JP4635783B2 - 定着装置、画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば電子写真方式を利用した画像形成装置において記録材にトナー像を定着する定着装置等に関する。

一般に、粉状のトナーを用いる画像形成装置において、トナー像を定着する工程では、トナー像を記録媒体上に静電的に転写した後、加熱部材と加圧部材との間に記録媒体を挟み込み、トナー像を加熱溶融して記録媒体に圧着する方法が広く採用されている。このような加熱部材を加熱する手段として、加熱部材に導電層を設け、電磁誘導加熱によって導電層を発熱させるものが提案されている(特許文献１、特許文献２参照。)。ここで、電磁誘導加熱は、変動磁界を発生する励磁コイルを導電層に近接配置し、導電層に発生する渦電流で導電層(加熱部材)を発熱させるものである。この電磁誘導加熱によれば、加熱部材を直接加熱することができるとともに、加熱により高温となる範囲が極めて限られることから、加熱部材を短い時間で所定の温度まで加熱することができる。このため、加熱源としてハロゲンランプ等の発熱体を用いる場合に比べ、定着装置のウォームアップ時間を短縮することができ、消費電力を低減することができる。また、未使用時に加熱部材を予熱しておく必要もないため、この点でも消費電力を低減することが可能である。

一方、加熱部材(定着部材)は加熱ロールの他、無端状の定着ベルトが一般に用いられており、この無端状ベルトには複数の支持ロールによって張架されたタイプと、内部に押圧部材を有し無張架の状態で周回駆動されるタイプとがある。定着ベルトは薄肉の耐熱性樹脂等を基層とし、加熱ロールに比べ熱容量が小さいため、加熱ロールより短時間でウォーミングアップを行うことができる。さらに、無張架タイプの定着ベルトは、他の部材との接触する面積を小さくすることができ、他の部材への熱移動が低減される。このため、一層効率の良いウォーミングアップを行うことができる。

上記のように加熱部材として無端状ベルトを用い、これを電磁誘導加熱する定着装置では、無端状ベルトが複数のロールによって張架されるときには、特許文献２に記載されているように張架されたベルトの内面又は外面と対向するように励磁コイルが配置される。一方、無端状ベルトが無張架の状態で周回駆動されるものでは、無端状ベルトの外周面と近接対向するように励磁コイルが配置される(特許文献３参照。)。そして、無端状ベルトを貫通する方向に変動磁界を発生し、その周囲に渦電流が誘導される。
このような励磁コイルへ供給する高周波電流は、一般に直流を高周波でスイッチングすることによって生成され、定電流制御又は定電力制御がなされる。また、励磁コイルへの電力供給は、被加熱体である定着部材の温度を温度センサで検知し、所定の温度が維持されるように供給電力量を制御したり、電力供給のＯＮ／ＯＦＦ制御がなされたりする。

特開平１０−２５４２６３号公報(第４頁、図３) 特開平１１−３５２８０４号公報(第６−７頁、図３) 特開２００２−１４８９８３号公報(第７頁、図１)

ところで、近年の画像形成装置には、さらなるウォームアップ時間の短縮化が求められている。したがって、ユーザからプリントアウトの要求があったときに、直ちに定着装置(加熱部材)を定着温度まで加熱することが要求される。
一方、例えば電磁誘導加熱方式を採用した定着装置では、上述したようにウォームアップ時間を短縮できる反面、加熱部材が短時間で昇温してしまうために、加熱部材の温度が所望とする温度範囲の上限を逸脱するオーバーシュートが発生しやすい。このようにしてオーバーシュートが発生すると、加熱部材等が過加熱によるダメージを受け、その寿命が短くなってしまったり、あるいは故障の原因となったりするおそれがある。

このような問題に対し、例えば、ウォームアップ中に励磁コイルに供給する電力の大きさを徐々に低減し、加熱部材の昇温カーブの傾きを徐々に小さくしていくことで、オーバーシュートの発生を抑制することが考えられる。
しかしながら、このような手法を採用した場合、今度は加熱部材のウォームアップ時間が長くかかってしまい、電磁誘導加熱方式を採用する利点が生かされなくなってしまう。また、励磁コイルへの供給電力を多段階に設定するために、電力供給のＯＮ／ＯＦＦ制御が頻繁に行われることになるため、フリッカ等の二次障害も発生しやすくなる。
なお、このような問題は、上述した電磁誘導加熱方式を採用する定着装置に限られるものではなく、加熱部材を急速に昇温させる機構を備えた定着装置においても、同様に生じ得るものである。

本発明は、かかる技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、ウォームアップ時間を短くすることのできる定着装置を提供することにある。
また、他の目的は、加熱部材の温度が所望とする温度範囲の上限を逸脱するオーバーシュートの発生を抑制することにある。

かかる目的のもと、本発明は、記録材上の未定着像を定着する定着装置であって、導電層を有し回動可能に配設される加熱部材と、回動可能に配設され、加熱部材に圧接することにより加熱部材との間に記録材を通過させるための定着ニップ部を形成する加圧部材とを有しており、加熱手段によって導電層を介して加熱部材を誘導加熱し、駆動手段によって加熱部材を回動させ、接離手段によって加熱部材と加圧部材とを接離する。

このような定着装置において、加熱部材は、無端状のベルト部材からなることを特徴とすることができる。また、加熱部材の温度に対応する情報を取得手段で取得し、制御手段が、接離手段によって加熱部材と加圧部材とを離間させた状態で、駆動手段によって加熱部材を駆動するとともに加熱手段によって加熱部材を加熱し、取得手段により取得される情報が所定の条件を満足した場合に、接離手段によって加熱部材と加圧部材とを圧接させるように構成することができる。この場合に、取得手段は、情報として加熱手段による加熱部材の加熱開始からの経過時間を取得し、制御手段は、取得手段で取得される経過時間が所定の時間以上となった場合に、接離手段によって加熱部材と加圧部材とを圧接させることができる。ここで、所定の時間は、加熱手段によって加熱される加熱部材の温度が定着温度範囲の上限を上回るのに必要な時間よりも短いことを特徴とすることができる。また、取得手段は、情報として加熱部材を測温して得られた温度を取得し、制御手段は、取得手段で取得される温度が所定の温度以上となった場合に、接離手段によって加熱部材と加圧部材とを圧接させることができる。さらに、制御手段は、記録材上のトナー像の定着動作を終了した後に、加熱部材と加圧部材とを離間させることができる。

また、他の観点から捉えると、本発明が適用される画像形成装置は、トナー像を形成するトナー像形成部と、トナー像形成部によって形成されたトナー像を記録材に転写する転写部と、転写部によって記録材上に転写されたトナー像を定着する定着部とを備え、定着部は、回動可能に配設され、記録材を加熱する加熱部材と、加熱部材に熱を供給する供給部材と、供給部材により加熱される加熱部材の温度が所定の温度範囲の上限を上回る前に、加熱部材に圧接して加熱部材から熱を奪う圧接部材とを含んでいる。

このような画像形成装置において、圧接部材は、加熱部材に圧接することにより加熱部材との間に記録材を通過させるための定着ニップ部を形成する加圧部材であることを特徴とすることができる。また、加熱部材は、導電層を有し、供給部材は、導電層を介して加熱部材を誘導加熱することができる。さらに、供給部材による加熱部材の加熱開始からの経過時間を計時するタイマをさらに含み、圧接部材は、タイマにより計時される経過時間が所定の時間以上となった場合に、加熱部材に圧接することができる。さらにまた、加熱部材の温度を測定する温度センサをさらに含み、圧接部材は、温度センサにより測定される温度に基づいて加熱部材の温度を取得することができる。そして、所定の温度範囲は、記録材上のトナー像を定着するのに好適な定着温度の範囲であることを特徴とすることができる。

また、本発明を定着装置における加熱方法として捉えると、回動可能な加熱部材と加熱部材に圧接することにより加熱部材との間に定着ニップ部を形成する加圧部材とを備え、電磁誘導にて加熱部材を加熱する定着装置の加熱方法であって、加熱部材と加圧部材とを離間させた状態で、加熱部材を回動させ且つ電磁誘導加熱するステップと、加熱部材の温度が所定の温度範囲の下限を超え且つ温度範囲の上限を超える前に、加熱部材と加圧部材とを圧接させるステップとを含んでいる。
ここで、所定の温度範囲は、記録材上の未定着像を定着するのに好適な定着温度の範囲であることを特徴とすることができる。

本発明によれば、誘導加熱される加熱部材と加圧部材とを接離自在に構成したので、加熱部材を加圧部材から離した状態で誘導加熱することが可能となり、昇温中に加圧部材に熱が奪われるのを抑制できることから、ウォームアップ時間を短くすることができる。
また、本発明によれば、加熱部材を昇温する間に、所定のタイミングで加圧部材あるいは圧接部材を加熱部材に圧接させるようにしたので、加熱部材の熱を加圧部材あるいは圧接部材に奪わせることが可能になり、加熱部材のオーバーシュートを抑制することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態(以下、実施の形態という)について詳細に説明する。
図１は本実施の形態が適用される画像形成装置を示した概略構成図である。図１に示す画像形成装置は、タンデム型、中間転写型の画像形成装置である。この画像形成装置は、電子写真方式により各色成分のトナー像が形成される複数の画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋ、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋにより形成された各色成分トナー像を中間転写ベルト１５に順次転写(一次転写)させる一次転写部１０を備えている。また、画像形成装置は、中間転写ベルト１５上に転写された重畳トナー画像(未定着トナー像)を記録材である用紙Ｓに一括転写(二次転写)させる二次転写部２０、二次転写された画像を用紙Ｓ上に定着させる定着装置６０を備えている。また、画像形成装置は、各装置(各部)の動作を制御する制御手段の一例としての制御部４０、ユーザからの指示を受け付けるためのユーザインタフェース(ＵＩ)４１、この画像形成装置の電源をＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチ２を有している。

本実施の形態において、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋは、矢印Ａ方向に回転する感光体ドラム１１と、感光体ドラム１１を帯電する帯電器１２、感光体ドラム１１上に静電潜像を書込むレーザ露光器１３(図中露光ビームを符号Ｂｍで示す)を備えている。また、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋは、各色成分トナーが収容されて感光体ドラム１１上の静電潜像をトナーにより可視像化する現像器１４、感光体ドラム１１上に形成された各色成分トナー像を一次転写部１０にて中間転写ベルト１５に転写する一次転写ロール１６、感光体ドラム１１上の残留トナーが除去されるドラムクリーナ１７を有している。これらの画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋは、中間転写ベルト１５の上流側から、イエロー(Ｙ)、マゼンタ(Ｍ)、シアン(Ｃ)、黒(Ｋ)の順に、略直線状に配置されている。

中間転写ベルト１５は、ポリイミドあるいはポリアミド等の樹脂にカーボンブラック等の帯電防止剤を適当量含有させたフィルム状の無端ベルトで構成されている。そして、その体積抵抗率は１０^６〜１０^１４Ωｃｍとなるように形成されており、その厚みは例えば０．１ｍｍ程度に構成されている。中間転写ベルト１５は、各種ロールによって図１に示すＢ方向に所定の速度で循環駆動されている。この各種ロールとして、定速性に優れたモータ(図示せず)により駆動されて中間転写ベルト１５を回動させる駆動ロール３１、各感光体ドラム１１の配列方向に沿って略直線状に延びる中間転写ベルト１５を支持する支持ロール３２、中間転写ベルト１５に対して一定の張力を与えると共に中間転写ベルト１５の蛇行を防止する補正ロールとして機能するテンションロール３３、二次転写部２０に設けられるバックアップロール２５、中間転写ベルト１５上の残留トナーを掻き取るクリーニング部に設けられるクリーニングバックアップロール３４を有している。

一次転写部１０は、中間転写ベルト１５を挟んで感光体ドラム１１に対向して配置される一次転写ロール１６で構成されている。一次転写ロール１６は、シャフトと、シャフトの周囲に固着された弾性層としてのスポンジ層とを有している。シャフトは鉄、ＳＵＳ等の金属で構成された円柱棒である。スポンジ層はカーボンブラック等の導電剤を配合したＮＢＲとＳＢＲとＥＰＤＭとのブレンドゴムで形成され、体積抵抗率が１０^７．５〜１０^８．５Ωｃｍのスポンジ状の円筒ロールである。そして、一次転写ロール１６は中間転写ベルト１５を挟んで感光体ドラム１１に圧接配置され、さらに一次転写ロール１６にはトナーの帯電極性(マイナス極性とする。以下同様。)と逆極性の電圧(一次転写バイアス)が印加されるようになっている。これにより、各々の感光体ドラム１１上のトナー像が中間転写ベルト１５に順次、静電吸引され、中間転写ベルト１５上において重畳されたトナー像が形成されるようになっている。なお、本実施の形態では、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋ、中間転写ベルト１５、一次転写ロール１６等によってトナー像形成部が構成されている。

転写部の一例としての二次転写部２０は、中間転写ベルト１５のトナー像担持面側に配置される二次転写ロール２２と、バックアップロール２５とによって構成される。バックアップロール２５は、表面がカーボンを分散したＥＰＤＭとＮＢＲとのブレンドゴムのチューブ、内部がＥＰＤＭゴムで構成されている。そして、その表面抵抗率が１０^７〜１０^１０Ω／□となるように形成され、硬度は例えば７０°(アスカーＣ)に設定される。このバックアップロール２５は、中間転写ベルト１５の裏面側に配置されて二次転写ロール２２の対向電極をなし、二次転写バイアスが安定的に印加される金属製の給電ロール２６が当接配置されている。

一方、二次転写ロール２２は、シャフトと、シャフトの周囲に固着された弾性層としてのスポンジ層とで構成されている。シャフトは鉄、ＳＵＳ等の金属で構成された円柱棒である。スポンジ層はカーボンブラック等の導電剤を配合したＮＢＲとＳＢＲとＥＰＤＭとのブレンドゴムで形成され、体積抵抗率が１０^７．５〜１０^８．５Ωｃｍのスポンジ状の円筒ロールである。そして、二次転写ロール２２は中間転写ベルト１５を挟んでバックアップロール２５に圧接配置され、さらに二次転写ロール２２は接地されてバックアップロール２５との間に二次転写バイアスが形成され、二次転写部２０に搬送される用紙Ｓ上にトナー像を二次転写する。

また、中間転写ベルト１５の二次転写部２０の下流側には、二次転写後の中間転写ベルト１５上の残留トナーや紙粉を除去し、中間転写ベルト１５の表面をクリーニングする中間転写ベルトクリーナ３５が、中間転写ベルト１５に対して接離自在に設けられている。一方、イエローの画像形成ユニット１Ｙの上流側には、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋにおける画像形成タイミングをとるための基準となる基準信号を発生する基準センサ(ホームポジションセンサ)４２が配設されている。また、黒の画像形成ユニット１Ｋの下流側には、画質調整を行うための画像濃度センサ４３が配設されている。この基準センサ４２は、中間転写ベルト１５の裏側に設けられた所定のマークを認識して基準信号を発生しており、この基準信号の認識に基づく制御部４０からの指示により、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋは画像形成を開始するように構成されている。

さらに、本実施の形態の画像形成装置では、用紙搬送系として、用紙Ｓを収容する用紙トレイ５０、この用紙トレイ５０に集積された用紙Ｓを所定のタイミングで取り出して搬送するピックアップロール５１、ピックアップロール５１により繰り出された用紙Ｓを搬送する搬送ロール５２、搬送ロール５２により搬送された用紙Ｓを二次転写部２０へと送り込む搬送シュート５３、二次転写ロール２２により二次転写された後に搬送される用紙Ｓを定着装置６０へと搬送する搬送ベルト５５、用紙Ｓを定着装置６０に導く定着入口ガイド５６を備えている。

次に、本実施の形態に係る画像形成装置の基本的な作像プロセスについて説明する。図１に示すような画像形成装置では、図示しない画像読取装置(ＩＩＴ)や図示しないパーソナルコンピュータ(ＰＣ)等から出力される画像データは、図示しない画像処理装置(ＩＰＳ)により所定の画像処理が施された後、画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋによって作像作業が実行される。ＩＰＳでは、入力された反射率データに対して、シェーディング補正、位置ズレ補正、明度／色空間変換、ガンマ補正、枠消しや色編集、移動編集等の各種画像編集等の所定の画像処理が施される。画像処理が施された画像データは、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの４色の色材階調データに変換され、レーザ露光器１３に出力される。

レーザ露光器１３では、入力された色材階調データに応じて、例えば半導体レーザから出射された露光ビームＢｍを画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋの各々の感光体ドラム１１に照射している。画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋの各感光体ドラム１１では、帯電器１２によって表面が帯電された後、このレーザ露光器１３によって表面が走査露光され、静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、各々の画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋによって、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色のトナー像として現像される。

画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋの感光体ドラム１１上に形成されたトナー像は、各感光体ドラム１１と中間転写ベルト１５とが当接する一次転写部１０において、中間転写ベルト１５上に転写される。より具体的には、一次転写部１０において、一次転写ロール１６により中間転写ベルト１５の基材に対しトナーの帯電極性(マイナス極性)と逆極性の電圧(一次転写バイアス)が付加され、トナー像を中間転写ベルト１５の表面に順次重ね合わせて一次転写が行われる。

トナー像が中間転写ベルト１５の表面に順次一次転写された後、中間転写ベルト１５は移動してトナー像が二次転写部２０に搬送される。トナー像が二次転写部２０に搬送されると、用紙搬送系では、トナー像が二次転写部２０に搬送されるタイミングに合わせてピックアップロール５１が回転し、用紙トレイ５０から所定サイズの用紙Ｓが供給される。ピックアップロール５１により供給された用紙Ｓは、搬送ロール５２により搬送され、搬送シュート５３を経て二次転写部２０に到達する。この二次転写部２０に到達する前に、用紙Ｓは一旦停止され、トナー像が担持された中間転写ベルト１５の移動タイミングに合わせてレジストロール(図示せず)が回転することで、用紙Ｓの位置とトナー像の位置との位置合わせがなされる。

二次転写部２０では、中間転写ベルト１５を介して、二次転写ロール２２がバックアップロール２５に押圧される。このとき、タイミングを合わせて搬送された用紙Ｓは、中間転写ベルト１５と二次転写ロール２２との間に挟み込まれる。その際に、給電ロール２６からトナーの帯電極性(マイナス極性)と同極性の電圧(二次転写バイアス)が印加されると、二次転写ロール２２とバックアップロール２５との間に転写電界が形成される。そして、中間転写ベルト１５上に担持された未定着トナー像は、二次転写ロール２２とバックアップロール２５とによって押圧される二次転写部２０において、用紙Ｓ上に一括して静電転写される。

その後、トナー像が静電転写された用紙Ｓは、二次転写ロール２２によって中間転写ベルト１５から剥離された状態でそのまま搬送され、二次転写ロール２２の用紙搬送方向下流側に設けられた搬送ベルト５５へと搬送される。搬送ベルト５５では、定着装置６０における最適な搬送速度に合わせて、用紙Ｓを定着装置６０まで搬送する。定着装置６０に搬送された用紙Ｓ上の未定着トナー像は、定着装置６０によって熱および圧力で定着処理を受けることで用紙Ｓ上に定着される。そして定着画像が形成された用紙Ｓは、画像形成装置の排出部に設けられた排紙載置部に搬送される。
一方、用紙Ｓへの転写が終了した後、中間転写ベルト１５上に残った残留トナーは、中間転写ベルト１５の回動にともなってクリーニング部まで搬送され、クリーニングバックアップロール３４および中間転写ベルトクリーナ３５によって中間転写ベルト１５上から除去される。

次に、本実施の形態の画像形成装置に用いられる定着部の一例としての定着装置６０について説明する。
図２は本実施の形態に係る定着装置６０の構成を示す概略構成図である。図２に示すように、定着装置６０は、無端状の周面を有する加熱部材(無端状のベルト部材)の一例としての定着ベルト６１、定着ベルト６１の外周面に圧接して配設され、定着ベルト６１を従動回転させる加圧部材あるいは圧接部材の一例としての加圧ロール６２、定着ベルト６１の内側にて定着ベルト６１を介して加圧ロール６２に圧接配置される押圧パッド６３、押圧パッド６３等を支持するパッド支持部材６４、定着ベルト６１の外周面形状に倣って形成されるとともに定着ベルト６１とは所定の間隙を持って配設され、定着ベルト６１を長手方向に亘って電磁誘導加熱する加熱手段あるいは供給手段としての電磁誘導加熱部６５、定着ベルト６１の内側にて定着ベルト６１の内周面に沿って配設され、電磁誘導加熱部６５による定着ベルト６１への加熱効率を高めるフェライト部材６７により主要部が構成されている。

また、本実施の形態に係る定着装置６０では、後述するように、定着ベルト６１が駆動され、加圧ロール６２は定着ベルト６１の回動に伴って従動回転する。このため、定着装置６０は、定着ベルト６１を駆動する駆動手段としての駆動モータ６８を備えている。
さらに、本実施の形態に係る定着装置６０では、必要に応じて定着ベルト６１と加圧ロール６２とを接離できるように構成している。このため、定着装置６０は、定着ベルト６１側の取り付け位置を固定する一方で、加圧ロール６２を定着ベルト６１に対して接離する接離手段としてのラッチ機構６９を有している。このラッチ機構６９は、例えばモータや偏心カム等を組み合わせたもので構成することができる。

定着ベルト６１は、図３(ａ)に示すように、内周面側から順に、耐熱性の高いシート状部材からなる基層６１ａと、導電層６１ｂと、弾性層６１ｃと、外周面となる表面離型層６１ｄとが積層されて構成されている。また、各層の間には接着のためのプライマー層等が設けられる場合がある。
基層６１ａとしては、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＦＡ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂等のフレキシブルで機械的強度に優れ、耐熱性を有する材料が好適に用いられる。厚さは、１０〜１５０μｍ、好ましくは厚さ３０〜１００μｍが適している。厚さが１０μｍより小さい場合には定着ベルト６１としての強度が得られず、厚さが１５０μｍより大きい場合には、フレキシブル性が損なわれ、また熱容量が大きくなって温度立ち上がり時間が長くなるからである。本実施の形態では、厚さ８０μｍのポリイミド樹脂からなるシート状部材を使用している。

導電層６１ｂは、電磁誘導加熱部６５が誘起する磁界により誘導発熱する層(発熱層)であり、鉄、コバルト、ニッケル、銅、アルミニウム、クロム等の金属層を１〜８０μｍ程度の厚さで形成したものが用いられる。また、導電層６１ｂの材質および厚さは、電磁誘導による渦電流によって充分な発熱が得られる固有抵抗値を実現するように適宜選択される。本実施の形態では、厚さ１０μｍ程度の銅を使用している。

弾性層６１ｃは、厚さが１０〜５００μｍ、好ましくは５０〜３００μｍであって、耐熱性、熱伝導性に優れたシリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム等が用いられる。本実施の形態では、ゴム硬度１５°(ＪＩＳ−Ａ：ＪＩＳ−Ｋ Ａ型試験機)、厚さ２００μｍのシリコーンゴムを使用している。

ところで、カラー画像を印刷する場合、特に写真画像等の印刷時には、用紙Ｓ上で大きな面積領域に亘ってベタ画像が形成されることが多い。そのため、用紙Ｓやトナー像の凹凸に定着ベルト６１の表面(表面離型層６１ｄ)が追従できない場合には、トナー像に加熱ムラが発生して、伝熱量が多い部分と少ない部分とで定着画像に光沢ムラが発生する。すなわち、伝熱量が多い部分は光沢度が高く、伝熱量が少ない部分では光沢度が低くなる。このような現象は、弾性層６１ｃの厚さが１０μｍより小さい場合に生じ易い。そこで、弾性層６１ｃの厚さは、１０μｍ以上、より好ましくは５０μｍ以上に設定するのが好ましい。一方、弾性層６１ｃが５００μｍより大きい場合には、弾性層６１ｃの熱抵抗が大きくなり、定着装置６０のクイックスタート性能が低下する。そこで、弾性層６１ｃの厚さは、５００μｍ以下、より好ましくは３００μｍ以下に設定するのが好ましい。

また、弾性層６１ｃのゴム硬度としては、高すぎると用紙Ｓやトナー像の凹凸に追従しきれず定着画像に光沢ムラが発生し易い。そこで、弾性層６１ｃのゴム硬度としては５０゜(ＪＩＳ−Ａ：ＪＩＳ−Ｋ Ａ型試験機)以下、より好ましくは３５゜以下が適している。
さらに、弾性層６１ｃの熱伝導率λに関しては、λ＝６×１０^−４〜２×１０^−３［cal/cm・sec・deg ］が適している。熱伝導率λが６×１０^−４［cal/cm・sec・deg ］よりも小さい場合には熱抵抗が大きく、定着ベルト６１の表層(表面離型層６１ｄ)における温度上昇が遅くなる。一方、熱伝導率λが２×１０^−３［cal/cm・sec・deg ］よりも大きい場合には、硬度が過度に高くなったり、圧縮永久歪みが悪化する。そのため、熱伝導率λは６×１０^−４〜２×１０^−３［cal/cm・sec・deg ］、より好ましくは８×１０^−４〜１．５×１０^−３［cal/cm・sec・deg ］に設定するのが好ましい。

また、表面離型層６１ｄは、用紙Ｓ上に転写された未定着トナー像と直接的に接触する層であるため、離型性および耐熱性に優れた材料を使用する必要がある。したがって、表面離型層６１ｄを構成する材料としては、例えば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重合体(ＰＦＡ)、ポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、フルオロシリコーンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム等が好適に用いられる。
また、表面離型層６１ｄの厚さは、５〜５０μｍが好ましい。表面離型層６１ｄの厚さが５μｍよりも小さい場合には、塗膜時に塗りムラが生じて離型性の悪い領域が形成されたり、耐久性が不足したりするといった問題が発生するからである。また、表面離型層６１ｄが５０μｍを超える場合には、熱伝導が悪化するという問題が発生し、特に樹脂系の材質で形成された表面離型層６１ｄでは硬度が高くなりすぎ、弾性層６１ｃが有する機能を低下させるからである。なお、本実施の形態では、厚さ３０μｍのＰＦＡを使用している。
ここで、表面離型層６１ｄにおけるトナー離型性を向上するため、表面離型層６１ｄにトナーオフセット防止のためのオイル(離型剤)を塗布するオイル塗布機構を定着ベルト６１に当接させて配設することも可能である。特に、低軟化物質を含有しないトナーを用いた場合には効果的である。

なお、上記定着ベルト６１に代えて、図３(ｂ)に示すような定着ベルト１６１を用いても良い。この定着ベルト１６１は、耐熱性樹脂層１６１ａ,１６１ｃが二層に分けて形成され、これらの間に導電層１６１ｂが形成されている。そして、その表面に弾性層１６１ｄおよび表面離型層１６１ｅが積層されたものである。この定着ベルト１６１では、導電層１６１ｂである金属層を薄く形成しても、繰り返し曲げ変形を受けることによる劣化を抑制することができる。なお、耐熱性樹脂層１６１ａ,１６１ｃは耐熱性樹脂に限定されるものではない。

次に、加圧ロール６２は、図２に示したように、芯材(コア)としての金属製の円筒状部材６２ａと、円筒状部材６２ａの表面にシリコーンゴム、発泡シリコーンゴム、フッ素ゴム、フッ素樹脂等の耐熱性を有する弾性層６２ｂと、最外表面の表面離型層６２ｃとで構成されている。そして、加圧ロール６２は、定着ベルト６１の回転軸と平行に配設されるとともに、両端部がバネ部材(不図示)によって定着ベルト６１側に付勢されて支持されている。本実施の形態では、加圧ロール６２は、定着ベルト６１を介して総荷重２９４Ｎ(３０ｋｇｆ)で押圧パッド６３に付勢されている。そして、加圧ロール６２は定着ベルト６１が回動するのに伴い、矢印Ｃ方向に従動回転する。

押圧パッド６３は、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の弾性材料や、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド(ＰＰＳ)、ポリエーテルサルフォン(ＰＥＳ)や液晶ポリマー(ＬＣＰ)等の耐熱性樹脂等で形成されている。そして、押圧パッド６３は、定着ベルト６１の幅方向において、用紙Ｓが通過する領域(通紙域)よりもやや広い領域に亘って配設され、この押圧パッド６３の長手方向の略全長に亘って加圧ロール６２が押圧されるように構成されている。
また、押圧パッド６３の定着ベルト６１との接触面は、加圧ロール６２の外表面形状に倣って、凹状曲面で形成されている。そのため、定着ベルト６１を介して加圧ロール６２との間で充分に広いニップ幅を形成することができる。

さらに、押圧パッド６３と定着ベルト６１との間には、定着ニップ部Ｎにおける押圧パッド６３と定着ベルト６１との摺動性を向上するため、摺動性に優れ、耐摩耗性が高いポリイミドフィルムやフッ素樹脂を含浸させたガラス繊維シート等からなる摺動シート６３ａが配設されている。さらに、定着ベルト６１の内周面には潤滑剤が塗布されている。潤滑剤としては、アミノ変性シリコーンオイルやジメチルシリコーンオイル等が用いられる。これらにより、定着ベルト６１と押圧パッド６３との間の摩擦抵抗が小さくなり、定着ベルト６１が円滑に回動させることを可能としている。

パッド支持部材６４は、定着ベルト６１の幅方向に軸線を有する棒状部材である。そして、パッド支持部材６４の加圧ロール６２と対向する部分には押圧パッド６３が取り付けられており、定着ベルト６１を介して加圧ロール６２から押圧パッド６３に作用する押圧力をパッド支持部材６４によって負担している。そのため、パッド支持部材６４を構成する材質としては、加圧ロール６２から押圧力を受けた際の撓み量が所定のレベル以下、好ましくは１ｍｍ以下となる程度の剛性を有するものが用いられる。そのため、後述する電磁誘導加熱部６５による磁束の影響によって加熱されにくい必要をも考慮して、例えば、ガラス繊維入りＰＰＳ、フェノール、ポリイミド、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂、耐熱ガラス、固有抵抗が小さく誘導加熱の影響を受けにくいアルミニウム等の金属が用いられる。本実施の形態では、パッド支持部材６４は、断面形状が加圧ロール６２からの押圧力方向に長軸を有する長方形で形成されたアルミニウムで構成されている。

さらに、パッド支持部材６４には、高透磁率の材質(例えば、フェライトやパーマロイ等)から構成され、電磁誘導加熱部６５による加熱効率を高めるためのフェライト部材６７や、定着ベルト６１の温度を検知する取得手段あるいは温度センサの一例としてのサーミスタ７０がバネ部材７１を介して定着ベルト６１の内周面に圧接されるように固定されている。この場合、定着ベルト６１の長手方向中央部にサーミスタ７０が配置され、定着ベルト６１の一方の端部に他のサーミスタ(不図示)が配置されている。また、パッド支持部材６４には、定着ベルト６１に接触、または近接するように、サーモスイッチ(不図示)も配設されている。なお、温度検知手段としては、定着ベルト６１の温度を検知するサーミスタ７０等に代えて、またはかかるサーミスタ７０等に加えて、加圧ロール６２の表面温度を検知するサーミスタを設けた構成を採ることもできる。

また、パッド支持部材６４の軸方向両端部には、定着ベルト６１を支持するとともに、駆動モータ６８によってこの定着ベルト６１を回動させるための走行ガイド８０(図４参照)が配置されている。そして、定着ベルト６１は両端部の内周面が走行ガイド８０で支持されることで、定着ベルト６１は所定の形状(例えば、略円形)を維持しながら回動するように構成されている。ここで、図４は定着ベルト６１が走行ガイド８０によって支持される構成を説明する図であり、用紙Ｓの搬送方向上流側から見た定着装置６０の一方の端部領域を示している。
図４に示したように、走行ガイド８０は、定着ベルト６１の端部に挿入されて定着ベルト６１を支持するエンドキャップ８１と、エンドキャップ８１と一体的に構成されエンドキャップ８１よりも定着ベルト６１の軸方向外側に配置される駆動ギア８２と、パッド支持部材６４と一体的に構成され、これらエンドキャップ８１および駆動ギア８２を回動可能に保持する回転軸８３とを有している。なお、駆動ギア８２には、駆動モータ６８に設けられた駆動ギア(不図示)が噛合する。
そして、定着ベルト６１は、定着ベルト６１の幅方向両端部において、両端部の内周面が駆動ギア８２と一体化したエンドキャップ８１に支持されながら回動する。なお、ラッチ機構６９によって加圧ロール６２が定着ベルト６１に圧接している場合には、加圧ロール６２が定着ベルト６１の回動に伴って従動回転する。また、定着ベルト６１は、駆動ギア８２によって定着ベルト６１の幅方向への移動(ベルトウォーク)が制限され、定着ベルト６１に片寄りが生じるのが抑えられている。

次に、電磁誘導加熱部６５について述べる。電磁誘導加熱部６５は、図２に示すように、定着ベルト６１の幅方向に沿って、定着ベルト６１の外周面形状に倣った曲面を定着ベルト６１側に有する台座６５ａと、台座６５ａに支持された励磁コイル６５ｂと、この励磁コイル６５ｂに高周波電流を供給する給電手段の一例としての励磁回路６５ｃとで主要部が構成されている。

台座６５ａは、絶縁性および耐熱性を有する材料からなり、例えば、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、液晶ポリマー樹脂等を用いることができる。また、励磁コイル６５ｂとしては、例えば、耐熱性の絶縁材料(例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等)によって相互に絶縁された直径φ０．１〜０．５ｍｍの銅線材を複数本束ねたリッツ線を長円形状や楕円形状、長方形状等の閉ループ状に複数回(例えば、１１ターン)巻いたものが用いられる。そして、励磁コイル６５ｂは接着剤によって固められることでその形状を維持しながら台座６５ａに固定されている。
また、励磁コイル６５ｂおよびフェライト部材６７と、定着ベルト６１の導電層６１ｂとの間の距離は、可能な限り近接させて設置することが磁束の吸収効率を高めるために好ましいことから、これらの距離は５ｍｍ以内、例えば、２．５ｍｍ程度に設定されている。

電磁誘導加熱部６５では、励磁回路６５ｃから励磁コイル６５ｂに高周波電流が供給されると、励磁コイル６５ｂの周囲に磁束が生成消滅を繰り返す。ここで、高周波電流の周波数は、例えば１０〜５００ｋＨｚに設定されるが、本実施の形態では２０〜１００ｋＨｚに設定している。励磁コイル６５ｂからの磁束が定着ベルト６１の導電層６１ｂを横切ると、定着ベルト６１の導電層６１ｂにはその磁界の変化を妨げるような磁界が発生し、それによって導電層６１ｂ内に渦電流が発生する。そして、導電層６１ｂでは、渦電流(Ｉ)によって導電層６１ｂの表皮抵抗(Ｒ)に比例したジュール熱(Ｗ＝Ｉ^２Ｒ)が発生し、定着ベルト６１は加熱されることとなる。
なお、その際には、定着ベルト６１の温度は、サーミスタ７０での計測値に基づいて、画像形成装置の制御部４０(図１参照)が励磁コイル６５ｂに供給する電力量または高周波電流の供給時間等を制御することにより、所定の温度に維持されている。

そして、本実施の形態の画像形成装置においては、トナー像を形成する動作が開始されるのと略同時に、定着装置６０では、定着ベルト６１を駆動する駆動モータ６８および電磁誘導加熱部６５に電力が供給され、定着装置６０が起動する。すると定着ベルト６１が回動する。なお、この時点では、加圧ロール６２はラッチ機構６９によって定着ベルト６１から離間している。加えて、定着ベルト６１が電磁誘導加熱部６５と対向する加熱領域を通過することで、定着ベルト６１の導電層６１ｂには渦電流が誘導され、定着ベルト６１は発熱する。その後、所定のタイミングでラッチ機構６９によって加圧ロール６２が定着ベルト６１に圧接される。すると、定着ベルト６１に従動して加圧ロール６２が回動する。なお、定着ベルト６１に対する加圧ロール６２の圧接タイミングについては後述する。そして、定着ベルト６１が均一に所定の温度に加熱された状態で、未定着トナー像を担持した用紙Ｓが、定着ベルト６１と加圧ロール６２とが圧接された定着ニップ部Ｎに送り込まれる。通紙域における定着ニップ部Ｎ内では、用紙Ｓおよび用紙Ｓに担持されたトナー像は加熱および加圧され、トナー像が用紙Ｓ上に定着される。その後、用紙Ｓは定着ベルト６１の曲率の変化によって定着ベルト６１から剥離されて、画像形成装置の排出部に設けられた排紙載置部に搬送される。その際に、定着後の用紙Ｓを定着ベルト６１から完全に分離するための補助手段として、定着ベルト６１の定着ニップ部Ｎの下流側に、剥離補助部材７５を配設することも可能である。

本実施の形態の定着装置６０では、定着ベルト６１がトナー像の定着に必要な所定の温度に均一に加熱されているので、光沢ムラやオフセット等の発生が抑制された良好なトナー像を形成することができる。また、定着ベルト６１は熱容量が極めて小さいため、高速に定着ベルト６１を加熱することができるので、ウォームアップタイムを極めて短くすることができるとともに、オンデマンド性に優れているので待機時の電力消費も大きく低減することが可能である。
また、押圧パッド６３により、定着ベルト６１を介して加圧ロール６２との間で充分に広いニップ幅を形成することができるので、定着ニップ部Ｎにおける熱の伝達を充分に行うことが可能となって、良好な定着性能を得ることができる。

では次に、定着ベルト６１に対する加圧ロール６２の接離動作について詳細に説明する。
図５は、図１に示す制御部４０の制御ブロック図である。なお、制御部４０は、画像形成装置全体の制御を司る機能を有しているが、ここでは、定着装置６０の動作に関連するブロックのみを示している。
制御部４０のＣＰＵ(Central Processing Unit)９１は、ＲＯＭ(Read Only Memory)９２に記憶されたプログラムに従い、ＲＡＭ(Random Access Memory)９３との間で適宜データのやりとりを行いながら処理を実行する。また、制御部４０は、時間を計測するタイマ９４を具備している。この制御部４０には、入出力インタフェース９５を介して、スイッチ２からの電源ＯＮ情報、ＵＩ４１における操作指示情報、およびサーミスタ７０からの温度検知情報が入力されるようになっている。一方、この制御部４０は、入出力インタフェース９５を介して、定着ベルト６１を駆動する駆動モータ６８、定着ベルト６１に対して加圧ロールを接離させるラッチ機構６９、および励磁コイル６５ｂに電力を供給して定着ベルト６１を加熱させる励磁回路６５ｃに制御信号を出力している。

図６は、定着装置６０におけるウォームアップ処理の流れを説明するためのフローチャートを示している。なお、この説明では、初期状態において、ラッチ機構６９により定着ベルト６１から加圧ロール６２が離間されているものとする。
まず、制御部４０は、画像形成装置において画像形成動作を行う前処理が実行されたか否か、すなわち、画像形成動作のトリガを検知したか否かを判断する(ステップ１０１)。ここで、トリガとしては、例えばユーザが画像形成装置のスイッチ２を操作して電源をＯＮにしたことを検知した場合、ユーザが図示しない画像読取装置におけるプラテンカバー(不図示)を開けたことを検知した場合、画像読取装置における自動原稿送り部(不図示)に原稿をセットしたことを検知した場合、あるいはＰＣ(不図示)からプリント信号が入力されてきた場合などが挙げられる。

ステップ１０１において画像形成動作のトリガが検知されると、次に、制御部４０は駆動モータ６８に制御信号を出力し、駆動モータ６８を回転させることにより定着ベルト６１の駆動を開始する(ステップ１０２)。また、制御部４０は、励磁回路６５ｃにも制御信号を出力し、励磁コイル６５ｂ(図２参照)に高周波電流を供給することにより定着ベルト６１の誘導加熱を開始する(ステップ１０３)。さらに、制御部４０は、励磁回路６５ｃに高周波電流の供給を開始するタイミング(開始時刻ｔ＝０)に合わせて、内蔵するタイマ９４により計時を開始する(ステップ１０４)。なお、ステップ１０１において画像形成動作のトリガが検知されない場合は、ステップ１０１に戻る。

次に、制御部４０は、サーミスタ７０による測定温度であるサーミスタ温度Ｔxを取得し(ステップ１０５)、次いで取得されたサーミスタ温度Ｔxに基づいて定着ベルト６１の表面温度である定着ベルト温度Ｔを取得する(ステップ１０６)。さらに、制御部４０は、ステップ１０６において取得された定着ベルト温度Ｔが第一の設定温度Ｔ１以上であるか否かを判断する(ステップ１０７)。なお、本実施の形態において、第一の設定温度Ｔ１は、この定着装置６０で用紙Ｓ上の未定着トナー像を定着するのに好適な定着温度範囲のうちの下限値が用いられる。そして、制御部４０は、定着ベルト温度Ｔが第一の設定温度Ｔ１以上であると判断した場合に、ラッチ機構６９に制御信号を出力して加圧ロール６２を定着ベルト６１にラッチ(圧接)させる(ステップ１０９)。一方、制御部４０は、ステップ１０７において定着ベルト温度Ｔが第一の設定温度Ｔ１未満であると判断した場合、次にタイマ９４による経過時間ｔ(開始時刻ｔ＝０からの経過時間)が第一の設定時間ｔ１以上となっているか否かを判断する(ステップ１０８)。なお、第一の設定時間ｔ１は、この定着装置６０で通常の昇温動作を行った際に定着ベルト６１が第一の設定温度Ｔ１に到達すると想定される時間である。そして、制御部４０は、経過時間ｔが第一の設定時間ｔ１以上になっていると判断した場合に、ラッチ機構６９に制御信号を出力して加圧ロール６２を定着ベルト６１に圧接(ラッチ)させる(ステップ１０９)。なお、制御部４０は、ステップ１０８において経過時間ｔが第一の設定時間ｔ１未満であると判断した場合に、ステップ１０５へと戻って処理を続行する。

ステップ１０９において定着ベルト６１に加圧ロール６２が圧接された後、定着ニップ部Ｎに未定着トナー像を担持した用紙Ｓが搬入され、通紙が開始される(ステップ１１０)。そして、定着ニップ部Ｎを通過する用紙Ｓ上にトナー像が定着される。その後、制御部４０は、ジョブにおける最後の用紙Ｓが通過したか否か、すなわち通紙が終了したか否かを判断する(ステップ１１１)。ここで、通紙が終了している場合、つまり、画像形成動作を終了する場合には、ラッチ機構６９に制御信号を出力して、加圧ロール６２を定着ベルト６１から離間させ、すなわち、加圧ロール６２のラッチを解除して(ステップ１１２)、一連の処理を終了する。一方、通紙が終了していない場合、つまり、また画像形成動作が続行される場合には、ステップ１１１に戻って処理を続行する。

上述したステップ１０６では、ステップ１０５で取得したサーミスタ温度Ｔxに基づいて定着ベルト温度Ｔを取得している。サーミスタ７０は、定着ベルト６１に対して非接触に配置される。また、この定着装置６０では、誘導加熱方式を採用しているために、ウォームアップ動作において励磁コイル６５ｂによる励磁が開始されると、導電層６１ｂを有する定着ベルト６１は急速に加熱される。このため、サーミスタ７０で測定されるサーミスタ温度Ｔxは、定着ベルト６１の実際の温度(定着ベルト温度Ｔ)に追従できずに、より低い温度となってしまう。そこで、本実施の形態では、ウォームアップ動作においてサーミスタ７０で測定されるサーミスタ温度Ｔxとそのときの実際の定着ベルト温度Ｔとを予め調査しておき、これら両者の関係をテーブルとしてＲＯＭ９２に格納している。そして、上述したステップ１０６において、ＲＯＭ９２に格納されたテーブルを参照して、ステップ１０５で取得したサーミスタ温度Ｔxに対応する定着ベルト温度Ｔを取得するようにしている。

では次に、具体例を挙げて定着装置６０におけるウォームアップ動作等について詳細に説明する。
(１)室温から定着ベルト６１を加熱する場合
図７は、定着装置６０におけるウォームアップ動作および定着動作の一例を示す図であり、ここでは例えばスイッチ２の投入時や、長期間にわたって画像形成動作が行われなかった後など、室温Ｔ０にある定着ベルト６１を加熱する例を示している。なお、図７において、横軸は開始時刻からの経過時間ｔを、縦軸のうち左側は定着ベルト温度Ｔを、右側は励磁回路６５ｃから供給される投入電力Ｐを、それぞれ示している。また、図７において、実線は定着ベルト温度Ｔを、破線は投入電力Ｐを、それぞれ示している。

画像形成動作のトリガが検知されると(図６に示すステップ１０１参照)、上述したように定着ベルト６１が回動を開始し、また励磁回路６５ｃから電力の供給が開始される(ステップ１０２、ステップ１０３参照)。このとき、励磁回路６５ｃには、投入電力Ｐとして、この定着装置６０に割り当てられた電力の最大値である第一の電力Ｐ１(ここでは１１００Ｗ相当)が投入される。これにより、定着ベルト６１は急速に加熱されていく。なお、この時点で、画像形成装置の他の部位にはそれほど電力供給がなされておらず、この画像形成装置で使用可能な電力(１.５ｋＶＡ：ＡＣ１００Ｖ×１５Ａ)のほとんどを定着装置６０(励磁回路６５ｃ)に供給することができる。また、開始時刻をｔ＝０としてタイマ９４による計時が開始される(ステップ１０４参照)。

次に、時刻ｔ２においてユーザによりプリントボタン等が押されると、画像形成動作(トナー像の形成、転写、用紙搬送等)が開始される。これに伴い、励磁回路６５ｃに対する投入電力Ｐは、第一の電力Ｐ１よりも低い第二の電力Ｐ２(ここでは７５０Ｗ〜８００Ｗ程度)まで低減される。これにより、定着ベルト６１の昇温レートは若干減少するものの、定着ベルト６１はさらに加熱されていく。なお、第一の電力Ｐ１と第二の電力Ｐ２との差分の電力は、帯電器１２やレーザ露光器１３等、他の部位に供給される。なお、時刻ｔ２は、ユーザによってその都度決められるものであり、一律な値をとるものではないが、本発明者等がユーザによる使用状況を調査したところ、時刻ｔ２は平均で約３秒程度であった。

そして、この例では、サーミスタ温度Ｔｘに基づいて取得される定着ベルト温度Ｔが第一の設定温度Ｔ１に到達する前に、経過時間ｔが第一の設定時間ｔ１に到達し(ステップ１０５〜ステップ１０８参照)、ラッチ機構６９により加圧ロール６２が定着ベルト６１に圧接され(ステップ１０９参照)、加圧ロール６２は定着ベルト６１の回動に伴って従動して回動し始める。これにより、定着ベルト６１の熱が加圧ロール６２に奪われるようになり、定着ベルト６１の昇温レートは急激に下がる。ただし、第一の設定時間ｔ１において、定着ベルト温度Ｔは、第一の設定温度(定着温度範囲の下限値)Ｔ１にほぼ達している。つまり、定着装置６０は、用紙Ｓ上の未定着トナー像を定着可能な状態となる。なお、本実施の形態では、第一の設定時間ｔ１が５秒に設定されている。

そして、未定着トナー像を担持した用紙Ｓが定着ニップ部Ｎに突入する時刻ｔ３において、定着動作が開始される。これにより、定着ベルト６１の熱は用紙Ｓに奪われ、定着ベルト温度Ｔは若干低下する。ただし、投入電力Ｐは第二の電力Ｐ２のままであるため、通紙が行われながらも定着ベルト温度Ｔはその後徐々に上昇していく。なお、時刻ｔ２では、定着ベルト温度Ｔが略第二の設定温度Ｔ２まで達している。ここで、第二の設定温度Ｔ２は、この定着装置６０で用紙Ｓ上の未定着トナー像を定着するのに好適な定着温度範囲のうちの中心値である。また、第三の設定温度Ｔ３は、この定着装置６０で用紙Ｓ上の未定着トナー像を定着するのに好適な定着温度範囲のうちの上限値である。つまり、定着ベルト温度Ｔが第三の設定温度Ｔ３を超えると、定着ベルト６１に過加熱によるダメージを受けたり、定着装置６０の故障が発生したりする原因となってしまう。したがって、好適な定着温度範囲は、第一の設定温度Ｔ１から第三の設定温度Ｔ３までの間となる。
そして、その後は、定着ベルト温度Ｔが第一の設定温度Ｔ１から第三の設定温度Ｔ３となるように、より詳しくは、定着ベルト温度Ｔが第二の設定温度Ｔ２を超えないように定着ベルト６１に対する励磁回路６５ｃの給電制御が行われていく。これを具体的に説明すると、例えば時刻ｔ４や時刻ｔ５において定着ベルト温度Ｔが第二の設定温度Ｔ２に達するたびに、励磁回路６５ｃに供給される投入電力Ｐの大きさは徐々に低減されていく。ただし、定着ベルト６１はある程度加熱された状態となっているため、定着ベルト温度Ｔは第一の設定温度Ｔ１以上に維持される。

上述したように、時刻ｔ２は、ユーザによってプリントボタン等が押されることによって初めて決定されるものであり、上述した例ではｔ２＝３秒としていた。しかしながら、例えばユーザがその後何も操作を行わないまま第一の設定時間ｔ１に到達してしまうこともあり得る。そして、これに対して何の対策も行わない場合には、定着ベルト温度Ｔがそのまま上昇を続け、図７に破線矢印で示すように、第一の設定時間ｔ１において定着ベルト温度Ｔが第三の設定温度Ｔ３を超える、すなわち、定着温度範囲の上限値を逸脱してしまうおそれがある。
そこで、本実施の形態に係る定着装置６０では、第一の設定時間ｔ１の直前の第二の設定時間ｔ６までユーザによる画像形成動作開始の指示がない場合には、励磁回路６５ｃへの給電を停止している。また、同時に、ラッチ機構６９によって定着ベルト６１に加圧ロール６２を圧接させている。これらの手法を採用することにより、定着ベルト６１が過加熱されることにより生じる弊害を回避している。なお、この例において、第二の設定時間ｔ６は、定着ベルト温度Ｔが第三の設定温度Ｔ３を超えない程度の時間、例えば４.０〜４.５秒程度の範囲から任意に選択することができる。

(２)ある程度加熱された定着ベルト６１を加熱する場合
図８は、定着装置６０におけるウォームアップ動作および定着動作の他の例を示す図であり、ここでは、例えばあるジョブ(定着動作)を終えた直後など、室温Ｔ０より高い所定の温度Ｔ０’(ただしＴ０’＜Ｔ１)にある定着ベルト６１を加熱する例を示している。なお、図８における横軸および縦軸は、図７で説明したものと同じである。

画像形成動作のトリガが検知されると(図６に示すステップ１０１参照)、上述したように定着ベルト６１が回動を開始し、また励磁回路６５ｃから電力の供給が開始される(ステップ１０２、ステップ１０３参照)。このとき、励磁回路６５ｃには、投入電力Ｐとして、この定着装置６０に割り当てられた電力の最大値である第一の電力Ｐ１ではなく、第二の電力Ｐ２が投入される。これは、ある程度加熱された定着ベルト６１の場合、投入電力Ｐの大きさを減らしても、昇温に要する時間が少なくて済むためである。また、開始時刻をｔ＝０としてタイマ９４による計時が開始される(ステップ１０４参照)。

次に、時刻ｔ２においてユーザによりプリントボタン等が押されると、画像形成動作(トナー像の形成、転写、用紙搬送等)が開始される。これに伴い、励磁回路６５ｃに対する投入電力Ｐは、第二の電力Ｐ２よりも低い第三の電力Ｐ３(ここでは５００Ｗ程度)まで低減される。これにより、定着ベルト６１の昇温レートは若干減少するものの、定着ベルト６１はさらに加熱されていく。

そして、この例では、経過時間ｔが第一の設定温度ｔ１に到達する前にサーミスタ温度Ｔｘに基づいて取得される定着ベルト温度Ｔが第一の設定温度Ｔ１に到達し(ステップ１０５〜ステップ１０８参照)、ラッチ機構６９により加圧ロール６２が定着ベルト６１に圧接され(ステップ１０９参照)、加圧ロール６２は定着ベルト６１の回動に伴って従動して回動し始める。なお、定着ベルト温度Ｔが第一の設定温度Ｔ１に到達する時刻を時刻ｔ７という。これにより、定着ベルト６１の熱が加圧ロール６２に奪われるようになり、定着ベルト６１の昇温レートは急激に下がる。

そして、未定着トナー像を担持した用紙Ｓが定着ニップ部Ｎに突入する時刻ｔ３において、定着動作が開始される。これにより、定着ベルト６１の熱は用紙Ｓに奪われ、定着ベルト温度Ｔは若干低下する。ただし、投入電力Ｐは第三の電力Ｐ３のままであるため、通紙が行われながらも定着ベルト温度Ｔはその後徐々に上昇していく。なお、時刻ｔ２では、定着ベルト温度Ｔが略第二の設定温度Ｔ２まで達している。
そして、その後は、定着ベルト温度Ｔが第一の設定温度Ｔ１から第三の設定温度Ｔ３となるように、より詳しくは、定着ベルト温度Ｔが第二の設定温度Ｔ２を超えないように定着ベルト６１に対する励磁回路６５ｃの給電制御が行われていく。これを具体的に説明すると、例えば時刻ｔ４や時刻ｔ５において定着ベルト温度Ｔが第二の設定温度Ｔ２に達するたびに、励磁回路６５ｃに供給される投入電力Ｐの大きさは徐々に低減されていく。ただし、定着ベルト６１はある程度加熱された状態となっているため、定着ベルト温度Ｔは第一の設定温度Ｔ１以上に維持される。

ここで、第一の設定時間ｔ１まで定着ベルト６１に対して加圧ロール６２を圧接させなかった場合について考えてみる。この場合、定着ベルト温度Ｔは図中破線矢印で示すようにそのまま上昇を続け、第一の設定時間ｔ１では略第三の定着温度Ｔ３近傍にまで到達してしまうことになる。このような状態で定着ベルト６１に加圧ロール６２を圧接させたとしても、オーバーシュートの発生を抑えきれない懸念がある。したがって、本実施の形態のように第一の設定時間ｔ１に、定着ベルト温度Ｔの情報も加味して定着ベルト６１に対する加圧ロール６２の圧接開始タイミングを決定することが有効であることがわかる。

ここで、図９は、定着ベルト温度Ｔのオーバーシュートを抑制するために、ウォームアップ動作中に投入電力Ｐを徐々に減らすようにした例を示す図である。なお、この例では、定着ベルト６１に加圧ロール６２を常時圧接させた状態としている。また、図９における横軸および縦軸は、図７で説明したものと同じである。

この例では、開始時刻ｔ＝０から投入電力Ｐが徐々に低減されていき、これに伴って定着ベルト温度Ｔの昇温レートも徐々に小さくなっていく。そして、この例では、定着ベルト温度Ｔが第一の設定温度Ｔ１に到達するのが第一の設定時間ｔ１よりはるかに遅れた時刻ｔ８となってしまう。このため、定着ベルト温度Ｔが第二の設定温度Ｔ２に到達し、通が開始される時刻ｔ３もかなり後になってしまう。したがって、このような加熱方法を採用した場合には、より多くのウォームアップ時間が必要となり、ユーザの待ち時間を長期化させてしまうことが理解される。

以上説明したように、本実施の形態に係る定着装置６０では、ウォームアップ中は定着ベルト６１から加圧ロール６２を離間させた状態で定着ベルト６１を回動させるとともにこの定着ベルト６１を誘導加熱した。これにより、ウォームアップ中においては定着ベルト６１の熱が加圧ロール６２に奪われず、定着ベルト６１を速やかに昇温させることができる。つまり、定着装置６０におけるウォームアップ時間を短縮化することができる。
また、本実施の形態では、定着ベルト６１が所定の定着温度まで加熱されたと想定される時間が経過したとき、あるいは、サーミスタ７０による測定温度が、定着ベルト６１が所定の定着温度まで加熱されたと想定される温度に到達したときに、定着ベルト６１に加圧ロール６２をラッチさせるようにした。これを別の観点から見れば、定着ベルト６１が定着温度の許容範囲である第一の設定温度Ｔ１から第三の設定温度Ｔ３の範囲内にあるときに、定着ベルト６１に加圧ロール６２を圧接させるようにしたということもできる。これにより、加熱された定着ベルト６１の熱を、定着温度範囲の上限を超える前に加圧ロール６２に奪わせることができ、高速に昇温する定着装置６０におけるオーバーシュートの発生を抑制することができる。
そして、本実施の形態では、ウォームアップ動作中に、画像形成装置のシステムで定着装置６０に許容される最大電力を投入するようにしたので、さらにウォームアップ時間を短縮することが可能になる。
また、このような構成を採用することで、定着装置６０をきわめて短時間に使用可能な状態までもっていくことができ、ユーザにとっては待ち時間を減らすことが可能になる。また、ウォームアップ前に定着ベルト６１を予熱しておく必要がないため、待機電力を減らすことができる。
これらにより、本実施の形態に係る定着装置６０では、オーバーシュートを抑制でき、ユーザの利便性を損なうことなくさらに無駄な消費電力を削減することができる。

なお、本実施の形態では、電磁誘導加熱部６５を用いて定着ベルト６１を電磁誘導加熱していたが、これに限られるものではない。例えば定着ニップ部Ｎ近傍の定着ベルト６１の内側に加熱手段あるいは供給部材としてのセラミックヒータを設け、定着ベルト６１を局所加熱することにより、定着ベルト６１を急速加熱する方式の定着装置に対しても、本実施の形態で用いた手法を同様に適用することができる。

また、本実施の形態では、ラッチ機構６９を用いて、定着ベルト６１に対して加圧ロール６２を接離するように構成したが、これに限られるものではなく、加圧ロール６２に対して定着ベルト６１側をラッチするように構成してもよい。さらに、本実施の形態では、加圧ロール６２が定着ベルト６１と接触させることにより、定着ベルト６１の熱を奪わせていたが、これに限られるものではない。例えば、加圧ロール６２とは別に定着ベルト６１に接離可能なロール等の圧接部材を設け、この圧接部材を定着ベルト６１に圧接させることにより、定着ベルト６１の熱を奪わせることも可能である。

本実施の形態が適用される画像形成装置の全体構成を示した図である。 画像形成装置に設けられる定着装置の構成を説明するための図である。 (ａ)(ｂ)は、定着装置で用いられる定着ベルトの拡大断面図である。 定着ベルトがエッジガイド部材によって支持される構成を説明するための図である。 制御部の制御ブロック図である。 定着装置におけるウォームアップ処理の流れを説明するためのフローチャートである。 室温から定着ベルトを加熱する場合のタイミングチャートである。 ある程度加熱された定着ベルトを加熱する場合のタイミングチャートである。 ウォームアップ動作中に投入電力を徐々に減らすようにした場合のタイミングチャートである。

符号の説明

１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋ…画像形成ユニット、１０…一次転写部、２０…二次転写部、４０…制御部、６０…定着装置、６１…定着ベルト、６１ａ…基層、６１ｂ…導電層、６１ｃ…弾性層、６１ｄ…表面離型層、６２…加圧ロール、６５…電磁誘導加熱部、６５ｂ…励磁コイル、６５ｃ…励磁回路、６７…フェライト部材、６８…駆動モータ、６９…ラッチ機構、７０…サーミスタ、Ｎ…定着ニップ部、９１…ＣＰＵ、９２…ＲＯＭ、９３…ＲＡＭ、９４…タイマ、９５…入出力インタフェース、Ｔ…定着ベルト温度、ｔ…経過時間、Ｐ…投入電力

Claims (11)

1. 記録材上の未定着像を定着する定着装置であって、
   導電層を有し回動可能に配設される加熱部材と、
   回動可能に配設され、前記加熱部材に圧接することにより当該加熱部材との間に前記記録材を通過させるための定着ニップ部を形成する加圧部材と、
   前記導電層を介して加熱部材を誘導加熱する加熱手段と、
   前記加熱部材を回動させる駆動手段と、
   前記加熱部材と前記加圧部材とを接離する接離手段と、
   前記加熱手段による前記加熱部材の加熱開始からの経過時間を取得する取得手段と、
   前記接離手段によって前記加熱部材と前記加圧部材とを離間させた状態で、前記駆動手段によって当該加熱部材を駆動するとともに当該加熱手段によって当該加熱部材を加熱し、前記取得手段により取得される前記経過時間が所定の時間以上となった場合に、当該接離手段によって当該加熱部材と当該加圧部材とを圧接させる制御手段と
   を含む定着装置。
2. 前記所定の時間は、前記加熱手段によって加熱される前記加熱部材の温度が定着温度範囲の上限を上回るのに必要な時間よりも短いことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記取得手段は、前記加熱部材を測温して得られた温度をさらに取得し、
   前記制御手段は、前記取得手段で取得される前記経過時間が前記所定の時間に到達する前に当該取得手段で取得される前記温度が所定の温度以上となった場合に、前記接離手段によって前記加熱部材と前記加圧部材とを圧接させることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
4. 前記制御手段は、前記記録材上のトナー像の定着動作を終了した後に、前記加熱部材と前記加圧部材とを離間させることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
5. 前記加熱部材は、無端状のベルト部材からなることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
6. トナー像を形成するトナー像形成部と、
   前記トナー像形成部によって形成されたトナー像を記録材に転写する転写部と、
   前記転写部によって前記記録材上に転写されたトナー像を定着する定着部とを備え、
   前記定着部は、
   回動可能に配設され、前記記録材を加熱する加熱部材と、
   前記加熱部材に熱を供給する供給部材と、
   前記供給部材により加熱される前記加熱部材の温度が所定の温度範囲の上限を上回る前に、当該加熱部材に圧接して当該加熱部材から熱を奪う圧接部材と、
   前記供給部材による前記加熱部材の加熱開始からの経過時間を計時するタイマと
   を含み、
   前記圧接部材は、前記タイマにより計時される前記経過時間が所定の時間以上となった場合に、前記加熱部材に圧接することを特徴とする画像形成装置。
7. 前記所定の時間は、前記供給部材によって加熱される前記加熱部材の温度が定着温度範囲の上限を上回るのに必要な時間よりも短いことを特徴とする請求項６記載の画像形成装置。
8. 前記圧接部材は、前記加熱部材に圧接することにより当該加熱部材との間に前記記録材を通過させるための定着ニップ部を形成する加圧部材であることを特徴とする請求項６記載の画像形成装置。
9. 前記加熱部材は、導電層を有し、
   前記供給部材は、前記導電層を介して前記加熱部材を誘導加熱することを特徴とする請求項６記載の画像形成装置。
10. 前記加熱部材の温度を測定する温度センサをさらに含み、
    前記圧接部材は、前記温度センサにより測定される温度が所定の温度範囲にある間に、前記加熱部材に圧接することを特徴とする請求項６記載の画像形成装置。
11. 前記所定の温度範囲は、前記記録材上のトナー像を定着するのに好適な定着温度の範囲であることを特徴とする請求項６記載の画像形成装置。

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