JP2005071637A

JP2005071637A - 加熱装置及び画像形成装置

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Publication number: JP2005071637A
Application number: JP2003209020A
Authority: JP
Inventors: Junichi Nakayama; 中山純一
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-08-27
Filing date: 2003-08-27
Publication date: 2005-03-17

Abstract

【課題】ベルトニップ式の加熱装置において、スペーサーローラを当接させるローラによるベルトの他の回転体との加熱ニップ幅の不均一を是正し、画像異常の発生と被加熱材の搬送不良を改善する。
【解決手段】加熱ニップ部ｎを形成する１対の回転体２１・３０のうちの少なくとも一方の回転体３０が、無端ベルト３５と、無端ベルトを他方の回転体２１に圧接させて加熱ニップ部を形成する２本以上のローラ３１・３２と、無端ベルトに非接触で且つ２本以上のローラ間で少なくとも１本のローラに当接し共に転動するスペーサーローラ１０１とを有し、スペーサーローラの長手形状を正クラウン形状とする。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、複写機・プリンター・ファクシミリなどの画像情報記録装置（画像形成装置）において未定着画像を加熱・加圧定着させるための定着装置として用いて好適な、特にベルトニップ方式の加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ベルトニップ方式の加熱装置は、加熱ニップ部を形成する１対の回転体の少なくとも一方をベルト部材にし、加熱ニップに被加熱材を導入して挟持搬送させて加熱する構成のもので、加熱ニップ部の幅（被加熱材搬送方向の寸法）を大きく設定することができることで、被加熱材の搬送速度を大きくしても十分な加熱時間を確保できることが可能である等の利点がある。
【０００３】
例えば特許文献１には画像定着装置としてのベルトニップ方式の加熱装置の具体的構成例が記載されている。
【０００４】
１）第１の従来例
図１０はその一例を示すものである。２１と３０は加熱ニップ部（以下、定着ニップと記す）ｎを形成させる１対の回転体としての、加熱ローラ（第１の定着部材、定着ローラ）と、ベルトアセンブリ（第２の定着部材、加圧部材）である。
【０００５】
加熱ローラ２１は回転自由に軸受保持されており、矢印の時計方向に回動駆動される。またこの加熱ローラ２１は内部熱源２２により加熱され、温調系により表面温度が所定の定着温度に維持されるように温調される。
【０００６】
ベルトアセンブリ３０は、無端ベルト３５、加圧ローラ３２、第１と第２の２本の支持ローラ（支持軸）３３・３４、アシストパッド１０４等からなり、ベルト３５は加圧ローラ３５および第１と第２の支持ローラ３３・３４の都合３本のローラ間に懸回張架してある。
【０００７】
加圧ローラ３２は不図示の加圧手段により加熱ローラ方向に押圧付勢されて加熱ローラ２１に対してベルト３５を挟んで所定の押圧力で圧接している。アシストパッド１０４はベルト３５の内側で、加圧ローラ３２よりもベルト移動方向上流側に配設され、不図示の加圧手段により加熱ローラ方向に押圧付勢されて加熱ローラ２１に対してベルト３５を挟んで所定の押圧力で圧接している。
【０００８】
上記の加圧ローラ３２とアシストパッド１０４との間におけるベルト部分と加熱ローラ２１の外面部分との相互接触ニップ域が定着ニップ部ｎである。
【０００９】
アシストパッド１０４はベース板１０５に弾性層と表面低摩擦層を設けた固定部材であり、表面低摩擦層側をベルト３５の内面に接触させて配設してある。
【００１０】
ベルトアセンブリ３０のベルト３５は加熱ローラ２１の回転駆動に伴い、定着ニップ部ｎにおける加熱ローラ２１との摩擦力で従動回転する。
【００１１】
加熱ローラ２１が回転駆動され、それに伴いベルトアセンブリ３０のベルト３５も従動回転し、加熱ローラ２１が熱源２２により加熱され、所定の定着温度に温調された状態において、定着ニップ部ｎの加熱ローラ２１とベルト３５との間に未定着トナー像ｔを担持した記録材（以下、記録シートと記す）Ｐが導入され、定着ニップ部ｎを挟持搬送されていく。その挟持搬送過程において未定着トナー像ｔが加熱ローラ２１の熱で加熱されて記録シートＰの面に固着像として熱定着される。
【００１２】
定着ニップ部ｎの幅（ベルト移動方向の寸法）はアシストパッド１０４の幅寸法により広狭容易に設定することができ、定着ニップ部幅を大きく設定することで、記録シートＰの搬送速度を大きくしても十分な定着時間（加熱時間）を確保することが可能である。
【００１３】
また、加圧ローラ３２は、紙厚が薄く紙腰の弱い記録シートに多量のトナーを定着させる場合にも、剥離爪などを必要とせず、定着ニップ部ｎの記録シート出口において、何の剥離装置を用いずに記録シートＰを加熱ローラ２１の表面から剥離できるという所謂セルフストリッピングを可能とするものである。すなわち、一般に加熱ローラ２１の表面は弾性層を有しており、この弾性層に加圧ローラ３２が圧接すると、前記加熱ローラ２１と加圧ローラ３２との圧接領域Ａにおいて、加熱ローラ２１の表面が弾性変形し、加熱ローラ２１と加圧ローラ３２との間を通過する記録シートＰが加熱ローラ２１から剥離する方向へ導かれるのである。
【００１４】
しかし、このセルフストリッピング性能を向上させるために加圧ローラ３２の圧力を大きくすると、記録シートＰ上の未定着画像ｔがずれる現象（像ずれ）が発生する。この現象は、加圧ローラ３２の高い圧力によって加熱ローラ２１上の弾性層に極度のゆがみが発生し、これに伴って、記録シートＰの速度が増大することに起因する。この像ずれを防止するために、前記アシストパッド１０４が設けられている。すなわち、このアシストパッド１０４は、定着ニップ部ｎ内の加圧ローラ３２よりも記録シート搬送方向上流側で加熱ローラ２１を極度に歪ませないように広範囲領域Ｃに大きな圧力をかけるためのものであり、これにより、この領域Ｃにおける加熱ローラ２１と記録シートＰとの密着力が、加熱ローラ２１と加圧ローラ３２との圧接領域Ａにおける加圧ローラ３２と記録シートＰとの密着力よりも大きくなり、その結果、前記記録シートＰの速度は加熱ローラ２１の速度と同じになることから、前記像ずれは有効に防止されるのである。
【００１５】
しかしながら、固定部材であるアシストパッド１０４と回転体であるベルト３５の内面とは摺擦により、双方に耐久による磨耗劣化が生じる。一般に磨耗は摺擦速度と両者の加圧力により支配されるため、特に高速化を目指した場合は、ベルト３５へのダメージが大きく、ベルト３５やアシストパッド１０４の長寿命化の妨げとなる。この対策として、ベルト３５の内面へのシリコンオイルオイル塗布により摺擦抵抗を下げる手法が提案されている。
【００１６】
しかし、トナーの定着性や、光沢性を向上するため、アシストパッド１０４への加圧力を増加させた場合には、ベルト３５とアシストパッド１０４の摺擦抵抗が原因となり、ベルト３５の搬送不良（スリップ）を引き起こす。
【００１７】
一般にスリップ対策としては、ベルト３５内の第１または第２の支持ローラ３３・３４の何れかに駆動を与えてベルト３５の搬送力を高める工夫がなされるが、ベルト内面に潤滑剤を塗布した系では潤滑剤がその駆動支持ローラからベルト３５へ駆動効率を下げ、充分な効果が得られにくい。
【００１８】
ベルト３５のスリップは記録シートＰの搬送不良や画像不良のみならず、加熱ローラ２１の表層の摺擦による加熱ローラ表層材の傷及び、弾性層の異常変形による弾性層の劣化等、加熱ローラ２１に与えるダメージも大きく、加熱ローラ２１の寿命へも影響する。
【００１９】
２）第２の従来例
この対策として、上記図１１の加熱装置において固定部材としてのアシストパッド１０４を、図１１のように、ベルト３５の回転に従動する回転部材としての圧力補助ローラ３１とした装置構成も提案されている。
【００２０】
圧力補助ローラ３１はステンレス等の金属軸上にシリコンゴムやシリコンスポンジ等の柔らかい弾性体で被覆された弾性体ローラであり、ベルト３５の内面からベルト３５を加熱ローラ２１に密着させ、ベルト３５と加熱ローラ２１の表面がずれるのを防止するためのローラである。この構成においては、ベルト３５に内接する部材３１〜３４の全てはベルト３５と共に回転する回転部材であり、先のようなベルト３４の内面との摺擦により生じる弊害を解決することが出来る。
【００２１】
しかしながら、上記図１１の第２の従来例のように、圧力補助ローラ３１を用いたベルトニップ方式の加熱装置（定着装置）にあっては、加圧ローラ３２と圧力補助ローラ３１との物理的な干渉を防止するという観点からすれば、加圧ローラ３２と圧力補助ローラ３１とを近接して配置することが困難であり、しかも両ローラ３２・３１の形状からして、図１１に示すように、加熱ローラ２１とベルト３５との接触ニップ域である定着ニップ部ｎの全幅のうち、加熱ローラ２１に対する、加圧ローラ３２の接触部領域Ａと圧力補助ローラ３１の接触部領域Ｃとの間には、無端ベルト３５のみが加熱ローラ２１に接触配置される領域Ｂが存在した。この領域Ｂの幅は図１０の第１の従来例において加圧ローラ３２の接触部領域Ａとアシストパッド１０４の接触部領域Ｃとの間に生じる無端ベルト３５のみが加熱ローラ２１に接触配置される領域Ｂよりも幅が大きい。
【００２２】
このため、図１１のＡ、Ｂ、Ｃに示す各接触ニップ域における加熱ローラ２１に対するベルト３５の圧力分布は図１２のようになり、加圧ローラ３２及び圧力補助ローラ３１が接触していないＢの領域では、かかる圧力が微小となっていた。このような状況下において、微小圧力状態となるＢの領域では、トナー層中の空気及び水蒸気の活動を抑え込めるだけの圧力がなく、しかも、その範囲が広いために記録シートＰが微小圧力状態となるＢの領域を通過する際に、トナー層中から放出される空気及び水蒸気の絶対量が多くなり、コート紙等の通気性の低い記録シートＰにおいて、微小圧力部位における画像の乱れが発生しやすくなるという技術的課題が見いだされた。
【００２３】
３）第３の従来例
そこで、第３の従来例として、図１３に示すような、加熱ローラ２１に無端ベルト３５を押圧する加圧ローラ３２と、加圧ローラ３２よりも記録シート搬送方向上流側で加熱ローラ２１にベルト３５を押圧する加圧補助ローラ３１に接し、両ローラ３２・３１と共に転動し、且つ無端ベルト３５に非接触なスペーサーローラ１００を加圧ローラ３２と加圧補助ローラの軸間距離を狭めた系が提案されている。スペーサーローラ１００は、外径４ｍｍのステンレスのローラで、加圧ローラ３２（外径２０ｍｍ）に当接されており、加圧ローラの中心軸Ｏ１と加圧補助ローラ３１（外径２８ｍｍ）の中心軸Ｏ２を結んだ軸線Ｌ上において加圧補助ローラ側に配置されている。
【００２４】
加圧ローラ３２と加圧補助ローラ３１の軸間距離Ｓ１は両ローラの半径の和Ｒ１（＝ｒ１＋ｒ２）２４ｍｍより短い２２ｍｍに設定されおり、加圧補助ローラ３１の弾性層３１ｂが、スペーサーローラ１００との当接位置で約６ｍｍ加圧補助ローラの芯金３１ａ方向に歪んでいる。
【００２５】
スペーサーローラ１００を加圧ローラ３２と加圧補助ローラ３１間に介在させ、加圧補助ローラ３１を歪ませたことで、加圧ローラと加圧補助ローラの軸間距離Ｓ１を両ローラの半径の和Ｒ１より短く設定しても、加圧ローラ３２と加圧補助ローラ３１の物理的な干渉を防止できた。
【００２６】
仮に、加圧ローラ３２と加圧補助ローラ３１の位置関係をそのままに維持した状態でスペーサーローラ１００を取り外した際のイメージ図を図１４に示す。加圧ローラ３２と加圧補助ローラ３１が物理的に干渉していることが分かる。図１３中、ベルト３５は反半時計回りに回転する。ベルトに内接する加圧ローラ３２と加圧補助ローラ３１は共に反時計回りに回転するため、図１４に示されるように、両ローラ３１・３２の干渉位置では加圧ローラ３２は上に、加圧補助ローラ３１は下に向かおうとし移動方向が相反している。このため、両ローラ３２・３１ひいては無端ベルト３５のスムーズな駆動が出来ない。
【００２７】
スペーサーローラ１００を介在した従来例３の装置ではスペーサーローラが時計回りに回転するため、加圧ローラ３２、加圧補助ローラ３１の接点での回転方向が両ローラと順方向になり、全てのローラ３１〜３４及びベルト３５の駆動方向に矛盾が無く、スムーズに駆動できることが分かる。従来例２の装置より加圧ローラ３１と加圧補助ローラ３２の軸間距離Ｓ１を両ローラの半径の和Ｒ１より短くしたことで、前記画像異常を効果的に防止している。
【００２８】
スペーサーローラ１００を加圧ローラ３２と加圧補助ローラ３１間に介在させえることで、加圧ローラと加圧補助ローラの干渉を防止し、画像の乱れの防止と、加熱ローラ２１の長寿命化及びベルト搬送性の高速化を両立させている。
【特許文献１】
特開平９−３４２９１号公報
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記第３の従来例の加熱装置では、記録シートＰとしての用紙の分離性を向上しようとして加圧ローラ３２にかける圧を更に高めた際、加圧補助ローラ３１が撓んで定着ニップ部長手方向の中央部付近と端部で加圧補助ローラ３１によるベルト３５の加熱ローラ２１との接触部領域Ｃの幅が異なってしまう。
【００３０】
図１５に定着ニップ部における接触部領域Ｃの長手位置の幅分布のイメージ図を示す。接触部領域Ｃの長手位置において、端部のニップ幅が広く、中央部付近では圧が中抜けして端部近傍のニップ幅よりもニップ幅が小さい（狭い）。このため、中央付近では、端部付近よりも微小加圧領域Ｂが大きくなり、画像異常が発生しやすく、且つ紙しわ等が記録シートに発生して搬送不良が起き易いという問題があった。
【００３１】
加圧補助ローラ３１の芯金３１ａの径を大きくすることである程度改善されるが、加圧補助ローラ芯金径を大きくすると、弾性層３１ｂの厚みが薄くなるため、加圧補助ローラ３１によるベルト３５の加熱ローラ２１との接触部領域Ｃの幅が取り辛く、又スペーサーローラ１００で加圧補助ローラ３１を弾性変形できる変形量も減少するため、加圧ローラ３２と加圧補助ローラ３１の軸間距離Ｓ１が広がり微小加圧領域Ｂが大きくなるという弊害が出る。
【００３２】
本発明はベルトニップ式の加熱装置において、スペーサーローラを当接させるローラによるベルトの他の回転体との加熱ニップ幅の不均一を是正し、画像異常の発生と被加熱材の搬送不良を改善できる加熱装置、及びその加熱装置を備える画像形状装置を提供することを目的とするものである。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記の構成を特徴とする加熱装置及び画像形状装置である。
【００３４】
（１）加熱ニップ部を形成する１対の回転体を有し、加熱ニップ部に被加熱材を導入して挟持搬送させて加熱する加熱装置において、少なくとも一方の回転体が、無端ベルトと、無端ベルトを他方の回転体に圧接させて加熱ニップ部を形成する２本以上のローラと、無端ベルトに非接触で且つ２本以上のローラ間で少なくとも１本のローラに当接し共に転動するスペーサーローラとを有し、スペーサーローラの長手形状を正クラウン形状とすることを特徴とする加熱装置。
【００３５】
（２）２本以上のローラとして、無端ベルトを他方の回転体に加圧する加圧ローラと、加圧ローラよりも被加熱材の搬送方向上流側で無端ベルトを他方の回転体に押圧する加圧補助ローラとを有する上記（１）に記載の加熱装置。
【００３６】
（３）加圧補助ローラは弾性層を有し、スペーサーローラと加圧補助ローラとの接点で、加圧補助ローラを弾性変形させる事を特徴とする上記（２）に記載の加熱装置。
【００３７】
（４）加圧ローラは弾性層を有し、スペーサーローラと加圧ローラの接点で加圧ローラを弾性変形させる事を特徴とする上記（２）に記載の加熱装置。
【００３８】
（５）加圧ローラと加圧補助ローラの軸間距離は、加圧ローラの半径と加圧補助ローラの半径の和以下であることを特徴とする上記（２）に記載の加熱装置。
【００３９】
（６）加圧補助ローラ、加圧ローラ及びスペーサーローラにおいて各々のローラ径の関係が、加圧補助ローラ＞加圧ローラ＞スペーサーローラの順列であることを特徴とする上記（２）ないし（５）の何れかに記載の加熱装置。
【００４０】
（７）無端ベルトを加圧ローラと加圧補助ローラに２本掛けに配置し、加圧ローラと加圧補助ローラ間に少なくとも一方のローラに当接し共に転動するスペーサーローラを有することを特徴とする上記（２）ないし（６）の何れかに記載の加熱定着。
【００４１】
（８）被加熱材が画像を担持した記録材であることを特徴とする上記（１）ないし（７）の何れかに記載の加熱装置。
【００４２】
（９）記録材上に画像を形成する像形成手段と、該記録材上の画像を加熱する像加熱手段とを有する画像形成装置において、前記像加熱手段が上記（１）ないし（８）の何れかに記載の加熱装置であることを特徴とする画像形成装置。
【００４３】
上記（１）の加熱装置において、スペーサーローラの長手形状を正クラウン形状とすることによって、該スペーサーローラに当接させるローラによるベルトの他の回転体との加熱ニップ幅を略均一にでき、画像異常の発生と被加熱材の搬送不良を改善できる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
［第１の実施例］
（１）画像形成装置例
図１は本発明に従うベルトニップ方式の加熱装置をトナー像の加熱定着装置として搭載させた画像形成装置の一例の概略構成図である。
【００４５】
１は感光ドラムであり、ＯＰＣ、アモルファスＳｅ、アモルファスＳｉ等の感光材料がアルミニウムやニッケルなどのシリンダ状の基盤上に形成されている。感光ドラム１は矢印の方向に回転駆動され、その表面は帯電装置としての帯電ローラ２によって一様帯電される。
【００４６】
次に、レーザースキャナ３によって画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザービームＬｂによる走査露光が施され、静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置４でトナー像として現像、可視化される。現像方法としては、ジャンピング現像法、２成分現像法、ＦＥＥＤ現像法などが用いられ、イメージ露光と反転現像とを組み合わせて用いられることが多い。
【００４７】
可視化されたトナー像は、所定のタイミングで給紙機構部７から給紙搬送された記録シート（記録材、転写材、用紙）Ｐ上に転写装置としての転写ローラ５により感光ドラム１上より転写される。
【００４８】
ここで感光ドラム１上のトナー像の画像形成位置と記録シートＰの先端の書き出し位置が合致するようにトップセンサ８にて記録シートＰの先端を検知し、タイミングを合わせている。所定のタイミングで搬送された記録シートＰは感光ドラム１と転写ローラ５に一定の加圧力で挟持搬送される。このトナー像が転写された記録シートＰは加熱定着装置９へと搬送され、永久画像として定着される。加熱定着装置９を出た画像定着済みの記録シートＰはシートパス１０を搬送されて排紙トレイ１１上に排出される。
【００４９】
一方、感光ドラム１上に残存する転写残りの残留トナーは、クリーニング装置６により感光ドラム１表面より除去され、感光ドラム１は繰り返して作像に供される。
【００５０】
（２）定着装置９
図２は本実施例における定着装置９の概略断面図である。
【００５１】
本実施例の定着装置９は前述した図９の第２の従来例の定着装置と同様に加圧補助ローラ３１を用いたベルトニップ方式の加熱装置である。前述した図９の装置と同じ構成部材・部分には同じ符号を付して再度の説明を省略する。
【００５２】
本実施の形態において、定着ニップ部（加熱ニップ部）ｎを形成する１対の回転体のうちの一方の回転体としての加熱ローラ（定着ローラ）２１は、外径６０ｍｍの中空ローラで、アルミの芯金２１ａ上にシリコンゴムからなるａｔ厚さ２ｍｍの耐熱弾性層２１ｂを形成し、更にその外周面に離型層としての厚さ３０μｍのフッ素樹脂層２１ｃを形成してなる三層構造で構成されている。芯金２１ａは此処ではアルミを用いたが、鉄等の他の金属を用いても良い。この加熱ローラ２１は駆動モータＭなどの駆動源により回転力が与えられて、矢印の時計方向に所定の周速度で回転駆動される。
【００５３】
加熱ローラ２１の表面には加熱ローラ表面の温度を検知するための温度検知素子としてサーミスタ４１が当接されており、加熱ローラ内部には例えばハロゲンランプからなるヒータ２２を有する。
【００５４】
ヒータ２２は給電回路４３からの給電により発熱し、その発熱により加熱ローラ２１が内部より加熱される。加熱された加熱ローラ２１の表面温度がサーミスタ４１で検知され、その検知温度情報が温調回路４２に入力する。温調回路４２はサーミスタ４１で検知される加熱ローラ表面温度が所定の定着温度に維持されるように給電回路４３からヒータ２２への給電を制御することで加熱ローラ２１を温調制御する。
【００５５】
定着ニップ部ｎを形成する１対の回転体のうちのもう一方の回転体であるベルトアセンブリ３０において、無端ベルト３５は、加圧ローラ３２と第１および第２支持ローラ３３・３４の都合３本のローラ間に懸回張架されて加熱ローラ２１に圧接されることにより、該加熱ローラとの間に所定幅のニップ部ｎを形成している。
【００５６】
無端ベルト３５は、例えば耐熱性樹脂であるポリイミドフィルムなどで構成され、表面にはＰＦＡ等の離型層が形成されている。
【００５７】
また、本実施の形態では、加圧ローラ３２は、加熱ローラ２１と無端ベルト３５との接触ニップ域である定着ニップ部ｎの出口に配設される加圧ローラを兼用しており、不図示の圧縮コイルスプリングによって加熱ローラ２１の中心に向かって付勢されており、無端ベルト３５を加熱ローラ２１に押圧している。ここで、加圧ローラ（支持ローラ）３２は外径２０ｍｍのローラで少なくとも加熱ローラ２１よりも高硬度に形成されており、加圧ローラ３２の加熱ローラ２１に対する圧接部Ａでは加熱ローラ２１が弾性変形し、記録シートＰのセルフストリッピング機能を維持するようになっている。加圧ローラ３２と加熱ローラ２１の圧接部Ａのニップ幅は約３ｍｍに設定した。
【００５８】
更に、無端ベルト３５の内側には、不図示の圧縮コイルスプリングにより圧接配置される補助加圧ローラ３１が設けられている。前記補助加圧ローラ３１は、外径２８ｍｍの弾性ローラでステンレスの芯金３１ａ上に低硬度耐熱弾性体３１ｂであるシリコンスポンジを有してなり、加熱ローラ２１の中心軸方向に向かって上記コイルスプリングによって無端ベルト３５を加熱ローラ２１に加圧している。加圧補助ローラ３１の加圧により無端ベルト３５が加熱ローラ２１に圧接される圧接部Ｃのニップ幅は約１５ｍｍである。加圧補助ローラ３１は加熱ローラ２１より低硬度に形成されており、圧接部Ｃにおける加熱ローラ２１への加圧の平均面圧は、圧接部Ａにおける加圧ローラ３２の加熱ローラ２１への加圧の平均面圧より低い。此処で、平均面圧とは「各圧接部Ｃ・Ａのニップ部にかかる総圧」を「各圧接部Ｃ・Ａのニップ部の面積」で割り算した値である。
【００５９】
スペーサーローラ１０１は、図３に示すように、長手方向端部の外径ｄ１が４ｍｍ、中央部の外径ｄ２が７ｍｍの正クラウン形状のステンレス製のローラで、加圧ローラ３２に当接されており、加圧ローラ３２の中心軸Ｏ１と加圧補助ローラ３１の中心軸Ｏ２を結んだ軸線Ｌ上の加圧補助ローラ側に配置されている。加圧ローラ３２と加圧補助ローラ３１の軸間距離Ｓ１は、例えば両ローラの半径の和Ｒ１（＝ｒ１＋ｒ２）２４ｍｍより短い２３ｍｍに設定されており、加圧補助ローラの弾性層３１ｂが、スペーサーローラ１０１との当接位置で約５〜７ｍｍ加圧補助ローラ３１の芯金３１ａ方向に歪んでいる。図４に示すように、スペーサーローラ１０１を加圧ローラ３２と加圧補助ローラ３１間に介在させ、加圧補助ローラ３１を歪ませたことで、加圧ローラと加圧補助ローラの軸間距離Ｓ１を、両ローラの半径の和Ｒ１より短く、若しくはその和Ｒ１と等しく設定し（Ｓ１≦Ｒ１（＝ｒ１＋ｒ２））、これによって加圧ローラ３２と加圧補助ローラ３１の物理的な干渉を防止している。
【００６０】
無端ベルト３５と加熱ローラ２１の定着ニップ部ｎの内、加圧ローラ３２により無端ベルト３５が加熱ローラ２１に加圧される圧接部のニップ幅をＡ、加圧補助ローラ３１により無端ベルト３５が加熱ローラ２１に加圧される圧接部のニップ幅をＣ、これら圧接部のニップ幅ＡとＣの間の微小加圧領域をＢとすると、長手方向中央でＡ：３ｍｍ、Ｂ：１２ｍｍ、Ｃ：１９ｍｍとなる。長手方向端部ではニップ幅Ｃは２０ｍｍであった。
【００６１】
一方、スペーサーローラ１０１がストレート形状の第３の従来例では、加圧補助ローラ３１により無端ベルト３５が加熱ローラ２１に加圧される圧接部のニップ幅Ｃは、定着ニップ部ｎの長手方向において、端部で２０ｍｍ、中央で１７ｍｍであった。
【００６２】
本実施例ではスペーサーローラ１０１の形状を端部外径４ｍｍ、中央外径７ｍｍの正クラウン形状としたことで、ニップ幅Ｃの不均一を是正している。
【００６３】
このメカニズムに関する予測をスペーサーローラと加圧補助ローラのみを抽出し、本実施例のスペーサーローラによる加圧補助ローラの変形をモデル化した図５で説明する。
【００６４】
（ａ）は定着ニップ部ｎにおいてスペーサーローラの長手方向中央部近傍による加圧補助ローラの変形を、（ｂ）は同スペーサーローラの長手方向端部近傍による加圧補助ローラの変形をモデル化したイメージ図である。
【００６５】
（ａ）及び（ｂ）を参照してスペーサーローラ１０１による加圧補助ローラ３１の変形ついて説明する。
【００６６】
短い破線（点線）は当接物（スペーサーローラ）のない状態の加圧補助ローラ３１の形状を示す。スペーサーローラ１０１は図中Ｆ１の力でＦ１方向に加圧補助ローラ３１を変形させている。このとき、加圧補助ローラ３１はＦ１の方向に弾性変形するが、このとき、一部の力はＱ及びＲの方向に弾性層３１ｂを押す方向に働く。スペーサーローラ１０１の外径が、端部より中央の方が大きい（ｄ１＜ｄ２）ので、加圧補助ローラ３１に作用するＱ及びＲ方向への力は端部よりも中央の方が大きく、これに応じて加圧補助ローラ中央の変形量を加圧補助ローラ端部の変形量よりも大きくでき、これによってニップ幅Ｃの不均一を効果的に是正できたと考えている。これにより、画像異常の発生と記録シートの搬送不良が改善される。
【００６７】
次に、（ａ）及び（ｂ）を参照して加熱ローラ２１に対する加圧補助ローラ３１の変形ついて説明する。
【００６８】
長い破線は加熱ローラ２１を存在させたときの該加熱ローラの位置を示す。即ちＬ１、Ｌ２はそれぞれ図示しないベルトを挟んで加圧補助ローラ３１と加熱ローラ２１とで形成されるニップ幅、Ｄ１、Ｄ２はそれぞれ加圧補助ローラ３１の加熱ローラ２１への侵入量を示す。加圧補助ローラ３１において、スペーサーローラ中央部の侵入量Ｄ１は該ローラ３１の撓みにより、スペーサーローラ端部の侵入量Ｄ２よりも小さい（Ｄ１＜Ｄ２）。しかし、スペーサーローラ１０１の侵入による加圧補助ローラ３１の変形が端部より中央が大きいため、スペーサーローラ中央部のニップ幅Ｌ１は、同ローラ端部のニップ幅Ｌ２と大きく変わらずに確保することが出来た。
【００６９】
図１３に示される従来例の装置において、ストレート形状のスペーサーローラ１００による加圧補助ローラ３１の変形をモデル化したイメージ図を図１６に示す。
【００７０】
従来例装置では、スペーサーローラ１００がストレート形状であることから、加熱ローラ２１への加圧補助ローラ３１の侵入量Ｄ１、Ｄ２が、そのまま加熱ローラ２１へと加圧補助ローラ３１のニップ幅の差につながるため、（ｂ）に示すスペーサーローラの端部と（ａ）に示すスペーサーローラ中央部のニップ幅Ｌ１、Ｌ２の差が比較的大きいことが分かる。
【００７１】
尚、図６において１点鎖線で示されるようにスペーサーローラ１０１を加熱ローラー２１方向から見た背面側（加圧補助ローラ３１の中心軸Ｏ２を通り、加熱ローラ２１の中心軸Ｏ４と加圧補助ローラ３１の中心軸Ｏ２を結んだ軸線Ｌ４に対する垂線Ｌ５に対し、加熱ローラー２１と反対）に位置することで、加圧補助ローラ３１のたわみに対するバックアップローラとして直接、圧の中抜け防止に機能するため、より効果的である。このときも、スペーサーローラ１０１の形状を正クラウン形状にすると、バックアップの効率が上げることが出来る。
【００７２】
［第２の実施例］
スペーサーローラ１０１で、加圧ローラ２１の撓みをバックアップする系において、スペーサーローラ１０１の形状を正クラウン形状にすることで、加圧ローラ３１の撓みをより補正した定着装置例を第２の実施例として図７を用いて説明する。
【００７３】
同図において、本実施例に係る定着装置は、モータＭにて回転駆動される加熱ローラ２１と、この加熱ローラ２１に圧接配置される無端ベルト３５とを備えている。
【００７４】
本実施例において、加熱ローラ２１は、外径６０ｍｍの中空ローラで、アルミの芯金２１ａ上にシリコンゴムからなる厚さ２ｍｍの耐熱弾性層２１ｂを形成し、更にその外周面に離型層として厚さ３０μｍのフッ素樹脂層２１ｃを形成してなる三層構造で構成されている。芯金２１ａは此処ではアルミを用いたが、鉄等の他の金属を用いても良い。加熱ローラ表面には加熱ローラ表面の温度を検知するための温度検知素子としてサーミスタ（図示せず）が当接されており、加熱ローラ内部には例えばハロゲンランプからなるヒータ２２を有する。なお、加熱ローラ２１の温調制御は前述した第１実施例の定着装置と同じであるので、その説明を援用する。
【００７５】
一方、無端ベルト３５は、例えば耐熱性樹脂であるポリイミドフィルムなどで構成され、表面にはＰＦＡ等の離型層が形成されている。
【００７６】
また、本実施の形態では、加圧ローラ３２は、加熱ローラ２１と無端ベルト３５との接触ニップ域である定着ニップ部ｎの出口に配設される加圧ローラを兼用しており、不図示の圧縮コイルスプリングによって加熱ローラ２１の中心に向かって付勢されており、無端ベルト３５を加熱ローラ２１に押圧している。ここで、加圧ローラ（支持ローラ）３２は外径２０ｍｍのローラで少なくとも加熱ローラ２１よりも高硬度に形成されており、加圧ローラ３２の加熱ローラ２１に対する圧接部Ａでは加熱ローラ２１が弾性変形し、記録シートＰのセルフストリッピング機能を維持するようになっている。加圧ローラ３２と加熱ローラ２１の圧接部Ａのニップ幅は約３ｍｍに設定した。
【００７７】
更に、無端ベルト３５の内側には、不図示の圧縮コイルスプリングにより圧接配置される補助加圧ローラ３１が設けられている。前記補助加圧ローラ３１は、外径５０ｍｍの弾性ローラでステンレスの芯金３１ａ上に低硬度耐熱弾性体３１ｂであるシリコンスポンジを有してなり、加熱ローラ２１の中心軸方向に向かって上記コイルスプリングによって無端ベルト３５を加熱ローラ２１に加圧している。加圧補助ローラ３１の加圧により無端ベルト３５が加熱ローラ２１に圧接される圧接部Ｃのニップ幅は約２０ｍｍである。加圧補助ローラ３１は加熱ローラ２１より低硬度に形成されており、圧接部Ｃにおける加熱ローラ２１への加圧の平均面圧は、圧接部Ａにおける加圧ローラ３２の加熱ローラ２１への加圧の平均面圧より低い。
【００７８】
スペーサーローラ１０１は、長手方向端部の外径が５．５ｍｍ、中央部の外径が６．５ｍｍの正クラウン形状のステンレス製のローラで、加圧ローラ３２に当接されており、加圧ローラ３２の中心軸Ｏ１と加圧補助ローラ３１の中心軸Ｏ２を結んだ軸線Ｌに対して加熱ローラ２１の反対側で加圧補助ローラ側に配置されている。加圧ローラ３２と加圧補助ローラ３１の軸間距離Ｓ１は両ローラの半径の和Ｒ１（＝ｒ１＋ｒ２）３５ｍｍより短い３３ｍｍに設定されおり、加圧補助ローラの弾性層３１ｂが、スペーサーローラ１０１との当接位置で加圧補助ローラ３１の芯金３１ａ方向に歪んでいる。
【００７９】
無端ベルト３５と加熱ローラ２１の定着ニップ部ｎの内、加圧ローラ３２により無端ベルト３５が加熱ローラ２１に加圧される圧接部のニップ幅をＡ、加圧補助ローラ３１により無端ベルト３５が加熱ローラ２１に加圧される圧接部のニップ幅をＣ、これら圧接部のニップ幅ＡとＣの間の微小加圧領域をＢとすると、長手方向中央でＡ：約３ｍｍ、Ｂ：約１０ｍｍ、Ｃ：約２０ｍｍとなる。
【００８０】
本実施例装置では、図８に示すように、加熱ローラ中心軸Ｏ４と加圧ローラ中心軸Ｏ１を結んだ直線αと、加圧ローラ中心Ｏ１軸とスペーサーローラ中心軸Ｏ３とを結んだ直線βのなす角θ２が約１１５度、加圧補助ローラの中心軸Ｏ２とスペーサーローラの中心軸Ｏ３とを結んだ直線γと、先の直線βのなす角θ１が約１３５度となる点にスペーサーローラ１０１を設定した。
【００８１】
スペーサーローラ１０１の中心を加熱ローラ方向から見た加圧ローラ３２の背面側（加熱ローラ中心軸Ｏ４と加圧ローラ中心軸Ｏ１を結んだ直線αに対する加圧ローラ３２の中心軸Ｏ１を通る垂線α’に対し、加熱ローラ２１と反対側）に位置することで加圧補助ローラ３１のたわみを補正するバックアップローラとして加熱ローラ２１と加圧補助ローラ３１間のニップ幅Ｃにおける長手方向中央の圧の中抜け防止に機能する。
【００８２】
従来装置で用いられる外径６ｍｍのストレート形状のスペーサーローラ１００に対し、正クラウン形状のスペーサーローラ１０１は、その形状からニップ幅Ｃにおける長手方向中央部を選択的にバックアップするため、加熱ローラ２１と加圧補助ローラ３１間のニップ幅Ｃの長手方向端部と中央部の差をより小さくすることが出来る。
【００８３】
ちなみに、ストレート形状のスペーサーローラ１００を用いた従来の定着装置では、加熱ローラ２１と加圧補助ローラ３１間のニップ幅Ｃの長手方向端部と中央部の差分は約１ｍｍ、正クラウン形状のスペーサーローラ１０１を用いた本実施例の定着装置の差分は約０．５ｍｍ、スペーサーローラ自体を用いない従来例２の定着装置の差分は約１．５ｍｍであり、本実施例の正クラウン形状のスペーサーローラを用いる事の効果が覗われる。
【００８４】
［第３の実施例］
第３の実施例として、第１の実施例装置の加熱ローラ２１、加圧ローラ３２、加圧補助ローラ３１、スペーサーローラ１０１と同様の物を用い、それらを同様に配置して、無端ベルト３５の支持方法のみを変化させた定着装置例を示す。
【００８５】
図９に本実施例に係る定着装置の概略断面図を示す。
【００８６】
本実施例では、ベルトアセンブリ３０において、無端ベルト３５を加圧ローラ３２と加圧補助ローラ３１間に張架し、第１の実施例で用いた支持軸（支持ローラ３３・３４）を２本無くしている。この系においても、第１の実施例同様にスペーサーローラ１０１を正クラウン形状とし、それを加圧ローラ３２、加圧補助ローラ３１間に介在させることで、加圧補助ローラ３１と加熱ローラー２１間のニップ幅Ｃの長手方向端部と中央部の差の不均一を是正し、記録シート搬送性の向上に対し効果を確認出来た。
【００８７】
更に、無端ベルト３５の周長をより短くすることが可能となり、支持軸も２本減らせたことで定着装置全体の低熱容量化を実現している。スペーサーローラを用いない従来の２本ローラ張架タイプのベルト定着システムと比較しても、２軸間の距離をより小さく狭められたことでベルトの周長を最大限に短くすることが出来る。
【００８８】
第１の実施例では連続画像形成中の温度低下が１６５℃温調でスタートした際に、１３５℃の温度低下が見られたが、本実施例では３０℃の温度低下に抑えられた。ベルトの表面積の低減によるベルト表面からの放熱と、支持軸への熱損失を低減できた効果である。この結果、待機中の温調温度を５℃削減し、待機中の消費電力を削減し、省エネルギー化に成功した。又、定着装置全体の低熱容量化を実現したことで、電力投入からの昇温速度も向上し、ウェイトタイムも削減できた。
【００８９】
加圧補助ローラ３１は、加熱ローラ２１を弾性変形させる必要性が無いため、低硬度なローラを用い無端ベルト３５を挟んで加熱ローラ２１とで高速定着に必要なニップ幅を確保する構成がよい。このため、加圧補助ローラ３１をスペーサーローラ１０１の圧接によって大きく変形出来るため、外径を大きくしても微小加圧領域Ｂがさほど広がらない。
【００９０】
加圧ローラ３２は、用紙分離性確保のため、加熱ローラ２１の弾性層２１ｂをひずませるために剛体もしくは硬質な弾性体に設定せざるを得ない。よって、加圧ローラ３２のスペーサーローラ１０１による弾性変形は加圧補助ローラ３１に比べ殆んど望めないため、加圧ローラ径のアップ（ＵＰ）は、微小加圧領域Ｂの拡大につながる。
【００９１】
又、スペーサーローラ１０１は加圧ローラ３２と加圧補助ローラ３１が干渉しない範囲内で小さい方が熱容量的に良い。又、スペーサーローラ１０１が必要以上に大きいと（例えば加圧ローラー並以上に大きいと）、ニップ領域Ｃのスペーサーローラ側がスペーサーローラに押されて小さくなるため、微小加圧領域Ｂの拡大につながる。
【００９２】
よって３つのローラ３１・３２・１０１において各々のローラ径の関係は
加圧補助ローラ３１＞加圧ローラ３２＞スペーサーローラ１０１
とすることで、微小加圧領域Ｂを最小限に抑えつつ、定着ニップ部ｎを最大限に確保することが出来る。
【００９３】
［その他］
１）本実施の形態において、各実施例では記録シートＰの未定着トナー画像面側にローラ（加熱ローラ２１）を用い、非未定着トナー画像面側に無端ベルト３５を用いた加熱定着装置を示したが、記録シートＰの未定着トナー画像面側に無端ベルト３５を用い、非未定着トナー画像面側にローラ（加熱ローラ２１）を用いた加熱定着装置としてよい。また、記録シートＰの未定着画像面側及び非未定着画像面側に無端ベルトを用いた加熱定着装置としてよい。この場合、少なくとも１本のベルトの内部から２本以上のローラで該ベルトを他のベルトに加圧して定着ニップ部を形成する画像加熱定着装置において、２本以上のローラのうち少なくとも一方のローラが弾性体である場合に、２本のローラ間にスペーサーローラを介在することで、同等の効果が得られるものである。
【００９４】
２）各実施例の加熱定着装置において、一方の回転体である無端ベルトに代えて、ロール巻きにした長尺の有端ベルトを用いてよい。その場合、有端ベルトを繰り出し軸側から加圧ローラと加圧補助ローラを経由させて巻き取り軸側へ所定の速度で走行させる構成にする。
【００９５】
３）各実施例装置において、加圧ローラ２１を加圧補助ローラ３１と共に、若しくは加圧ローラ２１だけをスペーサーローラ１０１によって弾性変形させてよい。この場合、加圧ローラに弾性層を設け、スペーサーローラと加圧ローラの接点で加圧ローラを弾性変形させる構成にする。
【００９６】
４）本発明の加熱装置は実施例の画像加熱定着装置としての使用に限られず、未定着画像を記録材に仮に定着せしめる仮定着装置、定着画像を担持した記録材を再加熱してつや等の画像表面性を改質する表面改質装置等の像加熱装置としても有効である。またその他、例えば、紙幣等のシワ除去用の熱プレス装置、熱ラミネート装置、紙等の含水分を蒸発させる加熱乾燥装置など、シート状部材を加熱処理する加熱装置として用いても有効であることは勿論である。
【００９７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、加熱ニップ部を形成する１対の回転体を有し、加熱ニップ部に被加熱材を導入して挟持搬送させて加熱する加熱装置において、スペーサーローラの正クラウン形状によって当該スペーサーローラを当接させるローラによるベルトの他方の回転体との加熱ニップ幅を略均一にでき、画像異常の発生と被加熱材の搬送不良を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例における画像形成装置の概略構成図である。
【図２】第１の実施例における加熱装置（定着装置）の概略構成図である。
【図３】図２に示す加熱装置におけるスペーサーローラの長手方向の概略断面図である。
【図４】図２に示す加熱装置における加圧ローラ、加圧補助ローラ及びスペーサーローラの配置関係を説明する拡大概略図である。
【図５】図２に示す加熱装置のスペーサーローラによる加圧補助ローラの変形を説明するイメージ図である。
【図６】図２に示す加熱装置の定着ニップ部近傍の拡大概略断面図である。
【図７】第２の実施例における加熱装置（定着装置）の概略断面図である。
【図８】図７に示す加熱装置の定着ニップ部近傍の拡大概略断面図である。
【図９】第３の実施例における加熱装置（定着装置）の概略断面図である。
【図１０】第１の従来例における加熱装置（定着装置）の概略断面図である。
【図１１】第２の従来例における加熱装置（定着装置）の概略断面図である。
【図１２】図１１に示す加熱装置における定着ニップ部の圧力分布を説明するイメージ図である。
【図１３】第３の従来例における加熱装置（定着装置）の概略断面図である。
【図１４】図１３に示す加熱装置においてスペーサーローラを取り外したときに摺擦する加圧ローラと加圧補助ローラを示す説明図である。
【図１５】図１３に示す加熱装置において加熱ローラと加圧補助ローラ間の長手方向のニップ幅の変化を示す説明図である。
【図１６】図１３に示す加熱装置のスペーサーローラによる加圧補助ローラの変形を説明するイメージ図である。
【符号の説明】
２１：加熱ローラ、２２：ヒーター、３１：加圧補助ローラ、
３２：加圧ローラ、３３：支持ローラ、３４：支持ローラ、
３５：無端ベルト、１０１：スペーサーローラ、
１０４：アシストパッド、ｎ：定着ニップ部。

Claims

加熱ニップ部を形成する１対の回転体を有し、加熱ニップ部に被加熱材を導入して挟持搬送させて加熱する加熱装置において、
少なくとも一方の回転体が、無端ベルトと、無端ベルトを他方の回転体に圧接させて加熱ニップ部を形成する２本以上のローラと、無端ベルトに非接触で且つ２本以上のローラ間で少なくとも１本のローラに当接し共に転動するスペーサーローラとを有し、スペーサーローラの長手形状を正クラウン形状とすることを特徴とする加熱装置。
２本以上のローラとして、無端ベルトを他方の回転体に加圧する加圧ローラと、加圧ローラよりも被加熱材の搬送方向上流側で無端ベルトを他方の回転体に押圧する加圧補助ローラとを有する請求項１に記載の加熱装置。
加圧補助ローラは弾性層を有し、スペーサーローラと加圧補助ローラとの接点で、加圧補助ローラを弾性変形させる事を特徴とする請求項２に記載の加熱装置。
加圧ローラは弾性層を有し、スペーサーローラと加圧ローラの接点で加圧ローラを弾性変形させる事を特徴とする請求項２に記載の加熱装置。
加圧ローラと加圧補助ローラの軸間距離は、加圧ローラの半径と加圧補助ローラの半径の和以下であることを特徴とする請求項２に記載の加熱装置。
加圧補助ローラ、加圧ローラ及びスペーサーローラにおいて各々のローラ径の関係が、加圧補助ローラ＞加圧ローラ＞スペーサーローラの順列であることを特徴とする請求項２ないし５の何れかに記載の加熱装置。
無端ベルトを加圧ローラと加圧補助ローラに２本掛けに配置し、加圧ローラと加圧補助ローラ間に少なくとも一方のローラに当接し共に転動するスペーサーローラを有することを特徴とする請求項２ないし６の何れかに記載の加熱定着。
被加熱材が画像を担持した記録材であることを特徴とする請求項１ないし７の何れかに記載の加熱装置。
記録材上に画像を形成する像形成手段と、該記録材上の画像を加熱する像加熱手段とを有する画像形成装置において、前記像加熱手段が請求項１ないし８の何れかに記載の加熱装置であることを特徴とする画像形成装置。