JP5335545B2

JP5335545B2 - 像加熱装置

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Publication number: JP5335545B2
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Inventors: 善邦伊藤; 敏則中山; 保▲晴▼ 千代田
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Description

本発明は、電子写真方式を利用して、画像を記録材上に形成してハードコピーを得る複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置の像加熱装置に関するものである。

従来、電子写真方式の画像形成装置には、トナーを記録材に定着させるために、加熱ローラ及び加圧ローラを用いた熱ローラ対方式による定着装置（像加熱装置）が用いられている。近年、こうした定着装置に関して、近年の市場に出回る印刷用コート紙にトナーを定着させる場合に、トナーブリスタ、ペーパーブリスタ、両面印刷時の光沢の違和感等の問題が発生している。

印刷用コート紙は、厚紙の両面に樹脂がコーティングされており、一般オフィスで使用される上質紙（または普通紙）に比較すると表面の光沢が高い。そのような印刷用コート紙にトナーを定着させる場合に、記録材に過剰な熱量が付加され、記録材中の水分が蒸発して記録材上のトナー層が押し上げられて火ぶくれするトナーブリスタが発生することがある。また、記録材を構成する原紙中の水分が蒸発して体積が増して原紙及びコート層を引き剥がして火ぶくれするペーパーブリスタが発生することがある。さらに、記録材の第１面及び第２面に画像定着すると第１面のトナー像が２度定着されるので第１面の画像の光沢が上昇し、両面定着後の記録材でパンフレットを作成した場合に見開きで並ぶ第１面及び第２面に光沢差が生じ、両面印刷時の光沢の違和感が生じ得る。こういったトナーブリスタ、ペーパーブリスタ、両面印刷時の光沢の違和感等を抑制するための発明として、特許文献１に記載の発明が開示される。

特許文献１に記載の発明は、加圧回転体の設定温度を加熱回転体の設定温度よりも数十度低く設定する定着装置に関するものである。加圧回転体の設定温度の低下にあたって、加圧回転体を加熱回転体から引き離して、加圧回転体を回転させるようになっている。こうした構成によれば、記録材の裏面から記録材に加えられる熱量が低減されることから、トナーブリスタ、ペーパーブリスタ、両面印刷時の光沢の違和感は低減されると考えられる。

特開平１１−１９４６４７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明では、トナーブリスタ、ペーパーブリスタ等を抑制するために不十分である。これを図１３及び図１４を参照しながら以下に説明する。

図１３（ａ）は、記録材を連続印刷する場合に、『記録材有りの領域』（以下、『記録材有領域』という）及び『記録材無しの領域』（以下、『記録材無領域』という）が規則的に流れてくる状態を示すグラフである。図１３（ｂ）は、記録材を連続印刷する場合に、加圧ローラの温度変化を示すグラフである。

図１３（ａ）に示されるように、記録材を連続印刷する場合であって、記録材有領域及び記録材無領域が規則的に繰り返される場合を想定する。記録材無領域に関しては、以下、『記録材間』と呼ぶ場合もあり、記録材無領域の距離に関しては、以下、『記録材間距離』と呼ぶ場合もある。記録材有領域では加圧ローラの熱量は記録材に逃がされるが、記録材無領域では加圧ローラの熱量は記録材に逃がされずに保持される。

したがって、図１３（ｂ）に示されるように、加圧ローラの温度は、記録材有領域が通過する間には少し下がり、記録材無領域が通過する間には少し上がる。この場合には、定着ローラから加圧ローラに供給される熱量、及び、加圧ローラから記録材に逃がされる熱量は、ほぼ熱平衡状態となっており、安定している。その結果、加圧ローラの温度は、加圧ローラの温度制御範囲上限及び温度制御範囲下限の間で維持される。

図１４（ａ）は、記録材を連続印刷する場合に、記録材無領域が不規則的に流れてくる状態を示すグラフである。図１４（ｂ）は、記録材を連続印刷する場合に、加圧ローラ温度の温度変化を示すグラフである。図１４（ａ）に示されるように、記録材を連続印刷する場合であっても、記録材無領域が不規則的になる場合を想定する。記録材が連続で印刷される場合には定着ローラ及び記録材が熱平衡状態になるが、急に記録材が連続で印刷されなくなって記録材無領域の通過時間が長くなる。この要因としては、例えば、画像処理部にて大量の画像データを書き込み信号に変換する画像展開（リップ展開）に時間がかる場合がある。また、記録材給送カセットの記録材が無くなって他の記録材給送カセットに自動変更される（オートカセットチェンジ）場合がある。さらに、記録材搬送路の長い大型機にて両面印刷した場合に、記録材の第１面に印刷した後から記録材の第２面に印刷する前までに記録材が長い記録材搬送路を通過しなければならない場合がある。このように様々な理由で記録材無領域の通過時間が長くなる場合がある。前述のように、記録材有領域では加圧ローラの熱量は記録材に逃がされるが、記録材無領域では加圧ローラの熱量は記録材に逃がされずに保持される。

したがって、図１４（ｂ）に示されるように、加圧ローラの温度は、記録材有領域が通過する間には少し下がり、記録材無領域が通過する間が長いことから、熱源を遮断しても、定着ローラからの伝熱で上昇する。そのために、加圧ローラに設けられた温度センサが温度制御範囲上限を検知した場合には、加圧ローラが定着ローラから引き離されて、加圧ローラが冷却される。こうした冷却時間がダウンタイム（元の状態に戻るまでの不稼動期間）となってしまう。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、ダウンタイムを短縮して、生産性の高い定着装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の定着装置は、記録材上のトナー像をその間のニップ部で定着する加熱回転体及び加圧回転体と、前記加熱回転体と前記加圧回転体を接離させる接離機構と、前記加圧回転体を冷却するファンと、前記加圧回転体の温度を検出するセンサと、定着動作時の周速を複数の設定速度の中から記録材の坪量に応じて１つを選択するコントローラと、を有し、前記コントローラは、前記複数の設定速度のうち最高速度よりも遅い周速で定着動作を行っているとき前記センサによる検出温度が上限温度に上昇した場合、前記接離機構により前記加熱回転体と前記加圧回転体を離間させるとともに前記加圧回転体の周速を前記最高速度に切り替えて前記ファンによる冷却動作を実行させることを特徴とする。

本発明によれば、加圧回転体が上限温度に昇温すると、加熱回転体と加圧回転体とが互いに離間されると共に、加圧回転体の回転速度がトナー像の加熱時の加圧回転体の回転速度よりも速く調節される。したがって、加圧回転体がトナー定着時よりも速い速度で駆動すると、加圧回転体の周囲に気流が生ずる。その結果、加圧回転体から熱を受けて昇温した空気と昇温前の冷たい空気との循環が速やかに進み、加圧回転体の熱は効率よく放熱される。そのために、仮に記録材を連続印刷する場合に像加熱装置に流れてくる記録材同士の間の距離が大きくなった場合であっても、加圧回転体の冷却時間は短縮される。その結果、ダウンタイムが短縮されて、生産性が高い像加熱装置が提供される。

本発明の第１実施形態に係る定着装置を有する画像形成装置の構成を示す断面図である。本発明の第１実施形態に係る定着装置の構成を示す断面図である。加圧ローラが定着ローラから遠ざかる作用を示す定着装置の工程図である。定着装置による定着工程を示すフローチャートである。（ａ）は、連続通記録材時に記録材間が空いたときに、冷却モードのダウンタイムの間隔を示した従来例及び実施例の比較を示す図である。（ｂ）は、連続通記録材時に記録材間が空いたときに、加圧ローラの温度変化を示すグラフである。連続印刷する場合のダウンタイムを示すグラフである。本発明の第２実施形態に係る定着装置の構成を示す断面図である。加圧ローラを定着ローラの方向から見た長手方向の平面図である。本発明の第３実施形態に係る定着装置の構成を示す断面図である。加圧部材の着脱工程を示す断面図である。本発明の第４実施形態に係る定着装置の構成を示す断面図である。図１１の定着装置の変形例を示す断面図である。（ａ）は、連続印刷の場合に定着装置を通過する記録材間距離が一定である状態を示す概略図である。（ｂ）は、連続印刷の場合に加圧ローラ温度の変化を示すグラフである。（ａ）は、連続印刷の場合に定着装置を通過する記録材間時間が大きくなった状態を示す概略図である。（ｂ）は、連続印刷の場合に加圧ローラ温度の変化を示すグラフである。本発明の実施例に係る画像形成装置の操作部を示す図である。

以下に、図面を参照し、本発明の実施形態に関して説明する。なお、定着装置及び画像形成装置の構成部品に関する寸法、材質、形状、及び、その相対位置等は、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。また、各図面において同一符号を付したものでは、同一の構成又は作用をなすものであり、これらに関する重複説明は適宜省略する。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態の一例を説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る定着装置１０を有する画像形成装置２００の構成を示す断面図である。図１に示されるように、画像形成装置２００は、記録材Ｐを積載可能な記録材収納庫１８、給送ローラ１４、縦搬送パス１５を備える。

また、画像形成装置２００は、縦搬送パス１５よりも記録材Ｐの搬送方向の下流側に中間転写ベルト８を備える。中間転写ベルト８は二次転写対向ローラ９及びテンションローラ１７の間に張架される。また、二次転写対向ローラ９には中間転写ベルト８を介して二次転写ローラ１１が圧接するように配設される。中間転写ベルト８及び及び二次転写ローラ１１との当接部が二次転写部である。

中間転写ベルト８には４つの画像形成部１（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋ）が所定間隔毎に配置される。各画像形成部１は矢印に示す時計回りに回転する感光体ドラム２を有する。感光体ドラム２及び中間転写ベルト８の当接部が一次転写部である。感光体ドラム２の回りには一次帯電器３、現像装置４、転写ローラ５、ドラムクリーナ装置６が配置される。また、感光体ドラム２に対して露光するレーザ露光装置７が配設される。

さらに、画像形成装置２００は、二次転写部よりも記録材Ｐの搬送方向の下流側に、縦ガイド１９、定着装置１０、搬送パス２１、排出ローラ２２を備える。

こうした画像形成装置２００では、図示しない制御部の指令により給送ローラ１４が駆動すると、記録材Ｐは、一枚ずつ分離給送されて縦搬送パス１５を通ってレジストローラ１６に搬送される。各画像形成部１の感光体ドラム２の面に形成されるトナー像は、順次重畳転写されて未定着のフルカラートナー像として中間転写ベルト８上に形成される。記録材Ｐが二次転写部に到達すると、記録材Ｐには中間転写ベルト８上のトナー像が転写される。記録材Ｐは縦ガイド１９に案内されて定着装置１０へと誘導される。定着装置１０では、トナー像が溶融混色されて記録材Ｐに永久固着像として定着される。記録材Ｐはフルカラー画像形成物として搬送パス２１を通って排出ローラ２２により排出トレイ２３上に送り出される。

このような構成の下、画像形成装置２００は連続した印刷が可能であり、定着装置１０は連続した定着が可能である。

図２は本発明の第１実施形態に係る定着装置１０の構成を示す断面図である。図２に示されるように、『像加熱装置』である定着装置１０は、『加熱回転体』である定着ローラ５１及び『加圧回転体』である加圧ローラ５２を備える。記録材Ｐは、定着ローラ５１及び加圧ローラ５２に挟持されて搬送される。このときに、定着ローラ５１及び加圧ローラ５２の間には、『加熱ニップ部』である定着ニップ部Ｎが形成されている。

定着ローラ５１は、記録材上のトナー像を定着ニップ部Ｎで加熱する回転体である。定着ローラ５１には、例えば、外径φ８０ｍｍの定着ローラが用いられる。この定着ローラは、外径φ７５．０ｍｍ、厚み３．０ｍｍのＡｌで成形された中空芯金７３の周囲に、ゴム硬度２０°（ＪＩＳ−Ａ１ｋｇ加重）、厚み２．５ｍｍのシリコーンゴムからなるパッド支持部７１を成形する。また、その表面に１０〜１００μｍｍの厚みのＰＦＡチューブであるパッド７０を被覆する。さらに、定着ローラ５１は、内部に『熱源』としてハロゲンヒータ５８を有し、定着ローラ５１用の温度センサ９０と不図示の温度制御回路によって表面温度が１８０°Ｃに温調される。このように、ハロゲンヒータ５８の温調により、定着ローラ５１は昇温する。

加圧ローラ５２は、定着ローラ５１と接触して定着ニップ部Ｎを形成する回転体である。加圧ローラ５２には、例えば、外径φ８０ｍｍの加圧ローラが用いられる。この加圧ローラは、外径φ７５．０ｍｍ、厚み３．０ｍｍのＡｌで成形された中空芯金７３の周囲に、ゴム硬度２０°（ＪＩＳ−Ａ１ｋｇ加重）、厚み２．０ｍｍのシリコーンゴムからなる弾性層７２を成形する。また、その表面に１０〜１００μｍ厚みのＰＦＡチューブであるパッドを被覆する。さらに、加圧ローラ５２は、内部に『熱源』としてハロゲンヒータ５８を有し、加圧ローラ５２用の温度センサ９３と不図示の温度制御回路によって表面温度が１２０℃に温調される。このように、ハロゲンヒータ５８の温調により、加圧ローラ５２は昇温する。

加圧ローラ５２は、例えば、定着ローラ５１に総圧７００〜１５００Ｎで加圧され、従動回転するようになっている。加圧ローラ５２及び定着ローラ５１の接触部の幅（ニップ幅）は、例えば、約１０ｍｍとした。定着ローラ５１はトナーを記録材Ｐに定着させる部材である。加圧ローラ５２は定着ローラ５１に圧接して加熱ニップ部である定着ニップ部Ｎを形成する部材である。

定着ローラ５１及び加圧ローラ５２は矢印の方向に回転駆動される。加圧ローラ５２は、接離機構３６によって定着ローラ５１から引き離し可能である。加圧ローラ５２はプリント状態では前述の加圧力で加圧され、加圧ローラ５２及び定着ローラ５１の間にニップ部が形成される。定着動作が終了した後は、加圧ローラ５２は定着ローラ５１から引き離されてスタンバイ状態となる。このような引き離し動作によって、定着ローラ５１及び加圧ローラ５２は別々の温度設定で制御することができ、又、ゴムの永久変形（Ｃセット）が防止され、耐久性が向上するといった効果も得られる。このように、定着装置１０は、定着ローラ５１と加圧ローラ５２が互いに接触及び離間可能な装置である。

『冷却装置』である冷却ファン８０は、エアーを冷却して加圧ローラ５２に吹き付けることで加圧ローラ５２を冷却するファンである。冷却ファン８０は、風力の流動方向を加圧ローラ５２に向けられて、加圧ローラ５２の近傍に設けられる。

加圧ローラ５２には、接離機構３６及び回転速度変更機構３７が取り付けられる。接離機構３６は、加圧ローラ５２及び定着ローラ５１の間の距離を調節するために、加圧ローラ５２を移動させる移動機構である。そのために、接離機構３６は、加圧ローラ５２が定着ローラ５１に接近することができるように構成されると共に、加圧ローラ５２が定着ローラ５１から遠ざかることができるように構成される。また、回転速度変更機構３７は、加圧ローラ５２の回転速度を複数段階に変更可能な機構である。これらの冷却ファン８０、接離機構３６、回転速度変更機構３７は、いずれも『制御部』であるコントローラ３８に接続される。

コントローラ３８は、温度検知手段３８ａ及び加圧回転体状態制御手段３８ｂを備える。温度検知手段３８ａは、加圧ローラ５２の温度を検知する。加圧回転体状態制御手段３８ｂは、温度センサ９３の検知結果に基づいて加圧ローラ５２が所定の温度未満（例えば上限温度未満）であると判断すると、回転速度変更機構３７の駆動に基づいて加圧ローラ５２を第１駆動速度で駆動する。ここで、第１駆動速度すなわち第１回転速度とは、トナーを記録材Ｐに定着させるときの加圧ローラ５２の回転速度である。

加圧回転体状態制御手段３８ｂは、温度センサ９３の検知結果に基づいて加圧ローラ５２が所定の温度以上（例えば上限温度以上）であると判断すると、加圧ローラ５２を冷却する冷却モードのときに該当すると判断する。そして、加圧回転体状態制御手段３８ｂは、接離機構３６を駆動して定着ローラ５１及び加圧ローラ５２の間を引き離す。すなわち、定着ローラ５１及び加圧ローラ５２を互いに離間させる。それから、加圧回転体状態制御手段３８ｂは、回転速度変更機構３７の駆動に基づいて加圧ローラ５２を第１駆動速度である第１回転速度よりも速い第２駆動速度である第２回転速度で駆動することで、加圧ローラ５２の回転速度は上昇する。すなわち、加圧ローラ５２の回転速度を、定着ニップ部Ｎで記録材Ｐ上のトナー像が加熱される際の加圧ローラ５２の回転速度よりも速くするのである。このために、次回に定着ローラ５１及び加圧ローラ５２が接触された場合には、定着ニップ部Ｎで記録材Ｐ上のトナー像が加熱される際、加圧ローラ５２は定着ローラ５１よりも低温な状態となる。

一方で、加圧回転体状態制御手段３８ｂは、冷却ファン８０を駆動して加圧ローラ５２を冷却する。なお、加圧ローラ５２が冷却ファン８０で冷却される場合には、加圧ローラ５２は複数段階の回転速度のうちの最大の回転速度で回転させられる。なお、必ずしも最高の回転速度でなくとも良い。

図３は加圧ローラ５２が定着ローラ５１から遠ざかる作用を示す定着装置１０の工程図である。図３に示されるように、加圧ローラ５２が定着ローラ５１から遠ざかる位置へと移動すると、加圧ローラ５２は高速回転すると共に冷却ファン８０が回転し、加圧ローラ５２は冷却されることになる。

図４は定着装置１０による定着工程を示すフローチャートである。画像形成装置２００が画像形成可能な状態（レディ状態、スタンバイ状態）であるところに、コントローラ３８は搬送機構に対してプリント開始の信号を送信し、未定着画像を形成した記録材Ｐは定着装置１０に搬送されてプリントが開始される（Ｓ１）。

コントローラ３８は、スタンバイ状態の定着装置１０に着動作の信号を送信し、定着装置１０は定着動作を行う（Ｓ２）。このときに、加圧ローラ５２は定着ローラ５１に対して着動作を行う（Ｓ２）。

１枚の記録材Ｐに対して画像の定着が終わると、コントローラ３８は、加圧ローラ５２の温度が『上限温度』である温度制御範囲上限Ｔ１の温度未満か否かを判断する（Ｓ３）。ＹＥＳの場合（加圧ローラ５２の温度が温度制御範囲上限Ｔ１に到達していない場合）には、図示しないセンサの検知結果に基づいて、コントローラ３８は、次の記録材Ｐが搬送されたか否かを判断する（Ｓ４）。なお、加圧ローラ５２の温度が温度制御範囲上限Ｔ１に到達しない場合とは、例えば、記録材間距離が小さいために、定着ローラ５１から加圧ローラ５２に伝熱された熱が記録材に効率良く放熱された状態が該当する。ＮＯの場合（加圧ローラ５２の温度が温度制御範囲上限Ｔ１以上に上昇した場合）には、コントローラ３８は、加圧ローラ５２を定着ローラ５１から遠ざける脱動作を行い、加圧ローラ５２の周速をアップさせ、かつ、加圧ローラ５２を冷却させる（Ｓ５）。なお、加圧ローラ５２の温度が温度制御範囲上限Ｔ１以上に上昇した場合は、例えば、記録材間距離が大きいために、定着ローラ５１から加圧ローラ５２に伝熱された熱が記録材から十分に放熱されなかった状態が該当する。なお、通常、連続印刷の場合には、前述のように記録材間距離が小さいことから、加圧ローラ５２の温度が温度制御範囲上限Ｔ１に到達することはない。

コントローラ３８が次の記録材Ｐが搬送されたか否かを判断した結果（Ｓ４）、ＹＥＳの場合（次の記録材Ｐが搬送された場合）には、コントローラ３８は、定着装置１０に対し、記録材Ｐ上のトナーを定着させる定着（加熱）動作を行うように命令する（Ｓ２）。ＮＯの場合（次の記録材Ｐが搬送されない場合）には、加圧ローラ５２を定着ローラ５１から脱動作させ、加圧ローラ５２の回転速度（周速）上昇（アップ）させ、かつ、冷却ファン８０を全速で回転させて、加圧ローラ５２を冷却させる（Ｓ５）。

コントローラ３８は、加圧ローラ５２の温度が『下限温度』である温度制御範囲下限Ｔ２の温度未満か否かを判断する（Ｓ６）。ＹＥＳの場合（加圧ローラ５２の温度が温度制御範囲下限Ｔ２より低い場合）には、コントローラ３８は、次の記録材Ｐが搬送されか否かを判断する（Ｓ７）。ＮＯの場合（加圧ローラ５２の温度が温度制御範囲下限Ｔ２以上に高い場合）には、コントローラ３８は、加圧ローラ５２を定着ローラ５１から脱動作させ、加圧ローラ５２の周速をアップさせ、冷却ファン８０を全速で回転させる（Ｓ５）。こうして加圧ローラ５２を温度制御範囲下限Ｔ２に到達するまで冷却させる（Ｓ５）。

コントローラ３８は、次の記録材Ｐが搬送されたか否かを判断して（Ｓ７）、ＹＥＳの場合（次の記録材Ｐが搬送された場合）には、定着装置１０に定着動作を再開させる（Ｓ２）。このときに、加圧ローラ５２が上限温度よりも低温の下限温度に冷却されると、定着ローラ５１と加圧ローラ５２とは互いに接触されるとともに、加圧ローラ５２は、定着ニップ部Ｎで記録材Ｐ上のトナー像が加熱される際の加圧ローラ５２の回転速度にされる。ＮＯの場合（次の記録材Ｐが搬送されない場合）には、プリント終了（スタンバイ状態）となる（Ｓ８）。このように、定着装置１０は、定着ローラ５１及び加圧ローラ５２が互いに接触及び離間可能な構成となっている。

図５（ａ）は、連続記録材通過時に記録材間が空いたときに、冷却モードのダウンタイムの間隔を示した従来例及び実施例の比較を示す図である。図５（ｂ）は、連続記録材通過時に記録材間が空いたときに、加圧ローラ５２の温度変化を示すグラフである。図５（ａ）及び図５（ｂ）の時間軸及び記録材Ｐの枚数は任意である。

図６は、加圧ローラ５２及び冷却ファン８０を使用した場合の加圧ローラ５２の回転速度（周速）及び回転時間を示すグラフを含む。また、図６は、画像形成装置にて冷却モードのシーケンス（冷却時の加圧ローラ５２の周速度）を変えたときの結果を示す。

例として、プリント中は記録材Ｐに坪量１２８ｇ／ｍ^２の上質紙を用い、毎分５０枚の生産性で定着動作を連続的に行っており途中で記録材間が空いた前後の時間のみを示している。定着動作中の定着ローラ５１と加圧ローラ５２の周速度は２５０ｍｍ／ｓｅｃで動作回転させている。加圧ローラ５２を脱動作したときの加圧ローラ５２の周速度は２５０ｍｍ／ｓｅｃよりも速い周速度とし、５００ｍｍ／ｓｅｃ、７５０ｍｍ／ｓｅｃ、１０００ｍｍ／ｓｅｃの周速度の加圧ローラを例示した。こうした５００ｍｍ／ｓｅｃ、７５０ｍｍ／ｓｅｃ、１０００ｍｍ／ｓｅｃといった複数の加圧ローラ５２の周速度は、加圧ローラ５２や後述の加圧ベルト５３の速度に対する耐久性に応じて設定すれば良い。また、こうした第２駆動速度は、１台の定着装置において、１つ設定されていれば良い。

また、前述の加圧ローラ５２の脱動作時の周速度５００ｍｍ／ｓｅｃは、加圧ローラ５２の定着動作中の周速度の２倍速である。加圧ローラ５２の脱動作時の周速度７５０ｍｍ／ｓｅｃは、加圧ローラ５２の定着動作中の周速度の３倍速である。加圧ローラ５２の脱動作時の周速度１０００ｍｍ／ｓｅｃは、加圧ローラ５２の定着動作中の周速度の４倍速である。加圧ローラ温度制御範囲下限を１００℃、加圧ローラ制御範囲上限を１５０℃とした。なお、図６には、加圧ローラ５２を脱動作したときの周速度が２５０ｍｍ／ｓｅｃとされた場合についても付記してある。この場合には、加圧ローラ５２の脱動作時の周速度２５０ｍｍ／ｓｅｃは、加圧ローラ５２の定着動作中の周速度と同速度である。

図５（ｂ）の実線は本発明を用いた場合の加圧ローラ５２の冷却中の周速度を定着動作中より上げている場合の加圧ローラ５２の表面の温度推移を示し、破線は本発明を用いずに加圧ローラ５２の冷却中は定着動作中と同じ周速度で回転した従来例を示している。

図５（ａ）及び図５（ｂ）、図６から、本発明では冷却動作開始から終了までの時間（ダウンタイム）が従来例よりも短縮され、その結果、プリント終了時間も早く終わっていることが判る。

このように加圧ローラ５２を冷却する場合、加圧ローラ５２の周速度を定着動作時よりも速くすることで、冷却時間を短縮することができ、プリント終了までの時間を速くし、全体として生産性を上げることができる。

また、本実施形態では、定着ローラ５１の周速は定着動作時と同等以下とした。冷却ファン８０からの空気の流れの一部が定着ローラ５１の方へも流れており、これを完全に遮断することは難しい。定着ローラ５１は温調を継続しているので温度低下しないが、わざわざ冷やしたくはないので、定着ローラ５１の周速は定着動作時と同等以下で、加圧ローラ５２周速は定着動作よりもできる限り速いほうが好ましい。

（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態に係る定着装置２０の構成を示す断面図である。定着装置２０の構成のうちで、定着装置１０と同一の構成に関しては、同一の符号を付して説明を省略する。また、第２実施形態では、画像形成装置２００には、定着装置１０の替わりに定着装置２０が組み込まれることになる。図７に示されるように、定着装置２０の基本構成は、第１実施形態のようなローラ方式の定着装置１０と同様であるが、『冷却装置』である『放熱部材』としての放熱ローラ８１を用いる点で異なっている。この放熱ローラ８１は加圧ローラ５２に接触して熱を奪うローラである。

放熱ローラ８１には外径φ２０ｍｍのアルミ製の中実ローラが用いられたが、銅やヒートパイプ等の良熱伝導性材料が用いられても良い。また、放熱ローラ８１には接離機構３９が取り付けられ、接離機構３９はコントローラ３８の加圧回転体状態制御手段３８ｂに接続されている。加圧ローラ５２が冷却される場合には、コントローラ３８は接離機構３９を駆動して、加圧ローラ５２に対して放熱ローラ８１を接触させる。加圧ローラ５２が冷却される必要が無い場合には、コントローラ３８は接離機構３９を駆動して、加圧ローラ５２から放熱ローラ８１を遠ざける。このように接離機構３９は、放熱ローラ８１及び加圧ローラ５２の接離可能な機構である。

図８は、加圧ローラ５２を定着ローラ５１の方向から見た長手方向の平面図である。図８に示されるように、放熱ローラ８１の端部は冷却フィン８２を備えており、冷却フィン８２は『エアー吹き付け手段』である冷却ファン８３によって冷却されている。なお、冷却フィン８２の冷却用に特別な冷却ファン８３を持たずに、冷却フィン８２を機内の排熱ダクトの風路内に配置しても良い。放熱ローラ８１は接離機構３９によって、加圧ローラ５２外周面に着脱できる構成となっている。

前述の図６は、加圧ローラ５２及び放熱ローラ８１を使用した場合に、加圧ローラ５２の回転速度（周速）及び回転時間を示すグラフを含む。また、図６は、画像形成装置２００にて冷却モードのシーケンス（冷却時の加圧ローラ５２の周速度）を変えたときの結果を示す。図７に示されるように、加圧ローラ５２の冷却時には、加圧ローラ５２が放熱ローラ８１から脱動作し、放熱ローラ８１は加圧ローラ５２に接触するまで接近する。そして、加圧ローラ５２の周速が上がって加圧ローラ５２の冷却時間は短縮される。

加圧ローラ５２の温度が温度制御範囲上限Ｔ１や温度制御範囲下限Ｔ２に達する。そうすると、第１実施形態と略同様の制御フローによって制御され、冷却ファン８３の動作と同時に放熱ローラ８１を加圧ローラ５２の外周面に接触させることで、第１実施形態と同様な効果が確認された。

（第３実施形態）
図９は、本発明の第３実施形態に係る定着装置３０の構成を示す断面図である。定着装置３０の構成のうちで、定着装置１０と同一の構成に関しては、同一の符号を付して説明を省略する。また、第３実施形態では、画像形成装置２００には、定着装置１０の替わりに定着装置３０が組み込まれることになる。図９に示されるように、定着装置３０では、加圧ローラ５２に替えて、複数のローラ５５〜５７に張架された『加圧回転体ユニット』の一部である『加圧回転体』としてのエンドレスの加圧ベルト５３が用いられる。加圧ベルト５３の外周面は定着ローラ５１に当接し、加圧ベルト５３の内周面には『加圧回転体ユニット』の一部である加圧機構６９が加圧する構成となっている。加圧機構６９は、加圧パッド１７０及び加圧パッド支持部１７１を有する。加圧パッド１７０によって加圧ベルト５３が定着ローラ５１に加圧して、定着ニップ部Ｎが形成されている。定着ローラ５１には、第１実施形態の定着ローラ５１と同じものが用いられる。加圧ベルト５３は定着ローラ５１の回転に従動して矢印の方向に回転する。

加圧ベルト５３は、ポリイミド等の樹脂またはニッケル等の金属からなる基材の表面にシリコーンゴムやフッ素ゴム等の弾性体層を被覆した構成になっており、弾性層に表層として１０〜１００μｍ厚みのＰＦＡチューブなどのフッ素樹脂を被覆してもよい。

ローラ５５〜５７には加圧ベルト５３が懸回される。ローラ５５〜５７のうちのローラ５６は、金属からなる分離ローラであり、加圧ベルト５３を介して定着ローラ５１に食い込むように加圧する。こうすることで、定着ローラ５１の弾性体を変形させ記録材Ｐを定着ローラ５１の表面から分離して、加圧ベルト５３の側へと力を受ける。

加圧パッド１７０は金属の台座の上にシリコーンゴムやフッ素ゴム等の弾性体を配置した構成をとり、加圧ベルト５３を介して定着ローラ５１を加圧している。加圧パッド１７０と加圧ベルト５３との間に摺動性を上げるための摺動部材や、加圧ベルト５３の内面に潤滑材を用いることも一般的である。

以上のように定着ローラ５１とエンドレスの加圧ベルト５３、加圧パッド１７０によって定着ニップ部Ｎが形成されると、加圧ベルト５３により定着ローラ５１の外周に巻き付くように幅広い定着ニップ部Ｎが形成される。これにより高速化や厚紙などの定着に対して有利になる。

また、分離ローラ６１を定着ローラ５１の表面に食い込むように加圧することによって、第３実施形態よりも更に良好な分離性を示し、高速化に対して有利になる。『冷却装置』である『ファン』としての冷却ファン８０は、第１実施形態の定着装置１０と同様に、加圧ベルト５３を冷却可能な位置に配置されて、コントローラ３８によって制御される。

前述の図６は、加圧ベルト５３及び冷却ファン８０が使用された場合に、加圧ベルト５３の回転速度（周速）及び回転時間の関係を示すグラフを含む。また、図６は、画像形成装置にて冷却モードのシーケンス（冷却時の加圧ベルト５３の周速度）を変えたときの結果を示す。また、第３実施形態の定着装置３０においても、定着装置１０と同様に、加圧ベルト５３は、トナーを記録材に定着させる第１駆動速度である第１回転速度で駆動する。図１０に示されるように、加圧ベルト５３の冷却時には、加圧ベルト５３が定着ローラ５１から脱動作し、加圧ベルト５３の周速が第１回転速度よりも速い第２駆動速度である第２回転速度に上げることで、加圧ベルト５３の冷却時間が短縮される。図１０は、加圧ベルト５３の着脱工程を示す断面図である。

加圧ベルト５３の温度が温度制御範囲上限Ｔ１又は温度制御範囲下限Ｔ２に達すると、第１実施形態と略同様の制御フローによって制御されることで、第１実施形態と同様な効果が確認された。なお、加圧ベルト５３の温度は温度センサ９３に感知されて、温度検知手段３８ａで検知される。

また、定着装置３０では、加圧パッド１７０を加圧ベルト５３に摺動させつつ加圧する構成をとっているため、加圧ベルト５３の摺動抵抗によるスリップが発生する虞がある。加圧ベルト５３の摺動抵抗は、加圧パッド１７０の摺動部材および加圧ベルト５３の温度上昇に伴って高くなっていく。そのため、加圧ベルト５３の温度を低く保つことが、加圧ベルト５３のスリップを発生させないためには重要である。

（第４実施形態）
図１１は、本発明の第４実施形態に係る定着装置４０の構成を示す断面図である。定着装置４０の構成のうちで、定着装置１０、２０、３０と同一の構成に関しては、同一の符号を付して説明を省略する。また、第４実施形態では、画像形成装置２００には、定着装置１０、２０、３０の替わりに定着装置４０が組み込まれることになる。図１１に示されるように、定着装置４０では、定着装置３０における冷却ファン８０に替えて『冷却装置』である『放熱部材』としての放熱ローラ８１が用いられる。放熱ローラ８１は、第３実施形態の定着装置３０と同様に、加圧ベルト５３を冷却可能な位置に配置されて、コントローラ３８によって制御される。

前述の図６は、加圧ベルト５３及び放熱ローラ８１を使用した場合に、加圧ベルト５３の回転速度（周速）及び回転時間の関係を示すグラフを含む。また、図６は、画像形成装置にて冷却モードのシーケンス（冷却時の加圧ローラ５２の周速度）を変えたときの結果を示す。定着装置４０においても、定着装置１０、３０と同様に、図１１に示されるように、加圧ベルト５３の冷却時には、加圧ベルト５３が定着ローラ５１から脱動作し、加圧ベルト５３の周速を上げることで、加圧ベルト５３の冷却時間が短縮される。

加圧ベルト５３の温度が温度制御範囲上限Ｔ１又は温度制御範囲下限Ｔ２に達すると、第１実施形態と略同様の制御フローによって制御されることで、第１実施形態と同様な効果が確認された。

また、定着装置４０では、放熱ローラ８１が加圧ベルト５３の外周面に着脱可能に構成され、また、定着装置１０と略同様の制御フローに基づいて制御される。このことにより定着装置１０と同様な効果が得られる。

図１２は、第４実施形態の定着装置４０の変形例である定着装置５０の構成を示す断面図である。第４実施形態の定着装置４０の変形例として、図１２に示されるように、定着装置５０は、放熱ローラ８１が加圧ベルト５３の内周面に着脱可能に構成され、また、定着装置１０と略同様の制御フローに基づいて制御されても良い。このことにより定着装置１０と同様な効果が得られる他に、トナー、記録材Ｐの粉等からの汚れが防止されて冷却効率は維持期間は長くなる。

以上説明したように、第１〜第４実施形態では、定着動作時の周速度に対して冷却時の加圧回転体の周速度を上げることで冷却時間を減らしている。

第１〜第４実施形態の定着装置１０〜５０によれば、『加圧回転体』が所定の温度以上である場合には、定着ローラ５１及び『加圧回転体』の間が引き離され、『加圧回転体』が第１駆動速度よりも速い第２駆動速度で駆動する。このとき、『加圧回転体』の回転速度が速くなることで、『加圧回転体』の周囲に気流が生ずる。その結果、『加圧回転体』から熱を受けて昇温した空気と昇温前の冷たい空気との循環が速やかに進み、『加圧回転体』の熱は効率よく放熱される。そのために、仮に記録材を連続印刷する場合に定着装置１０〜５０に流れてくる記録材Ｐ同士の間の距離が大きくなった場合であっても、『加圧回転体』の冷却時間は短縮される。その結果、ダウンタイムが短縮されて、生産性が高い定着装置１０〜５０が提供される。

また、第１〜第４実施形態の定着装置１０〜５０は、『加圧回転体』を冷却する『冷却装置』を更に備え、加圧回転体状態制御手段３８ｂは、『加圧回転体』を第２駆動速度で駆動する期間の全部又は一部に跨って『冷却装置』を駆動して『加圧回転体』を冷却する。こうした構成によれば、『加圧回転体』が第２駆動速度で駆動する期間にオーバーラップして、『冷却装置』は『加圧回転体』を冷却することから、『加圧回転体』の表面から熱エネルギを奪ったエアーは効率良く流れ去る。その結果、『加圧回転体』は効率良く冷却される。

なお、画像定着時に『加圧回転体』の回転速度が複数段階に変更可能な定着装置が存在する。例えば、従来の画像形成装置の定着動作として普通紙（ｅｘ．坪量６４ｇ／ｍ^２）と厚紙（ｅｘ．坪量１５０ｇ／ｍ^２）と超厚紙（ｅｘ．坪量２５６ｇ／ｍ^２）で定着動作時の周速度を変更している例がある。例えば、普通紙の定着動作時の周速度を２５０ｍｍ／ｓｅｃ、厚紙の定着動作時の周速度を１２５ｍｍ／ｓｅｃ、超厚紙を８３ｍｍ／ｓｅｃとするような構成である。これにより、普通紙時の定着回転を等速回転、厚紙時の定着速度を１／２速回転、超厚紙時の定着速度を１／３速回転と称したりする。このような定着装置において、画像が記録材Ｐに定着される場合には『加圧回転体』の回転速度を例えば標準速度に設定し、『加圧回転体』の冷却が必要な場合には『加圧回転体』の回転速度を例えば高速度に設定する。詳しくは、前述のように回転速度を３速もつような定着構成において、厚紙の定着動作後の冷却モード時は、１／２速から等速へ変更して冷却したり、超厚紙の定着動作後の冷却モード時は、１／３速から等速へ変更して冷却したりする。このことで、以上の説明と同様の冷却時間短縮の効果が期待できる。つまり、冷却モードのときは、画像定着時の時も含めた加圧回転体に関する複数の回転速度のうち、最大回転速度にて冷却することで冷却時間を短縮することができる。

図１５に紙の坪量を設定する操作部の例を示した。図は「cassette1」に「heavy2(超厚紙)」を設定している例である。「plane」は普通紙、「heavy2」は厚紙を示している。操作者が操作部にてカセット１に超厚紙を設定した後、プリント開始時にカセット１を選択することで、超厚紙でプリントすることができる。

第１及び第３実施形態の定着装置によれば、『加圧回転体』が冷却ファン８０からエアーを吹き付けられて冷却されるから、『加圧回転体』の内部でヒータの温度が低下されて放熱されるのを待つ場合に比較して、加圧回転体から外部への熱の放出効率は向上する。

第２及び第４実施形態の定着装置によれば、放熱ローラ８１が『加圧回転体』に接触することから、『加圧回転体』の内部の熱は放熱ローラ８１に効率良く伝熱して放熱されていく。その結果、『加圧回転体』の放熱効率は向上する。

第２実施形態の定着装置によれば、『加圧回転体』の軸に冷却フィン８２が取り付けられることから、『加圧回転体』が回転すると冷却フィン８２が回転することになる。その結果、『加圧回転体』の冷却効率は更に向上する。

第３及び第４実施形態の定着装置によれば、『加熱回転体』が定着ローラ５１であり、『加圧回転体』が加圧ベルト５３であるベルト方式定着装置であることから、加圧ベルト５３が移動する間に加圧ベルト５３は効率良く冷却化される。

なお、第１〜第４実施形態では、定着ローラ５１が上側で、『加圧回転体』が下側となって構成されていたが、この形態に限定されない。そのために、定着ローラ５１が下側で、『加圧回転体』が上側となって構成されても良い。

１０、２０、３０、４０、５０・・・定着装置（像加熱装置）
３６・・・接離機構
３７・・・回転速度変更機構
３８・・・コントローラ（制御部）
３８ａ・・温度検知手段
３８ｂ・・加圧回転体状態制御手段
５１・・・定着ローラ（加熱回転体）
５２・・・加圧ローラ（加圧回転体）
５３・・・加圧ベルト（加圧回転体）
５８・・・ハロゲンヒータ（熱源）
６９・・・加圧機構（加圧回転体）
７０・・・加圧パッド
８０・・・冷却ファン（ファン）（冷却装置）
８１・・・放熱ローラ（放熱部材）（冷却装置）
８２・・・冷却フィン
９０・・・定着ローラ用の温度センサ
９１・・・加圧ローラ用の温度センサ
２００・・画像形成装置
Ｎ・・・・定着ニップ部（加熱ニップ部）
Ｐ・・・・記録材

Claims

記録材上のトナー像をその間のニップ部で定着する加熱回転体及び加圧回転体と、
前記加熱回転体と前記加圧回転体を接離させる接離機構と、
前記加圧回転体を冷却するファンと、
前記加圧回転体の温度を検出するセンサと、
定着動作時の周速を複数の設定速度の中から記録材の坪量に応じて１つを選択するコントローラと、を有し、
前記コントローラは、前記複数の設定速度のうち最高速度よりも遅い周速で定着動作を行っているとき前記センサによる検出温度が上限温度に上昇した場合、前記接離機構により前記加熱回転体と前記加圧回転体を離間させるとともに前記加圧回転体の周速を前記最高速度に切り替えて前記ファンによる冷却動作を実行させることを特徴とする定着装置。
前記コントローラは、前記冷却動作により前記センサによる検出温度が前記上限温度から下限温度に降下した場合、前記接離機構により前記加熱回転体と前記加圧回転体を接触させるとともに前記加圧回転体の周速を元の速度に戻すことを特徴とする請求項１の定着装置。
定着動作時の前記加圧回転体の温調温度は前記加熱回転体の温調温度よりも低いことを特徴とする請求項１又は２の定着装置。
前記加圧回転体はエンドレスベルトであることを特徴とする請求項３の定着装置。