(57)【要約】【課題】テンション部材から熱の逃げを改善することができる定着装置を提供することである。【解決手段】加熱ローラ２２と出口ローラ２３に巻き掛けられて走行する無端状の定着ベルト２１と、定着ベルト２１を介して加熱ローラと圧接する加圧ローラと、定着ベルトを直接または間接的に加熱する加熱手段とを備え、定着ベルト２１を介した加熱ローラ２２と加圧ローラ２４と間にトナー像を担持した記録媒体Ｐを通してトナー像を熱および圧力によって記録媒体Ｐに定着する定着装置にて、定着ベルト２１にテンションを与えるとともに、定着ベルト２１を加熱するテンションローラ２７が設けられている。【選択図】    図２
2005003776.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの部材に巻き掛けられて走行する無端状のベルトと、該ベルトを介して２つの部材の一方と圧接する対向部材と、前記ベルトを直接または間接的に加熱する加熱手段とを備え、前記ベルトを介した２つの部材の一方と前記対向部材と間にトナー像を担持した記録媒体を通してトナー像を熱および圧力によって記録媒体に定着する定着装置において、
前記ベルトにテンションを与えるとともに、該ベルトを加熱するテンション部材が設けられていることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記加熱テンション部材が、コイルに高周波電流を流すことによってジュール熱を発生させる磁性体よりなる発熱部を有することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記ベルトに前記記録媒体を吸着するためのバイアス手段が設けられ、前記記録媒体が前記２つの部材の一方から他方まで前記ベルトに吸着されて搬送されることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項４】
前記２つの部材の一方が加熱ローラで、前記対向部材が加圧ローラであり、該加熱ローラに前記ベルトを介して前記加圧ローラが圧接されていることを特徴とする請求項１ないし３の何れか１つに記載の定着装置。
【請求項５】
前記加熱テンション部材が、前記記録媒体が前記ベルトに吸着されて搬送される領域内に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
【請求項６】
前記加熱テンション部材が、整磁合金からなることを特徴とする請求項２または５に記載の定着装置。
【請求項７】
記録媒体上にトナー像を形成する作像手段と、該作像手段によって記録媒体上に形成されたトナー像を定着する請求項１ないし６の何れかに記載の定着装置とを有する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、記録媒体上のトナー像を定着する定着装置および該定着装置を有する電子写真方式の複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開２００２−１２３１１１公報
【特許文献２】特開平８−１３７３０６公報
画像形成装置の定着装置において、従来は定着ローラと加圧ローラを組み合わせた熱ローラ定着が主流であったが、近年、特開２００２−１２３１１１公報に記載されているように、ベルトを用いる定着装置が多く見られるようなった。また、定着装置に用いる加熱手段も定着ローラに内蔵したハロゲンランプ等の発熱体が多く用いられていたが、特開平８−１３７３０６公報に記載されている誘導加熱方式が採用され始めている。このように定着ベルトを用いたり、誘導加熱方式等が採用したりする最も大きな要因として、定着装置の立ち上がり時間を短縮することができることである。
【０００３】
図５は、従来の定着ベルトを用いた誘導加熱方式の定着装置１００を示す説明図である。
図５において、符号１０１は無端状の加熱ベルトであり、加熱ベルト１０１は加熱ローラ１０２と従動ローラ１０３に巻き掛けられている。加熱ローラ１０２には、加熱ベルト１０１を介して加圧ローラ１０４が圧接されており、加圧ローラ１０４と加熱ベルト１０１を介した加熱ローラ１０２によって形成されるニップにトナー像を担持した記録媒体Ｐが送り込まれる。加熱ベルト１０１と加熱ローラ１０２は磁性体であり、例えばステンレス、鉄、ニッケル、コバルト等で作られている。符号１０５は加熱ベルト１０１の走行辺に近接して対向配置されたコイルであり、また、符号１０６は加熱ローラ１０２に内蔵されたコイルである。コイル１０５，１０６は、高周波電流を流すとコイルが発生する磁界の変化に伴い磁性体である加熱ベルト１０１及び加熱ローラ１０２に電流が流れ、電流の変化によってジュール熱が発生し、それぞれ加熱ベルト１０１、加熱ローラ１０２が加熱される。
【０００４】
加熱ベルト１０１は、磁性体のベルト基体上に弾性層（均一に定着させるためのもの）や離型層（トナーが固着しないようにするためのもの）を設けてもよい。また、従動ローラ１０３は例えばアルミなどの非磁性の金属で作られている。なお、符号１０７は加熱ベルト３１に張力を付与するテンションローラである。
【０００５】
このように構成された定着装置１００において、図示していない駆動装置によって例えば加熱ローラ１０２を矢印方向へ駆動すると、従動ローラ１０３および加圧ローラ１０４がそれぞれ図の矢印方向に回転し、加熱ベルト１０１も矢印方向に走行する。ここで、トナー像の担持した記録媒体Ｐが定着装置１００に送られると、加熱ローラ１０２および加圧ローラ１０４に挟持されて加熱・加圧される。このとき、加熱ベルト１０１および加熱ローラ１０２が加熱されているので、記録媒体Ｐは加熱ローラ１０２と加圧ローラ１０４のニップを通ることでトナー像が確実に記録媒体Ｐに定着される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この種の定着装置では、加熱ベルト１０１にテンションを与えるため、加熱ベルト１０１に接触するテンション部材を設けており、図４の例では加熱ベルト１０１の走行辺に圧接されたテンションローラ１０７を設けている。しかしながら、テンションローラ１０７を設けると、加熱ベルト１０１と加熱ローラ１０２の熱の一部が、テンションローラ１０７に伝わって逃げてしまう。このため、定着装置の立ち上がり時間が思ったほど短縮されず、また、逃げ分も含めて加熱しなければならないという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記したテンション部材から熱の逃げを改善することができる定着装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の定着装置は、少なくとも２つの部材に巻き掛けられて走行する無端状のベルトと、該ベルトを介して２つの部材の一方と圧接する対向部材と、前記ベルトを直接または間接的に加熱する加熱手段とを備え、前記ベルトを介した２つの部材の一方と前記対向部材と間にトナー像を担持した記録媒体を通してトナー像を熱および圧力によって記録媒体に定着する定着装置において、前記ベルトにテンションを与えるとともに、該ベルトを加熱するテンション部材が設けられていることを特徴としている。
【０００９】
なお、本発明の定着装置において、前記加熱テンション部材が、コイルに高周波電流を流すことによってジュール熱を発生させる磁性体よりなる発熱部を有すると、効果的である。
【００１０】
さらに、本発明の定着装置において、前記ベルトに前記記録媒体を吸着するためのバイアス手段が設けられ、前記記録媒体が前記２つの部材の一方から他方まで前記ベルトに吸着されて搬送されると、効果的である。
【００１１】
さらにまた、本発明の定着装置において、前記２つの部材の一方が加熱ローラで、前記対向部材が加圧ローラであり、該加熱ローラに前記ベルトを介して前記加圧ローラが圧接されていると、効果的である。
【００１２】
さらにまた、本発明の定着装置において、前記加熱テンション部材が、前記記録媒体が前記ベルトに吸着されて搬送される領域内に配置されていると、効果的である。
【００１３】
さらにまた、本発明の定着装置において、前記加熱テンション部材が、整磁合金からなると、効果的である。
また、本発明の他の目的を達成するため、本発明の画像形成装置において、記録媒体上にトナー像を形成する作像手段と、該作像手段によって記録媒体上に形成されたトナー像を定着する請求項１ないし６の何れかに記載の定着装置とを有することを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
図１は、画像形成装置の実施形態を示す概略図であり、この画像形成装置は記録媒体にトナー像を形成する作像手段と、トナー像を記録媒体に定着する定着装置１とを有しており、まず作像手段の概略について説明する。
【００１５】
図１における作像手段は、ドラム状の感光体１を有し、感光体１は図１における時計方向に回転駆動され、このとき帯電ローラ２によって表面が所定の極性に均一に帯電される。次いでその帯電面に、レーザ書き込み装置７から出射する光変調されたレーザビームＬが照射される。これによって感光体１上に静電潜像が形成され、その静電潜像が現像装置３によってトナー像として可視像化される。
【００１６】
一方、装置本体下部側に設けられた給紙装置１０から、例えば転写紙より成る記録媒体Ｐが給送され、その記録媒体Ｐはレジストローラ１１を介して感光体１と転写ローラ４の間に送り込まれる。この転写ローラ４に対し、感光体１上のトナーと逆極性の電圧が印加され、これによって感光体１上のトナー像が記録媒体Ｐ上に転写される。記録媒体Ｐに転写されず、感光体１上に残された転写残トナーは、クリーニング装置５によって除去され、さらに除電装置６によって感光体１上に残された残留電荷が除去される。
【００１７】
トナー像が形成された記録媒体Ｐは、搬送ベルト１２を介して定着装置２０を送られ、このときそのトナー像が記録媒体Ｐ上に定着され、定着を終えた記録媒体Ｐは排紙トレイ１３上に排出される。このように、図１に例示した画像形成装置は、作像手段とその作像手段によって記録媒体Ｐ上に形成されたトナー像が定着される。
【００１８】
本発明に係る定着装置２０は、図２に示すように、２つの部材である互いに平行な加熱ローラ２２と出口ローラ２３を有し、加熱ローラ２２と出口ローラ２３には無端状の定着ベルト２１が巻き掛けられている。加熱ローラ２２は、例えばステンレス、鉄、ニッケル、コバルト等の磁性体よりなる円筒状の部材であり、その内部にコイル２５が設けられている。また、出口ローラ２３は非磁性体の金属、例えばアルミ等で作られている。定着ベルト２１のベルト基材は、磁性体、非磁性体のどちらでも良く、その表面には均一に定着させるための弾性層や表面にトナーの固着を防止するための離型層を設けることが有利である。
【００１９】
また、加熱ローラ２２には定着ベルト２１を介して対向部材である加圧ローラ２４が圧接されている。加熱ローラ２２、出口ローラ２３及び加圧ローラ２４は定着装置２０の図示していないフレームに回転自在に支持され、加熱ローラ２２もしくは加熱ローラ２２と加圧ローラ２４が図示していない駆動装置によりそれぞれ矢印方向に回転駆動される。これにより、定着ベルト２１が図２の時計方向に回転走行され、出口ローラ２３は同方向に従動回転される。なお、加圧ローラ２４にも加熱手段を設けてもよい。
【００２０】
定着ベルト２１の表面には、記録媒体Ｐを静電的に吸着するためのバイアス印加手段としてのバイアスローラ２６が当接するようにして設けられ、バイアスローラ２６によって定着ベルト２１にバイアスをかけることにより記録媒体Ｐが定着ベルト２１に吸着される。また、定着ベルト２１の表面にはテンション部材としてのテンションローラ２７が圧接され、定着ベルト２１はテンションローラ２７によって常に緊張した状態が維持される。記録媒体Ｐの定着ベルト２１への吸着は、定着ベルト２１を介した加熱ローラ２２と加圧ローラ２４のニップから出口ローラまでの間であり、よって上記バイアスローラ２６は加熱ローラ２２と加圧ローラ２４のニップの上流側近傍に配置することが好ましく、図２の例では加熱ローラ２２の上部に設けられている。また、テンションローラ２７は定着ベルト２２の走行辺に設けるが、本例のテンションローラ２７は定着ベルト２１の外周面に圧接させており、さらに下部走行辺は記録媒体Ｐが定着ベルト２１に吸着されるため、テンションローラ２７は定着ベルト２２の上部走行辺に設けている。
【００２１】
このように構成された定着装置２０は、コイル２５に高周波電流を流すとコイルが発生する磁界の変化に伴い磁性体である加熱ローラ２２に電流が流れ、電流の変化によってジュール熱が発生し、加熱ローラ２２が加熱される。加熱ローラ２２の熱が定着ベルト２１に伝えられ、定着ベルト２１が所定温度に達すると、定着が可能な状態となる。ここで、上記作像手段によって形成されたトナー像Ｔを担持した記録媒体Ｐが定着装置２０に搬送されると、記録媒体Ｐは定着ベルト２１を介した加熱ローラ２２と加圧ローラ２４のニップにトナー像Ｔが定着ベルト２１に接するように送り込まれる。そして、記録媒体Ｐは加熱ローラ２２と加圧ローラ２４のニップを通過するとき加熱・加圧されるとともに、バイアスローラ２６を介してバイアスが印加された定着ベルト２１に吸着される。定着ベルト２１に吸着された記録媒体Ｐは、出口ローラ２３まで搬送されると、出口ローラ２３の曲率に追随できずに定着ベルト２１から分離される。
【００２２】
ところで、従来の定着ベルトを用いた定着装置ではテンション部材を設けると、定着ベルトの熱がそのテンション部材に奪われるため、その分含めて加熱ローラで定着ベルトを加熱しなければならない。
【００２３】
そこで、図２に示した本例の定着装置２０では、テンションローラ２７に加熱機能を持たせている。本例のテンションローラ２７は、加熱ローラ２２と同様に誘導加熱方式を採用しており、例えばステンレス、鉄、ニッケル、コバルト等の磁性体で作られた円筒状の発熱部とその内部にコイル２８を設けている。そして、このコイル２８に高周波電流を流すとコイルが発生する磁界の変化に伴い磁性体であるテンションローラ２７に電流が流れ、電流の変化によってジュール熱が発生し、テンションローラ２２が加熱される。
【００２４】
このように、テンションローラ２７に加熱機能を持たせテンションローラ２７が定着ベルト２１を加熱することにより、定着ベルト２１の熱がテンションローラ２７に奪われることが確実に防止される。しかも、定着ベルト２１はテンションローラ２７によって温められるため、定着装置における定着温度への立ち上がり時間を短縮できるという効果も得られる。
【００２５】
図２に示した定着装置２０は、定着ベルト２１にテンションを与え、かつ、加熱するテンションローラ２７が定着ベルト２１の上部走行辺に配置したが、定着ベルト２１は下部走行辺において記録媒体Ｐを吸着し、加熱ローラ２２から出口ローラ２３まで搬送するため、テンション部材がその下部走行辺を直接加熱すれば、定着ベルト２１を通して記録媒体Ｐを加熱でき、熱効率等において有利である。
【００２６】
そこで、図３に示す本発明の他の実施形態では、テンション部材としてのテンション板３７を定着ベルト２１の内側からその下部走行辺に接するように配置している。図３に示す定着装置２０のその他の構成は図２の定着装置と同様であり、同一部材に同一符号を付している。
【００２７】
テンション板３７は、それ自体が例えばステンレス、鉄、ニッケル、コバルト等の磁性体から作られた発熱部であり、その形状はベルトの走行方向に対してほぼ直交する方向に緩やかな曲率の凸状に形成されている。そして、テンション板３７は緩やかな曲率の凸面を定着ベルト２１に圧接させることで定着ベルト２１に常時張力を与えるように構成している。このテンション板３７の下方には、定着ベルト２１の表面から多少離れた位置にコイル３８が配置され、また定着ベルト２１は非磁性体とする。
【００２８】
このように構成された定着装置において、上記コイル３８に高周波電流を流すと、定着ベルト２１が非磁性体で、かつ、コイル３８がテンション板３７の近接配置されているので、コイルが発生する磁界の変化に伴い磁性体であるテンション板３７に電流が流れ、電流の変化によってジュール熱が発生し、テンション板３７が加熱する。すなわち、定着ベルト２１が非磁性体であると、ベルトを通してテンション板３７が加熱する。また、加熱ローラ２２の加熱も加わって定着ベルト２１が所定温度に達しているとき、作像ユニットからトナー像Ｔを担持した記録媒体Ｐが搬送される。記録媒体Ｐは、定着ベルト２１を介した加熱ローラ２２と加圧ローラ２４のニップにトナー像Ｔが定着ベルト２１に接するように送り込まれ、そして記録媒体Ｐが加熱ローラ２２と加圧ローラ２４のニップを通過するとき加熱・加圧されるとともに、バイアスローラ２６を介してバイアスが印加された定着ベルト２１に吸着される。定着ベルト２１に吸着された記録媒体Ｐは、出口ローラ２３に向かって搬送され、その間でテンション板３７により加熱され、そして出口ローラ２３に達すると、その出口ローラ２３の曲率に追随できずに定着ベルト２１から分離される。
【００２９】
このように構成される定着装置２０は、記憶媒体Ｐを吸着して搬送する定着ベルト２１の下側走行辺に加熱するテンション板３７を設けたので、加熱ローラ２２の加熱を補助するとともに、定着ベルト２１を挟んで直接的に記憶媒体Ｐを加熱する。したがって、定着ベルト２１の上側走行辺を加熱する図２に示した実施形態に比べ、効率が良くを記録媒体Ｐに伝えることができる。
【００３０】
本実施形態のテンション板３７は、定着ベルト２１が摺接するため、定着ベルト２１が引っ掛かって曲がることがないように角に丸みを付ける。さらに、テンション板３７の曲率は定着ベルト２１が沿いやすいようにゆるやかな曲面状であり、曲率半径は加熱ローラと比較すると数倍以上大きい。さらにまた、テンション板３７は回転しないので、定着ベルト２１との摩擦を低減するため、より摩擦力の小さい  摩擦低減層をベルト側の表面に設けてもよい。なお、コイル３８はテンション板３７とのギャップがほぼ一定となるように曲面状に形成しているが、これよりも作りやすい平板状にしてもかまわない。また、テンション板３７は図示しない機構により、図２の上下方向に移動可能であり、このように構成することで定着ベルト２１に適切な張力を掛けたり緩めたりすることができる。
【００３１】
図４に示す本発明のさらに他の実施形態は、作像手段によって記録媒体Ｐの下面にトナー像が形成され、そのトナー像を記録媒体Ｐに定着する定着装置２０の例である。本例の定着装置２０は、図３の定着装置と比べると、加熱ローラ２２の上部に定着ベルト２１を介して加圧ローラ２４が圧接され、また加熱ローラ２２の下部には回転自在なバイアスローラ２７が設けている等の配置関係が異なっている。また、定着ベルト２１にテンション部材としてのテンションローラ４７が定着ベルト２１の上部走行辺を押し上げるように配置されている。テンションローラ４７は、それ自体が例えばステンレス、鉄、ニッケル、コバルト等の磁性体から作られた発熱部であり、そして、テンションローラ４７の上方にはコイル４８を設けられている。このコイル４８に高周波電流を流すと、定着ベルト２１が非磁性体であるので、コイルが発生する磁界の変化に伴い磁性体であるテンションローラ４７に電流が流れ、電流の変化によってジュール熱が発生し、テンションローラ４７が加熱する。
【００３２】
このように構成された定着装置においてもテンションローラ４７の発熱が加熱ローラ２２の加熱を補助するとともに、定着ベルト２１を挟んで直接的に記憶媒体Ｐを加熱することができる。
【００３３】
上記したように、テンション部材に加熱機能を備えていることによって、テンション部材から熱が逃げることがなくなり、加熱ローラ２２の加熱を補助することができる。
【００３４】
ところで、上記した実施形態ではテンション部材に誘導加熱方式を採用しているので、ここに用いる磁性体に整磁合金を使用することが好ましい。整磁合金は、ある一定の温度に達すると、磁性を失う性質を持つので、万一装置が暴走して加熱しつづけた場合にもテンション部材がある温度以上に加熱されることがなく、整磁合金でない場合と比べて安心である。もちろん、上記実施形態の加熱ローラ２２も誘導加熱方式を採用しているので、磁性体に整磁合金を用いてもよい。
【００３５】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態のみに限定されず、各種改変できるものである。
例えば、上記実施形態ではテンション部材の加熱手段に誘導加熱方式を用いたが、加熱方式は誘導加熱に限らずヒータ等の他の加熱方式を用いてもよい。同様に、定着装置の加熱方式も誘導加熱方式に限らず他の種々の加熱方式を用いることができる。
【００３６】
さらに、本発明は定着ベルトに記録媒体を吸着しない定着装置であっても定着ベルトを用い、そのベルトにテンションを与えているものならば種々の形式の定着装置に適用することができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、ベルトにテンションを与えるとともに、該ベルトを加熱するテンション部材が設けられているので、テンション部材から熱が逃げることを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置を示す概略図である。
【図２】本発明の定着装置の一実施形態を示す説明図である。
【図３】本発明の定着装置の他の実施形態を示す説明図である。
【図４】本発明の定着装置のさらに他の実施形態を示す説明図である。
【図５】従来の定着ベルトを用いる定着装置の説明図である。
【符号の説明】
２０    定着装置
２１    定着ベルト
２２    加熱ローラ
２３    出口ローラ
２４    加圧ローラ
２５    コイル
２７    テンションローラ
２８    コイル
３７    テンション板
３８    コイル
４７    テンションローラ
４８    コイル
Ｐ    記録媒体
【図１】
2005003776.tif 000003
【図２】
2005003776.tif 000004
【図３】
2005003776.tif 000005
【図４】
2005003776.tif 000006
【図５】
2005003776.tif 000007