(57)【要約】【課題】内部の熱源により直接定着ベルトを加熱するようにした定着装置において、定着ベルトの急速な昇温を防止して熱応力による定着ベルトの変形とそれに起因した異常画像を防止する。【解決手段】熱源１０５熱源を内部に有して回転自在に支持され、且つ該熱源と対向した被加熱部位Ｈを加熱される無端状の定着部材１０１と、加圧ローラ１５０と、を備え、定着部材の回転速度が正規の回転速度よりも低下し、熱源から前記被加熱部位に単位時間当たりに与えられる熱エネルギーが所定値を越えた場合に、被加熱部位から熱を奪う強制冷却手段１６０を備え。【選択図】図６
2014170201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源と、該熱源を内部に有して回転自在に支持され、且つ該熱源と対向した被加熱部位を加熱される無端状の定着部材と、前記被加熱部位を回避した前記定着部材の外周面と接してニップ部を形成する加圧部材と、を備えた定着装置であって、
前記定着部材の回転速度が正規の回転速度よりも低下し、前記熱源から前記被加熱部位に単位時間当たりに与えられる熱エネルギーが所定値を越えた場合に、前記被加熱部位から熱を奪う強制冷却手段を備えたことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記強制冷却手段は、前記被加熱部位に対して固定的に、或いは接離自在に接触する冷却部材であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
制御手段を備え、該制御手段は、前記熱源から前記定着部材への熱供給中に該定着ベルトの回転速度が正規の値よりも低下した場合に、前記強制冷却手段を作動させて前記被加熱部位を冷却するように制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記定着部材の緊急停止時に、前記強制冷却手段を作動させて前記被加熱部位を冷却するように構成したことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の定着装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一項に記載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】
本発明は複写機、ファクシミリ、プリンタなどの電子写真式画像形成装置に使用される定着装置に関し、より具体的には無端状の定着部材と、加圧部材との間にニップ部を形成し、該ニップ部を通る記録媒体上のトナー画像を定着処理する定着装置、及びその定着装置を搭載した画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、複写機、ファクシミリなどの画像形成装置に対し、近年、省エネルギー化、高速化といった市場要求が強くなってきている。
画像形成装置は、電子写真記録、静電記録、磁気記録等の画像形成プロセスにより、画像転写方式もしくは直接方式により、未定着トナー画像を記録材シート、印刷紙、感光紙、静電記録紙などの記録媒体上に形成する。未定着トナー画像を定着させるための定着装置としては、熱ローラ方式、フィルム加熱方式、電磁誘導加熱方式等の接触加熱方式による定着装置が広く採用されている。
このような定着装置の一例として、ベルト方式の定着装置（例えば、特許文献１：特開２００４−２８６９２２公報）や、セラミックヒータを用いたサーフ定着（フィルム定着）方式の定着装置（例えば、特許文献２：特許第２８６１２８０号）が知られている。  
ベルト方式の定着装置では、近年、さらなるウォームアップ時間（電源投入時等の常温状態から印刷可能なリロード温度までに要する時間）や、ファーストプリント時間（印刷要求を受けた後で、印刷準備を経て印字動作を行い排紙が完了するまでの時間）の短縮化が望まれている（課題１）。
【０００３】
また、画像形成装置の高速化に伴い、単位時間当たりの通紙枚数が増え、必要熱量が増大しているため、特に連続印刷の当初において熱量が不足する不具合、所謂、温度落ち込みが問題となり、解決が望まれている（課題２）。
課題１を解決する方法として、セラミックヒータを用いたサーフ定着が提案されている。このサーフ定着方式によれば、ベルト方式の定着装置に比べて低熱容量化、小型化を可能とすることができる。しかし、ニップ部のみを局所加熱しているため、その他の部分は加熱されておらず、ニップ部の用紙入口においてベルトが最も冷えた状態にあり、定着不良が発生しやすくなるという問題がある。
また、ベルト方式の高速機においては無端ベルトの回転が速く、ニップ部以外での無端ベルトの放熱が多くなるため、より定着不良が発生しやすくなるという問題がある（課題３）。  
以上のような課題１〜３を解決するために、無端ベルトを用いる構成において、無端ベルト全体を温めることを可能にし、加熱待機時からのファーストプリントタイムを短縮することができ、かつ高速回転時の熱量不足を解消して、高生産の画像形成装置に搭載されても、良好な定着性を得ることができるようにした定着装置が提案されている（特許文献３：特開２００７−３３４２０５公報）。
【０００４】
図１１は特許文献３に記載された定着装置の概略図である。無端ベルト２０１の内部に固定されたパイプ状の金属熱伝導体２０２は、無端ベルト２０１の回転方向への移動をガイドするように配置されており、金属熱伝導体２０２内の熱源２０３により金属熱伝導体２０２を介して無端ベルト２０１を加熱する。さらに無端ベルト２０１を介して金属熱伝導体２０２に接することにより、ニップ部Ｎを形成する加圧ローラ２０４を備え、加圧ローラ２０４の回転に連れ回りするようにして無端ベルト２０１を周方向に移動させる。この構成により、定着装置を構成する無端ベルト全体を温めることを可能にし、加熱待機時からのファーストプリントタイムを短縮することができ、かつ高速回転時の熱量不足を解消することが可能となっている。
更なる省エネ性、及びファーストプリントタイム向上のために、無端ベルトを金属熱伝導体を介して間接的に加熱する構成から、無端ベルトを（金属熱伝導体を介さずに）直接加熱する構成が提案されている。この構成では伝熱効率を大幅に向上させることにより消費電力を低減すると共に、加熱待機時からのファーストプリントタイムを更に短縮することができる。また、金属熱伝導体レスによるコストダウンが可能となる。しかしこの構成では、急速な昇温により発生した熱応力でベルトが変形するという問題が発生し、急速な昇温を抑制するための制御が必要となる。
【０００５】
従来、機内の温度上昇を抑制してトナーの凝集を抑えるためにファンによる対流で発熱部を冷却し、異常画像の出力を防ぐ定着装置が提案されている（特許文献４：特開平１１−１７４９４１号公報、特許文献５：特開２００４−２２６８０６公報。また、定着装置周辺部材の耐熱温度以下に保つためにファンによる冷却を行う構成が提案されている（特許文献６：特開２００１−２３５９９７公報）。
しかし、いずれの従来例も比較的長時間での機内温度上昇を想定した空冷による放熱構成であり、省エネ性及びファーストプリントタイム向上のために低熱容量の無端ベルトを局部的に直接加熱する定着装置における急速な温度上昇に対応することは難しい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のように、従来、省エネ性、及びファーストプリントタイムを向上させて、熱効率を更に高める方法として、定着ベルト状の定着部材を、その内側に配置した金属熱伝導体を介して間接的に加熱する構成から、定着ベルトを金属熱伝導体を介さずに直接加熱する構成が提案された。しかし、金属熱伝導体がなくなったことで定着ベルトを支える手段がなくなり、強度不足に陥った定着ベルトが変形、破損する事態が多発し、異常画像の出力に繋がった。特に瞬間的に定着ベルトが温度上昇することに起因した熱応力による定着ベルトの変形が課題となった。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、定着部材として低熱容量化された無端状の定着ベルトを用いると共に、内部の熱源により直接定着ベルトを加熱するようにした定着装置において、定着ベルトの急速な昇温を防止して熱応力による定着ベルトの変形とそれに起因した異常画像を防止することができる定着装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の定着装置は、熱源と、該熱源を内部に有して回転自在に支持され、且つ該熱源と対向した被加熱部位を加熱される無端状の定着部材と、前記被加熱部位を回避した前記定着部材の外周面と接してニップ部を形成する加圧部材と、を備えた定着装置であって、前記定着部材の回転速度が正規の回転速度よりも低下し、前記熱源から前記被加熱部位に単位時間当たりに与えられる熱エネルギーが所定値を越える場合に、前記被加熱部位から熱を奪う強制冷却手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、省エネ性、及びファーストプリントタイム向上のための低熱容量化による定着ベルトの強度低下と、それに起因した定着ベルトの変形、破損を、強制冷却手段によって高温化する部位の熱ネルギーをコントロールすることで防止して異常画像を防ぎ、品質が高く省エネ性の高い定着装置を提供することができる
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の定着装置を備えた画像形成装置の一例の構成について説明する図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る定着装置を示す構成図である。
【図３】回転を停止している室温状態から電力投入した後の時間経過に伴う電力と熱源の温度上昇との関係を示したグラフ図である。
【図４】定着ベルトが局部的に変形した状態を示す図である。
【図５】金属の種類に応じた熱伝導率の違いを示す図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は夫々強制冷却手段の構成説明図である。
【図７】強制冷却手段を作動させる場合の手順を示したフローチャートである。
【図８】連続通紙直後のオーバーシュート温度（温度遷移）を示すグラフ図である。
【図９】画像形成装置による画像形成動作が停止された時に強制冷却手段を作動させる手順を示すフローチャートである。
【図１０】（ａ）は三本ヒータタイプの熱源を示した略図であり、（ｂ）は二本ヒータタイプの熱源を示した略図である。
【図１１】特許文献３に記載された定着装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明について詳細に説明する。
図１は本発明の定着装置を備えた画像形成装置の一例の構成について説明する図である。
画像形成装置１は、複数の色画像を形成する作像部がベルトの展張方向に沿って並置されたタンデム方式を用いるカラープリンタあるが、本発明はこの方式に限ることはなく、またプリンタだけではなく複写機やファクシミリ装置などを対象とすることも可能である。
画像形成装置１は、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色に色分解された色にそれぞれ対応する像としての画像を形成可能な像担持体としての感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋを並設したタンデム構造が採用されている。
【００１１】
各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋに形成されたトナー像が、各感光体ドラムに対峙しながら矢印Ａ１方向に移動する無端ベルトである中間転写体（以下、転写ベルトという）１１に対して１次転写されて夫々のトナー像が重畳転写される。その後、記録紙等の記録媒体Ｐに対して一括転写（１次転写）される。
各感光体ドラムの周囲には、感光体ドラムの回転に従い画像形成処理するための装置が配置されている。ブラック画像形成を行う感光体ドラム２０Ｂｋを対象として説明すると、感光体ドラム２０Ｂｋの回転方向に沿って画像形成処理を行う帯電装置３０Ｂｋ、現像装置４０Ｂｋ、１次転写ローラ１２Ｂｋ及びクリーニング装置５０Ｂｋが配置されている。帯電後に行われる書き込み（静電潜像形成）には、光書込装置８が用いられる。
【００１２】
転写ベルト１１は、駆動ローラ７２及び従動ローラ７３により支持されている。
転写ベルト１１に対する各色トナー像の重畳転写では、転写ベルト１１がＡ１方向に移動する過程において、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋに形成されたトナー像が、転写ベルト１１の同じ位置に重ねて転写されるよう、１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｂｋによる電圧印加によって、Ａ１方向上流側から下流側に向けてタイミングをずらして行われる。
各感光体ドラム感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋは、Ａ１方向の上流側からこの順で並んでいる。
各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋの上方には、転写ベルト１１及び１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｂｋを備えた転写ベルトユニット１０が対向配設される。更に、転写ベルト１１に従動し、連れ回りする２次転写ローラ５と、転写ベルト１１に対向配設され転写ベルト１１上をクリーニングする中間転写ベルトクリーニング装置１３が配置されている。
【００１３】
更に、各感光体ドラムと転写ベルト１１との間の２次転写部に向けて搬送される記録媒体を積載した給紙カセットとしてのシート給送装置６１と、シート給送装置６１から搬送されてきた記録媒体を、トナー像の形成タイミングに合わせた所定のタイミングで、各感光体ドラムと転写ベルト１１との間の２次転写部に向けて繰り出すレジストローラ対４と、記録媒体の先端がレジストローラ対４に到達したことを検知する図示しないセンサとが設けられている。
【００１４】
更に、画像形成装置１には、トナー像が転写された記録媒体Ｐにトナー像を定着させるためのベルト定着方式の定着ユニットとしての定着装置１００と、定着済みの記録媒体を画像形成装置１の本体外部に排出する排紙ローラ７と、画像形成装置１の本体上部に配設されて排紙ローラ７により排出された記録媒体を積載する排紙トレイ１７と、排紙トレイ１７の下側に位置し、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナーを充填されたトナーボトル９Ｙ、９Ｃ、９Ｍ、９Ｂｋとが備えられている。
シート給送装置６１は、最上位の記録媒体の上面に当接する給紙ローラとしての給送ローラ３を有しており、給送ローラ３が反時計回り方向に回転駆動されることにより、最上位の記録媒体をレジストローラ対４に向けて給送する。
【００１５】
図２は本発明の一実施形態に係る定着装置を示す構成図である。
定着装置１００は、そのケーシング内部に無端状（環状）の定着部材としての定着ベルト１０１と、ハロゲンヒータ等から成る熱源１０５と、加圧部材としての加圧ローラ１５０と、を有し、熱源１０５により定着ベルト１０１が内周側から直接加熱される。
無端状の定着ベルト１０１の内部には、定着ベルト１０１を介して対向する加圧ローラ１５０とニップ部Ｎを形成するニップ形成部材１２０があり、定着ベルト内面と直接（もしくは、図示しない摺動シートを介して間接的に）摺動する。
図２ではニップ部Ｎの形状が平坦状であるが、凹形状やその他の形状であっても良い。ニップ部の形状は凹形状の方が、記録媒体先端の排出方向が加圧ローラ寄りになり、分離性が向上するのでジャムの発生が抑制される。
【００１６】
定着ベルト１０１は、ニッケルやＳＵＳなどの金属薄板や、ポリイミドなどの樹脂材料から成る薄板を基材として用いた無端ベルト（或いは、フィルム）である。定着ベルトの基材表層には、ＰＦＡ層、ＰＴＦＥ層などの離型層を形成し、トナーが付着しないように離型性を持たせている。定着ベルトの基材と離型層との間にはシリコーンゴムの層などで形成する弾性層があっても良い。シリコーンゴム層がない場合は熱容量が小さくなり、定着性が向上するが、未定着画像を押し潰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ユズ肌状の光沢ムラ（ユズ肌画像）が残るという不具合が生じる。これを改善するにはシリコーンゴム層を１００［μｍ］以上設ける必要がある。シリコーンゴム層の変形により、微小な凹凸が吸収されユズ肌画像が改善する。
定着ベルト１０１の内部にはニップ形成部材１２０を支持するための支持部材１２２（ステー）を設け、加圧ローラ１５０により圧力を受けるニップ形成部材１２０の撓みを防止し、軸方向で均一なニップ幅を得られるようにしている。支持部材１２２は軸方向両端部を、定着ベルトの両端部を回転自在に保持する保持部材１２５（フランジ）により保持固定され位置決めされている。また、熱源１０５と支持部材１２２との間に反射部材１２７を備え、熱源１０５からの輻射熱などにより支持部材１２２が加熱されてしまうことによる無駄なエネルギー消費を抑制している。ここで反射部材１２７を備える代わりに、支持部材１２２表面に断熱もしくは鏡面処理を行っても同様の効果を得ることか可能となる。
【００１７】
熱源１０５は、図示したハロゲンヒータでも良いが、ＩＨ（Induction Heating）であっても良いし、抵抗発熱体、カーボンヒータ等であっても良い。
【００１８】
加圧ローラ１５０は芯金１５１の周面に弾性ゴム層１５２を備えており、離型性を得るために表面に離型層（ＰＦＡまたはＰＴＦＥ層）が設けてある。加圧ローラ１５０は画像形成装置に設けられたモータなどの駆動源１５５からギヤを介して駆動力が伝達され回転する。また、加圧ローラ１５０はスプリングなどにより定着ベルト１０１側に押し付けられており、弾性ゴム層１５２が押し潰されて変形することにより、所定のニップ幅を有している。加圧ローラ１５０は中空のローラであっても良く、加圧ローラ１５０にハロゲンヒータなどの熱源を有していても良い。弾性ゴム層１５２はソリッドゴムでも良いが、加圧ローラ１５０内部にヒータが無い場合は、スポンジゴムを用いても良い。スポンジゴムの方が、断熱性が高まり定着ベルトの熱が奪われにくくなるので、より望ましい。
【００１９】
定着ベルト１０１は、駆動源１５５により回転する加圧ローラ１５０からの駆動力がニップ部Ｎで定着ベルトに伝達されることにより定着ベルト１０１が回転する。定着ベルト１０１は、ニップ部Ｎでは加圧ローラと支持部材１２２との間に挟み込まれて回転し、ニップ部以外（軸方向両端部）では両端開口部内周を保持部材１２５（フランジ）により保持されて回転自在にガイドされる。
上記のような構成により安価で、ウォームアップが速い定着装置を実現することが可能となる。
【００２０】
＜実施形態例＞
以下、定着装置内に、無端状の定着部材としての定着ベルト１０１と、加圧部材としての加圧ローラ１５０と、を有し、熱源１０５としてのハロゲンヒータにより定着ベルト１０１の特定部位（被加熱部位）を内周側から輻射熱を利用して直接加熱する構成について例示的に説明する。
この実施形態に係る定着装置１００は、固定された熱源１０５と、熱源を内部に有して回転自在に支持され、且つ熱源と対向した被加熱部位（定着ベルト内面）Ｈを加熱される無端状の定着ベルト（定着部材）１０１と、被加熱部位を回避した定着部材の外周面と接してニップ部Ｎを形成する被加熱部位Ｈに単位時間当たりに与えられる熱エネルギーが所定値を越える場合に、被加熱部位Ｈの外面と接触することにより被加熱部位から熱を奪う強制冷却手段１６０と、を備えた構成が特徴的である。
被加熱部位Ｈは、熱源１０５と対向する定着ベルトの内面であり、強制冷却手段１６０が接触するのは、この熱源と対向する定着ベルト内面の外側面である。
【００２１】
室温中における定着ベルトの非回転状態からの立ち上げによる温度上昇時や、連続通紙後に印刷を停止した時に、定着ベルト内に蓄えられた熱（ヒータガラス管への蓄熱、ステイへの蓄熱）は、熱源１０５に最も近く、且つ反射部材１２７からの輻射熱を直接受ける被加熱部位Ｈに指向的に（集中して）伝わり、局所的に温度が急激に上昇する箇所が発生する。
被加熱部位Ｈの近傍には、サーミスタから成る温度検知手段１６６を配置し、被加熱部位の温度が規定値を越えた場合のみに強制冷却手段１６０を駆動して冷却し、規定値を下回った時には強制冷却手段を退避させる。定着ベルト１０１の温度、特に過熱されやすい被加熱部位Ｈ分の温度は温度検知手段（サーミスタ）１６６でモニターしており、ある一定の温度を越えたことが検知されると、制御手段１５６が強制冷却手段１６０を駆動して冷却する。定着ベルトが過熱状態になる場合とは、加圧ローラが停止しているために定着ベルトが回転せずに熱源からの熱を一箇所に集中的に受ける場合と、加圧ローラが回っているにもかかわらず定着ベルトが回転していない（スリップ）ことにより一箇所に集中的に熱を受ける場合と、種々の原因により定着ベルトの回転速度が正規値よりも低下している場合を想定している。
【００２２】
図３は、回転を停止している室温状態から電力投入した後の時間経過に伴う電力と熱源の温度上昇との関係を示したグラフ図である。
約１２００Ｗの電力投入に対して温度上昇率は最大４５℃／ｓとなるため、図２中の被加熱部位Ｈが熱エネルギーを集中的に受け、定着ベルトに周方向の温度偏差が形成されて熱応力が発生し、図４中に示したように定着ベルト１０１に凹み状の変形が発生する。変形が発生した定着ベルトは画質の劣化をもたらすため、交換が必要となる。
定着ベルトの両端部を保持部材１２５により支えられている構成では、定着ベルトの長手方向の温度偏差が同じ程度であっても、長手方向中央の変形量が一番大きくなり、定着ベルトの変形は長手方向の中央付近に集中して多発する。またポリイミドベルトに代表される樹脂やゴムのように弾性の大きい定着ベルトは、熱応力により変形しても復元されるため熱応力の影響はない。しかし、板厚が１ｍｍ以下の薄い金属ベルトにおいては、弾性域を超える変形は塑性変形による凹み状の変形をもたらし、この変形部位が画像に反映されて出力されるため、温度偏差を解消することが必要となる。
【００２３】
３０秒以下の短時間で定着ベルトの熱変形が起こらない温度上昇率は、実測結果によれば３℃／ｓ程度であることが判明しており、この許容温度上昇率以上の熱量を投入する場合には熱源の電力構成を見直すか、或いは空気流によって温度上昇部位の熱を強制的に奪う手段、即ち強制冷却手段１６０を設けることで定着ベルトの熱変形を防ぐことが可能となる。
【００２４】
＜強制冷却手段＞
強制冷却手段１６０は、被加熱部位Ｈに対して、単位時間当たりに急激に、許容温度上昇率を超えて熱エネルギーが与えられた場合に、被加熱部位の外面に接触して熱を奪う手段である。
定着ベルト１０１の局所に対して単位時間当たりに急激に熱エネルギーが与えられた場合に、当該局所から熱を奪う方法としては、熱容量が高い、或いは熱伝導性の良好な冷却部材１６１を定着ベルトの曲率に合わせて接触（密着）させて熱を奪うことが有効である。熱容量の高い材質や熱伝導の高い材質を過熱しようとする部位に接触させることで、急激に流れ込む熱エネルギーを吸収することができ、定着ベルトの局部的な変形を防止できる。
熱伝導率の高い材質として、例えば金属材料を挙げることができる。特に、放熱性が優れ、コストも比較的安いアルミ材を用いるのが適当である。
なお、図５は金属の種類に応じた熱伝導率の違いを示す図である。コスト等からアルミニウムが適当であることが判る。
【００２５】
冷却部材１６１としては、図６に示すように定着ベルトの円弧状（曲面状）の外面に沿った内面形状を備えた部材を用い、定着ベルトの被加熱部位Ｈの外面と冷却部材の内面とを密着状態で摺擦させる。冷却部材１６１は、定着ベルトの被加熱部位Ｈの外面と常時接触（摺動的に接触）した状態となるように固定配置してもよい。この冷却部材１６１を周辺の金属部材に取り付けることにより、周辺金属部材を介した放熱効果を高めることができる。
或いは、図６（ａ）に示すように、加圧ローラ１５０を定着ベルト１０１に対して進退させる加圧レバー１７０と連動させるようにしてもよい。即ち、加圧レバー１７０は加圧ローラ１５０を押圧したり押圧解除することにより定着ベルトとの間でニップ部Ｎを形成したり、ニップ部形成を解除できるように構成されている。本例では、加圧レバー１７０に取り付けられて連動する連結部材１７５の端部を冷却部材１６１に取り付けることにより、加圧レバーの進退動作に応じて冷却部材１６１を被加熱部位Ｈに対して接触させたり、離間させるようにしている。この場合、加圧ローラ１５０が定着ベルト１０１に圧接されてニップ部Ｎを形成している期間中は冷却部材１６１は被加熱部位Ｈと摺接した状態となり、熱源１０５からの熱が被加熱部位を過剰に昇温させることを防止する。この場合にも、強制冷却手段１６０は周辺の金属部材と接触することにより放熱効果を高めることができる。
図６（ｂ）は強制冷却手段の他の構成例であり、加圧ローラや定着ベルトの動作とは無関係に、定着装置外部から別の駆動機構を用いて冷却部材を被加熱部位に対して進退させる構成例を示している。
【００２６】
この駆動機構１８０は、冷却部材１６１を固定、或いは回動自在に軸支する保持部材１８１と、保持部材１８１の一端を定着装置のケーシング等により回動自在に軸支する軸支部１８２と、保持部材１８１の他の部位に取付けられた作動レバー１８３と、定着装置の外部に配置されて作動レバーを矢印方向へ進退させるモータ、ソレノイド等の図示しない駆動機構と、を備えている。
駆動機構は、図示しない制御手段からの制御信号により作動して作動レバー１８３を進退させることにより、軸支部１８２を中心として保持部材１８１を揺動させることにより、冷却部材１６１の内側面を定着ベルト外面に接触させたり、離間させることができる。
この構成によれば、定着ベルトに対して冷却部材１６１を必要な時にだけ接触させることができるので、冷却部材１６１が定着ベルトと常時接触することによる定着ベルトに対する摩擦抵抗の発生と、それに起因した定着ベルトの走行速度のバラツキや減速を防止することができる。また、加圧ローラ１５０が定着ベルトと接触しているか否かに関係なく、被加熱部位Ｈを冷却する必要がある時のみ冷却部材を接触させることができるので、冷却部材１６１が定着ベルトと常時接触することによる上記不具合を解消できる。
なお、冷却部材を構成する材料としては、アルミ等の金属材料以外であってもよい。例えば、カーボンシートやシリコーンゴムなどの比較的弾性のある部材を使用しても構わない。但し、これらの材料は、金属よりも熱伝導率が落ちるため定着ベルトとの接触面に熱伝導性の高いグリスなどを塗布して使用することも可能である。
【００２７】
図７は上記実施形態において強制冷却手段１６０を作動させる場合の手順を示したフローチャートである。
画像形成装置１が画像形成動作を開始して定着装置が定着動作を開始すると、温度検知手段１６６が定着ベルトの被加熱部位Ｈの温度をモニター開始し、定着ベルトの回転数がスリップ状態にあると見なし得る程度（許容範囲を下回った値）まで低下（停止を含む）しており、且つ被加熱部位Ｈの温度が正常温度を超えた場合には、制御手段１５６が強制冷却手段１６０である冷却部材１６１を駆動させて被加熱部位と接触させる（Ｓ１〜Ｓ５）。
その後、被加熱部位Ｈの温度が正常値に戻った場合には（Ｓ６、ＹＥＳ）、冷却部材１６１を被加熱部位から初期位置に退避させる（Ｓ７）。
【００２８】
次に、図２の装置構成において、経時的に定着ベルト１０１の摺動負荷が増加した場合には、加圧ローラ１５０が回転する一方で、加圧ローラに連れ回りする筈の定着ベルトがスリップを起こして回転停止と似た状態となる。この場合には、熱源１０５から、熱源と対向する定着ベルトの被加熱部位Ｈに対して継続的に熱エネルギーが与えられるため、被加熱部位が局所的に急激に温度上昇して過熱する。
スリップの有無、スリップの程度は、定着ベルトの適所に設けたロータリーエンコーダ（回転速度検知手段１６５）により定着ベルトの回転速度、回転速度の変化を検知することにより、制御手段１５６は知ることができる。
【００２９】
また、経時などで定着ベルトの摺動負荷が増加して回転速度が低下したり、停止することがある。即ち、定着ベルトの内面は、経時的に表面性が悪化することにより摩擦抵抗が大きくなる。このため、両端を支持する保持部材１２５との間の抵抗が増大することがあり、定着ベルトが回転しにくくなる。
本実施形態では、定着ベルト１０１の回転停止時に、定着ベルトの一定範囲（被加熱部位Ｈ）に与えられる熱エネルギーが許容範囲を越える条件となった場合に、それまで非接触位置にあった冷却部材１６１を、定着ベルトの被加熱部位の外面と接触する位置に移動させて熱を奪うようにしている。
【００３０】
定着ベルトのスリップの程度が僅かである場合には、画像形成装置の制御手段は異常発生とは判断しないために、熱源を点灯させたまま画像形成を継続しようとする。このため、図２中に示した被加熱部位Ｈが反射部材１２７からの熱エネルギーを集中的に受けることとなり、定着ベルト１０１に図４に示した如き変形を生じさせる。
このような不具合に対しても、図６に示した構成例のように、被加熱部位Ｈの温度異常を温度検知手段１６６が検知した場合に、強制冷却手段１６０を用いて被加熱部位Ｈに冷却部材１６１を接触させて、適時強制冷却することにより、単位時間当たりの急激な温度上昇を抑制することができる。即ち、被加熱部位Ｈへ供給される過剰な熱エネルギーを冷却部材１６１へ逃がすことにより、被加熱部位が許容温度を越えて上昇することを防止し、被加熱部位の変形を防止することができる。
この場合において強制冷却手段１６０を作動させる手順は、図７のフローチャートを準用する。なお、本実施形態ではステップ３において、定着ベルトが回転しているが回転速度が正規値よりも低い場合（スリップ発生時）には、ステップ４へ進んで温度検知を行う。
【００３１】
次に、異常検知による画像形成動作の停止、電源ＯＦＦによる画像形成装置本体への電力供給停止、カバーオープンによる画像形成動作停止時等には、定着モータから加圧ローラへの駆動力伝達が停止され、加圧ローラ及び定着ベルトが回転を停止させる。
連続して画像形成を行っている途中で画像形成動作が停止されて定着ベルトの回転停止が起きると、連続通紙直後のオーバーシュート温度（温度遷移）を示す図８のグラフのように、定着ベルト内部に蓄熱された熱が、熱源１０５に最も近く、且つ反射部材１２７からの反射熱が集中する被加熱部位Ｈに指向的に伝わり、局所的に急激に熱エネルギーが与えられる。被加熱部位が許容温度を超えた過熱状態になると、定着ベルト１０１に図４に示した如き変形を生じさせる。
このような不具合に対しても、図６に示した構成例のように、強制冷却手段１６０を用いて被加熱部位Ｈに冷却部材１６１を接触させて適時強制冷却することにより、単位時間当たりの急激な温度上昇を抑制することができる。即ち、被加熱部位Ｈへ供給される過剰な熱エネルギーを冷却部材１６１に逃がすことにより、被加熱部位が許容温度を越えて上昇することを防止し、被加熱部位の変形を防止することができる。
【００３２】
画像形成装置による画像形成動作が停止された時に強制冷却手段１６０を作動させる手順は、図９のフローチャートによる。
即ち、画像形成装置１が画像形成動作を開始すると定着装置が定着動作を開始するが（Ｓ１１、Ｓ１２）、画像形成動作が停止すると（Ｓ１３、ＹＥＳ）、温度検知手段１６６が定着ベルトの被加熱部位Ｈの温度をモニター開始し、被加熱部位Ｈの温度が正常温度を超えた場合には、制御手段１５６が強制冷却手段１６０である冷却部材１６１を移動させて被加熱部位Ｈに接触させる（Ｓ１４、１５）。
その後、被加熱部位Ｈの温度が正常値に戻った場合には（Ｓ１６、ＹＥＳ）、冷却部材１６１を初期位置に退避させる（Ｓ１７）。
【００３３】
次に、図１０（ａ）は三本ヒータタイプの熱源を示した略図であり、（ｂ）は二本ヒータタイプの熱源を示した略図である。
これらの複数のヒータを備えた定着装置の場合は、記録媒体の幅方向寸法の違い、搬送位置の違いに応じて発熱させるヒータが異なるため、定着ベルトの停止時における定着ベルトの温度が定着ベルトの周方向で異なるばかりでなく、軸方向でも異なってくる。つまり、点灯していないヒータと対向する定着ベルト部分は過熱状態にならない。過熱により最高温度になる部分は、ヒータの電力密度が最大となる部分となる部分であり、その部分が最も熱応力が大きい部分なる。このように、定着ベルトが最高温度になる箇所はヒータの配光構成や印刷モードなどを考慮して決定し、最高温度に達した部分のみに冷却部材１６１を接触させて強制冷却すればよい。
なお、定着ベルトが最高温度に達するのは、ヒータの電力密度が高く、且つ記録媒体サイズよりもヒータ発光長が長いために熱が記録媒体に奪われずに定着スリーブに直接伝わる通紙状態となる場合である。ヒータの電力密度や記録媒体サイズを１条件に統一できるのであれば、強制冷却させるタイミングについても、最高温度に達する部位を一箇所に絞ることができる筈である。しかし、ヒータや記録媒体サイズのパターンは無限に存在するため、最高温度に達するのは電力密度が高く、かつ記録媒体の幅方向サイズを越えた位置にヒータがある場合である。
冷却部材１６１の配置、個数、構造についても、最高温度に達する部位の違いに応じて個別に選定する。
【００３４】
＜構成、作用、効果のまとめ＞
第１の本発明に係る定着装置１００は、熱源１０５と、熱源を内部に有して回転自在に支持され、且つ該熱源と対向した被加熱部位Ｈを加熱される無端状の定着部材１０１と、被加熱部位を回避した定着部材の外周面と接してニップ部Ｎを形成する加圧ローラ１５０と、を備え、定着部材１０１の回転速度が正規の回転速度よりも低下し、熱源から被加熱部位Ｈに単位時間当たりに与えられる熱エネルギーが所定値を越える場合に、被加熱部位から熱を奪う強制冷却手段１６０を備えている。
この構成によれば、定着ベルトが回転停止したこと、或いは回転速度が正規速度よりも低下したことを回転速度検知手段１６５が検知した時に過熱状態となる被加熱部位Ｈを冷却部材により強制冷却することにより、定着ベルトの周方向温度、或いは軸方向温度を均熱化し、被加熱部位の局部的な熱応力変形を防止することができる。このため、通常の稼動時における熱量の損失をなくし、かつ不要な摺動負荷を減らすことができる。
つまり、定着ベルトの回転停止時、又は回転速度低下時に、定着ベルトの周方向温度、又は軸方向温度を均熱化することで定着ベルトの熱応力変形を防止する。
定着ベルトの変形が抑制されることにより、異常画像の発生を防止することができる。定着ベルトの低熱容量化による強度低下を防ぐと共に、省エネ性を両立させることができる。
【００３５】
第２の本発明に係る定着装置１００では、強制冷却手段１６０は、被加熱部位Ｈに対して固定的に、或いは接離自在に接触する冷却部材１６１である。
この構成によれば、定着ベルトの回転停止、或いは回転速度が正規速度よりも低下した時に、定着ベルトの周方向温度、軸方向温度を均熱化することで、熱応力による定着ベルトの局部変形を防止できる。このため、通常の稼動時における熱量の損失をなくし、かつ不要な摺動負荷を減らすことができる。
【００３６】
第３の本発明に係る定着装置１００では、制御手段１５６は、熱源１０５から定着部材１０１への熱供給中に該定着ベルトの回転速度が正規の値よりも低下した場合に、強制冷却手段１６０を作動させて被加熱部位を冷却するように構成した。
この構成によれば、定着ベルトが回転停止した時や、回転速度が低下した時に、定着ベルトが最高温度になる箇所は、熱源から発せられる光が反射部材に反射されて輻射熱として伝わる被加熱部位Ｈである。この箇所周辺に熱を逃がす冷却部材１６１を接触させることが、定着ベルトの変形を抑制するのに最も効果がある。定着ベルトが最高温度になる箇所は熱源の配光構成や印刷モードなどを考慮して決定する。
特に、スリップ等により定着ベルトの回転が遅くなった場合に、強制冷却により、熱源により加熱状態となった被加熱部位Ｈから熱を逃がすことができ、熱応力による定着ベルトの局部変形を防止できる。このため、通常の稼動時における熱量の損失をなくし、かつ不要な摺動負荷を減らすことができる。
【００３７】
第４の本発明に係る定着装置１００では、制御手段１５６は、定着部材１０１の緊急停止時に、強制冷却手段１６０を作動させて被加熱部位Ｈを冷却するように構成した。
この構成によれば、異常検知による停止時や、カバーオープンによる停止時に過熱状態となった被加熱部位Ｈから熱を逃がすことができる。
定着ベルトの周方向温度、軸方向温度を均熱化することで、熱応力による定着ベルトの局部変形を防止できる。このため、通常の稼動時における熱量の損失をなくし、かつ不要な摺動負荷を減らすことができる。
【符号の説明】
【００３８】
１…画像形成装置、３…給送ローラ、４…レジストローラ対、５…次転写ローラ、７…排紙ローラ、８…光書込装置、９…トナーボトル、１０…転写ベルトユニット、１１…転写ベルト、１２…１次転写ローラ、１３…中間転写ベルトクリーニング装置、１７…排紙トレイ、２０…感光体ドラム、３０…帯電装置、４０…現像装置、５０…クリーニング装置、６１…シート給送装置、７２…駆動ローラ、７３…従動ローラ、１００…定着装置、１０１…定着ベルト、１０５…熱源、１２０…ニップ形成部材、１２２…支持部材、１２５…保持部材、１２７…反射部材、１５０…加圧ローラ、１５１…芯金、１５２…弾性ゴム層、１５５…駆動源、１５６…制御手段、１６０…強制冷却手段、１６５…回転速度検知手段、１７０…加圧レバー、１７５…連結部材、１８０…駆動機構、１８１…保持部材、１８２…軸支部、１８３…作動レバー
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３９】
【特許文献１】特開２００４−２８６９２２公報
【特許文献２】特許第２８６１２８０号
【特許文献３】特開２００７−３３４２０５公報
【特許文献４】特開平１１−１７４９４１号公報
【特許文献５】特開２００４−２２６８０６公報
【特許文献６】特開２００１−２３５９９７公報
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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