JP5375540B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ、これらの複合機等の電子写真プロセスを利用した画像形成装置に備えられ、トナー像を担持するシート材に熱と圧力を加えて定着する定着装置に関するものである。

従来の定着装置は、内部に加熱手段であるハロゲンヒータを有する定着ローラと、この定着ローラに付勢手段で付勢されて加圧する加圧ローラと、定着ローラの表面温度を検知する温度センサと、を備え、電源から電力がハロゲンヒータに供給されることで定着ローラが加熱され、温度センサからの検出出力に基づいて温度コントローラによりハロゲンヒータのＯＮ／ＯＦＦ制御を行って、定着ローラを所定の表面温度が維持されるようになっていた。

しかし、定着ローラ全体をハロゲンヒータによって温めているため、定着ニップ以外にもハロゲンヒータからの熱が分散してしまい加熱効率が悪く、定着ニップを所望の温度に上昇させるための時間が長く、最初の１ページ目の出力に時間が掛かってしまうという問題があった。

また、従来の定着ローラは、中空の円筒形状であり、定着ニップの形状を自由な形状にすることが難しく、画像を定着するシート材（コピー用紙、樹脂シート、ハガキ、光沢紙、厚紙などシート状の記録材を指す、以下同じ。）のしわ、カールの問題や、定着性の問題等を解消するために制約があり、これらの問題に対して厚紙や樹脂シート、コピー用紙、光沢紙などの多種類のシート材全てに対応することができないという問題があった。

そこで、これらの問題を解決するために、定着装置の立ち上がり時間の短い、いわゆるオンデマンド方式の定着装置が開発されるに至った。
例えば、特許文献１には、定着ローラの代わりに定着フィルム（定着部材）として無端状のエンドレスベルト１０を備え、このエンドレスベルト１０の内部にセラミックヒータなどからなる加熱体８Ａを有し、この加熱体８Ａにエンドレスベルト１０を介して圧接する加圧部材１１との間に定着ニップを形成し、加熱体８Ａで熱容量の小さいエンドレスベルト１０を急速に加熱することでき、立ち上がり時間の短い定着装置８が開示されている（特許文献１の図１等参照）。

しかし、特許文献１に記載の定着装置８は、加熱体８Ａであるヒータに寿命があり、定期的にヒータ交換のメンテナンスを行う必要があるが、このヒータには、加圧部材１１が圧接しているため、常に圧力が掛かった状態となっており、ヒータをそのまま長手方向に引き抜くことができず、ヒータ交換のメンテナンスに手間が掛かるという問題があった。また、ヒータに加圧部材１１による圧力が常時掛かっている状態では、ジャム処理時や搬送時にヒータが破損し易いという問題もあった。

このような問題を解決する方策として、加圧部材のヒータへの圧力を解除する圧力解除機構を設けることが考えられるが、圧力解除機構を設けた場合にも、設置コストが嵩むという問題や設置スペースが必要であり装置の小型化の要請に反するという問題が発生する。

また、特許文献２には、内部に加熱源であるハロゲンランプ１５を有するヒートローラ１１（定着ローラ）と、このヒートローラ１１に対して加圧されて定着ニップを形成する加圧ローラ１２とを備え、ヒートローラ１１の表面温度を温度検知素子１７からの検知信号に基づいてハロゲンランプ１５への供給電力量を温度制御回路１８により制御することで、ヒートローラ１１の表面温度を所定温度に制御する加熱定着装置１において、ハロゲンランプ１５をヒートローラ１１の回転中心でなく、定着ニップより上流側へと偏った位置に配置すると共に、温度検知素子１７を加圧ローラ１２と離れる下流側にヒートローラ１１の表面に圧接して配置することにより、温度検知素子１７がハロゲンランプ１５からの輻射熱を受けずに、正確な温度検知を可能にした加熱定着装置１が開示されている（特許文献２の図１等参照）。

しかし、特許文献２に記載の加熱定着装置１では、温度検知手段１７とハロゲンランプ１５の定着ニップに対する個々の位置関係については考慮されているが、温度検知手段１７とハロゲンランプ１５との位置関係については考慮されておらず、ヒートローラ１１（定着フィルム）上に温度不足領域が発生するおそれがあるという問題が残っている。

更に、特許文献３には、可撓性を有する定着部材である定着フィルム２１と、定着フィルム２１を介して加圧ローラ３１に当接して定着ニップを形成するために定着フィルム２１の内部に固設された当接部材である加熱板２２と、加熱板２２を加熱する加熱手段である赤外線ヒータ２５と、を備え、この赤外線ヒータ２５は、加熱板２２が定着フィルム２１を介して加圧ローラ３１に当接した状態で装置に対して挿脱できるように構成され、装置の立ち上げ時間が短く、比較的簡易な構成で赤外線ヒータの交換性を容易にしたオンデマンド方式の定着装置が開示されている（特許文献３の図２等参照）。

しかし、赤外線ヒータ２５と加熱板２２が分かれておりヒータが破損しにくく、交換容易である反面、定着ニップを直接加熱する方法であるため、定着ニップ下流に進むにつれて温度が高くなり、画像の光沢度が低くなり易いという問題がある。

そこで、本発明は、前記問題点を解決することができ、立ち上がり時間が短くて、シート材の通過により失った熱を必要に応じて定着部材に適時追加させるオンデマンド性を持ち、十分な定着性が確保できると共に、出力画像の光沢度を向上させ、ヒータ破損の際などには素早く交換することができてメンテナンス性が良好な定着装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、無端状フィルムを基体として回転可能な定着フィルムと、この定着フィルムと圧接して定着ニップを形成する加圧ローラと、前記定着フィルムの内側から当接して該フィルムを加圧ローラ方向へ押圧する当接部材と、前記定着フィルムの温度を検知する温度検知手段と、前記定着フィルムを加熱する加熱手段と、が備えられ、前記温度検知手段の検知結果に基づいて加熱手段を制御して前記定着フィルムを所定の温度に加熱する定着装置において、前記温度検知手段は、前記定着ニップのシート材搬送方向下流側に配置された光学センサであり、前記加熱手段は、前記定着ニップのシート材搬送方向上流側に配置された赤外線ヒータであり、前記光学センサと前記赤外線ヒータとの間の周長距離Ａが、前記温度検知手段の応答時間と前記加熱手段の応答時間を加えたものに、前記定着フィルム回転時の周速を乗じた値以上となるように配置されているとともに、前記当接部材は、略中空円筒状の保持部材に固着された加圧板であり、前記保持部材が付勢手段で付勢されることで前記当接部材が定着フィルムを内側から加圧ローラ方向へ押圧するように構成されており、前記赤外線ヒータは、前記保持部材の内部に脱着可能に取り付けられていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の定着装置において、前記赤外線ヒータは、前記定着フィルムに対して離間して配置されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の定着装置において、前記光学センサと前記赤外線ヒータとの間の周長距離Ａが次式を満たすことを特徴とする。
Ａ≧ｖ×（ｔ１＋ｔ２）
ここで、ｖ：定着フィルムの線速［ｍｍ／ｓ］ ｔ１：温度センサの時定数［ｓ］
ｔ２：赤外線ヒータの時定数［ｓ］

請求項４に記載の画像形成装置の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の定着装置が備えられていることを特徴とする。

この発明は、前記のようであって、請求項１〜３に記載の発明によれば、無端状フィルムを基体として回転可能な定着フィルムと、この定着フィルムと圧接して定着ニップを形成する加圧ローラと、前記定着フィルムの内側から当接して該フィルムを加圧ローラ方向へ押圧する当接部材と、前記定着フィルムの温度を検知する温度検知手段と、前記定着フィルムを加熱する加熱手段と、が備えられ、前記温度検知手段の検知結果に基づいて加熱手段を制御して前記定着フィルムを所定の温度に加熱する定着装置において、前記温度検知手段は、前記定着ニップのシート材搬送方向下流側に配置された光学センサであり、前記加熱手段は、前記定着ニップのシート材搬送方向上流側に配置された赤外線ヒータであり、前記光学センサと前記赤外線ヒータとの間の周長距離Ａが、前記温度検知手段の応答時間と前記加熱手段の応答時間を加えたものに、前記定着フィルム回転時の周速を乗じた値以上となるように配置されているとともに、前記当接部材は、略中空円筒状の保持部材に固着された加圧板であり、前記保持部材が付勢手段で付勢されることで前記当接部材が定着フィルムを内側から加圧ローラ方向へ押圧するように構成されており、前記赤外線ヒータは、前記保持部材の内部に脱着可能に取り付けられているので、立ち上がり時間が短く必要な熱量を適宜追加するオンデマインド性を維持しつつ、定着フィルムの熱不足領域に加熱手段で確実に熱供給することができ、十分な定着性を確保することができる。また、定着ニップを直接加熱する方式ではないので、定着ニップ下流に進むにつれて温度が高くなるおそれが少なく、出力画像の光沢度を向上させることができる。
また、前記温度検知手段は、前記定着ニップのシート材搬送方向下流側に配置された光学センサであり、前記加熱手段は、前記定着ニップのシート材搬送方向上流側に配置された赤外線ヒータであるので、温度検知位置を定着ニップ出口側に配置することができ、定着フィルム全体の周長を小さくして、装置全体の大きさを小さくすることができる。
それに加え、赤外線ヒータは、保持部材の内部に脱着可能に取り付けられているので、定着装置の駆動機構や加圧機構などの構成を簡略化することができると共に、定着ニップの圧力を解除する圧力解除機構を設けることなく、交換頻度が比較的高い赤外線ヒータを交換することができる。よって、定着装置のメンテナンス性を向上させることができる。

請求項４の発明によれば、請求項１ないし３のいずれかに記載の定着装置が備えられているので、前記効果を画像形成装置で発揮することができる。

実施の形態に係る画像形成装置の概略構成を正面から見た状態で示す構成説明図である。 実施例に係る現像装置の鉛直断面図である。 同上の現像装置の要部を定着ローラの軸と垂直な方向から見た側面図である。 図３の現像装置において赤外線ヒータを挿脱する手順を示す側面図である。 実施例に係る現像装置の赤外線ヒータと温度センサの位置関係を主に示す構成説明図である。 定着ニップからの周長距離における定着フィルムの表面温度分布を表したグラフである。 （Ａ）は、温度センサと赤外線ヒータとの周長距離が式２を満たす場合、（Ｂ）は、式２を満たさない場合である。

以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態について説明する。

（画像形成装置全体の構成）
先ず、本発明に係る画像形成装置の全体構成について説明する。図１は、本発明に係る画像形成装置の一実施の形態として例示する複写機の概略構成を正面から見た状態（フロントドア側を正面として見た状態）で示す構成説明図である。図示する複写機１は、装置全体の筐体である装置本体１ａと、この装置本体１ａの最上部に配置され、原稿の画像情報を光学的に読み込むスキャナ（画像読取装置）である原稿読込部２と、この原稿読込部２の直下に配置され、後述の感光体ドラム４０の外周面を露光して静電潜像を書き込む露光部３と、この露光部３の直下に配置され、感光体ドラム４０上の静電潜像を現像してトナー像を形成する作像部４と、この作像部４の直下に配置され、作像部で形成されたトナー像をシート材に転写する転写部５と、この転写部５のシート材搬送方向下流側となる装置本体１ａの一側寄りに配置され、トナー像をシート材に定着する定着部６と、装置本体１ａの下部に配置され、シート材を給送する給紙部７と、から主に構成されている。また、装置本体１ａの一側面の外側には、手差しのシート材を給送する手差し用給紙装置である手差し部８が配設され、この手差し部８と反対側の装置本体１ａの一側面の外側には、画像が定着したシート材を積層載置する排紙部９も配設されている。

原稿読込部２は、原稿を載置する透明なコンタクトガラスを通して原稿を読み取る光学読取装置２０と、コンタクトガラスを被って開閉自在に設けられ、載置台２１に載置された原稿を自動搬送する自動原稿搬送装置２２（ＡＤＦ：オートドキュメントフィーダ）などから主に構成され、この光学読取装置２０は、移動する露光ランプなどの光源、この光源と共に移動するミラーなどの移動光学系を有し、光源から原稿に光を照射し、反射光をミラー、結像レンズなどを介してＣＣＤなどの画像読取素子に結像させて画像を読み込む機能を有し、ユーザがコンタクトガラス上にセットするか、又は自動原稿搬送装置２２で搬送される原稿の画像を自動的に読み取り、読み取った画像情報を電気信号に変換して図示しない書き込み用の制御手段へ送信する。

露光部３は、特に図示していないが、ＬＤ（レーザダイオード）等の光源と、走査用の回転多面鏡であるポリゴンミラー、それらを走査するポリゴンモータ、ｆθレンズ、ミラー等の走査光学系などから主に構成され、光源から後述の感光体ドラムの表面にレーザ光を照射して選択的に露光させ、静電潜像を書き込む露光装置（書き込み装置）の機能を有している。

作像部４は、ドラム形状の潜像担持体である感光体ドラム４０が中心に配置され、その感光体ドラム４０外周面に沿って帯電装置４１、現像装置４２、クリーニング装置４３が配設されており、帯電装置４１で感光体ドラム４０の外周表面を一様に帯電し（帯電工程）、画像情報に応じて露光部３から選択的にレーザ光を照射して感光体ドラム４０の外周表面の帯電レベルを低下させることにより静電潜像を書き込み（露光工程）、現像装置４２により静電気力を利用して静電潜像にトナーを転移させて現像し（現像工程）、感光体ドラム４０の外周表面上にトナー像を作像する作像装置の機能を有している。また、クリーニング装置４３は、後述の転写部５でトナー像を転写した後の感光体ドラム４０に付着する転写残トナーをクリーニングブレードで掻き取ってクリーニングする装置である。

転写部５は、搬送ベルト５０を有し、シート材を搬送する搬送手段と、転写バイアスを印加する転写バイアス印加手段を備え、前記作像部４との間に、感光体ドラム４０と搬送ベルト５０が弾接する転写ニップが形成されている。この転写部５は、転写バイアス印加手段で搬送ベルト５０を介して転写ニップに転写バイアスを印加し、静電引力により感光体ドラム４０上のトナー像を感光体ドラム４０外周面からシート材表面に転写する直接転写方式の転写装置としての機能を有している。

定着部６は、転写部５でトナー像が転写されたシート材に熱と圧力を加えて画像を定着する定着装置６０から主に構成されている。なお、定着装置６０の詳細な構成については、後述する。

給紙部７は、シート材としてそれぞれ所定の大きさのコピー用紙を収容可能な４段の給紙トレイ７０，７１，７２，７３を備え、各給紙トレイは、それぞれシート材分離装置７４，７５，７６，７７を有し、図示しない制御手段で選択された給紙トレイから対応するシート材分離装置で分離しつつコピー用紙を１枚ずつ搬送経路Ｋに給送する給紙装置としての機能を有する。また、この搬送経路Ｋは、コピー用紙を給紙部７から転写ニップへ向け搬送する経路であり、所定間隔毎に設けられた複数の搬送ローラ対Ｋ１や、感光体ドラム４０上のトナー像の位置とコピー用紙の先端位置との関係が所定の位置関係となるようにタイミングを調整して搬送するレジストローラ対Ｋ２などが設けられている。

手差し部８は、ユーザが任意のシート材を手差し給送するための載置台である手差しトレイ８０と、シート材分離装置８１とからなり、前述の搬送経路Ｋに連結し、手差ししたシート材を、この搬送経路Ｋを通じて２次転写ニップに給送する手差し用の給紙装置としての機能を有している。

排紙部９は、定着部６を通過して画像が定着されたシート材を装置本体１ａから排出する排紙ローラ対９０と、この排紙ローラ対９０から排紙されたシート材を積載・載置して収容する排紙トレイ９１とから、主に構成され、画像定着後のシート材を載置してストックしておく部位である。

（画像形成装置の作像プロセス及び動作）
次に、図１を用いて複写機１の作像プロセス及び動作について説明する。
先ず、載置台２１に載置された原稿が、自動原稿搬送装置２２によって図中の矢印方向に搬送され、原稿読込部２上を通過する。このとき、原稿読込部２では、原稿の画像情報が光学的に読み取られ、電気信号に変換された後、書き込み用の制御手段に送信される。

作像部４では、感光体ドラム４０を図中の時計回りに回転駆動させながら前記所定の作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程）を行って、感光体ドラム４０上に原稿の画像情報に対応した画像（トナー像）が形成される。

一方、給紙するコピー用紙の大きさに応じて制御手段等で給紙トレイが選択され、選択された給紙トレイの最上部に載置されたコピー用紙が、シート材分離装置で１枚ずつ分離されて、搬送経路Ｋを通じて搬送ローラ対Ｋ１により転写部５に向け搬送される。

レジストローラ対Ｋ２に到達したコピー用紙（シート材）は、レジストローラ対Ｋ２に当接して一時停止した後、レジストローラ対Ｋ２により感光体ドラム４０上に形成されたトナー像と位置合わせをするためにタイミングを合わせて転写ニップに向け搬送される。なお、手差トレイ８０からシート材を給紙する場合は、手差トレイ８０上に載置した最上部のシート材が、シート材分離装置８１により一枚ずつ搬送ローラにより直接レジストローラ対Ｋ２に供給される。

転写ニップでは、転写バイアスが印加されることにより、感光体ドラム４０からシート材にトナー像が転写される（転写工程）。そして、この転写工程が終了してトナー像がその表面に担持されたシート材は、そのまま搬送ベルト５０上を定着装置６０の定着ニップまで搬送される。

定着ニップに到達したシート材は、そこで定着装置６０によって熱と圧力が加えられて、担持されたトナー像が溶融・浸透されることによりシート材に定着される。最後に、画像が定着されたシート材は、排紙ローラ対９０により装置本体１ａから排出されて、排紙部９の排紙トレイ９１にスタックされ、一連の作像プロセスが完了する。

（定着装置の構成）
次に、本発明の実施例に係る定着装置の構成について図２、図３を用いて説明する。
図２に示すように、本発明の実施例に係る定着装置６０は、シート材Ｐと接触して熱を伝達する定着部材としての無端状フィルムからなる定着フィルム６１と、この定着フィルム６１に圧接して定着ニップを形成する加圧部材としての加圧ローラ６２と、トナー像を担持したシート材Ｐをこの定着ニップに案内する入口ガイド板６３と、画像定着後のシート材Ｐを定着ニップから用紙搬送路へ案内する出口ガイド板６４と、定着フィルム６１外周面の温度を検知する温度検知手段としての温度センサ６５などが、図示しないハウジング（定着装置の筐体）の中に設けられている。

この定着フィルム６１は、ポリイミド、ポリアミド、フッ素樹脂、金属等から可撓性を有する熱容量の小さい薄肉な無端ベルト状のエンドレスフィルムを基体として、その外周表面にトナーとの離型性を向上するため、ＰＦＡ（４フッ化エチレンバーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ＰＥＳ（ポリエーテルサルファイド）、等からなる離型層が形成されており、後述の加圧ローラ６２に圧接して図２の矢印方向に従動回転可能となっている。

また、この定着フィルム６１の内側には、定着フィルム６１を内面から押圧して加圧ローラ６２との間に定着ニップを形成する当接部材としての加圧板６６と、この加圧板６６及び定着フィルム６１を加熱する加熱手段としての赤外線ヒータ６７と、赤外線ヒータ６７の発する赤外線等の熱線を反射して所望の方向へ偏向する反射板６８と、これらを保持する保持部材６９などが設けられている。

なお、定着フィルム６１の内周面には、赤外線ヒータ６７の発する熱線を吸収し易くするために、吸収部材層を形成することが好ましい。具体的には、定着フィルム６１の内周面に黒色塗装を施すことにより、赤外線などの熱線の吸収率（熱への変換率）が向上して赤外線ヒータ６７による定着フィルム６１の加熱効率が高められる。

加圧ローラ６２は、軸６２ａを有した円筒形状の芯金６２ｂの外側にフッ素ゴム、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム等の弾性樹脂からなる弾性層６２ｃが形成された円筒ドラム形状のローラであり、この弾性層６２ｃの外周表面には、にＰＦＡ等からなる薄肉の離型層が形成されている。また、加圧ローラ６２は、定着装置６０の図示しないハウジングに軸支され、図示しない駆動機構により、図２中の矢印方向（反時計方向）に回転駆動可能に構成されている。なお、入口ガイド板６３、及び出口ガイド板６４も、前記ハウジングに固設・支持されている。

温度センサ６５は、定着フィルム６１の外周表面に対向して所定距離離間して配設された光学センサであり、定着フィルム６１の表面温度を光学的に検知して定着装置６０の制御手段等に測定値を送信する。この検知結果に基づいて、図示しない電源から後述の赤外線ヒータ６７への出力制御がなされて、定着フィルム６１の表面温度の温度制御がなされる。なお、配設位置については後で詳述する。

加圧板６６は、板厚が０．１ｍｍ程度の金属板からなり、加圧ローラ６２の軸方向を長手とし、加圧ローラ６２と対向する面がシート材Ｐの画像面（トナー像が担持されている方の面）に対して略平行となるよう平板状に、シート材搬送方向上流側及び下流側の縁を略直角に折り返した鉛直断面がコの字状に形成され、後述の保持部材６９に固着されている。また、この保持部材６９を介して付勢手段である後述の圧縮スプリング６９ａ，６９ｂにより、下方の加圧ローラ６２方向へ付勢され、加圧ローラ６２との間に定着ニップが形成される。

このように、付勢される加圧板６６は、加圧ローラ６２と対向する面が平面となっているので、定着フィルム６１とシート材Ｐとの密着性が高まり定着性が向上すると共に、定着ニップを通過するシート材Ｐにカールやシワが発生することを低減することができる。また、加圧板６６の出口側の縁が略直角に折り返されているため、その部分を通過する定着フィルム６１の曲率が大きくなり、定着ニップから送り出されたシート材Ｐを定着フィルム６１から分離し易くなっている。

なお、この加圧板６６と定着フィルム６１とが摺接する面には、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）コーティングが施されていることが好ましい。何故なら、これにより、加圧板６６に摺接する定着フィルム６１の内周面の磨耗を軽減することができるからである。

本実施例に係る赤外線ヒータ６７は、赤外線などの熱線を発して、定着フィルム６１を直接、及び加圧板６６を介して間接的に加熱するカーボンヒータであり、長手方向の両端付近を左右一対のホルダ６７ａ，６７ｂを介して後述の保持部材６９に保持されており、定着ニップの加圧力を解除しないで脱着可能となっている（図４参照）。

なお、赤外線ヒータ６７は、ハロゲンヒータなどの他の熱線を発するヒータでも構わないが、カーボンヒータを用いた場合には、ハロゲンヒータを用いた場合と比較して、オンオフ制御の自由度が高まり、ヒータのデューティが１００％に達する前に通電をオフする制御を繰り返しても断線することが少なく、経時における出力低下も軽減されるため好ましい。

また、赤外線ヒータ６７の形状は、定着フィルム６１の加熱効率が高くなるように、赤外線ヒータ６７から定着フィルム６１の法線方向に発せられる赤外線などの熱線がなるべく多くなる形状に最適化することが好ましい。

反射板６８は、赤外線ヒータ６７から離間して配置されたアルミニウム板の表面に鏡面仕上げを施した凹面鏡であって、加熱効率を高めるために、赤外線ヒータ６７から発せられた赤外線を反射して、定着フィルム６１や加圧板６６により多くの赤外線が入射するような形状となっている。

なお、本実施例では、反射板６８は、赤外線ヒータ６７から離間して設置されているが、赤外線ヒータ６７をハロゲンヒータとして、そのガラス管の一部に金メッキやアルミニウム蒸着を施すことにより、反射板としての機能を代用することもできる。

保持部材６９は、耐熱性樹脂から円筒中空状に形成され、定着フィルム６１内に設けられている加圧板６６、赤外線ヒータ６７、反射板６８を一体的に保持し、その円筒状の外周面で定着フィルム６１の従動回転を案内する機能を有している。この保持部材６９は、図３に示すように、その両端付近を圧縮スプリング６９ａ，６９ｂで下方にある加圧ローラ６２方向へ付勢され、保持部材６９の下方に固着された加圧板６６で定着フィルム６１を介して加圧ローラ６２に圧接し、定着ニップを形成する。

（赤外線ヒータの脱着の手順）
次に、図４を用いて赤外線ヒータ６７のメンテナンスを行うために定着装置６０から赤外線ヒータ６７を取り出す手順を説明する。
先ず、ネジ止めされている一方のホルダ６７ｂを保持部材６９から取り外す（図４の参照）。その後、取り外したホルダ６７ｂ側から、赤外線ヒータ６７を引き出して、新品の赤外線ヒータ６７と取り替える。定着装置６０に赤外線ヒータ６７を装着する場合には、前述と逆の手順で装着する。

（定着装置の動作）
次に、図２を用いて定着装置の動作について説明する。
画像形成装置１の電源スイッチが投入されると、赤外線ヒータ６７に電力が供給されると共に、加圧ローラ６２が図２の矢印方向に回転駆動される。これにより、加圧ローラ６２との摩擦力によって、定着フィルム６１も図２中の矢印方向に従動回転を開始する。その後、給紙部７からシート材Ｐが給紙されて、転写部５にてシート材Ｐ上に未定着のトナー像Ｔが転写される。そして、未定着画像トナー像Ｔが担持されたシート材Ｐは、入口ガイド板６３に案内されながら図２の矢印Ａ方向に搬送されて、圧接状態にある定着フィルム６１と加圧ローラ６２との間の定着ニップに送入される。

そして、赤外線ヒータ６７及び加圧板６６によって加熱された定着フィルム６１による加熱と、加圧板６６（定着フィルム６１）と加圧ローラ６２との圧接力（付勢手段である圧縮スプリング６９ａ，６９ｂの加圧力）によって、シート材Ｐの表面にトナー像Ｔが定着される。その後、定着ニップから送出されたシート材Ｐは、矢印Ａ’方向に搬送される。

（定着装置の作用効果）
以上のように、実施例に係る定着装置６０によれば、シート材Ｐと接触して熱を伝達する定着部材が熱容量の小さい定着フィルム６１となっているので、定着装置６０の立ち上がり時間を極めて短くすることができる。

また、加熱手段としての赤外線ヒータ６７が、定着フィルム６１及び反射板６８に対して離間して配置されているので、すなわち、赤外線ヒータ６７が、定着フィルム６１及び反射板６８からある程度ギャップを設けて設置されているので、加圧板６６が定着フィルム６１を介して加圧ローラ６２に圧接した状態で定着装置６０が輸送されても、赤外線ヒータ６７が定着フィルム６１及び反射板６８と接触するおそれが少なく、赤外線ヒータ６７の破損を抑止することができる。

それに加え、加圧板６６が定着フィルム６１を介して加圧ローラ６２に圧接された状態で、シート材Ｐが引き抜かれるようなジャム処理された場合であっても、ジャム処理動作によって赤外線ヒータ６７が定着フィルム６１及び反射板６８と接触するおそれが少なく、赤外線ヒータ６７の破損を抑止することができる。

更に、保持部材６９により、加圧板６６、赤外線ヒータ６７、反射板６８を一体的に保持して加圧ローラ６２に、圧縮スプリング６９ａ，６９ｂで押圧する構成のため、定着装置６０の駆動機構や加圧機構などの構成を簡略化することができると共に、定着ニップの圧力を解除する圧力解除機構を設けることなく、交換頻度が比較的高い赤外線ヒータ６７を容易に交換することができる。よって、定着装置のメンテナンス性を向上させることができる。

（赤外線ヒータと温度センサの位置関係）
次に、図５及び図６を用いて赤外線ヒータと温度センサの位置関係について説明する。
前述のように、本実施例に係る定着装置６０は、定着部材として非常に熱容量の小さい薄肉の定着フィルム６１を採用しているので、定着フィルム６１は、シート材に接触すると熱をシート材に伝達して急速に温度が低下する。表面温度が低下したまま定着フィルム６１が回転し、再度定着ニップに突入すると、定着不良などの画像不良を引き起こす原因となる。このため、定着フィルム６１が熱不足で定着ニップに突入しないよう定着フィルム６１の温度不足領域を赤外線ヒータ６７で所定の温度まで上げることが重要となってくる。

そこで、本実施例に係る定着装置６０では、温度検知手段である温度センサ６５を定着フィルム６１の回転方向において定着ニップの下流側に配置し、加熱手段である赤外線ヒータ６７を定着ニップの上流側に配置することにより、温度センサ６５で定着フィルム６１の温度不足を検知して赤外線ヒータＯＮの信号を出し、赤外線ヒータ６７で定着フィルム６１の温度不足領域を所定温度となるよう制御する。しかし、定着フィルム６１は、所定の線速度をもって回転しており、温度センサ６５及び赤外線ヒータ６７は、電子部品であり応答時間（時定数）が必要であり、温度センサ６５と赤外線ヒータ６７との距離が近すぎると（図５中の周長距離Ａが小さすぎると）、赤外線ヒータ６７で加熱を開始した時には定着フィルム６１の熱不足領域が、加熱個所（赤外線ヒータ６７と定着フィルム６１の距離が最短となる位置付近）を通過して、熱不足のまま定着ニップに突入してしまう（図６も参照）。

そのため、本実施例に係る定着装置６０では、温度センサ６５と赤外線ヒータ６７との距離を十分に取って設置しており、定着フィルム６１の熱不足領域に赤外線ヒータ６７で確実に熱供給することができ、十分な定着性を確保できるようになっている。具体的には、温度センサ６５と赤外線ヒータ６７との周長距離Ａが、次式（１）を満たすように配置されている。
Ａ≧ｖ×（Ｔ１＋Ｔ２）・・・式（１）
ここで、ｖ：定着フィルムの線速［ｍｍ／ｓ］ Ｔ１：温度センサの応答時間［ｓ］
Ｔ２：赤外線ヒータの応答時間［ｓ］

また、応答時間の指標として時定数を採用した場合、前記式（１）は、次式（２）となる。
Ａ≧ｖ×（ｔ１＋ｔ２）・・・式（２）
ここで、ｖ：定着フィルムの線速［ｍｍ／ｓ］ ｔ１：温度センサの時定数［ｓ］
ｔ２：赤外線ヒータの時定数［ｓ］

図６は、定着ニップからの周長距離における定着フィルムの表面温度分布を表したグラフを、（１）〜（４）の時間推移ごとに表したものであり、（Ａ）は、温度センサ６５と赤外線ヒータ６７との周長距離Ａが式（２）を満たす場合、（Ｂ）は、式（２）を満たさない場合のグラフである。図６から明らかなように、周長距離Ａが式（２）を満たさない場合は、定着フィルム６１に温度不足領域がそのまま定着ニップに突入してしまうことが分る。

具体的数値を代入してみると、例えば、温度センサに光学センサであるサーモパイルを用いると、時定数は０．１［ｓ］（＝ｔ１）となり、赤外線ヒータにカーボンヒータを用いると、時定数は０．６［ｓ］程度となる。しかし、これは常温室内環境からの立ち上がり時の値であり、実際印字動作中のヒータは高い温度帯でＯＦＦ/ＯＮを繰り返すため、ヒータ自体が熱を持っており、通常使用でのカーボンヒータの時定数は０．２［ｓ］（＝ｔ２）程度となる。線速を１５０［ｍｍ／ｓ］（＝ｖ）とし、計算をすると、Ａ≧４５［ｍｍ］となる。

要するに、本実施例に係る定着装置６０では、温度センサ６５は、定着ニップの用紙搬送方向下流側に配置され、赤外線ヒータ６７は、定着フィルム６１の回転方向において温度センサ６５の下流側、且つ定着ニップの上流側に配置されていると共に、温度センサ６５と赤外線ヒータ６７との周長距離Ａが、温度センサ６５の応答時間と赤外線ヒータ６７の応答時間を加えたものに、定着フィルム６１の周速を乗じた値以上となるように配置されているので、立ち上がり時間が短く必要な熱量を適宜追加するオンデマインド性を維持しつつ、定着フィルム６１の熱不足領域に加熱手段である赤外線ヒータ６７で確実に熱供給することができ、十分な定着性を確保することができる。また、定着ニップを直接加熱する方式ではないので、定着ニップ下流に進むにつれて温度が高くなるおそれが少なく、出力画像の光沢度を向上させることができる。

以上のように、この発明の実施の形態に係る画像形成装置としてモノクロ用の複写機を例に挙げて説明したが、必ずしもこのようなものに限られず、熱容量の比較的小さい定着フィルムを有し、この定着フィルムの表面温度を検知する温度検知手段の検知結果に基づいて加熱手段で適宜必要な熱量を定着フィルムに供給するオンデマンド方式の定着装置を備えた画像形成装置に適用することができる。

そして、発明の詳細な説明における光学読取装置、自動原稿搬送装置、露光部、作像部、転写部、給紙部、手差し部、排紙部等は、あくまでも一例を示したものであって、公知の装置・手段などの他の構成を採用することができる。その場合でも、前記課題に対して同様の作用効果を奏することは明らかである。また、図面で示した各構成部材の形状や構造等も、あくまでも好ましい一例を示すものであり、特許請求の範囲内で適宜設計変更可能であることは云うまでもない。
特に、電子部品の応答時間として時定数を採用したが、応答までの時間を実験等で計測するなど電子部品の個別の応答時間が分ればそれを適用することができる。

１ 複写機（画像形成装置）
６ 定着部
６０ 定着装置
６１ 定着フィルム（定着部材）
６２ 加圧ローラ（加圧部材）
６５ 温度検知手段（温度センサ）
６６ 加圧板（当接部材）
６７ 赤外線ヒータ（加熱手段）

特開２００２−００６６５６号公報 特開平０９−２６５２４４号公報 特開２００８−１２９０９２号公報

Claims (4)

1. 無端状フィルムを基体として回転可能な定着フィルムと、この定着フィルムと圧接して定着ニップを形成する加圧ローラと、前記定着フィルムの内側から当接して該フィルムを加圧ローラ方向へ押圧する当接部材と、前記定着フィルムの温度を検知する温度検知手段と、前記定着フィルムを加熱する加熱手段と、が備えられ、前記温度検知手段の検知結果に基づいて加熱手段を制御して前記定着フィルムを所定の温度に加熱する定着装置において、
   前記温度検知手段は、前記定着ニップのシート材搬送方向下流側に配置された光学センサであり、前記加熱手段は、前記定着ニップのシート材搬送方向上流側に配置された赤外線ヒータであり、
   前記光学センサと前記赤外線ヒータとの間の周長距離Ａが、前記光学センサの応答時間と前記赤外線ヒータの応答時間を加えたものに、前記定着フィルム回転時の周速を乗じた値以上となるように配置されているとともに、
   前記当接部材は、略中空円筒状の保持部材に固着された加圧板であり、前記保持部材が付勢手段で付勢されることで前記当接部材が定着フィルムを内側から加圧ローラ方向へ押圧するように構成されており、
   前記赤外線ヒータは、前記保持部材の内部に脱着可能に取り付けられていることを特徴とする定着装置。
2. 前記赤外線ヒータは、前記定着フィルムに対して離間して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記光学センサと前記赤外線ヒータとの間の周長距離Ａが次式を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
   Ａ≧ｖ×（ｔ１＋ｔ２）
   ここで、ｖ：定着フィルムの線速［ｍｍ／ｓ］ ｔ１：温度センサの時定数［ｓ］
   ｔ２：赤外線ヒータの時定数［ｓ］
4. 請求項１ないし３のいずれかに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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