(57)【要約】  【課題】  駆動される定着ベルトに座屈が生じるのを抑制する。  【解決手段】  定着装置６０は、回転駆動される定着ベルト６１、定着ベルト６１に圧接配置される加圧ロール６２、定着ベルト６１を電磁誘導加熱する磁場発生部６５、定着ベルト６１の軸方向中央部の温度を測定する第一温度センサ６８ａ、軸方向端部の温度を測定する第二温度センサ６８ｂを有する。また、定着ベルト６１を駆動する駆動モータ８０には駆動トルクを測定するトルクゲージ８４が接続される。そして、第一温度センサ６８ａおよび第二温度センサ６８ｂ温度測定結果から得られる温度差と、トルクゲージ８４にて測定された駆動トルクとに基づき、定着ベルト６１が座屈し得る状況下にあると判断された場合に、定着装置に対する用紙の進入を停止させる。  【選択図】  図２
2007079224.tif 000002
【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、
回動可能に配設される無端状の定着ベルトと、
前記定着ベルトを駆動する駆動部と、
前記定着ベルトを加熱する加熱部と、
前記定着ベルトの外周面に圧接配置され、当該定着ベルトとの間で定着ニップ部を形成する加圧部材と、
前記駆動部が前記定着ベルトを駆動する際の駆動トルクを測定する測定部と、
前記定着ニップ部のうち記録材が通過する通過領域に対応する前記定着ベルトの表面温度と当該記録材が通過しない非通過領域に対応する当該定着ベルトの表面温度との温度差を取得する取得部と、
前記測定部にて測定された駆動トルクおよび前記取得部にて取得された温度差に基づき、前記定着ベルトに座屈が生じ得る状態にあるか否かを判断し、当該定着ベルトに座屈が生じ得る状態にあると判断した場合に、前記定着ニップ部に対する記録材の進入を停止させるコントローラと
を含む定着装置。
【請求項２】
前記コントローラは、前記定着ニップ部に対する記録材の進入を停止させた後も、前記駆動部によって前記定着ベルトを回動させるとともに前記加熱部によって当該定着ベルトを加熱させることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
前記駆動トルクと前記温度差との関係から予め求められ、前記定着ベルトに座屈が生じる座屈発生領域、当該定着ベルトに座屈が生じない座屈未発生領域のうち当該座屈発生領域に隣接する通紙停止判断領域、および当該座屈発生領域から離れた通紙可能領域を格納する格納部をさらに含み、
前記コントローラは、前記測定部にて測定された駆動トルクおよび前記取得部にて取得された温度差が前記通紙停止判断領域に入ったときに、前記定着ニップ部に対する記録材の進入を停止させることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項４】
前記コントローラは、前記測定部にて測定された駆動トルクおよび前記取得部にて取得された温度差が前記通紙可能領域内に入った後に、前記定着ニップ部に対する記録材の進入を再開させることを特徴とする請求項３記載の定着装置。
【請求項５】
前記加圧部材は、前記定着ベルトの回動に伴って従動して回動することを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項６】
前記定着ベルトは導電層を具備し、
前記加熱部は前記導電層を介して前記定着ベルトを誘導加熱することを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項７】
加熱され且つ駆動される定着ベルトと当該定着ベルトに圧接配置される加圧部材とによって形成される定着ニップ部に未定着画像を担持した記録材を挿通し、当該記録材上の未定着画像を定着する定着方法において、
前記定着ベルトを駆動する際の駆動トルクを測定するステップと、
前記定着ニップ部のうち記録材が通過する通過領域に対応する前記定着ベルトの表面温度と当該記録材が通過しない非通過領域に対応する当該定着ベルトの表面温度との温度差を取得するステップと、
測定された前記駆動トルクおよび取得された前記温度差に基づき、前記定着ベルトに座屈が生じ得る状態にあるか否かを判断するステップと、
前記定着ベルトに座屈が生じ得る状態にあると判断した場合に、前記定着ニップ部に対する記録材の進入を停止させるステップと
を含む定着方法。
【請求項８】
前記記録材の進入を停止させるステップの後、前記定着ベルトを加熱し且つ駆動するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項７記載の定着方法。
【請求項９】
前記定着ベルトを加熱し且つ駆動するステップの後、前記定着ベルトに座屈が生じ得る状態にないと判断した場合に、前記定着ニップ部に対する記録材の進入を再開させるステップと
をさらに含む請求項７記載の定着方法。
【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および定着方法に関する。
【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、加熱部材に導電層を設け、電磁誘導加熱によって導電層を発熱させるものが提案されている(特許文献１参照。)。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導電層に近接配置し、導電層に発生する渦電流で導電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、定着装置のウォーミング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、この定着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のように内部に押圧部材を有し無張架の状態で周回駆動されるタイプとがある。この種の定着ベルトは薄肉の耐熱性樹脂等を基層としており、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いため、加熱ロールより短時間でウォーミング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ミングアップを行うことができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１４８９８３号公報(第７−９頁、図１)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記特許文献１では、定着ベルトに加圧部材としての加圧ロールを圧接配置している。そして、加圧ロールを駆動することによって、この加圧ロールに圧接する定着ベルトを従動して回動させている。ただし、このような構成を採用した場合には、加圧ロールの熱膨張による表面速度の変動の影響を受けて、定着ベルトの回動速度が変動する場合がある。また、定着ベルトは加圧ロールとの間に働く摩擦力により回動するため、定着ベルトと定着ベルトを支持する支持部材との摺動抵抗が増加した際には、定着ベルトと加圧ロールとの間に滑り(スリップ)が生じるために、定着ベルトの回動速度が遅れる場合もある。このため、定着ベルトと加圧ロールとが圧接する定着ニップを用紙が通過する際に、用紙上のトナー像に乱れが生じたり、あるいは用紙にしわが発生したりするおそれがある。
【０００７】
このような不具合を抑制するため、例えば定着ベルトの両端にギアを装着し、加圧ロールに加えて定着ベルト側も駆動することが考えられる。さらには、加圧ロール側の駆動を行わず、定着ベルト側を駆動することにより加圧ロールを定着ベルトに従動回転させることも考えられる。そして、定着ベルトを駆動することができれば、局所加熱の電磁誘導加熱方式の定着装置において、定着ベルトと加圧ロールを離間させ、定着ベルトを両端のギアで駆動した状態でウォームアップを行うことができるため、加圧ロールに熱を奪われることがなく、一層のウォームアップ時間の短縮が可能となる。さらに、定着ベルトのみを駆動(加圧ロールは従動)することができれば、駆動系を一系統だけ持てばよいことになり、構成の簡素化、コストダウンに繋がる。よって、駆動方式としては定着ベルトの単独駆動方式が望ましい。
【０００８】
しかしながら、駆動方式として上述した定着ベルトの単独駆動方式を用いる場合は、加圧ロール単独駆動方式や、定着ベルトおよび加圧ロールの両者駆動方式に比べて定着ベルトが座屈しやすいことがわかってきた。
座屈が発生する要因の一つは、定着ベルトを回動させるための駆動トルクが非常に高くなってしまう場合である。定着ベルトを所定のトルクで駆動している場合、定着ベルトは剛体ではないため、駆動時に定着ベルトのニップの入口側部分は、抵抗を受けて膨らむ方向に変位し、その結果、定着ベルトのニップ出口側は凹む方向に変位する。このとき駆動トルクが大きいほどニップ入口側の膨らみは大きくなり、それに伴って出口側の凹みも大きくなる。そして、極端に駆動トルクが大きい場合には出口側が大きく凹み、定着ベルトの座屈が発生する。すなわち、同じ駆動トルクであっても、加圧ロール駆動方式と定着ベルト単独駆動方式とでは、定着ベルト単独駆動方式の方がベルトに座屈が生じやすく、定着ベルトと加圧ロールの両方駆動方式では、両方駆動しているため、定着ベルトの駆動トルクはさほど大きくはなく、定着ベルトが座屈する危険性は低い。
【０００９】
もう一つの要因は、加圧ロールの軸方向の外径分布として、端部の外径が極端に太い分布となっている場合である。このような外径分布を有する加圧ロールが回転するとき、フレキシブルな定着ベルトは加圧ロールの速度分布に沿おうとして変形する。つまり、端部の速度が速いと定着ベルトの端部は中央部に比べて速くニップに入ろうとするため、定着ベルトのニップ入口側の部分における軸方向中央部は膨らむ方向に変位する。その結果、前述した駆動トルクが高くなりすぎた場合と同じメカニズムで定着ベルトのニップ出口側に座屈が発生する。このように加圧ロールの端部の外径が中央よりも太くなる原因の一つとして、小サイズ用紙を連続通紙する場合が挙げられる。これを具体的に説明すると、小サイズ用紙の連続通紙時には、用紙が通過する通紙部の温度は低下する一方、用紙が通過しない非通紙部の温度は上昇する。その結果、数ｍｍオーダーの厚さを有する加圧ロールの弾性層は、通紙部に比べ非通紙部で大きく膨張するため、非通紙部すなわち端部の外径が中央よりも大きくなってしまう。つまり、加圧ロールの軸方向の温度分布として、端部の温度が中央に比べて非常に高いときに座屈が発生しやすくなる。
【００１０】
このようにして定着ベルトに座屈が発生すると、用紙上のトナー像を定着できなくなるため、生産性が低下してしまう。また、電磁誘導加熱方式を採用した定着装置では、定着ベルトが変形することに伴い、定着ベルトの一部が異常に加熱されてしまい、トラブルの原因となるおそれもある。
【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、駆動される定着ベルトに座屈が生じるの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、回動可能に配設される無端状の定着ベルトと、定着ベルトを駆動する駆動部と、定着ベルトを加熱する加熱部と、定着ベルトの外周面に圧接配置され、定着ベルトとの間で定着ニップ部を形成する加圧部材と、駆動部が定着ベルトを駆動する際の駆動トルクを測定する測定部と、定着ニップ部のうち記録材が通過する通過領域に対応する定着ベルトの表面温度と記録材が通過しない非通過領域に対応する定着ベルトの表面温度との温度差を取得する取得部と、測定部にて測定された駆動トルクおよび取得部にて取得された温度差に基づき、定着ベルトに座屈が生じ得る状態にあるか否かを判断し、定着ベルトに座屈が生じ得る状態にあると判断した場合に、定着ニップ部に対する記録材の進入を停止させるコントローラとを含んでいる。
【００１３】
ここで、コントローラは、定着ニップ部に対する記録材の進入を停止させた後も、駆動部によって定着ベルトを回動させるとともに加熱部によって定着ベルトを加熱させることができる。また、駆動トルクと温度差との関係から予め求められ、定着ベルトに座屈が生じる座屈発生領域、定着ベルトに座屈が生じない座屈未発生領域のうち座屈発生領域に隣接する通紙停止判断領域、および座屈発生領域から離れた通紙可能領域を格納する格納部をさらに含み、コントローラは、測定部にて測定された駆動トルクおよび取得部にて取得された温度差が通紙停止判断領域に入ったときに、定着ニップ部に対する記録材の進入を停止させることができる。この場合に、コントローラは、測定部にて測定された駆動トルクおよび取得部にて取得された温度差が通紙可能領域内に入った後に、定着ニップ部に対する記録材の進入を再開させることができる。さらに、加圧部材は、定着ベルトの回動に伴って従動して回動することができる。さらにまた、定着ベルトは導電層を具備し、加熱部は導電層を介して定着ベルトを誘導加熱することができる。
【００１４】
また、本発明はつぎのような方法の発明として捉えることもできる。すなわち、本発明は、加熱され且つ駆動される定着ベルトと定着ベルトに圧接配置される加圧部材とによって形成される定着ニップ部に未定着画像を担持した記録材を挿通し、記録材上の未定着画像を定着する定着方法において、定着ベルトを駆動する際の駆動トルクを測定するステップと、定着ニップ部のうち記録材が通過する通過領域に対応する定着ベルトの表面温度と記録材が通過しない非通過領域に対応する定着ベルトの表面温度との温度差を取得するステップと、測定された駆動トルクおよび取得された温度差に基づき、定着ベルトに座屈が生じ得る状態にあるか否かを判断するステップと、定着ベルトに座屈が生じ得る状態にあると判断した場合に、定着ニップ部に対する記録材の進入を停止させるステップとを含んでいる。
【００１５】
このような定着方法において、記録材の進入を停止させるステップの後、定着ベルトを加熱し且つ駆動するステップをさらに含むことができる。また、定着ベルトを加熱し且つ駆動するステップの後、定着ベルトに座屈が生じ得る状態にないと判断した場合に、定着ニップ部に対する記録材の進入を再開させるステップをさらに含むこともできる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、定着ベルトを駆動する際の駆動トルクおよび定着ベルトで生じる温度差に基づき、定着ベルトに座屈が生じ得る前兆を検知し、定着ベルトに座屈が生じ得る状態にある場合に、定着ニップ部に対する記録材の進入を停止させるようにしたので、駆動される定着ベルトに座屈が生じるのを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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、タンデム型、中間転写型の画像形成装置である。この画像形成装置は、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を備えている。また、画像形成装置は、中間転写ベルト１５上に転写された重畳トナー画像(未定着画像)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を用紙Ｐ上に定着させる定着装置６０を備えている。また、画像形成装置は、各装置(各部)の動作を制御する制御部４０を有している。
【００１８】
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と、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)を備えている。また、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋは、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を有している。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。
【００１９】
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Ｂ方向に所定の速度で循環駆動されている。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。
【００２０】
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を有している。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。
【００２１】
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。
【００２２】
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、中間転写ベルト１５に対して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。なお、搬送ロール５２の最下流側(搬送シュート５３の上流側)には、所定のタイミングで二次転写部２０に用紙Ｐを送り込むためのレジストレーションロール(レジストロール)５２ａが配置されている。
【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５２ａ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の回動にともな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は本実施の形態に係る定着装置６０の構成を示す概略正面図であり、図３は図２におけるIII−III断面図である。なお、図３においては、図２に示すフレーム７０の図示は省略し、後述する定着動作の説明の便宜のため、未定着のトナー像(未定着画像)Ｔ１ないし定着後のトナー像Ｔ２が形成された用紙Ｐ１およびＰ２を描き加えてある。
図２および図３に示すように、本実施の形態に係る定着装置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に圧接配置される固定パッド部材６３、固定パッド部材６３等を支持する剛性ステイ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、磁場を発生することにより定着ベルト６１を長手方向に亘って電磁誘導加熱する磁場発生部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、磁場発生部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の温度を検知する温度センサ６８により主要部が構成されている。なお、定着ベルト６１と加圧ロール６２とが接する部位(トナー像を担持した用紙Ｐが通過する部位)のことを定着ニップ部Ｎという。
【００３２】
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ベース層６１ａと、発熱層６１ｂと、弾性層６１ｃと、外周面となる離型層６１ｄ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等が設けられる場合がある。
【００３３】
ベース層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、３０〜１００μｍの範囲が適切である。厚さが３０μｍ未満では定着ベルト６１としての強度が得られず、厚さが１００μｍを超えると、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８０μｍ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】
導電層としての発熱層６１ｂは、磁場発生部６５が誘起する磁界により誘導発熱する層であり、薄膜の金属層とすることが望ましい。発熱層６１ｂの厚みとしては、１〜２０μｍの範囲が適切である。１μｍ未満の厚みでは十分な発熱を得ることが困難な場合があり、２０μｍを超えると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。発熱層６１ｂとして使用可能な金属材料としては、銅、アルミニウム、銀など電気抵抗の低い金属が好ましいが、鉄、コバルト、ニッケル、クロム等を使用することもできる。また、発熱層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。本実施の形態では、厚さ１０μｍ程度の銅を使用している。
【００３５】
弾性層６１ｃ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。
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(離型層６１ｄ)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６１ｃの厚さが１０μｍより小さい場合に生じ易い。そこで、弾性層６１ｃ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６１ｃが５００μｍより大きい場合には、弾性層６１ｃ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６１ｃ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６１ｃ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６１ｃ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６１ｃ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(離型層６１ｄ)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。
【００３６】
また、離型層６１ｄ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、離型層６１ｄを構成する材料としては、例えばフッ素樹脂、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、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等が好適に用いられる。
また、離型層６１ｄの厚さは、５〜５０μｍが好ましい。離型層６１ｄの厚さが５μｍよりも小さい場合には、層形成時の塗膜ムラで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懸念がある。また、離型層６１ｄの厚さが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離型層６１ｄでは硬度が高くなりすぎ、弾性層６１ｃ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。
ここで、離型層６１ｄにおけるトナー離型性を向上するため、離型層６１ｄにトナーオフセット防止のためのオイル(離型剤)を塗布するオイル塗布機構を定着ベルト６１に当接させて配設することも可能である。特に、低軟化物質を含有しないトナーを用いた場合には効果的である。
【００３７】
このような定着ベルト６１では、後述する磁場発生部６５によって発熱層６１ｂに交番磁束が作用することで、発熱層６１ｂに渦電流が発生して発熱層６１ｂが発熱する。そして、誘導加熱によって発熱層６１ｂに生じた熱が、弾性層６１ｃおよび離型層６１ｄに行き渡り、定着ベルト６１が全体的に加熱され、定着ニップ部Ｎに挿通される用紙Ｐ１を加熱して未定着トナー像Ｔ１の加熱定着がなされることになる。
【００３８】
次に、図２および図３に示す加圧部材としての加圧ロール６２は、金属製の芯金６２ａと、芯金６２ａの周面にロール状に成形被覆された弾性層６２ｂと、弾性層６２ｂの上に被覆された離型性を確保するための離型層６２ｃとを有している。
ここで、芯金６２ａは、例えばステンレスやアルミニウム等で構成することができる。また、弾性層６２ｂは、耐熱性と弾性とを備える材料からなるものであり、例えばシリコーンゴム、発泡シリコーンゴム、フッ素ゴム、フッ素樹脂等で構成することができる。さらに、離型層６２ｃは、例えばフッ素樹脂等で構成することができる。
また、加圧ロール６２の芯金６２ａの軸方向両端部は、軸受け７１(図２参照)に回転可能に保持されている。これら軸受け７１は、バネ７２を介してフレーム７０に固定されている。これにより、加圧ロール６２は、バネ７２の反発弾性によって定着ベルト６１の外周面(詳しくは、定着ベルト６１を介してその内周面に当接する固定パッド部材６３)に所定の加重で付勢されている。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。
【００３９】
固定パッド部材６３は、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の弾性材料や、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド(ＰＰＳ)、ポリエーテルサルフォン(ＰＥＳ)や液晶ポリマー(ＬＣＰ)等の耐熱性樹脂等で形成されている。そして、固定パッド部材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ている。そして、この固定パッド部材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。
固定パッド部材６３の定着ベルト６１との接触面の断面形状は、定着装置６０に求められる用紙剥離性能や定着性能により任意に設定することができる。本実施の形態の定着装置６０では、エンドキャップ部材６６によって形状が円形に維持された定着ベルト６１と略同じ曲率を持つ曲面で形成されている。ただし、剥離性能や定着性能をさらに高めるために、接触面の曲率を用紙Ｐの搬送方向に沿って変化するように形成することも可能である。
【００４０】
また、固定パッド部材６３と定着ベルト６１との間には、定着ニップ部Ｎにおける固定パッド部材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樹脂フィルムやフッ素樹脂をガラスクロスにコートさせたガラス繊維シート等からなる摺動シート(不図示)が配設されている。さらに、定着ベルト６１の内周面には耐熱性オイルなどの潤滑剤を介在させることもできる。これらにより、定着ベルト６１と固定パッド部材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。
【００４１】
剛性ステイ６４は、定着ベルト６１内に嵌挿され、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７０に固定されることで、剛性ステイ６４がフレーム７０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、剛性ステイ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。
さらに、剛性ステイ６４の加圧ロール６２と対向する部分には固定パッド部材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から固定パッド部材６３に作用する押圧力を剛性ステイ６４によって負担している。そのため、剛性ステイ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、後述する磁場発生部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、剛性ステイ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凹字状に形成され、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。
【００４２】
なお、剛性ステイ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、固定パッド部材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、剛性ステイ６４が撓んだ状態で、固定パッド部材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、固定パッド部材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、剛性ステイ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と固定パッド部材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。
【００４３】
さらに、剛性ステイ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、磁場発生部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の温度を検知する温度センサ６８が固定されている。ここで、温度センサ６８は、図２に示したように、定着ベルト６１の軸方向略中央部に対向して配置される第一温度センサ６８ａと、定着ベルト６１の軸方向一端部に対向して配置される第二温度センサ６８ｂとを有している。これら第一温度センサ６８ａおよび第二温度センサ６８ｂとしては、定着ベルト６１に非接触に配置されるサーミスタ等を用いることができる。
【００４４】
図５は、定着ベルト６１および加圧ロール６２と、これら第一温度センサ６８ａおよび第二温度センサ６８ｂの取り付け位置との関係を模式的に示したものである。一般的な画像形成装置では、所定の基準位置に基づいて用紙上に画像形成が行われるが、その基準位置として、用紙の搬送方向手前側や奥側を基準とするコーナーレジ(コーナーレジストレーション)方式を採用するタイプがある。また、用紙の搬送方向中央位置を基準とするセンターレジ(センターレジストレーション)方式を採用するタイプもある。そして、本実施の形態に係る画像形成装置では、これらのうちセンターレジ方式を採用している。このため、定着装置６０においても、図５に示すように、用紙搬送方向に直交する方向中央位置Ｘを基準位置とするセンターレジ方式にて用紙Ｐが送り込まれてくることになる。
【００４５】
ここで、第一温度センサ６８ａは、この中央位置Ｘ上に対応する位置に配置される。このため、この画像形成装置で使用可能な用紙Ｐのうち、最小サイズから最大サイズまでの用紙Ｐのいずれもが、第一温度センサ６８ａに対応する部位を通過していくことになる。
一方、第二温度センサ６８ｂは、中央位置Ｘから離れた定着ベルト６１の軸方向端部側であって、加圧ロール６２の軸方向端部に対応する位置に配置される。このため、この画像形成装置で使用可能な用紙Ｐのうち、最大サイズの用紙Ｐは第二温度センサ６８ｂに対応する位置を通過するものの、最小サイズの用紙Ｐは第二温度センサ６８ｂに対応する位置を通過しないことになる。
【００４６】
次に、エンドキャップ部材６６について述べる。図６は、エンドキャップ部材６６が装着された定着ベルト６１を定着ベルト６１の軸方向に沿って切断した状態を示す図である。
エンドキャップ部材６６は、リング状の形状を有しており、主として、定着ベルト６１の両端から内面に嵌挿されるスリーブ部６６ａ、定着ベルト６１の端部から外側に表出するフランジ部６６ｂ、フランジ部６６ｂの外周に設けられたギア６６ｃ、定着ベルト６１の端部を介してスリーブ部６６ａに対向配置され、定着ベルト６１を外側から締め付ける締め具６６ｄを備えている。
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できる。
【００４７】
このようなエンドキャップ部材６６が定着ベルト６１の両端部に挿入されて装着されると、定着ベルト６１はそれまでのフレキシブルな状態から、ある程度の剛性を有する薄肉のロールに近い機械的特性を有するようになる。
このように、定着ベルト６１の両端部にエンドキャップ部材６６を装着することによって、定着ベルト６１におけるエンドキャップ部材６６のスリーブ部６６ａの端面から内側に１０数ｍｍ離れた部分においても、定着ベルト６１の外周面より外力を与えればそれによって凹むことはあるが、定着ベルト６１全体にねじりトルクを与えた場合でも定着ベルト６１にねじれは生じにくくなり、容易に座屈することはなくなる。一般に、定着ベルト６１のようなベルト部材を用いた定着装置に作用するトルクは０.１〜０.５Ｎ・ｍであり、この程度のトルクに対しては、定着ベルト６１の両端部にエンドキャップ部材６６を装着した構成によって、定着ベルト６１において座屈が生じることを抑制することが可能となる。
また、定着ベルト６１の両端部から軸方向に向けて圧縮力を受けた場合においても、定着ベルト６１はこのような軸方向の圧縮力によって容易に座屈することもない。このような軸方向に作用する圧縮力は、定着ベルト６１がいずれか一方に片寄り移動するのを規制する際に発生する。しかし、このような圧縮力の大きさは一般には１〜５Ｎであって、この程度の圧縮力に対しても、定着ベルト６１の両端部にエンドキャップ部材６６を装着した構成によって、座屈することを抑制することが可能となる。
【００４８】
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を用いる定着装置６０においては、図２に示すように、駆動部としての駆動モータ８０からの回転駆動力が伝達ギア８１を介してシャフト８２に伝達され、シャフト８２に結合された伝達ギア８３からエンドキャップ部材６６の両端部のギア６６ｃに伝達される。これによって、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の回転軸が剛性ステイ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。そして、上述したように、定着ベルト６１はエンドキャップ部材６６が定着ベルト６１の両端部に装着されてある程度の剛性を有する薄肉のロールに近い機械的特性を有するので、定着ベルト６１には座屈が生じにくい。ここで、駆動モータ８０と伝達ギア８１との間には、定着ベルト６１の駆動に必要な駆動トルクの大きさを測定する測定部としてのトルクゲージ８４が設けられている。なお、駆動モータ８０としては、例えばＤＣモータを用いることができる。
【００４９】
また、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の両端部の断面形状が円形を維持する。このため、定着ベルト６１の内部には固定パッド部材６３以外に定着ベルト６１を支持する部材がなくとも（図３参照）、定着ベルト６１の幅方向における通紙域に対応する部分においても、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自体の剛性によって略一定の円形を維持しながら回転する。
【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、固定パッド部材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のスリーブ部６６ａの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、固定パッド部材６３の外周面とスリーブ部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】
一方、本実施の形態では、加圧ロール６２が定着ベルト６１を介して固定パッド部材６３の下面に対向して圧接することにより、定着ニップ部Ｎを形成している。そして、加圧ロール６２は、定着ベルト６１の回転に伴って従動回転する。加圧ロール６２を定着ベルト６１に従動して回転させることにより、熱膨張により加圧ロール６２の弾性層６２ｂの外径に変化が生じたとしても、定着ニップ部Ｎを通過する用紙Ｐの搬送速度に与える影響を低くできる。
【００５２】
次に、磁場発生部６５について述べる。磁場発生部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側に有する励磁コイル保持部材６５ａと、励磁コイル保持部材６５ａに支持された励磁コイル６５ｂと、同じく励磁コイル保持部材６５ａによって支持された磁性コア６５ｃと、励磁コイル６５ｂを絶縁被覆する絶縁部材６５ｄと、励磁コイル６５ｂに高周波電流を供給する励磁回路６５ｅとで主要部が構成されている。
【００５３】
励磁コイル保持部材６５ａ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励磁コイル保持部材６５ａに固定されている。ここで、励磁コイル６５ｂの励磁コイル保持部材６５ａからの引出線については、励磁コイル保持部材６５ａから外の部分について、外皮に絶縁被覆を施している。さらに、磁性コア６５ｃは、高透磁率を有する材料にて構成される。磁性コア６５ｃとしては、例えばフェライトやパーマロイなどトランスのコアに用いられる材料が好ましく、１００ｋＨｚ以上の高周波でも損失の少ないフェライトを用いるのがより好ましい。さらにまた、絶縁部材６５ｄとしては、定着ベルト６１の発熱による熱伝導を考慮して、耐熱性を有する材料を用いることが好ましい。具体的には、例えばアミドイミドやポリイミドなどを用いることができる。
【００５４】
また、励磁コイル６５ｂおよびフェライト部材６７と、定着ベルト６１の発熱層６１ｂ(図４参照)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。この場合、かかる設定条件を満たせば、励磁コイル６５ｂと定着ベルト６１の発熱層６１ｂとの間の距離は一定である必要はない。
【００５５】
磁場発生部６５では、励磁回路６５ｅ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２０ｋＨｚ〜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からの交番磁束が定着ベルト６１の発熱層６１ｂ(図４参照)を横切ると、定着ベルト６１の発熱層６１ｂにはその磁界の変化を妨げるような磁界が発生し、それによって発熱層６１ｂ内に渦電流が発生する。そして、発熱層６１ｂでは、渦電流（Ｉ）によって発熱層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、第一温度センサ６８ａでの計測値に基づいて、画像形成装置の制御部４０(図１参照)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。
【００５６】
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。
本実施の形態の画像形成装置において、トナー像を形成する動作が開始されるのと略同時に、定着装置６０では定着ベルト６１を駆動するための駆動モータ８０および磁場発生部６５に電力が供給され、定着装置６０が起動する。すると、駆動モータ８０の回転に伴って定着ベルト６１が回動し、加圧ロール６２がそれに従動して回転する。さらに、定着ベルト６１が磁場発生部６５と対向する加熱領域を通過することで、定着ベルト６１の発熱層６１ｂには渦電流が誘導され、定着ベルト６１は発熱する。そして、定着ベルト６１が均一に所定の温度に加熱された状態で、未定着トナー像Ｔ１を担持した用紙Ｐが、定着ベルト６１と加圧ロール６２とが圧接された定着ニップ部Ｎに送り込まれる。通紙域における定着ニップ部Ｎ内では、用紙Ｐおよび用紙Ｐに担持されたトナー像は加熱および加圧され、トナー像が用紙Ｐ上に定着される。その後、用紙Ｐは定着ベルト６１から剥離されて、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。
なお、定着装置６０の起動時、図示しないリトラクト機構によって定着ベルト６１から加圧ロール６２を離間させておき、定着ベルト６１のみを回動させることもできる。このような構成を採用することで、定着ベルト６１の昇温に要する時間をさらに短縮化することが可能になる。
【００５７】
本実施の形態の定着装置６０では、定着ベルト６１がトナー像の定着に必要な所定の温度に均一に加熱されているので、光沢ムラやオフセット等の発生が抑制された良好なトナー像が形成される。また、高速に定着ベルト６１を加熱することができるので、オンデマンド性に優れ、待機時の電力消費も大きく低減することができる。さらに、定着ベルト６１は、両端部ではエンドキャップ部材６６のスリーブ部６６ａが装着されてエンドキャップ部材６６が接触しているが、通紙域では固定パッド部材６３以外の部材に接触することなく回動する。そのため、定着ベルト６１と他の部材との接触による熱の流出を極めて少なく抑えることができるので、定着ベルト６１に生じた熱を定着処理に効率良く使用することができる。
【００５８】
また、この定着装置６０では、定着ベルト６１は、画像形成装置本体に設けられた駆動モータ８０からの回転駆動力が、伝達ギア８１およびシャフト８２を介して伝達ギア８３から、定着ベルト６１の両端部に配設されたエンドキャップ部材６６のギア６６ｃに伝わることにより、定着ベルト６１の両端部から回転駆動力を与えて、定着ベルト６１を直接的に回転駆動するように構成されている(図２参照)。このように構成することにより、加圧ロール６２からの摩擦力によって従動するような間接的な定着ベルト６１の駆動方式とは異なり、加圧ロール６２の熱膨張による表面速度の変動の影響を受けて定着ベルト６１の回動速度が変動したり、定着ベルト６１と固定パッド部材６３との摺動抵抗が増加したりする場合に、定着ベルト６１と加圧ロール６２との間に滑り(スリップ)が生じて定着ベルト６１の回動速度が遅れるという不都合が解消される。それにより、定着ベルト６１の回動速度を安定させることが可能となる。そのため、定着ニップ部Ｎを通過する際に、用紙Ｐ上の定着画像に乱れや用紙Ｐに紙しわが発生するのを抑制することが可能となる。
【００５９】
ところで、本実施の形態に係る定着装置６０において、定着動作時には、第一温度センサ６８ａおよび第二温度センサ６８ｂにより定着ベルト６１の温度を検知している。また、定着動作時には、トルクゲージ８４によって定着ベルト６１の駆動トルクを測定している。そして、本実施の形態では、このようにしてモニタリングされた定着ベルト６１の軸方向の温度差及び定着ベルト６１の駆動に必要な駆動トルクに基づいて、定着ベルト６１に座屈が生じるのを回避する制御を行っている。
【００６０】
ここで、図７は、図１に示す制御部４０の制御ブロック図である。なお、制御部４０は、画像形成装置全体の制御を司る機能を有しているが、ここでは、定着装置６０における定着ベルト６１の座屈回避動作に関連するブロックのみを示している。
コントローラおよび取得部として機能する制御部４０のＣＰＵ(Central Processing Unit)９１は、ＲＯＭ(Read Only Memory)９２に記憶されたプログラムに従い、ＲＡＭ(Random Access Memory)９３との間で適宜データのやりとりを行いながら処理を実行する。また、ＲＯＭ９２には、後述するように、定着ベルト６１に座屈が生じる危険があるか否かを判断するための基準となるデータも格納されている。この制御部４０には、入出力インタフェース９４を介して、第一温度センサ６８ａ、第二温度センサ６８ｂからの温度検知結果、およびトルクゲージ８４からの駆動トルク測定結果が入力されるようになっている。一方、この制御部４０は、入出力インタフェース９４を介して、定着ベルト６１を誘導加熱する励磁回路６５ｅ、定着ベルト６１を駆動する駆動モータ８０、および、二次転写部２０を介して定着装置６０に用紙Ｐを供給するためのレジストロール５２ａに、それぞれ制御信号を出力している。
【００６１】
図８は、定着装置６０における定着処理の流れを説明するためのフローチャートである。なお、この説明では、図５に示す最小サイズの用紙Ｐに対する定着動作が行われるものとする。
定着動作の開始に伴い、制御部４０は、駆動モータ８０に制御信号を出力して定着ベルト６１の駆動(回動)を開始させるとともに、励磁回路６５ｅに制御信号を出力して定着ベルト６１の誘導加熱を開始させる(ステップ１０１)。そして、制御部４０は、第一温度センサ６８ａにより測定された定着ベルト６１の温度が所定温度となったことを検知した後、レジストロール５２ａに制御信号を出力して、用紙Ｐを搬送させ、定着装置６０(定着ニップ部Ｎ)に対する通紙を開始させる(ステップ１０２)。そして、定着装置６０は、二次転写部２０において用紙Ｐに二次転写されたトナー像を定着して排出する。
【００６２】
通紙が開始されると、制御部４０は、トルクゲージ８４からの駆動トルク測定結果を取得する(ステップ１０３)。また、制御部４０は、第一温度センサ６８ａにて測定された定着ベルト６１の表面温度および第二温度センサ６８ｂにて測定された定着ベルトの表面温度を取得し、これらの温度差(第二温度センサ６８ｂによる測定温度−第一温度センサ６８ａによる測定温度)を演算する(ステップ１０４)。なお、この例では、第一温度センサ６８ａにより用紙Ｐの通紙領域(通過領域に対応)の温度が測定され、第二温度センサ６８ｂにより用紙Ｐの非通紙領域(非通過領域に対応)の温度が測定されることになる。そして、得られた駆動トルクおよび温度差に基づき、定着ベルト６１が通紙可能領域内にあるか否かを判断する(ステップ１０５)。なお、通紙可能領域の詳細については後述する。
【００６３】
ステップ１０５において、定着ベルト６１の状態が通紙可能領域内にあると判断した場合、制御部４０は、ステップ１０３に戻って引き続き定着動作を続行させる。一方、ステップ１０５において、定着ベルト６１の状態が通紙可能領域を外れたと判断した場合(後述する通紙停止判断領域に入ったと判断した場合)、制御部４０は、定着装置６０に対する用紙Ｐの供給すなわち通紙を停止させる(ステップ１０６)。具体的には、例えばレジストロール５２ａに制御信号を出力して、レジストロール５２ａの回転を停止させる。ただし、通紙を停止させた後も、制御部４０は、駆動モータ８０による定着ベルト６１の回動(および定着ベルト６１に圧接配置される加圧ロールの従動回転)、および励磁回路６５ｅによる定着ベルト６１の誘導加熱動作を続行させる(ステップ１０７)。すなわち、定着装置６０において加熱空回転を実行させる。
【００６４】
そして、制御部４０は、トルクゲージ８４からの駆動トルク測定結果を取得し(ステップ１０８)、第一温度センサ６８ａにて測定された定着ベルト６１の表面温度および第二温度センサ６８ｂにて測定された定着ベルトの表面温度を取得し、これらの温度差(第二温度センサ６８ｂによる測定温度−第一温度センサ６８ａによる測定温度)を演算する(ステップ１０９)。そして、得られた駆動トルクおよび温度差に基づき、再び定着ベルト６１が通紙可能領域内にあるか否かを判断する(ステップ１１０)。
【００６５】
ステップ１１０において、定着ベルト６１の状態が通紙可能領域内に戻ったと判断した場合、制御部４０は、定着装置６０に対する用紙Ｐの供給すなわち通紙を再開させる(ステップ１１１)。そして、ステップ１０３に戻って定着動作を続行する。一方、ステップ１１０において、定着ベルト６１の状態が未だ通紙可能領域外にあると判断した場合、制御部４０は、ステップ１０７に戻って加熱空回転動作を続行させる。
【００６６】
では、ここで、上述したステップ１０５および１１０において判断基準として使用されている通紙可能領域について詳細に説明する。
図９は、定着ベルト６１の駆動トルク(横軸)と、定着ベルト６１の通紙部および小サイズ紙の非通紙部の温度差(縦軸)とに基づいて決まる、定着ベルト６１の座屈発生領域および座屈未発生領域を示したものである。図９から明らかなように、駆動トルクが高いほど定着ベルト６１は座屈しやすく、また、その軸方向の温度差が大きいほど定着ベルト６１は座屈しやすい。定着動作は、定着ベルト６１に座屈が発生しない座屈未発生領域で行われる必要があるが、座屈未発生領域においてもある程度のマージンを持たせるために、座屈未発生領域のうち座屈発生領域との境界近傍に通紙停止判断領域を設けている。なお、通紙停止判断領域以外の座屈未発生領域を、通紙可能領域という。よって、座屈未発生領域は、通紙可能領域および通紙停止判断領域によって構成されている。
本実施の形態では、上述したステップ１０５および１１０において、定着ベルト６１の駆動トルクと定着ベルト６１の軸方向の温度差とによって決まる座標が、図９における通紙停止判断領域に入ったとき、換言すれば、通紙可能領域を外れたときに即座に通紙を停止している。
【００６７】
定着ベルト６１を駆動するための駆動トルクの増大は、定着ベルト６１を介して加熱される加圧ロール６２の熱膨張に伴って発生するものである。つまり、加圧ロール６２が熱膨張すると、定着ベルト６１に対する加圧ロール６２の圧接力が強くなり、定着ベルト６１を回動させるための力がさらに必要になることを意味する。
一方、定着ベルト６１における温度差の増大は、定着ベルト６１における軸方向位置(本実施の形態では軸方向中央部と軸方向端部)で加圧ロール６２に生じる熱膨張の程度に差異が生じることを意味する。具体的には、通過する用紙Ｐに熱を奪われる軸方向中央部よりも、通過する用紙Ｐに熱を奪われない軸方向端部が、より熱膨張するということである。
【００６８】
ここで、図１０を参照しつつ、定着ベルト６１に生じる座屈のメカニズムについて説明しておく。図１０(ａ)は定着ベルト６１が変形(座屈)していない通常の状態における定着ベルト６１および加圧ロール６２を示している。また、図１０(ｂ)は定着ベルト６１が変形(座屈)しかけた状態における定着ベルト６１および加圧ロール６２を、図１０(ｃ)は図１０(ｂ)のＸｃ−Ｘｃ断面図を、それぞれ示している。
図１０(ａ)に示す通常の状態では、エンドキャップ部材６６を介して駆動される定着ベルト６１に軸方向に略一律の駆動トルクがかかっている。このため、定着ベルト６１は、軸方向に略一直線状の形状を保ちつつ回動する。
【００６９】
一方、図１０(ｂ)(ｃ)に示す状態では、小サイズの用紙Ｐを連続通紙することにより、加圧ロール６２のうち用紙Ｐが通過する通紙部Ａ１(軸方向中央部)に対応する部位よりも、用紙Ｐが通過しない非通紙部Ａ２(軸方向端部)に対応する部位の熱膨張が大きくなっている。したがって、定着ベルト６１の軸方向端部は加圧ロール６２から強い力で付勢される。一方、定着ベルト６１の軸方向中央部は加圧ロール６２から端部側よりも弱い力で付勢されることになる。すると、定着ベルト６１には、軸方向中央部と軸方向端部とで加えられるねじり力に差異が生じる。そして、定着ベルト６１の軸方向中央部の定着ニップ入口側部分は抵抗を受けて膨らむ方向に変位し、定着ベルト６１の軸方向中央部の定着ニップ出口側は凹む方向に変位する。すなわち、定着ベルト６１は、定着ニップ入口側に湾曲した状態で回動することになる。この湾曲が顕著になると、定着ベルト６１がその付勢力に耐えきれなくなり、座屈してしまうことになる。
【００７０】
これに対し、本実施の形態では、定着ベルト６１の駆動トルク及び軸方向温度差に基づいて定着ベルト６１に湾曲が生じる兆候を得、問題が生じそうな場合には定着装置６０への通紙を停止させている。そして、定着ベルト６１および加圧ロール６２の空回転および空加熱を行うことで、定着ベルト６１および加圧ロール６２の軸方向の温度分布均一化を行わせるようにした。このような温度分布均一化動作を行った後、これら駆動トルクおよび温度差によって決まる座標が再び通紙可能領域に入った時点で、再び通紙を開始させるようにした。本実施の形態では、このような動作を繰り返すことで、駆動トルクおよび温度分布に起因する定着ベルト６１の座屈を防止することができる。
【００７１】
では以下に、本発明者が実際に行った実験について説明する。
この実験において、定着ベルト６１としては、直径３０ｍｍ、軸方向の長さ３５０ｍｍであり、ベース層６１ａが厚さ７０μｍのポリイミド樹脂、発熱層６１ｂが厚さ１０μｍの銅、弾性層６１ｃが硬度２０°(ＪＩＳ−Ａ)で厚さ３００μｍのシリコーンゴム、離型層６１ｄが厚さ３０μｍのＰＦＡを用いた。また、加圧ロール６２としては、直径１８ｍｍのＳＵＳの芯金６２ａの上に厚さ５ｍｍのシリコーンゴムスポンジからなる弾性層６２ｂを設け、その上に離型層６２ｃとして厚さ３０μｍのＰＦＡを設けたものを使用した。また、固定パッド部材６３としては硬度２０°のシリコーンゴムを用い、加圧ロール６２と固定パッド部材６３との間に３０ｋｇｆの荷重を加えた。さらに固定パッド部材６３と定着ベルト６１内面との間には潤滑剤としてシリコーン系のオイルを介在させた。定着ベルト６１の両端部にはエンドキャップ部材６６が嵌められており、上述したような駆動系により定着ベルト６１のみを駆動し、加圧ロール６２を定着ベルト６１に従動させる構成とした。
【００７２】
上記の構成において、定着ベルト６１の軸方向中央部の温度を１６０℃にコントロールしながら１６５ｍｍ/ｓの線速で定着ベルト６１を駆動させた時の、駆動トルクおよび軸方向の温度差から決まるベルト座屈発生領域を図９に示した。
また、図１１は、上記構成における小サイズの用紙Ｐ(富士ゼロックス製Ｐ紙Ｂ５のショートエッジをリードエッジとして通紙)を連続通紙した際における、定着ベルト６１の通紙部(軸方向中央部：太線で示す)と非通紙部(軸方向端部：細線で示す)の温度カーブであり、図９に示すグラフのバックデータの一つである。この例では、図１１中の位置Ｂにおいて定着ベルト６１に座屈が生じており、このときの軸方向の温度差は４０℃、定着ベルト６１の駆動トルクは０.３Ｎ・ｍであった。
【００７３】
そして、定着ベルト６１における座屈発生／未発生の境界に対して２０％のマージンを持たせて通紙停止判断領域を設け、本実施の形態で説明した定着動作の制御を実施したところ、軸方向の温度差が３０℃を越えた時点(図１１における位置Ａ)で通紙が停止され、加熱しながらの空回転動作状態となり、再び温度差が３０℃以下になった時点で再度通紙が開始された。この繰り返し動作を２０回実施したが、定着ベルト６１が座屈することはなかった。
【００７４】
なお、本実施の形態では、駆動トルクを測定するためにトルクゲージ８４を用いていたが、これに限られるものではない。例えば、本実施の形態のように駆動モータ８０としてＤＣモータを使用するような場合にあっては、ＤＣモータへの供給電流とＤＣモータで発生するトルクとが比例関係にあることから、ＤＣモータへの供給電流をモニタし、このモニタ結果に基づいて駆動トルクを求めることもできる。
【００７５】
また、本実施の形態では、センターレジ方式を採用した定着装置６０を例に説明を行ったが、これに限られるものではなく、コーナーレジ方式を採用した定着装置に対しても、同様に適用することができる。ただし、コーナーレジ方式を採用した場合、第一温度センサ６８ａは、定着ベルト６１の軸方向中央部に対応する部位ではなく、すべての用紙Ｐが通過する定着ベルト６１の軸方向端部に設けることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本実施の形態が適用された画像形成装置を示した概略構成図である。
【図２】定着装置の構成を示す概略正面図である。
【図３】図２に示す定着装置のIII−III断面図である。
【図４】定着ベルトの層構成を説明するための図である。
【図５】第一温度センサおよび第二温度センサの取り付け位置を説明するための図である。
【図６】エンドキャップ部材の構成を説明するための図である。
【図７】制御部のブロック図である。
【図８】定着処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図９】定着ベルトの駆動トルクと、定着ベルトの通紙部および小サイズ紙の非通紙部の温度差とに基づいて決まる、定着ベルトの座屈発生領域および座屈未発生領域を示したグラフ図である。
【図１０】(ａ)〜(ｃ)は定着ベルトに生じる座屈のメカニズムを説明するための図である。
【図１１】小サイズの用紙を連続通紙させた際における、定着ベルトの通紙部及び非通紙部の温度を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００７７】
４０…制御部、６０…定着装置、６１…定着ベルト、６２…加圧ロール、６３…固定パッド部材、６５…磁場発生部、６５ｅ…励磁回路、６６…エンドキャップ部材、６８ａ…第一温度センサ、６８ｂ…第二温度センサ、８０…駆動モータ、８４…トルクゲージ、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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