JP4978200B2 - 定着装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタなどの画像形成装置に用いられる定着装置に関する。

複写機、プリンタ等の画像形成装置においては、例えば、トナー像などが保持された記録材に対し加熱および加圧を行いこのトナー像を記録材に定着させる定着装置が設けられる場合がある。このような定着装置としては、例えば、互いに圧接して配置された２つの定着ロールと、この定着ロールに掛け渡される定着ベルトとから構成され、定着ロール同士の圧接部にトナー像を保持した記録材を挿通させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平３−１３３８７１号公報

ところで、定着ロールなどの定着部材により記録材を挿通させる圧接部を形成する場合、この定着部材は、圧接部における圧接力を支持するため厚肉とし剛性を確保した状態で形成される。また、定着が行われる際は、上記定着部材は、ヒータ等により加熱され所定の温度に調整される。
ところが、定着ロールなどの定着部材を厚肉に形成してしまうと熱容量が大きくなり、ヒータ等により加熱する際にその加熱時間が長くなる。この結果、電源を投入等してから定着が可能となるまでのウォームアップ時間が長くなってしまう。

そこで本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ウォームアップ時間を短縮可能な定着装置を提供することにある。

かかる目的のもと、本発明が適用される定着装置は、回転可能に設けられた無端状のベルト状部材と、回転可能に設けられベルト状部材の内側に配置される筒状の第１の定着部材と、第１の定着部材の内側に配置される第２の定着部材と、ベルト状部材および第１の定着部材を介して第２の定着部材に回転可能な状態で圧接配置され、ベルト状部材との間に画像を保持した記録材を挿通させるニップ部を形成する第３の定着部材と、第１の定着部材の内周面又は第２の定着部材の外周面に配設される断熱部材と、を有する。

ここで、第１の定着部材を加熱する加熱手段を更に備えたことを特徴とすることができる。また、加熱手段は、電磁誘導加熱方式により第１の定着部材の加熱を行うことを特徴とすることができる。さらに、ニップ部を通過後第１の定着部材により張架されるベルト状部材は、第１の定着部材から離間し、加熱手段は、ベルト状部材が第１の定着部材から離間する箇所よりも第１の定着部材の回転方向下流側且つニップ部よりも第１の定着部材の回転方向上流側における第１の定着部材の加熱を行うことを特徴とすることができる。また、加熱手段は、ベルト状部材の内側に配置されたことを特徴とすることができる。

他の観点から捉えると、本発明が適用される定着装置は、回転可能に設けられた無端状のベルト状部材と、回転可能な状態でベルト状部材の内側に配置される定着部材と、ベルト状部材を介して定着部材に回転可能な状態で圧接配置され、ベルト状部材との間に画像を保持した記録材を挿通させるニップ部を形成する圧接部材と、定着部材の歪みを抑制する抑制部材と、を有する。

ここで、抑制部材は、少なくとも外表面に断熱部材を備え、筒状に形成された定着部材の内側から定着部材をベルト状部材を介して圧接部材に押圧することで定着部材の歪みを抑制することを特徴とすることができる。また、定着部材および圧接部材は、圧接部材が圧接配置された状態において圧接部材の方が定着部材よりも凹となるように構成されていることを特徴とすることができる。

請求項１記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、ウォームアップ時間を短縮可能な定着装置を提供することができる。
請求項２記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、ウォームアップ時間を更に短縮することが可能となる。
請求項３記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、例えば、第１の定着部材の加熱効率を上げることができる。
請求項４記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、第１の定着部材の加熱効率を上げることができる。
請求項５記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、定着装置の小型化を図ることができる。

請求項６記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、ウォームアップ時間を短縮可能な定着装置を提供することができる。
請求項７記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、定着部材の歪みを安定的に抑制することができる。
請求項８記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、ベルト状部材を安定的に回転させることが可能となる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明が適用される画像形成装置を示した概略構成図である。同図に示す画像形成装置は、一般にタンデム型と呼ばれる中間転写方式の画像形成装置である。この画像形成装置には、電子写真方式により各色成分のトナー像が形成される複数の画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋが備えられている。また、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋにより形成された各色成分トナー像を中間転写ベルト１５に順次転写（一次転写）させる一次転写部１０が備えられている。

さらに、本画像形成装置には、中間転写ベルト１５上に転写された重畳トナー画像を記録材（記録紙）である用紙Ｐに一括転写（二次転写）させる二次転写部２０が備えられている。また、中間転写ベルト１５の内側には、中間転写ベルト１５を内側から張架するとともに定速性に優れたモータ（図示せず）などにより回転駆動される駆動ロール３１などの各種ロールが設けられている。さらに、二次転写された画像を用紙Ｐ上に定着させる定着装置６０が設けられている。また、本画像形成装置には、画像形成を行う際の各種の設定をユーザから受け付けるコントロールパネル（不図示）と、各装置（各部）の動作を制御する制御部４０が設けられている。さらに、本画像形成装置には、電源のオン・オフを行うためのメインスイッチ（不図示）と、ユーザにより押圧された場合に定着装置６０を含む各部への給電を停止又は再開する節電モードボタン（不図示）とが設けられている。

本実施の形態において、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋには、次のような電子写真用デバイスが順次配設されている。まず、矢印Ａ方向に回転する感光体ドラム１１の周囲に、これらの感光体ドラム１１を帯電する帯電器１２が配設されている。また、感光体ドラム１１上に静電潜像を書き込むレーザ露光器１３（図中露光ビームを符号Ｂｍで示す）が配設されている。さらに、各色成分トナーが収容されて感光体ドラム１１上の静電潜像をトナーにより可視像化する現像器１４が設けられている。また、感光体ドラム１１上に形成された各色成分トナー像を一次転写部１０にて中間転写ベルト１５に転写する一次転写ロール１６が設けられている。また、感光体ドラム１１上の残留トナーを除去するドラムクリーナ１７が設けられている。

一次転写部１０は、中間転写ベルト１５を挟んで感光体ドラム１１に対向して配置される一次転写ロール１６を含んで構成されている。
二次転写部２０は、中間転写ベルト１５のトナー像保持面側に配置される二次転写ロール２２と、バックアップロール２５とを含んで構成される。二次転写ロール２２は、中間転写ベルト１５を挟んでバックアップロール２５に圧接配置されている。
制御部４０は、各装置（各部）の動作を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）、プログラムが記録されるＲＯＭ（Read Only Memory）、各種データを一時的に記憶しておくＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えている。

次に、本実施の形態に係る画像形成装置の基本的な作像プロセスについて説明する。本実施形態における画像形成装置では、図示しない画像読取装置等から画像データが出力される。そして、この画像データは図示しない画像処理装置により所定の画像処理が施され、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（黒）の４色の色材階調データに変換され、レーザ露光器１３に出力される。
レーザ露光器１３は、入力された色材階調データに応じて、例えば半導体レーザから出射された露光ビームＢｍを画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋの各々の感光体ドラム１１に照射する。各感光体ドラム１１では、帯電器１２によって表面が帯電された後、このレーザ露光器１３によって表面が走査露光され、静電潜像が形成される。

形成された静電潜像は、各々の画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋの現像器１４によって、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色のトナー像として現像される。
一方、中間転写ベルト１５は、駆動ロール３１などの各種ロールによって図１に示す矢印Ｂ方向に所定の速度で循環駆動されている。感光体ドラム１１上に形成されたトナー像は、各感光体ドラム１１と中間転写ベルト１５とが当接する一次転写部１０において、中間転写ベルト１５上に順次、静電吸引され、中間転写ベルト１５上に重畳されたトナー像が形成される。重畳されたトナー像が中間転写ベルト１５の表面に形成された後、中間転写ベルト１５は移動し、トナー像は二次転写部２０に搬送される。二次転写部２０では、二次転写ロール２２が中間転写ベルト１５を介してバックアップロール２５に押圧される。このとき、タイミングを合わせて搬送ロール５２等により搬送された用紙Ｐは、二次転写部２０において、中間転写ベルト１５と二次転写ロール２２との間に挟み込まれる。

二次転写部２０においては、二次転写ロール２２とバックアップロール２５との間に二次転写バイアスが印加され、両部材間には二次転写電界が形成されている。そして、中間転写ベルト１５上に保持された未定着トナー像は、この二次転写部２０において、用紙Ｐ上に一括して静電転写される。その後、トナー像が静電転写された用紙Ｐは、二次転写ロール２２によりこの二次転写ロール２２の用紙搬送方向下流側に設けられた搬送ベルト５５へと搬送される。搬送ベルト５５では、用紙Ｐを最適な搬送速度で定着装置６０まで搬送する。定着装置６０においては、トナー像が転写された用紙Ｐに対し、加熱および加圧が行われ、用紙Ｐ上にトナー像の定着がなされる。そして、定着が終了した用紙Ｐは、画像形成装置の外部に排出される。なお、本実施形態における画像形成装置は、節電モードボタン（不図示）が押圧され、又は、所定の入力が所定時間ない場合、定着装置６０を含む各部への給電が停止される節電状態となる。そして、節電状態や、電源がオフ状態とされた場合、後述するヒータ６１６ｃ（図２参照）等への給電も停止されるため、後述するアウターロール６１１（図２参照）等の各種部材の温度は、定着時における温度より低い状態となる。

次に、定着装置６０について説明する。
図２は、本発明が適用される定着装置６０の概略構成を示す側断面図である。この定着装置６０は、定着ベルトモジュール６１と、定着ベルトモジュール６１に対して圧接して配置された加圧ロール６２と、定着ベルトモジュール６１および加圧ロール６２を支持する支持部材としての支持筐体６３とで主要部が構成されている。

定着ベルトモジュール６１は、回転可能に設けられたアウターロール６１１と、同じく回転可能に設けられた定着ベルト６１０と、同じく回転可能な状態でアウターロール６１１の内側に配置されたインナーロール６０９とを備えている。また、定着ベルトモジュール６１は、アウターロール６１１よりも定着ベルト６１０の回転方向下流側に、外側から定着ベルト６１０を張架するとともに外側から定着ベルト６１０を加熱する外部加熱ロール６１３を備えている。さらに、定着ベルトモジュール６１は、アウターロール６１１と加圧ロール６２とが定着ベルト６１０を介して圧接する領域の下流側であってアウターロール６１１の近傍位置に、定着ベルト６１０を加圧ロール６２に押圧する剥離パッド６４を備えている。この結果、定着ベルトモジュール６１と加圧ロール６２とが圧接する領域には、用紙上にトナー像の定着を行うニップ部Ｎが形成される。

また、定着ベルトモジュール６１は、ニップ部Ｎの下流側において定着ベルト６１０を張架するアイドラロール６１５と、アウターロール６１１を回転駆動させるモータ等の駆動源（不図示）とを備えている。さらに、定着ベルトモジュール６１は、外部加熱ロール６１３の内部に、外部加熱ロール６１３を加熱する加熱源としてのヒータ６１６ｃを備えている。また、定着ベルトモジュール６１は、内側から定着ベルト６１０を張架するテンションロール６１２と、テンションロール６１２を定着ベルト６１０の外側方向に押圧する押圧部材６５とを備えている。この押圧部材６５は、コイルスプリング等により構成され、テンションロール６１２を上記のとおり定着ベルト６１０の外側に押圧することで定着ベルト６１０に所定の張力を付与する。また、定着ベルトモジュール６１は、テンションロール６１２の内部に、このテンションロール６１２を加熱する加熱源としてのヒータ６１６ｂを備えている。

支持筐体６３は、定着ベルト６１０が回転する方向と交差する方向（定着ベルト６１０の回転方向と略直交する方向、定着ベルト６１０の幅方向）であって、アウターロール６１１や外部加熱ロール６１３などの両側部近傍に配置されている。即ち、支持筐体６３は、アウターロール６１１、インナーロール６０９、外部加熱ロール６１３などをその両端において支持している。

アウターロール６１１（第１の定着部材、定着部材）は、円筒状に形成されるとともに、上述のとおり支持筐体６３によりその両端部が支持され、また、この支持筐体６３に対して回転可能に配設されている。さらに、アウターロール６１１は、上述のとおりモータ等の駆動源から駆動力を受けるとともに、定着ベルト６１０の内側に配置され定着ベルト６１０を内側から張架する。また、アウターロール６１１は、弾性層が被覆されておらず、主体としてのアルミニウムの芯金（コアロール）と、この芯金の表面に耐熱性樹脂（フッ素樹脂）とを備え、所謂ハードロールとして構成されている。また、本実施形態においては、アウターロール６１１は、肉厚が１ｍｍで形成され、従来の定着装置にて用いられてきたロール状部材よりも薄肉に形成されている。但し、肉厚を小さくしていくと、駆動源（不図示）からの駆動力を定着ベルト６１０に伝達する際や、定着ベルト６１０を張架する際に、変形や破壊などが生じるおそれがある。このため、本実施形態におけるアウターロール６１１は、このような不具合が生じない範囲内で薄肉化している。

インナーロール６０９（第２の定着部材、抑制部材）は、アウターロール６１１の内部に配置されるとともに、回転可能な状態でその両端部が支持筐体６３により支持される構成となっている。また、インナーロール６０９は、その軸心がアウターロール６１１の軸心と一致した位置に配置されず、軸心が加圧ロール６２側に偏った位置に配置されている。さらに、インナーロール６０９は、中実に形成された本体部６０９ａと、この本体部６０９ａの外周面を被覆する状態で形成された断熱層６０９ｂ（断熱部材）とから構成されている。この結果、インナーロール６０９は、中空に形成されたアウターロール６１１よりも剛性が高い状態で形成され撓み（歪み）にくい状態となっている。
本体部６０９ａは、例えば、アルミニウム、鉄、ステンレス等の金属により形成することができる。また、断熱層６０９ｂは、例えば、シリコンゴムなどのゴム部材により形成することができる。本実施形態においては、ゴム硬度５０〜９０度のシリコンゴムを、厚さ２〜１０ｍｍで本体部６０９ａの周囲に形成することで断熱層６０９ｂを形成している。

定着ベルト６１０（ベルト状部材）は、フレキシブルなエンドレスベルト（無端状ベルト）であり、全体の肉厚が小さい状態で形成されている。このため熱容量が小さい状態となっている。この定着ベルト６１０は、３層構造で形成されており、ポリイミド等からなるベース層と、ベース層の表面側（外周面側）に積層されたシリコンゴム等からなる弾性層と、弾性層を被覆するように形成されたフッ素系樹脂からなる表面層（離型層）とから構成されている。

剥離パッド６４は、例えばＳＵＳの金属や樹脂等で薄い板状に形成された部材であり、また、断面が略円弧形状の部材である。そして、剥離パッド６４は、加圧ロール６２とアウターロール６１１とが定着ベルト６１０を介して圧接する領域（「ロールニップ部Ｎ１」）の下流側近傍位置に配置されている。また、剥離パッド６４は、定着ベルト６１０の裏面側に設けられ、定着ベルト６１０を介して加圧ロール６２を所定の幅領域に亘って所定の荷重で均一に押圧するように設置されている。この結果、ニップ部Ｎ内には、ロールニップ部Ｎ１に連続して「剥離パッドニップ部Ｎ２」が形成される。

加圧ロール６２（第３の定着部材、圧接部材）は、定着ベルトモジュール６１に圧接状態で配置されている。また、加圧ロール６２は、アルミニウム等からなる円柱状ロール６２１を基体としている。そして、基体側から、ゴム硬度２０〜７０度のシリコンゴムからなる厚さ１０〜３０ｍｍ程度の弾性層６２２と、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）等からなる厚さ１００μｍ程度の離型層６２３とが順に積層されてソフトロールを構成している。

なお、本実施形態においては、上述のとおり、加圧ロール６２側に弾性層６２２を設けるとともにアウターロール６１１をハードロールとして構成し、加圧ロール６２が定着ベルトモジュール６１に対して圧接された際に、加圧ロール６２側の方が大きく凹むような構成としている。ニップ部Ｎにおいて、アウターロール６１１や加圧ロール６２が不均一に変形した場合、このニップ部Ｎを通過する定着ベルト６１０に波うちやしわが発生し定着ベルト６１０を安定して搬送できないおそれがある。そこで、本実施形態においては、アウターロール６１１をハードロールで構成することで定着ベルト６１０がニップ部Ｎにおいてアウターロール６１１に密着（沿う）するようにし、ニップ部Ｎにおいて高荷重のニップ圧が定着ベルト６１０に作用したとしても定着ベルト６１０に波打ちやしわが生じないようにしている。

また、本実施形態においては、定着ベルトモジュール６１と加圧ロール６２とは高い圧力で圧接しており、ニップ部Ｎに全体で２９４０Ｎ（３００ｋｇｆ）以上の圧力が加わった状態となっている。この状態においては、アウターロール６１１およびインナーロール６０９に対して加圧ロール６２側から荷重が加わってくるが、本実施形態においては、この荷重をアウターロール６１１およびインナーロール６０９を介して支持筐体６３により支持する構成としている。

次に、図２を用いて定着装置６０の動作について説明する。
定着装置６０にて定着が行われる際は、まず搬送ベルト５５（図１参照）により、トナー像が保持された用紙Ｐがニップ部Ｎに導入される。このとき、アウターロール６１１は、駆動源（不図示）からの駆動力を受けて、矢印Ｃ方向に回転している。また、定着ベルト６１０は、アウターロール６１１が回転するのに伴い、アウターロール６１１に従動して矢印Ｄ方向に回転している。さらに、インナーロール６０９も、アウターロール６１１が回転するのに伴い、アウターロール６１１に従動して矢印Ｅ方向に回転している。また、加圧ロール６２は、定着ベルト６１０の回転に従動して矢印Ｆ方向に回転している。また、定着が行われる際、ヒータ６１６ｂ、６１６ｃに不図示の電源部から給電がなされ、テンションロール６１２、および外部加熱ロール６１３は、所定の温度に調整される。

この状態において、ニップ部Ｎ内に導入された用紙Ｐは、定着ベルト６１０および加圧ロール６２により下流方向に搬送され、ロールニップ部Ｎ１および剥離パッドニップ部Ｎ２を順次通過していく。そして、用紙Ｐは、このロールニップ部Ｎ１および剥離パッドニップ部Ｎ２を通過する過程において、定着ベルト６１０および加圧ロール６２から加圧、および加熱作用を受ける。この結果、用紙Ｐに対しトナー像の定着が行われる。そして、剥離パッドニップ部Ｎ２を通過した定着ベルト６１０は、剥離パッド６４の側面に倣って移動する。

これにより、定着ベルト６１０の進行方向は、アイドラロール６１５方向に屈曲するように急激に変化する。このため、ニップ部Ｎにおいて加圧および加熱作用を受けた用紙Ｐは、ニップ部Ｎを出た時点で定着ベルト６１０の進行方向の変化に追随できなくなる。この結果、用紙Ｐは自身の所謂「コシ」によって定着ベルト６１０から剥離される（セルフストリップ）。このようにして、ニップ部Ｎの出口部において、用紙Ｐに対する曲率分離が安定的に行なわれる。定着ベルト６１０から剥離された用紙Ｐは、その後、排紙ガイド（不図示）および排紙ロール（不図示）によって機外に排出されて、定着処理が完了する。

ところで、図２で示した定着装置において、インナーロール６０９を非配置とするとともに、アウターロール６１１の内部にヒータ等の加熱源を設ける構成とすることもできる。なおこの場合は、ニップ部Ｎにおけるニップ荷重を支持するために、アウターロール６１１の肉厚は、本実施形態におけるアウターロール６１１の肉厚よりも大きい状態で形成される。
このようにアウターロール６１１の肉厚を大きくした定着装置や、図２で示した本実施形態に係る定着装置は、定着ベルト６１０を薄肉に形成し熱容量を小さくすることで定着ベルト６１０を素早く加熱可能とするとともに、定着ベルト６１０が保有する熱エネルギーで用紙上のトナー像の定着を行うことを意図している。また、これらの定着装置における定着ベルト６１０は、上記のとおり熱容量が小さく形成されているために迅速に加熱することが可能であり、ドループを引き起こさずに高生産の定着を行うことが可能である。さらに、これらの定着装置は、用紙が自身の「コシ」により定着ベルト６１０から剥離される構成となっており、オイルレスで且つ剥離性能に優れたものとなっている。この結果、これらの定着装置は、高い信頼性を有するとともに高速定着を実現することが可能となる。

ところが、上記のとおりアウターロール６１１の肉厚を大きくすると、アウターロール６１１の熱容量は大きくなる。このため、アウターロール６１１の内部に配設された加熱源に給電を開始したとしても、アウターロール６１１は、上記のとおり熱容量が大きいためになかなか加熱されず、定着に適した所定温度に達するまで時間を要するようになる。一方で、定着ベルト６１０は、熱容量が小さいために、外部加熱ロール６１３等により迅速に加熱される。この結果、定着ベルト６１０の温度に対しアウターロール６１１の温度が低すぎる状態が発生する。このため、定着ベルト６１０を外部加熱ロール６１３等により加熱したとしても、定着ベルト６１０の熱は、アウターロール６１１と接触した際にアウターロール６１１に奪われてしまう。

この結果、ニップ部Ｎにおける定着ベルト６１０は、定着に適した所定温度よりも温度が低い状態となり、ニップ部Ｎにおける定着が困難となる。このため、アウターロール６１１が所定温度に達するのを待つ必要が生じ、電源の投入から定着が可能となるまでの時間（以下、「ウォームアップ時間」と称する）が長くなってしまうという不具合が発生する。例えば、上記インナーロール６０９を非配置とした例において、アウターロール６１１の肉厚が５〜１０ｍｍ、直径が１００ｍｍの場合であって、トータルで３０００〜３５００Ｗの電力を定着装置に投入した場合、ウォームアップ時間は、６００〜９００秒となってしまう。また、このようにウォームアップ時間が長いと、消費電力も増大しエネルギーの利用効率の点からも好ましくないものとなる。

このような不具合に対し、アウターロール６１１の肉厚を小さくすればアウターロール６１１の熱容量を小さくすることが可能となり、アウターロール６１１を素早く加熱することが可能となる。この結果、ウォームアップ時間を短縮化することができる。しかしながら、この場合は、アウターロール６１１の剛性が低下し、ニップ荷重を支持した場合などに、アウターロール６１１に歪み（変形）や破壊が生じるおそれがある。
また、アウターロール６１１の肉厚を小さくするとともに、アウターロール６１１の内部に、このアウターロール６１１を支持する例えば金属製の支持部材を設ける構成とすることも考えられる。しかしながら、この場合、定着ベルト６１０からアウターロール６１１に伝わった熱は、支持部材にも伝わっていくため実質的に熱容量は小さくならず、ウォームアップ時間を短くすることは困難となる。

そこで、本実施形態においては、図２でも示したとおり、まず、定着ベルト６１０に接し定着ベルト６１０から熱を奪うアウターロール６１１の肉厚を小さくすることで熱容量を小さくし、アウターロール６１１が定着ベルト６１０によりすばやく加熱される構成としている。また、アウターロール６１１の肉厚を小さくすると剛性が不足し歪みが生じやすい状態となるが、本実施形態においては、アウターロール６１１の内側にインナーロール６０９を設け、主としてこのインナーロール６０９によりニップ部Ｎにおけるニップ荷重を支持する構成とし、アウターロール６１１の剛性不足を補うようにしている。但し、この場合は、上記のとおりアウターロール６１１の熱がこのインナーロール６０９にも伝わってしまうため、インナーロール６０９の表面に断熱層６０９ｂを設ける構成とし、インナーロール６０９の内部方向まで熱が伝わりにくい構成としている。なお、本実施形態における定着装置に、３０００〜３５００Ｗの電力を投入し、ウォームアップ時間を測定した結果、上記のインナーロール６０９が非配置の例に比べ、５割以上（３００〜４５０秒）ウォームアップ時間を短縮することができた。

なお、本実施形態においては、インナーロール６０９の内部にヒータなどの加熱源が存在しない構成となっているが、適宜ヒータなどの加熱源を設けることもできる。また、本実施形態においては、アウターロール６１１の肉厚を１ｍｍとしたが、１ｍｍ以下とすることも可能である。さらに、インナーロール６０９の本体部６０９ａは、本実施形態においては、中実となっているが、中空とすることもできる。中空とすることで、インナーロール６０９全体の熱容量を小さくすることができる。なお、インナーロール６０９の本体部６０９ａを中空とすると、強度が低下し、軸方向における中央部が大きく撓みやすくなり、ニップ部Ｎにおけるニップ圧も不均一となるおそれがある。このため、軸方向における中央部における外径が端部における外径よりも大きくなるような形状としておくことが望ましい。また、本実施形態においては、断熱層６０９ｂをインナーロール６０９の外周面に配置する構成としたが、断熱層６０９ｂをアウターロール６１１の内周面に配設する構成とすることもできる。

―第２の実施形態―
次に、第２の実施形態について説明する。図３は、第２の実施形態における定着装置６０の概略構成を示す側断面図である。なお、第１の実施形態と同様の機能については、同様の符号を用いここではその説明を省略する。

第１の実施形態は、アウターロール６１１が定着ベルト６１０を介して外部加熱ロール６１３等により加熱されアウターロール６１１が間接的に加熱される構成であったのに対し、本実施形態は、アウターロール６１１が直接的に加熱される構成となっている。
より詳細に説明すると、本実施形態は、加熱手段の一例としてのコイル部６１７を用いアウターロール６１１を電磁誘導加熱（Induction Heating）方式により直接的に加熱する構成としている。
このコイル部６１７は、定着ベルト６１０の内側であって、アウターロール６１１の外周面近傍に設けられている。より具体的には、コイル部６１７は、ニップ部Ｎよりもアウターロール６１１の回転方向上流側に、且つ、詳細は後述するが定着ベルト６１０がアウターロール６１１から離間する離間位置よりもアウターロール６１１の回転方向下流側に設けられている。なお、本実施形態においては、後述する励磁コイルに交番電流を供給する励磁回路（不図示）も設けられている。

コイル部６１７は、励磁コイル（不図示）と、芯材としての磁性コア（不図示）と、励磁コイルおよび磁性コアを保持する保持部材（不図示）とから主要部が構成されている。
励磁コイルは、コイル（線輪）を構成させる導線（電線）として一本ずつがそれぞれ絶縁被覆された銅製の細線を複数本束ねたもの（束線）を用い、これを複数回巻くことにより形成されている。
磁性コアは、高透磁率の部材であり、例えばフェライトやパーマロイ等といったトランスのコアに用いられる材料を用いることができる。
保持部材は、絶縁性に優れ、耐熱性が良いものを用いることが好ましい。例えばフェノール樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂などを用いることができる。

ところで、上述のとおり上記第１の実施形態においては、アウターロール６１１は直接的に加熱されず、外部加熱ロール６１３等により加熱された定着ベルト６１０により間接的に加熱される構成となっていた。このような構成であっても、上記のようにウォームアップ時間を短縮することが可能ではある。しかしながら、ユーザの利便性を向上させていくには、ウォームアップ時間をより短縮することが望ましくなってくる。そこで、本実施形態においては、上述のとおり、コイル部６１７を設けるとともに、このコイル部６１７を用いてアウターロール６１１を直接的に加熱する構成としている。

本実施形態における構成において、節電状態から復帰し、又は、電源がオン状態とされ、給電がなされると、コイル部６１７における励磁コイルは、励磁回路から供給される交番電流（高周波電流）によって交番磁束を発生する。発生した交番磁束は、コイル部６１７の対向位置におけるアウターロール６１１の芯金（コアロール）に作用し、この部分に渦電流を発生させる。そして、この渦電流は、芯金の固有抵抗により芯金にジュール熱を発生させる。この結果、給電の開始によりアウターロール６１１は迅速に温度上昇していく。このように本実施形態においては、アウターロール６１１が迅速に温度上昇するため、アウターロール６１１が熱を奪うことによる定着ベルト６１０の温度低下も抑制され、ニップ部Ｎにおける定着ベルト６１０の温度を定着に適した所定温度まで迅速にする加熱することができる。

ところで、本実施形態では、アウターロール６１１の内部にインナーロール６０９が設けられる構成となっている。このため、アウターロール６１１の内部にコイル部６１７等のアウターロール６１１を加熱するための部材を設けることは困難である。そこで、本実施形態においては、アウターロール６１１の外部にコイル部６１７を設ける構成としている。
また、アウターロール６１１を加熱するための加熱源として、ハロゲンヒータ等、輻射により加熱するものもあるが、このようなヒータは、ヒータ自身が熱容量を有しており加熱効率が良好ではない。さらに、輻射により加熱するヒータは、加熱が必要とされる箇所以外も加熱が行われるため、この点からも加熱効率が良好ではない。そこで、本実施形態においては、輻射によって加熱するものではなく、また、局部的に加熱が可能な電磁誘導加熱方式を用いる構成としている。

さらに、アウターロール６１１は、全ての場所において所定の温度を保っている必要はなく、定着ベルト６１０と接触するニップ部Ｎ近傍において所定の温度を有していればよい。そこで、本実施形態においては、アウターロール６１１が発熱する（加熱される）箇所を、ニップ部Ｎの上流側近傍に配置する構成としている。
本実施形態における定着装置に、３０００〜３５００Ｗの電力を投入し、ウォームアップ時間を測定した結果、図２で示した第１の実施形態における定着装置よりも、ウォームアップ時間をさらに１割以上（２００〜３５０秒）短縮することができた。
アウターロール６１１は、様々な手法で加熱することが可能であり、例えば、発熱体をアウターロール６１１に接触した状態で設けることもできる。但し、このような場合、発熱体とアウターロール６１１とが摺動するため、アウターロール６１１が損傷したり、アウターロール６１１の回転抵抗が増したりする。このため、アウターロール６１１は、本実施形態における電磁誘導加熱方式のように非接触で加熱することが望ましい。

また、本実施形態においては電磁誘導加熱方式を用いているため、コイル部６１７は、図中破線で示すように、定着ベルト６１０およびアウターロール６１１の外側に配置することができる。上述の輻射を利用したヒータやアウターロール６１１と接触するタイプのヒータは、このような位置に配置すると、定着ベルト６１０が介在しているために、アウターロール６１１を効果的に加熱することが困難である。このため、輻射を利用したヒータや、接触型のヒータを用いてアウターロール６１１を加熱する場合、その配置位置が限定され配置の自由度が低下してしまう。
なお、定着ベルト６１０の外側にコイル部６１７を設ける場合、定着装置６０がコイル部６１７の分だけ大きくなる。このため、定着装置６０をコンパクトにするという観点からは、コイル部６１７を上記のとおり定着ベルト６１０の内側に配置することが望ましい。

また、本実施形態においては、ニップ部Ｎを通過した定着ベルト６１０は、アイドラドール６１５によりアウターロール６１１から一度離間された後、再度アウターロール６１１に張架される。そして、アウターロール６１１に張架された定着ベルト６１０は、外部加熱ロール６１３方向に移動し再びアウターロール６１１から離間される状態となる。コイル部６１７は、上述のとおり、図中破線で示す位置、即ち定着ベルト６１０がアウターロール６１１により張架されている領域にてアウターロール６１１を加熱することが可能である。しかしながら、この場合、アウターロール６１１の熱が定着ベルト６１０により奪われ加熱効率が低下する。このため、定着ベルト６１０がアウターロール６１１から離間する離間位置よりもアウターロール６１１の回転方向下流側にてこのアウターロール６１１を加熱する構成が望ましくなる。

本発明が適用される画像形成装置を示した概略構成図である。 本発明が適用される定着装置の概略構成を示す側断面図である。 第２の実施形態における定着装置の概略構成を示す側断面図である。

符号の説明

６２…加圧ロール、６０９…インナーロール、６０９ｂ…断熱層、６１０…定着ベルト、
６１１…アウターロール、６１７…コイル部、Ｎ…ニップ部

Claims (8)

1. 回転可能に設けられた無端状のベルト状部材と、
   回転可能に設けられているとともにロール状且つ筒状に形成され、前記ベルト状部材の内側に配置される第１の定着部材と、
   前記第１の定着部材の内側に配置されるとともにロール状に形成され、外径が当該第１の定着部材の内周面の径よりも小さい第２の定着部材と、
   前記ベルト状部材および前記第１の定着部材を介して前記第２の定着部材に回転可能な状態で圧接配置され、当該ベルト状部材との間に画像を保持した記録材を挿通させるニップ部を形成する第３の定着部材と、
   前記第１の定着部材の内周面又は前記第２の定着部材の外周面に配設される断熱部材と、
   を含む定着装置。
2. 前記第１の定着部材、前記第２の定着部材、および、前記第３の定着部材の各々は、予め定められた回転軸を中心に回転可能に設けられ、
   前記第２の定着部材は、前記第１の定着部材の回転軸と前記第３の定着部材の回転軸とを結ぶ直線上に当該第２の定着部材の回転軸が位置するように配置されていることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記第１の定着部材の内側には、前記第２の定着部材が１つ設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載に定着装置。
4. 前記第１の定着部材は、金属材料により形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の定着装置。
5. 前記第１の定着部材を加熱する加熱手段を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
6. 前記加熱手段は、電磁誘導加熱方式により前記第１の定着部材の加熱を行うことを特徴とする請求項５記載の定着装置。
7. 前記ニップ部を通過後前記第１の定着部材により張架される前記ベルト状部材は、当該第１の定着部材から離間し、
   前記加熱手段は、前記ベルト状部材が前記第１の定着部材から離間する箇所よりも当該第１の定着部材の回転方向下流側且つ前記ニップ部よりも当該第１の定着部材の回転方向上流側における当該第１の定着部材の加熱を行うことを特徴とする請求項５記載の定着装置。
8. 前記加熱手段は、前記ベルト状部材の内側に配置されたことを特徴とする請求項５記載の定着装置。

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