(57)【要約】【課題】加熱時間がより短く、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、加熱手段と加圧手段とにより定着ニップを形成し転写材上のトナー像を定着するための加熱手段を、発光機構を内部に配置した透明部材の外周に光を熱に変換する発熱部材を配置して構成し、前記発熱部材の外表面に光を照射する外部発光機構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】
加熱手段と加圧手段とにより定着ニップを形成し転写材上のトナー像を定着するための加熱手段を、発光機構を内部に配置した透明部材の外周に光を熱に変換する発熱部材を配置して構成し、前記発熱部材の外表面に光を照射する外部発光機構を設けることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記外部発光機構を、内面が凹面鏡状の集光機構を形成したケース内に配置したことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記外部発光機構の光出射口に透明窓を設け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１〜３のいずれかに記載の定着装置。
【請求項５】
前記加熱手段を、内部に発光機構を配置した円筒形の透明部材の外側に光を熱に変換する発熱部材を配置し、前記円筒形の透明部材と発熱部材の間に透明断熱層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】
前記加熱手段を、前記加圧手段の加圧位置周辺を平面または曲率の大きな曲面の透明部材で形成し、その外側に無端ベルト状の発熱部材を配置し、前記無端ベルト状の発熱部材の内側に透明断熱層を一体に形成し、前記無端ベルト状の発熱部材を加圧手段の回転により駆動するようにした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７】
前記発熱部材の内側、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５または６に記載の定着装置。
【請求項８】
前記透明部材と内側に透明断熱層を一体に形成した無端ベルト状の発熱部材の間に透明潤滑剤を配置することを特徴とする請求項６に記載の定着装置。
【請求項９】
前記平面または曲率の大きな曲面の透明部材を円筒形の保持部材で保持し、前記保持部材の内壁面を凹面鏡上の反射面とすることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の定着装置。
【請求項１０】
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１〜９のいずれかに記載の定着装置。
【請求項１１】
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５〜１０のいずれかにに記載の定着装置。
【請求項１２】
前記透明断熱層を発泡ゴムとすることを特徴とする請求項５〜１１のいずれかに記載の定着装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２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手段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。また、特開平７−２８７４６１号公報には、内部に発光機構を配置した透明部材の加圧手段による加圧位置周辺を平万形状とし、前記透明部材の外周に加圧手段の回転により回転駆動する無端ベルト状の発熱部材を配置した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５２−１０２７４１号公報
【特許文献４】特開平７−２８７４６１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手段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、加圧手段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、加熱時間がより短く、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に、定着装置において、加熱手段と加圧手段とにより定着ニップを形成し転写材上のトナー像を定着するための加熱手段を、発光機構を内部に配置した透明部材の外周に光を熱に変換する発熱部材を配置して構成し、前記発熱部材の外表面に光を照射する外部発光機構を設けることを特徴とする。発熱部材が内側と外側の両方からの光を熱に変換できるので所望の定着温度に達する時間が早くなる。
【０００６】
本第２発明は、本第１発明の定着装置において、前記外部発光機構を、内面が凹面鏡状の集光機構を形成したケース内に配置したことを特徴とする。外部発光機構に集光機構を設けることにより光損出量が減少し、所望の定着温度に達する時間をより短縮する。
【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、前記外部発光機構の光出射口に透明窓を設けることを特徴とする。外部発光機構の光出射口に透明窓を設けることにより、万一紙詰まりが発生しても高温の発光機構と紙等の転写材が接触することがないので火災等の不具合を回避できる。
【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。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。
【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、前記加熱手段を、内部に発光機構を配置した円筒形の透明部材の外側に光を熱に変換する発熱部材を配置し、前記円筒形の透明部材と発熱部材の間に透明断熱層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。
【００１０】
本第６発明は、本第１〜第４発明のいずれかの定着装置において、前記加熱手段を、前記加圧手段の加圧位置周辺を平面または曲率の大きな曲面の透明部材で形成し、その外側に無端ベルト状の発熱部材を配置し、前記無端ベルト状の発熱部材の内側に透明断熱層を一体に形成し、前記無端ベルト状の発熱部材を加圧手段の回転により駆動するようにしたことを特徴とする。透明部材と無端ベルト状の発熱部材の間に透明断熱層が配置されるので、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。さらに、加圧手段の加圧位置周辺の透明部材を平面または曲率の大きな曲面とすることにより、装置を大型化（加熱手段の大型化）することなく定着ニップを広げることができ、高効率で熱を転写部材に与えることが出来る。定着ニップが平面または曲率の大きな曲面であるので転写材のカール等の不具合を防止できる。
【００１１】
本第７発明は、本第５または第６発明の定着装置において、前記発熱部材の内側、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。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６発明の定着装置において、前記透明部材と内側に透明断熱層を一体に形成した無端ベルト状の発熱部材の間に透明潤滑剤を配置することを特徴とする。透明部材と内側に透明断熱層を形成した無端ベルト状の間の摩擦を低減し、滑らかな無端ベルト状の発熱部材の回転駆動ができ、且つ光量の損出、無端ベルト状の発熱部材の摩擦による損傷も防止できる。
【００１３】
本第９発明は、本第６〜第８発明のいずれかの定着装置において、前記平面または曲率の大きな曲面の透明部材を円筒形の保持部材で保持し、前記保持部材の内壁面を凹面鏡上の反射面とすることを特徴とする。定着ニップに効率良く光を集中でき、定着ニップの定着温度に達する時間を短縮できる。
【００１４】
本第１０発明は、本第１〜第９発明のいずれか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、発熱層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。
【００１５】
本第１１発明は、本第５〜第１０発明のいずれか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。透明断熱層での不透過の光量が低減（損出が低下）し、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。
【００１６】
本第１２発明は、本第５〜第１１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とすることを特徴とする。透明断熱層を発泡ゴムとすることにより、断熱効果が上昇する。
【００１７】
本第１３発明は、画像形成装置において、本第１〜第１２発明のいずれかの定着装置を備えることを特徴とする。加熱手段が定着に必要な所定温度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】
【００１８】
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。
【００１９】
定着装置６１は、加熱手段１２と、加熱手段１２に適当な圧力で圧接される加圧ローラ１１と外部発光機構１３により構成される。トナー像を担持した転写材が加熱手段１２と加圧ローラ１１の間に移送されトナー像が定着される。加熱手段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の外側に光を熱に変換する発熱部材４が配置される。円筒形の透明部材２と発熱部材４の間に透明断熱層３を配置すると、発熱部材４から透明部材２への熱の戻りが少なくなり望ましい。
【００２０】
外部発光機構１３は、内部に加熱手段１２と同様の発光機構１を配置した不透明な部材で形成される円筒形のケースを備える。外部発光機構１３のケースには、加熱手段１２の発熱部材４表面に光を照射す光出射口が形成される。光出射口には透明ガラス窓９が配置される。ケースの内面に凹面鏡状の集光機構８が形成される。発熱部材４を透明部材２内の発光機構１からと外部発光機構１３からの両方からの光を熱に変換できるので所望の定着温度に達する時間が早くなる。外部発光機構１３に集光機構８を設けることにより光損出量が減少し、所望の定着温度に達する時間をより短縮する。
【００２１】
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。
【００２２】
透明断熱層３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３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３を発泡ゴムとすることにより、断熱効果が上昇する。透明部材２と発熱部材４の間に透明断熱層３を配置することで、発熱部材４の熱が再度透明部材２に逆戻りするのを防止でき、発熱部材４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。
【００２３】
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。
【００２４】
この実施形態で、発熱部材４の内側、透明断熱層３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ても良い。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。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４の熱が再度透明部材２に逆戻りするのを防止でき、発熱部材４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。
【００２５】
図２は、加熱手段１２の他の実施形態を示す図である。この実施形態では、発熱部材４の内側に凹凸を形成し、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２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２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。
【００２６】
図３は、定着装置６１の加熱手段の別の実施形態を示す図である。この実施形態は、図１に示される実施形態と加熱手段１２が相違し、他の構成は、図１に示される実施形態と同様であるので説明を省略する。この実施形態の加熱手段１２は、内部に発光機構１を配置し、加圧ローラ１１の加圧位置周辺が平面または曲率の大きい曲面とした透明部材２を備える。図３に示される実施形態では、平面または曲率の大きい曲面の透明部材２が、円筒形の保持部材１０により保持されているが、平面または曲率の大きい曲面の部分以外も同じ透明部材で一体に形成しても良い。保持部材１０の材質は、透明でも良いし、不透明でも良いが、加圧ローラ１１の加圧力に耐える強度が必要である。不透明な材質としては例えば金属が用いられる。保持部材１０を不透明な材質で形成する場合は、保持部材１０の内面を凹面鏡上の反射面とする。発光機構１から光は、保持部材１０の凹面鏡上の反射面で反射され、平面または曲率の大きい曲面の透明部材２に集中する。
【００２７】
保持部材１０で保持された平面または曲率の大きい曲面の透明部材２の外側に、内側の透明断熱層３を一体に形成した無端ベルト状の発熱部材４が配置される。透明断熱層３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３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３を発泡ゴムとすることにより、断熱効果が上昇する。
【００２８】
無端ベルト状の発熱部材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。透明部材２と無端ベルト状の発熱部材４の間に透明断熱層３が配置されるので、発熱部材４の熱が再度透明部材２側に逆戻りするのを防止でき、発熱部材４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。さらに、加圧ローラ１１の加圧位置周辺の透明部材２を平面または曲率の大きな曲面とすることにより、装置を大型化（加熱手段の大型化）することなく定着ニップを広げることができ、高効率で熱を転写部材に与えることが出来る。定着ニップが平面または曲率の大きな曲面であるので転写材のカール等の不具合を防止できる。
【００２９】
無端ベルト状の発熱部材４は、転写材の搬送速度と同速度で回転する加圧ローラ１１により、転写材の搬送速度と同速度で回転駆動される。透明断熱層３が一体に形成された無端ベルト状の発熱部材４と発光機構１を内部に配置した透明部材２との間に透明潤滑剤６を配置しても良い。透明潤滑剤６は、透明部材２と無端ベルト状の発熱部材４間の摩擦を低減し、滑らかな無端ベルト状の発熱部材４の回転駆動ができ、且つ光量の損出、無端ベルト状の発熱部材４の摩擦による損傷も防止できる。この実施形態においても、図２に示されるように、発熱部材４の内側に凹凸を形成し、入射する光の受光面積を増加させても良い。
【００３０】
図４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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
図４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。
【００３６】
本発明の定着装置６１を備えることで、定着装置６１の加熱手段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の加熱手段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】
【００３７】
【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】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。
【符号の説明】
【００３８】
１：発光機構、２：透明部材、３：透明断熱層、４：発熱部材、６：透明潤滑剤、８：集光機構、９：透明ガラス窓、１０：保持部材、１１：加圧ローラ、１２：加熱手段、１３：外部発光機構、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）：一次転写ローラ、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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