(57)【要約】【課題】  熱容量を小さくしてクイックスタート性と省電力性の両立を図った定着装置において、通紙部と非通紙部の温度勾配を低減して、定着動作が常に正常に行われるようにする。【解決手段】  ニップ領域の終端に配置するローラをヒートパイプローラとして無端ベルトや加圧部材の温度勾配を効率よく低減する。【選択図】        図２
2006154608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無端ベルトと、
前記無端ベルトの内側に配置され、前記無端ベルトを張架する第１及び第２のローラと、前記第１及び第２のローラを前記無端ベルトを介して圧接し、前記無端ベルトとでニップ領域を形成する加圧部材と、
前記第１のローラ及び前記無端ベルトの少なくとも一方を加熱する加熱手段とを有し、記録媒体を挟持搬送しながら該記録媒体上の未定着トナー像を前記無端ベルトと加圧部材との間で加圧加熱する定着装置であって、
前記第２のローラがヒートパイプを有し、前記第１のローラよりも記録媒体が搬送される搬送方向の下流側に設けられていることを特徴とする定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は定着装置に関し、特に電子写真方式の画像形成装置に好適な定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の画像形成装置において、温度を上げることによって定着が行われるいわゆる定着装置がよく知られている。特に電子写真方式の画像形成装置では、トナーと呼ばれる粉末状の色材を静電的に記録媒体である用紙に付着させ、トナーの付着した用紙を加熱し加圧することでトナーを用紙に固着させるのが一般的である。なお用紙として、いわゆるＯＨＰ等に用いられる樹脂製の記録媒体等、紙以外の記録媒体も含む。
【０００３】
従来よく用いられてきた定着方法として、トナーを転写された用紙を、少なくとも一方を所定の温度に上げた２個のローラで挟持搬送することによって定着する方法（以下ローラ定着と呼ぶ）がある。
【０００４】
ローラ定着は、ローラの熱容量が大きく用紙のサイズや種類の違いによる影響を受けにくい安定な定着が可能な一方、ローラを所定の温度に上げるのに時間がかかり、起動の早さ（クイックスタート性）の点で劣り、起動後も常時ローラに電力を供給しておかないと即時の記録動作ができない等、省電力性に問題がある。
【０００５】
また充分な定着が行われるためには、用紙がローラによって加熱され加圧されている時間が所定量必要とされる。すなわち一定の搬送速度であれば、加熱され加圧されている搬送方向の幅（以下ニップ幅と呼び、またその領域をニップ領域という）が所定量以上であることが求められる。
【０００６】
２個のローラで用紙を挟持搬送する場合、ニップ幅を大きくするためには、ローラの少なくとも一方を剛性の小さい材料で形成してニップ領域で変形させることが必要であり、またローラ径の大きいことが求められる。用紙を加圧し搬送するという機能達成のためにはローラ材料選定上制約があり、またローラ径を大きくすることは前述の熱容量増大という点で不利を招き、ニップ幅を大きくすることには限界がある。
【０００７】
そこで、用紙を加熱し加圧する部材としてローラでなく無端ベルトを用い、熱源で加熱された無端ベルトを用紙に圧接して定着する方法（以下ベルト定着という）が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００８】
ベルト定着は、無端ベルトの熱容量をローラの熱容量に比べて小さくすることが容易であり、クイックスタート性と省電力性がローラ定着に比べて優れている。またベルトは形状に柔軟性があり、ニップ幅を大きくしやすい。
【０００９】
さらにクイックスタート性を向上させるため、ベルトを薄くして熱容量を小さくすると共に、ベルトを直接あるいは間接に加熱する手段として、ハロゲンランプによる照射や誘導加熱等も使われている。クイックスタート性が向上することは、待機時間に消費する電力を低減できるので、省電力性の向上につながる。
【００１０】
しかしながら、用紙に熱を直接供給する部材であるベルトの熱容量が小さいと、定着装置の有効幅より幅の小さい用紙を定着する場合に、定着装置の有効幅中に用紙が通る領域（以下、通紙部という）と記録媒体が通らない領域（以下、非通紙部という）ができるが、用紙に熱を供給するベルトの熱容量が小さいために、非通紙部の温度は通紙部に比べて温度が上昇しやすい。幅の狭い用紙が連続して送られてくると、非通紙部の温度上昇が大きくなり、このような状態が続いた後にそれまでより幅の広い用紙が送られてくると、非通紙部だった領域の温度が高いために正常な定着動作が行われなかったり、温度勾配のために用紙にシワが発生するという現象を起こしたりする。
【００１１】
このような現象を防止するために、ヒートパイプを有するローラを無端ベルトに接触させて無端ベルトと共に回転させることにより、定着装置の幅方向の温度を均一化する方法が提案されている。（例えば特許文献２参照）
【特許文献１】特開平８−１３７３０６号公報
【特許文献２】特開２００３−７４４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら特許文献２に開示された方法では、無端ベルトの温度勾配低減は達成されるものの、加圧部材の温度勾配低減は不充分であり、またニップ幅を大きくすることが困難であった。
【００１３】
本発明は、定着装置においてクイックスタート性と省電力性の両立を図るとともに、定着装置の幅方向の温度勾配低減を図り、通紙部と非通紙部の温度差を極力小さく維持することを可能とし、かつニップ幅も充分に大きくできる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】
【００１４】
上記目的は以下の構成によって達成される。
（請求項１）
無端ベルトと、
前記無端ベルトの内側に配置され、前記無端ベルトを張架する第１及び第２のローラと、前記第１及び第２のローラを前記無端ベルトを介して圧接し、前記無端ベルトとでニップ領域を形成する加圧部材と、
前記第１のローラ及び前記無端ベルトの少なくとも一方を加熱する加熱手段とを有し、記録媒体を挟持搬送しながら該記録媒体上の未定着トナー像を前記無端ベルトと加圧部材との間で加圧加熱する定着装置であって、
前記第２のローラがヒートパイプを有し、前記第１のローラよりも記録媒体が搬送される搬送方向の下流側に設けられていることを特徴とする定着装置。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、クイックスタート性と省電力性の両立を可能とした定着装置において、非通紙部の温度上昇を効果的に抑制できる。またニップ幅を充分大きくすることが可能になる。
【００１６】
すなわち、加圧部材に対向して第１及び第２のローラ部材を設けることで、加圧部材と前記２個のローラが当接する箇所の間の領域がニップ領域となり、しかも、加圧部材と当接する第２のローラがヒートパイプを有しているので、無端ベルト及び加圧部材が温度勾配を低減され、非通紙部の温度上昇が効果的に抑制される。
【００１７】
また、ヒートパイプを有し温度勾配低減作用を有する第２のローラがニップ領域の出口側（以下、ニップ出口側という）に位置するので、無端ベルトはそこで温度勾配低減作用を受けた後、回動して次にニップ領域の入口側（以下、ニップ入口側という）に到達するまでは、通紙部と非通紙部による温度勾配の影響を受けることが無く、無端ベルトは温度勾配が低減された状態で記録媒体の加圧と加熱動作を開始する。従って記録媒体が定着装置の温度ムラによってシワを生じるようなことが防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明に係る実施の形態の一例を、以下、図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、本発明に係る定着装置が適用された画像形成装置の構成を示す概略図である。
【００２０】
図１において、１は画像形成装置、１０は像形成体である感光体ドラム（以下、単にドラムという）である。ドラム１０は、例えば光学ガラスや透明アクリル樹脂等の透明部材によって形成される円筒状の基体の外周に、透明の導電層、ａ−Ｓｉ層あるいは有機感光層（ＯＰＣ）等の感光層（光導電層ともいう）を形成したものであり、導電層を接地した状態で矢印で示す時計方向に回転される。
【００２１】
１１は各色毎の帯電手段であるスコロトロン帯電器で、それぞれ所定の電位に保持された制御グリッドと、例えば、鋸歯状電極からなる放電電極１１ａとを有し、トナーと同極性のコロナ放電により、ドラム１０に対して一様な所定の電位を与える。
【００２２】
１２は各色毎の画像書込手段である露光光学系で、前記各色毎のスコロトロン帯電器１１に対してドラム１０の回転方向下流側に位置するように、当該ドラム１０の内部に配置される。それぞれの露光光学系１２は、ドラム軸と平行に主走査方向に配列された像露光光源の発光素子としてのＬＥＤ（発光ダイオード）を複数個アレイ状に並べた線状の露光素子１２ａと、結像素子としての光集束性光伝送体１２ｂと、不図示のレンズホルダとで構成される露光用ユニットであり、保持部材１２０に取付けてある。
【００２３】
前記保持部材１２０には各色毎の露光光学系１２の他に、転写同時露光器１２ｄ及び一様露光器１２ｅが取付けられ、一体となって前記ドラム１０の基体内部に収容されている。露光光学系１２は、不図示の画像読み取り装置によって読み取られ、メモリに記憶された各色毎の画像データに従って前記ドラム１０の感光層を裏面から像露光し、当該ドラム１０上に静電潜像を形成する。
【００２４】
露光素子１２ａとしては、ＬＥＤの他、ＦＬ（蛍光体発光）、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）、ＰＬ（プラズマ放電）等の複数の発光素子をアレイ状に並べたものを用いることも可能である。
【００２５】
前記露光素子の発光波長は、通常Ｙ、Ｍ、Ｃのトナーに対して透過性の高い７８０〜９００ｎｍの範囲のものが用いられるが、本実施形態においては裏面から像露光を行う方式であるため、カラートナーに対して透過性を充分に有しないこれより短い４００〜７８０ｎｍの波長でもよい。
【００２６】
１３は各色毎の現像手段である現像器であり、前記ドラム１０の回転方向と最近接点において順方向に回転する非磁性のステンレスあるいはアルミ材で形成された現像スリーブ１３１と、現像ケーシング１３８とを有し、現像ケーシング１３８の内部には、各々イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及び黒色（Ｋ）の一成分あるいは二成分現像剤を収容している。
【００２７】
それぞれの現像器１３は前記ドラム１０と所定の間隙をあけて非接触に保たれており、現像スリーブ１３１に対して直流電圧と交流電圧を重畳した現像バイアスを印加されることによって非接触の反転現像を行い、ドラム１０上に重ね合わせのトナー像を形成する。
【００２８】
スコロトロン帯電器１１、露光光学系１２及び現像器１３は、これらを１組として、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及び黒色（Ｋ）の各色の画像形成手段として４組設けられ、ドラム１０の回転方向に対して、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの順に配置してある。
【００２９】
１４は転写ベルトであり１４ａ及び１４ｂは転写ベルト１４を張架するローラである。１４ａが図示しない駆動源から動力を受け、前記転写ベルト１４を矢印方向に回転させるように構成してある。
【００３０】
１５は転写ベルト１４を挟んで前記ドラム１０と対向配置させた転写手段である転写器、１６は除電器、１７は転写工程終了後の前記ドラム１０を除電するためのＡＣ除電器、１８は除電後の前記ドラム表面を清掃するクリーニング装置で、クリーニングブレード１８０を有する。
【００３１】
２１は前記ドラム１０上に形成されるトナー像が転写される記録媒体であり、以下用紙ともいう。用紙２１はカセット２０に収納され、前述の画像形成動作に同期して、給紙ローラ２２、搬送ローラ２３−１及び搬送ローラ２３−２によって転写ベルト１４とドラム１０の間に搬送される。
【００３２】
用紙２１は転写ベルト１４とドラム１０の間を搬送される間、転写器１５の静電的作用によってドラム１０上のトナー像を転写され、除電器１６によって除電されてドラム１０から分離される。
【００３３】
ドラムから分離された用紙２１は、ＡＣ除電器４４及び分離爪４６の作用によって転写ベルト１４から分離され、本発明に係る定着装置３０に搬送される。定着装置３０でカラートナー像を定着された用紙２１は搬送ローラ２３−３、２３−４、２３−５により搬送され、機外に排出される。
【００３４】
次に、図２を用いて本発明に係る定着装置について説明する。図２は、図１の画像形成装置１の定着装置３０の概略構成を示す断面図であり、図１に示したものと同じ構成要素には同符号を付してある。なお、図２の説明において説明をたやすくするために、便宜上、紙面に垂直な方向を長手方向と記した。
【００３５】
図２において、定着装置３０は筐体４０の中に構成されている。３１は無端ベルト、３２は第１のローラである加熱ローラ、３３は第２のローラであるヒートパイプローラ、３４は加圧部材、３５は加熱手段であるハロゲンヒータ（ハロゲンランプ）である。
【００３６】
筐体４０は用紙２１の搬入及び搬出のために、それぞれ入り口４１及び出口４２を有する。入り口４１及び出口４２には、それぞれガイドローラ３６ａ、３６ｂ及びガイドローラ３７ａ、３７ｂが配設されている。３８、３９はガイド部材であり、用紙２１が搬送経路からはずれないように案内する役割を持つ。
【００３７】
加熱ローラ３２と加圧部材３４が当接する箇所Ａから、ヒートパイプローラ３３と加圧部材３４が当接する箇所Ｂまでの領域をニップ領域と呼び符号Ｎで示す。ニップ領域の無端ベルトに沿った用紙の搬送方向の幅をニップ幅と呼び、符号Ｌで示す。Ａがニップが開始されるニップ入口側となり、Ｂがニップが終了するニップ出口側となる。
【００３８】
加熱ローラ３２は当該ハロゲンヒータ３５の周囲を独立して回転しうるように構成されている。
【００３９】
ヒートパイプローラ３３は内部に１個以上のヒートパイプを有する。ヒートパイプの動作については、よく知られているので詳述しないが、ヒートパイプの長手方向で、高温になった部分で内部の作動液が蒸発し、低温部に移動して凝縮することによって、高い効率で熱を輸送する。従ってヒートパイプ自体は長手方向の温度勾配が小さい状態が保たれ、ヒートパイプに当接する部材に温度勾配があると、その温度勾配を低減する作用を持つ。従ってヒートパイプローラ３３は、当接する無端ベルト３１及び加圧部材３４の温度勾配を小さくする作用を有する。
【００４０】
加圧部材３４は、加熱ローラ３２及びヒートパイプローラ３３を無端ベルト３１を介して圧接し、無端ベルト３１とでニップ領域Ｌを形成する。加圧部材は、加熱ローラ３２やヒートパイプローラ３３と同様に、断面を円形として回転可能なローラ部材として構成されている。加圧部材３４をローラ部材とすることは、その表面がヒートパイプローラ３３からまんべんなく温度勾配低減作用を受ける上で好ましいが、無端ベルト３１及び用紙２１と摺動する構造としてもよい。
【００４１】
定着装置３０によって遂行される定着プロセスを説明する。
【００４２】
入り口側ガイドローラ３６ａ、３６ｂ及びガイド部材３８によって案内された用紙２１は加熱ローラ３２と加圧部材３３によって、無端ベルト３１と共に挟持搬送される。無端ベルト３１は、矢印ａで示す方向に回転する加熱ローラ３２と矢印ｂで示す方向に回転するヒートパイプローラ３３の２個のローラに張架されて、矢印ｃで示す方向に回動する。無端ベルト３１は温度勾配を持っていた場合、ヒートパイプローラ３３の周面と接する領域で温度勾配低減作用を受ける。
【００４３】
一方、用紙２１は無端ベルト３１と加圧部材３４の間を矢印ｃで示す方向に進み、その間無端ベルト３１と加圧部材３４によって押圧力を受け、また無端ベルト３１によって加熱される。この加圧と加熱によってトナーが用紙２１に固着されることにより定着動作が行われる。
【００４４】
ニップ出口側Ｂで用紙２１は無端ベルト３１と分離して、ガイド部材３９や出口側ガイドローラ３７ａ及び３７ｂによって案内されて定着装置３０から搬出される。
【００４５】
なお、用紙２１が無端ベルト３１から分離するためには、ヒートパイプローラ３３の外周面の曲率半径が小さいことが、分離するという点で望ましいが、ヒートパイプローラ３３の半径は小さくすることが容易であり、ニップ領域Ｌのニップ出口側Ｂで用紙２１を無端ベルト３１から分離しやすくできる。
【００４６】
無端ベルト３１から分離した用紙２１は、ガイド部材３９に案内されてガイドローラ３７ａ、３７ｂの間を通り出口４２から定着装置３０外に搬出される。
【００４７】
定着装置３０の有効定着幅より幅の狭い用紙が連続して送られてきた場合に、温度勾配が生じて、それがヒートパイプローラ２１によって低減される様子を、図３によって説明する。
【００４８】
図３は、図２の定着装置３０の内部を下方から見た図で、判りやすくするために定着装置３０内部の構成要素のうち、一部のみ図示してある。図２に示したものと同じ構成要素には同符号を付してある。
【００４９】
Ｗは定着装置３０の有効定着幅で、無端ベルト３１の幅よりやや狭く定められている。図示しない加圧部材が加熱ローラ３２とヒートパイプローラ３３とそれぞれＡ及びＢで示す線で無端ベルト３１を介して当接する。Ａ及びＢの間がニップ領域Ｎであり、Ａで示す線がニップ入口側、Ｂで示す線がニップ出口側となる。
【００５０】
有効定着幅Ｗより小さい幅Ｄの用紙２１が定着装置３０に送られて来ると、無端ベルト３１と共に矢印ｃで示す方向に搬送される。用紙２１が多数連続して搬送されると、ニップ領域Ｎにおいて用紙２１の幅Ｄの領域では用紙２１によって熱が奪われ温度上昇が抑制されるが、非通紙部である幅Ｅの領域では用紙２１が通らないため、幅Ｄの領域に比べて温度が上昇する。
【００５１】
このようにして無端ベルト３１に温度勾配が生じるが、無端ベルト３１が回動されてニップ出口側Ｂに達するとヒートパイプローラ３２と当接し、その周面と接している間、温度勾配低減作用を受ける。従って無端ベルト３１がさらに回動されて、再びニップ入口側Ａに達するときは、幅Ｄで示す領域と幅Ｅで示す領域の温度差が緩和されている。
【００５２】
以上説明してきたように、本実施の形態によれば、ニップ出口側Ｂに配置されたヒートパイプローラ３３が、それに当接する無端ベルト３１及び加圧部材３４の温度勾配を小さくする作用を有する。それにより、用紙２１の幅が定着装置３０の有効幅より小さい状態で定着を行う場合が連続して発生し、ニップ領域Ｌにおいて非通紙部の温度上昇が発生しても、ニップ出口側Ｂにおいて無端ベルト３１及び加圧部材３４の温度勾配が効率よく低減され、温度勾配を低減された無端ベルト３１は、次にニップ領域Ｌに達するまで、通紙によって生じる温度勾配の影響を受けない。
【００５３】
また、加圧部材３４が回転する構造なので、ヒートパイプローラ３３と当接して温度勾配を低減された加圧部材３４は、次にニップ領域Ｌに達するまで、用紙２１の挟持搬送によって生じる温度勾配の影響を受けない。
【００５４】
従って、ニップ入口側Ａにおいて、温度勾配が低減された状態で用紙２１を挟持するので、良好な定着動作が行われる。
【００５５】
なお、以上の説明において、加熱手段としてハロゲンヒータを例として述べたが、ハロゲンヒータに限らず、加熱ローラ及び無端ベルトの少なくとも一方を効率よく加熱することが可能な熱源であればよい。
【００５６】
また本発明の定着装置は、以上説明した、ＬＥＤ等のアレイを露光手段として用いた電子写真式カラープリンタに限らず、電子写真式の画像形成装置全般に適用できるものである。またさらに電子写真写真式画像記録装置に限らず、定着方式を用いる画像記録装置であれば、適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に係る定着装置を用いた画像形成装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明に係る定着装置の概略構成を示す断面図である。
【図３】本発明に係る定着装置の内部を、図２で下方から見た概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  画像形成部
２１  用紙
３０  定着装置
３１  無端ベルト
３２  加熱ローラ
３３  ヒートパイプローラ
３４  加圧部材
３５  加熱手段
Ａ  ニップ入口側
Ｂ  ニップ出口側
Ｎ  ニップ領域
Ｌ  ニップ幅
Ｗ  定着装置の有効定着幅
Ｄ  通紙部
Ｅ  非通紙部
【図１】
2006154608.tif 000003
【図２】
2006154608.tif 000004
【図３】
2006154608.tif 000005