JP2011170051A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着ローラと加圧ローラとのニップ部が定着温度に到達するまでの時間を短縮する。
【解決手段】現像剤を加熱して媒体上に定着させる定着装置において、前記現像剤と前記媒体へ熱を供給する定着部材と、前記定着部材を加熱する発熱体と、前記発熱体を支持する支持部材と、前記定着部材を前記発熱体に押圧する押圧部材と、前記定着部材と当接する第２の加圧部材と、前記定着部材と当接する第３の加圧部材とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子写真プリンタ、複写機、ファクシミリなどの画像形成装置における定着装置に関する。

従来の白黒またはカラー画像を形成するプリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置における定着装置は、定着ベルトの内側に設けられ、その定着ベルトを通して加圧する定着ローラと、この定着ローラに対向して定着ベルトの外周面に接触する加圧ローラとによりニップ部（当接領域）を形成するとともに、支持部材に支持された面状ヒータによって定着ベルトを加熱し、その熱および圧力により現像剤を用紙に定着するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−３２２８８８号公報（段落「００１５」〜段落「００２６」、図２）

しかしながら、上述した従来の技術においては、定着ベルトとの接触面積が小さい面状加熱部材で定着ベルトを加熱しているため、定着ベルトヘの熱伝達効率が低く、定着ローラと加圧ローラとのニップ部が定着温度に到達するまでに長い時間を必要とするという問題がある。

本発明は、このような問題を解決することを課題とし、定着ローラと加圧ローラとのニップ部が定着温度に到達するまでの時間を短縮することを目的とする。

そのため、本発明は、現像剤を加熱して媒体上に定着させる定着装置において、前記現像剤と前記媒体へ熱を供給する定着部材と、前記定着部材を加熱する発熱体と、前記発熱体を支持する支持部材と、前記定着部材を前記発熱体に押圧する押圧部材と、前記定着部材と当接する第２の加圧部材と、前記定着部材と当接する第３の加圧部材とを有することを特徴とする。

このようにした本発明は、定着ローラと加圧ローラとのニップ部が定着温度に到達するまでの時間を短縮することができるという効果が得られる。

第１の実施例における定着装置の構成を示す断面図 第１の実施例における画像形成装置の構成を示す説明図 第１の実施例における定着ローラおよび加圧ローラの断面説明図 第１の実施例における加圧部材の断面説明図 第１の実施例における定着ベルトの断面説明図 第１の実施例における面状発熱体の断面説明図 第１の実施例における面状発熱体の分解斜視図 第１の実施例における面状発熱体および支持体の斜視図 第１の実施例における定着装置の構成を示す断面図 第２の実施例における定着装置の構成を示す断面図 第２の実施例における面状発熱体および支持体の斜視図 第２の実施例における面状発熱体および支持体の斜視図（変形例） 第３の実施例における定着装置の構成を示す断面図 第３の実施例における定着装置の構成を示す斜視図 第３の実施例における定着パッドの断面図 第３の実施例における面状発熱体の分解斜視図 第３の実施例における支持部材の側面図および斜視図 第３の実施例における定着ベルトの説明図 第３の実施例における定着装置の側面図 第４の実施例における定着装置の構成を示す断面図 第４の実施例における定着装置の構成を示す要部断面図

以下、図面を参照して本発明による定着装置および画像形成装置の実施例を説明する。

図２は第１の実施例における画像形成装置の構成を示す説明図である。

図２において、画像形成装置としてのプリンタ２０は、用紙（記録媒体）を搬送する用紙搬送部２４、記録光露光部材としてのＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）ヘッド２３、記録光に応じたトナー像を形成する現像装置であるトナー像形成部２５、トナー像（現像剤像）が形成された用紙を搬送するとともにその用紙およびトナーを加熱して用紙上にトナー像を定着させる定着装置２６からなる。

用紙搬送部２４により用紙が搬送される順にトナー像形成部２５、定着装置２６と配置されている。また、ＬＥＤヘッド２３はトナー像形成部２５に隣接して配置されている。

図示しない制御部が印刷指示を受けると、用紙搬送部２４は画像形成のタイミングに合わせて用紙をトナー像形成部２５へ搬送する。

ＬＥＤヘッド２３は、印刷指示による印刷情報に応じた記録光をトナー像形成部２５へ照射し、トナー像形成部２５は照射された記録光に応じたトナー像を用紙搬送部２４によって搬送された用紙上に形成する。

その後、用紙搬送部２４によって定着装置２６へ用紙が搬送されると、その用紙は定着装置２６の熱と圧力によって用紙上のトナー像が定着されたのちに装置外へ排出される。

なお、画像形成装置の各動作は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の制御手段および演算手段としての制御部により、メモリ等の記憶手段に記憶された制御プログラム（ソフトウェア）に基づいて制御される。

図１は第１の実施例における定着装置の構成を示す断面図である。

図１において、定着装置２６は、用紙を搬送するために用紙とともに移動し、その用紙および現像剤としてのトナーに熱を供給する定着部材としての無端状の定着ベルト２、接触する定着ベルト２を加熱する加熱手段としての面状発熱体４、面状発熱体４を支持する支持部材としての支持体３、定着ベルト２と面状発熱体４の接触を安定させる安定化手段および定着ベルト２を介して面状発熱体４を支持体３に押圧する押圧手段（押圧部材）としての補助ローラ８、定着ベルト２の移動方向における補助ローラ８の下流に配置され、定着ベルト２の一面に接触する第１の加圧部材としての加圧部材（加圧パッド）９および第２の加圧部材としての定着ローラ１、定着ベルト２を挟んで加圧部材９および定着ローラ１と対向配置され、定着ベルト２に用紙を押圧する第３の加圧部材としての加圧ローラ５からなり、図１における矢印が示す媒体搬送方向に搬送される用紙７に未定着トナー６を定着させる。

定着ベルト２の温度は、図示しない温度検知手段により検出され、図示しない制御部により、所定の温度に保たれている。図示しない温度検知手段は、定着ベルト２の外側面または内側面に当接したもの、あるいは微小なギャップを設けた非接触のものであってもよい。

定着ベルト２は面状発熱体４、加圧部材９、定着ローラ１、支持体３に張架されており、加圧ローラ５は定着ベルト２を介して加圧部材９及び定着ローラ１と接触している。なお、定着ベルト２は、面状発熱体４、加圧部材９、定着ローラ１、支持体３に密着することなく撓んでいてもよい。

定着ローラ１、加圧ローラ５は、図３（ａ）に示すように弾性層３２と芯金３１にて構成される。また、定着ローラ１、加圧ローラ５は図３（ｂ）に示すように離型層３３を弾性層３２の上に形成したものでもよい。

弾性層３２は、通常シリコンゴム、またはスポンジ状シリコンゴム、フッ素ゴムなど耐熱性の高いゴム材料が用いられる。芯金３１は、一定の剛性を保つためにアルミニウム、鉄、ステンレスなどの金属製パイプまたはシャフトが用いられる。

加圧部材９は、図４に示すように表層４１と、弾性層４２と、基材４３とにより構成される。定着ベルト２と接触する表層４１は、通常シリコン系樹脂、またはフッ素系樹脂などの耐熱性が高く表面摩擦抵抗が低い樹脂材料が用いられる。弾性層４２は、通常シリコンゴム、またはスポンジ状シリコンゴム、フッ素ゴムなど耐熱性の高いゴム材料が用いられる。基材４３は、一定の剛性を保つためにアルミニウム、鉄、ステンレスなどの金属材料が用いられる。

加圧ローラ５は、図示しないフレームにベアリングを介して回転自在に保持されており、図示しないギアを有している。このギアが用紙搬送部２４から回転駆動されることにより加圧ローラ５は図１の矢印Ａが示す方向に回転し、定着ベルト２は加圧ローラ５との摩擦力によって従動し、定着ローラ１は定着ベルト２との摩擦力によって従動することで図１の矢印Ｂが示す方向に回転駆動される。

なお、用紙搬送部２４から回転駆動されるのは定着ローラ１でも良い。または、用紙搬送部２４から回転駆動されるのは定着ローラ１と加圧ローラ５の両方であっても良い。

定着ローラ１と加圧部材９は、ばね等の図示しない弾性体により、加圧ローラ５に圧接する向きに押し付けられている。加圧ローラ５は、定着ベルト２を介して定着ローラ１に対向する位置において定着ローラ１に当接している。また、加圧ローラ５は、定着ベルト２を介して加圧部材９に対向する位置において加圧部材９に当接している。これらにより、加圧ローラ５が定着ベルト２を介して定着ローラ１に当接するニップ部と、加圧ローラ５が定着ベルト２を介して加圧部材９に当接するニップ部とが形成されている。

定着ベルト２は、図５（ａ）に示すように薄い基体５１（ニッケル、ポリイミド、ステンレスなどからなる基体の場合は強度、可撓性を両立するため厚さが好ましくは３０〜１５０μｍ位が適当）上に、弾性層５２としてシリコンゴム（低硬度と高熱伝導性を両立するため厚さが好ましくは５０〜３００μｍ）又はフッソ樹脂（磨耗による減肉と高熱伝導性を両立するため厚さが好ましくは１０〜５０μｍ）を薄く形成し、離型層５３を弾性層５２の上に設けてもよく、また図５（ｂ）に示すように基体５１上に離型層５３を設けたものでもよく、定着ローラ１、支持体３、加圧体９に対して離型層５３を外側にして張架される。

離型層５３は、定着ローラ１または加圧ローラ５の離型層３３と同様に耐熱性が高く、また成型後の表面自由エネルギーが低い樹脂、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）、ＦＥＰ（パーフルオロエチレン−プロペンコポリマー）などの代表的なフッ素系樹脂（厚さが好ましくは１０〜５０μｍ）を用いることができる。

支持体３は、アルミニウム、銅など熱伝導性、加工性の高い金属、またはこれらを主成分とする合金、あるいは耐熱性、剛性の高い鉄、鉄系の合金類、ステンレスなどで構成されている。

図６（ａ）または図６（ｂ）に示すように定着ベルトの回転方向における支持体３の上流側の端部には、面状発熱体４が接着されることなく支持体３に載置され、面状発熱体４は支持体３に形成された図示しない係止部材で側面が係止され、ずれないようになっている。また、面状発熱体４より下流側（補助ローラ８と加圧ローラ５との間）の支持体３には定着ベルトと接触する摺動面（曲面）が形成されている。したがって、この摺動面は定着ベルトの回転方向における面状発熱体４の下流側に設けられている。なお、支持体３の端部とは、図６（ｃ）に示すように、面状発熱体４が支持体３の中央部に配置されていないことを意味している。

また、支持体３と面状発熱体４は、補助ローラ８で定着ベルト２を介して面状発熱体４を支持体３に押圧することで一体化し、面状発熱体４の熱を支持体３に伝達するようになっている。

面状発熱体４は、定着ベルト２の内側面と接触する面は平面、あるいは円弧状であり、セラミックヒータ、ステンレスヒータなどが用いられる。図７（ａ）は面状発熱体４が平板状の場合における分解斜視図であり、面状発熱体４は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）などの基板７０上に電気絶縁層７１として薄くガラス膜を形成し、その上にニッケル−クロム合金あるいは銀−パラジウム合金の粉末をスクリーン印刷によってペースト状に抵抗発熱体７３を形成し、また端部に銀など化学的に安定で電気抵抗の低い金属や、タングステンなどの高融点金属によって電極７４を形成し、その上にガラス、あるいはＰＴＦＥ(ポリテトラフルオロエチレン)、ＰＦＡ(パーフルオロアルコキシアルカン)、ＦＥＰ(パーフルオロエチレン−プロペンコポリマー)などの代表的なフッ素系樹脂による保護層７５で保護したものが用いられる。この場合、定着ベルト２の内側面に接触する面は、抵抗発熱体７３側かあるいは反対側の面であってもどちらでもよい。図７（ｂ）は面状発熱体４の１面が円弧状の場合における分解斜視図であり、基板７６の片側の面が凸状に湾曲しており、この面が定着ベルト２の内側面と接触する。

補助ローラ８の表面は、定着ローラ１あるいは加圧ローラ５と同様に弾性層を備え、例えばシリコンゴム、またはスポンジ状シリコンゴム、フッ素ゴムなど耐熱性の高いゴム材料が用いられる。芯金も同様に一定の剛性を保つためにアルミニウム、鉄、ステンレスなどの金属製パイプまたはシャフトが用いられる。また弾性層の上に離型層として、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）、ＦＥＰ（パーフルオロエチレン−プロペンコポリマー）などの代表的なフッ素系樹脂（厚さが好ましくは１０〜５０μｍ）を形成してもよい。あるいは弾性層の代わりにシリコンオイル、フッ素オイルなどの離型剤を塗布するためのスポンジ材やフェルトであってもよい。

図８は第１の実施例における面状発熱体および支持体の斜視図であり、支持体３と面状発熱体４を一体化した状態を示している。ここで、支持体３の面状発熱体４との接触長さＬ１（ｍｍ）と、面状発熱体４の発熱領域の長さＬ２（ｍｍ）は、Ｌ１≦Ｌ２の関係となっている。

上述した構成の作用について説明する。

図１において、定着ベルト２は、支持体３、面状発熱体４に対して摺動しながら加圧ローラ５によって矢印Ｂが示す方向に回転駆動され、面状発熱体４に電力が供給されることで面状発熱体４との接触部が加熱される。図示しない温度検知手段によって定着ベルト２の表面温度を検知し、これをもとに図示しない制御部によって面状発熱体４への供給電力が制御され、定着ベルト２の表面が適正温度に維持される。

トナー６が転写された記録媒体７は、定着ベルト２に形成されたニップ部を通して搬送され、記録媒体７上のトナー６が定着ベルト２及び加圧ローラ５による加熱及び加圧により記録媒体７に定着される。

図１および図９は、それぞれ面状発熱体４が定着ベルト２の回転方向に対して支持体３、９に形成された摺動面の上流側（図１）、または下流側（図９）に配置されている場合を示している。この２種類の構成におけるＡ４サイズの印刷媒体を縦送りする定着装置において、Ａ４サイズの印刷媒体の搬送方向における中央部のトナーを定着させる定着ベルト２の中央部の温度と、Ａ４サイズの印刷媒体の搬送方向における側端部のトナーを定着させる定着ベルト２の端部の温度を計測したところ、その中央部と端部との温度差は、面状発熱体４を支持体３における上流側の端部に配置した図１の場合、１０℃以下となり、面状発熱体４を支持体３における下流側の端部に配置した図９の場合、２０〜３０℃となった。

以下に、その計測条件を示す。

定着ベルト２は、内径４０ｍｍ、基体をポリイミド（厚さ８０μｍ）、弾性層をシリコンゴム（厚さ１５０μｍ）、離型層をＰＦＡ（厚さ３０μｍ）、
定着ローラ１は、φ１６ 弾性層をシリコンスポンジ（厚さ１ｍｍ） ＡＳＫＥＲ Ｃ硬度８０度、
加圧ローラ５は、φ３６ 弾性層をシリコンゴム（厚さ１ｍｍ） ＡＳＫＥＲ Ｃ硬度８０度、
加圧部材９は、弾性層をシリコンゴム１ｍｍ ＪＩＳ−Ａ 硬度２０度、
加圧部材９の加圧力は、２０ｋｇ・ｆ、
面状発熱体４は、ステンレスヒータ 幅１２ｍｍ 出力１２００Ｗ、
補助ローラ８は、φ１４ 弾性層をシリコンスポンジ（厚さ４ｍｍ） ＡＳＫＥＲ Ｃ硬度３５度 押圧荷重 １．５ｋｇ・ｆ、
支持体３は、アルミニウムで厚さ１．５ｍｍであり、定着ベルト２との摺動部の長さは、１８ｍｍ、２種とも体積、熱容量は等しい、
定着ベルト２の目標温度は、１６０℃（２０℃から１６０℃に加熱）、
印刷媒体の搬送方向におけるニップ部の幅は、１３ｍｍ、
定着ベルト２の周速度は、７５ｍｍ／ｓとした。

このように定着ベルトの中央部と端部との温度差が異なる理由を以下に説明する。

図９に示すように面状発熱体４を定着ベルト２の回転方向に対して支持体９１に形成された摺動面の下流側に配置した構成において、補助ローラ８で定着ベルト２を介して面状発熱体４を支持体９１に押圧している部分と、定着ローラ１および加圧部材９が定着ベルト２を介して加圧ローラ５に押圧され形成されるニップ部とは、定着ベルト２が図９の矢印Ｂが示す方向に回転するとき、定着ベルト２は撓む位置関係にあるため、定着ベルト２は支持体９１の摺動面から離間し、支持体９１から定着ベルト２へ熱が伝達されない。

一方、図１に示すように面状発熱体４を定着ベルト２の回転方向に対して支持体３に形成された摺動面の上流側の端部に配置した構成においては、補助ローラ８で定着ベルト２を介して面状発熱体４を支持体３に押圧している部分と、定着ローラ１および加圧部材９が定着ベルト２を介して加圧ローラ５に押圧され形成されるニップ部とは、定着ベルト２が図１の矢印Ｂが示す方向に回転するとき、定着ベルト２は張る位置関係にあるため、定着ベルト２は支持体３の摺動面（曲面）に接触し、支持体３から定着ベルト２へ熱が効率良く伝達される。

支持体３の定着ベルト２が摺動する部分の長さが同じで面状発熱体４の幅も同じであるにもかかわらず定着装置の立ち上がり時間に関係するＡ４サイズの印刷媒体の中央部に当接する定着ベルト２の中央部の温度と、Ａ４サイズの印刷媒体の端部に当接する定着ベルト２の端部との温度に違いが現れたのは、図１に示す構成においては、定着ベルト２の張りが定着ベルト２の支持体３への接触を促し、定着ベルト２と支持体３との接触面積が広くなり、支持体３から定着ベルト２への熱伝達効率が高くなるためである。

以上説明したように、第１の実施例では、面状発熱体を定着ベルトの回転方向における支持体に形成された摺動部としての摺動面の上流側に配置したことにより、定着ベルトに対する熱伝達効率を高くすることができ、定着ローラと加圧ローラのニップ部が定着温度に到達するまでの時間を短縮することができるという効果が得られる。

第２の実施例の構成は、支持体の構成が第１の実施例と異なるものである。

図１０は第２の実施例における定着装置の構成を示す断面図、図１１は第２の実施例における面状発熱体および支持体の斜視図である。なお、上述した第１の実施例と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１０および図１１において、支持体９２は、定着部材としての定着ベルト２が摺動する中央部の距離と両端部の距離とが異なるように形成されている。その支持体９２の定着ベルト２が摺動する中央部の距離Ｌｃと、両端部の距離Ｌｆ（図中左）および距離Ｌｒ（図中右）との関係は、Ｌｃ≧Ｌｆ、かつＬｃ≧Ｌｒとなっている。そのほかの構成は、第１の実施例における支持体３と同様である。

なお、図１２に示すように支持体９３の定着ベルト２が摺動する中央部の距離Ｌｃと、両端部の距離Ｌｆ（図中左）および距離Ｌｒ（図中右）との関係を、Ｌｃ≦Ｌｆ、かつＬｃ≦Ｌｒの関係としてもよい。

支持体９２には熱伝導性、加工性の高いアルミニウムを主成分とする合金を用いる場合、その合金で曲面が形成された固有の押出し材を用い、曲面以外の部位をプレス加工し成形する。また、アルミニウムを主成分とする合金の板材をプレス加工し、全体を成形するようにしても良い。

上述した構成の作用について説明する。

支持体の定着ベルト２が摺動する中央部の距離をＬｃ、両端部の距離をＬｆ（図中左）およびＬｒ（図中右）とした場合、図１１に示す本実施例の支持体９２は、Ｌｃ≧Ｌｆ、かつＬｃ≧Ｌｒの関係となっており、Ｌｆ＝Ｌｃ＝Ｌｒの関係となっている図１に示す第１の実施例の支持体３とは異なっている。

図１に示す支持体３と図１１に示す支持体９２の体積、熱容量は同じであり、支持体と定着ベルト２が摺動する距離（Ｌｃ、Ｌｆ、Ｌｒ）が異なっている。

この２種類の構成におけるＡ４サイズの印刷媒体を縦送りする定着装置において、Ａ４サイズの印刷媒体の搬送方向における中央部のトナーを定着させる定着ベルト２の中央部の温度と、Ａ４サイズの印刷媒体の搬送方向における側端部のトナーを定着させる定着ベルト２の端部の温度を計測したところ、Ａ４サイズの印刷媒体の中央部のトナーを定着させる定着ベルト２の中央部の温度と、Ａ４サイズの印刷媒体の端部のトナーを定着させる定着ベルト２の両端部との温度差は、本実施例の支持体９２を備えた場合、５℃以下となり、第１の実施例の支持体３を備えた場合、１０℃以下となった。

以下に、その計測条件を示す。

定着ベルト２は、内径４０ｍｍ、基体をポリイミド（厚さ８０μｍ）、弾性層をシリコンゴム（厚さ１５０μｍ）、離型層をＰＦＡ（厚さ３０μｍ）、
定着ローラ１は、φ１６ 弾性層をシリコンスポンジ（厚さ１ｍｍ） ＡＳＫＥＲ Ｃ硬度８０度、
加圧ローラ５は、φ３６ 弾性層をシリコンゴム（厚さ１ｍｍ） ＡＳＫＥＲ Ｃ硬度８０度、
加圧部材９は、弾性層をシリコンゴム（厚さ１ｍｍ） ＪＩＳ−Ａ 硬度２０度、
加圧部材９の加圧力は、２０ｋｇ・ｆ、
面状発熱体４は、ステンレスヒータ 幅１２ｍｍ 出力１２００Ｗ、
補助ローラ８は、φ１４ 弾性層をシリコンスポンジ（厚さ４ｍｍ） ＡＳＫＥＲ Ｃ硬度３５度 押圧荷重 １．５ｋｇ・ｆ、
支持体３は、アルミニウムで厚さ１．５ｍｍであり、定着ベルト２との摺動部の面積は、４，０００ｍｍ^２、２種とも体積、熱容量は等しい、
定着ベルト２の目標温度は、１６０℃（２０℃から１６０℃に加熱）、
印刷媒体の搬送方向におけるニップ部の幅は、１３ｍｍ、
定着ベルト２の周速度は、７５ｍｍ／ｓとした。

以上のことから本実施例によれば、図１０および図１１に示す構成において支持体９２の定着ベルト２が摺動する距離を印刷媒体の搬送方向における幅方向の位置で調整することにより、Ａ４サイズの印刷媒体の搬送方向における中央部のトナーを定着させる定着ベルト２の中央部とＡ４サイズの印刷媒体の搬送方向における側端部のトナーを定着させる定着ベルト２の両端部との温度差を制御することが可能である。

なお、画像形成装置内の定着装置２６周辺の空気の流れ等の周辺環境により定着ベルト２の中央部と端部の放熱量は変化するため、図１２に示す構成の支持体９３で定着ベルト２の両端部との温度差を制御するようにしてもよい。

以上説明したように、第２の実施例では、第１の実施例の効果に加え、定着ベルトが摺動する支持体の中央部および端部の距離を調整することで、定着ベルトの媒体幅方向の温度を制御することができるという効果が得られる。

第３の実施例の構成は、定着装置の構成が第１の実施例と異なるものであり、その他の構成は第１の実施例と同様である。なお、上述した第１の実施例と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１３は第３の実施例における定着装置の構成を示す断面図、図１４は第３の実施例における定着装置の構成を示す斜視図である。

図１３および図１４において、定着装置２６は、定着ローラ１と、複数の部材に巻き掛けられ、用紙を搬送するために用紙とともに移動し、その用紙およびトナーに熱を供給する無端状の定着ベルト２と、定着ベルト２を加熱する熱源としての面状ヒータ（面状発熱体）１０４と、面状ヒータ１０４を支持する支持部材（支持体）１０３と、支持部材１０３に支持された面状ヒータ１０４をその支持部材１０３に定着ベルト２を介して押圧する押圧部材としての押圧ローラ１０８と、支持部材１０３の端部に固定されて定着ベルト２の移動方向における押圧ローラ１０８の下流に配置され、定着ベルト２の一面に接触する加圧部材（ニップ形成部材）としての定着パッド１０９と、定着ベルト２の移動方向における押圧ローラ１０８の下流に、定着パッド１０９および定着ローラ１に対向して配置され、定着ベルト２を定着パッド１０９および定着ローラ１に圧接する第３の加圧部材としての加圧ローラ５とを備え、図１３における矢印が示す媒体搬送方向に搬送される用紙７に未定着トナー６を定着させる。

なお、加圧ローラ５の内部にはローラ表面の温度上昇を加速させるために図示しないハロゲンヒータを有していてもよい。

定着ベルト２の温度は、図示しない温度検知手段により検出され、図示しない制御部により、所定の温度に保たれている。図示しない温度検知手段は、定着ベルト２の外側面または内側面に当接したもの、あるいは微小なギャップを設けた非接触のものであってもよい。

支持部材１０３は、レバー１２０に保持されており、ばね等の図示しない弾性体により、レバー１２０の支点１２０ａを支点として、支持部材１０３に固定された定着パッド１０９が、加圧ローラ５に圧接する図１３における矢印Ｇが示す方向に押し付けられている。

定着ローラ１は、レバー１２０と同じ支点１２０ａを有するレバー１２１に図示しないベアリングを介して回転自在に保持されており、ばね等の図示しない弾性体により、支点１２０ａを支点として加圧ローラ５に圧接する図１３における矢印Ｈが示す方向に押し付けられている。

押圧ローラ１０８は、定着ローラ１を保持しているレバー１２１に図示しないベアリングを介して回転自在に保持されており、ばね等の図示しない弾性体により、定着ベルト２を介して面状ヒータ１０４に圧接する図１３における矢印Ｊが示す方向に押し付けられている。

なお、押圧ローラ１０８の製品硬度はＡＳＫＥＲ-Ｃ硬度で３５度±５度、押圧荷重は１．５ｋｇ・ｆ±０．５ｋｇ・ｆとなっている。

また、図１４に示すように押圧ローラ１０８の幅方向の長さＬ１８と面状ヒータ１０４の幅方向の長さＬ１４、支持部材１０３の幅方向の長さＬ１３、及び定着ベルト２の幅方向の長さＬ１２の関係は、安定的に定着ベルト２を加熱するために、Ｌ１４≧Ｌ１８≧Ｌ１２≧Ｌ１３の関係となっている。

さらに、押圧ローラ１０８は、定着ベルト２を介して面状ヒータ１０４に圧接され、この圧接力で面状ヒータ１０４は支持部材１０３に押圧されて一体化されているので、面状ヒータ１０４の一方の面で定着ベルト２を加熱し、もう一方の面で支持部材１０３を加熱している。

加圧ローラ５は、定着ベルト２を介して、定着パッド１０９および定着ローラ１に対向する位置で、それぞれに当接している。

これらにより、加圧ローラ５が定着ベルト２を介して定着パッド１０９に当接する当接範囲である第１のニップ部と、加圧ローラ５が定着ベルト２を介して定着ローラ１に当接する当接範囲である第２のニップ部とが形成されている。

なお、定着ローラ１および加圧ローラ５の構成は、第１の実施例と同様である。

定着パッド１０９は、図１５に示すように表層１０９ａと弾性層１０９ｂにて構成され、例えば接着材で支持部材１０３に固定されている。定着ベルト２と接触する表層１０９ａは、通常シリコン系樹脂、またはフッ素系樹脂などの耐熱性が高く表面摩擦抵抗が低い樹脂材料が用いられる。弾性層１０９ｂは、通常シリコンゴム、またはスポンジ状シリコンゴム、フッ素ゴムなど耐熱性の高いゴム材料が用いられる。

定着ベルト２は、図５（ａ）に示すように薄い基体５１（ニッケル、ポリイミド、ステンレスなどからなる基体の場合は強度と可撓性を両立するため、厚さが好ましくは３０〜１５０μｍ位が適当）上に、弾性層５２としてシリコンゴム（低硬度と高熱伝導性を両立するため、厚さが好ましくは５０〜３００μｍ）又はフッソ樹脂（磨耗による減肉と高熱伝導性を両立するため、厚さが好ましくは１０〜５０μｍ）を薄く形成し、その弾性層５２の上に離型層５３を形成している。また図５（ｂ）に示すように基体５１上に離型層５３を設けたものでもよく、定着ローラ１、支持部材１０３、定着パッド１０９に対して離型層５３を外側にして配置されている。

離型層５３は、離型層３３と同様に耐熱性が高く、また成型後の表面自由エネルギーが低い樹脂、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）、ＦＥＰ（パーフルオロエチレン−プロペンコポリマー）などの代表的なフッ素系樹脂（厚さが好ましくは１０〜５０μｍ）を用いることができる。

なお、外側の表面粗さはＲａ：０.６（μｍ）以下で、内側の表面粗さはＲａ：５．０（μｍ）以下である。

また、定着ベルト２の幅方向の寸法は３２０ｍｍで、厚さは２６０μｍとなり、定着ベルト２は周速２００ｍｍ／ｓで回転し、カラー画像を１分間にＡ４サイズの用紙を横送りで４０枚に定着する。

支持部材１０３は、アルミニウム、銅など熱伝導性、加工性の高い金属、またはこれらを主成分とする合金、あるいは耐熱性、剛性の高い鉄、鉄系の合金類、ステンレスなどで構成されている。

定着ベルト２の回転方向に対して支持部材１０３の上流側の端部には、面状ヒータ１０４が接着されることなく支持部材１０３に載置され、面状ヒータ１０４は支持部材１０３に形成された図示しない係止部材で側面が係止され、ずれないようになっている。

また、支持部材１０３と面状ヒータ１０４は、押圧ローラ１０８で定着ベルト２を介して面状ヒータ１０４を支持部材１０３に押圧することで一体化し、面状ヒータ１０４の熱を支持部材１０３に伝達するようになっている。

また、支持部材１０３は、押圧ローラ１０８と加圧ローラ５との間において定着ベルト２と接触する湾曲部（曲面）が形成されており、その定着ベルト２との接触面には、摺動性を高めるためにフッ素系の樹脂を形成していてもよい。なお、支持部材１０３の幅方向の長さは３１５ｍｍで、湾曲部の半径が２２．５ｍｍ±１．０ｍｍとなり定着ベルト２の初期状態の内径とほぼ等しい。

さらに、支持部材１０３の定着ベルト２との接触面は、摺動性及び伝熱性を考慮して平滑であり、表面粗さをＲａ：６．３（μｍ）以下にする。面状ヒータ１０４を支持する部分は凹形状、またはＬ字形状になっている。

面状ヒータ１０４は、電流を流すことで発熱する発熱体であり、定着ベルト２の内側面と接触する面は平面であり、セラミックヒータ、ステンレスヒータなどが用いられる。図１６は、面状ヒータ１０４の分解斜視図であり、面状ヒータ１０４は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）などの基板１６０上に電気絶縁層１６１として薄くガラス膜を形成し、その上にニッケル−クロム合金あるいは銀−パラジウム合金の粉末をスクリーン印刷によってペースト状に抵抗発熱体１６３を形成し、また端部に銀など化学的に安定で電気抵抗の低い金属や、タングステンなどの高融点金属によって電極１６４を形成し、その上にガラス、あるいはＰＴＦＥ(ポリテトラフルオロエチレン)、ＰＦＡ(パーフルオロアルコキシアルカン)、ＦＥＰ(パーフルオロエチレン−プロペンコポリマー)などの代表的なフッ素系樹脂による保護層１６５で保護したものが用いられる。

この場合、定着ベルト２の内側面に接触する面は、抵抗発熱体１６３側の面かあるいはその反対側の保護層１６５で保護された面のどちらでもよい。なお、面状ヒータ１０４は効率よく定着ベルト２を加熱するために、定着ベルト２と支持部材１０３を加熱している。また、幅方向の長さは３７５ｍｍで発熱部の長さが３３０ｍｍとなり、３５０℃の時に出力１２００Ｗである。

押圧ローラ１０８の表面は、定着ローラ１あるいは加圧ローラ５と同様に弾性層を備え、例えばシリコンゴム、またはスポンジ状シリコンゴム、フッ素ゴムなど耐熱性の高いゴム材料が用いられる。

押圧ローラ１０８の芯金も、定着ローラ１あるいは加圧ローラ５と同様に一定の剛性を保つためにアルミニウム、鉄、ステンレスなどの金属製パイプまたはシャフトが用いられる。

また、弾性層の上に離型層として、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）、ＦＥＰ（パーフルオロエチレン−プロペンコポリマー）などの代表的なフッ素系樹脂（厚さが好ましくは１０〜５０μｍ）を形成してもよい。あるいは弾性層の代わりにシリコンオイル、フッ素オイルなどの離型剤を塗布するためのスポンジ材やフェルトであってもよい。

加圧ローラ５は、図示しないフレームにベアリングを介して回転自在に保持されており、図示しないギアを有している。このギアが用紙搬送部２４から回転駆動されることにより加圧ローラ５は図１３の矢印Ｃが示す方向に回転し、定着ベルト２は加圧ローラ５と、定着ローラ１は定着ベルト２との摩擦力によって従動することで図１３の矢印Ｄが示す方向に回転駆動される。

なお、用紙搬送部２４から回転駆動されるのは定着ローラ１でも良い。または、用紙搬送部２４から回転駆動されるのは定着ローラ１と加圧ローラ５の両方であっても良い。

また、定着ベルト２の一部には、駆動のためのトルクを低減するために、テンションが加わっていない部分がある。

さらに、加圧ローラ５が図１３の矢印Ｃが示す方向へ回転すると、定着ベルト２はニップ部に向けて矢印Ｄが示す方向に引っ張られる。また、定着ベルト２は押圧ローラ１０８と面状ヒータ１０４で圧接されているので矢印Ｅが示す方向に引っ張られ、定着ベルト２には矢印Ｆが示す方向に力が加わり、支持部材１０３の湾曲部と接触する。

図１７は第３の実施例における支持部材の側面図および斜視図であり、図１７（ａ）は側面図、図１７（ｂ）は斜視図である。

図１７において、支持部材１０３の形状の一部は、円弧状の形状ｒ１をなし、定着ベルト２と接触するベルト摺動部（湾曲部）、すなわち略半円筒状の曲面を形成している。形状ｒ１の半径は、定着ベルト２と支持部材１０３の接触を安定させるために、図１８に示す定着ベルト２の初期の円筒形状の内径Ｒの半径とほぼ等しいことが望ましい。

本実施例では、定着ベルト２の半径を２２．５ｍｍにしたので、支持部材１０３の円弧形状のベルト摺動部の半径も２２．５ｍｍである。ただし、定着ベルト２へ安定的な伝熱を考慮すると、支持部材１０３のベルト摺動部の半径は１５〜３０ｍｍまで許容できる。なお、上記の寸法は常温時に管理されている寸法である。

また、支持部材１０３の円弧形状は、図１９に示す支持部材１９３のように、定着ベルト２又は記録媒体７の波打ちや弛みによって、記録媒体７上の未定着のトナー６が第１のニップ部の手前において定着ベルト２に接触し、画像の乱れが発生しないよう角度θ１を確保し、定着ベルト２を自然な形状に近づけるために、定着ベルト２の回転方向の上流側の形状ｒ２の半径よりも下流側の第１のニップ部入り口近くの形状ｒ３の半径を小さくすることが望ましい。

上述した構成の作用について説明する。

図１３において、印刷動作時、つまり定着ベルト２が、加圧ローラ５によって矢印Ｄが示す方向に回転駆動されると、定着ベルト２は、加圧部材としての定着パッド１０９と加圧ローラ５との第１のニップ部と、押圧ローラ１０８と面状ヒータ１０４の圧接部との間で張架され、支持部材１０３の湾曲部に接触し、面状ヒータ１０４と支持部材１０３とに対して摺動しながら回転する。

電力が供給され、発熱している状態の面状ヒータ１０４によって、押圧ローラ１０８で面状ヒータ１０４に圧接された定着ベルト２と、面状ヒータ１０４と接触している支持部材１０３が加熱される。

この加熱された支持部材１０３は、回転駆動によって接触する定着ベルト２を加熱する。図示しない温度検知手段によって定着ベルト２の表面温度を検知し、これをもとに図示しない制御部によって面状ヒータ１０４への供給電力が制御され、定着ベルト２の表面を適正温度に維持する。

定着ベルト２が、押圧ローラ１０８と面状ヒータ１０４との第３のニップ部と、定着パッド１０９と加圧ローラ５との第１のニップ部の両方で挟持され、加圧ローラ５側の接触面により定着ベルト２が従動回転し始めると、第１のニップ部が回転駆動されてから、定着ベルト２を通じて第３のニップ部が従動するため、第１と第３のニップ部間で定着ベルト２が引っ張られ、支持部材１０３の湾曲部の摺動面に定着ベルト２が巻き付けられる。

なお、定着ベルト２を支持部材１０３に効果的に巻き付かせるためには、第１と第３のニップ部は、定着ベルト２の回転を中心とすると、９０度以上の位置関係にあるものとする。

トナー６が転写された記録媒体７は定着ベルト２に形成されたニップ部を通過して搬送され、記録媒体７上のトナー６が定着ベルト２及び加圧ローラ５による加熱及び加圧により記録媒体７に定着される。

ニップ部内において、定着ベルト２の弾性層５２と、定着パッド１０９の弾性層１０９ｂと、定着ローラ１の弾性層３２とは、記録媒体７の表面の凹凸による段差と、カラー画像で有ればトナー６が多層のために生じる段差に対して、弾性変形することで追従し、定着ムラのない良好な定着を行う。

このように、押圧ローラ１０８で定着ベルト２を支持部材１０３に押圧し、その支持部材１０３と面状ヒータ１０４とを一体化することにより、定着ベルト２および支持部材１０３を面状ヒータ１０４で安定的に加熱することが可能となった。

また、定着ベルト２が回転するときに、定着ベルト２を加圧部材としての定着パッド１０９と加圧ローラ５のニップ部と、面状ヒータ１０４と押圧ローラ１０８の圧接部との間で張架し、支持部材１０３の湾曲部の摺動面に接触させるようにしたことにより、面状ヒータ１０４で加熱された支持部材１０３から定着ベルト２へ伝熱することが可能となり、定着ベルト２を加熱する時間を長くすることが可能となった。

このように押圧ローラ１０８を設けたことにより、定着ベルト２を安定的に面状ヒータ１０４に接触させるとともに、面状ヒータ１０４を支持部材１０３に押圧して一体化することが可能となり、また定着ベルト２を定着パッド１０９と加圧ローラ５のニップ部と、面状ヒータ１０４と押圧ローラ１０８の圧接部との間で張架することにより、回転する定着ベルト２を支持部材１０３の湾曲部に接触させることが可能になったので、熱伝達効率が高くなり、定着ベルト２の加熱時間を短縮することが可能となった。

なお、本実施例では、定着ベルト２を安定的に面状ヒータ１０４に接触させる押圧部材として、押圧ローラを用いたが、定着ベルト２を面状ヒータ１０４に押付けることができるものであれば、スプリングなどの付勢手段によって定着ベルトを押圧するパッドを用いても良い。

以上説明したように、第３の実施例では、定着ベルトを介して面状ヒータを支持部材に押圧する押圧ローラを設け、面状ヒータの熱を支持部材に伝達し、その支持部材に回転する定着ベルトを接触させることにより、熱伝達効率が高くなり、定着ベルトの加熱時間を短縮することができるという効果が得られる。

図２０は第４の実施例における定着装置の構成を示す断面図である。なお、上述した第１および第３の実施例と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。

図２０において、定着装置２６は、定着ベルト２を張架するとともに、その定着ベルト２を内側から付勢する付勢手段としての張架ローラ２０１を備えている。

張架ローラ２０１は、図示しないレバーにベアリングを介して回転自在に保持されており、ばね等の図示しない弾性体により、定着ベルト２が支持部材１０３に接触する方向で、且つ定着ベルト２が面状ヒータ１０４と離れない方向、つまり図２１に示す面状ヒータ１０４と定着ベルト２との接触面と、定着ベルト２とのなす角度θ２が、矢印Ｍの方向に０度より大きくなるように、図２０における矢印Ｋが示す方向に付勢されている。

張架ローラ２０１の表面は、定着ローラ１あるいは加圧ローラ５と同様に弾性層を備え、例えばシリコンゴム、またはスポンジ状シリコンゴム、フッ素ゴムなど耐熱性の高いゴム材料が用いられる。芯金も同様に一定の剛性を保つためにアルミニウム、鉄、ステンレスなどの金属製パイプまたはシャフトが用いられる。また弾性層の上に離型層として、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）、ＦＥＰ（パーフルオロエチレン−プロペンコポリマー）などの代表的なフッ素系樹脂（厚さが好ましくは１０〜５０μｍ）を形成してもよい。

上述した構成の作用について説明する。

図２０において、印刷動作時、張架ローラ２０１で支持部材１０３に接触し、且つ面状ヒータ１０４から離れない方向に張架された定着ベルト２は、支持部材１０３と面状ヒータ１０４に対して摺動しながら加圧ローラ５によって矢印Ｄが示す方向に回転駆動される。

面状ヒータ１０４に電力が供給されることで付勢された押圧ローラ１０８で面状ヒータ１０４に圧接された定着ベルト２と、面状ヒータ１０４に一体化された支持部材１０３とが加熱される。この加熱された支持部材１０３は摺動回転する定着ベルト２を加熱する。

このように張架ローラ２０１を設けたことにより、定着ベルト２を安定的に支持部材１０３に接触させることが可能になったので、第３の実施例よりも熱伝達効率が高くなり、定着ベルト２の加熱時間をさらに短縮することが可能となった。

以上説明したように、第４の実施例では、張架ローラを設けたことにより、定着ベルトを安定的に支持部材に接触させることができ、熱伝達効率をさらに高め、定着ベルトの加熱時間をさらに短縮することができるという効果が得られる。

なお、第１の実施例から第４の実施例において、画像形成装置をプリンタとして説明したが、これに限られることなく、複合機（ＭＦＰ：Ｍｕｌｔｉ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌｓ）、ファクシミリ、または複写装置としてもよい。

また、定着ベルトは、無端状のベルトとして説明したが、終端を有するものであってもよい。

さらに、第１の実施例から第４の実施例の構成を組み合わせることによって、より効率良く定着ベルトを加熱することができる。

１ 定着ローラ
２ 定着ベルト
３、１０３ 支持体（支持部材）
４、１０４ 面状発熱体（面状ヒータ）
５ 加圧ローラ
６ トナー
７ 用紙（記録媒体）
８ 補助ローラ
９、１０９ 加圧部材（定着パッド）
２０ プリンタ（画像形成装置）
２３ ＬＥＤヘッド
２４ 用紙搬送部
２５ トナー像形成部
２６ 定着装置
１０８ 押圧ローラ
１２０、１２１ レバー
２０１ 張架ローラ

Claims (18)

1. 現像剤を加熱して媒体上に定着させる定着装置において、
   前記現像剤と前記媒体へ熱を供給する定着部材と、
   前記定着部材を加熱する発熱体と、
   前記発熱体を支持する支持部材と、
   前記定着部材を前記発熱体に押圧する押圧部材と、
   前記定着部材と当接する第２の加圧部材と、
   前記定着部材と当接する第３の加圧部材とを有することを特徴とする定着装置。
2. 請求項１の定着装置において、
   前記定着部材は、前記媒体とともに移動し、前記現像剤と前記媒体へ熱を供給する定着ベルトであり、
   前記押圧部材は、前記発熱体を前記支持部材に前記定着ベルトを介して押圧し、
   前記第２の加圧部材は、前記定着ベルトの移動方向における前記押圧部材の下流に前記定着ベルトの一面に接触し、
   前記第３の加圧部材は、前記定着ベルトを挟んで前記第２の加圧部材と対向して配置され、前記定着ベルトに前記媒体を押圧する加圧ローラであり、
   前記支持部材は、前記押圧部材と前記加圧ローラとの間で前記定着ベルトと接触していることを特徴とする定着装置。
3. 請求項２の定着装置において、
   前記定着ベルトは、無端状ベルトであることを特徴とする定着装置。
4. 請求項３の定着装置において、
   前記定着ベルトは、回転するときに前記押圧部材と前記加圧ローラとの間で張られて前記支持部材に接触することを特徴とする定着装置。
5. 請求項２、請求項３または請求項４の定着装置において、
   前記支持部材は、前記定着ベルトの移動方向における前記定着ベルトとの接触部の長さが前記移動方向に直交する方向で一定であることを特徴とする定着装置。
6. 請求項２、請求項３または請求項４の定着装置において、
   前記支持部材は、前記定着ベルトの移動方向における前記定着ベルトとの接触部の長さが前記移動方向に直交する方向の中央部と端部で異なることを特徴とする定着装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項の定着装置において、
   前記第２の加圧部材は、定着ローラであることを特徴とする定着装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項の定着装置において、
   前記支持部材は、押出し加工を用いて成型されていることを特徴とする定着装置。
9. 請求項１から請求項７のいずれか１項の定着装置において、
   前記支持部材は、板材からプレス加工を用いて成型されていることを特徴とする定着装置。
10. 現像剤を加熱して媒体上に定着させる定着装置において、
    前記現像剤と前記媒体へ熱を供給し、所定の方向へ移動する定着部材と、
    前記定着部材を加熱する発熱体と、
    前記発熱体を支持し、前記定着部材と摺動する摺動部を有する支持部材と、
    前記定着部材を前記発熱体に押圧する押圧部材と、
    前記定着部材と当接する第２の加圧部材と、
    前記定着部材と当接する第３の加圧部材とを有し、
    前記摺動部は、前記定着部材の移動方向における前記発熱体の下流側に配設されていることを特徴とする定着装置。
11. 請求項１０の定着装置において、
    前記定着部材は、前記媒体とともに移動し、前記現像剤および前記媒体へ熱を供給する定着ベルトであり、
    前記押圧部材は、前記発熱体を前記支持部材に前記定着ベルトを介して押圧し、
    前記第２の加圧部材は、前記定着ベルトの移動方向における前記押圧部材の下流で前記定着ベルトの一面に接触し、
    前記第３の加圧部材は、前記定着ベルトを挟んで前記第２の加圧部材と対向して配置され、前記定着ベルトに前記媒体を押圧する加圧ローラであり、
    前記支持部材は、略半円筒状の曲面が形成され、前記押圧部材と前記第２の加圧部材との間で前記曲面が前記定着ベルトと接触していることを特徴とする定着装置。
12. 請求項１１の定着装置において、
    前記第２の加圧部材は、前記支持部材に形成されていることを特徴とする定着装置。
13. 請求項１１または請求項１２の定着装置において、
    前記定着ベルトは、無端状ベルトであり、
    前記曲面の半径が、前記定着ベルトの半径と略等しいことを特徴とする定着装置。
14. 請求項１１または請求項１２の定着装置において、
    前記定着ベルトは、無端状ベルトであり、
    前記定着ベルトの移動方向における下流側の前記曲面の半径が、上流側の前記曲面の半径より小さいことを特徴とする定着装置。
15. 請求項１３または請求項１４の定着装置において、
    前記定着ベルトは、回転するときに前記押圧部材と前記加圧ローラとの間で張られて前記曲面に接触することを特徴とする定着装置。
16. 請求項１３から請求項１５のいずれか１項の定着装置において、
    前記定着ベルトを張架する張架ローラを設け、
    前記定着ベルトは、前記曲面に接触することを特徴とする定着装置。
17. 請求項１６の定着装置において、
    前記張架ローラは、前記定着ベルトを前記曲面に接触させる方向かつ前記発熱体へ接触させる方向へ付勢されていることを特徴とする定着装置。
18. 請求項１から請求項１７のいずれか１項の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。

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