(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着ローラと、この定着ローラに所定の圧力で転接する加圧ローラと、前記定着ローラから離間して配設された加熱ローラと、この加熱ローラと定着ローラとにエンドレスに掛け渡された定着ベルトと、前記加熱ローラに内蔵され、定着ベルトを加熱させて、前記定着ローラ及び加圧ローラの転接部を通過するシート上の未定着トナーを加熱する第１の発熱手段と、前記加圧ローラに内蔵され、前記転接部を通過するシートの下面を加熱する第２の発熱手段とを具備し、未定着トナーが表面上に担持されたシートが、前記転接部を一方向に沿って通過することにより、前記未定着トナーを前記シート上に定着させる定着装置において、
待機時において、前記第１の発熱手段への通電を遮断し、前記第２の発熱手段へ通電させて、前記加圧ローラの外周面温度を、所定の温度に制御する一方、プリント開始信号入力により前記第１の発熱手段へ通電させて前記定着ローラの外周面温度を定着可能温度に定着動作時のシートへの吸熱に基づく定着ローラ温度の低下分に相当する所定の温度差を加えた定着設定温度に制御する制御手段を具備することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
定着ローラと、この定着ローラに所定の圧力で転接する加圧ローラと、前記定着ローラから離間して配設された加熱ローラと、この加熱ローラと定着ローラとにエンドレスに掛け渡された定着ベルトと、前記加熱ローラに内蔵され、定着ベルトを加熱させて、前記定着ローラ及び加圧ローラの転接部を通過するシート上の未定着トナーを加熱する第１の発熱手段と、前記加圧ローラに内蔵され、前記転接部を通過するシートの下面を加熱する第２の発熱手段と、前記加圧ローラの表面温度を測定する温度測定手段とを具備し、未定着トナーが表面上に担持されたシートが、前記転接部を一方向に沿って通過することにより、前記未定着トナーを前記シート上に定着させる定着装置において、
待機時において、前記第１の発熱手段をオフし、前記温度測定手段の測定結果に基づき、前記加圧ローラの外周面温度を、所定の温度となるように前記第２の発熱手段をオン／オフ制御する一方、プリント開始信号入力により前記第１の発熱手段へ通電させて前記定着ローラの外周面温度を定着可能温度に定着動作時のシートへの吸熱に基づく定着ローラ温度の低下分に相当する所定の温度差を加えた定着設定温度に制御する制御手段を具備することを特徴とする定着装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記定着ローラの外周面温度が定着可能温度になった時点で定着開始信号を出力し、前記所定の温度は、前記待機状態から定着開始信号を出力するまでの時間が、３０秒以内となるような値に予め設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記定着ローラは、芯金と、この芯金の外周に配設されたスポンジゴムからなる弾性層を備えていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の定着装置。
【請求項５】
前記加圧ローラは、前記待機時において、前記定着ローラから離間されることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の定着装置。
【請求項６】
前記加圧ローラを、前記待機時において、前記定着ローラから離間させ、コピー可能状態において、前記定着ローラに圧接させる接離手段を更に具備することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の定着装置。
【請求項７】
前記加熱ローラの肉厚（ｔ）は、０．１ｍｍ以上０．７ｍｍ以下の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の定着装置。
【請求項８】
前記定着ローラの外周面の温度を測定する定着ローラ温度測定手段を更に具備することを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の定着装置。
【請求項９】
前記定着ローラ温度測定手段は、前記定着ローラの外周部分の温度を測定するサーミスタを備えることを特徴とする請求項８に記載の定着装置。
【請求項１０】
前記第２の発熱手段の最大発熱量は、前記第１の発熱手段の最大発熱量より、小さく設定されていることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等において、シート上の未定着トナーを溶融圧着し、該シートに定着させるために使用される定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時の電子写真装置用の定着装置においては、例えば特開平６ー３１８００１号（特許登録第２８１３２９７号）に示されるように、２ローラ式の加熱・定着ローラから熱源を外部に取り出し、熱源を内蔵した加熱ローラを別途設け、この加熱ローラからの熱を定着ベルトを介して、定着ローラと加圧ローラとの転接部に伝達してここを加熱するようにした所謂横型のベルト式定着装置が開発され、実用に供されている。
【０００３】
このベルト式定着装置によれば、熱源を定着ローラ（２ローラ式における加熱・定着ローラ）から外部に取り出しているため、定着ローラを所謂ソフトローラから構成することができることとなると共に、加圧ローラをハードローラと構成することとあいまって、定着ローラと加圧ローラとの転接部（ニップ部）の形状を、所謂下向き（上向きに凸）ニップ形状とすることができることになる。この結果、未定着シートは、このニップ部を通過する際に、この下向きのニップ形状に応じた変形を受けることとなり、このニップ部から下向きの変形力を受けた状態で排出される状態となる。また、上述したベルト式定着装置においては、定着ベルトを未定着シートの搬送経路を規定するガイド板に近接して配設しているため、定着ベルトからの輻射熱により、ガイド板上を搬送されている未定着シートを予熱することが出来、これによりニップ部の温度を低く設定できることになる。そして、熱容量の小さい定着ベルトを用いることで、ニップ部通過時に定着ベルトの温度を急速に冷却させ、ニップ部出口での定着ベルトと分離するトナーの凝集力を高めることで、定着ベルトとトナーとの離型性を高めることができる構成となっている。
【０００４】
このようにして、下向きのニップ形状と高められたトナーの凝集力とにより、このベルト式定着装置は、オイルレス或いは微量のオイルしか塗布しない場合でも、オフセットの無い鮮明な定着画像が得られる等、２ローラ方式では解決できなかった離型性とオイルの塗布の問題を解決した定着装置として知られ、実用に供することが出来ている。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、近年、１分間当たりの処理枚数の増大化が要望され、これを達成するために、搬送速度の高速化が要求されている。このために、ベルト式定着装置においては、例えば、本願特許出願人と同一出願人による特開平１１−２２４０１０号に開示されるように、定着ローラと加圧ローラとの上方に加熱ローラを配設した所謂縦型のベルト式定着装置が提案され、高速化に対応する努力がなされている。
【０００６】
上記構成を有するベルト式定着装置では、上述したような特徴を有する反面、電源の立ち上げ時やプリント再開時に、ニップ部における温度を定着可能温度まで昇温させるための所謂ウォーミングアップ時間が長くかかる（具体的には、文献等で指摘されるところの３０秒を越える待ち時間となる）問題点が指摘されていた。即ち、ベルト式定着装置では、その構造上、加熱ローラに内蔵された加熱ヒータとしての例えばハロゲンランプの点灯によりニップ部における温度を定着可能温度に昇温させるためには、まず、加熱ローラ自身の外周面を定着可能温度まで昇温させ、この加熱ローラの外周面に接する定着ベルトを加熱させ、定着ベルトのエンドレス走行に伴い、ニップ部に熱を伝達して、このニップ部を定着可能温度まで加熱させる必要が生じる。
【０００７】
このように、加熱ローラと加圧ローラとの組み合わせで構成される従来の定着装置と比較して、同一条件ではどうしても、ウォーミングアップ時間が長くかかることになる。このため、待機時において、加熱ヒータＨを駆動して、加熱ローラＲ３を発熱制御して、これの外周面を所定の待機温度に維持させておくことが考えられる。しかしながら、近年の省エネルギー化の要請においては、このように何時プリント動作が再開されるかも知れない待機状態のために、加熱ヒータを駆動してエネルギーを消費することは極めて無駄なものであり、時代の要請にマッチしないものであり、改善が要望されている。
【０００８】
この発明は、上述した事情に鑑みなされたもので、この発明の主たる目的は、省エネルギーを確実に達成しつつ、ウォーミングアップ時間を短縮化して需要者の使い勝手を向上させることの出来る定着装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明に係わる定着装置は、請求項１の記載によれば、定着ローラと、この定着ローラに所定の圧力で転接する加圧ローラと、前記定着ローラから離間して配設された加熱ローラと、この加熱ローラと定着ローラとにエンドレスに掛け渡された定着ベルトと、前記加熱ローラに内蔵され、定着ベルトを加熱させて、前記定着ローラ及び加圧ローラの転接部を通過するシート上の未定着トナーを加熱する第１の発熱手段と、前記加圧ローラに内蔵され、前記転接部を通過するシートの下面を加熱する第２の発熱手段とを具備し、未定着トナーが表面上に担持されたシートが、前記転接部を一方向に沿って通過することにより、前記未定着トナーを前記シート上に定着させる定着装置において、待機時において、前記第１の発熱手段への通電を遮断し、前記第２の発熱手段へ通電させて、前記加圧ローラの外周面温度を、所定の温度に制御する一方、プリント開始信号入力により前記第１の発熱手段へ通電させて前記定着ローラの外周面温度を定着可能温度に定着動作時のシートへの吸熱に基づく定着ローラ温度の低下分に相当する所定の温度差を加えた定着設定温度に制御する制御手段を具備することを特徴としている。
【００１０】
また、この発明に係わる定着装置は、請求項２の記載によれば、定着ローラと、この定着ローラに所定の圧力で転接する加圧ローラと、前記定着ローラから離間して配設された加熱ローラと、この加熱ローラと定着ローラとにエンドレスに掛け渡された定着ベルトと、前記加熱ローラに内蔵され、定着ベルトを加熱させて、前記定着ローラ及び加圧ローラの転接部を通過するシート上の未定着トナーを加熱する第１の発熱手段と、前記加圧ローラに内蔵され、前記転接部を通過するシートの下面を加熱する第２の発熱手段と、前記加圧ローラの表面温度を測定する温度測定手段とを具備し、未定着トナーが表面上に担持されたシートが、前記転接部を一方向に沿って通過することにより、前記未定着トナーを前記シート上に定着させる定着装置において、待機時において、前記第１の発熱手段をオフし、前記温度測定手段の測定結果に基づき、前記加圧ローラの外周面温度を、所定の温度となるように前記第２の発熱手段をオン／オフ制御する制御手段を更に具備する一方、プリント開始信号入力により前記第１の発熱手段へ通電させて前記定着ローラの外周面温度を定着可能温度に定着動作時のシートへの吸熱に基づく定着ローラ温度の低下分に相当する所定の温度差を加えた定着設定温度に制御する制御手段を具備することを特徴としている。
【００１１】
また、この発明に係わる定着装置は、請求項３の記載によれば、前記制御手段は、前記定着ローラの外周面温度が定着可能温度になった時点で定着開始信号を出力し、前記所定の温度は、前記待機状態から定着開始信号を出力するまでの時間が、３０秒以内となるような値に予め設定されていることを特徴としている。
【００１２】
また、この発明に係わる定着装置は、請求項４の記載によれば、前記定着ローラは、芯金と、この芯金の外周に配設されたスポンジゴムからなる弾性層とを備えていることを特徴としている。
【００１３】
また、この発明に係わる定着装置は、請求項５の記載によれば、前記加圧ローラは、前記待機時において、前記定着ローラから離間されることを特徴としている。
【００１４】
また、この発明に係わる定着装置は、請求項６の記載によれば、前記加圧ローラを、前記待機時において、前記定着ローラから離間させ、コピー可能状態において、前記定着ローラに圧接させる接離手段を更に具備することを特徴としている。
【００１５】
また、この発明に係わる定着装置は、請求項７の記載によれば、前記加熱ローラの肉厚（ｔ）は、０．１ｍｍ以上０．７ｍｍ以下の範囲に設定されていることを特徴としている。
【００１６】
また、この発明に係わる定着装置は、請求項８の記載によれば、前記定着ローラの外周面の温度を測定する定着ローラ温度測定手段を更に具備することを特徴としている。
【００１７】
また、この発明に係わる定着装置は、請求項９の記載によれば、前記定着ローラ温度測定手段は、前記定着ローラの外周部分の温度を測定するサーミスタを備えることを特徴としている。
【００１８】
また、この発明に係わる定着装置は、請求項１０の記載によれば、前記第２の発熱手段の最大発熱量は、前記第１の発熱手段の最大発熱量より、小さく設定されていることを特徴としている。
【００１９】
【発明を実施する形態】
以下に、この発明に係わる定着装置の一実施例の構成を、添付図面を参照して以下に詳細に説明する。
【００２０】
｛定着装置１０の概略説明｝
先ず、図１に示すように、この一実施例の定着装置１０は、ハウジング構造として、図示しない電子式画像形成装置、例えば、電子プリンタのフレームに固定されるハウジング１２を備えており、このハウジング１２は、装置フレーム上に直接的に固定される底板１４と、この底板１４の左右両側縁から夫々起立した側板１６とを備えて構成されている。尚、図１は側面図として描かれており、図中右方が、このハウジング１２の正面側を示し、図中左方が、このハウジング１２の裏面側を示している。そして、詳細は後述するが、未定着トナーが上面に担持された未定着シートは、図中右方から左方に向けて搬送されてくるように設定されている。
【００２１】
ここで、両側板１６の上部には、後述する加熱ローラ２８が回転自在に軸支される摺動ブラケット１８が、図中上下方向に沿って摺動自在に取り付けられている。また、両側板１６の下部には、後述する加圧ローラ２６が回転自在に軸支される揺動ブラケット２０が、支軸２２回りに揺動自在に支持されている。
【００２２】
また、この定着装置１０は、ローラ構成として、側板１６に固定軸線回りに回転自在に軸支された定着ローラ２４と、定着ローラ２４の略下方（具体的には、図中左斜め下方）でこれに転接する状態で、且つ、定着ローラ２４の固定軸線と平行に設定された固定軸線回りに揺動ブラケット２０に回転自在に支持された加圧ローラ２６と、定着ローラ２４の略上方に位置する状態で摺動ブラケット１８に回動自在に支持された加熱ローラ２８とを備えて構成されている。
【００２３】
また、この定着装置１０は、加熱ローラ２８の内部に配設された、例えばハロゲンランプ等の第１の加熱源３０と、定着ローラ２４と加熱ローラ２８とに渡りエンドレスに巻回された定着ベルト（熱伝達ベルト）３２と、加圧ローラ２６の内部に配設され、例えばハロゲンランプ等の第２の加熱源３３とを更に備えている。
【００２４】
ここで、詳細は後述するが、定着ローラ２４は弾性ローラとして構成され、一方、加圧ローラ２６は弾性ローラより硬いローラ上硬度を有するローラから構成されている。一方、揺動ブラケット２０は、第１のコイルスプリング３４により、加圧ローラ２６が定着ローラ２４に圧接する方向に、支軸２２回りに回動付勢されている。この結果、定着ローラ２４と加圧ローラ２６との互いの転接部（ニップ部）においては、両者は互いに所定の圧接力で転接し、これにより、定着ローラ２４が転接部で凹んだ状態にもたらされることになる。即ち、ニップ幅が十分に確保されるように設定されている。
【００２５】
また、この定着装置１０は、摺動ブラケット１８の各端部と対応する側板１６との間に介設され、加熱ローラ２８を定着ローラ２４から離間する方向に付勢して、定着ベルト３２に所定のテンションを付与させる第２のコイルスプリング３６を更に備えている。この第２のコイルスプリング３６は、左右各端部において、前後１対づつ備えられている。
【００２６】
また、上述したハウジング１２には、未定着シートを転接部に向けてガイドする取り込みガイド板３８が取り付けられると共に、転接部を通過して定着動作が終了した定着済みシートを排紙口に向けて搬送する排紙ガイド板４０が取り付けられている。更に、このハウジング１２には、定着ローラ２４の外周面であって、定着ベルト３２が巻回されていない部分であり、且つ、転接部よりも定着ローラ２４の回転方向に関して直上流側に位置する部分の表面温度を検出するための第１のサーミスタ４２と、加圧ローラ２６の外周面の非通紙部分の表面温度を検出するための第２のサーミスタ４３とが取り付けられている。ここで、これら第１及び第２のサーミスタ４２、４３は、この実施例においては、夫々接触式の構造が採用されている。
【００２７】
尚、この第１のサーミスタ４２の温度検出位置は、定着ローラ２４の外周面であって、定着ベルト３２が巻回されていない部分に限定されることなく、定着ローラ２４の外周面に巻回されている定着ベルト３２の外周面であって、転接部よりも定着ローラ２４の回転方向に関して直上流側に位置する部分の表面温度を検出するように取り付けられていても良いものである。この場合、このサーミスタ４２は、非接触式であることが好ましい。
【００２８】
そして、図示しない搬送機構を介して定着装置１０に向けて搬送されてきた未定着シートの先端は、先ず、取り込みガイド板３８の上面に触れ、これに案内された状態で、斜め上向きに搬送されるように設定されており、更に、この取り込みガイド板３８により案内された未定着シートは、その先端が加圧ローラ２６の外周面に先ず接触した後、加圧ローラ２６の外周面に沿って移動して、定着ローラ２４と加圧ローラ２６との転接部に導かれるように設定されている。
【００２９】
このように概略構成される定着装置１０においては、図示しない搬送機構を介して取り込みガイド板３８上に搬送されてきた未定着シートＳは、未定着トナーが付着していない下面を取り込みガイド板３８に接触・支持されると共に、定着ベルト３２が巻かれた定着ローラ２４と加圧ローラ２６との転接部(ニップ部）に向けて案内され、両者２４，２６の間を圧接された状態で挿通されることにより、未定着トナーが熱圧着されてシート上に定着されることになる。
【００３０】
以下、上述した種々の構成要素を順次個別に説明する。
｛定着ローラ２４の説明｝
上述した定着ローラ２４は、側板１６にベアリング４４（図２に示す）を介して回転自在に軸支される芯金部２４Ａと、この芯金部２４Ａの外周に同軸に配設され、定着ベルト３２が巻回されるローラ本体２４Ｂとを備えて構成され、ローラ外径をこの一実施例では２５．０ｍｍに設定されている。ここで、この一実施例において、芯金部２４Ａは、直径１５ｍｍの鉄製シャフトから形成され、ローラ本体２４Ｂは、芯金部２４Ａの外周に厚さ５ｍｍで取り付けられたシリコーンゴム耐熱弾性体（具体的には、ローラ上にてアスカＣ硬度で２３度）から形成されている。
【００３１】
尚、図２に示すように、芯金部２４Ａの一端に位置する軸部には、第１の従動ギヤ４６がこれと同軸に、詳細を後述するワンウエイクラッチ４８を介して取付けられており、この第１の従動ギヤ４６には、加圧ローラ２６の後述する芯金部２６Ａの一端部に同軸に取り付けられた第２の従動ギヤ５０が噛合している。一方、詳細は図示していないが、この第２の従動ギヤ５０には、駆動機構５２の一部を構成する駆動ギヤが噛合している。このようにして、この駆動ギヤを介して駆動機構５２からの駆動力が第２の従動ギヤ５０に図中反時計方向の回転力として伝達され、引き続き、第１の従動ギヤ４６に図中時計方向の回転力として伝達されて、ワンウェイクラッチ４８を介して定着ローラ２４にこの回転力が伝達される構成とされている。
【００３２】
｛加圧ローラ２６の説明｝
上述したように、加圧ローラ２６は、側板１６にベアリング５４を介して回転自在に軸支される芯金部２６Ａと、この芯金部２６Ａの外周に同軸に配設されたローラ本体２６Ｂとを備えて構成され、ローラ外径を２４ｍｍに設定されている。ここで、この一実施例において、芯金部２６Ａは、肉厚２ｍｍの鉄製パイプから形成され、ローラ本体２６Ｂは、芯金部２６Ａの外周に厚さ１．５ｍｍで取り付けられたシリコーンゴム耐熱弾性体(具体的には、上述した定着ローラ２４よりも硬めのローラ上にてＡＳＫＥＲ  Ｃ硬度で７４〜７５度のもの）から形成されている。
【００３３】
尚、芯金部２６Ａの一端に配設された軸部は、上述したように、第２の従動ギヤ５０が同軸に固定されており、この第２の従動ギヤ５０には、上述した第１の従動ギヤ４６が噛合しており、図示しない駆動ギヤを介してこれからの駆動力が第２の従動ギヤ５０に直接的に伝達されて、加圧ローラ２６が定着ローラ２４とは反対の反時計方向に沿って回転駆動されるように構成されている。
【００３４】
ここで、この一実施例においては、未定着シートの搬送用の主駆動としては、加圧ローラ２６が設定されており、定着ローラ２４はこれの熱膨張時においても周速が加圧ローラ２６の周速よりも早くならないように、第１及び第２の従動ギヤ４６、５０のギヤ比が設定されている。即ち、定着ローラ２４が第２の従動ギヤ４６により回転される際の回転速度は、定着ベルト３２を介して加圧ローラ２６と摩擦係合して回転される際の回転速度よりも、僅かに遅くなるように設定されている。
【００３５】
一方、この一実施例においては、加圧ローラ２６は、定着ローラ２４の直下方に位置しているのではなく、定着ローラ２４の直下方位置よりも、未定着シートの搬送方向に沿って下流側に偏倚した位置に配設されており、加熱ローラ２８と定着ローラ２４との両中心点を通る線分を基線とした場合に、この基線と、定着ローラ２４及び加圧ローラ２６の両中心点を通る線分とのなす角度が、所定の鋭角となるような位置に配設されている。尚、定着ローラ２４と加圧ローラ２６の両中心点を通る線分は、未定着シートの搬送方向と略直交するように設定されているものである。
【００３６】
｛ワンウェイクラッチ４８の説明｝
ここで、このワンウェイクラッチ４８は、定着ローラ２４の第１の従動ギヤ４６に対する図中時計方向の相対的な回転を許容するが、図中反時計方向の相対的な回転を係止するように、換言すれば、両者が一体回転するように構成されている。即ち、定着ベルト３２が加圧ローラ２６と摩擦係合して、また、定着ローラ２４が定着ベルト３２と摩擦係合して、加圧ローラ２６により定着ローラ２４及び定着ベルト３２が従動（連れ回り）する状態では、定着ローラ２４の図中時計方向に回転する周速は、加圧ローラ２６の周速と同一となり、定着ローラ２４の回転は第１の従動ギヤ４６の回転よりも僅かに速くなされるように設定している。
【００３７】
｛加熱ローラ２８の説明｝
上述した第１の加熱源３０を内蔵する加熱ローラ２８は、この一実施例においては、直径２０．１ｍｍで、肉厚０．２５ｍｍの鉄パイプ製芯金の外周面に、厚さ２０μｍのＰＴＦＥの被覆層をコーティングしたものから構成されている。即ち、加熱ローラ２８は、後述するようにウォーミングアップ時間の短縮化の目的で、薄肉芯金を有するように構成されている。尚、この加熱ローラ２８の両端は、ベアリング５６を介して回転自在に軸支されており、各ベアリング５６の内側には、耐熱樹脂のポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）製のカラー５８が挿入されており、これにより、定着ベルト３２の蛇行や片寄りを防止している。
【００３８】
この加熱ローラ２８の内部には、発熱手段としての第１の加熱源３０が内蔵されているが、この一実施例においては、この第１の加熱源３０は、最大出力（発熱量）が８００Ｗのハロゲンランプから構成されている。一方、上述した加圧ローラ２６に内蔵された第２の加熱源３３は、最大出力（発熱量）が４００Ｗのハロゲンランプから構成されている。ここで、この定着装置１０の加熱源に許容された最大出力は、この実施例においては８００Ｗに設定されている。即ち、この実施例においては、第１の加熱源３０は、この定着装置１０に許容される最大出力そのものを出力することが出来るように設定されている。
【００３９】
尚、この実施例においては、加圧ローラ２６に第２の加熱源３３を内蔵しているので、後述する定着可能温度までは第２の加熱源３３と加熱ローラ２８に内蔵された第１の加熱源３０とを同時に発熱動作（点灯動作）させ、定着可能温度以上に上昇した場合には、加圧ローラ２６に内蔵した第２の加熱源３３をオフ動作させるようにしても良い。また、定着可能温度以上に上昇した場合において、加熱ローラ２８に内蔵された第１の加熱源３０がオフしている状態の場合のみ、加圧ローラ２６に内蔵した第２の加熱源３３を発熱動作させるように構成しても良いものである。
【００４０】
ここで、上述した定着可能温度までは、加熱ローラ２８の第１の加熱源３０は、ここで使用できる電力の最大出力とするが、定着可能温度よりも上昇した場合には、この第１の加熱源３０は、ここで使用できる電力の最大出力以下に設定されていても良いものである。
【００４１】
｛定着ベルト３２の説明｝
上述の定着ベルト３２は、未定着シートＳ上の未定着トナーを定着温度まで過剰な熱量を与えることなく定着できるように、その定着ベルト３２の１平方ｃｍ当たりの熱容量が、０．００２ｃａｌ／℃乃至０．０２５ｃａｌ／℃の範囲内のものが好ましいものである。このため、この一実施例においては、図３に示すように、定着ベルト３２は、内径が４０ｍｍ、厚さが９０μｍのポリイミド樹脂製の無端状のベルト基体３２ａと、このベルト基体３２ａの外周面（表層）に厚さ３０μｍで被覆されたＰＦＡの耐熱離型層３２ｂとを備えて構成されている。
【００４２】
ここで、この発明においては、このようにベルト基体３２ａとしてポリイミド樹脂を用いることに限定されることなく、ニッケル電鋳製の金属ベルトを用いることが出来ることも言うまでもない。このようにニッケル電鋳製の金属ベルトをベルト基体３２ａとして用いる場合には、このベルト基体３２ａの厚さは例えば３０μｍのものを用い、このベルト基体３２ａの表面に厚さ３００μｍで耐熱シリコーン樹脂をコーティングし、更に、この耐熱シリコーン樹脂層の外周に、ポリイミド樹脂の場合と同様に、厚さ３０μｍで被覆されたＰＦＡの耐熱離型層３２ｂを被覆する構成が採用されている。
【００４３】
｛定着ベルト３２へのテンション付与機構の説明｝
上述したように、この一実施例では、定着ベルト３２へテンションを付与するための機構として、加熱ローラ２８を定着ローラ２４から離間する方向に付勢して、定着ベルト３２に所定のテンションを付与させる第２のコイルスプリング３６を備えている。
【００４４】
即ち、この第２のコイルバネ３６の付勢力により摺動ブラケット１８を介して加熱ローラ２８は、定着ローラ２４から離間する方向に偏倚させられ、これにより、加熱ローラ２８と定着ローラ２４とにエンドレスに掛け渡された定着ベルト３２は、所定のテンションに緊張された状態で張られることになる。
【００４５】
このように第２のコイルバネ３６の作用により、定着ベルト３２は、加圧ローラ２６と摩擦係合して連れ回りし、且つ、この定着ベルト３２の連れ回りに応じて、定着ローラ２４は定着ベルト３２に対してスリップや緩みの無い安定した状態で従動されることになる。
【００４６】
｛制御システムの構成｝
一方、この定着装置１０は、上述した駆動機構５２を駆動制御する他、加熱ローラ２８に内蔵された第１の加熱源３０及び加圧ローラ２６に内蔵された第２の加熱源３３の発熱制御のために、図４に示すように、制御装置６０を備えている。この制御装置６０には、上述した発熱制御のため、第１のサーミスタ４２及び第２のサーミスタ４３が接続されていて、待機時制御においては、この第２のサーミスタ４３からの検出結果のみに基づき、第２の加熱源３３を発熱制御し、通紙時制御においては、第１のサーミスタ４２からの検出結果にのみに基づき、第１の加熱源３０を発熱制御するように構成されている。
【００４７】
この制御装置６０は、発熱制御の観点においては、第１及び第２のヒータドライバ６２、６３が接続されており、これら第１及び第２のヒータドライバ６２、６３を夫々介して、第１の加熱源３０及び第２の加熱源３３としてのハロゲンランプを夫々制御するように構成されている。また、この制御装置６０は、定着ベルト３２の走行制御の観点においては、通紙指令を受ける入力端子と電源スイッチ６４とが接続されており、定着ベルト３２をエンドレス走行させるための駆動機構５２を駆動制御するように構成されている。
【００４８】
｛制御装置６０による発熱制御方法の説明｝
次に、制御装置６０における第１の加熱源３０の発熱制御方法（制御手順）を説明する。
【００４９】
先ず、この制御装置６０は、下記の２条件の場合にのみ、第１の加熱源３０に通電して、対応するハロゲンランプを点灯して、これを発熱させるように設定されている。即ち、
（１）図示しない電子プリンタの全体制御を司るプリンタ制御装置（図示せず）からプリント開始信号、即ち、定着動作開始信号が出力されてから、サーミスタ４２による検出温度が、定着可能温度（ｔ１）を検出するまでのレディー状態が規定された場合；
（２）サーミスタ４２による検出温度が定着可能温度（ｔ１）を検出して定着開始信号がプリンタ制御装置に出力され、これに基づき、プリンタ制御装置がプリント動作（即ち，定着動作）を開始してから、プリント終了信号が出力されるまでの定着動作状態が規定された場合；
の２つの場合にのみ、第１の加熱源３０を発熱させるように設定されている。
【００５０】
そして、この制御装置６０は、プリント終了信号が出力されてから、次のプリント開始信号が出力されるまでの待機状態が規定される場合においては、第１の加熱源３０を停止状態として、第２の加熱源３３による発熱動作のみを実行するように設定されている。尚、この第２の加熱源による発熱動作に関しては、この発明の特徴をなすものであり、後に詳細に説明する。
【００５１】
具体的には、図５に示すように、制御装置６０は、電源スイッチ６４が投入されると、以下の所定の制御手順を実行するように設定されている。即ち、電源投入に伴い、各種の設定値をデフォルト値に初期設定し（ステップＳ１０）、次に、定着設定温度（ｔ２）を、定着可能温度（ｔ１）に所定の温度差(Δｔ）を加えた値から規定する（ステップＳ１２）。尚、このΔｔは、定着動作時のコピー用紙への吸熱に基づく定着ローラ温度の低下分に相当するように設定されている。
【００５２】
ここで、この定着設定温度（ｔ２）は、後述する温調制御において、サーミスタ４２からの検出結果に基づき規定される定着ローラ温度（ｔ）の上限温度として規定される温度である。尚、この温調制御において、上述した定着可能温度（ｔ１）が下限温度として規定されていることはいうまでも無い。
【００５３】
このように、各種数値を規定した後、プリント開始信号の入力を待つ（ステップＳ１４でＮＯ）。換言すれば、プリント開始信号が入力されない限り、次の制御手順に移行せず、待ちの状態が継続される。
【００５４】
そして、プリント開始信号が入力されると(ステップＳ１４でＹＥＳ）、第１の加熱源３０に通電してハロゲンランプを点灯して、加熱ローラ２８（従って、定着ベルト３２を介して定着ローラ２４と加圧ローラ２６との間のニップ部）を加熱させる（ステップＳ１６）。これにより、図６に示すように、定着ローラ温度（ｔ）は徐々に上昇することになる。
【００５５】
この後、定着ローラ温度（ｔ）が定着可能温度（ｔ１）になるのを待ち（ステップＳ１８）、定着可能温度（ｔ１）よりも低い間は（ステップＳ１８でＹＥＳ）、ステップＳ１６に戻り、ハロゲンランプを点灯しつづけ、これにより，定着ローラ温度（ｔ）は更に温度上昇することになる。
【００５６】
そして、定着ローラ温度（ｔ）が定着可能温度(ｔ１)に至ると（ステップＳ１８でＮＯ）、この時点で、定着開始信号を出力する（ステップＳ２０）ように、設定されている。
【００５７】
ここで、従前の制御方法においては、定着動作時のコピー用紙への吸熱に基づく温度低下分を考慮して、その温度低下分（Δｔ）だけ定着温度（ｔ）が下がっても、なお、定着動作が問題なく実施されるように、即ち、定着可能温度（ｔ１）が維持されるように、定着設定温度（ｔ２）が設定されており、定着ローラ温度（ｔ）がこの定着設定温度（ｔ２）に至った時点で、定着開始信号が出力されるように設定されていた。このように定着開始信号の出力タイミングが規定されているため、定着開始信号が出力されるまでのウォーミングアップ時間が長くかかることとなり、図６に破線で示すように、定着設定温度（ｔ２）の到達時に定着開始信号を出力する場合のウォーミングアップ時間（Ｔ２）は、一般的な許容時間である３０秒を超えてしまう状況にあった。
【００５８】
しかしながら、この実施例においては、後述するように待機時の加圧ローラ２６の表面温度を、室温ではなく、所定の待機温度（ｔ０）になるように温度制御しているので、プリント開始信号の入力から定着開始信号を出力するまでのウォーミングアップ時間（Ｔ１）は、図６に示すように、一般的な許容時間である３０秒以内に確実に抑えることができることになる。
【００５９】
ここで、この実施例においては、定着ローラ温度（ｔ）が定着設定温度（ｔ２）に到達することを待つことなく、定着可能温度（ｔ１）に到達した時点で、定着開始信号を出力しているので、この定着開始信号の出力に伴い未定着シートが定着装置１０に搬送され始めることになるが、実際に、未定着シートの先端が、搬送開始から定着装置１０の定着ベルト３２を介して定着ローラ２４と加圧ローラ２６との間のニップ部に挟み込まれるまでの時間が経過することにより、定着ローラ温度（ｔ）は定着設定温度（ｔ２）まで上昇することになるので、何らの問題も発生させないものである。
【００６０】
このようにステップＳ２０で定着開始信号が出力された後、温調制御がサブルーチンとして実施されることになる（ステップＳ２２）。この温調制御においては、定着設定温度（ｔ２）となるように、温度制御が行われるように予め設定されている。
【００６１】
この温調制御は、プリント終了信号が出力されるまで継続される（ステップＳ２４）。即ち、プリント終了信号が出力されない限り（ステップＳ２４でＮＯ）、ステップＳ２２に戻って，温調制御を実行し、プリント終了信号が出力されると（ステップＳ２４でＹＥＳ）、引き続き、第１の加熱源３０への通電を遮断し、ハロゲンランプを消灯して、加熱ローラ２８の加熱を停止する。
このようにして、一連の発熱制御を終了する。
【００６２】
このように、この制御装置６０は、プリントの待ち状態、即ち、待機状態においては、第１の加熱源３０を介しての発熱動作を何ら実行しないので、省エネルギーの効果が確実に達成されることになる。
【００６３】
一方、このように待機状態において、第１の加熱源３０を何ら動作させないことにより、加熱ローラ２８は室温レベルまでその表面温度が低下することになるが、上述したように、加熱ローラ２８の肉厚を、０．２５ｍｍと薄肉状に形成しているために、上述した条件（１）が規定されて、加熱ローラ２８が室温状態から第１の加熱源３０が発熱動作した場合においても、第１の加熱源３０の熱が、加熱ローラ２８の外周面まで短時間の内に伝達され、加熱ローラ２８の外周面が所定の定着可能温度（ｔ２）に至るまでの昇温時間は極めて短いものとなる。
【００６４】
尚、このようにウォーミングアップ時間の短縮化を図るための手段としての加熱ローラ２８の肉厚の最適範囲は、後に詳細に説明する。
【００６５】
｛制御装置６０による待機時制御方法の説明｝
次に、この発明の特徴となる、制御装置６０における待機時制御、即ち、第２の加熱源３３の発熱制御方法(制御手順）を説明する。
【００６６】
この実施例においては、プリント終了信号が出力されてから、次のプリント開始信号が出力されるまでの間で待機時制御が実施される場合において、制御装置６０は、第２のサーミスタ４３からの検出結果に基づき、加圧ローラ２６の表面温度が所定の温度、この実施例においては、９０℃となるように、第２の加熱源３３に通電して対応するハロゲンランプを点灯して、加圧ローラ２６を加熱させる。勿論、制御装置６０は、第２のサーミスタ４３からの検出結果が、９０℃以上となった場合には、第２の加熱源３３への通電を遮断して、対応するハロゲンランプを消灯させ、加圧ローラ２６の加熱を停止する。
【００６７】
このようにして、待機時制御が実施されている間は、加圧ローラ２６の表面温度は、所定の温度である９０℃に保持され、これにより、既に上述したように、ウォーミングアップ時間の短縮化を図ることが出来、具体的には、３０秒を下回る２５秒〜２８秒を達成することができることになる。
【００６８】
尚、この実施例においては、加圧ローラ２６の表面温度の制御目標温度としての所定の温度は、上述したように、この実施例においては、９０℃となるように設定したが、出願人が自ら、この所定の温度とウォーミングアップ時間との相関関係を実験により導き出したところによれば、所定の温度を６０℃に設定するとウォーミングアップ時間が３２〜３５秒かかり、所定の温度を１２０℃に設定すると、ウォーミングアップ時間は１８〜２２秒程度に短縮されることが判明した。
【００６９】
ここで、待機時消費電力を検証するに、第１及び第２の加熱源３０，３３を全く発熱させない場合の消費電力を０％とし、第１及び第２の加熱源３０，３３を共に発熱させる場合の消費電力を１００％とした場合において、所定の温度を６０℃に設定する場合には、消費電電力は１０％ととなり、所定の温度を９０℃に設定する場合には、２０％となり、所定の温度を１２０℃に設定する場合には、３０％となることが判明した。
【００７０】
以上のことから、所定の温度を９０℃以上に設定することにより、ウォーミングアップ時間を３０秒以内に押さえることができることとなり、また、待機時消費電力の観点からも、所定の温度を９０℃に設定することが好ましいことが判明した。そして、第一及び第２の加熱源３０，３３を共に発熱させた場合と比較しても、諸費電力を８０％低減させることができることが可能となった。
【００７１】
｛制御装置６０による駆動機構５２の制御方法の説明｝
次に、この制御装置６０における駆動機構５２の制御方法を説明する。
この実施例においては、上述した条件（１）が成立した状態においては、制御装置６０は、加熱ローラ２８の起動と同期した状態で、図示しない駆動モータを起動して、第１及び第２の従動ギヤ４６，５０を回転駆動し、これに伴い、定着ベルト３２をエンドレス走行させるように設定されている。
【００７２】
尚、上述した条件（２）が成立する状態においては、未定着シートの定着動作を実行するものであるため、制御装置６０は、上記した条件（１）の場合と同様に、定着ベルト３２をエンドレス走行させるように設定されていることは言うまでもない。
【００７３】
ここで、制御装置６０における駆動機構５２の制御態様としては、上述したように、加熱ローラ２８の起動と同期した状態で定着ベルト３２をエンドレス走行するように駆動制御しても良いし、また、加熱ローラ２８の起動から所定時間の間は、所定の走行速度よりも低速の第１の走行速度で定着ベルト３２をエンドレス走行させ、所定時間経過後は、所定の走行速度で定着ベルト３２をエンドレス走行させるように設定しても良いものである。このように、当初、定着ベルト３２を低速でエンドレス走行させることにより、更に、ウォーミングアップ時間の短縮化を図ることができることになる。
【００７４】
尚、定着ベルト３２の走行速度の切替タイミングは、このように、所定時間の経過時点であることに限定されることなく、例えば、サーミスタ４２の検出温度が、所定の定着可能温度よりも低く設定された目標温度に到達するタイミングを以て規定するようにしても、同様の効果を奏することが出来るものである。
【００７５】
また、上述した低速の第１の走行速度とは、ゼロ速度を含む概念であることは言うまでもなく、第１の走行速度をゼロに設定する場合には、速度の切替タイミングまでの間は、第１の加熱源３０は起動されているものの、定着ベルト３２の走行は停止されている状態となる。このように、定着ベルト３２を第１の加熱源３０の起動から遅れて走行駆動させることにより、更に、ウォーミングアップ時間の短縮化を図ることが可能となるものである。
【００７６】
以上の点をまとめて次の表１に示す。
【００７７】
【表１】
0004318160.tif 000002
【００７８】
この表１から明白なように、第１の加熱源３０の起動と同期した状態で定着ベルト３２のエンドレス走行を開始してもウォーミングアップ時間の目標３０秒以内を達成することが出来るものの、当初の定着ベルト３２の走行速度を遅らせた方が、ウォーミングアップ時間の短縮化の観点からは有効であることが判明した。即ち、第１の加熱源３０の起動時に定着ベルト３２の走行を停止させておき、後にエンドレス走行させるように駆動機構５２を駆動制御することが、ウォーミングアップ時間の短縮化の観点からは、最適であることが判明した。
【００７９】
また、この表１から明らかなように、待機時に、加圧ローラ２６を所定の温度に予熱している結果、転接部が所定の定着可能温度に昇温するまでの時間Ｔｂは、最大で１７秒程度であり、第１の加熱源３０の起動から加熱ローラ２８の外周面が所定の定着可能温度に昇温するまでの時間Ｔａは、６秒であることが判明した。ここで、定着開始信号の入力から点説部が所定の定着可能温度に昇音するまでの即ち、ウォーミングアップ時間Ｔｗは、Ｔｗ＝Ｔａ＋Ｔｂで定義されるものであるため、このウォーミングアップ時間Ｔｗは、目標時間である３０秒を大きく割り込んで２０秒をもクリアーすることができ、この実施例によれば、極めて短かいウォーミングアップ時間を達成することができることが判明した。
【００８０】
｛加熱ローラ２８の肉厚の最適範囲の検証｝
加熱ローラ２８の肉厚の最適範囲は、薄ければ薄いほど、昇温時間の短縮化が図られ好ましいものであるが、余りに薄すぎると、定着ベルト３２に所定のテンションを付与させる第２のコイルスプリング３６による付勢力に負けて自身の形状維持が出来ずに、たわんでしまうことになる。このように加熱ローラ２８がたわむと、定着ベルト３２と均一に接触しなくなり、定着ベルト３２への熱の伝達が均一に行われなくなる問題や、定着ベルト３２の走行時の寄りの問題が発生して好ましくない。
【００８１】
一方で、第２のコイルスプリング３６による付勢力を弱めすぎると、定着ベルト３２に弛みが生じて好ましくない。この為、先ず、定着ベルト３２に弛みを生じさせないような第２のコイルスプリング３６による付勢力の最適範囲を検証した。
【００８２】
この検証のために、第２のコイルスプリング３６による付勢力を５００ｇ／片側から、表２に示すように、順次、強く設定してき、定着ベルト３２に弛みが発生しない範囲を探し出した。
【００８３】
【表２】
0004318160.tif 000003
【００８４】
この表２から明白なように、定着ベルト３２に弛みが発生しないようにするためには、第２のコイルスプリング３６による付勢力は１５００ｇ／片側以上必要であることが判明した。換言すれば、加熱ローラ２８は、この１５００ｇ／片側の第２のコイルスプリング３６の付勢力に耐える強度があることが最低限として必要であることが判明した。
【００８５】
尚、加熱ローラ２８の肉厚の最大限度は、ウォーミングアップ時間が３０秒以内に収まる範囲とした。ここで、加熱ローラ２８の外周面で加熱された定着ベルト３２が、エンドレス走行することに伴い、転接部が所定の定着可能温度に昇温するまでの時間Ｔｂは、上述の表１から最大で２０秒程度であることが判明しているので、第１の加熱源３０の起動から加熱ローラ２８の外周面が所定の定着可能温度に昇温するまでの時間Ｔａの目標値は、１０秒とした。
【００８６】
次に、第２のコイルスプリング３６による付勢力を１５００ｇ／片側と設定した状態において、加熱ローラ２８の外径寸法を１２ｍｍから３０ｍｍまで振り、各外径寸法における肉厚を変化させ、夫々におけるたわみ量と時間Ｔａと重量とを測定した。その結果を表３に示す。
【００８７】
【表３】
0004318160.tif 000004
【００８８】
この表３の結果に基づき、図７に、加熱ローラ２８の外径寸法と肉厚との関係において、たわみ量が０．２ｍｍ以下であり、且つ、時間Ｔａが１０秒以内となる範囲を示した。この図７から明らかなように、加熱ローラ２８の肉厚は、０．１ｍｍ以上０．７ｍｍ以内の範囲が、上記条件を満たす最適範囲であることが判明した。
【００８９】
尚、この図７において、加熱ローラ２８の肉厚が０．１ｍｍ以下となると、これを手で押すだけで凹む等の変形が生じて問題であるので、たわみ量との関係においては良好であったとしても、許容肉厚として０．１ｍｍを最低ラインとして切った状態で表示している。
【００９０】
ここで、上述した実施例においては、加熱ローラ２８の外径寸法が２０．１ｍｍと設定されている状態において、肉厚は０．２５ｍｍとして設定されており、何ら問題ないことは言うまでもない。
【００９１】
この発明は、上述した実施例の構成に限定されることなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である事は言うまでもない。
【００９２】
例えば、上述した実施例においては、第１の加熱源３０として（又は、第２の加熱源３３として）ハロゲンヒータを用いるように説明したが、この発明はこのような構成に限定されることなく、セラミックヒータ等をも使用できることは言うまでもない。
【００９３】
また、上述した実施例においては、定着可能温度に到達した時点で、定着動作を開始させる定着動作開始信号を出力するように説明したが、この発明はこのような定着動作開始信号を出力することに限定されることなく、レディー（待機）状態を終了させるレディー状態終了信号を出力するようにしてもよいことは言うまでもない。
【００９４】
また、上述した実施例においては、定着ローラ２４のローラ本体２４Ｂを、芯金部２４Ａの外周に厚さ５ｍｍで取り付けられたシリコーンゴム耐熱弾性体から形成されるように説明したが、この発明は、このような構成に限定されることなく、例えば、厚さ５ｍｍのスポンジから形成されるように構成してもよい。この場合、ローラ本体２４Ｂのクリープ現象の発生防止の観点から、加圧ローラ２６は、待機時には、定着ローラ３２から離間するように構成することが望ましいものである。
【００９５】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、省エネルギーを確実に達成しつつ、ウォーミングアップ時間を短縮化して需要者の使い勝手を向上させることの出来る定着装置が提供されることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係わる定着装置の一実施例の構成を示す側面断面図である。
【図２】図１に示す定着装置における各ローラの端部における支持状態を示す断面図である。
【図３】定着ベルトの構成を取り出して示す正面図である。
【図４】制御システムの構成を概略的に示すブロック正面図である。
【図５】制御装置における制御手順を示すフローチャートである。
【図６】図５に示す制御手順を実行することにより達成される定着ローラ温度の変化状態を示す線図である。
【図７】加熱ローラの外径寸法と肉厚との関係を示す線図である。
【符号の説明】
１０    定着装置
１２    ハウジング
１４    底板
１６    側板
１８    摺動ブラケット
２０    揺動ブラケット
２２    支軸
２４    定着ローラ
２４Ａ    芯金部
２４Ｂ    ローラ本体
２６    加圧ローラ
２６Ａ    芯金部
２６Ｂ    ローラ本体
２８    加熱ローラ
３０    第１の加熱源
３２    定着ベルト
３３    第２の加熱源
３４    第１のコイルスプリング
３６    第２のコイルスプリング
３８    取り込みガイド板
４０    排紙ガイド板
４２    第１のサーミスタ
４３    第２のサーミスタ
４４    ベアリング
４６    第１の従動ギヤ
４８    ワンウェイクラッチ
５０    第２の従動ギヤ
５２    駆動機構
５４    ベアリング
５６    ベアリング
５８    カラー
６０    制御装置
６２    第１のヒータドライバ
６３    第２のヒータドライバ
６４    電源スイッチ
【図１】
0004318160.tif 000005
【図２】
0004318160.tif 000006
【図３】
0004318160.tif 000007
【図４】
0004318160.tif 000008
【図５】
0004318160.tif 000009
【図６】
0004318160.tif 000010
【図７】
0004318160.tif 000011