JP5831740B2 - 定着装置、および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、未定着トナー像の記録材への定着処理を行う際に、定着像に光沢を付与することができる定着装置、およびこの定着装置を備える画像形成装置に関する。

近年、デジタルカメラの普及に伴い、デジタル化された画像をハードコピーとして記録紙等の記録材にプリントアウトし、従来の銀塩写真と同様な使い方をしたいという要求が高まっている。このデジタル化された画像をハードコピーとしてプリントアウトする方法として、電子写真方式の画像形成プロセスにより、加熱溶融性の樹脂などからなるトナーをもちいて記録材にトナー画像を作成し、定着装置で定着する。定着装置では、記録材に転写された未定着トナー像を加熱、加圧を行って記録材に定着させる。

また、印刷物のオンデマンド化（小ロット多品種化）の傾向が近年高まり、オフセット印刷機では版を作成することからコストが高くなり、非効率で生産性が悪くなるため、このような用途においては、電子写真装置への置き換えが行われ始めている。

図１１はローラを用いた従来の定着装置の概略構成図ある。定着装置２１０は、内部に熱源２１１が配された定着ローラ２１２と、この定着ローラ２１２に圧接してニップ部２１４を形成する加圧ローラ２１３とを具備している。定着ローラ２１２は、図中反時計方向に回転駆動され、加圧ローラ２１３は、定着ローラ２１２に連れて回転する。

定着ローラ２１２の表面は、熱源２１１で加熱されて、トナーが軟化する温度以上に保持されている。未定着トナー像が表面に転写された記録材Ｓは、定着ローラ２１２と加圧ローラ２１３で形成されたニップ部２１４に送られ、このニップ部２１４で熱と圧力とが加えられる。これにより、未定着トナー像のトナーが軟化ないし溶融した状態となり、ニップ部２１４から出た後、冷却されることにより、記録材表面に固着して定着することになる。

従来の定着装置として定着ベルトをもちいたものもある。図１２は定着ベルトをもちいた従来の定着装置を示す概略構成図である。定着装置２２０は、内部に熱源２２１が配されるとともに回転駆動される加熱ローラ２２２と、定着ローラ２２３と、加熱ローラ２２２および定着ローラ２２３にかけ渡した環状の帯状部材からなる定着ベルト２２４と、定着ローラ２２３に定着ベルト２２４を介して押しつけられニップ部２２６を形成する加圧ローラ２２５とを具備している。

加熱ローラ２２２は、図中反時計方向に回転駆動され、定着ローラ２２３および定着ベルト２２４は加熱ローラ２２２につれて回転する。加熱ローラ２２２の表面は、熱源２２１で加熱されて、定着ベルト２２４を加熱する。定着ベルト２２４は、トナーが軟化する温度以上に保持されている。

未定着トナー像が表面に転写された記録材Ｓは、定着ベルト２２４と加圧ローラ間のニップ部２２６に送られ、このニップ部２２６で熱と圧力とが加えられる。これにより、未定着トナー像のトナーが軟化ないし溶融した状態となり、ニップ部２２６から出た後、冷却されることにより、記録材Ｓ表面に固着して定着することになる。

しかし、前記のような構成の定着装置により得られるトナー画像では、画像の光沢度が十分でないという課題があった。

銀塩写真の光沢度は８０〜９０％であるが、通常の電子写真方式による画像形成の場合、銀塩写真のような光沢はなかなか得られず、光沢画像といってもせいぜい６０％程度の反射率である。これは溶融したトナー面から定着面を分離する際、定着面とトナー面の接着力でトナー面が引っ張られてトナー面が荒れるためである。

定着されたトナー像の光沢度を向上させる定着装置として、特許文献１には、回転駆動される加熱ローラおよび加圧ローラと、加熱ローラおよび加圧ローラを含む複数の回転ローラにかけ渡された環状の定着ベルト部材からなる定着ベルトと、加熱ロールと当該加熱ロールから定着ベルトの回転方向の下流側に設けられる１つの回転体との間に設けられ、当該定着ベルトをその内側から冷却する冷却部材とを備えた定着装置が記載されている。

また、特許文献２には、ニップ部を通過後の記録材上のトナーを冷却するために、内部に熱媒体の入った中空な冷却部材を、ニップ部よりも定着ベルト移動方向下流側の定着ベルト部分の裏面側に配置し、定着後のトナー像の光沢度を調整すべく、前記冷却部材が前記記録材上のトナーから奪う熱量を変化させることができるように構成し、前記定着ベルトは、記録材が搬入される側の入口側定着ベルト支持部材と、記録材が排出される側の出口側定着ベルト支持部材の少なくとも２つの定着ベルト支持部材にかけ渡され、前記出口側定着ベルト支持部材が前記冷却部材として構成され、該出口側定着ベルト支持部材に接触する定着ベルト部分の表面から記録材が離れる位置を変化させる記録材分離位置調整手段を設けたものが記載されている。

しかしながら、特許文献１に記載の定着装置は、冷却手段（ヒートシンク）と定着ベルトが接触して相対運動するため、冷却手段の表面が摩耗して粉が発生することとなる。すると、その粉が定着ローラや分離ローラに付着することにより、ローラに対して定着ベルトがスリップして記録材の搬送不良（重送、紙詰まり）を招く。これは、前記粉により、定着ベルトとローラの接触面積が低減し、両者間の摩擦力が減少することによる。また、冷却手段と定着ベルトの接触面積が低下して冷却効率が低下し、やがては光沢不良が発生することがある。さらには、定着ベルトが摩耗して破損に及ぶ問題等も発生する。

また、特許文献２に記載の定着装置には以下の問題がある。特許文献２に記載の定着装置において、冷却ローラの接触圧が弱いと定着ベルトとの接触面積が小さく、冷却能力が小さくなる。これを解消するため冷却ローラ２３１と定着ベルト２３２との接触面積を増すべく両者の接触圧を増大させると排紙した記録材に画像不良、排紙不良、カールを生じさせる。

図９および図１０は冷却ローラを備えた従来の定着装置を示す断面図である。図９に示す定着装置２４０は、駆動ローラ２４１と、定着ローラ２４２と、駆動ローラ２４１および定着ローラ２４２にかけ渡された定着ベルト２４３と、加圧ローラ２４４と、冷却ローラ２４５と、テンションローラ２４６と、分離ローラ２４７とを備えている。また、図１０に示す定着装置２５０は、駆動ローラ２５１と、定着ローラ２５２と、駆動ローラ２５１および定着ローラ２４２にかけ渡された定着ベルト２５３と、加圧ローラ２５４と、２つの冷却ローラ２５５ａ、２５５ｂと、テンションローラ２５６と、分離ローラ２５７とを備えている。

両図に示すように、定着ベルト２４３、２５３の経路において、定着ベルト２４３、２５３と冷却ローラ２４５、２５５ａ、２５５ｂとの接触部において、定着ベルト２４３、２５３は、屈曲している。すると、記録材Ｓは定着ベルト２４３、２５３とともに屈曲して、記録材Ｓからトナー画像が一部もしくは全体ではがれることがあり、光沢ムラや光沢不足の問題が生じる。

またトナー画像がはがれることにより、記録材が分離、落下してしまい、搬送不良・紙詰まり等の問題が発生する。また、仮に紙の搬送が問題なく行われた場合でも、冷却時に屈曲部を通したことによってその屈曲形状に記録材がならってしまい、排出された紙がカールするという問題も発生する。

本発明は、以上の課題にかんがみてなされたものであり、良好な光沢を有する定着トナー像を長期間にわたり定着でき、さらに定着ベルトの寿命を向上させ、記録材の搬送不良のない定着装置、画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明に係る定着装置は、無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトを加熱する加熱手段と、前記定着ベルトの内側位置に配置され、前記定着ベルトの一部にトナー画像をのせた記録材を通過させてトナー画像を定着するため定着ニップ部を形成する定着部材と、前記定着ベルトの外側位置に配置され、前記定着ベルトを間に挟んで定着部材に押しつけられる加圧部材と、前記定着ニップ部よりも下流側で前記定着ベルトに内接するよう配置され、前記記録材を定着ベルトから分離させる分離ローラと、前記定着ニップと前記分離ローラの間に前記定着ベルトに内接するよう配置され、それぞれが前記定着ベルトに対して等速で回転可能であり、かつ、定着ベルト温度よりも低温に維持されており、前記記録材を定着ベルトに密着させたまま冷却する３台以上の冷却ローラと、を備え、前記３台以上の冷却ローラが、定着ベルトが同一半径の円弧形状を構成するように前記定着ベルトに内接されており、それらのうち少なくとも１つの冷却ローラの直径が他の冷却ローラと異なることを特徴とする。

また本発明に係る画像形成装置は、前記本発明に係る定着装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、重送や紙詰まりがなく、長期にわたって良好な光沢を有するトナー像を形成することができ、部品寿命を延ばしてランニングコストを低減でき、また廃棄物の低減による環境改善を図ることができる。

実施形態１に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。 同画像形成装置のイエローの作像部を示す断面図である。 同画像形成装置の定着装置を示す断面図である。 同定着装置の冷却ローラを示す断面図である。 実施例２に係る定着装置の定着ローラを示す断面図である。 実施例３に係る定着装置の冷却ローラを示す断面図である。 参考例に係る定着装置を示す断面図である。 参考例に係る定着装置を示す断面図である。 冷却ローラを備えた定着装置を示す断面図である。 冷却ローラを備えた定着装置を示す断面図である。 定着ローラをもちいた従来の定着装置を示す断面図である。 定着ベルトをもちいた従来の定着装置を示す断面図である。

本発明を実施するための形態（以下では単に実施形態と記載する）に係る定着装置および画像形成装置について説明する。

＜実施形態１＞
以下実施形態１に係る画像形成装置について説明する。図１は実施形態１に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。画像形成装置１００は、プリンター部として機能する本体１０１と、原稿読取装置２１および自動原稿給紙装置２２と、感光体ドラムと転写定着ベルトとの間に向けて搬送される転写紙を積載したシート搬送装置２３とを有している。

画像形成装置１００は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に色分解された色にそれぞれ対応する像としての画像を形成可能な複数の感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫを並べて配置したタンデム型の画像形成装置である。

画像形成装置１００では、転写定着ベルトユニット１０により、図中Ａ１方向に移動する過程において、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫに形成されたトナー像が、転写定着ベルト１１の同じ位置に重ねて１次転写がなされる。転写定着ベルトユニット１０は、ローラ７２、７３、７４と、このローラ７２、７３、７４にかけ渡された転写定着ベルト１１とから構成される。

転写定着ベルト１１の内側には、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫのそれぞれに対向する位置に、転写定着ベルト１１の内周面に接触する１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２ＢＫが配置される。この１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２ＢＫに印加された電圧よって、Ａ１方向上流側から下流側に向けて、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫの真下の１次転写位置で順次転写が行われる。また転写定着ベルト１１表面をクリーニングする定着ベルトクリーニング装置１４を有している。

２次転写ユニット７６は、２次転写定着ベルト５と、この２次転写定着ベルト５をかけ渡すローラ１５、１６とを備える。２次転写ユニット７６は、転写定着ベルト１１上のトナー像を転写紙に転写するとともに、この転写紙を搬送する。トナー像は、レジストローラ対１３により転写定着ベルト１１と２次転写定着ベルト５との間に搬送されてきた転写紙に、２次転写電界、ニップ圧によって転写される。

また、画像形成装置１００は、実施形態に係る定着装置１１０と、排紙ユニット７９と、両面ユニット９６とを備える。定着装置１１０は、トナー像を転写され搬送されてきた転写紙にトナー像を定着させるための定着ベルト定着装置である。

排紙ユニット７９は、定着済みの転写紙を本体１０１外に排出する排紙経路と再度レジストローラ対１３に向けて搬送する反転経路とを備え転写紙をいずれかの経路に搬送する。両面ユニット９６は、排紙ユニット７９が一方の面に画像を形成された転写紙を反転経路に搬送した場合に、その転写紙をスイッチバックして反転させ、再度、レジストローラ対１３に向けて搬送する。

また、画像形成装置１００は、画像形成済みの転写紙をスタックする排紙トレイ７５と、手差し給紙装置３３を有している。

光走査装置８は、光源と、ポリゴンミラーと、ｆ−θレンズ、反射ミラーと、多数の光学素子を備える。光源は、感光体ドラムの表面によって構成された被走査面をそれぞれ走査して露光し、静電潜像を形成する、画像信号に基づくレーザー光Ｌを発する。ポリゴンミラーは、光源によって発せられたレーザー光をその回転により走査する。ポリゴンミラーは、図示していないポリゴンモータで回転駆動される。ｆ−θレンズは、ポリゴンミラーによって走査されたレーザー光を感光体ドラム上に結像させ、走査する。なお、図１中符号２２ａは、自動原稿給紙装置２２の原稿トレイを示している。

定着装置１１０は、トナー像を担持した転写紙を定着ニップに通すことで、熱と圧力との作用により、担持したトナー像を転写紙の表面に定着する定着工程を行うようになっている。

排紙ユニット７９は、定着済みの転写紙を、両面ユニット９６に向けて搬送する搬送ローラ９７と、本体１０１外に排出する排紙ローラ９８と、これらの排出経路を切り替える切換爪９４とを備えている。

両面ユニット９６は、反転トレイ９２と、反転ローラ９３と、給紙ローラ９５等を備える。反転トレイ９２は、排紙ユニット７９から搬送されてきた、一方の面に画像形成された転写紙を一時積載する。反転ローラ９３は、反転トレイ９２上の転写紙をスイッチバックさせる。給紙ローラ９５は、反転ローラ９３によってスイッチバックされた転写紙をレジストローラ対１３に向けて送り出す。

シート搬送装置２３は、給送ローラ２４と、給紙カセット２５と、分離ローラ２７と、搬送ローラ２８と、給紙路２９とを備えている。給送ローラ２４が図中反時計回り方向に回転駆動され、分離ローラ２７が作用することにより、最上位の転写紙が給紙路２９内に導かれ、搬送ローラ２８の回転によりレジストローラ対１３に向けて搬送し、搬送された転写紙がレジストローラ対１３に突き当てて止められるようになっている。

手差し給紙装置３３は、手差しトレイ３４と、給送ローラ３５と、分離ローラ３６とを備えている。給送ローラ３５が図中時計回り方向に回転駆動され、分離ローラ３６が作用することにより、手差しトレイ３４に配置された転写紙のうち最上位の転写紙を本体１０１側の給紙路２９内に導くとともにレジストローラ対１３に向けて搬送する。これにより、搬送された転写紙がレジストローラ対１３に突き当てて止められる。

原稿読取装置２１は、コンタクトガラス２１ａと、第１走行体２１ｂと、第２走行体２１ｃと、結像レンズ２１ｄと、読み取りセンサー２１ｅとを備える。コンタクトガラス２１ａには、原稿が配置される。第１走行体２１ｂは、コンタクトガラス２１ａにのせられた原稿に光を照射する図示しない光源および光源から原稿に照射され反射された光を反射する図示しない第１の反射体を備え図１における左右方向に走行する。第２走行体２１ｃは、第１走行体２１ｂの反射体によって反射された光を反射して１８０度方向を変える図示しない一対の第２の反射体を備える。結像レンズ２１ｄは、第２走行体２１ｃからの光を結像する。そして、センサー２１ｅは、結像レンズ２１ｄを経た光を受け原稿の内容を読み取る。

次に作像部について説明する。作像部６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｃ、６０Ｋは同一の構造を備えるので、以下イエローの作像部６０Ｙについて説明する。図２は実施形態１に係る画像形成装置のイエローの作像部を示す断面図である。

作像部６０Ｙは、感光体ドラム２０Ｙと、帯電装置３０Ｙと、クリーニング装置７０Ｙと、現像装置８０Ｙと、除電装置９０Ｙとを備える。

帯電装置３０Ｙは、帯電ローラ３１Ｙと、クリーニングローラ３２Ｙとを備える。クリーニングローラ３２Ｙは帯電ローラ３１Ｙに従動回転することで帯電ローラ３１Ｙをクリーニングする。

クリーニング装置７０Ｙは、クリーニングブレード７８Ｙと、保護膜形成装置４０Ｙとを備える。クリーニングブレード７８Ｙにより感光体ドラム２０Ｙ上の転写残留物である転写残トナー、キャリア、紙粉等の異物をかき取って回収し、排出スクリュ１８Ｙにより回収物を図２における紙面手前側の片側に寄せて排出する。また保護膜形成装置４０Ｙは感光体ドラム２０Ｙの近接放電による劣化、およびクリーニングブレード７８Ｙによる摩耗を防止する保護剤４２Ｙを感光体ドラム２０Ｙに塗布する。

現像装置８０Ｙは、現像ローラ８１Ｙと、ドクターブレード８２Ｙと、第１搬送スクリュ８３Ｙと、第２搬送スクリュ８４Ｙと、現像ケース８５Ｙと、トナー濃度センサー８６Ｙとを備える。

現像ケース８５Ｙ内にはトナーとキャリアとを含む２成分現像剤が収容されている。現像ケース８５Ｙには、この現像ケース８５Ｙに配置されたトナー濃度センサー８６Ｙによってトナー濃度が低いことが検知されると、トナーボトル８８Ｙからイエロートナーが補給、供給される。供給されたイエロートナーは、第１搬送スクリュ８３Ｙおよび第２搬送スクリュ８４Ｙによって、現像剤と搬送され攪拌混合され、摩擦帯電され、現像ローラ８１Ｙに供給される。さらにこの混合されたイエロートナーと現像剤は、マグネットローラによってくみ上げられて現像スリーブに保持され、さらにドクターブレード８２Ｙにより一定の層厚に規制され、現像ローラ８１Ｙに、磁気ブラシが形成される。

現像ローラ８１Ｙにかけられた現像バイアスにより、現像剤中のイエロートナーが感光体ドラム２０Ｙの表面に形成された静電潜像に静電的に移行してイエロートナー像となる。

除電装置９０Ｙは、感光体ドラム２０Ｙの表面を除電して表面の電位を初期化する。帯電ローラ３１Ｙには、直流に交流成分のバイアスを重畳印加する図示しない電圧印加手段が接続されており、感光体ドラム２０Ｙと対向する帯電領域において、感光体ドラム２０Ｙの表面を所定の極性に一様に帯電する帯電工程を行う。

次に実施形態１に係る画像形成装置に使用する定着装置について説明する。図３は同画像形装置の定着装置を示す断面図である。この定着装置１１０は、熱源であるハロゲンヒータ１１１を備えた定着部材である定着ローラ１１２と、定着ローラ１１２に押しつけられる加圧部材である加圧ローラ１１３と、駆動源により回転駆動される駆動ローラ１１４と、定着ローラ１１２および駆動ローラ１１４にかけ渡された定着ベルト１１５と、３台の冷却ローラ１１６、１１７、１１８と、分離ローラ１１９と、テンションローラ１２０とを備えている。

定着ローラ１１２は、中空筒体形状の芯金外周にシリコンゴムなどの耐熱性の弾性体層が形成されてなり、芯金の中空部分にはハロゲンヒータ１１１が内蔵され、定着に必要な熱供給がなされる。

加圧ローラ１１３は、中実または中空筒体形状の芯金の外周にシリコンゴム等からなる弾性体層が形成されており、その中心軸を両端から加熱ローラに向かって押し付ける図示しない押し付け手段が設けられており、この押し付け手段によってニップ部１２２における加圧力を調整可能となっている。

定着ベルト１１５は、支持体層を有し、その表層には、紙の凹凸に追従してトナー画像を押し付けできるように弾性層、さらに最表層は記録材Ｓを分離するときにトナーが付着しないように離型層が形成されている。支持体層は、金属（ニッケル、ステンレス等）あるいは耐熱性樹脂（ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂等）からなる帯状体がもちいられ、屈曲に強く、張力で変形しにくい定着ベルトを形成する。

弾性層としては、シリコン樹脂、シリコン共重合体等のシリコン系ゴムあるいはフッ素樹脂、フッ素共重合体等のフッ素系ゴム、これらの複合体から選択される少なくとも１種の弾性を有する材料で構成され、これらの材料で形成された定着ベルトは、トナー層やトナー粒子に密着して良好な平たん面を有するトナー画像を形成して高光沢性を付与する。

また、離型層は、ＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素樹脂被膜をもちいることで、定着ベルトから記録材Ｓが分離される際に、定着ベルトからトナー層が良好に離型し、高光沢を維持したトナー画像が定着されることになる。

定着ローラ１１２の温度制御は、定着ベルトに温度検知素子としてのサーミスタ１２１を接触配置して、このサーミスタ１２１で定着ベルト１１５の表面温度を検知し、定着ベルト１１５の表面温度が所定値となるように、図示しない制御装置によってハロゲンヒータに対するオン・オフ制御が行われる。これにより、定着ベルト１１５の温度がニップ部２２６で１４０〜１６０℃、分離ローラ１１９位置での温度は３０〜５０℃以下になるように、冷却ローラ１１６、１１７、１１８の温度調整が行われる。

未定着トナー画像は、ニップ部１２２でトナーが加熱されて溶融されて定着ベルトと加圧定着ベルトとに挟まれることによって、圧接する定着ベルトの表面（定着面）にならって変形すると共に記録材Ｓの表面に定着される。

３台の冷却ローラ１１６、１１７、１１８は、定着ベルト１１５との接触箇所が半径Ｒ（図３参照）の円弧をなすように定着ベルト１１５に内接されて配置されている。また、３台の冷却ローラ１１６、１１７、１１８のうち１つの冷却ローラの直径が他の冷却ローラと異なるように構成している。すなわち、実施形態１に係る定着装置１１０は、３台の冷却ローラ１１６、１１７、１１８のうち、中央に配置される冷却ローラ１１７の外径を他の冷却ローラ１１６、１１８より大きく構成している。

ここで、実施形態１に係る定着装置１１０では、定着ベルト１１５の用紙を冷却して搬送する部分（定着ローラ１１２から分離ローラ１１９まで）において、各冷却ローラ１１６、１１７、１１８は、記録材Ｓが分離しない範囲で緩やかで均一な半径Ｒの円弧形状に近くなるように配置している。

定着ベルト１１５が直線状になるように冷却ローラ１１６、１１７、１１８を配置すると、両端に配置された冷却ローラ１１６、１１８の定着ベルト１１５との接触圧が高くなり、中央部の冷却ローラ１１７の定着ベルト１１５との接触圧が低くなる。このため、全体として冷却効率が低下してしまう。全体の冷却効率を高くするためには、すべての冷却ローラのベルトとの接触圧を均等にすることが望ましく、そのため定着ベルト１１５を均一で緩やかな円弧形状に近くなるように冷却ローラ１１６、１１７、１１８を配置する。

次に冷却ローラの構造について説明する。図４は実施形態１に係る定着装置の冷却ローラを示す断面図である。冷却ローラ１１６、１１７、１１８は、その外径が異なるが、いずれも同様の構造を備えている。このため、以下、冷却ローラ１１７の構造について説明する。

冷却ローラ１１７は、金属製の中空部材からなるローラ本体１３１と、このローラ本体１３１内部に配置され冷却水を供給するための供給パイプ１３２と、公知のロータリージョイント１３３とを備えている。供給パイプ１３２のローラ本体１３１内に入り込んだ部分には、複数の供給孔１３４が設けられている。なお、図中符号１３７はロータリージョイント１３３のベアリング、同１３８はロータリージョイント１３３の密閉部材であるＯリングを示している。

図示しないポンプによってロータリージョイント１３３から供給された（図４中矢印Ａ）冷却水は、供給パイプ１３２を通って供給孔１３４からローラ本体１３１内に供給される（同矢印Ｉ）。そして、ローラ本体１３１に満たされた冷却水は、ポンプの供給圧力によって、排出口１３５からロータリージョイント１３３の排出経路１３６に入り（同矢印Ｏ）、の位置で排出される（同矢印Ｂ）。

排出された冷却水は、図示しない公知のラジエーターに導入され、ラジエーターに併設された図示しないファンによって冷却され、再びポンプによってロータリージョイント１３３から供給される（同矢印Ａ）。このように、冷却ローラ１１７は、定着ベルト１１５の熱を奪って温度が上がった冷却ローラの熱を冷却水が奪い、ローラ外に運び出すことで、冷却ローラの温度を一定温度に保つことができる。冷却ローラの温度を３０〜５０℃の範囲に保つように、冷却水の水量およびラジエーターの大きさ、ファンの風量が設定されている。

実施形態１に係る定着装置１１０において、記録材Ｓは、ニップ部１２２を通過後、定着ベルト１１５に密着したまま搬送される。そして、３台の冷却ローラ１１６、１１７、１１８によって定着ベルト１１５とともに冷却される。

上述のように定着ベルト１１５は、分離ローラ１１９の位置では３０〜５０℃程度に冷却される。定着ベルト１１５と密着している記録材Ｓのトナー画像の温度もほぼ同じに冷却され、記録材Ｓのトナー画像の表面が定着ベルト表面と同じ平滑な面のまま固化する。そして、固化した後に分離ローラ１１９による定着ベルト１１５の曲率の変化により、記録材Ｓは、定着ベルト１１５からトナー画像を分離する。このため、実施例１に係る定着装置にでは、トナー画像表面は糸引きによって荒れることなく平滑面を維持して高い光沢を得ることができる。

＜実施形態２＞
次に実施形態２に係る定着装置について説明する。図５は実施例２に係る定着装置の定着ローラを示す断面図である。実施例２に係る定着装置１４０は、定着ベルト１１５内に配置した３台の冷却ローラ１４１、１４２、１４３のうち、定着ベルト１１５の搬送方向の最下流に位置する冷却ローラ１４３の外径を最も大きくするともに、最上流の冷却ローラ１４１の外径を最も小さくしている。なお、各冷却ローラ１４１、１４２、１４３は、実施形態１に係る定着装置１１０の冷却ローラ１１６、１１７、１１８と同様の構造を備え、冷却水で冷却される。

実施形態２に係る定着装置１４０によれば、定着装置の大きさを抑えながら、冷却効率を向上させることができる。すなわち、定着ローラ１１２の温度が１５０℃程度、室温２５℃の場合、定着ローラから出たばかりの定着ベルト上流側は定着ベルトの表面温度が約１００℃程度と高いので、最初はほぼ室温の冷却ローラａとの温度勾配が大きい。

このため、接触面積が小さくても定着ベルトから冷却ローラへの熱交換が比較的容易に行われる。そして、中央部に位置する冷却ローラ１４２の直前付近の定着ベルト表面は７０〜８０℃程度であり、冷却ローラ１４１の場合と比べて温度勾配が小さい。このため、ローラの径を少し大きくして定着ベルトとの接触面積を大きくして、より冷却を確実に行う。

そして、冷却ローラ１４３の直前の最下流部の定着ベルト表面温度は５０〜６０℃程度になり、この場合は室温との温度勾配が小さいので、熱交換が行われにくい。このため、冷却ローラ１４３の外径を最も大きくすることで、確実に定着ベルト温度を４０〜５０℃程度に冷却できる。ここまで冷却することで、トナーは固化し、分離したときに定着ベルト表面形状を転写して高い光沢画像を得ることができる。

＜実施形態３＞
実施形態１および実施形態２に係る定着装置１１０、１４０の冷却ローラの冷却は冷却水を使用するものとして説明した。実施形態３に係る定着装置の冷却ローラは冷却水を使用することなく冷却する。

図６は実施例３に係る定着装置の冷却ローラを示す断面図である。実施形態３に係る定着装置の冷却ローラ１５０は、ファン１５４からの冷却風で冷却されるものである。冷却ローラ１５０は、金属製で中空円筒状のローラ本体１５１を備え、ローラ本体１５１のファン１５４配置側の一端に冷却風入口１５２を、他端に冷却風出口１５３を備えている。ファン１５４からの冷却風がローラ本体１５１の内部を通過するとき、温まったローラ本体１５１の熱を内部から奪い、熱は暖まった冷却風として冷却風出口１５３から排出される。

このように、空気を使用して冷却する場合には循環経路を必要としないが、常に冷たい（室温の）空気がファンから吸い込まれ、排出した暖かい空気が出口付近で滞留しないように、装置のレイアウトを工夫する必要がある。また、図示しないが吸気ダクトおよび排気ダクトを装備する必要がある。

以下に参考例として、冷却ローラを備えた他の定着装置について説明する。図７および図８は参考例に係る定着装置を示す断面図である。図７に示す定着装置２６０は、大きな外径の冷却ローラ２６１を１台配置したものである。

図８に示す定着装置２７０は、同じ外径の５台の冷却ローラ２７１、２７２、２７３、２７４、２７５を配置したものである。なお、２つの例では、定着ローラ１１２、加圧ローラ１１３、駆動ローラ１１４、定着ベルト１１５、分離ローラ１１９、テンションローラ１２０は実施形態１のものと同様のものを同様に配置している。

図７に示した例では、冷却ローラ２６１を大径として、定着ベルト１１５の冷却ローラ２６１への巻き付き角を大きくし、定着ベルトとの接触面積を大きくしている。この定着装置２６０では、腰のない薄紙の定着時には問題が発生しない。しかし、厚紙等、腰の強い記録材の場合に、定着ベルト１１５が冷却ローラ２６１から離間する、曲率の大きくなる部分で記録材が分離してしまい、紙搬送不良や、光沢不良の問題が生じる場合がある。光沢画像を必要な場合の多くは厚紙、コート紙のように腰が強い場合が多い。

この問題を解決するためにはさらに大径の冷却ローラが必要となり、装置の大型化や、それによるコストの増大を招くこととなる。また、図８に示した例のように小型の冷却ローラを複数配置した方が安定した紙搬送性、および安定した高い光沢画像を得られる。

しかし、この場合、それぞれの冷却ローラと定着ベルトとの接触面積が小さいために、何本もの冷却ローラを設けており、冷却面積を確保しなければならないが、装置の大きさが大きくなり、コスト増大の原因となってしまう。以上のように、参考例に係る定着装置では、搬送不良や、装置の大型化を招くこととなる。

なお、実施形態１、実施形態２、実施形態３に係る定着装置は、図１１または図１２で示した従来の定着装置と組み合わせることで、画像光沢の強弱度合いを選択可能とすることができる。

すなわち、ユーザーが低光沢の画像が好みであれば図１１または図１２で示した定着装置のみで記録材Ｓを定着する。一方光沢画像を必要とする場合は、図１１または図１２で示した定着装置に記録材Ｓを通した後、さらに各実施形態に係る定着装置で定着を行うことで高光沢のトナー画像を得ることができる。

１１０ 定着装置
１１１ ハロゲンヒータ（加熱手段）
１１２ 定着ローラ（定着部材）
１１３ 加圧ローラ（加圧部材）
１１４ 駆動ローラ
１１５ 定着ベルト
１１６、１１７、１１８ 冷却ローラ
１１９ 分離ローラ
１２０ テンションローラ
１２１ サーミスタ
１２２ ニップ部
１３１ ローラ本体
１３２ 供給パイプ
１３３ ロータリージョイント
１３４ 供給孔
１３５ 排出口
１３６ 排出経路

特開２０１０−１４５９３６公報 特許第３９８７３９９号公報

Claims (6)

1. 無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトを加熱する加熱手段と、
   前記定着ベルトの内側位置に配置され、前記定着ベルトの一部にトナー画像をのせた記録材を通過させてトナー画像を定着するため定着ニップ部を形成する定着部材と、
   前記定着ベルトの外側位置に配置され、前記定着ベルトを間に挟んで定着部材に押しつけられる加圧部材と、
   前記定着ニップ部よりも下流側で前記定着ベルトに内接するよう配置され、前記記録材を定着ベルトから分離させる分離ローラと、
   前記定着ニップと前記分離ローラの間に前記定着ベルトに内接するよう配置され、それぞれが前記定着ベルトに対して等速で回転可能であり、かつ、定着ベルト温度よりも低温に維持されており、前記記録材を定着ベルトに密着させたまま冷却する３台以上の冷却ローラと、
   を備え、
   前記３台以上の冷却ローラが、定着ベルトが同一半径の円弧形状を構成するように前記定着ベルトに内接されており、それらのうち少なくとも１つの冷却ローラの直径が他の冷却ローラと異なること特徴とする定着装置。
2. 前記冷却ローラのうち中央に配置された冷却ローラの外径が最も大きく構成されることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記冷却ローラのうち定着ベルト搬送方向の最下流に配置される冷却ローラの外径が最も大きく構成されることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
4. 前記冷却ローラが、冷却水入口と、冷却水出口を備えたロータリージョイントと、を備え、内部に冷却水を流通させることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の定着装置。
5. 前記冷却ローラが、空気入口と、空気出口と、を備え、内部に空気を流通させることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の定着装置。
6. 請求項１から請求項５までのいずれかに記載の定着装置と、この定着装置に搬送する前記記録材にトナー像を形成する画像形成手段とを備えることを特徴とする画像形成装置。