(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱手段により加熱される回転部材と、この回転部材に当接する加圧ローラとを有する定着装置において、
上記回転部材は内周面に複数のリブを備え、上記複数のリブの間隔は上記回転部材の軸方向中央から離れるに連れて大きくなるよう構成されており、
上記加圧ローラの内側から上記回転部材を押圧する圧接部材を有し、
上記圧接部材は、上記加圧ローラを介して上記回転部材に沿う曲面を有す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、上記回転部材の厚みは０．２〜０．５ｍｍであることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の定着装置において、加圧ローラの厚みは４０〜８０μｍであることを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れかに記載の定着装置において、上記圧接部材は、上記曲面上に、上記加圧ローラに当接する耐熱性の不織布を有することを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項４記載の定着装置において、上記不織布の高さは２〜３mmであ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、上記加圧ローラの両端を、同加圧ローラの円周の半分以上の部分において受けて支持する滑り軸受を有することを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れか１つに記載の定着装置を有する画像形成装置。
【請求項８】
請求項７記載の画像形成装置において、画像形成終了時、または画像形成終了後１分以内に、上記加熱手段による加熱を停止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、定着ベルト、加熱ローラ等の回転部材に当接し、同回転部材との圧接領域であるニップ部において同回転部材と同方向に回転する加圧ローラであって、かかるニップ部の幅を十分に得るとともに低熱容量化した加圧ローラを備えた定着装置及びこれを有する複写機、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には一般に、被定着画像としての未定着画像である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。
【０００３】
定着装置としては、加熱手段としてのヒータにより加熱される回転部材としての加熱ローラと、この加熱ローラに当接し加熱ローラとの当接領域であるニップ部において加熱ローラと同方向に回転する加圧部材としての加圧ローラ等を構成要素とし、かかるニップ部に、両ローラの回転により、トナーを定着されるシート状媒体を搬送して通過させ、加熱及び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が知られている。
【０００４】
また定着装置としては、加熱手段としてのヒータにより加熱され、トナーを定着されるシート状媒体を搬送するための回転部材として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部材としての加圧ローラ等を構成要素とし、定着ベルトと加圧ローラとによって形成される当接領域であるニップ部に、これらの回転により、トナーを定着されるシート状媒体を搬送して通過させ、加熱加圧してトナー像を定着するタイプのいわゆるベルト定着装置が知られている。
【０００５】
何れのタイプの定着装置においても、トナー像は、回転部材の回転により搬送されるシート状媒体上に所定温度の加熱による溶融及び所定の大きさの圧力によって定着され、これによりかかる定着装置を備えた画像形成装置における画像形成の一工程である定着工程が行われるようになっている。
【０００６】
したがって、かかる画像形成装置への電源投入後、あるいはかかる画像形成装置の省エネモード等の待機モードから画像形成モードに復帰した後に、立ち上がりを速やかに完了するには、定着装置の立ち上がりを早期に完了させる必要がある。そのため、従来、加熱ローラや定着ベルト等の回転部材は、その肉厚を薄くし、低熱容量化が図られている。
【０００７】
一方、定着を良好に行うためには、上述したニップ部の幅すなわち回転部材の回転方向における、加圧ローラとの当接部位の長さを確保する必要があり、そのため、従来の加圧ローラは、芯金上に厚さ５ｍｍ前後のゴム層等の弾性体層を有するとともに、回転部材と加圧ローラとは所定の大きさの圧力で圧接されている。
【０００８】
しかし、回転部材とかかる加圧ローラとを圧接すると、回転部材が薄肉化されていることから回転部材の撓みが大きくなり、定着の際にシート状媒体にしわが生ずるという問題があった。また、回転部材が薄肉化されているにもかかわらず、加圧ローラが芯金と弾性体層を有し加圧ローラの熱容量が大きくなっていることから、回転部材、加圧ローラの回転開始時に回転部材の熱が加圧ローラに吸収され、回転部材を定着に適した比較的高温の温度領域において安定させることが困難であるという問題があった。
【０００９】
後者の問題は特に、画像形成装置が低温環境で使用される場合における電源投入時において顕著であるとともに、定着装置の立ち上がりを短縮しようとして回転部材の熱容量を小さくすればするほど生じ易くなってしまうという矛盾を有し、速やかな立ち上がりを達成する上で大きな障害となっていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、特開平１０-８４４５３号公報においては、上述したような従来の加圧ローラに代えて、加圧部材としてベルトを用いた定着装置が提案されているのであるが、しかし、かかる定着装置は、構成が非常に複雑となっており、コストが高いとともに、コンパクト化が困難で装置の大型化を招くという問題がある。
【００１１】
本発明は、ニップ部の幅を十分に確保して良好な定着を行うとともに低熱容量化により速やかな立ち上がりを実現する加圧ローラを備えた定着装置及びこれを有する画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【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、加熱手段により加熱される回転部材と、この回転部材に当接する加圧ローラとを有する定着装置において、上記回転部材は上記加圧ローラより軸方向長さが長く、上記回転部材は内周面に複数のリブを備え、上記複数のリブの間隔は上記回転部材の軸方向中央から離れるに連れて大きくなるよう構成されており、上記加圧ローラの内側から上記回転部材を押圧する圧接部材を有し、上記圧接部材は、上記加圧ローラを介して上記回転部材に沿う曲面を有することを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１記載の定着装置において、上記回転部材の厚みは０．２〜０．５ｍｍであることを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の定着装置において、加圧ローラの厚みは４０〜８０μｍであることを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１ないし３の何れかに記載の定着装置において、上記圧接部材は、上記曲面上に、上記加圧ローラに当接する耐熱性の不織布を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項４記載の定着装置において、上記不織布の高さは２〜３ｍｍであることを特徴とする。
【００１７】
請求項６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、上記加圧ローラの両端を、同加圧ローラの円周の半分以上の部分において受けて支持する滑り軸受を有することを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項１ないし６の何れか１つに記載の定着装置を有することを特徴とする。
請求項８の発明は、請求項７記載の画像形成装置において、画像形成終了時、または画像形成終了後１分以内に、上記加熱手段による加熱を停止することを特徴とする。
【００１８】
【実施例】
図１に本発明を適用した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れば何れでもよいが、本実施例における画像形成装置は単色の画像を形成するプリンタである。画像形成装置２０は、一般にコピー等に用いられる普通紙と、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との何れをもシート状媒体として用いることが可能である。
【００１９】
画像形成装置２０は、原稿画像に応じて画像すなわちトナー像を形成する作像装置２１と、作像装置２１に対向して配置された、転写チャージャとしての転写装置２２と、転写装置２２と作像装置２１との対向領域であ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からそれぞれ給紙ローラ５６、５８によって搬送されてきたシート状媒体を作像装置２１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とを有している。
【００２０】
画像形成装置２０はまた、トナー像を転写装置２２によりシート状媒体に転写した後のベルト６１をクリーニングするクリーニングユニットとしてのクリーニング装置２８と、転写領域においてトナー像を転写されトナー像を担持しているシート状媒体に対する定着を行う定着装置１と、定着装置１から排出される定着後のシート状媒体を画像形成装置２０本体外に排出する排出ローラ１３と、排出ローラ１３によって排出されたシート状媒体を積載する画像形成装置２０本体上部に配設されたシート積載手段としての排紙トレイ１４とを有している。
【００２１】
作像装置２１は、静電潜像担持体としての感光体ベルト２５と、感光体ベルト２５を巻き掛けたローラ６２、６３と、感光体ベルト２５の回転方向Ａにおいて順に配置されている帯電チャージャとしての帯電装置２７と、現像器としての現像装置２６等を有し、帯電装置２７と現像装置２６との間でレーザー光学系としての露光装置１９からの露光光２９を受ける構成である。
【００２２】
感光体ベルト２５は帯電装置２７により負に帯電され、露光光２９を受けた部分が負に帯電したトナーにより反転現像される。帯電装置２７はコロトロン、スコロトロンなど、コロナ放電により電荷を発生させて感光体ベルト２５表面に散布する方式のものである。トナー像を転写後のシート状媒体はローラ６２の曲率によって感光体ベルト２５から分離される。
【００２３】
感光体ベルト２５はシート状媒体を分離された後、クリーニング装置２８によりクリーニングされる前に、図示しない除電装置により除電されるようになっている。現像装置２６はローラ６３に対向するようにして配設された現像ローラ６１を有しており、感光体ベルト２５はローラ６３上の位置において現像され、潜像が可視像化されるようになっている。
【００２４】
感光体ベルト２５は光導電性を有するものであり、有機感光体であるが、無機感光体であってもよい。静電潜像担持体はベルト状でなく、ドラム状としても良い。露光装置１９は、画像形成装置２０の外部から入力される書き込み画像データに応じて露光光２９を感光体ベルト２５に照射し、光書き込みを行うようになっている。なお、画像形成装置２０において用いられるトナーは、少なくとも結着樹脂、着色剤、及びワックスを含有し、カルナウバに代表されるワックス、もしくはジメチルシロキサンに代表されるオイルの何れかを５〜２０重量部含有するものである。
【００２５】
図２に示すように、定着装置１は、トナーを定着されるシート状媒体Ｐを搬送するための回転部材としての定着ローラである加熱ローラ５９と、加熱ローラ５９に当接し加熱ローラ５９との当接領域であるニップ部としての定着部１６において加熱ローラ５９の回転方向Ｂと同方向Ｃに回転する加圧部材としての加圧ローラ６０とを有している。図示の都合上、加熱ローラ５９と加圧ローラ６０とは、その肉厚を実際よりも厚くして図示している。
【００２６】
この定着装置１においては、画像形成装置２０本体側から搬送されてくる、トナー像を担持したシート状媒体Ｐを、定着部１６においてヒータ６によって加熱された加熱ローラ５９と加圧ローラ６０との間に通し、加熱・加圧することでトナー像をシート状媒体Ｐ上に溶融し定着するようになっている。
【００２７】
定着装置１はまた、加圧ローラ６０の内側に配設され加圧ローラ６０をその内側から加熱ローラ５９に圧接する圧接部材７１と、圧接部材７１を加圧ローラ６０の内周面に向けて付勢するための、一端が不動部材７２に係合し他端が圧接部材７１に係合した付勢手段としての加圧部材であるばね７３とを有している。
【００２８】
定着装置１はまた、加熱ローラ５９の内部に備えられた加熱手段としてのハロゲンヒータである７００Ｗ〜８００Ｗのヒータ６と、加熱ローラ５９の温度を検知する温度検知手段としての図示しないサーミスタと、サーミスタが検知した加熱ローラ５９の温度に応じてヒータ６を明滅させる図示しない制御手段と、加熱ローラ５９を回転駆動する図７に示すギア６４とを有している。
【００２９】
定着装置１はまた、トナー像を担持したシート状媒体Ｐを定着部１６に向けて案内する案内手段としての入り口ガイド板５２と、定着部１６を通過したシート状媒体を加熱ローラ５９から分離するための分離部材７０と、分離部材７０によって加熱ローラ５９から分離されたシート状媒体Ｐを定着装置１本体外部に向けて案内する出口ガイド板２８等を有している。
【００３０】
加熱ローラ５９は、外径、言い換えると直径φが３０ｍｍ、言い換えると曲率半径が１５ｍｍであり、肉厚が０．３ｍｍの、アルミニウム合金製の基材としての芯金６５を有している。長さは３６５ｍｍであるが、３５０〜４１０ｍｍの間で設定できる。直径φは２０〜４０ｍｍの間で設定でき、肉厚は０．２〜０．５ｍｍの間で設定できる。基材であるアルミニウム合金は、Ａ５０５２または３０００系の合金である。
【００３１】
図３、図４に示すように、加熱ローラ５９は通常のパイプを切削した形状となっているが、その強度を上げるために、内周面に複数のリブ５１が形成されている。図３に示すように、リブ５１は、通紙領域Ｘの中心である紙センタとしてのセンタＯ上に配設されているとともに、これを中心にして対称に、それぞれＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の距離を持って配設されている。Ｌ１は８〜１２ｍｍ、Ｌ２は１０〜１５ｍｍ、Ｌ３は３５〜４５ｍｍ、Ｌ４は６０〜８０ｍｍの範囲とされ、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３＜Ｌ４の関係を有している。
【００３２】
なお、図３において符号３１は加熱ローラ５９の軸受を示しており、符号１１はギア６４と係合しギア６４による駆動を受けるＵ溝を示しており、符号１２は加熱ローラ５９両端部の肉厚部分を示しており、符号１５は通紙領域Ｘ内の薄肉部分を示しており、符号１７は一方の軸受３１の外側の長さ５〜１０ｍｍの部分を示しており、符号５０は他方の軸受３１の長さ１２〜１６ｍｍの部分を示している。薄肉部分１５の厚さがｍｍとされている。
【００３３】
図５に示すように、リブ５１の幅ｄは、１．５〜３ｍｍとされており、リブ５１の部分の肉厚ｔは、０．５ｍｍであって、すべてのリブ５１が同じ形状とされている。なお、芯金６５は、アルミニウムで形成することもでき、この場合には、肉厚ｔは０．４ｍｍとすることが望ましい。このようにリブ５１を設けることにより、強度が強くなり、より薄肉にできて、低熱容量化でき、ウォーミングアップタイムの短縮に非常に効果的である。したがって、使用時以外においてはヒータ６への通電をＯＦＦにして省エネに寄与する。
【００３４】
ここで、従来の加圧ローラは図１７、図１８に示すように、金属シャフト６７と、金属シャフト６７の周面上に配設された厚さ５ｍｍ前後のゴム層６８とを有するものが一般的であった。したがってニップすなわち本実施例における定着部１６の幅を十分に確保するためには、片側７０Ｎから１２０Ｎといった強い力で加熱ローラに向けて圧接する必要があった。
【００３５】
よって、定着時において撓みやつぶれが大きくなり、加圧ローラの中央付近で特に圧力が小さくなりやすく、これにより定着不良になりやすく、またシート状媒体のしわも発生しやすいという不具合があった。さらに、かかる加圧ローラの構成では熱容量が大きく、特に低温時において加圧ローラが冷えている状態では、定着時に加熱ローラ、加圧ローラの両ローラが回転を開始すると、加熱ローラが通常薄肉化されの熱容量が小さくされていることから、加熱ローラの温度の低下が著しく、定着不良となってしまうという不具合が有った。
【００３６】
そこで、本発明を適用した加圧ローラ６０は、図６に示すように、薄肉のシームレスパイプであるパイプ７７を有している。パイプ７７は、直径φが３０ｍｍ、言い換えると曲率半径が１５ｍｍである。パイプ７７の肉厚は、４０μｍ〜８０μｍである。長さは３１４ｍｍ〜３２８ｍｍである。材質はニッケルまたはマンガンを微量に含むニッケルマンガンとし、電鋳によりシームレスのパイプ７７とする。または、ＳＵＳ（ステンレス）のパイプを押し出し、引き抜きにより製造しても良い。
【００３７】
図７、図８、図９に示すように、定着装置１は加圧ローラ６０の両端を受けて支持する滑り軸受である軸受７４を有している。軸受７４は耐熱性のある材質ＰＰＳの樹脂によって構成されている。図８、図９に示すように、軸受７４は、円弧状をなし、加圧ローラ６０の円周の半分以上の部分において加圧ローラ６０の両端を下方から支持している軸受部７５と、この軸受部７５と一体であって軸受７４を所定位置に固定するための座部７６とを有している。
【００３８】
軸受７４は座部７６に形成された孔７８に図示しないねじを通して図７に示す不動部材７９にねじ止めすることにより固定される。両軸受部７５の間隔は、加圧ローラ６０の回転摩擦が小さくなるように、加圧ローラ６０の長手方向言い換えるとスラスト方向における位置決めを良好に行うように決定される。なお図７において符号８３は、加熱ローラ５９の軸受３１を支持した不動部材を示している。
【００３９】
図６、図９、図１０、図１１に示すように、圧接部材７１は、加圧ローラ６０におけるパイプ７７の内周面との対向位置に、定着部１６に所定幅を持たせるための曲面８２を有している。曲面８２は曲率半径が１８〜２０ｍｍとされている。図１１に示す曲面長さｆは定着部１６の巾すなわちニップ巾が定着に十分な巾となるようにされる。圧接部材７１は、厚さ０．８ｍｍ〜２ｍｍの板金を屈曲成形したものである。
【００４０】
図６、図７、図９、図１０、図１１に示すように、曲面８２上には、加圧ローラ６０におけるパイプ７７の内周面と当接する耐熱性の不織布８０が配設されている。不織布の厚さｅは、２ｍｍ〜３ｍｍとされている。これにより、両ローラ５９、６０が回転する際の異音を防止するとともに、パイプ７７と圧接部材７１との摺動性を確保することで、加圧ローラ６０をムラなく回転させ、ジターを防止している。
【００４１】
不織布８０とパイプ７７との摺動性を向上するため、不織布８０には粘度１０００ＣＳ〜３０００ＣＳのシリコーンオイルを含浸させてある。図１２に示すように、パイプ７７との摺動性を向上させるため、不織布８０上に、厚さ２５μｍ〜５０μｍのポリイミドフィルムや、厚さ５０μｍ〜１２０μｍのフッ素樹脂フィルム（ＰＴＦＥフィルム）等のフィルム８１を被覆するようにしても良い。
【００４２】
ばね７３による圧接部材７１に対する付勢力すなわち加圧力は、トナーの特性によっても左右されるが、一般的に、定着部１６のニップ長さが３１６ｍｍであるとき、ニップ巾１ｍｍあたり１０Ｎ〜２０Ｎの圧力となり、定着部１６の面積１ｍｍ２あたり３０ｍＮ〜６０ｍＮとなるように設定される。
【００４３】
このように、加圧ローラ６０は、超薄肉のシームレスのパイプ７７を基材としているため、加圧ローラ６０が低熱容量化されており、立ち上がりが早く、且つ環境温度が低温時でも、両ローラ５９、６０の回転開始による加熱ローラ５９の温度低下を抑制しているとともに、圧接部材７１を備えていることにより定着に必要十分な加圧力を与え、定着性が良好となっている。また、パイプ７７がシームレスであって継ぎ目がないため、継ぎ目からの破損や、加圧力が継ぎ目部分において集中する等して加圧力が不均一となり定着性までもが不均一となるという不具合もない。
【００４４】
また従来は、加圧力をトナーを定着するのに必要な圧力とすれば、ニップ幅が小さくなりすぎて定着不良となり、また、必要なニップ巾を得るために加圧力を大きくすると、トナーを定着するのに必要な圧力以上の圧力をかけてしまうといったように、加圧力とニップ巾との間には相反する関係があった。
【００４５】
しかし、本定着装置１においては、パイプ７７が薄肉であるとともに、圧接部材７１により加圧力を生じるようにし、この圧接部材７１は曲面８２を有し、この曲面長さｆが必要なニップ巾を得られる長さとし、主に曲面８２によりニップ巾を決定する構成としたので、かかる曲面８２を有する圧接部材７１をパイプ７７に押し当てることにより必要なニップ巾を得て定着性を良好にしている。
【００４６】
また、圧接部材７１を小さな加圧力、具体的には上述したトナーを定着するのに必要な圧力で、パイプ７７に押し当てることにより、加熱ローラ５９が薄肉であるにもかかわらず、撓みが小さく、しわの発生を防止した、高品質の定着を行う定着装置を実現している。さらに、圧接部材７１により加圧力を発生させることから、軸受７４により加圧する必要がないため、軸受により加圧力を発生させていた従来の構成において生じていた、不要な加圧ローラの変形を防止して、ジャムがなく良好な搬送性を保つ定着装置を実現している。
【００４７】
図１３に示すように、加圧ローラ６０は、パイプ７７の表面上に厚さ８０μm〜２５０μmのシリコーンゴム層８４を有していても良い。シリコーンゴム層８４は、加圧ローラ６０の表面において金属製のパイプ７７が剥き出しになっていると、加熱ローラ５９を傷つけたり、シート状媒体の搬送力が低下する等の不具合が生じる恐れがあり、これを防止するために設けるものである。
【００４８】
シリコーンゴム層８４は、通紙領域Ｘの範囲より大きな範囲においてパイプ７７を覆うことを要する。シリコーンゴム層８４はパイプ７７の全体を覆うようにすることができ、この場合には特に加熱ローラ５９を傷つけることを完全に防止できる。シリコーンゴム層８４は摩擦抵抗が大きいので、シート状媒体の通過中においても、通紙領域Ｘ外において加熱ローラ５９に従動して回転するため、シート状媒体の搬送力を向上してシート状媒体の良好な搬送性にも寄与する。
【００４９】
図１４に示すように、加圧ローラ６０は、パイプ７７の表面上に厚さ２０μm〜５０μmのフッ素樹脂層８５を有していても良い。フッ素樹脂層８５は、定着装置１を備える画像形成装置が特に両面画像形成を行うことが可能である場合など、一度画像形成を行ったシート状媒体の裏面に画像形成を行うときの定着の際、シート状媒体のすでに画像を形成された面が加圧ローラ６０に当接し、加圧ローラ６０の表面の離型性が低いと、この表面にトナーが付着して汚れる不具合が生じる可能性があり、加圧ローラ６０の表面が汚れると、トナーがシート状媒体に再転写してシート状媒体の汚れを生じ、最悪の場合には、加圧ローラ６０にシート状媒体が巻き付きジャムを生じる恐れがあり、これを防止するために設けるものである。
【００５０】
フッ素樹脂層８５は、通紙領域Ｘに含まれる、図示しない画像領域の範囲より大きな範囲においてパイプ７７を覆うことを要する。フッ素樹脂層８５はフッ素樹脂のチューブをパイプ７７に被せることで形成することができる。フッ素樹脂層８５は、トナーの静電極性がマイナスの場合には、導電性を多少有する、表面抵抗１×１０８Ω〜１×１０１２Ωのものとし、トナーの静電極性がプラスの場合には、表面抵抗１×１０１４Ω以上の絶縁性の高いものとする。
【００５１】
フッ素樹脂は離型性が良く、またトナーの極性に応じて抵抗を変えることが容易であるため、加圧ローラ６０に不要なトナーが付着しにくく、加圧ローラ６０の汚れを防止でき、上述した裏面画像形成時すなわち両面画像形成時におけるシート状媒体の汚れやジャムを防止することができ、安全性の高い高品質の定着画像を得ることができる定着装置に寄与する。
【００５２】
図１５に示すように、パイプ７７の表面に、上述したシリコーンゴム層８４を形成し、このシリコーンゴム層８４上に上述したフッ素樹脂層８５を形成しても良く、このように構成すれば、図１３、図１４に沿って述べた、シリコーンゴム層８４、フッ素樹脂層８５による作用効果を同時に奏するものとすることができる。
【００５３】
図１７、図１８に示したような厚いゴム層６８を有する従来の加圧ローラを使用した場合には、連続定着を行うと熱膨張で外径が大きくなるとともにゴム硬度が柔らかくなり、ニップが大きくなるためにトナー像及びシート状媒体に与える熱量が過多となりシート状媒体がカールするという不具合があったが、加圧ローラ６０を以上述べたように構成すると、ゴム層を使用しないか、使用しても非常に薄いため、連続定着を行っても熱膨張がほとんど無く、定着初期、連続定着中によらずニップ巾に変化が生じず、シート状媒体のカールを防止し、高品質の定着物を得る定着装置に寄与する。
【００５４】
また、加熱ローラ５９と加圧ローラ６０とは、それぞれ薄肉円筒状となっていることから低熱容量化が図られ、両ローラ５９、６０が回転しても加圧ローラ６０が加熱ローラ５９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おり、定着装置１のウォーミングアップタイムは短縮されている。具体的には、画像形成装置２０は、加熱ローラ５９の径φが３０ｍｍ、ヒータ６が７００Ｗ〜８００Ｗとした定着装置１において、ウォーミングアップタイムが５秒〜１４秒と非常に短くなっており、使用勝手が非常に良いものとなっている。
【００５５】
このことから、ヒータ６による加熱は必要最小限の時間だけ行えば良く、したがってヒータ６を明滅させる制御手段は、画像形成装置２０における画像形成終了時、言い換えると定着装置１における定着終了時、または画像形成終了後１分以内、言い換えると定着装置１における定着終了後１分以内に、ヒータ６による加熱を停止し、定着装置１を待機モードとするようになっている。
【００５６】
画像形成装置２０はこのような構成であって、シート状媒体の線速が１２０ｍｍ／ｓ〜１６０ｍｍ／ｓで画像形成を行うものであるが、かかる千速はかかる範囲に限られるものではなく、より高速でシート状媒体を搬送しつつ画像形成を行うものであっても、本発明を適用することで適当なニップを形成すること等で、良好な画像形成を行うように自在に構成することができるものである。
【００５７】
本実施例は以上の構成により、操作者による所定の操作により、画像形成装置２０の電源が投入され、又は待機状態から動作状態に移行すると、定着装置１が上述のように構成されていることにより、制御手段の制御によって早期に所定の設定温度となって立上りが完了し、画像形成及び定着が可能な状態となる。
【００５８】
操作者が画像形成を開始する周知の操作を行うと、感光体ベルト２５の方向Ａへの回転にともない、感光体ベルト２５は帯電装置２７より帯電され、露光光２９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２６により現像され、感光体ベルト２５上に形成されたトナー像がレジストローラ３０によって所定のタイミングで搬送されてきたシート状媒体上に転写される。
【００５９】
シート状媒体はトナー像を転写された後、ローラ６２の曲率によって感光体ベルト２５から分離し、定着装置１に進入しガイド板５２によって定着部１６に案内される。シート状媒体は加熱ローラ５９の回転及びこれに従動回転する加圧ローラ６０の回転により搬送されつつ、定着部１６においてトナー像を構成しているトナーが加熱加圧されシート状媒体上に溶融定着される。
【００６０】
ヒータ６による加熱及び加圧ローラ６０の低熱容量化により、加熱ローラ５９が回転を開始しても定着に支障が出るほどの温度低下を生じることがなく、また連続定着が行われる場合であっても、定着を中断して再加熱を行う必要が生じることもないとともに、シート状媒体の撓み、しわ、カール、トナー汚れも生じず、良好な定着が行われる。定着後のシート状媒体は、排紙ローラ１３により搬送されて画像形成装置２０本体上部に位置する排紙トレイ１４に排出される。画像形成終了後、画像形成装置２０は早期に待機モードに入り、消費電力を抑えつつ、次の画像形成に備える。
【００６１】
以上は本発明を熱ローラ対タイプの定着装置に適用した場合を説明したが、本発明は、図１６に示すようなベルト定着装置に適用することもできる。以下、上述の例と同様の構成については同じ符号を付して詳しい説明を省略し、異なる部分について主に説明する。なお、トナー像を構成するトナーの図示は省略している。
【００６２】
図１６に示すように、定着装置１は、トナーを定着されるシート状媒体Ｐを搬送するための回転部材として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、定着ベルト２との当接領域であるニップ部としての定着部１６において定着ベルト２の回転方向Ｂと同方向Ｃに回転する加圧部材としての加圧ローラ６０とを有している。
【００６３】
定着装置１はまた、加熱ローラ３の内部に備えられた加熱手段としてのヒータ６と、定着部１６を通過したシート状媒体を定着ベルト２から分離するための分離部材としての分離板７０と、トナー像を担持したシート状媒体を定着部１６に向けて案内する案内手段としてのガイド板５２等を有している。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は定着ローラ４から離間する向きに付勢されている。
【００６４】
加圧ローラ６０は、図２、図６ないし図１５に沿って説明したものと同様の構成である。本例では、圧接部材７１の備えられた曲面８２が、上述の例では凹面であったのと異なり、凸面となっている。このように、曲面８２は、形成すべき定着部１６の形状に応じて種々の曲面形状とすることができる。
【００６５】
定着ベルト２は、耐熱性樹脂であるポリイミド樹脂の厚さ１００μｍの基体の表層上に２００μｍの高離型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。基体は、耐熱性樹脂としては、ポリイミド樹脂のほか、ポリアミドイド、ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等であってもよく、また、ステンレス製、ニッケル製等の金属製でも、ゴム製でもよい。可撓性等を考慮すると厚さは１００μｍ以下のものが望ましい。
【００６６】
離型層は離型性のほか耐熱性、耐久性に優れたものが好ましい。よって、離型層は高離型シリコンゴムのほかフッ素型樹脂等を用いた耐熱離型層とすることが望ましい。フッ素樹脂の場合は、吹き付け等により基体表面に塗装した後、加熱融着することで離型層を形成する。また、高離型シリコンゴム層は、ゴム高度２５〜６５度（ＪＩＳ  Ａ硬度計）、厚さが１００〜３００ｕｍの範囲が良好な定着性及び熱応答性を得る条件として望ましい。
【００６７】
定着ベルト２の表面には、基体上にシリコンゴム等の弾性体層を設け、さらにその弾性体層の上にフッ素樹脂、ＰＦＡチューブ等の離型層を設けると、シート状媒体としてＯＨＰシートを用いた場合の透明性を確保できるとともに、均一に定着を行うことで、良好な定着画像を得ることができる。
【００６８】
定着ローラ４は、径を４０ｍｍとされ、鋼性の金属パイプによって構成されている基体としての芯金９と、この芯金９を被覆し定着部１６の幅を十分な広さにするための、弾性体層１０とを有している。弾性体層１０は、耐熱多孔質の発泡シリコンゴム製であって、柔らかく断熱性のあるものである。
【００６９】
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６０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。
【００７０】
加熱ローラ３は、径を５０ｍｍとされ、芯金は熱伝導性の良好なアルミニウム製の薄肉ローラのパイプであって長手方向の温度ムラを防止されており、肉厚を５ｍｍとされている。芯金表面は定着ベルト２との摩擦による磨耗を防止するためアルマイト処理されている。芯金の中心にヒータ６が内蔵されている。芯金は炭素鋼やステンレス鋼、銅等であってもよい。
【００７１】
加熱ローラ３と加圧ローラ６０とは、それぞれ薄肉円筒状となっていることから低熱容量化が図られている。加熱ローラ３、加圧ローラ６０を低熱容量とすることにより、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。ヒータ６は、加熱ローラ３を介して定着ベルト２を加熱するものである。
【００７２】
以上本発明を適用した定着装置及び画像形成装置について説明したが、加熱手段としてのヒータは加熱ローラに限らず定着ローラに配設してもよい。ヒータを何れに配設するにしても、回転部材はヒータにより直接・間接に加熱されるため、ヒータにより加熱されることに変わりはない。本実施例の画像形成装置は単色の画像を形成するものであるが、カラー画像を形成するものであっても良い。
【００７３】
【発明の効果】
本発明は、加熱手段により加熱される回転部材と、この回転部材に当接し同回転部材との当接領域において同回転部材と同方向に回転する加圧ローラとを有し、上記当接領域にシート状媒体を通しトナー像を加熱・加圧してシート状媒体に定着する定着装置において、上記加圧ローラは薄肉のシームレスパイプを有しており、上記加圧ローラの内側に配設され、同加圧ローラをその内側から上記回転部材に圧接する圧接部材を有するので、加圧ローラが低熱容量化されており、立ち上がりが早く、且つ環境温度が低温時でも、回転部材、加圧ローラの回転開始による回転部材の温度低下を抑制しているとともに、圧接部材を備えていることにより定着に必要十分なニップ巾及び加圧力を与え、定着性が良好となっており、また、シームレスパイプは継ぎ目がないため、継ぎ目からの破損や、加圧力が継ぎ目部分において集中する等して加圧力が不均一となり定着性までもが不均一となるという不具合もなく、さらに、圧接部材を小さな加圧力で、シームレスパイプに押し当てることにより、回転部材が薄肉であっても、撓みが小さく、しわの発生を防止した、高品質の定着を行うことができるとともに、圧接部材により加圧力を発生させることから、加圧ローラの軸受により加圧する必要がないため、軸受により加圧力を発生させていた従来の構成において生じていた、不要な加圧ローラの変形を防止して、ジャムがなく良好な搬送性を保つことができる定着装置を提供することができる。
【００７４】
圧接部材が、上記加圧ローラとの対向位置に、上記当接領域に所定幅を持たせるための曲面を有することとすれば、加圧ローラが薄肉のシームレスパイプを有することと併せて、従来の、加圧力をトナーを定着するのに必要な圧力とすれば、ニップ幅が小さくなりすぎて定着不良となり、また、必要なニップ巾を得るために加圧力を大きくすると、トナーを定着するのに必要な圧力以上の圧力をかけてしまうといったように、加圧力とニップ巾との間には相反する関係があるという問題を解決し、曲面により所望のニップ形状を形成するとともに、必要なニップ巾を得て定着性を良好にした定着装置を提供することができる。
【００７５】
圧接部材が、上記曲面上に、上記加圧ローラに当接する耐熱性の不織布を有することとすれば、回転部材及び加圧ローラが回転する際の異音を防止するとともに、加圧ローラと圧接部材との摺動性を確保することで、加圧ローラをムラなく回転させ、ジターを防止できるので良好な定着を行うことができるとともにユーザーの信頼性の高い定着装置を提供することができる。
【００７６】
加圧ローラの両端を、同加圧ローラの円周の半分以上の部分において受けて支持する滑り軸受を有することとすれば、加圧ローラが薄肉であっても必要以上の加圧ローラの変形を抑制し、良好な搬送性を有し、ジャムの発生を防止した、ユーザーの信頼性の高い定着装置を提供することができる。
【００７７】
本発明は、請求項１ないし４の何れか１つに記載の定着装置を有する画像形成装置にあるので、上述の各効果を奏する定着装置を備え、良好な定着を行うことで、良好な画像形成を行うことができるとともに、ウォーミングアップ時間が短く、立ち上がりが早い画像形成装置を提供することができる。
【００７８】
画像形成終了時、または画像形成終了後１分以内に、上記加熱手段による加熱を停止することとすれば、立ち上がりが早いので使い勝手を損なうことがないとともに、無駄な電力を消費しないので、環境に対する配慮に優れているとともにユーザーの信頼性の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れを有する画像形成装置の概略を示す側面図である。
【図２】図１に示した画像形成装置に備えられた定着装置の側視図である。
【図３】図２に示した定着装置に備えられた加熱ローラの正断面図である。
【図４】図２に示した定着装置に備えられた加熱ローラの斜視図である。
【図５】図２に示した定着装置に備えられた加熱ローラの内周面に形成されたリブの形状を示す正断面図である。
【図６】図７のVI−VI断面図である。
【図７】図２に示した定着装置の正面図である。
【図８】図２に示した定着装置に備えられた加圧ローラの軸受を示す斜視図である。
【図９】図７のIX−IX断面図である。
【図１０】図２に示した定着装置に備えられた圧接部材及び不織布を示す拡大図である。
【図１１】図１０に示した圧接部材の拡大図である。
【図１２】不織布の外側にフィルムを被覆した例を示す斜視図である。
【図１３】加圧ローラがシリコーンゴム層を有する例の定着装置の正面図である。
【図１４】加圧ローラがフッ素樹脂層を有する例の定着装置の正面図である。
【図１５】加圧ローラがシリコーンゴム層及びシリコーンゴム層上にフッ素樹脂層を有する例の定着装置の正面図である。
【図１６】図１に示した画像形成装置に備えられた定着装置の別の例を示す側視図である。
【図１７】従来の加圧ローラの側視図である。
【図１８】従来の加圧ローラの斜視図である。
【符号の説明】
１    定着装置
２    回転部材としての定着ベルト
６    加熱手段
７    加熱手段
１６    回転部材と加圧ローラとの当接領域
２０    画像形成装置
５９    回転部材としての加熱ローラ
６０    加圧ローラ
７１    圧接部材
７４    滑り軸受
７７    シームレスパイプ
８０    不織布
８２    曲面
Ｂ    回転部材の回転方向
【図１】
0003987345.tif 000002
【図２】
0003987345.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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