(57)【要約】【課題】ウォームアップ時間を短縮可能な定着装置を提供する。【解決手段】定着ロール６１１は、本体部６１１ａと、断熱層６１１ｂと、ヒータ６１１ｃとを備えている。ヒータ６１１ｃは、本体部６１１ａの外周面を囲むように円筒状に形成されるとともに、断熱層６１１ｂの内部に層状に設けられ、他の部材を介さずに断熱層６１１ｂを直接加熱する。節電状態から復帰し、又は電源がオン状態とされると、ヒータ６１１ｃは、断熱層６１１ｂを定着ベルト６１０の設定温度（１５０〜２１０℃）と同等レベルまですばやく加熱し、断熱層６１１ｂ（定着ロール６１１）の外周面と、定着ベルト６１０の内周面との温度差を小さくさせる（低減させる）。このため、定着ロール６１１と定着ベルト６１０との間における熱移動が少なくなり、定着ロール６１１が定着ベルト６１０から奪う熱が減少する。【選択図】図２
2008170617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能に設けられた無端状のベルト状部材と、
外周面側に断熱層を備え、前記ベルト状部材の内側に回転可能に配設される第１の定着部材と、
前記ベルト状部材を介して前記第１の定着部材に回転可能な状態で圧接配置され、当該ベルト状部材との間に画像を保持した記録材を挿通させるニップ部を形成する第２の定着部材と、
前記断熱層を加熱する断熱層加熱部材と、
を含む定着装置。
【請求項２】
前記断熱層加熱部材は、前記断熱層内に配設されていることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
前記断熱層加熱部材は、前記断熱層内にて層状に配設されていることを特徴とする請求項２記載の定着装置。
【請求項４】
前記断熱層加熱部材は、前記第１の定着部材の外側から前記断熱層を加熱することを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項５】
前記ニップ部の下流側において前記ベルト状部材の内側から当該ベルト状部材を前記第２の定着部材に押圧する押圧部材を更に備え、
前記断熱層の摩擦係数は、前記押圧部材の摩擦係数よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項６】
前記第２の定着部材は、弾性層を備え、
前記断熱層の体積弾性率は、前記弾性層の体積弾性率よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項７】
回転可能に設けられた無端状のベルト状部材と、
前記ベルト状部材を加熱する加熱手段と、
前記ベルト状部材の内側に回転可能に配設される第１の定着部材と、
前記ベルト状部材を介して前記第１の定着部材に回転可能な状態で圧接配置され、当該ベルト状部材との間に画像を保持した記録材を挿通させるニップ部を形成する第２の定着部材と、
前記第１の定着部材の外周面と前記ベルト状部材の内周面との温度差を低減させる低減手段と、
を含む定着装置。
【請求項８】
前記低減手段は、前記第１の定着部材の外周面側から当該第１の定着部材を加熱する加熱部材により構成されたことを特徴とする請求項７記載の定着装置。
【請求項９】
前記第１の定着部材の前記外周面を覆う断熱層を更に備え、
前記低減手段は、前記断熱層と、当該断熱層内に配設された加熱部材又は当該断熱層の外周面側から当該断熱層を加熱する加熱部材とから構成されたことを特徴とする請求項７記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタなどの画像形成装置に用いられる定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ等の画像形成装置においては、例えば、トナー像などが保持された記録材に対し加熱および加圧を行いこのトナー像を記録材に定着させる定着装置が設けられる場合がある。このような定着装置としては、例えば、互いに圧接して配置された２つの定着ロールと、この定着ロールに掛け渡される定着ベルトとから構成され、定着ロール同士の圧接部にトナー像を保持した記録材を挿通させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平３−１３３８７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、定着ロールなどの定着部材により記録材を挿通させる圧接部を形成する場合、この定着部材は、圧接部における圧接力を支持するため厚肉とし剛性を確保した状態で形成される。また、定着が行われる際は、上記定着部材は、ヒータ等により加熱され所定の温度に調整される。
ところが、定着ロールなどの定着部材を厚肉に形成してしまうと熱容量が大きくなり、ヒータ等により加熱する際にその加熱時間が長くなる。この結果、電源を投入等してから定着が可能となるまでのウォームアップ時間が長くなってしまう。
【０００５】
そこで本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ウォームアップ時間を短縮可能な定着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的のもと、本発明が適用される定着装置は、回転可能に設けられた無端状のベルト状部材と、外周面側に断熱層を備え、ベルト状部材の内側に回転可能に配設される第１の定着部材と、ベルト状部材を介して第１の定着部材に回転可能な状態で圧接配置され、ベルト状部材との間に画像を保持した記録材を挿通させるニップ部を形成する第２の定着部材と、断熱層を加熱する断熱層加熱部材と、を有する。
【０００７】
ここで、断熱層加熱部材は、断熱層内に配設されていることを特徴とすることができる。また、断熱層加熱部材は、断熱層内にて層状に配設されていることを特徴とすることができる。さらに、断熱層加熱部材は、第１の定着部材の外側から断熱層を加熱することを特徴とすることができる。また、ニップ部の下流側においてベルト状部材の内側からベルト状部材を第２の定着部材に押圧する押圧部材を更に備え、断熱層の摩擦係数は、押圧部材の摩擦係数よりも小さいことを特徴とすることができる。さらに、第２の定着部材は、弾性層を備え、断熱層の体積弾性率は、弾性層の体積弾性率よりも大きいことを特徴とすることができる。
【０００８】
他の観点から捉えると、本発明が適用される定着装置は、回転可能に設けられた無端状のベルト状部材と、ベルト状部材を加熱する加熱手段と、ベルト状部材の内側に回転可能に配設される第１の定着部材と、ベルト状部材を介して第１の定着部材に回転可能な状態で圧接配置され、ベルト状部材との間に画像を保持した記録材を挿通させるニップ部を形成する第２の定着部材と、第１の定着部材の外周面とベルト状部材の内周面との温度差を低減させる低減手段と、を有する。
【０００９】
ここで、低減手段は、第１の定着部材の外周面側から第１の定着部材を加熱する加熱部材により構成されたことを特徴とすることができる。また、第１の定着部材の外周面を覆う断熱層を更に備え、低減手段は、断熱層と、断熱層内に配設された加熱部材又は断熱層の外周面側から断熱層を加熱する加熱部材とから構成されたことを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、ウォームアップ時間を短縮可能な定着装置を提供することができる。
請求項２記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、例えば、断熱層の摩耗を抑制することができる。
請求項３記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、定着装置を小型化することができる。
【００１１】
請求項４記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、効率的にウォームアップ時間を短縮することができる。
請求項５記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、断熱層の摩耗等を抑制することができる。
請求項６記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、ベルト状部材の波打ちなどが抑制され、定着ベルトの安定した搬送が可能となる。
【００１２】
請求項７記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、ウォームアップ時間を短縮可能な定着装置を提供することができる。
請求項８記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、効率的にウォームアップ時間を短縮することができる。
請求項９記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、例えば、断熱層の摩耗を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
―第１の実施形態―
図１は、本発明が適用される画像形成装置を示した概略構成図である。同図に示す画像形成装置は、一般にタンデム型と呼ばれる中間転写方式の画像形成装置である。この画像形成装置には、電子写真方式により各色成分のトナー像が形成される複数の画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋが備えられている。また、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋにより形成された各色成分トナー像を中間転写ベルト１５に順次転写（一次転写）させる一次転写部１０が備えられている。
【００１４】
さらに、本画像形成装置には、中間転写ベルト１５上に転写された重畳トナー画像を記録材（記録紙）である用紙Ｐに一括転写（二次転写）させる二次転写部２０が備えられている。また、中間転写ベルト１５の内側には、中間転写ベルト１５を内側から張架するとともに定速性に優れたモータ（図示せず）などにより回転駆動される駆動ロール３１などの各種ロールが設けられている。さらに、二次転写された画像を用紙Ｐ上に定着させる定着装置６０が設けられている。また、本画像形成装置には、画像形成を行う際の各種の設定をユーザから受け付けるコントロールパネル（不図示）と、各装置（各部）の動作を制御する制御部４０とが設けられている。さらに、本画像形成装置には、電源のオン・オフを行うためのメインスイッチ（不図示）と、ユーザにより押圧された場合に定着装置６０を含む各部への給電を停止又は再開するための節電モードボタン（不図示）とが設けられている。
【００１５】
本実施の形態において、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋには、次のような電子写真用デバイスが順次配設されている。まず、矢印Ａ方向に回転する感光体ドラム１１の周囲に、これらの感光体ドラム１１を帯電する帯電器１２が配設されている。また、感光体ドラム１１上に静電潜像を書き込むレーザ露光器１３（図中露光ビームを符号Ｂｍで示す）が配設されている。さらに、各色成分トナーが収容されて感光体ドラム１１上の静電潜像をトナーにより可視像化する現像器１４が設けられている。また、感光体ドラム１１上に形成された各色成分トナー像を一次転写部１０にて中間転写ベルト１５に転写する一次転写ロール１６が設けられている。また、感光体ドラム１１上の残留トナーを除去するドラムクリーナ１７が設けられている。
【００１６】
一次転写部１０は、中間転写ベルト１５を挟んで感光体ドラム１１に対向して配置される一次転写ロール１６を含んで構成されている。
二次転写部２０は、中間転写ベルト１５のトナー像保持面側に配置される二次転写ロール２２と、バックアップロール２５とを含んで構成される。二次転写ロール２２は、中間転写ベルト１５を挟んでバックアップロール２５に圧接配置されている。
制御部４０は、各装置（各部）の動作を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）、プログラムが記録されるＲＯＭ（Read Only Memory）、各種データを一時的に記憶しておくＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えている。
【００１７】
次に、本実施の形態に係る画像形成装置の基本的な作像プロセスについて説明する。本実施形態における画像形成装置では、図示しない画像読取装置等から画像データが出力される。そして、この画像データは図示しない画像処理装置により所定の画像処理が施され、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（黒）の４色の色材階調データに変換され、レーザ露光器１３に出力される。
レーザ露光器１３は、入力された色材階調データに応じて、例えば半導体レーザから出射された露光ビームＢｍを画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋの各々の感光体ドラム１１に照射する。各感光体ドラム１１では、帯電器１２によって表面が帯電された後、このレーザ露光器１３によって表面が走査露光され、静電潜像が形成される。
【００１８】
形成された静電潜像は、各々の画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋの現像器１４によって、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色のトナー像として現像される。
一方、中間転写ベルト１５は、駆動ロール３１などの各種ロールによって図１に示す矢印Ｂ方向に所定の速度で循環駆動されている。感光体ドラム１１上に形成されたトナー像は、各感光体ドラム１１と中間転写ベルト１５とが当接する一次転写部１０において、中間転写ベルト１５上に順次、静電吸引され、中間転写ベルト１５上に重畳されたトナー像が形成される。重畳されたトナー像が中間転写ベルト１５の表面に形成された後、中間転写ベルト１５は移動し、トナー像は二次転写部２０に搬送される。
【００１９】
二次転写部２０では、二次転写ロール２２が中間転写ベルト１５を介してバックアップロール２５に押圧される。このとき、タイミングを合わせて搬送ロール５２等により搬送された用紙Ｐは、二次転写部２０において、中間転写ベルト１５と二次転写ロール２２との間に挟み込まれる。二次転写部２０においては、二次転写ロール２２とバックアップロール２５との間に二次転写バイアスが印加され、両部材間には二次転写電界が形成されている。そして、中間転写ベルト１５上に保持された未定着トナー像は、この二次転写部２０において、用紙Ｐ上に一括して静電転写される。その後、トナー像が静電転写された用紙Ｐは、二次転写ロール２２によりこの二次転写ロール２２の用紙搬送方向下流側に設けられた搬送ベルト５５へと搬送される。
【００２０】
搬送ベルト５５では、用紙Ｐを最適な搬送速度で定着装置６０まで搬送する。定着装置６０においては、トナー像が転写された用紙Ｐに対し、加熱および加圧が行われ、用紙Ｐ上にトナー像の定着がなされる。そして、定着が終了した用紙Ｐは、画像形成装置の外部に排出される。なお、本実施形態における画像形成装置は、節電モードボタン（不図示）が押圧され、又は、所定の入力が所定時間ない場合、定着装置６０を含む各部への給電が停止される節電状態となる。そして、節電状態や、電源がオフ状態とされた場合、後述するヒータ６１６ａ〜６１６ｃ（図２参照）等への給電も停止されるため、定着装置６０内に位置する各種部材の温度は、定着時における温度より低い状態となる。
【００２１】
次に、定着装置６０について説明する。
図２は、本発明が適用される定着装置６０の概略構成を示す側断面図である。この定着装置６０は、定着ベルトモジュール６１と、定着ベルトモジュール６１に対して圧接して配置された加圧ロール６２と、定着ベルトモジュール６１および加圧ロール６２を支持する支持部材としての支持筐体６３とで主要部が構成されている。
【００２２】
定着ベルトモジュール６１は、回転可能に設けられた定着ロール６１１と、同じく回転可能に設けられた定着ベルト６１０（ベルト状部材）とを備えている。また、定着ベルトモジュール６１は、定着ロール６１１よりも定着ベルト６１０の回転方向下流側に、外側から定着ベルト６１０を張架するとともに外側から定着ベルト６１０を加熱する外部加熱ロール６１３を備えている。さらに、定着ベルトモジュール６１は、定着ロール６１１と加圧ロール６２とが定着ベルト６１０を介して圧接する領域の下流側であって定着ロール６１１の近傍位置に、定着ベルト６１０の内側からこの定着ベルト６１０を加圧ロール６２に押圧する押圧部材としての剥離パッド６４を備えている。この結果、定着ベルトモジュール６１と加圧ロール６２とが圧接する領域には、用紙を挿通し用紙上にトナー像の定着を行うニップ部Ｎが形成される。
【００２３】
また、定着ベルトモジュール６１は、ニップ部Ｎの下流側において定着ベルト６１０を張架するアイドラロール６１５と、定着ロール６１１を回転駆動させるモータ等の駆動源（不図示）とを備えている。また、定着ベルトモジュール６１は、内側から定着ベルト６１０を張架するテンションロール６１２と、テンションロール６１２を定着ベルト６１０の外側方向に押圧する押圧部材６５とを備えている。この押圧部材６５は、コイルスプリング等により構成され、テンションロール６１２を定着ベルト６１０の外側に押圧することで定着ベルト６１０に所定の張力を付与する。
【００２４】
さらに、定着ベルトモジュール６１は、定着ロール６１１とテンションロール６１２との間で定着ベルト６１０の姿勢を矯正する姿勢矯正ロール６１４を備えている。さらに、定着ベルトモジュール６１は、定着ロール６１１、テンションロール６１２、および外部加熱ロール６１３の内部に、加熱源としてのヒータ６１６ａ〜６１６ｃを備えている。なお、本実施形態においては、テンションロール６１２、外部加熱ロール６１３、ヒータ６１６ｂ〜６１６ｃにより定着ベルト６１０を加熱する加熱手段が構成されている。
【００２５】
支持筐体６３は、定着ベルト６１０が回転する方向と交差する方向（定着ベルト６１０の回転方向と略直交する方向、定着ベルト６１０の幅方向）であって、定着ロール６１１や外部加熱ロール６１３などの両側部近傍に配置されている。即ち、支持筐体６３は、定着ロール６１１、外部加熱ロール６１３などの部材をその両端において支持している。
【００２６】
本実施形態における剥離パッド６４は、ステンレスで薄い板状に形成された部材であり、また、断面が略円弧形状の部材である。なお、剥離パッド６４は、このように金属により形成することもできるし、樹脂等で形成することもできる。そして、剥離パッド６４は、加圧ロール６２と定着ロール６１１とが定着ベルト６１０を介して圧接する領域（「ロールニップ部Ｎ１」）の下流側近傍位置に配置されている。また、剥離パッド６４は、定着ベルト６１０の内周面側に設けられ、定着ベルト６１０を介して加圧ロール６２を所定の幅領域に亘って所定の荷重で均一に押圧するように設置されている。この結果、ニップ部Ｎ内には、ロールニップ部Ｎ１に連続して「剥離パッドニップ部Ｎ２」が形成される。
【００２７】
第１の定着部材としての定着ロール６１１は、円筒状に形成されるとともに、上述のとおり支持筐体６３によりその両端部が支持され、また、この支持筐体６３に対して回転可能に配設されている。さらに、定着ロール６１１は、上述のとおりモータ等の駆動源から駆動力を受けるとともに、定着ベルト６１０の内側に配置され定着ベルト６１０を内側から張架する。また、本実施形態における定着ロール６１１は、本体部６１１ａと、断熱層６１１ｂと、ヒータ６１１ｃとを備えている。
【００２８】
本体部６１１ａは、円筒状に形成されるとともに定着ロール６１１における基体としての役割を果たしている。この本体部６１１ａは、例えば、アルミニウム、鉄、ステンレス等の金属により形成することができる。
断熱層６１１ｂは、本体部６１１ａの外表面（外周面）を被覆するように形成され、定着ベルト６１０と本体部６１１ａとの間において両者の断熱を行っている。本実施形態において、この断熱層６１１ｂは、フッ素樹脂により形成されている。このフッ素樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）、フッ化エチレン−プロピレン共重合体樹脂（ＦＥＰ）、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体樹脂（ＥＴＦＥ）などが挙げられる。
【００２９】
なお、断熱層６１１ｂは、シリコンゴムやテフロン（登録商標）ゴムなどのゴム、その他ポリイミドなどの樹脂によっても形成することができる。なお、上記フッ素樹脂の体積弾性率は、一般に０．１〜４０である。また、断熱層６１１ｂの厚さは、３０〜３０００μｍとすることが望ましい。この断熱層６１１ｂは、例えば、本体部６１１ａの表面にコーティングすることにより形成することができる。また、断熱層６１１ｂは、チューブ状に形成されたものを本体部６１１ａに接着させることでも形成することができる。
【００３０】
ヒータ６１１ｃ（断熱層加熱部材、加熱部材）は、本体部６１１ａの外周面を囲むように円筒状に形成されるとともに、断熱層６１１ｂの内部に層状に設けられ、他の部材を介さずに断熱層６１１ｂを直接加熱する。より具体的には、本実施形態におけるヒータ６１１ｃは、面状（フィルム状）に形成された発熱体を円筒状に湾曲させた状態で断熱層６１１ｂの厚み方向における中程に配置する構成としている。このような面状の発熱体としては、厚さが薄く扱いやすいものが好ましく、例えば、シンワ測定株式会社製のポリイミドヒータ、裏打ち材付き単箔ヒータが挙げられる。
【００３１】
定着ベルト６１０は、フレキシブルなエンドレスベルト（無端状ベルト）であり、全体の肉厚が小さい状態で形成されている。このため熱容量が小さい状態となっている。この定着ベルト６１０は、３層構造で形成されており、ポリイミド等からなるベース層と、ベース層の表面側（外周面側）に積層されたシリコンゴム等からなる弾性層と、弾性体層を被覆するように形成されたフッ素系樹脂からなる表面層（離型層）とから構成されている。
【００３２】
ところで、剥離パッド６４を定着ロール６１１から離して配置してしまうと、剥離パッド６４が定着ベルト６１０を加圧ロール６２に押圧する領域とロールニップ部Ｎ１との間にニップ圧が低下する領域が大きく形成されてしまう。
一方、トナー像を保持した用紙は、ロールニップ部Ｎ１において加熱および加圧されてトナー像が溶融圧着される。その際、用紙中の水分が気化して水蒸気が発生し、また、トナー空隙（粉体トナー同士の間にある空間）に存在する空気が熱膨張し、定着ベルト６１０と加圧ロール６２との間に水蒸気や膨張した空気によるエアーギャップ（気泡）が生じるおそれがある。しかしながら、このロールニップ部Ｎ１においては、高いニップ圧が印加されているため、このようなエアーギャップ（気泡）の発生が抑制される。
【００３３】
ところが、上記のとおりニップ圧が低下する領域においては、ロールニップ部Ｎ１で抑え込まれていた気泡が抑止できずに発生し、この気泡によりトナー像が乱される所謂ブリスタという現象が発生するおそれがある。
そこで、本実施形態においては、このような不具合の発生を抑制するため、剥離パッド６４を定着ロール６１１の近傍位置に配置し、上記ニップ圧が低下する領域を小さくする構成としている。
【００３４】
一方で、剥離パッド６４は、上述したようにステンレスで薄い板状に形成された部材であり剛性をそれほど有しておらず変形が生じやすい。このため、剥離パッド６４を上記のように定着ロール６１１の近傍位置に配置しておくと、剥離パッド６４と定着ロール６１１とが接触するおそれがある。そして、このような接触が生じる場合に、断熱層６１１ｂの表面の摩擦係数が大きいと剥離パッド６４との間における摺動抵抗が増大し定着ロール６１１が円滑に回転しにくくなるおそれがある。また、剥離パッド６４による断熱層６１１ｂの摩耗も進行しやすくなる。
【００３５】
また、定着ベルト６１０、定着ロール６１１、外部加熱ロール６１３などの部材の成形が不完全である場合がある。また、定着ロール６１１、アイドラロール６１５、外部加熱ロール６１３などのロール部材が平行に保たれていない場合がある。このような場合、定着ベルト６１０が予め定められた経路を正確に搬送されず、定着ベルト６１０が定着ベルト６１０の移動方向と交差する方向における一方側に移動（ウォーク）する場合がある。そして、この移動量が大きくなると、定着ベルト６１０や用紙にしわなどが発生し、安定した定着性能を確保できないという不具合が生じる。
【００３６】
そこで、このような不具合の発生を抑制するため、例えば、テンションロール６１２を適宜傾斜させ、定着ベルト６１０を適正位置に移動させる構成とすることもできる。しかしながら、断熱層６１１ｂの摩擦係数が大きいと断熱層６１１ｂが抵抗となり定着ベルト６１０が円滑に移動しないおそれがある。
そこで、本実施形態においては、上記のように断熱層６１１ｂをフッ素樹脂により形成することで、断熱層６１１ｂの摩擦係数を小さくするとともに、断熱層６１１ｂの摩擦係数を剥離パッド６４の摩擦係数よりも小さい状態としている。
【００３７】
第２の定着部材としての加圧ロール６２は、定着ベルトモジュール６１に圧接状態で配置されている。また、加圧ロール６２は、アルミニウム等からなる円柱状ロール６２１を基体としている。そして、基体側から、シリコンゴムやフッ素ゴムなどのゴム材料により形成された厚さ１０〜３０ｍｍ程度の弾性層６２２と、ＰＦＡ等からなる厚さ１００μｍ程度の離型層６２３とが順に積層されてソフトロールを構成している。なお、上記弾性層６２２を構成するシリコンゴム、フッ素ゴム等は、一般に体積弾性率が０．００３〜３である。
【００３８】
次に、図２を用いて定着装置６０の動作について説明する。
定着装置６０にて定着が行われる際は、まず搬送ベルト５５（図１参照）により、トナー像が保持された用紙Ｐがニップ部Ｎに導入される。このとき、定着ロール６１１は、駆動源（不図示）からの駆動力を受けて、矢印Ｃ方向に回転している。また、定着ベルト６１０は、定着ロール６１１が回転するのに伴い、定着ロール６１１に従動して矢印Ｄ方向に回転している。また、加圧ロール６２は、定着ベルト６１０の回転に従動して矢印Ｅ方向に回転している。また、定着が行われる際、ヒータ６１６ａ〜６１６ｃに不図示の電源部から給電がなされ、テンションロール６１２および外部加熱ロール６１３は、所定の設定温度まで加熱される。また、定着ロール６１１も同様に所定の設定温度（１５０〜２１０℃）まで加熱される。
【００３９】
この状態において、ニップ部Ｎ内に導入された用紙Ｐは、定着ベルト６１０および加圧ロール６２により下流方向に搬送され、ロールニップ部Ｎ１および剥離パッドニップ部Ｎ２を順次通過していく。そして、用紙Ｐは、このロールニップ部Ｎ１および剥離パッドニップ部Ｎ２を通過する過程において、定着ベルト６１０および加圧ロール６２から加圧、および加熱作用を受ける。この結果、用紙Ｐに対しトナー像の定着が行われる。そして、剥離パッドニップ部Ｎ２を通過した定着ベルト６１０は、剥離パッド６４の側面に倣って移動する。
【００４０】
これにより、定着ベルト６１０の進行方向は、アイドラロール６１５方向に屈曲するように急激に変化する。このため、ニップ部Ｎにおいて加圧および加熱作用を受けた用紙Ｐは、ニップ部Ｎを出た時点で定着ベルト６１０の進行方向の変化に追随できなくなる。この結果、用紙Ｐは自身の所謂「コシ」によって定着ベルト６１０から剥離される（セルフストリップ）。このようにして、ニップ部Ｎの出口部において、用紙Ｐに対する曲率分離が安定的に行われる。定着ベルト６１０から剥離された用紙Ｐは、その後、排紙ガイド（不図示）および排紙ロール（不図示）によって機外に排出されて、定着処理が完了する。
【００４１】
ところで、本定着装置６０にて断熱層６１１ｂおよびヒータ６１１ｃを設けない状態、即ち、ステンレスで形成された本体部６１１ａにより定着ロール６１１を形成することもできる。
このように断熱層６１１ｂおよびヒータ６１１ｃを設けない状態の定着装置や、本実施形態に係る定着装置６０は、定着ベルト６１０を薄肉に形成し熱容量を小さくすることで定着ベルト６１０を素早く加熱可能とするとともに、定着ベルト６１０が保有する熱エネルギーで用紙上にトナー像の定着を行うことを意図している。また、これらの定着装置における定着ベルト６１０は、上記のとおり熱容量が小さく形成されているために迅速に加熱することが可能であり、ドループを引き起こさずに高生産の定着を行うことが可能である。さらに、これらの定着装置は、用紙が自身の「コシ」により定着ベルト６１０から剥離される構成となっており、オイルレスで且つ剥離性能に優れたものとなっている。この結果、これらの定着装置は、高い信頼性を有するとともに高速定着を実現することが可能となる。
【００４２】
ところが、定着ロール６１１における本体部６１１ａは、ニップ部Ｎにおけるニップ圧（圧接荷重）を支持するために、肉厚が大きい状態で形成され、熱容量が大きい状態となっている。このため、節電状態から復帰させ、又は、電源をオンとし、本体部６１１ａの内部に配設されたヒータ６１６ａに給電を開始したとしても、本体部６１１ａは、なかなか加熱されず定着に適した所定温度に達するまで時間を要するようになる。一方で、定着ベルト６１０は、熱容量が小さいために、外部加熱ロール６１３等により迅速に加熱される。
【００４３】
この結果、ヒータ６１６ａに給電を開始したとしても、定着ベルト６１０の温度に対し本体部６１１ａの温度が低すぎる状態、即ち定着ベルト６１０の内周面と本体部６１１ａの外周面との温度差が大きい状態が発生する。また、本体部６１１ａは、上述のとおり熱伝導率の大きいステンレスで構成されている。
このため、上記断熱層６１１ｂおよびヒータ６１１ｃを省略した定着装置においては、定着ベルト６１０を外部加熱ロール６１３等により加熱したとしても、定着ベルト６１０の熱は、定着ベルト６１０が本体部６１１ａと接触した際にこの本体部６１１ａにより奪われてしまう。
【００４４】
この結果、ニップ部Ｎにおける定着ベルト６１０は、定着に適した所定温度よりも温度が低い状態となり、ニップ部Ｎにおける定着が困難となる。このため、本体部６１１ａの温度上昇を待つ必要が生じ、ヒータ６１６ａ〜６１６ｃに対する給電から定着が可能となるまでの時間（以下、「ウォームアップ時間」と称する）が長くなってしまうという不具合が発生する。また、このようにウォームアップ時間が長いと、消費電力も増大しエネルギーの利用効率の点からも好ましくないものとなる。
【００４５】
そこで、本実施形態においては、まず定着ロール６１１のうち定着ベルト６１０の内周面側と接触する部分に断熱層６１１ｂを設ける構成としている。このように断熱層６１１ｂを設けることで、定着ロール６１１と定着ベルト６１０との間における熱移動が少なくなる。
さらに、本実施形態においては、上述のとおり、断熱層６１１ｂを加熱するヒータ６１１ｃを設ける構成としている。本構成において節電状態から復帰し、又は電源がオン状態とされると、ヒータ６１１ｃは、断熱層６１１ｂを定着ベルト６１０の設定温度（１５０〜２１０℃）と同等レベルまですばやく加熱し、断熱層６１１ｂ（定着ロール６１１）の外周面と、定着ベルト６１０の内周面との温度差を小さくさせる（低減させる）。このため、定着ロール６１１と定着ベルト６１０との間における熱移動がさらに少なくなり、また定着ロール６１１が定着ベルト６１０から奪う熱がさらに減少する。なお、ヒータ６１１ｃにより断熱層６１１ｂを加熱する際、断熱層６１１ｂは、上記定着ベルト６１０の設定温度以上とする必要はなく、定着ベルト６１０の設定温度よりも低くてもよい。
【００４６】
なお、ヒータ６１１ｃのような加熱部材を後述する第２の実施形態のように、断熱層６１１ｂの外周面と接触する状態で設けることもできる。このような場合、加熱部材と断熱層６１１ｂとの接触態様にもよるが、断熱層６１１ｂに摩耗等が生じるおそれがある。このため、本実施形態においては、ヒータ６１１ｃを断熱層６１１ｂの内部に配置するとともに、ヒータ６１１ｃと断熱層６１１ｂとを一体で形成する態様としている。
【００４７】
本実施形態における定着装置６０において断熱層６１１ｂの厚みを１０００μｍとするとともに３０００〜３５００Ｗの電力を投入し、ウォームアップ時間を測定した結果、ウォームアップ時間は、３００〜４００秒であった。
一方、比較例として、断熱層６１１ｂの厚みを同じく１０００μｍとするとともにヒータ６１１ｃを非配置とした定着装置を形成した。なお、その他の構成は、本実施形態と同じである。この定着装置において３０００〜３５００Ｗの電力を投入しウォームアップ時間を測定した結果、ウォームアップ時間は、６００〜９００秒であった。
【００４８】
断熱層６１１ｂによる断熱の効果は、熱伝導率および熱抵抗（［厚さ］／［熱伝導率］）により異なってくる。即ち、断熱層６１１ｂによる断熱効果は、熱伝導率のみならず断熱層６１１ｂの厚さによっても異なってくる。なお、上記熱伝導率は、アルミニウムで２７３Ｗ／ｍ・Ｋ、フッ素樹脂（ＰＦＡ、ＰＴＦＥ）で０．２５Ｗ／ｍ・Ｋである。
本発明者は、断熱層６１１ｂの厚さを変化させ、断熱層６１１ｂの厚さによる定着不良の発生の有無について実験を行った。より詳細に説明すると、まず、ヒータ６１１ｃを設けずに、即ち本体部６１１ａおよび断熱層６１１ｂのみで定着ロール６１１を形成した。なお、外部加熱ロール６１３や加圧ロール６２などその他の部材は、図２と同様の状態としている。そして、このような状態の定着装置にて、断熱層６１１ｂの厚さを変化させていき定着画像における不良の有無を観察した。この際、本体部６１１ａの表面温度を、定着ベルト６１０の内周面の温度よりも１０℃以上低い状態とした。
【００４９】
この結果、断熱層６１１ｂの厚さが３０μｍより小さいと厚紙などを連続通紙（定着）した際に、画像不良が発生することが観察された。これは、断熱層６１１ｂが３０μｍより小さくなると、断熱層６１１ｂとしての機能を発揮せず、定着ベルト６１０は、本体部６１１ａの影響を受けるようになるためと考えられる。このため、断熱層６１１ｂは、その厚さを３０μｍ以上で形成することが望ましい。
なお、本実施形態においては、定着ロール６１１の内部にヒータ６１６ａを設ける構成としてあるが、定着ロール６１１の内部にヒータを設けない構成とすることができる。但し、ウォームアップ時間を短縮するという観点からは、定着ロール６１１の内部にヒータを設ける構成とする方が望ましい。
【００５０】
ところで、ニップ部Ｎにおいては、定着ロール６１１および加圧ロール６２は、定着ベルト６１０を介して互いに高い荷重で圧接する。このため、定着ロール６１１や加圧ロール６２が不均一に変形し、ニップ部Ｎを通過する定着ベルト６１０に波うちやしわが発生するおそれがある。このような場合、定着ベルト６１０の安定した搬送が困難となる。
一方、上記定着ロール６１１および加圧ロール６２のうち一方のロールの変形を抑えるとともに他方のロール側を変形させるようにすれば、この変形を抑えたロール側に定着ベルト６１０が安定的に密着（沿う）するようになる。この結果、ニップ部Ｎにおける定着ベルト６１０の波打ちなどが抑制され、定着ベルト６１０の安定した搬送が可能となる。
【００５１】
そこで、本実施形態においては、断熱層６１１ｂの体積弾性率（硬さ）が弾性層６２２の体積弾性率（硬さ）よりも大きくなるように、断熱層６１１ｂおよび弾性層６２２の材質を選定している。より詳細には、加圧ロール６２の弾性層６２２に上述のとおり体積弾性率が０．００３〜３であるシリコンゴムやフッ素ゴムなどのゴム材料を用い、定着ロール６１１の断熱層６１１ｂに体積弾性率が０．１〜４０と上記弾性層６２２の体積弾性率よりも十分に大きいフッ素樹脂を用いる構成としている。このような構成とすると、ニップ部Ｎにおいては、断熱層６１１ｂの変形が抑えられるとともに、弾性層６２２が大きく変形するようになる。この結果、定着ベルト６１０は、ニップ部Ｎにおいて、定着ロール６１１側に安定して密着（沿う）するようになる。なお、本実施形態においては、断熱層６１１ｂにフッ素樹脂を用いる構成としたが、樹脂材料は一般的にゴム材料よりも変形が少ないため、フッ素樹脂以外の樹脂材料を用いることもできる。
【００５２】
なお、ヒータ６１１ｃからの熱は、断熱層６１１ｂを伝わり本体部６１１ａ方向、および断熱層６１１ｂの外周面（外表面）方向に移動していく。
ヒータ６１１ｃを本体部６１１ａ近傍に配置すると、ヒータ６１１ｃからの熱は、本体部６１１ａにより奪われやすくなる。また、この構成の場合、ヒータ６１１ｃと断熱層６１１ｂの外周面の距離が大きくなるため、断熱層６１１ｂの外周面が所定の温度に達するまでの時間が長くなってしまう。このため、ヒータ６１１ｃを断熱層６１１ｂの内部に設ける場合、断熱層６１１ｂの外周面に近い位置に設けることがより好ましくなる。
【００５３】
また、断熱層６１１ｂの内部にヒータ６１１ｃを設ける場合、ヒータ６１１ｃと外周面との間に断熱層６１１ｂが介在しているため、断熱層６１１ｂの外周面を加熱する際の加熱時間が長くなる。そこで、ヒータ６１１ｃを断熱層６１１ｂの外周面に配設することも有効である。
さらに、本体部６１１ａと断熱層６１１ｂとの境界（接合面）にヒータ６１１ｃを配設することも可能である。但し、この場合、ヒータ６１１ｃは、熱伝導率の大きい本体部６１１ａと接触する態様となる。このため、ヒータ６１１ｃからの熱は本体部６１１ａにより大きく奪われ、断熱層６１１ｂの加熱効率は低下する。
【００５４】
―第２の実施形態―
次に、第２の実施形態について説明する。
図３は、第２の実施形態における定着装置６０の概略構成を示す側断面図である。なお、第１の実施形態と同様の機能については、同様の符号を用いここではその説明を省略する。第１の実施形態では、上記のとおり断熱層６１１ｂを加熱する加熱源が断熱層６１１ｂの内部に設けられた構成となっていたが、本実施形態においては、断熱層６１１ｂを加熱する加熱源を断熱層６１１ｂの外側に設ける構成としている。
【００５５】
同図に示すように、本実施形態における定着装置６０は、定着ロール６１１の断熱層６１１ｂを加熱する加熱モジュール６０８（断熱層加熱部材、加熱部材）を備えている。なお、本実施形態では、この加熱モジュール６０８を定着ベルト６１０の内側に配置するため、姿勢矯正ロール６１４を第１の実施形態で示した位置よりも外部加熱ロール６１３から離れる方向に移動させている。
加熱モジュール６０８は、定着ベルト６１０の内側であって、定着ロール６１１の外周面に接触する状態で設けられ、他の部材を介さずに定着ロール６１１（断熱層６１１ｂ）を直接加熱する。より詳細には、加熱モジュール６０８は、ニップ部Ｎよりも定着ロール６１１の回転方向上流側に、且つ、ニップ部Ｎの下流側において定着ベルト６１０と定着ロール６１１とが接触する接触箇所よりも定着ロール６１１の回転方向下流側に設けられている。
【００５６】
また、加熱モジュール６０８は、加熱ベルト６０８ａと、張架ロール６０８ｂと、ヒータ６０８ｃとを備えている。
加熱ベルト６０８ａは、フレキシブルなエンドレスベルト（無端状ベルト）であり、全体の肉厚が小さい状態で形成されている。このため熱容量が小さい状態となっている。加熱ベルト６０８ａは、例えば、ポリイミド等からなるベース層と、銀、アルミニウム、銅、またはこれらの金属を含む合金などからなる金属層とから構成することができる。金属層は熱伝導率が高いため、金属層を含むことで加熱ベルト６０８ａをヒータ６０８ｃにより迅速に加熱することが可能となる。なお、金属層は、その厚みを２０μｍ以下とすることが望ましい。２０μｍ以下とすることで迅速に加熱可能となるからである。この結果、加熱ベルト６０８ａも迅速に加熱可能となる。また、本実施形態においては、ヒータ６０８ｃにより加熱ベルト６０８ａを加熱する構成となっているが、電磁誘導加熱（Induction Heating）方式により金属層を加熱することで、加熱ベルト６０８ａを加熱する構成とすることもできる。さらに、金属層は、上述のとおり銀、アルミニウム、銅、又はこれらの金属を含む合金を用いることが好ましい。これらの金属を用いることでしなやかさを有し扱いやすい加熱ベルト６０８ａを構成することができる。
【００５７】
張架ロール６０８ｂは、本実施形態においては２本設けられている。そして、この張架ロール６０８ｂは、互いに離間して配置され加熱ベルト６０８ａを所定の張力で張架している。また、張架ロール６０８ｂは、肉厚が０．１〜０．２ｍｍで形成されたステンレス製のハードロールとして構成され熱容量が小さい状態となっている。更に、張架ロール６０８ｂは、定着ロール６１１に近接して配置されており、この結果、加熱ベルト６０８ａの一部が定着ロール６１１の断熱層６１１ｂに巻き付けられた（ラップされた）状態となっている。このような構成とすることで、加熱モジュール６０８と断熱層６１１ｂとの接触面積をかせぐことが可能となる。
【００５８】
ヒータ６０８ｃは、張架ロール６０８ｂの内部に配置され、張架ロール６０８ｂを内部から加熱する。このヒータ６０８ｃは、例えば、ハロゲンヒータにより構成することができる。
なお、本実施形態においては、上記のとおり、加熱モジュール６０８を、加熱ベルト６０８ａと、張架ロール６０８ｂと、ヒータ６０８ｃとにより構成したが、例えば、ロール状部材と、このロール状部材を加熱するヒータにより構成し、このロール状部材を回転可能な状態で断熱層６１１ｂに接触させる構成とすることもできる。
【００５９】
本実施形態においては、第１の実施形態と同様に、定着ロール６１１のうち定着ベルト６１０の内周面側と接触する部分に断熱層６１１ｂを設ける構成としている。このため、定着ロール６１１と定着ベルト６１０との間における熱移動を少なくすることができる。
さらに、本実施形態においては、同じく第１の実施形態と同様に、断熱層６１１ｂを加熱する加熱部材（加熱モジュール６０８）を設ける構成としている。
本構成において、節電状態から復帰し、又は、電源がオン状態とされると、ヒータ６０８ｃに通電がなされる。この結果、張架ロール６０８ｂが加熱されるとともに、この加熱された張架ロール６０８ｂにより加熱ベルト６０８ａが加熱される。
【００６０】
一方で、節電状態から復帰等すると不図示の駆動源から駆動力を受け、定着ロール６１１も図中矢印Ｃ方向に回転を開始する。このため、定着ロール６１１に接触配置された加熱ベルト６０８ａも定着ロール６１１の回転に追従して図中矢印Ｆに示す方向に回転を開始する。
上記張架ロール６０８ｂや加熱ベルト６０８ａは、上述のとおり熱容量が小さい状態で形成されており、ヒータ６０８ｃに通電がなされるとすばやく温度上昇する。このため、通電が開始された場合、加熱モジュール６０８は、断熱層６１１ｂ（定着ロール６１１）の外周面側からこの断熱層６１１ｂを定着ベルト６１０の設定温度（１５０〜２１０℃）と同等レベルまで迅速に加熱する。
【００６１】
この結果、断熱層６１１ｂ（定着ロール６１１）の外周面と、定着ベルト６１０の内周面との温度差が低減する。このため、定着ロール６１１と定着ベルト６１０との間における熱移動が少なくなり、また定着ロール６１１が定着ベルト６１０から奪う熱を減少させることができる。このように定着ベルト６１０から奪われる熱は、断熱層６１１ｂ（定着ロール６１１）の外表面の温度に左右される。即ち、断熱層６１１ｂの内部温度が低い状態にあったとしても、外表面の温度がある程度上昇していれば定着ベルト６１０の温度低下を抑制することができる。そこで、本実施形態においては、上述のとおり、断熱層６１１ｂの外周面側（外側）からこの断熱層６１１ｂを加熱する構成としている。
【００６２】
なお、第１の実施形態と同様に、加熱モジュール６０８により断熱層６１１ｂを加熱する際、断熱層６１１ｂは、定着ベルト６１０の設定温度以上とする必要はなく、定着ベルト６１０の設定温度よりも低くてもよい。
本実施形態における定着装置６０において断熱層６１１ｂの厚みを１０００μｍとするとともに３０００〜３５００Ｗの電力を投入し、ウォームアップ時間を測定した結果、ウォームアップ時間は、３００〜４００秒であった。一方、比較例として、断熱層６１１ｂの厚みを同じく１０００μｍとするとともに加熱モジュール６０８を非配置とした定着装置を形成した。なお、その他の構成は、本実施形態と同じである。この定着装置において３０００〜３５００Ｗの電力を投入しウォームアップ時間を測定した結果、ウォームアップ時間は、６００〜９００秒であった。
【００６３】
さらに、断熱層６１１ｂは、全ての場所において定着ベルト６１０の設定温度と同等レベルの温度を保っている必要はなく、定着ベルト６１０と接触するニップ部Ｎ近傍において定着ベルト６１０の設定温度と同等レベルの温度を保っていればよい。そこで、本実施形態においては、加熱モジュール６０８をニップ部Ｎの上流側近傍に配置する構成としている。
また、断熱層６１１ｂを加熱する加熱源を固定的に配置し単に断熱層６１１ｂと接触させるだけの構成とすることもできる。しかしながら、このような構成の場合、加熱源と断熱層６１１ｂとが摺動するため、断熱層６１１ｂが損傷したり、定着ロール６１１の回転抵抗が増したりする。このため、本実施形態の加熱ベルト６０８ａのように、断熱層６１１ｂと接触する部分を断熱層６１１ｂに従動させる構成とすることが好ましい。
【００６４】
また、本実施形態においては、定着ロール６１１の外部に加熱モジュール６０８を設ける構成としている。このため、定着装置６０が第１の実施形態に比べ若干大きくなっている。従って、省スペース化を図るという観点からは、第１の実施形態のように、自身の体積が小さい加熱源を断熱層６１１ｂの内部に層状に設ける構成とすることが好ましい。
【００６５】
また、本実施形態においては、断熱層６１１ｂを加熱する際、例えば、電磁誘導加熱（Induction Heating）方式を利用することができる。この方式を用いる場合は、例えば、断熱層６１１ｂの外周面近傍に磁場を発生する磁場発生部を設けるとともに、断熱層６１１ｂの内部に金属層を形成する。磁場発生部により磁場が発生すると、この磁場は上記金属層に作用し、この金属層に渦電流を発生させる。これにより、断熱層６１１ｂを迅速に加熱することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明が適用される画像形成装置を示した概略構成図である。
【図２】本発明が適用される定着装置の概略構成を示す側断面図である。
【図３】第２の実施形態における定着装置の概略構成を示す側断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
６２…加圧ロール、６４…剥離パッド、６０８…加熱モジュール、６１０…定着ベルト、６１１…定着ロール、６１１ｂ…断熱層、６１１ｃ…ヒータ、６１２…テンションロール、６１３…外部加熱ロール、６１６ｂ〜６１６ｃ…ヒータ、６２２…弾性層、Ｎ…ニップ部
【図１】
2008170617.tif 000003
【図２】
2008170617.tif 000004
【図３】
2008170617.tif 000005