JP3646450B2 - 定着装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式を利用した電子写真装置に適用され、記録シート上の未定着トナー像を加熱加圧により定着する加熱加圧ローラ型の定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
定着装置としては、従来より、一対のローラ間のニップ領域に未定着トナー像を担持した記録シートを通過させることにより、定着を行う加熱加圧ローラ型の定着装置が多用されている。
【０００３】
図１４はその定着装置を示す。この定着装置１は、軸受により回転自在に保持された定着ローラ２と、軸受により回転自在に保持され、かつ加圧ばねによって定着ローラ２に圧接する加圧ローラ３と、定着ローラ２に内装され、定着ローラ２を加熱するヒータ４と、ヒータ４への通電を行うヒータドライバ５と、定着ローラ２の表面温度を検出する温度センサ６と、定着ローラ２を回転駆動するローラ駆動部７と、温度センサ６の検出温度に基づいてヒータドライバ５を制御するとともに、ローラ駆動部７を制御する制御部８を有して構成されている。定着ローラ２は、中空のアルミニウムからなるコア２ａの外周面にＨＴＶ（High Temperature Vulcanization）シリコーンゴム等の弾性体層２ｂを形成し、その弾性体層２ｂの外周面にＲＴＶ（Room Temperature Vulcanization）シリコーンゴム等の離型性層２ｃを形成している。加圧ローラ３は、金属からなるコア３ａの外周面にシリコーンゴム等の弾性体層３ｂを形成し、その弾性体層３ｂの外周面にＰＦＡやＰＴＦＲ等の離型性層をコーティングしている。
【０００４】
上記構成の定着装置１において、制御部８に記録開始信号が入力されると、制御部８は、定着ローラ２の表面温度を室温から定着可能な温度（定着温度）まで立ち上げるウォームアップを行う。すなわち、ヒータドライバ５を制御してヒータ４への通電をオンする。ヒータ４への通電によりヒータ４が加熱し、定着ローラ２の表面温度が上昇する。温度センサ６が検出している定着ローラ２の表面温度が定着温度に達すると、ウォームアップを終了する。ウォームアップ終了後は、制御部８は、定着ローラ２の表面温度が定着温度を保つよう温度センサ６の検出温度に基づいてヒータドライバ５のフィードバック制御を行う。ヒータドライバ５は、制御部８のフィードバック制御によりヒータ４への通電をオンオフする。また、制御部８は、ローラ駆動部７を制御して定着ローラ２を定着時の回転速度（定着速度）で駆動する。定着ローラ２が回転すると、加圧ローラ３も定着ローラ２に従動して回転する。未定着トナー像を担持した記録シートＰが搬送路９に沿って搬送され、定着ローラ２と加圧ローラ３の間のニップ領域９ａを通過すると、未定着トナー像が記録シートＰ上に加熱加圧されて定着される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の定着装置１によると、室温に近い温度からヒータ４への通電を開始し、定着ローラ２が定着温度に達するまで定着ローラ２が停止しているため、定着ローラ２の加圧ローラ３と接触していた部分が加圧ローラ３に熱を奪われ、局所的に温度が低くなる。この状態で直ちに定着ローラ２を回転させて未定着トナー像の定着を行った場合、定着ローラ２の局所的に温度の低い部分で定着された箇所にグロスむらや定着不良等の画質欠陥が生ずるという欠点があった。特に、定着ローラ２を薄肉にして低熱容量化し、ウォームアップ開始からウォームアップ終了までの時間（ウォームアップ時間）を短くした場合、定着ローラ２の加圧ローラ３に接触していた部分と接触していない部分の温度差が大きくなり、グロスむらや定着不良等の画質欠陥が顕著に現れやすい。
一方、ウォームアップ中に定着ローラ２を定着時の回転速度で回転させておけば、定着ローラ２の周方向にわたって熱を奪われるので、定着ローラ２の周面の温度差はなくなるが、ウォームアップ時間が長くなるという問題を生ずる。
また、定着ローラ２と加圧ローラ３の双方に熱源を持たせてそれぞれのローラ２，３を加熱し、定着ローラ２の周面の温度差をなくす方法もあるが、消費電力の増大とコストアップを招くという問題を生ずる。
【０００６】
従って、本発明の目的は、省電力化が図れ、ウォームアップ開始からグロスむらや定着不良等の画質欠陥を生ずることなく定着できるようになるまでの時間を短くすることができる定着装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、互いに圧接された定着ローラと加圧部材を備え、前記定着ローラと前記加圧部材との圧接部に未定着トナー像を担持した記録媒体を通過させることにより、前記未定着トナー像を前記記録媒体に加熱加圧定着させる定着装置において、前記定着ローラの周面上の一点の温度を検出する検出手段と、前記定着ローラを回転駆動する駆動手段と、前記定着ローラを加熱する加熱手段と、前記検出手段が検出する前記温度が定着温度に達したとき、前記定着ローラの回転速度を第１の速度で回転するよう前記駆動手段を制御するとともに、前記定着ローラの温度が前記定着温度を保つように前記加熱手段を制御し、前記検出手段が検出する前記温度が前記定着温度に達するまでの前記定着ローラのウォームアップ中に、前記駆動手段を制御して前記定着ローラを前記第１の速度よりも低速の第２の速度で回転させる制御手段とを備え、前記第２の速度は、前記検出手段によって検出された前記温度が前記定着温度に達したとき、前記定着ローラの周面上の高温部と低温部との温度差が所定の温度範囲内となるように設定することにより、前記ウォームアップの開始から前記定着ローラの温度が前記定着温度に達するまでの時間を短縮するようにしたことを特徴とする定着装置を提供する。
また、本発明は、上記目的を達成するため、互いに圧接された定着ローラと加圧部材を備え、前記定着ローラと前記加圧部材との圧接部に未定着トナー像を担持した記録媒体を通過させることにより、前記未定着トナー像を前記記録媒体に加熱加圧定着させる定着装置において、前記定着ローラの周面上の一点の温度を検出する検出手段と、前記定着ローラを回転駆動する駆動手段と、前記定着ローラを加熱する加熱手段と、前記検出手段が検出する前記温度が定着温度に達したとき、前記定着ローラの回転速度を第１の速度で回転するよう前記駆動手段を制御するとともに、前記定着ローラの温度が前記定着温度を保つように前記加熱手段を制御し、前記検出手段が検出する前記温度が前記定着温度に達するまでの前記定着ローラのウォームアップ中に、前記駆動手段を制御して前記定着ローラを前記第１の速度よりも低速の第２の速度で回転させる制御手段とを備え、前記第２の速度は、前記ウォームアップ中の前記定着ローラの回転速度と前記ウォームアップの開始から前記定着ローラが前記定着温度に達し、かつ、前記定着ローラの周面上の高温部と低温部との温度差が所定の値となるまでの時間との関係に基づいて定められたことを特徴とする定着装置を提供する。
ウォームアップ中に定着ローラを回転させずに定着ローラを加熱すると、ウォームアップ開始から温度センサが検出する定着ローラの表面温度が定着可能な温度（以下「定着温度」という。）に達するまでの時間（以下「ウォームアップ時間」という。）は、例えば１５秒と短いが、定着ローラが定着温度に達した時点では定着ローラの周面上の最大温度と最低温度との温度差が大きいため、ウォームアップ開始から定着可能（グロスむらや定着不良等の画質欠陥を生じることなく定着できる温度差）となるまでの時間が例えば２５秒と長くなる。
一方、ウォームアップ中に定着ローラを定着時の回転速度で回転させながら定着ローラを加熱すると、定着ローラが定着温度に達した時点で定着ローラの周面の温度差は画質欠陥を生じない温度差となるが、ウォームアップ開始から定着可能となるまでの時間が例えば２２秒と長くなる。
そこで、本発明の構成のように、ウォームアップ中に定着ローラを所定の回転速度で回転させながら定着ローラを加熱すると、定着ローラが定着温度に達した時点で定着ローラの周面の温度差は画質欠陥を生じない温度差となり、ウォームアップ開始から定着可能となるまでの時間が例えば１７秒と短かくなる。
また、定着ローラ側のみに熱源を持たせることで、定着ローラと加圧部材の双方に熱源を持たせたのと比較して省電力化が図れる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１(a) は本発明の第１の実施の形態に係る定着装置の構成図、同図(b) は同図(a) のＡ部拡大図である。この定着装置１０は、不図示の軸受により回転自在に保持された定着ローラ１１と、この定着ローラ１１に圧縮コイルばね等の付勢部材１２の押圧力によって例えば３０ｋｇで定着ローラ１１に圧接する加圧部材１３と、定着ローラ１１に内装され、定着ローラ１１を加熱する例えば８００Ｗのハロゲンランプ等のヒータ１４と、ヒータ１４への通電を行うヒータドライバ１５と、定着ローラ１１の表面温度を検出するサーミスタ等の温度センサ１６と、定着ローラ１１を回転駆動するローラ駆動部１７と、温度センサ１６の検出温度に基づいてヒータドライバ１５を制御するとともに、ローラ駆動部１７を制御する制御部１８Ａを有して概略構成されている。
【０００９】
定着ローラ１１は、薄肉にして低熱容量化したものであり、例えば、外径３０ｍｍ，肉厚０．３５ｍｍ，長さ３６０ｍｍを有し、円筒状の金属からなるコア１１０の外周面に、ＬＴＶ（Ligh Temperature Vulcanization）シリコーンゴム等を例えば厚さ２００μｍでディップコーティングして離型性層１１１を形成したものであり、コア１１０に上記ヒータ１４を内装し、離型性層１１１の表面に上記温度センサ１６を当接させている。
【００１０】
加圧部材１３は、定着ローラ１１に接触配置されたエンドレスベルト１３０と、エンドレスベルト１３０を付勢部材１２の押圧力によって定着ローラ１１に圧接する圧力パッド１３１とから構成されている。また、エンドレスベルト１３０と圧力パッド１３１との間には、両者間の摩擦力を低減するための潤滑剤（信越化学株式会社製Ｇ−４０グリース）を介在させている。
【００１１】
エンドレスベルト１３０は、例えば、周長９４ｍｍ，肉厚７５μｍ，幅３２０ｍｍを有し、熱硬化性ポリイミドを基材１３０ａとし、この基材１３０ａの外周面にＰＦＡを例えば厚さ３０μｍでコーティングして離型性層１３０ｂを形成している。定着ローラ１１へのエンドレスベルト１３０の巻付け角度は約４５°となり、ニップ領域１９ａの幅は約１０ｍｍとなる。
【００１２】
圧力パッド１３１は、ベルト１３０を円滑に走行させるための例えば長さ３６０ｍｍの楕円管状のベルト走行ガイド１３２と、ベルト走行ガイド１３２の上部に長さ３２０ｍｍにわたって設けられた切欠き部１３２ａに固定された断面凹状の例えば長さ３２０ｍｍの支持体１３３と、支持体１３３の凹部１３３ａに固定された弾性体１３４と、弾性体１３４のベルト接触面１３４ａに付着された低摩擦フィルム１３５とから構成されている。ベルト走行ガイド１３２の両端には、ベルト１３０の寄りを規制する不図示の鍔部を設けている。弾性体１３４は、例えば、幅１０ｍｍ，肉厚５ｍｍ，長さ３２０ｍｍを有するシリコーンゴムスポンジからなる。低摩擦フィルム１３５には、例えばテフロン樹脂を含浸させたガラス樹脂シートを用いることができる。
【００１３】
制御部１８Ａは、記録開始信号が入力されると、定着ローラ１１の加熱を開始するとともに、定着ローラ１１を記録シートＰの定着時の回転速度（定着速度）（例えば周速度１６０ｍｍ／ｓ）より遅い所定の回転速度（例えば周速度１０〜６０ｍｍ／ｓ）で回転させるウォームアップを行うようになっている。また、制御部１８は、温度センサ１６が検出している定着ローラ１１の表面温度が定着温度（例えば１５０℃）に達すると、ウォームアップを終了し、定着ローラ１１の表面温度が定着温度を保つよう温度センサ１６の検出温度に基づいてヒータドライバ１５のフィードバック制御を行うとともに、定着ローラ１１が定着速度で回転するようローラ駆動部１７を制御するようになっている。
【００１４】
次に、ウォームアップ中の定着ローラ１１の回転速度を定着速度（周速度１６０ｍｍ／ｓ）より遅い所定の回転速度（１０〜６０ｍｍ／ｓ）としたことの根拠について説明する。
【００１５】
図２は比較例１としてウォームアップ終了後に定着ローラ１１を定着速度（１６０ｍｍ／ｓ）ＶC1で回転させた場合の定着ローラ１１の温度変化を測定したものである。同図に示すように、定着ローラ１１を回転させずにウォームアップを行うと、ウォームアップ時間ｔｗは約１５秒と短い。しかし、その後は、定着ローラ１１の表面温度が同図の点線枠Ｂで囲んだように脈動する。これは、温度センサ１６が当接していた定着ローラ１１の部分は、ウォームアップ開始から約１５秒で定着温度に達するが、ベルト１３０に接触していた定着ローラ１１の部分、すなわち、ニップ領域１９ａにあった部分は、ベルト１３０への放熱が大きいため、ニップ領域１９ａ以外の領域よりも温度が低いことからこのような挙動を示したものである。実際、定着ローラ１１のニップ領域１９ａにあった部分は、他の部分よりも３０℃低い１２０℃であった。このように定着ローラ１１の周面の温度差が大きいまま未定着トナー像を担持した記録シートＰがニップ領域１９ａに入ると、定着ローラ１１の温度が低い部分で定着された箇所だけグロスむらや定着不良等の画質欠陥を生ずる。また、定着ローラ１１の周面の温度差が問題なく定着できる温度差は、トナーの種類によって異なり、富士ゼロックス社製カラー複写機(A Color 935/930) 用のトナーを用いた場合は、５℃以下となる。従って、定着温度に達してから定着ローラ１１の周面の温度差が問題なく定着できる温度差（５℃以下）になるのに約１０秒要し、結果的にウォームアップ開始から定着可能となるまでの時間ｔａは約２５秒要する。
【００１６】
図３は比較例２としてウォームアップ開始と同時に定着速度（１６０ｍｍ／ｓ）ＶC1で回転させた場合の定着ローラ１１の温度変化を測定したものある。ウォームアップ開始と同時に定着ローラ１１を定着速度ＶC1で回転させると、定着ローラ１１の全周面から加圧部材１３へ放熱されるため、定着ローラ１１の温度むらはほぼなくなる。しかし、加圧部材１３への放熱量が多いため、ウォームアップ時間ｔｗは約２２秒と比較例１より７秒長くなる。
【００１７】
図４は温度センサ１６の検出温度が定着温度に達した時の定着ローラ１１の周面の温度差をウォームアップ中の定着ローラ１１の回転速度を変化させて測定したものである。同図から明らかなように、定着ローラ１１の回転速度の増加とともに、定着ローラ１１の周面の温度差は減少することが分かる。定着ローラ１１の全周面から加圧部材１３へ放熱させるためにウォームアップ中に少なくとも定着ローラ１１を１回転させる必要がある。定着ローラ１１の周面の温度差を５℃以下にするためには、ウォームアップ中の定着ローラ１１の回転速度を２２ｍ／ｓ以上、言い換えると、ウォームアップ中に定着ローラ１１を３〜４回転させることが望ましい。
【００１８】
図５はウォームアップ時間ｔｗをウォームアップ中の定着ローラ１１の回転速度を変化させて測定したものである。同図から明らかなように、ウォームアップ中の定着ローラ１１の回転速度が速くなればなるほど、ウォームアップ時間ｔｗが増長することが分かる。従って、図４および図５より、定着ローラ１１の周面の温度差が５℃以下で定着ローラ１１の回転速度が遅いことが望ましいことが分かる。
【００１９】
図６はウォームアップ開始から定着可能となるまでの時間ｔａをウォームアップ中の定着ローラ１１の回転速度を変化させて測定したものであり、表１はその結果をまとめたものである。
【表１】
図６および表１から明らかなように、ウォームアップ中の定着ローラ１１の回転速度を１０〜６０ｍｍ／ｓとすることにより、ヒータ１５への通電開始から１８秒程度で画質欠陥を生じることなく定着が可能となることが分かる。従って、ウォームアップ開始から定着可能となるまでの時間ｔａが比較例１では２５秒、比較例２では２２秒であったものが、ウォームアップ中の定着ローラ１１の回転速度を１０〜６０ｍｍ／ｓとすることで、約１８秒と短縮することができる。
【００２０】
次に、本定着装置１０の動作を図７のタイムチャートを参照して説明する。図７に示すように制御部１８に記録開始信号が入力されると、制御部１８は、定着ローラ１１の加熱を開始するとともに、定着ローラ１１を所定の回転速度（周速度１０〜６０ｍｍ／ｓ）Ｖｗで回転させるウォームアップを行う。すなわち、制御部１８は、ヒータドライバ５を制御してヒータ４への通電をオンする。ヒータ４への通電によりヒータ４が加熱し、定着ローラ１１の表面温度が上昇する。この定着ローラ１１の加熱と同時に、制御部１８は、ローラ駆動部１７を制御して定着ローラ１１を所定の回転速度Ｖｗで駆動する。定着ローラ１１は、所定の回転速度Ｖｗで回転し、エンドレスベルト１３０は、定着ローラ１１に従動して回転する。温度センサ１６が検出している定着ローラ１１の表面温度が定着温度（１５０℃）Ｔc に達すると、ウォームアップを終了し、制御部１８は、定常制御を行う。すなわち、制御部１８は、定着ローラ１１の表面温度が定着温度Ｔc を保つよう温度センサ１６の検出温度に基づいてヒータドライバ１５のフィードバック制御を行う。ヒータドライバ１５は、制御部１８のフィードバック制御によりヒータ１４への通電をオンオフする。このフィードバック制御と同時に、制御部１８は、定着ローラ１１が定着速度（周速度１６０ｍｍ／ｓ）Ｖc1で回転するようローラ駆動部１７を制御する。未定着トナー像を担持した記録シートＰが搬送路１９に沿って搬送され、定着ローラ１１とエンドレスベルト１３０との間のニップ領域１９ａを通過すると、未定着トナー像が記録シートＰ上に加熱加圧されて定着される。
【００２１】
次に、第１の実施の形態の効果を説明する。
(イ) ウォームアップ中に定着ローラ１１を定着速度ＶC1より遅い所定の回転速度Ｖｗで回転させているので、ウォームアップ開始から定着可能となるまでの時間ｔａを必要以上に長くすることなく、定着ローラ１１の加熱を均一に行い、ウォームアップ終了直後に定着を行ってもグロスむらや定着不良等の画質欠陥を防ぐことができる。
(ロ) 定着ローラ１１を低熱容量化しているので、ウォームアップ開始から定着可能となるまでの時間ｔａをより一層短くすることができる。
(ハ) 定着ローラ１１側のみに熱源を持たせているので、定着ローラと加圧部材の双方に熱源を持たせているのと比較して消費電力の低減とコストダウンを図ることができる。
(ニ) 本定着装置１０をＩＢＴ方式やＣＴＲ方式等のカラー複写機に適用した場合、画像形成開始時に記録シートＰ1 が搬送されてから定着ローラ１１に達するまでに１８秒程度要する。本定着装置１０によれば、これ以下の時間でウォームアップを完了することが可能であるので、定着ローラ１１が室温にある状態でも、画像形成開始信号が入力されてから直ちに画像形成を開始しても、記録シートＰ1 がニップ領域１９ａに入る以前に定着ローラ１１が定着温度に達し、定着が可能となる。つまり、待機時において定着ローラ１１を加熱しておかなくても済むという利点がある。
(ホ) 圧力パッド１３１とベルト１３０内周面との摩擦力が定着ローラ１１の駆動トルクを増大させるため、圧力パッド１３１とベルト１３０の間には、潤滑剤（信越化学株式会社製Ｇ−４０グリース）を介在させている。この潤滑剤の温度特性により図８に示すように、定着ローラ１１の駆動トルクが変わる。定着ローラ１１の温度が低い場合は、潤滑剤の粘度が高いため、駆動トルクが大きくなる。また、この場合、定着ローラ１１の回転速度依存性も大きく、高速では駆動トルクが非常に大きくなる。従って、ウォームアップ中、すなわち定着ローラ１１の温度が低い場合に、低速回転させることは定着装置１０の最大トルクの低減にも有効である。
【００２２】
図９は本発明の第２の実施の形態に係る定着装置の動作を説明するためのタイムチャートである。この定着装置は、第１の実施の形態とは制御部１８Ａのみが異なり、他は第１の実施例と同様に構成されている。この第２の実施の形態に係る制御部は、図９に示すように、記録開始信号が入力されると、定着ローラ１１の加熱を開始するが、定着ローラ１１の表面温度がトナーのガラス転移温度（例えば８０℃）Ｔw に達してから、定着ローラ１１を所定の回転速度（周速度１０〜６０ｍｍ／ｓ）Ｖｗで回転させるウォームアップを行う。ウォームアップを終了後は、第１の実施の形態と同様に、定着ローラ１１の表面温度が定着温度Ｔｃを保ち、定着ローラ１１が定着速度ＶC1で回転するようにヒータドライバ１５およびローラ駆動部１７を制御する。
【００２３】
図１０は第２の実施の形態に係る定着装置１０について、定着ローラ１１がトナーのガラス転移温度（８０℃）Ｔw に達してから定着ローラ１１を回転させた場合のウォームアップ時間ｔｗをウォームアップ中の定着ローラ１１の回転速度を変化させて測定したものであり、表２はその結果をまとめたものである。
【表２】
定着ローラ１１の温度がトナーのガラス転移温度Ｔｗ以下のときに、定着ローラ１１を回転させると、クリーニング部材等に残留するトナーが定着ローラ１１の周面と擦れ、定着ローラ１１の周面を摩耗させる可能性がある。そこで、定着ローラ１１の温度がトナーのガラス転移温度Ｔｗ以上に上昇してから定着ローラ１１を回転させることが好ましい。例えば、富士ゼロックス社製カラー複写機(A Color 935/930) 用のトナーを用いた場合は、ガラス転移温度Ｔｗが約８０℃であるので、８０℃から回転を開始すればよい。図１０および表２から明らかなように、定着ローラ１１の回転速度が２５〜５０ｍｍ／ｓ付近、言い換えると、定着ローラ１１の外径が３０ｍｍであるので、ウォームアップ中の定着ローラ１１の回転が３〜４回転付近に最適値が存在することが分かる。
【００２４】
図１１は第３の実施の形態に係る定着装置の構成図である。この定着装置１０は、第１の実施の形態とは制御部のみが異なり、他は第１の実施の形態と同様に構成されている。この第３の実施の形態に係る制御部１８Ｂは、記録開始信号が入力されると、定着ローラ１１の加熱を開始するとともに、定着ローラ１１を通常の記録シートＰ1 の定着時の回転速度（第１の定着速度）（例えば周速度１６０ｍｍ／ｓ）より遅い厚紙，封筒，カラーＯＨＰ用シート等の特殊な記録シートＰ2 の定着時の回転速度（第２の定着速度）（例えば周速度３０ｍｍ／ｓ）で回転させるウォームアップを行うようになっている。また、制御部１８は、温度センサ１６が検出している定着ローラ１１の表面温度が定着温度（例えば１５０℃）に達すると、ウォームアップを終了し、定着ローラ１１の表面温度が定着温度を保つよう温度センサ１６の検出温度に基づいてヒータドライバ１５のフィードバック制御を行うとともに、記録媒体が通常の記録シートＰ1 の場合は、定着ローラ１１が第１の定着速度で回転し、特殊な記録シートＰ2 の場合は、定着ローラ１１が第２の定着速度で回転するようローラ駆動部１７を制御するようになっている。
【００２５】
次に、第３の実施の形態に係る定着装置１０の動作を図１２のタイムチャートを参照して説明する。
(1) 記録媒体が通常の記録シートＰ1 の場合
図１２に示すように制御部１８Ｂに記録開始信号が入力されると、制御部１８Ｂは、定着ローラ１１の加熱を開始するとともに、定着ローラ１１を第２の定着速度（周速度３０ｍｍ／ｓ）ＶC2で回転させるウォームアップを行う。すなわち、制御部１８Ｂは、ヒータドライバ５を制御してヒータ４への通電をオンする。ヒータ４への通電によりヒータ４が加熱し、定着ローラ１１の表面温度が上昇する。この定着ローラ１１の加熱と同時に、制御部１８Ｂは、ローラ駆動部１７を制御して定着ローラ１１を第２の定着速度ＶC2で駆動する。定着ローラ１１は、第２の定着速度ＶC2で回転し、エンドレスベルト１３０は、定着ローラ１１に従動して回転する。温度センサ１６が検出している定着ローラ１１の表面温度が定着温度（１５０℃）Ｔc に達すると、ウォームアップを終了し、制御部１８Ｂは、定常制御を行う。すなわち、制御部１８Ｂは、定着ローラ１１の表面温度が定着温度Ｔc を保つよう温度センサ１６の検出温度に基づいてヒータドライバ１５のフィードバック制御を行う。ヒータドライバ１５は、制御部１８Ｂのフィードバック制御によりヒータ１４への通電をオンオフする。このフィードバック制御と同時に、制御部１８Ｂは、通常の記録シートＰ1 のシート識別信号に基づいて、定着ローラ１１が第１の定着速度（周速度１６０ｍｍ／ｓ）Ｖc1で回転するようローラ駆動部１７を制御する。未定着トナー像を担持した記録シートＰ1 が搬送路１９に沿って搬送され、定着ローラ１１とエンドレスベルト１３０との間のニップ領域１９ａを通過すると、未定着トナー像が記録シートＰ1 上に加熱加圧されて定着される。
【００２６】
(2) 記録媒体が特殊な記録シートＰ2 の場合
記録開始信号が入力されると、制御部１８Ｂは、(1) の場合と同様にウォームアップを行い、ウォームアップ終了後は、図１２の想像線で示すように、特殊な記録シートＰ2 のシート識別信号に基づいて第２の定着速度（周速度３０ｍｍ／ｓ）ＶC2で定着ローラ１１を駆動するようローラ駆動部１７を制御する。特殊な記録シートＰ2 が、厚紙や封筒等のように熱容量が大きい場合は、定着速度を遅くすることにより加熱量が増大する。特殊な記録シートＰ2 が、カラーＯＨＰ用シートの場合は、定着速度を遅くすることにより、トナーの溶融状態が良好となってトナーの透光性が良くなる。
【００２７】
上述した第３の実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
(イ) 図１３はウォームアップ中の定着ローラ１１の回転速度（第１の定着速度ＶC1）を３０ｍｍ／ｓとした場合の定着ローラ１１の温度変化を測定したものである。同図から明らかなように、ウォームアップ中の回転速度を３０ｍｍ／ｓとすると、ウォームアップ開始から定着可能となるまでの時間ｔａを約１７秒に短縮することができる。定着ローラ１１の外径が３０ｍｍであるので、ウォームアップ中に５回転強ほど定着ローラ１１が回転することになる。従って、定着ローラ１１の全周面からほぼ均一に加圧部材１３へ放熱し、ウォームアップ終了時の温度差は３〜４℃で問題とならない値となった。
(ロ) ウォームアップ中に定着ローラ１１を特殊な記録シートＰ2 の定着時の回転速度である第２の定着速度ＶC2で回転させているので、定着ローラ１１の駆動系および制御系を簡素化することができる。
【００２８】
本発明は、加圧部材の構成に依らず、ウォームアップ中に加圧部材の温度が定着ローラよりも低くなっている場合に有効である。従って、本発明は、他の加圧部材の構成を有する定着装置においても有効となる。以下、その構成を図１４および図１５を参照して説明する。
【００２９】
図１４は本発明の第４の実施の形態に係る定着装置の構成図である。この定着装置１０は、第１の実施の形態とは加圧部材のみ異なり、他は第１の実施例と同様に構成されている。この第４の実施の形態の加圧部材２０は、断面凹状の支持体２００と、支持体２００の凹部２００ａに固定された弾性体２０１とから構成され、圧縮コイルばね等の付勢部材２１によって定着ローラ１１に圧接している。この第４の実施の形態によれば、加圧部材２０の構成を簡素化することができるとともに、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００３０】
図１５は、本発明の第５の実施の形態に係る定着装置の構成図である。この定着装置１０は、第１の実施の形態とは定着ローラと加圧部材のみ異なり、他は第１の実施の形態と同様に構成されている。この第５の実施の形態の定着ローラ２２は、薄肉にして低熱容量化したものであり、中空のアルミニウムからなるコア２２０の外周面にＨＴＶ（High Temperature Vulcanization）シリコーンゴム等の弾性体層２２１を形成し、弾性体層２２１の外周面にＲＴＶ（RoomTemperature Vulcanization）シリコーンゴム等の離型性層２２２を形成している。加圧部材２３は、回転可能な状態で定着ローラ２２に当接されたエンドレスベルト２３０と、エンドレスベルト２３０の内側に回転可能な状態で配置され、エンドレスベルト２３０を介して定着ローラ２２に圧接する一対の加圧ローラ２３０とから構成されている。この第５の実施の形態によれば、小さな駆動トルクによって記録シートＰを搬送することができるとともに、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の定着装置によれば、ウォームアップ中に定着ローラを所定の回転速度で回転させながら定着ローラを加熱しているので、ウォームアップ開始からグロスむらや定着不良等の画質欠陥を生ずることなく定着できるようになるまでの時間を例えば１７秒と短くすることができる。
また、定着ローラ側のみに熱源を持たせることで、定着ローラと加圧部材の双方に熱源を持たせた場合と比較して省電力化およびコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 (a) は本発明の第１の実施の形態に係る定着装置の構成図、(b) は(a) のＡ部拡大図
【図２】比較例１の測定結果を示す図
【図３】比較例２の測定結果を示す図
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る定着装置の測定結果を示す図
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る定着装置の測定結果を示す図
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る定着装置の測定結果を示す図
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る定着装置の動作を説明するためのタイムチャート
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る定着装置の測定結果を示す図
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る定着装置の動作を説明するためのタイムチャート
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る定着装置の測定結果を示す図
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係る定着装置の構成図
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係る定着装置の動作を説明するためのタイムチャート
【図１３】本発明の第３の実施の形態に係る定着装置の測定結果を示す図
【図１４】本発明の第４の実施の形態に係る定着装置の構成図
【図１５】本発明の第５の実施の形態に係る定着装置の構成図
【図１６】従来の定着装置の構成図
【符号の説明】
１０ 定着装置
１１ 定着ローラ
１１０ コア
１１１ 離型性層
１２ 付勢部材
１３ 加圧部材
１３０ エンドレスベルト
１３０ａ 基材
１３０ｂ 離型性層
１３１ 圧力パッド
１３２ ベルト走行ガイド
１３２ａ 切欠き部
１３３ 支持体
１３３ａ 凹部
１３４ 弾性体
１３４ａ ベルト接触面
１３５ 低摩擦フィルム
１４ ヒータ
１５ ヒータドライバ
１６ 温度センサ
１７ ローラ駆動部
１８Ａ，１８Ｂ 制御部
１９ 搬送路
１９ａ ニップ領域
２０ 加圧部材
２００ 支持体
２００ａ 凹部
２０１ 弾性体
２１ 付勢部材
２２ 定着ローラ
２２０ コア
２２１ 弾性体層
２２２ 離型性層
２３ 加圧部材
２３０ エンドレスベルト
２３１ 加圧ローラ
Ｐ1 通常の記録シート
Ｐ2 特殊な記録シート
Ｔc 定着温度
Ｔｗ ガラス転移温度
ｔｗ 定着温度到達時間
ｔａ ウォームアップ時間
ＶC1 第１の定着速度
ＶC2 第２の定着速度
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式を利用した電子写真装置に適用され、記録シート上の未定着トナー像を加熱加圧により定着する加熱加圧ローラ型の定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
定着装置としては、従来より、一対のローラ間のニップ領域に未定着トナー像を担持した記録シートを通過させることにより、定着を行う加熱加圧ローラ型の定着装置が多用されている。
【０００３】
図１４はその定着装置を示す。この定着装置１は、軸受により回転自在に保持された定着ローラ２と、軸受により回転自在に保持され、かつ加圧ばねによって定着ローラ２に圧接する加圧ローラ３と、定着ローラ２に内装され、定着ローラ２を加熱するヒータ４と、ヒータ４への通電を行うヒータドライバ５と、定着ローラ２の表面温度を検出する温度センサ６と、定着ローラ２を回転駆動するローラ駆動部７と、温度センサ６の検出温度に基づいてヒータドライバ５を制御するとともに、ローラ駆動部７を制御する制御部８を有して構成されている。定着ローラ２は、中空のアルミニウムからなるコア２ａの外周面にＨＴＶ（High Temperature Vulcanization）シリコーンゴム等の弾性体層２ｂを形成し、その弾性体層２ｂの外周面にＲＴＶ（Room Temperature Vulcanization）シリコーンゴム等の離型性層２ｃを形成している。加圧ローラ３は、金属からなるコア３ａの外周面にシリコーンゴム等の弾性体層３ｂを形成し、その弾性体層３ｂの外周面にＰＦＡやＰＴＦＲ等の離型性層をコーティングしている。
【０００４】
上記構成の定着装置１において、制御部８に記録開始信号が入力されると、制御部８は、定着ローラ２の表面温度を室温から定着可能な温度（定着温度）まで立ち上げるウォームアップを行う。すなわち、ヒータドライバ５を制御してヒータ４への通電をオンする。ヒータ４への通電によりヒータ４が加熱し、定着ローラ２の表面温度が上昇する。温度センサ６が検出している定着ローラ２の表面温度が定着温度に達すると、ウォームアップを終了する。ウォームアップ終了後は、制御部８は、定着ローラ２の表面温度が定着温度を保つよう温度センサ６の検出温度に基づいてヒータドライバ５のフィードバック制御を行う。ヒータドライバ５は、制御部８のフィードバック制御によりヒータ４への通電をオンオフする。また、制御部８は、ローラ駆動部７を制御して定着ローラ２を定着時の回転速度（定着速度）で駆動する。定着ローラ２が回転すると、加圧ローラ３も定着ローラ２に従動して回転する。未定着トナー像を担持した記録シートＰが搬送路９に沿って搬送され、定着ローラ２と加圧ローラ３の間のニップ領域９ａを通過すると、未定着トナー像が記録シートＰ上に加熱加圧されて定着される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の定着装置１によると、室温に近い温度からヒータ４への通電を開始し、定着ローラ２が定着温度に達するまで定着ローラ２が停止しているため、定着ローラ２の加圧ローラ３と接触していた部分が加圧ローラ３に熱を奪われ、局所的に温度が低くなる。この状態で直ちに定着ローラ２を回転させて未定着トナー像の定着を行った場合、定着ローラ２の局所的に温度の低い部分で定着された箇所にグロスむらや定着不良等の画質欠陥が生ずるという欠点があった。特に、定着ローラ２を薄肉にして低熱容量化し、ウォームアップ開始からウォームアップ終了までの時間（ウォームアップ時間）を短くした場合、定着ローラ２の加圧ローラ３に接触していた部分と接触していない部分の温度差が大きくなり、グロスむらや定着不良等の画質欠陥が顕著に現れやすい。
一方、ウォームアップ中に定着ローラ２を定着時の回転速度で回転させておけば、定着ローラ２の周方向にわたって熱を奪われるので、定着ローラ２の周面の温度差はなくなるが、ウォームアップ時間が長くなるという問題を生ずる。
また、定着ローラ２と加圧ローラ３の双方に熱源を持たせてそれぞれのローラ２，３を加熱し、定着ローラ２の周面の温度差をなくす方法もあるが、消費電力の増大とコストアップを招くという問題を生ずる。
【０００６】
従って、本発明の目的は、省電力化が図れ、ウォームアップ開始からグロスむらや定着不良等の画質欠陥を生ずることなく定着できるようになるまでの時間を短くすることができる定着装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、互いに圧接された定着ローラと加圧部材を備え、前記定着ローラと前記加圧部材との圧接部に未定着トナー像を担持した記録媒体を通過させることにより、前記未定着トナー像を前記記録媒体に加熱加圧定着させる定着装置において、前記定着ローラの周面上の一点の温度を検出する検出手段と、前記定着ローラを回転駆動する駆動手段と、前記定着ローラを加熱する加熱手段と、前記検出手段が検出する前記温度が定着温度に達したとき、前記定着ローラの回転速度を第１の速度で回転するよう前記駆動手段を制御するとともに、前記定着ローラの温度が前記定着温度を保つように前記加熱手段を制御し、前記検出手段が検出する前記温度が前記定着温度に達するまでの前記定着ローラのウォームアップ中に、前記駆動手段を制御して前記定着ローラを前記第１の速度よりも低速の第２の速度で回転させる制御手段とを備え、前記第２の速度は、前記検出手段によって検出された前記温度が前記定着温度に達したとき、前記定着ローラの周面上の高温部と低温部との温度差が所定の温度範囲内となるように設定することにより、前記ウォームアップの開始から前記定着ローラの温度が前記定着温度に達するまでの時間を短縮するようにしたことを特徴とする定着装置を提供する。
また、本発明は、上記目的を達成するため、互いに圧接された定着ローラと加圧部材を備え、前記定着ローラと前記加圧部材との圧接部に未定着トナー像を担持した記録媒体を通過させることにより、前記未定着トナー像を前記記録媒体に加熱加圧定着させる定着装置において、前記定着ローラの周面上の一点の温度を検出する検出手段と、前記定着ローラを回転駆動する駆動手段と、前記定着ローラを加熱する加熱手段と、前記検出手段が検出する前記温度が定着温度に達したとき、前記定着ローラの回転速度を第１の速度で回転するよう前記駆動手段を制御するとともに、前記定着ローラの温度が前記定着温度を保つように前記加熱手段を制御し、前記検出手段が検出する前記温度が前記定着温度に達するまでの前記定着ローラのウォームアップ中に、前記駆動手段を制御して前記定着ローラを前記第１の速度よりも低速の第２の速度で回転させる制御手段とを備え、前記第２の速度は、前記ウォームアップ中の前記定着ローラの回転速度と前記ウォームアップの開始から前記定着ローラが前記定着温度に達し、かつ、前記定着ローラの周面上の高温部と低温部との温度差が所定の値となるまでの時間との関係に基づいて定められたことを特徴とする定着装置を提供する。
ウォームアップ中に定着ローラを回転させずに定着ローラを加熱すると、ウォームアップ開始から温度センサが検出する定着ローラの表面温度が定着可能な温度（以下「定着温度」という。）に達するまでの時間（以下「ウォームアップ時間」という。）は、例えば１５秒と短いが、定着ローラが定着温度に達した時点では定着ローラの周面上の最大温度と最低温度との温度差が大きいため、ウォームアップ開始から定着可能（グロスむらや定着不良等の画質欠陥を生じることなく定着できる温度差）となるまでの時間が例えば２５秒と長くなる。
一方、ウォームアップ中に定着ローラを定着時の回転速度で回転させながら定着ローラを加熱すると、定着ローラが定着温度に達した時点で定着ローラの周面の温度差は画質欠陥を生じない温度差となるが、ウォームアップ開始から定着可能となるまでの時間が例えば２２秒と長くなる。
そこで、本発明の構成のように、ウォームアップ中に定着ローラを所定の回転速度で回転させながら定着ローラを加熱すると、定着ローラが定着温度に達した時点で定着ローラの周面の温度差は画質欠陥を生じない温度差となり、ウォームアップ開始から定着可能となるまでの時間が例えば１７秒と短かくなる。
また、定着ローラ側のみに熱源を持たせることで、定着ローラと加圧部材の双方に熱源を持たせたのと比較して省電力化が図れる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１(a) は本発明の第１の実施の形態に係る定着装置の構成図、同図(b) は同図(a) のＡ部拡大図である。この定着装置１０は、不図示の軸受により回転自在に保持された定着ローラ１１と、この定着ローラ１１に圧縮コイルばね等の付勢部材１２の押圧力によって例えば３０ｋｇで定着ローラ１１に圧接する加圧部材１３と、定着ローラ１１に内装され、定着ローラ１１を加熱する例えば８００Ｗのハロゲンランプ等のヒータ１４と、ヒータ１４への通電を行うヒータドライバ１５と、定着ローラ１１の表面温度を検出するサーミスタ等の温度センサ１６と、定着ローラ１１を回転駆動するローラ駆動部１７と、温度センサ１６の検出温度に基づいてヒータドライバ１５を制御するとともに、ローラ駆動部１７を制御する制御部１８Ａを有して概略構成されている。
【０００９】
定着ローラ１１は、薄肉にして低熱容量化したものであり、例えば、外径３０ｍｍ，肉厚０．３５ｍｍ，長さ３６０ｍｍを有し、円筒状の金属からなるコア１１０の外周面に、ＬＴＶ（Ligh Temperature Vulcanization）シリコーンゴム等を例えば厚さ２００μｍでディップコーティングして離型性層１１１を形成したものであり、コア１１０に上記ヒータ１４を内装し、離型性層１１１の表面に上記温度センサ１６を当接させている。
【００１０】
加圧部材１３は、定着ローラ１１に接触配置されたエンドレスベルト１３０と、エンドレスベルト１３０を付勢部材１２の押圧力によって定着ローラ１１に圧接する圧力パッド１３１とから構成されている。また、エンドレスベルト１３０と圧力パッド１３１との間には、両者間の摩擦力を低減するための潤滑剤（信越化学株式会社製Ｇ−４０グリース）を介在させている。
【００１１】
エンドレスベルト１３０は、例えば、周長９４ｍｍ，肉厚７５μｍ，幅３２０ｍｍを有し、熱硬化性ポリイミドを基材１３０ａとし、この基材１３０ａの外周面にＰＦＡを例えば厚さ３０μｍでコーティングして離型性層１３０ｂを形成している。定着ローラ１１へのエンドレスベルト１３０の巻付け角度は約４５°となり、ニップ領域１９ａの幅は約１０ｍｍとなる。
【００１２】
圧力パッド１３１は、ベルト１３０を円滑に走行させるための例えば長さ３６０ｍｍの楕円管状のベルト走行ガイド１３２と、ベルト走行ガイド１３２の上部に長さ３２０ｍｍにわたって設けられた切欠き部１３２ａに固定された断面凹状の例えば長さ３２０ｍｍの支持体１３３と、支持体１３３の凹部１３３ａに固定された弾性体１３４と、弾性体１３４のベルト接触面１３４ａに付着された低摩擦フィルム１３５とから構成されている。ベルト走行ガイド１３２の両端には、ベルト１３０の寄りを規制する不図示の鍔部を設けている。弾性体１３４は、例えば、幅１０ｍｍ，肉厚５ｍｍ，長さ３２０ｍｍを有するシリコーンゴムスポンジからなる。低摩擦フィルム１３５には、例えばテフロン樹脂を含浸させたガラス樹脂シートを用いることができる。
【００１３】
制御部１８Ａは、記録開始信号が入力されると、定着ローラ１１の加熱を開始するとともに、定着ローラ１１を記録シートＰの定着時の回転速度（定着速度）（例えば周速度１６０ｍｍ／ｓ）より遅い所定の回転速度（例えば周速度１０〜６０ｍｍ／ｓ）で回転させるウォームアップを行うようになっている。また、制御部１８は、温度センサ１６が検出している定着ローラ１１の表面温度が定着温度（例えば１５０℃）に達すると、ウォームアップを終了し、定着ローラ１１の表面温度が定着温度を保つよう温度センサ１６の検出温度に基づいてヒータドライバ１５のフィードバック制御を行うとともに、定着ローラ１１が定着速度で回転するようローラ駆動部１７を制御するようになっている。
【００１４】
次に、ウォームアップ中の定着ローラ１１の回転速度を定着速度（周速度１６０ｍｍ／ｓ）より遅い所定の回転速度（１０〜６０ｍｍ／ｓ）としたことの根拠について説明する。
【００１５】
図２は比較例１としてウォームアップ終了後に定着ローラ１１を定着速度（１６０ｍｍ／ｓ）ＶC1で回転させた場合の定着ローラ１１の温度変化を測定したものである。同図に示すように、定着ローラ１１を回転させずにウォームアップを行うと、ウォームアップ時間ｔｗは約１５秒と短い。しかし、その後は、定着ローラ１１の表面温度が同図の点線枠Ｂで囲んだように脈動する。これは、温度センサ１６が当接していた定着ローラ１１の部分は、ウォームアップ開始から約１５秒で定着温度に達するが、ベルト１３０に接触していた定着ローラ１１の部分、すなわち、ニップ領域１９ａにあった部分は、ベルト１３０への放熱が大きいため、ニップ領域１９ａ以外の領域よりも温度が低いことからこのような挙動を示したものである。実際、定着ローラ１１のニップ領域１９ａにあった部分は、他の部分よりも３０℃低い１２０℃であった。このように定着ローラ１１の周面の温度差が大きいまま未定着トナー像を担持した記録シートＰがニップ領域１９ａに入ると、定着ローラ１１の温度が低い部分で定着された箇所だけグロスむらや定着不良等の画質欠陥を生ずる。また、定着ローラ１１の周面の温度差が問題なく定着できる温度差は、トナーの種類によって異なり、富士ゼロックス社製カラー複写機(A Color 935/930) 用のトナーを用いた場合は、５℃以下となる。従って、定着温度に達してから定着ローラ１１の周面の温度差が問題なく定着できる温度差（５℃以下）になるのに約１０秒要し、結果的にウォームアップ開始から定着可能となるまでの時間ｔａは約２５秒要する。
【００１６】
図３は比較例２としてウォームアップ開始と同時に定着速度（１６０ｍｍ／ｓ）ＶC1で回転させた場合の定着ローラ１１の温度変化を測定したものある。ウォームアップ開始と同時に定着ローラ１１を定着速度ＶC1で回転させると、定着ローラ１１の全周面から加圧部材１３へ放熱されるため、定着ローラ１１の温度むらはほぼなくなる。しかし、加圧部材１３への放熱量が多いため、ウォームアップ時間ｔｗは約２２秒と比較例１より７秒長くなる。
【００１７】
図４は温度センサ１６の検出温度が定着温度に達した時の定着ローラ１１の周面の温度差をウォームアップ中の定着ローラ１１の回転速度を変化させて測定したものである。同図から明らかなように、定着ローラ１１の回転速度の増加とともに、定着ローラ１１の周面の温度差は減少することが分かる。定着ローラ１１の全周面から加圧部材１３へ放熱させるためにウォームアップ中に少なくとも定着ローラ１１を１回転させる必要がある。定着ローラ１１の周面の温度差を５℃以下にするためには、ウォームアップ中の定着ローラ１１の回転速度を２２ｍ／ｓ以上、言い換えると、ウォームアップ中に定着ローラ１１を３〜４回転させることが望ましい。
【００１８】
図５はウォームアップ時間ｔｗをウォームアップ中の定着ローラ１１の回転速度を変化させて測定したものである。同図から明らかなように、ウォームアップ中の定着ローラ１１の回転速度が速くなればなるほど、ウォームアップ時間ｔｗが増長することが分かる。従って、図４および図５より、定着ローラ１１の周面の温度差が５℃以下で定着ローラ１１の回転速度が遅いことが望ましいことが分かる。
【００１９】
図６はウォームアップ開始から定着可能となるまでの時間ｔａをウォームアップ中の定着ローラ１１の回転速度を変化させて測定したものであり、表１はその結果をまとめたものである。
【表１】
図６および表１から明らかなように、ウォームアップ中の定着ローラ１１の回転速度を１０〜６０ｍｍ／ｓとすることにより、ヒータ１５への通電開始から１８秒程度で画質欠陥を生じることなく定着が可能となることが分かる。従って、ウォームアップ開始から定着可能となるまでの時間ｔａが比較例１では２５秒、比較例２では２２秒であったものが、ウォームアップ中の定着ローラ１１の回転速度を１０〜６０ｍｍ／ｓとすることで、約１８秒と短縮することができる。
【００２０】
次に、本定着装置１０の動作を図７のタイムチャートを参照して説明する。図７に示すように制御部１８に記録開始信号が入力されると、制御部１８は、定着ローラ１１の加熱を開始するとともに、定着ローラ１１を所定の回転速度（周速度１０〜６０ｍｍ／ｓ）Ｖｗで回転させるウォームアップを行う。すなわち、制御部１８は、ヒータドライバ５を制御してヒータ４への通電をオンする。ヒータ４への通電によりヒータ４が加熱し、定着ローラ１１の表面温度が上昇する。この定着ローラ１１の加熱と同時に、制御部１８は、ローラ駆動部１７を制御して定着ローラ１１を所定の回転速度Ｖｗで駆動する。定着ローラ１１は、所定の回転速度Ｖｗで回転し、エンドレスベルト１３０は、定着ローラ１１に従動して回転する。温度センサ１６が検出している定着ローラ１１の表面温度が定着温度（１５０℃）Ｔc に達すると、ウォームアップを終了し、制御部１８は、定常制御を行う。すなわち、制御部１８は、定着ローラ１１の表面温度が定着温度Ｔc を保つよう温度センサ１６の検出温度に基づいてヒータドライバ１５のフィードバック制御を行う。ヒータドライバ１５は、制御部１８のフィードバック制御によりヒータ１４への通電をオンオフする。このフィードバック制御と同時に、制御部１８は、定着ローラ１１が定着速度（周速度１６０ｍｍ／ｓ）Ｖc1で回転するようローラ駆動部１７を制御する。未定着トナー像を担持した記録シートＰが搬送路１９に沿って搬送され、定着ローラ１１とエンドレスベルト１３０との間のニップ領域１９ａを通過すると、未定着トナー像が記録シートＰ上に加熱加圧されて定着される。
【００２１】
次に、第１の実施の形態の効果を説明する。
(イ) ウォームアップ中に定着ローラ１１を定着速度ＶC1より遅い所定の回転速度Ｖｗで回転させているので、ウォームアップ開始から定着可能となるまでの時間ｔａを必要以上に長くすることなく、定着ローラ１１の加熱を均一に行い、ウォームアップ終了直後に定着を行ってもグロスむらや定着不良等の画質欠陥を防ぐことができる。
(ロ) 定着ローラ１１を低熱容量化しているので、ウォームアップ開始から定着可能となるまでの時間ｔａをより一層短くすることができる。
(ハ) 定着ローラ１１側のみに熱源を持たせているので、定着ローラと加圧部材の双方に熱源を持たせているのと比較して消費電力の低減とコストダウンを図ることができる。
(ニ) 本定着装置１０をＩＢＴ方式やＣＴＲ方式等のカラー複写機に適用した場合、画像形成開始時に記録シートＰ1 が搬送されてから定着ローラ１１に達するまでに１８秒程度要する。本定着装置１０によれば、これ以下の時間でウォームアップを完了することが可能であるので、定着ローラ１１が室温にある状態でも、画像形成開始信号が入力されてから直ちに画像形成を開始しても、記録シートＰ1 がニップ領域１９ａに入る以前に定着ローラ１１が定着温度に達し、定着が可能となる。つまり、待機時において定着ローラ１１を加熱しておかなくても済むという利点がある。
(ホ) 圧力パッド１３１とベルト１３０内周面との摩擦力が定着ローラ１１の駆動トルクを増大させるため、圧力パッド１３１とベルト１３０の間には、潤滑剤（信越化学株式会社製Ｇ−４０グリース）を介在させている。この潤滑剤の温度特性により図８に示すように、定着ローラ１１の駆動トルクが変わる。定着ローラ１１の温度が低い場合は、潤滑剤の粘度が高いため、駆動トルクが大きくなる。また、この場合、定着ローラ１１の回転速度依存性も大きく、高速では駆動トルクが非常に大きくなる。従って、ウォームアップ中、すなわち定着ローラ１１の温度が低い場合に、低速回転させることは定着装置１０の最大トルクの低減にも有効である。
【００２２】
図９は本発明の第２の実施の形態に係る定着装置の動作を説明するためのタイムチャートである。この定着装置は、第１の実施の形態とは制御部１８Ａのみが異なり、他は第１の実施例と同様に構成されている。この第２の実施の形態に係る制御部は、図９に示すように、記録開始信号が入力されると、定着ローラ１１の加熱を開始するが、定着ローラ１１の表面温度がトナーのガラス転移温度（例えば８０℃）Ｔw に達してから、定着ローラ１１を所定の回転速度（周速度１０〜６０ｍｍ／ｓ）Ｖｗで回転させるウォームアップを行う。ウォームアップを終了後は、第１の実施の形態と同様に、定着ローラ１１の表面温度が定着温度Ｔｃを保ち、定着ローラ１１が定着速度ＶC1で回転するようにヒータドライバ１５およびローラ駆動部１７を制御する。
【００２３】
図１０は第２の実施の形態に係る定着装置１０について、定着ローラ１１がトナーのガラス転移温度（８０℃）Ｔw に達してから定着ローラ１１を回転させた場合のウォームアップ時間ｔｗをウォームアップ中の定着ローラ１１の回転速度を変化させて測定したものであり、表２はその結果をまとめたものである。
【表２】
定着ローラ１１の温度がトナーのガラス転移温度Ｔｗ以下のときに、定着ローラ１１を回転させると、クリーニング部材等に残留するトナーが定着ローラ１１の周面と擦れ、定着ローラ１１の周面を摩耗させる可能性がある。そこで、定着ローラ１１の温度がトナーのガラス転移温度Ｔｗ以上に上昇してから定着ローラ１１を回転させることが好ましい。例えば、富士ゼロックス社製カラー複写機(A Color 935/930) 用のトナーを用いた場合は、ガラス転移温度Ｔｗが約８０℃であるので、８０℃から回転を開始すればよい。図１０および表２から明らかなように、定着ローラ１１の回転速度が２５〜５０ｍｍ／ｓ付近、言い換えると、定着ローラ１１の外径が３０ｍｍであるので、ウォームアップ中の定着ローラ１１の回転が３〜４回転付近に最適値が存在することが分かる。
【００２４】
図１１は第３の実施の形態に係る定着装置の構成図である。この定着装置１０は、第１の実施の形態とは制御部のみが異なり、他は第１の実施の形態と同様に構成されている。この第３の実施の形態に係る制御部１８Ｂは、記録開始信号が入力されると、定着ローラ１１の加熱を開始するとともに、定着ローラ１１を通常の記録シートＰ1 の定着時の回転速度（第１の定着速度）（例えば周速度１６０ｍｍ／ｓ）より遅い厚紙，封筒，カラーＯＨＰ用シート等の特殊な記録シートＰ2 の定着時の回転速度（第２の定着速度）（例えば周速度３０ｍｍ／ｓ）で回転させるウォームアップを行うようになっている。また、制御部１８は、温度センサ１６が検出している定着ローラ１１の表面温度が定着温度（例えば１５０℃）に達すると、ウォームアップを終了し、定着ローラ１１の表面温度が定着温度を保つよう温度センサ１６の検出温度に基づいてヒータドライバ１５のフィードバック制御を行うとともに、記録媒体が通常の記録シートＰ1 の場合は、定着ローラ１１が第１の定着速度で回転し、特殊な記録シートＰ2 の場合は、定着ローラ１１が第２の定着速度で回転するようローラ駆動部１７を制御するようになっている。
【００２５】
次に、第３の実施の形態に係る定着装置１０の動作を図１２のタイムチャートを参照して説明する。
(1) 記録媒体が通常の記録シートＰ1 の場合
図１２に示すように制御部１８Ｂに記録開始信号が入力されると、制御部１８Ｂは、定着ローラ１１の加熱を開始するとともに、定着ローラ１１を第２の定着速度（周速度３０ｍｍ／ｓ）ＶC2で回転させるウォームアップを行う。すなわち、制御部１８Ｂは、ヒータドライバ５を制御してヒータ４への通電をオンする。ヒータ４への通電によりヒータ４が加熱し、定着ローラ１１の表面温度が上昇する。この定着ローラ１１の加熱と同時に、制御部１８Ｂは、ローラ駆動部１７を制御して定着ローラ１１を第２の定着速度ＶC2で駆動する。定着ローラ１１は、第２の定着速度ＶC2で回転し、エンドレスベルト１３０は、定着ローラ１１に従動して回転する。温度センサ１６が検出している定着ローラ１１の表面温度が定着温度（１５０℃）Ｔc に達すると、ウォームアップを終了し、制御部１８Ｂは、定常制御を行う。すなわち、制御部１８Ｂは、定着ローラ１１の表面温度が定着温度Ｔc を保つよう温度センサ１６の検出温度に基づいてヒータドライバ１５のフィードバック制御を行う。ヒータドライバ１５は、制御部１８Ｂのフィードバック制御によりヒータ１４への通電をオンオフする。このフィードバック制御と同時に、制御部１８Ｂは、通常の記録シートＰ1 のシート識別信号に基づいて、定着ローラ１１が第１の定着速度（周速度１６０ｍｍ／ｓ）Ｖc1で回転するようローラ駆動部１７を制御する。未定着トナー像を担持した記録シートＰ1 が搬送路１９に沿って搬送され、定着ローラ１１とエンドレスベルト１３０との間のニップ領域１９ａを通過すると、未定着トナー像が記録シートＰ1 上に加熱加圧されて定着される。
【００２６】
(2) 記録媒体が特殊な記録シートＰ2 の場合
記録開始信号が入力されると、制御部１８Ｂは、(1) の場合と同様にウォームアップを行い、ウォームアップ終了後は、図１２の想像線で示すように、特殊な記録シートＰ2 のシート識別信号に基づいて第２の定着速度（周速度３０ｍｍ／ｓ）ＶC2で定着ローラ１１を駆動するようローラ駆動部１７を制御する。特殊な記録シートＰ2 が、厚紙や封筒等のように熱容量が大きい場合は、定着速度を遅くすることにより加熱量が増大する。特殊な記録シートＰ2 が、カラーＯＨＰ用シートの場合は、定着速度を遅くすることにより、トナーの溶融状態が良好となってトナーの透光性が良くなる。
【００２７】
上述した第３の実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
(イ) 図１３はウォームアップ中の定着ローラ１１の回転速度（第１の定着速度ＶC1）を３０ｍｍ／ｓとした場合の定着ローラ１１の温度変化を測定したものである。同図から明らかなように、ウォームアップ中の回転速度を３０ｍｍ／ｓとすると、ウォームアップ開始から定着可能となるまでの時間ｔａを約１７秒に短縮することができる。定着ローラ１１の外径が３０ｍｍであるので、ウォームアップ中に５回転強ほど定着ローラ１１が回転することになる。従って、定着ローラ１１の全周面からほぼ均一に加圧部材１３へ放熱し、ウォームアップ終了時の温度差は３〜４℃で問題とならない値となった。
(ロ) ウォームアップ中に定着ローラ１１を特殊な記録シートＰ2 の定着時の回転速度である第２の定着速度ＶC2で回転させているので、定着ローラ１１の駆動系および制御系を簡素化することができる。
【００２８】
本発明は、加圧部材の構成に依らず、ウォームアップ中に加圧部材の温度が定着ローラよりも低くなっている場合に有効である。従って、本発明は、他の加圧部材の構成を有する定着装置においても有効となる。以下、その構成を図１４および図１５を参照して説明する。
【００２９】
図１４は本発明の第４の実施の形態に係る定着装置の構成図である。この定着装置１０は、第１の実施の形態とは加圧部材のみ異なり、他は第１の実施例と同様に構成されている。この第４の実施の形態の加圧部材２０は、断面凹状の支持体２００と、支持体２００の凹部２００ａに固定された弾性体２０１とから構成され、圧縮コイルばね等の付勢部材２１によって定着ローラ１１に圧接している。この第４の実施の形態によれば、加圧部材２０の構成を簡素化することができるとともに、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００３０】
図１５は、本発明の第５の実施の形態に係る定着装置の構成図である。この定着装置１０は、第１の実施の形態とは定着ローラと加圧部材のみ異なり、他は第１の実施の形態と同様に構成されている。この第５の実施の形態の定着ローラ２２は、薄肉にして低熱容量化したものであり、中空のアルミニウムからなるコア２２０の外周面にＨＴＶ（High Temperature Vulcanization）シリコーンゴム等の弾性体層２２１を形成し、弾性体層２２１の外周面にＲＴＶ（RoomTemperature Vulcanization）シリコーンゴム等の離型性層２２２を形成している。加圧部材２３は、回転可能な状態で定着ローラ２２に当接されたエンドレスベルト２３０と、エンドレスベルト２３０の内側に回転可能な状態で配置され、エンドレスベルト２３０を介して定着ローラ２２に圧接する一対の加圧ローラ２３０とから構成されている。この第５の実施の形態によれば、小さな駆動トルクによって記録シートＰを搬送することができるとともに、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の定着装置によれば、ウォームアップ中に定着ローラを所定の回転速度で回転させながら定着ローラを加熱しているので、ウォームアップ開始からグロスむらや定着不良等の画質欠陥を生ずることなく定着できるようになるまでの時間を例えば１７秒と短くすることができる。
また、定着ローラ側のみに熱源を持たせることで、定着ローラと加圧部材の双方に熱源を持たせた場合と比較して省電力化およびコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 (a) は本発明の第１の実施の形態に係る定着装置の構成図、(b) は(a) のＡ部拡大図
【図２】比較例１の測定結果を示す図
【図３】比較例２の測定結果を示す図
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る定着装置の測定結果を示す図
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る定着装置の測定結果を示す図
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る定着装置の測定結果を示す図
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る定着装置の動作を説明するためのタイムチャート
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る定着装置の測定結果を示す図
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る定着装置の動作を説明するためのタイムチャート
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る定着装置の測定結果を示す図
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係る定着装置の構成図
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係る定着装置の動作を説明するためのタイムチャート
【図１３】本発明の第３の実施の形態に係る定着装置の測定結果を示す図
【図１４】本発明の第４の実施の形態に係る定着装置の構成図
【図１５】本発明の第５の実施の形態に係る定着装置の構成図
【図１６】従来の定着装置の構成図
【符号の説明】
１０ 定着装置
１１ 定着ローラ
１１０ コア
１１１ 離型性層
１２ 付勢部材
１３ 加圧部材
１３０ エンドレスベルト
１３０ａ 基材
１３０ｂ 離型性層
１３１ 圧力パッド
１３２ ベルト走行ガイド
１３２ａ 切欠き部
１３３ 支持体
１３３ａ 凹部
１３４ 弾性体
１３４ａ ベルト接触面
１３５ 低摩擦フィルム
１４ ヒータ
１５ ヒータドライバ
１６ 温度センサ
１７ ローラ駆動部
１８Ａ，１８Ｂ 制御部
１９ 搬送路
１９ａ ニップ領域
２０ 加圧部材
２００ 支持体
２００ａ 凹部
２０１ 弾性体
２１ 付勢部材
２２ 定着ローラ
２２０ コア
２２１ 弾性体層
２２２ 離型性層
２３ 加圧部材
２３０ エンドレスベルト
２３１ 加圧ローラ
Ｐ1 通常の記録シート
Ｐ2 特殊な記録シート
Ｔc 定着温度
Ｔｗ ガラス転移温度
ｔｗ 定着温度到達時間
ｔａ ウォームアップ時間
ＶC1 第１の定着速度
ＶC2 第２の定着速度
Claims (9)
- 互いに圧接された定着ローラと加圧部材を備え、前記定着ローラと前記加圧部材との圧接部に未定着トナー像を担持した記録媒体を通過させることにより、前記未定着トナー像を前記記録媒体に加熱加圧定着させる定着装置において、
前記定着ローラの周面上の一点の温度を検出する検出手段と、
前記定着ローラを回転駆動する駆動手段と、
前記定着ローラを加熱する加熱手段と、
前記検出手段が検出する前記温度が定着温度に達したとき、前記定着ローラの回転速度を第１の速度で回転するよう前記駆動手段を制御するとともに、前記定着ローラの温度が前記定着温度を保つように前記加熱手段を制御し、前記検出手段が検出する前記温度が前記定着温度に達するまでの前記定着ローラのウォームアップ中に、前記駆動手段を制御して前記定着ローラを前記第１の速度よりも低速の第２の速度で回転させる制御手段とを備え、
前記第２の速度は、前記検出手段によって検出された前記温度が前記定着温度に達したとき、前記定着ローラの周面上の高温部と低温部との温度差が所定の温度範囲内となるように設定することにより、前記ウォームアップの開始から前記定着ローラの温度が前記定着温度に達するまでの時間を短縮するようにしたことを特徴とする定着装置。 - 互いに圧接された定着ローラと加圧部材を備え、前記定着ローラと前記加圧部材との圧接部に未定着トナー像を担持した記録媒体を通過させることにより、前記未定着トナー像を前記記録媒体に加熱加圧定着させる定着装置において、
前記定着ローラの周面上の一点の温度を検出する検出手段と、
前記定着ローラを回転駆動する駆動手段と、
前記定着ローラを加熱する加熱手段と、
前記検出手段が検出する前記温度が定着温度に達したとき、前記定着ローラの回転速度を第１の速度で回転するよう前記駆動手段を制御するとともに、前記定着ローラの温度が前記定着温度を保つように前記加熱手段を制御し、前記検出手段が検出する前記温度が前記定着温度に達するまでの前記定着ローラのウォームアップ中に、前記駆動手段を制御して前記定着ローラを前記第１の速度よりも低速の第２の速度で回転させる制御手段とを備え、
前記第２の速度は、前記ウォームアップ中の前記定着ローラの回転速度と前記ウォームアップの開始から前記定着ローラが前記定着温度に達し、かつ、前記定着ローラの周面上の高温部と低温部との温度差が所定の値となるまでの時間との関係に基づいて定められたことを特徴とする定着装置。 - 前記所定の温度範囲あるいは前記所定の値は、前記未定着トナーの温度特性に基づいて定められる請求項１又は２記載の定着装置。
- 前記制御手段は、前記第１の速度として汎用の記録用紙，紙厚の大なる記録用紙，カラーＯＨＰシート等の記録媒体の種類に応じて高速および低速の定着速度を設定する構成の請求項１又は２記載の定着装置。
- 前記制御手段は、前記低速の定着速度を前記第２の速度に等しく設定する構成の請求項４記載の定着装置。
- 前記制御手段は、前記ウォームアップ中であって前記定着ローラの前記温度が前記記録媒体に担持された前記未定着トナー像のガラス転移温度未満のとき、前記定着ローラの回転を停止させ、前記ガラス転移温度に達した後に前記定着ローラを前記第２の速度で回転させる構成の請求項１又は２記載の定着装置。
- 前記加圧部材は、回転可能な状態で前記定着ローラに当接されたエンドレスベルトと、前記エンドレスベルトの内側に非回転状態で配置され、前記エンドレスベルトを介して前記定着ローラに圧接する加圧パッドを備えた構成の請求項１又は２記載の定着装置。
- 前記加圧部材は、非回転状態で前記定着ローラに当接された加圧パッドを備えた構成の請求項１又は２記載の定着装置。
- 前記加圧部材は、回転可能な状態で前記定着ローラに当接されたエンドレスベルトと、前記エンドレスベルトの内側に回転可能な状態で配置され、前記エンドレスベルトを介して前記定着ローラに圧接する複数の加圧ローラを備えた構成の請求項１又は２記載の定着装置。
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