(57)【要約】【課題】定着ベルトの冷却効率を高めることによって該定着ベルトの周長を短縮し、ウォームアップ時間の短縮と小型・コンパクト化を図ることができる定着装置を提供すること。【解決手段】定着ローラ１１と分離ローラ１２に張架された無端状の定着ベルト１３と、該定着ベルト１３を介して前記定着ローラ１１に圧接された加圧ローラ１４を備え、前記定着ベルト１３によって搬送される記録材Ｐ上に形成された未定着トナー像を該定着ベルト１３と前記加圧ローラ１４とで形成される定着ニップ部で加熱及び加圧して記録材Ｐ上に定着させる定着装置１０において、前記定着ベルト１３の少なくとも最内部層を金属で構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着ローラと分離ローラに張架された無端状の定着ベルトと、該定着ベルトを介して前記定着ローラに圧接された加圧ローラを備え、前記定着ベルトによって搬送される記録材上に形成された未定着トナー像を該定着ベルトと前記加圧ローラとで形成される定着ニップ部で加熱及び加圧して記録材上に定着させる定着装置において、
前記定着ベルトの少なくとも最内部層を金属で構成したことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記分離ローラを中空部材で構成するとともに、その内部に冷却風を供給する空冷手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
前記分離ローラの表面温度を検出する温度検出手段を設け、記録材の種類やモードに応じて前記空冷手段から前記分離ローラへの冷却風量を制御して該分離ローラの表面温度を異なる値に設定することを特徴とする請求項２記載の定着装置。
【請求項４】
前記分離ローラの外径を前記定着ローラの外径よりも小さく設定したことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の定着装置。
【請求項５】
潜像を形成する像担持体と、該像担持体上に形成された潜像をトナー像として現像する現像手段と、前記像担持体上のトナー像を記録材上に転写する転写手段と、該転写手段によって記録材上に転写されたトナー像を加熱及び加圧して記録材上に定着させる定着手段を備えた画像形成装置において、
前記定着手段を請求項１〜４の何れかに記載の定着装置で構成した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、用紙等の記録材上に転写されたトナー像を定着させるための定着装置及びこれを備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式によって画像を形成する複写機やプリンタ等の画像形成装置には、感光ドラム等の像担持体から用紙等の記録材に転写されたトナー像を定着させるための定着装置が備えられている。この定着装置としては、互いに当接して回転する加熱ローラと加圧ローラを備えた２ローラ方式の他、加熱部材として無端状の定着ベルトを使用するベルト方式を採用したものが知られている。
【０００３】
ベルト方式を採用した定着装置は、定着ローラと分離ローラに張架された無端状の定着ベルトと、該定着ベルトを介して前記定着ローラに圧接された加圧ローラを備え、前記定着ベルトによって搬送される記録材上に形成された未定着トナー像を該定着ベルトと前記加圧ローラとで形成される定着ニップ部で加熱及び加圧して記録材上に定着させるものである。
【０００４】
ところで、特許文献１には、ベルト方式を採用した定着装置において、定着ローラの定着ベルトが接触しない位置の外周面と搬送ローラの定着ベルトが接触しない位置の外周面の温度を検出及び制御することによって、トナーの溶融と凝固が適切でオフセットの無い良好な定着を実現する提案がなされている。
【特許文献１】特許第２９７６１４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１において提案された定着装置では、冷却装置が無い場合には定着ローラと搬送ローラ間の距離を十分長く取って定着ベルトが自然冷却される時間を確保する必要があるため、装置が大型化するとともに、定着ベルトの周長も必然的に長くなって該定着ベルトの熱容量が大きくなり、ウォームアップ時間が長くなるという問題がある。
【０００６】
又、仮に冷却装置を設けた場合であっても、冷却装置が無い場合よりも前記問題が軽減されるものの、冷却装置は記録材の裏側を冷却するために定着ベルトの冷却効率が悪く、前記問題が基本的に解決される訳ではない。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、定着ベルトの冷却効率を高めることによって該定着ベルトの周長を短縮し、ウォームアップ時間の短縮と小型・コンパクト化を図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にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、定着ローラと分離ローラに張架された無端状の定着ベルトと、該定着ベルトを介して前記定着ローラに圧接された加圧ローラを備え、前記定着ベルトによって搬送される記録材上に形成された未定着トナー像を該定着ベルトと前記加圧ローラとで形成される定着ニップ部で加熱及び加圧して記録材上に定着させる定着装置において、前記定着ベルトの少なくとも最内部層を金属で構成したことを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記分離ローラを中空部材で構成するとともに、その内部に冷却風を供給する空冷手段を設けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記分離ローラの表面温度を検出する温度検出手段を設け、記録材の種類やモードに応じて前記空冷手段から前記分離ローラへの冷却風量を制御して該分離ローラの表面温度を異なる値に設定することを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の発明において、前記分離ローラの外径を前記定着ローラの外径よりも小さく設定したことを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の発明は、潜像を形成する像担持体と、該像担持体上に形成された潜像をトナー像として現像する現像手段と、前記像担持体上のトナー像を記録材上に転写する転写手段と、該転写手段によって記録材上に転写されたトナー像を加熱及び加圧して記録材上に定着させる定着手段を備えた画像形成装置において、前記定着手段を請求項１〜４の何れかに記載の定着装置で構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１記載の発明によれば、定着ベルトの少なくとも最内部層を金属で構成したため、該定着ベルトの自然放熱の効果が高められるとともに、定着ベルトが分離ローラに接触する前からの熱伝導によって該定着ベルトの温度が下げられる。この結果、定着ローラと分離ローラの離間距離を短縮して両ローラに張架された定着ベルトの周長も短縮することができ、定着装置の小型・コンパクト化とウォームアップ時間の短縮を図ることができる。
【００１４】
請求項２記載の発明によれば、分離ローラを中空部材で構成するとともに、その内部に冷却風を供給する空冷手段を設けたため、分離ローラを介して定着ベルトを効率良く冷却することができる。
【００１５】
請求項３記載の発明によれば、温度検出手段によって検出された分離ローラの表面温度に基づき、記録材の種類やモードに応じて空冷手段による冷却風の供給流量を制御して分離ローラの表面温度を異なる値に設定するようにしたため、トナーの溶融と凝固を適切にコントロールすることができ、記録材の種類やモードに関わらずオフセットの無い良好な定着画像を安定的に得ることができる。
【００１６】
請求項４記載の発明によれば、分離ローラの外径を定着ローラの外径よりも小さく設定したため、トナー像が定着された記録材の定着ベルトからの剥離性能が高められる。
【００１７】
請求項５記載の発明によれば、定着装置、延いては画像形成装置全体の小型・コンパクト化とウォームアップ時間の短縮を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は本発明に係る画像形成装置要部の基本構成図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３及び図４は図１のＢ部拡大詳細図である。
【００２０】
図１において、１は像担持体である感光ドラムであって、その周囲には帯電手段としての一次帯電器２、現像手段である現像装置３、転写手段である転写ローラ４及びクリーニング手段であるクリーニング装置５が配置されている。
【００２１】
ここで、上記感光ドラム１は、ドラム状の感光体であって、不図示の駆動装置によって図１の矢印方向（時計方向）に所定のプロセススピードで回転駆動される。又、前記一次帯電器２は、不図示の帯電バイアス電源から印加される帯電バイアスによって感光ドラム１の表面を所定の電位に一様に帯電させるものである。
【００２２】
前記現像装置３は、現像剤であるトナーを内部に収容するとともに、感光ドラム１に対向する現像剤担持体である回転可能な現像ローラ６を備えており、後述のように感光ドラム１上に形成された静電潜像をトナーによって現像してトナー像として顕像化するものである。又、前記転写ローラ４は、感光ドラム１に当接して回転することによって、両者間に形成された転写ニップ部を通過する用紙等の記録材Ｐ上に感光ドラム１上のトナー像を転写するものである。更に、前記クリーニング装置５は、後述のように感光ドラム１上のトナー像が記録材Ｐ上に転写された後に感光ドラム１上に残留する転写残トナーを除去して感光ドラム１の表面を清掃するものであって、感光ドラム１の表面に摺接するクリーニングブレード７を備えている。
【００２３】
そして、上記感光ドラム１や一次帯電器２等のプロセス機器の下流側（記録材Ｐの搬送方向下流側であって、図１の左側）には本発明に係る定着装置１０が配置されている。
【００２４】
上記定着装置１０は、記録材Ｐ上に転写されたトナー像を該記録材Ｐに定着させるものであって、互いに離間して配置された回転可能な定着ローラ１１と分離ローラ１２に無端状の定着ベルト１３を張架するとともに、該定着ベルト１３を介して加圧ローラ１４を前記定着ローラ１１に所定の圧力で圧接して構成されている。
【００２５】
定着ローラ１１の内部には、定着ベルト１３を加熱する熱源としてのヒータ１５が配置されており、定着ベルト１３の表面には、該定着ベルト１３の表面温度を検出する温度検出手段としてのサーミスタ１６が配置されている。ここで、ヒータ１５は、ヒータ制御部１７を介して温度制御部２０に接続されており、サーミスタ１６は、温度計測部１８を介して温度制御部２０に接続されている。
【００２６】
而して、サーミスタ１６によって定着ベルト１３の表面温度が検出されると、その検出信号は温度計測部１８を経て温度制御部２０に入力され、温度制御部２０は、定着ベルト１３の表面温度に基づく制御信号をヒータ制御部１７に送信してヒータ１５をＯＮ／ＯＦＦ制御し、定着ベルト１３の表面温度を所定の範囲内に維持する。尚、本実施の形態では、サーミスタ１６を定着ベルト１３の幅方向中央部に接触させて配置したが、定着ベルト１３の非通紙領域に接触させても良く、或いは非接触型のサーミスタを定着ベルト１３に対して非接触で配置しても良い。
【００２７】
又、前記分離ローラ１２は円筒状の中空部材で構成され、その外径は定着ローラ１１の外径よりも小さく設定されており、図２に示すように、その軸方向両端外周は軸受２１を介して側板２２に回転可能に支持されている。又、分離ローラ１２の内部の軸方向両端部には、分離ローラ１２と共に回転することによって冷却風を分離ローラ１２内に導入する送風フィン２３がそれぞれ取り付けられている。尚、図２において、２４は分離ローラ１２の軸方向位置を決めるためのスナップリングである。
【００２８】
更に、図１に示すように、分離ローラ１２の定着ベルト１３に接触していない表面には、該分離ローラ１２の表面温度を検出する温度検出手段としてのサーミスタ２５が配置されており、該サーミスタ２５は、温度計測部１８を介して温度制御部２０に接続されている。
【００２９】
又、分離ローラ１２の近傍には、前記送風フィン２３と共に空冷手段を構成する冷却ファン２６が配置されている。この冷却ファン２６は、分離ローラ１２の内部に冷却風を供給するものであって、ファン制御部１９を介して温度制御部２０に接続されている。
【００３０】
而して、サーミスタ２５によって分離ローラ１２の表面温度が検出されると、その検出信号は温度計測部１８を経て温度制御部２０に入力され、温度制御部２０は、分離ローラ１２の表面温度に基づく制御信号をファン制御部１９に送信して冷却ファン２６をＯＮ／ＯＦＦ制御し、分離ローラ１２の表面温度を所定の範囲内に維持する。尚、本実施の形態では、記録材Ｐの種類やモード（カラーモード又はモノクロモード等）に応じて冷却ファン２６から分離ローラ１２への冷却風の供給流量を制御して分離ローラ１２の表面温度を異なる値に設定するようにしている。
【００３１】
以上のように構成された画像形成装置において、画像形成動作が開始されると、前述のように感光ドラム１が図２の矢印方向（時計方向）に所定のプロセススピードで回転駆動され、この感光ドラム１は、前述のように一次帯電器２によってその表面が一様に帯電される。このように一様に帯電された感光ドラム１に画像光Ｌが照射されると、該感光ドラム１上には画像に応じた静電潜像が形成され、この静電潜像は、現像装置３によってトナー像として顕像化される。
【００３２】
他方、不図示の給紙装置からは用紙等の記録材Ｐが所定のタイミングで感光ドラム１と転写ローラ４間に形成された転写ニップ部に給送され、転写ローラ４に印加される転写バイアスによって感光ドラム１上のトナー像が記録材Ｐ上に転写される。尚、このとき記録材Ｐ上に転写されないで感光ドラム１上に残留する転写残トナーは、前述のようにクリーニング装置５によって除去され、表面が清掃された感光ドラム１は次の画像形成に備えられる。
【００３３】
而して、前述のようにトナー像が転写された記録材Ｐは、定着装置１０へと搬送され、該定着装置１０の定着ベルト１３と加圧ローラ１４とで形成される定着ニップ部を通過する過程でトナー像が加熱及び加圧されることによって該トナー像が記録材Ｐ上に永久画像として定着される。このようにしてトナー像が定着された記録材Ｐは、最終的に機外に排出されて不図示の排紙トレイ上に積載される。
【００３４】
次に、定着装置１０を構成する各要素の具体的な構成について説明する。
【００３５】
無端状の定着ベルト１３は、図３に示すように、その最内部層（基体）１３ＡがニッケルやＳＵＳ等の金属で構成されており、その表面には記録材Ｐとトナーが加圧接触するために高い離型性が要求されるため、最内部層１３Ａの表面はＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素樹脂から成る表面層１３Ｂが被覆されている。ここで、最内部層１３Ａの厚さは１００μｍ以下が望ましく、該最内部層１３Ａの厚さを薄くすることによって、定着ベルト１３が定着ローラ１１と加圧ローラ１４との圧接部を通過した後に最内部層１３Ａが空気に触れたときの放熱量を大きくすることができる。
【００３６】
又、特にカラー画像を形成する場合には、光沢ムラの無い高質な定着画像を得るために、図４に示すように、金属製の最内部層１３Ａとフッ素樹脂製の表面層１３Ｂの間にシリコンゴム層１３Ｃを形成するのが望ましく、定着ベルト１３の厚さとしては１００〜５００μｍの範囲が望ましい。
【００３７】
斯かる定着ベルト１３は、これを円形にしたときの直径が例えば５０ｍｍに設定され、定着動作時の表面線速は例えば２００ｍｍ／ｓｅｃに設定される。
【００３８】
又、定着ローラ１１は、例えばアルミニウムや鉄等の金属によって薄肉円筒状に成形され、その外径はφ３０ｍｍ、肉厚は１ｍｍ程度に設定される。尚、定着ローラ１１の外表面は定着ベルト１３の金属面と接触することから、磨耗防止のためにＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素樹脂をコーティングしても良い。
【００３９】
上記定着ローラ１１の内部に配されたヒータ１５は、定着ベルト１３を加熱するための加熱源であり、本実施の形態では、定着ローラ１１の内部に設けたが、例えば定着ローラ１１の外部や定着ベルト１３の外部等から定着ベルト１３を加熱するように配置することもできる。但し、必ず分離ローラ１２を通過した後にヒータ１５が定着ベルト１３を加熱するような構成とし、できれば分離ローラ１２から離れた場所で定着ローラ１１を加熱することが望ましい。
【００４０】
加圧ローラ１４は、アルミニウムやＳＵＳ等で成型された芯金の表面にシリコンやシリコンゴム等を発泡させる等して成型した多孔質のシリコンゴムの弾性層を形成し、この弾性層の表面にＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素樹脂をコーティングしたり、予め成型されたチューブ状のものを被覆するのが望ましい。本実施の形態では、加圧ローラ１４の外径はφ３０ｍｍ、弾性層の厚みは７ｍｍに設定されている。
【００４１】
分離ローラ１２は、例えばアルミニウムや鉄等の金属によって薄肉円筒状に成形され、本実施の形態では、外径はφ１５ｍｍ、肉みは０．５ｍｍ程度に設定されている。尚、分離ローラ１２の外表面は定着ベルト１３の金属面と接触することから、磨耗防止のためにＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素樹脂をコーティングしても良い。又、定着ベルト１３の温度を更に下げるために、分離ローラ１２の内周面にリブを突設して該分離ローラ１２の表面積を大きくすることによって、該分離ローラ１２の冷却効率を高めるようにしても良い。
【００４２】
以上において、本実施の形態に係る定着装置１０によれば、定着ベルト１３の最内部層１３Ａを金属で構成したため、該定着ベルト１３の自然放熱の効果が高められるとともに、定着ベルト１３が分離ローラ１２に接触する前からの熱伝導によって該定着ベルト１３の温度が下げられる。この結果、定着ローラ１１と分離ローラ１２の離間距離を短縮して両ローラ１１，１２に張架された定着ベルト１３の周長も短縮することができ、定着装置１０、延いては画像形成装置全体の小型・コンパクト化とウォームアップ時間の短縮を図ることができる。
【００４３】
又、本実施の形態では、分離ローラ１２を中空部材で構成するとともに、その内部に冷却風を供給する空冷手段として送風フィン２３と冷却ファン２６を設けたため、分離ローラ１２を効率良く冷却することができ、この分離ローラ１２を介して定着ベルト１３を冷却してその温度を下げることができる。
【００４４】
更に、本実施の形態では、サーミスタ２５によって検出された分離ローラ１２の表面温度に基づき、記録材Ｐの種類やモードに応じて冷却ファン２６から分離ローラ１２への冷却風の供給流量を制御して分離ローラ１２の表面温度を異なる値に設定するようにしたため、トナーの溶融と凝固を適切にコントロールすることができ、記録材Ｐの種類やモードに関わらずオフセットの無い良好な定着画像を安定的に得ることができる。因みに、分離ローラ１２の表面温度が所定の範囲よりも高い場合には、記録材Ｐが定着ベルト１３によって搬送される間に該記録材Ｐ上のトナーがガラス転移状態になることができず、定着不良が発生する。又、逆に分離ローラ１２の表面温度が所定の範囲よりも低い場合には、分離ローラ１２を抜けた定着ベルト１３が定着ローラ１１と再度接触して該定着ローラ１１と加圧ローラ１４との圧接部に到達するまでに定着ベルト１３の表面温度が記録材Ｐ上の未定着トナー像を定着できる温度まで上がらないために定着不良が発生する。このため、分離ローラ１２の設定温度は、サーミスタ１６によって制御される定着ベルト１３の表面温度も考慮して設定することが望ましい。
【００４５】
又、本実施の形態では、分離ローラ１２の外径を定着ローラ１１の外径よりも小さく設定したため、トナー像が定着された記録材Ｐの定着ベルト１３からの剥離性能が高められる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る画像形成装置要部の基本構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１のＢ部拡大詳細図である。
【図４】図１のＢ部拡大詳細図である。
【符号の説明】
【００４７】
１        感光ドラム（像担持体）
２        一次帯電器
３        現像装置（現像手段）
４        転写ローラ(転写手段)
５        クリーニング装置
６        現像ローラ
７        クリーニングブレード
１０      定着装置
１１      定着ローラ
１２      分離ローラ
１３      定着ベルト
１３Ａ    定着ベルトの最内部層
１３Ｂ    定着ベルトの表面層
１３Ｃ    定着ベルトのシリコンゴム層
１４      加圧ローラ
１５      ヒータ
１６      サーミスタ（温度検出手段）
１７      ヒータ制御部
１８      温度計測部
１９      ファン制御部
２０      温度制御部
２１      軸受
２２      側板
２３      送風フィン（空冷手段）
２４      スナップリング
２５      サーミスタ（温度検出手段）
２６      冷却ファン（空冷手段）
Ｌ        画像光
Ｐ        記録材
【図１】
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【図２】
2008242357.tif 000004
【図３】
2008242357.tif 000005
【図４】
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