JP3880424B2

JP3880424B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP3880424B2
Application number: JP2002076471A
Authority: JP
Inventors: 洋吉永; 元一安井; 英男古川; 正尚江原; 博史小川
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2002-03-19
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2022-03-19
Also published as: US6881927B2; DE60238574D1; EP1246029B1; US20050095043A1; EP1246029A3; US20030000933A1; JP2002357980A; US7022944B2; EP1246029A2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は定着装置及びこれを用いる画像形成装置に関し、更に詳しくは、記録媒体上に担持された未定着画像をベルトを用いて定着するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、ファクシミリ、プリンタ、印刷機等の画像形成装置には、紙などの記録媒体上に転写されて担持されている未定着画像を定着して複写物や印刷出力とすることがある。定着に用いられる装置には一対のローラを対峙させて配置し、一方のローラを加熱ローラとして用い、他方のローラを記録媒体の加圧ローラとして用いる構成がある。この構成では加熱ローラと加圧ローラとの間のニップ部に記録媒体を挾持させて搬送しながら加熱ローラからの熱により、未定着画像を融着させて定着するものがある。また加熱源を具えた加熱部材に対してフィルム状の無端状ベルトを介して加圧ローラを圧接させることにより、ニップを形成した定着を行ういわゆるサーフ定着装置がある。
【０００３】
さらに定着に用いられる装置として前記した構成とは別に、無端状ベルト内部に加熱源を具えた加熱部材と、無端状ベルトに接触する接触部材とを配置し、無端状ベルトを介して加圧回転体と前記接触部材とを圧接させてニップを形成し、定着を行ういわゆるベルト定着装置が存在する。
【０００４】
このベルト定着装置の一例としては、複数のローラに掛け回されたベルトを用い、上記ローラの一つには加圧ローラが対峙させてある。一対のローラのうちで、加圧ローラと対峙する側のローラ（定着ローラ）と協働してベルトを駆動するローラ（加熱ローラ）にはベルトの裏面側から加熱するための熱源が設けられ、加圧ローラにもベルトの表面を加熱するための熱源が設けられている。ベルトはローラに比ベて体積が小さく、熱容量が小さいので短時間の温度上昇が可能であり、前記の加熱ローラ及び加圧ローラのみを用いた構成のものに比ベて始動時での温度立ち上がりが速いという利点がある。しかも、加圧ローラで熱源を加えることによりベルトの表裏両面で温度立ち上がりが速められる。ベルトの構成として各ローラが熱伝導率の高いアルミニウムが用いられる場合、ステンレスをローラ表面に接触する基体とし、その表面にシリコンゴム又はフッ素系樹脂からなる離型層からなるベルト体を配置した２層構造がある。
【０００５】
本発明は、前記した定着装置の内ベルト定着装置に関するものである。前記の定着装置のうちサーフ定着装置はニップ部で加熱源の制御を行っており、ニップ部内での温度制御が非常に細かく行われている。従ってこの場合の無端状フィルムや加熱部材としては、なるべくニップ部内の温度影響を小さくする。即ち熱の応答性を向上させるべく、熱容量が低い材料が選択されている。しかしながらこのような特徴が具えているために、ニップ部（加熱部材や、無端状フィルム）に熱容量の大きい弾性体を配置することが困難であり、このため定着ローラに弾性体層を設けたとしても、未定着トナー像を弾性体を具える部材と、弾性体を具える部材とで挟んで加圧するということが困難である。即ちニップの長さを十分にとることができず、定着性が劣ってしまう。なお弾性体層を具えた加圧ローラを強く押し当てれば、その分その弾性体層が押しつぶされて、ニップは長くとれるが、対向する材料（加熱部材）の強度が要求されるので、剛性を高めると自然にその熱容量が大きくなり、本来熱容量が小さくなければいけないことに反してしまうために、現実的ではない。それに対してローラ定着装置の場合は、加熱ローラに弾性体を具えた定着装置が存在する。ただしこの場合弾性体層を具えることにより、熱容量が増大し、その結果定着時の立上りがきわめて遅くなってしまうという欠点をもつこととなる。
【０００６】
またベルト定着装置においても、加熱源を具える加熱部材がニップ部以外の場所に配置されていることから、接触部材に弾性体層を配置させることが可能であり、この場合接触部材自体を定着することが可能な温度にする必要がなく、ベルト自体を立ち上がらせればよいため、立ち上がり時の遅延化もさほど問題ではない。なお立ち上がりの早さと蓄熱性との関係のどちらを優先させるかという観点になるが、蓄熱性を上げるために、ベルト弾性層を付与してもよい（あまり厚過ぎると立ち上がりに影響するので薄い方（好ましくは５０〜３００μｍ程度）が良い。この場合はニップでの弾性体としても機能することになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記のようなベルト定着装置では、ベルトのもつ蓄熱性の低さや加熱位置の関係からベルト定着特有のオーバーシュート現象が発生している。従来から知られているローラ定着装置におけるオーバーシュート現象は、次のような現象である。例えばローラ定着装置おいては、一般的にローラ表面が１７０℃から２３０℃程度（５０℃の差）に上昇するには、９０秒程度の時間（０．６℃／ｓｅｃ）を要する。このように昇温時間が長いのは、ローラの熱容量が大きいためであり、このような温度上昇に時間がかかるローラ定着装置では、温度検知センサの反応性が遅ければ、オーバーシュートを発生させてしまう。（具体的には１７０℃でオフとなるような温度制御を行なっていても、実際に表面温度が２３０℃近辺まで上昇しなければオフという制御がされないことから発生する。）この場合は反応性が良い温度検知素子を用いれば、ある程度は改善することが可能である。即ち熱容量が大きいが故に、温度変化の遅さと、反応性が良い温度検知素子の効果がオーバーシュートを抑制することを可能にする。前記のベルト定着装置特有のオーバーシュートとは、このような反応性が良い温度検知素子を用いても発生するオーバーシュートのことをいう。
【０００８】
最近の反応性が良い温度検知素子は、反応性が向上していて、例えばベルト定着装置のようにベルトの表面温度が２．５℃／ｓｅｃ程度の低熱量被加熱部材を用いている。短時間昇温が可能な定着装置においても、その誤差は非常に小さくなっている。（前記のローラ定着と同等の比較を行なうとすれば、ベルトを用いた定着装置は、１７０℃から２３０℃程度に温度上昇するには、２０秒程度で達成する。）ベルトの表面が何℃の状態から温度上昇を開始するかによって異なるが、反応性が良い温度検知素子を用いていれば、実際の表面温度が１８０℃位になった時点でオフにするという温度制御が可能になる。
【０００９】
前記した従来型の温度検知素子をベルト定着装置に用いた場合では、温度上昇速度が４倍ということから、机上の計算では３７０℃にならないと温度検知素子が反応されないことになる。ただし実際には、温度上昇率も鈍くなることから、ここまで温度は高くならないと考えられる。しかしながら、このような反応性が良い温度検知素子を用いても、ベルト定着装置は加熱位置が局所的であり、かつ熱を大きく奪う位置も異なるので、次のようなオーバーシュートが発生する。即ち熱を奪う箇所（ニップ）を抜けた直後と加熱位置の終わり近傍とでは、その蓄熱性の低さから約１０〜２０℃の温度差が生じている。そして最終紙の定着が終わった後、この最終紙の定着に関わったベルトの部位が再度加熱位置にくると、加熱体から熱の供給を受ける。これは加熱位置から見れば、温度が低下したような状態になる。
【００１０】
この温度の低下した状態は、温度検知素子に検知され、ヒータを点灯させる制御をする。しかしながら例え反応性が良い温度検出素子を用いているとはいえ、多少の反応の鈍さがみられるので、ヒータが加熱するのは、最終紙の定着に関わった部分の後の部分を加熱してしまう。この部分は紙によって熱が奪われていないため、ただでさえ１０℃〜２０℃程度高い上にさらに加熱されて温度が上昇してしまう。したがってこの時点では、最も高い部分と低い部分とでは、１５℃〜３０℃程度の差になってしまう。このような差はオーバーシュートとなり、直後に定着部を通過する記録媒体に対して熱量が過多になったり（ホットオフセットの要因や光沢度への影響をもたらす）、定着ユニット内温度が上昇して、温度ヒューズや温度サーモスタットのような過昇防止装置にダメージを与えることがあった。なおこの状態でベルトを回転し続ければ、次第にベルト上の温度はこなれてきて、所定温度に維持されるようになるが、省エネのために回転し続ける動作を停止させた場合、こなれるまでの時間は大きくなる。これが最終紙に関わる部分がニップ部で停止したような場合は、ニップ部によって（加圧ローラに熱を奪われ）この部分はさらに温度低下し、一方最終紙に関わる部分以降の部分では、熱を奪う要素がないため、温度差は一層増加してしまう。なお温度検知素子が加熱位置におけるベルト表面温度を検知するのではなく、加熱源を具える加熱部材の表面温度を検知するような場合（このこと自体はベルトの表面を傷つけないという効果がある）は、ベルトの加熱位置での温度低下ではなく、加熱部材の温度低下が検知されるので、その分温度検知素子の反応がさらに遅くなり、ヒータの制御を鈍らせる結果になる。
【００１１】
本発明はこのような問題点に鑑みて発明されたものであり、オーバーシュートが発生して、直後に定着部を通過する記録媒体に対して熱量が過多になったり、機内温度が上昇して、温度ヒューズや温度サーモスタットのような過昇防止装置にダメージを与えるというようなことのない画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記のような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、記録媒体に担持された未定着画像をニップ部を通過させることにより、定着するベルト定着装置を具えた画像形成装置であって、前記ベルト定着装置は、熱源で加熱される加熱ローラと、定着ローラと、前記加熱ローラと定着ローラに巻き掛けられた定着ベルトと、第２の熱源で加熱され、前記定着ベルトに接触してニップ部を形成する加圧ローラと、前記加熱ローラの温度を検知する温度検知手段と、前記加圧ローラの温度を検知する第２の温度検知手段とを具え、また、前記温度検知手段が検知した加熱ローラの温度と所定の制御温度に基づいて、加熱ローラの温度を制御するとともに、前記第２の温度検知手段が検知した加圧ローラの温度と所定の制御温度に基づいて、加圧ローラの温度を制御する制御手段を具え、前記加圧ローラの熱容量は前記加熱ローラの熱容量よりが大きくなっており、前記所定の制御温度は、加熱ローラ制御用の第１設定温度と第１設定温度より低い第２設定温度、および第１設定温度より低く設定された加圧ローラ制御用の第３設定温度と第３設定温度より低い第４設定温度を有し、前記制御手段は、一連のジョブ中の最終の記録媒体が前記ニップ部を通過すると、前記定着装置が回転し続けている状態で、前記加熱ローラの温度を第１設定温度から第２設定温度に下げるとともに、加圧ローラの制御温度を第３設定温度から第４設定温度に前記第１設定温度から第２設定温度への下げ幅よりも大きく下げることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、第２設定温度および第４設定温度は、次作像時の記録媒体が通過するまでに所定の制御温度に復帰することができる範囲で設定されていることを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態の概略構成が示されており、２０は、画像形成装置を示し、フルカラー画像を形成可能な複写機又はプリンタに用いられる。この画像形成装置２０には、この他に受信した画像信号に基づき前記した複写機及びプリンタと同様な画像形成処理が可能なファクシミリ装置がある。なお画像形成装置２０には、前記したカラー形成画像を対象とするだけではなく、単一色の画像を対象とする装置ももちろん含まれる。
【００２１】
この画像形成装置２０は、画像信号に応じて各色毎の画像を形成する作像手段２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１ＢＫと、作像手段２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１ＢＫに対向して配置された転写手段２２と、各作像手段２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１ＢＫと転写手段２２とが、対向する転写領域に各種シート状媒体を供給するシート状媒体供給手段としての給紙カセット２３、２４と、給紙カセット２３、２４から搬送されてきたシート状媒体を、作像手段２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１ＢＫによる作像のタイミングに合わせて供給するレジストローラ３０と、転写領域において転写後のシート状媒体の定着を行う定着手段１とを有している。
【００２２】
画像形成装置２０は、一般にコピー等に用いられる普通紙（以下、普通紙）と、ＯＨＰシートや、カード、はがきといった９０Ｋ紙以上、坪量約１００ｇ／ｍ^２相当以上の厚紙や、封筒等の、用紙よりも熱容量が大きいいわゆる特殊シート（以下、特殊シート）との何れをもシート状媒体として用いることが可能である。
【００２３】
各作像手段２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１ＢＫは、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、黒の各色の現像を行うものであり、用いるトナーの色は異なるが、その構成はほぼ同様であるから、作像手段２１Ｙの構成を各作像手段２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１ＢＫの代表として説明する。
作像手段２１Ｙは、静電潜像担持体としての感光体ドラム２５Ｙ、感光体ドラム２５Ｙの回転方向ａにおいて順に配置されている図示しない帯電装置、現像装置、クリーニング装置等を有し、帯電装置と現像装置の間で、図示しない周知のポリゴンミラーを具えた走査手段による露光光２９Ｙを受ける周知の構成である。静電潜像担持体はドラム状ではなく、ベルト状でも良い。ただし、作像手段２１ＢＫにおける露光光２９ＢＫは２ビームとすることができ、作像手段２１ＢＫは他の作像手段２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃに比して速い作像を行うことが可能となっている。
【００２４】
給紙カセット２３には、Ａ４サイズのシート状媒体が、給紙カセット２４にはＡ３サイズのシート状媒体がそれぞれ図の左右方向が長手方向になるように載置されている。転写手段２２は、画像形成装置２０が図の左右方向において小型になるよう、斜め方向に配設され、矢印ｂで示すシート状媒体搬送方法が斜め方向になっている。これにより画像形成装置２０は、図の左右方向における本体２６の幅が、Ａ３サイズのシート状媒体の長手方向の長さよりわずかに長い大きさとなっている。すなわち画像形成装置２０は内部にシート状媒体を収容するために必要最小限の大きさとされることで大幅に小型化されている。本体２６の上部は、定着装置１を通過し、トナー像が定着したシート状媒体を積載するための排紙トレイ２７となっている。
【００２５】
図１において、符号４１、４２はそれぞれ給紙カセット２３、２４からシート状媒体を送り出すピックアップローラを、符号４３はシート状媒体の送りを受け継いで搬送する搬送ローラを、符号４４は給紙カセット２３、２４から搬送されてきたシート状媒体をレジストローラ３０に向けて搬送するローラ構造を、符号４５は排紙トレイ２７に向け符号４６で示した開口から本体２６外部へシート状媒体を排出する排出ローラを示している。
【００２６】
図２に示すように、定着装置１はトナーを定着されるシート状媒体を搬送するためのシート搬送部材としての無端状の定着ベルト２が巻き掛けられた加熱ローラ及び定着ローラ４と、定着ベルト２を介して定着ローラ４に対向して配置された加圧ローラ５と加熱ローラ３と加圧ローラ５の内部に具えられたヒータ６、７と、加熱ローラ３に対向し当接するように配置され加熱ローラ３の温度を検知する温度検知手段としてのサーミスタ８と、定着ベルト２を介して定着ローラ４に対向して配置されたクリーニングローラ３１、離型剤塗布部材としての塗布ローラ３２と、塗布ローラ３２に離型剤を供給する離型剤供給手段５０と、ケーシング３３と、ケーシング３３に固設された入口ガイド１２、出口ガイド３６、取手３７と、加熱ローラ３、定着ローラ４、定着ベルト２を一体的に支持する支持体３８と、ケーシング３３に対し支持体３８、加圧ローラ５を支持する支持体３９等を有している。なおサーミスタ８は、本来加熱ローラ３と定着ベルト２とが接触している箇所で検知するのがよいが、接触位置にサーミスタ８は配置できないため、ほぼ同等の温度といえる加熱ローラ３のベルトと接触していない位置で検知している。
【００２７】
定着ベルト２に適当な所定の張力を与えるために、加熱ローラ３とばね等の図示しない弾性体により、互いに離間する向きに付勢されている。定着ローラ４は芯金９と、この芯金９を被覆して定着ローラ４の表面をなす耐熱性の弾性体層１０とを有し、その軸１１によって、定着ローラ４が矢印ｃ方向に回転駆動され、加熱ローラ３の矢印ｄ方向への従動回転によって、定着ベルト２が矢印ｅ方向に駆動され、またこれに従動することで、加圧ローラを矢印ｆ方向に、塗布ローラがｇ方向に回転駆動される。
【００２８】
加圧ローラ５と定着ローラ４とは、支持体３８と支持体３９とがバネ等の図示しない弾性体により、互いに近接する向きに付勢されることにより、互いに圧接する向きに、１０Ｋｇｆ以上の圧接力で付勢される。加圧ローラ５は、定着ローラ４の軸心を頂点とし定着ローラ４の軸心と加熱ローラ３の軸心、定着ローラ４の軸心とをそれぞれ結ぶ２本の直線によって挾まれる角が鋭角をなすように定着ローラ４に当接されており、これにより、シート状媒体にトナーを定着する定着領域としての、加圧ローラ５が定着ローラ４に対向しない部位で定着ベルト２のみに当接する第一の定着部１５と、加圧ローラ５が定着ベルト２を介して定着ローラ４に当接する第二の定着部１６とが形成される。
【００２９】
ケーシング３３は転写装置２２に対向する位置に設けられ、転写装置２２によって搬送されてくるシート状媒体を受け入れるための開口３４と、第一の定着部１５および第二の定着部１６を挾んで開口３４の反対側に設けられた定着済みのシート状媒体を排出する開口３５とを有している。入口ガイド１２は、その基部が開口３４の下方においてケーシング３３の外面に固着され、先端が開口３４からケーシング３３の内部に入り込み第一の定着部１５に向かって伸びてくる。
【００３０】
定着ベルトは、ニッケル製の厚さ１００μｍの基体上に２００μｍのシリコンゴム製の離型層が形成されたものであり、熱容量が小さく、熱応答性を良好にされている。定着ベルト２の長さは、同ベルト２が円状をなすときに径が６０ｍｍとなる長さとされている。基体はＳＵＳ製、ポリイミド製でも良く、可撓性を考慮すると厚さは３０〜１５０μｍ程度であれば良い。離型層はシリコンゴムを用いる場合は厚さ５０〜３００μｍ程度が望ましく、フッ素系樹脂を用いる場合は厚さ１０〜５０μｍ程度が望ましい。この厚さがあまり大きいと、熱容量が大きくなり立上りの遅延化や、定着時の画像に影響を与える。また離型層はシリコンゴムの上にフッ素系樹脂系を重ねた構成でも良い。これらの条件は定着ベルトが低蓄熱性を有するための条件となる。即ち定着ベルト２は瞬時に加熱され、かつ、ホットオフセットを生じない程度に、定着領域でベルト表面が自己冷却される特性が望まれるが、他方では、定着領域において、トナーを十分に溶かして定着されるのに必要な熱容量を有していなければならない。定着ベルト２の前記材質及びその厚さはこの条件を満たすものである。自己冷却とは、定着領域の、シート状媒体の未定着画像側に加熱源がないことにより、定着行程においてベルトが冷える現象を示す。
【００３１】
定着ベルト２は、加熱ローラ３と定着ローラ４が互いに離間する向きに付勢されていることにより、３Ｋｇｆ／片側の張力を与えられている。この張力は図示しない前記弾性体の付勢力を調整することにより設定でき、１Ｋｇｆ（９．８Ｎ）〜３Ｋｇｆ（２９．４Ｎ）の範囲で設定することが良好な定着を行う上で好ましい。
【００３２】
加熱ローラ３と加圧ローラ５は、それぞれ薄肉円筒状の芯金からなり、低熱容量化が図られている。加熱ローラ３の芯金径は２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下、かつ同芯金の肉厚は０．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、加圧ローラ５の芯金径は３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下、かつ同芯金の肉厚は０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。これにより加熱ローラ３の熱容量は２６ｃａｌ／℃以下、加圧ローラ５の熱容量は３６ｃａｌ／℃以下とされている。
【００３３】
本実施形態において、加熱ローラ３の芯金はアルミニウム製であり、径を３０ｍｍ、肉厚を０．７ｍｍとしている。材質は比熱が小さく、熱伝導率が大きいものが好ましく、他にも鉄、銅、ステンレス等の金属を使用することができる。他にもアルミニウム製でローラ径が３０ｍｍの時は肉厚を０．６〜１．４ｍｍの範囲、鉄製でローラ径が２０ｍｍの時は肉厚を０．３〜０．９ｍｍの範囲で設定することができる。径が大きいほど肉厚を薄くするのはローラの軸方向の曲がりを考慮したものである。
【００３４】
これらの肉厚の下限の値は、前記した定着ベルト２の張力による加熱ローラ３の変形を考慮したときの許容値、上限値は所望の立ち上がり時間を得るための許容値を示している。ローラ径を２０ｍｍ以上としているのはベルトの張力を確保してローラの軸方向の曲がりが発生しない範囲とするためである。またローラ径を２０〜３０ｍｍとするのはシート状媒体搬送速度を２００ｍｍ／ｓｅｃ以下とした場合に、連続通紙中も定着ベルト２の温度が定着に必要な一定温度を保つための、２６ｃａｌ／℃程度の熱容量を得るためである。なお３０ｍｍ以上のローラ径のものを用いても良いが、径が大きくなるとその分熱容量も大きくなるため、立上りの遅延化の恐れがあるため、あまり好ましくない。
【００３５】
このように加熱ローラ３を低熱容量とすることにより、定着ベルト２が回転してもその熱を奪うことが少なく、定着に悪影響を与えることや立ち上がり時間を長引かせることが防止されている。さらに連続定着等により温度が低下してもその回復までの時間が短縮される。ヒータ６は、加熱ローラ３及び加熱ローラ３を介して定着ベルト２を加熱するものであり、ヒータ６の温度はサーミスタ８による検知信号として図示しない制御手段に入力され、目標の定着温度と比較され、検知温度が定着温度より低い場合にはヒータ６に通電が行われ、検知温度が定着温度より高い場合にはヒータ６に通電が停止される。このようにサーミスタ８の検知信号がフィードバックされることで設定温度が制御され、定着ベルト２の表面温度は１１０℃以上に保たれる。なおサーミスタ８は加熱ローラ３の回転による互いの摩耗を減じるように、加熱ローラ３の回転方向に対して鈍角をなすように加熱ローラ３に接している。
【００３６】
加熱ローラ３、加圧ローラ５共に低熱容量化が図られ定るため、温度の変化の速度が速いので、この変化の速度に即時応答できるように、サーミスタ８、３９には、応答性の良いものを採用している（従来技術の欄に記載したようなきわめて反応の遅いサーミスタではなく、近年一般的に採用されているサーミスタで良いという意味）。また加熱ローラ３の熱をベルトに速く伝えるために、加熱ローラ３やベルトの加熱ローラに巻きかかっている部分（加熱位置）には、熱を奪うような他の部材（例えば離型剤塗布手段やクリーニング手段）を配置しない方が良い。
【００３７】
定着ローラ４の弾性層はゴム製のゴム層である。その材質は、具体的にはシリコーンスポンジゴム製である。即ち発泡体であり、気泡の径は５００μｍとされ、特に表面近傍即ち定着ローラ４周面近傍における径は３００μｍ以下である。弾性体層１０が発泡体であることにより、定着時におけるその温度低下が抑制される一方、発泡体であるが故に、定着圧が得られず光沢が出ない、表面が粗く光沢ムラが出る、といった不具合が起こり得るが、発泡径を前記のようにしたため、光沢不良や光沢ムラといった不具合は防止されている。また、弾性体層１０の表面に無発泡の１ｍｍ程度の層（スキン層）を有しても良い。
【００３８】
弾性体層１０の表面硬度はアスカＣで２０ＨＳ以上としているが、これはスキン層の有無に関わらず、弾性体層が発泡体であることによる表面粗が画質に影響を与えず、光沢ムラを防止して良好な定着品質を得ることができるからである。定着ローラ４の径は３０ｍｍで、弾性体層１０の材質は熱伝導率が小さく断熱作用のある耐熱多孔質の弾性体であるから、ベルトの熱を奪うことを低減し、立ち上がり後の温度落ち込みを小さくすると共に温度回復のためのプレ回転時間を短縮している。また、弾性体層１０が比較的低硬度であるため、加圧ローラ５との圧接力が小さくても十分なニップ幅を得ることができ、比較的低温かつ低圧の条件下でも良好な定着性能を得ることができる。
【００３９】
加圧ローラ５の芯金は鉄製であり、径を４０ｍｍ、肉厚を１．０ｍｍとしている。材質は比熱が小さく、熱伝導率が大きいものが好ましく、他にもアルミニウム、銅、ステンレス等の金属を使用することができる。他にも鉄製でローラ径が３０ｍｍの時は肉厚を０．４〜１．０ｍｍの範囲、鉄製でローラ径が５０ｍｍの時は肉厚を０．３．〜０．８ｍｍの範囲、アルミニウム製でローラ径が３０ｍｍの時は、肉厚を１．３〜１．５ｍｍの範囲、アルミニウム製でローラ径が５０ｍｍの時は、肉厚を０．６〜１．２ｍｍの範囲で設定することができる。径が大きいほど肉厚を薄くするのは、ローラの軸方向の曲がりを考慮したものである。
【００４０】
これらの肉厚の下限値は、定着圧の下限値の相当する０．６Ｋｇ／ｃｍ^２の画圧による加圧ローラ５の変形を考慮したときの許容値、上限値は所望の立上り時間を得るための許容値を示している。ローラ径を３０ｍｍ以上としているのは、定着圧を確保してローラの軸方向の曲がりが発生しない範囲とするためである。またローラ径を３０〜５０ｍｍとするのは、シート状媒体搬送速度を２００ｍｍ／ｓｅｃ以下とした場合に、連続通紙中も定着ベルト２の温度が、定着に必要な一定温度圧を保つための、３６ｃａｌ／℃程度の熱容量を得るためである。
【００４１】
このように加圧ローラ５を低熱容量とすることにより、定着ベルト２が回転してもその熱を奪うことが少なく、特に本実施例においては加圧ローラ５は、ヒータ７を有するので、定着ベルトルト２の温度を低下させて定着に悪影響を与えることや立上り時間を長引かせることが防止される。さらに連続定着等により、温度が低下してもその回復までの時間が短縮される。ヒータ７は加圧ローラ５の温度を上げ、立上り時間を短縮すると共に、定着の際はシート状媒体の背面からも熱を供給して安定した定着性能を得るものである。また加圧ローラ５は、芯金上に１０〜３００μｍの離型層を形成することができる。ヒータ７は加圧ローラ５を加熱するものであり、温度はサーミスタ３９による検知信号として、制御手段に入力されて、目標の定着温度と比較され、検知温度が定着温度より高い場合には、ヒータ７への通電が停止される。検知温度が定着温度より低い場合には、ヒータ７への通電が行われる。このようにサーミスタ３９の検知信号がフィードバックされることで定着温度が制御され、加圧ローラ５の表面温度は１１０℃以上に保たれる。なおサーミスタ３９は、加圧ローラ５の回転による互いの摩耗を減じるように、加圧ローラ５の回転方向に対して、鈍角を形成するように加圧ローラ５に接している。
【００４２】
このように加熱ローラ３及び加圧ローラ５を薄肉として、低熱容量化できるのは、定着装置１が定着ベルト２を用いるいわゆるベルト定着装置だからである。即ち定着は、定着部１５、１６という距離的に比較的長い部位によって行われるため、定着圧を減じることができ、加圧ローラ５の強度を下げることができ、また加熱ローラ３は加圧ローラ５と圧接されないため、薄肉化することができる。定着を距離的に比較的長い部位によって行なうことは、比較的低温での定着を可能にし、これは立上り時間を短縮することにも寄与している。また定着ベルト２を用いると、ヒータによって加熱された定着ベルト２が搬送される過程で定着に適当な温度に冷却され、オフセットし難いという利点もある。ヒータ６、７の出力は、電源スイッチ投入時の突入電流、ヒータのオン、オフ時の蛍光灯のちらつき現象を考慮して７００Ｗ以下とされている。
【００４３】
クリーニングローラ３１と塗布ローラ３２とは互いに隣り合う位置に配設されており、クリーニングローラ３１は塗布ローラ３２に対して、定着ベルト２の移動方向における上流側に位置している。またクリーニングローラ３１は、矢印ｈ方向、塗布ローラ３２は矢印ｇ方向に、図示しない駆動手段によって定着ベルト２との対向部で、定着ベルト２と同じ駆動方向に、定着ベルト２と等速で移動するように駆動されている。クリーニングローラ３１は定着ベルト２と当接することにより、シート状媒体から定着ベルト２に移転したトナーを拭きとり、定着ベルト２表面をリフレッシュする。塗布ローラ３２は、離型剤供給手段５０からシリコンオイルを主成分とした離型剤を定着ベルト２に適当な所定量を塗布する。離型剤供給手段５０は接離機構で接離制御することにより、定着ベルト２に適当な所定量を塗布するように制御を行なっている。
【００４４】
前記したように、加熱ローラ３にはベルトの裏面側から加熱するためのヒータ６と、それを制御するためのサーミスタ８が、加圧ローラ５にもベルトの表面を加熱するためのヒータ７とそれを制御するためのサーミスタ３９が設けられているが、この加熱ローラ３及び加圧ローラ５はそれぞれ薄肉円筒状の芯金からなり、低熱容量化が図られているため、ヒータ６、７のオン／オフによる応答性が速く、サーミスタ８、３９が制御温度以上になっていることを検知してヒータ６、７をオフしても、所定の制御温度以上となってしまういわゆる温度のオーバーシュートが発生することがある。加熱ローラ３にオーバーシュートが発生すると、紙等のシート状媒体が定着部を通過することにより、定着ベルト２及び加圧ローラ５から熱量がシート状媒体に移転し、定着ベルト２及び加圧ローラ５の表面温度が所定の制御温度よりも低くなっているときには、この傾向が顕著となる。（即ち設定温度が１７０℃で、加熱ローラ３の表面温度が１６５℃のときに、１７０℃を目標に昇温する場合と、加熱ローラ３の表面温度が１５０℃のときに、１７０℃を目標に昇温する場合とでは、サーミスタが１７０℃と検知したときに実際の加熱ローラ３の表面温度は、１５０℃の場合の方が高い温度になっているということである。）
【００４５】
請求項１に記載の発明について、図を用いて説明する。図３は従来の制御による加熱ローラ３と加圧ローラ５の表面温度の推移である。本実施例において、加熱ローラ３の表面温度と定着ベルト２の表面温度差は約２０℃であるため、加熱ローラの制御温度は１７０℃、加圧ローラの制御温度は１５０℃と２０℃の温度差が設けてある。横軸の範囲：Ａは定着部にシート状媒体が進入する前のプレ回転の状態、範囲：Ｂはシート状媒体が定着部を通過している状態（３枚の記録媒体を一連のジョブとし、１枚目〜３枚目までが順に定着部を通過している状態である）、範囲：Ｃは３枚目のシート状媒体（最終のシート状媒体）が定着部を通過したが、シート状媒体を本体２６上部の排紙トレイ２７に排出するために本体駆動は回転し、これに伴い定着装置は回転し続けている状態、範囲：Ｄはシート状媒体が排紙トレイ２７に排紙されて、定着装置の駆動が停止した状態を、それぞれ示している。
【００４６】
なおシート状媒体が定着部（ニップ）を通過したかどうかは定着装置より上流に具えている図示しないレジストセンサ等で記録媒体の後端を検知し、記録媒体の搬送速度や記録媒体の長さのデータから算出することにより求めることができる。その他の方法としては、ニップ部付近にセンサを設け、記録媒体の後端を直接検知する方法や、出口ガイド３６の下流に図示しないセンサを設け、センサが記録媒体の先端を検知した情報と、記録媒体の搬送速度と記録媒体の長さのデータからニップを通過したことを算出する方法もある。また極端に搬送速度が遅い装置でなく、出口ガイド３６の下流のセンサとニップの位置が近い場合は、このセンサが記録媒体の後端を検知した時を定着部を通過した時と見なしても差し支えない。
【００４７】
加熱ローラ３は範囲：Ａにおいては狙いの制御値１７０℃で推移しているが、範囲：Ｂでシート状媒体に熱量が奪われ、一時的に５℃程度、温度が下がり、ヒータ６がオンされる。範囲：Ｃではシート状媒体が定着部にいなくなるため温度を奪われる媒体がなくなり、温度が上昇を始める。サーミスタ８が制御温度より高い温度を検知し、ヒータ６はオフされるが、ヒータ６の応答性が遅いため、温度がオーバーシュートを起こす。範囲：Ｄになると定着装置の駆動が停止するため、ベルトにも熱が転移しなくなるため、加熱ローラ３の表面温度は制御温度よりも１０℃以上高い状態が続く。
【００４８】
同様に加圧ローラ５は範囲：Ａにおいては狙いの制御値１５０℃で推移しているが、範囲：Ｂでシート状媒体に熱量が奪われ、一時的に５℃程度温度が下がり、ヒータ７がオンされる。加圧ローラ５はローラ表面にサーミスタ３９が具備されているので、加熱ローラ３に比べるとヒータ７が速くオンするため、一旦温度が下がった後の立ち上がりは速い。範囲：Ｃではシート状媒体が定着部にいなくなるため温度を奪われる媒体がなくなり、温度が上昇を始める。サーミスタ３９が制御温度より高い温度を検知し、ヒータ７はオフされるが、ヒータ７の応答性が遅いため、温度がオーバーシュートを起こす。範囲：Ｄになると定着装置の駆動が停止するため、ベルトにも熱が転移しなくなるため、加圧ローラ５の表面温度は制御温度よりも１０℃以上高い状態が続く。これは課題の欄で詳細に記載したが、熱応答性の高い（熱容量が低く温度が直ぐに上昇する）加熱システム及び加熱位置と最も熱を奪う位置の関係からくる。例え応答性が高いサーミスタを利用しても発生してしまうオーバーシュートである。
【００４９】
図４は請求項１に記載の画像形成装置での制御による加熱ローラ３と加圧ローラ５の表面温度の推移である。図３と同様に、加熱ローラ３の表面温度と定着ベルト２の表面温度は約２０℃であるため、加熱ローラの制御温度は１７０℃、加圧ローラの制御温度は１５０℃と２０℃の温度差が設けてある。横軸の範囲：Ａは定着部にシート状媒体が進入する前のプレ回転の状態、範囲：Ｂはシート状媒体が定着部を通過している状態（３枚の記録媒体を一連のジョブとし、１枚目〜３枚目までが順に定着部を通過している状態である）、範囲：Ｃは３枚目のシート状媒体（最終のシート状媒体）が定着部を通過したが、シート状媒体を本体２６上部の排紙トレイ２７に排出するために本体駆動は回転し、これに伴い定着装置は回転し続けている状態、範囲：Ｄはシート状媒体が排紙トレイ２７に排紙されて、定着装置の駆動が停止した状態を、それぞれ示しているのも図３と同じである。
なおシート状媒体が定着部（ニップ）を通過したかどうかは前述の方法と同様の方法で検知することができる。
【００５０】
加熱ローラ３は範囲Ａにおいては狙いの制御値１７０℃で推移しているが、範囲Ｂでシート状媒体に熱量が奪われ、一時的に５℃程度、温度が下がり、ヒータ６がオンされる。図４に示す本実施形態では範囲Ｃに移行するのと同期して、制御温度を１０℃低く下げるように制御する。シート状媒体が定着部になくなるため、温度を奪われる媒体がなくなるが、制御温度を１０℃下げることによりオーバーシュートは最低限に押えられ、加熱ローラ３の表面温度はほぼ狙いの定着温度（１７０℃）で推移する。範囲Ｄになり、定着装置の駆動が停止しても加熱ローラ３の表面温度は定着温度のまま推移する。なお範囲Ｃになった時点で設定温度が表面温度を下回るため、ヒータはオフになるが、温度は上昇している。これは範囲Ｃではヒータをオフしても転写紙に熱を奪われない為、かつヒータをオフしてもヒータの応答性が鈍い(電気的には瞬断されても、熱的には瞬断されない)ので、表面温度が制御温度近くまで上昇する(復帰する)ためである。
【００５１】
同様に加圧ローラ５は範囲Ａにおいては狙いの制御値１５０℃で推移しているが、範囲Ｂでシート状媒体に熱量が奪われ、一時的に５℃程度、温度が下がり、ヒータ７がオンされる。本実施形態では範囲Ｃに移行するのと同期して、制御温度を２０℃低く下げるように制御する。これは加熱ローラ３に比べ加圧ローラ５は芯金上に２００μｍの離型層を形成してあり、加熱ローラ３の熱容量は２６ｃａｌ／℃以下に対して、加圧ローラ５の熱容量は３６ｃａｌ／℃以下と高く、温度の変化が少ない為である。シート状媒体が定着部にいなくなるため温度を奪われる媒体が無くなるが、制御温度を２０℃下げることによりオーバーシュートは最低限に押さえられ、加圧ローラ５の表面温度はほぼ狙いの定着温度（１７０℃）で推移する。範囲Ｄになり、定着装置の駆動が停止しても加圧ローラ５の表面温度は定着温度のまま推移する。なお範囲Ｃ中にベルトの温度が全体として均一になっていれば良いが期間が短いと、ベルト上には温度の高い部分と低い部分とが存在していることになる。この状態で範囲Ｄに入ると，ベルトは停止することになるが、この時に高い部分（最終の記録紙がニップを通過した時点における加熱位置〜ニップ直前までの部分）がニップ部に、低い部分（最終の記録紙がニップを通過した時点におけるニップ〜加熱位置直前までの部分）が加熱位置に来るように停止すれば、温度差は縮まるように作用する。これは加圧ローラにヒータが存在しない場合や加圧ローラ内のヒータの設定温度が低い場合により有効に作用する。またこの制御の一例としては、予め決められているベルトの長さのデータ、ニップを抜けたことを検知するデータ等から制御することができる。なお加熱ローラとニップの位置関係から、レイアウト上高い部分をニップ部に低い部分を加熱位置にという条件を双方とも満たすことができない装置が考えられるが、その場合どちらか一方の条件を満たしてやれば良い。
【００５２】
このように請求項１に記載の発明により、シート状媒体が通過後に発生する温度オーバーシュートを防止できるので、次作像時に温度過多によるホットオフセットが発生したり、温度過昇防止装置の誤動作を防止することが可能となった。
【００５３】
また、前記のシート状媒体が通過後に下げる温度（加熱ローラに対し１０℃、加圧ローラに対し２０℃）は、次作像時にシート状媒体が給紙から最も定着装置寄りの作像装置２１ＢＫに搬送されるまでの、いわゆるプレ回転時間内に所定の定着制御温度に復帰可能な範囲で設定されているので、請求項１記載の制御動作が次の作像時に影響を及ぼすことはない。
【００５４】
加熱ローラ３には温度過昇防止装置としてサーモスタット１００が具備されている。サーモスタット１００は所定の温度以上になると加熱ヒータ３の導通を遮断し、加熱ローラ３のヒータ６の暴走による発煙や発火を未然に防止するためのものである。図５に示すように加熱ローラ３に接触するように支持体３８に取り付けられており、温度が２００℃以上になると導通が遮断される仕様となっている。請求項１記載の発明では加熱ローラ３の定着制御温度は１７０℃であったが、厚手の紙種に対応するため、制御温度は１８０℃まで変更可能となっており、１８０℃を制御温度にした場合には従来の制御方法ではオーバーシュートにより２００℃まで加熱ローラ３の表面温度が上昇することがあり、定着装置としては異常な制御をしていないにも関わらず、サーモスタット１００が切れて、サービスマンによるサーモスタット１００の交換が必要となる場合があった。これに対し、請求項１記載の温度制御を行うことにより、オーバーシュートが防止され、温度過昇防止装置を狙い通りに使用できるようになり、より安全な画像形成装置を提供できるようになった。
【００５５】
また、上記温度過昇防止装置は温度ヒューズを用いると、より安価に請求項記載の発明と同じ効果を得ることができる。なお本実施例では、加圧ローラ内にヒータを設けているが、設けない加圧ローラを採用しても良い。また、設けていたとしても、多少制御の方法が変わっていても良い。要はベルトに対して極端に温度上昇させたり、下降させたり作用しないことが好ましい。従って、加圧ローラのヒータを本実施例のように加熱ローラのヒータと同じように制御させるのが最も好ましい実施例であると考える。
本実施例は、ベルト内部にベルトの回転と共に回転する加熱ローラを配置したが、ベルトに対して固定している（ベルトが摺動する）部材にしても良い。また、加熱ローラ３を定着ローラ４の真上に配置し、第２ニップ１５を設けない構成にしても良い。更には加熱源としてはヒータに限らず電磁誘導方式でも良い。また温度検知手段としては加熱ローラ３に接触するように設けたが、加熱位置におけるベルトの表面に接触するように設けても良い（但し、ベルトを傷つけるため好ましくは加熱ローラの方が良い）。また、ベルト内部に配置する部材の数としては本実施例のように加熱ローラと定着ローラの２つのみに限らず、３つのローラを使用しても良い。
【００５６】
【発明の効果】
この発明は、前記のような構成からなるので、記録媒体が通過後に発生する温度オーバーシュートを防止することができるので、次作像時に温度過多によるホットオフセットが発生したり、温度過昇防止装置の誤動作を防止することが可能であるという効果がある。また、第２設定温度および第４設定温度を、次作像時の記録媒体が通過するまでに所定の制御温度に復帰することができる範囲で設定した場合には、次作像時に影響を及ぼさないという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像形成装置概略図である。
【図２】本発明の定着装置概略図である。
【図３】従来の定着温度制御に対する加熱ローラと加圧ローラ表面温度図である。
【図４】請求項１記載の定着温度制御に対する加熱ローラと加圧ローラ表面温度図である。
【図５】温度過昇防止装置の概略図である。
【符号の説明】
１定着装置２定着ベルト
３加熱ローラ４定着ローラ
５加圧ローラ６ヒータ
７ヒータ８サーミスタ
９芯金１０弾性体層
１１軸１２入口ガイド
２０画像形成装置
２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１ＢＫ作像手段
２２転写手段２３、２４給紙カセット
２６本体２７排紙トレイ
２９Ｙ、２９ＢＫ露光光３０レジストローラ
３１クリーニングローラ３２塗布ローラ
３３ケーシング３６出口ガイド
３７取手３８支持体
３９サーミスタ４１、４２ピックアップローラ
４３搬送ローラ４４搬送ローラ
４５排出ローラ５０離型剤供給手段
１００サーモスタット

Claims

記録媒体に担持された未定着画像をニップ部を通過させることにより、定着するベルト定着装置を具えた画像形成装置であって、前記ベルト定着装置は、熱源で加熱される加熱ローラと、定着ローラと、前記加熱ローラと定着ローラに巻き掛けられた定着ベルトと、第２の熱源で加熱され、前記定着ベルトに接触してニップ部を形成する加圧ローラと、前記加熱ローラの温度を検知する温度検知手段と、前記加圧ローラの温度を検知する第２の温度検知手段とを具え、前記加圧ローラの熱容量は前記加熱ローラの熱容量よりが大きくなっており、
また、前記温度検知手段が検知した加熱ローラの温度と所定の制御温度に基づいて、加熱ローラの温度を制御するとともに、前記第２の温度検知手段が検知した加圧ローラの温度と所定の制御温度に基づいて、加圧ローラの温度を制御する制御手段を具え、
前記所定の制御温度は、加熱ローラ制御用の第１設定温度と第１設定温度より低い第２設定温度、および第１設定温度より低く設定された加圧ローラ制御用の第３設定温度と第３設定温度より低い第４設定温度を有し、
前記制御手段は、一連のジョブ中の最終の記録媒体が前記ニップ部を通過すると、前記定着装置が回転し続けている状態で、前記加熱ローラの温度を第１設定温度から第２設定温度に下げるとともに、加圧ローラの制御温度を第３設定温度から第４設定温度に前記第１設定温度から第２設定温度への下げ幅よりも大きく下げることを特徴とする画像形成装置。
第２設定温度および第４設定温度は、次作像時の記録媒体が通過するまでに所定の制御温度に復帰することができる範囲で設定されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。