JP2020060732A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】写真のような又は光沢が付与された印刷出力を提供する。【解決手段】定着装置１００は、加熱装置１０６を内蔵する加熱ローラ１０１と、張架ローラ１０３と、加熱ローラ１０１と張架ローラ１０３とに張架されて循環移動する無端ベルト１０４と、加圧ローラ１０２と、無端ベルト１０４の内周面側に配置され、加熱ローラ１０１から張架ローラ１０３に向かって移動する無端ベルト１０４を冷却するための冷却装置１０５とを備え、無端ベルト１０４は切り欠き部を有し、切り欠き部を介して加熱ローラ１０１が加圧ローラ１０２と直接的に接触して回転可能とされる。【選択図】図２

Description

複写機、プリンタ、ファクシミリ又は複合機などのような電子写真方式を用いた画像形成装置は、記録媒体を加熱及び加圧することにより、記録媒体に担持されたトナー像を記録媒体に定着させて、トナー像が形成された記録媒体（即ち、印刷出力）を出力する。近年、デジタルカメラ等の普及に伴い、写真のような又は光沢が付与された印刷出力の需要が増加している。係る光沢が付与された印刷出力を得るための技術として冷却剥離技術が知られている。この冷却剥離技術は一般に、トナー像が形成された記録媒体を再び加熱加圧することによりトナー像を再溶融し、次いで無端ベルトに当接させた状態で冷却してから記録媒体を剥離する。記録媒体が冷却される際に記録媒体を無端ベルトに当接させておくことにより、再溶融したトナー像が鏡面に加工された無端ベルト表面を写し取って固化し、光沢がトナー像に付与される。

例示的な画像形成装置を概略的に示す図である。 本開示の一例による、例示的な定着装置を概略的に示す図である。 本開示の一例による、例示的な定着ニップ部Ｎ１を概略的に示す図である。 本開示の一例による、例示的な無端ベルトを概略的に示す図である。 本開示の一例による、例示的な無端ベルトの模式断面図である。 本開示の一例による、切り欠き部が定着ニップ部に配置された状態の加熱ローラと加圧ローラの正面図である。 本開示の一例による、例示的な定着装置の暖機状態を概略的に示す図である。 本開示の一例による、例示的な再溶融したトナー像が無端ベルトの切り欠き部の無い部分に当接した状態で冷却装置の上方に搬送されている状態を示す図である。 本開示の一例による、例示的な無端ベルトに囲まれた空間内の空気を外部に放出する状態を示す図である。

本開示の一例によれば、定着装置が提供される。定着装置は、加熱装置を内蔵する加熱ローラと、張架ローラと、加熱ローラと張架ローラとに張架されて循環移動する無端ベルトと、無端ベルトを介して加熱ローラに圧接して定着ニップ部を形成する加圧ローラと、無端ベルトの内周面側に配置され、加熱ローラから張架ローラに向かって移動する無端ベルトを冷却するための冷却装置とを備え、無端ベルトは切り欠き部を有し、切り欠き部を介して加熱ローラが加圧ローラと接触して回転可能とされる。このような定着装置では、通紙前の暖機工程において、加熱ローラが切り欠き部を介して加圧ローラと直接的に接触して回転することにより、加圧ローラの表面温度を所定の温度まで上昇させる時間を短縮することが可能となり、ひいては消費電力を低減することも可能となる。

本開示の別の一例によれば、上述の一例による定着装置において、無端ベルトの切り欠き部は、無端ベルトの両側の側部のみを残すように切り欠かれており、加熱ローラは、加圧ローラと接触する部分の外側で加熱ローラの両側の端部にベアリングを含み、ベアリングが無端ベルトの側部のみに接触するように配置されている。このような定着装置では、通紙前の暖機工程において、加熱ローラが切り欠き部を介して加圧ローラと接触して回転することが可能となり、加圧ローラは加熱ローラによって均一に加熱されることが可能になる。

本開示の別の一例によれば、上述の一例による定着装置において、無端ベルトの切り欠き部は、無端ベルトの移動方向において、加熱ローラの外周の全長の半分より大きく且つ加熱ローラの外周の全長より小さい長さ、及び加熱ローラと加圧ローラが接触する部分の幅よりも大きい幅を有する。このような定着装置では、切り欠き部が定着ニップ部に配置された際に、加熱ローラが切り欠き部を介して加圧ローラと直接的に接触して回転することが可能となり、加圧ローラは加熱ローラによって均一に加熱されることが可能になる。

本開示の別の一例によれば、上述の一例による定着装置は、加熱ローラを回転駆動するための第１の駆動装置と、張架ローラを回転駆動するための第２の駆動装置とを含む。また、無端ベルトの切り欠き部が定着ニップ部に配置された際に、第２の駆動装置の動作を停止した状態で第１の駆動装置を駆動することにより、無端ベルトが停止した状態で加熱ローラが加圧ローラに当接して回転する。このような定着装置では、加熱ローラの回転駆動とは別個に張架ローラの回転駆動を制御することが可能となり、通紙前の暖機工程において、加熱ローラが切り欠き部を介して加圧ローラと接触して回転することが可能となり、加圧ローラは加熱ローラにより均一に加熱されることが可能になる。

本開示の別の一例によれば、上述の一例による定着装置は、無端ベルトの切り欠き部の位置を検出するための位置センサを含む。また、上述の一例による定着装置は、加圧ローラの表面温度を検出するための温度センサを含む。このような定着装置では、位置センサおよび温度センサの検出信号に基づいて、定着装置の動作を制御することが可能となる。

本開示の別の一例によれば、上述の一例による定着装置において、加熱装置は第１の加熱装置であり、加圧ローラが第２の加熱装置を内蔵する。このような定着装置では、通紙前の暖機工程において、加圧ローラの表面温度を所定の温度まで上昇させる時間を短縮することが可能となる。

本開示の別の一例によれば、上述の一例による定着装置において、冷却装置は、送風装置またはヒートシンクである。このような定着装置では、再溶融したトナー像が無端ベルトの切り欠き部の無い部分に当接した状態で冷却されることが可能となる。

本開示の別の一例によれば、上述の一例による定着装置において、冷却装置は送風装置であり、無端ベルトの切り欠き部を介して、無端ベルトに包囲された空間の空気を外部に放出する。このような定着装置では、無端ベルトに包囲された空間内の温度上昇を抑制することが可能となる。

本開示の別の一例によれば、画像形成装置が上述の一例による定着装置を有する。これにより、画像形成装置は、写真のような又は光沢が付与された印刷出力を提供することが可能になる。

本開示の別の一例によれば、定着装置を製造するための方法が提供される。その方法は、無端ベルトを、加熱装置を内蔵する加熱ローラと張架ローラとに循環移動可能に張架し；無端ベルトを介して加熱ローラに加圧ローラを圧接させて、定着ニップ部を形成し；加熱ローラから張架ローラに向かって移動する無端ベルトを冷却するための冷却装置を、無端ベルトの内周面側に配置し；加熱ローラが加圧ローラに直接的に接触して回転可能となるように、無端ベルトに切り欠き部を形成することを含む。このような方法により、通紙前の暖機工程において、加圧ローラの表面温度を所定の温度まで上昇させる時間を短縮するように構成された定着装置を提供することが可能になる。

本開示の別の一例によれば、上述の一例による方法において、無端ベルトに切り欠き部を形成することは、無端ベルトの両側の側部のみを残すように切り欠くことを含む。また、上述の一例による方法は、加熱ローラが加圧ローラと接触する部分の外側で加熱ローラの両側の端部にベアリングを配置することを含み、ベアリングが無端ベルトの側部のみに接触するように配置されている。このような方法により、通紙前の暖機工程において、加熱ローラが切り欠き部を介して加圧ローラと接触して回転することが可能となり、加圧ローラが加熱ローラによって均一に加熱されるように構成された定着装置を提供することが可能になる。

本開示の別の一例によれば、上述の一例による方法であって、切り欠き部は、無端ベルトの移動方向において、加熱ローラの外周の全長の半分より大きく且つ加熱ローラの外周の全長より小さい長さ、及び加熱ローラと加圧ローラが接触する部分の幅よりも大きい幅を有する。このような方法により、切り欠き部が定着ニップ部に配置された際に、加熱ローラが切り欠き部を介して加圧ローラと直接的に接触して回転することが可能となり、加圧ローラが加熱ローラによって均一に加熱されるように構成された定着装置を提供することが可能になる。

本開示の別の一例によれば、上述の一例による方法は、加熱ローラを回転駆動するための第１の駆動装置を配置し；張架ローラを回転駆動するための第２の駆動装置を配置することを含む。このような方法により、加熱ローラの回転駆動とは別個に張架ローラの回転駆動を制御することが可能となり、通紙前の暖機工程において、加熱ローラが切り欠き部を介して加圧ローラと接触して回転することが可能となり、加圧ローラが加熱ローラによって均一に加熱されるように構成された定着装置を提供することが可能になる。

以下、本開示の例を図面に関連して説明する。尚、異なる図面における同一の又は類似する符号は、同一又は同様の構成要素を示す。

図１は、例示的な画像形成装置１を概略的に示す。画像形成装置１は、マゼンタ、イエロー、シアン、ブラックの各色を用いてカラー画像を形成する装置とすることができる。画像形成装置１は、記録媒体である用紙Ｐを搬送する搬送装置１０と、静電潜像を現像する現像装置２０と、トナー像を用紙Ｐに二次転写する転写装置３０と、周面に画像が形成される静電潜像担持体（像担持体）である感光体ドラム４０と、トナー像を用紙Ｐに定着させる定着器５０と、用紙Ｐを排出する排出装置６０と、を備えることができる。

搬送装置１０は、画像が形成される記録媒体としての用紙Ｐを搬送経路Ｒ１上で搬送することができる。用紙Ｐは、カセットＫに積層されて収容され、給紙ローラ１１によりピックアップされて搬送されることができる。搬送装置１０は、用紙Ｐに転写されるトナー像が転写ニップ部Ｒ２に到達するタイミングで、搬送経路Ｒ１を介して転写ニップ部Ｒ２に用紙Ｐを到達させることができる。

現像装置２０は、色ごとに４個設けられている。各現像装置２０は、トナーを感光体ドラム４０に担持させる現像ローラ２１を備える。現像装置２０では、トナーとキャリアが所望の混合比になるように調整され、さらに混合撹拌してトナーを均一に分散させ最適な帯電量を付与した現像剤が調整される。この現像剤を現像ローラ２１に担持させる。そして、現像ローラ２１の回転により現像剤が感光体ドラム４０と対向する領域まで搬送されると、現像ローラ２１に担持された現像剤のうちのトナーが感光体ドラム４０の周面上に形成された静電潜像に移動し、静電潜像が現像される。

転写装置３０は、現像装置２０で形成されたトナー像を用紙Ｐに二次転写する転写ニップ部Ｒ２に搬送する。転写装置３０は、感光体ドラム４０からトナー像が一次転写される転写ベルト３１と、転写ベルト３１を懸架する懸架ローラ３４、３５、３６、３７と、感光体ドラム４０と共に転写ベルト３１を挟持する一次転写ローラ３２と、懸架ローラ３７と共に転写ベルト３１を挟持する二次転写ローラ３３と、を備えている。

転写ベルト３１は、懸架ローラ３４、３５、３６、３７により循環移動される無端状のベルトである。懸架ローラ３４、３５、３６、３７は、それぞれの中心軸線周りに回転可能なローラである。懸架ローラ３７は、中心軸線周りに回転駆動する駆動ローラであり、懸架ローラ３４、３５、３６は、懸架ローラ３７の回転駆動により従動回転する従動ローラである。一次転写ローラ３２は、転写ベルト３１の内周側から感光体ドラム４０を押圧するように設けられることができる。二次転写ローラ３３は、転写ベルト３１を挟んで懸架ローラ３７と平行に配置されて、転写ベルト３１の外周側から懸架ローラ３７を押圧するように設けられることができる。これにより、二次転写ローラ３３は、転写ベルト３１との間に転写ニップ部Ｒ２を形成することができる。

感光体ドラム４０は、色ごとに４個設けられている。各感光体ドラム４０は、転写ベルト３１の移動方向に沿って設けられている。感光体ドラム４０の周上には、現像装置２０と、帯電ローラ４１と、露光ユニット４２と、クリーニングユニット４３と、が設けられている。

帯電ローラ４１は、感光体ドラム４０の表面を所定の電位に均一に帯電させることができる。帯電ローラ４１は、感光体ドラム４０の回転に追従して動くことができる。露光ユニット４２は、帯電ローラ４１によって帯電した感光体ドラム４０の表面を、用紙Ｐに形成される画像に応じて露光する。これにより、感光体ドラム４０の表面のうち露光ユニット４２により露光された部分の電位が変化し、静電潜像が形成される。４個の現像装置２０は、それぞれの現像装置２０に対向して設けられたトナータンクＮから供給されたトナーによって感光体ドラム４０に形成された静電潜像を現像し、トナー像を生成する。各トナータンクＮ内には、それぞれ、マゼンタ、イエロー、シアン及びブラックのトナーが充填されている。クリーニングユニット４３は、感光体ドラム４０上に形成されたトナー像が転写ベルト３１に一次転写された後に感光体ドラム４０上に残存するトナーを回収することができる。

定着器５０は、用紙Ｐを加熱及び加圧する定着ニップ部Ｒ３に通過させることにより、転写ベルト３１から用紙Ｐに二次転写されたトナー像を用紙Ｐに付着させて、定着させることができる。定着器５０は、用紙Ｐを加熱する加熱ローラ５２と、加熱ローラ５２を押圧して回転駆動する加圧ローラ５４と、を備えている。加熱ローラ５２及び加圧ローラ５４は円筒状に形成されており、加熱ローラ５２は内部にハロゲンランプ等の熱源を備えている。加熱ローラ５２と加圧ローラ５４との間には接触領域である定着ニップ部Ｒ３が設けられ、定着ニップ部Ｒ３に用紙Ｐを通過させることにより、トナー像を用紙Ｐに溶融定着させることができる。

排出装置６０は、定着器５０によりトナー像が定着された用紙Ｐを装置外部へ排出するための排出ローラ６２、６４を備えている。

図２は、図１の例示的な画像形成装置１に着脱可能に装着され得る、本開示の一例による例示的な定着装置１００を概略的に示す。尚、定着装置１００は画像形成装置１とは別個の装置として示されているが、定着装置１００は画像形成装置１に内蔵されることも可能である。このような場合、画像形成装置１の定着器５０は、冷却機能を有する定着器であることができる。定着装置１００は、画像形成装置１からのトナー像が形成された用紙（以降、トナー像が形成された用紙ＴＰ又は用紙ＴＰと称する）に光沢を付与するために、前述した冷却剥離技術を使用する。

例示的な定着装置１００は、加熱装置１０６を内蔵する加熱ローラ１０１と、張架ローラ１０３と、加熱ローラ１０１と張架ローラ１０３とに張架されて循環移動する無端ベルト１０４と、無端ベルト１０４を介して加熱ローラ１０１に圧接して定着ニップ部Ｎ１を形成する加圧ローラ１０２と、無端ベルト１０４の内周面側に配置され、加熱ローラ１０１から張架ローラ１０３に向かって移動する無端ベルト１０４を冷却するための冷却装置１０５と、を備える。

例示的な定着装置１００は、トナー像が形成された用紙ＴＰを画像形成装置１から入力装置１２０により受け入れることができる。この場合、用紙ＴＰのトナー像が形成された表面が無端ベルト１０４に接触するように、即ち図２において、用紙ＴＰのトナー像が形成された表面が用紙のＴＰの裏面になっている状態で、用紙ＴＰは定着装置１００へ受け入れられる。図２において、用紙ＴＰは搬送経路Ｒ４に沿って搬送される。入力装置１２０は入力ローラ１２１、１２２を備える。用紙ＴＰは、搬送装置１３０により、定着ニップ部Ｎ１に進入する。搬送装置１３０は搬送ローラ１３１、１３２を備える。用紙ＴＰは、定着ニップ部Ｎ１において再び加熱加圧されることにより、トナー像が再溶融される。次いで再溶融されたトナー像は無端ベルト１０４に当接した状態で搬送されて、冷却装置１０５により冷却される。冷却装置１０５は送風装置またはヒートシンクとすることができる。次いで、用紙ＴＰは、張架ローラ１０３において無端ベルト１０４の搬送方向が変わることにより、無端ベルト１０４から剥離され、排出装置１４０により排出される。排出装置１４０は排出ローラ１４１、１４２を備えることができる。

本開示の一例による定着装置１００の例示的な無端ベルト１０４は、図４に示されるように、無端ベルトの一部が切り欠かれた切り欠き部１０４ｃを有することができる（無端ベルト１０４については後述する）。定着ニップ部Ｎ１においてトナー像を再溶融するために、定着ニップ部Ｎ１は、通紙する前に所定の温度になっている必要がある。ハロゲンランプ等の加熱装置１０６を内蔵する加熱ローラ１０１は一般に、熱伝導を向上させるために加熱ローラ１０１の表面に弾性層を設けていない。一方で、用紙ＴＰに熱を伝えるためには接触領域（定着ニップ部Ｎ１）が必要であるので、加圧ローラ１０２には一般に弾性層１０８が設けられている（図３を参照）。定着ニップ部Ｎ１を所定の温度にするために、加圧ローラ１０２も、ハロゲンランプ等の加熱装置１０７を内蔵することができる。しかしながら、加圧ローラ１０２は弾性層１０８を備えているため、熱伝導性が低く、加圧ローラの温度上昇が遅くなる。そこで、通紙前の暖機工程において、回転動作を実施し、加熱ローラ１０１からの熱を用いて加圧ローラ１０２の温度上昇を補助することができる。ここで、無端ベルト１０４が切り欠き部１０４ｃを備えていない場合には、加熱ローラ１０１と加圧ローラ１０２との間には無端ベルト１０４が介在するため、加熱ローラ１０１による加圧ローラ１０２の加熱が非効率的となる可能性がある。また、無端ベルト１０４は加熱する必要は無く、冷却装置１０５により冷却される必要もある。そのため、無端ベルト１０４が循環移動する際に、加熱および冷却されることになり、益々暖機工程の効率が悪化し、無駄なエネルギーと時間を消費してしまうことになる。

図４は、明瞭化のために加圧ローラを除いた状態で、加熱ローラ１０１と張架ローラ１０３とに張架された無端ベルト１０４を示す。図４において、無端ベルト１０４は、無端状の循環移動するベルトである。無端ベルト１０４は、無端ベルトの両側の側部１０４ａ、１０４ｂのみを残すように無端ベルトの一部が切り欠かれており、切り欠き部１０４ｃを有する。切り欠き部は、例えばプレス加工による打ち抜き、又は予め切り欠き部を設けてあるシート状の部材を貼り合わせることなどを用いて形成されることができ、無端ベルトに切り欠き部を設けることに適した他の方法を用いて形成されることが可能である。

加熱ローラ１０１の軸方向において、切り欠き部１０４ｃの幅は、記録媒体の最大幅、又は加圧ローラが加熱ローラに接触する部分の幅より僅かに大きくすることができ、その切り欠き部１０４ｃでは、加圧ローラ１０２が無端ベルト１０４を加熱ローラ１０１と挟持しない。また、無端ベルトの走行方向において、切り欠き部１０４の長さは、加熱ローラの外周の全長の半分よりも大きく且つ外周の全長以下の長さとすることができる。

無端ベルト１０４は、二層以上の層構造を有することができ、図５に示すように、例えば基層１０４ｄと表層１０４ｅとを有する。基層１０４ｄは無端ベルト１０４の内側の層（内周側に位置する層）である。基層１０４ｄは、無端ベルト１０４に剛性を与えることができる。基層１０４ｄは、樹脂または金属からなることができる。基層１０４ｄが樹脂からなる場合、基層１０４ｄの樹脂材料としては、耐熱性が高い観点から、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミド（ＰＡ）、又はこれらの少なくとも一つを含む組成物であることが好ましい。

樹脂からなる基層１０４ｄの厚さは、熱伝導性が低下するのを抑制するとともに無端ベルト１０４のニップ形状への追従性が低下するのを抑制する観点から、１５０μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以下であることが更に好ましい。一方、樹脂からなる基層１０４ｄの厚みは、強度低下による寿命低下を抑制する観点から、３０μｍ以上であることが好ましく、５０μｍ以上であることが更に好ましい。つまり、樹脂からなる基層１０４ｄの厚みは、３０μｍ以上１５０μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以上１００μｍ以下であることが更に好ましい。

樹脂からなる基層１０４ｄの熱伝導率は、基層１０４ｄの耐久性能が低下するのを抑制する観点から、２．０Ｗ／ｍＫ以下であることが好ましく、１．６Ｗ／ｍＫ以下であることが更に好ましい。一方、樹脂からなる基層１０４ｄの熱伝導率は、基層１０４ｄの製造容易性の観点から、０．１Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましく、０．２Ｗ／ｍＫ以上であることが更に好ましい。つまり、樹脂からなる基層１０４ｄの熱伝導率は、０．１Ｗ／ｍＫ以上２．０Ｗ／ｍＫ以下であることが好ましく、０．２Ｗ／ｍＫ以上１．６Ｗ／ｍＫ以下であることが更に好ましい。

基層１０４ｄが金属からなる場合、基層１０４ｄの金属材料としては、熱伝導率が高い観点から、ＳＵＳ、Ｃｕ、Ｎｉ、又はこれらの少なくとも一つを含む合金であることが好ましい。金属からなる基層１０４ｄの厚みは、熱伝導性が低下するのを抑制するとともに無端ベルト１０４のニップ形状への追従性が低下するのを抑制する観点から、７０μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以下であることが更に好ましい。一方、金属からなる基層１０４ｄの厚みは、強度低下による寿命低下を抑制する観点から、５μｍ以上であることが好ましく、１０μｍ以上であることが更に好ましい。つまり、金属からなる基層１０４ｄの厚みは、５μｍ以上７０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上５０μｍ以下であることが更に好ましい。

金属からなる基層１０４ｄの熱伝導率は、基層１０４ｄの耐久性能が低下するのを抑制する観点から、６００Ｗ／ｍＫ以下であることが好ましく、４００Ｗ／ｍＫ以下であることが更に好ましい。一方、金属からなる基層１０４ｄの熱伝導率は、定着性能の観点から、１０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましく、１５Ｗ／ｍＫ以上であることが更に好ましい。つまり、金属からなる基層１０１ａの熱伝導率は、１０Ｗ／ｍＫ以上６００Ｗ／ｍＫ以下であることが好ましく、１５Ｗ／ｍＫ以上４００Ｗ／ｍＫ以下であることが更に好ましい。

表層１０４ｅは、無端ベルト１０４の外側の層（外周側に位置する層）である。表層１０４ｅは、鏡面に加工された表面を無端ベルト１０４に提供する共に、用紙Ｐに対する離型性を付与する。表層１０４ｅは、表面が鏡面に加工されることができ且つ離型性を有すれば如何なる材料からなってもよく、例えば、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）等のフッ素樹脂からなることができる。表層１０４ｅの厚みは、耐久性と定着性能の観点から、５μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上５０μｍ以下であることが更に好ましい。また、表層１０４ｅの表面は、光沢を付与するのに適した鏡面または平滑面として形成され、平滑面は、例えば算術平均粗さＲａが０．３μｍ以下、より好ましくは０．１μｍ以下となるように形成される。

図２において、加熱ローラ１０１は、金属材料からなる円筒状の部材であることができ、例えば、アルミニウム等の材料で形成された外径（直径）が３０〜６０ｍｍの中空部材である。加熱ローラ１０１の中空部分には、ハロゲンランプのような加熱装置１０６が内蔵され、加熱ローラ１０１は加熱装置１０６により加熱される。また、図６に示されるように、加熱ローラ１０１は、加圧ローラ１０２と接触する部分（定着ニップ部Ｎ１）の外側で、加熱ローラ１０１の両側の端部にベアリング１５０、１５１を有する。尚、図６は、明瞭化のために無端ベルト１０４を取り除いた状態で示している。また、ベアリング１５０、１５１の外周面は、加熱ローラ１０１の外周面と同一面になるように構成されている。ベアリングは一般的に、例えば金属製又はセラミック製のボールベアリング又はローラベアリングとすることができる。加熱ローラ１０１からの熱がベアリング１５０、１５１を介して散逸しないように、加熱ローラ１０１とベアリング１５０、１５１との間に断熱材が設けられてもよい。

図４に示すように、無端ベルト１０４の切り欠き部１０４ｃが加熱ローラ１０１に配置される際、無端ベルトの側部１０４ａ、１０４ｂのみが、ベアリング１５０、１５１に接触するように構成されている。この場合、加圧ローラ１０２は、無端ベルト１０４の切り欠き部１０４ｃにより（即ち、無端ベルトを介さずに）、加熱ローラ１０１に当接することができる。

図２に戻って参照すると、加圧ローラ１０２は、金属材料からなる円筒状の中空部材であり、例えばアルミニウム等の材料で形成され、その円筒状の金属部材の外周に厚さ１００μｍ〜１０ｍｍのシリコーンゴム層が形成され、更にその表層面に厚さ１μｍ〜１００μｍのフッ素樹脂の層が形成されている。このシリコーンゴム層とフッ素樹脂の層をまとめて、弾性層１０８と呼ぶ。加圧ローラ１０２の中空部分には、ハロゲンランプのような加熱装置１０７が内蔵されてもよい。加圧ローラ１０２は加熱装置１０７により加熱されることができるが、弾性層１０８により、加圧ローラ１０２の表面は、加熱ローラ１０１に比べて温度上昇が遅くなる。そのため、通紙前の暖機工程において、加圧ローラの温度上昇を補助するために、加熱ローラにより加熱することができる。加圧ローラ１０２は、無端ベルト１０４の切り欠き部１０４ｃが無い部分を介して、加熱ローラ１０１に圧接し、定着ニップ部Ｎ１を形成する。定着ニップ部Ｎ１の幅Ｗ（図３）は、３〜１５ｍｍ程度に設定される。

加熱ローラ１０１は駆動装置１１３により、矢印ａで示す方向に回転するように駆動されることができる。また、張架ローラ１０３は駆動装置１１４により、矢印ｂで示す方向に回転するように駆動される。即ち、加熱ローラ１０１及び張架ローラ１０３は、用紙ＴＰを定着ニップ部Ｎ１から張架ローラ１０３の方へ搬送するように無端ベルトを移動させることができる。この時の無端ベルトの移動速度は、例えば５〜２００ｍｍ／秒である。駆動装置１１３、１１４はコントローラ１０９により制御される。また、加圧ローラ１０２は、加熱ローラ１０１又は無端ベルト１０４に当接することにより従動することができる。

図２において、位置センサ１１０は無端ベルト１０４の切り欠き部１０４ｃの位置を検出することができる。位置センサ１１０は光学式のような非接触センサとすることができる。温度センサ１１１は、加圧ローラの表面温度を測定することができ、温度センサ１１２は無端ベルト１０４により囲まれた空間内の温度を測定することができる。温度センサ１１１、１１２はサーミスタ又はサーモパイルなどのような非接触式のセンサとすることができる。位置センサ１１０及び温度センサ１１１、１１２の検出信号はコントローラ１０９に伝えられる。

コントローラ１０９は、定着装置１００に設けられたユーザ入力装置（図示せず）又は外部からの制御信号、並びに位置センサ１１０及び温度センサ１１１、１１２の出力信号等に基づいて、定着装置１００の動作を制御することができる。また、冷却装置１０５が送風装置である場合には、コントローラ１０９はその送風装置の動作も制御することができる。コントローラ１０９は、ＣＰＵのようなプロセッサ、プロセッサにより実行可能な実行可能コード等を格納する記憶デバイス等を備える。

次に、定着装置１００の動作について、図７ａ〜図７ｃに関連して説明する。図７ａ〜図７ｃはそれぞれ、通紙前の暖機状態、トナー像の冷却状態、及び無端ベルトに包囲された空間を冷却する状態にある定着装置１００の概略を示す。特に図７ａ〜図７ｃの下段の図は、無端ベルト１０４の状態を明確に示すために、加圧ローラ１０２及び用紙ＴＰ等が除かれて示されている。また、図７ａ〜図７ｃは、冷却装置１０５が送風装置である場合を示している。図７ａは、通紙前の暖機工程を示す。この場合、トナー像が形成された用紙ＴＰは、搬送装置１３０において停止しており待機状態となっている。また、冷却装置１０５としての送風装置は動作を停止している。前述したように、加圧ローラ１０２の表面は、弾性層１０８により、加熱ローラ１０１に比べて温度上昇が遅くなる。そこで、加熱ローラ１０１を用いて、加圧ローラ１０２を加熱して加圧ローラ１０２の温度上昇を補助する。コントローラ１０９（図２）は、位置センサ１１０（図２）からの検出信号に基づいて、切り欠き部１０４ｃを定着ニップ部Ｎ１に配置するように、駆動装置１１３、１１４（図２）を制御する。

切り欠き部１０４ｃが定着ニップＮ１に配置された際、コントローラ１０９は、張架ローラ１０３の動作を停止するように駆動装置１１３を制御する。一方で、コントローラ１０９は加熱ローラ１０２の回転動作を継続するように駆動装置１１３を制御する。この時、無端ベルト１０４は、無端ベルト１０４の側部１０４ａ、１０４ｂが、加熱ローラ１０１のベアリング１５０、１５１に接触しているだけである。従って、ベアリング１５０、１５１により、加熱ローラの回転動作は無端ベルト１０４に伝わらない。即ち、図７ａの暖機状態において、加熱ローラ１０１と加圧ローラ１０２は回転動作をしているが、無端ベルト１０４は停止している。このように、加熱ローラ１０１が加圧ローラ１０２に当接して回転することにより、加圧ローラ１０２はその表面温度が所定の温度、即ち用紙ＴＰに使用されたトナーの融点以上、例えば１００℃〜１８０℃になるまで、均一に加熱されることができ、加圧ローラが所定の温度に達するまでの時間を短縮することができる。この時、無端ベルト１０４は、加熱ローラ１０１により加熱されない。従って、冷却装置１０５により冷却される無端ベルト１０４が加熱ローラ１０１により加熱されないので、装置の消費電力も抑制することができる。また、加圧ローラ１０２が所定の温度に達するまでの時間を更に短縮するために、加熱ローラ１０１の回転速度を、搬送時の回転速度よりも早くすることができる。例えば、加熱ローラ１０１の回転速度は、搬送時の回転速度よりも１．５〜１０倍速くすることができる。

温度センサ１１１の検出信号に基づいて、加圧ローラ１０２の表面温度が所定の温度に達したことを検知した場合、コントローラ１０９は、加熱ローラ１０１の回転動作を維持しながら、駆動装置１１３を制御して張架ローラ１０３を回転動作させる。この際、加熱ローラ１０１の回転速度が搬送時の回転速度よりも早い場合には、コントローラ１０９は、加熱ローラ１０１の回転速度が搬送時の回転速度になるように駆動装置１１３を制御してから、張架ローラ１０３を動作させる。加熱ローラ１０１と張架ローラ１０３の回転動作により、無端ベルト１０４の切り欠き部１０４ｃが定着ニップ部Ｎ１から張架ローラ１０３の方へ移動する。位置センサ１１０は、切り欠き部１０４ｃが定着ニップ部Ｎ１から離れたことを検出して検出信号を出力する。位置センサ１１０の検出信号に応じて、コントローラ１０９は搬送装置１３０を動作させて用紙ＴＰを定着ニップ部Ｎ１へ進入させる。この時、冷却装置１０５も動作を開始する。用紙ＴＰは、定着ニップ部Ｎ１において再び加熱加圧されることにより、トナー像が再溶融される。定着ニップ部Ｎ１における温度は、例えば用紙ＴＰに使用されたトナーの融点以上、例えば１３０℃から１５０℃とすることができる。再溶融したトナー像は無端ベルト１０４の切り欠き部の無い部分に当接した状態で冷却装置１０５の方へ搬送される。

図７ｂは、再溶融したトナー像が無端ベルト１０４の切り欠き部の無い部分に当接した状態で冷却装置１０５の上方に搬送されている状態を示す。再溶融したトナー像は無端ベルト１０４の切り欠き部の無い部分に当接した状態で冷却装置１０５により、冷却される。この時、用紙ＴＰは無端ベルト１０４の切り欠き部の無い部分に当接しているため、再溶融したトナー像は鏡面に加工された無端ベルト表面を写し取って固化する。それにより、用紙ＴＰのトナー像が形成された表面は、光沢面となることができる。次いで、用紙ＴＰは張架ロールの方へ搬送される。張架ロールにおいて無端ベルトの搬送方向が変わることにより、用紙ＴＰは無端ベルト１０４から剥離され、排出装置１４０により排出される。尚、図面において、加熱ローラ１０１と張架ローラ１０３はほぼ同じ直径を有するローラとして示されているが、用紙ＴＰの剥離を容易にするために、張架ローラ１０３の直径は、加熱ローラ１０１の直径よりも小さくすることができる。

定着装置１００が動作中、無端ベルト１０４に包囲された空間内の温度は、加熱ローラ１０１の影響により上昇する。例えば、この空間内の温度が約５０℃を超えると、定着装置１００に悪影響を及ぼす可能性があると考えられる。冷却装置１０５が送風装置である場合には、コントローラ１０９は、温度センサ１１２が当該空間内の温度を検出した検出信号に応じて、用紙ＴＰの通紙を停止し、次いで無端ベルト１０４の切り欠き部１０４ｃが冷却装置（送風装置）１０５の送風部分に適合するように無端ベルト１０４を移動させることができる（図７ｃを参照）。これにより、無端ベルト１０４に包囲された空間内の空気は、冷却装置（送風装置）１０５により無端ベルト１０４の外側へ排出され、無端ベルト１０４に囲まれた空間内の温度上昇を抑制することができる。

上記の例は、発明の例示を目的とするものであり、発明の範囲を制限するものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲に規定される。

1 画像形成装置
100 定着装置
101 加熱ローラ
102 加圧ローラ
103 張架ローラ
104 無端ベルト
104ａ、104b 側部
104c 切り欠き部
105 冷却装置
106、107 加熱装置
108 弾性層
109 コントローラ
110 位置センサ
111、112 温度センサ
113、114 駆動装置
120 入力装置
140 排出装置
Ｎ１ 定着ニップ部
ＴＰ トナー像が形成された用紙

Claims (15)

1. 加熱装置を内蔵する加熱ローラと、
   張架ローラと、
   前記加熱ローラと前記張架ローラとに張架されて循環移動する無端ベルトと、
   前記無端ベルトを介して前記加熱ローラに圧接して定着ニップ部を形成する加圧ローラと、
   前記無端ベルトの内周面側に配置され、前記加熱ローラから前記張架ローラに向かって移動する無端ベルトを冷却するための冷却装置とを備える定着装置であって、
   前記無端ベルトは切り欠き部を有し、前記切り欠き部を介して前記加熱ローラが前記加圧ローラと直接的に接触して回転可能とされる定着装置。
2. 前記無端ベルトの前記切り欠き部は、前記無端ベルトの両側の側部のみを残すように切り欠かれており、
   前記加熱ローラは、前記加圧ローラと接触する部分の外側で前記加熱ローラの両側の端部にベアリングを含み、前記ベアリングが前記無端ベルトの前記側部のみに接触するように配置されている請求項１に記載の定着装置。
3. 前記無端ベルトの前記切り欠き部は、前記無端ベルトの移動方向において、前記加熱ローラの外周の全長の半分より大きく且つ前記加熱ローラの外周の全長より小さい長さ、及び前記加熱ローラと前記加圧ローラが接触する部分よりも大きい幅を有する、請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記加熱ローラを回転駆動するための第１の駆動装置と、
   前記張架ローラを回転駆動するための第２の駆動装置とを含む請求項１〜３の何れかに記載の定着装置。
5. 前記無端ベルトの前記切り欠き部が前記定着ニップ部に配置された際に、前記第２の駆動装置の動作を停止した状態で前記第１の駆動装置を駆動することにより、前記無端ベルトが停止した状態で前記加熱ローラが前記加圧ローラに当接して回転する請求項２又は３に従属する請求項４に記載の定着装置。
6. 前記無端ベルトの前記切り欠き部の位置を検出するための位置センサを含む請求項１〜５の何れかに記載の定着装置。
7. 前記加圧ローラの表面温度を検出するための温度センサを含む請求項１〜６の何れかに記載の定着装置。
8. 前記加熱装置が第１の加熱装置であり、
   前記加圧ローラが第２の加熱装置を内蔵する請求項１〜７の何れかに記載の定着装置。
9. 前記冷却装置が、送風装置またはヒートシンクである請求項１〜８の何れかに記載の定着装置。
10. 前記冷却装置が送風装置であり、前記無端ベルトの前記切り欠き部を介して、前記無端ベルトに包囲された空間の空気を外部に放出する請求項９に記載の定着装置。
11. 請求項１〜１０に記載された定着装置を有する画像形成装置。
12. 定着装置を製造するための方法であって、
    無端ベルトを、加熱装置を内蔵する加熱ローラと張架ローラとに循環移動可能に張架し、
    前記無端ベルトを介して前記加熱ローラに加圧ローラを圧接させて、定着ニップ部を形成し、
    前記加熱ローラから前記張架ローラに向かって移動する前記無端ベルトを冷却するための冷却装置を、前記無端ベルトの内周面側に配置し、
    前記加熱ローラが前記加圧ローラに直接的に接触して回転可能となるように、前記無端ベルトに切り欠き部を形成することを含む方法。
13. 前記無端ベルトに切り欠き部を形成することが、前記無端ベルトの両側の側部のみを残すように切り欠くことを含み、
    前記加熱ローラが前記加圧ローラと接触する部分の外側で前記加熱ローラの両側の端部にベアリングを配置することを含み、前記ベアリングが前記無端ベルトの前記側部のみに接触するように配置されている、請求項１２に記載の方法。
14. 前記切り欠き部は、前記無端ベルトの移動方向において、前記加熱ローラの外周の全長の半分より大きく且つ前記加熱ローラの外周の全長より小さい長さ、及び前記加熱ローラと前記加圧ローラが接触する部分よりも大きい幅を有する請求項１２又は１３に記載の方法。
15. 前記加熱ローラを回転駆動するための第１の駆動装置を配置し、
    前記張架ローラを回転駆動するための第２の駆動装置を配置することを含む請求項１２〜１４の何れかに記載の方法。

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