JP6048906B2 - 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ものである。

複写機やプリンタ等のような画像形成装置において、例えば用紙にトナー像を定着させる定着装置には、定着ロールと加圧ロールとのロール対を備えるロール対方式の定着装置がある。

このロール対方式の定着装置においては、未定着のトナー像が転写された用紙等を上記ロール対間の定着ニップ部に送り込み、定着ロールで熱するとともに加圧ロールで圧することによりトナー像を用紙等に定着させている。

しかし、ロール対方式の定着装置においては、高速で連続処理すると定着ロールの表面温度が極端に低下することにより画質が劣化する問題がある。これは、定着ロールの表面に熱伝導率の低い弾性層が設けられているために内部の加熱源の熱が定着ロールの表面に伝わるのに時間がかかること等に起因している。

そこで、近年、画像形成装置においては、高速化、省エネルギー化および小型化等を図るために、用紙等を加熱する部材として無端状ベルトを用いるベルト方式の定着装置が採用されている。

このベルト方式の定着装置においては、上記ロール対間の定着ニップ部を通過するように定着ロールに掛け渡された状態で周方向に回転する無端状の定着ベルトを設け、その定着ベルトによって用紙等を加熱することにより用紙等にトナー像を定着させている（例えば特許文献１参照）。

特開２００６−３１７５０５号公報

本発明は、定着装置を構成する加熱部材に対する熱供給効率を向上させることのできる技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明の定着装置は、現像剤像が転写された記録媒体を加熱する第１の加熱手段と、前記第１の加熱手段に対向する位置に設けられ、その対向間の定着部に送られた前記記録媒体に対して圧力を加える加圧手段と、前記定着部を通過するように前記第１の加熱手段に架け渡された状態で周方向に回転自在に設けられ、前記定着部において前記記録媒体を加熱する無端状の加熱部材と、前記加熱部材が掛け渡された状態で設けられ、該加熱部材をその内周面側から加熱する第２の加熱手段と、前記加熱部材の外周面に接した状態で設けられ、該加熱部材をその外周面側から加熱する第３の加熱手段と、前記記録媒体の現像剤像の定着処理において、前記第１の加熱手段、前記第２の加熱手段および前記第３の加熱手段のうち、前記第３の加熱手段の温度が最も高く、前記第２の加熱手段の温度が次に高く、前記第１の加熱手段の温度が最も低くなるように設定する制御を行う制御手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、前記制御手段は、前記記録媒体の現像剤像の定着処理において、前記第１の加熱手段の温度を前記加熱部材の温度以上になるように設定する制御を行うことを特徴とする。

請求項３に記載の本発明の画像形成装置は、現像剤像を保持する像保持体と、前記像保持体の現像剤像を記録媒体に転写する転写手段と、前記記録媒体に転写された現像剤像を定着する請求項１または２に記載された定着装置と、を備えることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、定着装置を構成する加熱部材に対する熱供給効率を向上させることが可能になる。

また、請求項１記載の発明によれば、光沢段差を抑制または防止することが可能になる。

請求項２記載の発明によれば、定着装置を構成する加熱部材に対する熱供給効率をさらに向上させることが可能になる。

請求項３記載の発明によれば、現像剤像を良好に定着させることが可能になる。

本発明の一実施の形態に係る画像形成装置の一例の概念図である。 図１の画像形成装置の定着装置の一例の概念図である。 図１の画像形成装置の要部の回路ブロック図である。 用紙が定着装置を通過した後の定着ベルトの予め決められた位置の温度の推移を示した図である。 図１の画像形成装置における定着装置の定着ロール、内部加熱ロールおよび外部加熱ロールの各種パラメータをまとめて示した図である。 本発明の第２の実施の形態に係る画像形成装置の定着装置の概念図である。

以下、本発明の一例としての実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（第１の実施の形態）

図１は本発明の一実施の形態に係る画像形成装置１の一例の概念図である。

本実施の形態の画像形成装置１は、例えばタンデム型のカラープリンタであり、複数の作像ユニット２０と、中間転写ベルト（像保持体の一例）３０と、バックアップロール４１および二次転写ロール（転写手段の一例）４２の対と、用紙供給トレイ５０ａ，５０ｂと、用紙搬送系６０と、定着装置７０とを備えている。

作像ユニット２０は、例えばイエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの各色のトナー像を形成する４つのカラー用の作像ユニット２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋと、例えば透明色のトナー像を転写する透明色用の作像ユニット２０ＣＬ，２０ＣＬとを備えており、各色の画像情報に応じて形成したトナー像を中間転写ベルト３０に一次転写するようになっている。

これら６基の作像ユニット２０ＣＬ，２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋは中間転写ベルト３０の回転方向に沿って透明色、透明色、イエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの各色の順に配置されている。なお、透明色に代えて、例えばライトイエロー、ライトマゼンタ、ライトシアンまたはライトブラックのような淡色のトナー像を転写する淡色用の作像ユニットを設けても良い。また、透明色用の作像ユニット２０ＣＬと淡色用の作像ユニットとの両方を並べて設けても良い。

各作像ユニット２０は、感光体ドラム２１と、感光体ドラム２１の表面を規定の電位に帯電させる帯電装置２２と、帯電された感光体ドラム２１上にレーザ光Ｌを照射して静電潜像を形成する露光装置２３と、露光装置２３により感光体ドラム２１上に形成された静電潜像を現像してトナー像を形成する現像装置２４と、感光体ドラム２１上のトナー像を一次転写部において中間転写ベルト３０に転写する一次転写ロール２５と、トナー像を転写した後の感光体ドラム２１の表面から残留トナーや紙粉を除去するドラムクリーナ２６とを備えている。なお、各作像ユニット２０の上方には、現像装置２４に現像剤を供給するトナーカートリッジ２７が設置されている。

各作像ユニット２０の一次転写ロール２５は、各感光体ドラム２１との間に中間転写ベルト３０を挟むようにして配置されている。そして、各一次転写ロール２５にトナーの帯電電極に対して逆極性の転写バイアス電圧が印加されることにより、感光体ドラム２１と一次転写ロール２５との間に電界が形成され、感光体ドラム２１上で電荷を帯びているトナー像がクーロン力により中間転写ベルト３０に転写されるようになっている。なお、感光体ドラム２１は一次転写に際して時計回りの方向に回転する。

上記中間転写ベルト３０は、各作像ユニット２０により形成された各色成分のトナー像が順次転写（一次転写）され保持される部材である。この中間転写ベルト３０は、複数の支持ロール３１ａ〜３１ｆおよびバックアップロール４１に掛け渡された状態で無端状に形成されており、反時計回りの周方向に回転しながら各色の作像ユニット２０ＣＬ，２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋで形成されたトナー像の一次転写を受けるようになっている。

上記バックアップロール４１および二次転写ロール４２の対は、中間転写ベルト３０上に多重転写されたトナー像を用紙（記録媒体の一例）等に一括転写（二次転写）してフルカラー画像を形成するための機構部であり、中間転写ベルト３０を挟んで互いに対向した状態で配置されている。バックアップロール４１と、二次転写ロール４２との対向部が二次転写部になっている。

バックアップロール４１は、中間転写ベルト３０の裏面側に回転自在に設置され、二次転写ロール４２は、中間転写ベルト３０のトナー像転写面に対向した状態で回転自在に設置されている。バックアップロール４１と二次転写ロール４２とは、その各々の回転軸方向（図１紙面に垂直な方向）が互いに沿うように配置されている。

中間転写ベルト３０のトナー像の転写においては、バックアップロール４１にトナーの帯電極性と同極性の電圧を印加するか、または、二次転写ロール４２にトナーの帯電極性と逆極性の電圧を印加する。これにより、バックアップロール４１と二次転写ロール４２との間に転写電界が形成され、中間転写ベルト３０上に保持された未定着トナー像が用紙上に転写される。

上記用紙供給トレイ５０ａ，５０ｂには、各種のサイズおよび厚さの用紙等が収容されている。用紙供給トレイ５０ａ，５０ｂ内の用紙は、用紙搬送系６０のピックアップロール（図示せず）により引き出された後、用紙搬送系６０のレジストロール６２によりタイミングが制御され二次転写部に導入されてトナー像が転写され、さらにその後、用紙搬送系６０の搬送ベルト６３，６４を通じて定着装置７０へと搬送される。

定着装置７０は、二次転写部において用紙等に転写された未定着のトナー像を熱圧着により用紙に定着させる装置であり、定着ロール（第１の加熱手段の一例）７１と、これに対向する位置に設けられた加圧ロール（加圧手段の一例）７２と、それらの間の定着ニップ部Ｎを通過するように設けられた定着ベルト（加熱部材の一例）７３とを備えている。

二次転写後の用紙は、定着ロール７１と加圧ロール７２との対向間の定着ニップ部Ｎに搬送され、定着ベルト７３と加圧ロール７２とに挟まれた状態で排出される。この時、用紙等が定着ロール７１および定着ベルト７３により加熱されるとともに、加圧ロール７２により加圧されることにより、トナー像が用紙等に定着される。この定着装置７０を通過した用紙等は、搬送ベルト６５を通じて排出ロール（図示せず）に送られ、画像形成装置１の外部に排出されるようになっている。

次に、図２は図１の定着装置７０の一例の概念図を示している。

定着装置７０は、上記した定着ロール７１、加圧ロール７２および定着ベルト７３の他に、剥離パッド７４、内部加熱ロール（第２の加熱手段の一例）７５、外部加熱ロール（第３の加熱手段の一例）７６、支持ロール７７ａ，７７ｂおよび冷却ファン７８を備えている。

定着ロール７１は、例えばアルミニウム、鉄またはステンレスのような金属により形成された円筒状ロールである。この定着ロール７１と加圧ロール７２との間に第１の定着ニップ部Ｎ１が形成される。なお、定着ロール７１の熱容量は内部加熱ロール７５および外部加熱ロール７６の熱容量よりも大きい。

この定着ロール７１の筒内には、例えば、ハロゲンランプのような加熱源７１Ｌが３本設置されており、この加熱源７１Ｌにより定着ロール７１が予め設定された温度になるように加熱され、その定着ロール７１により用紙Ｐおよび定着ベルト７３が予め設定された温度になるように加熱される。

ただし、加熱源７１Ｌの本数は、２本以下または４本以上でも良い。また、用紙Ｐのサイズに応じて最適な温度分布が形成されるように発熱量が異なる加熱源７１Ｌを複数本配置し、それらの加熱源７１Ｌを用紙Ｐのサイズに応じて使い分けても良い。また、用紙Ｐの幅方向（図２紙面に垂直な方向）の中央と端部とで温度差が生じる場合には、用紙Ｐの面内温度が均一になるように用紙Ｐの幅方向の中央と端部との各々に対応するように加熱源７１Ｌを配置しても良い。

また、定着ロール７１の外周には、定着ロール７１の温度を検出する温度検出センサ７１Ｓが定着ロール７１の外周に接触した状態で設置されている。この温度検出センサ７１Ｓは、例えばサーミスタからなり、定着ロール７１の長手方向（図２紙面に対して垂直な方向）の中央に配置されている。ただし、温度検出センサ７１Ｓを定着ロール７１の長手方向の両端（非通紙領域）に配置しても良い。

また、定着ロール７１は、加圧ロール７２および定着ベルト７３を回転駆動する機能を備えており、回転駆動モータ（図示せず）からの回転駆動力を受けて反時計回りの方向に回転自在の状態で設置されている。この定着ロール７１の回転により用紙Ｐが搬送されるとともに、加圧ロール７２および定着ベルト７３が回転（従動）するようになっている。

この定着ロール７１の横（用紙Ｐの搬送下流側）には、上記した剥離パッド７４が定着ロール７１の軸方向全域に隣接した状態で設置されている。剥離パッド７４は、定着処理後の用紙Ｐを定着ベルト７３から剥離する機能を備えている。また、剥離パッド７４と加圧ロール７２との間に第２の定着ニップ部Ｎ２が形成されている。すなわち、定着装置７０の定着ニップ部Ｎは、第１の定着ニップ部Ｎ１と第２の定着ニップ部Ｎ２とで構成されており、剥離パッド７４が無い場合よりも定着ニップ部Ｎが長くなっている。

このような定着ロール７１および剥離パッド７４と定着ベルト７３との間には、オイルが介在されている。これにより、定着ロール７１および剥離パッド７４と定着ベルト７３との接触抵抗が低減されるので、定着ベルト７３の回転移動が滑らかになる。また、そのため、定着ロール７１および剥離パッド７４と定着ベルト７３との接触に起因する定着ベルト７３の損傷が抑制または防止される。

上記した加圧ロール７２は、中空円筒状の芯金７２Ａと、その外周を覆う弾性層７２Ｂと、その弾性層７２Ｂの外周を覆う離型層７２Ｃとを備えている。芯金７２Ａは、例えばアルミニウム、鉄またはステンレス等のような金属からなり、弾性層７２Ｂは、例えばシリコーンゴムのような耐熱性を有する絶縁材料からなり、離型層７２Ｃは、例えばフッ素系の樹脂からなる。

この加圧ロール７２は、定着ロール７１に近づく方向および定着ロール７１から離れる方向に移動自在の状態で設置されており、定着処理に際しては弾性部材（バネ等）により定着ロール７１に押しつけられるようになっている。これにより、定着ロール７１および剥離パッド７４と加圧ロール７２との対向間に上記した第１、第２の定着ニップ部Ｎ１，Ｎ２が形成される。

また、加圧ロール７２の外周には、加圧ロール７２の温度を検出する温度検出センサ７２Ｓが加圧ロール７２の外周に接触した状態で設置されている。この温度検出センサ７２Ｓは、例えばサーミスタからなり、加圧ロール７２の長手方向（図２紙面に対して垂直な方向）の中央に配置されている。ただし、温度検出センサ７２Ｓを加圧ロール７２の長手方向の両端（非通紙領域）に配置しても良い。

上記した定着ベルト７３は、例えばポリイミド樹脂のような耐熱性絶縁基材上に、例えばフッ素系の樹脂からなる離型層が積層された無端状ベルトからなり、定着ロール７１と、内部加熱ロール７５と、支持ロール７７ａ，７７ｂに掛け渡された状態で周方向（反時計回りの方向）に回転自在に設けられている。

この定着ベルト７３は、上記した第１、第２の定着ニップ部Ｎ１，Ｎ２を通過するように掛け渡されている。第１、第２の定着ニップ部Ｎ１，Ｎ２に搬送された用紙Ｐは、定着ベルト７３と加圧ロール７２に挟まれた状態で定着ロール７１および定着ベルト７３により加熱されるとともに加圧ロール７２により加圧される。これにより、用紙Ｐの未定着のトナー像は、用紙Ｐに定着される。なお、用紙Ｐのトナー像の形成面には定着ベルト７３の外周面（離型層）が接するようになっている。

定着ベルト７３を用いず定着ロール７１のみで用紙を加熱する場合、定着処理時に定着ロール７１の熱が用紙Ｐに奪われ定着ロール７１の加熱温度が低下するが、定着ロール７１の熱容量が大きいので再び必要な温度まで上げるのに時間がかかる結果、続く用紙Ｐの定着処理時に用紙Ｐに対する加熱温度が低下してしまう。

これに対して定着ベルト７３を用いた場合、定着ベルト７３は定着ロール７１よりも熱容量が小さいので必要な温度まで速く昇温される。このため、続く用紙Ｐの定着処理時に用紙Ｐに対する加熱温度の低下が抑制される。また、定着ベルト７３を用いた場合、用紙Ｐの搬送方向の長さよりもベルト長さを長くとれるので、用紙Ｐの搬送方向全域に渡り加熱温度が均一になるように加熱される。このため、光沢段差の発生も抑制または防止される。

上記した内部加熱ロール７５は、例えばアルミニウム、鉄またはステンレスのような金属により形成された円筒状ロールであり、定着ロール７１および外部加熱ロール７６よりも加圧ロール７２から離れた位置に定着ベルト７３の回転に従動するように回転自在の状態で設置されている。なお、内部加熱ロール７５の熱容量は外部加熱ロール７６の熱容量よりも大きい。

この内部加熱ロール７５の筒内には、例えばハロゲンランプ等のような加熱源７５Ｌが４本設置されており、この加熱源７５Ｌにより内部加熱ロール７５が予め設定された温度になるように加熱され、その内部加熱ロール７５により定着ベルト７３が予め設定された温度になるように定着ベルト７３の内周面側から加熱される。

ただし、加熱源７５Ｌの本数は、３本以下または５本以上でも良い。また、用紙Ｐのサイズに応じて最適な温度分布が形成されるように発熱量が異なる加熱源７５Ｌを複数本配置し、それらの加熱源７５Ｌを用紙Ｐのサイズに応じて使い分けても良い。また、用紙Ｐの幅方向（図２紙面に垂直な方向）の中央と端部とで温度差が生じる場合には、用紙Ｐの面内温度が均一になるように用紙Ｐの幅方向の中央と端部との各々に対応するように加熱源７５Ｌを配置しても良い。

また、内部加熱ロール７５の外周には、内部加熱ロール７５の温度を検出する温度検出センサ７５Ｓが内部加熱ロール７５の外周に接触した状態で設置されている。この温度検出センサ７５Ｓは、例えばサーミスタからなり、内部加熱ロール７５の長手方向（図２紙面に対して垂直な方向）の中央に配置されている。ただし、温度検出センサ７５Ｓを内部加熱ロール７５の長手方向の両端（非通紙領域）に配置しても良い。

上記した外部加熱ロール７６は、例えばアルミニウム、鉄またはステンレスのような金属により形成された円筒状ロールであり、定着ロール７１と内部加熱ロール７５との間であって定着ベルト７３の枠外に定着ベルト７３を枠内側に押し込むように接触した状態で設置されている。また、外部加熱ロール７６も定着ベルト７３の回転に従動するように回転自在の状態で設置されている。

この外部加熱ロール７６の筒内には、例えばハロゲンランプ等のような加熱源７６Ｌが３本設置されており、この加熱源７６Ｌにより外部加熱ロール７６が予め設定された温度になるように加熱され、その外部加熱ロール７６により定着ベルト７３が予め設定された温度になるように定着ベルト７３の外周面側から加熱される。

ただし、加熱源７６Ｌの本数は、２本以下または４本以上でも良い。また、用紙Ｐのサイズに応じて最適な温度分布が形成されるように発熱量が異なる加熱源７６Ｌを複数本配置し、それらの加熱源７６Ｌを用紙Ｐのサイズに応じて使い分けても良い。また、用紙Ｐの幅方向（図２紙面に垂直な方向）の中央と端部とで温度差が生じる場合には、用紙Ｐの面内温度が均一になるように用紙Ｐの幅方向の中央と端部との各々に対応するように加熱源７６Ｌを配置しても良い。

また、外部加熱ロール７６の外周には、外部加熱ロール７６の温度を検出する温度検出センサ７６Ｓが外部加熱ロール７６の外周に接触した状態で設置されている。この温度検出センサ７６Ｓは、例えばサーミスタからなり、外部加熱ロール７６の長手方向（図２紙面に対して垂直な方向）の中央に配置されている。ただし、温度検出センサ７６Ｓを外部加熱ロール７６の長手方向の両端（非通紙領域）に配置しても良い。

次に、図３は、上記した画像形成装置１の要部の回路ブロック図を示している。

ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：制御手段の一例）は、画像形成装置１の画像処理を制御する装置である。ＣＰＵには、メモリＭＥが電気的に接続されている他、上記した加熱源７１Ｌ，７５Ｌ，７６Ｌに対して電力を供給する電力供給源７１ＬＧ，７５ＬＧ，７６ＬＧや上記した温度検出センサ７１Ｓ，７５Ｓ，７６Ｓ等が電気的に接続されている。

定着処理に際しては、各温度検出センサ７１Ｓ，７５Ｓ，７６Ｓで検出された温度の情報は、ＣＰＵに送られる。ＣＰＵでは、その温度情報に基づいて、電力供給源７１ＬＧ，７５ＬＧ，７６ＬＧを後述のように制御することにより、定着ロール７１、内部加熱ロール７５および外部加熱ロール７６の各々の温度が予め決められた温度に設定されるようになっている。

次に、図４は用紙Ｐが定着装置７０を通過した後の定着ベルト７３の予め決められた位置の温度の推移を示し、図５は本実施の形態の画像形成装置１における定着装置７０の定着ロール７１、内部加熱ロール７５および外部加熱ロール７６の各種パラメータを示している。なお、図４の符号Ｒは定着ベルト７３の１回転分を示している。

図４に示すように、定着ベルト７３の温度は、定着ロール７１の定着ニップ部Ｎで急激に下がり、定着ニップ部Ｎを通過したところから上昇し始め、外部加熱ロール７６の位置で高くなり、外部加熱ロール７６を通過したところで再び若干下がり始め、内部加熱ロール７５で再び上昇し始めるように推移する。

ここで、定着処理に際して、定着ベルト７３に対する熱の供給効率を考えた場合、用紙Ｐが搬送される定着ニップ部Ｎにある定着ロール７１の加熱源７１Ｌに供給される電力を最も高くして定着ロール７１の温度を最も高くすれば定着ベルト７３に対する熱の供給効率が向上するように考えられる。しかし、実際は、高速処理をしているので、定着ニップ部Ｎで定着ロール７１から定着ベルト７３に熱を加えても定着ベルト７３の表面温度が確保される前に用紙Ｐが通過してしまう。

そこで、本実施の形態においてＣＰＵ（図３参照）は、定着処理に際して、定着ロール７１、内部加熱ロール７５および外部加熱ロール７６のうち、定着ロール７１の加熱源７１Ｌに供給する電力が最も低くなるように制御するようになっている。これにより、加熱源７１Ｌ，７５Ｌ，７６Ｌの全体に供給される総電力は決まっているので、図５（ランプ出力）に示すように、定着ベルト７３を加熱するのに適した内部加熱ロール７５および外部加熱ロール７６に供給される電力を増やせる。このため、定着ベルト７３に対する熱供給効率が向上する。したがって、定着ベルト７３の温度の低下が抑制または防止される。

次に、定着ベルト７３に対して熱を効率的に供給するには、定着ベルト７３とロール（定着ロール７１、内部加熱ロール７５および外部加熱ロール７６）との接触面積（ラップ量）が大きく、定着ベルト７３との温度差が大きい位置のロールの加熱源に対する供給電力を大きくすることが好ましい。

ここで、図４に示すように、外部加熱ロール７６の手前の位置が定着ベルト７３との温度差が大きいので外部加熱ロール７６の加熱源７６Ｌに対する供給電力を大きくすることが好ましいと考えられる。しかし、図４および図５（ラップ量）に示すように、外部加熱ロール７６は、定着ベルト７３との接触面積（ラップ量）が、内部加熱ロール７５に比べて小さい。これは、定着装置７０の構造上、外部加熱ロール７６が他の構成に邪魔され定着ベルト７３の枠内に深く押し込められない等の理由からである。

そこで、本実施の形態においてＣＰＵは、定着処理に際して、定着ベルト７３とのラップ量の大きい内部加熱ロール７５の加熱源７５Ｌに対する供給電力が最も大きくなるように制御するようになっている。これにより、図５（ランプ出力）に示すように、定着ベルト７３を加熱するのに適した内部加熱ロール７５に供給される電力を増やせる。このため、定着ベルト７３に対する熱供給効率が向上する。したがって、定着ベルト７３の温度の低下が抑制または防止される。

また、例えば定着ベルト７３の外周面（用紙Ｐのトナー像の形成面に接する側の面）においては用紙Ｐが接触した箇所と、用紙Ｐが接触しない用紙隣接箇所とで温度差が生じている。このため、用紙Ｐのトナー像の形成面内に光沢段差が生じる場合がある。

そこで、本実施の形態においてＣＰＵは、図４および図５（対ベルト設定温度の温度差）に示すように、外部加熱ロール７６の手前で定着温度に対する定着ベルト７３の温度差が大きいので、図５の設定温度に示すように、定着ロール７１、内部加熱ロール７５および外部加熱ロール７６のうち、外部加熱ロール７６の温度が最も高くなるように制御するようになっている。そして、図５のランプ出力に示すように、外部加熱ロール７６の加熱源７６Ｌに対する供給電力を２番目に高くする。このように外部加熱ロール７６の温度を高くして、外部加熱ロール７６により定着ベルト７３の外周面側から熱を供給することにより、定着ベルト７３の外周面の用紙Ｐの接した箇所と用紙隣接箇所との温度差を小さくすることができるので、用紙Ｐでの光沢段差が抑制または防止される。

さらに、定着ロール７１の温度が定着ベルト７３の温度よりも低いと定着ベルト７３の熱が定着ロール７１に移ってしまい定着ベルト７３が効率的に加熱されない。そこで、本実施の形態においてＣＰＵは、定着処理に際して、定着ロール７１の温度を定着ベルト７３の温度以上になるように制御する。これにより、定着ベルト７３の熱が定着ロール７１に逃げてしまうことが防止されるので、定着ベルト７３に対する熱供給効率が向上する。したがって、定着ベルト７３の温度の低下が抑制または防止される。

次に、定着装置７０の定着動作の一例について図１および図２等を参照して説明する。

画像形成装置１の二次転写部においてトナー像が静電転写された用紙Ｐは、搬送ベルト６４を通じて定着装置７０の定着ニップ部Ｎに搬送される。そして、定着ニップ部Ｎを通過する用紙Ｐの表面の未定着のトナー像は、主に第１の定着ニップ部Ｎ１に作用する熱および圧力により用紙Ｐに定着される。

第１の定着ニップ部Ｎ１で作用する熱は、主に定着ベルト７３によって用紙Ｐに供給される。定着ベルト７３は、定着ロール７１内の加熱源７１Ｌから定着ロール７１を介して供給される熱と、外部加熱ロール７６の加熱源７６Ｌから外部加熱ロール７６を介して供給される熱と、内部加熱ロール７５の加熱源７５Ｌから内部加熱ロール７５を介して供給される熱とによって加熱される。

これにより、第１の定着ニップ部Ｎ１において、定着ロール７１、内部加熱ロール７５および外部加熱ロール７６の３つの加熱ロールから用紙Ｐに対して熱エネルギーが供給されるので、高速処理でも充分な熱量が確保される。

また、定着ベルト７３は、定着ロール７１等よりも熱容量が極めて小さい。しかも、定着ベルト７３は、定着ロール７１、内部加熱ロール７５および外部加熱ロール７６のそれぞれに対して広いラップ面積（大きなラップ角度）で接触される。このため、定着ベルト７３が１回転する短い期間に、定着ロール７１、内部加熱ロール７５および外部加熱ロール７６から充分な熱量が定着ベルト７３に供給されるので、定着ベルト７３の温度は必要な定着温度に短時間で復帰される。これにより、第１の定着ニップ部Ｎ１においては、予め定められた定着温度が維持される。

したがって、本実施の形態の定着装置７０においては、高速で連続通紙されても必要な定着温度が維持される。また、高速での定着動作の開始時に定着温度が落ち込む現象、いわゆる温度ドループ現象の発生が抑制される。特に熱容量の大きな厚紙等に対する定着温度においても、定着温度の維持および温度ドループ現象の発生が抑制され、さらには、紙種に対応させて定着温度を途中で上昇または下降に切り替える必要がある場合でも、定着ベルト７３の熱容量が小さいので、加熱源７１Ｌ，７５Ｌ，７６Ｌの出力調整により定着温度の切り替えが容易となる。

また、定着ロール７１はアルミニウム等で形成され、加圧ロール７２は弾性層を有する構成とされているため、第１の定着ニップ部Ｎ１では、定着ロール７１は殆ど撓まず、加圧ロール７２の表面が撓むことによって定着ベルト７３の進行方向に幅を持った定着ニップ部が形成される。このため、第１の定着ニップ部Ｎ１では、定着ベルト７３がラップされている側の定着ロール７１が殆ど変形しない。そのため、定着ベルト７３は移動速度を予め設定された速度に維持しながら第１の定着ニップ部Ｎ１を通過する。これにより、第１の定着ニップ部Ｎ１において定着ベルト７３にシワや歪みが生じることが抑制されるので、良質で安定した定着画像が得られる。

また、本実施の形態においては、定着処理に際して、定着ロール７１、内部加熱ロール７５および外部加熱ロール７６のうち、定着ロール７１の加熱源７１Ｌに供給する電力が最も低くなるように制御される。これにより、定着ベルト７３への熱供給効率が向上する。したがって、定着ベルト７３の温度の低下が抑制または防止される。

また、本実施の形態においては、定着処理に際して、定着ベルト７３とのラップ量の大きい内部加熱ロール７５の加熱源７５Ｌに対する供給電力が最も大きくなるように制御される。これにより、定着ベルト７３に対する熱供給効率が向上する。したがって、定着ベルト７３の温度の低下が抑制または防止される。

また、本実施の形態においては、定着処理に際して、定着ロール７１、内部加熱ロール７５および外部加熱ロール７６のうち、外部加熱ロールの温度が最も高くなるように制御される。そして、外部加熱ロール７６の加熱源７６Ｌに対する供給電力が２番目に高くなるように制御される。これにより、用紙Ｐでの光沢段差が抑制または防止される。

さらに、本実施の形態においては、定着処理に際して、定着ロール７１の温度が定着ベルト７３の温度以上になるように制御される。これにより、定着ベルト７３への熱供給がさらに効率的に行われる。したがって、定着ベルト７３の温度の低下が抑制または防止される。

続いて、第１の定着ニップ部Ｎ１を通過した用紙Ｐは、第２の定着ニップ部Ｎ２に搬送される。第２の定着ニップ部Ｎ２では、加圧ロール７２が定着ベルト７３を介して剥離パッド７４に押し付けられている。このため、上記第１の定着ニップ部Ｎ１の形状は、定着ロール７１の曲率により下に凸の湾曲状であるのに対し、第２の定着ニップ部Ｎ２の形状は加圧ロール７２の曲率により上に凸の湾曲状である。

このため、第１の定着ニップ部Ｎ１において定着ロール７１の曲率のもとで加熱および加圧された用紙Ｐは、第２の定着ニップ部Ｎ２において加圧ロール７２による相反する方向に向いた曲率に進行方向が変化させられる。その際、用紙Ｐ上のトナー像と定着ベルト７３の外周面との間で微少なマイクロスリップが生じる。これにより、トナー像と定着ベルト７３との付着力が弱められ、用紙Ｐは定着ベルト７３から剥離され易い状態とされる。このように第２の定着ニップ部Ｎ２は、最終の剥離工程で確実に剥離が行われるための準備段階にもなっている。

第２の定着ニップ部Ｎ２の出口では、定着ベルト７３が剥離パッド７４に巻き付くように搬送されるので、定着ベルト７３の搬送方向はそこで急激に変化する。すなわち、定着ベルト７３は、剥離パッド７４の外側面に沿って移動するため、定着ベルト７３の屈曲は大きなものとなる。そのため、第２の定着ニップ部Ｎ２において、定着ベルト７３との付着力が弱められた用紙Ｐは、用紙Ｐ自身の弾力（コシ）によって定着ベルト７３から分離される。定着ベルト７３から剥離された用紙Ｐは、搬送ベルト６５等を通じて冷却ユニット（図示せず）に向けて搬送される。

（第２の実施の形態）

図６は本発明の第２の実施の形態に係る画像形成装置１の定着装置７０の概念図を示している。

本実施の形態の定着装置７０においては、上記した定着ロール７１および剥離パッド７４に代えて定着パッド７１ｐが設置されている。この定着パッド７１ｐと加圧ロール７２との間に定着ニップ部Ｎが形成される。この場合、定着ニップ部Ｎに変曲点がないので画像ずれが抑制または防止される。このため、画質欠陥が抑制または防止される。

定着パッド７１ｐは、例えばアルミニウム、鉄またはステンレスのような金属により形成されている。ただし、定着パッド７１ｐにおいて定着ベルト７３との接触面に摺動負荷を下げるための滑りシートを設けても良い。また、その場合、定着ベルト７３内のオイル供給部材を通じて定着ベルト７３の内面と滑りシートの表面との間に微少オイルが供給される。

この定着パッド７１ｐの筒内には、例えばハロゲンランプ等のような加熱源７１ｐＬが１本設置されており、この加熱源７１ｐＬにより定着パッド７１ｐが予め設定された温度になるように加熱され、その定着パッド７１ｐにより用紙Ｐおよび定着ベルト７３が予め設定された温度になるように加熱される。

ただし、加熱源７１ｐＬの本数は、２本以上でも良い。また、用紙Ｐのサイズに応じて最適な温度分布が形成されるように発熱量が異なる加熱源７１ｐＬを複数本配置し、それらの加熱源７１ｐＬを用紙Ｐのサイズに応じて使い分けても良い。また、用紙Ｐの幅方向（図２紙面に垂直な方向）の中央と端部とで温度差が生じる場合には、用紙Ｐの面内温度が均一になるように用紙Ｐの幅方向の中央と端部との各々に対応するように加熱源７１ｐＬを配置しても良い。

また、定着パッド７１ｐの外周には、定着パッド７１ｐの温度を検出する温度検出センサ７１ｐＳが定着パッド７１ｐの外周に接触した状態で設置されている。この温度検出センサ７１ｐＳは、例えばサーミスタからなり、定着パッド７１ｐの長手方向（図２紙面に対して垂直な方向）の中央に配置されている。ただし、温度検出センサ７１ｐＳを定着パッド７１ｐの長手方向の両端（非通紙領域）に配置しても良い。

この場合、加圧ロール７２が、定着ベルト７３の回転駆動源になっており、回転駆動モータ等のような回転駆動体により時計回りの方向に回転自在に設置されている。すなわち、加圧ロール７２の回転により、用紙Ｐが下流に搬送されるとともに、定着ベルト７３が周方向（反時計回りの方向）に回転（従動）するようになっている。そして、この定着ベルト７３の回転により内部加熱ロール７５および外部加熱ロール７６が回転（従動）するようになっている。

定着処理に際しては、定着パッド７１ｐ、内部加熱ロール７５および外部加熱ロール７６のうち、定着パッド７１ｐの加熱源７１ｐＬに供給する電力が最も低くなるように制御される。これにより、前記第１の実施の形態と同様に、定着ベルト７３に対する熱供給効率が向上する。したがって、定着ベルト７３の温度の低下が抑制または防止される。

また、定着処理に際しては、定着ベルト７３とのラップ量の大きい内部加熱ロール７５の加熱源７５Ｌに対する供給電力が最も大きくなるように制御される。これにより、定着ベルト７３に対する熱供給効率が向上する。したがって、定着ベルト７３の温度の低下が抑制または防止される。

また、定着処理に際しては、定着パッド７１ｐ、内部加熱ロール７５および外部加熱ロール７６のうち、外部加熱ロール７６の温度が最も高くなるように制御される。また、外部加熱ロール７６の電力が２番目になるように制御される。これにより、前記第１の実施の形態と同様に、用紙Ｐでの光沢段差が抑制または防止される。

さらに、定着処理に際しては、定着パッド７１ｐの温度が定着ベルト７３の温度以上になるように制御される。これにより、前記第１の実施の形態と同様に、定着ベルト７３に対する熱供給効率が向上する。したがって、定着ベルト７３の温度の低下が抑制または防止される。

以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって、開示された技術に限定されるものではないと考えるべきである。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈されるべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲の要旨を逸脱しない限りにおけるすべての変更が含まれる。

例えば、前記実施の形態においては、中間転写ベルトに転写されたトナー像を用紙に転写する中間転写方式の画像形成装置に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、感光体ドラム（像保持体の一例）のトナー像を用紙等に直接転写する直接転写方式の画像形成装置に適用しても良い。

また、前記実施の形態においては、カラー画像を形成する場合について説明したが、例えばモノクロ画像を形成する場合に適用しても良い。

また、前記実施の形態においては、記録媒体として用紙に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、フィルム、はがき等、画像が形成される様々なものに適用しても良い。

以上の説明では、本発明をカラープリンタに適用した場合について説明したが、例えば、カラー複写機、ファクシミリまたはこれらの機能を合わせ持つ画像形成装置等、他の画像形成装置に適用しても良い。

１ 画像形成装置
２０，２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋ，２０ＣＬ 作像ユニット
２１ 感光体ドラム
２２ 帯電装置
２３ 露光装置
２４ 現像装置
２５ 一次転写ロール
３０ 中間転写ベルト
４１ バックアップロール
４２ 二次転写ロール
５０ａ，５０ｂ 用紙供給トレイ
６０ 用紙搬送系
７０ 定着装置
７１ 定着ロール
７１Ｌ 加熱源
７１ｐ 定着パッド
７１ｐＬ 加熱源
７１ｐＳ 温度検出センサ
７２ 加圧ロール
７２Ｓ 温度検出センサ
７３ 定着ベルト
７４ 剥離パッド
７５ 内部加熱ロール
７５Ｌ 加熱源
７５Ｓ 温度検出センサ
７６ 外部加熱ロール
７６Ｌ 加熱源
７６Ｓ 温度検出センサ
７７ａ，７７ｂ 支持ロール
７８ 冷却ファン
Ｐ 用紙
Ｎ 定着ニップ部
Ｎ１ 第１の定着ニップ部
Ｎ２ 第２の定着ニップ部

Claims (3)

1. 現像剤像が転写された記録媒体を加熱する第１の加熱手段と、
   前記第１の加熱手段に対向する位置に設けられ、その対向間の定着部に送られた前記記録媒体に対して圧力を加える加圧手段と、
   前記定着部を通過するように前記第１の加熱手段に架け渡された状態で周方向に回転自在に設けられ、前記定着部において前記記録媒体を加熱する無端状の加熱部材と、
   前記加熱部材が掛け渡された状態で設けられ、該加熱部材をその内周面側から加熱する第２の加熱手段と、
   前記加熱部材の外周面に接した状態で設けられ、該加熱部材をその外周面側から加熱する第３の加熱手段と、
   前記記録媒体の現像剤像の定着処理において、前記第１の加熱手段、前記第２の加熱手段および前記第３の加熱手段のうち、前記第３の加熱手段の温度が最も高く、前記第２の加熱手段の温度が次に高く、前記第１の加熱手段の温度が最も低くなるように設定する制御を行う制御手段と、
   を備えたことを特徴とする定着装置。
2. 前記制御手段は、前記記録媒体の現像剤像の定着処理において、前記第１の加熱手段の温度を前記加熱部材の温度以上になるように設定する制御を行うことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 現像剤像を保持する像保持体と、
   前記像保持体の現像剤像を記録媒体に転写する転写手段と、
   前記記録媒体に転写された現像剤像を定着する請求項１または２に記載された定着装置と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。

Images