(57)【要約】  【課題】  ベルト方式の定着装置において、ウォームアップ時間の大幅な短縮と待機状態での省エネルギー化を図る。  【解決手段】  装置の電源がオンされると、ハロゲンヒータＨ2がオンとなって加圧ローラ２が設定温度まで加熱される（定着準備状態）。そして加圧ローラ２が設定温度を維持するようにハロゲンヒータＨ2がオンオフ制御される（待機状態）。画像形成開始信号が入力されると、ハロゲンヒータＨ2がオフとなるとともにハロゲンヒータＨ1がオンとなる。同時に、加圧ローラ２と無端ベルト１１が回転する。無端ベルト１１はハロゲンヒータＨ1によって加熱され、１０秒以内に設定温度（１７０〜１８０℃）まで加熱され、定着処理が行われる（定着動作状態）。この間、無端ベルト１１の表面温度が設定温度を維持するようにハロゲンヒータＨ1がオンオフ制御される。【選択図】      図４
2006251526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無端ベルトと、この無端ベルトの内側に配設された、無端ベルトを転写材に押圧するための押圧部材と、無端ベルトを加熱する第１加熱手段とを備えた定着部材と、
無端ベルトを介して押圧部材と圧接し、第２加熱手段を内蔵する加圧ローラとを備えた定着装置において、
定着準備状態および待機状態のとき、加圧ローラの設定表面温度を無端ベルトの設定表面温度よりも高くし、
定着動作状態のとき、無端ベルトの設定表面温度を加圧ローラの設定表面温度よりも高くすることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
定着準備状態および待機状態のとき、加圧ローラのみを温度制御する請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
定着準備状態および待機状態のとき、定着部材の第１加熱手段をオフとする請求項２記載の定着装置。
【請求項４】
定着動作状態のとき、無端ベルトの表面温度が設定温度となるように第１加熱手段をオンオフ制御する請求項１〜３のいずれかに記載の定着装置。
【請求項５】
第１加熱手段がオフの時のみ、加圧ローラの表面温度が設定温度となるように第２加熱手段を制御する請求項４記載の定着装置。
【請求項６】
定着動作状態のとき、無端ベルトの表面温度が設定温度となるように第１加熱手段を電圧制御する請求項１〜３のいずれかに記載の定着装置。
【請求項７】
定着装置に用いる電力に上限を設け、この上限から第１加熱手段で使用する電力を差し引いた残りの電力で、加圧ローラの表面温度が設定温度となるように第２加熱手段を電圧制御する請求項６記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は定着装置に関し、より詳細には複写機やプリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置に搭載され、転写紙上の未定着トナーを溶融定着させる定着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヒータを内蔵した定着ローラに加圧ローラを圧接させた定着装置が、複写機等の画像形成装置においてこれまで広く用いられてきた。この方式の定着装置では、定着ローラと加圧ローラとで形成されたニップ部に転写紙を通し、転写紙上の未定着トナーを溶融定着させる。
【０００３】
一方近年、装置の電源を入れてから定着装置が設定温度に達するまでの時間（ウォームアップ時間）の短縮化、および待機状態での省エネルギー化が強く望まれるようになってきたが、前記従来の定着装置では定着ローラの熱容量が大きいため、ウォームアップ時間の短縮および待機状態での省エネルギー化には限界があった。
【０００４】
そこで、無端ベルトを用いることによって熱容量を小さくした、いわゆるベルト方式の定着装置がこれまでから種々提案されている。例えば特許文献１では、無端ベルトを転写材に押圧する押圧部材を備えた定着ローラと、この定着ローラと無端ベルトを介して圧接する加圧ローラと、無端ベルトの回転を規制するガイド部材と、無端ベルトを加熱する加熱手段とを備え、定着ローラの押圧部材の硬度を加圧ローラの硬度よりも低くした定着装置が提案されている。
【特許文献１】特開２００２−２１４９５３号公報（特許請求の範囲、図１、図４、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１で提案されている定着装置では、加熱手段として無端ベルトを加熱するものしか用いていないため、定着ローラの熱容量を小さくしたことによるウォームアップ時間の短縮はある程度は期待できるものの、大幅な短縮は困難であった。また、定着動作時に転写紙及び加圧ローラに熱を奪われるので、定着ローラが設定温度まで回復するのに時間がかかるという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ウォームアップ時間の大幅な短縮が図れると共に、定着動作時に転写紙及び加圧ローラに熱を奪われても定着ローラは設定温度まで迅速に回復し、さらに待機状態での省エネルギー化が図れる定着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、無端ベルトと、この無端ベルトの内側に配設された、無端ベルトを転写材に押圧するための押圧部材と、無端ベルトを加熱する第１加熱手段とを備えた定着部材と、無端ベルトを介して押圧部材と圧接し、第２加熱手段を内蔵する加圧ローラとを備えた定着装置において、定着準備状態および待機状態のとき、加圧ローラの設定表面温度を無端ベルトの設定表面温度よりも高くし、定着動作状態のとき、無端ベルトの設定表面温度を加圧ローラの設定表面温度よりも高くすることを特徴とする定着装置が提供される。なお、本明細書において定着準備状態とは、装置の電源がオンされてから加圧ローラの表面温度が設定温度になるまでの間をいい、待機状態とは、定着動作が行われておらず且つ加圧ローラの表面温度が設定温度を保持している状態をいう。また定着動作状態とは、画像形成開始信号が入力されてから、所定の画像形成が終了するまでの間をいう。
【０００８】
ここで、ウォームアップ時間を短縮を図りながら一層の省エネルギー化を図る観点から、定着準備状態および待機状態のとき、加圧ローラのみを温度制御するのが好ましく、さらにはこのとき定着部材の第１加熱手段をオフとするのが好ましい。
【０００９】
また節電を図りながら良好な定着処理を維持する観点からは、定着動作状態のとき、無端ベルトの表面温度が設定温度となるように第１加熱手段をオンオフ制御してもよい。このとき第１加熱手段がオフの時のみ、加圧ローラの表面温度が設定温度となるように第２加熱手段を制御するのが好ましい。
【００１０】
そしてまた、定着動作状態のとき、無端ベルトの表面温度が設定温度となるように第１加熱手段を電圧制御してもよい。このとき、定着装置に用いる電力に上限を設け、この上限から第１加熱手段で使用する電力を差し引いた残りの電力で、加圧ローラの表面温度が設定温度となるように第２加熱手段を電圧制御するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の定着装置では、ベルト方式の定着装置において加圧ローラにも加熱手段を設け、定着準備状態のとき、加圧ローラの設定表面温度を無端ベルトの設定表面温度よりも高くするので、従来の装置に比べて２０〜３０％程度ウォームアップ時間が短くすることができる。また待機状態でも、加圧ローラの設定表面温度を無端ベルトの設定表面温度よりも高くするので、従来の装置に比べて高い省エネルギー化が図れる。そして、定着動作状態のときには、無端ベルトの設定表面温度を加圧ローラの設定表面温度よりも高くするので、優れた定着性が得られる。
【００１２】
定着準備状態および待機状態のとき、加圧ローラのみを温度制御し、定着部材の第１加熱手段をオフにすると、ウォームアップ時間を短縮を図りながら一層の節電を図ることができるようになる。
【００１３】
また定着動作状態のとき、無端ベルトの表面温度が設定温度となるように第１加熱手段をオンオフ制御し、き第１加熱手段がオフの時のみ、加圧ローラの表面温度が設定温度となるように第２加熱手段を制御すると、節電を図りながら良好な定着処理を行うことができるようになる。
【００１４】
定着動作状態のとき、無端ベルトの表面温度が設定温度となるように第１加熱手段を電圧制御し、定着装置に用いる電力に上限を設け、この上限から第１加熱手段で使用する電力を差し引いた残りの電力で、加圧ローラの表面温度が設定温度となるように第２加熱手段を電圧制御すると、前記と同様に、節電を図りながら良好な定着処理を行うことができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る定着装置について図に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。
【００１６】
図１は、本発明に係る定着装置の一例を示す概説図である。図１の定着装置は、定着部材１と、不図示の付勢手段によって定着部材１に圧接する加圧ローラ２とを備える。定着部材１は、無端ベルト１１によって囲まれた内部の中央に取り付けられた、内部空間を上下に区分する仕切部材１２と、上空間の略中央に軸方向に取り付けられた棒状のハロゲンヒータ（第１加熱手段）Ｈ1と、下空間の配設された、無端ベルト１１を介して加圧ローラ２と圧接するパッド部材（押圧部材）１３ａと、無端ベルト１１に所定の張力を与えながら回転可能に保持するガイド部材１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂと、無端ベルト１１の温度を測定する温度センサＳ1とを備える。一方、加圧ローラ２はその内部の略中央に軸方向に棒状のハロゲンヒータ（第２加熱手段）Ｈ2を有する。そして加圧ローラ２の表面温度は温度センサＳ2によって測定される。
【００１７】
この定着装置は、軸方向に間隔をおいて配置された一対の側壁を含むハウジング（不図示）を備えており、定着部材１と加圧ローラ２とは、一対の側壁間に回転自在に且つ相互に平行に支持されている。
【００１８】
無端ベルト１１は、図２に示すように、ポリイミドからなる７０μｍの基体１１ａ上に２００μｍのシリコンゴムなどの弾性層１１ｂを積層し、さらにその上に３０μｍの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共重合体（ＰＦＡ）からなる離型層１１ｃを積層してなる構造を有する。基体１１ａと弾性層１１ｂにはそれぞれカーボン粒子が分散されて、吸熱効率が高められている。また加圧ローラ２は、図３に示すように、厚さ０．５ｍｍの金属製の芯金ドラム２ａ上に０．５ｍｍのシリコンフォームなどの弾性体層２ｂを積層し、さらにその上に３０μｍのＰＦＡなどの耐熱性に優れた離型層２ｃを積層してなる構造を有する。なお、加圧ローラ２を駆動させて無端ベルト１１を従動させる場合には、無端ベルト１１に駆動力を効率よく伝達するため、加圧ローラ２の両側端部に離型層２ｃのないグリップ部を設け、無端ベルト１１との摩擦力を挙げるのがよい。
【００１９】
仕切部材１２は、鏡面仕上げがなされたアルミニウム板等から構成され、ハロゲンヒータＨ1からの熱がバッド部材１３ａやガイド部材１４，１５等に直接照射するのを防止すると同時に、無端ベルト１１に効率的に照射するようにしている。
【００２０】
パッド部材１３ａは発泡スポンジ層等の断熱層を有し、無端ベルト１１からの熱を外に逃がさないようにしている。また、無端ベルト１１の摺動性を確保するためにパッド部材１１の表面に低摩擦部材を被覆する、あるいはパッド部材１３ａと無端ベルト１１内面との間に低摩擦シートを挿入するのが望ましい。パッド部材１３ａは、加圧ローラ２と無端ベルト１１を介して圧接し、転写紙上のトナーを溶融定着させるニップ幅を形成する。このため、パッド部材１３ａの硬度や形状は、所望のニップ幅が得られるように適宜選択決定すればよい。また不図示の付勢手段による加圧ローラ２に対するパッド部材１３ａの押圧力は３００Ｎ程度が好ましい。
【００２１】
不図示のモータによって加圧ローラ２が図１において反時計回りに回転駆動されると、無端ベルト１１は時計回りに従動する。このとき、パッド部材１３ａは固定されているので、無端ベルト１１はパッド部材１３ａの表面を摺動する。ハロゲンヒータＨ1からの輻射熱は、回転する無端ベルト１１に照射し無端ベルト１１を加熱する。無端ベルト１１は、パッド部材１３ａ及びガイド部材１４，１５以外には接触していないので急速に昇温する。一方、未定着のトナーを載置した用紙Ｐは図１において右から左に向かってほぼ水平に搬送される。そして、パッド部材１３ａと加圧ローラ２とのニップ部を用紙Ｐが通過する時、ハロゲンヒータＨ1により加熱された無端ベルトとハロゲンヒータＨ2により加熱さえた加圧ローラ２とによって用紙Ｐ上の未定着トナーは、用紙Ｐに溶融定着される。
【００２２】
この定着装置のハロゲンヒータＨ1，Ｈ2の制御例を図４に示す。図４は、温度を縦軸、時間を横軸として、無端ベルト１１と加圧ローラ２の表面温度の経時変化を示したものである。なお、この定着装置は、Ａ４で２０ｐｐｍ相当のプリンタに搭載されるものであって、ハロゲンヒータＨ1，Ｈ2の最大消費電力はそれぞれ７００Ｗである。
【００２３】
まず装置の電源がオンされると、定着装置は定着準備状態となり、ハロゲンヒータＨ2がオンとなって加圧ローラ２が設定温度（例えば１４０〜１５０℃）まで加熱される。このとき加圧ローラ２は回転駆動しない。従来の定着装置では定着ローラを加熱していたため、トナーの定着に必要な温度（例えば１７０〜１８０℃）まで加熱する必要があったが、本発明の定着装置では加圧ローラ２を加熱するので、従来の定着ローラよりも低い設定温度で足りる。これによってウォームアップ時間が従来に比べて格段に短縮される。また、本発明の定着装置では無端ベルトは加熱しないので、省エネルギー化にも寄与する。
【００２４】
加圧ローラ２の表面温度が設定温度に到達すると定着準備状態から待機状態に入り、加圧ローラ２が設定温度を維持するようにハロゲンヒータＨ2がオンオフ制御される。そして、画像形成開始信号が入力されると定着動作状態に入り、ハロゲンヒータＨ2がオフとなるとともにハロゲンヒータＨ1がオンとなる。同時に、加圧ローラ２が回転駆動を始め、これによって無端ベルト１１も回転する。無端ベルト１１はハロゲンヒータＨ1によって加熱され、１０秒以内に設定温度（１７０〜１８０℃）まで加熱される。したがって、給紙動作が開始されてから定着装置に用紙Ｐが搬送されてくるまで間で、定着装置は定着処理が可能な状態となっている。これにより、定着装置に起因する画像形成の待ち時間は発生せず、迅速な画像形成処理が行える。
【００２５】
定着装置によって定着処理が行われている間、無端ベルト１１の表面温度が設定温度を維持するようにハロゲンヒータＨ1がオンオフ制御される。定着動作状態の間、加圧ローラ２のハロゲンヒータＨ2をオフとしていてもよいが、ハロゲンヒータＨ1がオフで且つ加圧ローラ２の表面温度が所定の下限表面温度以下となったとき、ハロゲンヒータＨ2をオンとして加圧ローラ２を加熱することが推奨される。これにより節電効果を奏させながら、定着性の向上が図れる。定着動作状態の間の加圧ローラ２の下限表面温度はおおよそ１００℃程度で足りるが、種々の実使用状態を考慮すれば１２０℃程度とするのが好ましい。
【００２６】
一連の定着処理が終了すると定着装置は待機状態となり、加圧ローラ２が設定温度を維持するようにハロゲンヒータＨ2がオンオフ制御され、ハロゲンヒータＨ1はオフされる。前述の通り、加圧ローラ２の設定温度（例えば１４０〜１５０℃）は、無端ベルト１１の設定温度（例えば１７０〜１８０℃）よりも低いので、無端ベルト１１を所定温度に維持していた従来の装置に比べて高い省エネルギー化が図れる。なお、定着処理が終了すると同時にハロゲンヒータＨ1はオフとなるが、これと同時に無端ベルト１１の回転駆動を停止させると無端ベルト１１の表面温度が異常上昇するので、無端ベルト１１の回転駆動は、定着処理終了後もしばらく継続させるのが望ましい。これによって無端ベルト１１の余熱を加圧ローラ２に伝達でき熱ロスを回避することもできる。
【００２７】
前記実施形態ではハロゲンヒータＨ1，Ｈ2の制御方式をオンオフ制御としていたが、無端ベルト１１の熱容量が小さいことに主に起因して、オンオフ制御では温度リップルが大きくなる可能性がある。そこでハロゲンヒータＨ1，Ｈ2を電力制御することも有効である。この場合例えば、ハロゲンヒータＨ1，Ｈ2の消費電力の総和に上限を設け（例えば７００Ｗ）、定着動作状態のときは、この総消費電力からハロゲンヒータＨ1で使用する電力を引いた残りの電力の範囲内でハロゲンヒータＨ2を電圧制御するようにしてもよい。このように最大消費電力（７００Ｗ）を固定することによって、２つのハロゲンヒータＨ1，Ｈ2が同時に最大出力を発生させることを回避でき、省エネルギー化が図れる。
【００２８】
待機状態のときも同様にして、総消費電力からハロゲンヒータＨ2で使用する電力を引いた残りの電力の範囲内でハロゲンヒータＨ1を電圧制御するようにすればよい。待機状態のときに無端ベルト１１をある程度暖めておくことによって、画像形成開始信号の入力から画像形成開始までの時間を一層短縮できるようになる。なお、待機状態では加圧ローラ２は回転せず、無端ベルト１１も回転しないので、無端ベルト１１の加熱領域は仕切部材１２によって無端ベルト１１の上半分の領域に限定される。したがって待機状態における無端ベルト１１の設定表面温度は、加圧ローラの設定温度以下とするのがよい。
【００２９】
また、前記実施形態では加熱手段としてハロゲンヒータＨ1，Ｈ2を用いたが、抵抗発熱体や電磁誘導加熱など従来公知の加熱手段を用いても構わない。中でも非接触加熱方式が望ましい。
【００３０】
本発明に係る定着装置の他の実施形態を示す概説図を図５に示す。図５の定着装置が、これまで説明してきた定着装置と異なる点は、押圧部材としてローラ部材１３ｂを用いる点である。その他の構成は、図１に示す定着装置と実質的に同じであるからここではその説明を省略する。
【００３１】
押圧部材としてパッド部材１３ａを用いた場合には無端ベルト１１との摩擦によって、パッド部材１３ａが消耗しまた無端ベルト１１の回転負荷が大きくなる。これに対し押圧部材としてローラ部材１３ｂを用いると、ローラ部材１３ｂは無端ベルト１１の回転に伴って回転するので、ローラ部材１３ｂの摩耗や回転負荷はパッド部材１３ａの場合に比べ格段に小さくなる。一方、ローラ部材１３ｂの場合には、軸がたわみやすくまたニップ幅が狭くなる。したがって、ニップ幅が小さくても定着性を維持できる画像形成速度の低速の装置ではローラ部材１３ｂを用い、ニップ幅の確保が重要となる画像形成速度の中・高速の装置ではパッド部材１３ａを用いるというように、画像形成速度によって押圧部材の形態を選択使用することが推奨される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る定着装置の一例を示す概説図である。
【図２】図１で使用する無端ベルトの構造を示す概説図である。
【図３】図１で使用する加圧ローラの構造を示す概説図である。
【図４】図１の定着装置の温度制御例を示す図である。
【図５】本発明に係る定着装置の他の例を示す概説図である。
【符号の説明】
【００３３】
１    定着部材
２    加圧ローラ
１１    無端ベルト
１２    仕切部材
１３ａ  パッド部材（押圧部材）
１３ｂ  ローラ部材（押圧部材）
１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ    ガイド部材
Ｈ1    ハロゲンヒータ（第１加熱手段）
Ｈ2    ハロゲンヒータ（第２加熱手段）
Ｐ    用紙
Ｓ1，Ｓ2    温度センサ
【図１】
2006251526.tif 000003
【図２】
2006251526.tif 000004
【図３】
2006251526.tif 000005
【図４】
2006251526.tif 000006
【図５】
2006251526.tif 000007