(57)【要約】【課題】  昇温動作直後の連続印字時における定着ローラの温度低下を防止して高品位な画像を安定して得る定着装置を提供する。  【解決手段】  未定着トナー像を担持する記録紙を加熱加圧してトナー像を定着するヒートローラと、ヒートローラ表面に接触して回転可能に設置され、ヒートローラ表面を加熱する外部加熱ベルトと、ヒートローラを内部から加熱するローラヒータと、外部加熱ベルトを加熱するベルトヒータとを備え、所定のヒートローラ温度への昇温動作時にヒートローラを回転させて、外部加熱ベルトをヒートローラの昇温目標ローラ温度よりも低い昇温目標ベルト温度に昇温させ、その後、ヒートローラを昇温目標ローラ温度まで昇温させ、さらに、外部加熱ベルトを昇温目標ベルト温度まで昇温させるよう制御する。【選択図】図７
2009036913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯金上に少なくとも弾性層を積層して構成され、未定着トナー像を担持する記録紙に加熱加圧して定着するヒートローラと、前記ヒートローラ表面に接触して回転可能に設置され、ヒートローラ表面を加熱する外部加熱ベルトと、前記ヒートローラ表面の温度を検知するローラ温度センサと、前記外部加熱ベルトの温度を検知するベルト温度センサと、前記ヒートローラを内部から加熱するローラヒータと、前記外部加熱ベルトを加熱するベルトヒータと、前記ローラ温度センサからの信号に基づいて前記ローラヒータを制御するローラ加熱制御部、及び前記ベルト温度センサからの信号に基づいて前記ベルトヒータを制御するベルト加熱制御部からなる定着加熱制御部とを備え、
前記定着加熱制御部は、所定のヒートローラ温度への昇温動作時にヒートローラを回転させて、外部加熱ベルトを前記ヒートローラの昇温目標ローラ温度よりも低い昇温目標ベルト温度に昇温させ、その後、ヒートローラを昇温目標ローラ温度まで昇温させ、さらに、外部加熱ベルトを昇温目標ベルト温度まで昇温させるよう制御することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記ヒートローラが、記録紙の未定着トナー像に接触する定着ローラであり、該定着ローラを記録紙を介して押圧する加圧ローラと、前記加圧ローラの温度を検知する加圧ローラ温度センサと、該加圧ローラ温度センサからの信号に応じて加圧ローラ内の加圧ローラヒータを制御する加圧ローラ加熱制御部とを備え、
前記加圧ローラ加熱制御部は、前記定着ローラの昇温目標ローラ温度に昇温後、前記加圧ローラを昇温目標加圧温度に昇温させ、該昇温目標加圧温度への昇温により昇温動作を終了することを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
前記ヒートローラ内部のローラヒータが、ヒートローラの端部の発熱分布が高い端部ローラヒータと、中央部の発熱分布が高い中央部ローラヒータとから構成され、
前記ローラ温度センサが、前記ヒートローラの中央部の温度を検知するローラ中央温度センサと、端部の温度を検知するローラ端部温度センサとから構成され、
前記ローラ加熱制御部が、前記ヒートローラ中央部の温度を制御するローラ中央部加熱制御部と、端部の温度を制御するローラ端部加熱制御部とから構成されたことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項４】
前記ヒートローラが、記録紙の未定着トナー像に接触する定着ローラであり、該定着ローラを記録紙を介して押圧する加圧ローラと、前記加圧ローラの温度を検知する加圧ローラ温度センサと、該加圧ローラ温度センサの信号に基づいて加圧ローラ内の加圧ローラヒータを制御する加圧ローラ加熱制御部とを備え、
前記加圧ローラ加熱制御部は、前記定着ローラの中央部または端部の一方が昇温目標ローラ温度に昇温後、未昇温の中央部または端部の昇温と平行して、前記加圧ローラ加熱制御部により加圧ローラを昇温目標加圧温度に昇温させ、前記昇温目標加圧温度への昇温により昇温動作を終了することを特徴とする請求項３記載の定着装置。
【請求項５】
前記定着加熱制御部は、気温を検知する気温検知部からの検知信号に基づいて温度制御を行うものであり、前記気温検知部により検知された気温が所定値より低いとき、前記昇温目標ベルト温度を低く設定することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の定着装置。
【請求項６】
前記定着加熱制御部は、前記気温検知部が検知した気温が所定温度よりも高い場合に、前記昇温目標ベルト温度を印字動作可能な待機状態の待機時ベルト温度に一致させることを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
【請求項７】
前記定着加熱制御部は、記録紙の坪量を検知する坪量判定部の検知信号に基づいて温度制御を行うものであり、前記坪量判定部が判別した坪量が所定設定値よりも小さいとき、前記昇温目標ベルト温度を印字動作可能な待機状態の待機時ベルト温度に一致させることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の定着装置。
【請求項８】
前記定着加熱制御部は、前記昇温目標ベルト温度を前記昇温目標ローラ温度に対して０〜２０℃の範囲で低く設定することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の定着装置。
【請求項９】
前記ヒートローラが、シリコンゴムを含んでトナー像面に接触する定着ローラであり、印字時のヒートローラの表面の設定温度が１８０℃〜２１０℃で、前記外部加熱ベルトが基材とフッ素樹脂を含む離型層を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の定着装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれかに記載の定着装置を動作させるためのプログラムであって、コンピュータを前記加熱制御部として機能させるための温度制御プログラム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の温度制御プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置及びこれを搭載した電子写真方式の画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置としては、一般的に、互いに圧接された定着部材（定着ローラ及び加圧ローラ）からなり、このローラ対の両方或いはいずれか一方の内部に配置されたハロゲンヒータ等からなる加熱手段によりローラ対を所定の温度（定着温度）に加熱した後、未定着トナー画像が形成された記録紙を圧接部（定着ニップ部）に通過させて、熱と圧力によりトナー画像の定着を行う構成のもの（熱ローラ定着方式）が多用されている。
【０００３】
特に、カラー用の定着装置においては、定着ローラ表層にシリコンゴム等からなる弾性層を設けた弾性ローラを用いることが一般的である。
【０００４】
定着ローラを弾性ローラとすることで、定着ローラ表面が、未定着トナー画像の凹凸に対応して弾性変形し、トナー画像面を覆い包むように接触するため、モノクロに比べてトナー量の多いカラーの未定着トナー画像に対して良好に加熱定着を行うことが可能となると同時に、定着ニップ部での弾性層の歪み解放効果によりモノクロに比べてオフセットしやすいカラートナーに対し離型性を向上することができる。
【０００５】
さらに、定着ニップ部のニップ形状が上に凸（所謂、逆ニップ形状）となることから、用紙の剥離性能が向上し、剥離爪等の剥離手段を用いずとも用紙の剥離が可能となり（セルフストリップ）、剥離手段に起因する画像欠陥を解消することができる。
【０００６】
また、単色のトナーを用いる画像形成装置では、定着ローラに弾性層を設けず、加圧ローラにのみ弾性層を設けて定着ニップを確保する構成も用いられている。
【０００７】
しかし、弾性層を具備させた定着ローラまたは加圧ローラは、弾性層自体の熱伝導性が非常に低いために、ローラ内部に加熱手段を設けた場合、ウォームアップ時間が長くなったり、高速での連続通紙時に定着ローラ温度が低下してしまうといった問題がある。
【０００８】
このような問題を解決するものとして、定着部材としての定着ローラまたは加圧ローラ表面に外部加熱手段を当接し、定着ローラを外部から加熱する構成のもの（外部加熱定着方式）が知られており、特に、近年、外部加熱手段として、無端ベルトを用いたもの（外部ベルト加熱定着方式）が提案されている（特許文献１参照）。また、外部加熱部材にローラを用いるものも提案されている。（特許文献２参照）
【特許文献１】特開２００４−１９８６５９号公報
【特許文献２】特開２００２−２５１０９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、特許文献１の外部加熱定着方式の構成においては、定着部材と外部加熱ベルトの接触面積を大きくすることによって、定着部材への外部からの熱供給を促進している。また、定着ローラ内部にもヒータランプを設けている。しかしながら、室温からの昇温時等に外部加熱ベルト設定温度や定着ローラの設定温度については開示されていない。
【００１０】
また、特許文献２の外部加熱定着器においては、外部加熱ローラを用いる構成となっているが、ローラ間の接触ニップ幅は小さいため、外部加熱ローラのみでは、定着ローラを十分に加熱することができないと言う課題がある。
【００１１】
そこで、定着部材への熱供給を十分に行える外部加熱ベルトを用いて、室温からの昇温動作時に、定着ローラの昇温目標温度よりも高い温度に外部加熱ベルトの温度を高めることが考えられる。この構成では、昇温動作中の回転時に定着ローラの表面へ外部加熱ベルトから熱を供給して定着ローラの表面温度を所定の温度とすることができる。
【００１２】
しかしながら、このような構成について検討を行った結果、下記に述べるような課題があることが明らかになった。
【００１３】
外部加熱ベルトによって加熱された定着ローラは、ローラ内部の芯金が加熱されていないために、昇温動作直後に連続印字動作を行うと、ローラ表面の熱が紙とローラ芯金の両方に奪われるために定着ローラ表面の温度が低下する。このために定着性が不足し、十分な定着強度、光沢度が得られず、安定して高品位な画像を得ることができない。
【００１４】
外部加熱ベルトの温度を定着ローラ設定温度よりも非常に高い温度とすれば、外部加熱ベルトからの熱供給だけで定着ローラ表面の温度を維持することも可能であるが、このような高い温度に薄肉のベルトを設定する場合に、ベルトの耐久性を考慮した耐熱温度を超えてしまう。このために、ベルトの耐久性が低下して、十分な部材寿命を確保することができない。
【００１５】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、所定の待機温度への昇温動作に関連して、外部加熱ベルト等の外部加熱部材と定着ローラの加熱手段を適切に制御することにより、昇温動作直後の連続印字時における定着ローラの温度低下を防止して高品位な画像を安定して得るとともに、部材寿命を確保できる外部ベルト加熱方式の定着装置および該定着装置を用いた電子写真方式の画像形成装置の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するため、本発明は、芯金上に少なくとも弾性層を積層して構成され、未定着トナー像を担持する記録紙に加熱加圧して定着するヒートローラと、前記ヒートローラ表面に接触して回転可能に設置され、ヒートローラ表面を加熱する外部加熱ベルトと、前記ヒートローラ表面の温度を検知するローラ温度センサと、前記外部加熱ベルトの温度を検知するベルト温度センサと、前記ヒートローラを内部から加熱するローラヒータと、前記外部加熱ベルトを加熱するベルトヒータと、前記ローラ温度センサからの信号に基づいて前記ローラヒータを制御するローラ加熱制御部、及び前記ベルト温度センサからの信号に基づいて前記ベルトヒータを制御するベルト加熱制御部からなる定着加熱制御部とを備え、前記定着加熱制御部は、所定のヒートローラ温度への昇温動作時にヒートローラを回転させて、外部加熱ベルトを前記ヒートローラの昇温目標ローラ温度よりも低い昇温目標ベルト温度に昇温させ、その後、ヒートローラを昇温目標ローラ温度まで昇温させ、さらに、外部加熱ベルトを昇温目標ベルト温度まで昇温させるよう制御することを特徴とする。
【００１７】
上記構成によると、ヒートローラの内部のヒータだけでヒートローラを昇温させると、外側の低熱伝導率の弾性層を昇温させるためにヒートローラの芯金の温度が高くなり過ぎ、熱劣化により芯金と弾性層の界面の接着強度を低下させるが、本発明では、外部加熱ベルトを用いてヒートローラを昇温させることにより、昇温目標温度到達時のヒートローラの芯金温度を抑制することができる。これにより、芯金と弾性層の接着強度の低下を抑制して、ヒートローラの耐久性を向上することができる。
【００１８】
また、一般に、昇温直後は、定着装置および画像形成装置全体が暖まっていないので、定着不良が発生しやすい。昇温動作時に昇温目標温度まで昇温した外部加熱ベルトからの熱でヒートローラを昇温させると、表面は強く加熱されるために定着ローラ内部の温度が高くない状況でも、ヒートローラ表面が昇温目標温度に昇温する。この昇温直後に連続印字動作を行うと、ヒートローラ内部からの熱供給が少ないために、外部加熱ベルトからの熱供給だけではヒートローラ表面の温度が低下して定着性が不足する。
【００１９】
しかし、本発明では、外部加熱ベルトを昇温目標ローラ温度よりも低い昇温目標ベルト温度に昇温させ、その後、ヒートローラ内部のローラヒータによりヒートローラ表面を昇温させる。これにより、ヒートローラを芯金内部から昇温させ、ヒートローラの内部を高い温度勾配とすることができる。このため、昇温直後に連続印字を行っても、外部からの熱供給に加えてヒートローラ内部からも表面に熱が供給されるので、定着性の低下を防止して高品位な画像を安定して得ることができる。
【００２０】
また、昇温時に全てのヒータを同時に加熱させないので、個々のヒータの定格電力を高く設定することができる。このため、個々の部材（ヒートローラ、外部加熱ベルト）の温度変動に対して大きな熱量を供給して、短時間で所定温度へ復帰させることができる。
【００２１】
電力を外部加熱ベルトへ優先して振り分けることができるので、最も熱容量の小さい外部加熱ベルトを優先して加熱できる。このため、昇温時にヒートローラを内部からと外部からの両面から加熱することができる。これにより、ヒートローラの昇温速度が速くなり、印字可能になるまでの待機時間を短縮することができる。
【００２２】
また、前記ヒートローラが、記録紙の未定着トナー像に接触する定着ローラであり、該定着ローラを記録紙を介して押圧する加圧ローラと、前記加圧ローラの温度を検知する加圧ローラ温度センサと、該加圧ローラ温度センサからの信号に基づいて加圧ローラ内の加圧ローラヒータを制御する加圧ローラ加熱制御部とを備え、前記加圧ローラ加熱制御部は、前記定着ローラの昇温目標ローラ温度に昇温後、前記加圧ローラを昇温目標加圧温度に昇温させ、該昇温目標加圧温度への昇温により昇温動作を終了することを特徴とする。
【００２３】
上記構成によると、外部加熱ベルトを、未定着トナー像に直接接触する定着ローラに接触させることにより、定着ローラの温度低下を防止することができるので、連続印字時にも定着性の低下を防止することができる。
【００２４】
また、加圧ローラにも内部ヒータを備え、加圧ローラを内部から加熱することにより、加圧ローラの内部にも内側に温度の高い温度勾配を作ることができる。また、先に昇温する定着ローラと圧接して回転することにより、加圧ローラの表面を定着ローラにより加熱することができる。これにより、加圧ローラの芯金温度の上昇を抑制しながら加圧ローラの昇温時間を短縮できるとともに、加圧ローラ内部からの熱供給によって昇温直後の連続動作時にも加圧ローラ表面の温度低下による定着性低下を防止することができる。
【００２５】
また、本発明では、前記ヒートローラ内部のローラヒータが、ヒートローラの端部の発熱分布が高い端部ローラヒータと、中央部の発熱分布が高い中央部ローラヒータからなり、前記ローラ温度センサが前記ヒートローラの中央部の温度を検知するローラ中央温度センサと、端部の温度を検知するローラ端部温度センサとからなり、前記ローラ加熱制御部が前記ヒートローラ中央部の温度を制御するローラ中央部加熱制御部と、端部の温度を制御するローラ端部加熱制御部とからなることを特徴とする。
【００２６】
上記構成によると、ヒートローラ全幅を均一に加熱する場合には、芯金の熱伝導により端部の温度が低下する傾向がある。この端部の温度が低下する傾向は、昇温中、昇温後の待機保温状態で異なる。本発明では、端部と中央部を独立に加熱制御できるので、昇温中も待機保温状態でもヒートローラの温度を均一にすることができ、均一で高品位な画像を安定して得ることができる。
【００２７】
また、ヒートローラの中央部と端部のどちらかが所定の温度に昇温した後は、その部分のローラヒータをＯＦＦにして、他のヒータ等へ電力を供給することができる。
【００２８】
また、本発明では、前記ヒートローラが記録紙の未定着トナー像に接触する定着ローラであり、定着ローラと記録紙を介して押圧する加圧ローラと、該加圧ローラの温度を検知する加圧温度センサと、前記加圧温度センサからの信号に基づいて加圧ローラ内の加圧ローラヒータを制御する加圧加熱制御部とを備え、前記加圧加熱制御部は、前記定着ローラの中央部または端部の一方が昇温目標ローラ温度に昇温後、未昇温の中央部または端部の昇温と平行して、前記加圧加熱制御部により加圧ローラを昇温目標加圧温度に昇温させ、前記昇温目標加圧温度への昇温により昇温動作を終了することを特徴とする。
【００２９】
上記構成によると、昇温時には、端部への熱逃げが少ない定着ローラ中央部の温度が先に昇温目標温度に昇温するので、定着ローラ中央部のヒータへ供給する電力を加圧ローラヒータへ供給することができる。これにより、加圧ローラの昇温速度を高めることができるので、昇温待機時間を短縮することができる。また、トナー像に直接接触しない加圧ローラは、定着ローラよりも低い温度で昇温を完了して画像を定着できるので、最後に加熱を始めても昇温時間を短縮することができる。
【００３０】
また、前記定着加熱制御部は、気温を検知する気温検知部の検知信号に基づいて温度制御を行うものであり、気温検知部により検知された気温が所定値より低いとき、前記昇温目標ベルト温度を低く設定する。
【００３１】
上記構成によると、気温が低い場合には、定着すべき記録紙の温度が低くなり、記録紙上のトナーを定着させ得るために供給すべき熱量が大きくなる。このため、連続印字時にヒートローラ表面から失われる熱量が大きくなり、定着性の低下を引き起こしやすい。定着性を確保するためには、ヒートローラへの熱供給を高めておく必要がある。これに対して、外部加熱ベルトの昇温目標温度を高めることも考えられるが、外部加熱ベルトの温度を高めると、ヒートローラ表面の温度が所定温度に上がってしまい、ローラヒータによってヒートローラ内部の温度が十分に加熱されない状態となり、かえって昇温直後の連続印字時の定着性の低下を引き起こす。
【００３２】
本発明では、外部加熱ベルトの昇温時の目標温度を低く設定することにより、ヒートローラのローラヒータによる昇温作用を十分に作用させることができ、ヒートローラ内部の温度を十分に高めることができる。これにより、ヒートローラを芯金内部から昇温させ、ヒートローラの内部を十分に高い温度勾配とすることができる。このため、気温が低い条件下で昇温直後に連続印字を行っても、外部からの熱供給に加えてヒートローラ内部からもヒートローラ表面に熱が供給されるので、定着性の低下を防止して高品位な画像を安定して得ることができる。
【００３３】
さらに、定着加熱制御部では、前記気温検知部が検知した気温が所定温度よりも高いとき、前記昇温目標ベルト温度を印字動作可能な待機状態の待機時ベルト温度に一致させる。
【００３４】
上記構成によると、気温が高い場合には、定着すべき記録紙の温度が高くなり、記録紙上のトナーを定着させ得るために供給すべき熱量が小さくなる。このため、連続印字時にヒートローラ表面から失われる熱量が大きくなく、定着性の低下を引き起こしにくい。
【００３５】
これに対して、外部加熱ベルトの昇温時の目標温度を低く設定しておくと、ヒートローラの表面温度を所定温度に昇温するための時間が長くなる。昇温直後にヒートローラ内部に十分に熱を蓄える必要が無い場合には、昇温動作の初期から外部加熱ベルトの昇温目標温度を高く設定した方が、定着性を確保しながら、昇温待機時間を短くすることができる。
【００３６】
また、本発明では、気温が所定温度より高い条件では、昇温動作の初期から印字待機状態での待機目標温度に設定することにより、ヒートローラ表面の温度を短時間で昇温させることができる。これは、記録紙に奪われる熱量が少ない気温の高い条件に限られるので、定着性の低下も防止することもできる。
【００３７】
さらに、前記定着加熱制御部は、記録紙の坪量を検知する坪量判定部の検知信号に基づいて温度制御を行うものであり、前記坪量判定部が判別した坪量が所定設定値よりも小さい場合に、前記昇温目標ベルト温度を印字動作可能な待機状態の待機時ベルト温度に一致させることを特徴とする。
【００３８】
上記構成によると、記録紙の坪量が低い場合には、定着すべき記録紙の熱容量が低くなり、記録紙上のトナーを定着させるために供給すべき熱量が小さくなる。このため、連続印字時にヒートローラ表面から失われる熱量が大きくなく、定着性の低下を引き起こしにくい。
【００３９】
これに対して、外部加熱ベルトの昇温目標温度を低く設定しておくと、ヒートローラの表面温度を所定温度に昇温するための時間が長くなる。昇温直後にヒートローラ内部に十分に熱を蓄える必要が無い場合には、昇温動作の初期から外部加熱ベルトの昇温目標温度を高く設定した方が、定着性を確保しながら、昇温待機時間を短くすることができる。
【００４０】
本発明では、印字すべき記録紙が薄い場合や坪量が低い場合には、昇温動作の初期から印字待機状態での待機目標温度に設定することにより、ヒートローラ表面の温度を短時間で昇温させることができる。これは、記録紙に奪われる熱量が少ない、記録紙が薄い場合や坪量が低い場合に限られるので、定着性の低下も防止することもできる。
【００４１】
また、前記定着加熱制御部は、前記昇温目標ベルト温度を前記昇温目標ローラ温度に対して０〜２０℃の範囲で低く設定することを特徴とする。
これにより、外部加熱ベルトの昇温時の第１の設定温度が低すぎる場合には、外部加熱ベルトからヒートローラへの熱供給が少なくなり、ヒートローラ表面の温度が設定温度に達するまでの時間が長くなる。外部加熱ベルトの第１の昇温目標温度と昇温目標ローラ温度の温度差が２０℃以下に設定することにより、ヒートローラ表面温度が設定温度に達するまでの時間の増加を例えば１００秒以下に抑制することができる。このため、昇温待機時間の過度の延長を抑制することができ、使い勝手の顕著な低下を防ぐことができる。
【００４２】
また、前記ヒートローラがシリコンゴムを含んでトナー像面に接触する定着ローラであり、前記印字時のヒートローラの表面の設定温度が１８０℃〜２１０℃で、前記外部加熱ベルトが基材とフッ素樹脂を含む離型層を有している。
【００４３】
上記構成においては、外部加熱ベルトにフッ素樹脂を含む離型層を設けることにより、ヒートローラに付着するトナーが外部加熱ベルトに付着することを防止できる。これにより、外部加熱ベルトに付着したトナーが再びヒートローラに付着して記録紙の画像面を汚すことを防ぎ、高品位な画像を安定して得ることができる。外部加熱ベルト表面の設定温度が例えば２３０℃を越えると、オーバーシュートなどにより設定温度を超える場合があり、フッ素樹脂層の耐久性が低下する。
【００４４】
本発明では、定着性が不足しやすい昇温動作時に、ヒートローラ内部のローラヒータにより芯金を十分に加熱できるので、印字動作時の外部加熱ベルトの設定温度を例えば２３０℃以下に設定しても、昇温動作直後の連続印字時に定着性の不足を生じることを防止できる。
【００４５】
また、ヒートローラにシリコンゴムを用いる場合、ヒートローラ表面の設定温度が例えば２１０℃を越えると、シリコンゴムの熱劣化によりヒートローラの耐久性が低下する。本発明では、外部加熱ベルトから熱供給を行うとともに、ヒートローラ内部の芯金に充分蓄熱できるので、印字動作時のヒートローラの設定温度を例えば２１０℃以下とすることができる。これにより、シリコンゴムを含むヒートローラの耐久性を確保することができる。
【００４６】
ヒートローラがシリコンゴムを含むことにより、定着ニップ部の形状をヒートローラから記録紙が剥離しやすい形状とすることができると同時に、ニップ部出口でのシリコンゴムの急速な変形回復により記録紙のヒートローラからの剥離性を向上することができる。さらに、シリコンゴムが変形することにより凹凸のある記録紙上のトナー像に掛かる圧力の偏在を緩和できるので、定着画像の光沢の不均一さを改善して、安定して高品位な画像を得ることができる。
【００４７】
ヒートローラの設定温度が例えば１８０℃よりも低い場合には、外部加熱ベルトを２３０℃を越える温度に設定しなくとも、外部加熱ベルトとヒートローラの間に十分な温度差を設けることができる。このため、ヒートローラ内部の芯金に蓄熱しなくとも外部加熱ベルトからの熱供給により、連続印字時のヒートローラの表面温度の低下を防止することができる。
【発明の効果】
【００４８】
以上のとおり、本発明によると、所定の待機温度への昇温動作に関連して、外部加熱ベルトと定着ローラの加熱手段（ベルトヒータ、ローラヒータ）を適切に制御することにより、昇温動作直後の連続印字時の定着ローラの温度低下を防止して高品位な画像を安定して得るとともに、部材寿命を確保できる外部ベルト加熱方式の定着装置およびこれを用いた電子写真方式の画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
＜第１の実施形態＞ 
図１を用いて本発明の実施の形態に係る定着装置が適用されるカラー画像形成装置について説明する。カラー画像形成装置は、図１に示すように、４色の可視像形成ユニット１０を記録媒体搬送路に沿って配列した所謂タンデム式のプリンタである。
【００５０】
具体的には、記録紙Ｐ（被加熱材）の供給トレイ２０と定着装置４０とを繋ぐ記録紙の搬送路に沿って４組の可視像形成ユニット１０Ｙ・１０Ｍ・１０Ｃ・１０Ｂを順次配設し、無端状ベルトの記録紙搬送手段３０によって搬送される記録紙Ｐに各色トナーを多重転写した後、定着装置４０によってこれを定着してフルカラー画像を形成するものである。
【００５１】
記録紙搬送手段３０は、一対の駆動ローラ３１及びアイドリングローラ３２によって架張され、所定の周速度（本実施例では３５５ｍｍ／ｓ）に制御されて回動する無端状の搬送ベルト３３を有し、このベルト上に記録紙を静電吸着させて搬送する。各可視像形成ユニット１０は、感光体ドラム１１の周囲に、帯電ローラ１２、レーザ光照射手段１３、現像器１４、転写ローラ１５、クリーナー１６を配置しており、各ユニットの現像器１４にはイエロー（Ｙ）・マゼンタ（Ｍ）・シアン（Ｃ）・ブラック（Ｂ）の各トナーが収容されている。
【００５２】
そして、各可視像形成ユニットは、以下の工程によりトナー画像を記録紙Ｐ上に形成する。すなわち、感光体ドラム１１表面を帯電ローラ１２で一様に帯電した後、レーザ光照射手段１３により感光体ドラム１１の表面を画像情報に応じてレーザ露光し静電潜像を形成する。その後、現像器１４により感光体ドラム１１上の静電潜像に対しトナー像を現像し、この顕像化されたトナー画像をトナーとは逆極性のバイアス電圧が印加された転写ローラ１５により搬送手段３０によって搬送される記録紙Ｐに順次転写するようになっている。
【００５３】
その後、記録紙Ｐは駆動ローラ３１の曲率により搬送ベルト３３から剥離された後、定着装置４０に搬送される。そこで、所定の温度に保たれた定着ローラにより適度な温度と圧力が与えられる。そして、トナーは記録紙Ｐに定着され堅牢な画像となる。
【００５４】
次に、本発明の実施の形態に係る定着装置の構成について、図２から図４を用いて詳細に説明する。本実施の形態に係る定着装置４０は、未定着のトナー画像が表面に形成された記録紙Ｐ（記録材）に対し、熱および圧力によりトナー画像を記録紙上に定着させるものである。未定着のトナー画像は、非磁性一成分現像剤（非磁性トナー）、非磁性二成分現像剤（非磁性トナーおよびキャリア）、磁性現像剤（磁性トナー）等の現像剤（以下、トナーとも称する）によって形成される。
【００５５】
図２は、本実施の形態に係る定着装置の構成を示す断面図である。図２に示すように、本実施の形態に係る定着装置４０は、定着ニップ５５を形成する定着部材としての定着ローラ４２および加圧ローラ４３、外部加熱部材としての外部加熱ベルト４４、外部加熱ベルト４４を懸架し加熱するための加熱ローラ４５、４６、加熱ローラ４５，４６を加熱するための熱源であるヒータランプ４７，４８、定着ローラ４２を加熱するための熱源であるヒータランプ５０，５１、加圧ローラ４３を加熱するための熱源であるヒータランプ５２、定着ローラ、加圧ローラおよび外部加熱ベルトの各々の温度を検出する温度検出手段を構成する温度センサとしてのサーミスタ５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄ，５３ｅ、および定着ローラ４２をクリーニングするためのウエブクリーニング装置５４を備えている。
【００５６】
定着ローラ４２および加圧ローラ４３は、所定の荷重（ここでは５６０Ｎ）で互いに圧接されて、それらの間に定着ニップ部５５（定着ローラ４２および加圧ローラ４３が互いに当接する部分、ここでは幅８ｍｍ）を形成している。記録紙Ｐは、この定着ニップ部５５を通過することで、トナー画像が定着されるようになっている。記録紙が定着ニップ部５５を通過する時には、定着ローラ４２は記録紙のトナー画像形成面に当接する一方、加圧ローラ４３は記録紙におけるトナー画像形成面とは反対の面に当接するようになっている。
【００５７】
定着ローラ４２の内部には、定着ローラを加熱するヒータランプ５０，５１の２本が配置されている。制御回路（図示せず）からヒータランプ５０，５１に通電されることによりヒータランプ５０，５１が発熱し、輻射熱により定着ローラの内周面が加熱され、熱伝導により定着ローラ全体が加熱される。
【００５８】
本実施形態では、小サイズの通紙に対応するため、軸方向に発熱分布の異なるランプを２本用いている。ヒータランプ５０は定着ローラ４２の中央部（中央に対して左右に１２０ｍｍの範囲）を主に加熱し、定格加熱電力は５５０Ｗである。ヒータランプ５１は定着ローラ４２の端部（中央に対して左右１２０ｍｍｍより外側）を主に加熱し、定格加熱電力は４００Ｗである。この２本のランプを用いることにより、幅の狭いＡ４サイズの縦通しやＢ５サイズ、Ａ５サイズの通紙時にも、定着ローラ４２の端部の温度が高くなり過ぎるのを防止できる。この定着ローラ４２内のヒータランプ５０，５１は、用いる用紙幅によっては、適切な配熱分布を有するランプを１本のみ用いて構成することも可能である。
【００５９】
加圧ローラ４３の内部には加圧ローラを内部から加熱するヒータランプ５２が設けられている。ヒータランプ５２は加圧ローラ４３の全幅にわたる発熱幅を有し、定格加熱電力は４５０Ｗである。
【００６０】
画像形成時に定着ローラ４２は、所定の表面温度（ここでは１９０℃）に加熱されて、定着装置の定着ニップ部５５を通過する未定着トナー画像が形成された記録紙Ｐを加熱する。定着ローラ４２は、その内側から順に、芯金、弾性層、離型層が形成された３層構造からなる。芯金には、たとえば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム等の金属あるいはそれらの合金等が用いられる。また、弾性層にはシリコンゴムやフッ素ゴム、離型層にはＰＦＡ（テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂およびこれらの混成材料が適している。
【００６１】
加圧ローラ４３は、定着ローラ４２と同様に、鉄鋼、ステンレス鋼、アルミニウム等の外周表面にシリコンゴム等の弾性層を有し、更にその上にＰＦＡ等の離型層が形成されている。
【００６２】
外部加熱ベルト４４は、印字動作時には所定の温度（ここでは２２０℃）に加熱された状態で定着ローラ４２の表面に当接して、定着ローラ４２の表面を加熱するものである。外部加熱ベルト４４は、２本の加熱ローラ４５，４６によって懸架されており、加熱ローラ４５，４６の内部には、並列に接続された加熱ローラ４５，４６を加熱する定格４７５Ｗの加熱源としてのヒータランプ４７，４８が配置されている。
【００６３】
制御回路からヒータランプ４７，４８に同時に通電されることにより、ヒータランプ４７，４８が発光し、加熱ローラ４５，４６の内周面が加熱され、加熱ローラ４５，４６を介して間接的に外部加熱ベルト４４が加熱されるよう構成されている。
【００６４】
外部加熱ベルト４４は、定着ローラ４２に対し所定の押圧力（ここでは４０Ｎ）をもって定着ローラ４２に圧接されるようになっている。そして、定着ローラ４２との間に加熱ニップ部５６（ここでは円周方向の幅１８ｍｍ）が形成されている。外部加熱ベルト４４は、定着ローラ４２の回転時には、定着ローラ４２に従動して回転するようになっており、この外部加熱ベルト４４の回転に従動して、加熱ローラ４５，４６も回転するよう構成されている。
【００６５】
外部加熱ベルト４４の構成としては、ポリイミド等の耐熱樹脂或いはステンレスやニッケル等の金属材料からなる中空円筒状の基材の表面に、離型層として、耐熱性および離型性に優れた合成樹脂材料（例えばＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素樹脂を単独、または混合して用いられる）が形成された２層構成となっている。また、外部加熱ベルト４４の寄り力を低減するために、ベルト基材の内面に、フッ素樹脂等のコーティングを施してもよい。
【００６６】
加熱ローラ４５，４６としては、アルミニウムや鉄系材料等からなる中空円筒状の金属製芯材からなる。また、外部加熱ベルト４４の寄り力を低減するために、金属製芯材の表面に、フッ素樹脂等のコーティングを施してもよい。
【００６７】
定着ローラ４２、加圧ローラ４３および外部加熱ベルト４４の各々の外周面には、温度検知手段としてのサーミスタ５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄ，５３ｅが配設されており、各部の表面温度を検出するようになっている。定着ローラ４２に設けられているサーミスタ５３ｃは定着ローラ４２の中央部の表面温度を検知し、サーミスタ５３ｄは定着ローラ４２の端部の温度を検知するように設けられている。サーミスタ５３ｅは加圧ローラ４３の表面に設けられている。そして、各サーミスタ５３ａ〜５３ｅにより検出された温度データに基づいて、温度制御手段としての制御回路（図示せず）が、各部の温度が所定の温度となるようヒータランプ４７，４８、５０，５１，５２への通電を制御する。ヒータランプ４７，４８は同一の通電回路であり、他のヒータランプ５０，５１，５２はそれぞれ独立した通電回路となっている。
【００６８】
そして、定着ニップ部５５に所定の定着速度および複写速度（定着速度は所謂プロセス速度のことで、例えば、ここでは３５５ｍｍ／ｓｅｃ、また複写速度は、１分あたりのコピー枚数のことで、例えば、ここではＡ４横送りで７０枚／分）で未定着トナー像が形成された記録紙Ｐが搬送され、熱と圧力により定着が行われる。
【００６９】
なお、図２には示していないが、定着ニップ部５５を記録紙Ｐが通過するように、定着ローラを回転駆動する駆動モータ（駆動手段）が設けられている。また、加圧ローラ４３は、定着ローラ４２の回転に従動して回転する。定着ローラ４２および加圧ローラ４３は、図２に示すように、逆方向（定着ニップ対向面は同方向）に回転される。
【００７０】
次に、定着装置４０の外部加熱ベルト部の構成について、図３及び図４に基づいて詳細に説明する。ここで、図３は外部加熱ベルト部の構成を示す断面図、図４は端部の平面図である。
【００７１】
外部加熱ベルト４４を懸架している加熱ローラ４５，４６は、それぞれ、サイドフレーム６１に取り付けられた軸受６２，６３によって、回転自在に支持されている。軸受６２，６３はサイドフレーム６１に対し、所定の軸間で固定されているため、加熱ローラ４５，４６間の平行度が確保されル。本実施形態においては、加熱ローラ４５，４６の平行度公差としては１００μｍ以下となっている。
【００７２】
また、サイドフレーム６１は、アーム６４に対し、支点６５を中心に回転自在に軸支されており、アーム６４は支点６６を中心に回転可能に構成されている。支点６５あるいは支点６５近傍には、コイルバネ６７が取り付けられており、コイルバネ６７によってアーム６４に荷重が付与されることによって、アーム６４に取り付けられたサイドフレーム６１が定着ローラ方向に付勢され、その結果、図３（ａ）のように定着ローラ４２に加熱ベルト４４を介して当接する第１の位置に位置し、サイドフレーム６１に軸支された加熱ローラ４５，４６が等しい荷重で定着ローラに圧接するようになる。
【００７３】
次に、偏芯カム６８を１８０度回転させると、図３（ｂ）のように、支点６５と反対側のアーム端部が偏芯カム６８で押され、コイルバネ６７が伸びるとともに、支点６５が定着ローラ４２から離れた第２の位置に遠ざかり、加熱ローラ４５，４６が定着ローラ４２から離間する。
【００７４】
こうして、加熱ローラ４５，４６は、偏芯カム６８の回転動作によって離接可能な構成となっている。また、加熱ローラ４５，４６に対し軸受６２，６３の内側には、外部加熱ベルト４４の蛇行を防止するためのベルト規制部材としての寄り規制部材６９，７０が挿入されている。この寄り規制部材６９，７０は、外部加熱ベルト４４が蛇行してきた際に、ベルト端部と当接して回転することで、ベルトの寄りを規制すると同時に、ベルト端部の摺動による磨耗や割れを防止する目的で設けられている。寄り規制部材６９，７０は、加熱ローラ４５，４６に対して回転可能で、かつ軸方向にも移動可能に設置されている。
【００７５】
外部加熱ベルト４４は、厚さ９０μｍのポリイミド（宇部興産製、商品名：ユーピレックスＳ）の基材表面に、離型層としてＰＴＦＥとＰＦＡがブレンドされたフッ素樹脂が２０μｍ厚でコーティングされたベルトを用いている。
【００７６】
定着ローラ４２は、厚さ２ｍｍのアルミ製芯金上に厚さ２ｍｍでＪＩＳ−Ａ硬度５度のシリコンゴム層、更にその上に厚さ５０μｍのＰＦＡチューブを被覆したものを使用する。加圧ローラ４３は、アルミ製芯金上に厚さ２ｍｍでＪＩＳ−Ａ硬度４０度のシリコンゴム層、更にその上に厚さ５０μｍのＰＦＡチューブを被覆したものを使用する。定着ローラ４２、加圧ローラ４３ともに外径はφ５０ｍｍである。加熱ローラ４５，４６は、ともに厚さ２ｍｍのアルミ製芯金表面にＰＴＦＥとＰＦＡがブレンドされたフッ素樹脂が２０μｍ厚でコーティングされたものを用いる。加熱ローラ４５，４６の外径は、ともに１５ｍｍである。加熱ローラ軸間は２３．０ｍｍである。外部加熱ベルト４４は、その内径が室温で３０ｍｍで、軸間が固定された２本の加熱ローラ４５、４６で懸架して定着ローラ４２に荷重４０Ｎで圧接させている。外部加熱ベルト４４の幅（軸方向の長さ）は３２０ｍｍで、定着ローラ４２の定着面の幅と同等である。
【００７７】
次に、外部加熱ベルト４４の回転について説明する。外部加熱ベルト４４の一部が定着ローラ４２に接触した状態で定着ローラ４２が駆動しているとき、接触状態によりベルト４４が従動回転する。ここで、定着ローラ４２を１９０度、加熱ローラ４５，４６を２２０度に温調し、定着ローラ４２の回転速度（周速度）が３５５ｍｍ／ｓｅｃのとき、外部加熱ベルト４４を定着ローラ４２に圧接させた条件では、外部加熱ベルト４４は定着ローラ４２に従動する。
【００７８】
一方、ベルト移動機構により、外部加熱ローラ４５，４６を持ち上げた状態では、外部加熱ベルト４４と定着ローラ４２は接触しているが、接触圧が小さいために摩擦力が小さく、定着ローラ４２を回転させても外部加熱ベルト４４は回転しない。従って、この状態では、外部加熱ローラ４５，４６の熱は定着ローラ４２に供給されない。
【００７９】
また、連続通紙時には紙へ奪われる熱量を補うためには、外部加熱ベルト４４と定着ローラ４２の接触面積を大きくすることが重要である。一方、画像形成動作開始直後は周方向の温度分布を均一にするために定着ローラ４２は回転するが、定着ニップ５５を記録紙Ｐが通過しないために定着ローラ４２から熱を奪わない。この状態で加熱ローラ４５，４６が圧接位置にあると、外部加熱ベルト４４からの熱供給が過剰になり定着ローラ４２の温度が設定温度よりも高くなってしまう。この状況を回避し、短時間で外部加熱から定着ローラ４２への熱供給量を変更するには、上記と同様に、外部加熱ベルト４４と定着ローラ４２の接触面積を機械的に変更することが有効である。
【００８０】
また、画像形成動作終了後の放置時に定着ローラ周方向の温度ムラを防止するためには、画像形成動作を行わない放置時に加熱ローラ４５，４６を第２の位置に移動させておくことが望ましい。
【００８１】
これらの点から、画像形成動作後には加熱ローラ４５，４６を第２の位置に移動し、画像形成動作開始後の記録紙Ｐが定着ニップ５５へ到達するタイミングに応じて加熱ローラ４５，４６を第１の位置に移動させるのが好ましい。
【００８２】
ところで、定着ローラ４２の表面温度低下の効果、及びベルト４４が従動するかどうかは、ベルト４４と定着ローラ４２の接触幅と圧接力、ベルトの回転のしやすさによって変化する。これらは、接触部分の表面材質、温度、周速度、ベルト周長と軸間距離の関係、支点６５の位置、ベルトの巻き癖に依存するので、組み上がった状態で、離間長さを適当に調整して決めることが望ましい。
【００８３】
こうして構成された離接機構によれば、加熱ローラ４５，４６の位置を固定したサイドフレーム６１が移動するので、加熱ローラ４５，４６及びベルト４４が一体化した状態で、定着ローラ４２から素早く離間させることができる。
【００８４】
なお、本実施の形態では、第１の位置において外部加熱ベルト４４を介して定着ローラ４２に押圧する構成としたが、第１の位置においても加熱ベルトの加熱ローラへの巻き掛け部の外周面と定着ローラの間に間隙を有する構成も実施可能である。この場合、第２の位置は第１の位置と比べて相対的に加熱ローラ４５，４６が定着ローラ４２から離れた位置となる。
【００８５】
この構成により、第２の位置では第１の位置に比べて定着ローラ４２と加熱ベルト４４の接触面積が小さくなるので、定着ローラ４２への熱伝導を抑制する効果を得ることができる。また、紙ジャム発生時や、急な電源切断、停電等の場合に、外部加熱ローラの高温状態で移動できない場合がある。このような場合にも、第１の位置で加熱ローラ４５，４６が定着ローラ４２に当接していないため、加熱ローラ４５，４６のオーバーシュートが生じても定着ローラ４２の表面離型層や弾性層が熱劣化することを防止できる。
【００８６】
次に、図６および図７を用いて、本実施形態の昇温動作について説明する。図６は室温（１０℃）からの昇温動作時の各サーミスタの検知温度の変化と、目標とする昇温目標温度を示す。図７は温度制御のブロック図である。
【００８７】
図７において、定着加熱制御部７５は、一般的なマイクロコンピュータから構成され、ベルト加熱制御部７６、定着ローラ中央部加熱制御部７７、定着ローラ端部加熱制御部７８、加圧ローラ加熱制御部７９を備えている。定着加熱制御部７５の入力側には、外部加熱ベルト４４の加熱ローラ４５，４６の温度センサ５３ａ、５３ｂ、定着ローラ４２の中央部の温度センサ５３ｃ、端部の温度センサ５３ｄ、加圧ローラ４３の温度センサ５３ｅとが接続される。定着加熱制御部７５の各制御部７６〜７９には、それぞれヒータランプ４７，４８、５０、５１、５２が順次接続される。
【００８８】
外部加熱ベルト４４は昇温目標ベルト温度として１８０℃を設定されて加熱される。定着ローラ４２の昇温目標温度は１９０℃、加圧ローラ４３の昇温目標温度は１４０℃としている。
【００８９】
まず、外部加熱ベルト４４が非圧接状態で、外部加熱ローラ内のヒータランプ４７，４８に通電して外部加熱ベルト４４を昇温目標ベルト温度より低い１７０℃まで昇温させる。その後、外部加熱ベルト４４を定着ローラ４２に圧接状態とすると同時に定着ローラ４２を回転させる。圧接状態にあるので、定着ローラ４２の回転に従動して外部加熱ベルト４４も回転する。定着ローラ４２と加圧ローラ４３は、常に圧接しているため、定着ローラ４２の回転により加圧ローラ４３も回転する。外部加熱ベルト４４の温度制御にはサーミスタ５３ａを用い、サーミスタ５３ｂの信号は制御には直接用いず、異常検知などの補助的にのみ用いる。従って、本実施形態での外部加熱ベルト４４の温度はサーミスタ５３ａが検知した温度である。
【００９０】
定着ローラ４２に熱を奪われるために、定着ローラ４２が回転すると、ヒータランプ４７，４８に通電された状態でも外部加熱ベルト４４の温度が一旦低下する。その後も外部加熱ローラ４５，４６内のヒータランプ４７，４８に通電を継続して外部加熱ベルト４４を第１の目標温度１８０℃になるまで加熱する。外部加熱ベルト４４が１８０℃になった時点で、ヒータランプ４７，４８への通電を停止して定着ローラ内部のヒータランプ５０，５１に通電して定着ローラ内部からの加熱を行う。
【００９１】
外部加熱ベルト４４の温度が低下して１８０℃より低くなった場合には、ヒータランプ５０，５１への通電を停止してヒータランプ４７，４８への通電を行うことにより、外部加熱ベルト４４の温度を１８０℃に保つ。図６においては、保温動作中のヒータランプのｏｎ／ｏｆｆによる温度リップルは省略している。
【００９２】
定着ローラ４２の表面温度は端部への熱逃げのない中央部のサーミスタ５３ｃの検知温度が端部よりも先に昇温目標温度となる。定着ローラ中央部が昇温目標温度となった時、ヒータランプ５０への通電を停止して、加圧ローラ内部のヒータランプ５２へ通電を開始する。そして、サーミスタ５３ｄ、サーミスタ５３ｅが昇温目標温度となるまでヒータランプ５１、５２への加熱を行う。この間、外部加熱ベルトの温度が低下した場合には、ヒータランプ４７，４８への通電を優先して、外部加熱ベルト４４の温度が昇温目標温度に戻るまでヒータランプ５１、５２への通電を一旦停止する。
【００９３】
この昇温動作により、定着ローラ４２、加圧ローラ４３が昇温目標温度に達した後、１０秒間定着ローラ４２を回転させて昇温動作を終了する。そして、外部加熱ベルト４４の設定温度を昇温目標ベルト温度から、印字待機時の待機目標温度（２２０℃）へ変更する。
【００９４】
定着ローラ４２の内部のヒータ５０，５１だけで定着ローラを昇温させると、芯金外側の低熱伝導率のシリコンゴム層を昇温させるために芯金の温度が高くなり過ぎ、熱劣化により芯金とシリコンゴム層の界面の接着強度を低下させる。
【００９５】
本実施形態では、外部加熱ベルト４４を用いて定着ローラを昇温させることにより、昇温目標温度到達時の芯金温度を抑制することができる。これにより、芯金とシリコンゴム層の接着強度の低下を抑制して、定着ローラの耐久性を向上することができる。
【００９６】
一般に、昇温直後は、定着器および画像形成装置全体が暖まっていないので、定着不良が発生しやすい。昇温動作時に昇温目標ベルト温度まで昇温した外部加熱ベルト４４からの熱で定着ローラを昇温させると、表面は強く加熱されるために定着ローラ内部の温度が高くない状況でも、定着ローラ表面が昇温目標温度に昇温する。この昇温直後に連続印字動作を行うと、ローラ内部からの熱供給が少ないために、外部加熱ベルト４４からの熱供給だけでは定着ローラ表面の温度が低下して定着性が不足する。
【００９７】
本実施形態では、まず、外部加熱ベルト４４を昇温目標ローラ温度よりも昇温目標ベルト温度に昇温させ、その後、外部加熱ベルトを保温しながら定着ローラ内部のヒータランプ５０，５１により定着ローラ表面を昇温させる。これにより、定着ローラ４２を芯金内部から昇温させ、ローラの内部が高い温度勾配とすることができる。このため、昇温直後に連続印字を行っても、外部加熱ベルト４４からの熱供給に加えて定着ローラ内部からも表面に熱が供給されるので、定着性の低下を防止して高品位な画像を安定して得ることができる。
【００９８】
昇温時に全てのヒータランプ４７，４８，５０，５１，５２を同時に加熱させないので、画像形成装置全体の定格電力を過大にすることなく、個々のヒータランプの定格電力を高く設定することができる。このため、個々の部材の温度変動に対して大きな熱量を供給して、短時間で所定温度へ復帰させることができる。
【００９９】
また、本実施形態では、加熱電力を外部加熱ベルト４４へ優先して振り分けるので、最も熱容量の小さい外部加熱ベルト４４を優先して加熱できる。このため、昇温時に定着ローラ４２を内部からと外部からの両面から加熱することができる。これにより、定着ローラ４２の昇温速度が速くなり、印字可能になるまでの待機時間を短縮することができる。
【０１００】
また、外部加熱ベルト４４をトナー像に直接接触する定着ローラ４２に用いることにより、定着ローラの温度低下を防止することができるので、連続印字時にも定着性の低下を防止することができる。
【０１０１】
さらに、加圧ローラ４３にも内部ヒータ５２を備え、加圧ローラ４３を内部から加熱することにより、加圧ローラ４３の内部にも内側に温度高い温度勾配を作ることができる。また、先に昇温する定着ローラ４２と圧接して回転することにより、加圧ローラ４３の表面を定着ローラ４２により加熱することができる。これにより、加圧ローラ４３の芯金温度の上昇を抑制しながら加圧ローラ４３の昇温時間を短縮できるとともに、ローラ内部からの熱供給によって昇温直後の連続動作時にも加圧ローラ表面の温度低下による定着性低下を防止することができる。
【０１０２】
また、ヒートローラ全幅を均一に加熱する場合には、芯金の熱伝導により端部の温度が低下する傾向がある。この端部の温度が低下する傾向は、昇温中、昇温後の待機保温状態で異なる。本実施形態では、端部と中央部を独立に加熱制御できるので、昇温中も待機保温状態でもヒートローラの温度を均一にすることができ、均一で高品位な画像を安定して得ることができる。
【０１０３】
また、中央部と端部のどちらかが所定の温度に昇温した後は、その部分の加熱ヒータをＯＦＦにして、他のヒータ等へ電力を供給することができる。
【０１０４】
本実施形態では、昇温時に端部への熱逃げが少ない定着ローラ中央部の温度が先に昇温目標温度に昇温するので、中央部のヒータへ供給する電力を加圧ローラヒータへ供給することができる。これにより、加圧ローラの昇温速度を高めることができるので、昇温待機時間を短縮することができる。また、トナー像に直接接触しない加圧ローラは、定着ローラよりも低い温度で昇温を完了して画像を定着できるので、最後に加熱を始めても昇温時間を短縮することができる。
【０１０５】
なお、定着ローラ、外部加熱ベルト、加圧ローラの温度は上記の温度に限るものではなく、トナーや定着速度に応じて調節されるものである。外部加熱ベルト４４の昇温目標温度は、定着ローラの目標昇温温度１９０℃に対して１０℃低い１８０℃としたが、昇温目標ベルト温度が昇温目標ローラ温度に対して０〜２０℃の範囲で低いことが望ましい。
【０１０６】
外部加熱ベルト４４の昇温目標ベルト温度が低すぎる場合には、外部加熱ベルト４４からヒートローラへの熱供給が少なくなり、ヒートローラ表面の温度が設定温度に達するまでの時間が長くなる。外部加熱ベルト４４の昇温目標ベルト温度と昇温目標ローラ温度の温度差が２０℃以下に設定することにより、ヒートローラ表面温度が設定温度に達するまでの時間の増加を１００秒以下に抑制することができる。このため、昇温待機時間の過度の延長を抑制することができ、使い勝手の顕著な低下を防ぐことができる。
【０１０７】
また、本実施形態では、外部加熱ベルト４４が基材とフッ素樹脂を含む離型層を有し、ヒートローラがシリコンゴムを含んで画像面に接触する定着ローラ４２であり、印字時の定着ローラ４２の表面の設定温度が１９０℃としたが、定着ローラの設定温度は１８０℃〜２１０℃で有ることが望ましい。
【０１０８】
外部加熱ベルト４４にフッ素樹脂を設けることにより、ヒートローラに付着するトナーが外部加熱ベルト４４に付着することを防止できる。これにより、外部加熱ベルトに付着したトナーが再びヒートローラに付着して記録紙の画像面を汚すことを防ぎ、高品位な画像を安定して得ることができる。このフッ素樹脂は、外部加熱ベルト表面の設定温度が２３０℃を越えると、オーバーシュートなどにより設定温度を超える場合があり、フッ素樹脂層の耐久性が低下する。本発明では、定着性が不足しやすい昇温動作時に、ヒートローラ内部のヒータにより芯金を十分に加熱できるので、印字動作時の外部加熱ベルトの設定温度を２３０℃以下に設定しても、昇温動作直後の連続印字時に定着性の不足を生じることを防止できる。
【０１０９】
また、ヒートローラにシリコンゴムを用いる場合、表面の設定温度が２１０℃を越えるとシリコンゴムの熱劣化によりヒートローラの耐久性が低下する。本発明では、外部加熱ベルトから熱供給を行うとともに、ヒートローラ内部の芯金に充分蓄熱できるので、印字動作時の定着ローラの設定温度を２１０℃以下とすることができる。これにより、シリコンゴムを含むヒートローラの耐久性を確保することができる。
【０１１０】
また、定着ローラ４２がシリコンゴムを含むことにより、定着ニップ部５５の形状を定着ローラから記録紙が剥離しやすい形状とすることができると同時に、ニップ部出口でのシリコンゴムの急速な変形回復により記録紙の定着ローラからの剥離性を向上することができる。さらに、シリコンゴムが変形することにより凹凸のある記録紙上のトナー像に掛かる圧力の偏在を緩和できるので、定着画像の光沢の不均一さを改善して、安定して高品位な画像を得ることができる。
【０１１１】
ヒートローラの設定温度が１８０℃よりも低い場合には、外部加熱ベルトを２３０℃を越える温度に設定しなくとも、外部加熱ベルトとヒートローラの間に十分な温度差を設けることができる。このため、ヒートローラ内部の芯金に蓄熱しなくとも外部加熱ベルトからの熱供給により、連続印字時のヒートローラの表面温度の低下を防止することができるので、本発明の構成を用いる必要は無い。
【０１１２】
＜第２の実施形態＞
図８を用いて本発明の第２の実施形態を説明する。図８は第２の実施形態の温度制御のブロック図である。本実施の形態では、第1の実施形態とは異なり、画像形成装置に気温を検知する気温センサ７０を設け、気温センサ（例えば、サーミスタや熱伝対。）からの信号に基づき、気温判定部７１により気温が１８℃よりも低いと判定した場合に、外部加熱ベルト４４の昇温目標ベルト温度を１８０℃とし、気温が１８℃以上と判定した場合には、昇温目標ベルト温度を外部加熱ベルトの昇温目標ベルト温度と同じ２２０℃としている。なお、気温判定部７１は、画像形成装置に備えられる定着加熱制御部７５の一部に設けられる。その他の構成は、実施の形態１と同様である。
【０１１３】
上記構成においては、気温が低い場合には、定着すべき記録紙の温度が低くなり、記録紙上のトナーを定着させるために供給すべき熱量が大きくなる。このため、連続印字時にヒートローラ表面から失われる熱量が大きくなり、定着性の低下を引き起こしやすい。定着性を確保するためには、ヒートローラへの熱供給を高めておく必要がある。
【０１１４】
これに対して、外部加熱ベルトの昇温目標温度を高めることも考えられるが、外部加熱ベルトの温度を高めると、ヒートローラ表面の温度が所定温度に上がってしまい、内部ヒータによってヒートローラ内部の温度が十分に加熱されない状態となり、かえって昇温直後の連続印字時の定着性の低下を引き起こす。
【０１１５】
本発明では、外部加熱ベルトの昇温時の昇温目標ベルト温度を低く設定することにより、ヒートローラの内部ヒータによる昇温作用を十分に作用させることができ、ヒートローラ内部の温度を十分に高めることができる。これにより、ヒートローラを芯金内部から昇温させ、ローラの内部が十分に高い温度勾配とすることができる。このため、気温が低い条件下で昇温直後に連続印字を行っても、外部からの熱供給に加えてヒートローラ内部からも表面に熱が供給されるので、定着性の低下を防止して高品位な画像を安定して得ることができる。
【０１１６】
気温が高い場合には、定着すべき記録紙の温度が高くなり、記録紙上のトナーを定着させ得るために供給すべき熱量が小さくなる。このため、連続印字時にヒートローラ表面から失われる熱量が大きくなく、定着性の低下を引き起こしにくい。これに対して、外部加熱ベルトの昇温目標ベルト温度を低く設定しておくと、定着ローラの表面温度を所定温度に昇温するための時間が長くなる。昇温直後にヒートローラ内部に十分に熱を蓄える必要が無い場合には、昇温動作の初期から外部加熱ベルトの昇温目標温度を高く設定した方が、定着性を確保しながら、昇温待機時間を短くすることができる。
【０１１７】
本発明では、気温が所定温度より高い条件では、昇温動作の初期から外部加熱ベルトの昇温目標ベルト温度を印字待機時の待機目標ベルト温度に設定することにより、ヒートローラ表面の温度を短時間で昇温させることができる。これは、紙に奪われる熱量が少ない気温の高い条件に限られるので、定着性の低下も防止することもできる。
【０１１８】
なお、本実施の形態では、気温が１８℃での２段階の判定としたが、判定温度を複数設けて多段階の判定とし、各判定区分に応じて、複数の昇温目標ベルト温度を設定しても良い。この場合、気温が低いほど、昇温目標ベルト温度は低く設定される。
【０１１９】
また、本実施の形態では、気温が１８℃以上で昇温目標温度を印字待機時の外部加熱ベルトの待機目標ベルト温度と同じ２２０℃としたが、昇温目標ベルト温度を待機目標ベルト温度（２２０℃）寄りも低く、１８℃以下での昇温目標ベルト温度（１８０℃）よりも高い温度（例えば２００℃）としても良い。
【０１２０】
＜第３の実施形態＞
図９を用いて本発明の第３の実施形態を説明する。図９は第３の実施形態の温度制御ブロック図である。本実施の形態では、第1の実施形態とは異なり、印字に用いる記録紙の坪量をユーザが入力する坪量入力部７２と、入力された坪量を判定する坪量判定部７３とが設けられ、坪量判定部７３からの信号に基づき、紙の坪量が９０ｇ／ｍ２よりも大きいと判定した場合に、外部加熱ベルトの昇温目標ベルト温度を１８０℃とし、坪量が９０ｇ／ｍ２未満と判定した場合には、昇温目標ベルト温度を印字待機時の外部加熱ベルトの待機目標ベルト温度と同じ２２０℃としている。坪量判定部７３は、マイクロコンピュータの一部により構成される。その他の構成は、第1の実施形態と同様である。
【０１２１】
坪量入力部７１は、例えば、画像形成装置に備えられる操作パネルである。操作パネルは、画像形成装置の動作モードを設定する設定ボタンやテンキー、液晶ディスプレイなどの表示部より構成されるものである。例えば、厚紙や薄紙を用いる場合は、記録紙を選択するモードを設け、表示部に記録紙の種類を表示し、ユーザに選択を促すようにすれば良い。
【０１２２】
記録紙の坪量が大きい場合には、定着すべき記録紙の熱容量が高く、記録紙上のトナーを定着させる時に記録紙が奪う熱量が大きくなる。このため、連続印字時にヒートローラ表面から失われる熱量が大きくなり、定着性の低下を引き起こしやすい。定着性を確保するためには、ヒートローラへの熱供給を高めておく必要がある。
【０１２３】
これに対して、外部加熱ベルトの昇温目標温度を高めることも考えられるが、外部加熱ベルトの温度を高めると、ヒートローラ表面の温度が所定温度に上がってしまい、内部ヒータによってヒートローラ内部の温度が十分に加熱されない状態となり、かえって昇温直後の連続印字時の定着性の低下を引き起こす。
【０１２４】
本発明では、外部加熱ベルトの昇温目標ベルト温度を低く設定することにより、ヒートローラの内部ヒータによる昇温作用を十分に作用させることができ、ヒートローラ内部の温度を十分に高めることができる。これにより、ヒートローラを芯金内部から昇温させ、ローラの内部が十分に高い温度勾配とすることができる。このため、厚い紙や坪量が大きい紙に、昇温直後に連続印字を行っても、外部からの熱供給に加えてヒートローラ内部からも表面に熱が供給されるので、定着性の低下を防止して高品位な画像を安定して得ることができる。
【０１２５】
記録紙の坪量が低い場合には、定着すべき記録紙の熱容量が低くなり、記録紙上のトナーを定着させるために供給すべき熱量が小さくなる。このため、連続印字時にヒートローラ表面から失われる熱量が大きくなく、定着性の低下を引き起こしにくい。
【０１２６】
これに対して、外部加熱ベルトの昇温目標ベルト温度を低く設定しておくと、定着ローラの表面温度を所定温度に昇温するための時間が長くなる。昇温直後にヒートローラ内部に十分に熱を蓄える必要が無い場合には、昇温動作の初期から外部加熱ベルトの昇温目標温度を高く設定した方が、定着性を確保しながら、昇温待機時間を短くすることができる。
【０１２７】
本発明では、印字すべき紙が薄い場合や坪量が低い場合には、昇温動作の初期から外部加熱ベルトの昇温目標ベルト温度を印字待機時の待機目標ベルト温度に設定することにより、ヒートローラ表面の温度を短時間で昇温させることができる。これは、紙に奪われる熱量が少ない紙が薄い場合や坪量が低い場合に限られるので、定着性の低下も防止することもできる。
【０１２８】
なお、本実施の形態では、紙坪量が９０ｇ／ｍ２での２段階の判定としたが、判定坪量を複数設けて多段階の判定とし、各判定区分に応じて、昇温目標ベルト温度を設定しても良い。この場合、坪量が大きいほど、昇温目標ベルト温度は低く設定される。
【０１２９】
また、本実施の形態では、坪量が９０ｇ／ｍ２未満で昇温目標ベルト温度を印字待機時の待機目標ベルト温度と同じ２２０℃としたが、昇温目標ベルト温度を待機目標ベルト温度（２２０℃）寄りも低く、１８℃以下での昇温目標ベルト温度（１８０℃）よりも高い温度（例えば２００℃）としても良い。
【０１３０】
なお、外部加熱ベルトの昇温目標ベルト温度を、第２の実施形態で述べた気温検知信号と、第３の実施形態で述べた紙の坪量による判定信号の両方に基づいて決定しても良い。図１０はそのときの温度制御ブロック図である。
【０１３１】
また、本実施の形態の定着ニップ５５を形成するヒートローラとしては、上記の構成と異なり、未定着画像を担持する記録紙の未定着トナー像を担持しない裏面に接触する加圧ローラに外部加熱ベルトが接触する構成としても良い。この構成では、連続通紙時も待機時も、加圧ローラの外周面の温度を精度良く保持することができるので、高品位な画像を安定して得ると同時に、高いスループットを継続して得ることができる。
【０１３２】
さらに、定着ニップ５５を形成するヒートローラの両方に外部加熱ベルトを接触させる構成も実現可能である。この構成では、連続通紙時も待機時も、定着ローラと加圧ローラの両方の部材の外周面の温度を精度良く保持することができる。これにより、高品位な画像を安定して得ると同時に、高いスループットを継続して得ることができる。
【０１３３】
なお、上記の各実施形態では、ベルト加熱ローラが２本で同じ外径の場合、また２本のベルト懸架ローラにランプを内蔵して外部加熱ローラとして作用する構成について説明したが、本発明による実施形態としてはこれに限定されるわけではなく、例えば、ベルト懸架ローラの外径が異なるもの、ベルト懸架ローラが３本や４本のタイプのもの、幾つかの指示ローラには加熱ヒータを内蔵しないもの、また、定着動作時にベルト懸架ローラが定着ローラに圧接せずベルトのみが定着ローラに当接するタイプのものなど、外部加熱ベルトを用いた任意の形態の定着装置に適用できることは言うまでもない。
【０１３４】
また、上記の各実施形態では、定着ローラに弾性層を用いたカラー画像形成装置について述べたが、定着ローラに弾性層を設けず、芯金上に離型層を形成した他ハードローラを用いて、単色のトナーのみを用いる単色画像形成装置として構成することも可能である。
【０１３５】
上記各実施例では、定着ローラの中央部と端部を加熱する２本のヒータランプを用いているが、１本のヒータランプを用いても良い。
【０１３６】
さらにまた、上記の実施例では記録紙を搬送する搬送ベルトを用いたが、記録紙上に未定着トナー像を形成する方法はこれに限らず、中間転写ベルトを用いた構成や、感光体から記録紙に転写する単色構成でも同様に実現可能である。
【０１３７】
なお、本発明は、ソフトウェアによって実現してもよい。すなわち、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行する加熱制御ＣＰＵ（central processing unit）、上記プログラムを格納したＲＯＭ（read only memory）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（random access memory）、上記プログラム及び各種データを格納するメモリ等の記憶装置（記録媒体）などを備えている（これらにより温度制御装置を構成）。
【０１３８】
そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである温度制御プログラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム）をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、上記温度制御装置に供給し、そのコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。
【０１３９】
上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー（登録商標）ディスク／ハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ／ＣＤ−Ｒ等の光ディスクを含むディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ／フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ系などを用いることができる。
【０１４０】
また、温度制御装置を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、ＬＡＮ、ＩＳＤＮ、ＶＡＮ、ＣＡＴＶ通信網、仮想専用網（virtual private network）、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ＡＤＳＬ回線等の有線でも、ＩｒＤＡやリモコンのような赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、８０２．１１無線、ＨＤＲ、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】本発明の実施形態である定着装置を備えたカラー画像形成装置の構成図
【図２】本発明の定着装置の構成を示す断面図
【図３】（ａ）（ｂ）はそれぞれ外部加熱ベルト部の姿勢に対応する定着装置の断面図
【図４】本発明の定着装置の外部加熱ベルト部の平面図
【図５】図４のＡ矢視図
【図６】本発明の定着装置の各部材の昇温時の温度変化を示す図
【図７】本発明の定着装置の温度制御ブロック図
【図８】本発明の第２の実施形態である定着装置の温度制御ブロック図
【図９】本発明の第３の実施形態である定着装置の温度制御ブロック図
【図１０】本発明のその他の実施形態である定着装置の温度制御ブロック図
【符号の説明】
【０１４２】
４０    定着装置
４１    定着ニップ
４２    定着ローラ
４３    加圧ローラ
４４    外部加熱ベルト
４５，４６    加熱ローラ
４７，４８    ヒータランプ
５０，５１    ヒータランプ
５２    ヒータランプ
５３ａ〜５３ｅ    サーミスタ
【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】
2009036913.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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