JP4314247B2 - 像加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンター、ファクシミリ等の画像形成装置に定着装置として搭載して好適な像加熱装置に関する。より詳しくは、いわゆるベルト式（ベルトタイプ）の像加熱装置に関する。

像加熱装置としては、例えば、記録材に形成された未定着画像を定着する定着装置や記録材に定着された画像を加熱することにより画像の光沢度を増大させる光沢増大化装置を挙げることができる。

ベルト式の定着装置は、エンドレスの定着ベルトと、定着ベルトを回転駆動する駆動手段と、定着ベルトを局部的に加熱する加熱手段と、を有する。そして、駆動手段により回転駆動され、加熱手段により加熱された定着ベルトに記録材を接触させて未定着画像を加熱定着（仮定着も含む）する構成の装置である。

定着ベルトは加熱手段により局部的に加熱されるけれども、回転駆動されることにより、ベルト全周の加熱がなされる。そして、定着ベルトの温度を検知する温度検知手段を含む温調系により、温度検知手段の検知温度が予め設定した温度である所定温度に維持されるように加熱手段に対する供給電力が制御されて、定着ベルトの温調がなされる。

特許文献１には、定着ベルトを介してトナー及び記録媒体を予熱する加熱通路を形成して、定着ニップの温度を低く設定するようにした、ベルト式の定着装置が記載されている。

特許文献２には、加熱手段による定着ベルトの加熱が停止された後にも、駆動手段による定着ベルトの回転を続行させる。そして、温度検知手段で検知される定着ベルト温度が所定温度に下がってから、定着ベルトの回転を停止させるようにした、ベルト式の定着装置が記載されている。これは、局部的に高温になると定着ベルトの耐久寿命が著しく低下することを防止するためである。

特許文献３には、定着ベルトとして誘導ベルトを用い、この定着ベルトの加熱手段として、定着ベルト外部に誘導加熱コイルを配設したベルト式の定着装置が記載されている。ウォーミングアップタイムの短縮を目的としている。

上記のような、定着ベルトの一部を加熱する定着装置では、温度調整時は常に定着ベルトの走行（回転）を行わなければならない。走行を行わないと、加熱手段に対応している定着ベルト部分が局部的に高温になり、定着ベルトの耐久寿命が著しく低下してしまう。

一方、定着ベルトは走行しつづけることで「ベルトの表層のクラック」が発生するため、総回転時間には制限（寿命）がある。

そこで、特許文献４には、一部が定着ローラにより加熱される加圧ベルトを用いた構成でスタンバイ時には検知温度に応じて停止と回転を交互に行う構成が記載されている。また、この回転を行う際には、画像形成時よりも遅い回転速度にする構成が記載されている。この構成により、ベルトへの負荷を小さくすることができる。
特開平６−３１８００１号公報 特開２００１−１００５８９号公報 特開平１−１４４０８４号公報 特開平１０−３１２１３２号公報

しかし、スタンバイ時に停止時及び回転時とも加熱を行う局所加熱方式では、停止時に加熱された領域が回転により再び加熱領域に到達するとその部分だけベルトへの負荷が大きくなる。一方ベルトを支持している支持部材等のベルトと接触する部材は熱容量が大きく暖まりにくい。

本発明の目的は、スタンバイ時にベルトを停止させてベルトを加熱する際に、ベルトの一部に加熱が集中することを防止しつつ、ベルトと接触する接触部分を暖めやすくすることができるようにした像加熱装置を提供することである。

上記の目的を達成するための本発明に係る像加熱装置の代表的な構成は、エンドレスのベルトと、前記ベルトを回転駆動する駆動手段と、前記ベルトを局所的に加熱する加熱手段と、前記ベルトを張架し、記録材を挟持搬送するニップ部を形成する第一接触部材と、前記ベルトを張架し、記録材を挟持搬送するニップ部に形成し、記録材の搬送方向において前記第一接触部材よりも下流側にある第二接触部材と、を有し、前記駆動手段によりベルトが回転し、記録材を挟持搬送するニップ部を通過させることで記録材上の画像を加熱する像加熱装置において、スタンバイ時にはベルトが停止した状態で加熱が行われる停止期間とベルトを回転させる回転期間とを有し、回転期間の回転が停止するときには回転が開始する前に停止状態で加熱手段により加熱が行われた前記ベルトの領域の少なくとも一部が前記第一接触部材と接触して停止する頻度は、前記第二接触部材と接触して停止する頻度よりも大きいことを特徴とする。

本発明によれば、待機時からの一枚目画像形成の生産性を落とすことなく、しかも定着ベルトの寿命を延ばすことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に則して説明する。

〈画像形成部〉
図１は本実施例における画像形成装置の概略構成を示す縦断面図である。この画像形成装置は、プリンター、複写機、ファクシミリ装置として機能する、電子写真フルカラー複合機である。まず、画像形成部の概略を説明する。

１は画像読取部であり、原稿台ガラス１ａ上に載置したカラー画像原稿Ｏの画像を移動光学系１ｂにより走査露光して、フルカラーセンサ（ＣＣＤ）１ｃにより色分解画像信号として光電読取りする。色分解画像信号は、画像処理部１ｄにて所定の画像処理が施された後、画像出力部２の制御ユニット（制御手段）１００に送出される。１ｅは原稿台ガラス１ａに対する原稿押え板あるいは原稿自動給送装置（ＡＤＦ、ＲＤＦ）である。

制御ユニット１００は、ＣＰＵを含み、画像形成装置内の各負荷の駆動、センサ類の情報収集解析、操作部（ユーザインターフェース）とのデータの交換等の役割を担っており、画像形成装置は全てこの制御ユニット１００によって統括的にコントロールされる。

画像出力部２において、ＵＫ・ＵＭ・ＵＣ・ＵＹは第１〜第４の４つの画像形成ユニットであり、画像出力部２内に図面上左から右にタンデム配置してある。各画像形成ユニットはそれぞれレーザー露光方式の電子写真プロセス機構であり、同じ構成とされている。

すなわち、各画像形成ユニットＵＫ・ＵＭ・ＵＣ・ＵＹにおいて、３はドラム型の電子写真感光体（以下、ドラムと記す）であり、矢印の反時計方向に回転駆動される。４はドラム３の外周面を一様に帯電する一次帯電器、５はドラム３の一様帯電面をレーザー光Ｌで走査露光して色分解画像信号に基づいた静電潜像を形成するレーザー露光器である。６はドラム面の静電潜像をトナー画像として可視化する現像装置である。第１の画像形成ユニットＵＫの現像装置６には現像剤としてブラックトナーを収容してある。第２の画像形成ユニットＵＭの現像装置６にはマゼンタトナーを収容してある。第３の画像形成ユニットＵＣの現像装置６にはシアントナーを収容してある。第４の画像形成ユニットＵＹの現像装置６にはイエロートナーを収容してある。

そして、画像処理部１ｄから制御ユニット１００に送出された色分解画像信号に基づいて、第１の画像形成ユニットＵＫは、ドラム３の面にブラックトナー画像を所定の制御タイミングで形成するように制御される。第２の画像形成ユニットＵＭは、ドラム３の面にマゼンタトナー画像を所定の制御タイミングで形成するように制御される。第３の画像形成ユニットＵＣは、ドラム３の面にシアントナー画像を所定の制御タイミングで形成するように制御される。第４の画像形成ユニットＵＹは、ドラム３の面にイエロートナー画像を所定の制御タイミングで形成するように制御される。

各画像形成ユニットのドラムの面に形成される上記のトナー画像はそれぞれ一次転写部７にて、回転駆動されるエンドレスでフレキシブルな中間転写ベルト（以下、ベルトと記す）８の面に対して順次に重畳転写される。これにより、ベルト８の面に上記４つのトナー画像の重ね合わせによる未定着のフルカラートナー画像が合成形成される。各画像形成ユニットにおいて、ベルト８には転写されずにドラム３上に残されたトナーはクリーニング装置９で除去される。

ベルト８は、駆動ローラ１０と、テンションローラを兼用させた従動ローラ１１と、二次転写対向ローラ１２との間に懸回張設してあり、矢印の時計方向にドラム３の回転速度とほぼ同じ速度で回転駆動される。駆動ローラ１０と従動ローラ１１の間のベルト部分を各画像形成ユニットのドラム３の下面に対向または接触させて一次転写部７を形成させている。１３は各一次転写部７の位置においてベルト８の裏面側に配置した一次転写用帯電器であり、トナー画像の一次転写時には所定の電圧が印加される。

ベルト８の面に合成形成された未定着のフルカラートナー画像は、引き続くベルト８の回転により二次転写部１４へ至る。二次転写部１４は、二次転写対向ローラ１２に対してベルト８を挟ませて二次転写ローラ１５を圧接させて形成してある。二次転写ローラ１５とベルト８とのニップ部が二次転写部１４である。この二次転写部１４に対して、所定の制御タイミングにて給紙ユニット１６側又は手差しトレイ１９側からシート状の記録材（転写材）Ｐが給送されることで、記録材Ｐの面にベルト８面の未定着のフルカラートナー画像が順次に一括して二次転写される。二次転写ローラ１５にはトナー画像の二次転写時に所定の電圧が印加される。

給紙ユニット１６は、上下２段の給紙カセット１７・１８を有し、記録材サイズなどにより選択された段位の給紙カセットからの記録材Ｐの１枚給紙動作が所定の制御タイミングにて実行される。給紙ユニット１６側又は手差しトレイ１９側から給紙された記録材Ｐはシートパス２０によりレジストローラ２１まで搬送される。その時、レジストローラ２１は停止しており、記録材Ｐの先端はニップ部に突き当たる。その後、画像形成ユニットＵＫ・ＵＭ・ＵＣ・ＵＹが画像形成を開始するタイミングに合わせてレジストローラ２１の回転駆動が開始される。このレジストローラ２１の回転開始のタイミングは、記録材Ｐの先端部と、各画像形成ユニットからベルト８上に転写されたトナー画像の先端部が、二次転写部１４において一致するように設定されている。

二次転写部１４にてベルト８面からトナー画像の二次転写を受けた記録材Ｐはベルト８面から分離されて、搬送ガイド２２によって像加熱装置としての定着装置（定着ユニット）Ｆに導入される。記録材Ｐは定着装置Ｆによってトナー画像が記録材Ｐの表面に熱定着される。定着装置Ｆを出た記録材Ｐは内外排紙ローラ２３・２４により搬送され、排紙トレイ２５上に積載される。

２６はベルト８の画像形成面をクリーニングするためのクリーニングユニットであり、二次転写部１４において、記録材Ｐに転写されずにベルト８上に残されたトナーはこのユニット２６で除去される。

モノクロ画像モードの場合は、黒画像を形成する第１の画像形成ユニットＵＫだけが画像形成動作して、モノクロ画像形成物が出力される。

上記の画像形成装置は、画像読取部１から画像出力部２の制御ユニット１００に原稿画像の光電読取り画像信号が入力することで、複写機として機能する。また、制御ユニット１００にパーソナルコンピュータ等の外部ホスト装置から画像信号が入力することによりプリンターとして機能する。また、他機のファクシミリ装置からの画像信号を制御ユニット１００に入力したり、画像読取部１による原稿画像の光電読取り画像信号を他機のファクシミリ装置に送信することによりファクシミリ装置として機能する。

〈画像形成装置の動作行程〉
図２はこの画像形成装置の動作行程図である。

１）停止：画像形成装置のメイン電源スイッチがオフの状態時である。

２）前多回転行程：画像形成装置のウォーミングアップ動作行程であり、メイン電源スイッチのオンによりメインモータを起動させて、所要のプロセス機器の立上げ動作を実行する。

３）待機（スタンバイ）：前多回転行程終了後、メインモータを停止させ、プリントジョブ開始信号（コピー開始信号）の入力待ちをしている期間である。

４）画像形成行程：画像形成行程は、前回転行程、プリントジョブ行程、後回転行程を含む。

前回転行程は、プリントジョブ開始信号の入力に基づいて、メインモータを再起動させて、所要のプロセス機器のプリントジョブ前動作を実行する期間である。より実際的には、ａ：制御ユニット１００がプリントジョブ開始信号を受信、ｂ：フォーマッタで画像を展開（画像のデータ量やフォーマッタの処理速度により展開時間は変わる）、ｃ：前回転行程開始、という順序になる。

プリントジョブ行程は、前回転行程に引き続いて、前記の画像形成プロセスを実行する行程である。連続プリントジョブ（マルチコピー）の場合は、前記の画像形成プロセスが繰り返されて設定枚数の画像形成済みの記録材が順次に出力される。連続プリントジョブの場合において、一の記録材Ｐの後端と次の記録材Ｐの先端との間隔が紙間であり、二次転写部１４や定着装置Ｆにおいては非通紙状態である。

後回転行程は、所定の１枚または複数毎のプリントジョブ行程の終了後もメインモータを引き続き駆動させて、所要のプロセス機器のプリントジョブ後動作を実行する行程である。

５）待機：後回転行程終了後、メインモータを停止させ、次のプリントジョブ開始信号の入力待ちをしている期間である。

〈定着装置Ｆ〉
図３は定着装置Ｆの要部の横断面模型図と制御系のブロック図である。この定着装置Ｆは、ベルト式・電磁誘導加熱方式の装置（ＩＨ定着器）である。

３１は定着部材としての定着ベルトユニット、３２は加圧部材としての加圧ベルトユニットである。この両ユニット３１・３２を上下に配設して不図示の加圧機構で圧接させることで、両ユニット３１・３２間に定着ニップ部Ｎを形成させている。４１は定着ベルト加熱手段としての誘導加熱コイルユニット（磁束発生手段）であり、定着ベルトユニット３１の上側に配設してある。

定着ベルトユニット３１は、駆動ローラとしての第１定着ローラ３３（第二接触部材）と、テンションローラとしての第２定着ローラ３４（第一接触部材）と、この両ローラ３３・３４間に懸回張設した、エンドレスで可撓性の定着ベルト３５を有する。第１と第２の定着ローラ３３・３４は定着ベルトユニット３１のフレーム（不図示）に対して互いにほぼ並行にかつ回転自由に軸受保持させて配設してある。第１定着ローラ３３は、第２定着ローラ３４よりも記録材搬送方向下流側に位置させている。また、定着ベルト３５の下行側ベルト部分の内面側には第１加圧パッド３６を配設してある。第一定着ローラ３３、第二定着ローラ３４、第一加圧パット３６はベルトと接触する接触部材である。

加圧ベルトユニット３２は、駆動ローラとしての第１加圧ローラ３７と、テンションローラとしての第２加圧ローラ３８と、この両ローラ３７・３８間に懸回張設した、エンドレスで可撓性の加圧ベルト３９を有する。第１と第２の加圧ローラ３７・３８は加圧ベルトユニット３１のフレーム（不図示）に対して互いにほぼ並行にかつ回転自由に軸受保持させて配設してある。第１加圧ローラ３７は、第２加圧ローラ３８よりも記録材搬送方向下流側に位置させている。また、加圧ベルト３９の上行側ベルト部分の内面側には第２加圧パッド４０を配設してある。

第１と第２の定着ローラ３３・３４、第１と第２の加圧ローラ３７・３８は、いずれも、中空芯金の外周面に耐熱性ゴム等の弾性材層を形成した弾性ローラである。

定着ベルト３５と加圧ベルト３９は、いずれも、基層としての金属ベルト（例えばＮｉ）の外周面にシリコーンゴムの弾性表層を形成した、電磁誘導発熱性の部材である。

定着ベルトユニット３１と加圧ベルトユニット３２の加圧状態において、第１定着ローラ３３と第１加圧ローラ３５とが、その間に定着ベルト３５と加圧ベルト３９を挟んで対向して圧接する。また、第２定着ローラ３４と第２加圧ローラ３８とが、その間に定着ベルト３５と加圧ベルト３９を挟んで対向して圧接する。また、第１と第２の加圧パッド３６・４０がその間に定着ベルト３５と加圧ベルト３９を挟んで対向して圧接する。これにより、定着ベルト３５の下行側ベルト部分と加圧ベルト３９の上行側ベルト部分とが圧接して、記録材搬送方向において幅広の定着ニップ部Ｎが形成される。

第１定着ローラ３３は、第１定着モータＭ１により矢印の時計方向に所定の制御速度で回転駆動される。このローラ３３の回転駆動により、定着ベルト３５と第２定着ローラ３４が連れ回る。

また、第１加圧ローラ３７は、第２定着モータＭ２により矢印の反時計方向に所定の制御速度で回転駆動される。このローラ３７の回転駆動により、加圧ベルト３９と第２加圧ローラ３８が連れ回る。

定着ベルト３５と加圧ベルト３９の回転速度は、定着ニップ部Ｎにおいてほぼ同じ所定の制御速度になるようにされている。定着ベルト３５と加圧ベルト３９を回転駆動する第１と第２の定着モータＭ１・Ｍ２は制御ユニット１００によりモータ駆動回路１０３を介して、オン−オフ制御、速度制御される。

なお、第１定着ローラ３３と第１加圧ローラ３７は連動して回転するようにギア・タイミングベルト等の連絡部材で連結させて、第１または第２の定着モータＭ１・Ｍ２の１つのモータにより上記２つのローラ３３・３７を連動駆動する構成にすることもできる。

誘導加熱コイルユニット４１は定着ベルト３５の加熱手段であり、定着ベルトユニット３１の第２定着ローラ３４部分の上方において、定着ベルト３５の上面に対して所定に近接対面させて配設してある。

このコイルユニット４１は、誘導加熱コイル４２と、例えばフェライトコアや積層コア等の磁性体コア４３を有する。コイル４２は、例えば、表面に融着層と絶縁層とを持つ銅線が複数回巻かれて構成されている。より具体的には、コイルユニット４１は、コイル４２の電線として例えばリッツ線を用いている。これを横長・扁平なシート状渦巻きコイルに巻回してなるコイル４２と、このコイル４２を覆わせた磁性体コア４３とを電気絶縁性樹脂によって一体にモールドした横長・板状の部材である。

定着ベルト３５は、このコイルユニット４１により、該コイルユニット４１との対向領域部をベルト加熱位置として、該ベルト加熱位置において局部的に誘導加熱される。すなわち、コイルユニット４１のコイル４２に励磁回路１０１より高周波電流が流されて、交番磁束（磁場）が発生する。その磁束は、ベルト加熱位置において、定着ベルト３５の基層である金属ベルトに吸収され、金属ベルトに渦状の誘導電流が発生し、金属ベルトはその固有抵抗により発熱する。このように、コイル４２に流される高周波電流により、ベルト加熱位置において、定着ベルト３５自体が電磁誘導で発熱して加熱昇温する。

定着ベルト３５と加圧ベルト３９が回転駆動されることで、定着装置全体（定着ベルト３５、加圧ベルト３９、定着ローラ３３・３４、加圧ローラ３７・３８、加圧パッド３６・４０等）に熱が供給されて、定着装置の温度が立ち上る。また、定着ベルト３５の表面温度が定着装置温度としてサーミスタ等の温度検知手段ＴＨで検知される。温度検知手段ＴＨは、定着ベルト３５とコイルユニット４１との対向部であるベルト加熱位置もしくは該ベルト加熱位置の近傍において、定着ベルト３５の外面に当接させて配設してある。温度検知手段ＴＨにより検知される定着ベルト表面温度に関する電気的情報がＡ／Ｄコンバータ１０２を介して制御ユニット１００に入力する。

制御ユニット１００は、その入力情報をもとに、励磁回路１０１からコイルユニット４１への電力供給量を制御して、定着ベルト３５の表面温度が所定温度に維持されるように制御する。すなわち、定着装置が温調される。本実施例では、２００℃を定着温度とし、温度検知手段ＴＨの検知温度がその定着温度２００℃に維持されるように温調させている。

上記の定着装置状態において、画像形成部側から、表面に未定着トナー画像ｔが形成された記録材Ｐが、搬送ガイド２２によって定着装置Ｆに導入されて、定着ニップ部Ｎに進入する。記録材Ｐは定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく過程で、記録材Ｐ上の未定着トナー画像ｔが、定着ベルト３５・加圧ベルト３９の熱と、定着ニップ部Ｎの圧力で、記録材Ｐ面に熱圧定着される。定着ニップ部Ｎを出た記録材部分は定着ベルト３５・加圧ベルト３９から分離されて排出搬送される。

ＴＨＳは定着装置の安全装置としてのサーモスイッチであり、励磁回路１０１からコイルユニット４１のコイル４２に対する通電電路に直列に挿入してある。そして、このサーモスイッチＴＨＳを、前記のベルト加熱位置もしくは該ベルト加熱位置の近傍において、定着ベルト３５の内面に当接させて配設してある。サーモスイッチＴＨＳは、何らかの原因で定着装置が熱暴走して、定着ベルト３５の温度が予め設定した所定制限温度を超える事態を生じたら、励磁回路１０１からコイルユニット４１への電力供給を遮断するように動作する。本実施例では、サーモスイッチＴＨＳは、定着ベルト３５との当接部の温度が２５０℃を超えると、励磁回路１０１からコイルユニット４１への電力供給を遮断するように動作する。

〈待機時のおける定着装置制御〉
制御ユニット１００は、画像形成装置のウォームアップ時には、定着ベルト３５・加圧ベルト３９を画像形成時用の第１速度Ｖ１で連続的に回転駆動させる。そして、励磁回路１０１からコイルユニット４１に、本実施例においては、１０００Ｗの最大電力供給量を供給して、定着装置を所定温度である２００℃に立ち上げる。

また、画像形成行程時（以下、プリント時と記す）には、定着ベルト３５・加圧ベルト３９を画像形成時用の第１速度Ｖ１で連続的に回転駆動させる。そして、励磁回路１０１からコイルユニット４１に、本実施例においては、８００Ｗの最大電力供給量を供給して、定着温度２００℃を維持する温調を行う。

また、待機時（以下、スタンバイ時と記す）には、定着ベルト３５・加圧ベルト３９を間欠回転駆動（間欠走行）させながら、励磁回路１０１からコイルユニット４１に、本実施例においては、５００Ｗの最大電力供給量を供給する。これにより、定着装置Ｆをほぼ定着温度に保温した状態に維持する。

電力供給量が、ウォームアップ時に最も多いのは、定着装置Ｆを低温時からできるだけ短時間に所定温度に立ち上げるためである。電力供給量が、スタンバイ時に低いのは定着装置Ｆの保温のみに電力を供給するためである。この電力供給量は定着装置の熱容量や画像形成速度などによって変るものである。

定着ベルト３５・加圧ベルト３９は回転駆動しつづけると、基層である金属ベルト部分に金属疲労によるクラックが発生するため、ベルト３５・３６の総回転時間には制限（寿命）がある。従って、画像形成を行っていないスタンバイ時もプリント時と同じようにベルト３５・３９を回転駆動すると短寿命となってしまう。

上記のようなベルト寿命を考慮すると、スタンバイ中は、ベルト３５・３９の回転駆動を停止し、装置の保温温調を即ちコイルへの通電をオフした状態にする方がよい。しかし、この場合には、次に入力したプリントジョブ開始信号に基づくプリント時の前回転行程において、低温状態にある定着装置Ｆが所定温度まで立ち上がるのに時間を要し、プリントスタートの一枚目の生産性が落ちてしまう。すなわち、一枚目の画像形成信号入力から画像形成終了までの時間が長くなってしまう。ベルト３５・３９の回転駆動を停止した状態にして、コイルユニット４１に電力供給して定着ベルト３５を加熱すると、ベルト加熱位置において、定着ベルト３５が局部的に高温になり、定着ベルト３５の耐久寿命が著しく低下してしまう。このように、定着ベルトの一部を加熱する定着装置では、装置の温度調整時には常にベルト３５・３９の回転駆動を行わなければならない。

そこで、本実施例においては、上記のように、スタンバイ中には、定着ベルト３５・加圧ベルト３９を間欠で回転駆動させながら、励磁回路１０１からコイルユニット４１に電力供給する。これにより、定着装置の保温温調を行いつつも、ベルト３５・３９の寿命の低下を抑えるようにしている。以下、これについて詳述する。

図４に、定着装置Ｆが、温度検知手段ＴＨでの検知温度が２００℃となるように温調された時の、定着ベルト３５の表面温度の推移を示す。室温から約２４０秒程度で温調温度２００℃に達し、その後はほぼ温調温度２００℃を保持している。定着ベルト３５自身の熱容量は低いが、回転駆動している定着ベルト３５を介して、加圧ベルト３９、定着ローラ３３・３４、加圧ローラ３７・３８、加圧パッド３６・４０等に熱が供給されて奪熱されるために、定着ベルト３５の温度上昇時間は長くなってしまう。

図５に、ベルト３５・３９の回転駆動を停止させた状態において、励磁回路１０１からコイルユニット４１に電力供給して、定着ベルト３５を加熱したときの、定着ベルト３５のベルト加熱位置における表面温度の推移を示す。

定着ベルト３５が停止していると、ベルト加熱位置に位置している定着ベルト部分のみが局部的に異常加熱してしまう。図４のように、定着ベルト回転時に加熱すると、定着ベルト３５が２００℃に達するまでに２４０秒かかるが、定着ベルト停止時に加熱すると、ベルト加熱位置に位置している定着ベルト部分の温度は約１５秒で２００℃に達している。定着ベルト３５に当接されているサーモスイッチＴＨＳは、本実施例においては、前述のように２５０℃に達すると、コイルユニット４１への電力供給を遮断する。そのために、図５より、２５秒以上の定着ベルト停止状態で加熱を行うと２５０℃に達してしまい、サーモスイッチＴＨＳが作動してしまう。

図５の一点鎖線ａのように、定着ベルト３５の温度上昇は、１５０℃を超えるとほぼ一定の温度上昇勾配を示しており、約５．６℃／秒の温度勾配である。２００℃の温調状態から定着ベルト３５の回転駆動を停止して加熱を続けると、ベルト加熱位置における定着ベルト部分の表面温度は、８．９秒後に２５０℃に達することになる。

図６に、スタンバイ時における、ベルト３５・３９の回転駆動／停止時のタイミングチャートを示す。プリント時には、ベルト３５・３９は画像形成時用の第１速度Ｖ１で回転駆動される。スタンバイになると、ベルト３５・３９の回転駆動はいったん停止し、その時にベルト加熱位置に位置している定着ベルト部分の加熱を行う。その後、ベルト３５・３９を第１速度Ｖ１よりも遅い第２速度Ｖ２で駆動する。この時、ベルト３５・３９を数周回転した後に停止する方が定着装置全体を均一の温度にしやすい。また、第２速度Ｖ２で駆動するのは、速度が遅い方が、ベルトの走行距離を少なくしつつ均一な温度にしやすいからである。この後、回転、停止を順次繰り返す。

コイルユニット４１への電力供給量は、プリント時は第１供給電力Ｗ１（本実施例では８００Ｗの最大電力供給量）に設定される。スタンバイ時のベルト３５・３９の停止時は第１供給電力Ｗ１も少ない第２供給電力Ｗ２（本実施例では５００Ｗの最大電力供給量）に設定される。ベルト回転駆動時は電力供給力−オフに設定される。

スタンバイ時は、温調しつつ、ベルト３５・３９を低速かつ間欠で駆動することで、ベルトの走行量を減らすことができる。そして、ベルト回転停止時にベルト加熱位置に位置している定着ベルト部分が、次のベルト回転停止時にベルト加熱位置からズレて定着装置の熱容量の高い位置に停止するようにベルト３５・３９の回転駆動を制御する。その結果、ベルト回転停止による温度ムラの低減をすることができる。

この制御について説明する。ベルト加熱位置に位置している領域は本実施例では、コイルユニット４３に対向している領域である。また、加熱部材と接触する方式では接触領域がベルト加熱位置に位置している領域となる。そして、本実施例では、熱容量の高い位置とはいうのは、ベルトと接触する接触部材のことである。前述したように、第一定着ローラ３３、第二定着ローラ３４、第一加圧パット３６のことである。

従って、本実施例では、停止時に加熱されている領域の少なくとも一部が回転後には、第一定着ローラ３３、第二定着ローラ３４、第一加圧パット３６と重なる位置で停止するものである。このように停止することで、加熱されていたベルト部分と接触部材との間の熱伝導性を高めることができ、熱を多くベルトから奪う接触部材を積極的に暖めることができる。

また、本実施例では、接触部材は、３点ある構成である。そのため、加熱領域の停止位置は、同じ接触部材と接触する位置に常に停止する必要はなく、異なる接触部材と接触するように停止する構成でも問題ない。

その一例としては、加熱領域が停止する接触部材を交互に切換える方法がある。例えば、第一定着ローラ３３、第二定着ローラ３４、第一加圧パット３６の順に停止するものである。この方法により、接触部材を均一に暖めることができる。

一方、定着装置においては、記録材の搬送方向に対して上流側にある接触部材の蓄熱量を多くするほうが好ましい。そのため、停止される接触部材の頻度に偏りを持たせることが望ましい。本実施例では、記録材の搬送方向に対して上流側からは、第二定着ローラ３４、第一定着ローラ３３、第一加圧パット３６の順の配列になっている。そのため、熱が奪われやすい接触部材の順も上記の順と同じであるため、加熱領域が停止する対象の接触部材の頻度の重みを上記の順と同じする。即ち、停止頻度を第二定着ローラ３４、第一定着ローラ３３、第一加圧パット３６に対して、３、２、１とするものである。この停止頻度は、一例であり他の重み付けの方法であってもいい。

このような構成により、スタンバイ時にベルトを停止させてベルトを加熱する際に、ベルトの一部に加熱が集中することを防止しつつ、ベルトと接触する接触部分を暖めやすくすることができる。

ベルト３５・３９の停止時間は８．９秒以下であれば良く、例えば３秒に設定する。そうすれば、定着ベルト３５が２００℃で温調された状態から３秒停止して加熱されても定着ベルト３５温度は約２１７℃となり、サーモスイッチＴＨＳが作動することはない。

ベルト３５・３９の回転時間は、ベルト加熱位置に位置している定着ベルト部分のみ温度上昇された状態から定着装置全体が均一の温度となるまでの時間を設定すればよく、例えば３秒を設定する。この時間は定着装置の熱容量や温調の設定温度によって異なるものである。

一方、スタンバイ時には、ベルト３５・３９を間欠で回転駆動させながら、励磁回路１０１からコイルユニット４１に電力供給する。これにより、定着装置が局部的に異常加熱されることなく、全体で一定の温度調節をすることができ、装置の保温温調を行いつつも、ベルト３５・３９の寿命の低下を抑えることができる。

図７に、スタンバイ時の定着ベルト３５の温度推移を表す。定着ベルト３５は、プリント時は２００℃で温調されつつ連続的に回転駆動されている。スタンバイに入ると、定着ベルト３５は、停止、回転が繰り返えされる。そして、停止時に、ベルト加熱位置に位置している定着ベルト部分の温度が上昇するが、サーモスイッチＴＨＳが作動する温度に達する前に定着ベルト３５の回転がなされる。そして、定着ローラ４０３などに熱が奪われるため温度が再び低下する。その後停止・回転を繰り返し、図７のような温度推移を繰り返すことになる。

以上のように、スタンバイ時にベルトを停止させてベルトを加熱する際に、ベルトの一部に加熱が集中することを防止しつつ、ベルトと接触する接触部分を暖めやすくすることができる。

上記実施例１においては、スタンバイ時のベルト３５・３９の回転駆動／停止時間を安全装置であるサーモスイッチＴＨＳが作動しないように設定していた。

本実施例２においては、定着ベルト３５の検知温度に応じてベルト３５・３９を回転駆動するモータＭ・Ｍ２の停止時間、すなわち、ベルト３５・３９の停止時間を制御する。

図８に本実施例におけるモータ制御系のブロック図を示す。定着ベルト３５の温度を検知する温度検知手段ＴＨは検知温度に応じた電圧をＡ／Ｄコンバータ１０２に入力する。Ａ／Ｄコンバータ１０２はその入力した温度に関する電圧をデジタル変換して制御ユニット１００に転送する。制御ユニット１００は、入力する定着ベルト３５の検知温度情報に応じて、モータＭ・Ｍ２を駆動するモータ駆動回路１０３を制御する。

制御ユニット１００は図９のフローチャートに従ってモータ駆動回路１０３を制御する。すなわち、Ｓ１０１で、画像形成装置がスタンバイ時かどうかを判定し、そうであれば、Ｓ１０２で、定着モータＭ１・Ｍ２を停止する。Ｓ１０３で、定着ベルト３５の温度を検知し、２２５℃以上であれば、Ｓ１０４で、定着モータＭ１・Ｍ２を駆動し、そうでなければ２２５℃以上になるまで定着モータＭ１・Ｍ２を停止したままにする。Ｓ１０４で、定着モータＭ１・Ｍ２を実施例１と同様に例えば３秒間駆動する。その後、Ｓ１０１に戻って、スタンバイなら同じフローを繰り返し、そうでない例えば画像形成時などが始まると本フローが終了する。

定着ベルト加熱手段であるコイルユニット４１への電力供給は、図６と同様に、ベルトの回転停止時に第２供給電力Ｗ２でなされる。

以上のように、実施例１と同様に、スタンバイ時に間欠駆動でベルト３５・３９の走行量を減らしているためベルトの寿命を落とすことなく、また、スタンバイ時も温調することが可能なベルト式の定着装置を提供することができる。

上記実施例２においては、スタンバイ中に定着ベルト３５の温度に応じてベルト３５・３９を回転駆動するモータＭ１・Ｍ２の停止時間を制御していた。

本実施例３においては、モータＭ１・Ｍ２の回転駆動時間も定着ベルト３５の温度に応じて制御を行う。

制御ユニット１００は図１０のフローチャートに従ってモータ駆動回路１０３を制御する。すなわち、Ｓ２０１で、スタンバイかどうかを判定し、そうであれば、Ｓ２０２で、定着モータＭ１・Ｍ２を停止する。Ｓ２０３で、定着ベルトの温度を検知し、２２５℃以上であれば、Ｓ２０４で、定着モータＭ１・Ｍ２を駆動し、そうでなければ、２２５℃以上になるまで定着モータＭ１・Ｍ２を停止したままにする。Ｓ２０４で、温調を行いつつも定着モータＭ１・Ｍ２を駆動し、Ｓ２０５で、定着ベルト一周の温度を数点測定する。Ｓ２０６で、その温度差が５℃以下でかつ温調温度がプリント時の温調温度２００℃の−１０℃である１９０℃になっていなければＳ２０５に戻り定着モータＭ１・Ｍ２を駆動したまま温度測定を行う。そうなっていれば、Ｓ２０１に戻ってスタンバイなら同じフローを繰り返し、そうでない例えば画像形成などが始まると本フローが終了する。

定着ベルト加熱手段であるコイルユニット４１への電力供給は、図６と同様に、ベルトの回転停止時に第２供給電力Ｗ２でなされる。

温調温度２００℃の−１０℃の設定温度としたのは、スタンバイ状態からプリントを開始した時に、記録材Ｐが定着装置Ｆに来るまでに温調温度２００℃に復帰することが可能な温度であるからである。そのため記録材が定着装置Ｆに来るまでの時間が長い場合や定着装置Ｆの温度上昇が速い場合は設定温度をさらに下げてもよい。

従って、定着モータＭ１・Ｍ２は、定着ベルト温度が２２５℃になるまで停止が続き、ベルト一周の温度差が５℃以下でかつ温調温度が１９０℃になるまで駆動が続く。

なお、Ｓ２０４において、定着モータ駆動時はコイルユニット４１による定着ベルト３５の加熱は行ってもよいし、停止しておいてもよい。

以上のように、実施例１と同様に、スタンバイ時に間欠駆動でベルト３５・３９の走行量を減らしているため、ベルトの寿命を落とすことなく、また、スタンバイ時も温調することが可能なベルト式の定着装置を提供することができる。

ベルト式の定着装置の構成形態は、実施例の図３に示した形態に限れるものではないことは勿論である。例えば、図１１のように、加圧部材を加圧ローラ３２Ａにした構成形態にすることもできる。定着ベルト３５の加熱手段を、誘導加熱コイルユニット４１ではなく、赤外線あるいは高周波照射ユニットや、定着ベルト３５の外面や内面に接触させた、あるいは接離移動制御されるヒータユニットにした構成形態にすることもできる。第２定着ローラ３４や第１定着ローラ３５にヒータを内蔵させて、このローラを加熱手段として定着ベルト３５を加熱する構成形態にすることもできる。

実施例の画像形成装置の概略構成図 画像形成装置の動作行程図 実施例のベルト式定着装置の要部の横断面模型図と制御系のブロック図 ベルト回転時に温調を行った時の定着ベルトの温度推移を表す図 ベルト停止時に加熱を行った時の定着ベルトベルト加熱位置位の温度推移を表す図 実施例１におけるベルトの動作タイミングとベルトの停止位置を表す図 プリント時とスタンバイ時の定着ベルトの温度推移を表す図 実施例２における定着モータ制御系のブロック図 実施例２における定着モータ駆動制御のフローチャート 実施例３における定着モータ駆動制御のフローチャート ベルト式定着装置の他の構成形態の概略構成図

符号の説明

１・・画像読取部、２・・画像出力部、ＵＫ・ＵＭ・ＵＣ・ＵＹ・・第１〜第４の画像形成ユニット、Ｆ・・定着装置、３１・・定着ベルトユニット、３２・・加圧ベルトユニット、３５・・定着ベルト、３９・・加圧ベルト、４１・・誘導加熱コイルユニット（定着べルト加熱手段）、Ｍ１・・定着ベルト駆動モータ（第１定着モータ）、Ｍ２・・加圧ベルト駆動モータ（第２定着モータ）、１００・・制御ユニット、Ｎ・・定着ニップ部、ＴＨ・・定着ベルト温度検知手段、ＴＨＳ・・サーモスイッチ、Ｐ・・記録材

Claims (9)

1. エンドレスのベルトと、前記ベルトを回転駆動する駆動手段と、前記ベルトを局所的に加熱する加熱手段と、前記ベルトを張架し、記録材を挟持搬送するニップ部を形成する第一接触部材と、前記ベルトを張架し、記録材を挟持搬送するニップ部に形成し、記録材の搬送方向において前記第一接触部材よりも下流側にある第二接触部材と、を有し、前記駆動手段によりベルトが回転し、記録材を挟持搬送するニップ部を通過させることで記録材上の画像を加熱する像加熱装置において、
   スタンバイ時にはベルトが停止した状態で加熱が行われる停止期間とベルトを回転させる回転期間とを有し、回転期間の回転が停止するときには回転が開始する前に停止状態で加熱手段により加熱が行われた前記ベルトの領域の少なくとも一部が前記第一接触部材と接触して停止する頻度は、前記第二接触部材と接触して停止する頻度よりも大きいことを特徴とする像加熱装置。
2. 接触部材を複数有し、回転が開始する前に停止状態で加熱手段により加熱が行われた領域と重なる接触部材は、複数の接触部材から選択されることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
3. 回転期間では、回転させながらベルトへの加熱が行われることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の像加熱装置。
4. ベルトの外周と接触してニップ部を形成する加圧部材を有し、接触部材は加圧部材であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の像加熱装置。
5. 前記ベルトの温度を検知する温度検知手段と、前記停止期間の時間を、前記温度検知手段の検知情報に基づいて決定する制御手段を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の像加熱装置。
6. 前記制御手段は、前記回転の時間を前記温度検知手段の検知情報に基づいて決定することを特徴とする請求項５に記載の像加熱装置。
7. 記録材上の画像を加熱するときに前記加熱手段へ供給する電力は、前記待機時に前記加熱手段へ供給する電力の供給電力よりも大きいことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の像加熱装置。
8. 前記スタンバイ時における前記ベルトの回転速度は、画像を加熱する行程時における前記ベルトの回転速度よりも小さいことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の像加熱装置。
9. 前記ベルトは電磁誘導発熱性の部材であり、前記加熱手段は前記ベルトを電磁誘導で加熱する磁束発生手段であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかにの何れかに記載の像加熱装置。