(57)【要約】【課題】外部加熱ローラの強度を高めて薄肉化・小熱容量化を図ることにより、節電モードやスリープモードからの定着ローラの定着立ち上がり時間を短くすることができる画像定着装置を提供する。【解決手段】定着ローラ１２と、定着ローラ１２に回転自在に圧接されて定着ニップ部を形成する加圧ローラ２０と、内部に加熱源２８を有し、定着ローラ１２に圧接されて定着ローラ１２を定着可能な温度に熱する外部加熱ローラ２５とを備えた画像定着装置において、外部加熱ローラ２５の内周面の円周方向に、少なくとも１つの補強リブ２７を配設し、定着ローラ１２の芯金１３表面に、低硬度断熱弾性層、高硬度断熱弾性層、離型層を順次積層する。加圧ローラ２０の内周面に、少なくとも１つの補強リブを円周方向に設けることも有効である。【選択図】図２
2005221712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着ローラと、該定着ローラに回転自在に圧接されて定着ニップ部を形成する加圧ローラと、内部に加熱源を有し、該定着ローラに圧接されて該定着ローラを定着可能な温度に熱する外部加熱ローラとを備え、転写材に形成された未定着トナー画像を、該定着ニップ部で加熱加圧して該転写材上に定着させる画像定着装置において、
前記外部加熱ローラの内周面の円周方向に、少なくとも１つの補強リブを設けたことを特徴とする画像定着装置。
【請求項２】
前記定着ローラの表面に、低硬度断熱弾性層と、高硬度断熱弾性層と、離型層とを順次積層したことを特徴とする請求項１記載の画像定着装置。
【請求項３】
前記外部加熱ローラの内側に、軸方向に配光が異なる少なくとも２つの加熱源を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の画像定着装置。
【請求項４】
前記加圧用ローラの内周面の円周方向に、少なくとも１つの補強リブを設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像定着装置。
【請求項５】
前記加圧ローラの内側に加熱源を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像定着装置。
【請求項６】
前記外部加熱ローラ及び前記加圧ローラの少なくともいずれか一方の周囲に、放熱防止用の壁部が設けられたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又はこれらを組み合わせた複合機等の画像形成装置に適用され、転写材上に形成された未定着トナー画像を、熱定着方式で加熱加圧して定着させる画像定着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、転写紙上に形成された未定着トナー画像を定着する方法として、一般に熱と圧力による熱定着方式が用いられている。熱定着方式は、内面に未定着トナー像を有する転写紙を、内部に加熱源を有する定着ローラと加圧ローラとの間の定着ニップ部で挟み、未定着トナーに熱を与えて溶融を起こさせ、同時に定着ニップ部における圧力によって未定着トナー像を転写紙上に定着させるものである。
【０００３】
この熱定着方式を用いた定着装置では、省エネルギーの観点からトナー定着時以外での消費電力及び定着時での消費電力をおさえるとともに、定着ローラの定着立ち上がり時間（定着可能な温度に昇温するまでにかかる時間）を短くすることが望まれている。その方法として、ハロゲンヒータ等の内部熱源の出力を高める方法や、定着ローラに外部加熱ローラを接触させる方法など種々の方法が提案されている。
【０００４】
定着ローラの内側に配置された内部熱源の出力を高める方法は、定着装置を大幅に設計変更することなく、簡易な変更でローラ表面の温度を高くすることができる方法であり、ハロゲンヒータの数を増やしたり、ハロゲンヒータ自身の出力を高めたりする方法である。
【０００５】
外部加熱ローラを接触させる方法は、一例として図１０に記載されたものが知られている（特許文献１）。この画像定着装置５０は、定着ローラ５１の安定した定着温度を維持することができ、しかも高品質に画像定着を行うことができるものであり、所定の熱通過率を有し、転写紙６０の画像面に接触して定着処理を施す定着ローラ５１と、定着ローラ５１に圧接して配置され、転写紙６０上の未定着トナー像に必要な圧力を与える加圧ローラ５２と、内部に加熱源５５を有し定着ローラ５１に圧接されて定着ローラ５１表面を所定の定着温度に保つ外部加熱ローラ５３とを備えたものである。
【０００６】
外部加熱ローラ５３は、アルミニウム合金製の芯金５４表面にフッ素樹脂層５４ａが焼成されたものであり、芯金５４内部に加熱源５５としてハロゲンヒータを有している。この外部加熱ローラ５３は、加圧ローラ５２と反対側に位置し、駆動装置６１により回転駆動されるようになっている。外部加熱ローラ５３と定着ローラ５１とが、所定の加圧力で接しながらそれぞれ回転することで、圧接部５８を通じて外部加熱ローラ５３の熱が定着ローラ５１に伝わるようになっている。
【０００７】
転写紙６０上の未定着トナー画像は、転写紙６０が外部加熱ローラ５３によって熱せられた定着ローラ５１と加圧ローラ５２との間に形成された定着ニップ部５７に通され、加熱加圧されることで定着されるようになっている。
【特許文献１】特開２００１−２２２１４号公報（第３−４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来例では、解決すべき以下の問題点があった。
【０００９】
定着ローラは、定着画像の光沢ムラ対策として離型層の内側に弾性層が設けられたり、オイルレス定着においては離型層を安定化させるためにより厚い弾性層が設けられたりしているため、定着ローラの厚み方向の熱通過率の減少によって定着ローラの熱容量が増加するものとなり、内部熱源方式ではハロゲンヒータの出力を高めても定着ローラの表面温度が効率良く高くならず、節電モードやスリープモードからの定着立ち上がり時間が長くなるという問題があった。
【００１０】
外部熱源を用いる方法では、定着ローラ５１表面を短時間で加熱できるようにするために、定着ローラ５１に対して外部加熱ローラ５３を強く押し当てて接触面積を大きくする必要があって、外部加熱ローラ５３の肉厚が薄く剛性が低い場合には潰れや撓み等の変形を生じ、定着不良を生じる心配があった。変形を生じないように外部加熱ローラ５３の肉厚を厚くすると、熱容量が大きくなるため外部加熱ローラ５３自身の昇温時間が長くなり、定着ローラ５１表面の定着立ち上がり時間も長くなり、画像形成装置の省エネルギー化、高速化のニーズに応じることができないという問題もあった。
【００１１】
また、熱容量を小さくするために外部加熱ローラ５３を小径化すると、外部加熱ローラ５３の内部に加熱源５５を複数設けることができなくなり、加熱パターン（配光性）が一律になるという問題があった。すなわち、小サイズ紙を定着させた場合に、通紙部は熱が奪われて表面温度が低下し、非通紙部は表面温度が高くなり、定着ローラ５１表面に大きな温度差が生じ、小サイズ紙の定着を行った後に大サイズ紙の定着を行うと、大サイズ紙の端部においてトナーオフセットが生じる等の問題があった。
【００１２】
本発明は、上記した点に鑑み、外部加熱ローラの強度を高めて薄肉化・小熱容量化を図ることにより、節電モードやスリープモードからの定着立ち上がり時間を短くすることができ、しかも画像形成装置の省エネルギー化・高速化を達成することができる画像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】
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、定着ローラと、該定着ローラに回転自在に圧接されて定着ニップ部を形成する加圧ローラと、内部に加熱源を有し、該定着ローラに圧接されて該定着ローラを定着可能な温度に熱する外部加熱ローラとを備え、転写材に形成された未定着トナー画像を、該定着ニップ部で加熱加圧して該転写材上に定着させる画像定着装置において、前記外部加熱ローラの内周面の円周方向に、少なくとも１つの補強リブを設けたことを特徴とする。
【００１４】
上記構成によれば、未定着トナー画像の形成されたシート状の転写材が、定着ローラと加圧ローラとで形成される定着ニップ部を通されることで、未定着トナー画像が加熱加圧されて転写材に定着する。外部加熱ローラの内周面には、少なくとも１つの補強リブが設けられているから、中空円筒状の芯金の機械的強度が向上し、芯金の薄肉化・小熱容量化が可能となる。また、定着ローラに外部加熱ローラを一定の力で押し付けても、外部加熱ローラの芯金が潰れたり撓んだりすることが防止される。
【００１５】
また、請求項２記載の発明は、請求項１に記載の画像定着装置において、前記定着ローラの表面に、低硬度断熱弾性層と、高硬度断熱弾性層と、離型層とを順次積層したことを特徴とする。
【００１６】
上記構成によれば、２層構造の断熱弾性層により、外部加熱ローラから伝わる熱が定着ローラの内部へ移動することが抑制される。低硬度断熱弾性層により、定着ローラと加圧ローラとの間に形成される定着ニップ部が定着ローラ側に凹んだ状態で形成されることとなり、転写材が定着ローラから離れる方向に排出される（転写材が大きい排出角で排出される）。高硬度の断熱弾性層により、未定着トナー画像の微細な光沢むらの発生や断熱弾性層の摩耗が防止される。最外層である離型層により、定着不良が防止されるとともに、耐久性や耐摩耗性が向上する。
【００１７】
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の画像定着装置において、前記外部加熱ローラの内側に、軸方向に配光が異なる少なくとも２つの加熱源を設けたことを特徴とする。
【００１８】
上記構成によれば、加熱源を直列又は並列に設けることで、転写材のサイズや種類に応じた加熱源の通電制御を行うことが可能となり、定着ローラの表面温度を均一にしたり、調整したりすることができる。このため、定着ローラの軸方向の中央部と端部の温度差が大きくなったり、定着ローラが異常発熱して熱劣化したりすることを防止できる。
【００１９】
また、請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像定着装置において、前記加圧用ローラの内周面の円周方向に、少なくとも１つの補強リブを設けたことを特徴とする。
【００２０】
上記構成によれば、加圧ローラの内周面には、補強リブが設けられているから、中空円筒状の芯金の機械的強度が向上し、芯金の薄肉化・小熱容量化が可能となり、定着ローラから加圧ローラへの熱流出が抑制される。また、定着ローラに加圧ローラを一定の力で押し付けても、加圧ローラの芯金が潰れたり撓んだりすることが防止され、定着ローラと加圧ローラとの間に形成される定着ニップ部の接触面積を確保することができる。
【００２１】
また、請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像定着装置において、前記加圧ローラの内側に加熱源を設けたことを特徴とする。
【００２２】
上記構成によれば、外部加熱ローラ及び加圧ローラの両ローラから定着ローラに熱が流入することとなる。すなわち、定着ローラには、圧接部を介して外部加熱ローラから熱が流入するとともに、定着ニップ部を介して加圧ローラから熱が流入する。
【００２３】
また、請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像定着装置において、前記外部加熱ローラ及び前記加圧ローラの少なくともいずれか一方の周囲に、放熱防止用の壁部が設けられたことを特徴とする。
【００２４】
上記構成によれば、加熱源としての外部加熱ローラや加圧ローラから外部への放熱を低減することができ、熱効率良く定着ローラを加熱することができる。
【発明の効果】
【００２５】
以上の如く、請求項１記載の発明によれば、外部加熱ローラの内周面には、補強リブが設けられているから、中空円筒状の芯金の機械的強度が向上し、芯金の薄肉化・小熱容量化が可能となる。また、定着ローラに外部加熱ローラを一定の力で押し付けても、外部加熱ローラの芯金が潰れたり撓んだりすることが防止される。したがって、芯金を短時間で効率良く加熱することができ、定着ローラと外部加熱ローラの一定の接触面積を確保することができ、定着ローラの立ち上がり時間を短くすることができる。また、画像形成装置の省エネルギー化・高速化を達成することができる。
【００２６】
また、請求項２記載の発明によれば、芯金の表面に２層構造の断熱弾性層が形成されているから、外部加熱ローラから伝わる熱が定着ローラの内部へ移動することが抑制される。断熱弾性層の下層側は低硬度であるから、加圧ローラに加圧されて形成される定着ニップ部が定着ローラ側に凹んだ状態で形成されることとなり、転写材が定着ローラから離れる方向に排出され、転写材の分離性が良くなる。断熱弾性層の上層側は高硬度であるから、未定着トナー画像の微細な光沢むらの発生が防止される。最外層には離型層が被覆されているから、定着不良が防止されるとともに、耐久性や耐摩耗性が向上する。したがって、定着ローラの表面に熱が蓄積されやすくなり、定着ローラ表面を定着可能な温度により早く昇温させることができる。また、未定着トナー画像の定着性や転写材の分離性が損なわれることが防止される。
【００２７】
また、請求項３記載の発明によれば、転写材のサイズや種類に応じた加熱源の通電制御を行うことができ、定着ローラの表面温度を均一にしたり、調整したりすることができる。したがって、小サイズの転写材を連続して通紙した場合であっても非通紙部の温度上昇を抑制することができ、小サイズの転写材の通紙後に大サイズの転写材の通紙を行っても温度差に起因するトナーオフセット等の定着不良を防止することができる。
【００２８】
また、請求項４記載の発明によれば、加圧ローラの内周面には、補強リブが設けられているから、中空円筒状の芯金の機械的強度が向上し、芯金の薄肉化・小熱容量化が可能となる。また、定着ローラに加圧ローラを一定の力で押し付けても、加圧ローラの芯金が潰れたり撓んだりすることが防止される。したがって、定着ローラから加圧ローラへの熱流出を抑制することができ、定着ローラと加圧ローラとの間に形成される定着ニップ部の接触面積を確保することができ、定着ローラの立ち上がり時間を短くすることができ、請求項１記載の効果が助長される。また、未定着トナー画像の安定した定着を行うことができる。
【００２９】
また、請求項５記載の発明によれば、外部加熱ローラ及び加圧ローラの両ローラから定着ローラに熱が流入することとなる。したがって、節電モードやスリープモードからの定着ローラの立ち上がり時間をより一層短くすることができ、画像形成装置の高速化を図ることが可能となる。
【００３０】
また、請求項６記載の発明によれば、加熱源としての外部加熱ローラや加圧ローラから外部への放熱を低減することができ、熱効率良く定着ローラを加熱することができる。したがって、画像定着装置の定着立ち上がり時間を短くすることができ、また、画像定着装置を用いた画像形成装置の省エネルギー化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に本発明の実施の形態の具体例を図面を用いて説明する。図１〜図４は、本発明に係る画像定着装置の第１の実施形態を示すものである。
【００３２】
画像定着装置１０は、画像形成装置としての複写機やファクシミリやプリンタ等に適用されるものであり、静電潜像形成プロセスに続く定着画像形成プロセスにおいて、転写紙（転写材）２３上に転写された未定着トナー画像２４を加熱・加圧しながら転写紙２３に定着させる装置である。
【００３３】
本実施形態の画像定着装置１０は、外部加熱ローラ２５の強度（剛性）を高めて薄肉化・小熱容量化を図ることにより、節電モードやスリープモードからの定着立ち上がり時間を短くすることができるものであり、内部にハロゲンヒータ（加熱源）２８を有し、定着ローラ１２に圧接されて定着ローラ１２を定着可能な温度に熱する外部加熱ローラ２５を備えた画像定着装置において、外部加熱ローラ２５の内周面の円周方向に、軸方向中央部が密になるように複数の補強リブ２７を配設し、定着ローラ１２の芯金１３表面に、低硬度断熱弾性層１３ａと、高硬度断熱弾性層１３ｂと、離型層１３ｃとを順次積層したことを特徴とするものである。
【００３４】
以下に、画像定着装置１０の概略構成及びその作用について説明する。図１に示すように、画像定着装置１０は、定着ローラ１２と、定着ローラ１２に回転自在に圧接されて定着ニップ部１８を形成する加圧ローラ２０と、内部にハロゲンヒータ２８を有し、定着ローラ１２に圧接されて定着ローラ１２を定着可能な温度に熱する外部加熱ローラ２５とを備えている。
【００３５】
定着ローラ１２は、熱伝導率の良好なアルミニウム合金などを構成材料としており、芯金１３と、芯金１３の軸方向両端部に一体形成されたジャーナル部１５とから構成されている（図２）。基材としての芯金１３は、中空パイプ状をなし、外径φ４０ｍｍ、肉厚１．２ｍｍに形成されている。芯金１３の肉厚を１．２ｍｍとしたのは、バニシ加工等により離型層１３ｃを平滑化する際に芯金１３に変形が生じる心配があるためである。芯金１３表面には、３層構造の被覆層が形成されており、下層側から順に低硬度断熱弾性層１３ａと高硬度断熱弾性層１３ｂと離型層１３ｃとなっている（図３，４）。なお、芯金１３は、アルミニウム合金に限られず、熱効率の良いものであれば銅合金やステンレス鋼やＺｒＯ2系セラミックスやＳｉ3Ｎ4系セラミックス等を構成材料とすることもできる。
【００３６】
最下層の低硬度断熱弾性層１３ａには、発泡性を有する軟質シリコンゴムが適用され、５ｍｍの厚さで被覆されている。この低硬度断熱弾性層１３ａにより、定着ローラ１２と加圧ローラ２０との間に形成される接触幅４ｍｍの定着ニップ部１８が定着ローラ１２側に凹んだ状態で形成され、転写紙２３が定着ローラ１２から離れる方向に排出されるようになっている。また、定着ローラ１２と外部加熱ローラ２５との間で形成される圧接部１９の接触幅が６ｍｍとなり、外部加熱ローラ２５から定着ローラ１２に熱効率良く熱が流入されるようになっている。
【００３７】
中間層の高硬度断熱弾性層１３ｂには、非発泡性の硬質シリコンゴムが適用され、０．２ｍｍの厚さで被覆されている。この高硬度断熱弾性層１３ｂにより、層厚のばらつきや当たりの不均一さが吸収され、光沢むらの発生が防止されるようになっている。
【００３８】
最上層（最外層）の離型層１３ｃには、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン共重合体）やＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）やＥＴＦＥ（エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体）等のフッ素樹脂が適用され、０．０１５ｍｍの厚さで被覆されている。離型層１３ｃの厚みは、断熱弾性層１３ａ，１３ｂの持つ弾性が失われないように設定されている。離型層１３ｃは、十点平均あらさが１〜３μｍ、うねりが２〜４μｍの平滑面に形成されているため、紙しわや紙の巻き付きやホットオフセット等の不具合が防止されるとともに、耐久性や耐摩耗性が向上するようになっている。
【００３９】
定着ローラ１２の温度は、温度検知手段としての図示しないサーミスタにより測定され、そのときの測定温度に応じて外部加熱ローラ２５内のハロゲンヒータ２８が通電制御されるようになっている。定着ローラ１２の定着温度は、転写材の種類によって異なるものであるが、１７０℃程度に熱せられるようになっている。
【００４０】
ジャーナル部１５は、図示しない軸受部に回転自在に支持される部分であり、絞りローラによる絞り加工によって形成されている。ジャーナル部１５が駆動源としての図示しないモータ等により駆動されることで、定着ローラ１２が時計方向に回転するようになっている。
【００４１】
加圧ローラ２０は、芯金２１とジャーナル部２２とから一体に構成されている。芯金２１は、中空パイプ状をなし、高強度でクリープ特性に有利なＣｕ−Ｍｎ−Ｍｇ含有のアルミニウム合金や高ヤング率のＳｉＣ−Ａｌ系複合材を構成材料とし、外径φ３０ｍｍに形成されている。芯金２１の構成材料は、このような材料に限定されるものではなく銅合金やステンレス鋼とすることもできる。芯金２１の肉厚は、定着ローラ１２の芯金１３より高剛性になるように形成されている。芯金２１表面には、離型層２１ａであるＰＦＡが０．０２ｍｍの厚さに被覆されている。
【００４２】
芯金２１の両端部に形成されたジャーナル部２２は、軸受部により回転自在に、かつ、ばね等により定着ローラ１２を加圧する向きに弾性支持されている。ジャーナル部２２の外径は、加圧ローラ２０が安定して支持されるように設定され、本実施形態では外径φ１８ｍｍに設定されている。
【００４３】
外部加熱ローラ２５は、芯金２６と加熱源としての１本のハロゲンヒータ２８とから構成されている。芯金２６は、中空パイプ状をなし、高強度でクリープ特性に有利なＣｕ−Ｍｎ−Ｍｇ含有のアルミニウム合金や高ヤング率のＳｉＣ−Ａｌ系複合材を構成材料とし、表面にＰＦＡ等の離型層を有している。芯金２６内部にはハロゲンヒータ２８が挿入されている。外径は加圧ローラ２０の外径と同じφ３０ｍｍに形成されている。芯金２６の肉厚は、定着ローラ１２の芯金１３や加圧ローラ２０の芯金２１より薄肉の０．２ｍｍ〜０．８ｍｍに形成可能であり、本実施形態では０．２５ｍｍに形成されている。なお、芯金２６の構成材料は、上記材料に限定されるものではなく銅合金やステンレス鋼とすることもできる。
【００４４】
芯金２６の内周面には、強度を高めるための複数の補強リブ２７が円周方向に設けられている（図２）。複数の補強リブ２７は、芯金２６の最大撓みを生じる位置である軸方向中間領域と、中間領域の外側の周辺領域にそれぞれ配置されている。
【００４５】
中間領域には、５本の補強リブ２７が狭ピッチで配置され、周辺領域には、両側に各２本ずつ計４本の補強リブ２７が広ピッチで配置されている。各補強リブ２７は、円周方向に沿って環状に連続して設けられており、断面形状は半円形状をなしている。補強リブ２７の数は任意であり、例えば芯金２６の中央に１つ設けるようにしてもよい。補強リブ２７の突出高さや補強リブ２７の幅も、外部加熱ローラ２５の大きさによって任意に設定可能である。
【００４６】
また、補強リブ２７の断面形状は、半円形状に限定されるものではなく、根本側が据え広がりの半円形状とされたり、二等辺三角形状とされたり、Ｕ字形状とされたり、台形状とされたり、その他の形状とされたりしてもよい。なお、補強リブ２７の体積を同一とした場合に、芯金２６の曲げ剛性の向上に効果的であるのは、断面二次モーメントの性質より、補強リブ２７の突出高さを増すよりも、補強リブ２７の幅を増すほうがよいことが判明している。
【００４７】
このように、芯金２６内周面に複数の補強リブ２７を設けることで、芯金２６の強度が高まり、芯金２６を薄肉化・小熱容量化することが可能となり、外部加熱ローラ２５がハロゲンヒータ２８により短時間で熱せられ、この熱で定着ローラ１２が定着可能な温度に短時間で昇温されるようになっている。補強リブ２７は、外圧を受けて最大撓みを生じる箇所に集中的に配設されているから、少ない本数の補強リブ２７で芯金２６が効率良く補強されるようになっている。これにより、肉厚０．２５ｍｍの芯金２６は、補強リブ２７を有しない肉厚０．８ｍｍの芯金と同程度の強度になっている。
【００４８】
ハロゲンヒータ２８は、出力６５０Ｗのハロゲンランプであり、定着ローラ１２より長くなっている。これにより、定着ローラ１２の中央部と端部とで温度差が生じることなく、ローラ表面全体が均一に熱せられることとなり、小サイズからフルサイズの転写紙２３まで定着することができるようになっている。
【００４９】
なお、加熱源には、ハロゲンヒータ２８に代えて誘導加熱コイルを適用することも可能である。誘導加熱コイルを用いた誘導加熱方法は、コイルに高周波電流を流して生じた高周波磁界により外部加熱ローラ２５に誘導渦電流を発生させ、ローラ自体の表皮抵抗によってローラ２５をジュール発熱させる方法であり、電気−熱変換効率が良いため、定着立ち上がり時間を短縮することができる。
【００５０】
上記画像定着装置１０の作用について説明する。定着ローラ１２を時計方向に駆動回転させると、下側に位置する加圧ローラ２０が反時計方向に従動回転し、上側に位置する外部加熱ローラ２５も反時計方向に従動回転する。外部加熱ローラ２５は、ハロゲンヒータ２８によって加熱され、この熱が圧接部１９を介して定着ローラ１２に伝わり、定着ローラ１２が定着可能な温度に昇温される。図示しない静電潜像形成プロセスにおいて未定着トナー画像２４が転写された転写紙２３は、定着ローラ１２の右側から搬送され、定着ローラ１２と加圧ローラ２０との間に形成される定着ニップ部１８を通されつつ加熱・加圧され、これによってトナーが溶融し、転写紙２３に完全な画像が定着される。そして、転写紙２３が下流側に搬送されつつ図示しない分離爪等により定着ローラ１２から分離され、排紙されるようになっている。なお、外部加熱ローラ２５は従動回転されるものであるが、駆動装置により回転駆動されるようにしてもよい。
【００５１】
この第１の実施形態によれば、外部加熱ローラ２５の芯金２６の機械的強度が向上し、芯金２６の薄肉化・小熱容量化が可能となる。定着ローラ１２に外部加熱ローラ２５を一定の力で押し付けても、外部加熱ローラ２５の芯金２６が潰れたり撓んだりすることが防止される。低硬度断熱弾性層１３ａ及び高硬度断熱弾性層１３ｂにより、定着ローラ１２の表面に熱が蓄積されやすくなり、定着ローラ１２表面を定着可能な温度により早く昇温させることができる。
【００５２】
図５及び図６は、本発明に係わる画像定着装置の第２の実施形態を示すものであり、特許請求の範囲の請求項４に対応する実施形態である。本実施形態の画像定着装置３０は、加圧ローラ３１の内周面に複数の補強リブ３４が設けられて、芯金３２が薄肉に形成された点が、第１の実施形態の画像定着装置１０と相違している。芯金３２の肉厚は、外部加熱ローラ２５の芯金２６と同様にして０．２ｍｍ〜０．８ｍｍに形成可能である。
【００５３】
複数の補強リブ３４は、芯金３２の内周面で円周方向に設けられており、芯金３２の最大撓みを生じる位置である軸方向中間領域と、中間領域の外側の周辺領域にそれぞれ配置されている。中間領域には、５本の補強リブ３４が狭ピッチで配置され、周辺領域には、両側に各２本ずつ計４本の補強リブ３４が広ピッチで配置されている。各補強リブ３４は、円周方向に沿って環状に連続して設けられており、断面形状は半円形状をなしている。補強リブ３４の数は任意であり、例えば芯金３２の軸方向中央に１つ設けるようにしてもよい。補強リブ３４の突出高さや補強リブ３４の幅も、任意に設定可能である。その他の構成は、第１の実施形態と同一であるため、本実施形態での説明を省略することとする。
【００５４】
この第２の実施形態によれば、加圧ローラ３１の芯金３２の機械的強度が向上し、芯金３２の薄肉化・小熱容量化が可能となる。定着ローラ１２に加圧ローラ３１を一定の力で押し付けても、加圧ローラ３１の芯金３２が潰れたり撓んだりすることが防止され、定着ローラ１２と加圧ローラ３１との間に形成される定着ニップ部１８の接触面積を確保することができる。
【００５５】
図７は、本発明に係わる画像定着装置の第３の実施形態を示すものであり、特許請求の範囲の請求項３に対応する実施形態である。本実施形態の画像定着装置３５は、外部加熱ローラ３６の内側に、軸方向に配光が異なる２つのハロゲンヒータ３７，３８を設けた点において、第２の実施形態と相違する。
【００５６】
外部加熱ローラ３６の芯金２６は、第１の実施形態の芯金２６と同一のものである。ハロゲンヒータ３７，３８はが並列に２本設けられている。２本のハロゲンヒータ３７，３８のうち、１本は芯金２６の軸方向中央部加熱用のハロゲンヒータ（６５０Ｗ）３７であり、他の１本は芯金２６の軸方向両端部加熱用のハロゲンヒータ（５５０Ｗ）３８である。このため、２本のハロゲンヒータ３７，３８を通電制御することで、転写材のサイズや種類に応じて定着ローラ１２の表面温度を調整することが可能となり、例えば定着ローラ１２の軸方向の中央部と端部の温度差が大きくなったり、定着ローラ１２が異常発熱して熱劣化したりすることを防止できる。
【００５７】
ハロゲンヒータ３７，３８を通電制御する電源には、商用電源が用いられているが、電気化学キャパシタを用いることもできる。電気化学キャパシタは、イオンを含む電解液と表面積の大きい活性炭の電極材料との界面に形成される二重層に電気を蓄えることを原理とした充放電可能な蓄電源であり、この電気化学キャパシタを用いることで、ハロゲンヒータの通電制御を応答性良く行うことが可能となる。
【００５８】
本実施形態の画像定着装置３５（定着ローラ１２の加熱時線速５０ｍｍ／ｓｅｃ、通紙時線速１５０ｍｍ／ｓｅｃ）により、室温２５℃から定着温度１７０℃までの定着立ち上がり時間の測定を行ったところ、１２ｓｅｃという結果が得られている。
【００５９】
この第３の実施形態によれば、転写材のサイズや種類に応じたハロゲンヒータ３７，３８の通電制御を行うことにより、定着ローラ１２表面の温度差に起因するトナーオフセット等の定着不良を防止することができる。
【００６０】
図８は、本発明に係わる画像定着装置の第４の実施形態を示すものであり、特許請求の範囲の請求項５に対応する実施形態である。本実施形態の画像定着装置４０は、加圧ローラ４１の内側にハロゲンヒータ４２を設けた点において、第３の実施形態と相違する。
【００６１】
ハロゲンヒータ４２は、外部加熱ローラ２５（図１）に用いられるハロゲンヒータ２８と同一のものであり、加圧ローラ４１の中心部に配置されている。加圧ローラ４１がハロゲンヒータ４２により熱せられることで、定着ローラ１２から加圧ローラ４１に熱が流出することが防止されるとともに、定着ローラ１２が加圧ローラ４１によって熱せられ、定着ローラ１２表面が温度低下しないようになっている。その他の構成は、第３の実施形態と同一であるため、本実施形態での説明を省略することとする。
【００６２】
この第４の実施形態によれば、外部加熱ローラ３６及び加圧ローラ４１の両ローラから定着ローラ１２に熱が流入することとなり、定着ローラ１２の立ち上がり時間をより一層短くすることができるとともに、画像形成装置の高速化を図ることも可能となる。
【００６３】
図９は、本発明に係わる画像定着装置の第５の実施形態を示すものであり、特許請求の範囲の請求項６に対応する実施形態である。本実施形態の画像定着装置４５は、外部加熱ローラ３６及び加圧ローラ４１の周囲に放熱防止用のカバー（壁部）４６，４７が設けられた点において、第４の実施形態と相違する。
【００６４】
カバー４６，４７は、半環状をなし、外部加熱ローラ３６及び加圧ローラ４１の露出している周囲を覆うように設けられている。カバー４６，４７材料には、例えば発砲性樹脂などの断熱材や、ポリイミド等の断熱材が被覆された板材を適用することができる。その他の構成は、第４の実施形態と同一であるため、本実施形態での説明を省略することとする。
【００６５】
この第５の実施形態によれば、外部加熱ローラ３６や加圧ローラ４１から外部への放熱を低減することができ、熱効率良く定着ローラ１２を加熱することができる。
【００６６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の骨子を逸脱しない範囲で以下のように変形して実施することができる。
（１）外部加熱ローラ２５，３６の芯金２６の内周面に設けられた補強リブ２７を、円周方向に設けることに代えて、軸方向に回転対称の位置に条設する。このように構成すれば、外部加熱ローラ２５，３６の曲げ剛性が向上し、定着ローラ１２から反力を受ける外部加熱ローラ２５，３６の軸直角方向の撓みを有効に抑制することができる。これにより、両ローラを一定の加圧力で安定して接触させることが可能となり、熱効率良く定着ローラ１２が熱せられ、定着ローラ１２の定着立ち上がり時間が短縮される。このような構成は、加圧ローラ２０，３１にも適用することができる。
（２）外部加熱ローラ２５，３６の芯金２６の内周面に、円周方向及び軸方向に補強リブを設ける。このように構成すれば、外部加熱ローラ２５，３６の曲げ剛性が格段に向上するとともに、ねじり剛性も向上し、定着ローラ１２から反力を受ける外部加熱ローラ２５，３６の軸直角方向の撓みを有効に抑制することができる。これにより、外部加熱ローラ２５，３６を定着ローラ１２に押し付けながら安定して回転させることができる。このような構成は、加圧ローラ２０，３１にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明に係る画像定着装置の第１の実施形態の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す外部加熱ローラの内部構成を示す断面図である。
【図３】図１に示す定着ローラの一部を拡大して示す断面図である。
【図４】図３に示す定着ローラのＡ部拡大図である。
【図５】本発明に係る画像定着装置の第２の実施形態の概略構成を示す断面図である。
【図６】図５に示す加圧ローラの内部構成を示す断面図である。
【図７】本発明に係る画像定着装置の第３の実施形態の概略構成を示す断面図である。
【図８】本発明に係る画像定着装置の第４の実施形態の概略構成を示す断面図である。
【図９】本発明に係る画像定着装置の第５の実施形態の概略構成を示す断面図である。
【図１０】従来の画像定着装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１２                        定着ローラ
１３ａ                      低硬度断熱弾性層
１３ｂ                      高硬度断熱弾性層
１３ｃ                      離型層
１８                        定着ニップ部
２０，３１，４１            加圧ローラ
２３                        転写紙（転写材）
２５，３６                  外部加熱ローラ
２７，３４                  補強リブ
２８，３７，３８，４２      ハロゲンヒータ（加熱源）
４６，４７                  カバー（壁部）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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