(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源により加熱される定着回転体と、この定着回転体に圧接する加圧回転体と、前記定着回転体に当接する熱伝達体とを備えた定着装置であって、前記熱伝達体が、耐熱樹脂からなる断熱層と、この断熱層の外周に設けられ円周方向に熱伝導率が変化する外層とを有することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記熱伝達体を回転駆動する熱伝達体駆動手段と、
前記熱伝達体の回転位置を検知する検知手段と、
前記定着回転体の回転停止時に前記熱伝達体の熱伝導率の低い領域が当該定着回転体に当接するよう前記検知手段の検知信号に基づいて前記熱伝達体駆動手段を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
前記熱伝達体が従動可能に当接する定着回転体を回転駆動する定着回転体駆動手段と、
前記熱伝達体の回転位置を検知する検知手段と、
前記定着回転体の回転停止時に前記熱伝達体の熱伝導率の低い領域が当該定着回転体に当接するよう前記検知手段の検知信号に基づいて前記定着回転体駆動手段を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項４】
前記熱伝達体の外層が、熱伝導率の高い高熱伝導率部とこの高熱伝導率部より熱伝導率の低い低熱伝導率部を交互に配置してなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項５】
前記高熱伝導率部がアルミ系材料を用いて形成され、前記低熱伝導率部が鉄系材料を用いて形成されていることを特徴とする請求項４記載の定着装置。
【請求項６】
前記高熱伝導率部がアルミ系材料を用いて形成され、前記低熱伝導率部が耐熱樹脂材料を用いて形成されていることを特徴とする請求項４記載の定着装置。
【請求項７】
前記高熱伝導率部内にヒートパイプが挿入されていることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項８】
前記熱伝達体が、前記定着回転体の熱源から最も遠い位置に配置されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項９】
電子写真方式を用いた画像形成装置において、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の定着装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を用いた複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置において、記録シート上に転写したトナー画像を定着する定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を使用した画像形成装置で記録紙に転写したトナー画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（加熱ローラ）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】
しかしながら、定着ローラ幅に対して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過した場合、温度検知部材が定着ローラの長手方向（軸方向）中央部に配置された定着装置では、ローラ端部の温度が過昇することにより、定着ローラ及び加圧ローラ表層の早期劣化が発生する。また、加熱源から発せられる熱エネルギーは記録紙が通過しない部分の温度上昇に使われるため、エネルギー効率が非常に悪くなる。さらに、温度検知部材の接触により定着ローラ中央部の表層が磨耗し、定着ローラ寿命が短くなり、高速度電子写真複写機等に不向きである。
【０００４】
一方、温度検知部材が定着ローラ長手方向端部に配置された定着装置では、ローラ端部の温度過昇による表層劣化も温度検知部材の接触によるローラ中央部の磨耗もないので、長寿命化がはかれるが、ローラ中央部（転写紙通過部）の定着ローラ温度が低下することにより、定着性が悪化するという問題があり、定着ローラ中央部の温度に対して応答性が劣る不具合がある。
【０００５】
このような定着装置の問題に対しては、定着ローラ内部にヒートパイプを挿入することが考えられる。しかしながら、ヒートパイプを挿入することにより定着ローラは高価な部品となり、定着ローラは表層の磨耗やトナー及び紙粉固着等で頻繁に交換される部品であるため、交換コストもかなり高くなる。
【０００６】
この交換コストを安くするため、定着ローラの表面の一部に熱伝達体を接触させて配置し、定着ローラの温度を均一にする方法が提案されている（例えば、特許文献１、２、３を参照。）。この方法においては、熱伝達体を定着ローラ全幅で接触させることが望ましい。さらに、熱伝達体としてヒートパイプ部材（ローラ）やアルミ部材（ローラ）を使用することで、定着ローラの温度を効率良く均一にする効果が向上する。
【特許文献１】特開平８−８７１９１号公報
【特許文献２】特開平９−１２７８１１号公報
【特許文献３】特開平１０−３３３４６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記ヒートパイプローラやアルミローラ等の熱伝達体は、長手方向の熱の移動が良好であるが、径方向や円周方向の熱の移動も良好のため、定着ローラから熱伝達体へ移動し、そこから雰囲気中へ逃げる（移動する）熱量も増加する。したがって、上記従来技術では、定着ローラの長手方向の温度分布を均一にする効果は向上するものの、全体として温度が下がってしまい、結果的に熱効率が低下するという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の問題点に対処してなされたもので、熱効率の低下を伴うことなく定着ローラの長手方向の温度分布を均一にすることができる定着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、請求項１の発明は、熱源により加熱される定着回転体と、この定着回転体に圧接する加圧回転体と、前記定着回転体に当接する熱伝達体とを備えた定着装置であって、前記熱伝達体が、耐熱樹脂からなる断熱層と、この断熱層の外周に設けられ円周方向に熱伝導率が変化する外層とを有することを特徴とする。
【００１０】
このように構成された熱伝達体を定着回転体に当接することにより、熱伝達体における長手方向への熱の移動は速やかに行なわれるため、定着回転体の長手方向の温度分布を均一化することができるとともに、熱伝達体における長手方向以外の円周方向及び半径方向への熱の移動は抑制されるため、熱伝達体を介して雰囲気中へ移動する熱量を低減することが可能となる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の定着装置において、熱伝達体を回転駆動する熱伝達体駆動手段と、熱伝達体の回転位置を検知する検知手段と、定着回転体の回転停止時に熱伝達体の熱伝導率の低い領域が定着回転体に当接するよう検知手段の検知信号に基づいて熱伝達体駆動手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。これにより、回転停止中の定着回転体から熱伝達体への熱の移動を抑制することが可能となる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１の定着装置において、熱伝達体が従動可能に当接する定着回転体を回転駆動する定着回転体駆動手段と、熱伝達体の回転位置を検知する検知手段と、定着回転体の回転停止時に熱伝達体の熱伝導率の低い領域が定着回転体に当接するよう検知手段の検知信号に基づいて定着回転体駆動手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。これにより、回転停止中の定着回転体から熱伝達体への熱の移動を抑制することが可能となる。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１〜３の定着装置において、熱伝達体の外層が、熱伝導率の高い高熱伝導率部とこの高熱伝導率部より熱伝導率の低い低熱伝導率部を交互に配置してなることを特徴とする。これにより、熱伝達体において長手方向へのみ良好に熱を移動させることができ、定着回転体からの熱が熱伝達体の円周方向及び半径方向へ伝わって雰囲気へ逃げることによる熱効率の低下を防ぐことが可能となる。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項４の定着装置において、高熱伝導率部がアルミ系材料を用いて形成され、低熱伝導率部が鉄系材料を用いて形成されていることを特徴とする。これにより、定着回転体の長手方向温度分布の均一化効果に優れ、熱効率の低下防止に有効な熱伝達体を得ることが可能となる。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項４の定着装置において、高熱伝導率部がアルミ系材料を用いて形成され、低熱伝導率部が耐熱樹脂材料を用いて形成されていることを特徴とする。これにより、定着回転体の長手方向温度分布の均一化効果に優れ、熱効率の低下防止にさらに有効な熱伝達体を得ることが可能となる。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項４〜６の定着装置において、高熱伝導率部内にヒートパイプが挿入されていることを特徴とする。これにより、熱伝達体による定着回転体の長手方向温度分布の均一化効果をさらに向上させることが可能となる。
【００１７】
請求項８の発明は、請求項１〜７の定着装置において、熱伝達体が定着回転体の熱源から最も遠い位置に配置されていることを特徴とする。これにより、待機中に熱源から熱伝達体への熱の移動を少なくすることが可能となる。
【００１８】
請求項９の発明は、電子写真方式を用いた画像形成装置において、請求項１〜８のいずれかの定着装置を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明によれば、定着回転体に当接する熱伝達体を、断熱層の外周に円周方向に熱伝導率が変化する外層を設けた構成とすることにより、熱伝達体において長手方向へのみ良好に熱を移動させることができ、無駄な円周方向及び半径方向への熱の移動を防いで、熱効率の低下を低減することができる。
【００２０】
請求項２の発明によれば、定着回転体の回転停止時に熱伝達体の熱伝導率の低い領域が当該定着回転体に当接するよう熱伝達体駆動手段を制御することにより、回転停止中の定着回転体から熱伝達体への熱の移動を低減することができる。
【００２１】
請求項３の発明によれば、定着回転体に従動する熱伝達体が回転停止する時に熱伝達体の熱伝導率の低い領域が当該定着回転体に当接するよう定着回転体駆動手段を制御することにより、より簡単な制御構成で、回転停止中の定着回転体から熱伝達体への熱の移動を低減することができる。
【００２２】
請求項４の発明によれば、熱伝達体を断熱層の外周に高熱伝導率部と低熱伝導率部が交互に配置された構成とすることにより、熱伝達体において長手方向へのみ良好に熱を移動させることができ、無駄な円周方向及び半径方向への熱の移動による熱効率の低下を防ぐことができる。
【００２３】
請求項５の発明によれば、熱伝達体の高熱伝導率部にアルミ系材料を用い、低熱伝導率部に鉄系材料を用いることにより、定着回転体に対する長手方向温度分布の均一化効果に優れ、かつ熱効率の低下防止に有効な熱伝達体を得ることができる。
【００２４】
請求項６の発明によれば、熱伝達体の高熱伝導率部にアルミ系材料を用い、低熱伝導率部に耐熱樹脂材料を用いることにより、定着回転体に対する長手方向温度分布の均一化効果に優れ、かつ熱効率の低下防止にさらに有効な熱伝達体を得ることができる。
【００２５】
請求項７の発明によれば、熱伝達体の例えばアルミ系材料からなる高熱伝導率部内にヒートパイプを挿入することにより、熱伝達体による定着回転体の長手方向温度分布の均一化効果をさらに高めることができる。
【００２６】
請求項８の発明によれば、熱伝達体を定着回転体の熱源から最も遠い位置に配置することにより、待機中に熱源から熱伝達体への熱の移動を少なくすることができる。
【００２７】
請求項９の発明によれば、上記した高性能の定着装置を備えた電子写真方式の画像形成装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面に基づいて本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明の定着装置の一実施の形態の概略構成を示すもので、定着ローラ１と、定着ローラ１と圧接回転する加圧ローラ３と、定着ローラ１に当接する熱伝達体５とで構成される。
【００２９】
定着ローラ１は、ヒータ７を内蔵し、ローラ表面に配置された温度検知部９によって温度が検知されることによって、図示しない温度制御装置により一定の温度となるよう制御される。温度検知部９は、例えば図２に示すように定着ローラ１の長手方向端部に配置される。定着ローラ１の表面は、トナーに対して離型性を有する弾性材料で形成されている。
【００３０】
加圧ローラ３は、定着ローラ１と同様に、表面が弾性材料で形成される。定着ローラ１と加圧ローラ３が圧接回転することにより、記録紙１１を挟持搬送しつつ、圧接部を通過する記録紙１１上の未定着トナー画像１３を加熱加圧して定着する。
【００３１】
熱伝達体５は、定着ローラ１と接して回転する回転体であり、図３に示すように、例えばＰＰＳ、ＰＩ等の耐熱樹脂材料からなる断熱層１５の外周に熱伝導率の異なる材料によって高熱伝導率部１７と低熱伝導率部１９が円周方向に交互に形成されてなる。
【００３２】
熱伝達体５がこのように構成されることにより、回転中に定着ローラ１に接触した高熱伝導率部１７が長手方向に速やかに熱を移動させて定着ローラ１の温度分布を均一化することができるとともに、定着ローラ１から熱伝達体５の円周方向及び半径方向への熱の移動は、低熱伝導率部１９及び断熱層１５によって抑制されるため、定着ローラ１から熱伝達体５を介して流出する熱量は少なくなり、熱伝達体５が当接することによる熱効率の低下を防ぐことができる。
【００３３】
また、上記熱伝達体５は、定着ローラ１が停止しているとき、低熱伝導率部１９のみ定着ローラ１に接触していることが望ましい。これにより、回転停止時の定着ローラ１から熱伝達体５への熱の移動を低減させることができる。
【００３４】
このように、定着ローラ１の停止時に熱伝達体５が低熱伝導率部１９の位置で定着ローラ１と接触するためには、熱伝達体５の回転位置を検知する必要がある。
【００３５】
図４は、熱伝達体５の回転位置を検知する検知手段の一例を示すもので、低熱伝導率部１９又は高熱伝導率１７の位置に対応して形成され、熱伝達体５と同期して回転するフィラー２１と、フィラー２１を検知するフォトセンサー２３とにより、低熱伝導率部尾１９の位置を検知する。
【００３６】
上記検知手段を用いた制御の構成例を図５に示す。ここでは、熱伝達体５を定着ローラ１とは別駆動で回転する場合の制御例を示す。制御手段２５は、定着装置の運転停止指令により、検知手段２７（ここではフォトセンサー２３）からの検知信号に基づいて、熱伝達体５が定着ローラ１と低熱伝導率部１９にて当接する状態で回転を停止するよう定着ローラ駆動手段２９及び熱伝達体駆動手段３１に制御信号を出力する。これにより、定着ローラ１と熱伝達体５は、熱伝達体５の低熱伝導率部１９が定着ローラ１に当接する位置で回転を停止する。
【００３７】
また、熱伝達体５は専用の駆動手段を持たず、定着ローラ１と連れ回りするよう構成することもできる。この場合は、図６に示すように、制御手段３３は、検知手段２７（ここではフォトセンサー２３）からの検知信号に基づいて、熱伝達体５の低熱伝導率部１９が定着ローラ１と当接する位置で回転を停止するよう定着ローラ駆動手段２９に制御信号を出力する。これにより、定着ローラ１は、熱伝達体５の低熱伝導率部１９に当接する位置で回転を停止する。このようにして、図５に示す制御方法と比較して、より簡単な構成で同等の目的を達成することができる。
【００３８】
上記の説明からも明らかなように、本実施の形態においては、定着ローラ１に当接し回転する熱伝達体５を、長手方向に伸びる断熱層と、この断熱層の外側に形成され、円周方向に高熱伝導率部１７と低熱伝導率部１９が交互に配置される外層とで構成することにより、定着ローラ１に当接する高熱伝導率部１７によって定着ローラ１の長手方向の温度分布を均一にすることができるとともに、熱伝達体５の円周方向及び半径方向への熱の移動は低熱伝導率部１９及び断熱層１５によって抑制されるため、熱伝達体５による熱効率の低下を防ぐことができる。また、定着ローラ１の回転停止中は低熱伝導率部１９を当接させることで、定着ローラ１から熱伝達体５への熱の移動を低減することができる。
【実施例】
【００３９】
さらに、本発明を実施例を挙げて説明する。
＜実施例１＞
図３に示す熱伝達体５において、高熱伝導率部１７をアルミ系材料で形成し、低熱伝導率部１９をアルミ系材料より熱伝度率の低い鉄系材料で形成する。これにより、熱伝達体において定着ローラからの熱は、より熱伝導率の高いアルミ系材料からなる高熱伝導率部を移動し、円周方向及び半径方向への熱の移動を抑制することができる。
【００４０】
＜実施例２＞
図３に示す熱伝達体５において、高熱伝導率部１７をアルミ系材料で形成し、低熱伝導率部１９を例えばＰＰＳ、ＰＩのような耐熱樹脂材料で形成する。これにより、熱伝達体において円周方向及び半径方向への熱の移動はほぼ遮断され、熱伝達体を介して雰囲気へ放出される熱量をさらに低減することができる。
【００４１】
＜実施例３＞
実施例１の熱伝達体に対して、図７に示すように、各高熱伝導率部１７内にヒートパイプ３５を挿入する。これにより、実施例１の雰囲気への熱の移動を低減する効果を保持しつつ、定着ローラの長手方向の温度分布を均一にする効果をさらに高めることができる。
【００４２】
＜実施例４＞
実施例２の熱伝達体に対して、図７に示すように、各高熱伝導率部１７内にヒートパイプ３５を挿入する。これにより、実施例２の雰囲気への熱の移動を低減する効果を保持しつつ、定着ローラの長手方向の温度分布を均一にする効果をさらに高めることができる。
【００４３】
＜実施例５＞
図１に示す定着装置において、ヒータ７を定着ローラ１の回転中心からずらした位置に配置し、熱伝達体５をこのヒータ７から最も遠い位置で定着ローラ１に当接するよう設置する。これにより、待機中に熱源であるヒータ７から熱伝達体への熱の移動を少なくすることができる。
【００４４】
なお、本発明の定着装置は、上記実施の形態及び実施例に限らず、温度検知部材を定着ローラの長手方向中央部に配置してもよい。また、定着ローラだけではなく、定着ベルト方式にも展開可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の定着装置の一実施の形態の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１の定着ローラ長手方向における温度検知部の配置位置を示す図である。
【図３】図１における熱伝達体を拡大して示す断面図である。
【図４】熱伝達体の回転位置を検知する検知手段の一例を示す断面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。
【図５】検知手段を用いた制御の構成例を示すブロック図である。
【図６】検知手段を用いた制御の他の構成例を示すブロック図である。
【図７】本発明にかかる熱伝達体の他の例を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  定着ローラ
３  加圧ローラ
５  熱伝達体
７  ヒータ
９  温度検知部
１１  記録紙
１３  未定着トナー画像
１５  断熱層
１７  高熱伝導率部
１９  低熱伝導率部
２１  フィラー
２３  フォトセンサー
３５  ヒートパイプ
【図１】
0004753760.tif 000002
【図２】
0004753760.tif 000003
【図３】
0004753760.tif 000004
【図４】
0004753760.tif 000005
【図５】
0004753760.tif 000006
【図６】
0004753760.tif 000007
【図７】
0004753760.tif 000008