(57)【要約】【課題】  ベルト定着装置の加熱ローラ端部の肉厚を小さくするなどして、通紙領域外の熱伝導効率を小さくし、端部温度のダレが減らされるようにしたり、非画像領域に対しての発熱量の小さいハロゲンランプと組み合わせることによって、逆に、小サイズの転写材の通紙時の端部温度上昇も回避できるようにして軸方向の加熱ローラの熱伝導効率が調節され、熱分布の平準化と熱量節減ができた定着装置を装着した画像形成装置を提供する。【解決手段】  転写材上の未定着トナー画像を、加熱ローラ及び支持加圧ローラに巻回された定着ベルトと外部加圧ローラとの間に挟持搬送して加圧加熱して定着するベルト定着装置を備えた画像形成装置であって、前記定着ベルトを加熱する前記加熱ローラの軸方向の非通紙領域に、通紙領域の軸方向熱伝導効率よりも小さい軸方向熱伝導効率を有するように断熱領域を設けたことを特徴とする画像形成装置。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転写材上の未定着トナー画像を、加熱ローラ及び支持加圧ローラに巻回された定着ベルトと外部加圧ローラとの間に挟持搬送して加圧加熱して定着するベルト定着装置を備えた画像形成装置であって、前記定着ベルトを加熱する前記加熱ローラの軸方向の非通紙領域に、通紙領域の軸方向熱伝導効率よりも小さい軸方向熱伝導効率を有するように断熱領域を設けたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記断熱領域は、前記加熱ローラの表面又は内面に凹形状を有することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記断熱領域は、前記定着ベルトと当接していることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記加熱ローラは、軸方向に不均一な発熱分布をもつヒータを内蔵し、軸方向端部における前記ヒータの軸方向単位長さ当たりの発熱量が、軸方向中央部における前記ヒータの軸方向単位長さ当たりの発熱量の５％以下であるようにして得られることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記ヒータがハロゲンランプであり、前記ヒータの発熱量の低い領域が、発熱量の高い領域に比べてフィラメント径が大きいことを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子写真方式の画像形成装置における加熱加圧定着装置の加熱ローラの熱伝導効率の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１〜３にも示されるように、従来、電子写真方式の画像形成装置における加熱加圧定着装置では、加熱ローラの端部は記録紙等の転写材が熱を持ち去る以外に、端部軸受け部などを介して、外部へ熱が流出するため温度が低下するという不具合があった。これを軽減するために、ヒータ端部の発熱量を大きくしたり、発熱幅を大きくしたりする対策がとられてきたが、熱供給必要量が増加するという問題があった。
【特許文献１】特開平７−２１９３６７号公報
【特許文献２】特開２００１−１０９２８９号公報
【特許文献３】特開２００１−２０１９７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明はこのような問題点を解消し、ベルト定着装置の加熱ローラが機械的強度不足の問題はそれほど無いことに着目し、その加熱ローラ端部の肉厚を小さくするなどして形状を変化させ、通紙領域外の熱伝導効率を小さくし、端部温度のダレが抑制されるようにしたり、逆に、非発熱領域の発熱量を小さくしたヒータやハロゲンランプを用いることによって、小サイズの転写材の通紙時の端部温度上昇も回避できるようにして軸方向の加熱ローラの熱伝導効率が調節され、熱分布の平準化ができ、しかも熱効率を良好にした、ベルト定着装置を装着した画像形成装置を提供することを課題目的にする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この目的は次の技術手段（１）〜（５）の何れかによって達成される。
【０００５】
（１）転写材上の未定着トナー画像を、加熱ローラ及び支持加圧ローラに巻回された定着ベルトと外部加圧ローラとの間に挟持搬送して加圧加熱して定着するベルト定着装置を備えた画像形成装置であって、前記定着ベルトを加熱する前記加熱ローラの軸方向の非通紙領域に、通紙領域の軸方向熱伝導効率よりも小さい軸方向熱伝導効率を有するように断熱領域を設けたことを特徴とする画像形成装置。
【０００６】
（２）前記断熱領域は、前記加熱ローラの表面又は内面に凹形状を有することを特徴とする（１）項に記載の画像形成装置。
【０００７】
（３）前記断熱領域は、前記定着ベルトと当接していることを特徴とする（２）項に記載の画像形成装置。
【０００８】
（４）前記加熱ローラは、軸方向に不均一な発熱分布をもつヒータを内蔵し、軸方向端部における前記ヒータの軸方向単位長さ当たりの発熱量が、軸方向中央部における前記ヒータの軸方向単位長さ当たりの発熱量の５％以下であるようにして得られることを特徴とする（１）〜（３）項の何れか１項に記載の画像形成装置。
【０００９】
（５）前記ヒータがハロゲンランプであり、前記ヒータの発熱量の低い領域が、発熱量の高い領域に比べてフィラメント径が大きいことを特徴とする（４）項に記載の画像形成装置。
【００１０】
本発明における熱伝導効率とは、「軸方向と直角なある断面に着目したとき、この断面において軸方向に単位温度勾配が与えられたときに、単位時間にこの断面を通過する熱量」として定義する。
【００１１】
軸方向熱伝導効率は、ローラの断面積が大きい（外径が大きい、肉厚が大きい）場合、材料の熱伝導率が大きい場合に大きくなる。
【００１２】
また、通紙領域とは、使用する最大幅の転写材（記録紙）が搬送される定着ベルト上又はそれが巻回する加熱ローラ上の転写材の幅方向の長さの範囲である。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、本発明の画像形成装置によて加熱ローラの軸方向の熱伝導効率が調節され、無駄な熱量消費を伴うことなく、各サイズの転写材に対して両端部にダレを生ずることの無い、均一な熱分布を持った定着処理が行えるようになった。
【００１４】
請求項２の発明によれば、加熱ローラの外径、内径又は端面に設けた凹形状により、軸方向熱伝導効率を低いものにしたので加熱ローラの材料選択の制限等も無くなる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、断熱領域（凹部）に挟まれた領域の熱容量がより小さくできるため、熱効率は更に高くなる。
【００１６】
請求項４、５の発明によれば、加熱ローラの端部の断熱効果を高くしても、端部の内蔵するヒータが低発熱であるため、転写材Ｐとして小サイズ紙を用いたときの温度上昇を軽減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本欄の記載は請求項の技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、以下の、本発明の実施の形態における断定的な説明は、ベストモードを示すものであって、本発明の用語の意義や技術的範囲を限定するものではない。
【００１８】
図１は、本発明の画像形成装置の実施の形態としてのカラー用の画像形成装置を示す概略構成図である。
【００１９】
この画像形成装置１００は、タンデム構成のフルカラーの画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋと、中間転写体のユニットとして無端ベルト状中間転写体ユニット７と、給紙搬送手段２１及びベルト定着装置２４とから成る。画像形成装置の本体Ａの上部には、原稿画像読み取り装置ＳＣが配置されている。
【００２０】
イエロー色の画像を形成する画像形成部１０Ｙは、ドラム状の感光体１Ｙ、該感光体１Ｙの周囲に配置された帯電装置２Ｙ、像露光手段３Ｙ、現像器４Ｙ、一次転写手段としての一次転写ローラ５Ｙ、クリーニング手段６Ｙを有する。マゼンタ色の画像を形成する画像形成部１０Ｍは、ドラム状の感光体１Ｍ、該感光体１Ｍの周囲に配置された帯電装置２Ｍ、像露光手段３Ｍ、現像器４Ｍ、一次転写手段としての一次転写ローラ５Ｍ、クリーニング手段６Ｍを有する。シアン色の画像を形成する画像形成部１０Ｃは、ドラム状の感光体１Ｃ、該感光体１Ｃの周囲に配置された帯電装置２Ｃ、像露光手段３Ｃ、現像器４Ｃ、一次転写手段としての一次転写ローラ５Ｃ、クリーニング手段６Ｃを有する。黒色画像を形成する画像形成部１０Ｋは、ドラム状の感光体１Ｋ、該感光体１Ｋの周囲に配置された帯電装置２Ｋ、像露光手段３Ｋ、現像器４Ｋ、一次転写手段としての一次転写ローラ５Ｋ、クリーニング手段６Ｋを有する。
【００２１】
中間転写体ユニットとしての無端ベルト状中間転写体ユニット７は、複数のローラにより巻回され、回動可能に支持された半導電性エンドレスベルト状の中間転写体としての無端ベルト状中間転写体７０を有する。
【００２２】
画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋより形成された各色の画像は、一次転写ローラ５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋにより、回動する無端ベルト状中間転写体７０上に逐次転写されて、合成されたカラー画像が形成される。給紙カセット２０内に収容された記録媒体として用紙等の転写材Ｐは、給紙手段２１により給紙され、複数の中間ローラ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ、レジストローラ２３を経て、二次転写手段としての二次転写ローラ５Ａに搬送され、転写材Ｐ上にカラー画像が一括転写される。カラー画像が転写された転写材Ｐは、ベルト定着装置２４により定着処理され、排紙ローラ２５に挟持されて機外の排紙トレイ２６上に載置される。
【００２３】
一方、二次転写手段としての二次転写ローラ５Ａにより転写材Ｐにカラー画像を転写した後、転写材Ｐを曲率分離した無端ベルト状中間転写体７０は、クリーニング手段６Ａにより残留トナーが除去される。
【００２４】
画像形成処理中、一次転写ローラ５Ｋは常時、感光体１Ｋに圧接している。他の一次転写ローラ５Ｙ，５Ｍ，５Ｃはカラー画像形成時にのみ、それぞれ対応する感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃに圧接する。
【００２５】
二次転写ローラ５Ａは、ここを転写材Ｐが通過して二次転写が行われる時にのみ、無端ベルト状中間転写体７０に圧接する。
【００２６】
また、装置本体Ａから筐体８を支持レール８２Ｌ，８２Ｒを介して引き出し可能にしてある。
【００２７】
筐体８は、画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋと、無端ベルト状中間転写体ユニット７とから成る。
【００２８】
画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋは、垂直方向に縦列配置されている。感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの図示左側方には無端ベルト状中間転写体ユニット７が配置されている。無端ベルト状中間転写体ユニット７は、ローラ７１，７２，７３，７４，７６，７７を巻回して回動可能な無端ベルト状中間転写体７０、一次転写ローラ５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ及びクリーニング手段６Ａとから成る。
【００２９】
筐体８の引き出し操作により、画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋと、無端ベルト状中間転写体ユニット７とは、一体となって、本体Ａから引き出される。
【００３０】
このように感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ上に帯電、露光、現像によりトナー像を形成し、無端ベルト状中間転写体７０上に各色のトナー像を一次転写して重ね合わせ、それを一括して転写材Ｐに二次転写し、ベルト定着装置２４で加圧及び加熱により固定して定着する。トナー像を無端ベルト状中間転写体７０に転移させた後の感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、クリーニング手段６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋで転写時に各感光体上に残された残留トナーを清掃した後、上記の帯電、露光、現像のサイクルに入り、次の像形成が行われる。
【００３１】
次に本発明の特色であるベルト定着装置について図１の他に図２のベルト定着装置の正面図及び図３、図４、図５の加熱ローラの部分側面図を用いて詳述する。
【００３２】
ベルト定着装置２４はヒータを内蔵した加熱ローラ２４１と支持加圧ローラ２４３との間にテンションローラ２４４を介して、金属基体もしくは耐熱樹脂基体とシリコンゴムをベルト状に成型した無端状の定着ベルト２４２を巻回し、該定着ベルト２４２を支持搬送することにより、該定着ベルト２４２と転写材Ｐを前記支持加圧ローラ２４３、及びこれと対向する外部加圧ローラ２４６の間にニップ状に挟んで、該転写材Ｐを加圧加熱定着するものであり、定着ベルト２４２は前記加熱ローラ２４１の駆動回転によって支持搬送される。また、必要に応じて高生産性に必要な大熱供給量に対応するため、外部加圧ローラ２４６に外部加熱ローラ２４７を設けている。
【００３３】
加熱ローラ２４１には、異なったサイズの転写材としての用紙に対応するため、図２に示すように配光の異なったハロゲンランプ２４５を２本配置してある。もちろん、さらに高い生産性に対応するため、さらにハロゲンランプ２４５を追加してもよい。
【００３４】
加熱ローラ２４１は、軸方向の温度差を許容限度内に抑えるために、ある程度の厚みが必要である。実施例では材料がアルミニウムで肉厚が２ｍｍにしてあるが、ウォーミングアップ時間が長くなることを許容すれば、もっと厚くして温度均一性を上げることも可能である。
【００３５】
加熱ローラ２４１の端部もしくは、端面の断面積を小さくして加熱ローラ２４１の熱伝導効率を下げるため、図３や図４に示すように、凹形状を設けてその肉厚の一部を薄くする。これに対し従来例は図６の部分側面図に示すように肉厚を均一にしてある。材質を一部変更して、低熱伝導率の材質としても良いが、本発明では同一材料にして熱伝導率を変えることなく、切削加工等により凹部として細い溝を作り断熱領域を構成し、熱伝導効率を下げるのが、簡易でより好適であると考えた。
【００３６】
凹形状の加工としては任意の凹みの加工で良いのであるが、前述の加工の方が加工し易く伝熱分布も一様で好ましい。
【００３７】
尚、溝の幅は広いとベルト端部が落ち込むなど、ベルト保持に支障が出るため、１ｍｍ程度が好適である。溝の深さは、断熱性能からは大きいほど良いが、加工上許される範囲で行う。実施例では、外径５０ｍｍ，厚さ２ｍｍの加熱ローラに対し、幅１ｍｍ、深さ１．４ｍｍの溝２４１Ａを設けた。軸方向の位置は、通紙領域のすぐ外側である非通紙領域にした。定着ベルト２４２の最端部は各層の厚みなどが不均一になり、画像に影響を及ぼすおそれがあるので、５〜２０ｍｍの余裕を見込んで、画像領域より大きくしてある。この範囲では、定着ベルト２４２と加熱ローラ２４１が接触しないような部分があっても通紙領域内の熱分布の不均一性に不具合はない。
【００３８】
支持加圧ローラ２４３などと異なり、加熱ローラ２４１にかかる力は、定着ベルト２４２に張力を付与するための数１０Ｎ程度（実施例では、ベルト幅３６０ｍｍで４０Ｎ）であり、このような溝２４１Ａを設けても強度的になんら問題ない。また、昇温時間は長くなるが、熱容量を高くして光沢度の均一性に必要な温度均一性をさらに高めるため、肉厚を大きくした（例えば厚み４ｍｍ）加熱ローラ２４１に対して溝２４１Ａ（例えば深さ３ｍｍ）を設けた構成では、さらに、熱伝導効率低減効果即ち断熱的効果が顕著であり、端部の熱分布のダレや熱流出が改善される。外径５０ｍｍ、厚み４ｍｍのアルミニウム性の加熱ローラ２４１の軸方向熱伝導効率は０．１４Ｗ／Ｋだが、３ｍｍの溝を設けた部分の断面では０．０３２Ｗ／Ｋとなり、約１／４の熱伝導率の材料にしたのと同じ断熱効果になる。
【００３９】
別の例として、図４に示すように加熱ローラ２４１の端面に溝２４１Ｂを設けても良い。
【００４０】
また、図３に示した例では、定着ベルト２４２の幅の内に溝２４１Ａを設けたが、図５に示すように定着ベルト２４２の偏りの規制部材２４１Ｇの外側で溝２４１Ａに換わる段部２４１Ｄを設ければ、幅Ｗを大きくとれるため、さらに断熱性能が高くなる。一方この図５では、定着ベルト２４２の走行領域外で熱伝導効率を下げて、断熱性能はより高くなっているが、非通紙領域で、かつ、定着ベルトが接触する部分の熱容量は前記溝２４１Ａを設けた場合よりも大きくなる。
【００４１】
このため、加熱ローラ２４１の径や軸方向のサイズの制約などから、より適切な方を選択できる。例えば、前述の図３で示したように軸方向を短くするためには、定着ベルト２４２の走行規制範囲内に溝２４１Ａを設けることが適切であるということができる。何れにしてもこのようにして加熱ローラ端部の形状を変えて熱伝導効率を調節して断熱性を上げるようにしたが、定着温度は標準の定着温度１４０℃に対して１０〜１５℃の上昇で収まり、画像領域の均一な定着温度が安定して確保されると共に、高い熱効率のベルト定着装置にすることができた。
【００４２】
また、本発明のように、加熱ローラ端部からの熱流出を抑制すると、逆に小サイズ紙を通したときに、非通紙部に供給される余分な熱による端部温度上昇が大きくなる。これを回避するために、従来のように低発光領域の熱量が高発光領域の２０％程度あるハロゲンランプではなく、低発光領域の熱量を極力減らしたハロゲンランプを適用することで小サイズ紙通紙時の加熱ローラ端部の温度上昇を抑制する。これに適したハロゲンランプとして、加熱ローラの軸方向端部のフィラメント径を大きくして、その軸方向単位長さ当たりの発熱量を加熱ローラの軸方向中央部よりも極力小さくして５％程度にしたもの（例えば、ウシオ電機製のパーシャルタイプのハロゲンランプ）が適用できる。
【００４３】
図７（ａ）は従来タイプのハロゲンランプの配光（発熱量の割合分布）を、図７（ｂ）はパーシャルタイプのハロゲンランプの配光（発熱量の割合分布）を示す。図８（ａ）は従来タイプのハロゲンランプを用いた加熱ローラで小サイズ紙を通したときの加熱ローラの温度分布であり、図８（ｂ）はパーシャルタイプのハロゲンランプを用いた加熱ローラで小サイズ紙を通したときの加熱ローラの温度分布である。
【００４４】
このように通紙領域内は温度不均一を軽減するのに必要な熱伝導効率を確保し、かつ端部では熱流出を抑制するために熱伝導効率を小さくして、加熱ローラ２４１の軸受等支持部材への熱流出による端部温度低下を抑制して、画像領域に均一な定着温度が安定して確保されると共に、高い熱効率のベルト定着装置２４を有する画像形成装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の画像形成装置の実施の形態としてのカラー用の画像形成装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明に用いるベルト定着装置の一例を示す部分側断面図である。
【図３】本発明に用いる加熱ローラの熱伝導効率の低減手段の一例を示す部分側断面図である。
【図４】本発明に用いる加熱ローラの熱伝導効率の低減手段の他の一例を示す部分側断面図である。
【図５】本発明に用いる加熱ローラの熱伝導効率の低減手段の別の一例を示す部分側断面図である。
【図６】従来用いられていた加熱ローラの一例を示す部分側断面図である。
【図７】（ａ）は従来タイプのハロゲンランプの配光を示し、（ｂ）はパーシャルタイプのハロゲンランプの配光を示すグラフである。
【図８】（ａ）は従来タイプのハロゲンランプを用いた加熱ローラで小サイズ紙を通したときの加熱ローラの温度分布を示し、（ｂ）はパーシャルタイプのハロゲンランプを用いた加熱ローラで小サイズ紙を通したときの加熱ローラの温度分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４６】
１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ  感光体
２４  ベルト定着装置
１００  画像形成装置
２４１  加熱ローラ
２４１Ａ，２４１Ｂ  溝
２４１Ｄ  段部
２４２  定着ベルト
２４３  支持加圧ローラ
２４４  テンションローラ
２４５  ハロゲンランプ
２４６  外部加圧ローラ
２４７  外部加熱ローラ
【図１】
2006084647.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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