(57)【要約】【課題】冷却モードやヒータを増やすことなく温度勾配を均一化し、且つ立ち上がり時間を短縮したベルト定着装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】定着ローラ２と、熱源を有する加熱ローラ３と、定着ローラ２と加熱ローラ３間に掛け回された無端状の定着ベルト１とを備え、加圧ローラ２が定着ベルト１を介して定着ローラ２に圧接されるベルト定着装置１０において、定着ベルト１外周上に熱拡散部材７が当接・回転するベルト定着装置１０及びこのベルト定着装置１０を備える画像形成成装置２０とする【選択図】      図２
2004205877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着ローラと、熱源を有する加熱ローラと、定着ローラと加熱ローラ間に掛け回された無端状の定着ベルトと  を備え、
加圧ローラが定着ベルトを介して定着ローラに圧接されるベルト定着装置において、
前記定着ベルト外周上に熱拡散部材が当接し、回転することを特徴とするベルト定着装置。
【請求項２】
請求項１に記載のベルト定着装置において、
前記熱拡散部材は、定着ベルトを介して加熱ローラと対向して配置され、熱拡散部材外周上にスクレーパが当接している
ことを特徴とするベルト定着装置。
【請求項３】
潜像を担持する像担持体と、帯電部材を像担持体表面に接触又は近接させて像担持体を帯電する帯電手段と、像担持体に潜像を形成する潜像形成手段と、像担持体の潜像にトナーを付着させて現像してトナー像を形成する現像手段と、像担持体に形成されたトナー像を記録部材に転写する転写手段とを備える画像形成装置において、
前記画像形成装置は、定着ローラと、熱源を有する加熱ローラと、定着ローラと加熱ローラ間に掛け回された無端状の定着ベルトとを備え、定着ベルト外周上に熱拡散部材が当接・回転するベルト定着装置を備える
ことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンター等の静電複写プロセスの画像形成装置に用いられるベルト定着装置に関する。さらに詳細には、クリーニング装置を有する中間転写体を備える画像形成装置に係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、よくある熱ローラ定着方式の定着ローラに比べ、定着ベルトはその熱容量が極めて少なく、定着ニップ部通過時は急激な冷却作用が得られてオフセット現象を防止する効果が絶大である。しかしながら、ベルト定着方式では定着ベルトの熱容量が小さいために軸方向の温度勾配を生じやすいという不具合がある。立ち上がり時では定着ベルト端部の温度が下がり、転写紙端部の光沢度が下がることによる光沢ムラや紙種によっては転写紙端部の定着不良を引き起こすこともある。逆に小サイズの転写紙を連続して画像出力を行うと、定着ベルト端部の温度が上がり、転写紙端部の光沢度が上がることによる光沢ムラや紙種によっては転写紙端部のホットオフセットを引き起こすこともある。
ローラ上の温度勾配を無くし、均一な定着を行う為の様々な発明が開示されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示されている技術では、熱ローラ定着装置において、加圧ローラの端部温度と中央温度との差分が大きくなると冷却モードになる。
冷却モードでは、ヒータへの通電をOFFし、且つ定着ローラ及び加圧ローラを停止した状態で冷却ファンを作動させ加圧ローラを冷却する。それにより加圧ローラの軸方向温度勾配を無くし均一にする。
また、特許文献２に開示されている技術では、熱ローラ定着において、小サイズ紙に対応する配光分布を有する第１ヒータと、それ以外の端部に対応する配光分布を有する第２のヒータと、大サイズ紙に対応する配光分布を有する第３ヒータを設けている。小サイズ通紙時は、第１ヒータで制御することにより、定着ローラ端部の温度上昇を防いでいる。
【０００４】
しかしながら、開示されている技術では以下のような問題がある。特許文献１では、冷却モード時は機械が停止し、端部温度上昇が下がるまで画像を出力することができないという問題点がある。また、特許文献２では、ヒータを３本使い、また各ヒータにおいて温度制御が必要なため、コストアップにつながるという問題点がある。さらに、小サイズ対応ヒータの配光分布と、それ以外の端部に対応する配光分布との接続部では、定着ローラ上に温度ムラが発生して、定着不良の原因となるという問題点がある。特に立ち上がり時間を早めるために用いた薄肉定着ローラでは、その傾向が顕著である。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−１９０３０３号公報
【特許文献２】
特開平８−２２０９３２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、冷却モードやヒータを増やすことなく温度勾配を均一化し、且つ立ち上がり時間を短縮したベルト定着装置及び画像形成装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、定着ローラと、熱源を有する加熱ローラと、定着ローラと加熱ローラ間に掛け回された無端状の定着ベルトとを備え、加圧ローラが定着ベルトを介して定着ローラに圧接されるベルト定着装置において、前記定着ベルト外周上に熱拡散部材が当接・回転することを特徴とするベルト定着装置とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のベルト定着装置において、前記熱拡散部材は、定着ベルトを介して加熱ローラと対向して配置され、熱拡散部材外周上にスクレーパが当接しているベルト定着装置とする。
請求項３に記載の発明は、潜像を担持する像担持体と、帯電部材を像担持体表面に接触又は近接させて像担持体を帯電する帯電手段と、像担持体に潜像を形成する潜像形成手段と、像担持体の潜像にトナーを付着させて現像してトナー像を形成する現像手段と、像担持体に形成されたトナー像を記録部材に転写する転写手段とを備える画像形成装置において、前記画像形成装置は、定着ローラと、熱源を有する加熱ローラと、定着ローラと加熱ローラ間に掛け回された無端状の定着ベルトとを備え、定着ベルト外周上に熱拡散部材が当接・回転するベルト定着装置を備える画像形成装置とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の定着装置を搭載する画像形成装置の一例を示す図である。図１に示す画像形成装置は、フルカラー画像を形成可能な複写機あるいはプリンタに用いられるが、画像形成装置２０にはこの他に、受信した画像信号に基づき上述した複写機およびプリンタと同様な画像形成処理が可能なファクシミリ装置があり、本発明は何れの画像形成装置にも用いることができる。なお、本発明の定着装置は、図１の構成のカラー画像形成装置を対象とするだけでなく、単一色の画像を対象とする装置も勿論含まれる。
【０００９】
図１において、画像形成装置２０は、次に挙げる各装置を備えている。
原稿画像に応じた各色毎の画像を形成する作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫと、各作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫに対向して配置された転写装置２２と、各作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫと転写装置２２とが対向する転写領域に各種シート状媒体を供給するシート状媒体供給手段としての給紙カセット２４から搬送されてきたシート状媒体を作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫによる作像のタイミングに合わせて供給するレジストローラ３０と、転写領域において転写後のシート状媒体を定着する定着装置１である。画像形成装置２０は、一般にコピー等に用いられる普通紙と、ＯＨＰシートや、カード、ハガキといった９０Ｋｇ紙、坪量約１００ｇ／ｍ２相当以上の厚紙や、封筒等の、用紙よりも熱容量が大きないわゆる特殊シートとの何れをもシート状媒体として用いることが可能である。
【００１０】
各作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫは、それぞれシアン、イエロー、マゼンタ、ブラックの各色の現像を行うものであり、用いるトナーの色が異なるが、その構成が同様であるから、作像装置２１Ｃの構成を各作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫの代表例として説明する。
作像装置２１Ｃは、静電潜像担持体としての感光体ドラム、感光体ドラムの回転方向に沿って順に配置されている帯電装置、現像装置、クリーニング装置を有し、帯電装置と現像装置との間で露光光を受ける周知の構成が用いられる。さらに、転写装置の下流側にはベルト定着装置１０が設けられている。静電潜像担持体としては、ドラム状の他に、ベルト状とする場合もある。図１に示す画像形成装置２０は、転写装置２２が斜めに延在させてあるので、水平方向での転写装置２２の占有スペースを小さくすることが出来る。
【００１１】
ここで、ベルト定着装置１０について説明する。図２は、本発明の一実施形態であるベルト定着装置の構成を示す概略図である。
本発明の実施形態は、転写材を搬送するための加圧ローラ４があり、表面が離型材で被覆された無端状定着ベルト１と、定着ベルト１をその内部で回転支持する複数のベルト搬送ローラ２３６と、転写材に熱を付加するためのハロゲンヒータ５を備えている。
定着ベルト１内のベルト搬送ローラのうち、加圧ローラ４に定着ベルト１を介して対向した位置にある定着ローラ２を有し、定着ローラ２は加圧ローラ４との間で定着ベルト１を介してニップ部を形成した構成であり、また定着ベルト１内のベルト搬送ローラのうち、定着ベルト１を加圧ローラ４に対して巻き付ける位置に配置された補助ローラ６を設けた構成である。この構成で得られたニップ部に、図１に示すように、下から未定着トナー画像を乗せた転写材が搬送され、このニップ部で加熱・加圧され定着される。また、定着ベルト１内のベルト搬送ローラのうち、内部にハロゲンヒータ５を備え定着ベルト１にテンションを与える加熱ローラ３を備えている。そして定着ベルト１外周上には熱拡散部材（ヒートパイプ）７が当接・回転する構成である。
【００１２】
定着ベルト１の基体には、耐熱性樹脂や、金属から形成された無端状のベルト状基体が用いられる。耐熱性樹脂の材質としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン等が挙げられ、金属ベルトの材質としては、ニッケル、アルミニウム、鉄等が挙げられる。厚さは１００μm以下の薄肉のものが望ましい。定着ベルト１表層は、転写紙およびトナーと加圧接触するため、離型性が必要であり、また、耐熱性、耐久性に優れた物が望ましい。そのため、定着ベルト１表層にはフッ素系樹脂、高離型シリコンゴム等からなる耐熱離型層が被覆された構成になっている。フッ素系樹脂は、吹き付け等により基体表面に塗装し、加熱融着されることにより表面離型層を形成する。高離型シリコンゴム層は、ゴム硬度（ＪＩＳ  Ａ硬度計）が２５〜６５度で、厚さが１００〜３００μmの範囲が良好な定着性及び熱応答性を得る条件として望ましい。
【００１３】
定着ローラ２は、芯金を有し、その外周にニップ巾を十分な広さにするために柔らかい耐熱性の材料、例えば発泡シリコンゴム等で構成された断熱性弾性部材を備えている。本実施例では直径３０mmの定着ローラ２に対し断熱性弾性部材の厚みは６mmである。
定着ベルト１を加熱しさらにテンションを与える加熱ローラ３の構成は、アルミ、炭素鋼、ステンレス鋼等の中空金属円筒の薄肉ローラである。本実施例では図示していないが定着ベルト１内部の加熱ローラ３外周にサーミスタや安全装置のサーモスタットを当接しているために外周をテフロンコートしている。また、加熱ローラ３の厚みは薄ければ薄いほど立ち上がり時間は短縮できるが、軸方向の温度勾配に関しては厚いほど温度は均一になり両者はトレードオフ関係である。本実施例では材質をアルミとし、直径３０mmの加熱ローラ３に対し厚みを１mmとしている。
定着ベルト１を加圧ローラ４に巻き付けるために配置された補助ローラ６の構成は、材質はアルミ、炭素鋼、ステンレス鋼等の中実金属ローラである。またはこの金属ローラを芯金として外周に断熱の為にゴム層を有していても構わない。本実施例では直径１０mmの炭素鋼に錆止めのために表層をニッケルメッキした金属ローラを使用している。
【００１４】
定着ベルト１を介して定着ローラ２と対向しニップ部を形成する加圧ローラ４の構成は中空芯金外周に３層のゴム層を有している。ベース層は導電性で熱伝導率の良いシリコンゴム層であり本実施例では厚み２mmである。また、中間層はオイル膨潤を防ぐために厚み１５μm程のフッ素ゴム層を有している。そして、表層は７０μm程の高離型シリコンゴム層からなる。ここでは、加圧ローラ４径は４０mmである。
【００１５】
定着ベルト１外周には熱拡散部材（ヒートパイプ）７が当接・回転する構成である。図３は、熱拡散部材（ヒートパイプ）の構造を示す概略図である。熱拡散部材（ヒートパイプ）は、アルミ、ステンレス、炭素鋼もしくは銅等の芯金を中空にした中空円筒管７aの内壁に毛細管圧力を発生させる極細線の心材を螺旋状または網の目状に形成したウィック層７bを有しており、ジャーナル７ｃによって両端を封じ内部は真空に近い状態である。その内部に熱搬送媒体としての動作液７dが封入されている。本構成により熱拡散部材（ヒートパイプ）内部の動作液７dは高温部では瞬時に気化して低温部に移動し、低温部で液化しウイック層によって全体に行き渡る。この循環によって通常の金属より高い熱伝導性を備えている。
熱拡散部材（ヒートパイプ）が当接していることによって、定着ベルト上に温度勾配が生じても、熱拡散部材（ヒートパイプ）上は瞬時に温度は均一になり、その効果で定着ベルト上の温度勾配も均一になる。従って、立ち上がり時の端部温度が低いことによる光沢ムラ及び定着不良や小サイズ連続通紙時に発生する端部温度上昇による光沢ムラ及びホットオフセットを防止できる。
【００１６】
従来、ベルト定着装置では熱源５を備えた加熱ローラ３と加圧ローラ４が所定温度に達するまで停止していて、所定温度に達した後、回転を開始し定着ベルト１全体を加熱し定着可能温度に達する。これにかかる時間を立ち上がり時間と呼ぶこととする。ここで、定着ベルト装置の回転開始が早ければ早いほど立ち上がり時間を短くすることができる。通常の定着ベルト１表層のクリーニングには定着ベルト１表層に金属性ローラが当接しその外周にスクレーパ８を当ててクリーニングローラ表層のオフセットトナーや紙粉を掻き取る構成が多い。
この従来の構成では、金属性クリーニングローラとスクレーパ８との接触部でトナー固着が起き、立ち上がり時この部分の温度がトナー軟化点温度以上にならないと回転を開始できない。トナー軟化点温度以下で回転を開始すると、回転するのに高トルクが必要になり、大型でコストのかかる高出力のモータが必要になる。また、トナーが固体のまま回転するのでスクレーパ８をはじき異音を発する。ひどいときには固体トナーによって定着ベルト１を傷つけることもある。
【００１７】
本発明では、熱拡散部材（ヒートパイプ）７は定着ベルト１を介して加熱ローラ３と対向した配置であり、熱拡散部材（ヒートパイプ）７外周上にスクレーパ８が当接している。また、熱拡散部材（ヒートパイプ）７表層はテフロンコートを施している。この構成により定着ベルト１上の微量オフセットトナーや紙粉等を熱拡散部材（ヒートパイプ）７が清掃し、たまった微量オフセットトナーや紙粉等をスクレーパ８が掻き取る。
また、立ち上がり時にも通常の金属ローラと比べて熱拡散部材（ヒートパイプ）７だと熱拡散部材（ヒートパイプ）がトナー軟化点温度に達するまでの時間が通常金属ローラよりも早いので、その分立ち上がり時間も短くできる。
【００１８】
ここで、図１に示す画像形成装置による画像形成動作について説明する。
給紙カセット２４から給送された記録部材は、図示しない搬送ガイドにガイドされながら搬送ローラで搬送され、レジストローラ対３０が設けられている一時停止位置に送られる。このレジストローラ対３０により所定のタイミングで送出された記録部材は、転写ベルトに担持され、各作像装置２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋに向けて搬送され、各転写部を通過する。各作像装置２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋの感光体上で現像された各トナー像は、転写装置２２で各転写部で記録部材に重ね合わされ、上記転写電界やニップ圧の作用を受けて記録部材上に転写される。この重ね合わせの転写により、記録部材上にはフルカラートナー像が形成される。フルカラートナー像が形成された記録部材は、ベルト定着装置１０でこのフルカラートナー像が定着された後、画像形成装置本体の外部に設ける排紙トレイ上に排出される。
したがって、このベルト定着装置１０を備えることで、画像形成動作に入った後で、立ち上がり時間が早く動作が開始され、光沢ムラのない画像を短い時間で得ることができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、定着ベルト上に温度勾配が生じても、それに当接している熱拡散部材（ヒートパイプ）の熱伝導率は通常金属の数百倍の為、熱拡散部材（ヒートパイプ）上は瞬時に温度は均一なり、その効果で定着ベルト上の温度勾配も均一になる。従って、立ち上がり時の端部温度が低いことによる光沢ムラ及び定着不良や小サイズ連続通紙時に発生する端部温度上昇による光沢ムラ及びホットオフセットを防止できる。
さらに、ここで、クリーニングローラを熱拡散部材（ヒートパイプ）とすると熱拡散部材（ヒートパイプ）がトナー軟化点温度に達するまでの時間が通常金属ローラよりも数百倍早くなるので、その分立ち上がり時間も短くなる。
また、本発明の画像形成装置では、光沢ムラがなく立ち上がり時間が早い画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の定着装置を搭載する画像形成装置の一例を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態であるベルト定着装置の構成を示す概略図である。
【図３】熱拡散部材（ヒートパイプ）の構造を示す概略図である。
【符号の説明】
１  定着ベルト
２  定着ローラ
３  加熱ローラ
４  加圧ローラ
５  ハロゲンヒータ
６  補助ローラ
７  熱拡散部材（ヒートパイプ）
７ａ  中空円筒管
７ｂ  ウィック層
７ｃ  ジャーナル
７ｄ  作動液
８  スクレーパ
１０  定着装置
２０  画像形成装置
２１  作像装置
２２  転写装置
２９  露光装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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