JP6423994B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、記録媒体に画像を定着する定着装置、及び定着装置を備えた画像形成装置に関するものである。

複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはこれらの機能を備えた複合機などの画像形成装置においては、用紙などの記録媒体上に転写されて担持されている未定着画像を加熱定着することにより複写物や記録物を得ることができる。

定着に際しては、未定着画像を担持している記録媒体を、定着部材及び加圧部材によって挟持搬送しながら未定着画像を加熱することにより、未定着画像中に含まれる現像剤、特にトナーの溶融軟化及び記録媒体への浸透が行われ、記録媒体にトナーが定着される。

また、定着部材を熱源によって所定の温度へ加熱する際に、所定温度までの加熱時間が十分に短ければ、スタンバイ状態における予熱工程を省くことができ、大幅に消費エネルギーを低減できる。これを達成するために、定着部材として、金属基材と弾性ゴム層で構成される薄肉のローラやベルトなど、低熱容量の部材が広く使用されている。また、熱源も、輻射熱で定着部材を加熱するハロゲンヒータのほか、セラミックヒータや、加熱効率が高いＩＨ方式などを用いることで、急速加熱を実現している。これらの構成を有する定着装置は、例えば特許文献１〜４に開示されている。

これらの定着装置のうち、定着ローラと加熱ローラで定着ベルトを架設する構成のものや、ＩＨ方式で加熱するものや、内蔵ハロゲンヒータの設置位置を偏らせることで定着部材を局所的に加熱するもの（部分加熱方式）では、加熱源により加熱される加熱領域と、定着ニップ部とが位置的に相違している。そのため、加熱領域で相対的に高く加熱された定着部材であっても、画像定着動作の実行時においては、定着部材の熱量が、定着ニップ部を通過する記録媒体によって奪われるため、定着部材の温度が異常に高くなることはないが、用紙のジャム、その他の事由の発生による画像形成装置の急停止時、画像形成装置の電源オフ時、定着装置のオフモード／スリープモード時や省エネモード時など、定着部材の回転が停止する状態では、加熱源への電力供給を停止しても、加熱源の余熱（残熱）によって定着部材が過昇温状態となることがある。あるいは加熱源の余熱がさほど問題にならない場合でも、リフレクタ、ステー、高温になった内部空気の余熱によって回転停止後に表面が昇温することもある。さらには、加熱領域と定着ニップ部とが離れていると、加熱領域にて加熱されたベルト部分が定着ニップ部に移動する時点で定着に必要な熱量を確保できるように加熱領域では高めに部分加熱されるので、そのベルト部分が奪熱されないと当該ベルト部分はダメージを受ける。特に、ウォームアップ時間の短縮や消費エネルギーの低減などのために一層薄肉化して低熱容量化された定着部材を備えた定着装置では、定着部材にこのような問題が生じ易い傾向がある。

部分加熱方式の定着装置を搭載する画像形成装置が急停止する場合、定着部材は、加圧部材や記録媒体に接している範囲では加圧部材や記録媒体によって奪熱されるが、その他の範囲、特に上記加熱領域を含む定着ニップ部に入る前までの範囲では、周方向での熱移動が比較的鈍いために蓄熱されたままとなって、その範囲が特に熱膨張する。定着部材の周方向温度偏差が大きく、高温域と低温域とで熱膨張量に差が出て、それが行き過ぎると、高温側の中央領域でキンク（定着部材に形成される可塑性の凹み状の潰れ）が生じる。キンクの発生は局部的な熱膨張に起因するので、薄肉の定着部材を構成する材質とその厚みに左右されるが、定着部材がキンクを発生することにより、異常画像に発展し、さらには定着部材の破壊にも繋がる。

本発明は、ジャムしたりヒータなどが切れることで即断信号が出て定着部材が突然、異常停止する際に定着部材の過昇温が生じる場合であっても、定着部材にキンクを発生させないことを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、
加熱源と、
前記加熱源によって部分加熱される回転可能な定着部材と、
前記定着部材に圧接し、前記定着部材との間にニップ部を形成する回転可能な加圧部材と、
前記定着部材又は前記加圧部材を回転させる回転駆動手段と
を備えた定着装置において、
前記加熱源は、前記定着部材の周方向で、前記ニップ部以外の少なくとも一部を加熱し、
前記定着部材が装置電源オン状態にて異常停止する際に、前記加熱源への電力供給を停止し、前記定着部材回転停止後に前記定着部材を少なくとも第一の所定量回転させ、
前記第一の所定量は、少なくとも前記加熱領域の一部が、前記ニップ部に達する量であり、
さらに、前記定着部材が定着処理終了の理由で停止した後、前記加熱源が消灯した状態で所定時間内に前記定着部材が所定温度に達した場合、前記定着部材を第二の所定量回転させ、
前記定着部材はベルトであり、内部にニップ形成部材と支持部材を有し、前記ニップ形成部材は前記支持部材によって支持され、
前記加熱源と前記支持部材との間に反射部材を有し、
前記加熱源は、輻射熱ヒータであり、
前記ニップ形成部材は、前記ニップ部で、前記定着部材を介して、前記加圧部材と対向し、
前記支持部材は、前記ニップ形成部材を介して前記加圧部材からの加圧力を受けることを提案する。

本発明によれば、定着部材が正常でなく急停止する際に、加熱源によって部分加熱された定着部材の箇所が熱膨張によってキンクを発生する前に、定着部材が回転移動するので、定着部材の周方向における温度偏差を抑えることができ、キンクの発生を回避可能である。

本発明に係る画像形成装置の実施の一形態を示す概略構成図である。 画像形成装置に搭載された定着装置の概略構成図である。 加熱源としてのハロゲンヒータを一本のみ備える定着装置の概略構成図である。 加熱源としてのハロゲンヒータを三本備える定着装置の概略構成図である。 定着装置の加熱源（ハロゲンヒータ）と温度検知手段（サーモパイル、サーミスタ）を概念的に示す図である。 定着装置の温度制御回路を示す図である。 定着ベルトの温度変化を示すグラフであって、図７（ａ）はヒータ消灯後、排紙ローラが停止するまで定着ベルトを回転させた場合の温度変化を示し、図７（ｂ）はヒータ消灯と略同じタイミングで定着ベルトを停止する場合の温度変化を示す。 定着モータ停止後に定着ベルトの温度を監視して必要に応じてベルト回転させる場合の定着ベルトの温度変化を示すグラフである。 画像形成装置が急停止して定着ベルトが回転を止めた際の周方向の温度分布を示すグラフである。 画像形成装置が急停止して定着ベルトが回転を止めた際に定着ベルトをＬ_１−Ｌ_２だけの強制回転させた場合の周方向の温度分布を示すグラフである。 正転動作する時のキンク回避フローである。 逆転動作する時のキンク回避フローである。

以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の実施の形態を説明するための各図において、同一の機能若しくは形状を有する部材や構成部品などの構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すことにより説明を簡略化する。

まず、図１を参照して、本発明の実施の一形態に係る画像形成装置の全体構成及び動作について説明する。
画像形成装置１は、タンデム型カラーレーザープリンタであり、その装置本体の中央には、四つの作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋが設けられている。各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の異なる色の現像剤を収容している以外は同じ構成となっている。

具体的に述べると、各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、潜像担持体としてのドラム状の感光体５と、感光体５の表面を帯電させる帯電装置６と、感光体５の表面にトナーを供給する現像装置７と、感光体５の表面をクリーニングするクリーニング装置８などを備えている。なお、図１では、ブラックの作像部４Ｋに関してのみ感光体５、帯電装置６、現像装置７、クリーニング装置８に各符号を付し、その他の作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃでは符号を省略している。

各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋの下方には、感光体５の表面を露光する露光装置９が配設されている。露光装置９は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラーなどを有し、画像データに基づいて各感光体５の表面へレーザー光を照射するようになっている。

各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋの上方には、転写装置３が配設されている。転写装置３は、転写体としての中間転写ベルト３０と、一次転写手段としての四つの一次転写ローラ３１と、二次転写手段としての二次転写ローラ３６と、二次転写バックアップローラ３２と、クリーニングバックアップローラ３３と、テンションローラ３４、ベルトクリーニング装置３５とを備えている。

中間転写ベルト３０は、無端状のベルトであり、二次転写バックアップローラ３２、クリーニングバックアップローラ３３及びテンションローラ３４によって張架されている。ここでは、二次転写バックアップローラ３２が回転駆動することによって、中間転写ベルト３０は図の矢印で示す方向に周回走行（回転）するようになっている。

四つの一次転写ローラ３１は、それぞれ、各感光体５との間で中間転写ベルト３０を挟み込んで一次転写ニップを形成している。また、各一次転写ローラ３１には、図示しない電源が接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が各一次転写ローラ３１に印加されるようになっている。

二次転写ローラ３６は、二次転写バックアップローラ３２との間で中間転写ベルト３０を挟み込んで二次転写ニップを形成している。また、一次転写ローラ３１と同様、二次転写ローラ３６にも図示しない電源が接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が二次転写ローラ３６に印加されるようになっている。

プリンタ本体の上部には、ボトル収容部２が設けられており、ボトル収容部２には補給用のトナーを収容した四つのトナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋが着脱可能に装着されている。各トナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋと各現像装置７との間には、図示しない補給路が設けられ、この補給路を介して各トナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋから各現像装置７へトナーが補給されるようになっている。

一方、プリンタ本体の下部には、記録媒体としての用紙Ｐを収容した給紙トレイ１０や、給紙トレイ１０から用紙Ｐを搬出する給紙ローラ１１などが設けられている。ここで、記録媒体の概念には、普通紙以外に、厚紙、はがき、封筒、薄紙、塗工紙（コート紙やアート紙など）、トレーシングペーパ、ＯＨＰシートなどが含まれる。また、図示しないが、手差し給紙機構が設けられていてもよい。

プリンタ本体内には、用紙Ｐを給紙トレイ１０から二次転写ニップを通過させて装置外へ排出するための搬送路Ｒが配設されている。搬送路Ｒにおいて、二次転写ローラ３６よりも用紙搬送方向上流側には、二次転写ニップへ用紙Ｐを搬送する搬送手段としての一対のレジストローラと称されるタイミング合わせローラ１２が配設されている。

また、二次転写ローラ３６よりも用紙搬送方向下流側には、用紙Ｐに転写された未定着画像を定着するための定着装置２０が配設されている。定着装置２０に対して用紙搬送方向の上流側と下流側に用紙通過を検知する入り口センサ４０と出口センサ４１が配設されている。

さらに、定着装置２０よりも搬送路Ｒの用紙搬送方向下流側には、用紙を装置外へ排出するための一対の排紙ローラ１３が設けられている。そして、定着装置２０を駆動する定着モータＭ１と排紙ローラ１３を駆動する排紙モータＭ２とは互いに独立して駆動できるようになっている。また、プリンタ本体の上面部には、装置外に排出された用紙をストックするための排紙トレイ１４が設けられている。

続いて、本実施形態に係るプリンタの基本的動作について説明する。作像動作が開始されると、各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋにおける各感光体５が図示しない駆動装置によって図の時計回りに回転駆動され、各感光体５の表面が帯電装置６によって所定の極性に一様に帯電される。帯電された各感光体５の表面には、露光装置９からレーザー光がそれぞれ照射されて、各感光体５の表面に静電潜像が形成される。このとき、各感光体５に露光する画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの色情報に分解した単色の画像情報である。このように各感光体５上に形成された静電潜像に、各現像装置７によってトナーが供給されることにより、静電潜像はトナー画像として顕像化（可視像化）される。

また、作像動作が開始されると、二次転写バックアップローラ３２が図の反時計回りに回転駆動し、中間転写ベルト３０を図の矢印で示す方向に周回走行させる。そして、各一次転写ローラ３１に、トナーの帯電極性と逆極性の定電圧又は定電流制御された電圧が印加される。これにより、各一次転写ローラ３１と各感光体５との間の一次転写ニップにおいて転写電界が形成される。

その後、各感光体５の回転に伴い、感光体５上の各色のトナー画像が一次転写ニップに達したときに、この一次転写ニップにおいて形成された転写電界によって、各感光体５上のトナー画像が中間転写ベルト３０上に順次重ね合わされ転写される。かくして、中間転写ベルト３０の表面にフルカラーのトナー画像が担持される。また、中間転写ベルト３０に転写されなかった各感光体５上のトナーは、クリーニング装置８によって除去される。その後、図示しない除電装置によって各感光体５の表面が除電され、表面電位が初期化される。

画像形成装置の下部では、給紙ローラ１１が回転駆動を開始し、給紙トレイ１０から用紙Ｐが搬送路Ｒに送り出される。搬送路Ｒに送り出された用紙Ｐは、レジストローラ１２によってタイミングを計られて、二次転写ローラ３６と二次転写バックアップローラ３２との間の二次転写ニップに送られる。このとき、二次転写ローラ３６には、中間転写ベルト３０上のトナー画像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加されており、これにより、二次転写ニップに転写電界が形成されている。

その後、中間転写ベルト３０の周回走行に伴って、中間転写ベルト３０上のトナー画像が二次転写ニップに達したときに、この二次転写ニップにおいて形成された転写電界によって、中間転写ベルト３０上のトナー画像が用紙Ｐ上に一括して転写される。また、このとき用紙Ｐに転写されなかった中間転写ベルト３０上の残トナーは、ベルトクリーニング装置３５によって除去され、除去されたトナーは図示しない廃トナー収容器へと搬送され回収される。

その後、用紙Ｐは定着装置２０へと搬送され、定着装置２０によって用紙Ｐ上のトナー画像が当該用紙Ｐに定着される。そして、用紙Ｐは、排紙ローラ１３によって装置外へ排出され、排紙トレイ１４上にストックされる。

以上の説明は、用紙上にフルカラー画像を形成するときの画像形成動作であるが、四つの作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋのいずれか一つを使用して単色画像を形成したり、二つ又は三つの作像部を使用して、二色又は三色の画像を形成したりすることも当然可能である。

次に、定着装置２０の構成について説明する。図２に示すように、定着装置２０は、回転可能な定着部材としての定着ベルト２１と、この定着ベルト２１に対向して回転可能に設けられた加圧部材としての加圧ローラ２２と、定着ベルト２１を加熱する加熱源としてのハロゲンヒータ２３と、定着ベルト２１の内側に配設された支持部材としてのニップ形成部材２４及びステー２５と、ハロゲンヒータ２３から放射される光を定着ベルト２１へ反射する反射部材２６と、定着ベルト２１の温度を検知する温度検知手段としてのサーモパイル２７と、加圧ローラ２２の温度を検知する温度検知手段としてのサーミスタ２９と、定着ベルト２１から用紙を分離する分離部材２８と、加圧ローラ２２を定着ベルト２１へ加圧する図示しない加圧／脱圧手段などを備えている。

定着ベルト２１は、薄肉で可撓性を有する無端状のベルト部材（フィルムも含む）で構成されている。詳しく述べれば、定着ベルト２１は、ニッケル若しくはＳＵＳなど、熱膨張の大きい材料で形成された内周側の基材と、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）若しくはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などで形成された外周側の離型層によって構成されている。また、基材と離型層の間に、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、又はフッ素ゴムなどのゴム材料で形成された弾性層を介在させてもよい。

加圧ローラ２２は、芯金２２ａと、芯金２２ａの表面に設けられた発泡性シリコーンゴム、シリコーンゴム、又はフッ素ゴムなどから成る弾性層２２ｂと、弾性層２２の表面に設けられたＰＦＡ又はＰＴＦＥなどから成る離型層２２ｃとによって構成されている。加圧ローラ２２は、図示しない加圧手段によって定着ベルト２１側へ加圧され定着ベルト２１を介してニップ形成部材２４に当接している。加圧ローラ２２と定着ベルト２１とが圧接する箇所では、加圧ローラ２２の弾性層２２ｂが押しつぶされることで、所定幅のニップ部Ｎが形成されている。また、加圧ローラ２２は、プリンタ本体に設けられた図示しないモータなどの駆動源によって回転駆動するように構成されている。加圧ローラ２２が回転駆動すると、その駆動力がニップ部Ｎで定着ベルト２１に伝達され、定着ベルト２１が従動回転するようになっている。

本実施形態では、加圧ローラ２２を中空のローラとしているが、中実のローラであってもよい。また、加圧ローラ２２の内部にハロゲンヒータなどの加熱源を配設してもよい。弾性層が無い場合、熱容量が小さくなり定着性が向上するが、未定着トナーを押しつぶして定着させるときにベルト表面の微小な凹凸が画像に転写されて画像のベタ部に光沢ムラが生じる可能性があり、これを防止するために、厚さ１００μｍ以上の弾性層を設けることが望ましい。厚さ１００μｍ以上の弾性層を設けることで、弾性層の弾性変形により微小な凹凸を吸収することができ、光沢ムラの発生を回避することができるようになる。弾性層２２ｂはソリッドゴムでもよいが、加圧ローラ２２の内部に加熱源が無い場合は、スポンジゴムを用いてもよい。スポンジゴムの方が、断熱性が高まり定着ベルト２１の熱が奪われ難くなるのでより望ましい。また、定着部材と加圧部材は、互いに圧接する場合に限らず、加圧を行わず単に接触させるだけの構成とすることも可能である。

本実施形態において、ハロゲンヒータ２３は２本のハロゲンヒータ２３Ａ（第１ハロゲンヒータ）、２３Ｂ（第２ハロゲンヒータ）で構成されており、各ハロゲンヒータ２３Ａ，２３Ｂはそれぞれの両端部が定着装置２０の側板（図示せず）に固定されている。各ハロゲンヒータ２３Ａ，２３Ｂは、プリンタ本体に設けられた電源部により出力制御されて発熱するように構成されており、その出力制御は、サーモパイル２７による定着ベルト２１の表面温度の検知結果に基づいて行われる。このようなヒータ２３Ａ，２３Ｂの出力制御によって、定着ベルト２１の温度（定着温度）を所望の値に設定できるようになっている。尚、ハロゲンヒータは図３に示すように、通紙可能な幅域全体を加熱可能な一本のヒータでも、図４に示すように、通紙可能幅域を更に分けて夫々を加熱可能な三本以上のヒータであってもよく、また定着ベルト２１を加熱する加熱源は、ハロゲンヒータ以外の発熱体、例えばセラミックヒータであってもよい。

ニップ形成部材２４は、定着ベルト２１の軸方向又は加圧ローラ２２の軸方向に渡って長尺に配設され、ステー２５によって固定支持されている。これにより、加圧ローラ２２からの圧力を支え、ニップ形成部材２４に撓みが生じる事態を防止して、加圧ローラ２２の軸方向に渡って均一なニップ幅が得られるようになっている。なお、ステー２５は、ニップ形成部材２４の撓み防止機能を満足するために、ステンレスや鉄など、機械的強度が高い金属材料で形成することが望ましい。さらに、ステー２５を、加圧ローラ２２の加圧方向に延在する横長の断面を有するように形成することで、断面係数が大きくなり、ステー２５の機械的強度を向上させることが可能である。

またニップ形成部材２４は、耐熱温度２００℃以上の耐熱性部材で構成されている。これにより、トナー定着温度域で、熱によるニップ形成部材２４の変形を防止し、安定したニップ部Ｎの状態を確保して、出力画質の安定化を図っている。ニップ形成部材２４には、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの一般的な耐熱性樹脂を用いることが可能である。本実施形態では、ＬＣＰを用いている。

またニップ形成部材２４は、その表面に低摩擦シート２４０を有している。定着ベルト２１が回転する際、この低摩擦シート２４０に対し定着ベルト２１が摺動することで、定着ベルト２１に生じる駆動トルクが低減され、定着ベルト２１への摩擦力による負荷が軽減される。

反射部材２６は、ステー２５とハロゲンヒータ２３との間に配設されている。このように反射部材２６を配設していることにより、ハロゲンヒータ２３からステー２５側に放射された光が定着ベルト２１へ反射される。これにより、定着ベルト２１に照射される光量を多くすることができ、定着ベルト２１を効率良く加熱することが可能となる。また、ハロゲンヒータ２３からの輻射熱がステー２５などに伝達されるのを抑制することができ、省エネ化も図ることができる。

また本実施形態に係る定着装置２０は、さらなる省エネ性及びファーストプリントタイムなどの向上のために、種々の構成上の工夫が施されている。
具体的には、ハロゲンヒータ２３によって定着ベルト２１をニップ部Ｎ以外の箇所において直接加熱できるようにしている（直接加熱方式）。本実施形態では、ハロゲンヒータ２３と定着ベルト２１の、図２における左側部分の間に、何も介在させないようにし、その部分においてハロゲンヒータ２３からの輻射熱を定着ベルト２１に直接与えるようにしている。

また、定着ベルト２１の低熱容量化を図るために、定着ベルト２１を薄くかつ小径化している。具体的には、定着ベルト２１を構成する基材、弾性層、離型層のそれぞれの厚さを、２０〜１００μｍ、１００〜３００μｍ、５〜５０μｍの範囲に設定している。また、定着ベルト２１の直径は、２０〜４０ｍｍに設定している。さらに低熱容量化を図るためには、望ましくは、定着ベルト２１全体の厚さを０．４ｍｍ以下にするのがよく、さらに望ましくは、０．２ｍｍ以下の厚さとするのがよい。また、定着ベルト２１の直径は、３０ｍｍ以下とするのが望ましい。そして、定着ベルトは基材に弾性層を焼成し、離型層をコーティングすることでもたらされる。

なお、本実施形態では、加圧ローラ２２の直径を２０〜４０ｍｍに設定しており、定着ベルト２１の直径と加圧ローラ２２の直径が等しくなるように構成している。ただし、この構成に限定されるものではない。例えば、定着ベルト２１の直径が加圧ローラ２２の直径よりも小さくなるように形成してもよい。その場合、ニップ部Ｎにおける定着ベルト２１の曲率が加圧ローラ２２の曲率よりも大きくなるため、ニップ部Ｎから排出される記録媒体が定着ベルト２１から分離され易くなる。

また、定着ベルト２１を小径化する結果、定着ベルト２１の内側のスペースが小さくなるが、本実施形態では、ステー２５を両端側において折り曲げられた凹状に形成し、その凹状に形成した部分の内側にハロゲンヒータ２３を収容することで、小さいスペース内でもステー２５やハロゲンヒータ２３の配設を可能にしている。

また、小さいスペース内でもステー２５をできるだけ大きく配設するために、ニップ形成部材２４を反対にコンパクトに形成している。具体的には、ニップ形成部材２４の用紙搬送方向の幅を、ステー２５の用紙搬送方向の幅よりも小さく形成している。さらに、図２において、ニップ形成部材２４の用紙搬送方向上流側端部２４ａ及び下流側端部２４ｂにおけるそれぞれのニップ部Ｎ（又はその仮想延長線Ｅ）に対する高さをｈ１，ｈ２とし、上流側端部２４ａ及び下流側端部２４ｂ以外のニップ形成部材２４の部分におけるニップ部Ｎ（又はその仮想延長線Ｅ）に対する最大高さをｈ３とすると、ｈ１≦ｈ３、ｈ２≦ｈ３となるように構成している。このように構成することで、ニップ形成部材２４の上流側端部２４ａと下流側端部２４ｂは、ステー２５の用紙搬送方向上流側及び下流側の各折り曲げ部と定着ベルト２１との間に介在しないので、各折り曲げ部を定着ベルト２１の内周面に近づけて配設することができる。これにより、定着ベルト２１内の限られたスペース内でステー２５をできるだけ大きく配設できるようになり、ステー２５の強度を確保することができるようになる。その結果、加圧ローラ２２によるニップ形成部材２４の撓みを防止でき、定着性の向上を図ることができる。

以下、本実施形態に係る定着装置の基本動作について説明する。プリンタ本体の電源スイッチが投入されると、ハロゲンヒータ２３に電力が供給されると共に、加圧ローラ２２が図２中の時計回りに回転駆動を開始する。これにより、定着ベルト２１は、加圧ローラ２２との摩擦力によって、図２中の反時計回りに従動回転する。

その後、上述の画像形成工程により未定着のトナー画像Ｔが担持された用紙Ｐは、ガイド板３７に案内されながら図２の矢印Ａ１方向に搬送されて、圧接状態にあるニップ部Ｎに送入される。そして、ハロゲンヒータ２３によって加熱された定着ベルト２１による熱と、定着ベルト２１と加圧ローラ２２の間の加圧力とによって、用紙Ｐの表面にトナー画像Ｔが定着される。

トナー画像Ｔが定着された用紙Ｐは、ニップ部Ｎから図２中の矢印Ａ２方向に搬出される。このとき、用紙Ｐの先端が分離部材２８の先端に接触することにより、用紙Ｐが定着ベルト２１から分離される。その後、分離された用紙Ｐは、上述のように、排紙ローラによって機外に排出され、排紙トレイにストックされる。

なお、本実施形態に係るプリンタでは、用紙Ｐの後端が定着ニップＮを脱出した直後であって、用紙Ｐが排紙ローラ１３によって移送されている間に、定着モータＭ１を停止させ、定着ベルト２１の回転を停止させる。従来の画像形成装置では、定着装置と排紙ローラを共通のモータで駆動しており、定着ベルト／定着ローラと排紙ローラを同時に回転させ、あるいは同時に停止させるのが通例である。これに対して本例では、加圧ローラ２２と排紙ローラ１３を独立したモータＭ１，Ｍ２で回転駆動しているので、排紙ローラ１３の回転中に加圧ローラ２２を停止させることができ、そのために定着モータＭ１を排紙モータＭ２の回転中に一時的に停止させる制御が可能になっている。

このように、用紙後端が定着ニップＮを脱出した直後に定着モータＭ１を停止させることにより、定着装置と排紙ローラを同時に駆動・停止させていた従来装置に比べて、加圧ローラの駆動時間を短縮することができる。定着モータＭ１は加圧ローラのみならず定着ベルトも駆動する必要があり、しかも定着ベルトは側板に固定されたニップ形成部材との摺動で抵抗を受けるため、定着モータＭ１の消費電力は大きい。したがって、上記のように、用紙全体が定着ニップＮを脱出し、かつ排紙モータＭ２の駆動中に定着モータＭ１を一時的に停止させれば、定着モータＭ１の駆動時間を短縮化でき、省電力化を達成することができる。この定着モータＭ１の一時停止は、連続通紙中の個々の通紙時だけでなく、複数枚の通紙後に行うこともできる。

このような作用効果は、両ローラを独立して駆動・停止可能とした場合に得ることができる。したがって、排紙ローラと加圧ローラを別のモータＭ１，Ｍ２で駆動する構成に限定されない。例えば、両ローラを共通のモータで駆動するとしても、モータから両ローラに至るまでのトルク伝達経路にクラッチを配置し、クラッチの切り替えで両ローラの回転及び停止を独立して制御するような機構でも同様の作用効果を得ることができる。

以下、二本のハロゲンヒータ２３Ａ，２３Ｂによる定着ベルト２１の軸方向における加熱を説明する。図５で分かるように、第１ハロゲンヒータ２３Ａと第２ハロゲンヒータ２３Ｂとでは、それぞれの発熱部の位置が異なっている。つまり、第１ハロゲンヒータ２３Ａは、その長手方向中央部から所定範囲に渡って配設された発熱部（発光部）２３Ａ１を有する。本実施形態では、発熱部２３Ａ１は、第１ハロゲンヒータ２３Ａの長手方向中央から左右対称に２００〜２２０ｍｍの範囲に設けられている。一方、第２ハロゲンヒータ２３Ｂは、その長手方向両端部にそれぞれ発熱部（発光部）２３Ｂ１を有する。本実施形態では、発熱部２３Ｂ１は、第１ハロゲンヒータ２３Ａの発熱部２３Ａ１に対応する領域より長手方向外側にベルト幅の両端部までをカバーするように設けられている。ここで、Ａ３サイズ用紙や横向きでのＡ４サイズ用紙の通紙幅は２９７ｍｍであり、第１ハロゲンヒータ２３Ａの発熱部２３Ａ１の長さと、第２ハロゲンヒータ２３Ｂの発熱部２３Ｂ１の長さとの合計長さを３００〜３３０ｍｍとすることで、上記の通紙幅よりも長くとっている。これは、発熱部２３Ｂ１の外側端部領域において発熱量が少なくなり（発光強度が弱くなり）、温度落ち込みが発生するので、通紙領域として発熱量（発熱強度）が所定以上の部分を使用する必要があるためである。

本実施形態では、定着ベルト２１の温度を検知するサーモパイル２７を二つ設けている。第１サーモパイル２７Ａは、第１ハロゲンヒータ２３Ａの発熱部２３Ａ１に対応して、定着ベルト２１の中央領域の温度を検知し、第２サーモパイル２７Ｂは、第２ハロゲンヒータ２３Ｂの発熱部２３Ｂ１に対応して、定着ベルト２１の端部領域の温度を検知するように、各サーモパイルが設置されている。

図６に、定着装置２０の温度制御回路の一構成例を示す。電源部５１から供給された電力は、リレー５２、トライアック５３Ａ，５３Ｂを介して、ハロゲンヒータ２３Ａ，２３Ｂにそれぞれ供給される。リレー５２は、ウォームアップ時、印刷ジョブ実行時、レディ待機時などにオン（閉）され、それ以外の電源オフ時、オフモード時、省エネモード時、急停止時などにはオフ（開）される。各トライアック５３Ａ，５３Ｂはそれぞれ、第１ハロゲンヒータ２３Ａ、第２ハロゲンヒータ２３Ｂへの通電量を制御し、第１サーモパイル２７Ａ、第２サーモパイル２７Ｂによって検知される定着ベルト２１の温度情報をフィードバックして、定着ベルト２１を所定の温度に維持する。なおレディ待機とは、印刷ジョブ指示が入った時点で直ぐに印刷を開始できる状態である。コントローラやエンジンソフトなど、マシンを動作させるソフト／ハードが既に起動している状態であり、この状態では、一般に定着モータは停止しているが、定着部材は一定温度に維持されており、マシンとしては直ぐに通紙を行うことができる。

また温度制御部５４は、リレー５２を制御するリレー制御部５４Ａと、トライアック５３Ａ，５３Ｂを制御するトライアック制御部５４Ｂと、定着ベルト２１の過昇温時に異常停止信号を出力する過昇温保護回路５４Ｃとを含む。温度制御部５４には、第１サーモパイル２７Ａと第２サーモパイル２７Ｂで検知された定着ベルト２１の中央領域と端部領域の温度情報が温度情報値（電圧値）Ｄ_１，Ｄ_２として入力される。本実施形態では、リレー制御部５４Ａは、温度情報値Ｄ_１，Ｄ_２に基づいて、リレー５２にＯＮ／ＯＦＦ制御信号Ｓ_１を出力すると共に、加圧ローラ２２の駆動制御部６０に駆動制御信号Ｓ_２を出力し、トライアック制御部５４Ｂは、温度情報値Ｄ１，Ｄ２に基づいて、トライアック５３Ａ，５３Ｂに通電制御信号Ｓ_３を出力し、過昇温保護回路５４Ｃは、温度情報値Ｄ_１，Ｄ_２に基づいて、リレー制御部５４Ａに異常停止信号Ｓ_４を出力するように構成されている。但し、このような構成に限定されない。

なお、本実施形態に係る定着装置では、既に述べたように低熱容量化した定着ベルト２１を直接加熱しており、しかも反射部材２６によって定着ベルト２１に対する熱の照射範囲を限定している。したがって、定着モータＭ１の駆動停止により定着ベルト２１を停止させた状態でハロゲンヒータ２３による加熱が継続されると、定着ベルト２１が瞬時に過昇温状態となり、ベルトが損傷するおそれがある。かかる不具合を防止するために、定着モータＭ１を一時停止させる際には、定着モータＭ１の停止前にハロゲンヒータ２３を消灯（停止）させ、定着モータＭ１の停止状態では常にハロゲンヒータ２３を消灯状態にする。この切り替えは、温度制御部５４からトライアック５３に制御信号を与えることで行われる。ハロゲンヒータ２３の消灯は、用紙Ｐが完全に定着ニップＮを通過してから行う他、用紙Ｐの後端が定着ニップＮに存在する状態で行ってもよい。

ところで、ハロゲンヒータ２３はガラス管内にヒータとハロゲンを封入した構成であり、ヒータ消灯後もガラス管に蓄積された熱が放出される。したがって、加熱源としてハロゲンヒータを使用する場合、ヒータの消灯後もガラス管の残存熱で定着ベルト２１が一時的に加熱されることになる。また、定着ニップＮでの通紙中は用紙Ｐによって奪熱されるが、用紙後端が定着ニップＮを脱出した（通紙完了）後には用紙Ｐを介した放熱が行われないため、定着ベルトの温度が上昇する。図７（ａ）は、ハロゲンヒータ２３の消灯後、排紙ローラ１３が停止するまで定着ベルト２１を回転させた場合の定着ベルトの温度変化を示し、図７（ｂ）はハロゲンヒータ２３の消灯と略同じタイミングで定着ベルト２１の回転を停止させた場合の定着ベルトの温度変化を示している。なお、図７（ａ）（ｂ）は、一例としてハロゲンヒータの消灯と同時に通紙を完了させた場合を示す。

図７（ａ）に対応する構成の定着装置では、ヒータ消灯後も定着ベルト２１の回転により放熱が行われるため、定着ベルト２１の温度上昇は緩やかなものとなる。これに対し、図７（ｂ）に対応する構成の定着装置では、ヒータの消灯と同時に定着ベルト２１の回転が停止するため、放熱が行われずに定着ベルトの温度が急激に上昇し、ベルトの蓄熱状態によっては上限温度を越えてベルトが破損するおそれがある。

そこで本実施形態に係る定着装置においては、定着ベルト２１の回転停止後は、温度センサであるサーモパイル２７の検出値に基づいて定着ベルト２１の放熱を行うように構成されている。放熱は、例えば定着ベルト２１を定着モータＭ１で回転させることで行うことができる。具体的には、図８に示すように、定着モータＭ１の停止後、一定時間（例えば１０秒間）、定着ベルト２１の温度監視を行い、定着ベルト２１の温度換算値Ｄが上限温度よりも小さい規定温度以上になった時点で定着モータＭ１を起動し、定着ベルト２１を回転させて放熱を行う。これにより図８中の実線で示すように定着ベルト２１の過昇温を防止することができる。なお、同図中の破線はヒータの停止と同時に定着ベルト２１を停止させ、その後も定着ベルト２１の停止状態を維持した場合の定着ベルト２１の想定温度変化を示すものである。

以上のような構成の定着装置を有するプリンタが用紙ジャムなどで画像処理中にリレーオフすることで急停止した時、定着装置電源がオン状態のまま、ハロゲンヒータ２３Ａ，２３Ｂへの電力供給が止まると共に定着ベルトなども停止する。その際の定着ベルトの周方向温度分布を図９に示す。加熱源としてのハロゲンヒータ２３の余熱によって定着ベルトの加熱領域（反射部材２６の端部とハロゲンヒータ２３の配置位置によって画定され、ハロゲンヒータ２３の直接放射と反射部材２６での反射によって加熱されるベルト内周範囲）が更に加温される。既述のように、加熱領域の部分が定着ニップ部へ移って加圧部材あるいは用紙によって奪熱されない限り、加熱領域は高い温度を保ったままとなり、過昇温状態に熱膨張する（特に加熱源に最近接する箇所Ａ）。一方、加熱領域以外のベルト部分は低い熱伝導率のため熱膨張しない。特に加熱領域に対するベルト回転方向上流側のＢ位置は最も温度が低くなっていて、このＢ位置で箇所Ａが膨張しようとする動きを抑える役割を果たし、箇所Ａが膨張し切れずに内側に凹むこととなる（キンクの発生）。つまり、箇所ＡとＢ位置の温度差がキンク発生を招来する。

そこでキンクが発生することを回避するために、プリンタが急停止して定着ベルトも回転停止した場合、定着モータＭ１を起動し、定着ベルト２１を強制回転させて放熱を行う。例えば、図２に示すように、加熱領域のベルト周方向での長さをＬ_２、定着ベルト全体の周方向長さをＬ_１とする場合に、Ｌ_１−Ｌ_２（＝Ｌ）だけ定着ベルト２１を正回転すると、定着ベルト全周がハロゲンヒータの余熱を受けることになってベルト全体が熱膨張し、キンクの発生を抑制できる。その際の定着ベルトの周方向温度分布を図１０に示す。本実施形態では、ＡとＢの温度差が９０℃〜１１０℃程度でキンクが発生すること、Ｌ_１−Ｌ_２（＝Ｌ）の回転でキンク発生が回避できることを確認できた。尚、Ｌの回転量は、薄肉で可撓性を有する無端状の定着ベルト２１の場合に規定されるものであり、定着ベルト２１以外の構成のときはＬ以下でもよい。また、Ｌ_２の長さはヒータ２３と反射板２６と定着ベルト２１の相互位置関係から規定されるものである。

画像形成装置の急停止時に定着入り口センサ４０と定着出口センサ４１の間に用紙Ｐがない場合は、制限無く定着ベルトの回転距離を設定して、ハロゲンヒーターの余熱をベルト全周に均一に吸収できる。正転動作は、定着部材の動作として安定しているので、選択されているが、逆転動作が安定する定着装置であれば逆転動作を選択しても問題ない。但し、画像形成装置の急停止時に定着入り口センサと定着出口センサの間に用紙がある場合に正転動作をすると、用紙が定着ベルトに巻きついてしまって、ユーザーがジャム処理できなくなる。そこで、定着入り口センサと定着出口センサの間に用紙がある場合には逆転動作を選択すべきである。

定着入り口センサ４０と定着出口センサ４１の間に用紙Ｐがない場合に正転動作する時のキンク回避フローを図１１に示す。ジャム検知後にヒータを停止し、リレーをオフする。と同時に、定着モータ制御は正転線速に変更し正転動作を開始する。正転距離分回転後にモータを停止する。モータ停止後は脱圧をして、動作を完了する。

次に定着入り口センサ４０と定着出口センサ４１に用紙Ｐがある場合に逆転動作する時のキンク回避フローを図１２に示す。ジャム検知後にヒータを停止し、リレーをオフする。と同時に、定着モータを停止させる。ブレーキ制御時間（完全停止までの保証値、例えば数十ミリ秒）の経過を確認し、確実に定着モータを停止させる。ブレーキ制御時間経過後は、回転停止待ち時間（＝正転動作から逆転動作に切り替えるまでの時間を確保するマージン）の経過を確認する。回転停止待ち時間経過後に逆転動作を開始する。逆転距離回転後にモータを停止する。モータ停止後は脱圧をして、動作を完了する。ここでの逆転距離は、キンクが発生せず、ジャムした用紙Ｐが画像形成装置へダメージを与えない範囲で規定される。理由として、逆転距離が大きすぎると、ジャムした用紙Ｐが中間転写ベルト３０に当たって傷つけたり、画像形成装置内の隙間に侵入するなどの不具合が考えられ、逆転距離が小さいと、キンクが発生し易くなるためである。逆転距離が大きすぎることによる不具合を防止するためには、例えばジャムした用紙Ｐの後端から二次転写ニップまでの距離を逆転距離の上限とすることが考えられる。上限は用紙の搬送方向での長さに応じて算出される。

キンク防止には、回転時間を長く取ることが有効なので、線速を遅くして、回転時間を長くするとよい。したがって、正転及び逆転線速は、定着装置が急停止する前までの回転速度以下になるように設定する。

なお、画像形成装置の急停止時に定着入り口センサと定着出口センサの間に用紙があり、この用紙がコシの強い厚紙などであると、定着ベルトを逆転動作させる場合、定着装置に対して用紙搬送経路の上流側に位置する部材（本実施形態においては中間転写ベルト３０や二次転写ローラ３６）に用紙が突き刺さってしまい、それら上流側の部材にダメージを与える可能性がある。そこで、用紙の長手方向の長さ（用紙搬送方向での長さ）から、上流側の部材に用紙が突き刺さらない量の逆転量を算出し、算出量だけ用紙を逆転動作させるよう制御する。このように制御することで、上流側の部材を保護しつつ、キンクの発生を抑制することが可能である。

以上は、加熱源の余熱によってキンクが発生する事態を回避する構成を説明したが、加熱源の余熱自体はあまり問題にならなくとも、リフレクタ、ステー、高温になった内部空気の余熱によって加熱領域が昇温するなど、加熱領域の温度状態が定着ベルトの停止でキンクを発生することがある。これを回避するためには、定着ベルト停止時の加熱領域を定着ニップ部へ移動させ、加圧ローラなどで奪熱させるのがよい。少なくとも加熱領域の最先端部、あるいは加熱源に最近接していた箇所までを定着ニップ部へ移動させる。

本発明は、例えば、定着ローラと加熱ローラとの間に定着ベルトを架設すると共に、定着ベルトを介して加圧ローラを定着ローラに圧接させるベルト方式の定着装置など、他の方式の定着装置にも適用可能である。定着ローラと加熱ローラで定着ベルトを架設する場合には、加熱ローラに駆動を与えるようになっていてもよい。また、本発明に係る定着装置は、図１に示すカラーレーザープリンタに限らず、モノクロ画像形成装置やその他の電子写真式の画像形成装置に搭載することも可能である。

２０ 定着装置
２１ 定着ベルト（定着部材）
２２ 加圧ローラ（加圧部材）
２３ ハロゲンヒータ（加熱源）
２３Ａ 第１ハロゲンヒータ
２３Ｂ 第２ハロゲンヒータ
２４ ニップ形成部材（支持部材）
２５ ステー（支持部材）
２７ サーモパイル（温度検知手段）
２７Ａ 第１サーモパイル
２７Ｂ 第２サーモパイル
５１ 電源部
５２ リレー
５３Ａ トライアック
５３Ｂ トライアック
５４ 温度制御部
５４Ａ リレー制御部
Ｄ_１ 第１サーモパイルからの温度情報値
Ｄ_２ 第１サーモパイルからの温度情報値
Ｌ_１ 定着ベルト（定着部材）周長
Ｌ_２ 定着ベルト（定着部材）加熱範囲
Ｎ ニップ部
Ｐ 用紙（記録媒体）

特開２００７−７９０４０号公報 特開２０１０−３２６２５号公報 特開２００７−３３４２０５号公報 特開２００８−１２９５１７号公報

Claims (17)

1. 加熱源と、
   前記加熱源によって部分加熱される回転可能な定着部材と、
   前記定着部材に圧接し、前記定着部材との間にニップ部を形成する回転可能な加圧部材と、
   前記定着部材又は前記加圧部材を回転させる回転駆動手段と
   を備えた定着装置において、
   前記加熱源は、前記定着部材の周方向で、前記ニップ部以外の少なくとも一部を加熱し、
   前記定着部材が装置電源オン状態にて異常停止する際に、前記加熱源への電力供給を停止し、前記定着部材回転停止後に前記定着部材を少なくとも第一の所定量回転させ、
   前記第一の所定量は、少なくとも前記加熱領域の一部が、前記ニップ部に達する量であり、
   さらに、前記定着部材が定着処理終了の理由で停止した後、前記加熱源が消灯した状態で所定時間内に前記定着部材が所定温度に達した場合、前記定着部材を第二の所定量回転させ、
   前記定着部材はベルトであり、内部にニップ形成部材と支持部材を有し、前記ニップ形成部材は前記支持部材によって支持され、
   前記加熱源と前記支持部材との間に反射部材を有し、
   前記加熱源は、輻射熱ヒータであり、
   前記ニップ形成部材は、前記ニップ部で、前記定着部材を介して、前記加圧部材と対向し、
   前記支持部材は、前記ニップ形成部材を介して前記加圧部材からの加圧力を受けることを特徴とする定着装置。
2. 前記第一の所定量は、前記定着部材の停止時に、少なくとも前記加熱源に最近接した前記定着部材の箇所が、前記ニップ部に移るのに必要な量であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記定着部材が周長Ｌ１を有し、前記加熱源によって部分加熱される前記定着部材の範囲がＬ２であって、前記第一の所定量がＬ１−Ｌ２であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
4. 前記ニップ部における記録媒体搬送経路の上流側と下流側に夫々、記録媒体検知手段が設けられ、前記定着部材の停止時に、それら記録媒体検知手段の間に記録媒体がないと判定された場合には、定着部材を正転させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着装置。
5. 前記ニップ部における記録媒体搬送経路の上流側と下流側に夫々、記録媒体検知手段が設けられ、前記定着部材の停止時に、それら記録媒体検知手段の間に記録媒体があると判定された場合には、定着部材を逆転させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着装置。
6. 記録媒体の記録媒体搬送方向長さを記憶する記憶装置を備え、前記記憶装置で記憶された記録媒体の長さに応じて、定着部材の逆転量を変更することを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
7. 前記定着部材の逆転に関して、前記記録媒体の搬送方向長さに応じて、その上限を設定することを特徴とする請求項５又は６に記載の定着装置。
8. 定着部材停止後に前記定着部材を第一の所定量回転させる場合の定着部材の回転速度は、前記定着部材停止前の回転速度以下であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
9. 前記定着部材はベルトであり、厚さが０．４ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
10. 前記定着部材はベルトであり、厚さが０．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
11. 前記定着部材の直径は２０〜４０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
12. 前記定着部材の直径は３０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
13. 前記定着部材はベルトであり、基材と弾性層と離型層からなることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
14. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載の定着装置を備えた画像形成装置。
15. 画像形成装置は、定着装置の下流側に排紙ローラを有していることを特徴とする請求項１４に記載の画像形成装置。
16. 画像形成装置は、前記定着部材を回転駆動する第１のモータと、前記排紙ローラを回転駆動する第２のモータを有し、前記第１のモータと前記第２のモータは独立したモータであることを特徴とする請求項１５に記載の画像形成装置。
17. 画像形成装置は、前記定着部材を回転駆動する第１のモータと、前記排紙ローラを回転駆動する第２のモータを有し、前記第１のモータと前記第２のモータは共通のモータであることを特徴とする請求項１５に記載の画像形成装置。
    

Images