JP2016177267A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】細かな温度制御を行うことにより画像不良や高温異常の発生を防止することが可能な定着装置を提供する。【解決手段】第１の熱源８２ａと、第２の熱源８２ｂと、第３の熱源１１２ａ，１１２ｂと、各熱源を駆動する電源１１５と、第１の熱源と対応する軸方向位置の温度を検知する第１の温度検知手段１２５ａと、第２の熱源と対応する軸方向位置の温度を検知する第２の温度検知手段１２５ｂと、第３の熱源と対応する軸方向位置の温度を検知する第３の温度検知手段１２５ｃとを有し、第３の熱源のみを非駆動とする第１制御モードと、第２の熱源と第３の熱源とを直列接続して全ての熱源を駆動する第２制御モードとを選択可能であり、第２制御モードにおける第２及び第３の熱源の駆動制御を、第２及び第３の温度検知手段により検知された温度情報をフィードバックして実行する制御手段１３０を有する定着装置１５０。【選択図】図１２

Description

本発明は、定着装置及び画像形成装置に関する。

複写機やプリンタ等の画像形成装置はヒータを備えた定着装置を具備しており、画像形成には様々なサイズの用紙が用いられる。このため、定着装置のヒータ長さを最大サイズの用紙に対応した長さとすると、小サイズの用紙を通紙した際に非通紙部である端部の温度上昇が大きくなるため、用紙の搬送速度を落として生産性を下げる必要がある。この問題点に対処すべく、定着ローラの内部に中央部の配光分布が密な第１のハロゲンヒータと端部付近の配光分布が密な第２のハロゲンヒータとを配設し、小サイズの用紙を用いる場合には第１のハロゲンヒータのみを点灯させる定着装置が知られている。

また、用紙全体における使用頻度はごく少ないものの、Ａ３サイズよりも一回り大きいＡ３ノビや１３インチといった特殊な大サイズの用紙が使用される場合がある。このような大サイズの用紙に対応した配光分布を有するハロゲンヒータを別途設けようとしても、小型化に基づいた定着ローラの直径サイズが制約されているために困難であるという問題点がある。

そこで、定着温度への立ち上がりが速い薄肉で可撓性を有する無端状のベルト部材の内部にニップ形成ユニットを設け、ベルト部材とこれを加圧する加圧ローラとニップ形成ユニットとの当接圧によってニップを形成する定着装置が知られている（例えば「特許文献１」参照）。この定着装置では、ベルト部材の内部に配光分布が異なる複数のハロゲンヒータが配設され、ベルト部材の幅方向両端部であってベルト部材の回転方向におけるニップ上流側の位置には、大サイズの用紙に対応可能な端部熱源が、ベルト部材の内面または外面に接触する態様で配置されている。この端部熱源を配置することにより、大サイズ専用のハロゲンヒータを追加することなく、簡単な構成で大サイズの用紙にも対応することが可能となる。

「特許文献１」に記載された構成において、端部熱源はベルト部材の幅方向両端部と対応する位置に配置されているため、各端部熱源を同時にオンオフ制御する必要があり、その制御回路が複雑になってしまうという問題点がある。そこで、各端部熱源をそれぞれ直列に電気接続してオンオフ制御することにより、各端部熱源を個別にオンオフ制御する構成に比べて電気制御を簡易化することができると共に、温度センサ及び安全装置を簡略化することができる。しかし、この構成では細かな温度制御が難しく、温度低下または過昇温による画像不良や高温異常が発生してしまうという問題点がある。
本発明は、上述した問題点を解決し、細かな温度制御を行うことにより画像不良や高温異常の発生を防止することが可能な定着装置の提供を目的とする。

本発明は、可撓性を有する無端状のベルト部材と、前記ベルト部材と対向配置された加圧部材と、前記ベルト部材を介して前記加圧部材に加圧されることでニップを形成するニップ形成部材と、前記ベルト部材の軸方向中央部を加熱する第１の熱源と、第１の熱源よりも前記ベルト部材の軸方向外側を加熱する第２の熱源と、第２の熱源よりも前記ベルト部材の軸方向外側であって前記ベルト部材の両端部近傍を加熱する第３の熱源と、前記各熱源を駆動する電源と、第１の熱源と対応する軸方向位置の温度を検知する第１の温度検知手段と、第２の熱源と対応する軸方向位置の温度を検知する第２の温度検知手段と、第３の熱源と対応する軸方向位置の温度を検知する第３の温度検知手段とを有し、第３の熱源のみを非駆動とする第１制御モードと、第２の熱源と第３の熱源とを直列接続して全ての前記熱源を駆動する第２制御モードとを選択可能であり、第２制御モードにおける第２及び第３の熱源の駆動制御を、第２及び第３の温度検知手段により検知された温度情報をフィードバックして実行する制御手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、大サイズの用紙通紙時には全ての熱源を直列接続して同時制御することができ、制御回路及び温度センサを簡略化することができ、第３の温度検知手段を第３の熱源と対応する位置に配置して補助的に監視を行うことにより、画像不良や高温異常の発生を確実に防止することができる。

本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置の概略図である。 本発明の一実施形態に用いられる定着装置の概略図である。 本発明の一実施形態に用いられる定着装置のニップ部近傍における概略図である。 本発明の一実施形態に用いられる定着ベルトの支持構造を説明する概略図である。 本発明の一実施形態に用いられるハロゲンヒータの配光分布及び端部ヒータの位置関係を示す概略図である。 本発明の一実施形態に用いられるニップ形成ユニットを示す概略図である。 本発明の一実施形態に用いられる端部ヒータ及びニップ形成部材と定着ベルトとの接触状態を説明する概略図である。 本発明の一実施形態に用いられる端部ヒータ及びニップ形成部材と定着ベルトとの接触状態の他の例を説明する概略図である。 本発明の一実施形態に用いられる端部ヒータ及びニップ形成部材と定着ベルトとの接触状態のさらに他の例を説明する概略図である。 本発明の一実施形態を適用したハロゲンヒータ及び端部ヒータの回路構成図である。 本発明の一実施形態に用いられる第１及び第２及び第３の温度検知手段を説明する概略図である。 本発明の一実施形態に用いられる制御手段のブロック図である。 本発明の一実施形態における温度制御曲線を示す線図である。 本発明の一実施形態における通紙時での動作を説明するフローチャートである。 本発明の一実施形態に用いられる端部ヒータの概略図である。 本発明の一実施形態に用いられる抵抗発熱体と定着ベルトとの位置関係を説明する図である。 本発明の他の実施形態に用いられるニップ形成ユニットを示す図である。

以下、図を参照して本発明の実施形態を説明する。先ず、本実施形態を説明する前に、上述した「特許文献１」に記載された技術が提案された経緯について説明する。記録媒体が小サイズの場合は中央部の配光分布が密なハロゲンヒータを点灯させ、大サイズの場合は端部付近の配光分布が密なハロゲンヒータを一緒にかつ適当なオンオフ配分で点灯させることで、様々なサイズの用紙に対応している。

ここで用紙サイズと使用頻度について言及すると、通常使用される用紙は最大Ａ３サイズまでがほとんどであり、Ａ３サイズの用紙は縦方向に通紙される。特に使用頻度が高いＡ４またはＬＴサイズの用紙に関しても、生産性を上げるため横方向に通紙されることが多い。このことから、定着装置の加熱幅として約３００ｍｍを確保しておけば、ほとんどの場合、機種によっては９９％以上の記録媒体を網羅することができる。一方で、全体に対する使用頻度はごく少ないが、Ａ３ノビや１３インチといったＡ３幅よりも大サイズの用紙対応が要求されている。

ハロゲンヒータによる加熱方式の場合、直径３０ｍｍ程度の定着ローラ内部に小サイズ用紙に対応した複数のヒータを設けるため、ヒータ本数を容易に増やすことができない。このため、Ａ３幅よりも大サイズの用紙幅に合わせて端部配光分布が密なハロゲンヒータを長くせざるを得ない。上述のように、使用頻度で考えると３００ｍｍ幅程度の加熱が圧倒的に多いが、上述の長いハロゲンヒータを用いた場合には３３０ｍｍ幅近辺まで加熱されてしまい、差分の消費エネルギが無駄になる。さらには、Ａ３またはＡ４横（Ａ４Ｙ）サイズでの通紙時において３３０ｍｍ幅の端部付近が温度上昇してしまい、これを冷やすために生産性を落としたり、またはファンを設けたりする必要があった。反射板を設けた場合には、ヒータ端部が異常に温度上昇するといった不具合も発生していた。このような問題に対処すべく、特許文献１に記載の装置が提案された経緯となっている。

以下に、上述した従来技術の問題点を解消することが可能な本発明の第１の実施形態を説明する。先ず、図１に基づいて、本実施形態を適用可能な画像形成装置の構成の概要を説明する。画像形成装置１００は、複数の色画像を形成する作像部が中間転写ベルトの移動方向に沿って並設されたタンデム方式のカラープリンタである。

画像形成装置１００は、イエロ（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色に分解された色にそれぞれ対応する像を形成可能な像担持体としての感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋを有している。各感光体ドラム２０に形成された可視像としてのトナー像は、各感光体ドラム２０に対向しつつ矢印Ａ１方向に走行移動可能な中間転写体としての中間転写ベルト１１に重ね合わせて１次転写される。その後、記録媒体としての用紙Ｓに対して２次転写工程により一括転写される。各感光体ドラム２０の周囲には、各感光体ドラム２０の回転に従い画像形成処理を行うための装置が配置されている。

ブラック画像の形成を行う感光体ドラム２０Ｂｋを代表して、画像形成処理を行うための装置を説明する。感光体ドラム２０Ｂｋの周囲には、感光体ドラム２０Ｂｋの回転方向に沿って、画像形成処理を行う帯電装置３０Ｂｋ、現像装置４０Ｂｋ、１次転写ローラ１２Ｂｋ及びクリーニング装置５０Ｂｋが順に配置されている。帯電装置３０Ｂｋによる帯電後、光書込装置８により感光体ドラム２０Ｂｋの表面に対して画像情報に基づいた光書き込みが行われて静電潜像が形成される。静電潜像は現像装置４０Ｂｋによりトナー像として可視化される。

各感光体ドラム２０に形成されたトナー像は、中間転写ベルト１１がＡ１方向に移動する過程において、中間転写ベルト１１の同じ位置に重ねて１次転写される。この１次転写は、中間転写ベルト１１を挟んで各感光体ドラム２０に対向して配設された各１次転写ローラ１２による電圧印加により、Ａ１方向上流側から下流側に向けてタイミングをずらして行われる。各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋは、中間転写ベルト１１の移動方向の上流側からこの色順で並んでいる。各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋは、イエロ、シアン、マゼンタ、ブラックの画像をそれぞれ形成するための画像ステーションに備えられている。

画像形成装置１００は、色毎の画像形成処理を行う４つの画像ステーションと、各感光体ドラム２０の上方に対向して配設され、中間転写ベルト１１及び各１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｂｋを備えた中間転写ベルトユニット１０とを有している。また画像形成装置１００は、中間転写ベルト１１に対向して配設され中間転写ベルト１１に従動して連れ回りする２次転写手段としての２次転写ローラ５を有している。また画像形成装置１００は、中間転写ベルト１１に対向して配設され中間転写ベルト１１上をクリーニングする中間転写ベルトクリーニング装置１３を有している。光書込装置８は、これらに対向して４つの画像ステーションの下方に配設されている。

光書込装置８は、光源としての半導体レーザ、カップリングレンズ、ｆθレンズ、トロイダルレンズ、折り返しミラー及び偏向手段としての回転多面鏡などを装備している。光書込装置８は、各感光体ドラム２０に対して色毎に対応した書き込み光Ｌｂを出射し、各感光体ドラム２０上に静電潜像を形成する。図１では、便宜上、ブラック画像の画像ステーションのみを対象として書き込み光に符号Ｌｂを付けているが、その他の画像ステーションにおいても同様である。

画像形成装置１００の下部には、各感光体ドラム２０と中間転写ベルト１１との間に向けて搬送される用紙Ｓを積載した給紙カセットとしてのシート給送装置６１が設けられている。シート給送装置６１から搬送されてきた用紙Ｓは、レジストローラ対４により、画像ステーションによるトナー像の形成タイミングに合わせた所定のタイミングで、中間転写ベルト１１と２次転写ローラ５との間の２次転写部に向けて繰り出される。用紙Ｓの先端がレジストローラ対４に到達したことは、図示しないセンサによって検知される。

トナー像が転写された用紙Ｓは定着装置１５０に送られ、ここで熱と圧力を加えられて用紙Ｓ上にトナー像が定着される。定着済みの用紙Ｓは排紙ローラ対７により排紙トレイとしての画像形成装置本体の上面に排出される。画像形成装置本体の上面の下方には、イエロ、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナーを充填されたトナーボトル９Ｙ、９Ｃ、９Ｍ、９Ｂｋが備えられている。

中間転写ベルトユニット１０は、中間転写ベルト１１、各１次転写ローラ１２の他に、中間転写ベルト１１が掛け回されている駆動ローラ７２及び従動ローラ７３を有している。従動ローラ７３は、中間転写ベルト１１に対する張力付与手段としての機能も備えており、このため従動ローラ７３には、バネ等を用いた付勢手段が設けられている。中間転写ベルトユニット１０と、各１次転写ローラ１２と、２次転写ローラ５と、中間転写ベルトクリーニング装置１３とで転写装置７１が構成されている。
シート給送装置６１は、最上位の用紙Ｓの上面に当接する給送ローラ３を有しており、給送ローラ３が反時計回り方向に回転駆動されることにより、最上位の用紙Ｓをレジストローラ対４に向けて給送する。

転写装置７１に装備されている中間転写ベルトクリーニング装置１３は、中間転写ベルト１１に対向及び当接すべく配設されたクリーニングブラシとクリーニングブレードとを有している。中間転写ベルトクリーニング装置１３は、中間転写ベルト１１上の残留トナー等の異物をクリーニングブラシとクリーニングブレードとにより掻き取って除去する。中間転写ベルトクリーニング装置１３はまた、中間転写ベルト１１から除去した残留トナーを搬出して廃棄するための図示しない排出手段を有している。

図２に示すように定着装置１５０は、薄肉で可撓性を有する無端状のベルト部材としての定着ベルト８０と、定着ベルト８０に対向して配置された加圧部材としての加圧ローラ８４とを有している。定着ベルト８０の内部には、定着ベルト８０と加圧ローラ８４との間に被記録媒体である用紙Ｓを挟持して搬送するニップ部Ｎを形成するためのニップ形成ユニット８６が設けられている。ニップ形成ユニット８６は、加圧ローラ８４に対向して定着ベルト８０の内側に配置されたニップ形成部材８８と、ニップ形成部材８８を加圧ローラ８４からの加圧力に対抗して保持するステー部材９０とを有している。ニップ形成部材８８は、摺動シートとしての低摩擦シートを介して定着ベルト８０の内面と摺動する。また、摺動シートにフッ素グリースやシリコーンオイル等の潤滑剤を塗布することで、摺動トルクを低減することができる。さらに、ニップ形成部材８８が定着ベルト８０の内面に直接接触する構成としてもよい。

ステー部材９０はニップ部Ｎ側とは反対側が開口されたボックス形状を呈しており、その内部には第１の熱源としてのハロゲンヒータ８２ａと第２の熱源としてのハロゲンヒータ８２ｂとが配置されている。定着ベルト８０は、ステー部材９０の開口側において、ハロゲンヒータ８２ａ、８２ｂにより内面側から輻射熱で直接加熱される。ハロゲンヒータ８２ａ、８２ｂによる加熱効率を上げるため、ステー部材９０の内面には、ハロゲンヒータ８２ａ、８２ｂから放射される光を定着ベルト８０へ反射させる板状の反射部材９４が設けられている。反射部材９４は、ハロゲンヒータ８２ａ、８２ｂからの輻射熱等によりステー部材９０が加熱されてしまうことによる無駄なエネルギ消費を抑制すべく設けられている。反射部材９４に代えて、ステー部材９０の内面に断熱もしくは鏡面処理を行っても同様の効果を得ることができる。

加圧ローラ８４は、図３に示すように、中空の金属ローラ８４ａにシリコーンのゴム層８４ｂを設けた構成を有している。離型性を得るためにゴム層８４ｂの表面には、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂）またはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）からなる層厚５〜５０μｍの離型層が設けられている。加圧ローラ８４は、画像形成装置１００に設けられたモータ等の駆動源からギヤを介して駆動力が伝達されて回転する。また、加圧ローラ８４はスプリング等により定着ベルト８０側に押圧されており、ゴム層８４ｂが押し潰されて変形することにより用紙搬送方向に所定のニップ幅Ｎｗが形成される。加圧ローラ８４は中実のローラであってもよいが、中空の方が熱容量は少なくより好ましい。加圧ローラ８４は内部にハロゲンヒータ等の加熱源を有していてもよい。ゴム層８４ｂはソリッドゴムでもよいが、加圧ローラ内部にヒータがない場合にはスポンジゴムを用いてもよい。スポンジゴムの方が、断熱性が高まり定着ベルト８０の熱が奪われにくくなるので、より好ましい。

定着ベルト８０は、層厚が３０〜５０μｍのニッケルやＳＵＳ等の金属ベルトやポリイミド等の樹脂材料を用いた無端ベルト、もしくはフィルムである。ベルトの表層はＰＦＡまたはＰＴＦＥ層等の離型層を有し、トナーが付着しないように離型性を持たせている。ベルトの基材とＰＦＡまたはＰＴＦＥ層との間には、他にシリコーンゴムの層等で形成された弾性層を有していてもよい。シリコーンゴム層がない場合は熱容量が小さくなり定着性が向上するが、未定着画像を押し潰して定着するときにベルト表面の微妙な凹凸が画像に転写されて画像のベタ部に定着ムラ（光沢ムラ）が残るという不具合が生じる。

上述の不具合を改善するには、シリコーンゴム層を１００μｍ以上設ける必要がある。これにより、シリコーンゴム層が変形することで微妙な凹凸が吸収されて定着ムラが改善される。定着ベルト８０は、加圧ローラ８４の回転により接触摩擦で連れ回りする。定着ベルト８０はニップ部Ｎで挟み込まれて回転するが、ニップ部Ｎ以外では両端部を円筒状のまま保持されており、定着ベルト８０の断面形状は安定的に円形状に維持される。また図２に示すように、ニップ部Ｎの用紙搬送方向下流側には、定着ベルト８０から用紙Ｓを分離する分離部材３２が設けられている。

本実施形態では、図１及び図３に示すようにニップ部Ｎの形状を平坦状にしているが、加圧ローラ８４側から見て定着ベルト８０側に凸となる凹形状やその他の形状であってもよい。ニップ部Ｎの形状は、凹形状の方が用紙先端の排出方向が加圧ローラ８４寄りになり、分離性が向上するのでジャムの発生が抑制される。この場合、ニップ形成部材８８のニップ形成面が凹形状に形成されるが、この場合にはニップ形成部材８８と一体に設けられた後述する第３の熱源である端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの接触面もニップ形成面に沿った形状としてもよい。

ステー部材９０の働きにより、加圧ローラ８４から圧力を受けるニップ形成部材８８の撓みを防止し、軸方向で均一なニップ幅を得ることができる。本実施形態では、加圧ローラ８４を定着ベルト８０側へ押圧してニップ部Ｎを形成する構成としたが、ニップ形成ユニット８６を加圧ローラ８４側へ押圧してニップ部Ｎを形成する構成としてもよい。ステー部材９０は、ニップ形成部材８８を支持するために十分な撓み強度を備えている。材質としては、ステンレスや鉄といった金属材料、セラミックス等の金属酸化物等が挙げられる。

図４に示すように定着ベルト８０は、軸方向における両端側を、側板３４から軸方向に突出する支持部材としてのフランジ３６により回転可能に支持されている。図４では定着ベルト８０の軸方向における一方側の支持構成を示しているが、他方側も同様の構成である。定着ベルト８０の両端部をガイドするフランジ３６は、定着ベルト８０の内径とほぼ同等の外径を有し、定着ベルト８０の両端から内側に５〜１０ｍｍ入り込む長さを有している。定着ベルト８０はフランジ３６によってガイドされることにより、走行中（回転中）においてもその断面形状を円形状に維持される。フランジ３６のニップ部Ｎに対応する部分は、ニップ形成ユニット８６を所定の位置に配置するために開口されている。ステー部材９０は定着ベルト８０の軸方向全体にわたって延びる長さを有しており、その両側を側板３４にそれぞれ固定されて位置決めされた状態で支持されている。

図５に示すように、ハロゲンヒータ８２ａは定着ベルト８０の軸方向である長手方向における中央部の配光分布が密な小サイズの用紙Ｓに対応したハロゲンヒータである。ハロゲンヒータ８２ｂは、同長手方向における両端部の配光分布が密なＡ３サイズ等の用紙Ｓに対応したハロゲンヒータである。用紙Ｓが小サイズのときはハロゲンヒータ２８ａのみが点灯され、非通紙部が無駄に過熱されることが防止される。

Ａ３サイズの幅やＡ４サイズを横向きにしたＡ４Ｙの幅と、Ａ３ノビ（３２９ｍｍ）及び１３インチ（３３０ｍｍ）との差は３２〜３３ｍｍである。従って、定着ベルト８０の軸方向両端部のみを加熱する方式であれば、上記の半分である１６〜１６．５ｍｍの幅だけ両端部をそれぞれ加熱できれば、図５に示すように、Ａ３サイズからＡ３ノビ等へと用紙対応幅を広げることができる。換言すれば、ハロゲンヒータ８２ｂの両端部における配光分布が密でない部分をそれぞれ加熱できれば、Ａ３ノビ等の大サイズの用紙Ｓにも対応可能となる。従って端部熱源である第３の熱源として用いられる端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂとしては、その軸方向長さが２０ｍｍ程度の小型なヒータで済むこととなる。

Ａ３ノビや１３インチ等の大サイズの用紙Ｓを通紙する場合には、ハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂ及び端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂに通電する。Ａ３サイズ以下の用紙を通紙する場合には、ハロゲンヒータ８２ａ及び８２ｂ、あるいはハロゲンヒータ８２ａのみ通電し、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂには通電しない。ハロゲンヒータ８２ｂをＡ３ノビ等の大サイズの用紙Ｓに対応可能な加熱構成とすると、大サイズの用紙Ｓを通紙しない場合にもその部分を加熱することになって無駄なエネルギを消費することになる。本実施形態の構成によれば、定着ベルト８０の両端部ないし両端近傍に端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂを追加するという簡単な構成の付加によって上記問題を解消することができる。

また本実施形態において、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂとしては共にＰＴＣ特性を有していてもよい。ＰＴＣ特性を有していれば、設定温度以上で抵抗値が増加するため設定温度以上に昇温することがなく、燃焼やベルト破損の虞がない安全な定着装置を実現することができる。さらに本実施形態では、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂを定着ベルト８０の内方に設ける構成としたので、定着ベルト８０の走行移動を妨げることがなく内側からベルト端部を加熱することができる。そして、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂのベルト接触面を滑らかな材料からなる別部材で構成することにより、摺動抵抗を低減してベルト走行を安定化させることができる。

図６に示すように、ステー部材９０の加圧ローラ８４側の側面９０ａには定着ベルト８０の長手方向に延びる２つの突条９０ｂ，９０ｃが形成されている。直方体状のニップ形成部材８８は、突条９０ｂ，９０ｃ間に収容されて位置決めされ、接着等の手段により側面９０ａに固定されている。ニップ形成部材８８の長手方向の両端部には、段差部としての凹部８８ａ，８８ｂが形成され、これらには端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂがそれぞれ収容されて接着等の手段によりそれぞれ固定されている。ニップ形成部材８８の加圧ローラ８４に対向する面はニップ形成面８８ｃを形成している。

図７（ａ）に示すように、定着ベルト８０の内面に接触する端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの面とニップ形成面８８ｃとは、定着ベルト８０の内面を押す方向である矢印Ｆ方向（抗力方向）の高さが同一となるように構成されている。換言すれば、定着ベルト８０の内面に接触する端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの面は、ニップ形成面８８ｃの長手方向における延長面となるように構成されている。本実施形態では、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂを、ニップを形成するために必要なニップ形成部材８８に対して一体的に設ける構成としたので、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂを定着ベルト８０の内側に配置でき省スペース化を図ることができる。

また、定着ベルト８０の内面に接触する端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの面とニップ形成面８８ｃとは同一高さ（同一平面上）に位置するので、加圧ローラ８４による充分な加圧力が定着ベルト８０と端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂとの間に加えられる。これにより、定着ベルト８０と端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂとが密着した状態でのベルト走行が実現でき、伝熱性の向上によって端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂによる良好な加熱効率を維持できる。また、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂによる定着ベルト８０に対する加熱部位がニップ領域内に存在するので、特許文献１のようにニップ部Ｎとは異なる部位で加熱することによる未転写トナーの再溶融の問題も生じない。さらに、伝熱性を向上させるために端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂと定着ベルト８０とを密着させるための付勢手段を加圧ローラ８４が兼ねるので、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂのみを加圧する構成が不要となり従来に比して構成を簡易化できる。換言すれば、ニップ部Ｎを形成するための加圧力を利用して端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂと定着ベルト８０とを密着させているので、特許文献１に開示された構成における走行性と伝熱不良とのトレードオフの問題も生じない。

本実施形態では、ニップ形成部材８８に形成する凹部の形状を軸方向の端部が開放された形状としたが、図７（ｂ）に示すように、四方が囲まれた凹部８８ａ，８８ｂとしてもよい。また、軸方向の前後が塞がれ、軸方向と直交する両側が開放された構成としてもよい。

また、図８に示すように、凹部８８ａ，８８ｂにおいて端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂを弾性部材３８で支持する構成としてもよい。図８（ａ）に示すように、加圧ローラ８４による加圧力が掛かっていない状態では定着ベルト８０の内面に接触する端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの面とニップ形成面８８ｃとは同一の高さにない。しかし、図８（ｂ）に示すように、加圧ローラ８４による加圧力が掛かってニップ部Ｎが形成されると、弾性部材３８が変形して定着ベルト８０の内面に接触する端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの面がニップ形成面８８ｃと同一の高さとなる。弾性部材３８としては、ゴム系のものやバネを採用することができる。

上述のように、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂは別部材であるニップ形成部材８８に固定して位置決めされるため、定着ベルト８０の内面に対する端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの接触面とニップ形成面８８ｃの高さとが組み付け段階でずれる可能性がある。このような場合でも端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂが弾性部材３８で支持されている構成とすれば、製造誤差を吸収してニップ形成時に面高さを同一にすることができる。

本実施形態では、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂをニップ形成ユニット８６に一体的に設ける構成としたが、本発明はこれに限定されない。図９に示すように、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂをニップ形成ユニット８６とは独立してニップ領域に設けてもよい。例えば、側板３４に固定された支持部材４２ａ，４２ｂに固定する構成を採用できる。この場合にも定着ベルト８０の内面に接触する端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの面とニップ形成面８８ｃとは同一高さに設定される。本例においても端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂが弾性部材３８によって変位する構成としてもよい。

また本実施形態では、ニップ形成ユニット８６としてステー部材９０やハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂを一体に備えた構成としたが、ニップ形成部材８８と端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂとの一体構成からなる単品も本発明に係るニップ形成ユニットである。

端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂとしてＰＴＣ特性を有するヒータを用いた場合、通常、ハロゲンヒータに比べ昇温時間が長くかかる。このため、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂとハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂとを同じタイミングで加熱すると中央部側の内側だけ先に加熱されてしまい、無駄なエネルギを消費することになる。また、通紙により熱が奪われると、ＰＴＣの特性上、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂはハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂよりも目標温度に復帰するための加熱時間が長くかかる。

このため、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの加熱サイクルに合わせて生産性を落として対応することで、中央部と端部とで温度バラツキのない加熱制御を行うことができるようになる。すなわち、定着ベルト８０の両端部ないし両端近傍を加熱する端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂを使用するときは、端部の温度上昇に合わせてその他の通常サイズ紙に対応したハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂを加熱制御する。これにより、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの発熱量が低い場合、通常サイズ紙に対応したヒータ加熱部のみ先に昇温されてしまい、必要以上にエネルギが消費されることを防ぐことができる。また、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂを使用するサイズの用紙Ｓを搬送する場合の搬送速度を、それ以外のサイズの用紙Ｓの搬送速度よりも遅くする。このようにして使用頻度の低い大サイズの用紙Ｓの生産性を落とすことで、両端部の加熱ヒータ（端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂ）を簡略化及び低コスト化でき効率化を図ることができる。
本実施形態では、定着熱源としてのハロゲンヒータを２本有する構成を示したが、本発明はこれに限定されず、小サイズ紙対応のための３本以上のハロゲンヒータを有する構成でもよい。

上記各実施形態におけるハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂ及び端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの電気的接続構成を、第１の実施形態として図１０に示す。図１０に示す回路において、ハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂ及び端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂは電源１１５に接続されており、電源１１５と各ヒータ８２ａ，８２ｂ，１１２ａ，１１２ｂとの間にはメインスイッチ１１６が設けられている。また、メインスイッチ１１６とハロゲンヒータ８２ａとの間にはトライアック１２１ａが配設されており、メインスイッチ１１６とハロゲンヒータ８２ｂ及び端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂとの間にはトライアック１２１ｂ及びスイッチ１２０が配設されている。

スイッチ１２０が端子Ｓ１に接続されると第１制御モードとなり、ハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂは通電されるが端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂはオフとなる。スイッチ１２０が端子Ｓ２に接続されると第２制御モードとなり、各ヒータ８２ａ，８２ｂ，１１２ａ，１１２ｂの全てに通電される。各ヒータ８２ａ，８２ｂ，１１２ａ，１１２ｂへの通電量は、トライアック１２１ａ，１２１ｂを介して後述する制御手段１３０によって制御される。本実施形態において、第２制御モード時にはハロゲンヒータ８２ｂと端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂはトライアック１２１ｂによって常時同時に駆動されるので、制御を簡易化することができる。

図１１に示すように、定着ベルト８０の外周面近傍であって、ハロゲンヒータ８２ａの発熱部と対応する軸方向位置には第１の温度検知手段としてのサーモパイル１２５ａが配設されている。また、定着ベルト８０の外周面近傍であって、ハロゲンヒータ８２ｂの発熱部と対応する軸方向位置には第２の温度検知手段としてのサーモパイル１２５ｂが配設されている。さらに、加圧ローラ８４の外周面に接触する位置であって、何れか一つの端部ヒータ（本形態では端部ヒータ１１２ｂ）と対応する軸方向位置には第３の温度検知手段としてのサーミスタ１２５ｃが配設されている。端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂが直接接触しているのは定着ベルト８０であるが、加圧ローラ８４は定着ベルト８０に圧接しているため、伝熱作用の結果、加圧ローラ８４の温度を検知することで端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂによる加熱制御を行うことができる。サーモパイル１２５ａ，１２５ｂ及びサーミスタ１２５ｃによって検知された温度情報は、後述する制御手段１３０に向けて出力される。

図１２は、本実施形態に用いられる制御手段のブロック図である。ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有する周知のマイクロコンピュータからなる制御手段１３０は、画像形成装置１００の装置本体に設けられている。制御手段１３０は、メインスイッチ１１６がオンされるとスイッチ１２０の接続端子を選択する。そして制御手段１３０は、サーモパイル１２５ａ，１２５ｂ，サーミスタ１２５ｃからの温度情報に基づいてトライアック１２１ａ，１２１ｂによりハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂ及び端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂへの通電量を制御する。

ここで端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂについて説明する。本実施形態に用いられる端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂはそれぞれ同じものであり、図１５に端部ヒータ１１２ａを代表して示す。
端部ヒータ１１２ａは、外形が１０ｍｍ×２０ｍｍ程度のセラミック基材５１に発熱部材である抵抗発熱体５２をパターニングし、その上に薄膜のガラス層による絶縁層５３を積層して構成されている。端部ヒータ１１２ａの端部には、電源及びスイッチング素子と接続される端子５４が設けられている。

上述のように、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂはその一方の面側に抵抗発熱体５２を有しており、抵抗発熱体５２を有する一方の面側が主に発熱して他方の面側にはあまり熱が届かないように構成されている。
本実施形態に用いられる端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂは、凹部８８ａ，８８ｂと接する側に抵抗発熱体５２を有しており、その面側にそれぞれ端子５４が設けられている。
端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂは、図１６に示すように、定着ベルト８０と接しない側に抵抗発熱体５２を配置することにより、万が一絶縁層５３が破損しても供給される電力が定着ベルト８０に到達しないように構成されている。

次に、用紙サイズ毎の通紙時における動作を図１４に基づいて説明する。
ジョブ信号が受信されると（ＳＴ０１）、先ず用紙サイズがＡ３以下か否かが確認される（ＳＴ０２）。そして、Ａ３サイズ以下のジョブ信号を受信した場合には第１制御モードが選択され（ＳＴ０３）、スイッチ１２０が端子Ｓ１に接続される（ＳＴ０４）。

そして、サーモパイル１２５ａ，１２５ｂの温度が通紙目標温度（例えば１５０℃）に到達したか否かが判断され（ＳＴ０５）、サーモパイル１２５ａ，１２５ｂの温度が通紙目標温度となった場合に通紙が開始される（ＳＴ０６）。通紙後、制御手段１３０は、サーモパイル１２５ａ，１２５ｂが通紙目標温度を維持するように、トライアック１２１ａ，１２１ｂを制御してハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂの通電量を制御する（ＳＴ０７）。

ステップＳＴ０１において、Ａ３サイズよりも大きなサイズ（Ａ３ノビ、１３インチ等）のジョブ信号を受信した場合には第２制御モードが選択され（ＳＴ０８）、スイッチ１２０が端子Ｓ２に接続される（ＳＴ０９）。そして、サーモパイル１２５ａ，１２５ｂの温度が通紙目標温度に到達しかつサーミスタ１２５ｃの検知温度が第１の所定温度（例えば１００℃）となったか否かが判断され（ＳＴ１０）、なった場合に通紙を開始させる（ＳＴ１１）。

通紙後、サーミスタ１２５ｃの検知温度が第１の所定温度よりも高い第２の所定温度（例えば１１０℃）となった場合には（ＳＴ１２）サーモパイル１２５ｂの目標温度を（例えば１４５℃に）引き下げる（ＳＴ１３）。その後、制御手段１３０は、サーミスタ１２５ｃの温度が第２の所定温度よりも高い第４の所定温度（例えば１５０℃）以上になったと判断すると（ＳＴ１４）、スイッチ１２０の接続を端子Ｓ１から端子Ｓ２へと自動的に切り替える（ＳＴ１５）。これにより第２制御モードから第１制御モードへと強制的に移行され（ＳＴ１６）、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂがオフされる（ＳＴ１７）。

ステップＳＴ１２において、サーミスタ１２５ｃの検知温度が第１の所定温度よりも低い第３の所定温度（例えば９０℃）以下となった場合には（ＳＴ１８）、制御手段１３０はサーモパイル１２５ｂの目標温度を（例えば１５５℃に）引き上げる（ＳＴ１９）、そしてステップＳＴ１２へと戻る。これにより、ハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂと端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂとにおいて温度差が生じた場合であっても、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの温度が所定温度以上となってから通紙を行うことで画像不良の発生を防止することができる。また、ジョブ中において端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの温度が所定温度に対して上下しても、ハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂの目標温度を上下させることにより画像不良の発生を防止することができる。さらに、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの温度が上がりすぎた場合には制御手段１３０が第２制御モードから第１制御モードへと強制的に移行させるので、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの高温による各種不具合の発生を確実に防止することができる。このときの温度制御曲線を図１３に示す。

上述の構成により、大サイズの用紙Ｓの通紙時にはハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂと端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂとを直列接続して同時制御することができ、制御回路及び温度センサを簡略化することができる。また、サーミスタ１２５ｃを端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂと対応する位置に配置して補助的に監視を行うことにより、画像不良や高温異常の発生を確実に防止することができる。また、サーミスタ１２５ｃが加圧ローラ８４の外周面に接触して温度検知を行うので、画像への影響がなくなると共にコストダウンを図ることができ、さらに第１制御モードにおいても蓄熱量等、他の目的に使用することも可能となる。

また故障検知として、サーモパイル１２５ａ，１２５ｂが故障した場合の暴走防止のため、サーモスタット１２６等の安全装置を定着ベルト８０の外周面近傍に設けることが望ましい（図２参照）。第２制御モードの場合には、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂは常にハロゲンヒータ８２ｂと同時に駆動される。このため、ハロゲンヒータ８２ｂの近傍であり定着ベルト８０の外周面近傍にサーモスタット１２６を設けておけば端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの異常も同時に防止でき、安全装置を簡略化することができる。

図１７は、ニップ形成ユニットの変形例を示している。ニップ形成ユニット６３は、ニップ形成部材８８と、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂと、ニップ形成部材８８を加圧ローラ８４からの加圧力に対抗して保持するステー部材６４とを有している。
ステー部材６４は、ニップ形成部材８８を受けるべくステー部材９０と同様に構成された受け部６４ａと、ほぼ三角形の断面形状を呈した脚部６４ｂとを一体的に有している。脚部６４ｂと定着ベルト１４との間には、輻射熱により定着ベルト１４をその内面側から直接加熱する第１の熱源としてのハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂが配置されている。
ハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂによる加熱効率を上げるため、ハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂから放射される光を定着ベルト１４へ反射する円弧形状の板材からなる反射部材６５が、脚部６４ｂとハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂとの間に設けられている。

上述のニップ形成ユニット６３をニップ形成ユニット８６に代えて用いても、上述した実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
なお、反射部材６５を設ける代わりに、脚部６４ｂの外面に断熱もしくは鏡面処理を行ってもよい。この場合は、反射部材６５を設ける場合に比して加熱効率が若干低下することとなる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定しない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を例示したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

８０ ベルト部材（定着ベルト）
８２ａ 第１の熱源（ハロゲンヒータ）
８２ｂ 第２の熱源（ハロゲンヒータ）
８４ 加圧部材（加圧ローラ）
８８ ニップ形成部材
１００ 画像形成装置
１１２ａ，１１２ｂ 第３の熱源（端部ヒータ）
１１５ 電源
１２５ａ 第１の温度検知手段（サーモパイル）
１２５ｂ 第２の温度検知手段（サーモパイル）
１２５ｃ 第３の温度検知手段（サーミスタ）
１３０ 制御手段
１５０ 定着装置
Ｓ 被記録媒体（用紙）

特開２０１４−１７８３７０号公報

Claims (6)

1. 可撓性を有する無端状のベルト部材と、
   前記ベルト部材と対向配置された加圧部材と、
   前記ベルト部材を介して前記加圧部材に加圧されることでニップを形成するニップ形成部材と、
   前記ベルト部材の軸方向中央部を加熱する第１の熱源と、
   第１の熱源よりも前記ベルト部材の軸方向外側を加熱する第２の熱源と、
   第２の熱源よりも前記ベルト部材の軸方向外側であって前記ベルト部材の両端部近傍を加熱する第３の熱源と、
   前記各熱源を駆動する電源と、
   第１の熱源と対応する軸方向位置の温度を検知する第１の温度検知手段と、
   第２の熱源と対応する軸方向位置の温度を検知する第２の温度検知手段と、
   第３の熱源と対応する軸方向位置の温度を検知する第３の温度検知手段とを有し、
   第３の熱源のみを非駆動とする第１制御モードと、第２の熱源と第３の熱源とを直列接続して全ての前記熱源を駆動する第２制御モードとを選択可能であり、
   第２制御モードにおける第２及び第３の熱源の駆動制御を、第２及び第３の温度検知手段により検知された温度情報をフィードバックして実行する制御手段を有する定着装置。
2. 請求項１記載の定着装置において、
   第３の温度検知手段は前記加圧部材に接触して温度検知を行うことを特徴とする定着装置。
3. 請求項１または２記載の定着装置において、
   第２制御モードが選択されたとき、前記制御手段は、第３の温度検知手段が第１の所定温度以上となった際に通紙を開始し、通紙後に第３の温度検知手段が第１の所定温度よりも高い第２の所定温度となった際に第２の温度検知手段の目標温度を引き下げ、通紙後に第３の温度検知手段が第１の所定温度よりも低い第３の所定温度となった際に第２の温度検知手段の目標温度を引き上げることを特徴とする定着装置。
4. 請求項３記載の定着装置において、
   通紙後に第３の温度検知手段が第２の所定温度よりも高い第４の所定温度となった際に、前記制御手段は第２制御モードから第１制御モードに強制的に移行させることを特徴とする定着装置。
5. 請求項１ないし４の何れか一つに記載の定着装置において、
   第１制御モードは最も印刷比率が高い通紙幅以下の通紙幅を有する被記録媒体を使用する際に選択し、第２制御モードは最も印刷比率が高い通紙幅よりも広い通紙幅を有する被記録媒体を使用する際に選択することを特徴とする定着装置。
6. 請求項１ないし５の何れか一つ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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