(57)【要約】【課題】定着ベルトを用いた定着装置において、定着を行う未定着画像に合わせて加熱して定着を行うことによりさらなる省エネルギ化を図る。【解決手段】２つの上側テンションローラ５０・５１には、無端状の定着ベルト５２を掛け回す。２つの下側テンションローラ５４・５５には、無端状の加圧ベルト５６を掛け回す。そして、それぞれの下側テンションローラは、定着ベルトおよび加圧ベルトを介して上側テンションローラの各々に押し当てる。定着ベルトと加圧ベルトとが重なり合って走行する部分には、内側から定着ベルトに接触して固定加熱体５８を設ける。固定加熱体は、記録媒体搬送方向と直交する方向に複数の加熱部に分け、それらの加熱部を個別に温度制御可能とする。各加熱部は、それぞれ個別の加熱線６１を介して制御部６２に接続する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定加熱体を接触して無端状の定着ベルトを加熱し、その加熱した定着ベルトを走行して記録媒体を搬送しながら、その定着ベルトで熱を加えて記録媒体上の未定着画像を記録媒体に定着する定着装置において、
前記固定加熱体を記録媒体搬送方向と直交する方向に複数の加熱部に分けてそれらの加熱部を個別に温度制御可能とし、記録媒体上の未定着画像に合わせてその未定着画像部分に対応する前記加熱部を選択的に発熱駆動することを特徴とする、定着装置。
【請求項２】
記録媒体上の前記未定着画像の画像濃度に応じて、選択的に発熱駆動する前記加熱部の発熱温度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】
記録媒体上の前記未定着画像がカラーかモノクロかに応じて、選択的に発熱駆動する前記加熱部の発熱温度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４】
記録媒体上の前記未定着画像が絵柄か文字かに応じて、選択的に発熱駆動する前記加熱部の発熱温度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５】
前記定着ベルトの厚みを８０μｍ以下と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６】
前記加熱部を、それぞれ前記定着ベルトに接触する独立の伝熱ケースと、その伝熱ケース内に設ける各別の抵抗体とで構成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７】
発熱駆動しない前記加熱部を前記定着ベルトから離すことを特徴とする、請求項６に記載の定着装置。
【請求項８】
発熱駆動しない前記加熱部を他の加熱部より離すことを特徴とする、請求項６に記載の定着装置。
【請求項９】
前記伝熱ケースの熱伝導率を１００Ｗ／ｍ℃以上とすることを特徴とする、請求項６に記載の定着装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１に記載の定着装置を備えることを特徴とする、画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、複写機、プリンタ、ファクシミリ、またはそれらの複合機などの画像形成装置に関する。そのうち特に、帯電・書込み・現像・転写・クリーニングなどを繰り返して像担持体に順次トナー画像を形成し、そのトナー画像を逐次転写して、用紙・ＯＨＰフィルム等の記録媒体に画像を記録する電子写真式の画像形成装置に関する。および、そのような画像形成装置などにおいて、記録媒体上に転写した未定着画像を記録媒体に定着する定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年は、地球環境維持の観点から、省資源および省エネルギの要求が高まっている。電子写真式の画像形成装置にあっても、省エネルギのため消費電力を抑える動きが活発化しており、特に消費電力の大きい定着の分野において、加熱温度の低温化、熱効率のアップが研究されている。
【０００３】
【特許文献１】特許第３２７４７６９号公報
一般に、電子写真式の画像形成装置では、例えば特許文献１に記載されるように、定着装置として、内部に熱源を有する定着ローラに加圧ローラを押し当てて定着ニップを形成し、その定着ニップに通して画像転写後の記録媒体を搬送しながら、熱と圧力とを加えてその記録媒体上のトナー画像を記録媒体に定着するローラ定着式の熱定着装置が主に用いられている。
【０００４】
このような定着装置においては、定着ローラおよび加圧ローラは、例えばともに金属パイプの周面にゴム層を設け、内部にハロゲンヒータ等の熱源を備えて構成していた。そして、それら定着ローラおよび加圧ローラの表面温度をサーミスタ等の温度検知手段で検知し、その検知結果に応じてコントローラで熱源をオンオフ制御して一定温度（２００℃〜１５０℃）に保持していた。
【０００５】
ところが、このようなローラ定着式の定着装置では、ローラ同士の押し当てで定着ニップを形成することから、定着ニップ幅を大きくすることができず、加熱時間が短くなり、定着効果を上げるためにはどうしても熱源による加熱温度を高く設定しなければならなかった。
【０００６】
加熱ローラや加圧ローラのゴム層の硬度を下げたり、ローラ径を大きくしたりして定着ニップ幅を増やし、できる得る限り加熱時間を長くするようにしているが、それにも限界があり、例えばローラ径を大きくすると、熱容量が大きくなり、また放熱面積が増大して、返って加熱温度を高くしなければならなかった。
【０００７】
加熱温度を高くすると、環境温度に対する熱勾配が大きくなり、過剰に放熱したり、加熱する必要のない記録媒体の表面温度まで上昇し、さらには記録媒体の内部までも昇温したりして、トナーの溶融以外にエネルギを無駄に消費することとなった。
【０００８】
このため、エネルギの浪費をなくして、できるならば、加熱温度を１５０℃以下、好ましくは１００℃近辺まで下げることが望まれている。このような温度で定着を実現するためには、当然トナーの軟化点あるいは融点は１００℃以下に下げざるを得ない。
【０００９】
一般に、同一種有機高分子物質は、融点を下げると、溶融粘度が低下する。これは、樹脂の融点が分子量に依存していることに起因し、当然分子量が低ければ分子鎖の絡み合いが緩くなり、相互作用が弱くなることにより溶融粘度が下がるからであると考えられる。したがって、超低融点トナーを使って定着を行った場合、融点以降急激な粘度の低下が起こる。そこで、有効なゴム域幅が狭く、記録媒体上のトナーを定着加熱体側にオフセットしないようにすることが困難であった。
【００１０】
このようなオフセットの問題を解決するため、低融点トナーのゴム域を超えないような低温度に定着温度を設定し、加熱幅を長くとって時間的に十分に熱を伝わらせることで定着を行うことが考えられる。
【００１１】
【特許文献２】特開平１０-３０７４９６号公報
このため、従来の定着装置の中には、例えば特許文献２に記載されるように、熱源を内蔵しない定着ローラと、熱源を内蔵する加熱ローラとに定着ベルトを掛け回し、その定着ベルトを介して定着ローラに加圧ローラを押し当てるベルト定着式のものがある。
【００１２】
このようなベルト定着式の定着装置では、加熱時間を長くしてローラ定着式のものより加熱温度を低くすることができ、加熱温度をトナーの定着を行う定着温度より不必要に高く設定する必要がない。よって、環境温度に対する熱勾配を小さくして放熱を少なくし、また記録媒体に対する熱勾配も小さくして記録媒体に与える熱量も少なくし、エネルギの無駄な消費をなくすことができる。
【００１３】
しかし、熱源としては、当然、ハロゲンヒータのように空気層を介して赤外線により対象物を熱するよりも、抵抗体のように対象物に直接接触して加熱する方が、加熱効率がよいといえる。
【００１４】
【特許文献３】特開２００１-５１５３０号公報
そこで、特許文献３に記載されるように、定着ローラに無端ベルトを当てて定着ニップを形成し、無端ベルト内側に圧力付与部材とともに加熱手段を設けて厚紙等の定着性を確保するものがある。
【００１５】
【特許文献４】特開平１１-１３３８００号公報
また、特許文献４に記載されるように、加熱体がフィルムを介して記録媒体上のトナー像を加熱定着する装置において、主加熱体の上流側に記録媒体の最大サイズより短い幅の副加熱体を備えて、小さなサイズの記録媒体が連続して通過した場合にも、主加熱体の中央部と端部の温度差が大きくならず、加熱体の割れを防止するものがある。
【００１６】
【特許文献５】特開２００１-４３９５６号公報
さらに、特許文献５に記載されるように、加熱体がフィルムを介して記録媒体上のトナー像を加熱定着する装置において、記録媒体の幅に応じて加熱領域が選択可能となるように記録媒体の搬送方向と直角に複数分割された各発熱体が独立駆動され、各発熱体がずらされて配置されて各発熱体の境界部分の局所的な温度ムラを防止し、安定した定着像を得るようにするものがある。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようなベルト定着装置では、いずれも、定着を行うとき、記録媒体の全体を加熱していた。つまり、実際に加熱が必要な部分は、未定着画像が存在する部分であるが、記録媒体に対する画像面積割合が大きいときも、小さいときも、同じように記録媒体の全体を加熱しており、余分なエネルギを浪費していた。
【００１８】
そこで、この発明の第１の目的は、上述したような定着ベルトを用いたベルト定着式の定着装置において、定着を行う未定着画像に合わせて加熱して定着を行うことによりさらなる省エネルギ化を図ることにある。
【００１９】
この発明の第２の目的は、未定着画像の画像濃度に合わせて必要な部分に必要なだけ加熱することにある。
【００２０】
この発明の第３の目的は、未定着画像がカラーかモノクロかに合わせて必要な部分に必要なだけ加熱することにある。
【００２１】
この発明の第４の目的は、未定着画像が絵柄か文字かに合わせて必要な部分に必要なだけ加熱することにある。
【００２２】
この発明の第５の目的は、定着ベルトの熱容量を小さくして立ち上がりを速くし、また一層エネルギの浪費を少なくすることにある。
【００２３】
この発明の第６の目的は、加熱部の独立性を高めて、発熱駆動する加熱部から、隣接する不使用の加熱部に熱が逃げないようにし、一層エネルギの浪費を少なくすることにある。
【００２４】
この発明の第７の目的は、不使用の加熱部から定着ベルトに熱が逃げないようにし、不要な放熱を抑えて一層エネルギの浪費を少なくする一方、立ち上げ時間を短くすることにある。
【００２５】
この発明の第８の目的は、発熱駆動する加熱部から、隣接する不使用の加熱部に完璧に熱が逃げないようにし、一層エネルギの浪費を少なくすることことにある。
【００２６】
この発明の第９の目的は、加熱部を発熱駆動したとき、定着ベルトを瞬時に加熱することにある。
【００２７】
この発明の第１０の目的は、上記各目的を達成した定着装置を備える画像形成装置を提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
そのため、請求項１に記載の発明は、上述した第１の目的を達成すべく、固定加熱体を接触して無端状の定着ベルトを加熱し、その加熱した定着ベルトを走行して記録媒体を搬送しながら、その定着ベルトで熱を加えて記録媒体上の未定着画像を記録媒体に定着する定着装置において、
固定加熱体を記録媒体搬送方向と直交する方向に複数の加熱部に分けてそれらの加熱部を個別に温度制御可能とし、記録媒体上の未定着画像に合わせてその未定着画像部分に対応する加熱部を選択的に発熱駆動する、ことを特徴とする。
【００２９】
請求項２に記載の発明は、上述した第２の目的も達成すべく、請求項１に記載の定着装置において、記録媒体上の未定着画像の画像濃度に応じて、選択的に発熱駆動する加熱部の発熱温度を制御する、ことを特徴とする。
【００３０】
請求項３に記載の発明は、上述した第３の目的も達成すべく、同じく請求項１に記載の定着装置において、記録媒体上の未定着画像がカラーかモノクロかに応じて、選択的に発熱駆動する加熱部の発熱温度を制御する、ことを特徴とする。
【００３１】
請求項４に記載の発明は、上述した第４の目的も達成すべく、同じく請求項１に記載の定着装置において、記録媒体上の未定着画像が絵柄か文字かに応じて、選択的に発熱駆動する加熱部の発熱温度を制御する、ことを特徴とする。
【００３２】
請求項５に記載の発明は、上述した第５の目的も達成すべく、同じく請求項１に記載の定着装置において、定着ベルトの厚みを８０μｍ以下とする、ことを特徴とする。
【００３３】
請求項６に記載の発明は、上述した第６の目的も達成すべく、同じく請求項１に記載の定着装置において、加熱部を、それぞれ定着ベルトに接触する独立の伝熱ケースと、その伝熱ケース内に設ける個別の抵抗体とで構成する、ことを特徴とする。
【００３４】
請求項７に記載の発明は、上述した第７の目的も達成すべく、請求項６に記載の定着装置において、発熱駆動しない加熱部を定着ベルトから離す、ことを特徴とする。
【００３５】
請求項８に記載の発明は、上述した第８の目的も達成すべく、請求項６に記載の定着装置において、発熱駆動しない加熱部を他の加熱部より離す、ことを特徴とする。
【００３６】
請求項９に記載の発明は、上述した第９の目的も達成すべく、請求項６に記載の定着装置において、伝熱ケースの熱伝導率を１００Ｗ／ｍ℃以上とする、ことを特徴とする。
【００３７】
請求項１０に記載の発明は、上述した第１０の目的を達成すべく、画像形成装置において、請求項１ないし９のいずれか１に記載の定着装置を備える、ことを特徴とする。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、この発明の実施の形態につき説明する。
図１には、この発明による定着装置を備えたカラー複写機の全体概略構成を示す。
【００３９】
図中符号１００は、複写機本体である。複写機本体１００には、中央に、無端ベルト状の中間転写体１０を、図示例では駆動ローラ１４と第１の従動ローラ１５と第２の従動ローラ１６に掛け回して図中時計まわりに回転搬送可能に設ける。もちろん、別途中間転写体１０の片寄りを調整するローラに掛け回すなど、４つ以上のローラに掛け回すようにしてもよい。なお、中間転写体１０は、図示例ではほぼ水平に張り渡すが、水平ではなく、斜めに傾斜して張り渡すようにしてもよい。
【００４０】
この図示例では、図示省略するが、第２の従動ローラ１６に近接し、画像転写後に中間転写体１０上に残留する残留トナーを除去するベルトクリーニング装置を設ける。
【００４１】
また、駆動ローラ１４と第２の従動ローラ１６間に張り渡した中間転写体１０上には、その搬送方向に沿って、ブラック・イエロ・シアン・マゼンタの４つの単色作像手段１８を横に並べて配置してタンデム作像装置２０を設ける。タンデム作像装置２０の上には、さらに露光装置２１を設ける。
【００４２】
一方、中間転写体１０の張り渡し領域の下方には、ローラを用いた２次転写装置２２を備える。２次転写装置２２は、第１の従動ローラ１５に押し当てて中間転写体１０上の画像を記録媒体Ｐに転写する。２次転写装置２２の横には、図示例では、２つのローラ２３間に、無端ベルトである搬送ベルト２４を掛け渡して設ける。
【００４３】
搬送ベルト２４の横には、記録媒体Ｐ上の転写画像を定着するこの発明の定着装置２５を設ける。定着装置２５については、詳しくは後述する。
【００４４】
上述した２次転写装置２２には、画像転写後の記録媒体Ｐを搬送する媒体搬送機能も備えている。もちろん、２次転写装置２２として、非接触のチャージャを配置してもよく、そのような場合は、この媒体搬送機能を併せて備えることは難しくなる。
【００４５】
さて、このような２次転写装置２２、搬送ベルト２４、および定着装置２５の下方には、用紙・ＯＨＰフィルム等の記録媒体Ｐを収納する媒体収納カセット２８を備える。
【００４６】
ところで、いまこのカラー複写機を用いてコピーをとるときは、スキャナ２００の原稿台３０上に原稿Ｇをセットし、不図示の原稿押えで押さえる。そして、不図示のスタートスイッチを押すと、スキャナ２００を駆動して原稿内容を読み取ることができる。すなわち、ハロゲンランプ等の光源３１で原稿Ｇを照射してその反射光をミラー３２で反射し、レンズ３３を透して集光してＣＣＤ３４に入れ、画像を電気信号に変換する。
【００４７】
また、不図示のスタートスイッチを押すと、同時に不図示の駆動モータで駆動ローラ１４を回転駆動して従動ローラ１５・１６を従動回転し、中間転写体１０を回転搬送する。同時に、個々の単色作像手段１８でその像担持体４０を回転して各像担持体４０上にそれぞれ、ブラック・イエロ・シアン・マゼンタの単色画像を形成する。そして、中間転写体１０の搬送とともに、それらの単色画像を順次重ね１次転写して中間転写体１０上に合成カラー画像を形成する。
【００４８】
一方、不図示のスタートスイッチを押すと、繰出しコロ３５を回転し、媒体収納カセット２８から記録媒体Ｐを繰り出し、搬送路３６に入れてレジストローラ３７に突き当てて止める。
【００４９】
そして、中間転写体１０上の合成カラー画像にタイミングを合わせてレジストローラ３７を回転し、中間転写体１０と２次転写装置２２との間に記録媒体Ｐを送り込み、２次転写装置２２で中間転写体１０上の合成カラー画像を一括して２次転写して記録媒体Ｐ上にカラー画像を形成する。
【００５０】
画像転写後の記録媒体Ｐは、搬送ベルト２４で搬送して定着装置２５へと送り込み、定着装置２５で熱と圧力とを加えて転写画像を定着して後、排紙トレイ３８上にスタックする。
【００５１】
一方、画像転写後の中間転写体１０は、不図示のベルトクリーニング装置で、画像転写後に中間転写体１０上に残留する残留トナーを除去し、タンデム作像装置２０による再度の画像形成に備える。
【００５２】
さて、上述したタンデム作像装置２０において、各単色作像手段１８は、詳しくは、ドラム状の像担持体４０のまわりに、帯電装置４１、現像装置４２、１次転写装置４３、クリーニング装置４４、不図示の除電装置などを備えてなる。
【００５３】
図示省略するが、これら単色作像手段１８を構成する部分の全部または一部でプロセスカートリッジを形成し、複写機本体１００に対して一括して着脱自在としてメンテナンス性を向上するようにしてもよい。
【００５４】
単色作像手段１８を構成する部分のうち、帯電装置４１は、図示例では帯電ローラを用い、像担持体４０に接触して電圧を印加することによりその像担持体４０の帯電を行う。
【００５５】
現像装置４２は、図示例では、磁性キャリアと非磁性トナーとよりなる二成分現像剤を使用する。
【００５６】
１次転写装置４３は、ローラ状とし、中間転写体１０を挟んで像担持体４０に押し当てて設ける。別に、ローラ状に限らず、ブラシや非接触のチャージャであってもよい。
【００５７】
クリーニング装置４４は、像担持体４０に接触してクリーニングブレードやクリーニングブラシなどのクリーニング部材を備え、そのクリーニング部材で像担持体４０上の残留トナーを除去する。
【００５８】
不図示の除電装置は、例えばランプであり、光を照射して像担持体４０の表面電位を初期化する。
【００５９】
そして、像担持体４０の回転とともに、まず帯電装置４１で像担持体４０の表面を一様に帯電し、次いでスキャナ２００の読取り内容に応じ、上述した露光装置２１において、レーザやＬＥＤ等からの書込み光Ｌをポリゴンミラー４７で反射してさらにミラー４８で反射し、像担持体４０に照射して像担持体４０上に静電潜像を形成する。
【００６０】
その後、現像装置４２によりトナーを付着してその静電潜像を可視像化し、その可視像を１次転写装置４３で中間転写体１０上に転写する。画像転写後の像担持体４０の表面は、クリーニング装置４４で残留トナーを除去して清掃し、除電装置で除電して再度の画像形成に備える。
【００６１】
図２には、上述したカラー複写機に備える定着装置２５の概略構成を示す。
図中符号５０・５１は、一定の間隔を隔てて平行に設ける２つの上側テンションローラである。それら２つの上側テンションローラ５０・５１には、無端状の定着ベルト５２を掛け回す。
【００６２】
そして、上側テンションローラ５０・５１の一方に同軸に駆動ギヤを設け、その駆動ギヤに不図示の駆動モータの駆動力を伝達して図中時計まわりに回転し、他方を従動回転しながら定着ベルト５２を走行する。定着ベルト５２は、厚みを８０μｍ以下とする。図示例では、厚さ５０μｍの絶縁性ポリイミドフィルムを使用する。
【００６３】
図中符号５４・５５は、一定の間隔を隔てて平行に設ける２つの下側テンションローラである。それら２つの下側テンションローラ５４・５５には、無端状の加圧ベルト５６を掛け回す。そして、一方の下側テンションローラ５４は、定着ベルト５２および加圧ベルト５６を介して上側テンションローラ５０に押し当て、他方の下側テンションローラ５５は、同じく定着ベルト５２および加圧ベルト５６を介して上側テンションローラ５１に押し当てる。
【００６４】
上側テンションローラ５０・５１と同様に、下側テンションローラ５４・５５の一方は、同軸に駆動ギヤを設け、その駆動ギヤに不図示の駆動モータの駆動力を伝達して図中反時計まわりに回転し、他方を従動回転しながら加圧ベルト５６を走行する。
【００６５】
定着ベルト５２と加圧ベルト５６とが重なり合って走行する部分には、内側から定着ベルト５２に接触して固定加熱体５８を設ける。固定加熱体５８は、アルミニウムの基体５９と抵抗体６０とからなる。
【００６６】
図３には、図２の定着装置２５で用いる固定加熱体５８を上から見て示す。
この図３から判るとおり、固定加熱体５８は、記録媒体搬送方向Ａと直交する方向Ｂに複数の加熱部５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃ………に分け、それらの加熱部を個別に温度制御可能とする。
【００６７】
各加熱部５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃ………は、それぞれ個別の加熱線６１（６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃ………）を介して制御部６２に接続する。
【００６８】
さて、画像転写後の記録媒体Ｐは、搬送方向Ａから両ベルト５２・５６間に挿入される。この記録媒体Ｐ上の未定着画像を定着するときは、同一または別個の駆動モータで定着ベルト５２と加圧ベルト５６とをこの例ではともに１５０mm／secで走行し、記録媒体Ｐを両ベルト５２・５６間を通して搬送する。
【００６９】
このとき、制御部６２で制御し、記録媒体Ｐ上の未定着画像に合わせてその未定着画像部分に対応する加熱部５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃ………を選択的に発熱駆動し、定着ベルト５２を背面側から約１２０℃で加熱する。
【００７０】
図４には、複写機、プリンタにおける定着装置の温度制御ブロック図を示す。図１に示すようなデジタル複写機の場合には、スキャナ２００で読み取った画像読取データを画像処理部に送って画像処理し、その画像処理データに基づき露光装置２１で書込み光Ｌを照射して像担持体４０上に光書込みを行う。
【００７１】
また、その画像処理データから、記録媒体Ｐ上の画像位置、画像濃度、色、絵柄等を検出し、記録媒体Ｐが定着装置２５を通過するタイミングで固定加熱体５８の選択した加熱部５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃ………を発熱駆動する。
【００７２】
例えば図５に示すような記録媒体Ｐの未定着画像を定着するときは、定着装置２５を未定着画像部分Ｄが通過するタイミングで、その幅Ｃ部分に対応する加熱部５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃ………を選択的に発熱駆動する。他の幅Ｃ部分に対応しない加熱部には、通電しない。
【００７３】
このようにすると、記録媒体搬送方向Ａに長い間接触して定着ベルト５２で記録媒体Ｐを搬送するので、加熱時間を長くしてローラ定着式のものより加熱温度を低くすることができ、加熱温度をトナーの定着を行う定着温度より不必要に高く設定する必要がなく、例えば１００℃程度とすることができる。よって、環境温度に対する熱勾配を小さくして放熱を少なくし、また記録媒体に対する熱勾配も小さくして記録媒体に与える熱量も少なくし、エネルギの無駄な消費をなくすことができる。
【００７４】
また、固定加熱体５８を接触して無端状の定着ベルト５２を加熱し、その加熱した定着ベルト５２を走行して記録媒体Ｐを搬送するので、ハロゲンヒータのように空気層を介して赤外線により対象物を熱するよりも、定着ベルト５２を介して固定加熱体５８を接触して記録媒体Ｐを加熱するから、加熱効率を上げることができる。
【００７５】
さらに、固定加熱体５８を記録媒体搬送方向Ａと直交する方向に複数の加熱部５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃ………に分けてそれらの加熱部を個別に温度制御可能とし、記録媒体Ｐ上の未定着画像に合わせてその未定着画像部分に対応する加熱部を選択的に発熱駆動するので、記録媒体Ｐの全体ではなく、定着を行う未定着画像に合わせて定着に必要な未定着画像部分のみを加熱し、余分な部分を加熱しないから、エネルギの無駄な消費を防止してさらなる省エネルギ化を図ることができる。
【００７６】
なお、プリンタの場合には、図４に示すように、ホストである例えばパソコンからのプリントデータに基づき露光装置２１で書込み光Ｌを照射して像担持体４０上に光書込みを行う。また、そのプリントデータから、記録媒体Ｐ上の画像位置、画像濃度、色、絵柄等を検出し、記録媒体Ｐが定着装置２５を通過するタイミングで固定加熱体５８の選択した加熱部を発熱駆動する。
【００７７】
ところで、図１に示すカラー複写機では、トナーとして、環化イソプレン７０wt％、カルナウバワックス３０wt％、カーボンブラック１０重量部、負帯電性の荷電制御剤１重量部よりなり、軟化点が８０℃で、定着下限温度が８５℃の低融点のトナーを使用する。
【００７８】
次に、例えば図６に示すように、文字部とハーフトーン部のある未定着画像を記録媒体Ｐに定着するときは、例えばＦ部分の文字部が固定加熱体５８を通過するタイミングで幅Ｅ部分に対応する加熱部を１２０℃に発熱駆動する。また、Ｈ部分のハーフトーン部が固定加熱体５８を通過するタイミングで幅Ｇ部分に対応する加熱部を１１０℃に発熱駆動する。
【００７９】
このように、記録媒体Ｐ上の未定着画像の画像濃度に応じて、選択的に発熱駆動する加熱部の発熱温度を制御すると、ベタ画像や文字部などの画像濃度が濃い部分はトナーが層になって重なっており、定着に高い加熱温度を必要とするが、このような未定着画像の画像濃度に合わせて必要な部分に必要なだけ加熱することができる。
【００８０】
次に、例えば図７に示すように、モノクロ部とカラー部のある未定着画像を記録媒体Ｐに定着するときは、例えばＪ部分のモノクロ部が固定加熱体５８を通過するタイミングで幅Ｉ部分に対応する加熱部を１２０℃に発熱駆動する。また、Ｌ部分のカラー部が固定加熱体５８を通過するタイミングで幅Ｋ部分に対応する加熱部を１３０℃に発熱駆動する。
【００８１】
このように、記録媒体Ｐ上の未定着画像がカラーかモノクロかに応じて、選択的に発熱駆動する加熱部の発熱温度を制御すると、カラーの部分はイエロ、マゼンタ、シアンの色の異なるトナーを重ねて溶融するから、定着に高い加熱温度を必要とするが、このような未定着画像がカラーかモノクロかに合わせて必要な部分に必要なだけ加熱することができる。
【００８２】
さらに、例えば図８に示すように、文字部と絵柄部のある未定着画像を記録媒体Ｐに定着するときは、例えばＮ部分の文字部が固定加熱体５８を通過するタイミングで幅Ｍ部分に対応する加熱部を１２０℃に発熱駆動する。また、Ｐ部分の絵柄部が固定加熱体５８を通過するタイミングで幅Ｏ部分に対応する加熱部を１４０℃に発熱駆動する。
【００８３】
このように、記録媒体Ｐ上の未定着画像が絵柄か文字かに応じて、選択的に発熱駆動する加熱部の発熱温度を制御すると、絵柄画像は高品位感を出すために光沢を持たせることが好ましいから、表層トナーを十分に溶かして平滑にならすため定着に高い加熱温度を必要とするが、このような未定着画像が絵柄か文字かに合わせて必要な部分に必要なだけ加熱することができる。
【００８４】
さて、上述した例では、定着ベルト５２として、厚さ５０μｍの絶縁性ポリイミドフィルムを使用した。定着ベルト５２は、固定加熱体５８への通電とともに、瞬時に定着温度に達することが好ましい。このため、定着ベルト５２の熱容量を極力小さくすることが望まれる。熱容量は、体積に比例することから、定着ベルト５２の厚さは、薄い方がよく、８０μｍ以下、好ましくは６０μｍ以下とするとよい。また、定着ベルト５２は、ポリイミド、ポリベンゾイミダゾール等の樹脂、アルミニウム、ステンレス等の電鋳ベルトを用いてつくるとよい。
【００８５】
図９には、この発明による定着装置２５の他例を示す。図１０には、その固定発熱体５８を上から見て示す。
【００８６】
この例では、固定加熱体５８の個々の加熱部５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃ………を、それぞれ定着ベルト５２に接触する独立の舟形伝熱ケース６４と、その伝熱ケース６４内に設ける個別の抵抗体６５とで構成する。このようにすると、各加熱部５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃ………の独立性を高めて、発熱駆動する加熱部から、隣接する不使用の加熱部に熱が逃げないようにし、一層エネルギの浪費を少なくすることができる。
【００８７】
このとき、発熱駆動しない加熱部を定着ベルトから離すようにすると、不使用の加熱部から定着ベルトに熱が逃げないようにし、不要な放熱を抑えて加熱部に蓄熱し、その分、次の使用時の電力消費を少なくして一層エネルギの浪費を少なくする一方、立ち上げ時間を短くすることができる。
【００８８】
図１１には、この発明による定着装置２５のさらに他例を示す。
この図１１に示す例では、個々の加熱部５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃ………を、それぞれ定着ベルト５２に接触する独立の舟形伝熱ケース６４と、その伝熱ケース６４内に設ける個別の抵抗体６５とで構成するとともに、個々の加熱部５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃ………ごとに駆動手段６６を設ける。そして、発熱駆動しない加熱部を他の加熱部より大きく離すようにする。このようにすると、発熱駆動する加熱部から、隣接する不使用の加熱部に完璧に熱が逃げないようにし、一層エネルギの浪費を少なくすることができる。
【００８９】
図９ないし１１において、伝熱ケース６４は、熱伝導率を１００Ｗ／ｍ℃以上とする。このようにすると、加熱部を発熱駆動したとき、伝熱ケース６４全体を直ちに発熱し、定着ベルト５２を瞬時に加熱することができる。
【００９０】
なお、図９ないし１１においては、図２の対応部分に使用した符号をそのまま使用している。
【００９１】
さて、図２に示す定着装置２５において、定着ベルト５２として厚さ９０μｍのポリイミドフィルムを用いたところ、タイミングを取って固定加熱体５８に通電したとしても、画像先端で定着不良が発生してしまい、定着ベルト５２の加熱に時間がかかることから、十分な省エネルギ効果を得ることができなかった。
【００９２】
定着ベルト５２として厚さ８０μｍのポリイミドフィルムを用いたところ、タイミングを取って固定加熱体５８に通電すると、画像先端で定着不良が発生せず、瞬時に定着ベルト５２を加熱して十分な省エネルギ効果を得ることができた。
【００９３】
また、図９に示す定着装置２５において、伝熱ケース６４として、鉄製舟形ケースを作成したところ、鉄の熱伝導率は８０．３Ｗ／ｍ℃であるから、タイミングを取って固定加熱体５８に通電したとしても、画像先端で定着不良が発生してしまい、定着ベルト５２の加熱に時間がかかることから、十分な省エネルギ効果を得ることができなかった。
【００９４】
伝熱ケース６４として、亜鉛製舟形ケースを作成したところ、亜鉛の熱伝導率は１２１Ｗ／ｍ℃であるから、タイミングを取って固定加熱体５８に通電すると、画像先端で定着不良が発生せず、瞬時に定着ベルト５２を加熱して十分な省エネルギ効果を得ることができた。
【００９５】
【発明の効果】
以上説明したとおり、請求項１に係る発明によれば、加熱した定着ベルトを走行して記録媒体を搬送しながら、その定着ベルトで熱を加えて記録媒体上の未定着画像を記録媒体に定着するベルト定着式の定着装置であるので、加熱時間を長くしてローラ定着式のものより加熱温度を低くすることができ、加熱温度をトナーの定着を行う定着温度より不必要に高く設定する必要がない。よって、環境温度に対する熱勾配を小さくして放熱を少なくし、また記録媒体に対する熱勾配も小さくして記録媒体に与える熱量も少なくし、エネルギの無駄な消費をなくすことができる。
【００９６】
また、固定加熱体を接触して無端状の定着ベルトを加熱し、その加熱した定着ベルトを走行して記録媒体を搬送するので、ハロゲンヒータのように空気層を介して赤外線により対象物を熱するよりも、定着ベルトを介して固定加熱体を直接接触して記録媒体を加熱するから、加熱効率を上げることができる。
【００９７】
さらに、固定加熱体を記録媒体搬送方向と直交する方向に複数の加熱部に分けてそれらの加熱部を個別に温度制御可能とし、記録媒体上の未定着画像に合わせてその未定着画像部分に対応する加熱部を選択的に発熱駆動するので、記録媒体の全体ではなく、定着を行う未定着画像に合わせて定着に必要な未定着画像部分のみを加熱し、余分な部分を加熱しないから、エネルギの無駄な消費を防止してさらなる省エネルギ化を図ることができる。
【００９８】
請求項２に係る発明によれば、請求項１に係る発明の効果に加えて、記録媒体上の未定着画像の画像濃度に応じて、選択的に発熱駆動する加熱部の発熱温度を制御するので、ベタ画像や文字部などの画像濃度が濃い部分はトナーが層になって重なっており、定着に高い加熱温度を必要とするから、未定着画像の画像濃度に合わせて必要な部分に必要なだけ加熱することができる。
【００９９】
請求項３に係る発明によれば、請求項１に係る発明の効果に加えて、記録媒体上の未定着画像がカラーかモノクロかに応じて、選択的に発熱駆動する加熱部の発熱温度を制御するので、カラーの部分は色の異なるトナーを重ねて溶融するから、定着に高い加熱温度を必要とし、未定着画像がカラーかモノクロかに合わせて必要な部分に必要なだけ加熱することができる。
【０１００】
請求項４に係る発明によれば、請求項１に係る発明の効果に加えて、記録媒体上の未定着画像が絵柄か文字かに応じて、選択的に発熱駆動する加熱部の発熱温度を制御するので、絵柄画像は高品位感を出すために光沢を持たせることが好ましいから、定着に高い加熱温度を必要とし、未定着画像が絵柄か文字かに合わせて必要な部分に必要なだけ加熱することができる。
【０１０１】
請求項５に係る発明によれば、請求項１に係る発明の効果に加えて、定着ベルトの厚みを８０μｍ以下とするので、熱容量を小さくし、固定発熱体への通電とともに、瞬時に定着温度に達するようにすることができ、また一層エネルギの浪費を少なくすることができる。
【０１０２】
請求項６に係る発明によれば、請求項１に係る発明の効果に加えて、加熱部を、それぞれ定着ベルトに接触する独立の伝熱ケースと、その伝熱ケース内に設ける個別の抵抗体とで構成するので、加熱部の独立性を高めて、発熱駆動する加熱部から、隣接する不使用の加熱部に熱が逃げないようにし、一層エネルギの浪費を少なくすることができる。
【０１０３】
請求項７に係る発明によれば、請求項６に係る発明の効果に加えて、発熱駆動しない加熱部を定着ベルトから離すので、不使用の加熱部から定着ベルトに熱が逃げないようにし、不要な放熱を抑えて加熱部に蓄熱し、その分、次の使用時の電力消費を少なくして一層エネルギの浪費を少なくする一方、立ち上げ時間を短くすることができる。
【０１０４】
請求項８に係る発明によれば、請求項６に係る発明の効果に加えて、発熱駆動しない加熱部を他の加熱部より離すので、発熱駆動する加熱部から、隣接する不使用の加熱部に完璧に熱が逃げないようにし、一層エネルギの浪費を少なくすることができる。
【０１０５】
請求項９に係る発明によれば、請求項６に係る発明の効果に加えて、伝熱ケースの熱伝導率を１００Ｗ／ｍ℃以上とするので、加熱部を発熱駆動したとき、伝熱ケース全体を直ちに発熱し、定着ベルトを瞬時に加熱することができる。
【０１０６】
請求項１０に係る発明によれば、上記各効果を有する定着装置を備えた画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による定着装置を備えたカラー複写機の全体概略構成図である。
【図２】そのカラー複写機に備える定着装置の概略構成図である。
【図３】その定着装置の平面図である。
【図４】複写機、プリンタで用いる定着装置の温度制御ブロック図である。
【図５】第２の比較例である定着装置の概略構成図である。
【図６】定着装置で定着する記録媒体の表面図である。
【図７】別の記録媒体の表面図である。
【図８】さらに別の記録媒体の表面図である。
【図９】この発明による定着装置の他例の概略構成図である。
【図１０】その平面図である。
【図１１】この発明による定着装置のさらに他例の概略構成図である。
【符号の説明】
２５    定着装置
５２    定着ベルト
５８    固定加熱体
５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃ、………    加熱部
６０    抵抗体
６４    伝熱ケース
６５    抵抗体
Ａ    記録媒体搬送方向
Ｂ    記録媒体搬送方向と直交する方向
Ｐ    記録媒体
【図１】
2004198532.tif 000003
【図２】
2004198532.tif 000004
【図３】
2004198532.tif 000005
【図４】
2004198532.tif 000006
【図５】
2004198532.tif 000007
【図６】
2004198532.tif 000008
【図７】
2004198532.tif 000009
【図８】
2004198532.tif 000010
【図９】
2004198532.tif 000011
【図１０】
2004198532.tif 000012
【図１１】
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