JP5217634B2 - 定着装置、及び画像形成装置 - Google Patents

Description

トナー画像を加熱定着して用紙に定着させる定着装置及び該定着装置を備えた画像形成装置に関する。

トナー像を用紙に定着させる定着手段として赤外線ランプ、あるいはセラミックヒータ等の加熱源を用い、当該加熱源から出る輻射熱によって用紙に形成されたトナー画像を加熱して、用紙に定着させる非接触の定着装置がある（例えば特許文献１）。

加熱源からの用紙以外に照射される輻射は、トナー画像の定着には寄与せずに用紙を搬送する搬送経路等の周囲の温度を上昇させてしまうため、加熱効率を低下させてしまう。

特に所定サイズに裁断したカットした用紙を用い、当該用紙に対して連続して画像形成及び定着を行うような場合には、連続する用紙の紙間においては搬送経路を加熱することになる。搬送経路は、搬送ベルトなどで紙を支持搬送する。搬送ベルトは両面定着時の裏面画像に接触するため、トナーを再溶融する温度になると、搬送ベルトの接触状態に応じてノイズが発生したり、再溶融したトナーが搬送ベルトに付着し、他の紙に再付着して汚れたりするなどの不具合が発生する。搬送ベルトの温度は、加熱源温度と搬送ベルトの冷却のバランスで決まるが、後述するように例えばカラー画像定着に適したセラミックヒータを用いた場合、積極的な冷却を講じないと連続使用で３００〜４００℃に達することもある。

このような問題に対して、特許文献１に開示された定着装置では、現像された電子写真用感光体（被加熱体）の進行にともなって、進行経路に並列された赤外線ヒータを順次点灯、順次消灯させている。
実開平２−１７７６０号公報

特許文献１に開示された定着装置では、被加熱体の進行に合わせてヒータの点灯、消灯をさせているため、被加熱体の搬送を高速で行う高速化に対しては、ヒータの応答性を向上する必要があるが、現実的には対応が困難である。電子写真で加熱源として多用され、応答性の高いハロゲンランプ、キセノンランプは、可視光域の輻射エネルギーが大きな割合を持つため、カラー画像でイエロートナーなどからなる、可視光に対する吸収率の小さい画像を定着しようとすると、可視光に対する吸収率の大きいブラックトナーに対しては大幅な過剰加熱となり、発煙・発火に至ることもある。

異なる色のトナーを均一に加熱するためには、加熱源の輻射波長を、遠赤外線等の長波長のものを用いる必要がある。このような輻射波長の特性をもつ加熱源としてはセラミックヒータ等が一般に用いられるが、セラミックヒータでは応答性が低く更に高速化への対応が困難となる。

本願発明は上記問題に鑑み、輻射方式の定着装置において用紙以外等の加熱する必要のない領域への加熱を低減させることが可能な、定着装置及び該定着装置を用いた画像形成装置を提供することを目的する。

１．用紙に形成されたトナー画像を加熱定着する定着装置であって、
加熱領域内の用紙を輻射により加熱する加熱源と、
前記加熱領域に用紙を搬送する搬送手段と、
前記加熱源と前記加熱領域との間に設けられ、前記加熱源から前記加熱領域への輻射を遮蔽する遮蔽手段と、
を有し、
前記遮蔽手段による前記加熱源から前記加熱領域への輻射を遮蔽する遮蔽領域を、該加熱領域を搬送される用紙の用紙搬送方向の位置に対応させて、当該用紙搬送方向に沿って変更することを特徴とする定着装置。

２．前記遮蔽手段は、
用紙搬送方向と直交する方向を長辺とする短冊状の複数の羽板が、用紙搬送方向に並列配置されており、
前記複数の羽板は、用紙搬送方向と直交する方向に伸びる回転軸を回転中心として、駆動源によりそれぞれが独立に回転可能であり、
前記位置に対応して前記羽板を回転させることにより、前記遮蔽領域を変更することを特徴とする前記１に記載の定着装置。

３．前記遮蔽手段は、
用紙搬送方向に移動可能な、複数の遮蔽板を有し、
前記位置に対応して前記遮蔽板を移動させることにより、前記遮蔽領域を変更することを特徴とする前記１に記載の定着装置。

４．前記遮蔽板は、複数の板部材を積層させており、該板部材の重なり状態を変更させることにより用紙搬送方向における遮蔽領域の長さを変更可能であることを特徴とする前記３に記載の定着装置。

５．前記遮蔽板は、用紙搬送方向に伸縮する蛇腹状の板であることを特徴とする前記３記載の定着装置。

６．前記加熱源は、用紙搬送方向と直交する方向の加熱幅を変更可能であり、
搬送される用紙の幅に応じて、前記加熱幅を変更することを特徴とする前記１乃至５のいずれかに記載の定着装置。

７．用紙にトナー画像を形成する画像形成部と、
前記画像形成部で形成された用紙上のトナー画像を加熱定着する前記１乃至６のいずれかに記載の定着装置と、
を有することを特徴とする画像形成装置。

８．用紙にトナー画像を形成する画像形成部と、
前記画像形成部で形成された用紙上のトナー画像を加熱定着する前記２に記載の定着装置と、
用紙斤量情報取得部と、
制御手段と、を有し
前記制御手段は、用紙斤量情報取得部からの用紙斤量情報に基づいて、前記遮蔽領域を変更させることを特徴とする画像形成装置。

９．前記用紙斤量情報に基づく前記遮蔽領域の変更は、
前記羽板を前記加熱源から前記加熱領域への輻射を遮蔽する遮蔽状態の位置に停止させて回転させないことにより行い、かつ、前記遮断状態の位置に停止させて回転させない羽板を略等間隔で配置させることを特徴とする前記８に記載の画像形成装置。

本願発明によれば、輻射方式の定着装置において用紙以外等の加熱する必要のない領域への加熱を低減させることが可能な、定着装置及び該定着装置を用いた画像形成装置を提供することが可能となる。

本発明を実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。

［画像形成装置］
図１に基づいて第１の実施形態に係る画像形成装置について説明する。図１は、画像形成装置の要部を示す図である。

画像形成装置は、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成手段１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋと、露光部３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋと、ベルト状の中間転写ベルト６と定着装置８等から構成されている。

なお本願明細書においては構成要素を総称する場合にはアルファベットの添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成要素を指す場合にはＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の添え字を付した参照符号で示す。

イエロー（Ｙ）色の画像を形成する画像形成手段１０Ｙ、マゼンタ（Ｍ）色の画像を形成する画像形成手段１０Ｍ、シアン（Ｃ）色の画像を形成する画像形成手段１０Ｃ、及びブラック（Ｋ）色の画像を形成する画像形成手段１０Ｋは、それぞれ像担持体としてのドラム状の感光体１の周囲に配置された帯電極２、露光部３、現像装置４及びクリーニング部５を有する（Ｍ、Ｃ、Ｋについては参照符号を省略）。

感光体１は、例えば、有機光導電体を含有させた樹脂よりなる感光層がドラム状の金属基体の外周面に形成されてなる有機感光体よりなり、搬送される用紙Ｐの幅方向に伸びる状態で配設されている。感光層を構成する樹脂としては、例えばポリカーボネイト等を例示することができる。なお図１に示した実施形態においては、ドラム状感光体１を用いた構成例について説明したがこれに限られず、ベルト状感光体を用いてもよい。

現像装置４は現像手段として機能し、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及び黒（Ｋ）の異なる色の小粒径のトナーとキャリアからなる２成分現像剤を内包する。

ベルト状の中間転写ベルト６は、複数のローラにより、回転可能に支持されている。中間転写ベルト６は、体積抵抗率１０^６〜１０^１２Ω・ｃｍの無端ベルトであり、例えば変性ポリイミド、熱硬化ポリイミド、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ナイロンアロイ等のエンジニアリングプラスチックに導電材料を分散した、厚さ０．０４〜０．１０ｍｍの半導電性シームレスベルトである。

画像形成手段１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋより感光体１上に形成された各色のトナー画像は、回転する中間転写ベルト６上にそれぞれの一次転写ローラ７により逐次転写されて（一次転写）、合成されたカラー画像が形成される。一方、画像転写後の感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋは各色のクリーニング部５によりにより残留トナーが除去される。

給紙装置（不図示）には多数の用紙Ｐを積載可能であり、当該給紙装置からから給紙された用紙Ｐは、複数の給紙ローラ（不図示）及、レジストローラ２６等を経て、二次転写ローラ９に搬送され、用紙Ｐ上にカラー画像が転写される（二次転写）。

カラー画像が転写された用紙Ｐは、定着装置８において用紙Ｐに熱を加えることにより用紙Ｐ上のカラートナー画像（あるいはトナー画像）が定着されて用紙Ｐ上に固定された後、機外に排出される。定着装置８の詳細に関しては後述する。

一方、二次転写ローラ９により用紙Ｐにカラー画像を転写した後、用紙Ｐを曲率分離した中間転写ベルト６は、クリーニング部６１により残留トナーが除去される。

［定着装置８］
図２、図３に基づいて定着装置８について説明する。図２は、定着装置８の周辺拡大図である。図２に示すように、定着装置８は、一次定着器８１及び二次定着器８２から構成されている。

［一次定着器８１］
一次定着器８１は、筐体８１０、セラミックヒータ８１１、遮蔽部８１２、搬送ベルト８１６等から構成される。また本実施形態においては、セラミックヒータ８１１は「加熱源」、遮蔽部８１２は「遮蔽手段」、搬送ベルト８１６は「搬送手段」、としてそれぞれ機能する。

セラミックヒータ８１１は、電熱線等の抵抗発熱体をセラミックで包み焼成したものである。抵抗発熱体に給電して発熱させ、当該発熱によりセラミックを加熱し、加熱されたセラミックから放射される遠赤外線の輻射熱により被加熱物を加熱する。セラミックは赤外線領域における放射率が０．９〜１．０と高いため、高効率の輻射加熱が可能である。本実施形態においては、セラミックヒータ８１１は、用紙Ｐの搬送方向（以下、単に搬送方向という）の長さは２８０ｍｍ、搬送方向に直交する用紙幅方向（以下、単に、用紙幅方向という）の長さは、３５０ｍｍで、全体として略直方体の形状である。用紙幅方向の長さは、使用可能な用紙最大幅よりも長くしている。またセラミックヒータ８１１の制御温度は、７００℃である。

また、抵抗発熱体を電熱線の配線で構成した場合に、セラミックヒータ内部の配線を用紙幅方向に対応させた複数の配線経路で構成し、そして給電経路を選択することにより加熱領域を変更する構成としてもよい。このような構成とすることにより、用紙搬送方向と直交する方向の加熱幅を変更可能とすることが可能となり、搬送される用紙の幅の位置に応じて、加熱する領域及び遮蔽する領域を変更させることが可能となる。セラミックヒータの応答性は低いが、通常の使用では、紙幅の変更はそれほど頻繁に行われないため、幅の狭い紙を定着した際に、前述した不具合を起こすほど紙の外側の温度が上昇することはない。

遮蔽部８１２は、複数の羽板ｗにより構成される。図３は、羽板ｗの拡大図である。図３に示すように羽板ｗは短冊状の形状をしており、図２に示すように複数の羽板ｗを搬送方向に並列して配置している。それぞれの羽板ｗには図３に示すように短辺方向の中心に用紙幅方向に伸びる回転軸ａｘが設けられている。またそれぞれの回転軸ａｘには、独立して駆動可能なステッピングモータＭ１が接続されており、ステッピングモータＭ１により回転可能としている。羽根は高速回転できることが望ましく、従って低回転モーメントにする必要があるため、回転軸は羽根の中央に設けてある。

また、ステッピングモータＭ１により、各羽板ｗを独立で回転させる例について説明するが、これに限られず、以下の（１）乃至（３）のいずれかの構成としてもよい。
（１）羽板ｗをつるまきバネ等のバネで一方向に回転付勢し、ストッパで止めるように保持し、これを電磁石等で吸引しバネによる付勢方向と反対方向に回転させるようにする。
（２）（１）と同様に羽板ｗを支持し、ワイヤ等で支持した跳ね上げ部材を、搬送する用紙の紙間に同期して走行させ、羽板ｗを動作させるようにする。
（３）羽板ｗの回転軸ａｘと同軸のスクリュウに勘合支持し、電磁石等で、スクリュウが１／４回転する分だけ、軸方向に移動するようにする。

それぞれの羽板ｗは、幅が３０ｍｍ（搬送方向）で長さが４００ｍｍ（用紙幅方向）で、羽部の厚みは０．５ｍｍである。また隣接する羽板ｗ間の隙間は、室温において０．６ｍｍとしている。材料としては耐熱性が高く、低放射率である特性から金属が好ましく、更に錆びると放射率が上昇してしまうことから防錆性の観点でＳＵＳがより好ましい。低放射率の材料を選定することによって、加熱源からの輻射による温度上昇と羽根からの輻射による搬送経路の加熱の両方を抑制することができる。放射率は表面形状の影響も受けるため、羽根の表面はできるだけ鏡面に近い方が望ましい。

羽根と羽根との間隔は、遮蔽性能の点からは小さい方が望ましいが、羽根を一方向に回転させる場合には、遮蔽位置で羽根と羽根が重なってはならない。羽根は加熱源からの輻射を遮蔽することによって温度上昇し、熱膨張する。本実施例では、羽根の幅は０．２〜０．３ｍｍ大きくなるため、これに装置の加工・組み立て精度を考慮して間隔を設定している。

セラミックヒータ８１１の全領域を覆い被せるように、遮蔽部８１２は全体としてセラミックヒータ８１１よりも面積が広くなるようにしている。本実施形態においては、１０枚の羽板ｗを用いているので遮蔽部８１２の大きさとしては搬送方向の長さが３００ｍｍ、用紙幅方向の長さが４００ｍｍである。

搬送ベルト８１６は、厚み０．１ｍｍのポリイミドであり、支持ローラｒ１、ｒ２により支持される。支持ローラｒ１は駆動モータＭ２により駆動され、搬送ベルトを回転駆動する。当該搬送ベルト８１６の上面側が、セラミックヒータ８１１の輻射により加熱される「加熱領域」となる。搬送ベルト８１６により搬送された未定着のトナー画像が形成された用紙が当該搬送ベルト８１６上で加熱される。搬送ベルト８１６の上面と遮蔽部８１２との距離は１００ｍｍであり、搬送ベルト８１６上の用紙は、速度４００ｍｍ／ｓで搬送される。

図２に示す状態では、羽板ｗは水平方向広がっている位置となっていて（以下、水平位置という）、セラミックヒータ８１１からの輻射を遮蔽する「遮蔽状態」となる。羽板ｗを図２の状態から回転軸ａｘを中心に９０度回転させた位置、つまり羽板ｗを垂直方向に広がった位置（以下、垂直位置という）が、セラミックヒータ８１１からの輻射を遮断しない「加熱状態」である。羽根は低モーメントとして、高速回転するようにしているため短時間ではあるが、羽根の位置を変更する際に、傾いた羽根によって反射される輻射が生じる。これが紙間に向かうと、紙間加熱による搬送経路温度上昇と、加熱効率の低下につがる。羽根の回転方向を、図２において、時計回りとすることにより、傾いた羽根によって反射された輻射が紙に向かうようにでき、紙間加熱による搬送経路温度上昇・加熱効率の低下といった不具合をより小さくすることができる。

羽根が遮蔽位置にあるときの遮蔽性能を優先し、遮蔽時に羽根と羽根を重なるようにして構成してもよい。この場合は羽根の回転は往復運動になるため、紙の先後端いずれかで、羽根の回転途中で反射した輻射が紙間に向かうことになるが、羽根の回転速度を十分に上げ、画像形成装置の待機時などの搬送経路加熱抑制性能をより高くできる。

ＳＵＳからなる羽板ｗの放射率は０．１以下であり、セラミックヒータ８１１からの輻射の大半を反射する。遮蔽状態においては、７００℃に制御されるセラミックヒータ８１１からの輻射により、羽板ｗ自体が除々に加熱され、本実施例では４００〜５００℃まで上昇するが、放射率が低いということと温度自体がセラミックヒータ８１１の温度よりも低いことから、「遮蔽状態」における羽板ｗ等から加熱領域（搬送ベルト上面）への照射エネルギーは、セラミックヒータ８１１からの輻射を行う「加熱状態」のときに比べて数十分の一程度に留まる。

制御部５０は、ＣＰＵとメモリを備えており、メモリに記憶しているプログラムをＣＰＵが実行することにより各種制御を実行する。制御部５０によりステッピングモータＭ１、駆動モータＭ２の制御を行い、不図示の用紙検知センサにより検知した、定着装置８に搬送される用紙のタイミングに同期させて、遮蔽部８１２の遮蔽領域を制御する。

［二次定着器８２］
二次定着器８２は、定着ローラ８２１、加圧ベルト８２２で構成される。一次定着器８１で加熱された用紙Ｓに対して、定着ローラ８２１と加圧ベルトの間に形成された定着ニップ部で、加圧することによりトナー層の表面を平滑にして、光沢度の向上を図っている。なお本実施形態においては、二次定着器８２を有する定着装置８について説明する。写真などを高品質に見せる高光沢の画像を得るには、定着ローラ等の部材によって加圧することが望ましい。しかし、状来広く用いられてきたローラ定着やベルト定着だけでは、厚紙・高速に対応できる定着装置は大型化し、また部材のコストが大型に伴い急激に上がる。本実施例の非接触加熱とローラ定着等との組合せは、これらの要求を満足し、不具合を解消できる構成である。印刷商品として低光沢画像が求められる場合や、事務的に用いられる書類など、高光沢が必要ないあるいは重要でない場合、二次定着器のない定着装置８であってもよい。その場合は、輻射加熱による加熱時間を定着可能になるまで長く、すなわち加熱領域を長くする。

定着ローラ８２１は、内部に加熱源としてのハロゲンヒータＨを内蔵し、アルミニウムや鉄等から形成された円筒状芯金と、円筒状芯金を被覆し耐熱性の高いＨＴＶシリコンゴムから成る弾性層と、更に弾性層を被覆しＰＦＡ（パーフルオロアルキルビニルエーテル）若しくはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂から成る離型層と、により構成されている。弾性層の厚みは１．５ｍｍで硬度１５°（ＪＩＳＡ）としている。

加圧ベルト８２２は、７０μｍの厚みのポリイミド等の耐熱弾性樹脂により形成された基体と、基体の外表面を被覆する２００μｍのシリコンゴム層等の弾性層、更にその弾性層を被覆する３０μｍの厚みのＰＦＡ若しくはＰＴＦＥで形成された離型層とにより構成されていて、無端状に形成されている。弾性層の硬度は１５°（ＪＩＳＡ）である。

加圧ベルト８２２は、用紙Ｓの導入部に近いローラ８２３、用紙Ｓの出口側の加圧ローラ８２４、支持するローラ８２５の各外周を巻回して張架し、定着ローラ８２１の外周面に当接する。ローラ８２５はステアリングローラとも称されるローラであり軸の片端を揺動させることによりローラ８２５の軸を傾けて定着ベルトの寄りを補正する。ローラ８２３は中空のローラであり、内部にハロゲンヒータを内蔵する。

加圧ベルト８２２を内部から押圧する加圧パッド８２６は、加圧ローラ８２４とともに加圧ベルト８２２を定着ローラ８２１に圧接し、定着ニップ部を形成する。加圧パッド８２６は、成型シリコンゴムで定着ローラ８２１の曲面に沿う形状で搬送方向幅２９ｍｍである。

加圧ベルト８２２の張力は６０Ｎであり、加圧パッド８２６の押圧荷重は６００Ｎ、加圧ローラ８２４の押圧荷重は７００Ｎである。また定着ローラ８２１の制御温度は１３０℃〜１６０℃であり、加圧ベルト８２２の制御温度は８０〜１２０℃である。

［用紙の位置に対応させた遮蔽領域の変更］
図４は、用紙の位置に対応させた遮蔽領域の変更を説明する模式図である。図４（ａ）は１枚目の用紙Ｐ１が一次定着器８１に搬送された状態を示す図であり、同図においては、用紙Ｐ１に対応する一番右側の羽板ｗのみ垂直位置ａに変更されている。なお当該羽板ｗ以外の羽板ｗは全て初期状態の水平位置ｂのままである。

図４（ｂ）は、図４（ａ）に続く状態を示すものであり、用紙Ｐ１の先頭が一次定着器８１を通過した状態を示すものである。同図においては、全ての羽板ｗが垂直位置ａの加熱状態となっている。

図４（ｃ）は、図４（ｂ）に続く状態を示すものであり、２枚目の用紙Ｐ２が、１枚目の用紙Ｐ１に続いて搬送されている状態を示すものである。同図においては、用紙Ｐ１、用紙Ｐ２に対応する加熱領域の羽板ｗは垂直位置ａで、加熱状態となっており、それ以外の用紙の紙間に対応する加熱領域の羽板ｗは水平位置ｂで、遮断状態となっている。

本実施形態によれば、輻射方式の定着装置において、用紙の搬送位置に対応して遮蔽部の羽板の回転位置を変更して遮蔽領域を変更させることにより、用紙以外の加熱する必要のない領域への加熱を低減させることが可能な、定着装置及び該定着装置を用いた画像形成装置を提供することが可能となる。

また、本実施形態における遮蔽板は、ごく短時間で加熱状態と遮蔽状態を切り替えられるため、紙詰まりなどの不具合が発生した際に加熱領域内に取り残された紙の発煙・発火防止のための遮蔽装置としても極めて効果的である。

［第２の実施形態］
図５は、第２の実施形態における用紙斤量と遮蔽領域との対応関係を説明する模式図である。同図は、図４（ｂ）に対応した模式図であり、同図に示す構成は図１乃至図３と同一であり説明は省略する。

第２の実施形態に係る画像形成装置は、定着装置８に搬送する用紙の斤量情報を取得する。そして取得した斤量情報に基づいて、遮蔽領域を変更するものである。ユーザはあらかじめ、操作パネル等により、給紙装置に積載されている用紙に対応する斤量情報を入力している。入力された情報は画像形成装置の記憶部に記憶されており、制御部５０が、使用する給紙装置に対応する用紙の斤量の情報を当該記憶部から呼び出すこと等により斤量情報を取得する。もちろん、画像形成装置の給紙装置や紙搬送経路中に紙の厚みを検知する装置を備えてもよい。厚み検知手段は既知のものが適用可能である。

定着装置８に搬送される用紙の斤量情報に基づいて、遮蔽領域を変更するのは、次の理由による。熱源としてのセラミックヒータ８１１のサイズ、制御温度は、被加熱材に必要な最大の熱量に応じて設定される。そして必要な最大の熱量は、画像形成装置で使用可能な最大用紙斤量に対応している。このようなことから定着装置８で与えられる熱量は、最大用紙斤量つまり、斤量の大きい厚い紙では適正であるが、斤量の小さい薄い紙では過剰気味である。そして過剰な熱量を与えた場合には、ホットオフセットや用紙のカール癖などの問題が生じることになる。

このようなことから、用紙の斤量に応じて、与える熱量を適正化することが好ましい。なお用紙の斤量だけではなく、用紙のトナー画像面の光沢度を選択可能として、当該光沢度を可変させる目的で、与える熱量を変更させるようにしてもよい。

熱量の適正化は、図５に示すように遮蔽領域の変更により行っている。図５（ａ）は斤量の大きい厚い紙Ｐ（ｔｈｉｃｋ）での、加熱時における羽板ｗの状態を示したものであり、図５（ｂ）は、斤量が小さい薄い紙Ｐ（ｔｈｉｎ）での加熱時における羽板ｗの状態を示したものである。図５（ｂ）に示すように、必要な熱量の小さい薄い紙では、羽板ｗの一部は回転せずに停止させたままであり、直下に用紙Ｐ（ｔｈｉｎ）があるにもかかわらず、水平位置の遮蔽状態としている。図５（ａ）に比べて、図５（ｂ）では３割の羽板ｗ２を遮蔽状態としているので、用紙に与える熱量を約３割減少させている。

なお、停止させた状態を維持する羽板ｗ以外の羽板ｗは、用紙Ｐの位置に対応させて回転させている。また、停止させた状態を維持する羽板ｗは、図５（ｂ）においては用紙搬送方向の並びで２枚おきに配置させている。これは、加熱領域の温度分布が大きく異ならないようにする目的である。もちろんこれに限られず、下流側あるいは上流側のみを停止させた状態を維持する羽板ｗとしてもよい。

また、セラミックヒータ８１１を給電し続けた状態で、同一の羽板ｗを水平位置で停止し続けた場合には、当該羽板ｗによる反射で相対する位置の部分のセラミックヒータ８１１の温度が上昇してしまう虞があるので、所定時間毎あるいは所定用紙搬送枚数毎に、停止させる羽板ｗを他の羽板ｗにずらすようにしてもよい。

［第３の実施形態］
図６乃至図９に基づいて第３の実施形態に係る定着装置について説明する。図６は、第３の実施形態に係る一次定着器８１周辺の模式図である。図７は、第３の実施形態に係る一次定着器８１周辺の斜視図である。第３の実施形態においては第１の実施形態とは遮蔽部８１２の構成が異なるが、その他の構成は図１乃至図３に示した実施形態と同一であり説明は省略する。

図６に示すように第３の実施形態における遮蔽部８１２は、第１の遮蔽板ｗ１１、第２の遮蔽板ｗ１２、第３の遮蔽板ｗ１３を備えている。

図７に示す斜視図においては、遮蔽板ｗ１１のみを図示しており、その他の遮蔽板ｗ１２、ｗ１３は図示を省略している。それぞれの遮蔽板ｗ１１、ｗ１２、ｗ１３は不図示のプーリー間に貼られたワイヤＬ１、Ｌ２に支持され、当該ワイヤＬ１、Ｌ２を動作させることにより、遮蔽板ｗ１１の移動を行う。また遮蔽を行わない場合においては一方の軸ｒに巻き取られた状態となる。なお遮蔽板ｗ１１、ｗ１２、ｗ１３は共に、厚さ０．０５ｍｍのＳＵＳを用いている。なお図７においては、遮蔽板ｗ１１の厚みは誇張して厚く描いてある。

遮蔽板ｗ１１、ｗ１２は連続して搬送する用紙の紙間を遮蔽するものであり、遮蔽板ｗ１３は、待機時に全面を遮蔽するものである。巻き取られていない状態における遮蔽板ｗ１１、ｗ１２の大きさは、共に９０ｍｍ（搬送方向）×４００ｍｍ（用紙幅方向）、遮蔽板ｗ１３の大きさは、２７０ｍｍ（搬送方向）×４００ｍｍ（用紙幅方向）である。本実施形態においてはセラミックヒータ８１１の大きさは、２２０ｍｍ（搬送方向）×３５０ｍｍ（用紙幅方向）であり、遮蔽板ｗ１３が当該セラミックヒータ８１１よりも大きいので、加熱領域全域を覆うことができる。なお本実施形態においてはセラミックヒータ８１１の制御温度は７４０℃に設定している。

遮蔽板ｗ１１、ｗ１２、ｗ１３の駆動は不図示の駆動モータによりそれぞれ独立に駆動可能であり、移動速度は通常時においては用紙Ｐの搬送速度と同一の４００ｍｍ／ｓであるが、後述の巻き戻し動作時においては最大１２００ｍｍ／ｓまで可変可能である。巻き戻し時間が長いと、遮蔽板必要枚数が増えるおそれがあるので、巻き戻し速度は大きい方が望ましい。なお、巻き取り時において角速度を一定で回転させた場合に生じる不具合として、巻き始めの径が小さい場合と、巻き終わりの径が大きい場合とで、巻き取る速度が変化してしまう問題がある。ワイヤの移動により回転するエンコーダを設置し、ワイヤの移動量を検出して所定のワイヤ移動速度になるように制御してもよいし、駆動モータをステッピングモータ等で構成し巻き取り最外周の周速度が一定となるように回転速度を制御するようにしてもよい。

次に図８、図９に基づいて第３の実施形態における遮蔽部８１２の動作について説明する。図８、図９は用紙の位置に対応させた遮蔽領域の変更を説明する模式図である。

図８（ａ）は待機状態を示す図である。同図に示す待機時においては、広げられた遮蔽板ｗ１３により加熱領域の全範囲が遮蔽されている。

図８（ｂ）は、１枚目の用紙Ｐ１が一次定着器８１に搬送されたところを示した図である。最初の１枚目の用紙Ｐ１の一次定着器８１への搬送に同期させて、遮蔽部ｗ１３は、搬送方向下流側に移動される。なおこの際に移動させられた遮蔽部は搬送方向下流側の軸ｒに巻き取られる。用紙Ｐ１はセラミックヒータ８１１からの輻射により加熱される。

図８（ｃ）は、図８（ｂ）に続く状態を説明する模式図であり、同図においては、用紙Ｐ１の後端位置に同期させて遮蔽部ｗ１１が移動される。

図９（ａ）は、図８（ｃ）に続く状態を説明する模式図であり、同図においては、連続して搬送される２枚目の用紙Ｐ２と１枚目の用紙Ｐ１との紙間を遮蔽部ｗ１１で遮蔽していることがわかる。これは用紙の搬送間隔を遮蔽板ｗ１１の搬送方向長さにあわせて設定しているからである。

図９（ｂ）は、図９（ａ）に続く状態を説明する模式図であり、同図においては、３枚目の用紙Ｐ３が、一次定着器８１１に搬送された状態を示している。２枚目と３枚目の用紙の紙間に対する遮蔽は、遮蔽板ｗ１２により行っている。これは、遮蔽板ｗ１１は、１枚目と２枚目と用紙の紙間を遮蔽するため使用していたために、３枚目の用紙Ｐ３が一次定着器８１１に進入した時点では、搬送方向下流側に巻き取られて位置していたためである。またＢ５判等の搬送方向の送り長さが加熱領域（搬送方向長さ２２０ｍｍ）よりも短い小サイズの用紙を、連続で搬送した場合には、同時に２箇所の紙間を遮蔽する必要があるために、用紙の紙間を遮蔽するための二つの遮蔽板ｗ１１、ｗ１２を設けている。

以下の場合には、本実施形態のように紙間を遮蔽する遮蔽板が２枚では、足りなくなる場合がある。
（１）搬送方向の紙の送り長さが短い紙を使用する場合や、加熱量域の長さを長くする必要がある場合、に加熱領域の長さに対する紙の送り方向の長さが小さい場合、
（２）紙間用遮蔽板の巻き戻し速度が小さい場合、
また（１）の加熱領域の長さを長くする必要がある場合としては、より高速の機械に適用する場合や本実施形態における非接触加熱装置（一次定着器）のみで定着を完了させる場合、等がある。

例えば、本実施例と同温度の加熱源で、３００ｇ／ｍ^２紙を６００ｍｍ／ｓで、二次定着装置を使わずに定着を完了するためには、６００ｍｍ程度の加熱長が必要になる。Ａ４の紙を紙間６０ｍｍで通紙すると、少なくとも同時に３枚の紙間用遮蔽板が必要になる。遮蔽板の巻き戻し速度が小さく、次の紙間が加熱領域に進入するまでに、紙間用遮蔽板の待機位置に復帰できなければ、更に余分の遮蔽板を設ける。

逆に、低速度の装置に適用する、短い紙を使わないなど、加熱源の長さに対して紙長さが長い場合は、１枚の紙間用遮蔽板で構成可能な場合もある。

また図９（ａ）で搬送方向下流側に巻き取られた遮蔽板ｗ１１は、用紙Ｐ３の後端が一次定着器８１１に進入する前までに、元の搬送方向上流側に巻き戻す必要がある。図９（ｂ）に示すように、２枚目、３枚目の用紙加熱時の加熱領域を高速の１２００ｍｍ／ｓの移動速度で横切って戻している。

なお、図６乃至図９に示す例では、左右に設けた二つの軸に巻き取ることにより遮蔽板を往復運動させる実施形態であるが、これに限られず遮蔽板の移動経路を周回経路となる構成としてもよい。このような構成とすることにより巻き取り動作時に高速で移動させる必要がなくなるので、設計の自由度広がるということ、加熱領域を横切らずにすむというメリットがある。

図９（ｃ）は、図９（ｂ）に続く状態を説明する模式図であり、同図においては、遮蔽板ｗ１１は搬送方向上流側に巻き戻されていることがわかる。以降の連続する用紙においては図８（ｂ）乃至図９（ｃ）の動作を繰り返すことにより、遮蔽板ｗ１１と遮蔽板ｗ１２を交互に使用して用紙の紙間の遮蔽を継続する。

紙の厚さに対応して、あるいは光沢度を変えるために加熱量を変更する場合には、遮蔽板ｗ１３を完全に巻き取らず、加熱領域中で停止させる。例えば、加熱領域中央で停止させれば加熱量は概ね半分になる。加熱量を制限した状態で連続動作すると、遮蔽された領域に対応する加熱源温度が過剰に上昇するおそれがあるため、幅方向で加熱源の発熱板等を分割したのと同様に、紙搬送方向で必要な加熱量水準に応じて分割しておくことが望ましい。

このように本実施形態によれば、輻射方式の定着装置において、用紙の搬送位置に対応して遮蔽板位置を変更して遮蔽領域を変更させることにより、用紙以外の加熱する必要のない領域への加熱を低減させることが可能な、定着装置及び該定着装置を用いた画像形成装置を提供することが可能となる。

［その他の実施形態］
次に、遮蔽板の変形例について説明する。図６等に示した第３の実施形態においては、待機時においては遮蔽板を加熱領域外で軸ｒに巻き取る構成の例について説明した。以下に示す第４、第５の実施形態においては、遮蔽板は搬送方向の長さを伸縮可能である点に特徴がある。なお、第４、第５の実施形態においては、図１０乃至図１３に示す構成以外は、図１乃至図９に示した実施形態と同様であり説明は省略する。

まずは第４の実施形態に係る遮蔽板を説明する。図１０は板部材ｗ２１の斜視図であり。図１１は、２個の板部材ｗ２１を連結した遮蔽板を示すものであり、図１１（ａ）は上面図、図１１（ｂ）は、図１０におけるＡ−Ａ断面図である。図１２は、４個の板部材ｗ２１を連結した構成における、遮蔽板の伸縮動作を説明する模式図である。

図１０に示す板部材ｗ２１は、搬送方向の長さは１０〜５０ｍｍ、用紙幅方向は４００ｍｍである。向かい合わせたコの字を合わせたような形状であり、搬送方向の端部には、突起部Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を設けている。当該板部材ｗ２１を複数連結して用いて、広げた際に全体として搬送方向で９０ｍｍ、あるいは２７０ｍｍ程度の遮蔽板となるようにする。

図１１に示すように定着装置８に取り付けた際には、遮蔽板は全体として複数の板部材ｗ２１を積層させた状態となる。連結した板部材ｗ２１の一端は、左右２対のワイヤＬ１１、Ｌ１２、Ｌ２１、Ｌ２２に繋止部Ｆにより繋止されている。上方のワイヤＬ１１、Ｌ２１は同一の駆動源により駆動され、下方のワイヤＬ１２、Ｌ２２は同一の駆動源により駆動される。上方のワイヤと下方のワイヤの相対移動量により、連結した板部材ｗ２１からなる遮蔽板全体を搬送方向において伸ばしたり、縮めたりすることができる。また図１１（ｂ）に示すように隣接する板部材ｗ２１の突起部ｃ１、ｃ２、ｃ３が接触することにより、連結した板部材ｗ２１が外れることを防いでいる。次に遮蔽板の伸張について説明する。

図１２（ａ）は、４個の板部材ｗ２１からなる遮蔽板が、縮んだ状態を示している。この状態においては、全体としての搬送方向長さは、例えば２５ｍｍあるいは８０ｍｍである。左端の板部材ｗ２１（１）は上方のワイヤＬ２１、Ｌ１１に繋止されている。また右端の板部材ｗ２１（４）は下方のワイヤＬ２２、Ｌ１２に繋止されている。

この状態で、上方のワイヤＬ２１、Ｌ１１を停止させたままで、下方のワイヤＬ２２、Ｌ１２を右方向に移動させると、図１２（ｂ）〜図１２（ｃ）と、全体の長さを伸ばすことができる。図１２（ｃ）は伸びきった状態を示すものであり、この状態においては、全体としての搬送方向長さは、例えば９０ｍｍあるいは２７０ｍｍである。

図１２（ｄ）に示すように、上下のワイヤＬ１１、Ｌ１２、Ｌ２１、Ｌ２２を同じ速度で移動させることにより、４個の板部材ｗ２１からなる遮蔽板全体を移動させることができる。

なお、図１１、図１２に示すような連結した板部材ｗ２１からなる遮蔽板が全体として、図６に示す遮蔽板ｗ１１、ｗ１２、ｗ１３に相当する。また板部材ｗ２１の数は４個に限られず、３個以下を連結するようにしても、５個以上を連結するようにしてもよい。連結数が少ないと、構成を簡易にでき、連結数が多い程、縮めた際の大きさをより小さくすることができるというメリットがある。

図１３は、第５の実施形態に係る遮蔽板ｗ２５を説明する図であり、図１３（ａ）は上面図であり、図１３（ｂ）は断面図である。第５に示す実施形態における遮蔽板ｗ２５は厚み０．５ｍｍのＳＵＳ板の端部を曲げ、隣り合った板の曲げ部が相互に勘合するように切り欠き、回転軸を隣り合った板の曲げ部をともに挿通させ、用紙搬送方向に伸縮する蛇腹状の板としている。

同図において、ｍｆは山折り部であり、破線ｖｆは谷折り部である。繋止部Ｆ１はワイヤＬ２１、２２にそれぞれ固定されている。案内部Ｆ２はワイヤＬ２１、Ｌ２２に引っ掛かっており、ワイヤ上を移動することができる。

一方のワイヤ（例えば下方のワイヤＬ２２、Ｌ１２）を停止させたままで、他方のワイヤ（例えば上方のワイヤＬ２１、Ｌ１１）を移動させると、全体の長さを伸ばすことができる。また全てのワイヤＬ１１、Ｌ１２、Ｌ２１、Ｌ２２を同じ速度で移動させることにより、遮蔽板ｗ２５を移動させることができる。

第４、第５の実施形態に係る定着装置によれば、輻射方式の定着装置において、用紙の搬送位置に対応して遮蔽板位置を変更して遮蔽領域を変更させることにより、用紙以外の加熱する必要のない領域への加熱を低減させることが可能となる。また初期位置に戻す際（例えば図９（ｂ）の動作）に加熱領域を横切る必要があるが、この際に遮蔽板の長さを短くした縮めた状態で移動させることができるので、用紙への加熱に対する影響を少なくすることができるというメリットがある。また長さを可変することができるので、用紙の紙間を遮蔽板の長さに固定する必要がなく、紙間を設定する自由度が増す。

［第６の実施形態］
図１４は、第６の実施形態に係る画像形成装置の要部を示す図である。図１５は、用紙上のトナー画像ｍの位置に対応させた遮蔽領域の変更を説明する模式図である。

同図においては、用紙としてカット紙ではなく連続紙Ｐを用いている。本実施形態においては、図１乃至図１２と同様の構成に関しては同符号を付すことにより説明に代える。

搬送手段２０では、連続紙の給紙及び搬送を行う。搬送手段２０は、用紙をロール状に巻いた元巻き２９と搬送ローラ対２１、２２、２３、２４等からなる。これらの元巻き２９、搬送ローラ対は、不図示の駆動モータにより駆動される。連続紙Ｐの搬送速度は２５０ｍｍ／ｓである。また連続紙Ｐの画像形成領域よりも外側の非画像領域には、位置検出用のマーキングを付与させており、当該マーキングをセンサＳ１に検知することにより、連続紙Ｐの搬送位置合わせを行うことができる。なお、搬送ローラ対２３の用紙幅方向の構成は、連続紙Ｐの非画像領域の両端部においてのみ、連続紙Ｐと接触させている。

本実施形態におけるセラミックヒータ８１１は、大きさが４００ｍｍ（搬送方向）×３５０ｍｍ（用紙幅方向）であり、制御温度は７４０℃である。二次定着装置８２を用いていない。また遮蔽部８１２は二つの遮蔽板ｗ１１、ｗ１２により構成され、その大きさは共通で、５００ｍｍ（搬送方向）×４００ｍｍ（用紙幅方向）である。搬送板８１５の上面と遮蔽部８１２との距離は１００ｍｍであり、当該搬送板８１５の上面が加熱源の輻射により加熱される加熱領域となる。

図１５（ａ）は待機状態を示す図である。同図に示す待機時においては、広げられた遮蔽板ｗ１２により加熱領域の全範囲が遮蔽されている。

連続紙Ｐ上の画像領域に形成された一連の画像の１ページ目をｍｓ、一連の画像の最後の１ページをｍｌとする。図１５（ｂ）は、連続紙Ｐ上の画像領域に形成された１ページ目のトナー画像ｍｓが定着装置８に搬送されたところを示した図である。最初の１ページ目のトナー画像ｍｓの定着装置８の搬送板８１５上の加熱領域への搬送に同期させて、遮蔽板ｗ１２は搬送方向下流側に移動される。なおこの際に移動させられた遮蔽板ｗ１２は搬送方向下流側の軸ｒに巻き取られる。トナー画像ｍｓはセラミックヒータ８１１からの輻射により加熱される。

図１５（ｃ）は、図１５（ｂ）に続く状態を説明する模式図であり、同図においては、連続紙Ｐの上に連続して形成された一連の画像の最後のトナー画像ｍｌの後端位置に同期して遮蔽部ｗ１１が移動される。

図１５（ｄ）は、図１５（ｃ）に続く状態を説明する模式図であり、遮蔽板ｗ１１は、トナー画像ｍｌの後端が下流側の加熱領域外に搬送されるのに合わせて加熱領域全体を遮蔽して停止する。遮蔽ｗ１２は、遮蔽板ｗ１１が加熱領域全体を遮蔽するのに合わせて、搬送方向上流側に移動して、加熱領域外の軸ｒに巻き取られる。これが第２の初期状態であり、図１５（ａ）の状態とは、遮蔽板ｗ１１と遮蔽板ｗ１２の役目が入れ替わっている。以下同様に、遮蔽板ｗ１１と遮蔽板ｗ１２を交互に機能させて、連続するトナー画像への定着を行う。

本実施形態によれば、輻射方式の定着装置においてトナー画像以外の加熱する必要のない領域への加熱を低減させることが可能な、定着装置及び該定着装置を用いた画像形成装置を提供することが可能となる。

画像形成装置の要部を示す図である。 定着装置８の周辺拡大図である。 羽板ｗの拡大図である。 用紙の位置に対応させた遮蔽領域の変更を説明する模式図である。 第２の実施形態における用紙斤量と遮蔽領域との対応関係を説明する模式図である。 第３の実施形態に係る一次定着器８１周辺の模式図である。 第３の実施形態に係る一次定着器８１周辺の斜視図である。 用紙の位置に対応させた遮蔽領域の変更を説明する模式図である。 用紙の位置に対応させた遮蔽領域の変更を説明する模式図である。 第４の実施形態に係る板部材ｗ２１の斜視図である。 ２個の板部材ｗ２１を連結した状態を示すものである。 ４個の板部材ｗ２１を連結した構成における、伸縮動作を説明する模式図である。 第５の実施形態に係る遮蔽板ｗ２５を説明する図である。 第６の実施形態に係る画像形成装置の要部を示す図である。 用紙上のトナー画像ｍの位置に対応させた遮蔽領域の変更を説明する模式図である。

符号の説明

１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ 画像形成手段
８１ 一次定着器
８１１ セラミックヒータ
８１２ 遮蔽部
８１６ 搬送ベルト
ｗ 羽板
ｗ１１、ｗ１２、ｗ１３、ｗ２５ 遮蔽板
ｗ２１ 板部材
８２ 二次定着器
８２１ 定着ローラ
８２２ 加圧ベルト
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ２１、Ｌ２２ ワイヤ
５０ 制御部
Ｍ１ ステッピングモータ
Ｍ２ 駆動モータ
２０ 搬送手段
２１、２２、２３、２４ 搬送ローラ対
８１５ 搬送板

Claims (9)

1. 用紙に形成されたトナー画像を加熱定着する定着装置であって、
   加熱領域内の用紙を輻射により加熱する加熱源と、
   前記加熱領域に用紙を搬送する搬送手段と、
   前記加熱源と前記加熱領域との間に設けられ、前記加熱源から前記加熱領域への輻射を遮蔽する遮蔽手段と、
   を有し、
   前記遮蔽手段による前記加熱源から前記加熱領域への輻射を遮蔽する遮蔽領域を、該加熱領域を搬送される用紙の用紙搬送方向の位置に対応させて、当該用紙搬送方向に沿って変更することを特徴とする定着装置。
2. 前記遮蔽手段は、
   用紙搬送方向と直交する方向を長辺とする短冊状の複数の羽板が、用紙搬送方向に並列配置されており、
   前記複数の羽板は、用紙搬送方向と直交する方向に伸びる回転軸を回転中心として、駆動源によりそれぞれが独立に回転可能であり、
   前記位置に対応して前記羽板を回転させることにより、前記遮蔽領域を変更することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記遮蔽手段は、
   用紙搬送方向に移動可能な、複数の遮蔽板を有し、
   前記位置に対応して前記遮蔽板を移動させることにより、前記遮蔽領域を変更することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
4. 前記遮蔽板は、複数の板部材を積層させており、該板部材の重なり状態を変更させることにより用紙搬送方向における遮蔽領域の長さを変更可能であることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
5. 前記遮蔽板は、用紙搬送方向に伸縮する蛇腹状の板であることを特徴とする請求項３記載の定着装置。
6. 前記加熱源は、用紙搬送方向と直交する方向の加熱幅を変更可能であり、
   搬送される用紙の幅に応じて、前記加熱幅を変更することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の定着装置。
7. 用紙にトナー画像を形成する画像形成部と、
   前記画像形成部で形成された用紙上のトナー画像を加熱定着する請求項１乃至６のいずれかに記載の定着装置と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。
8. 用紙にトナー画像を形成する画像形成部と、
   前記画像形成部で形成された用紙上のトナー画像を加熱定着する請求項２に記載の定着装置と、
   用紙斤量情報取得部と、
   制御手段と、を有し
   前記制御手段は、用紙斤量情報取得部からの用紙斤量情報に基づいて、前記遮蔽領域を変更させることを特徴とする画像形成装置。
9. 前記用紙斤量情報に基づく前記遮蔽領域の変更は、
   前記羽板を前記加熱源から前記加熱領域への輻射を遮蔽する遮蔽状態の位置に停止させて回転させないことにより行い、かつ、前記遮断状態の位置に停止させて回転させない羽板を略等間隔で配置させることを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。

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