(57)【要約】【課題】画像形成装置に搭載された定着装置にて、高温に加熱された接触部に金属製の定着ベルトを通過させても、その定着ベルトを急激に収縮させない。【解決手段】定着ベルトは、金属からなる基材層の表面に離型層が形成された無端のベルト状部材であり、定着ロール３１、剥離ロール３５、及びテンションロール３６に張架され、定着ロール３１の回転に従動して図中の矢印ｒ方向に周回移動される。定着ロール３１と加圧ロール３２との間の接触部Ｎに搬送された用紙は、熱と圧力とが加えられ、融解したトナーの粘着力によって定着ベルト３３の外周面に付着する。定着ベルト３３は、その外周面に用紙を付着させたまま接触部Ｎを通過すると、外気に触れて冷却される前に放熱抑制部材３７によって急激な収縮が起きない程度の熱量が吸収される。これにより、定着ベルト３３の急激な収縮が防がれる。【選択図】図２
2008064991.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像データに応じたトナー像を感光体の周面に生成し、そのトナー像を記録材に転写する画像形成手段と、
前記トナー像が転写された記録材に熱を加える加熱ロールと、
前記加熱ロールに対向して設けられ、前記加熱ロールと自身との間に記録材が供給されると、その記録材を加熱ロール側へ押圧する加圧ロールと、
前記加熱ロール及び少なくとも一以上の支持部材により張架される金属製の無端のベルト状部材であって、加熱ロール及び支持部材のうち少なくとも一以上の部材の回転に従動して周回移動することにより、前記加熱ロールと前記加圧ロールとの間に供給された記録材をその移動方向に沿って搬送する定着ベルトと、
前記定着ベルトを張架する支持部材のうち、前記加熱ロールと前記加圧ロールとが対向する位置を通過した定着ベルトの移動方向を変える支持部材と前記加熱ロールとの間に設けられ、定着ベルトに搬送された記録材を冷却する冷却手段と、
前記加熱ロールと前記冷却手段との間に設けられ、前記定着ベルトが保有する熱を吸収する吸熱手段と
を備える画像形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像形成装置において、
前記吸熱手段は、前記冷却手段に接触して設けられる
画像形成装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の画像形成装置において、
前記吸熱手段は、前記定着ベルトの内周面に接触して設けられ、その熱伝導率λ（Ｗ／ｍ・Ｋ）と、定着ベルトに接触した面からその対面までの間の距離ｔ（ｍ）とが、２×１０３≦λ／ｔ≦２×１０６の関係を満たす
画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置では、トナー像を用紙に定着させる定着装置として、定着ベルトを用いたものがある。例えば、特許文献１に開示された定着装置は、樹脂製のベルトと比較して傷がつきにくいステンレス製の金属ベルトを加熱ローラ及び冷却ローラの２軸で張架しており、トナー像が形成された用紙は、定着ベルトの外周面にその記録面を密着させた状態で、加熱ローラと加圧ローラとの間の接触部にて熱と圧力とが加えられる。接触部にて熱と圧力とが加えられた用紙は、定着ベルトにより排紙口に向けて搬送される間に冷却部材によって冷却されるようになっている。これにより、トナーが金属ベルトの平滑な表面形状を写し取って凝固し、高光沢な画像が得られると共に、用紙が金属ベルトから剥離される際の剥離性が向上される。また、特許文献２に開示された定着装置は、金属製環状フィルムにて周面が形成されたヒートローラと圧着ローラとを接触させ、その接触部における用紙の導入側では用紙を加熱・加圧し、出口側では用紙を冷却している。これにより、用紙の離型性を向上させている。さらに、特許文献３に開示された定着装置は、アルミニウムやニッケルなどの金属からなる加圧ベルトと表面が加熱された定着ローラとの接触部にて用紙に熱と圧力とを加え、その接触部の出口側で用紙を冷却している。これにより、用紙の剥離性を向上させている。
【特許文献１】特開２００５−２９２５７８号公報
【特許文献２】特開平４−３６２９８３号公報
【特許文献３】特開平１０−２５４２６６号公報
【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、上記特許文献１から３に開示された定着装置は、いずれも金属ベルトを用いているため、この金属ベルトが高温に加熱された接触部を通過して相対的に低温な外気に触れると、保有する熱が過放出して急激に収縮し、その表面が波打ったような形状となってしまう。また、この種の定着装置では、金属ベルトの外周面に用紙の記録面を密着させて冷却することにより高光沢な画像を形成していることが多く、金属ベルトの急激な収縮によって用紙と金属ベルトとが接触しない部位が発生すると印刷物の面内に光沢むらが発生する。さらに、金属ベルトは、急激に収縮と金属音を発するため、この金属音がユーザに不快感を与えることにもなる。
本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、高温に加熱された接触部に金属ベルトを通過させた時に、金属ベルトの急激な収縮が発生しない定着装置を搭載した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】
本発明の好適な態様である画像形成装置は、画像データに応じたトナー像を感光体の周面に生成し、そのトナー像を記録材に転写する画像形成手段と、前記トナー像が転写された記録材に熱を加える加熱ロールと、前記加熱ロールに対向して設けられ、前記加熱ロールと自身との間に記録材が供給されると、その記録材を加熱ロール側へ押圧する加圧ロールと、前記加熱ロール及び少なくとも一以上の支持部材により張架される金属製の無端のベルト状部材であって、加熱ロール及び支持部材のうち少なくとも一以上の部材の回転に従動して周回移動することにより、前記加熱ロールと前記加圧ロールとの間に供給された記録材をその移動方向に沿って搬送する定着ベルトと、前記定着ベルトを張架する支持部材のうち、前記加熱ロールと前記加圧ロールとが対向する位置を通過した定着ベルトの移動方向を変える支持部材と前記加熱ロールとの間に設けられ、定着ベルトに搬送された記録材を冷却する冷却手段と、前記加熱ロールと前記冷却手段との間に設けられ、前記定着ベルトが保有する熱を吸収する吸熱手段とを備える。
【０００５】
この態様において、前記吸熱手段は、前記冷却手段に接触して設けられてもよい。
上記各態様において、前記吸熱手段は、前記定着ベルトの内周面に接触して設けられ、その熱伝導率λ（Ｗ／ｍ・Ｋ）と、定着ベルトに接触した面からその対面までの間の距離ｔ（ｍ）とが、２×１０３≦λ／ｔ≦２×１０６の関係を満たすものであってもよい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によると、画像形成装置に搭載された定着装置にて、高温に加熱された接触部に金属ベルトを通過させても、金属ベルトの急激な収縮が発生しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
（第１実施形態）
本願発明の第１実施形態について説明する。
図１は、本実施形態にかかる画像形成装置１のハードウェア概略構成図である。同図に示すように、この画像形成装置１は、用紙トレイ１０、画像形成エンジン２０、及び定着部３０を有する。
【０００８】
用紙トレイ１０は、Ａ４などの所定サイズにカットされた複数枚の用紙を収納する。この用紙トレイ１０に収納される用紙は、セルロースを主成分とした基材層とポリエステル等の熱可塑性樹脂を主成分とした受像層とからなる。そして、これら両層のうち基材層の表面（以下、「記録面」と呼ぶ）にトナー像が形成される。この用紙は、用紙トレイ１０から一枚ずつピッキングされ、画像形成エンジン２０、定着部３０を経由して排紙口へと繋がる用紙搬送路上を順次搬送されるようになっている。
【０００９】
画像形成エンジン２０は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）毎に個別に設けられ、それらの各々は、感光体ドラム、帯電部、露光部、現像部、及び転写部を備える。これら各部の駆動する様子について概説すると、まず、帯電部が、所定の速度で周回する感光体ドラムの周面を一様に帯電させた後、露光部がその周面上を走査しながら、入力された画像データに応じて変調したレーザ光を照射することによって、静電潜像を形成する。更に、現像部がトナーを供給することによってその静電潜像をトナー像として現像し、現像されたトナー像が転写部によって用紙搬送路上の用紙に転写される。
【００１０】
定着部３０は、図２に示すように、定着ロール３１、加圧ロール３２、定着ベルト３３、冷却部材３４、剥離ロール３５、テンションロール３６、及び放熱抑制部材３７とを備えてなる。
定着ロール３１は、熱伝導性の高い金属製のコアの表面に、ＰＦＡチューブからなる離型層が形成されたロール状部材である。コアの内部には、ハロゲンランプが設けられており、定着ロール３１の表面は、このハロゲンランプにより、所定の温度となるように加熱される。この所定の温度は、定着ロール３１の表面から用紙に伝わる熱が、用紙上のトナーを融解させ、且つ用紙の受像層を軟化させる程度の温度である。また、定着ロール３１は、図示せぬモータにより回転され、定着ベルト３３を図中の矢印ｒ方向に周回移動させる。
【００１１】
加圧ロール３２は、熱伝導性の高い金属製のコアの表面に、ゴム硬度（ＪＩＳ−Ａ）４０°程度のシリコンゴムからなる弾性体層が被覆され、更にその弾性体層の表面に定着ロール３１と同様の離型層が形成されたロール状部材である。このコアの内部には、ハロゲンランプが設けられており、加圧ロール３２の表面はこのハロゲンランプにより加熱される。また、加圧ロール３２は、定着ベルト３３を挟んで定着ロール３１と対向して配置されており、その対向位置（以下、「接触部Ｎ」と記す）に搬送された用紙を定着ロール３１側へ所定の圧力で押圧する。
【００１２】
定着ベルト３３は、図３に示すように、金属からなる基材層３３ａの表面に、離型性を付与するための離型層３３ｂが形成された無端のベルト状部材である。図２において、この定着ベルト３３は、定着ロール３１、剥離ロール３５、及びテンションロール３６に張架され、定着ロール３１の回転に従動して図中の矢印ｒ方向に周回移動される。
接触部Ｎに搬送された用紙は、その記録面を定着ベルト３３の外周面に密着させた状態で熱と圧力とが加えられることになる。接触部Ｎにて熱と圧力とが加えられた用紙は、その記録面に形成されたトナーが融解して粘着性を生じ、密着している定着ベルト３３の外周面に付着する。定着ベルト３３は、トナーの粘着力によってその外周面に用紙を付着させたまま、用紙を矢印ｒ方向へ搬送する。
【００１３】
剥離ロール３５は、定着ベルト３３を張架してその周回移動に合わせて回転しながら、接触部Ｎを通過した定着ベルト３３の移動方向を変える。定着ベルト３３の外周面に付着した用紙は、定着ベルト３３の周回移動に伴って剥離ロール３５の設置位置に搬送されると、その先端から順に剥離され、定着ベルト３３から完全に剥離されると排紙口へ送られる。
【００１４】
テンションロール３６は、定着ベルト３３を張架しながらその周回移動に合わせて回転すると共に、定着ベルト３３を連続的に循環移動させたときに生じる偏り（定着ベルト３３がテンションロール３６のいずれかの端部の方向へ移動する現象）を修正する。
【００１５】
冷却部材３４は、定着ロール３１と剥離ロール３５との間の区間における定着ベルト３３の内周面に接触して配置される。この冷却部材３４は、アルミニウム製のヒートシンクと冷却ファンからなり、定着ベルト３３の内周面に接触するヒートシンクの内面には、複数の放熱フィンが設けられている。このヒートシンクは、冷却ファンの吸気によって空冷され、定着ベルト３３に搬送される用紙を冷却する。
【００１６】
放熱抑制部材３７は、定着ロール３１と冷却部材３４との間の区間における定着ベルト３３の内周面に接触して配置される。この放熱抑制部材３７は、熱伝導率が高いＳＵＳ３０４（Steel Use Stainless 304）からなる板状部材であり、定着ベルト３３に接触した面からその対面までの間の距離（厚さ）は１ｍｍ、定着ベルト３３の幅方向における長さは定着ベルト３３の幅以上の長さに形成されている。この放熱抑制部材３７を形成する素材（ＳＵＳ３０４）と厚さは、接触部Ｎを通過した定着ベルト３３から定着ベルト３３を急激に収縮させない程度の熱量を吸収するように予め設計されている。
【００１７】
次に、この定着部３０の作用について説明する。
画像形成エンジン２０にてトナー像が形成された用紙は、接触部Ｎに搬送され、その記録面を定着ベルト３３の外周面に密着させた状態で、熱と圧力とが加えられる。すると、用紙の記録面上のトナーが融解すると共に受像層が軟化し、融解したトナーが受像層に埋め込まれる。そして、用紙の記録面は、融解したトナーの粘着力によって、密着している定着ベルト３３の外周面に付着する。この定着ベルト３３の外周面は凹凸がない平滑な形状であるため、用紙の記録面と定着ベルト３３の外周面とは高い密着度で付着される。そのため、この用紙は、剥がれ落ちない程度の粘着力を持って定着ベルト３３に付着した状態で、定着ベルト３３の周回移動に伴って矢印ｒ方向に搬送される。
【００１８】
外周面に用紙を付着させた定着ベルト３３は、接触部Ｎを通過するとすぐに放熱抑制部材３７の設置位置へ到達する。この放熱抑制部材３７は、接触部Ｎに近接して設けられているため、接触部Ｎを通過した定着ベルト３３は、外気に触れて冷却される前に、放熱抑制部材３７によって保有する熱が吸収される。この放熱抑制部材３７は、上述したように、定着ベルト３３を急激に収縮させない程度の熱量を吸収するように設計されているため、定着ベルト３３は熱の過放出によって急激に収縮を起こすことなく、その外周面は平滑な形状が維持される。用紙は、この平滑な形状の外周面に密着したまま冷却部材３４の設置位置へ搬送される。
【００１９】
冷却部材３４の設置位置に搬送された用紙は、冷却部材３４によってガラス転移点温度以下の温度に冷却される。すると、融解されたトナーが定着ベルト３３の平滑な外周面の形状を写し取って凝固し、高光沢な画像となる。そして、トナーが凝固された用紙が定着ベルト３３により剥離ロール３５の設置位置に搬送されると、その先端から順に剥離され、定着ベルト３３から剥離された用紙は、印刷物として排紙口から排紙される。
【００２０】
続いて、本願発明者らが放熱抑制部材３７の設置効果を確認するために行った実験とその実験結果について説明する。この実験は、接触部Ｎを通過した用紙が、剥離ロール３５に到達する前に定着ベルト３３から剥離した用紙の枚数（用紙脱落枚数）、及び排紙された印刷物における光沢度の面内むらを、放熱抑制部材３７を設けた構成と放熱抑制部材３７を設けない構成にて、それぞれ計測したものである。この用紙の脱落及び光沢度の面内むらは、いずれも定着ベルト３３の急激な収縮によって用紙と定着ベルト３３との密着度が低下すると発生する現象である。すなわち、これらの現象の発生は、定着ベルト３３が急激に収縮していることを意味する。
【００２１】
図４は、この実験結果を示す図であり、図中の用紙脱落枚数は、接触部Ｎに連続して１０毎の用紙を通紙させたときに、剥離ロール３５に到達する前に定着ベルト３３から剥がれ落ちた（脱落した）用紙の枚数を示す。また、図中の光沢度面内むらは、印刷物の記録面における所定部位の光沢度のばらつきを示す項目であり、○は光沢度のばらつきが基準範囲内であることを示し、△は光沢度のばらつきが基準範囲を少し超えていることを示す。
【００２２】
図に示すように、放熱抑制部材３７を設けない構成とした場合には、通紙させた１０枚の用紙のうち、８枚の用紙が剥離ロール３５に到達するまえに脱落した。また、排紙された印刷物には、基準範囲を超える面内むらの発生が認められた。これらの結果により、放熱抑制部材３７を設けない構成とした場合には、接触部Ｎを通過した定着ベルトが相対的に低温な外気に触れることによって熱が過放出して急激に収縮することがわかる。
【００２３】
一方、放熱抑制部材３７を設ける構成とした場合には、用紙の脱落枚数が０枚になると共に、印刷物における光沢度の面内むらも基準範囲内となった。すなわち、放熱抑制部材３７を設けることによって、定着ベルト３３の急激な収縮が防がれることがわかる。
【００２４】
（第２実施形態）
本願発明の第２実施形態について説明する。本実施形態にかかる画像形成装置１のハードウェア構成は、放熱抑制部材３７の配置位置を除いて上述した第１実施形態と同様である。
図５に示すように、放熱抑制部材３７は、冷却部材３４の定着ロール３１側の面と定着ベルト３３の内周面とに接触して配置される。この放熱抑制部材３７は冷却部材３４に接触しているため、吸収した熱は冷却部材３４に冷却され、常に冷却部材３４に近い温度となっている。これにより、接触部Ｎに連続で通紙させた場合にも、上述した第１実施形態と同様の作用が得られる。
【００２５】
続いて、本願発明者らが放熱抑制部材３７を冷却部材３４と接触させた場合の効果を確認するために行った実験とその実験結果について説明する。この実験は、連続して１００枚の用紙を接触部Ｎに通紙させたときの印刷物の光沢度を、放熱抑制部材３７を冷却部材３４に接触させた構成と接触させない構成にて、それぞれ計測したものである。
図６は、この実験結果を示す図であり、図の横軸は通紙させた何枚目の用紙の印刷物かを示す通紙枚数（枚）を示し、縦軸は印刷物における光沢度（Ｇｓ（２０°））を示す。同図に示すように、通紙枚数が少ない内は、双方の構成にて似通った光沢度であるが、通紙枚数が多くなるに従って、放熱抑制部材３７を冷却部材３４に接触させない構成における印刷物の光沢度が低くなる。すなわち、放熱抑制部材３７を冷却部材３４に接触させることにより、連続印刷を行った場合にも、良好な光沢度が得られることがわかる。
【００２６】
（他の実施形態）
本願発明は、種々の変形実施が可能である。
上記実施形態において、放熱抑制部材３７は、ＳＵＳ３０４からなる厚さ１ｍｍの部材であったが、その素材と厚さはこれに限らない。
【００２７】
図７は、本願発明者らが、放熱抑制部材３７に適した素材の熱伝導率（λ）と厚さ（ｔ）との関係を求めるために行った実験における実験結果を示す図である。この実験は、印刷物における光沢度の良否、及び用紙脱落の有無を、放熱抑制部材３７を形成する素材の熱伝導率（λ）及び厚さ（ｔ）を変化させて得た放熱抑制パラメータ（λ/ｔ（×１０３））毎にそれぞれ検出したものである。図に示す光沢度は、印刷物の光沢度が目標値のＧｓ（２０°）≧８０を達成しているかを示す項目であり、○は印刷物の光沢度が目標値のＧｓ（２０°）≧８０を達成していることを示し、×は印刷物の光沢度が目標値のＧｓ（２０°）≧８０を下回っていることを示す。また、用紙脱落は、用紙脱落の有無を示す項目であり、○は連続して接触部Ｎに通紙させた１０枚の用紙全てが剥離ロール３５に到達して剥離したことを示し、×は連続して接触部Ｎに通紙された１０枚の用紙のうち、剥離ロール３５に到達する前に少なくとも１枚以上用紙が定着ベルト３３から脱落したことを示す。
【００２８】
図に示すように、放熱抑制パラメータλ/ｔ（×１０３）の値が１．１、４２２０、及び６０００では、排紙された印刷物の光沢度が不足しており、放熱抑制パラメータλ/ｔ（×１０３）の値が４２２０及び６０００では更に用紙の脱落も発生した。すなわち、放熱抑制部材３７の放熱抑制パラメータλ/ｔ（×１０３）の値が２〜２０００×１０３の範囲内の値であると、用紙が脱落せず、且つ光沢度が良好な印刷物が得られる。この範囲の放熱抑制パラメータを有する放熱抑制部材３７としては、例えば、アルミニウム製の厚さ１ｍｍの部材であってもよい。
【００２９】
上記実施形態における放熱抑制部材３７は、定着ロール３１側の側面が、定着ロール３１の円周に沿ってアール形状に設けられ、より定着ロール３１に接近するように配置されてもよい。
【００３０】
上記実施形態において、定着ベルト３３は、金属からなる基材層３３ａの表面に、離型性を付与するための離型層３３ｂが形成されていたが、図８に示すように、金属製の基材層３３ａと離型層３３ｂとの間に、弾性層３３ｃを設けた構造であってもよい。
【００３１】
上記第２実施形態において、放熱抑制部材３７は、常に冷却部材３４に近い温度となっており、接触部Ｎを通過した用紙をガラス転移点温度以下に冷却している。そのため、定着ベルト３３の周回移動方向における冷却部材３４の長さを短くしても、用紙をガラス転移点温度以下に冷却する区間は上述した実施形態の構成の場合と同等の長さを確保することができる。これにより、上記実施形態と同様の冷却作用が得られると共に、装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】画像形成装置１のハードウェア概略構成図である。
【図２】定着部３０の概略構成図である（第１実施形態）。
【図３】定着ベルト３３の断面図である（第１実施形態）。
【図４】放熱抑制部材３７の設置効果を示す図である。
【図５】定着部３０の概略構成図である（第２実施形態）。
【図６】放熱抑制部材３７を冷却部材３４に接触させた場合の効果を示す図である。
【図７】放熱抑制パラメータの最適な範囲を示す図である。
【図８】定着ベルト３３の断面図である（他の実施形態）。
【符号の説明】
【００３３】
１…画像形成装置、１０…用紙トレイ、２０…画像形成エンジン、３０…定着部、３１…定着ロール、３２…加圧ロール、３３…定着ベルト、３３ａ…基材層、３３ｂ…離型層、３３ｃ…弾性層、３４…冷却部材、３５…剥離ロール、３６…テンションロール、３７…放熱抑制部材。
【図１】
2008064991.tif 000003
【図２】
2008064991.tif 000004
【図３】
2008064991.tif 000005
【図４】
2008064991.tif 000006
【図５】
2008064991.tif 000007
【図６】
2008064991.tif 000008
【図７】
2008064991.tif 000009
【図８】
2008064991.tif 000010