JP4760296B2 - 定着装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの複合機等の電子写真方式などを用いた画像形成装置の定着装置に関し、特に、加熱定着方式における温度制御を行う定着装置及びこれを用いた画像形成装置に関するものである。

特開２００１−２８２０３３号公報

従来、電子写真方式等の画像形成装置に用いられる定着装置は、定着回転体として、内部に加熱源を有する加熱ロールと、この加熱ロールに圧接するように配設された加圧ロールとを備え、未定着画像が形成された記録媒体をこれらの定着回転体間に挿通（通紙）させ、この未定着画像を定着する構成が一般的である。

このような定着ロール（加熱ロール、加圧ロール）を備えた定着装置では、紙しわの発生を防ぐために、ロール形状が、その軸方向両端部の外径が中央部の外径に比し大きくなるようなテーパを設けた、いわゆる逆クラウン形状に形成された定着ロールが用いられている。

しかし、近年は、薄紙から厚紙まで多様な記録媒体に対応する必要があり、上記ロール形状の設計の自由度が低くロールの外径管理が難しいため、コストアップが生じていた。

このような問題に対処するために、加熱ロールの両端部温度と中央部温度との温度差を調節することで加圧ロール端部の熱膨張量を制御し、薄紙から厚紙まで対応する先行技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

具体的には、この特許文献１では、加熱ロール及び加圧ロールの軸線方向におけるニップの通紙領域内の端部温度が中央部温度より高くなるように設定された定着装置が開示されている。

しかしながら、上述の特許文献１に開示された先行技術では、定着ロールの軸方向端部の温度が中央部よりも常時高い状態で通紙させるため、端部でのホットオフセットの発生や、加圧ロール端部の寿命の短命化といった問題が生じていた。

そこで、本発明は、上述のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、所定の場合にのみ、端部温度が中央部温度よりも高くなるように加圧ロールを加熱し、紙しわの発生を防止すると共に、端部オフセットや加圧ロール端部の短命化を防止することができる定着装置及びこれを用いた画像形成装置を簡易な構成で安価に提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の定着装置は、内部に加熱源を有する加熱ロールと、この加熱ロールに圧接する加圧ロールとを有し、該加熱ロールと加圧ロールとで形成されるニップ領域に未定着画像が形成された記録用紙を通紙させ、該記録用紙を加熱加圧することにより該未定着画像を定着する定着装置であって、前記加熱ロールの表面温度が、前記未定着画像の定着を可能とする所定の定着可能温度に到達した後、前記加圧ロールの表面温度状態に応じて、前記加圧ロールの軸方向両端部温度が中央部温度よりも高くなるように、所定の期間、前記加熱ロールを介して前記加圧ロールの端部を加熱することを特徴とするものである。

一般に、加圧ロールの表面温度は、加熱ロールの表面温度が所定の定着可能温度に到達した後の待機状態において、放射冷却により、一旦その表面温度が低下した後、加熱ロールからの熱伝導により、再び上昇し、その後、一定の温度に収束して定常状態となる。

そして、紙しわの発生は、このような加圧ロールの表面温度状態と大きな相関を有することが判明している。

そこで、このように構成した本発明の定着装置は、加熱ロールの表面温度が、所定の定着可能温度に到達した後、加圧ロールの表面温度状態に応じて、加圧ロールの軸方向両端部温度が中央部温度よりも高くなるように、所定の期間、加熱ロールを介して加圧ロールの端部を加熱するので、紙しわの発生と相関を有する加圧ロールの表面温度状態に応じて端部加熱を行うことにより、加圧ロールの軸方向両端部を中央部に比し熱膨張させ、ニップ領域に通紙された記録用紙を軸方向に引っ張る力を生成し記録用紙の紙しわの発生を防止すると共に、所定の期間のみ、このような端部加熱を行うことにより、過度の端部加熱による端部オフセットの発生や加圧ロールの端部の短命化を防止することができる定着装置を簡易な構成で安価に実現することができる。

また、前記加圧ロールの端部加熱は、前記加熱ロール及び加圧ロールが停止している待機状態において、前記加圧ロールの温度が定常状態に収束する前に、前記記録用紙が前記ニップ領域に通紙されるようなタイミングで該記録用紙の搬送が開始された場合に、前記所定の期間の加熱ロールの端部加熱及び空回転により行われてもよい。

ここで、空回転とは、ニップ領域に記録用紙が通紙されていない状態で、定着ロール（加熱ロール及び加圧ロール）を回転させることをいうものとする。

一般に、紙しわの発生は、加圧ロールの表面温度が定常状態に収束する前に記録用紙が定着ニップ領域に通紙された場合に、顕著に発生することが判明している。

そこで、上述のように構成した場合には、加熱ロール及び加圧ロールが停止している待機状態において、加圧ロールの温度が定常状態に収束する前に、記録用紙がニップ領域に通紙されるようなタイミングで該記録用紙の搬送が開始された場合に、前記所定の期間の加熱ロールの端部加熱及び空回転により加圧ロールの端部加熱が行われるので、加圧ロールの表面温度が定常状態に収束する前の紙しわが発生し易い状態で記録用紙が定着ニップ領域に通紙された状況でも、端部加熱による軸方向の引っ張り力を発生させ、より適切に効果的に紙しわの発生を防止し、併せて、通紙前の空回転による所定の期間のみの加圧ロールの端部加熱により、安定した定着処理を妨げることなく、過度の端部加熱による端部オフセット及び加圧ロール端部の短命化をより効果的に防止することができる。

さらに、前記所定の期間は、前記加熱ロールの表面温度が前記定着可能温度に到達してから前記加圧ロールの表面温度が定常状態に収束するまでの期間であってもよい。

このように構成した場合には、所定の期間が、加熱ロールの表面温度が定着可能温度に到達してから加圧ロールの表面温度が定常状態に収束するまでの期間であるので、紙しわが顕著に発生し易い、ウォームアップ完了後（加熱ロールの表面温度が定着可能温度に到達後）から加圧ロールの表面温度が定常状態に収束するまでの期間を端部加熱により補償して紙しわの発生を防止し、併せて、紙しわの発生防止に必要十分な所定の期間のみの加圧ロールの端部加熱により過度の端部加熱による端部オフセット及び加圧ロール端部の短命化をより効果的に防止することができる。

以上において、前記加圧ロールの端部加熱は、電源投入後に前記記録用紙を最初に通紙させる際に行ってもよいし、坪量の小さい記録用紙を通紙させる際に行ってもよいし、両面印刷時に行ってもよい。

一般に、紙しわの発生は、電源投入後に記録用紙を最初に通紙する際、用紙坪量の小さい薄紙を通紙させる際、両面印刷時に発生し易い。特に、両面印刷時には、例えば、表面の印字定着処理を行った際にカールや波うちが発生し、この状態で、裏面を印字定着する際には、紙しわが発生し易くなる。

そこで、このように構成した場合には、加圧ロールの端部加熱が、電源投入後に記録用紙を最初に通紙する際、坪量の小さい記録用紙を通紙させる際、両面印刷時に実行されるので、紙しわの発生が顕著な問題となる状況において、より適切に効果的に紙しわの発生を防止すると共に、オフセットの発生や加圧ロール端部の短命化をより効果的に防止することができる。

さらに、本発明は上述の定着装置を備えた画像形成装置をも対象とする。

本発明によれば、簡易な構成で安価に、紙しわの発生を防止すると共に、端部オフセットや加圧ロール端部の短命化を防止する定着装置及びこれを用いた画像形成装置を実現することができる。

以下に、本発明に係る実施の形態を図面を参照して説明する。

まず、本発明が適用可能な画像形成装置の一実施形態の概略構成について、図１を参照して説明する。図１は本発明に係わるタンデム型カラー画像形成装置１００の概略構成図である。

この画像形成装置１００においては、画像読取装置１０２より読み取られたカラー原稿のカラー画像情報、図示しないパーソナルコンピュータや画像データ入力装置等から送られてくるカラー画像情報等が入力され、入力された画像情報に対して画像処理が行われるようになっている。

図１において、１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色トナー画像を形成する画像形成ユニットであり、複数の張架ロールにより張架された無端状の中間転写ベルト９の進行方向に沿って１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの順で直列に配設されている。また、中間転写ベルト９は、これらの画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋで順次形成された各色のトナー像が、互いに重ね合わされた状態で転写される中間転写体であり、各画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋに対応する静電潜像担持体である感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋのそれぞれに対向して配設される一次転写ロール６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋとの間に挿通され、矢印方向に循環移動可能に形成されている。そして、中間転写ベルト９上に多重に転写された各色のトナー像は、給紙カセット１７等から給紙された記録媒体としての記録用紙１８上に一括して転写された後、定着装置１５によって記録用紙１８上に定着され、その後、カラー画像が形成された記録用紙１８が外部に排出されるようになっている。なお、符号ＣＲは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含んで構成され画像形成装置１００における処理全般を制御する装置コントローラである。

ここで、画像読取装置１０２は、プラテンガラス上に載置された原稿を不図示の光源によって照明し、原稿からの反射光像を、走査光学系を介してＣＣＤセンサ等からなる画像読取素子によって所定の解像度で読み取るように構成されている。

また、各画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、同様に構成されており、大別して、矢印方向に沿って所定の回転速度で回転する感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋと、この感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋの表面を一様に帯電する帯電手段としての帯電ロール３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋと、当該感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋの表面に各色に対応した画像を露光して静電潜像を形成する露光装置４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋと、感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ上に形成された静電潜像を現像する現像装置５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋと、着脱自在に配設され現像装置５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋに所定の色のトナーを供給するトナーカートリッジ１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋと、ドラムクリーニング装置７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋ等とから構成されている。

さらに、本実施の形態において、感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋは、矢印方向に回転する金属製ドラムの表面に有機系感光材料、アモルファスセレン系感光材料、アモルファスシリコン系感光材料等からなる感光体層が形成されており、帯電ロール３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋは、この感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋの表面と接触し、該感光体層を所定の電位に帯電するように構成されている。

このように構成した画像形成装置における画像形成工程について、イエロートナー画像を形成する画像形成ユニット１Ｙを代表例として説明する。

まず、感光体ドラム２Ｙは、帯電ロール３Ｙにより、その表面が一様に帯電される。次に、例えば、画像読取装置１０２によって読み取られた画像情報に基づき、露光装置４Ｙから出力されるレーザービームによりイエロー画像に対応する走査露光がなされ、感光体ドラム２Ｙの表面にはイエロー画像に対応する静電潜像が形成される。

このイエロー画像に対応する静電潜像は現像装置５Ｙによってイエロートナー像となり、一次転写手段の一部を構成する一次転写ロール６Ｙの圧接力及び静電吸引力によって中間転写ベルト９上に一次転写される。一次転写後の感光体ドラム２Ｙ上に残留したイエロートナーは、ドラムクリーニング装置７Ｙよって掻き取られる。その後、感光体ドラム２Ｙの表面は除電装置８Ｙによって除電された後、次の画像形成サイクルのために帯電ロール３Ｙにより再び帯電される。

多色のカラー画像形成を行う本画像形成装置１００では、各画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの相対的な位置の違いを考慮したタイミングで、上記と同様の画像形成工程が画像形成ユニット１Ｍ，１Ｃ，１Ｋにおいても行われ、中間転写ベルト９上にフルカラートナー像が重ね合わされた状態で形成される。この中間転写ベルト９としては、例えば、可撓性を有するポリイミド等の合成樹脂フィルムを帯状に形成し、この帯状に形成された合成樹脂フィルムの両端を溶着等の手段によって接続することにより、無端ベルト状に形成したものを用いることができる。

中間転写ベルト９上に一次転写されたフルカラートナー像は、所定のタイミングで二次転写位置へと搬送される記録用紙１８上に、中間転写ベルト９を支持するバックアップロール１３と、このバックアップロール１３に所定のタイミングで圧接する二次転写ロール１２との圧接力及び静電吸引力によって二次転写される。なお、記録用紙１８上に二次転写できなかった中間転写ベルト９上の残トナーは、そのまま中間転写ベルト９上に付着した状態でベルトクリーニング装置１４まで搬送され、このベルトクリーニング装置１４により中間転写ベルト９上から除去されて次の画像形成に備える。

一方、記録用紙１８は、画像形成装置１００内の下部に配置された記録用紙収容部としての給紙カセット１７から、所定のサイズのものが給紙ロール１７ａによって給紙される。給紙された記録用紙１８は、複数の搬送ロール１９及びレジストロール２０によって、所定のタイミングで中間転写ベルト９の二次転写位置まで搬送される。そして、記録用紙１８には、上述したように、二次転写手段としてのバックアップロール１３と二次転写ロール１２とによって、中間転写ベルト９上からフルカラートナー像が一括して転写される。

また、中間転写ベルト９上からフルカラートナー像が二次転写された記録用紙１８は、中間転写ベルト９から分離された後、二次転写手段の下流側に配設された定着装置１５へと搬送され、この定着装置１５によって熱及び圧力でトナー像が記録用紙１８上に定着されるようになっている。定着後の記録用紙１８は、排出ロール２３を介して排出トレイ２４上に排出される。

次に、本発明に係る定着装置１５の概略構成について、図２を参照してさらに説明する。図２は、本発明に係る定着装置１５の概略構成を示す模式図である。

図２に示されるように、本発明に係る定着装置１５は、内部に加熱源を有すると共に、不図示の駆動源に接続されて回転自在に形成された加熱ロール１５１と、この加熱ロール１５１に対向して所定の圧力で加熱ロール１５１に圧接し、加熱ロール１５１の回転に従動する回転自在に形成された加圧ロール１５３とを備え、記録用紙１８の搬送方向上流側（図中、下側）には、未定着トナー像が形成された記録用紙１８を定着装置１５に導くインレットシュート１４０が配設されていると共に、その下流側には、定着後の記録用紙１８を定着回転体から分離して搬送する分離爪１６０及びガイド部材１６５が配設されている。

本実施の形態における加熱ロール１５１は、例えば、金属製のコアの表面に、ＰＦＡチューブ等のフッ素樹脂層からなる離型層が形成され、コア内部には、例えば、ハロゲンランプから構成される加熱源１５１Ｈを備え、加熱ロール１５１の表面温度が所定の温度となるように加熱して、未定着トナー像が形成された記録用紙１８を加熱するようになっている。そして、この加熱源１５１Ｈは、さらに、加熱ロール１５１の軸方向両端部を加熱する端部加熱源１５１Ｈｅと、加熱ロール１５１の軸方向中央部を加熱する中央部加熱源１５１Ｈｃとから構成されている。また、加熱ロール１５１の一側面（本例では、図中、右側面）には、記録用紙１８の通紙領域における加熱ロール１５１の表面温度を検出する温度センサＴＳ１が配設されている。

一方、加圧ロール１５３は、例えば、金属製のコアの周囲に、ゴム硬度（ＪＩＳ−Ａ）が４０°程度のシリコーンゴム等からなる弾性体層を被覆し、さらにその表面にＰＦＡチューブ等のフッ素樹脂層からなる離型層を形成し、加熱ロール１５１との間で形成される圧接領域（ニップ領域）Ｎに所定の圧接力が加わるように加熱ロール１５１に対して押圧するようになっている。また、加圧ロール１５３の一側面（本例では、図中、左側面）には、記録用紙１８の通紙領域における加圧ロール１５３の表面温度を検出する温度センサＴＳ２が配設されている。なお、本実施の形態における加圧ロール１５３としては、テーパ形状を省略したストレート形状のロールを用いることができる。

そして、加熱ロール１５１を加熱する際には、温度センサＴＳ１の検出結果に基づいて、例えば、装置コントローラＣＲにより、加熱源１５１Ｈへの通電をオン・オフさせることにより加熱ロール１５１の表面温度を所定の温度に加熱するようになっていると共に、加圧ロール１５３とのニップ領域Ｎを介した熱伝導により、加圧ロール１５３も加熱されるようになっている。

ところで、一般に、このような定着装置１５においては、紙しわの発生を防止するために、例えば、その表面に弾性体層を有する加圧ロール１５３に軸方向両端部から中央部に向かって凹形状となる、いわゆる逆クラウン形状のテーパが形成されている。

しかし、近年の薄紙から厚紙までの多様な記録用紙への対応という要請に伴い、このような定着ロール（例えば、加圧ロール）の外径形状の設計自由度が小さくなり、また、ロール外径の高精度化に伴う寸法管理の困難化やコストアップといった問題を生じていた。

そこで、本発明に係る定着装置１５においては、加圧ロール１５３のテーパ形状を不要とする。また、加熱ロール１５１及び加圧ロール１５３のいずれもその形状に高い寸法精度を要求することなく、所定の場合に、加圧ロール１５３の軸方向両端部を中央部よりも加熱することにより、その表面の弾性体層の軸方向両端部を中央部よりも熱膨張させ、テーパを形成した場合と同様な紙しわの防止効果を実現すると共に、定着ロール（例えば、加圧ロール）の外径形状の設計の自由度を増大させ、寸法管理の簡易化によるコストダウンを実現することができる。併せて、所定の場合のみ、加圧ロールの端部加熱を実施することにより、端部オフセットの発生や加圧ロール１５３の端部寿命の短命化を防止することができる。

以下に、本発明に係る加熱ロール１５１、加圧ロール１５３の具体的構成及び制御内容を図３〜図６を参照して説明する。ここで、図３は、加熱ロール１５１と加圧ロール１５３とのニップ状態（接触状態）を示す平面図であり、図４，５は、中央部加熱源１５１Ｈｃ及び端部加熱源１５１Ｈｅによる配熱分布を示す模式図であり、図６は、加圧ロールの表面温度の推移を模式的に示す図である。

図３（ａ）に示されるように、加熱ロール１５１内には、加熱ロール１５１の軸方向両端部領域を加熱する端部加熱源１５１Ｈｅと、中央部領域を加熱する中央部加熱源１５１Ｈｃとが配設されている。また、加熱ロール１５１の周面の中央部には、中央部加熱源１５１Ｈｃに対応する温度センサＴＳ１ｃが配設されていると共に、軸方向一端部には、端部加熱源１５１Ｈｅに対応する端部温度センサＴＳ１ｅが配設されている。

さらに、加圧ロール１５３の周面の中央部には、中央部加熱源１５１Ｈｃに対応する温度センサＴＳ２ｃが配設されていると共に、加熱ロール１５１の端部温度センサＴＳ１ｅと軸方向反対側の端部には、端部加熱源１５１Ｈｅに対応する端部温度センサＴＳ２ｅが配設されている。

なお、本実施の形態では、温度センサＴＳ１，ＴＳ２を加熱ロール１５１及び加圧ロール１５３のいずれにおいても中央部と端部に複数（ＴＳ１ｃ，ＴＳ１ｅ，ＴＳ２ｃ，ＴＳ２ｅ）設けたが、定着可能温度の適切な制御及び加圧ロール１５３の表面温度の的確な検出という観点からは、加熱ロール１５１の周面（表面）の中央部及び一端部の表面温度及び加圧ロール１５３の表面温度が検出できるように配置すれば、設置箇所、設置数は任意に設定して差し支えなく、例えば、図３（ｂ）に示されるように、加圧ロール１５３の端部センサを省略してもよい。

ここで、端部加熱源１５１Ｈｅは、図４（ａ）に模式的に示されるように、軸方向両端部において、ピークＰ１を形成する２コブ状の配熱分布を有し、中央部加熱源１５１Ｈｃは、図４（ｂ）に模式的に示されるように、中央部にてピークＰ２を形成する発熱分布を有している。そして、これらの加熱源１５１Ｈｃ及び１５１Ｈｅにより加熱した場合には、図５に模式的に示されるように、中央部を略一定の定着可能温度Ｔとし、その軸方向両端部では、定着可能温度ＴよりもΔｔだけ高い温度Ｔ１となるような加熱ロール１５１表面の温度分布を形成できるようになっている。すなわち、中央部の温度Ｔにより、定着に必要な熱エネルギーを確保し、さらに、両端部の温度Ｔ１により、対応する加圧ロール１５３の端部表面を加熱し、これにより、加圧ロール１５３の両端部を中央部に比し熱膨張させて、紙しわ防止のための軸方向の引っ張り力（用紙開き力）を発生させるようになっている。なお、このΔｔの範囲としては、紙しわを防止するための軸方向の適度な引っ張り力を発生させると共に、過度な端部加熱を防止するという観点から、定着可能温度Ｔの５％〜１５％程度であることが好ましい。

さらに、このような端部加熱を定着処理の際に常時行うと、端部にてホットオフセットが発生したり、加圧ロール１５３の端部弾性体層の劣化を促進し、その寿命を縮めてしまうので、本発明に係る定着装置１５においては、所定の場合のみこのような端部加熱を行うように構成されている。

次に、上述のように構成した本発明に係る定着装置１５の加熱動作の概要について、以下に説明する。

まず、本実施の形態における加熱ロール１５１の加熱源１５１Ｈは、例えば、装置コントローラＣＲを介した印加電圧のオン・オフ制御により、加熱制御される。そして、電源投入後のウォームアップ期間中においては、加熱源１５１Ｈ（中央部加熱源１５１Ｈｃ、端部加熱源１５１Ｈｅ）により、加熱ロール１５１の表面温度が軸方向に一定となるように所定の定着可能温度Ｔ（例えば、２００℃）まで加熱するようになっている。また、加熱ロール１５１及び加圧ロール１５３は、定着可能温度Ｔよりも低い所定の空回転開始温度（例えば、１００℃）にて、その回転を開始するようになっている。

この加熱ロール１５１の空回転により、加熱源１５１Ｈによる表面の加熱ムラ（特に、複数の加熱源１５１Ｈｃ，１５１Ｈｅが非対称に配設された加熱源の場合に生じ易い）を防止し、併せて、加圧ロール１５３との接触部（ニップ領域Ｎ）が、回転に伴って順次移動することにより、加熱ロール１５１から加圧ロール１５３への熱伝導による熱量を移動させ、ロール対１５１，１５３により必要十分な定着エネルギーを確保し、未定着画像の記録用紙１８への定着を可能とする最適な待機状態を実現することができる。

そして、加熱ロール１５１は、その表面温度が定着可能温度Ｔとなった時点で回転を停止すると共に、加熱源１５１Ｈによる加熱を停止して、その後の定着処理に備えて待機状態となる。

ここで、一般に、ウォームアップ期間の前後において、加圧ロール１５３の表面温度の推移は、図６に示されるように、ウォームアップ期間中においては、加熱ロール１５１からの熱伝達により上昇し、加熱ロール１５１が定着可能温度Ｔに到達するのとほぼ同様なタイミングで、その上限値Ｐｕに到達するが、その後、ウォームアップ完了時の加熱源１５１Ｈの加熱停止に伴い、加熱ロール１５１からの熱伝達量よりも周囲への熱放射量の方が大きくなり、一旦、その表面温度が低下する。そして、下限値Ｐｄに到達した時点で、加熱ロール１５１からの熱伝達量が周囲への熱放射量よりも大きくなり、再び、その表面温度が上昇し、その後、一定値に収束して定常状態（図中、Ｓで示されるフラットな状態）となる。

そして、このような加圧ロール１５３の表面温度が、定常状態Ｓに収束する前に、加熱ロール１５１と加圧ロール１５３との圧接部にて形成されるニップ領域Ｎに記録用紙が通紙された場合には、端部加熱不足による紙しわが発生することが本発明者らの研究により判明した。

具体的には、本実施の形態に係る定着装置１５において、加圧ロール１５３の表面温度が、上述の下限値Ｐｄを経過した後に、画像形成指示による記録用紙１８の搬送が開始された場合には、紙しわの発生は生じないが、下限値Ｐｄの経過前に、画像形成指示による記録用紙１８の搬送が開始された場合には、端部加熱不足による紙しわが発生することが分かった。

そこで、本実施の形態に係る定着装置１５は、ウォームアップ完了後、加圧ロール１５３の表面温度が定常状態Ｓとなる前に記録用紙１８がニップ領域Ｎに通紙されるようなタイミングで当該記録用紙１８の搬送が開始された場合（本例では、上限値Ｐｕと下限値Ｐｄとの間で画像形成指示による記録用紙１８の搬送が開始された場合）には、中央部加熱源１５１Ｈｃ及び端部加熱源１５１Ｈｅにより、図５に示されるような端部加熱を行うと共に加熱ロール１５１の空回転を開始するように構成されている。

なお、端部加熱期間については、加圧ロール１５３の表面温度及び端部加熱時間と紙しわの発生との関係をテーブル若しくは関数として事前に求めておき、加圧ロール１５３の表面温度に応じて、これらのテーブル若しくは関数を参照して、紙しわが発生しない所定の端部加熱時間だけ、端部加熱源１５１Ｈｅにより加熱するように構成してもよい。

このように紙しわの発生と端部加熱時間との関係に基づいて、加圧ロール１５３の表面温度に応じた所定の時間だけ、端部加熱を行うことにより、必要最小限の端部加熱にて紙しわの発生を効果的に防止し、併せて、必要十分な所定の期間のみの加圧ロールの端部加熱により過度の端部加熱による端部オフセット及び加圧ロール端部の短命化をより効果的に防止することができる。

また、より簡易的には、例えば、加熱ロール１５１の表面温度が所定の定着可能温度Ｔに到達したウォームアップ完了後から、加圧ロール１５３の表面温度が定常状態Ｓに至るまでの所定（一定）の期間（例えば、３０秒程度）だけ、端部加熱を行うようにしてもよいし、加圧ロール１５３の表面温度の変化を検出し、ウォームアップ完了後から加圧ロール１５３の表面温度の変化がなくなった時点（所定の範囲内に収束した時点）まで端部加熱を行うようにしてもよい。

このように、加熱ロールの表面温度が定着可能温度に到達してから加圧ロールの表面温度が定常状態に収束するまでの期間に端部加熱期間を限定することにより、紙しわが顕著に発生し易い所定の期間に亘って、より簡易な加熱制御で十分な用紙開き力を補償して、紙しわの発生をより簡易的に防止することができる。

なお、安定した定着処理を妨げることなく端部加熱を行うという観点からは、端部加熱は、記録用紙１８がニップ領域Ｎに通紙される前に、定着ロール（加熱ロール１５１、加圧ロール１５３）の空回転により行うことが好ましいが、記録用紙１８の定着開始後、数枚の定着期間であれば、記録用紙１８がニップ領域Ｎに通紙された後も、引き続き端部加熱を継続しても差し支えない。

さらに、このような端部加熱制御は、一般に、紙しわが発生し易い、電源投入後に最初に記録用紙１８を通紙する際や、用紙坪量の小さい薄紙（例えば、８０ｇ／ｍ²程度）を通紙させる際、あるいは、両面印刷時等に限定して行ってもよい。特に、両面印刷モードの際は、用紙開き力不足により表面印字でダメージを受け、裏面印刷時に紙しわが発生し易くなる。このような紙しわが顕著に発生する場合に限定して、加圧ロール１５３の中央部より端部の温度を高くする端部加熱を行うことにより、加圧ロール１５３端部の熱膨張により用紙開き力が補われ、より適切に効果的に紙しわの発生を防止することができる。また、従来技術と比較して、記録用紙の搬送中、加圧ロール１５３の端部温度を高くする加熱制御を常時行わないため、端部ホットオフセットの発生を防止し、定着ロール温度の設計自由度が増大すると共に、加圧ロール１５３端部の過熱によるダメージを抑制することができる。

このような端部加熱制御を両面印刷モードにおける記録用紙の表面を定着する際のみに適用した場合の検証結果を図７に示す。

図７から理解されるように、本発明に係る定着装置１５の加熱制御によれば、温度差Δｔを２０〜３０℃、空回転時間を３０秒程度とすることにより、両面印刷時の紙しわの発生を確実に防止できることがわかる。

さらに、両面印刷モードにおける記録用紙の裏面を定着する際のみ、若しくは、表面及び裏面のそれぞれを定着する際に、上述の端部加熱制御を行った場合にも、同様な紙しわ防止の効果が得られることが確認できた。

以上のように、本発明の定着装置１５によれば、加圧ロール１５３の表面温度状態に基づいて、加圧ロール１５３の端部を熱膨張させて、軸方向の引っ張り力を発生させることにより、適切に紙しわの発生を防止すると共に、所定の期間のみの端部加熱により、端部オフセットの発生及び加圧ロールの端部寿命の短命化を実現することができる。

本発明に係る画像形成装置の一実施の形態を示す概略構成図である。 本発明に係る定着装置の構成を示す模式図である。 本発明に係る加熱ロールと加圧ロールとのニップ状態（接触状態）を示す平面図である。 本発明に係る加熱源の配熱分布を示す図であり、（ａ）は端部加熱源の配熱分布を示す模式図、（ｂ）は中央部加熱源の配熱分布を示す模式図である。 本発明に係る端部加熱源及び中央部加熱源による配熱分布を示す模式図である。 本発明に係る加圧ロールの表面温度の推移を示す模式図である。 本発明に係る定着装置における加熱制御を、両面印刷時に適用した際の紙しわ発生の検証結果を示す図である。

符号の説明

１Ｙ−１Ｋ：画像形成ユニット、２Ｙ−２Ｋ：感光体ドラム、３Ｙ−３Ｋ：帯電ロール、４Ｙ−４Ｋ：露光装置、５Ｙ−５Ｋ：現像装置、６Ｙ−６Ｋ：一次転写ロール、７Ｙ−７Ｋ：ドラムクリーニング装置、９：中間転写ベルト、１０Ｙ−１０Ｋ：トナーカートリッジ、１２：二次転写ロール、１３：バックアップロール、１４：ベルトクリーニング装置、１５：定着装置、１７：給紙カセット、１８：記録用紙、１００：画像形成装置、１５１：加熱ロール、１５１Ｈ：加熱源、１５１Ｈｃ：中央部加熱源、１５１Ｈｅ：端部加熱源、１５３：加圧ロール、Ｎ：ニップ領域、Ｔ：定着可能温度、ＴＳ１，ＴＳ２：温度センサ

Claims (5)

1. 内部に加熱源を有する加熱ロールと、この加熱ロールに圧接し加熱ロールの回転と共に回転する加圧ロールとを有し、該加熱ロールと加圧ロールとで形成されるニップ領域に未定着画像が形成された記録用紙を通紙させ、該記録用紙を加熱加圧することにより該未定着画像を定着する定着装置であって、
   前記加圧ロールは、前記加熱ロールからの熱伝導により加熱され、
   前記加熱源の電源投入後に前記加熱ロールの回転を開始し、当該回転している加熱ロールの表面温度が、前記未定着画像の定着を可能とする所定の定着可能温度に到達した時点で、前記加熱ロールの回転を停止し、前記加圧ロールの表面温度が一定の温度に収束する定常状態に至る前に、前記記録用紙が前記ニップ領域に通紙されるようなタイミングで該記録用紙の搬送が開始された場合には、加圧ロールの表面温度が収束するまでの一定期間、前記加熱ロールの端部加熱を行いながら再び当該加熱ロールを回転させて、前記加圧ロールの軸方向両端部温度が中央部温度よりも高くなるように、前記加圧ロールの端部を加熱することを特徴とする定着装置。
2. 前記加圧ロールの端部加熱は、電源投入後に前記記録用紙を最初に通紙させる際に行うことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記加圧ロールの端部加熱は、坪量の小さい記録用紙を通紙させる際に行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記加圧ロールの端部加熱は、両面印刷時に行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の定着装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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