(57)【要約】【課題】ヒータによって定着ベルトを直接加熱することで熱伝達効率を向上させ、画像形成装置のウォームアップ時間の大幅な短縮を図ることができる定着装置を提供する。【解決手段】画像形成装置に搭載されるベルト式の定着装置６０において、両端側を支持した筒状の定着ベルト６１の筒内にヒータ６２を配設し、該ヒータ６２からの放射熱により定着ベルト６１を直接加熱する構成としてある。また、定着ベルト６１及びヒータ６２の保持手段として、定着ベルト６１との当接面６３ａを有する長尺状のニップ形成部材６３と、該ニップ形成部材６３の両端に取り付けられ、ヒータ６２の端側を保持するための挿通孔を形成したプレート部６４ａに、定着ベルト６１の端側を保持するための環状リブ６４ｂを突設した一対のベルトカラー６４，６４とを備えた構成としてある。【選択図】          図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成装置に搭載されるベルト式の定着装置において、両端側を保持した筒状の定着ベルトの筒内にヒータを配設し、該ヒータからの放射熱により前記定着ベルトを直接加熱することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記定着ベルト及びヒータの保持手段として、前記定着ベルトとの当接面を有する長尺状のニップ形成部材と、該ニップ形成部材の両端に取り付けられ、前記ヒータの端側を保持するための挿通孔を形成したプレート部に、前記定着ベルトの端側を保持するための環状リブを突設した一対のベルトカラー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】
前記定着ベルトを、筒状のNi電鋳ベルトにより形成するとともに、該Ni電鋳ベルトの筒内面を黒色塗装したことを特徴とする請求項１又は２記載の定着装置。
【請求項４】
前記定着ベルトの筒内に前記ヒータの放射熱を反射する鏡面部材を設けたことを特徴とする請求項１，２又は３記載の定着装置。
【請求項５】
駆動手段によって回転し、前記定着ベルトに圧接して該定着ベルトを従動させる無端状のプレスベルトと、該プレスベルトの内側に配設され、該プレスベルトとの当接面を有する他のニップ形成部材とを備えたことを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置に搭載されるベルト式の定着装置に関し、特に、ヒータによって定着ベルトを直接加熱することで熱伝達効率を向上させ、画像形成装置のウォームアップ時間の大幅な短縮を図ることができる定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からトナーを用いて画像を形成する電子写真式の画像形成装置がある。このような画像形成装置には、転写したトナ−像を用紙上に定着させるための定着装置が搭載されている。定着装置には２ロール式とベルト式のものがあるが、２ロール式と比較してニップ幅を広く設定することができるとともに、消費電力が少ないというメリットからベルト式の定着装置が注目されている。
【０００３】
従来のベルト式の定着装置として、例えば、特開平５−１６５３５７号では、図７に示すように、ヒートローラ１０１と支持ロ−ラ１０２により回動自在に支持された無端状の定着ベルト１０３を備え、該定着ベルト１０３とプレスローラ１０４との間を転写紙が通過することにより、転写紙上にトナ−像を加熱定着する定着装置において、使用する転写紙の種類に応じて支持ローラ１０２の位置を移動させ、定着ベルト１０３とプレスローラ１０４の接触幅を変化させる構成の定着装置１００が提案されている。
【０００４】
このような構成によれば、様々な厚さの紙に対応した最適なニップ幅を選択することができ、転写紙の種類に応じて定着条件が選択できる。
【０００５】
また、特開２００３−５２６６号では、図８に示すように、定着ローラ２０１と、ヒートローラ２０２と、両ローラに張架された定着ベルト２０３と、該定着ベルト２０３の外周面に接触してニップを形成するプレスローラ２０４を備えたベルト定着装置において、定着ベルト２０３を介して定着ローラ２０１とプレスローラ２０４により形成されるニップの出口分離部に対応した位置であって定着ベルト２０３の内側に、出口分離部面を曲率の大きな形状部とした固定部材２０５を備えた構成の定着装置２００が提案されている。
【０００６】
このような構成によれば、分離部の曲率半径を小さくして分離性能の向上を図り、オイル塗布や分離爪、分離ガイド板等の分離手段を用いることなく、定着後の記録紙の自己分離、即ちセルフストリッピングが可能となる。
【特許文献１】特開平６−１６５３５７号公報（発明の実施の形態［００１９］〜［００４１］，図１〜図８）
【特許文献２】特開２００３−５５６６号公報（発明の実施の形態［００５０］〜［００６１］，図４，図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述した従来の定着装置１００，２００では、いずれもヒートローラ１０１，２０２の内部にヒータ１０１ａ，２０２ａを配設した構成となっており、該ヒータ１０１ａ，２０２ａによってヒートローラ１０１，２０２を加熱することにより、該ヒートローラ１０１，２０２に巻装した定着ベルト１０３，２０３を熱伝導で間接的に加熱する構成になっていた。
【０００８】
このため、上述した従来の定着装置１００，２００では、ヒータ１０１ａ，２０２ａの熱が、定着ベルト１０３，２０３を加熱する過程でヒートローラ１０１，２０２に奪われてしまい、熱伝達効率が悪く、画像形成装置を電源ONにしてからのウォームアップ時間が長いという問題があった。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、ヒータによって定着ベルトを直接加熱することで熱伝達効率を向上させ、画像形成装置のウォームアップ時間の大幅な短縮を図ることができる定着装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る定着装置は、画像形成装置に搭載されるベルト式の定着装置において、両端側を保持した筒状の定着ベルトの筒内にヒータを配設し、該ヒータからの放射熱により前記定着ベルトを直接加熱する構成としてある。
【００１１】
好ましくは、前記定着ベルト及びヒータの保持手段として、前記定着ベルトとの当接面を有する長尺状のニップ形成部材と、該ニップ形成部材の両端に取り付けられ、前記ヒータの端側を保持するための挿通孔を形成したプレート部に、前記定着ベルトの端側を保持するための環状リブを突設した一対のベルトカラーとを備えた構成とする。
【００１２】
好ましくは、前記定着ベルトを、筒状のNi電鋳ベルトにより形成するとともに、該Ni電鋳ベルトの筒内面を黒色塗装した構成、又は、前記定着ベルトの筒内に前記ヒータの放射熱を反射する鏡面部材を設けた構成とする。
【００１３】
より好ましくは、駆動手段によって回転し、前記定着ベルトに圧接して該定着ベルトを従動させる無端状のプレスベルトと、該プレスベルトの内側に配設され、該プレスベルトとの当接面を有する他のニップ形成部材とを備えた構成とする。
【発明の効果】
【００１４】
上記構成からなる本発明の定着装置によれば、従来のようなヒートローラを介在させることなく、ヒータによって定着ベルトを直接加熱することができるので、該定着ベルトへの熱伝達効率が向上し、画像形成装置のウォームアップ時間の大幅な短縮を図ることができる。
【００１５】
定着ベルト及びヒータの保持手段として、上記のようなニップ形成部材とベルトカラーとを用いた場合は、極めて簡単な構成によって、前記定着ベルトのヒータによる直接加熱を実現することができる。
【００１６】
定着ベルトを、筒状のNi電鋳ベルトの筒内面を黒色塗装した構成とした場合は、ヒータの放射熱を該定着ベルトに効率よく吸収させることができ、該定着ベルトの熱伝達効率がさらに向上して、画像形成装置のウォームアップ時間をより短縮することが可能となる。
【００１７】
定着ベルトの筒内にヒータの放射熱を反射する鏡面部材を設けた場合は、該ヒータの放射熱を前記定着ベルトの筒内面に無駄なく伝達させることができ、上記黒色塗装と相まって、前記定着ベルトの熱伝達効率がさらに向上し、画像形成装置のウォームアップ時間をより短縮することが可能となる。
【００１８】
前記定着ベルトに圧接してニップを形成するプレス側をプレスベルトとした場合は、従来のプレスローラと比較して、プレス側に奪われる熱を大幅に低減させることができ、前記定着ベルトの熱伝達効率がさらに向上し、画像形成装置のウォームアップ時間をより短縮することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態に係る定着装置について説明する。まず、本実施形態に係る定着装置を搭載した画像形成装置（プリンタ）について図１を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る定着装置を搭載した画像形成装置の内部構成を説明する断面図である。同図において、画像形成装置１は、電子写真式のタンデム型のカラー画像形成装置であり、画像形成部２、中間転写ベルトユニット３、給紙部４、及び両面印刷用搬送ユニット５で構成してある。
【００２０】
画像形成部２は、同図の右から左へ４個の画像形成ユニット２Ｍ，２Ｃ，２Ｙ，２Ｋを多段式に並設した構成からなっている。これら画像形成ユニット２Ｍ，２Ｃ，２Ｙ，２Ｋのうち上流側（図の右側）の３個の画像形成ユニット２Ｍ、２Ｃ及び２Ｙは、それぞれ減法混色の三原色であるマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）の色トナーによるモノカラー画像を形成し、画像形成ユニット２Ｋは、主として文字や画像の暗黒部分等に用いられるブラック（Ｋ）トナーによるモノクロ画像を形成する。
【００２１】
上記の各画像形成ユニット２Ｍ，２Ｃ，２Ｙ，２Ｋは、トナー容器に収納されたトナーの色を除き全て同じ構成となっている。したがって、以下ブラック（Ｋ）用の画像形成ユニット２Ｋを例にしてその構成を説明する。
【００２２】
画像形成ユニット２Ｋは、最下部に感光体ドラム２１を備えている。この感光体ドラム２１の周面は、例えば、有機光導電性材料で構成してある。該感光体ドラム２１の周面近傍を取り巻いて、クリーナ２２、帯電器２３、光書込ヘッド２４、及び現像器２５の現像ローラ２６が配置してある。なお、光書込ヘッド２４は画像形成ユニット２Ｋと別体としてある。また、画像形成ユニット２Ｋは、プリンタ１の正面（図面手前）にある図示しない前扉を開けて図面奥行き方向に挿抜可能な構成となっている。
【００２３】
現像器２５は、上部のトナー容器に同図にはＭ、Ｃ、Ｙ、Ｋで示すようにマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）のいずれかのトナーを収容し、中間部には下部へのトナー補給機構を備え、下部には側面開口部に上述した現像ローラ２６を備え、内部にトナー撹拌部材、現像ローラ２６にトナーを供給するトナー供給ローラ、現像ローラ１３上のトナー層を一定の層厚に規制するドクターブレード等を備えている。
【００２４】
中間転写ベルトユニット３は、本体装置のほぼ中央で図の左右のほぼ端から端まで扁平なループ状になって延在する転写ベルト３１と、該転写ベルト３１を図の反時計回り方向に循環移動させる駆動ローラ３２と従動ローラ３３を備えている。
【００２５】
上記の転写ベルト３１は、トナー像を直接ベルト面に転写（一次転写）されて、そのトナー像を更に用紙に転写（二次転写）すべく用紙への転写位置まで搬送するので、ここではユニット全体を中間転写ベルトユニットと呼んでいる。
【００２６】
該中間転写ベルトユニット３は、上記扁平なループ状の転写ベルト３１のループ内にベルト位置制御機構３４を備えている。ベルト位置制御機構３４は、転写ベルト３１を介して感光体ドラム２１の下部周面に押圧する導電性発泡スポンジから成る一次転写ローラ３５を備えている。
【００２７】
ベルト位置制御機構３４は、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びイエロー（Ｙ）の３個の画像形成ユニット２Ｍ、２Ｃ及び２Ｙに対応する３個の一次転写ローラ３５を鉤型の支持軸を中心に同一周期で回転移動させ、ブラック（Ｋ）の画像形成ユニット２Ｋに対応する１個の一次転写ローラ３５を上記３個の一次転写ローラ３５の周期と異なる回転移動周期で回転移動させて転写ベルト３１を感光体ドラム２１から離接させ、フルカラーモード（４個全部の一次転写ローラ３５が転写ベルト３１に当接）、モノクロモード（画像形成ユニット２Ｋに対応する一次転写ローラ３５のみが転写ベルト３１に当接）、及び全非転写モード（４個全部の一次転写ローラ３５が転写ベルト３１から離れる）に切換える。
【００２８】
上記の中間転写ベルトユニット３には、上面部のベルト移動方向最上流側の画像形成ユニット２Ｍの更に上流側に、ベルトクリーナユニット３６を配置し、下面部のほぼ全面に沿い付けるように平らで薄型の廃トナー回収容器３７が着脱自在に配置されている。
【００２９】
給紙部４は、上下２段に配置された２個の給紙カセット４１を備え、これら給紙カセット４１の給紙口（図の右方）近傍には、それぞれ用紙取出ローラ４２、給送ローラ４３，捌きローラ４４，搬送ローラ対４５が配置してある。搬送ローラ対４５の用紙搬送方向（図の上鉛直方向）には、転写ベルト３１を介して従動ローラ３３に圧接する二次転写ローラ４６が配設してあり、用紙への二次転写部を形成している。
【００３０】
この二次転写部の下流（図では上方）側には、本実施形態に係る定着装置６０が配設してあり、これについては後に詳述する。該定着装置６０のさらに下流側には、定着後の用紙を定着装置６０から搬出する搬出ローラ対４７、及び搬出された用紙を装置上面に形成した排紙トレー４８に排紙する排紙ローラ対４９が配設してある。
【００３１】
両面印刷用搬送ユニット５は、上記搬出ローラ対４７と排紙ローラ対４９との中間部の搬送路から図の右横方向に分岐した開始返送路５１ａ、これから下方に曲がる中間返送路５１ｂ、さらに上記とは反対の左横方向に曲がって最終的に返送用紙を反転させる終端返送路５１ｃ、及びこれらの返送路の途中に配置された３組の返送ローラ対５２ａ，５２ｂ，５２ｃを備えている。上記終端返送路５１ｃの出口には、本体装置内部側に搬入ローラ対５３が配設してある。
【００３２】
次に、上記画像形成装置に搭載した本発明の第１実施形態に係る定着装置について図２〜図４を参照しつつ説明する。図２は本発明の第１実施形態に係る定着装置を示す斜視図であり、図３は図２の本定着装置から定着ベルトを取り除いた状態を示す斜視図である。図４は図２の本定着装置の断面図である。
【００３３】
これら図面において、本実施形態の定着装置６０は、主として、定着ベルト６１と、ハロゲンヒータ（ヒータ）６２と、ニップ形成部材６３と、一対のベルトカラー６４，６４及びプレスローラ６５とで構成してある。
【００３４】
定着ベルト６１は、円筒状にした厚さ0.2mmの電鋳ベルトの表層にシリコンゴムを200μコーティングした構成となっている。また、該定着ベルト６１の筒内面には、黒色塗装６１ａが施してあり、ハロゲンヒータ６２の放射熱の吸収を良好としている。
【００３５】
ハロゲンヒータ６２は、定着ベルト６１の横幅よりも若干長い円管状のハロゲンランプからなり、投入電力のほとんどを赤外線（熱）に変換して放射するクリーンで安全、小型軽量な熱源である。該ハロゲンヒータ６２は、熱容量の小さいフィラメントを熱源としているので、電源ONとほぼ同時に熱の放射を開始することができる。
【００３６】
ニップ形成部材６３は、熱の吸収が極めて少ない耐熱性の合成樹脂により形成した長尺の板状体であり、その両端に取り付けた各ベルトカラー６４とともに、定着ベルト６１及びハロゲンヒータ６２の保持手段を構成している。該ニップ形成部材６３は、定着ベルト６１の筒内に配設したときに、該筒内面に当接する当接面６３ａを有しており、該当接面６３ａは、プレスローラ６５の外周面と同一曲率半径の凹状円弧面となっている。このようなニップ形成部材６３は、定着ベルト６１を介してプレスローラ６５に圧接し、所定幅のニップを形成する。
【００３７】
各ベルトカラー６４は、ニップ形成部材６３と同様、熱の吸収が極めて少ない耐熱性の合成樹脂により形成してあり、ハロゲンヒータ６２の端側を保持するための挿通孔を形成したプレート部４６ａに、定着ベルト６１の端側を巻挿保持するための環状リブ６４ｂを突設した構成としてある。
【００３８】
プレスローラ６５は、図示しないスプリングにより定着ベルト６１側に付勢された円柱状のゴムローラであり、定着ベルト６１を介してニップ形成部材６３に圧接し、用紙Ｐに対する所定幅のニップを形成する。また、該プレスローラ６５は、図示しないモータ等の駆動手段により回転駆動して定着ベルト６１をニップ形成部材６３及び各ベルトカラー６４に沿って従動させる。
【００３９】
このような構成からなる本実施形態の定着装置６０によれば、従来のようなヒートローラ１０１，２０２（図７及び図８参照）を介在させることなく、ハロゲンヒータ６２によって定着ベルト６１を直接加熱することができるので、該定着ベルト６１への熱伝達効率が向上し、画像形成装置１のウォームアップ時間の大幅な短縮を図ることができる。
【００４０】
また、定着ベルト６１及びヒータ６２の保持手段として、上記のようなニップ形成部材６３と一対のベルトカラー６４，６４とを用いることにより、極めて簡単な構成によって前記定着ベルトのヒータによる直接加熱を実現することができる。
【００４１】
さらに、筒状のNi電鋳ベルトである定着ベルト６１の筒内面に黒色塗装６１ａを施したことにより、ハロゲンヒータ６２の放射熱を該定着ベルト６１に効率よく吸収させることができ、該定着ベルト６１の熱伝達効率がさらに向上して、画像形成装置１のウォームアップ時間をより短縮することが可能となる。
【００４２】
次に、本発明の第２実施形態に係る定着装置について図５を参照しつつ説明する。図５は本発明の第２実施形態に係る定着装置を示す断面図である。なお、本実施形態の定着装置において、上記第１実施形態と同一箇所については、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４３】
本実施形態の定着装置６０では、定着ベルト６１の筒内におけるニップ形成部材６３の背面（当接面６３ａと反対の面）に、ハロゲンヒータ６２の放射熱を反射する鏡面部材６６を設けた構成としてある。鏡面部材６６として、例えば、アルミニウム箔や銀メッキなどの光・熱の反射に優れた金属により、ニップ形成部材６３の背面に凸面鏡又は凹面鏡を形成することが考えられる。
【００４４】
このような構成によれば、ハロゲンヒータ６２の放射熱を鏡面部材６６に反射させることによって、該放射熱を定着ベルト６１の筒内面に無駄なく伝達させることができ、該筒内面の黒色塗装６１ａと相まって、定着ベルト６１の熱伝達効率がさらに向上し、画像形成装置１のウォームアップ時間をより短縮することが可能となる。
【００４５】
次に、本発明の第３実施形態に係る定着装置について図６を参照しつつ説明する。図６は本発明の第３実施形態に係る定着装置を示す断面図である。なお、本実施形態の定着装置において、上記第１実施形態と同一箇所については、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４６】
本実施形態の定着装置６０では、第１及び第２実施形態におけるプレスローラ６５の代わりにプレスベルト７１を採用した構成としてある。該プレスベルト７１は、定着ベルト６１の横幅とほぼ同じ寸法の無端状ベルトであり、その裏面両端縁には、タイミングベルト類似の駆動力伝達用の噛合部７１ａが一体成形により突設してある。このようなプレスベルト７１の材料としては、断熱性，耐熱性，摺動性，高強度，高靭性等に優れたポリイミドが好ましい。
【００４７】
また、プレスベルト７１の内側には、上部にニップ形成部材７２を配設するとともに、下部前後にそれぞれ一対のベルトプーリ７３，７３を対向配置してあり、プレスベルト７１のループは、ニップ形成部材７２を頂点とする略三角形状を呈している。
【００４８】
ニップ形成部材７２は、定着ベルト６１内に配設したニップ形成部材６３の当接面６３ａと同一曲率半径の凸状円弧面の当接面７２ａを有しており、定着ベルト６１を介してニップ形成部材６３と圧接することにより、用紙Ｐに対する所定幅のニップを形成する。
【００４９】
各ベルトプーリ７３には、プレスベルト７１の噛合部７１ａに対応する噛合部７３ａがそれぞれ形成してあり、図示しない駆動手段の駆動力を伝達して、プレスベルト７１をニップ形成部材７２の当接面７２ａに摺動させつつ回転駆動させる。また、用紙Ｐの排紙側（図中矢印参照）に配置したベルトプーリ７３のみを該排紙側に付勢することにより、プレスベルト７１が撓まないようにしてある。
【００５０】
このような構成によれば、定着ベルト６１に圧接してニップを形成するプレス側を薄肉のプレスベルト７１としたことにより、第１及び第２実施形態のプレスローラ６５（図４及び図５参照）と比較して、プレス側に奪われる熱を大幅に低減させることができ、定着ベルト６１の熱伝達効率がさらに向上し、画像形成装置１のウォームアップ時間をより短縮することが可能となる。
【００５１】
なお、本発明の定着装置は上述した第１〜第３実施形態に限定されるものではない。例えば、定着ベルト６１の保持手段は、上述したニップ形成部材６３と一対のベルトカラー６４，６４とに限らず、定着ベルト６１を回転可能に保持することができるとともに、該定着ベルト６１の筒内にハロゲンヒータ６２を保持することができ、かつ、プレス側とのニップ形成が可能であれば、他の構成に変更してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態に係る定着装置を搭載した画像形成装置の内部構成を説明する断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る定着装置を示す斜視図である。
【図３】図２の本定着装置から定着ベルトを取り除いた状態を示す斜視図である。
【図４】図２の本定着装置の断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る定着装置を示す断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る定着装置を示す断面図である。
【図７】従来例に係る定着装置を示す断面図である。
【図８】その他の従来例に係る定着装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  画像形成装置（プリンタ）
２  画像形成部
２Ｍ，２Ｃ，２Ｙ，２Ｋ  画像形成ユニット
２１  感光体ドラム
２２  クリーナ
２３  帯電器
２４  光書込ヘッド
２５  現像器
２６  現像ローラ
３  中間転写ベルトユニット
３１  転写ベルト
３２  駆動ローラ
３３  従動ローラ
３４  ベルト位置制御機構
３５  一次転写ローラ
３６  ベルトクリーナユニット
３７  廃トナー回収容器
４  給紙部
４１  給紙カセット
４２  用紙取出ローラ
４３  給送ローラ
４４  捌きローラ
４５  搬送ローラ対
４６  二次転写ローラ
４７  搬出ローラ対
４８  排紙トレー
４９  排紙ローラ対
５  両面印刷用搬送ユニット
５１ａ  開始返送路
５１ｂ  中間返送路
５１ｃ  終端返送路
５２ａ，５２ｂ，５２ｃ  返送ローラ対
５３  搬入ローラ対
６０  定着装置
６１  定着ベルト（Ni電鋳ベルト）
６１ａ  黒色塗装
６２  ハロゲンヒータ（ヒータ）
６３  ニップ形成部材
６３ａ  当接面
６４  ベルトカラー
６４ａ  プレート部
６４ｂ  環状リブ
６５  プレスローラ
６６  鏡面部材
７１  プレスベルト
７２  ニップ形成部材
７２ａ  当接面
７３  ベルトプーリ
７３ａ  噛合部
【図１】
2005283927.tif 000003
【図２】
2005283927.tif 000004
【図３】
2005283927.tif 000005
【図４】
2005283927.tif 000006
【図５】
2005283927.tif 000007
【図６】
2005283927.tif 000008
【図７】
2005283927.tif 000009
【図８】
2005283927.tif 000010