JP6003619B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、記録媒体に画像を定着する定着装置、及び定着装置を備えた画像形成装置に関するものである。

複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはこれらの機能を備えた複合機などの画像形成装置においては、用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加熱定着することにより複写物や記録物を得ることができる。

定着に際しては、未定着画像を担持している記録媒体を、定着部材及び加圧部材によって挟持搬送しながら未定着画像を加熱することにより、未定着画像中に含まれる現像剤、特にトナーの溶融軟化及び記録媒体への浸透が行われ、記録媒体にトナーが定着される。

また、定着部材を熱源によって所定の温度へ加熱する際に、所定温度までの加熱時間が十分に短ければ、スタンバイ状態における予熱工程を省くことができ、大幅に消費エネルギーを低減できる。これを達成するために、定着部材として、金属基材と弾性ゴム層で構成される薄肉のローラやベルトなど、低熱容量の部材が広く使用されている。また、熱源も、輻射熱で定着部材を加熱するハロゲンヒータのほか、セラミックヒータや、加熱効率が高いＩＨ方式などを用いることで、急速加熱を実現している。これらの構成を有する定着装置は、例えば特許文献１〜４に開示されている。

これらの定着装置のうち、定着ローラと加熱ローラで定着ベルトを架設する構成のものや、ＩＨ方式で加熱するものや、内蔵ハロゲンヒータの設置位置を偏らせることで定着部材を局所的に加熱するもの（部分加熱方式）では、加熱源により加熱される加熱領域と、定着ニップ部とが位置的に相違している。そのため、加熱領域で相対的に高く加熱された定着部材であっても、画像定着動作の実行時においては、定着部材の熱量が、定着ニップ部を通過する記録媒体によって奪われるため、定着部材の温度が異常に高くなることはないが、画像定着動作終了時のような定着部材の回転が停止する状態では、加熱源への電力供給を停止しても、加熱源の余熱（残熱）によって定着部材が過昇温状態となることがある（連続的な通紙が行われる場合には一層多くの熱量が定着装置内部に蓄熱される）。あるいは加熱源の余熱がさほど問題にならない場合でも、リフレクタ、ステー、高温になった内部空気の余熱によって回転停止後に定着部材の表面が昇温することもある。さらには、加熱領域と定着ニップ部とが離れていると、加熱領域にて加熱されたベルト部分が定着ニップ部に移動する時点で定着に必要な熱量を確保できるように加熱領域では高めに部分加熱されるので、そのベルト部分が奪熱されないと当該ベルト部分はダメージを受ける。特に、ウォームアップ時間の短縮や消費エネルギーの低減などのために一層薄肉化して低熱容量化された定着部材を備えた定着装置では、定着部材にこのような問題が生じ易い傾向がある。

部分加熱方式の定着装置において画像定着動作が終了して定着装置が停止する時、定着部材は、加圧部材に接している定着ニップ部の範囲では加圧部材によって奪熱されるが、その他の範囲、特に上記加熱領域を含む定着ニップ部に入る前までの範囲では、周方向での熱移動が比較的鈍いために蓄熱されたままとなって、その範囲が特に熱膨張する。定着部材の周方向温度偏差が大きく、高温域と低温域とで熱膨張量に差が出て、それが行き過ぎると、高温側の中央領域でキンク（定着部材に形成される可塑性の凹み状の潰れ）が生じる。定着部材がキンクを発生することにより、異常画像に発展し、さらには定着部材の破壊にも繋がる。

通常、加熱源近傍に温度センサを配しているので、或る一定以上の昇温を生じた場合は定着部材を回転することにより、定着部材全体を熱膨張させ、あるいは加圧部材による奪熱を定着部材全体で図り、定着部材の周方向温度偏差を規定値以下にして、局部的な膨張を防ぎ、キンク発生を回避する。

ただ、近年は省エネが重視されているため、作像動作が終了した後、レディ待機状態、低電力状態を極めて短くして、速やかに「画像形成装置全体の電力を停止し、外部や操作パネルからの入力信号が入ったときに画像形成装置全体に電力供給を再開する」所謂スリープ状態に移行させることが多くなってきている。また、スリープモード移行ボタンが設けられ、ユーザによって強制的にスリープモードに移行することができる機種も存在する。なお、複写機で「オフモード」と称している状態も「スリープモード」と同じ状態であり、以下では「スリープ」なる表現で説明する。

スリープ状態では再起動用の電力しか消費しないので、各種デバイスの電力消費を低減できるが、このようにスリープ状態に移行した後では、温度センサで温度を検知することも定着部材を回転することもできず、過昇温防止を図ることができなくなる。特に、連続的な通紙が行われ、定着装置内部により多くの熱量が蓄積される場合には、オーバーシュートの問題が深刻である。

本発明は、上記のような問題に対して、キンクの発生を抑制することが可能で、かつ画像形成動作終了後にスリープ状態に即座に入ることが可能な場合にはスリープ移行を実施し、省エネも達成可能とすることを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、加熱源と、前記加熱源によって部分加熱され、記録媒体の未定着画像担持側を加熱する回転可能な定着部材と、前記定着部材に圧接し、前記定着部材との間にニップ部を形成する回転可能な加圧部材と、前記定着部材又は前記加圧部材を回転させる回転駆動手段と、前記定着部材の温度を検知する温度検知手段と、少なくとも前記回転駆動手段を制御する制御部とを備えて構成され、スリープ状態へ移行可能な定着装置において、前記定着装置の回転停止からの所定時間ｔ_１で、前記加熱源に対向する前記定着部材の範囲が所定温度Ｔ_１以上であれば、スリープ状態への移行を拒否することを提案する。

本発明によれば、定着装置の回転停止からの所定時間ｔ_１で、加熱源に対向する定着部材の範囲が所定温度Ｔ_１以上であれば、スリープ状態への移行を拒否することで、画像定着動作終了から短時間でスリープ移行の可否を判定することになり、過昇温防止動作を確保して、定着部材の局部的な熱膨張によりキンクが発生する事態を回避できるだけでなく、キングが発生しない温度条件の場合には、スリープ移行を即座に実行して、省エネも達成することが可能となる。

本発明に係る画像形成装置の実施の一形態を示す概略構成図である。 画像形成装置に搭載された定着装置の概略構成図である。 加熱源としてのハロゲンヒータを一本のみ備える定着装置の概略構成図である。 加熱源としてのハロゲンヒータを三本備える定着装置の概略構成図である。 定着装置の加熱源（ハロゲンヒータ）と温度検知手段（サーモパイル、サーミスタ）を概念的に示す図である。 定着装置の温度制御回路を示す図である。 定着ベルトの温度変化を示すグラフであって、図７（ａ）はヒータ消灯後、排紙ローラが停止するまで定着ベルトを回転させた場合の温度変化を示し、図７（ｂ）はヒータ消灯と略同じタイミングで定着ベルトを停止する場合の温度変化を示す。 定着モータ停止後に定着ベルトの温度を監視して必要に応じてベルト回転させる場合の定着ベルトの温度変化を示すグラフである。 定着部材の温度変化を示すグラフである。 定着部材の温度変化を示すグラフである。 スリープモードへの移行を禁止するフローである。

以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の実施の形態を説明するための各図において、同一の機能若しくは形状を有する部材や構成部品などの構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すことにより説明を簡略化する。

まず、図１を参照して、本発明の実施の一形態に係る画像形成装置の全体構成及び動作について説明する。
画像形成装置１は、タンデム型カラーレーザープリンタであり、その装置本体の中央には、四つの作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋが設けられている。各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の異なる色の現像剤を収容している以外は同じ構成となっている。

具体的に述べると、各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、潜像担持体としてのドラム状の感光体５と、感光体５の表面を帯電させる帯電装置６と、感光体５の表面にトナーを供給する現像装置７と、感光体５の表面をクリーニングするクリーニング装置８などを備えている。なお、図１では、ブラックの作像部４Ｋに関してのみ感光体５、帯電装置６、現像装置７、クリーニング装置８に各符号を付し、その他の作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃでは符号を省略している。

各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋの下方には、感光体５の表面を露光する露光装置９が配設されている。露光装置９は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラーなどを有し、画像データに基づいて各感光体５の表面へレーザー光を照射するようになっている。

各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋの上方には、転写装置３が配設されている。転写装置３は、転写体としての中間転写ベルト３０と、一次転写手段としての四つの一次転写ローラ３１と、二次転写手段としての二次転写ローラ３６と、二次転写バックアップローラ３２と、クリーニングバックアップローラ３３と、テンションローラ３４、ベルトクリーニング装置３５とを備えている。

中間転写ベルト３０は、無端状のベルトであり、二次転写バックアップローラ３２、クリーニングバックアップローラ３３及びテンションローラ３４によって張架されている。ここでは、二次転写バックアップローラ３２が回転駆動することによって、中間転写ベルト３０は図の矢印で示す方向に周回走行（回転）するようになっている。

四つの一次転写ローラ３１は、それぞれ、各感光体５との間で中間転写ベルト３０を挟み込んで一次転写ニップを形成している。また、各一次転写ローラ３１には、図示しない電源が接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が各一次転写ローラ３１に印加されるようになっている。

二次転写ローラ３６は、二次転写バックアップローラ３２との間で中間転写ベルト３０を挟み込んで二次転写ニップを形成している。また、一次転写ローラ３１と同様、二次転写ローラ３６にも図示しない電源が接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が二次転写ローラ３６に印加されるようになっている。

ベルトクリーニング装置３５は、中間転写ベルト３０に当接するように配設されたクリーニングブラシとクリーニングブレードを有する。このベルトクリーニング装置３５から延在する図示しない廃トナー移送ホースは、図示しない廃トナー収容器の入り口部に接続されている。

プリンタ本体の上部には、ボトル収容部２が設けられており、ボトル収容部２には補給用のトナーを収容した四つのトナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋが着脱可能に装着されている。各トナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋと各現像装置７との間には、図示しない補給路が設けられ、この補給路を介して各トナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋから各現像装置７へトナーが補給されるようになっている。

一方、プリンタ本体の下部には、記録媒体としての用紙Ｐを収容した給紙トレイ１０や、給紙トレイ１０から用紙Ｐを搬出する給紙ローラ１１などが設けられている。ここで、記録媒体の概念には、普通紙以外に、厚紙、はがき、封筒、薄紙、塗工紙（コート紙やアート紙など）、トレーシングペーパ、ＯＨＰシートなどが含まれる。また、図示しないが、手差し給紙機構が設けられていてもよい。

プリンタ本体内には、用紙Ｐを給紙トレイ１０から二次転写ニップを通過させて装置外へ排出するための搬送路Ｒが配設されている。搬送路Ｒにおいて、二次転写ローラ３６よりも用紙搬送方向上流側には、二次転写ニップへ用紙Ｐを搬送する搬送手段としての一対のレジストローラと称されるタイミング合わせローラ１２が配設されている。

また、二次転写ローラ３６よりも用紙搬送方向下流側には、用紙Ｐに転写された未定着画像を定着するための定着装置２０が配設されている。さらに、定着装置２０よりも搬送路Ｒの用紙搬送方向下流側には、用紙を装置外へ排出するための一対の排紙ローラ１３が設けられている。そして、定着装置２０を駆動する定着モータＭ１と排紙ローラ１３を駆動する排紙モータＭ２とは互いに独立して駆動できるようになっている。また、プリンタ本体の上面部には、装置外に排出された用紙をストックするための排紙トレイ１４が設けられている。

続いて、本実施形態に係るプリンタの基本的動作について説明する。作像動作が開始されると、各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋにおける各感光体５が図示しない駆動装置によって図の時計回りに回転駆動され、各感光体５の表面が帯電装置６によって所定の極性に一様に帯電される。帯電された各感光体５の表面には、露光装置９からレーザー光がそれぞれ照射されて、各感光体５の表面に静電潜像が形成される。このとき、各感光体５に露光する画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの色情報に分解した単色の画像情報である。このように各感光体５上に形成された静電潜像に、各現像装置７によってトナーが供給されることにより、静電潜像はトナー画像として顕像化（可視像化）される。

また、作像動作が開始されると、二次転写バックアップローラ３２が図の反時計回りに回転駆動し、中間転写ベルト３０を図の矢印で示す方向に周回走行させる。そして、各一次転写ローラ３１に、トナーの帯電極性と逆極性の定電圧又は定電流制御された電圧が印加される。これにより、各一次転写ローラ３１と各感光体５との間の一次転写ニップにおいて転写電界が形成される。

その後、各感光体５の回転に伴い、感光体５上の各色のトナー画像が一次転写ニップに達したときに、この一次転写ニップにおいて形成された転写電界によって、各感光体５上のトナー画像が中間転写ベルト３０上に順次重ね合わされ転写される。かくして、中間転写ベルト３０の表面にフルカラーのトナー画像が担持される。また、中間転写ベルト３０に転写されなかった各感光体５上のトナーは、クリーニング装置８によって除去される。その後、図示しない除電装置によって各感光体５の表面が除電され、表面電位が初期化される。

画像形成装置の下部では、給紙ローラ１１が回転駆動を開始し、給紙トレイ１０から用紙Ｐが搬送路Ｒに送り出される。搬送路Ｒに送り出された用紙Ｐは、レジストローラ１２によってタイミングを計られて、二次転写ローラ３６と二次転写バックアップローラ３２との間の二次転写ニップに送られる。このとき、二次転写ローラ３６には、中間転写ベルト３０上のトナー画像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加されており、これにより、二次転写ニップに転写電界が形成されている。

その後、中間転写ベルト３０の周回走行に伴って、中間転写ベルト３０上のトナー画像が二次転写ニップに達したときに、この二次転写ニップにおいて形成された転写電界によって、中間転写ベルト３０上のトナー画像が用紙Ｐ上に一括して転写される。また、このとき用紙Ｐに転写されなかった中間転写ベルト３０上の残トナーは、ベルトクリーニング装置３５によって除去され、除去されたトナーは図示しない廃トナー収容器へと搬送され回収される。

その後、用紙Ｐは定着装置２０へと搬送され、定着装置２０によって用紙Ｐ上のトナー画像が当該用紙Ｐに定着される。そして、用紙Ｐは、排紙ローラ１３によって装置外へ排出され、排紙トレイ１４上にストックされる。

以上の説明は、用紙上にフルカラー画像を形成するときの画像形成動作であるが、四つの作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋのいずれか一つを使用して単色画像を形成したり、二つ又は三つの作像部を使用して、二色又は三色の画像を形成したりすることも当然可能である。

次に、定着装置２０の構成について説明する。図２に示すように、定着装置２０は、回転可能な定着部材としての定着ベルト２１と、この定着ベルト２１に対向して回転可能に設けられた加圧部材としての加圧ローラ２２と、定着ベルト２１を加熱する加熱源としてのハロゲンヒータ２３と、定着ベルト２１の内側に配設された支持部材としてのニップ形成部材２４及びステー２５と、ハロゲンヒータ２３から放射される光を定着ベルト２１へ反射する反射部材２６と、定着ベルト２１の温度を検知する温度検知手段としてのサーモパイル２７と、加圧ローラ２２の温度を検知する温度検知手段としてのサーミスタ２９と、定着ベルト２１から用紙を分離する分離部材２８と、加圧ローラ２２を定着ベルト２１へ加圧する図示しない加圧手段などを備えている。

定着ベルト２１は、薄肉で可撓性を有する無端状のベルト部材（フィルムも含む）で構成されている。詳しく述べれば、定着ベルト２１は、ニッケル若しくはＳＵＳなど、熱膨張の大きい材料で形成された内周側の基材と、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共重合体（ＰＦＡ）若しくはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などで形成された外周側の離型層によって構成されている。また、基材と離型層の間に、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、又はフッ素ゴムなどのゴム材料で形成された弾性層を介在させてもよい。

加圧ローラ２２は、芯金２２ａと、芯金２２ａの表面に設けられた発泡性シリコーンゴム、シリコーンゴム、又はフッ素ゴムなどから成る弾性層２２ｂと、弾性層２２の表面に設けられたＰＦＡ又はＰＴＦＥなどから成る離型層２２ｃとによって構成されている。加圧ローラ２２は、図示しない加圧手段によって定着ベルト２１側へ加圧され定着ベルト２１を介してニップ形成部材２４に当接している。加圧ローラ２２と定着ベルト２１とが圧接する箇所では、加圧ローラ２２の弾性層２２ｂが押しつぶされることで、所定幅のニップ部Ｎが形成されている。また、加圧ローラ２２は、プリンタ本体に設けられた図示しないモータなどの駆動源によって回転駆動するように構成されている。加圧ローラ２２が回転駆動すると、その駆動力がニップ部Ｎで定着ベルト２１に伝達され、定着ベルト２１が従動回転するようになっている。

本実施形態では、加圧ローラ２２を中空のローラとしているが、中実のローラであってもよい。また、加圧ローラ２２の内部にハロゲンヒータなどの加熱源を配設してもよい。弾性層が無い場合、熱容量が小さくなり定着性が向上するが、未定着トナーを押しつぶして定着させるときにベルト表面の微小な凹凸が画像に転写されて画像のベタ部に光沢ムラが生じる可能性があり、これを防止するために、厚さ１００μｍ以上の弾性層を設けることが望ましい。厚さ１００μｍ以上の弾性層を設けることで、弾性層の弾性変形により微小な凹凸を吸収することができ、光沢ムラの発生を回避することができるようになる。弾性層２２ｂはソリッドゴムでもよいが、加圧ローラ２２の内部に加熱源が無い場合は、スポンジゴムを用いてもよい。スポンジゴムの方が、断熱性が高まり定着ベルト２１の熱が奪われ難くなるのでより望ましい。また、定着部材と加圧部材は、互いに圧接する場合に限らず、加圧を行わず単に接触させるだけの構成とすることも可能である。

本実施形態において、ハロゲンヒータ２３は２本のハロゲンヒータ２３Ａ（第１ハロゲンヒータ）、２３Ｂ（第２ハロゲンヒータ）で構成されており、各ハロゲンヒータ２３Ａ，２３Ｂはそれぞれの両端部が定着装置２０の側板（図示せず）に固定されている。各ハロゲンヒータ２３Ａ，２３Ｂは、プリンタ本体に設けられた電源部により出力制御されて発熱するように構成されており、その出力制御は、サーモパイル２７による定着ベルト２１の表面温度の検知結果に基づいて行われる。このようなヒータ２３Ａ，２３Ｂの出力制御によって、定着ベルト２１の温度（定着温度）を所望の値に設定できるようになっている。尚、ハロゲンヒータは図３に示すように、通紙可能な幅域全体を加熱可能な一本のヒータでも、図４に示すように、通紙可能幅域を更に分けて夫々を加熱可能な三本以上のヒータであってもよく、また定着ベルト２１を加熱する加熱源は、ハロゲンヒータ以外の発熱体、例えばセラミックヒータであってもよい。

ニップ形成部材２４は、定着ベルト２１の軸方向又は加圧ローラ２２の軸方向に渡って長尺に配設され、ステー２５によって固定支持されている。これにより、加圧ローラ２２からの圧力を支え、ニップ形成部材２４に撓みが生じる事態を防止して、加圧ローラ２２の軸方向に渡って均一なニップ幅が得られるようになっている。なお、ステー２５は、ニップ形成部材２４の撓み防止機能を満足するために、ステンレスや鉄など、機械的強度が高い金属材料で形成することが望ましい。さらに、ステー２５を、加圧ローラ２２の加圧方向に延在する横長の断面を有するように形成することで、断面係数が大きくなり、ステー２５の機械的強度を向上させることが可能である。

またニップ形成部材２４は、耐熱温度２００℃以上の耐熱性部材で構成されている。これにより、トナー定着温度域で、熱によるニップ形成部材２４の変形を防止し、安定したニップ部Ｎの状態を確保して、出力画質の安定化を図っている。ニップ形成部材２４には、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの一般的な耐熱性樹脂を用いることが可能である。本実施形態では、ＬＣＰを用いている。

またニップ形成部材２４は、その表面に低摩擦シート２４０を有している。定着ベルト２１が回転する際、この低摩擦シート２４０に対し定着ベルト２１が摺動することで、定着ベルト２１に生じる駆動トルクが低減され、定着ベルト２１への摩擦力による負荷が軽減される。

反射部材２６は、ステー２５とハロゲンヒータ２３との間に配設されている。このように反射部材２６を配設していることにより、ハロゲンヒータ２３からステー２５側に放射された光が定着ベルト２１へ反射される。これにより、定着ベルト２１に照射される光量を多くすることができ、定着ベルト２１を効率良く加熱することが可能となる。また、ハロゲンヒータ２３からの輻射熱がステー２５などに伝達されるのを抑制することができ、省エネ化も図ることができる。

また本実施形態に係る定着装置２０は、さらなる省エネ性及びファーストプリントタイムなどの向上のために、種々の構成上の工夫が施されている。
具体的には、ハロゲンヒータ２３によって定着ベルト２１をニップ部Ｎ以外の箇所において直接加熱できるようにしている（直接加熱方式）。本実施形態では、ハロゲンヒータ２３と定着ベルト２１の、図２における左側部分の間に、何も介在させないようにし、その部分においてハロゲンヒータ２３からの輻射熱を定着ベルト２１に直接与えるようにしている。

また、定着ベルト２１の低熱容量化を図るために、定着ベルト２１を薄くかつ小径化している。具体的には、定着ベルト２１を構成する基材、弾性層、離型層のそれぞれの厚さを、２０〜１００μｍ、１００〜３００μｍ、５〜５０μｍの範囲に設定している。また、定着ベルト２１の直径は、２０〜４０ｍｍに設定している。さらに低熱容量化を図るためには、望ましくは、定着ベルト２１全体の厚さを０．４ｍｍ以下にするのがよく、さらに望ましくは、０．２ｍｍ以下の厚さとするのがよい。また、定着ベルト２１の直径は、３０ｍｍ以下とするのが望ましい。そして、定着ベルトは基材に弾性層を焼成し、離型層をコーティングすることでもたらされる。

なお、本実施形態では、加圧ローラ２２の直径を２０〜４０ｍｍに設定しており、定着ベルト２１の直径と加圧ローラ２２の直径が等しくなるように構成している。ただし、この構成に限定されるものではない。例えば、定着ベルト２１の直径が加圧ローラ２２の直径よりも小さくなるように形成してもよい。その場合、ニップ部Ｎにおける定着ベルト２１の曲率が加圧ローラ２２の曲率よりも大きくなるため、ニップ部Ｎから排出される記録媒体が定着ベルト２１から分離され易くなる。

また、定着ベルト２１を小径化する結果、定着ベルト２１の内側のスペースが小さくなるが、本実施形態では、ステー２５を両端側において折り曲げられた凹状に形成し、その凹状に形成した部分の内側にハロゲンヒータ２３を収容することで、小さいスペース内でもステー２５やハロゲンヒータ２３の配設を可能にしている。

また、小さいスペース内でもステー２５をできるだけ大きく配設するために、ニップ形成部材２４を反対にコンパクトに形成している。具体的には、ニップ形成部材２４の用紙搬送方向の幅を、ステー２５の用紙搬送方向の幅よりも小さく形成している。さらに、図２において、ニップ形成部材２４の用紙搬送方向上流側端部２４ａ及び下流側端部２４ｂにおけるそれぞれのニップ部Ｎ（又はその仮想延長線Ｅ）に対する高さをｈ１，ｈ２とし、上流側端部２４ａ及び下流側端部２４ｂ以外のニップ形成部材２４の部分におけるニップ部Ｎ（又はその仮想延長線Ｅ）に対する最大高さをｈ３とすると、ｈ１≦ｈ３、ｈ２≦ｈ３となるように構成している。このように構成することで、ニップ形成部材２４の上流側端部２４ａと下流側端部２４ｂは、ステー２５の用紙搬送方向上流側及び下流側の各折り曲げ部と定着ベルト２１との間に介在しないので、各折り曲げ部を定着ベルト２１の内周面に近づけて配設することができる。これにより、定着ベルト２１内の限られたスペース内でステー２５をできるだけ大きく配設できるようになり、ステー２５の強度を確保することができるようになる。その結果、加圧ローラ２２によるニップ形成部材２４の撓みを防止でき、定着性の向上を図ることができる。

以下、本実施形態に係る定着装置の基本動作について説明する。プリンタ本体の電源スイッチが投入されると、ハロゲンヒータ２３に電力が供給されると共に、加圧ローラ２２が図２中の時計回りに回転駆動を開始する。これにより、定着ベルト２１は、加圧ローラ２２との摩擦力によって、図２中の反時計回りに従動回転する。

その後、上述の画像形成工程により未定着のトナー画像Ｔが担持された用紙Ｐは、ガイド板３７に案内されながら図２の矢印Ａ１方向に搬送されて、圧接状態にあるニップ部Ｎに送入される。そして、ハロゲンヒータ２３によって加熱された定着ベルト２１による熱と、定着ベルト２１と加圧ローラ２２の間の加圧力とによって、用紙Ｐの表面にトナー画像Ｔが定着される。

トナー画像Ｔが定着された用紙Ｐは、ニップ部Ｎから図２中の矢印Ａ２方向に搬出される。このとき、用紙Ｐの先端が分離部材２８の先端に接触することにより、用紙Ｐが定着ベルト２１から分離される。その後、分離された用紙Ｐは、上述のように、排紙ローラによって機外に排出され、排紙トレイにストックされる。

なお、本実施形態に係るプリンタでは、用紙Ｐの後端が定着ニップＮを脱出した直後であって、用紙Ｐが排紙ローラ１３によって移送されている間に、定着モータＭ１を停止させ、定着ベルト２１の回転を停止させる。従来の画像形成装置では、定着装置と排紙ローラを共通のモータで駆動しており、定着ベルト／定着ローラと排紙ローラを同時に回転させ、あるいは同時に停止させるのが通例である。これに対して本例では、加圧ローラ２２と排紙ローラ１３を独立したモータＭ１，Ｍ２で回転駆動しているので、排紙ローラ１３の回転中に加圧ローラ２２を停止させることができ、そのために定着モータＭ１を排紙モータＭ２の回転中に一時的に停止させる制御が可能になっている。

このように、用紙後端が定着ニップＮを脱出した直後に定着モータＭ１を停止させることにより、定着装置と排紙ローラを同時に駆動・停止させていた従来装置に比べて、加圧ローラの駆動時間を短縮することができる。定着モータＭ１は加圧ローラのみならず定着ベルトも駆動する必要があり、しかも定着ベルトは側板に固定されたニップ形成部材との摺動で抵抗を受けるため、定着モータＭ１の消費電力は大きい。したがって、上記のように、用紙全体が定着ニップＮを脱出し、かつ排紙モータＭ２の駆動中に定着モータＭ１を一時的に停止させれば、定着モータＭ１の駆動時間を短縮化でき、省電力化を達成することができる。この定着モータＭ１の一時停止は、連続通紙中の個々の通紙時だけでなく、複数枚の通紙後に行うこともできる。

このような作用効果は、両ローラを独立して駆動・停止可能とした場合に得ることができる。したがって、排紙ローラと加圧ローラを別のモータＭ１，Ｍ２で駆動する構成に限定されない。例えば、両ローラを共通のモータで駆動するとしても、モータから両ローラに至るまでのトルク伝達経路にクラッチを配置し、クラッチの切り替えで両ローラの回転及び停止を独立して制御するような機構でも同様の作用効果を得ることができる。

以下、二本のハロゲンヒータ２３Ａ，２３Ｂによる定着ベルト２１の軸方向における加熱を説明する。図５で分かるように、第１ハロゲンヒータ２３Ａと第２ハロゲンヒータ２３Ｂとでは、それぞれの発熱部の位置が異なっている。つまり、第１ハロゲンヒータ２３Ａは、その長手方向中央部から所定範囲に渡って配設された発熱部（発光部）２３Ａ１を有する。本実施形態では、発熱部２３Ａ１は、第１ハロゲンヒータ２３Ａの長手方向中央から左右対称に２００〜２２０ｍｍの範囲に設けられている。一方、第２ハロゲンヒータ２３Ｂは、その長手方向両端部にそれぞれ発熱部（発光部）２３Ｂ１を有する。本実施形態では、発熱部２３Ｂ１は、第１ハロゲンヒータ２３Ａの発熱部２３Ａ１に対応する領域より長手方向外側にベルト幅の両端部までをカバーするように設けられている。ここで、Ａ３サイズ用紙や横向きでのＡ４サイズ用紙の通紙幅は２９７ｍｍであり、第１ハロゲンヒータ２３Ａの発熱部２３Ａ１の長さと、第２ハロゲンヒータ２３Ｂの発熱部２３Ｂ１の長さとの合計長さを３００〜３３０ｍｍとすることで、上記の通紙幅よりも長くとっている。これは、発熱部２３Ｂ１の外側端部領域において発熱量が少なくなり（発光強度が弱くなり）、温度落ち込みが発生するので、通紙領域として発熱量（発熱強度）が所定以上の部分を使用する必要があるためである。

本実施形態では、定着ベルト２１の温度を検知するサーモパイル２７を二つ設けている。第１サーモパイル２７Ａは、第１ハロゲンヒータ２３Ａの発熱部２３Ａ１に対応して、定着ベルト２１の中央領域の温度を検知し、第２サーモパイル２７Ｂは、第２ハロゲンヒータ２３Ｂの発熱部２３Ｂ１に対応して、定着ベルト２１の端部領域の温度を検知するように、各サーモパイルが設置されている。

図６に、定着装置２０の温度制御回路の一構成例を示す。電源部５１から供給された電力は、リレー５２、トライアック５３Ａ，５３Ｂを介して、ハロゲンヒータ２３Ａ，２３Ｂにそれぞれ供給される。リレー５２は、ウォームアップ時、印刷ジョブ実行時、レディ待機時などにオン（閉）され、それ以外の電源オフ時、オフモード時、省エネモード時、急停止時などにはオフ（開）される。各トライアック５３Ａ，５３Ｂはそれぞれ、第１ハロゲンヒータ２３Ａ、第２ハロゲンヒータ２３Ｂへの通電量を制御し、第１サーモパイル２７Ａ、第２サーモパイル２７Ｂによって検知される定着ベルト２１の温度情報をフィードバックして、定着ベルト２１を所定の温度に維持する。なおレディ待機とは、印刷ジョブ指示が入った時点で直ぐに印刷を開始できる状態である。コントローラやエンジンソフトなど、マシンを動作させるソフト／ハードが既に起動している状態であり、この状態では、一般に定着モータは停止しているが、定着部材は一定温度に維持されており、マシンとしては直ぐに通紙を行うことができる。

また温度制御部５４は、リレー５２を制御するリレー制御部５４Ａと、トライアック５３Ａ，５３Ｂを制御するトライアック制御部５４Ｂと、定着ベルト２１の過昇温時に異常停止信号を出力する過昇温保護回路５４Ｃとを含む。温度制御部５４には、第１サーモパイル２７Ａと第２サーモパイル２７Ｂで検知された定着ベルト２１の中央領域と端部領域の温度情報が温度情報値（電圧値）Ｄ_１，Ｄ_２として入力される。本実施形態では、リレー制御部５４Ａは、温度情報値Ｄ_１，Ｄ_２に基づいて、リレー５２にＯＮ／ＯＦＦ制御信号Ｓ_１を出力すると共に、加圧ローラ２２の駆動制御部６０に駆動制御信号Ｓ_２を出力し、トライアック制御部５４Ｂは、温度情報値Ｄ_１，Ｄ_２に基づいて、トライアック５３Ａ，５３Ｂに通電制御信号Ｓ_３を出力し、過昇温保護回路５４Ｃは、温度情報値Ｄ_１，Ｄ_２に基づいて、リレー制御部５４Ａに異常停止信号Ｓ_４を出力するように構成されている。但し、このような構成に限定されない。

なお、本実施形態に係る定着装置では、既に述べたように低熱容量化した定着ベルト２１を直接加熱しており、しかも反射部材２６によって定着ベルト２１に対する熱の照射範囲を限定している。したがって、定着モータＭ１の駆動停止により定着ベルト２１を停止させた状態でハロゲンヒータ２３による加熱が継続されると、定着ベルト２１が瞬時に過昇温状態となり、ベルトが損傷するおそれがある。かかる不具合を防止するために、定着モータＭ１を一時停止させる際には、定着モータＭ１の停止前にハロゲンヒータ２３を消灯（停止）させ、定着モータＭ１の停止状態では常にハロゲンヒータ２３を消灯状態にする。この切り替えは、温度制御部５４からトライアック５３に制御信号を与えることで行われる。ハロゲンヒータ２３の消灯は、用紙Ｐが完全に定着ニップＮを通過してから行う他、用紙Ｐの後端が定着ニップＮに存在する状態で行ってもよい。

ところで、ハロゲンヒータ２３はガラス管内にヒータとハロゲンを封入した構成であり、ヒータ消灯後もガラス管に蓄積された熱が放出される。したがって、加熱源としてハロゲンヒータを使用する場合、ヒータの消灯後もガラス管の残存熱で定着ベルト２１が一時的に加熱されることになる。また、定着ニップＮでの通紙中は用紙Ｐによって奪熱されるが、用紙後端が定着ニップＮを脱出した（通紙完了）後には用紙Ｐを介した放熱が行われないため、定着ベルトの温度が上昇する。図７（ａ）は、ハロゲンヒータ２３の消灯後、排紙ローラ１３が停止するまで定着ベルト２１を回転させた場合の定着ベルトの温度変化を示し、図７（ｂ）はハロゲンヒータ２３の消灯と略同じタイミングで定着ベルト２１の回転を停止させた場合の定着ベルトの温度変化を示している。なお、図７（ａ）（ｂ）は、一例としてハロゲンヒータの消灯と同時に通紙を完了させた場合を示す。

図７（ａ）に対応する構成の定着装置では、ヒータ消灯後も定着ベルト２１の回転により放熱が行われるため、定着ベルト２１の温度上昇は緩やかなものとなる。これに対し、図７（ｂ）に対応する構成の定着装置では、ヒータの消灯と同時に定着ベルト２１の回転が停止するため、放熱が行われずに定着ベルトの温度が急激に上昇し、ベルトの蓄熱状態によっては上限温度を越えてベルトが破損するおそれがある。

以上のような知見から、本実施形態に係る定着装置においては、定着ベルト２１の回転停止後は、温度センサであるサーモパイル２７の検出値に基づいて定着ベルト２１の放熱を行うように構成されている。放熱は、例えば定着ベルト２１を定着モータＭ１で回転させることで行うことができる。具体的には、図８に示すように、定着モータＭ１の停止後、一定時間、定着ベルト２１の温度監視を行い、定着ベルト２１の温度換算値Ｄが上限温度よりも小さい規定温度以上になった時点で定着モータＭ１を起動し、定着ベルト２１を回転させて放熱を行う。これにより図８中の実線で示すように定着ベルト２１の過昇温を防止することができる。なお、同図中の破線はヒータの停止と同時に定着ベルト２１を停止させ、その後も定着ベルト２１の停止状態を維持した場合の定着ベルト２１の想定温度変化を示すものである。

以上のような構成の定着装置における一層具体的な動作を以下に説明する。連続通紙のような加熱源や定着部材が蓄熱するような条件（例えばＡ４Ｙ紙を１００枚連続通紙した場合）にて定着処理を行った場合、通紙後の定着回転停止時に定着ベルトの蓄熱により定着ベルトが過昇温し得る。図９に、ウォームアップから、通紙、通紙後の定着回転停止に至る過程、さらにはその後におけるサーモパイルが検出する定着部材の温度推移を示す。定着ベルトの昇温が温度Ｔ_Ｃまで到達してしまうと、定着ベルトにキンクが発生する。そこで、通常の動作ではキンク発生温度Ｔ_Ｃより低い過昇温防止判定温度Ｔ_２に到達した時点で定着ベルトを回転制御し、定着ベルト全周に余熱を分散させつつ、定着ベルトの熱を加圧ローラへ拡散すること（奪熱）により、キンク発生温度Ｔ_Ｃまで上昇しないように定着ベルトの温度をコントロールする。なお、通紙の条件によっては回転制御を入れなくともキンク発生温度Ｔ_Ｃまで達せず、定着ベルトの温度が下がる場合もある。

このように、定着処理後に定着回転を停止して定着ベルトが昇温する場合に、画像形成装置全体の電力が停止していないならば、温度検知して必要な場合に定着ベルトを回転し、奪熱を図ることができる。しかしながら、省エネ重視の観点から作像動作が終了した後にレディ待機、低電力の状態を短期間、例えば１、２秒程度で経過して速やかに、制御停止とするスリープ状態に移行する構成にあっては、過昇温防止判定温度Ｔ_２に至るまでがスリープ状態移行タイミングよりも遅れる場合には、温度検知して定着ベルトを回転することができないことになる。そのため、定着ベルトはキンク発生温度Ｔ_Ｃまで到達して、キンクが発生する。そこで、不図示のタイマを用いて定着モータの回転停止から時間カウントして比較的短い時間ｔ_１までに、定着ベルトが過昇温防止判定温度Ｔ_２よりも低いスリープモード移行判定温度Ｔ_１まで到達するかどうかを監視し、ｔ_１時点で定着ベルト表面の温度がＴ_１以下であれば直ちにスリープ状態へ移行することを容認するが、Ｔ_１以上の場合はスリープ状態への移行を実行しないように制御する。これにより、Ｔ_２まで温度上昇した際に定着ベルトを回転させることができ、キンク発生を回避することが可能となる。実験、シミュレーション等で決定するスリープモード移行判定タイミングｔ_１は、例えば５秒である。なお、ｔ_１時点で定着ベルト表面の温度がＴ_１以上の場合にスリープ状態への移行を拒否することでキンクの発生は回避できるが、スリープ状態への移行ができないままでは省エネの観点で問題がある。既述のように、本実施形態では、定着モータＭ１の停止後、一定時間、定着ベルト２１の温度監視を行い、放熱制御を行うようになっており、キンクが発生しない条件が一定の間続いたならば、スリープ移行を容認するのがよい。

ここでスリープモード移行判定温度Ｔ_１は、定着ベルトが回転しない場合にキンク発生温度（Ｔ_Ｃ）までぎりぎり到達する判定温度であり、実験或いはシミュレーションから決定する。例えば本実施形態ではＴ_１として２００℃を選択している。本実施形態ではＴ_１を固定値としているが、通紙中の温度（Ｔ_ｆ）に対する差分値でも、関数でも規定可能である。また、定着回転停止から比較的短い時間ｔ_１後に定着ベルト表面がＴ_１以下の場合はスリープ移行を実行することで、キンクが発生しない条件下で省エネが達成可能である。なお過昇温防止判定温度Ｔ_２は、例えば２１０℃であり、通紙中の制御温度Ｔ_ｆは、例えば１６０℃である。

また、図１０に示すように、加熱源の余熱量や定着部材の蓄熱量が一段と大きい場合（例えば連続通紙１０００枚）、一旦過昇温防止判定温度Ｔ_２に到達し定着ベルトを回転させ熱を分散・拡散した場合でも、オーバーシュートが大きいために定着ベルト再停止後に再びベルト温度が上昇しキンク発生温度Ｔ_Ｃまで到達することがある。さらに、定着ベルト再回転を数回繰り返した場合でもキンク発生温度Ｔ_Ｃまで到達することがある。このような問題には、停止禁止時間ｔ_２の間スリープ移行を拒否し、定着装置の温度検知、回転制御を可能な状態に維持することで回避可能となる。停止禁止時間ｔ_２は図１０で示すように、加熱源への電力供給停止後にスリープ移行してもキンク発生温度Ｔ_Ｃに到達しないことを保証する想定時間であり、実験、シミュレーション等で決定する。本実施形態では、６０秒に設定している。３００秒に設定してもよい。

スリープモードへの移行を禁止するフローを図１１に示す。定着モータＭ１の回転停止後、時間ｔ_１の経過時（Ｓ１）に、スリープモード移行判定温度Ｔ_１に到達しているか否かが判定される（Ｓ２）。ｔ_１時点で定着ベルト表面の温度がＴ_１以下であれば直ちにスリープ状態へ移行することを容認する。Ｔ_１以上の場合は、停止禁止時間ｔ_２の間スリープ移行を拒否して、過昇温防止判定温度Ｔ_２以上であれば（Ｓ３）、過昇温防止のために定着ベルトを回転する。停止禁止時間ｔ_２の間、過昇温防止判定温度Ｔ_２以下であるか否を繰り返し、停止禁止時間ｔ_２経過後（Ｓ４）にスリープ状態へ移行することを容認する。

なお、下記の場合には、時間ｔ_１の経過を待たずにスリープ移行を容認する制御を行なってもよい。
１）連続印刷枚数が少ない場合
２）薄紙通紙など、定着温度が低く設定されている通紙条件の場合（例えばトナー付着量が少ないモノクロ通紙など）
３）スリープ／電源オン復帰直後からの通紙の場合
但し、これらは例示にすぎず、それらの場合に全て直ちのスリープ移行を認めてよいわけではなく、過昇温防止回転が必要な状況が僅かでもある場合にはスリープ移行禁止の制御を行うことが必要である。

本発明は、例えば、定着ローラと加熱ローラとの間に定着ベルトを架設すると共に、定着ベルトを介して加圧ローラを定着ローラに圧接させるベルト方式の定着装置など、他の方式の定着装置にも適用可能である。定着ローラと加熱ローラで定着ベルトを架設する場合には、加熱ローラに駆動を与えるようになっていてもよい。また、本発明に係る定着装置は、図１に示すカラーレーザープリンタに限らず、モノクロ画像形成装置やその他の電子写真式の画像形成装置に搭載することも可能である。

２０ 定着装置
２１ 定着ベルト（定着部材）
２２ 加圧ローラ（加圧部材）
２３ ハロゲンヒータ（加熱源）
２３Ａ 第１ハロゲンヒータ
２３Ｂ 第２ハロゲンヒータ
２４ ニップ形成部材（支持部材）
２５ ステー（支持部材）
２７ サーモパイル（温度検知手段）
２７Ａ 第１サーモパイル
２７Ｂ 第２サーモパイル
５１ 電源部
５２ リレー
５３Ａ トライアック
５３Ｂ トライアック
５４ 温度制御部
５４Ａ リレー制御部
Ｄ_１ 第１サーモパイルからの温度情報値
Ｄ_２ 第１サーモパイルからの温度情報値
Ｔ_Ｃ キンク発生温度
Ｔ_２ 通常動作時の過昇温防止判定温度
Ｔ_１ スリープモード移行判定温度
Ｔ_ｆ 通紙中の定着制御温度
ｔ_１ 定着回転停止からスリープモード移行判定時までの時間
Ｎ ニップ部
Ｐ 用紙（記録媒体）

特開２００７−７９０４０号公報 特開２０１０−３２６２５号公報 特開２００７−３３４２０５号公報 特開２００８−１２９５１７号公報

Claims (4)

1. 加熱源と、
   前記加熱源によって部分加熱され、記録媒体の未定着画像担持側を加熱する回転可能な定着部材と、
   前記定着部材に圧接し、前記定着部材との間にニップ部を形成する回転可能な加圧部材と、
   前記定着部材又は前記加圧部材を回転させる回転駆動手段と、
   前記定着部材の温度を検知する温度検知手段と、
   少なくとも前記回転駆動手段を制御する制御部と
   を備えて構成され、スリープ状態へ移行可能な定着装置において、
   前記定着装置の回転停止からの所定時間ｔ_１で、前記加熱源に対向する前記定着部材の範囲が所定温度Ｔ_１以上であれば、スリープ状態への移行を拒否することを特徴とする定着装置。
2. 前記定着装置の回転停止からの所定時間ｔ_１で、前記加熱源に対向する前記定着部材の範囲が所定温度Ｔ_１以上である場合に、前記スリープ状態への移行拒否を予め定めた停止禁止時間ｔ_２の間、維持することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記加熱源に対向する前記定着部材の範囲が、前記所定温度Ｔ_１よりも高い過昇温防止判定温度Ｔ_２に到達したときに、前記加熱源を動作させずに前記定着部材を回転させることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の定着装置を備えた画像形成装置。

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