(57)【要約】【課題】画像形成装置に装着した定着装置の改善によりウォーミングアップ時間の大幅な短縮を可能にさせると共に、定着ムラのない安定した定着が行われ、画像形成の迅速対応と稼働効率の向上が図られた画像形成装置を提供する。【解決手段】転写材上の未定着のトナー画像を加圧加熱して固定するベルト式定着装置を備えた画像形成装置であって、前記ベルト式定着装置は、同心の回転軸を有する両フランジ間に母線状にワイヤを設けてローラ形状にした支持ローラと、内部加圧ローラと、少なくとも該両ローラに巻回された加熱ベルトと、該加熱ベルト及び前記転写材を介して前記内部加圧ローラに押圧する外部加圧ローラとを有し、前記加熱ベルトを発熱させる電磁誘導加熱装置を有することを特徴とする画像形成装置。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転写材上の未定着のトナー画像を加圧加熱して固定するベルト式定着装置を備えた画像形成装置であって、前記ベルト式定着装置は、同心の回転軸を有する両フランジ間に母線状にワイヤを設けてローラ形状にした支持ローラと、内部加圧ローラと、少なくとも該両ローラに巻回された定着ベルトと、該定着ベルト及び前記転写材を介して前記内部加圧ローラに押圧する外部加圧ローラとを有し、前記定着ベルトを発熱させる電磁誘導加熱装置を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
転写材上の未定着のトナー画像を加圧加熱して固定するベルト式定着装置を備えた画像形成装置であって、前記ベルト式定着装置は、同心の回転軸を有する両フランジ間に母線状にワイヤを設けてローラ形状にした支持ローラと、内部加圧ローラと、少なくとも該両ローラに巻回された定着ベルトと、該定着ベルト及び前記転写材を介して前記内部加圧ローラに押圧する外部加圧ローラとを有し、前記定着ベルトを発熱させる電磁誘導加熱装置と、前記両ローラ以外に前記定着ベルトが巻回されて前記定着ベルトの内面と接する支持部材に前記定着ベルトの温度を検知する温度センサを設置したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
前記温度センサを設置した支持部材に対して、前記定着ベルトが摺動することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記定着ベルトが前記支持ローラに接する角度の領域に前記電磁誘導加熱装置を配置したことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記電磁誘導加熱装置の電磁誘導コイルが前記支持ローラ及び前記定着ベルトの外側に設置されたことを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記支持ローラの回転軸が非磁性材料であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱効率を向上させてウォーミングアップ時間を短縮させるベルト式定着装置を備えた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
定着装置には定着ローラ（加熱ローラ）の熱源としてハロゲンランプ等のヒータが用いられてきたが、加えて電磁誘導加熱方式の熱源の導入も図られてきた。そして、定着部材の低熱容量化を図るため定着ベルトを用いた定着装置も実用化されているが、定着ベルトは低熱容量化できていても、加熱ローラの熱容量が大きく、加熱ローラを加熱し、直接又はその加熱ローラに巻回した定着ベルトを通じ転写材を加熱するために、必然的に始動から定常状態になるまでの立ち上がり時間即ちウォーミングアップ時間を十分に短くできていない。
【０００３】
また、転写材を加熱及び加圧する場合に加熱ローラと加圧ローラとの間で直接転写材を挟んで定着するときはニップ量の接触長さが短いので転写材への熱の伝達時間が短く両ローラ間の加圧力をかなり大きくしなければならず、そのため加熱ローラや加圧ローラの径も大きくして定着装置の強度を強くする必要があり、構造が大型化していた。
【０００４】
ベルト式定着装置における熱容量を下げる手段としては、特許文献１や２に示すような定着ベルトの支持ローラの幾つかを軽構造にして熱容量を小さくし、加熱ローラから得られた定着ベルトの熱量を逃げにくくしているものもあるが、他の支持ローラを加熱ローラ及び内部加圧ローラとして用いる場合は強度上それほど軽構造にはできず、熱容量の軽減は難しく、ウォーミングアップ時間の短縮に十分な機能が得られていない。
【０００５】
また、誘導加熱の手段としては、特許文献３や４に示すように、加熱ローラを定着ローラとして加熱するようにしたものがあるが、熱容量の軽減は得られにくく、これも十分なウォーミングアップ時間の短縮機能を得るには至っていない。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１３４１２０号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２００２−３１９６８号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開２００２−１４５６６号公報
【０００９】
【特許文献４】
特開２００１−２４２７３２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述のような従来技術の欠点を除去してウォーミングアップ時間を短くして稼働効率を向上し、また電力消費量が少ない定着装置を装着した画像形成装置を提供する事を課題目的にする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この目的は次の技術手段（１）〜（６）の何れかによって達成される。
【００１２】
（１）  転写材上の未定着のトナー画像を加圧加熱して固定するベルト式定着装置を備えた画像形成装置であって、前記ベルト式定着装置は、同心の回転軸を有する両フランジ間に母線状にワイヤを設けてローラ形状にした支持ローラと、内部加圧ローラと、少なくとも該両ローラに巻回された定着ベルトと、該定着ベルト及び前記転写材を介して前記内部加圧ローラに押圧する外部加圧ローラとを有し、前記定着ベルトを発熱させる電磁誘導加熱装置を有することを特徴とする画像形成装置。
【００１３】
（２）  転写材上の未定着のトナー画像を加圧加熱して固定するベルト式定着装置を備えた画像形成装置であって、前記ベルト式定着装置は、同心の回転軸を有する両フランジ間に母線状にワイヤを設けてローラ形状にした支持ローラと、内部加圧ローラと、少なくとも該両ローラに巻回された定着ベルトと、該定着ベルト及び前記転写材を介して前記内部加圧ローラに押圧する外部加圧ローラとを有し、前記定着ベルトを発熱させる電磁誘導加熱装置と、前記両ローラ以外に前記定着ベルトが巻回されて前記定着ベルトの内面と接する支持部材に前記定着ベルトの温度を検知する温度センサを設置したことを特徴とする画像形成装置。
【００１４】
（３）  前記温度センサを設置した支持部材に対して、前記定着ベルトが摺動することを特徴とする（２）項に記載の画像形成装置。
【００１５】
（４）  前記定着ベルトが前記支持ローラに接する角度の領域に前記電磁誘導加熱装置を配置したことを特徴とする（１）〜（３）項の何れか１項に記載の画像形成装置。
【００１６】
（５）  前記電磁誘導加熱装置の電磁誘導コイルが前記支持ローラ及び前記定着ベルトの外側に設置されたことを特徴とする（４）項に記載の画像形成装置。
【００１７】
（６）  前記支持ローラの回転軸が非磁性材料であることを特徴とする（１）〜（５）項の何れか１項に記載の画像形成装置。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本欄の記載は請求項の技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、以下の、本発明の実施の形態における断定的な説明は、ベストモードを示すものであって、本発明の用語の意義や技術的範囲を限定するものではない。
【００１９】
図１は、本発明の画像形成装置の実施の形態としてのカラー画像形成装置を示す断面構成図である。
【００２０】
このカラー画像形成装置は、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋと、無端ベルト状中間転写体ユニット７と、給紙搬送手段２１及び定着手段としてのベルト式定着装置２４とから成る。画像形成装置の本体Ａの上部には、原稿画像読み取り装置ＳＣが配置されている。
【００２１】
イエロー色の画像を形成する画像形成部１０Ｙは、第１の像担持体としてのドラム状の感光体１Ｙ、該感光体１Ｙの周囲に配置された帯電手段２Ｙ、露光手段３Ｙ、現像手段４Ｙ、一次転写手段としての一次転写ローラ５Ｙ、クリーニング手段６Ｙを有する。マゼンタ色の画像を形成する画像形成部１０Ｍは、第１の像担持体としてのドラム状の感光体１Ｍ、該感光体１Ｍの周囲に配置された帯電手段２Ｍ、露光手段３Ｍ、現像手段４Ｍ、一次転写手段としての一次転写ローラ５Ｍ、クリーニング手段６Ｍを有する。シアン色の画像を形成する画像形成部１０Ｃは、第１の像担持体としてのドラム状の感光体１Ｃ、該感光体１Ｃの周囲に配置された帯電手段２Ｃ、露光手段３Ｃ、現像手段４Ｃ、一次転写手段としての一次転写ローラ５Ｃ、クリーニング手段６Ｃを有する。黒色画像を形成する画像形成部１０Ｋは、第１の像担持体としてのドラム状の感光体１Ｋ、該感光体１Ｋの周囲に配置された帯電手段２Ｋ、露光手段３Ｋ、現像手段４Ｋ、一次転写手段としての一次転写ローラ５Ｋ、クリーニング手段６Ｋを有する。
【００２２】
無端ベルト状中間転写体ユニット７は、複数のローラにより巻回され、回動可能に支持された半導電性エンドレスベルト状の第２の像担持体としての無端ベルト状中間転写体７０を有する。
【００２３】
画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋより形成された各色の画像は、一次転写ローラ５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋにより、回動する無端ベルト状中間転写体７０上に逐次転写されて、合成されたカラー画像が形成される。給紙カセット２０内に収容された記録媒体として用紙等の転写材Ｐは、給紙手段２１により給紙され、複数の中間ローラ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ、レジストローラ２３を経て、二次転写手段５Ａに搬送され、転写材Ｐ上にカラー画像が一括転写される。カラー画像が転写された転写材Ｐは、ベルト式定着装置２４により定着処理され、排紙ローラ２５に挟持されて機外の排紙トレイ２６上に載置される。
【００２４】
一方、二次転写手段としての二次転写ローラ５Ａにより転写材Ｐにカラー画像を転写した後、転写材Ｐを曲率分離した無端ベルト状中間転写体７０は、クリーニング手段６Ａにより残留トナーが除去される。
【００２５】
画像形成処理中、一次転写ローラ５Ｋは常時、感光体１Ｋに圧接している。他の一次転写ローラ５Ｙ，５Ｍ，５Ｃはカラー画像形成時にのみ、それぞれ対応する感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃに圧接する。
【００２６】
二次転写ローラ５Ａは、ここを転写材Ｐが通過して二次転写が行われる時にのみ、無端ベルト状中間転写体７０に圧接する。
【００２７】
また、装置本体Ａから筐体８を支持レール８２Ｌ，８２Ｒを介して引き出し可能にしてある。
【００２８】
筐体８は、画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋと、無端ベルト状中間転写体ユニット７とから成る。
【００２９】
画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋは、垂直方向に縦列配置されている。感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの図示左側方には無端ベルト状中間転写体ユニット７が配置されている。無端ベルト状中間転写体ユニット７は、ローラ７１，７２，７３，７４，７６を巻回して回動可能な無端ベルト状中間転写体７０、一次転写ローラ５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ及びクリーニング手段６Ａとから成る。
【００３０】
筐体８の引き出し操作により、画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋと、無端ベルト状中間転写体ユニット７とは、一体となって、本体Ａから引き出される。
【００３１】
このように感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ上に帯電、露光、現像によりトナー像を形成し、転写ベルト２６０上で各色のトナー像を重ね合わせ、一括して転写材Ｐに転写し、ベルト式定着装置２４で加圧及び加熱により固定して定着する。
トナー像を転写材Ｐに転移させた後の感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、クリーニング装置６Ａで転写時に感光体に残されたトナーを清掃した後、上記の帯電、露光、現像のサイクルに入り、次の像形成が行われる。
【００３２】
本発明の画像形成装置は、これに搭載されるベルト式定着装置２４に大きな特色を有するものであり、そのベルト式定着装置２４について図２の構成図及び図３の支持ローラの斜視図を用いて順次説明する。
【００３３】
ベルト式定着装置２４は無端の定着ベルト２６０と、該定着ベルト２６０を支持搬送し、紙等の転写材Ｐと定着ベルト２６０を間に挟んで加圧加熱定着する内部加圧ローラ２５０、及び該内部加圧ローラ２５０に対向する外部加圧ローラ２７０と、前記定着ベルト２６０を巻回させるために前記内部加圧ローラ２５０と共に少なくとも１つ配置された支持ローラ２４０とよりなる。該支持ローラ２４０は回転軸２４１を有し対向する同心の２つのフランジ２４２，２４３の間にワイヤ２４４を母線状に張り渡してローラ面を形成し、籠状のローラとしたものであり、その外周を取り囲むように前記定着ベルト２６０が巻回されその外側に電磁誘導コイル２６７が配置されている。前記内部加圧ローラ２５０とそれに対向する外部加圧ローラ２７０とからなる一対の加圧ローラ対で前記定着ベルト２６０及び転写材Ｐを間に介して形成される主ニップ部の上流には、前記外部加圧ローラ２７０の表面に前記定着ベルト２６０を密着させるために、前記両ローラ２４０，２５０と共に定着ベルト２６０に巻回されるパッド２５３，ガイド部材２５４を設けて補助ニップが形成されている事が好ましい。
【００３４】
該補助ニップは定着ベルト２６０の柔軟性を生かして、小さな内部加圧ローラ径で且つ、比較的小さな加圧力で、大きな加熱時間を確保するのに有効である。
【００３５】
支持ローラ２４０のワイヤ２４４は、図３の斜視図に示すように、両側に耐熱性の樹脂（ポリイミドなど）からなる同心のフランジ２４２，２４３を有する回転軸２４１の、該フランジ２４２，２４３間に、ベルトを支持するのに十分な張力と本数（例えば２０Ｎ，２４本）で張られている。本実施の形態では、長さが３５０ｍｍある定着ベルトの巻回支持部を、直径５０ｍｍの円柱面にほぼ母線を形成するように２４本の耐熱性高分子繊維（例えばアラミド繊維：商品名ケブラー）のワイヤ２４４を張り渡して支持ローラ２４０が形成された。ワイヤ本数や張力などは、定着ベルト２６０の張力や支持ローラ２４０の長さや太さ、定着ベルト２６０の線速度などにより適宜決められるもので、これに限定されるわけではない。
【００３６】
定着ベルト２６０は、図４の層構成の断面模式図に示すように、その内側の発熱層に磁性体としてのＮｉ層が、中間にＳｉゴム層が、外側の低摩擦層としてＰＦＡ又はＰＴＦＥ層が構成されている。支持ローラ２４０を概ね半周囲んでいる電磁誘導コイル２６７で発生させる磁界の変動により発熱する。このときワイヤ２４４で構成した支持ローラ２４０の熱容量・熱伝導は極めて小さいため、支持ローラ２４０に熱を奪われることなく、急速な定着ベルト２６０の加熱が可能になる。また、発熱体である定着ベルト２６０の外側に電磁誘導コイル２６７が配置されているため、従来、加熱ローラ等の内側に配置された誘導コイルで問題となる、誘導コイルの温度上昇の懸念も少なくなる。
【００３７】
定着ベルト２６０の柔軟性を維持するのに薄い基体を用いているため、磁束が漏れて磁性金属部で発熱し、損失となるおそれがあるので、前記支持ローラ２４０の回転軸２４１にはアルミニウムを用いている。アルミニウムの代わりの非磁性金属や、耐熱樹脂、セラミックスなどを用いてもよい。
【００３８】
支持ローラ２４０に従来のように金属ローラなどを用いていたときは、この金属ローラに温度センサを設けることで、概ね定着ベルトの温度に対応する温度検知が可能であったが、このワイヤ式のローラでは温度測定ができない。また、前述のように内部加圧ローラ２５０及び外部加圧ローラ２７０よりなるローラ対は熱源を持たないため、定着ベルト２６０との温度差が大きく、またニップ幅確保や画質確保のためＳｉゴム層を設けているため、応答性が悪い。このため、図２の構成図のように定着ベルト２６０の支持部材の役目をさせるガイド部材２５４に温度センサ２５５を設けることが好ましい。また、定着ベルト２６０の外側より、非接触センサで定着ベルト２６０の温度を検知しても良いが高価で定着ベルト２６０の表面の汚れ等の影響が大きい。
【００３９】
定着ベルト２６０は、内部加圧ローラ２５０もしくは外部加圧ローラ２７０によって駆動されており、給紙ガイド２８０等により定着領域に搬送されてきたトナー画像を保持した転写材Ｐと定着ベルト２６０は、内部加圧ローラ２５０及び外部加圧ローラ２７０で挟んで加圧される。両加圧ローラ間で形成される主加圧ニップに先立ち、外部加圧ローラ２７０に密着された定着ベルト２６０と前記外部加圧ローラ２７０の間に転写材Ｐが挟まれ補助ニップがなされるように、支持部材としてのパッド２５３及びガイド部材２５４によって加圧され予熱が加えられる。更に、その後の主ニップ部で、定着ベルト２６０の持つ熱と両加圧ローラによるよる強い圧力によって、トナーは転写材Ｐに確実に安定して定着される。
トナー層には図４の層構成の模式図に示すように定着ベルト２６０の表面のごく薄いＰＦＡ又はＰＴＦＥの離型性層を介して外部加圧ローラ２７０の表面のＳｉゴム層が当接されるため、Ｓｉゴムが変形して紙等の転写材Ｐやトナー層の凹凸に追従して、均一に接触し、光沢ムラなどのない均一な定着が行われ、トナー画像は適度な光沢を持ち、また定着後、転写材Ｐは安定して定着ベルト２６０から分離する。
【００４０】
尚、ガイド部材２５４には温度センサ２５５が埋め込まれていて定着ベルト２６０の温度が非接触で検出され定着温度の制御に貢献している。また、定着ベルト２６０の内側で接するため画像への影響もない。
【００４１】
本実施例では、加圧ローラ対によって定着ベルト２６０を加圧する場合について説明したが、加圧ローラ対の一方をパッドなど摺動部材とした構成でも有効なことは言うまでもない。
【００４２】
このような構成をとることにより、ウォーミングアップ時間の大幅な短縮が可能となる定着手段を持った画像形成装置が得られるようになった。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の画像形成装置に装着した小型の定着装置によりウォーミングアップ時間の大幅な短縮が可能となると共に、定着ムラのない安定した定着が行われ画像形成の迅速性と稼働効率の良い画像形成装置が得られるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像形成装置の実施の形態としてのカラー画像形成装置を示す断面構成図である。
【図２】本発明の画像形成装置に搭載されるベルト式定着装置の一例の構成図である。
【図３】本発明の画像形成装置におけるベルト式定着装置を構成する支持ローラの一例を示す斜視図である。
【図４】誘導加熱により発熱する定着ベルトの層構成を示す断面模式図である。
【符号の説明】
１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ  感光体
４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ  現像手段
５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ  一次転写手段としての一次転写ローラ
５Ａ  二次転写手段としての二次転写ローラ
６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋ  クリーニング手段
７  無端ベルト状中間転写体ユニット
２４  ベルト式定着装置
７０  無端ベルト状中間転写体
２４０  支持ローラ
２４１  回転軸
２４２，２４３  フランジ
２４４  ワイヤ
２５０  内部加圧ローラ
２５３  パッド
２５４  ガイド部材
２５５  温度センサ
２６０  定着ベルト
２６７  電磁誘導コイル
２７０  外部加圧ローラ
２８０  給紙ガイド
Ｐ  転写材
【図１】
2004325857.tif 000003
【図２】
2004325857.tif 000004
【図３】
2004325857.tif 000005
【図４】
2004325857.tif 000006