(57)【要約】【課題】電源ラインにノイズを発生させることなく、第一回転体に大きな電流を流して従来よりも短時間で必要な温度状態に昇温させて記録材の加熱処理を開始できる像加熱装置を提供する。【解決手段】加圧ローラ１１０は、定着ベルト１００に圧接して記録材の加熱ニップＮを形成する。セラミックヒータ１１６は、定着ベルト１００の１回転の所定位置で定着ベルト１００を加熱する。発熱層１０２は、定着ベルト１００に電流を流して定着ベルト１００を抵抗加熱させる。制御回路部１２１は、定着ベルト１００の回転を停止させた状態で発熱層１０２に電流を流して定着ベルト１００の温度を上昇させた後に、発熱層１０２への電流供給を停止して定着ベルト１００の回転を開始させ、セラミックヒータ１１６を制御して記録材の加熱処理を実行させる。【選択図】図２
2012252075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録材を加熱するとともに電流を通じて抵抗加熱が可能な第一回転体と、
前記第一回転体に圧接して記録材の加熱ニップを形成する第二回転体と、
前記第一回転体の１回転の所定位置で前記第一回転体を加熱する第一加熱手段と、
前記第一回転体に電流を流して前記第一回転体を抵抗加熱させる第二加熱手段と、
記録材の加熱処理時よりも回転速度を低下させた状態で前記第二加熱手段を制御して前記第一回転体の温度を上昇させた後に、前記第一加熱手段を制御して記録材の加熱処理を実行させる制御手段と、を備えたことを特徴とする像加熱装置。
【請求項２】
前記第二加熱手段を制御して前記第一回転体の温度を上昇させている間は、前記第一回転体の回転を停止させていることを特徴とする請求項１記載の像加熱装置。
【請求項３】
前記第一回転体の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記制御手段は、前記温度検出手段の出力に基づいて、前記第一回転体の温度が所定温度に達すると前記第二加熱手段による加熱を停止して前記第一回転体の回転を開始させることを特徴とする請求項２記載の像加熱装置。
【請求項４】
前記第一回転体は、絶縁材料の基層と絶縁材料の弾性層との間に抵抗加熱される抵抗体層を配置し、
前記第一回転体の端部に前記抵抗体層に接続した電極部を配置し、
前記第二加熱手段は、前記電極部に端子を接触させて前記抵抗体層に電流を流すことを特徴とする請求項３記載の像加熱装置。
【請求項５】
前記端子を前記電極部から接離させる接離機構を備え、
前記制御手段は、前記接離機構を制御して、前記第一回転体の回転時には前記端子を前記電極部から離間させることを特徴とする請求項４記載の像加熱装置。
【請求項６】
前記端子と前記電極部の接触抵抗に応じた出力を検出可能な抵抗検出手段を備え、
前記制御手段は、前記抵抗検出手段の検出結果に基づいて、前記端子と前記電極部の接触抵抗が減少する位置へ前記第一回転体を回動させることを特徴とする請求項５記載の像加熱装置。
【請求項７】
前記第一加熱手段は、前記第二回転体との対向位置で前記第一回転体の内側面に圧接する抵抗加熱素子に電流を流すことにより前記第一回転体を加熱し、
前記第二加熱手段の前記電極部へ電流を供給する電源は、前記第一加熱手段の前記抵抗加熱素子に電流を供給する電源を兼ねていることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の像加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第一回転体に電流を流して抵抗加熱することが可能な像加熱装置、詳しくは第一回転体の抵抗加熱に伴う電源ノイズを軽減させる制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
トナー像を形成して記録材に転写した後に、トナー像を転写された記録材を像加熱装置により加熱加圧して画像を記録材に定着させる画像形成装置が広く用いられている。像加熱装置は、記録材に画像を定着させる定着装置に限らず、半定着画像や定着済み画像を加熱して光沢処理等を行う像加熱装置も含む。
【０００３】
近年、生産性向上、省電力の観点から像加熱装置の立ち上げ時間の短縮が要求され、従来のローラ部材よりも熱容量を小さくした薄肉のローラ部材やベルト部材を第一回転体に採用した像加熱装置が実用化されている。
【０００４】
特許文献１には、定着ベルト（第一回転体）に加圧ローラ（第二回転体）を圧接して記録材の加熱ニップを形成した定着装置が示される。ここでは、加圧ローラとの対向位置で定着ベルトの内側面に圧接させた抵抗加熱素子に電流を流すことにより定着ベルトを加熱している。
【０００５】
しかし、特許文献１に示されるように、抵抗加熱素子を定着ベルトの内側に配置した構成では、単位時間当たりの加熱量を大きくすると、定着ベルトの限られた面積に加熱が集中して熱変形したり、抵抗加熱素子の寿命低下を引き起こしたりする可能性がある。そこで、定着ベルトに抵抗層を形成して外部から端子を通じて電流を流すことにより、定着ベルト全体を抵抗加熱により一気に昇温させて記録材の加熱処理を開始させる制御が提案された。
【０００６】
特許文献２、３には、定着ローラ（第一回転体）に加圧ローラ（第二回転体）を圧接して記録材の加熱ニップを形成した定着装置が示される。ここでは、定着ローラの表面に抵抗層を形成して、外部から端子を通じて電流を流すことにより、定着ローラの全体を直接加熱している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２９３２２５号公報
【特許文献２】特開平９−１１４２９５号公報
【特許文献３】特開平５−０３５１３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２に示すように、回転する第一回転体に外部から電流を流す場合、端子の接触不良や端子間の切り替えに起因してノイズが発生する。定着装置の場合、起動立ち上げ時には１０アンペアを超える電流を流して第一回転体を加熱するため、接触不良で電流が瞬間的に遮断されると、大きなスパークノイズが発生する可能性がある。スパークノイズは電源ラインにノイズを発生させて、周辺の電子機器の動作を不安定にするため望ましくない。
【０００９】
本発明は、電源ラインにノイズを発生させることなく、第一回転体に大きな電流を流して従来よりも短時間で必要な温度状態に昇温させて記録材の加熱処理を開始できる像加熱装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の像加熱装置は、記録材を加熱するとともに電流を通じて抵抗加熱が可能な第一回転体と、前記第一回転体に圧接して記録材の加熱ニップを形成する第二回転体と、前記第一回転体の１回転の所定位置で前記第一回転体を加熱する第一加熱手段と、前記第一回転体に電流を流して前記第一回転体を抵抗加熱させる第二加熱手段と、記録材の加熱処理時よりも回転速度を低下させた状態で前記第二加熱手段を制御して前記第一回転体の温度を上昇させた後に、前記第一加熱手段を制御して記録材の加熱処理を実行させる制御手段とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の像加熱装置では、起動時やスリープモードからの復帰に際して、第一加熱手段に大電流を流す際には第一回転体の回転速度を低下させて（好ましくは停止させて）ノイズ発生を抑制させる。同一の電流が遮断される場合でも遮断速度が高いほど大きなノイズが発生するからである。
【００１２】
したがって、電源ラインにノイズを発生させることなく、第一回転体に大きな電流を流して一気に昇温させて記録材の加熱処理を開始できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】画像形成装置の構成の説明図である。
【図２】定着装置の回転軸に垂直な断面構成の説明図である。
【図３】定着装置の回転軸に平行な断面構成の説明図である。
【図４】定着ベルトの層構成の説明図である。
【図５】定着ベルトを加熱する構成の説明図である。
【図６】実施例１の起動立ち上げ制御のフローチャートである。
【図７】比較例における起動時の電源ノイズの説明図である。
【図８】実施例３における定着ベルトを加熱する構成の説明図である。
【図９】実施例２の起動立ち上げ制御のフローチャートである。
【図１０】実施例４における定着装置の制御ブロック図である。
【図１１】実施例４の起動立ち上げ制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明は、像加熱装置の起動時に第一回転体を停止させて第一回転体に大きな電流を流す限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。
【００１５】
従って、第一回転体はベルトに限らずローラでもよい。局所的な加熱を行う方法は抵抗加熱に限らず誘導加熱でもよい。像加熱装置は、定着装置の他に、画像の光沢や表面性を調整する加熱処理装置を含む。画像形成装置は、モノクロ／フルカラー、枚葉型／記録材搬送型／中間転写型、トナー像形成方式、転写方式の区別無く実施できる。
【００１６】
本実施形態では、トナー像の形成／転写に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途の画像形成装置で実施できる。
【００１７】
＜画像形成装置＞
図１は画像形成装置の構成の説明図である。図１に示すように、画像形成装置１は、中間転写ベルト３１に沿ってイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫを配列したタンデム型中間転写方式のフルカラープリンタである。
【００１８】
画像形成部ＰＹでは、感光ドラム１１（Ｙ）にイエロートナー像が形成されて中間転写ベルト３１に転写される。画像形成部ＰＭでは、感光ドラム１１（Ｍ）にマゼンタトナー像が形成されて中間転写ベルト３１に転写される。画像形成部ＰＣ、ＰＫでは、感光ドラム１１（Ｃ）、１１（Ｋ）にそれぞれシアントナー像、ブラックトナー像が形成されて中間転写ベルト３１に順次転写される。
【００１９】
記録材Ｐは、記録材カセット２０から１枚ずつ取り出されてレジストローラ２３まで搬送されて待機する。記録材Ｐは、レジストローラ２３によって中間転写ベルト３１上のトナー像にタイミングを合わせて二次転写部Ｔ２へ給送されて、中間転写ベルト３１からトナー像を二次転写される。四色のトナー像を二次転写された記録材Ｐは、定着装置４０へ搬送され、定着装置４０で加熱加圧を受けてトナー像を定着された後に、排出ローラ６３によって外部トレイ６４へ排出される。
【００２０】
一方、記録材Ｐの両面にトナー像を形成する場合、定着装置４０によって一方の面のトナー像を定着された記録材Ｐは、フラッパ６１によって上方へ案内される。記録材Ｐは、搬送路７３においてスイッチバック搬送されることにより表裏反転され、その後、両面搬送路７０を搬送されて、レジストローラ２３で待機する。そして、二次転写部Ｔ２で他方の面にもトナー像を形成されて、定着装置４０によってトナー像を定着された後に、外部トレイ６４へ排出される。トナー像が形成される記録材Ｐの具体例としては、普通紙、普通紙の代用品である樹脂シート、コート紙、厚紙、オーバーヘッドプロジェクターシートなどがある。
【００２１】
画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫは、現像装置１４（Ｙ）、１４（Ｍ）、１４（Ｃ）、１４（Ｋ）で用いるトナーの色がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと異なる以外は、実質的に同一に構成される。以下では、イエローの画像形成部ＰＹについて説明し、他の画像形成部ＰＭ、ＰＣ、ＰＫに関する重複した説明を省略する。
【００２２】
画像形成部ＰＹは、感光ドラム１１の周囲に、コロナ帯電器１２、露光装置１３、現像装置１４、転写ブレード１７、及びドラムクリーニング装置１５を配置している。
【００２３】
コロナ帯電器１２は、感光ドラム１１の表面を一様な電位に帯電させる。露光装置１３は、レーザービームを走査して感光ドラム１１に画像の静電像を書き込む。現像装置１４は、静電像を現像して感光ドラム１１にトナー像を形成する。転写ブレード１７は、電圧を印加されて感光ドラム１１のトナー像を中間転写ベルト３１へ転写させる。
【００２４】
＜定着装置＞
図２は定着装置の回転軸に垂直な断面構成の説明図である。図３は定着装置の回転軸に平行な断面構成の説明図である。
【００２５】
図２に示すように、第二回転体の一例である加圧ローラ１１０は、電流を通じて抵抗加熱が可能な第一回転体の一例である定着ベルト１００に圧接して記録材の加熱ニップＮを形成する。定着装置４０は、円筒状のエンドレスベルトの定着ベルト１００に加圧ローラ１１０を圧接して記録材Ｐの加熱ニップＮを形成する。加圧ローラ１１０に対向する定着ベルト１００の内側面は、バックアップ部材１１３に支持され、バックアップ部材１１３は、定着ベルト１００の内側に配置された両持ち梁状の支持ステー１１２によって加圧ローラ１１０へ向かって加圧されている。
【００２６】
図３に示すように、支持ステー１１２の両端部は、左右一対の定着フランジ１１１に固定されている。定着ベルト１００は、定着フランジ１１１の円筒部１１１ａに回転自在に保持されている。左右の定着フランジ１１１は、加圧バネ１１５を介して加圧アーム１１４により上方から下方へ向かって加圧されている。あるいは、定着フランジ１１１と加圧アーム１１４との間に縮設された加圧バネ１１５によって定着フランジ１１１が下方へ付勢されて、定着フランジ１１１に固定された支持ステー１１２を加圧ローラ１１０へ向かって加圧する。
【００２７】
定着フランジ１１１は、装置フレーム２４の奥側と正面側の側板に形成された開口部に昇降方向へ移動可能に保持されており、それぞれ定着ベルト１００の端部を案内して、定着ベルト１００の長手方向の移動と周方向の形状を規制する。バックアップ部材１１３は、定着ベルト１００を加圧ローラ１１０方向へ加圧付勢する。支持ステー１１２は、バックアップ部材１１３を支持する。支持ステー１１２は、高い圧力を掛けられても撓みにくい材質であることが望ましく、ＳＵＳ３０４を用いている。
【００２８】
定着フランジ１１１を下向きに加圧する加圧バネ１１５の加圧力は、片側が１５６．８Ｎ、総加圧力が３１３．６Ｎ（３２ｋｇｆ）に設定してある。加圧ローラ１１０の芯金１１０ｂの両端部は、装置フレーム２４の奥側と正面側の側板に設けた軸受２４ａによって回転自在に支持されている。
【００２９】
図２に示すように、加圧ローラ１１０は、モータＭにより矢印Ｒ１１０方向に所定周速度で回転駆動される。加圧ローラ１１０と圧接された関係にある定着ベルト１００は、加圧ローラ１１０に従動して所定の速度で回転する。加圧ローラ１１０は、ステンレス製の芯金１１０ａの外周面に厚み約３ｍｍのシリコーンゴムの弾性層１１０ｂを形成し、弾性層１１０ｂの表面を厚み約５０μｍのＰＦＡ樹脂チューブの離型層１１０ｃで覆った多層構造を有する。支持ステー１１２及びバックアップ部材１１３に支持された定着ベルト１００が加圧ローラ１１０に対して上記の押圧力で加圧されたとき、弾性層１１０ｂが変形して記録材の搬送方向に所定の長さを有する定着ニップＮが形成される。
【００３０】
バックアップ部材１１３は、横断面略半円弧状樋型で、図面に垂直な方向を長手とする耐熱性樹脂等の断熱性部材であって、定着ベルト１００を内側から加熱するヒータ１１６が固定されている。バックアップ部材１１３は、省エネルギーの観点から、支持ステー１１２への熱伝導の少ない材料を用いるのが望ましいため、耐熱ガラスや、ポリカーボネート、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂が用いられる。ここでは、耐熱性樹脂として、住友化学株式会社製のスミカスーパーＥ５２０４Ｌを用いた。
【００３１】
セラミックヒータ１１６は、バックアップ部材１１３の下面に形成した長手方向の溝部に、ヒータ表面側を下向きに露出させて嵌め入れて、耐熱性接着剤等により固定してある。セラミックヒータ１１６は、図面に垂直な方向を長手とする細長い薄板状のセラミック基板の表面に発熱抵抗体層を形成した基本構成を有する低熱容量のヒータ素子である。ここでは、厚み６００μmのセラミック基板上に発熱抵抗層を形成しており、低熱容量により、発熱抵抗体層に通電がされると全体に急峻な立ち上がり特性で昇温する。
【００３２】
温度検出手段の一例であるサーミスタ１１８は、定着ベルト１００の温度を検出する。サーミスタ１１８は、支持ステー１１２の上方において、定着ベルト１００の内面に弾性的に接触した状態で、定着ベルト１００の温度を検出する。サーミスタ１１８は、支持ステー１１２に一端を取り付けたステンレス製のアーム（ばね板）の先端に固定されている。アームが弾性的に揺動することにより、定着ベルト１００の内面の動きが不安定になった状態においても、サーミスタ１１８が定着ベルト１００の内面に常に接する状態に保たれる。
【００３３】
サーミスタ１１８は、制御回路部（ＣＰＵ）１２１に内蔵されたＡ／Ｄコンバータに接続される。制御回路部１２１は、サーミスタ１１８の出力を所定の周期でサンプリングして、得られた温度情報をセラミックヒータ１１６への通電制御に反映させる。定着装置４０では、記録材Ｐにトナー像を定着するための温度を鑑みて、サーミスタ１１８の検知温度が１６０℃で一定となるように制御する。
【００３４】
定着ベルト１００の内面にはグリスが塗布され、バックアップ部材１１３と定着ベルト１００内面との摩擦に起因して発生する、定着ベルト１００内面の磨耗を低減する。
【００３５】
加圧ローラ１１０が回転駆動され、それに伴って定着ベルト１００が従動回転すると、セラミックヒータ１１６の発熱抵抗体層に通電が行われる。そして、定着ベルト１００の温度が設定温度に保たれた状態で、加熱ニップＮに未定着トナー像を担持した記録材Ｐが入り口ガイド（不図示）に沿って案内されて導入される。
【００３６】
加熱ニップＮにおいて、記録材Ｐのトナー像担持面側が定着ベルト１００の外周面に密着し、記録材Ｐが定着ベルト１００と共に移動する。加熱ニップＮでの挟持搬送過程において、発熱抵抗体層で発生した熱が記録材Ｐに付与され、未定着トナー像Ｔが記録材Ｐ上に溶融定着される。加熱ニップＮを通過した記録材Ｐは、定着ベルト１００から曲率分離され、定着排紙ローラ（不図示）で排出される。
【００３７】
＜定着ベルト＞
図４は定着ベルトの層構成の説明図である。図５は定着ベルトを加熱する構成の説明図である。
【００３８】
図４に示すように、定着ベルト１００は、基層１０１と弾性層１０３の間に抵抗加熱による発熱層１０２を配置しており、長手方向の両端部に発熱層１０２に電流を供給するための給電電極部１０５がある。定着ベルト１００は、矢印Ａとは逆方向に、内周側から外周側へ、基層１０１、発熱層１０２、弾性層１０３、離型層１０４を配置した四層複合構造である。
【００３９】
基層１０１は、定着ベルト１００の熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、厚さは１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の耐熱性材料を使用している。耐熱性材料として、ポリイミド、ポリイミドアミド、ＰＥＥＫ、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等の樹脂ベルト、更にはＳＵＳ、ニッケルなどの金属ベルトを使用できる。ここでは、厚さが３０μｍ、直径が２５ｍｍの円筒状ポリイミドベルトを用いた。なお、基層２０ａに導電性材料が用いられる場合、基層１０１と発熱層１０２との間にポリイミドなどの絶縁層を設ける必要がある。
【００４０】
弾性層１０３は、ゴム硬度１０度（ＪＩＳ−Ａ）、熱伝導率１．３Ｗ／ｍ・Ｋ、厚さ３００μｍのシリコーンゴムを用いた。
【００４１】
離型層１０４は、厚さ２０μｍのＰＦＡチューブを用いた。離型層は、ＰＦＡコートを用いても良く、必要な厚さ、機械的及び電気的強度に応じてＰＦＡチューブとＰＦＡコートを使い分けることが望ましい。離型層１０４は、シリコーン樹脂から成る接着剤によって弾性層１０３に接着されている。
【００４２】
発熱層１０２は、導電粒子としてのカーボンを含有したポリイミド樹脂を均一な厚さで基層１０１上に塗布した抵抗発熱体である。発熱層１０２の総抵抗値は１０．０Ωである。従って、電圧が１００Ｖの交流電源を通電する際に発生する電力は１０００Ｗである。発熱層１０２の総抵抗値は、定着装置（４０：図２）として必要な発熱量によって適宜決定すればよく、カーボンの混合比率により適宜調整することができる。
【００４３】
定着ベルト１００の両端部には、発熱層１０２の両端と電気的に接続され給電電極部１０５が形成されている。給電電極部１０５は、銀・パラジウムを含んだ導電特性を有する合金接点材料を用いている。
【００４４】
図５に示すように、第一加熱手段の一例であるセラミックヒータ１１６は、定着ベルト１００の１回転の所定位置で定着ベルト１００を加熱する。第二加熱手段の一例である発熱層１０２は、定着ベルト１００に電流を流して定着ベルト１００を抵抗加熱させる。定着ベルト１００は、絶縁材料の基層と絶縁材料の弾性層との間に抵抗加熱される抵抗体層の一例である発熱層１０２を配置する。定着ベルト１００の端部に発熱層１０２に接続した電極部の一例である給電電極部１０５を配置する。発熱層１０２は、給電電極部１０５に端子の一例である給電部材８１を接触させて発熱層１０２に電流を流す。
【００４５】
セラミックヒータ１１６は、加圧ローラ１１０との対向位置で定着ベルト１００の内側面に圧接する抵抗加熱素子に電流を流すことにより定着ベルト１００を加熱する。電源の一例である電源供給部７９は、発熱層１０２の給電電極部１０５へ電流を供給する電源とセラミックヒータ１１６の抵抗加熱素子に電流を供給する電源とを兼ねている。
【００４６】
給電電極部１０５は、電源供給部７９と電気的に接続されたステンレスの板ばね形状の部材である給電部材８１と接触している。給電部材８１が弾性力を持って給電電極部１０５を押圧することで、両者の電気的接続が良好に維持される。
【００４７】
電源供給部７９は、制御回路部１２１に接続された切り替えスイッチ１２０により、給電部材８１とセラミックヒータ１１６のどちらかに切り替えて電流を供給することが可能である。切り替えスイッチ１２０を設けることで、給電部材８１とセラミックヒータ１１６に対して共通に電源供給部７９を利用させ得るが、給電部材８１とセラミックヒータ１１６に対して個別の電源供給部を設けてもよい。
【００４８】
ところで、定着装置４０は、低熱容量化の具体的な施策として、第一回転体にエンドレスベルトの定着ベルト１００を用いるベルト定着方式である。定着ベルト１００と加圧ローラ１１０が形成する加熱ニップＮの裏側にセラミックヒータ１１６が配置され、画像形成中は、定着ベルト１００を介してセラミックヒータ１１６による加熱を保って加圧を行うことにより未定着トナー像を記録材に定着させる。
【００４９】
ベルト定着方式は、セラミックヒータ１１６及び定着ベルト１００の熱容量が小さいため、画像形成装置１の電源オンから画像形成実行可能状態までの待ち時間が短く（クイックスタート性）、スタンバイ時の消費電力が小さい（省電力）利点がある。しかし、セラミックヒータ１１６のみで、定着ベルト１００を介して加熱ニップＮを局所加熱する場合、定着ベルト１００の全周を加熱するためには、回転駆動を行いながらウォームアップをする必要がある。このため、必要以上にウォームアップ時間が長くなってしまう問題がある。
【００５０】
そこで、定着装置４０は、定着ベルト１００に発熱層１０２を設けて、電流を通じることにより、定着ベルト１００の全体を同時に発熱させて加熱を全周に分散させてウォームアップをしている。この場合、定着ベルト１００の全周を同時に加熱することが可能なため、定着ベルト１００に局所的な高温が形成されず、非常に早いウォームアップが可能である。低熱容量な定着ベルト１００に発熱層１０２を設けることで、より早いウォームアップが可能になる。このため、定着ベルト１００の長手方向端部の外周面に給電電極部１０５を配置して、給電電極部１０５から抵抗層１０２へ給電している。
【００５１】
しかし、給電電極部１０５から抵抗層１０２へ給電する構成は、発熱層１０２への給電が不安定となる場合がある。定着ベルト１００の回転時に給電電極部１０５の接触状態が不安定になり、電源ノイズが発生する場合がある。安定した電気的接続を達成するために、給電電極部１０５の圧力を大きくしたところ、電極部の摩耗が加速され、低剛度の定着ベルトでは座屈等の破損が生じ易いことが判明した。
【００５２】
そこで、以下の実施例では、定着ベルト１００に発熱層を有する構成において、連続画像形成時は、セラミックヒータ１１６による温調のみとする一方、ウォームアップ時は、発熱層１０２による温調のみとする制御を採用した。これにより、定着ベルト１００を用いる定着装置４０において、クイックスタート性と定着ベルト１００に設けた発熱層１０２への安定した電源供給とを両立させている。
【００５３】
＜実施例１＞
図６は実施例１の起動立ち上げ制御のフローチャートである。図５に示すように、制御手段の一例である制御回路部１２１は、記録材の加熱処理時よりも回転速度を低下させた状態で発熱層１０２を制御して定着ベルト１００の温度を上昇させた後に、セラミックヒータ１１６を制御して記録材の加熱処理を実行させる。制御回路部１２１は、発熱層１０２を制御して定着ベルト１００の温度を上昇させている間は、定着ベルト１００の回転を停止させている。制御回路部１２１は、サーミスタ１１８の出力に基づいて、定着ベルト１００の温度が所定温度に達すると発熱層１０２による加熱を停止して定着ベルト１００の回転を開始させる。
【００５４】
制御回路部１２１は、サーミスタ１１８、電源供給部７９、切り替えスイッチ１２０、モータＭに接続されている。制御回路部１２１は、切り替えスイッチ１２０により定着ベルト１００の加熱源を切り替えたり、モータＭにより加圧ローラの回転駆動のＯＮ／ＯＦＦを切り替えたりすることが可能である。制御回路部１２１は、サーミスタ１１８が検出した定着ベルト１００の温度情報をもとに、電源供給部７９を制御して温度調整を行う。実施例１では、立ち上げ目標温度Ｔ１を１５５℃とし、像加熱時の温調目標温度Ｔ２を１６０℃とした。
【００５５】
制御回路部１２１は、定着ベルト１００の発熱層１０２への通電条件を調整して、電源供給部７９から給電部材８１、給電電極部１０５を介して定着ベルト１００の発熱層１０２へ供給される電流を制御する。また、制御回路部１２１は、セラミックヒータ１１６への通電条件を調整して、電源供給部７９からセラミックヒータ１１６へ供給される電流を制御する。
【００５６】
実施例１では、定着準備のウォームアップ時には、最初に、定着ベルト１００を停止した状態で、定着ベルト１００の発熱層１０２に給電して定着ベルト１００全体を発熱させる。定着ベルト１００の全体に発熱を及ぼすことと、回転による空冷が回避されることとによって、非常に早いウォームアップが可能となる。
【００５７】
そして、ウォームアップの完了後、セラミックヒータ１１６への給電に切り替えて加圧ローラ１１０の回転駆動を開始させる。加圧ローラ１１０に従動して定着ベルト１００が回転している間、給電電極部１０５に対しては給電が行われず、非回転のセラミックヒータ１１６のみによる加熱・温調を行う。定着ベルト１００の回転に伴う給電電極部１０５と給電部材８１の摺動部に電流を流さないようにしたため、摺動に伴うノイズを防止し、給電電極部１０５の消耗を軽減することができる。
【００５８】
図５を参照して図６に示すように、制御回路部１２１は、プリント命令を受け付けると（Ｓ１１）、給電部材８１による定着ベルト１００への給電を開始する（Ｓ１２）。制御回路部１２１は、定着ベルト１００の内面に配置されたサーミスタ１１８の検出温度が立ち上げ目標温度Ｔ１に達するまで（Ｓ１３のＮ０）、給電部材８１を通じて定着ベルト１００に給電しつづける（Ｓ１２）。制御回路部１２１は、立ち上げ目標温度Ｔ１に到達した時点で（Ｓ１３のＹＥＳ）、給電部材８１への給電をＯＦＦする（Ｓ１４）。
【００５９】
制御回路部１２１は、続いて、セラミックヒータ１１６への給電をＯＮし、モータＭを駆動させる（Ｓ１５）。制御回路部１２１は、サーミスタ１１８の温度が温調目標温度Ｔ２に達するまで（Ｓ１６のＮＯ）、セラミックヒータ１１６に給電しつづける（Ｓ１５）。その後、制御回路部１２１は、温調目標温度Ｔ２に到達した時点で（Ｓ１６のＹＥＳ）、画像形成を開始させ、トナー像が転写された記録材Ｐを定着ニップ内に搬送させて、定着動作を行う（Ｓ１７）。
【００６０】
＜比較実験＞
図７は比較例における起動時の電源ノイズの説明図である。ここで、実施例１の制御の効果を確認するため、実施例１と比較例１と比較例２の各制御について、定着ベルト１００が定着動作可能になるまでの起動立ち上げ時間を比較した。定着動作可能とは、定着ベルト１００が回転状態で温調目標温度Ｔ２の１６０℃に達することである。
【００６１】
実施例１の制御では、上述したように、定着ベルト１００それ自体を、回転停止状態でジュール加熱した後に、回転開始して定着ベルト１００をセラミックヒータ１１６により加熱した。
【００６２】
比較例１の制御では、最初から回転状態でセラミックヒータ１１６のみを用いて定着ベルト１００の加熱立ち上げを行った。定着ベルト１００の全周を加熱するために、セラミックヒータ１１６通電と同時に回転開始させ、電源供給部７９から出力電力１０００Ｗを入力して、サーミスタ１１８検出温度が室温２３℃から１６０℃になるまでの時間を測定した。
【００６３】
比較例２の制御では、最初から回転状態で定着ベルト１００をジュール加熱した。セラミックヒータ１１６には給電せず、回転時も給電部材８１でのみ給電する加熱を行った。給電部材８１へ電力供給を開始すると同時に定着ベルト１００を回転開始させ、電源供給部７９から給電部材８１、給電電極部１０５を通じて定着ベルト１００へ出力電力１０００Ｗを入力した。そして、サーミスタ１１８の検出温度が室温２３℃から１６０℃になるまでの時間を測定した。
【００６４】
また、実施例１の制御のノイズ削減効果を確認するため、実施例１と比較例１と比較例２の各制御について、電源供給部７９の電流波形を観察して電源ノイズの有無を確認した。以上の実験結果を表１にまとめる。
【００６５】
【表１】
2012252075.tif 000003
【００６６】
表１に示すように、実施例１の制御では立ち上げ時間が３秒であったが、比較例１、２の制御は、いずれも立ち上げ時間が１５秒かかってしまった。したがって、実施例１の制御では、停止した状態で全周加熱を行うことができるので、加圧ローラ１１０への熱の移動を最小限にして、定着装置４０の立ち上げ時間の短縮が可能になっている。
【００６７】
表１に示すように、実施例１と比較例１の制御では電流波形の乱れは観察されなかったが、比較例２の制御では電流波形に大きな乱れが観察された。図７に示すように、比較例２では、給電部材８１と給電電極部１０５の摺擦に伴う回転時の不安定な接触により、一時的に電流波形が乱れていた。このような高調波成分を含む電流により電源ノイズが発生していた。
【００６８】
したがって、実施例１の起動立ち上げ制御によれば、通電により発熱する発熱層１０２を有する定着ベルト１００を用いる定着装置４０において、クイックスタート性向上と、電源ノイズの発生防止とを達成できる。
【００６９】
実施例１の制御によれば、定着ベルト１００が停止中は低熱容量な定着ベルト１００に設けた発熱層１０２を用いることで非常に早いウォームアップが可能になる。一方、駆動中は定着ベルト１００を局所加熱するセラミックヒータ１１６を用いることで、常に安定した電源供給が可能な定着装置を提供することができる。
【００７０】
なお、実施例１では、未定着トナー像が転写された記録材を定着する定着装置について説明したが、既に定着処理済みの記録材を再加熱する画像加熱処理装置にも、実施例１の制御を適用可能であることは言うまでもない。
【００７１】
＜実施例２＞
実施例１では、切り替えスイッチ１２０によって電力供給をデジタルに切り替えることにより、定着ベルト１００の発熱層１０２とセラミックヒータ１１６の一方による加熱時には、他方による加熱を停止させた。これに対して、実施例２では、定着ベルト１００の発熱層１０２とセラミックヒータ１１６とに電力供給量の配分をアナログ的に振り分ける。定着ベルト１００の発熱層１０２とセラミックヒータ１１６の両方に対して電力供給を行い、起動立ち上げ時には発熱層１０２による加熱割合を高め、画像形成時にはセラミックヒータ１１６による加熱割合を高めている。
【００７２】
電源ノイズの防止を目的としているため、電力供給量を振り分ける回路構成により、起動時立ち上げ時には、定着ベルト１００の停止状態で定着ベルト１００の発熱層１０２のみによる加熱を行う。しかし、その後の回転駆動時には、セラミックヒータ１１６による加熱・温調を実行しつつ、電源ノイズの発生が無視できる程度の電流量まで供給電力を低減させて定着ベルト１００の発熱層１０２による加熱を存続させる。
【００７３】
具体的には、定着装置４０では、給電部材８１と給電電極部１０５への通電電流量が１Ａ以下であれば、電源供給部７９に急激な負荷変動が発生せず、電源ノイズが発生しないことが実験により確認されている。
【００７４】
以上のように、切り替えスイッチ１２０の代わりに電力供給量の配分をアナログ的に振り分ける回路構成を用いた場合においても、回転時に給電電極部１０５への通電を１Ａ以下にして実質的に給電を停止することで、同様の効果が得られる。「実質的に給電を停止」とは、ノイズ発生を抑制できる１Ａ以下の電流を通電している状態を包含している。
【００７５】
＜実施例３＞
図８は実施例３における定着ベルトを加熱する構成の説明図である。図９は実施例２の起動立ち上げ制御のフローチャートである。図８に示すように、実施例３では、定着ベルト１００の回転時に給電電極部１０５から給電部材８１を離間させる以外は、実施例１と同様に構成及び制御される。したがって、図８、図９中、実施例１と共通の構成には図５、図６と同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００７６】
図８（ａ）に示すように、制御回路部１２１は、サーミスタ１１８、電源供給部７９、切り替えスイッチ１２０、アクチュエータ８３を駆動するモータ８７、加圧ローラ１１０を駆動するモータＭに接続されている。制御回路部１２１は、サーミスタ１１８が検出した温度情報をもとに、電源供給部７９を制御して温調制御を行う。制御回路部１２１は、切り替えスイッチ１２０により加熱源を選択したり、駆動手段１２２により給電電極部１０５を着脱したり、モータＭにより回転のＯＮ/ＯＦＦを切り替えたりすることが可能である。
【００７７】
ところで、定着ベルト１００の回転時に給電部材８１が常に給電電極部１０５と接触している実施例１では、給電電極部１０５および給電部材８１が磨耗する可能性がある。摩耗に伴って摩耗粉の発生や給電電極部１０５の表面の荒れが発生すると、安定して電力供給が行えなくなる。
【００７８】
そこで、実施例３では、接離機構の一例であるカム８４は、給電部材８１を給電電極部１０５から接離させる。制御回路部１２１は、カム８４を制御して、定着ベルト１００の回転時には給電部材８１を給電電極部１０５から離間させる。つまり、定着ベルト１００の停止時のみ給電電極部１０５に対して給電部材８１を接触させる。
【００７９】
図８の（ａ）に示すように、給電部材８１は常時、コイルばね８６によって給電電極部１０５から離間する方向に付勢されている。一方、給電部材８１を押し下げて給電電極部１０５に接触させるアクチュエータ８３は、コイルばね８５によって下方へ付勢されている。カム８４はモータ８７に駆動されて、回転し、コイルばね８５の付勢に逆らってアクチュエータ８３を昇降させる。モータ８７には、回転角の制御を精密に行えるステッピングモータを用いることが望ましい。
【００８０】
図８の（ｂ）に示すように、定着準備のウォームアップ時には、モータ８７がカム８４を回転してアクチュエータ８３を下降させることにより、アクチュエータ８３が給電部材８１を給電電極部１０５に押圧して電気的な接続を実現する。定着ベルト１００を停止した状態で、定着ベルト１００の発熱層１０２に給電して定着ベルト１００全体を発熱させる。
【００８１】
図８の（ａ）に示すように、ウォームアップの完了後、モータ８７がカム８４を回転してアクチュエータ８３を上昇させることにより、給電部材８１がコイルばね８６の付勢によって給電電極部１０５から離間して摺擦それ自体を解除する。セラミックヒータ１１６への給電に切り替えて加圧ローラ１１０の回転駆動が開始され、セラミックヒータ１１６のみによる加熱・温調が行われる。
【００８２】
定着ベルト１００が回転している間、給電電極部１０５に対して給電部材８１は離間しているため、摩擦による給電電極部１０５の消耗を軽減することができる。給電電極部１０５と給電部材８１の摩耗を防止して、長期にわたり安定的に電力を供給することが可能になる。
【００８３】
図８を参照して図９に示すように、制御回路部１２１は、プリント命令を受け付けると（Ｓ２１）、給電部材８１を定着ベルト１００の給電電極部１０５に押圧して接触させ、電源供給部７９から給電を開始する（Ｓ２２）。制御回路部１２１は、サーミスタ１１８の温度が立ち上げ目標温度Ｔ１に達するまで（Ｓ２３のＮＯ）、定着ベルト１００に給電しつづける（Ｓ２２）。
【００８４】
制御回路部１２１は、立ち上げ目標温度Ｔ１に到達すると、給電部材８１への給電をＯＦＦし、給電電極部１０５から給電部材８１を離間させる（Ｓ２４）。制御回路部１２１は、続いて、セラミックヒータ１１６への給電をＯＮし、モータＭを駆動させる（Ｓ２５）。そして、サーミスタ１１８の検出温度が温調目標温度Ｔ２に達するのを待って、画像形成を開始させ、トナー像を転写された記録材Ｐに対して定着処理が行われる。
【００８５】
＜比較実験＞
実施例３の制御による効果を確認するため、実施例１の制御と実施例２の制御の比較実験を行った。定着装置４０でサーミスタ１１８の検出温度を１６０℃に維持するように温度制御を行いながら、定着ベルト１００の周速度３００ｍｍ／ｓｅｃにて２５０時間の空回転耐久試験を行った。
【００８６】
【表２】
2012252075.tif 000004
【００８７】
表２に示すように、実施例１の制御では、１５０時間の終了時点で、給電電極部１０５が摩滅してしまった。実施例２の構成では、給電電極部１０５から給電部材８１が離間するため、このような問題は発生しない。実施例２の制御によれば、通電により発熱する発熱層１０２を有する定着ベルト１００を用いる定着装置４０において、給電部材８１の摩耗を防止し、長期に渡り安定な給電を行うことが可能である。
【００８８】
実施例２の制御によれば、給電部材８１を回転中に給電電極部１０５から離間することで、定着ベルト１００の給電電極部１０５の摩耗を防ぐことが可能になる。
【００８９】
なお、実施例３では、給電電極部１０５に対して給電部材８１を接離させる機構をカム８４で構成したが、アクチュエータ８３をソレノイドに連結させ、ソレノイドを駆動することにより、アクチュエータ８３を昇降させる構成を採用してもよい。
【００９０】
＜実施例４＞
図１０は実施例４における定着装置の制御ブロック図である。図１１は実施例４の起動立ち上げ制御のフローチャートである。図８に示すように、実施例４では、給電電極部１０５と給電部材８１の接触抵抗が低くなる定着ベルト１００の回転位置を設定して実施例３の起動立ち上げ制御を実行する。そのため、給電電極部１０５と給電部材８１の接触抵抗が低くなる定着ベルト１００の回転位置を設定する制御とそのための構成を説明して、実施例３と重複する説明を省略する。
【００９１】
図１０に示すように、抵抗検出手段の一例である電力検知回路１３０は、給電部材８１と給電電極部１０５の接触抵抗に応じた出力を検出可能である。制御回路部１２１は、電力検知回路１３０の検出結果に基づいて、給電部材８１と給電電極部１０５の接触抵抗が減少する位置へ定着ベルト１００を回動させる。
【００９２】
実施例４の構成は、図８に示す実施例３の構成において、給電電極部１０５と給電部材８１の接触部の抵抗を検知するための電力検知回路１３０を備えている。そして、制御回路部１２１は、抵抗検知の結果に基づき給電電極部１０５と給電部材８１の接触位置を移動させる。制御回路部１２１は、サーミスタ１１８、電源供給部７９、電力検知回路１３０、切り替えスイッチ１２０、モータ８７、モータＭに接続されている。制御回路部１２１は、電力検知回路１３０の検知情報をもとに、一対の給電部材８１の間の抵抗値を計算する。
【００９３】
使用時間が累積してくると、定着ベルト１００の端部に紙粉や潤滑剤が付着し、給電部材８１と給電電極部１０５の間に紙粉や潤滑剤が挟まることで接触抵抗が大きくなる。その結果、一対の給電部材８１の間の抵抗値が増加して電力検知回路１３０が検出する電力が低下する。そして、給電部材８１と給電電極部１０５の間に紙粉や潤滑剤が挟まると、定着ベルト１００の停止状態においても安定的な給電ができなくなる。
【００９４】
そこで、実施例４では、画像形成終了後の後回転工程の終了後に、給電電極部１０５によって抵抗検知を行い、抵抗値が所定の範囲内に無い場合は、定着ベルト１００を少し回転させて給電位置を変化させる。このため、定着ベルト１００の使用が進んで給電電極部１０５の表面状態が劣化しても、給電部材８１を通じて安定的に電力供給することができる。
【００９５】
図８、図１０を参照して図１１に示すように、制御回路部１２１は、後回転終了後、加圧ローラ１１０の回転を停止させた状態で、アクチュエータ８３を作動させて、給電部材８１を給電電極部１０５に接触させる（Ｓ３１）。制御回路部１２１は、定着ベルト１００の発熱層１０２への給電を開始し、電力検知回路１３０の出力に基づいて抵抗値を算出する（Ｓ３２）。
【００９６】
制御回路部１２１は、抵抗値がＲ１以上Ｒ２以下の所定範囲内である場合（Ｓ３３のＹＥＳ）、ジョブを終了する（Ｓ３７）。しかし、抵抗値がＲ１以上Ｒ２以下の所定範囲外の場合（Ｓ３３のＮＯ）、定着ローラ１００を１／Ｎ回転（例えば１／６回転）させて（Ｓ３６）、定着ベルト１００の発熱層１０２へ給電して電力検知回路１３０により抵抗値を算出する（Ｓ３２）。そして、抵抗値がＲ１以上Ｒ２以下の所定範囲内に変化している場合（Ｓ３３のＹＥＳ）、ジョブを終了する（Ｓ３７）。
【００９７】
このようにして、抵抗値異常がＸ回目（例えば５回）未満である場合（Ｓ３４のＮＯ）、定着ローラ１００を１／Ｎ回転ずつ回転させて（Ｓ３６）、抵抗値がＲ１以上Ｒ２以下の所定範囲内に収まる回転位置に位置決め停止させる（Ｓ３７）。
【００９８】
しかし、抵抗値異常がＸ回目に達すると、ジョブを終了して、次回からは上述した比較例１の起動立ち上げ制御を実行するように不揮発メモリに記録する（Ｓ３５）。すなわち、次回の定着準備のウォームアップ時には、最初から加圧ローラ１１０を回転させてセラミックヒータ１１６による起動立ち上げを実行し、定着ベルト１００の発熱層１０２には給電しない。
【００９９】
＜比較実験＞
実施例４の制御による効果を確認するため、実施例３の制御と実施例４の制御の比較実験を行った。定着装置４０単体で、実施例３の制御と実施例４の制御を実行させ、起動立ち上げ後に記録材３枚の加熱処理を行って停止させる単位ジョブを繰り返す３枚耐久試験を実施した。
【０１００】
その結果、実施例３の制御では、１５万枚の加熱処理（５万ジョブ）の終了以降、時々給電電極部１０５に定着ベルト１００の端部から漏れ出した潤滑剤が入り込むことがあり、立上げに時間がかかることがあった。
【０１０１】
これに対して、実施例４の制御では、離間していた給電部材８１を給電電極部１０５に接触させるときに抵抗検知を行い、抵抗値が所定範囲内に無い場合は定着ベルト１００を回転させて給電位置を変更する。一対の給電部材８１の間の抵抗値が所定範囲内に入るように着脱を繰り返し、所定範囲内に入らない場合は、セラミックヒータ１１６のみによる給電に切り替える。このため、実施例３の制御のような問題は発生せず、耐久が進んでも定着ベルト１００の発熱層１０２へ安定的に電力を供給できる。発熱層１０２を有する定着ベルト１００を用いる定着装置４０において、耐久が進んでも安定的に定着ベルト１００の発熱層１０２を用いた短時間のウォームアップを実行できる。
【符号の説明】
【０１０２】
４０  定着装置
７１  給電電極部
７９  電源供給部
８１  給電部材
８４  カム
１００  定着ベルト
１０２  発熱層
１０５  給電電極部
１１０  加圧ローラ
１１６  セラミックヒータ
１１８  サーミスタ
１２１  制御回路部
１３０  電力検知回路１３０
Ｍ  モータ
【図１】
2012252075.tif 000005
【図２】
2012252075.tif 000006
【図３】
2012252075.tif 000007
【図４】
2012252075.tif 000008
【図５】
2012252075.tif 000009
【図６】
2012252075.tif 000010
【図７】
2012252075.tif 000011
【図８】
2012252075.tif 000012
【図９】
2012252075.tif 000013
【図１０】
2012252075.tif 000014
【図１１】
2012252075.tif 000015