(57)【要約】【課題】加熱時間が短く、熱損失が少ない光を熱に変換する加熱手段を用いる定着装置とそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。【解決手段】定着装置において、転写材上のトナー像を加熱手段と加圧手段とにより前記転写材に定着するための加熱手段として、発光機構を内部に配置した円筒形状の透明部材の外周に透明断熱層を配置し、その外側に光を熱に変換する発熱部材を設けることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転写材上のトナー像を加熱手段と加圧手段とにより前記転写材に定着するための加熱手段として、発光機構を内部に配置した円筒形状の透明部材の外周に透明断熱層を配置し、その外側に光を熱に変換する発熱部材を設けることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記発熱部材の色を黒色として吸光率を高くす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】
前記透明断熱層の透明度を８０％以上とすることを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記透明断熱層を発泡ゴムで形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の定着装置。
【請求項５】
前記発熱部材の外周に離形材を設けることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の定着装置。
【請求項６】
前記発熱部材の内側、前記透明部材の外側、前記透明断熱層の内側または外側のいずれかに凹凸部を形成し、前記凹凸部の凹部を空間として隣接する部材との接触面積を小さくして熱伝達を減少させることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の定着装置。
【請求項７】
前記透明部材と発熱部材の間に円柱状の透明断熱材を軸方向に平行に複数配列して透明断熱層を形成し、透明断熱層と透明部材及び発熱部材との接触面積を小さくして熱伝達を減少させることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の定着装置。
【請求項８】
前記透明部材の外周に円柱状の透明断熱材を螺旋状に巻き付けて透明断熱層を形成し、透明断熱層と透明部材及び発熱部材との接触面積を小さくして熱伝達を減少させることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の定着装置。
【請求項９】
前記発熱部材の内側に凹凸を形成し受光面積を大きくすることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の定着装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかの定着装置を備え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、転写材上のトナー像を加熱と加圧とにより前記転写材に定着する定着装置とその定着装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真による画像形成装置の定着装置は、熱ローラ定着方式が広く用いられている。熱ローラ定着方式の定着装置として金属ローラ内側に加熱機構を設けるものが知られている。また、特開平１１−３２７３４１号公報、特開平７−２８７４６１号公報、特開平５２−１０２７４１号公報には、透明ローラの内側に発光機構を配置し、透明ローラ外周で光を熱に変換する熱ローラによる定着装置が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−３２７３４１号公報
【特許文献２】特開平７−２８７４６１号公報
【特許文献３】特開平５２−１０２７４0１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、従来の金属ローラの内側に加熱機構を設ける定着装置では、まず金属ローラ内側を加熱し、その熱を金属ローラ外側に熱伝導させているために熱の伝達に時間を要し、金属ローラ外側が所定の温度に上昇するまで時間がかかるという問題がある。そのため、金属ローラの肉厚を薄くし、熱伝達時間の短縮が図られているが、肉厚を薄くしすぎると、加圧ローラの加圧により加熱ローラが変形するので所望の圧力をかけられないという問題がある。また、透明部材を用いてローラ外周に光エネルギーを送り、ローラ外周で熱に変換する方式は、加熱時間が短いという利点はあるが、ローラ外周で光から熱に変えた熱が、熱伝導により再度透明部材に逆戻りする熱損失が大きいという問題を有する。
【０００４】
本発明は、前記課題を解決する、加熱時間が短く、熱損失が少ない光を熱に変換する加熱手段を用いる定着装置とそれを備え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】
【０００５】
本第１発明は、前記課題を解決するため、定着装置において、転写材上のトナー像を加熱手段と加圧手段とにより前記転写材に定着するための加熱手段として、発光機構を内部に配置した円筒形状の透明部材の外周に透明断熱層を配置し、その外側に光を熱に変換する発熱部材を設けることを特徴とする。透明部材と発熱部材の間に透明断熱層を配置しているので、発熱部材の熱が再度透明部材に逆戻りするのを防止でき、発熱部材が所定の定着温度に達する時間を早くすることができる。
【０００６】
本第２発明は、本第１発明の定着装置において、前記発熱部材の色を黒色として吸光率を高くすることを特徴とする。発熱部材の色を黒色とすることで吸光率を高くすることができ、発熱部材が所定の定着温度に達する時間をより短くすることができる。
【０００７】
本第３発明は、本第１または第２発明の定着装置において、前記透明断熱層の透明度を８０％以上とすることを特徴とする。透明断熱層の透明度を８０％以上にすることにより、透明断熱層での不透過光量を低減（損出が低下）でき、発熱部材が所定の定着温度に達する時間をより短くすることができる。
【０００８】
本第４発明は、本第１〜第３発明のいずれかの定着装置において、前記透明断熱層を発泡ゴムで形成することを特徴とする。透明断熱層を発泡ゴムで形成することにより、断熱効果が上昇する。
【０００９】
本第５発明は、本第１〜第４発明のいずれかの定着装置において、前記発熱部材の外周に離形材を設けることを特徴とする。発熱部材の外周に離形材を配置することにより、転写材のトナーとの剥離性が向上し、定着装置と紙等の転写材の巻き付きを回避できる。
【００１０】
本第６発明は、本第１〜第５発明の定着装置において、前記発熱部材の内側、前記透明部材の外側、前記透明断熱層の内側または外側のいずれかに凹凸部を形成し、前記凹凸部の凹部を空間として隣接する部材との接触面積を小さくして熱伝達を減少させることを特徴とする。発熱部材の内側、透明部材の外側、透明断熱層の内側または外側のいずれかに凹凸部を形成し、凹凸部の凹部を空間として隣接する部材との接触面積を小さくして熱伝達を減少させることにより、発熱部材の熱が再度透明部材に逆戻りするのを防止でき、発熱部材が所定の定着温度に達する時間を早くすることができる。
【００１１】
本第７発明は、本第１〜第５発明の定着装置において、前記透明部材と発熱部材の間に円柱状の透明断熱材を軸方向に平行に複数配列して透明断熱層を形成し、透明断熱層と透明部材及び発熱部材との接触面積を小さくして熱伝達を減少させることを特徴とする。隣接する部材との接触面積を小さくして熱伝達を減少させることにより、発熱部材の熱が再度透明部材に逆戻りするのを防止でき、発熱部材が所定の定着温度に達する時間を早くすることができる。
【００１２】
本第８発明は、本第１〜第５発明の定着装置において、前記透明部材の外周に円柱状の透明断熱材を螺旋状に巻き付けて透明断熱層を形成し、透明断熱層と透明部材及び発熱部材との接触面積を小さくして熱伝達を減少させることを特徴とする。隣接する部材との接触面積を小さくして熱伝達を減少させることにより、発熱部材の熱が再度透明部材に逆戻りするのを防止でき、発熱部材が所定の定着温度に達する時間を早くすることができる。
【００１３】
本第９発明は、本第１〜第８発明のいずれかの定着装置において、前記発熱部材の内側に凹凸を形成し受光面積を大きくすることを特徴とする。発熱部材の内側に凹凸を形成し受光面積を大きくすることにより、光をより効率良く熱に変換することができ、発熱部材が所定の定着温度に達する時間を早くすることができる。
【００１４】
本第１０発明は、画像形成装置において、本第１〜第９のいずれかの定着装置を備えることを特徴とする。加熱ローラが定着に必要な所定時間に達する時間を短くできるので、処理時間の短い画像形成装置とすることができると共に、熱損出が少ないので消費電力を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施の形態を図により説明する。図１は、本発明の定着装置の一実施形態を示す図である。
【００１６】
定着装置６１は、加熱ローラ１２と、加熱ローラ１２に適当な圧力で圧接される加圧ローラ１１により構成される。トナー像を担持した転写材が加熱ローラ１２と加圧ローラの間に移送されトナー像が定着される。加熱ローラ１２は、円筒形の透明部材２の内側に発光機構１が配置される。円筒形の透明部材２の外側に透明断熱層３が配置され、透明断熱層３の外側に光を熱に変換する発熱部材４が配置される。
【００１７】
発光機構１としては、ハロゲンランプ、赤外線ランプが用いられるが、可視光線、紫外線、Ｘ線、γ線等の全ての電磁波を用いても良い。円筒形の透明部材２としては、発光機構１から発光される光の波長を効率良く透過し、かつ適切な硬度と耐熱性を有する材料が望ましい。具体的にガラスであり、特に透明石英ガラスが望ましい。また、耐熱樹脂、セラミックを用いても良い。
【００１８】
透明断熱層２は、透明性と断熱性、さらに場合によっては弾性が求められ、シリコーンやウレタン等の透明度が高いゴムが適切であるが、耐熱樹脂を用いても良い。さらに、透明断熱層２の透明度は、透過する光の損出を低減するために８０％以上が望ましい。また、透明断熱層２を発泡ゴムとすることにより、断熱効果が上昇する。
【００１９】
発熱部材４は、発光機構１から発光した光の波長を効率良く熱に変換できる材質のものが選択される。具体的には、鉄、クロム、ニッケル、タンタル、モリブデン、金、銀、銅、合金などの金属や、樹脂が用いられる。また、カーボン、前記金属、樹脂をガラス、ゴム、セラミックに含有させた複合材や、化学処理、蒸着等による複合材を用いても良い。発熱部材４の色を黒色として吸光率を高め、発熱部材４が所定の定着温度に達する時間をより短くすることができる。
【００２０】
図２は、本発明の定着装置６１の他の実施形態を示す図である。この実施形態の加熱ローラ１２は、円筒形の透明部材２の内側に発光機構１が配置され、円筒形の透明部材２の外側に透明断熱層３が配置され、透明断熱層３の外側に光を熱に変換する発熱部材４が配置され、発熱部材４の外周に離形材５を配置する。離形材５は、低摩擦係数で厚さが薄く、熱伝導性の良い材料でチューブ状や皮膜状に形成される。離形材５を設けることにより、トナーとの剥離性が向上し、定着装置６１と紙等の転写材の巻き付きを回避できる。
【００２１】
図３（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、本発明の定着装置６１の加熱ローラ１２の別の実施形態を示す図である。図３（ａ）に示す実施形態では、加熱ローラ１２は、円筒形の透明部材２の内側に発光機構１が配置され、円筒形の透明部材２の外側に透明断熱層３が配置され、透明断熱層３の外側に光を熱に変換する発熱部材４を配置し、円筒形の透明部材２の外周と接する透明断熱層３の内側に凹凸を形成し、凹部を空間とし、透明部材２と透明断熱層３の接触面積を減少させている。凹部の空間は真空が望ましいが、空気でも良いし、窒素ガスでも良い。透明部材２と透明断熱層３との接触面積を減少させることにより、透明部材２と透明断熱層３の熱伝導性を低下させ、透明部材２への熱の戻りを防止し、熱損出を減少できる。図３（ｂ）に示す実施形態では、円筒形の透明部材２の外周に凹凸を形成し、凹部を空間とし、透明部材２と透明断熱層３の接触面積を減少させている。図３（ｃ）に示す実施形態では、発熱部材４の内側に凹凸を形成し、凹部を空間とし、透明断熱層３と発熱部材４の接触面積を減少させている。図３（ｄ）に示す実施形態では、透明断熱層３の外側に凹凸を形成し、凹部を空間とし、透明断熱層３と発熱部材４の接触面積を減少させている。凹凸の形状は、断面三角形でも断面矩形であっても良い。
【００２２】
図４、図５は、本発明の加熱ローラ１２の隣接する部材との接触面積を減少するための他の実施形態を示す図である。図４に示される実施形態は、円筒形の透明部材２と発熱部材４との間に円柱状の透明断熱材を軸方向に平行に複数配列して透明断熱層３を形成する。複数配列された円柱上の透明断熱材と透明部材２及び発熱部材４との間に空間が形成され、透明断熱層３と透明部材及び発熱部材４との接触面積を減少させ、発熱部材４からの熱の戻りを防止する。図５に示される実施形態は、円筒形の透明部材２と発熱部材４との間に円柱状の透明断熱材を螺旋状に巻き付けて透明断熱層３を形成する。螺旋上に巻き付けられた円柱状の透明断熱部材と透明部材２及び発熱部材４との間に空間が形成され、透明断熱層３と透明部材及び発熱部材４との接触面積を減少させ、発熱部材４からの熱の戻りを防止する。
【００２３】
図６は、本発明の定着装置６１の加熱ローラ１２の別の実施形態を示す図である。この実施形態では、加熱ローラ１２は、円筒形の透明部材２の内側に発光機構１が配置され、円筒形の透明部材２の外側に透明断熱層３が配置され、透明断熱層３の外側に光を熱に変換する発熱部材４が配置し、発熱部材４の内側に凹凸を形成し、透明断熱層３から入射する光の受光面積を増加させている。発光機構１から発光した光は、透明部材２、透明断熱層３を通過し発熱部材４に１００％吸収されるわけではなく、界面反射された光は、図６の矢印ａ３のように透明断熱層３や透明部材２に戻される。そして、透明部材２や透明断熱層３の光透過率も１００％でないので数％の光は損出される。本発明では、発熱部材４の内側に凹凸を形成し受光面積を大きくすることにより、図６の矢印ｂ１〜ｂ８のように界面反射された光は、微小な凹凸内で反射と吸収を繰り返すので光損出を少なくすることができる。発熱部材４の内側に形成した凹凸の凹内は空隙であっても、透明断熱材が入り込んでも良い。
【００２４】
図７は、本発明の定着装置６１を備えた画像形成装置の概略図である。画像形成装置は、駆動ローラ５１、従動ローラ５２、テンションローラ５３により張架される無端状の中間転写ベルト５０（中間転写体）を備えている。中間転写ベルト５０に対して所定間隔で４個の像担持体として外周面に感光層を有する感光体４１Ｋ、４１Ｃ、４１Ｍ、４１Ｙが配置される。上記符合の後に付加されたＫ、Ｃ、Ｍ、Ｙは、それぞれ黒、シアン、マゼンタ、イエローを意味する。他の部材についても同様である。
【００２５】
感光体４１Ｋ、４１Ｃ、４１Ｍ、４１Ｙは、中間転写ベルト５０の駆動と同期して図示矢印方向（時計方向）へ回転駆動される。各感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の周囲には、それぞれ感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の外周面を一様に帯電する帯電手段４２（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）と、この帯電手段４２（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）により一様に帯電された感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の外周面に、感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の回転に同期して書き込む露光手段１０１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）が設けられる。
【００２６】
露光手段１０１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）により形成された静電潜像に現像剤であるトナーを付与して可視像とする現像装置４４（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）が、感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の周囲に配置される。現像装置４４（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）で現像された感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）のトナー像は、中間転写ベルト５０に一次転写ローラ４５（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）により一次転写される。一次転写された後の感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の表面に残留しているトナーは、感光体クリーニング装置４６（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）により除去される。
【００２７】
現像装置４４（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）は、例えば、現像剤として非磁性一成分トナーを用い、一成分トナーを供給ローラで現像ローラに搬送し、現像ローラ表面に付着したトナーの膜厚を規制ブレードで規制し、現像ローラを感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）に接触あるいは押圧させることにより、感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の電位レベルに応じたトナーを付着させトナー像を現像する。
【００２８】
このような４色の画像形成ステーションにより形成された黒、シアン、マゼンタ、イエローの各トナー像は、一次転写ローラ４５（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）に印加される一次転写バイアスにより中間転写ベルト５０上に順次一次転写される。中間転写ベルト５０上で順次重ね合わされてフルカラーとなったトナー像は、二次転写ローラ６６において用紙等の転写材Ｐ上に二次転写され、定着装置６１に搬送される。定着装置６１で、転写材Ｐ上のトナー像は定着され、排紙ローラ対６２によって装置上部に形成された排紙トレイ６８に排出される。
【００２９】
図７中、６３は、転写材Ｐを積層保持する給紙カセット、６４は、給紙カセット６３から転写材Ｐを一枚ずつ給送ピックアップローラ、６７は、二次転写ローラ６６の二次転写部への転写材Ｐの供給タイミングを規定するゲートローラ対、６９は、二次転写後に中間転写ベルト５０の表面に残留しているトナーを除去する中間転写ベルトクリーニングブレードである。
【００３０】
本発明の定着装置６１を備えることで、定着装置６１の加熱ローラ１２の定着温度に達する時間が短縮されるので、画像形成に要する時間を短縮で、定着装置６１の加熱ローラ１２の熱損出を低減できるので、消費電力を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態を示す図である。
【図２】本発明の実施形態を示す図である。
【図３】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）本発明の実施形態を示す図である。
【図４】本発明の実施形態を示す図である。
【図５】本発明の実施形態を示す図である。
【図６】本発明の実施形態を示す図である。
【図７】本発明の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１：発光機構、２：透明部材、３：透明断熱層、４：発熱部材、５：離形材、１１：加圧ローラ、１２：加熱ローラ、４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）：感光体、４２（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）：帯電手段、４４（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）：現像装置、４５（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）：一次転写ユニット、４６（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）：感光体クリーニング装置、５０：中間転写ベルト、５１：駆動ローラ、５２：従動ローラ、５３：テンションローラ、６１：定着装置、６２：排紙ローラ、６３：給紙カセット、６４：ピックアップローラ、６６：二次転写ローラ、６７：ゲートローラ対、６８：排紙トレイ、６９：中間転写ベルトクリーニングブレード、１０１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）：露光手段
【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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