(57)【要約】【課題】ウオーミングアップ時間を大幅に短縮して消費電力を削減することができると共に、ニップ幅を拡大して定着性を向上させることが可能な定着装置を備えた画像形成装置。【解決手段】可撓性を有して中空に形成された中空回転部材と、加熱手段を有し、前記中空回転部材の内部に配置されて前記中空回転部材の内面と当接して回転する複数の加熱ローラと、前記中空回転部材を介して前記複数の加熱ローラを押圧する加圧部材と、を備え、前記中空回転部材と前記加圧部材とにより形成されたニップにより、記録材上に形成された未定着画像を加熱加圧定着する定着装置を備えたこと。【選択図】        図２
2004333732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性を有して中空に形成された中空回転部材と、
加熱手段を有し、前記中空回転部材の内部に配置されて前記中空回転部材の内面と当接して回転する複数の加熱ローラと、
前記中空回転部材を介して前記複数の加熱ローラを押圧する加圧部材と、を備え、
前記中空回転部材と前記加圧部材とにより形成されたニップにより、記録材上に形成された未定着画像を加熱加圧定着する定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記加熱ローラの半径をＲ、前記中空回転部材と前記加圧部材とにより形成された複数のニップ幅における最も記録材搬送方向上流側に位置する端部より最も記録材搬送方向下流側に位置する端部までの寸法をＮとしたとき、下記の式を満足することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
Ｒ＜Ｎ
【請求項３】
前記中空回転部材の厚みが５０μｍ以上、５００μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記中空回転部材の加熱手段の配熱分布が、前記複数の加熱ローラ毎に異なる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】
前記複数の加熱ローラを前記中空回転部材に対して押圧する押圧手段を設けたことを特徴とする請求項１〜４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、複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの諸機能を有する複合機等の画像形成装置に用いる定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に用いる定着装置として、加熱手段を内部に有する加熱ローラを用いた熱ローラ定着装置が従来より用いられ、技術的に完成度が高く安定しているので、モノクロ機からフルカラー機まで、及び低速機から高速機までと幅広く採用されている。
【０００３】
しかし、従来の方式の熱ローラ定着装置においては、転写材やトナーを加熱する際に、熱容量の大きな加熱ローラを加熱する必要があるため、エネルギー効率が悪く、省エネルギーの面で不利であり、また、加熱ローラを加熱するための時間が掛かり、ウオーミングアップ時間が長くなってしまうという問題があった。
【０００４】
この問題を解決するために、加熱体に対向圧接しつつ回転駆動する加圧搬送手段を用いて、転写材の搬送速度と同一速度で移動するフィルムを介して転写材を加熱体に密着させ、転写材上の未定着トナーをパルス加熱する定着装置がある。（例えば、特許文献１参照）
また、ウオーミングアップ時間を短縮するために薄肉の加熱ローラを用い、この加熱ローラに薄肉の加圧回転体を当接させると共に加圧回転体の内部に加重印可ロールを設け、加熱ローラの撓みに追随して加圧回転体が撓むことにより、ほぼ均一のニップ形状が得られる定着装置がある。（例えば、特許文献２参照）
【０００５】
【特許文献１】
特開平２−８１０７４号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平１１−３８８１１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の特許文献１に記載の定着装置においては、フィルムを介して転写材を加熱体に密着させている上に、加熱体が回転することなく固定しているので、充分な耐久性を期待できない。更に、転写材が高速で移動する高速機への適用も困難である。また、フィルムが送り出し軸から巻き取り軸に巻き取られてゆく構成なので、全てのフィルムが巻き取り軸に巻き取られた後は、再びフィルムを送り出し軸に装填しなければならないといった面倒な作業を必要とする。
【０００８】
また、前述の特許文献２に記載の定着装置においては、薄肉の加熱ローラを用いることにより、ある程度はウオーミングアップ時間が短縮するが、それでも加熱ローラの大きさに対応する熱容量のために大幅な時間短縮は期待できず、更に、ニップ幅は変わらないので、定着性も変わりがない。
【０００９】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、従来にはなかった複数の加熱ローラを用いることにより、ウオーミングアップ時間を大幅に短縮して消費電力を削減することができると共に、ニップ幅を拡大して定着性を向上させることが可能な定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は下記の手段により達成される。
【００１１】
可撓性を有して中空に形成された中空回転部材と、加熱手段を有し、前記中空回転部材の内部に配置されて前記中空回転部材の内面と当接して回転する複数の加熱ローラと、前記中空回転部材を介して前記複数の加熱ローラを押圧する加圧部材と、を備え、前記中空回転部材と前記加圧部材とにより形成されたニップにより、記録材上に形成された未定着画像を加熱加圧定着する定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【００１２】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明の定着装置を用いた画像形成装置の一例を、図１を参照して説明する。
【００１３】
図１において、画像形成装置ＧＳは、画像形成装置本体ＧＨと画像読取装置ＹＳとから構成される。
【００１４】
画像形成装置本体ＧＨ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、ベルト状の中間転写体６、給紙搬送手段及び後述する定着装置１７からなる。
【００１５】
画像形成装置本体ＧＨの上部には、自動原稿送り装置２０１と原稿画像走査露光装置２０２からなる画像読取装置ＹＳが設置されている。自動原稿送り装置２０１の原稿台上に載置された原稿ｄは搬送手段により搬送され、原稿画像走査露光装置２０２の光学系により原稿の片面若しくは両面の画像が走査露光され、ラインイメージセンサＣＣＤに読み込まれる。
【００１６】
ラインイメージセンサＣＣＤにより光電変換されたアナログ信号は、不図示の画像処理部において、アナログ処理、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等が行れた後、露光手段３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋに送られる。
【００１７】
イエロー（Ｙ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｙは、像担持体としての感光体ドラム１Ｙの周囲に配置された帯電手段２Ｙ、露光手段３Ｙ、現像装置４Ｙ及びクリーニング手段８Ｙを有する。マゼンタ（Ｍ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｍは、像担持体としての感光体ドラム１Ｍ、帯電手段２Ｍ、露光手段３Ｍ、現像装置４Ｍ及びクリーニング手段８Ｍを有する。シアン（Ｃ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｃは、像担持体としての感光体ドラム１Ｃ、帯電手段２Ｃ、露光手段３Ｃ、現像装置４Ｃ及びクリーニング手段８Ｃを有する。黒（Ｋ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｋは、像担持体としての感光体ドラム１Ｋ、帯電手段２Ｋ、露光手段３Ｋ、現像装置４Ｋ及びクリーニング手段８Ｋを有する。帯電手段２Ｙと露光手段３Ｙ、帯電手段２Ｍと露光手段３Ｍ、帯電手段２Ｃと露光装置３Ｃ、及び帯電手段２Ｋと露光装置３Ｋは、各々潜像形成手段を構成する。
【００１８】
４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及び黒（Ｋ）の、小粒径のトナーとキャリアからなる２成分現像剤を内包する現像装置であり、５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋは、現像装置４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋにそれぞれ新規のトナーを補給するトナー補給手段である。
【００１９】
中間転写体６は、複数のローラにより巻回され、回転可能に支持されている。定着装置３０は、可撓性を有する中空回転部材３１と、超小型の加熱ローラ３２と、加圧ローラ３３から構成されているが、詳細は後述する。
【００２０】
画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋより形成された各色の画像は、回転する中間転写体６上に転写手段７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋにより逐次転写されて（１次転写）、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としての記録紙Ｐは、給紙手段２１により給紙され、給紙ローラ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ、及びレジストローラ２３等を経て、転写手段７Ａに搬送され、記録紙Ｐ上にカラー画像が２次転写される。カラー画像が転写された記録紙Ｐは、定着装置３０の中空回転部材３１と加圧ローラ３３とにより形成されたニップ部で挟持され、熱と圧力とが加えられることにより記録紙Ｐ上のカラートナー像が定着される。続いて、記録紙Ｐは排紙ローラ２５に挟持されて機外の排紙トレイ２６上に載置される。
【００２１】
一方、転写手段７Ａにより記録紙Ｐにカラー画像を転写した後、記録紙Ｐを曲率分離した中間転写体６は、クリーニング手段８Ａにより残留トナーが除去される。
【００２２】
なお、本発明の定着装置を用いる画像形成装置として、以上の如くカラー画像を形成する画像形成装置の一例を説明したが、モノクロ画像を形成する画像形成装置であってもよい。
【００２３】
次に、本発明の定着装置３０について図２の拡大断面図に基づいて説明する。定着装置３０は基本的に、薄肉で可撓性を有して中空に形成された中空回転部材３１と、超小径に形成されて内部に加熱手段３２１を有し、中空回転部材３１の内部に配置されて中空回転部材３１の内面と当接して回転する３本の加熱ローラ３２と、中空回転部材３１を介して３本の加熱ローラ３２を押圧する加圧ローラ３３（加圧部材）とから構成されている。
【００２４】
ここで、不図示のモータによって駆動されて加圧ローラ３３が反時計方向に回転すると、中空回転部材３１が時計方向に回転し、３本の加熱ローラ３２も時計方向に回転する。従って、例えば図１に示した画像形成装置によってカラー画像が転写された記録紙Ｐは、中空回転部材３１と加圧ローラ３３とにより形成されたニップ部で挟持され、加熱及び加圧されることにより記録紙Ｐ上のカラートナー像（未定着画像）が定着される。
【００２５】
なお、３４は中空回転部材３１が記録紙Ｐの搬送方向下流側に移動しないように保持する保持ローラである。
【００２６】
また、モータによって、加圧ローラ３３が駆動されるのではなく、加熱ローラ３２が駆動されるように構成してもよい。この場合は３本の加熱ローラ３２が同一方向に同一速度で回転する必要がある。一例として、各加熱ローラ３２の端部にプーリーを設け、このプーリーをベルトで回転させるようにしてもよい。
【００２７】
また、加熱ローラ３２の温度を制御するために温度検知する温度センサや、中空回転部材３１に残留したトナーを清掃するクリーニング手段については省略してあるが、周知慣用の部材・手段を用いることができる。
【００２８】
このように、定着装置３０においては、加圧ローラ３３が中空回転部材３１を介して３本の加熱ローラ３２を押圧しているので、中空回転部材３１と加圧ローラ３３とによりニップ幅Ｎが形成される。そして、ニップ幅Ｎは、従来の如く加熱ローラが１個のみで形成されている場合と比較すると、大幅に長い。従って、従来の定着装置と比較して定着性が大きく向上する。
【００２９】
なお、厳密には加熱ローラ３２と中空回転部材３１とが接する部所を中心に左右にニップ部が形成され、隣り合う加熱ローラ３２の間ではニップ部が形成されない範囲がある。即ち、図３の拡大図に示す如く、加熱ローラ３２ａによってニップ幅Ｎ１１のニップ部が形成され、加熱ローラ３２ｂによってニップ幅Ｎ１２のニップ部が形成され、加熱ローラ３２ｃによってニップ幅Ｎ１３のニップ部が形成されるが、加熱ローラ３２ａ及び加熱ローラ３２ｂの間のＤ１１の範囲にはニップ部が形成されず、同様に加熱ローラ３２ｂ及び加熱ローラ３２ｃの間のＤ１２の範囲にはニップ部が形成されない。
【００３０】
しかし、記録紙Ｐの最も搬送方向上流側に位置しニップ幅がＮ１１になるニップ部の端部より、最も搬送方向下流側に位置しニップ幅がＮ１３になるニップ部の端部までの幅全体をニップ幅Ｎとしても実用的には問題ない。そして、加熱ローラ３２の半径をＲとすると、本定着装置においては下記の式を満足する。
【００３１】
Ｒ＜Ｎ
なお、この式は従来の加熱ローラが１本の場合には成立し難い。
【００３２】
また、加熱ローラ３２の径が従来より非常に小さく形成されているので、加熱ローラ３２の熱容量が小さく、更に中央に位置する加熱手段から加熱ローラ３２の外表面までの距離が短いので、温度上昇が早く、ウオーミングアップ時間が従来の１／２以下に短縮できると共に、消費電力の削減になる。
【００３３】
更に詳述すると、中空回転部材３１の材料にはステンレスを用い、ステンレス板の端部を溶接して円筒状に形成してもよいし、ステンレス管を用いてもよい。
【００３４】
また、ステンレス以外に鉄やニッケルを用いてもよい。
中空回転部材３１の外周面には、シリコン若しくはフッ素ゴムから形成されるゴム層と、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）チューブを被覆した離型層を有している。
【００３５】
中空回転部材３１は可撓性を必要とするために、その肉厚を５０μｍ〜５００μｍとすることが望ましい。一例として外周の長さを３００ｍｍとしたときには、肉厚は１５０μｍ程度であることが望ましい。
【００３６】
加熱ローラ３２は、加熱手段３２１として中央に設けたハロゲンヒータと、アルミニュウム、鉄若しくは銅、又はこれらの合金から構成された芯金３２２と、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）若しくはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂から構成された被覆層３２３とからなる。
【００３７】
そして、加熱ローラ３２を直径が５ｍｍ〜１５ｍｍである超小径に形成することが望ましい。
【００３８】
なお、ハロゲンヒータに代えて、電磁誘導回転部材（磁性定着ローラ）を用い、電磁誘導加熱方式にしてもよい。
【００３９】
また、図４に示す如く、３本の加熱ローラ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの加熱手段３２１ａ，３２１ｂ，３２１ｃの配熱分布を個々に変え、使用する紙の厚みや幅寸法に応じて所定の加熱手段に通電するようにしてもよい。例えば、幅広の厚紙を用いたときは加熱ローラ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの加熱手段３２１ａ，３２１ｂ，３２１ｃに通電し、幅広の薄紙を用いたときは加熱ローラ３２ａの加熱手段３２１ａのみに通電し、幅狭の紙のときは加熱ローラ３２ｂの加熱手段３２１ｂのみに通電する。
【００４０】
このように構成することにより、幅狭の紙を用いたときに、加熱ローラの端部の熱が無駄に放出されることがなく、且つ、加熱ローラの端部が異常に加熱されて外周の被覆層が破断するようなことが生じない。また、幅狭の紙を用いた直後に幅広の紙を用いても、幅方向中央の温度が低くなって定着にムラが生ずるようなことがない。
【００４１】
加圧ローラ３２は、例えばステンレスからなる丸棒の芯金３２ａと、芯金の外周面に形成されたシリコンゴムの発泡体からなるゴムローラ３２ｂと、ゴムローラの外周面に形成されたＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）チューブを被覆した離型層３２ｃとから構成されている。
【００４２】
また、３本の加熱ローラ３２を押圧する加圧部材としては回転する加圧ローラ３３に限定されるものではなく、固定した加圧板を設けてもよい。この一例を図５に基づいて説明する。
【００４３】
図５において、中空回転部材３１、加熱ローラ３２、保持ローラ３４は図１に示したものと同一であるので、説明を省略する。４３は加圧板であって、一端を固定部材に係止した圧縮バネ４４によって付勢され、加圧板４３は中空回転部材３１を介して３本の加熱ローラ３２を押圧する。
【００４４】
加圧板４３は、耐熱性を有しており、例えば耐熱性樹脂が用いられ、記録材Ｐが円滑に搬送され、且つ記録材Ｐ上のトナー像が良好で安定して定着されるように形成される。
【００４５】
例えば、耐熱性樹脂からなる基板層４３１、シリコンゴム等の耐熱性弾性層４３２、ニッケル等からなり導電性を有し透磁率１００以上の高透磁率の発熱層４３３、フッ素樹脂等の耐熱性を有し滑り性の良好な表面層４３４を順に形成し、表面層４３４を中空回転部材３１に圧接させる。加圧板４３は、中空回転部材３１から奪う熱量を少なく抑えるために、低い熱容量を有するように構成することが必要であり、この理由から板状に構成されている。また、加圧板４３の利点は、板の形状をその熱容量を増すことなく所望の形状にすることができる点である。加圧板４３を、記録材Ｐの幅方向に均一な圧力で中空回転部材３１に圧接させるために、記録材Ｐの幅方向両端部に設けた二つのバネ４４で付勢している。
【００４６】
また、図６に示す如く、加熱ローラ３２が中心軸に対して放射状に移動することを防止する保持枠４６を設け、一端が固定部材に係止された圧縮バネ４７によって保持枠４６を押圧し、３本の加熱ローラ３２が中空回転部材３１の内面を加圧ローラ３３に対して押圧するようにしてもよい。この場合は、３本の加熱ローラ３２は図の上下方向に移動する必要があるので、不図示のモータによって加圧ローラ３３が駆動されることになる。この結果、更に確実にニップ幅が確保される。
【００４７】
更に、３本の加熱ローラ３２の外径を必ずしも同一にする必要はない。
例えば、図７に示す如く、同一外径の加熱ローラ５２１，５２３の間に外径がより小さい加熱ローラ５２２を配置してもよい。これにより、ニップ部が形成されない範囲Ｃ２１，Ｃ２２が図３に示したＣ１１，Ｃ１２より小さくなるので、熱効率的には更に向上する。
【００４８】
その他に、本発明の加熱ローラは必ずしも３本である必要なく、２本であっても４本以上であってもよい。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の画像形成装置によれば、従来にはなかった複数の加熱ローラを有する定着装置を備えたので、ウオーミングアップ時間を大幅に短縮して消費電力を削減することができると共に、ニップ幅を拡大して定着性を向上させることが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像形成装置の一例の図である。
【図２】定着装置の拡大断面図である。
【図３】加熱ローラの拡大図である。
【図４】配熱分布を変えた加熱ローラの図である。
【図５】加圧板を用いた定着装置の拡大断面図である。
【図６】保持枠を用いた定着装置の拡大断面図である。
【図７】外径の異なる加熱ローラの拡大図である。
【符号の説明】
３０  定着装置
３１  中空回転部材
３２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ  加熱ローラ
３３  加圧ローラ
３２１，３２１ａ，３２１ｂ，３２１ｃ  加熱手段
４３  加圧板
４６  保持枠
【図１】
2004333732.tif 000003
【図２】
2004333732.tif 000004
【図３】
2004333732.tif 000005
【図４】
2004333732.tif 000006
【図５】
2004333732.tif 000007
【図６】
2004333732.tif 000008
【図７】
2004333732.tif 000009