(57)【要約】【課題】更なる省電力化を実現でき、且つニップ部を広く取れるとともに加熱部の温度低下に対する耐性にも優れた定着装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置１に備わる定着装置６０において、加熱ローラ７０の外周面を覆うように配設されたベルト部材９０は、ＩＨヒータ９５により外表面が誘導加熱されるとともに、ローラ加熱源７１で加熱された加熱ローラ７０の熱を伝導することが可能なように構成される。【選択図】図２
2011164267.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に加熱源を有する加熱ローラと当該加熱ローラの外周面に転接する加圧ローラとを含み、前記加熱ローラと前記加圧ローラとの転接部に形成されるニップ部に用紙を通紙して当該用紙上のトナー像を定着する定着装置であって、
前記加熱ローラの外周面を覆い、前記加熱ローラの熱を伝導可能なベルト部材と、
前記ベルト部材の外表面を誘導加熱する誘導加熱装置と、
を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１に記載の定着装置において、
前記ベルト部材は、前記加熱ローラの外周面との間に遊び間隔を置いて当該加熱ローラの外周面を覆うことを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１に記載の定着装置において、
前記ベルト部材は、前記加熱ローラの外周面全体に密着して当該加熱ローラの外周面を覆うことを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項１に記載の定着装置において、
前記ベルト部材は、前記加熱ローラを含む複数のローラに亘って巻回されることを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の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】
本発明は、用紙にトナー像を定着する定着装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタや複写機等の画像形成装置には、トナー像が転写された用紙が搬送されると、ローラやローラに巻回されたベルト部材により当該トナー像を加熱及び加圧して用紙に定着する定着処理を行う定着装置が備わる。そして、昨今の画像形成装置は更なる省電力化の実現が要求されており、当該定着装置自体の省電力化も不可避なものとなっている。加えて、商業印刷を主目的とする画像形成装置にあっては、紙種や斤量等に応じた幅広い用紙を印刷可能で、且つ、数百枚や数千枚規模の用紙を連続して印刷する必要があるため、単に省電力化を実現するだけではなく、ニップ部を広く取れることや、用紙の定着処理を連続して行う際の、当該用紙を加熱するための加熱部の温度低下に対する耐性も同時に要求される。
【０００３】
そこで、内部に低損失特性のヒータを有する加熱ローラと、加圧ローラと、加熱ローラを外部から加熱する加熱誘導手段と、加熱ローラに巻回されたベルト部材等を備え、加熱部としての加熱ローラ（又は当該加熱ローラに巻回されたベルト部材）の熱によりトナー像を用紙上に加熱溶着する熱ローラ定着方式を用いた定着装置が知られている（例えば、特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−７８６０３号公報
【０００５】
特許文献１に記載の定着装置によると、加熱ローラを低損失特性のヒータと加熱誘導手段の双方で加熱することが可能に構成されているため、定着装置の起動時において、加熱ローラが所定の定着温度に達するまでの時間が短縮して省電力化される。また、特許文献１に記載の定着装置では、低損失特性のヒータを用いて加熱ローラの温度維持を図ることができるので、加熱ローラの温度低下に対する耐性も期待できる。また、特許文献１に記載の定着装置では、加圧ローラと変形容易なベルト部材とによりニップ部が形成されるので、ニップ部を広く取ることが可能となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の定着装置では、一般にステンレス鋼等の比較的熱容量が高い材質からなる加熱ローラ自体をヒータ又は加熱誘導手段で加熱する必要があるため、上記所定の定着温度に達するまでの時間が十分に短縮されているとはいえず、省電力化の観点からは問題がある。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、更なる省電力化を実現でき、且つニップ部を広く取れるとともに加熱部の温度低下に対する耐性にも優れた定着装置及び画像形成装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、内部に加熱源を有する加熱ローラと当該加熱ローラの外周面に転接する加圧ローラとを含み、前記加熱ローラと前記加圧ローラとの転接部に形成されるニップ部に用紙を通紙して当該用紙上のトナー像を定着する定着装置であって、前記加熱ローラの外周面を覆い、前記加熱ローラの熱を伝導可能なベルト部材と、前記ベルト部材の外表面を誘導加熱する誘導加熱装置と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、画像形成装置において、請求項１〜４の何れか１項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
したがって、本発明は、更なる省電力化を実現でき、且つニップ部を広く取れるとともに加熱部の温度低下に対する耐性にも優れた定着装置及び画像形成装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概略構成図である。
【図２】図１の画像形成装置に備わる定着装置の概略構成図である。
【図３】本発明に係る画像形成装置のブロック図である。
【図４】図２の定着装置の変形例を示す概略構成図である。
【図５】図２の定着装置の変形例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る定着装置及び画像形成装置の実施の形態について、図１〜図３を参照して説明する。
【００１３】
本実施形態に係る画像形成装置１は、例えば、カラー複写機やプリンタ等として用いられ、図１に示すように、画像読み取り部３０と、給紙部４０と、画像形成部５０と、定着装置６０と、分離部２０と、を備えて構成される。
【００１４】
画像読み取り部３０は、画像の記録された原稿より当該画像の読み取りを行う。画像読み取り部３０は、ＡＤＦ（Ａｕｔｏ  Ｄｏｃｕｍｅｎｔ  Ｆｅｅｄｅｒ）３１と、スキャナ３２と、を備えて構成される。
ＡＤＦ３１は、原稿トレイＴ１を備える。そして、ＡＤＦ３１は、原稿トレイＴ１にセットされた原稿を自動的にスキャナ３２（プラテンガラス上）に搬送する。
スキャナ３２は、ＡＤＦ３１により搬送される原稿又はプラテンガラス上に載置される画像の記録された原稿を走査し、ＣＣＤによる光電変換や読込処理部による画像処理を介して、デジタルの画像データを取得する。
【００１５】
給紙部４０は、異なる紙種や斤量の用紙Ｐを各々給紙する給紙トレイ４１，４２を備える。また、画像形成装置１は、ユーザが手動で用紙Ｐを供給するための手差しトレイＴ２を備える。なお、給紙トレイは、１つ又は３つ以上設けられる構成としても勿論よい。
【００１６】
画像形成部５０は、レーザ式の画像形成部であり、用紙Ｐに画像データの画像形成を行う。画像形成部５０は、感光体ドラム５１と、クリーナ５２と、帯電部５３と、露光部５４と、現像器５５と、転写部５６と、を備えて構成される。画像形成部５０にて画像形成を行う際、用紙Ｐは給紙トレイ４１，４２又は手差しトレイＴ２から搬送路Ｒを介して感光体ドラム５１へ供給される。そして、画像形成部５０は、感光体ドラム５１を回転させて当該感光体ドラム５１の表面を帯電部５３で帯電し、露光部５４によるレーザ光の照射により印刷する画像データに対応する静電潜像を形成する。さらに、画像形成部５０は、トナーを含む現像剤を格納する現像器５５により静電潜像にトナーを付着してトナー像Ｔを形成する。そして、転写部５６により用紙Ｐにトナー像Ｔを転写すると、当該トナー像Ｔが転写された用紙Ｐを感光体ドラム５１から分離する。
【００１７】
定着装置６０は、トナー像Ｔが転写された用紙Ｐが搬送経路Ｒを介して画像形成部５０より搬送されると、熱溶着によりトナー像Ｔを用紙Ｐに定着させる定着処理を行う。定着装置６０は、図２に示すように、加熱ローラ７０と、加圧ローラ８０と、ベルト部材９０と、ＩＨヒータ９５と、を含んで構成される。
【００１８】
加熱ローラ７０は、非磁性ステンレス鋼で形成された中空円筒形状からなり、内部（中空部分）にローラ加熱源７１を備える。また、加熱ローラ７０は、断面視リング状に形成された当該加熱ローラ７０の芯金部分である芯金７２と、芯金７２を被覆する弾性層７３と、を含んで構成される。さらに、加熱ローラ７０は、後述の駆動モータ１３０が接続されており、当該駆動モータ１３０を介して軸回りに駆動回転する。
なお、加熱ローラ７０の材質は上記非磁性ステンレス鋼に限定されるものではなく、例えば、ＩＨヒータ９５の（周波数等の）設計次第では鉄製芯金などを用いて形成することが製造コスト上有効な場合もある。
【００１９】
ローラ加熱源７１は、ハロゲンヒータが用いられ、周囲に配設された芯金７２を加熱する。当該ハロゲンヒータは、入力された電力に対する熱損失がきわめて少ないという低損失特性を備えた高効率な熱源である。なお、ローラ加熱源７１は、必ずしもハロゲンヒータである必要は無く、芯金７２の内周面に当接するように面状発熱体を配設したものであってもよい。当該面状発熱体は、例えば、ポリエステルフィルムやポリイミドフィルムなどを絶縁材として用いた、薄くて柔軟なシート状の発熱体である。
弾性層７３は、芯金７２の外周面を覆うように配設されたシリコンゴムやスポンジ等である。当該弾性層７３を加熱ローラ７０に設けておくことにより、後述のＩＨヒータ９５より発生する磁束をベルト部材９０に集中させることができるので、ＩＨヒータ９５によるベルト部材９０の誘導加熱の効率を高めることができる。
【００２０】
加圧ローラ８０は、加熱ローラ７０の外周面に転接する位置に配設される。そして、加圧ローラ８０は、画像形成部５０よりトナー像Ｔが転写された用紙Ｐが搬送された際に、加熱ローラ７０との転接部に形成されるニップ部Nに用紙Ｐを通紙して、加熱ローラ７０とともに当該用紙Ｐを挟持する。さらに、加圧ローラ８０は、加熱ローラ７０の回転駆動時に当該加熱ローラ７０との圧接摩擦力によって従動回転し、加熱ローラ７０とともに上記搬送された用紙Ｐを加圧するとともに、当該用紙Ｐを下流側へ搬送する。
そして、加圧ローラ８０は、ＳＴＫＭ(機械構造用炭素鋼鋼管)材で形成された中空円筒形状からなり、内部（中空部分）にハロゲンヒータからなるヒータ８１を備える。また、加圧ローラ８０は、断面視リング状に形成された当該加熱ローラ８０の芯金部分である芯金８２と、芯金８２を被覆するシリコンゴムで形成された弾性層８３と、を含んで構成される。
なお、加圧ローラ８０は、加熱ローラ７０及びベルト部材９０による用紙Ｐに対する定着用の加熱量が十分なものであればヒータ８１を備えない構成としても勿論良い。
【００２１】
ベルト部材９０は、加熱ローラ７０の外周面を覆う、ベルト形状からなる変形容易な部材である。また、ベルト部材９０は、図２に示すように、一部の加熱ローラ７０の外周面に密接する箇所を除いて、加熱ローラ７０の外周面との間に遊び間隔を置いて加熱ローラ７０の外周面を覆うように配設されている。そのため、ベルト部材９０は、ニップ部Ｎでの変形が容易なものとなるため、ニップ部Ｎを広く取ることが可能となる。当該ベルト部材９０は、加熱ローラ７０の回転駆動に応じて加熱ローラ７０の外周面に密接する部分が回転することにより、加熱ローラ７０と同方向に回転する。
さらに、ベルト部材９０は、例えば、ＩＨヒータ９５による外表面の誘導加熱が可能なように磁性を帯びたＮｉ電鋳等が施され、熱容量が加熱ローラ７０の材質よりも小さな材質から形成される。加えて、ベルト部材９０は、加熱ローラ７０がローラ加熱源７１により加熱された場合に、当該加熱ローラ７０の熱を加熱ローラ７０の周面に密接する箇所から伝導可能である。そのため、画像形成部５０よりトナー像Ｔの転写された用紙Ｐが加熱ローラ７０と加圧ローラ８０とで挟持された状態で、ベルト部材９０がＩＨヒータ９５により加熱されることで又はベルト部材９０にローラ加熱源７１で加熱された加熱ローラ７０の熱が伝導されることで、トナー像Ｔを用紙Ｐに溶着することができる。
なお、ベルト部材９０は、温度に対する磁束調整が可能な整磁合金（鉄―ニッケル合金）により形成してもよい。
【００２２】
ＩＨヒータ９５は、ベルト部材９０の外表面の一部と対向するように配置された、断面視で円弧状の誘導加熱コイルにより構成される誘導加熱装置である。そして、ＩＨヒータ９５に電流が流れると、誘導加熱コイルより発生する磁束により磁性を帯びたベルト部材９０の外表面に渦電流が流れてベルト部材９０が発熱することで、ＩＨヒータ９５はベルト部材９０の外表面を誘導加熱する。
【００２３】
分離部２０は、定着装置６０によりトナーが定着された用紙Ｐを、搬送経路Ｒを介して排紙トレイＴ３に搬送して排紙させる。また、分離部２０は、用紙Ｐが両面プリントの場合、片面プリントされた用紙Ｐを反転経路に向けて送り出し、用紙Ｐの表裏を反転させて感光体ドラム５１へ再搬送し、反転後の表面に画像形成を行う。
【００２４】
次に、本実施形態に係る画像形成装置１の制御構造について、図３のブロック図を用いて説明する。
【００２５】
画像形成装置１の制御構造は、図３に示すように、全体制御部１００と、エンジン制御部１１０と、温度センサ１２０と、駆動モータ１３０と、ＩＨ駆動部１４０と、ローラ加熱源駆動部１５０と、を含んで構成される。
全体制御部１００は、制御プログラムに従って各種演算処理を行うとともに、画像形成装置１に備えられた各部の統括制御を行う。全体制御部１００は、コントロールパネル（図示省略）等から入力される操作信号に基づいて出力に関する指示情報等の各種制御情報を生成し、エンジン制御部１１０に出力する。
【００２６】
エンジン制御部１１０は、温度センサ１２０、駆動モータ１３０、ＩＨ駆動部１４０、ローラ加熱源駆動部１５０、等と接続され、用紙Ｐに対する画像形成動作に係る各部を制御し、全体制御部１００から入力される制御情報に従って出力処理を制御する。
温度センサ１２０は、ベルト部材９０の外表面近傍に配置され、ベルト部材９０の温度を検知して温度検知信号をエンジン制御部１１０に出力する。
駆動モータ１３０は、ステッピングモータ等からなり、加熱ローラ７０と接続され、加熱ローラ７０を軸回りに駆動回動させるモータである。
ＩＨ駆動部１４０は、ＩＨヒータ９５と接続され、ＩＨヒータ９５に電力を供給するためのＡＣ電源や回路等で構成される。ローラ加熱源駆動部１５０は、ローラ加熱源７１と接続され、ローラ加熱源７１に電力を供給するための電源や回路等で構成される。
【００２７】
次に、本実施形態に係る画像形成装置１による定着装置６０の動作態様について説明する。
【００２８】
定着装置６０を起動させる場合、全体制御部１００よりエンジン制御部１１０に定着装置６０の起動指示の信号が出力され、エンジン制御部１１０が、ＩＨ駆動部１４０を介してＩＨヒータ９５の駆動制御を行い、ベルト部材９０を誘導加熱する。そして、エンジン制御部１１０が、温度センサ１２０より出力される信号に基づいてベルト部材９０が定着温度まで達したと判断した時点をもって、定着装置６０の起動動作が完了する。
そして、一旦ベルト部材９０が定着温度まで達した後や指定されたジョブの印刷が終了した後の定着装置６０の待機状態等において、エンジン制御部１１０は、ローラ加熱源駆動部１５０を介してローラ加熱源７１の駆動制御を行い、加熱ローラ７０を加熱して当該加熱ローラ７０に蓄熱を行うことで、数百枚や数千枚規模の用紙Ｐを連続して印刷する際のベルト部材９０の温度低下に対する耐性を確保する。
また、定着処理において、画像形成部５０からトナー像Ｔが転写された用紙Ｐが搬送された場合、エンジン制御部１１０が駆動モータ１３０の回転制御を行い加熱ローラ７０が駆動回転すると、当該用紙Ｐはニップ部Ｎに送入される。そして、定着装置６０は、ベルト部材９０による加熱と、ベルト部材９０（加熱ローラ７０）及び加圧ローラ８０の押圧力と、によって用紙Ｐにトナー像Ｔを定着する。その後、回転する加熱ローラ７０によって当該ニップ部Ｎから送出された用紙Ｐは、分離部２０へ向けて搬送される。
【００２９】
以上により、本実施形態に係る定着装置６０及び画像形成装置１によると、加熱ローラ７０の外周面を覆うベルト部材９０は、ＩＨヒータ９５により外表面が誘導加熱されるように構成されている。そのため、加熱ローラ７０に比べて熱容量が小さな材質から形成されるベルト部材９０は、トナー像が転写された用紙ＰをＩＨヒータ９５により迅速に加熱することができる。つまり、定着装置６０の起動時に加熱部としてのベルト部材９０を定着温度まで加熱するための時間は、加熱ローラ７０自体をローラ加熱源７１やＩＨヒータ９５で加熱する場合に比べて短縮されるため、定着装置１の省電力化を実現できる。
さらに、ベルト部材９０を変形容易な部材で形成することでニップ部Ｎを広く取ることもできるため、紙種や斤量等に応じた幅広い用紙に対する定着処理を実現できる。また、当該ベルト部材９０は、ローラ加熱源７１で加熱された加熱ローラ７０の熱を伝導することが可能であるため、加熱ローラ７０を加熱して当該加熱ローラ７０に蓄熱を行うことで、数百枚や数千枚規模の用紙Ｐを連続して印刷する際の、ベルト部材９０の温度低下に対する耐性を確保できる。また、ＩＨヒータ９５は、誘導加熱コイルが配設された箇所に対応するベルト部材９０のみを局所的に誘導加熱するため、ベルト部材９０は軸方向にまばらな温度分布を形成する可能性があるが、上記のように加熱ローラ７０の熱を当該ベルト部材９０に伝導するように構成することで、ベルト部材９０を均等に加熱（均熱化）することができるので、より幅広い用紙Ｐに対する定着処理を実現できる。
したがって、定着装置６０及び画像形成装置１は、更なる省電力化を実現でき、且つニップ部を広く取れるとともに加熱部の温度低下に対する耐性にも優れた定着装置及び画像形成装置といえる。
【００３０】
また、定着装置６０及び画像形成装置１において、ベルト部材９０は、加熱ローラ７０の外周面との間に遊び間隔を置いて加熱ローラ７０の外周面を覆うように配設されている。そのため、ベルト部材９０は、ニップ部Ｎでの変形が容易なものとなるため、ニップ部Ｎを一層広く取ることが可能となる。
【００３１】
「変形例１」
本発明に係る画像形成装置１の変形例１について図４を用いて説明する。
本変形例に係る画像形成装置１（定着装置６０）は、図２に示す定着装置と同一の構成を有するが、図４に示すように、ベルト部材９０が加熱ローラ７０の外周面全体に密着して当該加熱ローラ７０の外周面を覆うように配設されている。
【００３２】
したがって、図２に示す加熱ローラ７０の外周面との間に遊び間隔を置いて加熱ローラ７０の外周面を覆うように配設されるベルト部材９０に比べて、図４に示すベルト部材９０は、ローラ加熱源７１で加熱された加熱ローラ７０の熱を一層確実に伝導することが可能である。
【００３３】
「変形例２」
本発明に係る画像形成装置１の変形例２について図５を用いて説明する。図２に示すベルト部材９０は加熱ローラ７０の周面全体を覆うように配設されていたのに対し、本変形例では、図５に示すように定着装置６０がテンションローラ１０ａを備え、ベルト部材９０が加熱ローラ７０とテンションローラ１０ａとの双方に巻回されている。
【００３４】
テンションローラ１０ａは、アルミ材などで形成された円筒形状をなし、加熱ローラ７０とともにベルト部材９０を巻回する。そして、テンションローラ１０ａは、軸回りに回転自在に設けられ、加熱ローラ７０の駆動回転に応じてベルト部材９０を介して従動回転する。また、テンションローラ１０ａは、例えば、スプリング等の付勢部材（図示省略）によって付勢されることで、ベルト部材９０の内表面側から外表面側へ向けて押圧力を加えるようにして当該ベルト部材９０ａに対する張力を発生させる。そのため、テンションローラ１０ａは、加熱ローラ７０とともにベルト部材９０を保持するとともに、ベルト部材９０が弛まないように当該ベルト部材９０に対して張力を付与することができる。
【００３５】
以上により、本変形例に係る定着装置６０及び画像形成装置１によると、ベルト部材９０は、加熱ローラ９０とテンションローラ１０ａとの双方に巻回される。そのため、定着装置６０及び画像形成装置１は、省電力化、ニップ部を広く取ること、加熱部の温度低下に対する耐性の確保、という効果が得られることは勿論のこと、テンションローラ１０ａがベルト部材９０に付与する張力により当該ベルト部材９０が弛まないようになるので、ベルト部材９０の熱をトナー像Ｔを定着させる用紙Ｐへ一層確実に伝達することができる。また、テンションローラ１０ａはアルミ材で形成されているため、加熱ローラ７０のローラ加熱源７１を介した加熱による均熱化の効果の促進が期待できる。
【００３６】
なお、以上の実施形態における記述は、本発明に係る好適な画像形成装置の一例であり、これに限定されるものではない。
また、以上の実施形態における画像形成装置を構成する各部の細部構成及び細部動作に関して本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
【００３７】
例えば、上記変形例において、ベルト部材９０は加熱ローラ７０とテンションローラ１０ａとの２つのローラに巻回されるように構成したが、更に複数のローラで巻回するように構成しても当然良い。
また、ベルト部材９０を複数のローラで巻回する場合、必ずしも加熱ローラ７０を加圧ローラ８０に対向して設ける必要は無い。つまり、加熱ローラ７０とともにベルト部材９０を巻回する他のローラ（定着ローラなど）を加圧ローラ８０に対向して設け、定着ローラ（の周面に巻回されたベルト部材９０）と加圧ローラ８０とでニップ部Ｎを形成するように構成してもよい。この場合、加熱ローラ７０を、ベルト部材９０の駆動回転方向に対して定着ローラよりも上流側（ベルト部材９０がニップ部Ｎを通過する手前側）に位置するように配設しておくと、ベルト部材９０の熱をトナー像Ｔを定着させる用紙Ｐへ好適に伝達することができる。ここで、当該定着ローラは、内部にハロゲンヒータを有するように構成しても当然よい。
【符号の説明】
【００３８】
１              画像形成装置
６０            定着装置
７０            加熱ローラ
７１            ローラ加熱源（加熱源、ヒータ、面状発熱体）
７２            芯金
７３            弾性層
８０            加圧ローラ
９０            ベルト部材
９５            ＩＨヒータ（誘導加熱装置）
１０ａ          テンションローラ
【図１】
2011164267.tif 000003
【図２】
2011164267.tif 000004
【図３】
2011164267.tif 000005
【図４】
2011164267.tif 000006
【図５】
2011164267.tif 000007