JP2009008762A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着ローラからの用紙の分離を確実に達成することができる定着装置を提供する。
【解決手段】定着ローラ内部に配置され定着ローラ内を選択的に加熱する遮蔽部材と、未定着画像の定着に必要な前記定着ローラの温度をＴ１、用紙がニップ部を通過後、定着ローラから剥離する際の分離抵抗力が所定の値以下となる定着ローラの温度をＴ２とした時に、定着ローラと加圧ローラにより形成されるニップ部直前の定着ローラの温度ＴinがＴ１以上となるように制御すると共に、定着ローラ内を選択的に加熱する遮蔽部材によりニップ部直後の定着ローラの温度ＴoutがＴ２以下となり且つＴ１＞Ｔ２となるように温度制御する温度制御手段と、を備えた構成となっている。
【選択図】図７

Description

本発明は、内部に複数の加熱源を有する回転自在な定着ローラと前記定着ローラと圧接して加圧する加圧ローラとの間で未定着の用紙を加熱加圧定着する定着装置を有する複写機、レーザープリンター等の画像形成装置に関し、特に、定着ローラからの用紙の分離を確実に達成することができる定着装置に関する。

一般に、複写機、レーザープリンター等の画像形成装置には、内部に複数の加熱源を有する回転自在な定着ローラと前記定着ローラと圧接して加圧する加圧ローラとを有し、前記定着ローラと前記加圧ローラの間で未定着の用紙を加熱加圧定着する定着装置が用いられている。
従来技術として、定着ベルトを用いた場合のベルトと用紙の剥離時の温度及び冷却方法について提案されている（特許文献１、２）。ここでは、それぞれ冷却手段を設けているので冷却効果は認められるが、特別な冷却手段を用いていること、ベルト定着方式を用いているため部品点数が多くなっていることそれぞれから、コスト面で高価になってしまう点、スペースが必要となる点が課題として挙げられる。

また、他の従来技術として、定着ローラを用いて冷却手段を併せ持っているものが提案されている（特許文献３）。
ここでも冷却手段による効果は認められるが、ニップ部から冷却分離までの用紙がローラと接する部分においてヒータの熱を直接受けるので当該部分での冷却効果が得られないばかりかヒータ点灯のタイミングによっては逆に加熱されてしまうことがある点、特別な冷却手段を用いることによるコストアップが課題として挙げられる。
特開２００５−１８１４７４公報 特開平５−２７３８７６号公報 特開２００１−２３５９５６公報

前述の従来技術においては、用紙が定着ニップにて加熱された後定着部材から分離されるときに十分冷却されることによる画質向上を目的としている。冷却されることによる他の効果として定着部材からの用紙の分離性が挙げられる。
一般的に、特に白黒画像形成装置では定着ニップの下流側に先端の尖った爪のような部材を当接して用紙の分離を行っているが色々な条件下では分離が不十分となり用紙ジャムが発生することがあった。
また、カラー画像形成装置では白黒画像形成装置に比べ画質に対する要求が厳しく、白黒画像形成装置で主に用いられてきた定着部材に先端の尖った爪のような部材を当接させて強制分離するような方法は、直接定着部材に接する部分にて定着部材の表面性が他の部分と異なってしまうことに起因して、例えば画像光沢ムラのような画質劣化を招いてしまう。

そこで、カラー画像形成装置においては、たとえば定着部材に微小なギャップを持って近接された通紙幅全域に渡る板状部材（分離板）のような非接触式の分離方法が用いられているが、接触式に比べて分離性能が低下することは否めない。分離性能に寄与する要因として用紙と定着部材が分離する時の定着部材温度が挙げられる。特許文献２の記載にあるように冷却された時のほうが、「トナー同士の凝集力」＞「トナーと定着部材の接着力」の傾向が強くなり分離性能が向上する。従来技術において冷却手段について開示されているが、ベルト定着装置である点や、特別な冷却手段を用いている点からコスト面及びスペース面での課題があった。
本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、画像形成装置において定着ローラからの用紙の分離を確実に達成することができる定着装置を提供することである。

上述の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、内部に複数の加熱源を有する回転自在な定着ローラと前記定着ローラと圧接して加圧する加圧ローラとを有し、前記定着ローラと前記加圧ローラの間で未定着の用紙を加熱加圧定着する定着装置であって、前記定着ローラ内部に配置され前記定着ローラ内を選択的に加熱する遮蔽部材と、未定着画像の定着に必要な前記定着ローラの温度をＴ１、前記用紙がニップ部を通過後、前記定着ローラから剥離する際の分離抵抗力が所定の値以下となる前記定着ローラの温度をＴ２とした時に、前記定着ローラと前記加圧ローラにより形成されるニップ部直前の前記定着ローラの温度ＴinがＴ１以上となるように制御すると共に、前記定着ローラ内を選択的に加熱する遮蔽部材によりニップ部直後の前記定着ローラの温度ＴoutがＴ２以下となり且つＴ１＞Ｔ２となるように温度制御する温度制御手段と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項２記載の発明は、前記遮蔽部材により前記加熱源と前記定着ローラ及び前記加圧ローラにより形成されるニップ近傍部とが遮蔽されることを特徴とする。
また、請求項３記載の発明は、前記遮蔽部材が、前記定着ローラ内を移動可能となっていることを特徴とする。
また、請求項４記載の発明は、前記遮蔽部材の遮蔽範囲が変更可能となっていることを特徴とする。
また、請求項５記載の発明は、複数の用紙搬送速度に応じて前記遮蔽部材の位置及び範囲が選択されることを特徴とする。
また、請求項６記載の発明は、前記定着装置の設置環境により前記遮蔽部材の位置及び範囲が選択されることを特徴とする。

また、請求項７記載の発明は、前記用紙の通紙枚数に応じて前記遮蔽部材の位置及び範囲が変更されることを特徴とする。
また、請求項８記載の発明は、前記定着装置のウォームアップ動作時、待機時、通紙時のそれぞれに異なるように前記遮蔽部材の位置及び範囲が選択されることを特徴とする。
また、請求項９記載の発明は、前記遮蔽部材が複数の加熱源の間に設置されることを特徴とする。
また、請求項１０記載の発明は、前記定着装置のウォームアップ動作時、通紙時のそれぞれに異なるように前記遮蔽部材の位置及び範囲が選択されることを特徴とする。
また、請求項１１記載の発明は、前記通紙する用紙のサイズにより複数ある加熱源のうち少なくとも一方が強制消灯されることを特徴とする。
また、請求項１２記載の発明は、前記定着ローラからの用紙分離手段として、非接触の分離手段が用いられることを特徴とする。
また、請求項１３記載の発明は、上記請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置である。

本発明によれば、定着ローラ内部に配置され定着ローラ内を選択的に加熱することを可能とする遮蔽部材を有し、定着に必要な定着ローラ温度をＴ１、用紙がニップ部を通過後定着ローラから剥離する際の分離力が所定の値以下となる定着ローラ温度をＴ２とした時に、定着ローラと加圧ローラにより形成されるニップ部直前定着ローラ温度がＴ１以上、ニップ部直後定着ローラ温度がＴ２以下であり且つＴ１＞Ｔ２に制御しているので定着ローラからの用紙の分離を安価な構成で確実に達成することができる。
また、本発明によれば、遮蔽部材は定着ローラと加圧ローラにより形成されるニップ近傍部を遮蔽し、加熱源からニップ部分の直接加熱を避けるようにしたので定着ローラからの用紙の分離を安価な構成で達成することができる。

また本発明によれば、遮蔽部材は該定着ローラ内を移動可能に構成されているので、印刷条件により異なる分離最適条件に対応した定着ローラの用紙分離時温度を安価な構成で制御することで定着ローラからの用紙の分離を達成することができる。
また本発明によれば、遮蔽部材は遮蔽範囲を変更可能に構成されているので、印刷条件により異なる分離最適条件に対応した定着ローラの用紙分離時温度を安価な構成で制御することで定着ローラからの用紙の分離を達成することができる。
また本発明によれば、複数の用紙搬送速度に応じて遮蔽部材位置、範囲を選択しているので用紙搬送速度により異なる分離最適条件に対応した定着ローラの用紙分離時温度を安価な構成で制御することで定着ローラからの用紙の分離を達成することができる。

また本発明によれば、装置設置環境により遮蔽部材位置、範囲を選択しているので設置環境により異なる分離最適条件に対応した定着ローラの用紙分離時温度を安価な構成で制御することで定着ローラからの用紙の分離を達成することができる。
また本発明によれば、通紙枚数に応じて遮蔽部材位置、範囲を変更しているので通紙枚数により異なる分離最適条件に対応した定着ローラの用紙分離時温度を安価な構成で制御することで定着ローラからの用紙の分離を達成することができる。
また本発明によれば、ウォームアップ動作時、待機時、通紙時それぞれ異なる遮蔽部材位置、範囲を選択するので用紙分離とウォームアップ時間の短縮、通紙開始直後の温度落ち込み防止等要求項目を成立することができる。
また本発明によれば、該遮蔽部材を複数の加熱源の間に設置しているので定着ローラからの用紙の分離を安価な構成で達成することができる。

また本発明によれば、ウォームアップ動作時、通紙時それぞれ異なる遮蔽部材位置、範囲を選択するので用紙分離とウォームアップ時間の短縮、通紙開始直後の温度落ち込み防止等要求項目を成立することができる。
また本発明によれば、通紙する用紙サイズにより複数ある加熱源のうち少なくとも一方を強制消灯しているので、用紙サイズにより異なる分離最適条件に対応した定着ローラの用紙分離時温度を安価な構成で制御することで定着ローラからの用紙の分離を達成することができる。
また本発明によれば、非接触分離手段においても定着ローラからの用紙の分離を安価な構成で達成することができる。
また本発明によれば、定着ローラからの用紙の分離を確実に達成できる定着装置を有するので画像形成装置における用紙分離が確実に達成できる。

以下に添付の図を参照してこの発明の実施形態を詳細に説明する。
ここでは、本発明を画像形成装置であるカラーレーザプリンタ（以下、単に「プリンタ」という）に適用した実施形態について説明する。
図１は、本発明によるプリンタの一実施形態の概略構成ブロック図である。
図１に示すように、このプリンタは、イエロー・シアン・マゼンタ・ブラックの４つの画像形成手段を横に並べて配置してタンデム画像形成部を構成するようにしたもので、タンデム画像形成部においては、個々のトナー像形成手段である画像形成部１０１Ｙ、１０１Ｃ、１０１Ｍ、１０１Ｋが、図中有左から順に配置されている。ここで、各符号の添字Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋは、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、黒用の部材であることを示す。
また、タンデム画像形成部においては、個々画像形成部１０１Ｙ、１０１Ｃ、１０１Ｍ、１０１Ｋは、潜像担持体としてのドラム状の感光体２１Ｙ、２１Ｃ、２１Ｍ、２１Ｋのまわりに、帯電装置、現像装置１０Ｙ、１０Ｃ、１０Ｍ、１０Ｋ、感光体クリーニング装置等を備えている。

また、プリンタの上部には、イエロー、シアン、マゼンタ、黒の各色トナーが充填されたトナーボトル２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｋが配置されている。そして、このトナーボトル２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｋから図示しない搬送経路によって、所定の補給量だけ各色現像装置１０Ｙ、１０Ｃ、１０Ｍ、１０Ｋ、に各色トナーが補給される。
また、タンデム画像形成部の下部に潜像形成手段としての光書込ユニット９が設けられる。この光書込ユニット９は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラー等を備え、画像データに基づいて各感光体２１Ｙ、２１Ｃ、２１Ｍ、２１Ｋの表面にレーザ光を走査しながら照射するように構成されている。
また、タンデム画像形成部の直ぐ上には、中間転写体として無端ベルト状の中間転写ベルト１が設けられている。この中間転写ベルト１は、支持ローラ１ａ、１ｂに掛け回され、この支持ローラのうち駆動ローラ１ａの回転軸には駆動源としての図示しない駆動モータが連結されている。この駆動モータを駆動させると、中間転写ベルト１が図中反時計回りに回転移動するとともに、従動可能な支持ローラ１ｂが回転する。中間転写ベルト１の内側には、感光体２１Ｙ、２１Ｃ、２１Ｍ、２１Ｋ上に形成されたトナー像を中間転写ベルト１上に転写するための一次転写装置１１Ｙ、１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｋが設けられている。

また、上記１次転写装置１１Ｙ、１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｋより中間転写ベルト１の駆動方向下流に２次転写装置としての２次転写ローラ４が設けられる。この２次転写ローラ４と中間転写ベルト１を挟んで反対の側には、支持ローラ１ｂが配置されており、押部材としての機能を果たしている。
また、給紙カセット８、給紙コロ７、レジストローラ６等が備えられ、２次転写ローラ４によりトナー像を転写された記録媒体（転写紙）Ｓの進行方向に関して２次転写ローラ４の下流部には、記録媒体Ｓ上の画像を定着する定着装置５、排紙ローラ３を備えている。

次に、上記プリンタの画像形成動作について説明する。
まず、その感光体２１Ｙ、２１Ｃ、２１Ｍ、２１Ｋが回転され、感光体２１Ｙ、２１Ｃ、２１Ｍ、２１Ｋの回転とともに、まず帯電装置１７Ｙ、１７Ｃ、１７Ｍ、１７Ｋで感光体２１Ｙ、２１Ｃ、２１Ｍ、２１Ｋの表面が一様に帯電される。次いで、画像データを光書込ユニット９からのレーザによる書込み光を照射して感光体２１Ｙ、２１Ｃ、２１Ｍ、２１Ｋ上に静電潜像を形成する。その後、現像装置１０Ｙ、１０Ｃ、１０Ｍ、１０Ｋによりトナーが付着され静電潜像を可視像化することで各感光体２１Ｙ、２１Ｃ、２１Ｍ、２１Ｋ上にそれぞれ、イエロー・シアン・マゼンタ・ブラックの単色画像を形成する。
また、不図示の駆動モータで駆動ローラ１ａを回転駆動して他の従動ローラ１ｂ、２次転写ローラ４を従動回転し、中間転写ベルト１を回転搬送して、その可視像を一次転写装置１１Ｙ、１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｋで中間転写ベルト１上に順次転写する。これによって中間転写ベルト１上に合成カラー画像を形成する。画像転写後の感光体２１Ｙ、２１Ｃ、２１Ｍ、２１Ｋの表面は感光体クリーニング装置で残留トナーを除去して清掃して再度の画像形成に備える。

また、上記画像形成のタイミングにあわせて、給紙カセット８からは記録媒体Ｓ先端が給紙コロ７により繰り出され、レジストローラ６まで搬送され、一旦停止する。そして、上記画像形成動作とタイミングを取りながら、二次転写ローラ４と中間転写ベルト１の間に搬送される。ここで、中間転写ベルト１と２次転写対向ローラ５とは記録媒体Ｓを挟んでいわゆる２次転写ニップを形成し、２次転写ローラ４にて中間転写ベルト１上のトナー像を記録媒体Ｓ上に２次転写する。
画像転写後の記録媒体Ｓは定着装置５へと送り込まれ、図８に示すように加熱源５３を内部に有して温度制御手段によって表面を所定の温度に維持された定着ローラ５１と、定着ローラ５１に対向し定着ローラ５１に圧接される加圧ローラ５２により形成されるニップ部に用紙を挟持搬送することで用紙上のトナー像を加熱加圧し用紙に定着させる。
また、ニップ部から排出された用紙は、分離部材により分離された後、排紙ローラ３から機外に排出される。一方、画像転写後の中間転写ベルト１は、中間転写体クリーニング装置１２で、画像転写後に中間転写ベルト１上に残留する残留トナーを除去し、タンデム画像形成部による再度の画像形成に備える。

次に、本発明の要部である定着装置５について説明する。
まず、トナー像を用紙に定着させるためには定着ニップでの所定の定着温度、所定の圧力、所定の加熱加圧時間が必要である。この所定の条件は、主にトナーの特性に起因するも、トナーの単位面積当たりの付着量、装置の設置環境、用紙の種類等により決定するが、その定着装置により固有の範囲を持った値となる。
ここで、以上の種々条件から決定されるトナー像を用紙に定着させる定着最適温度をＴ１とする。最適温度は範囲を持った値であるが、ここでは最適範囲中の下限を示す意味合いが大きい。次に、定着ニップから排出される用紙の定着ローラ５１からの分離について考える。発明の目的で述べているように用紙の分離に対して定着温度は低い方が有利である。定着ローラからの用紙分離の条件もその定着装置により固有の範囲を持った値であるが、定着ローラ５１からの分離を達成できる上限温度をＴ２とする。すなわち、このＴ２は、定着ローラ５１から剥離する際の分離抵抗力が所定の値以下となる定着ローラ５１の温度となる。

次に、分離達成可否を判断する指標として定着ニップを通過した用紙と定着ローラ５１の剥離力を考える。トナーの付着量を一定の値になるよう統一された用紙を定着装置に通過させる。ここで、図２に示すように、定着ニップ直後、分離抵抗力を測定するための分離抵抗力測定装置として、定着ローラ５１側に測定用の検出爪４１を設ける。定着ニップ部を通過した用紙は定着ローラ５１に巻き付く力を持って搬送されるため検出爪４１に押し付けられる形で搬送される。このときの押し付け力を検出爪４１の他端に設けたロードセル４２により読み取るようにする。この値が用紙を定着ローラ５１から剥離するのに必要な力でありこれを分離抵抗力とする。この所定の条件のもとに測定された分離抵抗力の大小により定着ローラ５１からの用紙の分離が可能か否かを判断する。

図２は、図１に示したプリンタにおける分離抵抗力測定装置の概略構成図である。また、図３は、定着温度に対する定着ローラ５１と用紙の分離抵抗力の変化を示すグラフ図である。なお、図３においては、定着温度を横軸に、定着ローラ５１と用紙の分離抵抗力を縦軸に取ったグラフである。
図３に示すように、個々の値については装置固有の条件、設置環境等外的条件により変動するものであるがその傾向は同一であり、定着最適温度付近をピークとし、遠ざかるにつれ分離抵抗力は減少していく。

本例の場合定着温度１６０℃〜１７０℃の分離抵抗力をピークに定着温度が低くなると分離抵抗力も低くなっている。この定着装置においては分離抵抗力が３０ｇｆ以下であれば定着ローラ５１から用紙の分離が達成できることがわかっている。ここで言う分離が達成できるレベルは、分離部材として検出爪４１を用いている場合は用紙の先端までトナー画像が印字された状態においても用紙がジャムすることなく通紙可能であることを言う。なお、分離部材として非接触の分離板を用いている場合は用紙の先端余白を２ｍｍ確保して印字された状態において用紙がジャムすることなく通紙可能であることを言う。
一方、定着最適温度は一例の定着装置では１６０℃〜１８０℃であり、このＴ１とＴ２の関係を図４に示す。図中曲線は図３に示した分離抵抗力と定着温度の関係であり、横破線で示す線が分離可能な分離抵抗力上限とする。この曲線と横破線の交点で示される定着温度が上述のＴ２である。一方、定着可能最適温度Ｔ１を縦破線にて示す。図４は、分離抵抗力と定着温度の関係を示すグラフ図である。

先に述べた通り、図４に示す定着最適温度近傍における分離抵抗力は、そのピーク値をとり定着最適領域と分離可能領域が両立する範囲が得られないことが多い。その分離抵抗力は定着最適温度から１０deg〜２０deg低下すると半減し、このとき分離可能領域となっている場合が多い。
ここで、定着温度Ｔについて図５に示すようにニップ入口温度（ニップ部直前の定着ローラ５１の温度）Ｔinとニップ出口温度（ニップ部直後の定着ローラ５１の温度）Ｔoutに分けて考える。図５は、ニップ入口温度Ｔinとニップ出口温度Ｔoutの概念を示す説明図である。
図５に示すように、定着性を確保するために必要な熱量はＴinからＴoutにかけての全域温度であるが、温度制御しているのはニップ入口前の温度でありニップ入口温度Ｔinを代表値として考えられる。これに対し分離に影響する温度はニップ直後のトナー温度であり、定着ニップを排出された直後の定着ローラ温度、すなわちニップ出口温度Ｔoutを代表値として考えられる。一般的には定着最適温度Ｔ１、分離可能温度Ｔ２を考える場合ともにニップ入口温度Ｔinを持って判断することが多い。これはニップ出口温度Ｔoutがニップ入口温度Ｔinからニップで奪われる熱量を一律に減じた温度と考えているからであるが、本発明では定着最適温度Ｔ１についてはニップ入口温度Ｔin、分離可能温度Ｔ２についてはニップ出口温度Ｔoutにて考える。前述のようにニップ前後では用紙及び加圧ローラ５２に熱を奪われるためニップ入口温度Ｔin＞ニップ出口温度Ｔoutとなる。

図６は、時間に対するニップ入口温度Ｔinとニップ出口温度Ｔoutの変化を示すグラフ図である。図６に示すように、通常定着温度は温度制御部５４（図５参照）により定着入口温度Ｔinを定着最適温度Ｔ１（以上）になるように制御される。
ニップ出口温度Ｔoutについては特に制御されていないが、上述のようにニップで熱を奪われるため図中破曲線で示すようにＴinの温度から奪熱分減じられた温度推移をニップ入口からニップ出口までの回転時間分遅れて現れる（ブロック矢印にて示す遅れ）。今まで述べたニップ中で熱を奪われることによるニップ入口温度Ｔinとニップ出口温度Ｔoutとの関係と、定着可能温度Ｔ１から一定の温度を減じた値が分離可能温度Ｔ２である関係から一般的な定着装置においてはこのニップ出口温度Ｔoutが分離可能温度Ｔ２以下となっていることが見受けられる。

ところが、定着温度制御は通常ニップ入口温度近くの温度を検知しながら行っていてニップ入口温度Ｔinを制御していると言ってよい。このためニップ出口温度Ｔoutは加熱源５３の点灯タイミングによりＴout＞Ｔ２となってしまう場合がある。図６中の円内に囲んで示す場合であり、制御部温度Ｔs（Ｔin）が低くなると加熱源５３は点灯される。このとき、定着ローラ５１は温度検知部のみならず全周にわたって加熱されるためニップ出口温度Ｔoutはその時の温度によることなく一律に加熱されニップ出口温度Ｔoutは上昇してしまう。このときのニップ出口温度Ｔoutがニップ可能温度Ｔ２ぎりぎりの値を示していた場合などは、図中Ｔout’にて示すように分離可能範囲を逸脱してしまう結果となる。
このように定着ローラ５１上の温度検知している部分から下流範囲、主にニップ部分が必要以上に加熱され分離可能温度Ｔ２を越えてしまうことを防止するために加熱源５３の熱量をニップ部分に直接与えないことを考える。
そこで、この実施形態では、図７に示すように定着ローラ５１内ニップ部分の内側と加熱源５３との間に遮蔽板５５ａを設けており、これにより、ニップ部分の直接加熱を防止する。この結果、図６のＴout’に示した分離可能温度Ｔ２を越えていた定着ローラ温度挙動は、ニップ入口温度Ｔinからニップによる奪熱分を減じた破線Ｔに示す温度挙動となり、ニップ出口温度Ｔoutは分離可能温度Ｔ２以下に制御される。

ここで、図８に、この遮蔽板５５ａの斜視図を示す。遮蔽板５５ａは定着ローラ５１内側に加熱源５３と概略平行に配置され通紙幅全域に渡りニップ部への熱量伝達を規制している。遮蔽板５５ａの取り付け方法はその両端を筐体の一部に熱膨張吸収考慮して段付きネジ等で固定されている。図８は、定着ローラ５１内ニップ部分の内側と加熱源５３との間に設けられた遮蔽板５５ａの斜視図である。
このように、本実施形態によれば、定着ローラ内部に配置され定着ローラ内を選択的に加熱することを可能とする遮蔽部材を有し、定着に必要な定着ローラ温度をＴ１、用紙がニップ部を通過後定着ローラから剥離する際の分離力が所定の値以下となる定着ローラ温度をＴ２とした時に、定着ローラと加圧ローラにより形成されるニップ部直前定着ローラ温度がＴ１以上、ニップ部直後定着ローラ温度がＴ２以下であり、かつＴ１＞Ｔ２に制御しているので定着ローラからの用紙の分離を安価な構成で確実に達成することができる。

次に、定着ローラ５１の肉厚、定着ローラ５１の回転速度等の条件が異なる場合について考える。定着性を確保するための定着温度Ｔ１と分離性を確保するための定着温度Ｔ２を両立させる、遮蔽板５５による遮蔽範囲、遮蔽位置の適正範囲はその条件毎により異なる。定着ローラ５１の肉厚、材質により決定される熱源５３からの熱を受け取る定着ローラ５１の内周面からトナーに直接触れてその熱を与える外周面までの熱伝達時間、その伝達時間中に定着ローラ５１が回転により移動する距離を考慮して遮蔽位置及び遮蔽範囲を決定する必要がある。
例えば、定着ローラ５１肉厚が厚くなるほど熱伝達時間が長くなるので定着ローラ５１がより上流で受け取った熱量がニップ部でトナーに伝達されることになる。つまり、肉厚が厚いほどニップ部よりも上流を遮蔽する必要があり遮蔽範囲を広くする必要が生じる。ただし、肉厚が厚くなり定着ローラ５１の蓄熱量が大きくなるとニップで奪われる熱量を定着ローラ５１の蓄熱量で十分に補えるためニップ出口温度Ｔoの温度降下量が小さくなってしまうことには注意が必要である。同様に、定着ローラ５１の回転速度が速いほど定着ローラ５１がより上流で受け取った熱量がニップ部でトナーに伝達されることになる。回転速度が速いほどニップ部よりも上流を遮蔽する必要があり遮蔽範囲を上流側に配置する必要がある。

ここで、画素密度を上げるため高画質印字時は線速（用紙搬送速度）を半分にする等の線速可変の場合を考える。この場合上述の理由から分離可能温度が最適に得られる遮蔽範囲又は位置は線速によって変化する。このような場合に遮蔽板５５ａの範囲又は位置を可変とし線速（用紙搬送速度）により最適な範囲又は位置に変更することが考えられる。
上述の理由から、低速印字時は、図７に示すようにニップ部を直接遮蔽するような遮蔽板５５ａの位置にすることが有効と考えられる。図７は、ニップ部を直接遮蔽するような位置に遮蔽板５５ａを設けた場合の概略図である。
また、高速印字時は上流側に移動させた図９に示すような遮蔽板５５ａの位置とすることが有効と考えられる。図９は、上流側に移動させた位置に遮蔽板５５ａを設けた場合の概略構成図である。

また、同様に遮蔽範囲を変更する場合を考える。遮蔽範囲を変更する手段の一例として図１０に示すような遮蔽板を２重構造とすることを考える。同様に上述の理由から低速印字時は、図１０に示すように遮蔽板５５ａと遮蔽板５５ｂを２枚重ねた遮蔽範囲が狭い状態とすることで分離可能温度が最適となると考えられる。また高速印字時は、図１１に示すように遮蔽板５５ｂを移動させ遮蔽範囲を広い状態とすることで分離可能温度が最適となると考えられる。なお、この遮蔽板５５及び遮蔽板５５の位置変更手段等によって温度制御手段が構成されるものである。また、この温度制御手段は、具体的には、各検出結果に応じて遮蔽板５５の位置変更を含む各所の制御を行なうマイクロコンピュータ等で構成される。
図１０は、遮蔽板５５ａと遮蔽板５５ｂを２枚重ねた遮蔽範囲が狭い状態の概略構成図である。図１１は、遮蔽板５５ｂを移動させ遮蔽範囲が広い状態の概略構成図である。

ここで、図７及び図９に示した実施形態を実現するための遮蔽板位置可変の具体例の斜視図を図１２に示す。図１２は、遮蔽板位置可変の具体例の斜視図である。
図１２に示すように、遮蔽板５５は両端を揺動可能な保持部材５６によって保持されている。保持部材５６は回転支点を中心に回転可能であり図７及び図９に示したような遮蔽板５５の可動範囲を移動させることが可能である。移動に際しては、ソレノイド５７と弾性部材５８の組合せで実施することが一般的である。
また、図１３に示すように、ステッピングモータ６０を駆動源とすることも可能である。遮蔽板５５の遮蔽位置を検出するために保持部材５６の位置を検知する位置センサ５９を設ける。位置センサ５９により検出された位置情報に基づいて保持部材５６に連結されたギヤ列６１を介してステッピングモータ６０を駆動制御して狙いの遮蔽範囲及び位置を得ることが可能となる。ステッピングモータ６０を用いた場合には細かい遮蔽板５５位置の変更制御が可能である。図１３は、遮蔽板位置可変の他の具体例の斜視図である。
また、前記の移動可能な遮蔽板構成に固定された遮蔽板５５ａを組み合わせれば、図１０及び図１１に示した遮蔽範囲変更に対応することも可能である。

今まで述べてきたように、遮蔽範囲及び位置変更を用いて最適分離条件の異なる状況に対応することが可能となる。
そのひとつとして、装置設置環境により遮蔽範囲を変更することが考えられる。定着ローラ５１の温度は温度検知部材により温度検知しているので所定の温度に維持されているが、用紙が設置環境の影響を受けることで分離最適温度が変化してくる。特に、用紙の含水分により用紙のこしが変化するため分離最適温度も変化することが考えられる。
そこで、装置に温湿度検知手段を設け、その検出値により遮蔽範囲を切り替えるようにしても良い。例えば、設置環境が高湿の場合は用紙のこしが弱く分離に対しては不利な状態である。このような時は、分離に有利なように図１１に示すような遮蔽範囲を広くすることが考えられる。逆に、設置環境が低湿の場合は図１０に示すように遮蔽範囲を狭くすることが有効である。ここでは分離性に寄与の大きい湿度の場合について述べたが、環境温度によって切り替えることも考えられる。

同様に通紙枚数により遮蔽範囲を変更することが考えられる。すなわち、通紙を繰り返すことにより加圧ローラ５２温度は上昇していく。この結果、定着性と分離性を両立させる定着温度範囲が変化してくる。そのため、通紙枚数により遮蔽板５５位置の補正をすることで通紙枚数に左右されずに定着性と分離性を両立させることが可能となる。
例えば、通紙枚数が少ない時は、加圧ローラ５２温度は低い状態である。この時加圧ローラ５２からの熱が得られず定着性の観点からは熱量が不足する状態であり通紙初期は設定温度を高くすることで熱量不足を補うことが一般的に行われている。
一方、分離の観点からは加圧ローラ５２の温度が低い場合に定着ローラ５１に巻き付く方向に分離される傾向が確認されており定着性とは逆に設定温度を低くする方向が有利である。この通紙初期の相反する状態において、遮蔽板５５による遮蔽範囲を図１１に示すように広くすることでニップ入口温度Ｔinを高くしつつ、ニップ出口温度Ｔoutを低く押さえることが可能となり定着性と分離の両立が可能となる。

また、通紙枚数が多くなるにつれ定着性、分離性に余裕が生じるので定着温度を下げるとともに遮蔽板５５の位置を図１０に示すように遮蔽範囲を狭くしていくことで更に熱量の余裕ができる。また、加圧ローラ５２内に加熱源を有し加圧ローラ温度を制御している定着装置の場合は、加圧ローラ５２制御温度により制御位置範囲を変更することもできる。
通紙時の遮蔽板最適位置は上述の通りである。装置の状態が異なる場合、例えばウォームアップ時、待機時における遮蔽板の適正範囲位置も異なってくる。ウォームアップ時は加熱源５３の熱量は全て定着ローラ５１に与えることが好ましい。

しかしながら、遮蔽板自体は熱を妨げるものなのでウォームアップ時の遮蔽範囲は設定可能な一番小さい範囲が良い（例えば図１０の状態）。また、温度検知手段と遮蔽板５５の位置関係であるが、定着ローラ５１回転中は上流から蓄熱された状態の温度を検知するので検知手段５４は、遮蔽板５５の遮蔽範囲直前の位置が好ましい。しかし、ウォームアップ時の定着ローラ５１の回転が停止している場合は、遮蔽板５５の遮蔽範囲近傍にあると遮蔽の影響で定着ローラ５１の昇温が鈍い部分の温度を検知することとなり近すぎないほうが良い。このことからもウォームアップ時の遮蔽板５５の遮蔽範囲は設定可能な最小な範囲が好ましい。
また、ウォームアップ終了直後のオーバーシュートがしばしば問題となることがあるが、ウォームアップ終了直前に遮蔽板の遮蔽範囲を大きくすることで定着ローラ５１温度上昇速度を鈍化させオーバーシュートの軽減を図ることも可能である。
また、待機時は定着ローラ５１全体が均一な温度分布で、正確に温度検知されていることが好ましい。このため待機時の場合遮蔽範囲はなるべく小さい方が良く（例えば図１０の状態）また温度検知手段からも遠ざかっていることが好ましい。ウォームアップ時と同様の理由である。

以上のように、遮蔽板５５を用いてニップ出口温度Ｔoutを制御することにより定着ローラ５１からの用紙の分離を達成することが可能となる。その結果、従来カラー機では達成できていなかった定着ローラ５１と加圧ローラ５２の組合せによる定着装置において非接触の分離手段を用いての分離可能な条件範囲を広げることが可能となった。その結果、定着ローラ５１と加圧ローラ５２という低コストな組合せにおいて非接触分離部材を採用することが可能となり、高画質化が達成できる。
本発明の実施形態として、加圧ローラ１本の場合を述べてきたが、この構成に特化されるものではない。その他の構成として、加圧ローラ複数本の場合、加圧ローラの代わりに加圧ベルトを用いた場合等が考えられるがいずれの場合も同様の効果が得られると考えられる。

次に、加熱源５３を複数用いた場合の特有の実施形態について説明する。図１４は、加熱源５３を複数用いた場合の実施形態の概略構成図である。
ここでは、加熱源２本の場合を用いて述べる。図１４（ａ）に示すように、遮蔽板６３を加熱源５３ａと加熱源５３ｂの間に設ける。複数本加熱源を設ける目的は、ウォームアップ時のような大電力が必要な場合に電力を補填使用する、加熱源５３ａと加熱源５３ｂの配光分布を、通紙幅中央付近を重点的に加熱するものと、通紙幅両端部を重点的に加熱するものとに作り分け、通紙する用紙サイズに応じて最適な温度分布になるように温度制御することが主なものである。
図１４を参照して、この実施形態における、ウォームアップと通紙時の使い分けについて述べる。
まず、図１４（ａ）に示すように、ウォームアップ時は定着ローラ５１への熱の妨げにならないように遮蔽範囲を小さくする。このとき、加熱源５３ａ、５３ｂは両方点灯となる。加熱源５３ａはウォームアップ時通紙時ともに使用し、加熱源５３ｂはウォームアップ専用となる。
そして、通紙時は加熱源５３ａのみ点灯制御され、基本的に通紙時に使用する加熱源５３ａはニップと遠い位置に配置し、図１４（ｂ）に示すように通紙時遮蔽板６３は遮蔽範囲を大きくし、この結果加熱源５３ａの熱量がニップ部に直接伝わることを抑制できる。

また、加熱源５３を複数用いた場合に特有の別の実施形態を加熱源２本の場合を用いて述べる。遮蔽板の効果を更に上げるため、２本加熱源の使い方として一方を用紙最大幅の端部を重点的に加熱するためのものとし、もう一方を、用紙中央部付近を重点的に加熱するものとして構成する。中央付近はすなわち小サイズ用紙では用紙全体であり用紙中央から端部まで含まれる。用紙先端がニップから排出されるタイミングで加熱源を強制消灯することで遮蔽板による出口温度上昇防止効果を補填する。このとき通紙される紙サイズを検知し２本加熱源のうち用紙端部を重点的に加熱しているほうを消灯する。たとえば、大サイズ時は端部加熱源を消灯、小サイズ時は中央加熱源を消灯する。

本発明によるプリンタの一実施形態の概略構成ブロック図である。 図１に示したプリンタにおける分離抵抗力測定装置の概略構成図である。 定着温度に対する定着ローラ５１と用紙の分離抵抗力の変化を示すグラフ図である。 分離抵抗力と定着温度の関係を示すグラフ図である。 ニップ入口温度Ｔinとニップ出口温度Ｔoutの概念を示す説明図である。 時間に対するニップ入口温度Ｔinとニップ出口温度Ｔoutの変化を示すグラフ図である。 ニップ部を直接遮蔽するような位置に遮蔽板５５ａを設けた場合の概略図である。 定着ローラ５１内ニップ部分の内側と加熱源５３との間に設けられた遮蔽板５５ａの斜視図である。 上流側に移動させた位置に遮蔽板５５ａを設けた場合の概略構成図である。 遮蔽板５５ａと遮蔽板５５ｂを２枚重ねた遮蔽範囲が狭い状態の概略構成図である。 遮蔽板５５ｂを移動させ遮蔽範囲が広い状態の概略構成図である。 遮蔽板位置可変の具体例の斜視図である。 遮蔽板位置可変の他の具体例の斜視図である。 加熱源５３を複数用いた場合の実施形態の概略構成図である。

符号の説明

１…中間転写ベルト、１ａ…駆動ローラ、１ｂ…従動ローラ、２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｋ…トナーボトル、３…排紙ローラ、４…二次転写ローラ、５…定着装置、５…転写対向ローラ、６…レジストローラ、７…給紙コロ、８…給紙カセット、９…光書込ユニット、１０Ｙ、１０Ｃ、１０Ｍ、１０Ｋ…現像装置、１１Ｙ、１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｋ…一次転写装置、１２…中間転写体クリーニング装置、１７Ｙ、１７Ｃ、１７Ｍ、１７Ｋ…帯電装置、２１Ｙ、２１Ｃ、２１Ｍ、２１Ｋ…感光体、４１…分離爪、４２…ロードセル、５１…定着ローラ、５２…加圧ローラ、５３…加熱源、５４…温度検知制御手段、５５…遮蔽板、５５ａ…遮蔽板、５５ｂ…遮蔽板、５６…保持部材、５７…ソレノイド、５８…弾性部材、５９…位置センサ、６０…ステッピングモータ、６１…ギヤ列、６３…遮蔽板、１０１Ｙ、１０１Ｃ、１０１Ｍ、１０１Ｋ…画像形成部

Claims (13)

1. 内部に複数の加熱源を有する回転自在な定着ローラと前記定着ローラと圧接して加圧する加圧ローラとを有し、前記定着ローラと前記加圧ローラの間で未定着の用紙を加熱加圧定着する定着装置であって、
   前記定着ローラ内部に配置され前記定着ローラ内を選択的に加熱する遮蔽部材と、
   未定着画像の定着に必要な前記定着ローラの温度をＴ１、前記用紙がニップ部を通過後、前記定着ローラから剥離する際の分離抵抗力が所定の値以下となる前記定着ローラの温度をＴ２とした時に、前記定着ローラと前記加圧ローラにより形成されるニップ部直前の前記定着ローラの温度ＴinがＴ１以上となるように制御すると共に、前記定着ローラ内を選択的に加熱する遮蔽部材によりニップ部直後の前記定着ローラの温度ＴoutがＴ２以下となり且つＴ１＞Ｔ２となるように温度制御する温度制御手段と、
   を備えたことを特徴とする定着装置。
2. 前記遮蔽部材により前記加熱源と前記定着ローラ及び前記加圧ローラにより形成されるニップ近傍部とが遮蔽されることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記遮蔽部材が、前記定着ローラ内を移動可能となっていることを特徴とする請求項２記載の定着装置。
4. 前記遮蔽部材の遮蔽範囲が変更可能となっていることを特徴とする請求項３記載の定着装置。
5. 複数の用紙搬送速度に応じて前記遮蔽部材の位置及び範囲が選択されることを特徴とする請求項３あるいは４記載の定着装置。
6. 前記定着装置の設置環境により前記遮蔽部材の位置及び範囲が選択されることを特徴とする請求項３あるいは４記載の定着装置。
7. 前記用紙の通紙枚数に応じて前記遮蔽部材の位置及び範囲が変更されることを特徴とする請求項３あるいは４記載の定着装置。
8. 前記定着装置のウォームアップ動作時、待機時、通紙時のそれぞれに異なるように前記遮蔽部材の位置及び範囲が選択されることを特徴とする請求項３あるいは４記載の定着装置。
9. 前記遮蔽部材が複数の加熱源の間に設置されることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
10. 前記定着装置のウォームアップ動作時、通紙時のそれぞれに異なるように前記遮蔽部材の位置及び範囲が選択されることを特徴とする請求項９記載の定着装置。
11. 前記通紙する用紙のサイズにより複数ある加熱源のうち少なくとも一方が強制消灯されることを特徴とする請求項９記載の定着装置。
12. 前記定着ローラからの用紙分離手段として、非接触の分離手段が用いられることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の定着装置。
13. 上記請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。

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