JP5477149B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着部材と加圧部材とにより形成されたニップ部で記録紙上のトナー像を定着する定着装置、及びそれを備えた画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ及びこれらの諸機能を備えた複合機等の電子写真方式の画像形成装置においては、原稿に対応した潜像を感光体に形成し、この潜像にトナーを付与して顕像化し、形成されたトナー像を記録紙上に転写している。更にこの後、記録紙上に転写されたトナー像を定着装置により定着し、排紙している。

トナー像を定着する定着装置として、ハロゲンヒータ等を内蔵した定着ローラと、定着ローラを加圧する加圧ローラとによって形成されたニップ部で、トナー像が転写された記録紙を挟持・搬送しながら、加熱及び加圧する熱ローラ定着方式の定着装置がある。このような定着装置は構成が簡便であるため、広く利用されている。

また、無端状の定着ベルトを、ヒータを内蔵した加熱ローラと定着ローラとに張架し、定着ベルトを介して定着ローラを加圧する加圧ローラと、定着ベルトとによって形成されるニップ部に、トナー像が転写された記録紙を挟持して定着する定着装置がある。このようなベルト定着方式の定着装置は定着ベルトの熱容量が小さいので、ウオーミングアップタイムが短縮でき、省エネにもなるという利点を有している。

ここで、記録紙上のトナー像のトナーはニップ部を通過する際に加熱されるので、トナーが粘着力を有し、ニップ部を通過した記録紙が定着ローラや定着ベルトの表面に付着して巻き付いて分離せず、ジャムを発生させるおそれがある。特に記録紙として、斤量の小さい紙（薄紙）、更には、斤量が小さく、平滑度の高い印刷用コート紙を用いたときは、分離性能がより低下する。

一方、画像形成装置は高速化が進んでおり、高速搬送される記録紙を定着するのに必要な長さのニップ幅を確保するために定着ローラ径を大きくすると、定着ニップ出口でのローラ曲率が小さくなり、更に分離性能が低下する。

定着部材から記録紙を分離し易くするため、定着部材表層に離型性の高い耐熱樹脂を用いたり、シリコンオイルなどの離型剤を塗布したり、トナー中に加熱によって溶融し離型剤として機能するワックスを含有させたり、様々な対策が取られている。しかし、前述したコート紙への画像形成や、カラー画像を形成する複数色のトナーを重ねるためトナー量が増えることによるトナー接着力の増大など、分離性能を低下させる要因が増えており、分離補助手段が必須となっている。

分離手段としては、ニップ部に対する記録紙の排紙側に離型性の良いフッ素樹脂をコーティングした剥離爪を設け、その先端部を定着ローラ若しくは定着ベルトの外表面に当接させ、記録紙を定着ローラ等より剥離させる方法がある。

ところが、剥離爪の先端部が定着ローラ等の表面に当接しているので、定着ローラ等の表面を被覆するフッ素樹脂等から形成された表層に擦り疵が付き、画像にも疵が転写されてしまうという問題がある。特に、カラー画像の場合には光沢画像が要求されるために顕著に顕れる傾向がある。

このような問題に対処するために、ニップ部の出口側に空気を吹き付けて記録紙を定着ローラ等より剥離させる技術が開発されている。

この一例として、加熱回転体と加圧回転体とのニップ部に近接して剥離補助板を配置し、コンプレッサにより生成された圧縮空気（エア）を加熱回転体と剥離補助板との間からパルス状の圧縮空気を吐出する剥離装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の技術は、「ニップ部から排出される記録紙の先端にエアを吹き付けて加熱回転体から剥離させ、剥離補助板に導いて搬送させる。」というものである。

また一方、加熱回転体を加熱する加熱手段としてのヒータの回転軸方向の長さを使用する記録紙の最大サイズに合わせると、小サイズの記録紙を連続して画像形成する際に、加熱回転体の回転軸方向の両端部の温度だけが上昇してしまうという問題がある。この問題に対し、小サイズの記録紙と最大サイズの記録紙とに対応するために２本のヒータを配設し、切り替えて動作させるという技術がある（例えば、特許文献２参照）。

また、複数のヒータを加熱回転体の内部と外部に配設するという技術も開発されている（例えば、特許文献３参照）。特許文献３に記載された技術は、加熱回転体としての第１のローラの内部に主加熱手段としての第１及び第２のヒータと、補助加熱手段としての補助ヒータとを配設している。また、第１のローラと第３のローラとの間に加熱回転体としての定着ベルトが巻回され、更に定着ベルトを挟んで第３のローラを押圧する第２のローラが配設されており、第３のローラに圧接する第２のローラの内部には第３のヒータが配設されている。主加熱手段としての第１のヒータ又は第２のヒータは記録紙のサイズにより選択的に動作される。また、定着動作終了後のアイドリング時には、主加熱手段としての第１のヒータ又は第２のヒータを交互に動作させるとともに、第３のヒータを動作させる。これらの構成により、消費電力を大幅に増加させることなく、通紙時の温度低下を防止することができる。

特開２００４−２１２９５４号公報 特開平８−２２０９３２号公報 特開２００８−２９２９９０号公報

然るに、特許文献１に記載の技術には、加熱回転体に向けて吹き付けられるエアによる温度低下や、サイズの異なる記録紙の使用による加熱回転体の温度ムラに対する対策は記載されていない。

また、特許文献２に記載の技術には、加熱回転体の記録紙のサイズの違いによる温度ムラの問題は解決しても、環境条件等によっては、記録紙の連続通紙により温度低下が発生し、回復するまでに相応の時間を要するという問題は残る。

更に、特許文献３に記載の技術においては、定着動作終了後のアイドリング時に主加熱手段としての第１のヒータ又は第２のヒータを交互に動作させるため、主加熱手段の容量が大きい（例えば１ｋＷ以上）場合にはフリッカが生じ易いという問題がある。また、特許文献２及び特許文献３には、エア分離による加熱回転体の温度低下に対する対策の記載はない。

本発明の目的は、上記のような問題を解決し、エア分離方式における記録紙の連続通紙による温度低下や、加熱手段のＯＮ−ＯＦＦによるフリッカ等、の生じることがない定着装置、及びそのような定着装置を備えた画像形成装置を提供することにある。

前記目的は下記の発明により達成される。

１．加熱手段と、該加熱手段により加熱される定着部材と、該定着部材を押圧して該定着部材との間にニップ部を形成し、該ニップ部に記録媒体を挟持して記録媒体に担持されたトナー像を定着する加圧部材と、該ニップ部から排出される記録媒体の先端にエアを吹き付け、記録媒体を前記定着部材から剥離させるエア分離手段と、を有する定着装置において、
前記加熱手段は、
記録媒体に担持されたトナー像を加熱定着する際に前記定着部材を加熱する中央部ヒータ及び端部ヒータから構成される主加熱手段と、
前記エア分離手段からのエアの吹き付けにより、前記定着部材の温度が予め設定した所定の温度より低くなる際に前記定着部材を加熱するとともに、消灯温度が前記端部ヒータの消灯温度よりも低い温度に設定される補助加熱手段と、
を有することを特徴とする定着装置。

２．加熱定着動作の待機時に、前記補助加熱手段のみが前記定着部材を加熱することを特徴とする前記１に記載の定着装置。

３．前記主加熱手段と前記補助加熱手段とが、前記定着部材の内部に配設されていることを特徴とする前記１又は２に記載の定着装置。

４．前記主加熱手段は前記定着部材の内部に配設され、前記補助加熱手段は前記定着部材の外部に配設されていることを特徴とする前記１又は２に記載の定着装置。

５．前記１から４のいずれか１項に記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。

本発明の構成によれば、連続通紙による温度低下や、各種サイズの記録紙の使用による加熱回転体の温度ムラ、又は加熱手段のＯＮ−ＯＦＦによるフリッカ等、の発生のない、エア分離方式の定着装置、及びそれを備えた画像形成装置を提供することができる。

本発明を用いる画像形成装置の一例を示す構成図である。 定着装置８の第１の実施形態の構成及び動作を説明するための断面構成図である。 本発明に係る定着装置８の第２の実施形態の構成及び動作を説明するための断面構成図である。 本発明に係る定着装置８の第３の実施形態の構成及び動作を説明するための断面構成図である。 本発明に係る定着装置８の第４の実施形態の構成及び動作を説明するための断面構成図である。 本発明の構成を有する定着装置と有しない定着装置との定着部材の温度変化を、低温低湿環境下で連続して定着動作を行った実験に基づいて比較したグラフである。 本発明に係る定着装置８の第１〜第４の実施形態における加熱手段及びエア分離手段の動作を制御する制御系のブロック図である。 本発明に係る定着装置８の第１〜第４の実施形態における加熱手段の動作タイミングを説明するためのタイミングチャートである。 本発明に係る定着装置８の他の実施形態における補助ヒータ８２Ｃの動作タイミングを説明するためのタイミングチャートである。

以下に本発明に関する実施の形態を、図を参照して説明するが、本発明は本実施の形態に限定されるものではない。

先ず、本発明を用いる画像形成装置の一例を図１の構成図に基づいて説明する。

本画像形成装置は画像形成装置本体ＧＨと画像読取装置ＹＳとから構成される。画像形成装置本体ＧＨは、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ、ベルト状の中間転写ベルト５、給紙搬送手段及び定着装置８等からなる。

画像形成装置本体ＧＨの上部には、自動原稿送り装置５０１と原稿画像走査露光装置５０２を有する画像読取装置ＹＳが設置されている。自動原稿送り装置５０１の原稿台に載置された原稿ｄは公知の搬送手段により搬送され、原稿画像走査露光装置５０２の光学系により原稿の片面又は両面の画像が走査露光され、ラインイメージセンサＣＣＤに読み込まれる。ラインイメージセンサＣＣＤにより光電変換されて形成された信号は、画像処理部において、アナログ処理、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等が行われた後、露光手段３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋに送られる。

イエロー（Ｙ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｙは、感光体ドラム１Ｙの周囲に帯電手段２Ｙ、露光手段３Ｙ、現像手段４Ｙ及びクリーニング手段７Ｙを配置している。マゼンタ（Ｍ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｍは、感光体ドラム１Ｍの周囲に帯電手段２Ｍ、露光手段３Ｍ、現像手段４Ｍ及びクリーニング手段７Ｍを配置している。シアン（Ｃ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｃは、感光体ドラム１Ｃの周囲に帯電手段２Ｃ、露光手段３Ｃ、現像手段４Ｃ及びクリーニング手段７Ｃを配置している。黒（Ｋ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｋは、感光体ドラム１Ｋの周囲に帯電手段２Ｋ、露光手段３Ｋ、現像手段４Ｋ及びクリーニング手段７Ｋを配置している。潜像形成手段は、帯電手段２Ｙと露光手段３Ｙ、帯電手段２Ｍと露光手段３Ｍ、帯電手段２Ｃと露光装置３Ｃ、及び帯電手段２Ｋと露光装置３Ｋ、により構成される。

なお、現像手段４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及び黒（Ｋ）の小粒径のトナーとキャリアからなる２成分現像剤を内包する。トナーは発色剤となる顔料若しくは染料と、定着後に定着部材からのトナーの剥離を助けるワックスと、これらを保持するバインダー樹脂とからなる。

中間転写ベルト５は、複数のローラにより巻回され、回動可能に支持されている。

後述するように、本発明に係る定着装置８の第１〜第３の実施形態は定着ベルト方式による定着装置である。即ち、加熱された定着部材としての定着ベルト８１と加圧部材としての加圧ローラ８４との間に形成されるニップ部Ｎに記録媒体である記録紙Ｐを挟持し、記録紙Ｐに担持されたトナー像を加熱及び加圧して定着する。また、本発明に係る定着装置８の第４の実施形態は定着ローラ方式による定着装置であり、加熱された定着部材としての加熱ローラ８２と加圧ローラ８４との間に形成されるニップ部Ｎに記録紙Ｐを挟持し、担持されたトナー像を加熱及び加圧して定着する。

かくして、画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋより形成された各色の画像は、回動する中間転写ベルト５に、転写手段６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋにより逐次転写され（１次転写）、カラー画像合成されたトナー像が形成される。給紙カセット２０内に収容された記録紙Ｐは、給紙手段２１により給紙カセット２０から送り出され、給紙ローラ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、レジストローラ２３等を経て、転写手段６Ａに搬送され、記録紙Ｐにカラー画像が転写される（２次転写）。カラー画像を転写された記録紙Ｐは定着装置８において加熱及び加圧され、記録紙Ｐ上のカラートナー像が定着される。その後、記録紙Ｐは排紙ローラ２４に挟持されて機外の排紙トレイ２５上に載置される。

一方、転写手段６Ａにより記録紙Ｐ上にカラー画像を転写させた後、記録紙Ｐを曲率分離した中間転写ベルト５は、クリーニング手段７Ａにより残留トナーが除去される。

図示しない制御手段１０１は、画像形成装置本体ＧＨの内部に配設され、画像形成装置各部の動作を制御する。

なお、以上はカラー画像を形成する画像形成装置であったが、モノクロ画像を形成する画像形成装置であってもよいし、中間転写ベルトを用いない構成であってもよい。

次に、本発明に係わる定着装置８の第１の実施形態について、図２の断面図に基づいて説明する。図２は、定着装置８の第１の実施形態の構成及び動作を説明するための断面構成図である。

定着部材としての定着ベルト８１は、無端状に形成され、実施の形態では、基体として厚さ７０μｍのＰＩ（ポリイミド）を用い、基体の外周面を弾性層として厚さ２２０μｍの耐熱性のシリコンゴムを被覆している。更にその上に、厚さ３０μｍの耐熱性樹脂であるＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）のチューブを被覆している。

加熱ローラ８２は、定着ベルト８１を加熱する加熱手段としての主加熱手段と補助加熱手段とを内蔵し、アルミニウム等からなる芯金８２Ｄの外周面に、ＰＴＦＥの樹脂層８２Ｅを被覆して形成している。芯金８２Ｄは例えば外径５２ｍｍ、肉厚３ｍｍの円筒状に形成され、ＰＴＦＥの樹脂層８２Ｅは厚さ１５μｍに形成されている。加熱ローラ８２の外径寸法は例えば５２ｍｍである。なお異なった紙幅に対応するために、主加熱手段としてのハロゲンヒータからなる中央部ヒータ８２Ａは消費電力が例えば１０８０Ｗに、端部ヒータ８２Ｂは７０５Ｗに設定され、記録紙Ｐの異なる紙幅に対応させて軸方向に異なる発熱分布になるように配置してある。即ち、中央部ヒータ８２Ａは定着ベルト８１の移動方向と直角な方向（以下、定着ベルト幅方向ともいう）における中央部にメインとなる発熱部を有しており、端部ヒータ８２Ｂは定着ベルト幅方向の両端部にメインとなる発熱部を有している。更に、補助加熱手段としての補助ヒータ８２Ｃは、発光部が中央部に比較して両端部の発熱量が約４０％高くなるように形成されたハロゲンヒータからなり、５００Ｗに設定されている。

定着ローラ８３は、ステンレス等の金属により形成された外径４０ｍｍの中実の芯金８３Ａを、弾性層８３Ｂとして例えば厚さ７．５ｍｍの耐熱性のシリコンゴムで被覆して形成されている。外径寸法は例えば４０ｍｍである。

加圧ローラ８４（加圧部材）は、アルミニウム等からなる例えば外径５０ｍｍで肉厚３ｍｍの円筒状の芯金８４Ｂの外周面に、弾性層８４Ｃとして例えば厚さ２ｍｍの耐熱性のシリコンゴムを被覆している。更にその上に、厚さ３０μｍのＰＦＡでコーティングした樹脂層８４Ｄを被覆している。加圧ローラ８４内にはハロゲンヒータからなる加圧ローラ用ヒータ８４Ａが配設されている。加圧ローラ用ヒータ８４Ａは、補助ヒータ８２Ｃと同様に、発光部が中央部に比較して両端部の発熱量が約２０％高くなるように形成されたハロゲンヒータからなり、消費電力は５３０Ｗに設定されている。

そして、不図示の付勢手段により、加圧ローラ８４が定着ベルト８１を介して定着ローラ８３を押圧している。温度センサ１０４は、加熱ローラ８２の回転方向下流側に対向して、定着ベルト幅方向に複数配設される。複数の温度センサ１０４は、それぞれ中央部ヒータ８２Ａ及び端部ヒータ８２Ｂの発熱部に対応する位置に配設されている。また、温度センサ１０５は、加圧ローラ８４に対向して複数配設される。複数の温度センサ１０５は、それぞれ中央部及び端部の発熱部に対応する位置に配設されている。

以上の構成において、不図示の駆動手段により加圧ローラ８４が反時計方向に駆動回転され、定着ベルト８１及び加熱ローラ８２は時計方向に回転され、定着ローラ８３は時計方向に回転される。なお、定着ローラ８３を駆動回転する構成としてもよい。また、定着ベルト８１は巻回される加熱ローラ８２を介して中央部ヒータ８２Ａ、端部ヒータ８２Ｂ、補助ヒータ８２Ｃにより加熱される。そして、不図示の付勢手段によって加圧ローラ８４が定着ローラ８３を押圧し、定着ローラ８３に巻回された定着ベルト８１と加圧ローラ８４との間に形成されるニップ部Ｎに挟持される記録紙Ｐが加熱及び加圧され、記録紙Ｐ上のトナー像が定着される。

複数の温度センサ１０４の内、定着ベルト幅方向の中央部に配設される温度センサ１０４は定着ベルト８１の移動方向と直角な方向における中央部の温度を検知し、定着ベルト８１の表面温度が予め設定した所定の温度と比較して高いか低いかを検知する。検知した温度が所定の温度より低いときは、その検知信号を受けた制御手段１０１からの指令により、中央部ヒータ８２Ａ、端部ヒータ８２Ｂ、補助ヒータ８２Ｃが点灯される。検知した温度が所定の温度より高いときは、制御手段１０１からの指令により、中央部ヒータ８２Ａ、端部ヒータ８２Ｂ、補助ヒータ８２Ｃが消灯される。但し、端部ヒータ８２Ｂ及び補助ヒータ８２Ｃは、定着ベルト８１の温度が別途定める端部ヒータ及び補助ヒータ制御温度を超えるときには、中央部ヒータ８２ＡのＯＮ−ＯＦＦに拘わらず消灯される。また、複数の温度センサ１０５の内、加圧ローラ幅方向の中央部に配設される温度センサ１０５は加圧ローラ８４の移動方向と直角な方向における中央部の温度を検知し、加圧ローラ８４の表面温度が予め設定した所定の温度と比較して高いか低いかを検知する。検知した温度が所定の温度より低いときは、その検知信号を受けた制御手段１０１からの指令により、加圧ローラ用ヒータ８４Ａが点灯される。検知した温度が所定の温度より高いときは、制御手段１０１からの指令により、加圧ローラ用ヒータ８４Ａが消灯される。

次に、画像形成装置の画像形成動作に対応する加熱手段のＯＮ−ＯＦＦ動作について説明する。

始めに、画像形成装置の図示しない電源ボタンがＯＮされると、ウォーミングアップ（定着装置の予熱）状態となり、中央部ヒータ８２Ａ、端部ヒータ８２Ｂが点灯され、温度センサ１０４の内中央部が所定の温度に達した後、加圧ローラ用ヒータ８４Ａが点灯され、温度センサ１０５の内中央部が所定の温度に達した後、中央部ヒータ８２Ａ、端部ヒータ８２Ｂは消灯され、補助ヒータ８２Ｃが点灯し、待機（アイドリング）状態となる。

次いで、図示しないプリントスタートボタンがＯＮされるとき、中央部ヒータ８２Ａ、端部ヒータ８２Ｂ、補助ヒータ８２Ｃ、及び加圧ローラ用ヒータ８４Ａが点灯される。但し、出力される記録紙Ｐにおける、記録紙搬送方向と直角な方向の長さ（以下、記録紙幅方向という）が端部ヒータ８２Ｂの高発光部の間隔より短い場合には、端部ヒータ８２ＢはＯＮされない。

更に、記録紙Ｐの出力が終了し、定着動作が待機（アイドリング）状態となるときには、補助ヒータ８２Ｃと加圧ローラ用ヒータ８４Ａが温度センサ１０４の検知温度に応じてＯＮ−ＯＦＦ動作され、中央部ヒータ８２Ａ及び端部ヒータ８２Ｂは動作されない。

本実施形態では加熱手段としてハロゲンランプを用いているが、定着部材を加熱する加熱手段としては、どのような加熱手段を用いてもよく、例えば励磁コイルを用いた誘導加熱発熱体を用いてもよい。

以上の如き定着装置８において、加熱定着された記録紙Ｐがニップ部Ｎから排紙された後に定着ベルト８１に付着して巻き付くとジャムが発生するおそれがあるので、記録紙Ｐを定着ベルト８１から確実に分離させる必要がある。

そこで、この分離手段として本実施形態では所謂エア分離手段を用いており、ニップ部Ｎの出口側近傍にエアノズル３０１を設けた。エアノズル３０１はファン３０３により送風された空気を連続して吐出するノズルであって、ニップ部Ｎを通過した直後の記録紙Ｐの先端部近傍に対して吹き付け、記録紙Ｐの先端部を定着ベルト８１から分離させる。さらに先端部が分離された記録紙Ｐに吹き付けて定着ベルト８１に付着しないようにする。

このようにして、定着ベルト８１から分離された記録紙Ｐは排紙ガイド板８５に案内されて搬送される。

以上の如く、ファン３０３によって送風された空気が、エアノズル３０１から連続して吐出することによりニップ部Ｎから排出される記録紙Ｐの先端部が定着ベルト８１から分離される。その後、記録紙Ｐの定着ベルト８１への付着が防止される。

また、図１に示す如き画像形成装置において、制御手段１０１は加圧ローラ圧着タイミングとほぼ同期してファン３０３に通電する。これにより、ファン３０３は回転を開始し、ダクト３０２を介してエアノズル３０１より空気を吐出して記録紙Ｐに吹き付け、記録紙Ｐを定着ベルト８１から分離する。連続して記録紙Ｐを定着する場合は、ファン３０３を回転させたままとするが、後述するようにファン３０３の応答性が十分高い場合は、記録紙Ｐの進入のタイミングに合わせてファン３０３をＯＮ／ＯＦＦさせてもよい。なお本実施形態においては、ファン３０３は９７×９５×３３ｍｍ角で、６．２４Ｗ、最大静圧２６０ＰａのＰＷＭ軸流ファンを３個用いている。

ファン３０３の風速は、環境・用紙種・斤量などによって自動に切り替えられる。もちろん手動設定も可能である。

記録紙Ｐが定着装置８に達する前にファン３０３に通電するのは、ファン３０３が通電されてから最大の回転数になるまでタイムラグがあるからである。記録紙搬送速度が小さかったりして、記録紙Ｐを分離させようとする位置に達する前に、ファン３０３が後述する分離を継続するのに十分な風速に達することができるのであれば、記録紙Ｐが定着装置８に達してから起動してもよい。逆に、より高速の画像形成装置に本発明を適用する場合等、高出力で立ち上がりに時間がかかるブロア等をファン３０３として使うときは、画像形成装置の給紙開始、又は画像形成動作開始に先だち、ブロアの起動等、ファン３０３の起動タイミングを適宜選択する。

また、ファン３０３は軸流ファンに限定されるものではなく、シロッコファンやクロスフローファン、或いはブロア等でもよい。もちろんエア吹き付け手段はファンに限らずコンプレッサ、またはコンプレッサとファンの併用でも良い。要は定着ベルト８１から先端部が分離された記録紙Ｐを連続して剥離可能な風量等を有する条件を備えていればよい。

図３は、本発明に係る定着装置８の第２の実施形態の構成及び動作を説明するための断面構成図である。

第２の実施形態の構成及び動作は、第１の実施形態の構成及び動作と類似しており、同一の機能を有する部材には同一の符番を付しているため説明は省略し、異なる構成及び動作についてのみ説明する。

第２の実施形態の構成が第１の実施形態の構成と異なる点は、第２の実施形態では加熱ローラ８２内に中央部ヒータ８２Ａ、端部ヒータ８２Ｂ、及び、補助加熱手段として、補助ヒータ８２Ｃに加えてアイドリングヒータ８２Ｆが配設されている点である。アイドリングヒータ８２Ｆは、第１の実施形態の補助ヒータ８２Ｃと同様に、発光部を中央部に比較して両端部の発熱量が高くなるように形成されたハロゲンヒータからなり、５００Ｗに設定されている。また、第２の実施形態における補助ヒータ８２Ｃは３００Ｗに設定されている。

補助加熱手段としてのアイドリングヒータ８２Ｆと補助ヒータ８２Ｃは選択的に使用可能に構成され、加熱ローラ８２の温度や環境条件によっていずれのヒータを用いるかが制御手段１０１により選択される。また、アイドリングヒータ８２Ｆと補助ヒータ８２Ｃの発光部の配列（中央部と端部の配列）を変えて、加熱ローラ８２の中央部と端部の温度の違いに応じて、選択的に用いることもできる。

画像形成装置の画像形成動作に対応する加熱手段のＯＮ−ＯＦＦ動作は、アイドリングヒータ８２Ｆ以外は第１の実施形態の動作とほぼ同一である。但し、定着動作が待機状態となるときには、加圧ローラ用ヒータ８４ＡがＯＮされるとともに、補助ヒータ８２Ｃとアイドリングヒータ８２Ｆとが選択的に用いられる。アイドリングヒータ８２Ｆは、アイドリング時のみに動作される。

エア分離手段は、第１の実施形態と同様に、定着ベルト８１と加圧ローラ８４との間に形成されるニップ部Ｎから排出される記録紙Ｐの先端に向けてエアを吹き付ける。

図４は、本発明に係る定着装置８の第３の実施形態の構成及び動作を説明するための断面構成図である。

第３の実施形態の構成及び動作は、第２の実施形態の構成及び動作と類似しており、同一の機能を有する部材には同一の符番を付しているため説明は省略し、異なる構成及び動作についてのみ説明する。

第３の実施形態の構成が第２の実施形態の構成と異なる点は、第３の実施形態では外部加熱ローラ８７が定着ベルト８１の外側（外部）に接して配設されている点である。また、第２の実施形態では補助ヒータ８２Ｃが加熱ローラ８２内に配設されているのに対し、第３の実施形態では補助加熱手段としての外部加熱用ヒータ８７Ａが外部加熱ローラ８７内に配設されている点である。外部加熱ローラ８７は、外径３０ｍｍ、厚さ２ｍｍの芯金に厚さ３０μｍのＰＴＦＥの樹脂層を被覆して形成している。外部加熱用ヒータ８７Ａは、補助ヒータ８２Ｃと同様に、発光部が中央部に比較して両端部の発熱量が約４０％高くなるように形成されたハロゲンヒータからなり、消費電力は３００Ｗに設定されている。

画像形成装置の画像形成動作に対応する加熱手段のＯＮ−ＯＦＦ動作は、アイドリングヒータ８２Ｆ以外は第２の実施形態の動作とほぼ同一である。但し、定着動作が待機状態となるときには、外部加熱用ヒータ８７Ａは用いられず、加圧ローラ用ヒータ８４Ａとアイドリングヒータ８２Ｆとが用いられる。

エア分離手段は、第１の実施形態と同様に、定着ベルト８１と加圧ローラ８４との間に形成されるニップ部Ｎから排出される記録紙Ｐの先端に向けてエアを吹き付ける。

図５は、本発明に係る定着装置８の第４の実施形態の構成及び動作を説明するための断面構成図である。

第４の実施形態の構成及び動作は、第１の実施形態の構成及び動作と類似した箇所があり、同一の機能を有する部材には同一の符番を付しているため説明は省略し、異なる構成及び動作についてのみ説明する。

第４の実施形態の構成が第１の実施形態の構成と異なる点は、第１の実施形態がベルト定着方式による定着装置であるのに対し、第１の実施形態がローラ定着方式による定着装置である点である。従って、第４の実施形態では第２の実施形態における定着ベルト８１及び定着ローラ８３がなく、加熱ローラ８２と加圧ローラ８４とが直接当接してニップ部Ｎを形成しており、定着ベルトではなく加熱ローラ８２が本発明に係る定着部材に相当することになる。その他の構成に差異はない。エア分離手段は、第１の実施形態と同様に、ニップ部Ｎから排出される記録紙Ｐの先端に向けてエアを吹き付ける。

図６は、本発明の構成を有する定着装置と有しない定着装置との定着部材の温度変化を、低温低湿環境下で連続して定着動作を行った実験に基づいて比較したグラフである。

図６において、縦軸は定着部材としての定着ベルト８１の表面温度を表し、横軸は時間（又はプリント枚数）を表す。

符号のｔ１は、本発明の補助加熱手段を用い、ニップ部Ｎから排出される記録紙Ｐの先端にエアを吹き付けるという条件下での定着ベルト８１の表面温度の推移を表す曲線である。符号のｔ２は、本発明の補助加熱手段を用い、ニップ部Ｎから排出される記録紙Ｐにエアを吹き付けない場合の定着ベルト８１の表面温度の推移を表す曲線である。符号のｔ３は、本発明の補助加熱手段を用いずに主加熱手段のみを用い、ニップ部Ｎから排出される記録紙Ｐにエアを吹き付けない場合の定着ベルト８１の表面温度の推移を表す曲線である。符号のｔ４は、本発明の補助加熱手段を用いずに主加熱手段のみを用い、ニップ部Ｎから排出される記録紙Ｐの先端にエアを吹き付ける場合の定着ベルト８１の表面温度の推移を表す曲線である。

また、符号のＴＡは、定着ベルト８１の表面温度を、記録紙Ｐに担持されたトナー像を定着するのに必要な温度に保つために加熱手段をＯＮ−ＯＦＦする基準となる予め設定した所定の温度である。ＴＢは、これ以上低くなると定着不良となるおそれがあるため、警告を発したり、画像形成装置の動作を停止させたりする基準となる低温警告温度である。

図６に示すように、本発明の補助加熱手段を用いずに主加熱手段のみを用い、記録紙Ｐの先端にエアを吹き付ける場合の温度推移曲線ｔ４は、プリント開始とともに温度が下がり続け、短時間の内に低温警告温度ＴＢを下回ってしまう。また、補助加熱手段を用いずに主加熱手段のみを用いるが、記録紙Ｐにエアを吹き付けない場合の温度推移曲線ｔ３は、プリント開始後に一旦温度が低温警告温度ＴＢの近くまで下がり、その後徐々に所定の温度ＴＡに向けて回復して行くが、回復の速度が遅い。温度推移曲線ｔ３による定着は、画像のトナー付着量や紙種等の条件が厳しくなると定着不良となる危険性が高い。

本発明の補助加熱手段を用いる場合には、記録紙Ｐにエアを吹き付けても（温度推移曲線ｔ１）、エアを吹き付けなくても（温度推移曲線ｔ２）、定着ベルト８１の表面温度は所定の温度ＴＡに対して僅かに上下するだけで管理された温度範囲に保たれる。

本発明に係る補助加熱手段としての補助ヒータを用いれば、エア分離手段によるエアの吹き付けがあっても、定着ベルト８１の表面温度が低温警告温度ＴＢに近づいたり、低温警告温度ＴＢを超えたりすることがなく、所定の温度ＴＡを安定して保つことができる。

図７は、本発明に係る定着装置８の第１〜第４の実施形態における加熱手段及びエア分離手段の動作を制御する制御系のブロック図である。

図７において、制御手段１０１は、温度センサ１０４、及び加圧ローラ圧着タイミングにより、加熱手段及びエア分離手段の動作を制御する。制御される加熱手段としては、主加熱手段としての中央部ヒータ８２Ａ及び端部ヒータ８２Ｂ、補助加熱手段としての補助ヒータ８２Ｃ、外部加熱用ヒータ８７Ａ、及び加圧ローラ用ヒータ８４Ａがある。また、制御されるエア分離手段としては、ファン３０３がある。

図８は、本発明に係る定着装置８の第１〜第４の実施形態における加熱手段の動作タイミングを説明するためのタイミングチャートである。

図８において、主加熱手段としての中央部ヒータ８２Ａ及び端部ヒータ８２Ｂは、電源ＯＮによりＯＮされ、プリント中は温度センサ１０４により検知される定着ベルト８１の表面温度と予め設定した所定の温度とが比較され、動作を制御されてＯＮ−ＯＦＦする。また、中央部ヒータ８２Ａ及び端部ヒータ８２Ｂは、アイドリング時にはＯＦＦされる。

本発明に係る補助加熱手段としての補助ヒータ８２Ｃは、主加熱手段と同様にプリント開始とともにＯＮされ、ＯＮ−ＯＦＦ制御されるが、定着ベルト８１の温度が前述の補助ヒータ制御温度を超えるときにはＯＦＦされる。また、補助ヒータ８２Ｃはアイドリング時には、補助ヒータ制御温度によりＯＮ−ＯＦＦ制御される。

アイドリングヒータ８２Ｆ及び外部加熱用ヒータ８７Ａは、プリント開始とともにＯＮされ、加圧ローラ用ヒータ８４Ａは、電源ＯＮとともにＯＮされる。外部加熱用ヒータ８７Ａは、補助ヒータ８２Ｃと同様に、ＯＮ−ＯＦＦ制御され、定着ベルト８１の温度が補助ヒータ制御温度を超えるときにはＯＦＦされ、アイドリング時にはＯＮ−ＯＦＦ制御される。アイドリングヒータ８２Ｆ及び加圧ローラ用ヒータ８４Ａは、主加熱手段と同様にＯＮ−ＯＦＦ制御されるが、アイドリング時には別途定める設定温度に応じてＯＮ−ＯＦＦ制御される。

本発明に係る定着装置８の第１〜第４の実施形態によれば、プリント時に主加熱手段とともに補助ヒータ８２Ｃ（又は、アイドリングヒータ８２Ｆ）をＯＮ−ＯＦＦ制御させるため、エア分離時のエア吹き付けがあっても、定着ベルト８１の温度低下が防止できる。また、アイドリング時に消費電力の大きな主加熱手段としての中央部ヒータ８２Ａ及び端部ヒータ８２ＢがＯＮ−ＯＦＦ制御されないため、フリッカ発生の危険性を少なくすることができる。

図９は、本発明に係る定着装置８の他の実施形態における補助ヒータ８２Ｃの動作タイミングを説明するためのタイミングチャートである。

図９（ａ）は、補助ヒータ８２Ｃの消灯温度が端部ヒータ８２Ｂの消灯温度と同一の温度に設定されている一方の実施形態の動作タイミングを表す。図９（ｂ）は、消灯温度が端部ヒータ８２Ｂの消灯温度より低い温度に設定されているもう一方の実施形態の動作タイミングを表す。図９（ａ）及び図９（ｂ）の比較により明らかなように、図９（ａ）に示す一方の実施形態では、補助ヒータ８２ＣのＯＮ−ＯＦＦ動作が端部ヒータ８２Ｂと同様に頻繁に繰り返される。然るに、図９（ｂ）に示すもう一方の実施形態では、補助ヒータ８２ＣがＯＮ−ＯＦＦ動作を繰り返す頻度は少なくなる。

図９（ｂ）に示すもう一方の実施形態によれば、補助ヒータ８２Ｃの消灯温度を端部ヒータ８２Ｂの消灯温度より低い温度に設定することにより、補助ヒータ８２ＣのＯＮ−ＯＦＦ動作の繰り返しの頻度は少なくなり、フリッカ発生の危険性を減じることができる。

８ 定着装置
８１ 定着ベルト（定着部材）
８２ 加熱ローラ
８２Ａ 中央部ヒータ（主加熱手段）
８２Ｂ 端部ヒータ（主加熱手段）
８２Ｃ 補助ヒータ（補助加熱手段）
８２Ｆ アイドリングヒータ（補助加熱手段）
８３ 定着ローラ
８４ 加圧ローラ
８４Ａ 加圧ローラ用ヒータ
８７ 外部加熱ローラ
８７Ａ 外部加熱用ヒータ（補助加熱手段）
１０１ 制御手段
１０４ 温度センサ
３０１ エアノズル
３０３ ファン
ＧＨ 画像形成装置本体
Ｎ ニップ部
Ｐ 記録紙
ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４ 温度推移曲線
ＴＡ 所定の温度
ＴＢ 低温警告温度
ＴＭ タイマ

Claims (5)

1. 加熱手段と、該加熱手段により加熱される定着部材と、該定着部材を押圧して該定着部材との間にニップ部を形成し、該ニップ部に記録媒体を挟持して記録媒体に担持されたトナー像を定着する加圧部材と、該ニップ部から排出される記録媒体の先端にエアを吹き付け、記録媒体を前記定着部材から剥離させるエア分離手段と、を有する定着装置において、
   前記加熱手段は、
   記録媒体に担持されたトナー像を加熱定着する際に前記定着部材を加熱する中央部ヒータ及び端部ヒータから構成される主加熱手段と、
   前記エア分離手段からのエアの吹き付けにより、前記定着部材の温度が予め設定した所定の温度より低くなる際に前記定着部材を加熱するとともに、消灯温度が前記端部ヒータの消灯温度よりも低い温度に設定される補助加熱手段と、
   を有することを特徴とする定着装置。
2. 加熱定着動作の待機時に、前記補助加熱手段のみが前記定着部材を加熱することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記主加熱手段と前記補助加熱手段とが、前記定着部材の内部に配設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記主加熱手段は前記定着部材の内部に配設され、前記補助加熱手段は前記定着部材の外部に配設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。

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