(57)【要約】【課題】厚紙またはＯＨＰなどの多量の熱量を吸収する紙種を定着する場合などにも最適に対応する定着装置及びこれを搭載する画像得形成装置を提供する。【解決手段】本発明の定着装置は、円弧形状の基板上に設けられる抵抗発熱体と該抵抗発熱体上に形成される保護層とからなるヒータ３００と、このヒータ３００とニップ部材１７０とに張架されるベルト１３０と、該ベルト１３０を介してニップ部材１７０と対向し回転駆動される加圧ローラ１００と、ヒータ３００に対向しベルト１３０を介してベルト１３０を押圧する対向クラウンローラ６００とを具備してなり、この対向クラウンローラ６００を回転駆動すると共に、対向クラウンローラ６００のベルト１３０を介したヒータ３００へ圧接力を変動するようにしたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円弧形状の基板上に設けられる抵抗発熱体と該抵抗発熱体上に形成される保護層とからなるヒータと、
該ヒータとニップ部材とに張架されるベルトと、
該ベルトを介して該ニップ部材と対向し回転駆動される加圧ローラと、
該ヒータに対向し該ベルトを介して該ベルトを押圧する対向ローラと、
を具備し、
該対向ローラを回転駆動し、該対向ローラのベルトを介したヒータへ圧接力を変動することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
定着する記録紙の紙種に応じて圧接力を変動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】
該対向ローラはクラウン形状であり、定着する記録紙のサイズに応じて圧接力を変動す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】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の定着装置を用い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、記録紙上の未定着トナーを、その通過中に融着し、かつこれを記録紙側に押圧し定着させる定着装置及びそれを用いた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機やプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に搭載され記録紙上の未定着トナー像を接触加熱定着する定着装置として、従来、円弧ヒータとニップ部材とに張架したベルト、加圧ローラとから構成されるものが知られている。このような定着装置としては、例えば、特許文献１（特開２００３−２８７９６９号公報）には、加熱電力を供給することにより発熱する面状の抵抗発熱体部と定着ベルトの裏側が摺接するための曲面を備えた加熱パネル、定着ベルトの裏側が摺接する弾性部を有する加圧パッド、上記加熱パネルと上記加圧パッドとの間に張力をかけて掛け渡された定着ベルト、及び、上記定着ベルトを挟んで上記加圧パッドとの間で相互に向かい合う加圧力が付与され、一定方向に回転駆動される加圧ローラを備えており、上記定着ベルトと上記加圧ローラとで形成されるニップ部にトナーが吸着された記録紙が導かれることを特徴とするベルト式定着装置が記載されている。
【特許文献１】特開２００３−２８７９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の定着装置においては、円弧ヒータとニップ部材とでベルトを張架し、この張架されたベルトに加圧ローラを当接させて、この加圧ローラを回転駆動し、ベルトと加圧ローラとの間の摩擦でベルトを回動させるようになっている。このような構成であるために、ベルトを安定的に回動させるようベルトを張架する際のベルト張力をある程度制限する必要があった。一方、トナー定着のための十分な熱をベルトに持たせるべく、円弧ヒータとベルトとの当接力を確保しなければならず、そのために、先のベルト張力をある程度確保せねばならない、という事情がある。
【０００４】
以上のように、円弧ヒータとニップ部材とに張架したベルト及び加圧ローラとから構成される定着装置においては、ベルトの安定的回動の確保とベルトへの熱伝導率向上とを両立させるために、ベルトと円弧ヒータとの当接力を微妙にバランスさせる必要がある。
【０００５】
ところで、定着装置においては、幅広の記録紙や幅狭の記録紙を定着する場合や、厚紙またはＯＨＰなどの多量の熱量を吸収する紙種を定着する場合などの種々のシチュエーションが想定されるが、従来の定着装置においてはこれらのシチュエーションに対応していない、という問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記の各課題を解決するために、請求項１に係る発明は、円弧形状の基板上に設けられる抵抗発熱体と該抵抗発熱体上に形成される保護層とからなるヒータと、該ヒータとニップ部材とに張架されるベルトと、該ベルトを介して該ニップ部材と対向し回転駆動される加圧ローラと、該ヒータに対向し該ベルトを介して該ベルトを押圧する対向ローラと、を具備し、該対向ローラを回転駆動し、該対向ローラのベルトを介したヒータへ圧接力を変動することを特徴とする定着装置である。
【０００７】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の定着装置において、定着する記録紙の紙種に応じて圧接力を変動することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の定着装置において、該対向ローラはクラウン形状であり、定着する記録紙のサイズに応じて圧接力を変動することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の定着装置を用いたことを特徴とする画像形成装置である。
【００１０】
このような本発明によれば、円弧ヒータとニップ部材とに張架したベルト及び加圧ローラとから構成される定着装置において、幅広の記録紙や幅狭の記録紙を定着する場合や、厚紙またはＯＨＰなどの多量の熱量を吸収する紙種を定着する場合などの種々のシチュエーションに応じて、ベルトと円弧ヒータとの当接力を微妙にバランスさせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る定着装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る定着装置の断面を示す図であり、図２は、本発明の実施の形態に係る定着装置の斜視図であり、図３は、本発明の実施の形態に係る定着装置の画像形成装置本体に対する取り付け部の構造を示す図である。
【００１２】
図１乃至図３において、１００は加圧ローラ、１０１は芯金、１０２はシリコーンゴム中間層、１０３はＰＦＡ表層、１２０は未定着画像、１２１は記録紙、１２２は未定着トナー、１３０はベルト、１４１はベルト温度センサー、１５１は円弧ヒータ中央温度センサー、１５２は円弧ヒータ端部温度センサー、１６０はたわみ防止シャフト、１７０はニップ部材、１７１はリブ、２００はベルトユニット、３００は円弧ヒータ、４００は支持部材（胴当て部材）、５０１はベルトユニット取り付け側板、５０２は加圧ローラ取り付け側板、５０４は対向クラウンローラ軸受け、６００は対向クラウンローラ、６０１は対向クラウンローラ芯金、６０２は対向クラウンローラ弾性層をそれぞれ示している。なお、本明細書においては、「対向ローラ」という語を、「対向クラウンローラ」の上位概念として用いることがある。
【００１３】
本発明の実施の形態に係る定着装置は、矢印ｂ方向から進入する記録紙１２１上の未定着トナー１２２を、その通過中に融着し、かつこれを記録紙１２１側に押圧し定着させることによって、記録紙１２１上の未定着画像１２０を永久可視像へと変換する画像形成装置の一工程を担うものである。
【００１４】
図１乃至図３において、矢印ａは加圧ローラ１００の回転駆動方向、矢印ｂは未定着画像１２０進入方向、矢印ｃはベルト１３０の回転方向をそれぞれ示しており、各部がこのよう方向に動作することによって、上述するように未定着画像１２０が矢印ｂ方向で定着装置を通過する。また、図１乃至図３において、矢印ｄは対向クラウンローラ６００回転方向、矢印ｆは円弧ヒータ３００のベルト１３０への当接方向、矢印ｊはニップ部材１７０のベルト１３０当接方向をそれぞれ示している。
【００１５】
加圧ローラ１００は、ステンレス製の芯金１０１の周囲にシリコーンゴムからなるシリコーンゴム中間層１０２を配し、さらに表面に熱可塑性フッ素樹脂からなるＰＦＡ表層１０３を施したものである。この加圧ローラ１００は、不図示の動力機構によって矢印ａ方向に回転することによって、ベルト１３０とのニップ部における摩擦でベルト１３０を回動させる。
【００１６】
ベルト１３０は円弧ヒータ３００とニップ部材１７０に張架されて、矢印ｃ方向に回動することによって、記録紙１２１をベルト１３０−加圧ローラ１００間のニップ部を通過させると共に、円弧ヒータ３００からの熱を伝達して当該ニップ部を通過する未定着トナー１２２を加熱する。
【００１７】
ベルト温度センサー１４１はベルト１３０の温度を不図示の制御部がモニターするために設けられた温度検出手段であり、また、円弧ヒータ中央温度センサー１５１は円弧ヒータ３００の中央付近の温度を不図示の制御部がモニターするために設けられた温度検出手段であり、円弧ヒータ端部温度センサー１５２は円弧ヒータ３００の端部付近の温度を不図示の制御部がモニターするために設けられた温度検出手段である。
【００１８】
ニップ部材１７０は、ベルト１３０を張架する部材の一つであると共に、加圧ローラ１００との間に未定着画像１２０を通過させるニップ部を形成する部材であり、材料としては耐熱性に優れたエンジニアリングプラスチックであるポリフェニレンスルフィド(ＰＰＳ)が用いられる。
【００１９】
なお、ニップ部材１７０はエンジニアリングプラスチック製であり、比較的強度にも優れてはいるが、ベルト１３０を介して、加圧ローラ１００に押しつけられるとたわむ可能性があるために、それを防止するためリブ１７１を介して、たわみ防止用シャフト１６０が設けられている。そして、たわみ防止用シャフト１６０両端と加圧ローラ１００両端の間に不図示の加圧バネを設け、ニップ部材１７０をベルト１３０を介して加圧ローラ１００に加圧する。
【００２０】
円弧ヒータ３００は概略剛性基板３０１上に印刷された抵抗発熱体３２０とそれを保護する保護層３３０からなる。抵抗発熱体３２０は通電されることによって発熱し、当該円弧ヒータ３００が熱せられ、この熱がベルト１３０へと伝達する。
【００２１】
支持部材（胴当て部材）４００には、斜視図に示すように円弧ヒータ３００を支持する凹部（溝）が形成されており、つっぱりバネ２１３により円弧ヒータ３００をベルト１３０に押し付けるに構成される。また、支持部材（胴当て部材）４００は、ベルト１３０が軸方向一方端への寄りを規制する寄り止めとしても機能する。
【００２２】
対向クラウンローラ６００は対向クラウンローラ芯金６０１に２０ｍｍφのステンレスシャフトを用い、まわりに厚さ７ｍｍ発泡シリコーンゴム層を対向クラウンローラ弾性層６０２として設け、クラウン量は１ｍｍとした。
【００２３】
対向クラウンローラ芯金６０１は図示していないモータにギアで結合され、矢印ｄ方向に回転駆動される。
【００２４】
対向クラウンローラ６００は対向クラウンローラ軸受け５０４を介して、対向ローラ取り付け側板５０１に回転可能に固定支持される。
【００２５】
ニップ部材１７０は樹脂製で、背面のたわみ防止用シャフト１６０両端に荷重をかけ、ベルト１３０を介し、加圧ローラ１００に矢印ｊ方向に圧接する。以上、説明したベルト１３０、円弧ヒータ３００、たわみ防止用シャフト１６０、ニップ部材１７０、リブ１７１でベルトユニット２００を形成する。ベルトユニット２００は、図示するようにベルトユニット取り付け側板５０１で支持されている。このとき、たわみ防止シャフト１６０をベルトユニット取り付け側板５０１に固定支持し、円弧ヒータ３００は図１の矢印ｆ方向に移動可能なように支持される。
【００２６】
円弧ヒータ３００をｆ方向に移動可能に構成する機構については後述するが、ベルトユニット２００を挟持する両ベルトユニット取り付け側板５０１のベルトユニット２００挟持空間外にこのような機構が設けられる。
【００２７】
加圧ローラ１００は回転可能に加圧ローラ取り付け側板５０２に固定支持される。そして、たわみ防止シャフト１６０はベルトユニット取り付け側板５０１を介して、図示していない加圧バネにより、加圧ローラ取り付け側板５０２に押し付けられている。
【００２８】
たわみ防止シャフト１６０はニップ部材１７０、ベルト１３０を介して加圧ローラ１００に押し付けられる形になる。よって、加圧バネ荷重がニップ部材１７０のベルト１３０を介した加圧ローラ１００への加圧荷重になる（図１の矢印ｊ方向）。
【００２９】
次に、本発明の実施の形態に係る定着装置における円弧ヒータ３００についてより詳しく説明する。まず円弧ヒータ３００の構造について詳しく説明する。図４は、本発明の実施の形態に係る定着装置に用いる円弧ヒータ３００の電気的な配線構造を斜視的に示す図であり、図５は、本発明の定着装置に用いる円弧ヒータ３００に剛性基板として金属製基板を用いた場合の断面構造を示す図であり、図６は、本発明の定着装置に用いる円弧ヒータ３００に剛性基板として絶縁性基板を用いた場合の断面構造を示す図である。
【００３０】
図４において、３０１は剛性基板、３１０は電極、３１１は板バネ電極、３１２は円弧ヒータ用電源コード、３２０は抵抗発熱体をそれぞれ示している。
また、図５において、１３０はベルト、３０２は金属製剛性基板、３４０は絶縁層、３２０は抵抗発熱体、３３０は保護層、６００は対向クラウンローラ、６０１は対向クラウンローラ芯金、６０２は対向クラウンローラ弾性層をそれぞれ示している。また、図６において、１３０はベルト、３０３は絶縁性製性基板、３２０は抵抗発熱体、３３０は保護層、６００は対向クラウンローラ、６０１は対向クラウンローラ芯金、６０２は対向クラウンローラ弾性層をそれぞれ示している。
【００３１】
円弧ヒータ３００の構造における基礎となる剛性基板３０１には金属製の基板と、絶縁性の基板との２種類の材料の基板を用いることができる。図５及び図６に円弧ヒータ３００の層構成がわかるように概略断面図が示されている。図５は剛性基板として金属製剛性基板３０２が用いられる場合であり、この場合、抵抗発熱体３２０と、金属製剛性基板３０２の間に絶縁層３４０を設ける。図６に示すものは剛性基板として絶縁性剛性基板３０３が用いられる場合であり、この場合は、抵抗発熱体３２０を絶縁性剛性基板３０３上に直接形成している。
【００３２】
本実施形態では、この絶縁性剛性基板３０３には、アルミナセラミックを用い、厚みは１ｍｍとしている。  アルミナの熱伝導率は３６．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、ベルト弾性層１３２材質のシリコーンゴム（熱伝導率０．２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）よりも１８０倍も大きく、絶縁性剛性基板３０３厚みはベルト基材１３１材質のニッケル（熱伝導率９０  Ｗ／（ｍ・Ｋ））厚み３５ｕｍよりも２８倍大きい。したがって、長手方向の熱抵抗はベルト１３０よりも円弧ヒータ３００の方が小さい。
【００３３】
なお、剛性基板材質、金属のステンレス（熱伝導率２７  Ｗ／（ｍ・Ｋ））としても良い。金属材質は靭性があるので、ベルト回転駆動時の振動を吸収し、ベルト姿勢が安定し、光沢ムラの少ない定着画像が得られる利点を有する。金属剛性基板を用いる場合は、絶縁層３４０として、ガラスまたはポリイミド樹脂などの耐熱性のある絶縁材料が適している。
【００３４】
抵抗発熱体３２０は銀タングステン、銀パラジウムなどを用い、幅３ｍｍ、長さ３００ｍｍで円弧ヒータ３００の頂点付近に間隔１．４ｍｍをとって２本設けた。抵抗発熱体３２０の両端には銀電極３１０を設け、その部分は保護層３３０を被覆しないようにして、板バネ電極３１１を圧接し、導通をとるように構成している。板バネ電極３１１には円弧ヒータ用電源コード３１２が接続され、電力が供給される。円弧ヒータ３００消費電力はＡＣ１００Ｖ印加時に１０００Ｗとなるように構成する。
【００３５】
次に、本発明の実施の形態に係る定着装置におけるベルト１３０の構造についてより詳しく説明する。図７は、本発明の実施の形態に係る定着装置に用いるベルト１３０の断面構造を示す図である。図７において、１３４はベルト基材、１３５は弾性層、１３６は剥離層をそれぞれ示している。
【００３６】
弾性層１３５は紙の繊維凹凸にベルト１３０表面を倣わせ、トナー層に均一圧力がかかるようにして、光沢ムラの発生を防止するために設けられている。また、剥離層１３６は加熱溶融トナーが粘着し、紙がベルト１３０に張り付くのを防止するための層である。弾性層１３５には２００μｍ厚シリコーンゴム、剥離層１３６には２０μｍ厚ＰＦＡ樹脂を用いた。また、ベルト基材１３４は、ベルト周長伸縮を抑える他に、円弧ヒータ３００表面、及び、ニップ部材１７０との摺擦に対してベルト強度を保つためにニッケルが用いられる。なお、ベルト基材１３４としてはニッケルの他に、ステンレスなども用い得るし、弾性層１３５、剥離層１３６の材質も上記のような目的にかなうものであれば他の材料を用いても構わない。
【００３７】
次に、本発明の実施の形態に係る定着装置における、対向クラウンローラのベルトを介したヒータへ圧接力を変動する機構について説明する。図８乃至図１０は、本発明の実施の形態に係る定着装置における対向ローラ当接力調整機構を示す図である。
【００３８】
本発明の要旨としては、対向クラウンローラのベルトを介したヒータの圧接力を変動するものであるが、このときの方法として、対向クラウンローラの位置を可動とする方法と、ヒータの位置を可動とする方法の２通りがある。以下、この実施形態においては後者の方法について説明するが、本発明を実現するにあたっては前者を用いてもよいことは言うまでもない。
【００３９】
図８に示す状態は、紙種として厚紙やＯＨＰシートなどの熱量用の大きい記録紙の定着に用いられるポジションであり、対向クラウンローラのベルトを介したヒータの圧接力は最大となっている。本明細書では、この状態を第１圧接状態ということがある。また、この図８に示すポジションは、定着装置を立ち上げる時にも用いられる。
【００４０】
図９に示す状態は、紙幅が広い記録紙などの定着に用いられるポジションであり、対向クラウンローラのベルトを介したヒータの圧接力は中程度となっている。本明細書では、この状態を第２圧接状態ということがある。
【００４１】
図１０に示す状態は、紙幅が狭い記録紙などの定着に用いられるポジションであり、対向クラウンローラのベルトを介したヒータの圧接力は最小となっている。本明細書では、この状態を第３圧接状態ということがある。
【００４２】
図８乃至図１０は、ベルトユニット２００を挟持する両ベルトユニット取り付け側板５０１の一方を側方からみた図である。また、図８乃至図１０の機構は、ベルトユニット２００を挟持する両ベルトユニット取り付け側板５０１のベルトユニット２００挟持空間外に設けられている。
【００４３】
図８乃至図１０において、２１０はカム、２１１はカム軸受け、２１２はバネキャップ、２１３はつっぱりバネ、２１４はバネ止め突起、２１５は加圧レバー、２１６は加圧突起、２１７はスライド窓、２１８は加圧レバー回転軸をそれぞれ示している。
【００４４】
また、図８において、矢印ｋは圧接力低減回転方向、矢印Ｌは加圧レバー移動方向、矢印ｒは圧接方向を、また、図９において、矢印ｐは圧接力可変方向、矢印ｑは加圧レバー移動方向、矢印ｔは圧接方向を、また、図１０において、矢印ｍは圧接力増加方向、矢印ｎは加圧レバー移動方向、矢印ｓは圧接方向をそれぞれ示している。
【００４５】
カム２１０はカム軸受け２１１を中心として回転し、そのプロフィールにて加圧レバー２１５の一方側を押圧するようになっている。これに対して、バネキャップ２１２は弾性的に加圧レバー２１５の他方側を押圧するようになっている。バネ止め突起２１４は、ベルトユニット取り付け側板５０１から突出する構成となっている。つっぱりバネ２１３の他端はこのバネ止め突起２１４に支持される。
【００４６】
ベルトユニット取り付け側板５０１にスライド窓２１７が開けられており、加圧レバー２１５を介して支持部材４００が矢印ｒ（或いは、図９の矢印ｔ、図１０の矢印ｓ）またはその逆方向にスライド可能に支持されている。
【００４７】
加圧レバー２１５は、ベルトユニット２００の両側面に設けられた両側面のベルトユニット取り付け側板５０１それぞれに設けられている。この２つの加圧レバー２１５は、それぞれ不図示の構成で支持部材４００を支持して、加圧レバー２１５の変位によって支持部材４００を変位させ、支持部材４００の凹部に嵌合している円弧ヒータ３００を移動させる。
【００４８】
加圧レバー２１５は、加圧レバー回転軸２１８を支点として矢印Ｌ（或いは図９の矢印ｑ、図１０の矢印ｎ）方向に回転可能に設けられている。加圧レバー２１５の中央付近に加圧突起２１６を設け、支持部材４００を介して円弧ヒータ３００を矢印ｒ（或いは、図９の矢印ｔ、図１０の矢印ｓ）方向に圧接するようにしている。
【００４９】
ここで、スライド窓２１７から、加圧レバー２１５を介して移動可能に支持部材４００を設置し、加圧レバー２１５に加圧突起２１６を設けることにより、加圧レバー２１５が傾いても、円弧ヒータ３００を矢印ｒ、矢印ｔ、矢印ｓの単一方向に押すことが可能となり、円弧ヒータ３００の姿勢が安定する。その結果、ベルト１３０温度、かつ、ベルト回転駆動が安定する。
【００５０】
加圧レバー２１５端部はカム２１０とバネキャップ２１２に接している。また、ベルトユニット取り付け側板５０１に設けられたバネ止め突起２１４と加圧レバー２１５端部の間にバネキャップ２１２を介し、つっぱりバネ２１３を入れる。定着装置を立ち上げる時、または、厚紙、ＯＨＰなどの定着熱吸収量が大きい紙を通紙する場合は、図８に示す状態となる。
【００５１】
このとき、円弧ヒータ３００の状態は横から見ると図１１で示すように、対向クラウンローラ６００が長手方向全領域でベルト１３０を介し、円弧ヒータ３００に圧接する状態となる。図１１は、本発明の実施の形態に係る定着装置において厚紙、ＯＨＰシートを定着するときのポジションを示す図である。図１１は、本実施形態に係る定着装置の長手方向を側方からみた図である。
【００５２】
図１１において、矢印ｅｓは当接圧力を示しており、図１１では、対向クラウンローラ６００のベルト１３０を介した円弧ヒータ３００への圧接力が強いことを示している。このように、図８や図１１に示されるポジションでは、上記の圧接力が強いため、円弧ヒータ３００からベルト１３０への伝熱効率は増加し、短い時間でベルト１３０が定着温度に到達する、あるいは、厚紙、ＯＨＰで熱吸収され温度低下したベルト１３０が円弧ヒータ３００を１回通過するだけで温度回復する。
【００５３】
次に、本実施形態において幅広の普通紙を定着する場合について説明する。図９は、本実施形態の定着装置が幅広の普通紙を定着するポジションを示すものである。
【００５４】
この場合、対向クラウンローラ６００のベルト１３０を介した円弧ヒータ３００への圧接力が、図８に示すポジションよりも図９に示すポジションの方が弱い。したがって、円弧ヒータ１３０からベルト１３０への伝熱効率も図８よりは弱く、厚紙、ＯＨＰに比較して定着熱吸収量が小さい普通紙とつりあうように、小さいベルト１３０温度低下が円弧ヒータ３００を１回通過するだけで温度回復する。
【００５５】
次に、本実施形態において幅狭の普通紙を定着する場合について説明する。図９は、本実施形態の定着装置が小幅紙を定着するポジションを示すものである。
【００５６】
横から見ると図１２で示すように、対向クラウンローラ６００が小幅紙通紙領域を含む中央部でベルト１３０を介し、円弧ヒータ３００に圧接する状態となる。図１２は、本発明の実施の形態に係る定着装置において小幅紙を定着するときのポジションを示す図である。図１２は、本実施形態に係る定着装置の長手方向を側方からみた図である。図１２において、矢印ｇは熱の流れを、またＰＷは小幅紙の幅をそれぞれ示している。
【００５７】
図１２において、矢印ｅは当接圧力を示しており、図１２では、対向クラウンローラ６００のベルト１３０を介した円弧ヒータ３００への圧接力が弱いことを示している。このように、小幅紙通紙領域のみ、通紙でベルト１３０が温度低下し、円弧ヒータ３００を１回通過で温度回復する。さらに、図１２の白抜きの矢印で示すように円弧ヒータ３００端部からの熱流入があるため、円弧ヒータ３００に供給する電力は少なめで良い。よって、小幅紙通紙時の消費電力を低減することが出来る。
【００５８】
なお、カム軸受け２１１を図示していないモータに接続し、カム２１０を矢印ｋ、または、矢印ｐ、矢印ｍ方向に回転させることにより、加圧レバー２１５を矢印Ｌ、または、矢印ｑ、矢印ｎ方向に移動させ、図８、または、図９、図１０の状態を行き来させることが可能なように構成されている。
【００５９】
次に、本発明の実施の形態に係る定着装置の動作の一例について説明する。以下、説明するのは本実施形態の定着装置の制御の一例であり、本実施形態を以下の制御のみに限定するものではない。
【００６０】
定着装置の停止状態では、図１０のポジションにするように制御する。図１０のポジションにすることで対向クラウンローラ６００の圧接力は最小限に抑えられるからである。このようにすると、対向クラウンローラ６００のクリープ変形を低減することが出来る。
【００６１】
定着装置の立ち上がり時はカム２１０が矢印ｍ方向に回転し、図８の状態になるように制御する。対向クラウンローラ６００は長手方向の全領域で強く圧接するため、円弧ヒータ３００からベルト１３０の紙搬送領域へ効率よく伝熱し、ベルト全体が短時間で昇温可能となる。
【００６２】
次に、図示していないモータの回転駆動力が図示していないギアを介して加圧ローラ１００に伝達され、矢印ａ方向に回転駆動を開始する。同時に、別の図示していないモータの回転駆動力が図示していないギアを介して対向クラウンローラ６００に伝達され、矢印ｄ方向に回転駆動を開始する。加圧ローラ１００、及び、対向クラウンローラ６００とベルト１３０の摩擦力により、ベルト１３０が矢印ｃ方向に回転する。
【００６３】
次に、円弧ヒータ３００に電力が供給され、ベルト１３０が加熱される。円弧ヒータ３００背面に円弧ヒータ中央温度センサー１５１が設置され、円弧ヒータ温度が所望温度範囲になるように円弧ヒータ３００への供給電力が制御される。
【００６４】
本実施形態では、例えば、円弧ヒータ３００とベルト１３０の温度差を小さく、かつ、安定するように円弧ヒータ温度を制御することによって、ベルト温度が定着温度範囲にあるように制御する。そして、定着温度に制御された定着装置に矢印ｂ方向に未定着画像１２０が侵入し、定着が行われる。
【００６５】
このとき紙種が厚紙、もしくは、ＯＨＰであった場合は、連続通紙しても円弧ヒータ３００温度が上限温度、及び、下限温度を逸脱する割合は少ないので、図８の状態を維持して連続印字が行われる。
【００６６】
紙種が大サイズ普通紙であった場合は、円弧ヒータ３００温度が上限温度を逸脱する割合が増加するため、カム２１０が矢印ｋ方向に回転し、図９の状態に移行する。
【００６７】
小幅紙であった場合は、円弧ヒータ端部温度センサー１５２により、円弧ヒータ３００端部温度が端部上限温度を超えることが検知され、カム２１０は矢印ｋ方向に回転し、図１０の状態に移行する。
【００６８】
なお、大サイズ普通紙であってもフルカラーかつ画占率が大きい場合、または、環境が高湿度で紙水分が多い場合は、定着吸収熱量が厚紙、ＯＨＰ並に上昇することがある。
【００６９】
その場合は、円弧ヒータ３００温度が下限温度を逸脱する割合が増加すると、図８の状態へ、逆に、上限温度を逸脱する割合が増加すると図９の状態へ移行し、連続印字を行う。
【００７０】
このように、円弧ヒータ３００の温度検知に基づいて紙種、紙幅対応を行うので、別にセンサーを設けて紙種検知または紙幅検知などを行う方式に比較して、より、定着熱量につりあった温度制御が可能となり、画像の光沢ムラ、光透過性ムラ、濃淡ムラなどを低減できる。印字が全て終了すると、円弧ヒータ３００への電力供給はオフされ、カム２１０が回転し、図１０の状態に戻り、加圧ローラ１００、及び、対向クラウンローラ６００は回転停止する。
【００７１】
次に、本発明の実施の形態に係る定着装置の制御を行うためのフローチャート例について説明する。以下に説明するフローチャートは、定着装置の立ち上がり制御と、普通紙の連続印字制御のためのものである。
【００７２】
図１３は、本発明の実施の形態に係る定着装置の立ち上がり制御のためのフローチャートの一例を示す図であり、図１４及び図１５は、本発明の実施の形態に係る定着装置の普通紙連続印字制御のためのフローチャートの一例を示す図である。
【００７３】
まず、定着装置の立ち上がり制御について説明する。図１３において、ステップＳ１００で、立ち上がり制御が開始されると、次にステップＳ１０１へと進み、まず第１圧接状態（図８の状態）となる。これによって、前述したように、対向クラウンローラ６００は長手方向の全領域で強く圧接するため、円弧ヒータ３００からベルト１３０の紙搬送領域へ効率よく伝熱し、ベルト全体が短時間で昇温可能となる。
【００７４】
次に、ステップＳ１０２へと進み、加圧ローラ１００及び対向クラウンローラ６００の回転駆動を開始する。ステップＳ１０３に進み、円弧ヒータ３００に対する電力供給を開始する。
【００７５】
ステップＳ１０４においては、円弧ヒータ３００の温度が上限温度を超えているか否かが判定される。ステップＳ１０４での判定がＹｅｓであるときは、ステップＳ１０５へと進み、円弧ヒータ３００への供給電力を低減したりオフしたりする。ステップＳ１０４での判定がＮｏであるときは、ステップＳ１０６へと進む。
【００７６】
ステップＳ１０６においては、円弧ヒータ３００の温度が下限温度を下回っているか否かが判定される。ステップＳ１０６での判定がＹｅｓであるときは、ステップＳ１０７へと進み、円弧ヒータ３００への供給電力を増加したりオンしたりする。ステップＳ１０６での判定がＮｏであるときは、ステップＳ１０４へと進む。
【００７７】
ステップＳ１０８においては、円弧ヒータの温度が下限温度を超えており、かつ、上限温度を下回っているか否かが判定される。ステップ１０８での判定がＹｅｓであるときは、ステップＳ１０９へと進み、立ち上がり制御を終了する。ステップＳ１０８での判定がＮｏであるときは、再びステップＳ１０３に戻る。
【００７８】
次に、普通紙の連続印字制御について説明する。なお、図１４及び図１５のフローチャートにおいて、判定処理のためのデータがないような場合などには、その判定処理は無視されるものとする。
【００７９】
図１４において、ステップＳ２００で、連続印字制御が開始されると、次にステップＳ２０１へと進み、図１３に示した立ち上がり制御のルーチンへととぶ。ステップＳ２０２においては、未定着画像の通紙を開始する。次にステップＳ２０３においては、１枚通紙時間τｐの計測を開始する。
【００８０】
ステップＳ２０４においては、円弧ヒータ３００の温度が下限温度を下回っているか否かが判定される。ステップ２０４での判定がＹｅｓであるときは、ステップＳ２０５へと進み、下限温度逸脱時間τlowの計測を開始する。ステップＳ２０４での判定がＮｏであるときは、ステップＳ２０９へと進む。ステップＳ２０５に続くステップＳ２０６では、円弧ヒータ３００への供給電力を増加したりオンしたりする。
【００８１】
ステップＳ２０７においては、円弧ヒータ３００の温度が下限温度を超えているか否かが判定される。ステップＳ２０７での判定がＹｅｓであるときは、ステップＳ２０８へと進み、下限温度逸脱時間τlowの計測を終了し、下限温度逸脱時間τlowに係るデータを記録する。ステップＳ２０７での判定がＮｏであるときは、ステップＳ２０６に戻る。
【００８２】
ステップＳ２０９においては、円弧ヒータ３００の温度が上限温度を超えているか否かが判定される。ステップ２０９での判定がＹｅｓであるときは、ステップＳ２１０へと進み、上限温度逸脱時間τupの計測を開始する。ステップＳ２０９での判定がＮｏであるときは、ステップＳ２１１へと進む。ステップＳ２１０に続くステップＳ２１１では、円弧ヒータ３００への供給電力を低減したりオフしたりする。
【００８３】
ステップＳ２１２においては、円弧ヒータ３００の温度が上限温度を下回っているか否かが判定される。ステップＳ２１２での判定がＹｅｓであるときは、ステップＳ２１３へと進み、上限温度逸脱時間τupの計測を終了し、上限温度逸脱時間τupに係るデータを記録する。ステップＳ２１２での判定がＮｏであるときは、ステップＳ２０６に戻る。
【００８４】
ステップＳ２１５では、一枚印字（定着）を行う。続くステップＳ２１６では、一枚通紙時間τpの計測を終了して、一枚通紙時間τpに係るデータを記録する。引き続いて図１５に示すフローチャートのステップＳ３００に進む。
【００８５】
ステップＳ３００においては、連続印字におけるｎ枚目印字の下限温度逸脱割合Ｐlow（ｎ）をＰlow（ｎ）＝τlow/τpに基づいて、また、上限温度逸脱割合Ｐup（ｎ）をＰup（ｎ）＝τup/τpに基づいて計算し、これら下限温度逸脱割合Ｐlow（ｎ）、上限温度逸脱割合Ｐup（ｎ）係るデータを記憶する。
【００８６】
次に、ステップＳ３０１においては、連続印字における１枚前の上限温度逸脱割合と現在の（ｎ枚目における）上限温度逸脱割合との比較を行う。すなわち、Ｐup(n）＞Ｐup(n-1)であるか否かが判定される。ステップＳ３０１における判定の結果がＹｅｓである場合には、ステップＳ３０２へと進み、定着装置を第２圧接状態（図９の状態）とする。ステップＳ３０１における判定の結果がＮｏである場合には、ステップＳ３０３へと進む。
【００８７】
次に、ステップＳ３０３においては、連続印字における１枚前の下限温度逸脱割合と現在の（ｎ枚目における）下限温度逸脱割合との比較を行う。すなわち、Ｐlow(n）＞Ｐlow(n-1)であるか否かが判定される。ステップＳ３０３における判定の結果がＹｅｓである場合には、ステップＳ３０４へと進み、定着装置を第１圧接状態（図８の状態）とする。ステップＳ３０３における判定の結果がＮｏである場合には、ステップＳ３０５へと進む。
【００８８】
次に、ステップＳ３０５においては、円弧ヒータ端部温度センサー１５２で検出される円弧ヒータ３００の端部温度が、上限温度を超えているか否かが判定される。ステップＳ３０５における判定結果がＹｅｓである場合には、ステップＳ３０６へと進み、ステップＳ３０６において、定着装置を第３圧接状態（図１０の状態）とする。ステップＳ３０５における判定結果がＮｏである場合には、ステップＳ３０７へと進む。
【００８９】
次に、ステップＳ３０７においては、円弧ヒータ端部温度センサー１５２で検出される円弧ヒータ３００の端部温度が、下限温度を下回っているか否かが判定される。ステップＳ３０７における判定結果がＹｅｓである場合には、ステップＳ３０８へと進み、ステップＳ３０８において、定着装置を第２圧接状態（図９の状態）とする。ステップＳ３０７における判定結果がＮｏである場合には、ステップＳ３０９へと進む。
【００９０】
ステップＳ３０９においては、連続印字における全印字枚数が完了した否かが判定される。ステップＳ３０９での判定がＹｅｓである場合には、ステップＳ３１０へと進み、Ｎｏである場合には、ステップＳ２０３へと進み、次の印刷に備える。
【００９１】
ステップＳ３１０においては、円弧ヒータ３００の電力供給をオフして、さらに加圧ローラ１００及び対向クラウンローラ６００の回転を停止する。引き続き、ステップＳ３１１へと進み、連続印字制御を終了する。
【００９２】
次に、本発明の実施の形態に係る定着装置と比較例に係る定着装置について説明する。本実施形態に係る定着装置・比較例に係る定着装置の性能評価方法について説明する。
＜定着装置搭載画像形成装置の消費電力の評価方法＞
消費電力は、本実施形態の定着装置・比較例の定着装置を画像形成装置に搭載し、画像形成装置のＡＣ１００Ｖ電源部に積算電力計（日置電機株式会社製、モデル３３３２）を接続し測定した。１時間毎に連続４０枚の印字を行い、電源投入から８時間経過までにおける１時間当たりの平均エネルギー消費量（Ｗｈ／ｈ）を消費電力とした。
＜１分当たりの印字枚数の評価＞
本実施形態の定着装置・比較例の定着装置を搭載した画像形成装置でハガキ、ＯＨＰの連続通紙を行い、１分当たりの最大印字枚数を評価した。方法は１分当たりの印字枚数を５〜４０枚の範囲で５枚ごとに変化させ、４０枚までの連続印字を行う。ハガキは、４０枚全てにおいて、印字された文字がプラスチック消しゴムで擦っても消えない１分当たりの最大印字枚数を求めた。また、ＯＨＰはフルカラー画像を印字し、ＯＨＰ装置で投影し、４０枚全てが目視観察で投影画像が薄黒くくすまない１分当たりの最大印字枚数を求めた。
（比較例の定着装置について）
比較例に係る定着装置の概略断面図を図１６に示す。図１６において、本実施形態に係る定着装置と同一の部材には同一の番号を付している。また、図１６において、３５０は比較例の定着装置のための比較例円弧ヒータを示している。比較例円弧ヒータ３５０としては、特開２００３−２８７９６９号公報の図２に示されたものを用いた。すなわち、折れ曲がったパターンの厚み３５μｍステンレス薄板を１ｍｍ厚のポリイミドシートで挟んだ形態である。
【００９３】
ポリイミドの熱伝導率は０．１７Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、ベルト弾性層１３２材質のシリコーンゴム（熱伝導率は０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ））と同程度である。さらに、ベルト基材１３１材質はニッケル（熱伝導率は９０Ｗ／（ｍ・Ｋ））、厚み３５ｕｍであり、厚みは１／６０であるが、熱伝導率は５３０倍大きい。したがって、長手方向の熱抵抗はベルト１３０よりも比較例円弧ヒータ３５０の方が大きい。
【００９４】
また、比較例の定着装置においては、比較例円弧ヒータ３５０に対向する対向クラウンローラが存在しないため、比較例円弧ヒータ３５０とニップ部材１７０でベルト１３０を矢印ｕ方向に張架することにより、比較例円弧ヒータ３５０のベルト１３０への当接力を得ている。そして、当接力を６００ｇ以上にすると比較例円弧ヒータ３５０が折れ曲がってしまったため、当接力は５００ｇに設定した。
【００９５】
表１に本実施形態の定着装置及び比較例の定着装置の性能評価結果を示す。
【００９６】
【表１】
2008070739.tif 000003
【００９７】
本実施形態の定着装置では回転駆動する対向クラウンローラ６００をベルト１３０を介して円弧ヒータ３００に圧接する構造としたため、ベルト１３０の安定回転駆動を維持し、かつ、円弧ヒータ３００のベルト１３０への当接力を強くできる。その結果、円弧ヒータ３００のベルト１３０への伝熱効率が向上し、消費電力を低減することが出来た。
【００９８】
さらに、定着吸収熱量の大きい、厚紙、ＯＨＰなどを定着する場合は、円弧ヒータ３００のベルト１３０への当接力をさらに強くすることにより、円弧ヒータ３００のベルト１３０への伝熱効率がさらに増加し、１分当たりの厚紙、ＯＨＰ印字枚数を増やすことが出来た。
【００９９】
ハガキなどの小幅紙については、長手方向の熱抵抗をベルト１３０＜円弧ヒータ３００とし、かつ、対向クラウンローラ６００を紙搬送領域を含む中央部分で、ベルト１３０を介し、円弧ヒータ３００に当接することにより、消費電力を低減すると共に、１分当たりの印字枚数を増加させることが出来た。これは、図１２に示すように、円弧ヒータ３００端部に蓄積する熱を無駄にすることなく紙搬送領域に流れ込ませられるからである。
【０１００】
次に、以上のような本実施形態に係る定着装置が搭載される画像形成装置について説明する。図１７は、本実施形態に係る定着装置を搭載した画像形成装置の構成を示す図である。図１７において、１１は露光装置、１２は定着装置、１３は感光体、１４は帯電装置、１５は現像装置、１６は一次転写装置、１７は中間転写ベルト、１８は現像ロータリー、１９は清掃装置、２０は給紙カセット、２１は二次転写装置をそれぞれ示している。
【０１０１】
以上のように構成される画像形成装置の動作の概要について説明する。まず、不図示のパーソナルコンピュータなどから、画像形成装置に対して印字命令が出されると、立ち上がりに時間を要する露光装置１１、定着装置１２が最初に立ち上がり開始される。次に、感光体１３が矢印Ｐ方向に回転を開始すると共に、同時に中間転写ベルト１７が矢印Ｍ方向に回転開始する。次に、帯電装置１４、現像装置１５、一次転写装置１６、二次転写装置２１が立ち上がりが始まる。
【０１０２】
帯電装置１４で感光体１３を帯電し、露光装置１１からレーザー光を矢印Ｌ方向に照射され、感光体１３上に静電潜像が形成される。次に、現像装置１５で静電潜像をトナー画像に顕像化し、一次転写装置１６でこれらトナー画像を感光体１３から中間転写ベルト１７に転写する。清掃装置１９では、感光体１３上の転写残りトナーを清掃回収する
現像ロータリー１８が矢印Ｒ方向に回転、別色現像装置１５を感光体１３に対向させる。なお、現像ロータリー１８には現像装置１５と同様の現像装置が４台設置されているが、現像装置１５以外は図示していない。そして、各々、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの色トナーを内包している。
【０１０３】
シアン、マゼンダ、イエロー、ブラック各色について、帯電装置１４での感光体１３を帯電、感光体１３上の静電潜像の形成、現像装置１５による静電潜像のトナー画像の顕像化、一次転写装置１６でのトナー画像を感光体１３から中間転写ベルト１７への転写を繰り返し、中間転写ベルト１７上にフルカラートナー画像を形成
給紙カセット２０からは、記録紙が給紙され、二次転写装置２１により、フルカラートナー画像が中間転写ベルト１７から記録紙へ転写される。この記録紙上のフルカラートナー画像は、本実施形態の定着装置１２を通過して定着される。なお、記録紙は矢印Ｋで示す搬送経路を通る。また、所定印字枚数の印字終了まで、上記の工程が繰り返し行われる
印字終了後、現像ロータリー１８の動作停止、感光体１３の回転停止、露光装置１１、定着装置１２、帯電装置１４、現像装置１５、一次転写装置１６、二次転写装置２１が立ち下がる。
【０１０４】
以上、本発明によれば、円弧ヒータとニップ部材とに張架したベルト及び加圧ローラとから構成される定着装置において、幅広の記録紙や幅広の記録紙を定着する場合や、厚紙またはＯＨＰなどの多量の熱量を吸収する紙種を定着する場合などの種々のシチュエーションに応じて、ベルトと円弧ヒータとの当接力を微妙にバランスさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の実施の形態に係る定着装置の断面を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る定着装置の斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る定着装置の画像形成装置本体に対する取り付け部の構造を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る定着装置に用いる円弧ヒータ３００の電気的な配線構造を斜視的に示す図である。
【図５】本発明の定着装置に用いる円弧ヒータ３００に剛性基板として金属製基板を用いた場合の断面構造を示す図である。
【図６】本発明の定着装置に用いる円弧ヒータ３００に剛性基板として絶縁性基板を用いた場合の断面構造を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る定着装置に用いるベルト１３０の断面構造を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る定着装置における対向ローラ当接力調整機構を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る定着装置における対向ローラ当接力調整機構を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る定着装置における対向ローラ当接力調整機構を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る定着装置において厚紙、ＯＨＰシートを定着するときのポジションを示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る定着装置において小幅紙を定着するときのポジションを示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係る定着装置の立ち上がり制御のためのフローチャートの一例を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態に係る定着装置の普通紙連続印字制御のためのフローチャートの一例を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態に係る定着装置の普通紙連続印字制御のためのフローチャートの一例を示す図である。
【図１６】比較例に係る定着装置を示す図である。
【図１７】本実施形態に係る定着装置を搭載した画像形成装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１１・・・露光装置、１２・・・定着装置、１３・・・感光体、１４・・・帯電装置、１５・・・現像装置、１６・・・一次転写装置、１７・・・中間転写ベルト、１８・・・現像ロータリー、１９・・・清掃装置、２０・・・給紙カセット、２１・・・二次転写装置、１００・・・加圧ローラ、１０１・・・芯金、１０２・・・シリコーンゴム中間層、１０３・・・ＰＦＡ表層、１２０・・・未定着画像、１２１・・・記録紙、１２２・・・未定着トナー、１３０・・・ベルト、１３４・・・ベルト基材、１３５・・・弾性層、１３６・・・剥離層、１４１・・・ベルト温度センサー、１５１・・・円弧ヒータ中央温度センサー、１５２・・・円弧ヒータ端部温度センサー、１６０・・・たわみ防止シャフト、１７０・・・ニップ部材、１７１・・・リブ、２００・・・ベルトユニット、２１０・・・カム、２１１・・・カム軸受け、２１２・・・バネキャップ、２１３・・・つっぱりバネ、２１４・・・バネ止め突起、２１５・・・加圧レバー、２１６・・・加圧突起、２１７・・・スライド窓、２１８・・・加圧レバー回転軸、３００・・・円弧ヒータ、３０１・・・剛性基板、３０２・・・金属製剛性基板、３０３・・・絶縁性剛性基板、３１０・・・電極、３１１・・・板バネ電極、３１２・・・円弧ヒータ用電源コード、３２０・・・抵抗発熱体、３３０・・・保護層、３４０・・・絶縁層、４００・・・支持部材（胴当て部材）、５０１・・・ベルトユニット取り付け側板、５０２・・・加圧ローラ取り付け側板、５０４・・・対向クラウンローラ軸受け、６００・・・対向クラウンローラ、６０１・・・対向クラウンローラ芯金、６０２・・・対向クラウンローラ弾性層
【図１】
2008070739.tif 000004
【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】
2008070739.tif 000013
【図１１】
2008070739.tif 000014
【図１２】
2008070739.tif 000015
【図１３】
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【図１４】
2008070739.tif 000017
【図１５】
2008070739.tif 000018
【図１６】
2008070739.tif 000019
【図１７】
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