JP2007079064A - 画像加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 定着ベルトを含む被加熱領域の負担少なく、必要最小限のコイル部材のまま、速やかに温度立ち上げ処理を終了して、起動時等における画像形成開始待ち時間を短縮できる定着装置を提供する。
【解決手段】 電源投入後の温度立ち上げ処理では、定着ローラ３を回転して定着ベルト１を回転させた状態で、定着ローラ３と定着ベルト１とが誘導加熱コイル５を用いて加熱される。一方、加圧ローラ４の中心にはハロゲンランプヒータの加圧ヒータ１０が配置され、定着ベルト１とは離間させた状態で、回転する加圧ローラ４が加圧ヒータ１０を用いて加熱される。所定の温度範囲に達した後に、画像形成の開始指令があると、加圧ヒータ１０をＯＦＦした後に加圧ローラ４が定着ベルトに圧接される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、記録材上の画像を加熱する画像加熱装置に関する。この画像加熱装置としては、記録材に形成された未定着画像を定着する定着装置や、記録材に定着された画像を加熱することにより画像の光沢度を向上させる光沢付与装置等が挙げられる。

定着ベルトを採用して、大口径定着ローラ並みの定着長さを確保し、これにより、高速画像形成へ対応しつつ、起動時等における温度立ち上げ待ち時間の短縮を実現した画像形成装置が実用化されている。また、磁性材料層を形成した定着ローラの外周に、コイル部材を対向配置して、コイル部材に高周波電圧を印加する誘導加熱方式の定着装置が実用化されている。

特許文献１には、誘導加熱方式（Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｈｅａｔｉｎｇ：ＩＨ方式）を用いて、定着ベルトを加熱する画像形成装置が示される。ここでは、金属層を設けた定着ベルトの内周面に対向させてコイル部材を配置し、コイル部材に印加される高周波電圧の周波数を、温度センサの出力に基づいて調整することにより、定着ベルトの温度立ち上げを行い、その後、所定の定着温度に維持している。

特許文献２には、誘導加熱方式とヒータ加熱方式とを併用して、起動時の温度立ち上げ待ち時間の短縮を実現した画像形成装置が示される。ここでは、加圧ローラが定着ローラと圧接従動して被転写材を搬送する。被転写面に接触する定着ローラの中心にランプヒータを配置し、加圧ローラの外側に配置したコイル部材により、回転する加圧ローラの幅方向の帯状部分を誘導加熱している。

特開平１０−６９２０８号公報 特開２００４−２４５９０２号公報

定着ベルトに被加熱層（磁性材料層や導電材料層）を設けてコイル部材により誘導加熱する場合、コイル部材に投入された電力が薄い定着ベルトに集中して、定着ベルトの速やかな温度上昇が実現される。反面、コイル部材に投入する電力のわずかな変化によっても、熱容量の小さな定着ベルトは、温度が急変するため、一定の定着温度に温度制御することが困難である。

そして、定着ベルトが所定の温度範囲で均一な温度分布に保たれないと、安定した高品質の定着処理を行えないが、定着ベルトは、被転写材と接触して部分的に熱が奪い去られる等、幅方向の位置によって放熱環境が相当に異なる。このため、１個のコイル部材を用いた単純な誘導加熱によって定着ベルトの広い面積を一様な温度分布とすることはさらに困難である。

ところで、定着ベルトは、定着ベルトの部分ごとの定着能力を一定にするため、定着処理に先立たせて、全体がほぼ一様な温度となるように温度立ち上げ処理される。また、定着ベルトを用いた定着処理では、接触した定着ベルトの温度を変化（低下）させないために、定着ベルトに圧接される加圧部材も、その表面温度を、定着ベルトの温度に近い所定範囲に昇温維持している。

しかし、定着ベルトと加圧部材とを圧接して従動回転させた状態で、コイル部材を用いて起動時の温度立ち上げ処理を行うと、定着ベルトの縁が傷む等、定着ベルトを含む機構の寿命が低下する。何故なら、高温域で最適化された定着ベルト等は、低温域では動作が安定しないし、被加熱層として配置した金属層の圧接に伴うひずみが大きくなって疲労し易いからである。

また、定着ベルトの昇温と温度維持とを想定して設計された省電力、小出力のコイル部材だけに頼って、加圧部材を加熱昇温させる場合、加圧部材が必要な定着温度範囲に達するまでに長時間を要する。何故なら、そもそも小出力であることに加えて、熱容量の少ない定着ベルトでは加圧部材への熱流量が少ない、言い換えれば、定着ベルトを介した加圧部材の加熱効率が低いからである。

かと言って、コイル部材とその駆動電源とを大容量化するのは、画像形成装置の部品コスト増や大型化を招くし、そもそも温度立ち上げ処理の終了後は、折角の大容量をもてあますので、懸命な選択肢とは言い難い。

本発明は、定着ベルトを含む被加熱領域の負担少なく、必要最小限のコイル部材のまま、速やかに温度立ち上げ処理を終了して、起動時等における画像形成開始待ち時間を短縮できる定着装置を提供することを目的としている。

本発明の画像加熱装置は、記録材上の画像を加熱する第一の回転体と、前記第一の回転体を電磁誘導発熱させる磁束を発生する磁束発生手段と、前記第一の回転体とニップを形成する第二の回転体と、前記第二の回転体の内部に配置され、前記第二の回転体を加熱するヒータとを有するものである。

本発明の画像加熱装置では、電磁誘導加熱方式により加熱された回転体の熱により記録材上の画像を加熱する画像加熱装置において、電磁誘導加熱による省エネルギー加熱を実現する。更に、画像形成装置等の立ち上げ時において、画像加熱装置を大型化、複雑化せず低コストでウォーミングアップタイムを短縮することができる。

以下、本発明の一実施形態である定着装置と、この定着装置を搭載した画像形成装置とを、添付した図面に基づいて説明する。本発明の定着装置は、本実施形態の定着ベルトと加圧ローラとを圧接／離間させる定着装置には限定されない。それぞれ循環する一対のベルト部材を圧接／離間させる定着装置、定着ローラと加圧ローラとを圧接／離間させる定着装置としても実施可能であり、これらが終始圧接状態で離間を伴わない定着装置としても実施可能である。

また、本実施形態の現像装置５０は、本実施形態のカラー電子写真プリンタ１００以外の画像形成装置、モノクロ複写機、ファクシミリ、モノクロプリンタ、これらの複合機等で実施されてもよい。

本実施形態の現像装置５０およびカラー電子写真プリンタ１００は、以下に説明する限定的な構成部材の組み合わせには限定されず、それぞれの代替部材で一部または全部を置き換えた別の実施形態で実現してもよい。

＜画像形成装置＞
図１は本発明の画像形成装置の一実施形態であるカラー電子写真プリンタの構成の説明図である。

図１に示すように、カラー電子写真プリンタ１００は、中間転写ベルト１２２に一次転写されたトナー像を、二次転写ローラ２２１で記録材Ｐに二次転写した後、記録材Ｐを定着装置５０に搬送して、トナー像を記録材Ｐに定着させる。トナー像が転写／定着される転写媒体であるシートの具体例としては、普通紙、厚紙、トランスペアレントシート、封筒等がある。記録材Ｐは、給紙カセット２２３や不図示の給紙トレイを通じて、カラー電子写真プリンタ１００に供給される。

カラー電子写真プリンタ１００は、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マジェンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂｋ（ブラック）の各色の現像器１１３を備えている。制御部６０は、定着装置６０を含む各部機構を制御して、以下のように画像形成を実行する。

現像器１１３は、Ｙ（イエロ）の現像ローラ１１３Ｙ、Ｍ（マジェンタ）の現像ローラ１１３Ｍ、Ｃ（シアン）の現像ローラ１１３Ｃ、Ｂｋ（ブラック）の現像ローラ１１３Ｋを有する。現像器１１３の回転に伴って、それぞれが感光ドラム１２１へ接触する位置へ移動して、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マジェンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂｋ（ブラック）のトナーで像担持体１２１表面の静電潜像を現像する。

感光ドラム１２１の周囲には、一次帯電器１２７、現像器１１３、一次転写器１２１、クリーニング装置２１２が配置され、感光ドラム１２１の回転に伴って次のような手順で静電潜像の形成と現像とを行う。

まず、クリーニング装置２１２によってクリーニングされた感光ドラム１２１の表面が一次帯電器１２７によって一様な帯電状態に帯電される。一様な帯電状態の感光ドラム１２１の表面に、画像信号によって変調されたレーザービームがレーザスキャナ１２８によって走査される。走査露光によって感光ドラム１２１の表面には、順番に、上記各色の静電潜像が形成される。

各色の静電潜像は、現像器１１３で、各色ごとのトナーを塗布されて各色のトナー像となる。感光ドラム１２１の表面に形成された最初のトナー像は、一次転写器１２１によって、中間転写ベルト１２２に一次転写される。その後、次の色のトナー像が同様な手順で感光ドラム１２１の表面に形成されて、最初のトナー像と先頭を合わせた状態で、中間転写ベルト１２２上に重ねられる。残りの２色のトナー像も同様な操作を繰り返して、中間転写ベルト１２２上に重ね合わせられ、この結果、中間転写ベルト１２２上にフルカラーのトナー像が形成される。

中間転写ベルト１２２上に形成されたフルカラーのトナー像は、二次転写ローラ２２１によって記録材Ｐに一括して二次転写される。二次転写に先立たせて、給紙カセット２２３から給紙ローラ２２４を用いて記録材Ｐが１枚ずつ送り出される。記録材Ｐは、レジストローラ対２２５で斜行を修正されて待機する。レジストローラ対２２５は、中間転写ベルト１２２上の転写画像にタイミングを一致させて、二次転写ローラ２２１と分離ローラ２１９とのニップへ記録材Ｐを送り込む。二次転写ローラ２２１でフルカラーのトナー像を転写された記録材Ｐは、続いて定着装置５０に搬送されて、トナー像を定着される。

＜定着装置＞
図２は本実施形態の定着装置における構成の説明図、図３は圧接部の長さ方向の温度分布の線図、図４は定着ベルトの幅方向の温度分布の説明図、図５は定着ベルト幅方向における加圧ローラの温度分布の線図である。図４中、（ａ）は定着ベルト幅方向の発熱量分布、（ｂ）は定着ベルト幅方向の表面温度分布である。図５中、（ａ）はハロゲンランプヒータの構成の説明図、（ｂ）は定着ベルト幅方向の発熱量分布、（ｃ）は定着ベルト幅方向の表面温度分布である。

図２に示すように、定着ベルト１は、Ａ３サイズシートを搬送可能な３８０ｍｍの幅に対して内径わずか３４ｍｍ、電気鋳造法によって製造したニッケルを基層とし、基層の厚みは５０μｍである。基層の外周には、弾性層として３００μｍの耐熱性シリコンゴム層が形成されている。耐熱性シリコンゴム層の厚さは、１００〜１０００μｍの範囲で選択可能であるが、定着ベルトの熱容量を小さくしてウォーミングアップタイムを短縮し、かつカラー画像を定着するときに好適な定着画像を得ることを考慮して３００μｍを選択した。シリコンゴム層は、ＪＩＳ−Ａ１０度の硬度を持ち、熱伝導率は０．８Ｗ／ｍＫである。

弾性層（シリコンゴム層）の外周には、表面離型層としてフッ素樹脂層（例えばＰＦＡやＰＴＦＥ）が３０μｍの厚みで形成されている。基層（ニッケル）の内面には、定着ベルト内包物との摺動摩擦を低下させるために、２０μｍのポリイミド樹脂層を設けた。ポリイミド樹脂層は、フッ素樹脂、ポリアミドイミドなどの樹脂で置き換えてもよく厚みは１０〜５０μｍの厚さに形成すればよい。これらの樹脂層には、ベルト内面の表面粗さを高めて定着ベルト内包物との摺動摩擦を更に低下させるために、低摩擦微粒子を分散させてもよい。

定着ベルト１の基層材料は、ニッケルのほかに、鉄合金や銅、銀など、電源設計応じて磁性材料や導電材料から適宜選択可能である。また、樹脂基層にそれら金属を積層させるなどの構成でも良い。金属層の厚みは、後で説明する誘導加熱コイルに流す高周波電流の周波数と金属層の透磁率・導電率に応じて調整して良く、５〜２００μｍ程度の間で設定すると良い。

定着ベルト１は、ベルトガイド部材２と定着ローラ３とに懸架されている。ここで、定着ベルト１の最小曲率半径は、５ｍｍ以上好ましくは８ｍｍ以上にしなければならない。このようにしないと、定着ベルト１は、金属板が基層のため、剛性があるので、無理に曲率半径を小さくすると、定着ベルト１のニッケル層が経時で割れる。また、定着ベルト１の定着ローラ３による回転駆動負荷が増大して、定着ベルト１の回転スリップが発生してしまう。

ベルトガイド部材２は、樹脂製であり、本実施形態ではＰＰＳ製である。加圧ローラ４との圧接部において、ベルトガイド部材２は、可能な限り後述の定着ローラ３に接近していると良い。これは、圧接部での圧力抜けを防止するためである。ベルトガイド２は、外側に付勢されて、定着ベルト１に対して５ｋｇｆの張力を与えている。

また、定着ベルト１の熱をベルトガイド部材２になるべく伝導させないためには、熱伝導率の低い樹脂が好ましい。さらに、定着ベルト１の内面との摩擦抵抗を減らすために、ベルトガイド部材カバー２ｃを設けている。ベルトガイドカバー２ｃは、ガラス繊維製のクロスをフッ素樹脂でコーティングしたもので、ベルトガイド２の定着ベルト１の回転方向上流部分にビスで固定されている。ベルトガイドカバー２ｃは、凹凸を設けて接触面積を減らすよう工夫したポリイミドのシートなどで置き換えても良い。定着ベルト１の内面にシリコンオイル等を塗布して、摩擦抵抗を低減しても良い。

定着ローラ３は、長さ４００ｍｍ、薄肉の鉄合金製で、誘導加熱コイル５によって、循環する定着ベルト１とともに回転状態で加熱される。定着ローラ３は、長手方向中央部の外径が２１ｍｍで、長手方向両端部の径が２０ｍｍのローラ部材である。外形にテーパ形状をつけているのは、加圧した時に定着ローラ３が弓状に撓んだ状態で、加圧ローラ４との圧接部に隙間を作らず、長手方向にわたって圧力をほぼ均一に確保するためである。

また、定着ローラ３は、図示しないモータによって駆動されており、定着ローラ３の表面と定着ベルト１内面のポリイミド層との摩擦によって、定着ベルト１は、定着ローラ３に追従して循環する。従って、定着ベルト１をスリップなく回転駆動するためには、定着ベルト１の内面と定着ローラ３との摩擦は大きい方が良い。そのためには、定着ローラ３の表面を荒したり、必要に応じて極薄い耐熱性シリコンゴムなどの摩擦層を設けても良い。また、ベルトガイドカバー２ａによって、ベルトガイド２と定着ベルト１との摺動摩擦が小さくなるので、スリップ無く安定して定着ベルト１を循環させることが出来る。

加圧ローラ４は、長さ４００ｍｍ、鉄合金製の芯金の外周にシリコンゴム層を形成した外径２０ｍｍのローラ部材である。芯金の長手方向中央部の径を１８ｍｍとする一方で、両端部の径を１７ｍｍとし、芯金にテーパ形状をつけている。テーパ形状をつける理由は、定着ローラ３と同様の理由で、加圧した時に加圧ローラ４が撓んでも、定着ローラ３との圧接部の圧力状態を長手方向にわたって均一にするためである。また、定着ベルト１と加圧ローラ４との圧接部において、定着ベルト１のシリコンゴム層を歪ませて、トナー像が形成された記録材（被転写材）Ｐを、定着ベルト１から剥離容易にするためでもある。

加圧ローラ４の表面には、離型層として、フッ素樹脂層（例えばＰＦＡやＰＴＦＥ）が３０μｍの厚みで設けてある。加圧ローラ４の長手方向中央部における硬度は、約ＡＳＫ−Ｃ８０°である。定着ローラ３とベルトガイド部材２とによって内面を支持された定着ベルト１は、加圧ローラ４と圧接して、循環方向に約１０ｍｍの圧接部を形成する。加圧ローラ４は、定着ベルト１に対して、２０ｋｇｆで加圧されている。

圧接部で圧力が無い部分があると、定着ベルト１と記録材Ｐとが離間してしまったり、定着ベルト１と記録材Ｐとの速度差によってトナー画像Ｔが乱れてしまうなどの問題が発生する。しかし、本実施形態の定着装置５０では、定着ベルト１の循環方向における圧力分布が図３のようになっており、圧接部では、常に圧力が加わっているので、このような問題が発生しない。加圧ローラ４は、図示しないモータに連結されたカムによって、定着ベルト１に圧接している状態（実線）と、離間している状態（破線）とを選択することができる。この機構によって、定着処理時以外、すなわち、電源ＯＦＦ時、スリープ状態、温度立ち上げ処理時、および待機時には、加圧ローラ４が定着ベルト１と離間している。

定着ベルト１の加熱源としての誘導加熱コイル５は、誘導加熱コイル５によって磁性体コア９に発生した磁界が、定着ベルト１の金属層以外に漏れないように磁性体シールド６で覆われている。そして、誘導加熱コイル５と磁性体コア６とは、電気絶縁性の樹脂によって一体でモールドされている。

誘導加熱コイル５は、被加熱体である定着ベルト１に近いほど、両者の磁気的な結合が強まり、図示していない誘導加熱コイル５に電力を供給する高周波電源（７０：図６参照）の効率が高まる。本実施形態では、誘導加熱コイル５は、１ｍｍの樹脂モールドにより、定着ベルト１と仮に接触しても電気絶縁の状態を保つ。実際には、モールド表面と定着ベルト表面の間には２ｍｍの隙間が形成されているので、定着ベルト１と誘導加熱コイル５との間には、循環方向で略一定な３ｍｍの間隔が確保されている。

図４の（ａ）に示すように、誘導加熱コイル５によって加熱される定着ベルト１の回転軸方向の発熱分布は均一になる。しかし、定着ベルト１、定着ローラ３、ベルトガイド部材２は、回転軸方向の両端部からの放熱量が多いので、定着ベルト１の表面温度は、図４の（ｂ）に示すように、回転軸方向の両端部で低くなっている。誘導加熱コイル５は、定着ベルト１の幅方向（記録材Ｐの搬送方向に直交する方向）に沿っての長さが、画像形成に供される最大幅の記録材Ｐの幅よりも長くなるように形成されている。

誘導加熱コイル５には、最大６００Ｖで２０〜５０ｋＨｚの高周波電流が流されて、定着ベルト１の金属層が誘導発熱する。誘導加熱コイル５は、温度センサ７の検出値に基づいて高周波電流の周波数を変化させて誘導加熱コイル５に入力する電力を制御することにより、定着ベルト１の目標温度である１７０℃で一定になるように温度調節される。

図２に示すように、温度センサ７は、ベルトガイド２に取り付けられており、定着ベルト１の誘導加熱コイル５による発熱部の内面に接触して、その部分の温度を検出している。定着ベルト１の金属層が発熱するので、図２に示すように温度センサ７を配置すれば、極めて正確に、かつ応答速度早く定着ベルト１の温度を検出可能である。

定着ベルト１は、少なくとも画像形成実行時には、上記モータを含む駆動機構（不図示）によって、定着ローラ３が回転駆動されることで、図２の矢印Ｘの方向へ、所定の周速度でシワなく循環駆動される。定着ベルト１の循環速度は、画像転写部（二次転写ローラ２２１：図１）から搬送されてくる未定着トナー像を担持した記録材Ｐの搬送速度とほぼ同一の周速度に設定してある。本実施形態の場合、定着ベルト１の表面速度が、１６０ｍｍ／ｓｅｃで循環し、フルカラーの画像を１分間にＡ４サイズ４０枚まで定着可能である。定着ベルト１は、記録材の未定着トナー像を担持する面側に接触するように配置され、トナー画像が形成されている側を誘導加熱している。

循環する定着ベルト１は、比較的軽圧で加圧されているので、回転状態にあっても幅方向への寄り移動力が小さい。つまり、定着ベルト１を幅方向にずらそうとする力が小さい。このため、ベルトの幅方向の寄りを規制するための手段としては、定着ベルト１の端部を単純に受け止めるだけのフランジ部材を定着ローラ３設ければ十分である。

加圧ヒータ１０は、消費電力３００Ｗのハロゲンランプヒータであり、赤外線を放出して加圧ローラ４の内壁面を加熱する。図５の（ａ）に示すように、フィラメント１０ａの巻き密度を変化させて、図５の（ｂ）に示すように、加圧ヒータ１０の発熱分布は、中央部に比較して、回転軸方向両端部で高めてある。

その結果、図５の（ｃ）に示すように、加圧ローラ４の回転軸方向の温度分布は、両端部で高くなっている。加圧ヒータ１０は、加圧ローラ４の表面温度を検出するための温度センサ１１の検出値によって、加圧ローラ４の表面温度が所定の目標温度で一定になるように、ＯＮ／ＯＦＦ制御される。

定着ベルト１を加熱する誘導加熱コイル５に比較して、ハロゲンランプヒータの加圧ヒータ１０は、安価、短寿命、電源装置が不要（ＯＮ／ＯＦＦ制御の場合）、発熱分布を任意に設計可能である。そして、図５の（ｃ）に示すような両端部の意図的な温度の高まりによって、図４の（ｂ）に示す定着ベルト１両端部の温度低下を埋め合わせている。後述するように、転写処理の開始に先立たせて加圧ヒータ１０はＯＦＦされるが、転写時には記録材Ｐ（被転写材）が定着ベルト１の中央部の温度を低下させるので、定着ベルト１の幅方向の温度分布は一様なまま維持される。

このように構成された本実施形態の定着装置５０では、以下のように未定着トナー像Ｔを有する記録材Ｐがそのトナー像担持面側を定着ベルト１側に向けて導入される。即ち、定着ベルト１が所定の定着温度に立ち上がって温調された状態において、圧接部における定着ベルト１と加圧ローラ４との間に、未定着トナー像Ｔを有する記録材Ｐが搬送される。圧接部では、未定着トナー像Ｔを有する記録材Ｐが定着ベルト１の外周面に密着し、定着ベルト１と一緒に圧接部を挟持搬送されていく。これにより、主に定着ベルト１の熱が付与されるとともに圧接部の加圧力を受けて、未定着トナー像Ｔが記録材Ｐの表面に熱圧定着される。圧接部を通った記録材Ｐは、定着ベルト１の表面が、圧接部の出口部分の変形によって、定着ベルト１の外周面から自己分離されて、定着装置５０外へ搬送される。

＜温度立ち上げ処理＞
図６は誘導加熱コイルと加圧ヒータの制御系のブロック図、図７は温度立ち上げ処理のフローチャート、図８はプリント処理時の加圧ヒータの制御のフローチャート、図９は温度制御の説明図である。図６中、図１の構成部材と共通する構成部材には共通の符号を付して詳細な説明を省略する。

図６に示すように、カラー電子写真プリンタ１００（図１）の各部機構を制御して画像形成を実行する制御部６０は、不図示のＲＯＭ、ＲＡＭ、通信インタフェース等を内蔵してプログラム制御される汎用のマイコン制御装置である。高周波電源７０は、温度センサ７の出力に基づいて、誘導加熱コイル５に供給する三角波の周波数を２０〜５０ｋＨｚの範囲で変化させて、定着ベルト１を加熱する電力を調整する。制御部６０は、温度センサ７、１１の出力に基づいて、高周波電源７０とヒータスイッチ７１とを制御して、以下のように、温度立ち上げ処理とその後の待機処理とを実行する。

図６を参照して、図７に示すように、電源投入やスリープ状態からの復帰が操作入力されると、制御部６０は、加圧ローラ４が加圧状態か否かを確認し（Ｓ１１）、加圧状態であれば（Ｓ１１のＹＥＳ）、加圧ローラ４を離間させる（Ｓ１２）。

そして、定着ベルト１を循環させた状態で高周波電源７０を作動させ（Ｓ１３）、加圧ローラ４を回転させた状態でヒータ電源７１も作動させる（Ｓ１４）。これにより、誘導加熱コイル５と加圧ヒータ１０とを並行して作動させる温度立ち上げ処理が実行され、高周波電源７０とヒータ電源７１とによって、定着ベルト１の温度と加圧ローラ４の温度とがそれぞれの温度目標範囲に誘導される。

そして、温度センサ７が温度目標範囲に達すると（Ｓ１５のＹＥＳ）、温度センサ１１が目標温度範囲に達するのを待って（Ｓ１６のＹＥＳ）、温度立ち上げ完了と判断する（Ｓ１７）。そして、定着ベルト１の温度と加圧ローラ４の温度とをそれぞれの温度目標範囲に維持させる待機状態とする（Ｓ１８）。

図６を参照して、図８に示すように、待機状態でプリント開始操作がされると（Ｓ２１のＹＥＳ）、加圧ヒータ１０がＯＦＦされて（Ｓ２３）、加圧ローラ４が定着ベルト１に圧接する（Ｓ２４）。そして、プリントが開始され（Ｓ２４）、プリントが完了すると（Ｓ２５のＹＥＳ）、加圧ローラ４を離間させて、元の待機状態に復帰する（Ｓ２７）。

以上のように制御される本実施形態の定着装置５０では、プリントの開始から終了までを除く期間、加圧ローラ４と定着ベルト１とが、離間状態で、それぞれ回転、循環する。そして加圧ローラ４と定着ベルト１とが、所定の温度目標範囲に温度維持されているので、最初のプリントから最適な定着処理を実行できる。そして、圧接状態で回転／循環させる場合に比較して、定着ベルト１の縁の傷みや金属層の疲労が少ない。

図６を参照して、図９に示すように、定着装置５０の起動と同時に、誘導加熱コイル５には１０００Ｗの電力が入力され、加圧ヒータ１０には３００Ｗの電力が入力される。誘導加熱コイル５は、目標温度である１７０℃を温度センサ（サーミスタ）７が検出すると、検出値に基づいて０〜１０００Ｗの間で入力電力を調節して、目標温度で一定になるよう温度制御される。加圧ヒータ１０も、サーミスタ１１の検出値に基づいて目標温度である１３０℃まで加圧ローラ４を昇温させ、その後、ヒータスイッチ７１のＯＮ／ＯＦＦにより温度制御される。定着ベルト１と加圧ローラ４とがそれぞれ目標温度に達するのは、ほぼ同時で、定着装置５０の起動開始から約３０秒である。

なお、定着装置５０の起動中および待機中、加圧ローラ４は、定着ベルト１と離間した状態である。待機中は、図４の（ａ）に示した誘導加熱コイル５による発熱分布によって、図４の（ｂ）に示したように、定着ベルト１の表面温度は中央部で１７０℃、端部で１５０℃になる。また、図５の（ｂ）に示した加圧ヒータ１０の発熱分布によって、図５の（ｃ）に示すように、加圧ローラ４の表面温度は中央部で１００℃、端部で１３０℃になる。

その後、プリント開始操作がなされると、カラー電子写真プリンタ１００（図１）の定着装置５０以外の部分も稼動するので、例えば１００Ｖ１５Ａの商用電源を用いた場合、定着装置５０で使用が許される電力は８００Ｗに減ってしまう。そこで、効率よく定着するためには、本実施形態のように、発熱効率の高い誘導加熱の利点を最大限に活かし、直接未定着のトナー画像に接触する定着ベルト１を加熱する必要がある。このため、プリント中は８００Ｗの電力を全て誘導加熱コイル５に入力し、加圧ヒータ１０はＯＦＦ状態にしている。

こうすることで、限られた電力を有効に利用し、高速で効率よく定着することができる。また、プリント開始と共に加圧ローラ４は、定着ベルト１に圧接し、定着ベルト１の温度は、より低温な加圧ローラ４の温度につられて一時的に１５５℃まで下がるが、その後回復し、再び１７０℃で制御される。最も温度が低い１５５℃のときでも、十分に定着強度は保たれている。

また、定着ベルト１の端部の温度は、プリント開始時には１６０℃で、中央部と比較するとやや低いが、定着後の画像のグロスは中央部と端部で違和感のないレベルになっている。その後、プリントが進むと、中央部１７０℃に対して、初期の端部温度を１６０℃と低くしているために、端部は非通紙部の昇温が発生しても１８０℃程度に抑えることができる。この場合も、定着後の画像のグロスは中央部と端部で違和感のないレベルになっている。

加圧ローラ４の中央部温度は、プリント開始時には１００℃であるが、プリントが進むにつれ温度が低下し、約１００枚プリントを続けるとほぼ８０℃に飽和する。一方、加圧ローラ４の端部温度は１３０℃であり、中央部との温度差が３０℃と大きいが、加圧ローラは直接トナー画像に触れないので定着後の画像のグロスは中央部と端部で違和感のないレベルになっている。

プリントが進むにつれて端部の温度も低下するが非通紙部昇温の影響で中央部ほどには大きく温度低下せず１２０℃で飽和する。そして、プリントが終了すると、加圧ローラ４は、定着ベルト１から再び離間し、加圧ヒータ１０も温度制御を再開する。

比較のため、定着ベルト１の加熱源として、誘導加熱コイル５の代わりにハロゲンランプヒータを定着ローラ３内部に配置した実験を行った。プリント中に８００Ｗをハロゲンランプヒータに入力すると、定着ベルト１の回転軸方向の温度分布は、誘導加熱方式とほぼ同様にすることは出来た。しかし、プリント開始直後の定着ベルト１の温度低下が１４５℃と誘導加熱方式と比較して１０℃も低くなってしまい、定着強度が不足してしまう結果となった。

本実施形態では、定着ベルト１の外側に誘導加熱コイル５を配置したが、定着ベルト１の内部に配置しても差し障り無い。

このように、誘導加熱方式の加熱効率を高めるために、誘導加熱コイル５を被加熱体である定着ベルト１に可能な限り近づけると良いが、その場合、定着ベルト１の回転軸方向の発熱分布を制御するのは困難である。そこで、加圧ローラ４の温度分布を回転軸方向両端部で温度が高くなる温度分布によって、プリント初期の定着ベルト１の両端部の温度が低いことを補って画像光沢を略均一化する。また、多数枚のプリント時には、定着ベルト１の非通紙部昇温を防止しつつ画像光沢を略均一化する。結果、高効率で定着中の電力が少なくて済み、かつ、定着部材の長手方向温度分布は非通紙部昇温が抑制され、画像光沢が均一である高画質な定着装置５０及びこれを備えたカラー電子写真プリンタ１００を提供できる。

ところで、特許文献１に開示されている加熱装置は、定着中に最も電力が必要な定着ローラの加熱源に誘導加熱方式ではなく効率の低いハロゲンランプヒータを使用しているので、電力を多く必要として効率が悪い。これに対して、本実施形態の定着装置５０では、加熱効率が高い誘導加熱方式を採用しているので、高効率で定着中の電力が少なくて済み、かつ、定着ベルト１の幅方向の温度分布が均一で、定着された画像光沢も均一である高画質な定着装置５０となっている。また、起動時間も短く、電源投入後、短い時間で画像形成を開始できる。

＜別の実施形態＞
図１０は別の実施形態の定着装置５０Ｂにおける構成の説明図である。別の実施形態は、図２に示す定着装置５０における加圧ローラ４の代わりに、加圧ベルト４１、加圧ヒータ１０の代わりに面状発熱体１４を用いており、それ以外の構成は図２に示す定着装置５０と同じである。従って、図１０中、図２と共通する構成部材には共通の符号を付して詳細な説明は省略する。

図１０に示すように、定着装置５０Ｂでは、面状発熱体１４は、図２の加圧ヒータ１０と同様に動作し、入力する電力は最大２００Ｗである。面状発熱体１４の発熱分布と加圧ベルト４１の温度分布も図５の（ｃ）に示すように調整してある。

加圧ベルト４１は、７５μｍの厚みのポリイミドを基層に持ち、表面は離型層としてフッ素樹脂３０μｍを設けてある。別の実施形態の定着装置５０Ｂの場合、加圧ベルト４１単体での回転は出来ないので、加圧ベルト４１は、常に定着ベルト１に当接している状態にある。しかし、図２の加圧ローラ４に比べて、加圧ベルト４１は熱容量が小さいので、定着装置５０Ｂ起動時における面状発熱体１４への入力電力が２００Ｗと少なくても、約２５秒で温度センサ１３が目標温度である１００℃を検出できる。

一方、励磁コイル５には、１１００Ｗ入力できるので、約２５秒で目標温度である１７０℃に到達できる。

このように、別の実施形態の定着装置５０Ｂでは、加圧ベルト４１と面状発熱体１３とを用いることで、更に短い時間で定着装置５０Ｂを起動することが出来る。

なお、図２の定着装置５０と同様に、別の実施形態の定着装置５０Ｂでも、図１０中、破線で示すように定着ベルト１から加圧ベルト４１を離間させて、個別に循環させた状態で温度立ち上げ処理を行ってもよい。

＜発明との対応＞
本実施形態の定着装置５０は、記録材Ｐ上の転写画像を加熱する定着ベルト１と、定着ベルト１を電磁誘導発熱させる磁束を発生する誘導加熱コイル５と、定着ベルト１とニップを形成する加圧ローラ４と、加圧ローラ４の内部に配置され、加圧ローラ４を加熱する加圧ヒータ１０とを有する。

従って、誘導加熱方式により加熱された定着ベルト１の熱により記録材Ｐ上の転写画像を加熱する定着装置５０において、誘導加熱による省エネルギー加熱を実現する。更に、カラー静電写真プリンタ１００の立ち上げ時において、定着装置５０を大型化、複雑化せず低コストでウォーミングアップタイムを短縮することができる。

本実施形態の定着装置５０は、定着ベルト１は、加圧ローラ４とのニップにおいて、記録材Ｐ上の転写画像が担持されている面と接触する。従って、記録材Ｐの搬送が高速でも、定着ベルト１との長い接触面を通じて効率的かつムラなく転写画像を加熱できる。

本実施形態の定着装置５０は、誘導加熱コイル５の発熱分布は、定着ベルト１の記録材Ｐ搬送方向に直交する幅方向に略均一であり、一方、加圧ヒータ１０は、記録材Ｐ搬送方向に直交する幅方向の中央部よりも端部側の加熱能力が高い。従って、定着処理の開始に先立たせて、定着ベルト１の端部の温度低下を防止でき、幅広い領域で温度分布を均一化して定着品質を一定に確保できる。言い換えれば、温度立ち上げ時の定着ベルト１の縁部分の温度上昇の遅れを相殺して、定着処理開始時における定着ベルト１の幅方向の温度分布のばらつきを少なくして、記録材Ｐの全面での定着ムラを防止できる。

本実施形態の定着装置５０は、記録材Ｐを加熱する加熱処理に先立ち、誘導加熱コイル５と加圧ヒータ１０とを並行的に作動させて定着ベルト１及び加圧ローラ４を加熱し、一方、記録材Ｐ上の転写画像を加熱する加熱処理時は、誘導加熱コイル５のみで定着ベルト１及び加圧ローラ４を加熱するように制御する制御部６０を有する。従って、加熱処理時には加圧ヒータ１０の電力消費を画像形成に割り当てて、速やかな温度立ち上げと画像処理時の省電力とを実現できる。

本実施形態の定着装置５０は、加圧ヒータ１０は、ハロゲンランプヒータである。従って、誘導加熱コイル５による加熱の温度分布に合わせた相補的な発熱量分布のヒータを容易に実現できる。そして、単純なＯＮ／ＯＦＦ制御で十分に精密な温度維持や温度分布設定が可能であり、誘導加熱コイル５による加熱ムラを相殺する設計も容易である。

本実施形態の定着装置５０は、トナー像Ｔの被転写面に接触して記録材Ｐを加熱する定着ベルト１と、定着ベルト１に対して圧接／離間が可能に配置された加圧ローラ４とを備える。そして、定着ベルト１を誘導加熱する誘導加熱コイル５と、加圧ローラ４の内側に配置されて前記加圧ローラ４を加熱する加圧ヒータ１０と、定着ベルト１と加圧ローラ４とを離間させて定着ベルト１を循環させる。この状態で、誘導加熱コイル５と加圧ヒータ１０とにより温度立ち上げ処理を行う制御部６０とを備える。

従って、定着ベルト１と加圧ローラ４とを離間して圧接の重荷を除去した状態で温度立ち上げ処理を行うので、高温域で最適化された定着ベルト１を含む被加熱領域の昇温過程における負担や無理が少ない。また、離間して熱伝達をあまり期待できない定着ベルト１には頼らず、自前の加圧ヒータ１０によって加圧ローラ４を加熱するから、加圧ローラ４を速やかに適正な温度範囲に誘導できる。

本実施形態の定着装置５０は、トナー像Ｔの被転写面に接触して記録材Ｐを加熱する定着ベルト１と、定着ベルト１を懸架するローラ部材と、定着ベルト１に圧接従動した状態で記録材Ｐを挟み込む加圧ローラ４とを備える。そして、定着ベルト１の外側に配置されて、定着ベルト１をローラ部材とともに誘導加熱する誘導加熱コイル５と、加圧ローラ４の内側に配置されて加圧ローラ４を加熱する加圧ヒータ１０と、定着ベルト１を循環してローラ部材を回転させる。この状態で、誘導加熱コイル５と加圧ヒータ１０とにより温度立ち上げ処理を行う制御部６０とを備える。

従って、回転して均等に加熱された定着ローラ３との熱交換を通じて、定着ベルト１の温度分布が平均化される。また、定着ローラ３が熱コンデンサとして定着ベルト１に熱補給を行うので、記録材Ｐとの頻繁な接触を繰り返しても定着ベルト１の温度変化が少なくて済む。また、定着ベルト１を介した熱伝達に頼らず、自前の加圧ヒータ１０によって加圧ローラ４を加熱するから、加圧ローラ４を速やかに適正な温度範囲に誘導できる。

本実施形態の定着装置５０は、定着ベルト１と加圧ローラ４とは圧接／離間が可能で、制御部６０は、定着ベルト１と加圧ローラ４とを離間させた状態で、温度立ち上げ処理を行う。従って、定着ベルト１と加圧ローラ４とを離間して圧接の重荷を除去した状態で温度立ち上げ処理を行うので、高温域で最適化された定着ベルト１を含む被加熱領域の昇温過程における負担や無理が少ない。

本実施形態の定着装置５０は、制御部６０は、定着処理の開始に先立たせて、加圧ヒータ１０への投入電力を０にまで減少させて加圧ローラ４を定着ベルト１に圧接させる。従って、定着処理時には、加圧ヒータ１０の消費電力分を、定着装置５０以外のユニットの電力消費に割り当てて、温度立ち上げ処理時と定着処理時との電力消費を平均化できる。

本実施形態の定着装置５０は、トナー像Ｔの被転写面に接触して記録材Ｐを加熱する定着ベルト１と、定着ベルト１に圧接従動した状態で記録材Ｐを挟み込む加圧ローラ４とを備える。そして、定着ベルト１の全周の一部分を幅方向にほぼ一様に誘導加熱する誘導加熱コイル５と、加圧ローラ４の内側に配置されて加圧ローラ４を加熱可能な加圧ヒータ１０とを有する。また、温度立ち上げ処理が指令されると、誘導加熱コイル５と加圧ヒータ１０とを並行的に作動させて定着ベルト１と加圧ローラ４とを加熱し、それぞれ所定の温度範囲に立ち上げて維持させる制御部６０とを備える。従って、定着ベルト１および加圧ローラ４を速やかにそれぞれ適正な温度範囲に立ち上げて、温度立ち上げ待ち時間を短縮できる。

本実施形態の定着装置５０は、トナー像Ｔの被転写面に接触して記録材Ｐを加熱する定着ベルト１と、前記定着ベルト１に対して圧接／離間が可能な加圧ローラ４とを備える。そして、定着ベルト１の全周の一部分を幅方向にほぼ一様に誘導加熱する誘導加熱コイル５と、加圧ローラ４の内側に配置されて加圧ローラ４を加熱可能な加圧ヒータ１０と、加圧ローラ４を離間させる。この状態で、誘導加熱コイル５と加圧ヒータ１０とを作動させて定着処理を待機し、定着処理が指令されると、加圧ヒータ１０への投入電力を減少させて加圧ローラ４を圧接させる制御部６０とを備える。従って、定着処理（画像形成）時には、加圧ヒータ１０の消費電力分を、定着装置５０以外のユニットの電力消費に割り当てて、温度立ち上げ処理時と定着処理時との電力消費を平均化できる。これにより、定着能力を損なうことなく、カラー静電写真プリンタ１００の消費電力、定格ワット数を小さくできる。

本実施形態の定着装置５０は、トナー像Ｔの被転写面に接触して記録材Ｐを加熱する定着ベルト１と、定着ベルト１に圧接従動した状態で記録材Ｐを挟み込む加圧ローラ４とを備える。そして、循環する定着ベルト１を、記録材Ｐとの接触領域の上流側で誘導加熱する誘導加熱コイル５と、加圧ローラ４の内側に配置されて、加圧ローラ４の内壁面を輻射加熱するハロゲンランプヒータの加圧ヒータとを備える。ハロゲンランプヒータは、誘導加熱コイル５に比較して小型なので、小口径の加圧ローラ４でも内側に配置して、発熱を無駄なく利用した効率的な昇温を実現できる。また、フィラメント１０ａ（図５の（ａ））の調整によって、任意の発熱特性を付与できるので、誘導加熱コイル５による加熱ムラを相殺する設計が容易である。

本実施形態のカラー静電写真プリンタ１００は、記録材Ｐの被転写面にトナー像Ｔを転写する二次転写ローラ２２１等を有する。また、本実施形態のカラー静電写真プリンタ１００は、二次転写ローラ２２１等によってトナー像Ｔを転写された記録材Ｐに高温を作用させてトナー像Ｔを記録材Ｐに定着させる定着装置５０とを備える。従って、定着ベルト１および加圧ローラ４を速やかにそれぞれ適正な温度範囲に立ち上げて、温度立ち上げ待ち時間を短縮できる。

＜その他の実施形態＞
本発明の画像加熱装置は、上述した実施形態のような定着装置としての使用に限られず、未定着画像を被記録材に定着する仮定着装置、定着画像を担持した被記録材を再加熱してつや等の画像表面性を改質する表面改質装置等の画像加熱装置としても有効に使用することができる。

本発明の画像形成装置の一実施形態であるカラー電子写真プリンタの構成の説明図である。 本実施形態の定着装置における構成の説明図である。 圧接部の長さ方向における温度分布の線図である。 定着ベルト幅方向における温度分布の説明図である。 定着ベルト幅方向における加圧ローラの温度分布の線図である。 誘導加熱コイルと加圧ヒータの制御系のブロック図である。 温度立ち上げ処理のフローチャートである。 プリント処理時の加圧ヒータの制御のフローチャートである。 温度制御の説明図である。 別の実施形態の定着装置における構成の説明図である。

符号の説明

Ｔ トナー像
Ｐ、Ｓ 被転写材（記録材）
１ 定着ベルト部材、定着部材（定着ベルト）
３ 定着ローラ（ローラ部材）
４、４１ 加圧部材（加圧ローラ、加圧ベルト）
５ コイル部材（誘導加熱コイル）
１０ 補助加熱手段（加圧ヒータ、ハロゲンランプヒータ）
６０ 制御手段（制御部）
５０、５０Ｂ 定着装置
１００ 画像形成装置
１２１、１２２、２２１ 転写手段（感光ドラム、転写ベルト、二次転写ローラ）

Claims (5)

1. 記録材上の画像を加熱する第一の回転体と、
   前記第一の回転体を電磁誘導発熱させる磁束を発生する磁束発生手段と、
   前記第一の回転体とニップを形成する第二の回転体と、
   前記第二の回転体の内部に配置され、前記第二の回転体を加熱するヒータと、を有することを特徴とする画像加熱装置。
2. 前記第一の回転体は、前記ニップにおいて、記録材上の画像が担持されている面と接触することを特徴とする請求項１記載の画像加熱装置。
3. 前記磁束発生手段の発熱分布は、前記第一の回転体の記録材搬送方向に直交する幅方向に略均一であり、
   前記ヒータは、記録材搬送方向に直交する幅方向の中央部よりも端部側の加熱能力が高いことを特徴とする請求項１または２記載の画像加熱装置。
4. 記録材を加熱する加熱処理に先立ち、前記磁束発生手段と前記ヒータとを並行的に作動させて前記第一及び第二の回転体とを加熱し、一方、記録材上の画像を加熱する加熱処理時は、前記磁束発生手段のみで前記第一及び第二の回転体とを加熱するように制御する制御手段、を有することを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載の画像加熱装置。
5. 前記ヒータはハロゲンランプヒータであることを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項記載の画像加熱装置。
   

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