(57)【要約】【課題】構造的に給電が安定し、エネルギ消費を少なくしかもウォーミングアップ時間の短縮が可能で稼働効率が高く長期間安定したベルト式定着装置又は加熱加圧ローラ式定着装置を備えた画像形成装置の提供。【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、少なくとも内部に抵抗発熱層を有する加熱ローラと、該加熱ローラ内に前記抵抗発熱層と閉回路を形成する第１の電磁誘導コイルと、該第１の電磁誘導コイルに磁気的に接続された第２の電磁誘導コイルとを有することを特徴とする画像形成装置。【選択図】        図２
2004333810.tif 000002
【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定着装置を備えた画像形成装置であって、前記定着装置は、少なくとも内部に抵抗発熱層を有する加熱ローラと、該加熱ローラ内に前記抵抗発熱層と閉回路を形成する第１の電磁誘導コイルと、該第１の電磁誘導コイルに磁気的に接続された第２の電磁誘導コイルとを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記第１の電磁誘導コイルと第２の電磁誘導コイルは、その内部に磁気的に接続され且つ、分割可能な共通なコアに巻回さ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】
前記定着装置は少なくとも前記加熱ローラ及び内部加圧ローラに巻回され、外部加圧ローラにより転写材上の未定着画像と加圧加熱接触する定着ベルトを有するベルト式定着装置であ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】
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定着装置を備えた画像形成装置であって、前記定着装置は、少なくとも内部に抵抗発熱層を有する加熱ローラと、該加熱ローラ内に前記抵抗発熱層と閉回路を形成する電磁誘導コイルを有し、該電磁誘導コイルの両端部は非画像領域と対応する位置で前記加熱ローラと接続されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
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定着装置を備えた画像形成装置であって、前記定着装置は、少なくとも内部に抵抗発熱層を有する加熱ローラと、該加熱ローラ内に前記抵抗発熱層と閉回路を形成する電磁誘導コイルを有し、該電磁誘導コイルを冷却する風路を前記加熱ローラ内に設けた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。
【０００３】
そして特許文献１及び特許文献２に示すように、ローラに面状発熱層を形成すると、ハロゲンランプなどに比べ発熱体が低熱容量でかつ被加熱体に対して極端な高温にならないため、発熱体の実効熱容量が小さく、ウォーミングアップ時間の短縮に有効であるが、回転体であるローラ上に設けた大きな電流の流れる発熱層への給電がブラシの摺動によって行われるため、長期に安定して安定性を確保することが難しく、安全上の懸念があった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２５４２８０号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平８−３６３１８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の欠点を解消し、構造的に長期に安定し、且つエネルギ消費が少なく、しかもウォーミングアップ時間の短縮が可能で稼働効率の高い安定した定着装置を備えた画像形成装置を提供することを課題目的にする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的は次の技術手段（１）〜（５）項の何れかによって達成される。
【０００８】
（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定着装置を備えた画像形成装置であって、前記定着装置は、少なくとも内部に抵抗発熱層を有する加熱ローラと、該加熱ローラ内に前記抵抗発熱層と閉回路を形成する第１の電磁誘導コイルと、該第１の電磁誘導コイルに磁気的に接続された第２の電磁誘導コイルとを有することを特徴とする画像形成装置。
【０００９】
（２）  前記第１の電磁誘導コイルと第２の電磁誘導コイルは、その内部に磁気的に接続され且つ、分割可能な共通なコアに巻回されていることを特徴とする（１）項に記載の画像形成装置。
【００１０】
（３）  前記定着装置は少なくとも前記加熱ローラ及び内部加圧ローラに巻回され、外部加圧ローラにより転写材上の未定着画像と加圧加熱接触する定着ベルトを有するベルト式定着装置であることを特徴とする（１）又は（２）項に記載の画像形成装置。
【００１１】
（４）  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定着装置を備えた画像形成装置であって、前記定着装置は、少なくとも内部に抵抗発熱層を有する加熱ローラと、該加熱ローラ内に前記抵抗発熱層と閉回路を形成する電磁誘導コイルを有し、該電磁誘導コイルの両端部は非画像領域と対応する位置で前記加熱ローラと接続されていることを特徴とする画像形成装置。
【００１２】
（５）  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定着装置を備えた画像形成装置であって、前記定着装置は、少なくとも内部に抵抗発熱層を有する加熱ローラと、該加熱ローラ内に前記抵抗発熱層と閉回路を形成する電磁誘導コイルを有し、該電磁誘導コイルを冷却する風路を前記加熱ローラ内に設け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。
【００１４】
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。
【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、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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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、定着装置、例えばベルト式定着装置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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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上で各色を重ね合わせ、一括して転写材Ｐに転写し、定着装置、例えばベルト式定着装置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。
【００２７】
本発明の画像形成装置は、これに搭載される定着装置、例えばベルト式定着装置２４に大きな特色を有するものであり、以下、主として、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の電磁誘導コイル及びそのコアの軸方向断面図を用いて順次説明する。
【００２８】
発熱層２４１を内面に形成した加熱ローラ２４０の内部と外部に第１及び第２の電磁誘導コイル２４３，２４４をそれぞれ設け、この内部の第１の電磁誘導コイル２４３の両端を前記発熱層２４１の端子に接続し一体で回転可能にし、磁気的に接続され静止した、第２の電磁誘導コイル２４４を含む外部回路からの電磁誘導によって生じた起電力で、その発熱層２４１を発熱させる。
【００２９】
したがって給電はブラシ等の摺動物を用いることなく行われるので長期間安定して稼働できる。このことについて以下に詳述する。
【００３０】
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２つの支持ローラを形成するローラとして配置された加熱ローラ２４０とよりなる。
【００３１】
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少し上流には、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、前記加熱ローラ２４０及び内部加圧ローラ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。
【００３２】
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。
【００３３】
図４の断面模式図に示すように、加熱ローラ２４０の内面には発熱層２４１が設けてあり、その上に絶縁層，Ａｌ層（アルミニウム層）、低摩擦層が順に設けられている。
【００３４】
加熱ローラ２４０の内面に設けられた発熱層は所望の発熱量を、加熱ローラ２４０全体に亘ってなるべく均一に得るため、厚み、幅、材料が適宜選択される。
【００３５】
このパターンや材料は種々提案されている発熱層を有する定着ローラやシート状の発熱体に用いられている何れのものでも良く、本発明により安定した給電が可能となる。
【００３６】
また、図２、図３に示すように、発熱層２４１の端部には、加熱ローラ２４０内部にほぼ同軸に設けられた第１の電磁誘導コイル２４３の端子が接続され、閉回路を形成している。加熱ローラ２４０内の第１の電磁誘導コイル２４３の内部にはコア２４５が設置され、このコア２４５はローラ両端の開口部からさらに外部に伸び、加熱ローラと概ね平行に設けられたコア２４６に磁気的に接続されている。この加熱ローラ２４０と平行に設けられたコア２４６の外周には交流電源２８３に接続された第２の電磁誘導コイル２４４が設置されている。
【００３７】
前記第２の電磁誘導コイル２４４に交流電源２８３から交流電圧が印加されると、コア２４５，２４６内に生じる磁束の変化により前記第１の電磁誘導コイル２４３に誘導電圧が誘起される。誘導電圧は、該第１の電磁誘導コイル２４３の両端に接続された発熱層２４１に印加されることになり、発熱層の抵抗に応じて電流が流れ、発熱する。発熱層２４１で発生した熱は加熱ローラ２４０に伝わり、該加熱ローラ２４０を介して定着ベルト２６０がその内側の例えば図５の模式図に示すようなポリイミド層を介して加熱される。図３（ａ）の側断面図及びその部分正面断面図である図３（ｂ）に示すように、前記第１の電磁誘導コイル２４３と発熱層２４１と加熱ローラ２４０は一体に軸受け部で支持されており、且つ該第１の電磁誘導コイル２４３への電力供給は電磁誘導によって行われているため、ブラシ等の摺動接触子を介した電力供給ではなく、摺動に伴うノイズ（電磁波）の発生や、接触子の摩耗やその摩耗粉による接触不良などは発生しない。なお、加熱ローラ２４０の内部にあるコア２４５は外部にあるコア２４６と接続されていて磁路を形成するとともに、基体フレーム２４Ａに機械的に支持されており、内部にある前記第１の電磁誘導コイル２４３や前記加熱ローラ２４０とは非接触である。また、コア２４６は外部にある前記第２の電磁誘導コイル２４４とも非接触であることが好ましいが接触していても構わない。
【００３８】
尚、加熱ローラ２４０の外周近傍には温度センサ２４５を設け、高周波の前記交流電源２８３の高周波電圧、ひいては第１，第２の電磁誘導コイルの誘導電圧を加減し、もしくは電圧印加を断続させることで、加熱ローラ２４０や定着ベルト２６０の温度をコントロールすることができる。
【００３９】
前記第１の電磁誘導コイル２４３もしくはそれを支持する支持部材と、前記加熱ローラ２４０との間の熱伝達は加熱ローラの熱容量を増やすことになるため、前記支持部材は耐熱樹脂やセラミックスなど、なるべく低熱伝導率の材料を用い、また断面積（とくに半径方向の）を小さくすることが望ましい。
【００４０】
加熱ローラ２４０の画像領域と対応する位置に前記第１の電磁誘導コイル２４３の端部又はその前記支持部材を接続すると、熱流出により加熱ローラ２４０や定着ベルト２６０が局所的に温度低下して定着不良や光沢度むらの原因となるので、非画像領域で接続支持することが好ましい。前記第１の電磁誘導コイル２４３は、その重量を支持できれば、耐熱樹脂等で固化一体化してもよいし、薄肉の耐熱樹脂や金属などのパイプの軸受けを介して支持部材で支持してもよい。
【００４１】
前記第１の電磁誘導コイル２４３は、高温になる加熱ローラ（定着条件によっては２００℃を超す）２４０の内部にあり、高生産性を得るために、加熱ローラ２４０の温度条件を高くする必要がある場合の、連続定着動作時などでは、導線の被覆耐熱性の許容値を超える温度が発生することもある。そこで連続動作に支障ない程度に熱を取り出すために、内部コイルと加熱ローラ内壁の間に壁（すなわちパイプ）を設けたり、前記第１の電磁誘導コイル２４３とコア２４５の間の空間を利用したりして、冷却風を通す。これには専用のファンと排風路を設けても良いし、機内の他の冷却用ファンとの間に、導風路を設けても良い。加熱ローラ２４０そのものを冷却するわけではないので、この冷却による熱の損失は僅かである。
【００４２】
定着ベルト２６０は、支持加圧ローラ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紙等の転写材Ｐと定着ベルト２６０とを支持加圧ローラ２５０と外部加圧ローラ２７０とで挟んで主ニップを、更に少し上流ではパッド２５３やガイド部材２５４で補助ニップを形成して加圧する。そしてトナーは紙等の転写材Ｐに定着される。トナー像には図５の模式図に示すように、Ｓｉゴム層、もしくはごく薄いＰＦＡ又はＰＴＦＥの離型性層を介して定着ベルト２６０が当接されるため、Ｓｉゴム層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、光沢むら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、紙等の転写材Ｐは安定して定着ベルトから分離する。ベルト式定着装置２４で用いる加熱ローラ２４０は定着圧力を担わないため、加圧加熱を行う定着ローラに比べて強度が小さくてすみ、薄肉化にして低熱容量化することが容易であるが、発熱層２４１を加熱ローラ２４０の内部に設けることが特に有効である。
【００４３】
電磁誘導コイルは前述の第２の電磁誘導コイル２４４を設けず、第１の電磁誘導コイル２４３のみの電磁誘導コイルにしてブラシを用いて給電することもできる。しかしブラシの摩耗等があり定期的な交換作業を伴う事は避けられない。
【００４４】
本実施例では、加熱ローラ２４０と定着ベルト２６０を組み合わせたベルト式定着装置について説明したが、加熱ローラと加圧ローラとの１対のローラで紙等の転写材Ｐを挟持加圧加熱する方式の定着装置の加熱ローラに、本実施例で説明した加熱ローラ２４０と類似で加圧に耐える強度を持たせたローラを適用しても有効なことは言うまでもない。
【００４５】
このような構成をとることにより、発熱層を設けた加熱ローラ２４０の利点を生かしながら、付随する従来からの給電の難しさを克服することもできる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明により構造的に給電が安定し、エネルギ消費が少なくしかもウォーミングアップ時間の短縮が可能で稼働効率が高く長期間安定したベルト式定着装置又は、定着ベルトを用いない方式の定着装置を備えた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加熱ローラの加熱機構を示す図で（ａ）は側断面図であり（ｂ）はその部分正面断面図である。
【図４】加熱ローラの層構成を示す断面模式図である。
【図５】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  加熱ローラ
２４１  発熱層
２４３  第１の電磁誘導コイル，電磁誘導コイル
２４４  第２の電磁誘導コイル
２４５，２４６  コア
２５０  支持加圧ローラ
２５３  パッド
２５４  ガイド部材
２５５  温度センサ
２６０  定着ベルト
２７０  外部加圧ローラ
２８０  給紙ガイド
２８３  交流電源
Ｐ  転写材
【図１】
2004333810.tif 000003
【図２】
2004333810.tif 000004
【図３】
2004333810.tif 000005
【図４】
2004333810.tif 000006
【図５】
2004333810.tif 000007