画像形成装置
【課題】記録材の連続加熱によって発生した非通紙部昇温を短時間で効率的に緩和して画像形成を再開することにより、本来の高い生産性を十分に活用できるようにした画像形成装置を提供する。
【解決手段】加圧ローラ２は、定着ベルト１に当接して記録材の加熱ニップを形成する。誘導加熱装置７０は、定着ベルト１の長手方向における誘導加熱の加熱領域を記録材の搬送方向に直角な搬送幅方向の記録材長さに応じて設定して定着ベルト１を誘導加熱する。制御部１０２は、中間転写ベルト２６におけるトナー像の形成が中断された際に、記録材の加熱を停止した状態で加熱領域を記録材の加熱時よりも狭く設定して誘導加熱装置７０による定着ベルト１の誘導加熱を継続させる緩和モードを実行する。
【解決手段】加圧ローラ２は、定着ベルト１に当接して記録材の加熱ニップを形成する。誘導加熱装置７０は、定着ベルト１の長手方向における誘導加熱の加熱領域を記録材の搬送方向に直角な搬送幅方向の記録材長さに応じて設定して定着ベルト１を誘導加熱する。制御部１０２は、中間転写ベルト２６におけるトナー像の形成が中断された際に、記録材の加熱を停止した状態で加熱領域を記録材の加熱時よりも狭く設定して誘導加熱装置７０による定着ベルト１の誘導加熱を継続させる緩和モードを実行する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第一回転体と第二回転体の加熱ニップにおける長手方向の加熱領域を記録材のサイズに応じて設定可能な画像形成装置、詳しくは、第一回転体の記録材通過領域の外側に発生する局所的な温度上昇を緩和させる緩和モードの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
トナー像を形成して記録材に転写した後に、トナー像が転写された記録材を、第一回転体と第二回転体の加熱ニップで挟持搬送して画像を記録材に定着させる画像形成装置が広く用いられている。第一回転体（ベルト部材又はローラ部材）の加熱源として誘導加熱装置を用いた像加熱装置も実用化されている（特許文献１、２）。
【０００３】
誘導加熱装置は、比較的に小さな質量の第一回転体の一部分に加熱を集中できるため、第一回転体の温度の立ち上がりが早く、温調制御の応答性にも優れている。しかし、誘導加熱装置を用いた場合、第一回転体の記録材に接して冷却される領域の外側に、記録材による冷却を受けないために局所的に高温になってしまう領域が形成される。いわゆる非通紙部昇温であって、過剰な非通紙部昇温に長時間晒されると、第一回転体の耐久寿命が低下する可能性がある。
【０００４】
特許文献１では、第一回転体（ベルト部材）の長手方向に複数の磁性体コアを配置し、両端部の磁性体コアについて、第一回転体に対する対向間隔を変化させることにより、非通紙部昇温を回避している。
【０００５】
特許文献２では、第一回転体（ローラ部材）の端部をカバーする磁束遮蔽板のサイズを切り替えて、記録材のサイズが変化しても記録材の外側位置の加熱範囲を一定幅に保つことにより、非通紙部昇温を回避している。また、第一回転体の端部に温度センサを配置して非通紙部昇温を実測し、第一回転体と第二回転体の加熱ニップに対する記録材の給送（毎分枚数又は緊急停止）を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１９４９４０号公報
【特許文献２】特開２００６−１２０５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非通紙部昇温を第一回転体の設計上の上限温度以下に保つように記録材の給送を制御した場合、画像形成装置の生産性が非通紙部昇温によって限界付けられてしまい、画像形成装置本来の高い生産性を発揮できない。そこで、非通紙部に温度センサを配置して非通紙部昇温を実測し、第一回転体の非通紙部昇温が設計上の上限値に達すると、画像形成を中断して第一回転体をクールダウンさせる制御が提案された。しかし、この場合、冷却後に加熱ニップを元の温度状態へ復帰させるために時間がかかってしまい、トータルな生産性はかえって低下する傾向となる。
【０００８】
また、定着装置の非通紙部昇温が設計上の上限値に達すると、画像形成を中断して、冷却ファンによる非通紙部の強制冷却を行う制御が提案された。しかし、非通紙部昇温が発生する位置は、ごく狭い領域であって、記録材のサイズに応じて変化するため、送風範囲が広い通常の冷却ファンでは効率的な冷却は難しい。
【０００９】
本発明は、記録材の連続加熱によって発生した非通紙部昇温を短時間で効率的に緩和して画像形成を再開することにより、本来の高い生産性を十分に活用できるようにした画像形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の画像形成装置は、トナー像を形成して記録材に転写する画像形成部と、トナー像が転写された記録材に接触して加熱する第一回転体と、前記第一回転体に当接して記録材の加熱ニップを形成する第二回転体と、前記第一回転体の長手方向における誘導加熱の加熱領域を記録材の搬送方向に直角な搬送幅方向の記録材長さに応じて設定して前記第一回転体を誘導加熱する誘導加熱装置とを備えるものである。そして、前記加熱ニップへの記録材の給送が停止された状態で、前記加熱ニップへ記録材が給送されている場合よりも前記加熱領域を狭く設定して前記誘導加熱装置による前記第一回転体の誘導加熱を継続させる緩和モードを実行可能な制御手段を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の画像形成装置では、誘導加熱装置による第一回転体の加熱領域を設定する機能を用いて緩和モードの制御を実行し、非通紙部昇温が発生した領域に限定して磁束による加熱を停止させる。これにより、非通紙部昇温が発生した領域とその外側の領域とで大きな熱流入量差が形成されて、両者の温度差がすみやかに解消される方向に向かう。
【００１２】
したがって、記録材の連続加熱によって発生した非通紙部昇温を短時間で効率的に緩和して画像形成を再開することにより、画像形成装置のトータルな生産性を損なうことなく、画像形成装置の本来の高い生産性を十分に活用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】画像形成装置の構成の説明図である。
【図２】定着装置の要部の構成の説明図である。
【図３】定着装置を二次転写部側から見た縦断面図である。
【図４】定着ベルト１の層構成の説明図である。
【図５】磁性体コアの移動の説明図である。
【図６】磁性体コアの移動機構の説明図である。
【図７】定着装置の斜視図である。
【図８】加熱領域が狭い場合の定着ベルトの長手方向の温度分布の説明図である。
【図９】加熱領域が広い場合の定着ベルトの長手方向の温度分布の説明図である。
【図１０】加熱領域が適正な場合の定着ベルトの長手方向の温度分布の説明図である。
【図１１】実施例１の緩和モードの制御のフローチャートである。
【図１２】画像形成中の加熱領域の設定の説明図である。
【図１３】画像形成中断時の加熱領域の設定の説明図である。
【図１４】緩和モードにおける非通紙部昇温の解消速度の説明図である。
【図１５】実施例４の緩和モードの制御のフローチャートである。
【図１６】画像形成中断時の加熱領域の設定の説明図である。
【図１７】実施例５の緩和モードの制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明は、第一回転体の加熱領域が可変である構成において画像形成の中断時に加熱領域を狭くして誘導加熱を継続する限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。
【００１５】
従って、像加熱装置は、トナー像を転写された記録材を加熱処理して記録材にトナー像を定着させる定着装置のみならず、半定着又は定着済みトナー像を加熱処理して画像に所望の表面性を付与する画像加熱装置を含む。第一回転体及び第二回転体は、ベルト部材に限らずローラ部材であってもよい。
【００１６】
画像形成の中断事由は、現像装置の調整に限らず、第一回転体の過熱検出、記録材の補給待ち、記録材のサイズ切り替え、画像データのダウンロード時間等でもよい。いずれの場合でも、第一回転体の冷却専用時間を設けることなく、他の処理の待ち時間を活用して非通紙部昇温を解消できる。
【００１７】
画像形成装置は、モノクロ／フルカラー、枚葉型／記録材搬送型／中間転写型、トナー像形成方式、転写方式の区別無く本発明の像加熱装置を搭載できる。本実施形態では、トナー像の形成／転写／定着に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途の画像形成装置で実施できる。
【００１８】
＜画像形成装置＞
図１は画像形成装置の構成の説明図である。図１に示すように、画像形成装置Ｅは、中間転写ベルト２６に沿ってイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部ＰＹ、ＰＣ、ＰＭ、ＰＫを配列したタンデム型中間転写方式のフルカラープリンタである。画像形成部の一例である中間転写ベルト２６は、トナー像を形成して記録材に転写する。
【００１９】
画像形成部ＰＹでは、感光ドラム２１（Ｙ）にイエロートナー像が形成されて中間転写ベルト２６に転写される。画像形成部ＰＣでは、感光ドラム２１（Ｃ）にシアントナー像が形成されて中間転写ベルト２６に転写される。画像形成部ＰＭ、ＰＫでは、感光ドラム２１（Ｍ）、２１（Ｋ）にそれぞれマゼンタトナー像、ブラックトナー像が形成されて中間転写ベルト２６に転写される。
【００２０】
中間転写ベルト２６は、無端状の樹脂ベルトで構成され、駆動ローラ２７、二次転写対向ローラ２８、テンションローラ２９に張架されて、駆動ローラ２７によって駆動される。
【００２１】
記録材Ｐは、記録材カセット３１から給紙ローラ３２により１枚ずつ取り出されてレジストローラ３３で待機する。記録材Ｐは、レジストローラ３３によって二次転写部Ｔ２へ給送されて、中間転写ベルト２６からトナー像を転写される。四色のトナー像を転写された記録材Ｐは、定着装置Ａへ搬送され、定着装置Ａで加熱加圧を受けて表面にトナー像を定着された後に、排出搬送路３６を通じて外部トレイ３７へ排出される。なお、単色のみの画像形成（単色モード）時には、目的の色についてのみトナー像が形成されて中間転写ベルト２６に担持させて記録材に転写される。
【００２２】
画像形成部ＰＹ、ＰＣ、ＰＭ、ＰＫは、現像装置２３（Ｙ）、２３（Ｃ）、２３（Ｍ）、２３（Ｋ）で用いるトナーの色がイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックと異なる以外は、実質的に同一に構成される。以下では、画像形成部ＰＹについて説明し、画像形成部ＰＣ、ＰＭ、ＰＫに関する重複した説明を省略する。
【００２３】
画像形成部ＰＹは、感光ドラム２１の周囲に、帯電ローラ２２、露光装置２５、現像装置２３、転写ローラ３０、及びドラムクリーニング装置２４を配置している。帯電ローラ２２は、感光ドラム２１の表面を一様な電位に帯電させる。露光装置２５は、レーザービームを走査して感光ドラム２１に画像の静電像を書き込む。現像装置２３は、静電像を現像して感光ドラム２１にトナー像を形成する。転写ローラ３０は、直流電圧を印加されて感光ドラム２１のトナー像を中間転写ベルト２６へ転写させる。
【００２４】
＜定着装置＞
図２は定着装置の要部の構成の説明図である。図３は定着装置を二次転写部側から見た縦断面図である。図４は定着ベルト１の層構成の説明図である。定着装置Ａは、搬送される記録材に転写されたトナー像(未定着画像)のトナー(現像剤)を、熱によって融解して記録材Ｐ上に融着させる。
【００２５】
以下の説明において、定着装置または定着ローラの長手方向とは、記録材搬送路面内において記録材の搬送方向に直角な幅方向である。また、定着装置または定着ローラの短手方向とは、記録材の搬送方向と平行な方向である。また、定着装置の正面とは、定着装置を記録材入口側からみた面、背面とはその反対側の記録材出口側から見た面である。定着装置の左右とは、定着装置を正面から見て左または右である。上流側は記録材の搬送方向の上流側、下流側は記録材の搬送方向の下流側である。
【００２６】
図２に示すように、第一回転体の一例である定着ベルト１は、トナー像を転写された記録材に接触して加熱する。第二回転体の一例である加圧ローラ２は、定着ベルト１に当接して記録材の加熱ニップを形成する。誘導加熱装置７０は、定着ベルト１の長手方向における誘導加熱の加熱領域を可変に設定して定着ベルト１を誘導加熱する。
【００２７】
定着ベルト１は、金属層を有する内径が３０ｍｍの無端状のベルト部材である。加圧ローラ２は、外径が３０ｍｍの円筒状に形成され、圧力付与部材３によって内側面を支持された定着ベルト１の外側面に圧接して、定着ベルト１との間に記録材Ｐの定着ニップ部Ｎを形成する。
【００２８】
加圧ローラ２は、長手方向中央部の径が２０ｍｍで両端部の径が１９ｍｍである鉄合金製の芯金２ａに、厚さがほぼ５ｍｍのシリコーンゴム層の弾性層２ｂを設けてある。弾性層２ｂの表面は、３０μｍの厚みでフッ素樹脂層（例えばＰＦＡやＰＴＦＥ）の離型層２ｃが設けられている。加圧ローラ２の長手方向中央部における硬度は、ＡＳＫ−Ｃ７０℃である。芯金２ａにテーパー形状をつけているのは、加圧した時に圧力付与部材３が撓んでも、定着ベルト１と加圧ローラ２で挟まれる定着ニップ部Ｎ内の圧力が長手方向にわたって均一に確保できるからである。
【００２９】
芯金２ａにテーパー形状をつけて中央部と両端部とで弾性層２ｂの厚さが異なるため、定着ベルト１と加圧ローラ２の定着ニップ部Ｎの搬送方向長さは、定着ニップ圧が６００Ｎにおいては、長手方向両端部で約９ｍｍ、中央部では約８．５ｍｍである。これにより、記録材Ｐの両端部での搬送速度が中央部と比べて速くなるので、紙しわが発生しにくくなるという利点がある。
【００３０】
圧力付与部材３は、その内側面を金属製のステー４に保持されて、その外側面で定着ベルト１の内側面を支持する。圧力付与部材３は、定着ベルト１を介して加圧ローラ２に押圧力を作用させて、定着ベルト１と加圧ローラ２の間に定着ニップ部Ｎを形成する。圧力付与部材３は、耐熱性樹脂である。圧力付与部材３は、ステー４のコイル６側には、誘導加熱による温度上昇を防止するための磁束遮蔽部材としての磁束遮蔽コア５が設けられている。
【００３１】
図３に示すように、ステー４は、定着ベルト１と加圧ローラ２の圧接部に圧力を加えるために剛性が必要であるため、鉄製である。ステー４は、特に両端部で励磁コイル６と接近しており、ステー４の発熱を防止するために、励磁コイル６で生じる磁界を遮蔽するために、ステー４の上面に長手方向にわたって磁束遮蔽コア５を配置してある。
【００３２】
定着フランジ１０は、定着ベルト１の長手方向移動および周方向の形状を規制する左右の規制部材である。定着フランジ１０内に挿通して配設したステー４のバネ受け部４ａと装置シャーシ側のバネ受け部材９ａとの間にステー加圧バネ９ｂを縮設することで、ステー４の全体に押し下げ力を作用させている。これにより、圧力付与部材３の下面と加圧ローラ２の上面とが定着ベルト１を挟んで圧設して、記録材の画像の定着ニップ部Ｎが形成される。
【００３３】
回転する定着ベルト１は、基層が金属で構成されているので、回転状態にあっても幅方向への寄りを規制するための手段としては、定着ベルト１の端部を単純に受け止めるだけの定着フランジ１０を設ければ十分である。これにより、定着装置Ａの構成を簡略化できるという利点がある。
【００３４】
図４に示すように、定着ベルト１は、電気鋳造法によって製造した厚み４０μｍのニッケルの基層（金属層）１ａを有している。基層１ａには、ニッケルのほかに、鉄合金や銅、銀などを適宜選択可能である。また、樹脂基層にそれら金属を積層させるなどの構成でも良い。金属層１ａの厚みは、後で説明する励磁コイルに流す高周波電流の周波数と金属層の透磁率・導電率に応じて調整して良く、５〜２００μｍ程度の間で設定すると良い。
【００３５】
基層１ａの外周には、耐熱性シリコーンゴム層の弾性層１ｂが設けられている。弾性層１ｂの厚さは１００〜１０００μｍの範囲内で設定するのが好ましい。ここでは、定着ベルト１の熱容量を小さくしてウォーミングアップタイムを短縮し、かつカラー画像を定着するときに好適な定着画像を得ることを考慮して、弾性層１ｂの厚さは３００μｍである。弾性層１ｂのシリコーンゴムは、ＪＩＳ−Ａ２０度の硬度を持ち、熱伝導率は０．８Ｗ／ｍＫである。弾性層１ｂの外周には、フッ素樹脂層（例えばＰＦＡやＰＴＦＥ）の離型層１ｃが３０μｍの厚みで設けられている。基層１ａの内面側には、定着ベルト内面と中央サーミスタ（ＴＨ１：図２）との摺動摩擦を低下させるために、フッ素樹脂やポリイミドなどの樹脂層による滑性層１ｄを１０〜５０μｍ設けている。滑性層１ｄは、ポリイミドを２０μｍ設けた。
【００３６】
＜誘導加熱装置＞
図２に示すように、誘導加熱装置７０は、定着ベルト１を誘導加熱する加熱源である。誘導加熱装置７０は、定着ベルト１の外周面の上面側において、定着ベルト１に所定のギャップ（隙間）を存して対面させて配設してある。
【００３７】
励磁コイル６は、電線として例えばリッツ線を用い、これを横長・船底状にして定着ベルト１の周面と側面の一部に対向するように巻回してなる。励磁コイル６の長手方向の内径は３５２ｍｍ、外径は３９２ｍｍである。
【００３８】
磁性体コア７ａは、励磁コイル６によって発生した磁界が定着ベルト１の金属層（導電層）以外に実質漏れないように、励磁コイル６を覆わせている。磁性体コア７ａは、励磁コイル６より発生した交流磁束を効率よく定着ベルト１に導く役割をする。交流磁束の磁気回路の効率を上げるためと、周囲へ磁束を漏らして周辺部材を誘導加熱することを回避する磁束遮蔽のために用いている。磁性体コア７ａの材質として、フェライト等の高透磁率かつ残留磁束密度の低いものを用いると良い。
【００３９】
モールド部材７ｃは、励磁コイル６と磁性体コア７ａとを電気絶縁性の樹脂によって支持する。定着ベルト１と励磁コイル６は、０．５ｍｍのモールドにより電気絶縁の状態を保つ。定着ベルト１と励磁コイル６の間隔は１．５ｍｍ（モールド表面と定着ベルト表面の距離は１．０ｍｍ）で一定である。
【００４０】
定着ベルト１の回転状態において、誘導加熱装置７０の励磁コイル６には、電源装置（励磁回路）１０１から２０〜５０ｋＨｚの高周波電流が印加されて、励磁コイル６によって発生した磁界により定着ベルト１の金属層（導電層）が誘導発熱する。
【００４１】
中央サーミスタＴＨ１は、温度センサ（温度検出素子）であり、定着ベルト１の幅方向中央部の位置に当接させて配設してある。中央サーミスタＴＨ１は、圧力付与部材３に対して弾性支持部材を介して取り付けられているので、定着ベルト１の当接面が波打つなどの位置変動が生じたとしても、これに追従して良好な接触状態が維持される。
【００４２】
中央サーミスタＴＨ１は、記録材の搬送紙域のほぼ中央で、定着ベルト１の内側面の温度を検知し、その検知温度情報が制御部１０２にフィードバックされる。
【００４３】
制御部１０２は、中央サーミスタＴＨ１から入力する検知温度が所定の目標温度（定着温度）に維持されるように、電源装置１０１から励磁コイル６に入力する電力を制御している。制御部１０２は、定着ベルト１の検出温度が所定温度に昇温した場合、励磁コイル６への通電を遮断する。制御部１０２は、定着ベルト１の検出温度が、定着ベルト１の目標温度である１８０℃で一定になるように、中央サーミスタＴＨ１の検出値に基づいて、高周波電流の周波数を変化させることにより、励磁コイル６に入力する電力を制御して温度調節を行っている。電源装置１０１に接続された誘導加熱装置７０の励磁コイル６は、制御部１０２で制御され、定着ベルト１は、所定の定着温度に加熱される。
【００４４】
前述したように、励磁コイル６には、２０〜５０ｋＨｚの高周波電流が印加されて、定着ベルト１の金属層１ａが誘導発熱する。温度調節は、定着ベルト１の目標温度である１８０℃で一定になるように、中央サーミスタＴＨ１の検出値に基づいて高周波電流の周波数を変化させて励磁コイル６に入力する電力を制御する。
【００４５】
励磁コイル６を含む誘導加熱装置７０が、高温になる定着ベルト１の内部ではなく外部に配置されているので、励磁コイル６の温度が高温になりにくい。また、電気抵抗も上昇せず高周波電流を流してもジュール発熱による損失を軽減する事が可能となる。また、励磁コイル６を外部に配置したことで定着ベルト１の小径化（低熱容量化）にも寄与しており、しいては省エネルギー性にも優れていると言える。
【００４６】
本実施例の定着装置のウォーミングアップタイムは、非常に熱容量が低い構成であるため、例えば励磁コイル６に１２００Ｗ入力すると約１５秒で目標温度である１６５℃に到達できる。スタンバイ中の加熱動作が不要であるため、電力消費量を非常に低く抑える事が可能である。
【００４７】
定着ベルト１は、制御部１０２で制御されるモータＭ１によって加圧ローラ２が回転駆動されることで、画像形成時には、図１の二次転写部Ｔ２から搬送されてくる記録材Ｐの搬送速度とほぼ同一の周速度で回転駆動される。定着装置Ａでは、定着ベルト１の表面回転速度が３００ｍｍ／ｓｅｃであって、Ａ４サイズ横送りのフルカラー画像であれば１分間に８０枚、同じくＡ４サイズ縦送りであれば１分間に５８枚を連続的に定着可能である。
【００４８】
未定着トナー画像Ｔを有する記録材Ｐは、そのトナー画像担持面側を定着ベルト１側に向けて、ガイド部材７で案内されて、定着ベルト１と加圧ローラ２とで加圧形成される定着ニップ部Ｎに導入される。記録材Ｐは、定着ニップ部Ｎにおいて、定着ベルト１の外周面に密着し、定着ベルト１と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。
【００４９】
定着ベルト１の熱が付与されつつ定着ニップ部Ｎの加圧力を受けて、未定着トナー像Ｔは、記録材Ｐの表面に定着される。定着ニップ部Ｎを通った記録材Ｐは、定着ベルト１の表面が定着ニップ部Ｎの出口部分で変形するため、定着ベルト１の外周面から記録材Ｐが自己分離して定着装置Ａ外へ搬送される。
【００５０】
ところで、一般的に、像加熱装置は、記録材に転写されたトナー像のトナーを熱によって融解して記録材上に融着させる定着装置の他に、記録材に定着された画像を再加熱して画像の光沢度を向上させる光沢付与装置もある。
【００５１】
像加熱装置の高速昇温を可能にするため、定着ローラを薄肉小径化したもの、樹脂ベルトの内側からヒーター加熱するもの、薄肉金属の回転体を誘導加熱するもの等が提案されている。材料コストやエネルギー効率の点からも、薄肉の回転体を採用して熱容量を小さくし、加熱効率の良い誘導加熱装置で加熱することが望まれている。
【００５２】
しかし、薄肉の回転体を使用する場合、軸直角断面の断面積がきわめて小さくなるために、軸方向の熱移動率が良好でない。この傾向は薄肉なほど顕著であり、熱伝導率の低い樹脂等の材質ではさらに低くなる。
【００５３】
これは、熱伝導率をλ、２点間の温度差をθ１−θ２、長さをＬとしたとき、単位時間に伝わる熱量Ｑは、次式で表されるというフーリエの法則からも明らかである。
Ｑ＝λ・ｆ（θ１−θ２）／Ｌ
【００５４】
薄肉の回転体を使用して軸方向の熱移動率が良好でない状態で、小さいサイズの記録材を連続で通紙させると、回転体の非通紙領域の温度が通紙領域よりも上昇して回転体の長手方向に温度ムラが生じるいわゆる非通紙部昇温の問題が発生する。
【００５５】
非通紙部昇温が発生すると、小さいサイズの記録材を連続で加熱処理した直後に大形サイズの記録材を加熱処理すると、記録材上で加熱ムラが発生して、紙シワや定着ムラの原因となる。著しい非通紙部昇温の場合、樹脂材料からなる周辺部材の寿命を低下させる場合もある。
【００５６】
非通紙部昇温は、搬送される記録材の熱容量が大きく、単位時間あたりのプリント枚数を高くするほど広がるため、生産性の高い複写機では、薄肉の回転体と加熱効率の良い誘導加熱装置を組み合わせた像加熱装置を採用できなかった。生産性の高い複写機では、多くの場合、ハロゲンランプヒータや抵抗発熱体を分割して記録材サイズに応じた領域を加熱することで、非通紙部昇温を回避している。
【００５７】
ところで、薄肉の回転体と加熱効率の良い誘導加熱装置を組み合わせた像加熱装置においても、回転体の長手方向の加熱領域を記録材サイズに応じて設定できるものがある。しかし、誘導加熱装置を複数設けたり分割したりすれば、その分だけ制御回路も複雑でコストが高くなる。薄肉の回転体の場合、分割された加熱領域の境目付近で温度分布が不連続になって、回転体が必要な定着性能を満たせなくなる問題もある。
【００５８】
そこで、定着装置Ａでは、第一回転体と誘導加熱装置との間に、誘導加熱装置から第一回転体へ導く磁束を１０ｍｍごとの領域で可変に設定できる磁性体コア７ａを配置している。磁性体コア７ａを記録材のサイズに応じた個数だけ移動させることで、加熱の必要な加熱領域以外は誘導加熱装置から届く磁束が少なくなって、定着ベルト１の発熱自体が抑えられる。これにより、加熱領域の制御が行われ、昇温される定着ベルト１の温度分布を精密にコントロールすることが可能となっている。
【００５９】
＜磁性体コアの移動機構＞
図５は磁性体コアの移動の説明図である。図６は磁性体コアの移動機構の説明図である。図７は定着装置の斜視図である。
【００６０】
図２に示すように、励磁コイル部材の一例である励磁コイル６は、定着ベルト１へ入射する磁束を発生する。電源装置１０１は、定着ベルト１の温度をトナー像の定着に必要な所定の温度範囲に保つように励磁コイル６への電力供給を制御する。
【００６１】
複数個の磁性体コア７ａは、定着ベルト１の長手方向に配列して励磁コイル６が発生する磁束をそれぞれの領域で定着ベルト１に案内する。コア移動機構７１は、複数個の磁性体コア７ａを定着ベルト１に対して接離する方向へ移動させる。制御部１０２は、記録材の幅方向の長さに応じた個数の磁性体コア７ａを他の磁性体コア７ａよりも定着ベルト１に近付けて加熱領域を設定する。
【００６２】
図３に示すように、磁性体コア７ａは、定着ベルト１の長手方向に分割され、１個の長手方向の幅は１０ｍｍ、それぞれ１．０ｍｍの間隔を開けて配置されている。通紙部においては、励磁コイル６と磁性体コア７ａの隙間を狭くすることで、定着ベルト１を通過する磁束密度を高めて、定着ベルト１の発熱量を高くする。これに対して、非通紙部においては、励磁コイル６と磁性体コア７ａの隙間を広げることで、定着ベルト１を通過する磁束密度を低下させて定着ベルト１の発熱量を低くする。
【００６３】
図５の（ａ）に示すように、通紙領域においては、励磁コイル６と磁性体コア７ａの間隔は０．５ｍｍである。図５の（ｂ）に示すように、非通紙領域においては、励磁コイル６と磁性体コア７ａの間隔は１０ｍｍまで離間する。
【００６４】
図６に示すように、磁性体コア７ａは、磁性体コアホルダ７７に保持されてハウジング７６内に収まっている。磁性体コアホルダ７７は、磁性体コア７ａと励磁コイル６との間隙を変化させる方向に移動可能になっている。リンク部材７５は、回転軸７８周りに回転可動に組み立てられ、端部の長穴部が磁性体コアホルダ７７と連結されている。リンク部材７５が回転軸７８周りにＱ１方向へ回転すると、磁性体コアホルダ７７と磁性体コア７ａがＰ１方向へ移動する。リンク部材７５がＱ２方向へ回転すると、磁性体コアホルダ７７と磁性体コア７ａがＰ２方向へ移動する。リンク部材７５は、励磁コイルばね７４によってＱ１方向へ回転する方向へ付勢されているが、規制部材７３によって、リンク部材７５のＱ１方向への回転が規制されている。
【００６５】
規制部材７３によってリンク部材７５が押し込まれている状態では、リンク部材７５は、励磁コイルばね７４に逆らってＱ２方向へ回動している。このとき、磁性体コアホルダ７７が矢印Ｐ２方向へ移動して磁性体コア７ａが励磁コイル６に近付いている。
【００６６】
規制部材７３による押し込みが解除されると、リンク部材７５は、励磁コイルばね７４に付勢されてＱ１方向へ回動してフレーム７９に突き当たって停止する。これにより、磁性体コアホルダ７７が矢印Ｐ１方向へ移動して磁性体コア７ａが励磁コイル６から遠ざかる。
【００６７】
図７に示すように、規制部材７３は、中央のピニオンギア８０と連結され、ピニオンギア８０の回転運動により、記録材の搬送方向に直角な幅方向（Ｙ１、Ｙ２方向）へ移動可能となっている。規制部材７３がＹ１方向へ移動すると、端部側のリンク部材７５から順番に規制部材７３による押し込みが解除され、端部側から中央側へ向かって順番に磁性体コア７ａが励磁コイル６から遠ざかる。図７では、端部側から４個の磁性体コアホルダ７７について規制部材７３による押し込みが解除されて、磁性体コア７ａと励磁コイル６との間隙が広がっている。
【００６８】
制御部１０２は、コア移動機構７１を制御して、磁性体コアホルダ７７のうちで記録材の搬送幅方向に応じて定めた個数のものについて規制部材７３による押し込みを解除する。これにより、記録材の外側に位置する磁性体コア７ａと励磁コイル６との間隙を拡大させて、非通紙部昇温を防止している。ハガキサイズ、Ａ５、Ｂ４、Ａ３、Ａ３ノビサイズ等、各種の記録材サイズに対応するため、規制部材７３の位置を記録材のサイズによって異ならせて、各記録材のサイズに応じた加熱領域を設定して非通紙部昇温を抑制している。
【００６９】
＜定着ベルトの温度分布＞
図８は加熱領域が狭い場合の定着ベルトの長手方向の温度分布の説明図である。図９は加熱領域が広い場合の定着ベルトの長手方向の温度分布の説明図である。図１０は加熱領域が適正な場合の定着ベルトの長手方向の温度分布の説明図である。
【００７０】
各図中、破線は定着装置立ち上げ３０秒後、画像形成開始前である。実線は連続画像形成５００枚終了時点である。記録材は、オーセダレ（登録商標）１０５ｇ／ｍ２のＡ４サイズ普通紙である。１５℃環境において、８０ｐｐｍの生産性、３２０ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピードで画像形成及び定着を実行した。定着ベルトの温調温度は１８０℃に設定した。
【００７１】
図８に示すように、Ａ４サイズの記録材に対して同一の搬送幅方向長さに加熱領域を設定した場合、画像形成開始前も５００枚の画像形成後も記録材の端部において温度低下が見られ、定着不良が発生した。トナーが定着ベルト１に付着して持ち去られるいわゆるコールドオフセットが発生した。
【００７２】
図９に示すように、Ａ４サイズの記録材の外側に磁性体コア７ａが２個分２０ｍｍの余分の加熱領域を設定した場合、定着不良は発生しないが、５００枚の画像形成後の記録材の外側領域に非通紙部昇温が発生して設計温度を超えてしまった。
【００７３】
図１０に示すように、Ａ４サイズの記録材の外側に磁性体コア７ａが１個分１０ｍｍの余分の加熱領域を設定した場合、定着不良は発生せず、５００枚の画像形成後の記録材の外側領域に非通紙部昇温が発生しても設計温度を超えていなかった。
【００７４】
ところで、上述したように、薄肉の回転体を誘導加熱装置で加熱する像加熱装置には、回転体が記録材の外側で局所的に昇温してしまういわゆる非通紙部昇温の問題がある。
【００７５】
縁の余白の少ない画像の場合、記録材の搬送幅方向の両端部においてもトナーを定着するのに十分な温度を確保する必要がある。そのため、図１０に示すように、記録材の外側まで誘導加熱の磁束を入射させて定着ベルト１を加熱することになる。
【００７６】
しかし、この状態で画像形成を続けていると、通紙部に対して非通紙部では記録材に奪われる熱量が小さいため、次第に熱がこもって大きな非通紙部昇温が形成されてしまう。非通紙部昇温は、低熱容量のフィルム材料を用いた定着ベルト１においてより顕著に現れる。非通紙部昇温によって、定着ベルト１の耐久寿命が低下するため、非通紙部昇温を低減する必要がある。
【００７７】
そこで、以下の実施例では、部分的に発熱量を調整できる構成において、通紙を中断した空回転動作中もしくは生産性を低下させている状態の時、発熱幅が通常時よりも狭くなるように磁性体コア７ａを移動する。これにより、非通紙部昇温を抑制・低減して、定着ベルト１の耐久寿命を延ばしている。
【００７８】
＜実施例１＞
図１１は実施例１の緩和モードの制御のフローチャートである。図１２は画像形成中の加熱領域の設定の説明図である。図１３は画像形成中断時の加熱領域の設定の説明図である。図１４は緩和モードにおける非通紙部昇温の解消速度の説明図である。
【００７９】
図２に示すように、第一回転体の一例である定着ベルト１は、トナー像が転写された記録材に接触して加熱する。第二回転体の一例である加圧ローラ２は、定着ベルト１に当接して記録材の加熱ニップを形成する。誘導加熱装置７０は、定着ベルト１の長手方向における誘導加熱の加熱領域を記録材の搬送方向に直角な搬送幅方向の記録材長さに応じて設定して定着ベルト１を誘導加熱する。制御手段の一例である制御部１０２は、加熱ニップへの記録材の給送が停止された状態で、加熱ニップへ記録材が給送されている場合よりも加熱領域を狭く設定して誘導加熱装置７０による定着ベルト１の誘導加熱を継続させる緩和モードを実行可能である。制御部１０２は、中間転写ベルト２６におけるトナー像の形成が中断された際に緩和モードを実行する。
【００８０】
図１に示すように、制御部１０２は、通常の画像形成であれば、５００枚の画像形成ごとに画像形成を中断して現像装置の調整を実行する。また、トナー使用量の多い高デューティー画像が連続画像形成されるときは、現像装置２３内のトナー濃度、トナー帯電量が大幅に変動するため、頻繁に現像装置の調整が行われる。
【００８１】
現像装置の調整では、制御部１０２は、画像形成部ＰＹにおいて、所定の画像形成条件で感光ドラム２１にカラーパッチトナー像を形成して、中間転写ベルト２６に転写する。中間転写ベルト２６上のカラーパッチトナー像は、光学式センサ１０５で赤外光を照射して反射光を検出される。
【００８２】
制御部１０２は、カラーパッチトナー像の検出結果基づいて現像装置２３の現像条件（現像スリーブ直流電圧）を調整して、再びカラーパッチトナー像を形成して同様の制御を繰り返す。これを、画像形成部ＰＹ、ＰＣ、ＰＭ、ＰＫで並行して実行することで５秒〜２０秒間のダウンタイムが発生する。このようにして、現像におけるトナー濃度調整等が行われる。
【００８３】
実施例１では、このダウンタイムを利用して、定着装置Ａにおいて、緩和モードの制御を実行することで、前回からの５００枚の画像形成を通じて発生していた非通紙部昇温を解消する。
【００８４】
図２を参照して図１１に示すように、制御部１０２は、画像形成を開始する（Ｓ１００）。このとき、図１２の（ａ）に示すように、Ａ４サイズの搬送幅方向長さに磁性体コア７ａの２個分の長さを加えた加熱領域が設定されている。
【００８５】
制御部１０２は、画像形成の開始からトナー像の形成の中断までの時間が所定時間以上の場合に緩和モードを実行するが、所定時間未満の場合には実行しない。制御部１０２は、現像装置（２３）の調整に伴う画像形成の中断が発生すると（Ｓ１０１）、画像形成開始からの経過時間が所定時間を超えているか否かを判断する（Ｓ１０２）。所定時間は、環境温度と記録材の単位面積当たり重量（坪量）により表１のように設定されている。
【００８６】
【表１】
【００８７】
実施例１では、非通紙部の温度を測定していないため、このように所定時間を設定して温度分布を見積もっている。所定時間は、２０秒以上に設定するのが望ましい。所定時間が短すぎる場合、端部における昇温はそれほどしておらず、磁性体コア７ａを移動する必要がない。上述したように、非通紙部昇温があまり発生していない状況において加熱領域を狭くすると、記録材の搬送幅方向の両端部において温度ダレして定着不良を発生する可能性がある。
【００８８】
図１２の（ｂ）に示すように、画像形成の開始から調整処理の発生まで所定時間が経過していれば、実線で示すように、定着ベルト１に非通紙部昇温が発生している。画像形成の開始直後であれば、破線で示すように非通紙部昇温が発生していない。よって、所定時間を超えて実線のような温度分布になったとき、加熱領域を狭めることで非通紙部昇温を低減する。
【００８９】
制御部１０２は、画像形成開始から所定時間が経過している場合（Ｓ１０２のＹＥＳ）、図１３の（ａ）に示すように、外側の１個ずつの磁性体コア７ａを励磁コイル６から遠ざけて、加熱領域を記録材の搬送幅方向長さに縮小する（Ｓ１０７）。
【００９０】
制御部１０２は、この状態で、中央サーミスタＴＨ１の検出温度が１８０±５℃になるように励磁コイル６への供給電力を調整する（Ｓ１０３）。非通紙部昇温が発生している領域を加熱領域から外して、定着ベルト１の加熱を継続することで、非通紙部昇温が発生している領域としていない領域の温度差が急速に収束して、非通紙部昇温が速やかに解消される。
【００９１】
図１３の（ｂ）に実線で示すように、磁性体コア７ａの移動を行う前の状態では、定着ベルト１にかなりの非通紙部昇温が発生している。しかし、現像装置２３の調整のためのダウンシーケンス中に、図１３の（ａ）に示すように、両端に位置する磁性体コア７ａを励磁コイル６から遠ざかる方向へ移動する（Ｓ１０７）。これにより、定着ベルト１の加熱領域が狭くなって非通紙部昇温が低減され（Ｓ１０３）、定着ベルト１の耐久性が向上する。
【００９２】
制御部１０２は、緩和モードの開始後、所定時間が経過すると加熱領域を記録材の加熱時の状態に復帰させて誘導加熱装置７０による定着ベルト１の誘導加熱を継続させる。現像装置２３の調整時間が長い場合、定着ベルト１の加熱領域を狭く設定している時間が長すぎる場合がある。このとき、記録材の内側領域において不必要な温度低下が進行して、続く画像形成において定着不良の原因となる。このため、制御部１０２は、加熱領域を狭く設定してから１０秒程度で、外側の１個ずつの磁性体コア７ａを励磁コイル６に近付けて元に戻す（Ｓ１０５）。なお、現像装置２３の調整時間が１０秒以下の場合、調整終了後の画像形成の再スタートと同時に加熱領域を元に戻す。その後、制御部１０２は、画像形成を再開させる（Ｓ１０６）。
【００９３】
図１４に示すように、磁性体コア７ａの移動ありの実施例１によれば、加熱領域を狭くすることで、磁性体コア７ａの移動なしで加熱領域が広いままの場合よりも２倍以上速く非通紙部昇温が解消される。
【００９４】
磁性体コア７ａの移動ありの実施例１によれば、１０秒でおよそ３０℃と急速に非通紙部昇温を低下させることができるので、画像形成が再スタートした時点での非通紙部昇温が低減されて、定着ベルト１の耐久性能向上につながる。
【００９５】
次に、記録材Ｐとしてオーセダレ（登録商標）１０５ｇ／ｍ２のＡ４サイズ普通紙を用いて、１５℃環境において、生産性８０ｐｐｍ、プロセススピード３２０ｍｍ／ｓｅｓの条件で連続画像形成を実行した。中央サーミスタＴＨ１の検出温度が１８０℃に保たれるように温調した。現像装置２３の調整処理が５００枚通紙ごとに１０秒間のダウンシーケンス(通紙中断)に突入すると仮定した条件で、磁性体コア７ａの移動ありの実施例１と磁性体コア７ａの移動なしの比較例とで定着ベルト１の耐久寿命を比較した。
【００９６】
【表２】
【００９７】
表２に示すように、磁性体コア７ａによってダウンシーケンス時に加熱領域を狭くする実施例１では、ダウンシーケンス時に加熱領域を狭くしない比較例に比較して定着ベルト１の耐久寿命が長くなる。
【００９８】
磁性体コア７ａの移動によってダウンシーケンス中に加熱領域を狭くすることで、非通紙部昇温を低減し、連続画像形成中の非通紙部昇温を平均して１０℃程度下げることができた。これにより、画像形成枚数に換算して５００００枚以上の耐久寿命の向上が見られた。
【００９９】
＜実施例２＞
実施例１では、非通紙部の温度を測定していないため、表１のように、画像形成の開始後の継続時間で非通紙部昇温を見積もった。しかし、特許文献２に記載されるように、非通紙部の温度を測定して、非通紙部昇温の発生状態を直接判断してもよい。
【０１００】
図１０に示すように、第一検出手段の一例である端部サーミスタＴＨ２は、定着ベルト１の局所的な昇温を検出可能である。制御部１０２は、端部サーミスタＴＨ２によって検出された局所的な昇温が所定範囲を超えている場合に緩和モードを実行するが、超えていない場合には実行しない。第二検出手段の一例である端部サーミスタＴＨ３は、記録材の搬送幅方向の端部に相当する位置の定着ベルト１の温度を検出可能である。制御部１０２は、端部サーミスタＴＨ３によって検出された定着ベルト１の温度がトナー像の定着に必要な所定の下限温度に達すると加熱領域を記録材の加熱時の状態に復帰させて誘導加熱装置７０による定着ベルト１の誘導加熱を継続させる。
【０１０１】
実施例２では、Ａ４サイズの通紙幅よりも５ｍｍ外側に端部サーミスタＴＨ２を設けて定着ベルト１の表面温度を非接触状態で検出している。また、Ａ４サイズの通紙幅よりも５ｍｍ内側に端部サーミスタＴＨ３を設けて定着ベルト１の表面温度を非接触状態で検出している。また、定着ベルト１の中央部には、図２に示すように定着ベルト１の内側に中央サーミスタＴＨ１を配置して温調温度を測定している。
【０１０２】
制御部１０２は、非接触型の端部サーミスタＴＨ２の出力を定期的に取り込んで定着ベルト１の非通紙部昇温を正確に把握している。制御部１０２は、現像装置２３の調整処理によってダウンシーケンスに突入した時に、発熱幅を狭めることで、定着ベルト１の非通紙部昇温を低減する。
【０１０３】
制御部１０２は、現像装置２３の調整に伴うダウンシーケンス突入時に、端部サーミスタＴＨ２で検出された非通紙部昇温を設計温度に比較する。制御部１０２は、設計温度を超えていれば、非通紙部昇温を温調温度まで低下させるために、図８に示すように、加熱領域を狭くして、非通紙部昇温を生じた領域に磁束が入射しないようにする。
【０１０４】
そして、端部サーミスタＴＨ２で検出された温度が温調温度の上限値まで低下する直前に磁性体コア７ａを図１０の状態に戻して、画像形成を再開させる。ただし、端部サーミスタＴＨ３で検出された定着領域の温度が温調温度の下限値を割り込んだ場合には、磁性体コア７ａを図１０の状態に戻して温調温度に回復させることを優先する。
【０１０５】
実施例２では、端部サーミスタＴＨ２、ＴＨ３のコストアップ要因もあるが、実施例１の時間推定の制御よりも、より精密な温度調整制御が行える。
【０１０６】
＜実施例３＞
実施例１では、誘導加熱装置７０が発生する磁束が定着ベルト１へ入射する長手方向の磁束密度分布を調整する手段として可動の磁性体コア７ａを使用した。しかし、特許文献２に示されるように、定着ベルト１と誘導加熱装置７０との間に可動の磁束遮蔽板を配置して定着ベルト１へ入射する長手方向の磁束密度分布を調整する構成を採用してもよい。
【０１０７】
実施例３では、定着装置Ａは、定着ベルト１と誘導加熱装置７０との間に、誘導加熱装置７０から定着ベルト１へ届く磁束の一部を遮蔽する磁束遮蔽板を可動に配置する。磁束遮蔽板を定着ベルト１の長手方向に移動させる変位機構を設け、変位機構を制御して定着ベルト１に任意の加熱領域を設定する。
【０１０８】
実施例３にあっては、磁束遮蔽板を設けて移動させることで、必要部分以外は誘導加熱装置７０から届く磁束が遮蔽され、発熱自体が抑えられることにより、加熱領域の制御が行われ、定着ベルト１の非通紙部昇温の温度分布をコントロールする。
【０１０９】
＜実施例４＞
図１５は実施例４の緩和モードの制御のフローチャートである。図１６は画像形成中断時の加熱領域の設定の説明図である。実施例１では、トナー像形成が中断された際に、その中断時間を利用して非通紙部昇温を解消もしくは軽減した。これに対して、実施例４では、加熱される記録材のサイズが大きくなる前に、積極的にトナー像形成を中断させて、それまでの小さいサイズの記録材の連続加熱で発生してしまった非通紙部昇温を解消させている。
【０１１０】
図２を参照して図１５に示すように、制御部１０２は、加熱される記録材の搬送幅方向の長さが大きくなる前に中間転写ベルト２６におけるトナー像の形成を中断させて緩和モードを実行可能である。制御部１０２は、小サイズの記録材の通紙中に（Ｓ２０１）大サイズの記録材の画像形成ジョブが発生したとする（Ｓ２０２）。制御部１０２は、小サイズの記録材の画像形成のスタートから所定時間が通紙していれば（Ｓ２０３のＹＥＳ）、定着ベルト１の加熱領域を狭める（Ｓ２０６）。
【０１１１】
図１０に示すように、Ａ４サイズの記録材の通紙を重ねると、記録材の外側において定着ベルト１が局所的に昇温して非通紙部昇温が発生してしまう。この状態でＡ３ノビサイズの画像形成を開始するために、Ａ３ノビサイズとのサイズ差分だけ加熱領域を拡大すると、非通紙部昇温が記録材の内側に取り込まれてしまう。
【０１１２】
図１６の（ｂ）に示すように、Ａ４サイズの記録材の通紙で発生した定着ベルト１の局所的な昇温が中々下がらず、このままの状態でＡ３ノビサイズ（１３ｉｎｃｈ）の記録材を通紙すると、局所的な昇温部分の内側と外側とで出力画像の光沢差が発生する。局所的な昇温部分においてトナーが定着ベルト１に持ち去られるホットオフセット画像不良が発生する場合もある。このため、通常は、局所的な昇温を温度低下させるためにウェイトタイムに移行し、長くユーザーを待たせる結果となってしまう。
【０１１３】
そこで、実施例４では、これらを解決するために、Ａ４サイズの記録材の通紙後により大きなサイズの画像形成ジョブが発生すると、Ａ４サイズの記録材の通紙終了後に、一旦、図１６の（ａ）に示すように、定着ベルト１の加熱領域を狭める。局所的な昇温部分に対する加熱を局所的に停止させることにより、急速に昇温部の温度を低下させる。
【０１１４】
制御部１０２は、実施例１と同様に、通紙時間が表２に示す所定時間を超えていれば（Ｓ２０３のＹＥＳ）、加熱領域を狭める（Ｓ２０６）。その後、加熱領域を狭めた状態を保持する時間としては、記録材の搬送幅の端部における定着ベルト１の温度低下が定着不良を引き起こさないために、実施例１と同じく１０秒間とする。
【０１１５】
制御部１０２は、１０秒経過後、１３ｉｎｃｈサイズの記録材に適した発熱幅を得るために、磁性体コア７ａを移動する（Ｓ２０４）。そして、１３ｉｎｃｈサイズの記録材に対する画像形成を開始する（Ｓ２０５）。
【０１１６】
実施例４の緩和モードによれば、ウェイトタイムとその後の１３ｉｎｃｈの加熱領域の温度が安定するまでを合わせた時間が、通常３０秒間かかっていたものを２０秒間に短縮することができた。
【０１１７】
＜実施例５＞
図１７は実施例５の緩和モードの制御のフローチャートである。実施例１では薄肉の定着ベルトを用いる実施形態における緩和モードの制御を説明したが、緩和モードは、薄肉の定着ローラを用いる実施形態でも同様に実施すれば、同様に効果を奏する。実施例５では、さらなる高速生産性のために薄肉の定着ローラを用いた実施形態について説明する。なお、実施例１と同一機能を有する構成には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【０１１８】
図２に示すように、実施例５では、定着ベルト１を定着ローラ１Ｒに置き換える。定着ローラ１Ｒは、内径４０ｍｍで厚み１ｍｍの鉄製の芯金の外側に、厚み４００μｍのシリコーンゴムの弾性層を形成し、弾性層の外周をフッ素樹脂（ＦＲＰ）の離型層で覆って構成される。定着ローラ１Ｒの温度制御は、定着ローラ１Ｒの内面に配置された中央サーミスタＴＨ１によって検出された温度が所定の温調温度範囲に保たれるように、誘導加熱装置７０の出力を調整して行う。
【０１１９】
ここで、通常の使用環境と記録材の組み合わせであれば、設計上、定着ローラ１Ｒの温度は定着可能温度を下回ることはない。しかし、５℃以下の超低温環境において厚くて熱容量の大きな記録材を連続加熱処理した場合、供給電力が間に合わなくなって定着ローラ１Ｒの温度が定着可能温度を下回ってしまう（Ｓ３０２のＹＥＳ）。定着ローラ１Ｒの温度が定着可能温度を下回ると、上述したように、コールドオフセット等の定着不良が発生する可能性が出てくるため、定着可能温度を下回る前に、紙間を空けるなどのダウンシーケンス処理が実行される。
【０１２０】
実施例５では、定着ローラ１Ｒの温度を回復させるためのダウンシーケンスの待ち時間を利用して、緩和モードを実行することにより、それまでの画像形成で発生していた非通紙部昇温を解消させる。定着ローラ１Ｒの温度が定着可能温度を下回った時に移行するダウンシーケンス時において、加熱領域を狭めることで、図１０に示す定着ベルト１と同様に発生していた非通紙部昇温が低減される。
【０１２１】
図２を参照して図１７に示すように、制御部１０２は、印刷ジョブに対して定着ローラ１Ｒの昇温を開始する（Ｓ３００）。そして、定着ローラ１Ｒが所定の通紙開始温度を超えたところで通紙を開始する（Ｓ３０１）。画像形成ジョブは、Ａ４サイズの記録材を毎分１００枚（１００ｐｐｍ）の生産性で４００ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピードで通紙するものとし、定着ローラ１Ｒの通紙開始温度は１９０℃に設定してあるとする。
【０１２２】
中央サーミスタＴＨ１によって検出される定着ローラ１Ｒの内面温度が、通紙中に、定着可能温度の下限値である１７０℃を下回ると（Ｓ３０２のＹＥＳ）、ダウンシーケンスに突入する（Ｓ３０３）。ダウンシーケンスでは、実施例１と同様に表１の経過時間で判断して（Ｓ３０４のＹＥＳ）、磁性体コア７ａを移動することで加熱領域を狭く設定する（Ｓ３１０）。
【０１２３】
制御部１０２は、その後、定着ローラ１Ｒの温度が定着可能温度に回復すると（Ｓ３０５のＹＥＳ）、加熱領域を元の状態に復帰させて（Ｓ３０６）、画像形成を再開する（Ｓ３０７のＮＯ）。制御部１０２は、画像形成ジョブが終了すると（Ｓ３０７のＹＥＳ）、定着装置Ａを停止させる（Ｓ３０８）。
【０１２４】
実施例１で説明したように、通常の印刷動作中に非通紙部昇温を解消するために加熱領域を狭めると、定着ローラ１Ｒの記録材端部位置において温度低下が発生してコールドオフセット等の定着不良が発生する。しかし、ダウンシーケンス中であれば、記録材の加熱が中断されているため、記録材に奪われる熱量が下がるため、定着ローラ１Ｒの記録材端部位置における温度低下はあまり見られないため、加熱領域を狭めることによる非通紙部昇温の軽減を有効に実施できる。
【０１２５】
実施例１で説明したように、画像形成の開始から表１の所定時間が経過していれば、非通紙部昇温が発生しているため、緩和モードを実行して、磁性体コア７ａを移動して加熱領域を狭めることによって非通紙部昇温を解消する。しかし、所定時間を超えていなければ、非通紙部昇温が発生していないため、緩和モードを実行しない。
【０１２６】
実施例１で説明したように、ダウンシーケンス中、長い時間加熱領域を狭めていると、通紙域における温度ダレが徐々に進行するため、定着ローラ１Ｒの温度が定着可能温度に回復しなくても、１０秒間が経過すると加熱領域を元の状態に復帰させている。
【０１２７】
実施例５の緩和モードによれば、通常の画像形成時に発生した非通紙部昇温をすみやかに解消させることで、非通紙部の温度を平均して低い状態に保てるため、定着ローラ１Ｒの耐久寿命が向上する。
【符号の説明】
【０１２８】
１ 定着ベルト、２ 加圧ローラ、３ 圧力付与部材、４ ステー
５ 磁気遮蔽コア、６ 励磁コイル、７ａ 磁性体コア
８ モールド部材、９ａ バネ受け部材、９ｂ ステー加圧バネ
１０ 定着フランジ、１１ 外側磁性体コア、１２ 支持側板
２１ 感光ドラム、２３ 現像装置、２６ 中間転写ベルト
３１ 記録材カセット、３３ レジストローラ
７０ 誘導加熱装置、７１ コア移動機構、１０１ 電源装置
１０２ 制御部、１０５ 光学式センサ
ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫ 画像形成部
ＴＨ１ 中央サーミスタ、ＴＨ２、ＴＨ３ 端部サーミスタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第一回転体と第二回転体の加熱ニップにおける長手方向の加熱領域を記録材のサイズに応じて設定可能な画像形成装置、詳しくは、第一回転体の記録材通過領域の外側に発生する局所的な温度上昇を緩和させる緩和モードの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
トナー像を形成して記録材に転写した後に、トナー像が転写された記録材を、第一回転体と第二回転体の加熱ニップで挟持搬送して画像を記録材に定着させる画像形成装置が広く用いられている。第一回転体（ベルト部材又はローラ部材）の加熱源として誘導加熱装置を用いた像加熱装置も実用化されている（特許文献１、２）。
【０００３】
誘導加熱装置は、比較的に小さな質量の第一回転体の一部分に加熱を集中できるため、第一回転体の温度の立ち上がりが早く、温調制御の応答性にも優れている。しかし、誘導加熱装置を用いた場合、第一回転体の記録材に接して冷却される領域の外側に、記録材による冷却を受けないために局所的に高温になってしまう領域が形成される。いわゆる非通紙部昇温であって、過剰な非通紙部昇温に長時間晒されると、第一回転体の耐久寿命が低下する可能性がある。
【０００４】
特許文献１では、第一回転体（ベルト部材）の長手方向に複数の磁性体コアを配置し、両端部の磁性体コアについて、第一回転体に対する対向間隔を変化させることにより、非通紙部昇温を回避している。
【０００５】
特許文献２では、第一回転体（ローラ部材）の端部をカバーする磁束遮蔽板のサイズを切り替えて、記録材のサイズが変化しても記録材の外側位置の加熱範囲を一定幅に保つことにより、非通紙部昇温を回避している。また、第一回転体の端部に温度センサを配置して非通紙部昇温を実測し、第一回転体と第二回転体の加熱ニップに対する記録材の給送（毎分枚数又は緊急停止）を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１９４９４０号公報
【特許文献２】特開２００６−１２０５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非通紙部昇温を第一回転体の設計上の上限温度以下に保つように記録材の給送を制御した場合、画像形成装置の生産性が非通紙部昇温によって限界付けられてしまい、画像形成装置本来の高い生産性を発揮できない。そこで、非通紙部に温度センサを配置して非通紙部昇温を実測し、第一回転体の非通紙部昇温が設計上の上限値に達すると、画像形成を中断して第一回転体をクールダウンさせる制御が提案された。しかし、この場合、冷却後に加熱ニップを元の温度状態へ復帰させるために時間がかかってしまい、トータルな生産性はかえって低下する傾向となる。
【０００８】
また、定着装置の非通紙部昇温が設計上の上限値に達すると、画像形成を中断して、冷却ファンによる非通紙部の強制冷却を行う制御が提案された。しかし、非通紙部昇温が発生する位置は、ごく狭い領域であって、記録材のサイズに応じて変化するため、送風範囲が広い通常の冷却ファンでは効率的な冷却は難しい。
【０００９】
本発明は、記録材の連続加熱によって発生した非通紙部昇温を短時間で効率的に緩和して画像形成を再開することにより、本来の高い生産性を十分に活用できるようにした画像形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の画像形成装置は、トナー像を形成して記録材に転写する画像形成部と、トナー像が転写された記録材に接触して加熱する第一回転体と、前記第一回転体に当接して記録材の加熱ニップを形成する第二回転体と、前記第一回転体の長手方向における誘導加熱の加熱領域を記録材の搬送方向に直角な搬送幅方向の記録材長さに応じて設定して前記第一回転体を誘導加熱する誘導加熱装置とを備えるものである。そして、前記加熱ニップへの記録材の給送が停止された状態で、前記加熱ニップへ記録材が給送されている場合よりも前記加熱領域を狭く設定して前記誘導加熱装置による前記第一回転体の誘導加熱を継続させる緩和モードを実行可能な制御手段を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の画像形成装置では、誘導加熱装置による第一回転体の加熱領域を設定する機能を用いて緩和モードの制御を実行し、非通紙部昇温が発生した領域に限定して磁束による加熱を停止させる。これにより、非通紙部昇温が発生した領域とその外側の領域とで大きな熱流入量差が形成されて、両者の温度差がすみやかに解消される方向に向かう。
【００１２】
したがって、記録材の連続加熱によって発生した非通紙部昇温を短時間で効率的に緩和して画像形成を再開することにより、画像形成装置のトータルな生産性を損なうことなく、画像形成装置の本来の高い生産性を十分に活用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】画像形成装置の構成の説明図である。
【図２】定着装置の要部の構成の説明図である。
【図３】定着装置を二次転写部側から見た縦断面図である。
【図４】定着ベルト１の層構成の説明図である。
【図５】磁性体コアの移動の説明図である。
【図６】磁性体コアの移動機構の説明図である。
【図７】定着装置の斜視図である。
【図８】加熱領域が狭い場合の定着ベルトの長手方向の温度分布の説明図である。
【図９】加熱領域が広い場合の定着ベルトの長手方向の温度分布の説明図である。
【図１０】加熱領域が適正な場合の定着ベルトの長手方向の温度分布の説明図である。
【図１１】実施例１の緩和モードの制御のフローチャートである。
【図１２】画像形成中の加熱領域の設定の説明図である。
【図１３】画像形成中断時の加熱領域の設定の説明図である。
【図１４】緩和モードにおける非通紙部昇温の解消速度の説明図である。
【図１５】実施例４の緩和モードの制御のフローチャートである。
【図１６】画像形成中断時の加熱領域の設定の説明図である。
【図１７】実施例５の緩和モードの制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明は、第一回転体の加熱領域が可変である構成において画像形成の中断時に加熱領域を狭くして誘導加熱を継続する限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。
【００１５】
従って、像加熱装置は、トナー像を転写された記録材を加熱処理して記録材にトナー像を定着させる定着装置のみならず、半定着又は定着済みトナー像を加熱処理して画像に所望の表面性を付与する画像加熱装置を含む。第一回転体及び第二回転体は、ベルト部材に限らずローラ部材であってもよい。
【００１６】
画像形成の中断事由は、現像装置の調整に限らず、第一回転体の過熱検出、記録材の補給待ち、記録材のサイズ切り替え、画像データのダウンロード時間等でもよい。いずれの場合でも、第一回転体の冷却専用時間を設けることなく、他の処理の待ち時間を活用して非通紙部昇温を解消できる。
【００１７】
画像形成装置は、モノクロ／フルカラー、枚葉型／記録材搬送型／中間転写型、トナー像形成方式、転写方式の区別無く本発明の像加熱装置を搭載できる。本実施形態では、トナー像の形成／転写／定着に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途の画像形成装置で実施できる。
【００１８】
＜画像形成装置＞
図１は画像形成装置の構成の説明図である。図１に示すように、画像形成装置Ｅは、中間転写ベルト２６に沿ってイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部ＰＹ、ＰＣ、ＰＭ、ＰＫを配列したタンデム型中間転写方式のフルカラープリンタである。画像形成部の一例である中間転写ベルト２６は、トナー像を形成して記録材に転写する。
【００１９】
画像形成部ＰＹでは、感光ドラム２１（Ｙ）にイエロートナー像が形成されて中間転写ベルト２６に転写される。画像形成部ＰＣでは、感光ドラム２１（Ｃ）にシアントナー像が形成されて中間転写ベルト２６に転写される。画像形成部ＰＭ、ＰＫでは、感光ドラム２１（Ｍ）、２１（Ｋ）にそれぞれマゼンタトナー像、ブラックトナー像が形成されて中間転写ベルト２６に転写される。
【００２０】
中間転写ベルト２６は、無端状の樹脂ベルトで構成され、駆動ローラ２７、二次転写対向ローラ２８、テンションローラ２９に張架されて、駆動ローラ２７によって駆動される。
【００２１】
記録材Ｐは、記録材カセット３１から給紙ローラ３２により１枚ずつ取り出されてレジストローラ３３で待機する。記録材Ｐは、レジストローラ３３によって二次転写部Ｔ２へ給送されて、中間転写ベルト２６からトナー像を転写される。四色のトナー像を転写された記録材Ｐは、定着装置Ａへ搬送され、定着装置Ａで加熱加圧を受けて表面にトナー像を定着された後に、排出搬送路３６を通じて外部トレイ３７へ排出される。なお、単色のみの画像形成（単色モード）時には、目的の色についてのみトナー像が形成されて中間転写ベルト２６に担持させて記録材に転写される。
【００２２】
画像形成部ＰＹ、ＰＣ、ＰＭ、ＰＫは、現像装置２３（Ｙ）、２３（Ｃ）、２３（Ｍ）、２３（Ｋ）で用いるトナーの色がイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックと異なる以外は、実質的に同一に構成される。以下では、画像形成部ＰＹについて説明し、画像形成部ＰＣ、ＰＭ、ＰＫに関する重複した説明を省略する。
【００２３】
画像形成部ＰＹは、感光ドラム２１の周囲に、帯電ローラ２２、露光装置２５、現像装置２３、転写ローラ３０、及びドラムクリーニング装置２４を配置している。帯電ローラ２２は、感光ドラム２１の表面を一様な電位に帯電させる。露光装置２５は、レーザービームを走査して感光ドラム２１に画像の静電像を書き込む。現像装置２３は、静電像を現像して感光ドラム２１にトナー像を形成する。転写ローラ３０は、直流電圧を印加されて感光ドラム２１のトナー像を中間転写ベルト２６へ転写させる。
【００２４】
＜定着装置＞
図２は定着装置の要部の構成の説明図である。図３は定着装置を二次転写部側から見た縦断面図である。図４は定着ベルト１の層構成の説明図である。定着装置Ａは、搬送される記録材に転写されたトナー像(未定着画像)のトナー(現像剤)を、熱によって融解して記録材Ｐ上に融着させる。
【００２５】
以下の説明において、定着装置または定着ローラの長手方向とは、記録材搬送路面内において記録材の搬送方向に直角な幅方向である。また、定着装置または定着ローラの短手方向とは、記録材の搬送方向と平行な方向である。また、定着装置の正面とは、定着装置を記録材入口側からみた面、背面とはその反対側の記録材出口側から見た面である。定着装置の左右とは、定着装置を正面から見て左または右である。上流側は記録材の搬送方向の上流側、下流側は記録材の搬送方向の下流側である。
【００２６】
図２に示すように、第一回転体の一例である定着ベルト１は、トナー像を転写された記録材に接触して加熱する。第二回転体の一例である加圧ローラ２は、定着ベルト１に当接して記録材の加熱ニップを形成する。誘導加熱装置７０は、定着ベルト１の長手方向における誘導加熱の加熱領域を可変に設定して定着ベルト１を誘導加熱する。
【００２７】
定着ベルト１は、金属層を有する内径が３０ｍｍの無端状のベルト部材である。加圧ローラ２は、外径が３０ｍｍの円筒状に形成され、圧力付与部材３によって内側面を支持された定着ベルト１の外側面に圧接して、定着ベルト１との間に記録材Ｐの定着ニップ部Ｎを形成する。
【００２８】
加圧ローラ２は、長手方向中央部の径が２０ｍｍで両端部の径が１９ｍｍである鉄合金製の芯金２ａに、厚さがほぼ５ｍｍのシリコーンゴム層の弾性層２ｂを設けてある。弾性層２ｂの表面は、３０μｍの厚みでフッ素樹脂層（例えばＰＦＡやＰＴＦＥ）の離型層２ｃが設けられている。加圧ローラ２の長手方向中央部における硬度は、ＡＳＫ−Ｃ７０℃である。芯金２ａにテーパー形状をつけているのは、加圧した時に圧力付与部材３が撓んでも、定着ベルト１と加圧ローラ２で挟まれる定着ニップ部Ｎ内の圧力が長手方向にわたって均一に確保できるからである。
【００２９】
芯金２ａにテーパー形状をつけて中央部と両端部とで弾性層２ｂの厚さが異なるため、定着ベルト１と加圧ローラ２の定着ニップ部Ｎの搬送方向長さは、定着ニップ圧が６００Ｎにおいては、長手方向両端部で約９ｍｍ、中央部では約８．５ｍｍである。これにより、記録材Ｐの両端部での搬送速度が中央部と比べて速くなるので、紙しわが発生しにくくなるという利点がある。
【００３０】
圧力付与部材３は、その内側面を金属製のステー４に保持されて、その外側面で定着ベルト１の内側面を支持する。圧力付与部材３は、定着ベルト１を介して加圧ローラ２に押圧力を作用させて、定着ベルト１と加圧ローラ２の間に定着ニップ部Ｎを形成する。圧力付与部材３は、耐熱性樹脂である。圧力付与部材３は、ステー４のコイル６側には、誘導加熱による温度上昇を防止するための磁束遮蔽部材としての磁束遮蔽コア５が設けられている。
【００３１】
図３に示すように、ステー４は、定着ベルト１と加圧ローラ２の圧接部に圧力を加えるために剛性が必要であるため、鉄製である。ステー４は、特に両端部で励磁コイル６と接近しており、ステー４の発熱を防止するために、励磁コイル６で生じる磁界を遮蔽するために、ステー４の上面に長手方向にわたって磁束遮蔽コア５を配置してある。
【００３２】
定着フランジ１０は、定着ベルト１の長手方向移動および周方向の形状を規制する左右の規制部材である。定着フランジ１０内に挿通して配設したステー４のバネ受け部４ａと装置シャーシ側のバネ受け部材９ａとの間にステー加圧バネ９ｂを縮設することで、ステー４の全体に押し下げ力を作用させている。これにより、圧力付与部材３の下面と加圧ローラ２の上面とが定着ベルト１を挟んで圧設して、記録材の画像の定着ニップ部Ｎが形成される。
【００３３】
回転する定着ベルト１は、基層が金属で構成されているので、回転状態にあっても幅方向への寄りを規制するための手段としては、定着ベルト１の端部を単純に受け止めるだけの定着フランジ１０を設ければ十分である。これにより、定着装置Ａの構成を簡略化できるという利点がある。
【００３４】
図４に示すように、定着ベルト１は、電気鋳造法によって製造した厚み４０μｍのニッケルの基層（金属層）１ａを有している。基層１ａには、ニッケルのほかに、鉄合金や銅、銀などを適宜選択可能である。また、樹脂基層にそれら金属を積層させるなどの構成でも良い。金属層１ａの厚みは、後で説明する励磁コイルに流す高周波電流の周波数と金属層の透磁率・導電率に応じて調整して良く、５〜２００μｍ程度の間で設定すると良い。
【００３５】
基層１ａの外周には、耐熱性シリコーンゴム層の弾性層１ｂが設けられている。弾性層１ｂの厚さは１００〜１０００μｍの範囲内で設定するのが好ましい。ここでは、定着ベルト１の熱容量を小さくしてウォーミングアップタイムを短縮し、かつカラー画像を定着するときに好適な定着画像を得ることを考慮して、弾性層１ｂの厚さは３００μｍである。弾性層１ｂのシリコーンゴムは、ＪＩＳ−Ａ２０度の硬度を持ち、熱伝導率は０．８Ｗ／ｍＫである。弾性層１ｂの外周には、フッ素樹脂層（例えばＰＦＡやＰＴＦＥ）の離型層１ｃが３０μｍの厚みで設けられている。基層１ａの内面側には、定着ベルト内面と中央サーミスタ（ＴＨ１：図２）との摺動摩擦を低下させるために、フッ素樹脂やポリイミドなどの樹脂層による滑性層１ｄを１０〜５０μｍ設けている。滑性層１ｄは、ポリイミドを２０μｍ設けた。
【００３６】
＜誘導加熱装置＞
図２に示すように、誘導加熱装置７０は、定着ベルト１を誘導加熱する加熱源である。誘導加熱装置７０は、定着ベルト１の外周面の上面側において、定着ベルト１に所定のギャップ（隙間）を存して対面させて配設してある。
【００３７】
励磁コイル６は、電線として例えばリッツ線を用い、これを横長・船底状にして定着ベルト１の周面と側面の一部に対向するように巻回してなる。励磁コイル６の長手方向の内径は３５２ｍｍ、外径は３９２ｍｍである。
【００３８】
磁性体コア７ａは、励磁コイル６によって発生した磁界が定着ベルト１の金属層（導電層）以外に実質漏れないように、励磁コイル６を覆わせている。磁性体コア７ａは、励磁コイル６より発生した交流磁束を効率よく定着ベルト１に導く役割をする。交流磁束の磁気回路の効率を上げるためと、周囲へ磁束を漏らして周辺部材を誘導加熱することを回避する磁束遮蔽のために用いている。磁性体コア７ａの材質として、フェライト等の高透磁率かつ残留磁束密度の低いものを用いると良い。
【００３９】
モールド部材７ｃは、励磁コイル６と磁性体コア７ａとを電気絶縁性の樹脂によって支持する。定着ベルト１と励磁コイル６は、０．５ｍｍのモールドにより電気絶縁の状態を保つ。定着ベルト１と励磁コイル６の間隔は１．５ｍｍ（モールド表面と定着ベルト表面の距離は１．０ｍｍ）で一定である。
【００４０】
定着ベルト１の回転状態において、誘導加熱装置７０の励磁コイル６には、電源装置（励磁回路）１０１から２０〜５０ｋＨｚの高周波電流が印加されて、励磁コイル６によって発生した磁界により定着ベルト１の金属層（導電層）が誘導発熱する。
【００４１】
中央サーミスタＴＨ１は、温度センサ（温度検出素子）であり、定着ベルト１の幅方向中央部の位置に当接させて配設してある。中央サーミスタＴＨ１は、圧力付与部材３に対して弾性支持部材を介して取り付けられているので、定着ベルト１の当接面が波打つなどの位置変動が生じたとしても、これに追従して良好な接触状態が維持される。
【００４２】
中央サーミスタＴＨ１は、記録材の搬送紙域のほぼ中央で、定着ベルト１の内側面の温度を検知し、その検知温度情報が制御部１０２にフィードバックされる。
【００４３】
制御部１０２は、中央サーミスタＴＨ１から入力する検知温度が所定の目標温度（定着温度）に維持されるように、電源装置１０１から励磁コイル６に入力する電力を制御している。制御部１０２は、定着ベルト１の検出温度が所定温度に昇温した場合、励磁コイル６への通電を遮断する。制御部１０２は、定着ベルト１の検出温度が、定着ベルト１の目標温度である１８０℃で一定になるように、中央サーミスタＴＨ１の検出値に基づいて、高周波電流の周波数を変化させることにより、励磁コイル６に入力する電力を制御して温度調節を行っている。電源装置１０１に接続された誘導加熱装置７０の励磁コイル６は、制御部１０２で制御され、定着ベルト１は、所定の定着温度に加熱される。
【００４４】
前述したように、励磁コイル６には、２０〜５０ｋＨｚの高周波電流が印加されて、定着ベルト１の金属層１ａが誘導発熱する。温度調節は、定着ベルト１の目標温度である１８０℃で一定になるように、中央サーミスタＴＨ１の検出値に基づいて高周波電流の周波数を変化させて励磁コイル６に入力する電力を制御する。
【００４５】
励磁コイル６を含む誘導加熱装置７０が、高温になる定着ベルト１の内部ではなく外部に配置されているので、励磁コイル６の温度が高温になりにくい。また、電気抵抗も上昇せず高周波電流を流してもジュール発熱による損失を軽減する事が可能となる。また、励磁コイル６を外部に配置したことで定着ベルト１の小径化（低熱容量化）にも寄与しており、しいては省エネルギー性にも優れていると言える。
【００４６】
本実施例の定着装置のウォーミングアップタイムは、非常に熱容量が低い構成であるため、例えば励磁コイル６に１２００Ｗ入力すると約１５秒で目標温度である１６５℃に到達できる。スタンバイ中の加熱動作が不要であるため、電力消費量を非常に低く抑える事が可能である。
【００４７】
定着ベルト１は、制御部１０２で制御されるモータＭ１によって加圧ローラ２が回転駆動されることで、画像形成時には、図１の二次転写部Ｔ２から搬送されてくる記録材Ｐの搬送速度とほぼ同一の周速度で回転駆動される。定着装置Ａでは、定着ベルト１の表面回転速度が３００ｍｍ／ｓｅｃであって、Ａ４サイズ横送りのフルカラー画像であれば１分間に８０枚、同じくＡ４サイズ縦送りであれば１分間に５８枚を連続的に定着可能である。
【００４８】
未定着トナー画像Ｔを有する記録材Ｐは、そのトナー画像担持面側を定着ベルト１側に向けて、ガイド部材７で案内されて、定着ベルト１と加圧ローラ２とで加圧形成される定着ニップ部Ｎに導入される。記録材Ｐは、定着ニップ部Ｎにおいて、定着ベルト１の外周面に密着し、定着ベルト１と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。
【００４９】
定着ベルト１の熱が付与されつつ定着ニップ部Ｎの加圧力を受けて、未定着トナー像Ｔは、記録材Ｐの表面に定着される。定着ニップ部Ｎを通った記録材Ｐは、定着ベルト１の表面が定着ニップ部Ｎの出口部分で変形するため、定着ベルト１の外周面から記録材Ｐが自己分離して定着装置Ａ外へ搬送される。
【００５０】
ところで、一般的に、像加熱装置は、記録材に転写されたトナー像のトナーを熱によって融解して記録材上に融着させる定着装置の他に、記録材に定着された画像を再加熱して画像の光沢度を向上させる光沢付与装置もある。
【００５１】
像加熱装置の高速昇温を可能にするため、定着ローラを薄肉小径化したもの、樹脂ベルトの内側からヒーター加熱するもの、薄肉金属の回転体を誘導加熱するもの等が提案されている。材料コストやエネルギー効率の点からも、薄肉の回転体を採用して熱容量を小さくし、加熱効率の良い誘導加熱装置で加熱することが望まれている。
【００５２】
しかし、薄肉の回転体を使用する場合、軸直角断面の断面積がきわめて小さくなるために、軸方向の熱移動率が良好でない。この傾向は薄肉なほど顕著であり、熱伝導率の低い樹脂等の材質ではさらに低くなる。
【００５３】
これは、熱伝導率をλ、２点間の温度差をθ１−θ２、長さをＬとしたとき、単位時間に伝わる熱量Ｑは、次式で表されるというフーリエの法則からも明らかである。
Ｑ＝λ・ｆ（θ１−θ２）／Ｌ
【００５４】
薄肉の回転体を使用して軸方向の熱移動率が良好でない状態で、小さいサイズの記録材を連続で通紙させると、回転体の非通紙領域の温度が通紙領域よりも上昇して回転体の長手方向に温度ムラが生じるいわゆる非通紙部昇温の問題が発生する。
【００５５】
非通紙部昇温が発生すると、小さいサイズの記録材を連続で加熱処理した直後に大形サイズの記録材を加熱処理すると、記録材上で加熱ムラが発生して、紙シワや定着ムラの原因となる。著しい非通紙部昇温の場合、樹脂材料からなる周辺部材の寿命を低下させる場合もある。
【００５６】
非通紙部昇温は、搬送される記録材の熱容量が大きく、単位時間あたりのプリント枚数を高くするほど広がるため、生産性の高い複写機では、薄肉の回転体と加熱効率の良い誘導加熱装置を組み合わせた像加熱装置を採用できなかった。生産性の高い複写機では、多くの場合、ハロゲンランプヒータや抵抗発熱体を分割して記録材サイズに応じた領域を加熱することで、非通紙部昇温を回避している。
【００５７】
ところで、薄肉の回転体と加熱効率の良い誘導加熱装置を組み合わせた像加熱装置においても、回転体の長手方向の加熱領域を記録材サイズに応じて設定できるものがある。しかし、誘導加熱装置を複数設けたり分割したりすれば、その分だけ制御回路も複雑でコストが高くなる。薄肉の回転体の場合、分割された加熱領域の境目付近で温度分布が不連続になって、回転体が必要な定着性能を満たせなくなる問題もある。
【００５８】
そこで、定着装置Ａでは、第一回転体と誘導加熱装置との間に、誘導加熱装置から第一回転体へ導く磁束を１０ｍｍごとの領域で可変に設定できる磁性体コア７ａを配置している。磁性体コア７ａを記録材のサイズに応じた個数だけ移動させることで、加熱の必要な加熱領域以外は誘導加熱装置から届く磁束が少なくなって、定着ベルト１の発熱自体が抑えられる。これにより、加熱領域の制御が行われ、昇温される定着ベルト１の温度分布を精密にコントロールすることが可能となっている。
【００５９】
＜磁性体コアの移動機構＞
図５は磁性体コアの移動の説明図である。図６は磁性体コアの移動機構の説明図である。図７は定着装置の斜視図である。
【００６０】
図２に示すように、励磁コイル部材の一例である励磁コイル６は、定着ベルト１へ入射する磁束を発生する。電源装置１０１は、定着ベルト１の温度をトナー像の定着に必要な所定の温度範囲に保つように励磁コイル６への電力供給を制御する。
【００６１】
複数個の磁性体コア７ａは、定着ベルト１の長手方向に配列して励磁コイル６が発生する磁束をそれぞれの領域で定着ベルト１に案内する。コア移動機構７１は、複数個の磁性体コア７ａを定着ベルト１に対して接離する方向へ移動させる。制御部１０２は、記録材の幅方向の長さに応じた個数の磁性体コア７ａを他の磁性体コア７ａよりも定着ベルト１に近付けて加熱領域を設定する。
【００６２】
図３に示すように、磁性体コア７ａは、定着ベルト１の長手方向に分割され、１個の長手方向の幅は１０ｍｍ、それぞれ１．０ｍｍの間隔を開けて配置されている。通紙部においては、励磁コイル６と磁性体コア７ａの隙間を狭くすることで、定着ベルト１を通過する磁束密度を高めて、定着ベルト１の発熱量を高くする。これに対して、非通紙部においては、励磁コイル６と磁性体コア７ａの隙間を広げることで、定着ベルト１を通過する磁束密度を低下させて定着ベルト１の発熱量を低くする。
【００６３】
図５の（ａ）に示すように、通紙領域においては、励磁コイル６と磁性体コア７ａの間隔は０．５ｍｍである。図５の（ｂ）に示すように、非通紙領域においては、励磁コイル６と磁性体コア７ａの間隔は１０ｍｍまで離間する。
【００６４】
図６に示すように、磁性体コア７ａは、磁性体コアホルダ７７に保持されてハウジング７６内に収まっている。磁性体コアホルダ７７は、磁性体コア７ａと励磁コイル６との間隙を変化させる方向に移動可能になっている。リンク部材７５は、回転軸７８周りに回転可動に組み立てられ、端部の長穴部が磁性体コアホルダ７７と連結されている。リンク部材７５が回転軸７８周りにＱ１方向へ回転すると、磁性体コアホルダ７７と磁性体コア７ａがＰ１方向へ移動する。リンク部材７５がＱ２方向へ回転すると、磁性体コアホルダ７７と磁性体コア７ａがＰ２方向へ移動する。リンク部材７５は、励磁コイルばね７４によってＱ１方向へ回転する方向へ付勢されているが、規制部材７３によって、リンク部材７５のＱ１方向への回転が規制されている。
【００６５】
規制部材７３によってリンク部材７５が押し込まれている状態では、リンク部材７５は、励磁コイルばね７４に逆らってＱ２方向へ回動している。このとき、磁性体コアホルダ７７が矢印Ｐ２方向へ移動して磁性体コア７ａが励磁コイル６に近付いている。
【００６６】
規制部材７３による押し込みが解除されると、リンク部材７５は、励磁コイルばね７４に付勢されてＱ１方向へ回動してフレーム７９に突き当たって停止する。これにより、磁性体コアホルダ７７が矢印Ｐ１方向へ移動して磁性体コア７ａが励磁コイル６から遠ざかる。
【００６７】
図７に示すように、規制部材７３は、中央のピニオンギア８０と連結され、ピニオンギア８０の回転運動により、記録材の搬送方向に直角な幅方向（Ｙ１、Ｙ２方向）へ移動可能となっている。規制部材７３がＹ１方向へ移動すると、端部側のリンク部材７５から順番に規制部材７３による押し込みが解除され、端部側から中央側へ向かって順番に磁性体コア７ａが励磁コイル６から遠ざかる。図７では、端部側から４個の磁性体コアホルダ７７について規制部材７３による押し込みが解除されて、磁性体コア７ａと励磁コイル６との間隙が広がっている。
【００６８】
制御部１０２は、コア移動機構７１を制御して、磁性体コアホルダ７７のうちで記録材の搬送幅方向に応じて定めた個数のものについて規制部材７３による押し込みを解除する。これにより、記録材の外側に位置する磁性体コア７ａと励磁コイル６との間隙を拡大させて、非通紙部昇温を防止している。ハガキサイズ、Ａ５、Ｂ４、Ａ３、Ａ３ノビサイズ等、各種の記録材サイズに対応するため、規制部材７３の位置を記録材のサイズによって異ならせて、各記録材のサイズに応じた加熱領域を設定して非通紙部昇温を抑制している。
【００６９】
＜定着ベルトの温度分布＞
図８は加熱領域が狭い場合の定着ベルトの長手方向の温度分布の説明図である。図９は加熱領域が広い場合の定着ベルトの長手方向の温度分布の説明図である。図１０は加熱領域が適正な場合の定着ベルトの長手方向の温度分布の説明図である。
【００７０】
各図中、破線は定着装置立ち上げ３０秒後、画像形成開始前である。実線は連続画像形成５００枚終了時点である。記録材は、オーセダレ（登録商標）１０５ｇ／ｍ２のＡ４サイズ普通紙である。１５℃環境において、８０ｐｐｍの生産性、３２０ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピードで画像形成及び定着を実行した。定着ベルトの温調温度は１８０℃に設定した。
【００７１】
図８に示すように、Ａ４サイズの記録材に対して同一の搬送幅方向長さに加熱領域を設定した場合、画像形成開始前も５００枚の画像形成後も記録材の端部において温度低下が見られ、定着不良が発生した。トナーが定着ベルト１に付着して持ち去られるいわゆるコールドオフセットが発生した。
【００７２】
図９に示すように、Ａ４サイズの記録材の外側に磁性体コア７ａが２個分２０ｍｍの余分の加熱領域を設定した場合、定着不良は発生しないが、５００枚の画像形成後の記録材の外側領域に非通紙部昇温が発生して設計温度を超えてしまった。
【００７３】
図１０に示すように、Ａ４サイズの記録材の外側に磁性体コア７ａが１個分１０ｍｍの余分の加熱領域を設定した場合、定着不良は発生せず、５００枚の画像形成後の記録材の外側領域に非通紙部昇温が発生しても設計温度を超えていなかった。
【００７４】
ところで、上述したように、薄肉の回転体を誘導加熱装置で加熱する像加熱装置には、回転体が記録材の外側で局所的に昇温してしまういわゆる非通紙部昇温の問題がある。
【００７５】
縁の余白の少ない画像の場合、記録材の搬送幅方向の両端部においてもトナーを定着するのに十分な温度を確保する必要がある。そのため、図１０に示すように、記録材の外側まで誘導加熱の磁束を入射させて定着ベルト１を加熱することになる。
【００７６】
しかし、この状態で画像形成を続けていると、通紙部に対して非通紙部では記録材に奪われる熱量が小さいため、次第に熱がこもって大きな非通紙部昇温が形成されてしまう。非通紙部昇温は、低熱容量のフィルム材料を用いた定着ベルト１においてより顕著に現れる。非通紙部昇温によって、定着ベルト１の耐久寿命が低下するため、非通紙部昇温を低減する必要がある。
【００７７】
そこで、以下の実施例では、部分的に発熱量を調整できる構成において、通紙を中断した空回転動作中もしくは生産性を低下させている状態の時、発熱幅が通常時よりも狭くなるように磁性体コア７ａを移動する。これにより、非通紙部昇温を抑制・低減して、定着ベルト１の耐久寿命を延ばしている。
【００７８】
＜実施例１＞
図１１は実施例１の緩和モードの制御のフローチャートである。図１２は画像形成中の加熱領域の設定の説明図である。図１３は画像形成中断時の加熱領域の設定の説明図である。図１４は緩和モードにおける非通紙部昇温の解消速度の説明図である。
【００７９】
図２に示すように、第一回転体の一例である定着ベルト１は、トナー像が転写された記録材に接触して加熱する。第二回転体の一例である加圧ローラ２は、定着ベルト１に当接して記録材の加熱ニップを形成する。誘導加熱装置７０は、定着ベルト１の長手方向における誘導加熱の加熱領域を記録材の搬送方向に直角な搬送幅方向の記録材長さに応じて設定して定着ベルト１を誘導加熱する。制御手段の一例である制御部１０２は、加熱ニップへの記録材の給送が停止された状態で、加熱ニップへ記録材が給送されている場合よりも加熱領域を狭く設定して誘導加熱装置７０による定着ベルト１の誘導加熱を継続させる緩和モードを実行可能である。制御部１０２は、中間転写ベルト２６におけるトナー像の形成が中断された際に緩和モードを実行する。
【００８０】
図１に示すように、制御部１０２は、通常の画像形成であれば、５００枚の画像形成ごとに画像形成を中断して現像装置の調整を実行する。また、トナー使用量の多い高デューティー画像が連続画像形成されるときは、現像装置２３内のトナー濃度、トナー帯電量が大幅に変動するため、頻繁に現像装置の調整が行われる。
【００８１】
現像装置の調整では、制御部１０２は、画像形成部ＰＹにおいて、所定の画像形成条件で感光ドラム２１にカラーパッチトナー像を形成して、中間転写ベルト２６に転写する。中間転写ベルト２６上のカラーパッチトナー像は、光学式センサ１０５で赤外光を照射して反射光を検出される。
【００８２】
制御部１０２は、カラーパッチトナー像の検出結果基づいて現像装置２３の現像条件（現像スリーブ直流電圧）を調整して、再びカラーパッチトナー像を形成して同様の制御を繰り返す。これを、画像形成部ＰＹ、ＰＣ、ＰＭ、ＰＫで並行して実行することで５秒〜２０秒間のダウンタイムが発生する。このようにして、現像におけるトナー濃度調整等が行われる。
【００８３】
実施例１では、このダウンタイムを利用して、定着装置Ａにおいて、緩和モードの制御を実行することで、前回からの５００枚の画像形成を通じて発生していた非通紙部昇温を解消する。
【００８４】
図２を参照して図１１に示すように、制御部１０２は、画像形成を開始する（Ｓ１００）。このとき、図１２の（ａ）に示すように、Ａ４サイズの搬送幅方向長さに磁性体コア７ａの２個分の長さを加えた加熱領域が設定されている。
【００８５】
制御部１０２は、画像形成の開始からトナー像の形成の中断までの時間が所定時間以上の場合に緩和モードを実行するが、所定時間未満の場合には実行しない。制御部１０２は、現像装置（２３）の調整に伴う画像形成の中断が発生すると（Ｓ１０１）、画像形成開始からの経過時間が所定時間を超えているか否かを判断する（Ｓ１０２）。所定時間は、環境温度と記録材の単位面積当たり重量（坪量）により表１のように設定されている。
【００８６】
【表１】
【００８７】
実施例１では、非通紙部の温度を測定していないため、このように所定時間を設定して温度分布を見積もっている。所定時間は、２０秒以上に設定するのが望ましい。所定時間が短すぎる場合、端部における昇温はそれほどしておらず、磁性体コア７ａを移動する必要がない。上述したように、非通紙部昇温があまり発生していない状況において加熱領域を狭くすると、記録材の搬送幅方向の両端部において温度ダレして定着不良を発生する可能性がある。
【００８８】
図１２の（ｂ）に示すように、画像形成の開始から調整処理の発生まで所定時間が経過していれば、実線で示すように、定着ベルト１に非通紙部昇温が発生している。画像形成の開始直後であれば、破線で示すように非通紙部昇温が発生していない。よって、所定時間を超えて実線のような温度分布になったとき、加熱領域を狭めることで非通紙部昇温を低減する。
【００８９】
制御部１０２は、画像形成開始から所定時間が経過している場合（Ｓ１０２のＹＥＳ）、図１３の（ａ）に示すように、外側の１個ずつの磁性体コア７ａを励磁コイル６から遠ざけて、加熱領域を記録材の搬送幅方向長さに縮小する（Ｓ１０７）。
【００９０】
制御部１０２は、この状態で、中央サーミスタＴＨ１の検出温度が１８０±５℃になるように励磁コイル６への供給電力を調整する（Ｓ１０３）。非通紙部昇温が発生している領域を加熱領域から外して、定着ベルト１の加熱を継続することで、非通紙部昇温が発生している領域としていない領域の温度差が急速に収束して、非通紙部昇温が速やかに解消される。
【００９１】
図１３の（ｂ）に実線で示すように、磁性体コア７ａの移動を行う前の状態では、定着ベルト１にかなりの非通紙部昇温が発生している。しかし、現像装置２３の調整のためのダウンシーケンス中に、図１３の（ａ）に示すように、両端に位置する磁性体コア７ａを励磁コイル６から遠ざかる方向へ移動する（Ｓ１０７）。これにより、定着ベルト１の加熱領域が狭くなって非通紙部昇温が低減され（Ｓ１０３）、定着ベルト１の耐久性が向上する。
【００９２】
制御部１０２は、緩和モードの開始後、所定時間が経過すると加熱領域を記録材の加熱時の状態に復帰させて誘導加熱装置７０による定着ベルト１の誘導加熱を継続させる。現像装置２３の調整時間が長い場合、定着ベルト１の加熱領域を狭く設定している時間が長すぎる場合がある。このとき、記録材の内側領域において不必要な温度低下が進行して、続く画像形成において定着不良の原因となる。このため、制御部１０２は、加熱領域を狭く設定してから１０秒程度で、外側の１個ずつの磁性体コア７ａを励磁コイル６に近付けて元に戻す（Ｓ１０５）。なお、現像装置２３の調整時間が１０秒以下の場合、調整終了後の画像形成の再スタートと同時に加熱領域を元に戻す。その後、制御部１０２は、画像形成を再開させる（Ｓ１０６）。
【００９３】
図１４に示すように、磁性体コア７ａの移動ありの実施例１によれば、加熱領域を狭くすることで、磁性体コア７ａの移動なしで加熱領域が広いままの場合よりも２倍以上速く非通紙部昇温が解消される。
【００９４】
磁性体コア７ａの移動ありの実施例１によれば、１０秒でおよそ３０℃と急速に非通紙部昇温を低下させることができるので、画像形成が再スタートした時点での非通紙部昇温が低減されて、定着ベルト１の耐久性能向上につながる。
【００９５】
次に、記録材Ｐとしてオーセダレ（登録商標）１０５ｇ／ｍ２のＡ４サイズ普通紙を用いて、１５℃環境において、生産性８０ｐｐｍ、プロセススピード３２０ｍｍ／ｓｅｓの条件で連続画像形成を実行した。中央サーミスタＴＨ１の検出温度が１８０℃に保たれるように温調した。現像装置２３の調整処理が５００枚通紙ごとに１０秒間のダウンシーケンス(通紙中断)に突入すると仮定した条件で、磁性体コア７ａの移動ありの実施例１と磁性体コア７ａの移動なしの比較例とで定着ベルト１の耐久寿命を比較した。
【００９６】
【表２】
【００９７】
表２に示すように、磁性体コア７ａによってダウンシーケンス時に加熱領域を狭くする実施例１では、ダウンシーケンス時に加熱領域を狭くしない比較例に比較して定着ベルト１の耐久寿命が長くなる。
【００９８】
磁性体コア７ａの移動によってダウンシーケンス中に加熱領域を狭くすることで、非通紙部昇温を低減し、連続画像形成中の非通紙部昇温を平均して１０℃程度下げることができた。これにより、画像形成枚数に換算して５００００枚以上の耐久寿命の向上が見られた。
【００９９】
＜実施例２＞
実施例１では、非通紙部の温度を測定していないため、表１のように、画像形成の開始後の継続時間で非通紙部昇温を見積もった。しかし、特許文献２に記載されるように、非通紙部の温度を測定して、非通紙部昇温の発生状態を直接判断してもよい。
【０１００】
図１０に示すように、第一検出手段の一例である端部サーミスタＴＨ２は、定着ベルト１の局所的な昇温を検出可能である。制御部１０２は、端部サーミスタＴＨ２によって検出された局所的な昇温が所定範囲を超えている場合に緩和モードを実行するが、超えていない場合には実行しない。第二検出手段の一例である端部サーミスタＴＨ３は、記録材の搬送幅方向の端部に相当する位置の定着ベルト１の温度を検出可能である。制御部１０２は、端部サーミスタＴＨ３によって検出された定着ベルト１の温度がトナー像の定着に必要な所定の下限温度に達すると加熱領域を記録材の加熱時の状態に復帰させて誘導加熱装置７０による定着ベルト１の誘導加熱を継続させる。
【０１０１】
実施例２では、Ａ４サイズの通紙幅よりも５ｍｍ外側に端部サーミスタＴＨ２を設けて定着ベルト１の表面温度を非接触状態で検出している。また、Ａ４サイズの通紙幅よりも５ｍｍ内側に端部サーミスタＴＨ３を設けて定着ベルト１の表面温度を非接触状態で検出している。また、定着ベルト１の中央部には、図２に示すように定着ベルト１の内側に中央サーミスタＴＨ１を配置して温調温度を測定している。
【０１０２】
制御部１０２は、非接触型の端部サーミスタＴＨ２の出力を定期的に取り込んで定着ベルト１の非通紙部昇温を正確に把握している。制御部１０２は、現像装置２３の調整処理によってダウンシーケンスに突入した時に、発熱幅を狭めることで、定着ベルト１の非通紙部昇温を低減する。
【０１０３】
制御部１０２は、現像装置２３の調整に伴うダウンシーケンス突入時に、端部サーミスタＴＨ２で検出された非通紙部昇温を設計温度に比較する。制御部１０２は、設計温度を超えていれば、非通紙部昇温を温調温度まで低下させるために、図８に示すように、加熱領域を狭くして、非通紙部昇温を生じた領域に磁束が入射しないようにする。
【０１０４】
そして、端部サーミスタＴＨ２で検出された温度が温調温度の上限値まで低下する直前に磁性体コア７ａを図１０の状態に戻して、画像形成を再開させる。ただし、端部サーミスタＴＨ３で検出された定着領域の温度が温調温度の下限値を割り込んだ場合には、磁性体コア７ａを図１０の状態に戻して温調温度に回復させることを優先する。
【０１０５】
実施例２では、端部サーミスタＴＨ２、ＴＨ３のコストアップ要因もあるが、実施例１の時間推定の制御よりも、より精密な温度調整制御が行える。
【０１０６】
＜実施例３＞
実施例１では、誘導加熱装置７０が発生する磁束が定着ベルト１へ入射する長手方向の磁束密度分布を調整する手段として可動の磁性体コア７ａを使用した。しかし、特許文献２に示されるように、定着ベルト１と誘導加熱装置７０との間に可動の磁束遮蔽板を配置して定着ベルト１へ入射する長手方向の磁束密度分布を調整する構成を採用してもよい。
【０１０７】
実施例３では、定着装置Ａは、定着ベルト１と誘導加熱装置７０との間に、誘導加熱装置７０から定着ベルト１へ届く磁束の一部を遮蔽する磁束遮蔽板を可動に配置する。磁束遮蔽板を定着ベルト１の長手方向に移動させる変位機構を設け、変位機構を制御して定着ベルト１に任意の加熱領域を設定する。
【０１０８】
実施例３にあっては、磁束遮蔽板を設けて移動させることで、必要部分以外は誘導加熱装置７０から届く磁束が遮蔽され、発熱自体が抑えられることにより、加熱領域の制御が行われ、定着ベルト１の非通紙部昇温の温度分布をコントロールする。
【０１０９】
＜実施例４＞
図１５は実施例４の緩和モードの制御のフローチャートである。図１６は画像形成中断時の加熱領域の設定の説明図である。実施例１では、トナー像形成が中断された際に、その中断時間を利用して非通紙部昇温を解消もしくは軽減した。これに対して、実施例４では、加熱される記録材のサイズが大きくなる前に、積極的にトナー像形成を中断させて、それまでの小さいサイズの記録材の連続加熱で発生してしまった非通紙部昇温を解消させている。
【０１１０】
図２を参照して図１５に示すように、制御部１０２は、加熱される記録材の搬送幅方向の長さが大きくなる前に中間転写ベルト２６におけるトナー像の形成を中断させて緩和モードを実行可能である。制御部１０２は、小サイズの記録材の通紙中に（Ｓ２０１）大サイズの記録材の画像形成ジョブが発生したとする（Ｓ２０２）。制御部１０２は、小サイズの記録材の画像形成のスタートから所定時間が通紙していれば（Ｓ２０３のＹＥＳ）、定着ベルト１の加熱領域を狭める（Ｓ２０６）。
【０１１１】
図１０に示すように、Ａ４サイズの記録材の通紙を重ねると、記録材の外側において定着ベルト１が局所的に昇温して非通紙部昇温が発生してしまう。この状態でＡ３ノビサイズの画像形成を開始するために、Ａ３ノビサイズとのサイズ差分だけ加熱領域を拡大すると、非通紙部昇温が記録材の内側に取り込まれてしまう。
【０１１２】
図１６の（ｂ）に示すように、Ａ４サイズの記録材の通紙で発生した定着ベルト１の局所的な昇温が中々下がらず、このままの状態でＡ３ノビサイズ（１３ｉｎｃｈ）の記録材を通紙すると、局所的な昇温部分の内側と外側とで出力画像の光沢差が発生する。局所的な昇温部分においてトナーが定着ベルト１に持ち去られるホットオフセット画像不良が発生する場合もある。このため、通常は、局所的な昇温を温度低下させるためにウェイトタイムに移行し、長くユーザーを待たせる結果となってしまう。
【０１１３】
そこで、実施例４では、これらを解決するために、Ａ４サイズの記録材の通紙後により大きなサイズの画像形成ジョブが発生すると、Ａ４サイズの記録材の通紙終了後に、一旦、図１６の（ａ）に示すように、定着ベルト１の加熱領域を狭める。局所的な昇温部分に対する加熱を局所的に停止させることにより、急速に昇温部の温度を低下させる。
【０１１４】
制御部１０２は、実施例１と同様に、通紙時間が表２に示す所定時間を超えていれば（Ｓ２０３のＹＥＳ）、加熱領域を狭める（Ｓ２０６）。その後、加熱領域を狭めた状態を保持する時間としては、記録材の搬送幅の端部における定着ベルト１の温度低下が定着不良を引き起こさないために、実施例１と同じく１０秒間とする。
【０１１５】
制御部１０２は、１０秒経過後、１３ｉｎｃｈサイズの記録材に適した発熱幅を得るために、磁性体コア７ａを移動する（Ｓ２０４）。そして、１３ｉｎｃｈサイズの記録材に対する画像形成を開始する（Ｓ２０５）。
【０１１６】
実施例４の緩和モードによれば、ウェイトタイムとその後の１３ｉｎｃｈの加熱領域の温度が安定するまでを合わせた時間が、通常３０秒間かかっていたものを２０秒間に短縮することができた。
【０１１７】
＜実施例５＞
図１７は実施例５の緩和モードの制御のフローチャートである。実施例１では薄肉の定着ベルトを用いる実施形態における緩和モードの制御を説明したが、緩和モードは、薄肉の定着ローラを用いる実施形態でも同様に実施すれば、同様に効果を奏する。実施例５では、さらなる高速生産性のために薄肉の定着ローラを用いた実施形態について説明する。なお、実施例１と同一機能を有する構成には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【０１１８】
図２に示すように、実施例５では、定着ベルト１を定着ローラ１Ｒに置き換える。定着ローラ１Ｒは、内径４０ｍｍで厚み１ｍｍの鉄製の芯金の外側に、厚み４００μｍのシリコーンゴムの弾性層を形成し、弾性層の外周をフッ素樹脂（ＦＲＰ）の離型層で覆って構成される。定着ローラ１Ｒの温度制御は、定着ローラ１Ｒの内面に配置された中央サーミスタＴＨ１によって検出された温度が所定の温調温度範囲に保たれるように、誘導加熱装置７０の出力を調整して行う。
【０１１９】
ここで、通常の使用環境と記録材の組み合わせであれば、設計上、定着ローラ１Ｒの温度は定着可能温度を下回ることはない。しかし、５℃以下の超低温環境において厚くて熱容量の大きな記録材を連続加熱処理した場合、供給電力が間に合わなくなって定着ローラ１Ｒの温度が定着可能温度を下回ってしまう（Ｓ３０２のＹＥＳ）。定着ローラ１Ｒの温度が定着可能温度を下回ると、上述したように、コールドオフセット等の定着不良が発生する可能性が出てくるため、定着可能温度を下回る前に、紙間を空けるなどのダウンシーケンス処理が実行される。
【０１２０】
実施例５では、定着ローラ１Ｒの温度を回復させるためのダウンシーケンスの待ち時間を利用して、緩和モードを実行することにより、それまでの画像形成で発生していた非通紙部昇温を解消させる。定着ローラ１Ｒの温度が定着可能温度を下回った時に移行するダウンシーケンス時において、加熱領域を狭めることで、図１０に示す定着ベルト１と同様に発生していた非通紙部昇温が低減される。
【０１２１】
図２を参照して図１７に示すように、制御部１０２は、印刷ジョブに対して定着ローラ１Ｒの昇温を開始する（Ｓ３００）。そして、定着ローラ１Ｒが所定の通紙開始温度を超えたところで通紙を開始する（Ｓ３０１）。画像形成ジョブは、Ａ４サイズの記録材を毎分１００枚（１００ｐｐｍ）の生産性で４００ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピードで通紙するものとし、定着ローラ１Ｒの通紙開始温度は１９０℃に設定してあるとする。
【０１２２】
中央サーミスタＴＨ１によって検出される定着ローラ１Ｒの内面温度が、通紙中に、定着可能温度の下限値である１７０℃を下回ると（Ｓ３０２のＹＥＳ）、ダウンシーケンスに突入する（Ｓ３０３）。ダウンシーケンスでは、実施例１と同様に表１の経過時間で判断して（Ｓ３０４のＹＥＳ）、磁性体コア７ａを移動することで加熱領域を狭く設定する（Ｓ３１０）。
【０１２３】
制御部１０２は、その後、定着ローラ１Ｒの温度が定着可能温度に回復すると（Ｓ３０５のＹＥＳ）、加熱領域を元の状態に復帰させて（Ｓ３０６）、画像形成を再開する（Ｓ３０７のＮＯ）。制御部１０２は、画像形成ジョブが終了すると（Ｓ３０７のＹＥＳ）、定着装置Ａを停止させる（Ｓ３０８）。
【０１２４】
実施例１で説明したように、通常の印刷動作中に非通紙部昇温を解消するために加熱領域を狭めると、定着ローラ１Ｒの記録材端部位置において温度低下が発生してコールドオフセット等の定着不良が発生する。しかし、ダウンシーケンス中であれば、記録材の加熱が中断されているため、記録材に奪われる熱量が下がるため、定着ローラ１Ｒの記録材端部位置における温度低下はあまり見られないため、加熱領域を狭めることによる非通紙部昇温の軽減を有効に実施できる。
【０１２５】
実施例１で説明したように、画像形成の開始から表１の所定時間が経過していれば、非通紙部昇温が発生しているため、緩和モードを実行して、磁性体コア７ａを移動して加熱領域を狭めることによって非通紙部昇温を解消する。しかし、所定時間を超えていなければ、非通紙部昇温が発生していないため、緩和モードを実行しない。
【０１２６】
実施例１で説明したように、ダウンシーケンス中、長い時間加熱領域を狭めていると、通紙域における温度ダレが徐々に進行するため、定着ローラ１Ｒの温度が定着可能温度に回復しなくても、１０秒間が経過すると加熱領域を元の状態に復帰させている。
【０１２７】
実施例５の緩和モードによれば、通常の画像形成時に発生した非通紙部昇温をすみやかに解消させることで、非通紙部の温度を平均して低い状態に保てるため、定着ローラ１Ｒの耐久寿命が向上する。
【符号の説明】
【０１２８】
１ 定着ベルト、２ 加圧ローラ、３ 圧力付与部材、４ ステー
５ 磁気遮蔽コア、６ 励磁コイル、７ａ 磁性体コア
８ モールド部材、９ａ バネ受け部材、９ｂ ステー加圧バネ
１０ 定着フランジ、１１ 外側磁性体コア、１２ 支持側板
２１ 感光ドラム、２３ 現像装置、２６ 中間転写ベルト
３１ 記録材カセット、３３ レジストローラ
７０ 誘導加熱装置、７１ コア移動機構、１０１ 電源装置
１０２ 制御部、１０５ 光学式センサ
ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫ 画像形成部
ＴＨ１ 中央サーミスタ、ＴＨ２、ＴＨ３ 端部サーミスタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー像を形成して記録材に転写する画像形成部と、トナー像が転写された記録材に接触して加熱する第一回転体と、前記第一回転体に当接して記録材の加熱ニップを形成する第二回転体と、前記第一回転体の長手方向における誘導加熱の加熱領域を記録材の搬送方向に直角な搬送幅方向の記録材長さに応じて設定して前記第一回転体を誘導加熱する誘導加熱装置と、を備える画像形成装置において、
前記加熱ニップへの記録材の給送が停止された状態で、前記加熱ニップへ記録材が給送されている場合よりも前記加熱領域を狭く設定して前記誘導加熱装置による前記第一回転体の誘導加熱を継続させる緩和モードを実行可能な制御手段を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記画像形成部におけるトナー像の形成が中断された際に前記緩和モードを実行可能であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記制御手段は、加熱される記録材の搬送幅方向の長さが大きくなる前に前記画像形成部におけるトナー像の形成を中断させて前記緩和モードを実行可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記制御手段は、画像形成の開始からトナー像の形成の中断までの時間が所定時間以上の場合に前記緩和モードを実行するが、所定時間未満の場合には実行しないことを特徴とする請求項２又は３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記緩和モードの開始後、所定時間が経過すると前記加熱領域を記録材の加熱時の状態に復帰させて前記誘導加熱装置による前記第一回転体の誘導加熱を継続させることを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記第一回転体の前記局所的な昇温を検出可能な第一検出手段を備え、
前記制御手段は、前記第一検出手段によって検出された前記局所的な昇温が所定範囲を超えている場合に前記緩和モードを実行するが、超えていない場合には実行しないことを特徴とする請求項２又は３に記載の画像形成装置。
【請求項７】
記録材の搬送幅方向の端部に相当する位置の前記第一回転体の温度を検出可能な第二検出手段を備え、
前記制御手段は、前記第二検出手段によって検出された前記第一回転体の温度がトナー像の定着に必要な所定の下限温度に達すると前記加熱領域を記録材の加熱時の状態に復帰させて前記誘導加熱装置による前記第一回転体の誘導加熱を継続させることを特徴とする請求項６記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記誘導加熱装置は、前記第一回転体へ入射する磁束を発生する励磁コイル部材と、前記第一回転体の温度をトナー像の定着に必要な所定の温度範囲に保つように前記励磁コイル部材への電力供給を制御する電源装置と、前記第一回転体の長手方向に配列して前記励磁コイル部材が発生する磁束をそれぞれの領域で前記第一回転体に案内する複数個の磁性体コアと、前記複数個の磁性体コアを前記第一回転体に対して接離する方向へ移動させるコア移動機構と、を有し、
前記コア移動機構は、記録材の前記幅方向の長さに応じた個数の前記磁性体コアを他の前記磁性体コアよりも前記第一回転体に近付けて前記加熱領域を設定することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１】
トナー像を形成して記録材に転写する画像形成部と、トナー像が転写された記録材に接触して加熱する第一回転体と、前記第一回転体に当接して記録材の加熱ニップを形成する第二回転体と、前記第一回転体の長手方向における誘導加熱の加熱領域を記録材の搬送方向に直角な搬送幅方向の記録材長さに応じて設定して前記第一回転体を誘導加熱する誘導加熱装置と、を備える画像形成装置において、
前記加熱ニップへの記録材の給送が停止された状態で、前記加熱ニップへ記録材が給送されている場合よりも前記加熱領域を狭く設定して前記誘導加熱装置による前記第一回転体の誘導加熱を継続させる緩和モードを実行可能な制御手段を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記画像形成部におけるトナー像の形成が中断された際に前記緩和モードを実行可能であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記制御手段は、加熱される記録材の搬送幅方向の長さが大きくなる前に前記画像形成部におけるトナー像の形成を中断させて前記緩和モードを実行可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記制御手段は、画像形成の開始からトナー像の形成の中断までの時間が所定時間以上の場合に前記緩和モードを実行するが、所定時間未満の場合には実行しないことを特徴とする請求項２又は３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記緩和モードの開始後、所定時間が経過すると前記加熱領域を記録材の加熱時の状態に復帰させて前記誘導加熱装置による前記第一回転体の誘導加熱を継続させることを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記第一回転体の前記局所的な昇温を検出可能な第一検出手段を備え、
前記制御手段は、前記第一検出手段によって検出された前記局所的な昇温が所定範囲を超えている場合に前記緩和モードを実行するが、超えていない場合には実行しないことを特徴とする請求項２又は３に記載の画像形成装置。
【請求項７】
記録材の搬送幅方向の端部に相当する位置の前記第一回転体の温度を検出可能な第二検出手段を備え、
前記制御手段は、前記第二検出手段によって検出された前記第一回転体の温度がトナー像の定着に必要な所定の下限温度に達すると前記加熱領域を記録材の加熱時の状態に復帰させて前記誘導加熱装置による前記第一回転体の誘導加熱を継続させることを特徴とする請求項６記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記誘導加熱装置は、前記第一回転体へ入射する磁束を発生する励磁コイル部材と、前記第一回転体の温度をトナー像の定着に必要な所定の温度範囲に保つように前記励磁コイル部材への電力供給を制御する電源装置と、前記第一回転体の長手方向に配列して前記励磁コイル部材が発生する磁束をそれぞれの領域で前記第一回転体に案内する複数個の磁性体コアと、前記複数個の磁性体コアを前記第一回転体に対して接離する方向へ移動させるコア移動機構と、を有し、
前記コア移動機構は、記録材の前記幅方向の長さに応じた個数の前記磁性体コアを他の前記磁性体コアよりも前記第一回転体に近付けて前記加熱領域を設定することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【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】
【公開番号】特開２０１３−３７０５３（Ｐ２０１３−３７０５３Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７０８００（Ｐ２０１１−１７０８００）
【出願日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【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２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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