JP2007086543A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 定着性能に悪影響を与える剥離部材による定着ベルトや加圧ロールの摩耗等の発生を防ぎ、高い定着性能を長期間維持することができる、ベルト部材を用いた定着装置およびそれを用いる画像形成装置を提供する。
【解決手段】 定着装置６０は、定着ロール６１１の幅をＬhr、剥離パッド６４の幅をＬpad，定着ベルト６１０の幅をＷbe，加圧ロール６２の幅をＬprとして、
Ｌpr≦Ｗbe＜Ｌhr≦Ｌpad
の関係を満たすように設定されている。
【選択図】 図６

Description

本発明は、例えば電子写真方式を利用した画像形成装置に用いられる定着装置等に関し、より詳しくは回動可能なベルト部材を備えた定着装置等に関する。

電子写真方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置では、次のように画像形成が行われる。まず、例えばドラム状に形成された感光体（感光体ドラム）の表面が帯電装置によって一様に帯電される。帯電された感光体ドラムは、画像情報に基づいて制御された光により走査露光され、その表面に静電潜像が形成される。続いて、感光体ドラム上に形成された静電潜像は現像装置により可視像（トナー像）化され、その後、トナー像は感光体ドラムの回転に伴って転写部まで搬送されて、記録媒体としての記録用紙上に静電転写される。そして、記録用紙上に担持されたトナー像は定着装置によって定着処理が施されて、画像が完成する。

かかる画像形成装置に用いられる定着装置としては、２ロール方式と呼ばれる構成が広く一般に利用されている。この２ロール方式の定着装置は、内部に加熱源（ヒータ）が配設された円筒状の芯金の表面に、耐熱性弾性層と離型層とが積層されて形成された定着ロールと、芯金に耐熱性弾性層と耐熱性樹脂被膜あるいは耐熱性ゴム被膜による離型層とが積層されて形成された加圧ロールとが互いに圧接されて構成されている。そして、定着ロールと加圧ロールとの圧接領域（ニップ部）に、未定着トナー像を担持した記録用紙を通過させ、未定着トナー像に対して加熱と加圧とを行うことにより、トナー像を定着している。

ところで、近年、画像形成装置では、高生産性化やカラー化が急速に進展するとともに、両面印刷機構を備えたものも多く普及するに至っている。そのため、画像形成装置に搭載される定着装置においても、高速化への対応を一段と進める必要が生じている。
ところが、従来の２ロール方式の定着装置は、高速で連続して送られてくる多数枚の記録用紙に対しては、充分な定着処理を行うことが困難であるという問題を有している。すなわち、２ロール方式の定着装置においては、定着ロールを構成する芯金や芯金に被覆されたシリコーンゴム等からなる弾性層等が熱的抵抗体として作用する。そのため、２ロール方式の定着装置では、記録用紙が定着ロールの表面から奪う熱量に対応した熱量を、定着ロールの内部に配置したヒータから即応的に、かつ充分に供給することが構造的に難しい。

その結果、２ロール方式の定着装置に高速で連続して記録用紙が送られると、定着ロールの表面温度が漸次低下し、次第に定着性能が低下するという不都合が生じる。また、画像形成装置の立ち上がり時において、定着ロールの表面温度が一時的に落ち込む所謂「温度ドループ現象」が発生し易くなる。特に、記録用紙として熱容量の大きい厚紙等が使用される場合には、定着ロールの表面から奪われる熱量が大きくなるので、定着性能の低下や温度ドループが大きくなり、定着不良に基づく画像品質の劣化を生じさせることとなる。

かかる状況から、２ロール方式の定着装置を用いた場合に生じる上記した問題点を解消し、画像形成装置の高速化に対応した定着装置を実現する技術が開発されている。例えば、記録用紙を加熱する加熱部材が、複数の張架ロールによって張架されたフィルム状のベルト部材（定着ベルト）で構成された定着装置に関する技術が存在する（例えば、特許文献１参照）。

このような定着ベルトを用いた定着装置では、ニップ部に進入する前に予め張架ロール内に配設されたヒータによって定着ベルトを充分に加熱しておき、ニップ部においては加熱された定着ベルトから記録用紙およびトナー像に熱を加えることでトナー像を定着している。そのため、定着ベルトが定着処理の間に記録用紙によって熱を奪われても、定着ベルト自体の熱容量が小さいことから、定着ベルトは張架ロール内のヒータにより短時間で所定の定着可能温度まで回復させることが可能である。それにより、加熱部材として定着ベルトを用いた定着装置では、ニップ部内に進入する際の定着ベルトの温度を所定値に維持することが容易となり、画像形成装置が高速化されても、ニップ部に充分な熱量を供給することが可能である。

しかし、定着ベルトを用いた定着装置においても、記録用紙の表面にはトナー像が担持されているため、定着ベルトの熱によってトナー像が溶融した際に、トナー像が接着剤となって記録用紙と定着ベルトとの間に付着力が作用する。そのため、従来の２ロール方式の定着装置と同様に、定着ベルト表面から記録用紙を剥離する機構を設ける必要がある。特に、画像形成装置の高速化が図られた場合には、定着装置において一旦剥離不良が生じて紙詰まり（ジャム）が生じると、その影響を受けて損傷する後続の記録用紙の枚数も多くなることから、ニップ部を高速で通過した記録用紙を定着ベルト側から安定的かつ確実に剥離する必要がある。

記録用紙を定着ベルト表面から剥離する機構としては、上記した特許文献１に記載されたように、ニップ部の下流側に定着ベルトに当接して分離爪を配設する構成が一般的に用いられている。
しかし、このように分離爪によって記録用紙を定着ベルト表面から剥離する構成では、特に高速で定着を行うと記録用紙の先端が剥離爪に衝突してその先端が破損したり、最悪の場合にはそれが原因となって紙詰まりを生じたりすることがあった。これは、特に紙厚の薄い記録用紙の場合に生じやすい。

このような不具合を防いで、記録用紙を定着ベルト側から安定的に剥離するためには、分離爪を定着ベルトに強く圧接させることが必要となる。しかし、そうすると、分離爪によって定着ベルト表面が磨耗する虞がある。定着ベルト表面に磨耗が生じると、定着画像上に定着ベルト表面の磨耗痕に対応した定着ムラが発生して画像品質を低下させる場合がある。また、磨耗痕上にオフセットしたトナーが次第に付着堆積して、定着画像上に汚れを生じさせることもある。さらには、定着ベルト表面の磨耗が進むと薄層の定着ベルトは最終的に破断にまで至るため、高い耐久性を得ることができない。
そこで、このような分離爪を用いることなく記録用紙を定着ベルト側から安定的に剥離することを可能とするものとして、ニップ部の出口部（最下流部）に対応した位置の定着ベルトの内側に、かかる出口部における定着ベルトの曲率を大きく設定するための剥離部材を設け、定着ベルトの曲率の変化により記録用紙を剥離する構成が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平３−１３３８７１号公報(第４頁、図３) 特開２００３−５５６６号公報(第６〜８頁、図４)

上記のごとく、ニップ部の出口部に定着ベルトの曲率を大きく形成するための剥離部材を設け、これによって記録用紙を定着ベルト表面から剥離する構成では、定着ベルトは固定された剥離部材に当接して摺動する。また、剥離部材が加圧ロールに圧接されてニップ部の一部を形成する場合、定着ロールと加圧ロールとで形成されるニップ部と、剥離部材と加圧ロールとで形成されるニップ部との間に隙間があると、その隙間部位では圧接力が低下してブリスタの発生等による画像不良を招来する。このような不具合を避けるために、剥離部材は定着ロールにできるだけ近接して設けられる。

その結果、剥離部材に対する定着ベルトや加圧ロールの摺動に起因する摩耗が定着性能に影響を与え、高い定着性能を長期間維持できないという問題がある。
たとえば、通常、定着ロールと、加圧ロールと、剥離部材とは、その記録用紙の移動方向と直交する幅が等しく設定され、定着ベルトの幅はこれより狭く設定される。この場合、定着ベルトの外側に剥離部材と加圧ロールとが直接接触して摺動する領域が生じ、加圧ロールのその領域のみが摩耗する。その結果、加圧ロールに段が付き、定着ベルトの走行不良や定着ムラの原因となるものである。

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、定着性能に悪影響を与える剥離部材による定着ベルトや加圧ロールの摩耗等の発生を防ぎ、高い定着性能を長期間維持することができる、ベルト部材を用いた定着装置およびそれを用いる画像形成装置を提供することにある。

かかる目的のもと、本発明の定着装置は、記録媒体に担持されたトナー像を定着する定着装置であって、回転可能な定着ロール部材と、
回転可能な張架ロール部材と、定着ロール部材と張架ロール部材とに張架されて回動する定着ベルト部材と、定着ベルト部材を加熱する加熱手段と、定着ロール部材の定着ベルト部材が巻回する部位に圧接してニップ部を形成する加圧部材と、ニップ部の下流側の定着ベルト部材と定着ロール部材の間に介設されて定着ベルト部材を大きな曲率で屈曲させる剥離部材と、を備え、定着ベルト部材の幅は剥離部材の幅未満に、加圧部材の幅は定着ベルト部材の幅未満に設定されていることを特徴とする。

ここで、加圧部材は、その表面に弾性層を備えた加圧ロール部材であることを特徴とする。また、定着ベルト部材を蛇行させる蛇行手段を備え、蛇行手段による定着ベルト部材の蛇行量は、剥離部材の幅と加圧部材の幅の差の１／２未満に設定されていることを特徴とする。さらに、剥離部材の幅は定着ロール部材の幅以上で、定着ベルト部材の幅は定着ロール部材の幅未満に設定されていることを特徴とする。

また、本発明の他の定着装置は、記録媒体に担持されたトナー像を定着する定着装置であって、回転可能な定着ロール部材と、
回転可能な張架ロール部材と、定着ロール部材と張架ロール部材とに張架されて回動する定着ベルト部材と、定着ロール部材の定着ベルト部材が巻回する部位に圧接してニップ部を形成する表面に弾性層を備えた加圧ロール部材と、ニップ部の下流側の定着ベルト部材と定着ロール部材の間に介設されて定着ベルト部材を大きな曲率で屈曲させる金属によって形成された剥離部材と、を備え、定着ベルト部材の蛇行によっても、剥離部材と加圧ロール部材の間には定着ベルト部材が介在し、剥離部材と加圧ロール部材とが直接接触しないように構成されていることを特徴とする。
ここで、上記構成に加え、定着ベルト部材の側縁が、定着ベルト部材の蛇行によっても剥離部材の側端より外側に突出しないように構成されていることを特徴とする。

本発明の画像形成装置は、トナー像を形成するトナー像形成手段と、トナー像形成手段によって形成されたトナー像を記録媒体上に転写する転写手段と、記録媒体上に転写されたトナー像を記録材に定着する定着装置とを備えて構成され、定着装置は、回転可能な定着ロール部材と、加熱ヒーターを備え、回転可能な張架ロール部材と、定着ロール部材と張架ロール部材とに張架されて回動する定着ベルト部材と、定着ロール部材の定着ベルト部材が巻回する部位に圧接してニップを形成する表面に弾性層を備えた加圧ロール部材と、ニップの下流側の定着ベルト部材と定着ロール部材の間に介設されて定着ベルト部材から記録媒体を剥離させる剥離部材と、を備え、定着ベルト部材の幅Ｗbeと、加圧ロール部材の幅Ｌprと、剥離部材の幅Ｌpadとは、
Ｌpr＜Ｗbe＜Ｌpad
の関係に設定されていることを特徴とする。

ここで、上記構成に加えて、定着ベルト部材を蛇行させる蛇行手段を備え、蛇行手段による定着ベルト部材の蛇行量Ｄｗは、
Ｄｗ＜（Ｌpad−Ｌpr）／２
に設定されていることを特徴とする。
また、定着ロール部材の幅Ｌhrは、
Ｗbe＜Ｌhr≦Ｌpad
の関係に設定されていることを特徴とする。

本発明の定着装置によれば、定着性能に悪影響を与える剥離部材による定着ベルトや加圧ロールの摩耗等の発生を抑制することができ、高い定着性能を安定して長期間維持できる。従って、高い耐久性を有する定着装置を得ることができる。
また、本発明の画像形成装置によれば、定着装置の定着性能に悪影響を与える摩耗等の発生を抑制することができ、高い定着性能を長期間安定して維持できる。従って、良質な画像を短時間で大量に提供できる耐久性の高い画像形成装置を構成することができるものである。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本実施の形態を適用した画像形成装置の概略構成図である。
図１に示す画像形成装置は、いわゆる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って、電子写真方式により各色成分のトナー像が形成するトナー像形成手段としての複数の画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋ、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、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媒体としての記録用紙Ｐに一括転写（二次転写）させる転写手段としての二次転写部２０、二次転写された画像を記録用紙Ｐ上に定着させる定着装置６０を備えている。また、各装置（各部）の動作を制御する制御部４０を有している。

各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋは、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、感光体ドラム１１上に静電潜像を書込むレーザ露光器１３（図中露光ビームを符号Ｂｍで示す）、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、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、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、などの電子写真用デバイスが順次配設されている。これらの画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋは、中間転写ベルト１５の上流側から、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の順に、略直線状に配置されている。

中間転写ベルト１５は、各種ロールによって各感光体ドラム１１の配列方向に沿って略直線状に延びる経路を有して張架され、図１に示すＢ方向に所定の速度で循環駆動（回動）されるようになっている。
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に対向配置された一次転写ロール１６によって構成されている。一次転写ロール１６は感光体ドラム１１に中間転写ベルト１５を圧接させるようになっている。また、一次転写ロール１６にはトナーの帯電極性と逆極性の電圧（一次転写バイアス）が印加されるようになっている。これにより、各々の感光体ドラム１１上のトナー像が中間転写ベルト１５に順次、静電吸引されて、中間転写ベルト１５上にトナー像が重畳形成されるようになっている。

二次転写部２０は、中間転写ベルト１５のトナー像担持面側に配置される二次転写ロール２２と、中間転写ベルト１５を挟んでこの二次転写ロール２２に対向配置されたバックアップロール２５とによって構成されている。
バックアップロール２５には二次転写バイアスが印可されると共に、二次転写ロール２２は接地されて、バックアップロール２５との間に二次転写バイアスが形成されるようになっている。そして、二次転写部２０に搬送される記録用紙Ｐ上にトナー像を二次転写する。

また、中間転写ベルト１５の二次転写部２０の下流側には、二次転写後の中間転写ベルト１５上の残留トナーや紙粉を除去し、中間転写ベルト１５の表面をクリーニングする中間転写ベルトクリーナ３５が設けられている。
さらに、画像形成装置は、記録用紙搬送機構５０を備えている。記録用紙搬送機構５０は、記録用紙Ｐを収容する記録用紙トレイ５１から、記録用紙Ｐを二次転写部２０へと搬送すると共に、二次転写部２０でトナー像が転写（二次転写）された記録用紙Ｐを定着装置６０に搬送する。

そして、上記構成の画像形成装置は、下記のようにして画像形成を行う。
すなわち、図示しない画像読取装置や図示しないパーソナルコンピュータ等から出力される画像データに基づいて、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋが、それぞれ感光体ドラム１１上にそれぞれの色のトナー像を形成する。各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋにおけるトナー像の形成は、帯電器１２によって帯電された感光体ドラム１１上をレーザ露光器１３で走査露光して静電潜像を形成し、その静電潜像を現像器１４によって現像してトナー像を形成することによって行われる。

各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋの感光体ドラム１１上に形成されたトナー像は、一次転写部１０において、中間転写ベルト１５上に重ね合わせて転写される。
中間転写ベルト１５の表面に重ね合わせて形成されたトナー像は、中間転写ベルト１５の回動によって二次転写部２０に移動し、この二次転写部２０において記録用紙搬送機構５０によって搬送される記録用紙Ｐに記録用紙Ｐ上に一括して静電転写される。
トナー像が転写された記録用紙Ｐは、記録用紙搬送機構５０によって定着装置６０に搬送され、定着装置６０によって熱および圧力による定着処理を受けてトナー像が定着される。そして画像が定着された記録用紙Ｐは、画像形成装置の排出部に設けられた排紙載置部（不図示）に排出されるものである。

次に、本実施の形態の画像形成装置に用いられる定着装置６０について説明する。
図２は本実施の形態の定着装置６０の一方の端部を概念的に示す斜視図、図３は定着装置６０の概略構成を示す側断面図である。また、図４はニップ部Ｎの近傍領域を表す概略断面図、図５は剥離パッド６４が配置された領域周辺を表す概略断面図である。
この定着装置６０は、定着ベルト６１０を備える定着ベルトモジュール６１と、定着ベルトモジュール６１に圧接配置された加圧手段としての加圧ロール６２とで構成されている。

定着ベルトモジュール６１は、ベルト部材としての定着ベルト６１０、定着ベルト６１０を張架しながら回転駆動する定着ロール部材としての定着ロール６１１、内側から定着ベルト６１０を張架する張架ロール部材としての張架ロール６１２、外側から定着ベルト６１０を張架する張架ロール部材としての張架ロール６１３、定着ロール６１１と張架ロール６１２との間で定着ベルト６１０の姿勢を矯正する蛇行手段としての姿勢矯正ロール６１４、定着ベルトモジュール６１と加圧ロール６２とが圧接する領域であるニップ部Ｎ内の下流側領域であって定着ロール６１１の近傍位置に配置された剥離部材としての剥離パッド６４、ニップ部Ｎの下流側において定着ベルト６１０を張架する張架ロール部材としての張架ロール６１５により主要部が構成されている。

定着ベルト６１０は、周長３１４ｍｍ、幅３４０ｍｍのフレキシブルなエンドレスベルトである。そして、厚さ８０μｍのポリイミド樹脂で形成されたベース層と、ベース層の表面側（外周面側）に積層された厚さ２００μｍのシリコーンゴムからなる弾性体層と、さらに弾性体層上に被覆された厚さ３０μｍのテトラフルオロエチレン−ペルフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）チューブからなる離型層とで構成されている。ここでは、弾性体層は、特にカラー画像に対する画質向上のために設けられたものである。なお、定着ベルト６１０の構成は、使用目的や使用条件等の装置設計条件に応じて、材質・厚さ・硬度等を適宜選択することができる。

定着ロール６１１は、外径６５ｍｍ、長さ３６０ｍｍ、厚さ１０ｍｍのアルミニウムからなる円筒状のコアロール（芯金）に、コアロール表面の金属磨耗を防止する保護層として、厚さ２００μｍのフッ素樹脂が皮膜して形成されたハードロールである。ただし、定着ロール６１１は、この構成に限られるものではなく、加圧ロール６２との間でニップ部Ｎを形成する際に、加圧ロール６２からの押圧力に対して殆ど変形を生じない充分にハードなロールとして機能する構成であればよい。そして定着ロール６１１は、図示しない駆動モータからの駆動力を受けて、４４０ｍｍ／ｓの表面速度で矢印Ｃ方向に回転する。
また、定着ロール６１１の内部には、加熱手段として定格９００Ｗのハロゲンヒータ６１６ａが配設され、定着ロール６１１の表面に接触するように配置された温度センサ６１７ａの計測値に基づき、画像形成装置の制御部４０（図１参照）が定着ロール６１１の表面温度を１５０℃に制御している。

張架ロール６１２は、外径３０ｍｍ、肉厚２ｍｍ、長さ３６０ｍｍのアルミニウムで形成された円筒状ロールである。そして、張架ロール６１２の内部には加熱源として定格１０００Ｗのハロゲンヒータ６１６ｂが配設されており、温度センサ６１７ｂと制御部４０（図１参照）とによって、表面温度が１９０℃に制御されている。したがって、張架ロール６１２は、定着ベルト６１０を張架する機能とともに、定着ベルト６１０を内周面側から加熱する機能をも併せ持っている。
また、張架ロール６１２の両端部には定着ベルト６１０を外側に押圧するバネ部材（不図示）が配設され、定着ベルト６１０全体の張力を１５ｋｇｆに設定している。その際に、定着ベルト６１０の張力を幅方向に亘って均一にするとともに、定着ベルト６１０の軸方向の変位をできる限り小さく抑えるため、張架ロール６１２は、外径が端部よりも中央部のほうを１００μｍだけ大きくした所謂クラウン形状で形成されている。

張架ロール６１３は、外径２５ｍｍ、肉厚２ｍｍ、長さ３６０ｍｍのアルミニウムで形成された円筒状ロールである。また、張架ロール６１３の表面には厚さ２０μｍのフッ素樹脂からなる離型層が形成されている。この離型層は、定着ベルト６１０の外周面からの僅かなオフセットトナーや紙粉が張架ロール６１３に堆積するのを防止するために形成されるものである。また、張架ロール６１３も張架ロール６１２と同様に、外径が端部よりも中央部の方を１００μｍだけ大きくしたクラウン形状で形成されている。なお、張架ロール６１２と張架ロール６１３の双方をクラウン形状で形成する場合のみならず、張架ロール６１２または張架ロール６１３のいずれか一方のみをクラウン形状で形成してもよい。

張架ロール６１３の内部には、加熱手段としての定格１０００Ｗのハロゲンヒータ６１６ｃが配設されており、温度センサ６１７ｃと制御部４０（図１参照）とによって、表面温度が１９０℃に制御されている。したがって、張架ロール６１３は、定着ベルト６１０を張架する機能とともに、定着ベルト６１０を外周面側から加熱する機能をも併せ持っている。したがって、本実施の形態では、定着ロール６１１と張架ロール６１２および張架ロール６１３とによって定着ベルト６１０が加熱される構成を採用している。

姿勢矯正ロール６１４は、外径１５ｍｍ、長さ３６０ｍｍのアルミニウムで形成された円柱状ロールである。姿勢矯正ロール６１４の近傍には、定着ベルト６１０のエッジ位置を検知するベルトエッジ位置検知機構（不図示）が配置されている。そして、姿勢矯正ロール６１４は、ベルトエッジ位置検知機構の検知結果に応じて定着ベルト６１０の軸方向における当接位置を変位させる軸変位機構が配設され、定着ベルト６１０の蛇行（ベルトウォーク）を制御するように構成されている。

剥離パッド６４は、例えばＳＵＳ等の金属や樹脂等の剛体で形成された断面が略円弧形状のブロック部材である。その両端が、図２中に示すように、定着ロール６１１の支持軸６１１ａに揺動可能に嵌合したアーム６４１によって支持されている。そして、加圧ロール６２が定着ベルト６１０を介して定着ロール６１１に圧接される領域（「ロールニップ部Ｎ１」：後段の図４参照）の下流側近傍位置において、定着ロール６１１の軸方向全域に亘って固定配置されている。また剥離パッド６４は、定着ベルト６１０を介して加圧ロール６２を所定の幅領域（例えば、定着ベルト６１０の進行方向に沿って５ｍｍの幅）に亘って所定の荷重（例えば、１０ｋｇｆ）で均一に押圧するように設置されており、後段で述べる「剥離パッドニップ部Ｎ２」を形成している。

剥離パッド６４は、図５に示したように、定着ロール６１１側に面する内側面６４ａと、定着ベルト６１０の進行方向を急激に変化させる外側面６４ｂと、定着ベルト６１０を加圧ロール６２に押圧する押圧面６４ｃとを備えて形成されている。
剥離パッド６４の内側面６４ａは、剥離パッド６４を定着ロール６１１側に極力近接させて（例えば、剥離パッド６４と定着ロール６１１とのギャップを０．５ｍｍ）配置するために、定着ロール６１１の周面に倣った湾曲面で形成されている。この内側面６４ａの上流側端部６４ｐは、定着ロール６１１に近接した位置に設定されている。その内側面６４ａと押圧面６４ｃとのなす角度θ１は、上流側端部６４ｐ部分の強度および剛性を確保するためには、２０〜５０°が好ましい。

剥離パッド６４の押圧面６４ｃは、定着ベルト６１０を加圧ロール６２に押圧し、加圧ロール６２表面に圧接させる面である。そのため、定着ベルト６１０が加圧ロール６２に対して均一に押圧されるように、押圧面６４ｃは平面で形成している。さらに、押圧面６４ｃは、加圧ロール６２の円周面に倣った凹状曲面で形成することもでき、それにより押圧力のさらなる均一化を図ることができる。

剥離パッド６４の外側面６４ｂは、張架ロール６１５および定着ロール６１１と協働して定着ベルト６１０を導き、その進行方向を急激に変化させることで、定着ベルト６１０から記録用紙Ｐを剥離する面である。そのため、記録用紙Ｐを定着ベルト６１０から安定的に剥離できるように、外側面６４ｂの上流側端部領域（定着ベルト６１０が加圧ロール６２から離隔する領域）Ｒにおいて、加圧ロール６２の接線と外側面６４ｂの接線とのなす角θ２（図５参照）が４０°以上となるように設定されている。また、急激に屈曲している上流側端部領域Ｒにおいて定着ベルト６１０を円滑に移動することができるように、上流側端部領域Ｒでは外側面６４ｂは曲面で形成されている。
さらに、外側面６４ｂは、定着ベルト６１０が加圧ロール６２から離隔した後、円滑に張架ロール６１５および定着ロール６１１の方向に進行するように、張架ロール６１５に向けて傾斜した平面で形成されている。この場合に、外側面６４ｂは外側（定着ベルト６１０側）に向けて湾曲した曲面で形成することもできる。

張架ロール６１５は、外径１２ｍｍ、長さ３６０ｍｍのアルミニウムで形成された円柱状ロールである。そして、剥離パッド６４を通過した定着ベルト６１０が定着ロール６１１に向けて円滑に回動するように、剥離パッド６４の定着ベルト６１０の進行方向下流側近傍に配置されている。

加圧ロール６２は、直径４５ｍｍ、長さ３６０ｍｍのアルミニウムからなる円柱状ロール６２１を基体として、基体側から順に、ゴム硬度３０°（ＪＩＳ−Ａ）のシリコーンゴムからなる厚さ１０ｍｍの弾性層６２２と、膜厚１００μｍのＰＦＡチューブからなる離型層６２３とが積層されて構成されたソフトロールである。そして、加圧ロール６２は、定着ベルトモジュール６１に押圧されるように設置され、定着ベルトモジュール６１の定着ロール６１１が矢印Ｃ方向へ回転するのに伴い、定着ロール６１１に従動して矢印Ｅ方向に回動する。その進行速度は、定着ロール６１１の表面速度と同じ４４０ｍｍ／ｓである。

続いて、定着ベルトモジュール６１と加圧ロール６２とが圧接されたニップ部Ｎについて説明する。
図４に示したように、定着ベルトモジュール６１（図３参照）と加圧ロール６２とが圧接されたニップ部Ｎには、定着ベルト６１０が定着ロール６１１に巻き付けられた（ラップされた）領域（ラップ領域）内において、加圧ロール６２が定着ベルト６１０の外周面に圧接するように配置されることにより、ロールニップ部（第１ニップ部）Ｎ１が形成されている。

ここで、本実施の形態の定着装置６０では、上述したように、ロールニップ部Ｎ１を形成する一方のロールである定着ロール６１１は、アルミニウムの芯金（コアロール）の表面に耐熱性樹脂（フッ素樹脂）を被覆して構成されたハードロールであって、定着ロール６１１には弾性層は被覆されていない。また、ロールニップ部Ｎ１を形成する加圧ロール６２は、弾性層６２２が被覆されたソフトロールである。
このような定着ロール６１１と加圧ロール６２との構成により、本実施の形態のロールニップ部Ｎ１では、加圧ロール６２の弾性層６２２が変形することでロールニップ部Ｎ１が形成されており、加圧ロール６２側がニップを形成するロール（NIP Forming Pressure Roll）として機能している。すなわち、ロールニップ部Ｎ１では、定着ロール６１１には凹みが殆ど生じず、加圧ロール６２表面のみが大きく凹んだ状態（加圧ロール６２の凹み量＞定着ロール６１１の凹み量）が形成されることで、定着ベルト６１０の進行方向に所定の幅を持ったニップ領域を作り出している。

このように、本実施の形態の定着装置６０では、ロールニップ部Ｎ１において定着ベルト６１０がラップされている側の定着ロール６１１は殆ど変形せず、円筒形状が維持されている。そのため、定着ベルト６１０は定着ロール６１１表面の円周面に沿って回動し、その回動半径に変動が生じることがないので、進行速度を一定に維持しながらロールニップ部Ｎ１を通過することができる。それにより、定着ベルト６１０がロールニップ部Ｎ１を通過する際にも、定着ベルト６１０にはシワや歪みが極めて発生し難い。その結果、定着画像に画像乱れが生じることが抑制され、良質の定着画像を安定的に提供することができる。なお、本実施の形態の定着装置６０では、ロールニップ部Ｎ１は定着ベルト６１０の進行方向に１５ｍｍ（すなわちニップ幅１５ｍｍ）に設定されている。

さらに、ロールニップ部Ｎ１の下流側近傍には剥離パッド６４が配設されており、剥離パッド６４は定着ベルト６１０を加圧ロール６２表面に押圧している。それにより、ロールニップ部Ｎ１の下流側には、ロールニップ部Ｎ１に連続して、定着ベルト６１０が加圧ロール６２表面にラップされた剥離パッドニップ部（第２ニップ部）Ｎ２が形成されている。
図４に示したように、剥離パッドニップ部Ｎ２を形成する剥離パッド６４は、断面が略円弧形状に形成され、ロールニップ部Ｎ１の下流側近傍にて定着ロール６１１の軸方向に沿って配置されている。そして、剥離パッドニップ部Ｎ２を通過した後の定着ベルト６１０は、剥離パッド６４の側面に倣って回動する。それにより、定着ベルト６１０の進行方向は剥離パッド６４によって張架ロール６１５方向に屈曲するように急激に変化する。そのため、ロールニップ部Ｎ１および剥離パッドニップ部Ｎ２を通過した記録用紙Ｐは、剥離パッドニップ部Ｎ２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り、記録用紙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。このようにして、剥離パッドニップ部Ｎ２の出口部において、記録用紙Ｐに対する曲率分離が安定的に行なわれる。なお、本実施の形態の定着装置６０では、剥離パッドニップ部Ｎ２は定着ベルト６１０の進行方向に５ｍｍ（すなわちニップ幅５ｍｍ）に設定されている。

次に、本実施の形態の定着装置６０における定着動作について説明する。
画像形成装置の二次転写部２０（図１参照）において未定着トナー像が静電転写された記録用紙Ｐは、記録用紙搬送機構５０（図１参照）により、定着装置６０のニップ部Ｎに向けて（図３参照：矢印Ｆ方向）搬送されてくる。そして、ニップ部Ｎを通過する記録用紙Ｐ表面の未定着トナー像は、主としてロールニップ部Ｎ１に作用する圧力と熱とにより記録用紙Ｐに定着される。

このとき、本実施の形態の定着装置６０では、ニップ部Ｎに作用する熱は、主として定着ベルト６１０によって供給される。定着ベルト６１０は、定着ロール６１１の内部に配置されたハロゲンヒータ６１６ａから定着ロール６１１を通じて供給される熱と、張架ロール６１２の内部に配置されたハロゲンヒータ６１６ｂから張架ロール６１２を通じて供給される熱と、張架ロール６１３の内部に配置されたハロゲンヒータ６１６ｃから張架ロール６１３を通じて供給される熱とによって加熱されるように構成されている。そのため、主に張架ロール６１２および張架ロール６１３から適切かつ速やかに定着ベルト６１０に熱エネルギーを補給することができるので、ニップ部Ｎにおいては、プロセススピードが４４０ｍｍ／ｓという高速であっても充分な熱量を確保することができる。

ロールニップ部Ｎ１を通過した後、記録用紙Ｐは剥離パッドニップ部Ｎ２に搬送される。剥離パッドニップ部Ｎ２は、加圧ロール６２に剥離パッド６４が押圧されて、定着ベルト６１０が加圧ロール６２に圧接するように形成されている。したがって、図４に示したように、ロールニップ部Ｎ１は定着ロール６１１の曲率によって下に凸である湾曲した形状を有するのに対し、剥離パッドニップ部Ｎ２は加圧ロール６２の曲率によって上に凸である湾曲した形状を有している。
そのため、ロールニップ部Ｎ１において定着ロール６１１の曲率のもとで加熱加圧された記録用紙Ｐは、剥離パッドニップ部Ｎ２において加圧ロール６２による相反する方向に向いた曲率に進行方向が変化させられる。その際に、記録用紙Ｐ上のトナー像と定着ベルト６１０表面との間で微小なマイクロスリップが生じる。それによって、トナー像と定着ベルト６１０との付着力が弱められ、記録用紙Ｐは定着ベルト６１０から剥離され易い状態が形成される。このように、剥離パッドニップ部Ｎ２は、最終の剥離工程で確実に剥離が行なわれるための準備工程にも位置付けられる。

そして、剥離パッドニップ部Ｎ２の出口では、定着ベルト６１０は剥離パッド６４に巻き付くように搬送されるので、定着ベルト６１０の搬送方向はそこで急激に変化する。すなわち、定着ベルト６１０は剥離パッド６４の外側面６４ｂに沿って移動するため、定着ベルト６１０の屈曲は大きなものとなる。そのため、剥離パッドニップ部Ｎ２内において定着ベルト６１０との付着力が予め弱められた記録用紙Ｐは、記録用紙Ｐ自身が有している紙のコシによって定着ベルト６１０からセルフストリップすることが可能となる。
このようにして、記録用紙Ｐは、剥離パッドニップ部Ｎ２を出た時点で定着ベルト６１０から安定的に曲率分離される。
そして、定着ベルト６１０から分離された記録用紙Ｐは、排紙ガイド６５および排紙ロール６６によって装置外に排出されて、定着処理が完了するものである。

ここで、定着ロール６１１と、定着ベルト６１０と、加圧ロール６２と、剥離パッド６４の、記録用紙Ｐの搬送方向と直行する方向の幅は、以下のごとく設定されている。なお、本説明では、定着ロール６１１，加圧ロール６２および剥離パッド６４における、記録用紙Ｐの幅方向の長さの呼称を「幅」に統一して用いる。
図６は定着装置６０を排紙側から見た概念図である。以下、定着ロール６１１の幅をＬhr、剥離パッド６４の幅をＬpad，定着ベルト６１０の幅をＷbe，加圧ロール６２の幅をＬprとする。
そして、定着ロール６１１と、剥離パッド６４と、定着ベルト６１０とは、

定着ベルト幅：Ｗbe＜定着ロール幅：Ｌhr≦剥離パッド幅：Ｌpad …条件１

の関係を満たすに設定されている。これにより、金属性の固定部材である剥離パッド６４による定着ベルト６１０の内面の摩耗や、剥離パッド６４の両端のエッジによる定着ベルト６１０の破損を防ぐことができる。また、定着ロール６１１の側縁による定着ベルト６１０の破損を防ぐことができる。

また、剥離パッド６４と加圧ロール６２とは、

加圧ロール幅：Ｌpr＜剥離パッド幅：Ｌpad …条件２

の関係を満たすように設定されている。これにより、剥離パッド６４による加圧ロール６２の表面の磨耗や、剥離パッド６４の両端のエッジよる加圧ロール６２の破損を防ぐことができる。
更に、定着ベルト６１０と加圧ロール６２とは、

加圧ロール幅：Ｌpr≦定着ベルト幅：Ｗbe …条件３

の関係を満たすように設定されている。これにより、加圧ロール６２が剥離パッド６４に直接接触して摺動することによる加圧ロール６２の表面の磨耗や破損を防ぐことができる。

そして、上記の条件１，条件２および条件３をまとめ、

Ｌpr≦Ｗbe＜Ｌhr≦Ｌpad …条件４

の関係を満たすように設定されている。これにより、剥離パッド６４と直接接触して摺動することに起因する加圧ロール６２の摩耗や破損を防ぐことができる。また、定着ベルト６１０が定着ロール６１１や剥離パッド６４の側縁に当接して摺動することによる摩耗や破損を防ぐことができる。従って、定着ベルト６１０や加圧ロール６２の耐久性を高めることができ、高い定着性能を長期間維持し、定着装置６０の長寿命化が可能となる。

ところで、定着ベルト６１０は、定着ロール６１１の軸方向の定められた位置を回動し続けることが望ましい。しかし、定着装置６０を構成する各部材の部品誤差や組み立て誤差の集積や定着条件の変化によって斜行を生ずることは避けられない。このため、前述のごとく、図示しない軸変位機構が、ベルトエッジ位置検知機構の検知結果に応じて姿勢矯正ロール６１４（図３参照）の定着ベルト６１０の軸方向における当接位置を変位させて、定着ベルト６１０の蛇行（ベルトウォーク）を制御するように構成されている。これにより、定着ベルト６１０は定着ベルト６１０の軸方向に定められた範囲をウォーク（蛇行）しつつ回動する。なお、定着ベルト６１０を必要最小限より所定量幅広に形成し、同一箇所での定着作用を避けるように敢えて所定量ウォークさせ、定着ベルト６１０の耐久性を向上させる構成もある。

このベルトウォークを考慮すると、初期設定状態で前述した条件４を満たしていても、作動時のベルトウォークによってこの条件を逸脱する場合が考えられる。
図７は、このベルトウォークの説明図である。
つまり、初期設定状態では、図６に示すように剥離パッド６４と加圧ロール６２の間に定着ベルト６１０が介在していても、図７に示すように定着ベルト６１０のウォークによって定着ベルト６１０の側縁が加圧ロール６２の端縁より中心寄りに移動し、剥離パッド６４と加圧ロール６２とが直接接触する領域（図７中にＸで示す）が生ずることが起こり得る。

このため、図６中に示すように、全ての中心が一致した初期設定状態から片側のベルトウォーク最大幅をＤｗとして、

Ｄｗ＜（剥離パッド幅：Ｌpad−加圧ロール幅：Ｌpr）／２ …条件５

を満たすように設定する。これにより、定着ベルト６１０がウォークした場合でも、定着ベルト６１０や加圧ロール６２が剥離パッド６４と直接接触して摺動することがなく、定着ベルト６１０や加圧ロール６２の耐久性を高めることができ、高い定着性能を長期間維持し、定着装置６０の一層の長寿命化が可能となるものである。

次に、本実施の形態を適用した構成（本願構成例）と、適用しない比較例とについて行った評価試験の結果について説明する。その結果を、表１および表２に示す。表１は、ベルトウォークを考慮しない場合、表２は、ベルトウォークを考慮した場合である。表中、○は磨耗および破損未発生、×は磨耗および破損発生を示す。

なお、各構成条件および試験方法は、下記の通り。
・上記の関係式を満たす本願構成例
剥離パッド幅：Ｌpad＝３８０ｍｍ
定着ベルト幅：Ｗbe ＝３６０ｍｍ
加圧ロール幅：Ｌpr ＝３４０ｍｍ
・上記関係式を満たさない比較例
剥離パッド幅：Ｌpad＝３４０ｍｍ
定着ベルト幅：Ｗbe ＝３６０ｍｍ
加圧ロール幅：Ｌpr ＝３８０ｍｍ
・実験条件
加圧ロールに印加する総荷重＝３００ｋｇｆ
剥離パッドに印加する総荷重＝３０ｋｇｆ
定着ベルトの温度＝１５０°Ｃ
プロセススピード＝２６４ｍｍ／ｓ
・試験方法
ニップ状態で5時間空回転した後、評価項目をチェック
・評価項目（それぞれ目視にて観察）
１．剥離パッド両端のエッジによる定着ベルト内面の磨耗および破損。
２．剥離パッド両端のエッジによる加圧ロール表面の磨耗および破損。
３．剥離パッドが加圧ロールと直接摺動することによる加圧ロールの表面の磨耗および破損の発生の有無。
なお、項目２および３は、表中の評価欄としては加圧ロール表面の摩耗および破損として一つにまとめた。

各構成条件は下記の通り。その他の実験条件、試験方法、評価項目は上記試験と同一。
・上記の関係式を満たす本願構成例
剥離パッド幅：Ｌpad＝３８０ｍｍ
定着ベルト幅：Ｗbe ＝３６０ｍｍ
加圧ロール幅：Ｌpr ＝３４０ｍｍ
片側のベルトウォーク最大幅：Ｄｗ＝１０ｍｍ
・上記関係式を満たさない比較例
剥離パッド幅：Ｌpad＝３８０ｍｍ
定着ベルト幅：Ｗbe ＝３６０ｍｍ
加圧ロール幅：Ｌpr ＝３４０ｍｍ
片側のベルトウォーク最大幅：Ｄｗ＝３０ｍｍ

その結果、表１および表２に示されるように、比較例では、ニップ状態で５時間空回転後、磨耗および破損が発生して使用不適状態となったのに対して、本願構成例のものでは、摩耗や破損は認められなかった。これにより、定着装置６０における定着ベルト６１０および加圧ロール６２の摩耗や破損の抑制効果を確認することができた。

以上説明したように、本実施の形態の定着装置６０は、加熱部材として定着ベルト６１０が定着ロール６１１を含む複数のロールで張架されて構成された定着ベルトモジュール６１を用いているので、画像形成装置が高速化されても、定着装置６０において所定の定着温度を常に維持することができる。さらには、高速定着動作の開始時に定着温度が落ち込む温度ドループ現象の発生を抑制することが可能となる。そのため、高品質な定着画像を短時間で大量に提供することが可能となる。
それとともに、定着性能に悪影響を与える剥離パッド６４による定着ベルト６１０や加圧ロール６２の摩耗等の発生を防ぐことができ、高い定着性能を長期間維持することができるものである。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態は、本発明をいわゆるタンデム型のカラー画像形成装置に適用したものであるが、たとえば、回転式現像装置を用いたカラーの画像形成装置や、モノクロの複写機等に適用しても良いことは言うまでもない。
また、定着ベルトモジュール６１に対して圧接して配置される加圧手段として、加圧ロール６２を用いた構成について説明したが、加圧部材として複数のロールにより加圧ベルトが張架された加圧ベルトモジュールを用いた構成に適用しても良いものである。

本実施の形態を適用した画像形成装置の概略構成図である。 定着装置の一方の端部を概念的に示す斜視図である。 定着装置の概略構成を示す側断面図である。 ニップ部の近傍領域を表す概略断面図である。 剥離パッドが配置された領域周辺を表す概略断面図である。 定着装置を排紙側から見た概念図である。 ベルトウォークの説明図である。

符号の説明

１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋ…画像形成ユニット（トナー像形成手段）、２０…二次転写部（転写手段）、６０…定着装置、６１…定着ベルトモジュール、６２…加圧ロール（加圧手段）、６４…剥離パッド（剥離部材）、６１０…定着ベルト（定着ベルト部材）、６１１…定着ロール（定着ロール部材）、６１６ａ,６１６ｂ,６１６ｃ…ハロゲンヒータ（加熱手段）、６１２,６１３,６１５…張架ロール（張架ロール部材）、６１４…姿勢矯正ロール（蛇行手段）、Ｌhr…定着ロールの幅、Ｌpad…剥離パッドの幅、Ｌpr…加圧ロールの幅、Ｗbe…定着ベルトの幅、Ｐ…記録用紙（記録媒体）

Claims (9)

1. 記録媒体に担持されたトナー像を定着する定着装置であって、
   回転可能な定着ロール部材と、
   回転可能な張架ロール部材と、
   前記定着ロール部材と前記張架ロール部材とに張架されて回動する定着ベルト部材と、
   前記定着ベルト部材を加熱する加熱手段と、
   前記定着ロール部材の前記定着ベルト部材が巻回する部位に圧接してニップ部を形成する加圧部材と、
   前記ニップ部の下流側の前記定着ベルト部材と前記定着ロール部材の間に介設されて当該定着ベルト部材を大きな曲率で屈曲させる剥離部材と、を備え、
   前記定着ベルト部材の幅は前記剥離部材の幅未満で、前記加圧部材の幅は当該定着ベルト部材の幅以下に設定されていることを特徴とする定着装置。
2. 前記加圧部材は、その表面に弾性層を備えた加圧ロール部材であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記定着ベルト部材を蛇行させる蛇行手段を備え、
   前記蛇行手段による前記定着ベルト部材の蛇行量は、前記剥離部材の幅と前記加圧部材の幅の差の１／２未満に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
4. 前記定着ロール部材の幅は前記剥離部材の幅以下で、前記定着ベルト部材の幅は前記定着ロール部材の幅未満に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
5. 記録媒体に担持されたトナー像を定着する定着装置であって、
   回転可能な定着ロール部材と、
   回転可能な張架ロール部材と、
   前記定着ロール部材と前記張架ロール部材とに張架されて回動する定着ベルト部材と、
   前記定着ロール部材の前記定着ベルト部材が巻回する部位に圧接してニップ部を形成する表面に弾性層を備えた加圧ロール部材と、
   前記ニップ部の下流側の前記定着ベルト部材と前記定着ロール部材の間に介設されて当該定着ベルト部材を大きな曲率で屈曲させる金属によって形成された剥離部材と、を備え、
   前記定着ベルト部材の蛇行によっても、前記剥離部材と前記加圧ロール部材の間には前記定着ベルト部材が介在し、前記剥離部材と前記加圧ロール部材とが直接接触しないように構成されていることを特徴とする定着装置。
6. 前記定着ベルト部材の側縁が、当該定着ベルト部材の蛇行によっても前記剥離部材の側端より外側に突出しないように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
7. トナー像を形成するトナー像形成手段と、
   前記トナー像形成手段によって形成されたトナー像を記録媒体上に転写する転写手段と、
   前記記録媒体上に転写されたトナー像を当該記録媒体に定着する定着装置とを備えて構成され、
   前記定着装置は、
   回転可能な定着ロール部材と、
   加熱ヒーターを備え、回転可能な張架ロール部材と、
   前記定着ロール部材と前記張架ロール部材とに張架されて回動する定着ベルト部材と、
   前記定着ロール部材の前記定着ベルト部材が巻回する部位に圧接してニップ部を形成する表面に弾性層を備えた加圧ロール部材と、
   前記ニップ部の下流側の前記定着ベルト部材と前記定着ロール部材の間に介設されて当該定着ベルト部材から前記記録媒体を剥離させる剥離部材と、を備え、
   前記定着ベルト部材の幅Ｗbeと、前記加圧ロール部材の幅Ｌprと、前記剥離部材の幅Ｌpadとは、
   Ｌpr≦Ｗbe＜Ｌpad
   の関係に設定されていることを特徴とする画像形成装置。
8. 前記定着ベルト部材を蛇行させる蛇行手段を備え、
   前記蛇行手段による前記定着ベルト部材の蛇行量Ｄｗは、
   Ｄｗ＜（Ｌpad−Ｌpr）／２
   に設定されていることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
9. 前記定着ロール部材の幅Ｌhrは、
   Ｗbe＜Ｌhr≦Ｌpad
   の関係に設定されていることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。

Images