける記録材Ｐの非通紙状態時である。

ｆ）後回転動作
設定された１枚または複数枚の記録材Ｐに対する画像形成動作の終了後に実行させる後動作である。画像形成動作の終了後もメインモータの駆動を所定の時間継続させ、所定のプロセス機器に所定の終了動作を実行させる。

ｇ）待機
所定の後回転動作が終了したら、メインモータを停止させて、外部ホスト装置１００から制御回路部５４への次の印字信号の入力待ちをしている状態時である。次の印字信号が入力すると、再び上記の前回転動作、画像形成動作、後回転動作の動作サイクルが実行される。

メインモータは、感光ドラム、給紙機構部、現像装置、転写装置、定着装置、排紙機構部などを駆動する。

（２）定着装置Ｆ
図３は本実施例１における定着装置Ｆの要部の拡大横断側面図と制御系のブロック図である。この定着装置Ｆは電磁誘導加熱方式・ベルト加熱方式の定着装置である。以下の説明において、定着装置またはこれを構成している部材の長手方向とは記録材搬送路面内において記録材搬送方向に直交する方向に並行な方向である。また、幅または幅方向（短手方向）とは記録材搬送方向の寸法または記録材搬送方向に並行な方向である。上流側と下流側とは記録材搬送方向に関して上流側と下流側である。

１は定着ベルトユニット、２は加圧ベルトユニットである。この両ユニット１・２を上下に配設して圧接させることで定着ニップ部Ｎを形成させている。

定着ベルトユニット１において、３と４はエンドレスベルトを懸架する互いに間隔をあけてほぼ並行に対向配置された第一の懸架部材と第二の懸架部材としての、上流側と下流側の２本の軸（ローラ）である。５はこの両軸３・４間に掛け渡したエンドレス（無端）の定着ベルト（加熱回転体）であり、所定の張力が付与されている。６は定着ベルト５を加熱する加熱手段としての第１のヒータである。本実施例においては、この第１のヒータ６は定着ベルト５を電磁誘導加熱するコイル・アセンブリである。このコイル・アセンブリ６は加圧ベルトユニット２側とは反対側の定着ベルト外側において、上流側軸３と下流側軸４にまたがらせて配設してある。７は第２のヒータとしてのカーボンヒータである。このカーボンヒータ７は定着ベルト５の内側において、上流側軸３と下流側軸４との間に配設してある。

本実施例において、上流側軸３と下流側軸４には、ベルト駆動力を向上する目的で、厚さ０．３ｍｍ程度のＳｉゴム層（シリコーンゴム層）で外周面を被覆した、φ２０ｍｍステンレスの中実芯金ローラを用いた。

定着ベルト５は、基層（基材）として磁性材料（例えば、ニッケル、鉄、コバルト、あるいはそれらの複合材料等）を用い、その表面には、耐熱離型性層又は耐熱ゴム層が形成されている。ここで、磁性材料とは、本明細書中においては比透磁率が略１００以上のものを指す。比透磁率の大きい磁性材料であると、誘導コイルにより発生する磁束を吸収して磁束密度が高くなり、効率のよい加熱を行うことができる。なお、定着ベルト５は、ニッケルあるいはニッケル・鉄合金を基材とした電気鋳造のベルトとするのが好ましい。ベルト面は画像に影響を与えやすいため無端のエンドレス状とするのが望ましく、ニッケルやニッケル・鉄合金であれば電気鋳造により磁性材料を基材とした加熱効率の良いエンドレスベルトを製造することが容易となり製造コストも低くできる。本実施例においては、厚さ約１００μｍのＮｉ基層（ニッケル基層）の上に、厚さ約３００μのＳｉゴム弾性層（シリコーンゴム層）、厚さ約３０μｍのフッ素樹脂離型層が形成されたφ４０ｍｍのエンドレスベルトを用いた。離型層側がベルト外面である。ベルト内面には、赤外光を高効率に吸収する赤外吸収層を設けることが好ましい。本実施例ではオキツモを内面に塗布した。定着ベルト５の熱容量は第一と第二の懸架部材である上流側と下流側の軸３・４よりも小さい。

第１のヒータとしてのコイル・アセンブリ６は、加圧ベルトユニット２側とは反対側の定着ベルト外側において、定着ベルト５の外面に対し、一定の距離だけ離間するように配置され、図示しない機械本体側あるいは定着装置の構造体に固定される。このコイル・アセンブリ６は、磁性体コア８と誘導コイル９とを備えている。磁性体コア８は、例えばフェライトコアや積層コアから形成されている。誘導コイル９は、例えば表面に融着層と絶縁層とを持つ銅線が複数回巻かれて構成されている。より具体的には、コイル・アセンブリ６は、誘導コイル９の電線として例えばリッツ線を用いている。これを横長・扁平のシート状渦巻きコイルに巻回してなる誘導コイル９と、この誘導コイル９を覆わせた磁性体コア８と、を電気絶縁性の樹脂によって一体にモールドした横長・薄板状の部材である。

第２のヒータとしてのカーボンヒータ７は、定着ベルト５の内側において、上流側軸３と下流側軸４との間に、定着ベルト５の長手方向に伸びるよう配置されている。カーボンヒータ７は発熱体がカーボン材よりなる。例えば石英ガラスよりなる直管状の封体７１内に、その管軸に沿って伸びる細長い帯板状の発熱体７２が配設されている。そしてその発熱体７２の両端部が封体７１の両端部のそれぞれに設けられた給電部（図示せず）により保持されて給電構造が形成されていると共に、気密に封止されている。封体７１内には、例えばアルゴンガスが封入されている。このカーボンヒータ７の放射強度特性は、例えば図４において曲線Ａで示すように、同等の消費電力のハロゲンヒータの放射強度特性（曲線Ｂ）に比して、より長い波長域に放射強度のピークを有する放射強度特性を有している。すなわち、カーボンヒータ７からは、波形全体が長い波長域の方向に遷移していることから理解されるように、発熱作用の大きい長波長域の熱線が高い放射強度で放射される。本実施例の定着装置Ｆにおけるカーボンヒータ７は、その発熱体７２が例えば２つの平坦な熱放射面７２Ａ、７２Ｂを有する平板状のものとされている。図５に示すように、発熱体７２の熱放射面７２Ａ、７２Ｂの幅方向中心の正面方向、すなわち幅方向中心における垂直方向（図５において上下方向）に高い発熱強度（輻射熱照射指向性）を有する。７３は等発熱強度線である。そして、このカーボンヒータ７を定着ベルト５の内側において、上流側軸３と下流側軸４との間に、発熱体７２の一方の熱放射面７２Ａの正面が上流側軸３に対向し、他方の熱放射面７２Ｂの正面が下流側軸４に対向するように配置されている。つまり、この指向性ヒータ７は上流側軸３と下流側軸４とに対面する位置にそれぞれ熱輻射面が設けられている。このため、カーボンヒータ７から発せられる赤外線は、上記のような輻射熱照射指向性により、定着ベルト５より、ベルト支持軸である上流側軸３と下流側軸４に圧倒的に多く照射される構成になっている。

加圧ベルトユニット２において、１０と１１は間隔をあけてほぼ並行に配列した、上流側と下流側の２本の懸架部材としての軸（ローラ）である。１２はこの両軸１０・１１間に掛け渡したエンドレスの加圧ベルト（加圧回転体）であり、所定の張力が付与されている。この加圧ベルトユニット２の上流側軸１０と下流側軸１１、および加圧ベルト１２は、前述した定着ベルトユニット１における上流側軸３と下流側軸４、および定着ベルト５と同等のものを用いた。そして加圧ベルトユニット２を不図示の加圧手段により定着ベルトユニット１に対して押上げ付勢している。これにより、上流側軸１０と下流側軸１１をそれぞれ定着ベルトユニット１側の上流側軸３と下流側軸４に対して定着ベルト５と加圧ベルト１２を挟ませて所定の押圧力で圧接させてある。この圧接により、定着ベルトユニット１側の定着ベルト５の下向きベルト部分と加圧ベルトユニット２側の加圧ベルト１２の上向きベルト部分とが当接して幅の広い定着ニップ（Ｎｉｐ）部Ｎが形成される。

定着ベルトユニット１側の定着ベルト５は上流側軸３に不図示の駆動機構より駆動力が伝達されて矢印の時計回りに回転駆動されることで、上流側軸３と下流側軸４との間を矢印の時計回りに回転して走行する。また、加圧ベルトユニット２側の加圧ベルト１２は上流側軸１０に不図示の駆動機構より駆動力が伝達されて矢印の反時計回りに回転駆動されることで上流側軸１０と下流側軸１１との間を矢印の反時計回りに回転して走行する。定着ベルト５と加圧ベルト１２は周速が一致するように駆動される。

定着ベルト５と加圧ベルト１２が回転駆動され、第１のヒータとしてのコイル・アセンブリ６の誘導コイル９に励磁回路６３より高周波電流がながされる。コイル・アセンブリ６に対する通電により定着ベルト５に供給される磁束が発生する。この磁束は、コイル・アセンブリ６と定着ベルト５との対向領域部において、定着ベルト５の磁性材料である基層に吸収され、基層に渦状の誘導電流が発生し、該基層がその固有抵抗により発熱する。すなわち、誘導コイル９に流される高周波電流により定着ベルト５に誘導電流が発生し、定着ベルト５自体が電磁誘導で発熱して加熱昇温していく。この定着ベルト５の温度が温度センサＴＨ１により検出される。温度センサＴＨ１は例えばサーミスタより構成され、定着ベルト５の発熱部の内面に圧接させて設けられている。この温度センサＴＨ１による定着ベルト５の検出温度が制御回路部５４に入力する。制御回路部５４はこの温度センサＴＨ１から入力する定着ベルト５の検出温度が所定の最適温度となるように励磁回路１０１から誘導コイル９への通電を制御する。

トナー像ｔが転写された記録材Ｐは、入口ガイド部材１３に案内されて定着装置Ｆの定着ニップ部Ｎに送り込まれる。そして、記録材Ｐは定着ベルト５と加圧ベルト１２の密着部で挟持されて定着ニップ部Ｎを搬送され、定着ベルト５の熱と定着ニップ部の圧力とによりトナー像ｔの定着が行なわれる。記録材Ｐは定着ニップ部Ｎにおいて定着ベルト５と加圧ベルト１２のテンションとベルトの剛性により加圧される。定着ベルト５と加圧ベルト１２は周速が一致するように回転駆動される。これにより、該両ベルト５・１２間に送られる記録材Ｐの安定した搬送が可能となる。記録材Ｐが定着ニップ部Ｎにおいて定着ベルト５と加圧ベルト１２に密着し、その部分で加熱されるので記録材Ｐへの熱伝達効率が高まる。記録材Ｐはおいて定着ベルト５と加圧ベルト１２が下流側軸４および同１０間で圧接される部分において大きく加えられる圧力と保持されている熱とにより最終的に定着が完了する。定着ニップ部Ｎの出口部から記録材Ｐは定着ベルト５から分離されて出口ガイド部材１４により案内されて排出されていく。

本実施例の上記定着装置Ｆは、記録材Ｐに対向する部分の定着ベルト５が直接発熱する方式であるため熱損失が少ない。しかも熱容量が小さいので発熱部が設定された定着温度に達するまでの時間を短縮できる利点がある。このほか、誘導コイル９を含むコイル・アセンブリ７を、定着ベルト５の外面に対向して配置したので、誘導コイル９の大きさに自由度を持たすことができる。これによりの、定着ベルト５におけるより広い範囲で発熱させることが可能である。また、誘導コイル９の大きさを必要十分に大きくとることで、誘導コイル自身の自己損失（例えばコイルの銅損やコアの鉄損）の低減が図られている。

定着ニップ部Ｎの幅が広いので、記録材Ｐの加熱時間が長なる。そのため、定着温度が低く、熱の散逸も少ない。そこで、定着ニップ部Ｎに記録材Ｐが搬入されると同時あるいは直前に当該定着ベルト５の加熱を開始する制御する構成としてもよい。また、定着ベルト５から記録材が搬出されると同時あるいは直後に当該定着ベルト５の加熱を停止するように制御する構成としてもよい。このようにすれば、必要時以外は加熱しなくとも定着動作が可能となり、消費エネルギーの低減を図ることができる。

本実施例における定着装置Ｆは、画像形成装置の画像形成動作中と待機時とで第１と第２のヒータ６と７の切り替えがなされる。

すなわち、画像形成装置の画像形成時は、上記のように、定着ベルト５・加圧ベルト１２の回転駆動がなされ、第１のヒータ（ベルトを加熱するための加熱手段）であるコイル・アセンブリ６の誘導コイル９に対する給電により定着ベルト５の加熱が行なわれる。第２のヒータであるカーボンヒータ７に対する給電はオフにされている。

画像形成装置の待機時には、定着ベルト５・加圧ベルト１２の回転駆動が停止され、第１のヒータであるコイル・アセンブリ６の誘導コイル９に対する給電がオフにされる。第２のヒータであるカーボンヒータ７に対する給電がなされて、定着ベルト５の回転が停止された待機時の定着装置保温がなされる。すなわち、カーボンヒータ７が発する輻射熱の照射を受けるにより、直接の加熱対象とした定着ベルトユニット１の上流側軸３と下流側軸４、及び定着ベルト５が加熱される。ＴＨ２は上流側ローラ３の温度を検出する温度センサである。この温度センサＴＨ２は例えばサーミスタより構成され、上流側ローラ３に圧接させて設けられている。この温度センサＴＨ２による上流側ローラ３の検出温度が制御回路部５４に入力する。また温度センサＴＨ１による定着ベルト５の検出温度も制御回路部５４に入力する。制御回路部５４は温度センサＴＨ２と温度センサＴＨ１で検知される上流側軸３と定着ベルト５の温度が所定の設定温度域に維持されるように、通電回路部６４からカーボンヒータ７への通電を制御する。すなわちカーボンヒータ７の点灯状態をオン−オフ制御する。

本実施例１、および後述する実施例２や比較例１，２の定着装置構成における、定着性下限温度（定着性が維持できる最低限の温度）は、１５０℃である。定着下限温度より割り込むと定着不良（トナー像の記録材からの剥離）が生じる。そのため制御回路５４は画像形成動作中に、定着ベルト温度が１５０℃を下回った時点で、画像形成を中断し、定着装置を空回転させて定着ベルト５の温度復帰を待つ「ダウンシーケンス」に入る。そのため、待機後の生産性を低下せざるを得ない。

本実施例における定着装置の記録材搬送速度は２００ｍｍ／ｓで、Ａ４サイズの記録材材を毎分５０枚（５０ＣＰＭ）で、画像形成することを目標としている
定着ベルト温度を、耐熱性、及び次回画像形成時の高温オフセットを防止するため、待機中においても定着ベルトの温度を最高部でも、２１０〜２２０℃程度に抑えることが好ましい。このため、本実施例では、待機中の定着ベルト表面温度を２１０℃以下に抑えることを目標とした。

定着ベルトユニット１および加圧ベルトユニット２における、上流側軸、下流側軸、ベルトの熱容量の比率は、大凡１０：１０：１になっており、ベルトの周長の約半分が上流側軸と下流側軸に接している。

画像形成装置の待機時からの画像形成動作は、前述のように制御回路部５４に入力する印字信号に基づいて開始される。制御回路部５４は、その信号入力と略同時に、定着装置Ｆの定着ベルト５・加圧ベルト１２の回転駆動を開始する。同時に、待機時保温用の第２のヒータであるカーボンヒータ７に対する給電はオフにする。また、第１のヒータであるコイル・アセンブリ６の誘導コイル９に対する給電により定着ベルト５の誘導加熱をオンにする。定着ベルト５を誘導加熱する画像形成動作中の最大出力は電源部で９００ＶＡ以下になるように既定している。画像信号入力から１枚目の記録材Ｐが定着装置Ｆの定着ニップ部Ｎに導かれるまでの時間は約５秒間である。

［比較例１］
本比較例１は、第２のヒータであるカーボンヒータを具備させず（図６）、定着装置Ｆの待機時保温をまったくしなかった場合である。３０分の待機状態からの、連続した画像形成を行った際の、最下点温度は１４０℃であり、温度低下が厳しいことが分かる。この結果、定着不良を防止するため、定着ベルト温度が１５０℃を下回った画像形成開始から数十枚で、ダウンシーケンスに入り、待機後の生産性を低下せざるを得ないことが分かる。

一方、本実施例１は、前記のように、第２のヒータであるカーボンヒータ７の発熱体７２を偏平形状とし、偏平形状の一方の熱放射面７２Ａを上流側軸３に向け、他方の熱放射面７２Ｂを下流側軸４に向けた。これにより、定着ベルト５の回転が停止された待機時の定着装置について、上流側軸３と下流側軸４に向けて熱を放射する指向性ヒータ（第２のヒータ）７により上流側軸３と下流側軸４を中心に加熱することが出来る。

この結果、定着ベルト５の温度上限が２１０℃以下になるようにカーボンヒータ７を温調した際も、上下流側軸３・４の温度を１７５℃程度に保つことが出来た。この結果、待機時から引き続きＡ４：１０５ｇ／ｍ^２紙を用いて、連続した画像形成を行った際の、最下点温度は定着性下限温度を上回る１６５℃に維持できた。即ち、ダウンシーケンスに入れる必要が無く、待機後の生産性低下を効果的に防止できたことが分かる。

［比較例２］
本比較例は、実施例１の定着装置構成で、画像形成動作中の定着ベルト５の加熱を第１のヒータであるコイル・アセンブリ６による誘導加熱を用いず、待機中と同じ指向性を持つ９００Ｗの第２のヒータであるカーボンヒータ７を用いた場合である。この比較例２の場合は、定着ベルト５を直接加熱する輻射熱量が少ない。そのため、３０分の待機状態からの、連続した画像形成を行った際の、最下点温度は約１３５℃と最も悪い。そして、画像形成動作中は、実施例１のように定着ベルトを中心に加熱することが非常に効率的な構成であることが確認された。

この様に実施例１の構成は、待機時は、ヒータを第１のヒータ６から第２のヒータ７に切り替えて、第２のヒータとしての、偏平な発熱体７２を用いた指向性のあるカーボンヒータ７の輻射熱を、定着ベルト５と上下流側軸３・４に照射する。これにより、これらを同時に暖め、且つ、熱容量の大きい上下流側軸３・４を中心に加熱できる。したがって、定着ベルト内の各部材を、比較的均一な温度に保持することが可能となる。

この結果、画像形成動作中には、記録材に直接接触し加熱する定着ベルト５を誘導加熱等を用いて集中的に加熱する方式のベルト定着装置に於いても、待機時に、ベルトの回転を停止しても、画像形成再開時の温度低下を効果的に防止できる系を実現することが出来た。

ここで、定着装置Ｆの朝一の立上げ動作について説明する。制御回路部５４は、画像形成装置のメイン電源スイッチ−オンと共に、定着装置Ｆの第１のヒータであるコイル・アセンブリ６の誘導コイル９のみに１３００Ｗの電力投入する。また定着ベルト５を全体を加熱するために、定着ベルト５・加圧ベルト１２を回転駆動させる。この際、本実施例１では、６０秒の加熱時間で定着ベルト５を２００℃の温度に上昇させる。これをトリガーに、未定着トナー像を載せた記録材を定着ニップ部に導入し、定着ベルト５と加圧ベルト１２で形成される定着ニップ部Ｎで挟持する。これにより、加熱加圧によりトナー像を溶融定着し、定着画像を得る。このとき、充分な回転により、定着ベルト５からの伝熱でカーボンヒータ７を用いずとも上下流側軸３・４を加熱できるので、通紙中の温度低下も１６０℃以上に保持できる
ここで、もう一度、本実施例の技術的なポイントをまとめれば、
ａ：画像形成動作中には第１のヒータであるコイル・アセンブリ６による誘導加熱を用いて、記録材Ｐに直接接触し記録材を加熱する定着ベルト５を中心とした加熱を行う系に於いて、
ｂ：定着ベルト５の回転を停止する待機時は、ヒータを切り替えて、第２のヒータである偏平な発熱体７２を有するカーボンヒータを用い、定着ベルト５と、該定着ベルト５の支持軸である上下流側軸３・４を同時に暖め、且つ、熱容量の大きい上下流側軸３・４方向を中心に赤外線を放射し、加熱する、
という点である。

本実施例では、指向性を持ったヒータの例として、偏平な発熱体７２を有するカーボンヒータ７を用いた。しかし、上下流側軸３・４に対して指向性を持たせた形状であれば、楕円形状等の任意の形状でもよい。又、上下流側軸３・４に対して指向性を持たせた輻射熱を放射するヒータを用いれば、カーボンヒータ以外の他の熱源を用いても良い。

本実施例１では、定着ベルト５を２本の上下流側軸３・４に掛け渡した例を説明した。しかし、３本の懸架部材に掛け渡す例においても、カーボンヒータ７の発熱体７２の形状を頂点を面取りした三角形に成型し、それぞれの辺を軸に向けるように配置し、指向性をもって加熱することで同様に効果を得られる。懸架部材の本数は本発明の範囲を制限するものではない。

又、懸架部材を回転可能な軸（ローラ）とした例を示した。しかし、図７の様な固定ガイドに定着ベルトを掛け渡した例においても、その固定ガイドや軸を加熱することで同様の効果が得られる。図７の定着装置は図３の定着装置において定着ベルトユニット１の上流側軸３と加圧ベルトユニット２の上流側軸１０とをそれぞれ固定ガイド３´・１０´にしたものである。下流側軸４と１１が回転駆動されることで定着ベルト５と加圧ベルト１２の回転がなされる。

更に、定着ベルト５の全ての懸架部材に対して指向性を持たせた構成とすることが、本効果を得る上で最適な構成である。しかし、少なくとも１本の軸を加熱することで、所定の効果は得られる。

又、図８のように、加圧ベルトユニット２の加圧ベルト１２の内部にも両軸１０・１１に指向性を持った輻射熱を照射するヒータ７´を用いても、同様の原理で、効果を得ることが出来る。特に、待機時に定着側のベルトと、加圧側のベルトを離脱するような系においては、加圧ベルト１２内の軸１０・１１は、定着ベルト５を介した接触的な伝熱効果が得られにくい。そのため、加圧ベルト側の軸１０・１１の温度低下はより早く、これを効果的に防止する手法としても有効である。ＴＨ３とＴＨ４は加圧ベルト１２と上流側軸１０の温度を検出する温度センサである。この温度センサＴＨ３・ＴＨ４による検出温度が制御回路部５４に入力する。制御回路部５４は温度センサＴＨ３・ＴＨ４で検知される加圧ベルト１２と上流側軸１０の温度が所定の設定温度域に維持されるように、通電回路部６４´からカーボンヒータ７´への通電をオン−オフ制御する。その他の構成・制御は図３の定着装置と同様である。

実施例１は、上下流軸３・４の中心方向にヒータ７の偏平な発熱体７２の平面が対向する様に配置した例である。この構成が、軸を中心に加熱する上で最も効率の良い配置である。しかし、ベルトの這い回し等の関係で、多少軸中心からずれた位置に発熱体７２の平面を対向させても、充分な効果を得られる。但し、この場合も、カーボンヒータ７の赤外線の指向性（最も強い部分）が、少なくとも軸の一部分に照射する位置に配置することが、ベルトと、軸の熱容量差による温度上昇ムラを打ち消す本発明の効果を発揮する上で好ましい。

尚、軸にヒータを内包し、軸のみを暖める先述の従来技術（特許文献２）では、ベルトの空回転なしでは、ベルト温度が低下しすぎるため、待機時のベルトの空回転が必要なことは先述のとおりである。又、全ての軸を加熱するためには、軸の本数だけ、ヒータが必要あり、ヒータの数だけ、制御系が必要であり、コストアップしてしまう。又、軸内にヒータを内包するだけの内径が必要で、撓み等に対する同等の強度を確保するためには、機械が大型化しやすいとういう短所も有る。待機時に１つのヒータでベルトと、上下流軸を同時に暖める本実施例が、簡潔な構成で、空回転をせずに、待機時に引き続く画像形成時のベルトの温度低下を効果的に防止し、高生産性を確保できる例であることを示している。

図９は本実施例２における定着装置Ｆの要部の拡大横断側面図と制御系のブロック図である。本実施例２の定着装置Ｆは実施例１における図３の定着装置において、第２のヒータとしての指向性のあるカーボンヒータ７を指向性の無いカーボンヒータ７Ａにしたものである。その他の定着装置構成は図３の定着装置と同様である。

本実施例２の場合も、画像形成装置の画像形成動作中と待機時とで第１と第２のヒータ６と７Ａの切り替えがなされる。

すなわち、画像形成装置の画像形成動作中は、定着ベルト５・加圧ベルト１２の回転駆動がなされ、第１のヒータであるコイル・アセンブリ６の誘導コイル９に対する給電により定着ベルト５の加熱が行なわれる。第２のヒータであるカーボンヒータ７Ａに対する給電はオフにされている。

画像形成装置の待機時には、定着ベルト５・加圧ベルト１２の回転駆動が停止され、第１のヒータであるコイル・アセンブリ６の誘導コイル９に対する給電がオフにされる。第２のヒータであるカーボンヒータ７Ａに対する給電がなされて、待機時の定着装置保温がなされる。待機中の制御は、定着ベルト温度の両軸３・４間の中央付近の温度が最も高くなるため、ここが２１０℃以下に維持出来る範囲で、カーボンヒータ７Ａの出力をオン／オフ制御した。

この実施例２では、待機中、熱容量の低い定着ベルト部の温度が上がりやすくカーボンヒータ７Ａのオン時間の積算値は実施例１より短い。よって熱容量の大きい上下流軸３・４は実施例１よりは暖まりにくい。それでも本実施例２では上下流側軸３・４の温度は、７０℃程度に保温できた。

この例で、３０分からの待機から引き続きＡ４：１０５ｇ／ｍ^２紙を用いて、第１のヒータ６による定着ベルト５の誘導加熱のみによる、連続した画像形成を行った所、最下点温度は１５５℃弱まで低下した。このとき、実施例１と同様、誘導加熱の電源に、９００Ｗの電力を投入し、カーボンヒータ７Ａには電力を投入しなかった。本実施例の構成における、定着性下限温度（定着性が維持できる最低限の温度）の１５０℃を下回らなかったため、待機後の生産性を低下せずにすんだ。

本実施例２でも、所望の効果が得られたことを述べたが、実施例１には、その効果が及んでいない。実施例１、２の比較より、待機時に指向性を持たせて、熱容量の大きい上下流軸を集中的に暖める実施例１が、よりの効果的であり、その効果が大きいことが伺える。

尚、実施例２では、待機時のヒータとして、カーボンヒータ７Ａを用いた例を示したが、無論、待機中のヒータは、カーボンヒータに拘る事は無く、同様の位置にハロゲンヒータを用いても、同様の効果を得ることが出来る。

実施例１と２の定着装置において、加圧ベルトユニット２は加圧ローラに変更した装置構成にすることもできる。

また、実施例１と２の定着装置において、画像形成動作中において、第１のヒータ６により定着装置を加熱するとともに、第２のヒータ７、７Ａ、７´も補助的に用いて定着装置を加熱する制御構成にすることもできる。

また、待機時において、第２のヒータ７、７Ａ、７´により定着装置を保温加熱するとともに、第１のヒータ６も補助的に用いて定着装置を保温加熱する制御構成にすることもできる。

実施例１の画像形成装置例の概略模式図 画像形成装置の動作行程図 定着装置の要部の拡大横断側面図と制御系のブロック図 カーボンヒータの放射強度特性（曲線Ａ）とハロゲンヒータの放射強度特性（曲線Ｂ）を示したグラフ カーボンヒータの発光分布図 比較例１の定着装置の概略模式図（第２のヒータ−無し） 実施例１の派生例の定着装置（その１）の概略模式図 実施例１の派生例の定着装置（その２）の概略模式図 実施例２の定着装置の概略模式図

符号の説明

Ｆ・・ベルト定着装置、１・・定着ベルトユニット、２・・加圧ベルトユニット、３、４・・懸架部材、５・・定着ベルト、６・・コイル・アセンブリ（第１のヒータ）、７，７Ａ，７´・・カーボンヒータ（第２のヒータ）１０，１１・・懸架部材、１２・・加圧ベルト、Ｎ・・定着ニップ部、Ｐ・・記録材、ｔ・・未定着トナー像

Claims (6)

1. 記録材上の画像を加熱するためのエンドレスベルトと、このベルトを懸架する互いに対向配置された第１の懸架部材及び第２の懸架部材と、を有する画像加熱装置において、
   ベルトの回転が停止された待機時において第１の懸架部材と第２の懸架部材に向けて熱を輻射する指向性ヒータを有することを特徴とする画像加熱装置。
2. 前記指向性ヒータは前記第１の懸架部材と前記第２の懸架部材と対面する位置にそれぞれ熱輻射面が設けられていることを特徴とする請求項１の画像加熱装置。
3. 画像形成時に前記ベルトを加熱するための加熱手段を有し、画像形成時と待機時とで前記加熱手段と前記指向性ヒータの作動を切り替えることを特徴とする請求項１又は２の画像加熱装置。
4. 前記加熱手段は前記ベルトの外面側に設けられ前記ベルトを電磁誘導加熱するコイルを有することを特徴とする請求項３の画像加熱装置。
5. 前記ベルトの熱容量は前記第１の懸架部材及び前記第２の懸架部材よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの画像加熱装置。
6. 前記ベルトとの間でニップ部を形成する回転体を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかの画像加熱装置。