JP6815754B2

JP6815754B2 - 定着装置

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Publication number: JP6815754B2
Application number: JP2016109878A
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Inventors: 佳祐茂木
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Filing date: 2016-06-01
Publication date: 2021-01-20
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Description

本発明は、記録材上にトナー像を定着する定着装置に関する。

電子写真方式の複写機などの画像形成装置には定着装置が搭載されている。定着装置においては、未定着トナー像（現像剤像）が形成された記録材を一対の回転体で挟持搬送してトナーを熱によって融解して画像を固着画像として記録材上に定着させる。

定着装置は様々なものがあるが、熱伝達効率が高く、装置の立ち上がりが速いオンデマンド方式として、熱容量の小さい定着ベルト（フィルム）を定着回転体（像加熱部材）として用いたベルト定着装置が提案されている。さらに近年、画像形成装置の省エネルギー化や高速化といったニーズに応じるため、ＩＨ方式（誘導加熱方式）の定着装置が提案されている。ＩＨ方式の定着装置は、励磁コイルによる磁界によって定着回転体に設けた薄肉発熱層に渦電流を発生させジュール熱により発熱させる方式である。

この方法は熱発生源が定着回転体そのものであり、ニップ部に至るまで介在する部材が少ない。そのため、従来のハロゲンランプを用いた熱ローラ方式に比して、定着装置の起動時に定着回転体表面の温度が定着に適当な温度になるまでに要する時間が短くできるという特徴がある。また熱発生源からトナー溶融箇所ヘの熱伝達経路が短く単純であるため熱効率が高いという特徴もある。

ＩＨ方式の定着装置は励磁コイルからなる磁束発生手段と、発熱層を含む定着回転体と、磁性体コアから構成されている。ＩＨによる加熱の速さとオンデマンド方式の低熱容量を組み合わせ、さらに定着装置の立ち上げ時間を早くした定着装置も提案されてきている。

朝一（冷却時）からの立ち上げ時は、コイルの発熱分布の特性上、定着回転体の長手中央部に対して端部の温度が低下しやすい。これは、コイルにターン部が存在するため、ターン部で磁界が乱れ、発熱効率が端部の方がよくないためである。装置の不要な大型化や消費電力の観点から、コイルを長手方向に大きくするのには限界があるため、端部の温度が中央部に比べてある程度低くなってしまうことは、ある程度想定される。定着回転体に圧接している加圧回転体（加圧部材）も、同様に長手中央部に対して端部の温度が低い状態となっている。

この状態で、幅広の記録材を装置に導入した場合、端部の温度が低いために加圧回転体の外径に、熱膨張に起因する中央端部差が顕著に発生し、記録材のシワが発生する可能性がある。この問題に対して特許文献１の先行技術が挙げられる。この先行技術においては、加圧回転体の長手中央部に冷却ファンを配置し、ファンを吹くことで加圧回転体の外径の中央部と端部の差を解消し、記録材シワを押さえるものである。

特開２０１４−５２４５２号公報

先行技術は定着回転体を励磁コイルで加熱しつつ端部の温度を上昇させる。そのために加圧回転体の長手中央部を冷却ファンで吹く場合、ファンが局所的に加圧回転体を冷却することで長手温度分布の温度に急嵯な勾配が生じ、記録材シワを防ぎきれないことがあった。

本発明は上記の先行技術の更なる改善に係り、その目的とするところは、装置が冷えている状態からの立ち上げ直後であっても、記録材シワの発生を効果的に防ぐことができる定着装置を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明に係る定着装置の代表的な構成は、記録材上のトナー像を加熱する回転可能な像加熱部材と、前記像加熱部材を圧し、記録材を挟持搬送するニップ部を形成する回転可能な加圧部材と、前記加圧部材に当接して前記加圧部材から吸熱する吸熱回転体と、前記吸熱回転体を前記加圧部材に対して接離させる接離機構と、前記加圧部材の長手中央部を冷却するための冷却手段と、前記加圧部材の長手方向において前記加圧部材の中央部の温度を検知する第一検知部材と、前記長手方向において前記加圧部材の端部の温度を検知する第二検知部材と、記録材に画像を形成する画像形成ジョブが入力された場合に、前記接離機構を作動させて前記吸熱回転体を前記加圧部材に当接させた状態で前記冷却手段を作動させながら前記加圧部材を回転させて、前記第一検知部材の検知温度と前記第二検知部材の検知温度との差分が所定温度以下になったら画像形成動作を開始する画像形成モードを実行可能とする制御部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、装置が冷えている状態から立ち上げ直後であっても、記録材シワの発生を効果的に防ぐことができる定着装置を提供することができる。

実施例に係る定着装置の要部の横断右側面模式図同装置の要部の正面模式図（ａ）はコイルユニットの斜視模式図、（ｂ）はベルトユニットの内部アセンブリの斜視模式図（ａ）と（ｂ）はそれぞれ一端側と他端側のフランジ部材およびこれらが嵌着されるステーの一端部と他端部の斜視模式図定着ベルトの層構成を示す断面模式図加圧ローラの形状図（クラウン量の説明図）定着装置の主要構成部材の長さ寸法と第１と第２の温度センサの位置関係を示した図制御系統のブロック図定着ベルトと加圧ローラに係る長手方向の温度分布図定着装置制御のタイミングチャート定着装置制御のフローチャート図実施例における画像形成装置の概略断面図

《実施例》
［画像形成装置］
図１２は本実施例における画像形成装置の概略断面図である。この画像形成装置１００は、装置本体１０１の上部にリーダ部１０２が搭載されている、タンデム方式−中間転写方式のフルカラー電子写真複写機である。

リーダ部１０２は原稿台ガラス１０３と、これに載置された原稿を走査して画像を光電読取りするＣＣＤセンサユニット１０４を有している。このユニット１０４により得られた画像信号はリーダ画像処理部２０１からプリンタ制御部２００に送られ、装置本体１０１側の画像形成部に合わせた画像処理がなされる。制御部２００には操作部２０２からも各種の情報が入力される。

装置本体１０１は、それぞれ、イエロー（Ｙ）色、マゼンタ（Ｍ）色、シアン（Ｃ）色、ブラック（Ｂｋ）色のトナー像を形成する４つの作像部ＵＹ、ＵＭ、ＵＣ、ＵＫを有する。各作像部は、それぞれ、感光ドラム１０５、帯電器１０６、レーザスキャナ１０７、現像器１０８、一次転写ローラ１０９、ドラムクリーナ１１０を有する。なお、図の煩雑を避けるため作像部ＵＹ以外の作像部ＵＭ、ＵＣ、ＵＫにおけるこれらの機器に対する符号の記入は省略した。また、これら作像部の電子写真プロセスや作像動作は公知であるからその説明は割愛する。

各作像部のドラム１０５から回動する中間転写ベルト１１１に対して各色のトナー像が所定に重畳されて一次転写される。これによりベルト１１１上に４色重畳のトナー像が形成される。一方、カセット１１２又は１１３から記録材（シート：以下、用紙あるいは紙と記す）Ｐが一枚宛給送される。その用紙Ｐが搬送路１１４を通ってレジストローラ対１１５により所定の制御タイミングでベルト１１１と二次転写ローラ１１６との圧接部である二次転写ニップ部に導入される。これにより、用紙Ｐに対してベルト１１１上の４色重畳のトナー像が一括して二次転写される。

その用紙Ｐが像加熱装置である定着装置３００に導入されて加熱・加圧されることで未定着のトナー像が溶融軟化して固着像として定着（熱定着）される。定着装置３００を出た用紙Ｐは排出トレイ１１７上に排出される。ここで、本実施例の画像形成装置においては大小各種幅サイズの用紙の搬送は用紙幅中心の所謂中央基準にてなされる。

［定着装置］
ここで、以下で説明する定着装置３００に関し、正面とは装置を用紙入口側からみた面、背面とはその反対側の面（用紙出口側）、左右とは装置を正面から見て左または右である。本実施例においては右側を一端側Ｒ、左側を他端側Ｆとする。上下とは重力方向において上または下である。上流側と下流側とは用紙搬送方向（記録材搬送方向）に関して上流側と下流側である。また、定着装置またはこれを構成している部材の長手方向（もしくは幅方向）とは用紙搬送路面内において用紙搬送方向に直交する方向である。短手方向とは用紙搬送方向に平行な方向である。

図１は本実施例の定着装置３００の要部の横断右側面模式図である。図２は同装置３００の要部の正面模式図である。この定着装置３００は、ＩＨ（誘導加熱）方式−ベルト加熱方式の画像加熱装置であり、大別して、下記のような部材や機構を有している。

ａ：用紙Ｐのトナー像担持面と接触する回転体（定着回転体、像加熱部材）としての可撓性を有する無端状ベルト（エンドレスベルト、ベルト部材：以下、定着ベルトあるいはベルトと記す）１１を有するベルトユニット１
ｂ：ベルト１１を加熱するための加熱器（加熱手段）としてのコイルユニット（誘導加熱装置、磁束発生手段）２
ｃ：ベルト１１と共にニップ部Ｎを形成する回転体（加圧回転体、加圧部材）としての弾性を有する加圧ローラ３
ｄ：加圧ローラ３との当接により加圧ローラ３から吸熱する吸熱回転体としての均熱ローラ４
ｅ：加圧ローラ３の長手中央部（幅方向中央部）を冷却する冷却手段としての冷却ファン５
ｆ：上記の部材や機構を収容している装置枠体（シャーシ、ハウジング）６
（１）ベルトユニット１
ベルトユニット１は、磁束が通過することにより発熱する金属層を有するベルト１１の内部に内部アセンブリを有する。このアセンブリは、定着パッド１２を有する圧力付与部材としてのパッド部材１３、該パッド部材１３を保持する横断面下向きコの字形の金属製のステー１４、該ステー１４を覆う内コア（磁性体コア）１５等の組み立て体である。図３の（ｂ）はこの内部アセンブリの斜視模式図である。

パッド１２、パッド部材１３、ステー１４、内側コア１５は何れもベルト１１の長手方向（幅方向）に長い部材である。ステー１４は一端部と他端部がそれぞれベルト１１の両端部から外方に突出しており、その突出部に対してそれぞれ一端側と他端側のフランジ部材１６Ｒ・１６Ｆが嵌着されている（図２）。図４の（ａ）と（ｂ）はそれぞれ一端側と他端側のフランジ部材１６Ｒ・１６Ｆおよびこれらが嵌着されるステー１４の一端部と他端部の斜視図である。ベルト１１はこの両フランジ部材１６Ｒ・１６Ｆのフランジ面１６ａ・１６ａ間において内部アセンブリ１２〜１５の外側にルーズに外嵌されている。

パッド部材１３の内側（パッド１２の側とは反対側）においてパッド部材１３の長手中央部と一端部側にはそれぞれ温度センサ取り付け部（不図示）が配設されている。その各取り付け部にそれぞれ弾性支持部材１７を介して第１温度センサ（第１の温度検知手段、第一検知部材：メインサーミスタ）ＴＨ１と第２温度センサ（第２の温度検知手段、第二検知部材：サブサーミスタ）ＴＨ２が設けられている。

第１温度センサＴＨ１の弾性支持部材１７はステー１４の上面の長手中央部に設けられている透穴１４ａとこの透穴１４ａに対応する内コア位置に設けられている透穴１５ａを通って内コア１５の外側に突き出ている。そして、この支持部材１７の先端部に支持された第１温度センサＴＨ１がベルト１１の長手中央部の内面に対して弾性的に当接している。これにより、回転されるベルト１１のセンサ当接面が波打つなどの位置変動が生じたとしてもセンサＴＨ１がこれに追従してベルト１１の内面との良好な接触状態が維持される。

第２温度センサＴＨ２の弾性支持部材１７もステー１４の上面の一端部側に設けられている透穴１４ｂとこの透穴１４ｂに対応する内コア位置に設けられている透穴１５ｂを通って内コア１５の外側に突き出ている。そして、この支持部材１７の先端部に支持された第２温度センサＴＨ２がベルト１１の一端部側の内面に弾性的に当接している。これにより、回転されるベルト１１のセンサ当接面が波打つなどの位置変動が生じたとしてもセンサＴＨ２がこれに追従してベルト１１の内面との良好な接触状態が維持される。

ベルト１１について図５を用いて説明する。本実施例において、ベルト１１は内径が３０ｍｍ、長さ３９０ｍｍで、電気鋳造法によって製造したニッケルの基層（磁束が通過することにより発熱する金属層）１１ａを有している。基層１１ａの厚みは４０μｍである。ベルト１１の長さ（幅）Ｌ１１（図７）はこの基層１１ａの長さ３９０ｍｍに対応している。

基層１１ａの外周には弾性層１１ｂとして耐熱性シリコーンゴム層が設けられている。シリコーンゴム層の厚さは１００〜１０００μｍの範囲内で設定するのが好ましい。本実施例では、ベルト１１の熱容量を小さくしてウォーミングアップタイムを短縮し、かつカラー画像を定着するときに好適な定着画像を得ることを考慮して、シリコーンゴム層１１ｂの厚みは３００μｍとされている。このシリコーンゴムは、ＪＩＳ−Ａ２０度の硬度を持ち、熱伝導率は０．８Ｗ／ｍＫである。

弾性層１１ｂの外周には、表面離型層１１ｃとしてフッ素樹脂層（例えばＰＦＡやＰＴＦＥ）が３０μｍの厚みで設けられている。基層１ａの内面側には、ベルト内面と前記温度センサＴＨ１・ＴＨ２との摺動摩擦を低下させるために、フッ素樹脂やポリイミドなどの樹脂層（滑性層）１１ｄを１０〜５０μｍ設けても良い。本実施例では、この層１１ｄとしてポリイミドを２０μｍ設けた。

なお、ベルト１１の基層１１ａとしては、ニッケルのほかに鉄合金や銅、銀などを適宜選択可能である。また、樹脂基層にそれら金属を積層させるなどの構成でも良い。基層１１ａの厚みは、後述するコイルユニット２の励磁コイル２１に流す高周波電流の周波数と金属層１１ａの透磁率・導電率に応じて調整して良く、５〜２００μｍ程度の間で設定すると良い。

パッド１２を有するパッド部材１３がベルト１１と加圧ローラ３との間に押圧力を作用させてニップ部Ｎを形成する。パッド１２はステンレスなどの金属やセラミックス等の硬度の高い材質からなり、厚さ１ｍｍ程度で長手方向に伸びた形状である。パッド部材１３の材質はＰＰＳやＬＣＰ等の耐熱性の樹脂からなる。

パッド部材１３を保持するステー１４はニップ部Ｎに圧力を加えるために剛性が必要であるため金属製の剛性部材である。ステー１４の材質としては、コイルユニット２によってベルト１１のみが発熱することが望ましく、誘導加熱の影響を受けにくいステンレス等の非磁性の材質が望ましい。

ステー１４のコイルユニット２側には、誘導加熱をより効果的に行うために内コア１５が設けられている。内コア１５は、図３の（ｂ）に示すように、長手方向に複数に分割して、コイルユニット２の後述する励磁コイル２１との距離を漸次変化させるように配置されている。内コア１５はコイル２１に高周波電流を印加することにより発生した磁束がより効率的にベルト１１の加熱に用いられるように、磁束を遮蔽するフェライト等の高透磁率の材質からできている。

ベルトユニット１は一端側と他端側のフランジ部材１６Ｒ・１６Ｆをそれぞれ装置枠体６の一端側と他端側の側板６１Ｒ・６１Ｆに形成されている縦方向のガイドスリット部（不図示）に係合させて配設されている。これにより、ベルトユニット１は全体に側板１６Ｒ・１６Ｆ間においてガイドスリット部に沿って上下方向に所定の範囲で移動可能な自由度を有する。

（２）加圧ローラ
本実施例における加圧ローラ３は、長手中央部の径が２０ｍｍで両端部の径が１９ｍｍである鉄合金製の芯金に、弾性層としてシリコーンゴム層を設けた、外径が３０ｍｍの弾性ローラである。弾性層の長さは３７０ｍｍとしてある。この弾性層の長さ部分が加圧ローラ３の長さ（幅）Ｌ３である。弾性層の表面には、離型層としてフッ素樹脂層（例えばＰＦＡやＰＴＦＥ）が３０μｍの厚みで設けられる。加圧ローラ２の長手中央部における硬度は、ＡＳＫ−Ｃ７０℃である。

加圧ローラ２は、図６に誇張して示すように、端部の外径が中央の外径より大きい、逆クラウン形状としている。クラウン量は加圧ローラ３の中央と端部で２００μｍとしている。なお、加圧ローラ２の外径形状は、このような逆クラウン形状以外に、例えば、中央と端部との径がほぼ同じとなるストレート形状としても良い。

加圧ローラ３はユニット１の下側において、軸線方向をベルトユニット１の長手方向にほぼ平行にして、芯金の一端側と他端側をそれぞれ装置枠体６の一端側と他端側の側板６１Ｒ・６１Ｆ間にそれぞれ軸受（不図示）を介して回転可能に配設されている。

加圧ローラ２は、制御部２００の駆動制御回路部２０７（図８）で制御される駆動機構２０８により回転駆動される。駆動機構２０８の具体的な構成は図には省略したけれども、モータとギアトレインなどにより構成されている。

（３）圧力付与機構
ベルトユニット１の一端側と他端側のフランジ部材１６Ｒ・１６Ｆはそれぞれ装置枠体６の一端側と他端側の側板６１Ｒ・６１Ｆに対して加圧ローラ２に対して近寄る方向と遠のく方向とにスライド移動可能に係合されている。

そして、図２のように、一端側のフランジ部材１６Ｒにおけるバネ受け部１６ｂと装置枠体６の一端側の固定のバネ受け部材６２Ｒとの間には加圧バネ６３Ｒが縮設されている。同様に、他端側のフランジ部材１６Ｆにおけるバネ受け部１６ｂと装置枠体６の一端側の固定のバネ受け部材６２Ｆとの間には加圧バネ６３Ｆが縮設されている。

上記の加圧バネ６３Ｒ・６３Ｆの縮設反力によりベルトユニット１のステー１４にはフランジ部材１６Ｒ・１６Ｆを介して常時押し下げ力が作用している。これにより、パッド１２を有するパッド部材１３と加圧ローラ３とがベルト１１を挟んで所定の加圧力をもって圧接して、ベルト１１と加圧ローラ３との間に用紙搬送方向ａに関して所定幅のニップ部Ｎが形成される。パッド部材１３は、長手中央が端部よりも加圧ローラ３側に突出するようなクラウンが付けてあり、クラウン量はパッド部材１３の長手中央と端部で１．４ｍｍとしている。

（４）コイルユニット
コイルユニット２は、ベルトユニット１の上側に配設されている。なお、図２においては、便宜上、コイルユニット２は省かれている。コイルユニット２はベルト１１の長手方向に沿って長いハウジング２３の内部に励磁コイル（磁束を生ずるコイル）２１、外コア（外側磁性体コア）２２等を組み付けたものである。図３の（ａ）はコイルユニット２の斜視模式図である。

ハウジング２３は横長箱型で耐熱樹脂製の成型品（電気絶縁性樹脂の肉厚２ｍｍ程度のモールド部材）である。ハウジング２３の底板２３ａ側がベルト１１に対する対向面である。底板２３ａは横断面においてベルト１１の外周面の略半周範囲に沿うようにハウジング２３の内側に湾曲している。

コイルユニット２はハウジング２３の両端部がベルトユニット１の一端側と他端側のフランジ部材１６Ｒ・１６Ｆに受け止められている。これにより、ハウジング２３の底板２３ａがベルト１１の上面に対して所定のギャップ（隙間）αを存して対面している。コイルユニット２はハウジング２３の一端側と他端側の側板がそれぞれの側のフランジ部材１６Ｒ・１６Ｆにワイヤーバネ（不図示）で括りつけられている。つまり、コイルユニット２はベルトユニット１と一体化されている。

コイル２１は、電線として例えばリッツ線を用い、これを横長・船底状にしてベルト１１の周面と側面の一部に対向するように巻回してなる。そして、ハウジング内側に湾曲している底板２３ａの内面に当てがわれてハウジング内部に収められている。コイル２１には、制御部２００の駆動制御回路部２０７により制御される電源装置（励磁回路：図８）２１１から２０〜５０ｋＨｚの高周波電流が印加される。この電流印加によりコイル２１によって発生した磁界によりベルト１１の金属層（導電層）１１ａが誘導発熱する。

外コア２２は、コイル２１によって発生した磁界がベルト１１の金属層以外に実質漏れないようにコイル２１を覆わせた外側の磁性体コアである。そして、外コア２２は、図３の（ａ）のように、長手方向に沿って複数に分割されて並んで配置されている。

（５）均熱ローラ
均熱ローラ４は加圧ローラ３との当接により加圧ローラ３から吸熱する吸熱回転体であり、制御部２００の駆動制御回路部２０７により制御される接離機構２１０により加圧ローラ３に対して接離可能（着脱可能）に配置されている。接離機構２１０の具体的な構成は図には省略したけれども、モータとカムを有するシフト機構、ソレノイドとレバーを有するシフト機構などの適宜の移動機構を用い得る。

均熱ローラ４は、ベルト１１の通紙部以外の異常昇温を加圧ローラ３で吸熱し、その吸熱した加圧ローラ３の熱を分散し、ベルト１１の異常昇温を抑制するために備えられている。即ち、均熱ローラ４は加圧ローラ３における熱の移動を促進させる機能を有する。

このような均熱ローラ４は、熱伝導率が１００〜２５０℃で１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、且つ熱容量が１００〜２５０℃で３．０ｋＪ／ｍ３・Ｋ以下の材料からなることが好ましい。前記材料はアルミニウム及び銅などであることが好ましい。均熱ローラ４の軸径は８［ｍｍ］であり、均熱ローラ４の直径はφ２０［ｍｍ］、長さＬ４（図７）は３８００［ｍｍ］、前記材料で内部が埋まっている中実構成である。均熱ローラ４は芯金にトナー離型層が被覆されたローラを用い得る。

図７は本実施例の定着装置３００の主要構成部材の長さ寸法と第１と第２の温度センサＴＨ１、ＴＨ２の位置関係を示した図である。Ｌ１１はベルト１１の長さ寸法であり、本実施例においては３９０ｍｍである。Ｗ１１はベルト１１の最大発熱幅である。最大発熱幅とはトナーが用紙に定着できる温度を保っているベルト幅方向の最大幅のことを意味する。本実施例においてはこの最大発熱幅Ｗ１１は３３０ｍｍである。

Ｌ３は加圧ローラ３の長さ寸法であり、本実施例においては３７０ｍｍである。従って、ベルト１１と加圧ローラ３との当接で形成されるニップ部Ｎの長手幅は加圧ローラ３の長さＬ３と同じ３７０ｍｍである。Ｌ４は均熱ローラ４の長さ寸法であり、本実施例においては３８０ｍｍである。Ｏは用紙搬送の中央基準線（仮想線）である。ＷＰｍａｘは装置に使用可能な最大幅用紙の通紙幅（最大通紙幅）である。本実施例では装置に使用可能な最大幅用紙の幅寸法は３３０ｍｍである。

第１温度センサＴＨ１は用紙搬送の中央基準線Ｏの位置にほぼ対応して配設されていて、ベルト１１の長手中央部の温度を検知する。即ち、第１温度センサＴＨ１は、大小各種幅サイズの用紙の何れもが通過する通紙部となるベルト部分の温度を検知する。温度センサＴＨ１により検知された検知温度情報は、制御部２００にフィードバックされる。

制御部２００は、この温度センサＴＨ１から入力する検知温度が所定の目標温度（定着温度）に維持されるように電源装置２１１からコイル２１に入力する電力を制御している。即ち、ベルト１１の検知温度が目標温度に昇温した場合、コイル２１への通電が遮断される。本実施例では、電源の立ち上げ中はベルト１１の目標温度で一定になるように、第１温度センサＴＨ１の検出温度に基づいて高周波電流の周波数を変化させてコイル２１に入力する電力を制御して温度調節（温調）を行っている。

第２温度センサＴＨ２は、ベルト１１の長手中央から例えば１５８ｍｍの位置に配置されている。第２温度センサＴＨ２は、通紙する最大幅サイズの用紙の端部近傍にあることが望ましく、ベルト１１の幅方向中央から１５０〜１６５ｍｍの範囲にあることが好ましい。

（６）冷却ファン
冷却ファン（シロッコファン）５は加圧ローラ３の長手中間部（中央から±５０ｍｍの範囲）を冷却する。このような冷却ファン５は、均熱ローラ４に対向する位置に配置され、均熱ローラ４及び加圧ローラ３を冷却する。配置上、冷却ファン５からの風は加圧ローラ３と均熱ローラ５の両方を冷却するが、加圧ローラ３だけを冷却すれば良い。均熱ローラ５のみを冷却することも構成上は可能であるが、熱伝達が均熱ローラ５を経由する分、加圧ローラ３の冷却に時間を有してしまう。

冷却ファン５は、制御部２００の画像形成ジョブの受け付け時、ジョブ中の第１温度センサＴＨ１、第２温度センサＴＨ２の温度情報やジョブ中の換算枚数に基づいてオンされる。冷却ファン５は２４Ｖ電源を受けて駆動する。

（６）定着動作
画像形成装置１００のスタンバイ状態において、定着装置３００の加圧ローラ３は回転が停止されている。コイル２１に対する通電、冷却ファン５に対する通電はオフにされている。

制御部２００は、プリントジョブ開始信号（画像形成ジョブ開始信号）の入力に基づいて画像形成シーケンス制御を行う。定着装置３００については、加圧ローラ駆動機構２０８をオンにして加圧ローラ３を図１の矢印Ｒ３の反時計方向に回転駆動させる。

この加圧ローラ３の回転により、ニップ部Ｎにおける加圧ローラ３の表面とベルト１１の表面との摩擦力でベルト１１に回転力が作用する。ベルト１１はその内面がパッド１２に密着して摺動しながら内部アセンブリ１２〜１５の外周りを図１において矢印Ｒ１１の時計方向に加圧ローラ３の回転速度と同じ速度で従動回転する。ベルト１１の回転に伴うスラスト方向への移動はフランジ部材１６Ｒ・１６Ｆのフランジ面１２ａ・１２ａにより規制される。

なお、回転するベルト１１は、基層１１ａが金属で構成されているので、回転状態にあっても幅方向への寄りを規制するための手段としては、ベルト１１の端部を単純に受け止めるだけのフランジ部材１６Ｒ・１６Ｆを設ければ十分である。これにより、定着装置３００の構成を簡略化できるという利点がある。

また、制御部２００は電源装置２１１からコイル２１に対して高周波電流を印加する。コイル２１は高周波電流の供給により交番磁束（磁場）を発生する。その交番磁束がコア２２により回転しているベルト１１の上面側においてベルト１１の金属層１１ａに導かれる。そうすると、金属層１１ａに渦電流が発生して、その渦電流によるジュール熱により金属層１１ａが自己発熱（電磁誘導発熱）してベルト１１が昇温していく。

即ち、回転するベルト１１はコイルユニット２から発生される磁界が存在する領域を通過したときに金属層１１ａが電磁誘導発熱して全周的に加熱されて昇温する。このベルト１１の温度が第１温度センサＴＨ１により検知され、その検知温度情報が制御部２００にフィードバックされる。制御部２００はこのセンサＴＨ１から入力する検知温度（検知される温度に関する情報）が所定の目標温度（定着温度：所定の温度に対応する情報）に維持されるように電源装置２１１からコイル２１に対する供給電力を制御している。

本実施例では、ベルト１１の目標温度である１８０℃で一定になるように、第１温度センサＴＨ１の検出値に基づいて高周波電流の周波数を変化させてコイル２１に入力する電力を制御して温度調節を行っている。

上記のように加圧ローラ３が駆動され、ベルト１１が所定の定着温度に立ち上がって温調された状態において、ニップ部Ｎに未定着のトナー像ｔを担持した用紙Ｐがトナー像担持面側をベルト１１側に向けてガイド部材１８で案内されて導入される。用紙Ｐはニップ部Ｎにおいてベルト１１の外周面に密着し、ベルト１１と一緒にニップ部Ｎを挟持搬送されていく。

これにより、主にベルト１１の熱が付与され、またニップ部Ｎの圧力を受けて未定着トナー像ｔが用紙Ｐの表面に熱圧定着（熱定着）される。ニップ部Ｎを通った用紙Ｐはベルト１１の外周面からベルト１１の表面がニップ部Ｎの出口部分の変形によって自己分離（曲率分離）して、更には分離ガイド１９ａで分離補助を受けて、ガイド部材１９ｂにより定着装置３００から排出搬送されていく。本実施例の場合はベルト１１の表面回転速度が３３０ｍｍ／ｓｅｃで回転し、カラー画像を１分間にＡ４サイズ用紙で８０枚、Ａ４Ｒサイズで５８枚、定着処理することが可能である。

（７）温調温度
ベルト１１の温調温度（目標温度）は、画像形成装置１００が置かれている環境により変更している。即ち、画像形成装置本体１０１内に配置された環境センサ２１２（図１２、図８）により、装置本体内の温度や湿度を測定し、その測定結果に基づいて、制御部２００がベルト１１の温調温度を設定している。

また、制御部２００は、紙種、例えば、薄紙と普通紙１と再生紙１でも温調温度を変更している。ここで、薄紙とは、紙の坪量が５２〜６４［ｇ／ｍ²］未満の用紙である。普通紙１とは、坪量が６４〜８２［ｇ／ｍ²］未満の用紙である。再生紙１とは、再生紙（リサイクルペーパ）であり、坪量が６４〜８２［ｇ／ｍ^２］未満の用紙である。このような紙種の設定は、例えば、ユーザが操作部２０２により行う。

紙種に応じた温調温度の設定値としては、例えば、薄紙の場合には、低温環境１５℃では温調温度が１８５℃、高温環境３０℃では温調温度が１７０℃に設定している。普通紙１の場合には、低温環境１５℃では温調温度は２００℃、高温環境３０℃では温調温度は１８５℃に設定している。再生紙１の場合には、低温環境１５℃では温調温度は１９５℃、高温環境３０℃では温調温度は１８０℃に設定している。

（８）装置の電源投入時又は画像形成ジョブの開始時の制御
本実施例の定着装置３００では、画像形成装置１００の電源投入時又は画像形成ジョブの開始時で、ニップ部Ｎに用紙が進入する前に、制御部２００は、ベルト１１を加熱するべくコイル２１に投入する電流を制御する。最大発熱幅では、幅方向の長さが３３０ｍｍとなる。また、最大発熱幅内の温度差は±１５℃以内に収まっている。最大発熱幅とは、トナーが記録材に定着できる温度を保っている定着ベルト１の長手の最大幅のことを示している。

このようにベルト１１を加熱した際に、前述したように、コイル２１の端部で長手中央部に対して発熱効率が低下するため、ベルト１１の温度が長手中央部よりも端部が低下してしまう。加圧ローラ３はベルト１１のニップ部Ｎでの熱伝導により温度上昇するため、加圧ローラ３の長手に沿う温度分布はベルト１１と同様、端部で低くなり、用紙を搬送する速度が長手中間部よりも端部で遅くなる。そして、用紙端部が中央部に引っ張られて、用紙にしわが発生する可能性がある。

そこで、本実施例では、冷却ファン５を駆動させることにより、加圧ローラ３の長手中央部と端部との温度差を低減して、紙しわの発生を抑えるようにしている。即ち、制御部２００は、装置の電源投入時又は画像形成ジョブの開始時で、ニップ部Ｎに用紙が進入する前に、ベルト１１を最大発熱幅にすると共に、冷却ファン５により加圧ローラ３の長手中央部を冷却するようにしている。

ここで、冷却ファン５のみを作動した場合、ファンにより加圧ローラ３の温度が局所的に低下することによって、加圧ローラ３の温度勾配が急嵯になってしまう。この状態で通紙を行った場合、特に用紙の幅方向中央部のみにベタ画像があるような画像（以下、帯画像）において、紙シワやグロスムラ（ナメクジ）になるリスクがある。

すなわち、トナーが存在する箇所と存在しない箇所とで、ニップ部Ｎでの用紙の縮み方と搬送速度が異なるため、長手方向に急嵯な温度分布が存在した場合、面内で均一な画像を通紙した時のようにはいかない場合がある。

そのため、本実施例では図１の実線示のように、均熱ローラ４を加圧ローラ３に当接させつつ、冷却ファン５を駆動している。加圧ローラ３に当接させた均熱ローラ４は加圧ローラ３の回転に従動して回転する。

さらに、第１温度センサＴＨ１によって検知した温度Ｔｃと第２温度センサＴＨ２によって検知した温度Ｔｅの温度差をモニタリングしている。そして、その両検知温度の温度差（Ｔｃ−Ｔｅ）が所定値（所定温度）になるまで均熱ローラ４を加圧ローラ３に当接させた状態（以下、均熱ローラ−着と記す）にして冷却ファン５を吹きつつ温調を行う。本実施例では温度差（Ｔｃ−Ｔｅ）の所定値を５℃としている。

この時の温度分布を図９に示す。ニップ部Ｎに用紙が導入される直前の均熱ローラ４の加圧ローラ３に対する着、脱での温度分布差を比べると、均熱ローラ４を着している時の方が脱している時に比べ、中央端部の温度差は維持しつつ、温度勾配の急嵯な部分が減少している。

このような本実施例の制御について、図８の制御系統系のブロック図を用いて説明する。制御部２００は、ＣＰＵ２０３、記録材情報処理部２０５、カウンタ２０６、メモリ２０４、駆動制御回路部２０７を備える。記録材情報処理部２０５は、操作部２０２又はＰＣ等の外部端末４００から、ユーザが出力する記録材種の情報（用紙サイズおよび用紙種類）が送られる。カウンタ２０６は、画像形成枚数（印字枚数）をカウントする。

駆動制御回路部２０７は、加圧ローラ駆動機構２０８、均熱ローラ接離機構２１０、冷却ファン５、電源装置２１１等の駆動及び非駆動を制御する。メモリ２０４には、ＣＰＵ２０３が各制御部に指令を送るための各種データが保存されている。

ＣＰＵ２０３は、記録材情報処理部２０５の情報により、メモリ２０４を参照し、冷却ファン５を駆動する紙種か否かを判断する。駆動制御回路部２０７は、ＣＰＵ２０３からの指令に基づき、冷却ファン５の駆動、非駆動を制御する。

更に、カウンタ２０６の情報が、ＣＰＵ２０３に転送される。ＣＰＵ２０３では、その情報より、メモリ２０４を参照し、冷却ファン５のオフ（非駆動）条件を判断する。ＣＰＵ２０３は、冷却ファン５をオフする条件になったと判断したら、駆動制御回路部２０７に指令を出し、冷却ファン５を停止させる。

次に、このような制御を図１０のタイミングチャートを使って説明する。画像形成装置１００の電源が投入されるか、画像形成ジョブが開始されると、制御部２００は、加圧ローラ駆動機構２０９をオンにして加圧ローラ３を回転駆動させる。これによりベルト１１も従動して回転する。

次いで、制御部２００は、電源装置２１１からコイル２１に電圧を印加し、ベルト１１の温調を開始する。この温調開始とほぼ同じタイミングにおいて、冷却ファン５を駆動させ、また均熱ローラ接離機構２１０を動作させて均熱ローラ４を加圧ローラ３に加圧（着動作）させる。

本実施例では冷却ファン５は主に加圧ローラ３を冷却しているため均熱ローラ４の着動作よりも冷却ファン５のＯＮタイミングが早く設定されている。そのまま温調動作を行うことで、加圧ローラ３の長手中央部を冷却しているため第１温度センサＴＨ１が検知するベルト１１の長手中央部の温度Ｔｃと第２温度センサＴＨ２が検知するベルト端部の温度Ｔｅの温度差が少なくなってくる。初期は前述した温度の端部ダレによって、ベルト１１の端部の温度が中央部に比べて低い状態であるが、中央部を冷却することによって端部の温度が相対的に高くなるためである。

温度差（Ｔｃ−Ｔｅ）が所定値になると、画像形成が開始される。なお、通紙中は、非通紙部昇温が生じるため、温度差（Ｔｃ−Ｔｅ）は小さくなっていく。通紙が完了すると、冷却ファン５が停止し、均熱ローラ４が脱し、温調動作を停止し、加圧ローラ３の駆動が停止状態になる。

次に、このような本実施例の制御の流れについて図１１を用いて説明する。まず、画像形成装置１００の電源が投入（電源ＯＮ）されるか、又は、画像形成ジョブが開始（プリント信号ＯＮ）される（Ｓ１）。制御部２００は、定着装置３００の立ち上げを開始する（Ｓ２）。制御部２００は、定着装置３００の立ち上げにおいて、加圧ローラ駆動機構２０８をＯＮにして加圧ローラ３の回転駆動を開始させる（Ｓ３）。また、コイル２１に対する通電を開始して、ベルト１１の加熱と温調制御を行う（Ｓ４）。

また、制御部２００は、画像形成ジョブで通紙する記録材情報が薄紙か再生紙か、を判断し、薄紙または再生紙以外の用紙においては、ベルト１１の温度が１８０℃に達したら画像形成ジョブを開始する（Ｓ５→Ｓ１０→Ｓ１１）。

一方、薄紙や再生紙といった用紙の剛性が低く、シワが生じやすい紙が選択されている場合は、制御部２００は、さらに環境センサ２１２の検知結果を参照する（Ｓ５→Ｓ６）。このとき、環境センサ２１２の検知結果から画像形成装置１００が置かれている環境の水分量（絶対水分量）を検知し、それが１８ｇ／ｋｇ以上か、または相対湿度８０％以上か否かを判断する（Ｓ６）。

そして、絶対水分量が１８ｇ／ｋｇ以上（所定水分量以上）、または相対湿度８０％以上（所定値以上）であれば、制御部２００は、均熱ローラ接離機構２１０を着動作させて均熱ローラ４を加圧ローラ３に当接させ（Ｓ７）、また、冷却ファン５を吹く（冷却ファン５：ＯＮ）（Ｓ８）。このまま温調動作を行い、第１温度センサＴＨ１と第２温度センサＴＨ１でそれぞれ検知されるベルト１１の長手中央部と端部の温度差（Ｔｃ−Ｔｅ）が５℃以内になると、制御部２００は、画像形成ジョブを開始する（Ｓ９→Ｓ１０→Ｓ１１）。

制御部２００は、画像形成ジョブが終了したら（Ｓ１２）、冷却ファン５をＯＦＦにし（Ｓ１３）、均熱ローラ接離機構２１０を脱動作させ（Ｓ１４）、コイル２１に対する通電をＯＦＦにする（Ｓ１５）。そして、加圧ローラ駆動機構２０８をＯＦＦにして加圧ローラ３の回転駆動を停止させる（Ｓ１６）。この状態において、装置１００・３００は次の画像形成ジョブが投入されるまで待機状態に保持される。

このように、本実施例の場合、画像形成ジョブの開始時に、均熱ローラ４を加圧ローラ３に対して当接するとともに、冷却ファン５により加圧ローラ３および均熱ローラ４の長手中間部を冷却している。

即ち、制御部２００は、定着装置３００を立ち上げる際に、均熱ローラ接離機構２０９を作動させて均熱ローラ４を加圧ローラ３に当接しつつ、冷却ファン５を作動させて加圧ローラ３を冷却する制御モードを実行する。また、環境センサ２１２を備え、制御部２００は上記の制御モードにおいて、環境センサ２１２により検知される相対湿度もしくは水分に応じて、前記の温度差（Ｔｃ−Ｔｅ）前記所定値になるまで定着装置に対する用紙の導入を禁止する。

特に、画像形成ジョブ開始の最初の１枚或いは数枚の画像形成において、定着装置３００が冷えている状態から立ち上げた場合、加圧ローラ３の長手中間部と端部との温度差が大きくなり易いく、用紙にしわが生じ易い。そこで、本実施例では、ベルト１１における長手中央部の温度と端部の温度の温度差が所定になるまで均熱ローラ４を加圧ローラ４に着して冷却ファン５を吹き、しわを防止している。

上述したように、定着装置３００の立ち上がり時や電源ＯＮ時がしわに厳しいため、均熱ローラ４を加圧ローラ３に着して冷却ファン５を吹いた場合であっても、画像形成ジョブが開始されたのちは冷却ファン５を停止しても良い。通紙中は非通紙部昇温効果により端部の温度が中央部に比べて上昇するため、冷却ファン５を吹かなくても端部の温度が上昇していく。あまりにも端部の温度が中央部に対して上がりすぎると、用紙の後端ハネ等の別の画像不良が生じる可能性もある。

本実施例では特定の紙種、特定の環境のみで均熱ローラ４を着して冷却ファン５を吹く構成とした。しかし、が、しわに対してより緩い条件（例えば絶対水分量が１０〜１８ｇ／ｋｇ、相対湿度６０〜８０％など）においては、定着装置３００の立ち上げ時に均熱ローラ４を着せずに冷却ファン５のみを吹き、そのまま通紙しても良い。

なお、本実施例のように、定着装置３００の温調中に冷却ファン５を吹かなくても、用紙にしわが発生しないように、端部の紙の搬送速度を上げる構成にしておくことも考えられる。端部の紙の搬送速度を上げるためには定着装置３００のニップ部Ｎの圧分布、ニップ幅を中央より端部の方を大きくすればよい。

しかし紙の端部の速度を上げ過ぎると、紙の後端がばたついたり、跳ねたりする後端ハネ画像・チリメン画像（紙端部の濃度斑・グロス斑）が発生することがある。また、連続通紙して非通紙部昇温してくると、非通紙部昇温している加圧ローラ３の端部の箇所の径が膨張して、端部のニップが大きくなり、紙の端部の速度が上がってしまう。そうするとより顕著に後端ハネ・チリメンが発生してしまうことがある。そこで、本実施例では、上述のように冷却ファン５を用いて、用紙のしわの発生を防止している。

上述の本実施例では、冷却ファン５は薄紙、再生紙のみ駆動させた。但し、画像形成装置１００の置かれている環境、紙の放置状態、ジョブを受け付けた時のベルト温度、加圧ローラ温度等の条件により、他の紙種で冷却ファン５を駆動させても良い。また、用紙のサイズが長く、幅が広い方がしわが発生しやすいことから、用紙のサイズを限定的にして制御を行っても良い。

［実験１］
本実施例の効果を調べるために行った実験について説明する。実験では、上述の実施例の構成で、最大発熱幅（３３０ｍｍ）と発熱幅を狭くした場合（３００ｍｍ）とで、冷却ファン５の駆動時と非駆動時とで、用紙をニップ部Ｎに通した場合のしわ発生を調べた。

この実験は温度２５℃、相対湿度７０％の環境下において行った。使用した用紙は、ＣＳ−５２０Ａ３サイズＴ目（キヤノン株式会社製）、ＣＳ−８１４Ａ３サイズ（キヤノン株式会社製）、ＧＦ−Ｒ７０Ａ３サイズ（キヤノン株式会社製）である。そして、それぞれを１晩放置した後に本実施例の画像形成装置１００で画像形成を行った。

なお、ＣＳ−５２０は薄紙、ＣＳ−６８０は普通紙１、ＧＦ−Ｒ７０は再生紙１に相当する。また、形成した画像は、用紙上にマゼンタとシアンのトナー載り量１．０［ｍｇ／ｃｍ２］に設定した、ブルーの１５０ｍｍ帯画像とし、実験では、その画像を１０枚連続して通紙した。この実験結果を表１に示す。表１では、１０枚中全ての用紙でしわが発生しなかった場合を○、１枚でもしわが発生した場合を×とした。

表１から明らかなように、帯画像においては、均熱ローラ４を加圧ローラ３に当接させつつ冷却ファン５を駆動しないと用紙にしわが発生した。以上説明したように、本実施例によれば、用紙のしわの発生を防止することができる。

［その他の事項］
１）実施例の定着装置３００において、ベルトユニット１と加圧ローラ２とで形成されるニップ部Ｎのニップを解除可能な加圧解除機構を具備させて、定着装置３００のスタンバイ時にはニップ解除状態に保持する構成、制御にすることもできる。これにより、加圧ローラ２に対するニップ跡の係止を抑制できる。

２）実施例においては、均熱ローラ４を、定着処理（ニップ部を形成する）を行う一対の回転体のうち、一方の回転体である加圧ローラ３に接離可能に設けた構成であるが、他方の回転体であるベルト１１に接離可能に設けた構成とすることも出来る。従って、請求項に記載の第１及び第２の回転体における第１の回転体は実施例のように加圧ローラ３である場合とベルト１１である場合の両方が含まれる。

３）ベルト１１は複数の張架部材間に懸回張設して循環移動させる可撓性を有するエンドレスベルト部材にすることも出来る。また、回転体であるベルト１１をローラ体にすることも出来る。

４）回転体である加圧ローラ３をエンドレスベルト体にした構成にすることも出来る。

５）定着処理（ニップ部を形成する）を行う一対の回転体１１と３は共に加熱される回転体とすることも出来る。

６）回転体１１、または回転体１１と回転体３を加熱する加熱機構としては、上述した電磁誘導加熱機構に限られない。ハロゲンヒータ、赤外線ランプ、セラミックヒータなど他の加熱機構を使用する構成とすることも出来る。

７）本発明に係る定着装置３００として、次のような形態としても使用することができる。具体的には、記録材に定着された画像を再加熱することにより画像の光沢度を向上させる光沢付与装置（この場合も定着装置と呼ぶ）としても有効に使用することが出来る。

３００・・定着装置、１１・・定着回転体、３・・加圧回転体、Ｎ・・ニップ部、４・・吸熱回転体、２０９・・接離機構、５・・冷却手段（冷却ファン）、２００・・制御部、Ｐ・・記録材、ｔ・・トナー像

Claims

記録材上のトナー像を加熱する回転可能な像加熱部材と、
前記像加熱部材を圧し、記録材を挟持搬送するニップ部を形成する回転可能な加圧部材と、
前記加圧部材に当接して前記加圧部材から吸熱する吸熱回転体と、
前記吸熱回転体を前記加圧部材に対して接離させる接離機構と、
前記加圧部材の長手中央部を冷却するための冷却手段と、
前記加圧部材の長手方向において前記加圧部材の中央部の温度を検知する第一検知部材と、
前記長手方向において前記加圧部材の端部の温度を検知する第二検知部材と、
記録材に画像を形成する画像形成ジョブが入力された場合に、前記接離機構を作動させて前記吸熱回転体を前記加圧部材に当接させた状態で前記冷却手段を作動させながら前記加圧部材を回転させて、前記第一検知部材の検知温度と前記第二検知部材の検知温度との差分が所定温度以下になったら画像形成動作を開始する画像形成モードを実行可能とする制御部と、を有することを特徴とする定着装置。
環境センサを備え、
前記制御部は、前記環境センサにより検知される相対湿度が所定値以上或いは絶対湿度が所定水分量以上の場合に、前記画像形成モードを実行することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記制御部は、画像形成する記録材に応じて前記画像形成モードを実行するか否かを決定することを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
前記画像形成モードの画像形成ジョブが終了した後、前記制御部は前記冷却手段の動作を停止させ、前記吸熱回転体を前記加圧部材から離間させることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の定着装置。
前記像加熱部材はベルト部材であり、前記ベルト部材はコイルにより生ずる磁束により発熱することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の定着装置。