(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録材上に形成された未定着画像を定着する定着装置であって、
導電性層を有し回動可能に配設される無端状のベルト部材と、
前記ベルト部材の外周面に圧接配置される加圧部材と、
前記導電性層を介して前記ベルト部材を誘導加熱する誘導加熱手段と、
前記誘導加熱手段による誘導加熱に対する前記導電性層の性能低下を検知する検知手段と
を含み、
前記検知手段は、
最大サイズの記録材の通紙域よりも外側で前記ベルト部材に対向配置されるセンサコイルと、
前記センサコイルに高周波電流を供給する電源と、
前記電源により前記センサコイルに前記高周波電流を流したときの電力の力率を測定する力率測定部と
を有することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記検知手段によって前記導電性層の性能低下が検知されたときに、前記ベルト部材及び前記加圧部材を用いた定着動作を停止させる制御手段をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
金属層を有し回動可能に配設される定着ベルトと、
前記定着ベルトの外周面に圧接することで、当該定着ベルトとの間に未定着画像を担持した記録材を挿通するための定着ニップ部を形成するニップ形成部材と、
前記定着ベルトの内側から前記ニップ形成部材に向けて当該定着ベルトを押圧し、前記定着ニップ部における当該定着ベルトの形状を変形させる押圧パッドと、
前記定着ベルトの軸方向端部側であって当該定着ベルトを用いて定着可能な最大サイズの記録材の通紙域内の温度分布に影響を及ぼす部位の前記金属層におけるクラックの発生を検知するクラック検知部と
を含む定着装置。
【請求項４】
前記定着ベルトの軸方向両端部に嵌合し、当該定着ベルトを駆動するエンドキャップ部材をさらに含み、
前記押圧パッドは、前記記録材が通過する軸方向中央部と当該記録材が通過しない軸方向両端部とで前記定着ベルトに当接する部位の形状が異なることを特徴とする請求項３記載の定着装置。
【請求項５】
トナー像を形成するトナー像形成部と、
前記トナー像形成部によって形成されたトナー像を記録材に転写する転写部と、
前記転写部によって前記記録材上に転写されたトナー像を定着する定着部とを備え、
前記定着部は、
導電性層を有し回動可能に配設される無端状のベルト部材と、
前記ベルト部材の外周面に圧接配置される加圧部材と、
前記導電性層を介して前記ベルト部材を誘導加熱する誘導加熱手段と、
前記誘導加熱手段による誘導加熱に対する前記導電性層の性能低下を検知する検知手段と
を含み、
前記検知手段は、
最大サイズの記録材の通紙域よりも外側で前記ベルト部材に対向配置されるセンサコイルと、
前記センサコイルに高周波電流を供給する電源と、
前記電源により前記センサコイルに前記高周波電流を流したときの電力の力率を測定する力率測定部と
を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
トナー像を形成するトナー像形成部と、
前記トナー像形成部によって形成されたトナー像を記録材に転写する転写部と、
前記転写部によって前記記録材上に転写されたトナー像を定着する定着部とを備え、
前記定着部は、
金属層を有し回動可能に配設される定着ベルトと、
前記定着ベルトの外周面に圧接することで、当該定着ベルトとの間に未定着画像を担持した記録材を挿通するための定着ニップ部を形成するニップ形成部材と、
前記定着ベルトの内側から前記ニップ形成部材に向けて当該定着ベルトを押圧し、前記定着ニップ部における当該定着ベルトの形状を変形させる押圧パッドと、
前記定着ベルトの軸方向端部側であって前記定着部で定着可能な最大サイズの記録材の通紙域内の温度分布に影響を及ぼす部位の前記金属層におけるクラックの発生を検知するクラック検知部と
を含む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、例えば電子写真方式を利用した画像形成装置において記録材にトナー画像を定着する定着装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば電子写真方式を採用した複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置では、例えばドラム状に形成された感光体(感光体ドラム)を一様に帯電し、帯電された感光体ドラムを画像情報に基づいて制御された光で露光して感光体ドラム上に静電潜像を形成する。次いで、感光体ドラム上に形成された静電潜像をトナーによって現像して可視像(トナー像)化し、このトナー像を直接または中間転写体等を介して間接的に用紙に転写する。そして、用紙に転写されたトナー像(未定着トナー像)を、定着装置によって用紙に定着している。
【０００３】
上述した定着装置としては、例えば回動する加熱部材と、この加熱部材に回動可能に圧接配置される加圧部材とを備えたものが広く用いられている。このような定着装置では、加熱部材と加圧部材とのニップ部(定着ニップ部)に用紙を挟み込んで挿通させ、トナー像を加熱溶融して用紙に圧着している。特に、最近では、加熱部材に金属等からなる発熱層(導電性層)を設け、電磁誘導加熱によって発熱層を発熱させるものが提案されている(特許文献１、２参照。)。ここで、電磁誘導加熱は、変動磁界を発生する励磁コイルを発熱層に近接配置し、発熱層に発生する渦電流で発熱層を発熱させるものである。この電磁誘導加熱によれば、加熱部材を直接加熱することができるとともに、加熱により高温となる範囲が極めて限られることから、加熱部材を短い時間で所定の温度まで加熱することができる。このため、加熱源としてハロゲンランプ等の発熱体を用いる場合に比べ、定着装置のウォームアップ時間を短縮することができ、消費電力を低減することが可能になる。
【０００４】
一方、加熱部材は加熱ロールの他、無端状の定着ベルトが一般に用いられており、この無端状ベルトには複数の支持ロールによって張架されたタイプと、上記特許文献１、２のようにほぼ無張架の状態で周回駆動されるタイプとがある。そして、上記特許文献１、２において、定着ベルトは、薄肉の耐熱性樹脂等からなる基層および基層上に形成される厚さ数十μｍ程度の銅からなる発熱層を有している。このような定着ベルトでは、加熱部材として加熱ロールを使用する場合に比べ熱容量が小さくなるため、加熱ロールより短時間でウォームアップを行うことができる。さらに、無張架タイプの定着ベルトは、他の部材との接触する面積を小さくすることができ、他の部材への熱移動を低減できる。このため、一層効率の良いウォームアップを行うことができる。
【０００５】
また、上記特許文献１記載の定着装置では、加圧部材として加圧ロールが用いられており、定着ベルトと加圧ロールとが接する定着ニップ部を安定的に形成するために、定着ベルトの内面側には弾性体からなる押圧部材が設けられる。特に、上記特許文献１では、定着ベルトからの用紙の剥離を容易にするために、定着ニップ入口側より出口側の方の弾性層の厚さを厚くするように押圧部材の形状を設定している。これにより、弾性層が定着ベルトの移動方向下流側に突き出すように変形し、定着ニップ出口部において、定着ベルトに対して大きな曲率を与えている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２９３９４号公報(第４−６頁、図１)
【特許文献２】特開２００４−７０１９１号公報(第７−１０頁、図１)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述した定着装置において、フレキシビリティを有する定着ベルトは、定着ニップ出口部において剥離に必要な曲率に変形する。このため、定着ベルトの発熱層には、定着ニップを通過する度に曲げられることによる歪みが生じる。そして、定着装置が長期にわたって使用されるにつれて、定着ベルトに繰り返し歪みが加わることにより、発熱層にいわゆる疲労破壊を起こしてしまう。このようにして定着ベルトの発熱層に疲労破壊が生じると、該当箇所の発熱層には渦電流が流れにくくなり、所望の発熱を得ることができなくなってしまう。そして発熱層にクラックが入り、所望の発熱分布が得られなくなった状態で定着動作を行うと、クラックが入った部分の温度が低いことに伴う定着不良、所謂コールドオフセットが発生する。
【０００８】
このような発熱層に発生する歪みを小さくするために、上記特許文献２では、定着ベルト全体の厚さ方向の中立線近傍に発熱層を配置することが提案されている。これは、発熱層を定着ベルトの厚さ方向の中立線近傍におくことで、定着ベルト全体が剥離に必要な形状になるように変形した場合においても、発熱層にかかる歪みを低減することができるというものである。このような特許文献２に記載の方式を採用することで、定着ベルトの発熱層にクラックが発生するまでの時間を延長することが可能になる。
【０００９】
しかしながら、上記特許文献２の技術を採用したとしても、発熱層そのものが厚さを持つことには変わりがなく、発熱層に加わる歪みを完全になくすことはできない。よって、クラックが発生するまでの時間、すなわち定着装置としてのライフはある程度長くなるものの、全く未発生となるところまでには至らず、定着装置が使用されるにつれて発熱層にクラックが入るようになり、所望とする温度分布が得られなくなってしまう。
【００１０】
従来にあっては、定着ベルトの寿命によるコールドオフセットの発生を未然に防止するために、予め設定した枚数あるいは時間の定着動作を実行した後、故障が発生する前に交換メッセージを出して定着装置自体あるいは定着ベルトを交換するという対応策がとられていた。したがって、まだ壊れていないものまで交換してしまうという無駄があった。
【００１１】
本発明は、かかる技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、導電性層を有するベルト部材の寿命をより正確に検知することにある。
また、他の目的は、ベルト部材の経時劣化に伴うコールドオフセットの発生を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
かかる目的のもと、本発明は、記録材上に形成された未定着画像を定着する定着装置であって、導電性層を有し回動可能に配設される無端状のベルト部材と、ベルト部材の外周面に圧接配置される加圧部材とを有しており、導電層を介してベルト部材を誘導加熱手段にて誘導加熱し、誘導加熱手段による誘導加熱に対する導電性層の性能低下を検知手段により検知する。
【００１３】
このような定着装置において、ベルト部材の軸方向両端からベルト部材を駆動する駆動部材をさらに含む場合に、検知手段は、ベルト部材の軸方向端部側における導電性層の性能低下を検知することができる。また、ベルト部材の内側から加圧部材に向けてベルト部材を押圧するとともに、記録材が通過する軸方向中央部と記録材が通過しない軸方向両端部とでベルト部材に当接する部位の形状が異なる押圧部材をさらに含む場合に、検知手段は、ベルト部材の軸方向端部側における導電性層の性能低下を検知することができる。そして、検知手段は、ベルト部材に対向配置されるセンサコイルと、センサコイルに高周波電流を供給する電源と、電源によりセンサコイルに高周波電流を流したときの電力の力率を測定する力率測定部とを有することができる。この場合に、センサコイルは、最大サイズの記録材の通紙域よりも外側でベルト部材に対向配置されることができる。また、検知手段によって導電性層の性能低下が検知されたときに、ベルト部材及び加圧部材を用いた定着動作を停止させる制御手段をさらに含むことができる。
【００１４】
また、他の観点から捉えると、本発明が適用される定着装置は、金属層を有し回動可能に配設される定着ベルトと、定着ベルトの外周面に圧接することで、定着ベルトとの間に未定着画像を担持した記録材を挿通するための定着ニップ部を形成するニップ形成部材と、定着ベルトの内側からニップ形成部材に向けて定着ベルトを押圧し、定着ニップ部における定着ベルトの形状を変形させる押圧パッドと、定着ベルトの金属層におけるクラックの発生を検知するクラック検知部とを含んでいる。
【００１５】
このような定着装置では、金属層を介して定着ベルトを加熱する励磁コイルをさらに含むことができる。また、クラック検知部は、定着ベルトの軸方向端部側であって定着装置で定着可能な最大サイズの記録材の通紙域内の温度分布に影響を及ぼす部位の金属層におけるクラックの発生を検知することができる。さらに、定着ベルトの軸方向両端部に嵌合し、定着ベルトを駆動するエンドキャップ部材をさらに含むことができる。さらにまた、押圧パッドは、記録材が通過する軸方向中央部と記録材が通過しない軸方向両端部とで定着ベルトに当接する部位の形状が異なることを特徴とすることができる。
【００１６】
さらに、方法のカテゴリから捉えると、本発明は、導電性層を有し回動可能に配設される定着ベルトの劣化判定方法であって、定着ベルトに近接して対向配置されたコイル部材に高周波電流を供給するステップと、コイル部材に高周波電流を流したときの電力の力率を測定するステップと、測定された力率に基づいてコイル部材と対向する定着ベルトの導電性層にクラックが生じているか否かを判断するステップとを含んでいる。
ここで、判断するステップでは、力率が所定の基準値を下回った場合に導電層にクラックが生じたものと判断することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、誘導加熱に対する導電性層の性能低下を検知するようにしたので、導電性層を有するベルト部材の寿命をより正確に検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態(以下、実施の形態という)について詳細に説明する。
図１は、本実施の形態が適用される画像形成装置を示した概略構成図である。図１に示す画像形成装置は、一般にタンデム型と呼ばれる中間転写方式の画像形成装置であって、電子写真方式により各色成分のトナー像が形成される複数の画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋ、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋにより形成された各色成分トナー像を中間転写ベルト１５に順次転写(一次転写)させる一次転写部１０、中間転写ベルト１５上に転写された重畳トナー画像を記録材である用紙Ｐに一括転写(二次転写)させる二次転写部２０、二次転写された画像(未定着画像)を用紙Ｐ上に定着させる定着装置６０を備えている。また、各装置(各部)の動作を制御する制御部４０、画像形成装置に対する画像形成動作等の指示を受け付け、また、ユーザに対しメッセージ等を表示させるためのユーザインタフェース(ＵＩ)４１、を有している。
【００１９】
本実施の形態において、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋは、矢印Ａ方向に回転する感光体ドラム１１の周囲に、これらの感光体ドラム１１を帯電する帯電器１２、感光体ドラム１１上に静電潜像を書込むレーザ露光器１３(図中露光ビームを符号Ｂｍで示す)、各色成分トナーが収容されて感光体ドラム１１上の静電潜像をトナーにより可視像化する現像器１４、感光体ドラム１１上に形成された各色成分トナー像を一次転写部１０にて中間転写ベルト１５に転写する一次転写ロール１６、感光体ドラム１１上の残留トナーが除去されるドラムクリーナ１７、などの電子写真用デバイスが順次配設されている。これらの画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋは、中間転写ベルト１５の上流側から、イエロー(Ｙ)、マゼンタ(Ｍ)、シアン(Ｃ)、黒(Ｋ)の順に、略直線状に配置されている。
【００２０】
中間転写体である中間転写ベルト１５は、ポリイミドあるいはポリアミド等の樹脂にカーボンブラック等の帯電防止剤を適当量含有させたフィルム状の無端ベルトで構成されている。そして、その体積抵抗率は１０６〜１０１４Ωｃｍとなるように形成されており、その厚みは例えば０．１ｍｍ程度に構成されている。中間転写ベルト１５は、各種ロールによって図１に示す矢印Ｂ方向に所定の速度で循環駆動(回動)されている。この各種ロールとして、定速性に優れたモータ(図示せず)により駆動されて中間転写ベルト１５を回動させる駆動ロール３１、各感光体ドラム１１の配列方向に沿って略直線状に延びる中間転写ベルト１５を支持する支持ロール３２、中間転写ベルト１５に対して一定の張力を与えると共に中間転写ベルト１５の蛇行を防止する補正ロールとして機能するテンションロール３３、二次転写部２０に設けられるバックアップロール２５、中間転写ベルト１５上の残留トナーを掻き取るクリーニング部に設けられるクリーニングバックアップロール３４を有している。
【００２１】
一次転写部１０は、中間転写ベルト１５を挟んで感光体ドラム１１に対向して配置される一次転写ロール１６で構成されている。一次転写ロール１６は、シャフトと、シャフトの周囲に固着された弾性層としてのスポンジ層とで構成されている。シャフトは鉄、ＳＵＳ等の金属で構成された円柱棒である。スポンジ層はカーボンブラック等の導電剤を配合したＮＢＲとＳＢＲとＥＰＤＭとのブレンドゴムで形成され、体積抵抗率が１０７．５〜１０８．５Ωｃｍのスポンジ状の円筒ロールである。そして、一次転写ロール１６は中間転写ベルト１５を挟んで感光体ドラム１１に圧接配置され、さらに一次転写ロール１６にはトナーの帯電極性(マイナス極性とする。以下同様。)と逆極性の電圧(一次転写バイアス)が印加されるようになっている。これにより、各々の感光体ドラム１１上のトナー像が中間転写ベルト１５に順次、静電吸引され、中間転写ベルト１５上において重畳されたトナー像が形成されるようになっている。
【００２２】
二次転写部２０は、中間転写ベルト１５のトナー像担持面側に配置される二次転写ロール２２と、バックアップロール２５とによって構成される。バックアップロール２５は、表面がカーボンを分散したＥＰＤＭとＮＢＲとのブレンドゴムのチューブ、内部がＥＰＤＭゴムで構成されている。そして、その表面抵抗率が１０７〜１０１０Ω／□となるように形成され、硬度は例えば７０°(アスカーＣ)に設定される。このバックアップロール２５は、中間転写ベルト１５の裏面側に配置されて二次転写ロール２２の対向電極をなし、二次転写バイアスが安定的に印加される金属製の給電ロール２６が当接配置されている。
一方、二次転写ロール２２は、シャフトと、シャフトの周囲に固着された弾性層としてのスポンジ層とで構成されている。シャフトは鉄、ＳＵＳ等の金属で構成された円柱棒である。スポンジ層はカーボンブラック等の導電剤を配合したＮＢＲとＳＢＲとＥＰＤＭとのブレンドゴムで形成され、体積抵抗率が１０７．５〜１０８．５Ωｃｍのスポンジ状の円筒ロールである。そして、二次転写ロール２２は中間転写ベルト１５を挟んでバックアップロール２５に圧接配置され、さらに二次転写ロール２２は接地されてバックアップロール２５との間に二次転写バイアスが形成され、二次転写部２０に搬送される用紙Ｐ上にトナー像を二次転写する。
【００２３】
また、中間転写ベルト１５の二次転写部２０の下流側には、二次転写後の中間転写ベルト１５上の残留トナーや紙粉を除去し、中間転写ベルト１５の表面をクリーニングするベルトクリーナ３５が接離自在に設けられている。一方、イエローの画像形成ユニット１Ｙの上流側には、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋにおける画像形成タイミングをとるための基準となる基準信号を発生する基準センサ(ホームポジションセンサ)４２が配設されている。また、黒の画像形成ユニット１Ｋの下流側には、画質調整を行うための画像濃度センサ４３が配設されている。この基準センサ４２は、中間転写ベルト１５の裏側に設けられた所定のマークを認識して基準信号を発生しており、この基準信号の認識に基づく制御部４０からの指示により、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋは画像形成を開始するように構成されている。
【００２４】
さらに、本実施の形態の画像形成装置では、用紙搬送系として、用紙Ｐを収容する用紙トレイ５０、この用紙トレイ５０に集積された用紙Ｐを所定のタイミングで取り出して搬送するピックアップロール５１、ピックアップロール５１により繰り出された用紙Ｐを搬送する搬送ロール５２、搬送ロール５２により搬送された用紙Ｐを二次転写部２０へと送り込む搬送シュート５３、二次転写ロール２２により二次転写された後に搬送される用紙Ｐを定着装置６０へと搬送する搬送ベルト５５、用紙Ｐを定着装置６０に導く定着入口ガイド５６を備えている。
【００２５】
次に、本実施の形態に係る画像形成装置の基本的な作像プロセスについて説明する。図１に示すような画像形成装置では、図示しない画像読取装置(ＩＩＴ)や図示しないパーソナルコンピュータ(ＰＣ)等から出力される画像データは、図示しない画像処理装置(ＩＰＳ)により所定の画像処理が施された後、画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋによって作像作業が実行される。ＩＰＳでは、入力された反射率データに対して、シェーディング補正、位置ズレ補正、明度／色空間変換、ガンマ補正、枠消しや色編集、移動編集等の各種画像編集等の所定の画像処理が施される。画像処理が施された画像データは、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの４色の色材階調データに変換され、レーザ露光器１３に出力される。
【００２６】
レーザ露光器１３では、入力された色材階調データに応じて、例えば半導体レーザから出射された露光ビームＢｍを画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋの各々の感光体ドラム１１に照射している。画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋの各感光体ドラム１１では、帯電器１２によって表面が帯電された後、このレーザ露光器１３によって表面が走査露光され、静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、各々の画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋによって、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色のトナー像として現像される。
【００２７】
画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋの感光体ドラム１１上に形成されたトナー像は、各感光体ドラム１１と中間転写ベルト１５とが当接する一次転写部１０において、中間転写ベルト１５上に転写される。より具体的には、一次転写部１０において、一次転写ロール１６により中間転写ベルト１５の基材に対しトナーの帯電極性(マイナス極性)と逆極性の電圧(一次転写バイアス)が付加され、トナー像を中間転写ベルト１５の表面に順次重ね合わせて一次転写が行われる。
【００２８】
トナー像が中間転写ベルト１５の表面に順次一次転写された後、中間転写ベルト１５は移動してトナー像が二次転写部２０に搬送される。トナー像が二次転写部２０に搬送されると、用紙搬送系では、トナー像が二次転写部２０に搬送されるタイミングに合わせてピックアップロール５１が回転し、用紙トレイ５０から所定サイズの用紙Ｐが供給される。ピックアップロール５１により供給された用紙Ｐは、搬送ロール５２により搬送され、搬送シュート５３を経て二次転写部２０に到達する。この二次転写部２０に到達する前に、用紙Ｐは一旦停止され、トナー像が担持された中間転写ベルト１５の移動タイミングに合わせてレジストロール(図示せず)が回転することで、用紙Ｐの位置とトナー像の位置との位置合わせがなされる。
【００２９】
二次転写部２０では、中間転写ベルト１５を介して、二次転写ロール２２がバックアップロール２５に押圧される。このとき、タイミングを合わせて搬送された用紙Ｐは、中間転写ベルト１５と二次転写ロール２２との間に挟み込まれる。その際に、給電ロール２６からトナーの帯電極性(マイナス極性)と同極性の電圧(二次転写バイアス)が印加されると、二次転写ロール２２とバックアップロール２５との間に転写電界が形成される。そして、中間転写ベルト１５上に担持された未定着トナー像は、二次転写ロール２２とバックアップロール２５とによって押圧される二次転写部２０において、用紙Ｐ上に一括して静電転写される。
【００３０】
その後、トナー像が静電転写された用紙Ｐは、二次転写ロール２２によって中間転写ベルト１５から剥離された状態でそのまま搬送され、二次転写ロール２２の用紙搬送方向下流側に設けられた搬送ベルト５５へと搬送される。搬送ベルト５５では、定着装置６０における最適な搬送速度に合わせて、用紙Ｐを定着装置６０まで搬送する。定着装置６０に搬送された用紙Ｐ上の未定着トナー像は、定着装置６０によって熱および圧力で定着処理を受けることで用紙Ｐ上に定着される。そして定着画像が形成された用紙Ｐは、画像形成装置の排出部に設けられた排紙載置部に搬送される。
一方、用紙Ｐへの転写が終了した後、中間転写ベルト１５上に残った残留トナーは、中間転写ベルト１５の回動に伴ってクリーニング部まで搬送され、クリーニングバックアップロール３４およびベルトクリーナ３５によって中間転写ベルト１５上から除去される。
【００３１】
次に、本実施の形態の画像形成装置に用いられる定着装置６０について説明する。
図２は本実施の形態の定着装置６０の構成を示す概略正面図であり、図３は図２におけるＸ１−Ｘ１断面図である。図２および図３に示すように、本実施の形態の定着装置６０は、無端状の周面を有する定着ベルト６１、定着ベルト６１の外周面に圧接して配設され、定着ベルト６１の回動に従動して回転する加圧ロール６２、定着ベルト６１の内側にて定着ベルト６１を介して加圧ロール６２に圧接配置される押圧パッド６３、押圧パッド６３等を支持するパッド支持部材６４、定着ベルト６１の外周面形状に倣って形成されるとともに定着ベルト６１とは所定の間隙を持って配設され、定着ベルト６１を長手方向に亘って電磁誘導加熱する電磁誘導加熱部材６５、定着ベルト６１の両端部に配設され、定着ベルト６１の両端部の断面形状を円形に維持しつつ定着ベルト６１を周方向に回転駆動するエンドキャップ部材６６、定着ベルト６１の内側にて定着ベルト６１の内周面に沿って配設され、電磁誘導加熱部材６５による定着ベルト６１への加熱効率を高めるフェライト部材６７、定着ベルト６１のライフを判断するのに用いられるセンサコイル７１により主要部が構成されている。なお、図２においては、後述する温度均一化ロール７２の記載を省略している。また、定着後の用紙Ｐを定着ベルト６１から完全に分離するための補助手段として、定着ベルト６１の定着ニップ部Ｎの下流側に、剥離補助部材７５を配設することも可能である。
【００３２】
ベルト部材の一つとしての定着ベルト６１は、図４に示すように、内周面側から順に、耐熱性の高いシート状部材からなる基層６１ａと、導電性層(金属層)６１ｂと、保護層６１ｃと、弾性層６１ｄと、外周面となる表面離型層６１ｅとが積層されて構成されている。また、各層の間には接着のためのプライマー層や導電性層に発生するクラックを防止するための保護層等が設けられる場合がある。
【００３３】
基層６１ａとしては、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＦＡ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂等のフレキシブルで機械的強度に優れ、耐熱性を有する材料が好適に用いられる。厚さは、１０〜１５０μｍ、好ましくは厚さ３０〜１００μｍが適している。厚さが１０μｍより小さい場合には定着ベルト６１としての強度が得られず、厚さが１５０μｍより大きい場合には、フレキシブル性が損なわれ、また熱容量が大きくなって温度立ち上がり時間が長くなるからである。本実施の形態では、厚さ６０μｍのポリイミド樹脂からなるシート状部材を使用している。
【００３４】
導電性層６１ｂは、電磁誘導加熱部材６５が誘起する磁界により誘導発熱する層(発熱層)であり、鉄、コバルト、ニッケル、銅、アルミニウム、クロム等の金属層を１〜８０μｍ程度の厚さで形成したものが用いられる。また、導電性層６１ｂの材質および厚さは、電磁誘導による渦電流によって充分な発熱が得られる固有抵抗値を実現するように適宜選択される。ただし、定着ベルト６１からの用紙Ｐの剥離性能を良好にするためには、定着ニップ出口部において、定着ベルト６１に大きな曲率を与えて剥離させることが好ましく、そのため定着ベルト６１にはフレキシビリティが求められる。例えば、鉄やニッケルなどは４０〜５０μｍ程度の厚さで発熱効率が良好であるが、定着ベルト６１の剛性としては高くなってしまいフレキシビリティが損なわれてしまう。そこで、本実施の形態では、厚さ１０μｍ程度の銅を使用しフレキシビリティを有するベルトにしている。
【００３５】
保護層６１ｃは、定着ベルト６１全体が曲げられた時に、その曲げの中立線上に導電性層６１ｂが来るように調整するための層であり、保護層６１ｃとして使用する材料の剛性によりその厚さが決定される。そのため材料としては耐熱性を有しており、導電性層６１ｂと弾性層６１ｄとの接着力が得られるものであれば良く、例えばポリイミドなどの樹脂やニッケルなどの金属が挙げられる。本実施例では、基層６１ａ、導電性層６１ｂ、弾性層６１ｄ、表面離型層６１ｅのそれぞれの剛性と厚さを考慮して、保護層６１ｃとしては厚さが４０μmのポリイミドを用いている。
弾性層６１ｄは、厚さが１０〜５００μｍ、好ましくは５０〜３００μｍであって、耐熱性、熱伝導性に優れたシリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム等が用いられる。本実施の形態では、ゴム硬度１５°(ＪＩＳ−Ａ：ＪＩＳ−Ｋ  Ａ型試験機)、厚さ２００μｍのシリコーンゴムを使用している。
【００３６】
ところで、カラー画像を印刷する場合、特に写真画像等の印刷時には、用紙Ｐ上で大きな面積領域に亘ってベタ画像が形成されることが多い。そのため、用紙Ｐやトナー像の凹凸に定着ベルト６１の表面（表面離型層６１ｅ）が追従できない場合には、トナー像に加熱ムラが発生して、伝熱量が多い部分と少ない部分とで定着画像に光沢ムラが発生する。すなわち、伝熱量が多い部分は光沢度が高く、伝熱量が少ない部分では光沢度が低くなる。このような現象は、弾性層６１ｄの厚さが１０μｍより小さい場合に生じ易い。そこで、弾性層６１ｄの厚さは、１０μｍ以上、より好ましくは５０μｍ以上に設定するのが好ましい。一方、弾性層６１ｄが５００μｍより大きい場合には、弾性層６１ｄの熱抵抗が大きくなり、定着装置６０のクイックスタート性能が低下する。そこで、弾性層６１ｄの厚さは、５００μｍ以下、より好ましくは３００μｍ以下に設定するのが好ましい。
また、弾性層６１ｄのゴム硬度としては、高すぎると用紙Ｐやトナー像の凹凸に追従しきれず定着画像に光沢ムラが発生し易い。そこで、弾性層６１ｄのゴム硬度としては５０゜(ＪＩＳ−Ａ：ＪＩＳ−Ｋ  Ａ型試験機)以下、より好ましくは３５゜以下が適している。
さらに、弾性層６１ｄの熱伝導率λに関しては、λ＝６×１０−４〜２×１０−３［cal/cm・sec・deg ］が適している。熱伝導率λが６×１０−４［cal/cm・sec・deg ］よりも小さい場合には熱抵抗が大きく、定着ベルト６１の表層(表面離型層６１ｅ)における温度上昇が遅くなる。一方、熱伝導率λが２×１０−３［cal/cm・sec・deg ］よりも大きい場合には、硬度が過度に高くなったり、圧縮永久歪みが悪化したりする。そのため、熱伝導率λは６×１０−４〜２×１０−３［cal/cm・sec・deg ］、より好ましくは８×１０−４〜１．５×１０−３［cal/cm・sec・deg ］に設定するのが好ましい。
【００３７】
また、表面離型層６１ｅは、用紙Ｐ上に転写された未定着トナー像と直接的に接触する層であるため、離型性および耐熱性に優れた材料を使用する必要がある。したがって、表面離型層６１ｅを構成する材料としては、例えば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重合体(ＰＦＡ)、ポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、フルオロシリコーンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム等が好適に用いられる。
また、表面離型層６１ｅの厚さは、５〜５０μｍが好ましい。表面離型層６１ｅの厚さが５μｍよりも小さい場合には、塗膜時に塗りムラが生じて離型性の悪い領域が形成されたり、耐久性が不足したりするといった問題が発生するからである。また、表面離型層６１ｅが５０μｍを超える場合には、熱伝導が悪化するという問題が発生し、特に樹脂系の材質で形成された表面離型層６１ｅでは硬度が高くなりすぎ、弾性層６１ｄが有する機能を低下させるからである。なお、本実施の形態では、厚さ３０μｍのＰＦＡを使用している。
【００３８】
次に、加圧部材あるいはニップ形成部材の一つとしての加圧ロール６２は、図３に示したように、芯材(コア)としての金属製の円筒状部材６２ａと、円筒状部材６２ａの表面にシリコーンゴム、発泡シリコーンゴム、フッ素ゴム、フッ素樹脂等の耐熱性を有する弾性層６２ｂと、最外表面の表面離型層６２ｃとで構成されている。そして、図２に示したように、加圧ロール６２は、定着ベルト６１の回転軸と平行に配設されるとともに、両端部がバネ部材６８によって定着ベルト６１側に付勢されて支持されている。本実施の形態では、直径が２８ｍｍの加圧ロール６２を使用し、加圧ロール６２は、定着動作時には、定着ベルト６１を介して総荷重２９４Ｎ(３０ｋｇｆ)で押圧パッド６３に付勢されている。そして、このような構成により、加圧ロール６２は定着ベルト６１の回動に従動して回転する。また、加圧ロール６２には、例えばヒートパイプ等によって構成される温度均一化ロール７２が回転可能に圧接配置されている。この温度均一化ロール７２は、加圧ロール６２に接触することで、温度が高い部位からは熱を奪い、また、温度が低い部位には熱を供給することで、加圧ロール６２の軸方向の温度分布を均している。
【００３９】
押圧部材の一つとしての押圧パッド６３は、その主たる部分はシリコーンゴムやフッ素ゴム等の弾性材料で形成されており、ＳＵＳや鉄などからなるパッド支持板６３ａと一体で成型されている。押圧パッド６３は、定着ベルト６１の幅方向において、用紙Ｐが通過する領域(通紙域)よりもやや広い領域に亘って配設され、この押圧パッド６３の長手方向の略全長に亘って加圧ロール６２が押圧されるように構成されている。
【００４０】
図５は、押圧パッド６３を説明するための図であり、図５(ａ)は押圧パッド６３の斜視図を、図５(ｂ)は用紙Ｐが通過する通紙域Ａ１における押圧パッド６３の断面図を、図５(ｃ)は用紙Ｐが通過しない非通紙域Ａ２における押圧パッド６３の断面図を、それぞれ示している。
通紙域Ａ１における押圧パッド６３の断面形状は、図５(ｂ)に示すように相対する加圧ロール６２と同じ方向でかつ概略等しい半径の円弧であり、定着ニップ入口側に相当する部分よりも出口側に相当する部分の弾性層厚さが厚くなっている。一方、非通紙域Ａ２における押圧パッド６３の断面形状は、図５(ｃ)に示すように定着ベルト６１の形状に倣う円弧形状を有している。
【００４１】
この押圧パッド６３は、定着ニップ形成時に、定着ベルト６１を定着ニップ出口部において、所定の曲率となるように変形させる働きを有しており、用紙Ｐの良好な剥離性能を得るためには、その形状や硬度が重要である。したがって、押圧パッド６３は経時でも形状や硬度が変化しないことが好ましく、材料としては、耐熱劣化特性に優れたものを選択するのが好ましい。この定着装置６０では、液状シリコーンゴムで成型したゴム硬度３０°(ＪＩＳ−Ａ)のパッドを使用している。またその形状はφ２８ｍｍである加圧ロール６２の円弧と概略等しいＲ１５の円弧を有し、定着ニップ入口側の厚さよりも出口側の厚さが約２.５ｍｍ高い形状となっている。
【００４２】
さらに後述するように、定着ベルト６１の両端部には定着ベルト６１内部に嵌合するギヤ付きのエンドキャップ部材６６が挿入されることで、定着ベルト６１を円形に保つ構成となっている。このため、押圧パッド６３は、軸方向の両端部では定着ベルト６１の内径にほぼ等しい形状となっており、定着ベルト６１の通紙域Ａ１における用紙Ｐの剥離に必要な断面形状(図３参照)から非通紙域Ａ２の両端部における円形の断面形状(後述する図７参照)へと移行する変形を滑らかにするように構成されている。具体的には、定着ベルト６１の導電性層６１ｂに装置使用初期の段階からクラックが発生したり、ベルトが破損したりするのを防止するために、押圧パッド６３の形状は図５(ｂ)に示すように、軸方向で通紙域Ａ１と非通紙域Ａ２との境界近傍に置いて断面が滑らかに変化するような形状となっている。
【００４３】
また、押圧パッド６３と定着ベルト６１との間には、定着ニップ部Ｎにおける押圧パッド６３と定着ベルト６１との摺動性を向上するため、摺動性に優れ、耐摩耗性が高いポリイミドフィルムやフッ素樹脂を含浸させたガラス繊維シート等からなる図示しない摺動シートが配設されている。さらに、定着ベルト６１の内周面には潤滑剤が塗布されている。潤滑剤としては、アミノ変性シリコーンオイルやジメチルシリコーンオイル等が用いられる。これらにより、定着ベルト６１と押圧パッド６３との間の摩擦抵抗が小さくなり、定着ベルト６１を円滑に回動させることを可能としている。
【００４４】
パッド支持部材６４は、定着ベルト６１の幅方向に軸線を有する棒状部材であり、両端部に軸部６４ａが突き出した形状で構成されている。そして、この軸部６４ａが定着装置６０のフレーム６９に固定されることで、パッド支持部材６４がフレーム６９に支持されている。また、定着ベルト６１の両端部では、軸部６４ａの軸線回りにベアリングを介して後段で説明するエンドキャップ部材６６が配設され、パッド支持部材６４の軸部６４ａは、エンドキャップ部材６６が装着された定着ベルト６１を回転可能に支持している。
【００４５】
さらに、パッド支持部材６４の加圧ロール６２と対向する部分には押圧パッド６３が取り付けられており、定着ベルト６１を介して加圧ロール６２から押圧パッド６３に作用する押圧力をパッド支持部材６４によって負担している。そのため、パッド支持部材６４を構成する材質としては、加圧ロール６２から押圧力を受けた際の撓み量が所定のレベル以下、好ましくは１ｍｍ以下となる程度の剛性を有するものが用いられる。そのため、後述する電磁誘導加熱部材６５による磁束の影響によって加熱されにくい必要をも考慮して、例えば、ガラス繊維入りＰＰＳ、フェノール、ポリイミド、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂、耐熱ガラス、固有抵抗が小さく誘導加熱の影響を受けにくいアルミニウム等の金属が用いられる。本実施の形態では、パッド支持部材６４は、本体部分の断面形状が加圧ロール６２からの押圧力方向に長軸を有する長方形で形成され、軸部６４ａの断面形状が略円形に形成されたアルミニウムで構成されている。
【００４６】
なお、パッド支持部材６４は、加圧ロール６２との間の押圧力により湾曲することを予め想定しておき、この湾曲による撓みを補正するように、押圧パッド６３の定着ベルト６１との接触面を、長手方向において中央部が最も加圧ロール６２側に盛り上がった凸状に設定しておくことも効果的である。すなわち、パッド支持部材６４が撓んだ状態で、押圧パッド６３と定着ベルト６１の内周面とが接触する面と、加圧ロール６２と定着ベルト６１の外周面とが接触する面とが略一直線となるように、押圧パッド６３の定着ベルト６１側の面形状を補正しておく。それにより、パッド支持部材６４に湾曲が生じるような場合においても、定着ベルト６１の両端部から通紙域に亘って回転中心軸が略一直線となるので、定着ベルト６１の偏心による振れのない円滑な回動と、加圧ロール６２と押圧パッド６３との間の幅方向に亘る均一な加圧とを実現することが可能となる。
さらに、パッド支持部材６４には、高透磁率の材質(例えば、フェライトやパーマロイ等)から構成され、電磁誘導加熱部材６５による加熱効率を高めるためのフェライト部材６７や、定着ベルト６１の温度を検知する図示しない温度検知センサが固定されている。
【００４７】
次に、エンドキャップ部材６６について述べる。図６(ａ)はエンドキャップ部材６６の平面図であり、図６(ｂ)は図６(ａ)のＹＹ断面図である。図６に示すように、エンドキャップ部材６６は、内径が略同一であり、外径が異なる円筒体を同軸に結合した部材であり、定着ベルト６１の両側縁部(両端部)内側に挿入される固定部６６ａと、固定部６６ａより外径が大きく形成され、定着ベルト６１に装着された際に定着ベルト６１よりも半径方向に張り出すように形成されたつば部６６ｄと、回転駆動力が伝達されるギヤ部６６ｂと、内周面に配設され、パッド支持部材６４の軸部６４ａに対して回転可能に結合されるベアリングからなる軸受部６６ｃとを備えている。そして、エンドキャップ部材６６は定着ベルト６１の両端部に装着され、固定部６６ａの内側面(定着ベルト６１の回転軸と直交する面)がパッド支持部材６４の本体両端面と近接対向するように、パッド支持部材６４の軸部６４ａに支持されている。
【００４８】
エンドキャップ部材６６を構成する材質としては、機械的特性に優れ、耐熱性の高い所謂エンジニアリングプラスチックスが適している。例えば、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＬＣＰ樹脂、それらにガラスやカーボンを含有させた樹脂等を選択することが出来る。
そして、両端部にエンドキャップ部材６６が装着された定着ベルト６１を用いる本実施の形態の定着装置６０においては、図２に示すように、駆動モータ８０からの回転駆動力が伝達ギヤ８１，８２を介してシャフト８３に伝達され、シャフト８３に結合された伝達ギヤ８４，８５からエンドキャップ部材６６の両端部のギヤ部に伝達される。それによって、エンドキャップ部材６６から定着ベルト６１に回転駆動力が伝わり、エンドキャップ部材６６と定着ベルト６１とが一体となって回転駆動される。その際には、定着ベルト６１の回転軸がパッド支持部材６４の軸部６４ａの中心軸と一致しているため、定着ベルト６１は軸部６４ａの中心軸周りに滑らかな回転動作を行う。なお、本実施の形態では、駆動モータ８０、伝達ギヤ８１，８２、シャフト８３、伝達ギヤ８４，８５、およびエンドキャップ部材６６により駆動部材が構成されている。
【００４９】
ここで、図７は、図２におけるＸ２−Ｘ２断面図すなわち定着ベルト６１の両端部(非通紙域Ａ２に対応)の断面図を示している。なお、この部位では、図２からわかるように加圧ロール６２の円筒状部材６２ａのみが存在するので、加熱ロール６２を破線で示している。定着ベルト６１の軸方向両端部では、エンドキャップ部材６６が配設されることで定着ベルト６１の両端部(非通紙域Ａ２)の断面形状が円形を維持している。そして、押圧パッド６３は、通紙域Ａ１で用紙Ｐの剥離に必要な形状を定着ベルト６１に与えるためのニップ出口側の弾性層厚さが厚くなった形状(図２参照)から、非通紙域Ａ２に対応する定着ベルト６１の内径と同形状のＲ形状を有するように滑らかに形状が変化している。これにより、通紙域Ａ１から非通紙域Ａ２を介し両端部に向かって定着ベルト６１の形状は滑らかに変化する。したがって、定着ベルト６１には座屈などが生じることなく、定着ベルト６１は滑らかな回転運動を行う。
なお、図２は、通紙域Ａ１に対応する定着装置６０の断面図を、また、図７は非通紙域Ａ２に対応する定着装置６０の断面図を、それぞれ示しているということができる。
【００５０】
さらに、本実施の形態の定着装置６０では、定着ベルト６１の半径方向に関して、押圧パッド６３の外周面(定着ベルト６１の内周面と当接する面)の位置と、エンドキャップ部材６６の固定部６６ａにおける外周面の位置とが略一致するように設定されている。すなわち、押圧パッド６３の外周面と固定部６６ａの外周面とは略同じ平面内に位置するように設定している。それにより、定着ベルト６１の回転軸の位置が定着ベルト６１の両端部と通紙域Ａ１とで略一致するように設定されるので、定着ベルト６１の安定した回転を実現することが可能となる。
【００５１】
次に、電磁誘導加熱部材６５について述べる。誘導加熱手段の一つとしての電磁誘導加熱部材６５は、図３に示すように、定着ベルト６１の幅方向に沿って、定着ベルト６１の外周面形状に倣った曲面を定着ベルト６１側に有する内側ボビン６５ａと、内側ボビン６５ａに支持された励磁コイル６５ｂと、外側ボビン６５ｃと、この励磁コイル６５ｂに高周波電流を供給する励磁回路６５ｄとで主要部が構成されている。
【００５２】
内側ボビン６５ａおよび外側ボビン６５ｃは、絶縁性および耐熱性を有する材料からなり、例えば、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、液晶ポリマー樹脂等を用いることができる。また、励磁コイル６５ｂとしては、例えば、耐熱性の絶縁材料(例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等)によって相互に絶縁された直径φ０．５ｍｍの銅線材を複数本束ねたリッツ線を、長円形状や楕円形状、長方形状等の閉ループ状に複数回(例えば、１１ターン)巻いたものが用いられる。そして、励磁コイル６５ｂは接着剤によって固められることでその形状を維持しながら内側ボビン６５ａに固定されている。
【００５３】
また、励磁コイル６５ｂと、定着ベルト６１の導電性層６１ｂとの間の距離は、可能な限り近接させて設置することが磁束の吸収効率を高めるために好ましいことから、これらの距離は５ｍｍ以内、例えば、２.５ｍｍ程度に設定されている。励磁コイル６５ｂを保持する内側ボビン６５ａは、通常は電磁誘導の影響を受けない耐熱性の樹脂で作られているため、ある程度の剛性を持たせるために、その厚さは１ｍｍ程度必要である。すなわち、励磁コイル６５ｂと定着ベルト６１表面との距離を２.５ｍｍ程度に設定していても、その内側には内側ボビン６５ａが存在するため、内側ボビン６５ａの内面と定着ベルト６１との表面距離は１.５ｍｍ程度しか開いていないことになる。
【００５４】
電磁誘導加熱部材６５では、励磁回路６５ｄから励磁コイル６５ｂに高周波電流が供給されると、励磁コイル６５ｂの周囲に磁束が生成消滅を繰り返す。ここで、高周波電流の周波数は、例えば１０〜５００ｋＨｚに設定されるが、本実施の形態では３０ｋＨｚに設定している。励磁コイル６５ｂからの磁束が定着ベルト６１の導電性層６１ｂを横切ると、定着ベルト６１の導電性層６１ｂにはその磁界の変化を妨げるような磁界が発生し、それによって導電性層６１ｂ内に渦電流が発生する。そして、導電性層６１ｂでは、渦電流(Ｉ)によって導電性層６１ｂの表皮抵抗(Ｒ)に比例したジュール熱(Ｗ＝Ｉ２Ｒ)が発生し、定着ベルト６１は加熱されることとなる。
なお、その際には、定着ベルト６１の温度は、図示しない温度検知センサでの計測値に基づいて、画像形成装置の制御部４０が励磁コイル６５ｂに供給する電力量または高周波電流の供給時間等を制御することにより、所定の温度に維持されている。
【００５５】
続いて、本実施の形態に係る定着装置６０の動作について説明する。
図１に示す画像形成装置において、画像形成開始の信号が入力されると、定着装置６０では、駆動モータ８０が駆動されることによりエンドキャップ部材６６に駆動力が伝わり、定着ベルト６１は回転動作を開始する。ほぼ同時に、励磁回路６５ｄを介して励磁コイル６５ｂに高周波電流が流れ、定着ベルト６１の導電性層６１ｂに渦電流が流れて加熱が始まり、定着ベルト６１が所定の温度まで加熱されると未定着トナー像を載せた用紙Ｐが定着ニップ部Ｎに突入し、熱と圧力により定着される。
このとき、定着ベルト６１は、通紙域Ａ１においては図３に示すように、定着ニップ出口部において押圧パッド６３がニップ出口側に倒れることにより大きく変形し、用紙Ｐの定着ベルト６１からの剥離が容易になるような構成となっている。また、定着ベルト６１の両端部には定着ベルト６１の内部に定着ベルト６１に駆動を伝えるためのエンドキャップ部材６６が嵌合されている。その結果、定着ベルト６１は、図７に示すように両端部においては円形形状を保っている。
【００５６】
このように、軸方向で通紙域Ａ１と両端部(非通紙域Ａ２)とで定着ベルト６１の断面形状が異なる。このため、定着ベルト６１にかかる歪みを抑えて、定着ベルト６１内部の導電性層６１ｂにおけるクラックの発生および定着ベルト６１の破損を防止するために、押圧パッド６３は図５(ｂ)に示すように、軸方向で通紙域Ａ１と非通紙域Ａ２との境界部から両端部にかけてその断面が滑らかに変化するような形状となっている。このような形状を有する押圧パッド６３を使用することで、軸方向全域で通紙域Ａ１と同じ断面形状の押圧パッドを使用した場合と比較すると、定着ベルト６１の両端部に発生する歪みを図８に示すように低減することができる。なお、図８において、縦軸は定着ベルト６１表面がどのレベルの変形を受けたかを歪みという指標で現したものであり、元の形状φ３０を保っている場合の歪みがゼロ、定着ベルト６１が凹む方向が圧縮歪み（マイナス側）、定着ベルト６１が出っ張る側が引っ張り歪みで(プラス側)である。歪みの測定方法としては、歪みゲージを定着ベルト６１の表面に貼りつけ、その歪みゲージが定着ニップ部Ｎを通過する際に定着ベルト６１が変形するのとともに、定着ベルト６１に貼り付けられた歪みゲージも変形し、歪みの値として定着ベルト６１の変形を測定することができる。
【００５７】
図８から明らかなように、定着ベルト６１では、軸方向両端部において大きな歪みが発生する。このような歪みの発生要因としては、例えば本実施の形態に係る定着装置では定着ベルト６１の両端部にエンドキャップ部材６６を装着し、駆動を行っていることが挙げられる。すなわち、定着ベルト６１が剛体でないため、駆動によるストレスが、定着ベルト６１の両端部にかかりやすいのである。また、他の歪みの発生要因としては、軸方向中央部(通紙域Ａ１)と両端部(非通紙域Ａ２)とで断面形状が異なる押圧パッド６３を用いているために、特に通紙域Ａ１と非通紙域Ａ２との境界近傍において定着ベルト６１に繰り返し曲げ力が働いていることも挙げられる。
【００５８】
定着ベルト６１の周回動作に伴って定着ベルト６１の両端部に歪みが繰り返し発生すると、この歪みの発生に伴ってこの部位の導電性層６１ｂが金属疲労を起こし、微小なひびや割れが発生するおそれがある。そして、このようにして導電性層６１ｂに微小なひびや割れが発生すると、これらひびや割れが徐々に成長していく。その結果、導電性層６１ｂには変動磁界による渦電流が生じにくくなり、定着ベルト６１の両端部側において加熱不十分による定着不良(コールドオフセット)が発生してしまう。
【００５９】
そこで、本実施の形態では、定着ベルト６１の両端部における導電性層６１ｂの状態(ひびや割れの状態)を検知すべく、図２及び図７に示すセンサコイル７１を配設している。本実施の形態において、センサコイル７１は定着ベルト６１と所定のギャップをもって対向配置される。このセンサコイル７１は、使用(定着ベルト６１の回動)に伴って定着ベルト６１の導電性層６１ｂにひびや割れが生じ易くなる場所に設置するのが好ましく、本実施の形態では、図２および図７に示すように、定着ベルト６１の軸方向一端部側であって定着ニップ部Ｎから９０°の位置に配設されている。そして、本実施の形態では、センサコイル６９が、定着ニップ部Ｎよりも上流側(定着ニップ入口側)であって、図５に示す押圧パッド６３の非通紙域Ａ２に対応する位置に取り付けられている。
【００６０】
図９は、センサコイル７１を含む検知手段あるいはクラック検知部の一つとしてのセンサユニット９０の構成を示している。本実施の形態において、コイル部材の一つとしてのセンサコイル７１は、中空状のボビン７１ａ、ボビン７１ａの外周面に巻き回される導線７１ｂを有している。
ボビン７１ａは、φ１０ｍｍで長さ５ｍｍの耐熱性樹脂で構成されている。また、導線７１ｂは、ポリイミドで絶縁被覆が施されたφ１.６ｍｍの銅線からなり、ボビン７１ａに単層で３０ターン巻き回されている。そして、本実施の形態では、定着ベルト６１の端部から２０ｍｍ内側の位置にセンサコイル７１を取り付けるとともに、定着ベルト６１の表面とセンサコイル７１との距離を１ｍｍに設定している。なお、本実施の形態では、ボビン７１ａの中空状の開口が、定着ベルト６１と対向するようにセンサコイル７１が配設される。なお、本実施の形態では、円筒形状のボビン７１ａに導線７１ｂを巻き回すことで、導線７１ｂを螺旋状に形成しているが、これに限られるものではなく、例えば角形のコイルを構成するようにしてもよい。
【００６１】
また、センサユニット９０は、センサコイル７１の導線７１ｂに高周波電流を供給する電源の一種としての高周波電源９１、高周波電源９１より導線７１ｂに供給される電力の力率を計測する力率測定部９２とを有している。本実施の形態において、高周波電源９１は、定着動作が行われている間すなわち励磁コイル６５ｂによる誘導加熱が行われている間、導線７１ｂに周波数１００ｋＨｚで実効値が９ｍＡ(負荷がない場合)の高周波電流を供給する。また力率測定部９２は、計測した力率を制御手段としての制御部４０に出力する。
【００６２】
そして、高周波電源９１からセンサコイル７１に高周波微電流が流されると、センサコイル７１の空芯部には磁束が発生し、その磁束が相対する位置にある定着ベルト６１の導電性層６１ｂを貫くことで、導電性層６１ｂには渦電流が流れる。その渦電流により発生した磁束がセンサコイル７１の空芯部を貫くことで、センサコイル７１に流れる電流と電圧との間に位相のズレθが生じる。この位相のズレθのＣＯＳθが力率である。したがって、力率が大きいほど定着ベルト６１は発熱しやすいことになる。一方、定着ベルト６１の導電性層６１ｂにクラックが入ると、その部分には渦電流が流れなくなり、力率は低下することになる。
【００６３】
定着ベルト６１において、発熱層である導電性層６１ｂのクラックは、歪みが大きい部分から発生し、徐々に歪みが小さい部分へと成長してくる。ここで、図１０は、定着ベルト６１の軸方向端部からの距離をパラメータとしたときの、定着枚数(Ｒｕｎ枚数)とそのときにセンサコイル７１に供給される電力の力率との関係を示すグラフ図である。
図１０から明らかなように、イニシャル状態では、端部からの距離とは無関係に力率は０.１６である。そして、定着ベルト６１の端部５ｍｍの位置では、定着動作(通紙)を開始してすぐにクラックが入り始め、力率が低下し始める。また、端部１０ｍｍの位置では１００ｋｐｖ(１０万枚)を過ぎたあたりから力率が低下し始め、端部１５ｍｍの位置では２５０ｋｐｖを過ぎたあたりから力率が低下し始めている。さらに、端部２０ｍｍの位置では３２５ｋｐｖから力率が低下している。すなわち、上述した理由により定着ベルト６１にかかる歪みが最も大きいベルト端部で発生したクラックは非通紙域Ａ２から徐々に軸方向の通紙域Ａ１に向けて成長してくるのである。このクラックが発生する枚数は、定着装置６０の使われ方や、定着ベルト６１や押圧パッド６３などの製造時のバラツキにより異なってくる。
【００６４】
また、図１１は、定着ベルト６１におけるクラック発生量(発生長さ)をパラメータとしたときの、定着ベルト６１の軸方向位置とその温度との関係を示すグラフ図である。本実施の形態において、定着ベルト６１の幅(移動方向に直交する方向の長さ)は全長３７０ｍｍである。そして、この画像形成装置において、最大サイズの用紙Ｐの通紙幅(最大用紙通紙域)は約３００ｍｍ(Ａ３ＳＥＦ、Ａ４ＬＥＦの場合に２９７ｍｍ)である。このため、定着ベルト６１の軸方向両端部は、実際の定着動作では用紙Ｐに絶対接しないことになる。
【００６５】
図１１に示すように、定着ベルト６１におけるクラック発生領域がその軸方向端部から２０ｍｍ以内(図中実線で示す)であれば、ウォームアップ終了時の軸方向の温度分布はイニシャルと同じ(０.１５以上程度)であり、最大用紙通紙域の端部(通紙域Ａ１と非通紙域Ａ２との境界部に対応)でも定着動作に必要な１５０℃以上の表面温度を確保することができる。一方、定着ベルト６１におけるクラック発生領域が端部３０ｍｍの位置にまで到達すると、非通紙域Ａ２において渦電流が流れにくくなり、非通紙域Ａ２が加熱されにくくなる結果、隣接する通紙域Ａ１の端部の温度が低下してしまう。その結果、この状態で定着動作を行うと、所謂コールドオフセットが発生してしまう。
【００６６】
従来は、コールドオフセットが出たという問題が発生した時点で、定着装置６０または定着ベルト６１を交換するか、または実際の使われ方や製造上のバラツキなどを含めたときに、最初にクラックが出始める枚数を基準値として、その基準値をベースに、基準値未満から設定された所定の枚数のプリントアウトを行ったら定着ベルト６１等を交換させるようにしていた。そのため、実際に故障していないのに無駄に交換されている定着装置６０や定着ベルト６１が多数あった。
【００６７】
そこで、本実施の形態では、定着ベルト６１(導電性層６１ｂ)の状態によって、上記センサコイル７１に供給される電力の力率が変わることに着目し、測定される力率の大きさに基づいて、定着ベルト６１のライフを検知している。
では、図１２に示すフローチャートを参照しつつ、定着ベルト６１のライフ検知について説明する。
画像形成動作の開始に伴って定着動作が開始されると(ステップ１０１)、制御部４０は、高周波電源９１によるセンサコイル７１への高周波電流の供給を開始する(ステップ１０２)。また、センサコイル７１に高周波電流が供給されるのに伴い、センサコイル７１に供給される電力の力率が力率測定部９２によって計測され(ステップ１０３)、計測された力率が制御部４０に出力される。次に、制御部４０は、力率測定部９２によって計測された力率が予め決められた許容値以上であるかを判断する(ステップ１０４)。ここで、力率が許容値以上であると判断した場合には、ステップ１０３に戻って定着動作を続行する。一方、ステップ１０４において、力率が許容値を下回っていると判断した場合には、定着装置６０における定着動作を含む画像形成動作全体を停止し(ステップ１０５)、ＵＩ４１に定着ベルト６１の交換を促すメッセージを表示させる(ステップ１０６)。なお、制御部４０では、センサコイル７１に供給される電力の力率の許容値(本例では、例えば０.１３が用いられる)を、図示しないＲＯＭ等に格納している。
【００６８】
以上説明したように、本実施の形態では、センサコイル７１を用いて、定着ベルト６１の導電性層６１ｂに生じるクラックを検知するようにした。そして、定着ベルト６１にクラックがある程度発生し、しかも定着ベルト６１の最大用紙通紙域の両端部における温度が低下する前の段階で、定着装置６０および画像形成装置の動作を停止させるようにした。これにより、定着ベルト６１の加熱不良に伴う定着不良(コールドオフセット)を抑えることができる。特に、本実施の形態では、中央部側の通紙域Ａ１と両端部側の非通紙域Ａ２とで押圧パッド６３の形状が異なっているため、定着ベルト６１の軸方向端部側にストレスがかかりやすい。さらに、本実施の形態では、定着ベルト６１の軸方向両端部にエンドキャップ部材６６を装着し、これらエンドキャップ部材６６を介して定着ベルト６１を駆動し、さらに定着ベルト６１に従動させて加圧ロール６２を回転させるように構成しているため、この点においても定着ベルト６１の軸方向端部側にストレスがかかりやすい。したがって、本実施の形態で用いた手法は、このような押圧パッド６３あるいは駆動系を有する定着装置６０に対して、特に有効であるといえる。
【００６９】
また、本実施の形態では、定着ベルト６１を電磁誘導加熱するために設けられた導電性層６１ｂを利用し、導電性層６１ｂとセンサコイル７１との間に生じる磁気特性に基づいて定着ベルト６１の導電性層６１ｂに生じるクラックの状態を間接的に検知するようにした。特に、本実施の形態では、センサコイル７１に高周波電流を流す際にセンサコイル７１に供給される電力の力率を測定しているので、既にある導電性層６１ｂを利用して、定着ベルト６１におけるクラックの発生状態および定着ベルト６１のライフをより正確に検知することが可能になる。
【００７０】
さらに、本実施の形態では、センサコイル７１を、定着ベルト６１の導電性層６１ｂにクラックが最も生じやすい軸方向端部に対応する位置に設けるようにしたので、定着ベルト６１のライフをより正確に検知することができる。特に、本実施の形態では、定着ベルト６１のライフを検知するものとして、センサコイル７１を定着ベルト６１の端部から２０ｍｍの位置に設定した。このように構成することにより、定着ベルト６１の端部２０ｍｍの位置にクラックが発生したことを検知することができ、この位置におけるクラックの発生を検知した時点でＵＩ４１に交換メッセージを出すなどして、定着装置６０または定着ベルト６１だけを交換するようにすれば、上述のコールドオフセットの発生を防止でき、かつ故障していない装置や部材を無駄に交換することをなくすことができる。
【００７１】
なお、本実施の形態では、定着動作中は常時コイルセンサ７１による力率測定を行うようにしていたが、これに限られるものではなく、例えば所定のプリント枚数毎に力率測定を行って定着ベルト６１のライフを検知するようにしてもよい。
また、本実施の形態では、力率が許容値を下回った時点で画像形成動作および定着動作を直ちに停止させるようにしていたが、これに限られるものではなく、例えば力率が第一の許容値を下回った時点でＵＩ４１に例えば「まもなく交換時期です」というメッセージを表示させ、その後力率が第二の許容値を下回った時点で画像形成動作及び定着動作を緊急停止させるようにしてもよい。なおここで、第二の許容値は本実施の形態における許容値と同じ値(例えば０.１３)に設定することができ、また、第一の許容値は第二の許容値よりもわずかに大きい値(例えば０.１４)に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】実施の形態が適用される画像形成装置の概略構成図である。
【図２】実施の形態に係る定着装置の構成を示す概略正面図である。
【図３】定着動作時における定着装置のＸ１−Ｘ１断面図(通紙域での断面図)である。
【図４】定着ベルトの層構成を示す断面図である。
【図５】(ａ)〜(ｃ)は押圧パッドの形状を説明するための図である。
【図６】(ａ)、(ｂ)はエンドキャップ部材の構造を示す図である。
【図７】定着動作時における定着装置のＸ２−Ｘ２断面図(非通紙域での断面図)である。
【図８】実施の形態に係る押圧パッドを用いた場合に、押圧パッドの軸方向各位置で定着ベルトに生じる歪みを示すグラフ図である。
【図９】(ａ)、(ｂ)はセンサコイルの構成の一例を示す図である。
【図１０】定着ベルトの軸方向端部からの距離をパラメータとしたときの、定着枚数(Ｒｕｎ枚数)とそのときにセンサコイルに供給される電力の力率との関係を示すグラフ図である。
【図１１】定着ベルトにおけるクラック発生量(発生長さ)をパラメータとしたときの、定着ベルトの軸方向位置とその温度との関係を示すグラフ図である。
【図１２】定着ベルトのライフ検知処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００７３】
１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋ…画像形成ユニット、１０…一次転写部、２０…二次転写部、４０…制御部、４１…ＵＩ(ユーザインタフェース)、５０…用紙トレイ、６０…定着装置、６１…定着ベルト、６１ｂ…導電性層、６２…加圧ロール、６３…押圧パッド、６４…パッド支持部材、６５…電磁誘導加熱部材、６５ｂ…励磁コイル、６６…エンドキャップ部材、７１…センサコイル、８０…駆動モータ、９０…センサユニット、９１…高周波電源、９２…力率測定部、Ａ１…通紙域、Ａ２…非通紙域、Ｎ…定着ニップ部、Ｐ…用紙
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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