(57)【要約】【課題】  コンパクトな構成で転写材の剥離が行え、ウォームアップタイムを短縮できるとともに、特にカラー電子写真装置においては、光沢性のある高画質の画像を提供することができる定着装置、及びこれを備えた画像形成装置を提供すること。【解決手段】  少なくとも１つの駆動ローラを含む複数の回転自在な支持部材と、支持部材に掛け渡された無端状のベルトと、ベルトを介して第１の支持部材と圧接し、ニップ部を形成する加圧部材と、ニップ部の下流に位置するとともに所定の曲率半径を有し、ベルトを押圧する第２の支持部材と、ベルトを加熱する加熱手段とを有する定着装置であって、第２の支持部材は、前記ベルトを冷却する冷却手段を備える。【選択図】図１
2008203558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの駆動ローラを含む複数の回転自在な支持部材と、
前記支持部材に掛け渡された無端状のベルトと、
前記ベルトを介して第１の支持部材と圧接し、ニップ部を形成する加圧部材と、
前記ニップ部の下流に位置するとともに所定の曲率半径を有し、前記ベルトを押圧する第２の支持部材と、
前記ベルトを加熱する加熱手段とを有する定着装置であって、
前記第２の支持部材は、前記ベルトを冷却する冷却手段を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記第２の支持部材は中空形状であって、
前記冷却手段は、前記第２の支持部材の中空部に、冷却風を送る送風手段又は冷却水を送る送水手段であ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】
前記第２の支持部材は中空形状であって、
前記冷却手段は、前記第２の支持部材の内壁に設けられた冷却フィンであることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項４】
前記冷却手段は、前記第２の支持部材に接触するヒートシンクであることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項５】
前記第２の支持部材は、さらに温度制御手段を備え、前記温度制御手段によって前記冷却手段が制御され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】
請求項１〜５のいずれかに記載の定着装置を備える画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、未定着のトナー像を溶融定着する定着装置を備えた複写機やファクシミリ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等の画像形成装置では、感光体ドラム表面に形成されたトナー像を転写紙上に転写し、定着装置によってこれを定着している。定着装置としては、転写紙上のトナーを加熱融解させる加熱部材と、該加熱部材に圧接して転写紙を挟持搬送し、トナーを転写紙上に定着する加圧部材と、該加熱部材、該加圧部材及びテンションローラ等を含む支持部材に掛け渡された無端状の転写紙搬送ベルト等とで構成される熱ローラ定着装置が一般的である。
【０００３】
このような熱ローラ定着装置において、トナーを加熱部材にて加熱溶融した後、転写紙をベルト上から剥離するためには、剥離性の向上を図るべく、ベルトとともに転写紙を冷却する冷却手段が用いられる。
【０００４】
例えば、特許文献１に記載の定着装置では、冷却ムラを少なくするため、加熱ロール（加熱部材）から剥離ロール（支持部材）に至るベルトの内周面部分に、ベルトの外周面側方向にベルトを押圧しながら冷却する押圧冷却面のある冷却構造体が備えられる。該冷却構造体は、内周面からベルト及び記録シート（転写紙）を押圧しながら冷却する。
【０００５】
特許文献１に記載の定着装置では、冷却構造体が加熱ロールから剥離ロールに至るベルトの内周面部分に備えられるので、冷却構造体が加熱ロールと剥離ロールとの間に収まるようにベルトの長さを長くする必要がある。
しかしながら、ベルトを長くすると、定着装置が大型化してしまうとの問題がある。
また、ベルトを長くすることで、ベルトを含む定着装置の構成部品に要する熱容量が大きくなり、定着のための目標温度に達するまでの時間（ウォームアップタイム）が長くなってしまうという問題もある。
【０００６】
【特許文献１】特許第３７８８２２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、コンパクトな構成で転写材の剥離が行え、ウォームアップタイムを短縮できるとともに、特にカラー電子写真装置においては、光沢性のある高画質の画像を提供することができる定着装置、及びこれを備えた画像形成装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、少なくとも１つの駆動ローラを含む複数の回転自在な支持部材と、前記支持部材に掛け渡された無端状のベルトと、前記ベルトを介して第１の支持部材と圧接し、ニップ部を形成する加圧部材と、前記ニップ部の下流に位置するとともに所定の曲率半径を有し、前記ベルトを押圧する第２の支持部材と、前記ベルトを加熱する加熱手段とを有する定着装置であって、前記第２の支持部材は、前記ベルトを冷却する冷却手段を備えることを特徴とする定着装置に関する。
【０００９】
請求項２に係る発明は、前記第２の支持部材は中空形状であって、前記冷却手段は、前記第２の支持部材の中空部に、冷却風を送る送風手段又は冷却水を送る送水手段であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置に関する。
【００１０】
請求項３に係る発明は、前記第２の支持部材は中空形状であって、前記冷却手段は、前記第２の支持部材の内壁に設けられた冷却フィンであることを特徴とする請求項１に記載の定着装置に関する。
【００１１】
請求項４に係る発明は、前記冷却手段は、前記第２の支持部材に接触するヒートシンクであることを特徴とする請求項１に記載の定着装置に関する。
【００１２】
請求項５に係る発明は、前記第２の支持部材は、さらに温度制御手段を備え、前記温度制御手段によって前記冷却手段が制御され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に関する。
【００１３】
請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の定着装置を備える画像形成装置に関する。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る発明によれば、少なくとも１つの駆動ローラを含む複数の回転自在な支持部材と、支持部材に掛け渡された無端状のベルトと、ベルトを介して第１の支持部材と圧接し、ニップ部を形成する加圧部材と、ニップ部の下流に位置する第２の支持部材と、ベルトを加熱する加熱手段とを有する。ニップ部の下流に位置する第２の支持部材は、所定の曲率半径を有し、ベルトを押圧することで、曲率分離によって転写材をベルトから剥離する。また、第２の支持部材は、ベルトを冷却する冷却手段を備えるので、転写材をベルトから剥離する際にベルトとともに転写材も冷却し、剥離性を高める。このように、転写材の剥離とともに転写材の冷却を行うので、転写材の剥離性能をより向上させるとともに、トナーの光沢を高めることができる。
また、第２の支持部材が、転写材の剥離機能を有するとともに、冷却手段を兼ね備えることで、冷却構造体を別途備える構成と比較すると、ベルトの長さも長くならず、コンパクトな構成とすることができる。
【００１５】
請求項２に係る発明によれば、第２の支持部材は内部が空洞の中空形状であって、冷却手段は中空部に冷却風を送る送風手段又は冷却水を送る送水手段であるので、冷却風又は冷却水によって第２の支持部材の熱が奪われる。これによって、第２の支持部材が内部から冷却されるとともに、第２の支持部材に掛け渡されたベルトも、第２の支持部材を介して冷却される。
【００１６】
請求項３に係る発明によれば、第２の支持部材は内部が空洞の中空形状であって、冷却手段は第２の支持部材の内壁に設けられた冷却フィンであるので、第２の支持部材の回転とともに、冷却フィンも回転する。冷却フィンの回転で、内部に風が生じるので、第２の支持部材が内部から冷却される。これによって、第２の支持部材に掛け渡されたベルトも、第２の支持部材を介して冷却される。
【００１７】
請求項４に係る発明によれば、冷却手段は第２の支持部材に接触するヒートシンクであるので、第２の支持部材の接触部分からヒートシンクに熱が奪われる。これによって、第２の支持部材が冷却され、第２の支持部材に掛け渡されたベルトも、第２の支持部材を介して冷却される。
【００１８】
請求項５に係る発明によれば、第２の支持部材は温度制御手段を有し、温度制御手段は冷却手段を制御するので、冷却手段による第２の支持部材の冷却状態が制御される。これによって、第２の支持部材の温度を一定温度に調整できる。
【００１９】
請求項６に係る発明によれば、請求項１〜５のいずれかに記載の定着装置を備えるので、コンパクトな構成で、ウォームアップタイムを短縮できるとともに、特にカラー電子写真装置においては、光沢性のある高画質の画像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】
【００２０】
以下、本発明に係る定着装置の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明に係る定着装置（１）の実施形態の構成例を示す側面図である。
本実施形態に係る定着装置（１）は、加熱ローラ（２）、加圧ローラ（３）、分離ローラ（４）、テンションローラ（５）、加熱ベルト（６）、及び加熱源（不図示）を備える。
【００２１】
加熱ローラ（２）、分離ローラ（４）及びテンションローラ（５）は、円筒形状の支持部材であって、無端状の加熱ベルト（６）が掛け渡される。加熱ベルトは、基材層、弾性層及び表面層の３層構造からなる。基材層は、厚みが３０〜１００μｍ程度であって、ポリイミド樹脂、ニッケル、ＳＵＳ（ステンレス鋼）等で形成される。弾性層は、厚みが１００〜５００μｍ程度であって、シリコン樹脂等で形成される。表面層は、トナーに対する離型性を考慮して、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）コートや、ＰＦＡ（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）チューブ等のフッ素樹脂等で形成される。
【００２２】
加熱ローラ（２）は、定着装置（１）を駆動させる回転自在の駆動ローラであるとともに、加熱ベルト（６）を支持する第１の支持部材である。加熱ローラ（２）は、鉄等で形成された芯金部分の軸（２１）を備える。加熱ローラ（２）の表面は、転写材である転写紙（５０）に転写されたトナーや転写紙（５０）の張り付きを防ぐために、例えば、ＰＦＡチューブ等の離型性の良い素材で被覆されている。加熱ローラ（２）は、図示しない駆動手段により駆動力を得て、回転運動を行う。
加熱ローラ（２）は、不図示の押圧バネによって押圧され、加熱ベルト（６）を介して、加圧ローラ（３）に押圧される。加熱ローラ（２）の内面は、黒塗りされてもよく、内部に加熱源（不図示）を備えている。加熱源によって、加熱ローラ（２）が加熱されると、加熱ローラ（２）は回転しながらニップ部（７）に熱を供給する。
【００２３】
加熱源は、加熱手段であって、例えば、ハロゲンランプを備えたハロゲンヒータを用いることができる。加熱源が配置される加熱ローラ（２）の内面は、黒塗りされており、ハロゲンランプの光が照射されると、光は反射する。これにより、輻射熱が効率良く加熱ローラ（２）に与えられる。なお、加熱手段としては、これに限らず、誘導加熱方法を利用した加熱装置であってもよい。この装置には、螺旋状に巻かれたコイルが配置される。当該コイルに高周波電流を流すことで、生じた高周波磁界で加熱ローラ（２）に誘導渦電流を発生させ、加熱ローラ（２）の表皮抵抗によって、加熱ローラ（２）自体にジュール発熱させる。この装置によれば、ハロゲンランプ等の間接加熱に比べて、短時間で加熱ローラ（２）を昇温させることができ、加熱ローラ（２）以外の部分の発熱や光漏れ等によるエネルギーロスを少なくできる。
【００２４】
加圧ローラ（３）は、回転自在のローラであって、加熱ベルト（６）を介して加熱ローラ（２）を圧接するとともに、加熱ベルト（６）を支持する。加圧ローラ（３）は、鉄等で形成された芯金部分の軸（３１）と、軸（３１）に外嵌されシリコン発泡スポンジなどの弾性体を有する弾性ローラ（３２）とを備える。加圧ローラ（３）により加熱ローラ（２）が圧接されて、ニップ部（７）が形成される。
未定着のトナー像が形成された転写紙（５０）は、ニップ部（７）に搬送され、加熱ローラ（２）及び加圧ローラ（３）の回転によって、ニップ部（７）を通過する。転写紙（５０）がニップ部（７）を通過する際に、加熱ローラ（２）及び加圧ローラ（３）によって、加熱・加圧されることで、転写紙（５０）上の未定着のトナー像が溶融され、転写紙（５０）上に定着する。
【００２５】
分離ローラ（４）は、回転自在のローラであって、ニップ部（７）の下流に位置し、加熱ベルト（６）を支持する第２の支持部材である。分離ローラ（４）は、所定の曲率半径を有し、加熱ベルト（６）を押圧する。分離ローラ（４）が所定の曲率半径を有することで、加熱ベルト（６）の押圧の際に、曲率分離によって転写紙（５０）を加熱ベルト（６）から剥離する。曲率分離を行うためには、分離ローラ（４）の外径を一定以下とする必要がある。外径が大きすぎると、転写紙（５０）を加熱ベルト（６）から確実に剥離することが困難となるからである。一方、分離ローラ（４）の外径を小さくしすぎると、加熱ベルト（６）の耐久性に影響を与えてしまう。このため、分離ローラ（４）の外径は、８〜２５ｍｍとするのが好ましい。より好ましくは、１０〜２０ｍｍである。分離ローラ（４）は、アルミ等の熱伝導率の高い金属で構成され、表面はフッ素樹脂等で被覆されていても良い。
さらに、分離ローラ（４）には、加熱ベルト（６）を冷却する冷却手段が備えられる。
【００２６】
図２は、分離ローラ（４）に備えられた冷却手段の概略構成図である。図２（ａ）では、冷却手段として、分離ローラ（４）内に冷却風、冷却水等を送ることで分離ローラ（４）を冷却する方式のものを示している。図２（ａ）に示す通り、分離ローラ（４）の内部は中空となっており、この中空部に、不図示の送風手段又は送水手段から冷却風又は冷却水を送り込む。これによって、分離ローラ（４）の熱を奪い、分離ローラ（４）を冷却することができる。送風手段としては、例えば、送風ファンが用いられ、送水手段としては、例えば、ロータリーポンプが用いられる。
【００２７】
図２（ｂ）では、冷却手段としてローラ内部に冷却フィン（６０）を設けたものを示している。ローラ内部に設けられた冷却フィン（６０）が、分離ローラ（４）の回転とともに回転することにより、ローラ内部に風が生じる。この風によって、分離ローラ（４）内の熱が奪われ、冷却される。冷却フィン（６０）の形状は、図示したものに限らず、螺旋形状であってもよい。冷却フィン（６０）が螺旋形状であれば、ローラ内部の風の通りがスムーズとなり、効率的に分離ローラ（４）を冷却することができる。
【００２８】
また、図２（ｃ）では、冷却手段として、ヒートシンク（７０）を示している。ヒートシンク（７０）を分離ローラ（４）に接触させて設けることで、このヒートシンク（７０）の接触部分から分離ローラ（４）の熱を放熱させ、温度を下げることができる。ヒートシンク（７０）には、アルミ等の熱伝導率の高い金属が用いられる。
【００２９】
分離ローラ（４）が、冷却手段により冷却されると、分離ローラ（４）に押圧される加熱ベルト（６）及びこれに搬送される転写紙（５０）が冷却される。このように、分離ローラ（４）が転写紙（５０）を押圧し、かつ、冷却することにより、転写紙（５０）の剥離性を向上させることができる。また、溶融後、冷却されることによってトナーの光沢を増加させることができる。
また、分離ローラ（４）が、転写紙（５０）の剥離機能を有するとともに、冷却手段を兼ね備えることで、冷却構造体を別途備える構成と比較すると、加熱ベルト（６）の長さを長くすることなく、定着装置（１）の構成をコンパクトにできる。
【００３０】
さらに、分離ローラ（４）は、温度制御手段を備える。温度制御手段は、サーミスタ（不図示）等の温度検知装置と、温度検知装置からの温度情報に基づき冷却手段の動作を制御する制御装置（不図示）とからなる。サーミスタは、接触式又は非接触式のものが用いられる。サーミスタが分離ローラ（４）の温度を検知し、加熱ベルト（６）との温度の差が算定されると、この温度の差に基づいて、制御装置により冷却手段の動作が制御される。
冷却手段が、図２（ａ）の送風ファン又はロータリーポンプである場合、温度制御手段の制御装置により、分離ローラ（４）への送風又は送水が制御される。例えば、サーミスタにより検知された温度の差が、２０℃以上であれば、送風ファンの駆動が制止される。一方、検知された温度の差が、２０℃未満であれば、送風ファン等が駆動される。
【００３１】
冷却手段が、図２（ｂ）に記載の冷却フィン（６０）である場合は、温度制御手段の制御装置によって、冷却フィン（６０）の回転駆動が制御される。例えば、上記サーミスタにより検知された温度の差が、２０℃以上であれば、転写紙（５０）の通過前や転写紙（５０）間等の非通紙時間において、分離ローラ（４）の回転とともに、冷却フィン（６０）の回転が停止する。分離ローラ（４）の回転の停止は、駆動ローラである加熱ローラ（２）の駆動手段（不図示）が上記制御装置により制止されることで行われる。一方、検知された温度の差が、２０℃未満であれば、駆動手段が駆動することにより、分離ローラ（４）の回転とともに冷却フィン（６０）が回転する。
【００３２】
また、冷却手段が、図２（ｃ）に記載のヒートシンク（７０）である場合は、温度制御手段の制御装置によって、ヒートシンク（７０）による放熱動作が制御される。具体的には、ヒートシンク（７０）が、カム（不図示）等によって、分離ローラ（４）に接触又は離間することにより放熱の制御がなされる。例えば、上記サーミスタにより検知された温度の差が、２０℃以上であれば、ヒートシンク（７０）は分離ローラ（４）から分離される。一方、検知された温度の差が、２０℃未満であれば、ヒートシンク（７０）は分離ローラ（４）に接触される。
これによって、分離ローラ（４）の温度が一定温度に調整される。
【００３３】
テンションローラ（５）は、加熱ベルト（６）を支持する支持部材であり、不図示の押圧バネによって押圧され、加熱ベルト（６）に張力を与える。テンションローラ（５）は、アルミ等の熱伝導率の高い金属からなり、表面はフッ素樹脂等で被覆されていても良い。テンションローラ（５）の外径は、分離ローラ（４）の外径と同じく、８〜２５ｍｍとするのが好ましく、より好ましくは、１０〜２０ｍｍである。
【００３４】
本発明に係る画像形成装置は、上記の定着装置（１）を備える。
これによって、コンパクトな構成で、ウォームアップタイムを短縮できるとともに、特にカラー電子写真装置においては、光沢性のある高画質の画像を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、トナーを加熱ローラにて加熱溶融した後、転写紙が当接された状態のベルトを冷却する方式の熱ローラ定着装置において好適に利用されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る定着装置の実施形態の構成例を示す側面図である。
【図２】分離ローラに設けられた冷却手段の概略構成図である。
【符号の説明】
【００３７】
１          定着装置
２          加熱ローラ（第１の支持部材）
３          加圧ローラ
４          分離ローラ（第２の支持部材）
５          テンションローラ
６          加熱ベルト
７          ニップ部
２１，３１  軸
３２        弾性ローラ
６０        冷却フィン
７０        ヒートシンク
【図１】
2008203558.tif 000003
【図２】
2008203558.tif 000004