JP2009003047A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】未定着トナー像を加熱加圧して記録媒体に定着させる定着装置において、定着ロールの軸線方向における外周面の温度分布を制御する。
【解決手段】加熱源を有した定着ロール２の外周面に接触して外部加熱ロール６、７を配置する。定着ロールは、周面に沿って弾性体層を有する。外部加熱ロールは加熱源を内蔵し、外径は軸線の中央部がなだらかに拡大されたクラウン形状となっている。定着ロールの軸線方向における小サイズの記録媒体が使用されたときの通紙領域及び非通紙領域で周面温度を温度検知手段４ａ、４ｂにより検出し、この検出値に基づいて外部加熱ロールの定着ロールへの押圧力を切り替え、定着ロールの軸線方向の温度分布を制御する。また、定着ロールに圧接される外部加熱ロールの背後から見たときに、定着ロールの軸線と外部加熱ロールの軸線とが所定の角度αとなるように配置し、定着ロールの軸線方向の温度を制御することもできる。
【選択図】図５

Description

本発明は、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置において用いられ、記録媒体上に保持した未定着トナー像を加熱及び加圧し、記録媒体に定着させる定着装置に関する。

トナーを用いて可視像を形成する画像形成装置の定着装置としては、定着ロールと、この定着ロールに圧接された加圧部材とを有するものが広く用いられている。この定着装置では、定着ロールと加圧部材とが互いに圧接された状態で、少なくとも定着ロールが回転駆動され、圧接部（ニップ部）に記録媒体を送り込んで、この記録媒体に保持されている未定着トナー像を加熱及び加圧する。
上記定着ロールは、例えばアルミニウムなどの中空円筒状の芯金と、その内部にハロゲンランプ等の加熱源とを備えており、周面がトナー像の定着に適した温度に加熱される。

このような定着ロールは、搬送される記録媒体のサイズにより、その通過領域と非通過領域とで定着ロールの周面温度に差が生じやすくなる。つまり、記録媒体の通過領域では熱が記録媒体に移動し周面温度が低くなるが、非通過領域は記録媒体への熱の移動がなく周面温度が高くなる。

特許文献１には、使用される記録媒体のサイズによって加熱ロールの端部付近で温度が過度に上昇するのを抑制しようとする定着装置が記載されている。
この定着装置は、熱源を内蔵する加熱ロールの基材上に弾性層を設け、加圧部材を圧接させることにより圧接部を形成しており、圧接部に記録紙を挟み込んでトナー像を定着させるものである。そして、加熱ロールの外周面に外部加熱ロールを圧接するものとし、この外部加熱ロールの軸線方向における両端部付近で加熱を抑制するように熱源を配置している。また、加熱ロールの軸線方向における両端部で外周面に冷却ロールを圧接し、この領域で加熱ロールの表面温度を低下させることが記載されている。
特開２００３−２９５６５８号公報

上記のように加熱ロールによってトナー像を加熱する定着装置では、一般に使用される最大サイズの記録媒体の幅に対応して全幅を充分に加熱することができるように加熱源が設けられる。この定着装置では、最大サイズより小さいサイズの記録媒体を連続して使用すると、小サイズの記録媒体の通紙領域で加熱ロールから記録媒体に熱が奪われる。そして、この部分の温度を検出して適切な定着が可能な温度となるように加熱源を制御すると、非通紙領域の温度が上昇し、過加熱状態となる。このような状態では、記録媒体の幅方向の両端付近にハーフトーン画像がある場合、高温となった非通紙領域の影響でトナーのオフセットが生じることがある。また、通紙領域と非通紙領域とで大きな温度差が生じると、その後に大きなサイズの記録媒体を使用したときに、定着された画像に光沢むら等の欠陥が生じる。

例えば、Ａ３サイズよりやや大きいいわゆるＡ３ノビサイズの記録媒体を用い、Ａ３サイズより大きい範囲に画像を形成することを可能とした画像形成装置では、次のような欠陥が生じることがある。このような画像形成装置の定着装置では、Ａ３ノビサイズの範囲について充分に加熱してトナー像を定着することができるものとなっている。このため、Ａ３サイズの記録媒体を連続して使用すると、定着ロールの端部付近のみが高温となり、Ａ３サイズの画像の幅方向における両端付近にハーフトーンの画像があると、いわゆるノンビジュアルオフセットが生じる傾向が強くなる。このようなオフセットは、一見は目立ち難いものではあるが、画像の汚れを引き起こすものとなる。Ａ３サイズより小さい記録媒体を用いる場合も同様の問題が生じ得る。

一方、特許文献１に記載されているように、外部加熱ロールとして、加熱源からの熱供給量が両端部付近で低減されたものを用いると、最大サイズの記録媒体が使用されるときに、両端部を充分に加熱することができない。特に、画像形成装置の起動時等、急速に加熱ロールを加熱するときに、上記のような外部加熱ロールを用いると、加熱ロールの軸線方向に温度差が生じてしまう。また、使用される記録媒体の全てのサイズに対応して、それぞれ加熱範囲の異なるロールを用いることは、装置の大型化や製作コストの上昇を招くことになる。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、定着ロールの軸線方向における外周面の温度分布を制御し、使用される最大サイズの記録媒体について、良好な定着画像が得られるとともに、小さいサイズの記録媒体を用いるときにも、非通紙領域の過加熱による画像欠陥を防止することができる定着装置を提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、 内部に加熱源を備え、回転駆動される定着ロールと、 該定着ロールの外周面に圧接され、前記定着ロールとの圧接領域に未定着トナー像が保持された記録媒体を挟みこんで加圧する加圧部材と、 前記定着ロールの表面温度を、該定着ロールの軸線方向の異なる位置で検出する複数の温度検知手段と、 前記定着ロールの外周面に、軸線方向に沿って接触するように配置され、内部に加熱源を有する１本又は複数本の外部加熱ロールとを有し、 前記定着ロール及び前記外部加熱ロールの少なくとも一方は、これらの間の接触圧によって変形する弾性層を全周にわたって備えるものであり、 前記温度検知手段は、搬送されるすべてのサイズの記録媒体が通過する通紙領域及び搬送される最大サイズの記録媒体より幅方向の寸法が小さい記録媒体が接触しないで通過する非通紙領域の少なくとも２カ所の温度を検出するものであり、 前記温度検知手段による検出信号に基づいて、前記外部加熱ロールと前記定着ロールとの軸線方向の接触圧の分布を変化させる定着装置を提供する。

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、 前記外部加熱ロールは、外径が軸線方向になだらかに変化しており、 前記外部加熱ロールと前記定着ロールとの軸線方向の接触圧の分布は、前記温度検知手段の検出信号に基づいて、前記外部加熱ロールと前記定着ロールとの圧接力を変更することによって変化させるものとする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の定着装置において、 前記外部加熱ロールは、外径が軸線方向の端部より中央部で拡大するようになだらかに変化するものであり、前記外部加熱ロールと前記定着ロールとはそれぞれの両端部を支持して圧接力を変更するものとする。

請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載の定着装置において、 前記外部加熱ロールは、前記定着ロールと接触する位置の後方側から見たときに、前記外部加熱ロールの軸線と前記定着ロールの軸線とが所定の角度となるように支持されているものとする。

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の定着装置において、 前記外部加熱ロールは、前記定着ロールと接触する位置の後方側から見たときに、前記外部加熱ロールの軸線と前記定着ロールの軸線とが所定の角度となるように支持され、 前記外部加熱ロールと前記定着ロールとの軸線方向の接触圧の分布は、前記温度検知手段の検出信号に基づいて前記外部加熱ロールと前記定着ロールとの圧接力を変更することによって変化させるものとする。

請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の定着装置において、 前記外部加熱ロールは、前記定着ロールと接触する位置の後方側から見たときに、前記外部加熱ロールの軸線と前記定着ロールの軸線とのなす角度αを、これらの軸線が平行となる位置を含む範囲で変更することが可能となっており、 前記外部加熱ロールと前記定着ロールとの軸線方向の接触圧の分布は、前記温度検知手段の検出信号に基づいて前記角度αを変更することによって変化させるものとする。

請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項３までのいずれかに記載の定着装置において、 記録媒体の種類、サイズ、厚さ又は坪量の少なくともいずれかと前記温度検出手段による検出信号とに基づいて、前記外部加熱ロールと前記定着ロールとの軸線方向の接触圧の分布を変化させるものとする。

請求項１に係る発明の構成によれば、温度検知手段により検出された検知信号に基づいて、外部加熱ロールが定着ロールと接触する接触圧の軸線方向の分布が変化し、これによって定着ロールの軸線方向における熱供給量の分布を制御することができる。つまり接触圧が大きい範囲では定着ロール又は外部加熱ロールの弾性層が大きく変形して接触域の周方向の長さが大きくなる。これにより、接触圧の大きい範囲で外部加熱ロールから定着ロールに供給される熱量を多くすることができる。また、接触圧の小さい範囲では供給される熱量を少なくすることができる。これにより非通紙領域の温度上昇を抑えることができ、定着ロールの端部付近の過加熱による画像欠陥を抑制することができる。

請求項２に係る発明の構成によれば、外部加熱ロールの外径が拡大されている部分で定着ロールとの接触圧が大きくなり、接触幅が広くなる。これにより、外径が拡大されている部分で外部加熱ロールから定着ロールに供給される熱量が多くなる。また、外部加熱ロールを押し付ける力を調整することによって、外径が拡大されている範囲で定着ロールと接触し、外径が小さい範囲では定着ロールと離隔させることもできる。一方、外部加熱ロールを定着ロールに強く押し付けたときには定着ロールの周面の全幅にわたり、周方向に広い範囲で接触する。このような状態では外部加熱ロールの外径の違いによる周方向の接触範囲の違いは、小さな比となり、供給される熱量の違いも小さな比となる。したがって、定着ロールの周面を全幅にわたってほぼ均等に加熱することもできる。

請求項３に係る発明の構成によれば、定着ロールの軸線方向における中央部で外部加熱ロールからの熱量を多くし、端部で少なくすることができる。特に、圧接力を小さく調整して、端部付近で外部加熱ロールを定着ロールから離隔することができ、端部付近への熱伝導を遮断することができる。一方、外部加熱ロールを強く押圧したときには、定着ロールの周方向の広い範囲で外部加熱ロールと接触する。そして、両端部を押圧して外部加熱ロールを圧接すると、この外部加熱ロールの軸線に湾曲するようなたわみが生じ、軸線方向の両端部で接触圧を増大する効果が生じる。これにより、外径が中央部で拡大されていることと相殺され、軸線方向に接触圧の差が少ない分布となる。したがって、外部加熱ロールの定着ロールに対する押圧力を調整することにより、軸線方向の両端部で熱供給量が少ない状態と、軸線方向に沿ってほぼ均等な熱量が供給される状態とを切り換えることが可能となる。

請求項４に係る発明の構成によれば、定着ロールの軸線方向における一部の範囲で外部加熱ロールを定着ロールに強く押し付け、この範囲から離れるにしたがって接触圧が小さくなるように圧接することができる。したがって、外部加熱ロールから多くの熱量が供給される範囲と少ない熱量が供給される範囲との供給される熱量の差を大きく設定することが可能となる。

請求項５に係る発明の構成によれば、定着ロールの軸線方向における一部の範囲で外部加熱ロールを定着ロールに強く押し付け、定着ロールに対して供給される熱量を大きくすることができる。そして、圧接力を変更することによって多くの熱量が供給される範囲を拡大又は縮小することができる。これによって、定着ロールの軸線方向に温度分布を調整することが可能となる。

請求項６に係る発明の構成によれば、定着ロールの軸線方向における一部の範囲で外部加熱ロールを定着ロールに強く押し付け、定着ロールに対して供給される熱量を大きくすることができる。そして、外部加熱ロールの背後から見たときに定着ロールの軸線と外部加熱ロールの軸線とが重なり合う場合、つまりこれらの軸線が平行となるように配置されたときには、軸線方向にほぼ均等に熱量が供給される。したがって、定着ロールの軸線方向における温度分布の調整を適切に行うことが可能となる。

請求項７に係る発明の構成によれば、使用される記録媒体によって定着ロールに生じる温度差が異なるものとなっても、これに対応して良好な画像の定着が可能な温度分布とすることができる。

以下、本願発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、本願発明の一実施形態である定着装置を示す概略構成図である。
この定着装置１は、中心軸回りに回転が可能に支持された定着ロール２と、この定着ロール２の表面の温度を検出する２つの温度検知手段４ａ、４ｂと、定着ロール２の外周面を外側から補助的に加熱する２本の外部加熱ロール６、７と、圧力ロール９及び２つの支持ロール１１に張架され、上記定着ロール２に圧接されるエンドレスベルト８と、このエンドレスベルト８の内周面に接触して支持され、定着ロール２の外周面に沿ってエンドレスベルト８を押圧する圧力付与部材１０とで主要部が構成されている。また、定着ロール２の周囲には、離型剤を供給する離型剤供給装置１２、及び定着ロール２の外周面に付着したトナーや紙紛を除去するクリーニング装置１３が配置されている。そして、回転駆動される定着ロール２とエンドレスベルト８との圧接部に未定着のトナー像を保持した記録シートＰ（記録媒体）が送り込まれると、定着ロール２からの熱移動によってトナー像を加熱するとともに加圧して記録シート上に圧着するものとなっている。トナー像が定着された記録シートはガイド部材１４に案内され、排出ロール１５によって装置外へ送り出される。

上記定着ロール２は、導電性を有する金属製の円筒状芯金２ａを有し、この芯金２ａの周りに耐熱性の弾性体層２ｂおよび離型層２ｃが積層されている。そして、この芯金２ａがフランジ及び支持軸により画像形成装置の本体フレーム（図示せず）に回転が可能に支持されている。
定着ロール２の円筒状芯金２ａには、熱伝導性や剛性にすぐれたアルミニウム、鉄及びステンレス等の金属等を用いることができる。本実施例ではアルミニウムからなる円筒体を芯金とし、弾性体層２ｂにはシリコーンゴムを使用している。離型層２ｃは、炭化ケイ素粉末を分散したＰＴＦＥ樹脂等を用いることができる。
また、図１に示すように、定着ロール２の内部には加熱源としてハロゲンランプ２ｄが配設されており、定着ロール２の軸線方向の全長にわたってほぼ均等に熱が供給されるものとなっている。

前記温度検知手段４は、定着ロール２の外周面と接触して温度を検出する温度センサが使用されている。これらは、図３に示すように、通紙領域で定着ロールの外周面の温度を検出する第１の温度検知手段４ａと、非通紙領域の温度を検出する第２の温度検知手段４ｂとを含むものである。
第１の温度検知手段４ａは、定着ロール２の軸線方向のほぼ中央部で定着ロール２の外周面に接触して配置されている。つまり、定着ロールの中央部を規準にして搬送されるすべてのサイズの記録シートが通過する領域内で定着ロール２の外周面の温度を検出するものである。
第２の温度検知手段４ｂは、定着ロール２の軸線方向の端部付近において外周面の温度を検出するように配置されている。つまり、第２の温度検知手段４ｂによって温度が検出される位置は、最大サイズの記録シートが通過する範囲であるが、小サイズの記録シートが通過する範囲からはずれた位置となっている。

温度検出手段４ａ、４ｂは、定着ロール２の周面に接触した状態で温度を測定するものであり、ゼーベック効果を利用した熱電対や、抵抗の温度係数が大きい素子を用いたサーミスタ等が用いられる。これらの接触式の温度センサは安価であるため、装置のコストを低減することができる。
なお、温度センサは、定着ロールの表面と非接触で温度を検出するもの等を使用することもできる。
また、本実施の形態では、２つの温度検知手段４ａ、４ｂを配置しているが、３カ所以上に配置することにより、さらに細かく温度分布を検出することもできる。

前記エンドレスベルト８は、ポリイミド等の耐熱性樹脂フィルムにより形成され、定着ロール２と離れた位置に配置された２個の支持ロール１１と定着ロール２に押し付けるように配置されている圧力ロール９の周囲に巻き回されている。圧力ロール９は定着ロール２の弾性層に大きな変形が生じる程度に押し付けられており、この圧力ロール９の圧接部を通過する記録シートＰが定着ロール２から容易に剥離するものとなっている。

前記圧力付与部材１０は、図１に示すように、ベースプレート１０ａの上に弾性層１０ｂと低摩擦層１０ｃとを積層して形成したものであり、圧縮コイルスプリング１０ｄによってベースプレート１０ａが定着ロール２に向けて付勢されている。ベースプレート１０ａはステンレス鋼製の部材である。

前記離型剤供給装置１２は、離型剤を貯蔵するタンク１２ａ、このタンク１２ａから離型剤を汲み上げる多孔質材料からなる汲み上げ部材１２ｂ、汲み上げ部材１２ｂと接触して配置され周面上に離型剤を保持する供給ロール１２ｃ、この供給ロール１２ｃ及び定着ロール２に接触して供給ロール１２ｃから供給された離型剤を定着ロール２の表面にほぼ均等に塗布する塗布ロール１２ｄ、及び供給ロール１２ｃの表面に供給された離型剤の量を規制し、塗布ロール１２ｄに供給される離型剤の量を調整する離型剤規制部材１２ｅ、とで主要部が構成されている。

前記クリーニング装置１３は、定着ロール２の表面を清掃するクリーニングロール１３ａと、クリーニングロール１３ａ及び外部加熱ロール６に圧接されるベルト状のクリーニングウェブ１３ｂと、巻き回されたクリーングウェブ１３ｂを徐々に送り出す送り出しロール１３ｃと、送り出しロール１３ｃから送り出されたクリーングウェブ１３ｂを巻き取る巻き取りロール１３ｄと、クリーニングウェブ１３ｂを背面からクリーニングロール１３ａ及び外部加熱ロール６に押圧する押圧ロール１３ｅと、で主要部が構成されている。

クリーニングウェブ１３ｂは、不織布にシリコーンオイルを含浸させた一連の帯状の部材となっている。そして、未使用分が巻き回された送り出しロール１３ｃから引き出されて巻き取りロール１３ｄに巻き取られるまでに、外部加熱ロール６及びクリーニングロール１３ａの周面に圧接されている。したがって、外部加熱ロール６及びクリーニングロール１３ａが回転することによってこれらの周面を清掃するものとなっている。上記クリーニングウェブ１３ｂは、ゆっくりとした速度で送り出しロールから巻き取りロールに巻き取られることによって、常に新しい部分が外部加熱ロール６及びクリーニングロール１３ａの周面に接触し、長期間に渡って良好な清掃を可能とするものである。

外部加熱ロール６、７は、図１に示すように、導電性を有する金属製の円筒状芯金６ａ、７ａに離型層６ｂ、７ｂを積層して構成されたロールであり、両端部で支持されて定着ロール２の外周面に押圧されている。外部加熱ロール６、７は、加熱源としてハロゲンランプ６ｃ、７ｃを内部に備えており、これらのハロゲンランプ６ｃ、７ｃは外部加熱ロール６，７の軸線方向にほぼ均等に熱を供給するものとなっている。そして、この加熱ロール６，７が定着ロール２の周面に接触することにより、定着ロール２の外周面を外側から加熱するものである。
なお、外部加熱ロール６、７の加熱源としてはハロゲンランプ６ｃ、７ｃに限られる
ものではない。また、配設される外部加熱ロールは１本でも複数本であってもよい。

上記外部加熱ロール６の両端部は、図２に示すように、定着ロール２の軸線に対して進退が可能に支持されており、ステッピングモータ１６によって回転駆動されるカム１７を介して定着ロール２側に押し付けられている。つまり、カム１７が回転することによって外部加熱ロール６の支持軸６ｄを変位させ、外部加熱ロール６の定着ロール２への押圧力を制御するものとなっている。このカム１７によって外部加熱ロール６を押し付ける力は、第１の押圧力、これより弱い第２の押圧力及び外部加熱ロール６が定着ロール２から離隔される状態の３段階に変化させるものとなっている。
なお、カム１７に代えてソレノイド等を使用して押圧力の調整をすることもできる。

また、外部加熱ロール６，７は、図３に示すように、その外径が軸線方向の端部よりも中央部に向けて連続して拡大する形状、つまり、クラウン形状となっている。この形状を有することにより、外部加熱ロール６が上記カム１７の回転で定着ロール２の外周面へ大きな押圧力で圧接される場合には、外部加熱ロール６は軸線方向のほぼ全長で定着ロール２の外周面に接触する。さらに、図４（ａ）に概念的に示すように、定着ロール２と外部加熱ロール６とは両端部で支持された状態で強く圧接されることにより双方の軸線は湾曲するようにたわみが生じ、図４（ｂ）に示すように、軸線方向に接触圧の分布が均等に近い状態となる。したがって、外部加熱ロール６から定着ロール２への熱移動量の分布は、図４（ｃ）に示すように、ほぼ均等なものとなる。

一方、定着ロール２への押圧力を小さくした場合は、図５（ａ）に示すように、外部加熱ロール６の軸線方向の端部が定着ロール２の周面から離隔されるが、中央部分は接触している。したがって、定着ロール２の軸線方向における中央部付近では、外部加熱ロール６から定着ロール２に多くの熱量が供給され、端部付近では熱の伝導が遮断される。このように、外部加熱ロール６の定着ロール２への押圧力を変化させ、定着ロール２へ移動する熱量の分布を定着ロール２の軸線方向で変化させ、定着ロール２の温度分布を制御するものとなっている。

本実施の形態では、２本の外部加熱ロール６、７の双方が上記クラウン形状を有しているが、１本だけがクラウン形状を有するものであってもよい。
また、一方の外部加熱ロール６の外径が軸線方向に変化する曲線は他の外部加熱ロール７の変化曲線と異なっていてもよい。
さらに、押圧力の制御も外部加熱ロール毎に行うこともできる。
このように、押圧力の制御、クラウン形状の有無又はクラウン形状とする外径の変化曲線を外部加熱ロールごとに変化させることによって定着ロール２の軸線方向の温度を精度良く制御することができる。

また、図６（ａ）に示すように、定着ロール２に押し付けられる外部加熱ロール６を背後から見たときに、外部加熱ロール６の軸線が定着ロール２の軸線と所定の角度αを有した状態で配置することもできる。
このように外部加熱ロール６が配置されることにより、外部加熱ロール６と定着ロール２との接触圧の分布は定着ロール２の軸線方向の中央部付近で大きくなり端部付近で小さくなる。これにより、図６（ｂ）に示すように接触領域の周方向の長さは、定着ロール２の軸線方向における中央部で大きくなり、端部付近と中央部とで外部加熱ロール６からの熱移動量の差が大きくなる。
なお、外部加熱ロールが２本以上あるときには、外部加熱ロール毎に上記角度αを変えることもできる。

次に、温度検知手段４により検出された温度及び記録シートのサイズに基づいて外部加熱ロール６、７の定着ロール２に対する押圧力を制御する工程について説明する。
図７は、押圧力の制御を示すフローチャートである。
用紙の走行が開始されるときには、初期設定である第１の押圧力で外部加熱ロール６、７は定着ロール２に押し付けられており、定着ロール２の軸線方向の全長に熱を供給する（ＳＴ１）。そして、装置に入力された情報又はセンサ等によって検知された信号により用紙サイズを認識する（ＳＴ２）。認識した用紙サイズがこの装置で使用できる最大サイズであった場合、外部加熱ロール６、７に作用する第１の押圧力を維持する（ＳＴ３）。そして、通紙領域で温度を検出する第１の温度検知手段の検知信号に基づいて定着ロール２が内蔵する加熱源２ｄ及び外部加熱ロールの加熱源６ｃ、７ｃを制御し、定着ロール２の表面温度を定着に適した温度に制御する（ＳＴ４）。この状態で画像の定着動作を行い（ＳＴ５）、所定の枚数の定着が完了したときに用紙の走行を終了する。

一方、認識した用紙サイズが最大サイズでない場合、定着ロール２の非通紙領域の温度を第２の温度検知手段４ｂで検出し（ＳＴ６）、第１の温度検知手段４ａによって検出された温度と比較する（ＳＴ７）。これらの温度差が予め設定されている値以下であった場合は、第１の押圧力を維持して定着動作を行う（ＳＴ８，ＳＴ９，ＳＴ１０）。用紙走行を継続して行い、非通紙領域の温度が上昇して第１の温度検知手段４ａと第２の温度検知手段４ｂとの検出温度の差が設定されている所定の温度差より大きくなっていると、外部加熱ロール６、７の定着ロール２への押圧力が第２の押圧力に切り替わる（ＳＴ１１）。また、第２の押圧力で継続して用紙走行を継続して行い（ＳＴ９，ＳＴ１０）、上記温度差が所定の値より小さくなっているときには、外部加熱ロール６，７の押圧力は再度第１の押圧力に設定される（ＳＴ８）。第２の押圧力で外部加熱ロール６が定着ロール２に押圧されていると、定着ロール２の端部への熱移動が少なくなり、軸線方向における中央部と端部との温度差が減少する場合も生じ得るものである。その後、設定された枚数の定着動作が全部終了したことが確認されると用紙走行は終了する。

上記温度差は、使用される用紙の種類、坪量によって、設定を変更するものとなっており、例えば、表１に示すように設定される。
ここで、坪量とは１平方メートルあたりの記録シート１枚の重量をいい、記録シートの種類は普通紙とコート紙を対象としている。また、第１の押圧力はクラウン形状を有した外部加熱ロール６、７の軸線方向の全長が定着ロール２の外周面に接触する押圧力であり、第２の押圧力よりも強い力に設定するものである。一方、第２の押圧力は第１の押圧力よりも弱い力で、外部加熱ロール６、７の軸線方向の両端部は定着ロール２の両端部から離間している状態である。

以上に説明した実施の形態では、外部加熱ロールは中央部で外径が拡大した、いわゆるクラウン形状のものが用いられているが、外部加熱ロールの背後から見たときの定着ロールの軸線と外部加熱ロールの軸線とが所定の角度αとなるように配置されているときには、軸線方向に同径の外部加熱ロールを用いることもできる。このような外部加熱ロールを用いても、定着ロール２に対する押圧力を変化させることによって接触圧の分布を変えることができる。

一方、説明した実施の形態では、外部加熱ロールの背後から見たときの定着ロールの軸線と外部加熱ロールの軸線とのなす角度αは、一定となっているが、この角度αを変化させることもできる。角度を変化させる機構は、ソレノイドやステッピングモータを用いて外部加熱ロールを支持する軸受けの位置を移動させることによって実現することができる。

このような定着装置では、外部加熱ロールと定着ロールとが平行となる位置つまり上記角度αが０°となるように外部加熱ロールを支持したときには、定着ロールの軸線方向の全域において外部加熱ロールを定着ロールに押し付けることができる。そして、定着ロールの端部にも外部加熱ロールから熱を供給することができる。一方、上記角度αを所定の値に設定することによって、外部加熱ロールと定着ロールとが端部付近で離隔し、定着ロールの端部への熱伝導を遮断することができる。

また、上記のように外部加熱ロールの軸線と定着ロールの軸線とのなす角度αが変化する定着装置では、外部加熱ロールとして軸線方向の外径が一定のロールを用いることができる。
なお、上記のように角度αを変化させるときには、外部加熱ロールを定着ロールに押し付ける力を変化させても良いが一定とすることもできる。
また、複数の外部加熱ロールを備えるときに、上記角度αを外部加熱ロール毎に独立して制御することもできる。このように制御することによって、外部加熱ロール毎に角度αが異なるように設定することができ、定着ロールへ供給される熱量の分布をより適切に制御することも可能となる。

さらに、２本以上の外部加熱ロールが定着ロールに圧接されている定着装置において、一部の外部加熱ロールについては、外径が軸線方向に変化するものとして、定着ロールに対する押圧力を変化させ、他の外部加熱ロールは、背後から見たときの外部加熱ロールの軸線と定着ロールの軸線とのなす角度αを変化させることもできる。また、３本以上の外部加熱ロールを配置した場合は、それぞれの外部加熱ロールを独立して制御してもよいし、複数のグループごとに分けて制御してもよい。

以上に説明した定着装置は記録シートＰの位置をその中心で制御する、いわゆるセンターレジを採用した装置を前提に外部加熱ロールの形状をクラウン形状としている。また、定着ロールに圧接される外部加熱ロールを背面側から見たときに、定着ロールの軸線と外部加熱ロールの軸線とが定着ロールの軸線方向の中央部で交差し、中央部で最も接触圧が大きくなるように設定している。これに対し、記録シートＰの位置をその側縁で制御する、いわゆるサイドレジを採用した定着装置では、図８（ａ）に示すように外部加熱ロール２１として外径が軸線方向の一方の端部付近で縮小されるものを用いることができる。また、図８（ｂ）に示すように定着ロール２２に圧接される外部加熱ロール２３の背面側から見たときに、定着ロール２２の軸線と外部加熱ロール２３の軸線とが一方の端部付近で交差し、この端部付近で最も接触圧が大きくなるように押圧することによって対応することができる。

本願発明の一実施形態である定着装置を示す概略構成図である。 図１に示す定着装置の定着ロールに外部加熱ロールを押圧する機構を示す概略図である。 図１に示す定着装置の定着ロールに圧接される外部加熱ロールを示す概略正面図である。 図１に示す定着装置の定着ロールと外部加熱ロールとの接触状態であって、外部加熱ロールが定着ロールに強く押し付けられたときの状態を概念的に示す図である。 図１に示す定着装置の定着ロールと外部加熱ロールとの接触状態であって、外部加熱ロールが定着ロールに弱い力で押し付けられたときの状態を概念的に示す図である。 定着ロールに押し付けられる外部加熱ロールを背後から見た図であって、外部加熱ロールの軸線が定着ロール２の軸線と所定の角度αを有する状態を示す概略図である。 外部加熱ロールを定着ロールへ押し付ける押圧力を制御する工程を示すフロー図である。 本願発明の他の実施形態である定着装置における外部加熱ロールの形状及び配置を示す概略図である。

符号の説明

１：定着装置、 ２：定着ロール、 ２ａ：芯金、 ２ｂ：弾性体層、 ２ｃ：離型層、 ２ｄ：ハロゲンランプ（加熱源）、 ４：温度検知手段、 ６、７：外部加熱ロール、 ６ａ，７ａ：芯金、 ６ｂ，７ｂ：離型層、 ６ｃ，７ｃ：ハロゲンランプ（加熱源）、 ８：エンドレスベルト、 ９：圧力ロール、 １０：圧力付与部材、 １１：支持ロール、 １２：離型剤供給装置、 １３：クリーニング装置、 １４：ガイド部材、 １５：排出ロール、 １６：ステッピングモータ、 １７：カム

Claims (7)

1. 内部に加熱源を備え、回転駆動される定着ロールと、
   該定着ロールの外周面に圧接され、前記定着ロールとの圧接領域に未定着トナー像が保持された記録媒体を挟みこんで加圧する加圧部材と、
   前記定着ロールの表面温度を、該定着ロールの軸線方向の異なる位置で検出する複数の温度検知手段と、
   前記定着ロールの外周面に、軸線方向に沿って接触するように配置され、内部に加熱源を有する１本又は複数本の外部加熱ロールとを有し、
   前記定着ロール及び前記外部加熱ロールの少なくとも一方は、これらの間の接触圧によって変形する弾性層を全周にわたって備えるものであり、
   前記温度検知手段は、搬送されるすべてのサイズの記録媒体が通過する通紙領域及び搬送される最大サイズの記録媒体より幅方向の寸法が小さい記録媒体が接触しないで通過する非通紙領域の少なくとも２カ所の温度を検出するものであり、
   前記温度検知手段による検出信号に基づいて、前記外部加熱ロールと前記定着ロールとの軸線方向の接触圧の分布を変化させることを特徴とする定着装置。
2. 前記外部加熱ロールは、外径が軸線方向になだらかに変化しており、
   前記外部加熱ロールと前記定着ロールとの軸線方向の接触圧の分布は、前記温度検知手段の検出信号に基づいて、前記外部加熱ロールと前記定着ロールとの圧接力を変更することによって変化させることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記外部加熱ロールは、外径が軸線方向の端部より中央部で拡大するようになだらかに変化するものであり、前記外部加熱ロールと前記定着ロールとはそれぞれの両端部を支持して圧接力を変更するものであることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. 前記外部加熱ロールは、前記定着ロールと接触する位置の後方側から見たときに、前記外部加熱ロールの軸線と前記定着ロールの軸線とが所定の角度となるように支持されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の定着装置。
5. 前記外部加熱ロールは、前記定着ロールと接触する位置の後方側から見たときに、前記外部加熱ロールの軸線と前記定着ロールの軸線とが所定の角度となるように支持され、
   前記外部加熱ロールと前記定着ロールとの軸線方向の接触圧の分布は、前記温度検知手段の検出信号に基づいて前記外部加熱ロールと前記定着ロールとの圧接力を変更することによって変化させることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
6. 前記外部加熱ロールは、前記定着ロールと接触する位置の後方側から見たときに、前記外部加熱ロールの軸線と前記定着ロールの軸線とのなす角度αを、これらの軸線が平行となる位置を含む範囲で変更することが可能となっており、
   前記外部加熱ロールと前記定着ロールとの軸線方向の接触圧の分布は、前記温度検知手段の検出信号に基づいて前記角度αを変更することによって変化させるものであることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
7. 記録媒体の種類、サイズ、厚さ又は坪量の少なくともいずれかと前記温度検出手段による検出信号とに基づいて、前記外部加熱ロールと前記定着ロールとの軸線方向の接触圧の分布を変化させることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれかに記載の定着装置。
   
   
   
   

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