(57)【要約】【課題】高速定着においても、転写紙に十分な熱エネルギーを与えることができ、かつ、転写紙の分離性を高めた熱定着装置を提供する。【解決手段】熱源を有した加熱ローラ１と、定着ローラ２と、加熱ローラ１と定着ローラ２に張架された定着ベルト４と、定着ベルト４を介して定着ローラ２を加圧する加圧ローラ３と、を備え、定着ローラ２外周の定着ベルト４と加圧ローラ３との間に未定着画像を保持した転写紙を通紙させる過程で未定着画像を転写紙上に熱定着させる熱定着装置Ｔであって、定着ローラ２の排紙側には、定着ローラ２と接触し且つ定着ベルト４と接触しない中間ローラ２０と、中間ローラ２０と定着ベルト４の内面とのみ接触し、且つ定着ローラ２よりも小径の小径ローラ３０が順次配置されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源を有した加熱ローラと、定着ローラと、該加熱ローラと該定着ローラに張架された定着ベルトと、該定着ベルトを介して前記定着ローラを加圧する加圧ローラと、を備え、前記定着ローラ外周の定着ベルトと前記加圧ローラとの間に未定着画像を保持した転写紙を通紙させる過程で該未定着画像を該転写紙上に熱定着させる熱定着装置であって、
前記定着ローラの排紙側には、該定着ローラと接触し且つ前記定着ベルトと接触しない中間ローラと、該中間ローラと前記定着ベルトの内面とのみ接触し、且つ該定着ローラよりも小径の小径ローラが順次配置されていることを特徴とする熱定着装置。
【請求項２】
前記中間ローラが奇数個配置されていることを特徴とする請求項１記載の熱定着装置。
【請求項３】
前記小径ローラが弾性ローラであることを特徴とする請求項１又は２記載の熱定着装置。
【請求項４】
前記中間ローラの内部にヒートパイプを備えたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項記載の熱定着装置。
【請求項５】
前記小径ローラの内部に電力により発熱する熱源を備えたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項記載の熱定着装置。
【請求項６】
前記小径ローラの熱源は、前記加熱ローラの熱源と電気的に並列に接続され、両熱源に対して同時に給電され、かつ前記小径ローラの熱源の消費電力は前記加熱ローラの熱源の消費電力よりも低く設定されていることを特徴とする請求項１乃至５に記載の熱定着装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一項記載の熱定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又はそれらの複合機等の電子写真式の画像形成装置内部に備えられて、未定着画像を保持した記録媒体（例えば転写紙）を通紙させる過程で該未定着画像を該記録媒体上に熱定着させる熱定着装置、及びこれを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年における画像形成装置の高速化、高生産性化にともない、未定着のトナー像を熱により記録媒体上に定着する熱定着装置には、トナーを高速で定着させるための十分な熱エネルギーを提供する能力が要求されている。
例えば、特許文献１には、定着ローラと加圧ローラとの組を複数配置して累積のニップ長を確保することにより、十分な熱エネルギーを提供する発明が記載されている。
また、特許文献２には、定着ベルトを張架した定着ローラの上流側に定着ローラよりも径の小さいニップ部ローラを配置してニップ長を広げることにより、十分な熱エネルギーを提供する発明が記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１の発明では、定着ローラのみならず加圧ローラも複数必要であるため、高コスト化するという問題がある。また、特許文献２の発明では、特許文献１の発明と比べてローラの数が少ないので低コスト化することができるが、定着ニップ出口側における転写紙の分離性は改善されていない。
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、高速定着においても十分な熱エネルギーを与えることができ、かつ、記録媒体の分離性を高めた熱定着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、熱源を有した加熱ローラと、定着ローラと、該加熱ローラと該定着ローラに張架された定着ベルトと、該定着ベルトを介して前記定着ローラを加圧する加圧ローラと、を備え、前記定着ローラ外周の定着ベルトと前記加圧ローラとの間に未定着画像を保持した転写紙を通紙させる過程で該未定着画像を該転写紙上に熱定着させる熱定着装置であって、前記定着ローラの排紙側には、該定着ローラと接触し且つ前記定着ベルトと接触しない中間ローラと、該中間ローラと前記定着ベルトの内面とのみ接触し、且つ該定着ローラよりも小径の小径ローラが順次配置されていることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、前記中間ローラが奇数個配置されていることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、前記小径ローラが弾性ローラであることを特徴とする。
【０００５】
請求項４に記載の発明は、前記中間ローラの内部にヒートパイプを備えたことを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、前記小径ローラの内部に電力により発熱する熱源を備えたことを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、前記小径ローラの熱源は、前記加熱ローラの熱源と電気的に並列に接続され、両熱源に対して同時に給電され、かつ前記小径ローラの熱源の消費電力は前記加熱ローラの熱源の消費電力よりも低く設定されていることを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６の何れか一項記載の熱定着装置を備えた画像形成装置を特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、定着ローラの排紙側に、定着ローラと接触し且つ定着ベルトと接触しない中間ローラと、中間ローラと定着ベルトの内面とのみ接触し且つ定着ローラよりも小径の小径ローラとを順次配置したので、ニップ長を広げることにより高速定着時に十分な熱エネルギーを与えることができるとともに、転写紙の分離性を高めた熱定着装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る熱定着装置の全体を示した概略図である。
【図２】熱定着装置の要部拡大図である。
【図３】ニップ出口付近における転写紙の挙動について説明する図であり、（ａ）は従来の熱定着装置における転写紙の挙動を示す図であり、（ｂ）は本実施形態に係る熱定着装置における転写紙の挙動を示す図である。
【図４】中間ローラの概略構造を示した断面図である。
【図５】小サイズ紙を連続通紙した場合における定着ローラ及び定着ベルト表面の温度分布を示す図である。
【図６】加熱ヒータの電気的接続について示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
〔第一の実施形態〕
本発明の第一の実施形態について図１乃至３に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る熱定着装置の全体を示した概略図である。図２は、熱定着装置の要部拡大図である。図３は、転写紙のニップ出口付近の挙動について説明する図であり、（ａ）は従来の熱定着装置における転写紙の挙動を示す図であり、（ｂ）は本実施形態に係る熱定着装置における転写紙の挙動を示す図である。本実施形態の熱定着装置においては、定着ローラの排紙側に中間ローラと小径ローラとを順次配置した点に特徴がある。
【０００９】
本発明の熱定着装置は、電子写真方式の画像形成装置内に配置されて、未定着画像を保持した転写紙を通紙させる過程で該未定着画像を該転写紙上に熱定着させる装置である。
図１、図２に示すように、本実施形態に係る熱定着装置Ｔは、加熱ヒータ５（熱源）を内蔵した加熱ローラ１と、表層にシリコーンゴムを被覆した定着ローラ２と、加熱ローラ１と定着ローラ２とに張架された定着ベルト４と、定着ベルト４を介して定着ローラ２を加圧する加圧ローラ３と、を備える。
加熱ローラ１の芯金はアルミニウムから構成され、芯金の長手方向には温度を均一に保つためのヒートパイプが内蔵されている。
定着ローラ２は、定着ニップ部Ｎ中の圧力分布を均一化して、圧力のムラによる異常画像（光沢ムラ）の発生を防止するために、できるだけ硬度の低い弾性層から構成する。定着ニップ部Ｎ中の圧力分布が不均一になると熱量のムラによる定着画像の光沢ムラが発生することがあるためである。特に、熱量変化に敏感で光沢の変化が大きいフルカラー用トナーに効果的である。
定着ベルト４の基材は耐熱性樹脂から構成され、耐熱性樹脂の表面には、ＬＴＶ、ＲＴＶなどの高離型タイプのシリコーンゴムがコーティングされており、テンションローラ６によってテンションがかけられている。定着ベルト４に離型性の良い材質を用いることによって、低軟化タイプ（いわゆるシャープメルト）のトナーが用いられるフルカラー電子写真で発生しやすいオフセットを抑制し、高画質・高光沢の画像を得ることができる。これらの材料を用いた定着ベルトには離型剤を塗布するオイル塗布機構が備えられている。
【００１０】
テンションローラ６よりも定着ベルト４の回転方向上流側、かつ定着ニップ部Ｎよりも下流側には、クリーニングウエブ９が配置されている。このクリーニングウエブ９は、定着ベルト４に直接当接しているクリーニングローラ７を介して定着ベルト４の表面をクリーニングする。また、クリーニングローラ７は定着ベルト４の定着ローラ２に対する巻きつけ量を増加させるように配置している。
定着ローラ２には、定着ローラ２よりも小径の中間ローラ２０が接触している。中間ローラ２０は、定着ベルト４とは接触していない。また、中間ローラ２０には、中間ローラ２０よりも大径で加圧ローラ３よりも小径の小径ローラ３０が接触している。小径ローラ３０は定着ベルト４の内面と接触している。すなわち、定着ニップ部Ｎの排紙側に向かって中間ローラ２０と小径ローラ３０とが順次配置されており、定着ベルト４は、加熱ローラ１と定着ローラ２と小径ローラ３０とに張架されている。
中間ローラ２０は、複数配置することも可能である。この場合、中間ローラ２０の個数を奇数として、定着ローラ２と小径ローラ３０と定着ベルト４との回転方向を合わせるようにする。３つ以上の中間ローラを有する構成とした場合には、定着ベルト４と回転方向の合う中間ローラ２０を定着ベルト４に接触させてもよい。
ここで各ローラの直径は、例えば、定着ローラ２、加熱ローラ１、加圧ローラ３はともに外径φ８０、小径ローラ３０はφ２４、中間ローラ２０はφ１６とすることができる（単位ｍｍ）。
【００１１】
未定着トナー像を保持した記録媒体である転写紙は、定着ニップ部Ｎに通紙されて、熱と圧力とにより未定着トナーが定着される。定着ニップ部Ｎの排紙側には、加圧ローラから転写紙を分離する分離爪４１と、トナー定着後の転写紙を排紙方向へと案内する搬送ガイド４２、４３とを備えている。
定着ニップ部Ｎの出口付近における転写紙の挙動について、図３に基づいて説明する。
（ａ）に示すように、従来の熱定着装置Ｔ１は、定着ベルト１０４が張架された定着ローラ１０２と、定着ベルト１０４を介して定着ローラ１０２を加圧する加圧ローラ１０３とを備えている。高速定着のために定着ニップ部Ｎ１の転写紙通紙方向における長さを広げるためには、定着ローラ１０２の直径を大きくする必要がある。定着ローラ１０２の直径が大きくなると、転写紙先端部が曲率分離しにくくなり、図示するように定着ニップ部Ｎ１通過直後に定着ローラ１０２に巻き付きやすくなり、巻付きジャムなどの不具合につながってしまう場合がある。
一方、本実施形態に係る熱定着装置Ｔにおいては、（ｂ）に示すように、定着ニップ部Ｎの最下流に定着ローラ２よりも小径の小径ローラ３０が配置されているので、転写紙先端部が曲率分離しやすくなり、定着ニップ部Ｎ通過直後に定着ローラ２に巻き付くことなく排紙される。
以上のように、本実施形態によれば、定着ベルトを張架した熱定着装置において、定着ローラよりも定着ニップ部の排紙側に小径ローラを接触させるとともに、ベルトが張架されているので、ニップを得て熱量を確保するのと同時に紙の分離性を高めることができる。
【００１２】
〔第二の実施形態〕
本発明の第二の実施形態について説明する。第一の実施形態と同一の部材には同一の符号を付してその説明を省略する。本実施形態における熱定着装置は、小径ローラを弾性ローラとした点に特徴がある。
定着ニップ部Ｎ内の圧力分布が不均一になると熱量のムラによる定着画像の光沢ムラが発生することがある。特にフルカラー用トナーは、低軟化タイプ（いわゆるシャープメルト）であるので、熱量変化に敏感で光沢の変化が大きいという特徴がある。
そこで、本実施形態においては、小径ローラ３０を弾性ローラとした。具体的には、小径ローラ３０の表面にフッ素ゴムやシリコーンゴム等の弾性部材を被覆した構成とした。
以上のように構成することで、小径ローラと加圧ローラとのニップ部内の圧力分布を均一にすることができる。その結果、圧力ムラ・熱量ムラを緩和し、定着光沢ムラの発生を抑えることができる。なお、複数の中間ローラ２０を有する場合には、定着ベルト４を介して加圧ローラ３と圧接する中間ローラ２０を弾性ローラとすることで、上述の効果を得ることができる。
【００１３】
〔第三の実施形態〕
本発明の第三の実施形態について図４、図５に基づいて説明する。本実施形態における熱定着装置は、中間ローラにヒートパイプを圧入した点に特徴がある。図４は、中間ローラの概略構造を示した断面図である。図５は、小サイズ紙を連続通紙した場合における定着ローラ及び定着ベルト表面の温度分布を示す図である。
第二の実施形態においては、小径ローラ３０と加圧ローラ３とのニップ部における圧力分布が転写紙通紙方向で均一になるようにして、転写紙通紙方向の熱量ムラを緩和した。この熱量ムラに関しては転写紙通紙方向のみならず、ローラの軸方向に対しても同様に差が生じないことが好ましい。
ローラの軸方向における熱量ムラは、次のようにして起こる。最大通紙幅よりも幅の狭い転写紙（小サイズ紙）を通紙した場合には、定着ベルト及び定着ローラの軸方向端部は転写紙が通紙されない部分となる。その結果、小サイズ紙を連続通紙すると、定着ベルト及び定着ローラ表面の温度が上昇する。仮に定着ベルトや定着ローラの軸方向端部における表面に多量のトナーが付着し、かつ、小サイズ紙を連続通紙した直後に小サイズ紙よりも幅の広い転写紙を通紙した場合には、付着していたトナーが溶融してホットオフセットや光沢ムラなどの異常画像を発生させる虞がある。そこで、本実施形態では、中間ローラにヒートパイプを圧入した。
【００１４】
図４に示すように、中間ローラ２０は、アルミニウム等からなる金属ローラ２１の内側にヒートパイプ２２が圧入されている。熱をかけて拡管して金属ローラ２１の内側に固定したものである。中間ローラ２０の両端部にはジャーナル２３、２４を有する。
図５のグラフにおいて、縦軸は温度分布を示し、横軸は定着ローラ２と定着ベルト４の軸方向長を示している。図示するように、小サイズ紙を連続通紙すると、転写紙が通紙される軸方向中央部分における定着ローラ２と定着ベルト４の表面温度が、転写紙が通紙されない軸方向端部における温度よりも低下している。中間ローラ２０にヒートパイプ２２を有していない場合に（図中、破線で示す線）、温度差が大きくなっている。
本実施形態のように、中間ローラ２０にヒートパイプ２２を備えることにより、定着ローラ２と定着ベルト４表面の軸方向における温度差を小さくすることができる。
以上のように、本実施形態によれば、定着ローラと接触している中間ローラの内部にヒートパイプを備えたので、定着ローラ表面の軸方向の温度ムラを抑えることができる。その結果、定着ニップ部Ｎ内の、軸方向における温度ムラを抑えて熱量ムラによる異常画像（例えばホットオフセットや光沢ムラ）の発生を防止することができる。なお、小径ローラ又は中間ローラの少なくとも一つにヒートパイプを備えることで、本実施形態の効果を得ることができる。
【００１５】
〔第四の実施形態〕
本発明の第四の実施形態について図２、図６に基づいて説明する。本実施形態における熱定着装置は、小径ローラの内部に加熱ヒータ（熱源）を備えた点に特徴がある（図２参照）。図６は、加熱ヒータの接続について示した模式図である。
近年の熱定着装置は、トナーを高速で定着させるために装置が大型化している。ニップ長を得るために、定着ローラを大径化すると熱容量が増加する。そのため、定着ローラを暖めるために立ち上がり時間が長くかかったり、通紙開始直後に定着ローラへの熱の供給が追いつかなくなって温度低下による定着不良が発生してしまう場合がある。このような温度低下への対策として定着ローラに熱源をもたせる方法があるが、この場合だと加熱ヒータおよび温度検知部材が別に必要となり、装置構成が複雑なものになってしまう。
そこで、本実施形態の熱定着装置においては、小径ローラ３０の内部に加熱ヒータ３１を内蔵した（図２参照）。この加熱ヒータ３１は、図６に示すように、加熱ローラ１の加熱ヒータ５と並列に接続されている。加熱ヒータ３１の消費電力は、加熱ヒータ５の消費電力よりも低く設定されている。また、温度制御は加熱ローラ１に配置された図示しない温度検知部材によって温度を検知して加熱ローラ１の温度が所定の温度に保てるように制御される。これによって加熱ヒータ５、および加熱ヒータ３１には同時に給電されるが、消費電力のより低い加熱ヒータ３１を内蔵した小径ローラ３０は加熱ローラ１よりも高温になることはない構成となる。
以上のように本実施形態によれば、定着ニップ部の出口側に位置する小径ローラに加熱ヒータを内蔵したので、定着ローラの温度低下を防止し、温度追従性を向上させて良好な定着画像を得ることができる。
【符号の説明】
【００１６】
１…加熱ローラ、２…定着ローラ、３…加圧ローラ、４…定着ベルト、５…加熱ヒータ、６…テンションローラ、７…クリーニングローラ、９…クリーニングウエブ、２０…中間ローラ、２１…金属ローラ、２２…ヒートパイプ、２３、２４…ジャーナル、３０…小径ローラ、３１…加熱ヒータ、４１…分離爪、４２、４３…搬送ガイド、Ｎ１…定着ニップ部、１０１…加熱ローラ、１０２…定着ローラ、１０３…加圧ローラ、１０４…定着ベルト、１０５…加熱ヒータ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００５−２６６３００公報
【特許文献２】特開２００４−２３４９５１公報
【図１】
2010217435.tif 000003
【図２】
2010217435.tif 000004
【図３】
2010217435.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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