(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー像を定着されるシート状媒体を搬送するための無端の定着ベルトと、上記定着ベルトを巻き掛けられ、回転する加熱ローラ及び定着ローラと、上記定着ベルトを介して上記定着ローラに対向して配置される加圧ローラと、上記加熱ローラの内部に備えられたヒータとを具備した定着装置において、
上記加熱ローラは、その周面に孔を有する形状又は上記定着ベルトの両端部のみを支持する形状をなしており、
上記ヒータの一部又は全部が上記定着ベルトに対して露出していることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１記載の定着装置において、上記ヒータと上記定着ローラとの間に、上記ヒータの熱を遮る遮熱部材を配設したことを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項２記載の定着装置において、
上記加圧ローラが上記定着ベルトにのみ対向する第１の定着部と、上記定着ベルトの移動方向における第１の定着部の下流側に位置する、上記加圧ローラが上記定着ベルトとともに上記定着ローラに対向する第２の定着部とで定着を行い、
上記遮熱部材は、上記ヒータの輻射熱を上記定着ローラと上記第１の定着部及び上記第２の定着部に位置する定着ベルトとから遮ることを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項２または３記載の定着装置において、上記遮熱部材は、上記ヒータ側に、同ヒータの熱を上記定着ベルトに向けて反射する反射面を有することを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか１つに記載の定着装置において、上記ヒータを、上記定着ベルトの走行時に発熱させることを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れか１つに記載の定着装置において、上記ヒータによる加熱を制御するための温度検知手段を有することを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項６記載の定着装置において、上記温度検知手段により検知した温度と目標温度との差に応じて上記ヒータに供給する電力の大きさを変化させることを特徴とする定着装置。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れか１つに記載の定着装置において、上記定着ベルトの、上記ヒータに対向する面に、上記ヒータにより発せられる熱の吸収を高める処理をしたことを特徴とする定着装置。
【請求項９】
請求項１ないし８の何れか１つに記載の定着装置を有する画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、定着装置、特にいわゆるベルト定着装置であってヒータを備えた加熱ローラを有する定着装置及びこの定着装置を有する複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置は一般に、被定着画像としてのトナー像を形成されたシート状媒体に、トナー像を定着するための定着装置を有している。シート状媒体には、一般にコピー等に用いられる普通紙としての用紙と、ＯＨＰシート、厚紙、封筒等の、用紙よりも熱容量が大きないわゆる特殊シートとがある。
【０００３】
定着装置としては、内部に熱源を有し回転駆動される加熱ローラと、この加熱ローラに圧接され加熱ローラに従動回転する加圧ローラとを有し、両ローラによって形成されるニップ部に、両ローラの回転によってシート状媒体を通過させ、加熱加圧してトナー像を定着する熱ローラ対タイプの定着装置や、トナーを定着されるシート状媒体を搬送するための無端の定着ベルト、定着ベルトを巻き掛けられた加熱ローラ及び定着ローラ、定着ベルトを介して定着ローラに対向して配置される加圧ローラと、加熱ローラ、加圧ローラのうち少なくとも加熱ローラに備えられたヒータ等を構成要素とするタイプのいわゆるベルト定着装置が知られている。
【０００４】
熱ローラ対タイプの定着装置においては、特に高速機やカラー機に用いる場合、シート状媒体及びトナーに大きな熱量を供給する必要があるため、ニップ幅を大きくしなければならず、そのため、加圧ローラを肉厚の大きな弾性体のローラとし、加熱ローラに対して大きな圧力で圧接することを要する。従って、加熱ローラ、加圧ローラの低熱容量化が困難であり、例えばカラー機において電源投入から複写可能になるまで６、７分かかるなど、ウォームアップ時間が長くなってしまい、ユーザーの使い勝手が悪く、また不使用時にもヒータへの通電を継続しなければならず、省電力化が図れない。
【０００５】
従って、近年では、低熱容量化が比較的容易なベルト定着装置が使用されるようになってきている。ベルト定着装置においては、主に加熱ローラに備えられたヒータにより定着ベルトを昇温し、昇温された定着ベルトの熱によりトナーを溶融してシート状媒体上に定着するが、加圧ローラが定着ローラに対向しない部位で定着ベルトのみに当接する第１の定着部と、加圧ローラが定着ベルトを介して定着ローラに当接する第２の定着部とでかかる定着を行う。このように定着領域が広いから、定着圧を低くすることができ、各構成を薄肉化でき、低熱容量化することができるのである。
【０００６】
しかし、ヒータによる定着ベルトの昇温は、ヒータの輻射熱により加熱ローラを加熱し、加熱された加熱ローラから定着ベルトへの熱伝導によって行うようになっている。すなわち、ヒータによる定着ベルトの昇温は、加熱ローラを介して行う。このため、ヒータを点灯してから定着ベルトの昇温が行われるまでには、タイムラグが生じる。
【０００７】
そこで、ヒータによる定着ベルトの加熱を直接行うための技術が、特開平５−７２９２３号公報、特開平８−２９２６６６７号公報において提案されている。これらの技術は、ともに、加圧ローラに対向して配設され、定着ベルトを巻き掛けられ、固定された円筒状の部材の内部にヒータを配設し、加圧ローラに対向した部分に開口部を形成した構成とすることにより、定着ベルトを、ヒータにより、かかる円筒状の部材と加圧ローラとの対向領域において直接加熱するものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、かかる構成においては、定着ベルトが円筒状の部材に摺動するため、定着ベルトが摩耗して耐久性が低くなるという問題がある。また、加圧ローラが、開口部において円筒状の部材に対向するため、加圧ローラによる定着圧を確保することができず定着不良を生じるという問題がある。さらに、定着領域において定着ベルトの加熱を行うため、定着領域においてベルトが冷える自己冷却という現象が阻害され、トナーが定着ベルト側に付着してしまう等のホットオフセットの問題がある。一方、従来のベルト定着装置においては、加熱された加熱ローラが、その輻射熱により、定着ローラを昇温する構造となっていたため、かかるホットオフセットを生じるという問題があった。
【０００９】
本発明は、定着ベルトを、ヒータにより直接加熱することで定着ベルトの昇温を速やかに行うとともに、加熱ローラによる定着ローラの加熱を防止してホットオフセットを防止する定着装置及びこの定着装置を有する画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、トナー像を定着されるシート状媒体を搬送するための無端の定着ベルトと、上記定着ベルトを巻き掛けられ、回転する加熱ローラ及び定着ローラと、上記定着ベルトを介して上記定着ローラに対向して配置される加圧ローラと、上記加熱ローラの内部に備えられたヒータとを具備した定着装置において、上記加熱ローラは、その周面に孔を有する形状又は上記定着ベルトの両端部のみを支持する形状をなしており、上記ヒータの一部又は全部が上記定着ベルトに対して露出していることを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の定着装置において、上記ヒータと上記定着ローラとの間に、上記ヒータの熱を遮る遮熱部材を配設したことを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の定着装置において、上記加圧ローラが上記定着ベルトにのみ対向する第１の定着部と、上記定着ベルトの移動方向における第１の定着部の下流側に位置する、上記加圧ローラが上記定着ベルトとともに上記定着ローラに対向する第２の定着部とで定着を行い、上記遮熱部材は、上記ヒータの輻射熱を上記定着ローラと上記第１の定着部及び上記第２の定着部に位置する定着ベルトとから遮ることを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項２または３記載の定着装置において、上記遮熱部材は、上記ヒータ側に、同ヒータの熱を上記定着ベルトに向けて反射する反射面を有することを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項１ないし４の何れか１つに記載の定着装置において、上記ヒータを、上記定着ベルトの走行時に発熱させることを特徴とする。
【００１５】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし５の何れか１つに記載の定着装置において、上記ヒータによる加熱を制御するための温度検知手段を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の定着装置において、上記温度検知手段により検知した温度と目標温度との差に応じて上記ヒータに供給する電力の大きさを変化させることを特徴とする。
【００１７】
請求項８記載の発明は、請求項１ないし７の何れか１つに記載の定着装置において、上記定着ベルトの、上記ヒータに対向する面に、上記ヒータにより発せられる熱の吸収を高める処理をしたことを特徴とする。
【００１８】
請求項９記載の発明は、請求項１ないし８の何れか１つに記載の定着装置を有する画像形成装置にある。
【００２１】
【実施例】
図１に本発明を適用した定着装置及びこの定着装置を有する画像形成装置の概略を示す。画像形成装置は複写機、ファクシミリ、プリンタ等周知のものであり、本発明を適用した定着装置を用いることができるタイプの画像形成装置であればどのようなものでも良い。本実施例の画像形成装置はカラー画像の形成が可能である。
【００２２】
画像形成装置２０は、原稿画像に応じて各色ごとの画像を形成する作像装置２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１ＢＫと、作像装置２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１ＢＫに対向して配置された転写装置２２と、各作像装置２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１ＢＫと転写装置２２とが対向する転写領域に各種シート状媒体を供給するシート状媒体供給手段としての給紙カセット２３、２４と、給紙カセット２３、２４から搬送されてきたシート状媒体を作像装置２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１ＢＫによる作像のタイミングにあわせて供給するレジストローラ３０と、転写領域において転写後のシート状媒体の定着を行う定着装置１とを有している。
【００２３】
画像形成装置２０は、一般にコピー等に用いられる普通紙（以下単に普通紙という）と、ＯＨＰシートや、カード、ハガキといった９０Ｋ紙、坪量約１００ｇ／ｍ2相当以上の厚紙や、封筒等の、普通紙よりも熱容量が大きないわゆる特殊シート（以下単に特殊シートという）との何れをもシート状媒体（以下、用紙という場合がある）として用いることが可能である。
【００２４】
各作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫはそれぞれシアン、イエロー、マゼンタ、ブラックの各色の現像を行うものであり、用いるトナーの色が異なるが、その構成はほぼ同様であるから、作像装置２１Ｃの構成を各作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫの代表として説明する。作像装置２１Ｃは、静電潜像担持体としての感光体ドラム２５Ｃ、感光体ドラム２５Ｃの回転方向Ａにおいて順に配置されている図示しない周知の帯電装置、現像装置、クリーニング装置等を有し、帯電装置と現像装置との間で図示しない周知のポリゴンミラーを備えた走査手段による露光光２９Ｃを受ける周知の構成である。静電潜像担持体はドラム状でなく、ベルト状としても良い。但し、ブラックの作像装置２１ＢＫにおける露光光２９ＢＫは２ビームとすることができ、作像装置２１ＢＫは他の各作像装置２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃに比して速く作像を行うことが可能となっている。
【００２５】
給紙カセット２３にはＡ４サイズの用紙が、給紙カセット２４にはＡ３サイズの用紙が、それぞれ図の左右方向が長手方向となるように載置されている。転写装置２２は、画像形成装置２０が図の左右方向において小型になるよう、斜め方向に配設され、矢印Ｂで示す用紙搬送方向が斜め方向となっている。これにより、画像形成装置２０は、図の左右方向における筐体２６の幅が、Ａ３サイズの用紙の長手方向の長さよりも僅かに長い大きさとなっている。すなわち、画像形成装置２０は、内部に用紙を収容するために最低限必要な大きさとされることで大幅に小型化されている。筐体２６の上部は、定着装置１を通過しトナー像が定着した用紙を積載するための排紙トレイ２７となっている。
【００２６】
図２に示すように、定着装置１は、トナー像を定着されるシート状媒体を搬送するための無端の定着ベルト２と、定着ベルト２を巻き掛けられた加熱ローラ３及び定着ローラ４と、定着ベルト２を介して定着ローラ４に対向して配置された加圧ローラ５と、加熱ローラ３の内部に備えられたハロゲンランプのヒータ６と、加熱ローラ３の回転方向Ｃの下流側において定着ベルト２が加熱ローラ３から離れる部位の直前に配設されヒータ６による加熱を制御するための温度検知手段としてのサーミスタ８と、加熱ローラ３と定着ローラ４との間に配設されヒータ６の熱を定着ローラ４に対して遮断する遮熱部材７とを有している。
【００２７】
また、定着装置１は、定着ベルト２を介して定着ローラ４に対向して配置されたクリーニングローラ３１、離型剤供給手段としての塗布ローラ３２と、ケーシング３３と、ケーシング３３に固設された入口ガイド１２、出口ガイド３６、取っ手３７と、加熱ローラ３、定着ローラ４、定着ベルト２を一体的に支持する支持体３８と、ケーシング３３に対し支持体３８、加圧ローラ５を支持する支持体３９等を有している。
【００２８】
定着ベルト２に適当な所定の張力を与えるため、加熱ローラ３と定着ローラ４とは、バネなどの図示しない弾性体により、互いに離間する向きに付勢されている。定着ローラ４は、芯金９と、この芯金９を被覆し定着ローラの表面をなす耐熱性の弾性体層１０とを有し、芯金９が、その軸１１により、図示しない駆動手段により回転駆動されることで、定着ローラ４が回転駆動され、加熱ローラ３の従動回転により定着ベルト２が駆動される。
【００２９】
加圧ローラ５と定着ローラ４とは、支持体３８と支持体３９とがバネなどの図示しない弾性体により、互いに近接する向きに付勢されていることにより、互いに圧接する向きに、１０ｋｇｆ以上の圧接力で付勢される。加圧ローラ５は、定着ローラ４の軸心を頂点とし定着ローラ４の軸心と加熱ローラ３の軸心、加熱ローラ３の軸心と加圧ローラ５の軸心をそれぞれ結ぶ２本の直線によって挟まれる角が鋭角をなすように定着ローラ４に当接されており、これにより、シート状媒体にトナーを定着する定着領域としての、加圧ローラ５が定着ローラ４に対向しない部位で定着ベルト２のみに当接する第１の定着部１５と、加圧ローラ５の回転方向Ｅ及び定着ベルト２の走行方向Ｄにおいて第１の定着部１５の下流側に位置し加圧ローラ５が定着ベルト２を介して定着ローラ４に当接する第２の定着部１６とが形成される。
【００３０】
ケーシング３３は転写装置２２に対向する位置に設けられ転写装置２２によって搬送されてくるシート状媒体を受け入れるための開口３４と、第１の定着部１５及び第２の定着部１６を挟んで開口３４の反対側に設けられ定着済みのシート状媒体を排出する開口３５とを有している。入口ガイド１２は、その基部が開口３４の下方においてケーシング３３の外面に固着され、先端が開口３４からケーシング３３の内部に入り込み第１の定着部１５に向かって伸びている。
【００３１】
加熱ローラ３と加圧ローラ５とは、それぞれ薄肉円筒状の芯金からなり低熱容量化が図られている。本実施例において、加熱ローラ３の芯金は、アルミニウム製であり、径を３０ｍｍ、肉厚を１ｍｍとされている。材質は、比熱が小さく、熱伝導率が大きいものが好ましく、他にも鉄、銅、ステンレス等の金属を使用することができる。肉厚は、後述する定着ベルト２の張力による加熱ローラ３の過大な変形が生じず、且つ所望の立上り時間を得ることができる範囲で定められる。ローラ径はベルトの張力を確保してローラの軸方向の曲がりが発生しない範囲で定められる。
【００３２】
図２、３に示すように、加熱ローラ３の形状は、ヒータ６が定着ベルト２に対して露出する形状とされている。具体的には、加熱ローラ３は、その周面に孔５１を有し、この孔５１によりヒータ６が定着ベルト２に対して露出している。孔５１は、Ｃ方向に同じ加熱ローラ３の円周方向に６行、加熱ローラ３の軸方向であるＦ方向に２列、形成されている。各孔５１の間は加熱ローラ３の周面をなすステー５２となっている。Ｆ方向における孔５１が形成されている領域の幅は、符号５０で示す通紙領域の幅より大きく、定着ベルト２の通紙領域５０に対応する部分は、ヒータ６により直接加熱されるようになっている。
【００３３】
これにより、孔５１を形成していない点を除いて加熱ローラ３と構成が同じ加熱ローラを用いた場合よりも、定着ベルトが設定温度に達するまでの時間が大幅に短縮されている。孔５１の数は上述のものに限らないし、形状も、長方形のみならず、円など、どのような形状であっても良い。加熱ローラ３の周面を網により形成してヒータ６を定着ベルト２に対して露出しても良い。
【００３４】
またかかる孔５１を形成することにより、加熱ローラ３は低熱容化され、同ローラ３及び定着ベルト２が回転しても定着ベルト２の熱を奪うことが少なく、定着に悪影響を与えることや立上り時間が長引くことが防止されている。さらに連続定着等により定着ベルト２の温度が低下することが抑制されるとともに、回復までの時間が短縮される。
【００３５】
孔５１を形成することにより、ヒータ６の熱は定着ローラ４側に向けても放射されるが、遮熱部材７によりヒータ６の放射熱は遮られ、かかる放射熱により定着ローラ４が直接加熱されることはない。また遮熱部材７は、ヒータ６側に、ヒータ６の熱を定着ベルト２に向けて反射する反射面１８を有し、定着ローラ４に対して遮った熱を定着ベルト２に供給するようになっている。これにより、定着ベルト２に対する熱供給の効率がさらに向上されている。遮熱部材７は、ヒータ６の熱が定着ローラ４に届かないよう、Ｆ方向に延在し、反射面１８の形状は、ヒータ６の熱を定着ベルト２に向けて効率的に反射する形状とされている。
【００３６】
ヒータ６は、定着ベルト２の駆動時すなわち走行時には常に点灯されるようになっている。従来のベルト定着装置では、定着ベルト等の温度をサーミスタ等により検出し、設定温度との比較によりヒータをオン・オフしていた。このような制御ができたのは、従来の定着装置においては、加熱ローラがある程度の熱容量を持っていたため、ヒータのオフ時にも加熱ローラの放熱により定着ベルトの温度の大幅な低下を防止できたからである。しかし、本発明を適用した加熱ローラ３は熱容量が大幅に小さくなっており、またヒータ６により定着ベルト２が直接加熱されるいるため、ヒータ６のオン時とオフ時とで定着ベルト２の温度差が生じ、温度が安定しない。そのため、ヒータ６を、定着ベルト２の駆動時には常に点灯するものとした。
【００３７】
ヒータ６に供給する電力を６００Ｗとしてウォームアップ時を含めて常時点灯とし、連続通紙したとき、通紙中の定着ベルト２の温度は略一定で安定し、定着した画像は安定した光沢度を持つものとなった。これに対し、ヒータ６に供給する電力を１０００Ｗとし、サーミスタ８の検出した温度に応じてオン・オフした場合には、定着ベルト２の温度は安定せず、定着した画像の光沢度も安定しなかった。
【００３８】
また、ヒータ６の制御を次のようにすることができる。すなわち、ウォームアップ時における電力を１０００Ｗとし、定着ベルト２が設定温度に達したらその走行を開始するとともに６００Ｗとするものである。これにより、ウォームアップ時間を短縮することができた。さらに、ウォームアップ時を含めて常時、あるいは定着ベルト２の走行時のみ、サーミスタ８が検知した温度と目標温度との差に応じてヒータ６に供給する電力の大きさを変化させることもできる。
【００３９】
すなわち、サーミスタ８が検知した温度と目標温度との差が５０℃より大きいときには１０００Ｗ、５０℃以下で３０℃より大きいときには９００Ｗ、３０℃以下で２０℃より大きいときには８００Ｗ、２０℃以下で１０℃より大きいときには７００Ｗ、１０℃以下では６００Ｗとすることで、より定着ベルト２の温度を安定させることができる。定着ベルト２の温度を安定させるためには、サーミスタ８が検知した温度と目標温度との差に応じてヒータ６に供給する電力の大きさを変化させる態様として、上述のように段階的に行うのでなく、無段階で徐々に電力を変化させていくことが望ましい。ヒータ６は複数備えられていても良く、選択的に発熱させることで供給電力の大きさを変化させるようにしても良い。
【００４０】
定着ベルト２は、加熱ローラ３と定着ローラ４とが互いに離間する向きに付勢されていることにより、１ｋｇｆ／片側の張力を与えられている。この張力は、図示しない上記弾性体の付勢力を調整することにより設定でき、１ｋｇｆ（９．８Ｎ）前後で設定することが、良好な定着を行う上で好ましい。なお、加熱ローラ３の強度は、孔５１を形成することにより、孔５１を形成しない場合に比して低下しているが、加熱ローラ３に対する付勢は、定着ベルト２にテンションを与えるために行うものであり、加熱ローラ３は、定着ベルト２の座屈等、劣化の原因となる現象が発生しない限りにおいて変形しても差し支えない。よって孔５１は、定着ベルト２の座屈等が発生しないように形成される。
【００４１】
定着ベルト２は、ポリイミド製の厚さ５０μｍの基体上に厚さ１００μｍの耐熱性、高離型性のシリコンゴム製の離型層が形成されたものであり、熱容量が小さく、熱応答性を良好にされている。定着ベルト２の内面すなわち加熱ローラ３及び定着ローラ４に接する側の面は、ヒータ６の輻射熱を吸収し易いように、輻射熱吸収率が高くなるような処理がなされている。本実施例においては具体的に、定着ベルト２の基体をなすポリイミド樹脂にカーボンを混入して色を濃くし、輻射熱の吸収率が高めてある。
【００４２】
定着ベルト２の基体はポリイミド以外の耐熱性脂、ニッケル、炭素鋼、ステンレス鋼等によって形成しても良い。基体上に形成する層の材質は、耐熱性、離型性でのものであれば、フッ素系樹脂であっても良い。定着ベルト２の熱吸収率を高める処理は、単に当該面を黒色で塗布するものであっても良い。定着ベルト２は瞬時に加熱され、かつ、ホットオフセットを生じない程度に、定着領域でベルト表面が自己冷却される特性が望まれるが、他方では、定着領域において、トナーを十分に溶かして定着させるのに必要な熱容量を有していなければならない。定着ベルト２の上記材質及びその厚さはこの条件を満たすものである。自己冷却とは、定着領域の、シート状媒体の未定着画像側に、加熱源がないことにより、定着工程においてベルトが冷える現象をいう。
【００４３】
定着ローラ４の弾性体層１０は、ゴム製のゴム層である。その材質は、具体的にはシリコーンスポンジゴム製である。すなわち、発泡体である。気泡の径は５００μｍとされ、特に表面近傍すなわち定着ローラ４周面近傍における径は３００μｍ以下である。弾性体層１０の表面硬度はアスカＣで２０ＨＳとされている。定着ローラ４は外径が３０ｍｍである。弾性体層１０の材質は、熱伝導率が小さく断熱作用のある耐熱多孔質の弾性体であるから、ベルトの熱を奪うことを低減し、立上り後の温度落ち込みを小さくするとともに温度回復のためのプレ回転時間を短縮している。また、弾性体層１０が比較的低硬度であるため、加圧ローラ５の圧接力が小さくても十分なニップ幅を得ることができ、比較的低温かつ低圧の条件下でも良好な定着性能を得ることができる。
【００４４】
加圧ローラ５の芯金は、鉄製であり、径を４０ｍｍ、肉厚を１．０ｍｍとされている。材質は、比熱が小さく、熱伝導率が大きいものが好ましく、他にもアルミニウム、銅、ステンレス等の金属を使用することができる。
肉厚、ローラ径は定着領域を十分に確保できる範囲で定められる。加圧ローラ５を薄肉円筒状として低熱容量化することにより、定着ベルト２が回転してもその熱を奪うことが少なく、定着ベルト２の温度を低下させて定着に悪影響を与えることや立上り時間が長引くことが防止されている。加圧ローラ５は芯金上に１０μｍ〜３００μｍのＰＦＡの離型層を有している。
【００４５】
このように加熱ローラ３、加圧ローラ５を薄肉として低熱容量化できるのは、定着装置１が定着ベルト２を用いるいわゆるベルト定着装置だからである。すなわち、定着は、定着部１５、１６という、距離的に比較的長い部位によって行われるため、定着圧を減じることができ、加圧ローラ５の強度を下げることができ、また加熱ローラ３は加圧ローラを圧接されないため、薄肉化できる。定着を距離的に比較的長い部位によって行うことは、比較的低温での定着を可能とし、これは立上り時間を短縮することにも寄与している。また、定着ベルト２を用いると、ヒータにより加熱された定着ベルト２が搬送される過程で定着に適当な温度に冷却され、オフセットを防止できるという利点もある。
【００４６】
クリーニングローラ３１と塗布ローラ３２とは互いに隣り合う位置に配設されており、クリーニングローラ３１は塗布ローラ３２に対し、定着ベルト２の移動方向における上流側に位置している。クリーニングローラ３１、塗布ローラ３２はともに常に定着ベルト２に当接している。クリーニングローラ３１は径を２０ｍｍとされ、図示しない駆動手段により定着ベルト２との対向部において定着ベルト２の移動方向と反対側に移動するように駆動されている。これにより、シート状媒体から定着ベルト２に転移したトナーを掻き取るようになっている。定着ベルト２からクリーニングローラ３１に掻き取られたトナーは図示しないクリーニング手段によりクリーニングローラ３１からぬぐい取られ、クリーニングローラ３１は常に良好なクリーニングを行うことができるようにされている。
【００４７】
塗布ローラ３２は定着ベルト２にシリコンオイルを主成分とする離型剤を塗布するものであり、径を１６ｍｍとされ、定着ベルト２に従動回転するようになっている。塗布ローラ３２には図示しない離型剤供給部材とブレードとが当接しており、離型剤共有手段によって塗布ローラ３２に供給された離型剤の層厚がブレードにより均一になされる。これにより、定着ベルト２には常に適量の離型剤が塗布されるようになっている。
【００４８】
本実施例は以上の構成により、画像形成装置２０の電源が投入されると、サーミスタ８の温度検知に基づき、適宜、上述した、ヒータ６への通電を行うことで、立上りが速やかに完了し、画像形成及び良好な定着が可能な状態となる。操作者が画像形成を開始する周知の操作を行うと、感光体２５Ｙの方向Ａへの回転にともない、感光体ドラム２５Ｙは帯電装置より帯電され、露光光２９Ｙにより原稿画像に応じた静電潜像が形成され、この静電潜像が現像装置により現像される。
【００４９】
給紙カセット２３または２４からピックアップローラ４１または４２により送り出されたシート状媒体は搬送ローラ４３によりさらに搬送されローラ構造４４を経てレジストローラ３０に至り、レジストローラ３０により画像形成のタイミングをとって転写装置２２へ向けて送られる。感光体２５Ｙ上に形成されたトナー像が転写装置２２上を矢印Ｂ方向に搬送されるシート状媒体上に転写され、転写後に感光体２５Ｙ上に残留しているトナーがクリーニング装置によって掻き取られて感光体２５Ｙがクリーニングされ、次の帯電に供される。
【００５０】
イエローのトナーが転写されたシート状媒体は、転写装置２２により矢印Ｂ方向に搬送されつつ、作像装置２１Ｙにおける上述の作像工程と同様の作像工程を行う作像装置２１Ｍ、２１Ｃ、２１ＢＫにより順次それぞれマゼンタ、シアン、ブラックのトナーを適宜転写され、画像形成に必要なすべてのトナーを転写された後、転写装置２２からガイド１２に受け渡され、ガイド１２によって定着領域に案内される。なお、ブラックのみによる画像形成を行う場合には、作像装置２１ＢＫのみによる作像を行う。この場合、露光光２９ＢＫを２ビームとして高速の画像形成を行うことができる。
【００５１】
トナー像を転写されたシート状媒体は移動速度を制御された定着ベルト２の移動により搬送され、第１の定着部１５及び第１の定着部１５に連続する第２の定着部１６において、その定着モードによって制御された温度下で、トナー像を加熱加圧して溶融定着される。具体的には、シート状媒体が第１の定着部１５を通過する際、定着ベルト２から熱を与えられたトナーが徐々に溶融し、シート状媒体の表面に仮定着され、第２の定着部１６においては、定着ローラ３と加圧ローラ５との圧接力によってトナーがシート状媒体上に完全に定着される。連続定着が行われる場合であっても、ヒータ７による加熱で、ホットオフセットが生じない程度に、定着ベルト２に対して直接的に熱が供給され良好な定着が行われ、定着を中断して再加熱を行う必要が生じることはない。定着後のシート状媒体は画像形成装置外に排出される。
【００５２】
熱ローラ対タイプの定着装置ではローラ対により形成されるニップ幅に限界があり、ニップ幅が小さいため、定着を行うのに適した温度を有する領域すなわち定着領域の幅が狭く定着に充分な熱量を与えようとすると定着温度を高温にする必要があり、この場合には普通紙または特殊シート及びトナーに急激に熱を与えることとなり、ホットオフセットが生じてしまうという不具合が生じる場合があるが、本実施例のベルト定着装置によれば定着領域の長さが十分に長いので、良好な定着が行われる。
【００５３】
ベルト定着装置によれば、特にＯＨＰシートの定着を行う場合、上述のようなホットオフセット等の定着品質の低下を招かない範囲で充分に大きな定着熱量の供給が可能であるから、ＯＨＰシート表面が平滑となって乱反射が抑制されて光沢度すなわちＨＥＩＺ度が向上する。またトナー内部においても透過光の吸収、散乱が抑制されるので良好な画像形成を行うことができる。また定着ベルト２の加熱をヒータ６により直接的に行うので、連続して画像形成をする場合にも熱の供給は十分であって、光沢度は良好に維持される。
【００５４】
以上本発明を適用した定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置について説明したが、図４に示すように、加熱ローラ３は、定着ベルト２の両端部のみを支持し、これによりヒータ６が、加熱ローラ３の両端部を除く全ての部分で、定着ベルト２に対して露出するようにしても良い。加熱ローラ３の材質は上述した金属であっても良いが、熱伝導率の低い材質の方が定着ベルト２の端部から定着装置１の筐体３３等、他の構造への熱の逃げが小さくなるので、その材質は低熱伝導性の耐熱性樹脂とすることが望ましい。
【００５５】
定着ベルト２を両端部のみで支持すると、支持されていない中央部分に凹みが生じ、座屈等の不具合が生じるとも考えられるが、本発明者が実験したところによると、ポリイミド製の厚さ５０μｍの基体上に厚さ１００μｍのシリコンゴム製の離型層を形成した定着ベルト２を用い、加熱ローラ３と定着ローラ４とが互いに離間する向きに付勢して、５００ｇｆ／片側の張力を与えたとき、中央部分の凹み等の問題は生じず、張力を強くしていき、１．５ｋｇｆ／片側程度にすると、加熱ローラ３に支持された端部と支持されていない中央部分との張力の差により、定着ベルト２に波打ちが生じた。すなわち、良好な定着に十分な張力である１ｋｇｆ／片側の前後では、定着ベルト２に関する問題はなかった。また、より大きな張力を要する場合には、定着ベルト２の基体を厚くすれば対応可能である。
【００５６】
その他の変形例としては、ヒータは加熱ローラに加え加圧ローラに備えられていてもよい。定着ベルトの肉厚、材質、加熱ローラ、加圧ローラの径、肉厚、材質等は適宜組み合わせが可能である。本実施例の画像形成装置はカラー画像の形成が可能であって単色の画像形成を行うこともできるが、単色の画像のみを形成するものであっても良い。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、トナー像を定着されるシート状媒体を搬送するための無端の定着ベルトと、上記定着ベルトを巻き掛けられ、回転する加熱ローラ及び定着ローラと、上記定着ベルトを介して上記定着ローラに対向して配置される加圧ローラと、上記加熱ローラの内部に備えられたヒータとを具備した定着装置において、上記加熱ローラは、その周面に孔を有する形状又は上記定着ベルトの両端部のみを支持する形状をなしており、上記ヒータの一部又は全部が上記定着ベルトに対して露出しているので、定着ベルトをヒータにより直接加熱することで定着ベルトの昇温を速やかに行うことができ、立ち上がりが速い定着装置を提供することができる。
【００６０】
ヒータと定着ローラとの間に、ヒータの熱を遮る遮熱部材を配設したこととすれば、加熱ローラまたはヒータによる定着ローラの直接の加熱に起因する過昇温を防止して、定着ベルトの自己冷却を確保し、ホットオフセットを防止することができ、良好な定着を行うことができる定着装置を提供することができる。
【００６１】
上記加圧ローラが上記定着ベルトにのみ対向する第１の定着部と、上記定着ベルトの移動方向における第１の定着部の下流側に位置する、上記加圧ローラが上記定着ベルトとともに上記定着ローラに対向する第２の定着部とで定着を行い、上記遮熱部材は、上記ヒータの輻射熱を上記定着ローラと上記第１の定着部及び上記第２の定着部に位置する定着ベルトとから遮ることとすれば、加熱ローラまたはヒータによる定着ローラの直接の加熱に起因する過昇温を防止して、定着ベルトの自己冷却を確保し、ホットオフセットを防止することができ、良好な定着を行うことができる定着装置を提供することができる。
【００６２】
遮熱部材が、ヒータ側に、ヒータの熱を定着ベルトに向けて反射する反射面を有することとすれば、熱効率が高く立ち上がりがさらに速い定着装置を提供することができる。
【００６３】
ヒータを、定着ベルトの走行時に発熱させることとすれば、定着ベルトがヒータにより直接加熱される構成において、また、加熱ローラの熱容量が小さく加熱ローラによる定着ベルトの加熱が期待できない場合においても、定着ローラの温度を高温で安定させることができ、良好な定着を行うことができる定着装置を提供することができる。
【００６４】
ヒータによる加熱を制御するための温度検知手段を有することとすれば、定着ベルトの温度を良好に制御して良好な締約を行うことができる定着装置を提供することができる。
【００６５】
温度検知手段により検知した温度と目標温度との差に応じてヒータに供給する電力の大きさを変化させることとすれば、立ち上がりを速やかに完了させることができるとともに、必要に応じて供給する熱量を調節することでエネルギーのロスを防止でき、また定着ベルトがヒータに露出し、加熱ローラの熱容量が低い等、ヒータの明滅に対して定着ベルトの温度の応答性が高い構成においても定着ベルトの温度を安定して維持できるから良好な定着を行うことができる定着装置を提供することができる。
【００６６】
定着ベルトの、ヒータに対向する面に、ヒータにより発せられる熱の吸収を高める処理をしたこととすれば、熱効率が高く立ち上がりがさらに速い定着装置を提供することができる。
【００６７】
本発明は、かかる定着装置を有する画像形成装置にあるので、画像形成開始までの待機時間が短くユーザーにとって使いやすいとともに、良好な定着により良好な画像形成を行うことができユーザーの信頼性が高い画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置の概略を示す側面図である。
【図２】図１に示した定着装置の側断面図である。
【図３】図２に示した加熱ローラの平面図である。
【図４】加熱ローラの別の構成例及びこの加熱ローラによる定着ベルトの支持態様を示す平面図である。
【符号の説明】
１    定着装置
２    定着ベルト
３    加熱ローラ
４    定着ローラ
５    加圧ローラ
６    加熱ローラに備えられたヒータ
７    遮熱部材
８    温度検知手段
１８  反射面
２０    画像形成装置
【図１】
0003939917.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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