(57)【要約】【課題】定着テンションローラ１４の端部の熱損失を減らして定着ベルト１１の軸方向の温度分布を均一にできる定着装置を提供する。【解決手段】定着ローラ１３と定着テンションローラ１４とに掛け回された定着ベルト１１は、誘導加熱を行うコイルユニット２８により加熱される。定着テンションローラ１４は、薄い鉄製の中空ローラ１４ａの内側にヒートパイプ１５を挿入して組み立てられる。中空ローラ１４ａの両端は、間隙を介してフランジによってカバーされ、フランジには、僅かな通気孔を設けてある。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録材上のトナー画像を加熱する加熱部材と、前記加熱部材よりも内側に配置されて前記加熱部材の長手方向の温度分布差を低減させるヒートパイプと、を備える画像加熱装置において、
前記ヒートパイプの長手方向の端部に空間を隔てて設けられ、前記ヒートパイプの長手方向の端部を覆うようにカバーするカバー部を備えたことを特徴とする画像加熱装置。
【請求項２】
前記ヒートパイプを支持する支持部材を備え、
前記支持部材の長手方向の両端に前記カバー部が配置されることを特徴とする請求項１記載の画像加熱装置。
【請求項３】
前記ヒートパイプは、前記支持部材の内側に嵌合して設けられ、前記支持部材よりも熱膨張率が大きいことを特徴とする請求項２記載の画像加熱装置。
【請求項４】
前記カバー部には開口部が設けられており、
前記開口部の開口面積の合計は、前記ヒートパイプの断面積の２０％以下であることを特徴とする請求項１または３記載の画像加熱装置。
【請求項５】
前記開口部は、前記ヒートパイプの外周面よりも回転中心寄りに設けられていることを特徴とする請求項４記載の画像加熱装置。
【請求項６】
磁束を発生する磁束発生手段を備え、
前記加熱部材は、前記磁束発生手段からの磁束の作用により発熱する前記支持部材であることを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項記載の画像加熱装置。
【請求項７】
磁束を発生する磁束発生手段を備え、
前記加熱部材は、前記磁束発生手段からの磁束の作用により発熱するエンドレスベルトであることを特徴とする請求項１乃至６いずれか１項記載の画像加熱装置。
【請求項８】
前記エンドレスベルトは、前記支持部材に懸架されることを特徴とする請求項７記載の画像加熱装置。
【請求項９】
前記支持部材は、前記エンドレスベルトを介して前記磁束発生手段に対向することを特徴とする請求項８記載の画像加熱装置。
【請求項１０】
記録材上にトナー画像を形成するトナー画像形成手段と、
記録材上のトナー画像を加熱する画像加熱手段と、を備えた画像形成装置において、
前記画像加熱手段を請求項１乃至９いずれか１項記載の画像加熱装置とした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、記録材上の画像を加熱する画像加熱装置、詳しくは封入された液体の潜熱を利用して温度を均一化するヒートパイプを有する画像加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電写真技術を用いた画像形成装置は、シート等の記録材にトナー像を転写する転写部の下流に定着装置を備えている。一般的な定着装置は、加熱された定着ローラや定着ベルトを記録材に接触させて、記録材の表面をトナー像とともに加熱しつつ加圧することにより、トナー像を記録材の表面に定着させる。定着ローラの加熱装置としては、抵抗加熱ヒータ、ハロゲンランプヒータ、誘導加熱装置、磁気加熱装置等が用いられる。
【０００３】
特許文献１には、ハロゲンランプヒータを回転中心に配置した円筒形状の定着ローラが示される。ここでは、ハロゲンランプヒータによって内面を加熱される円筒部の内部に複数本のヒートパイプを配置して、円筒面の軸方向の表面温度分布を均一化している。
【０００４】
特許文献２には、誘導加熱装置を用いて定着ローラを加熱する定着装置が示される。ここでは、磁性体材料の定着ローラの外側に誘導加熱装置を配置して、非接触の定着ローラ加熱を実現している。また、厚肉の定着ローラの内部空間を占めて１個の円柱形状のヒートパイプが配置され、定着ローラの回転に伴うヒートパイプ内の気液熱交換によって、円筒表面全周の表面温度分布が均一化される。
【０００５】
【特許文献１】特許第３０９０９８３号公報
【特許文献２】特開平９−３１９２４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に示される定着装置は、ヒートパイプの端部が定着ローラの端面から突き出しているので、冷え易い突き出した部分へ、ヒートパイプが効率的に熱を運んで、加熱に投じたエネルギーを無駄使いしてしまう。
【０００７】
特許文献２に示される定着装置は、ヒートパイプの長さと定着ローラの長さが等しく、回転軸を取り出した定着ローラの端面にヒートパイプの端部が接触しているので、回転軸を通じて逃げ出す分、加熱に投じたエネルギーを無駄使いしてしまう。
【０００８】
本発明は、液体の潜熱を利用することで加熱部材の軸方向の温度分布差を低減するヒートパイプを有する画像加熱装置に関する。そして、ヒートパイプの長手方向端面の熱が直接もしくは部材を介して放熱することを抑制可能な画像加熱装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の画像加熱装置は、記録材上のトナー画像を加熱する加熱部材と、前記加熱部材よりも内側に配置されて前記加熱部材の長手方向の温度分布差を低減させるヒートパイプとを備えるものである。そして、前記ヒートパイプの長手方向の端部に空間を隔てて設けられ、前記ヒートパイプの長手方向の端部を覆うようにカバーするカバー部を備えている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の画像加熱装置では、カバー部によってヒートパイプの端部が覆われているので、ヒートパイプの端部から加熱部材の外部へ持ち出される熱量が減る。そして、持ち出される熱量が減る分だけ、加熱部材の端部の温度が上昇して、加熱部材の表面温度の軸方向の均一性が向上する。そして、持ち出される熱量が減る分だけ、加熱部材の加熱と温度保持に要する投入エネルギー、ひいては画像形成装置の運転時の消費電力が少なくて済む。
【００１１】
カバー部によってヒートパイプの端部が保護され、ヒートパイプの端部に対する外部からの機械的、雰囲気的、熱的な影響は、カバー部が無い場合に比較して直接的な度合いが減って軽減される。ヒートパイプの外壁やヒートパイプに封入された物質が外部に及ぼす逆方向の影響も同様に軽減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態である画像加熱装置としての定着装置と、この定着装置を搭載した画像形成装置とを、添付した図面に基づいて説明する。本発明の定着装置は、本実施形態の一対の定着ベルトを用いた定着装置には限定されない。本発明の定着装置は、圧接された一対の定着ローラを用いた定着装置、定着ベルトと定着ローラとを用いる定着装置、加圧を伴わない加熱だけの定着装置等でもよい。即ち、表面を高温に維持した高温ローラ部材の少なくとも１本にヒートパイプを配置した定着装置として実施可能である。
【００１３】
また、本実施形態の定着装置５０は、本実施形態のカラー電子写真プリンタ１００以外の画像形成装置、モノクロ複写機、ファクシミリ、モノクロプリンタ、これらの複合機等で実施されてもよい。
【００１４】
本実施形態の定着装置５０およびカラー電子写真プリンタ１００は、以下に説明する限定的な構成部材の組み合わせには限定されず、それぞれの代替部材で一部または全部を置き換えた別の実施形態で実現してもよい。
【００１５】
＜画像形成装置＞
図１は本発明の画像形成装置の一実施形態であるカラー電子写真プリンタの構成の説明図である。カラー電子写真プリンタ１００は、シートＳ上にトナー画像を形成する感光ドラム１２１、中間転写ベルト１２２と、シートＳ上のトナー画像を加熱する定着装置５０とを備える。
【００１６】
図１に示すように、カラー電子写真プリンタ１００は、中間転写ベルト１２２に一次転写されたトナー像を、二次転写ローラ２２１でシートＳに二次転写した後、シートＳを定着装置５０に搬送して、トナー像を記録材としてのシートＳに定着させる。トナー像が転写／定着される転写媒体であるシートの具体例としては、普通紙、厚紙、トランスペアレントシート、封筒等がある。シートＳは、給紙カセット２２３や不図示の給紙トレイを通じて、カラー電子写真プリンタ１００に供給される。
【００１７】
カラー電子写真プリンタ１００は、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マジェンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂｋ（ブラック）の各色の現像器１１３を備えている。現像器１１３は、Ｙ（イエロ）の現像ローラ１１３Ｙ、Ｍ（マジェンタ）の現像ローラ１１３Ｍ、Ｃ（シアン）の現像ローラ１１３Ｃ、Ｂｋ（ブラック）の現像ローラ１１３Ｋを有する。現像器１１３の回転に伴って、それぞれが感光ドラム１２１へ接触する位置へ移動して、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マジェンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂｋ（ブラック）のトナーで感光ドラム１２１表面の静電潜像を現像する。
【００１８】
感光ドラム１２１の周囲には、一次帯電器１２７、現像器１１３、一次転写器１２３、クリーニング装置２１２が配置され、感光ドラム１２１の回転に伴って次のような手順で静電潜像の形成と現像とを行う。
【００１９】
まず、クリーニング装置２１２によってクリーニングされた感光ドラム１２１の表面が一次帯電器１２７によって一様な帯電状態に帯電される。一様な帯電状態の感光ドラム１２１の表面に、画像信号によって変調されたレーザービームがレーザスキャナ１２８によって走査される。走査露光によって感光ドラム１２１の表面には、順番に、各色ごとの静電潜像が形成される。
【００２０】
各色ごとの静電潜像は、現像器１１３で各色のトナーを塗布されて各色のトナー像となる。感光ドラム１２１の表面に形成された最初のトナー像は、一次転写器１２３によって、中間転写ベルト１２２に一次転写される。その後、次の色のトナー像が同様な手順で感光ドラム１２１の表面に形成されて、最初のトナー像と先頭を合わせた状態で、中間転写ベルト１２２上に重ねられる。残りの２色のトナー像も同様な操作を繰り返して中間転写ベルト１２２上に重ね合わせられ、この結果、中間転写ベルト１２２上にフルカラーのトナー像が形成される。
【００２１】
中間転写ベルト１２２上に形成されたフルカラーのトナー像は、二次転写ローラ２２１によってシートＳに一括して二次転写される。二次転写に先立たせて、給紙カセット２２３から給紙ローラ２２４を用いてシートＳが１枚ずつ送り出される。シートＳは、レジストローラ対２２５で斜行を修正されて待機する。レジストローラ対２２５は、中間転写ベルト１２２上の転写画像にタイミングを一致させて、二次転写ローラ２２１と分離ローラ２１９とのニップへシートＳを送り込む。二次転写ローラ２２１でフルカラーのトナー像を転写されたシートＳは、続いて定着装置５０に搬送されて、トナー像を定着される。
【００２２】
＜定着装置＞
図２は本発明の定着装置の一実施形態である定着装置の構成の説明図、図３は加圧ベルトの加圧機構の説明図である。定着装置５０は、シートＳ上のトナー画像を加熱する定着ベルト１１と、定着ベルト１１よりも内側に配置されて定着ベルト１１の長手方向の温度分布差を低減させるヒートパイプ１５とを備える。そして、ヒートパイプ１５の長手方向の端部に間隙３７、３８を隔てて設けられ、ヒートパイプ１５の長手方向の端部を覆うようにカバーするフランジ３１、３２を備える。
【００２３】
図２に示すように、定着装置５０は、高温に維持されてシートＳのトナー像転写面に接触する定着ベルト１１と、シートＳの裏面に接触して定着ベルト１１との間でシートＳを加圧する加圧ベルト１２とを備えている。定着ベルト１１と加圧ベルト１２とは圧接／離間が可能に組み立てられており、シートＳの通過時には圧接状態で連動循環しているが、シートＳの待機中は離間されて、それぞれ個別に循環している。
【００２４】
本実施例の加熱手段は、磁束発生手段としてのコイルユニット２８と、コイルユニット２８からの磁束により誘導発熱する発熱部材としての定着ベルト１１を有する。更に、この定着ベルト１１に巻かれ、この定着ベルト１１を所定の張力にて張架する懸架部材としての定着ローラ１３及び定着テンションローラ１４を有している。
【００２５】
コイルユニット２８は、通電されることで磁束を発生する励磁コイル、発生した磁束を集める磁性体コア、励磁コイル及び磁性体コアを支持するホルダー等からなる。
【００２６】
定着ベルト１１は、定着ベルト１１を回転駆動する定着ローラ１３と、懸架および熱源のための懸架部材としての定着テンションローラ１４とに張架されたエンドレスベルトである。 
【００２７】
定着ベルト１１は、厚み７５μｍのニッケルを基層とし、基層の外周には３００μｍの弾性層が設けられている。弾性層の材料としては、シリコンゴムを用い、硬度はＪＩＳ−Ａ２０度、熱伝導率は０．８Ｗ／ｍＫである。定着ベルト１１と加圧ベルト１２のニップの出口では、弾性層が変形することによって、シートＳをベルトから良好に分離して、定着ベルト１１へのシートＳの巻きつきが防止されている。
【００２８】
弾性層の材料としては、この他にも公知の弾性材料を使用することができる。例えば、フッ素ゴム等を用いることも可能である。弾性層の外周には、表面離型層としてフッ素樹脂層（例えばＰＦＡやＰＴＦＥ）が３０μｍの厚みで設けられている。
【００２９】
加圧ベルト１２は、厚み７５μｍのＮｉを基層とし、基層の外周には３００μｍの弾性層が設けられている。加圧ベルト１２の弾性層の表面には、離型層としてフッ素樹脂層（ＰＦＡ）を３０μｍの厚みで設けている。
【００３０】
定着テンションローラ１４は、外径２０ｍｍ、内径１８ｍｍ、厚さ１ｍｍである鉄製の中空ローラ１４ａの内部に、熱移動手段としてのヒートパイプ１５を１本挿入してある。ヒートパイプ１５のパイプ材料は銅であり、内部には熱媒体として少量の純水が封入されている。
【００３１】
定着テンションローラ１４は、その回転軸の両端を不図示のバネで外側に向かって付勢して組み立てられており、定着ベルト１１に張力を与えるテンションローラとしての機能も有している。
【００３２】
定着ローラ１３は、不図示の駆動機構（モータおよび駆動ギア列）によって回転駆動される。定着ローラ１３は、外径が２０ｍｍで、内径が１８ｍｍである鉄系合金の芯金１３ｂの表面に、弾性層としてのシリコンゴム層１３ａが設けられた弾性ローラである。シリコンゴム層１３ａの硬度はＪＩＳ−Ａ１５度、熱伝導率は０．８Ｗ／ｍＫである。シリコンゴム層１３ａによって、芯金１３ｂへの熱伝導も少なくなり、ウォーミングアップタイムが短縮される効果もある。
【００３３】
定着ローラ１３にシリコンゴム層１３ａを設けることによって、定着ベルト１１との間に摩擦伝達力が生じているので、定着ローラ１３の回転に追従して定着ベルト１１の回転を良好に行える。
【００３４】
また、加圧ローラ１７を定着ローラ１３へ押し付けて、柔軟なシリコンゴム層１３ａを変形させることにより、定着ベルト１１からのシートの分離性を確保したニップ出口が形成される。加圧ローラ１７は、外形２３ｍｍ、内径２０ｍｍの鉄系合金のローラであり、中心軸上にハロゲンヒータ１８を配置して、ハロゲンヒータ１８の外側を回転する。
【００３５】
定着ベルト１１に沿って、定着ローラ１３よりも上流側に配置された定着パッド１６は、定着ベルト１１を内側から押して、加圧ベルト１２に接触加圧させる。定着パッド１６は、ＳＵＳ引き抜き材による剛体を心金として、その表面を摺動シートで被覆することにより、定着ベルト１１と擦れる際の摺動抵抗を小さくしている。摺動シートは、ガラス繊維製の不織布をフッ素樹脂でコーティングしたシート材料である。
【００３６】
加圧ベルト１２は、加圧ローラ１７と加圧テンションローラ２０とによって張架されている。加圧テンションローラ２０は、外径が２０ｍｍで、内径が１６ｍｍである鉄合金製である。
【００３７】
弾性体の加圧パッド２１と剛体の加圧クロスメンバ２７とは、加圧ベルト１２の内側で、加圧ローラ１７より上流側に配置されて、加圧ベルト１２に所定の循環経路を形成して加圧ベルト１２を定着ベルト１１に向けて加圧する。加圧パッド２１は、シリコンゴムやフッ素系ゴムで構成することができ、本実施形態では、硬度ＪＩＳ−Ａ１５度のシリコンゴムを用いた。加圧クロスメンバ２７は、加圧パッド２１を支持するだけでなく、加圧ベルト１２の屈曲位置を規定するガイドの役割を果たす。
【００３８】
加圧パッド２１は、加圧クロスメンバ２７に支持されて加圧ベルト１２に当接しており、加圧クロスメンバ２７よりも突き出した位置で加圧ベルト１２を外側へ付勢する。本実施形態におけるこの突出量は１ｍｍとしている。
【００３９】
加圧パッド２１および加圧クロスメンバ２７の表面は、定着パッド１６と同様に、摺動シートにて被覆して、加圧ベルト１２の内面が摺擦する際に生じる摩擦抵抗を減少させてある。
【００４０】
図３には、加圧ベルト１２を定着ベルト１１へ所定の圧力で押し付ける加圧機構６０が、加圧ベルト１２を取り外した状態で示される。図３に示すように、加圧板４１は、ヒンジ４３を中心にして回動する。
【００４１】
加圧ばね４２は、加圧板４１を図中上方、すなわち定着ローラ３（図２）の方向へ加圧する。加圧板４１に取り付けられたベアリング４４によって、加圧ローラ１７のジャーナル１７ａが回動自在に支持される。加圧板４１に沿って移動可能に取り付けられたベアリング４５によって、テンションローラ２０のジャーナル２０ａが回動自在に支持される。ベアリング４５は、バネ４６によって図中右方向、すなわち外側へ付勢されて加圧ベルト１２（図２）に張力を与える。
【００４２】
図２に示すように、定着パッド１６および加圧パッド２１によって形成されるニップは、搬送方向におよそ１８ｍｍ程度に広がり、シートＳに対して短時間で所定の定着エネルギーを供給することにより、画像形成の高速化に寄与する。
【００４３】
図３に示すように、加圧バネ４２は、加圧パッド２１を保持した加圧板４１に所定の圧を発生させて、図２に示す定着パッド１６と加圧パッド２１との間に定着ニップを形成する。その圧は、加圧機構６０により７５０Ｎの加圧力にて加圧されている。図２に示すように、この７５０Ｎのうち３５０Ｎの加圧力が加圧ローラ１７のジャーナル１７ａに振り分けられて、上述したシリコンゴム層１３ａの変形を伴う小さい曲率の分離ニップを形成して、シートＳの定着ベルト１１に対する分離作用を生じさせる。
【００４４】
定着ローラ１３および加圧ローラ１７は、不図示の駆動モータにより駆動力を与えられ、定着動作時には、所定の周速２１０ｍｍ／ｓで回転する。定着ローラ１３と加圧ローラ１７とには周速差が付与されおり、その差は、定着ローラ１３の２１０ｍｍ／ｓに対し、加圧ローラ１７はそのプラス３％である。
【００４５】
定着ローラ１３と加圧ローラ１７とに周速差を設けるために、定着ローラ１３と加圧ローラ１７との間に１０３％伝達のギアトレインを設けている。ヒンジ４３（図３）を介してギアトレインを配置する事で、加圧板４１が回動したとしても良好な駆動伝達を確保している。ギアトレインによる駆動方法以外にも、タイミングベルト、それぞれのローラを個別にモータ駆動するなど様々な駆動伝達が考えられる。
【００４６】
本実施形態では、シートＳに接触して定着に関与する部材として、定着側、加圧側共に薄いエンドレスベルトを採用したことで、従来よりも高温保持を要する部分の低熱容量化が達成されている。その結果、ウォームアップ時間（カラー電子写真プリンタ１００の電源オン時から定着可能な状態となるまでに要する時間）の短縮化に寄与している。
【００４７】
画像形成実行時、不図示の駆動機構によって定着ローラ１３が回転駆動されると、定着ローラ１３との摩擦力によって定着ベルト１１も回転力を得る。図１に示すように、シートＳは、二次転写ローラ２２１から搬送されるが、定着装置５０の搬送力は、二次転写ローラ２２１の搬送力に比べて非常に大きい。このため、二次転写ローラ２２１と定着器５０との間でシートＳが定着装置５０側に引っ張られると、二次転写ローラ２２１で、シートＳと二次転写ローラ２２１との間に速度差を生じて画像が滑る。そのため、定着ベルト１１の周速度は、二次転写ローラ２２１の周速度よりも僅かに遅くして、二次転写ローラ２２１と定着装置５０との間でシートＳにループを形成させている。具体的には、定着装置５０の入り口センサ２６（図２）が所定のループ量を検知すると、駆動機構のモータの速度を微調してループの生成を制御する。
【００４８】
このように構成された定着装置５０では、定着ベルト１１が所定の定着温度に立ち上がって温調された状態において、定着ベルト１１と加圧ベルト１２との定着ニップに、未定着トナー像を有するシートＳが搬送される。シートＳは、未定着トナー像を担持した面を、定着ベルト１１側に向けて導入される。そして、シートＳの未定着トナー像が定着ベルト１１の外周面に密着したまま挟持搬送されていくことにより、主に定着ベルト１１から熱が付与され、また、加圧力を受けて、未定着トナー像がシートＳの表面に定着される。
【００４９】
また、定着ベルト１１内の定着ローラ１３がシリコンゴム層１３ａを有する弾性ローラであり、加圧ベルト１２内の加圧ローラ１７は鉄合金製の剛性ローラである。このため、定着ベルト１１と加圧ベルト１２とのニップ出口では、定着ローラ１３の変形が大きくなっている。その結果、定着ベルト１１も大きく波打ち変形し、トナー像を担持したシートＳは、定着ベルト１１から、自らのこしにより曲率分離される。
【００５０】
＜定着テンションローラ＞
図４は定着テンションローラの軸方向の断面図、図５は定着テンションローラの端面の斜視図、図６は定着テンションローラにおける軸方向の表面温度分布の線図である。定着装置５０は、ヒートパイプ１５を支持する中空ローラ１４ａを備え、中空ローラ１４ａの長手方向の両端にフランジ３１、３２が隙間無く接続して配置される。ヒートパイプ１５は、中空ローラ１４ａの内側に嵌合して設けられ、中空ローラ１４ａよりも熱膨張率が大きい。
【００５１】
定着テンションローラ１４は、誘導加熱により加熱されて所定の高温度を保持し、定着ベルト１１や定着パッド１６を加熱する。また、誘導加熱された定着ベルト１１に面接触して定着ベルト１１の表面温度分布を平均化する。
【００５２】
図４に長手方向の断面で示すように、定着テンションローラ１４の長さは３７５ｍｍで、ほぼ全長を占める長さの１本のヒートパイプ１５を挿入して組み立ててある。上述したように、定着テンションローラ１４は、外径２０ｍｍ、内径１８ｍｍ、厚さ１ｍｍの鉄製の中空ローラ１４ａの内部に、パイプ材料を銅としたヒートパイプ１５を挿入してある。ヒートパイプ１５の定着テンションローラ１４と接触する部分の熱膨張率は、外側の中空ローラ１４ａの熱膨張率よりも大きい。従って、常温で挿入されたヒートパイプ１５は、定着時の温度（２００度Ｃ）では、中空ローラ１４ａ内面に密着している。
【００５３】
本実施形態では、中空ローラ１４ａは、ヒートパイプ１５を支持する支持部材と、定着ベルト１１を懸架する懸架部材と、磁束発生手段（コイルユニット２８）からの磁束により発熱する発熱部材とを兼ねている。フランジ３１、３２は、ヒートパイプ１５の端部を覆うようにカバーするカバー部として機能する。
【００５４】
ヒートパイプ１５は、全領域で鉄系のパイプ状の中空ローラ１４ａに覆われ、定着テンションローラ１４としての機械的強度を中空ローラ１４ａに委ねているので、薄肉で熱伝達効率の高いものを採用できる。中空ローラ１４ａの両端には、ジャーナル（支持軸）を固定したフランジ３１、３２が圧入されて隙間無く接続され、ヒートパイプ１５の収納空間を形成している。ヒートパイプ１５は、中空ローラ１４ａ内の長手中央に位置決めして、長手方向にずれないように、クラッド加工により中空ローラ１４ａと密着されている。中空ローラ１４ａとヒートパイプ１５とが密着することにより、熱移動効果も高まる。
【００５５】
フランジ３１、３２は、ヒートパイプ１５と定着テンションローラ１４の外部とを隔てる隔壁となっている。フランジ３１、３２は、ヒートパイプ１５の端部と定着テンションローラ１４の外部とを隔てて直接の熱伝達を減らすことで、定着テンションローラ１４の端部からの放熱を低減させている。ヒートパイプ１５の端部とフランジ３１、３２との間には、間隙３７、３８を設けてある。間隙３７、３８は、断熱空間として機能して、ヒートパイプ１５の端部に冷却（凝結）部分を形成しないようにし、フランジ３１、３２を通じた外部への熱損失を減らしている。
【００５６】
フランジ３１、３２には通気孔３５、３６が設けられており、通気孔３５、３６の開口面積の合計は、ヒートパイプ１５の断面積の２０％以下である。通気孔３５、３６は、ヒートパイプ１５の外周面よりも回転中心寄りに設けられているので、間隙３７、３８は袋状の空間となっている。中空ローラ１４ａに対して周囲を隙間なく接続されたフランジ３１、３２の中心寄りに圧力抜きの通気孔（開口部）３５、３６が形成されている。中空ローラ１４ａとフランジ３１（３２）とは隙間無く接続されているので、仮に、間隙３７（３８）に水がたまっても、中空ローラ１４ａとフランジ３１（３２）との継ぎ目からは水が漏れ出さない。
【００５７】
なお、間隙３７、３８に、グラスウール等の断熱材を配置すれば、通気孔３５、３６を通じた空気の出入りを制限して断熱性能を高められる。低温回転時のヒートパイプ１５の位置決め、防振性能も高まり、消音性能も付与できる。
【００５８】
ここで、ヒートパイプ１５による熱移動の原理を簡単に説明する。一般的に、ヒートパイプとは、真空引きされた密閉容器内に少量の液体（作動液：本実施形態では純水）を封入したもので、密閉容器の内壁には毛細管構造（ウィック）が形成されている。このように構成されたヒートパイプの一部分が加熱されると、加熱部分で作動液が蒸発して蒸発潜熱を吸収する一方、高められた蒸気圧力によって低温部分で結露（液化）を生じて液化潜熱が放出される。そして、低温部分で液化した作動液は、毛細管構造で拡散されて加熱部分へ還流する。これにより、低温部分と加熱部分との間の温度差が解消するまで、低温部に蒸気が移動して低温部から加熱部分へ作動液が還流するサイクルが連続的に生じて、大量の熱を迅速に移動して速やかに温度差が解消される。
【００５９】
また、本実施形態の定着装置５０は、電磁加熱を行うための磁束を発生するコイルユニット２８を備える。加熱部材としての中空ローラ１４ａおよび定着ベルト１１は、いずれもコイルユニット２８からの磁束の作用により発熱する。定着ベルト１１は、中空ローラ１４ａに懸架されるエンドレスベルトであって、中空ローラ１４ａは、定着ベルト１１を介してコイルユニット２８に対向する。
【００６０】
図２に示すように、定着テンションローラ１４は、定着ベルト１１の外側に非接触に配置されたコイルユニット２８によって誘導加熱される発熱部材としても機能する。そして、定着ベルト１１自体も、上述したように、誘導加熱される厚み７５μｍのニッケル層を有するので、コイルユニット２８に沿った部分では、定着テンションローラ１４が定着ベルト１１とともに誘導加熱される。そして、コイルユニット２８の下流側では、ヒートパイプ１５によって均一な表面温度に調整された定着テンションローラ１４が定着ベルト１１に面接触して、相対的に熱容量の小さい定着ベルト１１の温度分布を平均化する。
【００６１】
コイルユニット２８へ高周波電流を流して磁束を発生させると、コイルユニット２８の磁束が定着ベルト１１と定着テンションローラ１４とを貫通する。貫通する磁束は、定着ベルト１１のニッケル層と定着テンションローラ１４の中空ローラ１４ａに渦電流を生じさせ、渦電流がジュール熱を発生して、定着ベルト１１と定着テンションローラ１４とが昇温する。そして、定着テンションローラ１４におけるコイルユニット２８による加熱部分と加熱されない部分との温度差は、中空ローラ１４ａの回転とヒートパイプ１５を通じた熱拡散とによって速やかに解消される。このようにして、定着テンションローラ１４の表面温度分布がほぼ均一に保たれ、定着装置５０の立上げ時間短縮の効果もある。
【００６２】
定着テンションローラ１４の下流に配置して、定着ベルト１１の中央に接触させた不図示の温度検知センサ（サーミスタ）の出力に基づいて、コイルユニット２８による加熱量を増減する温度制御が行われている。コイルユニット２８による加熱量は、周波数２０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数変調された印加電圧によって調整される。これにより、定着テンションローラ１４及び定着ベルト１１は、シートＳの待機状態で、１８０℃を中心とする所定の温度範囲でコントロールされている。
【００６３】
ところで、ヒートパイプ１５は、過剰に加熱されると内圧が上昇してヒートパイプ１５自身を広げようとする力が働く。そこで、ヒートパイプ１５の端部には意図的に弱い部分、すなわち首３３、３４が形成されている。
【００６４】
本実施形態では、万が一の場合に備え、ヒートパイプ１５が破損した場合に定着装置５０が破損しないように安全対策が施されている。即ち、図４に示すように、フランジ３１、３２の中心寄りに空いている通気孔３５、３６が設けられている。こうすることで、万が一ヒートパイプ１５が破損しても、ヒートパイプ１５の圧力を通気孔３５、３６を通して定着テンションローラ１４の外に逃がすことができ、定着装置５０の破損を防止することができる。また、通気孔３５、３６をヒートパイプ１５の外周面よりも回転中心寄りに設けることで、ヒートパイプ１５内の水が機械内に漏れ出さないようにすることができる。
【００６５】
なお、実際には、フランジ３１、３２には、ネジ孔３９を用いて、定着ベルト１１の縁に突き当たる樹脂製の薄い絶縁つば（不図示）を取り付けてあるので、圧力は、この絶縁つばとフランジ３１、３２の隙間を通って逃げることになる。
【００６６】
また、図４に示すように、ヒートパイプ１５から漏れ出す水は、定着テンションローラ１４内の間隙３７、３８に溜まり、定着装置５０内へ漏れる事は無い。さらに、通気孔３５、３６は、フランジ３１、３２の回動中心付近に設けてあるので、ヒートパイプ１５の漏れ発生後、定着テンションローラ１４がしばらくの間回転していても、定着装置５０内へ水が漏れ出すことはない。従って、ヒートパイプ１５から漏れ出す水が、定着装置５０やカラー電子写真プリンタ１００にダメージを与える可能性は極めて低い。
【００６７】
図６に示すように、我々の実験結果によれば、通気孔３５、３６の開口面積の合計は、ヒートパイプ１５の断面積の２０％までとすることが望ましい。定着テンションローラ１４の端部の通気孔３５、３６の孔径を振って、定着テンションローラ１４の長手方向の温度分布を測定したところ、通気孔３５、３６の開口面積の合計がヒートパイプ１５の断面積の２０％までは、あまり温度分布の変化は無い。本実施形態では、穴径を１ｍｍとしている。図６に示すように、穴径が３０％（５ｍｍ）を超えたところから温度分布の変化が大きくなる。
【００６８】
定着テンションローラ１４の両端部分の温度が低下すると、シートＳの定着時に、定着ベルト１１の縁部分の温度低下を引き起して、定着不良、定着ムラ、光沢のばらつきと言った画像の不具合につながる。
【００６９】
さらに、カラー電子写真プリンタ１００を起動した際の立上げ時間が、ヒートパイプ１５の有る無しの比較で、ヒートパイプ１５がある場合では、定着装置５０が適正温度に立上る時間にして１５％の向上が確認された。定着ベルト１１の温度分布が一様になる原理は先に述べたとおりである。
【００７０】
＜別の実施形態＞
本発明の画像加熱装置は、本実施形態で説明した定着装置としての使用に限らず、未定着トナー画像を被加熱材に仮定着する仮定着装置、定着済みトナー画像を担持した被加熱材を再加熱してつや等の画像表面性を改質する表面改質装置等の画像加熱装置としても有効に使用することができる。
【００７１】
本実施形態では、電磁誘導加熱されるエンドレスベルトにて記録材上のトナーを定着する定着装置を例に説明したが、加熱部材の加熱方式としてはこれに限らず、ハロゲンランプやセラミックヒータ等の加熱源であってもよい。
【００７２】
また、本実施形態では、記録材を加熱する加熱部材としてエンドレスベルトを用いたが、加熱部材は、エンドレスベルトには限らない。例えば、エンドレスベルトを用いずに、中空の加熱ローラを誘導発熱もしくはハロゲンランプ等で間接加熱させ、この加熱ローラの表面により記録材を直接に加熱する構成としてもよい。加熱ローラの内部にヒートパイプを配置し、ヒートパイプの両端から離れた位置に加熱ローラに接続したカバー部を配置することにより、本実施形態と同様な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の画像形成装置の一実施形態であるカラー電子写真プリンタの構成の説明図である。
【図２】本発明の定着装置の一実施形態である定着装置の構成の説明図である。
【図３】加圧ベルトの加圧機構の説明図である。
【図４】定着テンションローラの軸方向の断面図である。
【図５】定着テンションローラの端面の斜視図である。
【図６】定着テンションローラにおける軸方向の表面温度分布の線図である。
【符号の説明】
【００７４】
Ｓ  記録材（シート）
１１  加熱部材、エンドレスベルト（定着ベルト）
１２  加圧ベルト
１３  定着ローラ
１４  定着テンションローラ
１４ａ  加熱部材（中空ローラ）
１５  ヒートパイプ
１６  定着パッド
１７  加圧ローラ
２０  加圧テンションローラ
２８  磁束発生手段（コイルユニット）
３１、３２  カバー部（フランジ）
３５、３６  開口部（通気孔）
３７、３８  間隙 
５０  画像加熱装置（定着装置）
１００  画像形成装置（カラー電子写真プリンタ）
１２１、１２２  トナー画像形成手段（感光ドラム、中間転写ベルト）
【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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