(57)【要約】【課題】高速でかつ高画質のカラー画像の形成が可能であると共に、熱エネルギーを有効に利用して省エネルギー化を実現する。【解決手段】記録材Ｐを挟持搬送するニップ部Ｎを有し、ニップ部Ｎで記録材Ｐ上の未定着画像を定着させる定着装置１０７において、ニップ部Ｎよりも記録材搬送方向上流側に設けられ、ニップ部Ｎに向けて記録材Ｐを搬送しながら記録材Ｐを予備加熱する予備加熱搬送手段３（予備加熱ローラ３ａ，磁束形成手段４）を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録材を挟持搬送するニップ部を有し、前記ニップ部で記録材上の未定着画像を定着させる定着装置において、
前記ニップ部よりも記録材搬送方向上流側に設けられ、前記ニップ部に向けて記録材を搬送しながら前記記録材を予備加熱する予備加熱搬送手段を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記予備加熱搬送手段は、記録材を搬送する搬送手段と、前記搬送手段を発熱させる発熱手段と、を備え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】
前記発熱手段は、前記搬送手段を発熱させる交番磁場を形成する磁束形成手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記搬送手段にバイアス電圧を印加する手段を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の定着装置。
【請求項５】
前記搬送手段は、金属の芯金の外側面に離型層を形成した金属ローラであることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項６】
前記金属ローラは、記録材搬送方向に複数並んで設けられており、
記録材搬送方向に沿って、記録材搬送方向最も上流側の金属ローラと、最も下流側の金属ローラとの間に設けられ、金属ローラにより搬送される記録材が前記金属ローラに巻き込まれることを防止するガイド部材を備え、
前記複数の金属ローラの外周にはそれぞれ、前記ガイド部材を配置するために形成された溝が円周方向に沿って設けられていることを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載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、高速印刷及び省エネルギー化に適する定着装置に関し、例えば電子写真方式、静電記録方式を用いた画像形成装置に用いられ、未定着画像を予備的に加熱する手段を有する定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機、プリンタなどに用いられる電子写真方式の画像形成装置において、一般的にはローラ状の定着部材（定着ローラ）の内面からヒータ加熱を行う方法が採られている。そして、加熱される定着部材（加熱ローラ）と、これに圧接される加圧部材（加圧ローラ）とで形成される加圧ニップにて記録材を挟持搬送して、記録材にカラートナー画像を定着させる。
【０００３】
定着ローラ及び加圧ローラは、アルミニウムやステンレスの中空芯金の中にハロゲンランプ等の加熱体を備えている。そして、定着ローラ及び加圧ローラにおいて、中空芯金の外側面にはシリコンゴムで形成された弾性層が形成され、外表面にはカラートナーのオフセットを防止するためのフッ素樹脂等の耐熱離型材料から成る離型層が設けられている。
【０００４】
ハロゲンランプと定着ローラ及び加圧ローラを用いた場合では、ハロゲンランプのガラス表面が２００℃をはるかに越える高温に達するが、実際の温調はローラの表面温度を検知して１８０℃前後で行っている。
【０００５】
一方、近年製品化されているセラミックヒータと定着フィルムを用いて直接記録材表面を加熱するオンデマンド系の構成では、ヒータ温度は１９０〜２００℃程度の低温で前者と同等の定着性を得ている。このことから、ヒータ温度をほぼ定着温度まで下げることができる後者のシステムは、より放熱ロスが少なく効率的であると言える。
【０００６】
しかしながら、前述のローラ定着には、例えばフィルム定着と比べてニップ部の圧を高めてもスリップするなどの問題がなく機械的に安定しており、構成が簡単であるという利点がある。
【０００７】
近年、カラー複写機やカラープリンタ等で、高画質化、高速印刷化、省エネルギー化という課題の重要性が増してきた。
【０００８】
しかしながら、従来の定着ローラを用いた構成では、３色以上のカラートナーを載せた記録材を高速で印刷する場合、定着時間が短くなり、記録材及びトナーへの熱伝播が十分行なわれず、定着不良が発生することが懸念されている。従来の定着ローラの構成では、消費電力の低減、さらには高速、高画質と言った点において優れた性能を両立させることは非常に困難である。
【０００９】
一方、フィルム定着を用いた構成では、立ち上り時間の短縮と、消費電力の低減に関しては、非常に優れているが、３色以上のカラートナーを載せた記録材を高速で印刷する場合に次のような問題が生ずることが懸念される。
【００１０】
まず、定着フィルムにポリイミド等の有機性耐熱樹脂を用いているため熱伝導性が悪く、高速化した際に記録材及びトナーへの熱伝播が十分行なわれず、定着不良が発生する可能性がある。これは、実用上問題のない可能な限り多くの熱量を加熱ヒータにより発熱させても、その熱がフィルムにより遮断されてしまい、記録材及びトナー上に効率的に伝達
できないことによる。このため、モノクロ画像では実用上問題がないが、高速で高品質なカラー画像が得られないことが懸念される。
【００１１】
これらの高速印刷時の定着不良は、記録材の温度が低いことが原因で、トナーに与えられた熱が記録材に奪われ、トナーの溶融変形が十分に起きないことで発生する。
【００１２】
そこで、これらの問題を解決するために、記録材を搬送する経路において、搬送方向における定着のニップ部より上流側に配置された予備加熱手段を設けることが提案されている。
【００１３】
この方法を用いれば、記録材が定着のニップ部に接する前に、予備加熱手段によりある程度、記録材の温度が高くなる。それにより、高速印刷時においても、定着部材からトナーに与えられた熱が記録材に奪われることなく、十分にトナーが溶融変形して、記録材への定着が可能になる。
【００１４】
予備加熱手段としては、ニクロム線ヒータ、ハロゲンランプ、近赤外線ランプ、発熱抵抗層を持つ面状発熱体が用いられている。
【００１５】
しかし、記録材をできる限り省エネルギーで予備加熱するために、記録材が予備加熱手段のある位置を通過している間だけ、発熱させることが望ましい。したがって、予備加熱手段は、印刷時の設定温度にまで、出来るだけ早く昇温させることが望ましい。
【００１６】
しかしながら、従来の予備加熱手段のうち、ニクロム線ヒータ、ハロゲンランプ、近赤外線ランプ等の放射加熱方式を用いた場合は、設定温度にまで昇温させるのに時間がかかるため、印刷時だけ予備加熱手段に通電するのでは、記録材を十分に予備加熱できない。
【００１７】
これに対して、電磁誘導加熱方式を用いれば、発熱体の昇温時間が極めて早く、設定温度までの昇温時間が極めて短い、また記録材の厚さや湿度等に応じて温度を制御することができるため、電磁誘導加熱方式は予備加熱手段に適している。また、電磁誘導加熱方式を用いることで、予備加熱手段の発熱体が小型化でき、発熱体の熱容量が小さくなり、更に省エネルギーで予備加熱が可能になる。
【００１８】
電磁誘導加熱方式を用いた予備加熱手段を備えた定着装置は、特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２２８２４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、従来の構成では、入り口ガイド板上を発熱させて、記録材を予備加熱するものである。このため、記録材として普通サイズ紙（ＬＴＲ・Ａ４サイズ）の他に、これよりも長さ（記録材搬送方向の長さ）の短い小サイズ紙（封筒、ハガキなど）を含む印刷が行なわれる際、次のようなことが懸念される。すなわち、転写部から出てきた短い小サイズ紙の先端が定着ローラと加圧ローラのニップ部に搬送できない可能性がある。
【００２０】
また、表面にトナー像が印刷されている記録材を反転して、両面印刷を行う場合においても、次のようなことが懸念される。すなわち、裏面の定着済みのトナー像が予備加熱する入り口ガイド板を通過する際、トナー像が再溶融してガイド板に摩擦されて、ガイド板にトナー像が付着してしまい、裏面の印刷画質を低下させる可能性がある。
【００２１】
そこで、本発明者は、定着装置の高速印刷化、定着性向上、省エネルギー化、両面印刷
時の印刷画質の安定化を達成するべく鋭意検討を行った。
【００２２】
本発明は上記したような事情に鑑みてなされたものであり、高速でかつ高画質のカラー画像の形成が可能であると共に、熱エネルギーを有効に利用して省エネルギー化を実現することを目的とする。また、封筒、ハガキ等の小サイズの記録材であっても、転写部から定着装置に確実に搬送することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するために本発明にあっては、
記録材を挟持搬送するニップ部を有し、前記ニップ部で記録材上の未定着画像を定着させる定着装置において、
前記ニップ部よりも記録材搬送方向上流側に設けられ、前記ニップ部に向けて記録材を搬送しながら前記記録材を予備加熱する予備加熱搬送手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、高速でかつ高画質のカラー画像の形成が可能であると共に、熱エネルギーを有効に利用して省エネルギー化を実現することが可能となる。また、封筒、ハガキ等の小サイズの記録材であっても、転写部から定着装置に確実に搬送することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。
【実施例１】
【００２６】
図５は、実施例１に係る画像形成装置１００を示す概略断面図である。
【００２７】
図５において、１０１は画像形成装置１００に設けられ、電子写真方式により画像形成を行う画像形成部である。この画像形成部１０１はトナー像を形成する像担持体としての感光体ドラム１０２、感光体ドラム１０２に形成されたトナー像を記録材Ｐに転写する転写手段１０３などを備えている。
【００２８】
この画像形成部１０１において、画像形成動作が開始されると、まずレーザスキャナ１０４により画像信号に応じた光が感光体ドラム１０２に照射され、このような画像信号に応じた光が照射されることにより、感光体ドラム１０２上に潜像が形成される。
【００２９】
次に、現像手段１０５によってトナーカートリッジに収納されたトナーで現像することにより、感光体ドラム１０２上にトナー像（可視像）が形成される。また、このようなトナー画像形成動作に並行してカセット１０６から記録材Ｐが給送される。すると、この記録材Ｐは、感光体ドラム１０２に形成された画像と同期をとって感光体ドラム１０２と転写手段１０３とにより構成される転写部に搬送される。
【００３０】
そして、この転写部において、転写手段１０３へバイアスを印加することによってトナー像が記録材Ｐへ転写されるようになっている。
【００３１】
このようなトナー像が転写された記録材Ｐは、この後、本実施例に係る定着装置１０７へ搬送され、この定着装置１０７において加熱されることによりトナー像が定着された後、装置外部へ排出される。
【００３２】
図１は実施例１に係る定着装置１０７を示す概略断面図である。
【００３３】
本実施例に係る定着装置１０７は、内部にヒータ６を備えた定着ローラ（加熱ローラ）１と、定着ローラ１に圧接して連れ回りする内部にヒータ６を備えた加圧ローラ２と、予備加熱搬送手段３とを有している。そして、未定着トナー像Ｔを保持した記録材Ｐを矢印方向から、印刷速度１２０ｍｍ／ｓｅｃで、予備加熱搬送手段３に通過させて、定着ローラ１と加圧ローラ２のニップ部Ｎ（定着部、接触部、加圧接触部）に進入させることにより、定着を行う。
【００３４】
予備加熱搬送手段３は、記録材搬送方向に並列に５本配置された搬送手段としての予備加熱ローラ３ａと、発熱手段として交番磁場を形成する磁束形成手段４とで構成されている。
【００３５】
また、定着装置１０７は、記録材搬送方向（図１に矢印Ａで示す）上流側から搬送される記録材Ｐをニップ部Ｎにガイドする入り口ガイド５と、ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐを定着ローラ１から分離するための分離爪８を有している。
【００３６】
定着ローラ１の直径は４６ｍｍ、長手方向長さは３１０ｍｍである。そして、定着ローラ１は、Ａｌ、Ｆｅ等の金属で形成された円筒状の芯金の外側面にシリコンゴムで形成された弾性層が４ｍｍの厚みで形成され、更にその外側面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ等の耐熱離型材料から成る離型層が約３０μｍ設けられている。芯金の中心部には、芯金を加熱する為のヒータ６が配置されている。このヒータ６は、６００Ｗ〜８００Ｗのハロゲンランプで芯金を軸方向全長に渡って均等に加熱する構成になっており、定着ローラの軸方向端部に接触されたサーミスタ７からの温度検知信号を受けた制御部がヒータへの通電を制御して定着設定温度を維持する。
【００３７】
加圧ローラ２も定着ローラ１と同様な構成であり、加圧ローラ２に接触されたサーミスタ７によって、加圧ローラの表面温度が制御される。加圧ローラ２は、定着ローラ１に接触されてニップ部Ｎを形成し、記録材Ｐ上の未定着トナーＴを定着させる。この加圧ローラ２は定着ローラ１に圧接し、定着ローラの回転に従って自在に回転する。
【００３８】
定着ローラ１に対して加圧ローラ２が圧接して両者間にニップ部Ｎを形成した状態で定着ローラ１が駆動回転される。本実施例では、定着ローラ１と加圧ローラ２との加圧力は４０ｋｇｆ（≒３９２Ｐａ）とした。静止時のニップ部Ｎのニップ幅（記録材搬送方向の幅）は中央部７．６ｍｍであった。
【００３９】
また、本実施例では、未定着のカラートナー像Ｔを担持した記録材Ｐをニップ部Ｎに通す前に、予備加熱搬送手段３により加熱され、記録材Ｐは、十分に予備加熱されているので、定着ローラ１及び加圧ローラ２の表面温度の設定値を低くすることが可能である。その結果、定着ローラ１及び加圧ローラ２の表面温度を１５０℃に制御しても、高品質のカラー画像の形成が可能になる。また、記録材Ｐはニップ部Ｎに到達するまでに十分に予備加熱されることにより、ニップ部Ｎにおける定着時間が短くても定着不良の発生を防止することができ、高速印刷が可能となる。
【００４０】
本実施例の予備加熱搬送手段３は、並列に５本配置された予備加熱ローラ３ａと、交番磁場を形成する磁束形成手段４とで構成されている。
【００４１】
予備加熱ローラ３ａは、直径１２ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ長手方向長さ３１０ｍｍの鉄製で形成された円筒状の芯金の外側面に、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ等の耐熱離型材料から成る離型
層が積層形成された金属ローラである。
【００４２】
それぞれの予備加熱ローラ３ａは隣り合うローラ同士と接触しないように、ある程度の距離を保って設けられている。本実施例では、それぞれの予備加熱ローラ３ａ間の距離（それぞれのローラの中心間）を１５ｍｍとし、予備加熱する領域が７２ｍｍとしている。予備加熱ローラ３ａの直径は、５ｍｍ〜１５ｍｍに形成することが好ましい。直径が５ｍｍ以下であると、記録材と予備加熱ローラ３ａとの接触が小さくなり、記録材の搬送性が低下する。
【００４３】
一方、直径が１５ｍｍ以上になると、予備加熱ローラ３ａの熱容量が大きくなり、温度上昇に時間がかかり、効率的に記録材Ｐの予備加熱ができなくなる。予備加熱ローラ３ａの他の材料として、比較的透磁率μが高く、適当な抵抗率ρを持つ磁性金属を用いてもよい。また、非磁性金属でも薄膜化することにより、予備加熱ローラ３ａの発熱体として使用可能である。
【００４４】
磁束形成手段４は、図１，２で示すように、細いリッツ線を束ねた励磁コイル４ｂ、フェライトからなるコア４ａ、コイルを支持する樹脂製の支持板４ｃとを有している。励磁コイル４ｂをなすリッツ線は外周を絶縁した銅の細線を複数本束ねたものである。
【００４５】
励磁コイル４ｂには励磁回路４ｄから、３０ｋＨｚの交流電流が印加される。図２は支持板４ｃを取り除いて、上の方から磁束形成手段４の正面を見た図で、励磁コイル４ｂは図の様に渦巻き状に形成されており、背面のコア４ａは外部に漏れる磁束を捕捉するように構成されている。
【００４６】
予備加熱搬送手段３をこのように構成することにより、交流電流が印加された励磁コイル４ｂは、５本の予備加熱ローラ３ａの芯金の底面に進入する交番磁場を形成し、芯金に渦電流が発生する。この渦電流と芯金の電気抵抗により、予備加熱ローラ３ａは、ジュール熱が生じ、発熱する。
【００４７】
これらの５本の予備加熱ローラ３ａは、両端において回転可能に支持されていて、図示しない装置本体の駆動手段によって、それぞれの５本の予備加熱ローラ３ａに固定された歯車を通じて、それぞれ回転駆動される。そして、記録材Ｐの裏面（（未定着の）トナー像が転写された面とは反対側の面）と接触して、記録材Ｐを所定の印刷速度で搬送させながら、予備加熱を行う。本実施例では、予備加熱ローラ３ａは、搬送される記録材Ｐの下方（記録材が搬送される記録材搬送経路の下方）に設けられることで、記録材Ｐの裏面と接触して、記録材Ｐの裏面を予備加熱する。
【００４８】
また、それぞれの予備加熱ローラ３ａの芯金に＋３００Ｖのバイアス電圧を印加する手段を設け、記録材とそれぞれの予備加熱ローラ３ａとの静電気力により、密着性を高め、転写部から定着部までの搬送力を上げている。
【００４９】
この様な予備加熱搬送手段３の構成を採用することで、封筒、ハガキ等の小サイズの記録材であっても、転写部から定着部に確実に搬送することができる。また、両面印刷時においても、予備加熱ローラ３ａは記録材が印刷速度で搬送されるように回転駆動しているため、裏面の定着済みのトナー像が再溶融しても、そのトナー像と予備加熱ローラ３ａとの間に摩擦が生じるようなことはない。すなわち、予備加熱ローラ３ａへのトナー像の付着が防止され、裏面の印刷画質が保たれる。
【００５０】
定着装置１０７には、記録材Ｐの進行方向の上流側に、記録材検知手段９が長手方向における中央部に配置されている。この記録材検知手段９は、発光部材９ａと光センサ９ｂ
とで構成されていて、発光部材９ａからの光が光センサ９ｂに検知される。よって、記録材Ｐが記録材検知手段９を通過している間は、発光部材９ａからの光が記録材Ｐによって遮られ、光センサ９ｂに検知されなくなる。
【００５１】
記録材Ｐの先端が記録材検知手段９に差し掛かった時点で、磁束形成手段４の励磁コイル４ｂに交流電流が印加されて、予備加熱ローラ３ａの温度は上昇し、予備加熱ローラ３ａを通過する記録材Ｐは、十分に予備加熱される。
【００５２】
そして、記録材Ｐの後端が記録材検知手段９を通り過ぎると、発光部材９ａからの光が通過して、光センサ９ｂに検知される。よって、記録材Ｐの後端が記録材検知手段９を通り過ぎる時点が、光センサ９ｂで容易に検知される。しかし、電源は、この時点で、励磁コイル４ｂへの交流電流を切断するのではなく、記録材Ｐが５本の予備加熱ローラ３ａを通過し終わってから（通過し終わったタイミングで）、励磁コイル４ｂへの交流電流を切断する。
【００５３】
よって、電源は効率良く磁束形成手段４に電力供給することができ、余分な電力消費が防止される。
【００５４】
以上説明したように、本実施例に係る定着装置１０７は、高速印刷でかつ高品質のカラー画像の形成が可能であると共に、熱エネルギーを有効に利用して省エネルギー化することができる。
【００５５】
また、記録材Ｐとして、普通サイズ紙（ＬＴＲ・Ａ４サイズ）の他に、これよりも長さ（記録材搬送方向の長さ）の短い小サイズ紙（封筒、ハガキなど）を含む印刷が行われる際でも、記録材Ｐを転写部から定着装置に確実に搬送することができる。
【００５６】
さらには、両面印刷を行なう際であっても、裏面の定着済みのトナー像が予備加熱部に付着することなく、裏面の印刷画質を良好に保ちながら、表面のトナー像を定着することができる。
【実施例２】
【００５７】
図３は実施例２に係る定着装置を示す概略断面図、図４は実施例２に係る定着装置に適用される予備加熱搬送手段３の概略断面図である。
【００５８】
本実施例では、上述した実施例１に対して、予備加熱搬送手段３において、複数の予備加熱ローラ３ａの外周に、円周方向に沿って溝３ｂをそれぞれ形成し、その溝３ｂにガイド部材としての記録材ガイドワイヤ１０を通す構成になっている点が異なっている。その他の構成は実施例１の定着装置と同様であり、その説明は省略する。
【００５９】
図３及び図４に示すように、３本の記録材ガイドワイヤ１０が、２つの入り口ガイド５間に引っ張られて、所定の間隔で設けられている。ここで、記録材ガイドワイヤ１０は、記録材搬送方向に沿って記録材搬送方向最も上流側の予備加熱ローラ３ａと、最も下流側の予備加熱ローラ３ａとの間に、少なくとも設けられるものであればよい。また、記録材ガイドワイヤ１０の本数は、装置の仕様に基づいて適宜設定されるとよい。
【００６０】
予備加熱ローラ３ａに形成された溝３ｂの幅と深さは、記録材ガイドワイヤ１０の直径よりもわずかに大きく形成されていて、記録材ガイドワイヤ１０と予備加熱ローラ３ａとの摩擦が小さくなることで、記録材ガイドワイヤ１０の磨耗劣化を防止している。
【００６１】
記録材ガイドワイヤ１０は、予備加熱ローラ３ａの円周方向に沿った溝３ｂに配置され
ており、予備加熱ローラ３ａにおいて記録材Ｐが接する部分よりも下方の位置に設けられている。予備加熱ローラ３ａに形成された溝３ｂは記録材Ｐとの接触がなく、溝３ｂの部分は記録材Ｐが予備加熱されにくい。そのため、溝３ｂの幅は小さければよいが、記録材ガイドワイヤ１０の径も小さくなり、機械的な強度に限界がある。そのため、記録材ガイドワイヤ１０の径は０．５ｍｍ以上が好ましく、１．５ｍｍ以下が好ましい。
【００６２】
この様な構成をとることで、実施例１の効果に加えて次に示す効果が得られる。すなわち、記録材Ｐは、記録材ガイドワイヤ１０により記録材搬送方向にガイドされるので、予備加熱ローラ３ａ間に巻き込まれることなく、予備加熱ローラ３ａと接触を保ちながら、搬送されると同時に予備加熱される。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】実施例１に係る定着装置の概略断面図。
【図２】実施例１に係る磁束形成手段に適用される励磁コイルとコアを示す正面図。
【図３】実施例２に係る定着装置の概略断面図。
【図４】実施例２に係る定着装置に適用される予備加熱ローラの概略断面図。
【図５】実施例に係る画像形成装置を示す概略断面図。
【符号の説明】
【００６４】
１  定着ローラ（定着部材）
２  加圧ローラ（加圧部材）
３  予備加熱搬送手段
３ａ  予備加熱ローラ
４  磁束形成手段
５  入り口ガイド
６  ハロゲンヒータ（発熱体）
７  サーミスタ（温度検知手段）
８  分離爪
９  記録材検知手段
１０  記録材ガイドワイヤ
１００  画像形成装置
１０７  定着装置
【図１】
2008090149.tif 000003
【図２】
2008090149.tif 000004
【図３】
2008090149.tif 000005
【図４】
2008090149.tif 000006
【図５】
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