JP2010164930A - 加熱定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱部材の加圧力を小さくした際の、加熱部材の長手方向の端部の過昇温を防止し、また、定着性の低下を軽減する加熱定着装置を提供することを目的とする。
【解決手段】記録材Ｐの搬送方向に直交する長手方向で発熱量分布が異なる複数の抵抗発熱体層４２、４３を有する定着ヒータ１６と、加圧ローラ２２とを備え、記録材Ｐは定着ヒータ１６と加圧ローラ２２で形成される定着ニップ部２７を通過することにより加熱され、定着ヒータ１６と加圧ローラ２２との加圧状態が可変である定着装置１２において、定着ヒータ１６と加圧ローラ２２との加圧状態に応じて、複数の抵抗発熱体層４２、４３への通電比率を変更し、定着ヒータ１６の長手方向に対する発熱量分布を調整する。
【選択図】図１２

Description

本発明は、加熱定着装置に関するものであり、例えば、電子写真方式・静電記録方式等の作像プロセスを採用した画像形成装置における加熱定着装置に関するものである。すなわち、作像プロセス部で記録材に転写方式あるいは直接方式で形成担持させた目的の画像情報の未定着トナー像を固着像として熱定着処理する加熱定着装置を有する画像形成装置に関するものである。なお、ここで記録材には、例えば、転写材、印字用紙、感光紙、静電記録紙等が含まれる。

加熱定着装置としてエンドレスベルト（エンドレスフィルム）を用いた装置が実用化されている。その代表例を図１３に示す。すなわち図１３において、６０はフィルムアセンブリであり、アルミナ、チッ化アルミ等のセラミック基板上に通電発熱抵抗層が形成された加熱ヒータ６１が耐熱性樹脂より形成されたステイホルダー６２に固定される。そして、このステイホルダー６２にルーズに外嵌させたポリイミド等の樹脂やＳＵＳ（ステンレス鋼：Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｕｓｅｄ Ｓｔｅｅｌ）等の金属から構成された耐熱性の薄肉フィルム６３（以下、定着フィルム６３と記す）を有する。このフィルムアセンブリ６０の加熱ヒータ６１と弾性加圧ローラ５０とを定着フィルム６３を挟んで圧接させて定着ニップ部を形成させてある。

弾性加圧ローラ５０は、芯金５１の外周面にシリコーンゴム等の弾性層５２、フッ素樹脂等からなる離型性層５３から形成される。定着フィルム６３は、弾性加圧ローラ５０の矢印の方向への回転駆動力により、定着ニップ部において加熱ヒータ６１に密着・摺動しつつ矢印の方向に搬送移動される。加熱ヒータ６１の温度は、ヒータ背面に配置されたサーミスタ等の温度検知手段６４により検知し、不図示の通電制御部へフィードバックされ、加熱ヒータ６１が所定の一定温度（定着温度）になるように加熱、温調される。このようなフィルム加熱方式の加熱定着装置を用いたプリンタ、複写機等の各種画像形成装置は、従来の熱ローラ方式の加熱定着装置に比べて多くの利点を有している。すなわち、加熱効率の高さや立ち上がりの速さにより、待機中の予備加熱の不要化や、ウエイトタイムの短縮化など、多くの利点を有している。

ところで、近年の複写機やプリンタでは、プリントに用いるメディア（記録材）の種類が多様化している。加熱定着装置も種々のメディアに対応するためにメディアに応じた定着条件を設定しなければならない。

定着条件を変更する手段の一つとして、定着ニップ部にかける圧力を変更する方法がある。例えば、特許文献１のように封筒をプリントする場合は普通紙をプリントする場合よりも定着ニップ部にかける圧力を下げて封筒のシワの発生を抑えるなどの対策を行っている。

特開２００７−１２８０３７号公報

しかしながら、加圧力を下げた状態（第２の圧力状態）で記録材の通紙を行う場合、以下のような課題がある。

すなわち、加圧部材や加熱部材を記録材の搬送方向に垂直な方向である長手方向の両端部から加圧することで加圧部材や加熱部材がたわむ。そのたわみ量は加圧力が大きいほど大きくなる。軽量化や低コスト化のために、たわみ量が大きい加圧部材や加熱部材を使用する場合、たわみ量を考慮し、加熱部材や加圧部材の少なくとも一方をクラウン形状（端部より中央部が大きい形状）にする。これにより、通常加圧状態（第１の圧力状態）において最適なニップ形状となるように設定している。

そのため、封筒のシワ防止等のために定着ニップ部に掛る圧力を第２の圧力状態として動作させる場合、たわみ量も小さくなるため、定着ニップ部の幅が長手方向で不均一になり、中央部に比べて端部の定着ニップ部の幅が小さくなってしまう。

このため、第２の圧力時に、第１の圧力時と同じ発熱体の発熱量分布（各発熱体の通電比率）で通紙した場合（定着処理する場合）、端部の定着ニップ部の幅が細い（狭い）ため、端部において加熱部材の熱が加圧部材に伝わりにくくなる。このため、加熱部材が過昇温してしまい、定着部材の耐久性を低下させてしまうという課題があった。

また、定着ニップ部に掛る圧力を第２の圧力としたまま定着装置を定着可能な状態まで昇温させる場合も、端部において加熱部材の熱が加圧部材に伝わりにくくなるので、減圧加圧状態で定着処理する場合と同様の課題が生じる。

本発明は上述の課題に鑑み成されたものであり、その目的は、定着ニップ部に掛る圧力を第２の圧力にして定着処理する場合に、長手方向の端部が過昇温するのを抑えることができる加熱定着装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、定着ニップ部に掛る圧力を第２の圧力にしてヒータを定着可能な温度まで立ち上げる場合に、長手方向の端部が過昇温するのを抑えることができる加熱定着装置を提供することにある。

本発明は、上述の目的を達成するため、以下の構成を備えるものである。

（１） エンドレスベルトと、
前記エンドレスベルトの内面に接触するヒータであって、第１の発熱体と、ヒータ長手方向の中央部に対する端部の単位長さあたりの抵抗比が前記第１の発熱体よりも大きい第２の発熱体と、を有するヒータと、
前記エンドレスベルトを介して前記ヒータと共に記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成するバックアップ部材と、
前記定着ニップ部に掛かる圧力を第１の圧力と、前記第１の圧力よりも低い第２の圧力に設定できる圧力変更機構と、
を有し、記録材に形成されたトナー像を記録材に加熱定着する加熱定着装置において、
前記第１の圧力で定着処理を実行する第１の定着処理モードと、前記第２の圧力で定着処理を実行する第２の定着処理モードとを有し、
前記第２の定着処理モードで定着処理を実行する場合、記録材のサイズに拘わらず、前記第２の発熱体の発熱比率が前記第１の発熱体の発熱比率よりも小さく設定されることを特徴とする加熱定着装置。

（２） エンドレスベルトと、
前記エンドレスベルトの内面に接触するヒータであって、第１の発熱体と、ヒータ長手方向中央部に対する端部の単位長さあたりの抵抗比が前記第１の発熱体よりも大きい第２の発熱体とを有するヒータと、
前記エンドレスベルトを介して前記ヒータと共に記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成するバックアップ部材と、
前記定着ニップ部に掛かる圧力を第１の圧力と、前記第１の圧力よりも低い第２の圧力に設定できる圧力変更機構と、
を有し、記録材に形成されたトナー像を記録材に加熱定着する加熱定着装置において、
前記定着ニップ部に掛かる圧力を前記第２の圧力に設定した状態で前記ヒータを定着可能温度まで立ち上げる場合、前記第２の発熱体の発熱比率が前記第１の発熱体の発熱比率よりも小さく設定されることを特徴とする加熱定着装置。

本発明の加熱定着装置によれば、加圧状態に応じてメインヒータとサブヒータの通電比率を変化させることにより、過昇温により定着部材等が劣化することを防止することができる。

実施例１、２に係るカラー画像形成装置を示す概略構成図 実施例１、２に係る定着装置の概略構成図 実施例１、２に係る定着ヒータの断面図 （ａ）実施例１、２に係る定着ヒータの表面側を示す図、（ｂ）（ａ）に対応する定着ヒータの発熱分布を示すグラフ 実施例１、２に係る定着ヒータとサーミスタの位置関係を示す図 実施例１、２に係る第一加圧状態の際の加圧機構の説明図 実施例１、２に係る第二加圧状態の際の加圧機構の説明図 実施例１、２に係る第三加圧状態の際の加圧機構の説明図 実施例１、２に係る定着ニップ部の形状を示す図で、（ａ）第一加圧状態の際のニップ形状を示す図、（ｂ）第二加圧状態の際のニップ形状を示す図 実施例１、２に係る第一加圧状態と第二加圧状態での定着ニップ幅を示した図 実施例１に係る記録材のサイズと、異なるヒータの通電比率の発熱量分布を示す図 実施例１に係る加圧状態、ヒータの通電比率、通紙時の中央、端部それぞれのサーミスタ部の昇温温度を示すテーブル フィルム加熱方式の加熱定着装置を説明する図 第１の定着処理モード（第一加圧状態）で定着処理を実行する場合と、第２の定着処理モード（第二加圧状態）で定着処理を実行する場合の、通電比率を示した図。 実施例２における通電比率１０：１０のサーミスタ温度推移を説明する図 実施例２における通電比率１０：３のサーミスタ温度推移を説明する図

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。

（１）画像形成装置例
図１は、本実施例に係るカラー画像形成装置を示す概略構成図である。本実施例の画像形成装置はＡ３サイズまでの記録材を通紙可能な電子写真方式のタンデム型のフルカラープリンタである。

この画像形成装置は、イエロー色の画像を形成する画像形成部１Ｙと、マゼンタ色の画像を形成する画像形成部１Ｍと、シアン色の画像を形成する画像形成部１Ｃと、ブラック色の画像を形成する画像形成部１Ｂｋの４つの画像形成部を備えている。これらの４つの画像形成部（画像形成ユニット）は一定の間隔をおいて一列に配置されている。

各画像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋには、それぞれ感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが設置されている。各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの周囲には、帯電ローラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、転写ローラ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、ドラムクリーニング装置６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄがそれぞれ設置されている。また、帯電ローラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ間の上方には露光装置７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄがそれぞれ設置されている。各現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄには、それぞれイエロートナー、マゼンタトナー、シアントナー、ブラックトナーが収納されている。

画像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋの各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの各一次転写ニップ部Ｎに、転写媒体としての無端ベルト状の中間転写ベルト４０が当接している。中間転写ベルト４０は、駆動ローラ１４１、支持ローラ１４２、二次転写対向ローラ１４３間に張架されており、駆動ローラ１４１の駆動によって矢印方向（時計回り方向）に回転（移動）される。

一次転写用の各転写ローラ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは、各一次転写ニップ部Ｎにて中間転写ベルト４０を介して各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに当接している。

二次転写対向ローラ１４３は、中間転写ベルト４０を介して二次転写ローラ１４４と当接して、二次転写ニップ部Ｍを形成している。二次転写ローラ１４４は、中間転写ベルト４０に接離自在に設置されている。

中間転写ベルト４０の外側の駆動ローラ１４１近傍には、中間転写ベルト４０表面に残った転写残トナーを除去して回収するベルトクリーニング装置１４５が設置されている。
また、二次転写ニップ部Ｍの記録材Ｐ（被加熱材）の搬送方向下流側（図中、右側が搬送方向上流側、左側が搬送方向下流側となる）には定着装置１２（加熱定着装置）が設置されている。

また、この画像形成装置内には環境センサ３７とメディアセンサ３８が設置されている。画像形成動作開始信号が発せられると、所定のプロセススピードで回転駆動される画像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋの各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、それぞれ帯電ローラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄによって一様に、本実施例では負極性に帯電される。

そして、露光装置７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄは、入力されるカラー色分解された画像信号をレーザ出力部（不図示）にて光信号にそれぞれ変換する。そして、変換された光信号であるレーザ光を、帯電された各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ上にそれぞれ走査露光して静電潜像を形成する。

そして、まず静電潜像が形成された感光ドラム２ａ上に、感光ドラム２ａの帯電極性（負極性）と同極性の現像バイアスが印加された現像装置４ａによりイエローのトナーを感光ドラム２ａ表面の帯電電位に応じて静電吸着させる。これにより、静電潜像を顕像化し、現像像とする。このイエローのトナー像は、一次転写ニップ部Ｎにて一次転写バイアス（トナーと逆極性（正極性））が印加された転写ローラ５ａにより、回転している中間転写ベルト４０上に一次転写される。イエローのトナー像が転写された中間転写ベルト４０は、画像形成部１Ｍ側に回転される。

次に、画像形成部１Ｍにおいても、画像形成部１Ｙと同様にして感光ドラム２ｂに形成されたマゼンタのトナー像が、中間転写ベルト４０上のイエローのトナー像上に重ね合わせて、一次転写部Ｎにて転写される。

以下、同様にして中間転写ベルト４０上に重畳転写されたイエロー、マゼンタのトナー像上に、画像形成部１Ｃ、１Ｂｋの感光ドラム２ｃ、２ｄで形成されたシアン、ブラックのトナー像を各一次転写部Ｎにて順次重ね合わせる。このようにして、フルカラーのトナー像を中間転写ベルト４０上に形成する。

次に、中間転写ベルト４０上のフルカラーのトナー像先端が二次転写ニップ部Ｍに移動されるタイミングに合わせて、レジストローラ１４６により記録材（転写材）Ｐを二次転写ニップ部Ｍに搬送する。そして、この記録材Ｐに、二次転写バイアス（トナーと逆極性（正極性））が印加された二次転写ローラ１４４によりフルカラーのトナー像が一括して二次転写される。フルカラーのトナー像が形成された記録材Ｐは定着装置１２に搬送されて、定着スリーブ２０と加圧ローラ２２（加圧部材）間の定着ニップ部でフルカラーのトナー像を加熱、加圧して記録材Ｐ表面に溶融定着する。その後、記録材Ｐは外部に排出され、画像形成装置の出力画像となる。そして、一連の画像形成動作を終了する。

なお、画像形成装置内には環境センサ３７を有しており、帯電、現像、一次転写、二次転写のバイアスや定着条件は、画像形成装置内の雰囲気環境（温度、湿度）に応じて変更可能な構成となっている。そして、環境センサ３７による検知結果は、記録材Ｐに形成されるトナー像濃度の調整のためや、最適な転写、定着条件を達成するために用いられる。また、画像形成装置内にはメディアセンサ３８を有しており、記録材Ｐの判別を行うことによって、転写バイアスや定着条件は記録材Ｐに応じて変更可能な構成となっており、記録材Ｐに対する最適な転写、定着条件を達成するため用いられる。

上記した一次転写時において、感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ上に残留している一次転写残トナーは、ドラムクリーニング装置６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄによって除去されて回収される。また、二次転写後に中間転写ベルト４０上に残った二次転写残トナーは、ベルトクリーニング装置１４５によって除去されて回収される。

（２）定着装置１２
図２は定着装置１２の概略構成図である。本実施例の定着装置１２は、加圧用回転体駆動方式（テンションレスタイプ）の加熱装置である。

１）定着装置１２の全体的構成
２０は定着スリーブであり、ベルト状部材に弾性層を設けてなる円筒状（エンドレスベルト状）の部材である。この定着スリーブ２０は後記３）項で詳述する。

２２はバックアップ部材としての加圧ローラである。１７は横断面略半円弧状樋型の耐熱性・剛性を有するヒータホルダである。また、１６は加熱体（熱源）としての定着ヒータ（加熱部材）であり、ヒータホルダ１７の下面にこのヒータホルダ１７の長手方向（記録材の搬送方向に垂直な方向）に沿って配設してある。定着スリーブ２０はこのヒータホルダ１７にルーズに外嵌させてある。定着ヒータ１６は本実施例では後記２）項で詳述するようなセラミックヒータである。

ヒータホルダ１７は、耐熱性の高い液晶ポリマー樹脂で形成し、定着ヒータ１６を保持し、定着スリーブ２０をガイドする役割を果たす。本実施例においては、液晶ポリマーとして、デュポン社のゼナイト７７５５（商品名）を使用した。ゼナイト７７５５の最大使用可能温度は、約２７０℃である。

加圧ローラ２２は、アルミや鉄（ＳＵＭ材：Ｓｔｅｅｌ Ｕｓｅ Ｍａｃｈｉｎｅｒｂｉｌｉｔｙ）などの中空芯金に、厚み約３ｍｍのシリコーンゴム層を形成し、その上に厚み約４０μｍのＰＦＡ樹脂チューブを被覆してなる。この加圧ローラ２２は芯金の両端部を装置フレーム２４の不図示の奥側と手前側の側板間に回転自由に軸受保持させて配設してある。この加圧ローラ２２の上側に、定着ヒータ１６・ヒータホルダ１７・定着スリーブ２０等から成る定着スリーブユニットを、定着ヒータ１６側を下向きにして加圧ローラ２２に並行に配置する。そして、ヒータホルダ１７の両端部を不図示の加圧機構により片側１４７Ｎ（１５ｋｇｆ）、総圧２９４Ｎ（３０ｋｇｆ）の力で加圧ローラ２２の軸線方向に附勢する。これにより、定着ヒータ１６の下向き面を、定着スリーブ２０を介して加圧ローラ２２の弾性層にこの弾性層の弾性に抗して所定の押圧力をもって圧接させ、加熱定着に必要な所定幅の定着ニップ部２７を形成させてある。加圧機構は後述するように、自動圧可変機構を有し、通紙メディアに応じて加圧力の変更が可能である。

２３と２６は装置フレーム２４に組付けた入り口ガイドと定着排紙ローラである。入り口ガイド２３は、二次転写ニップ部Ｍを抜けた記録材Ｐが、定着ニップ部２７に正確にガイドされるよう、記録材Ｐを導く役割を果たす。本実施例の入り口ガイド２３は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂により形成されている。

加圧ローラ２２は、不図示の駆動手段により矢印の反時計回り方向に所定の周速度で回転駆動される。この加圧ローラ２２の回転駆動による加圧ローラ２２の外面と定着スリーブ２０との定着ニップ部２７における圧接摩擦力により、円筒状の定着スリーブ２０に回転力が作用する。そして、定着スリーブ２０が、その内面側が定着ヒータ１６の下向き面に密着して摺動しながらヒータホルダ１７の外回りを矢印の時計回り方向に従動回転状態になる。定着スリーブ２０内面にはグリスが塗布され、ヒータホルダ１７と定着スリーブ２０内面との摺動性を確保している。

加圧ローラ２２が回転駆動され、それに伴って円筒状の定着スリーブ２０が従動回転状態になり、また定着ヒータ１６に通電がなされ、定着ヒータ１６が昇温して所定の温度に立ち上げ温調される。この状態において、定着ニップ部２７の定着スリーブ２０と加圧ローラ２２との間に、未定着トナー像ｔを担持した記録材Ｐが入り口ガイド２３に沿って案内されて導入される。そして、定着ニップ部２７において記録材Ｐのトナー像担持面側が、定着スリーブ２０の外面に密着して定着スリーブ２０と一緒に定着ニップ部２７を挟持搬送されていく。この挟持搬送過程において、定着ヒータ１６の熱が定着スリーブ２０を介して記録材Ｐに付与され、記録材Ｐ上の未定着トナー像が記録材Ｐ上に加熱・加圧されて溶融定着される。定着ニップ部２７を通過した記録材Ｐは、定着スリーブ２０から曲率分離され、定着排紙ローラ２６で排出される。

なお、１８はスリーブサーミスタ、２５はスリーブサーミスタ１８を支持するアーム、１９はメインサーミスタであり、後述する図５で説明する。２１は制御部であり、スリーブサーミスタ１８やメインサーミスタ１９により検知された温度に基づき、記録材Ｐに適した加熱となるよう定着ヒータ１６の温度を制御する。

２）定着ヒータ１６
図３に定着ヒータ１６の断面図を示す。

定着ヒータ１６は、以下の〔１〕〜〔５〕等からなる。
〔１〕記録材Ｐの搬送方向すなわち通紙方向と直交する方向を長手方向とする横長のセラミック基板であるアルミナ基板４１
〔２〕〔１〕のアルミナ基板４１の表面側に長手方向に沿ってスクリーン印刷により線状あるいは帯状に塗工した、厚み１０μｍ程度、幅１ｍｍ程度の抵抗発熱体層４２および４３（４３ａ、４３ｂ）。抵抗発熱体層４２、４３は、銀パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）合金を含んだ導電ペーストをアルミナ基板４１上に印刷したものである。
〔３〕〔２〕の抵抗発熱体層４２および４３に対する給電パターンとして、アルミナ基板４１の表面側に銀ペーストのスクリーン印刷等によりパターン形成した、電極部４４（図４）。
〔４〕抵抗発熱体層４２および４３の保護と絶縁性を確保するための、厚み３０μｍ程度の薄肉のガラスコート４５。
〔５〕アルミナ基板４１と定着スリーブ２０の接触面に設けたポリイミドからなる摺動層４６。

図４（ａ）に定着ヒータ１６の表面側を示す図を、図４（ｂ）に定着ヒータ１６の発熱分布のグラフを示す。

図４に示すように、抵抗発熱体層は３本の発熱体４３（４３ａ、４３ｂ）と４２からなる。発熱体４３が第１の発熱体、発熱体４２がヒータ長手方向中央部に対する端部の単位長さあたりの抵抗比が第１の発熱体４３よりも大きい第２の発熱体である。発熱体４３（４３ａ、４３ｂ）は長手中央から端部にかけて連続的に太くなり、長手方向中央領域から端部に向かって徐々に発熱量は小さくなる（図４、発熱分布４３（４３ａ＋４３ｂ）参照）。以後、発熱体４３をメイン発熱体とする。一方、発熱体４２は長手中央から端部にかけて連続的に細くなり、長手方向中央領域から端部に向かって徐々に発熱量は大きくなる（図４、発熱分布４２参照）。以後、発熱体４２をサブ発熱体とする。このように、長手方向で連続的に発熱量を変化させることで、Ａ３サイズ紙まで対応した対応紙種の多い定着装置の非通紙部昇温（端部昇温）を効果的に抑えることができる。

定着ヒータ１６の電極部４４には、給電用コネクタが装着される。ヒータ駆動回路部から上記の給電用コネクタを介して電極部４４に給電されることで、抵抗発熱体層４２および４３が発熱して定着ヒータ１６が迅速に昇温する。

通常使用においては、加圧ローラ２２の回転開始とともに、定着スリーブ２０の従動回転が開始し、定着ヒータ１６の温度の上昇とともに、定着スリーブ２０の内面温度も上昇していく。定着ヒータ１６への通電は、ＰＩＤ制御によりコントロールされ、定着スリーブ２０の内面温度、すなわち、スリーブサーミスタ１８の検知温度が目標値になるように、入力電力が制御される。

図５に定着ヒータ１６とサーミスタの位置関係を示す。本実施例では最大通紙幅よりも幅の狭い記録材を通紙した時の非通紙部昇温を検知するために、スリーブサーミスタ１８、メインサーミスタ１９に加えて、両端部に端部サーミスタ２８を設けた構成となっている。定着スリーブ２０の内面の温度を検知する手段としてのスリーブサーミスタ１８は、ヒータホルダ１７に固定支持させたステンレス製のアーム２５の先端にサーミスタ素子が取り付けられている。そして、アーム２５が弾性揺動することにより、定着スリーブ２０の内面の動きが不安定になった状態においても、サーミスタ素子が定着スリーブ２０の内面に常に接する状態に保たれる（図２）。メインサーミスタ１９は定着ヒータ１６の裏面の長手中央付近に接触させてあり、定着ヒータ裏面の温度を検知する。また、端部サーミスタ２８は幅２７９ｍｍのＬＴＲ横送りサイズの非通紙部に配設され、ＬＴＲサイズの記録材を通紙した時の非通紙部温度を検知できるようにしている。本実施例の装置は、メインサーミスタ１９の検知温度が設定温度を維持するようにヒータ１６への通電を制御しているが、スリーブサーミスタ１８の検知温度が目標値から外れるとメインサーミスタ１９の検知温度と比較する設定温度に補正を掛けている。

３）定着スリーブ２０
本実施例において、定着スリーブ２０はベルト状部材に弾性層を設けてなる円筒状（エンドレスベルト状）の部材である。具体的には、材質にＳＵＳ（Ｓｔｅｅｌ Ｕｓｅ Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ）を用い、厚み３０μｍの円筒状に形成したエンドレスベルト（ベルト基材）上に、厚み約３００μｍのシリコーンゴム層（弾性層）を形成してある。更にシリコーンゴム層の上に厚み３０μｍのＰＦＡ樹脂チューブ（最表面層）を被覆してなる。このような構成で作成した定着スリーブ２０の熱容量を測定したところ、２．９×１０^−２ｃａｌ／ｃｍ^２・℃（定着スリーブ １ｃｍ^２あたりの熱容量）であった。

〔１〕定着スリーブの基層
定着スリーブ２０の基層にはポリイミドなどを用いることもできるが、ポリイミドよりもＳＵＳのほうが、熱伝導率がおよそ１０倍と大きく、より高いオンデマンド性を得ることができる。このことから、本実施例においては、定着スリーブ２０の基層にはＳＵＳを用いた。

〔２〕定着スリーブの弾性層
定着スリーブ２０の弾性層には熱伝導率の高いゴム層を用いている。これはより高いオンデマンド性を得るためである。本実施例で用いた材質は比熱が約２．９×１０^−１ｃａｌ／ｇ・℃である。

〔３〕定着スリーブの離型層
定着スリーブ２０の表面には、フッ素樹脂層を設けることで、表面の離型性を向上し、定着スリーブ２０表面にトナーが一旦付着し、再度記録材Ｐに移動することで発生するオフセット現象を防止することができる。また、定着スリーブ２０表面のフッ素樹脂層を、ＰＦＡチューブとすることで、より簡便に、均一なフッ素樹脂層を形成することが可能となる。

〔４〕定着スリーブの熱容量
一般に、定着スリーブ２０の熱容量が大きくなると、温度立ち上がりが鈍くなり、オンデマンド性が損なわれる。例えば、定着装置の構成にもよるが、プリント指示を待つスタンバイ時にヒータを発熱させない装置で、プリント指示が入力されて１分以内での立ち上がりを想定した場合、定着スリーブ２０の熱容量は約１．０ｃａｌ／ｃｍ^２・℃以下である必要がある。

本実施例においては、電源を切ってしばらく時間が経った後に電源を入れるような場合、例えば、朝一番の立ち上げの際に、定着ヒータ１６に１０００Ｗの電力を投入して、定着スリーブ２０が１９０℃に２０秒以内に立ち上がるように設計してある。シリコーンゴム層には、比熱が約２．９×１０^−１ｃａｌ／ｇ・℃の材質を用いており、このとき、シリコーンゴムの厚みは５００μｍ以下でなければならず、定着スリーブ２０の熱容量は約４．５×１０^−２ｃａｌ／ｃｍ^２・℃以下である必要がある。また、逆に、１．０×１０^−２ｃａｌ／ｃｍ^２・℃以下にしようとすると、定着スリーブ２０のゴム層が極端に薄くなる。その結果、ＯＨＴ（ｏｖｅｒｈｅａｄ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｙ）透過性やグロスムラなどの画質の点において、弾性層を持たないオンデマンド定着装置と同等になってしまう。

本実施例においては、ＯＨＴ透過性やグロスの設定など高画質な画像を得るために必要なシリコーンゴムの厚みは２００μｍ以上であった。この際の熱容量は２．１×１０^−２ｃａｌ／ｃｍ^２・℃である。

つまりは、本実施例と同様の定着装置の構成における、定着スリーブ２０の熱容量は１．０×１０^−２ｃａｌ／ｃｍ^２・℃以上、１．０ｃａｌ／ｃｍ^２・℃以下が一般的に対象となる。この範囲で、よりオンデマンド性と高画質の両立を図ることができる、２．１×１０^−２ｃａｌ／ｃｍ^２・℃以上、４．５×１０^−２ｃａｌ／ｃｍ^２・℃以下の定着スリーブを用いることとした。

４）加圧機構
図６〜図８は本実施例の加圧機構を説明する図である。装置フレーム２４と加圧板７２の間に設置した加圧バネ７１により、ヒータホルダ１７を長手両側から支持しているフランジ７３を加圧ローラ２２側に加圧している。７４は加圧力変更機構の一部としてのカム部材である。このカム部材７４は、手前側と奥側の加圧板７２において、加圧板７２を中にして加圧バネ７１と対向する側に配設してある。手前側と奥側のカム部材７４は同じ大きさと形状であり、カム軸７５に同じ位相で固着して配設してある。カム軸７５は回転自由に軸受保持されており、不図示のモータにより回転・停止される。図６ではカム部材７４が加圧板７２と接触しておらず、定着ニップ部に掛る加圧力が最大となる状態（第一加圧状態）を示している。つまり、図６は、定着ニップ部に第１の圧力を掛けている状態を示している。図６の状態からカム軸７５を９０°回転させてカム部材７４を図７のような状態にすることにより、加圧板７２が押し上げられて第一加圧状態よりも加圧力を低く設定することができる（第二加圧状態）。つまり、図７は定着ニップ部に第２の圧力を掛けている状態を示している。さらに図７の状態からカム軸７５を９０°回転させてカム部材７４を図８のような状態にすることにより加圧板７２がさらに押し上げられて加圧力をより低く設定することができる（第三加圧状態）。

本実施例の定着装置は以下の二つの定着処理モードを有する。
Ｉ．第１の圧力（第一加圧状態）で定着処理を行う第１の定着処理モード
ＩＩ．第２の圧力（第二加圧状態）で定着処理を行う第２の定着処理モード
本実施例では通常プリント時は第一加圧状態で定着処理する。封筒のシワ発生を防止する場合は、第二加圧状態で定着処理する。

また、ジャム処理時や本体電源をオフ（ＯＦＦ）する場合には、第三加圧状態に設定する。第三加圧状態は、エンドレスベルトと加圧ローラが離間する状態、すなわち定着ニップ部に圧力を掛けていない状態であっても良い。

５）通紙時の通電制御
次にそれぞれの加圧状態にした時の通紙時の定着ヒータ１６への通電制御について説明する。

図９（ａ）（ｂ）は第一加圧状態および第二加圧状態の際の加圧ローラ２２および定着スリーブ２０で形成される定着ニップ部２７の概略形状である。第一加圧状態で加圧ローラ２２がたわんだ状態で長手方向に均一なニップ形状を得られるように、ヒータホルダ１７は約９００μｍのクラウン形状（端部より中央部が大きい形状）としている。そのため、第一加圧状態では加圧ローラ２２のたわみ量とヒータホルダ１７のクラウン量に大きな差がなく、長手方向でほぼ均一な幅のニップ形状となっている（図９（ａ））。一方、第二加圧状態では加圧力が小さく加圧ローラ２２のたわみ量が小さいにも関らず、ヒータホルダ１７のクラウン量は第一加圧状態と同じであるため、長手方向で加圧力が異なってしまい端部のニップが細くなってしまう（図９（ｂ））。

第一加圧状態と第二加圧状態での定着ニップ部の幅（定着ニップ幅）を図１０に示す。
第一加圧状態では、中央部と端部（本実施例での端部サーミスタ２８位置である、中央から約１４４ｍｍ離れた位置）での定着ニップ幅は、ほぼ同様である。これに対し、第二加圧状態では、中央部での定着ニップ幅が約８．０ｍｍに対し、端部の定着ニップ幅が約６．０ｍｍと細くなってしまっている。つまり、定着ニップ部に掛かる圧力を第２の圧力に設定した時の、定着ニップ部の幅の比率（端部の幅／中央部の幅）は、第１の圧力に設定した時よりも小さい。

本実施例において、第一加圧状態（通常加圧）にて、Ａ３サイズ紙（幅２９７ｍｍ）の記録材を通紙する場合（定着処理する場合）、ヒータの通電比率をメイン（４３）：サブ（４２）＝１００：１００とした。この場合の発熱量分布を図１１に示す。また、加圧状態と、ヒータの通電比率、通紙時の中央、端部それぞれのサーミスタが配置された位置のヒータの昇温温度を図１２に示す。発熱量分布は、Ａ３サイズ幅でほぼフラット状態であり、本実施例での端部サーミスタ２８の通紙時昇温も見られない（図１１の実線）。すなわち、図１２に示すように、第一加圧状態での中央サーミスタ１９が配置された位置のヒータ昇温温度は約２５０℃、端部サーミスタ２８が配置された位置のヒータ昇温温度は約２４５℃となっている。

定着装置１２の加圧状態を第二加圧状態にし、封筒の一例としてＣＯＭ＃１０サイズ（幅約１０５ｍｍ×長さ約２４１ｍｍ）を通紙した場合の、それぞれの部位のヒータ昇温温度を図１２に示す。比較例のように第一加圧状態と同じヒータの発熱量分布（ヒータ通電比率１００：１００）では、端部の定着ニップ幅が細くなっているため、定着ヒータ１６の熱が加圧ローラ２２側に移動しにくい。したがって、第二加圧状態ではメインサーミスタ１９に比べて端部サーミスタ２８の昇温が大きい。メインサーミスタ１９が目標温度（２５０℃）となるようにヒータへの通電を制御しているので中央部のヒータ温度は２５０℃であるのに対し、端部サーミスタ温度はヒータホルダ１７の耐熱温度２７０℃を越えてしまっている。

端部サーミスタ温度が２７０℃を越えるような高温状態が繰り返し行われると、ヒータホルダ１７ばかりでなく、定着スリーブ２０やサーミスタ自身の劣化を促進してしまう。

本実施例では、第二加圧状態でのヒータの通電比率を、第一加圧状態の通電比率と変えて、メイン：サブ＝１００：０としている。つまり、第２の定着処理モードで定着処理を実行する場合、第２の発熱体４２（サブ）の発熱比率が第１の発熱体４３（メイン）の発熱比率よりも小さく設定されている。第２の定着処理モードで定着処理を実行する場合、第２の発熱体４２の発熱比率と第１の発熱体４３の発熱比率の大小関係は、記録材（封筒）のサイズに拘わらず同じである。

この場合、長手方向の発熱量分布は、端部に比べて中央部のほうが大きくなる（図１１、破線で示す）。したがって、第二加圧状態ではメインサーミスタ１９に比べて端部サーミスタ２８の温度が低くなる。すなわち、図１２に示すように、第二加圧状態でメイン：サブ＝１００：０の比率で通電した場合、ヒータの中央サーミスタが配置された位置の昇温温度は約２５０℃、端部サーミスタが配置された位置の昇温温度は約２００℃となっている。このように、端部サーミスタ位置の昇温温度は約２００℃であり、ヒータホルダ１７や、定着スリーブ２０やサーミスタ自身の劣化を促進してしまうことを防止することが可能となる。

これに対して、第１の定着処理モードで定着処理を行う場合は、記録材のサイズに応じて第２の発熱体４２（サブ）への通電比率が第１の発熱体４３（メイン）への通電比率よりも大きくなる場合もあるし、両者が同じ場合もある。図１４に、第１の定着処理モード（第一加圧状態）で定着処理を実行する場合と、第２の定着処理モード（第二加圧状態）で定着処理を実行する場合の、本実施例における通電比率をまとめて示した。図１４のように、第２の定着処理モードで定着処理を実行する場合、記録材（封筒）のサイズに拘わらず、第２の発熱体４２（サブ）の発熱比率が第１の発熱体４３（メイン）の発熱比率よりも小さく設定されている。

このように加圧状態に応じてメインヒータとサブヒータの通電比率を変化させることにより、過昇温により定着部材等が劣化することを防止することができる。

第二加圧状態でのヒータ通電比率については、第２の発熱体４２（サブ）の発熱比率が第１の発熱体４３（メイン）の発熱比率よりも小さく設定されれば、メイン：サブ＝１００：０の比率にこだわる必要はなく、適時設定すれば良い。

なお、本実施例の第２の定着処理モードは封筒のしわを軽減するためのモードである。第２の定着処理モードで、大きなサイズの封筒を定着処理すると、第２の発熱体（サブ）の抵抗値が高い領域（発熱量が大きい領域）に対応するトナー像の定着性は低下する。しかし、第２の定着処理モードは封筒の皺軽減を優先するモードなので、トナー像の定着性を優先する場合は第１の定着処理モードでトナー像を担持する封筒を定着処理すればよい。

次に、本発明の実施例２を説明する。実施例１は定着処理中の発熱体の通電比率に関するものであったが、実施例２は定着装置を定着可能な状態まで立ち上げる場合の通電比率に関するものである。ヒータの構造等は実施例１と同じなので説明は割愛する。

図１５はメイン発熱体４３およびサブ発熱体４２への通電比率をメイン：サブ＝１０：１０で加熱したときのメインサーミスタ１９および端部サーミスタ２８の温度推移である。第一加圧状態では定着ニップ形状が均一であるため、メインサーミスタ１９と端部サーミスタ２８の温度に大きな差は見られない。一方、第二加圧状態では端部のニップが細いため、定着ヒータ１６の熱が加圧ローラ２２側に移動しにくい。従って、第二加圧状態ではメインサーミスタ１９に比べて端部サーミスタ２８の温度上昇が早く、メインサーミスタ１９が目標温度（定着可能な温度）の２５０℃に達するまでに端部サーミスタ温度はヒータホルダ１７の耐熱温度２７０℃を越えてしまっている。端部サーミスタ温度が２７０℃を越えるような高温状態が繰り返し行われると、ヒータホルダ１７ばかりでなく、定着スリーブ２０やサーミスタ自身の劣化を促進してしまう。

図１６は発熱体への通電比率をメイン：サブ＝１０：３で加熱したときのメインサーミスタ１９および端部サーミスタ２８の温度推移である。この場合、長手の発熱分布は端部に比べて中央部のほうが大きくなる。したがって、第一加圧状態ではメインサーミスタ１９に比べて端部サーミスタ２８の温度が低くなってしまう。この場合、プリント初期において端部と中央部の定着性が異なり、端部での定着不良が発生してしまう恐れがある。また、全体的な投入電力もメイン：サブ＝１０：１０の場合と比較して少なくなってしまうためメインサーミスタ１９が目標温度に達する時間が長くなってしまう。一方、第二加圧状態では前述したように、中央部に比べて端部のニップ幅が小さいため、端部の熱が加圧ローラ２２に伝わりにくい。そのため、端部の発熱量が小さいにも関らず、メインサーミスタ１９と端部サーミスタ２８の温度に大きな差が見られなかった。また、中央部のニップ幅も第一加圧状態に比べて小さくなっているためメインサーミスタ１９が目標温度に達する時間も第一加圧状態に比べて短くなっている。

以上をまとめると以下の表１のようになる。

したがって、本実施例では加熱定着装置が通紙可能な状態になるまでのメインヒータとサブヒータの通電比率を、第一加圧状態の場合は１０：１０、第二加圧状態の場合は１０：３とする。

このように加圧状態に応じてメインヒータとサブヒータの通電比率を変化させる。すなわち、第２の発熱体の発熱比率が第１の発熱体の発熱比率よりも小さく設定されることにより、定着ニップ部に掛かる圧力を第２の圧力に設定した状態でヒータを定着可能温度まで立ち上げる場合、端部の異常昇温や端部定着不良を防止することができる。

１２ 定着装置
１６ 加熱ヒータ
１７ ヒータホルダ
４２ 第２の発熱体
４３ 第１の発熱体
１８ スリーブサーミスタ
１９ メインサーミスタ
２０ 定着スリーブ
２２ 加圧ローラ
２３ 入り口ガイド
２４ 装置フレーム
２５ アーム
２６ 定着排紙ローラ
２７ 定着ニップ部
２８ 端部サーミスタ

Claims (4)

1. エンドレスベルトと、
   前記エンドレスベルトの内面に接触するヒータであって、第１の発熱体と、ヒータ長手方向の中央部に対する端部の単位長さあたりの抵抗比が前記第１の発熱体よりも大きい第２の発熱体と、を有するヒータと、
   前記エンドレスベルトを介して前記ヒータと共に記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成するバックアップ部材と、
   前記定着ニップ部に掛かる圧力を第１の圧力と、前記第１の圧力よりも低い第２の圧力に設定できる圧力変更機構と、
   を有し、記録材に形成されたトナー像を記録材に加熱定着する加熱定着装置において、
   前記第１の圧力で定着処理を実行する第１の定着処理モードと、前記第２の圧力で定着処理を実行する第２の定着処理モードとを有し、
   前記第２の定着処理モードで定着処理を実行する場合、記録材のサイズに拘わらず、前記第２の発熱体の発熱比率が前記第１の発熱体の発熱比率よりも小さく設定されることを特徴とする加熱定着装置。
2. 前記定着ニップ部に掛かる圧力を前記第２の圧力に設定したときの、前記定着ニップ部の前記端部の幅と前記中央部の幅の比率は、前記第１の圧力に設定した時よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の加熱定着装置。
3. エンドレスベルトと、
   前記エンドレスベルトの内面に接触するヒータであって、第１の発熱体と、ヒータ長手方向中央部に対する端部の単位長さあたりの抵抗比が前記第１の発熱体よりも大きい第２の発熱体とを有するヒータと、
   前記エンドレスベルトを介して前記ヒータと共に記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成するバックアップ部材と、
   前記定着ニップ部に掛かる圧力を第１の圧力と、前記第１の圧力よりも低い第２の圧力に設定できる圧力変更機構と、
   を有し、記録材に形成されたトナー像を記録材に加熱定着する加熱定着装置において、
   前記定着ニップ部に掛かる圧力を前記第２の圧力に設定した状態で前記ヒータを定着可能温度まで立ち上げる場合、前記第２の発熱体の発熱比率が前記第１の発熱体の発熱比率よりも小さく設定されることを特徴とする加熱定着装置。
4. 前記定着ニップ部に掛かる圧力を前記第２の圧力に設定した時の、前記定着ニップ部の前記端部の幅と前記中央部の幅の比率は前記第１の圧力に設定したときよりも小さいことを特徴とする請求項３記載の加熱定着装置。

Images