(57)【要約】【課題】ベルトテンション付与機構を不要として、定着装置の小型化・低コスト化、定着ベルトやアルミキャップ等の機能部材の低熱容量化によるウォームアップ時間短縮化が可能になり、ヒータの昇温しすぎを防止できる定着装置及びこれを用いた画像形成装置を提供する。【解決手段】加圧ローラ(２５)の反対側に位置して、定着ローラ(２２)と定着ベルト(２１)との間に定着ローラ(２２)から定着ベルト(２１)を離隔してガイドしかつ定着ローラ(２２)と定着ベルト(２１)との双方に接する、熱伝導性のあるガイド部材(２４)を設け、ガイド部材(２４)にヒータ(２３)を設けて、当該ヒータ(２３)の発生する熱が定着ベルト(２１)及び定着ローラ(２２)に伝導するようにし、伝導された熱によって定着ベルト(２１)及び加圧ローラ(２５)が挟んだ用紙の熱定着を可能にした。【選択図】図２
2015163911.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送される用紙を定着ローラによって加熱してトナーを用紙に定着させるための定着装置において、
定着ローラ及び加圧ローラは、それぞれ弾性材を外周に設けたものであって、前記定着ローラの外周に定着ベルトを位置させて、前記定着ローラによって前記定着ベルトを加圧ローラ側に押圧して、前記定着ベルト及び前記加圧ローラ間に用紙を挟みつけて加熱・定着する構造とし、
前記加圧ローラの反対側に位置して、前記定着ローラと前記定着ベルトの間に前記定着ローラから前記定着ベルトを離隔してガイドする熱伝導性のあるガイド部材を設け、
前記ガイド部材に発熱体を設けて、当該発熱体の発生する熱が前記定着ベルト及び前記定着ローラに伝導するようにし、
伝導された熱によって前記定着ベルト及び前記加圧ローラが挟んだ用紙の熱定着を可能にしたことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記ガイド部材が、用紙搬送直角方向を長手方向とする長尺状の金属材からなり、前記定着ベルトの内面に摺接する側が曲面形状であると共に、定着ローラ側に面する側の底部が平坦形状であって、当該底部に平坦な発熱体を設けたものであることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記ガイド部材の底部が前記定着ローラに接し、前記ガイド部材が前記定着ベルトを押圧する力を、前記定着ローラの弾性材の弾性力によって生じるものとしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
【請求項４】
搬送された用紙にトナー像を形成する画像形成手段と、
形成されたトナー像を用紙に加熱定着させる請求項１から３のいずれかに記載の定着装置と、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、複写機やプリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式により用紙に形成されたトナー像を加熱定着する定着装置及びこれを用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真法に基づいて画像を形成する電子写真方式の画像形成装置は、良好な画質品位を有する画像を容易に形成できることから、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置、複合機などに広く利用される。
【０００３】
電子写真方式の画像形成装置の定着工程を行う手段として、ベルト方式の定着方式が案出されている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１に記載のベルト方式の定着方式においては、テンションローラ、駆動ローラ、ヒータにフィルムの定着ベルトを巻きかけて、定着ベルトの裏面（用紙が当接する表面に対して裏側の面）にヒータを直接当接して、定着ベルトを介して用紙にヒータの熱を加えている。
【０００４】
上記特許文献１は、循環する定着ベルトのテンションをテンションローラにて調整しているが、テンション調整機構にヒータを設けた定着装置を開示している。
【０００５】
その種の定着装置において、図３に示すように、定着ベルトａを、定着ローラｂと、ベルトテンション付与機構ｃで支持されたアルミキャップｄとに循環させる構成を有したものがある。
【０００６】
図３に示すように、前記ベルトテンション付与機構ｃは、定着ベルトａに摺接するアルミキャップｄに対して、定着ローラｂから離す方向に力を加えることによって定着ベルトａの張力を調整する。このアルミキャップｄは、摺接面が円筒側面形状であって、ベルトテンション付与機構ｃ側が平坦形状を呈したかまぼこ状である。その平坦なベルトテンション付与機構ｃ側にフラットヒータ（セラミックヒータあるいはスチールヒータ）ｅを取り付けている。アルミキャップｄ及びフラットヒータｅによってヒータユニットｆが構成される。なお、符号「ｇ」は加圧ローラである。
【０００７】
上記のヒータユニットｆがベルトテンション付与機構ｃにより定着ベルトａ内面に当接して、定着ベルトａに張力を与えつつ加熱する構成となっている。
【０００８】
しかしながら、上記図３の定着装置では、ベルトテンション付与機構を必要とするため、定着装置が大型化（コストアップ）してしまう。
【０００９】
また、ベルトテンション付与機構により、定着ベルトの周長も長くなり（例えば直径５０ｍｍ）定着ベルトの熱容量が大きくなることから、ウォームアップ時間が長くなる。
【００１０】
また、アルミキャップの長手方向の強度を確保する必要があることから、アルミキャップの熱容量削減に限界があり、ウォームアップ時間短縮の制約となる。
【００１１】
また、アルミキャップの絶縁性を確保する必要があることから、フラットヒータ表面に絶縁用のガラス層（例えば５０μｍ）を設ける必要があり、これにより、アルミキャップへの熱伝導が阻害され、ヒータ温度が高くなる（３００℃以上に上昇）ヒータが昇温しすぎる虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平６−３４８１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、ベルトテンション付与機構を不要として、定着装置の小型化・低コスト化、定着ベルトやアルミキャップ等の機能部材の低熱容量化によるウォームアップ時間短縮化が可能になり、ヒータの昇温しすぎを防止できる定着装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、搬送される用紙を定着ローラによって加熱してトナーを用紙に定着させるための定着装置において、
定着ローラ及び加圧ローラは、それぞれ弾性材を外周に設けたものであって、前記定着ローラの外周に定着ベルトを位置させて、前記定着ローラによって前記定着ベルトを加圧ローラ側に押圧して、前記定着ベルト及び前記加圧ローラ間に用紙を挟みつけて加熱・定着する構造とし、
前記加圧ローラの反対側に位置して、前記定着ローラと前記定着ベルトの間に前記定着ローラから前記定着ベルトを離隔してガイドする熱伝導性のあるガイド部材を設け、
前記ガイド部材に発熱体を設けて、当該発熱体の発生する熱が前記定着ベルト及び前記定着ローラに伝導するようにし、
伝導された熱によって前記定着ベルト及び前記加圧ローラが挟んだ用紙の熱定着を可能にしたことを特徴とする定着装置である。
【００１５】
本発明においては、前記ガイド部材が、用紙搬送直角方向を長手方向とする長尺状の金属材からなり、前記定着ベルトの内面に摺接する側が曲面形状であると共に、定着ローラ側に面する側の底部が平坦形状であって、当該底部に平坦な発熱体を設けたものであることが好適である。
【００１６】
なお、発熱体は、セラミックヒータ、スチールヒータ、窒化アルミヒータ等のフラットヒータを用いることができる。
【００１７】
また、本発明においては、前記ガイド部材の底部が前記定着ローラに接し、前記ガイド部材が前記定着ベルトを押圧する力を、前記定着ローラの弾性材の弾性力によって生じるものとしたことが好適である。
【００１８】
本発明は、搬送された用紙にトナー像を形成する画像形成手段と、形成されたトナー像を用紙に加熱定着させる前記の定着装置と、を備えたことを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、定着ローラ及び加圧ローラは、それぞれ弾性材を外周に設けたものであって、前記定着ローラの外周に定着ベルトを位置させて、前記定着ローラによって前記定着ベルトを加圧ローラ側に押圧して、前記定着ベルト及び前記加圧ローラ間に用紙を挟みつけて加熱・定着する構造とし、前記加圧ローラの反対側に位置して、前記定着ローラと前記定着ベルトとの間に前記定着ローラから前記定着ベルトを離隔してガイドしかつ前記定着ローラと前記定着ベルトとの双方に接する、熱伝導性のあるガイド部材を設け、前記ガイド部材に発熱体を設けて、当該発熱体の発生する熱が前記定着ベルト及び前記定着ローラに伝導するようにし、伝導された熱によって前記定着ベルト及び前記加圧ローラが挟んだ用紙の熱定着を可能にしたので、前記定着ベルトを前記定着ローラの弾性力によって前記ガイド部材を介して張力を保つように加圧できる構造であることから、別途にベルトテンション付与機構を設けることが不要となる。
【００２０】
したがって、定着装置の小型化・低コスト化を図ることができる。
【００２１】
また、前記定着ローラと定着ベルトとの間に前記定着ローラから定着ベルトを離隔してガイドしかつ前記定着ローラと定着ベルトとの双方に接するガイド部材を設けて、定着ローラに接するガイド部材が定着ローラの支持力によって定着ベルトに所定の張力を加え得るため、ガイド部材を押圧支持して定着ベルトの張力を維持するベルトテンション付与機構を省ける。したがって、本発明構成では、その付与機構を設けたときに比較して定着ベルトの周長を短くできるので、小型化・低コストができる。
【００２２】
また、従来ではベルトテンション付与機構を設けた場合に、当該付与機構による支持を定着ベルト全体に均一に伝え得るようにガイド部材に長手方向（定着ローラの軸方向）全体わたる剛性が要求されるが、本発明構成では、アルミキャップ等のガイド部材も長手方向（軸方向）全体で定着ローラに支持されるため、前記付与機構を設けた場合に比較してガイド部材の強度を低減でき、ガイド部材を単純な構造で小型化できる。
【００２３】
よって、前記定着ベルト及びガイド部材のような機能部材を小型化して、低熱容量化ができるので、これらの機能部材の底熱容量化によって定着装置のウォームアップ時間短縮化が可能になる。
【００２４】
また、発熱体を設けたガイド部材が定着ベルト及び定着ローラの双方に接して熱伝導が良好になるため、発熱体の温度の異常な上昇を抑制できる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係る定着装置の設けられた乾式電子写真方式のカラー画像形成装置の内部構造を示す概略図である。
【図２】図１の定着装置を示す断面図である。
【図３】従来の定着装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００２７】
図１は、本発明に係る乾式電子写真方式のカラー画像形成装置１の内部構造を示しており、光学系ユニットＥ、４組の可視画像形成ユニットｐａ，ｐｂ，ｐｃ，ｐｄ、中間転写ベルト１１、二次転写ユニット１４、定着装置１５、内部給紙ユニット１６及び手差し給紙ユニット１７とを備えている。
【００２８】
可視画像形成ユニットｐａは、トナー像担持体となる感光体ドラム１０１ａの周囲に、帯電ユニット１０３ａ、現像ユニット１０２ａ、クリーニングユニット１０４ａが配置されている。一次転写ユニット１３ａは中間転写ベルト１１を介して配置している。他の３組の可視画像形成ユニットｐｂ，ｐｃ，ｐｄは可視画像形成ユニットｐａと同様の構成であり、各ユニットの現像ユニットにはイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂ）の各色トナーが収容されている。
【００２９】
光学系ユニットＥは光源４からのデータを４組の感光体ドラム１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄに届くように配置されている。中間転写ベルト１１はテンションローラ１１ａ，１１ｂによりたわむことなく配置され、テンションローラ１１ｂ側に廃トナーＢＯＸ１２、テンションローラ１１ａ側に二次転写ユニット１４が当接して配置されている。定着装置１５は二次転写ユニット１４の下流に配置されている。
【００３０】
画像形成の工程は以下のようになる。
【００３１】
感光体ドラム１０１ａ表面を帯電ユニット１０３ａで一様に帯電した後、光学系ユニットＥにより感光体ドラム１０１ａ表面を画像情報に応じてレーザー露光し静電潜像を形成する。帯電ユニット１０３ａとしては、感光体ドラム１０１ａ表面を一様に、またオゾンを極力発生させることなく帯電するために、帯電ローラ方式を採用している。その後現像ユニット１０２ａにより感光体ドラム１０１ａ上の静電潜像に対しトナー像を現像し、この顕像化されたトナー画像をトナーとは逆極性のバイアス電圧が印加された一次転写ユニット１３ａにより中間転写ベルト１１上に転写する。他の３組の可視画像形成ユニットｐｂ，ｐｃ，ｐｄも同様に動作し順次中間転写ベルト１１上に転写するようになっている。中間転写ベルト１１上のトナー画像は二次転写ユニット１４まで搬送され、別途、内部給紙ユニット１６の給紙ローラ１６ａまたは手差し給紙ユニット１７の給紙ローラ１７ａから給紙された記録紙に、トナーとは逆極性のバイアス電圧が印加されて転写される。記録紙上のトナー画像は定着装置１５に搬送され、発熱定着ベルトにより加熱されて記録紙上に融着し、外部へ排出される。
【００３２】
次に、実施形態に係る定着装置１５について図２を用いて説明する。なお、図２は用紙の横から見た断面図であり、定着ローラ２２、加圧ローラ２５等が横断した形状を示している。
【００３３】
図２に示すように、本実施形態における定着装置１５は、無端状の定着ベルト２１、定着ローラ２２、ヒータ（発熱体）２３、ガイド部材２４、加圧ローラ２５を備えている。定着ベルト２１は定着ローラ２２とガイド部材２４に巻き架けられている。ヒータ２３はガイド部材２４に設けられてヒータユニットが構成され、その構成の詳細は後述する。また、図示しないが、定着ベルト２１の温度を検知するためのサーミスタ等の温度検出素子が設けられている。
【００３４】
定着ローラ２２は略円筒形の形状とされ、略円筒形の中心から外周に向かって芯金及び弾性層が形成される２層構造である。芯金には、鉄、ステンレス鋼、アルミニウムまたは銅などの金属、あるいはそれらの合金などが用いられる。弾性層には、シリコーンゴムまたはフッ素ゴムなどの耐熱性を有するゴム材料が適している。本実施形態において、定着ローラ２２の直径は２８ｍｍ（２８φ）である。芯金には、例えばステンレス鋼が用いられ、弾性層には、厚さ５ｍｍのシリコンスポンジゴムが用いられてスポンジ層となっている。そのスポンジ層の表面は離型層としてＰＦＡチューブで覆われている。
【００３５】
定着ローラ２２をＰＦＡチューブで覆う理由は、定着ローラ２２表面とヒータ２３とが摺動することによる際の摩擦力を低減させるためである。
【００３６】
なお、定着ローラ２２の軸方向両側の支持軸は、図示しないメインフレームにベアリングを介して回転自在に支持されている。
【００３７】
定着ベルト２１は、基材層、弾性層、離型層からなる。本実施形態においては装着しない状態で、直径が３０ｍｍで、幅のある無端形状のベルトである。
【００３８】
前記基材層は、絶縁性のある耐熱樹脂（ポリイミド）を用いて中空円筒状に形成され、厚みが５０μｍ程度である。その基材層の上に、耐熱性を有するシリコーンゴムから形成された弾性層を１５０μｍの厚みで設けている。前記弾性層の上に設けた離型層として例えば厚み３０μｍのＰＦＡチューブを設けている。
【００３９】
加圧ローラ２５は、略円筒形の形状とされ、略円筒形の中心から外周に向かって芯金、弾性層および離型層が形成される３層構造である。芯金には、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム銅などの金属、あるいはそれらの合金などが用いられる。弾性層には、シリコーンゴムまたはフッ素ゴムなどの耐熱性を有するゴム材料が適している。離型層には、ＰＦＡ（テトラフルオロチレンアルキルビニルエーテルとの共重合体）またはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素樹脂が適している。本実施形態において、加圧ローラ２５の外径は３０ｍｍ（３０φ）で、その上の弾性層には、厚さ１ｍｍのシリコンソリッドゴムが用いられ、さらにその上の離型層には、厚さ５０μｍのＰＦＡチューブが用いられる。加圧ローラ２５は、定着ローラ２２に定着ベルト２１を介して定着ローラ２２に対向するように配置され、図示しないモータにより回転駆動される。図示しない加圧ローラ２５の両側の支持軸は、図示しない支持フレームにベアリングを介して回転自在に支持される。図示しない制御装置によりモータを回転制御すると加圧ローラ２５が回転する。また、支持フレームには所定の圧力（たとえば４００Ｎ）をかけることによって、加圧ローラ２５と定着ベルト２１がニップ部２６を形成する。本実施形態においては、ニップ部２６の用紙送り方向の幅Ｗは７．５ｍｍである。図２に示すように、用紙２７は矢印方向に送られてその表面のトナー２７ａが溶融して用紙２７に定着される。
【００４０】
ヒータユニット（ヒータ２３の設けられた前記ガイド部材２４）は、定着ローラ２２と定着ベルト２１との間に挟まれて配置し、定着ローラ２２の弾性力を用いて定着ベルト２１に押圧されている。
【００４１】
詳しくは、ヒータユニットは、前記定着ローラ２２に隣接して前記加圧ローラ２５の反対側に位置し、前記定着ローラ２２と定着ベルト２１との間に前記定着ローラ２２から定着ベルト２１を離隔してガイドする熱伝導性のある金属材（例えばアルミニウム製）からなるものである。
【００４２】
前記ガイド部材２４が、用紙搬送直角方向を長手方向とする長尺状の金属材からなり、定着ベルト２１の内面に摺接する側の摺接面部２４ａが曲面形状であると共に、定着ローラ２２側に面する側の底部２４ｂが平坦形状であり、断面が概略かまぼこ形状である。
【００４３】
底部２４ｂの溝に平坦なヒータ２３を嵌め込みで設けて、底部２４ｂ全体を平面的に形成し、定着ベルト２１を設けている。
【００４４】
また、前記ガイド部材２４の底部２４ｂに設けたヒータ２３としてはスチールヒータを用いる。
本実施形態では、絶縁性及び伝導性の面から幅１０ｍｍの窒化アルミヒータを用いている。このヒータを断面がかまぼこ状のガイド部材２４の底面に設けてヒータユニットを形成している。
【００４５】
前記ヒータユニットは定着ローラ２２と定着ベルト２１に挟まれて配置され、定着ローラ２２のスポンジの弾性力によって定着ベルトに押圧されている。
【００４６】
この状態のヒータユニットでは、前記ガイド部材２４の定着ローラ２２側に定着ローラ２２に接するようにヒータ２３を設けている。前記定着ローラ２２及び加圧ローラ２５を回転駆動することで、ヒータユニットを定着ベルト２１内面と定着ローラ２２表面に摺動させるので、該ヒータ２３の発生する熱が定着ベルト２１内面ばかりか定着ローラ２２表面も加熱する。伝導された熱によって定着ベルト２１及び加圧ローラ２５が挟んだ用紙の熱定着を可能にしている。
【００４７】
具体的には、ヒータ２３は、定着ベルト２１の裏面側（用紙と接触しない面側）に配置されており、通電することにより発熱して定着ベルト２１を熱する。定着ローラ２２の回転により循環する定着ベルト２１の熱せられた部分が移動し、定着ローラ２２と加圧ローラ２５に挟持された用紙を加熱定着する。
【００４８】
以上の構成により、定着装置１５を上記のように構成することで、ヒータユニットを定着ベルトに押圧するためのベルトテンション付与機構が不要となり、装置の小型化、低コスト化が図れる。
【００４９】
また、ガイド部材２４は、長手方向の強度を確保する必要が無くなることから、従来に比較して約４０％の熱容量の削減が可能となる。また、定着ベルトも従来の直径５０ｍｍから３０ｍｍに小型化が図れ、熱容量も４０％削減できる。
【００５０】
また、フラットヒータの熱は定着ベルトのみならず、定着ローラ２２表面に伝わるため、フラットヒータの温度上昇を抑制する効果も高い。
【００５１】
上記から実施形態の定着装置は、定着ベルト２１のベルトテンションを得るにあたって、定着ローラ２２の弾性力がベルトテンションの付勢力として生かせるように有効に活用できる構成になる。
【００５２】
（実施形態２）
上記ヒータ２３としてセラミック等からなるフラットヒータを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、複写機やプリンタ等の画像形成装置に利用できる。
【符号の説明】
【００５４】
１５  定着装置
２１  定着ベルト
２２  定着ローラ
２３  ヒータ
２４  ガイド部材
２５  加圧ローラ
２６  ニップ部
【図１】
2015163911.tif 000003
【図２】
2015163911.tif 000004
【図３】
2015163911.tif 000005