JP2017003826A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着ベルトの温度検出の精度を高め、定着ベルトの幅方向での温度分布の均一化が容易な定着装置を提供する。【解決手段】定着装置５は、互いに平行な回転軸を有する定着ローラー３１、テンションローラー４１、及び加圧ローラー３２を備え、定着ベルト４２が定着ローラーとテンションローラーに架け渡されている。定着ローラー３１上の定着ベルト４２に加圧ローラー３２が押圧され、定着ニップ部３３が形成されている。テンションローラー４１は熱源を内蔵せず、その熱容量は定着ベルト４２の熱容量より大きい。定着ベルトの周回方向での定着ニップ部の下流側に定着ベルトを加熱する加熱部３５が配置され、定着ニップ部の上流側にテンションローラー４１が配置されている。定着ベルト４２とテンションローラー４１とが接触する領域の角度範囲Ｒ１における定着ベルト４２の外周面に対向する位置に、定着ベルトの温度を測定する温度センサー５３が配置されている。【選択図】図２

Description

本願発明は、定着ローラー等に架け渡された定着ベルトと加圧ローラーとの間に定着ニップ部が形成され、トナー像が転写された記録材を定着ニップ部に通過させてトナー像を定着させる定着装置に関する。また、この定着装置を備えた画像形成装置に関する。画像形成装置には、複写機、プリンター、ファクシミリ及びこれらの機能を複合的に備えた複合機といった各種のものが含まれる。

この種の定着装置として、例えば特許文献１に記載されているものがある。この定着装置では、互いに平行な回転軸を有する定着ローラー、テンションローラー、及び加圧ローラーを備え、定着ローラーとテンションローラーとに定着ベルトが架け渡され、定着ベルトを挟んで定着ローラーに加圧ローラーが押圧され、トナー像が転写された記録材を定着ベルトと加圧ローラーとの間の定着ニップ部に通過させてトナー像を定着させる。

発熱層（導体層）を有する定着ベルトは、その外周側に配置された加熱部（例えば誘導加熱用励磁コイル）によって加熱され、定着ベルトの温度を非接触で測定する温度センサーが定着ベルトの外周側に配置されている。制御部（ＣＰＵ）が、温度センサーの出力信号に基づいて加熱部による加熱量を制御する。また、特許文献１の定着装置では、テンションローラーにヒートパイプが内蔵され、テンションローラーは定着ベルトを補助的に加熱する働きを兼ね備えている。

特許文献２に記載された定着装置、及び特許文献３に記載された定着装置も略同様の構成を有しており、定着ベルトの外周側に加熱部と温度センサーが配置されている。但し、特許文献３の定着装置では、定着ベルトが定着ローラー、加熱ローラー、及びテンションローラーに架け渡され、テンションローラーは補助熱源としてのハロゲンヒーターを内蔵している。

特開２００９−２１７２７０号公報 特開２００３−１９５６６９号公報 特開２００９−１３９６７４号公報

上記のような従来の定着ベルトを用いた定着装置では、定着ベルトの周回方向における温度センサーの位置に関して、特許文献２又は特許文献３に記載されているように、定着ベルトの加熱領域（又は補助加熱領域）に温度センサーを配置するのが一般的である。特許文献２の定着装置では定着ベルトを加熱する発熱体と同じ位置に温度センサーが配置されており、特許文献３の定着装置では定着ベルトの補助加熱領域に温度センサーが配置されている。

そのような温度センサーの配置の場合、定着ベルトの温度を温度センサーで検出する位置と定着ニップ部との距離、つまり、温度を検出した定着ベルトの部分が定着ニップに達するまでの時間に起因して、定着ニップにおける定着ベルトの温度（定着温度）の制御を適切に行うことが難しい。

一方、特許文献１の定着装置では、定着ベルトの周回方向におけるテンションローラーの下流側、つまりテンションローラーと定着ニップとの間に温度センサーを配置し、温度検出位置と定着ニップ部との距離（時間）ができるだけ短くなるようにしている。しかし、テンションローラーの回転軸、定着ローラーの回転軸、及び加圧ローラーの回転軸が略同一面上にある構造であるため、テンションローラーから定着ローラーまでを収容するスペースが大きくなり、定着装置のコンパクト化の障害となる。また、温度センサーと定着ベルトとの距離（ギャップ）が変動する可能性があり、温度センサーの種類によっては温度検出精度が低下する可能性がある。

本発明者らは、小型、省エネルギー、かつ高速タイプの画像形成装置を開発する過程において、定着ローラーの回転軸及び加圧ローラーの回転軸を含む平面に対して、定着ローラーの回転軸及びテンションローラーの回転軸を含む平面が略直角になるように加圧ローラー、定着ローラー、及びテンションローラーを配置した定着装置を検討した。つまり、定着ベルトの周回方向における定着ニップの上流側において、テンションローラーを定着ニップにできるだけ近づけて配置した小型化が可能な定着装置である。この際に、定着ベルトの温度検出の精度を高めると共に、定着ベルトの幅方向での温度分布の均一化を簡単な構成で行うことに着目した。

本発明は、上記のような課題に鑑み、小型化が可能で、かつ、定着ベルトの温度検出の精度を高めると共に、定着ベルトの幅方向での温度分布の均一化を簡単な構成で行うことが可能な定着装置と、それを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の定着装置は、互いに平行な回転軸を有する定着ローラー、テンションローラー、及び加圧ローラーを備え、発熱層を有する定着ベルトが前記定着ローラーと前記テンションローラーとに架け渡され、前記定着ベルトを挟んで前記定着ローラーに前記加圧ローラーが押圧され、トナー像が転写された記録材を前記定着ベルトと前記加圧ローラーとの間の定着ニップ部に通過させて前記トナー像を定着させる定着装置であって、前記テンションローラーは熱源を内蔵せず、その熱容量は前記定着ベルトの熱容量より大きく、前記定着ベルトの周回方向における前記定着ニップ部の下流側に前記定着ベルトを加熱する加熱部が配置されると共に前記定着ニップ部の上流側に前記テンションローラーが配置され、前記定着ベルトと前記テンションローラーとが接触する領域の角度範囲内における前記定着ベルトの外周面に対向する位置に、前記定着ベルトの温度を測定する温度センサーが配置されていることを特徴とする。

請求項２に記載の定着装置は、請求項１に記載の定着装置において、前記温度センサーは、前記定着ベルトと前記テンションローラーとが接触する領域の角度範囲のうち、前記定着ローラーの回転軸と前記テンションローラーの回転軸を含む平面よりも前記定着ベルトの周回方向下流側の角度範囲内に配置されていることを特徴とする。

請求項３に記載の定着装置は、請求項１に記載の定着装置において、前記テンションローラーが複数備えられ、前記複数のテンションローラーと前記定着ローラーとに架け渡された前記定着ベルトの周回方向において、前記複数のテンションローラーのうち少なくとも最下流側の前記テンションローラーと前記定着ベルトとが接触する領域の角度範囲内に前記温度センサーが配置されていることを特徴とする。

請求項４に記載の定着装置は、請求項１に記載の定着装置において、前記加熱部は、前記定着ベルトを誘導加熱によって加熱する励磁コイルと、前記定着ベルトの幅方向における発熱量の分布を調整する発熱分布調整手段とを含み、前記温度センサーの出力信号に基づいて前記発熱分布調整手段を制御する制御部を備えていることを特徴とする。

請求項５に記載の定着装置は、請求項４に記載の定着装置において、前記温度センサーは、前記定着ベルトの幅方向中央部に配置された中央温度センサーと、前記定着ベルトの幅方向両端部の一方に配置された端部温度センサーとを含み、前記制御部は、前記端部温度センサーの検出温度が所定温度より高いときに前記定着ベルトの幅方向両端部における発熱量を低減し、前記端部温度センサーの検出温度が所定温度以下であるときに前記定着ベルトの幅方向両端部における発熱量の低減を解除するように、前記発熱分布調整手段を制御することを特徴とする。

請求項６に記載の定着装置は、請求項５に記載の定着装置において、前記発熱分布調整手段は、前記定着ベルトの幅方向両端部において前記励磁コイルによる磁束を打ち消す方向の磁束を発生する消磁コイルであり、前記制御部は、前記端部温度センサーの検出温度が所定温度より高いときに前記定着ベルトの幅方向両端部における発熱量を低減し、前記端部温度センサーの検出温度が所定温度以下であるときに前記定着ベルトの幅方向両端部における発熱量の低減を解除するように、前記消磁コイルの通電を制御することを特徴とする。

請求項７に記載の定着装置は、請求項１に記載の定着装置において、前記テンションローラーは、熱伝導率の高い非磁性材料からなる回転体と、その外周面に形成されたフッ素樹脂層とを備え、前記定着ベルトの幅方向における温度分布を均一化する働きを有し、前記消磁コイルは、前記定着ベルトの幅方向両端部のそれぞれにおいて、用紙幅に応じて前記定着ベルトの幅方向に分割された複数の分割消磁コイルを含み、前記定着ベルトの幅方向中央部に配置された前記温度センサーの出力信号に基づいて前記励磁コイルの励磁電流を制御すると共に、前記複数の分割消磁コイルのうち用紙幅に応じて予め決められた分割消磁コイルに通電し、他の分割消磁コイルに通電しないように制御する制御部を備えていることを特徴とする。

請求項８に記載の画像形成装置は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の定着装置を備えていることを特徴とする。

請求項１に記載の定着装置によれば、例えば定着ローラーの回転軸及び加圧ローラーの回転軸を含む平面に対して、定着ローラーの回転軸及びテンションローラーの回転軸を含む平面が略直角になるように配置した定着装置において、定着ベルトの周回方向における定着ニップ部の下流側に発熱層を有する定着ベルトを加熱する加熱部が配置されると共に定着ニップ部の上流側にテンションローラーが配置されているので、定着装置をコンパクトに構成することができる。また、テンションローラーは熱源を内蔵せず、その熱容量は定着ベルトの熱容量より大きいので、定着ベルトの幅方向における温度分布を均一化する働き（均熱化作用）を有し、定着ベルトとテンションローラーとが接触する領域の角度範囲内における定着ベルトの外周面に対向する位置に、定着ベルトの温度を測定する温度センサーが配置されているので、定着ベルトの温度を安定して精度良く測定することができ、測定温度に基づいて定着温度を適切に制御することが可能になる。

請求項２に記載の定着装置によれば、定着ベルトとテンションローラーとが接触する領域の角度範囲のうち、定着ローラーの回転軸とテンションローラーの回転軸を含む平面よりも定着ベルトの周回方向下流側の角度範囲内に温度センサーが配置されているので、定着ニップにより近い箇所で定着ベルトの温度を測定することができる。また、定着ベルトとテンションローラーとの接触期間が長くなる位置で定着ベルトの温度を測定することができる。その結果、一層適切に定着温度を制御することが可能になる。

請求項３に記載の定着装置によれば、テンションローラーが複数備えられ、複数のテンションローラーと定着ローラーとに定着ベルトが架け渡された構造の定着装置にも本発明を適用することができ、この場合は、複数のテンションローラーのうち少なくとも最下流側のテンションローラーと定着ベルトとが接触する領域の角度範囲内に温度センサーを配置すればよい。

請求項４に記載の定着装置によれば、加熱部は、定着ベルトを誘導加熱によって加熱する励磁コイルと、定着ベルトの幅方向における発熱量の分布を調整する発熱分布調整手段とを含み、温度センサーの出力信号に基づいて発熱分布調整手段を制御する制御部を備えているので、定着ベルトを非接触で高速加熱することができると共に、発熱分布調整手段の制御によって定着ベルトの幅方向における温度分布、ひいては定着温度の分布を適切に制御することができる。

請求項５に記載の定着装置によれば、温度センサーの出力信号に基づく発熱分布調整手段の具体的な制御方法の例が提供される。つまり、定着ベルトの幅方向中央部に中央温度センサーが配置され、定着ベルトの幅方向両端部の一方に端部温度センサーが配置されている場合に、制御部は、端部温度センサーの検出温度が所定温度より高いときに定着ベルトの幅方向両端部における発熱量を低減し、端部温度センサーの検出温度が所定温度以下であるときに定着ベルトの幅方向両端部における発熱量の低減を解除するように、発熱分布調整手段を制御する。なお、発熱分布調整手段として、下記の消磁コイルの他に、金属板である消磁板を励磁コイルと定着ベルトとの間に挿入することによって励磁コイルの磁束を部分的に弱める方法も可能である。

請求項６に記載の定着装置によれば、発熱分布調整手段は、定着ベルトの幅方向両端部において励磁コイルによる磁束を打ち消す方向の磁束を発生する消磁コイルであり、制御部が温度センサーの出力信号に基づいて消磁コイルの通電を制御することにより、例えば幅の狭い用紙に印刷する場合に用紙幅の外側の両端部で定着ベルトの温度が高くなることによる問題を回避することができる。

請求項７に記載の定着装置によれば、テンションローラーは、熱伝導率の高い非磁性材料からなる回転体と、その外周面に形成されたフッ素樹脂層とを備え、定着ベルトの幅方向における温度分布が均一化される。この場合に、制御装置は、定着ベルトの幅方向中央部に配置された１個の温度センサーの出力信号に基づいて励磁コイルの励磁電流を制御すると共に、複数の分割消磁コイルのうち用紙幅に応じて予め決められた分割消磁コイルに通電し、他の分割消磁コイルに通電しないように制御することができる。

請求項８に記載の画像形成装置によれば、上記のような定着装置を内蔵することにより、小型、省エネルギー、かつ高速タイプの画像形成装置を実現することができる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の内部構造を示す概略説明図である。 本実施形態に係る定着装置の概略を示す断面図である。 定着ローラーと定着ベルトの積層構造を示す断面図である。 定着ベルトの幅方向における励磁コイルと消磁コイルとの位置関係を例示する図である。 定着装置の加熱部の制御に関するブロック図である。 本実施形態の変形例に係る励磁コイルと消磁コイルとの位置関係を例示する図である。 定着ベルトの幅方向における温度分布の一例を比較して示すグラフである。 本実施形態の別の変形例に係る定着装置の概略を示す断面図である。 本実施形態の更に別の変形例に係る定着装置の概略を示す断面図である。

以下に、本発明の実施形態に係る定着装置と、それを内蔵した画像装置を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明において必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば「左右」「上下」等）を用いる場合は、図１において紙面に直交した方向を正面視とし、これを基準にしている。これらの用語は説明の便宜のために用いたものであり、本願発明の技術的範囲を限定するものではない。

まず、図１を参照しながら、画像形成装置１の概要を説明する。本実施形態の画像形成装置１は、タンデム方式のカラーデジタルプリンター（以下、単にプリンターと記載する）である。図１に示すように、プリンター１は、その筐体２内に、画像プロセス装置３、給紙装置４、及び定着装置５等を備えている。詳細は図示していないが、プリンター１は、例えばＬＡＮといったネットワークに接続されていて、外部端末（図示省略）からの印刷指令を受け付けると、当該指令に基づいて印刷を実行するように構成されている。

筐体２内の下部に位置する給紙装置４は、記録材Ｐを収容する給紙カセット２１、給紙カセット２１内の記録材Ｐを最上層から繰り出すピックアップローラー２２、繰り出された記録材Ｐを１枚ずつに分離する一対の分離ローラー２３、及び、１枚に分離された記録材Ｐを所定のタイミングにて画像プロセス装置３に搬送する一対のタイミングローラー２４等を備えている。各給紙カセット２１内の記録材Ｐは、ピックアップローラー２２及び分離ローラー２３の回転にて、最上層のものから１枚ずつ搬送経路３０に送り出される。搬送経路３０は、給紙装置４の給紙カセット２１から、タイミングローラー対２４のニップ部、画像プロセス装置３の二次転写ニップ部、及び定着装置５の定着ニップ部３３を経て、筐体２上部にある排出ローラー対２６に至る。

給紙カセット２１内の記録材Ｐは、通紙幅（矢印Ｓ方向と直交する幅寸法）の中央を基準にして、搬送経路３０に向けて矢印Ｓ方向に搬送するセンター基準にセットされる。図示は省略するが、給紙カセット２１内には、給紙前の記録材Ｐをセンター基準に幅寄せする一対の側部規制板を備えている。一対の側部規制板は、通紙幅方向に互いに連動して遠近移動するように構成されている。給紙カセット２１内の記録材Ｐを一対の側部規制板にて通紙幅方向両側から挟持することによって、給紙カセット２１内の記録材Ｐがその規格に拘らずセンター基準にセットされる。従って、画像プロセス装置３での転写処理や、定着装置５での定着処理もセンター基準で実行される。

給紙装置４の上方に位置する画像プロセス装置３は、像担持体の一例である感光体ドラム１３上に形成されたトナー像を記録材Ｐに転写する役割を担うものであり、中間転写体としての中間転写ベルト６、並びに、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｋ）の各色に対応する計４つの作像部７等を備えている。

中間転写ベルト６は導電性を有する素材からなる無端状のものであり、像担持体の一例でもある。中間転写ベルト６は、筐体２内の中央部右側に位置する駆動ローラー８と、同じく中央部左側に位置する従動ローラー９とに巻き掛けられている。中間転写ベルト６のうち駆動ローラー８に巻き掛けられた部分の外側に二次転写ローラー１０が配置されている。主モーター（図示省略）の動力伝達にて駆動ローラー８を図１の反時計方向に回転させることにより、中間転写ベルト６は図１の反時計方向に周回する。

中間転写ベルト６のうち駆動ローラー８に巻き掛けられた部分の外周側には、二次転写ローラー１０が配置されている。二次転写ローラー１０は中間転写ベルト６に当接していて、中間転写ベルト６と二次転写ローラー１０との間（当接部分）が二次転写領域としての二次転写ニップ部になっている。二次転写ローラー１０は、中間転写ベルト６の回転に伴って、又は二次転写ニップ部に挟持搬送される記録材Ｐの移動に伴って、図１の時計方向に回転する。中間転写ベルト６のうち従動ローラー９に巻き掛けられた部分の外周側には、中間転写ベルト６上の未転写トナーを除去する転写ベルトクリーナー１２が配置されている。転写ベルトクリーナー１２は中間転写ベルト６に当接している。

４つの作像部７は、中間転写ベルト６の下方において、図１の左からイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の順に、中間転写ベルト６に沿って並べて配置されている。図１では説明の便宜上、各作像部７に、再現色に応じて符号Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを添えている。各作像部７は図１の時計方向に回転する像担持体の一例としての感光体ドラム１３を備えている。感光体ドラム１３の周囲には、図１における時計回りの回転方向に沿って順に、帯電装置１４、露光装置１９、現像装置１５、一次転写ローラー１６及び感光体クリーナー１７が配置されている。

感光体ドラム１３は負帯電性のものであり、主モーターからの動力伝達によって図１の時計方向に回転するように構成されている。帯電装置１４は、感光体ドラムの表面を一様に帯電させるものである。現像装置１５は、負の極性を呈するトナーを利用して、感光体ドラム１３上に形成された静電潜像を反転現像にて顕在化させるものである。

一次転写ローラー１６は中間転写ベルト６の内周側に位置していて、中間転写ベルト６を挟んで、対応する作像部７の感光体ドラム１３に対峙している。一次転写ローラー１６も、中間転写ベルト６の回転に伴って図１の反時計方向に回転する。中間転写ベルト６と一次転写ローラー１６との間（当接部分）は一次転写領域としての一次転写ニップ部になっている。感光体クリーナー１７は、感光体ドラム１３上に残留する未転写トナーを除去するためのものであり、感光体ドラム１３に当接している。４つの作像部７の下方には露光装置１９が配置されている。露光装置１９は、外部端末等からの画像情報に基づき、レーザー光によって各感光体ドラム１３に静電潜像を形成するものである。

各作像部７は、感光体ドラム１３、帯電装置１４、露光装置１９、現像装置１５及び感光体クリーナー１７をひとまとまりにハウジング２０内に収容してカートリッジ化（一体構造化）されていて、いわゆるプロセスカートリッジとして筐体２に交換可能（着脱可能）に装着されている。なお、中間転写ベルト６の上方には、各現像装置１５に供給されるトナーを収容するホッパー（図示省略）が配置されている。

各作像部７において、帯電装置１４にて帯電される感光体ドラム１３に、露光装置１９から画像信号に対応したレーザー光が投射されると、静電潜像が形成される。静電潜像は、現像装置１５から供給されるトナーにて反転現像されて各色のトナー像となる。各感光体ドラム１３上のトナー像は、それぞれ対応した一次転写ニップ部において、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順で、感光体ドラム１３から中間転写ベルト６の外周面に一次転写されて重ねられる。感光体ドラム１３に残った未転写トナーは感光体クリーナー１７にて掻き取られ、感光体ドラム１３上から取り除かれる。そして、記録材Ｐが二次転写ニップ部を通過する際に、重ね合わせられた４色のトナー像が記録材Ｐに一括して二次転写される。中間転写ベルト６に残った未転写トナーは転写ベルトクリーナー１２にて掻き取られ、中間転写ベルト６上から取り除かれる。

二次転写ローラー１０の上方に位置する定着装置５は、定着ローラー３１とこれに架けられた定着ベルト４２（図２参照）と、加圧ローラー３２とを備えている。定着ベルト４２と加圧ローラー３２との当接部分が定着領域である定着ニップ部３３になっている。二次転写ニップ部を通過して未定着トナー像を載せた記録材Ｐは、定着ベルト４２と加圧ローラー３２との間の定着ニップ部３３を通過する際に加熱・加圧され、記録材Ｐ上にトナー像が定着される。その後、記録材Ｐは、定着ニップ部３３の下流側に設けられた分離部材３４（図２参照）により定着ローラー３１から分離され、搬送経路３０上を搬送されたのちに排出ローラー対２６の回転にて排紙トレイ２７上に排出される。

筐体２の内部の画像プロセス装置３と給紙装置４との間には、プリンター１の制御全般を司る制御部２８が配置されている。制御部２８には、制御プラグラムや各種データを記憶するメモリと、制御プラグラムに従って給紙装置４、画像プロセス装置３、定着装置５等を制御するマイクロコンピュータが内蔵されている。

次に、図２を参照しながら、定着装置５の詳細を説明する。図２は、本実施形態の定着装置５の概略構造を示す断面図であり、図１における定着装置５を９０度右回転した方向で表示している。定着装置５は、互いに平行な回転軸を有する定着ローラー３１、テンションローラー４１、及び加圧ローラー３２を備え、発熱層を有する定着ベルト４２が定着ローラー３１とテンションローラー４１とに架け渡されている。

定着ローラー３１、テンションローラー４１、及び加圧ローラー３２は、それぞれの軸受部材によって両端部が回転自在に支持されている。また、加圧ローラー３２は、スプリング等の付勢手段によって定着ローラー３１の回転軸に向かって（図２で上向きに）付勢されており、定着ベルト４２を挟んで定着ローラー３１に加圧ローラー３２が押圧されている。定着ベルト４２と加圧ローラー３２との間に定着ニップ部３３が形成され、トナー像が転写された記録材Ｐを定着ニップ部３３に通過させてトナー像を記録材Ｐに定着させる。このとき、記録材Ｐのトナー像が転写された面（図２で上面）が定着ベルト４２に接するように記録材Ｐが搬送され、定着ベルト４２によってトナー像が加熱されて溶融し、記録材Ｐに定着する。

図２において、加圧ローラー３２の回転方向、定着ベルト４２の周回方向、及び記録材Ｐの移動方向がそれぞれ実線の矢印で示されている。加圧ローラー３２は、所定の駆動機構によって矢印方向に所定の周速度で回転駆動され、定着ベルト４２及び定着ローラー３１は、定着ニップ部３３における加圧ローラー３２との圧接摩擦力によって従動回転する。テンションローラー４１は、定着ベルト４２の内周面との摩擦力によって従動回転する。

図２から分かるように、定着ローラー３１の回転軸及び加圧ローラー３２の回転軸を含む平面（図２の断面図における一点鎖線Ｌ１）に対して、定着ローラー３１の回転軸及びテンションローラー４１の回転軸を含む平面（図２の断面図における一点鎖線Ｌ２）が略直角になるように定着ローラー３１、加圧ローラー３２、及びテンションローラー４１が配置されている。また、定着ベルト４２の周回方向において、定着ニップ部３３の下流側に後述の加熱部３５が配置されると共に定着ニップ部３３の上流側にテンションローラー４１が配置されている。これにより、定着ニップ部３３の上流側において、テンションローラー４１を定着ニップ部３３にできるだけ近づけて配置すると共に、定着装置５の小型化を実現している。

図３に、定着ローラー３１と定着ベルト４２の積層構造を断面図として示す。定着ローラー３１は、非磁性材料からなる芯金３１１の周囲にシリコーンゴムスポンジからなる断熱層３１２が形成された構造を有する。硬度の高いシリコーンゴムスポンジを使用することにより高い面圧を確保し、良好な定着性能と高い昇温速度を得ている。定着ローラー３１の外周に接する定着ベルト４２は、内側から発熱層４２１、弾性層４２２、及び離型層４２３が積層された構造を有する。発熱層４２１は、Ｎｉめっき層及びＣｕ層を含む積層金属からなり、誘導加熱（ＩＨ）によって加熱される際に、加熱部（誘導加熱装置）３５と定着ベルト４２との良好な磁気結合が得られ、高い発熱効率が確保される。弾性層４２２はシリコーンゴムスポンジからなり、表層である離型層４２３はＰＦＡ樹脂（フッ素樹脂）で形成されている。

発熱層４２１を有する定着ベルト４２は、その外周面の周方向の一部（定着ローラー３１の外周の一部）に沿って配置された加熱部３５によって加熱される。加熱部３５は、誘導加熱によって定着ベルト４２の発熱層４２１を加熱するものであり、定着ベルト４２の幅方向にわたって巻回された励磁コイル３６を有する。また、図２及び図４に示すように、定着ベルト４２の幅方向両端部において、励磁コイル３６による磁束を打ち消す方向の磁束を発生する消磁コイル３７が設けられている。図４は、定着ベルト４２の幅方向における励磁コイル３６と消磁コイル３７との位置関係を例示する図であり、左右方向が定着ベルト４２の幅方向に対応する。

図２の断面図に示すように、励磁コイル３６は、耐熱樹脂製のボビン３８にシリコーン接着剤で固定され、その上に絶縁紙を挟んで消磁コイル３７がシリコーン接着剤で固定されている。励磁コイル３６及び消磁コイル３７の外周側と周方向両側部は、適切な空隙を挟んでフェライトヨーク（ケース）３９で覆われている。励磁コイル３６及び消磁コイル３７は、２０〜９０ｋＨｚの高周波電流が供給されるので、耐熱性樹脂で被覆された細線を数十本から数百本撚り合わせたリッツ線を用いて巻回されている。励磁コイル３６によって発生した磁束が定着ベルト４２の発熱層４２１を貫通するときに発熱層４２１に渦電流が発生し、そのジュール熱によって発熱層４２１を含む定着ベルト４２が加熱される。消磁コイル３７の働きについては後述する。

励磁コイル３６は、図５に示すように、高周波駆動回路である励磁コイル駆動回路５１を介して制御部２８に接続されている。同様に、消磁コイル３７は、消磁コイル駆動回路５２を介して制御部２８に接続されている。また、定着ベルト４２の温度を測定する温度センサー５３（中央温度センサー５３Ａ及び端部温度センサー５３Ｂ）の出力信号が制御部２８に入力されている。なお、図５は、制御部２８とその周辺の回路のうち、定着装置５（加熱部３５）の制御に関する部分を示すブロック図である。

図２に示すように、定着ベルト４２の周回方向において、定着ニップ部３３の下流側に加熱部３５が配置され、定着ニップ部３３の上流側にテンションローラー４１が配置されている。そして、温度センサー５３は、定着ベルト４２とテンションローラー４１とが接触する領域の角度範囲Ｒ１における定着ベルト４２の外周面に対向する位置に配置されている。温度センサー５３は、図４に破線で示すように、定着ベルト４２の幅方向中央部に配置された中央温度センサー５３Ａと、定着ベルト４２の幅方向両端部の一方に配置された端部温度センサー５３Ｂを含む。但し、図４における中央温度センサー５３Ａと端部温度センサー５３Ｂの位置は、定着ベルト４２の幅方向における位置を便宜的に示したものであり、周方向における位置は図４と異なり励磁コイル３６から周方向に大きく離間している（後述の図６も同様である）。

温度センサー５３として、赤外線センサーのような非接触温度センサーを用いることが好ましい。その場合でも、定着ベルト４２とテンションローラー４１とが接触する領域の角度範囲Ｒ１に温度センサー５３が配置されているので、温度センサー５３と定着ベルト４２との距離（ギャップ）が一定になり、検出視野角の検出対象面積が一定になるので、温度検出精度を高く維持することができる。また、テンションローラー４１は、熱伝導率の高いアルミニウムのような非磁性材料からなる回転体と、その外周面に形成されたフッ素樹脂層とを備え、熱源を内蔵せず、その熱容量は定着ベルト４２の熱容量より大きい。その結果、テンションローラー４１は定着ベルト４２の幅方向における温度分布を均一化する働き（均熱化作用）を有する。したがって、定着ベルト４２とテンションローラー４１とが接触する領域の角度範囲Ｒ１に温度センサー５３が配置されていることにより、定着ベルト４２の温度を安定して精度良く測定することができる。

図５のブロック図に示すように、制御部２８は、中央温度センサー５３Ａの出力信号に基づいて定着ベルト４２の温度、ひいては定着ニップ部３３における定着温度が所定の温度になるようにフィードバック制御を行う。例えば、制御部２８は、中央温度センサー５３Ａの出力信号に基づいて、励磁コイル駆動回路５１を介して励磁コイル３６に供給する電流のＰＷＭ制御を行うことにより、励磁コイル３６による定着ベルト４２の加熱量を調整する。

また、制御部２８は、端部温度センサー５３Ｂの出力信号に基づいて消磁コイル駆動回路５２を介して消磁コイル３７の通電又は非通電（オンオフ）を制御する。励磁コイル３６の両端部（定着ベルト４２の幅方向両端部）に重なるように配置された一対の消磁コイル３７が通電されると、励磁コイル３６による磁束を両端部で打ち消す方向の磁束が消磁コイル３７から発生する。その結果、定着ベルト４２の幅方向両端部での発熱が弱められる。

定着ベルト４２の全幅に比べて幅の狭い記録材（用紙）Ｐが印刷に使用される場合に、加熱部３５の励磁コイル３６による誘導加熱開始の直後は、定着ベルト４２の幅方向両端部、つまり記録材Ｐの幅より外側の部分の温度が、記録材Ｐの通過する中央部に比べて高くなる。前述のようにテンションローラー４１の均熱化作用によって時間の経過とともに定着ベルト４２の幅方向の温度分布は均一化されるが、画像形成装置の高速化に伴う定着装置の高速化を実現するためには、定着ベルト４２の幅方向の温度分布が均一化されるまでの時間が問題になる。

本実施形態の定着装置５では、制御部２８は、端部温度センサー５３Ｂの検出温度が所定温度より高いときに定着ベルト４２の幅方向両端部における発熱量を低減するように消磁コイル３７の通電を行う。逆に、端部温度センサー５３Ｂの検出温度が所定温度以下であるときに、定着ベルト４２の幅方向両端部における発熱量の低減を解除するように消磁コイル３７を非通電にする。つまり、一対の消磁コイル３７は、定着ベルト４２の幅方向における発熱量の分布を調整する発熱分布調整手段として、機能する。

発熱分布調整手段は、本実施形態の消磁コイル３７に限らない。例えば、消磁板として機能する金属板を励磁コイル３６と定着ベルト４２との間に挿入することによって励磁コイル３６の磁束を部分的に弱める方法も可能である。この場合、定着ベルト４２の幅方向両端部に消磁板が挿入された状態と幅方向両端部から退出した状態とを切り替える機構を設ける必要がある。

また、本実施形態の構成では、一対の消磁コイル３７の通電と非通電の切り替えによって、使用する記録材（用紙）Ｐの幅に応じて２段階に発熱量の分布を調整することができるが、一対の消磁コイル３７のそれぞれを複数に分割すれば、３段階以上の発熱量分布調整を行うことができる。例えば、図６に示す変形例では、一対の消磁コイル３７のそれぞれが、外側の分割消磁コイル３７Ａと内側の分割消磁コイル３７Ｂとに分割されている。

図６は、図４に対応する図面であり、定着ベルト４２の幅方向における励磁コイル３６と消磁コイル３７（３７Ａ及び３７Ｂ）との位置関係を例示している。この場合、使用する記録材（用紙）Ｐの幅に応じて３段階に発熱量の分布を調整することができる。つまり、定着ベルト４２の全幅に近い最大幅の記録材の場合は外側の分割消磁コイル３７Ａと内側の分割消磁コイル３７Ｂを共に非通電とし、最小幅の記録材の場合は外側の分割消磁コイル３７Ａと内側の分割消磁コイル３７Ｂを共に通電し、中間幅の記録材の場合は、外側の分割消磁コイル３７Ａのみを通電（内側の分割消磁コイル３７Ｂは非通電）とすればよい。

この制御を、テンションローラー４１の均熱化作用によって定着ベルト４２の幅方向の温度分布が均一化されるまでの過渡期において、端部温度センサー５３Ｂの検出温度に基づいて行うようにしてもよいが、テンションローラー４１の均熱化作用が十分早く行われる場合は定常的にこの制御を行ってもよい。つまり、一対の消磁コイル３７のそれぞれが、用紙幅に応じて定着ベルト４２の幅方向に分割された複数の分割消磁コイルを含む場合に、制御部２８は、複数の分割消磁コイルのうち用紙幅に応じて予め決められた分割消磁コイルに通電すると共に他の分割消磁コイルに通電しないように制御する。

後者の制御では、図４に示したような端部温度センサー５３Ｂは不要である。制御部２８は、定着ベルト４２の幅方向中央部に配置された温度センサー５３Ａの検出温度に基づいて励磁コイル駆動回路５１を介して励磁コイル３６に供給する電流のＰＷＭ制御を行うと共に、用紙幅に応じて予め決められた分割消磁コイルに通電すると共に他の分割消磁コイルに通電しないように制御する。なお、用紙幅は、例えば、給紙装置４において使用する用紙トレイからの信号、又は搬送経路３０の適切な位置に設けた用紙幅センサーからの信号に基づいて制御部２８が判断する。

図７に、代表例として、Ａ４縦の用紙を用いて印刷を行ったときの定着ベルト４２の幅方向における温度分布のグラフを示す。上側のグラフは均熱部材（テンションローラー４１）を備えない（熱伝導率が低い材質のテンションローラーを用いた）場合のグラフであり、下側のグラフは本実施形態のアルミニウム製回転体とフッ素樹脂層からなる均熱化作用の高いテンションローラー４１を用いた場合のグラフである。共に、定着ベルト４２の幅方向両端部の消磁コイル３７に通電した状態で定着装置を作動させた。

但し、テンションローラー（均熱部材）４１を備えない場合に、消磁コイル３７を常時通電すると定着画像領域の温度が下がってしまうため、消磁コイル３７の間欠通電制御を行った。その結果、上側のグラフでは、定着ベルト４２の幅方向両端部の温度が中央部の温度に比べて大きく上昇している。定着ベルト４２の耐熱温度に近い温度まで上昇すると定着ベルト４２の劣化が早くなる（寿命が短くなる）。一方、下側のグラフに示すように、本実施形態のテンションローラー（均熱部材）４１を備えている場合は、テンションローラー４１が定着ベルトの幅方向における温度分布を均一化するので、消磁コイルを常時通電した場合でも画像領域内の温度低下が小さく、幅方向両端部で温度が大きく上昇することもない。

以上に説明した本発明の実施形態はあくまで一例であって、説明の中で適宜述べた変形例に限らず、種々の変形が可能である。例えば、本実施形態では定着ベルト４２とテンションローラー４１とが接触する領域の角度範囲Ｒ１における定着ベルト４２の外周面に対向する位置に温度センサー５３が配置されているが、図８に示すように、上記の角度範囲Ｒ１のうち、定着ローラー３１の回転軸とテンションローラー４１の回転軸を含む平面よりも定着ベルトの周回方向下流側の角度範囲Ｒ２（Ｒ１の半分）に温度センサーを配置することが好ましい。この場合、定着ニップ部３３により近い箇所で定着ベルト４２の温度を測定することができる。また、定着ベルト４２とテンションローラー４１との接触期間が長くなる位置で定着ベルト４２の温度を測定することができる。その結果、より安定的に精度良く定着ベルト４２の温度が検出され、定着温度を一層精度良く制御することが可能になる。

また、本実施形態ではテンションローラー４１は１本だけであるが、テンションローラーが複数備えられ、複数のテンションローラーと定着ローラー３１とに定着ベルト４２が架け渡された構造の定着装置にも本発明を適用することができる。この場合は、複数のテンションローラーのうち少なくとも最下流側のテンションローラーと定着ベルト４２とが接触する領域の角度範囲内に温度センサー５３を配置することが好ましい。

例えば、図９に示す変形例の定着装置では、２本のテンションローラー４１Ａ及び４１Ｂが備えられ、これらのテンションローラー４１Ａ及び４１Ｂと定着ローラー３１とに定着ベルト４２が架け渡されている。これにより、テンションローラーの均熱化作用によって定着ベルト４２の幅方向の温度分布を均一化する効果が高められ、さらなる高速化に対応することができる。この変形例では、下流側のテンションローラー４１Ｂと定着ベルト４２とが接触する領域の角度範囲Ｒ３に温度センサー５３が配置されている。但し、図９に破線で輪郭を示すように、上流側のテンションローラー４１Ａと定着ベルト４２とが接触する領域の角度範囲にも温度センサーを配置してもよい。

以上に本発明の実施形態とその変形例について説明したが、各部の形状や構造等は図面を参照しながら説明した具体的なものに限定されるわけではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

１ 画像形成装置
５ 定着装置
２８ 制御部
３０ 搬送経路
３１ 定着ローラー
３２ 加圧ローラー
３３ 定着ニップ部
３４ 分離部材
３５ 加熱部
３６ 励磁コイル
３７ 消磁コイル（発熱分布調整手段）
３７Ａ、３７Ｂ 分割消磁コイル
４１ テンションローラー
４２ 定着ベルト
４２１ 発熱層
５３ 温度センサー
５３Ａ 中央温度センサー
５３Ｂ 端部温度センサー
Ｐ 記録材

Claims (8)

1. 互いに平行な回転軸を有する定着ローラー、テンションローラー、及び加圧ローラーを備え、発熱層を有する定着ベルトが前記定着ローラーと前記テンションローラーとに架け渡され、前記定着ベルトを挟んで前記定着ローラーに前記加圧ローラーが押圧され、トナー像が転写された記録材を前記定着ベルトと前記加圧ローラーとの間の定着ニップ部に通過させて前記トナー像を定着させる定着装置であって、
   前記テンションローラーは熱源を内蔵せず、その熱容量は前記定着ベルトの熱容量より大きく、
   前記定着ベルトの周回方向における前記定着ニップ部の下流側に前記定着ベルトを加熱する加熱部が配置されると共に前記定着ニップ部の上流側に前記テンションローラーが配置され、
   前記定着ベルトと前記テンションローラーとが接触する領域の角度範囲内における前記定着ベルトの外周面に対向する位置に、前記定着ベルトの温度を測定する温度センサーが配置されていることを特徴とする定着装置。
2. 前記温度センサーは、前記定着ベルトと前記テンションローラーとが接触する領域の角度範囲のうち、前記定着ローラーの回転軸と前記テンションローラーの回転軸を含む平面よりも前記定着ベルトの周回方向下流側の角度範囲内に配置されていることを特徴とする
   請求項１に記載の定着装置。
3. 前記テンションローラーが複数備えられ、前記複数のテンションローラーと前記定着ローラーとに架け渡された前記定着ベルトの周回方向において、前記複数のテンションローラーのうち少なくとも最下流側の前記テンションローラーと前記定着ベルトとが接触する領域の角度範囲内に前記温度センサーが配置されていることを特徴とする
   請求項１に記載の定着装置。
4. 前記加熱部は、前記定着ベルトを誘導加熱によって加熱する励磁コイルと、前記定着ベルトの幅方向における発熱量の分布を調整する発熱分布調整手段とを含み、前記温度センサーの出力信号に基づいて前記発熱分布調整手段を制御する制御部を備えていることを特徴とする
   請求項１に記載の定着装置。
5. 前記温度センサーは、前記定着ベルトの幅方向中央部に配置された中央温度センサーと、前記定着ベルトの幅方向両端部の一方に配置された端部温度センサーとを含み、前記制御部は、前記端部温度センサーの検出温度が所定温度より高いときに前記定着ベルトの幅方向両端部における発熱量を低減し、前記端部温度センサーの検出温度が所定温度以下であるときに前記定着ベルトの幅方向両端部における発熱量の低減を解除するように、前記発熱分布調整手段を制御することを特徴とする
   請求項４に記載の定着装置。
6. 前記発熱分布調整手段は、前記定着ベルトの幅方向両端部において前記励磁コイルによる磁束を打ち消す方向の磁束を発生する消磁コイルであり、前記制御部は、前記端部温度センサーの検出温度が所定温度より高いときに前記定着ベルトの幅方向両端部における発熱量を低減し、前記端部温度センサーの検出温度が所定温度以下であるときに前記定着ベルトの幅方向両端部における発熱量の低減を解除するように、前記消磁コイルの通電を制御することを特徴とする
   請求項５に記載の定着装置。
7. 前記テンションローラーは、熱伝導率の高い非磁性材料からなる回転体と、その外周面に形成されたフッ素樹脂層とを備え、前記定着ベルトの幅方向における温度分布を均一化する働きを有し、
   前記定着ベルトの幅方向における発熱量の分布を調整する発熱分布調整手段として、用紙幅に応じて前記定着ベルトの幅方向に分割された複数の分割消磁コイルを含み、
   前記定着ベルトの幅方向中央部に配置された前記温度センサーの出力信号に基づいて前記励磁コイルの励磁電流を制御すると共に、前記複数の分割消磁コイルのうち用紙幅に応じて予め決められた分割消磁コイルに通電し、他の分割消磁コイルに通電しないように制御する制御部を備えていることを特徴とする
   請求項１に記載の定着装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の定着装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。

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