JP5623236B2

JP5623236B2 - 画像加熱装置

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Publication number: JP5623236B2
Application number: JP2010239606A
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Inventors: 田中　正信; 正信田中
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Priority date: 2010-10-26
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2014-11-12
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Description

本発明は、複写機、プリンタ等の画像形成装置に使用される画像加熱装置に関する。画像加熱装置としては、記録紙上に形成した未定着画像を固着画像として加熱定着する定着装置や、記録紙に定着された画像を加熱することにより画像の光沢度を増大させる光沢度増大装置等を挙げることができる。特に、電子写真方式を採用し、潜像を形成する像担持体を用いて、記録媒体としての記録紙上に画像を形成する複写機やプリンタ（例えばレーザプリンタ、ＬＥＤプリンタ）等の画像形成装置に適用して好適なものである。

従来、画像形成装置における画像形成部で光、磁気、電荷等を利用して潜像を形成し、その潜像を現像して可視画像を形成する。そして、転写材搬送手段で画像形成部に搬送された記録紙に静電気力を用いて可視画像を転写し、転写された可視画像を定着装置で熱により記録紙に定着して記録紙に画像を得ている。

具体的には、電子写真方式のカラー画像形成装置において、像担持体である感光体ドラムに各色毎に潜像を形成し、該潜像を複数の現像器により現像像となす。そして、該現像像を転写装置に保持された無端ベルトとしての中間転写ベルトに順次中間転写してカラー画像を得る。その後、一括して記録紙に転写し、カラー画像を得る。この方式では記録紙の搬送経路は単一の現像像の場合と同様となるため対応する記録紙の種類も多く、しかも機構面でも流用できる技術も多いため、装置の小型化や低価格化を図ることが容易である。

従来、このような複写機、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置としては、一般的に、次のような構成が多用されている。具体的には、互いに圧接された定着ローラと加圧ローラとからなり、定着ローラ、あるいは定着ローラと加圧ローラの両方の内部に配置されたハロゲンヒータ（ハロゲンランプ）等からなる加熱手段によりローラを所定の温度（定着温度）に加熱する構成である。

そして、加熱後、未定着トナー画像が形成された記録紙を定着ローラと加圧ローラとの圧接部（定着ニップ部）に通過させて、熱と圧力によりトナー画像の定着を行う構成（熱ローラ定着方式を用いた構成）である。

特に、カラー用の定着装置においては、定着ローラの表層にシリコンゴム等からなる弾性層を設けた弾性ローラを用いる構成が一般的である。定着ローラを弾性ローラとすることで、定着ローラの表面が、未定着トナー画像の凹凸に対応して弾性変形し、トナー画像面を覆い包むように接触する。そのため、モノクロに比べてトナー量の多いカラーの未定着トナー画像に対しても良好に加熱定着を行うことが可能となる。

それと同時に、定着ニップ部での弾性層の歪み解放効果により、モノクロトナーに比べてオフセットしやすいカラートナーの離型性を向上できる。さらに、定着ニップ部のニップ形状が上（定着ローラ側）に凸（所謂、逆ニップ形状）となることから、用紙の剥離性能が向上し、剥離爪等の剥離手段を用いずとも用紙の剥離が可能となり（セルフストリップ）、剥離手段に起因する画像劣化を解消できる。なお、モノクロトナーを用いる画像形成装置では、定着ローラに弾性層を設けず、加圧ローラにのみ弾性層を設けて定着ニップ部を確保する構成も用いられている。

ところで、弾性層を具備させた定着ローラまたは加圧ローラは、弾性層の熱伝導性が非常に低い。そのため、ローラ内部に加熱手段を設けた場合、ウォームアップ時間が長くなったり、高速での連続通紙時に定着ローラの温度が低下してしまったりするという問題が発生する。

このような問題を解決するものとして、定着ローラの表面に外部加熱手段を当接させ、定着ローラを外部から加熱する構成（外部加熱定着方式を用いた構成）が知られている。例えば、特許文献１には、外部加熱手段として支持ローラに張架された外部加熱ベルト（無端ベルト）を用いる技術（外部加熱ベルト定着方式を用いた技術）が開示されている。この技術では、外部加熱手段として外部加熱ベルトを用いることにより、外部加熱手段と定着ローラとの接触面積を大きくして、外部加熱手段から定着ローラへの熱供給の促進を図っている。

外部加熱ベルト定着方式では、外部加熱の性能を高めるため、定着ローラと接する外部加熱ベルトを高温に保たなければならない。外部加熱ベルトを高温に保つには、発熱体を内部に有する支持ローラと外部加熱ベルトの接触面積を大きくし、支持ローラから外部加熱ベルトへの熱移動量を多くする必要がある。

そのため、外部加熱ベルト定着方式では、外部加熱ベルトを張架している複数の支持ローラ内にそれぞれ発熱体を設けることが好適である（特許文献１）。そして、複数の支持ローラ内に設けたそれぞれの発熱体の発熱量は、外部加熱ベルトと支持ローラとの接触部の外面に接触したサーミスタの検出結果にもとづいて、温度制御部がそれぞれ制御している。これにより、外部加熱ベルト表面温度を所定の温度に制御している（特許文献２）。

特開２００４−１９８６５９号公報特開２００８−１５２１３９号公報

しかしながら、上記特許文献２に示される装置では、それぞれの発熱体の制御に関わる接触部の目標温度を同一としているため、以下のような課題を抱えていることが判った。

下流側の支持ローラは、定着ローラに熱を奪われたベルトを加熱する必要があり、ベルトを加熱する点において上流側の支持ローラよりも下流側の支持ローラの方がベルトに熱量を多く与える。そのため、下流側の支持ローラの目標温度を上流側の支持ローラの目標温度と同じにすると、以下の問題が生ずる。下流側の支持ローラに与える熱量が多くなる結果、定着ローラが停止したときに、下流側支持ローラからのオーバーシュートが大きくなり、下流側支持ローラとベルトとの接触部で、ベルトが損傷しやすくなる。

上記目的を達成するために、本発明に係わる画像加熱装置の代表的な構成は、回転部材と、前記回転部材とニップ部を形成する対向部材と、前記回転部材の外面に接触して前記回転部材を加熱する外部加熱手段と、前記外部加熱手段を制御する加熱制御手段と、を有し、前記ニップ部で画像を担持した記録紙を挟持搬送して加熱する画像加熱装置において、前記外部加熱手段は、エンドレスベルトと、前記エンドレスベルトの内側に配設されており前記エンドレスベルトを回転可能に張架して前記回転部材に押圧されることで前記エンドレスベルトと前記回転部材との間に外部ニップ部を形成する第一支持ローラ及び第二支持ローラであって、前記外部ニップ部において前記回転部材の回転方向上流側と下流側とに位置している第一支持ローラ及び第二支持ローラと、前記第一支持ローラが第一目標温度になるよう前記第一支持ローラを加熱する第一加熱手段と、前記第二支持ローラが第二目標温度になるよう前記第二支持ローラを加熱する第二加熱手段と、を有し、第二目標温度を第一目標温度よりも低く設定する制御モードを実行する実行部を有することを特徴とする。

また本発明に係わる画像加熱装置の代表的な構成は、回転部材と、前記回転部材とニップ部を形成する対向部材と、前記回転部材の外面に接触して前記回転部材を加熱する外部加熱手段と、前記外部加熱手段を制御する加熱制御手段と、を有し、前記ニップ部で画像を担持した記録紙を挟持搬送して加熱する画像加熱装置において、前記外部加熱手段は、エンドレスベルトと、前記エンドレスベルトの内側に配設されており前記エンドレスベルトを回転可能に張架して前記回転部材に押圧されることで前記エンドレスベルトと前記回転部材との間に外部ニップ部を形成する第一支持ローラ及び第二支持ローラであって、前記外部ニップ部において前記回転部材の回転方向上流側と下流側とに位置している第一支持ローラ及び第二支持ローラと、前記第一支持ローラが第一目標温度になるよう前記第一支持ローラを加熱する第一加熱手段と、前記第二支持ローラが第二目標温度になるよう前記第二支持ローラを加熱する第二加熱手段と、を有し、前記第一加熱手段による点灯デューティに対して前記第二加熱手段の点灯デューティを小さく設定する制御モードを実行する実行部を有することを特徴とする。

本発明によれば、像加熱部材の外表面と接触するベルト状の外部加熱手段における下流側の支持ローラ領域での過昇温を防止できる。

本発明の第１の実施形態に係る外部加熱ベルト方式の定着装置を示す模式的断面図である。本発明の第１の実施形態に係る外部加熱ベルト方式の定着装置を搭載した画像形成装置の説明図である。本発明の第１の実施形態に係る定着ローラ及び加圧ローラを示す模式的断面図である。本発明の第１の実施形態に係る外部加熱ベルトを示す模式的断面図である。本発明の第１の実施形態に係る支持ローラを示す模式的断面図である。実施例１及び比較例１に係る連続通紙時のサーミスタ１２１で検知する定着ローラ表面温度変化を示す模式図である。比較例１における外部加熱ベルト１０５上の接触領域Ｄ１・Ｄ２の温度推移、及び、支持ローラ１０３・１０４の温度推移を示した図である。実施例１における外部加熱ベルト１０５上の接触領域Ｄ１・Ｄ２の温度推移、及び、支持ローラ１０３・１０４の温度推移を示した図である。

《第１の実施形態》
（画像形成装置）
図２に示す画像形成装置内には第１、第２、第３、第４の画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄが併設され、各々異なった色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）のトナー像が潜像、現像、転写のプロセスを経て形成される。画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄは、それぞれ専用の像担持体、本例では電子写真感光体ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを具備し、ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ上に各色のトナー像が形成される。各ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄに隣接してローラ１３、１４、１５で張架された中間転写体１３０が設置される。

ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ上に形成された各色のトナー像が、中間転写体１３０上に１次転写され、２次転写部で記録紙Ｐ上に転写される。さらにトナー像が転写された記録紙Ｐは、定着装置１００で加熱及び加圧によりトナー像を定着された後、記録画像として装置外に排出される。

ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの外周には、夫々ドラム帯電器２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、現像器１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１次転写帯電器２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ及びクリーナ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが設けられる。そして、装置の上方部には不図示の光源装置およびポリゴンミラーが設置されている。光源装置からのレーザー光をポリゴンミラーを回転して走査し、その走査光の光束を反射ミラーによって偏向し、ｆθレンズによりドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの母線上に集光して露光する。このようにして、ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ上に画像信号に応じた潜像が形成される。

現像器１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄには、現像剤としてそれぞれシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックのトナーが、図示しない供給装置により所定量充填されている。現像器１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは、夫々ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ上の潜像を現像して、イエロートナー像、マゼンタトナー像、シアントナー像及びブラックトナー像として可視化する。

ローラ１３、１４、１５に懸架される中間転写体１３０は矢印方向にドラム３と同じ周速度をもって回転駆動されている。ドラム３ａ上に形成担持された第１色のイエロートナー画像は、ドラム３と中間転写体１３０とのニップ部を通過する過程で、中間転写体１３０に印加される１次転写バイアスによる電界と圧力により、中間転写体１３０の外周面に中間転写されていく。以下、同様に第２色のマゼンタトナー画像、第３色のシアントナー画像、第４色のブラックトナー画像が順次中間転写体１３０上に重畳転写され、目的のカラー画像に対応した合成カラートナー画像が形成される。

１１は２次転写ローラで、中間転写体１３０に対応し平行に軸受させて下面部に接触させて配設してある。２次転写ローラ１１には、２次転写バイアス源によって所望の２次転写バイアスが印加されている。中間転写体１３０上に重畳転写された合成カラートナー画像は記録紙Ｐへ以下のように転写される。即ち、給紙カセット１０から搬送ローラ１６、１７等を経由してレジストローラ１２、転写前ガイドを通過して中間転写体１３０と２次転写ローラ１１との当接ニップに所定のタイミングで記録紙Ｐが給送され、同時に２次転写バイアスがバイアス電源から印加される。

この２次転写バイアスにより中間転写体１３０から記録紙Ｐへ合成カラートナー画像が転写される。合成カラートナー画像は、記録紙Ｐの４辺端部より一定の余白部を残して形成される。本実施形態では、先端余白部は２〜３ｍｍ程度である。

一次転写が終了したドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、夫々のクリーナ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄにより転写残トナーをクリーニング、除去され、引き続き次の潜像の形成に備えられる。転写ベルト１３０上に残留したトナー及びその他の異物は、転写ベルト１３０の表面にクリーニングウエブ（不織布）１９を当接して、拭い取るようにしている。

トナー画像の転写を受けた記録紙Ｐは定着装置１００へ順次導入され、転写材に熱と圧力を加えることで定着される。

両面印刷の場合は、給紙カセット１０から給紙された記録紙Ｐはレジストローラ１２、転写前ガイド、中間転写体１３０と２次転写ローラ１１との当接ニップを通過し定着装置１００で片面定着された後、フラッパー１４０により反転パス１４１に導かれる。その後記録紙Ｐは反転ローラ１４２により反転されて両面パス１４３へと導かれる。そして再び記録紙Ｐはレジストローラ１２、転写前ガイド、中間転写体１３０と２次転写ローラ１１との当接ニップを通過し、２面目が転写され定着装置１００で両面が定着される。そして、記録紙が両面画像形成中にフラッパー１４０が切り替わっており、両面定着された記録紙Ｐは記録画像として装置外に排出される。

（定着装置）
図１で示すように、画像加熱装置としての定着装置１００は、回転部材である定着部材としての定着ローラ１０１、対向部材である加圧部材としての加圧ローラ１０２を備える。また、第一支持ローラ１０３及び第二支持ローラ１０４で張架された外部加熱ベルト１０５を備える。加圧ローラ１０２は、定着ローラ１０１に不図示の加圧手段により、所定の圧力で加圧されて、定着ローラ１０１と定着ニップ部Ｎを形成しており、矢印Ｂ方向に所定の速度、例えば５００ｍｍ／ｓｅｃの周速で、定着ローラ１０１と従動回転される。

この定着ニップ部Ｎに、記録紙Ｐ上に担持した未定着トナーＫを挿通して、記録紙Ｐ上にトナーＫを定着させる。つまり、未定着トナーＫによる画像を担持した記録紙Ｐを定着ニップ部Ｎで挟持搬送して加熱することで定着する。

定着ローラ１０１は、不図示の駆動源によって、矢印Ａ方向に所定の速度、例えば５００ｍｍ／ｓｅｃの周速で回転駆動されるようになっている。図３に示す定着ローラ１０１は、外径７４ｍｍ、厚み６ｍｍ、長さ３５０ｍｍの円筒状金属製（本実施形態では、アルミニウム製）の芯金１０１ａを備える。芯金１０１ａ上には、耐熱性の弾性層１０１ｂとして、シリコンゴム（本実施形態では、ＪＩＳ−Ａ硬度２０度）が３ｍｍの厚さで被覆されている。

弾性層１０１ｂ上には、トナーとの離型性向上のために、耐熱性の離型層１０１ｃとしてフッ素系樹脂（本実施形態では、ＰＦＡチューブ）が１００μｍの厚さで被覆されている。定着ローラ１０１の芯金１０１ａの内部には、発熱体として、例えば定格電力１２００Ｗのハロゲンヒータ１１１が配置されて、定着ローラ１０１表面温度が所定の温度となるように内部から加熱されている。

定着ローラ１０１の表面温度は、定着ローラ１０１に接触する温度検知手段としての定着サーミスタ１２１によって検出される。そして、この検出温度に基づいて、温度制御（調整）手段としてのヒータ制御器１６０がハロゲンヒータ１１１をＯＮ／ＯＦＦすることで、所定の目標温度、例えば２００℃にて制御される。ヒータ制御器１６０は、本発明に係わる目標温度を設定する制御モードを実行する実行部となる。

加圧ローラ１０２は、図３に示すように、外径５４ｍｍ、厚み５ｍｍ、長さ３５０ｍｍの円筒状金属製（本実施例では、アルミニウム製）の芯金１０２ａを備える。芯金１０２ａ上には、耐熱性の弾性層１０２ｂとして、シリコンゴム（本実施形態では、ＪＩＳ−Ａ硬度１５度）が３ｍｍの厚さで被覆されている。弾性層１０２ｂ上には、トナーとの離型性向上のために、耐熱性の離型層１０２ｃとしてのフッ素系樹脂（本実施形態では、ＰＦＡチューブ）が１００μｍの厚さで被覆されている。加圧ローラ１０２の芯金１０２ａの内部には、発熱体として、例えば定格電力３００Ｗのハロゲンヒータ１１２が配置されて、加圧ローラ１０２表面温度が所定の温度となるように内部から加熱されている。

加圧ローラ１０２の表面温度は、加圧ローラ１０２に接触する温度検知手段としてのサーミスタ１２２によって検出され、ヒータ制御器１６０によってハロゲンヒータ１１２がＯＮ／ＯＦＦされ、所定の目標温度、例えば１３０℃にて制御される。

（外部加熱ベルト及びベルト搬送系）
外部加熱ベルト１０５を張架する第一及び第二支持ローラ１０３、１０４を、不図示の加圧手段によって、定着ローラ１０１に所定の圧力で押圧することで、外部加熱ベルト１０５は、定着ローラ１０１と外部ニップ部Ｎｅを形成している。外部加熱ベルト１０５は、矢印Ｃ方向に所定の速度、例えば５００ｍｍ／ｓｅｃの周速で、定着ローラ１０１と従動回転される。これにより、複数の支持ローラに回転可能に懸架されて回転部材である定着ローラ１０１の外面に接触する外部加熱ベルト１０５が、定着ローラ１０１を加熱する。

外部加熱ベルト１０５は、図４で示すように外形６０ｍｍ、厚み５０μｍ、長さ３５０ｍｍの金属製の基材１０５ａを備える。基材１０５ａ上には、トナーとの付着を防止するために、耐熱性の摺動層１０５ｂとしてのフッ素系樹脂（本実施例では、ＰＦＡチューブ）が２０μｍの厚さで被覆されている。

外部加熱ベルト１０５を張架する第一支持ローラ１０３は、定着ローラ回転方向上流側に配置される支持ローラである。即ち、第一支持ローラ１０３は、外部加熱ベルト１０５の定着ローラ１０１に対する接触部である外部ニップ部Ｎｅを中にして定着ローラ１０１の回転方向に関して上流側に位置する。そして、第一支持ローラ１０３は、図５で示すように、外径３０ｍｍ、厚み３ｍｍ、長さ３５０ｍｍの円筒状金属製（本実施形態では、アルミニウム製）の芯金１０３ａを備える。芯金１０３ａ上には、外部加熱ベルト１０５の内面との摩耗を防止するために、耐熱性の摺動層１０３ｂとしてのフッ素系樹脂（本実施例では、ＰＦＡチューブ）が２０μｍの厚さで被覆されている。

（外部加熱ベルトの加熱）
第一支持ローラ１０３の芯金１０３ａの内部には、発熱体として、例えば定格電力１０００Ｗの通電により発熱する第一加熱手段としてのハロゲンヒータ１１３が配置されて、外部加熱ベルト１０５の表面温度が所定の温度となるように内部から加熱されている。外部加熱ベルト１０５の表面温度は、温度検知手段として、第一支持ローラ１０３と外部加熱ベルト１０５との接触領域Ｄ１に接触する上流側のサーミスタ１２３によって検出される。そして、検出された温度に基づいて、ヒータ制御器１６０はハロゲンヒータ１１３をＯＮ／ＯＦＦし、第一目標温度Ｔ１、例えば、２３０℃によって制御（温度調節）する。即ち、支持ローラに対する加熱制御としての発熱体制御を行う。

外部加熱ベルト１０５を張架する第二支持ローラ１０４は、第一支持ローラ１０３とほぼ同様の構成で、定着ローラ回転方向下流側に配置される。第二支持ローラ１０４も外部加熱ベルト１０５の内面に接触して、外部加熱ベルト１０５を加熱する。したがって、外部加熱ニップＮｅを通過した外部加熱ベルト１０５の領域は、まず第二支持ローラ１０４によって加熱され、その後、第一支持ローラ１０３によって加熱される。

第二支持ローラ１０４は、図５で示すように、外径３０ｍｍ、厚み３ｍｍ、長さ３５０ｍｍの円筒状金属製（本実施例では、アルミニウム製）の芯金１０４ａを備える。芯金１０４ａ上には、外部加熱ベルト１０５の内面との摩耗を防止するために、耐熱性の摺動層１０４ｂとしてのフッ素系樹脂（本実施例では、ＰＦＡチューブ）が２０μｍの厚さで被覆されている。

図１に戻り、第二支持ローラ１０４の芯金１０４ａの内部には、通電により発熱する発熱体として、例えば定格電力１０００Ｗの第二加熱手段としてのハロゲンヒータ１１４が配置されている。これにより、外部加熱ベルト１０５表面温度が所定の温度となるように内部から加熱されている。外部加熱ベルト１０５の表面温度は、温度検知手段として、第二支持ローラ１０４と外部加熱ベルト１０５の接触領域Ｄ２に接触する下流側のサーミスタ１２４によって検出される。そして、検出された温度に基づいて、ヒータ制御器１６０はハロゲンヒータ１１４をＯＮ／ＯＦＦし、第二目標温度Ｔ２、例えば、２３０℃によって制御（温度調節）する。

（定着ローラと加圧ローラ、支持ローラの圧着・離間）
次に、本実施形態での各ローラの圧着・離間制御に関して説明する。スタンバイ時では、定着ローラ１０１の弾性層１０１ｂ、及び加圧ローラ１０２の弾性層１０２ｂの変形又は歪防止のため、加圧ローラ１０２、第一支持ローラ１０３、第二支持ローラ１０４は、不図示の離間手段により、定着ローラ１０１から離間される。

プリント中、即ち記録紙上の画像の定着（加熱）動作中では、加圧ローラ１０２、第一支持ローラ１０３、第二支持ローラ１０４は、不図示の加圧手段により、定着ローラ１０１に圧着される。

スタンバイ中に各ローラが離間せずに圧着したままの構成の場合、定着ニップ部Ｎ、外部ニップ部Ｎｅでの弾性層の変形又は歪みがプリント中にも残存して、画像上に、横スジや光沢スジ（ムラ）等が発生して画像品質が低下してしまう。そのため、本実施形態のように、スタンバイ中に各ローラを離間するのが好適である。

（外部加熱ベルトにおける上流側および下流側の接触領域の目標温度Ｔ１・Ｔ２）
接触領域Ｄ１・Ｄ２の目標温度Ｔ１・Ｔ２について説明する。以下の説明では、本実施例に対して、目標温度Ｔ１・Ｔ２が異なる比較例１、２を示して説明を行う。
図６は、本実施例及び比較例１に係る連続通紙時にサーミスタ１２１で検知された定着ローラ１０１の表面温度の変化を示す模式図である。図７、図８は、それぞれ、比較例１、本実施例において、スタンバイ時から通紙を行い、通紙５００枚目でエラーが発生し緊急停止した場合の温度推移を示す。具体的には、外部加熱ベルト１０５上の接触領域Ｄ１・Ｄ２の温度推移（上流側のサーミスタ１２３・１２４の検出結果）及び支持ローラ１０３・１０４の温度推移を示す。

ここで、連続通紙は、記録紙として秤量３００ｇ／ｍ^２のＡ４サイズ紙を横方向に、１００ｐｐｍ（ｐｐｍ＝ｐａｇｅｐｅｒｍｉｎｕｔｅ）で連続通紙した。

（比較例１）
まず、比較例１として、通紙開始時及び通紙中の全期間、加熱目標温度Ｔ１＝２３０℃、加熱目標温度Ｔ２＝２３０℃とした場合について、定着ローラ温度は許容範囲内である一方、外部加熱ベルト温度が許容範囲外となることを説明する。図６は比較例１において、プリント開始後の定着ローラ１０１の温度変化を表す図である。スタンバイ中に温度Ｔａに調整されていた定着ローラは、プリントが開始されて記録紙が定着ニップＮに達すると温度が下降し、通紙枚数Ｃ５１では温度は最下点温度Ｔｂに到達する。

これは、定着ローラ１０１の表面温度をＴａに維持しようと、ハロゲンヒータ１１１が点灯しても、芯金や熱伝導率の低い弾性層１０１ｂに熱が遮られて、定着ローラ１０１の表面温度が上昇するのが遅延するためである。また、通紙開始時から通紙枚数Ｃ５１まで、ハロゲンヒータ１１１（定着ヒータ）、１１２（加圧ヒータ）、１１３、１１４は全点灯していた。そして、通紙枚数Ｃ５２を過ぎると、定着ローラ１０１の温度は最下点温度Ｔｂから上昇し、通紙枚数Ｃ５３で温度Ｔａに達して定常状態（平衡状態）となる。

本比較例では、Ｔａ＝２００℃、Ｔｂ＝１８０℃である。ここで、定着ローラ温度Ｔｂ＝１８０℃が定着性を満足できる許容範囲の下限であるため、比較例１における最下点温度Ｔｂでは定着性は許容範囲内であった。

図７は、比較例１における外部加熱ベルト１０５上の接触領域Ｄ１・Ｄ２の温度推移、及び、支持ローラ１０３・１０４の温度推移を示したものである。

通紙開始時から定着ローラの温度が復帰する通紙枚数（通紙開始から１００枚目）まで、外部加熱手段の発熱源であるハロゲンヒータ１１３、１１４が全点灯であった。そのため、上流側の接触領域Ｄ１の最下点温度は２２８℃であった。上流側のハロゲンヒータ１１３、下流側のハロゲンヒータ１１４の消費電力は共に１０００Ｗであった。

また、定常状態である定着ローラ１０１の温度＝Ｔａ時におけるハロゲンヒータ１１３、１１４の消費電力を比較すると、上流側のハロゲンヒータ１１３の消費電力が３００Ｗに対し、下流側のハロゲンヒータ１１４の消費電力が９００Ｗであった。即ち、下流側に偏った発熱を行っていることが判った。このため、定常状態における上流側支持ローラ１０３の温度＝２４５℃、下流側支持ローラ１０４の温度＝２５６℃であった。

この定常状態において、エラーが発生し緊急停止した場合（通紙開始から５００枚目で緊急停止）、支持ローラからの熱伝導により、接触領域Ｄ１、Ｄ２は局所的に昇温する。比較例１では、接触領域Ｄ１の温度Ｔ１は、Ｔ１＝２４０℃まで、接触領域Ｄ２の温度Ｔ２は、Ｔ２＝２５０℃まで、外部加熱ベルト１０５が局所的に昇温した。外部加熱ベルト１０５の耐熱温度は２４５℃であるため、下流側の接触領域Ｄ２では、耐熱が許容範囲外となり、外部加熱ベルト１０５が破損した。

（実施例１）
次に、実施例１について説明する。本実施例では、通紙開始時に比べ通紙中に下流側の目標温度Ｔ２を低い設定に変更することで、定着ローラ温度と外部加熱ベルト温度が共に許容範囲内となる。

本実施例では、先ず通紙開始時に、目標温度Ｔ１＝２３０℃、Ｔ２＝２３０℃として加熱制御（第１制御モード）を実行する。そして、通紙中、上流側の接触領域Ｄ１の温度Ｔ１が目標温度Ｔ１＝２３０℃に達した後は、下流側の目標温度Ｔ２を２３０℃から２２５℃に下げる加熱制御（第２制御モード）を実行する。図６は、本実施例において、プリント開始後の定着ローラ１０１の温度変化を表す図である。スタンバイ中に温度Ｔａに調整されていた定着ローラは、プリントが開始されて記録紙が定着ニップＮに達すると温度が下降し、通紙枚数Ｃ５１では温度は最下点温度Ｔｂに到達する。

また、通紙開始時から通紙枚数Ｃ５１まで、ハロゲンヒータ１１１、１１２、１１３、１１４は全点灯していた。そして、通紙枚数Ｃ５２を過ぎると、定着ローラ１０１の温度は最下点温度Ｔｂから上昇し、通紙枚数Ｃ５３で温度Ｔａに達して定常状態（平衡状態）となる。

本実施例では、Ｔａ＝２００℃、Ｔｂ＝１８０℃である。ここで、定着ローラ温度Ｔｂ＝１８０℃が定着性を満足できる許容範囲の下限であるため、比較例１における最下点温度Ｔｂでは定着性は許容範囲内であった。

図８は、本実施例における外部加熱ベルト１０５上の接触領域Ｄ１・Ｄ２の温度推移、及び、支持ローラ１０３・１０４の温度推移を示したものである。

また、定常状態である定着ローラ１０１の温度＝Ｔａ時におけるハロゲンヒータ１１３、１１４の消費電力を比較すると、ハロゲンヒータ１１３・１１４の消費電力は共に６００Ｗで、上流側・下流側が均等に、発熱を行っていることが判った。このため、定常状態における上流側支持ローラ１０３の温度＝２５１℃、下流側支持ローラ１０４の温度＝２５１℃で等しかった。

この定常状態において、エラーが発生し緊急停止した場合（通紙開始から５００枚目で緊急停止）、支持ローラからの熱伝導により、接触領域Ｄ１、Ｄ２は局所的に昇温する。実施例１では、接触領域Ｄ１の温度Ｔ１は、Ｔ１＝２４３℃まで、接触領域Ｄ２の温度Ｔ２は、Ｔ２＝２３８℃まで、外部加熱ベルト１０５が局所的に昇温した。

外部加熱ベルト１０５の耐熱温度は２４５℃であるため、外部加熱ベルト１０５の耐熱は許容範囲内であった。

（比較例に対する効果）
表１は、比較例１、本実施例の効果を比較したものである。

上述のように本実施例および比較例１では、通紙開始時にＴ１＝２３０℃、Ｔ２＝２３０℃に設定する。これにより、外部加熱ニップＮｅ入口付近の接触領域Ｄ１の温度を２２８℃以上に保ち、結果、通紙初期の定着ローラの温度低下を定着性許容範囲の下限である１８０℃までに防止できる。

また、本実施例のように、定常状態における目標温度として、下流側の目標温度を低くすること（Ｔ１＝２３０℃、Ｔ２＝２２５℃）で、定常状態における上流側と下流側の消費電力を６００Ｗと均等にすることができる。これにより、下流側で発生する過昇温を防止することができる。一方、比較例１のように、定常状態における目標温度を、上流側と下流側とを同一に設定する（Ｔ１＝２３０℃、Ｔ２＝２３０℃）と、下流側のハロゲンヒータ１１４の消費電力が９００Ｗと偏ってしまい、下流側で過昇温を招いてしまう。即ち、下流側の過昇温を防止するためには、目標温度は、通紙開始時Ｔ１＝２３０℃、Ｔ２＝２２５℃に設定することが好ましい。

以上のことから、「最下点温度における定着性」と「下流側で生じる過昇温防止」を両立するためには、実施例１のように、通紙途中で下流側の目標温度Ｔ２を「Ｔ１＞Ｔ２」が成り立つように低下させることが好ましい。よって、実施例１のように目標温度を設定することで、定着性を保ちつつ、外部加熱手段の過昇温を防止することが可能な定着装置を提供することができる。

上記構成によると、従来技術に比べて、下流側の発熱量を下げて、上流側の発熱量を上げ、連続通紙時の上下流の発熱量差を縮小することができる。そのため、下流側に偏った発熱を避けて、下流側支持ローラの過昇温を防止することができる。

さらに、例えば紙ジャムやエラー発生等の急停止時に、下流側支持ローラからの伝熱により外部加熱ベルトの温度が局所的に耐熱温度を超えるのを防止できる。よって、長期使用においても、外部加熱ベルトを良好な状態に保つことができる。

《第２の実施形態》
本実施形態の定着器構成は、第１の実施形態と同一であり、支持ローラに対する加熱制御としての発熱体制御のみが異なる。第１の実施形態では、定常状態における下流側の過昇温を防止するために、下流側の目標温度を低下させたが、本実施形態では下流側の発熱体の点灯デューティ（点灯Ｄｕｔｙ）を低下させる。以下の説明では、本実施形態の制御に対して、発熱体の点灯制御が異なる比較例２を示して説明を行う。

比較例２、本実施例（実施例２）において、スタンバイ時から通紙を行い、通紙５００枚目でエラーが発生し緊急停止した場合について比較を行う。ここで、通紙は、記録紙として秤量３００ｇ／ｍ^２のＡ４サイズ紙を横方向に、１００ｐｐｍ（ｐｐｍ＝ｐａｇｅｐｅｒｍｉｎｕｔｅ）で連続通紙した。本実施例・比較例２とともに、接触領域Ｄ１・Ｄ２の目標温度は、Ｔ１＝２３０℃、Ｔ２＝２３０℃で一定とした。

（比較例２）
まず、比較例２として、通紙開始時及び通紙中の全期間、ハロゲンヒータ１１３、１１４の点灯Ｄｕｔｙを１００％にした場合について説明する。

この場合、接触領域Ｄ１・Ｄ２の温度推移（上流側のサーミスタ１２３・１２４の検出結果）、及び、支持ローラ１０３・１０４の温度推移は、比較例１と同一となる。すなわち、定常状態における支持ローラ１０３、１０４の消費電力を比較すると、上流側の支持ローラ１０３の消費電力が３００Ｗに対し、下流側の支持ローラ１０４の消費電力が９００Ｗであり、下流側に偏った発熱を行っていることが判った。このため、定常状態における上流側の支持ローラ１０３の温度＝２４５℃、下流側の支持ローラ１０４の温度＝２５５℃であった。

この定常状態において、エラーが発生し緊急停止した場合（通紙開始から５００枚目で緊急停止）、支持ローラからの熱伝導により、接触領域Ｄ１、Ｄ２は局所的に昇温する。比較例２では、接触領域Ｄ１の温度Ｔ１は、Ｔ１＝２４０℃まで、接触領域Ｄ２の温度Ｔ２は、Ｔ２＝２５０℃まで、外部加熱ベルト１０５が局所的に昇温した。外部加熱ベルト１０５の耐熱温度は２４５℃であるため、下流側の接触領域Ｄ２では、耐熱が許容範囲外となり、外部加熱ベルト１０５が破損した。

本比較例において、上流側のハロゲンヒータ１１３、下流側のハロゲンヒータ１１４の消費電力を比較すると、以下のようになる。先ず、通紙開始時（０〜１００枚）では、前述した表１に記載した値と同じように、共に１０００Ｗである。そして、定常状態（４００〜５００枚）では、上流側のハロゲンヒータ１１３、下流側のハロゲンヒータ１１４の消費電力はそれぞれ３００Ｗ、９００Ｗとなる。

（実施例２）
次に、本実施例では、通紙開始時、ハロゲンヒータ１１３、１１４の点灯Ｄｕｔｙを１００％として加熱制御（第１制御モード）を実行する。そして、通紙中、上流側の接触領域Ｄ１の温度Ｔ１が目標温度Ｔ１＝２３０℃に達した後は、下流側の点灯Ｄｕｔｙを１００％から６０％に下げる加熱制御（第２制御モード）を実行する。本実施例では、ハロゲンヒータの点灯Ｄｕｔｙの変更は、例えば表２の点灯Ｄｕｔｙと時間分割制御の関係から選択される。

例えば、下流側のハロゲンヒータ１１４の点灯Ｄｕｔｙを１００％から６０％に低下させるとする場合を一例として説明する。

下流側の温度制御用の下流側のサーミスタ１２４で検知された温度が目標温度より低下すると、ハロゲンヒータ１１４がＯＮ（点灯）される。このとき、点灯Ｄｕｔｙが１００％の場合、全てＯＮしていた点灯を、点灯Ｄｕｔｙを６０％に下げる場合、時分割制御により、３秒ＯＮ（点灯）と２秒ＯＦＦ（消灯）を繰り返させるように制御を変更する。

本実施例において、上流側のハロゲンヒータ１１３、下流側のハロゲンヒータ１１４の消費電力を比較すると、以下のようになる。先ず、通紙開始時（０〜１００枚）では、前述した表１に記載した値と同じように、共に１０００Ｗである。そして、通紙中、上流側の接触領域Ｄ１の温度Ｔ１が目標温度Ｔ１＝２３０℃に達した後は、下流側の点灯Ｄｕｔｙを６０％に下げることで、上流側のハロゲンヒータ１１３、下流側のハロゲンヒータ１１４の消費電力は共に６００Ｗとなる。

即ち、比較例２と比べて、下流側のハロゲンヒータ１１４の消費電力は９００Ｗに対して６００Ｗに下がる。そして、接触領域Ｄ１を目標温度Ｔ１＝２３０℃に温調するために、上流側のハロゲンヒータ１１３の消費電力は６００Ｗに上がり、上流側・下流側が均等に、発熱を行っていることが判った。このため、定常状態における上流側支持ローラ１０３の温度＝２５１℃、下流側支持ローラ１０４の温度＝２５１℃で等しかった。

この定常状態において、エラーが発生し緊急停止した場合（通紙開始から５００枚目で緊急停止）、支持ローラからの熱伝導により、接触領域Ｄ１、Ｄ２は局所的に昇温する。本実施例では、接触領域Ｄ１の温度Ｔ１は、Ｔ１＝２４３℃まで、接触領域Ｄ２の温度Ｔ２は、Ｔ２＝２３８℃まで、外部加熱ベルト１０５が局所的に昇温した。外部加熱ベルト１０５の耐熱温度は２４５℃であるため、外部加熱ベルト１０５の耐熱は許容範囲内であった。

（比較例に対する効果）
表３は、比較例２、本実施例の効果を比較したものである。

本実施例では、過昇温の原因となる下流側のハロゲンヒータ１１４の点灯Ｄｕｔｙを６０％に低下させる。これによって、比較例２に比べて、下流側の消費電力を減少させ、元々消費電力の少なかった上流側の消費電力を増加させて、上流側と下流側の発熱量を均等化することができ、その結果、下流側で発生する過昇温を防止することができる。

また、本実施例では、外部加熱ニップＮｅ入口付近の接触領域Ｄ１が目標温度Ｔ１に達した後に、下流側の発熱体の点灯Ｄｕｔｙを低下させる。このため、最大消費電力２０００Ｗで通紙開始直後に外部加熱ベルト１０５を十分加熱できるので、定着ローラ１０１の温度低下を定着許容領域内に抑えることができる。

ここで、仮に代替構成として、上流側のハロゲンヒータ１１３の定格電力を１０００Ｗとして、下流側のハロゲンヒータ１１４の定格電力を１０００Ｗから６００Ｗに変更することを考える。すると、この場合には、外部加熱手段の最大消費電力が２０００Ｗから１６００Ｗに減少してしまう。そのため、通紙開始直後に外部加熱ベルト１０５を十分加熱できず、定着ローラ１０１の最下点温度が定着許容領域外まで下がってしまい、定着性を保つことができない。
以上のように、本実施形態のようなに点灯Ｄｕｔｙを制御することで、定着性を保ちつつ、外部加熱手段の過昇温を防止することが可能な定着装置を提供することができる。

（変形例）
上述した実施例では、通紙開始時に比べ通紙中に下流側の目標温度Ｔ２を低い設定に変更することで、定着ローラ温度と外部加熱ベルト温度を共に許容範囲内としたが、通紙開始時から通紙中に下流側の目標温度Ｔ２を低く設定することもできる。

同様に、通紙開始時に比べ通紙中に下流側の点灯デューティを小さい設定に変更する他、通紙開始時から通紙中に下流側の点灯デューティを小さく設定することもできる。

また、第１の実施形態と第２の実施形態をそれぞれ示したが、両者を併せ持つ形態としても良い。即ち、目標加熱温度を低くすると共にデューティを低下させるようにしても良い。

また、ベルトの温度が加熱目標温度Ｔ１に達することを温度検知する替わりに、ベルトの温度が加熱目標温度Ｔ１に達することに相当する状況と見做される予め定められた経過時間が経過することを条件に加熱制御を変更するようにしても良い。

また、本発明に特徴的な上述した制御モードとしては、上述したものに限られない。例えばデューティーが一定の加熱パルス信号のパルス数を変更可能とし、ベルトの温度が加熱目標温度Ｔ１に達するとパルス数を少なくするようにして目標加熱時間を減少させる制御モードであっても良い。

また、本発明に特徴的な上述した制御モードを連続定着処理時に行う他、単数枚定着処理時あるいは連続定着処理時と単数枚定着処理時の双方で行なう等、種々の変形が可能である。

１００・・定着装置、１０１・・定着ローラ、１０２・・加圧ローラ、１０３・・上流側の支持ローラ、１０４・・下流側の支持ローラ、１０５・・外部加熱ベルト、１１１・・定着ヒータ、１１２・・加圧ヒータ、１１３・・上流側のハロゲンヒータ、１１４・・下流側のハロゲンヒータ、１２１・・定着サーミスタ、１２２・・加圧上流側のサーミスタ１２３・・上流側の下流側のサーミスタ１２４・・下流側のサーミスタ、１６０・・ヒータ制御器、Ｐ・・記録紙、Ｋ・・トナー

Claims

回転部材と、前記回転部材とニップ部を形成する対向部材と、前記回転部材の外面に接触して前記回転部材を加熱する外部加熱手段と、前記外部加熱手段を制御する加熱制御手段と、を有し、前記ニップ部で画像を担持した記録紙を挟持搬送して加熱する画像加熱装置において、
前記外部加熱手段は、エンドレスベルトと、前記エンドレスベルトの内側に配設されており前記エンドレスベルトを回転可能に張架して前記回転部材に押圧されることで前記エンドレスベルトと前記回転部材との間に外部ニップ部を形成する第一支持ローラ及び第二支持ローラであって、前記外部ニップ部において前記回転部材の回転方向上流側と下流側とにそれぞれ位置している第一支持ローラ及び第二支持ローラと、前記第一支持ローラが第一目標温度になるよう前記第一支持ローラを加熱する第一加熱手段と、前記第二支持ローラが第二目標温度になるよう前記第二支持ローラを加熱する第二加熱手段と、を有し、
第二目標温度を第一目標温度よりも低く設定する制御モードを実行する実行部を有することを特徴とする画像加熱装置。
連続定着処理時において、前記加熱制御手段は前記制御モードで加熱制御することを特徴とする請求項１に記載の画像加熱装置。
回転部材と、前記回転部材とニップ部を形成する対向部材と、前記回転部材の外面に接触して前記回転部材を加熱する外部加熱手段と、前記外部加熱手段を制御する加熱制御手段と、を有し、前記ニップ部で画像を担持した記録紙を挟持搬送して加熱する画像加熱装置において、
前記外部加熱手段は、エンドレスベルトと、前記エンドレスベルトの内側に配設されており前記エンドレスベルトを回転可能に張架して前記回転部材に押圧されることで前記エンドレスベルトと前記回転部材との間に外部ニップ部を形成する第一支持ローラ及び第二支持ローラであって、前記外部ニップ部において前記回転部材の回転方向上流側と下流側とにそれぞれ位置している第一支持ローラ及び第二支持ローラと、前記第一支持ローラが第一目標温度になるよう前記第一支持ローラを加熱する第一加熱手段と、前記第二支持ローラが第二目標温度になるよう前記第二支持ローラを加熱する第二加熱手段と、を有し、
前記第一加熱手段による点灯デューティに対して前記第二加熱手段の点灯デューティを小さく設定する制御モードを実行する実行部を有することを特徴とする画像加熱装置。
連続定着処理時において、前記加熱制御手段は前記制御モードで加熱制御することを特徴とする請求項３に記載の画像加熱装置。
回転部材と、前記回転部材とニップ部を形成する対向部材と、前記回転部材の外面に接触して前記回転部材を加熱する外部加熱手段と、前記外部加熱手段を制御する加熱制御手段と、を有し、前記ニップ部で画像を担持した記録紙を挟持搬送して加熱する画像加熱装置において、
前記外部加熱手段は、エンドレスベルトと、前記エンドレスベルトの内側に配設されており前記エンドレスベルトを回転可能に張架して前記回転部材に押圧されることで前記エンドレスベルトと前記回転部材との間に外部ニップ部を形成する第一支持ローラ及び第二支持ローラであって、前記外部ニップ部において前記回転部材の回転方向上流側と下流側とにそれぞれ位置している第一支持ローラ及び第二支持ローラと、前記第一支持ローラを加熱する第一加熱手段と、前記第二支持ローラを加熱する第二加熱手段と、を有し、
前記外部加熱手段を前記回転部材の外面から離間させた状態の装置のスタンバイ時および前記外部加熱手段を前記回転部材の外面に接触させて記録紙を通紙する装置の通紙開始時は前記第一支持ローラと前記第二支持ローラを共に所定の第一目標温度で加熱し、連続通紙時において通紙開始により一旦温度が低下した前記第一支持ローラの温度が再び前記所定の第一目標温度に達した後は前記第二支持ローラを前記所定の第一目標温度よりも低い所定の第二目標温度で加熱する制御モードを実行する実行部を有することを特徴とする画像加熱装置。
回転部材と、前記回転部材とニップ部を形成する対向部材と、前記回転部材の外面に接触して前記回転部材を加熱する外部加熱手段と、前記外部加熱手段を制御する加熱制御手段と、を有し、前記ニップ部で画像を担持した記録紙を挟持搬送して加熱する画像加熱装置において、
前記外部加熱手段は、エンドレスベルトと、前記エンドレスベルトの内側に配設されており前記エンドレスベルトを回転可能に張架して前記回転部材に押圧されることで前記エンドレスベルトと前記回転部材との間に外部ニップ部を形成する第一支持ローラ及び第二支持ローラであって、前記外部ニップ部において前記回転部材の回転方向上流側と下流側とにそれぞれ位置している第一支持ローラ及び第二支持ローラと、前記第一支持ローラを加熱する第一加熱手段と、前記第二支持ローラを加熱する第二加熱手段と、を有し、
前記外部加熱手段を前記回転部材の外面から離間させた状態の装置のスタンバイ時および前記外部加熱手段を前記回転部材の外面に接触させて記録紙を通紙する装置の通紙開始時は前記第一支持ローラと前記第二支持ローラを共に所定の第一目標温度で加熱し、連続通紙時において通紙開始により一旦温度が低下した前記第一支持ローラの温度が再び前記所定の第一目標温度に達した後は前記第二支持ローラを前記所定の第一目標温度よりも低い所定の第二目標温度で加熱し、前記第一加熱手段による点灯デューティに対して前記第二加熱手段の点灯デューティを小さく設定する制御モードを実行する実行部を有することを特徴とする画像加熱装置。