(57)【要約】【課題】  フェロ定着装置の冷却手段の提案。【解決手段】  定着ベルトの内周面に接触して回転する第１、第２の冷却ローラ手段と、該第１、第２の冷却ローラ手段の空間を略閉塞し、且つ冷却ローラを覆い、定着ベルト内周面側を開放したダクト構造の風路とを形成し、該風路に空気流を送風して定着ベルトを冷却する空冷手段を設けた構成。【選択図】  図１
2007199281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無端定着ベルトと、該定着ベルトを加熱する加熱部材と、定着する記録シートを前記定着ベルトに押圧する加圧部材とを備え、
定着する記録シートのトナー画像面を、前記定着ベルトの表面に熱と圧とで密着させ、前記定着ベルトの回動走行とともに移動し、冷却して分離する冷却分離方式の定着装置において、
前記定着ベルトが加熱され通過後の下流で、定着ベルトの内周面と当接して回動する第１のローラ手段と、同じく並列して回動する第２のローラ手段を設け、該第１のローラ手段と、第２のローラ手段とで仕切られた空間の定着ベルト内周面側に、該第１と第２のローラ手段を覆うと共に、前記空間を閉塞し、空気を送風するためのダクト構造を有する風路を形成した空冷手段を設けたことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記第１、第２のローラ手段は、中空円筒状のローラで、内部に作動液を封入し、端部に放熱部を有するヒートパイプ構造の冷却ローラを設け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、第１、第２のローラ手段である冷却ローラの一つは、定着ベルト面上に密着された記録シートを、前記冷却ローラの曲率によって定着ベルト表面から分離可能な外径を有することを特徴とする請求項１から請求項２の定着装置。
【請求項４】
前記第1から第２のローラ手段と、前記空冷手段には、それぞれ前記定着ベルトの熱を放熱するための空気の送風部材と、該送風された空気を強制排出する排気部材とを設けたことを特徴とする請求項１から請求項3に記載の定着装置。
【請求項５】
前記第１から第２のローラ部材及び前記空冷手段は、それぞれの送風部材と、それぞれの排気部材との少なくとも一つが、空気を合流させて送風又は排気する風路を設けたことを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置において、記録シート上に形成されたトナー画像を定着する定着装置に係り、特に、定着する記録シートを加熱、加圧して無端ベルトにトナー画像面を密着させた状態で、冷却手段によって、加熱溶融したトナー画像を固化させて無端ベルト表面から分離する冷却分離方式の定着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラ等の普及に伴い、その画像出力用として電子写真方式を利用した複写機、プリンタ等の画像形成装置から、銀塩写真並みの高光沢な画質の画像出力を要望されている。
【０００３】
そのために、無端状の定着ベルトと、該定着ベルトに圧接する加圧ローラとを備え、加熱され回転駆動する定着ベルトと加圧ローラとによるニップ部に、カラートナー像を担持した記録シートを、そのトナー像が定着ベルト表面に接する向きに通過させ、記録シートの表面の熱可塑性樹脂からなる透明樹脂層上に付着したカラートナー像を加熱して透明樹脂層中に溶融し通過させる。次いで冷却して固着させ、定着ベルトから記録シートを分離して、銀塩写真並みの高光沢な画質の出力を得る定着装置が提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１によれば、定着ベルトの内周面に押圧して当接する冷却構造体を設け、定着ベルト上に密着した記録シートを冷却、固化させて分離する定着装置が提案されている。
【０００５】
また、特許文献２によれば、冷却手段を、定着ベルト移動方向下流で、定着ベルトの内周面側に配置した構成で、
1. 複数の冷却部材を定着ベルト移動方向に配列。
【０００６】
2. 定着ベルト支持部材の出口側を冷却部材として構成する。
【０００７】
3. 冷却部材は、ヒートパイプで構成する。
【０００８】
4. 冷却部材は、冷却水が流通する冷却管よりなる。
このように構成した定着装置が提案されている。
【特許文献１】特開2002-99168号公報
【特許文献２】特開2004-85634号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、このように定着する記録シートを加熱加圧後に定着ベルトに密着させた状態で冷却して分離する冷却分離方式の定着装置では、冷却の高効率化と、冷却温度の均一性と安定性が課題である。
【００１０】
しかし、特許文献１による冷却構造体を定着ベルト内周面に当接して冷却する場合、冷却範囲が広く安定した冷却が可能ではあるが、冷却構造体の全体が均熱化するため冷却効果が不十分である。
【００１１】
さらには、冷却構造体と定着ベルトが押圧し、且つ摺擦して駆動されることから定着ベルトの耐久性の問題や、冷却構造体の押圧によって定着ベルトが屈曲することから記録シートの定着不良の要因ともなっている。
【００１２】
図5は、上記従来の定着装置の断面図（下図）と、定着ベルトの温度推移図（上図）を示す。
【００１３】
図5において、冷却構造体31を冷却手段として定着ベルトの内周面に押圧接触させて配置した場合、上図の様に初期温度から冷却構造体との最初の接触点31aが、温度推移の屈曲点となり、その後、冷却構造体31が所定の温度で均熱していることから温度低下率が自然放熱と同様に推移し、分離部のローラで最終的な温度となるように推移する。
【００１４】
このように冷却構造体を定着ベルトに当接させた冷却手段では、所望の冷却温度に冷却するために、定着ベルトの速度を遅くし冷却時間を長くするか、定着ベルトとの接触面積を広くする等の改善を必要としている。
【００１５】
次に特許文献２によるヒートパイプ方式の冷却ローラや、冷却水を循環させて使用する水冷ローラ等を定着ベルトの内周面に当接させる冷却手段では、定着ベルトと前記冷却ローラとが当接する局所のみで冷却されるため、溶融した記録シート上のトナー画像の固化状態が不均一となる。また冷却ローラを複数、設けた例では、冷却が断続的で、且つ冷却する面積を広くとることが出来ないため冷却効率が低い。
【００１６】
図6は上記従来例の定着装置における定着装置断面（下図）と定着ベルトの温度推移（上図）を示したものである。
【００１７】
図6による定着装置は冷却手段としてヒートパイプ41を定着ベルト内周面側に接触させて配置したものである。
【００１８】
図の様に初期温度から温度低下が始まり、冷却ローラ41と接触することで温度屈曲点41aとなり、その後自然放熱による温度低下のまま、分離部ローラで最終的な温度となる。
【００１９】
このように冷却ローラに当接した部位では冷却効果が十分あるが、断続的な局所冷却のため所望の温度に冷却するには不十分である。
【００２０】
そのため冷却ローラの大径化や熱交換能力の増強をする必要がある。
【００２１】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、前述の、定着する記録シートを定着ベルトに当接させた状態で冷却手段により冷却してから分離する方式の定着装置として、定着ベルトの内周面で、冷却ローラと送風ダクトで閉塞された空間に空気流を送風して冷却する空冷手段を設けることで、冷却範囲が広く、冷却効率が高く、さらに連続的に冷却を行なうことから、加熱した定着用の記録シートを均一に且つ安定して冷却し、冷却ムラのない良好な定着及び分離を行なうことのできる定着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は上記目的を達成するため、前述した定着装置において、
請求項１では、無端定着ベルトと、該定着ベルトを加熱する加熱部材と、定着する記録シートを前記定着ベルトに押圧する加圧部材とを備え、
定着する記録シートのトナー画像面を、前記定着ベルトの表面に熱と圧とで密着させ、前記定着ベルトの回動走行とともに移動し、冷却して分離する冷却分離方式の定着装置において、
前記定着ベルトが加熱され通過後の下流で、定着ベルトの内周面と当接して回動する第１のローラ手段と、同じく並列して回動する第２のローラ手段を設け、該第１のローラ手段と、第２のローラ手段とで仕切られた空間の定着ベルト内周面側に、該第１と第２のローラ手段を覆うと共に、前記空間を閉塞し、空気を送風するためのダクト構造を有する風路を形成した空冷手段を設けた。
【００２３】
請求項２では、前記第１、第２のローラ手段は、中空円筒状のローラで、内部に作動液を封入し、端部に放熱部を有するヒートパイプ構造の冷却ローラを設けた。
【００２４】
請求項３では、前記、第１、第２のローラ手段である冷却ローラの一つは、定着ベルト面上に密着された記録シートを、前記冷却ローラの曲率によって定着ベルト表面から分離可能な外径を有する。
【００２５】
請求項4では、前記第1から第２のローラ手段と、前記空冷手段には、それぞれ前記定着ベルトの熱を放熱するための空気の送風部材と、該送風された空気を強制排出する排気部材とを設けたこと。
【００２６】
請求項5では、前記第１から第２のローラ部材、及び前記空冷手段は、それぞれの送風部材と、それぞれの排気部材との少なくとも一つが、空気を合流させて送風又は排気する風路を設けたものである。
【発明の効果】
【００２７】
以上説明したように、本発明の定着装置によれば、定着ベルトの内周面に、ローラ手段と送風ダクトで閉塞した空間に、空気を送風して冷却する空冷手段設けたことで、冷却範囲が広く、冷却効率が高く、さらに連続的に冷却を行なうことから、加熱した定着用の記録シートを均一に且つ安定して冷却し、冷却ムラのない良好な定着及び分離を行なうことができる。
【００２８】
よって、定着装置の小型化や高速化等が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態を図面に従って詳細に説明する。
【００３０】
図１は本発明の定着装置を示す斜視図で、図２は本発明の冷却手段を示す上視図、図３は本発明の一つの冷却手段を示す構造断面図である。
【００３１】
図１から図3の実施形態に係る定着装置は、定着ベルト１と、加熱ローラ２、加圧ローラ４と、定着ベルト1を支持する支持ローラ５と、実施例では冷却手段とした分離ローラ１０と、冷却ローラ6と、冷却送風手段12とで主要部が構成されている。
【００３２】
図中Pは定着用の記録シートで、画像形成装置に適用可能な記録媒体であれば良いが本発明では高光沢の画像出力を得るために、紙を基材とし熱可塑性樹脂が主成分の透明樹脂層を積層形成した記録シートを用いている。
【００３３】
また、Tは、記録シートPの透明樹脂層上に形成されたトナー画像である。
【００３４】
実施例における定着ベルト１は、基材をポリアミドフィルム等の耐熱性材料からなる無端ベルトで、表面が平滑で離型性の良い表層を設けたものである。
【００３５】
図に示した加熱ローラ2は、アルミニウム、ステンレス等の金属性の円筒状ローラで、表層に弾性層等を必要に応じて被覆したものである。さらに内部にはハロゲンヒータ等の熱源３を配設して構成されている。さらに、加熱ローラ２は、不図示の駆動源によって掛け廻した定着ベルト１の回動と回転駆動を行なう。
【００３６】
次に加圧ローラ4は、表層に弾性層を有したアルミニウム等の中空円筒状のローラで、必要に応じて内部にハロゲンヒータ等の熱源を配したものである。
【００３７】
加圧ローラ４は、前記加熱ローラ２に対向し、定着ベルト１を挟んで不図示の加圧部材によって加圧されニップを形成して従動回転する。
【００３８】
10は分離ローラで、外径をΦ40mm以下とし定着ベルト１の表面に密着搬送された記録シートPを、その曲率と記録シートの剛性によって分離する分離部を構成する。
【００３９】
実施例の図では、該分離ローラ10を冷却ローラとして示し、説明は後述する。
【００４０】
次に示すローラは支持ローラ5で、定着ベルト１に張力を与えるテンションローラ、または、定着ベルト１の蛇行を補正するローラとして配置されている。
【００４１】
ここで、本発明の冷却手段について図１から図３を用いて説明する。
【００４２】
図１において、第１のローラ手段である冷却ローラ部６と、第２のローラ手段である冷却（分離）ローラ部9と、第１の冷却ローラ部6と第２の冷却ローラ部９とで定着ベルト１が仕切られた空間に配設した空冷手段である送風部12とで、本発明の冷却手段は構成する。
【００４３】
最初に、第１のローラ手段を、図３の構造断面図を用いて説明する。
【００４４】
このローラ手段の基本構造は、アルミニウム又は銅等のパイプで、内壁に毛細管構造を備え、少量の作動液を真空封入したヒートパイプ構造の冷却ローラである。
【００４５】
冷却ローラ７（10）は、ローラ外周表面で接触して熱を吸収する入熱部と、端部に放熱フィンを設けた放熱部8（10）とを備えている。
【００４６】
入熱部で吸収された熱は、冷却ローラ内に封入した作動液の蒸発によって熱を奪い、気化した作動液の蒸気は放熱部で凝縮して熱を外部に放熱する。つまり冷却ローラ内部で熱交換が行なわれている。
【００４７】
このように冷却ローラの内部で熱交換することによって、本提案の構成では、冷却ローラの外周面に接触する定着ベルトが冷却され、奪った熱は放熱部から装置外部へと放熱される。
【００４８】
次に第２の冷却ローラ部9は、第1の冷却ローラ部６と同様の冷却手段で構成され、さらに定着ベルト上に密着した記録シートのトナー画像を冷却によって固化させると共にローラの曲率によって強制的に定着ベルトから分離する分離ローラとしての機能も備えている。
【００４９】
尚、第１と第2の冷却ローラ手段をヒートパイプ構造としたが、例えばローラ内部に冷却水を循環させて、ローラを冷却する水冷方式の冷却ローラとしても構わない。
【００５０】
次に、第１と第2の冷却ローラ手段とで仕切られた空間に設けた冷却手段について図１及び図４の概略断面図を参照して説明する。
【００５１】
この冷却手段は、外気を定着装置に送風する送風ファン13と、第１、第２の冷却ローラ手段の空間に設けた風路を形成するダクト14と、ダクト14からの送風を定着装置外部に排気する排気ファン17とで構成された空冷の冷却手段である。
【００５２】
ダクト14は、定着ベルト１の内周面側を開放し断面形状がコの字形状で、冷却ローラ6、9に近接し、定着ベルト１の内周面とのGapが1〜２mm程度離間させた側壁を設けた風路であり、該風路に送風された空気流が略閉塞された状態で直接定着ベルトにあたるように設けてある。
【００５３】
このように形成したダクト14に送風する空気流は、定着装置内の昇温した空気を含む事無く、外気（外気温）のままで定着ベルト１の内周面に送風される。
【００５４】
したがって加熱された定着ベルトは、空気流への熱伝達により放熱され冷却する。
【００５５】
さらに、ダクト14は定着ベルト１を冷却するための風路と、前記冷却手段である冷却ローラ6、９の周辺を覆うカバー14a、14bとを設けてある。（図４の断面図を参照）
ダクト14と併設したカバー部14a、14bは、それぞれの冷却ローラ6、9の周辺を1〜2mm程度の隙間を開けて覆い、端部は定着ベルト１の内周面からの隙間をGap1〜2mm程度に離間させた形状に構成したものである。ここで記載したGap(1〜２mm)は、定着ベルト１の内周面に接触しない程度に近接させることが望ましい。
【００５６】
よって、冷却ローラ６，９の周辺を覆うカバーを設けたことにより、定着ベルト１の内周面であって接触して回動する冷却ローラ６，９と、前記ダクト14とで、略閉塞された空間を形成するため、空気の送風時における漏れが減少し、効率の良い空冷が行なわれる。
【００５７】
また、加熱ローラ2からの輻射熱を遮断する遮熱効果と、冷却ローラを覆うことで冷却ローラの断熱の効果が得られる。
【００５８】
尚、前記排気ファン17は、ダクト14から送風された空気を定着装置外部に放出するとともに、前述の冷却ローラ手段（第1、第２）の放熱部8（11）から放出された空気流と合流させて排気する風路を形成している。
【００５９】
風路は不図示であるが空気の流れを図中矢印で示してある。
【００６０】
これは、ファンの数量削減とダクト構成の簡素化に有効となる。
【００６１】
次に図4に示す本発明の定着装置概略断面図と、冷却における温度推移図について説明する。
【００６２】
図４の上図には温度推移図、下図は本発明の概略断面図でほぼ同じ縮尺で現している。
【００６３】
温度推移図において縦軸は温度、横軸は距離または時間としても良い。初期温度を加熱ローラの設定温度とし、冷却を行なわない状態での温度推移をRefで示している。この状態は、通常の自然放熱で、定着ベルト1の放射による放熱と、定着ベルトの走行風による放熱による温度低下を現してある。
【００６４】
一方、曲線で示す温度推移は、冷却手段によって冷却された場合の温度である。
【００６５】
初期温度はRefと同様で、屈曲点Aは本発明の第１の冷却ローラ6に接触した際の温度低下となる、次にCで示す線は第３の冷却送風手段12による温度低下となる。さらに屈曲点Bは第２の冷却ローラ9による温度低下を示し、これが本発明の定着装置における定着ベルトの温度推移となる。
【００６６】
つまり冷却ローラと近接させた空冷手段によって、冷却面積が広くなり、連続的で冷却効率の良い冷却装置が実現できる。
【００６７】
尚、本構成の冷却手段によって実験した結果、定着ベルトの分離部温度が、60℃以下に冷却することが確認され、満足できる冷却効果が得られた。
【００６８】
以上説明したように、本発明の定着装置によれば、第１の冷却ローラ手段と第２の冷却ローラ手段と送風ダクトとで略閉塞した空間部分を、空冷手段で冷却することで、連続して段階的な冷却が可能になり、冷却効率の良い安定した冷却が短時間または短距離で出来ることから定着装置の小型化、高速化が実現出来る。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の定着装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の冷却手段を示す上視図である。
【図３】本発明の一つの冷却手段を示す構造断面図である。
【図４】本発明の定着装置概略断面図と、冷却における温度推移図である。
【図５】従来に定着装置の断面図と、その冷却温度推移図である。
【図６】従来に定着装置の断面図と、その冷却温度推移図である。
【符号の説明】
【００７０】
1  定着ベルト
2  加熱ローラ
3  ヒータ
4  加圧ローラ
5  ベルト支持ローラ
6,9  冷却ローラ
13  送風ファン
14  ダクト
【図１】
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【図２】
2007199281.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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