JP6047856B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、記録媒体に画像を定着する定着装置、及び定着装置を備える画像形成装置に関する。

電子写真方式等の画像形成装置においては、記録媒体としての用紙にトナー画像を定着させる定着装置が設けられている。定着装置は、加熱部材によって加熱される定着回転体と、この定着回転体に当接する対向部材とを有し、定着回転体と対向部材との当接により形成されたニップ部を用紙が通過することにより、その用紙上のトナーが加熱溶融されて定着される。

一般的に、加熱部材は、通紙幅全体に渡って定着回転体を加熱するように構成されており、これによって用紙全体が加熱される。しかしながら、画像が用紙の一部の領域にしか存在しない場合は、画像の存在しない非画像領域において、熱エネルギーが無駄に消費されることになる。

そこで、非画像領域への無駄な熱エネルギー消費を削減するため、例えば、特許文献１〜３などには、記録媒体上の画像に応じて加熱領域を変更し、定着に必要な部分は加熱するが、定着に必要ない部分は加熱しないように構成された定着装置が提案されている。

上記のように、画像中の画像領域と非画像領域の分布に応じて加熱領域を変更する構成では、特に紙幅方向に画像領域と非画像領域とが混在する場合に、定着回転体、さらには対向部材の長手方向に温度差を生じることとなる。対向部材の表面に生じた温度差は、熱膨張差により対向部材の径寸法を変化させるため、対向部材の長手方向で用紙の搬送速度に差を生じて搬送異常（用紙でのしわの発生等）を発生させる要因となる。また、定着回転体の表面に生じた温度差は、熱膨張量の差に起因して熱応力を発生させるため、定着部材にキンクと呼ばれる変形を生じて画像品質を低下させる。これらの問題は定着回転体がベルトやフィルム等の可撓性の薄肉材で形成される場合により一層顕著なものとなる。

本発明は、かかる事情に鑑み、温度差による定着回転体や対向部材の変形を抑制できる定着装置、及びその定着装置を備えた画像形成装置を提供するものである。

上記課題を解決するため、本発明は、定着回転体と、前記定着回転体との間にニップ部を形成する対向部材と、前記定着回転体を加熱する加熱部材とを備え、加熱部材が、それぞれに給電可能でかつ記録媒体の幅方向に配置された複数の発熱体を具備し、ニップ部に供給された記録媒体の未定着画像が画像領域と非画像領域とを有する時に、複数の発熱体のうち、画像領域に対応する発熱体が高温となり、非画像領域に対応する発熱体が低温となるように各発熱体への供給電力が制御される定着装置において、非画像領域に対応する発熱体が隣接して複数存在する時に、画像領域に近い発熱体への供給電力を、画像領域から離れた発熱体への供給電力よりも大きくすることを特徴とするものである。

本発明によれば、定着回転体および対向部材の長手方向の一部領域で急激な温度差を生じることがない。そのため、定着回転体や対向部材の熱膨張差による変形を抑えることができ、しわの発生等の搬送異常を抑制し、あるいは画像品質の向上を図ることができる。

本発明を適用可能な画像形成装置の実施の一形態を示す概略構成図である。 定着装置の基本構成を示す断面図である。 定着装置の要部斜視図である。 画像形成パターンを示す平面図である。 通紙時のヒータの出力と定着ベルトの温度変化を示す図である。 通紙時の定着ベルトの温度と発熱体への供給電力との関係を示す図である。 通紙時の定着ベルトの温度と発熱体への供給電力との関係を示す図である。 通紙時の定着ベルトの温度と発熱体への供給電力との関係を示す図である。 通紙時の定着ベルトの温度と発熱体への供給電力との関係を示す図である。 用紙サイズと温度差との関係を示す表である。 用紙厚さと温度差との関係を示す表である。 加熱部材の他の実施形態を示す平面図である。 本発明を適用可能な他の定着装置の断面図である。 本発明を適用可能な他の定着装置の断面図である。 本発明を適用可能な他の画像形成装置の概略構成図である。

以下、添付の図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の実施の形態を説明するための各図面において、同一の機能もしくは形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すことにより一度説明した後ではその説明を省略する。

図１は、本発明の実施の一形態に係る画像形成装置の概略構成図である。
図１に示す画像形成装置は、モノクロ画像形成装置であり、その装置本体１の中央には、像担持体としての感光体２が配設されている。感光体２の周囲には、帯電手段としての帯電ローラ３と、露光手段を構成する光源４及びミラー５と、現像ローラ６を備える現像手段７と、転写手段８と、クリーニングブレード９を備えるクリーニング手段１０等が配設されている。

また、装置本体１には、記録媒体としての用紙Ｐを収容した給紙トレイ１１と、給紙トレイ１１から用紙Ｐを搬出する給紙ローラ１２と、タイミングローラとしての一対のレジストローラ１３と、用紙Ｐに画像を定着する定着装置１４と、用紙Ｐを装置外に排出する排紙ローラ１５とが設けられている。なお、記録媒体には、普通紙以外に、厚紙、はがき、封筒、薄紙、塗工紙（コート紙やアート紙等）、トレーシングペーパ、ＯＨＰシート等が含まれる。また、図示しないが、手差し給紙機構が設けてあってもよい。

続いて、図１を参照して、本実施形態に係る画像形成装置の基本的動作について説明する。
作像動作が開始されると、感光体２が図示しない駆動装置によって図の時計回りに回転駆動され、感光体２の表面が帯電ローラ３によって所定の極性に一様に帯電される。次いで、図示しない読取装置やコンピュータ等からの画像情報に基づいて、光源４から照射された露光光Ｌがミラー５を介して走査され、感光体２の帯電面に照射される。これにより、感光体２の表面に静電潜像が形成される。この静電潜像に対し、現像ローラ６からトナーが供給されることにより、静電潜像がトナー画像として顕像化（可視像化）される。

また、作像動作が開始されると、給紙ローラ１２が回転駆動を開始し、給紙トレイ１１から用紙Ｐが１枚ずつ分離して送り出される。送り出された用紙Ｐは、レジストローラ１３によって搬送が一旦停止され、姿勢のずれが矯正される。その後、レジストローラ１３を感光体２の回転に同期して回転駆動させ、感光体２上のトナー画像の先端と用紙Ｐの搬送方向先端の所定位置とが一致するタイミングで用紙Ｐを搬送する。そして、搬送される用紙Ｐ上に、感光体２上のトナー画像が、転写手段８によって形成された転写電界により転写される。トナー画像が転写された用紙Ｐは、定着装置１４へと搬送され、定着装置１４によって用紙Ｐ上のトナー画像が定着される。その後、用紙Ｐは、排紙ローラ１５によって装置外へ排出される。

なお、用紙Ｐ上に転写されずに感光体２上に残った残留トナーは、感光体２の回転に伴ってクリーニングブレード９に至り、クリーニングブレード９によって掻き落とされ除去される。そして、感光体２の表面は、図示しない除電手段によって除電され、次の作像工程に備えられる。

図２は、本実施形態に係る定着装置の基本構成を示す断面図である。
図２に示すように、定着装置１４は、定着回転体としての定着ベルト２１と、定着ベルト２１に当接してニップ部Ｎを形成する対向部材（又は対向回転体）としての加圧ローラ２２と、定着ベルトを加熱する加熱部材としてのヒータ２３とを備える。

定着ベルト２１は、薄肉で可撓性を有する無端状のベルト部材（フィルムも含む）で構成されている。具体的に、定着ベルト２１は、外径４０ｍｍで厚さ４０μｍのＳＵＳ製の基材２１ａと、この基材２１ａの外周面を被覆する厚さ１００μｍのシリコーンゴム製の弾性層２１ｂと、この弾性層２１ｂの外周面を被覆する厚さ５〜５０μｍのＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂製の離型層２１ｃとで構成されている。なお、定着ベルト２１の基材２１ａを、ポリイミド等の樹脂材料で構成してもよい。

加圧ローラ２２は、外径４０ｍｍで厚さ２ｍｍの鉄製の芯金２２ａと、この芯金２２ａの外周面を被覆する弾性層２２ｂとで構成されている。加圧ローラ２２の弾性層２２ｂは、シリコーンゴムで構成されており、その厚さは５ｍｍである。また、離型性を高めるため、弾性層２２ｂの外周面に厚さ４０μｍ程度のフッ素系樹脂から成る離型層を配設してもよい。

定着ベルト２１の内周側の加圧ローラ２２と対向する位置には、ニップ形成部材２４が配設されている。ニップ形成部材２４は、その両端部において、定着装置１４の図示しない側板に支持されている。このニップ形成部材２４に対し、加圧ローラ２２が加圧レバー等の加圧手段によって圧接せしめられることで、定着ベルト２１と加圧ローラ２２との圧接部において所定幅のニップ部Ｎが形成されている。なお、定着回転体と対向部材とを加圧を行わず単に当接させるだけの構成としてもよい。

また、加圧ローラ２２は、図示しないモータ等の駆動源によって図の矢印Ｂ方向に回転駆動するように構成されている。そして、加圧ローラ２２が回転駆動すると、その駆動力がニップ部Ｎで定着ベルト２１に伝達され、定着ベルト２１が図の矢印Ｃ方向に従動回転するようになっている。また、定着ベルト２１の内周側には、定着ベルト２１を支持するベルト支持部材２９が配設されている。

ヒータ２３は、サーマルヒータやセラミックヒータ等の面状又は板状の発熱体で構成されている。定着ベルト２１の内周側には、支持部材としてのステー３１が配設されており、このステー３１によって、ヒータ２３が、ニップ部Ｎよりも用紙搬送方向Ａの上流側で、定着ベルト２１の内周面に対向するように支持されている。また、ヒータ２３には電源２５が接続されており、電源２５からヒータ２３に電力が供給されるようになっている。この電源２５の出力は、加熱制御手段２６によって制御される。加熱制御手段２６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェース等を包含するマイクロコンピュータで構成されている。

また、定着装置１４は、ヒータ２３の温度を検知するヒータ温度検知手段としての第１のサーミスタ２７と、定着ベルト２１の温度を検知するベルト温度検知手段としての第２のサーミスタ２８とを備える。第１のサーミスタ２７は、ヒータ２３に直接接触するように配設され、第２のサーミスタ２８は、定着ベルト２１の外周面に対し、ヒータ２３よりもベルト回転方向Ｃの上流側で対向するように配設されている。各サーミスタ２７，２８で検知された温度情報は、加熱制御手段２６に入力されるようになっており、この入力情報に基づいて、加熱制御手段２６は電源２５の出力を制御するように構成されている。

また、定着ベルト２１の外周側でヒータ２３と対向する位置には、定着ベルト２１を加圧する押さえ部材としての押圧ローラ３０が配設されている。この押圧ローラ３０によって、定着ベルト２１が外周側からヒータ２３に向けて加圧されることで、定着ベルト２１がヒータ２３に接触するようになっている。押圧ローラ３０は、外径が１５ｍｍ乃至３０ｍｍであり、外径が８ｍｍの鉄製の芯金３０ａと、この芯金３０ａの外周面を被覆する厚さ３．５ｍｍ乃至１１ｍｍのシリコーンゴム製の弾性層３０ｂとで構成されている。また、離型性を高めるために、弾性層３０ｂの外周面に厚さ４０μｍ程度のフッ素系樹脂から成る離型層を配設してもよい。ここでは、押圧ローラ３０が図示しない加圧手段によって定着ベルト２１に圧接されているが、加圧手段による加圧を行わず、単に当接させるだけの構成としてもよい。

図２を参照しつつ定着装置の基本動作について説明する。
画像形成装置本体の電源スイッチが投入されると、電源２５からヒータ２３に電力が供給されると共に、加圧ローラ２２が図の矢印Ｂ方向に回転駆動を開始する。これにより、定着ベルト２１は、加圧ローラ２２との間の摩擦力によって、図の矢印Ｃ方向に従動回転する。

その後、上述の画像形成工程を経て未定着のトナー画像Ｇが担持された用紙Ｐが、定着ベルト２１と加圧ローラ２２との間のニップ部Ｎに搬送されると、用紙Ｐが加熱及び加圧され、用紙Ｐ上のトナー画像Ｇが定着される。そして、用紙Ｐはニップ部Ｎから搬出された後、機外に排出される。

以下、本実施形態に係る定着装置の構成について、さらに詳しく説明する。
図３に示すように、加熱部材としてのヒータ２３は、用紙Ｐの搬送方向と直交する幅方向に等間隔に配設された複数（図では７つ）の発熱体３２を有している。各発熱体３２は、それぞれに給電可能となるように電源４０に接続されており、各発熱体３２への供給電力は、加熱制御手段２６により互いに独立してコントロールされる。

具体的に、加熱制御手段２６は、複数の発熱体３２のうち、発熱させる発熱体３２を選択することによる用紙幅方向における加熱範囲の変更と、発熱体３２のＯＮ／ＯＦＦのタイミングを制御することによる回転方向における加熱範囲の変更と、発熱体３２の発熱量を制御することによる単位時間当たりの発熱量（加熱温度）の変更とを、行えるようになっている。なお、発熱体３２の発熱量（出力）の制御は、各発熱体３２に供給する電力を変更することで行われる。この供給電力の変更は、電圧をアナログ的に変更し、あるいは、点灯デューティー（所定時間中のＯＮ時間の比率）を変更することなどによって行われる。

画像形成装置の図示しない画像読取装置や外部機器から送信された画像信号は、図２に示す画像処理手段３３に入力され、所定の画像処理が行われる。画像処理手段３３からの画像情報は加熱制御手段２６に入力され、この画像情報に基づいて加熱制御手段２６が電源２５を介して各発熱体３２の出力を制御する。

例えば、図４（ａ）に示すように、用紙搬送方向Ａの先端側から順に、画像領域ａ、非画像領域ｂ、画像領域ｃが存在するように画像形成された用紙Ｐの場合、画像領域ａ，ｃでは定着が必要であるが、非画像領域ｂでは定着の必要はない。このような場合、加熱制御手段２６は、画像処理手段３３から得られた画像情報に基づき、非画像領域ｂに対応する定着ベルト２１の部位の温度を、画像領域ａ，ｃに対応する定着ベルト２１の部位の温度よりも低くなるようにヒータ２３を制御する。すなわち、この場合、画像領域ａ，ｃに対応する箇所では、全発熱体３２への電力供給を通常通り行うが、非画像領域ｂに対応する箇所では、全発熱体３２への電力供給を低減又は停止する。このように、非画像領域ｂに対応する箇所では、発熱体３２への供給電力を低減又は停止することで、非画像領域ｂへの無駄な熱エネルギー消費を削減することができる。

また、図４（ｂ）に示すように、用紙Ｐの幅方向に渡って、画像領域ｄと非画像領域ｅとが混在する場合は、複数の発熱体３２のうち、非画像領域ｅに対応する位置（図の右側）にある発熱体３２への電力供給を低減又は停止する。これにより、非画像領域ｅでの無駄な熱エネルギー消費を削減できる。

また、図４（ｃ）に示す例では、画像領域と非画像領域とが用紙Ｐの幅方向と搬送方向に渡って混在している。この場合は、図中の符号ｇの範囲と符号ｉの範囲とが重なり合った箇所に形成される非画像領域に対応して、発熱体３２への電力供給を低減又は停止することにより、上記と同様に、非画像領域での無駄な熱エネルギー消費を削減することができる。

図５は、図４（ａ）に示す用紙を通過させた場合のヒータの出力と定着ベルトの温度変化を示す図である。以下、図５を参照しつつ、定着ベルトの温度制御について説明する。

図５に示すように、用紙上の画像領域ａ，ｃがニップ部を通過するタイミングＴａ，Ｔｃでは、定着ベルトの温度が、定着に必要な所定の第１の目標温度Ｑ１となるように、発熱体への供給電力を制御する。一方、非画像領域ｂがニップ部を通過するタイミングＴｂでは、発熱体への電力供給を低減して、定着ベルトの温度が第１の目標温度Ｑ１よりも低い第２の目標温度Ｑ２となるように制御し、無駄な熱エネルギー消費を削減する。ここで、画像領域ａ，ｃがニップ部を通過しない時間Ｔｂ，Ｔ１，Ｔ２においては、発熱体への電力供給を完全に停止してもよいが、極端に温度が下がり過ぎると、同じ用紙あるいは次の用紙の画像領域がニップ部に供給された時に、該発熱体を第１の目標温度Ｑ１まで立ち上げることが困難となる。そのため、図５に示す例のように、発熱体の出力として、第１の目標温度Ｑ１に対応する出力Ｗ１よりも小さい出力Ｗ２を設定し、画像領域の非通過時Ｔｂ，Ｔ１，Ｔ２においては、小さい出力Ｗ２で加熱することにより、第１の目標温度Ｑ１よりも低いが室温よりは高い第２の目標温度Ｑ２に保つように制御することが望ましい。具体的な第２の目標温度Ｑ２は、ヒータ２３の性能や定着ベルト２１の熱容量等に応じて定められる。

また、一般的に、定着ベルトの加熱を開始してから、定着ベルトの温度が目標温度に達するまでには、一定の昇温時間を要する。従って、第１の目標温度Ｑ１に対応する出力Ｗ１での立ち上げを、画像領域ａの先端がニップ部に達した時点で開始した場合、第１の目標温度Ｑ１への昇温が間に合わない。そこで、図５に示す例のように、定着ベルトの昇温時間を考慮して、各画像領域ａ，ｃの先端がニップ部へ到達するよりも前のタイミングから、所定時間Ｔｘの間、出力Ｗ１による予熱を行うことが望ましい。ただし、省エネの観点から、予熱時間Ｔｘはできるだけ短い方が望ましい。また、定着ベルトの昇温時間は、定着ベルト自体の熱伝達率や回転方向の発熱長さなどによって異なるため、予め実験などにより特定しておくとよい。

なお、図５に示す例では、各画像領域ａ，ｃの定着温度を、同じ第１の目標温度Ｑ１に設定しているが、画像領域に応じて目標温度を異ならせてもよい。

例えば、各画像領域の画像の種類が、文字、写真、図などで異なる場合に、画像の種類に応じて各画像領域に対応する目標温度を異ならせてもよい。特に、画像が写真の場合は、画像の光沢度を上げる必要がある場合があるので、写真の画像領域に対しては目標温度を高く設定することで、所望の光沢度が得られる。

また、各画像領域の画像パターンが、ベタ画像、ハーフトーン画像、線画像、文字画像などで異なる場合や、画像パターンの処理方法が、ディザ法や誤差拡散法などで異なる場合、画像パターンや処理方法に応じて各画像領域に対応する目標温度を異ならせてもよい。各種画像パターンによってトナー粒子同士の孤立度合い又は密集度合いが異なっており、孤立している場合の方が密集している場合よりもトナーが剥がれやすいことが知られている。そのため、トナーが孤立している画像パターンに対しては、目標温度を上げて剥がれにくくし、反対に、トナーが密集している画像パターンに対しては、目標温度を下げることで消費エネルギーを削減することが可能である。

また、各画像領域のトナー付着量が異なる場合、それぞれ、定着に必要な温度が異なるため、画像情報に基づきトナーの付着量を把握しておき、これに応じて画像領域ごとに目標温度を異ならせてもよい。通常、トナーの付着量が多い画像では、トナーの溶融に多くの熱量が必要になるため、目標温度を上げる必要がある。反対に、トナーの付着量が少ない画像では、目標温度を下げて消費エネルギーの削減を図ることができる。

また、複数の色のトナーを用いるカラー画像形成装置においては、トナーの色によって定着に必要な熱量が異なる場合があるため、その場合、トナーの色に応じて目標温度を異ならせてもよい。例えば、ブラックのトナーは、イエロー、シアン、マゼンタ等の他の色のトナーに比べて、定着に必要な熱量が少なくてよい場合が多いため、ブラックのトナーのみ使用される画像領域では、目標温度を下げることで消費エネルギーの削減を図れる。

［第１の実施形態］
以下、本発明の特徴的構成を説明する。
図８は、ニップ部Ｎに達した用紙Ｐの幅方向に画像領域Ｘと非画像領域Ｙとが混在し（図４（ｂ）（ｃ）の態様）、かつ各非画像領域Ｙに対応する発熱体３２が複数存在する場合を表している。なお、同図は、用紙Ｐの幅方向中央に画像領域Ｘが形成されると共に、その両側に非画像部Ｙが形成された場合を例示している。図８に例示したヒータ２３は、８つの発熱体３２を有しており、そのうち左側の３つの発熱体３２Ｙが左側の非画像領域Ｙに対応し、右側の２つの発熱体３２Ｙが右側の非画像領域Ｙに対応している。定着ベルト２１の画像領域Ｘに対応する部分が、中央の３つの発熱体３２Ｘで第１の目標温度Ｑ１（例えば１６０℃）に加熱される。また、右側の非画像領域Ｙに対応する部分が右側の２つの発熱体３２Ｙで加熱され、左側の非画像領域Ｙに対応する部分が左側の３つの発熱体３２Ｙで加熱される。

本発明では、非画像領域Ｙに対応する発熱体３２Ｙへの供給電力に差を設け、そのうちで画像領域Ｘに近い発熱体３２Ｙ（例えば左から三番目の発熱体）に供給する電力を、画像領域Ｘから離れた発熱体３２Ｙ（例えば左端の発熱体や左から二番目の発熱体）に供給する電力よりも大きくしている。

定着ベルト各部は、対応する発熱体３２に供給される電力に応じた温度となる。また、定着ベルト各部で生じる温度差は、基本的に各発熱体３２に供給された電力の差に比例する。そのため、各発熱体３２に供給する電力を上記のように制御することで、定着ベルト２１の非画像領域Ｙに対応する表面に、段階的な温度変化を生じさせることができる。

特に本実施形態では、非画像領域の発熱体３２Ｙに供給する電力を、画像領域Ｘから遠い発熱体３２ほど段階的に小さくしている。そのため、非画像領域Ｙにおける定着ベルト２１の温度は、画像領域Ｘから遠ざかるほど第１の目標温度Ｑ１から段階的に降下する。この時、制御フローの簡略化を図るため、各段の温度差αは一定の値にするのが好ましい。温度差αを一定にするため、隣接する二つの発熱体３２の間（３２Ｙ同士の間、および３２Ｘと３２Ｙの間）で供給電力に差を設ける場合には、その差βを一定の値に設定する。

図８の例では、左側の非画像領域Ｙに対応する領域で定着ベルト２１の温度が第１の目標温度Ｑ１から３段階低下し、ベルト左端は第２の目標温度Ｑ２になっている。また、右側の非画像領域Ｙに対応する領域では温度が２段階低下し、ベルト右端は、第２の目標温度Ｑ２よりも高い温度になっている。

以上に述べた図８の構成と異なり、図６に示すように、非画像領域Ｙに対応する各発熱体３２Ｙに同じ電力Ｓ２を供給し、定着ベルト２１の非画像領域Ｙに対応する領域を全て第２の目標温度Ｑ２にすれば、定着ベルト２１の画像領域Ｘに対応する部分と非画像領域Ｙに対応する部分との境界部で温度差（Ｑ１−Ｑ２）が大きくなる。そのため、この境界部での熱膨張差により熱応力が生じて定着ベルト２１が変形するおそれがある。また、この温度差が伝播した加熱ローラ２２の表面でも熱膨張差が生じ、加圧ローラ２２の外径寸法が変動して、その長手方向の搬送速度が変動するおそれがある。図７に示すように、非画像領域の発熱体３２Ｙに供給する電力Ｓ２を図６よりも大きくすれば、非画像領域Ｙに対応する領域の温度が高くなるため、画像領域Ｘと非画像領域Ｙの境界部での温度差を小さくして上記の問題を回避することができるが、非画像領域Ｙの発熱体３２での消費電力が増えるため、エネルギーロスが増大する問題がある。

これに対し、図８に示す本発明の構成であれば、定着ベルト２１の一部領域での急激な温度変化を防止することができる。従って、非画像領域Ｙでのエネルギーロスを最小限に抑えつつ、熱膨張差による定着ベルト２１や加圧ローラ２２の変形を防止し、画像品質の低下や搬送異常（しわ等の発生）を回避することが可能となる。

特に、非画像領域Ｙに対応する発熱体３２Ｙが隣接して３つ以上存在する時には、この３つ以上の発熱体３２Ｙへの供給電力を、画像領域Ｘから遠くなるほど段階的に小さくすることにより、定着ベルト２１の温度変化をさらに小さくして、上記の効果をより確実に得ることが可能となる。

［第２実施形態］
図９に本発明の第２実施形態を示す。
この第２実施形態では、定着ベルト２１の最高温度と最低温度の差（最大温度差）αｍａｘが一定範囲内に設定されている。この最大温度差αｍａｘは、定着ベルト２１や加圧ローラ２２の変形を回避できる範囲内で極力大きくなるように設定される。この最大温度差αｍａｘが得られるように、各発熱体３２Ｘ，３２Ｙに同時供給される電力のうち、最大の電力値Ｓ１と最小の電力値Ｓ２との差βｍａｘが規定値として設定される。このように同時供給される電力の最大値Ｓ１と最小値Ｓ２の差βｍａｘを規定することで、熱膨張差による定着ベルト２１や加圧ローラの変形をより確実に防止することが可能となる。

以上に述べた定着ベルト２１の温度差αや最大温度差αｍａｘは、通紙する用紙サイズや用紙厚さによって異なる値に設定される。紙サイズが大きい場合（例えばＡ３サイズ）には、しわ等の搬送異常を生じ易くなるために温度差αは小さくするのが好ましい。逆に紙サイズが小さい場合（例えばＡ５サイズ以下）には、そのような搬送異常が生じにくいので温度差αを大きくすることができる。また、用紙サイズが小さい場合（例えばＡ５サイズ以下）には、加熱部材２３に投入する電力がその長手方向中央部のみに集中されるので、定着ベルト２１の温度上昇を大きくすることができる。そのため、Ｔ２を大きく設定することができる。

以上から、定着ベルト２１の温度差αと最大温度差αｍａｘは、用紙サイズに応じて例えば図１０に示すように設定することができる。この温度差αや最大温度差αｍａｘが得られるように、隣接する発熱体３２の供給電力の差βや最大差βｍａｘがそれぞれ設定される。

また、定着ベルト２１の温度差αや最大温度差αｍａｘは、ニップ部Ｎに通紙される紙の厚さに応じて定めることもできる。例えば薄紙の場合には、しわなどの搬送異常が発生しやすいので隣接温度差αや最大温度差αｍａｘを小さくし、逆に厚紙ではこの種の搬送異常が生じにくいので、隣接温度差αや最大温度差αｍａｘを大きく設定することができる。

以上から、定着ベルト２１の隣接温度差αと最大温度差αｍａｘは、用紙の厚さに応じて例えば図１１に示すように設定することもできる。この隣接温度差αや最大温度差αｍａｘが得られるように、隣接する発熱体３２の供給電力の差βや最大差βｍａｘが設定される。

なお、用紙サイズに基づいて設定された温度差αおよび最大温度差αｍａｘと、用紙厚さに基づいて設定された温度差αおよび最大温度差αｍａｘが異なる値となった場合には、より小さい温度差を選択する。また、第１の目標温度Ｑ１から最大温度差αｍａｘを減じた時の温度が第２の目標温度Ｑ２を下回ってはならない。第２の目標温度Ｑ２を下回る場合には、第２の目標温度Ｑ２をベルトの最低温度として設定し、その温度が得られるように供給電力を定める。

以上の説明では、ヒータ２３の各発熱体３２が同じ長さを有する場合を例示したが、一部の発熱体３２の長さを他より長くし、あるいは短くすることもできる。通常、画像領域Ｘは用紙Ｐの幅方向中央部に形成され、この画像領域Ｘに対応する中央の発熱体３２Ｘでは、温度差を設ける必要性は少ない。そのため、例えば図１２に示すように、中央の発熱体３２ａを他の発熱体３２よりも長く形成することもできる。この場合、長尺の発熱体３２ａを含む各発熱体３２に供給する電力は、発熱体３２の単位長さ当たりに供給される電力量を基準として制御される。

上記各実施形態では、定着回転体として定着ベルト２１を用い、加熱手段として定着ベルト２１の内周側から加熱するヒータ２３を用いた場合を例に説明したが、本発明を適用可能な定着装置はこれに限らない。

例えば、本発明は、図１３に示すように、定着回転体として定着ローラ６０を用い、加熱手段として定着ローラ６０の外周側から加熱するヒータ２３を用いた構成にも適用可能である。この実施形態における定着ローラ６０は、外径４０ｍｍで厚さ１ｍｍのアルミニウム製の芯金６０ａと、この芯金６０ａの外周面を被覆する断熱層６０ｂと、この断熱層６０ｂの外周面を被覆する熱伝導層６０ｃと、この熱伝導層６０ｃの外周面を被覆する離型層６０ｄとで構成されている。

断熱層６０ｂは、シリコーンゴムで形成されており、厚さは３ｍｍである。また、断熱層６０ｂの断熱機能をより高めるために、熱の逃げが少ない発泡シリコーンゴムで断熱層６０ｂを形成してもよい。

熱伝導層６０ｃは、ニッケルで形成されている。ただし、熱伝導層６０ｃの材料は、ニッケルに限らず、ステンレスなどの鉄系合金、アルミニウムや銅などの金属系、グラファイトシートなど、熱伝導性が少なくとも断熱層６０ｂよりも高い材料であればよい。このような熱伝導性の良い熱伝導層６０ｃを設けることで、ヒータ２３の発熱ムラによる定着ローラ６０の表面温度の局部的な温度のばらつきを低減することができる。また、熱伝導層６０ｃによって、ヒータ２３を配設した領域よりもやや広い領域において温度上昇させることができるため、画像とのずれを補填することができるという利点もある。これにより、ヒータ２３を構成する複数の発熱体３２の大きさや間隔等の設定の自由度が広がる。

離型層６０ｃは、ＰＴＦやＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂で形成されており、厚さが５〜３０μｍである。

また、図１３に示す定着装置１４は、ヒータ２３に電力を供給する電源２５と、画像処理手段３３から得られた情報に基づきヒータ２３を制御する加熱制御手段２６と、ヒータ２３の温度を検知する第１のサーミスタ２７と、定着ローラ６０の温度を検知する第２のサーミスタ２８とを備えているが、これらの構成は、基本的に上記実施形態と同様であるので説明を省略する。

なお、図１３では、ヒータ２３が定着ローラ６０の表面に接触する構成となっているが、コイルとインバータを用いたＩＨ方式による非接触式の加熱手段を用いてもよい。ＩＨ方式とした場合、加熱用のコイルを定着ローラ６０の軸方向に渡って複数配設したり、あるいは、磁束をキャンセルする部材を定着ローラ６０の軸方向に渡って複数配設したりすることで、加熱領域や加熱量を制御できるようになる。

また、図１４に示すように、図２に示す定着装置において、加熱部材２３を定着ベルト２１内部であってニップ部Ｎを形成する部位に配置することもできる。この場合、加熱部材２３をニップ形成部材２４としても機能させることになる。

また、本発明を適用可能な画像形成装置は、図１に示すようなモノクロ画像形成装置に限らない。

本発明は、例えば、図１５に示すようなカラー画像形成装置に搭載される定着装置にも適用可能である。
図２０に示すカラー画像形成装置は、装置本体１に対して着脱可能な４つのプロセスユニット２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋを備えている。各プロセスユニット２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋは、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の異なる色の現像剤を収容している以外は同様の構成となっている。具体的に、各プロセスユニット２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋは、感光体２と、感光体２の表面を帯電させる帯電ローラ３と、現像ローラ６を備える現像手段７と、感光体５の表面をクリーニングするクリーニング手段１０などを備える。

各プロセスユニット２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋの上方には、転写手段８として、中間転写ベルト１６と、複数の一次転写ローラ１７と、二次転写ローラ１８とが設けられている。また、各プロセスユニット２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋの下方には、露光装置１９が設けられている。

以下、図２０に示すカラー画像形成装置の基本的な作像動作について説明する。
作像動作が開始されると、各プロセスユニット２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋにおける各感光体２が回転駆動され、各感光体２の表面が帯電ローラ３によって所定の極性に一様に帯電される。帯電された各感光体２の表面には、露光装置１９からレーザー光がそれぞれ照射されて静電潜像が形成される。このとき、各感光体２に露光する画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの色情報に分解した単色の画像情報である。このように各感光体２上に形成された静電潜像に、各現像手段７によってトナーが供給されることにより、静電潜像はトナー画像として顕像化（可視像化）される。

また、作像動作が開始されると、中間転写ベルト１６が図の矢印で示す方向に回転駆動される。そして、各感光体２の回転に伴い、感光体２上の各色のトナー画像が各一次転写ローラ１７の位置に達したときに、一次転写ローラ１７と感光体２との間に形成された転写電界によって、各感光体２上のトナー画像が中間転写ベルト１６上に順次重ね合わせて転写される。かくして、中間転写ベルト１６の表面にフルカラーのトナー画像が担持される。また、転写後の各感光体２の表面は、クリーニング手段１０によってクリーニングされた後、図示しない除電装置によって除電される。

また、装置本体１の下部では、給紙ローラ１２が回転駆動を開始し、給紙トレイ１１から用紙Ｐが搬送路Ｒに送り出される。搬送路Ｒに送り出された用紙Ｐは、レジストローラ１３によって搬送が一旦停止された後、所定のタイミングで二次転写ローラ１８と中間転写ベルト１６との間に搬送される。そして、二次転写ローラ１８と中間転写ベルト１６との間に形成された転写電界によって、中間転写ベルト１６上のトナー画像が用紙Ｐ上に一括して転写される。その後、用紙Ｐは定着装置１４へと搬送され、定着装置１４によって用紙Ｐ上のトナー画像が当該用紙Ｐに定着された後、排紙ローラ１５によって用紙Ｐが装置外へ排出される。

以上の説明は、用紙上にフルカラー画像を形成するときの画像形成動作であるが、４つのプロセスユニット２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋのいずれか１つを使用して単色画像を形成したり、２つ又は３つの作像部を使用して、２色又は３色の画像を形成したりすることも可能である。

また、本発明を適用可能な画像形成装置は、上記のものに限らず、その他のプリンタ、複写機、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等であってもよい。

１４ 定着装置
２１ 定着ベルト（定着回転体）
２２ 加圧ローラ（対向部材）
２３ ヒータ（加熱部材）
２４ ニップ形成部材
２５ 電源
２６ 加熱制御手段
３０ 押さえ部材
３２ 発熱体
３２Ｘ 画像領域の発熱体
３２Ｙ 非画像領域の発熱体
Ｎ ニップ部
Ｐ 用紙（記録媒体）
Ｘ 画像領域
Ｙ 非画像領域

特開平６−９５５４０号公報 特開２００１−３４３８６０号公報 特開２００５−１８１９４６号公報

Claims (8)

1. 定着回転体と、前記定着回転体との間にニップ部を形成する対向部材と、前記定着回転体を加熱する加熱部材とを備え、加熱部材が、それぞれに給電可能でかつ記録媒体の幅方向に配置された複数の発熱体を具備し、ニップ部に供給された記録媒体の未定着画像が画像領域と非画像領域とを有する時に、複数の発熱体のうち、画像領域に対応する発熱体が高温となり、非画像領域に対応する発熱体が低温となるように各発熱体への供給電力が制御される定着装置において、
   非画像領域に対応する発熱体が隣接して複数存在する時に、画像領域に近い発熱体への供給電力を、画像領域から離れた発熱体への供給電力よりも大きくすることを特徴とする定着装置。
2. 非画像領域に対応する発熱体が隣接して３つ以上存在する時に、この３つ以上の発熱体への供給電力を、画像領域から遠くなるほど段階的に小さくした請求項１記載の定着装置。
3. 隣接する二つの発熱体への供給電力の差を一定にした請求項２記載の定着装置。
4. 前記供給電力の差を記録媒体のサイズもしくは厚さに応じて定める請求項３記載の定着装置。
5. 各発熱体に同時供給される電力のうち、最大値と最小値の差を規定値に設定する請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置。
6. 前記規定値を記録媒体のサイズもしくは厚さに応じて定める請求項５記載の定着装置。
7. 加熱部材の対向位置に、加熱部材に向けて定着回転体を押圧する押さえ部材を配置した請求項１〜６何れか１項に記載の定着装置。
8. 請求項１〜７何れか１項に記載の定着装置を有する画像形成装置。

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