JP5464902B2 - 定着装置 - Google Patents

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Description

本発明は、定着装置に関するものであり、例えば、電子写真方式・静電記録方式等の作像プロセスを採用した画像形成装置における加熱定着装置に関するものである。すなわち、作像プロセス部で記録材に転写方式あるいは直接方式で形成担持させた目的の画像情報の未定着トナー像を固着像として熱定着処理する加熱定着装置を有する画像形成装置に関するものである。なお、ここで記録材には、例えば、転写材、印字用紙、感光紙、静電記録紙等が含まれる。

加熱定着装置としてエンドレスベルト(エンドレスフィルム)を用いた装置が実用化されている。その代表例を図13に示す。すなわち図13において、60はフィルムアセンブリであり、アルミナ、チッ化アルミ等のセラミック基板上に通電発熱抵抗層が形成された加熱ヒータ61が耐熱性樹脂より形成されたステイホルダー62に固定される。そして、このステイホルダー62にルーズに外嵌させたポリイミド等の樹脂やSUS(ステンレス鋼:Stainless Used Steel)等の金属から構成された耐熱性の薄肉フィルム63(以下、定着フィルム63と記す)を有する。このフィルムアセンブリ60の加熱ヒータ61と弾性加圧ローラ50とを定着フィルム63を挟んで圧接させて定着ニップ部を形成させてある。

弾性加圧ローラ50は、芯金51の外周面にシリコーンゴム等の弾性層52、フッ素樹脂等からなる離型性層53から形成される。定着フィルム63は、弾性加圧ローラ50の矢印の方向への回転駆動力により、定着ニップ部において加熱ヒータ61に密着・摺動しつつ矢印の方向に搬送移動される。加熱ヒータ61の温度は、ヒータ背面に配置されたサーミスタ等の温度検知手段64により検知し、不図示の通電制御部へフィードバックされ、加熱ヒータ61が所定の一定温度(定着温度)になるように加熱、温調される。このようなフィルム加熱方式の加熱定着装置を用いたプリンタ、複写機等の各種画像形成装置は、従来の熱ローラ方式の加熱定着装置に比べて多くの利点を有している。すなわち、加熱効率の高さや立ち上がりの速さにより、待機中の予備加熱の不要化や、ウエイトタイムの短縮化など、多くの利点を有している。

ところで、近年の複写機やプリンタでは、プリントに用いるメディア(記録材)の種類が多様化している。加熱定着装置も種々のメディアに対応するためにメディアに応じた定着条件を設定しなければならない。

定着条件を変更する手段の一つとして、定着ニップ部にかける圧力を変更する方法がある。例えば、特許文献1のように封筒をプリントする場合は普通紙をプリントする場合よりも定着ニップ部にかける圧力を下げて封筒のシワの発生を抑えるなどの対策を行っている。

特開2007−128037号公報

しかしながら、加圧力を下げた状態(第2の圧力状態)で記録材の通紙を行う場合、以下のような課題がある。

すなわち、加圧部材や加熱部材を記録材の搬送方向に垂直な方向である長手方向の両端部から加圧することで加圧部材や加熱部材がたわむ。そのたわみ量は加圧力が大きいほど大きくなる。軽量化や低コスト化のために、たわみ量が大きい加圧部材や加熱部材を使用する場合、たわみ量を考慮し、加熱部材や加圧部材の少なくとも一方をクラウン形状(端部より中央部が大きい形状)にする。これにより、通常加圧状態(第1の圧力状態)において最適なニップ形状となるように設定している。

そのため、封筒のシワ防止等のために定着ニップ部に掛る圧力を第2の圧力状態として動作させる場合、たわみ量も小さくなるため、定着ニップ部の幅が長手方向で不均一になり、中央部に比べて端部の定着ニップ部の幅が小さくなってしまう。

このため、第2の圧力時に、第1の圧力時と同じ発熱体の発熱量分布(各発熱体の通電比率)で通紙した場合(定着処理する場合)、端部の定着ニップ部の幅が細い(狭い)ため、端部において加熱部材の熱が加圧部材に伝わりにくくなる。このため、加熱部材が過昇温してしまい、定着部材の耐久性を低下させてしまうという課題があった。

また、定着ニップ部に掛る圧力を第2の圧力としたまま定着装置を定着可能な状態まで昇温させる場合も、端部において加熱部材の熱が加圧部材に伝わりにくくなるので、減圧加圧状態で定着処理する場合と同様の課題が生じる。

本発明は上述の課題に鑑み成されたものであり、その目的は、定着ニップ部に掛る圧力を第2の圧力にして定着処理する場合に、長手方向の端部が過昇温するのを抑えることにある。

本発明の他の目的は、定着ニップ部に掛る圧力を第2の圧力にしてヒータを定着可能な温度まで立ち上げる場合に、長手方向の端部が過昇温するのを抑えることにある。

本発明は、上述の目的を達成するため、以下の構成を備えるものである。

(1)筒状のフィルムと、前記フィルムの母線方向における発熱分布を変更可能であって前記フィルムの内面に接触するヒータと、前記フィルムを介して前記ヒータと共にニップ部を形成するバックアップ部材と、前記ニップ部圧力を第1の圧力と、前記第1の圧力より小さい第2の圧力と、に設定可能である圧力変更機構と、を有し、前記ニップ部でトナー像を担持した記録材を搬送しながら加熱してトナー像を記録材に定着する定着処理を前記第1の圧力で行う第1の定着処理モードと、前記第2の圧力で行う第2の定着処理モードと、を実行可能である定着装置において、前記ニップ部の前記母線方向における中央部に対する端部の幅の比率は、前記第2の圧力に設定する時の方が前記第1の圧力に設定する時よりも小さく、前記ヒータの前記母線方向の中央部に対する端部の発熱量の比率は、前記第2の定着処理モード時の方が前記第1の定着処理モード時よりも小さいことを特徴とする定着装置。
(2)筒状のフィルムと、前記フィルムの母線方向における発熱分布を変更可能であって前記フィルムの内面に接触するヒータと、前記フィルムを介して前記ヒータと共にニップ部を形成するバックアップ部材と、前記ニップ部の圧力を第1の圧力と、前記第1の圧力より小さい第2の圧力と、に設定可能である圧力変更機構と、を有し、前記ニップ部でトナー像を担持した記録材を搬送しながら加熱してトナー像を記録材に定着する定着処理を行う定着装置において、前記ニップ部の前記母線方向における中央部に対する端部の幅の比率は、前記第2の圧力に設定する時の方が前記第1の圧力に設定する時よりも小さく、前記ニップ部の圧力を前記第1の圧力に設定した状態で前記ヒータに電力を供給して前記定着装置のウォームアップを行う第1のウォームアップモードと、前記ニップ部の圧力を前記第2の圧力に設定した状態で前記ヒータに電力を供給して前記定着装置のウォームアップを行う第2のウォームアップモードと、を実行可能であり、前記ヒータの前記母線方向の中央部に対する端部の発熱量の比率は、前記第2のウォームアップモード時の方が前記第1のウォームアップモード時よりも小さいことを特徴とする定着装置。
(3)筒状のフィルムと、前記フィルムの母線方向における発熱分布を変更可能であって前記フィルムの内面に接触するヒータと、前記フィルムを介して前記ヒータと共にニップ部を形成するバックアップ部材と、前記ニップ部の圧力を第1の圧力と、前記第1の圧力より小さい第2の圧力と、に設定可能である圧力変更機構と、を有し、前記ニップ部でトナー像を担持した記録材を搬送しながら加熱してトナー像を記録材に定着する定着処理を前記第1の圧力で行う第1の定着処理モードと、前記第2の圧力で行う第2の定着処理モードと、を実行可能である定着装置において、前記ニップ部の圧力を前記定着装置の前記母線方向の両端部で付与する圧力付与機構を有し、前記ヒータの前記母線方向の中央部に対する端部の発熱量の比率は、前記第2の定着処理モード時の方が前記第1の定着処理モード時よりも小さいことを特徴とする定着装置。
(4)筒状のフィルムと、前記フィルムの母線方向における発熱分布を変更可能であって前記フィルムの内面に接触するヒータと、前記フィルムを介して前記ヒータと共にニップ部を形成するバックアップ部材と、前記ニップ部の圧力を第1の圧力と、前記第1の圧力より小さい第2の圧力と、に設定可能である圧力変更機構と、を有し、前記ニップ部でトナー像を担持した記録材を搬送しながら加熱してトナー像を記録材に定着する定着処理を行う定着装置において、前記ニップ部の圧力を前記第1の圧力に設定した状態で前記ヒータに電力を供給して前記定着装置のウォームアップを行う第1のウォームアップモードと、前記ニップ部の圧力を前記第2の圧力に設定した状態で前記ヒータに電力を供給して前記定着装置のウォームアップを行う第2のウォームアップモードと、を実行可能であり、前記ニップ部の圧力を前記定着装置の前記母線方向の両端部で付与する圧力付与機構を有し、前記ヒータの前記母線方向の中央部に対する端部の発熱量の比率は、前記第2のウォームアップモード時の方が前記第1のウォームアップモード時よりも小さいことを特徴とする定着装置。

本発明によれば、過昇温により定着部材等が劣化することを防止することができる。

実施例1、2に係るカラー画像形成装置を示す概略構成図 実施例1、2に係る定着装置の概略構成図 実施例1、2に係る定着ヒータの断面図 (a)実施例1、2に係る定着ヒータの表面側を示す図、(b)(a)に対応する定着ヒータの発熱分布を示すグラフ 実施例1、2に係る定着ヒータとサーミスタの位置関係を示す図 実施例1、2に係る第一加圧状態の際の加圧機構の説明図 実施例1、2に係る第二加圧状態の際の加圧機構の説明図 実施例1、2に係る第三加圧状態の際の加圧機構の説明図 実施例1、2に係る定着ニップ部の形状を示す図で、(a)第一加圧状態の際のニップ形状を示す図、(b)第二加圧状態の際のニップ形状を示す図 実施例1、2に係る第一加圧状態と第二加圧状態での定着ニップ幅を示した図 実施例1に係る記録材のサイズと、異なるヒータの通電比率の発熱量分布を示す図 実施例1に係る加圧状態、ヒータの通電比率、通紙時の中央、端部それぞれのサーミスタ部の昇温温度を示すテーブル フィルム加熱方式の加熱定着装置を説明する図 第1の定着処理モード(第一加圧状態)で定着処理を実行する場合と、第2の定着処理モード(第二加圧状態)で定着処理を実行する場合の、通電比率を示した図。 実施例2における通電比率10:10のサーミスタ温度推移を説明する図 実施例2における通電比率10:3のサーミスタ温度推移を説明する図

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。

(1)画像形成装置例
図1は、本実施例に係るカラー画像形成装置を示す概略構成図である。本実施例の画像形成装置はA3サイズまでの記録材を通紙可能な電子写真方式のタンデム型のフルカラープリンタである。

この画像形成装置は、イエロー色の画像を形成する画像形成部1Yと、マゼンタ色の画像を形成する画像形成部1Mと、シアン色の画像を形成する画像形成部1Cと、ブラック色の画像を形成する画像形成部1Bkの4つの画像形成部を備えている。これらの4つの画像形成部(画像形成ユニット)は一定の間隔をおいて一列に配置されている。

各画像形成部1Y、1M、1C、1Bkには、それぞれ感光ドラム2a、2b、2c、2dが設置されている。各感光ドラム2a、2b、2c、2dの周囲には、帯電ローラ3a、3b、3c、3d、現像装置4a、4b、4c、4d、転写ローラ5a、5b、5c、5d、ドラムクリーニング装置6a、6b、6c、6dがそれぞれ設置されている。また、帯電ローラ3a、3b、3c、3dと現像装置4a、4b、4c、4d間の上方には露光装置7a、7b、7c、7dがそれぞれ設置されている。各現像装置4a、4b、4c、4dには、それぞれイエロートナー、マゼンタトナー、シアントナー、ブラックトナーが収納されている。

画像形成部1Y、1M、1C、1Bkの各感光ドラム2a、2b、2c、2dの各一次転写ニップ部Nに、転写媒体としての無端ベルト状の中間転写ベルト40が当接している。中間転写ベルト40は、駆動ローラ141、支持ローラ142、二次転写対向ローラ143間に張架されており、駆動ローラ141の駆動によって矢印方向(時計回り方向)に回転(移動)される。

一次転写用の各転写ローラ5a、5b、5c、5dは、各一次転写ニップ部Nにて中間転写ベルト40を介して各感光ドラム2a、2b、2c、2dに当接している。

二次転写対向ローラ143は、中間転写ベルト40を介して二次転写ローラ144と当接して、二次転写ニップ部Mを形成している。二次転写ローラ144は、中間転写ベルト40に接離自在に設置されている。

中間転写ベルト40の外側の駆動ローラ141近傍には、中間転写ベルト40表面に残った転写残トナーを除去して回収するベルトクリーニング装置145が設置されている。
また、二次転写ニップ部Mの記録材P(被加熱材)の搬送方向下流側(図中、右側が搬送方向上流側、左側が搬送方向下流側となる)には定着装置12(加熱定着装置)が設置されている。

また、この画像形成装置内には環境センサ37とメディアセンサ38が設置されている。画像形成動作開始信号が発せられると、所定のプロセススピードで回転駆動される画像形成部1Y、1M、1C、1Bkの各感光ドラム2a、2b、2c、2dは、それぞれ帯電ローラ3a、3b、3c、3dによって一様に、本実施例では負極性に帯電される。

そして、露光装置7a、7b、7c、7dは、入力されるカラー色分解された画像信号をレーザ出力部(不図示)にて光信号にそれぞれ変換する。そして、変換された光信号であるレーザ光を、帯電された各感光ドラム2a、2b、2c、2d上にそれぞれ走査露光して静電潜像を形成する。

そして、まず静電潜像が形成された感光ドラム2a上に、感光ドラム2aの帯電極性(負極性)と同極性の現像バイアスが印加された現像装置4aによりイエローのトナーを感光ドラム2a表面の帯電電位に応じて静電吸着させる。これにより、静電潜像を顕像化し、現像像とする。このイエローのトナー像は、一次転写ニップ部Nにて一次転写バイアス(トナーと逆極性(正極性))が印加された転写ローラ5aにより、回転している中間転写ベルト40上に一次転写される。イエローのトナー像が転写された中間転写ベルト40は、画像形成部1M側に回転される。

次に、画像形成部1Mにおいても、画像形成部1Yと同様にして感光ドラム2bに形成されたマゼンタのトナー像が、中間転写ベルト40上のイエローのトナー像上に重ね合わせて、一次転写部Nにて転写される。

以下、同様にして中間転写ベルト40上に重畳転写されたイエロー、マゼンタのトナー像上に、画像形成部1C、1Bkの感光ドラム2c、2dで形成されたシアン、ブラックのトナー像を各一次転写部Nにて順次重ね合わせる。このようにして、フルカラーのトナー像を中間転写ベルト40上に形成する。

次に、中間転写ベルト40上のフルカラーのトナー像先端が二次転写ニップ部Mに移動されるタイミングに合わせて、レジストローラ146により記録材(転写材)Pを二次転写ニップ部Mに搬送する。そして、この記録材Pに、二次転写バイアス(トナーと逆極性(正極性))が印加された二次転写ローラ144によりフルカラーのトナー像が一括して二次転写される。フルカラーのトナー像が形成された記録材Pは定着装置12に搬送されて、定着スリーブ20と加圧ローラ22(加圧部材)間の定着ニップ部でフルカラーのトナー像を加熱、加圧して記録材P表面に溶融定着する。その後、記録材Pは外部に排出され、画像形成装置の出力画像となる。そして、一連の画像形成動作を終了する。

なお、画像形成装置内には環境センサ37を有しており、帯電、現像、一次転写、二次転写のバイアスや定着条件は、画像形成装置内の雰囲気環境(温度、湿度)に応じて変更可能な構成となっている。そして、環境センサ37による検知結果は、記録材Pに形成されるトナー像濃度の調整のためや、最適な転写、定着条件を達成するために用いられる。また、画像形成装置内にはメディアセンサ38を有しており、記録材Pの判別を行うことによって、転写バイアスや定着条件は記録材Pに応じて変更可能な構成となっており、記録材Pに対する最適な転写、定着条件を達成するため用いられる。

上記した一次転写時において、感光ドラム2a、2b、2c、2d上に残留している一次転写残トナーは、ドラムクリーニング装置6a、6b、6c、6dによって除去されて回収される。また、二次転写後に中間転写ベルト40上に残った二次転写残トナーは、ベルトクリーニング装置145によって除去されて回収される。

(2)定着装置12
図2は定着装置12の概略構成図である。本実施例の定着装置12は、加圧用回転体駆動方式(テンションレスタイプ)の加熱装置である。

1)定着装置12の全体的構成
20は定着スリーブであり、ベルト状部材に弾性層を設けてなる円筒状(エンドレスベルト状)の部材である。この定着スリーブ20は後記3)項で詳述する。

22はバックアップ部材としての加圧ローラである。17は横断面略半円弧状樋型の耐熱性・剛性を有するヒータホルダである。また、16は加熱体(熱源)としての定着ヒータ(加熱部材)であり、ヒータホルダ17の下面にこのヒータホルダ17の長手方向(記録材の搬送方向に垂直な方向)に沿って配設してある。定着スリーブ20はこのヒータホルダ17にルーズに外嵌させてある。定着ヒータ16は本実施例では後記2)項で詳述するようなセラミックヒータである。

ヒータホルダ17は、耐熱性の高い液晶ポリマー樹脂で形成し、定着ヒータ16を保持し、定着スリーブ20をガイドする役割を果たす。本実施例においては、液晶ポリマーとして、デュポン社のゼナイト7755(商品名)を使用した。ゼナイト7755の最大使用可能温度は、約270℃である。

加圧ローラ22は、アルミや鉄(SUM材:Steel Use Machinerbility)などの中空芯金に、厚み約3mmのシリコーンゴム層を形成し、その上に厚み約40μmのPFA樹脂チューブを被覆してなる。この加圧ローラ22は芯金の両端部を装置フレーム24の不図示の奥側と手前側の側板間に回転自由に軸受保持させて配設してある。この加圧ローラ22の上側に、定着ヒータ16・ヒータホルダ17・定着スリーブ20等から成る定着スリーブユニットを、定着ヒータ16側を下向きにして加圧ローラ22に並行に配置する。そして、ヒータホルダ17の両端部を不図示の加圧機構により片側147N(15kgf)、総圧294N(30kgf)の力で加圧ローラ22の軸線方向に附勢する。これにより、定着ヒータ16の下向き面を、定着スリーブ20を介して加圧ローラ22の弾性層にこの弾性層の弾性に抗して所定の押圧力をもって圧接させ、加熱定着に必要な所定幅の定着ニップ部27を形成させてある。加圧機構は後述するように、自動圧可変機構を有し、通紙メディアに応じて加圧力の変更が可能である。

23と26は装置フレーム24に組付けた入り口ガイドと定着排紙ローラである。入り口ガイド23は、二次転写ニップ部Mを抜けた記録材Pが、定着ニップ部27に正確にガイドされるよう、記録材Pを導く役割を果たす。本実施例の入り口ガイド23は、ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂により形成されている。

加圧ローラ22は、不図示の駆動手段により矢印の反時計回り方向に所定の周速度で回転駆動される。この加圧ローラ22の回転駆動による加圧ローラ22の外面と定着スリーブ20との定着ニップ部27における圧接摩擦力により、円筒状の定着スリーブ20に回転力が作用する。そして、定着スリーブ20が、その内面側が定着ヒータ16の下向き面に密着して摺動しながらヒータホルダ17の外回りを矢印の時計回り方向に従動回転状態になる。定着スリーブ20内面にはグリスが塗布され、ヒータホルダ17と定着スリーブ20内面との摺動性を確保している。

加圧ローラ22が回転駆動され、それに伴って円筒状の定着スリーブ20が従動回転状態になり、また定着ヒータ16に通電がなされ、定着ヒータ16が昇温して所定の温度に立ち上げ温調される。この状態において、定着ニップ部27の定着スリーブ20と加圧ローラ22との間に、未定着トナー像tを担持した記録材Pが入り口ガイド23に沿って案内されて導入される。そして、定着ニップ部27において記録材Pのトナー像担持面側が、定着スリーブ20の外面に密着して定着スリーブ20と一緒に定着ニップ部27を挟持搬送されていく。この挟持搬送過程において、定着ヒータ16の熱が定着スリーブ20を介して記録材Pに付与され、記録材P上の未定着トナー像が記録材P上に加熱・加圧されて溶融定着される。定着ニップ部27を通過した記録材Pは、定着スリーブ20から曲率分離され、定着排紙ローラ26で排出される。

なお、18はスリーブサーミスタ、25はスリーブサーミスタ18を支持するアーム、19はメインサーミスタであり、後述する図5で説明する。21は制御部であり、スリーブサーミスタ18やメインサーミスタ19により検知された温度に基づき、記録材Pに適した加熱となるよう定着ヒータ16の温度を制御する。

2)定着ヒータ16
図3に定着ヒータ16の断面図を示す。

定着ヒータ16は、以下の〔1〕〜〔5〕等からなる。
〔1〕記録材Pの搬送方向すなわち通紙方向と直交する方向を長手方向とする横長のセラミック基板であるアルミナ基板41
〔2〕〔1〕のアルミナ基板41の表面側に長手方向に沿ってスクリーン印刷により線状あるいは帯状に塗工した、厚み10μm程度、幅1mm程度の抵抗発熱体層42および43(43a、43b)。抵抗発熱体層42、43は、銀パラジウム(Ag/Pd)合金を含んだ導電ペーストをアルミナ基板41上に印刷したものである。
〔3〕〔2〕の抵抗発熱体層42および43に対する給電パターンとして、アルミナ基板41の表面側に銀ペーストのスクリーン印刷等によりパターン形成した、電極部44(図4)。
〔4〕抵抗発熱体層42および43の保護と絶縁性を確保するための、厚み30μm程度の薄肉のガラスコート45。
〔5〕アルミナ基板41と定着スリーブ20の接触面に設けたポリイミドからなる摺動層46。

図4(a)に定着ヒータ16の表面側を示す図を、図4(b)に定着ヒータ16の発熱分布のグラフを示す。

図4に示すように、抵抗発熱体層は3本の発熱体43(43a、43b)と42からなる。発熱体43が第1の発熱体、発熱体42がヒータ長手方向中央部に対する端部の単位長さあたりの抵抗比が第1の発熱体43よりも大きい第2の発熱体である。発熱体43(43a、43b)は長手中央から端部にかけて連続的に太くなり、長手方向中央領域から端部に向かって徐々に発熱量は小さくなる(図4、発熱分布43(43a+43b)参照)。以後、発熱体43をメイン発熱体とする。一方、発熱体42は長手中央から端部にかけて連続的に細くなり、長手方向中央領域から端部に向かって徐々に発熱量は大きくなる(図4、発熱分布42参照)。以後、発熱体42をサブ発熱体とする。このように、長手方向で連続的に発熱量を変化させることで、A3サイズ紙まで対応した対応紙種の多い定着装置の非通紙部昇温(端部昇温)を効果的に抑えることができる。

定着ヒータ16の電極部44には、給電用コネクタが装着される。ヒータ駆動回路部から上記の給電用コネクタを介して電極部44に給電されることで、抵抗発熱体層42および43が発熱して定着ヒータ16が迅速に昇温する。

通常使用においては、加圧ローラ22の回転開始とともに、定着スリーブ20の従動回転が開始し、定着ヒータ16の温度の上昇とともに、定着スリーブ20の内面温度も上昇していく。定着ヒータ16への通電は、PID制御によりコントロールされ、定着スリーブ20の内面温度、すなわち、スリーブサーミスタ18の検知温度が目標値になるように、入力電力が制御される。

図5に定着ヒータ16とサーミスタの位置関係を示す。本実施例では最大通紙幅よりも幅の狭い記録材を通紙した時の非通紙部昇温を検知するために、スリーブサーミスタ18、メインサーミスタ19に加えて、両端部に端部サーミスタ28を設けた構成となっている。定着スリーブ20の内面の温度を検知する手段としてのスリーブサーミスタ18は、ヒータホルダ17に固定支持させたステンレス製のアーム25の先端にサーミスタ素子が取り付けられている。そして、アーム25が弾性揺動することにより、定着スリーブ20の内面の動きが不安定になった状態においても、サーミスタ素子が定着スリーブ20の内面に常に接する状態に保たれる(図2)。メインサーミスタ19は定着ヒータ16の裏面の長手中央付近に接触させてあり、定着ヒータ裏面の温度を検知する。また、端部サーミスタ28は幅279mmのLTR横送りサイズの非通紙部に配設され、LTRサイズの記録材を通紙した時の非通紙部温度を検知できるようにしている。本実施例の装置は、メインサーミスタ19の検知温度が設定温度を維持するようにヒータ16への通電を制御しているが、スリーブサーミスタ18の検知温度が目標値から外れるとメインサーミスタ19の検知温度と比較する設定温度に補正を掛けている。

3)定着スリーブ20
本実施例において、定着スリーブ20はベルト状部材に弾性層を設けてなる円筒状(エンドレスベルト状)の部材である。具体的には、材質にSUS(Steel Use Stainless)を用い、厚み30μmの円筒状に形成したエンドレスベルト(ベルト基材)上に、厚み約300μmのシリコーンゴム層(弾性層)を形成してある。更にシリコーンゴム層の上に厚み30μmのPFA樹脂チューブ(最表面層)を被覆してなる。このような構成で作成した定着スリーブ20の熱容量を測定したところ、2.9×10−2cal/cm・℃(定着スリーブ 1cmあたりの熱容量)であった。

〔1〕定着スリーブの基層
定着スリーブ20の基層にはポリイミドなどを用いることもできるが、ポリイミドよりもSUSのほうが、熱伝導率がおよそ10倍と大きく、より高いオンデマンド性を得ることができる。このことから、本実施例においては、定着スリーブ20の基層にはSUSを用いた。

〔2〕定着スリーブの弾性層
定着スリーブ20の弾性層には熱伝導率の高いゴム層を用いている。これはより高いオンデマンド性を得るためである。本実施例で用いた材質は比熱が約2.9×10−1cal/g・℃である。

〔3〕定着スリーブの離型層
定着スリーブ20の表面には、フッ素樹脂層を設けることで、表面の離型性を向上し、定着スリーブ20表面にトナーが一旦付着し、再度記録材Pに移動することで発生するオフセット現象を防止することができる。また、定着スリーブ20表面のフッ素樹脂層を、PFAチューブとすることで、より簡便に、均一なフッ素樹脂層を形成することが可能となる。

〔4〕定着スリーブの熱容量
一般に、定着スリーブ20の熱容量が大きくなると、温度立ち上がりが鈍くなり、オンデマンド性が損なわれる。例えば、定着装置の構成にもよるが、プリント指示を待つスタンバイ時にヒータを発熱させない装置で、プリント指示が入力されて1分以内での立ち上がりを想定した場合、定着スリーブ20の熱容量は約1.0cal/cm・℃以下である必要がある。

本実施例においては、電源を切ってしばらく時間が経った後に電源を入れるような場合、例えば、朝一番の立ち上げの際に、定着ヒータ16に1000Wの電力を投入して、定着スリーブ20が190℃に20秒以内に立ち上がるように設計してある。シリコーンゴム層には、比熱が約2.9×10−1cal/g・℃の材質を用いており、このとき、シリコーンゴムの厚みは500μm以下でなければならず、定着スリーブ20の熱容量は約4.5×10−2cal/cm・℃以下である必要がある。また、逆に、1.0×10−2cal/cm・℃以下にしようとすると、定着スリーブ20のゴム層が極端に薄くなる。その結果、OHT(overhead transparency)透過性やグロスムラなどの画質の点において、弾性層を持たないオンデマンド定着装置と同等になってしまう。

本実施例においては、OHT透過性やグロスの設定など高画質な画像を得るために必要なシリコーンゴムの厚みは200μm以上であった。この際の熱容量は2.1×10−2cal/cm・℃である。

つまりは、本実施例と同様の定着装置の構成における、定着スリーブ20の熱容量は1.0×10−2cal/cm・℃以上、1.0cal/cm・℃以下が一般的に対象となる。この範囲で、よりオンデマンド性と高画質の両立を図ることができる、2.1×10−2cal/cm・℃以上、4.5×10−2cal/cm・℃以下の定着スリーブを用いることとした。

4)加圧機構
図6〜図8は本実施例の加圧機構を説明する図である。装置フレーム24と加圧板72の間に設置した加圧バネ71により、ヒータホルダ17を長手両側から支持しているフランジ73を加圧ローラ22側に加圧している。74は加圧力変更機構の一部としてのカム部材である。このカム部材74は、手前側と奥側の加圧板72において、加圧板72を中にして加圧バネ71と対向する側に配設してある。手前側と奥側のカム部材74は同じ大きさと形状であり、カム軸75に同じ位相で固着して配設してある。カム軸75は回転自由に軸受保持されており、不図示のモータにより回転・停止される。図6ではカム部材74が加圧板72と接触しておらず、定着ニップ部に掛る加圧力が最大となる状態(第一加圧状態)を示している。つまり、図6は、定着ニップ部に第1の圧力を掛けている状態を示している。図6の状態からカム軸75を90°回転させてカム部材74を図7のような状態にすることにより、加圧板72が押し上げられて第一加圧状態よりも加圧力を低く設定することができる(第二加圧状態)。つまり、図7は定着ニップ部に第2の圧力を掛けている状態を示している。さらに図7の状態からカム軸75を90°回転させてカム部材74を図8のような状態にすることにより加圧板72がさらに押し上げられて加圧力をより低く設定することができる(第三加圧状態)。

本実施例の定着装置は以下の二つの定着処理モードを有する。
I.第1の圧力(第一加圧状態)で定着処理を行う第1の定着処理モード
II.第2の圧力(第二加圧状態)で定着処理を行う第2の定着処理モード
本実施例では通常プリント時は第一加圧状態で定着処理する。封筒のシワ発生を防止する場合は、第二加圧状態で定着処理する。

また、ジャム処理時や本体電源をオフ(OFF)する場合には、第三加圧状態に設定する。第三加圧状態は、エンドレスベルトと加圧ローラが離間する状態、すなわち定着ニップ部に圧力を掛けていない状態であっても良い。

5)通紙時の通電制御
次にそれぞれの加圧状態にした時の通紙時の定着ヒータ16への通電制御について説明する。

図9(a)(b)は第一加圧状態および第二加圧状態の際の加圧ローラ22および定着スリーブ20で形成される定着ニップ部27の概略形状である。第一加圧状態で加圧ローラ22がたわんだ状態で長手方向に均一なニップ形状を得られるように、ヒータホルダ17は約900μmのクラウン形状(端部より中央部が大きい形状)としている。そのため、第一加圧状態では加圧ローラ22のたわみ量とヒータホルダ17のクラウン量に大きな差がなく、長手方向でほぼ均一な幅のニップ形状となっている(図9(a))。一方、第二加圧状態では加圧力が小さく加圧ローラ22のたわみ量が小さいにも関らず、ヒータホルダ17のクラウン量は第一加圧状態と同じであるため、長手方向で加圧力が異なってしまい端部のニップが細くなってしまう(図9(b))。

第一加圧状態と第二加圧状態での定着ニップ部の幅(定着ニップ幅)を図10に示す。
第一加圧状態では、中央部と端部(本実施例での端部サーミスタ28位置である、中央から約144mm離れた位置)での定着ニップ幅は、ほぼ同様である。これに対し、第二加圧状態では、中央部での定着ニップ幅が約8.0mmに対し、端部の定着ニップ幅が約6.0mmと細くなってしまっている。つまり、定着ニップ部に掛かる圧力を第2の圧力に設定した時の、定着ニップ部の幅の比率(端部の幅/中央部の幅)は、第1の圧力に設定した時よりも小さい。

本実施例において、第一加圧状態(通常加圧)にて、A3サイズ紙(幅297mm)の記録材を通紙する場合(定着処理する場合)、ヒータの通電比率をメイン(43):サブ(42)=100:100とした。この場合の発熱量分布を図11に示す。また、加圧状態と、ヒータの通電比率、通紙時の中央、端部それぞれのサーミスタが配置された位置のヒータの昇温温度を図12に示す。発熱量分布は、A3サイズ幅でほぼフラット状態であり、本実施例での端部サーミスタ28の通紙時昇温も見られない(図11の実線)。すなわち、図12に示すように、第一加圧状態での中央サーミスタ19が配置された位置のヒータ昇温温度は約250℃、端部サーミスタ28が配置された位置のヒータ昇温温度は約245℃となっている。

定着装置12の加圧状態を第二加圧状態にし、封筒の一例としてCOM#10サイズ(幅約105mm×長さ約241mm)を通紙した場合の、それぞれの部位のヒータ昇温温度を図12に示す。比較例のように第一加圧状態と同じヒータの発熱量分布(ヒータ通電比率100:100)では、端部の定着ニップ幅が細くなっているため、定着ヒータ16の熱が加圧ローラ22側に移動しにくい。したがって、第二加圧状態ではメインサーミスタ19に比べて端部サーミスタ28の昇温が大きい。メインサーミスタ19が目標温度(250℃)となるようにヒータへの通電を制御しているので中央部のヒータ温度は250℃であるのに対し、端部サーミスタ温度はヒータホルダ17の耐熱温度270℃を越えてしまっている。

端部サーミスタ温度が270℃を越えるような高温状態が繰り返し行われると、ヒータホルダ17ばかりでなく、定着スリーブ20やサーミスタ自身の劣化を促進してしまう。

本実施例では、第二加圧状態でのヒータの通電比率を、第一加圧状態の通電比率と変えて、メイン:サブ=100:0としている。つまり、第2の定着処理モードで定着処理を実行する場合、第2の発熱体42(サブ)の発熱比率が第1の発熱体43(メイン)の発熱比率よりも小さく設定されている。第2の定着処理モードで定着処理を実行する場合、第2の発熱体42の発熱比率と第1の発熱体43の発熱比率の大小関係は、記録材(封筒)のサイズに拘わらず同じである。

この場合、長手方向の発熱量分布は、端部に比べて中央部のほうが大きくなる(図11、破線で示す)。したがって、第二加圧状態ではメインサーミスタ19に比べて端部サーミスタ28の温度が低くなる。すなわち、図12に示すように、第二加圧状態でメイン:サブ=100:0の比率で通電した場合、ヒータの中央サーミスタが配置された位置の昇温温度は約250℃、端部サーミスタが配置された位置の昇温温度は約200℃となっている。このように、端部サーミスタ位置の昇温温度は約200℃であり、ヒータホルダ17や、定着スリーブ20やサーミスタ自身の劣化を促進してしまうことを防止することが可能となる。

これに対して、第1の定着処理モードで定着処理を行う場合は、記録材のサイズに応じて第2の発熱体42(サブ)への通電比率が第1の発熱体43(メイン)への通電比率よりも大きくなる場合もあるし、両者が同じ場合もある。図14に、第1の定着処理モード(第一加圧状態)で定着処理を実行する場合と、第2の定着処理モード(第二加圧状態)で定着処理を実行する場合の、本実施例における通電比率をまとめて示した。図14のように、第2の定着処理モードで定着処理を実行する場合、記録材(封筒)のサイズに拘わらず、第2の発熱体42(サブ)の発熱比率が第1の発熱体43(メイン)の発熱比率よりも小さく設定されている。

このように加圧状態に応じてメインヒータとサブヒータの通電比率を変化させることにより、過昇温により定着部材等が劣化することを防止することができる。

第二加圧状態でのヒータ通電比率については、第2の発熱体42(サブ)の発熱比率が第1の発熱体43(メイン)の発熱比率よりも小さく設定されれば、メイン:サブ=100:0の比率にこだわる必要はなく、適時設定すれば良い。

なお、本実施例の第2の定着処理モードは封筒のしわを軽減するためのモードである。第2の定着処理モードで、大きなサイズの封筒を定着処理すると、第2の発熱体(サブ)の抵抗値が高い領域(発熱量が大きい領域)に対応するトナー像の定着性は低下する。しかし、第2の定着処理モードは封筒の皺軽減を優先するモードなので、トナー像の定着性を優先する場合は第1の定着処理モードでトナー像を担持する封筒を定着処理すればよい。

次に、本発明の実施例2を説明する。実施例1は定着処理中の発熱体の通電比率に関するものであったが、実施例2は定着装置を定着可能な状態まで立ち上げる場合の通電比率に関するものである。ヒータの構造等は実施例1と同じなので説明は割愛する。

図15はメイン発熱体43およびサブ発熱体42への通電比率をメイン:サブ=10:10で加熱したときのメインサーミスタ19および端部サーミスタ28の温度推移である。第一加圧状態では定着ニップ形状が均一であるため、メインサーミスタ19と端部サーミスタ28の温度に大きな差は見られない。一方、第二加圧状態では端部のニップが細いため、定着ヒータ16の熱が加圧ローラ22側に移動しにくい。従って、第二加圧状態ではメインサーミスタ19に比べて端部サーミスタ28の温度上昇が早く、メインサーミスタ19が目標温度(定着可能な温度)の250℃に達するまでに端部サーミスタ温度はヒータホルダ17の耐熱温度270℃を越えてしまっている。端部サーミスタ温度が270℃を越えるような高温状態が繰り返し行われると、ヒータホルダ17ばかりでなく、定着スリーブ20やサーミスタ自身の劣化を促進してしまう。

図16は発熱体への通電比率をメイン:サブ=10:3で加熱したときのメインサーミスタ19および端部サーミスタ28の温度推移である。この場合、長手の発熱分布は端部に比べて中央部のほうが大きくなる。したがって、第一加圧状態ではメインサーミスタ19に比べて端部サーミスタ28の温度が低くなってしまう。この場合、プリント初期において端部と中央部の定着性が異なり、端部での定着不良が発生してしまう恐れがある。また、全体的な投入電力もメイン:サブ=10:10の場合と比較して少なくなってしまうためメインサーミスタ19が目標温度に達する時間が長くなってしまう。一方、第二加圧状態では前述したように、中央部に比べて端部のニップ幅が小さいため、端部の熱が加圧ローラ22に伝わりにくい。そのため、端部の発熱量が小さいにも関らず、メインサーミスタ19と端部サーミスタ28の温度に大きな差が見られなかった。また、中央部のニップ幅も第一加圧状態に比べて小さくなっているためメインサーミスタ19が目標温度に達する時間も第一加圧状態に比べて短くなっている。

以上をまとめると以下の表1のようになる。

したがって、本実施例では加熱定着装置が通紙可能な状態になるまでのメインヒータとサブヒータの通電比率を、第一加圧状態の場合は10:10、第二加圧状態の場合は10:3とする。

このように加圧状態に応じてメインヒータとサブヒータの通電比率を変化させる。すなわち、第2の発熱体の発熱比率が第1の発熱体の発熱比率よりも小さく設定されることにより、定着ニップ部に掛かる圧力を第2の圧力に設定した状態でヒータを定着可能温度まで立ち上げる場合、端部の異常昇温や端部定着不良を防止することができる。

12 定着装置
16 加熱ヒータ
17 ヒータホルダ
42 第2の発熱体
43 第1の発熱体
18 スリーブサーミスタ
19 メインサーミスタ
20 定着スリーブ
22 加圧ローラ
23 入り口ガイド
24 装置フレーム
25 アーム
26 定着排紙ローラ
27 定着ニップ部
28 端部サーミスタ

Claims (14)

  1. 筒状のフィルムと、前記フィルムの母線方向における発熱分布を変更可能であって前記フィルムの内面に接触するヒータと、前記フィルムを介して前記ヒータと共にニップ部を形成するバックアップ部材と、前記ニップ部圧力を第1の圧力と、前記第1の圧力より小さい第2の圧力と、に設定可能である圧力変更機構と、を有し、前記ニップ部でトナー像を担持した記録材を搬送しながら加熱してトナー像を記録材に定着する定着処理を前記第1の圧力で行う第1の定着処理モードと、前記第2の圧力で行う第2の定着処理モードと、を実行可能である定着装置において、
    前記ニップ部の前記母線方向における中央部に対する端部の幅の比率は、前記第2の圧力に設定する時の方が前記第1の圧力に設定する時よりも小さく、
    前記ヒータの前記母線方向の中央部に対する端部の発熱量の比率は、前記第2の定着処理モード時の方が前記第1の定着処理モード時よりも小さいことを特徴とする定着装置。
  2. 前記ヒータは、第1の発熱体と、前記母線方向の中央部に対する端部の単位長さ当たりの抵抗値の比率が前記第1の発熱体より高い第2の発熱体と、を有し、
    前記第2の発熱体へ供給する電力は、前記第2の定着処理モード時の方が前記第1の定着処理モード時よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
  3. 前記ヒータは、第1の発熱体と、前記母線方向の中央部に対する端部の発熱量の比率が前記第1の発熱体より大きい第2の発熱体と、を有し、
    前記第2の発熱体の発熱量は、前記第2の定着処理モード時の方が前記第1の定着処理モード時よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
  4. 前記第1の発熱体は、前記母線方向の端部よりも中央部の単位長さ当たりの抵抗値が高く、前記第2の発熱体は、前記母線方向の中央部よりも端部の単位長さ当たりの抵抗値が高いことを特徴とする請求項2又は3に記載の定着装置。
  5. 前記ニップ部の圧力を前記定着装置の前記母線方向の両端部で付与する圧力付与機構と、前記ヒータの前記フィルムの内面に接触する面と反対側の面を前記母線方向に亘って支持する支持面を備える支持部材と、を有し、前記支持面は前記母線方向の中央部が端部よりも前記バックアップ部材に近づく方向に突出する形状であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の定着装置。
  6. 前記第2の定着処理モードは、記録材として封筒を使用する時に設定するモードであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の定着装置。
  7. 筒状のフィルムと、前記フィルムの母線方向における発熱分布を変更可能であって前記フィルムの内面に接触するヒータと、前記フィルムを介して前記ヒータと共にニップ部を形成するバックアップ部材と、前記ニップ部圧力を第1の圧力と、前記第1の圧力より小さい第2の圧力と、に設定可能である圧力変更機構と、を有し、前記ニップ部でトナー像を担持した記録材を搬送しながら加熱してトナー像を記録材に定着する定着処理を行う定着装置において、
    記ニップ部の前記母線方向における中央部に対する端部の幅の比率は、前記第2の圧力に設定する時の方が前記第1の圧力に設定する時よりも小さく、
    前記ニップ部の圧力を前記第1の圧力に設定した状態で前記ヒータに電力を供給して前記定着装置のウォームアップを行う第1のウォームアップモードと、前記ニップ部の圧力を前記第2の圧力に設定した状態で前記ヒータに電力を供給して前記定着装置のウォームアップを行う第2のウォームアップモードと、を実行可能であり、
    前記ヒータの前記母線方向の中央部に対する端部の発熱量の比率は、前記第2のウォームアップモード時の方が前記第1のウォームアップモード時よりも小さいことを特徴とする定着装置。
  8. 前記ヒータは、第1の発熱体と、前記母線方向の中央部に対する端部の単位長さ当たりの抵抗値の比率が前記第1の発熱体より高い第2の発熱体と、を有し、
    前記第2の発熱体へ供給する電力は、前記第2のウォームアップモード時の方が前記第1のウォームアップモード時よりも小さいことを特徴とする請求項7に記載の定着装置。
  9. 前記ヒータは、第1の発熱体と、前記母線方向の中央部に対する端部の発熱量の比率が前記第1の発熱体より大きい第2の発熱体と、を有し、
    前記第2の発熱体の発熱量は、前記第2のウォームアップモード時の方が前記第1のウォームアップモード時よりも小さいことを特徴とする請求項7に記載の定着装置。
  10. 前記第1の発熱体は、前記母線方向の端部よりも中央部の単位長さ当たりの抵抗値が高く、前記第2の発熱体は、前記母線方向の中央部よりも端部の単位長さ当たりの抵抗値が高いことを特徴とする請求項8又は9に記載の定着装置。
  11. 前記ニップ部の圧力を前記定着装置の前記母線方向の両端部で付与する圧力付与機構と、前記ヒータの前記フィルムの内面に接触する面と反対側の面を前記母線方向に亘って支持する支持面を備える支持部材と、を有し、前記支持面は前記母線方向の中央部が端部よりも前記バックアップ部材に近づく方向に突出する形状であることを特徴とする請求項7〜10のいずれか1項に記載の定着装置。
  12. 前記第2のウォームアップモードは、記録材として封筒を使用する時に設定するモードであることを特徴とする請求項7〜11のいずれか1項に記載の定着装置。
  13. 筒状のフィルムと、前記フィルムの母線方向における発熱分布を変更可能であって前記フィルムの内面に接触するヒータと、前記フィルムを介して前記ヒータと共にニップ部を形成するバックアップ部材と、前記ニップ部の圧力を第1の圧力と、前記第1の圧力より小さい第2の圧力と、に設定可能である圧力変更機構と、を有し、前記ニップ部でトナー像を担持した記録材を搬送しながら加熱してトナー像を記録材に定着する定着処理を前記第1の圧力で行う第1の定着処理モードと、前記第2の圧力で行う第2の定着処理モードと、を実行可能である定着装置において、
    前記ニップ部の圧力を前記定着装置の前記母線方向の両端部で付与する圧力付与機構を有し、前記ヒータの前記母線方向の中央部に対する端部の発熱量の比率は、前記第2の定着処理モード時の方が前記第1の定着処理モード時よりも小さいことを特徴とする定着装置。
  14. 筒状のフィルムと、前記フィルムの母線方向における発熱分布を変更可能であって前記フィルムの内面に接触するヒータと、前記フィルムを介して前記ヒータと共にニップ部を形成するバックアップ部材と、前記ニップ部の圧力を第1の圧力と、前記第1の圧力より小さい第2の圧力と、に設定可能である圧力変更機構と、を有し、前記ニップ部でトナー像を担持した記録材を搬送しながら加熱してトナー像を記録材に定着する定着処理を行う定着装置において、
    前記ニップ部の圧力を前記第1の圧力に設定した状態で前記ヒータに電力を供給して前記定着装置のウォームアップを行う第1のウォームアップモードと、前記ニップ部の圧力を前記第2の圧力に設定した状態で前記ヒータに電力を供給して前記定着装置のウォームアップを行う第2のウォームアップモードと、を実行可能であり、
    前記ニップ部の圧力を前記定着装置の前記母線方向の両端部で付与する圧力付与機構を有し、前記ヒータの前記母線方向の中央部に対する端部の発熱量の比率は、前記第2のウォームアップモード時の方が前記第1のウォームアップモード時よりも小さいことを特徴とする定着装置。
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