JP2010061101A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着回転体の昇温を速く行うことが可能な定着装置を提供する。
【解決手段】定着回転体２７３の温度を記録媒体Ｐに画像Ｔを定着可能な目標温度にまで昇温させる昇温動作において、温度検知手段２７６によって定着回転体２７３の温度が第１設定温度に達したことを検知したとき、回転駆動手段によって定着回転体２７３を回転させると共に、温度検知手段２７６によって定着回転体２７３の温度が第１設定温度より高い第２設定温度に達したことを検知したとき、接離機構によって回転する定着回転体２７３と加圧回転体２７４を互いに接触させるように構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機、レーザプリンタ等の画像形成装置における定着装置、及びこの定着装置を備えた画像形成装置に関する。

複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子写真方式の画像形成プロセスを利用した画像形成装置は、未定着のトナー像を担持する紙等の記録媒体を加熱及び加圧することによって、トナー像を記録媒体に定着させる定着装置を備えている。

図７に示すように、一般に、定着装置は、ヒータ等の加熱源３００を内蔵した定着回転体としての定着ローラ１００と、定着ローラ１００に圧接する加圧回転体としての加圧ローラ２００を有する。定着ローラ１００と加圧ローラ２００が互いに圧接する圧接部に記録媒体Ｐを通過させることによって、記録媒体Ｐを加熱及び加圧して、記録媒体Ｐ上の未定着のトナー像Ｔを定着させる。

このような定着装置においては、加熱源３００の電源を投入後、定着ローラ１００の温度を定着可能な目標温度まで昇温させるウォームアップ動作を行う。ウォームアップ動作時に、定着ローラ１００と加圧ローラ２００を回転させず静止させたまま加熱源３００の電源を投入すると、定着ローラ１００の表面は全体的に昇温するが、加圧ローラ２００は定着ローラ１００と接触している部分近傍のみ昇温する。この場合、定着ローラ１００が目標温度に達しても、その後、定着時に定着ローラ１００と加圧ローラ２００を回転させた際に、定着ローラ１００の熱が加圧ローラ２００に奪われるため定着不良が生じる問題がある。

一方、定着ローラ１００と加圧ローラ２００を回転させながら加熱すると、定着ローラ１００と加圧ローラ２００が全体的に昇温させることができるため、上記定着不良を生じる虞は解消できる。しかし、この場合は、ウォームアップ動作中に、加圧ローラ２００からも放熱が行われるため、結果的にウォームアップ動作に要する時間が長くなる欠点がある。

そこで、ウォームアップ動作に要する時間を短縮するために、下記特許文献１及び２に記載の定着装置が提案されている。

特許文献１に記載の定着装置は、加熱源の電源投入後、定着ローラの温度が第１設定温度に達するまで定着ローラを回転させずに静止させ、定着ローラの温度が第１設定温度に達した時点で定着ローラを回転させるようにしている。これにより、定着ローラの温度が第１設定温度に達するまでは、加熱ローラからの放熱を抑えることができ、昇温速度を速くすることができる。

また、特許文献２に記載の定着装置は、加熱源の電源投入後、定着ローラの温度が定着可能な目標温度に達するまで定着ローラの回転を静止させている。これにより、定着ローラの温度が目標温度に達するまで、放熱を抑えて昇温速度を速くすることができる。そして、定着ローラが目標温度に達した後、定着ローラの回転を開始することにより、加圧ローラを昇温させる。

上述のように、特許文献１及び２に記載の定着装置において、ウォームアップ動作中、定着ローラと加圧ローラを回転させない時間帯を設けることにより、ウォームアップ動作に要する時間を短縮できる。しかしながら、定着ローラと加圧ローラは互いに接触しているため、加熱源からの熱は定着ローラを介して加圧ローラへ伝達され、その結果、加圧ローラからの放熱が行われる。このときの加圧ローラからの放熱は、ウォームアップ動作に要する時間を長くする要因となっている。

そこで、本発明は、斯かる事情に鑑み、定着回転体の昇温を速く行うことが可能な定着装置、及びその定着装置を備えた画像形成装置を提供しようとするものである。

請求項１の発明は、定着回転体と、当該定着回転体に接触する対向部材と、前記定着回転体を加熱する加熱源と、前記定着回転体を回転させる回転駆動手段と、前記定着回転体の温度を検知する温度検知手段を備え、前記定着回転体と前記対向部材が互いに接触する接触部に記録媒体を通過させることにより当該記録媒体に画像を定着させる定着装置において、前記定着回転体と前記対向部材を互いに接触した状態と接触しない状態とに切り換える接離機構を備え、前記定着回転体の温度を記録媒体に画像を定着可能な温度にまで昇温させる昇温動作において、前記温度検知手段によって前記定着回転体の温度が第１設定温度に達したことを検知したとき、前記回転駆動手段によって前記定着回転体を回転させると共に、前記温度検知手段によって前記定着回転体の温度が前記第１設定温度より高い第２設定温度に達したことを検知したとき、前記接離機構によって前記回転する定着回転体と前記対向部材を互いに接触させるように構成したものである。

加熱源による加熱を開始した後、定着回転体の温度が第１設定温度に達するまでは、定着回転体を静止させた状態であって、定着回転体と対向部材を互いに非接触に配設した状態で、定着回転体を加熱する。特に、定着回転体と対向部材を接触させない状態で、加熱を開始することにより、対向部材からの放熱を防止することができ、定着回転体の効率良く昇温させることが可能である。

その後、定着回転体の温度が第１設定温度に達したときに、定着回転体の回転を開始し、次いで、定着回転体の温度が第２設定温度に達したときに、回転する定着回転体と対向部材を接触させる。このように、本発明では、定着回転体の回転と、定着回転体と対向部材の接触を、異なるタイミングで行っている。これらを同時に行うと、熱容量の急激な増加による放熱により定着回転体の温度が急激に低下し、その後は熱容量の大きさから容易に昇温することができないからである。したがって、定着回転体の温度を急激に下降させない制御が昇温時間の短縮には有効であり、定着回転体の回転と、定着回転体と対向部材の接触を、異なるタイミングで行うことによって、放熱量を段階的に大きくすることが有効である。

また、定着回転体と対向部材を接触させることによる放熱量の増大は、定着回転体を回転させることによる放熱量の増大よりも大きい。そのため、本発明では、昇温動作中の放熱を一層抑制するために、定着回転体と対向部材の接触のタイミングを、定着回転体の回転開始のタイミングよりも遅くしている。

請求項２の発明は、定着回転体と、当該定着回転体に圧接する加圧回転体と、前記定着回転体を加熱する加熱源と、前記定着回転体を回転させる回転駆動手段と、前記定着回転体の温度を検知する温度検知手段を備え、前記温度検知手段によって検知した前記定着回転体の温度に基づいて、定着回転体の温度を記録媒体に画像を定着可能な目標温度に維持すると共に、前記定着回転体と前記加圧回転体が互いに圧接する圧接部に記録媒体を通過させることにより当該記録媒体に画像を定着させる定着装置において、前記定着回転体と前記加圧回転体を互いに接触した状態と接触しない状態とに切り換える接離機構を備え、前記定着回転体の温度を記録媒体に画像を定着可能な目標温度にまで昇温させる昇温動作において、前記温度検知手段によって前記定着回転体の温度が第１設定温度に達したことを検知したとき、前記回転駆動手段によって前記定着回転体を回転させると共に、前記温度検知手段によって前記定着回転体の温度が前記第１設定温度より高い第２設定温度に達したことを検知したとき、前記接離機構によって前記回転する定着回転体と前記加圧回転体を互いに接触させるように構成したものである。

加熱源による加熱を開始した後、定着回転体の温度が第１設定温度に達するまでは、定着回転体を静止させた状態であって、定着回転体と加圧回転体を互いに非接触に配設した状態で、定着回転体を加熱する。特に、定着回転体と加圧回転体を接触させない状態で、加熱を開始することにより、加圧回転体からの放熱を防止することができ、定着回転体の効率良く昇温させることが可能である。

その後、定着回転体の温度が第１設定温度に達したときに、定着回転体の回転を開始し、次いで、定着回転体の温度が第２設定温度に達したときに、回転する定着回転体と加圧回転体を接触させる。このように、本発明では、定着回転体の回転と、定着回転体と加圧回転体の接触を、異なるタイミングで行っている。これらを同時に行うと、熱容量の急激な増加による放熱により定着回転体の温度が急激に低下し、その後は熱容量の大きさから容易に昇温することができないからである。したがって、定着回転体の温度を急激に下降させない制御が昇温時間の短縮には有効であり、定着回転体の回転と、定着回転体と加圧回転体の接触を、異なるタイミングで行うことによって、放熱量を段階的に大きくすることが有効である。

また、定着回転体と加圧回転体を接触させることによる放熱量の増大は、定着回転体を回転させることによる放熱量の増大よりも大きい。そのため、本発明では、昇温動作中の放熱を一層抑制するために、定着回転体と加圧回転体の接触のタイミングを、定着回転体の回転開始のタイミングよりも遅くしている。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の定着装置において、前記定着回転体の温度が前記第２設定温度に達した以降の前記定着回転体の回転速度を、前記定着回転体の温度が前記第１設定温度から前記第２設定温度に達するまでの前記定着回転体の回転速度よりも、速くするように構成したものである。

定着回転体の回転速度を遅くすると、定着回転体の昇温勾配が急峻になる傾向にある。昇温勾配が急峻になると、定着回転体の温度が目標温度を越えるオーバーシュートが大きくなって、結果的に定着回転体の温度が目標温度へ収束するのに要する時間が長くなる虞がある。そのため、定着回転体の温度が第２設定温度に達するまでは、定着回転体の回転速度を遅くして定着回転体の昇温を速く行うと共に、定着回転体の温度が第２設定温度に達した以降は、定着回転体の回転速度を速くしてオーバーシュートを抑制するように調整している。

請求項４の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の定着装置において、前記定着回転体を複数のローラによって張架された無端状の定着ベルトで構成したものである。

定着ベルトを用いた構成は、定着ベルトと対向部材又は加圧回転体が接触又は圧接する部分の領域を、定着ベルトを張架するローラの径に依存することなく十分に確保することができる。このため、定着ベルトを張架するローラを小径にして熱容量を低減させることができる。これにより、定着ベルトを効率良く昇温させることが可能となる。

請求項５の発明は、請求項４に記載の定着装置において、前記定着ベルトを張架するための前記複数のローラとして、内部に前記加熱源を有すると共に前記対向部材もしくは前記加圧回転体と対向して配設された定着ローラと、当該定着ローラの記録媒体搬送方向下流側に配設した分離ローラを備え、前記回転駆動手段によって前記分離ローラを回転させるように構成したものである。

分離ローラを回転させて定着ベルトを回転させる構成は、定着ベルトと対向部材又は加圧回転体が接触又は圧接する部分の出口において定着ベルトが撓まないため、定着ベルトへの熱伝達効率が良くなるメリットがある。

請求項６の発明は、請求項５に記載の定着装置において、前記定着ローラの外径を、前記定着ベルトを張架する他のローラの外径と同等又は他のローラの外径よりも大きくしたものである。

定着ローラの外径を、定着ベルトを張架する他のローラの外径と同等又はそれより大きくすることによって、定着ローラに対する定着ベルトの巻き架け角が大きくなる。すなわち、定着ローラに対する定着ベルトの接触領域を大きく確保することができるため、定着ローラから定着ベルトへの熱伝達効率を向上させることができる。

請求項７の発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載の定着装置において、前記対向部材もしくは前記加圧回転体を、中空の円筒の表面に弾性層を被覆した加圧ローラで構成したものである。

対向部材もしくは加圧回転体を中空の円筒で構成することによって熱容量を低減させることができる。これにより、対向部材もしくは加圧回転体を定着回転体に接触又は圧接させたときの定着回転体の温度低下を抑制することができ、定着回転体の温度が目標温度に達するまでの時間を一層短縮することができる。

請求項８の発明は、請求項７に記載の定着装置において、前記加圧ローラの内部に、前記定着回転体を加熱する加熱源と別個の加熱源を配設したものである。

これにより、定着回転体と加圧ローラを接触させたときの定着回転体の温度低下を抑制することができ、定着回転体の温度が目標温度に達するまでの時間を一層短縮することができる。

請求項９の発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載の定着装置において、前記対向部材もしくは前記加圧回転体を無端状の加圧ベルトによって構成したものである。

対向部材もしくは加圧回転体を加圧ベルトで構成することによって熱容量を低減させることができる。これにより、対向部材もしくは加圧回転体を定着回転体に接触又は圧接させたときの定着回転体の温度低下を抑制することができ、定着回転体の温度が目標温度に達するまでの時間を一層短縮することができる。

請求項１０の発明は、請求項１から９のいずれか１項の定着装置を備えた画像形成装置である。

本発明の定着装置を画像形成装置に適用可能である。

本発明の定着装置及びこれを備えた画像形成装置によれば、定着回転体の昇温速度を速くすることができるので、定着回転体の温度が目標温度に達するまでの時間を短縮することができる。これにより、ユーザ等の待ち時間を短くすることができると共に、省エネルギー化によるコスト低減等を実現することが可能になる。

本発明に係る画像形成装置の概略構成図である。 本発明の実施例１に係る定着装置の概略構成図である。 前記画像形成装置の制御系を示すブロック図である。 本発明の実施例２に係る定着装置の概略構成図である。 前記定着装置のウォームアップ動作を説明するための図であって、（Ａ）はヒータの点灯制御のタイミングチャート、（Ｂ）は駆動モータの回転制御のタイミングチャート、（Ｃ）は接離機構の制御のタイミングチャート、（Ｄ）は定着ベルトの表面温度の経時変化を示す図である。 本発明のウォームアップ動作における定着ベルトの表面温度の経時変化とそれと比較するウォームアップ動作における定着ベルトの表面温度の経時変化を示す図である。 定着装置の一例を示す概略構成図である。

図１は、本発明に係る電子写真方式の画像形成装置を示す概略構成図である。図１に示す画像形成装置は、原稿を読み取る原稿読み取りユニット１と、画像を形成する画像形成部２と、原稿を搬送する原稿搬送装置３と、原稿搬送装置３から送り出される原稿をスタックする原稿排出トレイ４と、記録媒体としての記録用紙を供給する給紙部５と、記録用紙を装置外に排出する排紙ローラ６と、装置外に排出された記録用紙をスタックする排紙トレイ７を備える。また、原稿読み取りユニット１の上にはコンタクトガラス８が固定されている。

原稿読み取りユニット１は、画像形成部２とコンタクトガラス８との間に配設された読み取り装置１１を備える。この読み取り装置１１は、コンタクトガラス８上に原稿を照明する光源１２と、原稿画像を結像する光学系１３と、原稿画像を結像させるＣＣＤ等から構成される光電変換素子１４等を有している。

画像形成部２は、像担持体としての感光体２１と、感光体２１の表面を帯電させる帯電装置２２と、感光体２１の表面にレーザ光Ｌを照射する書き込みユニット２３と、感光体２１の表面にトナーを供給する現像装置２４と、感光体２１の表面を清掃するクリーニング装置２５と、感光体２１上に形成されたトナー像を記録用紙に転写する転写装置２６と、記録用紙に転写されたトナー像を記録用紙に定着させる定着装置２７を有している。

原稿搬送装置３は、原稿Ｄをセットする原稿台３１と、原稿台３１にセットした原稿Ｄを送り出すピックアップローラ３２と、送り出された原稿Ｄをコンタクトガラス８上に搬送する原稿搬送ベルト３３を有する。また、給紙部５には、記録用紙Ｐを収容した複数の給紙カセット５１が配設されている。

以下、図１を参照して上記画像形成装置の基本動作について説明する。
まず、原稿台３１の上に原稿Ｄをセットする。図示しない操作部のスタートキーを押すと、ピックアップローラ３２の回転によって、原稿Ｄが矢印Ａ１の方向へ送り出される。送り出された原稿Ｄは、回転する原稿搬送ベルト３３によってコンタクトガラス８上に搬送される。コンタクトガラス８上に載置された原稿Ｄの画像は、読み取り装置１１によって読み取られる。原稿Ｄの画像の読み取り後、原稿Ｄは原稿搬送ベルト３３によって矢印Ａ２の方向に搬送され原稿排出トレイ４へ排出される。

また、画像形成部２において、感光体２１を図の時計回りに回転させ、その感光体２１の表面を帯電装置２２によって均一な高電位に帯電させる。次いで、上記読み取り装置１１で読み取った画像情報に基づいて、書き込みユニット２３から感光体２１の表面にレーザ光Ｌを照射し、これにより感光体２１のレーザ光Ｌが照射された部分の電位が低下して静電潜像が形成される。この感光体２１の表面に形成された静電潜像の部分に、現像装置２４によって帯電させたトナーを静電的に転移させ、トナー像（可視画像）を形成する。

一方、給紙部５の給紙カセット５１から記録用紙Ｐを矢印Ａ３の方向に送り出す。送り出された記録用紙Ｐが感光体２１と転写装置２６との間を通過する際に、転写装置２６が形成した転写電界によって、感光体２１上のトナー像が記録用紙Ｐに転写される。また、トナー像の転写後、感光体２１の表面に残留するトナー等はクリーニング装置２５によって除去される。

トナー像が転写された記録用紙Ｐは矢印Ａ４の方向に搬送され、定着装置２７内を通過する。このとき、熱と圧力の作用によってトナー像が記録用紙Ｐ上に定着される。そして、記録用紙Ｐは排紙ローラ６によって排紙トレイ７上に排出される。

以下、本発明の画像形成装置が備える定着装置について説明する。
図２は、本発明の実施例１に係る定着装置の概略構成図である。図２に示す定着装置２７は、定着ローラ２７１と、分離ローラ２７２と、定着ローラ２７１及び分離ローラ２７２によって張架された定着ベルト２７３と、加圧ローラ２７４と、加熱源としてのヒータ２７５と、定着ベルト２７３の温度を検知する温度検知手段としてのサーミスタ２７６を備える。加圧ローラ２７４は、定着ローラ２７１と対向する位置において定着ベルト２７３と圧接している。また、定着装置２７は、加圧ローラ２７４を定着ベルト２７３に対して接触させた状態と接触させない状態に切り換える接離機構を備えている（図示省略）。ここで、加圧ローラ２７４は定着ローラ２７１に対して加圧された構成として図示されているが、加圧を行わずローラ部材を接触させるだけの構成をとることもできる。また、加圧ローラ２７４は、ローラ部材ではなく、通過する記録用紙を押さえる回転しない対向部材などでもよい。

定着ローラ２７１の内部には、ヒータ２７５が配設されている。ヒータ２７５としては、ハロゲンヒータや赤外線ヒータ等を適用可能である。ただし、ヒータ２７５として他の熱抵抗体を適用することも可能である。

定着ローラ２７１は、外径が約２０ｍｍの金属製のローラで構成されている。定着ローラ２７１の肉厚は、加熱効率の観点などから薄い方が好ましい。しかし、定着ローラ２７１は定着ベルト２７３の張力によって曲げ応力を受けるため、定着ローラ２７１がアルミ製の場合は肉厚が０．４ｍｍ以上であることが好ましく、定着ローラ２７１が鉄製の場合は肉厚が０．２ｍｍ以上であることが好ましい。また、定着ローラ２７１の内側には、ヒータ２７５からの熱を吸収しやすいように、熱吸収を促進するための黒色などの塗料が塗られている。

分離ローラ２７２は、外径が約１４ｍｍの鉄等の金属製の軸をシリコーンゴム等の摩擦係数の大きい弾性層で被覆して構成されている。分離ローラ２７２も、定着ローラ２７１と同様に定着ベルト２７３の張力によって曲げ応力を受けるため、軸径は大きい方が良いが、定着後の記録用紙と定着ベルト２７３との分離性を確保するため、分離ローラ２７２全体としての径は１４ｍｍ以下であることが望ましい。

定着ベルト２７３の素材には、ＰＩ（ポリイミド）から成る耐熱樹脂の無端状フィルムを適用可能である。また、定着ベルト２７３を、ＰＩ基材上にシリコーンゴムやフッ素ゴム等の弾性層を形成したもので構成してもよい。この場合、弾性層の表層には、ＰＦＡ（四フッ化パーフルオロアルキルビニルエーテル樹脂）やＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）等の離型層を設ける。離型層の厚みは、２０μｍ〜５０μｍ程度である。また、離型層は、チューブタイプのものを使用して形成してもよいし、液体又は粉体のＰＦＡやＰＴＦＥを塗装・焼成することによって形成してもよい。定着ベルト２７３の厚みは、しなやかさと張力によってうねらない程度の強度を確保するために、１００μｍ〜３００μｍが適当である。

加圧ローラ２７４は、剛性の高い金属性の芯材の外周にシリコーンゴム等の弾性体を配設して構成される。特に、加圧ローラ２７４の表層にＰＦＡ製チューブ等の離型性の良い部材で構成するのが望ましい。加圧ローラ２７４の外径は約３０ｍｍとしている。また、加圧ローラ２７４を中空の円筒の表面に弾性層を被覆して構成し、加圧ローラ２７４の内部に定着ローラ２７１が内蔵するヒータ２７５と別個の加熱源を配設してもよい。

図３は、本発明に係る定着装置などを制御する制御系を示すブロック図である。
図３において、ＣＰＵ９０は、本発明の定着装置を含む上記画像形成装置の全体動作を統括制御する制御装置である。このＣＰＵ９０には、制御データなどを記憶するメモリ９１が接続されている。ＣＰＵ９０は、Ｉ／Ｆ（インターフェース）９２を介して、上記定着ローラ２７１を加熱するヒータ２７５と、分離ローラ２７２を回転させる回転駆動手段としての駆動モータ９３と、加圧ローラ２７４を定着ベルト２７３に対して接触状態及び非接触状態に切り換える接離機構９４に接続されている。また、上記定着ベルト２７３の温度を検知するサーミスタ２７６の温度検出信号は、Ａ／Ｄ変換回路９５によってデジタル信号に変換されて、ＣＰＵ９０に入力されるようになっている。

メモリ９１に記憶してある定着装置の制御データとしては、例えば、定着ベルト２７３の定着可能な温度やオーバーシュートが生じる温度等の設定温度、ヒータ２７５の点灯を開始してから定着ベルト２７３が定着可能な温度に達するまでのウォームアップ時間、ヒータ２７５の点灯のＯＮ／ＯＦＦのタイミング、駆動モータ９３を回転させるタイミングなどである。

図４は、本発明の実施例２に係る定着装置の概略構成図である。
図４に示す定着装置２７は、図３に示す実施例１と比較して定着ベルト２７３に圧接する加圧回転体の構成が異なる。なお、図４において、図３と同一の符号は、図３と同一の部材を示す。

図４に示す定着装置２７は、加圧回転体として、無端状の加圧ベルト２７７と、加圧部材（加圧パッド）２７８と、付勢部材２７９を有している。加圧部材２７８は、加圧ベルト２７７の内側の定着ローラ２７１に対向する位置に配設されている。この加圧部材２７８を付勢部材２７９によって定着ローラ２７１側へ付勢することにより、加圧ベルト２７７は定着ベルト２７３に圧接されている。また、この定着装置２７も、加圧ベルト２７７と定着ベルト２７３を互いに接触した状態と接触しない状態に切り換える接離機構を備える（図示省略）。また、図４に示す定着装置２７の制御系は、図３において説明したのと同様に構成されている。

加圧ベルト２７７の素材には、ＰＩ（ポリイミド）から成る耐熱樹脂の無端状フィルムを適用可能である。また、その無端状フィルムの表層には、ＰＦＡ（四フッ化パーフルオロアルキルビニルエーテル樹脂）やＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）等の離型層が設けられている。加圧ベルト２７７の全体の厚みは、しなやかさと張力によってうねらない程度の強度を確保するために、１００μｍ〜２００μｍが適当である。

加圧部材２７８は、アルミニウム等のベース材２７８ｂに接着されたシリコーンゴム等の弾性体２７８ａによって構成されている。加圧部材２７８は付勢部材２７９によって３００Ｎ〜４００Ｎの力で付勢されている。また、加圧ベルト２７７と加圧部材２７８との摺動抵抗を低減するために、加圧ベルト２７７と加圧部材２７８との間に摩擦低減部材を介在させることが望ましい。

以下、本発明に係る定着装置の基本動作について説明する。なお、図２に示す定着装置と図４に示す定着装置の基本動作は同様であるので、図２を例に挙げて説明する。

分離ローラ２７２を駆動モータによって回転させることにより、定着ベルト２７３を介して定着ローラ２７１と加圧ローラ２７４が回転する。そして、上述の画像形成工程を経てトナー像Ｔを転写された記録用紙Ｐが定着装置２７へ搬送され、その記録用紙Ｐが定着ベルト２７３と加圧ローラ２７４が圧接する圧接部（以下、定着ニップという）に進入する。記録用紙Ｐが定着ニップを通過する際、記録媒体Ｐは加熱及び加圧されて、記録媒体Ｐ上の未定着のトナー像Ｔが記録用紙Ｐに定着される。定着ニップを通過した記録用紙Ｐは、分離ローラ２７２の位置において定着ベルト２７３から分離され、図示しない排紙トレイに排出される。

また、本発明に係る定着装置において、始動後、定着ベルト２７３の温度を、トナー像を定着可能な温度にまで上昇させるウォームアップ動作が行われるようになっている。以下、図２、図３及び図５に基づいて、このウォームアップ動作について説明する。

図５は、定着装置のウォームアップ動作を説明するための図である。（Ａ）はヒータの点灯制御のタイミングチャート、（Ｂ）は分離ローラを駆動させる駆動モータの回転制御のタイミングチャート、（Ｃ）は加圧ローラを接離させる接離機構の制御のタイミングチャート、（Ｄ）は定着ベルトの表面温度の経時変化を示す図である。

ウォームアップ動作開始前の状態では、加圧ローラ２７４は接離機構９４によって定着ベルト２７３から離された非接触状態にある（図５（Ｃ）参照）。また、駆動モータ９３の電源はＯＦＦとなっており（図５（Ｂ）参照）、分離ローラ２７２、定着ローラ２７１及び定着ベルト２７３等は静止した状態にある。

そして、画像形成装置の電源が投入され電源回路のチェックなどの初期動作が行われた時点Ｔ１において、ヒータ２７５を点灯してウォームアップ動作が開始される（図５（Ａ）（Ｄ）参照）。ヒータ２７５から発される熱は、定着ローラ２７１を介して定着ベルト２７３へ伝達され、定着ベルト２７３の表面温度が室温Ｔｅｍｐ１から上昇する。この定着ベルト２７３の表面温度は、サーミスタ２７６によって検知され、サーミスタ２７６の温度検出信号は、Ａ／Ｄ変換回路９５によってデジタル信号に変換されて、ＣＰＵ９０に入力される。

定着ベルト２７３の表面温度が上昇して予め設定した第１設定温度Ｔｅｍｐ２に達した時点Ｔ２で、駆動モータ９３の電源がＯＮになり、駆動モータ９３は第１の回転速度Ｖ１で回転する（図５（Ｂ）（Ｄ）参照）。これにより、分離ローラ２７２、定着ローラ２７１及び定着ベルト２７３は、第１回転速度Ｖ１に対応した速度で回転されつつ加熱される。

さらに、定着ベルト２７３の表面温度が上昇して予め設定した第２設定温度Ｔｅｍｐ３に達した時点Ｔ３で、駆動モータ９３が上記第１回転速度Ｖ１よりも速い第２回転速度Ｖ２で回転すると共に、接離機構９４によって加圧ローラ２７４が定着ベルト２７３に圧接される（図５（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）参照）。これにより、分離ローラ２７２、定着ベルト２７３、定着ベルト２７３及び加圧ローラ２７４は、第２回転速度Ｖ２に対応した速度で回転されつつ加熱される。

加圧ローラ２７４が定着ベルト２７３に圧接されると、定着ベルト２７３の熱が加圧ローラ２７４に奪われる。このため、定着ベルト２７３の表面温度は一時的に低下するが、ヒータ２７５による加熱を続行することにより、定着ベルト２７３の表面温度が再び上昇する。その後、定着ベルト２７３の表面温度がトナー像を定着可能な温度Ｔｅｍｐ４に達した時点Ｔ４でヒータ２７５を消灯させる。

なお、定着ベルト２７３の表面温度がトナー像を定着可能な温度Ｔｅｍｐ４（以下、リロード温度という）に達した時点Ｔ４で、ヒータ２７５を消灯させても、ヒータ２７５からの熱が定着ベルト２７３に伝達されるまでに時間差があるため、定着ベルト２７３の表面温度はリロード温度Ｔｅｍｐ４を越えて上昇する。その後、定着ベルト２７３及び加圧ローラ２７４等が回転し続けることによって、定着ベルト２７３の表面温度が低下しリロード温度Ｔｅｍｐ４を下回ったタイミングで、ヒータ２７５が再点灯される。そして、ヒータ２７５は、定着ベルト２７３の表面温度がリロード温度Ｔｅｍｐ４に達するまで点灯を続ける。以降、ヒータ２７５は、定着ベルト２７３の表面温度がリロード温度Ｔｅｍｐ４を下回るたびに点灯するように制御される。

以上、本発明に係るウォームアップ動作について、図２に示す実施例１の定着装置を例に挙げて説明したが、図４に示す実施例２の定着装置におけるウォームアップ動作も同様に行われる。

本発明に係る定着装置は、ウォームアップ動作を行う際、定着ベルト２７３等が静止した状態であって、加圧ローラ２７４を定着ベルト２７３から離間させた状態で、ヒータ２７５による加熱を開始する。このため、ヒータ２７５から発される熱は、定着ローラ２７１と、定着ベルト２７３の定着ローラ２７１に接触した部分に集中して伝達される。すなわち、ヒータ２７５の熱が、定着ベルト２７３の定着ローラ２７１に接触しない部分や分離ローラ２７２、及び加圧ローラ２７４に伝達されるのを抑制することにより、放熱面積の増大を防止している。従って、定着ベルト２７３の表面温度の上昇速度を速くすることができ、ウォームアップ動作に要する時間を短縮することが可能になる。

また、本発明者は、加圧ローラと定着ベルトが離間した状態での定着ベルトの温度上昇と、加圧ローラと定着ベルトが接触した状態での定着ベルトの温度上昇を比較する実験を行った。以下、この実験の詳細について説明する。

下記表１に示すように、実験に使用する定着ベルトは、厚み０．１ｍｍのＰＩ基材上に厚み０．２ｍｍのシリコーンゴムの弾性層を形成したものと、厚み０．１ｍｍのＰＩ基材のみで構成したものの２種類を用意した。２種類の定着ベルトに対して、加圧ローラが離間した状態と、加圧ローラが接触した状態の合計４通りの条件（表１の条件ａ〜ｄ）において定着ベルトを加熱し、定着ベルトが予め設定した第１設定温度に達した時点で定着ベルトの回転を開始する。このときの定着ベルト静止時における昇温勾配（図５（Ｄ）のαに相当）と回転駆動時における昇温勾配（図５（Ｄ）のβに相当）を測定する。なお、各種定着ベルトを備えた定着装置の構成やその他の条件は全て同じである。また、定着ベルトの回転を開始する定着ベルトの表面温度（図５（Ｄ）の第１設定温度Ｔｅｍｐ２に相当）を６０［ｄｅｇ］とし、加圧ローラを定着ベルトに圧接する定着ベルトの表面温度（図５（Ｄ）の第２設定温度Ｔｅｍｐ３に相当）を１６０［ｄｅｇ］とした。

上記表１において、同じ定着ベルトの構成の条件ａとｂ、又はｃとｄにおける静止時の昇温勾配（α）及び回転駆動時の昇温勾配（β）の測定結果を比較すると、回転駆動時の昇温勾配（β）は、加圧ローラを接触した場合より離間した場合の方が大きく上回っており、静止時の昇温勾配（α）は、回転駆動時の昇温勾配（β）ほど顕著ではないが、加圧ローラを接触した場合に対して離間した場合の方が同等か上回る結果となっていることがわかる。このような結果となったのは、上述したように、加圧ローラを定着ベルトに対して離間させたことにより、放熱面積の増大を防止して効果的に温度上昇を行えたからであると考えられる。また、加圧ローラを離間させた条件ｂとｄにおける静止時の昇温勾配（α）と回転駆動時の昇温勾配（β）の測定結果を比較した場合、条件ｄの測定結果が条件ｂの測定結果より上回っているのは、条件ｄの定着ベルトの方が条件ｂの定着ベルトよりも全体の厚みが薄く、昇温に必要な熱量が少なくて済んだからと考えられる。

また、本発明に係る定着装置のウォームアップ動作では、定着ベルトの表面温度が第１設定温度に達したときに、駆動モータの回転を開始し、その後、定着ベルトの表面温度が第２設定温度に達したときに、加圧ローラを定着ベルトへ圧接している。つまり、駆動モータの回転の開始と、加圧ローラの圧接を同時に行っていない。以下、この理由について述べる。

図６において、点線Ｘは、定着ベルトの表面温度が第１設定温度Ｔｅｍｐ２に到達した時点Ｔ２で、駆動モータの回転を開始すると共に加圧ローラの定着ベルトへの圧接を行った場合の定着ベルトの表面温度変化を示す。また、同図において、一点鎖線Ｙは、定着ベルトの表面温度が第２設定温度Ｔｅｍｐ３に到達した時点Ｔ３で、駆動モータの回転を開始すると共に加圧ローラの定着ベルトへの圧接を行った場合の定着ベルトの表面温度変化を示す。また、同図における実線Ｚは、本発明に係る定着装置のウォームアップ動作における定着ベルトの表面温度変化を示している。つまり、実線Ｚは、図５（Ｄ）で説明したのと同様に、定着ベルトの表面温度が第１設定温度Ｔｅｍｐ２に到達した時点Ｔ２で、駆動モータの回転を開始し、その後、定着ベルトの表面温度が第２設定温度Ｔｅｍｐ３に到達した時点Ｔ３で、加圧ローラの圧接を行った場合の定着ベルトの表面温度変化を示している。

図６の点線Ｘに示すように、定着ベルトの表面温度が第１設定温度Ｔｅｍｐ２に到達した時点Ｔ２で、駆動モータの回転開始と加圧ローラの定着ベルトへの圧接を同時に行うと、定着ベルトの表面温度が急激に低下する。これは、ヒータから発する熱がそれまで定着ローラと接触していなかった定着ベルトの部分や分離ローラ及び加圧ローラにまで分散して伝達されるようになると共に、定着ベルトの熱が加圧ローラによって奪われたためである。また、定着ベルトの表面温度が低下した後、定着ベルトの温度は再び上昇するが、放熱面積が増え放熱量が多くなっているため、点線Ｘの昇温勾配は、本発明に係る実線Ｚの昇温勾配に比べて緩やかになる。これらの理由により、定着ベルトの表面温度がリロード温度Ｔｅｍｐ４に到達するのが遅くなり、ウォームアップ動作に要する時間が長くなる。

また、定着ベルトの表面温度が第２設定温度Ｔｅｍｐ３に到達した時点Ｔ３で、駆動モータの回転開始と加圧ローラの定着ベルトへの圧接を同時に行った場合にも、点線Ｘの場合と同様の理由で定着ベルトの表面温度が急激に低下する。定着ベルトの表面温度が低下した後、定着ベルトの温度は再び上昇するが、放熱面積が増え放熱量が多くなっているため、一点鎖線Ｙによる昇温は、本発明に係る実線Ｚによる昇温に追いつくことができない。

このように駆動モータの回転開始と加圧ローラの定着ベルトへの圧接を同時に行うと、熱容量の急激な増加による放熱により定着ベルトの温度が急激に低下し、その後は熱容量の大きさから容易に昇温することができない。したがって、昇温定着ベルトの温度を急激に下降させない制御が昇温時間の短縮には有効であり、放熱量を段階的に大きくすることが有効である。以上の理由により、本発明の定着装置におけるウォームアップ動作では、駆動モータの回転の開始と、加圧ローラの圧接を別のタイミングで行うようにしている。

また、定着ローラに加圧ローラを圧接させたことによる放熱量の増大は、定着ベルトを回転させることによる放熱量の増大よりも大きい。そのため、本発明では、ウォームアップ動作中の放熱を一層抑制するために、加圧ローラの圧接のタイミングを、定着ローラの回転開始のタイミングよりも遅くしている。

また、本発明に係る定着装置のウォームアップ動作において、定着ベルトの表面温度が第２設定温度に達した以降の駆動モータの回転速度（第２回転速度Ｖ２）を、定着ベルトの表面温度が第１設定温度から第２設定温度に達するまでの駆動モータの回転速度（第１回転速度Ｖ１）よりも速くなるようにしている。駆動モータの回転速度を遅くすると、定着ベルトの昇温勾配が急峻になる傾向にある。昇温勾配が急峻になると、定着ベルトの表面温度が目標とするリロード温度を越えるオーバーシュートが大きくなって、結果的に定着ベルトの表面温度がリロード温度へ収束するのに要する時間が長くなる虞がある。そのため、本発明のウォームアップ動作では、定着ベルトの表面温度が第２設定温度に達するまでは、駆動モータの回転速度を遅くして定着ベルトの昇温を速く行うと共に、定着ベルトの表面温度が第２設定温度に達した以降は、駆動モータの回転速度を速くしてオーバーシュートを抑制するように調整している。

以上、本発明に係る定着装置及びそれを備えた画像形成装置について説明したが、本発明に係る定着装置及び画像形成装置は上述の実施例に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。例えば、本発明を、図７に示すような定着ローラと加圧ローラを直接接触させた定着装置に適用することも可能である。ただし、定着ベルトを用いた構成は、定着ニップの幅（領域）を定着ローラの径に依存することなく十分に確保することができる。このため、定着ローラを小径にして熱容量を低減させることができ、定着ベルトを効率良く昇温させることができるメリットがある。

加圧回転体として熱容量の小さい加圧ベルトを適用することによって（図４参照）、加圧ベルトを定着ベルトに圧接させたときの定着ベルトの温度低下を抑制することが可能である。また、加圧ローラを中空のローラで構成して、加圧ローラの熱容量を低減させてもよい。さらに、加圧ローラの内部に定着ローラが有するヒータと別個のヒータを内蔵することによって、ウォームアップ動作に要する時間を一層短縮することも可能である。

また、分離ローラを回転させて定着ベルトを回転させる構成は、定着ニップの出口において定着ベルトが撓まないため、定着ベルトへの熱伝達効率が良く、ウォームアップ動作に要する時間を短縮するのに有利である。

また、定着ローラの外径を、分離ローラ等の定着ベルトを張架する他のローラの外径と同等又は大きくすることによって、定着ローラに対する定着ベルトの巻き架け角が大きくなる。すなわち、定着ローラに対する定着ベルトの接触領域を大きく確保することができるため、定着ローラから定着ベルトへの熱伝達効率を向上させることができる。

また、本発明に係る定着装置を、４つの感光体を備えたいわゆるタンデム型のカラー画像形成装置や、感光体が担持するトナー像を中間転写体を介して記録用紙に転写するように構成したいわゆる中間転写方式の画像形成装置、あるいはその他の画像形成装置を搭載することも可能である。

２７ 定着装置
９３ 駆動モータ（回転駆動手段）
９４ 接離機構
２７１ 定着ローラ
２７２ 分離ローラ
２７３ 定着ベルト（定着回転体）
２７４ 加圧ローラ（加圧回転体）
２７５ ヒータ（加熱源）
２７６ サーミスタ（温度検知手段）
２７７ 加圧ベルト（加圧回転体）
Ｐ 記録用紙（記録媒体）
Ｔ トナー像

特公昭６１−３１４６３号公報 特公平１−４０３５２号公報

Claims (10)

1. 定着回転体と、当該定着回転体に接触する対向部材と、前記定着回転体を加熱する加熱源と、前記定着回転体を回転させる回転駆動手段と、前記定着回転体の温度を検知する温度検知手段を備え、
   前記定着回転体と前記対向部材が互いに接触する接触部に記録媒体を通過させることにより当該記録媒体に画像を定着させる定着装置において、
   前記定着回転体と前記対向部材を互いに接触した状態と接触しない状態とに切り換える接離機構を備え、
   前記定着回転体の温度を記録媒体に画像を定着可能な温度にまで昇温させる昇温動作において、前記温度検知手段によって前記定着回転体の温度が第１設定温度に達したことを検知したとき、前記回転駆動手段によって前記定着回転体を回転させると共に、前記温度検知手段によって前記定着回転体の温度が前記第１設定温度より高い第２設定温度に達したことを検知したとき、前記接離機構によって前記回転する定着回転体と前記対向部材を互いに接触させるように構成したことを特徴とする定着装置。
2. 定着回転体と、当該定着回転体に圧接する加圧回転体と、前記定着回転体を加熱する加熱源と、前記定着回転体を回転させる回転駆動手段と、前記定着回転体の温度を検知する温度検知手段を備え、
   前記温度検知手段によって検知した前記定着回転体の温度に基づいて、定着回転体の温度を記録媒体に画像を定着可能な目標温度に維持すると共に、前記定着回転体と前記加圧回転体が互いに圧接する圧接部に記録媒体を通過させることにより当該記録媒体に画像を定着させる定着装置において、
   前記定着回転体と前記加圧回転体を互いに接触した状態と接触しない状態とに切り換える接離機構を備え、
   前記定着回転体の温度を記録媒体に画像を定着可能な目標温度にまで昇温させる昇温動作において、前記温度検知手段によって前記定着回転体の温度が第１設定温度に達したことを検知したとき、前記回転駆動手段によって前記定着回転体を回転させると共に、前記温度検知手段によって前記定着回転体の温度が前記第１設定温度より高い第２設定温度に達したことを検知したとき、前記接離機構によって前記回転する定着回転体と前記加圧回転体を互いに接触させるように構成したことを特徴とする定着装置。
3. 前記定着回転体の温度が前記第２設定温度に達した以降の前記定着回転体の回転速度を、前記定着回転体の温度が前記第１設定温度から前記第２設定温度に達するまでの前記定着回転体の回転速度よりも、速くするように構成した請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記定着回転体を複数のローラによって張架された無端状の定着ベルトで構成した請求項１から３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 前記定着ベルトを張架するための前記複数のローラとして、内部に前記加熱源を有すると共に前記対向部材もしくは前記加圧回転体と対向して配設された定着ローラと、当該定着ローラの記録媒体搬送方向下流側に配設した分離ローラを備え、前記回転駆動手段によって前記分離ローラを回転させるように構成した請求項４に記載の定着装置。
6. 前記定着ローラの外径を、前記定着ベルトを張架する他のローラの外径と同等又は他のローラの外径よりも大きくした請求項５に記載の定着装置。
7. 前記対向部材もしくは前記加圧回転体を、中空の円筒の表面に弾性層を被覆した加圧ローラで構成した請求項１から６のいずれか１項に記載の定着装置。
8. 前記加圧ローラの内部に、前記定着回転体を加熱する加熱源と別個の加熱源を配設した請求項７に記載の定着装置。
9. 前記対向部材もしくは前記加圧回転体を無端状の加圧ベルトによって構成した請求項１から６のいずれか１項に記載の定着装置。
10. 請求項１から９のいずれか１項の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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