(57)【要約】【課題】定着ベルト方式の定着装置を備えた画像形成装置において、ウォーミングアップタイムを短縮したクイックスタート化を達成し、且つ、定着ベルトの熱容量を大きくする定着装置を備えた画像形成装置を提供する。【解決手段】転写材Ｐ上に形成された未定着トナー画像を、加熱された定着ベルトと加圧部材とにより挟持して加熱定着する定着装置を備えた画像形成装置であって、定着ベルト８６と未定着トナー像ｔとが実質的に加圧されない状態で接触する擬ニップ部Ｍを有し、定着ベルト８６の少なくとも一部に高熱容量物質を混入した画像形成装置。【選択図】　　　　図２
2004045851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転写材上に形成された未定着トナー画像を加熱された定着ベルトと加圧部材とにより挟持して加熱定着する定着装置を備えた画像形成装置であって、前記定着ベルトと未定着トナー画像とが実質的に加圧されない状態で接触する接触領域を有し、前記定着ベルトの少なくとも一部に高熱容量物質を混入したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記接触領域が、前記定着ベルトを前記加圧部材で挟持して形成される主たる加圧領域の転写材搬送方向上流側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記接触領域が、前記定着ベルトを前記加圧部材で挟持して形成される主たる加圧領域の上流で、前記定着ベルトを加熱する加熱部材の転写材搬送方向下流側に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記接触領域に接触する前記定着ベルトを押圧する押圧部材を設け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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転写材上に形成された未定着トナー画像を、定着ベルトを有する定着装置によって加熱定着して画像を形成する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複写機、プリンタ、ファクシミリ及びこれらの機能を有する複合機等の電子写真式画像形成装置に用いられている定着装置は、所定の温度に維持された定着ローラと、弾性層を有してその定着ローラに圧接する加圧ローラとによって、未定着のトナー画像が形成された転写材を挟持搬送しつつ加熱する熱ローラ定着方式が、低速機から高速機まで、モノクロ機からカラー機に至るまで、幅広く採用されている。
【０００３】
従来の熱ローラ定着方式の定着装置では、転写材上のトナーを加熱する際に、熱容量の大きな定着ローラを加熱する必要があるため、省電力面で不利であり、また、プリント時に定着ローラを暖めるのに時間がかかり、プリントを開始するまでの時間（ウォーミングアップタイム）が長くなってしまうという問題がある。
【０００４】
これを解決するため、薄肉の中空円筒形状の芯金の外周にゴム層を形成したゴム被覆ローラを用いた場合には、ゴム被覆ローラの成型時に、薄肉の芯金が変形するおそれがある。
【０００５】
近年、定着装置に熱定着フィルムを用い、熱ローラを熱定着フィルムという薄膜により低熱容量化し、温度制御されたヒータを熱定着フィルムに直接加圧接触させることで熱伝導効率を大幅に向上させ、省電力とウォーミングアップタイムを殆ど必要としないクイックスタートを図ったフィルム定着方式の定着装置や画像形成装置が提案され、最近用いられてきている。
【０００６】
また、クイックスタート定着方式の他の定着装置として、透光性基体を用いて定着ローラ部材とし、内部に設けたハロゲンランプからの熱線をトナー像に照射して加熱定着する方法が、特開昭５２−１０６７４１号、同５７−８２２４０号、同５７−１０２７３６号、同５７−１０２７４１号各公報等により開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
転写材上に形成されたトナー画像を高速定着するため、転写材を挟持する定着ローラと加圧ローラのニップ幅を広くする必要がある。ニップ幅を広くするため、従来のローラ定着装置では、定着ローラ、加圧ローラの大径化が避けられず、大型化に伴う熱容量の増大などにより、ウォーミングアップタイムが大幅に長くなる等の不具合があった。
【０００８】
この問題を解消するため、定着ベルトを用いて、加圧ローラにベルトを巻きかける接触領域（擬ニップ部）によって加熱時間を延長しても、定着ベルトの熱容量が限定されているため、定着ベルトとの接触時間延長の効果は限定され、外部加圧ローラからの熱供給に頼るため、転写材から加熱することになり熱効率は低い。
【０００９】
特に、カラー画像形成装置の定着装置においては、４色のトナー画像を加熱定着するため、単色のトナー画像に比して熱供給量を大きくする事が必要である。
また、カラー画像形成装置において、グラフィック画像、ピクチャー画像等を行う場合には転写材上のトナー付着量が多く、加熱定着処理時に熱供給量を大きくする事が必要である。更に、カラー画像に光沢を付与させるためにも、加熱定着処理時に熱供給量を大きくする事が必要である。
【００１０】
本発明は、定着ベルト方式の定着装置を備えた画像形成装置により、ウォーミングアップタイムを短縮したクイックスタート化を達成し、且つ、定着ベルトの熱容量を大きくして、高い定着性能を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の各目的は、以下の解決手段により達成される。
【００１２】
転写材上に形成された未定着トナー画像を加熱された定着ベルトと加圧部材とにより挟持して加熱定着する定着装置を備えた画像形成装置であって、前記定着ベルトと未定着トナー画像とが実質的に加圧されない状態で接触する接触領域を有し、前記定着ベルトの少なくとも一部に高熱容量物質を混入したことを特徴とする画像形成装置。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る定着装置及び該定着装置を搭載した画像形成装置を図面によって説明する。
【００１４】
［画像形成装置の一実施形態］
図１は、本発明に係る定着装置を備えた画像形成装置の一実施形態を示すカラー画像形成装置の断面構成図である。
【００１５】
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、縦列配置された複数組の画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋと、複数のローラを巻回する回動可能な半導電性エンドレスベルト状の中間転写体７と、給紙搬送手段、及び定着装置８とから成る。
【００１６】
イエロー色の画像を形成する画像形成部１０Ｙは、像担持体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、像担持体１Ｍ、帯電手段２Ｍ、露光手段３Ｍ、現像手段４Ｍ、一次転写手段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、像担持体１Ｃ、帯電手段２Ｃ、露光手段３Ｃ、現像手段４Ｃ、一次転写手段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、像担持体１Ｋ、帯電手段２Ｋ、露光手段３Ｋ、現像手段４Ｋ、一次転写手段５Ｋ、クリーニング手段６Ｋを有する。
【００１７】
画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋより形成された各色の画像は、一次転写手段５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋにより、回動する中間転写体７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内に収容された転写材（以下、用紙と称す）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、用紙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用紙Ｐは、定着装置８により定着処理され、排紙ローラ２４に挟持されて機外の排紙トレイ２５上に載置される。
【００１８】
両面画像形成時には、定着装置８から排出された第１面に画像形成された用紙Ｐは、分岐手段２６により用紙排紙路から分岐され、下方の反転通紙路２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃを通過して、中間ローラ２２Ｄにおいて合流する。反転搬送された用紙Ｐは、レジストローラ２３を経て、二次転写手段５Ａに搬送され、用紙Ｐの第２面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用紙Ｐは、定着装置８により定着処理され、排紙ローラ２４に挟持されて機外の排紙トレイ２５上に載置される。
【００１９】
一方、二次転写手段５Ａにより用紙Ｐにカラー画像を転写した後、用紙Ｐを曲率分離した中間転写体７は、クリーニング手段６Ａにより残留トナーが除去される。
【００２０】
画像形成処理中、一次転写手段５Ｋは常時、像担持体１Ｋに圧接している。他の一次転写手段５Ｙ，５Ｍ，５Ｃはカラー画像形成時にのみ、それぞれ対応する像担持体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃに圧接する。二次転写手段５Ａは、ここを用紙Ｐが通過して二次転写が行われる時にのみ、中間転写体７に圧接する。
【００２１】
［定着装置の全体構成］
図２は、本発明の定着装置の一実施の形態を示す断面図である。
【００２２】
ベルト定着方式の定着装置８は、圧接して回転する一対の加圧部材である支持加圧ローラ８１と外部加圧ローラ８２、外部加圧ローラ８２の内方に配置された加熱源８３、回転可能な加熱ローラ８４、ハロゲンランプ等の加熱源８５、加熱ローラ８４と支持加圧ローラ８１の各外周面を巻回して図示しない駆動手段により回動される加熱部材である定着ベルト８６等から構成されている。
【００２３】
これらの支持加圧ローラ８１、外部加圧ローラ８２、定着ベルト８６の駆動は、図示しない駆動手段により支持加圧ローラ８１もしくは外部加圧ローラ８２、或いはこれらの両ローラを駆動することによって行われる。
【００２４】
バネ８８は図示しない支持部材を介して外部加圧ローラ８２を付勢して、定着ベルト８６を介して支持加圧ローラ８１を押圧する。
【００２５】
加熱ローラ８４の外周面には温度検知素子ＴＳ１が配置され、外部加圧ローラ８２の外周面には温度検知素子ＴＳ２が配置されている。温度検知素子ＴＳ１は、加熱ローラ８４の表面温度を検知する。温度検知素子ＴＳ１の検出信号により、図示しない制御手段は、加熱ローラ８４の表面温度を所定温度に制御する。温度検知素子ＴＳ２は、外部加圧ローラ８２の表面温度を検知する。温度検知素子ＴＳ２の検出信号により、図示しない制御手段は、外部加圧ローラ８２の表面温度を所定温度に制御する。
【００２６】
定着ベルト８６の下方には、ガイド板８９が配置されている。図示しない搬送手段により定着装置８に搬送される用紙Ｐは、ガイド板８９と、加熱源８５により加熱された定着ベルト８６との傾斜間隙を通過し、支持加圧ローラ８１と外部加圧ローラ８２とが圧接する定着ニップ部Ｎに送り込まれる。
【００２７】
用紙Ｐ上に形成されたトナー像ｔは、定着ニップ部Ｎにおいて、定着ベルト８６と外部加圧ローラ８２により加熱、溶融されるとともに、支持加圧ローラ８１と外部加圧ローラ８２とにより圧接されて用紙Ｐに定着される。
【００２８】
図３は支持加圧ローラ８１と外部加圧ローラ８２と定着ベルト８６が圧接する定着ニップ領域の拡大断面図である。
【００２９】
以下に、定着装置８の定着ニップ領域を構成する部材の一実施例を示す。
支持加圧ローラ８１及び外部加圧ローラ８２のゴム層は、厚さ約１〜３ｍｍ、直径約３０〜６０ｍｍのシリコーンゴムにより形成される。定着ベルト８６の層構成は、基体、中間層、離型層から成り、厚さ約０．３ｍｍの積層フィルム状をなす。
【００３０】
支持加圧ローラ８１と外部加圧ローラ８２とは、バネ８８により付勢されて、定着ニップ部Ｎを形成する。
【００３１】
定着ニップ部Ｎの用紙搬送方向上流側から搬送される用紙Ｐは、外部加圧ローラ８２の外周面に巻き付くように、定着ベルト８６の図示下方から進行し、定着ニップ部Ｎの用紙搬送方向上流側に接触領域（以下、擬ニップ部と称す）Ｍを形成する。
【００３２】
擬ニップ部Ｍにおいて、用紙Ｐは、加熱源８３により加熱された外部加圧ローラ８２と、加熱ローラ８４により加熱された定着ベルト８６に密接して、予備加熱される。用紙Ｐは、更に、支持加圧ローラ８１と外部加圧ローラ８２とが圧接する定着ニップ部Ｎにおいて、定着ベルト８６と、支持加圧ローラ８１と外部加圧ローラ８２との加圧によりトナー像が加熱定着される。
【００３３】
［定着ベルト］
定着ベルト８６は、ニッケル電鋳などの金属基体、もしくはポリイミド（ＰＩ）などの耐熱樹脂基体の上に、シリコーンゴムなどの耐熱性ゴムに高熱容量物質（金属・金属酸化物など）粒子を分散した中間層を形成し、さらにパーフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）又はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの離型層を外側層に設けた層構成をなす。ポリイミド（ＰＩ）などの耐熱樹脂基体を用いる場合には、この耐熱樹脂基体にも高熱容量物質を分散させてもよい。
【００３４】
定着ベルト８６は強度と柔軟性を両立するために１５０〜５００μｍの厚みに形成されているが、加熱ローラ８４から受け取る熱量は、定着ベルト８６のこの厚み、即ち熱容量による制限で、上限がある。
【００３５】
定着ニップ部Ｎの上流側に擬ニップ部Ｍを形成することにより、定着ベルト８６と用紙Ｐの接触時間を長くしても、定着ベルト８６の持つ熱量の限界で、その効果は限定されたものになってしまうが、定着ベルト８６の弾性層や樹脂基体に金属などの高熱容量物質を混入することで、ベルト熱容量を増大させ、擬ニップ効果をさらに高めることができる。
【００３６】
混入させる高熱容量物質としては、体積比熱＝比重×比熱の大きい、アルミニウムや鉄などの金属及びその合金や、酸化鉄などの金属酸化物が好適である。ゴムや樹脂基体の柔軟性や耐久性を失わせないため、混入量は体積比で概ね５０％以下、粒子径は３０μｍ以下、望ましくは１０μｍ以下である。混入量の大きい方が効果は大きいため、熱容量増大効果とゴムや樹脂基体の柔軟性・耐久性などを考慮して適宜選択する。
【００３７】
例えばポリイミドに５０％体積の鉄粉を混入した場合、ポリイミドの体積比熱が１．５８×１０６Ｊ／ｍ３・Ｋ、鉄の体積比熱が３．５６×１０６Ｊ／ｍ３・Ｋであるので、混入後は２．５７×１０６Ｊ／ｍ３・Ｋとなり、本発明によるポリイミド（ＰＩ）層の持ちうる熱量はおよそ１．６倍となる。
【００３８】
定着ベルト８６は、支持加圧ローラ８１もしくは外部加圧ローラ８２によって駆動されており、ガイド板８９等により定着領域に搬送されてきたトナー像ｔを保持した用紙Ｐと定着ベルト８６を支持加圧ローラ８１と外部加圧ローラ８２とにより挟んで加圧する。支持加圧ローラ８１と外部加圧ローラ８２との間で形成される定着ニップ部Ｎによる主加圧ニップに先立ち、支持加圧ローラ８１に巻き掛けた定着ベルト８６と外部加圧ローラ８２の間に用紙Ｐが挟まれ、予熱される。定着ベルト８６の持つ熱と、支持加圧ローラ８１と外部加圧ローラ８２とによる押圧力によって、トナー像ｔは用紙Ｐに定着される。
【００３９】
トナー像ｔにはゴム、もしくはごく薄い離型性層を介してゴムが当接されるため、ゴムが弾性変形して用紙Ｐやトナー像ｔの凹凸に追従して、均一に接触し、光沢むらなどのない均一な定着が行われ、定着後のトナー像ｔは適度な光沢を持つ。また定着後には、用紙Ｐは安定して定着ベルト８６から分離する。
【００４０】
以上に説明したように、本発明により擬ニップ効果の高い、従って定着性と熱効率に優れた加熱ベルト方式の定着装置８が提供される。
【００４１】
定着ベルト８６の熱容量が大きいため、同じ熱を輸送するのに、より低い設定温度で済むため、定着ベルト８６を含む各部材の耐久性も向上する。
【００４２】
なお、上記の実施の形態では、外部加圧ローラ８２に巻き掛けるだけの擬ニップ部Ｍについて説明したが、擬ニップ部Ｍにおいて、定着ベルト８６の内側よりローラやパッドなどで補助加圧ニップ部を形成する構成でも、同様に効果があることは言うまでもない。
【００４３】
この補助加圧ニップ部の形成は、擬ニップ部Ｍで生じやすい画像ずれを抑制する事に効果的である。
【００４４】
図４及び図５は、定着装置８の他の実施の形態を示す断面図である。なお、これらの図面に使用されている符号について、図２と同じ機能を有する部分には、同符号を付している。また、前記の実施の形態と異なる点を説明する。
【００４５】
図４に示す第２の実施の形態の定着装置８は、擬ニップ部Ｍに対向する定着ベルト８６の内側に弾性を有する押圧部材であるパッド８０１を配置し、パッド８０１による押圧によって、定着ベルト８６を介して外部加圧ローラ８２の擬ニップ部Ｍを加圧するように構成したものである。
【００４６】
図５に示す第３の実施の形態の定着装置８は、擬ニップ部Ｍに対向する定着ベルト８６の内側に弾性を有する押圧部材であるローラ８０２を配置し、ローラ８０２による押圧によって、定着ベルト８６を介して外部加圧ローラ８２の擬ニップ部Ｍを加圧するように構成したものである。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の画像形成装置は、以上説明した構成により以下の効果が奏せられる。
【００４８】
定着ベルトと未定着トナー画像とが実質的に加圧されない状態で接触する接触領域を有し、定着ベルトの少なくとも一部に高熱容量物質を混入したことを特徴とする本発明の定着装置を備えた画像形成装置により、熱効率向上による省電力、ウォーミングアップ時間の短縮、高速定着及び高画質の定着、安定化と耐用寿命の長いメンテナンス性に優れた画像形成装置が提供される。
【００４９】
特に、カラー画像形成装置の定着装置において、４色のトナー画像を加熱定着するとき、グラフィック画像、ピクチャー画像等を行うとき、カラー画像に光沢を付与させるときに、熱供給量を大きくする事に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る定着装置を備えた画像形成装置の一実施形態を示すカラー画像形成装置の断面構成図。
【図２】本発明の定着装置の一実施の形態を示す断面図。
【図３】支持加圧ローラと外部加圧ローラと定着ベルトが圧接する定着ニップ領域の拡大断面図。
【図４】第２の実施の形態の定着装置の断面図。
【図５】第３の実施の形態の定着装置の断面図。
【符号の説明】
８　定着装置
８０１　パッド（押圧部材）
８０２　ローラ（押圧部材）
８１　支持加圧ローラ（加圧部材）
８２　外部加圧ローラ（加圧部材）
８３，８５　加熱源
８４　加熱ローラ
８６　定着ベルト
８８　バネ
８９　ガイド板
Ｍ　接触領域（擬ニップ部）
Ｎ　定着ニップ部
Ｐ　用紙
【図１】
2004045851.tif 000003
【図２】
2004045851.tif 000004
【図３】
2004045851.tif 000005
【図４】
2004045851.tif 000006
【図５】
2004045851.tif 000007