JP2005140973A - 加熱装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 待機状態における消費電力を抑制するとともに、待機状態から復帰する際の復帰時間を短縮し、かつ、良好な画質で定着処理を行い得る加熱装置及びそれを備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】 加熱装置５０は、加熱源５によって局所的に加熱される加熱ローラ１と、加圧ローラ２とを備えている。制御部９は、待機状態にて、加熱ローラ１表面における最高温度と最低温度との温度差が１２０℃以下となるように、加熱源５による加熱部材の加熱を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、加熱部材と、該加熱部材を押圧する加圧部材により、記録材上のトナー像を加熱圧着して定着させる加熱装置及び該加熱装置を備えた画像形成装置に関するものである。

電子写真方式の画像形成装置に備えられる、記録用紙上に粉体現像剤（トナー）を加熱定着させる加熱装置として、加熱ローラを用いた加熱ローラ型の加熱装置が広く実用に供されている。この加熱ローラ型の加熱装置は、粉体現像剤からなるトナー像が転写された記録用紙を加熱しつつ搬送する加熱ローラと、該加熱ローラに対して記録用紙を押圧しつつ搬送する加圧ローラとを備えている。このような加熱装置では、加熱ローラと加圧ローラとの圧接部分であるニップ部が定着ポイントとなる。つまり、この圧接部に記録用紙を通過させることによって、記録用紙上にトナー像を溶融圧着して定着させることができる。

上記加熱装置に備えられている加熱ローラとして、従来では、肉厚が厚く、熱容量の大きい円筒状のアルミ部材が使用されている。しかしながら、この構成の加熱ローラでは、熱容量が大きいために、定着処理に必要な所定の温度まで昇温するのに要する時間、すなわち立ち上がり時間が長くなってしまう。さらに、上記構成の加熱ローラでは、該加熱ローラの昇温に要する消費電力が大きくなるという問題もある。そこで、これらの問題に対しては、加熱ローラの薄肉化が有効であり、これにより、加熱装置の熱容量を低減して、立ち上がり時間及び消費電力の低減を図っている。

上記加熱装置の加熱ローラを加熱するための加熱源は、加熱ローラの内部又は加熱ローラの外部に配置される。この加熱源によって加熱装置を加熱する加熱方式として、ハロゲンランプ等のヒータランプを用いて加熱ローラを加熱するヒータランプ方式や、誘導加熱コイルを用いた電磁誘導加熱を利用して、加熱ローラ又は後述するフィルムを発熱させる誘導加熱方式が知られている。このうち、誘導加熱方式は、ヒータランプ方式に比べて、加熱装置の立ち上がり時間及び消費電力の低減を図ることができるため、誘導加熱方式を利用した加熱装置の開発が盛んに行われている。

上記誘導加熱方式では、(a)比較的厚肉の金属ローラを用いてローラ全体を発熱させる金属ローラを用いる手法、(b)数十μｍ程度の発熱層を有するフィルムを用い、フィルムを摺動させつつ加熱する手法、(c)数十μｍ程度の中空の金属円筒の内側に断熱スポンジ等の弾性体を設け、そのさらに内側に芯金を設けてローラ構造体を用いる手法等が知られている。

上記(a)の金属ローラを用いる手法では、ローラ自体の剛性を得ることができる一方、熱容量が大きくなるため、立ち上がり時間を大幅に短縮することは困難である。また、ローラを用いない、上記(b)に記載のフィルム摺動方式では、フィルムを用いているので熱容量が小さく、立ち上がり時間の短縮を実現することはできる。一方、フィルムを用いているので、安定した回転駆動が困難であり、定着処理の高速化には不向きである。

これに対し、上記(c)のローラ構造体を用いる手法では、薄肉化された金属円筒が発熱層となるので、熱容量を小さくすることができる。また、金属円筒の内側に断熱性の弾性体を設けているので、加熱された金属円筒を保温する保温性を有している。そのため、加熱装置の加熱ローラとして、ローラ構造体を用いれば、高速かつ安定な回転駆動とともに、立ち上がり時間の短縮、及び、消費電力の低減を図ることができる。このようなローラ構造体を加熱ローラとして用いた加熱装置が、特許文献１に開示されている。

上記特許文献１には、上記ローラ構造体を加熱ローラとして用い、薄肉化された金属円筒としての金属スリーブを備え、ハロゲンランプを加熱源として用いた実施例が開示されている。この実施例では、画像形成装置が動作していない状態では、加熱ローラへの加熱は行っていないが、加熱装置が加熱されていない状態（待機状態）から、作動状態に復帰するまでに要する立ち上がり時間を１５秒以内で実現している。
特開平８−１２９３１３号公報（公開日：１９９６年５月２１日）

しかしながら、上記特許文献１に記載されている加熱装置では、特に、カラー画像の定着処理を行う場合に、急速な昇温を実現することが困難となってしまう。すなわち、カラー画像の定着処理に際して、記録用紙上のカラートナーを十分に溶融するためには、加熱ローラ表面を、記録用紙上のカラートナー像の凹凸に追従させる必要がある。そのため、カラー画像の定着処理にて、良好な画質を実現するためには、金属スリーブの外表面にシリコーンゴム層等の弾性層を設け、加熱ローラ表面を、記録用紙上のトナー像の凹凸に密着させてトナーを十分に加熱することが必要となる。

これに対し、上記特許文献１に記載の加熱装置のように、金属スリーブの外表面に弾性層がない、あるいは、弾性層が薄い場合には、加熱ローラ表面が、記録用紙上のトナー像の凹凸に追従することが困難となる。そのため、上記特許文献１の加熱装置では、カラー画像の定着処理に際して、トナーが十分に溶融されず、定着処理後の画像に発生する光沢むらが顕著になってしまう。このような光沢むらを解消するためには、上記したように、金属スリーブの外表面に弾性層を設ければよいが、弾性層を設けると、待機状態から作動状態に復帰する際の、加熱ローラの昇温速度が低下してしまう。

具体的には、本発明者等が、上記特許文献１に記載の構成の加熱ローラを用い、誘導加熱方式にて、立ち上がり時間を測定したところ、２０秒以上の立ち上がり時間が必要であり、１５秒以内の立ち上がり時間を達成することはできなかった。

より具体的に説明すれば、まず、加熱装置を定着可能温度まで昇温させた（以下、初期の立ち上げと記載する）後、加熱ローラを加熱することなく約５分間待機させた。その後、再度、定着可能温度（約１７０℃）まで復帰させた（以下、再立ち上げと記載する）。そして、初期の立ち上げ時からの、加熱ローラの温度を経時的に測定した。図６は、加熱ローラの温度を経時的に測定した結果を示すグラフである。

図６に示すように、初期の立ち上げに要する立ち上がり時間は２８秒であり、再立ち上げに要する立ち上がり時間（復帰時間）は２３秒であった。従って、本発明者等が行った実験に用いた加熱装置にて、特許文献１と同等の立ち上がり時間を達成するためには、誘導加熱コイルに大きな電流を流す、あるいは、定着温度を下げる必要があると考えられる。しかしながら、一般に、画像形成装置に使用することができる電力量は限られているので、加熱装置に投入することができる電力量には制限がある。そのため、加熱ローラの昇温速度の高速化には限界がある。また、定着温度を下げるためには、トナーの溶融温度を下げる必要があるという問題がある。

また、図６には示していないが、待機時間が長くなればなるほど、復帰時間は、初期立ち上げに要する立ち上がり時間と同じ立ち上がり時間である２８秒に近づくことがわかった。従って、長時間、待機状態にある画像形成装置に対してジョブ処理を要求した場合にも、ジョブ処理が開始されるまでに、ユーザは、初期の立ち上げに要する立ち上がり時間とほぼ同等の時間、待たなければならなくなり、非常に使い勝手の悪いものとなってしまう。

さらに、上記特許文献１に記載の加熱装置は、待機状態では加熱されていないので、立ち上がり時間は、加熱装置の周囲の温度（以下、環境温度と記載する）に依存すると考えられる。すなわち、環境温度が低い場合には、加熱装置の立ち上がり時間は、長くなる傾向にあると考えられ、１５秒以内での加熱装置の立ち上がりを実現することが困難となる可能性がある。

そのため、待機状態においても、加熱ローラを加熱する必要がある。しかしながら、通常、待機状態の加熱装置では、加熱ローラの耐久性の観点から、回転していない。そのため、上記特許文献１に記載の加熱装置のように、加熱ローラの外部に加熱源を配置する場合に、待機状態で加熱を行うと、加熱ローラには、加熱される領域（加熱領域）と加熱されない領域（非加熱領域）とが混在することになる。このような加熱ローラ表面の温度むらは、待機状態から作動状態に復帰して定着処理を行った際に、記録用紙上に定着されたトナー像の光沢むら等による画質劣化を引き起こす原因となる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、待機状態における消費電力を抑制するとともに、待機状態から復帰する際の復帰時間を短縮し、かつ、良好な画質で定着処理を行い得る加熱装置及びそれを備えた画像形成装置を提供することにある。

本発明に係る加熱装置は、上記課題を解決するために、加熱源によって局所的に加熱されるローラ状の加熱部材に圧接してニップ部を形成するローラ状の加圧部材を有し、上記加熱部材及び加圧部材の回転により、上記ニップ部に記録材を搬送して、該記録材上に現像剤像を加熱定着する加熱装置において、上記加熱部材及び加圧部材の回転が停止する待機状態にて、上記加熱源によって加熱部材を加熱するように制御するとともに、上記待機状態にて、加熱部材表面における最高温度と最低温度との温度差が１２０℃以下となるように、上記加熱源による加熱部材の加熱を制御する制御部を備えていることを特徴としている。

また、本発明に係る加熱装置は、上記の加熱装置において、上記制御部は、上記温度差が８０℃以下となるように、加熱源による加熱を制御することが好ましい。

また、本発明に係る加熱装置は、上記の加熱装置において、上記加熱部材は、少なくとも、上記加熱源によって加熱される金属層と、該金属層の内側に形成された断熱性の弾性体層とを有していることを特徴としている。

また、本発明に係る加熱装置は、上記の加熱装置において、上記制御部は、待機状態に移行して所定時間の経過後に、上記加熱部材の設定温度を下げるように加熱源による加熱を制御するものであってもよい。

また、本発明に係る加熱装置は、上記の加熱装置において、上記加熱部材は、待機状態にて、間欠的に回転するものであってもよい。

また、本発明に係る加熱装置は、上記の加熱装置において、上記加熱部材は、待機状態に移行してから、該加熱部材表面における最低温度を示す領域が温度上昇を開始するまでの温度下降時間よりも短い時間間隔で、間欠的に回転することが好ましい。

また、本発明に係る画像形成装置は、上記課題を解決するために、上記の加熱装置のうちのいずれかを備えてなることを特徴としている。

本発明に係る加熱装置は、加熱部材及び加圧部材の回転が停止する待機状態にて、加熱源によって加熱部材を加熱するように制御している。このように、上記加熱装置では、待機状態においても、加熱部材の予熱を行っているので、待機状態から、加熱装置を定着可能温度にまで上昇させる際の復帰時間を短縮することができる。

また、上記加熱装置では、加熱源が局所的に加熱部材を加熱しているので、待機状態にて、加熱部材表面に温度むらが発生することになる。このような温度むらは、定着処理における加熱部材表面の温度むらによる定着むらを引き起こし、定着処理後の画像の乱れや画質劣化の原因となる。そのため、上記加熱装置では、制御部によって、加熱部材表面の温度差を１２０℃以下に設定するように制御している。これにより、待機状態から定着可能温度まで復帰する場合にも、短い復帰時間で、加熱部材表面の温度むらを速やかに解消することができる。また、温度むらの抑制された加熱部材によって、定着処理が行われるので、記録材上に形成される画像の画質を良好なものとすることができる。

また、上記温度差を８０℃以下となるようにすることによって、より一層速やかに、加熱部材表面の温度むらを解消することができる。それゆえ、温度差が８０℃以下である場合には、温度差が８０℃を超える場合に比べて、復帰時間を短縮することができる。これにより、待機状態からの復帰時に必要となる、加熱部材を加熱するための電力量を低減することができる。従って、温度差を８０℃以下に設定することにより、復帰時間を短くするとともに、復帰時に加熱源に供給される電力量、さらには待機時の電力量も削減できることから、より一層消費電力量を抑制することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る加熱装置は、上記加熱部材は、少なくとも、上記加熱源によって加熱される金属層と、該金属層の内側に形成された断熱性の弾性体層とを有している。このように、金属層の内側に弾性体層を備えているので、該弾性体層によって、加熱された金属層からの放熱を抑制することができる。従って、上記弾性体層によって、金属層の保温性を高めることができるので、効率的に加熱部材の加熱を行うことができる。

また、本発明に係る加熱装置は、上記制御部が、待機状態に移行して所定時間の経過後に、上記加熱部材の設定温度を下げるように加熱源による加熱を制御してもよい。待機状態における加熱部材表面の温度差は、待機状態へ移行した直後には増加する傾向にあるが、所定時間が経過すると減少する傾向にある。従って、待機状態が所定時間を経過する場合には、加熱部材の設定温度を下げても、復帰時間が大幅に増加することはないと考えられる。これに対し、待機状態における消費電力量は、加熱部材の設定温度が低いほど低減される。それゆえ、待機状態の途中にて、加熱部材の設定温度を下げることにより、短い復帰時間にて、消費電力量を抑制することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る加熱装置は、上記加熱部材を、待機状態にて、間欠的に回転させてもよい。上記加熱装置は、加熱源によって加熱部材を局所的に加熱している。そのため、加熱部材及び加圧部材の回転が停止する待機状態にて、加熱部材を回転させることなく加熱を行うと、加熱部材表面の一部が加熱されて、温度差が急激に広がることになる。従って、一定時間の経過時に、加熱部材を回転させて、加熱源による加熱位置を変えれば、待機状態における加熱部材表面の温度差を低減することができる。これにより、加熱部材表面の温度むらを低減することができるので、短い復帰時間で、加熱部材表面の温度むらを速やかに解消することができるという効果を奏する。

また、上記加熱装置にて、上記加熱部材は、待機状態に移行してから、該加熱部材表面における最低温度を示す領域が温度上昇を開始するまでの温度下降時間よりも短い時間間隔で、間欠的に回転することが好ましい。

すなわち、加熱部材表面の最大温度を示す領域には、加熱源が配置されているので、待機状態においても、表面温度はほぼ一定に保たれる。一方、最低温度を示す領域は、加熱源の影響を受け難いため、待機状態へ移行した直後は、表面温度が急速に下がり、その後、徐々に表面温度が増加することになる。そこで、加熱部材表面の最低温度を示す領域が温度上昇を開始するよりも短い時間間隔、すなわち、加熱部材表面の温度差が最大となるよりも短い時間間隔で、加熱部材を回転させることにより、加熱部材表面の温度むらをより一層低減することができる。これにより、定着処理時における加熱部材表面の温度むらを速やかに解消することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る画像形成装置は、上記の加熱装置のうちのいずれかを備えているので、待機状態から、短い復帰時間で、加熱部材表面の温度むらを速やかに解消して、定着処理を良好に行うことができる画像形成装置を提供することができる。

本発明の実施の一形態について図１ないし図１１に基づいて説明すれば、以下の通りである。

図１及び図３に、本実施の形態の加熱装置５０の概略断面図を示す。加熱装置５０は、例えば電子写真方式の画像形成装置に備えられ、記録用紙（記録材）Ｐ上の未定着のトナー（現像剤）からなる未定着トナー像を溶融して、記録用紙Ｐ上へのトナー像の加熱加圧定着を行っている。上記加熱装置５０は、図１に示すように、加熱ローラ（加熱部材）１と、加圧ローラ（加圧部材）２と、加熱源５と、励磁回路３と、第１の温度検知部材（以下、温度検知部材と記載する）７と、制御部９と、定着入口ガイドＳとを備えている。また、図３に示すように、加熱装置５０は、さらに、第２の温度検知部材（以下、第２検知部材と記載する）７ａを備えている。なお、図３は、図１に示す加熱装置５０の構成に、第２検知部材７ａを設けた場合の概略断面図を示すものであって、第２検知部材７ａ以外の構成は同一である。

上記加熱ローラ１は、記録用紙Ｐ上のトナーを溶融するとともに、該加熱ローラ１と加圧ローラ２との加圧力によって、記録用紙Ｐ上にトナー像を定着させる。加熱ローラ１は、図示しない駆動手段からの駆動力を受けて、図３中の矢印Ｒ１の方向に、周速Ｖ１で回転駆動される。

上記加熱ローラ１は、図３に示すように、芯金（金属層）１ａの外表面に、加熱側第１の弾性体層（弾性体層）１ｂ、図示しない接着層、Ｎｉ（ニッケル）発熱層１ｃ、加熱側第２の弾性体層１ｄ、加熱側離型層１ｅが、この順に形成されてなる。図２に、該加熱ローラ１の層構造の部分断面図を示す。

上記芯金１ａは、アルミニウム、鉄、ステンレス等の金属素管からなる。上記芯金１ａは、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイト）等の耐熱樹脂やセラミックで形成することもできる。上記加熱側第１の弾性体層１ｂは、後述するＮｉ発熱層１ｃで発生した熱を芯金１ａ側に放熱されないように設けられた断熱層である。また、上記加熱側第１の弾性体層１ｂは、加熱ローラ１と加圧ローラ２とが圧接した際に形成されるニップ部４を所定幅に確保するために設けられたものである。該加熱側第１の弾性体層１ｂを設けることにより、加熱ローラ１が弾性変形し、より広いニップ幅を有するニップ部４を形成することができる。上記加熱側第１の弾性体層１ｂは、例えば、シリコンゴムを発泡させてなるシリコンスポンジ等の弾性体にて形成されている。

また、上記Ｎｉ発熱層１ｃは、詳細は後述するが、加熱源５に発生する交番磁界の作用によって発熱する発熱層である。本実施の形態のＮｉ発熱層１ｃは、Ｎｉにて形成されているが、銀、銅、アルミニウム等の金属でも良く、特に鉄、コバルト、マンガン、磁性ステンレス、フェライト等の強磁性体にて形成されることが好ましい。

加熱側第２の弾性体層１ｄは、記録用紙Ｐ上の未定着トナー像の凹凸に追従して、加熱ローラ１表面が弾性変形するように設けられている。上記加熱側第２の弾性体層１ｄを設けることにより、カラー印刷等のように各色のトナーが重なり合っている場合においても、トナーを均一に溶融定着することができる。上記加熱側第２の弾性体層１ｄは、シリコーンゴムに限定されず、フッ素ゴム等の弾性材料にて形成されていてもよい。

上記加熱側離型層１ｅは、トナーとの離型性を高めて、加熱ローラ１表面にトナーが付着することを防止するために設けられている。すなわち、加熱ローラ１は、記録用紙Ｐ上のトナーと直接接触するので、溶融したトナーが付着しやすい。そのため、加熱ローラ１表面の離型性を高めることによって、トナーの付着を防止している。本実施の形態では、加熱側離型層１ｅとして、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレンとペルフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体）チューブを用い、加熱側第２の弾性体層１ｄをＰＦＡチューブで覆ってなる。なお、上記加熱側離型層は、離型性に優れていればよく、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素系樹脂を表面コートすることで形成されていてもよい。

また、上記加圧ローラ２は、図３に示すように、上記加熱ローラ１に圧接し、該加圧ローラ２と加熱ローラ１との間にて、未定着トナー像を担持する記録用紙Ｐを挟持して搬送し、記録用紙Ｐ上にトナー像を固着させる。上記加圧ローラ２は、図示しない加圧バネ等の付勢手段によって、所定の押圧力（当接圧）で加熱ローラ１に圧接している。加圧ローラ２は、加熱ローラ１の回転に伴って、図３中、矢印Ｒ２方向に、周速Ｖ２で従動回転する。

上記加圧ローラ２は、芯金２ａの外表面に、加圧側弾性体層２ｂ、加圧側離型層２ｃが、この順に形成されてなる。上記芯金２ａは、鉄、アルミニウム、ステンレス等の円柱状の回転体である金属素管からなる。上記芯金２ａは、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイト）等の耐熱樹脂やセラミックで形成することもできる。上記加圧側弾性体層２ｂは、例えば、シリコーンゴムやシリコーンゴムを発泡させてなるシリコーンスポンジ等の弾性体にて形成されている。上記加圧側離型層２ｃは、加圧ローラ２表面を離型性に優れたものとするために設けられ、ＰＦＡチューブや、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂を表面コートすることで形成すればよい。本実施の形態の加圧側離型層２ｃは、例えば、ＰＦＡチューブによって、加圧側弾性体層２ｂを覆って形成することができる。

また、上記加熱源５は、加熱ローラ１のＮｉ発熱層１ｃを発熱させるために設けられている。上記加熱源５は、誘導コイル（加熱源）５ａと、ホルダーケース５ｂとを備えている。上記誘導コイル５ａは、加熱ローラ１の中心軸に平行な方向である加熱ローラ１の長手方向に、酸化膜で被膜されたアルミニウム単線、絶縁被膜を有する銅線やそれらを複数本束ねたリッツ線等を巻き回してなる。ここで、リッツ線とは、素線径が０．０５ｍｍ〜０．８ｍｍ程度の絶縁材料で被覆された銅線を１０本〜１５０本程度束ねたものである。誘導コイル５ａとして、リッツ線を用いる場合には、該リッツ線を５〜２０回程度巻き回せばよい。上記ホルダーケース５ｂは、内部に誘導コイル５ａを収容する絶縁性の支持体である。上記ホルダーケース５ｂは、図３に示すように、加熱ローラ１の外周面に沿って、該加熱ローラ１のほぼ半周分を覆うような大きさを有する。

また、上記励磁回路３は、誘導コイル５ａに接続され、該誘導コイル５ａに交番電流を与えて、交番磁界を発生させる。上記励磁回路３は、例えば、後述する制御部９によって、１０〜１００ｋＨｚ程度の高周波電流を誘導コイル５ａに流すように制御されている。

上記温度検知部材７及び第２検知部材７ａは、図３に示すように、加熱ローラ１の外周面に当接して、加熱ローラ１表面の温度を検出する。詳細は後述するが、上記温度検知部材７は、加熱ローラ１の表面温度の昇温状態を検知するものであるため、加熱ローラ１表面の最も発熱している領域あるいはその近傍の温度を検知するように、配置される。

上記第２検知部材７ａは、少なくとも、待機状態にて、加熱ローラ１表面のうち最低温度を検出するものであるため、加熱ローラ１表面の発熱していない領域に配置される。また、上記第２検知部材７ａは、必要に応じて、加熱ローラ１の動作時の温度検知に使用することも可能である。温度検知部材７及び第２検知部材としては、一般的には、サーミスタを挙げることができる。

上記制御部９は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、上記温度検知部材７によって検出された加熱ローラ１表面の温度に基づいて、励磁回路３内の図示していないＩＧＢＴ等のスイッチング素子を制御すること等により、誘導コイル５ａに供給される高周波電流を制御している。

上記定着入口ガイドＳは、後述する画像形成装置１５の画像形成手段から加熱装置５０に搬送される、未定着トナー像を保持した記録用紙Ｐを、加熱ローラ１と加圧ローラ２との接触部分であるニップ部４に案内する。すなわち、定着入口ガイドＳは、図３に示す記録用紙Ｐの搬送方向である矢印Ｋｐ方向に沿って、ニップ部４よりも上流側に配設される。そして、加熱装置５０に記録用紙Ｐが供給される際に、該記録用紙Ｐの未定着トナー像を保持していない側である裏面に接触して、記録用紙Ｐの先端を円滑かつ適正に、ニップ部４へ進入させる。

上記構成の加熱ローラ１、加圧ローラ２、加熱源５、温度検知部材７、第２検知部材７ａ等を備えた加熱装置５０では、図３に示すように、加熱ローラ１に圧接するように、加圧ローラ２が配置されて保持される。加熱ローラ１には、加熱側第１の弾性体層１ｂが設けられているので、加圧ローラ２１が加熱ローラ１に圧接することによって、加熱ローラ１が弾性変形する。これにより、加熱ローラ１と加圧ローラ２との接触部分である幅広い帯状のニップ部４が形成される。具体的には、上記加熱装置５０では、上記ニップ部４のニップ幅は、７ｍｍ程度に設定されている。

また、加熱ローラ１の外表面のうち、上記ニップ部４の形成位置以外の領域に対向するように、局所的に加熱源５が設けられている。加熱源５は、加熱ローラ１の外周面に沿って所定の曲率を有しており、上記したように、加熱ローラ１のほぼ半周分を覆っている。加熱源５と加熱ローラ１の外周面とは、３ｍｍ程度の間隔を隔てて配置される。

さらに、この加熱源５と加熱ローラ１との間に、温度検知部材７が配置される。温度検知部材７は、加熱ローラ１表面のうち、加熱源５によって発熱した領域に設けられる必要があり、特に、最も発熱した領域に設けられることが好ましい。上記加熱装置５０では、後述するように、加熱ローラ１表面のうち最も発熱している領域は、加熱源５と加熱ローラ１との間に存在する。そのため、図３に示すように、加熱源５と加熱ローラ１との間にて、加熱ローラ１に当接するように、温度検知部材７が設けられている。一方、第２検知部材７ａは、加熱源５から離れた、該加熱源５によって発熱しない領域に設けられる必要がある。そのため、ニップ部４の近傍の領域にて、加熱ローラ１に当接するように、第２検知部材を設けている。

次に、上記構成の加熱装置５０にて、記録用紙Ｐ上への未定着トナー像の定着処理を行う場合の動作について、詳細に説明する。すなわち、加熱装置５０が備えられている画像形成装置１５に対し、ジョブ処理要求がなされると、加熱装置５０を定着可能温度まで上昇させるウォームアップが開始される。具体的には、まず、制御部９は、温度検知部材７によって検出された温度に基づいて、加熱ローラ１が所定の定着温度となるように、励磁回路３を制御して、誘導コイル５ａに交番電流を流す。これにより、誘導コイル５ａに交番電流が供給され、誘導コイル５ａには交番磁界が発生する。この交番磁界が、加熱ローラ１のＮｉ発熱層１ｃに作用すると、該Ｎｉ発熱層１ｃに渦電流が発生する。Ｎｉ発熱層１ｃは固有の抵抗を有しているので、Ｎｉ発熱層１ｃに発生した渦電流によって、ジュール熱が発生する。その結果、加熱ローラ１が発熱する。

一般に、Ｎｉ発熱層１ｃのような導電性の部材（以下、導体と記載する）に対し、上記交番磁界のような高周波磁界を作用させた場合には、導体の表皮効果の影響を受けて、交番磁界が遮蔽される。そのため、上記交番磁界は、導体の表面近傍にのみ作用することになる。具体的には、上記交番磁界が作用する導体の表面からの深さ（以下、表皮深さと記載する）δは、下式で表される。

式中、ρは導体の電気抵抗率であり、μは透磁率であり、ｆは交番磁界の周波数を表す。

上記表皮深さδは、交番磁界の吸収量を示す指標となる。すなわち、交番磁界が作用する導体の表面からの深さがδよりも深い位置では、導体による交番磁界の吸収量が１／ｅ以下に減衰する。この位置では、交番磁界が作用しても、導体の発熱には、ほとんど寄与しない。

このことから、上記加熱ローラ１のＮｉ発熱層１ｃにおける発熱量は、誘導コイル５ａから得られる交番磁界の磁束密度によって決定されることがわかる。従って、上記加熱ローラ１では、該加熱ローラ１表面の発熱分布によって求めた最大の発熱量の１／ｅ以上となっている表面領域が発熱領域となり、発熱量が１／ｅ未満となっている表面領域が非発熱領域となる。

上記発熱領域及び非発熱領域について、図５（Ａ）（Ｂ）に基づいて、より具体的に説明する。図５（Ａ）（Ｂ）は、加熱ローラ１が静止した状態で、誘導コイル５ａに交番電流を流した場合にて、ニップ部４の入紙位置から、図３中の矢印Ｒ１とは反対方向で、排紙位置に至る際の、加熱ローラ１の表面の発熱状態を説明する図である。ここで、図５（Ａ）は、図５（Ｂ）に示す加熱ローラ１表面の発熱状態のグラフと、誘導コイル５ａの配置位置との対応関係を明確にするために、便宜的に、加熱ローラ１の外周を直線的に表している。

ここで、加熱ローラ１表面のうち、最大発熱領域Ａ、すなわち最大の発熱量が得られる領域の発熱量をＱ０（図５（Ｂ））とすると、発熱領域は、Ｑ０／ｅ以上の発熱量を示す領域となる。従って、図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、加熱ローラ１の外周表面のうち、誘導コイル５ａと対向する表面領域の発熱量が大きく、誘導コイル５ａから離れるほど発熱量が小さくなることがわかる。つまり、誘導コイル５ａと対向していない表面領域では、発熱量がＱ０／ｅ未満の発熱量となっており、上記したように、Ｎｉ発熱層１ｃの発熱にはほとんど寄与していないことがわかる。

このように、加熱ローラ１を停止した状態で加熱源５による加熱を行うと、図５（Ｂ）に示すように、加熱ローラ１表面に温度むら（リップル）が発生することになる。従って、温度むらを低減するためには、加熱ローラ１表面を順次、誘導コイル５ａと対向させて、加熱ローラ１の表面温度を均一にする必要がある。そのため、加熱装置５０のウォームアップ時には、加熱ローラ１を回転駆動させて、加熱ローラ１全体を均一に加熱する。これにより、加熱ローラ１表面の温度むらを抑制することができるので、加熱ローラ１の表面温度を均一にして、所定温度まで昇温させることができる。

なお、前述したように、上記加熱装置５０では、加熱源５と加熱ローラ１との間に、温度検知部材７（図３）を設けている。この理由は、図５（Ｂ）に示すように、加熱ローラ１の発熱領域は、誘導コイル５ａと対向する領域に存在することにある。つまり、加熱ローラ１の発熱領域に温度検知部材７を設けることによって、加熱ローラ１の昇温状態を検知することができる。ここで、温度検知部材７の配置位置は、上記加熱源５と加熱ローラ１との間のうち、加熱ローラ１の最大発熱領域Ａの位置、すなわち発熱量Ｑ０の位置とすることが好ましい。最大発熱領域Ａに当接するように温度検知部材７を設ければ、加熱ローラ１表面の最高温度を検知することができる。従って、加熱ローラ１が異常に昇温していることを素早く検知することができる。これにより、加熱ローラ１の表面温度を安定化し、かつ加熱ローラ１を安全な状態で作動するように、制御することができる。

一方、第２検知部材７ａ（図３）は、加熱源５から離れた、ニップ部４の近傍の領域に設けられている。この理由は、図５（Ｂ）に示すように、加熱ローラ１の非発熱領域は、誘導コイル５ａとは対向していない領域のうち、誘導コイル５ａから離れた領域に存在するためである。

上記のようにして、加熱装置５０のウォームアップが開始されると、図３に示す制御部９が温度検知部材７の検知結果を検出する。加熱ローラ１が所定温度まで上昇したことを確認すると、ウォームアップを終了して、定着処理を開始する。すなわち、ウォームアップが完了すると、後述する画像形成装置の画像形成手段から、未定着トナー像を保持した記録用紙Ｐが搬送される。このとき、定着入口ガイドＳが記録用紙Ｐに接触し、該定着入口ガイドＳに案内されて、記録用紙Ｐがニップ部４に搬送される。該ニップ部４にて、記録用紙Ｐ上のトナーがまず、溶融される。続いて、加熱ローラ１と加圧ローラ２とによって挟持されて搬送されることにより、溶融したトナーが記録用紙Ｐ上に圧着される。その後、記録用紙Ｐが加熱ローラ１から剥離され、溶融したトナーが、自然冷却によって完全に硬化する。これにより、記録用紙Ｐ上にトナー像が定着される。

このようにして、一連のジョブ処理が終了すると、加熱装置５０は、定着処理を行わない待機状態に移行する。ここで、加熱装置５０が待機状態に移行した際に、加熱ローラ１の回転及び誘導コイル５ａへ供給される交番電流を停止すると、加熱ローラ１は急速に冷却される。しかしながら、加熱ローラ１が完全に冷却されると、再び作動状態となる際のウォームアップ時間が長くなってしまう。

そこで、本実施の形態の加熱装置５０では、待機状態にて、加熱ローラ１表面の周方向における最高温度と最低温度との温度差が１２０℃以下となるように、励磁回路３から誘導コイル５ａに供給される交番電流を制御部９が制御している。ここで、加熱ローラ１表面の周方向とは、加熱ローラ１の外周面の、回転方向Ｒ１に平行な方向である。

すなわち、加熱装置５０が待機状態に移行すると、加熱ローラ１の回転が停止される。そのため、加熱ローラ１表面には、図５（Ｂ）に示すように、発熱量がＱ０／ｅ以上となる発熱領域と、発熱量がＱ０／ｅより小さい非発熱領域とが存在することになる。そこで、制御部９は、温度検知部材７で検知された温度を加熱ローラ１の最高温度として検出し、第２検知部材７ａで検知された温度を加熱ローラ１の最低温度として検出する。この検出結果に基づいて、制御部９は、加熱ローラ１の周方向における温度差が１２０℃以下であれば、励磁回路３から誘導コイル５ａへ交番電流が流れるように、励磁回路３を制御する。これに対し、加熱ローラ１の周方向における温度差が１２０℃を超える場合には、励磁回路３から誘導コイル５ａへ交番電流が流れないように、励磁回路３を制御し、上記温度差を１２０℃以下とする。

上記のように、誘導コイル５ａに交番電流を供給して、加熱ローラ１の予熱を行っているので、待機状態から作動状態に復帰する際のウォームアップ時間を短縮することができる。また、誘導コイル５ａへの交番電流の供給を、加熱ローラ１の周方向における温度差が１２０℃以下となるように制御している。そのため、少なくとも、加熱装置５０の電源が投入されてからウォームアップが完了するまでのウォームアップ時間よりも短い時間で、加熱ローラ１を所定温度まで上昇させることができる。

また、上記温度差を１２０℃以下に制御することにより、待機状態から作動状態へ復帰した場合にも、加熱ローラ１表面における温度むらを素早く解消して、加熱ローラ１全体の温度を均一にすることができる。加熱ローラ１の周方向における温度むらを低減することができれば、定着処理時の温度むらが低減される。従って、定着されたトナー像の光沢むら等の画質劣化を引き起こすことなく、良好な画質での定着処理を実現することができる。

これに対し、上記温度差が１２０℃を超えると、加熱ローラ１表面における温度むらが大きくなり、定着処理による画質劣化が生じやすくなる。また、上記温度差が１２０℃を超えると、温度むらを解消するための時間が長くなる結果、ウォームアップ時間に要する時間が長くなる傾向にあり、また待機状態における消費電力が増大する傾向にある。

また、待機状態における消費電力をさらに低減するためには、上記温度差が８０℃以下となるように、制御部９によって、励磁回路３から誘導コイル５ａに与えられる交番電流を制御することが好ましい。これにより、待機状態からの復帰する際に、加熱ローラ１表面の温度むらをより一層速やかに解消することができるので、ウォームアップ時間を短縮することができる。従って、ウォームアップに必要な電力量を低減することができるので、待機状態から復帰する際の消費電力を抑制することができると同時に、待機時の消費電力量も削減可能となる。

あるいは、待機状態における消費電力をさらに低減するために、待機状態に移行後に、加熱ローラ１の設定温度を下げるようにしてもよい。すなわち、待機状態に移行後、所定時間は、加熱ローラ１の設定温度を高い温度に設定し、所定時間経過後は、加熱ローラ１をより低い設定温度に設定する。これにより、待機状態へ移行した直後は、加熱ローラ１の設定温度を高くしておくことによって、できるだけ短時間でのウォームアップの実行を可能にしている。

一方、待機状態における加熱ローラ１の温度差は、後述するように、待機状態への移行直後には大きく増加し、その後、所定時間が経過すると徐々に減少する。そのため、待機状態が長時間に渡る場合には、待機状態の途中にて、加熱部材の設定温度を下げても、復帰時間が大幅に増加することはないと考えられる。これに対し、加熱ローラ１の設定温度を低い温度に下げることによって、待機状態における消費電力は抑制される。従って、待機状態が長時間に及ぶ場合には、待機状態に移行して所定時間が経過した後に、加熱ローラ１の設定温度を下げることによって、復帰時間を増大させることなく、消費電力量を抑制することができる。

このように、待機状態となった後、再び作動状態となるまでの時間の長短に応じて、待機状態における加熱装置５０の予熱状態を変化させている。従って、加熱装置５０の待機状態に応じて、待機状態時の消費電力を低減することによって、結果的に、加熱装置５０全体としての消費電力を抑制することができる。

なお、上記温度差を１２０℃以下とするとは、待機状態においても加熱ローラ１の予熱を行っている場合の温度差を１２０℃以下とすることをいう。従って、加熱ローラ１の上記温度差の下限値は、０℃以上となる。

以上のように、上記加熱装置５０では、待機状態にて、加熱ローラ１の回転を停止した場合に、加熱ローラ１の周方向の温度差が１２０℃以下となるように、加熱ローラ１の予熱を行っている。これにより、待機状態から作動状態への復帰を短時間で行うとともに、温度むらを低減して、加熱ローラ１の表面全体を均一な温度に加熱することができる。

また、上記では、待機状態にて、加熱ローラ１を回転させない場合を例に挙げて説明したが、該待機状態にて、加熱ローラ１を回転させるようにしてもよい。すなわち、図５（Ａ）（Ｂ）に基づいて既述したように、加熱ローラ１が静止した状態で、誘導コイル５ａに交番電流を流した場合、加熱ローラ１表面には、発熱領域と非発熱領域とが存在する。そのため、作動状態から待機状態へと移行した直後には、加熱ローラ１表面の発熱領域と非発熱領域との間での温度差が急速に広がることになる。つまり、上記加熱装置５０では、待機状態に移行後も予熱されているため、発熱領域では、誘導コイル５ａによる加熱が行われる。そのため、加熱コイル１の発熱領域は冷却されにくい。これに対し、誘導コイル５ａに交番電流を与えても、非発熱領域は発熱にはほとんど寄与しないため、急速に冷却される。

従って、待機状態における加熱ローラ１表面の周方向における温度差をできるだけ小さくするためには、待機状態においても、加熱ローラ１を一定時間毎に回転させればよい。加熱ローラ１の回転角度は、加熱ローラ１の発熱領域が、少なくとも加熱源５（誘導コイル５ａ）と対向しない領域に移動する角度とすればよい。これにより、加熱ローラ１表面が順次加熱されるので、加熱ローラ１表面の温度差を低減することができる。また、加熱ローラ１の回転を一定時間毎に間欠的に行うことにより、加熱ローラ１の回転による摩擦や摩耗等を抑制することができるので、加熱ローラ１の耐久性を低下させることもない。

ところで、待機状態へ移行した直後の発熱領域と非発熱領域との温度差は、非発熱領域での急速な冷却によって急速に広がる。一方、温度差が急速に広がった後は、非発熱領域に発熱領域で発生した熱が伝導して、非発熱領域も徐々に温められる。そのため、待機状態へ移行して所定時間が経過すると、発熱領域と非発熱領域との温度差は、徐々に小さくなる。従って、上記加熱ローラ１の回転は、待機状態に移行後、発熱領域と非発熱領域との温度差が最大となる前に行うことが好ましい。具体的には、発熱領域と非発熱領域との温度差が最大となるのは、加熱装置５０の周囲の環境にも依存するが、待機状態に移行後、１２０秒〜３００秒程度である。

それゆえ、上記加熱装置５０にて、待機状態にて加熱ローラ１を回転させる場合には、温度差が最大となる時間が経過する前に、加熱ローラ１を上記した角度だけ回転させて、停止する。その後、再び、温度差が最大となる時間が経過する前に、加熱コイル１を回転させる。この動作を、作動状態への復帰要求がなされるまで繰り返す。このように、加熱ローラ１を間欠的に回転させることにより、待機状態における加熱ローラ１表面の温度むらをより一層抑制することができる。また、加熱ローラ１の温度むらを抑制しているので、作動状態への復帰を短時間で行うことができるとともに、作動状態への復帰後の加熱ローラ１表面の温度むらを低減することができる。

なお、本実施の形態では、図３に示すように、第２検知部材７ａを設けて、加熱ローラ１表面の最低温度を測定しているが、図１に示すように、第２検知部材７ａを設けない構成であってもよい。この場合には、例えば、待機状態への移行後の経過時間と最低温度との関係を記憶するテーブルから、最低温度を予測するようにすればよい。すなわち、タイマー回路等の計時手段によって待機状態への移行後の経過時間を測定し、該経過時間での最低温度を上記テーブルから読み出すことによって、最低温度を決定すればよい。

また、本実施の形態では、加熱ローラ１側に加熱源５を設けているが、加圧ローラ２に熱源を設けた場合にも、待機状態における加熱ローラ１表面の周方向における温度差を１２０℃以下にすることによって、短いウォームアップ時間にて、定着可能温度への復帰後の加熱ローラ１表面の温度むらを抑制することができる。加圧ローラに熱源を設けた加熱装置５３の概略断面図を図４に示す。なお、以下では、説明の便宜上、上記図１及び図３に示す加熱装置に備えられている部材と同様の機能を有する部材に対しては、同一の部材番号を付し、その説明を省略する。

上記加熱装置５３では、図４に示すように、加圧ローラ５４は、アルミニウム、鉄、ステンレス等の素管からなる中空状の芯金５５の外表面に、最表層に加圧側離型層５４ｃを形成してなる。上記芯金５５の内部に、熱源であるハロゲンランプ１３が設けられている。

上記の加熱装置５３にて、定着処理を行う場合には、まず、ウォームアップ時には、誘導コイル５ａに交番電流を供給し、ハロゲンランプ１３に電力を供給して、加熱ローラ１及び加圧ローラ５４を所定温度まで昇温させる。なお加熱ローラ１及び加圧ローラ５４が所定温度に達すると、加熱ローラ１および加圧ローラ２への供給電力をウォームアップ時よりも小さくなるように切り替えても良い。ここで、ウォームアップ時と定着処理時とで電力量を切り替えるのは、定着処理時には、複写機全体が動作を開始するために、加熱装置５３に投入できる電力量が制限されるためである。その後、前述したように、加熱ローラ１と加圧ローラ５４との圧接部分であるニップ部に、未定着トナー像を保持した記録用紙を通紙させて、トナーの溶融及び定着を行う。

定着処理の終了後、待機状態に移行した場合には、加熱ローラ１の回転を停止する。このとき、加熱ローラ１表面の周方向における最高温度と最低温度との温度差が１２０℃以下となるように、加熱ローラ１および加圧ローラ２の温度を制御する。具体的には、励磁回路３から加熱ローラ１に供給される交番電流およびハロゲンランプの点灯制御を制御部９によって制御する。

上記加熱装置５３においても、加熱ローラ１の発熱領域と非発熱領域との温度むらを低減するために、加熱ローラ１を間欠的に回転させるようにしてもよい。この場合、加圧ローラ５４に接触することによって加圧ローラ５４からの熱伝導で昇温する領域が誘導コイル５ａに対向しない非発熱領域に配置され、かつ、誘導コイル５ａに対向する発熱領域が誘導コイル５ａにも対向せず加圧ローラ５４にも当接しない位置に配置されるように、回転角度を制御することが好ましい。

以上のように、本実施の形態では、加熱ローラ１の外部に加熱源５として誘導コイル５ａを配置しているが、加熱源５は、ハロゲンランプやセラミックヒータ等であってもよい。また、ハロゲンランプやセラミックヒータ等を内蔵した別のローラを加熱ローラ１の外部に設け加熱するようにしてもよい。さらにまた、図４に示す加熱装置５３では、加圧ローラ５４内部に熱源を設ける構成としているが、加熱ローラ１と同様に、外部に、誘導コイル又はランプヒータを設ける構成としてもよい。

次に、上記加熱装置５０を備えた画像形成装置１５について、図７に基づいて詳細に説明する。

図７は、本実施の形態の画像形成装置１５の内部構成を示す概略断面図である。画像形成装置１５は、原稿２１の画像データに基づいて、普通紙、ＯＨＰシート等の所定の記録用紙に対して画像を形成する複写機能を有するものである。

画像形成装置１５は、筐体状に形成された装置本体１４内に、既に説明した加熱装置５０とともに、帯電、露光、現像、転写、清掃等の画像形成プロセスにより画像を形成する画像形成手段１１、給紙カセット１０、手差し給紙台１２、排紙トレイ１９を具備している。また、装置本体１４内には、用紙搬送路４０、給紙装置３４・３６、搬送装置４８、排紙ローラ対５２が設けられている。さらに、上記装置本体１４には、図示しない入力／表示手段としてのコントロールパネルが該装置本体１４の上面前端縁部に配置され、装置本体１４の上面には、原稿載置台としてのプラテンガラス６及び該プラテンガラス６上にセットされた原稿２１を押さえるプラテンカバー８が設けられている。

上記画像形成手段１１は、感光体ドラム１６、除電装置１８、帯電装置２０、ＬＥＤ消去アレイ２２、露光装置２４、現像装置２６、転写装置２８、剥離装置３０、及びクリーナ装置３２を備えている。

上記感光体ドラム１６は、装置本体１４内のほぼ中央部に像担持体として回転駆動自在に設けられており、該感光体ドラム１６の周囲に、その回転方向（図中矢印）に沿って除電装置１８、帯電装置２０、ＬＥＤ消去アレイ２２、露光装置２４、現像装置２６、転写装置２８、剥離装置３０、及びクリーナ装置３２がこの順に配置されている。

上記帯電装置２０は、複写したい画像データに応じて感光体ドラム１６の表面を一様に帯電する。上記帯電装置２０は、図７に示すように、例えば、接触型のブラシ型やローラ型であり、あるいは、非接触型のチャージャー型であってもよい。上記露光装置２４は、装置本体１４内上部に配設され、光学系移動式の露光手段として、帯電した上記感光体ドラム１６をスリット露光する。上記露光装置２４としては、例えば、発光素子をアレイ状に並べたＬＥＤ書込みヘッド、ＥＬ書込みヘッド、レーザ照射部及び反射ミラーを備えたレーザスキャニングユニット（ＬＳＵ）が用いられる。上記除電装置１８は、感光体ドラム１６に光を照射して、残留電荷を除去する。上記ＬＥＤ消去アレイ２２は、感光体ドラム１６上の非画像形成領域の電荷を除去する。上記現像装置２６は、感光体ドラム１６表面に形成された静電潜像を、粉体現像剤（以後、トナーという）を用いて顕像化する。転写装置２８は、感光体ドラム１６に対向する像転写部３８にて、感光体ドラム１６上に顕像化されたトナー像を記録用紙上に転写する。剥離装置３０は、例えば、ＡＣコロナ放電により、トナー像が転写された記録用紙を感光体ドラム１６から剥離する剥離手段である。クリーナ装置３２は、トナー像の転写後に、感光体ドラム１６上に残存するトナーを掻き落とす清掃手段である。

また、上記給紙カセット１０は、装置本体１４の底部に設けられ、画像形成手段１１に供給される記録用紙を収容する。上記手差し給紙台１２は、装置本体１４の図中右側に設けられ、ユーザによる記録用紙の給紙が可能となっている。上記排紙トレイ１９は、装置本体１４の図中左側に設けられ、定着処理済みの記録用紙を収容する。

さらに、上記用紙搬送路４０は、給紙カセット１０あるいは手差し給紙台１２から給送された記録用紙を、像転写部３８を経て排紙トレイ１４まで導く。上記用紙搬送路４０には、記録用紙の搬送方向に対して、像転写部３８よりも上流側に位置して、レジストローラ対４２が配設されている。上記レジストローラ対４２は、給送される記録用紙の先端位置を整えるための整位手段であるとともに、記録用紙の搬送手段としての機能を兼ね備えている。また、上記レジストローラ対４２よりも上流側に用紙検知手段としてのレジストローラ前検知器４４が配設されている。さらに、上記レジストローラ対４２と像転写部３８との間には、案内手段としての進入ガイド４６が配設されている。

給紙装置３４・３６は、ピックアップローラおよび給紙ローラ等からなり、それぞれ、給紙カセット１０・手差し給紙台１２から記録用紙を繰り出して給紙する。また、上記搬送装置４８は、無端ベルトにて形成され、像転写部３８にてトナー像が転写された記録用紙を加熱装置５０に搬送する。さらに、上記排紙ローラ対５２は、加熱装置５０を経てトナー像が定着された記録用紙を排紙トレイ１９へ送り出す。

上記構成の画像形成装置にて、画像形成動作は、以下のように行われる。すなわち、複写したい画像データを有する原稿２１を、プラテンガラス６上に配置し、プラテンカバー８によって上記原稿２１を押さえる。この状態で、複写動作を開始すると、帯電装置２０は、感光体ドラム１６の表面を一様に帯電する。一方、露光装置２４は、プラテンガラス６上の原稿２１を走査し、原稿２１の露光によって得られた原稿２１からの反射光に応じて、帯電した感光体ドラム１６をスリット露光する。これにより、感光体ドラム１６の表面に静電潜像が形成される。感光体ドラム１６表面に形成された静電潜像は、上記現像装置２６によって、トナーが供給されることにより、顕像化される。

上記感光体ドラム１６上へのトナー像の形成と並行して、上記給紙カセット１０からピックアップローラおよび給紙ローラ等からなる給紙装置３４を介して、あるいは手差し給紙台１２から給紙装置３６を介して、記録用紙が給送される。上記記録用紙は、用紙搬送路４０を搬送され、停止中のレジストローラ対４２に当接して、先端整位が行われる。その後、レジストローラ前検知器４４により先端検知が行われ、感光体ドラム１６上のトナー像の先端と整合するタイミングで、レジストローラ対４２が回転して、記録用紙が像転写部３８に向けて搬送される。この搬送される用紙は、進入ガイド４６により用紙の先端が感光体ドラム１６に密着するように案内されて像転写部３８に送り込まれる。

像転写部３８に記録用紙が搬送されると、上記転写装置２８によって、感光体ドラム１６に形成されたトナー像を、記録用紙に転写する。該トナー像が転写された記録用紙は、剥離装置３０において感光体ドラム１６から剥離される。その後、搬送装置４８を介して加熱装置５０に導かれ、該加熱装置５０によってトナー像が記録用紙に溶融定着て、排紙ローラ対５２により排紙トレイ１４上に排出される。記録用紙にトナー像が転写された後の感光体ドラム１６に残存するトナーは、クリーナ装置３２において掻き落とされ、次の複写動作を可能な状態になる。

以下、本発明を実施例及び比較例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図３に示す構成の加熱装置５０として、以下の構成の加熱ローラ１、加圧ローラ２、加熱源５、温度検知部材７を用いた。すなわち、加熱ローラ１として、外径２８ｍｍ、肉厚３ｍｍの中空状のアルミニウム製素管の外表面に、厚み６ｍｍのシリコンスポンジにて形成された加熱側第１の弾性体層１ｂ、厚み４０μｍのＮｉ発熱層１ｃ、厚み４００μｍのシリコンゴムからなる加熱側第２の弾性体層１ｄをこの順に形成し、さらに最表層に、加熱側離型層として厚み３０μｍのＰＦＡチューブを設けたものを用いた。また、加圧ローラ２として、直径２０ｍｍの鉄製の円柱状の芯金２ａに、厚み５ｍｍのシリコンスポンジにて形成された加圧側弾性体層２ｂを設け、さらに該加圧側弾性体層２ｂ表面に厚み３０μｍのＰＦＡチューブ層を設けたものを用いた。さらに、上記加熱ローラ１と加圧ローラ２との接触によって形成されるニップ部のニップ幅は、約７ｍｍに設定した。

また、加熱源５の誘導コイル５ａとしてリッツ線を用い、加熱ローラ１表面から３ｍｍの間隔を隔てて配置した。さらに、温度検知部材７及び第２検知部材７ａとして、サーミスタを用い、温度検知部材７を誘導コイル５ａと加熱ローラ１との間に配置し、第２検知部材７ａを、ニップ部の、記録用紙Ｐの搬送方向に対して上流側近傍の加熱ローラ１表面の非発熱領域に配置した。

上記加熱装置５０の電源投入後、加熱ローラ１を１１７ｍｍ／ｓｅｃで回転させながら、励磁回路３から誘導コイル５ａに交番電流を供給し、定着温度１７０℃に到達するまで、ウォームアップを行った。続いて、加熱ローラ１の回転を停止し、加熱ローラ１の周方向の最高温度と最低温度との温度差を所定温度となるように、誘導コイル５ａに交番電流を供給しながら、約５分間待機状態とした。待機状態へ移行直後の５分間は、上記温度差が増加する傾向にある。

その後、再び加熱ローラ１を回転させて、上記ウォームアップを行って、定着温度１７０℃まで加熱した。待機状態における上記温度差を変化させ、それぞれの温度差から加熱ローラ１が均一に定着温度まで上昇させるのに必要な復帰時間（ウォームアップ時間）を測定した。その結果を図８に示す。また、図８には、待機状態の５分間の平均消費電力もあわせて示している。さらに、図９に、待機状態での温度差を１２０℃として、ウォームアップを行った場合の、温度検知部材７にて測定した加熱ローラ１表面の温度、及び、加圧ローラ１表面の温度の経時変化を示す。

図８に示すように、温度差が大きくなるにつれて、復帰時間が徐々に短くなる。例えば、加熱ローラ１の温度を１３０℃に制御して、温度差を８０℃にすると、復帰時間は、約１６秒にまで短縮された。一方、温度差が８０℃を超えると、復帰時間が徐々に長くなる。温度差が１２０℃では、図９に示すように、光沢むら等に影響を与えないレベルと考えられる温度むら１０℃以内（図中点線で示す範囲内）まで収束するのに要する時間は約２３秒（図中、二点鎖線）であった。さらに、加熱ローラ１の温度を１９０℃に制御して、待機状態における温度差を１３５℃とした場合には、後述する比較例に示す、温度差０℃の場合（全く加熱を行わない場合）と同程度の復帰時間が必要であった。このことから、待機状態にて、温度差が１２０℃以下となるように、加熱ローラ１を加熱することによって、復帰時間を短縮することができることがわかる。

なお、温度差が８０℃を超えると、待機状態における温度差が広がるにつれて、復帰時間が増加する理由は、待機状態における加熱ローラ１の温度履歴によって説明される。すなわち、ウォームアップ開始直後は、発熱領域と非発熱領域とで表面温度が異なるために、図９に示すように、加熱ローラ１表面に温度むらが生じている。この温度むらは、ウォームアップ時に、加熱ローラ１を回転させながら加温するによって徐々に低減されて解消される。しかしながら、待機状態における加熱ローラ１表面の温度差が大きくなると、待機状態における温度履歴（温度むら）を解消するための時間が増加する傾向にあるので、復帰時間が増加すると考えられる。

〔比較例〕
実施例１で説明した構成の加熱装置５０を用い、待機状態で加熱ローラ１の加熱を行わない以外は、同様の操作を行い、温度検知部材７にて測定された加熱ローラ１の表面温度の経時変化を調べた。その結果を図６及び図８に示す。

図６に示すように、加熱装置５０への電源投入後に行われたウォームアップ（図中、ウォーミングアップ）では、加熱ローラ１が定着温度まで上昇するまでに約２８秒必要であった。その後、待機状態に移行すると、加熱ローラ１表面が急速に冷却されることがわかった。５分間の待機状態から定着温度まで上昇する際には、約２３秒の復帰時間が必要であった。ここで、上記待機状態では、図８中、温度差０℃にて示すように、加熱ローラ１表面全体が、加熱装置５０の周囲の温度と同程度となっている。

上記実施例１及び比較例から、待機状態においても、加熱ローラ１の予熱を行うとともに、加熱ローラ１の発熱領域と非発熱領域部の温度差を制御することで待機状態からの復帰時間を短縮することができることがわかった。

実施例１で説明した構成の加熱装置５０に、さらに、図１０（Ａ）に示すように、加熱源５に対向しているが誘導コイル５ａとは対向していない位置の加熱ローラ１表面（以下、位置Ｃと記載する）、及び、加熱源５に対向する領域のうち加熱ローラ１の周方向の最端部の加熱ローラ１表面（以下、位置Ｄ）に、それぞれにサーミスタを設け、実施例１と同様に、加熱ローラ１を回転させて、定着温度でウォームアップを行った。その後、加熱ローラ１の回転を停止し、加熱ローラ１の周方向の最高温度と最低温度との温度差が１２０℃以下となるように、誘導コイル５ａに交番電流を供給しながら、待機状態とした。該待機状態へ移行後の加熱ローラ１表面の、温度検知部材７の設置位置（図１０（Ａ）中、Ａ；以下、位置Ａと記載する）、第２検知部材の設置位置（図１０（Ａ）中、Ｂ；以下、位置Ｂと記載する）、上記位置Ｃ・Ｄの各部の温度を経時変化を測定した。その結果を図１１に示す。

なお、図１０（Ａ）（Ｂ）は、前述した図５（Ａ）（Ｂ）と同じ図であり、加熱ローラ１が静止した状態での、加熱ローラ１の各位置における表面温度を説明する図である。すなわち、図１０（Ｂ）に示すように、加熱ローラ１表面のうち、発熱領域のうち最大の発熱量が得られる図１０（Ａ）中の位置Ａであり、位置Ｂは、発熱領域のうち最小の発熱量が得られる位置であり、位置Ｃ及び位置Ｄは、非発熱領域である。

図１１に示されるように、位置Ａでは、待機状態においても発熱するので、待機状態に移行した後も、定着温度に保たれることがわかった。また、位置Ｂでは、待機状態に移行すると温度が少し低下するが、定着温度近くの温度に保たれることがわかった。これに対し、位置Ｃ・Ｄは、非発熱領域であるため、待機状態へ移行した直後は急激に温度が低下した。このうち、位置Ｃは、誘導コイル５ａと対向する領域近傍に位置しているので、発熱領域からの熱伝導によって温度低下は小さい。一方、位置Ｄは、ニップ部近傍に位置しているので、発熱領域からの熱伝導の影響が小さく、温度低下が著しい。しかしながら、図１１に示されるように、位置Ｃ・Ｄのいずれにおいても、約２４０秒を経過した後は、再び温度が緩やかに上昇することがわかった。

従って、位置Ａと位置Ｄとの温度差が最大となるまでの時間内、つまり本実施例では２４０秒以内に、加熱ローラ１を回転させて加熱位置を変えることにより、待機状態における加熱ローラ１表面の温度むらを有効に低減可能であることが示唆される。

実施例１で説明した構成の加熱装置５０を用い、実施例１と同様に、加熱ローラ１を回転させて、定着温度でウォームアップを行った。続いて、加熱ローラ１の回転を停止し、加熱ローラ１の設定温度を１３０℃に保って、待機状態とした。待機状態の時間を、１分間、３分間、５分間、１５分間とし、各待機状態の時間が経過した後、再び加熱ローラ１を回転させて、上記ウォームアップを行って、定着温度まで加熱し、復帰時間を測定した。

上記待機状態へ移行後、０分後〜１分後、１分後〜３分後、３分後〜５分後、５分後〜１５分後までの間の平均消費電力、及び、それぞれの時間の待機状態を経た後の復帰時間を表１に示す。

表１に示すように、待機状態の時間が５分までは、待機状態が長くなると、復帰時間が長くなる傾向にあることがわかる。一方、待機状態の時間が５分を超えると、加熱ローラ１の発熱領域から非発熱領域への熱伝導により、加熱ローラ１表面の温度むらが低減されて、復帰時間が短くなった。

実施例１で説明した構成の加熱装置５０を用い、待機状態における加熱ローラ１の設定温度を、待機状態へ移行後５分間は、１３０℃とし、５分後〜１５分後までを１２０℃とした以外は、実施例３と同様の操作を行った。その結果を表２に示す。

表２に示すように、待機状態の時間が５分までの傾向は、実施例３で観測された結果と同じであるが、５分後〜１５分後の平均消費電力は、実施例３の対応する平均消費電力よりも約１５％削減されることがわかった。一方、１５分の待機状態を経た後の復帰時間は、実施例３の対応する復帰時間とほぼ同等であった。

これらの結果から、待機状態に移行して所定時間が経過した後、加熱ローラ１の設定温度を下げた場合においても、設定温度の低下による復帰時間の大幅な増加はないことがわかった。また、待機状態における消費電力量は、加熱部材の設定温度が低いほど低減されるため、待機状態の途中で、所定時間が経過した場合に、加熱部材の設定温度を下げることにより、復帰時間の遅延なく、消費電力量を抑制することができることがわかった。

本発明の加熱装置は、記録材上にトナー像を定着させることによって、記録材上への画像形成を行うプリンタ、複写機、ファックス、これらの機能を備えたデジタル複合機等の画像形成装置に備えられて用いることができる。

上記加熱装置は、待機状態から復帰させた場合の加熱ローラの温度むらを速やかに解消することができるので、ウォームアップを短時間で行うことができる画像形成装置を提供することができる。また、加熱装置を待機モードから復帰させた場合の復帰時間を短縮することができるので、消費電力を低減する効果も有するので、画像形成装置の省電力化を実現することができる。

本発明に係る加熱装置の実施の一形態を示す概略断面図である。 上記加熱装置の加熱ローラを示す部分断面図である。 上記加熱装置に第２の温度検知部材を設けた構成を示す概略断面図である。 本発明に係る加熱装置の他の実施の形態を示す概略断面図である。 （Ａ）は、上記加熱装置の加熱ローラ及び誘導コイルを便宜的に示す断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す加熱ローラ表面の各位置における発熱量を示すグラフである。 待機状態にて加熱ローラの加熱を行わない場合の加熱ローラ表面の温度変化を示すグラフである。 本発明に係る画像形成装置の実施の一形態を示す概略断面図である。 加熱ローラ表面の周方向における温度差と、加熱ローラが定着温度まで復帰するための復帰時間及び待機状態における平均消費電力量との関係を示すグラフである。 加熱ローラのウォームアップ開始後の加熱ローラ及び加圧ローラの温度変化を示すグラフである。 （Ａ）は、上記加熱装置の加熱ローラ及び誘導コイルを便宜的に示す断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す加熱ローラ表面の各位置における発熱量を示すグラフである。 待機状態における、図１０に示す加熱ローラの位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおける温度変化を示すグラフである。

符号の説明

１ 加熱ローラ（加熱部材）
１ａ 芯金（金属層）
１ｂ 加熱側第１の弾性体層（弾性体層）
１ｃ Ｎｉ発熱層
１ｄ 加熱側第２の弾性体層
１ｅ 加熱側離型層
２ 加圧ローラ（加圧部材）
２ａ 芯金
２ｂ 加圧側弾性体層
２ｃ 加圧側離型層
３ 励磁回路
４ 定着ニップ部
５ 加熱源
５ａ 誘導コイル（加熱源）
５ｂ ホルダーケース
７ 第１の温度検知部材（温度検知部材）
７ａ 第２の温度検知部材（第２検知部材）
８ プラテンカバー
９ 制御部
１０ 給紙カセット
１１ 画像形成手段
１２ 手差し給紙台
１３ ハロゲンランプ
１４ 装置本体
１５ 画像形成装置
１６ 感光体ドラム
１８ 除電装置
２０ 帯電装置
２２ ＬＥＤ消去アレイ
２４ 露光装置
２６ 現像装置
２８ 転写装置
３０ 剥離装置
３２ クリーナ装置
３４ 給紙装置
３６ 給紙装置
３８ 像転写部
４０ 用紙搬送路
４２ レジストローラ対
４４ レジストローラ前検知器
４６ 進入ガイド
５０ 加熱装置
５２ 排紙ローラ対
５３ 加熱装置
５４ 加圧ローラ
５４ｃ 加圧側離型層

Claims (7)

1. 加熱源によって局所的に加熱されるローラ状の加熱部材に圧接してニップ部を形成するローラ状の加圧部材を有し、上記加熱部材及び加圧部材の回転により、上記ニップ部に記録材を搬送して、該記録材上に現像剤像を加熱定着する加熱装置において、
   上記加熱部材及び加圧部材の回転が停止する待機状態にて、上記加熱源によって加熱部材を加熱するように制御するとともに、
   上記待機状態にて、加熱部材表面における最高温度と最低温度との温度差が１２０℃以下となるように、上記加熱源による加熱部材の加熱を制御する制御部を備えていることを特徴とする加熱装置。
2. 上記制御部は、上記温度差が８０℃以下となるように、加熱源による加熱を制御することを特徴とする請求請１記載の加熱装置。
3. 上記加熱部材は、少なくとも、上記加熱源によって加熱される金属層と、該金属層の内側に形成された断熱性の弾性体層とを有していることを特徴とする請求項１又は２記載の加熱装置。
4. 上記制御部は、待機状態に移行して所定時間の経過後に、上記加熱部材の設定温度を下げるように加熱源による加熱を制御することを特徴とする請求項１、２又は３記載の加熱装置。
5. 上記加熱部材は、待機状態にて、間欠的に回転することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の加熱装置。
6. 上記加熱部材は、待機状態に移行してから、該加熱部材表面における最低温度を示す領域が温度上昇を開始するまでの温度下降時間よりも短い時間間隔で、間欠的に回転することを特徴とする請求項５記載の加熱装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の加熱装置を備えてなる画像形成装置。

Images