(57)【要約】【課題】従来の定着装置よりも、低コストな構成で、待機状態から定着動作状態までの時間を短縮する。【解決手段】定着装置１は、定着ローラ１０と、定着ローラ１０の内部に配置された磁束発生部１１と、加圧ローラ２０と、加圧ローラ２０を加熱するハロゲンヒータ２１と、制御部３１とを有する。定着ローラ１０は、誘導加熱により軸方向に沿ってほぼ均一に加熱される。ハロゲンヒータ２１は、中央部よりも両端部で発熱量が多くなるように形成される。制御部３１は、待機状態で誘導コイル１２及びハロゲンヒータ２１に通電させ、定着準備状態と定着動作状態で誘導コイル１２のみに通電させる。定着動作状態開始時に、両ローラの回転による定着ローラ１０から加圧ローラ２０への熱の移動により、定着ローラ１０の中央部の表面温度が急速に降下する。このため、定着ローラ１０は、軸方向の表面温度がほぼ均一となった状態で、軸方向にほぼ均一に再加熱される。【選択図】図２
2008164864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像剤を転写材上に定着させるための定着回転体と、前記定着回転体を加熱するための誘導加熱部とを有する定着ユニットと、
前記定着回転体に所定の圧力で当接する加圧回転体と、
前記加圧回転体の軸方向の少なくとも一方の端部の温度が中央部の温度より高くなるように、前記加圧回転体を加熱する補助加熱部と、
前記誘導加熱部への通電と、前記補助加熱部への通電とを制御する制御部とを有する、定着装置。
【請求項２】
前記補助加熱部は、ハロゲンヒータであり、
前記ハロゲンヒータのフィラメントコイルの巻き数は、前記ハロゲンヒータの中央部より端部のほうが多い、請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記定着回転体は、ローラ部材であり、
前記誘導加熱部が、前記定着回転体の内部に配置された、請求項１又は２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記定着回転体は、
前記誘導加熱部が内部に設けられ、前記加圧回転体に対向して配置された第１のローラ部材と、
前記第１のローラ部材から前記転写材が排出される側に配置された、直径が前記第１のローラ部材の直径よりも小さい第２のローラ部材と、
前記第１のローラ部材と前記第２のローラ部材とにかけ渡された無端状のベルト部材とを含み、
前記加圧回転体は、前記ベルト部材を介して前記第１のローラ部材に当接する、請求項１又は２に記載の定着装置。
【請求項５】
前記定着回転体は、
前記誘導加熱部が内部に設けられた第１のローラ部材と、
前記加圧回転体に対向して配置された第２のローラ部材と、
前記第１のローラ部材と前記第２のローラ部材とにかけ渡された無端状のベルト部材とを含み、
前記加圧回転体は、前記ベルト部材を介して前記第２のローラ部材に当接する、請求項１又は２に記載の定着装置。
【請求項６】
前記制御部は、
定着準備状態において、前記誘導加熱部のみに通電させ、前記定着回転体の温度が所定の温度に上昇すると、前記定着回転体を回転させ、
待機状態において、前記誘導加熱部及び前記補助加熱部に通電させ、
定着動作状態において、前記誘導加熱部のみに通電させるとともに、前記定着回転体を回転させる請求項１又は２に記載の定着装置。
【請求項７】
請求項１に記載の定着装置の制御方法であって、
定着準備状態において、前記誘導加熱部のみに通電させ、前記定着回転体の温度が所定の温度に上昇すると、前記定着回転体を回転させる定着準備ステップと、
待機状態において、前記誘導加熱部及び前記補助加熱部に通電させる待機ステップと、
定着動作状態において、前記誘導加熱部のみに通電させるとともに、前記定着回転体を回転させる定着動作ステップとを有する、定着装置の制御方法。
【請求項８】
請求項７記載の定着装置の制御方法の、定着準備状態において、前記誘導加熱部のみに通電させ、前記定着回転体の温度が所定の温度に上昇すると、前記定着回転体を回転させる定着準備ステップと、待機状態において、前記誘導加熱部及び前記補助加熱部に通電させる待機ステップと、定着動作状態において、前記誘導加熱部のみに通電させるとともに、前記定着回転体を回転させる定着動作ステップとをコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項９】
請求項８記載のプログラムを記録した記録媒体であって、コンピュータにより処理可能な記録媒体。
【請求項１０】
感光体上に静電潜像を形成する露光ユニットと、
前記静電潜像に現像剤を付着させて、現像剤画像を形成する現像ユニットと、
前記現像剤画像を転写材に転写する転写ユニットと、
前記転写材上に前記現像剤画像を定着する請求項１に記載の定着装置とを備えた、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、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置で用いられる定着装置、定着装置の制御方法、プログラム、記録媒体及びこれらを用いた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式による複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置において、像担持体である感光体ドラム上に形成されたトナー画像を転写材（被記録体）である、コピー用紙などの記録紙に転写し、これに熱と圧力を加えて記録紙に定着する定着装置が用いられる。
【０００３】
定着装置は、例えば、内部に熱源を有し、所定の温度に加熱された定着ローラと、定着ローラに圧接してニップ部を形成する加圧ローラとを備えている。熱源には、近年、例えば、誘導加熱方式を利用したものが用いられており、熱源として電磁誘導加熱するための誘導コイルが定着ローラの内部に設けられる。誘導コイルは、定着装置が定着可能な転写材の最大幅（画像保証幅）に対応する長さに巻かれているため、定着ローラの軸方向の幅全体が加熱される。
【０００４】
しかし、定着ローラの軸方向の両端部では、空気中への放熱や、軸受けからフレームへの伝熱等によって熱が奪われ、中央部よりも表面温度が低下した状態となりやすい。特に、熱源への投入電力が定着準備状態及び定着動作状態に比べて小さい待機状態では、定着ローラの両端部の表面温度の低下がより大きくなる。すなわち、待機状態において、定着ローラの両端部の表面温度が、定着可能な温度である定着温度に達していない状態となる場合がある。
【０００５】
このような状態で定着動作が行われると、転写材上のトナー画像が均一に加熱されないため、定着不良が発生することがある。このため、待機状態にあった定着装置は、定着ローラの両端部の表面温度を、定着温度に上昇させてから定着動作を行う必要があり、待機状態から実際に定着可能な状態になるまでに余分な時間がかかるという問題がある。
【０００６】
一方、定着動作状態において、小サイズの転写材を定着する際に、定着ローラが転写材と接触しない非通紙部分の、定着ローラの表面温度の上昇を抑制するために、誘導コイルを軸方向に沿って複数に分割配置し、複数の誘導コイルへの供給電力を個々に制御することで、定着ローラの両端部の表面温度を制御する定着装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
尚、本願の発明者は、後述する本発明の課題と異なる課題を解決するために、定着装置の定着準備状態の時間短縮と、待機状態における省エネルギー化を目的として、定着ローラ及び加圧ローラの両者をハロゲンヒータによって加熱する定着装置を提案している（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００５−３１１４０号公報
【特許文献２】特開２００６−２５１５２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、上述した定着ローラの両端部の表面温度低下に伴う問題を解決するためには、特許文献１に記載の定着装置を用いることが考えられる。具体的には、特許文献１に記載の定着装置において、中央部と両端部の誘導コイルに対する供給電力を制御することで、定着動作開始時に定着ローラの両端部のみを重点的に加熱するものである。
【０００９】
しかし、特許文献１に記載の定着装置では、定着ローラの内部に複数の誘導コイルを分割配置するため、誘導コイルの構造が複雑になるとともに、製造コストが上昇するという問題がある。また、分割配置されたコイルに異なる電力を供給するため、インバーター回路のコストも上昇するという問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は、上記従来の定着装置のこのような課題を考慮して、従来の定着装置の定着機構よりも低コストな構成で、待機状態から定着可能な状態になるまでに要する時間を短縮することが可能な定着装置、定着装置の制御方法、プログラム、記録媒体及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するために、第１の本発明は、
現像剤を転写材上に定着させるための定着回転体と、前記定着回転体を加熱するための誘導加熱部とを有する定着ユニットと、
前記定着回転体に所定の圧力で当接する加圧回転体と、
前記加圧回転体の軸方向の少なくとも一方の端部の温度が中央部の温度より高くなるように、前記加圧回転体を加熱する補助加熱部と、
前記誘導加熱部への通電と、前記補助加熱部への通電とを制御する制御部とを有する、定着装置である。
【００１２】
また、第２の本発明は、
前記補助加熱部は、ハロゲンヒータであり、
前記ハロゲンヒータのフィラメントコイルの巻き数は、前記ハロゲンヒータの中央部より端部のほうが多い、第１の本発明の定着装置である。
【００１３】
また、第３の本発明は、
前記定着回転体は、ローラ部材であり、
前記誘導加熱部が、前記定着回転体の内部に配置された、第１又は第２の本発明の定着装置である。
【００１４】
また、第４の本発明は、
前記定着回転体は、
前記誘導加熱部が内部に設けられ、前記加圧回転体に対向して配置された第１のローラ部材と、
前記第１のローラ部材から前記転写材が排出される側に配置された、直径が前記第１のローラ部材の直径よりも小さい第２のローラ部材と、
前記第１のローラ部材と前記第２のローラ部材とにかけ渡された無端状のベルト部材とを含み、
前記加圧回転体は、前記ベルト部材を介して前記第１のローラ部材に当接する、第１又は第２の本発明の定着装置である。
【００１５】
また、第５の本発明は、
前記定着回転体は、
前記誘導加熱部が内部に設けられた第１のローラ部材と、
前記加圧回転体に対向して配置された第２のローラ部材と、
前記第１のローラ部材と前記第２のローラ部材とにかけ渡された無端状のベルト部材とを含み、
前記加圧回転体は、前記ベルト部材を介して前記第２のローラ部材に当接する、第１又は第２の本発明の定着装置である。
【００１６】
また、第６の本発明は、
前記制御部は、
定着準備状態において、前記誘導加熱部のみに通電させ、前記定着回転体の温度が所定の温度に上昇すると、前記定着回転体を回転させ、
待機状態において、前記誘導加熱部及び前記補助加熱部に通電させ、
定着動作状態において、前記誘導加熱部のみに通電させるとともに、前記定着回転体を回転させる第１又は第２の本発明の定着装置である。
【００１７】
また、第７の本発明は、
第１の本発明の定着装置の制御方法であって、
定着準備状態において、前記誘導加熱部のみに通電させ、前記定着回転体の温度が所定の温度に上昇すると、前記定着回転体を回転させる定着準備ステップと、
待機状態において、前記誘導加熱部及び前記補助加熱部に通電させる待機ステップと、
定着動作状態において、前記誘導加熱部のみに通電させるとともに、前記定着回転体を回転させる定着動作ステップとを有する、定着装置の制御方法である。
【００１８】
また、第８の本発明は、
第７の本発明の定着装置の制御方法の、定着準備状態において、前記誘導加熱部のみに通電させ、前記定着回転体の温度が所定の温度に上昇すると、前記定着回転体を回転させる定着準備ステップと、待機状態において、前記誘導加熱部及び前記補助加熱部に通電させる待機ステップと、定着動作状態において、前記誘導加熱部のみに通電させるとともに、前記定着回転体を回転させる定着動作ステップとをコンピュータに実行させるためのプログラムである。
【００１９】
また、第９の本発明は、
第８の本発明のプログラムを記録した記録媒体であって、コンピュータにより処理可能な記録媒体である。
【００２０】
また、第１０の本発明は、
感光体上に静電潜像を形成する露光ユニットと、
前記静電潜像に現像剤を付着させて、現像剤画像を形成する現像ユニットと、
前記現像剤画像を転写材に転写する転写ユニットと、
前記転写材上に前記現像剤画像を定着する第１の本発明の定着装置とを備えた、画像形成装置である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、従来の定着装置の定着機構よりも低コストな構成で、待機状態から定着動作までに要する時間を短縮することが可能な定着装置、定着装置の制御方法、プログラム、記録媒体及び画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（実施の形態１）
以下、本発明の定着装置、及びそれを用いた本発明の画像形成装置の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
最初に、本実施の形態の定着装置１を有する、本発明の画像形成装置の一実施の形態として、モノクロ画像を形成する画像形成装置の構成について説明する。
【００２４】
図１は、モノクロ画像を形成する画像形成装置の構成の一例を示す図である。図１に示す画像形成装置１００には、その中央に画像形成機構１０１が設けられている。
【００２５】
画像形成機構１０１は、感光体ドラム１１０と、感光体ドラム１１０を帯電させる帯電装置１２０と、画像データ入力部１６０から入力された画像データに基づいて、感光体ドラム１１０上に静電潜像を形成する露光装置１１１と、感光体ドラム１１０上の静電潜像にトナーを付着させてトナー画像を形成する現像装置１３０と、トナー画像を転写材の一例としての記録紙に転写する転写ローラ１１２とを備えている。
【００２６】
また、画像形成装置１００において、感光体ドラム１１０の用紙搬送方向下流側には、記録紙に転写されたトナー画像を記録紙に定着させる、本実施の形態の定着装置１が配置されている。定着装置１のさらに用紙搬送方向下流側には、複数の排紙ローラ１４１を有する搬出装置１４０が配置されている。画像形成機構１０１の下部には、給紙部１５１が配置されている。給紙部１５１の給紙方向の下流側には、複数の給紙ローラ１５２が配置されている。給紙部１５１及び給紙ローラ１５２は、搬入装置１５０を構成する。
【００２７】
画像データ入力部１６０は、図示しない光学読み取り機構やＰＣ等の外部装置からデータの入力を受けるインタフェースである。画像条件設定部１７０は、外部からユーザ入力を受け付けるインタフェースであり、記録紙上に転写される画像の拡大や縮小、濃淡などのパラメータを設定する。
【００２８】
以上のような構成を有する画像形成装置において、トナー画像を記録紙に最終的に定着させる、本実施の形態の定着装置１の構成について、詳しく説明する。
【００２９】
図２は、本実施の形態の定着装置１の、定着ローラ１０と加圧ローラ２０の回転軸を含む平面で切断した模式的な断面図である。図３は、本実施の形態の定着装置の、定着ローラ１０の回転軸に直交する平面で切断した模式的な断面図である。図３に示す矢印Ｐは、記録紙の挿入方向であり、図２の紙面奥側から手前側の方向に対応する。
【００３０】
定着装置１は、記録紙上のトナー画像を定着する定着ローラ１０と、定着ローラ１０を誘導加熱するための磁束を発生する磁束発生部１１と、定着ローラ１０の表面温度を検出する温度センサ１５と、定着ローラ１０に所定の圧力で当接する加圧ローラ２０と、加圧ローラ２０を加熱するハロゲンヒータ２１と、加圧ローラ２０の表面温度を検出する温度センサ２５と、定着ローラ１０の回転、磁束発生部１１の誘導コイル１２への通電、及びハロゲンヒータ２１への通電を制御する制御部３１とを有する。尚、定着ローラ１０は、図示しない駆動部によって図３の時計回りの方向に回転する。加圧ローラ２０は、定着ローラ１０に従動し、反時計回りの方向に回転する。
【００３１】
次に、定着ローラ１０及び磁束発生部１１の構成について説明する。
【００３２】
図４（ａ）は、図２の領域Ｑにおける定着ローラ１０の拡大断面図である。定着ローラ１０は、回転軸から表面の方向に、基材である整磁金属層１６と、定着ローラ１０の表面に記録紙が巻き付かないようにするためのフッ素樹脂層１７とで構成される。
【００３３】
また、図２、図３に示す磁束発生部１１は、高周波の交流電流が印加される誘導コイル１２と、誘導コイル１２を巻くためのボビン１３と、ボビン１３の内部に配置されたコア１４とによって構成される。誘導コイル１２が配置されている部分は、画像保証幅に対応している。
【００３４】
誘導コイル１２に高周波の交流電流を印加することによって、整磁金属層１６には、渦電流が発生し、発生した渦電流に伴うジュール熱が発生する。誘導コイル１２の巻き数は軸方向に沿って一定であるため、整磁金属層１６で発生する渦電流の大きさ及び発熱量は軸方向に沿って一定となる。従って、定着ローラ１０は、軸方向に沿ってほぼ均一に加熱される。尚、定着ローラ１０を軸方向に沿ってほぼ均一に加熱することができれば、磁束発生部１１の構成は、図２、図３に示すものに限られない。
【００３５】
次に、加圧ローラ２０及びハロゲンヒータ２１の構成について説明する。
【００３６】
図４（ｂ）は、図２に示す領域Ｒの加圧ローラ２０の部分拡大図である。加圧ローラ２０は、回転軸から表面の方向に、基材としての金属層２６と、定着ローラ１０と加圧ローラ２０との間にニップ部を形成するための弾性層であるＳｉゴム層２７と、フッ素樹脂層２８とで構成される。金属層２６は、磁性金属または非磁性金属のどちらで形成されていてもよい。
【００３７】
また、図２に示すように、ハロゲンヒータ２１は、両端部に配置されたフィラメントコイル２１ｂの巻き数が、中央部に配置されたフィラメントコイル２１ａの巻き数より多くなるように形成されている。これにより、ハロゲンヒータ２１の発熱量は、中央部より両端部のほうが大きくなる。尚、定着動作状態の開始時の定着ローラ１０の回転によって、定着ローラ１０の軸方向の表面温度がＴ２’（図６の領域Ｓ参照）でほぼ均一となるように、フィラメントコイル２１ａ及び２１ｂの巻き数が調整されている。この点については、後述する図６を用いた動作説明において、詳細に述べる。
【００３８】
温度センサ１５及び２５は、記録紙を挿入する側のニップ部の近傍の、定着ローラ１０及び加圧ローラ２０に接触しないように、各ローラの軸方向中央部付近にそれぞれ配置され、定着ローラ１０及び加圧ローラ２０の中央部の表面温度をそれぞれ検出する。温度センサ１５及び２５としては、例えば、サーミスタが用いられる。
【００３９】
制御部３１は、磁束発生部１１及びハロゲンヒータ２１に電力を供給する電源回路を含むものであり、定着ローラ１０の回転、磁束発生部１１の誘導コイル１２への通電、及びハロゲンヒータ２１への通電を制御する。なお、制御部３１は、上記の制御を、画像形成装置１００（図１参照）の待機状態や画像形成状態などの動作状態と、温度センサ１５及び２５の検出結果とに基づいて行う。
【００４０】
以下では、上記の構成を有する定着装置１の動作を詳しく説明するとともに、本発明の定着装置の制御方法の一実施の形態についても合わせて説明する。
【００４１】
最初に、定着装置１の定着準備状態について、図５を用いて説明する。
【００４２】
図５は、定着ローラ１０及び加圧ローラ２０の、定着準備状態と待機状態における表面温度の変化を示す図である。又、定着準備状態とは、画像形成装置１００（図１参照）の電源がオンされてから、定着ローラ１０の表面温度を定着可能な温度に上昇させるまでの状態を意味する。
【００４３】
画像形成装置１００の電源がオンされると、制御部３１は、最初に磁束発生部１１の誘導コイル１２のみに通電させて、定着ローラ１０を軸方向に沿ってほぼ均一に加熱する。このとき、磁束発生部１１に供給する電力は、画像形成装置１００が供給可能な最大電力とする。又、定着ローラ１０は回転しない。又、加圧ローラ２０は、この時点で加熱されない。
【００４４】
定着ローラ１０の中央部の表面温度がＴ１に達すると、制御部３１は、定着ローラ１０を回転させる。両ローラの回転に伴い、定着ローラ１０の熱が加圧ローラ２０に移動する。このとき、図５に示すように、定着ローラ１０の表面温度が軸方向に沿ってほぼ均一であるため、加圧ローラ２０も、軸方向に沿ってほぼ均一に加熱される。尚、定着ローラ１０では、引き続き誘導加熱が行われている。
【００４５】
定着ローラ１０及び加圧ローラ２０の中央部のそれぞれの表面温度が、定着可能な温度であるＴ２及びＴ３に達すると、制御部３１は、定着ローラ１０の回転を停止させる。これにより、定着準備状態を終了し、待機状態に移行する。
【００４６】
このように、定着準備状態において、定着装置１は、画像形成装置１００が投入可能な最大電力を磁束発生部１１に投入して、発熱効率の高い誘導加熱のみを用いて両ローラを加熱する。これにより、定着準備状態の時間を短縮することができる。
【００４７】
図７及び図８は、定着ローラ１０及び加圧ローラ２０の軸方向の表面温度分布をそれぞれ示す図である。定着準備状態の終了時における、定着ローラ１０の表面温度分布を図７の実線で、加圧ローラ２０の表面温度分布を図８の実線で示す。図７及び図８の実線に示すように、定着準備状態の終了時の、定着ローラ１０及び加圧ローラ２０の軸方向の表面温度分布は、画像保証幅においてほぼ均一となっている。尚、Ｔ２は、１７０〜２００℃の範囲内に設定され、Ｔ３は、１２０〜１５０℃の範囲内に設定されることが望ましい。
【００４８】
尚、定着準備状態において、定着ローラ１０の中央部の表面温度がＴ２となるタイミングと、加圧ローラ２０の中央部の表面温度がＴ３となるタイミングがほぼ同じとなるように、最適なＴ１を決める必要がある。これは、以下の理由による。例えば、定着ローラ１０の中央部の表面温度が先にＴ２となった場合、引き続き、加圧ローラ２０の表面温度をＴ３まで加熱する必要がある。この場合、誘導加熱が引き続き行われるので、定着ローラ１０の表面温度が２００℃を越えて過剰に加熱されるおそれがある。そこで、最適なＴ１を決めることによって、上述の定着ローラ１０の過剰な加熱を防ぐことができる。最適なＴ１を求めるためには、例えば、定着ローラ１０を回転させるタイミングを、定着ローラ１０の中央部の表面温度に対応して変化させる実験を行うことで最適なＴ１を求めることができる。
【００４９】
次に、待機状態における定着装置１の動作を、図５を用いて説明する。
【００５０】
待機状態とは、画像形成装置１００（図１参照）において所定時間以上、画像形成動作が行われていない状態である。このとき、制御部３１は、定着ローラ１０の回転を停止した状態で、定着ローラ１０及び加圧ローラ２０の表面温度を制御する。
【００５１】
まず、定着ローラ１０の表面温度の制御について説明する。制御部３１は、温度センサ１５の検出温度に基づいて、定着ローラ１０の中央部の表面温度がＴ２となるように磁束発生部１１に電力を供給する。待機状態における定着ローラ１０の軸方向の表面温度分布を図７の点線で示す。待機状態において、定着ローラ１０の軸方向の表面温度分布は、両端部の表面温度が中央部の表面温度よりも、１０〜３０℃程度低い状態となる。この理由について説明する。上述のように、定着準備状態では、定着ローラ１０及び加圧ローラ２０は、誘導加熱によって室温からＴ２、Ｔ３までそれぞれ加熱されるのに対し、待機状態では、定着ローラ１０及び加圧ローラ２０の表面温度を上昇させる必要がない。すなわち、待機状態では、定着ローラ１０の中央部の表面温度をＴ２に維持するために必要な熱量が、誘導加熱によって定着ローラ１０に供給される。このため、待機状態における磁束発生部１１への供給電力は、定着準備状態における供給電力よりも少なくて済み、待機状態における定着ローラ１０の端部への熱の供給量が、定着準備状態における供給量よりも少なくなり、両端部からの自然放熱の影響を受けやすくなる。従って、定着ローラ１０の端部の表面温度が低下する。
【００５２】
次に、加圧ローラ２０の表面温度の制御について説明する。制御部３１は、温度センサ２５の検出温度に基づいて、加圧ローラ２０の中央部の表面温度がＴ３’（Ｔ３’＜Ｔ３）となるように、ハロゲンヒータ２１のオン／オフを制御する。待機状態における加圧ローラ２０の軸方向の表面温度分布を、図８の点線で示す。上述したように、ハロゲンヒータ２１の発熱量が中央部より両端部で大きいため、加圧ローラ２０の両端部の表面温度は、中央部の表面温度より高い状態となる。尚、図８の点線では、加圧ローラ２０の両端部の表面温度をＴ３とした場合の表面温度分布を示しているが、加圧ローラ２０の両端部の表面温度が、中央部の表面温度よりも１０〜３０℃程度高い状態であればよい。この理由については後述する。
【００５３】
尚、待機状態において、定着ローラ１０から加圧ローラ２０への熱の移動が、実際にはニップ部で発生する。しかし、ニップ部を形成する両ローラの表面積は、両ローラの回転表面の表面積に比べると、非常に小さく、ニップ部での熱の移動は無視することができる。
【００５４】
次に、定着装置１の定着動作状態について説明する。
【００５５】
図６は、定着装置１が待機状態から定着動作状態に変化した際の、定着ローラ１０と加圧ローラ２０の表面温度の変化を示す図である。又、定着動作状態とは、画像形成機構１０１（図１参照）によって記録紙上に転写されたトナー画像を、定着装置１が定着する動作を行う状態である。
【００５６】
待機状態から定着動作状態に変化すると、制御部３１は、誘導コイル１２への通電を維持したまま、ハロゲンヒータ２１への通電を停止して、定着ローラ１０を回転させる。両ローラの回転に伴い、定着ローラ１０から加圧ローラ２０への熱の移動が発生する。このため、定着ローラ１０の表面温度は、図６の領域Ｓに示すように、一時的に低下する。
【００５７】
このとき、定着ローラ１０の軸方向の表面温度分布がほぼ均一となる。以下にこの理由を説明する。上述したように、待機状態において、定着ローラ１０の両端部の表面温度は、中央部の表面温度よりも１０〜３０℃程度低く、加圧ローラ２０の両端部の表面温度は、中央部の表面温度よりも１０〜３０℃程度高い状態である。従って、両ローラの回転に伴い生じる熱の移動量は、両ローラの両端部よりも温度勾配の大きな中央部の方が多くなる。すなわち、両ローラの回転に伴い、定着ローラ１０の中央部の温度がＴ２’まで急速に降下して、定着ローラ１０の中央部と両端部の表面温度の差が小さくなる。従って、図６の領域Ｓに示すように、定着ローラ１０の軸方向の表面温度分布がほぼ均一となる。
【００５８】
また、定着動作状態に変化した際に磁束発生部１１への供給電力の上限は、画像形成装置１００が投入可能な最大定格電力である。従って、定着ローラ１０の表面温度が領域Ｓに示すように一時的に低下しても、定着ローラ１０の表面温度を速やかに画像保証幅にわたってＴ２とすることができる。ここで、待機状態から定着動作状態に変化したときから、記録紙が定着装置１内に供給されるまでの時間を再加熱時間とし、定着装置１の再加熱時間を図６に示すようにｔａとする。
【００５９】
尚、定着動作状態において、ハロゲンヒータ２１には通電されないため、加圧ローラ２０は、定着ローラ１０から移動する熱のみによって加熱される。従って、加圧ローラ２０の表面温度は、定着動作状態の開始時に、両ローラの回転に伴い一時的に上昇するが、記録紙が定着装置１内に供給された直後から徐々に低下し、一定の温度となる。これは、定着ローラ１０の熱が記録紙に奪われるためである。
【００６０】
定着動作状態が終了すると、定着装置１は、上述した待機状態に戻り、制御部３１が定着ローラ１０及び加圧ローラ２０の表面温度を再び制御する。
【００６１】
ここで、比較例の定着装置として、定着ローラ１０にのみ磁束発生部１１を配置した定着装置について考える。待機状態から定着動作状態に変化した際の、比較例の定着装置の定着ローラの両端部の表面温度の変化を、図６の一点鎖線として示す。
【００６２】
待機状態における、比較例の定着装置の加圧ローラの表面温度は、加圧ローラ２０と異なり、両端部の表面温度が中央部の表面温度Ｔ３’よりも低い状態となる。このため、定着動作状態に変化した際に、定着ローラを回転させると、比較例の定着装置の定着ローラの両端部の表面温度の落ち込みは、図６の一点鎖線で示すように、領域Ｓに示すものより大きくなる。また、定着ローラの中央部の表面温度が低下した際、比較例の定着装置の定着ローラの表面温度は、定着装置１のように、軸方向に沿ってほぼ均一とならない。従って、比較例の定着装置の再加熱時間をｔｂとすると、図６に示すように、ｔｂ＞ｔａとなる。このように、本実施の形態の定着装置１は、従来よりも短い再加熱時間で、待機状態から定着動作を開始することが可能となる。
【００６３】
また、上述したように、磁束発生部１１への供給電力は、定着準備状態及び定着動作状態よりも待機状態の方が少ないため、上述した最大定格電力に対して、電力の余裕が生まれる。そこで、待機状態においては、その余剰電力をハロゲンヒータ２１に供給する。このようにしても、画像形成装置１００（図１参照）の定格電力を越えることがない。従って、本実施の形態の定着装置１は、定格電力を拡大することなく、再加熱時間を短くすることができる。
【００６４】
尚、定着ローラ１０が本発明のローラ部材の一例であり、加圧ローラ２０が本発明の加圧回転体の一例である。また、磁束発生部１１が本発明の誘導加熱部の一例であり、ハロゲンヒータ２１が本発明の補助加熱部の一例であり、制御部３１が本発明の制御部の一例である。
【００６５】
（実施の形態２）
次に、本発明の定着装置の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００６６】
図９は、本発明の一実施の形態に係る定着装置の、定着ローラ４０の回転軸に直交する平面で切断した模式的な断面図である。図９の矢印Ｐは、記録紙の挿入方向である。以下の説明において、定着装置１と同じ構成要素には同じ参照符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００６７】
本実施の形態の定着装置４は、記録紙に転写されるトナー画像の凹凸に対応して、トナー画像に接触する定着装置の画像定着面をトナー画像に密着させるために、弾性層を持たせた無端ベルトを用いてトナー画像を記録紙に定着する点が、上記実施の形態１の定着装置１と異なる。
【００６８】
定着装置４は、後述する無端ベルト４２を加熱する定着ローラ４０と、磁束発生部１１と、加圧ローラ２０と、ハロゲンヒータ２１と、温度センサ２５と、定着ローラ１０から記録紙が排出される側に配置された分離ローラ４１と、トナー画像を記録紙に定着させる無端ベルト４２と、無端ベルト４２の表面温度を検出する温度センサ４３と、制御部３１とを有する。尚、定着ローラ４０は、図示しない駆動部によって図９の時計回りの方向に回転する。加圧ローラ２０は、定着ローラ１０に従動し、反時計周りの方向に回転する。分離ローラ４１及び無端ベルト４２は、定着ローラ４０に従動し、時計回りの方向に回転する。
【００６９】
定着ローラ４０は、誘導加熱によって加熱され、この熱を無端ベルト４２に伝熱させる。また、定着ローラ４０は、定着ローラ１０とほぼ同様の構成であるが、表面にフッ素樹脂層１７が形成されていない点で異なる。尚、定着ローラ４０の表面にフッ素樹脂層１７を設けてもよい。これにより、無端ベルト４２と定着ローラ４０との間の摩擦力が低減され、無端ベルト４２の蛇行を防ぐことができる。
【００７０】
無端ベルト４２は、定着ローラ４０と分離ローラ４１にかけ渡されており、無端ベルト４２を介して定着ローラ４０に所定の圧力で当接する加圧ローラ２０とニップ部を形成する。無端ベルト４２の基材としては、例えば、ＰＩ樹脂ベルトや、ステンレス鋼、ニッケル鋼などの薄肉金属ベルトが用いられる。無端ベルト４２の基材上に、弾性層となるＳｉゴム層が１００〜５００μｍ程度の厚さで設けられ、Ｓｉゴム層上に、無端ベルト４２に記録紙が張り付かないようにするためのフッ素樹脂層が設けられる。
【００７１】
分離ローラ４１は、無端ベルト４２に貼り付いた記録紙を分離するためのローラである。分離ローラ４１は、鉄やアルミニウムなどの基材で形成される。尚、分離ローラ４１の基材の表面上に、ゴムやセラミックコートなどで形成された断熱層や、無端ベルト４２の蛇行を防止するためのフッ素樹脂層を形成してもよい。
【００７２】
分離ローラ４１は、軸方向が定着ローラの軸方向と平行となるように設けられており、曲率を大きくするため定着ローラ４０の直径よりも小さい直径を有している。無端ベルト４２が分離ローラ４１に接している湾曲部４５において、無端ベルト４２に貼り付いた記録紙は、記録紙の腰の強さによって無端ベルト４２から分離される。
【００７３】
温度センサ４３は、ニップ部の近傍の定着ローラ４０の軸方向の中央部付近に、無端ベルト４２に非接触の状態で配置され、無端ベルト４２の中央部付近の表面温度を検出する。制御部３１は、定着ローラ４０の回転、磁束発生部１１の誘導コイル１２への通電、及びハロゲンヒータ２１への通電を制御する。
【００７４】
定着装置４の動作は、定着装置１の定着ローラ１０を定着ローラ４０に読み替え、定着ローラ１０の軸方向の表面温度分布を無端ベルト４２の軸方向の表面温度分布に読み替えたものと同様であるため、省略する。
【００７５】
尚、定着ローラ４０が本発明の第１のローラ部材の一例であり、分離ローラ４１が本発明の第２のローラ部材の一例であり、無端ベルト４２が本発明のベルト部材の一例である。
【００７６】
（実施の形態３）
次に、本発明の定着装置の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００７７】
図１０は、本発明の一実施の形態に係る定着装置の、定着ローラ５０の回転軸に直交する平面で切断した模式的な断面図である。図１０の矢印Ｐは、記録紙の挿入方向である。以下の説明において、定着装置１及び４と同じ構成要素には同じ参照符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００７８】
定着装置５は、定着ローラ５０と、無端ベルト４２と、無端ベルト４２を加熱する加熱ローラ５１と、磁束発生部１１と、加圧ローラ２０と、ハロゲンヒータ２１と、温度センサ２５と、温度センサ４３と、制御部３１とを有する。尚、定着ローラ５０が、図示しない駆動部によって図１０の時計回りの方向に回転する。加圧ローラ２０は、定着ローラ５０に従動し、反時計周りの方向に回転する。加熱ローラ５１及び無端ベルト４２は、定着ローラ５０に従動し、時計回りの方向に回転する。
【００７９】
定着装置５が、定着装置４と異なる点は、磁束発生部１１が加熱ローラ５１の内部に配置されており、加熱ローラ５１によって無端ベルト４２が加熱される点である。
【００８０】
無端ベルト４２は、定着ローラ５０と加熱ローラ５１とにかけ渡され、無端ベルト４２を介して定着ローラ５０に所定の圧力で当接する加圧ローラ２０とニップ部を形成する。
【００８１】
定着ローラ５０は、鉄、ステンレス鋼などが基材として用いられ、基材の表面上にＳｉゴムなどで形成された断熱弾性層が形成されている。また、無端ベルト４２の蛇行を防ぐために、基材または断熱弾性層の表面上にフッ素樹脂層を形成してもよい。
【００８２】
加熱ローラ５１は、軸方向が定着ローラ５０の軸方向と平行となるように設けられており、誘導加熱によって発生した熱を無端ベルト４２に伝熱させる。加熱ローラ５１は、定着ローラ１０とほぼ同様の構成であるが、表面にフッ素樹脂層が形成されていない点で異なる。尚、無端ベルト４２の蛇行を防ぐために、加熱ローラ５１の表面にフッ素樹脂層を設けてもよい。
【００８３】
制御部３１は、定着ローラ５０の回転、磁束発生部１１の誘導コイル１２への通電、及びハロゲンヒータ２１への通電を制御する。
【００８４】
温度センサ４３は、加熱ローラ５１によって加熱された無端ベルト４２の軸方向の中央部の表面温度を検出するために、加熱ローラ５１の図１０中における右下側に配置される。このとき、温度センサ４３は、加熱ローラ５１の軸方向の中央部付近において、無端ベルト４２に非接触の状態で配置される。
【００８５】
定着装置５の動作については、定着装置１の定着ローラ１０を定着ローラ５０に読み替え、定着ローラ１０の軸方向の表面温度分布を無端ベルト４２の軸方向の表面温度分布と読み替えたものと同様であるため、省略する。
【００８６】
尚、定着ローラ５０が本発明の第２のローラ部材の一例であり、加熱ローラ５１が本発明の第１のローラ部材の一例である。
【００８７】
尚、本実施の形態において、定着ローラ５０が図示しない駆動部によって回転し、加圧ローラ２０、無端ベルト４２及び加熱ローラ５１が、定着ローラ５０に従動するものとして説明したが、これに限らず、例えば、加圧ローラ２０が図示しない駆動部によって回転し、無端ベルト４２、定着ローラ５０及び加熱ローラ５１が加圧ローラ２０に従動してもよい。この構成は、例えば、具体的には、定着ローラ５０の断熱弾性層であるＳｉゴム層の厚さが加圧ローラ２０のＳｉゴム層２７（図４（ｂ）参照）の厚さよりも大きいために、定着ローラ５０の外径変化が、加圧ローラ２０の外径変化よりも大きくなる場合などに用いられる。このような場合、外径変化のより少ない加圧ローラ２０を駆動させることによって、ニップ部における両ローラの表面の回転速度の変動を抑制できるため、定着不良の発生を抑制することができる。
【００８８】
尚、上記実施の形態において、加圧ローラ２０の両端部の表面温度が中央部の表面温度より高くなるように、ハロゲンヒータ２１が加圧ローラ２０を加熱するものとして説明したが、これに限らず、例えば、加圧ローラ２０の一方の端部の表面温度のみが、中央部と他方の端部の表面温度より高くなるように加熱してもよい。画像形成装置１００（図１参照）中における定着ローラ１０の配置の状況によっては、例えば、画像形成装置１００の奥側の端部に熱がこもりやすい場合も考えられる。このような場合には、定着ローラ１０の奥側の端部からの放熱量が少なくなり、定着ローラ１０の奥側の端部の表面温度と中央部の表面温度とをほぼ均一にできるため、上記のような構成を用いることができる。
【００８９】
又、上記実施の形態において、定着ローラ又は加熱ローラの内部に磁束発生部１１を配置するものとして説明したが、これに限らず、例えば、定着ローラ又は加熱ローラの外側に、軸方向に沿って磁束発生部１１を配置してもよい。このとき、磁束発生部１１の誘導コイル１２は、定着ローラ１０（図３参照）の円周面の一部を覆うように、又は定着ローラ４０（図９参照）もしくは加熱ローラ５１（図１０参照）の円周面の近傍であって無端ベルト４２の外側に配置される。この場合であっても、実施の形態１と同様に、定着ローラまたは加熱ローラの整磁金属層１６（図４（ａ）参照）に、渦電流の発生に伴うジュール熱が発生する。又、磁束発生部１１が定着ローラ４０または加熱ローラ５１の円周面の近傍であって無端ベルト４２の外側に配置され、かつ、無端ベルト４２の一部の層が磁性金属層で形成される場合、無端ベルト４２の磁性金属層に渦電流の発生に伴うジュール熱が発生し、無端ベルト４２自体が加熱される。
【００９０】
又、上記実施の形態において、加圧ローラ２０の内部にハロゲンヒータ２１を配置するものとして説明したが、これに限らず、例えば、加圧ローラ２０の表面に当接する、内部にハロゲンヒータが配置された補助加熱ローラを用いてもよい。これにより、弾性層であるＳｉゴム層２７の厚みを大きくできるため、ニップ部を形成する面積を大きくすることができる。
【００９１】
又、上記実施の形態において、加圧ローラ２０の内部にハロゲンヒータ２１を配置するものとして説明したが、これに限らず、例えば、抵抗発熱体などを配置してもよい。
【００９２】
尚、本発明のプログラムは、上述した本発明の定着装置の制御方法の全部又は一部のステップの動作をコンピュータにより実行させるためのプログラムであって、コンピュータと協働して動作するプログラムである。
【００９３】
又、本発明の記録媒体は、上述した本発明の定着装置の制御方法の全部又は一部のステップの全部又は一部の動作をコンピュータにより実行させるためのプログラムを記録した記録媒体であり、コンピュータにより読み取り可能且つ、読み取られた前記プログラムが前記コンピュータと協動して前記動作を実行する記録媒体である。
【００９４】
尚、本発明の上記「一部のステップ」とは、それらの複数のステップの内の、一つ又は幾つかのステップを意味する。
【００９５】
又、本発明の上記「ステップの動作」とは、前記ステップの全部又は一部の動作を意味する。
【００９６】
又、本発明のプログラムの一利用形態は、コンピュータにより読み取り可能な、ＲＯＭ等の記録媒体に記録され、コンピュータと協働して動作する態様であっても良い。
【００９７】
又、本発明のプログラムの一利用形態は、インターネット等の伝送媒体、光・電波・音波等の伝送媒体中を伝送し、コンピュータにより読みとられ、コンピュータと協働して動作する態様であっても良い。
【００９８】
又、上述した本発明のコンピュータは、ＣＰＵ等の純然たるハードウェアに限らず、ファームウェアや、ＯＳ、更に周辺機器を含むものであっても良い。
【００９９】
尚、以上説明した様に、本発明の構成は、ソフトウェア的に実現しても良いし、ハードウェア的に実現しても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明に係る定着装置、定着装置の制御方法、プログラム、記録媒体及び画像形成装置は、従来の定着装置の定着機構よりも低コストな構成で、待機状態から定着動作までに要する時間を短縮することができ、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置で用いられる定着装置、定着装置の制御方法、プログラム、記録媒体及びこれらを用いた画像形成装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る定着装置１を有する画像形成装置の構成の一例を示す図
【図２】本発明の実施の形態１に係る定着装置１を定着ローラ１０と加圧ローラ２０の回転軸を含む平面で切断した模式的な断面図
【図３】本発明の実施の形態１に係る定着装置１を定着ローラ１０の回転軸に直交する平面で切断した模式的な断面図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態１に係る定着装置１の定着ローラ１０の拡大断面図、（ｂ）本発明の実施の形態１に係る定着装置１の加圧ローラ２０の拡大断面図
【図５】本発明の実施の形態１に係る定着装置１の定着準備状態から待機状態までの動作を説明する図
【図６】本発明の実施の形態１に係る定着装置１の定着動作状態の動作を説明する図
【図７】本発明の実施の形態１に係る定着装置１の定着ローラ１０の軸方向の表面温度分布を示す図
【図８】本発明の実施の形態１に係る定着装置１の加圧ローラ２０の軸方向の表面温度分布を示す図
【図９】本発明の実施の形態２に係る定着装置４を定着ローラ４０の回転軸に直交する平面で切断した模式的な断面図
【図１０】本発明の実施の形態３に係る定着装置５を定着ローラ５０の回転軸に直交する平面で切断した模式的な断面図
【符号の説明】
【０１０２】
１、４、５  定着装置
１０、４０  定着ローラ
１１  磁束発生部
１２  誘導コイル
１３  ボビン
１４  コア
１５、２５、４３  温度センサ
２０  加圧ローラ
２１  ハロゲンヒータ
３１  制御部
４１  分離ローラ
４２  無端ベルト
５０  加熱ローラ
１００  画像形成装置
１１０  感光体ドラム
１１１  露光装置
１１２  転写ローラ
１３０  現像装置
【図１】
2008164864.tif 000003
【図２】
2008164864.tif 000004
【図３】
2008164864.tif 000005
【図４】
2008164864.tif 000006
【図５】
2008164864.tif 000007
【図６】
2008164864.tif 000008
【図７】
2008164864.tif 000009
【図８】
2008164864.tif 000010
【図９】
2008164864.tif 000011
【図１０】
2008164864.tif 000012