JP2012194483A - 熱定着装置及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加圧ローラの熱容量を大きくして定着温度の落ち込みを抑制しつつも、定着立ち上がり時間の長期化を回避することを課題とする。
【解決手段】加熱ローラ１３と定着ローラ１１とに定着ベルト１２を張架した定着回転体と、この定着回転体に圧接して定着ニップ部を形成する加圧ローラ１４とを備え、定着ニップ部に未定着トナーを担持した用紙５２を通過させることにより未定着トナーを軟化又は溶融させて用紙に定着させる熱定着装置１０において、加圧ローラを内周面側から加熱する加圧ハロゲンヒータ２１のほかに、加圧ローラを外周面側から加熱する補助加熱ローラ２４を設けた。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱及び圧力によって未定着トナー像を記録材に定着させる熱定着装置、及び、これを備えた複写機、プリンタ、ファクシミリまたはそれらの複合機などの画像形成装置に関するものである。

この種の熱定着装置としては、内部に熱源を持つ定着ローラや定着ベルトなどの定着回転体における外周面に加圧ローラ等の加圧回転体を圧接したものが主流である。この熱定着装置では、未定着トナー像を担持した転写紙等の記録材（用紙）が定着回転体と加圧回転体との圧接部（定着ニップ部）を通過することでトナーを軟化又は溶融させて記録材に定着させる。このような熱定着装置では、用紙上の未定着トナー像に接触する定着回転体の外周面にトナーが付着してしまうオフセットを防止するために、定着回転体の外周面をシリコーンゴムやフッ素コートなど、トナーに対する離型性が高い材料で形成する。その場合でも、適正な定着温度範囲を超えた高温で定着処理がなされると、定着回転体の外周面に対するトナーのオフセットが発生しやすくなるので、適正な定着温度範囲を超えた高温で定着処理がなされないようにすることが重要である。

一方、近年の熱定着装置は、ＴＥＣ（Typical Electricity Consumption）値の低減や省エネルギー化のため、画像形成装置のスタンバイ時には熱定着装置の熱源（ヒータ）への通電をカットし、画像形成の開始にあわせて通電を開始して定着回転体の温度を目標温度まで昇温させてから定着処理を開始するのが一般的になっている。このような熱定着装置では、画像形成の開始にあわせて定着回転体の加熱を開始することから、その定着回転体が目標温度まで昇温される定着立ち上がり時間が長い構成だと、ファーストプリント時間が長くなってしまい、ユーザーの利便性が低下する。そのため、例えば１ｍｍ以下に薄肉化した無端状の定着ベルトを、加熱ローラを含む複数のローラに張架した構成を有する定着回転体を用い、定着回転体の熱容量をできるだけ小さくして温度応答性を向上させる必要がある。しかしながら、定着回転体の熱容量を小さくすると、定着回転体の温度が落ち込みやすくなる結果、定着温度が適正な定着温度範囲を下回ってしまって定着不良や画質低下を招きやすくなる。

特に、熱定着装置の立ち上がり後の一定期間は、定着回転体が十分に暖まっていても、これに圧接する加圧回転体が十分に暖まっていない場合がある。この場合、定着回転体の熱は、用紙やトナーだけでなく、まだ十分に暖まっていない加圧回転体にも奪われるため、定着回転体の温度が落ち込みやすい。その結果、定着回転体が十分に暖まった後に通紙を開始した場合でも、その通紙開始から数枚または数十枚程度で、定着温度が適正な定着温度範囲を下回ってしまい、定着不良や画質低下を招きやすい。よって、近年の熱定着装置においては、定着処理中に加圧回転体によって奪われる熱がなるべく少なくなるようにすることが非常に重要である。

また、加圧回転体が十分に暖まっていない場合、定着ニップ部内を１枚の用紙が通過している間にも、用紙先端から後端にかけて定着温度が落ち込んでいく。トナー（特にカラートナー）は、一般に、定着処理時の温度によって光沢度が大きく変化するので、この落ち込みが大きいと、用紙先端は光沢が高く、用紙後端は光沢が低いという画質ムラをもった画像が形成されてしまう。

適正な定着温度範囲を超えた高温で定着処理がなされることで発生するトナーオフセットの問題と、定着温度の落ち込みに起因した定着不良や画質ムラを含む画質低下の問題とは、一般にトレードオフの関係にある。すなわち、トナーオフセットを防止するために定着温度が適正な定着温度範囲を超えないように定着温度を設定すると、加圧回転体が十分に暖まっていない場合には、定着温度の落ち込みによる定着不良や画質ムラを含む画質低下の問題が生じやすくなる。一方、定着温度の落ち込みを防止するために定着温度を比較的高温に設定すると、小サイズ用紙を連続通紙する場合など、定着温度が高温になりやすい状況では、トナーオフセットの問題が生じやすくなる。

特許文献１や特許文献２には、加圧回転体の内部に補助加熱手段を設けて、定着温度の落ち込みが発生しやすい立ち上がり時に補助加熱手段によって加圧回転体を加熱し、定着温度の落ち込みによる問題発生を抑制するとともに、定着温度の落ち込みが発生しない状況では補助加熱手段をＯＦＦにして定着温度が過剰に上昇するのを抑制可能な熱定着装置が開示されている。このような補助加熱手段を備えた熱定着装置によれば、立ち上がり時に定着回転体から加圧回転体へ熱が奪われにくくなるので、定着温度の落ち込みが生じにくく、定着温度の落ち込みによる定着不良や画質ムラを含む画質低下の問題が発生しにくい。しかも、小サイズ用紙を連続通紙する場合などの定着温度が高温になりやすい状況では補助加熱手段をＯＦＦにすることで、トナーオフセットの問題も低減できる。更には、定着回転体が目標温度まで昇温する間にも加圧回転体へ熱がうばわれにくくなる結果、定着立ち上がり時間の短縮化、これに伴ってヒータ通電時間が短縮化されることによる省エネルギー化も実現できる。

定着回転体からの熱は加圧回転体の外周面側から伝搬するので、加圧回転体の外周面温度を高くすることが定着回転体からの熱の移動を少なくするためには重要となる。しかしながら、補助加熱手段を備えた従来の熱定着装置は、加圧回転体の内部から加圧回転体を加熱するものであった。そのため、加圧回転体の熱容量が大きいと、加圧回転体の外周面温度が十分に加熱されるまでに時間がかかってしまう。その結果、定着温度の落ち込みに起因した問題を抑制するために補助加熱手段によって加圧回転体が十分に暖まってから定着処理を開始する場合の定着立ち上がり時間が長くなってしまうという問題がある。

一方、加圧回転体の熱容量を小さくすれば、加圧回転体の外周面温度が十分に加熱されるまでに時間を短縮でき、補助加熱手段によって加圧回転体が十分に暖まってから定着処理を開始する場合の立ち上がり時間の長期化を避けることが可能である。しかしながら、加圧回転体の熱容量が小さいと、加圧回転体の温度応答性が高くなる結果、加圧回転体から熱を奪われた場合に温度が下がりやすくなる。そのため、定着ニップ部を通過する用紙やトナーに多くの熱が奪われやすい状況（例えば冷えた状態の大型紙を通紙する場合）での定着処理時には、加圧回転体の温度が低下して定着温度の落ち込みが生じ、定着不良や画質ムラを含む画質低下が生じやすいという問題が発生する。
なお、加圧回転体の熱容量を小さくした際の定着温度の落ち込みを抑制するために、補助加熱手段による加圧回転体の加熱能力を高めると、小サイズ用紙を連続通紙する場合などの定着温度が高温になりやすい状況においてトナーオフセットの問題が生じてしまう。

本発明は、以上の問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、加圧回転体の熱容量を大きくして定着温度の落ち込みを抑制しつつも、定着立ち上がり時間の長期化を回避できる熱定着装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、加熱ローラを含む複数の支持ローラに無端状の定着ベルトを張架した定着回転体と、該定着回転体に圧接して定着ニップ部を形成する加圧回転体とを備え、該定着ニップ部に未定着トナーを担持した記録材を通過させることにより該未定着トナーを軟化又は溶融させて該記録材に定着させる熱定着装置において、上記加圧回転体を内周面側から加熱する内周面側加熱手段と、上記加圧回転体を外周面側から加熱する外周面側加熱手段とを有することを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の熱定着装置において、上記定着ベルトを張架する加熱ローラを加熱する加熱手段は、該加熱ローラを誘導加熱方式で加熱する誘導加熱手段であることを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１又は２の熱定着装置において、上記外周面側加熱手段へ電力を供給する給電手段はキャパシタであることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱定着装置において、上記外周面側加熱手段は、上記加圧回転体の回転軸方向に区分して得られる複数の外周面領域を個別に加熱する複数の加熱部を備えていることを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項４の熱定着装置において、上記複数の加熱部によって加熱される上記複数の外周面領域は、上記加圧回転体の回転軸方向中央領域と両端領域であることを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の熱定着装置において、上記外周面側加熱手段は、上記加圧回転体よりも熱容量が小さい加熱当接部材を該加圧回転体の外周面に当接し、該加熱当接部材の熱を該加圧回転体へ伝搬させることで該加圧回転体を加熱するものであり、上記外周面側加熱手段による加熱能力は、上記内周面側加熱手段による加熱能力よりも小さいことを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の熱定着装置において、上記外周面側加熱手段は、少なくとも、上記定着ニップ部に記録材が通過し始めた後に該定着ニップ部の温度が最低となる時点までは、上記加圧回転体を加熱することを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の熱定着装置において、上記加圧回転体の外周面に当接して、該加圧回転体の外周面温度を該加圧回転体の回転軸方向に均一化させるヒートパイプ部材を有することを特徴とするものである。
また、請求項９の発明は、請求項８の熱定着装置において、上記加圧回転体の外周面に当接する上記ヒートパイプ部材の当接面には、トナーと反応して軟化温度を上げる架橋剤がコーティングされていることを特徴とするものである。
また、請求項１０の発明は、記録材上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、記録材上に形成されたトナー像を該記録材に定着させる定着手段とを備えた画像形成装置において、上記定着手段として、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の熱定着装置を用いたことを特徴とするものである。

本発明においては、加圧回転体を、内周面側加熱手段により内周面側から加熱するだけでなく、外周面側加熱手段により外周面側から加熱する。よって、加圧回転体を内周面側だけから加熱する従来装置よりも短い時間で、加圧回転体の外周面温度を十分に昇温することができる。よって、加圧回転体の熱容量が小さくて加圧回転体の温度が低下しやすいことに起因して発生する定着温度の落ち込みを避けるために、加圧回転体の熱容量を大きくしても、従来装置のような定着立ち上がり時間の長期化は抑制される。なお、ここでいう定着立ち上がり時間とは、加圧回転体に熱を奪われて定着温度の落ち込みが発生するのを抑制するために加圧回転体が十分に暖まってから定着処理を開始する場合の定着立ち上がり時間である。
特に、加圧回転体の温度は主に記録材に接触する加圧回転体の外周面から奪われるところ、本発明においては、このように熱が奪われる箇所である加圧回転体の外周面側から加熱することができるので、奪われた熱の補填を効果的に行うことができ、加圧回転体の温度低下による定着温度の落ち込みを抑制する効果が高い。

以上、本発明によれば、加圧回転体の熱容量を大きくして定着温度の落ち込みを抑制しつつも、定着立ち上がり時間の長期化を回避できるという優れた効果が得られる。

実施形態に係るプリンタの概略構成図である。 同プリンタに採用される熱定着装置の概略構成図である。 補助加熱ローラによる加圧ローラの補助加熱が有る場合と無い場合とにおける、定着ベルトの表面温度の変動の概要を示すグラフである。 加圧ローラを、その回転軸方向中央領域と端部領域とに区分して加圧補助ヒータで個別に加熱できるように構成した場合の、定着ベルトの表面温度の変動の概要を示すグラフである。 補助加熱ローラに内蔵された加圧補助ヒータの通電タイミングを説明するためのタイミングチャートである。 加圧ローラの外周面に当接するヒートパイプローラの構造を示す断面図である。 ヒートパイプローラを有する場合と有しない場合とにおける、幅の狭い用紙を通紙したときの定着ベルトの表面温度の用紙幅方向分布の概要を示すグラフである。 実施形態における熱定着装置の加熱システムの回路図である。

以下、本発明を、画像形成装置であるレーザプリンタ（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、本実施形態に係るプリンタの概略構成図である。
本プリンタは、潜像担持体としての感光体ドラム１を有している。感光体ドラム１は、図中矢印Ａ方向に回転駆動されながら、感光体ドラム１に接触する帯電手段としての帯電ローラ５０により、その表面を一様に帯電される。その後、潜像形成手段としての光書込ユニット５１により画像情報に基づき走査露光されて、感光体ドラム１の表面に静電潜像が形成される。なお、帯電手段及び潜像形成手段としては、帯電ローラ５０及び光書込ユニット５１とは異なるものを用いることもできる。感光体ドラム１上に形成された静電潜像は、現像装置２により現像され、感光体ドラム１上にトナー像が形成される。感光体ドラム１上に形成されたトナー像は、転写ローラ５３を備えた転写手段としての転写ユニットにより、給紙カセット５４から給紙ローラ５５及びレジストローラ対５６を経て搬送される記録材としての用紙５２上に転写される。以上の構成によって、本実施形態におけるトナー像形成手段が実現されている。

転写終了後の用紙５２は、定着手段としての熱定着装置１０によりトナー像が定着され、機外に排出される。具体的には、定着後に熱定着装置１０から排出される用紙５２を収容する排紙トレイ６１上に排紙される。転写されずに感光体ドラム１上に残留した転写残トナーは、クリーニング手段としてのクリーニングユニット５８により感光体ドラム１の表面から除去される。また、感光体ドラム１上の残留電荷は、除電手段としての除電ランプ５９で除去される。

次に、本実施形態のプリンタの特徴部である熱定着装置１０について詳しく説明する。
図２は、本実施形態のプリンタに採用される熱定着装置１０の概略構成図である。
本熱定着装置１０は、定着ローラ１１及び加熱ローラ１３の２つの支持ローラに無端状の定着ベルト１２を張架した定着回転体を備えている。定着ベルト１２は、図中矢印方向に走行する。定着ベルト１２を張架する加熱ローラ１３を加熱する加熱手段は、加熱ローラ１３を誘導加熱方式で加熱する誘導加熱手段としてのＩＨヒータ１７である。加熱ローラ１３は、鉄、ニッケル系の整磁合金で形成されたものであり、その内部にアルミニウム等で構成された磁束遮断部材３０が配置されている。ＩＨヒータ１７は、加熱ローラ１３に掛け回されている定着ベルト部分の外周面に対向配置されている。

定着ローラ１１は、定着ベルト１２を介して加圧ローラ１４に当接している。これにより、定着ローラ１１に掛け回されている定着ベルト部分と加圧ローラ１４とが圧接し、定着ニップ部が形成される。未定着トナーＴを担持した用紙５２は、定着ニップ部を通過するように搬送され、その定着ニップ部の通過時に、未定着トナーＴ及び用紙５２を加熱及び加圧して、未定着トナーＴを用紙５２に定着させる定着処理がなされる。定着処理がなされた用紙５２は、用紙搬送経路に対して定着ローラ１１側に配置された分離板ユニット１５又は用紙搬送経路に対して加圧ローラ１４側に配置された加圧分離手段１６によって、用紙先端部が分離されて、機外に排紙される。

定着ベルト１２は、ＰＩ（ポリイミド）樹脂からなり、層厚が９０μｍのベース層上に、シリコーンゴムなどの弾性層、離型層が順次積層された多層構造の無端状ベルトである。定着ベルト１２の弾性層は、層厚が２００μｍ程度であって、シリコーンゴム、フッ素ゴム、発泡性シリコーンゴム等の弾性材料で形成されている。定着ベルト１２の離型層は、層厚が２０μｍ程度であって、ＰＦＡ（４フッ化エチレンバーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ＰＥＳ（ポリエーテルサルファイド）、等で形成されている。定着ベルト１２の表層に離型層を設けることにより、トナーＴ（トナー像）に対する離型性（剥離性）が確保されることになる。

本実施形態においては、内周面側加熱手段としての加圧ハロゲンヒータ２１を加圧ローラ１４の内部に備えるとともに、外周面面側加熱手段としての補助加熱ローラ２４が加圧ローラ１４の外周面に当接するように設けられている。これにより、加圧ローラ１４は、加圧ハロゲンヒータ２１によって内周面側から加熱されるとともに、補助加熱ローラ２４によって外周面側から加熱される。このような構成により、定着温度の落ち込みが発生しやすい立ち上がり時に、加圧ハロゲンヒータ２１及び補助加熱ローラ２４によって加圧ローラ１４を加熱することで、定着ニップ部において加熱ローラ１３によって加熱された定着ベルト１２から加圧ローラ１４へ熱が奪われるのを抑制できる。その結果、立ち上がり時でも定着温度の落ち込みによる定着不良や画質ムラを含む画質低下の問題が発生しにくい。一方、定着温度の落ち込みが発生しない状況（例えば、小サイズ用紙を連続通紙する場合や、連続通紙を開始してからある程度の時間が経過した場合）、加圧ハロゲンヒータ２１及び補助加熱ローラ２４による加熱処理を停止することで、定着温度が過剰に上昇することを抑制でき、トナーオフセットの発生も抑制できる。

特に、本実施形態では、加圧ローラ１４を、加圧ハロゲンヒータ２１による内周面側からの加熱だけでなく、補助加熱ローラ２４による外周面側からの加熱も行っている。これにより、加圧ローラ１４を内周面側だけから加熱する場合よりも短い時間で、加圧ローラ１４の外周面温度を十分に昇温することができる。その結果、加圧ローラ１４の熱容量を大きくしても、定着立ち上がり時間（定着ベルト１２及び加圧ローラ１４の両方が目標温度に達してから定着処理を開始する場合の定着立ち上がり時間）の長期化は抑制される。したがって、定着立ち上がり時間の長期化の弊害なく、加圧ローラ１４の温度が低下しやすいことに起因した定着温度の落ち込みを避けるために加圧回転体の熱容量を大きくすることができる。

しかも、加圧ローラ１４の温度は主に用紙５２に接触する加圧ローラ１４の外周面から奪われる。本実施形態においては、補助加熱ローラ２４によって、このように熱が奪われる箇所である加圧ローラ１４の外周面側から加熱するので、用紙５２に奪われた熱の補填を効果的に行うことができ、加圧ローラ１４の温度低下による定着温度の落ち込みを効果的に抑制できる。

本実施形態における補助加熱ローラ２４は、その内部に配置された２つの加圧補助ヒータ２２，２３によって加熱される。これらの加圧補助ヒータ２２，２３は、図示しないキャパシタ（補助電源装置）に接続されている。キャパシタに充電された電力が図示しない制御部からの命令に従ったタイミングで放電されることにより、加圧補助ヒータ２２，２３が通電し、補助加熱ローラ２４が加熱され、その熱が補助加熱ローラ２４の外周面から加圧ローラ１４の外周面へと移動して、加圧ローラ１４が外周面側から加熱される。

図３は、補助加熱ローラ２４による加圧ローラ１４の補助加熱が有る場合と無い場合とにおける、定着ベルト１２の表面温度の変動の概要を示すグラフである。
定着ニップ部を用紙５２が通過することにより定着ニップ部の温度（定着温度）は落ち込むが、その落ち込み量は、補助加熱ローラ２４によって加圧ローラ１４を補助加熱しない場合よりも少なく抑えることができる。図３に示すように、補助加熱ローラ２４による加圧ローラ１４の補助加熱がない場合、印刷時に定着ニップ部を用紙５２が通過することで、加圧ローラ１４の熱が急激に奪われ、これにより定着ベルト１２の熱が加圧ローラ１４へと移動する結果、通紙から数枚〜数１０枚程度で、定着ベルト１２の表面温度が定着下限温度（適正な定着温度範囲の下限値）を下回る。

これに対し、補助加熱ローラ２４による加圧ローラ１４の補助加熱がある本実施形態の場合、印刷時に定着ニップ部を用紙５２が通過することで加圧ローラ１４の熱が急激に奪われても、その分の熱を、加圧補助ヒータ２２，２３による熱によって補うことができる。よって、定着ベルト１２から加圧ローラ１４へと移動する熱の量が少なくなるので、図３に示すように、定着ベルト１２の表面温度が定着下限温度（適正な定着温度範囲の下限値）を下回ることはない。

また、本実施形態における加圧補助ヒータ２２，２３は、加圧ローラ１４の回転軸方向中央領域の加圧ローラ外周面部分を加熱するための中央領域用加圧補助ヒータ２２と、加圧ローラ１４の回転軸方向両端領域の加圧ローラ外周面部分を加熱するための端部領域用加圧補助ヒータ２３とから構成されている。これらの加圧補助ヒータ２２，２３は、互いに独立して制御可能に構成されている。

本実施形態において、加圧ローラ１４の内部に配置された加圧ハロゲンヒータ２１の消費電力量（ワット数）をＱ１とし、２つの加圧補助ヒータ２２，２３の消費電力量（ワット数）をそれぞれＱ２、Ｑ２’とした場合、Ｑ１＞（Ｑ２＋Ｑ２’）の関係となるように設定されている。その理由は、加圧ローラ１４の熱容量に対し、補助加熱ローラ２４の熱容量が小さいためである。加圧ローラ１４の内周面側及び外周面側からの加熱による断面方向の温度分布を均一な状態に保つためには、加圧ローラ１４と補助加熱ローラ２４との消費電力の配分量は、加圧ローラ１４と補助加熱ローラ２４の熱容量比にほぼ比例した配分量に設定するのが好ましい。

図４は、加圧ローラ１４を、その回転軸方向中央領域と端部領域とに区分して加圧補助ヒータ２２，２３で個別に加熱できるように構成した場合の、定着ベルト１２の表面温度の変動の概要を示すグラフである。
このグラフには、加圧ローラ１４の回転軸方向全域にわたって単一のヒータで加熱する場合についても、破線によって示してある。

加圧ローラ１４の回転軸方向全域にわたって単一のヒータで加熱する場合、図４中破線で示すように、定着温度が高温になりやすい状況では印刷時における定着温度が高温になり、場合によってはオフセット発生温度（適正な定着温度範囲の上限値）を超えることもある。特に、幅の小さい用紙に印刷する場合、その用紙が定着ニップ部を通過する際に、加圧ローラ１４の回転軸方向中央領域には接触するが、加圧ローラ１４の回転軸方向端部領域には接触しない。この場合、加圧ローラ１４の回転軸方向中央領域に対応する定着ニップ部の温度（用紙幅方向中央領域の定着温度）は、用紙に熱が奪われるためオフセット発生温度にまで上昇しないときでも、加圧ローラ１４の回転軸方向端部領域に対応する定着ニップ部の温度（用紙幅方向端部領域の定着温度）は、用紙に熱が奪われないため、中央領域よりも高温になり、オフセット発生温度にまで上昇するおそれがある。

これに対し、加圧ローラ１４をその回転軸方向中央領域と端部領域とに区分して加圧補助ヒータ２２，２３で個別に加熱できるように構成した本実施形態の場合、例えば、その中央領域を加熱する中央領域用加圧補助ヒータ２２よりも、その端部領域を加熱する端部領域用加圧補助ヒータ２３の方の加熱能力を小さくするという構成を採用できる。また、例えば、加圧ローラ１４の回転軸方向端部領域に対応する定着ニップ部の温度（用紙幅方向端部領域の定着温度）が、オフセット発生温度にまで上昇するおそれがある場合、その中央領域を加熱する中央領域用加圧補助ヒータ２２を通電したまま、その端部領域を加熱する端部領域用加圧補助ヒータ２３の通電をＯＦＦにするといった制御も可能となる。よって、本実施形態によれば、定着温度がオフセット発生温度にまで上昇することを抑制することが可能である。

図５は、補助加熱ローラ２４に内蔵された加圧補助ヒータ２２，２３の通電タイミングを説明するためのタイミングチャートである。
本実施形態においては、立ち上がり後の待機時に図示しないキャパシタに充電が行われ、印刷時には印刷開始から時間ｔ１が経過するまでの期間、キャパシタから放電が行われ、加圧補助ヒータ２２，２３が通電される。この通電時間ｔ１は、定着ベルト１２の表面温度が最も落ち込むまでの時間Δｔ（すなわち、定着ニップ部の温度が最低温度Ｔ_ｍｉｎとなるまでの時間）よりも、長く設定される（ｔ１＞Δｔ）。これにより、定着ニップ部を用紙５２が通過することによる定着温度の落ち込みを、より効果的に抑制できる。

また、本実施形態では、端部領域用加圧補助ヒータ２３の通電時間ｔ２は、中央領域用加圧補助ヒータ２２の通電時間ｔ１以下に設定されている（ｔ１≧ｔ２）。一般に、加圧ローラ１４の温度は、印刷時には、回転軸方向中央領域よりも回転軸方向端部領域の方が高くなりやすい。よって、このように設定することで、加圧ローラ１４の回転軸方向端部領域が過剰に温度上昇するのを抑制し、トナーオフセットを抑制できる。

また、本実施形態においては、加圧ローラ１４の外周面に当接して、加圧ローラ１４の外周面温度を加圧ローラ回転軸方向に均一化させるヒートパイプ部材としてのヒートパイプローラ１８が設けられている。このヒートパイプローラ１８は、補助加熱ローラ２４の当接位置に対し、加圧ローラ回転方向上流側に配置されている。

図６は、ヒートパイプローラ１８の構造を示す断面図である。
ヒートパイプローラ１８は、アルミニウムの素管１８ｂの内部にヒートパイプ１８ａが熱拡管によって埋め込まれている。ヒートパイプローラ１８の両端部の軸部１８ｃは、ＳＵＭ、ＳＵＳなどの軸部材が圧入されている。また、ヒートパイプローラ１８の外周面には、オフセットトナーと反応して軟化温度を上げる作用をもつ架橋剤１８ｄがコーティングされている。

図７は、ヒートパイプローラ１８を有する場合と有しない場合とにおける、幅の狭い用紙を通紙したときの定着ベルト１２の表面温度の用紙幅方向分布の概要を示すグラフである。
図７に示すように、いずれの場合であっても、用紙が通紙される中央領域部分の温度に対し、用紙が通紙されない端部領域部分の温度が高温になっている。これは、このような幅の狭い用紙が連続的に通紙されることで、用紙が通紙されない端部領域部分では、熱が用紙に奪われないために温度が徐々に高まるためである。ヒートパイプローラ１８を有しない場合、図７に示すように、用紙が通紙されない端部領域部分において温度が過剰に高まり、オフセット発生温度を超えるおそれがある。一方、ヒートパイプローラ１８を有する場合には、図７に示すように、用紙が通紙されない端部領域部分の温度が、ヒートパイプローラ１８によって、温度が相対的に低い中央領域部分へと移送される。よって、加圧ローラ１４の回転軸方向において加圧ローラ１４が部分的に高温になる箇所（端部領域）が存在しても、その箇所の温度を相対的に低い他の箇所（中央領域）に移送することで、加圧ローラ１４の回転軸方向における部分的なトナーオフセットを防止できる。

また、本実施形態では、ヒートパイプローラ１８が補助加熱ローラ２４の当接位置の加圧ローラ回転方向上流側に配置されているので、加圧ローラ１４上にオフセットしたトナーがヒートパイプローラ１８にせき止められ、補助加熱ローラ２４へのトナー入力が抑制される。よって、補助加熱ローラ２４の表面がトナーによって汚れるのを抑制できる。
また、ヒートパイプローラ１８は、その外周面にコーティングされた架橋剤１８ｄによって、加圧ローラ１４上にオフセットしたトナーの軟化温度を上げることができる。これにより、ヒートパイプローラ１８にせき止められた加圧ローラ１４上のトナーが溶け出して機内を汚染するのを抑制できる。

図８は、本実施形態における熱定着装置１０の加熱システムの回路図である。
本実施形態の加熱システムにおいて、中央領域用加圧補助ヒータ２２はキャパシタ３１に常時接続されているが、端部領域用加圧補助ヒータ２３は、ヒータスイッチ３２を介してキャパシタ３１に接続されている。このヒータスイッチ３２により、中央領域用加圧補助ヒータ２２に通電したまま、端部領域用加圧補助ヒータ２３の通電を遮断するという制御が可能となっている。

以上、本実施形態に係るプリンタは、記録材として用紙５２上にトナー像を形成し、その用紙上に形成されたトナー像を用紙に定着させる定着手段としての熱定着装置１０を備えた画像形成装置である。この熱定着装置１０は、加熱ローラ１３と定着ローラ１１とに無端状の定着ベルト１２を張架した定着回転体と、この定着回転体に圧接して定着ニップ部を形成する加圧回転体としての加圧ローラ１４とを備え、定着ニップ部に未定着トナーを担持した用紙５２を通過させることにより未定着トナーを軟化又は溶融させて用紙５２に定着させるものである。この熱定着装置１０は、加圧ローラ１４を内周面側から加熱する内周面側加熱手段としての加圧ハロゲンヒータ２１と、加圧ローラ１４を外周面側から加熱する外周面側加熱手段としての補助加熱ローラ２４とを有している。これにより、加圧ローラ１４を内周面側だけから加熱する場合よりも短い時間で、加圧ローラ１４の外周面温度を十分に昇温することができる。その結果、加圧ローラ１４の熱容量を大きくしても、定着立ち上がり時間の長期化が抑制できる。したがって、定着立ち上がり時間の長期化の弊害なく、加圧ローラ１４の温度が低下しやすいことに起因した定着温度の落ち込みを避けるために加圧回転体の熱容量を大きくすることができる。しかも、補助加熱ローラ２４によって、熱が奪われる箇所である加圧ローラ１４の外周面側から加熱するので、用紙５２に奪われた熱の補填を効果的に行うことができ、加圧ローラ１４の温度低下による定着温度の落ち込みを効果的に抑制できる。
また、本実施形態においては、定着ベルト１２を張架する加熱ローラ１３を加熱する加熱手段が、加熱ローラ１３を誘導加熱方式で加熱する誘導加熱手段としてのＩＨヒータ１７であるので、より短時間で加圧ローラ１４を加熱することができる。
また、本実施形態においては、補助加熱ローラ２４の加圧補助ヒータ２２，２３へ電力を供給する給電手段がキャパシタ３１であるので、省エネルギー化を図ることができる。
また、本実施形態において、加圧補助ヒータ２２，２３は、加圧ローラ１４の回転軸方向に区分して得られる複数の外周面領域である中央領域と端部領域を個別に加熱する複数の加熱部としての中央領域用加圧補助ヒータ２２及び端部領域用加圧補助ヒータ２３で構成されている。これにより、加圧ローラ１４の回転軸方向において高温になりやすい箇所と高温になりにくい箇所とを、それぞれ適切に加熱することができる。
特に、本実施形態では、各加圧補助ヒータ２２，２３によって加熱される領域が、加圧ローラ１４の回転軸方向中央領域と両端領域である。幅が狭い用紙を通紙する場合に用紙と接触しない両端領域は、中央領域よりも高温になりやすい。本実施形態によれば、中央領域の温度を維持しつつ、両端領域が過剰に高温になるのを抑制できる。
また、本実施形態において、補助加熱ローラ２４は、加圧ローラ１４よりも熱容量が小さい加熱当接部材であり、加圧ローラ１４の外周面に当接して当該補助加熱ローラ２４の熱を加圧ローラ１４へ伝搬させることで加圧ローラ１４を加熱するものであり、補助加熱ローラ２４による加熱能力は、加圧ハロゲンヒータ２１による加熱能力よりも小さい。これにより、加圧ローラ１４の内周面側及び外周面側からの加熱による断面方向の温度分布の均一化を図ることができる。
また、本実施形態において、補助加熱ローラ２４は、少なくとも、定着ニップ部に用紙５２が通過し始めた後に定着ニップ部の温度Ｔ_ｍｉｎが最低となる時点（最低温度Ｔ_ｍｉｎとなる時点）までは、加圧ローラ１４を加熱する。これにより、定着ニップ部を用紙５２が通過することによる定着温度の落ち込みを、より効果的に抑制できる。
また、本実施形態においては、加圧ローラ１４の外周面に当接して、加圧ローラ１４の外周面温度を加圧ローラ回転軸方向に均一化させるヒートパイプ部材としてのヒートパイプローラ１８が設けられている。これにより、加圧ローラ１４の回転軸方向において加圧ローラ１４が部分的に高温になる箇所（端部領域）が存在しても、その箇所の温度を相対的に低い他の箇所（中央領域）に移送することで、加圧ローラ１４の回転軸方向における部分的なトナーオフセットを防止できる。
特に、本実施形態では、加圧ローラ１４の外周面に当接するヒートパイプローラ１８の当接面に、トナーと反応して軟化温度を上げる架橋剤１８ｄがコーティングされているので、ヒートパイプローラ１８にせき止められた加圧ローラ１４上のトナーが溶け出して機内を汚染するのを抑制できる。

１ 感光体ドラム
２ 現像装置
１０ 熱定着装置
１１ 定着ローラ
１２ 定着ベルト
１３ 加熱ローラ
１４ 加圧ローラ
１７ ＩＨヒータ
１８ ヒートパイプローラ
２１ 加圧ハロゲンヒータ
２２，２３ 加圧補助ヒータ
２４ 補助加熱ローラ
３１ キャパシタ
５０ 帯電ローラ
５１ 光書込ユニット
５２ 用紙

特開２００７?７９１４２号公報 特開２００９?１３９６７４号公報

Claims (10)

1. 加熱ローラを含む複数の支持ローラに無端状の定着ベルトを張架した定着回転体と、該定着回転体に圧接して定着ニップ部を形成する加圧回転体とを備え、該定着ニップ部に未定着トナーを担持した記録材を通過させることにより該未定着トナーを軟化又は溶融させて該記録材に定着させる熱定着装置において、
   上記加圧回転体を内周面側から加熱する内周面側加熱手段と、
   上記加圧回転体を外周面側から加熱する外周面側加熱手段とを有することを特徴とする熱定着装置。
2. 請求項１の熱定着装置において、
   上記定着ベルトを張架する加熱ローラを加熱する加熱手段は、該加熱ローラを誘導加熱方式で加熱する誘導加熱手段であることを特徴とする熱定着装置。
3. 請求項１又は２の熱定着装置において、
   上記外周面側加熱手段へ電力を供給する給電手段はキャパシタであることを特徴とする熱定着装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱定着装置において、
   上記外周面側加熱手段は、上記加圧回転体の回転軸方向に区分して得られる複数の外周面領域を個別に加熱する複数の加熱部を備えていることを特徴とする熱定着装置。
5. 請求項４の熱定着装置において、
   上記複数の加熱部によって加熱される上記複数の外周面領域は、上記加圧回転体の回転軸方向中央領域と両端領域であることを特徴とする熱定着装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の熱定着装置において、
   上記外周面側加熱手段は、上記加圧回転体よりも熱容量が小さい加熱当接部材を該加圧回転体の外周面に当接し、該加熱当接部材の熱を該加圧回転体へ伝搬させることで該加圧回転体を加熱するものであり、
   上記外周面側加熱手段による加熱能力は、上記内周面側加熱手段による加熱能力よりも小さいことを特徴とする熱定着装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の熱定着装置において、
   上記外周面側加熱手段は、少なくとも、上記定着ニップ部に記録材が通過し始めた後に該定着ニップ部の温度が最低となる時点までは、上記加圧回転体を加熱することを特徴とする熱定着装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の熱定着装置において、
   上記加圧回転体の外周面に当接して、該加圧回転体の外周面温度を該加圧回転体の回転軸方向に均一化させるヒートパイプ部材を有することを特徴とする熱定着装置。
9. 請求項８の熱定着装置において、
   上記加圧回転体の外周面に当接する上記ヒートパイプ部材の当接面には、トナーと反応して軟化温度を上げる架橋剤がコーティングされていることを特徴とする熱定着装置。
10. 記録材上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、
    記録材上に形成されたトナー像を該記録材に定着させる定着手段とを備えた画像形成装置において、
    上記定着手段として、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の熱定着装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。

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