JP2005049682A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウォ−ムアップが短く、かつ、温度ばらつきの少ない、かつ定着ベルトの設定温度を安定に保ちやすい定着装置を提供すること。
【解決手段】押圧ロール１と、支持ロール３と、押圧ロール１と支持ロール３とにより張架される無端状の定着ベルト２と、定着ベルト２を介して押圧ロール１に加圧される加圧ロール７と、定着ベルト２の押圧ロール１側に配置された光源４とを備え、光源４は、定着ベルト２と支持ロール３との両方に光を照射するものであり、かつ、支持ロール３はヒートパイプ構造をなしたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機、ＦＡＸ（ファクシミリ装置）、プリンタ等の電子写真プロセスを利用した電子写真機器に使用され、記録紙上のトナーを定着させる定着装置に関するものである。

従来の定着装置としては、例えば特許文献１のように、定着ベルトを複数のロールで張架し、定着ベルトの加熱を行うための熱源を内部に備えた加熱ロールを加圧ロールの対向側に配置しない構成としたものがある。この構成では、加熱ロールの剛性が弱くて良く、この為、加熱ロールの肉厚を薄くし、熱容量を低減し、ウォ−ムアップ時間の短縮を図ることが可能となる。しかしながら、特許文献１の構成では、大きく二つの課題がある。一つ目の課題は、ウォ−ムアップ時間のさらなる短縮が困難であるということである。熱源により加熱ロールを昇温し、加熱ロールから定着ベルトに伝熱し昇温する構成であるため、定着ベルトの設定温度よりも加熱ロールの方を高温にする必要がある。加熱ロールの肉厚をさらに薄くし、加熱ロール自身の熱容量の低減を行い、ウォ−ムアップ時間の短縮を図ることも考えられる。しかし、加熱ロールから定着ベルトへの伝熱量は、加熱ロールと定着ベルトとの温度差に依存する部分が大きく、やはり、加熱ロールの温度を定着ベルトの設定温度よりもかなり高温にする必要があり、ウォ−ムアップ時間の短縮は思うように実現できない。二つ目の課題は、定着ベルトの設定温度からのばらつきが生じ易いことである。定着ベルトを用い、熱容量を低減することにより、ウォ−ムアップ時間の短縮を図ることはできるが、熱容量を低減したため、定着ベルトの伝熱能力も同時に低下し、定着ベルト設定温度からのばらつきが大きくなってしまう。例えば、１枚の記録紙を定着装置に通紙した場合、定着ベルトの回転方向において、記録紙の接触が開始した部分の両側において温度ばらつきが生じる。つまり、記録紙と接触する直前の部分の方が温度が高く、接触した部分の方が温度が低くなってしまう。また、種々の幅の異なる記録紙を用いた場合、幅の短いサイズの記録紙を連続で定着すると、軸の端部の温度が上昇し、中央部と端部とでの温度ばらつきが非常に大きくなってしまう。

一つ目の課題を解決するために、例えば特許文献２の様な提案がなされている。図１１は、特許文献２に記載された従来の定着装置を示すものである。

図１１において、１０１は加熱ロールであり、金属製のローラ軸１０１ａに、シリコーンゴムやフッ素ゴムなどのゴム層１０１ｂから形成されている。１０２は無端状の定着ベルトであり、加熱ロール１０１と支持軸１０３ａと支持軸１０３ｂとで張架されている。１０４はハロゲンランプであり、定着ベルト１０２の内側に配置され、加熱ロール１０１および定着ベルト１０２に対し、内側から光を照射する。そして、図示なき温度検知手段の検知温度に従い、定着ベルト１０２が所望の温度となるよう加熱、保温する。また、１０５は反射板であり、ハロゲンランプ１０４を覆うように配置され、その一方側が、定着ベルト１０２が加熱ロール１０１に対して接触して巻回される部分に向けて開口されている。１０７は加圧ロールであり、アルミニウム製の管部材１０７ａにシリコーンゴムやフッ素ゴムなどのゴム層１０７ｂが形成されている。加熱ロール１０１と加圧ロール１０７は定着ベルト１０２を介し、図示なき手段にて押圧されている。１０８は、その上にトナー像１０９が形成された記録紙であり、図示なき手段にて、定着ベルト１０２と加圧ロール１０７とで形成されるニップまで搬送され、このニップを通過することにより、熱と圧力とにより、トナー像１０９が記録紙１０８に定着される。本方式では、定着ベルト１０２を直接ハロゲンランプ１０４にて加熱するものであるため、非常に熱効率良く、定着ベルト２の昇温が行え、ウォ−ムアップ時間の短縮を図ることができる。

二つ目の課題を解決するために、例えば特許文献３の様に、定着ベルトを張架する複数の軸の一つにヒートパイプを備えたものが提案されている。ヒートパイプとは、真空状態にしたパイプの中に、適量の作動液とその還流を促進するウィックを装備した熱伝導体である。高温部にて作動液が気化し、潜熱を奪い蒸気となり、この蒸気が圧力差により低温部に移動し、そこで冷却され、潜熱を放出し、液化する。これにより、高温部の熱が低温部に移動し、温度の均一化が可能となる。そして、液化した作動液は、ウィックにより、還流し、元に戻る。このヒートパイプは、非常に熱伝導能力が高く、温度の均一化が図れるものとして非常に優れたものである。本構成では、ヒートパイプ構造の軸を備えているため、定着ベルトの温度の均一化を図ることができる。

さらに、特許文献２と特許文献３とを単純に組み合わせることも考えられる。具体的には、図１１において、支持軸１０３ａまたは支持軸１０３ｂのどちらかをヒートパイプ構造としたものである。本構成により、ウォ−ムアップ時間の短縮と定着ベルトの温度均一性との両立を図ることが可能と考えられる。
特開平５−８０６６６号公報 特開２００２−７２７３１号公報 特開２００２−１８９３６４号公報

しかしながら、特許文献２と特許文献３とを単純に組み合わせた方法では、ヒートパイプ構造の軸の温度について何ら考慮しておらず、ヒートパイプ構造の軸の温度は昇温された定着ベルトからの伝熱によって決まる。定着ベルトが設定温度になった時点では、ヒートパイプ構造の軸は、定着ベルトの温度よりかなり低温となっている。このような状態では、ヒートパイプ構造の軸を備えることにより、ヒートパイプ構造の軸方向の温度の均一化を図ることは可能であるが、その温度を設定温度に保持することは困難となる。

定着ベルトが設定温度になった時、定着ベルトのヒートパイプ構造の軸に接触する前後での温度差は大きいが、設定温度に達してからある時間経過した後では、定着ベルトとヒートパイプ構造の軸との温度がほぼ同一温度となり、この場合、定着ベルトのヒートパイプ構造の軸に接触する前後での温度差はなくなる。したがって、定着ベルトの設定温度は一定でも、その折りのヒートパイプ構造の軸の温度により、ヒートパイプ構造の軸との接触後の温度は異なるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ウォ−ムアップが短く、かつ、温度ばらつきの少ない、かつ定着ベルトの設定温度を安定に保ちやすい定着装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の定着装置は、押圧ロールと、支持ロールと、押圧ロールと支持ロールとにより張架される無端状の定着ベルトと、定着ベルトを介して押圧ロールに加圧される加圧ロールと、定着ベルトの押圧ロール側に配置された光源とを備え、光源は、定着ベルトと支持ロールとの両方に光を照射するものであり、かつ、前記支持ロールはヒートパイプ構造をなしているものである。

本構成では、支持ロールはヒートパイプ構造としているため、定着ベルトに温度差が生じる場合でも、支持ロールの良好な熱伝導性により、定着ベルトの温度の均一化が図れる。また、支持ロールにも光源からの光が照射されることにより、定着ベルトの加熱と同時に支持ロールの加熱も行われる。定着ベルトのみを加熱する場合に比べ、支持ロールも加熱する場合は、定着ベルトと支持ロールとの温度差も低減することができる。これにより、定着ベルトの支持ロールに接触する前後での温度差を小さくでき、定着ベルトの設定温度を安定に保ちやすくなる。したがって、熱容量を小さくしすることによりウォ−ムアップを短くした定着ベルトを用いた定着装置において、定着ベルトの温度ばらつきが少なく、かつ定着ベルトの設定温度を安定に保ちやすい定着装置を提供することができる。

また、押圧ロールと、支持ロールと、押圧ロールと支持ロールとにより張架される無端状の定着ベルトと、定着ベルトを介して押圧ロールに加圧される加圧ロールと、定着ベルトの押圧ロール側に配置された光源とを備え、光源は、定着ベルトと支持ロールとの両方に光を照射するものであり、かつ、支持ロールは、中空円筒状芯金と、中空円筒状芯金内に保持され、中空円筒状芯金の軸方向に移動可能な伝熱体と、伝熱体が流出しないように中空円筒状芯金の両側面を封止する封止部材と、伝熱体を中空円筒状芯金の軸方向に移動させる伝熱体撹拌手段とから構成され、伝熱体撹拌手段により、伝熱体が軸方向に撹拌されることにより、軸方向の温度の均一化を図るものである。

本構成においても、ヒートパイプ構造をなした支持ロールを用いた場合と同様、熱容量を小さくしすることによりウォ−ムアップを短くした定着装置において、定着ベルトの温度ばらつきが少なく、かつ定着ベルトの設定温度を安定に保ちやすい定着装置を提供することができる。さらに、本構成の支持ロールは、伝熱体撹拌手段により、伝熱体を軸方向に撹拌し、伝熱体の温度を軸方向に均一とし、これにより、中空円筒状芯金の温度を均一にするものである。伝熱体の気化、液化による潜熱を移動させる方法ではなく、温度差のある伝熱体自身を撹拌し、それにより熱を移動させる方法であるため、伝熱体の撹拌さえ十分行えば、熱の軸方向への移動の限界は、ほぼ、中空円筒状芯金から伝熱体への伝熱の限界によって決まる。したがって、従来のヒートパイプを用いたものより、さらに温度の均一な定着ベルトを備えた定着装置を提供することができる。

また、伝熱体撹拌手段は、中空円筒状芯金の内部にあり、中空円筒状芯金と一体となり相対速度なく回転可能に配置され、かつ、中空円筒状芯金が軸を中心に回転する間に、少なくとも伝熱体撹拌手段の一部分が伝熱体に接触するよう配置されており、中空円筒状芯金の軸を中心とした回転により、伝熱体を前記中空円筒状芯金の軸方向に移動させるものである。

本構成によって、中空円筒状芯金の回転の力により、伝熱体の撹拌を行うことにより、何ら特別な駆動力を備える事がなく、構成の簡単な定着装置を提供することができる。

また、伝熱体撹拌手段の主たる支持は、封止部材部分、または、中空円筒状芯金の両端部分で行うものである。

本構成によって、少なくとも中空円筒状芯金の両端部分以外では、中空円筒状芯金に対し、伝熱体以外は接触しない。これにより、中空円筒状芯金の熱容量が少ない場合でも、中空円筒状芯金の両端部分以外に、局所的に熱が奪われる部分がなく、支持ロールの温度の均一化が図りやすい。これにより、温度の均一な定着ベルトを備えた定着装置を提供することができる。

また、中空円筒状芯金の軸方向に対し垂直方向の断面において、中空円筒状芯金の軸方向への伝熱体の流れの方向が複数に分割されているものである。

本構成によって、伝熱体の流れを例えば、軸に平行な方向に対し、左から右へ流れる部分と、右から左へ流れる部分とを明確に分割したことにより、伝熱体が中空円筒状芯金内をスムーズに循環することができる。これにより、温度の均一な定着ベルトを備えた定着装置を提供することができる。

また、中空円筒状芯金の回転を支持し、中空円筒状芯金と同軸にかつ、中空円筒状芯金に対し回転自在な回転支持軸を備え、伝熱体撹拌手段は、回転支持軸に一体で形成され、中空円筒状芯金と回転支持軸とが相対回転する間に、少なくとも伝熱体撹拌手段の一部分が伝熱体に接触するよう配置されたものであり、中空円筒状芯金と回転支持軸との相対回転により伝熱体を中空円筒状芯金の軸方向に移動させるものである。

本構成によっても、伝熱体撹拌手段は、回転支持軸に一体で形成されているため、少なくとも中空円筒状芯金の両端部分以外では、中空円筒状芯金に対し、伝熱体以外は接触しない。これにより、中空円筒状芯金の熱容量が少ない場合でも、中空円筒状芯金の両端部分以外に、局所的に熱が奪われる部分がなく、支持ロールの温度の均一化が図りやすい。これにより、温度の均一な定着ベルトを備えた定着装置を提供することができる。また、伝熱体撹拌手段が中空円筒状芯金に対し、相対的に回転可能に支持したことにより、中空円筒状芯金が静止状態で伝熱体撹拌手段が回転する場合、または中空円筒状芯金が回転状態で伝熱体撹拌手段も回転する場合でもどちらでも用いることができる。また、中空円筒状芯金の回転方向に対し、伝熱体撹拌手段が逆方向の回転であっても好ましく用いることができる。さらに、伝熱体撹拌手段の伝熱体との相対移動速度を自在に大きくすることが可能であり、伝熱体の中空円筒状芯金の軸方向への移動量、移動速度を大きくすることが可能であるため、より温度の均一な定着ベルトを備えた定着装置を提供することができる。

また、伝熱体撹拌手段は、中空円筒状芯金内部に保持され、永久磁石または磁性体の少なくともどちらか一方を含んでなる撹拌子と、撹拌子に与える磁場を変化させる磁場変更手段とから構成され、磁場変更手段による磁場の変化により撹拌子を中空円筒状芯金の軸方向に移動させるものである。

本構成では、撹拌子を磁力により移動させ、それにより伝熱体を移動させる方法であるため、伝熱体を安定して移動させやすい。したがって、安定して温度の均一性が得られる定着ベルトを備えた定着装置を提供することができる。

また、光源から照射される光を反射する反射手段を備え、反射手段は、光源から照射される光が、押圧ロールに直接当たることなく、かつ、反射手段により定着ベルト側に反射されるように光源と押圧ロールとの間に配置されたものである。

本構成によって、光源から押圧ロール方向に照射された光は、反射手段により反射され、押圧ロールに照射されることなく、定着ベルト側に照射される。これにより、光源から照射された光は効率良く定着ベルトと支持ロールに照射されることになる。これにより、光源から照射された光は、定着ベルトと支持ロールを加熱するのに有効に用いられ、ウォ−ムアップ時間の短い定着装置を提供することができる。

また、定着ベルトは、複数の層からなり、押圧ロールに接する面以外の部分に、光源から照射される光を吸収する光吸収処理が施されたものである。

本構成によって、光源から照射された光を吸収し、熱に変換する主たる部分を定着ベルトの押圧ロール側の表面から、定着ベルトの内部に持ってくることができる。発熱部分を
定着ベルト内部に持ってくることにより、押圧ロールと定着ベルトとが接する部分において、定着ベルトで発生した熱が押圧ロールに逃げにくくなる。これにより、光源からの光を定着ベルトの温度上昇に有効に利用でき、ウォ−ムアップ時間の短い定着装置を提供することができる。

また、光吸収処理は、定着ベルトの複数の層の界面のうち、少なくとも一つの界面の表面粗さが、押圧ロールに接する面の表面粗さよりも大きくなるようにしたものである。

本構成によって、何ら特別な部材を加えることない光吸収処理が実現できるため、低コストにて、光源からの光を定着ベルトの温度上昇に有効に利用でき、ウォ−ムアップ時間の短い定着装置を提供することができる。また、複層の層の接合において、その界面の粗度をもうけることにより、接触面積を増大させ、定着ベルトの接合強度の向上も図ることが可能である。

また、押圧ロールは、少なくともその表層にゴムまたはスポンジからなる断熱層を備えたものである。

本構成によって、定着ベルトで発生した熱が押圧ロールに伝わり難くすることができるため、定着ベルトの温度を上昇させやすくなり、ウォ−ムアップ時間の短い定着装置を提供することができる。

また、温度検知手段を備え、温度検知手段は、定着ベルトの両端部の少なくともいずれか一方の端部で、かつ、定着ベルトの押圧ロールの反対側の面で、かつ定着ベルトと加圧ロールとで形成されるニップを通過させる記録紙に接触しない部分に接触するように配置されたものである。

本構成では、定着ベルトの温度を均一化する能力高い支持ロールを備えているため、定着ベルトの軸方向の温度ばらつきを少なくできており、例えば、定着ベルトの中央部と両端部とでの温度差も少なくできている。これにより、定着ベルトの温度検知は、その定着ベルトの両端部にて行うことが可能となる。従来、定着ベルトでは、中央部と両端部とでは温度ばらつきが生じるという課題と、温度検知手段と定着ベルトとの摺動により、その摺動部では定着ベルトが劣化するという課題のため、温度検知手段は定着ベルトの内側に備えていた。この場合、温度検知手段を取り付けるためのスペースを設けるため定着ベルトの周長を大きくとる必要があり、それが熱容量の増加となり、ウォ−ムアップ時間が長くなるという課題につながっていた。しかしながら、本構成では、定着ベルトの両端部の記録紙に接触しない部分に配置することができ、熱容量の増加がなく、ウォ−ムアップ時間の短い定着装置を提供することができる。

また、温度検知手段を備え、温度検知手段は、支持ロールの両端部の少なくともいずれか一方の端部で、かつ、定着ベルトと接触しない部分に接触するように配置されたものである。

本構成によって、支持ロールも定着ベルトと同時に加熱するため、支持ロールと定着ベルトとの温度差を低減することができ、これにより、支持ロールでの温度検知により、定着ベルトの温度制御が可能となる。これにより、温度検知手段を定着ベルトの内側に備える必要がなく、熱容量の増加がなく、ウォ−ムアップ時間の短い定着装置を提供することができる。

本発明によれば、熱容量を小さくしすることによりウォ−ムアップを短くした定着ベルトを用いた定着装置において、定着ベルトの温度ばらつきが少なく、かつ定着ベルトの設定温度を安定に保ちやすい定着装置を提供することができる。

以下本発明の実施の形態について、図を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における定着装置の概略構成図である。

図１において、１は、押圧ロールであり、外形φ２０ｍｍのステンレスからなる軸１ａとその外周に形成された厚さ５ｍｍの断熱層１ｂから構成されている。断熱層１ｂは、断熱性と耐熱性と弾性の観点から、その材質としてはシリコーンスポンジ、発泡ポリイミド等が好ましく用いられ、本実施の形態ではシリコーンスポンジを使用している。２は、無端状の周長１５０ｍｍの定着ベルトであり、押圧ロール１と支持ロール３によって張架されている。支持ロール３は、ヒートパイプ構造をなしたものである。この構造の詳細を図２に示す。３ａはアルミニウムからなる中空円筒状芯金であり、その内周面にウイック層３ｂを形成し、封止手段３ｃによって中空円筒状芯金３ａの両側面を封じ、内部に作動液３ｄを封入したものである。ウィック層３ｂは、極細線の心材を網の目状に中空円筒状芯金３ａの内壁に沿って形成したものである。また、作動液３ｄとしては純水を用いている。

図１において、４は光源としてのハロゲンランプであり、定着ベルト２の内側から光を照射する。ハロゲンランプ４の発光長は２２０mmであり、１００Ｖの印可にて７００Ｗの出力が得られるものを使用している。５は反射手段としての反射板であり、ハロゲンランプ４から押圧ロール１方向に照射された光を、反射板５により反射し、押圧ロール１に照射することなく、定着ベルト２側に照射する。６は熱電対等からなる温度検知手段であり、定着ベルト２の温度を検知する。定着ベルト２の定着時の設定温度は１７０℃としている。７は加圧ロールであり、外形φ３０ｍｍ、肉厚３mmのアルミニウム製パイプからなる基材７ａ上に、０．０５mm厚のポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）からなる離型層７ｂが形成されたものである。押圧ロール１と支持ロール３と加圧ロール７はそれぞれ、その両端部分にて図示なき手段にて回転可能に支持されている。押圧ロール１と加圧ロール７とは図示なき手段にて定着ベルト２を介して所望の力で加圧されている。８は記録紙であり、定着ベルト２に接する側には、図示なき手段にて、トナー像９が形成されている。

ここで、定着ベルト２の詳細を説明する。図３は、定着ベルト２の詳細断面図である。定着ベルト２は、厚さ１８８μｍのポリイミドからなる基材２ａ上に厚さ５０μｍポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）からなる離型層２ｃが形成されている。基材２ａ外周側の面には、光吸収処理として、ブラスト処理、化学処理等により適度な粗度が設けられている。その粗度としては、中心線平均粗さＲａが、０．５μｍ以上１０μｍ以下が好ましく、さらには、１μｍ以上５μｍ以下が好ましい。本実施の形態では、Ｒａを２μｍとしている。そして、離型層２ｃは、厚さ２０μｍの接着剤２ｂを介して接合されている。

次に動作について図１、図４を用いて説明する。図１において、まず、図示なき手段にて押圧ロール１を矢印の方向へ回転させ、それと同時にハロゲンランプ４に図示なき通電制御手段により通電する。そして、温度検知手段６での検知温度をもとに、通電制御手段によりハロゲンランプ４の通電を制御し、定着ベルト２を１７０℃に加熱保温する。この状態にて、図示なき手段にて、記録紙８を定着ベルト２と加圧ロール７とで形成されるニップまで搬送し、ニップを通過させることにより、トナー像９を記録紙８に定着することができる。

次に、支持ロール３をヒートパイプ構造にしたものと、通常のパイプ構造のものとでの定着ベルト２の軸方向の温度分布についての実験を行った。

実験方法は、定着ベルト２を１７０℃に加熱保温した状態から、幅１２０ｍｍ、長さ２９７ｍｍの記録紙を連続５０枚通紙し、通紙終了直後の定着ベルト２の温度分布を測定した。この時の、定着ベルト２の軸方向に対して中央部での温度を測定しながらハロゲンランプ４の点灯制御を行った。また、定着ベルト２の走行速度は１００mm／ｓである。

図４（ａ）は、支持ロール３としてヒートパイプ構造を備えない場合の定着ベルト２の温度分布であり、図４（ｂ）は、支持ロールにヒートパイプ構造を備えた場合の定着ベルト２の温度分布である。ヒートパイプ構造を備えていない場合は、定着ベルト２の記録紙８が接触する通紙領域の中央部は１７０℃であるが、記録紙８が接触しない非通紙領域は２１０℃にまで上昇する。通紙領域は記録紙８との接触により記録紙８に熱が奪われて行くが、その通紙領域の温度を検知し、ハロゲンランプ４の通電を制御しているため、１７０℃に維持することができる。一方、非通紙領域は、記録紙８に直接熱が奪われることがなく、ハロゲンランプ４からの照射はあるため、どんどん温度が上昇する。これに対し、ヒートパイプ構造を備えた場合は、通紙領域の中央部の１７０℃に対し、非通紙領域は１７３℃であり、３℃の上昇に抑えることができる。これは、ヒートパイプ構造により、支持ロール３の軸方向への熱の伝導能力が向上したことによる効果である。

かかる構成によれば、支持ロール３はヒートパイプ構造としているため、定着ベルト２に温度差が生じる場合でも、支持ロール３の良好な熱伝導性により、定着ベルト２の温度の均一化が図れる。また、支持ロール３にもハロゲンランプ４からの光が照射されることにより、定着ベルト２の加熱と同時に支持ロール３の加熱も行われる。定着ベルト２のみを加熱する場合に比べ、支持ロール３も加熱する場合は、定着ベルト２と支持ロール３との温度差も低減することができる。これにより、定着ベルト２の支持ロール３に接触する前後での温度差を小さくでき、定着ベルト２の設定温度を安定に保ちやすくなる。

また、かかる構成によれば、ハロゲンランプ４から押圧ロール１方向に照射された光は、反射板５により反射され、押圧ロール１に照射されることなく、定着ベルト２側に照射される。これにより、ハロゲンランプ４から照射された光は効率良く定着ベルト２と支持ロール３に照射されることになる。これにより、ハロゲンランプ４から照射された光は、定着ベルト２と支持ロール３を加熱するのに有効に用いられ、ウォ−ムアップ時間の短い定着装置を提供することができる。

また、かかる構成によれば、押圧ロール１に接する面以外の部分に、ハロゲンランプ４から照射される光を吸収する光吸収処理が施されたものであるため、ハロゲンランプ４から照射された光を吸収し、熱に変換する主たる部分を定着ベルト２の押圧ロール１側の表面から、定着ベルト２の内部に持ってくることができる。発熱部分を定着ベルト２内部に持ってくることにより、押圧ロール１と定着ベルト２とが接する部分において、定着ベルト２で発生した熱が押圧ロール１に逃げにくくなる。これにより、ハロゲンランプ４からの光を定着ベルト２の温度上昇に有効に利用でき、ウォ−ムアップ時間の短い定着装置を提供することができる。

また、かかる構成によれば、定着ベルト２の複数の層の界面のうち、少なくとも一つの界面の表面粗さが、押圧ロール１に接する面の表面粗さよりも大きくなるようにした光吸収処理がなされたことにより、何ら特別な部材を加えることない光吸収処理が実現できるため、低コストにて、ハロゲンランプ４からの光を定着ベルト２の温度上昇に有効に利用でき、ウォ−ムアップ時間の短い定着装置を提供することができる。また、複層の層の接合において、その界面の粗度をもうけることにより、接触面積を増大させ、定着ベルト２の接合強度の向上も図ることが可能である。

また、かかる構成によれば、押圧ロール１は、少なくともその表層にゴムまたはスポンジからなる断熱層７ｂを備えたことにより、定着ベルト２で発生した熱が押圧ロール１に伝わり難くすることができるため、定着ベルト２の温度を上昇させやすくなり、ウォ−ムアップ時間の短い定着装置を提供することができる。

なお、本実施の形態において、ハロゲンランプ４の光を反射板５にて反射したが、これは、ハロゲンランプ４のガラス管部の一部分に白色セラミックをコートし、この白色セラミックを反射面として使用することも可能である。

また、本実施の形態では、光吸収処理として、定着ベルト２の複数の層の界面のうち、少なくとも一つの界面の表面粗さが、押圧ロール１に接する面の表面粗さよりも大きくなるようにしたものを用いたが、これは、接着層２ｂにカーボンブラックなどの着色剤を配合する方法や、さらに、光を吸収し易い材料からなる層を追加することなども好ましく用いることができる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における定着装置の温度検知手段６の配置場所を示す図である。実施の形態１に対して、温度検知手段６の配置場所を変更したものである。図５において、温度検知手段６は、図示なき保持手段により、定着ベルト２の端部で、かつ、定着ベルト２の押圧ロール１の反対側の面で、かつ定着ベルト２と加圧ロール７とで形成されるニップを通過させる記録紙８に接触しない部分に接触するように配置した。

本実施の形態では、定着ベルト２の温度を均一化する能力高い支持ロール３を備えているため、定着ベルト２の軸方向の温度ばらつきを少なくできており、例えば、定着ベルト２の中央部と両端部とでの温度差も少なくできている。これにより、定着ベルト２の温度検知は、その定着ベルト２の両端部にて行うことが可能となる。従来、定着ベルト２では、中央部と両端部とでは温度ばらつきが生じるという課題と、温度検知手段６と定着ベルト２との摺動により、その摺動部では定着ベルト２が劣化するという課題のため、温度検知手段６は定着ベルト２の内側に備えていた。この場合、温度検知手段６を取り付けるためのスペースを設けるため定着ベルト２の周長を大きくとる必要があり、それが熱容量の増加となり、ウォ−ムアップ時間が長くなるという課題につながっていた。

かかる構成によれば、温度検知手段６の配置場所を変更したことにより、熱容量の増加がなく、ウォ−ムアップ時間の短い定着装置を提供することができる。

なお、本実施の形態では、温度検知手段６は、定着ベルト２の端部に配置したが、これは、図６に示すように、支持ロール３の両端部の少なくともいずれか一方の端部で、かつ、定着ベルトと接触しない部分に接触するように配置することも可能である。支持ロール３も定着ベルト２と同時に加熱するため、支持ロール３と定着ベルト２との温度差を低減することができ、これにより、支持ロール３での温度検知により、定着ベルト２の温度制御が可能となる。これにより、温度検知手段６を定着ベルト２の内側に備える必要がなく、熱容量の増加がなく、ウォ−ムアップ時間の短い定着装置を提供することができる。

（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３における定着装置に用いる別の構成の支持ロール３を示す図である。実施の形態１と異なるのは、ヒートパイプ構造をなした支持ロール３に変えて、別の構造の支持ロール３を備えたことである。

１１は外形φ２０mm、肉厚０．５mm、長さ２５０mmのアルミニウム製の中空円筒状芯金であり、その内部に液体からなる伝熱体１２を保持している。中空円筒状芯金１１の内側には、シリコーン系、又はフッ素系の撥水処理が施されている。１３は、封止部材であり、アルミニウムからなる外輪１３ａと、耐熱性の良好なフェノール樹脂からなる内輪１３ｂとからなる。また、内輪１３ｂの伝熱体１２に接する側には金属膜１３ｃが形成されている。さらに、内輪１３ｂには中空円筒状芯金１１の回転を支持するステンレス等の金属からなる回転支持軸１４が圧入されている。封止部材１３は、中空円筒状芯金１１と溶接により接合している。これにより、伝熱体１２が気化状態であっても、完全な封止が可能となる。１５は伝熱体撹拌手段であり、複数の撹拌羽根１５ａと、撹拌支持軸１５ｂと、撹拌支持軸固定部１５ｃとから構成されている。撹拌羽根１５ａ、撹拌支持軸１５ｂ、撹拌支持軸固定部材１５ｃは、中空円筒状芯金１１の両端部にて接合されており、これにより、伝熱体撹拌手段１５は中空円筒状芯金１１の回転に伴い、相対速度なく回転する。撹拌羽根１５ａは、伝熱体１２と接触し、撹拌羽根１５ａの回転により、中空円筒状芯金１１の軸方向への伝熱体１２の流れを発生させる。なお、図の理解を容易にするため、撹拌羽根１５ａと撹拌支持軸１５ｂの断面形状の記載はしていない。

伝熱体１２は、水を主成分としたものであり、それに消泡剤を添加したものである。消泡剤としてはシリコーン系のエマルジョン型、または、自己乳化型が好ましく用いられる。本実施の形態では、エマルジョン型のＫＭ９８（信越化学（株）製）を用いており、その添加量は、１００ｐｐｍとした。界面活性剤の使用により、水の表面張力を低減し、伝熱体１２の流動性を向上させることも検討したが、気泡の発生により、伝熱体１２の流動が妨げられ易いため、消泡剤の使用の方が適していた。また、伝熱体１２の封入量は中空円筒状芯金１１内部の空間体積に対し、１０％〜７０％の体積が好ましく、さらに好ましくは、３０％〜６０％であり、本実施の形態では５０％としている。１６は大気連通手段であり、中空円筒状芯金１１の端部の一部分をその近傍部分より薄肉化したものである。

次に、動作について説明する。支持ロール３が矢印の方向に回転すると、撹拌羽根１５ａと伝熱体１２との接触により、伝熱体１２は、支持ロール３の軸方向に移動する。この時、伝熱体１２に軸方向の温度ばらつきがある場合、温度の異なる伝熱体１２どうしが混ざり合い伝熱体１２の温度の均一化が図られる。これにより、軸方向への伝熱を行うことができる。この支持ロール３を図１の定着装置えることにより、ヒートパイプ構造をなした支持ロール３を備えた場合と同様、定着ベルト２の温度の均一化を図っている。

また、大気連通手段１６は、通常時は常に大気と不連通であり、異常時、支持ロール３の温度が異常に上昇し、支持ロール３内部の圧力が異常に高まった場合のみ大気連通となるように設定している。これにより、異常時、支持ロール３の温度が使用温度を超え、異常な高温になり、支持ロール３内部の圧力が高まっても、その場合、大気連通手段１６により、気化した蒸気を外部に放出し、支持ロール３内部の圧力の低減を可能とし、支持ロール３の破壊による危険を防止している。

また、伝熱体１２には消泡剤を添加し、かつ、中空円筒状芯金１１の伝熱体１２に接する部分には撥水処理がなされているため、中空円筒状芯金１１に伝熱体１２の薄膜が形成されることがなく、中空円筒状芯金１１と伝熱体１２との良好な熱伝達を維持している。

かかる構成によれば、伝熱体撹拌手段１５により、伝熱体１２が軸方向に撹拌され、異なる温度の伝熱体１２が混ざり合い、均一温度の伝熱体１２となる。これにより、中空円筒状芯金１１の温度を軸方向に均一化し、これにより、支持ロール３に接触する定着ベルト２の温度の均一化を図ることが可能となる。伝熱体１２の気化、液化による潜熱を移動させるいわゆるヒートパイプと異なり、温度差のある伝熱体１２自身を撹拌し、それにより熱を移動させる方法であるため、伝熱体１２の撹拌さえ十分行えば、熱の軸方向への移動の限界は、ほぼ、中空円筒状芯金１１から伝熱体１２への伝熱の限界のみで決まる。したがって、従来のヒートパイプ構造からなる支持ロール３を備えた場合よりも、さらにより温度の均一な定着ベルト２を備えた定着装置を提供することができる。

また、かかる構成によれば、定着装置の駆動時には、必ず回転する支持ロール３自身の回転により伝熱体１２を撹拌する構成により、何ら特別な駆動手段を備えることなく伝熱体１２の撹拌を行うことができる。

また、支持ロール３では、伝熱体撹拌手段１５の支持は、中空円筒状芯金１１の両端部分で行っている。これにより、少なくとも中空円筒状芯金１１の両端部分以外では、伝熱体１２以外とは接触しない。中空円筒状芯金１１の中央部で伝熱体撹拌手段１５の主たる支持を行うと、その支持部から中空円筒状芯金１１の熱の移動が起こり、中空円筒状芯金１１の温度むらが生じる。その温度むらが生じる支持ロール３では、支持ロール３に接触させる部材の温度の均一化を行うのは困難である。これに対し、本支持ロール３では、少なくとも中空円筒状芯金３の両端部分以外では、伝熱体１２以外は接触しない。これにより、支持ロール３の温度の均一化が図れ、より温度の均一な定着ベルト２を備えた定着装置を提供することができる。

なお、本実施の形態では、伝熱体撹拌手段１５は中空円筒状芯金１１の端部にて接合保持したが、これは封止部材１３との接合により保持してもよい。さらに、伝熱体撹拌手段１５の主たる支持が、中空円筒状芯金１１の端部、または封止部材１３で行いさえすれば、例えば伝熱体撹拌手段１５の一部分が中空円筒状芯金１１の端部以外の部分に接触していても何ら問題ない。

また、伝熱体１２として、水に消泡剤を添加したものを用いたが、水のみでも使用可能であり、さらには、水以外の液体、例えば、メタノール、アンモニア等も用いることができる。

また、回転支持軸１４が撹拌支持軸１５ｂをかね、さらに撹拌支持軸固定部材１５ｃを不要とした構成でも構わない。

（実施の形態４）
図８は、本発明の実施の形態４における定着装置に用いる別の構成の支持ロール３を示す図である。実施の形態３と異なるのは、伝熱体流路形成部材１７を備え、中空円筒状芯金１１の軸方向に対し垂直方向の断面において、中空円筒状芯金１１の軸方向への伝熱体１２の流れの方向を複数に分割したものである。伝熱体撹拌部材１５は、撹拌羽根１５ａと撹拌支持軸１５ｂと撹拌支持軸固定部材１５ｃと中空円筒状芯金１１の内側かつ撹拌羽根１５ａの外側に配置されたパイプ状の伝熱体流路形成部材１７とから構成され、その伝熱体流路形成部材１７は図示なき手段にて中空円筒状芯金１１の両端部にて固定されている。中空円筒状芯金１１が図示なき手段にて回転すると、撹拌羽根１５ａも同様に回転し、伝熱体流路形成部材１７内部の伝熱体１２は矢印の方向に移動する。これにより、伝熱体流路形成部材１７外部の伝熱体１２は矢印の方向に移動する。つまり、伝熱体流路形成部材１７の内側と外側とで、伝熱体１２の流れの方向が軸方向に対し逆向きとしたものである。

図７に示す支持ロール３では、軸方向への伝熱体１２の流れを発生しているが、例えば、伝熱体１２が右方向へ移動した場合、どこかは左方向への移動が生じる。その場合、少なくともどこかでは右方向の移動と左方向の移動とがぶつかり合う場所が生じ、伝熱体１２の移動がスムーズに行われ難くなってしまう場合がある。

これに対し、本支持ロール３では、伝熱体１２の流れを、軸に平行な方向に対し、左から右へ流れる部分と、右から左へ流れる部分とを明確に分割したことにより、伝熱体１２の中空円筒状芯金１１内での循環をスムーズの行うことができる。これにより、支持ロール３の温度均一化能力が向上し、より温度の均一な定着ベルト２を備えた定着装置を提供することができる。

なお、本実施の形態では、伝熱体流路形成部材１７は中空円筒状芯金１１の両端部にて固定したが、これは撹拌支持軸１５ｂ、撹拌羽根１５ａ、封止手段１３のいずれに固定した物でも構わない。

また、伝熱体流路形成部材１７を、撹拌羽根１５ａと同一工法により同時に形成した物でも構わない。

また、本実施形態では、伝熱体流路形成部材１７の内側に撹拌羽根１５ａを備えたが、撹拌羽根１５ａを伝熱体流路形成部材１７の外側に備えた物でも構わない。

さらに、伝熱体流路形成部材１７の内面、外面に撥水膜を形成し、伝熱体１２の移動性を向上させることも好ましく用いることができる。

（実施の形態５）
図９は、本発明の実施の形態５における定着装置に用いる別の構成の支持ロール３を示す図である。実施の形態３と異なるのは、実施の形態３の撹拌羽根１５ａを備えた回転支持軸１４を中空円筒状芯金１１に対し、相対的に回転可能に支持したことである。封止部材１３としては、金属環、ゴム、バネからなる回転用オイルシールを用いている。また、図示なき手段にて、回転支持軸１４は中空円筒状芯金１１に対し、相対的に回転される。伝熱体１２との相対的回転速度は、実施の形態３では、中空円筒状芯金１１の回転速度によって決まるが、本実施の形態では、回転支持軸１４の回転速度を可変とすることにより、自由に設定することが可能である。また、回転支持軸１４の回転速度が速ければ速いほど、伝熱体１２の軸方向への移動量は、多くなり、軸方向の温度の均一化能力は向上する。

かかる構成によれば、回転支持軸１４が中空円筒状芯金１１に対し、相対的に回転可能に支持したことにより、中空円筒状芯金１１が静止状態で撹拌羽根１５ａが回転する場合、または中空円筒状芯金１１が回転状態で撹拌羽根１５ａも回転する場合でもどちらでも用いることができる。また、中空円筒状芯金１１の回転方向に対し、撹拌羽根１５ａが逆方向の回転であっても好ましく用いることができる。

さらに、撹拌羽根１５ａの伝熱体１２との相対移動速度を自在に大きくすることが可能であるため、伝熱体１２の中空円筒状芯金１１の軸方向への移動量、移動速度を大きくすることが可能である。これにより、温度の均一な定着ベルト２を備えた定着装置を提供することができる。

なお、本実施形態では、封止部材１３にオイルシールを使用しているが、この場合、水蒸気は微量ではあるが透過する。そのため、伝熱体１２が水を主成分とした場合は、極力低温で使用するのが好ましく、また、伝熱体１２として不揮発性の液体を使用するのも好ましい。

（実施の形態６）
図１０は、本発明の実施の形態６における定着装置に用いる別の構成の支持ロール３を示す図である。１８は撹拌子であり、その断面が楕円形状であり、鉄の芯材１８ａに対し、その表面に被覆層１８ｂとしてクロムメッキ層を設けたものである。被覆層１８ｂとしては、金属だけでなく、例えば、フッ素系樹脂等も用いることができる。１９ａは磁石からなる磁場形成部材であり、フェライト系、希土類系、それらを樹脂に混ぜ込んだプラスチック系の永久磁石や、さらには電磁石のいずれでも好ましく用いることができ、本実施の形態では、コストの観点からフェライト系の永久磁石を用いている。磁石１９ａは、保持台１９ｂとボールねじ１９ｃとにより、中空円筒状芯金１１の軸方向に往復動可能に支持されている。この磁石１９ａと保持台１９ｂとボールねじ１９ｃとで磁場変更手段が構成されている。さらに撹拌子１８と磁場変更手段１９とにより、伝熱体撹拌手段１５が構成されている。

次に動作について説明する。まず、中空円筒状芯金１１の軸方向に温度ばらつきがある状態から考える。この時、伝熱体１２にも軸方向に温度ばらつきが生じている。ここで、図示なき駆動手段によりボールねじ１９ｃを矢印の方向に回転させる。すると、保持台１９ｂは磁場形成部材１９ａを保持したまま矢印の方向に移動する。この移動に伴い、撹拌子１８と磁場形成部材１９ａとの磁力により、撹拌子１８は矢印の方向に移動する。この移動に伴い、伝熱体１２にも中空円筒状芯金１１の軸方向への流れが生じる。この流れにより、伝熱体１２の軸方向への撹拌が行われる。また、中空円筒状芯金１１は非磁性材料から形成している。これにより、撹拌子１８と磁場形成部材１９ａとで作られる磁場が中空円筒状芯金１１によって弱められることがない。これにより、撹拌子１８に対し、力を十分に伝える事ができ、撹拌子１８を確実に移動させることができている。また、撹拌子１８には被覆層１８ｂを備えている。これにより、撹拌子１８自身が高温、または、撹拌子１８の周りが高温となった場合においても、撹拌子１８が腐食することなく、初期の特性を維持する事ができている。

かかる構成によれば、本構成では、撹拌子１８を磁力により移動させ、それにより伝熱体１２を移動させる方法であるため、伝熱体１２を安定して移動させやすい。

これにより、支持ロール３の温度均一化能力が向上し、温度の均一な定着ベルト２を備えた定着装置を提供することができる。

なお、本実施の形態では、撹拌子１８に磁性体を用い、磁場形成部材１９ａに磁石を用
いたが、これは、撹拌子１８が磁石で磁場形成部材１９ａが磁性体であってもよく、さらには、撹拌子１８と磁場形成部材１９ａ共に磁石であっても構わない。

本発明にかかる定着装置は、記録紙上に形成されたトナー像を定着するという効果を有し、複写機、ＦＡＸ（ファクシミリ装置）、プリンタ等の電子写真プロセスを利用した電子写真機器に適用される。

本発明の実施の形態１における定着装置の概略構成図 本発明の実施の形態１における支持ロールの詳細断面図 本発明の実施の形態１における定着ベルトの詳細断面図 本発明の実施の形態１における定着ベルトの温度分布を示す図 本発明の実施の形態２における温度検知手段の配置を示す概略図 本発明の実施の形態２における温度検知手段の別の配置を示す概略図 本発明の実施の形態３における、別の形態の支持ロールを示す断面図 本発明の実施の形態４における、別の形態の支持ロールを示す断面図 本発明の実施の形態５における、別の形態の支持ロールを示す断面図 本発明の実施の形態６における、別の形態の支持ロールを示す断面図 従来の定着装置の概略構成図

符号の説明

１ 押圧ロール
２ 定着ベルト
４ 光源（ハロゲンランプ）
５ 反射手段（反射板）
６ 温度検知手段
７ 加圧ロール
１１ 中空円筒状芯金
１２ 伝熱体
１３ 封止部材
１４ 回転支持軸
１５ 伝熱体撹拌手段
１７ 伝熱体流路形成部材
１８ 撹拌子
１９ 磁場変更手段

Claims (13)

1. 押圧ロールと、
   支持ロールと、
   前記押圧ロールと前記支持ロールとにより張架される無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトを介して前記押圧ロールに加圧される加圧ロールと、
   前記定着ベルトの前記押圧ロール側に配置された光源とを備え、
   前記光源は、前記定着ベルトと前記支持ロールとの両方に光を照射するものであり、
   かつ、前記支持ロールはヒートパイプ構造をなしていることを特徴とする定着装置。
2. 押圧ロールと、
   支持ロールと、
   前記押圧ロールと前記支持ロールとにより張架される無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトを介して前記押圧ロールに加圧される加圧ロールと、
   前記定着ベルトの前記押圧ロール側に配置された光源とを備え、
   前記光源は、前記定着ベルトと前記支持ロールとの両方に光を照射するものであり、
   かつ、前記支持ロールは、
   中空円筒状芯金と、
   前記中空円筒状芯金内に保持され、前記中空円筒状芯金の軸方向に移動可能な伝熱体と、
   前記伝熱体が流出しないように前記中空円筒状芯金の両側面を封止する封止部材と、
   前記伝熱体を前記中空円筒状芯金の軸方向に移動させる伝熱体撹拌手段とから構成され、
   前記伝熱体撹拌手段により、前記伝熱体が軸方向に撹拌されることにより、軸方向の温度の均一化を図るものであることを特徴とする定着措置。
3. 伝熱体撹拌手段は、中空円筒状芯金の内部にあり、前記中空円筒状芯金と一体となり相対速度なく回転可能に配置され、かつ、前記中空円筒状芯金が軸を中心に回転する間に、少なくとも前記伝熱体撹拌手段の一部分が伝熱体に接触するよう配置されており、前記中空円筒状芯金の軸を中心とした回転により、前記伝熱体を前記中空円筒状芯金の軸方向に移動させることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. 伝熱体撹拌手段の主たる支持は、封止部材部分、または、中空円筒状芯金の両端部分で行うものであることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
5. 中空円筒状芯金の軸方向に対し直交する断面において、前記中空円筒状芯金の軸方向への伝熱体の流れの方向が複数に分割されていることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
6. 中空円筒状芯金の回転を支持し、前記中空円筒状芯金と同軸にかつ、前記中空円筒状芯金に対し回転自在な回転支持軸を備え、
   伝熱体撹拌手段は、前記回転支持軸に一体で形成され、前記中空円筒状芯金と前記回転支持軸とが相対回転する間に、少なくとも前記伝熱体撹拌手段の一部分が伝熱体に接触するよう配置されたものであり、前記中空円筒状芯金と前記回転支持軸との相対回転により前記伝熱体を前記中空円筒状芯金の軸方向に移動させることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
7. 伝熱体撹拌手段は、中空円筒状芯金内部に保持され、永久磁石または磁性体の少なくともどちらか一方を含んでなる撹拌子と、前記撹拌子に与える磁場を変化させる磁場変更手段とから構成され、前記磁場変更手段による磁場の変化により前記撹拌子を前記中空円筒状芯金の軸方向に移動させることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
8. 光源から照射される光を反射する反射手段を備え、
   前記反射手段は、前記光源から照射される光が、押圧ロールに直接当たることなく、かつ、前記反射手段により定着ベルト側に反射されるように前記光源と前記押圧ロールとの間に配置されたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の定着装置。
9. 定着ベルトは、複数の層からなり、押圧ロールに接する面以外の部分に、光源から照射される光を吸収する光吸収処理が施されたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の定着装置。
10. 光吸収処理は、定着ベルトの複数の層の界面のうち、少なくとも一つの界面の表面粗さが、押圧ロールに接する面の表面粗さよりも大きくなるようにしたものであることを特徴とする請求項９に記載の定着装置。
11. 押圧ロールは、少なくともその表層にゴムまたはスポンジからなる断熱層を備えたものであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の定着装置。
12. 温度検知手段を備え、前記温度検知手段は、定着ベルトの両端部の少なくともいずれか一方の端部で、かつ、前記定着ベルトの押圧ロールの反対側の面で、かつ前記定着ベルトと加圧ロールとで形成されるニップを通過させる記録紙に接触しない部分に接触するように配置されたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の定着装置。
13. 温度検知手段を備え、前記温度検知手段は、支持ロールの両端部の少なくともいずれか一方の端部で、かつ、定着ベルトと接触しない部分に接触するように配置されたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の定着装置。

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