JP2004046081A - 定着装置、および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱ローラに発熱層を有する定着装置において、発熱層の変形を防止しつつ放熱を防止して熱の有効利用を図り、また発熱層の温度上昇を速くする。
【解決手段】加熱ローラ２０と加圧ローラ３０とで挟んで定着前後ガイド板（シート搬送ガイド）４１・４２で案内してシートを搬送しながら、そのシート上の転写画像を加熱定着する。そのような画像形成装置の定着装置１８において、加熱ローラには、中実軸状の芯金２１と、その外周に設ける断熱剛性層２４と、さらにその外周に設ける発熱層としての面状発熱体２５とを有する。加圧ローラは、円筒状の芯金３１の外周に断熱弾性層３３を設けて構成する。弾性層に代えて、可撓性層を設けてもよい。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、複写機、プリンタ、ファクシミリ、またはそれらの複合機など、用紙・ＯＨＰフィルム等のシートに画像を記録する画像形成装置に関する。および、そのような画像形成装置などにおいて、加熱ローラ・加熱ベルト等の加熱回転部材と、加圧ローラ・加圧ベルト等の加圧回転部材とで挟んでシートを搬送しながら、そのシート上の画像を加熱定着する定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、画像形成装置の中には、トナー画像転写後のシートをシート搬送ガイドで案内して定着装置へと導き、その定着装置で、加熱ローラ・加熱ベルト等の加熱回転部材と、加圧ローラ・加圧ベルト等の加圧回転部材とで挟んでそれらの回転により搬送しながら、そのシート上の転写画像を加熱定着するものがある。
【０００３】
このような電子写真式の定着装置にあっては、加熱回転部材の熱が逃げると、定着に必要なエネルギが増大してコストアップとなるとともに、定着装置の立上り時間が長くなり、また定着以外の部材の温度上昇を招き、トナーのフィルミングや固着、現像剤の劣化などを生ずる問題があった。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２２１８２４号公報
そこで、従来の画像形成装置の中には、例えば特許文献１に記載されるように、加圧ローラの芯金上に、熱伝導率が０．１Ｗ／ｍ・ｋ以下である耐熱性弾性層を有する定着装置を備えるものがある。
【０００５】
しかしながら、このような定着装置では、耐熱性弾性層の圧縮変形でその断熱性が低下することから、耐熱性弾性層にある程度の厚みが必要となり、ローラ径が増大して全体が大型化する問題があった。
【０００６】
【特許文献２】特開２０００−２９３４２号公報
他方、従来の定着装置の中には、例えば特許文献２に記載されるように、定着ローラの内周面にリブを設けて定着ローラの薄肉化を可能とし、熱容量を低減して定着装置の立上り時間を短縮するものがある。
【０００７】
ところが、このような定着装置にあっては、薄肉の定着ローラを使用するから、定着加圧力を上げることができず、今日の高速化の要請に応えることができない問題があった。
【０００８】
そこで、従来の定着装置の中には、加熱ローラに発熱層を設けて小型化を図りながら、その発熱層の内側に芯金を設けて定着加圧力を増大しても発熱層の変形を防止するようにし、高速化を可能としたものがある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発熱層の熱が芯金に奪われて発熱層の温度上昇が遅く、上述したとおり定着に必要なエネルギが増大してコストアップとなるとともに、定着装置の立上り時間が長くなり、また定着以外の部材の温度上昇を招き、トナーのフィルミングや固着、現像剤の劣化などを生ずる問題があった。
【００１０】
そこで、この発明の第１の目的は、加熱ローラに発熱層を有する定着装置において、発熱層の変形を防止しつつ、放熱を防止して熱の有効利用を図り、また発熱層の温度上昇を速くすることにある。
【００１１】
この発明の第２の目的は、そのような定着装置において、十分な定着ニップを確保して加圧力を均一に維持することにより定着むらをなくすことにある。
【００１２】
この発明の第３の目的は、そのような定着装置において、より一層発熱層の変形を防止することにある。
【００１３】
この発明の第４の目的は、そのような定着装置において、より一層放熱を防止して熱の有効利用を図り、また発熱層の温度上昇を速くすることにある。
【００１４】
この発明の第５の目的は、そのような定着装置において、定着むらをなくし、定着性能の均一化および安定化を図ることにある。
【００１５】
この発明の第６の目的は、そのような定着装置において、オフセットの防止とともに、シートの分離不良を防止することにある。
【００１６】
この発明の第７の目的は、そのような定着装置において、定着ローラの電位上昇を防いで、定着前トナー像の放電現象による像乱れの発生を防止することにある。
【００１７】
この発明の第８の目的は、そのような定着装置において、剛性を保持しつつ断熱性を効果的に確保することにある。
【００１８】
この発明の第９の目的は、そのような定着装置において、省スペースで、省エネルギの定着を可能とすることにある。
【００１９】
この発明の第１０の目的は、そのような定着装置において、加熱回転部材の熱容量を小さくして省エネルギ化を図ることにある。
【００２０】
この発明の第１１の目的は、上述した各目的を達成した定着装置を備える画像形成装置を提供することにある。
【００２１】
この発明の第１２の目的は、そのような画像形成装置において、転写性能を維持しながら、像担持体への放熱を有効に防止することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
そのため、請求項１に記載の発明は、上記第１の目的を達成すべく、加熱ローラと加圧回転部材とで挟んでシートを搬送しながら、そのシート上の画像を加熱定着する定着装置において、加熱ローラに、発熱層と、その発熱層の内側に設ける断熱剛性層とを有する、ことを特徴とする。
【００２３】
請求項２に記載の発明は、上記第２の目的も達成すべく、請求項１に記載の定着装置において、加圧回転部材として加圧ローラを用い、その加圧ローラの表面に弾性層または可撓性層を設ける、ことを特徴とする。
【００２４】
請求項３に記載の発明は、上記第３の目的も達成すべく、請求項１または２に記載の定着装置において、断熱剛性層の内側に、断熱剛性層よりも断熱性は劣るが、剛性に優れている剛体を設ける、ことを特徴とする。
【００２５】
請求項４に記載の発明は、上記第３の目的も達成すべく、請求項１または２に記載の定着装置において、断熱剛性層をＪＩＳ−Ａ硬度７０以上の硬度とする、ことを特徴とする。
【００２６】
請求項５に記載の発明は、上記第３の目的も達成すべく、請求項１または２に記載の定着装置において、１〜５ｋｇ／ｃｍ^２の面圧をかけたとき、断熱剛性層の加圧方向の変形量を１０％以内とする、ことを特徴とする。
【００２７】
請求項６に記載の発明は、上記第４の目的も達成すべく、請求項１ないし４のいずれか１に記載の定着装置において、加熱ローラと加圧回転部材とでシートを挟んでいる状態で、その挟んでいる部分での断熱剛性層の熱伝導率を０．１Ｗ／ｍ・ｋ以下とする、ことを特徴とする。
【００２８】
請求項７に記載の発明は、上記第５の目的も達成すべく、請求項１ないし４のいずれか１に記載の定着装置において、断熱剛性層の外側に、その断熱剛性層より熱伝導率の高い層を設ける、ことを特徴とする。
【００２９】
請求項８に記載の発明は、上記第６の目的も達成すべく、請求項１ないし４のいずれか１に記載の定着装置において、断熱剛性層の外側に、その断熱剛性層よりトナーに対する離型性の高い層を設ける、ことを特徴とする。
【００３０】
請求項９に記載の発明は、上記第７の目的も達成すべく、請求項１ないし４のいずれか１に記載の定着装置において、断熱剛性層の外側に、その断熱剛性層より電気抵抗の高い層を設ける、ことを特徴とする。
【００３１】
請求項１０に記載の発明は、上記第５の目的も達成すべく、請求項１ないし４のいずれか１に記載の定着装置において、断熱剛性層の外側に、その断熱剛性層より空隙率の低い層を設ける、ことを特徴とする。
【００３２】
請求項１１に記載の発明は、上記第８の目的も達成すべく、請求項１ないし４のいずれか１に記載の定着装置において、断熱剛性層を、樹脂製の中空構造体を用いてつくる、ことを特徴とする。
【００３３】
請求項１２に記載の発明は、上記第８の目的も達成すべく、請求項１ないし４のいずれか１に記載の定着装置において、断熱剛性層を、樹脂を発泡させた発泡部材を用いてつくる、ことを特徴とする。
【００３４】
請求項１３に記載の発明は、上記第８の目的も達成すべく、請求項１ないし４のいずれか１に記載の定着装置において、断熱剛性層を、断熱性を有するセラミックを用いてつくる、ことを特徴とする。
【００３５】
請求項１４に記載の発明は、上記第８の目的も達成すべく、請求項１ないし４のいずれか１に記載の定着装置において、断熱剛性層を、断熱性を有するコンクリートを用いてつくる、ことを特徴とする。
【００３６】
請求項１５に記載の発明は、上記第９の目的も達成すべく、請求項１ないし４のいずれか１に記載の定着装置において、加熱ローラの発熱層として、面状発熱体を用いる、ことを特徴とする。
【００３７】
請求項１６に記載の発明は、上記第９の目的も達成すべく、請求項１ないし４のいずれか１に記載の定着装置において、加熱ローラの発熱層として、電磁誘導発熱体を用いる、ことを特徴とする。
【００３８】
請求項１７に記載の発明は、上記第１０の目的も達成すべく、請求項１６に記載の定着装置において、電磁誘導発熱体との間で断熱剛性層を挟んで電磁誘導コイルを設ける、ことを特徴とする。
【００３９】
請求項１８に記載の発明は、上記第４の目的を達成すべく、加熱回転部材と加圧回転部材とで挟んでシートを搬送しながら、そのシート上の画像を加熱定着する定着装置において、シートを案内するシート搬送ガイドに断熱剛性層を設ける、ことを特徴とする。
【００４０】
請求項１９に記載の発明は、上記第９の目的も達成すべく、請求項１８に記載の定着装置において、加熱回転部材の発熱体として、加熱回転部材の表面に輻射熱を加える外部ヒータを用いる、ことを特徴とする。
【００４１】
請求項２０に記載の発明は、上記第９の目的も達成すべく、請求項１８に記載の定着装置において、加熱回転部材の発熱体として、加熱回転部材の表面を加熱するレーザ光源を用いる、ことを特徴とする。
【００４２】
請求項２１に記載の発明は、上記第１１の目的を達成すべく、請求項１ないし２０のいずれか１に記載の定着装置を備えることを特徴とする、画像形成装置である。
【００４３】
請求項２２に記載の発明は、上記第４の目的を達成すべく、像担持体上に形成した画像を一次転写位置で中間転写体に転写し、その中間転写体上の画像を二次転写位置で転写してシートの片面に画像を記録し、定着装置で加熱定着して排出する画像形成装置において、中間転写体に断熱層を設けることを特徴とする、画像形成装置である。
【００４４】
請求項２３に記載の発明は、上記第１２の目的も達成すべく、請求項２２に記載の画像形成装置において、中間転写体を、可撓性材料または弾性材料を用いてつくる、ことを特徴とする。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、この発明の実施の形態につき説明する。
図１には、この発明による定着装置を備える電子写真式画像形成装置の要部概略構成を示す。
【００４６】
図中符号１０は、ドラム状の像担持体である。像担持体１０のまわりには、その像担持体１０の表面を一様に帯電する帯電装置１１、像担持体１０の表面に、レーザ光を照射して書込みを行い、静電潜像を形成する不図示の露光装置、像担持体１０の表面にトナーを付着することにより、その像担持体１０表面の静電潜像を現像してトナー画像を形成する現像装置１２、転写位置ａでバイアス電圧を印加して、その像担持体１０表面に形成したトナー画像をシートに転写する転写装置１３、画像転写後の像担持体１０表面からシートを分離する不図示の分離部材、画像転写後に像担持体１０表面に残留するトナーを除去するクリーニング装置１４、除電光を照射して画像転写後の像担持体１０表面の残留電位を除去する不図示の除電装置などを設ける。
【００４７】
像担持体１０の下側には、像担持体１０と転写装置１３間の転写位置ａを通り、図中右から左にシートを搬送するシート搬送路１５を形成する。シート搬送路１５に沿って、転写位置ａの上流には、搬送するシートをガイドする一対のシートガイド板１６、シートの先端を突き当てて止め、像担持体１０表面のトナー画像にタイミングを合わせて回転してシートを送り出す一対のレジストローラ１７を配置し、転写位置ａの下流には、画像転写後のシートに熱と圧力とを加えて転写画像を定着する定着装置１８を配置する。
【００４８】
そして、シートに画像を記録するときは、像担持体１０を時計まわりに回転し、帯電装置１１でバイアス電圧を印加し、その像担持体１０表面を一様に帯電する。次いで、不図示の露光装置で、レーザ光Ｌを照射して書込みを行い、像担持体１０表面に静電潜像を形成する。それから、現像装置１２でトナーを付着してその静電潜像を現像し、像担持体１０表面にトナー画像を形成する。
【００４９】
一方、シートは、不図示の供給カセット等から繰り出してシート搬送路１５に入れ、そのシート搬送路１５を通して搬送し、一対のシートガイド板１６で案内して先端を一対のレジストローラ１７間に突き当てて止める。そして、上述した像担持体１０表面のトナー画像にタイミングを合わせて一対のレジストローラ１７を回転してシートを送り出し、像担持体１０と転写装置１３間の転写位置ａへと送り込む。
【００５０】
その後、転写装置１３でバイアス電圧を印加し、転写位置ａで像担持体１０表面のトナー画像をシートに転写する。画像転写後のシートは、不図示の分離部材で、像担持体１０表面から分離する。そして、画像転写後のシートを定着装置１８に入れ、そこで熱と圧力とを加えて転写画像を定着する。画像定着後のシートは、不図示の排紙スタック部に排出する。
【００５１】
他方、画像転写後の像担持体１０表面は、クリーニング装置１４で清掃し、転写されずに像担持体１０表面に残留するトナーを除去する。それから、不図示の除電装置で除電光を照射して初期化し、画像転写後の像担持体１０表面の残留電位を除去して、帯電からはじまる再度の画像形成に備える。
【００５２】
図２には、図１の画像形成装置に備える定着装置１８の概略構成を示す。
定着装置１８には、加熱ローラ２０、加圧ローラ３０などを設ける。そして、加熱ローラ２０と加圧ローラ３０とで挟んでそれらを図中矢示方向に回転してシートを搬送しながら、そのシート上のトナー転写画像を、圧力を加えつつ加熱定着する。
【００５３】
加熱ローラ２０は、中実軸状の芯金２１の外周に断熱剛性層２４を設け、さらにその外周に面状発熱体２５を設け、またさらにその外周に加熱層２６を設けて構成する。すなわち、発熱層である面状発熱体２５の内側に断熱剛性層２４を設ける。
【００５４】
断熱剛性層２４の内側に設ける芯金２１は、鉄、ステンレス（ＳＵＳ）、アルミニウム（一般的）、合金などを用いてつくって剛性を持たせ、加圧力を加えた際に、加熱ローラが撓んで定着力むらや定着むらを生ずることを防ぐ。断熱剛性層２４よりも断熱性は劣るが、剛性に優れている剛体である。剛性の程度は、加圧力に応じて撓みが許容される程度で、トナーの熱特性、粒径、付着量や、定着スピード、ローラ径等により異なる。芯金２１は、図示例では中実軸状としたが、円筒状としてもよい。また、この芯金２１は、無しとして、面状発熱体２５の内側に断熱剛性層２４のみを設けるようにしてもよい。
【００５５】
断熱剛性層２４は、断熱性とともに剛性を有する層である。ＪＩＳ−Ａ硬度７０以上の硬度とする。または、１〜５ｋｇ／ｃｍ^２の面圧をかけたとき、断熱剛性層２４の加圧方向の変形量を１０％以内とする。そして、加熱ローラ２０と加圧ローラ３０とでシートを挟んでいる状態で、その挟んでいる部分での断熱剛性層２４の熱伝導率を０．１Ｗ／ｍ・ｋ以下とする。
【００５６】
面状発熱体２５は、アラミド繊維に炭素繊維を分散させたものや、アラミド繊維にステンレス繊維を混紡した繊維を平織りにしたものを用いる。加熱層２６は、シリコンゴムのように、耐熱性、離型性を備えた層とする。
【００５７】
加圧回転部材として用いる加圧ローラ３０は、円筒状の芯金３１の外周に断熱弾性層３３を設けて構成する。
【００５８】
芯金３１は、加熱ローラ２０の芯金２１と同様に、鉄、ステンレス（ＳＵＳ）、アルミニウム（一般的）、合金などを用いてつくり、図示例では、加圧により撓んで定着むらが生ずることがない厚肉の円筒状につくるが、円筒に限らず、中実軸状としてもよい。
【００５９】
断熱弾性層３３は、断熱性、離型性を有し、かつ弾性を有する。例えばシリコンゴムを用いてつくり、ゴム硬度が２５〜６５度（ＪＩＳＡ硬度計）で、厚さ数百μｍ〜２０００μｍ程度が好適である。
【００６０】
なお、図示例では、加圧ローラ３０の表面に断熱弾性層３３を設けたが、断熱弾性層３３に代えて可撓性層を設けるようにしてもよく、また芯金３１の外周に弾性層や剛性層を介して可撓性層を設けるようにしてもよい。可撓性層は、例えば薄いフィルム状のもので曲げ変形自在であり、使用状態の加圧力ではほとんど圧縮しないものであり、塑性変形に至らない弾性変形範囲内で圧縮しやすい弾性層への塗布層や、チューブ状の被覆層や、接着フィルム層などとする。
【００６１】
このようにすると、加熱ローラ２０に発熱層として面状発熱体２５を有するので、ハロゲンヒータ等の熱源を内蔵するよりも小型化することができる。しかも、発熱層である面状発熱体２５の内側に断熱剛性層２４を設けるので、その断熱剛性層２４で放熱を防止して面状発熱体２５の熱が加熱ローラ２０の内部に奪われないようにし、熱の有効利用を図って定着に必要なエネルギを低減し、省エネルギを達成するとともに、面状発熱体２５の温度上昇を速くして定着装置１８の立ち上がり時間を短縮し、また定着装置１８以外の部材の温度上昇を防いで、トナーフィルミングや固着を防止するとともに、現像剤の劣化を防止することができる。
【００６２】
また、発熱層である面状発熱体２５の内側に断熱剛性層２４を設けるので、断熱剛性層２４で面状発熱体２５の変形をなくして断熱剛性層２４の断熱性の低下をなくすことができる。そして、断熱剛性層２４を薄くつくることによりこの点からも、加熱ローラ径を小さくして全体の小型化を図ることができ、かつ加熱ローラ２０の熱容量を小さくして定着装置１８の立ち上がり時間を短縮することができる。耐熱剛性層２４で熱の有効利用を図る一方、面状発熱体２５の変形を防止し、また剛性を高めて定着加圧力の増大を可能とするから、加熱ローラ２０の回転を速めて高速化を図ることができる。
【００６３】
またさらに、加熱ローラ２０に断熱剛性層２４を設けるとともに、加圧ローラ３０の表面に弾性層３３または可撓性層を設けるので、加熱ローラ２０と加圧ローラ３０との密着性を高めるとともに、十分なニップを確保し、加圧力を均一に維持して定着むらをなくすことができる。
【００６４】
ところで、図示例の定着装置１８には、加熱ローラ２０、加圧ローラ３０のような２つの定着ローラの他、それらの定着ローラ２０・３０間を通過した画像定着後のシートを加熱ローラ２０から分離するとともに、分離後のシートを案内する爪状の分離部材４０、２つの定着ローラ２０・３０の上流位置に備えて、シートをそれらの定着ローラ２０・３０のニップ位置へと案内する定着前ガイド板４１、２つの定着ローラ２０・３０の下流位置に備えて、画像定着後のシートを排出方向へと案内する定着後ガイド板４２などを設ける。
【００６５】
図３には、図２に示す定着装置１８の発熱体を変更した変形例を示す。
この図３に示すとおり、図２に示す面状発熱体２５に代えて加熱ローラ２０の発熱層として電磁誘導発熱体２７を設け、その電磁誘導発熱体２７との間で断熱剛性層２４を挟んで電磁誘導コイル２８を設けるようにしてもよい。
【００６６】
電磁誘導発熱体２７は、うず電流を発生させる、鉄板、ＳＵＳ板、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｃｏ等でつくる。
【００６７】
その他、図３では、図２に示す定着装置１８の対応部分に使用した符号をそのまま使用し、詳しい説明を省略する。
【００６８】
ところで、その断熱剛性層３２・２４の外側に、それより熱伝導率の高い層を設けると、熱拡散して定着むらをなくし、定着性能の均一化および安定化を図ることができる。また、断熱剛性層３２・２４よりトナーに対する離型性の高い層を設けると、オフセットの防止とともに、シートの分離不良を防止することができる。断熱剛性層３２・２４より電気抵抗の高い層を設けると、定着前トナー像の放電現象による像乱れの発生を防止することができる。断熱剛性層３２・２４より空隙率の低い層を設けると、熱伝導率を高め、熱拡散して定着むらをなくし、定着性能の均一化および安定化を図ることができる。
【００６９】
離型性の高い層は、例えばフッ素系樹脂を含有する材料や、シリコンオイルを含有する材料を用いてつくる。
【００７０】
また、上述した図２および図３で用いる加熱ローラ２０の断熱剛性層２４は、樹脂製の中空構造体、つまり熱伝導率の低い樹脂製の空隙のある構造体や、樹脂を発泡させた発泡部材や、断熱性を有するセラミックや、断熱性を有するコンクリートなどを用いてつくる。コンクリートは、水素ガスで微細に発泡させた耐火金庫用断熱コンクリートや、建築用の断熱性複合コンクリートや、原子炉の断熱コンクリートのように、剛性を有し、強度が強く、しかも構造上熱伝導し難い空隙の割合の高いものを用いる。このようにすると、剛性を保持しつつ断熱性を効果的に確保することができる。
【００７１】
図４には、定着装置１８の発熱体をさらに別のものに変更した変形例を示す。
【００７２】
この図４に示す例では、加熱ローラ２０の発熱体としては、加熱ローラ２０の表面に輻射熱を加える外部ヒータ４５を用いる。図中符号４６は、外部ヒータ４５の輻射熱を加熱ローラ２０の表面に向けて反射する反射部材である。外部ヒータ４５としては、例えば加熱ローラ２０の表面を加熱するレーザ光源を用いる。レーザ光を照射してシートを間接的に加熱するようにすると、温度むらを防止して均一な定着を行うことができる。
【００７３】
この図４に示す定着装置１８では、加熱ローラ２０は、中実軸状の芯金２１の外周に断熱弾性層６０を設け、さらにその外周に可撓性層６１を設けて構成する。すなわち、加熱ローラ２０の表面に可撓性層６１を設ける。
【００７４】
断熱弾性層６０は、断熱性を有し、かつ弾性を有する。可撓性層６１は、表面を、輻射熱吸収効率がよい暗色化処理や黒色化処理するとよい。一般に、輻射熱源の光は赤色や赤外光成分が多いので、短波長成分の吸収が多少少なく青味を帯びた処理でもよい。
【００７５】
例えば、ポリアミド、ポリイミド等の樹脂バインダに、カーボンブラック、黒鉛、鉄黒（Ｆｅ_３Ｏ_４）や、各種フェライトおよびその化合物、酸化銅、酸化コバルト、ベンガラ（Ｆｅ_２Ｏ_３）等の粉末を混入した熱線吸収部材を用い、厚さ１０〜２００μｍ、好ましくは２０〜１００μｍ厚の該熱線吸収部材を断熱体６０の外側に焼き付けたり塗布したりなどして形成する。
【００７６】
加圧ローラ３０は、円筒状の芯金３１の外周に断熱剛性層３２を設ける。断熱剛性層３２は、図２や図３に示す加熱ローラ２０の断熱剛性層２４と同様につくり、断熱性とともに剛性を有する層とする。円筒に限らず、中実軸状であってもよい。
【００７７】
図５に示す定着装置１８には、加熱回転部材である加熱ベルト５０と、加圧回転部材である加圧ローラ３０を設ける。加熱ベルト５０は、エンドレスで、発熱ローラ５１と発熱側加圧ローラ５２とに掛け回す。そして、加熱ベルト５０と加圧ローラ３０とで挟んで図中矢示方向に回転してシートを搬送しながら、そのシート上の転写画像を圧力を加えつつ加熱定着する。
【００７８】
加熱ベルト５０としては、ニッケル、ポリイミド等の耐熱性樹脂、炭素鋼、ステンレス鋼などの、熱容量を容易に少なくできる無端状ベルトを用いる。表面は、シリコンゴム層で、ゴム硬度が２５〜６５度（ＪＩＳＡ硬度計）であり、厚さ１００μｍ〜３００μｍ程度が好適である。
【００７９】
発熱ローラ５１は、中実軸状の芯金５３の外周に耐熱絶縁部材５４を設け、さらにその外周に面状発熱体５５を設ける。耐熱絶縁部材５４は、シリコンゴム等の、耐熱性を有する絶縁部材で、断熱性を兼ね備える方がより好適である。
【００８０】
発熱側加圧ローラ５２は、中実軸状の芯金５６の外周に断熱層５７を設け、さらにその外周に加圧層５８を設ける。断熱層５７は、断熱性を有し、好ましくは剛性を有することが好ましい。加圧層５８は、断熱性を有し、好ましくは剛性を兼ね備えたものであるとよい。
【００８１】
加圧ローラ３０は、図４に示す加圧ローラ３０と同じものであり、円筒状の芯金３１の外周に断熱剛性層３２を設ける。
【００８２】
さて、図４および図５に示す例では、加熱ローラ２０や加熱ベルト５０などの加熱回転部材と、加圧ローラ３０や加圧ベルトなどの加圧回転部材とで挟んでそれらを回転してシートを搬送しながら、そのシート上のトナー転写画像を定着する、画像形成装置の定着装置１８において、シートを案内する、分離部材４０や定着前ガイド板４１や定着後ガイド板４２などのシート搬送ガイドに断熱剛性層を設ける。例えば耐熱性の高いポリイミドなどを用いてつくり、多孔質とする。
【００８３】
このようにすると、シートを介しての放熱をその断熱剛性層で防止して熱の有効利用を図り、定着に必要なエネルギを低減して省エネルギを達成することができるとともに、定着装置１８の立ち上がり時間を短縮し、また定着装置１８以外の部材の温度上昇を防いで、トナーフィルミングや固着を防止するとともに、現像剤の劣化を防止することができる。
【００８４】
図６には、別のタンデム型電子写真式カラー画像形成装置の要部概略構成を示す。
【００８５】
図中符号１０ＢＫ・１０Ｙ・１０Ｍ・１０Ｃは、一定間隔置きに互いに平行に並べて水平に設ける、それぞれブラック・イエロ・マゼンタ・シアンの４本の像担持体である。各像担持体１０は、それぞれドラム状をなし、反時計まわりに回転する。
【００８６】
各像担持体１０のまわりには、それぞれ帯電装置１１、現像装置１２、転写装置１３、一次クリーニング装置１４などを配置する。
【００８７】
一方、像担持体１０の下側には、無端ベルト状の中間転写体７０を、図示例では３つの搬送ローラ７１・７２・７３に掛け回して図中時計まわりに回転搬送可能に設ける。中間転写体７０は、可撓性材料または弾性材料を用いてつくる。
【００８８】
この中間転写ベルト１０の、左右の搬送ローラ７１・７２間に掛け渡す水平部分は、各像担持体１０と転写装置１３間を通過するようにする。また、下方の搬送ローラ７３には、中間転写体７０を挟んで対向して二次転写装置７４を設け、左の搬送ローラ７１には、中間転写体７０を挟んで対向して二次クリーニング装置（図示省略）を設ける。
【００８９】
このような中間転写体７０の下側には、右から左に向けてシートを搬送するシート搬送路７６を形成する。そして、そのシート搬送路７６に沿って右から順に、二対の搬送ローラ７７、一対のシートガイド板７８、一対のレジストローラ７９、上述の二次転写装置７４、定着装置１８、切換爪８０を配置する。また、定着装置１８の下流の排出路８１から分岐して搬送ローラ７７の上流に戻る反転再給送路８２を設け、その反転再給送路８２に反転再給送装置８３を設ける。
【００９０】
そしていま、このカラー画像形成装置で、用紙・ＯＨＰフィルム等のシートにカラー画像を記録するときは、各像担持体１０を反時計まわりに回転し、各像担持体１０上に個別に単色トナー画像を形成する。その後、各一次転写装置１３でバイアス電圧を印加してそれらの各像担持体１０上に形成した単色トナー画像を一次転写位置ａで順次転写し、時計まわりに搬送する中間転写体７０上に合成トナー画像を形成する。
【００９１】
他方、不図示の給紙カセットから繰り出したシートを搬送ローラ７７でシート搬送路７６を通して搬送し、一対のシートガイド板７８で案内して一対のレジストローラ７９間に突き当て、それら一対のレジストローラ７９で上述した中間転写体７０上の合成トナー画像にタイミングを合わせて送り出し、二次転写装置７４でバイアス電圧を印加して中間転写体７０上の合成トナー画像を二次転写位置ｂで転写し、シート上にカラー画像を記録する。画像記録後のシートは、シート搬送路７６を通して定着装置１８に入れ、その定着装置１８で転写画像を加熱定着して後、排出路８１を通して不図示の排紙スタック装置へと排出する。
【００９２】
シートの裏面にも画像を記録するときは、定着装置１８を出たシートを切換爪８０で切り換えて反転再給送路８２に入れ、その片面記録済みシートを反転再給送装置８３で反転して再給送し、再びシート搬送路７６を通して再度二次転写位置ｂへと送り込んで別途中間転写体７０上に形成した合成トナー画像をシートの他面にも記録し、定着装置１８で加熱定着して排出する。
【００９３】
このような画像形成装置において、中間転写体７０に断熱層を設ける。このようにすると、シートを介しての放熱をその断熱層で防止して熱の有効利用を図り、定着に必要なエネルギを低減して省エネルギを達成することができるとともに、定着装置１８の立ち上がり時間を短縮し、また定着装置１８以外の部材の温度上昇を防いで、部品寿命の向上を図るとともに、性能の安定化を図り、トナーフィルミングや固着を防止するとともに、現像剤の劣化を防止することができる。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したとおり、請求項１に係る発明によれば、加熱ローラに発熱層を有するので、ハロゲンヒータ等の熱源を内蔵するよりも小型化することができる。しかも、発熱層の内側に断熱剛性層を設けるので、その断熱剛性層で放熱を防止して発熱層の熱が加熱ローラの内部に奪われないようにし、熱の有効利用を図って定着に必要なエネルギを低減し、省エネルギを達成するとともに、発熱層の温度上昇を速くして定着装置の立ち上がり時間を短縮し、また定着装置以外の部材の温度上昇を防いで、トナーフィルミングや固着を防止するとともに、現像剤の劣化を防止することができる。
【００９５】
また、発熱層の内側に断熱剛性層を設けるので、断熱剛性層で発熱層の変形をなくして断熱剛性層の断熱性の低下をなくすことができる。そして、断熱剛性層を薄くつくることによりこの点からも、加熱ローラ径を小さくして全体の小型化を図ることができ、かつ加熱ローラの熱容量を小さくして定着装置の立ち上がり時間を短縮することができる。耐熱剛性層で熱の有効利用を図る一方、発熱層の変形を防止し、また剛性を高めて定着加圧力の増大を可能とするから、加熱ローラの回転を速めて高速化を図ることができる。
【００９６】
請求項２に係る発明によれば、上記効果に加え、加圧回転部材として加圧ローラを用い、その、加圧ローラの表面に弾性層または可撓性層を設けるので、加熱ローラと加圧ローラとの密着性を高めるとともに、十分なニップを確保し、加圧力を均一に維持して定着むらをなくすことができる。
【００９７】
請求項３に係る発明によれば、断熱剛性層の内側に、断熱剛性層よりも断熱性は劣るが、剛性に優れている剛体を設けるので、断熱剛性層とともに剛体で、より一層発熱層の変形を防止することができる。
【００９８】
請求項４に係る発明によれば、断熱剛性層をＪＩＳ−Ａ硬度７０以上の硬度とするので、その断熱剛性層の剛性で、より一層発熱層の変形を防止することができる。
【００９９】
請求項５に係る発明によれば、１〜５ｋｇ／ｃｍ^２の面圧をかけたとき、断熱剛性層の加圧方向の変形量を１０％以内とするので、その断熱剛性層の剛性で、より一層発熱層の変形を防止することができる。
【０１００】
請求項６に係る発明によれば、加熱ローラと加圧回転部材とでシートを挟んでいる状態で、その挟んでいる部分での断熱剛性層の熱伝導率を０．１Ｗ／ｍ・ｋ以下とするので、断熱剛性層の熱伝導率を小さくし、より一層放熱を防止して熱の有効利用を図り、また発熱層の温度上昇を速くすることができる。
【０１０１】
請求項７に係る発明によれば、断熱剛性層の外側に、その断熱剛性層より熱伝導率の高い層を設けるので、その熱伝導率の高い層で、熱拡散して定着むらをなくし、定着性能の均一化および安定化を図ることができる。
【０１０２】
請求項８に係る発明によれば、断熱剛性層の外側に、その断熱剛性層より、トナーに対する離型性の高い層を設けるので、その離型性の高い層で、オフセットの防止とともに、シートの分離不良を防止することができる。
【０１０３】
請求項９に係る発明によれば、断熱剛性層の外側に、その断熱剛性層より電気抵抗の高い層を設けるので、定着ローラの電位上昇を防いで、定着前トナー像の放電現象による像乱れの発生を防止することができる。
【０１０４】
請求項１０に係る発明によれば、断熱剛性層の外側に、その断熱剛性層より空隙率の低い層を設けるので、その空隙率の低い層で熱伝導率を高め、熱拡散して定着むらをなくし、定着性能の均一化および安定化を図ることができる。
【０１０５】
請求項１１に係る発明によれば、断熱剛性層を、金属より熱伝導率の低い樹脂製として、さらに熱伝導率の低い中空構造体を用いてつくるので、剛性を保持しつつ断熱性を効果的に確保することができる。
【０１０６】
請求項１２に係る発明によれば、断熱剛性層を、金属より熱伝導率の低い樹脂を発泡させた発泡部材を用いてつくるので、同様に剛性を保持しつつ断熱性を効果的に確保することができる。
【０１０７】
請求項１３に係る発明によれば、断熱剛性層を、断熱性を有するセラミックを用いてつくるので、同様に剛性を保持しつつ断熱性を効果的に確保することができる。
【０１０８】
請求項１４に係る発明によれば、断熱剛性層を、断熱性を有するコンクリートを用いてつくるので、同様に剛性を保持しつつ断熱性を効果的に確保することができる。
【０１０９】
請求項１５に係る発明によれば、加熱ローラの発熱体として、面状発熱体を用いるので、省スペースで、省エネルギの定着を可能とすることができる。
【０１１０】
請求項１６に係る発明によれば、加熱ローラの発熱体として、電磁誘導発熱体を用いるので、省スペースで、省エネルギの定着を可能とすることができる。
【０１１１】
請求項１７に係る発明によれば、電磁誘導発熱体との間で断熱剛性層を挟んで電磁誘導コイルを設けるので、加熱回転部材の熱容量を小さくして省エネルギ化を図ることができる。
【０１１２】
請求項１８に係る発明によれば、シートを案内するシート搬送ガイドに断熱剛性層を設けるので、シートを介しての放熱をその断熱剛性層で防止して熱の有効利用を図り、定着に必要なエネルギを低減して省エネルギを達成することができるとともに、定着装置の立ち上がり時間を短縮し、また定着装置以外の部材の温度上昇を防いで、トナーフィルミングや固着を防止するとともに、現像剤の劣化を防止することができる。
【０１１３】
請求項１９に係る発明によれば、加熱回転部材の発熱体として、加熱回転部材の表面に輻射熱を加える外部ヒータを用いるので、省スペースで、省エネルギの定着を可能とすることができる。
【０１１４】
請求項２０に係る発明によれば、加熱回転部材の発熱体として、加熱回転部材の表面を加熱するレーザ光源を用いるので、省スペースで、省エネルギの定着を可能とすることができる。
【０１１５】
請求項２１に係る発明によれば、請求項１ないし２０のいずれか１に記載の定着装置を備えるので、上記各効果を達成することができる画像形成装置を提供することができる。
【０１１６】
請求項２２に係る発明によれば、像担持体上に形成した画像を一次転写位置で中間転写体に転写し、その中間転写体上の画像を二次転写位置で転写してシートの片面に画像を記録し、定着装置で加熱定着して排出する画像形成装置において、中間転写体に断熱層を設けるので、シートを介しての放熱をその断熱層で防止して熱の有効利用を図り、定着に必要なエネルギを低減して省エネルギを達成することができるとともに、定着装置の立ち上がり時間を短縮し、また定着装置以外の部材の温度上昇を防いで、部品寿命の向上を図るとともに、性能の安定化を図り、トナーフィルミングや固着を防止するとともに、現像剤の劣化を防止することができる。
【０１１７】
請求項２３に係る発明によれば、中間転写体を、可撓性材料または弾性材料を用いてつくるので、転写性能を維持しながら、像担持体への放熱を有効に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による定着装置を備える電子写真式画像形成装置の要部概略構成図である。
【図２】図１の画像形成装置に備える定着装置の概略構成図である。
【図３】図２に示す定着装置の発熱体を変更した変形例の構成図である。
【図４】定着装置の発熱体をさらに別のものに変更した変形例の構成図である。
【図５】図４に示す定着装置と同様な効果を達成することができるさらに別の定着装置の構成図である。
【図６】別のタンデム型電子写真式カラー画像形成装置の要部概略構成図である。
【符号の説明】
１０・１０ＢＫ・１０Ｙ・１０Ｍ・１０Ｃ　　像担持体
１８　　定着装置
２０　　加熱ローラ（加熱回転部材）
２１　　芯金（剛体）
２４　　断熱剛性層
２５　　面状発熱体（発熱層）
２７　　電磁誘導発熱体（発熱層）
２８　　電磁誘導コイル
３０　　加圧ローラ（加圧回転部材）
３３　　弾性層
４０　　分離部材（シート搬送ガイド）
４１　　定着前ガイド板（シート搬送ガイド）
４２　　定着後ガイド板（シート搬送ガイド）
４５　　外部ヒータ
５０　　加熱ベルト（加熱回転部材）
７０　　中間転写体
ａ　　一次転写位置
ｂ　　二次転写位置

Claims (23)

1. 加熱ローラと加圧回転部材とで挟んでシートを搬送しながら、そのシート上の画像を加熱定着する定着装置において、
   前記加熱ローラに、発熱層と、その発熱層の内側に設ける断熱剛性層とを有することを特徴とする、定着装置。
2. 前記加圧回転部材として加圧ローラを用い、その加圧ローラの表面に弾性層または可撓性層を設けることを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
3. 前記断熱剛性層の内側に、前記断熱剛性層よりも断熱性は劣るが、剛性に優れている剛体を設けることを特徴とする、請求項１または２に記載の定着装置。
4. 前記断熱剛性層をＪＩＳ−Ａ硬度７０以上の硬度とすることを特徴とする、請求項１または２に記載の定着装置。
5. １〜５ｋｇ／ｃｍ^２の面圧をかけたとき、前記断熱剛性層の加圧方向の変形量を１０％以内とすることを特徴とする、請求項１または２に記載の定着装置。
6. 前記加熱ローラと前記加圧回転部材とでシートを挟んでいる状態で、その挟んでいる部分での前記断熱剛性層の熱伝導率を０．１Ｗ／ｍ・ｋ以下とすることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１に記載の定着装置。
7. 前記断熱剛性層の外側に、その断熱剛性層より熱伝導率の高い層を設けることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１に記載の定着装置。
8. 前記断熱剛性層の外側に、その断熱剛性層よりトナーに対する離型性の高い層を設けることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１に記載の定着装置。
9. 前記断熱剛性層の外側に、その断熱剛性層より電気抵抗の高い層を設けることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１に記載の定着装置。
10. 前記断熱剛性層の外側に、その断熱剛性層より空隙率の低い層を設けることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１に記載の定着装置。
11. 前記断熱剛性層を、樹脂製の中空構造体を用いてつくることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１に記載の定着装置。
12. 前記断熱剛性層を、樹脂を発泡させた発泡部材を用いてつくることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１に記載の定着装置。
13. 前記断熱剛性層を、断熱性を有するセラミックを用いてつくることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１に記載の定着装置。
14. 前記断熱剛性層を、断熱性を有するコンクリートを用いてつくることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１に記載の定着装置。
15. 前記加熱ローラの発熱層として、面状発熱体を用いることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１に記載の定着装置。
16. 前記加熱ローラの発熱層として、電磁誘導発熱体を用いることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１に記載の定着装置。
17. 前記電磁誘導発熱体との間で前記断熱剛性層を挟んで電磁誘導コイルを設けることを特徴とする、請求項１６に記載の定着装置。
18. 加熱回転部材と加圧回転部材とで挟んでシートを搬送しながら、そのシート上の画像を加熱定着する定着装置において、
    前記シートを案内するシート搬送ガイドに断熱剛性層を設けることを特徴とする、定着装置。
19. 前記加熱回転部材の発熱体として、前記加熱回転部材の表面に輻射熱を加える外部ヒータを用いることを特徴とする、請求項１８に記載の定着装置。
20. 前記加熱回転部材の発熱体として、前記加熱回転部材の表面を加熱するレーザ光源を用いることを特徴とする、請求項１８に記載の定着装置。
21. 請求項１ないし２０のいずれか１に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。
22. 像担持体上に形成した画像を一次転写位置で中間転写体に転写し、その中間転写体上の画像を二次転写位置で転写してシートの片面に画像を記録し、定着装置で加熱定着して排出する画像形成装置において、前記中間転写体に断熱層を設けることを特徴とする、画像形成装置。
23. 前記中間転写体を、可撓性材料または弾性材料を用いてつくることを特徴とする、請求項２２に記載の画像形成装置。

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