(57)【要約】【課題】立ち上がり時間が早く、使い勝手を向上させた高寿命な定着装置および画像形成装置を提供する。【解決手段】定着動作が待機中の場合には、カム５０を回転駆動することで、カム５０の短径のカム面５０ｂ２と加圧アーム５５の他端部５５ｃが当接し、バネ部材５４の引張力で、加圧ローラ３０は、定着ローラ２１から離間する。同時に、回転駆動される外部加熱ローラ５１と加圧ローラ３０の表面が当接して、外部加熱ローラ５１によって、加圧ローラ３０を回転させながら加圧ローラ３０の表面を加熱する。【選択図】図３
2008299288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱源により加熱される加熱回転体と、当該加熱回転体に所定の圧力で当接することによりニップ部を形成する加圧回転体と、を備え、当該ニップ部で記録媒体上の未定着画像を加熱、加圧して未定着画像を記録媒体上に定着させる定着装置において、
前記加熱回転体と接離自在に取り付けられた前記加圧回転体を、前記加熱回転体から離間した際にのみ接触して前記加圧回転体を加熱する加熱部材を備えたことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１記載の定着装置において、
前記加熱部材は、前記加熱回転体から離間した前記加圧回転体と接触した際に、前記加圧部材と接触、加熱しながら回転することを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の定着装置において、
前記加熱部材は、加熱ローラとテンションローラに張架された無端状のベルト部材であり、前記加熱回転体から離間した前記加圧回転体と接触した際に、前記ベルト部材が前記加圧回転体と接触、加熱しながら回転することを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項１記載の定着装置において、
前記加熱部材は、前記加熱回転体から離間した前記加圧回転体と接触した際に、前記加圧回転体と所定面積で接触して加熱する非回転部材であることを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項記載の定着装置において、
前記加熱回転体から離間した前記加圧回転体は、印刷開始信号に基づいて、前記加熱回転体と当接することを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項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。
【請求項７】
請求項６記載の画像形成装置において、
前記画像形成装置は、カラー画像形成装置である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、転写用紙、プラスチックシート等の記録媒体に未定着画像を定着する定着装置及び当該定着装置を備えた複写機、プリンタ、ファクシミリ、印刷機等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機やファクシミリ或いはプリンタ、さらには印刷機等の画像形成装置においては、転写用紙等のシート状の記録媒体上に転写されて担持されている未定着画像を加熱定着することにより複写物や記録物を得ることが一般的に行われている。そして、この定着に際しては、未定着画像を担持しているシート状記録媒体を挟持搬送しながら未定着画像を加熱することにより未定着画像中に含まれる現像剤、特にトナーを溶融軟化させて記録媒体内に浸透を行わせることにより記録媒体表面にトナーを定着することが行われる。この場合に、記録媒体上の未定着画像を加熱、加圧する定着ローラを所定の温度まで加熱する際に、所定温度までの加熱時間が十分に短ければ、スタンバイ状態における予熱工程を省いたとしてもユーザーの使い勝手に大きく影響せずに、予熱工程を省いたことによる大幅な省エネルギー効果が達成できる。
このような急速加熱を行うために、記録媒体上の未定着画像を加熱する定着ローラに加えて、未定着画像に加圧力を付勢する加圧ローラに加熱ローラを接触させて加圧ローラの表面を加熱して加圧ローラからも記録媒体を加熱することが提案されている（例えば特許文献１参照）。しかしながら、この方式では、加圧ローラは、定着動作時及び待機時と常時加熱ローラ及び定着ローラによって加熱、加圧されるため、弾性的な押圧力を付与する加圧ローラの弾性層が変形して良好な定着を行えなくなることがある。
このような加圧ローラの変形を抑制するために、加圧ローラを定着ローラより離すための加圧回転体接離機構を設けて、待機状態においては、加圧ローラを定着ローラより離間した状態で定着ローラを回転しながら定着ローラを加熱して定着ローラを所定温度に維持することが提案されている。（例えば、特許文献２参照）
【特許文献１】特開２００５−２５０２５２公報
【特許文献２】特開２００５−３２６５２４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献２記載のものでは、定着ローラと加圧ローラを離間することで、加圧ローラに付勢される圧力を低減しているが、加圧ローラは熱源を有さないため、待機中の予熱は定着ローラのみとなる。このため、印刷開始時に定着ローラに加圧ローラが接触すると、定着ローラの表面の温度が低下し、再び所定温度まで昇温するために時間がかかってしまう。
本発明は、上記実情を考慮してなされたものであり、立ち上がり時間が早く、使い勝手を向上させた高寿命な定着装置および画像形成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】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、加熱源により加熱される加熱回転体と、当該加熱回転体に所定の圧力で当接することによりニップ部を形成する加圧回転体と、を備え、当該ニップ部で記録媒体上の未定着画像を加熱、加圧して未定着画像を記録媒体上に定着させる定着装置において、前記加熱回転体と接離自在に取り付けられた前記加圧回転体を、前記加熱回転体から離間した際にのみ接触して前記加圧回転体を加熱する加熱部材を備えたことを特徴とする。
また、請求項２の発明は、請求項１記載の定着装置において、前記加熱部材は、前記加熱回転体から離間した前記加圧回転体と接触した際に、前記加圧部材と接触、加熱しながら回転することを特徴とする。
【０００５】
また、請求項３の発明は、請求項１又は２記載の定着装置において、前記加熱部材は、加熱ローラとテンションローラに張架された無端状のベルト部材であり、前記加熱回転体から離間した前記加圧回転体と接触した際に、前記ベルト部材が前記加圧回転体と接触、加熱しながら回転することを特徴とする。
また、請求項４の発明は、請求項１記載の定着装置において、前記加熱部材は、前記加熱回転体から離間した前記加圧回転体と接触した際に、前記加圧回転体と所定面積で接触して加熱する非回転部材であることを特徴とする。
また、請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れか１項記載の定着装置において、前記加熱回転体から離間した前記加圧回転体は、印刷開始信号に基づいて、前記加熱回転体と当接することを特徴とする。
また、請求項６の発明は、請求項１乃至５の何れか１項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としたものである。
また、請求項７の発明は、請求項６記載の画像形成装置において、前記画像形成装置は、カラー画像形成装置であることを特徴とする画像形成装置としたものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、加熱回転体と接離自在に取り付けられた加圧回転体を、前記加熱回転体から離間した際にのみ接触して前記加圧回転体を加熱する加熱部材を備えることによって立ち上がり時間が早く、使い勝手を向上させた高寿命な定着装置および画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明者らは、高速立ち上げ可能な定着装置を開発するに当り、種々検討した結果、高速立ち上げを行うには、定着ローラによる未定着画像の加熱だけでなく、加圧ローラ等の加圧回転体からの加熱を併用することが有効であり、この加圧回転体からの加熱方式としては、加圧回転体の表面に加熱部材を接触させて、加圧回転体の表面を加熱し、この熱によって未定着画像を有する記録媒体を加熱する方式が効果的であると判断した。即ち、このような加圧回転体の表面に加熱部材を接触させて、加圧回転体の表面を加熱する方式では、加圧回転体の表面部分のみを加熱するので、加圧回転体の表面と当接する未定着トナーを有する記録媒体に効果的に加圧回転体の表面から伝熱して当該記録媒体を早期に昇温させることが可能となる。
しかしながら、この方式の従来のものでは、特許文献１で示すように、加圧回転体は、常時、即ち、定着動作時及び待機時の両方において、定着ローラを加熱、押圧しているため、未定着トナーを有する記録媒体に弾性力を付与する定着ローラと加圧回転体の弾性層が劣化、変形しやすくなり、定着ローラや加圧回転体の寿命が短くなるという問題が生じた。
【０００８】
この問題を解消するために、前述の特許文献２に記載されているような、加圧回転体接離機構を取り付けることが考えられたが、加圧回転体接離機構を取り付けることによって、待機状態における定着ローラと加圧回転体の圧接は解除されるので、定着ローラと加圧回転体の弾性層の劣化、変形は抑制されるものの十分ではなかった。
本発明者らは、前述の特許文献１記載のものに、前述の特許文献２記載の加圧回転体接離機構を取り付けて検討したが、待機時に、加圧回転体と定着ローラとの圧接は解除されたとしても、加圧回転体は、常時、加熱部材と接触して加熱されるため、この加熱によって、加圧回転体の弾性層の劣化、変形は、十分に抑制されない。そのため、更なる検討を進めた結果、高速立ち上げには、未定着トナーを有する記録媒体の定着を行う初期の段階での加圧回転体からの加熱が重要であることを知り、待機状態から定着動作が開始された時のみに加圧回転体から未定着トナーを有する記録媒体を加熱すれば十分であることを究明した。
この究明に基づき検討した結果、定着ローラ等の加熱回転体と接離自在に取り付けられた加圧回転体を、前記加熱回転体から離間した際にのみ接触して前記加圧回転体を加熱する加熱部材を備えることによって、早期立ち上げが可能となるだけでなく、加圧回転体の加熱時間を短縮させて加圧回転体への熱による影響を可及的に抑制して加圧回転体の寿命を延ばすことが可能となった。
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明による一実施形態の画像形成装置の概略構成を示す図である。図１において、符号１は、画像形成装置としてのレーザープリンタの装置本体、３は画像情報に基づいた露光光Ｌをドラム状の感光体１８上に照射する露光部、４は装置本体１に着脱自在に設置される作像部としてのプロセスカートリッジ、７は感光体１８上に形成された未定着画像であるトナー像を記録媒体としての用紙Ｐに転写する転写部である。１０は出力画像が載置される排紙トレイ、１１、１２は転写紙等の用紙Ｐが収納された給紙部、１３は用紙Ｐを転写部７に搬送するレジストローラ、１５は主として給紙部１１、１２の用紙Ｐとは異なるサイズの用紙Ｐを搬送する際に用いる手差し給紙部、２０は用紙Ｐ上の未定着トナー像を定着する定着装置を示す。
図１を参照して画像形成装置における、通常の画像形成時の動作について説明する。まず、露光部３（書込部）から、画像情報に基づいたレーザ光等の露光光Ｌが、プロセスカートリッジ４の感光体１８上に向けて発せられる。感光体１８は、図中の反時計方向に回転しており、所定の作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程）を経て、感光体１８上に画像情報に対応したトナー像が形成される。その後、感光体１８上に形成されたトナー像は、転写部７で、レジストローラ１３により搬送された用紙Ｐ上に転写される。
一方、転写部７に搬送される用紙Ｐは、次のように動作する。まず、画像形成装置本体１の複数の給紙部１１、１２のうち、１つの給紙部が自動又は手動で選択される（例えば、最上段の給紙部１１が選択されたものとする）。なお、複数の給紙部１１、１２には、それぞれ、異なるサイズの用紙Ｐや、搬送方向の異なる同一サイズの用紙Ｐが収納されている。そして、給紙部１１に収納された用紙Ｐの最上方の１枚が、搬送経路Ｋの位置に向けて搬送される。その後、用紙Ｐは、搬送経路Ｋを通過してレジストローラ１３の位置に達する。そして、レジストローラ１３の位置に達した用紙Ｐは、感光体１８上に形成されたトナー像と位置合わせをするためにタイミングを合わせて、転写部７に向けて搬送される。
【００１０】
そして、転写工程後の用紙Ｐは、転写部７の位置を通過した後に、搬送経路を経て定着装置２０に達する。定着装置２０に達した用紙Ｐは、後述するように、定着ベルト２２を介して定着ローラ２１と加圧ローラ３０との間に送入されて、定着ベルト２２及び加圧ローラ３０とから受ける熱と定着ローラ２１と加圧ローラ３０から受ける圧力とによって未定着トナー像が定着される。トナー像が定着された用紙Ｐは、定着ローラ２１と加圧ローラ３０との間から送出された後に、出力画像として画像形成装置本体１から排出されて、排紙トレイ１０上に載置される。こうして、一連の画像形成プロセスが完了する。
本実施形態による画像形成装置１は単色印刷用を例示しているが、プロセスカートリッジ４として、黒、シアン、マゼンタ、イエローの４色のトナーを含有する現像装置をそれぞれ備えた４個のプロセスカートリッジを搬送経路Ｋに沿って並設し、レジストローラ１３で用紙Ｐの搬送タイミングを調整しながら、用紙Ｐ上に、黒、シアン、マゼンタ、イエローの未定着トナー像を形成し、その後、定着装置２０で用紙Ｐ上に形成されたフルカラーの未定着トナー像を定着することによって、フルカラーの印刷が可能となる。
【００１１】
次に、図２及び図３に基づいて、画像形成装置本体１に設置される一実施形態（第１の実施形態）の定着装置２０の構成及び動作について詳述する。図２に示すように、本実施形態の定着装置２０は、主として、定着ローラ２１、定着ベルト２２、加熱ローラ２３（加熱部材）、誘導加熱部２４、加圧ローラ３０、サーモスタット３７、ガイド板３５、分離板３６等で構成される。本実施形態の定着装置２０は、電磁誘導加熱を用いた加熱ローラ２３及び誘導加熱部２４を備えており、１０〜３０秒程度で定着可能温度に達する短時間昇温が可能であり、しかも１分当たりの通紙枚数が３０〜５５枚の印刷を可能にした構成になっている。
定着ローラ２１は、外径が３０〜５０ｍｍで、アルミニウムやステンレス鋼（ＳＵＳ）、または鉄製の芯金２１ａの表面に発泡シリコンゴム等の断熱性の高い弾性層２１ｂが２〜１５ｍｍの厚みで形成されている。定着ローラ２１は、不図示の駆動部によって図２の反時計方向に回転駆動される。弾性層２１ｂに発泡シリコンゴムを用いることで、熱伝導率を小さくし、定着ベルト２２からの熱の移動を防いで見かけ上の熱容量を小さくすることが可能である。
【００１２】
加熱ローラ２３は、外径が１５〜２５ｍｍで、ＳＵＳ３０４（ステンレス鋼）等の非磁性材料からなる３００〜１０００μｍ厚の円筒体であって、図の反時計方向に回転する。加熱ローラ２３の内部には、フェライト等の強磁性材料からなる内部コア２３ａ（コア部）が設置され、さらに定着ベルト２２と内部コア２３ａとの間に、ステンレス鋼の表面に銅メッキ層が形成された発熱層２３ｂが配設されている。この発熱層２３ｂは、後述するように、交番磁界を受けて渦電流が発生し、この渦電流によってジュール熱が発生してその上に張架された定着ベルト２２を加熱するようになっている。なお、この発熱層２３ａは、ステンレス鋼の表面に銅メッキ層が形成されたものに限らず、鉄、コバルト、ニッケル、又はこれらの合金等の磁性金属材料、ポリイミド樹脂等に銅、アルミニウム等の良導体のメッキ層を形成したものであっても良い。コア部としての内部コア２３ａは、定着ベルト２２を介して誘導加熱部２４のコイル部２５に対向している。強度を確保した上で加熱ローラ２３の厚みを薄くすることで、熱容量が小さくでき、短時間で所望の温度に昇温できる。
定着ベルト２２は、外径が５０〜８０ｍｍの無端状ベルトであり、加熱ローラ２３と定着ローラ２１とに張架、支持されている。定着ベルト２２は、５０〜２００μｍ厚のポリイミド樹脂等からなるベース層に７０〜３００μｍのシリコンゴム等の弾性層が設けられ、さらに表層には５〜５０μｍの厚さでフッ素化合物等からなる離型層（表面層）が設けられ、多層構造のエンドレスベルトになっている。定着ベルト２２の離型層によって、トナー像Ｔに対する離型性が担保されている。
【００１３】
誘導加熱部２４は、コイル部２５、コア２６、サイドコア２７、センターコア２８からなるコア部、コイルガイド２９等で構成される。ここで、コイル部２５は、加熱ローラ２３に巻装された定着ベルト２２の一部を覆うように、細線を束ねたリッツ線を幅方向（図２の紙面垂直方向である。）に延設したものである。コイルガイド２９は、耐熱性の高い樹脂材料等からなり、コイル部２５、コア２６、サイドコア２７、センターコア２８のコア部を保持する。サイドコア２７、センターコア２８等のコア部２６は、いずれも、フェライト等の透磁性の高い材料からなる。コア部２６は、幅方向に延設されたコイル部２５に対向するように設置されている。サイドコア２７は、コイル部２５の端部に設置されている。センターコア２８は、コイル部２５の中央に設置され、センターコア２８を中心にリッツ線が巻回されてコイル部２５が形成されている。なお、定着装置２０の「コア部」とは、電磁誘導加熱に寄与する対向する双方のコア部をいう。従って、定着装置２０のコア部は、誘導加熱部２４のコア２６、サイドコア２７、センターコア２８と、加熱ローラ２３に内設された内部コア２３ａとである。加熱ローラ２３内に内部コア２３ａを設置することで、コア２６と内部コア２３ａとの間に良好な磁界が形成されて、加熱ローラ２３及び定着ベルト２２を効率よく加熱することができる。
加圧ローラ３０は、直径３０〜５０ｍｍで、ＦｅやＡｌ、ＳＵＳ（ステンレス鋼）等の芯金３０ａ上に１〜１０ｍｍのフッ素ゴムやシリコンゴム等の弾性層３０ｂを形成しており、さらに最外層には５〜５０μｍの厚さでフッ素化合物等からなる離型層３０ｃで構成される。加圧ローラ３０は、定着ベルト２２を介して定着ローラ２１に圧接してニップ部Ｎを形成し、ニップ部Ｎに用紙Ｐが搬送される。
【００１４】
定着ベルト２２と加圧ローラ３０との当接部（ニップ部Ｎ）の入口側には、用紙Ｐの搬送を案内するガイド板３５が配設されている。定着ベルト２２と加圧ローラ３０との当接部（ニップ部Ｎ）の出口側には、用紙Ｐの搬送を案内するとともに用紙Ｐが定着ベルト２２から分離する分離板３６が配設されている。
加熱ローラ２３の外周面の一部には、サーモスタット３７が当接されている。サーモスタット３７で検知した加熱ローラ２３の温度が所定の温度を超えた場合には、サーモスタット３７によって誘導加熱部２４への通電が切断され、誘導加熱部２４による定着ベルト２２の加熱を停止する。また、図示は省略するが、定着ベルト２２上には温度検知手段としてのサーミスタ３８が設置されていて、定着ベルト２２上の表面温度（定着温度）を直接的に検知して定着温度の制御をおこなっている。なお、温度検知手段としては、非接触で定着ベルト２２の温度を検知するサーモパイルを用いることもできる。このように構成された定着装置２０は、次のように動作する。
【００１５】
定着ローラ２１の回転駆動によって、定着ベルト２２は図２中の矢印方向に周回するとともに、加熱ローラ２３の円筒体も反時計方向に回転して、加圧ローラ３０も矢印方向に回転する。定着ベルト２２は、通電された誘導加熱部２４によって加熱される。詳しくは、コイル部２５に高周波の交番電流を流すことで、コア２６と内部コア２３ａとの間に磁力線が双方向に交互に切り替わるように形成される。このとき、加熱ローラ２３の発熱層２３ｂの表面に渦電流が生じて、発熱層２３ｂの電気抵抗によってジュール熱が発生する。このジュール熱によって、加熱ローラ２３に巻装された定着ベルト２２が加熱され、定着サーミスタ３８により、所定の温度に制御される。
その後、誘導加熱部２４によって発熱した定着ベルト２２は、加圧ローラ３０と当接するニップ部Ｎに達する。そして、搬送される用紙Ｐ上のトナー像Ｔを加熱して溶融させる。詳しくは、先に説明した作像プロセスを経てトナー像Ｔを担持した用紙Ｐが、ガイド板３５に案内されながら定着ベルト２２と加圧ローラ３０との間に送入される（矢印Ｙ１０の搬送方向の移動である。）。そして、定着ベルト２２から受ける熱と加圧ローラ３０から受ける圧力とによってトナー像Ｔが用紙Ｐに定着されて、用紙Ｐは定着ベルト２２と加圧ローラ３０との間から送出される。
【００１６】
また、加圧ローラ３０は、図２に示すように、加圧ローラ３０を定着ローラ２１から接離する機構を備えている。この接離機構は、一端部５５ａが支軸５２に回転自在に支持され、中央部５５ｂで加圧ローラ３０の芯金３０ａ（回転軸）に当接し、不図示のモータにより回転駆動される回転軸５０ａに取り付けられたカム５０のカム面５０ｂと当接する他端部５５ｃを有する加圧アーム５５と、加圧ローラ３０を定着ローラ２１から離間する方向に引張しているバネ部材５４を備えている。従って、図２に示すように、未定着トナー像Ｔを有する用紙Ｐを定着ベルト２２、定着ローラ２１及び加圧ローラ３０で、加熱、加圧する際（定着動作時）に、カム５０を回転して長径のカム面５０ｂ１と加圧アーム５５の他端５５ｃを当接させた場合には、バネ部材５４の引張力に抗して加圧ローラ３０を定着ローラ２１に対して所定の押圧力で押圧することになる。
一方、未定着トナー像Ｔを有する用紙Ｐが搬送されず、定着動作が待機中の場合には、図３に示すように、カム５０を回転駆動することで、カム５０の短径のカム面５０ｂ２と加圧アーム５５の他端部５５ｃが当接し、それに伴って、加圧ローラ３０を引張しているバネ部材５４の引張力で、加圧ローラ３０は定着ローラ２１から離間する。同時に、ハロゲンヒータ等の加熱源５３を内蔵し、不図示のモータ等によって回転駆動される外部加熱ローラ５１と加圧ローラ３０の表面が当接して、外部加熱ローラ５１によって加圧ローラ３０を回転させながら加圧ローラ３０の表面を加熱する。その結果、加圧ローラ３０は、待機状態においては、外部加熱ローラ５１によって、その表面が加熱され、定着動作が開始されて、図２に示すように、加圧ローラ３０を定着ローラ２１に対して押圧する場合には、表面が加熱された加圧ローラ３０が未定着トナー像Ｔを有する用紙Ｐの裏面を加熱し、未定着トナー像を良好に用紙Ｐ上に定着することが可能となる。
【００１７】
この定着動作時には、図２に示すように、加圧ローラ３０は、カム５０を回転させることによって、加圧ローラ３０の芯金３０ａと当接する加圧アーム５５を移動させて、外部加熱ローラ５１との当接が解除され、外部加熱ローラ５１からの加熱が停止される。その結果、加圧ローラ３０は、外部加熱ローラ５１との当接によって加熱された熱を保持した状態で定着ベルト２２及び定着ローラ２１を押圧するので、加圧ローラ３０による定着ベルト２２及び定着ローラ２１からの吸熱作用が抑制されると共に、用紙Ｐの裏面と当接して用紙Ｐを加熱することになる。このように、加圧ローラ３０は、定着動作開始時には、外部加熱ローラ５１との当接が解除されても加圧ローラ３０自体が外部加熱ローラ５１による熱を保持するので、定着ベルト２２と定着ローラ２１との圧接に際しても、定着ベルト２２と加圧ローラ２１からの吸熱による定着ベルト２２の温度低下を抑制して良好な定着を行うことが可能となる。因みに、本実施形態においては、外部加熱ローラ５１は、外径が１５〜２５ｍｍ、肉厚０．５〜２ｍｍ、ＦｅやＡｌ、ＳＵＳ等の金属で構成され、内部にハロゲンヒータ等の加熱源５３が設けられている。また、加圧ローラ３０が離間した状態においては、不図示の加圧サーミスタと接触して加圧ローラ５１の表面温度を検知し、所定の温度となるように、外部加熱ローラ５１の加熱温度が制御されるようになっている。
【００１８】
上記のようにして用紙Ｐ上にトナー像を定着して印刷が終了し、待機状態になると、不図示の画像形成装置のコントローラにより、加圧ローラ３０を定着ローラ２１から離間させる離間信号が送られ、加圧ローラ３０が定着ローラ２１から離間する。加圧ローラ３０は、前述したように、離間した位置で外部加熱ローラ５１および不図示の加圧サーミスタと接触し、所定の速度で回転を行う。外部加熱ローラ５１の内部の加熱源５３を駆動して、不図示の加圧サーミスタの温度に基づいて接触した加圧ローラ３０表面を所定の温度になるように加熱制御される。
同様に、前記待機状態においては、定着ローラ２１を回転しながら、誘導加熱部２４を駆動することで定着ベルト２２を所定の温度に加熱するかもしくは、定着ベルト２２の熱容量が非常に小さく、昇温時間が十分短いため、加熱および回転駆動を行わず、加圧ローラ３０のみによる加熱を行っても良い。
不図示の画像形成装置のコントローラから印刷準備信号が入力されると、定着装置２０は待機状態から復帰し、加圧ローラ３０が定着ローラ２１に接触するように加圧アーム５５が移動する。この際、加圧ローラ３０の表面温度は定着に必要な温度に維持されているため、定着ベルト２２の温度を低下させることなく、ほぼ定着の昇温待ち無しで印刷を可能にする。
【００１９】
以上のように、本実施形態による定着装置においては、定着ローラ２１と接離自在に取り付けられた加圧ローラ３０を、前記定着ローラ２１から離間した際にのみ接触して前記加圧ローラ３０を加熱する外部加熱ローラ５１を備えることによって、早期立ち上げが可能となるだけでなく、加圧ローラ３０の加熱時間を短縮させて加圧ローラ３０への熱による影響を可及的に抑制して加圧ローラの寿命を延ばすことが可能となった。
なお、本実施形態においては、定着時の未定着トナー像を加熱する加熱回転体として、加熱ローラ２３、定着ベルト２２及び定着ローラ２１を使用し、電磁誘導方式によって加熱ローラ２３を加熱する方式を採用したが、加熱ローラ２３や定着ベルトを使用せず、定着ローラ２１自体を電磁誘導方式で直接加熱するものや電磁誘導方式でなく、ハロゲンヒータ等の他の加熱方式のものも利用可能である。しかしながら、加熱ローラ２３、定着ベルト２２及び定着ローラ２１を使用し、電磁誘導方式によって加熱ローラ２３を加熱する方式の場合には、高速での立ち上げが可能となるので好適である。
また、本実施形態においては、加圧回転体として加圧ローラ３０を例示したが、複数のローラ間に無端状のベルトを張架し、当該ベルトを回転させながら定着ローラを押圧するものであっても良い。
【００２０】
次に、本発明に係る定着装置の第２の実施形態について、図４及び図５に基づいて説明する。図４は、定着動作開始時、図５が待機時の状態を示している。
本実施形態による定着装置は、前述の第１の実施形態のものとほぼ同様の構成であるが、加圧ローラ３０を加熱する加熱部材として、回転しない非回転部材である加圧ローラ３０の離間位置に円弧形状のシリコンラバーヒータ５６が設けられ、定着ローラ２１から離間した状態でのみ加圧ローラ３０がシリコンラバーヒータ５６と接触するようになっている点が相違する。即ち、図４に示すように、定着動作開始時には加圧ローラ３０は定着ベルト２２と定着ローラ２１を押圧するものの、後述する待機時におけるシリコンラバーヒータ５６から受けた熱を保持して定着ベルト２２と定着ローラ２１から吸熱してこれらの温度を低下させることが抑制される。また、図５に示すように、待機時は、加圧ローラ３０は、シリコンラバーヒータ５６と当接して加熱される。シリコンラバーヒータ５６は、加圧ローラ３０が所定の温度になるように、不図示の加圧サーミスタを使用して制御される。
この場合、加圧ローラ３０の周方向の温度ムラを防止するために、所定の時間ごとに３０〜１８０度の角度で間欠的に加圧ローラ３０を回転させることが好ましい。また、加圧ローラ３０を回転させる際に、カム５０を回転させて加圧アーム５５を前記待機位置と定着動作位置の中間位置まで移動させ、シリコンラバーヒータ５６と加圧ローラ３０を一時的に離間さて非接触状態にしてから回転させることで、加圧ローラ３０とシリコンラバーヒータ５６との摺擦による磨耗を防ぐことができる。この実施形態による加圧ローラの加熱方式は、前述の第１の実施形態のものに比べ、加圧ローラ３０とシリコンラバーヒータ５６との接触面積を大きくできるため、加熱効率が良くなる利点を有する。
【００２１】
次に本発明による第３の実施形態について、図６及び図７に基づいて説明する。図６は、定着動作開始時、図７が待機時の状態を示している。
本実施形態による定着装置は、前述の第１の実施形態のものとほぼ同様の構成であるが、加圧ローラ３０を加熱する加熱部材として、外部加熱ローラ６０およびテンションローラ６１に張架された外部加熱ベルト５７を備えた加熱部材を使用する点が相違する。外部加熱ベルト５７は、ポリイミドやポリアミド等の耐熱性の樹脂で構成され、厚みが７０〜２００μｍのエンドレス状になっている。また、外部加熱ローラ６０は、外径が１０〜２０ｍｍで、肉厚０．５〜２ｍｍ、ＦｅやＡｌ、ＳＵＳ等の金属で構成され、内部にハロゲンヒータ５３を備えている。テンションローラ６１は、外形が３〜１０ｍｍで、ＦｅやＡｌ、ＳＵＳ等の金属性の芯金に芯金への熱移動を防止するため、フェルトまたはシリコンゴム層が１〜３ｍｍ設けてある。また、加圧ローラ３０と接触する際に、加圧ローラ３０の表面に沿うようにテンションローラ６１が移動し、不図示のバネにより所定の張力で外部加熱ベルト５７が加圧ローラ３０に接触するようになっている。
【００２２】
待機状態になると、前述のように、カム５０を回転させてカム面５０ｂ２を加圧アーム５５に当接させて加圧ローラ３０を定着ローラ２１から離間し、離間した位置で外部加熱ベルト５７及び不図示の加圧サーミスタと接触させる。加圧ローラ３０は、加熱ローラ６０の回転による加熱ベルト５７の移送に伴って所定の速度で回転を行う。加熱ローラ６０内部のハロゲンヒータ５３を駆動して、加熱ベルト５７を加熱し、不図示の加圧サーミスタの加熱ベルト５７からの検出温度に基づき、加熱ベルト５７に接触した加圧ローラ３０表面を所定の温度になるように加熱制御される。第１の実施形態の場合に比べ、離間時に接触する際の加圧ローラ３０への接触圧が低いため、加圧ローラ３０の寿命を伸ばすことができる。また、広い面積を加熱できるために加熱効率が良い。さらに、第２の実施形態の場合と異なり、加圧ローラ３０を回転させる際に外部加熱部材である外部加熱ベルト５７と加圧ローラ３０表面の摺擦や、加圧アーム５５を動作させる必要がないため故障などが発生しにくい。
【００２３】
次に本発明による第４の実施形態について、図８及び図９に基づいて説明する。図８は、定着動作開始時、図９が待機時の状態を示している。
本実施形態による定着装置は、前述の第３の実施形態のものとほぼ同様の構成であるが、用紙Ｐ上の未定着トナーを加熱する加熱回転体として、加熱ローラ２３、定着ローラ２１及び定着ベルト２２を使用する代わりに、定着ローラ２１の表面に金属層２１ｃを形成し、定着ローラ２１の外周近傍に誘導加熱部２４を配設して、誘導加熱部２４に通電して定着ローラ２１の金属層２１ｃを発熱させるようにしている。このような加熱回転体を使用する場合には、定着装置をコンパクトに構成することが可能となる利点を有する。さらに、定着ベルト２２、又は、定着ローラ２１の加熱方法は電磁誘導加熱だけに限定される訳ではなく、外部または、定着ローラ２１に内包されたハロゲンヒータ熱源を用いた場合でも同様に適用可能である。なお、本実施形態における定着装置の誘導加熱部２４のコイル部２５には、不図示のコア２６が形成されている。
本発明による定着装置は、トナーを用いた画像形成装置に限らず、インクを用いた画像形成装置においても有効に使用可能であり、特に、複数色のトナーを用いてカラー画像を形成する画像形成装置においては、定着装置の高速での立ち上げが要求されるので、好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による一実施形態の画像形成装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明による第１の実施形態の定着装置の概略構成を示す断面図である。
【図３】図２に示す定着装置の待機時における概略構成を示す断面図である。
【図４】本発明による第２の実施形態の定着装置の概略構成を示す断面図である。
【図５】図４に示す定着装置の待機時における概略構成を示す断面図である。
【図６】本発明による第３の実施形態の定着装置の概略構成を示す断面図である。
【図７】図６に示す定着装置の待機時における概略構成を示す断面図である。
【図８】本発明による第４の実施形態の定着装置の概略構成を示す断面図である。
【図９】図８に示す定着装置の待機時における概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
３  露光部、４  プロセスカートリッジ、７  転写部、１８  感光体ドラム、２０  定着装置、２１  定着ローラ、２２  定着ベルト、２３  加熱ローラ、２４  誘導加熱部、２５  コイル部、２６  コア、２７  サイドコア、２８  センターコア、２９  コイルガイド、３０  加熱ローラ、５０  カム、５１、６０  外部加熱ローラ、５３  加熱源、５４  バネ、５５  加圧アーム、５６  シリコンラバーヒータ、５７  外部加熱ベルト、６１  テンションローラ、６２  金属層
【図１】
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【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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【図９】
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