JP2007171318A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高温オフセットやベルト劣化を防止し、且つ生産性の低下や装置の大型化・複雑化をそれぞれ抑え、更にエネルギーの無駄を無くすことを目的とする。
【解決手段】加熱部材２１と支持部材２２に無端状のベルト２３が巻回され、筒状の加熱部材２１内に輻射熱源２４が内包され、ベルト２３に加圧部材２５が圧接された構成からなる定着装置４において、加熱部材２１内周面には、輻射熱源２４の輻射熱により定着ニップ部２７を定着温度まで加熱させるのに要する輻射率を持つとともに階段状或いは傾斜した形状になっていて軸線方向寸法が周方向で異なる高輻射率領域と、高輻射率領域よりも低い輻射率を持つ低輻射率領域とが形成され、加熱部材２１を軸回転させる回転機構２８と、ベルト２３と加熱部材２１とが接している箇所に、記録媒体Ｘの幅寸法に対応した軸線方向寸法の高輻射率領域の一部が配置されるように回転機構２８を制御する制御手段２９とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、ベルト定着方式の定着装置およびその定着装置を備えた電子写真方式の画像形成装置に関する。

例えばレーザープリンタや複写機、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置には、トナー像が静電気的に担持された記録媒体を加熱するとともに加圧することでトナー像を記録媒体に定着させる定着装置が備えられている。この定着装置として、ベルト定着方式の定着装置がある。このベルト定着方式の定着装置は、円筒形状の加熱ローラ（加熱部材）の内部にハロゲンランプ（輻射熱源）が内包され、その加熱ローラとこれに平行に並設された支持ローラ（支持部材）との間にベルトが巻回され、このベルトの一部に加圧ローラ（加圧部材）が圧接された構成からなる。上記した加熱ローラは、中空金属管で出来ており、その内周面には、輻射率を高めるため、耐熱黒色塗装が全体的に施されている。また、ベルトは、ウォームアップ時間の短縮や省エネルギー化を図るべく、厚さ数百μ程度の極薄肉のベルトが使用され、ベルトの熱容量が極小に抑えられている。上記した構成からなる定着装置では、ハロゲンランプからの輻射熱によって加熱ローラ全体を加熱することで、加熱ローラに巻き掛けられたベルトが加熱される。そして、ベルトと加圧ローラとの間に形成された定着ニップ部に、トナー像を担持したシート（記録媒体）を通過させることで、トナー像をシートに加熱加圧して定着させることができる。

ところが、上記した定着装置に、ベルト幅よりも幅が小さい用紙（例えば葉書や封筒等）を連続通紙すると、ベルトの熱容量が極小であるため、用紙に触れないベルト両側部（非通紙部）の温度が過度に上昇してしまう。したがって、定着装置に小サイズ紙を連続通紙した直後にベルト幅サイズの用紙を通紙すると、ベルト両側部が定着設定温度よりも高温になっているため、高温オフセットが発生するという問題がある。また、ベルト両側部（非通紙部）のシリコンゴム層（弾性層）や表面離型層のＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ），ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等が高温によって劣化するという問題がある。

この問題を解消する従来の手段としては、
（１） 時間当りの印刷枚数を少なして、温度上昇を避ける、
（２） 長手方向の加熱パターンが異なる複数本のハロゲンランプを加熱ローラ内にそれぞれ内包させ、用紙サイズに合わせて最適な加熱パターンを選択する、
（３） ベルト両側部（非通紙部）が過度に高温になったときに、そのベルト両側部或いは加熱ローラ全体に冷却用のローラやブレードを当接させて温度を下げる（例えば、特許文献１参照。）、
（４） ベルト両側部（非通紙部）が過度に高温になったときに、そのベルト両側部或いは加熱ローラ全体に冷却風を当てて温度を下げる（例えば、特許文献２参照。）、
等がある。
特開２００４−５３６７４号公報 特開２００３−３３０２９８号公報

しかしながら、上記した手段を用いた従来の定着装置では、（１）時間当りの印刷枚数を少なくすると、時間当りの生産性が低下するという問題がある。また、（２）加熱パターンが異なる複数本のハロゲンランプを用いると、複数本のハロゲンランプを内包できる大径の加熱ローラが必要であるため定着装置の大型化するという問題があり、また、ハロゲンランプの本数が増えることで、装置が複雑化するとともにコストアップとなるという問題がある。また、（３）冷却用のローラやブレードを設けると、加熱ローラに対して冷却用のローラを当接・離間させる離接機構が必要であり、定着装置が複雑化するという問題があり、また、ベルト両側部（非通紙部）では一度加熱した後に冷却されるため、エネルギーの無駄になるという問題がある。（４）冷却風を当てる手段では、冷却風を送風する送風機が必要であり、定着装置が複雑化するという問題があり、また、ベルト両側部（非通紙部）では一度加熱した後に冷却されるため、エネルギーの無駄になるという問題がある。

本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、高温オフセットやベルトの劣化を防止するとともに、時間当りの生産性を低下させず、装置の大型化や複雑化を極力抑え、さらにエネルギーの無駄を無くすことができる定着装置および画像形成装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る定着装置は、輻射熱源を内包する筒状の加熱部材および支持部材に無端状のベルトが巻回され、該ベルトに加圧部材が圧接されて前記ベルトと前記加圧部材との間に定着ニップ部が形成され、該定着ニップ部に、トナー像が静電気的に担持された記録媒体を通過させることで、前記トナー像を前記記録媒体に定着させる定着装置において、前記加熱部材の内周面には、前記輻射熱源の輻射熱により前記定着ニップ部を定着温度まで加熱させるのに要する輻射率を持つとともに階段状或いは傾斜した形状になっていて軸線方向寸法が周方向で異なる高輻射率領域と、該高輻射率領域よりも低い輻射率を持つ低輻射率領域とがそれぞれ形成されており、前記加熱部材を軸回転させる回転機構と、前記ベルトと前記加熱部材とが接しているところに、前記記録媒体の幅寸法に対応した軸線方向寸法の前記高輻射率領域の一部が配置されるように、前記回転機構を制御する制御手段とが備えられていることを特徴としている。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の定着装置において、前記輻射熱源に指向性を持たせて前記ベルトと前記加熱部材とが接しているところにのみ熱を輻射させる指向手段が備えられていることを特徴としている。

また、請求項３に係る画像形成装置は、記録媒体にトナー像を静電気的に転写させて該記録媒体にトナー像を担持させる画像形成手段が備えられた画像形成装置において、前記記録媒体上のトナー像を該記録媒体に定着させる請求項１又は２記載の定着装置が備えられていることを特徴としている。

上記した本発明の特徴により、記録媒体の幅に応じて制御手段によって回転機構が制御され、ベルトと加熱部材とが接しているところに、記録媒体の幅寸法に対応した軸線方向寸法の高輻射率領域がくるように、加熱部材が軸回転される。そして、輻射熱源からの輻射熱によって加熱部材が加熱され、さらに、ベルトと加熱部材とが接しているところで、加熱部材の熱がベルトに伝達される。このとき、輻射による加熱は次の式で表される。

上記した式で示すとおり、輻射率が高いほど熱流速が大きくなる。したがって、加熱部材の高輻射率領域の部分は温度上昇が大きく、加熱部材の低輻射率領域の部分は温度上昇が小さくなる。そして、加熱部材に巻き掛けられたベルトのうち、高輻射率領域に対向する部分は高温に加熱される一方、加熱部材に巻き掛けられたベルトのうち、低輻射率領域に対向する部分はあまり加熱されず、ベルトは、ベルトと加熱部材とが接している箇所における高輻射率領域の軸線方向寸法、つまり記録媒体の幅寸法に対応した幅で加熱される。このように、加熱部材を軸回転させ、ベルトと加熱部材とが接しているところの高輻射率領域の軸線方向寸法を変化させることで、ベルトの温度分布状態が変化される。

また、輻射熱源に指向性を持たせた指向手段が備えられることにより、ベルトと加熱部材とが接しているところにのみ輻射熱源の輻射熱が輻射され、加熱部材のうち、ベルトに接触する部分が集中的に加熱される。

本発明に係る定着装置および画像形成装置によれば、ベルトと加熱部材とが接しているところに、記録媒体の幅寸法に対応した軸方向寸法の高輻射率領域の一部が配置され、記録媒体の幅寸法に対応した幅でベルトが加熱されるため、例えばベルト幅よりも幅が小さい用紙を連続通紙した直後にベルト幅サイズの用紙を通紙しても、小サイズ用紙通紙時におけるベルトの非通紙部が高温にならず、高温オフセットの発生を防止することができるとともにベルトの劣化を抑止することができる。また、本発明に係る定着装置および画像形成装置によれば、通紙間隔（印刷間隔）をあける必要がないため、時間当りの生産性が低下することがなく、従来の生産性を維持することができる。また、加熱部材を回転させる回転機構と回転機構を制御する制御手段とが追加されるだけであるため、複数本の熱源を加熱部材内に設けた定着装置に比べて小型化を図ることができ、また、冷却用のローラ等及びその離接機構を備えた定着装置や、送風機を備えた定着装置に比べて装置の複雑化を抑えることができる。また、加熱部材の内周面全体に高輻射率加工が施された定着装置に比べて、高輻射率領域の面積が少ないため、輻射熱源による加熱効率が向上し、エネルギーの無駄を無くすことができる。

さらに、輻射熱源に指向性を持たせる指向手段が備えられることにより、加熱部材のうち、ベルトに接する部分が集中的に加熱されるため、一層エネルギーの無駄を無くすことができる。

以下、本発明に係る定着装置および画像形成装置の実施の形態について、図面に基いて説明する。

図１は画像形成装置１の主要部の概略構成を示す模式図である。図１に示すように、本実施形態による画像形成装置１には、搬送ユニット２と、搬送ユニット２上に配設されて紙等のシートＸにトナー像を静電気的に転写させる複数の画像形成ユニット３Ｍ、３Ｙ、３Ｃ、３ＢＫと、トナー像を担持するシートＸを挟持搬送しつつ、トナー像をシートＸに溶融加圧固定（定着）させる定着装置４とが備えられている。

予め、画像形成ユニット３Ｍ、３Ｙ、３Ｃ、３ＢＫについて説明しておく。
画像形成ユニット３Ｍ、３Ｙ、３Ｃ、３ＢＫは、感光体ドラム（像担持体）６を帯電させ、帯電された感光体ドラム６表面上にレーザー光１１を走査させて露光を行い、露光によって形成された潜像の現像を行い、現像によって形成された顕像（トナー像）を後述する転写ベルト１０によって搬送されたシートＸに転写するものである。複数ある画像形成ユニット３Ｍ、３Ｙ、３Ｃ、３ＢＫは、ここでは、後述する転写ベルト１０に沿ってその移送方向に順に配置されるものであり、転写ベルト１０の移送方向を基準に、最上流側からそれぞれマゼンタ、イエロー、シアン、ブラック各色のトナー像を形成するものである。画像形成ユニット３Ｍ、３Ｙ、３Ｃ、３ＢＫには、感光体ドラム６、露光装置（露光手段）７、現像器（現像手段）８、帯電ローラ９およびクリーニング手段１９がそれぞれ備えられている。

感光体ドラム６は像担持体の一例であり、図１に示す矢印方向に軸回転するものであり、露光装置７からのレーザー光１１が照射されて表面に潜像を形成するものである。
露光装置７は、微小スポットに結像されたレーザー光１１を、感光体ドラム６上の露光位置において、感光体ドラム６の回転軸に平行な直線上を一定方向に走査させるものである。

現像器８は、潜像を現像して顕像を形成するものであって、所定の色を有する粉体のトナーを摩擦帯電させて、負電荷を帯びさせ、露光により非露光部分と比較し現像電位に対して正電位とされた感光体ドラム６の露光部分にトナーを供給して、トナーを感光体ドラム６の表面に付着させるものである。現像器８内には、トナーと、トナーを攪拌して帯電させる攪拌器１２ｄと、帯電したトナーを現像ローラ１２ａ側に搬送する供給ローラ１２ｃと、供給ローラ１２ｃで供給されたトナーをその帯電電荷によるクーロン力で表面に付着させ、感光体ドラム６近傍に搬送する現像ローラ１２ａと、現像ローラ１２ａ上でトナーの層厚を一定厚さに規制するための現像ブレード１２ｂとが設けられている。

クリーニング手段１９は、感光体ドラム６に当接して感光体ドラム６表面のトナーを除去する感光体ドラム用クリーニングローラ１９ａと、このクリーニングローラ１９ａの近傍に配置され該クリーニングローラ１９ａによって除去されたトナーを収集する図示せぬ箱体とから構成される。

帯電ローラ９は、画像形成時に感光体ドラム６の表面電位を所定電位とするためのもので、金属軸に導電性を付与した弾性体によりローラ部が構成され、感光体ドラム用クリーニングローラ１９ａの下流側の帯電位置で感光体ドラム６と当接する。そして、図示しない軸受けをバネなどの付勢手段により押圧することにより、帯電ローラ９が感光体ドラム６に対して所定圧力で押し当てられるものである。その結果、ローラ部が変形して感光体ドラム６に対して周方向に所定幅で当接するニップ部が形成され、帯電ローラ９に直流電圧が印加されたとき、感光体ドラム６表面を所定電位に帯電できるようになっている。また、帯電ローラ９には、帯電ローラ用クリーニングローラ２０が当接しており、帯電ローラ９表面の汚れを除去するようになっている。

次に、搬送ユニット２について説明する。
搬送ユニット２には、内周部に配設された従動ローラ１３ｂ、１３ｃおよびテンションローラ１４により一方向に循環移動される無端状の転写ベルト１０と、駆動ローラ１３ａと、転写ベルト１０を感光体ドラム６に転写位置で当接させるように保持される転写ローラ１６ａと、転写ベルト１０にクリーニングブレードを当接して転写ベルト１０表面の付着物をかき落とし、かき落された付着物を回収するスペースを備えるベルトクリーニングユニット１７とが備えられている。

転写ベルト１０の材質は、シートＸを挟んで感光体ドラム６と対向したとき、裏面に当接する転写ローラ１６ａに印加された転写電圧により感光体ドラム６上のトナーを吸引できるようにした例えば誘電体シートが用いられる。また、転写ベルト１０は光を反射させる光反射特性を有するものである。

転写ローラ１６ａは、例えば、金属製の回転軸に導電性または半導電性の合成ゴムなどでローラ部が形成されており、その回転軸には転写用高圧電源（図示省略）が接続され、ローラ部の表面電位が制御されるようになっている。
ここで、転写ローラ１６ａと、そのローラ部の表面電位を制御する制御部１６とによって、画像形成ユニット３Ｍ、３Ｙ、３Ｃ、３ＢＫによって形成されるトナー像を、転写ベルト１０によって搬送されるシートＸに静電気的に転写する転写ユニット１８が構成される。

次に、定着装置４について説明する。
図２は定着装置４の構成を表す概略図である。図２に示すように、定着装置４は、トナー像が静電気的に担持されたシートＸを定着ニップ部２７に通過させることでそのトナー像をシートＸに定着させる装置である。定着装置４には、円筒形状の加熱ローラ２１と、加熱ローラ２１と平行に配設された駆動ローラ２２と、これらのローラ２１，２２に巻回されて周方向に移動可能に支持された無端状（筒状）の定着ベルト２３と、加熱ローラ２１内に内包された輻射熱源２４と、定着ベルト２３に圧接されて定着ベルト２３との間に定着ニップ部２７を形成する加圧ローラ２５と、加熱ローラ２１を間欠的に軸回転させる回転機構２８と、この回転機構２８を制御する制御手段２９とが備えられている。なお、この定着装置４では、定着ベルト２３の中央をシートＸが通紙される。

定着ベルト２３は、数十ミクロンから１５０ミクロン程度の厚さの金属若しくは耐熱樹脂フィルムからなる基層に、５０〜５００ミクロン程度の厚さの良熱伝導シリコンゴム等の耐熱ゴムからなる弾性層を積層させ、さらにその弾性層の表面に５〜５０ミクロン程度の厚さの耐熱性に優れたフッ素樹脂やフッ素樹脂の変成体（ポリテトラフルオロエチレン等）等のコーティングやフィルムからなるトナー離型層を積層させた構成からなるであり、長手方向がシートＸの幅よりも長く、外力を受けていない状態で略円筒形状の薄肉の部材である。この定着ベルト２３は、内部に配された加熱ローラ２１および駆動ローラ２２が加圧ローラ２５に圧接されることで、駆動ローラ２２と加圧ローラ２５との間及び加熱ローラ２１と加圧ローラ２５との間で、それぞれ挟持されつつ支持されている。

加熱ローラ２１および駆動ローラ２２は、筒状の定着ベルト２３の内側にそれぞれ配され、その外周面には、定着ベルト２３がそれぞれ巻き掛けられている。また、加熱ローラ２１および駆動ローラ２２は、定着ベルト２３を介して加圧ローラ２５にそれぞれ圧接されており、加熱ローラ２１は、加圧ローラ２５の側方のうち、シートＸの搬送方向（加圧ローラ２５の回転方向）の上流側（図では右側）に配置されており、駆動ローラ２２は、シートＸの搬送方向（加圧ローラ２５の回転方向）の下流側（図では左側）に配置されている。

駆動ローラ２２は、断熱性の高い材料からなる円筒形状のシリコンゴムを被覆した構成、或いは円筒部材や円柱部材の外周面に断熱性の高い材料で被覆した構成からなる。また、下流側の駆動ローラ２２は、定着装置４に備えられた図示せぬ駆動機構によって一方向に軸回転するローラであり、この駆動ローラ２２が軸方向に回転することで定着ベルト２３が周方向に回転移動される。

加熱ローラ２１は、良熱伝導体である鉄やアルミ、ステンレス等からなる円筒形状の丸管部材であり、定着ベルト２３を周方向移動させる際は軸回転しないように固定されるローラである。また、定着ベルト２３に対する上流側の加熱ローラ２１の摩擦力は、定着ベルトに対する下流側の駆動ローラ２２の摩擦力よりも低くなっている。これによって、定着ベルト２３の周方向移動に対して抵抗が与えられ、加熱ローラ２１と駆動ローラ２２との間に掛け渡された定着ベルト２３の掛渡部２３ａ，２３ｂのうち、加圧ローラ２５に接触した一方（定着ニップ部２７側）の掛渡部２３ａは引張状態で掛け渡されており、他方（反対側）の掛渡部２３ｂは無張力状態で掛け渡されている。

図３（ａ），図３（ｂ），図３（ｃ）は加熱ローラ２１の軸線方向の加熱ローラ２１の断面図であり、図４は加熱ローラ２１の内周面を表した加熱ローラ２１の展開図である。なお、図４における縦方向は加熱ローラ２１の円周方向（通紙方向）であり、横方向は加熱ローラ２１の軸線方向（幅方向）である。
図３（ａ），図３（ｂ），図３（ｃ），図４に示すように、加熱ローラ２１は、その内周面に輻射率の差がつけられ、加熱ローラ２１の内周面には、高い輻射率を持つ高輻射率領域Ａと、低い輻射率を持つ低輻射率領域Ｂとが形成されている。具体的には、高輻射率領域Ａは、輻射熱源２４の輻射熱により定着ニップ部２７を定着温度まで加熱させるのに要する輻射率の領域であり、加熱ローラ２１の内周面の一部に耐熱黒色塗装を施すことで輻射率０．９８以上の高い高輻射率領域Ａが形成される。また、低輻射率領域Ｂは、高輻射率領域Ａに比べて輻射率が低く、高輻射率領域Ａ以外の部分についてアルミ等の素管を露出させることで輻射率０．０３〜０．３程度の低い低輻射率領域Ｂが形成されている。

また、図４に示すように、高輻射率領域Ａは、円周方向に向かって段々状（階段状）に形成されており、高輻射率領域Ａの幅寸法（軸線方向寸法）Ｌ１〜Ｌ３が周方向で異なっている。具体的には、高輻射率領域Ａは、円周方向に延在する仮想中心線Ｏを中心にして、複数段階（本実施の形態では３段階）の山形階段状に形成されており、加熱ローラ２１の内周面は、高輻射率領域Ａの幅寸法Ｌ１〜Ｌ３が異なる複数（３つ）のエリアＥ１〜Ｅ３に区分けされた状態になっている。なお、各エリアＥ１〜Ｅ３の幅寸法Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、Ｌ１（Ｅ１），Ｌ２（Ｅ２），Ｌ３（Ｅ３）の順で段々と大きくなっており、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３の関係となっている。

図３（ａ），図４に示すように、高輻射率領域Ａの幅が最も狭い第１のエリアＥ１は、例えば葉書や封筒等の小サイズのシートＸを通紙させる際に適用するエリアであり、第１のエリアＥ１の幅寸法Ｌ１は、小サイズのシートＸの幅寸法に対応した大きさ、つまり小サイズのシートＸの幅寸法と同等、或いは若干大きくなっている。
また、図３（ｂ），図４に示すように、高輻射率領域Ａの幅が２番目に狭い第２のエリアＥ２は、例えばＢ５サイズやＡ４サイズ等の中サイズのシートＸを通紙させる際に適用するエリアであり、第２のエリアＥ２の幅寸法Ｌ２は、中サイズのシートＸの幅寸法に対応した大きさ、つまり中サイズのシートＸの幅寸法と同等、或いは若干大きくなっている。
また、図３（ｃ），図４に示すように、高輻射率領域Ａの幅が最も広い第３のエリアＥ３は、例えばＢ４サイズやＡ３サイズ等の大サイズのシートＸを通紙させる際に適用するエリアであり、第３のエリアＥ３の幅寸法Ｌ３は、大サイズのシートＸの幅寸法に対応した大きさ、つまり大サイズのシートＸの幅寸法と同等、或いは若干大きくなっている。

図２に示すように、輻射熱源２４は、例えばハロゲンランプ等であり、熱を発する本体部が加熱ローラ２１の内側に配置され、その本体部からの輻射熱によって加熱ローラ２１を加熱する部材である。加熱された加熱ローラ２１の熱は、定着ベルト２３と加熱ローラ２１とが接しているところ（ベルト巻掛箇所Ｍ）で定着ベルト２３の巻掛部２３ｃに伝達され、これによって定着ベルト２３が加熱される。また、輻射熱源２４の本体部には、輻射熱源２４に指向性を持たせる反射板等からなる指向カバー３０が被せられている。指向カバー３０は、ベルト巻掛箇所Ｍ側が開放された断面Ｃ形状の筒部材であり、輻射熱源２４の輻射熱をベルト巻掛箇所Ｍの方向にのみ輻射させるものである。

図５，図６は回転機構２８を表す斜視図である。図５，図６に示すように、回転機構２８は、ステッピングモータ３１と、ステッピングモータ３１の回転軸３１ａに取り付けられたモータギア３２と、モータギア３２に噛合されているとともに加熱ローラ２１端部に取り付けられているローラギア３３と、ローラギア３３（或いは加熱ローラ２１端部）に付設された被検知板３３ａを検知して加熱ローラ２１の回転初期位置を検出する透過型の光センサ３４（位置検出手段）とから構成されている。この回転機構２８は、加熱ローラ２１の回転初期位置を光センサ３４で検出し、その後ステッピングモータ３１で回転角度の制御を行うことで、加熱ローラ２１を所定角度（本実施の形態では１２０度）で間欠的に軸回転させるものである。

図７は制御手段２９を表すブロック図である。図７に示すように、制御手段２９は、定着ニップ部２７に通紙されるシートＸの幅寸法に対応した幅Ｌ１〜Ｌ３の高輻射率領域Ａが、ベルト巻掛箇所Ｍに配置されるように、回転機構２８を制御するものである。具体的には、シートＸのサイズを設定する操作盤４１に接続されているとともに回転機構２８のステッピングモータ３１に接続された制御基盤４０からなり、この制御基盤４０は、操作盤４１からシートＸのサイズ（幅寸法）に関する信号を受信し、この受信した信号に基いて、第１〜第３のエリアＥ１〜Ｅ３のうち、通紙されるシートＸの幅に対応したエリアがベルト巻掛箇所Ｍに配置されるようにステッピングモータ３１に駆動信号を送信するものである。

図２に示すように、加圧ローラ２５は、一方向に軸回転可能な円柱形状の部材であり、金属製の芯材にシリコンゴム等の耐熱弾性層が巻き付けられ、さらにその表面にフッ素樹脂などのトナー離型層を積層した構成からなる。加圧ローラ２５は、引張状態の掛渡部２３ａの長さ方向中央部を常時機械的に押圧した状態で設けられており、加圧ローラ２５と掛渡部２３ａとの間に断面視円弧状の定着ニップ部２７が形成されている。この定着ニップ部２７には、引張状態の掛渡部２３ａに作用する張力に応じて法線方向の力が作用する。また、加圧ローラ２５は、定着ベルト２３外周面に摩擦接触されていることで、周方向に移動する定着ベルト２３に従動して軸回転される。

次に、上記した構成からなる画像形成装置１の動作について説明する。なお、画像形成装置１の全体的な動作は、周知のカラープリンター等の動作と共通するため適宜説明を省略し、定着装置４の動作を中心に説明する。

まず、操作盤４１を操作し、使用者が印刷するシートＸのサイズを適宜選択する。このとき、操作盤４１から制御基盤４０にシートＸのサイズに関する信号が送信される。信号を受けた制御基盤４０は、その信号に基いてステッピングモータ３１に駆動信号を送信する。一方、光センサ３４で検知された加熱ローラ２１の回転初期位置の信号がステッピングモータ３１に送信され、ステッピングモータ３１は、回転初期位置から、駆動信号に基い所定角度分だけ駆動し、加熱ローラ２１を所定角度まで軸回転させる。これによって、加熱ローラ２１内周面の第１〜第３のエリアＥ１〜Ｅ３のうち、通紙されるシートＸの幅に対応した何れかのエリアが、ベルト巻掛箇所Ｍに配置される。例えば、小サイズのシートＸが選択された場合、加熱ローラ２１が軸回転して、ベルト巻掛箇所Ｍに第１のエリアＥ１が合わせられる。同様に、中サイズのシートＸが選択された場合、加熱ローラ２１が軸回転して、ベルト巻掛箇所Ｍに第２のエリアＥ２が合わせられ、また、大サイズのシートＸが選択された場合、加熱ローラ２１が軸回転して、ベルト巻掛箇所Ｍに第３のエリアＥ３が合わせられる。

また、操作盤４１が操作された時点で、定着装置４の輻射熱源２４を作動させて加熱を開始するウォームアップ工程を行う。具体的には、定着ニップ部２７の温度が所定の定着温度に達するまで加熱を行う。このとき、定着装置４からの放熱によって画像形成装置１内の温度が上昇するため、図示せぬファンによって定着装置４の周囲に強制対流を発生させて画像形成装置１内部を冷却する。また、ウォームアップ工程時、図示せぬ駆動機構によって下流側の駆動ローラ２２を軸回転させるとともに、定着ベルト２３を駆動ローラ２２の回転に従動させて周方向に移動させる。定着ベルト２３が移動すると、上流側の加熱ローラ２１及び加圧ローラ２５がそれぞれ従動して軸回転する。

次に、定着装置４の温度が所定の定着温度に達した時点で、画像形成ユニット３Ｍ、３Ｙ、３Ｃ、３ＢＫによって、転写ベルト１０により搬送されたシートＸに画像を形成する工程を行う。具体的には、偏向されたレーザー光１１を照射し、帯電ローラ９によって帯電された感光体ドラム６表面にレーザー光１１を走査させて潜像を形成し、該潜像を現像器８によって現像してトナー像を形成し、感光体ドラム６表面に形成されたトナー像を転写ベルト１０によって搬送されたシートＸに転写する。

次に、トナー像を担持したシートＸを定着装置４に搬送し、定着ベルト２３と加圧ローラ２５とでシートＸを挟持搬送しつつトナー像をシートＸに溶融定着させる工程を行う。具体的には、トナー像を担持したシートＸを搬入側（図２において右側）から定着ニップ部２７に搬入する。定着ニップ部２７において、シートＸ上に担持されたトナー像を、加熱された定着ベルト２３の熱によって溶融するとともに加圧ローラ２５によって加圧し、シートＸに定着させる。そして、トナー像が定着したシートＸを搬出側（図２において左側）から搬出する。

上記した構成からなる定着装置４および画像形成装置１によれば、制御手段２９によって回転機構２８が制御され、通紙されるシートＸの幅寸法に対応した幅Ｌ１〜Ｌ３の高輻射率領域Ａがベルト巻掛箇所Ｍに配置され、さらに、加熱ローラ２１の内周面の輻射率が高いほど熱流速が大きくなって温度上昇が大きくなるという原理によって、輻射熱源２４からの輻射熱で高輻射率領域Ａが高温に加熱される一方、低輻射率領域Ｂが余り加熱されないため、定着ベルト２３が、ベルト巻掛箇所Ｍに在る高輻射率領域Ａの幅Ｌ１〜Ｌ３、つまりシートＸの幅寸法に対応した幅で加熱される。このように、ベルト巻掛箇所Ｍの高輻射率領域Ａの幅を変化させることで、定着ベルト２３の温度分布状態が変化される。これによって、例えば小サイズのシートＸを連続通紙しても定着ベルト２３の両側部（小サイズのシートＸを通紙させた時における定着ベルト２３の非通紙部）が高温にならず、小サイズのシートＸを連続通紙した直後に大サイズのシートＸを通紙しても、定着ベルト２３の両側部で高温オフセットが発生せず、シートＸ上のトナー像を適正に定着させることができる。また、小サイズのシートＸを連続通紙しても定着ベルト２３の両側部が高温にならないため、定着ベルト２３の弾性層やトナー離型層の劣化を抑止することができる。

また、上記した定着装置４および画像形成装置１によれば、小サイズのシートＸを連続通紙しても定着ベルト２３の両側部が高温にならないため、通紙間隔（印刷間隔）をあける必要がなく、時間当りの生産性が低下することがなく、従来の生産性を維持することができる。

また、上記した定着装置４および画像形成装置１によれば、従来の定着装置に、加熱ローラ２１を回転させる回転機構２８と回転機構２８を制御する制御手段２９とが追加されただけの構成であるため、例えば、複数本の輻射熱源を加熱ローラ内に設けた図示せぬ他の定着装置に比べて小型化を図ることができ、また、冷却用のローラ等及びその離接機構を備えた図示せぬ他の定着装置や、送風機を備えた図示せぬ他の定着装置に比べて装置の複雑化を抑えることができる。

また、上記した定着装置４および画像形成装置１によれば、加熱ローラの内周面全体に高輻射率加工が施された図示せぬ他の定着装置に比べて、高輻射率領域Ａの面積が少ないため、輻射熱源２４による加熱効率が向上し、エネルギーの無駄を無くすことができる。

また、輻射熱源２４に指向性を持たせる指向カバー３０が備えられることにより、輻射熱源２４の輻射熱は、ベルト巻掛部分Ｍの方向にのみ輻射され、加熱ローラ２１のうち、定着ベルト２３に接するベルト巻掛部分Ｍのところが集中的に加熱される。これによって、一層エネルギーの無駄を無くすことができる。

また、指向カバー３０により、ベルト巻掛部分Ｍの方向に輻射熱が集中されることで、シートＸ上に担持されたトナー像は、定着ニップ部２７の入口付近を通過するときに高温で加熱されて定着ベルト２３に付着しない程度の粘度に溶融され、コールドオフセットを防止することができる。また、シートＸ上に担持されたトナー像は、定着ニップ部２７の出口付近を通過するときに低温で加熱されて分断が起きない程度の凝集力を有することとなり、ホットオフセットを防止することができる。

また、定着ベルト２３のうち、定着ニップ部２７側の掛渡部２３ａは引張状態で掛渡されているため、定着ニップ部２７にはベルト張力に応じた法線方向の力が加圧ローラ２５に作用し、安定した定着圧力を得ることができる。
また、定着ニップ部２７と反対側の掛渡部２３ｂが無張力状態で掛け渡されているため、定着ベルト２３自体の歪みや加熱ローラ２１や駆動ローラ２２の断面形状の歪み等による定着ベルト２３の動きを、無張力状態の掛渡部２３ｂで吸収することができ、定着ベルト２３が加熱ローラ２１や駆動ローラ２２の軸線方向に移動してずれることを低減させることができる。

以上、本発明に係る定着装置および画像形成装置の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記した実施の形態では、加熱ローラ２１の内周面に耐熱黒色塗装を施すことで高輻射率領域Ａを形成し、アルミ等からなる加熱ローラ２１の素管を露出させることで低輻射率領域Ｂを形成しているが、本発明は、輻射率が高いその他のコーティングを塗布することで高輻射率領域を形成してもよい。また、加熱ローラ（加熱部材）の内周面に化学処理を施すことで高輻射率領域を形成してもよく、例えば、鉄製の加熱ローラ（加熱部材）の内周面を酸化処理することで加熱ローラの内周面を変色させて高輻射率領域を形成してもよい。さらに、輻射率が低いコーティングを塗布、或いは加熱ローラの内周面に低輻射率材料を被膜することで低輻射率領域を形成してもよく、例えば、輻射率が高い黒色材料からなる加熱ローラの内周面に反射膜を被膜させることで低輻射率領域を形成してもよい。

また、上記した実施の形態では、シートＸが定着ベルト２３の中央を通紙する構成になっており、図４に示すように、加熱ローラ２１の内周面に形成された高輻射率領域Ａが山形階段状になっているが、本発明は、図８（ａ）に示すように、シートＸがベルトの一方側に寄せられた状態で通紙される構成になっており、高輻射率領域Ａが一方側に寄せられた階段状の形状になっていてもよい。
また、上記した実施の形態では、図４に示すように、高輻射率領域Ａは階段状に形成されており、その幅寸法Ｌ１〜Ｌ３が円周方向に向かって段々状に変化されているが、本発明は、図８（ｂ）に示すように、高輻射率領域Ａが傾斜した形状に形成され、高輻射率領域Ａの幅寸法が円周方向に向かって連続的に変化されていてもよい。

また、上記した実施の形態では、加熱ローラ２１を間欠的に軸回転させる回転機構２８が、ステッピングモータ３１と、加熱ローラ２１の回転初期位置を検知する光センサ３４との組み合わせからなっているが、本発明は、ソレノイドプランジャーとカムギヤと初期位置検出スイッチ等で構成された回転機構によって、加熱ローラを間欠的に軸回転させてもよい。また、他の動力源（例えば、駆動ローラ２２の駆動源）からギアやベルト等を介して加熱ローラに動力を導き、さらにその途中にクラッチを介装させた構成とし、そのクラッチの切替えによって加熱ローラを間欠的に軸回転させてもよい。

また、上記した実施の形態では、輻射熱源２４に断面Ｃ形状の筒部材からなる指向カバー３０を外装させることで、輻射熱源２４に指向性を持たせているが、本発明は、輻射熱源の本体部の表面に、ベルト巻掛箇所側を開けた状態で反射膜を被膜して輻射熱源に指向性を持たせてもよい。

また、上記した実施の形態では、定着ベルト２３が加熱ローラ２１と駆動ローラ２２とで支持されているが、本発明は、駆動機構によって駆動する駆動ローラ（支持ローラ）の他に定着ベルト（ベルト）を支持する支持ローラ（支持部材）を設けてもよい。

上記した実施の形態では、加熱ローラ２１および駆動ローラ２２が定着ベルト２３を介して加圧ローラ２５に接触されているが、本発明は、加熱ローラ（加熱部材）および駆動ローラ（支持部材）を加圧ローラ（加圧部材）から離して配置するとともに、加熱ローラおよび駆動ローラの側方にピンチローラをそれぞれ配設し、加熱ローラに巻き掛けられた定着ベルト（ベルト）の巻掛部を加熱ローラとピンチローラとで挟持した構成としてもよい。また、加熱ローラ又は駆動ローラのうち、何れか一方（例えば下流側のローラ）を加圧ローラから離して配置し、他方（例えば上流側のローラ）を定着ベルトを介して加圧ローラに接触させ、さらに、加圧ローラから離された一方のローラの側方にピンチローラを配設した構成としてもよい。これによって、定着ニップ部に圧力勾配を付与することができ、トナー像をより確実にシートに定着させることができる。さらに、本発明は、加熱ローラと駆動ローラが、それぞれ異なる押圧力で定着ベルトを介して加圧ローラに圧接されていてもよく、これによって、定着ニップ部に圧力勾配を付与することができ、トナー像をより確実に定着させることができる。

また、本発明は、定着ベルトの表面に付着したトナーを除去して清掃するクリーニング機構を適宜設置してもよく、そのクリーニング機構としては、例えば、熱源が内包された上流側の加熱ローラに定着ベルトを介して圧接されるピンチローラと、このピンチローラに押圧されたパッド状或いは回転ブラシ状の除去部材とから構成されたものがある。

また、上記した実施の形態の変形例の構成を適宜組み合わせてもよく、さらに、その他、上記した実施の形態における構成は、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で、公知の構成と適宜変更可能である。

なお、上記した実施の形態における画像形成ユニット３Ｍ、３Ｙ、３Ｃ、３ＢＫが本発明に係る画像形成手段に相当し、上記した実施の形態における加熱ローラ２１は本発明に係る加熱部材に相当し、上記実施の形態における駆動ローラ２２は本発明に係る支持部材に相当し、上記実施の形態における定着ベルト２３は本発明に係るベルトに相当し、上記実施の形態における加圧ローラ２５は本発明に係る加圧部材に相当し、上記実施の形態における指向カバー３０は本発明に係る指向手段に相当し、上記実施の形態におけるシートＸは本発明に係る記録媒体に相当し、上記実施の形態における高輻射率領域Ａの幅寸法Ｌ１〜Ｌ３は本発明に係る高輻射率領域の軸線方向寸法に相当する。

本発明に係る実施の形態における画像形成装置の主要部の概略構成を表す図である。 本発明に係る実施の形態における定着装置の主要部の概略構成を表す図である。 本発明に係る実施の形態における加熱部材を表す断面図である。 本発明に係る実施の形態における加熱部材の内周面を表す展開図である。 本発明に係る実施の形態における回転機構を表す斜視図である。 本発明に係る実施の形態における回転機構を表す斜視図である。 本発明に係る実施の形態における制御手段を表すブロック図である。 本発明に係る他の実施の形態における加熱部材の内周面を表す展開図である。

符号の説明

１ 画像形成装置
３Ｍ、３Ｙ、３Ｃ、３ＢＫ 画像形成ユニット（画像形成手段）
４ 定着装置
２１ 加熱ローラ（加熱部材）
２２ 駆動ローラ（支持部材）
２３ 定着ベルト（ベルト）
２４ 輻射熱源
２５ 加圧ローラ（加圧部材）
２７ 定着ニップ部
２８ 回転機構
２９ 制御手段
３０ 指向カバー（指向手段）
Ａ 高輻射率領域
Ｂ 低輻射率領域
Ｘ シート（記録媒体）

Claims (3)

1. 輻射熱源を内包する筒状の加熱部材および支持部材に無端状のベルトが巻回され、該ベルトに加圧部材が圧接されて前記ベルトと前記加圧部材との間に定着ニップ部が形成され、該定着ニップ部に、トナー像が静電気的に担持された記録媒体を通過させることで、前記トナー像を前記記録媒体に定着させる定着装置において、
   前記加熱部材の内周面には、前記輻射熱源の輻射熱により前記定着ニップ部を定着温度まで加熱させるのに要する輻射率を持つとともに階段状或いは傾斜した形状になっていて軸線方向寸法が周方向で異なる高輻射率領域と、該高輻射率領域よりも低い輻射率を持つ低輻射率領域とがそれぞれ形成されており、
   前記加熱部材を軸回転させる回転機構と、前記ベルトと前記加熱部材とが接しているところに、前記記録媒体の幅寸法に対応した軸線方向寸法の前記高輻射率領域の一部が配置されるように、前記回転機構を制御する制御手段と
   が備えられていることを特徴とする定着装置。
2. 請求項１記載の定着装置において、
   前記輻射熱源に指向性を持たせて前記ベルトと前記加熱部材とが接しているところにのみ熱を輻射させる指向手段が備えられていることを特徴とする定着装置。
3. 記録媒体にトナー像を静電気的に転写させて該記録媒体にトナー像を担持させる画像形成手段が備えられた画像形成装置において、
   前記記録媒体上のトナー像を該記録媒体に定着させる請求項１又は２記載の定着装置が備えられていることを特徴とする画像形成装置。

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