(57)【要約】【課題】加圧ローラの表面温度を均一に保持して、記録紙を定着ローラと加圧ローラのニップ部で確実に加熱加圧して安定して定着する。【解決手段】加圧ローラ３２の表面の一部にヒートパイプ３３を接触させて配置する。定着ローラ３１から加圧ローラ３２の端部に直接伝えられた熱をヒートパイプ３３により熱輸送して加圧ローラ３２の温度を均一にし、加圧ローラ３２の端部の弾性体基体３７と弾性体３８が膨張して変形することを防ぎ、記録紙を定着ローラ３１と加圧ローラ３２のニップ部で確実に加熱加圧して定着する。【選択図】　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱部を内蔵した定着ローラと加圧ローラとのニップ部で記録媒体に転写されたトナー像を加熱加圧して定着する定着装置において、
前記加圧ローラを、芯金の外周面に断熱層と弾性体基体と弾性体と離型層を順に積層して構成し、前記加圧ローラの表面の一部に熱伝達部材を接触させて配置したことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記加圧ローラの芯金と断熱層の間に複数の金属パイプを設けた請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
前記熱伝達部材を最大通紙幅の範囲で加圧ローラに接触させた請求項１又は２記載の定着装置。
【請求項４】
前記熱伝達部材はヒートパイプである請求項１，２又は３記載の定着装置。
【請求項５】
前記熱伝達部材はアルミローラである請求項１，２又は３記載の定着装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の定着装置を有す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】
この発明は、電子写真方式の複写機やプリンタ等で記録媒体に転写したトナー像を定着する定着装置及び画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式を使用した複写機等の画像形成装置で記録紙に転写したトナー像を定着する定着装置には熱ローラ方式の定着装置が多く用いられている。この定着装置は内部に熱源を有し、表面をトナーに対し離型性を有する材料、例えばシリコーンゴムやフッ素樹脂で形成した定着ローラと加圧ローラを圧接回転させ、両ローラの圧接部をなすニップを通過する記録紙上の未定着トナー像を加熱加圧して定着する。この熱ローラ方式の定着装置は、定着ローラの表面と記録紙上のトナー像とが加圧下で接触するため、トナー像を記録紙上に融着する際の熱効率が極めて良好であり、迅速に定着を行なうことができ、高速度電子写真複写機等において非常に有効である。
【０００３】
この定着装置の熱効率をより向上させるために、加圧ローラの芯金と例えばシリコンゴム等からなる弾性体基体の間に断熱層を設けて、定着ローラの熱が加圧ローラの芯金に伝達することを低減するとともに、弾性体基体の厚さを薄くして熱容量を小さくするようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のように芯金と弾性体基体の間に断熱層を設け、弾性体基体の厚さを薄くして熱容量を小さくした加圧ローラを使用しても、小さなサイズの記録紙に連続して画像を形成して定着装置を通した場合、例え定着ローラの加熱源を記録紙サイズに合わせるように制御しても、定着ローラ端部の温度が高くなり、その部分に直接接触している加圧ローラの端部温度も高くなり、弾性体基体であるシリコンゴム等が膨張して中央部のニップが逃げてしまい定着性が悪くなるという短所があった。
【０００５】
この発明はかかる短所を改善し、加圧ローラの表面温度を均一に保持して、記録紙を定着ローラと加圧ローラのニップ部で確実に加熱加圧して安定して定着することができる定着装置とそれを使用した画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の定着装置は、加熱部を内蔵した定着ローラと加圧ローラとのニップ部で記録媒体に転写されたトナー像を加熱加圧して定着する定着装置において、前記加圧ローラを、芯金の外周面に断熱層と弾性体基体と弾性体と離型層を順に積層して構成し、定着ローラから加圧ローラに伝わった熱が芯金に逃げることを防ぐ。また、加圧ローラの表面の一部に熱伝達部材を接触させて配置し、加圧ローラの温度を均一にする。
【０００７】
前記加圧ローラの芯金と断熱層の間に複数の金属パイプを設けると良い。
【０００８】
また、前記熱伝達部材を最大通紙幅の範囲で加圧ローラに接触させることが望ましい。
【０００９】
さらに、熱伝達部材としてヒートパイプやアルミローラを使用して、加圧ローラの温度を効率良く均一にする。
【００１０】
この発明の画像形成装置は、前記定着装置を有し、良質な画像を安定して形成する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明のデジタル複写機の構成図である。図に示すように、デジタル複写機１は複写機本体２と原稿自動送り装置（以下、ＡＤＦという）３と自動仕分け装置４とを有する。複写機本体２は原稿読取ユニット５と書込ユニット６とエンジン部７と給紙ユニット８を有する。原稿読取ユニット５は光源と複数のミラーを有するキャリッジ９とレンズ１０とＣＣＤ１１及びバッファ１２を有し、ＡＤＦ３で送られた原稿を走査して読み取る。書込ユニット６はレーザ光源やポリゴンミラー等を有し、画像情報を含むレーザビーム１３をエンジン部７に出射する。エンジン部７は、画像形成ユニット１４と１次転写ユニット１５と２次転写ユニット１６及び定着ユニット１７を有する。画像形成ユニット１４は、感光体１８の周囲に配置された帯電チャージャ１９と書込ユニット５からのレーザビーム１３の照射部とシアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ），イエロー（Ｙ），ブラック（Ｋ）からなるカラー現像部２０及びドラムクリーニング部２１を有し、帯電チャージャ１９で帯電した感光体１８上にレーザビーム１３で静電潜像を形成し、形成した静電潜像をカラー現像部２０で可視化してトナー像を形成する。１次転写ユニット１５は中間転写ベルト２２と１次転写部２３とテンションローラ２４と２次転写ローラ２５とクリーニング部２６及び基準位置センサ２７を有し、感光体１８に形成されたトナー像を中間転写ベルト２２に１次転写する。中間転写ベルト２２は、このデジタル複写機１における最大転写紙サイズであるＡ３よりも大きく形成されており、使用する転写紙がＡ４サイズ以下の場合には、２面分のトナー像を保持することができる。この中間転写ベルト２２は感光体１８上のトナー像を１次転写するとき以外は図示しない接離機構によって感光体１８表面から離れ、中間転写ベルト２２に画像を１次転写するときだけ感光体１８表面に圧接される。２次転写ユニット１６は中間転写ベルト２２に転写されたトナー像を記録紙に２次転写する。定着ユニット１７は記録紙に転写されたトナー像を熱と圧力で定着する。給紙ユニット８は複数の給紙カセット２８ａ〜２８ｃと手差トレイ２９を有し、記録紙を２次転写ユニット１６に送る。
【００１２】
ＡＤＦ３は読み取る原稿を原稿読取ユニット５に送り、原稿読取ユニット５で読み取った原稿を回収する。自動仕分け装置４は複数段の仕分けビン３０ａ〜３０ｎを有し、画像が形成された記録紙を仕分けして排出する。
【００１３】
このデジタル複写機１で原稿読取ユニット５で読み取った原稿の画像形成サイクルが始まると、形成する画像が１色の場合は、読み取った原稿の画像データにより感光体１８にトナー像を形成し、形成されたトナー像を中間転写ベルト２２に１次転写する。２次転写ユニット１６は中間転写ベルト２２に転写されたトナー像の先端に合わせて給紙された記録紙にトナー像を２次転写する。トナー像を転写した記録紙は定着ユニット１７に送られ加熱，加圧して定着される。トナー像が定着された記録紙は自動仕分け装置４に排出される。また、中間転写ベルト２２に残留しているトナーはクリーニング部２６で回収する。
【００１４】
形成する画像が２色以上の場合は、中間転写ベルト２２に設けた基準マークを基準位置センサ２７で検出したことを基準にして原稿読取ユニッ５で原稿を読み取り、読み取った画像データを画像メモリに格納し、この画像データにより感光体１８に第１色目のトナー像を形成し、感光体１８に形成したトナー像を中間転写ベルト２２に１次転写する。引き続いて画像メモリに格納された画像データにより感光体１８に第２色目のトナー像を形成し、感光体１８に形成したトナー像を中間転写ベルト２２に１次転写する。この感光体１８に対する画像形成と中間転写ベルト２２に対する１次転写を各色毎に繰り返す。すなわち、２色の画像を形成する場合には中間転写ベルト２２を２回転し、フルカラーの画像を形成する場合には中間転写ベルト２２を４回転して、各回転毎に感光体１８に形成されたトナー像を中間転写ベルト２２に１次転写して各色の画像を位置ずれなしに重ね合わせる。所定の色のトナー像を中間転写ベルト２２に転写したら、中間転写ベルト２２に転写されたトナー像の先端に合わせて給紙された記録紙にトナー像を２次転写し、定着ユニット１７で加熱，加圧して定着する。
【００１５】
また、基準サイズ例えばＡ４サイズで縦向きの原稿の画像のトナー像を２面分同時に中間転写ベルト２２に転写する２面取りモードのときは、１面目のトナー像を中間転写ベルト２２に転写してから中間転写ベルト２２の周長と原稿サイズで定まる所定のタイミングをおいて２面目のトナー像を中間転写ベルト２２に転写する。フルカラーの画像を形成する場合には中間転写ベルト２２を４回転して、各回転毎に感光体１８に形成されたトナー像を中間転写ベルト２２に１次転写して各色の画像を位置ずれなしに重ね合わせる。所定の色のトナー像を中間転写ベルト２２に転写したら、中間転写ベルト２２に転写された各トナー像の先端に合わせて給紙された記録紙にトナー像を２次転写し、定着ユニット１７で加熱，加圧して定着して、画像が形成された２枚の記録紙を連続的に排出する。このようにして画像形成効率を高めることができる。
【００１６】
このデジタル複写機１の定着ユニット１７は定着ローラ３１と加圧ローラ３２とヒートパイプ３３を有する。定着ローラ３１は、図２の断面図に示すように、ヒータ３４を内蔵し、加圧ローラ３２とのニップ部で記録紙に転写されたトナー像を加熱加圧して記録紙に定着する。この定着ローラ３１はアルミニウム等の金属の芯金の表面に離型層が設けられている。加圧ローラ３２は、芯金３５の表面に断熱層３６と弾性体基体３７と弾性体３８と離型層３９が順に積層されている。ヒートパイプ３３は、両端部に軸受が設けられ、回転可能になっており、ばね等の弾性体で加圧ローラ３２の全体に接触して配置されている。このヒートパイプ３３は、管内に毛細菅作用を有するウイックといわれる多孔質物質が設けられ、熱輸送媒体である水等の作動流体を封入したものであり、小さい温度差で大量の熱量を輸送可能である。
【００１７】
このように加圧ローラ３２にヒートパイプ３３を接触しているから、例えば小さなサイズの記録紙に連続して画像を形成して定着ユニット１７を通したときに定着ローラ端部の温度が高くなり、その部分に直接接触している加圧ローラ３２の端部に熱が直接伝達しても、その熱がヒートパイプ３３に伝達され、加圧ローラ３２の温度を均一に保持し、端部の温度が高くなることを防ぐことができる。したがって加圧ローラ３２の端部の弾性体基体３７と弾性体３８が膨張して変形することを防ぎ、記録紙を定着ローラ３１と加圧ローラ３２のニップ部で確実に加熱加圧して安定して定着することができ、良質な画像を安定して形成することができる。
【００１８】
前記説明では定着ローラ３１から加圧ローラ３２の端部に伝達した熱をヒートパイプ３３に伝え、ヒートパイプ３３の熱輸送を利用して加圧ローラ３２の温度を均一に保つ場合に対いぇ説明したが、ヒートパイプ３３の代わりに熱伝導の良い中実のアルミのローラを使用しても良い。このアルミのローラに使用する材料としては、できるだけ熱伝導が良い１０００番系が望ましい。
【００１９】
また、ヒートパイプ３３やアルミのローラを加圧ローラ３２の全長に接触させて配置した場合について説明したが、図３に示すように、最もサイズが大きい記録紙に対応する最大通紙幅の範囲でヒートパイプ３３等を加圧ローラ３２に接触させるようにしても良い。このようにヒートパイプ３３等を最大通紙幅の範囲で加圧ローラ３２に接触させることにより、端部の高くなった熱を非通紙部に与えずに通紙部のみに与えることができ、熱効率を向上することができる。
【００２０】
また、前記説明では加圧ローラ３２を、芯金３５の表面に断熱層３６と弾性体基体３７と弾性体３８と離型層３９が順に積層して形成した場合について説明したが、図４の断面図に示すように、加圧ローラ３２の芯金３５と断熱層３６との間にステンレスやアルミ，鉄等の金属パイプ４０を複数本設けても良い。このように加圧ローラ３２の芯金３５と断熱層３６との間に複数の金属パイプ４０を設けることにより、断熱層３６と金属パイプ４０との接触面積も少なく、また、金属パイプ４０の中空部分の空気層が断熱作用をして、定着ローラ３１から加圧ローラ３２の表面に伝達された熱が芯金３５側に伝達することをより確実に防ぐことができ、定着ユニット１７の熱効率を向上させることができる。ここで金属パイプ４０の内面には、図５に示すようにリブ４１を設けることにより、薄い金属パイプ４０を使用しても強度を高めて変形することを防ぐことができる。
【００２１】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、定着装置の加圧ローラを、芯金の外周面に断熱層と弾性体基体と弾性体と離型層を順に積層して構成することにより、定着ローラから加圧ローラに伝わった熱が芯金に逃げることを防ぐことができ、熱効率を向上することができる。
【００２２】
また、加圧ローラの表面の一部に熱伝達部材を接触させて配置し、加圧ローラの温度を均一にすることにより、加圧ローラの端部の弾性体基体と弾性体が膨張して変形することを防ぎ、記録媒体を定着ローラと加圧ローラのニップ部で確実に加熱加圧して安定して定着することができ、良質な画像を安定して形成することができる。
【００２３】
また、加圧ローラの芯金と断熱層の間に複数の金属パイプを設けることにより、定着ローラから加圧ローラの表面に伝達された熱が芯金側に伝達することをより確実に防ぐことができ、定着装置の熱効率を向上させることができる。
【００２４】
また、熱伝達部材を最大通紙幅の範囲で加圧ローラに接触させることにより、加圧ローラの端部の高くなった熱を非通紙部に与えずに通紙部のみに与えることができ、熱効率を向上することができる。
【００２５】
さらに、熱伝達部材としてヒートパイプやアルミローラを使用することにより、、加圧ローラの温度を効率良く均一にすることができる。
【００２６】
また、この定着装置を複写機等の画像形成装置に使用することにより、良質な画像を安定して形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のデジタル複写機の構成図である。
【図２】定着ユニットの構成を示す断面図である。
【図３】ヒートパイプの配置を示す側面図である。
【図４】加圧ローラの他の構成を示す断面図である。
【図５】金属パイプの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１；デジタル複写機、２；複写機本体。３；ＡＤＦ、３；自動仕分け装置、
５；原稿読取ユニット、６；書込ユニット、７；エンジン部、
８；給紙ユニット、１４；画像形成ユニット、１５；１次転写ユニット、
１６；２次転写ユニット、１７；定着ユニット、３１；定着ローラ、
３２；加圧ローラ、３３；ヒートパイプ、３５；芯金、３６；断熱層、
３７；弾性体基体、３８；弾性体、３９；離型層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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