(57)【要約】      （修正有）【課題】ウォームアップ動作における加圧ローラの回転トルクを低減する。【解決手段】可撓性を有するスリーブ状の回転部材（定着ベルト）と、回転部材の内周と摺接するヒータ部材３４０と、回転部材を挟んでヒータ部材３４０と圧接して回転部材との間にニップ部を形成する加圧部材３２０（加圧ローラ）と、ヒータ部材３４０の温度を検知する温度検知手段（サーミスタ）と、ヒータ部材３４０と加圧部材３２０との間の圧接力を少なくとも大小２段階で切り替える圧接力切替機構とを備え、ニップ部ＳＮで被加熱材を挟持搬送する際にヒータ部材３４０の熱を被加熱材に付与する加熱動作を行う加熱装置であって、温度検知手段で検知したヒータ部材の温度が所定温度Ｔ１より低い場合は、圧接力切替機構を通常圧より小さい弱圧に設定し、ヒータ部材の温度が上昇して所定温度Ｔ２に到達すると圧接力切替機構を通常圧に切り替えて加熱動作を開始する。【選択図】図５
2020194105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性を有するスリーブ状の回転部材と、
前記回転部材の内周と摺接するヒータ部材と、
前記回転部材を挟んで前記ヒータ部材と圧接して前記回転部材との間にニップ部を形成する加圧部材と、
前記ヒータ部材の温度を検知する温度検知手段と、
前記ヒータ部材と前記加圧部材との間の圧接力を少なくとも大小２段階で切り替える圧接力切替機構とを備え、
前記ニップ部で被加熱材を挟持搬送する際に前記ヒータ部材の熱を前記被加熱材に付与する加熱動作を行う加熱装置であって、
前記温度検知手段で検知した前記ヒータ部材の温度が所定温度より低い場合は、前記圧接力切替機構を通常圧より小さい弱圧に設定し、前記ヒータ部材の温度が上昇して前記所定温度に到達すると前記圧接力切替機構を通常圧に切り替えて加熱動作を開始することを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
前記ヒータ部材は抵抗発熱体からなる発熱パターンを有し、前記圧接力切替機構を前記弱圧に設定した状態で前記発熱パターンの一部が前記ニップ部に重なることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】
前記ニップ部に重なる前記発熱パターンの一部と、前記ニップ部に重ならない部分を有する前記発熱パターンの他の部分を、別々に通電可能にしたことを特徴とする請求項２に記載の加熱装置。
【請求項４】
前記回転部材と前記ヒータ部材との間に潤滑剤が付与され、前記所定温度が前記潤滑剤の軟化点以上に設定されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項の加熱装置。
【請求項５】
前記回転部材が通常圧状態で前記加圧部材の回転によって従動回転されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項の加熱装置。
【請求項６】
前記ヒータ部材に電力を供給する電力供給手段を有し、前記圧接力切替機構を前記弱圧に設定した状態で前記電力供給手段から供給する電力が、前記圧接力切替機構を通常圧に切り替えた状態で供給する電力よりも、小さいことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項の加熱装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項の加熱装置を備えたことを特徴とする定着装置。
【請求項８】
請求項７の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は加熱装置、定着装置および画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置で使用される定着装置は種々の型式が知られている。その１つに、低熱容量の薄肉定着ベルトを、ヒータ基板と抵抗発熱体（面状ヒータ）で構成されたヒータ部材で加熱する型式がある。このヒータ部材はヒータホルダに形成されたヒータ取付用凹部に位置決めされる。
【０００３】
一方、定着ベルトの外側には加圧部材としての加圧ローラが配設され、この加圧ローラを定着ベルトを挟んでヒータ部材に圧着することで定着ニップを形成する。ヒータ部材とヒータ取付用凹部との間には、ヒータ部材の長手方向の温度ムラを解消するため高熱伝導部材が配設される（例えば特許文献１、２参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ヒータ部材は、定着動作の待機時やジャム処理等のため、ヒータ部材の支持部材であるステーと共に加圧ローラから離間可能に構成されている。ヒータ部材を定着動作で加圧ローラに向けて加圧したり、待機のために加圧ローラから離間したりする動作を繰り返すと、ヒータ部材が定着ベルトに摩擦で引きずられることでヒータ部材と高熱伝導部材との間で摩擦が生じる。
【０００５】
ヒータ基板は一般にセラミックで構成されるのに対して、高熱伝導部材は銅板など相対的に柔らかい金属で構成される。このため高熱伝導部材がヒータ基板のセラミックによる摩擦で削られてしまう恐れがある。
【０００６】
高熱伝導部材が摩擦で削られると、微小な削れ金属粉が発生し、この金属粉がヒータ部材の摺動面や定着ベルトの内周面に付着する。そうすると、金属粉によって定着ベルトの内周面が傷つく可能性が高まり、更にはヒータ部材と定着ベルトとの間の内面ニップの摺動抵抗が増えるという課題があった。
【０００７】
内面ニップの摺動抵抗は、内面ニップに潤滑剤として耐熱性グリス等を介在させることで緩和することができるが、潤滑剤の粘度は低温時に高く高温になるにつれ低くなる。このため、印刷開始前のウォームアップ時のように潤滑剤が低温高粘度の場合は加圧ローラの回転トルクが大きいという課題がある。このため加圧ローラの駆動モータを高出力型にしたり、加圧ローラの回転前に内面ニップをヒータ部材で予熱したりする必要があった。
【０００８】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、ウォームアップ動作における加圧ローラの回転トルクを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため本発明の加熱装置は、可撓性を有するスリーブ状の回転部材と、前記回転部材の内周と摺接するヒータ部材と、前記回転部材を挟んで前記ヒータ部材と圧接して前記回転部材との間にニップ部を形成する加圧部材と、前記ヒータ部材の温度を検知する温度検知手段と、前記ヒータ部材と前記加圧部材との間の圧接力を少なくとも大小２段階で切り替える圧接力切替機構とを備え、前記ニップ部で被加熱材を挟持搬送する際に前記ヒータ部材の熱を前記被加熱材に付与する加熱動作を行う加熱装置であって、前記温度検知手段で検知した前記ヒータ部材の温度が所定温度より低い場合は、前記圧接力切替機構を通常圧より小さい弱圧に設定し、前記ヒータ部材の温度が上昇して前記所定温度に到達すると前記圧接力切替機構を通常圧に切り替えて加熱動作を開始することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ウォームアップ動作における加圧ローラの回転トルクを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態に係る画像形成装置の原理図である。
【図２Ａ】定着装置の断面図である。
【図２Ｂ】ヒータ部材の（ａ）平面図と（ｂ）断面図である。
【図２Ｃ】定着装置の（ａ）弱圧状態の断面図と（ｂ）通常圧状態の断面図である。
【図３】ヒータ部材の制御系の構成図である。
【図４】ヒータ部材の時間−温度曲線である。
【図５】ヒータ部材と加圧ローラの制御フローチャートである。
【図６】定着装置のニップ圧が（ａ）通常圧状態を示す図、（ｂ）弱圧状態を示す図、（ｃ）弱圧状態で加圧ローラを回転したときの図、（ｄ）通常圧状態で加圧ローラを回転したときの図である。
【図７】サーミスタ温度、加圧力信号、加圧駆動信号およびヒータ電力を、時間と関連付けて示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の加熱装置を画像形成装置の定着装置に使用した実施形態と、当該定着装置を使用した画像形成装置の一例としてのレーザプリンタについて図面を参照して説明する。但し、画像形成装置はレーザプリンタに限定されるものではなく、ファクシミリ、プリンタ、印刷機、及びインクジェット記録装置のいずれか一つ、またはこれらの少なくとも２つ以上を組み合わせた複合機として構成することも可能である。
【００１３】
なお、各図中の同一または相当する部分には同一の符号を付し、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。また各構成部品の説明にある寸法、材質、形状、その相対配置などは例示であって、特に特定的な記載がない限りこの発明の範囲をそれらに限定する趣旨ではない。
【００１４】
以下の実施形態では「記録媒体」を「用紙」として説明するが、「記録媒体」は紙（用紙）に限定されない。「記録媒体」は紙（用紙）だけでなくＯＨＰシートや布帛、金属シート、プラスチックフィルム、或いは炭素繊維にあらかじめ樹脂を含浸させたプリプレグシートなども含む。
【００１５】
現像剤やインクを付着させることができる媒体、記録紙、記録シートと称されるものも、すべて「記録媒体」に含まれる。また「用紙」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等）、トレーシングペーパ等も含まれる。
【００１６】
また、以下の説明で使用する「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与することも意味する。
【００１７】
（レーザプリンタの構成）
図１Ａは、本発明の定着装置３００を備えた画像形成装置１００の一実施形態としてのカラーレーザプリンタの構成を概略的に示す構成図である。また図１Ｂは当該カラーレーザプリンタの原理を単純化して図示する。
【００１８】
画像形成装置１００は、画像形成手段としての４つのプロセスユニット１Ｋ、１Ｙ、１Ｍ、１Ｃを備える。これらプロセスユニットは、カラー画像の色分解成分に対応するブラック（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の各色の現像剤によって画像を形成する。
【００１９】
各プロセスユニット１Ｋ、１Ｙ、１Ｍ、１Ｃは、互いに異なる色の未使用トナーを収容したトナーボトル６Ｋ、６Ｙ、６Ｍ、６Ｃを有する以外は、同様の構成となっている。このため、１つのプロセスユニット１Ｋの構成を以下に説明し、他のプロセスユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃの説明を省略する。
【００２０】
プロセスユニット１Ｋは、像担持体２Ｋ（例えば感光体ドラム）と、ドラムクリーニング装置３Ｋと、除電装置を有している。プロセスユニット１Ｋはさらに、像担持体の表面を一様帯電する帯電手段としての帯電装置４Ｋと、像担持体上に形成された静電潜像の可視像処理を行う現像手段としての現像装置５Ｋ等を有している。そして、プロセスユニット１Ｋは、画像形成装置１００の本体に対して着脱自在に装着され、消耗部品を同時に交換可能となっている。
【００２１】
露光器７は、この画像形成装置１００に設置された各プロセスユニット１Ｋ、１Ｙ、１Ｍ、１Ｃの上方に配設されている。そして、この露光器７は、画像情報に応じた書き込み走査、すなわち、画像データに基づいてレーザダイオードからレーザ光Ｌをミラー７ａで反射して像担持体２Ｋに照射するように構成されている。
【００２２】
転写装置１５は、この実施形態では各プロセスユニット１Ｋ、１Ｙ、１Ｍ、１Ｃの下方に配設されている。この転写装置１５は図１Ｂの転写手段ＴＭに対応する。一次転写ローラ１９Ｋ、１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃは、各像担持体２Ｋ、２Ｙ、２Ｍ、２Ｃに対向して中間転写ベルト１６に当接して配置されている。
【００２３】
中間転写ベルト１６は、各一次転写ローラ１９Ｋ、１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃ、駆動ローラ１８、従動ローラ１７に掛け渡された状態で循環走行するようになっている。二次転写ローラ２０は、駆動ローラ１８に対向し中間転写ベルト１６に当接して配置されている。なお、像担持体２Ｋ、２Ｙ、２Ｍ、２Ｃが各色の第１の像担持体とすれば、中間転写ベルト１６はそれらの像を合成した第２の像担持体である。
【００２４】
ベルトクリーニング装置２１は、中間転写ベルト１６の走行方向において、二次転写ローラ２０より下流側に設置されている。また、クリーニングバックアップローラが中間転写ベルト１６に対してベルトクリーニング装置２１と反対側に設置されている。
【００２５】
用紙Ｐを積載するトレイを有する用紙給送装置２００は、画像形成装置１００の下方に設置されている。この用紙給送装置２００は記録媒体供給部を構成するもので、記録媒体としての多数枚の用紙Ｐを束状で収容可能であり、用紙Ｐの搬送手段としての給紙ローラ６０やローラ対２１０と共にユニット化されている。
【００２６】
用紙給送装置２００は用紙の補給等のために、画像形成装置１００の本体に対して挿脱可能とされている。給紙ローラ６０とローラ対２１０は用紙給送装置２００の上方に配置され、用紙給送装置２００の最上位の用紙Ｐを給紙路３２に向けて搬送するようになっている。
【００２７】
分離搬送手段としてのレジストローラ対２５０は、二次転写ローラ２０の搬送方向直近上流側に配置され、用紙給送装置２００から給紙された用紙Ｐを一旦停止させることができる。この一旦停止により用紙Ｐの先端側に弛みが形成されて用紙Ｐの斜行（スキュー）が修正される。
【００２８】
レジストローラ対２５０の搬送方向直近上流側にはレジストセンサ３１が配設され、このレジストセンサ３１によって用紙先端部分の通過が検知されるようになっている。レジストセンサ３１が用紙先端部分の通過を検知した後、所定時間が経過すると、当該用紙はレジストローラ対２５０に突き当てられて一旦停止する。
【００２９】
用紙給送装置２００の下流端には、ローラ対２１０から右側に搬送された用紙を上方に向けて搬送するための搬送ローラ２４０が配設されている。図１Ａに示すように、搬送ローラ２４０は用紙を上方のレジストローラ対２５０へ向けて搬送する。
【００３０】
ローラ対２１０は上下一対のローラで構成されている。当該ローラ対２１０はＦＲＲ分離方式またはＦＲ分離方式とすることができる。ＦＲＲ分離方式は、駆動軸によりトルクリミッタを介して反給紙方向に一定量のトルクを印加された分離ローラ（戻しローラ）を給送ローラに圧接させてローラ間のニップで用紙を分離する。ＦＲ分離方式は、トルクリミッタを介して固定軸に支持された分離ローラ（摩擦ローラ）を給送ローラに圧接させてローラ間のニップで用紙を分離する。
【００３１】
この実施形態ではローラ対２１０をＦＲＲ分離方式で構成している。すなわち、ローラ対２１０は、用紙をマシン内部に搬送する上側の給送ローラ２２０と、この給送ローラ２２０と逆方向にトルクリミッタを介して駆動軸により駆動力を与えられる下側の分離ローラ２３０で構成されている。
【００３２】
分離ローラ２３０は給送ローラ２２０に向けてバネ等の付勢手段で付勢されている。なお、前記給紙ローラ６０は、給送ローラ２２０の駆動力をクラッチ手段を介して伝達することで図１Ａで左回転するようになっている。
【００３３】
レジストローラ対２５０に突き当てられて先端部に弛みが形成された用紙Ｐは、中間転写ベルト１６上に形成されたトナー像が好適に転写されるタイミングに合わせ、二次転写ローラ２０と駆動ローラ１８との二次転写ニップ（図１Ｂでは転写ニップＮ）に送り出される。そして、送り出された用紙Ｐは、二次転写ニップにおいて印加されたバイアスによって、中間転写ベルト１６上に形成されたトナー像が所望の転写位置に高精度に静電的に転写されるようになっている。
【００３４】
転写後搬送路３３は、二次転写ローラ２０と駆動ローラ１８の二次転写ニップの上方に配設されている。定着装置３００は、転写後搬送路３３の上端近傍に設置されている。定着装置３００は、ヒータ部材３４０を内包する定着ベルト３１０と、この定着ベルト３１０に対して所定の圧力で当接しながら回転する加圧部材としての加圧ローラ３２０を備えている。
【００３５】
定着後搬送路３５は、定着装置３００の上方に配設され、定着後搬送路３５の上端で、排紙路３６と反転搬送路４１に分岐している。この分岐部に切り替え部材４２が配置され、切り替え部材４２はその揺動軸４２ａを軸として揺動するようになっている。また排紙路３６の開口端近傍には排紙ローラ対３７が配設されている。
【００３６】
反転搬送路４１は、分岐部と反対側の他端で給紙路３２に合流している。そして、反転搬送路４１の途中には、反転搬送ローラ対４３が配設されている。排紙トレイ４４は、画像形成装置１００の上部に、画像形成装置１００の内側方向に凹形状を形成して、設置されている。
【００３７】
粉体収容器１０（例えばトナー収容器）は、転写装置１５と用紙給送装置２００の間に配置されている。そして、粉体収容器１０は、画像形成装置１００の本体に対して着脱自在に装着されている。
【００３８】
本実施形態の画像形成装置１００は、転写紙搬送の関係により、給紙ローラ６０から二次転写ローラ２０までの所定の距離が必要である。そして、この距離に生じたデッドスペースに粉体収容器１０を設置し、レーザプリンタ全体の小型化を図っている。
【００３９】
転写カバー８は、用紙給送装置２００の上部で、用紙給送装置２００の引出方向正面に設置されている。そして、この転写カバー８を開くことで、画像形成装置１００の内部を点検可能にしている。転写カバー８には、手差し給紙用の手差し給紙ローラ４５、及び手差し給紙用の手差しトレイ４６が設置されている。
【００４０】
（レーザプリンタの作動）
次に、本実施形態に係るレーザプリンタの基本的動作について図１Ａを参照して以下に説明する。最初に、片面印刷を行う場合について説明する。
【００４１】
給紙ローラ６０は、図１Ａに示すように、画像形成装置１００の制御部からの給紙信号によって回転する。そして、給紙ローラ６０は、用紙給送装置２００に積載された束状用紙Ｐの最上位の用紙のみを分離し、給紙路３２へ送り出す。
【００４２】
給紙ローラ６０およびローラ対２１０によって送り出された用紙Ｐは、その先端がレジストローラ対２５０のニップに到達すると、弛みを形成し、その状態で待機する。そして、中間転写ベルト１６上に形成されたトナー画像をこの用紙Ｐに転写する最適なタイミング（同期）を図ると共に、用紙Ｐの先端スキューを補正する。
【００４３】
手差しによる給紙の場合は、手差しトレイ４６に積載された束状用紙が、最上位の用紙から一枚ずつ手差し給紙ローラ４５によって反転搬送路４１の一部を通り、レジストローラ対２５０のニップまで搬送される。以後の動作は用紙給送装置２００からの給紙と同一である。
【００４４】
ここで、作像動作については、１つのプロセスユニット１Ｋを説明し、他のプロセスユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃについてのその説明を省略する。まず、帯電装置４Ｋは、像担持体２Ｋの表面を高電位に均一に帯電する。そして、露光器７は、画像データに基づいたレーザ光Ｌを像担持体２Ｋの表面に照射する。
【００４５】
レーザ光Ｌが照射された像担持体２Ｋの表面は、照射された部分の電位が低下して、静電潜像を形成する。現像装置５Ｋは、トナーを含む現像剤を担持する現像剤担持体を有し、トナーボトル６Ｋから供給された未使用のブラックトナーを、現像剤担持体を介して、静電潜像が形成された像担持体２Ｋの表面部分に転移させる。
【００４６】
トナーが転移した像担持体２Ｋは、その表面にブラックトナー画像を形成（現像）する。そして、像担持体２Ｋ上に形成されたトナー画像を中間転写ベルト１６に転写する。
【００４７】
ドラムクリーニング装置３Ｋは、中間転写行程を経た後の像担持体２Ｋの表面に付着している残留トナーを除去する。除去された残留トナーは、廃トナー搬送手段によって、プロセスユニット１Ｋ内にある廃トナー収容部へ送られ回収される。また、除電装置は、クリーニング装置３Ｋによって残留トナーが除去された像担持体２Ｋの残留電荷を除電する。
【００４８】
各色のプロセスユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃにおいても、同様にして像担持体２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ上にトナー画像を形成し、各色トナー画像が重なり合うように中間転写ベルト１６に転写する。
【００４９】
各色トナー画像が重なり合うように転写された中間転写ベルト１６は、二次転写ローラ２０と駆動ローラ１８の二次転写ニップまで走行する。一方、レジストローラ対２５０は、それに突き当てられた用紙を所定のタイミングで挟み込んで回転し、中間転写ベルト１６上に重畳転写して形成されたトナー像が好適に転写されるタイミングに合わせて、二次転写ローラ２０の二次転写ニップまで搬送する。このようにして、中間転写ベルト１６上のトナー画像をレジストローラ対２５０によって送り出された用紙Ｐに転写する。
【００５０】
トナー画像が転写された用紙Ｐは、転写後搬送路３３を通って定着装置３００へと搬送される。そして、定着装置３００に搬送された用紙Ｐは、定着ベルト３１０と加圧ローラ３２０によって挟まれ、加熱・加圧することで未定着トナー画像が用紙Ｐに定着される。トナー画像が定着された用紙Ｐは、定着装置３００から定着後搬送路３５へ送り出される。
【００５１】
切り替え部材４２は、定着装置３００から用紙Ｐが送り出されたタイミングでは、図１Ａの実線で示すように定着後搬送路３５の上端近傍を開放している位置にある。そして、定着装置３００から送り出された用紙Ｐは、定着後搬送路３５を経由して排紙路３６へ送り出される。排紙ローラ対３７は、排紙路３６へ送り出された用紙Ｐを挟み込み、回転駆動することで排紙トレイ４４に排出することで片面印刷を終了する。
【００５２】
次に、両面印刷を行う場合について説明する。片面印刷の場合と同様に、定着装置３００は用紙Ｐを排紙路３６へ送り出す。そして、両面印刷を行う場合、排紙ローラ対３７は、回転駆動によって用紙Ｐの一部を画像形成装置１００外に搬送する。
【００５３】
そして、用紙Ｐの後端が、排紙路３６を通過すると、切り替え部材４２は、図１Ａの点線で示すように揺動軸４２ａを軸として揺動し、定着後搬送路３５の上端を閉鎖する。この定着後搬送路３５の上端の閉鎖とほぼ同時に、排紙ローラ対３７は、用紙Ｐを画像形成装置１００外へ搬送する方向と逆の方向に回転し、反転搬送路４１へ用紙Ｐを送り出す。
【００５４】
反転搬送路４１へ送り出された用紙Ｐは、反転搬送ローラ対４３を経て、レジストローラ対２５０に至る。そして、レジストローラ対２５０は、中間転写ベルト１６上に形成されたトナー画像を用紙Ｐのトナー画像未転写面に転写する最適なタイミング（同期）を図り、用紙Ｐを二次転写ニップへ送り出す。
【００５５】
そして、二次転写ローラ２０と駆動ローラ１８は、用紙Ｐが二次転写ニップを通過する際に用紙Ｐのトナー画像未転写面（裏面）にトナー画像を転写する。そして、トナー画像が転写された用紙Ｐは、転写後搬送路３３を通って定着装置３００へと搬送される。
【００５６】
定着装置３００は、定着ベルト３１０と加圧ローラ３２０によって、搬送された用紙Ｐを挟み、加熱・加圧することで未定着トナー画像を用紙Ｐの裏面に定着する。このようにして、表裏両面にトナー画像が定着された用紙Ｐは、定着装置３００から定着後搬送路３５へ送り出される。
【００５７】
切り替え部材４２は、定着装置３００から用紙Ｐが送り出されたタイミングでは、図１Ａの実線で示すように定着後搬送路３５の上端近傍を開放している位置にある。そして、定着装置３００から送り出された用紙Ｐは、定着搬送路を経由して排紙路３６へ送り出される。排紙ローラ対３７は、排紙路３６へ送り出された用紙Ｐを挟み、回転駆動し排紙トレイ４４に排出することで両面印刷を終了する。
【００５８】
中間転写ベルト１６上のトナー画像を用紙Ｐに転写した後、中間転写ベルト１６上には残留トナーが付着している。ベルトクリーニング装置２１は、この残留トナーを中間転写ベルト１６から除去する。また、中間転写ベルト１６から除去されたトナーは、廃トナー搬送手段によって、粉体収容器１０へと搬送され、粉体収容器１０内に回収される。
【００５９】
（定着装置）
次に、定着装置３００とヒータ部材３４０について以下さらに説明する。ヒータ部材３４０は定着装置３００の定着ベルト３１０を内側から加熱するためのものである。
【００６０】
本発明では、印刷開始前のウォームアップ動作で、加圧ローラ３２０に対するヒータ部材３４０の圧接力を弱圧に設定した状態で、ヒータ部材３４０の加熱（弱加熱）と加圧ローラ３２０の駆動を開始する。そして、定着ベルト３１０とヒータ部材３４０の温度、すなわちベルト摺接部（内面ニップ）に介在する潤滑剤の温度が所定温度Ｔ１に温まった後に、加圧ローラ３２０の圧接力を通常圧に切り替えると共に、ヒータ部材３４０を通常加熱に切り替える。その後、ヒータ部材３４０が所定温度Ｔ２に到達したらウォームアップ動作を終える。
【００６１】
加圧ローラ３２０の回転初期状態では、加圧ローラ３２０の圧接力を弱圧に設定したので、定着ベルト３１０とヒータ部材３４０との接触面積を小さくすることができ、加圧ローラ３２０の起動トルクを小さくすることができる。また、定着ベルト３１０とヒータ部材３４０の接触面積を小さくすることで加圧ローラ３２０側への抜熱量も少なくなり、ウォームアップタイムを短縮することもできる。
【００６２】
内面ニップの潤滑剤が所定温度に温まった状態では潤滑剤の粘度が低くなるため、加圧ローラ３２０の回転トルクは小さくなる。したがって、加圧ローラ３２０に対するヒータ部材３４０の圧接力を通常圧力に切り替えても回転トルクが増えることはない。
【００６３】
そのため、加圧ローラ３２０の駆動用モータとして安価な小型モータを使用することができる。また起動時に定着ベルト３１０に加わる負荷を低減できるため、スムーズなベルト走行により定着ベルト３１０の端部破損や摩耗を抑え、またベルト走行不良やそれに伴うヒータ温度上昇、ベルトの熱変形およびヒータの熱暴走等のおそれも解消することができ、定着ベルト３１０の寿命を延ばすことが可能となる。
【００６４】
定着装置３００は図２Ａに示すように、低熱容量の薄肉の定着ベルト３１０と加圧ローラ３２０で構成されている。定着ベルト３１０は、例えば外径が２５ｍｍで厚みが４０〜８０μｍのポリイミド（ＰＩ）製の筒状基体を有している。
【００６５】
定着ベルト３１０の最表層には、耐久性を高めて離型性を確保するために、ＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂による厚みが５〜２０μｍの離型層が形成される。基体と離型層の間に厚さ５０〜２００μｍのゴム等からなる弾性層を設けてもよい。
【００６６】
また、定着ベルト３１０の基体はポリイミドに限らず、ＰＥＥＫなどの耐熱性樹脂やニッケル（Ｎｉ）、ＳＵＳなどの金属基体であってもよい。定着ベルト３１０の内周面に摺動層としてポリイミドやＰＴＦＥなどをコートしてもよい。
【００６７】
加圧ローラ３２０は、例えば外径が２５ｍｍであり、中実の鉄製芯金３２１と、この芯金３２１の表面に形成された弾性層３２２と、弾性層３２２の外側に形成された離型層３２３とで構成されている。弾性層３２２はシリコーンゴムで形成されており、厚みは例えば３．５〜４．０ｍｍである。
【００６８】
弾性層３２２の表面は離型性を高めるために、厚みが例えば２０〜４０μｍ程度のフッ素樹脂層による離型層３２３を形成するのが望ましい。加圧ローラ３２０に対して、定着ベルト３１０が後述の圧接力切替機構４００により圧接している。
【００６９】
定着ベルト３１０の内側に、ステー３３０及びフォルダ３４５が軸線方向に配設されている。ステー３３０は金属製のチャンネル材で構成され、その両端部分がヒータ部材３４０の両端の側板に支持されている。ステー３３０は加圧ローラ３２０の押圧力を確実に受けとめてニップ部としての定着ニップＳＮを安定的に形成する。
【００７０】
フォルダ３４５はヒータ部材３４０の基材３５０を保持するためのもので、ステー３３０によって支持されている。フォルダ３４５は好ましくはＬＣＰなどの低熱伝導性の耐熱性樹脂で形成することができ、これによりフォルダ３４５への熱伝達が減って効率的に定着ベルト３１０を加熱することができる。
【００７１】
フォルダ３４５の形状は、基材３５０の高温部との接触を回避するために、基材３５０の短手方向両端部付近の各２箇所のみを支持する形状にしている。これにより、フォルダ３４５へ流れる熱量をさらに低減して効率的に定着ベルト３１０を加熱することができる。ただし、ヒータ部材３４０の定着ベルト３１０との摺接面とは逆の面の温度上昇を抑制したい場合は、フォルダ３４５に対する基材３５０の接触面積を増大させることでフォルダ３４５へ流れる熱量を増やしてもよい。
【００７２】
（ヒータ部材）
ヒータ部材３４０は、図２Ｂに示すように抵抗発熱体で構成された発熱パターン３６０を有する。この発熱パターン３６０は、細長の金属製薄板部材を絶縁層３７０で被覆した基材３５０の上に形成されている。
【００７３】
基材３５０の長手方向中央の裏面には、温度検知手段としてのサーミスタＴＨが取付けられている。このサーミスタＴＨによってヒータ部材３４０の温度が検知される。
【００７４】
前記絶縁層３７０は、基材３５０上の発熱パターン３６０や後述の給電線３６９ａ〜３６９ｃを覆うように形成されている。この絶縁層３７０によって、発熱パターン３６０や給電線３６９ａ〜３６９ｃの絶縁性を確保するとともに、定着ベルト３１０の内面との間の摺動性を確保する。ヒータ部材３４０によって絶縁層３７０側に接触する定着ベルト３１０の内面を伝熱により加熱して定着ベルト３１０の温度を上昇させ、定着ニップＳＮに搬送される未定着画像を加熱して定着することができる。
【００７５】
基材３５０の材料としては、低コストなアルミやステンレスなどが好ましい。基材３５０は金属製に限定されたものではなく、アルミナや窒化アルミなどのセラミックや、ガラス、マイカなどの耐熱性と絶縁性に優れた非金属材料で構成することも可能である。本実施形態では、短手幅８ｍｍ、長手幅２７０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍのアルミナ基材を使用している。
【００７６】
（高熱伝導部材）
ヒータ部材３４０の均熱性を向上し画像品位を高めるため、図２Ａに示すように、基材３５０の裏面に高熱伝導部材３５５が貼り付けられている。高熱伝導部材３５５は銅、グラファイト、グラフェンなどの高熱伝導率の材料で構成することができる。基材３５０自体をこれら高熱伝導率の材料で構成してもよい。
【００７７】
高熱伝導部材３５５の短手幅は、基材３５０の短手幅の範囲内に完全に収まる寸法に設定されている。これにより、ヒータ部材３４０が定着ベルト３１０と繰り返し摺接することで短手方向に位置ずれしても、ヒータ部材３４０の基材３５０の端部エッジで高熱伝導部材３５５が削れにくくすることができる。
【００７８】
（発熱パターン）
発熱パターン３６０は、詳しくは図２Ｂに示すように、基材３５０の長手方向に平行二列の直列線状に形成されている。二列の発熱パターン３６０の一端部は、基材３５０の一端側で長手方向に形成された小抵抗値の給電線３６９ａ、３６９ｃを介して、給電用の電極３６０ｃ、３６０ｄにそれぞれ接続されている。この電極３６０ｃ、３６０ｄは交流電源（ＡＣ電圧１００Ｖ）による電力供給手段に接続される。
【００７９】
発熱パターン３６０の他端部は、基材３５０の他端側で短手方向に形成された小抵抗値の給電線３６９ｂを介して、基材３５０の長手方向反対側に向けて折り返す形で接続されている。発熱パターン３６０、電極３６０ｃ、３６０ｄおよび給電線３６９ａ〜３６９ｃは、銀（Ａｇ）もしくは銀パラジウム（ＡｇＰｄ）を使用してスクリーン印刷によって所定の線幅・厚みで形成されている。
【００８０】
発熱パターン３６０は正の温度抵抗係数を有する抵抗材料で形成され、温度抵抗係数はここでは３００ｐｐｍとした。発熱パターン３６０の抵抗値は例えば常温で１０Ωとすることができる。発熱パターン３６０の抵抗材料はこの他に、銀合金（ＡｇＰｔ）や酸化ルテニウム（ＲｕＯ２）などを使用することもできる。
【００８１】
発熱パターン３６０と給電線３６９ａ〜３６９ｃの表面は、薄いオーバーコート層ないし絶縁層３７０で覆われている。当該絶縁層３７０によって定着ベルト３１０の摺動性が確保されると共に、定着ベルト３１０と発熱パターン３６０、給電線３６９ａ〜３６９ｃとの間の絶縁性が確保される。
【００８２】
この絶縁層３７０の材料は、例えば厚さ７５μｍの耐熱性ガラスを用いることができる。発熱パターン３６０は絶縁層３７０側に接触する定着ベルト３１０を伝熱により加熱してその温度を上昇させ、定着ニップＳＮに搬送される用紙Ｐの未定着画像を加熱して定着する。
【００８３】
（プリンタの制御部）
画像形成装置１００は図３のように、制御部５００とＡＣ制御基板５１０を有する。ＡＣ制御基板５１０は画像形成装置１００に接続された電源５２０からのＡＣ電流を所定の電力に調節してコネクタ端子５３０を通じてヒータ部材３４０に供給する。制御部５００は、ヒータ部材３４０のサーミスタＴＨの検知温度に基づいてＡＣ制御基板５１０を制御すると共に、後述するように加圧ローラ駆動用モータＭ１と圧接力切替機構４００の切り替えモータＭ２を制御する。
【００８４】
制御部５００は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏインターフェース等を包含するマイクロコンピュータで構成される。制御部５００とサーミスタＴＨにより定着ベルト３１０の温度が所望の温度に制御されるが、通紙時にはサーミスタＴＨの検知温度の他に通紙による抜熱分を考慮して、追加電力を適切に投入することで定着ベルト３１０の温度を所望の温度に維持する。
【００８５】
（圧接力切替機構）
図２Ａに示すように、ヒータ部材３４０は圧接力切替機構４００のばね４３０によって、加圧ローラ３２０に向けて付勢されるようになっている。これにより、ヒータ部材３４０が定着ベルト３１０を介して加圧ローラ３２０に圧接し、定着ニップＳＮを形成する。
【００８６】
圧接力切替機構４００は、ステー３３０の両端を保持する一対のレバー４１０と、モータＭ２によって正逆両方向に半回転する回転板４４０を有する。レバー４１０の下端部は支点ピン４２０で固定側に支持され、レバー４１０が支点ピン４２０を中心に左右方向に揺動可能に構成されている。
【００８７】
レバー４１０の上端部と回転板４４０に突設されたピン４４１との間に、ばね４３０が張架されている。このばね４３０によって、レバー４１０の上端部ひいてはヒータ部材３４０が、加圧ローラ３２０側に付勢される。
【００８８】
図２Ｃ（ａ）のように、モータＭ２によって回転板４４０のピン４４１が左側に移動しているとき、ばね４３０の長さが最短になる。この状態ではヒータ部材３４０が定着ベルト３１０を介して加圧ローラ３２０に通常圧よりも小さい所定の弱圧で圧接する。
【００８９】
一方、図２Ｃ（ｂ）のように、モータＭ２によって回転板４４０のピン４４１が右側に移動しているときは、ばね４３０が最も長く引っ張られる。この状態でヒータ部材３４０が定着ベルト３１０を介して加圧ローラ３２０に弱圧よりも大きい所定の通常圧で圧接する。
【００９０】
レバー４１０の上端は別のレバーで図２Ｃの左側に強制移動可能に構成され、ジャム処理等において当該別のレバーでレバー４１０を左動してヒータ部材３４０を加圧ローラ３２０から強制的に離間させる。
【００９１】
（ヒータ部材のウォームアップ動作）
次に、図５のフローチャートを参照して、ヒータ部材３４０の印刷開始前の加圧・加熱動作（ウォームアップ動作）を説明する。図５のフローチャートのステップ１でヒータ部材３４０のサーミスタＴＨによってヒータ部材３４０の温度を検知する。サーミスタＴＨの検知温度がＴ１以上か否かを図３の制御部５００で判断する。Ｔ１は潤滑剤の軟化点温度に合わせて設定する。
【００９２】
サーミスタＴＨの検知温度がＴ１以上であれば、後述のステップ６に移動してヒータ部材３４０が所定の通常圧に設定される。サーミスタＴＨの検知温度がＴ１未満であれば、ステップ２でヒータ部材３４０が所定の弱圧に設定される。
【００９３】
ヒータ部材３４０の圧接力の設定にあたって必要なのは内面ニップにおける潤滑剤の温度（粘度）であるが、潤滑剤の温度は直接測定はできない。しかし、ヒータ裏面温度とヒータ表面温度（潤滑剤温度）の間には一定の相関関係がある。
【００９４】
図４はヒータ表面温度（潤滑剤温度）とヒータ裏面温度の時間−温度曲線を示したもので、当該曲線を予め調べておくことで、ヒータ裏面温度からヒータ表面温度（潤滑剤温度）を精度よく推定することが可能である。ここでは、この推定したヒータ表面温度を潤滑剤温度と定義する。
【００９５】
図２Ｃ（ａ）の定着ニップＳＮは、ヒータ部材３４０の圧接力が通常圧より小さい弱圧に設定されているので、通紙方向長さが短い。これに対して図２Ｃ（ｂ）の定着ニップＳＮは、ヒータ部材３４０の圧接力が通常圧に設定されているので、通紙方向長さが図２Ｃ（ａ）よりも長い。
【００９６】
サーミスタＴＨ温度がＴ１未満の場合は、ステップ２でヒータ部材３４０の圧接力を通常圧より小さい弱圧状態に設定する。この弱圧状態は、図２Ｃ（ａ）のように圧接力切替機構４００を切り替えることによって設定する。圧接力切替機構４００を通常圧から弱圧状態に切り替えることで、図６（ｂ）に示すように、ヒータ部材３４０を含む定着ベルト３１０が加圧ローラ３２０から離間移動する。
【００９７】
次に、ステップ３で加圧ローラ３２０を回転する。これにより、定着ベルト３１０が図６（ｃ）のように従動回転する。この従動回転は、後述する通常圧のときと同じ駆動方法であるから、構成が簡素で低コストで済む。
【００９８】
定着ベルト３１０が従動回転するとすぐに、ステップ４でヒータ部材３４０に通電を開始してヒータ部材３４０を加熱する。加圧ローラ３２０の回転トルクを減らすために、通電開始までの時間はできるだけ短い方が良い。このときの通電電力は、印刷中の電力よりも小さい電力に設定し、ヒータ部材３４０を弱加熱する。
【００９９】
この弱加熱のとき、ヒータ部材３４０を定着ニップＳＮに圧接する圧接力切替機構４００が図２Ｃ（ａ）のように弱圧状態に設定されているため、定着ニップＳＮ幅は図２Ｃ（ｂ）の通常圧設定の場合に比べて通紙方向で狭くなっている。これにより、定着ベルト３１０が急速に加熱されるのを防ぐ。また、ヒータ部材３４０から定着ベルト３１０を介して加圧ローラ３２０に逃げる熱量が通常圧設定の場合よりも小さくなり、熱効率を向上することができる。
【０１００】
なお、前記弱圧状態で定着ニップＳＮ幅が通常圧設定の場合に比べて通紙方向で狭くなるので、ヒータ部材３４０の発熱パターンの一部が定着ニップＳＮ幅に重なる。その他の部分は定着ニップＳＮ幅に重ならなくなる。
【０１０１】
これに対応して、定着ニップＳＮ幅に重なるヒータ部材３４０の発熱パターンの一部と、定着ニップＳＮ幅に重ならない発熱パターンの他の部分を、別々に通電可能な別々の発熱パターンで構成してもよい。これにより、弱圧状態のときに定着ニップＳＮ幅に重ならない発熱パターンに対する通電をＯＦＦにしたり通電電力を低減したりすることで節電が可能である。
【０１０２】
弱加熱でヒータ部材３４０が所定温度Ｔ１以上になったか否かをステップ５で判定する。所定温度Ｔ１未満であれば弱加熱を継続する（ステップ３、ステップ４）。
【０１０３】
ヒータ部材３４０が所定温度Ｔ１以上になると、ステップ６で図２Ｃ（ｂ）のように圧接力切替機構４００を通常圧に切り替える。圧接力切替機構４００を弱圧状態から通常圧に切り替えることで、図６（ｄ）に示すように、ヒータ部材３４０を含む定着ベルト３１０が加圧ローラ３２０に接近移動する。
【０１０４】
圧接力切替機構４００を通常圧に設定した状態で、ステップ７で加圧ローラ３２０を回転する。加圧ローラ３２０の回転はステップ３の回転から継続してもよいし、ステップ５と６の間で加圧ローラ３２０をいったん停止してもよい。
【０１０５】
通常圧で加圧ローラ３２０を回転しながら、ステップ８でヒータ部材３４０を通電電力増大により通常加熱する。ステップ９でヒータ部材３４０の検知温度がＴ２以上か否か判定し、Ｔ２未満の場合は、検知温度がＴ２に到達するまでステップ７、８を繰り返す。温度Ｔ２は、印刷を開始する前の加熱動作（ウォームアップ動作）の目標温度であり、１５０℃から２００℃程度である。
【０１０６】
ヒータ部材３４０の検知温度がＴ２以上になると、ステップ１０でヒータ部材３４０の通電を停止し、その後、加圧ローラ３２０を停止する。加圧ローラ３２０を停止する前にヒータ部材３４０への通電を停止することで加圧ローラ３２０の過熱を防止する。
【０１０７】
ヒータ部材３４０の温度がＴ２よりもかなり高過ぎる場合は、ヒータ部材３４０の温度がＴ２近くに下がるまで待って加圧ローラ３２０の回転を停止する。ヒータ部材３４０の温度がＴ２よりもかなり高いまま加圧ローラ３２０の回転を停止すると、定着ベルト３１０が熱変形する恐れがあるためである。
【０１０８】
印刷を開始する前の動作はこれで終了して印刷スタンバイとなり、印刷開始（プリントジョブの開始）の信号を受けて印刷を開始する。印刷開始まで圧接力切替機構４００を図２Ｃ（ｂ）の通常圧設定のままにすることで印刷開始のタイムラグを短くすることができる。
【０１０９】
印刷開始までに所定時間以上経過した場合は、圧接力切替機構４００を一時的に図２Ｃ（ａ）の弱圧設定に戻してもよい。これによりニップ幅を減少させて加圧ローラ３２０に逃げる熱量を低減することができる。
【０１１０】
このように、本発明の実施形態では、ヒータ部材３４０の温度が所定温度Ｔ１に到達した後に圧接力切替機構４００を通常圧設定に切り替えてから加圧ローラ３２０を回転駆動するので、従来よりも加圧ローラ３２０の回転トルクを低減することができる。従来は、ヒータ部材３４０と加圧ローラ３２０を離間させた待機状態から、いきなり両者を当接させて加圧ローラ３２０の回転とヒータ部材３４０の加熱を同時に開始していたので、内面ニップの低温高粘度の潤滑剤により加圧ローラ３２０の起動トルクが大きく問題となっていた。
【０１１１】
以上、本発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば本発明の加熱装置は画像形成装置の定着装置として使用する他、インクジェットプリンタの用紙乾燥装置やその他のシート部材の乾燥装置としても使用可能である。
【０１１２】
また圧接力切替機構４００の切り替えは、ヒータ部材３４０の圧接力を大小２段階に切り替える他、３段階以上の多段階に切り替えたり、無段階（連続的）に切り替えたりしてもよい。また当該多段階・無段階の切り替えに対応して、ヒータ部材３４０に対する通電電力も多段階・無段階に切り替えてもよい。この際、当該切り替えの可否を判断するために、ヒータ部材３４０の温度センサＴＨで多段階・無段階に切り替え温度を検出可能にする。これにより加圧ローラ３２０の回転トルクをさらに低減可能である。また前記発熱パターン３６０は、基材３５０の長手方向に平行二列の直列線状に形成する他、基材３５０の長手方向に並べた複数の面状発熱パターンを並列接続したものであってもよい。
【符号の説明】
【０１１３】
ＳＮ：定着ニップ                              ＨＮ：加熱ニップ
Ｌ：レーザ光                                  Ｐ：用紙
ＴＭ：転写手段                                ＴＨ：温度センサ（温度検知手段）
1K,1Y,1M,1C：プロセスユニット                  2K,2Y,2M,2C：像担持体
3K,3Y,3M,3C：ドラムクリーニング装置            4K,4Y,4M,4C：帯電装置
5K,5Y,5M,5C：現像装置（作像部）                6K,6Y,6M,6C：トナーボトル
７：露光器                                    ７ａ：ミラー
８：転写カバー                                １０：粉体収容器
１５：転写装置                                １６：中間転写ベルト
１７：従動ローラ                              １８：駆動ローラ
19K,19Y,19M,19C：一次転写ローラ               ２０：二次転写ローラ
２１：ベルトクリーニング装置                  ３１：レジストセンサ
３２：給紙路                                  ３３：転写後搬送路
３５：定着後搬送路                            ３６：排紙路
３７：排紙ローラ対                            ４１：反転搬送路
４２：部材                                    ４２ａ：揺動軸
４３：反転搬送ローラ対                        ４４：排紙トレイ
４５、６０：給紙ローラ                        ４６：トレイ
１００：画像形成装置（プリンタ）              ２００：用紙給送装置
２１０：ローラ対                              ２２０：給送ローラ
２３０：分離ローラ                            ２４０：搬送ローラ
２５０：レジストローラ対                      ３００：定着装置
３１０：定着ベルト                            ３２０：加圧ローラ
３２１：鉄製芯金                              ３２１：芯金
３２２：弾性層                                ３２３：離型層
３３０：ステー                                ３４０：ヒータ部材
３４５：フォルダ                              ３５０：基材
３５５：高熱伝導部材                          ３６０：発熱パターン
３６０ａ、３６０ｂ：給電線                    ３６０ｃ、３６０ｄ：電極
３７０：絶縁層                                ４００：圧接力切替機構
４１０：レバー                                ４２０：支点ピン
４３０：ばね                                  ４４０：回転板
４４１：ピン                                  ５００：制御部
５１０：ＡＣ制御基板                          ５２０：電源
５３０：コネクタ端子
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１４】
【特許文献１】特開２０１７−０２１３０１号公報
【特許文献２】特開２０１２−１０３５２６号公報
【図１Ａ】
2020194105.tif 000003
【図１Ｂ】
2020194105.tif 000004
【図２Ａ】
2020194105.tif 000005
【図２Ｂ】
2020194105.tif 000006
【図２Ｃ】
2020194105.tif 000007
【図３】
2020194105.tif 000008
【図４】
2020194105.tif 000009
【図５】
2020194105.tif 000010
【図６】
2020194105.tif 000011
【図７】
2020194105.tif 000012