JP3624991B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、定着装置及び画像形成装置に関し、より詳細には、複写機、ＦＡＸ、電子写真プリンタ等の電子写真記録装置において、紙、フィルムなどの記録体面上に形成された加熱溶融性のトナーからなる画像を加熱して固着画像として記録体面上に定着する定着装置及び該定着装置を備えた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
紙やフィルムなど記録体の上に形成したトナー画像を定着する方法としては、加熱定着や加圧定着等があるが、一般に熱によりトナーを溶融して、定着させる加熱定着方式が用いられている。加熱定着方式には、熱ローラ方式、熱風方式、熱板方式等があり中でも、熱ローラ方式が熱効率が高く、安全であるなどの理由で最も広く使われている。これは、２つのローラを圧接し、その内少なくとも一方のローラを加熱し、この２つのローラの圧接部分（ニップ部Ｎ）で未定着トナー画像を形成した記録体を加熱し、画像を記録体に定着させる方式である。
【０００３】
２つのローラのうち一方を加熱する場合、加熱する方のローラを定着ローラと、他方のローラを加圧ローラと以下呼ぶこととする。定着ローラの内部には、ハロゲンランプあるいはセラミックスヒータ等の熱源が、定着ローラの軸方向に内装されている。定着ローラの外側表面には、温度センサーが取付けられており、ニップ部Ｎの温度が定着に適した温度に維持されるように、温度センサーの値によって、熱源への電力供給量が制御されている。
【０００４】
前述のような加熱定着装置においては、定着ローラの幅に比べ小サイズの記録体を定着させる場合、この小サイズの記録体（記録用紙及び記録用紙上の未定着トナー）が通過する領域（通紙部領域）では、記録体を加熱するため定着ローラの熱が消費されるが、記録体が通過しない（非通紙部領域）では、記録体により定着ローラの熱が消費されず、非通紙部領域の定着ローラの熱は蓄積し、非通紙部領域の温度が通紙部領域の温度よりも高くなってしまう（いわゆる端部温度上昇）ため、定着ローラの軸方向の温度分布を均一にすることが困難であった。
【０００５】
このため小サイズ記録体を連続通紙した後、大サイズ記録体を通紙した場合（例えばＡ４サイズ用紙を連続通紙した後、Ａ３サイズの用紙を通紙する場合）、大サイズの記録体に定着ムラやしわが発生したり、未定着トナー像の小サイズ紙のときの非通紙部に対応した部分のトナーが溶けすぎて定着ローラに付着し記録体の表面を汚す（いわゆるホットオフセット）等の問題が生じていた。また、非通紙部と通紙部で定着ローラに大きな温度差が生じるぐらい非通紙部の温度が高くなりすぎると、温度による熱膨張の違いから、定着ローラに歪みが生じるという問題もある。
【０００６】
特に、ガラスやセラミックスのパイプ表面に発熱抵抗体を形成した定着ローラ（表面発熱ローラ）は、定着ローラの低熱容量化ができ、設定温度に昇温させる時間が短縮可能で、そのため未使用時には定着ローラへの通電をオフでき、省エネルギーであるという点で優れた定着方式であるが、端部温度上昇が起こり熱膨張の違いから通紙領域と非通紙領域とでローラ径が異なってしまうと、この表面発熱ローラの場合には、定着ローラが破損してしまうという不具合も生じてしまう。
定着ローラの軸方向の温度分布を均一にして、前述の問題を解決する手段としては、以下１）〜３）等の技術が提案されている。
【０００７】
１）定着装置の非通紙部を選択的に冷却する冷却手段を設け、定着装置の温度分布を冷却手段により均一にする技術。具体的には、ファンとダクトにより、通紙中にのみ非通紙部領域に選択的に風を送り、非通紙部領域の温度上昇を防止する技術（特開平４−５１１７９号公報、参照）。
しかしながら、上記１）は、送風手段（ファン）を用いているため、送風時の音が大きく、騒音の要因となる。また、ファンとダクトを用いることから装置が大がかりとなり、コストが高くなるばかりでなく、画像形成装置が大きくなってしまうという欠点がある。さらにこの方法のように、ファンによる冷却手段を用いた場合には、通紙部分の熱が一部冷却されてしまい、定着ヒータにより加熱した熱が、有効に用いられず、熱効率が低下するという欠点もある。
【０００８】
２）紙サイズに応じて放熱部材を定着ローラの端部の非通紙部分に当接し、放熱により端部温度上昇を防止する技術。具体的には、ローラ状の放熱部材を小サイズ紙通紙時の非通紙領域に配置し、非通紙部の温度が上昇したときに、放熱部材を定着ローラに当接して、上昇した熱を放熱することにより、定着ローラの軸方向の温度分布を均一にする技術（特開平６−１１９８３号公報、参照）。
しかしながら、上記２）の方法では、放熱部材を定着ローラに圧接、離脱するための駆動機構が必要となり、コストが高くなるという欠点がある。また、可動部を有しているため、長時間の使用に対して故障、破損が生じやすいという欠点もある。さらに、前記放熱部材の放熱効果を高めるため、ファンによる冷却手段を用いた場合には、通紙部分の熱が一部冷却されてしまい、定着ヒータにより加熱した熱が、有効に用いられず、熱効率が低下するという欠点もある。
【０００９】
３）定着ローラ内部に２つ以上の発熱体を設け、紙幅に応じてこれら発熱体を制御する。詳しくは、定着ローラの軸方向に熱分布が異なる２つ以上の発熱体を定着ローラ内部に設け、定着手段の表面温度や記録体の幅に応じて、発熱体を適宜選択し、駆動することによって、端部温度上昇を防止する技術（特開平５−２８１８７７号公報、参照）。
しかし、定着ローラ内部に２つ以上の発熱体を設けた場合、定着ローラを小径化することが困難であるという問題が生じる。特に、使用する紙サイズが多種である場合（例えば、Ａ３用機でＡ４，Ｂ４，Ｂ５，サイズの記録紙や、さらには、はがき等を使用する場合）、何れの記録紙でも端部温度上昇を解決し、定着ローラの表面温度を精度よく均一化するには、発熱分布が異なる発熱体を紙サイズ種類分用いる必要があり、定着ローラ内部にそれら発熱体を設けた場合、定着ローラを大径化しないとできないという問題が生じ、その結果、装置が大型化してしまうという欠点がある。また、熱源を一体化した定着ローラ（ローラ表面あるいは内面に発熱抵抗体を形成した定着ローラなど）の場合には、この技術では対処できないという欠点もある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、
請求項１の発明、及び請求項１を引用した全請求項の発明は、端部温度上昇を改善し、ホットオフセットの発生、定着ローラの劣化等が生じない定着装置を提供し、特に、ガラスやセラミックス等の表面に発熱抵抗体を設けた定着ローラの場合に生じる端部温度上昇による定着ローラの破損が発生しない定着装置を提供し、さらには、端部温度上昇の改善のための可動部を有せず、信頼性のある定着装置を提供することをその課題とする。また、端部温度上昇を改善する手段を実施するにあたって生じる待ち時間の無い定着装置を提供することをその課題とする。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１の発明の課題に加え、端部温度上昇を改善する手段を実施するにあたって生じる待ち時間の無い定着装置を低コストで実現した定着装置を提供することをその課題とする。
【００１７】
請求項３の発明は、信頼性のある定着装置を備えた画像形成装置を提供することをその課題とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、内部あるいは表面に熱源を有する定着ローラを記録体に接触させることにより該記録体上のトナー像を加熱定着する定着装置において、前記定着ローラの上流側に、前記記録体の少なくとも中央部を含む領域を加熱する加熱手段と、該加熱手段と前記記録体との距離を変更する距離変更手段とを有し、加熱手段と記録体との距離を可変するようにして、記録体を定着する前に加熱するようにしたものである。
【００１９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記距離変更手段は、温度により形状が変化する部材からなり、温度により自動的に前記加熱手段と記録体との距離を可変するようにしたものである。
【００２６】
請求項３の発明は、一連の画像形成プロセスによって形成された画像を前記記録体に記録する画像形成装置であって、請求項１または２に記載の定着装置を備えるようにしたものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
［本発明に関連する定着装置の第１の実施の形態］
図１（Ａ），（Ｂ）は、本発明に関連する定着装置の第１の実施の形態を説明するための概略図で、図１（Ａ）は図１（Ｂ）の断面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の平面図であり、熱源１はハロゲンランプなどからなり、定着ローラ２のローラ軸方向に定着ローラ２の全長とほぼ等しい長さで配設されており、定着ローラ２の内面を軸方向に均一に加熱できるようになっている。加圧ローラ３はバネなどで構成される圧接機構によって、図中矢印Ｃ方向に加圧され、定着ローラ２に圧接する。ガイド４はトナー像Ｓの形成された記録紙やＯＨＰフィルムなどの記録体５をニップ部Ｎ（加圧ローラ２と定着ローラ３との接触部）に導入する。加熱手段（以下、予備加熱手段）６は記録体５を予備加熱するためのものである。予備加熱手段６は記録体搬送経路上にあり、ニップ部Ｎの上流側に設けられている。温度センサ７は定着ローラ２の中央部の表面の温度を検知する。
【００２８】
図２（Ａ）〜図２（Ｄ）は、予備加熱手段６の形態を例示した図で、予備加熱手段６としては、通電により発熱するものであれば、特に制限は無く、図２（Ａ）のようなセラミックスヒータ６ａを単体で用いてもよいし、図２（Ｂ）のように赤外線ヒータ６ａと反射板６ｂを用いて予備加熱手段６を構成してもよいし、図２（Ｃ）のように平板型のセラミックスヒータ６ａやラバーヒータ６ａをアルミ等の加熱部材６ｃに接合して予備加熱手段６を構成してもよいし、図２（Ｄ）のように棒状ヒータ６ａを加熱部材６ｃ中に挿入して構成してもよい。
【００２９】
最大通紙幅のサイズＷｂ（大サイズ紙）に対して、短い幅Ｗｓの記録紙５（小サイズ紙）を通紙する場合、予備加熱手段６の長さ（定着ローラ軸方向）は、最大通紙幅Ｗｂより小さく、少なくとも一部が、中央部を含む小サイズ紙領域Ｗｓを加熱するように設定される。予備加熱手段６と記録体５との距離は、あまり離れすぎると記録体５を加熱するのに大きな電力が必要となるため、通常２０ｍｍ以下、最適には１０ｍｍ以下に設けられる。また、予備加熱手段６の配設方向としては、図１のように、記録体５のトナー像Ｓが形成された面側でもよいし、これとは反対側のトナー像Ｓが形成されていない面側でもよい。
【００３０】
以下、この実施の形態の動作を説明する。
ＰＰＣ、レーザプリンタ、ＰＰＦ等に用いられている電子写真記録装置では、帯電、露光、現像、転写という電子写真作像プロセスをたどり記録体５の表面にトナー像が形成され、次いで、定着プロセスを行う。トナー像が形成された記録体５は、図１中矢印Ｄ方向より搬送され、ガイド４に沿って定着部すなわち定着ローラ２と加圧ローラ３によるニップ部Ｎに搬送される。このとき、使用する記録体５の種類、つまり、小サイズ紙かどうかの判断は、図示はしていないが、記録体５を溜めておくカセットを選択する手段、あるいは、記録体搬送経路上の大サイズ紙の通過領域であり、かつ、小サイズ紙の非通過領域に設けたマイクロスイッチや光スイッチ素子のｏｎ／ｏｆｆを検知する手段等により行う。
【００３１】
小サイズ紙であると判断されたとき、ガイド４に搬送された記録体５は、予備加熱手段６によって、トナー像が形成された表面が加熱され、加熱された記録体５は、放熱により冷却される以前にニップ部Ｎに到達する。記録体５の予備加熱温度は、高すぎるとトナーが予備加熱で溶融して流動化し、記録体中に浸透してしまい、その後の定着ローラ２による定着で、さらに浸透するため、定着画像のシャープさが低下してしまう。従って、記録体５の予備加熱温度は、最適にはトナーの流動開始温度（一般的なトナーの場合、約１００℃〜１２０℃）にならない程度の温度になるように加熱する。従って、図１のように、予備加熱手段６が、記録体５と隙間を設けて配置されているような場合には、予備加熱手段６の温度は、少なくとも記録体５の予備加熱温度以上に設定する必要がある。
【００３２】
一方、定着ローラ２は定着に必要な所望温度に加熱されており、ニップ部Ｎで記録体５を加熱し、トナー像Ｓを記録体５に定着する。このとき、定着ローラ２の熱は、トナーＳ及び記録体５を加熱するため消費され、その結果定着ローラ２の温度は低下する。しかし、この時の低下温度は、予備加熱しないときに比べ、小さいものである。なお、定着ローラ２の温度は、その表面の温度を検知する温度センサ７により検知され、常にほぼ所望温度になるように熱源１を制御している。
【００３３】
すなわち、定着ローラ２の温度が低下したときには、熱源１を駆動して、定着ローラ２を所望温度まで加熱する。このとき、この実施の形態では、記録体５が予備加熱手段６によって予め加熱された（予備加熱）状態になっているので、記録体５の接触により、定着ローラ表面から奪われる熱量は小さくなる。従って、定着ローラ２の温度低下が少なくなるため、所望温度に回復するための熱源１の駆動電力が少なくてすむ。その結果、定着ローラ２の非通紙部での加熱量が少なくなり、端部温度上昇が低減される。また、以上のことから予備加熱手段６は、記録体５がニップ部Ｎに到達したときに、まだ充分加熱された状態である位置に設置する必要がある。すなわち、予備加熱手段６とニップ部Ｎとの距離Ｌは、記録体５の送り速度にもよるが、距離Ｌがあまり大きすぎると、予備加熱手段６で加熱された後に、ニップ部Ｎに到達する以前に、放熱によって記録体５が冷却されてしまい、前述の端部温度上昇低減の効果がなくなってしまう。
【００３４】
なお、大サイズ紙を通紙するときには、予備加熱手段６を駆動しないようにすることで端部と中央部とでは同等の熱量供給不足から、端部の定着温度のみが上昇することを防ぐことになる。
【００３５】
〔実施例１〕
この実施例は、図１に示される構成によるもので、以下に示す条件のＡ３記録紙用の定着装置を作製し、それにＡ４幅の記録紙を連続通紙したときの非通紙部の温度上昇を測定したものである。
比較例として、予備加熱手段６を設けない場合での測定も行った。

【００３６】
図３（Ａ），（Ｂ）は、非通紙部温度Ｔｗの温度上昇を示したグラフで、図３（Ａ）は前記実施例１の条件で図１の実施の形態での非通紙部温度昇温を示したグラフ、図３（Ｂ）は前記実施例１の条件で予備加熱手段を設けなかった場合の非通紙部温度昇温を示したグラフである。図３（Ａ），（Ｂ）から明らかなように、本発明により、小サイズ紙を連続通紙した場合の非通紙部温度Ｔｗの上昇は、予備加熱手段を設けなかった場合に比べ低下し、定着ローラ設定温度Ｔｃ（中央部通紙部温度）との差が小さくなっている。
また、実施例１の定着装置を用いて、Ａ４サイズ紙（小サイズ紙）を５０枚連続通紙した直後に、トナー画像を形成したＡ３サイズ紙を通紙して、その定着画像を評価した結果、実施例１の場合には、良好な定着画像が得られたのに対し、予備加熱手段を設けなかった場合には、記録紙端部でオフセットが生じて劣悪な画像となった。
【００３７】
［本発明に関連する定着装置の第２の実施の形態］
図４は、本発明に関連する定着装置の第２の実施の形態を説明する図で、図５（Ａ）或いは図５（Ｂ）に示す構成の定着ローラ８を使用した場合の構成図である。
図５（Ａ），（Ｂ）は、図４に示した定着ローラ８の具体的な構造を示した断面図で、図５（Ａ）は基材９の表面に発熱抵抗体１０を形成し、さらにその上に、トナーとの離形性を向上するとともに、他の部材と発熱体との接触で発熱体が損傷するのを防ぎ、かつ、発熱抵抗体を電気的に絶縁する目的で、テフロン（登録商標）などの耐熱樹脂層１１が形成された定着ローラ８の例を示し、図５（Ｂ）は図５（Ａ）に示したパイプ状の基材９の内面に発熱抵抗体１０を形成し、基材９の表面には前述の耐熱樹脂層１１を形成してなる定着ローラ８の例を示す。
【００３８】
基材９の材料としては、ガラスやセラミックス、あるいは、Ａｌ，ＳＵＳなどの金属が用いられる。金属を用いる場合には、発熱抵抗体１０との電気的絶縁のためにＳｉＯ_２、ポリイミドなどの樹脂材料等による絶縁層を設ける必要がある。また、定着ローラ８としては、基材９そのものが発熱体となっているものでもよい。そのようなものとしては、例えば、セラミックス中に導電性材料を分散したもの、導電性繊維を筒状に形成したものなどが挙げられる。これらの定着ローラ８を用いる定着は、ハロゲンランプ等を用いた定着に比べ、熱源と定着ローラとが一体となっているので、定着ローラの加熱効率がよく、消費電力の低減が図れるという点、設定温度にまで昇温する時間が短くなりＰＰＣ、レーザプリンタ、ＰＰＦ等の印字までのいわゆるウエイトタイムが短くなるという点で優れた定着方式である。
【００３９】
〔実施例２〕
この実施例は、図４に示される構成によるもので、以下に示す条件のＡ３記録紙用の定着装置を作製し、それにＡ４幅の記録紙を連続通紙したときの非通紙部の温度上昇を測定したものである。
比較例として、予備加熱手段６を設けない場合での測定も行った。

【００４０】
図６（Ａ），（Ｂ）は、非通紙部温度Ｔｗの温度上昇を示したグラフで、図６（Ａ）は前記実施例２の条件で図４の実施の形態での非通紙部温度昇温を示したグラフ、図６（Ｂ）は前記実施例２の条件で予備加熱手段を設けなかった場合の非通紙部温度Ｔｗの温度上昇を示したグラフである。図６（Ａ），（Ｂ）から明らかなように、本発明により、小サイズ紙を連続通紙した場合の非通紙部温度Ｔｗの温度上昇は、予備加熱手段を設けなかった場合に比べ低下し、定着ローラ設定温度Ｔｃ（中央部通紙部温度）との差が小さくなっている。
また、実施例２の定着装置を用いて、Ａ４サイズ紙（小サイズ紙）を５０枚連続通紙した直後に、トナー画像を形成したＡ３サイズ紙を通紙して、その定着画像を評価した結果、実施例２の場合には、良好な定着画像が得られたのに対し、予備加熱手段を設けなかった場合には、記録紙端部でオフセットが生じて劣悪な画像となった。
【００４１】
〔実施例３〕
実施例２の装置を用い、以下の条件で記録紙送り速度を２０，９０，１２０，１８０ｍｍ／ｓ、予備加熱手段６とニップ部Ｎとの距離Ｌを２，５，１０，１５，２０ｃｍと変えて、以下の条件でＡ４サイズ紙を連続通紙した後に、表面にトナー画像を形成したＡ３サイズ紙の定着を行った。

その結果を以下の表１に示す。
【００４２】
【表１】

【００４３】
表１に示した結果のように、記録紙送り速度１８０ｍｍ／ｓのいわゆる普及機においては、予備加熱手段６とニップ部Ｎとの距離Ｌは１０ｃｍ以内にすることで、確実に端部温度上昇低減の効果が得られる。
【００４４】
［本発明に関連する定着装置の第３の実施の形態］
図７は、本発明に関連する定着装置の第３の実施の形態を説明するための定着部斜視図で、定着部の構成は図４と同じである。温度検知手段１３は通紙部の温度を測るように定着ローラ中央部に設けられ、この検知温度が所望温度になるように定着ローラの熱源を制御する。温度検知手段１２は定着ローラ８の加熱領域中で、小サイズ紙通紙時に非通紙領域となる領域に設けられている。これらの温度検知手段１２，１３としては熱電対、測温抵抗体、サーミスタ素子等の一般的な温度感応素子が好適に用いられるが、中でも、サーミスタ素子が低コストであるという点で最適である。
【００４５】
次に本発明による定着動作について説明する。印字動作を開始すると、通紙部温度検知手段１３の検知信号に基づいて、定着ローラ表面温度が所望温度になるように、定着ローラの熱源を制御する。すなわち、検知温度が所望温度（定着設定温度）より低い場合には、熱源を駆動して定着ローラ８の温度を昇温し、所望温度より高い場合には、熱源をｏｆｆあるいは熱源への供給電力を小さくして、定着設定温度に下げる。このとき、非通紙部の温度検知手段１２の温度を検知し、非通紙部の温度が所定の温度（例えば、通紙部温度より、５℃高い温度）以上であれば、予備加熱手段６を駆動して、記録体５を予備加熱する。非通紙部の所定温度としては、中央部との温度差があまり大きくならず、中央部温度以上であればよい。このことから、予備加熱手段６を駆動させる非通紙部の所定温度としては、中央部の設定温度（定着設定温度）以上、中央部設定温度＋１０℃以下が望ましい。
【００４６】
前述のように、定着ローラ８の非通紙部の温度と通紙部の温度とを検知し、その情報に基づいて、予備加熱手段６を駆動することは、環境温度等によらず、精度よく、必要なときのみ予備加熱を行い、定着ローラ表面温度の均一化が図れる。もちろん、非通紙部の絶対温度のみで制御を行う場合も考えられる。
実際に、図７の構成で、Ａ３用定着装置を作製し、前述のような方法でＡ４サイズ紙を連続５０枚通紙した後、トナー画像を形成したＡ３サイズ紙を通紙したところ、良好な定着画像が得られた。
【００４７】
［本発明に関連する定着装置の第４の実施の形態］
図８は、本発明に関連する定着装置の第４の実施の形態を説明するための概略断面図で、これは、基本的な構成は図４と同様で、予備加熱手段１４を記録体５と接触させたものである。このとき、予備加熱手段１４の形状をローラ形状とし回転可能とすると、記録体５との接触でこすれたり、未定着のトナー画像を乱すことがないため、好ましい。また、記録体５との接触方向としては、記録体５の表面（トナー画像が形成された面）方向から接触すると、トナーが未定着のため予備加熱手段側に転写してしまい（定着で言うところの低温オフセットが生ずる）、トナー画像が乱れてしまい劣悪な画像となってしまうため、記録体５の裏面（トナー画像が形成されていない面）方向から接触させるのがよい。
【００４８】
予備加熱手段と記録体５との接触によるこすれを無くす方法としては、予備加熱手段をローラ形状にする以外でも、予備加熱手段と記録体との間に、記録体と接触し、該記録体と共に移動する無端ベルト等を設けた構成でも、前述同様にトナー画像を乱すことがないため使用に適している。
【００４９】
図９（Ａ），（Ｂ）は、ローラ状予備加熱手段１４の断面図で、図９（Ａ）はローラ状予備加熱手段１４として、アルミパイプやＳＵＳパイプ等の基材１６内部にハロゲンヒータなどの熱源を設けたもの、図９（Ｂ）はガラスやセラミックスのパイプ状あるいは筒状の基材１８の表面に、発熱抵抗体層１９を形成したものである。さらに、これらのローラ表面は、記録体５と接触するため、記録体５との離形性を向上させるため、テフロンなどの離形層１７を形成するのがよい。このような、記録体５と直接接触できる予備加熱手段１４を用いることによって、記録体５を効率よく加熱することができる。その結果、予備加熱に要する電力が低減する。
【００５０】
さらに、前述の予備加熱手段１４にモータ等の駆動手段を設け、予備加熱手段１４を回転させることで、記録体の搬送ローラを兼ねることもできる。また、予備加熱手段１４の最表面がテフロンなどの樹脂層でコートされているときには、摩擦などによって、あるいは、予備加熱手段１４のローラ、または、ベルトの基材が金属のような導電性材料で形成されているときには、基材に電圧を印加するなどの方法で、ローラやベルトを帯電させることで、その静電吸引力によって、記録体５を予備加熱手段１４に密着させることができ、より予備加熱効率が向上する。
【００５１】
〔実施例４〕
この実施例は、図８に示される構成によるもので、以下に示す条件のＡ３記録紙用の定着装置を作製し、それにＡ４幅の記録紙を連続通紙した後に、表面にトナー画像を形成したＡ３サイズ紙を通紙して、その定着画像を評価したものである。

この結果、良好な定着画像が得られた。予備加熱手段への供給電力は７０Ｗと、図１、図４に示した予備加熱手段を記録体より離して設置したときの１５０Ｗに比べ、低消費電力化が図れた。
【００５２】
［本発明に関連する定着装置の第５の実施の形態］
図１０（Ａ），（Ｂ）は、本発明に関連する定着装置の第５の実施の形態を説明するためのＡ３，Ａ４，Ｂ５，はがきサイズが使用できる定着装置概略図で、図１０（Ａ）は図１０（Ｂ）の断面図、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）の平面図である。予備加熱手段６は、複数の紙サイズに対応するように、記録体５の搬送方向に配設された長さの異なる複数の予備加熱手段２０，２１，２２から成っており、予備加熱手段２２はＡ４用、予備加熱手段２１はＢ５用、予備加熱手段２０は、はがき用である。
【００５３】
次に、図１０に示した定着装置の動作について、説明する。ＰＰＣ、レーザプリンタ、ＰＰＦ等において、コピー開始時、あるいは、印字開始時、印字する紙種が選択され、各紙サイズに応じた給紙装置から選択された紙５が給紙される。その紙にトナー画像（未定着画像）が形成される。一方、定着装置は、定着ローラ８表面が所望の定着温度に成るように、定着ローラ熱源を駆動する。そして、トナー画像が形成された記録紙５は、定着装置に搬送され、加熱された定着ローラ８にて、定着される。このとき、小サイズ紙で多数枚連続印字する場合、ある枚数以上になると、その記録紙サイズに応じた予備加熱手段２０または２１または２２のいずれかを動作させ予備加熱温度に昇温し、定着前の記録紙５を予備加熱する。これにより、各種小サイズ紙の連続通紙によって生じる、そのサイズに応じた非通紙部の温度上昇を低減し、紙種によらず、定着ローラ表面の温度を均一にすることができる。
【００５４】
〔実施例５〕
この実施例は、図１０に示される構成によるもので、以下に示す条件のＡ３記録紙用の定着装置を作製し、それにＡ４、Ｂ５、はがきの３種類の記録紙を連続５０枚通紙して、それぞれの連続通紙の後に、表面にトナー画像を形成したＡ３サイズ記録紙の定着を行ったものである。

各サイズの記録紙を連続通紙した後の、Ａ３用紙定着画像を比較すると、どの場合も、良好な定着画像が得られていた。
【００５５】
［本発明に関連する定着装置の第６の実施の形態］
図１１は、本発明に関連する定着装置の第６の実施の形態を説明するための予備加熱手段６の構成図で、予備加熱手段６の対応する小サイズ紙としてＡ４、Ｂ５、はがきサイズに対応した例を示す。基材２３はセラミックス、ガラスなどで形成され、あるいはＡｌやＳＵＳなどの金属表面に絶縁層を形成したものでもよい。この基材２３上にＡ４サイズ記録紙用の発熱抵抗体層２４とそれに通電するための電極２７、リード線３０が形成され、その上に絶縁層３３を形成し、さらにその上に、Ｂ５サイズ記録紙用の発熱抵抗体層２５、それに通電するための電極２８、リード線３１を形成し、さらにその上にはがきサイズ用の発熱抵抗体層２６、電極２９、リード線３２を形成してある。このように、一つの予備加熱手段６の中に、記録体５の搬送方向に対して直角の方向に複数種類の（ここでは３種類）小サイズ紙に対応した発熱領域を持った予備加熱手段を積層形成している。
この定着装置を使い、前述同様の動作によって、各種小サイズ紙の連続通紙によって生じる、そのサイズに応じた非通紙部の温度上昇を低減でき、紙種によらず、定着ローラ表面の温度を均一にすることができる。
【００５６】
〔実施例６〕
この実施例は、図４に示される構成によるもので、図１１に示した予備加熱手段を用い以下に示す条件のＡ３記録紙用の定着装置を作製し、それにＡ４、Ｂ５、はがきの３種類の記録紙を連続５０枚通紙して、それぞれの連続通紙の後に、表面にトナー画像を形成したＡ３サイズ記録紙の定着を行ったものである。

各サイズの記録紙を連続通紙した後の、Ａ３用紙定着画像を比較すると、どの場合も、良好な定着画像が得られていた。そして、この予備加熱手段６は、設置スペースが一本分の予備加熱手段の幅ですみ、定着装置を小型化することができた。
【００５７】
［請求項１の発明の実施の形態］
図１２（Ａ），（Ｂ）は、請求項１の発明の実施の形態を説明するための概略断面図で、図１２（Ａ）は予備加熱手段６が記録体と近接した状態の側面図、図１２（Ｂ）は予備加熱手段６が記録体に影響を与えない程度離した状態の側面図である。予備加熱手段６を加熱位置（図１２（Ａ））とそれより離れた位置（図１２（Ｂ））とに移動させる手段（距離変更手段）はソレノイド３４と支点３５を持つレバー３６によって構成され、ソレノイド３４をｏｎ／ｏｆｆすることによって、レバー３６を矢印方向に上下することができ、このレバー３６に連結した予備加熱手段６を上下することができるようにしてある。予備加熱手段６が上下することによって、記録体と近接した状態（図１２（Ａ））と、離れた状態（図１２（Ｂ））とを切り替えることができる。
【００５８】
一般に、加熱手段は、通電を開始して所望の温度になるまでには、時間を要し、予備加熱手段６も例外ではない。しかし、この実施の形態により、予備加熱手段６を動作させる必要がないとき（端部温度上昇が発生していないとき）には、予備加熱手段６を記録体５から離れた位置に移動させ、予備加熱手段６を動作させるときのみ、記録体５に近接した位置に移動させることで、予備加熱手段６を常に加熱状態（所望の温度）にしておくことが可能となる。すなわち、予備加熱手段を所望の温度に加熱するための待ち時間が不要になる。
【００５９】
この距離変更手段を用いた予備加熱手段６の動作の一例を説明する。定着装置を立ち上げるときや、まだ端部温度上昇が生じていないときには、ソレノイド３４をｏｆｆにし、予備加熱手段６を記録体５と離れた位置（図１２（Ｂ））に加熱状態で保持し、小サイズ紙の連続通紙により端部温度が高くなると、ソレノイドをｏｎにして、予備加熱手段６を記録体５と近接する位置（図１２（Ａ））まで下げて、記録体５を予備加熱し、これにより端部温度上昇が改善される。このような動作により、予備加熱手段６を常に加熱状態にしておいても、不必要なときに記録体５を加熱し、定着ローラの温度が不均一になってしまうことを防げ、必要なときのみ、予備加熱手段６を記録体５と近接させることができる。
【００６０】
また、予備加熱手段を記録体５の裏面（トナー画像が形成されていない面）から加熱する場合には、記録体５と近接した位置を、記録体５と接触する位置に設定することができ、この場合には、予備加熱手段を接触しない場合より、記録体５の予備加熱効率を向上させることができる。
【００６１】
〔実施例７〕
この実施例は、図１２に示される構成によるもので、以下に示す条件のＡ３記録紙用の定着装置を作製し、前述のようにソレノイドをｏｆｆ／ｏｎさせて、Ａ４サイズ紙を連続５０枚通紙した後に、表面にトナー画像を形成したＡ３サイズ記録紙の定着を行った。なお、ソレノイドをｏｆｆ／ｏｎの切換は、非通紙部の温度を検知手段（サーミスタ）で測定し、１９０℃以上になったらソレノイドをｏｎにして、予備加熱手段６をＡ４サイズ紙と近接した位置に移動させるようにしたものである。

Ａ３サイズ紙の定着画像を見ると、極めて高画質の定着画像であった。そして、小サイズ紙を連続通紙している途中で、予備加熱手段が作動した場合でも、予備加熱手段立ち上げのための待ち時間は不要であり、スムーズに連続通紙が行えた。
【００６２】
［請求項２の発明の実施の形態］
図１３は、請求項２の発明の実施の形態を説明するための概略図で、部材３７は熱により変形する部材（バイメタル形状記憶合金など）である。以下、部材３７が形状記憶合金の例を示す。形状記憶合金３７は、バネ形状をしており、定着ローラ８の端部と熱的に結合されており、定着ローラ８が加熱されると、形状記憶合金３７のバネも加熱される状態にある（図では、吸熱板３７ａを用いて形状記憶合金３７に熱を伝えている）。そして、端部温度上昇が生じ、定着ローラ８の端部温度が一定以上になると、形状記憶合金３７のバネが縮み、それに連動したレバー３８を下げる。レバー３８には、予備加熱手段６が接合されており、レバー３８が下がることによって、予備加熱手段６が下がり、記録体５と近接した位置に移動する。したがって、端部温度に応じて、予備加熱手段６を記録体５と近接した位置、離れた位置に自動的に移動させることができ、モータなどの特別な駆動手段などを設けることなく、低コストである。
また、この実施の形態では、形状記憶合金を用いた例を示したが、バイメタルを用いても同様の効果を出すことができる。
【００６３】
〔実施例８〕
この実施例は、図１３に示される構成によるもので、以下に示す条件のＡ３記録紙用の定着装置を作製し、Ａ４サイズ紙を連続５０枚通紙した後に、表面にトナー画像を形成したＡ３サイズ記録紙の定着を行ったものである。

Ａ３サイズ紙の定着画像を見ると、極めて高画質の定着画像であった。
【００６４】
［本発明に関連する定着装置の第７の実施の形態］
図１４は、本発明に関連する定着装置の第７の実施の形態を説明するための概略図で、ヒータ３９の加熱部材３８は、ガイド板を兼ねている。したがって、ヒータ３９を動作させることによって、ガイド板３８が加熱され、それにより、ガイド板３８と接触している記録体５を加熱する。ガイド板３８の材料としては、熱伝導率がよく、薄く形成できるものであれば用いることができる。そのような材料としては、例えば、Ａｌ，ＳＵＳ，Ｎｉ，Ｃｕ等の金属及びその合金や、高熱伝導性のセラミックス等がある。
【００６５】
前述のような構成とすることによって、予備加熱手段（ガイド板３８）と記録体５との距離は、常に一定に保たれ（接触状態）、例えば、予備加熱手段を交換したときなども、その位置調整が簡単にできるようになる。さらに、ガイド板の後端は、比較的ニップ部近傍にまで来るため、予備加熱された後の記録体５の温度が、放熱により大きく低下してしまうことがなく、予備加熱効率が向上する。さらに、ガイド板は薄く形成することが可能であるため、熱容量を小さくすることができ、予備加熱の電力を低減することができる。
【００６６】
〔実施例９〕
この実施例は、図１４に示される構成によるもので、以下に示す条件のＡ３記録紙用の定着装置を作製し、Ａ４サイズ紙を連続５０枚通紙した後に、表面にトナー画像を形成したＡ３サイズ記録紙の定着を行った。その後ガイド板（予備加熱手段）を交換して、同様の定着を行ったものである。

Ａ３サイズ紙の定着画像を見ると、極めて高画質の定着画像であった。そして、ガイド板を交換した後の定着画像も同様に高画質の定着画像であった。
【００６７】
【発明の効果】
請求項１に対応する効果：定着装置に小サイズ紙を連続通紙（定着）するとき、記録体を定着前に加熱することで通紙部の消費熱量を少なくし、定着ローラの表面の非通紙部の温度上昇を低減することができ、その後で、大サイズ紙を通紙してもオフセットが生じず、高品位の定着画像が得られた。また、非通紙部の温度上昇改善のための手段に、本発明は可動部を有しないため、摩擦等による劣化がない信頼性の高い定着装置が実現できた。さらに、ガラスや、セラミックス等の表面に発熱抵抗体を設けた定着ローラの場合でも、定着ローラの劣化、破損が生じない信頼性の高い定着装置が実現できた。また、予備加熱手段を記録体から離れた位置に移動させ、予備加熱手段を動作させるときのみ、記録体に近接した位置に移動させることで、常に予備加熱手段を加熱することができ予備加熱手段を加熱するための待ち時間が不要になり、必要なときのみ、予備加熱手段を記録体に近接できるので、不必要なときに、記録体を加熱し、定着ローラの温度が不均一になってしまうことが防げる。
【００７３】
請求項２に対応する効果：請求項１の効果に加え、距離変更手段にモータなどの特別な駆動手段を設けなくてすみ、低コストである。
【００７４】
請求項３に対応する効果：請求項３の発明によれば、請求項１，２の定着装置を備えるので、信頼性のある画像形成装置を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関連する定着装置の第１の実施の形態を説明するための概略図である。
【図２】予備加熱手段６の形態を例示する図である。
【図３】図１において、非通紙部温度Ｔｗ上昇を示したグラフである。
【図４】本発明に関連する定着装置の第２の実施の形態を説明するための概略図で、図１の構成とは違う熱し方の定着ローラ８を使用した場合の構成図である。
【図５】図４において、前記定着ローラ８の具体的な構造を示した断面図である。
【図６】図４において、非通紙部温度Ｔｗ上昇を示したグラフである。
【図７】本発明に関連する定着装置の第３の実施の形態を説明するための定着部斜視図である。
【図８】本発明に関連する定着装置の第４の実施の形態を説明するための概略断面図である。
【図９】図３において、ローラ状予備加熱手段１４の断面図である。
【図１０】本発明に関連する定着装置の第５の実施の形態を説明するためのＡ３，Ａ４，Ｂ５，はがきサイズが使用できる定着装置概略図である。
【図１１】本発明に関連する定着装置の第６の実施の形態を説明するための予備加熱手段の構成図である。
【図１２】請求項１の発明の実施の形態を説明するための概略図である。
【図１３】請求項２の発明の実施の形態を説明するための概略図である。
【図１４】本発明に関連する定着装置の第７の実施の形態を説明するための概略図である。
【符号の説明】
１…熱源、２…定着ローラ、３…加圧ローラ、４…ガイド板、５…記録体、６…加熱手段（予備加熱手段）、７…温度センサ。

Claims (3)

1. 内部あるいは表面に熱源を有する定着ローラを記録体に接触させることにより該記録体上のトナー像を加熱定着する定着装置において、前記定着ローラの上流側に、前記記録体の少なくとも中央部を含む領域を加熱する加熱手段と、該加熱手段と前記記録体との距離を変更する距離変更手段とを有することを特徴とする定着装置。
2. 前記距離変更手段は、温度により形状が変化する部材からなることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 一連の画像形成プロセスによって形成された画像を記録体に記録する画像形成装置であって、請求項１または２に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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