定着装置
【課題】 エンドレスベルトを用いた定着装置のウォームアップ時間の更なる短縮を図る。
【解決手段】 エンドレスフィルムが回転を開始し定着ニップ部で定着処理を開始する前のウォームアップ期間中、エンドレスフィルム回転方向における定着ニップ部中央より下流側の位置でヒータの発熱量が最も大きくなるように設定する。
【解決手段】 エンドレスフィルムが回転を開始し定着ニップ部で定着処理を開始する前のウォームアップ期間中、エンドレスフィルム回転方向における定着ニップ部中央より下流側の位置でヒータの発熱量が最も大きくなるように設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真技術を用いた複写機やプリンタに搭載される定着装置に関する。特に、エンドレスフィルムとエンドレスフィルムの内周面に接触するヒータとを有しエンドレスフィルムを介して記録材上の未定着トナー像を記録材に加熱定着する定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンドレスフィルムを用いた定着装置は、構造上、非常に低熱容量であるため、ウォームアップを開始して定着可能な温度に到達するまでの時間が短くできる。そのため、プリント指示を待つスタンバイ中の消費電力を少なくできる等、優れた性能を有している。
【０００３】
このような優れた性能を有する定着装置でも、近年は更なる性能アップが求められている。例えば、ウォームアップを開始して定着可能な温度に到達するまでの時間を更に短縮することもその一つである。また、トナーを紙に定着させる定着性能の更なる向上もその一つである。
【０００４】
特許文献１には、エンドレスフィルム内周面に接触するヒータが、複数本の発熱抵抗体を有していること、及び複数枚の記録材を連続して定着処理する場合に、徐々にヒータの発熱分布を変化させて定着性能を確保することが開示されている。
【特許文献１】特開２００２−３４１６８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のものは、連続プリント時における記録材搬送方向のヒータの発熱ピークを徐々に搬送方向上流側へシフトさせることにより、連続プリント時の定着性を確保している。しかしながら、少ない消費電力でウォームアップ完了までの時間を短縮するものではない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題を解決するための本発明は、エンドレスフィルムと、基板と前記基板上に設けられた複数の発熱抵抗体とを有し前記エンドレスフィルムの内周面に接触するヒータと、前記エンドレスフィルムを介して前記ヒータと共に定着ニップ部を形成するバックアップ部材と、を有し、前記定着ニップ部で未定着トナー像を担持する記録材を挟持搬送しつつ未定着トナー像を記録材に加熱定着する定着装置において、前記エンドレスフィルムが回転を開始し前記定着ニップ部で定着処理を開始する前のウォームアップ期間中、前記エンドレスフィルム回転方向における前記定着ニップ部中央より下流側の位置で前記ヒータの発熱量が最も大きくなるように設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、少ない消費電力でウォームアップ完了までの時間を短縮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（実施例１）
以下、本発明の実施の一形態を添付図面について説明する。
【０００９】
図２０は、本発明の定着装置を搭載した画像形成装置の一例であるレーザプリンタの概略構成を示す図である。
【００１０】
同図において、１はドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと称す）である。この感光ドラム１は装置本体Ｍによって回転自在に支持されており、不図示の駆動手投によって矢印方向に所定のプロセススピードで回転駆動されるようになっている。なお、この感光ドラム１の周囲には、その回転方向に沿って順に帯電装置（帯電ローラ）２、露光装置（走査手段）３、現像装置４、転写装置（転写手段）５、クリーニング装置７が配設されている。
【００１１】
また同図において、給紙カセット８は装置本体Ｍの下部に配置され、シート状の記録材Ｐが収納されている。記録材Ｐは搬送経路Ｒに沿って不図示の搬送手段により搬送方向上流側から順に、転写装置（転写手段）５、ガイド３５、定着装置（定着手段）６に搬送される。
【００１２】
次に、レーザプリンタにおける画像形成動作について説明する。画像形成動作が開始されると、まず駆動手段によって矢印方向に回転駆動された感光ドラム１は、帯電ローラ２によって所定の極性、所定の電位に一様に帯電される。そして、帯電ローラ２によって帯電した後の感光ドラム１の表面は、露光装置（走査手段）３によって画像情報に基づいた光Ｌで走査される。この結果、光Ｌによって走査された部分の電荷が除去されて感光ドラム１の表面に静電潜像が形成される。
【００１３】
次に、この静電潜像は、トナーを収容する現像装置４によって現像され、感光ドラム上にトナー像が形成される。なお、この現像装置４は現像ローラ４ａを有しており、この現像ローラ４ａに現像バイアスを印加することで、感光ドラム１上の静電潜像にトナーを供給している。
【００１４】
一方、このようなトナー像形成動作に並行して給紙カセット８に収納されている記録材Ｐは、不図示の搬送手段によって給紙、及び搬送され、感光ドラム１と転写ローラ５との間に搬送される。記録材Ｐが転写ニップ部に搬送されると、転写ローラ５に印加される転写バイアスにより感光ドラム上のトナー像が記録材Ｐ上の所定の位置に転写される。
【００１５】
次に、未定着トナー像を担持した記録材Ｐは、搬送ガイド３５に沿って定着装置６を構成するエンドレスフィルム３３と、このエンドレスフィルム３３と接触する加圧ローラ４０との間に形成されている定着ニップ部Ｎに搬送される。この定着ニップ部で未定着トナー像が加熱及び加圧されてトナー像が記録材Ｐ表面に定着する。なお、このようにしてトナー像が定着された後の記録材Ｐは、装置本体Ｍ上面に設けられた排紙トレイ上に排出される。
【００１６】
一方、トナー像転写後の感光ドラム１は、クリーニング装置７のクリーニングブレード７ａによってクリーニングされ、次の画像形成に備える。以上の動作を繰り返すことで、次々と画像形成を行うことができる。
【００１７】
次に、本実施例に係る定着装置６の構成を図１に示す。図１（ａ）にヒータ３１の平面図を、図１（ｂ）に定着装置の断面図を示す。
【００１８】
ヒータ３１はセラミック基板３１ａ上に発熱抵抗体を形成したヒータである。セラミック製の基板３１ａは、アルミナや窒化アルミ（Ａ１Ｎ）のような、電気絶縁性及び熱伝導性に優れた低熱容量の材質で構成されている。セラミック基板３１ａ上には基板長手方向に沿って、銀パラジウム（Ａｇ／Ｐｂ）、Ｔａ２Ｎ等の発熱抵抗体２０をスクリーン印刷で形成してある。符号２１ａ及び２１ｂは不図示のコネクタが接触する電極である。さらに発熱抵抗体２０を形成した面を不図示の薄肉ガラス保護層で覆っている。このヒータ３１（の発熱抵抗体２０ａ及び２０ｂ）は商用電源から電力を供給されて発熱する。
【００１９】
ヒータ３１の温度は温度検知素子（以下、サーミスタと称す）３４により検知されている。そして、温度検知素子３４の検知温度に応じてヒータ３１への通電が不図示の通電制御部によって制御されている。制御方法としては、商用電源からヒータに供給する電流（正弦波）の波数の増減を制御する波数制御方式や、商用電源からヒータに供給する電流（正弦波）の位相角を制御する位相制御方式がある。これらの制御方式によってヒータ３１は所定の目標温度に温度管理される。
【００２０】
エンドレスフィルム３３は、定着ニップ部Ｎにおいてヒータ３１と加圧ローラ４０に挟まれており、加圧ローラ４０から動力を受けてヒータ３１に密着した状態で回転する。なお、ヒータ３１のガラス保護層側がエンドレスフィルム３３と接触する構成であっても、セラミック基板側がエンドレスフィルム３３と接触する構成であってもかまわない。
【００２１】
また、エンドレスフィルム３３は内部のヒータ３１およびヒータホルダ３２に摺擦しながら回転するため、ヒータ３１やヒータホルダ３２と、エンドレスフィルム３３と、の間の摩擦抵抗を小さく抑える必要がある。このため、ヒータ３１およびヒータホルダ３２の表面に耐熱性グリース等の潤滑剤を少量介在させてある。これにより、エンドレスフィルム３３はスムーズに回転することが可能となる。
【００２２】
ヒータ３１の熱を効率よく記録材Ｐに与えるため、エンドレスフィルム３３の厚みは、１００μｍ以下とするのが好ましい。エンドレスフィルム３３は、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、等の耐熱性の樹脂をベース層とした構成や、ＳＵＳ（ステンレス）、Ａｌ、Ｎｉ、等の金属、をベース層とした構成、である。
【００２３】
また、長寿命の定着装置を構成するために充分な強度を持ち、耐久性に優れたエンドレスフィルムとして、２０μｍ以上の厚みが必要である。よって、エンドレスフィルム３３の厚みとしては２０μｍ以上１００μｍ以下が最適である。このエンドレスフィルム３３はエンドレスフィルムベース層、プライマー層、離型層の３層構成、あるいはベース層と離型層の間にゴム層を設けた構成となっている。エンドレスフィルムベース層側がヒータ３１側であり、離型層が加圧ローラ４０側である。また、エンドレスフィルムベース層によってエンドレスフィルム３３全体の引裂強度といった機械的強度を保っている。ベース層の外側には導電フィラーを分散した導電性プライマー層を厚み２〜６μｍ程度で形成されている。そして、エンドレスフィルム３３のチャージアップによる静電オフセットを防止するために、フィルムを接地状態あるいは一定電位に保つように構成されている。
【００２４】
さらに、離型層はエンドレスフィルム３３に対するトナーオフセット防止や記録材Ｐの分離性を確保するために表層には、ＰＦＡ，ＰＴＦＥ，ＦＥＰ、シリコーン樹脂といった離型性の良好な耐熱フッ素樹脂を厚み１０μｍ程度混合ないし単独で被覆してある。
【００２５】
また、ヒータホルダ３２は、例えば耐熱性プラスチック製部材（液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ，ＰＥＥＫ）により形成され、ヒータ３１を保持するとともにエンドレスフィルム３３の回転を案内するガイドも兼ねている。不図示のモータにより加圧ローラ４０が回転すると、エンドレスフィルムは加圧ローラから駆動力を受けて図１（ｂ）の矢印の方向に回転する。
【００２６】
エンドレスフィルム３３を介してヒータ３１と共に定着ニップ部Ｎを形成する加圧ローラ（バックアップ部材）４０は不図示の芯金の外側にシリコーンゴムやフッ素ゴムといった耐熱ゴムあるいはシリコーンゴムを発泡して形成された弾性層４２を設けた構成であり、この弾性層４２の上にはＰＦＡ，ＰＴＦＥ，ＦＥＰといった離型層（不図示）を形成してあってもよい。
【００２７】
図１（ｂ）のような定着ニップ部Ｎを形成するために、定着装置の長手方向両端部には夫々バネが掛けられており、このバネの力によって定着ニップ部Ｎには圧力が掛かっている。
【００２８】
以上のように形成されている定着ニップ部Ｎで未定着トナー像ｔを担持する記録材Ｐを挟持搬送しつつ未定着トナー像ｔを記録材Ｐに加熱定着する。
【００２９】
次に、実施の形態１における定着装置の温度制御を図２に示す。図２はヒータ３１の目標温度（制御温度）の推移を示している。本実施形態の定着装置は以下の３つの動作から成り立っている。
（１）装置を目標温度にまで暖める立上動作（ウォームアップ期間）
（記録材Ｐがニップ部Ｎに存在しない蓄熱動作）
（２）トナー像を記録材Ｐに固着させる定着動作（定着処理期間）
（記録材Ｐがニップ部Ｎに存在する加熱動作）
（３）装置を冷却する立下動作
プリンタにプリント指示が入ると、まず、（１）立上動作（以下、前回転と称す）を行う。この時、プリンタは、画像処理装置、駆動モータ、あるいは高圧回路など、様々な装置を立ち上げる必要があるため、定着装置に投入できる電力は限られる。本実施形態では、定着装置に１０００Ｗ投入でき、プロセススピード３００ｍｍ／ｓｅｃ、スループット５０ｐｐｍの装置を用いており、前回転は４秒である。エンドレスフィルム３３が外径φ２４ｍｍ、ベース層は５０μｍのポリイミドを用い、エンドレスフィルムの熱伝導率はおよそ０．１Ｗ／ｍＫである。加圧ローラ４０は外径φ２５ｍｍで、シリコーンゴムを弾性層４２として厚み４ｍｍ、ニップ部Ｎの幅が８ｍｍとなるように加圧力を調節した。
【００３０】
上記条件において、図１に示す上流側の発熱抵抗体２０ａのみに１００％の電力比（即ち、商用電源から供給される正弦波を制限していない状態）で通電を行った場合（設定Ａ）と、下流側の発熱抵抗体２０ｂのみに１００％の電力比で通電を行った場合（設定Ｂ）の定着ニップ部Ｎ内の温度分布を図３に示す。横軸がニップ部Ｎ内の位置、縦軸がニップ部内の温度である。図３の測定値は、前回転終了時（通電開始から４秒後の定着動作直前）に記録材Ｐの代わりに熱電対を定着ニップ部Ｎに通して温度測定したものである。
【００３１】
設定Ａでは、ニップ部Ｎ突入直後から熱電対の温度が上昇し、搬送方向中央付近で温度がピーク（約１３０℃）となるのに対して、設定Ｂでは熱電対がニップ部Ｎから出る直前に温度がピークとなり、到達温度も約１５０℃となっている。このように、設定Ｂは設定Ａよりピーク温度が高く、ピークの位置も設定Ｂは設定Ａよりもニップ部出口に近いことが判る。
【００３２】
ここで、エンドレスフィルム３３表面の温度を図４に示す。図４（ａ）に上流１００％発熱（設定Ａ）、下流１００％発熱（設定Ｂ）、さらに上流５０％下流５０％発熱（設定Ｃ）の、ニップ部Ｎ直後と直前のエンドレスフィルムの温度を示している。ニップ部Ｎ直後の温度とニップ部Ｎ直前の温度は、図４（ｂ）に示した位置で温度測定したものである。
【００３３】
ニップ部Ｎ直後のエンドレスフィルム３３表面温度は、下流１００％発熱したもの（設定Ｂ）が一番高い温度（１３０℃）となり、それに伴いニップ部Ｎ直前でも下流１００％発熱したもの（設定Ｂ）が一番高い温度（８０℃）となっている。
【００３４】
このメカニズムを、図５のイメージ図を用いて説明する。上流発熱（設定Ａ）では、発熱抵抗体２０ａからエンドレスフィルム３３へ、エンドレスフィルム３３からヒータ３１や加圧ローラ４０側へ熱が移動していく。ヒータへ通電開始した直後はヒータと周囲の部品との温度差が大きいため、熱はより伝わりやすい。一方、下流発熱（設定Ｂ）では、熱が発熱抵抗体２０ｂからエンドレスフィルム３３に伝熱した直後に、回転によりエンドレスフィルム３３がニップ部Ｎから出るため空気層によって断熱される。そしてエンドレスフィルム３３は、複数回ニップ部Ｎを通過するが、２回目以降は加圧ローラ４０との温度差が小さいため、熱の逃げは起こり難く、エンドレスフィルム３３内部に蓄熱される。よって、図４に示すとおり、設定Ｂではニップ部Ｎ直後からエンドレスフィルムの表面温度が高くなり、かつニップ部Ｎ直前のエンドレスフィルムの表面温度も高くなる。
【００３５】
上流発熱（設定Ａ）で、ヒータ３１に移動した熱はヒータ基板の下流側やヒータホルダ３２へ、加圧ローラ４０に与えられた熱は、１周する間に表面から内部へと浸透していく。
【００３６】
次に、１枚目の定着動作（２）について説明する。まず、図６（ａ）に１枚目の定着性を示す。ここで定着後に記録材Ｐ上のトナー像を擦ることでトナーが剥がれて薄くなり、この擦り前後の濃度を測定して、濃度低下率（％）として算出している。
【００３７】
図６では、横軸に記録材Ｐの搬送方向における箇所を示し、縦軸に濃度低下率を示す。濃度低下率は数字が大きい程、定着性が悪いといえる。本実施例では２０％を基準、すなわち擦りによって画像濃度が８割程度になるところを基準にして定着性の良し悪しを判断している。
【００３８】
図６（ａ）の１枚目の定着性を示したグラフにおいて、設定Ａの場合の濃度低下率が２０％前後であるのに対して、設定Ｂの場合の濃度低下率は１０％前後である。設定Ｂは特に記録材の搬送方向先端の定着性が良い。２本の発熱抵抗体２０ａ及び２０ｂを均等に発熱させた設定Ｃの場合、濃度低下率１８％前後で、記録材Ｐ先端から後端にかけて安定した定着性となっている。
【００３９】
設定Ｂの定着性が良いのは、エンドレスフィルム３３に蓄熱された熱量が定着動作時のニップ部Ｎ内で、記録材Ｐ先端から徐々に吐き出されるからである。
【００４０】
エンドレスフィルム３３の熱伝導率や外径などによって定着性は異なるが、プリント１枚目の画像の濃度低下率が２０％となるように前回転（蓄熱動作）の時間を調整すれば、設定Ｂは設定Ａの場合より前回転の時間を約１秒短縮することができる。つまり、設定Ｂのような発熱分布でウォームアップを行えば、ウォームアップ時間を短縮できることがわかる。
【００４１】
次に、２枚目以降の定着動作について説明する。本実施例では、図２に示すように、前回転（蓄熱動作）が終了するとヒータが目標温度１８０℃を維持するように温度制御して定着動作に移行する。
【００４２】
定着動作時はサーミスタ部の温度を一定に保つ温度制御によって投入電力が絞られるため、前回転時の１０００Ｗ（１００％）より数十％少ない電力となる。さらに使用環境の温湿度や記録材Ｐの厚みによっても電力は異なる。本実施例での定着装置で消費している電力をモニターしたものを図７に示す。図７は横軸に時間、縦軸に消費電力を示している。前回転時は１０００Ｗ投入されているが、温度制御が開始され、定着装置全体が暖まっていくため徐々に消費電力が減少していく。
【００４３】
そして、この時の３枚目の定着性を図６（ｂ）に示す。サーミスタの配置を調整することで電力を合わせており、３枚目の定着動作時の発熱１００％は約７００Ｗの投入電力となっている。図６の（ａ）に示した１枚目の画像の定着性とは異なり、図６（ｂ）に示す３枚目の画像の定着性は、設定Ａのほうが設定Ｂよりも定着性が良くなっている。これは以下の理由による。
【００４４】
図３に示す温度分布において、設定Ｂではニップ部Ｎの入口から約３ｍｍの箇所でニップ部内の温度が６０℃になるのに対して、設定Ａではニップ部Ｎの入口から約０．５ｍｍの箇所でニップ部内の温度が６０℃となっている。
【００４５】
次に定着される「トナーの弾性率の温度変化」を図８に示す。縦軸に弾性率（Ｇ’）を、横軸に温度を示している。トナーを加熱することで弾性率は低下して、６０℃を超えた辺りから急激に低下する。定着動作における加熱と加圧の関係は、６０℃へ達した後の加圧時間が長い方がトナーは溶けやすくなるため、図３に示すニップ部Ｎ内の温度分布により設定Ａのほうが設定Ｂより定着性が向上している。
【００４６】
そして、図６（ｂ）に示す通り、設定Ａでは、３枚目の濃度低下率が１０％前後となる。
【００４７】
次に、本実施例１の具体的な制御を図９に示す。図２や図７と同様に横軸に時間をとり、縦軸に上流側発熱抵抗体と下流側発熱抵抗体の発熱比率の変化を示している。前回転（蓄熱動作）時には、下流側の発熱を１００％（設定Ｂ）として、積極的にエンドレスフィルム３３に熱を蓄え、ヒータ基板３１ａや加圧ローラ４０への伝熱を抑制する。そして、前回転（蓄熱動作）終了時には、発熱を上流側１００％に切換え（設定Ａ）（定着動作）、ニップ部内のピーク温度を上流側に移動させ、ニップ部Ｎ上流部でトナーに熱を与える。よって、定着動作においては、定着効率が良くなるため、低い電力でも加熱定着することが可能となる。
【００４８】
そして、本実施例１の定着性を図１０に示す。横軸に枚数、縦軸に平均濃度低下率を示す。上述したように、前回転（蓄熱動作）期間と定着動作期間で発熱分布を切換えることによって、濃度低下率を１０％前後に保つことができる。
【００４９】
以上のように、エンドレスフィルムが回転を開始し定着ニップ部で定着処理を開始する前のウォームアップ期間中、エンドレスフィルム回転方向における定着ニップ部中央より下流側の位置でヒータの発熱量が最も大きくなるように設定することにより、少ない消費電力でウォームアップ完了までの時間を短縮できる。
【００５０】
また、記録材上の未定着トナー像を定着処理する期間は、ヒータの発熱量が最も大きくなる位置がウォームアップ期間中の位置よりもエンドレスフィルム回転方向上流側の位置に設定することにより、定着性も充分に確保できる。
【００５１】
（実施例２）
次に、実施例２の制御を図１１を用いて説明する。なお、定着装置のメカ的な構成は実施例１と同じなので説明を割愛する。
【００５２】
本実施例２では、発熱比率の移行時、急激な変化を防止する。特に投入電力の大きい前回転（蓄熱動作）から定着動作に移行する際に、発熱比率の移行を徐々におこなう。この時、上下流合わせて、常に１００％となるように移行する。
【００５３】
さらに本実施例２では、未定着トナー像を担持する複数枚の記録材を連続して定着処理する場合、定着ニップ部が先行する記録材と後続の記録材の間となっている期間（紙間）でも、定着ニップ部中央より下流側の位置でヒータの発熱量が最も大きくなるようにして、紙間においてもエンドレスフィルムへの蓄熱動作（実施例１で示した設定Ｂ）を行う。ここでいう紙間とは、例えば、１枚目と２枚目の間で、ニップ部Ｎに記録材Ｐが存在しない状態をいう。本実施例では紙間を約７５ｍｍ（２５０ｍｓｅｃ）として、その間に下流１００％発熱（設定Ｂ）に設定する。紙間において、発熱抵抗体２０からヒータ基板３１ａや加圧ローラ４０への伝熱を抑制し、エンドレスフィルム３３への蓄熱をおこなう。紙間での設定Ｂの期間は、エンドレスフィルム１周分以上おこなうことが望ましいが、エンドレスフィルム３３周方向への伝熱や内部への浸透や拡散があるため、１周分より少なくても蓄熱効果はある。
【００５４】
さらに本実施例２では、前回転期間、紙間の蓄熱動作期間、定着動作期間、以外の動作時には、上下流５０％の発熱（設定Ｃ）をおこなう。これにより、ニップ部Ｎ内の温度分布変化が緩やかになるので、ヒータ３１や周辺部材への熱応力によるストレスを緩和することができる。また、立下動作時は、制御温度によっては電力投入していないが、例えば、回転を停止した後に加熱する場合なども上下流均等に発熱させる。
【００５５】
また、発熱抵抗体がニップ部Ｎ外にはみ出して形成された場合であってもヒータ３１の記録材搬送方向の熱不均衡による熱応力を小さく抑えることが可能になるため、ヒータ３１の破損といった問題を起こりにくくすることができる。
【００５６】
さらに、本実施例２では、特に紙間の制御により定着性が向上する。実施例１と比較したものを図１２に示す。横軸に枚数、縦軸に濃度低下率をプロットしており、本実施例２により、２枚目、３枚目での定着性が向上している。このため複数枚の印字をおこなう場合に有効となり、定着性を揃えた（濃度低下率 約２０％）場合、同様の構成でも、プロセススピードを３５０ｍｍ／ｓｅｃまで速くすることができる。
【００５７】
ここで、図１３にファーストセットアウトタイム（ＦＳＯＴ：ヒータへの通電開始から一枚目の記録紙を出力するまでに要する時間）とスループット（ＴＰ）を従来例、実施例１、実施例２で比較した表を示した。本実施例２のスペックは、均等発熱（各５０％）した従来例に比べて、ＦＳＯＴが１秒短縮、ＴＰが８ｐｐｍ速くなっていることがわかる。
【００５８】
本実施例２及び前述の実施例１では、ヒータ基板上の発熱抵抗体を２本としているが、独立して制御が可能ならば、他にも図１４に示すような複数の発熱抵抗体により構成しても効果があることは言うまでもない。
【００５９】
以上、上下流で発熱抵抗体をヒータ基板上に複数本形成し、状況に応じて通電加熱する抵抗層を選択的に選ぶことにより、必要な電力を抑え定着性を向上させ、ＦＳＯＴ短縮やスループット向上が可能な定着装置を提供することができる。
【００６０】
このように、未定着トナー像を担持する複数枚の記録材を連続して定着処理する場合、定着ニップ部が先行する記録材と後続の記録材の間となっている期間でも定着ニップ部中央より下流側の位置でヒータの発熱量が最も大きくなるように設定すれば、少ない消費電力でウォームアップ完了までの時間を短縮できるだけでなく、連続プリント時の定着性も向上する。
【００６１】
（実施例３）
ヒータ３１の発熱抵抗体構成によって、温度による発熱比率を変化させることができる。本実施例３ではヒータ３１の短手方向を分割して、一方を上流、一方を下流として、上下流発熱比率を最適化する。すなわち、発熱抵抗体の抵抗温度係数（ＴＣＲ）によって、前回転の蓄熱動作時（発熱部が常温から約１８０℃）では、下流発熱量が多くなり、定着動作時（発熱部が約２００℃）では、上流発熱量が多くなるよう発熱抵抗体の抵抗値設定と接続をおこなったヒータ３１を提案する。
【００６２】
例えば、図１５に示す発熱抵抗体２０は、温度上昇に伴ない抵抗上昇するＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）の抵抗層で構成され、２０ａと２０ｂは抵抗値（Ω）と抵抗温度係数（ｐｐｍ／ｄｅｇ）が異なる。各々の抵抗値と温度特性を図１６に示す。図１５のヒータは抵抗温度係数が異なる複数種の発熱抵抗体を有している。
【００６３】
横軸に発熱抵抗体の温度、縦軸に抵抗値を示しており、ＴＣＲ（ｐｐｍ／ｄｅｇ）とは１℃上昇当たりの抵抗変化率で、正（プラス）なら抵抗上昇、負（マイナス）なら抵抗減少で、数字が大きくなれば抵抗値変化も大きくなる。本実施例３では、上流側の発熱抵抗体２０ａが常温（約２５℃）時の抵抗値が約２０Ω、抵抗温度係数が約１０００ｐｐｍ／ｄｅｇである。また、下流側の発熱抵抗体２０ｂが常温（約２５℃）時の抵抗値が約２２Ω、抵抗温度係数が約１００ｐｐｍ／ｄｅｇである。すなわち、前回転時の温度変化によって、発熱抵抗体抵抗値が上下流で逆転する設定となっている。
【００６４】
発熱抵抗体は図１５に示すとおり２０ａと２０ｂが直列で接続されている（電流一定）ため、発熱量はＲＩ２となる。よって、上下流発熱抵抗体の抵抗値逆転に伴ない、発熱比率は下流大から上流大へと変化する。
【００６５】
この時の発熱分布を図１７に示す。横軸にニップ部Ｎ内位置、縦軸に温度をとり、ニップ部Ｎ内の温度分布の時間変化を示す。通電による発熱抵抗体の温度上昇に伴ない、発熱比率が変化して温度ピークが上流へとシフトしていく。この変化により、前回転の蓄熱動作時にはエンドレスフィルム３３への蓄熱をおこない、定着動作時には定着効率の良い上流発熱へと移行する。
【００６６】
以上、本実施例３により、電源回路や制御を必要とせず、ＦＳＯＴの短縮とスループットの向上が可能となる。
【００６７】
また、図１８に発熱抵抗体構成例として、本実施例３の構成（１）の他に、抵抗値と抵抗温度係数と接続方法を示している。例えば構成（２）の発熱抵抗体は並列に接続され、下流の抵抗値が上流より小さく、下流の抵抗温度係数が正（ＰＴＣ）で上流より大きい。並列接続の電力はＶ２／Ｒとなり、抵抗値が小さいほど発熱量が多くなる。よって、構成（２）においても、前回転の蓄熱動作時には下流寄りの発熱比率となり、定着動作時には上流寄りの発熱比率となる。
【００６８】
次に構成（３）では、温度上昇に伴ない抵抗減少する負のＮＴＣ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）抵抗層を用いる。ここで用いる発熱抵抗体の温度に対する抵抗値の変化を図１９（ａ）に示す。常温時には下流側の抵抗値が大きく、所定温度で逆転して、上流抵抗値が高くなる。構成（３）は直列接続のため ＲＩ２の電力で、前回転時の下流発熱から定着動作時の上流発熱へ比率変化していく。さらに、図１９（ｂ）で示すような抵抗温度特性の異なる（正と負）発熱抵抗体を用いることで、より発熱比率変化を大きくすることも可能である。
【００６９】
以下、同様に構成（４）も前回転時には下流発熱、定着動作時には上流発熱となり、抵抗値と抵抗温度係数、接続方法を変えることで、温度に対する発熱比率を設定することができる。発熱抵抗体の配置は他にも（５）（６）（７）（８）に示すものがあるが、この場合でも上下流に発熱抵抗体を配置し、上記条件により最適に設定することができる。
【００７０】
以上の例では、２本の発熱抵抗体で説明しているが、（９）（１０）のように複数本の発熱抵抗体を用いても同様の効果がある。この場合、各発熱抵抗体の配置に応じて、それぞれ抵抗値と抵抗温度係数を設定してもよい。
【００７１】
さらには、（１１）（１２）ように発熱抵抗体（抵抗層）と導電部を交互に配置して、上流と下流の発熱比率を設けるようにしてもよい。
【００７２】
以上、この実施の形態３では、装置の大型化を招くことなく、低コストで高速定着可能な定着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明に関わる加熱部材と定着装置
【図２】本実施例の定着装置に関わる温度制御図
【図３】設定Ａと設定Ｂにおけるニップ部Ｎ内の温度分布比較図
【図４】設定Ａ、設定Ｂ、設定Ｃにおけるエンドレスフィルム表面の温度比較図及び温度測定位置を示した図
【図５】ニップ部Ｎ内の伝熱イメージ図
【図６】発熱比率の違いによる定着性比較図
【図７】本実施例の電力の時間変化を示した図
【図８】トナー弾性率の温度変化図
【図９】本実施例１の発熱比率制御図
【図１０】従来例と本実施例１の定着性比較図
【図１１】本実施例２の発熱比率制御図
【図１２】本実施例１、２の定着性比較図
【図１３】従来例と本実施例１、２のスペック比較図
【図１４】本発明に関わる他のヒータ構成例を示した図
【図１５】本実施例３に関わるヒータを示した図
【図１６】本実施例３に関わる発熱抵抗体の抵抗温度特性を示した図
【図１７】本実施例３のニップ部Ｎ内の温度分布図
【図１８】本実施例３に関わる他のヒータ構成例を示した図
【図１９】本実施例３に関わる発熱抵抗体の抵抗温度特性を示した図
【図２０】本実施例に関わる画像形成装置の概略断面図
【符号の説明】
【００７４】
６ 定着装置
２０ 通電発熱抵抗層（発熱抵抗体）
３１ 加熱部材（ヒータ）
３２ 支持体（ヒータホルダ）
３３ 筒状部材（エンドレスフィルム）
３４ 温度検知手段（サーミスタ）
４０ 加圧ローラ
Ｐ 記録材
Ｎ ニップ部
ｔ トナー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真技術を用いた複写機やプリンタに搭載される定着装置に関する。特に、エンドレスフィルムとエンドレスフィルムの内周面に接触するヒータとを有しエンドレスフィルムを介して記録材上の未定着トナー像を記録材に加熱定着する定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンドレスフィルムを用いた定着装置は、構造上、非常に低熱容量であるため、ウォームアップを開始して定着可能な温度に到達するまでの時間が短くできる。そのため、プリント指示を待つスタンバイ中の消費電力を少なくできる等、優れた性能を有している。
【０００３】
このような優れた性能を有する定着装置でも、近年は更なる性能アップが求められている。例えば、ウォームアップを開始して定着可能な温度に到達するまでの時間を更に短縮することもその一つである。また、トナーを紙に定着させる定着性能の更なる向上もその一つである。
【０００４】
特許文献１には、エンドレスフィルム内周面に接触するヒータが、複数本の発熱抵抗体を有していること、及び複数枚の記録材を連続して定着処理する場合に、徐々にヒータの発熱分布を変化させて定着性能を確保することが開示されている。
【特許文献１】特開２００２−３４１６８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のものは、連続プリント時における記録材搬送方向のヒータの発熱ピークを徐々に搬送方向上流側へシフトさせることにより、連続プリント時の定着性を確保している。しかしながら、少ない消費電力でウォームアップ完了までの時間を短縮するものではない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題を解決するための本発明は、エンドレスフィルムと、基板と前記基板上に設けられた複数の発熱抵抗体とを有し前記エンドレスフィルムの内周面に接触するヒータと、前記エンドレスフィルムを介して前記ヒータと共に定着ニップ部を形成するバックアップ部材と、を有し、前記定着ニップ部で未定着トナー像を担持する記録材を挟持搬送しつつ未定着トナー像を記録材に加熱定着する定着装置において、前記エンドレスフィルムが回転を開始し前記定着ニップ部で定着処理を開始する前のウォームアップ期間中、前記エンドレスフィルム回転方向における前記定着ニップ部中央より下流側の位置で前記ヒータの発熱量が最も大きくなるように設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、少ない消費電力でウォームアップ完了までの時間を短縮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（実施例１）
以下、本発明の実施の一形態を添付図面について説明する。
【０００９】
図２０は、本発明の定着装置を搭載した画像形成装置の一例であるレーザプリンタの概略構成を示す図である。
【００１０】
同図において、１はドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと称す）である。この感光ドラム１は装置本体Ｍによって回転自在に支持されており、不図示の駆動手投によって矢印方向に所定のプロセススピードで回転駆動されるようになっている。なお、この感光ドラム１の周囲には、その回転方向に沿って順に帯電装置（帯電ローラ）２、露光装置（走査手段）３、現像装置４、転写装置（転写手段）５、クリーニング装置７が配設されている。
【００１１】
また同図において、給紙カセット８は装置本体Ｍの下部に配置され、シート状の記録材Ｐが収納されている。記録材Ｐは搬送経路Ｒに沿って不図示の搬送手段により搬送方向上流側から順に、転写装置（転写手段）５、ガイド３５、定着装置（定着手段）６に搬送される。
【００１２】
次に、レーザプリンタにおける画像形成動作について説明する。画像形成動作が開始されると、まず駆動手段によって矢印方向に回転駆動された感光ドラム１は、帯電ローラ２によって所定の極性、所定の電位に一様に帯電される。そして、帯電ローラ２によって帯電した後の感光ドラム１の表面は、露光装置（走査手段）３によって画像情報に基づいた光Ｌで走査される。この結果、光Ｌによって走査された部分の電荷が除去されて感光ドラム１の表面に静電潜像が形成される。
【００１３】
次に、この静電潜像は、トナーを収容する現像装置４によって現像され、感光ドラム上にトナー像が形成される。なお、この現像装置４は現像ローラ４ａを有しており、この現像ローラ４ａに現像バイアスを印加することで、感光ドラム１上の静電潜像にトナーを供給している。
【００１４】
一方、このようなトナー像形成動作に並行して給紙カセット８に収納されている記録材Ｐは、不図示の搬送手段によって給紙、及び搬送され、感光ドラム１と転写ローラ５との間に搬送される。記録材Ｐが転写ニップ部に搬送されると、転写ローラ５に印加される転写バイアスにより感光ドラム上のトナー像が記録材Ｐ上の所定の位置に転写される。
【００１５】
次に、未定着トナー像を担持した記録材Ｐは、搬送ガイド３５に沿って定着装置６を構成するエンドレスフィルム３３と、このエンドレスフィルム３３と接触する加圧ローラ４０との間に形成されている定着ニップ部Ｎに搬送される。この定着ニップ部で未定着トナー像が加熱及び加圧されてトナー像が記録材Ｐ表面に定着する。なお、このようにしてトナー像が定着された後の記録材Ｐは、装置本体Ｍ上面に設けられた排紙トレイ上に排出される。
【００１６】
一方、トナー像転写後の感光ドラム１は、クリーニング装置７のクリーニングブレード７ａによってクリーニングされ、次の画像形成に備える。以上の動作を繰り返すことで、次々と画像形成を行うことができる。
【００１７】
次に、本実施例に係る定着装置６の構成を図１に示す。図１（ａ）にヒータ３１の平面図を、図１（ｂ）に定着装置の断面図を示す。
【００１８】
ヒータ３１はセラミック基板３１ａ上に発熱抵抗体を形成したヒータである。セラミック製の基板３１ａは、アルミナや窒化アルミ（Ａ１Ｎ）のような、電気絶縁性及び熱伝導性に優れた低熱容量の材質で構成されている。セラミック基板３１ａ上には基板長手方向に沿って、銀パラジウム（Ａｇ／Ｐｂ）、Ｔａ２Ｎ等の発熱抵抗体２０をスクリーン印刷で形成してある。符号２１ａ及び２１ｂは不図示のコネクタが接触する電極である。さらに発熱抵抗体２０を形成した面を不図示の薄肉ガラス保護層で覆っている。このヒータ３１（の発熱抵抗体２０ａ及び２０ｂ）は商用電源から電力を供給されて発熱する。
【００１９】
ヒータ３１の温度は温度検知素子（以下、サーミスタと称す）３４により検知されている。そして、温度検知素子３４の検知温度に応じてヒータ３１への通電が不図示の通電制御部によって制御されている。制御方法としては、商用電源からヒータに供給する電流（正弦波）の波数の増減を制御する波数制御方式や、商用電源からヒータに供給する電流（正弦波）の位相角を制御する位相制御方式がある。これらの制御方式によってヒータ３１は所定の目標温度に温度管理される。
【００２０】
エンドレスフィルム３３は、定着ニップ部Ｎにおいてヒータ３１と加圧ローラ４０に挟まれており、加圧ローラ４０から動力を受けてヒータ３１に密着した状態で回転する。なお、ヒータ３１のガラス保護層側がエンドレスフィルム３３と接触する構成であっても、セラミック基板側がエンドレスフィルム３３と接触する構成であってもかまわない。
【００２１】
また、エンドレスフィルム３３は内部のヒータ３１およびヒータホルダ３２に摺擦しながら回転するため、ヒータ３１やヒータホルダ３２と、エンドレスフィルム３３と、の間の摩擦抵抗を小さく抑える必要がある。このため、ヒータ３１およびヒータホルダ３２の表面に耐熱性グリース等の潤滑剤を少量介在させてある。これにより、エンドレスフィルム３３はスムーズに回転することが可能となる。
【００２２】
ヒータ３１の熱を効率よく記録材Ｐに与えるため、エンドレスフィルム３３の厚みは、１００μｍ以下とするのが好ましい。エンドレスフィルム３３は、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、等の耐熱性の樹脂をベース層とした構成や、ＳＵＳ（ステンレス）、Ａｌ、Ｎｉ、等の金属、をベース層とした構成、である。
【００２３】
また、長寿命の定着装置を構成するために充分な強度を持ち、耐久性に優れたエンドレスフィルムとして、２０μｍ以上の厚みが必要である。よって、エンドレスフィルム３３の厚みとしては２０μｍ以上１００μｍ以下が最適である。このエンドレスフィルム３３はエンドレスフィルムベース層、プライマー層、離型層の３層構成、あるいはベース層と離型層の間にゴム層を設けた構成となっている。エンドレスフィルムベース層側がヒータ３１側であり、離型層が加圧ローラ４０側である。また、エンドレスフィルムベース層によってエンドレスフィルム３３全体の引裂強度といった機械的強度を保っている。ベース層の外側には導電フィラーを分散した導電性プライマー層を厚み２〜６μｍ程度で形成されている。そして、エンドレスフィルム３３のチャージアップによる静電オフセットを防止するために、フィルムを接地状態あるいは一定電位に保つように構成されている。
【００２４】
さらに、離型層はエンドレスフィルム３３に対するトナーオフセット防止や記録材Ｐの分離性を確保するために表層には、ＰＦＡ，ＰＴＦＥ，ＦＥＰ、シリコーン樹脂といった離型性の良好な耐熱フッ素樹脂を厚み１０μｍ程度混合ないし単独で被覆してある。
【００２５】
また、ヒータホルダ３２は、例えば耐熱性プラスチック製部材（液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ，ＰＥＥＫ）により形成され、ヒータ３１を保持するとともにエンドレスフィルム３３の回転を案内するガイドも兼ねている。不図示のモータにより加圧ローラ４０が回転すると、エンドレスフィルムは加圧ローラから駆動力を受けて図１（ｂ）の矢印の方向に回転する。
【００２６】
エンドレスフィルム３３を介してヒータ３１と共に定着ニップ部Ｎを形成する加圧ローラ（バックアップ部材）４０は不図示の芯金の外側にシリコーンゴムやフッ素ゴムといった耐熱ゴムあるいはシリコーンゴムを発泡して形成された弾性層４２を設けた構成であり、この弾性層４２の上にはＰＦＡ，ＰＴＦＥ，ＦＥＰといった離型層（不図示）を形成してあってもよい。
【００２７】
図１（ｂ）のような定着ニップ部Ｎを形成するために、定着装置の長手方向両端部には夫々バネが掛けられており、このバネの力によって定着ニップ部Ｎには圧力が掛かっている。
【００２８】
以上のように形成されている定着ニップ部Ｎで未定着トナー像ｔを担持する記録材Ｐを挟持搬送しつつ未定着トナー像ｔを記録材Ｐに加熱定着する。
【００２９】
次に、実施の形態１における定着装置の温度制御を図２に示す。図２はヒータ３１の目標温度（制御温度）の推移を示している。本実施形態の定着装置は以下の３つの動作から成り立っている。
（１）装置を目標温度にまで暖める立上動作（ウォームアップ期間）
（記録材Ｐがニップ部Ｎに存在しない蓄熱動作）
（２）トナー像を記録材Ｐに固着させる定着動作（定着処理期間）
（記録材Ｐがニップ部Ｎに存在する加熱動作）
（３）装置を冷却する立下動作
プリンタにプリント指示が入ると、まず、（１）立上動作（以下、前回転と称す）を行う。この時、プリンタは、画像処理装置、駆動モータ、あるいは高圧回路など、様々な装置を立ち上げる必要があるため、定着装置に投入できる電力は限られる。本実施形態では、定着装置に１０００Ｗ投入でき、プロセススピード３００ｍｍ／ｓｅｃ、スループット５０ｐｐｍの装置を用いており、前回転は４秒である。エンドレスフィルム３３が外径φ２４ｍｍ、ベース層は５０μｍのポリイミドを用い、エンドレスフィルムの熱伝導率はおよそ０．１Ｗ／ｍＫである。加圧ローラ４０は外径φ２５ｍｍで、シリコーンゴムを弾性層４２として厚み４ｍｍ、ニップ部Ｎの幅が８ｍｍとなるように加圧力を調節した。
【００３０】
上記条件において、図１に示す上流側の発熱抵抗体２０ａのみに１００％の電力比（即ち、商用電源から供給される正弦波を制限していない状態）で通電を行った場合（設定Ａ）と、下流側の発熱抵抗体２０ｂのみに１００％の電力比で通電を行った場合（設定Ｂ）の定着ニップ部Ｎ内の温度分布を図３に示す。横軸がニップ部Ｎ内の位置、縦軸がニップ部内の温度である。図３の測定値は、前回転終了時（通電開始から４秒後の定着動作直前）に記録材Ｐの代わりに熱電対を定着ニップ部Ｎに通して温度測定したものである。
【００３１】
設定Ａでは、ニップ部Ｎ突入直後から熱電対の温度が上昇し、搬送方向中央付近で温度がピーク（約１３０℃）となるのに対して、設定Ｂでは熱電対がニップ部Ｎから出る直前に温度がピークとなり、到達温度も約１５０℃となっている。このように、設定Ｂは設定Ａよりピーク温度が高く、ピークの位置も設定Ｂは設定Ａよりもニップ部出口に近いことが判る。
【００３２】
ここで、エンドレスフィルム３３表面の温度を図４に示す。図４（ａ）に上流１００％発熱（設定Ａ）、下流１００％発熱（設定Ｂ）、さらに上流５０％下流５０％発熱（設定Ｃ）の、ニップ部Ｎ直後と直前のエンドレスフィルムの温度を示している。ニップ部Ｎ直後の温度とニップ部Ｎ直前の温度は、図４（ｂ）に示した位置で温度測定したものである。
【００３３】
ニップ部Ｎ直後のエンドレスフィルム３３表面温度は、下流１００％発熱したもの（設定Ｂ）が一番高い温度（１３０℃）となり、それに伴いニップ部Ｎ直前でも下流１００％発熱したもの（設定Ｂ）が一番高い温度（８０℃）となっている。
【００３４】
このメカニズムを、図５のイメージ図を用いて説明する。上流発熱（設定Ａ）では、発熱抵抗体２０ａからエンドレスフィルム３３へ、エンドレスフィルム３３からヒータ３１や加圧ローラ４０側へ熱が移動していく。ヒータへ通電開始した直後はヒータと周囲の部品との温度差が大きいため、熱はより伝わりやすい。一方、下流発熱（設定Ｂ）では、熱が発熱抵抗体２０ｂからエンドレスフィルム３３に伝熱した直後に、回転によりエンドレスフィルム３３がニップ部Ｎから出るため空気層によって断熱される。そしてエンドレスフィルム３３は、複数回ニップ部Ｎを通過するが、２回目以降は加圧ローラ４０との温度差が小さいため、熱の逃げは起こり難く、エンドレスフィルム３３内部に蓄熱される。よって、図４に示すとおり、設定Ｂではニップ部Ｎ直後からエンドレスフィルムの表面温度が高くなり、かつニップ部Ｎ直前のエンドレスフィルムの表面温度も高くなる。
【００３５】
上流発熱（設定Ａ）で、ヒータ３１に移動した熱はヒータ基板の下流側やヒータホルダ３２へ、加圧ローラ４０に与えられた熱は、１周する間に表面から内部へと浸透していく。
【００３６】
次に、１枚目の定着動作（２）について説明する。まず、図６（ａ）に１枚目の定着性を示す。ここで定着後に記録材Ｐ上のトナー像を擦ることでトナーが剥がれて薄くなり、この擦り前後の濃度を測定して、濃度低下率（％）として算出している。
【００３７】
図６では、横軸に記録材Ｐの搬送方向における箇所を示し、縦軸に濃度低下率を示す。濃度低下率は数字が大きい程、定着性が悪いといえる。本実施例では２０％を基準、すなわち擦りによって画像濃度が８割程度になるところを基準にして定着性の良し悪しを判断している。
【００３８】
図６（ａ）の１枚目の定着性を示したグラフにおいて、設定Ａの場合の濃度低下率が２０％前後であるのに対して、設定Ｂの場合の濃度低下率は１０％前後である。設定Ｂは特に記録材の搬送方向先端の定着性が良い。２本の発熱抵抗体２０ａ及び２０ｂを均等に発熱させた設定Ｃの場合、濃度低下率１８％前後で、記録材Ｐ先端から後端にかけて安定した定着性となっている。
【００３９】
設定Ｂの定着性が良いのは、エンドレスフィルム３３に蓄熱された熱量が定着動作時のニップ部Ｎ内で、記録材Ｐ先端から徐々に吐き出されるからである。
【００４０】
エンドレスフィルム３３の熱伝導率や外径などによって定着性は異なるが、プリント１枚目の画像の濃度低下率が２０％となるように前回転（蓄熱動作）の時間を調整すれば、設定Ｂは設定Ａの場合より前回転の時間を約１秒短縮することができる。つまり、設定Ｂのような発熱分布でウォームアップを行えば、ウォームアップ時間を短縮できることがわかる。
【００４１】
次に、２枚目以降の定着動作について説明する。本実施例では、図２に示すように、前回転（蓄熱動作）が終了するとヒータが目標温度１８０℃を維持するように温度制御して定着動作に移行する。
【００４２】
定着動作時はサーミスタ部の温度を一定に保つ温度制御によって投入電力が絞られるため、前回転時の１０００Ｗ（１００％）より数十％少ない電力となる。さらに使用環境の温湿度や記録材Ｐの厚みによっても電力は異なる。本実施例での定着装置で消費している電力をモニターしたものを図７に示す。図７は横軸に時間、縦軸に消費電力を示している。前回転時は１０００Ｗ投入されているが、温度制御が開始され、定着装置全体が暖まっていくため徐々に消費電力が減少していく。
【００４３】
そして、この時の３枚目の定着性を図６（ｂ）に示す。サーミスタの配置を調整することで電力を合わせており、３枚目の定着動作時の発熱１００％は約７００Ｗの投入電力となっている。図６の（ａ）に示した１枚目の画像の定着性とは異なり、図６（ｂ）に示す３枚目の画像の定着性は、設定Ａのほうが設定Ｂよりも定着性が良くなっている。これは以下の理由による。
【００４４】
図３に示す温度分布において、設定Ｂではニップ部Ｎの入口から約３ｍｍの箇所でニップ部内の温度が６０℃になるのに対して、設定Ａではニップ部Ｎの入口から約０．５ｍｍの箇所でニップ部内の温度が６０℃となっている。
【００４５】
次に定着される「トナーの弾性率の温度変化」を図８に示す。縦軸に弾性率（Ｇ’）を、横軸に温度を示している。トナーを加熱することで弾性率は低下して、６０℃を超えた辺りから急激に低下する。定着動作における加熱と加圧の関係は、６０℃へ達した後の加圧時間が長い方がトナーは溶けやすくなるため、図３に示すニップ部Ｎ内の温度分布により設定Ａのほうが設定Ｂより定着性が向上している。
【００４６】
そして、図６（ｂ）に示す通り、設定Ａでは、３枚目の濃度低下率が１０％前後となる。
【００４７】
次に、本実施例１の具体的な制御を図９に示す。図２や図７と同様に横軸に時間をとり、縦軸に上流側発熱抵抗体と下流側発熱抵抗体の発熱比率の変化を示している。前回転（蓄熱動作）時には、下流側の発熱を１００％（設定Ｂ）として、積極的にエンドレスフィルム３３に熱を蓄え、ヒータ基板３１ａや加圧ローラ４０への伝熱を抑制する。そして、前回転（蓄熱動作）終了時には、発熱を上流側１００％に切換え（設定Ａ）（定着動作）、ニップ部内のピーク温度を上流側に移動させ、ニップ部Ｎ上流部でトナーに熱を与える。よって、定着動作においては、定着効率が良くなるため、低い電力でも加熱定着することが可能となる。
【００４８】
そして、本実施例１の定着性を図１０に示す。横軸に枚数、縦軸に平均濃度低下率を示す。上述したように、前回転（蓄熱動作）期間と定着動作期間で発熱分布を切換えることによって、濃度低下率を１０％前後に保つことができる。
【００４９】
以上のように、エンドレスフィルムが回転を開始し定着ニップ部で定着処理を開始する前のウォームアップ期間中、エンドレスフィルム回転方向における定着ニップ部中央より下流側の位置でヒータの発熱量が最も大きくなるように設定することにより、少ない消費電力でウォームアップ完了までの時間を短縮できる。
【００５０】
また、記録材上の未定着トナー像を定着処理する期間は、ヒータの発熱量が最も大きくなる位置がウォームアップ期間中の位置よりもエンドレスフィルム回転方向上流側の位置に設定することにより、定着性も充分に確保できる。
【００５１】
（実施例２）
次に、実施例２の制御を図１１を用いて説明する。なお、定着装置のメカ的な構成は実施例１と同じなので説明を割愛する。
【００５２】
本実施例２では、発熱比率の移行時、急激な変化を防止する。特に投入電力の大きい前回転（蓄熱動作）から定着動作に移行する際に、発熱比率の移行を徐々におこなう。この時、上下流合わせて、常に１００％となるように移行する。
【００５３】
さらに本実施例２では、未定着トナー像を担持する複数枚の記録材を連続して定着処理する場合、定着ニップ部が先行する記録材と後続の記録材の間となっている期間（紙間）でも、定着ニップ部中央より下流側の位置でヒータの発熱量が最も大きくなるようにして、紙間においてもエンドレスフィルムへの蓄熱動作（実施例１で示した設定Ｂ）を行う。ここでいう紙間とは、例えば、１枚目と２枚目の間で、ニップ部Ｎに記録材Ｐが存在しない状態をいう。本実施例では紙間を約７５ｍｍ（２５０ｍｓｅｃ）として、その間に下流１００％発熱（設定Ｂ）に設定する。紙間において、発熱抵抗体２０からヒータ基板３１ａや加圧ローラ４０への伝熱を抑制し、エンドレスフィルム３３への蓄熱をおこなう。紙間での設定Ｂの期間は、エンドレスフィルム１周分以上おこなうことが望ましいが、エンドレスフィルム３３周方向への伝熱や内部への浸透や拡散があるため、１周分より少なくても蓄熱効果はある。
【００５４】
さらに本実施例２では、前回転期間、紙間の蓄熱動作期間、定着動作期間、以外の動作時には、上下流５０％の発熱（設定Ｃ）をおこなう。これにより、ニップ部Ｎ内の温度分布変化が緩やかになるので、ヒータ３１や周辺部材への熱応力によるストレスを緩和することができる。また、立下動作時は、制御温度によっては電力投入していないが、例えば、回転を停止した後に加熱する場合なども上下流均等に発熱させる。
【００５５】
また、発熱抵抗体がニップ部Ｎ外にはみ出して形成された場合であってもヒータ３１の記録材搬送方向の熱不均衡による熱応力を小さく抑えることが可能になるため、ヒータ３１の破損といった問題を起こりにくくすることができる。
【００５６】
さらに、本実施例２では、特に紙間の制御により定着性が向上する。実施例１と比較したものを図１２に示す。横軸に枚数、縦軸に濃度低下率をプロットしており、本実施例２により、２枚目、３枚目での定着性が向上している。このため複数枚の印字をおこなう場合に有効となり、定着性を揃えた（濃度低下率 約２０％）場合、同様の構成でも、プロセススピードを３５０ｍｍ／ｓｅｃまで速くすることができる。
【００５７】
ここで、図１３にファーストセットアウトタイム（ＦＳＯＴ：ヒータへの通電開始から一枚目の記録紙を出力するまでに要する時間）とスループット（ＴＰ）を従来例、実施例１、実施例２で比較した表を示した。本実施例２のスペックは、均等発熱（各５０％）した従来例に比べて、ＦＳＯＴが１秒短縮、ＴＰが８ｐｐｍ速くなっていることがわかる。
【００５８】
本実施例２及び前述の実施例１では、ヒータ基板上の発熱抵抗体を２本としているが、独立して制御が可能ならば、他にも図１４に示すような複数の発熱抵抗体により構成しても効果があることは言うまでもない。
【００５９】
以上、上下流で発熱抵抗体をヒータ基板上に複数本形成し、状況に応じて通電加熱する抵抗層を選択的に選ぶことにより、必要な電力を抑え定着性を向上させ、ＦＳＯＴ短縮やスループット向上が可能な定着装置を提供することができる。
【００６０】
このように、未定着トナー像を担持する複数枚の記録材を連続して定着処理する場合、定着ニップ部が先行する記録材と後続の記録材の間となっている期間でも定着ニップ部中央より下流側の位置でヒータの発熱量が最も大きくなるように設定すれば、少ない消費電力でウォームアップ完了までの時間を短縮できるだけでなく、連続プリント時の定着性も向上する。
【００６１】
（実施例３）
ヒータ３１の発熱抵抗体構成によって、温度による発熱比率を変化させることができる。本実施例３ではヒータ３１の短手方向を分割して、一方を上流、一方を下流として、上下流発熱比率を最適化する。すなわち、発熱抵抗体の抵抗温度係数（ＴＣＲ）によって、前回転の蓄熱動作時（発熱部が常温から約１８０℃）では、下流発熱量が多くなり、定着動作時（発熱部が約２００℃）では、上流発熱量が多くなるよう発熱抵抗体の抵抗値設定と接続をおこなったヒータ３１を提案する。
【００６２】
例えば、図１５に示す発熱抵抗体２０は、温度上昇に伴ない抵抗上昇するＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）の抵抗層で構成され、２０ａと２０ｂは抵抗値（Ω）と抵抗温度係数（ｐｐｍ／ｄｅｇ）が異なる。各々の抵抗値と温度特性を図１６に示す。図１５のヒータは抵抗温度係数が異なる複数種の発熱抵抗体を有している。
【００６３】
横軸に発熱抵抗体の温度、縦軸に抵抗値を示しており、ＴＣＲ（ｐｐｍ／ｄｅｇ）とは１℃上昇当たりの抵抗変化率で、正（プラス）なら抵抗上昇、負（マイナス）なら抵抗減少で、数字が大きくなれば抵抗値変化も大きくなる。本実施例３では、上流側の発熱抵抗体２０ａが常温（約２５℃）時の抵抗値が約２０Ω、抵抗温度係数が約１０００ｐｐｍ／ｄｅｇである。また、下流側の発熱抵抗体２０ｂが常温（約２５℃）時の抵抗値が約２２Ω、抵抗温度係数が約１００ｐｐｍ／ｄｅｇである。すなわち、前回転時の温度変化によって、発熱抵抗体抵抗値が上下流で逆転する設定となっている。
【００６４】
発熱抵抗体は図１５に示すとおり２０ａと２０ｂが直列で接続されている（電流一定）ため、発熱量はＲＩ２となる。よって、上下流発熱抵抗体の抵抗値逆転に伴ない、発熱比率は下流大から上流大へと変化する。
【００６５】
この時の発熱分布を図１７に示す。横軸にニップ部Ｎ内位置、縦軸に温度をとり、ニップ部Ｎ内の温度分布の時間変化を示す。通電による発熱抵抗体の温度上昇に伴ない、発熱比率が変化して温度ピークが上流へとシフトしていく。この変化により、前回転の蓄熱動作時にはエンドレスフィルム３３への蓄熱をおこない、定着動作時には定着効率の良い上流発熱へと移行する。
【００６６】
以上、本実施例３により、電源回路や制御を必要とせず、ＦＳＯＴの短縮とスループットの向上が可能となる。
【００６７】
また、図１８に発熱抵抗体構成例として、本実施例３の構成（１）の他に、抵抗値と抵抗温度係数と接続方法を示している。例えば構成（２）の発熱抵抗体は並列に接続され、下流の抵抗値が上流より小さく、下流の抵抗温度係数が正（ＰＴＣ）で上流より大きい。並列接続の電力はＶ２／Ｒとなり、抵抗値が小さいほど発熱量が多くなる。よって、構成（２）においても、前回転の蓄熱動作時には下流寄りの発熱比率となり、定着動作時には上流寄りの発熱比率となる。
【００６８】
次に構成（３）では、温度上昇に伴ない抵抗減少する負のＮＴＣ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）抵抗層を用いる。ここで用いる発熱抵抗体の温度に対する抵抗値の変化を図１９（ａ）に示す。常温時には下流側の抵抗値が大きく、所定温度で逆転して、上流抵抗値が高くなる。構成（３）は直列接続のため ＲＩ２の電力で、前回転時の下流発熱から定着動作時の上流発熱へ比率変化していく。さらに、図１９（ｂ）で示すような抵抗温度特性の異なる（正と負）発熱抵抗体を用いることで、より発熱比率変化を大きくすることも可能である。
【００６９】
以下、同様に構成（４）も前回転時には下流発熱、定着動作時には上流発熱となり、抵抗値と抵抗温度係数、接続方法を変えることで、温度に対する発熱比率を設定することができる。発熱抵抗体の配置は他にも（５）（６）（７）（８）に示すものがあるが、この場合でも上下流に発熱抵抗体を配置し、上記条件により最適に設定することができる。
【００７０】
以上の例では、２本の発熱抵抗体で説明しているが、（９）（１０）のように複数本の発熱抵抗体を用いても同様の効果がある。この場合、各発熱抵抗体の配置に応じて、それぞれ抵抗値と抵抗温度係数を設定してもよい。
【００７１】
さらには、（１１）（１２）ように発熱抵抗体（抵抗層）と導電部を交互に配置して、上流と下流の発熱比率を設けるようにしてもよい。
【００７２】
以上、この実施の形態３では、装置の大型化を招くことなく、低コストで高速定着可能な定着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明に関わる加熱部材と定着装置
【図２】本実施例の定着装置に関わる温度制御図
【図３】設定Ａと設定Ｂにおけるニップ部Ｎ内の温度分布比較図
【図４】設定Ａ、設定Ｂ、設定Ｃにおけるエンドレスフィルム表面の温度比較図及び温度測定位置を示した図
【図５】ニップ部Ｎ内の伝熱イメージ図
【図６】発熱比率の違いによる定着性比較図
【図７】本実施例の電力の時間変化を示した図
【図８】トナー弾性率の温度変化図
【図９】本実施例１の発熱比率制御図
【図１０】従来例と本実施例１の定着性比較図
【図１１】本実施例２の発熱比率制御図
【図１２】本実施例１、２の定着性比較図
【図１３】従来例と本実施例１、２のスペック比較図
【図１４】本発明に関わる他のヒータ構成例を示した図
【図１５】本実施例３に関わるヒータを示した図
【図１６】本実施例３に関わる発熱抵抗体の抵抗温度特性を示した図
【図１７】本実施例３のニップ部Ｎ内の温度分布図
【図１８】本実施例３に関わる他のヒータ構成例を示した図
【図１９】本実施例３に関わる発熱抵抗体の抵抗温度特性を示した図
【図２０】本実施例に関わる画像形成装置の概略断面図
【符号の説明】
【００７４】
６ 定着装置
２０ 通電発熱抵抗層（発熱抵抗体）
３１ 加熱部材（ヒータ）
３２ 支持体（ヒータホルダ）
３３ 筒状部材（エンドレスフィルム）
３４ 温度検知手段（サーミスタ）
４０ 加圧ローラ
Ｐ 記録材
Ｎ ニップ部
ｔ トナー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンドレスフィルムと、基板と前記基板上に設けられた複数の発熱抵抗体とを有し前記エンドレスフィルムの内周面に接触するヒータと、前記エンドレスフィルムを介して前記ヒータと共に定着ニップ部を形成するバックアップ部材と、を有し、前記定着ニップ部で未定着トナー像を担持する記録材を挟持搬送しつつ未定着トナー像を記録材に加熱定着する定着装置において、
前記エンドレスフィルムが回転を開始し前記定着ニップ部で定着処理を開始する前のウォームアップ期間中、前記エンドレスフィルム回転方向における前記定着ニップ部中央より下流側の位置で前記ヒータの発熱量が最も大きくなるように設定されていることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
記録材上の未定着トナー像を定着処理する期間は、前記ヒータの発熱量が最も大きくなる位置が前記ウォームアップ期間中の位置よりも前記エンドレスフィルム回転方向上流側の位置に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
未定着トナー像を担持する複数枚の記録材を連続して定着処理する場合、前記定着ニップ部が先行する記録材と後続の記録材の間となっている期間でも前記定着ニップ部中央より下流側の位置で前記ヒータの発熱量が最も大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項４】
前記ヒータは抵抗温度係数が異なる複数種の前記発熱抵抗体を有していることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項１】
エンドレスフィルムと、基板と前記基板上に設けられた複数の発熱抵抗体とを有し前記エンドレスフィルムの内周面に接触するヒータと、前記エンドレスフィルムを介して前記ヒータと共に定着ニップ部を形成するバックアップ部材と、を有し、前記定着ニップ部で未定着トナー像を担持する記録材を挟持搬送しつつ未定着トナー像を記録材に加熱定着する定着装置において、
前記エンドレスフィルムが回転を開始し前記定着ニップ部で定着処理を開始する前のウォームアップ期間中、前記エンドレスフィルム回転方向における前記定着ニップ部中央より下流側の位置で前記ヒータの発熱量が最も大きくなるように設定されていることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
記録材上の未定着トナー像を定着処理する期間は、前記ヒータの発熱量が最も大きくなる位置が前記ウォームアップ期間中の位置よりも前記エンドレスフィルム回転方向上流側の位置に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
未定着トナー像を担持する複数枚の記録材を連続して定着処理する場合、前記定着ニップ部が先行する記録材と後続の記録材の間となっている期間でも前記定着ニップ部中央より下流側の位置で前記ヒータの発熱量が最も大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項４】
前記ヒータは抵抗温度係数が異なる複数種の前記発熱抵抗体を有していることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１０−２８５７（Ｐ２０１０−２８５７Ａ）
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６３６４２（Ｐ２００８−１６３６４２）
【出願日】平成２０年６月２３日（２００８．６．２３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２３日（２００８．６．２３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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