JP5366005B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着部材と加圧部材間のニップ部において記録媒体を加熱加圧することによって記録媒体上の形成画像に対する定着を行う定着装置、および該定着装置を備える画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式を利用した画像形成装置は広く知られている。その画像形成プロセスは、像担持体である感光体ドラムの表面に静電潜像を形成し、感光体ドラム上の静電潜像を現像剤であるトナーによって現像して可視像化し、現像された画像を転写装置により記録媒体に転写してトナー像を担持させる。その後、記録媒体上の未定着のトナー像を定着装置によって加圧／加熱し、記録媒体上のトナー像を定着するものである。

定着装置には、対向するローラまたはベルトあるいはそれらの組み合わせにより構成された定着回転体が設けられており、記録媒体である記録紙をニップ部にて挟み込み、加圧／加熱して、トナー像を記録紙上に定着する。

この種の定着装置には、従来より各種方式のものがある。

図１１は従来のベルト定着方式の定着装置を示す概略構成図であって、ベルト定着方式の定着装置は、加熱ヒータ２０１を有する加熱ローラ２０２と、表層にゴム層が設けられた定着ローラ２０３と、加熱ローラ２０２と定着ローラ２０３とに架設された定着ベルト２０４と、定着ベルト２０４を介して定着ローラ２０３に圧接して定着ニップＮを形成する加圧ローラ２０５とを具備するものである。

そしてトナー像が転写された記録媒体の記録紙Ｐが、定着ベルト２０４と加圧ローラ２０５間の定着ニップＮに搬送されると、記録紙Ｐが定着ニップＮを通過する過程において記録紙Ｐ上のトナー像が加熱および加圧されて、記録紙Ｐに定着される。

図１２は従来のフィルム加熱方式の定着装置を示す概略構成図であって、フィルム加熱方式の定着装置は、特許文献１に記載されているように、一般的に、セラミックヒータ２１１と加圧ローラ２１２との間に、耐熱性フィルム（定着ベルト）２１３を挟むようにして定着ニップＮを形成する構成のものである。

そして、定着ニップＮの耐熱性フィルム２１３と加圧ローラ２１２との間に記録紙を導入して、記録紙を挟持して耐熱性フィルム２１３と共に搬送させる。このとき定着ニップＮにおいて、記録紙に対してセラミックヒータ２１１からの熱が耐熱性フィルム２１３を介して加えられると共に加圧されて、記録紙上のトナー像が定着される。

前記フィルム加熱方式の定着装置は、セラミックヒータと、フィルムからなる低熱容量の部材を用いてオンデマンドタイプの装置を構成することができると共に、画像形成装置の画像形成実行時のみ、セラミックヒータに通電して所定の定着温度に発熱させた状態にすればよく、画像形成装置の電源オンから画像形成実行可能状態までの待ち時間が短く、かつスタンバイ時の消費電力も大幅に小さいなどの利点がある。

また、特許文献２に記載されているような加圧ベルト方式の定着装置では、表面が弾性変形する回転可能な加熱定着ロールと、加熱定着ロールに接触したまま走行可能なエンドレスベルトと、エンドレスベルトの内側に非回転状態で配置され、エンドレスベルトを加熱定着ロールに圧接させてエンドレスベルトと加熱定着ロールとの間に記録紙が通過するベルトニップを設ける加圧パッドとを備えている。

前記加圧ベルト方式の定着装置によれば、加圧パッドの押圧により加熱定着ロールの表面を弾性変形させ、用紙と加熱定着ロールとの接触面積を広げることにより、熱伝導効率を大幅に向上させ、エネルギ消費を抑制すると同時に小型化を実現することが可能となる。

しかし、特許文献１に記載されているフィルム加熱方式の定着装置では、定着ベルト（耐熱性フィルム）における耐久性と温度の安定性とに問題があった。

すなわち、セラミックヒータと、耐熱性フィルムからなる定着ベルトとの摺動面の耐磨耗性が不十分であり、長時間運転すると連続摩擦を繰り返す面が荒れて摩擦抵抗が増大し、定着ベルトの走行が不安定になるか、もしくは、定着装置の駆動トルクが増大するなどの現象が生じる。

その結果、画像を形成する記録紙のスリップが生じて形成画像のずれが生じる。あるいは、駆動ギヤに加わる応力が増大し、ギヤの破損を引き起こすという不具合が発生する。

また、フィルム加熱方式の定着装置では、定着ベルトを定着ニップにおいて局所的に加熱しているため、回転する定着ベルトが定着ニップの入口に戻ってくる際に、ベルト温度は最も冷えた状態になり、特に、高速回転を行う場合、定着不良が生じやすいという問題がある。

前記のような定着ベルトとセラミックヒータなどの固定部材との摺動性の問題を改善する手段として、特許文献２には、圧力パッドの表層に低摩擦シート（シート状摺動材）としてＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylene）を含浸させたガラス繊維シート（ＰＴＦＥ含浸ガラスクロス）を用いる方法が記載されている。

しかし、特許文献２，３に記載の加圧ベルト方式の定着装置では、定着ローラの熱容量が大きく昇温が遅いため、ウォームアップにかかる時間が長いという問題がある。

そこで、前記構成の定着装置の問題を解決するため、本発明者らは特許文献４に記載の構成の定着方式を提案した。

特許文献４に記載の定着方式では、前記フィルム加熱方式や前記加圧ベルト方式と異なり、定着ベルト内部の略全域を、定着ベルトに近接するように設置されたパイプ状金属体がガイドし、ヒーターにて加熱されたパイプ状金属体を介して、定着ベルトに熱が加えられるように構成されている。

しかしながら、特許文献４に記載の定着方式には、定着ベルトに熱を伝達して加熱するパイプ状金属体を冷却しにくいという課題がある。

一般に、ユーザーがジャム処理をする際や、サービスマンが部品交換をする際などでは定着装置を自然冷却させるまで待ち時間が必要である。そこで、従来の方式では、前記待ち時間を低減すべく、ファンなどを用いて冷却する方法が考えられている（例えば、特許文献５）。

しかし、特許文献４に記載の定着方式においては、定着ベルトが静止している際は、定着ベルトとパイプ状金属体の間に僅かにクリアランスを有するので、定着ベルトとパイプ状金属体との間の熱伝導性は悪く、定着ベルトの外部から空冷で冷却しても、内部のパイプ状金属体はあまり冷却されないという問題がある。

すなわち、温度センサにより定着ベルトが、ある一定の温度以下に空冷されたとしても、内部のパイプ状金属体は熱いままであるので、ユーザーの手が定着ベルトに触れた際、定着ベルトとパイプ状金属体とが接触することで、パイプ状金属体の熱が急激に定着ベルトに伝わり、熱く感じるという問題がある。

また、特許文献４に記載の定着方式は、パイプ状加熱体を薄肉の金属で形成することにより、被加熱部材であるパイプ状加熱体の熱容量を低減し、ウォームアップ時間を短縮することが可能であるが、同時に熱容量が少ないので、空冷などで冷却した場合には温度ムラが生じやすいという問題がある。

このとき、定着ベルトにおいて部分的に熱い箇所と冷却された箇所とが生じ、これにより定着ベルトの軸方向に温度偏差が存在した場合には、冷却後に次の画像形成動作を行う際、定着ニップにおいて温度ムラの影響を受け、画像不良が発生しやすいという問題がある。

本発明は、前記従来技術の問題を解決し、確実かつ効率的に冷却を行い、定着ニップにおける温度ムラなどをなくし、良好な定着が行われ、しかも、ユーザの定着部接近時における熱によるトラブル回避など、安全性を確保することができる定着装置、および該定着装置を備える画像形成装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、可撓性を有する無端状の定着部材と、該定着部材の内側に設けられて該定着部材に熱を伝える熱伝導部材と、該熱伝導部材を加熱する加熱部材と、前記定着部材を介して前記熱伝導部材に圧接する加圧部材とを備え、前記定着部材と前記加圧部材間に定着対象の記録媒体が搬送される定着ニップを形成する構成の定着装置において、前記定着部材の外周に該定着部材に対して接離可能に放熱部材を設け、該放熱部材の押圧により前記定着部材と前記熱伝導部材とを接触させて冷却を行うことを特徴とし、この構成によって、定着部材と熱伝導部材とが接触した状態で、両部材の熱が放熱部材を介して放熱され冷却されるため、定着装置における高温部分に対する冷却が確実かつ効率的に行われる。このため、定着ニップにおいて次動作の温度ムラなどがなくなり、良好な定着が行われ、しかも、ジャム処理などのためにユーザが定着部接近あるいは接触するときにおける熱によるトラブル回避がなされるなど、安全性を確保することができる。

請求項２に記載の発明は、可撓性を有する無端状の定着部材と、該定着部材の内側に設けられて該定着部材に熱を伝える熱伝導部材と、該熱伝導部材を加熱する加熱部材と、前記定着部材を介して前記熱伝導部材に圧接する加圧部材とを備え、前記定着部材と前記加圧部材間に定着対象の記録媒体が搬送される定着ニップを形成する構成の定着装置において、前記定着部材の外周と前記熱伝導部材の内周とに、前記定着部材と前記熱伝導部材に対してそれぞれ接離可能に放熱部材を設け、該両放熱部材により前記定着部材と前記熱伝導部材とを挟持して冷却を行うことを特徴とし、この構成によって、定着装置における高温部分である定着部材と熱伝導部材との内外の両側に放熱部材が接するため、より確実かつ効率的に放熱が行われる。

請求項３に記載の発明は、請求項２記載の定着装置において、放熱部材が熱伝導部材から離間しているときには、該放熱部材は加熱部材により直接加熱されない位置に待避可能であることを特徴とし、この構成によって、放熱部材が熱伝導部材から離間している冷却時以外には、加熱部材による熱伝導部材への加熱に支障を与えないようにすることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３いずれか１項記載の定着装置において、前記定着部材の外周に設けられた前記放熱部材が、前記加熱部材によって加熱される熱伝導部材の部分に対向して配置されていることを特徴とし、この構成によって、熱伝導部材が加熱部材からの加熱を受けて温度が高くなる部位に放熱部材を設けることにより、冷却時間の短縮化を図ることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４いずれか１項記載の定着装置において、放熱部材が高熱伝導材料で構成されていることを特徴とし、この構成によって、放熱効率を高めることができ、放熱部材の設置領域において、温度ムラなく、良好な冷却が行われる。

請求項６に記載の発明は、請求項１または２記載の定着装置において、定着部材が可撓性を有する無端状のベルト状部材からなることを特徴とし、この構成によって、定着装置としての構成が簡素化される。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜４いずれか１項記載の定着装置において、熱伝導部材が金属製のパイプ材からなることを特徴とし、この構成によって、定着部材の保持の安定性，耐久性，熱伝達効率が向上する。

請求項８に記載の発明は、記録媒体に対して画像を形成する画像形成部と、該画像形成部にて画像が形成された記録媒体に対して定着処理を行う定着部とを備えた画像形成装置において、前記定着部として請求項１〜７いずれか１項に記載の定着装置を設置したことを特徴とし、この構成によって、作業における熱によるトラブルを回避することができる、安定した定着処理による高品位の画像形成が行われると共に、定着部に対する作業における熱によるトラブルを回避することができる。

本発明に係る定着装置によれば、冷却時に放熱部材の押圧により定着部材と熱伝導部材とを接触させて放熱部材により放熱を行うことによって、定着装置の高温となる部材の冷却が確実かつ効率的に行われる。このため、定着ニップにおいて次動作の温度ムラなどがなくなり、良好な定着が行われ、しかも、ジャム処理などのためにユーザが定着部接近あるいは接触するときにおける熱によるトラブル回避がなされるなど、安全性を確保することができる。

また、本発明に係る定着装置を搭載した画像形成装置によれば、良好で安定した定着処理による高品位な画像形成が実現すると共に、定着部に対する作業における熱によるトラブルを回避することができ、安全性が向上する。

本発明の実施形態を説明するための画像形成装置全体の概略構成図 本発明の定着装置の実施形態１における要部を示す正面断面図 本実施形態における支持構造を示す側面図 実施形態１の定着装置の構成と動作（定着処理時）を説明するための斜視図 実施形態１の定着装置の構成と動作（冷却時）を説明するための斜視図 実施形態１の定着装置の要部の動作（定着処理時）を説明するための拡大図 実施形態１の定着装置の要部の動作（冷却時）を説明するための拡大図 本発明の定着装置の実施形態２における要部の構成と動作（定着処理時）の説明図 実施形態２の定着装置の要部の動作（冷却時）の説明図 本実施形態における保持部材における問題点の説明図 従来の定着装置を示す概略構成図 従来の他の定着装置を示す概略構成図

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施形態を説明するための画像形成装置全体の概略構成図である。本例では画像形成装置としてタンデム型カラープリンタを示す。

図１において、画像形成装置本体１の上方に設置されたボトル収容部１０１には、各色（イエロー，マゼンタ，シアン，ブラック）に対応した４つのトナーボトル１０２Ｙ，１０２Ｍ，１０２Ｃ，１０２Ｋが着脱自在（交換自在）に設置されている。

ボトル収容部１０１の下方には中間転写ユニット８５が配設されている。中間転写ユニット８５に設置された中間転写ベルト７８に対向するように、各色（イエロー，マゼンタ，シアン，ブラック）に対応した作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋが並設されている。

各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋには、それぞれ感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋが配設されている。また、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋの周囲には、それぞれ、帯電部７５，現像部７６，クリーニング部７７，除電部（図示せず）などが配設されている。そして、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋは回転し、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ上に対して、下記の作像プロセス（帯電工程，露光工程，現像工程，転写工程，クリーニング工程）が行われて、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ上に各色の画像が形成される。

以下に感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋに対する作像プロセスについて説明する。

感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋは、図示しない駆動モータによって、図１において時計方向に回転駆動される。そして、帯電部７５（図１には感光体ドラム５Ｋに対応したもののみを示している）において、感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋの表面が一様に帯電される（帯電工程）。

帯電された後、感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋの表面は、露光部３から発せられるレーザ光により照射・露光され、各色に対応した静電潜像が形成される（露光工程）。潜像が形成された感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋは、現像装置７６（図１には感光体ドラム５Ｋに対応したもののみを示している）により静電潜像がトナー現像されて、各色のトナー像が形成される（現像工程）。

感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ上のトナー像は、中間転写ベルト７８および第１転写バイアスローラ７９Ｙ，７９Ｍ，７９Ｃ，７９Ｋにより、中間転写ベルト７８上に転写される（１次転写工程）。このようにして中間転写ベルト７８上に重ねてトナー像が転写されることにより、中間転写ベルト７８上にカラー画像が形成される。

前記転写の後、感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋは、クリーニング部７７（図１には感光体ドラム５Ｋに対応したもののみを示している）に達して、感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋの表面に残存した未転写トナーがクリーニング部７７のクリーニングブレードによって機械的に回収される（クリーニング工程）。この後、除電部により感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋの表面の残留電位が除去される。

こうして、感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋに対する一連の作像プロセスが終了する。

次に、中間転写ベルト７８上で行われる一連の転写プロセスについて説明する。

中間転写ユニット８５は、無端状の中間転写ベルト７８と、４つの１次転写バイアスローラ７９Ｙ，７９Ｍ，７９Ｃ，７９Ｋと、２次転写バックアップローラ８２と、クリーニングバックアップローラ８３と、テンションローラ８４と、中間転写クリーニング部８０などにより構成されている。

中間転写ベルト７８は、２次転写バックアップローラ８２とクリーニングバックアップローラ８３とテンションローラ８４とに張架・支持され、２次転写バックアップローラ８２の回転駆動によって、図１における矢印方向に移動される。

１次転写バイアスローラ７９Ｙ，７９Ｍ，７９Ｃ，７９Ｋは、それぞれ中間転写ベルト７８を感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋとで挟み込むようにして１次転写ニップを形成している。１次転写バイアスローラ７９Ｙ，７９Ｍ，７９Ｃ，７９Ｋには、トナーの極性とは逆の転写バイアスが印加される。

中間転写ベルト７８は、矢印方向に走行して、中間転写ベルト７８と感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ間の１次転写ニップを順次通過する。こうして感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ上の各色のトナー像が、中間転写ベルト７８上に重ねて１次転写が行われる。

１次転写後、中間転写ベルト７８は２次転写ローラ８９との対向位置に達する。この位置で２次転写バックアップローラ８２は、２次転写ローラ８９とで中間転写ベルト７８を挟み込むようにして２次転写ニップを形成している。２次転写ニップにおいて、中間転写ベルト７８上に形成されている４色のトナー像が、搬送されてくる記録媒体Ｐ上に転写される。転写後、中間転写ベルト７８は、中間転写クリーニング部８０に達して、中間転写ベルト７８上の未転写トナーが回収される。

こうして、中間転写ベルト７８上で行われる一連の転写プロセスが終了する。

ここで、２次転写ニップの位置に搬送される記録媒体Ｐは、画像形成装置本体１の下方に配設された給紙部１２から、給紙ローラ９７およびレジストローラ９８を経由して搬送されるものである。

すなわち、給紙部１２には、転写紙などの記録媒体Ｐが複数枚重ねて収納される。そして、給紙ローラ９７が図１において反時計方向に回転駆動されると、最上位の記録媒体Ｐから順にレジストローラ９８に給送される。

レジストローラ９８に搬送された記録媒体Ｐは、回転駆動を停止したレジストローラ９８のローラニップの位置で一旦停止する。そして、中間転写ベルト７８上のトナー像にタイミングを合わせて、レジストローラ９８が回転駆動されることにより、記録媒体Ｐが前記２次転写ニップに向けて搬送される。このようにして、記録媒体Ｐ上にトナー像が転写される。

２次転写ニップでカラー画像が転写された記録媒体Ｐは定着装置２０に搬送される。そして、記録媒体Ｐは、定着装置２０において定着ベルト２１と加圧ローラ３１による加熱および加圧を受けて、表面に転写されたトナー像が記録媒体Ｐ上に定着される。

その後、記録媒体Ｐは、排紙ローラ９９を経て装置本体１外へと排出され、スタック部１００上に順次スタックされる。

図２は本発明の定着装置の実施形態１における要部を示す正面断面図である。

図２において、定着装置２０内に、定着部材としての無端状のベルト状部材からなる定着ベルト２１と、定着ベルト２１内に設けられたパイプ状の熱伝導部材２２と、加熱部材であるハロゲンヒータ２５と、定着ベルト２１に接して表面温度を検知する温度センサであるサーミスタ２８と、定着ベルト２１と接して定着ニップＮを形成する加圧部材としての加圧ローラ３１と、定着ベルト２１の外周一部に対向設置された断面円弧状の放熱部材４０などにより構成されている。

熱伝導部材２２は、定着ニップＮに対向する位置に凹部２２ａが形成され、凹部２２ａに、ニップ形成部材２６と、定着ベルト２１とニップ形成部材２６の間に配されたメッシュ状の潤滑シート２３と、熱伝導部材２２の凹部２２ａ底部とニップ形成部材２６の間に配された断熱材２７とが配設されている。

ニップ形成部材２６は、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどの弾性体から構成されており、定着ベルト２１の内面に対して摺動シート２３を介して間接的に摺動するようになっている。なお、ニップ形成部材２６が定着ベルト２１の内面に直接摺動する構成であってもよい。

熱伝導部材２２の凹部２２ａの形状としては、この形状に限定されず、平坦形状やその他の形状であってもよい。ただし、凹形状にした方が、記録媒体Ｐ先端の排出方向が加圧ローラ３１寄りになり、定着ベルト２１からの分離性が向上するため、ジャムの発生が抑制される。

加圧ローラ３１は、中空の金属ローラにシリコーンゴム層が設けられ、外表面に離型性を得るために離型層（ＰＦＡ樹脂層またはＰＴＦＥ樹脂層）が設けられている。

また、加圧ローラ３１は、画像形成装置に設けられたモータなどの駆動源からギヤ列などを介して駆動力が伝達され回転駆動される。さらに、加圧ローラ３１は、スプリングなどにより定着ベルト２１側に押し付けられており、加圧ローラ３１のゴム層が押し潰されて変形することにより，定着ニップＮにおいて所定のニップ幅が形成される。

加圧ローラ３１は、中実のローラから形成してもよいが、中空の方が熱容量が少なくて好ましい。また、加圧ローラ３１にハロゲンヒータなどの加熱源を設けるようにしてもよい。

加圧ローラ３１におけるシリコーンゴム層はソリッドゴムでもよいが、加圧ローラ３１内部にヒータなどの加熱源がない場合は、スポンジゴムを用いてもよい。スポンジゴムの方が断熱性が高まり、定着ベルト２１の熱が加圧ローラ３１に伝導し難くなるため望ましい。

定着ベルト２１は、ニッケルやステンレスなどの金属ベルトや、ポリイミドなどの樹脂材料を用いた無端ベルト（もしくはフィルム）とする。定着ベルト２１の表層はＰＦＡ樹脂層またはＰＴＦＥ樹脂などの離型層を有し、記録媒体Ｐ上のトナーが付着しないように離型性をもたせている。

また、定着ベルト２１の基材とＰＦＡ樹脂層（またはＰＴＦＥ樹脂）との間には、シリコーンゴム層などの弾性層を形成するようにしてもよい。シリコーンゴム層がない場合は熱容量が小さくなり、定着性が向上するが、未定着トナー画像を押し潰してしまい、定着の際に定着ベルト２１の表面の微妙な凹凸が画像に転写されて、画像のベタ部にユズ肌状の跡が残るという不具合が生じる。これを改善するには、シリコーンゴム層を１００μｍ以上設ける必要がある。シリコーンゴム層の変形により、微妙な凹凸が吸収されユズ肌画像が改善する。

中空の熱伝導部材２２は材質としてアルミ，鉄，ステンレスなどのパイプ状金属を用いる。本実施形態の熱伝導部材２２は、定着ベルト２１の直径より１ｍｍ程度直径の小さい円形としている。しかし、定着ベルト２１の断面形状としては、円形に限定されず、角型であっても、その他の断面形状であってもよい。

熱伝導部材２２の凹部２２ａの内部には、ニップ部形成部材２６と断熱材２７が収納されており、熱伝導部材２２の内部には、これらを支持するための略Ｔ状の保持部材３０が設けられている。この場合、ハロゲンヒータ２５などからの輻射熱などにより、保持部材３０が加熱されてしまう場合、保持部材３０の表面に断熱処理あるいは鏡面処理を施して、過熱されることを防止する。これにより無駄なエネルギー消費を抑制することができる。

また、熱伝導部材２２を昇温させる熱源としては、図示したハロゲンヒータ２５でもよいが、後述するようなＩＨ（誘導加熱）方式にしてもよい。さらに、抵抗発熱体やカーボンヒータなども使用することができる。

定着ベルト２１の加熱方法としては、図２に示すように、熱伝導部材２２を介して定着ベルト２１を加熱する以外に、定着ベルト２１を直接的に加熱するようにしてもよい。

加圧ローラ３１は、本例では直径が３０ｍｍであって、中空構造の芯金３２上に弾性層３３を形成したものである。加圧ローラ３１の弾性層３３は、発泡性シリコーンゴム，シリコーンゴム，フッ素ゴムなどの材料で形成されている。なお、弾性層３３の表層にＰＦＡ，ＰＴＦＥなどの樹脂材からなる薄肉の離型層を設けることもできる。

定着ベルト２１は加圧ローラ３１により連れ回り回転する。図２に示す構成の場合は、加圧ローラ３１が図示しない駆動源により回転し、定着ニップＮで定着ベルト２１に駆動力が伝達されることによって定着ベルト２１が回転する。

定着ベルト２１は、定着ニップＮにおいてニップ部形成部材２６と加圧ローラ３１とで挟み込まれて回転するが、定着ニップＮ以外では熱伝導部材２２に移送ガイドされて、一定の距離以上に定着ベルト２１の位置が熱伝導部材２２から離れてしまわないようになっている。

定着ベルト２１と熱伝導部材２２との界面には、シリコーンオイルやフッ素グリスなどの潤滑剤を介在させている。そして、熱伝導部材２２の表面の表面粗さを潤滑剤の粒径以上として、潤滑剤を保持しやすくしている。

本実施形態において、図３の側面図に示すように、前記各部材は定着装置２０の側板４３に設けられている。側板４３は、構成部材を支持する剛性が高い材質で、かつ位置決めの基準となっているものである。

加圧ローラ３１には図示しない駆動機構の駆動ギアに噛合するギア４５が設置されており、加圧ローラ３１は、駆動機構により図２における矢印方向（時計方向）に回転駆動される。

また、加圧ローラ３１は、その幅方向両端部が定着装置２０の側板４３に軸受４２を介して回転自在に支持されている。なお、加圧ローラ３１の内部にハロゲンヒータなどの熱源を設けることもできる。

加圧ローラ３１の弾性層３３を発泡性シリコーンゴムなどのスポンジ状の材料で形成した場合には、定着ニップＮに作用する加圧力を減少させることができるために、保持部材２２に生じる撓みをさらに軽減することができ、さらに、加圧ローラ３１の断熱性が高められて、定着ベルト２１の熱が加圧ローラ３１側に移動しにくくなるために、定着ベルト２１の加熱効率が向上する。

また、本実施形態では、定着ベルト２１の直径が加圧ローラ３１の直径と略同等になるように形成したが、定着ベルト２１の直径が加圧ローラ３１の直径よりも小さくなるように形成することもできる。その場合、定着ニップＮにおける定着ベルト２１の曲率が加圧ローラ３１の曲率よりも小さくなるために、定着ニップＮから送出される記録媒体Ｐが定着ベルト２１から分離され易くなる。

図４，図５は実施形態１の定着装置の構成と動作を説明するための斜視図である。

放熱部材４０は良熱伝導体にて構成することが望ましい。本例ではアルミの押出し材を用いた。放熱部材４０は、複数を設置してもよいが、本例では定着ベルト２１と軸方向に略同じ長さを有する１つの部材としている。放熱部材４０の設置位置は、熱伝達部材２２がハロゲンヒータ２５に加熱される部分であって、かつ熱伝達部材２２と定着ベルト２１とのクリアランスの大きく定着ニップＮから離れた位置としている。

図４は、ハロゲンヒータ２５を作動させて定着処理を行っている状態（画像形成装置の画像形成動作中）を示している。放熱部材４０は定着ベルト２１に対し、あらかじめ設定されている所定の位置まで遠ざけて退避させ、加熱された定着ベルト２１の熱が放熱部材４０に伝わって逃げないようにしている。また、図５は、定着処理終了後、ジャム処理などのためにユーザにおいて所定の動作が必要とされたときに、定着ベルト２１や熱伝導部材２２を冷却している状態を示している。

より詳細には図６，図７に示す断面図に示すようになる。図６に示すように、定着ベルト２１が回転していない間は、熱伝導部材２２と定着ベルト２１との内面が僅かに離れている。これは、定着ベルト２１が回転できるように、熱伝導部材２２と定着ベルト２１との間に僅かに直径に差を設けているためである。

定着処理動作を行っているときは、前記のように定着ベルト２１は加圧ローラ３１によって連れ回る。このときは、図２に示す回転方向になり、定着ニップＮの上流側（ハロゲンヒータ２５で加熱される側）は定着ベルト２１が引っ張り勝手になる。これにより、定着ベルト２１の内面と熱伝導部材２２が摺接するようになって、熱伝導部材２２を介して熱を定着ベルト２１の全体に伝えることができる。

このとき、熱伝導部材２２の内部に設けられたハロゲンヒータ２５によって、熱伝導部材２２は加熱されるため、定着ベルト２１よりも熱伝導部材２２の方が温度が高い。このように加熱された後に、定着ベルト２１の回転が止まると、図６に示すように、定着ベルト２１は熱伝導部材２２に対してクリアランスを有して静止するようになる。

この状態では定着ベルト２１よりもパイプ状金属体の方が高温であるため、定着ベルト２１の外周は外気に触れて冷却されるといっても、熱伝導部材２２は外気に対して遮断された状態にあるので冷却されにくい。そのため、定着ベルト２１と熱伝導部材２２との温度差は時間と共に大きくなる。すなわち、定着ベルト２１の温度が、図２に示すサーミスタ２８の検知温度で下がっていたとしても、熱伝導部材２２はあまり温度が下がらない。

したがって、ユーザがサーミスタ２８の検知温度が下がったことを確認して、ジャム処理や部品交換をするような使われ方をした場合、定着ベルト２１に触れると僅かな押し圧で定着ベルト２１と熱伝導部材２２とが接触し、接触した瞬間に高温の熱伝導部材２２の熱が定着ベルト２１を介してユーザの手に伝わってしまい問題となる。

また、図６に示すような状態で、定着ベルト２１の外周からファンなどで風を当てても同じことであって、定着ベルト２１と熱伝導部材２２との間のクリアランスが断熱機能を果たして熱伝導を妨げ、内部の熱伝導部材２２の温度を下げることは難しい。

そこで、実施形態１では、図７に示すように、放熱部材４０を定着ベルト２１の外周から押圧し、熱伝導部材２２の外周面と定着ベルト２１の内周面とが接触するように押し当てた状態にして、熱伝導部材２２の熱も定着ベルト２１を介して放熱されるようにして、定着ベルト２１を確実に冷却するようにしている。

放熱部材４０は、ソレノイド装置などの図示していないアクチュエータにより定着ベルト２１に対して接離可能の構成になっており、定着処理時などの通常稼動時は、図４，図６に示すように、定着ベルト２１に対して離間させるように動作させて、定着可能状態にしておく。

そして、画像形成装置の停止時、定着ベルト２１の冷却が必要とされる場合に、画像形成の所定のシーケンスにより、図５，図７に示すように、放熱部材４０を定着ベルト２１に当接させるように動作させる。

例えば、冷却前に放熱部材４０は２０℃〜３０℃であるのに対し、加熱された定着ベルト２１は１５０〜１６０℃であるので、放熱部材４０が定着ベルト２１に接触することにより定着ベルト２１は冷却される。放熱部材４０を熱伝導性が良好な部材で形成することにより、速やかに冷却することが可能である。

なお、放熱部材４０における定着ベルト２１に対する押圧力は、スプリングなどの弾性部材を介して押圧する方が、片辺りが発生せずに望ましい。また、放熱部材に、冷却ファンなどの冷却部材を配設して、冷却するようにしてもよい。

図８，図９は本発明の定着装置の実施形態２における要部の構成と動作を説明するための正面断面図である。なお、以下の説明において実施形態１にて説明した部材に対応する部材には同一符号を付して詳しい説明は省略する。

実施形態２は、基本的には実施形態１の構成と同様であって、異なる点は定着ベルト２１の外周と熱伝導部材２２の内周とに、実施形態１の放熱部材４０と同一機能を果たす外部放熱部材４０ａと、熱伝導部材２２の内部で移動可能に設けられた内部放熱部材４０ｂを配設した構成である。

図８に示すように、パイプ状金属体からなる熱伝導部材２２の内部に配置された内部放熱部材４０ｂは、定着処理の動作時（加熱時）には、ハロゲンヒータ２５に直接加熱されないように、保持部材３０が内部放熱部材４０ｂとハロゲンヒータ２５との間に存在する位置に待避・移動している。

このように構成することにより、定着処理時に内部放熱部材４０ｂが加熱されることが防止される。内部放熱部材４０ｂが高温になってしまうと、熱伝導部材２２の内面と内部放熱部材４０ｂとが接触した際に、内部放熱部材４０ｂによる冷却／放熱が良好に行われなくなってしまう。

このため、内部放熱部材４０ｂを温めないようにすることで、図９に示す内部放熱部材４０ｂの接触による冷却効果を良好に発揮することが可能となる。

図９に示すように、定着処理あるいは画像形成動作が終了して、加熱されている部材を冷却するモードになった際、内部放熱部材４０ｂは、図示しないアクチュエータ（ステッピングモータなど）で回転駆動されて、ハロゲンヒーター２５にて加熱されていた熱伝導部材２２の内面部分にまで移動し、この部分において熱伝導部材２２と接触する。一方、外部放熱部材４０ａは移動して定着ベルト２１の外周面と接触する。

このように構成することにより、パイプ状金属体からなる熱伝導部材２２が、薄肉で弾性変形してしまうような場合であっても、両放熱部材４０ａ，４０ｂとが定着ベルト２１と熱伝導部材２２とに当接して接触することになるため、熱伝導部材２２および定着ベルト２１をムラなく確実に冷却することが可能となる。

なお、本実施形態において、図２に示すように、定着ベルト２１の内周面に接触あるいは対向し、定着ベルト２１を保持すると共に加熱する熱伝導部材２２を、薄肉の金属板を曲げ加工してパイプ状に形成している。これにより、製造コストが比較的安価であって、定着ベルト２１の加熱効率が高くなり、ウォームアップ時間やファーストプリント時間が短く、装置を高速化した場合であっても定着不良などが生じることを抑止することができる。

前記熱伝導部材２２において、図２に示す実施形態の構成のように、曲げ加工後の側端部分２２ｂを開放したままであると、図１０の説明図のように、スプリングバックが生じて側端部分２２ｂが開き傾向になり、定着ベルト２１との間に接触ムラや接触圧のムラを生じさせてしまう。

そこで、熱伝導部材２２の側端部分２２ｂについては、熱伝導部材２２の幅方向（軸方向）の少なくとも一部を接合状態にしてスプリングバックにより側端部分２２ａが開くことがないようにする必要がある。例えば、側端部分２２ｂに溶接を施して接合することが考えられる。

また、図２に示す熱伝導部材２２では、ニップ形成部材２６などを収納する凹部２２ａが形成されるが、凹部２２ａにおける熱伝導部材２２の角部２２ｃおよびその近傍が、定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１に接触すると、熱伝導部材２２に変形が生じ（特に加圧ローラ３１との圧接状態にて生じやすい）、定着ベルト２１と熱伝導部材２２との間に接触ムラを生じさせてしまう。

そこで、本例では、熱伝導部材２２を、その角部２２ｃを含めて定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１には接触しない構成にしている。具体的には、加圧ローラ３１に対して、ニップ部Ｎ近傍より離れて熱伝導部材２２の角部２２ｃが位置するように設定されている。

以上のように、本実施形態１，２によれば、冷却時に放熱部材４０，４０ａ，４０ｂの押圧により定着ベルト２１と熱伝導部材２２とを接触させ、放熱部材４０，４０ａ，４０ｂにより放熱を行うことによって、定着装置における高温となる部材の冷却が確実かつ効率的に行われることになる。このため、定着ニップＮにおいて次動作の温度ムラなどがなくなり、良好な定着が行われ、しかも、ジャム処理，部品交換などのためにユーザが定着部接近あるいは接触するときにおける熱によるトラブル回避がなされるなど、安全性を確保することができる。

なお、本実施形態では、加圧部材として加圧ローラ３１を用いた定着装置に対して本発明を適用したが、加圧部材として加圧ベルトや加圧パッドを用いた定着装置に対しても本発明を適用することができる。そして、その場合にも、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態では、定着部材として複層構造の定着ベルト２１を用いたが、定着部材としてポリイミド樹脂，ポリアミド樹脂，フッ素樹脂、あるいは薄板状金属などからなる無端状の定着フィルムを用いることもできる。そして、その場合にも、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態に係る定着装置を搭載した画像形成装置によれば、良好で安定した定着処理による高品位な画像形成が実現すると共に、定着部に対する作業における熱によるトラブルを回避することができ、安全性が向上する。

本発明は、電子写真方式，静電記録方式などの画像形成において形成画像の定着処理を行う定着装置、および該定着装置を備える複写機，プリンタ，ファクシミリ装置、およびこれらの複合機などの画像形成装置における定着部に適用可能である。

１ 画像形成装置本体
２０ 定着装置
２１ 定着ベルト（定着部材）
２２ 熱伝達部材
２５ ハロゲンヒータ（加熱部材）
２６ ニップ形成部材
３０ 保持部材
３１ 加圧ローラ（加圧部材）
４０ 放熱部材
４０ａ 外部放熱部材
４０ｂ 内部放熱部材
Ｎ 定着ニップ

特開平４−４４０７５号公報 特開平８−２６２９０３号公報 特開平１０−２１３９８４号公報 特開２００９−３４１０号公報 特許第４１３６４３６号公報

Claims (8)

1. 可撓性を有する無端状の定着部材と、該定着部材の内側に設けられて該定着部材に熱を伝える熱伝導部材と、該熱伝導部材を加熱する加熱部材と、前記定着部材を介して前記熱伝導部材に圧接する加圧部材とを備え、前記定着部材と前記加圧部材間に定着対象の記録媒体が搬送される定着ニップを形成する構成の定着装置において、
   前記定着部材の外周に該定着部材に対して接離可能に放熱部材を設け、該放熱部材の押圧により前記定着部材と前記熱伝導部材とを接触させて冷却を行うことを特徴とする定着装置。
2. 可撓性を有する無端状の定着部材と、該定着部材の内側に設けられて該定着部材に熱を伝える熱伝導部材と、該熱伝導部材を加熱する加熱部材と、前記定着部材を介して前記熱伝導部材に圧接する加圧部材とを備え、前記定着部材と前記加圧部材間に定着対象の記録媒体が搬送される定着ニップを形成する構成の定着装置において、
   前記定着部材の外周と前記熱伝導部材の内周とに、前記定着部材と前記熱伝導部材に対してそれぞれ接離可能に放熱部材を設け、該両放熱部材により前記定着部材と前記熱伝導部材とを挟持して冷却を行うことを特徴とする定着装置。
3. 前記放熱部材が前記熱伝導部材から離間しているときには、該放熱部材は前記加熱部材により直接加熱されない位置に待避可能であることを特徴とした請求項２記載の定着装置。
4. 前記定着部材の外周に設けられた前記放熱部材が、前記加熱部材によって加熱される熱伝導部材の部分に対向して配置されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の定着装置。
5. 前記放熱部材が高熱伝導材料で構成されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の定着装置。
6. 前記定着部材が可撓性を有する無端状のベルト状部材からなることを特徴とする請求項１または２記載の定着装置。
7. 前記熱伝導部材が金属製のパイプ材からなることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の定着装置。
8. 記録媒体に対して画像を形成する画像形成部と、該画像形成部にて画像が形成された記録媒体に対して定着処理を行う定着部とを備えた画像形成装置において、前記定着部として請求項１〜７いずれか１項に記載の定着装置を設置したことを特徴とする画像形成装置。

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