JP3939917B2 - 定着装置及びこれを有する画像形成装置 - Google Patents
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【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
Claims (9)
- 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。
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