(57)【要約】【課題】  定着ベルトが回転停止中であってもその温度低下を極力防止でき、印字開始を遅らせたり、定着むらの発生を回避できる定着装置及び画像形成装置を得る。【解決手段】  加熱ローラ２５と定着ローラ２７にて回転可能に支持された定着ベルト２１によって記録材上に付着したトナーを加熱定着する定着装置。定着ベルト２１に対向して設置した熱補助部材４１，４２を、定着ベルト２１が回転しているときは該ベルト２１から離間する位置に保持し、定着ベルト２１が停止しているときは該ベルト２１に接触又は近接する位置に切り替える。【選択図】  図２
2006171123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２以上の張架部材にて回転可能に支持された定着ベルトによって記録材上に付着したトナーを加熱定着する定着装置において、
前記定着ベルトに対向して設置された少なくとも一つの熱補助部材と、
前記熱補助部材の前記定着ベルトに対する距離を変更させる距離切替え手段と、
前記定着ベルトの回転及び停止に応じて前記距離切替え手段を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記定着ベルトが回転しているときは、前記熱補助部材が定着ベルトから離間するように前記距離切替え手段を制御し、定着ベルトが停止しているときは、熱補助部材が定着ベルトに接触又は近接するように距離切替え手段を制御す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】
前記熱補助部材は、金属基材層と通電により発熱する発熱抵抗体層とを備えた加熱板であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記熱補助部材が前記定着ベルトの定着面側に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の定着装置。
【請求項５】
前記熱補助部材は前記定着ベルトから離間したとき、定着装置に送り込まれる記録材をガイドする位置に切り替えられることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の定着装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか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、定着装置及び画像形成装置、特に、定着ベルトによって記録材上に付着したトナーを加熱定着する定着装置及び該定着装置を備えた複写機やプリンタ、ファクシミリ装置などの画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式による画像形成装置では、用紙上に転写されたトナーを加熱定着するための定着部材として定着ベルトを用いた定着装置が使用されている。この種の定着装置において、定着ベルトは、通常、二つの張架部材（支持ローラ）にて回転可能に保持されており、第１の張架部材に対して加圧ローラを圧接させ、第１の張架部材と加圧ローラの外周面にゴムなどの弾性材を配置することで、トナー定着のために用紙を挟着するニップ部を大きく確保するように構成している。従って、定着ベルトの加熱のための加熱源は第１の張架部材とは離れて位置する第２の張架部材に内蔵されている。
【０００３】
ところで、定着ベルトはマシンが待機状態では回転駆動されないため、加熱源から離れている定着ニップ部の温度が低下してしまい、印字開始信号に基づいてマシンが動作状態になっても定着ニップ部の温度が上昇・安定するまでは定着動作に入れず、印字開始が遅れてしまうという問題点を有していた。定着ニップ部の温度が安定しないうちに定着動作に入ると、定着むらを生じてしまうことになる。
【０００４】
そこで、従来では、特許文献１〜４に開示されているように、マシン待機状態であっても定着加熱源をオンするとともに定着ベルトを回転駆動して定着ベルトの温度低下を補償することが提案されている。しかし、マシン待機状態にも定着ベルトを回転駆動することは、定着ベルトなどの早期劣化につながる。
【特許文献１】特開２００３−３０７９６３号公報
【特許文献２】特開２００２−２８７５４３号公報
【特許文献３】特開２００３−２９５６８４号公報
【特許文献４】特開平１１−２２４０２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明の目的は、定着ベルトが回転停止中であってもその温度低下を極力防止でき、印字開始を遅らしたり、定着むらの発生を回避できる定着装置及び画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、２以上の張架部材にて回転可能に支持された定着ベルトによって記録材上に付着したトナーを加熱定着する定着装置において、前記定着ベルトに対向して設置された少なくとも一つの熱補助部材と、該熱補助部材の定着ベルトに対する距離を変更させる距離切替え手段と、定着ベルトの回転及び停止に応じて距離切替え手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。また、本発明に係る画像形成装置は、前記定着装置を備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る定着装置及び画像形成装置によれば、マシン待機状態にあっても、定着ベルトは熱補助部材によって温度低下を極力補償される。従って、マシン待機中に定着ベルトを回転駆動する必要はなく、印字開始を遅らせる必要もない。また、定着むらが生じることもなく、良好な品質の画像を得ることができる。
【０００８】
本発明に係る定着装置において、制御手段は、定着ベルトが回転しているときは熱補助部材が定着ベルトから離間するように、かつ、定着ベルトが停止しているときは熱補助部材が定着ベルトに接触又は近接するように距離切替え手段を制御することが好ましい。
【０００９】
また、熱補助部材は、金属基材層と通電により発熱する発熱抵抗体層とを備えた加熱板を用いてもよい。熱補助部材は定着ベルトの定着面側に配置されていてもよく、定着ベルトから離間したとき、定着装置に送り込まれる記録材をガイドする位置に切り替えるようにしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る定着装置及び画像形成装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。
【００１１】
（画像形成装置の概略構成、図１参照）
図１に示す画像形成装置１０は、電子写真方式による複写機あるいはプリンタであって、概略、感光体ドラム１１を中心として構成され、該感光体ドラム１１の周囲にその回転方向（矢印Ａ参照）に沿って、帯電チャージャ１２、レーザビームによって画像を露光するレーザ走査光学ユニット１３、現像装置１４、転写チャージャ１５、分離チャージャ１６、残留トナーのクリーニング装置１７、残留電荷のイレーサランプ１８が配置されている。なお、このような作像エレメントを用いて電子写真方式で画像を形成するプロセスは周知であり、その説明は省略する。
【００１２】
用紙Ｐは図示しない給紙部から１枚ずつ矢印Ｂ方向に搬送され、感光体ドラム１１からトナー画像を転写された後、定着装置２０に送り込まれ、トナーの加熱定着が施される。定着装置２０はその駆動及び温度が装置１０の中心的制御部であるＣＰＵ５によって制御され、以下に説明する定着温度、定着ベルトの回転／停止、熱補助部材の位置切替えやその温度などもＣＰＵ５によって制御される。
【００１３】
（定着装置、図２〜図７参照）
以下、定着装置２０に関して第１〜第５実施例を説明する。なお、各実施例において同じ部品、部分に関しては共通する符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１４】
（第１実施例、図２参照）
第１実施例としての定着装置２０は、図２に示すように、定着ベルト２１を加熱ローラ２５と定着ローラ２７とに張架し、定着ローラ２７に対向する位置に加圧ローラ３１を配置したものである。加熱ローラ２５と加圧ローラ３１にはそれぞれ加熱源としてのハロゲンヒータ２６，３２が内蔵されている。なお、加熱源としては、抵抗発熱体、渦電流を発生させるための電磁誘導手段などを使用することができる。
【００１５】
定着ベルト２１はハロゲンヒータ２６から加熱ローラ２５を介して所定の温度に加熱される。熱伝導を効率化するため、加熱ローラ２５はアルミニウムや鉄などの薄肉の金属製ローラとして構成されている。
【００１６】
定着ローラ２７は金属製軸部が弾性材（シリコンゴム、フッ素ゴムなど）で覆われており、加圧ローラ３１は金属製芯金の表面が弾性材（シリコンゴム、フッ素ゴムなど）で覆われている。そして、加圧ローラ３１を図示しない加圧機構で定着ローラ２７側に加圧することで、定着ローラ２７と加圧ローラ３１との圧接部分に弾性変形による所定幅の定着ニップ部３０が形成されている。この定着ニップ部３０には用紙が未定着トナーを定着ローラ２７側にして矢印Ｂ方向から搬送されてくる。
【００１７】
加圧ローラ３１には該ローラ３１を矢印ａ方向に回転駆動させるための駆動機構（図示せず）が連結されている。定着ベルト２１は加圧ローラ３１との摩擦力によって矢印ｂ方向に従動回転し、ローラ２５，２７も従動回転することになる。
【００１８】
定着装置２０内の適宜箇所には温度検出センサ（図示せず）が設置されており、このセンサの検出結果に基づいてハロゲンヒータ２６への印加電圧を調整することにより、前記定着ニップ部３０の温度が所定値を維持するように制御される。
【００１９】
なお、加圧ローラ３１の加圧機構としては、従来から、ばね部材、カム機構などが用いられており、必要に応じて圧接解除機構、圧接力変更・制御手段を併用することも可能である。
【００２０】
また、加圧ローラ３１に対する回転駆動、特に回転速度は、定着条件、用紙種類、用紙搬送速度、環境状態、マシン状態、通紙状態などによって制御することが好ましい。
【００２１】
定着ベルト２１は従動回転によってローラ２５，２７の周囲で変形されつつ使用されるために強靱性が要求され、基材としてニッケル、ステンレスなどの薄肉金属あるいはポリイミドなどの耐熱樹脂材料を使用している。また、トナーとの離型性を確保するため、表面にはポリ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（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの離型性層を備えている。定着させたトナー画像の画質向上のため、前記基材と離型性層との間に弾性層を介在させてもよい。
【００２２】
また、定着ベルト２１の温度を維持するため、該ベルト２１の表面（定着面）に対向して、熱補助部材４１，４２が設置されている。この熱補助部材４１，４２は、少なくとも定着ベルト２１と同一の幅寸法を有し、定着ベルト２１の表面に対して離間した第１位置（図２に示す位置、定着ベルト２１の表面から５ｍｍ程度離れた位置）と、該ベルト２１の表面に接触又は近接した第２位置との間で移動させる距離切替え手段（図示せず）を備えている。このような距離切替え手段はカム機構やギヤ機構、シリンダなど周知の駆動機構を採用することができる。
【００２３】
定着ベルト２１は画像形成装置１０による印字動作中は回転駆動され、待機時には回転を停止するように制御される。そして、熱補助部材４１，４２は、定着ベルト２１が回転状態にあるときは離間した第１位置に設定され、画像形成装置１０の待機時など定着ベルト２１が回転停止状態にあるときは該ベルト２１の表面に接触又は近接した第２位置に設定される。ここで、待機時とは印字指示から印字動作終了までの状態を意味し、連続印字中の通紙間隔の時間は含まない。
【００２４】
熱補助部材４１，４２は、蓄熱部材であってもよいが、通電により発熱する発熱抵抗体を備えていることが好ましく、少なくとも装置１０が待機時（第２位置）にあるときには、所定温度（１００〜２００℃）に維持される。
【００２５】
熱補助部材４１，４２は、具体的には、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように構成することができる。図７（Ａ）に示す熱補助部材は、アルミニウムなどの金属基材５１上にＰＦＡなどの絶縁層５２を介してステンレスなどの発熱抵抗体層５３を設け、さらにＰＦＡなどの絶縁層５４をコートしたものである。
【００２６】
図７（Ｂ）に示す熱補助部材は、アルミニウムなどの金属基材６１の下面にＰＦＡなどの絶縁層６２を介してステンレスなどの発熱抵抗体層６３を設け、その下にＰＦＡなどの絶縁層６４を設け、金属基材６１上にＰＦＡなどの絶縁層６５をコートしたものである。
【００２７】
図７（Ａ）に示す熱補助部材は発熱抵抗体層５３がコートされた絶縁層５４のみを介して熱を定着ベルト２１に伝導するので、熱伝導効率が良好である。図７（Ｂ）に示す熱補助部材は発熱抵抗体層６３から金属基材６１を介して熱を定着ベルト２１に伝導するので、熱伝導効率は若干低下するが、熱伝導の平面的な均一性に優れている。
【００２８】
なお、熱補助部材の加熱源としては、発熱抵抗体に代えて誘導発熱を利用した発熱体を用いることもできる。この種の発熱体はハロゲンヒータなどの輻射熱による加熱源よりも加熱効率が良好である。
【００２９】
熱補助部材４１，４２へは、該部材４１，４２の熱容量に対して温度が一定になるような電力（例えば、５０〜３００Ｗ程度）を連続的あるいは断続的に供給する方法、または、サーミスタなどの温度センサを設けて一定温度に制御する、あるいはヒステリシス温度制御する方法を採用することができる。
【００３０】
本第１実施例において、定着ベルト２１は装置１０の待機状態において回転を停止され、加熱ローラ２５に巻かれている部分は該ローラ２５からの伝熱により加熱され、定着ニップ部３０は加圧ローラ３１から熱が伝導される。さらに、定着ベルト２１の平坦部分は熱補助部材４１，４２が接触又は近接することによって伝熱され温度低下を極力補償される。従って、装置１０の待機中に定着ベルト２１を回転駆動させて温度補償する必要はなく、印字開始を遅らせる必要もない。また、定着むらが生じることもなく、良好な品質の画像を得ることができる。
【００３１】
また、熱補助部材４１，４２は、定着ベルト２１の平坦部分、即ち、ローラ２５，２７に巻かれていない部分に対向して配置されている。この平坦部分は定着ベルト２１が停止時には熱の供給がない部分であり、熱補助部材４１，４２により効果的に温度低下が補償される。
【００３２】
一方、定着ベルト２１が回転状態にあるとき、熱補助部材４１，４２は該ベルト２１から離間した第１位置に切り替えられる。ベルト２１が回転中は熱伝導が十分であるために熱補助部材４１，４２からの熱伝導を必ずしも必要とせず、ベルト２１が熱補助部材４１，４２に接触して損傷する危険性を回避するためである。
【００３３】
なお、熱補助部材４１，４２はベルト２１の内面側に接触／近接させてもよい。但し、第１実施例のごとく、ベルト２１の定着面側に接触／近接させたほうが温度補償効果は良好である。
【００３４】
ところで、熱補助部材４１，４２を位置固定状態で定着ベルト２１に接触させると、平坦部分は位置が不安定なので接触圧のばらつきが大きく、安定した熱補助効果を得ることが困難である。従って、熱補助部材４１，４２は定着ベルト２１に対してばねなどによって弾性的に接触させることが好ましい。
【００３５】
弾性的な接触圧は１００〜１０００ｇｆ程度に設定すればよい。接触圧が小さすぎると接触が不安定になる。接触圧が大きすぎると、定着ベルト２１や定着ローラ２７の弾性層の変形が大きくなり、劣化のおそれを生じる。
【００３６】
また、定着ベルト２１の回転停止時に熱補助部材４１，４２を該ベルト２１に接触ではなく近接させることも有効な熱補助効果を得る方法である。定着動作終了直後の定着ベルト２１は、１５０〜２００℃程度と高温であり、その温度では熱補助部材４１，４２による熱補助は必要としない。従って、補助加熱が不必要な状態であるにも拘わらず熱補助部材４１，４２をベルト２１に接触させると、かえってベルト２１から熱を奪うことになる。このような事情を勘案すると、熱補助部材４１，４２は単に近接させるほうが好ましい。近接距離は２ｍｍ以下とする。
【００３７】
さらに、熱補助部材４１，４２の温度を検出して、所定温度以上にあることを条件に熱補助部材４１，４２を定着ベルト２１に接触させる制御を採用してもよい。また、装置１０が待機状態に入ってから所定時間経過後、あるいは、定着ベルト２１の温度を検出して、所定温度以下に低下したことを条件に熱補助部材４１，４２を定着ベルト２１に接触させる制御を採用することもできる。
【００３８】
さらには、接触と近接とを併用した制御も可能である。例えば、装置１０が待機状態に入ってから一定時間が経過するまでは熱補助部材４１，４２を近接させ、その後接触する位置に２段階に切り替えてもよい。
【００３９】
また、熱補助部材４１，４２ごとに個別の構成とし、接触と近接を個別に制御してもよい。例えば、上側に配置される熱補助部材４１は発熱機能を有しないものとして定着ベルト２１に対して接触させ、下側に配置される熱補助部材４２は発熱機能を有するものを使用することができる。上側の熱補助部材４１は定着ベルト２１への接触よって加熱ローラ２５から熱が伝導され、かつ、下側の熱補助部材４２で暖められた空気の対流による伝熱により、発熱機能を有しなくてもある程度暖められ、定着ベルト２１に対する熱補助効果を発揮する。
【００４０】
ところで、定着装置２０において、省スペースを達成するとともに定着ニップ部３０の幅を大きくとるには、定着ローラ２７の弾性体の表面硬度を小さくしてその圧力変形を大きくすることが必要となる。そのため、定着ローラ２７の表面を被覆する弾性材は表面硬度がアスカーＣ硬度で３０〜７０度であることが好ましい。
【００４１】
また、定着ベルト２１の回転中において全体を効率的に加熱するにはベルト２１の周長に対して該ベルト２１がローラ２５，２７に懸かっている長さの割合を大きくすることが好ましく、省スペースの点でも有効である。
【００４２】
（第２実施例、図３参照）
第２実施例である定着装置２０は、図３に示すように、熱補助部材４１，４２を前記第１実施例よりも長くしてその一端部が加熱ローラ２５にも懸かるように構成している。また、熱補助部材４１の他端部も定着ローラ２７に懸かるように構成している。
【００４３】
加熱ローラ２５は加熱源であるハロゲンヒータ２６を内蔵しているため、ヒータ２６からの熱を熱補助部材４１，４２を介して回転停止中の定着ベルト２１の平坦部分に伝導し、その熱補助を行うことができる。
【００４４】
従って、第２実施例で用いられる熱補助部材４１，４２は、図７（Ａ），（Ｂ）に示すような発熱抵抗体を内蔵することは必ずしも必要なく、アルミニウムなどの熱良導体とその表面を被覆する放射率の少ない材料（例えば、テフロン（登録商標）などの樹脂材）とで構成することができる。
【００４５】
（第３実施例、図４参照）
第３実施例である定着装置２０は、図４に示すように、張架部材としてローラ２８を追加したものである。ローラ２８は定着ベルト２１の蛇行を防止するための制御ローラ、定着ベルト２１への潤滑剤塗布／回収の補助ローラとして機能する。本第３実施例においては、上側の熱補助部材４１がローラ２８を追加したことによる定着ベルト２１の移動経路に沿って折れ曲がって構成されている。
【００４６】
（第４実施例、図５参照）
第４実施例である定着装置２０は、図５に示すように、前記第３実施例と同様に、ローラ２８を追加したもので、このローラ２８は加熱源としてのハロゲンヒータ２９を内蔵し、定着ベルト２１の温度安定性を向上させている。そして、上側の熱補助部材４１は２分割され、それぞれローラ２８を追加したことによる定着ベルト２１の移動経路に沿って配置している。
【００４７】
（第５実施例、図６参照）
第５実施例である定着装置２０は、図６に示すように、前記第１実施例と同様の構成を備えるとともに、熱補助部材４２の第１位置、即ち、定着ベルト２１から離間した位置を、定着ニップ部３０に矢印Ｂ方向から搬送されてくる用紙をガイドする位置に設定したものである。
【００４８】
熱補助部材４２を用紙のガイドとして機能させることにより、熱補助部材４２に蓄えられた熱、あるいは、内部の発熱抵抗体からの熱で定着ニップ部３０に突入する直前の用紙を予備的に加熱するため、トナーの定着性が向上する。
【００４９】
この場合、熱補助部材４２に対しては、ガイドとして機能する第１位置にあるときと、定着ベルト２１の熱補助部材として機能する第２位置にあるときとで、それぞれ最適な温度に制御することが好ましい。
【００５０】
また、用紙ガイドとしても機能する熱補助部材４２は、図７（Ｂ）に示す構成を採用することが好ましい。発熱抵抗体層６３からの熱が金属基材６１を介して平面的な均一性を保って用紙に伝導されることになるからである。
【００５１】
（他の実施例）
なお、本発明に係る定着装置及び画像形成装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。
【００５２】
特に、本発明は前記実施例に示した画像形成装置１０に限らず、カラー／モノクロプリンタやカラー／モノクロ複写機、ファクシミリ装置など種々の画像形成装置、あるいは、レーザビームに限らずハロゲンランプやＬＥＤなどを露光光源とする画像形成装置に適用することができる。
【００５３】
また、熱補助部材の構成、形状の細部、定着ベルトや張架部材の構成や張架形態などは任意である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る定着装置の第１実施例を示す断面図である。
【図３】本発明に係る定着装置の第２実施例を示す断面図である。
【図４】本発明に係る定着装置の第３実施例を示す断面図である。
【図５】本発明に係る定着装置の第４実施例を示す断面図である。
【図６】本発明に係る定着装置の第５実施例を示す断面図である。
【図７】熱補助部材の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
５…ＣＰＵ
１０…画像形成装置
２０…定着装置
２１…定着ベルト
２５，２７，２８，３１…張架部材（ローラ）
４１，４２…熱補助部材
５１，６１…金属基材
５３，６３…発熱抵抗体層
【図１】
2006171123.tif 000003
【図２】
2006171123.tif 000004
【図３】
2006171123.tif 000005
【図４】
2006171123.tif 000006
【図５】
2006171123.tif 000007
【図６】
2006171123.tif 000008
【図７】
2006171123.tif 000009