JP4655846B2 - 定着装置、画像形成装置および定着方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば電子写真方式を利用した画像形成装置において記録材にトナー画像を定着する定着装置等に関する。

例えば電子写真方式を採用した複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置では、例えばドラム状に形成された感光体(感光体ドラム)を一様に帯電し、帯電された感光体ドラムを画像情報に基づいて制御された光で露光して感光体ドラム上に静電潜像を形成する。次いで、感光体ドラム上に形成された静電潜像をトナーによって現像して可視像(トナー像)化し、このトナー像を直接または中間転写体等を介して間接的に用紙に転写する。そして、用紙に転写されたトナー像(未定着トナー像)を、定着装置によって用紙に定着している。

上述した定着装置としては、例えば回動する加熱部材と、この加熱部材に回動可能に圧接配置される加圧部材とを備えたものが広く用いられている。このような定着装置では、加熱部材と加圧部材とのニップ部(定着ニップ部)に用紙を挟み込んで挿通させ、トナー像を加熱溶融して用紙に圧着している。特に、最近では、加熱部材に金属等からなる導電層を設け、電磁誘導加熱によって導電層を発熱させるものが提案されている(特許文献１参照。)。ここで、電磁誘導加熱は、変動磁界を発生する励磁コイルを導電層に近接配置し、導電層に発生する渦電流で導電層を発熱させるものである。この電磁誘導加熱によれば、加熱部材を直接加熱することができるとともに、加熱により高温となる範囲が極めて限られることから、加熱部材を短い時間で所定の温度まで加熱することができる。このため、加熱源としてハロゲンランプ等の発熱体を用いる場合に比べ、定着装置のウォームアップ時間を短縮することができ、消費電力を低減することが可能になる。

一方、加熱部材は加熱ロールの他、無端状の定着ベルトが一般に用いられており、この無端状ベルトには複数の支持ロールによって張架されたタイプと、上記特許文献１のようにほぼ無張架の状態で周回駆動されるタイプとがある。この種の定着ベルトは薄肉の耐熱性樹脂等を基層としており、加熱部材として加熱ロールを使用する場合に比べ熱容量が小さいため、加熱ロールより短時間でウォームアップを行うことができる。さらに、無張架タイプの定着ベルトは、他の部材との接触する面積を小さくすることができ、他の部材への熱移動を低減できる。このため、一層効率の良いウォームアップを行うことができる。

また、上記特許文献１記載の定着装置では、加圧部材として加圧ロールが用いられており、定着ベルトと加圧ロールとが接する定着ニップ部を安定的に形成するために、定着ベルトの内面側には弾性体からなる押圧部材が設けられる。特に、上記特許文献１では、用紙の定着ベルトからの剥離を容易にするために、押圧部材の形状を、定着ニップ入口側より出口側の方が弾性層の厚さを厚くするようにしており、弾性層が定着ベルトの移動方向下流側に突き出すように変形することで、定着ニップ出口部において、定着ベルトに対して大きな曲率を与えている。

特開２００４−２９３９４号公報(第３−４頁、図１)

ところで、上記特許文献１では、加圧ロールを駆動することによって、この加圧ロールに圧接する定着ベルトを従動して回動させている。ただし、このような構成を採用した場合には、加圧ロールの熱膨張による表面速度の変動の影響を受けて、定着ベルトの回動速度が変動する場合がある。また、定着ベルトは加圧ロールとの間に働く摩擦力により回動するため、定着ベルトと定着ベルトを支持する支持部材との摺動抵抗が増加した際には、定着ベルトと加圧ロールとの間に滑り(スリップ)が生じるために、定着ベルトの回動速度が遅れる場合もある。このため、定着ベルトと加圧ロールとが圧接する定着ニップを用紙が通過する際に、用紙上のトナー像に乱れが生じたり、あるいは用紙にしわが発生したりするおそれがある。

このような不具合を抑制するため、例えば定着ベルトの両端にギヤを装着し、加圧ロールに加えて定着ベルト側も駆動することが考えられる。さらには、加圧ロール側の駆動を行わず、定着ベルト側を駆動することにより加圧ロールを定着ベルトに従動回転させることも考えられる。そして、定着ベルトを駆動することができれば、局所加熱の電磁誘導加熱方式の定着装置において、定着ベルトと加圧ロールを離間させ、定着ベルトを両端のギヤで駆動した状態でウォームアップを行うことができるため、加圧ロールに熱を奪われることがなく、一層のウォームアップ時間の短縮が可能となる。さらに、定着ベルトのみを駆動(加圧ロールは従動)することができれば、駆動系を一系統だけ持てばよいことになり、構成の簡素化、コストダウンに繋がる。よって、駆動方式としては定着ベルトの単独駆動方式が望ましい。

しかしながら、このような定着装置を構成する場合、以下のような問題があった。
主として弾性体からなる押圧部材は、定着を行うために加圧ロールが定着ベルトに当接し定着ニップを形成している場合、すなわち加圧ロールから所定の荷重を受けている場合につぶれて定着ベルトを所定の形状に変形させる。一方、ウォームアップあるいは待機を行うために加圧ロールが定着ベルトから離間している場合、押圧部材は定着ニップの出口側に相当する部分において、定着ベルトを加圧ロール側に膨らむ方向に変形させてしまう。そして、定着動作を終了して温かい状態のベルトは、このように加圧ロールが離間した状態で放置されると、押圧パッドから力を受けることにより加圧ロール側に膨らんだ状態で冷え固まってしまう。すると、次のウォームアップ動作時には、定着ベルトがこの膨らみを有したまま回転動作を開始して誘導加熱されることになり、回転方向で励磁コイルとの距離が変動することに伴う温度むらや、膨らんだ箇所が励磁コイルを保持するコイルボビン内側と擦れることにより定着ベルトの表面層に傷がついてしまい、画像傷となってしまうなどの問題があった。

本発明は、かかる技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、定着ベルト等のベルト部材をウォームアップする際の温度むらの発生を抑制することにある。
また、他の目的は、定着ベルト等のベルト部材と他の部材とが接触するのを抑制することにある。

かかる目的のもと、本発明が適用される定着装置は、無端状のベルト部材と、ベルト部材を回動させる駆動部と、ベルト部材を加熱する加熱部と、ベルト部材の外周面に圧接することで、ベルト部材との間に未定着画像を担持した記録材を挿通するための定着ニップ部を形成する加圧部材と、ベルト部材の内側から加圧部材に向けてベルト部材を押圧する押圧部材と、加熱部によってベルト部材を予備加熱する際にはベルト部材と加圧部材とを離間させ、記録材上の未定着画像を定着する際にはベルト部材と加圧部材とを圧接させ、定着を終了して待機する際にはベルト部材と加圧部材とを定着する際よりも弱く圧接させる接離部とを含んでいる。

ここで、接離部は、待機する際にベルト部材を略円形状に保持することが好ましい。また、接離部は、定着する際に加圧部材及びベルト部材を介して押圧部材を押しつぶすことができる。さらに、駆動部は、加熱部によってベルト部材を予備加熱する際にベルト部材を回動させることができる。さらにまた、駆動部は、ベルト部材の軸方向両端でベルト部材に装着されるエンドキャップ部材と、エンドキャップ部材を介してベルト部材を駆動する駆動モータとを有することができる。そして、ベルト部材は導電層を有し、加熱部は導電層を介してベルト部材を誘導加熱することができる。また、押圧部材は、定着ニップ部の入口側から出口側にかけて厚みが増大する弾性層を有することができる。さらに、接離部は、待機する際に押圧部材の出口側にベルト部材が当接するよう、ベルト部材と加圧部材とを圧接させることができる。

また、他の観点から捉えると、本発明は、記録材上の未定着画像を定着する定着装置であって、導電層を有し回動可能に配設される定着ベルトと、定着ベルトの回動方向に沿って配設され、定着ベルトの導電層に交番磁界を供給する励磁コイルと、定着ベルトの外周面に圧接することで、定着ベルトとの間に記録材を通過させるための定着ニップ部を形成するニップ形成部材と、定着ベルトの回動を停止させた際に、定着ベルトの外周面と励磁コイルとの間の距離のばらつきが小さくなるよう、定着ベルトの形状を保持する形状保持部とを含んでいる。

このような定着装置において、形状保持部は、定着ベルトに対するニップ形成部材の位置を調整することで、定着ベルトの形状を略円形に保持することができる。また、ニップ形成部材は、定着ベルトに強く圧接する第一の位置、定着ベルトから離間する第二の位置、および定着ベルトに軽く圧接する第三の位置の間を移動可能に配設され、形状保持部は、ニップ形成部材を第三の位置に配置することで、定着ベルトの形状を略円形に保持することができる。そして、定着ベルトを駆動する駆動部をさらに含み、ニップ形成部材は、定着ベルトに従動して回動することができる。

また、方法のカテゴリから捉えると、本発明は、回動可能な無端状のベルト部材とベルト部材に対して接離自在な加圧部材とを備えた定着装置における定着方法であって、ベルト部材と加圧部材とを離間させ、ベルト部材を加熱するとともにベルト部材を回動させるウォームアップステップと、ベルト部材と加圧部材とを圧接させ、ベルト部材を加熱するとともにベルト部材と加圧部材とによって形成される定着ニップ部に未定着画像を担持した記録材を挿通させる定着ステップと、ベルト部材の加熱およびベルト部材の回動を停止させるとともに、ベルト部材と加圧部材との距離を離す方向に移動させ、ベルト部材と加圧部材とを定着ステップよりも弱く圧接させる待機ステップとを含んでいる。

このような定着方法においては、待機ステップの後、所定の信号が入力されたときに、ウォームアップステップを実行することができる。また、待機ステップにおいては、ベルト部材の断面形状が略円形に保持されることを特徴とすることができる。さらに、ウォームアップステップと定着ステップと待機ステップとで、ベルト部材の断面形状を異ならせることを特徴とすることができる。

本発明によれば、待機を行う際のベルト部材と加圧部材との接触状態を工夫することにより、保持されるベルト部材の形状を円形に近づけることが可能となるため、ベルト部材をウォームアップする際の温度むらの発生を抑制することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態(以下、実施の形態という)について詳細に説明する。
図１は本実施の形態が適用される画像形成装置を示した概略構成図である。図１に示す画像形成装置は、一般にタンデム型と呼ばれる中間転写方式の画像形成装置であって、電子写真方式により各色成分のトナー像が形成される複数の画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋ、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋにより形成された各色成分トナー像を中間転写ベルト１５に順次転写(一次転写)させる一次転写部１０、中間転写ベルト１５上に転写された重畳トナー画像を記録材である用紙Ｐに一括転写(二次転写)させる二次転写部２０、二次転写された画像を用紙Ｐ上に定着させる定着装置６０を備えている。また、各装置(各部)の動作を制御する制御部４０、画像形成装置に対する画像形成動作等の指示を受け付けるためのユーザインタフェース(ＵＩ)４１、画像形成装置の電源をオン／オフするスイッチ２を有している。

本実施の形態において、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋは、矢印Ａ方向に回転する感光体ドラム１１の周囲に、これらの感光体ドラム１１を帯電する帯電器１２、感光体ドラム１１上に静電潜像を書込むレーザ露光器１３(図中露光ビームを符号Ｂｍで示す)、各色成分トナーが収容されて感光体ドラム１１上の静電潜像をトナーにより可視像化する現像器１４、感光体ドラム１１上に形成された各色成分トナー像を一次転写部１０にて中間転写ベルト１５に転写する一次転写ロール１６、感光体ドラム１１上の残留トナーが除去されるドラムクリーナ１７、などの電子写真用デバイスが順次配設されている。これらの画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋは、中間転写ベルト１５の上流側から、イエロー(Ｙ)、マゼンタ(Ｍ)、シアン(Ｃ)、黒(Ｋ)の順に、略直線状に配置されている。

中間転写ベルト１５は、ポリイミドあるいはポリアミド等の樹脂にカーボンブラック等の帯電防止剤を適当量含有させたフィルム状の無端ベルトで構成されている。そして、その体積抵抗率は１０^６〜１０^１４Ωｃｍとなるように形成されており、その厚みは例えば０．１ｍｍ程度に構成されている。中間転写ベルト１５は、各種ロールによって図１に示す矢印Ｂ方向に所定の速度で循環駆動(回動)されている。この各種ロールとして、定速性に優れたモータ(図示せず)により駆動されて中間転写ベルト１５を回動させる駆動ロール３１、各感光体ドラム１１の配列方向に沿って略直線状に延びる中間転写ベルト１５を支持する支持ロール３２、中間転写ベルト１５に対して一定の張力を与えると共に中間転写ベルト１５の蛇行を防止する補正ロールとして機能するテンションロール３３、二次転写部２０に設けられるバックアップロール２５、中間転写ベルト１５上の残留トナーを掻き取るクリーニング部に設けられるクリーニングバックアップロール３４を有している。

一次転写部１０は、中間転写ベルト１５を挟んで感光体ドラム１１に対向して配置される一次転写ロール１６で構成されている。一次転写ロール１６は、シャフトと、シャフトの周囲に固着された弾性層としてのスポンジ層とで構成されている。シャフトは鉄、ＳＵＳ等の金属で構成された円柱棒である。スポンジ層はカーボンブラック等の導電剤を配合したＮＢＲとＳＢＲとＥＰＤＭとのブレンドゴムで形成され、体積抵抗率が１０^７．５〜１０^８．５Ωｃｍのスポンジ状の円筒ロールである。そして、一次転写ロール１６は中間転写ベルト１５を挟んで感光体ドラム１１に圧接配置され、さらに一次転写ロール１６にはトナーの帯電極性(マイナス極性とする。以下同様。)と逆極性の電圧(一次転写バイアス)が印加されるようになっている。これにより、各々の感光体ドラム１１上のトナー像が中間転写ベルト１５に順次、静電吸引され、中間転写ベルト１５上において重畳されたトナー像が形成されるようになっている。

二次転写部２０は、中間転写ベルト１５のトナー像担持面側に配置される二次転写ロール２２と、バックアップロール２５とによって構成される。バックアップロール２５は、表面がカーボンを分散したＥＰＤＭとＮＢＲとのブレンドゴムのチューブ、内部がＥＰＤＭゴムで構成されている。そして、その表面抵抗率が１０^７〜１０^１０Ω／□となるように形成され、硬度は例えば７０°(アスカーＣ)に設定される。このバックアップロール２５は、中間転写ベルト１５の裏面側に配置されて二次転写ロール２２の対向電極をなし、二次転写バイアスが安定的に印加される金属製の給電ロール２６が当接配置されている。
一方、二次転写ロール２２は、シャフトと、シャフトの周囲に固着された弾性層としてのスポンジ層とで構成されている。シャフトは鉄、ＳＵＳ等の金属で構成された円柱棒である。スポンジ層はカーボンブラック等の導電剤を配合したＮＢＲとＳＢＲとＥＰＤＭとのブレンドゴムで形成され、体積抵抗率が１０^７．５〜１０^８．５Ωｃｍのスポンジ状の円筒ロールである。そして、二次転写ロール２２は中間転写ベルト１５を挟んでバックアップロール２５に圧接配置され、さらに二次転写ロール２２は接地されてバックアップロール２５との間に二次転写バイアスが形成され、二次転写部２０に搬送される用紙Ｐ上にトナー像を二次転写する。

また、中間転写ベルト１５の二次転写部２０の下流側には、二次転写後の中間転写ベルト１５上の残留トナーや紙粉を除去し、中間転写ベルト１５の表面をクリーニングするベルトクリーナ３５が接離自在に設けられている。一方、イエローの画像形成ユニット１Ｙの上流側には、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋにおける画像形成タイミングをとるための基準となる基準信号を発生する基準センサ(ホームポジションセンサ)４２が配設されている。また、黒の画像形成ユニット１Ｋの下流側には、画質調整を行うための画像濃度センサ４３が配設されている。基準センサ４２は、中間転写ベルト１５の裏側に設けられた所定のマークを認識して基準信号を発生しており、この基準信号の認識に基づく制御部４０からの指示により、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋは画像形成を開始するように構成されている。

さらに、本実施の形態の画像形成装置では、用紙搬送系として、用紙Ｐを収容する用紙トレイ５０、この用紙トレイ５０に集積された用紙Ｐを所定のタイミングで取り出して搬送するピックアップロール５１、ピックアップロール５１により繰り出された用紙Ｐを搬送する搬送ロール５２、搬送ロール５２により搬送された用紙Ｐを二次転写部２０へと送り込む搬送シュート５３、二次転写ロール２２により二次転写された後に搬送される用紙Ｐを定着装置６０へと搬送する搬送ベルト５５、用紙Ｐを定着装置６０に導く定着入口ガイド５６を備えている。

次に、本実施の形態に係る画像形成装置の基本的な作像プロセスについて説明する。図１に示すような画像形成装置では、図示しない画像読取装置(ＩＩＴ)や図示しないパーソナルコンピュータ(ＰＣ)等から出力される画像データは、図示しない画像処理装置(ＩＰＳ)により所定の画像処理が施された後、画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋによって作像作業が実行される。ＩＰＳでは、入力された反射率データに対して、シェーディング補正、位置ズレ補正、明度／色空間変換、ガンマ補正、枠消しや色編集、移動編集等の各種画像編集等の所定の画像処理が施される。画像処理が施された画像データは、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの４色の色材階調データに変換され、レーザ露光器１３に出力される。

レーザ露光器１３では、入力された色材階調データに応じて、例えば半導体レーザから出射された露光ビームＢｍを画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋの各々の感光体ドラム１１に照射している。画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋの各感光体ドラム１１では、帯電器１２によって表面が帯電された後、このレーザ露光器１３によって表面が走査露光され、静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、各々の画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋによって、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色のトナー像として現像される。

画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋの感光体ドラム１１上に形成されたトナー像は、各感光体ドラム１１と中間転写ベルト１５とが当接する一次転写部１０において、中間転写ベルト１５上に転写される。より具体的には、一次転写部１０において、一次転写ロール１６により中間転写ベルト１５の基材に対しトナーの帯電極性(マイナス極性)と逆極性の電圧(一次転写バイアス)が付加され、トナー像を中間転写ベルト１５の表面に順次重ね合わせて一次転写が行われる。

トナー像が中間転写ベルト１５の表面に順次一次転写された後、中間転写ベルト１５は移動してトナー像が二次転写部２０に搬送される。トナー像が二次転写部２０に搬送されると、用紙搬送系では、トナー像が二次転写部２０に搬送されるタイミングに合わせてピックアップロール５１が回転し、用紙トレイ５０から所定サイズの用紙Ｐが供給される。ピックアップロール５１により供給された用紙Ｐは、搬送ロール５２により搬送され、搬送シュート５３を経て二次転写部２０に到達する。この二次転写部２０に到達する前に、用紙Ｐは一旦停止され、トナー像が担持された中間転写ベルト１５の移動タイミングに合わせてレジストロール(図示せず)が回転することで、用紙Ｐの位置とトナー像の位置との位置合わせがなされる。

二次転写部２０では、中間転写ベルト１５を介して、二次転写ロール２２がバックアップロール２５に押圧される。このとき、タイミングを合わせて搬送された用紙Ｐは、中間転写ベルト１５と二次転写ロール２２との間に挟み込まれる。その際に、給電ロール２６からトナーの帯電極性(マイナス極性)と同極性の電圧(二次転写バイアス)が印加されると、二次転写ロール２２とバックアップロール２５との間に転写電界が形成される。そして、中間転写ベルト１５上に担持された未定着トナー像は、二次転写ロール２２とバックアップロール２５とによって押圧される二次転写部２０において、用紙Ｐ上に一括して静電転写される。

その後、トナー像が静電転写された用紙Ｐは、二次転写ロール２２によって中間転写ベルト１５から剥離された状態でそのまま搬送され、二次転写ロール２２の用紙搬送方向下流側に設けられた搬送ベルト５５へと搬送される。搬送ベルト５５では、定着装置６０における最適な搬送速度に合わせて、用紙Ｐを定着装置６０まで搬送する。定着装置６０に搬送された用紙Ｐ上の未定着トナー像は、定着装置６０によって熱および圧力で定着処理を受けることで用紙Ｐ上に定着される。そして定着画像が形成された用紙Ｐは、画像形成装置の排出部に設けられた排紙載置部に搬送される。
一方、用紙Ｐへの転写が終了した後、中間転写ベルト１５上に残った残留トナーは、中間転写ベルト１５の回動に伴ってクリーニング部まで搬送され、クリーニングバックアップロール３４およびベルトクリーナ３５によって中間転写ベルト１５上から除去される。

次に、本実施の形態の画像形成装置に用いられる定着装置６０について説明する。
図２は定着動作時、すなわち加圧ロール６２のラッチＯＮ時(詳細は後述する)における定着装置６０の構成を示す概略正面図であり、図３は図２におけるＸ−Ｘ断面図である。図２および図３に示すように、本実施の形態の定着装置６０は、無端状の周面を有する定着ベルト６１、定着ベルト６１の外周面に圧接して配設され、定着ベルト６１の回動に従動して回転する加圧ロール６２、定着ベルト６１の内側にて定着ベルト６１を介して加圧ロール６２に圧接配置される押圧パッド６３、押圧パッド６３等を支持するパッド支持部材６４、定着ベルト６１の外周面形状に倣って形成されるとともに定着ベルト６１とは所定の間隙を持って配設され、定着ベルト６１を長手方向に亘って電磁誘導加熱する電磁誘導加熱部材６５、定着ベルト６１の両端部に配設され、定着ベルト６１の両端部の断面形状を円形に維持しつつ定着ベルト６１を周方向に回転駆動するエンドキャップ部材６６、定着ベルト６１の内側にて定着ベルト６１の内周面に沿って配設され、電磁誘導加熱部材６５による定着ベルト６１への加熱効率を高めるフェライト部材６７により主要部が構成されている。

また、本実施の形態に係る定着装置６０では、後述するように、定着ベルト６１が駆動され、加圧ロール６２は定着ベルト６１の回動に伴って従動回転するようになっている。そして、本実施の形態では、必要に応じて定着ベルト６１と加圧ロール６２とを接離できるとともに、定着ベルト６１と加圧ロール６２との圧接量(食い込み量)を調整できるように構成している。このため、定着装置６０は、定着ベルト６１側の取り付け位置を固定する一方で、加圧ロール６２を定着ベルト６１に対して接離する接離部あるいは形状保持部の一種としてのラッチ機構７１を有している。なお、図２においては、ラッチ機構７１および後述する温度均一化ロール７２の記載を省略している。

ベルト部材の一つとしての定着ベルト６１は、図４に示すように、内周面側から順に、耐熱性の高いシート状部材からなる基層６１ａと、導電性層(導電層)６１ｂと、弾性層６１ｃと、外周面となる表面離型層６１ｄとが積層されて構成されている。また、各層の間には接着のためのプライマー層や導電性層に発生するクラックを防止するための保護層等が設けられる場合がある。

基層６１ａとしては、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＦＡ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂等のフレキシブルで機械的強度に優れ、耐熱性を有する材料が好適に用いられる。厚さは、１０〜１５０μｍ、好ましくは厚さ３０〜１００μｍが適している。厚さが１０μｍより小さい場合には定着ベルト６１としての強度が得られず、厚さが１５０μｍより大きい場合には、フレキシブル性が損なわれ、また熱容量が大きくなって温度立ち上がり時間が長くなるからである。本実施の形態では、厚さ８０μｍのポリイミド樹脂からなるシート状部材を使用している。

導電性層６１ｂは、電磁誘導加熱部材６５が誘起する磁界により誘導発熱する層(発熱層)であり、鉄、コバルト、ニッケル、銅、アルミニウム、クロム等の金属層を１〜８０μｍ程度の厚さで形成したものが用いられる。また、導電性層６１ｂの材質および厚さは、電磁誘導による渦電流によって充分な発熱が得られる固有抵抗値を実現するように適宜選択される。本実施の形態では、厚さ１０μｍ程度の銅を使用している。

弾性層６１ｃは、厚さが１０〜５００μｍ、好ましくは５０〜３００μｍであって、耐熱性、熱伝導性に優れたシリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム等が用いられる。本実施の形態では、ゴム硬度１５°(ＪＩＳ−Ａ：ＪＩＳ−Ｋ Ａ型試験機)、厚さ２００μｍのシリコーンゴムを使用している。

ところで、カラー画像を印刷する場合、特に写真画像等の印刷時には、用紙Ｐ上で大きな面積領域に亘ってベタ画像が形成されることが多い。そのため、用紙Ｐやトナー像の凹凸に定着ベルト６１の表面(表面離型層６１ｄ)が追従できない場合には、トナー像に加熱ムラが発生して、伝熱量が多い部分と少ない部分とで定着画像に光沢ムラが発生する。すなわち、伝熱量が多い部分は光沢度が高く、伝熱量が少ない部分では光沢度が低くなる。このような現象は、弾性層６１ｃの厚さが１０μｍより小さい場合に生じ易い。そこで、弾性層６１ｃの厚さは、１０μｍ以上、より好ましくは５０μｍ以上に設定するのが好ましい。一方、弾性層６１ｃが５００μｍより大きい場合には、弾性層６１ｃの熱抵抗が大きくなり、定着装置６０のクイックスタート性能が低下する。そこで、弾性層６１ｃの厚さは、５００μｍ以下、より好ましくは３００μｍ以下に設定するのが好ましい。
また、弾性層６１ｃのゴム硬度としては、高すぎると用紙Ｐやトナー像の凹凸に追従しきれず定着画像に光沢ムラが発生し易い。そこで、弾性層６１ｃのゴム硬度としては５０゜(ＪＩＳ−Ａ：ＪＩＳ−Ｋ Ａ型試験機)以下、より好ましくは３５゜以下が適している。
さらに、弾性層６１ｃの熱伝導率λに関しては、λ＝６×１０^−４〜２×１０^−３［cal/cm・sec・deg ］が適している。熱伝導率λが６×１０^−４［cal/cm・sec・deg ］よりも小さい場合には熱抵抗が大きく、定着ベルト６１の表層(表面離型層６１ｄ)における温度上昇が遅くなる。一方、熱伝導率λが２×１０^−３［cal/cm・sec・deg ］よりも大きい場合には、硬度が過度に高くなったり、圧縮永久歪みが悪化したりする。そのため、熱伝導率λは６×１０^−４〜２×１０^−３［cal/cm・sec・deg ］、より好ましくは８×１０^−４〜１．５×１０^−３［cal/cm・sec・deg ］に設定するのが好ましい。

また、表面離型層６１ｄは、用紙Ｐ上に転写された未定着トナー像と直接的に接触する層であるため、離型性および耐熱性に優れた材料を使用する必要がある。したがって、表面離型層６１ｄを構成する材料としては、例えば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重合体(ＰＦＡ)、ポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、フルオロシリコーンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム等が好適に用いられる。
また、表面離型層６１ｄの厚さは、５〜５０μｍが好ましい。表面離型層６１ｄの厚さが５μｍよりも小さい場合には、塗膜時に塗りムラが生じて離型性の悪い領域が形成されたり、耐久性が不足するといった問題が発生するからである。また、表面離型層６１ｄが５０μｍを超える場合には、熱伝導が悪化するという問題が発生し、特に樹脂系の材質で形成された表面離型層６１ｄでは硬度が高くなりすぎ、弾性層６１ｃが有する機能を低下させるからである。なお、本実施の形態では、厚さ３０μｍのＰＦＡを使用している。

次に、加圧部材あるいはニップ形成部材の一種としての加圧ロール６２は、図３に示したように、芯材(コア)としての金属製の円筒状部材６２ａと、円筒状部材６２ａの表面にシリコーンゴム、発泡シリコーンゴム、フッ素ゴム、フッ素樹脂等の耐熱性を有する弾性層６２ｂと、最外表面の表面離型層６２ｃとで構成されている。そして、図２に示したように、加圧ロール６２は、定着ベルト６１の回転軸と平行に配設されるとともに、両端部がバネ部材６８によって定着ベルト６１側に付勢されて支持されている。本実施の形態では、直径が２８ｍｍの加圧ロールを使用し、加圧ロール６２は、定着動作時には、バネ部材６８およびラッチ機構７１により定着ベルト６１を介して総荷重２９４Ｎ(３０ｋｇｆ)で押圧パッド６３に向けて付勢されている。そして、このような構成により、加圧ロール６２は定着ベルト６１の回動に従動して回転する。また、加圧ロール６２には、例えばヒートパイプ等によって構成される温度均一化ロール７２が回転可能に圧接配置されている。この温度均一化ロール７２は、加圧ロール６２に接触することで、温度が高い部位からは熱を奪い、また、温度が低い部位には熱を供給することで、加圧ロール６２の軸方向の温度分布を均している。
そして加圧ロール６２は、上記ラッチ機構７１により、図３に示す通常の定着動作時のラッチＯＮ状態の位置以外に、図５に示す待機時の半ラッチ状態、図６に示すウォームアップ時のラッチＯＦＦ状態に位置が制御される構成となっている。なお、待機時およびウォームアップ時の状態の詳細については後述する。

押圧部材の一種としての押圧パッド６３は、その主たる部分はシリコーンゴムやフッ素ゴム等の弾性材料で形成されており、ＳＵＳや鉄などからなるパッド支持板６３ａと一体で成型されている。押圧パッド６３は、定着ベルト６１の幅方向において、用紙Ｐが通過する領域(通紙域)よりもやや広い領域に亘って配設され、この押圧パッド６３の長手方向の略全長に亘って加圧ロール６２が押圧されるように構成されている。

図７は、押圧パッド６３を説明するための図であり、図７(ａ)は押圧パッド６３の斜視図を、図７(ｂ)は用紙Ｐが通過する通紙域Ａ１における押圧パッド６３の断面図を、図７(ｃ)は用紙Ｐが通過しない非通紙域Ａ２における押圧パッド６３の断面図を、それぞれ示している。
通紙域Ａ１における押圧パッド６３の断面形状は、図７(ｂ)に示すように相対する加圧ロール６２と同じ方向でかつ概略等しい半径の円弧であり、定着ニップ入口側に相当する部分よりも出口側に相当する部分の弾性層厚さが厚くなっている。一方、非通紙域Ａ２における押圧パッド６３の断面形状は、図７(ｃ)に示すように定着ベルト６１の形状に倣う円弧形状を有している。

この押圧パッド６３は、定着ニップ形成時に、定着ニップ出口部において定着ベルト６１を所定の曲率となるように変形させる働きを有しており、用紙Ｐの良好な剥離性能を得るためには、その形状や硬度が重要であり、これらは経時でも変化しないことが好ましい。そこで、押圧パッド６３の弾性層を構成する材料としては、耐熱劣化特性に優れたものを選択するのが好ましい。この定着装置６０では、押圧パッド６３として液状シリコーンゴムで成型したゴム硬度３０°(ＪＩＳ−Ａ)のものを使用している。また、通紙域Ａ１における押圧パッド６３の形状は加圧ロール６２(φ２８ｍｍ)の円弧と概略等しいＲ１５の円弧を有しており、定着ニップ入口側の厚さよりも出口側の厚さが約２.５ｍｍ高くなっている。

さらに後述するように、定着ベルト６１の両端部には定着ベルト６１内側にエンドキャップ部材６６が嵌合して、定着ベルト６１を円形に保つ構成となっている。このため、押圧パッド６３は、軸方向の両端部において定着ベルト６１の内径にほぼ等しい形状となっている。そして、定着ベルト６１の通紙域Ａ１における用紙Ｐの剥離に必要な断面形状から両端部の円形状へとなる変形を滑らかにして、定着ベルト６１にかかるストレスおよびこれに伴う破損を防止するために、非通紙域Ａ２における押圧パッド６３の形状は図７(ｃ)に示したように、軸方向で通紙域Ａ１の両端付近から外側にかけて断面が滑らかに変化するような形状となっている。

また、押圧パッド６３と定着ベルト６１との間には、定着ニップ部Ｎにおける押圧パッド６３と定着ベルト６１との摺動性を向上するため、摺動性に優れ、耐摩耗性が高いポリイミドフィルムやフッ素樹脂を含浸させたガラス繊維シート等からなる摺動シート(図示せず)が配設されている。さらに、定着ベルト６１の内周面には潤滑剤が塗布されている。潤滑剤としては、アミノ変性シリコーンオイルやジメチルシリコーンオイル等が用いられる。これらにより、定着ベルト６１と押圧パッド６３との間の摩擦抵抗が小さくなり、定着ベルト６１が円滑に回動させることを可能としている。

パッド支持部材６４は、定着ベルト６１の幅方向に軸線を有する棒状部材であり、両端部に軸部６４ａが突き出した形状で構成されている。そして、この軸部６４ａが定着装置６０のフレーム６９に固定されることで、パッド支持部材６４がフレーム６９に支持されている。また、定着ベルト６１の両端部では、軸部６４ａの軸線回りにベアリングを介して後段で説明するエンドキャップ部材６６が配設され、パッド支持部材６４の軸部６４ａは、エンドキャップ部材６６が装着された定着ベルト６１を回転可能に支持している。

さらに、パッド支持部材６４の加圧ロール６２と対向する部分には押圧パッド６３が取り付けられており、定着ベルト６１を介して加圧ロール６２から押圧パッド６３に作用する押圧力をパッド支持部材６４によって負担している。そのため、パッド支持部材６４を構成する材質としては、加圧ロール６２から押圧力を受けた際の撓み量が所定のレベル以下、好ましくは１ｍｍ以下となる程度の剛性を有するものが用いられる。そのため、後述する電磁誘導加熱部材６５による磁束の影響によって加熱されにくい必要をも考慮して、例えば、ガラス繊維入りＰＰＳ、フェノール、ポリイミド、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂、耐熱ガラス、固有抵抗が小さく誘導加熱の影響を受けにくいアルミニウム等の金属が用いられる。本実施の形態では、パッド支持部材６４は、本体部分の断面形状が加圧ロール６２からの押圧力方向に長軸を有する長方形で形成され、軸部６４ａの断面形状が略円形に形成されたアルミニウムで構成されている。

なお、パッド支持部材６４は、加圧ロール６２との間の押圧力により湾曲することを予め想定しておき、この湾曲による撓みを補正するように、押圧パッド６３の定着ベルト６１との接触面を、長手方向において中央部が最も加圧ロール６２側に盛り上がった凸状に設定しておくことも効果的である。すなわち、パッド支持部材６４が撓んだ状態で、押圧パッド６３と定着ベルト６１の内周面とが接触する面と、加圧ロール６２と定着ベルト６１の外周面とが接触する面とが略一直線となるように、押圧パッド６３の定着ベルト６１側の面形状を補正しておく。それにより、パッド支持部材６４に湾曲が生じるような場合においても、定着ベルト６１の両端部から通紙域に亘って回転中心軸が略一直線となるので、定着ベルト６１の偏心による振れのない円滑な回動と、加圧ロール６２と押圧パッド６３との間の幅方向に亘る均一な加圧とを実現することが可能となる。

さらに、パッド支持部材６４には、高透磁率の材質(例えば、フェライトやパーマロイ等)から構成され、電磁誘導加熱部材６５による加熱効率を高めるためのフェライト部材６７や、定着ベルト６１の温度を検知する図示しない温度検知センサが固定されている。

次に、エンドキャップ部材６６について述べる。図８(ａ)はエンドキャップ部材６６の平面図であり、図８(ｂ)は図８(ａ)のＹＹ断面図である。図８に示すように、エンドキャップ部材６６は、内径が略同一であり、外径が異なる円筒体を同軸に結合した部材であり、定着ベルト６１の両側縁部(両端部)内側に挿入される固定部６６ａと、固定部６６ａより外径が大きく形成され、定着ベルト６１に装着された際に定着ベルト６１よりも半径方向に張り出すように形成されたつば部６６ｄと、回転駆動力が伝達されるギヤ部６６ｂと、内周面に配設され、パッド支持部材６４の軸部６４ａに対して回転可能に結合されるベアリングからなる軸受部６６ｃとを備えている。そして、エンドキャップ部材６６は定着ベルト６１の両端部に装着され、固定部６６ａの内側面(定着ベルト６１の回転軸と直交する面)がパッド支持部材６４の本体両端面と近接対向するように、パッド支持部材６４の軸部６４ａに支持されている。

エンドキャップ部材６６を構成する材質としては、機械的特性に優れ、耐熱性の高い所謂エンジニアリングプラスチックスが適している。例えば、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＬＣＰ樹脂、それらにガラスやカーボンを含有させた樹脂等を選択することが出来る。

そして、両端部にエンドキャップ部材６６が装着された定着ベルト６１を用いる定着装置６０においては、図２に示すように、駆動モータ８０からの回転駆動力が伝達ギヤ８１，８２を介してシャフト８３に伝達され、シャフト８３に結合された伝達ギヤ８４，８５からエンドキャップ部材６６の両端部のギヤ部６６ｂに伝達される。これによって、エンドキャップ部材６６から定着ベルト６１に回転駆動力が伝わり、エンドキャップ部材６６と定着ベルト６１とが一体となって回転駆動される。その際には、定着ベルト６１の回転軸がパッド支持部材６４の軸部６４ａの中心軸と一致しているため、定着ベルト６１は軸部６４ａの中心軸周りに滑らかな回転動作を行う。したがって、本実施の形態では、これら駆動モータ８０、伝達ギヤ８１，８２、シャフト８３、伝達ギヤ８４，８５、およびエンドキャップ部材６６等によって、駆動部が構成されているといえる。

また、エンドキャップ部材６６が配設されることで定着ベルト６１の両端部の断面形状が基本的には略円形を維持するとともに、通紙域Ａ１で用紙Ｐの剥離に必要な形状をベルトに与えるためのニップ出口側の弾性層厚さが厚くなった形状から、両端部の非通紙域Ａ２では定着ベルト６１の内径と同形状のＲ形状を有するように滑らかに形状が変化している押圧パッド６３によって、通紙域Ａ１から両端部の非通紙域Ａ２に向かってベルト形状は滑らかに変化するため、定着ベルト６１には座屈などが生じることはなく、滑らかな回転運動を行う。

さらに、本実施の形態の定着装置６０では、定着ベルト６１の半径方向に関して、押圧パッド６３の外周面(定着ベルト６１の内周面と当接する面)の位置と、エンドキャップ部材６６の固定部６６ａの外周面の位置とが略一致するように設定されている。すなわち、押圧パッド６３の外周面と固定部６６ａの外周面とは略同じ平面内に位置するように設定している。それにより、定着ベルト６１の回転軸の位置が定着ベルト６１の両端部と通紙域Ａ１とで略一致するように設定されるので、定着ベルト６１の安定した回転を実現することが可能となる。

次に、電磁誘導加熱部材６５について述べる。加熱部の一つとしての電磁誘導加熱部材６５は、図３に示すように、定着ベルト６１の幅方向に沿って、定着ベルト６１の外周面形状に倣った曲面を定着ベルト６１側に有する内側ボビン６５ａと、この内側ボビン６５ａに支持された励磁コイル６５ｂと、外側ボビン６５ｃと、この励磁コイル６５ｂに高周波電流を供給する励磁回路６５ｄとで主要部が構成されている。

内側ボビン６５ａおよび外側ボビン６５ｃは、絶縁性および耐熱性を有する材料からなり、例えば、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、液晶ポリマー樹脂等を用いることができる。また、励磁コイル６５ｂとしては、例えば、耐熱性の絶縁材料(例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等)によって相互に絶縁された直径φ０．５ｍｍの銅線材を複数本束ねたリッツ線を長円形状や楕円形状、長方形状等の閉ループ状に複数回(例えば、１１ターン)巻いたものが用いられる。そして、励磁コイル６５ｂは、接着剤によって固められることでその形状を維持しながら内側ボビン６５ａに固定されている。

また、励磁コイル６５ｂと、定着ベルト６１の導電性層６１ｂとの間の距離は、可能な限り近接させて設置することが磁束の吸収効率を高めるために好ましいことから、これらの距離は５ｍｍ以内、例えば、２.５ｍｍ程度に設定されている。励磁コイル６５ｂを保持している内側ボビン６５ａは、通常は電磁誘導の影響を受けない耐熱性の樹脂で作られているため、ある程度の剛性を持たせるために、その厚さは１ｍｍ程度必要である。すなわち、励磁コイル６５ｂと定着ベルト６１表面との距離を２.５ｍｍ程度に設定していても、その内側には内側ボビン６５ａが存在するため、内側ボビン６５ａの内面と定着ベルト６１との表面距離は実際は１.５ｍｍ程度しか開いていないことになる。

電磁誘導加熱部材６５では、励磁回路６５ｄから励磁コイル６５ｂに高周波電流が供給されると、励磁コイル６５ｂの周囲で磁束が生成・消滅を繰り返す。ここで、高周波電流の周波数は、例えば１０〜５００ｋＨｚに設定されるが、本実施の形態では３０ｋＨｚに設定している。励磁コイル６５ｂからの磁束が定着ベルト６１の導電性層６１ｂを横切ると、定着ベルト６１の導電性層６１ｂにはその磁界の変化を妨げるような磁界が発生し、それによって導電性層６１ｂ内に渦電流が発生する。そして、導電性層６１ｂでは、渦電流(Ｉ)によって導電性層６１ｂの表皮抵抗(Ｒ)に比例したジュール熱(Ｗ＝Ｉ^２Ｒ)が発生し、定着ベルト６１は加熱されることとなる。
なおその際、定着ベルト６１の温度は、図示しない温度検知センサでの計測値に基づいて、画像形成装置の制御部４０(図１参照)が励磁コイル６５ｂに供給する電力量または高周波電流の供給時間等を制御することにより、所定の温度に維持されている。

続いて、本実施の形態にかかる定着装置６０の動作およびその制御について説明する。
図９は、図１に示す制御部４０の制御ブロック図である。なお、制御部４０は、画像形成装置全体の制御を司る機能を有しているが、ここでは、定着装置６０の動作に関連するブロックのみを示している。
制御部４０のＣＰＵ(Central Processing Unit)９１は、ＲＯＭ(Read Only Memory)９２に記憶されたプログラムに従い、ＲＡＭ(Random Access Memory)９３との間で適宜データのやりとりを行いながら処理を実行する。この制御部４０には、入出力インタフェース９４を介して、スイッチ２からの電源ＯＮ情報およびＵＩ４１における操作指示情報が入力される。一方、この制御部４０は、入出力インタフェース９４を介して、駆動モータ８０、ラッチ機構７１、および励磁回路６５ｄに制御信号を出力している。

図１０は、定着装置６０における定着動作の処理の流れを説明するためのフローチャートを示している。
なお、この説明において、定着動作の開始前すなわち待機時において、定着装置６０は、図５に示した状態に設定されているものとする。すなわち、ラッチ機構７１によって、定着ベルト６１に対する加圧ロール６２の位置が、図３に示す定着動作時よりは定着ベルト６１から離れた位置におかれる。ただし、待機時において、加圧ロール６２の少なくとも周方向の一部は、定着ベルト６１と接触する所謂半ラッチ状態になっている。このときの加圧ロール６２の位置を待機位置(第三の位置)と呼ぶことにする。

では、具体的な定着動作の手順について説明する。制御部４０は、画像形成装置において画像形成動作を行う前処理が実行されたか否か、すなわち、画像形成動作のトリガを検知したか否かを判断する(ステップ１０１)。ここで、トリガとしては、例えばユーザが画像形成装置のスイッチ２を操作して電源をオンにしたことを検知した場合、ユーザによるＵＩ４１の操作を受け付けた場合、ユーザが図示しない画像読取装置におけるプラテンカバー(図示せず)を開けたことを検知した場合、画像読取装置における自動原稿送り部(図示せず)に原稿をセットしたことを検知した場合、あるいはＰＣ(不図示)からプリント信号が入力されてきた場合などが挙げられる。

ステップ１０１において画像形成動作のトリガが検知されると、次に、制御部４０はラッチ機構７１に制御信号を出力し、ラッチ機構７１を動作させることにより、加圧ロール６２を定着ベルト６１から完全に離間させるウォームアップ位置(第二の位置)へと移動させる(ステップ１０２)。このウォームアップ位置は、図６に示したウォームアップ時における加圧ロール６２の配置位置であり、加圧ロール６２が定着ベルト６１とは物理的に接触しない所謂ラッチＯＦＦ状態になる。また、加圧ロール６２が定着ベルト６１から離間する方向に移動を始めるのとほぼ同時に、制御部４０は駆動モータ８０に制御信号を出力し、駆動モータ８０を回転させることにより定着ベルト６１の駆動を開始する(ステップ１０３)。また、制御部４０は励磁回路６５ｄにも制御信号を出力し、励磁コイル６５ｂに高周波電流(電力)を供給することにより、定着ベルト６１の誘導加熱を開始する(ステップ１０４)。これにより、定着ベルト６１を所定の温度まで加熱するためのウォームアップ動作が実行される。このようにして定着ベルト６１が電磁誘導加熱部材６５と対向する加熱領域を通過することで、定着ベルト６１の導電性層６１ｂには渦電流が誘導され、定着ベルト６１は発熱する。なお、ステップ１０１において画像形成動作のトリガが検知されない場合は、ステップ１０１に戻る。

そして、定着ベルト６１が所定の温度に加熱された後、制御部４０は、ラッチ機構７１に制御信号を出力し、ラッチ機構７１を動作させることにより、定着ベルト６１に対して加圧ロール６２を強く圧接させる定着位置(第一の位置)へと移動させる(ステップ１０５)。この定着位置は、図３に示した定着動作時における加圧ロール６２の配置位置であり、押圧パッド６３により加圧ロール６２が定着ベルト６１に密着する所謂ラッチＯＮ状態になる。このとき、定着ニップ部Ｎ近傍の定着ベルト６１は押圧パッド６３の形状に沿って変形する。

そして、加圧ロール６２が定着位置へと移動した後、未定着トナー像を担持した用紙Ｐが、定着ベルト６１と加圧ロール６２とが圧接された定着ニップ部Ｎに送り込まれ、通紙が開始される(ステップ１０６)。通紙域Ａ１における定着ニップ部Ｎ内では、用紙Ｐおよび用紙Ｐに担持されたトナー像は加熱および加圧され、トナー像が用紙Ｐ上に定着される。その後、用紙Ｐは定着ベルト６１から剥離されて、画像形成装置の排出部に設けられた排紙載置部(図示せず)に搬送される。その際に、定着後の用紙Ｐを定着ベルト６１から完全に分離するための補助手段として、定着ベルト６１の定着ニップ部Ｎの下流側に、剥離補助部材７５を配設することも可能である。

その後、制御部４０は、ジョブにおける最後の用紙Ｐが定着ニップ部Ｎを通過したか否か、すなわち通紙が終了したか否かを判断する(ステップ１０７)。ここで、通紙が終了していない場合、すなわち、さらに定着すべき用紙Ｐが存在する場合には、ステップ１０７に戻って処理を続行する。一方、ステップ１０７において通紙が終了している場合、つまり、画像形成動作を終了する場合には、まず、励磁回路６５ｄに制御信号を出力し、励磁コイル６５ｂに対する高周波電流(電力)の供給を停止させる(ステップ１０８)。次いで、制御部４０は、駆動モータ８０に制御信号を出力し、駆動モータ８０の回転を停止させることにより定着ベルト６１の駆動(回動)を停止させる(ステップ１０９)。さらに、制御部４０は、ラッチ機構７１に制御信号を出力し、ラッチ機構７１を動作させることにより、定着ベルト６１から加圧ロール６２をわずかに待避させ、図５に示した待機位置へと移動させる(ステップ１１０)。このようにして、定着動作は終了する。そして、定着動作により温められた定着ベルト６１は、加圧ロール６２が待機位置に保持されることにより、半ラッチ状態にて略円形状に保たれたまま、次の動作が開始されるまで待機する。

次に、本実施の形態に係る定着装置６０において、ウォームアップ時と定着動作時と待機時とで、加圧ロール６２の位置を変え、定着ベルト６１と加圧ロール６２との接触状態を異ならせている理由について説明する。
まず、定着装置６０におけるウォームアップ時間を短縮するという観点からすれば、ウォームアップ中は定着ベルト６１から加圧ロール６２を離間させておくことが好ましい。これは、定着ベルト６１に加圧ロール６２を圧接させておくと、定着ベルト６１の熱が加圧ロール６２に奪われてしまうためである。一方、定着動作を行うためには、当然のことながら、定着ベルト６１に対して加圧ロール６２を強く押し当てて、定着ニップ部Ｎを形成する必要がある。

しかしながら、ウォームアップ動作や定着動作を行わない待機時に、例えばウォームアップ時のように定着ベルト６１から加圧ロール６２を離しておくと、次のような問題が生じる。この定着装置６０では、上述したように、定着ニップ部Ｎのニップ入口部から出口側に向かって弾性層が厚くなるような弾性層を有する押圧パッド６３を用いている。このため、ウォームアップ時のように定着ベルト６１から加圧ロール６２を離間させた場合、押圧パッド６３のニップ出口側に存在する突端が定着ベルト６１を内面から付勢し、その結果、定着ベルト６１の断面形状は図６に示すように縦方向に長い楕円形状となる。そして、この状態で待機に入ってしまうと、定着ベルト６１は、この縦方向に長い楕円形状を保持したまま冷え固まってしまうことになる。
また、ウォームアップ動作や定着動作を行わない待機時に、定着動作時のように定着ベルト６１に対して加圧ロール６２を強く押し付けた場合、定着ベルト６１と加圧ロール６２との圧接部において押圧パッド６３がつぶれ、その結果定着ベルト６１の断面形状は図３に示すように定着ニップ部Ｎ近傍で大きく変形し、また、全体の断面も横方向に扁平な楕円状となってしまう。そして、この状態で待機に入ってしまうと、定着ベルト６１は、この横方向に扁平な楕円形状を保持したまま冷え固まってしまうことになる。
これに対し、本実施の形態の定着装置６０のように、定着ベルト６１に対して加圧ロール６２を弱く押し当てるようにした場合、定着ベルト６１と加圧ロール６２との圧接部において押圧パッド６３のニップ出口側の突端が加圧ロール６２によってつぶされ、定着ベルト６１の断面形状は、図５に示すように略円形状になる。そして、この状態で待機に入ると、定着ベルト６１は、略円形状を保持しながら冷え固まることになる。

このように、加圧ロール６２の位置すなわち定着ベルト６１と加圧ロール６２との接触状態により、待機時における定着ベルト６１の形状が変わる。そして、待機時における定着ベルト６１の形状が変わると、その次のウォームアップ動作における定着ベルト６１の昇温過程に違いが生じる。

次に、本発明者が行った実験について説明する。本発明者は、本実施の形態に係る定着装置６０を用いて所定枚数分の定着動作を行った後、図３、図５および図６に示す各状態で待機を行わせ、定着ベルト６１の温度が室温近傍まで低下した後に再びウォームアップ動作を実行させ、そのときの定着ベルト６１の状態を観察した。なお、ウォームアップ動作を行うに際しては、加圧ロール６２を定着ベルト６１から離間させた。表１は、各条件における定着ベルト６１の振れ量を示している。ここで、振れ量は、定着ニップ部Ｎの入口側９０°(図３に示す位置ｐ)、励磁コイル６５ｂの真下(図３に示す位置ｑ)、定着ニップ部Ｎの出口側９０°(図３に示す位置ｒ)の三箇所で測定した。また、振れ量は、定着ベルト６１の軸方向両端部の外径(エンドキャップ部材６６で支持されているために真円である)を基準とする基準位置からのずれ量を意味している。そして、最大変位は定着ベルト６１の形状を真円としたときの位置を基準とし、どれだけその基準位置に対して出っ張ったか、引っ込んだかを表している。一方、振れ幅は振れ量の最大値および最小値の差を、それぞれ意味している。また、図１１は、各条件におけるウォームアップ中の定着ベルトの温度上昇カーブを示している。

まず、図３に示す定着動作時の状態で待機を行わせた場合(待機時ラッチＯＮ)について説明する。この定着装置６０では、ラッチＯＮの状態、すなわち定着動作が終了した状態のまま待機していると、定着ベルト６１はそのまま冷えて固まり、ニップ出口部に相当する部分が凸になった形状となってしまう。この状態で定着ベルト６１を回転させたときには軸方向中央部での定着ベルト６１の振れ幅は最大で励磁コイル６５ｂの真下において１.７ｍｍになり、ニップ出口部側９０°の位置において、１.６ｍｍも励磁コイル６５ｂに近づいてしまう。なお、表１では、励磁コイル６５ｂに近づく側をプラスとしている。そして、このような状態で加圧ロール６２を定着ベルト６１から離間させてウォームアップを実行させると、回転方向の温度むらは図１１に示すように約５℃にもなってしまう。すなわち、定着ベルト６１の一周を周期とする温度むらが発生するのである。回転方向の温度むらが大きいと、定着ベルト６１の温度が高い部分と低い部分とで画像グロスの差が出たり、温度の低い部分で定着不良が発生したりする。また、内側ボビン６５ａと定着ベルト６１の最外層との距離を１.５ｍｍ以下に設定していると、その部分において定着ベルト６１の表面と内側ボビン６５ａとが接触し、定着ベルト６１の表面に傷が付いてしまい、画像傷の発生につながってしまうことになる。

次に、図６に示すウォームアップ動作時の状態で待機を行わせた場合(待機時ラッチＯＦＦ)について説明する。この定着装置６０では、ラッチＯＦＦの状態、すなわち加圧ロール６２が定着ベルト６１から完全に離間した状態で待機していると、定着ベルト６１は図６に示す形状となり、押圧パッド６３の特に定着ニップ出口部の凸になった部分で離間している加圧ロール６２側に押されるため、縦楕円のような形状となってしまう。また定着動作時に加圧ロール６２がラッチした状態において軸方向での圧力分布がほぼ均一になるようにすると、加圧状態でパッド支持部材６４が撓んだ状態で軸方向で圧力分布が均一になるようにすることになり、その撓みを吸収するために、無加圧状態時には軸方向中央部において、押圧パッド６３の中央部が加圧ロール６２側に凸になるようにしなければならないため、軸方向中央部での定着ベルト６１の変形が非常に大きくなってしまう。そのため軸方向で見ると、軸方向中央部においてこの状態で定着ベルト６１を回転した時には定着ベルト６１の振れ幅は最大で１.５ｍｍとなり、励磁コイル６５ｂの真下において１.８ｍｍコイルに近づいてしまう。このままウォームアップを実施すると、定着ベルト６１の回転方向の温度むらは図１１に示すように約８℃になってしまう。この状態でも定着ベルト６１表面と内側ボビン６５ａとの距離を１.８ｍｍ程度に設定していると、その部分において定着ベルト６１の表面と内側ボビン６５ａとが接触し、定着ベルト６１の表面に傷がついてしまうことによる画像傷の発生は防げない。

これに対し、本実施の形態の定着装置６０では、図５に示すように、待機時には回転方向の一部のみ、すなわち押圧パッド６３の定着ニップ出口側に相当する凸となっている部分に相当する部分のみを接触させた、所謂半ラッチ状態にしている。すると、定着ベルト６１は待機中に図５に示すように略円形状で冷え固まるため、この状態でウォームアップ中に加圧ロール６２を離間させて定着ベルト６１を回動させた場合でも、定着ベルト６１の最大振れ幅は０.７ｍｍ程度となり、励磁コイル６５ｂの真下において定着ベルト６１が励磁コイル６５ｂに近づく距離は０.５ｍｍ程度にまで低減される。すなわち、定着ベルト６１(導電性層６１ｂ)と励磁コイル６５ｂとの間の距離のばらつきを小さくすることができる。したがって、ウォームアップ中の回転方向温度むらも、図１１に示すようにほぼ発生しなくなる。さらに、定着ベルト６１の表面と内側ボビン６５ａとが接触する危険性もなくなり、画像傷の発生も防止することができる。

なお、本実施の形態では、電磁誘導加熱方式を採用した定着装置６０を例に説明を行ったが、これに限られるものではなく、他の加熱方式を採用した定着装置に対しても、同様に適用することができる。

本実施の形態が適用される画像形成装置の概略構成図である。 定着装置の構成を示す概略正面図である。 定着動作時(加圧ロールが定着位置にあるとき)における定着装置の構成を示すＸ−Ｘ断面図である。 定着ベルトの層構成を示す概略正面図である。 待機時(加圧ロールが待機位置にあるとき)における定着装置の断面図である。 ウォームアップ時(加圧ロールがウォームアップ位置にあるとき)における定着装置の断面図である。 (ａ)〜(ｃ)は押圧パッドを説明するための図である。 エンドキャップ部材の構造を示す図である。 制御部の制御ブロック図である。 定着動作の処理の流れを説明するためのフローチャートである。 ウォームアップ中の温度上昇カーブを示すグラフ図である。

符号の説明

１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋ…画像形成ユニット、２…スイッチ、１０…一次転写部、２０…二次転写部、４０…制御部、４１…ユーザインタフェース(ＵＩ)、６０…定着装置、６１…定着ベルト、６１ａ…基層、６１ｂ…導電性層、６１ｃ…弾性層、６１ｄ…表面離型層、６２…加圧ロール、６３…押圧パッド、６５…電磁誘導加熱部材、６５ａ…内側ボビン、６５ｂ…励磁コイル、６５ｃ…外側ボビン、６５ｄ…励磁回路、６６…エンドキャップ部材、６７…フェライト部材、７１…ラッチ機構、８０…駆動モータ

Claims (13)

1. 無端状のベルト部材と、
   前記ベルト部材を回動させる駆動部と、
   前記ベルト部材を加熱する加熱部と、
   前記ベルト部材の外周面に圧接することで、当該ベルト部材との間に未定着画像を担持した記録材を挿通するための定着ニップ部を形成する加圧部材と、
   前記ベルト部材の内側から前記加圧部材に向けて当該ベルト部材を押圧する押圧部材と、
   前記加熱部によって前記ベルト部材を予備加熱する際には当該ベルト部材と前記加圧部材とを離間させ、記録材上の未定着画像を定着する際には当該ベルト部材と当該加圧部材とを圧接させ、定着を終了して待機する際には当該ベルト部材と当該加圧部材とを当該定着する際よりも弱く圧接させる接離部と
   を含む定着装置。
2. 前記接離部は、前記待機する際に前記ベルト部材を略円形状に保持することを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記接離部は、前記定着する際に前記加圧部材及び前記ベルト部材を介して前記押圧部材を押しつぶすことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
4. 前記駆動部は、前記加熱部によって前記ベルト部材を予備加熱する際に当該ベルト部材を回動させることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
5. 前記駆動部は、
   前記ベルト部材の軸方向両端で当該ベルト部材に装着されるエンドキャップ部材と、
   前記エンドキャップ部材を介して前記ベルト部材を駆動する駆動モータと
   を有することを特徴とする請求項１記載の定着装置。
6. 前記ベルト部材は導電層を有し、
   前記加熱部は前記導電層を介して前記ベルト部材を誘導加熱することを特徴とする請求項１記載の定着装置。
7. 前記押圧部材は、前記定着ニップ部の入口側から出口側にかけて厚みが増大する弾性層を有することを特徴とする請求項１記載の定着装置。
8. 前記接離部は、前記待機する際に前記押圧部材の出口側に前記ベルト部材が当接するよう、当該ベルト部材と前記加圧部材とを圧接させることを特徴とする請求項７記載の定着装置。
9. トナー像を形成するトナー像形成部と、
   前記トナー像形成部によって形成されたトナー像を記録材に転写する転写部と、
   前記転写部によって前記記録材上に転写されたトナー像を定着する定着部とを備え、
   前記定着部は、
   無端状のベルト部材と、
   前記ベルト部材を回動させる駆動部と、
   前記ベルト部材を加熱する加熱部と、
   前記ベルト部材の外周面に圧接することで、当該ベルト部材との間に前記転写部から送られてくる記録材を挿通するための定着ニップ部を形成する加圧部材と、
   前記ベルト部材の内側から前記加圧部材に向けて当該ベルト部材を押圧する押圧部材と、
   前記加熱部によって前記ベルト部材を予備加熱する際には当該ベルト部材と前記加圧部材とを離間させ、記録材上の未定着画像を定着する際には当該ベルト部材と当該加圧部材とを圧接させ、定着を終了して待機する際には当該ベルト部材と当該加圧部材とを当該定着する際よりも弱く圧接させる接離部と
   を含むことを特徴とする画像形成装置。
10. 回動可能な無端状のベルト部材と当該ベルト部材に対して接離自在な加圧部材とを備えた定着装置における定着方法であって、
    前記ベルト部材と前記加圧部材とを離間させ、当該ベルト部材を加熱するとともに当該ベルト部材を回動させるウォームアップステップと、
    前記ベルト部材と前記加圧部材とを圧接させ、当該ベルト部材を加熱するとともに当該ベルト部材と当該加圧部材とによって形成される定着ニップ部に未定着画像を担持した記録材を挿通させる定着ステップと、
    前記ベルト部材の加熱および当該ベルト部材の回動を停止させるとともに、当該ベルト部材と前記加圧部材との距離を離す方向に移動させ、当該ベルト部材と当該加圧部材とを前記定着ステップよりも弱く圧接させる待機ステップと
    を含む定着方法。
11. 前記待機ステップの後、所定の信号が入力されたときに、前記ウォームアップステップを実行することを特徴とする請求項１０記載の定着方法。
12. 前記待機ステップにおいては、前記ベルト部材の断面形状が略円形に保持されることを特徴とする請求項１０記載の定着方法。
13. 前記ウォームアップステップと前記定着ステップと前記待機ステップとで、前記ベルト部材の断面形状を異ならせることを特徴とする請求項１０記載の定着方法。

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