JP2019158939A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の輻射型熱源と、それら熱源を相互に仕切るステー部材とを備える定着装置において、定着部材の座屈破壊の発生を防止する。【解決手段】本発明の定着装置は、定着部材と、加圧部材と、複数の輻射型熱源と、ニップ形成部材と、ニップ形成部材の支持と複数の輻射型熱源を相互に仕切るステー部材とを備える。複数の輻射型熱源の内、定着ニップに対して定着部材の回転方向上流側に位置する方を上流側熱源、回転方向下流側に位置する方を下流側熱源として、上流側熱源と下流側熱源は、それぞれ異なるタイミングで通電可能であり、一方は定着部材の中央部を加熱し、他方は定着部材の両端部を加熱する。上流側熱源は、下流側熱源よりも先に通電開始され、下流側熱源は、上流側熱源の通電開始時に、上流側熱源の加熱領域内にある定着部材の第１回転位置が、回転により下流側熱源の加熱領域内にある第２回転位置に到達した時点で、通電開始される。【選択図】図２

Description

本発明は、定着装置及び画像形成装置に関する。

画像形成装置の定着装置において、ニッケル、ＳＵＳなどの金属ベルト、又は樹脂材料（ポリイミドなど）を用いた薄い無端ベルトを定着スリーブとして備え、その定着スリーブの内周面が、ハロゲンヒータなどの加熱手段によって直接的に加熱される構成が知られている。

定着スリーブにおいて、ハロゲンヒータとの対向面の温度は高くなるのに対し、ハロゲンヒータとの非対向面の温度は高くならない。そのため、定着スリーブの周方向や軸方向で温度差が発生することがある。このような温度差は、定着スリーブの周方向の「温度斑」となる。温度差の大きい温度斑が生じると、定着スリーブの局所的な熱膨張量の差によって定着スリーブの表面に歪みが発生する。そして、その歪みが定着スリーブの降伏応力を超えてしまうと、定着スリーブに座屈破壊（キンク）が生じるおそれがある。

このキンクを防止するため、定着スリーブが非回転状態では、ハロゲンヒータを非点灯とする制御が行われている。また、ジャム発生時には、ハロゲンヒータへの電力供給を停止し、その停止後に定着スリーブを少なくとも所定量回転させる制御も行われている（例えば、特許文献１など参照）。

ところで、画像形成装置では、様々なサイズの記録材が用いられる。これに対応するため、中央部の配光分布が密なハロゲンヒータと、端部付近の配光分布が密なハロゲンヒータとを備える定着装置が知られている。

例えば、特許文献２、３には、複数の輻射型熱源と、それら熱源を相互に仕切るＴ字型のステー部材とを備える定着装置が開示されている。この構成は、複数の輻射型熱源がそれぞれ定着部材の中央部と両端部を加熱できるため、様々なサイズの記録材を一様に加熱できる。また、複数の輻射型熱源が互いに加熱し合うことがないため、加熱効率を向上でき、ウォームアップタイムを短縮できる。

しかし、この様な複数の輻射型熱源をそれぞれ仕切る構成の定着装置では、定着部材の中央部を加熱する熱源と端部を加熱する熱源に同時に電力供給すると、定着部材の局所的な熱膨張の差が大きくなり易い。したがって、定着部材に座屈破壊（キンク）が発生し易くなるおそれがあった。

そこで、本発明は、複数の輻射型熱源と、それら熱源を相互に仕切るステー部材とを備える定着装置において、定着部材の座屈破壊の発生を防止できる定着装置を提供することを課題とする。

前記課題は、可撓性を有する無端状の定着部材と、前記定着部材の外側に設けられ、前記定着部材に対向する加圧部材と、前記定着部材の内側に設けられ、長手方向に異なる配光分布を有する複数の輻射型熱源と、前記定着部材の内側に設けられ、前記定着部材と前記加圧部材との間に定着ニップを形成するニップ形成部材と、前記ニップ形成部材を支持するとともに、前記複数の輻射型熱源を相互に仕切るステー部材とを備え、前記複数の輻射型熱源の内、前記定着ニップに対して前記定着部材の回転方向上流側に位置する方を上流側熱源とし、回転方向下流側に位置する方を下流側熱源として、前記上流側熱源と前記下流側熱源は、それぞれ異なるタイミングで通電可能であり、一方は前記定着部材の中央部を加熱し、他方は前記定着部材の両端部を加熱する定着装置において、前記上流側熱源は、前記下流側熱源よりも先に通電開始され、前記下流側熱源は、前記上流側熱源の通電開始時に、前記上流側熱源の加熱領域内にある前記定着部材の第１回転位置が、回転により前記下流側熱源の加熱領域内にある第２回転位置に到達した時点で、通電開始されることを特徴とする定着装置によって解決される。

本発明の定着装置は、複数の輻射型熱源の通電タイミングが規定されており、定着部材の被加熱領域で温度差を生じさせない。したがって、熱膨張が発生せず、定着部材の座屈破壊（キンク）の発生を防止できる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置を示す模式図である。 定着装置の一実施形態を示す概略的な断面構成図である。 ニップ形成ユニットの基本構成を示す斜視図である ニップ補強部材の変形例を示す斜視図である 本実施形態の定着装置における、定着ベルトの加熱状態を示す模式図である。 従来の定着装置における、定着ベルトの加熱状態を示す模式図である。 （ａ）は本実施形態における定着ベルトの被加熱領域の位置（回転角度）を示す模式図であり、（ｂ）は本実施形態における複数ヒータの構成を示す模式図である。 定着ベルトの被加熱領域の温度変化を示すグラフである。

以下、添付の図面に基づき、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置を示す模式図である。この画像形成装置１は、カラーレーザープリンタであり、そのプリンタ本体の中央には、中間転写ベルト３０の展張方向に沿って４つの作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋが並置して設けられている。各作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋは、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の異なる色の現像剤を収容する以外は、同じ構成である。

具体的に、それぞれ画像ステーションを構成する各作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋは、潜像担持体としてのドラム状の感光体５と、感光体５の表面を帯電させる帯電装置６とを備えている。また、感光体５の表面にトナーを供給する現像装置７と、感光体５の表面をクリーニングするクリーニング装置８などを備えている。なお、図１では、ブラックの作像部４Ｋが備える感光体５、帯電装置６、現像装置７、クリーニング装置８のみに色用符号を付し、その他の作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍにおいては符号を省略している。

作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋの下方には、感光体５の表面を露光する露光装置９が配設されている。露光装置９は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラーなどを有し、画像データに基づいて各感光体５の表面へレーザー光を照射するようになっている。

作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋの上方には、転写装置３が配設されている。転写装置３は、転写体としての中間転写ベルト３０と、一次転写手段としての４つの一次転写ローラ３１と、二次転写手段としての二次転写ローラ３６とを備える。更に、転写装置３は二次転写バックアップローラ３２、クリーニングバックアップローラ３３、テンションローラ３４、及びベルトクリーニング装置３５を備えている。

中間転写ベルト３０は、無端状のベルトであり、二次転写バックアップローラ３２、クリーニングバックアップローラ３３及びテンションローラ３４によって張架されている。ここでは、二次転写バックアップローラ３２が回転駆動することによって、中間転写ベルト３０は図の矢印で示す方向に周回走行（回転）するようになっている。

４つの一次転写ローラ３１は、それぞれ、各感光体５との間で中間転写ベルト３０を挟み込んで一次転写ニップを形成している。また、各一次転写ローラ３１には、プリンタ本体の電源が接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が各一次転写ローラ３１に印加されるようになっている。

二次転写ローラ３６は、二次転写バックアップローラ３２との間で中間転写ベルト３０を挟み込んで二次転写ニップを形成している。また、一次転写ローラ３１と同様に、二次転写ローラ３６にもプリンタ本体の電源が接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が二次転写ローラ３６に印加されるようになっている。

ベルトクリーニング装置３５は、中間転写ベルト３０に当接するように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を有する。
プリンタ本体の上部には、ボトル収容部２が設けられており、ボトル収容部２には補給用のトナーを収容した４つのトナーボトル２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｋが着脱可能に装着されている。各トナーボトル２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｋと各現像装置７との間には、周知のように補給路が設けられ、この補給路を介して各トナーボトル２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｋから各現像装置７へトナーが補給されるようになっている。

一方、プリンタ本体の下部には、記録材としての用紙Ｐを収容した給紙トレイ１０や、給紙トレイ１０から用紙Ｐを搬出する給紙ローラ１１などが設けられている。ここで、記録材には、普通紙以外に、厚紙、はがき、封筒、薄紙、塗工紙（コート紙やアート紙など）、トレーシングペーパ、ＯＨＰシートなどが含まれる。また、周知のように、手差し給紙機構が設けられていてもよい。

プリンタ本体内には、用紙Ｐを給紙トレイ１０から二次転写ニップを通過させて装置外へ排出するための搬送路Ｒが配設されている。搬送路Ｒにおいて、二次転写ローラ３６の位置よりも用紙搬送方向上流側には、二次転写ニップへ用紙Ｐを搬送する搬送手段としての一対のレジストローラ１２が配設されている。

また、二次転写ローラ３６の位置よりも用紙搬送方向下流側には、用紙Ｐに転写された未定着画像を定着するための定着装置２０が配設されている。更に、定着装置２０よりも搬送路Ｒの用紙搬送方向下流側には、用紙Ｐを装置外へ排出するための一対の排紙ローラ１３が設けられている。また、プリンタ本体の上面部には、装置外に排出された用紙Ｐをストックするための排紙トレイ１４が設けられている。

本実施形態に係るプリンタの基本的動作は次のようである。作像動作が開始されると、各作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋにおける各感光体５が図の時計回りに回転駆動され、各感光体５の表面が帯電装置６によって所定の極性に一様に帯電される。帯電された各感光体５の表面には、露光装置９からレーザー光がそれぞれ照射されて、各感光体５の表面に静電潜像が形成される。このとき、各感光体５に露光する画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、シアン、マゼンタ及びブラックの色情報に分解した単色の画像情報である。このように各感光体５上に形成された静電潜像に、各現像装置７によってトナーが供給されることにより、静電潜像はトナー画像として顕像化（可視像化）される。

また、作像動作が開始されると、二次転写バックアップローラ３２が図の反時計回りに回転駆動し、中間転写ベルト３０を図の矢印で示す方向に周回走行させる。そして、各一次転写ローラ３１に、トナーの帯電極性と逆極性の定電圧又は定電流制御された電圧が印加される。これにより、各一次転写ローラ３１と各感光体５との間の一次転写ニップにおいて転写電界が形成される。

その後、各感光体５の回転に伴い、感光体５上の各色のトナー画像が一次転写ニップに達したときに、一次転写ニップにおいて形成された転写電界によって、各感光体５上のトナー画像が中間転写ベルト３０上に順次重ね合わせて転写される。かくして中間転写ベルト３０の表面にフルカラーのトナー画像が担持される。また、中間転写ベルト３０に転写しきれなかった各感光体５上のトナーは、クリーニング装置８によって除去される。各感光体５の表面は、その後、除電され、表面電位が初期化される。

画像形成装置１の下部では、給紙ローラ１１が回転駆動を開始し、給紙トレイ１０から用紙Ｐが搬送路Ｒに送り出される。搬送路Ｒに送り出された用紙Ｐは、レジストローラ１２によってタイミングを計られ、二次転写ローラ３６と二次転写バックアップローラ３２との間の二次転写ニップに送られる。このとき二次転写ローラ３６には、中間転写ベルト３０上のトナー画像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加されており、これにより、二次転写ニップに転写電界が形成されている。

その後、中間転写ベルト３０の周回走行に伴って、中間転写ベルト３０上のトナー画像が二次転写ニップに達したときに、そのニップにおいて形成された転写電界によって、中間転写ベルト３０上のトナー画像が用紙Ｐ上に一括して転写される。また、このとき用紙Ｐに転写しきれなかった中間転写ベルト３０上の残留トナーは、ベルトクリーニング装置３５によって除去され、除去されたトナーはプリンタ本体内に置かれた廃トナー収容器へと搬送され、回収される。

その後、用紙Ｐは定着装置２０へと搬送され、定着装置２０によって用紙Ｐ上のトナー画像が当該用紙Ｐに定着される。そして、用紙Ｐは、排紙ローラ１３によって装置外へ排出され、排紙トレイ１４上にストックされる。

以上の説明は、用紙Ｐ上にフルカラー画像を形成するときの画像形成動作であるが、４つの作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋのいずれか１つを使用して単色画像を形成したり、２つ又は３つの作像部を使用して、２色又は３色の画像を形成したりすることも可能である。

図２は、定着装置の一実施形態を示す概略的な断面構成図である。定着装置２０は、薄肉で可撓性を有する筒状の定着部材である無端状の定着ベルト２１と、この定着ベルト２１の外周側から当接する加圧部材である加圧ローラ２２とを有している。定着ベルト２１は、その内側（ループ内）に配された複数の定着熱源としてのハロゲンヒータ２３Ａ、２３Ｂ（以下、第１ハロゲンヒータ２３Ａ、第２ハロゲンヒータ２３Ｂともいう）の輻射熱によって加熱される。なお、ハロゲンヒータは、主たる熱源である定着熱源としての、輻射型熱源を代表するものである。

定着ベルト２１の内側には、定着ベルト２１を介して加圧ローラ２２とで実質的に定着ニップＮを形成するニップ補強部材２４と、ニップ補強部材２４を支持するステー部材２５（支持部材）とが配されている。これらステー部材２５やハロゲンヒータ２３Ａ、２３Ｂは、その長手方向両端を、定着装置２０の側板、又は別途設けられたホルダに固定保持されている。

（定着ベルト）
低熱容量化を図るため、フィルムのように薄肉で小径化した無端状の定着ベルト２１は、内周側の基材と、外周側の離型層によって構成されている。内周側の基材は、ニッケルやＳＵＳなどの金属材料やポリイミドなどの樹脂材料で形成されている。また、外周側の離型層は、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などで形成されている。

基材と離型層の間には、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、又はフッ素ゴムなどのゴム材料で形成された弾性層を介在させてもよい。この弾性層の厚さを１００μｍ程度にすれば、未定着トナーを押し潰して定着させる際、弾性層が弾性変形して、ベルト表面の微小な凹凸を吸収できる。これにより、光沢ムラの発生を回避できる。

低熱容量化の観点から、定着ベルト２１は、全体として厚さ１ｍｍ以下で、直径２０〜４０ｍｍに設定されている。また、定着ベルト２１を構成する基材、弾性層、離型層のそれぞれの厚さは、２０〜５０μｍ、１００〜３００μｍ、１０〜５０μｍの範囲に設定されている。更に低熱容量化を図るためには、望ましくは、定着ベルト２１全体の厚さを０．２ｍｍ以下にするのがよく、更に望ましくは、０．１６ｍｍ以下の厚さとするのがよく、直径は３０ｍｍ以下とするのが望ましい。

（加圧ローラ）
加圧ローラ２２は、芯金と、芯金の表面に設けられた発泡性シリコーンゴムやフッ素ゴムなどから成る弾性層と、弾性層の表面に設けられたＰＦＡやＰＴＦＥなどから成る離型層とによって構成されている。バネなどの加圧手段により加圧ローラ２２が定着ベルト２１に押し付けられ、定着ベルト２１と圧接する箇所では、加圧ローラ２２の弾性層が押し潰され、所定幅の定着ニップＮが形成される。

また、加圧ローラ２２は、プリンタ本体に設けられたモータなどの駆動源によって回転駆動する。加圧ローラ２２が回転駆動すると、その駆動力が定着ニップＮで定着ベルト２１に伝達され、定着ベルト２１が従動回転する。定着ベルト２１は定着ニップＮで挟み込まれて回転し、定着ニップＮ以外では両端部に配された側板フランジにガイドされ、走行する。

本実施形態では、加圧ローラ２２を中実のローラとしているが、中空のローラであってもよい。その場合、加圧ローラ２２の内側にハロゲンヒータなどの熱源を配設してもよい。また、加圧ローラ２２の弾性層はソリッドゴムでもよいが、加圧ローラ２２の内側に熱源が無い場合は、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２１の熱が奪われにくくなるのでより望ましい。

（ニップ補強部材）
ニップ補強部材２４は、定着ベルト２１の幅方向にわたって配され、ステー部材２５によって固定支持されている。これにより、加圧ローラ２２からの圧力による撓みが防止され、加圧ローラ２２の軸方向（長手方向）に渡って均一なニップ幅を得ることができる。

ニップ補強部材２４は、機械的強度が高く耐熱温度２００℃以上の耐熱性部材、特に耐熱性樹脂で構成されている。例えば、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、又はそれらをガラス繊維で強化したものを用いることができる。これにより、トナー定着温度域で熱によるニップ補強部材２４の変形を防止し、安定した定着ニップの状態を確保するとともに、出力画質の安定化を図っている。

また、定着ベルト２１の長手方向における熱移動を容易にする均熱機能を有するニップ部材２７が、ニップ補強部材２４を覆うように定着ベルト２１の内周面に対向して配されている。ニップ部材２７は、短時間で熱移動が可能となる熱伝導率の高い材料、例えば銅（３９８Ｗ／ｍｋ）やアルミニウム（２３６Ｗ／ｍｋ）などで形成されている。したがって、小サイズ紙通紙時に定着ベルト２１の端部領域に熱が留まることを防止して、積極的に定着ベルト２１の幅方向（ニップ部材２７の長手方向）に熱を移動させて、長手方向の温度不均一を解消できる。

図２に示すように、ニップ部材２７の定着ベルト２１の内周面に対向する面は、定着ベルト２１に直接接触し、ニップ形成面となっている。このニップ形成面は平坦状に形成されているが、凹形状やその他の形状であってもよい。例えば、凹形状のニップ形成面であると、用紙先端の排出方向が加圧ローラ寄りになり、分離性が向上してジャムの発生を抑制できる。

（ハロゲンヒータ）
ハロゲンヒータ２３Ａ、２３Ｂは、一方が小サイズ紙に対応した長手方向中央部に発熱部を有するものであり、他方が大サイズ紙に対応して長手方向両端部に発熱部を有するものである。例えば、第１ハロゲンヒータ２３Ａは、定着ベルト２１の中央範囲を加熱し、第２ハロゲンヒータ２３Ｂは、定着ベルト２１の端部範囲を加熱する。また、この逆の構成でもよい。このように、複数の輻射型熱源（ハロゲンヒータ２３Ａ、２３Ｂ）は、長手方向に異なる配光分布を有する。

ハロゲンヒータ２３Ａ、２３Ｂは、プリンタ本体に設けられた電源部により出力制御されて発熱するように構成されている。その出力制御は、定着ベルト２１の外周に設けられた温度検知手段である温度センサ２９によるベルト表面の検知温度に基づいて行われる。なお、この温度センサ２９は、定着ベルト２１の長手方向にわたり温度を検知する。このようなヒータの出力制御によって、定着ベルト２１の温度（定着温度）を所望の温度に設定できるようになっている。

（ステー部材）
断面Ｔ字状のステー部材２５は定着ニップＮ側と反対側が起立した起立部２５ａを有しており、主たる熱源としてのハロゲンヒータ２３Ａ、２３Ｂが起立部２５ａによって隔てられるように配置されている。この構成では、複数のハロゲンヒータ２３Ａ、２３Ｂが互いに加熱し合うことがないため、加熱効率を向上でき有利である。

また、ステー部材２５とハロゲンヒータ２３Ａ、２３Ｂの間には反射部材２８Ａ、２８Ｂが配されている。これにより、ハロゲンヒータ２３Ａ、２３Ｂの定着ベルト２１に対する加熱効率を上げるとともに、ハロゲンヒータ２３Ａ、２３Ｂからの輻射熱によりステー部材２５が加熱されることによる無駄なエネルギー消費を抑制できる。反射部材２８Ａ、２８Ｂを備える代わりに、ステー部材２５表面に断熱若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。

周知のように、定着ベルト２１の外周側の適切な位置、例えば定着ニップのベルト回転方向上流側には、ベルト温度を検知する温度センサ２９が設けられている。また、定着装置２０の用紙搬送方向下流側には、定着ベルト２１から用紙Ｐを分離する分離部材４０が配されている。更に、加圧ローラ２２を定着ベルト２１へ加圧する解除可能な加圧手段も設けられている。

図３は、ニップ形成ユニットの基本構成を示す斜視図である。図３に示すように、ニップ形成ユニットは、ニップ補強部材２４、ステー部材２５、及びニップ部材２７によって構成される。ニップ形成ユニットでは、ニップ補強部材２４の、定着ニップＮ側と反対側の面が、ステー部材２５の定着ニップＮ側の平面と一体化される。この際、それぞれの面にボスとピンのような凹凸形状を形成させて、これらを形状拘束的に嵌め合わせるようにしてもよい。ニップ部材２７は略直方体状のニップ補強部材２４の、定着ベルト２１の内周面に対向する面を覆うように嵌め合わされて一体化される。ニップ部材２７とニップ補強部材２４の一体構成は爪などを設けて噛み合わせればよいが、接着などを用いてもよい。

なお、ニップ補強部材２４単体、又はニップ補強部材２４とニップ部材２７を組み合わせたものをニップ形成部材という。

ニップ部材２７の定着ベルト２１の内周面に対向する面はベルト摺接面２７ａとして構成されるが、機械的強度上、実質的にニップ形成面となるのはニップ補強部材２４の加圧ローラ２２に対向する面２４ｃである。上記したように、ニップ補強部材２４は機械的な強度を有するので、ニップ部材２７を薄く構成することができ、均熱機能を向上することができる。

図４は、ニップ補強部材の変形例を示す斜視図である。図４（ａ）に示すように、ニップ補強部材３７は、ニップ部材２７との接触面に開口部２６を有する構成としてもよい。これにより、ニップ部材２７からニップ補強部材３７への伝熱を低減でき、ニップ部材２７の均熱機能を更に向上することができる。また、図４（ｂ）に示すように、ニップ補強部材３８は、複数の開口部２６を有してもよい。この場合、ニップ補強部材３８は、剛性を落とさずに均熱機能を向上でき有利である。

続いて、本実施形態の定着装置において、キンクが発生する仕組みについて説明する。

図５は、本実施形態の定着装置における、定着ベルトの加熱状態を示す模式図である。図５（ａ）は、定着ベルト２１の回転方向上流に中央ヒータが配置され、回転方向下流に端部ヒータが配置された構成を示す。また、図５（ｂ）は、定着ベルト２１の回転方向上流に端部ヒータが配置され、回転方向下流に中央ヒータが配置された構成を示す。ここで、中央ヒータは長手方向中央部に発熱部を有するヒータであり、端部ヒータは長手方向両端部に発熱部を有するヒータである。

本実施形態の定着装置は、定着ベルト２１内のヒータ（中央ヒータ、端部ヒータ）が、断面Ｔ字状のステー部材２５によって相互に仕切られている。そのため、中央ヒータ、端部ヒータに同時に電圧を印加開始（通電開始）すると、定着ベルト２１の中央部と両端部とで温度差が生じる。図５（ａ）の構成において、定着ベルト２１が冷間状態（外気温と同じか、それよりも冷えている状態）で中央ヒータをフル点灯すると、「キンク」と図示された位置にキンクが発生する。また、図５（ｂ）の構成であっても、中央ヒータ加熱領域の下流位置でキンクが発生する。すなわち、図５（ａ）、（ｂ）の構成に関わらず、定着ベルト２１が冷間状態で中央ヒータをフル点灯した場合、定着ベルト２１の長手方向に部分的な温度差が大きくなり、中央位置にキンクが発生することになる。

図６は、従来の定着装置における、定着ベルトの加熱状態を示す模式図である。従来の定着装置は、中央ヒータ、端部ヒータともにステーの一方側に並列して配置されている。そのため、中央ヒータ、端部ヒータに同時に電圧を印加開始（通電開始）しても、中央ヒータによる加熱領域と端部ヒータによる加熱領域の大きさ（面積）が殆ど変わらない。したがって、定着ベルトの長手方向の温度差は小さく、それに起因する熱膨張も発生しにくい。これは、中央ヒータと端部ヒータの配置（図６（ａ）、（ｂ））によらない。

このことから、本実施形態の定着装置（複数ヒータが、ステー部材２５によって相互に仕切られている構成）では、定着ベルト２１の熱膨張（キンクの発生）を防止するため、異なるタイミングで複数ヒータへ電圧印加（通電）することが望ましい。以下、本実施形態の定着装置における、複数ヒータへの電圧印加（通電）のタイミングについて説明する。

図７（ａ）は本実施形態における定着ベルトの被加熱領域の位置（回転角度）を示す模式図であり、図７（ｂ）は本実施形態における複数ヒータの構成を示す模式図である。図７（ａ）に示すように、複数ヒータの内、定着ニップＮに対して定着ベルト２１の回転方向上流側に位置するハロゲンヒータ２３Ａを上流側熱源と呼び、回転方向下流側に位置するハロゲンヒータ２３Ｂを下流側熱源と呼ぶ。また、図７（ｂ）に示すように、上流側熱源２３Ａは定着ベルト２１の中央部を加熱する中央ヒータとし、下流側熱源２３Ｂは定着ベルト２１の両端部を加熱する端部ヒータとする。

更に、図７（ａ）に示すように、上流側熱源２３Ａの加熱領域内にある定着ベルト２１上の位置Ａを第１回転位置とし、下流側熱源２３Ｂの加熱領域内にある定着ベルト２１上の位置Ｂを第２回転位置とする。位置Ａ、Ｂは、上流側熱源２３Ａ、又は下流側熱源２３Ｂにより加熱される定着ベルト２１の被加熱領域上の座標である。本実施形態では、定着ベルト２１の回転中心Ｏから各々のハロゲンヒータ２３Ａ、２３Ｂを通過して、定着ベルト２１に交わる点としている。

図８は、作像（定着）開始時の定着ベルト２１上の位置Ａ（上流側熱源２３Ａ近傍）が、定着ニップＮに到達するまでの温度変化を示すグラフである。横軸は時間であり、縦軸は定着ベルト２１の被加熱領域の温度である。定着ベルト２１の中央部温度を一点鎖線で示し、端部温度を実線で示す。

本実施形態の定着装置は、上流側熱源と下流側熱源を、それぞれ異なるタイミングで通電可能な構成である。そして、その通電タイミングは次の様に行われる。

記録材を定着する際、まず、定着ベルト２１の回転を開始し（Ｓ１）、その後に上流側熱源２３Ａに電圧を印加する（Ｓ２）。ここで、（Ｓ１）とする理由は、定着ベルト２１が停止した状態で熱源に電圧を印加（以下、「ＯＮ」という）すると、定着ベルト２１の一部のみを加熱してしまい、その周方向で温度差が大きくなるためである。

また、（Ｓ２）とする理由は、下流側熱源２３Ｂを先にＯＮすると、両端部のみ加熱された定着ベルト２１（の部分）が定着ニップＮに進入してしまうためである。この場合、定着ベルト２１は、長手方向に温度差が生じた状態、すなわち部分的に熱膨張が異なる状態で加圧ローラ２２により加圧されるので、端部においてキンクが発生するおそれがある。また、定着ベルト２１の位置Ｂから定着ニップ入り口までに、定着ベルト２１の中央部を加熱する手段がない。したがって、上流側熱源２３ＡをＯＮした後に、下流側熱源２３ＢをＯＮする。

続きを説明する。上流側熱源２３Ａによって加熱される定着ベルト２１の被加熱領域（位置Ａを含む）は、更に下流側に回転移動する。この被加熱領域が、下流側熱源２３Ｂの加熱領域、すなわち位置Ｂに到達した時点で、下流側熱源２３ＢをＯＮする（Ｓ３）。

この（Ｓ３）により、位置Ａから位置Ｂまでの間では加熱されていなかった定着ベルト２１の両端部も、下流側熱源２３Ｂにより加熱開始される。したがって、定着ベルト２１は、定着ニップＮに到着する時点でその長手方向に亘りほぼ均一な温度となり（図８参照）、定着ニップＮに進入してもキンクは発生しない。

このように本実施形態の定着装置は、上記した手順（タイミング）で上流側熱源２３Ａと下流側熱源２３ＢをＯＮするので、定着ニップＮに進入する際に定着ベルト２１の被加熱領域で温度差がほとんど生じず、それに起因する熱膨張も発生しない。したがって、定着ベルト２１の座屈破壊（キンク）の発生を防止できる。

なお、上流側熱源２３Ａを端部ヒータとし、下流側熱源２３Ｂを中央ヒータとしても同様に座屈破壊（キンク）を防止する効果は得られる。但し、他の評価結果から、エネルギー消費量が少ない（いわゆるＴＥＣ値が低い）のは、上流側熱源２３Ａを中央ヒータとし、下流側熱源２３Ｂを端部ヒータとする構成であった。したがって、この構成（上流側熱源を中央ヒータとする）が総合的にみて、有利である。

続いて、本発明の有利な構成について説明する。

上記したように、定着ベルト２１が定着ニップＮに突入する時点で、定着ベルト２１の長手方向に温度差が生じ、部分的に熱膨張が異なる状態であると、加圧ローラ２２からの加圧力で、キンクが発生するおそれがある。そのため、定着ニップＮに突入する時点で定着ベルト２１の長手方向に均一な温度になるように、上流側熱源２３Ａ、下流側熱源２３Ｂの加熱制御をすることが望ましい。

具体的には、上流側熱源により加熱される定着ベルト２１の被加熱領域の温度と、下流側熱源により加熱される定着ベルト２１の被加熱領域の温度は、それら被加熱領域が定着ニップＮに到着した時点で、ほぼ（実質的に）同じ温度となることが望ましい。そうなるように、上流側熱源と下流側熱源の通電を制御する。これにより、キンクの発生を防止するとともに、定着する記録材の全面において、均一な熱を加えることができ、有利である。

熱膨張（キンク）の発生は、定着ベルト２１の長手方向の部分的な温度差が原因であるので、温度差が無い（小さい）場合は発生しない。例えば、作像終了直後に次の作像命令が来た場合などは、定着装置２０全体の温度が上昇した状態であり、定着ベルト２１も長手方向でほぼ均一な温度になっている。この場合、上流側熱源２３Ａ及び下流側熱源２３Ｂを同時に電圧印加しても、熱膨張（キンク）は発生しない。

したがって、定着ベルト２１の中央及び端部の温度検知手段が所定の温度以上であることを検知した場合、上流側熱源２３Ａと下流側熱源２３Ｂは、同時に電圧印加（通電）することが望ましい。これにより、ファーストプリント時間を短縮することができる。

また、本発明に係る定着装置は、図１に示すカラーレーザープリンタに限らず、モノクロ画像形成装置や、その他のプリンタ、複写機、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機に搭載できる。これにより、省エネ性に優れた画像形成装置を提供できる。

以上、実施形態を用いて本発明を詳細に説明した。この実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して使用できる。

１ 画像形成装置
２ ボトル収容部
２Ｃ、２Ｋ、２Ｍ、２Ｙ トナーボトル
３ 転写装置
４Ｃ、４Ｋ、４Ｍ、４Ｙ 作像部
５ 感光体
６ 帯電装置
７ 現像装置
８ クリーニング装置
９ 露光装置
１０ 給紙トレイ
１１ 給紙ローラ
１２ レジストローラ
１３ 排紙ローラ
１４ 排紙トレイ
２０ 定着装置
２１ 定着ベルト
２２ 加圧ローラ
２３Ａ 第１ハロゲンヒータ
２３Ｂ 第２ハロゲンヒータ
２４、３７、３８ ニップ補強部材
２４ｃ 面
２５ ステー部材
２５ａ 起立部
２６ 開口部
２７ ニップ部材
２７ａ ベルト摺接面
２８Ａ、２８Ｂ反射部材
２９ 温度センサ
３０ 中間転写ベルト
３１ 一次転写ローラ
３２ 二次転写バックアップローラ
３３ クリーニングバックアップローラ
３４ テンションローラ
３５ ベルトクリーニング装置
３６ 二次転写ローラ
４０ 分離部材
Ｎ 定着ニップ
Ｐ 用紙
Ｒ 搬送路
Ｔ 断面

特開２０１３−１７８４８７号公報 特開２０１７−１２０３９１号公報 特開２０１７−１２０３９２号公報

Claims (5)

1. 可撓性を有する無端状の定着部材と、
   前記定着部材の外側に設けられ、前記定着部材に対向する加圧部材と、
   前記定着部材の内側に設けられ、長手方向に異なる配光分布を有する複数の輻射型熱源と、
   前記定着部材の内側に設けられ、前記定着部材と前記加圧部材との間に定着ニップを形成するニップ形成部材と、
   前記ニップ形成部材を支持するとともに、前記複数の輻射型熱源を相互に仕切るステー部材とを備え、
   前記複数の輻射型熱源の内、前記定着ニップに対して前記定着部材の回転方向上流側に位置する方を上流側熱源とし、回転方向下流側に位置する方を下流側熱源として、
   前記上流側熱源と前記下流側熱源は、それぞれ異なるタイミングで通電可能であり、一方は前記定着部材の中央部を加熱し、他方は前記定着部材の両端部を加熱する定着装置において、
   前記上流側熱源は、前記下流側熱源よりも先に通電開始され、
   前記下流側熱源は、前記上流側熱源の通電開始時に、前記上流側熱源の加熱領域内にある前記定着部材の第１回転位置が、回転により前記下流側熱源の加熱領域内にある第２回転位置に到達した時点で、通電開始されることを特徴とする定着装置。
2. 前記上流側熱源により加熱される前記定着部材の被加熱領域の温度と、前記下流側熱源により加熱される前記定着部材の被加熱領域の温度は、前記定着ニップに到着した時点でほぼ同じ温度となるように、前記上流側熱源と前記下流側熱源の通電を制御することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記定着部材の温度を検知する温度検知手段を備え、
   前記温度検知手段の検知温度が、所定の温度以上である場合、前記上流側熱源と前記下流側熱源とを同時に通電することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
4. 前記ステー部材は、前記ニップ形成部材より起立して、前記複数の輻射型熱源を相互に仕切る起立部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の定着装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の定着装置を備える画像形成装置。

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