JP5600970B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置および画像形成装置に関する。さらに詳述すると、無端ベルトを介して金属熱伝導体と加圧部材間にニップを形成し、該ニップを通る被定着材に対し定着処理を行う定着装置、および当該定着装置を有する画像形成装置に関する。

複写機、レーザープリンタ等の電子写真式画像形成装置においては、像担持体上に形成した静電潜像を現像装置で現像し、そのトナー像を記録媒体（用紙、被定着材、記録材ともいう）上に転写し、定着装置によって定着して画像形成を行っている。

この定着装置としては様々な方式のものが提案されており、例えば、内部に熱源を備えた定着ローラの外周に加圧ローラを圧接させ、その状態で両ローラのニップ部に未定着トナー像を担持した記録媒体を通過させ、それによって該トナー像を加熱、加圧して定着させるヒートローラ方式や、無端状の定着ベルトを熱ローラ及び定着ローラで張架し、定着ベルトの外表面から加圧ローラを定着ローラへ押圧させたベルト定着方式などが知られている。

また、回転体の内面に摺接する固定部材を有している定着装置が知られている。このような定着装置として、例えば、特許文献１にはフィルム加熱方式、特許文献２には加圧ベルト方式の定着装置が開示されている。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、耐久性及びベルト温度の安定性の面で問題があり、また、特許文献２に記載の技術では、定着ローラの熱容量が大きく、昇温が遅いため、ウォームアップにかかる時間が長いという問題があった。

このような問題に対し、特許文献３には、定着ベルトの内部にパイプ状の金属熱伝導体を、定着ベルトの移動をガイドすることが可能に固定し、パイプ状の金属熱伝導体内の熱源により金属熱伝導体を介して定着ベルトを加熱する定着装置の発明が開示されている。

特許文献３に記載の発明によれば、ウォームアップにかかる時間を短縮し、かつ、パイプ状の金属熱伝導体が熱を拡散し、定着ベルト全体に均質な熱を与えることによりベルト全体の温度が安定する定着装置を実現することが可能となる。

しかしながら、特許文献３に記載の定着装置においては、熱源としての複数のハロゲンヒータを周方向において接触する位置に並列配置しているため、一方のハロゲンヒータが発した放射熱の一部を他のハロゲンヒータが遮る様な死角が存在していた。このような死角が存在すると、金属熱伝導体を加熱するためのハロゲンヒータの熱量の一部が他方のハロゲンヒータに吸収されることにより、加熱効率を最適化できないという問題があった。

また、死角となるような部分において、サーミスタなどの温度検知手段により温度検知を行うと応答性や感度に不利になるため、ウォームアップが速い反面、万一の装置故障等により熱源が連続点灯する等の異常が発生した場合に、過昇温状態となるおそれがあった。また、定着ベルトとパイプ状金属体の間隙と温度検知手段の位置関係については、何ら開示されていなかった。

そこで本発明は、温度検知手段を、それぞれ対応する熱源以外の熱源によって対応する熱源の発熱強度を妨げられない位置に配設することにより、加熱部材の温度変化を精度よく検出することができる定着装置および画像形成装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、請求項１に記載の定着装置は、可撓性の定着ベルトと、該定着ベルトの内周側に設けられて、ニップ部を除く位置において定着ベルトをガイドする略円筒形状の金属熱伝導体と、定着ベルトの内周側において金属熱伝導体に保持されるニップ形成部材と、金属熱伝導体の内部に設けられて、金属熱伝導体を加熱する熱源と、定着ベルトを介してニップ形成部材との間でニップ部を形成する加圧部材と、を備える定着装置において、定着ベルトは、非回転時において金属熱伝導体と所定の間隔を有するように設けられるとともに、加圧部材の回転に従動回転し、回転時において、軌跡が変化して該定着ベルトの内周表面と金属熱伝導体とが部分的に接触するものであって、熱源を周方向に並列に複数有し、かつ熱源それぞれに対応する複数の温度検知手段を有し、複数の熱源は所定の間隔を有して配設され、温度検知手段による検知位置は、それぞれ対応する熱源以外の熱源によって対応する熱源の発熱強度を妨げられない位置であって、定着ベルトが複数の温度検知手段により温度検知される位置は、いずれも該定着ベルトの回転時に該定着ベルトの内周表面と金属熱伝導体が接触する位置であるものである。

また、請求項２に記載の定着装置は、可撓性の定着ベルトと、該定着ベルトの内周側に設けられて、ニップ部を除く位置において定着ベルトをガイドする略円筒形状の金属熱伝導体と、定着ベルトの内周側において金属熱伝導体に保持されるニップ形成部材と、金属熱伝導体の内部に設けられて、金属熱伝導体を加熱する熱源と、定着ベルトを介してニップ形成部材との間でニップ部を形成する加圧部材と、を備える定着装置において、定着ベルトは、非回転時において金属熱伝導体と所定の間隔を有するように設けられるとともに、加圧部材の回転に従動回転し、回転時において、軌跡が変化して該定着ベルトの内周表面と金属熱伝導体とが部分的に接触するものであって、熱源を周方向に並列に複数有し、かつ熱源それぞれに対応する複数の過昇温防止手段を有し、複数の熱源は所定の間隔を有して配設され、過昇温防止手段による検知位置は、それぞれ対応する熱源以外の熱源によって、対応する熱源の発熱強度を妨げられない位置であって、定着ベルトが複数の過昇温防止手段により温度検知される位置は、いずれも該定着ベルトの回転時に該定着ベルトの内周表面と金属熱伝導体が接触する位置であるものである。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２のいずれかに記載の定着装置において、熱源が配設される所定の間隔は、熱源からの放射熱の一部が他の熱源により遮られない間隔であるものである。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１から３までのいずれかに記載の定着装置において、検知位置は、対応する熱源の発熱強度が最も強い位置であるものである。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１から４までのいずれかに記載の定着装置において、ニップ形成部材を支持する支持体を有し、検知位置は、支持体によっても対応する熱源の発熱強度を妨げられない位置であるものである。

また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の定着装置において、支持体の表面に加熱防止処理が施されているものである。

また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の定着装置において、加熱防止処理は、熱源からの放射熱を反射する鏡面処理であるものである。

また、請求項８に記載の画像形成装置は、請求項１から７までのいずれかに記載の定着装置を有するものである。

本発明によれば、加熱部材の温度変化を精度よく検出可能とすることができる。

本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 定着装置の概略構成図の一例である。 複数のハロゲンヒータが近接配置されている場合の、一方のハロゲンヒータの放射熱の範囲を示す模式図である。 複数のハロゲンヒータが所定間隔を有して配置されている場合の、（ａ）下流側のハロゲンヒータ、（ｂ）上流側のハロゲンヒータ、（ｃ）双方のハロゲンヒータの放射熱の範囲を示す模式図である。 （ａ）下流側のハロゲンヒータ、（ｂ）上流側のハロゲンヒータ、それぞれの温度検知手段の配設位置の一例を示す模式図である。 （ａ）定着ベルト非回転時のベルトの軌跡、（ｂ）定着ベルト回転時のベルトの軌跡の一例を示す。 定着ベルトとパイプ状金属体との間隙による定着ベルトおよびパイプ状金属体の温度への影響を示すグラフである。 支持体と温度検知手段の配設位置の一例を示す模式図である。 支持体の形状を変更した定着装置の一例を示す模式図である。 図９に示す定着装置における温度検知手段の設置位置を示す模式図である。 （ａ）定着ベルト非回転時のベルトの軌跡、（ｂ）定着ベルト回転時のベルトの軌跡の他の例を示す。 （ａ）下流側のハロゲンヒータ、（ｂ）上流側のハロゲンヒータ、それぞれの過昇温防止手段の配設位置の一例を示す模式図である。 ベルト停止状態でのパイプ状金属体表面と、間隙を有して維持されたベルト表面の昇温特性を示すグラフである。

以下、本発明に係る構成を図１から図１３に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。

[画像形成装置]
図１は、本発明に係る画像形成装置の一態様であるカラーレーザプリンタ（以下、プリンタという）の全体構成を説明する概略構成図である。このプリンタは、イエロー・シアン・マゼンタ・ブラックの４つの画像形成手段を横に並べて配置してタンデム画像形成部を構成する。タンデム画像形成部においては、個々のトナー像形成手段である画像形成手段１０１Ｙ，１０１Ｃ，１０１Ｍ，１０１Ｋが、図中左から順に配置されている。ここで、各符号の添字Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋは、それぞれイエロー、マゼンダ、シアン、黒用の部材であることを示す。また、タンデム画像形成部においては、画像形成手段１０１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋは、潜像担持体としてのドラム状の感光体２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋのまわりに、帯電装置、現像装置１０Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ、感光体クリーニング装置等を備えている。また、プリンタの上部には、イエロー、シアン、マゼンタ、黒の各色トナーが充填されたトナーボトル２Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋが配置されている。そして、このトナーボトル２Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋから図示しない搬送経路によって、所定の補給量だけ各現像装置１０Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ、に各色トナーが補給される。

また、タンデム画像形成部の下部に潜像形成手段としての光書込ユニット９が設けている。光書込ユニット９は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラー等を備え、画像データに基づいて各感光体２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋの表面にレーザ光を走査しながら照射するように構成されている。

また、タンデム画像形成部の直ぐ上には、中間転写体として無端ベルト状の中間転写ベルト１を設けている。この中間転写ベルト１は、駆動ローラ１ａおよび従動ローラ１ｂに掛け回され、駆動ローラ１ａの回転軸には駆動源としての図示しない駆動モータが連結されている。この駆動モータを駆動させると、中間転写ベルト１が図中反時計回りに回転移動するとともに、従動ローラ１ｂが回転する。中間転写ベルト１の内側には、感光体２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ上に形成されたトナー像を中間転写ベルト１上に転写するための１次転写装置１１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋを設ける。

また、１次転写装置１１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋより中間転写ベルト１の駆動方向下流に２次転写装置としての２次転写ローラ４を設けている。この２次転写ローラ４と中間転写ベルト１を挟んで反対の側には、従動ローラ１ｂが配置されており、押部材としての機能を果たしている。また、給紙カセット８、給紙コロ７、レジストローラ６等を備えている。さらに、２次転写ローラ４によりトナー像を転写された記録媒体（用紙、転写材）Ｓの進行方向に関して２次転写ローラ４の下流部には、記録媒体Ｓ上の画像を定着する定着装置５、排紙ローラ３を備えている。

次に、このプリンタの動作を説明する。個々の画像形成手段でその感光体２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋを回転し、感光体２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋの回転とともに、まず帯電装置で感光体２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋの表面を一様に帯電する。次いで画像データを光書込ユニット９からのレーザによる書込み光を照射して感光体２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｂ上に静電潜像を形成する。その後、現像装置１０Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋによりトナーが付着され静電潜像を可視像化することで各感光体２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ上にそれぞれ、イエロー・シアン・マゼンタ・ブラックの単色画像を形成する。また、不図示の駆動モータで駆動ローラ１ａを回転駆動して従動ローラ１ｂ、２次転写ローラ４を従動回転し、中間転写ベルト１を回転搬送して、その可視像を１次転写装置１１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋで中間転写ベルト１上に順次転写する。これによって中間転写ベルト１上に合成カラー画像を形成する。画像転写後の感光体２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋの表面は感光体クリーニング装置で残留トナーを除去して清掃して再度の画像形成に備える。

また、上記画像形成のタイミングにあわせて、給紙カセット８から記録媒体Ｓ先端が給紙コロ７により繰り出され、レジストローラ６まで搬送され、一旦停止する。そして、上記画像形成動作とタイミングを取りながら、２次転写ローラ４と中間転写ベルト１との間に搬送される。ここで、中間転写ベルト１と２次転写ローラ４とは記録媒体Ｓを挟んでいわゆる２次転写ニップを形成し、２次転写ローラ４にて中間転写ベルト１上のトナー像を記録媒体Ｓ上に２次転写する。

画像転写後の記録媒体Ｓは定着装置５へと送り込まれ、加熱部材（定着ベルト３０、パイプ状金属体３１等）と加圧部材（加圧ローラ４０）により形成されるニップ部に記録媒体Ｓを挟持搬送することで記録媒体Ｓ上のトナー像を加熱加圧し記録媒体Ｓに定着させる。また、ニップ部から排出された記録媒体Ｓは、排紙ローラ３から機外に排出される。一方、画像転写後の中間転写ベルト１は、中間転写体クリーニング装置１２で、画像転写後に中間転写ベルト１上に残留する残留トナーを除去し、タンデム画像形成部による再度の画像形成に備える。

[定着装置]
本発明に係る定着装置は、可撓性の定着ベルト（定着ベルト３０）と、該定着ベルトの内周表面の一部が摺動接触する金属熱伝導体（パイプ状金属体３１）と、該金属熱伝導体を加熱する熱源（ハロゲンヒータ３４）と、定着ベルトを介して金属熱伝導体との間でニップを形成する加圧部材（加圧ローラ４０）とを備える定着装置（定着装置５）において、熱源を周方向に並列に複数有し（ハロゲンヒータ３４ａ，３４ｂ）、かつ熱源それぞれに対応する複数の温度検知手段（サーミスタ３５ａ，３５ｂ）を有し、複数の熱源は所定の間隔を有して配設され、温度検知手段による検知位置は、それぞれ対応する熱源以外の熱源によって対応する熱源の発熱強度を妨げられない位置であって、検知位置で接触するベルト位置、または検知位置から最も近いベルト位置では、ベルト回転時に定着ベルト内周表面と金属熱伝導体が接触するものである。なお、本明細書においては、「周方向」とは、定着ベルトの回転方向（加圧ローラの回転方向）をいい、「軸方向」とは、定着ベルトの回転方向に直行する方向（加圧ローラの回転軸方向）をいう。

＜定着装置の基本構成＞
先ず、定着装置５の基本構成の一例について、図２を参照して説明する。定着装置５は、加熱部材として、定着ベルト３０と、定着ベルト３０の内摺面に近接させたパイプ状金属体３１を有し、パイプ状金属体３１の内部には、パイプ状金属体３１を加熱する熱源としてのハロゲンヒータ３４を有している。また、加圧部材としての加圧ローラ４０を有している。なお、熱源としては、ハロゲンヒータに限られず、赤外線ヒータ、熱抵抗等を用いても良い。

定着ベルト３０は、ニップ部以外ではパイプ状金属体３１にガイドされており、定着ベルト３０とパイプ状金属体３１は一定の間隔、具体的にはパイプ状金属体３１が静止した状態で１ｍｍ以内の間隔を有するように構成されている。また、定着ベルト３０内には、パイプ状金属体３１に保持されたニップ形成部材３２があり、定着ベルト３０の内面とメッシュ状潤滑シート３７を介して間接的に摺動するようになっている。なお、ニップ形成部材３２と定着ベルト３０の内面とは直接接するものでも良い。

なお、図２ではニップ部の形状が、加熱部材側に凹形状の例を示している。これは、ニップ部の形状が凹形状であることにより、用紙先端の排出方向が加圧ローラ４０側になり、分離性を向上させることができ、ジャムの発生を抑制することができるためである。しかしながら、ニップ部の形状は凹形状に限られるものではなく、例えば、平坦形状等のその他の形状であってもよい。

加圧ローラ４０は、中空の金属ローラにシリコーンゴム層があり、離型性を得るために表面に離型層（ＰＦＡ（４フッ化エチレンバーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂）またはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）層）が設けてある。加圧ローラ４０は、画像形成装置に設けられたモータなどの駆動源からギヤを介して駆動力が伝達され回転する。

また、加圧ローラ４０は、スプリング等の付勢手段により定着ベルト３０側に押し付けられており、シリコーンゴム層が押しつぶされて変形することにより、所定のニップ幅を有するものである。なお、加圧ローラ４０は、中実のローラであっても良いが、中空のほうが熱容量は少なくいため好ましい。また、加圧ローラ４０内部に、ハロゲンヒータなどの熱源を有する構成であっても良い。

シリコーンゴム層は、ソリッドゴムでもよいが、加圧ローラ４０内部に熱源を有しない構成においては、スポンジゴム等を用いることも好ましい。例えば、スポンジゴムを用いることにより、断熱性が高まり、定着ベルト３０の熱が奪われにくくなるのでより好適である。

定着ベルト３０は、例えば、ニッケルやＳＵＳ（ステンレス鋼）などの金属ベルトやポリイミドなどの樹脂材料を用いた無端ベルトである。定着ベルト３０の表層は、例えば、ＰＦＡまたはＰＴＦＥ層などの離型層を有し、トナーが付着しないように離型性をもたせている。また、定着ベルト３０の基材とＰＦＡまたはＰＴＦＥ層の間にはシリコーンゴムの層などで形成する弾性層があってもよい。シリコーンゴム層がない場合、熱容量が小さくなり、定着性が向上するが、未定着画像を押しつぶして定着する際に、ベルト表面の微妙な凹凸が画像に転写されて画像のベタ部にユズ肌状の跡が残るという不具合が生じる。これを改善するにはシリコーンゴム層を１００μｍ以上設ける必要がある。シリコーンゴム層の変形によりにより、微妙な凹凸が吸収されユズ肌画像が改善する。

中空のパイプ状金属体３１は、例えば、アルミ、又は鉄、ステンレスなどの金属からなり、加圧ローラ４０とは異なり非回転である（固定されている）。なお、図２に示す例では、断面が円形のパイプ状金属体３１であるが、その他の断面形状であってもよいのは勿論である。また、パイプ状金属体に限らず、定着ベルト３０を摺動可能に保持する金属熱伝導体であればよい良い。

また、パイプ状金属体３１の内部にニップ部を支持するための支持体３３を設けることも好ましい。このとき、ハロゲンヒータ３４などの輻射熱などにより支持体３３が加熱されてしまう場合は、支持体３３の表面に断熱処理、または鏡面処理等を行い、加熱されることを防止することで、無駄なエネルギー消費を抑制することができる。

パイプ状金属体３１を昇温させる熱源として、複数のハロゲンヒータ３４を用いており、作像される紙サイズ等に応じて、それぞれのハロゲンヒータ３４が独立して点灯制御される。

定着ベルト３０は、加圧ローラ４０が図示しない駆動源により回転し、ニップ部で定着ベルト３０に駆動力が伝達されることにより回転する。また、定着ベルト３０はニップ部で挟み込まれて回転するが、ニップ部以外ではパイプ状金属体３１にガイドされており、一定の距離以上に定着ベルト３０の位置がパイプ状金属体３１から離れてしまわないよう案内されている。また、定着ベルト３０とパイプ状金属体３１との界面はシリコーンオイルやフッ素グリス等の潤滑剤（メッシュ状潤滑シート３７）を有している。

また、温度検知手段としてのサーミスタ３５からの検知に基づいて不図示の制御手段がそれぞれハロゲンヒータ３４を制御して、パイプ状金属体３１の表面温度をコントロールしている。

このような構成の定着装置によれば、コストを抑え、ウォームアップが速く、パイプ状金属体３１が熱を拡散し、定着ベルト３０全体に均質な熱を与えるため、定着ベルト３０全体の温度を安定させることが可能となる。

＜熱源および温度検知手段＞
本実施形態に係る定着装置は、熱源として複数のハロゲンヒータを用いるものである。以下、２本のハロゲンヒータ３４ａ，３４ｂを用いる例について説明するが、用いる熱源の数はこれに限られるものではない。

仮に、１本のハロゲンヒータにより温度制御を行った場合、定着ベルト３０に対し、例えば小サイズ紙等の幅の狭い記録媒体が通紙されると、定着ベルト３０の通紙範囲外は記録媒体で熱が奪われないため、ベルト表面温度が過昇温となるという問題がある。これに対し、例えば、軸方向における中央部に配光を持ったハロゲンヒータと、軸方向における端部に配光を持ったハロゲンヒータを周方向に並列に配置して制御することにより転写材の通紙幅に最適な温度制御を行うことが可能となる。

しかしながら、２本のハロゲンヒータを備える構成であっても、図２に示したように２本のハロゲンヒータ３４ａ，３４ｂを周方向に接触するように並列配置すると、一方のハロゲンヒータが他方の放射熱を遮る死角が増えてしまう。以下に具体的に説明する。

図３に示すように、定着ベルト３０の回転方向上流側のハロゲンヒータ３４ａが下流側のハロゲンヒータ３４ｂに近接して配置されている場合、ハロゲンヒータ３４ｂからの放射熱がハロゲンヒータ３４ａによって遮られてしまう範囲が大きくなり、パイプ状金属体３１への放射熱の範囲（図中の斜線部）が減少するため、パイプ状金属体３１に対して最適な加熱条件が得られない。また、ハロゲンヒータ３４ａからの放射熱についても、ハロゲンヒータ３４ｂにより同様に遮られる。なお、図３および図４は定着ベルト３０の非回転状態を示している。

そこで、図４（ａ）に示すように、ハロゲンヒータ３４ａ，３４ｂを近接させず、所定の間隔を持って配置することにより、他方のハロゲンヒータによる放射熱が遮られる範囲を無くし（または減らし）、それぞれのハロゲンヒータ３４ａ，３４ｂのパイプ状金属体３１への放射熱の範囲（図中の斜線部はハロゲンヒータ３４ｂの放射熱の範囲を示す）を広げることができる。したがって、パイプ状金属体３１の加熱効率が向上する。同様に、上流側のハロゲンヒータ３４ａの放射熱の範囲は、図４（ｂ）で示される範囲となる。

よって、上流側および下流側のハロゲンヒータ３４ａ，３４ｂ双方から放射熱を受ける範囲は、図４（ｃ）の斜線部のようになる。

ここで、それぞれのハロゲンヒータ３４に対して温度検知手段として設けられるサーミスタ３５をベルト周方向に同一の位置に設置すると、他方のハロゲンヒータの影響により最適な検知条件にならない場合がある。すなわち、上記図４（ｃ）の斜線部で示したような、上流側および下流側のハロゲンヒータ３４ａ，３４ｂ双方から放射熱を受ける範囲にサーミスタ３５を配置すると、いずれか一方のハロゲンヒータの放射熱により点灯制御を行おうとしても、他方のハロゲンヒータの放射熱の影響を受けることにより、正確な温度検知ができず、精度良く且つ安定して温度制御することが困難となる。

そこで、所定の間隔を持って配置されたハロゲンヒータ３４ａ，３４ｂそれぞれに対応するサーミスタ３５ａ，３５ｂの配設位置を、下流側のハロゲンヒータ３４ｂについては図５（ａ）、上流側のハロゲンヒータ３４ａについては図５（ｂ）に示すように、他方のハロゲンヒータに放射熱を遮られない位置とすることにより、最も感度の良い、かつ発熱強度が最も強い部分で温度検知を行うことが可能となる。なお、サーミスタ３５ａ，３５ｂは帯状部分に検知部を有しており、当該検知部が定着ベルト３０に接触して温度検知を行っている。

なお、本実施形態におけるハロゲンヒータ３４ａ，３４ｂの間隔（ヒータ中心間距離）は、例えば、１０ｍｍであるが、複数設けられる熱源の間隔、および夫々に対応する温度検知手段の配設位置は、定着ベルト３０やパイプ状金属体３１等の形状・大きさ・材質、熱源の発熱量等に応じて定着装置ごとに最適な値を求めるものである。

また、図５に示す例では、接触式のサーミスタにて温度検知を行っているが、温度検知手段として、非接触式のサーミスタやサーモパイルを用いる場合についても、同様に、他方のハロゲンヒータに放射熱を遮られない配設位置とすることで上記と同様の効果を得ることができる。

次に、定着ベルト３０とパイプ状金属体３１との間隙について説明する。定着ベルト３０は、ニップ部以外ではパイプ状金属体３１にガイドされている。ここで、定着ベルト３０とパイプ状金属体３１とは一定の間隔、例えば、１ｍｍ以内の間隔を有するように構成されている。定着ベルト３０には、テンションをかけないため、定着ベルト回転時と非回転時では定着ベルト３０の軌跡が変化する。

図６（ａ）に示すベルト非回転時では、定着ベルト３０に駆動（引っ張り力）がかかっておらず、ニップ位置で入口側から引っ張られる力が働かないため、ニップの入口側と出口側とは対称的な形状となっている。一方、図６（ｂ）に示すベルト回転時では、ニップの入口側からニップの出口側方向へと駆動がかかるため、ニップ入口側は定着ベルト３０の内周がパイプ状金属体３１に接触し、ニップ出口側ではパイプ状金属体３１から離れる挙動を示す。ただし、１ｍｍ以内の間隔は保たれる。

図７は定着ベルト３０とパイプ状金属体３１との間隙の影響を示したグラフであり、定着ベルト表面温度を、普通紙の定着制御温度である１５０℃に維持するために必要なパイプ状金属体外周の表面温度を示している。具体的には定着ベルト表面を１００℃、パイプ状金属体表面を２００℃、定着ベルトとパイプ状金属体との間隙を０.１ｍｍの非回転状態から回転を開始し、回転直後に定着ベルトとパイプ状金属体との間隙をそれぞれ０ｍｍ（接触状態）、０.１ｍｍ（間隙維持）、０.２ｍｍ（間隙拡大）となるような構成で回転を続けた状態で、線速１２０ｍｍ／秒にて回転を継続した場合のパイプ状金属体外周の表面温度を示したものである。

図７に示されるように、接触状態では、回転開始から５秒後に定着ベルト表面温度が１５０℃であるのに対し、パイプ状金属体表面温度は１５５℃と５度差となり、その後も同じ温度及び温度差で推移する。これに対し、間隙維持した０.１ｍｍでは、パイプ状金属体表面温度は２００℃から緩やかな低下傾向を示す。また、間隙拡大した０.２ｍｍでは、パイプ状金属体表面温度が２８０℃と上昇していることが示されている。

このように定着ベルト３０とパイプ状金属体３１とに間隙が生じると、ベルト表面のサーミスタ３５の検出温度とパイプ状金属体３１の表面温度に温度差が発生し、特に作像時などのベルト回転中に定着ベルト３０とパイプ状金属体３１に間隙が生じる位置にサーミスタ３５を具備すると上記の温度差により正確な定着ベルト３０の温度が検知できないため、無駄な電力を消費したり、パイプ状金属体３１が過昇することにより発煙や発火を引き起こすおそれもある。また、ベルト表面のサーミスタ設置位置が、定着ベルト３０とパイプ状金属体３１の接触／非接触を繰り返すような位置である場合は、予期せぬ温度過昇を発生する可能性もある。特に、昇温が速い本実施形態に係る定着装置では、この傾向が顕著となる。

そこで、サーミスタ３５は、ベルト回転時には定着ベルト３０とパイプ状金属体３１が接触する位置に設けることが必要である。また、サーミスタ３５は、ベルト停止時も定着ベルト３０とパイプ状金属体３１が接触する位置に設けられることが好ましい。しかしながら、定着ベルト停止中は定着ベルト３０が静止し、定着ベルト３０とパイプ状金属体３１との間隙も一定に維持されること、また静止状態を観察しておくことにより、その間隙と定着ベルトとパイプ状金属体の温度差を予め測定、定義ができること、また、昇温が速いため定着ベルト回転時の設定温度は低温もしくはヒータＯＦＦ状態に設定できることから、必ずしもサーミスタ３５がベルト停止時に定着ベルト３０とパイプ状金属体３１が接触する位置に設けられなくとも良い。

＜その他の実施形態＞
パイプ状金属体３１の内部にはニップ部を支持するための支持体３３を設けることが好ましい。これにより、ニップ部形成部材３２の位置精度を向上させることができる。支持体３３を設ける場合は、図８に示すように、上述のようにハロゲンヒータ３４だけでなく、支持体３３により放射熱を妨げられない位置に温度検知手段３５を具備することにより、最も感度の良い、発熱強度が最も強い部分に温度検知手段を設けることが可能となる。すなわち、図８に示す例では、ハロゲンヒータ３４ａに対応したサーミスタ３５ａは図中に示す境界線Ａより、設置不可の方向では支持体３３により放射熱がさえぎられるため、境界線Ａより設置可の方向に設置するものである。

また、ハロゲンヒータ３４などの輻射熱などにより支持体３３が加熱されてしまう場合は、支持体表面に断熱もしくは鏡面処理を行い、加熱されることを防止することで、無駄なエネルギー消費を抑制することができる。さらに、これと合わせて支持体３３の形状を調整しても良い。

例えば、ハロゲンヒータ３４の位置およびその形状に合わせて、表面に鏡面処理が施された支持体３３の形状を図９に示すように変更することにより、無駄なエネルギー消費を抑制することが可能となる。すなわち、それぞれのハロゲンヒータ３４ａ，３４ｂからの放射熱が収斂する位置に、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、温度検知装置３５ａ，３５ｂを具備することにより、反射された熱量も含めて最も感度の良い、発熱強度が最も強い部分に温度検知手段を設けることができ、熱量を効率よく定着加熱に利用することができる。よって、通紙等による加熱部材の温度変化を速やかに、かつ精度良く検知し、定着ニップ部での温度を精度良く且つ安定してコントロールすることが可能となる。

図１１に定着装置の他の実施形態を示す。支持体３３の形状とハロゲンヒータ３４ａ，３４ｂの配置位置が図６に示した定着装置とは異なる。

支持体３３を図１１に示す形状とすることで、ニップ部形成部材３２の加圧力を向上させることができ、ニップ部の加圧力が高くなることに伴って、図１１（ａ）に示すベルト非回転時では、ベルトの状態はニップの入り口側および出口側にて定着ベルト３０とパイプ状金属体３１が離れ、かつ、ベルトの剛力によりニップ部と反対側（１８０°回転した位置）でも定着ベルト３０とパイプ状金属体３１が離れる形状となる。

また、支持体３３を図１１に示す形状とすることに伴い、ハロゲンヒータ３４ａ，３４ｂの位置もニップに対して上流側に変更する。ハロゲンヒータ３４ａ，３４ｂの配置位置を変更した場合も、ハロゲンヒータは互いの間隔、及び各々のパイプ状金属体３１に対する間隔が最適になるように設置され、サーミスタ３５を回転方向下流側のハロゲンヒータ３５ｂ、上流側のハロゲンヒータ３４ａを、それぞれ他者に放射熱を遮られない位置に具備することにより、最も感度の良い、発熱強度が最も強い部分にて温度検知を行うことが可能となる。

また、図１１に示す構成においても同様に、ベルト回転時にはニップ入口側からニップ出口側方向へと駆動（引っ張り力）がかかるため、回転時の定着ベルトは図１１（ｂ）に示すように静止時の定着ベルトとは異なる軌跡となる。

図１１に示す構成でも、サーミスタ３５ａ，３５ｂの位置は、ベルト回転時には定着ベルト３０の内周がパイプ状金属体３１に接触し、非回転時には微少な間隙を有する状態に維持可能である。このように支持体形状等のユニット構成が異なる場合であっても図６に示した定着装置と同様の効果を有するものである。

以上説明したように、本実施形態に係る定着装置によれば、熱源である複数のハロゲンヒータのうち一方が、他方が発生した熱を遮らない位置に配置することにより、ウォームアップが速く、パイプ状金属体が熱を拡散し、ベルト全体に均質な熱を与えることによりベルト全体の温度が安定する定着装置を、簡易な構成により実現することで、低コスト化を図ることができる。

また、複数のハロゲンヒータそれぞれに対して最も感度が良く、発熱強度が最も強く、定着ベルトとパイプ状金属体との間隙による温度検知の影響を受けることない、応答性や感度に最適な位置に温度検知手段を具備することにより、通紙等による加熱部材の温度変化を速やかに、かつ精度良く検知し、定着ニップ部での温度を精度良く、且つ安定してコントロールすることが可能となる。

＜過昇温防止手段＞
また、温度検知手段に替え、またはこれに併せて、サーモスタットなどの過昇温防止手段を有することとしても良い。

過昇温防止手段の設置位置についても上記温度検知手段と同様に構成すればよい。すなわち、図１２（ａ），（ｂ）に示す位置に、ハロゲンヒータ３４ａに対応するサーモスタット３８ａ、ハロゲンヒータ３４ｂに対応するサーモスタット３８ｂをそれぞれ配設すれば良い。なお、周方向の位置取りで過昇温防止手段３８と温度検知手段３５双方の配置スペースがない場合は、いずれか一方の設置位置を軸方向にずらすようにすればよい。

なお、温度検知手段は、省エネ、立ち上がりが早い構成のために待機時加熱は必要ないため非通紙中（ベルト非回転時）は原則としてヒータ非点灯である。これに対し、過昇温防止装置は非回転状態であってもエレキ回路のショート等による暴走の可能性があるため、ベルト回転／非回転に関わらず、常時監視の必要がある。

過昇温防止装置３８ａ，３８ｂは、ベルト停止時も定着ベルト３０とパイプ状金属体３１が接触する位置に設けられることが望ましい。しかしながら、ベルト停止中は、定着ベルト３０が静止して定着ベルト３０とパイプ状金属体３１の間隙が一定に維持されること、また静止状態は定着ベルト３０とパイプ状金属体３１の間隙があっても、定着装置として制御可能な範囲であれば、微少な間隙を有していても良い。

図１３に、ベルト停止状態でのパイプ状金属体表面と、間隙を有して維持されたベルト表面の昇温特性を示す。ここで、昇温カーブ（１）はパイプ状金属体表面、昇温カーブ（２）は０.１ｍｍの間隙を有して保持されている定着ベルト表面、昇温カーブ（３）は０.２ｍｍの間隙を有して保持されている定着ベルト表面をそれぞれ示している。

図１３に示す例では、０.１ｍｍの間隙を有していても定着ベルト表面が２０度以内の温度差でパイプ状金属体表面温度を追従できるため、過昇温防止が可能である。なお、０.２ｍｍの間隙を有する場合には、定着ベルト表面とパイプ状金属体表面の温度差が５０ｄｅｇ程度まで広がる可能性があるため、過昇温防止装置としては適当ではない間隙であるといえる。

但し、図１３に示した数値は、ベルト自体の層構成等の条件に伴って決まる各定着装置固有の値である。したがって、ベルト停止時の過昇温が防止できる条件を満足するように定着装置や画像形成装置が構成可能であれば、必ずしも０.１ｍｍ以下の間隙に限定されるものではない。以上説明したように、ベルト停止時はベルト回転時のように定着ベルトとパイプ状金属体が接触する位置に具備されることは必須条件ではないが、停止時にも適切な間隙が維持されることは必要条件である。

本実施形態に係る定着装置は昇温が速いため、サーモスタットの応答も高速で高精度であることが求められるが、以上のよう構成することにより、高速かつ高精度の制御が可能な過昇温防止装置とすることができる。

また、以上説明した構成による定着装置５を備えた画像形成装置（図１）とすることにより、上述のように機能する画像形成装置を構成することができる。

尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。

１ 中間転写ベルト
１ａ 駆動ローラ
１ｂ 従動ローラ
２Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ トナーボトル
３ 排紙ローラ
４ ２次転写ローラ
５ 定着装置
６ レジストローラ
７ 給紙コロ
８ 給紙カセット
９ 光書込ユニット
１０Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ 現像装置
１１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ 一次転写装置
１２ 中間転写体クリーニング装置
２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ 感光体
３０ 定着ベルト
３１ パイプ状金属体（金属熱伝導体）
３２ ニップ部形成部材
３３ 支持体
３４，３４ａ，３４ｂ ハロゲンヒータ（熱源）
３５，３５ａ，３５ｂ サーミスタ（温度検知手段）
３６ 断熱材
３７ メッシュ状潤滑シート
３８，３８ａ，３８ｂ サーモスタット（過昇温防止手段）
４０ 加圧ローラ
１０１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ 画像形成手段

特開平４−４４０７５号公報 特開平１０−２１３９８４号公報 特開２００７−３３４２０５号公報

Claims (8)

1. 可撓性の定着ベルトと、
   該定着ベルトの内周側に設けられて、ニップ部を除く位置において前記定着ベルトをガイドする略円筒形状の金属熱伝導体と、
   前記定着ベルトの内周側において前記金属熱伝導体に保持されるニップ形成部材と、
   前記金属熱伝導体の内部に設けられて、前記金属熱伝導体を加熱する熱源と、
   前記定着ベルトを介して前記ニップ形成部材との間でニップ部を形成する加圧部材と、
   を備える定着装置において、
   前記定着ベルトは、非回転時において前記金属熱伝導体と所定の間隔を有するように設けられるとともに、前記加圧部材の回転に従動回転し、回転時において、軌跡が変化して該定着ベルトの内周表面と前記金属熱伝導体とが部分的に接触するものであって、
   前記熱源を周方向に並列に複数有し、かつ前記熱源それぞれに対応する複数の温度検知手段を有し、
   複数の前記熱源は所定の間隔を有して配設され、
   前記温度検知手段による検知位置は、それぞれ対応する熱源以外の熱源によって前記対応する熱源の発熱強度を妨げられない位置であって、
   前記定着ベルトが前記複数の温度検知手段により温度検知される位置は、いずれも該定着ベルトの回転時に該定着ベルトの内周表面と前記金属熱伝導体が接触する位置であることを特徴とする定着装置。
2. 可撓性の定着ベルトと、
   該定着ベルトの内周側に設けられて、ニップ部を除く位置において前記定着ベルトをガイドする略円筒形状の金属熱伝導体と、
   前記定着ベルトの内周側において前記金属熱伝導体に保持されるニップ形成部材と、
   前記金属熱伝導体の内部に設けられて、前記金属熱伝導体を加熱する熱源と、
   前記定着ベルトを介して前記ニップ形成部材との間でニップ部を形成する加圧部材と、
   を備える定着装置において、
   前記定着ベルトは、非回転時において前記金属熱伝導体と所定の間隔を有するように設けられるとともに、前記加圧部材の回転に従動回転し、回転時において、軌跡が変化して該定着ベルトの内周表面と前記金属熱伝導体とが部分的に接触するものであって、
   前記熱源を周方向に並列に複数有し、かつ前記熱源それぞれに対応する複数の過昇温防止手段を有し、
   前記複数の熱源は所定の間隔を有して配設され、
   前記過昇温防止手段による検知位置は、それぞれ対応する熱源以外の熱源によって、対応する熱源の発熱強度を妨げられない位置であって、
   前記定着ベルトが前記複数の過昇温防止手段により温度検知される位置は、いずれも該定着ベルトの回転時に該定着ベルトの内周表面と前記金属熱伝導体が接触する位置であることを特徴とする定着装置。
3. 前記熱源が配設される所定の間隔は、前記熱源からの放射熱の一部が他の熱源により遮られない間隔であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の定着装置。
4. 前記検知位置は、対応する前記熱源の発熱強度が最も強い位置であることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の定着装置。
5. 前記ニップ形成部材を支持する支持体を有し、
   前記検知位置は、前記支持体によっても対応する前記熱源の発熱強度を妨げられない位置であることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の定着装置。
6. 前記支持体の表面に加熱防止処理が施されていることを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
7. 前記加熱防止処理は、前記熱源からの放射熱を反射する鏡面処理であることを特徴とする請求項６に記載の定着装置。
8. 請求項１から７までのいずれかに記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。
   

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