JP2011059574A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着装置のフリッカを防止するとともにウォームアップ時間を短縮することが可能な定着装置及びこれを備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】カーボンヒータ５の発熱強度分布の２方向への赤外線指向性を利用して、カーボンヒータ５の赤外線Ｄ２の一方で定着ローラ３を加熱すると共に、もう一方の赤外線Ｄ１で透明な加熱ローラ４を介して定着ベルト２を加熱することによって、良好な熱効率で定着ローラ３と定着ベルト２を加熱することが可能となっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真技術を利用した複写機やプリンタなどの画像型性装置に使用される定着装置に係り、特に、定着装置のウォームアップ時間を短縮することが可能な定着装置及びこれを備えた画像形成装置に関するものである。

電子写真方式による画像形成装置では、記録材としての用紙に未定着のトナー像を定着させるために、内部に熱源を有する加熱ローラと、定着ローラと、該加熱ローラと定着ローラ間に張架された定着ベルトと、定着ベルトを介して定着ローラを押し付ける加圧ローラとを備えた定着装置が広く利用されている。このような定着装置における加熱ローラとしては、通常、例えばアルミニウムなどの金属芯金により構成されており、この芯金の内部の熱源としてはハロゲンヒータランプが用いられている。
しかしながら、上記の一般的な定着装置では、以下の２つの問題がある。一つは、ハロゲンヒータランプを点灯させた場合に、通電開始と同時に大きな突入電流が流れ、その点灯回路に大きな電圧変動が起こり、その結果ハロゲンヒータランプと共通の電源系統に接続された照明機器などにフリッカ（人間が感じる「ちらつき感」）が発生するという問題である。二つめの問題は、定着ベルト表面が所定の温度に昇温してトナーを用紙に定着させることが可能となるまでのウォームアップ時間が長くなるという問題である。なぜなら、この方式では、ハロゲンヒータランプのフィラメントから放出される赤外線は、加熱ローラの金属芯金内面を加熱するために使用されているために、ハロゲンヒータランプからトナーへの熱の伝達が、ハロゲンランプヒータ→加熱ローラの金属芯金内面→金属芯金の熱伝導→定着ベルト→トナーと多くの経路を経た間接的であるために、最終的なトナーを加熱するまでに時間を要するようになる。

そこで、例えば、特許文献１においては、加熱定着ローラの芯金内部に、熱源として、低温時におけるカーボン発熱体の抵抗値が大きいために、ランプの点灯に伴う突入電流がきわめて小さいカーボンランプヒータを用いることでフリッカを低減するとともに、カーボンランプヒータから放射される赤外線に対して高い吸収率を有する赤外線吸収材料で加熱定着ローラを形成することでウォームアップ時間を短縮する構成が提案されている。しかしながら、この特許文献１記載のものでは、トナーを加熱する加熱手段と共に、加圧ローラによって押圧されて、トナーに加圧力を付与する加圧手段としても機能する加熱定着ローラのために、芯金として所定の機械的強度が要求されて比較的厚手の芯金が使用される。その結果、トナーを加熱する定着ローラの外周面を所定温度までに加熱するには、比較的長時間を要することになり、ウォームアップ時間の短縮には限界がある。

また、特許文献２では、発熱体をガラス管内に封入したカーボンヒータの当該ガラス管（ランプ素管）を加熱定着ローラとして使用し、カーボンヒータからの赤外線によって直接、用紙上のトナー像を加熱する構成が提案されている。しかしながら、この特許文献２記載のものでは、前記ガラス管の外周面にトナーが被着し易く、所謂、高温オフセットが発生し易いという問題がある。特に、坪量６０ｇ／ｍ²以下の薄紙においては、溶融したトナーの粘着によって用紙ごと加熱定着ローラへ巻きついてしまう用紙ジャムを招くこととなる。
また、特許文献３では、定着ローラの外周面の近傍にカーボンヒータを配設して、このカーボンヒータによって定着ローラの外周面を加熱することによってウォームアップ時間の短縮を図ることが提案されている。しかしながら、この特許文献３記載のものでは、定着ローラとして、トナーを溶かし用紙に定着させるために、用紙を挟圧する加圧ローラとのニップを持たせる必要がある。このため、この定着ローラでは、厚いゴム層を有して加圧ローラを押付けることで、ニップ部を形成するが、厚いゴム層があることで、熱容量が増え、温度を安定させることが難しくなり、ウォームアップ時間の短縮と画像品質の確保は、困難である。

本発明は、上記実情を考慮してなされたものであり、定着装置のフリッカを防止するとともにウォームアップ時間を短縮することが可能な定着装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、無端状の定着ベルトと、当該定着ベルトを張架して当該定着ベルトを加熱する加熱ローラと、前記定着ベルトを張架して当該定着ベルトを介して記録材を加圧ローラと共に加圧する定着ローラとを備えた定着装置において、前記定着ベルトは、少なくとも、透明管からなる前記加熱ローラの当該定着ベルトの巻きつけ面と前記定着ローラの当該定着ベルトの非巻き付け外周面との間に配設されるカーボンヒータの一方の発熱面によって加熱された前記加熱ローラと当該カーボンヒータの他方の発熱面によって加熱された前記定着ローラとによって加熱され、前記定着ローラに巻き付けられた前記定着ベルトとの接点間を結ぶ第１基準線に対する前記カーボンヒータの発熱面の角度θ、前記加熱ローラに巻きつけられた前記定着ベルトの当該加熱ローラとの接点間を結ぶ第２基準線に対する前記カーボンヒータの発熱面の角度をβとした時に、当該θ及びβの少なくとも一方を、−３０°〜＋３０°の範囲内となるように当該カーボンヒータの発熱面を配設させたことを特徴とする。
また、請求項２の発明は、請求項１記載の定着装置において、前記θ及びβの少なくとも一方が０°になるように、前記カーボンヒータの発熱面を配設したことを特徴とする。

また、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、前記加熱ローラは、透明石英ガラス管で構成され、当該透明石英ガラス管の外周面に巻き付けられた定着ベルトが前記カーボンヒータによって当該透明石英ガラス管を通じて加熱されることを特徴とする。
また、請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の定着装置において、前記カーボンヒータは、前記二つの発熱面を有する発熱体を封入するガラス管で構成され、当該ガラス管の外周面を前記定着ローラの非巻き付け外周面に当接させることを特徴とする。
また、請求項５の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の定着装置において、前記カーボンヒータは、前記二つの発熱面を有する発熱体を封入するガラス管で構成され、当該ガラス管の外周面を前記定着ベルトの内周面に当接させることを特徴とする。
また、請求項６の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の定着装置において、前記加熱ローラは、前記二つの発熱面を有する発熱体を封入するガラス管で構成されたカーボンヒータであり、当該ガラス管に前記定着ベルトを張架したことを特徴とする。
また、請求項７の発明は、請求項１乃至６のいずれか１項記載の定着装置において、前記加熱ローラの前記定着ベルトの巻き掛け角度を少なくとも１００°にすることを特徴とする。

また、請求項８の発明は、請求項１乃至７のいずれか１項記載の定着装置において、前記定着ローラの外周面および前記定着ベルトの内周面は、耐熱性の赤外線吸収材料で構成されていることを特徴とする。
また、請求項９の発明は、請求項１乃至８のいずれか１項記載の定着装置において、前記加圧ローラ及びと前記加熱ローラの温度をそれぞれ検知する温度検知手段を配設し、当該温度検知手段によって検知された前記加圧ローラ及び前記加熱ローラの温度に基づいて、前記カーボンヒータの発熱量を制御することを特徴とする。
また、請求項１０の発明は、請求項９記載の定着装置において、前記加圧ローラの温度検知に基づいて前記定着ベルトの温度を可変にすることを特徴とする。
また、請求項１１の発明は、請求項１乃至１０のいずれか１項記載の定着装置において、前記加圧ローラと前記定着ローラにより形成されたニップ近傍に前記記録材を案内する入り口ガイドを配設したことを特徴とする。
また、請求項１２の発明は、請求項１乃至１１のいずれか１項記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置としたものである。

本発明によれば、定着ベルトは、少なくとも、透明管からなる加熱ローラの当該定着ベルトの巻きつけ面と定着ローラの当該定着ベルトの非巻き付け外周面との間に配設されるカーボンヒータの一方の発熱面によって加熱された前記加熱ローラと当該カーボンヒータの他方の発熱面によって加熱された前記定着ローラとによって加熱され、前記定着ローラに巻き付けられた前記定着ベルトとの接点間を結ぶ第１基準線に対する前記カーボンヒータの発熱面の角度θ、前記加熱ローラに巻きつけられた前記定着ベルトの当該加熱ローラとの接点間を結ぶ第２基準線に対する前記カーボンヒータの発熱面の角度をβとした時に、当該θ及びβの少なくとも一方を、−３０°〜＋３０°の範囲内となるように当該カーボンヒータの発熱面を配設させたことによって、定着装置のフリッカを防止するとともにウォームアップ時間を短縮することが可能な定着装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することができる。

本発明による一実施形態に係わる電子写真装置の概略構成を示す断面図である。 本発明による実施例１に係る定着装置の概略断面図である。 図２の定着装置で使用される定着ベルトの断面図である。 図２の定着装置で使用されるカーボンヒータの断面図である。 定着ベルトの加熱温度を一定になるように温度制御した際の定着ベルト、用紙、加圧ローラの温度変化状態をグラフで示す図である。 本発明による実施例１に係る温度制御法で定着ベルトの温度制御を行なった場合の定着ベルト、用紙、加圧ローラの温度変化状態をグラフで示す図である。 本発明による実施例２に係る定着装置の概略構成を示す断面図である。 本発明による実施例３に係る定着装置の概略構成を示す断面図である。 本発明による実施例４に係る定着装置の概略構成を示す断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
まず、本発明による一実施形態に係る画像形成装置である電子写真装置の概要について、図１に基づいて説明する。
図１は、本発明による一実施形態に係わる電子写真装置の概略構成を示す断面図である。図１において、装置中央部に、一方が回転駆動する支持ローラ１７Ａ、１７Ｂに張架された無端状の転写ベルト１８が配置されており、転写ベルト１８は、一方が回転駆動する支持ローラ１７Ａ、１７Ｂの回転駆動によって、矢印Ａ方向に移送され、記録材としての用紙Ｐを矢印Ａ方向に移送するようになっている。転写ベルト１８の上面には、シアン、マゼンタ、イエロー、黒のトナー像を作像する作像装置２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙ、２２Ｋが配置されている。
これらの作像装置２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙ、２２Ｋは、図示しない駆動モータによって回転駆動されるドラム状の感光体１９Ｃ、１９Ｍ、１９Ｙ、１９Ｋと、これらの感光体１９Ｃ、１９Ｍ、１９Ｙ、１９Ｋの表面を一様に帯電させる帯電ローラ２０と、感光体１９Ｃ、１９Ｍ、１９Ｙ、１９Ｋ上に形成された静電潜像にシアン、マゼンタ、イエロー、黒の各トナーを供給して、当該静電潜像をシアン、マゼンタ、イエロー、黒のトナー像に現像する現像装置２１Ｃ、２１Ｍ、２１Ｙ、２１Ｋとを備えている。

さらに、転写ローラ２５によって、感光体１９Ｃ、１９Ｍ、１９Ｙ、１９Ｋ上に形成されたシアン、マゼンタ、イエロー、黒のトナー像を用紙Ｐ上に転写後に感光体１９Ｃ、１９Ｍ、１９Ｙ、１９Ｋ上に残存するトナーを感光体１９Ｃ、１９Ｍ、１９Ｙ、１９Ｋ表面から除去、クリーニングするクリーニング装置２７を備えている。
また、それら作像装置２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙ、２２Ｋの上方には、シアン、マゼンタ、イエロー、黒の画像情報に応じた露光ＬＣ、ＬＭ、ＬＹ、ＬＫを感光体１９Ｃ、１９Ｍ、１９Ｙ、１９Ｋの表面に照射して、シアン、マゼンタ、イエロー、黒の画像情報に応じた静電潜像を感光体１９Ｃ、１９Ｍ、１９Ｙ、１９Ｋ上に形成する露光手段２３が配置されている。また、転写ベルト１８の下流（図の左方）には、用紙Ｐ上に転写されたトナー像を用紙Ｐ上に定着する定着装置１５と、このようにして定着された用紙Ｐを排出する用紙排出手段２４が配置されている。電子写真装置下部には、所定サイズの用紙Ｐを積層して溜めておく用紙保持手段１６、用紙供給手段１７及びレジストローラ２６が配置されている。
このような構成において、帯電ローラ２０は、各作像装置２２Ｋ〜２２Ｃ毎に感光体１９Ｃ、１９Ｍ、１９Ｙ、１９Ｋの表面を一様に帯電させる。次に、パソコン、イメージスキャナなどによる画像、文字の情報を露光手段２３によりドット単位で露光が行われ、一様に帯電された感光体１９Ｃ、１９Ｍ、１９Ｙ、１９Ｋの表面に静電潜像を形成させる。

その後、シアン、マゼンタ、イエロー、黒の画像情報に応じた静電潜像は、現像装置２１Ｃ、２１Ｍ、２１Ｙ、２１Ｋによりシアン、マゼンタ、イエロー、黒のトナーが供給、現像されることでそれぞれの感光体１９Ｃ、１９Ｍ、１９Ｙ、１９Ｋ上に各色のトナー像として可視化される。
さらに、感光体１９Ｃ、１９Ｍ、１９Ｙ、１９Ｋ上のトナー像形成にあわせて、用紙供給手段１７によって用紙保持手段１６から繰り出された用紙Ｐがレジストローラ２６によってタイミングをあわせて転写ベルト１８に搬送される。そして、転写ベルト１８上に静電気によって保持された用紙Ｐは、転写ベルト１８の移送と共に、各作像装置の感光体１９Ｃ、１９Ｍ、１９Ｙ、１９Ｋと順次接触し、転写ローラ２５から転写バイアスが印加されることによって、各感光体１９Ｃ、１９Ｍ、１９Ｙ、１９Ｋ上に形成された各色のトナー像が用紙Ｐ上に積重して転写されることで、用紙Ｐ上に４色のカラートナー像が形成される。このようにしてカラートナー像が転写された用紙Ｐは、転写ベルト１８から定着装置１５に運ばれ、用紙Ｐ上のカラートナー像は、定着装置１５で、後述するように、加熱、加圧されて用紙Ｐ上に定着され、用紙排出装置２３にて排出される。
一方、上記のようにして、用紙Ｐ上にトナー像を転写した感光体１９Ｃ、１９Ｍ、１９Ｙ、１９Ｋ上に残存したトナーは、クリーニング装置２７で除去され、クリーニングされた感光体１９Ｃ、１９Ｍ、１９Ｙ、１９Ｋは、初期状態に戻って、次の作像動作に備え、同様にして作像動作が繰返される。

次に、本発明における特徴部分である電子写真装置における定着装置について図２〜図４に基づいて説明する。図２は、本発明による実施例１に係る定着装置の概略断面図である。図３は、図２の定着装置で使用される定着ベルトの断面図である。図４は、図２の定着装置で使用されるカーボンヒータの断面図である。
実施例１に係る定着装置１５は、加圧ローラ１、定着ベルト２、定着ローラ３、加熱ローラ４、カーボンヒータ５、温度検知手段６Ａ、６Ｂ、入り口ガイド７、出口ガイド８を備えている。
加圧ローラ１は、図２に示すように、厚さ４．５ｍｍ、直径２３ｍｍの炭素鋼芯金１ａ上にシリコンゴムからなる厚さ３．５ｍｍの弾性層１ｂ及び弾性層１ｂ上に形成されるＰＦＡ（四弗化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合）からなる厚み３０μｍの離型層１ｃを有している。そして、加圧ローラ１は、用紙Ｐと共に定着ベルト２を定着ローラ３に対して押圧し、図示していない駆動手段により矢印Ｂ方向へ回転し、この回転駆動力によって定着ベルト２が矢印Ｃ方向に従動回転するようになっている。

定着ベルト２は、図３に示すように、基材層２ａ、弾性層２ｂ及び離型層２ｃの三層構造である。そして、厚さ７０μｍ、外径φ４５ｍｍの無端状のポリイミドからなる基材層２ａの表面に、トナー画像の画質向上と画質安定化させるために、弾性層２ｂとして厚さ２００μｍのシリコンゴム層を設け、さらにトナーとの離型性を確保するため、厚さ３０μｍのＰＦＡ（四弗化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）で構成する離型層２ｃが形成されている。そして、定着ベルト２は、内接する定着ローラ３と加熱ローラ４で支持、張架されている。また、定着ローラ３及び加熱ローラ４の外周面と内接する定着ベルト２の基材層２ａは、後述するように、カーボンヒータ５によって加熱された際に、カーボンヒータ５からの赤外線を吸収して熱効率を上げるように、カーボンブラック等の赤外線吸収部材が混入されている。
定着ローラ３は、図２に示すように、ステンレス等の芯金３ａ上にシリコンゴム等の耐熱性の弾性部材で形成された弾性層３ｂを有しており、この弾性層３ｂの外周面の一部３ｂ１に定着ベルト２を巻き付けて、定着ベルト２を張架している。そして、定着ローラ３と対向して配置されている加圧ローラ１と共に、定着ベルト２及び用紙Ｐを挟持して、用紙Ｐ上に形成されたトナー像１０を定着させるためのニップ部Ｎを形成している。

また、弾性層３ｂは、カーボンブラック等の赤外線吸収部材が混入されており、後述するように、定着ベルト２が巻きつけられていない非巻き付け外周面３ｂ２にカーボンヒータ５から赤外線を照射された際に、効率良くカーボンヒータ５の赤外線を吸収して弾性層３ｂの外周面を加熱して熱伝達により定着ベルト２へ熱を伝えるようになっている。
加熱ローラ４は、図２に示すように、円筒状の中空の透明な石英ガラス管であり、定着ベルト２を回転可能に支持するようになっている。また、定着ベルト２が加熱ローラ４の外周面４ａに少なくとも１００°巻きつくことで、定着ベルト２を安定して搬送できると共に、後述するように、加熱ローラ４の内部に配設されたカーボンヒータ５によって定着ベルト２を効率よく加熱可能なようになっている。
入り口ガイド７は、図２に示すように、用紙Ｐと接して加圧ローラ１と定着ローラ３により形成されるニップ部Ｎに用紙Ｐを案内するように配置される。そして、このようにニップ部Ｎの近傍に入り口ガイド７を配設することにより、入り口ガイド７の下方と加圧ローラ１との間に形成される空間内に、温度検知手段６Ｂを配置することが可能となり、ニップ部Ｎの近傍の加圧ローラ１の温度検知を可能としている。これにより、ニップ部Ｎに突入する用紙Ｐが不用意に温度検知手段６Ｂに当接して破損、故障することを減少でき、しかも、ニップ部Ｎにおける検知温度誤差を小さくして、後述するように、精度良く定着ベルトの加熱温度を制御して画質を安定させることができる。

この実施例１においては、円筒状の透明なガラス管４ｂからなる加熱ローラ４の中心部内にカーボンヒータ５を配設している。カーボンヒータ５は、図４に示すように、２つの平坦な発熱面５ａＡ、５ａＢを有する加熱ローラ４の軸方向に延びた板状のカーボン発熱体５ａと、このカーボン発熱体５ａを収容する円筒状の石英ガラス管５ｂで構成されており、石英ガラス管５ｂの内部にアルゴンガスが封入されて形成されている。
そして、カーボンヒータ５の発熱強度分布は、図４に示すように、カーボン発熱体５ａから石英ガラス管５ｂの径方向で２方向に広がる傾向を持っており、図中の矢印Ｄ１、Ｄ２で示すようにカーボンヒータ５の赤外線放射指向性を有している。即ち、カーボン発熱体５ａの発熱面５ａＡ、５ａＢの幅方向中心に対して垂直方向に高い発熱強度を有している。なお、符号５ａＡ１、５ａＡ２、５ａＢ１、５ａＢ２は、等発熱強度線を示している。

本発明においては、このカーボンヒータ５の発熱強度分布の２方向への赤外線指向性を利用して、カーボンヒータ５の一方の赤外線Ｄ２で定着ローラ３を加熱すると共に、もう一方の赤外線Ｄ１で透明な加熱ローラ４を介して定着ベルト２を加熱することによって、良好な熱効率で定着ローラ３と定着ベルト２を加熱することが可能となっている。このようにして定着ベルト２を加熱することにより、熱容量の少ない定着ベルト２の表層を素早く温めることが可能となり、ニップ部Ｎで用紙Ｐにトナーを定着するために必要な温度に迅速にすることができるため、ウォームアップの時間を短縮させることが可能となる。
このような定着ベルトによるトナーの加熱方式は、ベルト定着装置としてすでに知られているが、従来のベルト定着方式の構成では、ニップ部Ｎでトナーを加熱と加圧する機能を分離することで、ニップ部Ｎを形成する定着ローラ３に熱源が備えられていない。そのため、定着ベルト２が停止と回転を行なうことで定着ベルト２に温度ムラが発生する場合があった。そのために、用紙Ｐを搬送させずに定着ベルト２を空転させたり、ヒータを増やすことで対応していたが、ウォームアップの時間が長くなるだけでなく、コストアップになってしまう問題がある。

本発明においては、定着ベルト２の加熱ローラ４による加熱に加えて、外周面が加熱された定着ローラ３によっても同時にニップ部Ｎを加熱するため、ニップ部Ｎに熱源があるのとほぼ同じ効果が得られることになる。その結果、定着ベルト２の停止と回転に伴うベルト温度ムラを短時間で安定させることが可能となり、しかも、安価な構成でウォームアップの時間を短縮できる。また、通紙によりトナー像を用紙Ｐに定着させるために、トナーや用紙Ｐに熱を奪われ、定着ベルト２の温度が低下するが、ニップ部Ｎに熱源があると定着ベルト２の温度低下を抑えることが可能となり、画像品質が安定向上する。特に、連続通紙では、高速になればなるほど、用紙と用紙の間隔が短くなり、ニップ部Ｎに温度供給をする時間が短くなることから画像品質の確保が困難になるため、ニップ部Ｎに熱源を持つということの効果が大きくなる。
このように、カーボンヒータ５によって加熱ローラ４と定着ローラ３とを同時に加熱するには、カーボンヒータ５を加熱ローラ４の定着ベルト２の巻きつけ面４ａ１と、定着ローラ３の定着ベルト２の非巻きつけ面３ｂ２との間に配設し、カーボンヒータ５のカーボン発熱体５ａから放射される赤外線が、加熱ローラ４の定着ベルト２の巻きつけ面４ａ１と、定着ローラ３の定着ベルト２の非巻きつけ面３ｂ２とに同時に照射されるように設置すればよい。

具体的には、図２に示すように、板状のカーボン発熱体５ａの発熱面５ａＡ及び５ａＢの配置が、点線で示すように、定着ローラ３に巻きついた定着ベルト２の定着ローラ３の外周面と接線となる接点Ｘ１とＸ２を結ぶ第１基準線Ｓ１と発熱面５ａＡとのなす角度を第１の角度（θ）とし、加熱ローラ４に巻きついた定着ベルト２の加熱ローラ４の外周面と接線となる接点Ｙ１とＹ２を結ぶ第２基準線Ｓ２と発熱面５ａＢとのなす角度を第２の角度（β）としたときに、角度θ及び角度βの少なくとも一方が−３０°〜＋３０°の範囲の角度となるようにカーボンヒータ５を配設すると、適切かつ効果的に加熱ローラ４の定着ベルト２の巻きつけ面４ａ１、又は、定着ローラ３の定着ベルト２の非巻きつけ面３ｂ２をカーボンヒータ５によって加熱することが可能となる。その結果、ニップ部Ｎにおける昇温を迅速に行なうことが可能となり、ウォームアップ時間の短縮を図ることが可能となる。

特に、角度θ又は角度βが０°、即ち、第１基準線Ｓ１又は第２基準線Ｓ２に対して平行となるようにカーボン発熱体５ａを配設した場合（図２の実線で記載した配置）には、加熱ローラ４の定着ベルト２の巻きつけ面４ａ１、又は定着ローラ３の定着ベルト２の非巻きつけ面３ｂ２に対して最も効果的に赤外線を照射することが可能となるので好適である。また、角度θと角度βの両方が、−３０°〜＋３０°の範囲となるように、カーボン発熱体５ａを配設した場合には、カーボン発熱体５ａの赤外線を２方向に遠くまで伝え、熱を与えられる面積が広く、効率よく熱を伝達することができるので好ましい。
この実施例１においては、図２に示すように、カーボンヒータ５を透明な円筒状のガラス管からなる加熱ローラ４の中心部に配置し、カーボン発熱体５ａは、その発熱面５ａＡ及び５ａＢと第１基準線Ｓ１及び第２基準線Ｓ２に対する角度θと角度βは、それぞれ０°となるように設定されている。従って、カーボンヒータ５によって、加熱ローラ４の定着ベルト２の巻きつけ面４ａ１、及び定着ローラ３の定着ベルト２の非巻きつけ面３ｂ２に対して最も効果的に赤外線を照射することが可能となる。

次に、本実施例１における定着装置１５のカーボンヒータ５の温度制御について、図２、図５及び図６を用いて説明する。図５は、定着ベルトの加熱温度を一定になるように温度制御した際の定着ベルト、用紙、加圧ローラの温度変化状態を示すグラフ図である。図６は、本発明による実施例１に係る温度制御法で定着ベルトの温度制御を行なった場合の定着ベルト、用紙、加圧ローラの温度変化状態を示すグラフ図である。なお、図５及び図６において、曲線３０及び曲線３３４は、定着ベルトの温度変化状態を示し、曲線３１及び曲線３４は、用紙の温度変化状態を示し、曲線３２及び曲線３５は、加圧ローラの外周面の温度変化状態を示す曲線である。
この実施例１における定着装置１５においては、図２に示すように、サーミスタ等の温度検知手段６Ａ、６Ｂを２箇所に設ける。１つ目は、加熱ローラ４に巻き付けられた定着ベルト２の表面に当接するように配置する。２つ目は、入り口ガイド７に対して角度αなすように加圧ローラ１の外周面に当接するように配置する。このように配置した２つの温度検知手段６Ａ、６Ｂを用いて、カーボンヒータ５の発熱を制御するようにしている。

まず、カーボンヒータ５の発熱制御を、加熱ローラ４に巻き付けられた定着ベルト２の表面に当接する温度検知手段６Ａのみによって行なった場合について図５に基づいて説明する。
図５では、連続通紙において定着ベルト２の温度を温度検知手段６Ａによって検知し、この検知された温度から定着ベルト２の温度が一定になるように制御した場合の温度と時間の関係を表したものである。定着ベルトの温度（曲線３０）は、温度検知手段６Ａによる制御により一定に保たれているが、加圧ローラ１の外周面の温度（曲線３２）と、ニップ部Ｎを通過した直後の用紙Ｐの温度（曲線３１）は、矢印Ｅ１で示すように、用紙Ｐがニップ部Ｎを通過するごとに低下していることがわかる。
加圧ローラ１には、熱源がないため用紙Ｐのニップ部Ｎを通過した際に用紙Ｐに熱を奪われ温度が低下する。また、印刷速度の高速化により用紙Ｐの通過間隔が狭なっているため、定着ベルト２からの熱の受け渡しが不十分な状態で次の用紙Ｐが突入してくるため、加圧ローラ１の外周面の温度は低下し続ける。これにともない加圧ローラ１から用紙Ｐに伝わる熱も減少するため、用紙Ｐも温度も低下する。加圧ローラ１の温度と用紙Ｐの温度の低下により、トナーに十分な熱量が与えられずにトナー像の用紙に対する定着性が低下する。

そのため、この実施形態においては、温度検知手段６Ａ、６Ｂを使用して、加熱ローラ４に巻き付けられた定着ベルト２の表面の温度だけでなく、加圧ローラ１のニップ部Ｎに近接する加圧ローラ１の外周面の温度を検知するようにして、これらの二つの検知温度に基づいて定着ベルト２の温度を補正するように制御している。
即ち、図６に示すように、温度検知手段６Ｂによって検知される加圧ローラ１の外周面の温度（曲線３５）がほぼ一定値となる（矢印Ｅ２参照）ように、定着ベルト２の表面温度（曲線３３）が上昇する（矢印Ｅ３参照）ようにカーボンヒータ５によって、加熱ローラ４と定着ローラ３を加熱するようにしている。具体的には、加圧ローラ１が用紙Ｐに熱を奪われて温度が低下すると、定着ベルト２の温度を上げることで、不足分を補うようにカーボンヒータ５をＯＮさせて制御する。すると加圧ローラ１の温度低下がゆるやかになり、用紙Ｐの温度が一定となる。その結果、用紙Ｐ上のトナー像Ｔに十分な熱量を与えられるため、連続印字においても十分な定着性を確保することができる。
このように、本実施形態の定着装置においては、温度検知手段６Ａ、６Ｂを定着ベルト２と加圧ローラ１の２箇所に設け温度制御することで、連続印字において十分な定着性を確保することができる。また、カーボンヒータ５からの赤外線を有効的に定着ローラ３と定着ベルト２に伝えることが可能となり、よりウォームアップを短縮できる。

次に、本発明による実施例２に係る定着装置について、図７に基づいて説明する。図７は、本発明による実施例２に係る定着装置の概略構成を示す断面図である。
以下に、本発明による実施例２について説明する。なお、この実施例２にかかわる定着装置は、上述した実施例１にかかわる定着装置と同様の構成であり、同様の構成部分については、同一の符号を付してその説明は省略する。
この実施例２に係る定着装置１５においては、図７に示すように、前述の図２で示す実施例１の定着装置と、加熱ローラ４の構造とカーボンヒータ５の配置関係が異なる。即ち、この実施例２においては、加熱ローラ４として、石英ガラスからなる中実状の円柱棒が使用されている。さらに、カーボン発熱体５ａを石英ガラス管５ｂ内に封入したカーボンヒータ５を、そのガラス管５ｂを定着ローラ３の定着ベルト２の非巻き付け外周面３ｂ２に当接させ、カーボンヒータ５の発熱面５ａＡ、５ａＢが、第１基準線Ｓ１及び第２基準線Ｓ２に対して０°となるように配設されている。従って、カーボンヒータ５のガラス管５ｂを定着ローラ３に接触させることで、カーボン発熱体５ａから放射されて、ガラス管５ｂに吸収された熱を定着ローラ３に伝え、定着ローラ３の温度を上げて、ウォームアップの時間を短縮することが可能となっている。

また、定着ローラ３にカーボンヒータ５のガラス管５ｂを接触させることにより、通紙による定着ベルト２の温度低下を抑える効果がさらに期待でき、画像品質が前述の実施例１のものより安定向上する。特に、連続通紙では、高速になればなるほど、紙と紙の間隔が短くなり、ニップ部Ｎに温度供給をする時間が短くなることから画像品質の確保が困難になるため、ニップ部Ｎに熱源を持つということの効果がさらに大きくなる。
また、ニップ部Ｎに熱源を持たせるために、前述の特許文献３に示すように、定着ローラ３の外部にヒータを配置し、定着ローラ３の表面を温める方法では、この実施例２の場合のように、定着ローラ３の外周面にカーボンヒータ５を接触させるとオフセットトナーが付き汚染されるため、その汚染を取り除くクリーニング装置が必要になり、装置が大きくなってしまう。

また、前述の特許文献３の場合のように、非接触にすることでオフセットトナーが付き汚染されることはないが、定着ローラ３とヒータ５の距離を確保するため、スペースが必要になる。さらに、定着ローラ３に対して反対側にも発熱面があるため、外部に熱が出ない構成にする必要があり、反射板を使用するが、このような構成にすると、大きなスペースが必要になる。
これに対して、この実施例２においては、トナー当接面は、定着ベルト２であり、定着ローラ３ではないため、定着ローラ３にオフセットトナーはない状態でカーボンヒータ５を接触させて配置することができる。さらに、加熱ローラ３の内部に熱源を配置しないため、定着ベルト２を張袈する機能を適切に達成できれば良いために、加熱ローラ４のローラ径を小さくでき、装置のサイズも小さくすることができる。

次に、本発明による実施例３に係る定着装置について、図８に基づいて説明する。図８は、本発明による実施例３に係る定着装置の概略構成を示す断面図である。
以下に、本発明による実施例３について説明する。なお、この実施例３にかかわる定着装置は、上述した実施例１にかかわる定着装置と同様の構成であり、同様の構成部分については、同一の符号を付してその説明は省略する。
この実施例３に係る定着装置１５においては、図８に示すように、前述の図２で示す実施例１の定着装置と、加熱ローラ４として、カーボン発熱体５ａを石英ガラス管５ｂ内に封入したカーボンヒータ５自体を使用し、カーボンヒータ５のガラス管５ｂの外周面に定着ベルトを巻きつけている点で相違している。この場合、カーボンヒータ５の発熱面５ａＡ、５ａＢが、第１基準線Ｓ１及び第２基準線Ｓ２に対して０°となるように配設されている。従って、カーボンヒータ５で定着ベルト２を張袈することで、透過しきれず透明石英のガラス管５ｂで吸収された熱を定着ベルト２に伝えることができる。これにより、前述の実施例１１よりも多くの熱を定着ベルト２に伝えることができるため、短時間で温められ、ウォームアップ時間をさらに短縮することができる。
また、加熱ローラ３をカーボンヒータ５自体で構成することにより部品点数も減り、コストダウンになる。さらに、小スペースとなり、装置のサイズを小さくコンパクトにすることができる。

次に、本発明による実施例４に係る定着装置について、図９に基づいて説明する。図９は、本発明による実施例４に係る定着装置の概略構成を示す断面図である。
以下に、本発明による実施例４について説明する。なお、この実施例４にかかわる定着装置は、上述した実施例２にかかわる定着装置と同様の構成であり、同様の構成部分については、同一の符号を付してその説明は省略する。
この実施例４に係る定着装置１５においては、図９に示すように、前述の図７で示す実施例２の定着装置とカーボンヒータ５のガラス管５ｂを定着ローラ３の外周面３ｂ２に当接させる代わりに、定着ベルト２の基材層と当接させている点で相違する。この場合、カーボンヒータ５の発熱面５ａＡ、５ａＢが、第１基準線Ｓ１及び第２基準線Ｓ２に対して０°となるように配設されている。このように、定着ローラ３と加熱ローラ４の中間の位置で、カーボンヒータ５を定着ベルト２内側で接触させることによって、透過しきれず透明石英ガラス管５ｂで吸収された熱を定着ベルト２に効果的に伝えることができる。これにより、実施例１よりも多くの熱を定着ベルトに伝えることができるため、短時間で温められ、ウォームアップ時間をさらに短縮することができる。一方、片側の定着ベルト２に接触させるため、接触していない方の定着ベルト２の熱伝達は、実施例１よりも少なくなる。結果、実施例４は、実施例１と同等のウォームアップ時間の短縮が期待できる。

また、カーボンヒータ５を定着ベルト２の内側から当接させることにより、オフセットトナーの汚れをクリーニングする機構を設けなくて良いために、安価で装置サイズを小さくすることができる。
カーボンヒータ５の２方向に熱を遠くまで伝える性質により、熱を与えられる面積が広く、特にカーボンヒータ５の発熱面５ａＡ、５ａＢの配置角度θおよびβの少なくとも一方が０°すなわち定着ローラおよび加熱ローラの少なくとも一方とカーボンヒータの発熱面が向かい合うように配置したとき効率がよい。
上記のように、実施例１および実施例４では、カーボンヒータ５を定着ローラ３と加熱ローラ４の中間に配置しているが、カーボンヒータ５の位置を変えることで表１に示すような傾向を示す。即ち、カーボンヒータ５の位置を定着ローラ３に近づけた場合、実施例２のようにウォームアップ時間の短縮は、実施例１より劣るが、連続印字時の画像品質は、向上するという傾向を示し、カーボンヒータ５の位置を加熱ローラ４に近づけた場合、実施例３のようにウォームアップ時間は、短縮するが、連続印字時の画像品質向上は、劣るという傾向を示す。このような傾向を考慮して、必要に応じたカーボンヒータ５の配置位置を選定すれば良い。

（表１）

１ 加圧ローラ、１ａ 芯金、１ｂ 弾性層、２ 定着ベルト、２ａ 基材層、２ｂ 弾性層、２ｃ 離型層、３ 定着ローラ、３ａ 芯金、３ｂ 弾性層、３ｂ１ 巻き付け外周面、３ｂ２ 非巻き付け外周面、４ 加熱ローラ、４ａ 外周面、４ｂ ガラス管、５ カーボンヒータ、５ａ カーボン発熱体、５ａＡ、５ａＢ 発熱面、５ｂ ガラス管、６Ａ、６Ｂ 温度検出手段、７ 入り口ガイド、８ 出口ガイド、１５ 定着装置、１８ 転写ベルト、１９Ｃ、１９Ｍ、１９Ｙ、１９Ｋ 感光体、２０ 帯電ローラ、２１Ｃ、２１Ｍ、２１Ｙ、２１Ｋ 現像装置、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙ、２２Ｋ 作像装置、２３ 露光手段、２５ 転写ローラ、２６ レジストローラ、２７ クリーニング装置

特開２００２−３１９７４公報 特開２００６−３６３０公報 特開２００６−１３３４７１公報

Claims (12)

1. 無端状の定着ベルトと、当該定着ベルトを張架して当該定着ベルトを加熱する加熱ローラと、前記定着ベルトを張架して当該定着ベルトを介して記録材を加圧ローラと共に加圧する定着ローラとを備えた定着装置において、
   前記定着ベルトは、前記加熱ローラの当該定着ベルトの巻きつけ面と前記定着ローラの当該定着ベルトの非巻き付け外周面との間に配設される、少なくとも透明管からなるカーボンヒータの一方の発熱面によって加熱された前記加熱ローラと当該カーボンヒータの他方の発熱面によって加熱された前記定着ローラとによって加熱され、前記定着ローラに巻き付けられた前記定着ベルトの当該定着ローラの外周面と接線となる接点間を結ぶ第１基準線に対する前記カーボンヒータの発熱面の角度を第１の角度、前記加熱ローラに巻きつけられた前記定着ベルトの当該加熱ローラの外周面と接線となる接点間を結ぶ第２基準線に対する前記カーボンヒータの板状のカーボン発熱体の発熱面の角度を第２の角度とした時に、当該θ及びβの少なくとも一方を、−３０°〜＋３０°の範囲内となるように当該カーボン発熱体の発熱面を配設させたことを特徴とする定着装置。
2. 請求項１記載の定着装置において、
   前記第１の角度及び第２の角度の少なくとも一方が０°になるように、前記カーボン発熱体の発熱面を配設したことを特徴とする定着装置。
3. 請求項１又は２記載の定着装置において、
   前記加熱ローラは、透明石英ガラス管で構成され、当該透明石英ガラス管の外周面に巻き付けられた定着ベルトが前記カーボンヒータによって当該透明石英ガラス管を通じて加熱されることを特徴とする定着装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項記載の定着装置において、
   前記カーボンヒータは、前記発熱体を封入するガラス管で構成され、当該ガラス管の外周面を前記定着ローラの非巻き付け外周面に当接させることを特徴とする定着装置。
5. 請求項１乃至３のいずれか１項記載の定着装置において、
   前記カーボンヒータは、前記発熱体を封入するガラス管で構成され、当該ガラス管の外周面を前記定着ベルトの内周面に当接させることを特徴とする定着装置。
6. 請求項１乃至３のいずれか１項記載の定着装置において、
   前記加熱ローラは、前記発熱体を封入するガラス管で構成されたカーボンヒータであり、当該ガラス管に前記定着ベルトを張架したことを特徴とする定着装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項記載の定着装置において、
   前記加熱ローラの前記定着ベルトの巻き掛け角度を少なくとも１００°にすることを特徴とする定着装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項記載の定着装置において、
   前記定着ローラの外周面および前記定着ベルトの内周面は、耐熱性の赤外線吸収材料で構成されていることを特徴とする定着装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項記載の定着装置において、
   前記加圧ローラ及びと前記加熱ローラの温度をそれぞれ検知する温度検知手段を配設し、当該温度検知手段によって検知された前記加圧ローラ及び前記加熱ローラの温度に基づいて、前記カーボンヒータの発熱量を制御することを特徴とする定着装置。
10. 請求項９記載の定着装置において、
    前記加圧ローラの温度検知に基づいて前記定着ベルトの温度を可変にすることを特徴とする定着装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項記載の定着装置において、
    前記加圧ローラと前記定着ローラにより形成されたニップ近傍に前記記録材を案内する入り口ガイドを配設したことを特徴とする定着装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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