(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーを定着されるシート状媒体を搬送する無端の定着ベルトと、
上記定着ベルトの内面を巻き掛けられた加熱ローラ及び定着ローラと、
上記定着ベルトを介して上記定着ローラに対向して配置される加圧ローラと、
上記定着ベルトの内面側において上記加熱ローラ表面と上記定着ローラ表面との最短距離を５ｍｍ以下とすることで、上記加熱ローラの熱を上記定着ローラに伝達する熱伝達構造とを有する定着装置。
【請求項２】
トナーを定着されるシート状媒体を搬送する無端の定着ベルトと、
上記定着ベルトの内面を巻き掛けられた加熱ローラ及び定着ローラと、
上記定着ベルトを介して上記定着ローラに対向して配置される加圧ローラと、
上記定着ベルトの内面側において上記加熱ローラ表面と上記定着ローラ表面とに接触する熱伝達ローラを備え、この熱伝達ローラにより上記加熱ローラの熱を上記定着ローラに伝達する熱伝達構造とを有する定着装置。
【請求項３】
トナーを定着されるシート状媒体を搬送する無端の定着ベルトと、
上記定着ベルトの内面を巻き掛けられた加熱ローラ及び定着ローラと、
上記定着ベルトを介して上記定着ローラに対向して配置される加圧ローラと、
上記定着ベルトの内面側において上記加熱ローラ表面と上記定着ローラ表面とが当接することで、上記加熱ローラの熱を上記定着ローラに伝達する熱伝達構造とを有する定着装置。
【請求項４】
請求項２または３記載の定着装置において、上記定着ローラと上記定着ベルトとの摩擦係数を、上記加熱ローラと上記定着ベルトとの摩擦係数より大きくしたことを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項４記載の定着装置において、上記加熱ローラの表面と上記定着ベルトの内面のうち少なくとも上記加熱ローラの表面をフッ素樹脂でコーティングしたことを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れか１つに記載の定着装置において、上記定着ローラが上記定着ベルトの内面を巻き掛けられた領域内の、上記定着ベルトの回転方向における同領域の上流側端部よりも下流側の位置で、上記加圧ローラと上記定着ベルトとが当接してニップが形成されていることを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れか１つに記載の定着装置において、上記定着ローラの回転中心を頂点とする、上記定着ローラの回転中心と上記加熱ローラの回転中心を結ぶ線と、上記定着ローラの回転中心と上記加圧ローラの回転中心とを結ぶ線とが挟む角が、９０°〜２７０°であることを特徴とする定着装置。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れか１つに記載の定着装置を有する画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、定着装置、特にいわゆる無端ベルトを有するベルト定着装置及びこの定着装置を有する複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、ファクシミリ、プリンタ、印刷機等の画像形成装置には一般に、被定着画像としてのトナー像を形成された用紙等のシート状媒体に、トナー像を、加熱及び加圧により定着するための定着装置を有している。
【０００３】
定着装置としては、内部に熱源を有し回転駆動される加熱ローラと、この加熱ローラに圧接され加熱ローラに従動回転する加圧ローラとを有し、両ローラによって形成されるニップ部に、シート状媒体を両ローラの回転により通過させ、加熱加圧してトナー像を定着する熱ローラ対タイプの定着装置がある。熱ローラ対タイプの定着装置において、加熱ローラとしては、シート状媒体のトナー像を担持する側の面に対向するよう配設され、金属製の基体の表面にゴム層を有しているとともに、内部にハロゲンヒータを備えているものが知られ、また、加圧ローラとしては、用紙のトナー像を担持する側とは反対の面に対向するよう配設され、金属製の基体の表面にゴム層を有しているとともに、内部にハロゲンヒータを備えているものが知られている。
【０００４】
加熱ローラ、加圧ローラに備えられたゴム層はそれぞれ、熱伝達効率の低下を防止するため、２ｍｍ程度の比較的薄い層とされている。この薄いゴム層でシート状媒体に熱を与えるのに必要なニップ幅を形成するためには加熱ローラと加圧ローラとの間に大きな加圧力を加える必要がある。そして大きな加圧力に耐え得るよう、加熱ローラ、加圧ローラの径を大きく、基体の肉厚を厚くする必要がある。このため、このような熱ローラ対タイプの定着装置は、加熱ローラ、加圧ローラの熱容量が大きく、ウォームアップに要する時間が長いという問題があった。
【０００５】
そこで、かかる問題を解決するため、ベルトタイプの定着装置いわゆるベルト定着装置が用いられている。ベルト定着装置は、トナーを定着されるシート状媒体を搬送するための無端の定着ベルト、定着ベルトを巻き掛けられた加熱ローラ及び定着ローラ、定着ベルトを介して定着ローラに対向して配置される加圧ローラ等を構成要素とするタイプの定着装置である。ヒータは金属製の加熱ローラに備えられており、また、定着ベルトは基体がポリイミド樹脂製で加圧ローラに当接する側の表層にシリコーンゴムコーティングのゴム層が形成されている。
【０００６】
このような構成のベルト定着装置では、定着ローラにはヒータが配設されておらず定着ローラによる加熱を行わないため、定着ローラのゴム層を厚くすることができ、加圧ローラの加圧力を比較的小さくしても必要なニップ幅を得ることが可能である。よって定着ローラ、加圧ローラともに比較的小径化、薄肉化が可能となり、低熱容量化が可能となるという利点がある。
【０００７】
また加熱ローラは定着ベルトを巻き掛けているだけで、定着ローラや加圧ローラ等のような加圧力を加えられることがないため、小径化、薄肉化することができ、ゴム層も不用であるから、定着ローラ、加圧ローラよりもさらに熱容量を小さくすることができるという利点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなベルト定着装置においては、定着ローラを加熱する手段を有していないため、定着ベルトの回転動作を開始したときに、定着ベルトや加圧ローラの熱が定着ローラに奪われ、定着ベルト表面の温度が下がってしまう。このような場合においても、シート状媒体がベルト定着装置内の定着作用を受ける部位に到達する前に定着ベルトの温度が定着に適した温度まで復帰すれば問題はない。
【０００９】
しかし、通紙速度が１００ｍｍ／ｓ以上といったような、通紙速度の大きな高速機においては、ベルト温度が復帰する前に、シート状媒体が定着作用を受ける部位に到達し、定着を受けることとなるため、トナーの溶融が不十分となって十分な定着が行われず、定着不良を生じてしまう。
【００１０】
このような問題を解決するため、定着ローラ内部に補助ヒータを配設するという技術が提案されている。しかし、定着ローラのゴム層の厚さが厚いため、ゴム層と芯金との境界面の温度が、定着ローラ表面の温度よりも数十度以上高くなってしまう。かかる境界面の温度が上がりすぎるとゴム層が芯金から剥がれる等の不具合が生じる。よって補助ヒータの発熱量を抑える必要があり、補助ヒータを用いた場合であっても、定着ローラ表面の温度を上げるには限界がある。
【００１１】
そして、定着ローラ表面温度の上昇の限界を考慮した結果、補助ヒータを用いた場合であっても、通紙速度を１８０ｍｍ／ｓ以上とすると定着ベルトの温度が定着に適した温度までには十分復帰しないということが判明した。
【００１２】
本発明は、補助ヒータに依存することなく定着ローラを十分に昇温することで定着ベルトの回転開始時における温度低下を防止するベルトタイプの定着装置及びこの定着装置を有する画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、トナーを定着されるシート状媒体を搬送する無端の定着ベルトと、上記定着ベルトの内面を巻き掛けられた加熱ローラ及び定着ローラと、上記定着ベルトを介して上記定着ローラに対向して配置される加圧ローラと、上記定着ベルトの内面側において上記加熱ローラ表面と上記定着ローラ表面との最短距離を５ｍｍ以下とすることで、上記加熱ローラの熱を上記定着ローラに伝達する熱伝達構造とを有する定着装置にある。
【００１４】
請求項２記載の発明は、トナーを定着されるシート状媒体を搬送する無端の定着ベルトと、上記定着ベルトの内面を巻き掛けられた加熱ローラ及び定着ローラと、上記定着ベルトを介して上記定着ローラに対向して配置される加圧ローラと、上記定着ベルトの内面側において上記加熱ローラ表面と上記定着ローラ表面とに接触する熱伝達ローラを備え、この熱伝達ローラにより上記加熱ローラの熱を上記定着ローラに伝達する熱伝達構造とを有する定着装置にある。
【００１５】
請求項３記載の発明は、トナーを定着されるシート状媒体を搬送する無端の定着ベルトと、上記定着ベルトの内面を巻き掛けられた加熱ローラ及び定着ローラと、上記定着ベルトを介して上記定着ローラに対向して配置される加圧ローラと、上記定着ベルトの内面側において上記加熱ローラ表面と上記定着ローラ表面とが当接することで、上記加熱ローラの熱を上記定着ローラに伝達する熱伝達構造とを有する定着装置にある。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項２または３記載の定着装置において、上記定着ローラと上記定着ベルトとの摩擦係数を、上記加熱ローラと上記定着ベルトとの摩擦係数より大きくしたことを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の定着装置において、上記加熱ローラの表面と上記定着ベルトの内面のうち少なくとも上記加熱ローラの表面をフッ素樹脂でコーティングしたことを特徴とする。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし５の何れか１つに記載の定着装置において、上記定着ローラが上記定着ベルトの内面を巻き掛けられた領域内の、上記定着ベルトの回転方向における同領域の上流側端部よりも下流側の位置で、上記加圧ローラと上記定着ベルトとが当接してニップが形成されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項７記載の発明は、請求項１ないし６の何れか１つに記載の定着装置において、上記定着ローラの回転中心を頂点とする、上記定着ローラの回転中心と上記加熱ローラの回転中心を結ぶ線と、上記定着ローラの回転中心と上記加圧ローラの回転中心とを結ぶ線とが挟む角が、９０°〜２７０°であることを特徴とする。
【００２０】
請求項８記載の発明は、請求項１ないし７の何れか１つに記載の定着装置を有する画像形成装置にある。
【００２１】
【実施例】
図１に本発明を適用した定着装置及びこの定着装置を有する画像形成装置の概略を示す。画像形成装置は複写機、ファクシミリ、プリンタ等周知のものであり、本発明を適用した定着装置を用いることができるタイプの画像形成装置であればどのようなものでも良い。本実施例の画像形成装置はカラー画像を形成するものであるが、単色の画像を形成するものであっても良い。
【００２２】
画像形成装置２０は、原稿画像に応じて各色ごとの画像を形成する作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫと、作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫに対向して配置された転写装置２２と、各作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫと転写装置２２とが対向する転写領域に各種シート状媒体を供給するシート状媒体供給手段としての手差しトレイ２３、給紙カセット２４、２４と、手差しトレイ２３、給紙カセット２４、２４から搬送されてきたシート状媒体を作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫによる作像のタイミングにあわせて供給するレジストローラ３０と、転写領域において転写後のシート状媒体の定着を行う定着装置１とを有している。
【００２３】
画像形成装置２０は、一般にコピー等に用いられる普通紙と、ＯＨＰシートや、カード、ハガキといった９０Ｋ紙、坪量約１００ｇ／ｍ２相当以上の厚紙や、封筒等の、普通紙よりも熱容量が大きないわゆる特殊シートとの何れをもシート状媒体として用いることが可能である。
【００２４】
各作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫはそれぞれシアン、イエロー、マゼンタ、ブラックの各色の現像を行うものであり、用いるトナーの色が異なるが、その構成はほぼ同様であるから、作像装置２１Ｃの構成を各作像像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫの代表として説明する。作像装置２１Ｃは、静電潜像担持体としての感光体ドラム２５Ｃ、感光体ドラム２５Ｃの回転方向Ａにおいて順に配置されている帯電装置２７Ｃ、現像装置２６Ｃ、クリーニング装置２８Ｃ等を有し、帯電装置２７Ｃと現像装置２６Ｃとの間で露光光２９Ｃを受ける周知の構成である。静電潜像担持体はドラム状でなく、ベルト状としても良い。
【００２５】
図２に示すように、定着装置１は、トナーを定着されるシート状媒体を搬送するための無端の定着ベルト２と、定着ベルト２を巻き掛けられた加熱ローラ３及び定着ローラ４と、定着ベルト２を介して定着ローラ４に対向して配置される加圧ローラ５と、加熱ローラ３、加圧ローラ５、定着ローラ４の内部にそれぞれ備えられたヒータ６、７、１７と、定着ベルト２を介して加熱ローラ３に対向して配置され定着ベルト２の温度を検知する温度検知手段としてのサーミスタ８と、加圧ローラ５に対向して配置され加圧ローラ５の温度を検知する温度検知手段としてのサーミスタ１８と、定着ベルト２にシリコンオイルを主成分とする離型剤を供給するオイル塗布装置としての離型剤供給手段１９等を有している。
【００２６】
定着ベルト２に適当な所定の張力を与えるため、定着ベルト２の外周面には、図示しないテンションローラが弾性的に当接している。定着ベルト２の外周面にはまた、定着ベルト２の回転方向における定着ローラ４の下流側で加熱ローラ３の上流側の部分において、定着ベルト２のクリーニングを行うクリーニングローラ３１が弾性的に当接している。
【００２７】
加熱ローラ３は、径を３０ｍｍとされ、芯金は熱伝導性の良好なアルミニウム製のパイプであって長手方向の温度ムラを防止されており、肉厚を２ｍｍとされている。芯金表面は定着ベルト２との摩擦による磨耗を防止するためアルマイト処理されている。芯金の中心にヒータ６が内蔵されている。
【００２８】
加圧ローラ５は、径を４０ｍｍとされ、鋼性の金属パイプによって構成されている基体としての芯金３７と、この芯金３７を被覆する、耐熱多孔質のシリコンゴム製の厚さ２ｍｍの弾性体層５７とを有し、芯金３７の中心にヒータ７が内蔵されている。加圧ローラ５は、バネなどの図示しない弾性体により、定着ローラ４に圧接する向きに付勢されている。加圧ローラ５は、定着ベルト２を介して定着ベルト５に対向する位置において定着ローラ４に当接しており、これにより、加圧ローラ５が定着ベルト２を介して定着ローラ４に当接するニップとしての定着部１６が形成されている。
【００２９】
定着ローラ４は、径を４０ｍｍとされ、鋼性の金属パイプによって構成されている基体としての芯金９と、この芯金９を被覆する、耐熱多孔質のシリコンゴム製の厚さ５ｍｍの弾性体層１０と、弾性体層１０の表面に形成され弾性体層１０を離型剤から隔離するためのフッ素ゴム製の隔離層４０とを有し、芯金９の中心に位置する軸１１内に補助ヒータとしてのヒータ１７が内蔵されている。隔離層４０は、弾性体層１０の表面のみならず、定着ローラ４の側面をも覆い、定着ローラ４の内部は隔離層４０により離型剤から完全に遮断されている。隔離層４０の材質はフッ素ゴムの他、フロロシリコン、テフロン（商品名）、ラテックス等であっても良い。
【００３０】
弾性体層１０の材質は、熱伝導率が小さく断熱作用のある耐熱多孔質の弾性体であるから、ベルトの熱を奪うことを低減し、立上り後の温度落ち込みを小さくするとともに温度回復のためのプレ回転時間を短縮している。また、弾性体層１０が比較的低硬度であるため、加圧ローラ５の圧接力が小さくても十分なニップ幅を得ることができ、比較的低温かつ低圧の条件下でも良好な定着性能を得ることができる。弾性体層１０の層厚は５ｍｍとされ、隔離層４０の層厚は３０μｍとされている。
【００３１】
定着ローラ４は一体にギア３２を有しており、ギア３２がユニット駆動ギア３３により回転駆動されることで、定着ローラ４が回転駆動され、加熱ローラ３の従動回転により定着ベルト２が駆動される。ユニット駆動ギア３３は、画像形成装置２０本体側に配設された本体駆動ギア３４によって回転駆動される。ユニット駆動ギア３３は一体に駆動手段としてのギア３５を有しており、このギア３５により、離型剤供給手段１９を駆動する。
【００３２】
離型剤供給手段１９は、ギア３５に噛み合った図示しないアイドラと、アイドラと一体で同心の図示しないギアに噛み合ったアイドラ３８と、アイドラ３８に噛み合った供給ギア３９と、供給ギア３９と一体の供給ローラ４１と、供給ローラ４１に離型剤を供給する供給部材としての塗布フェルトであるフェルト４５とを有している。
【００３３】
離型剤供給手段１９はまた、供給ローラ４１に弾性的に当接し供給ローラ４１上の離型剤の層厚を均す均し部材としてのブレードである離型剤規制ブレード４２と、供給ローラ４１に当接し供給ローラ４１によって離型剤を供給されるとともに、定着ベルト２に当接し定着ベルト２に連れ回り可能な、定着ベルト２を介して加熱ローラ３に対向する位置に配設された塗布ローラ４３とを有している。
【００３４】
離型剤供給手段１９はまた、供給ローラ４１を塗布ローラ４３に当接する向きに付勢し塗布ローラ４３を定着ベルト２に所定の圧力で圧接するための、図示しないスプリングを内蔵した付勢手段４４と、供給ローラ４１及びフェルト４５等の下方に配設されたオイル受け３６とを有している。供給ローラ４１と塗布ローラ４３とは何れも、シリコンゴムでコーティングされている。なおフェルト４５は図示しないオイル供給装置から供給されたオイルを含浸したものである。
【００３５】
定着ベルト２の線速すなわち移動速度は２００ｍｍ／ｓであって、供給ローラ４１の周速よりも大きく設定されているが、塗布ローラ４と定着ベルト２との摩擦、塗布ローラ４３と供給ローラ４１との摩擦の関係から、塗布ローラ４３は定着ベルト２に連れ回りするようになっている。また塗布ローラ４３を、定着ベルト２を介して加熱ローラ３に対向する位置に配設したため、塗布ローラ４３と加熱ローラ３との間で定着ベルト２を挟んだ状態となっているから、定着ベルト２のテンションに影響を与えることなく、定着ベルト２の、図２の紙面垂直方向への寄りを防止することができる。
【００３６】
また塗布ローラ４３が定着ベルト２に連れ回りすることは、塗布ローラ４３の定着ベルト２に対する摺動抵抗がないことから、定着ベルト２の寄りの防止に寄与しており、さらに、定着ベルト２の寄りの防止を良好にするには、加熱ローラ３と塗布ローラ４３との軸間距離を一定にするよう構成することが望ましい。定着ベルト２の寄りを防止するため、定着ローラ４に対向して、これらの条件を少なくとも１つ満たしたベルト寄りローラを配設しても良い。また定着ベルト２のよりの防止のため、定着ローラ４の両端部に配設した図示しない寄り止めリングによりベルト寄りが規制されている。
【００３７】
定着部１６の、定着ベルト２及び加圧ローラ５の回転方向上流側、言い換えるとシート状媒体搬送方向上流側には、画像形成装置２０本体側に拡開し、転写装置２２によって搬送されてきた定着を行われるべきシート状媒体を定着部１６に向けて案内する入り口上ガイドとしての上ガイド１２及び入り口下ガイドとしての下ガイド１５が配設されている。
【００３８】
定着部１６の、定着ベルト２及び加圧ローラ５の回転方向下流側、言い換えるとシート状媒体搬送方向下流側には、定着部１６側に拡開し、定着を行われ定着ベルト２の回転に伴って搬送されて来たシート状媒体を定着装置１本体外部に向けて案内する出口上ガイド５４及び出口下ガイド５５が配設され、さらに出口上ガイド５４、出口下ガイド５５の、シート状媒体搬送方向下流側には、出口上ガイド５４、出口下ガイド５５により案内されてきたシート状媒体を定着装置１本体外部に排出する排紙コロ５３が配設されている。
【００３９】
定着ベルト２は、耐熱性の高いポリイミド樹脂の厚さ１００μｍの基体の表層上に２００μｍのシリコンゴム製の離型層が形成されたものであり、熱容量が小さく、熱応答性を良好にされている。基体はステンレス製、ニッケル製等の金属製でも、ゴム製でもよく、可撓性を考慮すると厚さは０．０５〜０．２ｍｍ程度であればよい。離型層は、シリコンゴムを用いる場合は厚さ０．１〜０．２ｍｍ程度が望ましく、フッ素樹脂系を用いる場合は厚さ１０〜５０μｍ程度が望ましい。
【００４０】
また離型層はシリコンゴムの上にフッ素樹脂系を重ねた構成でもよい。定着ベルト２は、ホットオフセットを生じない程度に瞬時に加熱される特性が望まれるが、他方では、定着領域において、トナーを十分に溶かして定着させるのに必要な熱容量を有していなければならない。定着ベルト２の上記材質及びその厚さはこの条件を満たすものである。
【００４１】
定着ベルト２は、テンションローラにより、３ｋｇｆ／片側の張力を与えられている。この張力は、テンションローラの配設位置を調整することにより設定でき、１ｋｇｆ（９．８Ｎ）〜３ｋｇｆ（２９．４Ｎ）の範囲で設定することが、良好な定着を行う上で好ましい。上述のように、加熱ローラ３と加圧ローラ５とは、それぞれ薄肉円筒状の芯金からなっている。よって低熱容量化が図られ、加熱ローラ３の熱容量は２６ｃａｌ／℃以下、加圧ローラ５の熱容量は３６ｃａｌ／℃以下とされている。
【００４２】
加熱ローラ３を低熱容量とすることにより、定着ベルト２が回転してもその熱を奪うことが少なく、定着に悪影響を与えることや立上り時間が長引くことが防止されている。さらに連続定着等により温度が低下してもその回復までの時間が短縮される。ヒータ６は、加熱ローラ３及び加熱ローラ３を介して定着ベルト２を加熱するものであり、ヒータ６の温度はサーミスタ８による検知信号がフィードバックされることで制御される。
【００４３】
加圧ローラ５を低熱容量とすることにより、定着ベルト２が回転してもその熱を奪うことが少なく、加圧ローラ５はヒータ７を有するので定着ベルト２の温度を低下させて定着に悪影響を与えることや立上り時間が長引くことが防止されている。さらに連続定着等により温度が低下してもその回復までの時間が短縮される。ヒータ７は、加圧ローラ５の温度を上げ、立ち上げ時間を短縮するとともに、定着の際にはシート状媒体の背面からも熱を供給してより安定した定着性能を得るものである。図２において符号Ｓはシート状媒体、符号Ｔはトナー像を構成するトナーを示している。
【００４４】
図３に示すように、ヒータ６及び１７は電圧印加手段としての電源４６に、ヒータ７は電圧印加手段としての電源４７に、それぞれ接続され、これら電源４６、４７により電圧を印加されることで発熱する。ヒータ６、１７は電源４６に対して並列に接続されている。電源４６、４７の電圧は何れも１００Ｖであり、ヒータ６の出力Ｗ１は６５０Ｗ、ヒータ７の出力Ｗ２は５００Ｗ、ヒータ１７の出力Ｗ３は１５０Ｗとされ、Ｗ１＞Ｗ２＞Ｗ３の関係を満たしている。電源４６とサーミスタ８とは制御手段４８を介して接続され、電源４７とサーミスタ１８とは制御手段４９を介して接続されている。
【００４５】
サーミスタ８によって検知した温度は制御手段４８において設定温度である１７０℃と比較され、１７０℃を超える場合には電源４６によるヒータ６及びヒータ１７への電圧印加を停止するようになっている。サーミスタ１８によって検知した温度は制御手段４９において設定温度である１５０℃と比較され、１５０℃を超える場合には電源４７によるヒータ１７への電圧印加を停止するようになっている。このように、ヒータ６とヒータ１７とは同一の電源４６により、加熱ローラ３上の定着ベルト２の温度に基づき、同時に制御されるようになっている。ヒータ６、７、１７の出力は電源スイッチ投入時の突入電流、ヒータのオン、オフ時の蛍光灯のちらつき現象を考慮して７００Ｗ以下とすることが望ましいことが分かっている。
【００４６】
定着ローラ４の回転中心を頂点とする、定着ローラ４の回転中心と加熱ローラ３の回転中心を結ぶ線Ｌ１と、定着ローラ４の回転中心と加圧ローラ５の回転中心とを結ぶ線とが挟む角θは２００度とされている。θは９０°〜２７０°の範囲で設定することができる。かかる範囲で設定すれば、定着部１６は、定着ベルト２を介して定着ローラ４と加圧ローラ５とが圧接された領域のみで形成されるため、従来の熱ローラ対タイプの定着装置と同様に、シート状媒体の搬送性に優れている。定着ベルト２は、主に加熱ローラ３によって加熱されるが、加熱ローラ３による定着ベルト２の巻き付け角は、定着ベルト２の回転時に定着ベルト２の温度が加熱ローラ３の温度と略等しくなるよう、十分な角度とされている。
【００４７】
定着装置１は、定着ローラ４がヒータ１７を有しているので、画像形成装置２０の電源投入後立ち上がり時における画像形成、または前回の画像形成から時間をおいて再度行う画像形成における、始めの数枚のシート状媒体に形成された画像の光沢度が向上している。
【００４８】
しかし、以上説明した構成の定着装置１を１ドラム方式、８ｃｐｍのフルカラーコピー機に搭載して定着の実験を行ったところ、サーミスタ８による検知温度は、図４に示すようになった。すなわち、画像形成が指示され、定着装置１において定着ベルト２の温度を設定温度まで上昇させる予熱動作が終了し、定着ベルト２の回転動作が開始されると、定着ベルト２の熱が定着ローラ４に奪われるために、定着ベルト２の温度は設定温度である符号ａで示す温度１７０℃から、符号ｂで示す温度まで落ち込む。
【００４９】
その後シート状媒体が定着装置１内に搬送され定着が実際に開始されるまでに温度は徐々に上昇・回復し、定着開始時には符号ｃで示す温度まで復帰する。温度ｃにて定着を行うと符号ｄで示す１枚目定着後の温度にまで温度が下がる。その後連続して定着を行った際の、２枚目定着後の温度を符号ｅ、３枚目定着後の温度を符号ｆ、４枚目定着後の温度を符号ｇで示す。
【００５０】
同図から明らかなように、定着ベルト２の温度特性に関しては、定着後の温度は定着枚数が増加するにつれて上昇するが、定着直前の温度が設定温度ａまで復帰するのは、４枚目通紙以降であった。したがって、１枚目から４枚目までは、トナー像の溶融が不足し、定着画像の光沢度が低く、また定着温度がそれぞれ異なっているために光沢度の度合いも異なっていた。
【００５１】
そこで、図６に示す、加熱ローラ３の表面と定着ローラ４の表面との最短距離ｌを変化させて上述した温度ｂを測定したところ、図５に示すように、ｌが５ｍｍ以下では温度ｂが比較的高くなるということがわかった。これは、ｌが短いと、定着ベルト２の回転動作開始前の待機中に一定温度に加熱されている加熱ローラ３からの輻射熱により、定着ローラ４の表面が加熱され温度が高くなっていることで、定着ベルト２の回転動作を開始しても、定着ベルト２の温度が落ち込みにくくなっているためである。
【００５２】
このように、加熱ローラ３の熱によって定着ローラ４の表面を加熱すれば定着ベルト２の温度が落ち込みにくくなることに注目し、本発明を適用した定着装置は、以上説明した構成に加えて、加熱ローラ３の熱を定着ローラ４に伝達して定着ローラ４を昇温するための熱伝達構造を有している。かかる熱伝達構造は、具体的には、図６に示すように、ｌを５ｍｍ以下としたものである。この熱伝達構造５８により、上述したように、定着ベルト２の回転動作開始前の待機中に一定温度に過熱されている加熱ローラ３からの輻射熱により、定着ローラ４の表面を十分に昇温することで、定着ベルト２の回転開始時における定着ベルト２の温度低下が防止されている。
【００５３】
図７に熱伝達構造の別の例を示す。この熱伝達構造６０は、加熱ローラ３表面と定着ローラ４表面とに接触し定着ローラ４に連れ回りする金属製の熱伝達ローラ５９を有するものである。この熱伝達構造６０によっても、熱伝達ローラ５９を介して加熱ローラ３の熱を定着ローラ４に与えることで定着ローラ４の表面を十分に昇温し、定着ベルト２の回転開始時における温度低下が防止される。熱伝達ローラ５９の材質には熱伝導性のよい鉄、アルミニウム、銅、ステンレス等が適している。熱伝達機構６０を採用した定着ローラ１において定着ベルト２の回転開始時の温度を調べたところ、図５に示した、ｌが０ｍｍの場合と同じ結果となり、定着ベルト２の温度の低下は問題ないレベルまで改善されていることがわかった。
【００５４】
熱伝達ローラ５９は定着ローラ４に連れ回りするため、この熱伝達ローラ５９に当接している加熱ローラ３は、熱伝達ローラ５９によっても回転駆動力を得ることとなる。したがって、定着ベルト２は、定着ローラ４によって、直接回転駆動されるのみならず、熱伝達ローラ５９及び加熱ローラ３を介して間接的に回転駆動されることとなる。
【００５５】
このように２系統の駆動力を受けると、その駆動力の大きさが互いに相違する場合には、ベルト２の回転が不安定になってしまう。そこで、定着ローラ４と定着ベルト２との摩擦係数を、加熱ローラ３と定着ベルト２との摩擦係数より大きく設定し、上述した２系統の駆動力の大きさが異なる場合には加熱ローラ３と定着ベルト２との間で滑りを生じるようにし、定着ベルト２の駆動を定着ローラ４によって行うことで、定着ベルト２の回転を安定したものとしている。かかる摩擦係数の関係を設定するため、加熱ローラ３の表面と定着ベルト２の内周面のうち少なくとも加熱ローラ３の表面はフッ素樹脂でコーティングされる。
【００５６】
図８に熱伝達構造のさらに別の例を示す。この熱伝達構造６１は、加熱ローラ３表面と定着ローラ４表面とが当接したものである。この熱伝達構造６１によっても、加熱ローラ３の熱を直接定着ローラ４に伝達し、与えることで定着ローラ４の表面を十分に昇温し、定着ベルト２の回転開始時における温度低下が防止される。熱伝達機構６１を採用した定着ローラ１において定着ベルト２の回転開始時の温度を調べたところ、図７に示した例と同様に、図５に示した、ｌが０ｍｍの場合と同じ結果となり、定着ベルト２の温度の低下は問題ないレベルまで改善されていることがわかった。
【００５７】
加熱ローラ３は定着ローラ４に当接しているため、加熱ローラ３は、定着ローラ４によっても回転駆動力を得ることとなる。したがって、定着ベルト２は、定着ローラ４によって、直接回転駆動されるのみならず、加熱ローラ３を介して間接的に駆動力を受けることとなる。
【００５８】
このように２系統の駆動力を受けると、その駆動力の大きさが互いに相違する場合には、ベルト２の回転が不安定になってしまう。そこで、上述の例と同様に、定着ローラ４と定着ベルト２との摩擦係数を、加熱ローラ３と定着ベルト２との摩擦係数より大きく設定し、上述した２系統の駆動力の大きさが異なる場合には加熱ローラ３と定着ベルト２との間で滑りを生じるようにし、定着ベルト２の駆動を定着ローラ４によって行うことで、定着ベルト２の回転を安定したものとしている。かかる摩擦係数の関係を設定するため、加熱ローラ３の表面と定着ベルト２の内周面のうち少なくとも加熱ローラ３の表面はフッ素樹脂でコーティングされる。
【００５９】
本実施例は以上の構成により、画像形成装置２０の電源が投入されると、制御手段４８、４９の制御によって所定の設定温度となって立上りが完了し、画像形成及び定着が可能な状態となる。操作者が画像形成を開始する周知の操作を行うと、感光体ドラム２５Ｃの方向Ａへの回転にともない、感光体ドラム２５Ｃは帯電装置２７Ｃより帯電され、露光光２９Ｃにより原稿画像に応じた静電潜像が形成され、この静電潜像が現像装置２６Ｃにより現像され、感光体ドラム２５Ｃ上に形成されたトナー像が転写装置２２上を矢印Ｂ方向に搬送されるシート状媒体上に転写され、転写後に感光体ドラム２５Ｃ上に残留しているトナーがクリーニング装置２８Ｃによって掻き取られて感光体２５がクリーニングされ、次の帯電に供される。
【００６０】
シアンのトナーが転写されたシート状媒体は、転写装置２２により矢印Ｂ方向に搬送されつつ、作像装置２１Ｃにおける上述の作像工程と同様の作像工程を行う作像装置２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫにより順次それぞれイエロー、マゼンタ、ブラックのトナー像を適宜転写され、画像形成に必要なすべてのトナー像を転写された後、転写装置２２から定着装置１に受け渡され、上ガイド１２、下ガイド１５によって定着部１６に案内される。
【００６１】
シート状媒体は定着ベルト２の移動により搬送されつつ、定着部１６においてトナー像を構成しているトナーが加熱加圧されシート状媒体上に溶融定着される。ヒータ６、７、１７による加熱及び熱伝達手段５８、６０、６１のうち選択され採用された何れかの熱伝達手段により加熱ローラ３の熱を定着ローラ４に伝達することで、定着ベルト２が回転を開始しても定着に支障が出るほどの温度低下を生じることがなく、また連続定着が行われる場合であっても、定着を中断して再加熱を行う必要が生じることもないとともに、ホットオフセットが生じない程度に熱が供給され、光沢度等に関しても良好な定着が行われる。定着後のシート状媒体は出口上ガイド５４、出口下ガイド５５により案内され、排紙コロ５３により搬送されて画像形成装置２０外に排出される。
【００６２】
定着にともなって、離型剤は、シート状媒体に付着することにより消費されるが、定着ベルト２の回転にともない、塗布ローラ４３が従動回転するため、塗布ローラ４３上の離型剤が定着ベルト２に供給される。塗布ローラ４３に対しては、供給ローラ４１により離型剤が供給されるが、供給ローラ４１上の離型剤は、フェルト４５により供給された後、離型剤規制ブレード４２により適当な層厚に均一に均されているので、塗布ローラ４３には均一且つ適量の離型剤が供給される。したがって定着ベルト２にも均一且つ適量に良好に制御された離型剤が供給される。離型剤の供給は、定着ベルト２に連れ回りするローラ状の塗布ローラ４３により行われるため定着ベルト２の劣化も抑制されている。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、トナーを定着されるシート状媒体を搬送する無端の定着ベルトと、上記定着ベルトの内面を巻き掛けられた加熱ローラ及び定着ローラと、上記定着ベルトを介して上記定着ローラに対向して配置される加圧ローラと、上記定着ベルトの内面側において上記加熱ローラ表面と上記定着ローラ表面との最短距離を５ｍｍ以下とすることで、上記加熱ローラの熱を上記定着ローラに伝達する熱伝達構造とを有する定着装置にあるので、加熱ローラ以外に備えられた補助ヒータに依存することなく、定着ベルトの回転動作開始前の待機中に加熱されている加熱ローラからの輻射熱を利用して定着ローラの表面を十分に昇温することで、定着ベルトの回転開始時における定着ベルトの温度低下を防止することができ、回転開始後速やかに、一枚目の定着から良好に定着を行うことができるベルトタイプの定着装置を提供することができる。
【００６４】
本発明によれば、トナーを定着されるシート状媒体を搬送する無端の定着ベルトと、上記定着ベルトの内面を巻き掛けられた加熱ローラ及び定着ローラと、上記定着ベルトを介して上記定着ローラに対向して配置される加圧ローラと、上記定着ベルトの内面側において上記加熱ローラ表面と上記定着ローラ表面とに接触する熱伝達ローラを備え、この熱伝達ローラにより上記加熱ローラの熱を上記定着ローラに伝達する熱伝達構造とを有する定着装置にあるので、加熱ローラと定着ローラとを間接的にとはいえ物理的に接触させているので、加熱ローラ以外に備えられた補助ヒータに依存することなく、定着ベルトの回転動作開始前の待機中に加熱されている加熱ローラの熱を熱伝達ローラを介して定着ローラに与えることで定着ローラの表面を十分に昇温することで、定着ベルトの回転開始時における定着ベルトの温度低下を防止することができ、回転開始後速やかに、一枚目の定着から良好に定着を行うことができるベルトタイプの定着装置を提供することができる。
【００６５】
本発明によれば、トナーを定着されるシート状媒体を搬送する無端の定着ベルトと、上記定着ベルトの内面を巻き掛けられた加熱ローラ及び定着ローラと、上記定着ベルトを介して上記定着ローラに対向して配置される加圧ローラと、上記定着ベルトの内面側において上記加熱ローラ表面と上記定着ローラ表面とが当接することで、上記加熱ローラの熱を上記定着ローラに伝達する熱伝達構造とを有する定着装置にあるので、加熱ローラ以外に備えられた補助ヒータに依存することなく、定着ベルトの回転動作開始前の待機中に加熱されている加熱ローラの熱を直接定着ローラに与えることで定着ローラの表面を十分に昇温することで、定着ベルトの回転開始時における定着ベルトの温度低下を防止することができ、回転開始後速やかに、一枚目の定着から良好に定着を行うことができるベルトタイプの定着装置を提供することができる。
【００６７】
定着ローラと定着ベルトとの摩擦係数を、加熱ローラと定着ベルトとの摩擦係数より大きくしたこととすれば、定着ローラによって、直接回転駆動されるのみならず、加熱ローラを介して間接的に駆動力を受ける定着ベルトの回転を、加熱ローラと定着ベルトとの間で滑りを生じるようにすることで、安定したものとすることができ、シート状媒体の搬送速度を一定にすることができるから良好な定着を行うことができるベルトタイプの定着装置を提供することができる。
【００６８】
加熱ローラの表面と定着ベルトの内面のうち少なくとも加熱ローラの表面をフッ素樹脂でコーティングしたこととすれば、フッ素樹脂によるコーティングで定着ローラと定着ベルトとの摩擦係数を、加熱ローラと定着ベルトとの摩擦係数より大きくし、定着ベルトの回転を安定したものとすることができ、シート状媒体の搬送速度を一定にすることができるから良好な定着を行うことができるベルトタイプの定着装置を提供することができる。
【００６９】
定着ローラの回転中心を頂点とする、定着ローラの回転中心と加熱ローラの回転中心を結ぶ線と、定着ローラの回転中心と加圧ローラの回転中心とを結ぶ線とが挟む角が、９０°〜２７０°であることとすれば、定着ベルトと加圧ローラとの圧接が、定着ベルトを介して定着ローラと加圧ローラとが圧接された領域のみで行われるため、シート状媒体の搬送性に優れ、シート状媒体の搬送速度が安定するから良好な定着を行うことができるベルトタイプの定着装置を提供することができる。
【００７０】
本発明は、請求項１ないし７の何れか１つに記載の定着装置を有する画像形成装置にあるので、上述の各効果を奏することができる定着装置を有し、操作者による画像形成開始指令後、一枚目から速やかに高画質の画像形成を行うことができる、ユーザーにとって使い勝手がよく信頼性の高い画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した定着装置及びこの定着装置を備えたカラー画像形成装置の概略を示す側面図である。
【図２】図１に示した定着装置の側視図である。
【図３】図１に示した定着装置に備えられたヒータ、並びに定着ローラの回転中心を頂点とする、定着ローラの回転中心と加熱ローラの回転中心を結ぶ線と、定着ローラの回転中心と加圧ローラの回転中心とを結ぶ線とが挟む角を示した概略図である。
【図４】定着ベルトの回転開始及び定着のタイミングと定着ベルトの温度との関係を示した相関図である。
【図５】加熱ローラ表面と定着ローラ表面との最短距離と、定着ベルトの温度との関係を示す相関図である。
【図６】熱伝達機構の一例を示す概略側視図である。
【図７】熱伝達機構の別の例を示す概略側視図である。
【図８】熱伝達機構のさらに別の例を示す概略側視図である。
【符号の説明】
１    定着装置
２    定着ベルト
３    加熱ローラ
４    定着ローラ
５    加圧ローラ
２０    画像形成装置
５８    熱伝達構造
５９    熱伝達ローラ
６０    熱伝達構造
６１    熱伝達構造
ｌ    加熱ローラ表面と定着ローラ表面との最短距離
Ｓ    シート状媒体
Ｔ    トナー
θ    定着ローラの回転中心を頂点とする、定着ローラの回転中心と加熱ローラの回転中心を結ぶ線と、定着ローラの回転中心と加圧ローラの回転中心とを結ぶ線とが挟む角
【図１】
0004664548.tif 000002
【図２】
0004664548.tif 000003
【図３】
0004664548.tif 000004
【図４】
0004664548.tif 000005
【図５】
0004664548.tif 000006
【図６】
0004664548.tif 000007
【図７】
0004664548.tif 000008
【図８】
0004664548.tif 000009