(57)【要約】【課題】加熱むら、光沢むら、用紙剥離不良等の不具合を誘発させることなく、定着ベルトを所望の定着温度に迅速かつ的確に加熱して、より高速の定着を行うことができる定着装置を提供する。【解決手段】定着ベルト２を加熱する加熱手段３が、定着ベルト２の用紙剥離手段６の通過後から加圧手段４に達するまでの区間Ｅ１内で、そのベルト内周面側から加熱する１以上の内側加熱手段３Ａと、そのベルト外周面側から加熱する１以上の外側加熱手段３Ｂとを有するものとした。また、加熱手段３が、定着ベルト２の加圧手段３に達する手前側の位置に配置されてベルト２を調整して加熱する調整加熱手段３Ｃと、この調整加熱手段３Ｃよりもベルト回転方向上流側の位置に配置されてベルト２を強力に加熱する強力加熱手段３Ｄとを有するものとした。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定方向に回転する無端状の定着ベルトと、この定着ベルトを加熱する加熱手段と、この加熱手段で加熱された定着ベルトの表面に定着対象のトナー画像が担持された記録用紙を圧接させる加圧手段と、この加圧手段で圧接されて定着ベルトに密着したままの記録用紙を冷却する冷却手段と、この冷却手段を通過した後に記録用紙を定着ベルトから剥離させる用紙剥離手段とを備えた定着装置において、
前記加熱手段が、定着ベルトの用紙剥離手段の通過後から加圧手段に達するまでの区間内で、そのベルト内周面側から加熱する１以上の内側加熱手段と、そのベルト外周面側から加熱する１以上の外側加熱手段とを有することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記定着ベルトの記録用紙と接する前の部分の温度を検知する温度検知手段を設置し、その温度検知手段の検知情報に応じて前記外側加熱手段の加熱動作を制御する請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記外側加熱手段が定着ベルトを非接触状態で加熱する非接触式加熱手段である請求項１又は２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記定着ベルトの用紙剥離手段を通過した後の部分の温度を検知する温度検知手段を設置し、その温度検知手段の検知情報に応じて前記冷却手段の冷却動作を制御する請求項１又は２に記載の定着装置。
【請求項５】
一定方向に回転する無端状の定着ベルトと、この定着ベルトを加熱する加熱手段と、この加熱手段で加熱された定着ベルトの表面に定着対象のトナー画像が担持された記録用紙を圧接させる加圧手段と、この加圧手段で圧接されて定着ベルトに密着したままの記録用紙を冷却する冷却手段と、この冷却手段を通過した後に記録用紙を定着ベルトから剥離させる用紙剥離手段とを備えた定着装置において、
前記加熱手段が、定着ベルトの加圧手段に達する手前側の位置に配置されてベルトを調整して加熱する調整加熱手段と、この調整加熱手段よりもベルト回転方向上流側の位置に配置されてベルトを強力に加熱する強力加熱手段とを有することを特徴とする定着装置。
【請求項６】
前記定着ベルトの記録用紙と接する前の外周面部分の温度を検知する温度検知手段を設置し、その温度検知手段の検知情報に応じて前記調整加熱手段の加熱動作を制御する請求項５に記載の定着装置。
【請求項７】
前記調整加熱手段が定着ベルトを非接触状態で加熱する非接触式加熱手段である請求項５又は６に記載の定着装置。
【請求項８】
前記定着ベルトの用紙剥離手段を通過した後の部分の温度を検知する温度検知手段を設置し、その温度検知手段の検知情報に応じて前記冷却手段の冷却動作を制御する請求項５又は６に記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、定着対象のトナー画像を担持する記録用紙を、加熱されて回転する無端状の定着ベルトに圧接させて密着させたままで冷却した後に剥離するタイプの定着装置に係り、特に、その定着ベルトを所望の定着温度に迅速かつ的確に加熱して高速の定着を行うことが可能な定着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子写真方式、静電記録方式等を利用したプリンタ、複写機、複合機等の画像形成装置に使用される定着装置として、回転する張架状態の定着ベルトを使用し、その定着ベルトを加熱しつつそのベルト表面に対して未定着のトナー画像が担持された記録用紙を圧接させて密着させたままで搬送するとともに冷却手段で冷却した後にそのベルトから剥離することで定着を行うタイプのベルト定着装置が提案されている（特許文献１、２、３）。
【０００３】
このタイプの定着装置によれば、記録用紙上のトナー画像が定着ベルトの平滑な表面にならい、その表面平滑な状態のままで冷却固化された後に定着ベルト側から剥離されるため、特に光沢感に優れた定着画像が得られるようになる。また、トナーが冷却固化された後に定着ベルトから剥離されるため、トナーの定着ベルトへのオフセットも発生しにくくなるというものである。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−７２９２６号公報
【特許文献２】特開平７−２１００１９号公報
【特許文献３】特開２００２−９９１５８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような定着ベルトおよび冷却手段を備えた定着装置にあっては、次のような問題がある。
【０００６】
すなわち、かかる定着装置では、より高速の定着（例えば普通紙等の記録用紙を使用する場合には毎分６０枚以上の定着処理速度）を実現しようとすると、種々の障害があり、その実現が困難である。
【０００７】
例えば、その高速の定着を実現できるようにするためには、冷却手段を通過してトナーの軟化温度程度にまで冷却された定着ベルトを次の定着のためにトナーの溶融温度以上に短時間で急激に加熱しなければならない。しかし、前記従来の定着装置では、定着ベルトの加熱を記録用紙との加圧部において同時に行う形態（特許文献１、２）や、それに加えて当該加圧部よりもベルト回転方向上流側においてベルト内周面側から行う形態（特許文献３）を採用しているため、そのような素早い加熱の対応ができなかった。
【０００８】
特に定着ベルトの外周面を十分な温度まで加熱しようとすると、ベルトの厚さ方向での温度差ができやすくなったりあるいは過不足なく加熱することが難しくなるため、加熱むらになる場合がある。また、定着ベルトの内周面が高温になりすぎて、加圧部を通過した後も定着ベルトのもつ熱により記録用紙が必要以上に加熱されてしまうため、その用紙から過剰に水蒸気が発生して定着ベルトとの界面に滞留することで用紙が定着ベルトから部分的に剥がされてしまい、その用紙（トナー画像）部分が定着ベルトの平滑な平面に十分にならうことができず光沢むらになる場合がある。後者の問題は、加圧部において急激に加熱した場合にはより顕著に発生する。また、定着ベルトが加圧部を通過後においても高温状態にあり続けると、記録用紙やトナー画像を冷却手段により十分に冷却しきれず、特に薄めの記録用紙では定着ベルトからの良好な剥離が困難となる。
【０００９】
これらの問題を回避するためには、定着ベルトの回転移動速度を十分に遅い速度にすればよいが、それでは高速の定着が不可能になる。また、定着ベルトの厚さを薄くすることも考えられるが、この場合には高速で回転させる定着ベルトとしての十分な強度を保つことができず、しかも定着ベルトにしわが発生しやすくなり光沢感に富む定着ができなくなる。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その主な目的とするところは、加熱むら、光沢むら、用紙剥離不良等の不具合を誘発させることなく、定着ベルトを所望の定着温度に迅速かつ的確に加熱して、より高速の定着を行うことができる定着装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明（第１発明）の定着装置は、図１ａに例示するように、一定方向に回転する無端状の定着ベルト２と、この定着ベルト２を加熱する加熱手段３と、この加熱手段３で加熱された定着ベルト２の表面に定着対象のトナー画像Ｔが担持された記録用紙Ｐを圧接させる加圧手段４と、この加圧手段４で圧接されて定着ベルト２に密着したままの記録用紙Ｐを冷却する冷却手段５と、この冷却手段５を通過した後に記録用紙Ｐを定着ベルト２から剥離させる用紙剥離手段６とを備えた定着装置１を前提とし、前記加熱手段３が、定着ベルト２の用紙剥離手段６の通過後から加圧手段４に達するまでの区間Ｅ１内で、そのベルト内周面側から加熱する１以上の内側加熱手段３Ａと、そのベルト外周面側から加熱する１以上の外側加熱手段３Ｂとを有することを特徴とするものである。図中の矢付き一点鎖線は記録用紙Ｐの一般的な搬送経路を示す。
【００１２】
このような第１発明の定着装置１によれば、用紙剥離手段６を通過して１の定着動作を終了した後の定着ベルト２が、加圧手段４に再び達するまでの区間Ｅ１内で内側加熱手段３Ａと外側加熱手段３Ｂによってそのベルト内周面および外周面の両面側からそれぞれ加熱される。これにより、後続の定着対象となる記録用紙Ｐが定着ベルト２と加圧手段４との定着ニップ部に到達する前に、冷却手段５を通過して低温状態にある定着ベルト２を再び所望の定着温度に効率よく加熱することができることとなり、この結果、かかる定着ベルト２を高速で回転させて高速の定着を行うことも可能になる。
【００１３】
また、定着ベルト２を定着ニップ部に達する前の段階で所望の定着温度まで加熱できるので、かかる定着ニップ部において特に加熱する必要がなくなり、この結果、定着ニップ部通過において記録用紙が必要以上に加熱されるおそれがなくなり、過剰な水蒸気発生による用紙のベルト面からの剥がれが発生しなくなる。
【００１４】
ここで、上記加熱手段３Ａ、３Ｂとの定着ベルト回転移動方向に対する位置関係は、その回転移動方向に対して前後にずれた位置関係、互いに対向する同じ位置などがあり特に制約されるものではない。この位置関係については、定着ベルト２の加熱状態の最終的な調整を迅速かつ的確に行うことができる等の観点からすると、少なくとも加熱手段３Ａ，３Ｂのすべてが配置される範囲内において１つの外側加熱手段３Ｂをベルト回転移動方向の最下流側位置に配置することが好ましい。
【００１５】
また、高速の定着とは、例えば、ＯＨＰシート等のように基材部分が合成樹脂シートで構成されている記録用紙を使用する定着にあってはＡ４版用紙横送りで毎分４０枚以上の処理速度で行う定着のことをいい、それ以外の記録用紙、基材が合成樹脂シート以外の紙（パルプ）製シートを使用する定着にあってはＡ４版用紙横送りで毎分６０枚以上の処理速度で行う定着のことをいう。本発明の定着装置では、上記それ以外の記録用紙を使用して定着を行う場合、その定着処理速度については当該用紙の種類や厚さ等の条件に関係なく、すべて同じ速度に設定することが好ましい。これにより、より理想的な高速の定着を行うことが可能になる。
【００１６】
この第１発明の定着装置１においては、定着ベルト２の記録用紙Ｐと接する前の部分の温度を検知する温度検知手段７を設置し、その温度検知手段７の検知情報に応じて前記外側加熱手段３Ｂの加熱動作を制御するように構成するとよい。
【００１７】
この場合には、定着ベルト２の外周面における加熱温度が外側加熱手段３Ｂによって適宜調整される結果、定着ベルト２が所望の定着温度に迅速かつ的確に加熱された状態で定着ニップ部に到来するようになる。定着ベルト２の記録用紙Ｐと接する前の部分とは、定着ベルト２が定着ニップ部に到達する手前側の位置であり、少なくとも定着ベルト２が加熱手段３により加熱された状態を定着ニップ部に達する直前で最終確認できる位置であればよい。
【００１８】
また、第１発明の上記各定着装置１においては、外側加熱手段３Ｂが定着ベルト２を非接触状態で加熱する非接触式加熱手段であることが好ましい。
【００１９】
この場合には、定着ベルト１を接触状態で加熱する接触式加熱手段に比べて、定着ベルト２の定着結果に影響を及ぼす外周面を傷つけることが回避され、また、当該加熱手段３Ｂに到来する定着ベルト２の外周面の低温状態による直接的な影響を受けることなく当該加熱手段３Ｂを適切に加熱動作させることができ、高速の定着に有利となる。
【００２０】
さらに、第１発明の上記各定着装置１においては、定着ベルト２の用紙剥離手段６を通過した後の部分の温度を検知する温度検知手段８を設置し、その温度検知手段８の検知情報に応じて前記冷却手段６の冷却動作を制御するように構成するとよい。
【００２１】
この場合には、用紙剥離手段６に達する頃の定着ベルト２の温度状態が冷却動作（冷却能力、冷却の有無など）の調整により適切に管理されるようになる。これにより、かりに定着ベルト２が定着ニップ部の通過後においても高温状態が持続していても、冷却手段により適度に冷却されるようになるため、記録用紙として薄紙などを使用した場合であっても、用紙剥離手段６に達するまでの間に適切に冷却されるため、定着ベルト２からの良好な剥離が確保されるようになる。
【００２２】
一方、本発明（第２発明）の定着装置は、図１ｂに例示するように、前記第１発明の前提とする定着装置１において、前記加熱手段３が、定着ベルト２の加圧手段３に達する手前側の位置に配置されてベルト２を調整して加熱する調整加熱手段３Ｃと、この調整加熱手段３Ｃよりもベルト回転方向上流側の位置に配置されてベルト２を強力に加熱する強力加熱手段３Ｄとを有することを特徴とするものである。
【００２３】
このような第２発明の定着装置１によれば、用紙剥離手段６を通過して１の定着動作を終了した後の定着ベルト２が、加圧手段４に再び達するまでの区間Ｅ１内で少なくとも強力加熱手段３Ｄで強力に加熱された後に調整加熱手段３Ｃで調整加熱される。これにより、後続の定着対象となる記録用紙Ｐが定着ベルト２と加圧手段４との定着ニップ部に到達する前に、冷却手段５を通過して低温状態にある定着ベルト２を再び所望の定着温度に効率よく的確に加熱することができることとなり、この結果、かかる定着ベルト２を高速で回転させて高速の定着を行うことも可能になる。
【００２４】
また、第１発明の定着装置の場合と同様に、定着ベルト２を定着ニップ部に達する前の段階で所望の定着温度まで加熱できるので、かかる定着ニップ部において特に加熱する必要がなくなり、この結果、定着ニップ部通過において記録用紙が必要以上に加熱されるおそれがなくなり、過剰な水蒸気発生による用紙のベルト面からの剥がれが発生しなくなる。
【００２５】
ここで、上記加熱手段３Ｃ、３Ｄは、定着ベルト２の外周面および内周面にいずれの側（またはその両面側）から加熱する形態のものであるかについては特に制約されるものではない。ただし、定着ベルト２の加熱状態の最終的な調整を迅速かつ的確に行うことができる等の観点からすると、調整加熱手段３Ｃについては少なくとも定着ベルト２の外周面側から加熱できる形態のものにすることが好ましい。
【００２６】
この第２発明の定着装置１においては、定着ベルト２の記録用紙Ｐと接する前の外周面部分の温度を検知する温度検知手段７を設置し、その温度検知手段７の検知情報に応じて前記調整加熱手段３Ｃの加熱動作を制御するように構成するとよい。
【００２７】
この場合には、定着ベルト２の外周面における加熱温度が調整加熱手段３Ｃによって適宜調整される結果、定着ベルト２が所望の定着温度に迅速かつ的確に加熱された状態で定着ニップ部に到来するようになる。定着ベルト２の記録用紙Ｐと接する前の部分とは、前述した第１発明における場合と同様である。
【００２８】
また、第２発明の上記各定着装置１においては、調整加熱手段３Ｃが定着ベルト２を非接触状態で加熱する非接触式加熱手段であることが好ましい。
【００２９】
この場合には、前述した第１発明における場合と同様に、接触式加熱手段に比べて、定着ベルト２の定着結果に影響を及ぼす外周面を傷つけることが回避され、また、調整加熱手段３Ｃに到来する定着ベルト２の外周面の低温状態による直接的な影響を受けることなく当該加熱手段３Ｃを適切に加熱動作させることができ、高速の定着に有利となる。
【００３０】
さらに、第２発明の上記各定着装置１においては、定着ベルト２の用紙剥離手段６を通過した後の部分の温度を検知する温度検知手段８を設置し、その温度検知手段８の検知情報に応じて前記冷却手段６の冷却動作を制御するように構成するとよい。この場合には、前述した第１発明における場合と同様の作用効果が得られる。
【００３１】
以上の第１発明および第２発明において、記録用紙は、定着装置内を搬送してトナー画像の定着が可能なものであればよく、通常の用紙に限らず、ＯＨＰシート、ハガキ、封筒等のような部材を含むものである。また、トナー画像を構成するトナーは、着色剤等を含有させたバイダー樹脂からなる微粉体であり、一般に一成分または二成分現像剤として使用されるものである。
【００３２】
【発明の実施の形態】
《実施の形態１》
図２は、本発明の実施の形態１に係る定着装置１０の要部を示す概略構成図である。この定着装置１０は、プリンタ、複写機等の画像形成装置における定着手段として使用される。図中の実線矢印は主な回転部品の回転方向を示す。
【００３３】
定着装置１０は、矢印方向に回転する無端状の定着ベルト２０と、この定着ベルトを加熱する加熱ロール３０、３１と、加熱される定着ベルト２０の表面に圧接した状態で所定の距離だけ同じ方向に回転する無端状の加圧ベルト４０と、定着ベルト２０の内周面内に配置される熱循環器５０とでその主要部が構成されている。
【００３４】
定着ベルト２０は、カーボングラックを含有させたポリイミド等からなる厚さ５０μｍ程度のベルト基材上に、厚さ６０μｍ程度のシリコーン共重合体（硬度：例えば２４°）等からなる弾性層を、さらに必要に応じて離型性を示す合成樹脂等からなる厚さ１〜１００μｍ程度の表面離型層をこの順に形成した構造のものである。ベルト基材としては、一般に厚さ１０〜１００μｍの耐熱性の高いシート材料を使用することが可能であり、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルケトン、ポリサルフォン、ポリイミドアミド、ポリアミド等からなるシートが使用可能である。表面離型層を形成する合成樹脂としては、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、ポリテトラフルオロエチレン等が適用可能である。
【００３５】
また、定着ベルト２０は、第１加熱ロール３０、第２加熱ロール３１、第１加圧ロール４５、複数のベルト支持ロール２７ａ〜ｅ等に張架されており、駆動ロールとして兼用されている第１加熱ロール３０によって矢印Ａ方向に回転するようになっている。このベルト２０は、その周長が約１３００ｍｍ、その幅が約３６０ｍｍである。
【００３６】
ベルト支持ロール２７ｃは、定着ベルト２０を急激に曲がった状態で移動走行させるように支持し、これにより定着ベルト２０に密着した記録用紙Ｐをそれ自身のこしの強さにより自力で剥離させる役割を果たす剥離用ロールとして機能する。第２加熱ロール３１は、その回転軸の一端側が所定の方向に変位して定着ベルト２０の蛇行走行（位置）を矯正するステアリングロールとして機能するようにもなっている。この第２加熱ロール３１による蛇行制御機構は、定着ベルト２０の端部の位置を検知する位置計測センサからの検知情報に基づいて加熱ロール３１の一端部を所定量変位させるように動作する。
【００３７】
第１加熱ロール３０は、外径が５０〜６０ｍｍからなる円筒状の金属（アルミニウム等）製ロールの内部にハロゲンランプ等の加熱源３２を配置した構造からなるものであり、定着ベルト２０をその内周面側から加熱する。また、第１加熱ロール３０は、その加熱源３２として第２加熱ロール３１と比べて多数のものまたは加熱能力の高いものを使用し、定着ベルト２を強力に加熱できるように構成されている。この例では、加熱源３２としてハロゲンランプを３本設置して加熱能力を強化している。
【００３８】
第２加熱ロール３１は、外径が８０〜１００ｍｍからなる円筒状の金属製ロールの内部にハロゲンランプ等の加熱源３３を配置した構造からなるものであり、定着ベルト２０をその外周面側から加熱する。また、第２加熱ロール３１は、その加熱源３３として第１加熱ロール３０と比べて例えば少数のものまたは加熱能力の低いものを使用し、定着ベルト２を微妙に調整しながら加熱できるように構成されている。この例では、加熱源３３としてハロゲンランプを２本設置している。
【００３９】
定着ベルト２０については、この第１加熱ロール３０と第２加熱ロール３１に対してＳ字状に架け回されることにより、各加熱ロール３０、３１とのラップ領域をできるだけ多く確保して、両加熱ロール３０、３１による効率の良い加熱が行われるようになっている。また、第２加熱ロール３１の表面には、巻取りウエブ方式の離型剤供給装置６０が配置されており、そのウエブ６１に含浸されたシリコーンオイル等の離型剤が加熱ロール３１の表面を介して定着ベルト２０の外周面に微量に（「１μリットル／Ａ４版用紙１枚」以下の量）供給されるようになっている。
【００４０】
加圧ベルト４０は、ポリイミド等からなる厚さ８０μｍ程度のベルト基材上に、シリコーンゴム等からなる厚さ４５μｍ程度の弾性層を、さらに必要に応じて合成樹脂等からなる表面離型層をこの順に積層形成した構造のものである。この表面離型層は、特に記録用紙Ｐと定着ベルト２０の表面離型層２３との双方に対して良好な離型性を示す合成樹脂、例えばシリコーン樹脂にて形成される。このベルト４０は、その周長が約９００ｍｍ、その幅が３６０ｍｍ程度である。また、加圧ベルト４０は、第２加圧ロール４６、駆動ロール４７、複数のベルト支持ロール４８ａ〜ｃ等に張架されており、駆動ロール４７によって矢印Ｂ方向に回転するようになっている。この加圧ベルト４０は、第２加圧ロール４６とベルト支持ロール４８ａの所定の区間で定着ベルト２０の外周面と接して同じ方向に回転移動する。
【００４１】
加圧ロール４５、４６はいずれも、外形が８０ｍｍ等からなる円筒形の金属（アルミニウム等）製ロール基体に、シリコーンゴム（硬度：例えば１７度程度）等からなる厚さ６ｍｍ程度の耐熱弾性層を形成した構造のものであり、図示しない加圧機構により所定の加圧力（例えばニップ圧力が３．５×１０5Ｐａ程度になる圧力）でもって圧接し、そのニップ幅が２０ｍｍ程度となるように設置されている。また、この加圧ロール４５、４６では、その内部空間にハロゲンランプ等の加熱源を配し、このロールを定着動作時の温度まで上昇させるいわゆるウォームアップ時のみの加熱を行う（定着動作時には加熱しない）ようにしている。
【００４２】
駆動ロール４７は、その回転軸の一端側が変位して加圧ベルト４０の蛇行走行を矯正するステアリングロールとして機能するようにもなっている。この駆動ロール４７による蛇行制御機構も、前記第２加熱ロール３１による蛇行制御機構の場合と同様に、加圧搬送ベルト４０の端部の位置を検知する位置計測センサからの検知情報に基づいて動作する。
【００４３】
熱循環器５０は、第１加圧ロール４５とベルト支持ロール２７ｃとの間の所定間隔内で定着ベルト２０の内周面に接する第１金属板５１と、ベルト支持ロール２７ｅと第１加熱ロール３０の間で定着ベルト２０の内周面と接する第２金属板５２と、その第１金属板５１と第２金属板５２に結合されて第１金属板５１の熱を第２金属板５２に移動させて循環させる熱輸送体５３とで構成されている。
【００４４】
金属板５１、５２はいずれもアルミニウム等の金属にて形成される板状のものであり、そのベルト接触面が少なくとも外側に突出しかつベルト走行方向に緩やかに湾曲した湾曲面（所定の曲率半径からなる曲面）に形成されている。このため、定着ベルト２０は、この金属板５１、５２の当接により外周面側に湾曲したような状態に保持されている（図２）。熱輸送体５３としては、管のなかに液体を減圧して封入し、熱抵抗が非常に小さく、小さな温度差でも多くの熱を低温側に高速で輸送できる複数本のヒートパイプを使用している。そのヒートパイプは、各金属板５１、５２の内面側にそれぞれ触れて通過しながら各板間を循環するようなほぼ四角形の環状形状に組んで使用している。
【００４５】
この熱循環器５０は、第１金属板５１が加熱された状態にある定着ベルト２０から熱を奪うと、その熱が熱輸送体５３としてのヒートパイプの熱伝導作用により、第１金属板５１に比べて低温状態にある第２金属板５２側に伝えられる。これにより、第１金属板５１が接する定着ベルト部分を吸熱して所定の温度まで冷却する一方、第２金属板５２が接する定着ベルト部分を所定の温度になるまで加熱する仕組みになっている。
【００４６】
以上のことから、この定着装置１０では、定着動作時における定着ベルト２０の加熱を、熱循環器５０の第１金属板５２（第１段階の加熱）、第１加熱ロール３０（第２段階の加熱）および第２加熱ロール３１（第３段階の加熱）という３つの加熱手段でこの順に行うようになっている。
【００４７】
そして、この定着装置１０においては、図２に示すように、第１加熱ロール３０の表面温度を検知する第１温度センサ７１と、第２加熱ロール３１の表面温度を検知する第２温度センサ７２を設置し、その各センサ７１、７２の検知情報に応じて各加熱ロール３０、３１の加熱動作について直接的に制御をしている。
【００４８】
すなわち、上記各温度センサ７１、７２は、図３に示すように、定着装置１０全体の各動作を総括的に管理制御する、マイクロコンピュータ等にて構成されるシステムコントローラ７５と接続されて各検知情報（電気信号）を送信するようになっている。この温度センサ７１、７２の検知情報が入力されるシステムコントローラ７５では、その各加熱ロール３０、３１に対して予め設定されている各加熱温度に保持されるように、その各加熱源３２、３３の加熱動作（給電のＯＮ／ＯＦＦ動作）を制御するための第１加熱源コントローラ７６や第２加熱源コントローラ７７に加熱動作に関する所定の制御信号をそれぞれ送信するようになっている。
【００４９】
特に、この実施の形態では、第１加熱ロール３０による第２段階の加熱を熱循環器５０の第１金属板５２による第２段階の加熱よりも強力（急峻）に行えるように、第１加熱ロール３０の加熱温度を第１金属板５２による加熱温度よりも急激に高めた値（例えば５０〜６０℃ほど高めとなる値）に設定している。
【００５０】
また、この定着装置１０では、加圧ロール４５、４６が定着ベルト２０および加圧搬送ベルト４０を挟んで圧接する定着ニップ部に達する前のベルト支持ロール２７ｂと支持ロール２７ａの間を通過する定着ベルト２０の外周面温度を検知する非接触式の第３温度センサ７０を配置し、そのセンサ７０の検知情報（定着ニップ部の直前における定着ベルトの表面温度）に応じて調整加熱用の第２加熱ロール３１の加熱動作について二重に制御をしている。
【００５１】
すなわち、第３温度センサ７０は、図３に示すように、システムコントローラ７５に接続され、その検知情報（電気信号）を送信するようになっている。この温度センサ７０の検知情報が入力されるシステムコントローラ８０では、定着ベルト２０の表面温度が所望の定着温度になるように、第２加熱源コントローラ７７に加熱動作に関する調整用の制御信号を、前記第２温度センサ７２の検知情報に基づく所定の制御信号と合わせて送信するようになっている。
【００５２】
さらに、この定着装置１０は、ＯＨＰシートを使用する定着にあってはＡ４版用紙横送りで毎分４０枚の定着処理速度となるように定着ベルト２０等を回転させ、また、それ以外の記録用紙を使用する定着にあってはＡ４版用紙横送りで毎分８０枚の定着処理速度となるように定着ベルト２０等を回転させるように設定されている。
【００５３】
このような定着装置１０では、画像形成装置の作像部側においてトナー画像Ｔが転写された記録用紙Ｐに対して以下のごとき定着が行われる。
【００５４】
すなわち、まずトナー画像Ｔが転写された記録用紙Ｐが、そのトナー像担持面を定着ベルト２０に当接させる姿勢で、定着ベルト２０と加圧ベルト４０とが互いに重なり合って走行する間の定着ニップ部（ベルトニップ部）に導入される。
【００５５】
この定着動作時には、定着ベルト２０が回転移動しながら以下のように複数の段階を経て加熱される。まず初めに、熱循環器５０の第２金属板５２を通過する際に熱循環される熱によりそのベルト内周面側から所定の温度まで加熱され、続いて、第１加熱ロール３０を通過する際にそのベルト内周面側から所定の温度まで強力に加熱され、最後に、第２加熱ロール３１を通過する際にそのベルト外周面側から定着温度になるように調整加熱される。
【００５６】
この際、第１加熱ロール３０と第２加熱ロール３１の加熱動作は、前述したように第１温度センサ７１と第２温度センサ７２の各検知情報に応じて制御される。また、定着ベルト２０は、第３温度センサ７０の検知情報に応じて第２加熱ロール３１の加熱動作が制御されることにより、所望の定着温度になるように加熱されるようになっている。
【００５７】
そして、前記トナー画像を担持する記録用紙Ｐは、この加熱された定着ベルト２０と定着ニップ部において接して加熱され、これと同時に加圧ロール４５、４６により加圧される。
【００５８】
続いて、記録用紙Ｐは、定着ベルト２０と加圧ベルト４０とに挟持されて定着ベルト２０に密着した状態で搬送されるとともに、熱循環器５０の熱循環により熱が奪われる第１金属板５１を通過する際にトナー画像と一緒に所定の温度になるまで冷却される。この冷却によりトナー画像が固化される。熱循環器５０の第１金属板５１を通過した記録用紙Ｐは、ベルト支持ロール２７ｃで構成される用紙剥離部において紙自身の腰の強さにより自力で定着ベルト２０から、トナー画像とともに剥離される。この剥離された記録用紙Ｐは装置外に排出される。これによりトナー画像が記録用紙に定着される。
【００５９】
このようにして定着された画像は、特に定着ベルト２０の表面にならい平滑化された光沢感に富む画像として得られる。しかも、この定着装置１０では、熱循環器５０の第１金属板５１および第２金属板５２が定着ベルト２０と接触して良好な熱循環が行われるため、トナー像に対する温度環境も良好となり、画質の向上が図られている。
【００６０】
また、この定着装置１０では、熱循環器５０の第１金属板５１により冷却された定着ベルト２０が、定着ニップ部に至るまでの間に、熱循環器５０の第１金属板５２による第１段階の加熱、第１加熱ロール３０による第２段階の加熱および第２加熱ロール３１による第３段階の加熱という複数回にわけて順次加熱されるため、再び定着温度まで素早く加熱される。
【００６１】
また、このときの加熱は、最初にベルト内周面側から２回にわけて加熱された後、ベルト外周面側から加熱されるため、定着ベルト２０の厚さ方向での温度差がほとんどなく一様に効率よく加熱される。しかも、第１加熱ロール３０による第２段階の加熱により、定着温度付近まで急激に加熱した後で、第２加熱ロール３０で加熱度合いを調整しながら最終加熱されるため、常に定着温度にまで素早く安定して加熱される。
【００６２】
さらに、この実施形態では、強力な加熱は定着ニップ部から比較的離れた第１加熱ロール３０によって行われることと、定着動作に入ると、加圧ロール４５、４６により加熱されないこととにより、定着ニップ部において定着ベルト２０が必要以上に加熱されることがない。これにより、定着ベルト２０と加圧搬送ベルト４０に挟持搬送される記録用紙Ｐが必要以上に加熱されて過剰の水蒸気を発生することにより定着ベルト２０から剥がれてしまうおそれもない。
【００６３】
従って、この定着装置１０では、前記したような定着処理速度による高速の定着を行っても、加熱むら、光沢むら、用紙剥離不良等の問題が発生することなく、良好な定着を行うことが可能となる。
【００６４】
＜試験＞
以下、この定着装置１０を用いて行った試験について説明する。
【００６５】
図４に示すように、熱循環器５０の第１金属板５２による加熱温度、第１加熱ロール３０による加熱温度、および第２加熱ロール３１による加熱温度についてそれぞれ設定するとともに記録用紙Ｐとして複数種のものを使用して、高速の定着（定着処理速度：Ａ４版横送りで毎分８０枚）を行い、定着結果（画質、光沢など）について調べた（実施例１および比較例１）。結果を図４に示す。
【００６６】
このときの定着温度は１７５℃に設定した。また、熱循環器５０の第１金属板（冷却板）５１による冷却温度を１００℃以下（好ましくは９０℃以下）に設定した。記録用紙としての「Ｓ紙」とは５６ｇｓｍ（gram per square meter）の薄紙（富士ゼロック社製）、「Ｊ紙」とは８２ｇｓｍのカラー複写専用の普通紙（富士ゼロック社製）、「コート紙」とは１０４．７および１２７．９ｇｓｍのコート紙（王子製紙製：ＯＫトップコート紙）、「プラチナ紙」とは２５６ｇｓｍの高光沢コート紙（王子製紙製：ミラーコートプラチナ紙）である。
【００６７】
図４の結果から、Ｓ紙、Ｊ紙およびコート紙のいずれの場合についても、オセットもない画質良好で、光沢むらのない高光沢の高速定着を行うことができた。これに対し、第１加熱ロール３０の加熱温度を約１３０℃に設定した場合（比較例１）には、Ｓ紙の場合については問題がなかったが、Ｊ紙およびコート紙の場合については定着温度不足（定着ベルトの加熱不足）によるコールドオフセットが発生してしまった。
【００６８】
この比較例１の場合、定着ベルト２０の定着ニップ部手前における加熱温度（第３温度センサ７０による検知温度）が定着温度１７５℃に対して不安定（増減）であった。特に連続定着を行う場合の初期数十枚ぐらいまでの定着段階においては、上記定着ニップ部手前における加熱温度が定着温度よりも１５℃程度低下してしまうことが確認された。これに対し、実施例１では、連続定着を行う場合であっても、その初期段階も含め全定着動作時において上記定着ニップ部手前における加熱温度が定着温度１７５℃に対して±５℃以内の温度に保たれていることも確認されている。
【００６９】
なお、実施例１においてプラチナ紙の場合には、トナー量が多く多重色の高濃度部においてコールドオフセットが発生した。そこで、定着温度を１８５℃に変更し、これに伴い第２加熱ロール３１の加熱温度を１８５℃、第１加熱ロール３０の加熱温度を１７０〜１８０℃にそれぞれ変更設定した以外は同じ条件で定着試験を行った（実施例２）。その結果、オセットもない画質良好で、光沢むらのない高光沢の高速定着を行うことができた。
【００７０】
また、ＯＨＰシート（富士ゼロックス社製：Ｖ５５６）を使用するとともに、図５に示すように各加熱温度を設定して、ＯＨＰシート用の高速定着（定着処理速度：Ａ４版横送りで毎分４０枚）を行った（実施例３）。その結果、オセットもない画質良好で、光沢むらのない高光沢の高速定着を行うことができた。これに対し、第１加熱ロール３０の加熱温度を約１３０〜１４０℃に設定した場合（比較例２）には、定着ベルトの加熱不足によるトナー画像の高濃度におけるコールドオフセットの発生および光透過性の低下（投影時に画像黒ずみが発生）等の不具合が発生してしまった。このような結果になったのは、比較例１の場合と同様に、定着ニップ部手前での定着ベルト２０の温度が不安定になるためであると考えられる。
【００７１】
《実施の形態２》
図６は、本発明の実施の形態２に係る定着装置１０の要部を示す概略構成図である。この実施形態に係る定着装置は、第２加熱ロール３１に代えて非接触式の加熱ランプ３５を使用した以外は実施形態１に係る定着装置１０と同じ構成からなるものである。図中において実施形態１の場合と共通する構成部品については同じ符号を付している。
【００７２】
非接触式の加熱ランプ３５は、定着ベルト２０にむけて反射面をもつ反射板３６の内部にハロゲンランプ等のランプ加熱源３７を配置した構造の輻射加熱装置である。そして、この加熱ランプ３５は、第１加熱ロール３０と支持ロール２７ａの間を通過する定着ベルト２０の外周面側において所定の距離をあけた位置に配置されている。
【００７３】
また、この加熱ランプ３５も、定着ベルト２０の調整加熱用として使用される。このため、この加熱ランプ３５の加熱動作については、前記第３センサー７０による検知情報に応じて制御されるようになっている（図３）。この加熱ランプ３５のランプ加熱源３７の制御は、その給電のＯＮ／ＯＦＦ動作によるものではなく、常にＯＮ状態でかつその給電量（電流または電圧）を変更することで行った。
【００７４】
このような非接触式の加熱ランプ３５を適用した定着装置１０では、前記第２加熱ロール３１のような接触式加熱手段に比べて、定着ベルト１０の外周面に触れることがないため傷つけるおそれがなく、ベルト表面の平滑性を保持することができる。このため、定着ベルト２０の平滑な表面にならって定着されることによる光沢感に優れた定着が行われる。また、この他については、実施の形態１に係る定着装置１０と同様の定着性能が得られ、また、高速定着を行うことも可能であった。
【００７５】
《実施の形態３》
図７は、本発明の実施の形態３に係る定着装置１０の要部を示す概略構成図である。この実施形態に係る定着装置は、熱循環器５０に代えて送風付きヒートシンク５５を使用した以外は実施形態１に係る定着装置１０と同じ構成からなるものである。なお、この定着装置では、熱循環器５０の不使用により、第２金属板５２による第１段階の加熱がなくなるが、定着ベルト２０の加熱は同程度のレベルで加熱することが可能である。図中において実施形態１の場合と共通する構成部品については同じ符号を付している。
【００７６】
送風付きヒートシンク５５は、加圧ロール４５と支持ロール２７ｃの間における定着ベルト２０の内周面に当接する接触放熱板部５６とその放熱板部５６から立設されている複数枚の放熱フィン５７とからなるヒートシンク本体と、このヒートシンクの放熱フィン５７間等にダクト（２点鎖線で示す部分）を介して送風ファン５８から送風を行うものである。接触放熱板部５６は、その下面が定着ベルト２０の内周面に接触した状態になっている。
【００７７】
また、このヒートシンク５５は、剥離ロールとしてのベルト支持ロール２７ｃを通過した定着ベルト２０の外周面の温度を検知する第４温度センサ８０を設置し、その温度センサ８０の検知情報に応じて送風ファン５８の送風動作を制御し、ヒートシンクによる冷却動作を調整するようになっている。第４温度センサ８０は、図３に２点鎖線で示すように、システムコントローラ７５に接続され、そのシステムコントローラ７５から送風ファン５８の駆動モータの回転動作（ＯＮ／ＯＦＦ動作、回転速度など）を制御するモータドライバ８６に所定の制御信号を送信するようになっている。このときの制御は、予め設定する冷却温度（例えば１００℃以下、好ましくは９０℃以下）に保たれるように行われる。
【００７８】
このような送風付きヒートシンク５５を適用した定着装置１０では、そのヒートシンク５５による記録用紙、トナー画像の冷却が所望の冷却温度で行われるようになるため、記録用紙として薄紙を使用した場合であっても、定着ベルト２０からの良好な剥離が可能となり、この結果、高速の定着も可能となる。
【００７９】
この実施の形態においては、図７に２点鎖線で示すように第４温度センサ８０をヒートシンク本体の接触放熱板部５６のベルト回転移動方向下流側となる部位に設置して、そのヒートシンク自体の温度を検知し、かかる検知情報に基づいて送風ファン５８の送風動作を制御するように構成してもよい。
【００８０】
《他の実施の形態》
なお、実施の形態１〜３では、加圧ベルト４０がなく、第１加圧ロール４５と第２加圧ロール４６とで加圧手段を構成した定着装置としてもよい。また、冷却手段を剥離用の支持ロール２７ｃと支持ロール２７ｄの間のベルト内周面側に設置してもよい。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の定着装置によれば、加熱むら、光沢むら、用紙剥離不良等の不具合を誘発させることなく、定着ベルトを所望の定着温度に迅速かつ的確に加熱することができ、より高速の定着を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は第１発明の定着装置を示す概念図、（ｂ）は第２発明の定着装置を示す概念図。
【図２】実施の形態１に係る定着装置の要部を示す概略構成図。
【図３】定着ベルトの加熱システムに関する主な制御系の構成を示す概略ブロック図。
【図４】試験(実施例１〜２、比較例１)の条件および結果を示す図表。
【図５】試験(実施例３、比較例２)の条件および結果を示す図表。
【図６】実施の形態２に係る定着装置の要部を示す概略構成図。
【図７】実施の形態３に係る定着装置の要部を示す概略構成図。
【符号の説明】
１，１０…定着装置、２，２０…定着ベルト、３Ａ…内側加熱手段、３Ｂ…外側加熱手段、３Ｃ…調整加熱手段、３Ｄ…強力加熱手段、４…加圧手段、５…冷却手段、６…用紙剥離手段、７，８…温度検知手段、２７ｃ…支持ロール、３０…第１加熱ロール（内側加熱手段、強力加熱手段）、３１…第２加熱ロール（外側加熱手段、調整加熱手段）、４０…加圧搬送ベルト（加圧手段）、５０…熱循環器（加熱手段および冷却手段）、５５…送風付きヒートシンク（冷却手段）、７０…第３温度センサ（温度検知手段）、８０…第４温度センサ（温度検知手段）、Ｔ…トナー画像、Ｐ…記録用紙、Ｅ１…区間。
【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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