JP4298272B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、定着装置および画像形成装置に関し、さらに詳しくは、ベルトを用いて記録体上の未定着画像を定着するための構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機やファクシミリあるいはプリンタさらには印刷機などの画像形成装置においては、紙などのシート状記録媒体（以下、シートと称する）上に転写されて担持されている未定着画像を加熱定着することで複写物や記録物を得ることができる。
定着装置には、一対のローラによりシートを挟持搬送しながら一方のローラからシート上の未定着画像を加熱する構成がある。
【０００３】
ローラ同士による定着を行う構成とは別に、ローラとベルトとを組み合わせた構成がある（例えば、特許文献１）。
この構成では、図８に示すように、未定着画像に対面する側に位置するローラに代えて、一対のローラＡ、Ｂに掛け回されたベルトＣを未定着画像に対面させるように配置し、ローラの一つＡにはシートを圧接する加圧ローラＤが対峙させてある。
ベルトＣが掛け回されているローラのうちで、加圧ローラＤと対峙するローラＡは、シートＳのトナーＴを担持する面と対向する定着ローラとされ、この定着ローラ以外のローラＢ、Ｄはベルトを加熱するための熱源Ｂ１，Ｄ１が内蔵された加熱ローラとされている。
【０００４】
ベルトは、ローラに比べて体積が小さくされることで熱容量を小さくできるので、短時間での温度上昇が可能であり、上述したローラ対のみを用いた場合に比べて始動時での温度立ち上がりが早いという利点がある。
【０００５】
一方、定着ベルトを用いた定着装置においては、ベルトＣが加圧ローラＤの周面に沿って当接することでシートＳを搬送挟持できる第１のニップ部がシートＳの移動方向（図８中、矢印で示す方向）上流側に構成され、上記ニップ部に連続して加圧ローラＤに対峙する定着ローラＡとの間でシートＳを挟持搬送できる第２のニップ部が構成されるようになっている。
シートＳは、上流側に位置する第１のニップ部に向けて進入し、ベルトＣと加圧ローラＤ周面との間を移動しながら第２のニップ部に向かい、第２のニップ部を通過した後に定着ローラＡの曲率を利用して分離される。このように定着ベルトを用いた場合には、ローラ対を用いた構成に比べてシートが受熱する範囲を長くすることができる利点がある。
【０００６】
ところで、図８に示した構成においては、ベルトＣと加圧ローラＤとで構成される第２のニップ部を確保するために、加熱ローラＢは第１のニップ部よりもシートＳの移動方向上流側に配置されている。このため、第１のニップ部に向けて指向されるシートＳはベルトＣと加圧ローラＤとの間の極めて狭い角度θ内に進入しなければならず、ベルトＳに接近した状態で移動する。従って、ベルトＣやシートＳの平面性が悪い場合、つまり、ベルトＣやシートＳに波打ち現象や弛みがあると、シートＳに担持されている未定着のトナーＴがベルトＣに接触しやすくなり、画像ずれやベルトＣへの不用意な転移が発生してしまう。
従来、このような不具合の発生を防ぐために、第１のニップ部に進入する側のベルト裏面に加圧ローラＤに向けてベルトＣを押し付けるための弾性部材を配置した構成（例えば、特許文献２）や、第２のニップ部を構成するベルト領域に対してこの領域での加圧ローラＤに対してベルトＣを圧接させるためのパッド状部材を配置する構成（例えば、特許文献３乃至５）が提案されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−３０７４９６号公報（請求項１，図１）
【特許文献２】
特開平９−１６０４０５号公報（段落番号「００１３」、「００２１」欄、図１，２）
【特許文献３】
特開平１１−２９７９号公報（段落番号「０００７」欄、図１）
【特許文献４】
特開平１１−４５０２５号公報（段落番号「００３６」欄、図１）
【特許文献５】
特開平１０−３０７４９３号公報（段落番号「００２８」欄、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ベルトの圧接用として弾性部材を用いた場合には、弾性部材とベルトとの表面間での摺動性や耐摩耗性に関して問題が生じやすく、ベルトの移動性、つまりシートの搬送性や押圧用部材の耐久性の信頼性が低い。このため、弾性部材を用いた場合には、特開平９−１６０４０５号公報に開示されているように、あるいは図９に示すように、弾性部材をローラ状としてベルトの移動性を損ねないようにする構成となり、この結果、ローラの軸支構造などが必要となるという不具合が生じる。しかも、ローラとした場合には、加圧ローラの周方向に沿った押圧領域、が押圧用ローラ周面の一部のみとなり極めて狭い範囲に限られてしまい、ニップ領域内でのベルトの弛みや浮き上がりを確実に防止することができない結果を招く虞がある。
【０００９】
ベルトを用いる場合、先に挙げた特許文献３あるいは４さらには特許文献５に開示されているように、ベルトとこれを加熱する加熱ローラとの圧接状態を維持するためにベルトを加熱ローラに向けて加圧する部材が設けられている。このような構成では、加圧部材とベルトとが対向する位置と加熱ローラとベルトとが対向する位置とにそれぞれシートを挟持搬送可能なニップ部が形成される。このように、複数箇所にニップ部を構成する場合には、スリップやローラの歪みが原因する周速差が発生しやすくなり、対向部材間での周速差による異常画像が発生しやすいという不具合がある。異常画像は、シートの移動方向上流側に位置するニップ部において加熱されたトナーが中途半端に溶融した状態でベルトにオフセットし、オフセットしたトナーがシートの移動方向下流側に位置するニップ部においてシートにおける画像転写位置と異なる位置に再転移することで発生する。特にこのような現象は、紛塊状のトナーを溶融させる初期段階に位置するニップ部の長さが短いほど顕著となる。特に、図９に示した構成では、第１のニップ部が押圧用ローラ周面の一部で構成されることになり、ニップ部の長さが極めて短く、異常画像が発生しやすくなる。
【００１０】
トナーの再転移による異常画像をなくすには、先の特許文献にも挙げられているように、加熱ローラとベルトとの圧接により構成されるニップ部の長さを確保することが必要となる。しかし、ニップ部の長さを長くするには加熱ローラの周長を長くしなければならず、結果として加熱ローラの曲率半径を小さくすることができない。このため、ベルトを加熱するローラでの温度立ち上がりに時間がかかることになり、ベルトを用いた場合に得られる作用である温度の立ち上がりを早くできるという現象を得ることが難しくなる。
【００１１】
上記ニップ部でのシートと加熱ローラとの接触状態を確保するには、加熱ローラに向けて上記シートを高荷重により押圧することが考えられるが、このような方法では、ニップの入り口においてベルトの回転に対して負荷が大きくなり、ベルトの移動性、つまりシートの搬送性やベルトの耐久性を良好に維持することが難しくなる。
【００１２】
一方、ニップ部を長くする方法として加熱ローラに対峙してベルトによるニップ部を構成するローラにゴム層などを用いて弾性を持たせ、いわゆる、加熱ローラへのベルトの密着性を改善する方法があるが、ゴム層を介して加熱ローラにベルトを押し付ける側の部材にはある程度の剛性が必要となり、結果として、押し付ける部材がローラである場合には肉厚な構造となる。このため、熱容量の増加を招いて温度の立ち上がりを悪化させてしまうことになる。
【００１３】
ニップ部を長くする他の方法として、加熱ローラの周長を長くして、いわゆる、曲率半径を大きく設定する方法がある。しかし、この方法においては、ニップ部を通過したシートの曲率分離が不十分となりやすい。特に、トナーのオフセットを防止するための離型剤を用いないようにした場合に上述した分離不能が起こりやすくなる。
【００１４】
本発明の目的は、上記従来の定着装置における問題、特に、シートに対するニップ部を構成する部材の一つにベルトを用いた定着構造における問題に鑑み、ベルトの平面性つまりベルトの波打ち現象や弛みを改善し、それに起因するズレやベルトへの不用意なトナーの転移を防止できると共に、離型剤を用いない場合でも分離特性を向上させることができる構成を備えた定着装置および画像形成装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、シートに担持された未定着画像中のトナーを定着する装置であって、複数の部材に掛け回されて未定着トナー像と接触する移動可能な無端ベルトと、該複数の部材の一つが第３部材として当該無端ベルトを加熱する加熱部材と、複数の部材の他の一つである、上記ベルトを挟んで加圧部材に対峙させた第２部材と、該複数の部材のさらに他の一つである、上記ベルトを挟んで加圧部材に対峙させた第１部材とを備え、当該第１部材は金属若しくは樹脂からなり、一部が上記加圧部材の形状に倣う形状とされている固定部材で形成されており、第１ニップ部が前記加圧部材と前記第１部材との押圧領域に形成され、第２ニップ部が前記第２部材と加圧部材との押圧領域に形成され、未定着トナー像を担持したシートを前記第１ニップ部に続いて第２ニップ部を通過させることにより定着を行うことを特徴としている。
【００１７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明に加えて、上記固定部材における上記ベルトとの対向面には摩擦低減部が設けられていることを特徴としている。
【００１８】
請求項３記載の発明は、請求項１乃至２のうちの一つに記載の発明に加えて、上記固定部材は、上記ベルトが上記第１ニップ部に進入する際のガイド部を構成していることを特徴としている。
【００１９】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のうちの一つに記載の発明に加えて、上記固定部材は、上記加圧部材に対峙する部材と対向する端部が該部材に近接するように配置されていることを特徴としている。
【００２０】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のうちの一つに記載の発明に加えて、上記第１部材として用いられる固定部材と加圧部材との押圧領域に形成される第１ニップ部の長さが、上記第２部材と上記加圧部材との押圧領域に形成される第２ニップ部の長さよりも長く設定されていることを特徴としている。
【００２１】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のうちの一つに記載の発明に加えて、上記第２部材と上記加圧部材との押圧領域に形成される第２ニップ部での単位面積当たりの圧力に対して上記固定部材と上記加圧部材との押圧領域に形成される第１ニップ部での単位面積当たりでの圧力を小さくしたことを特徴としている。
【００２２】
請求項７記載の発明は、請求項１乃至6のうちの一つに記載の発明に加えて、上記固定部材には、上記ベルトと対向する面に該ベルトの移動方向に平行する溝が複数設けられていることを特徴としている。
【００２３】
請求項８記載の発明は、請求項１乃至7のうちの一つに記載の定着装置を画像形成装置に用いることを特徴としている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明実施例による定着装置を適用した画像形成装置の一つを示す図であり、同図に示す画像形成装置は、フルカラー画像を形成可能な複写機あるいはプリンタが用いられる。画像形成装置には、この他に、受信した画像信号に基づき上述した複写機およびプリンタと同様な画像形成処理が可能なファクシミリ装置がある。なお、画像形成装置には、上述したカラー画像を対象とするだけでなく、単一色の画像を対象とする装置も勿論含まれる。
【００２５】
図１に示す画像形成装置１は、色分解（イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック）された色に対応する画像を形成可能な複数の感光体ドラム１Ａ、２Ａ、３Ａ、４Ａを備えており、各感光体ドラムに形成された可視像が各感光体ドラムに対峙しながら移動可能な転写ベルト５によって搬送される記録媒体である転写紙Ｓにそれぞれ重畳転写されるようになっている。
【００２６】
いま、一つの感光体ドラム１Ａを代表して画像形成処理に係る構成を説明すると次の通りである。なお、他の感光体ドラム２Ａ〜４Ａに関しても同様な構成であるので、便宜上、感光体ドラム１Ａに関して付した符号を各感光体ドラムの部品番号に付けて示す。
感光体ドラム１Ａの周囲には、矢印で示す回転方向に沿って画像形成処理を実行するためにコロトロンあるいはスコトロトン等の構成を用いた帯電装置１Ｂ（図１では、ローラを用いた構成が示されている）、レーザ光を用いる書き込み装置１Ｃ、現像装置１Ｄおよびクリーニング装置１Ｅがそれぞれ配置されている。図１に示す画像形成装置１では、これら画像形成処理を実行する装置が配置されている画像形成部の上部に原稿読み取り部６が配置されており、原稿載置台６Ａ上に載置された原稿を読み取り装置７によって読みとった画像情報を図示しない画像処理制御部に出力し、上述した書き込み装置１Ｃに対する書き込み情報が得られるようになっている。帯電装置１Ｂは、ローラを用いた接触式に限らず、放電ワイヤを用いたコロナ放電式を用いることも可能である。
本実施例では、現像装置の配列が、図１において転写ベルト５の展張部における右側からイエロー、シアン、マゼンタおよびブラックのトナーを供給できる順序で配列されている。
【００２７】
読み取り装置７は、原稿載置台６Ａ上に載置されている原稿を走査するための光源７Ａおよび原稿からの反射光を色分解毎の色に対応して設けられているＣＣＤ７Ｂに結像させるための複数の反射鏡７Ｃと結像レンズ７Ｄとを備えており、色分解毎の光強度に応じた画像情報が各ＣＣＤ７Ｂから画像処理制御部に出力される。
【００２８】
転写ベルト５は、複数のローラに掛け回されたポリエステルフィルムなどの誘電体で構成された部材であり、展張部分の一つが各感光体ドラム１Ａ〜４Ａに対峙し、各感光体ドラムとの対峙位置内側には、転写装置８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄが配置されている。転写ベルト５に対しては、レジストローラ９を介して給紙装置１０の給紙カセット９Ａ内から繰り出されたシートＳが給送され、シートＳが転写ベルト５に対して転写装置８Ａからのコロナ放電により静電吸着されて搬送される。
【００２９】
各感光体ドラム１Ａ〜４Ａからの画像転写が終了したシートＳが移動する位置にはシートＳの分離装置１１が、また、展張部分における感光体ドラム１Ａ〜４Ａと対向する部分と反対側の部分にはベルトを挟んで対向する除電装置１２が配置されている。なお、図１中、符号１３は、転写ベルト５に残存しているトナーを除去するクリーニング装置を示している。
転写装置８Ａ〜８Ｄは、正極のコロナ放電を用いて感光体ドラム１Ａ〜４Ａに担持されている画像をシートＳに向けて静電吸着させる特性とされている。
【００３０】
分離装置１１は、シートＳの上面から負極性のＡＣコロナ放電を行うことによりシートＳに蓄積している電荷を中和して静電的な吸着状態を解除することにより転写ベルト５の曲率を利用した分離を可能にすると共に分離の際の剥離放電によるトナーチリの発生を防止するようになっている。また、除電装置１２は、転写ベルト５の表裏両面から転写装置８Ａ〜８Ｄによる帯電特性と逆極性となる負極性のＡＣコロナ放電を行うことにより転写ベルト５の蓄積電荷を中和して電気的初期化を行うようになっている。
【００３１】
各感光体ドラム１Ａ〜４Ａでは、帯電装置１Ｂ〜４Ｂによって感光体ドラム１Ａ〜４Ａの表面が一様帯電され、原稿読み取り部６における読み取り装置７によって読み取られた色分解色毎の画像情報に基づき書き込み装置１Ｃ〜４Ｃを用いて感光体ドラムに静電潜像が形成され、該静電潜像が現像装置１Ｄ〜４Ｄから供給される色分解色に対応する補色関係を有する色のトナーにより可視像処理されたうえで、転写ベルト５に担持されて搬送されるシートＳに対して転写装置８Ａ〜８Ｄを介して静電転写される。
【００３２】
各感光体ドラム１Ａ〜４Ａに担持された色分解毎の画像が転写されたシートＳは、除電装置１１により除電された上で転写ベルト５の曲率を利用して曲率分離された後に定着装置１４に移動して未定着画像中のトナーが定着されて排出される。
【００３３】
定着装置１４は、その構成が図２に示されている。
図２において定着装置１４は、複数の部材に掛け回されてシートの搬送が可能な無端ベルトが用いられる定着ベルト１５を備えている。
定着ベルト１５が掛け回される複数の部材の一つが、第３部材として内部に熱源であるハロゲンヒータ１６Ａを備えた加熱ローラ１６であり、複数の部材の他の一つは、定着ベルト１５を挟んで加圧ローラ１７に対峙する第２部材として用いられる定着ローラ１８であり、さらに、複数の部材のさらに他の一つの部材は、加熱ローラ１６と定着ローラ１８との間に位置してこれら両ローラ間で定着ベルト１５を周回させることができる第１部材として用いられる固定部材１９である。固定部材１９の詳細に関して後で説明する。
【００３４】
定着ベルト１５は、耐熱性樹脂が基体として用いられ、樹脂としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等が用いられる。基体の厚さは、熱伝導と強度とのバランスを考慮して３０〜１００μｍ程度に設定され、表面にはシートＳおよびトナーＴと加圧接触した際の離型性、耐熱性に優れた材料、例えば、フッ素系樹脂などを用いた表面離型層が被覆されて設けられている。さらに表面離型層の下部には、画像に対する均一接触のために１００〜３００μｍ程度の厚さを持つシリコーンゴムやフッ素ゴムなどの耐熱ゴムからなる弾性層が設けられている。
【００３５】
加熱ローラ１６は、肉厚が０．３〜１ｍｍ程度で２０〜３０φのアルミニュウム（Ａｌ）あるいは鉄（Ｆｅ）製の薄肉ローラで構成され、内部には熱源となるハロゲンヒータ１６Ａが配置されている。ハロゲンヒータ１６Ａの点灯制御は加熱ローラ１６に接触する温度制御部材２０による温度検知により表面温度を一定に維持されるようになっている。
加熱ローラ１６は、定着ベルト１５のテンションローラとしての機能も備えており、このため、図２中、太矢印で示すように、図示しない引張りスプリング等の付勢手段により定着ベルト１５に張力を生じさせている。
【００３６】
加圧ローラ１７は、前述したアルミニュウム（Ａｌ）あるいは鉄（Ｆｅ）製芯金の外周にフッ素ゴム、シリコーンゴムなどの弾性体層とフッ素系樹脂からなる表面離型層を備えている。
本実施形態では、弾性体層の厚さとして、０．５〜５ｍｍ程度に設定され、表面硬度がＡｓｋｅｒＣ７０〜９０Ｈｃに設定されている。また、内部にローラの表面温度上昇を加速させるための熱源としてハロゲンヒータ１７Ａを配置することもある。
【００３７】
定着ローラ１８は、２０〜３０φの鉄（Ｆｅ）製芯金外周にニップ幅を得るために、例えば、発泡シリコーンゴムや液状シリコーンゴムで構成された耐熱弾性体層を備えており、耐熱弾性体層は、厚さ３〜６ｍｍ前後に設定され、表面硬度がＡｓｋｅｒＣ３０〜５０Ｈｓ程度に設定されている。
【００３８】
定着ベルト１５が掛け回されている複数部材のうちで、加熱ローラ１６および定着ローラ１８に加えて第１部材としての固定部材１９は、定着ローラ１８と共に定着ベルト１５を加圧ローラ１７の周面に圧接させてシートの挟持搬送が可能な位置に配置された金属若しくは樹脂で構成されており、本実施形態では、加圧ローラ１７の周面に定着ベルト１５が圧接を開始する位置に配置されて定着ベルト１５の掛け回し部と加圧ローラ１７に対する押圧部とを兼ねている。
【００３９】
固定部材１９に用いられる材料としては、鉄、ステンレスあるいはアルミニュウムなどの金属さらには、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の耐熱性をもつ樹脂が用いられ、加圧ローラ１７と対向する面が加圧ローラの表面、つまり周面形状に倣う形状となるようにその周面の曲率に合わせて平面形状あるいは下向き円弧状などの凹状に形成されて加圧ローラ１７に対する定着ベルト１５の当接性を良好にしている。
【００４０】
固定部材１９における定着ベルト１５との対向面には、シートＳの移動方向に平行する溝（図示されず）がシートの移動方向と直角な方向に沿って複数形成されており、本実施形態では、幅０．２〜０．５ｍｍ、深さ０．２〜０．５ｍｍに設定された溝がシートの移動方向に沿って複数形成されている。また、固定部材１９における定着ベルト１５との対向面には、摩擦低減部が設けられており、本実施形態では、テフロン（登録商標）等のフッ素系樹脂あるいはガラス繊維のシートが積層されて構成されている。この場合の積層は、シート状のものを捲装することによりあるいは塗装などにより構成される。
【００４１】
固定部材１９は、定着ローラ１８と共に定着ベルト１５を加圧ローラ１６の周面に沿わせて展張する位置に配置され、定着ベルト１５を加圧ローラ１６に圧接させてシートの移動方向上流側において加圧ローラ１６との押圧領域に形成される第１のニップ部（図２中、符号Ｌ１で示す部分）の入り口部を備えて構成されている。このため、固定部材１９は、定着ベルト１５が固定部材１９の表面を周回する際に、定着ベルト１５が進入するガイド部として機能する。
第１のニップ部Ｌ１に対して第２のニップ部（図２中、符号Ｌ２で示す部分）は、加圧ローラ１７とこれに対峙する定着ローラ１８とでシートＳが挟持搬送される部分に相当している。
【００４２】
一方、固定部材１９における加圧ローラ１７の周面に沿って設けられている端部、つまり、定着ローラ１８と対向する端部は、定着ローラ１８との間の隙間（図２中、第１のニップ部Ｌ１と第２のニップ部Ｌ２との端部同士が対向する間隔）を極小にできる位置まで近接させてある。これにより、定着ベルト１５が加圧ローラ１７の周面に沿って移動する際にニップ部を外れる距離を極小にしてシートの浮き上がりを抑制している。
【００４３】
図２において、第１のニップ部Ｌ１と第２のニップ部Ｌ２との長さは、Ｌ１＞Ｌ２の関係が設定されている。つまり、固定部材１９と加圧ローラ１７とで構成される第１のニップ部Ｌ１の長さが、定着ローラ１８と加圧ローラ１７とで構成される第２のニップ部よりも長くされている。これにより、第１ニップ部Ｌ１に進入したシートＳに対する受熱時間を長くして未定着状態にあるトナーＴを溶融軟化させてゴム状とすることにより、ゴム状でない場合に発生する現象である、ベルトへのトナーの逆転移を防止して逆転移したトナーがシートの他の部分に付着することによる異常画像の発生を防止する。
【００４４】
本実施形態においては、第１のニップ部Ｌ１と第２のニップ部Ｌ２との間での面積当たりの圧力関係が、Ｐ１（第１のニップ部での圧力）＜Ｐ２（第２のニップ部での圧力）となる関係とされている。これにより、第１のニップ部Ｌ１において定着ベルト１５に作用する負荷を第２のニップ部Ｌ２よりも小さくして定着ベルト１５の移動性を阻害しないようにすることにより加圧ローラ１７との間で周速差が生じるのを防止している。
【００４５】
本実施形態は以上のような構成であるから、転写後のシートＳは、第１のニップ部Ｌ１に続いて第２のニップ部Ｌ２を通過する。つまり、シートＳは、定着装置１４に達すると、固定部材１９にガイドされて即座に第１のニップ部Ｌ１、つまり、固定部材１９により加圧ローラ１７に向けて押圧される定着ベルト１５における加圧ローラ１７との対向面内に入り込み、第１のニップ部Ｌ１を移動する。
【００４６】
第１のニップ部Ｌ１の手前、つまり、第１のニップ部Ｌ１にシートが入り込む直前の位置にはシートＳをガイドするガイド部Ｌ１０が設けられており、定着ベルト１５は、そのガイド部Ｌ１０に沿って掛け回されているのでシートＳの第１のニップ部Ｌ１に進入する空間を広く確保することができる。従って、従来の構成と違って、ニップ部に至る途中で定着ベルト１５やシートＳに波打や皺が発生していても即座に第１のニップ部Ｌ１に入り込めることにより定着ベルト１５により未定着トナーＴを擦るような事態がなくなり、しかも、トナーＴの転移が生じない。
【００４７】
以上のような実施形態によれば、定着ベルト１５の捲回部をなす固定部材１９をシートＳのガイド部として用い、シートが指向される第１のニップ部Ｌ１の始発位置にそのガイド部が位置していることにより、シートＳを近隣部材に接触させることなく加圧ローラ１７に押圧して定着作業を開始させることが可能となり、捲回部としての部材以外にニップ部を構成する部材を設ける場合と違ってニップ部を構成する部材を簡略化することができる。
【００４８】
次に、上記実施形態に関する変形例について説明する。なお、以下の図面において、図２に示した構成と同じ部材は同符号により示し、その詳細な説明は省く。
図３は、固定部材１９に弾性を持たせたことを特徴とする構成を示しており、同図において、固定部材１９における定着ベルト１５に対向する面には、厚さ１〜５ｍｍ程度の発泡シリコーンゴムあるいは液状シリコーンゴムを用いた弾性体層２１が一体化されており、さらに弾性体層２１における定着ベルト１５と対向する面にはフッ素系材料やガラス繊維のシートを用いた摩擦低減層（便宜上、図３において符号２２で示す）が設けられている。なお、弾性体層２２に用いる材料としては、上述した材料の他に、ガラスやセラミックからなるフェルトを用いることも可能である。
【００４９】
上記構成においては、固定部材１９に弾性体層２２を設けることにより、第１のニップ部Ｌ１での均一な押圧状態を得ることができるとともに、定着ベルト１５への過剰な負荷増加を弾性体層２２の弾性変形により吸収することができる。これにより、定着ベルト１５の搬送抵抗増加を抑制してシートＳと定着ベルト１５との間で周速差が発生するのをなくして異常画像の発生を防止することができる。
【００５０】
次に、図２に示した構成の一部変形例について説明する。
図４は、図２において示した加熱ローラに代えて、加熱面積を増大できる構成を備えたことを特徴としている。
図４において、加熱ローラ１６が位置していた箇所には、半円弧状の形状をなす面状ヒータ２３が設けられている。
面状ヒータ２３は、鉄（Ｆｅ）あるいはアルミニュウム（Ａｌ）などからなる基体の表面にセラミックやポリイミド等の薄い絶縁層を介して銀（Ａｇ）等による抵抗発熱層を備えている。このような面状ヒータ２３は、ローラを用いる場合に比べて小さなスペースで定着ベルト１５を加熱できると共に、熱容量も小さいので、温度の立ち上がり時間を短くすることができる。
面状ヒータ２３は、半円弧状の両端が図示しない部材により支持されており、図示しない付勢手段により太矢印で示すように、定着ベルト１５に張力を負荷させる方向に付勢されている。
【００５１】
図４に示した面状ヒータ２３を用いる構成は、図３に示した構成にも適用することができ、図５は、図３に示した構成を対象として面状ヒータ２３を設けた場合が示されている。
【００５２】
次に、図２に示した加圧ローラ１７が用いられる加圧部材に関する変形例について説明する。なお、以下の図において図２に示すものと同じ構成部材に関しては同符号とし、その詳細な説明は省く。
図６は、図４に示した構成を対象として、加圧ローラ１７に代えて加圧固定部材２４を用いた構成を示す模式図である。
図６において、加圧固定部材２４は、耐熱性樹脂や金属で構成され、第１のニップ部Ｌ１および第２のニップ部Ｌ２の両方に亘って定着ベルト１５と対峙することによりシートＳの挟持搬送路を構成する加圧ベルト２５が外表面に捲装されている。
加圧固定部材２４は、加圧ベルト２５における定着ベルト１５と対峙する面の裏側に配置されており、加圧ベルト１５と接触する側に摩擦低減層２６が、そして摩擦低減層２６と加圧固定部材２４との間には弾性体層２７がそれぞれ積層されて設けられている。
【００５３】
加圧ベルト２５は、第１，第２の各ニップ部Ｌ１，Ｌ２を定着ベルト１５と共に移動するように平面形状とされており、第２ニップ部Ｌ２において当接している定着ベルト１６によって駆動されて図示矢印方向に移動するようになっている。
【００５４】
上記構成においては、加圧ベルト２５が加圧ローラ１７の場合と違って平面形状であるので、ニップ部の長さを長くすることができ、これにより、トナーの溶融軟化および浸透性を向上させることができ、定着性を向上させることができる。しかも、定着ベルト１５に接触して温度上昇する部分がローラと違って薄肉であることから、低い熱容量とすることができ、これにより、温度の立ち上がりに要する時間を短縮することができる。
【００５５】
なお、上記構成において加圧固定部材２４は、シートＳの裏側、つまり、トナーＴの担持面の裏側に位置しているので、定着ベルト１５と違って、第１のニップ部Ｌ１の始発位置からさらにシートの移動方向上流側に向けて延長することができる。このため、延長された部分から固定部材に対向する位置までの間に構成できる定着ベルト１５からの伝熱領域を定着ベルト１５よりも長くしてシートＳの予熱区間とすることでトナーＴの溶融軟化を促進してシートＳへのトナーＴの浸透を速めるようにすることができる。
【００５６】
図６に示した加圧固定部材の構成は図５に示した構成に対しても適用することができ、図７は、図５に示した構成を対象として加圧固定部材２４を設けた場合が示されている。
【００５７】
【発明の効果】
請求項１および５記載の発明によれば、ベルトの周回部の一つに相当して加圧部材に対峙する部材と共にベルトを加圧部材に圧接させるためにベルト掛け回し部材として機能すると共にニップ部の入り口部をなす第１部材である固定部材が用いられているので、ベルトの掛け回し部をそのままニップ部の入り口部材として兼用できる。特に、請求項２記載の発明では、固定部材の一部が加圧部材の表面に倣う形状とされることにより小さな荷重によっても長くて均一圧力で密着するニップ部を構成することができ、ベルトの搬送性の悪化や圧力分布の違いによる定着効率の違いをなくせるようになり、さらに請求項６記載の発明では、固定部材と加圧部材とで構成される第１のニップ部の長さを加圧部材とこれに対峙する部材とで構成される第２のニップ部の長さよりも長くしているので、複数のニップ部を構成した場合でも、最初のニップ部の構成により予めトナーの溶融状態が得られ、この状態でトナーをゴム状態、つまりベルトへの逆転移が起こらない状態にすることができる。この結果、複数のニップ部を構成した場合にそのニップを構成する部材簡での周速差が発生した場合でも、トナーの一部がベルトに逆転移して異常画像が発生するのを確実に防止することが可能となる。
【００５８】
請求項２記載の発明によれば、固定部材におけるベルトとの対向面に摩擦低減部が設けられているので、ベルトの摺動性を悪化させることがない。これにより、周速差の発生を抑えて異常画像の発生を防止することが可能となる。
【００５９】
請求項３記載の発明によれば、固定部材がニップ部にベルトが進入する空間を広く確保できる進入ガイド部を構成しているので、従来の構成と違ってニップ部に至る途中でベルトとシートとが接触しないようにできる。この結果、ベルトやシートに波打ちや皺が発生していても即座にニップ部に入り込めることができることによりベルトにより未定着トナーを擦るような事態をなくせるばかりでなく、トナーの転移も防止して異常画像が発生するのを防止することが可能となる。
【００６０】
請求項４記載の発明によれば、固定部材の端部が加圧部材に対峙する部材と近接するように配置されているので、加圧部材に対峙する部材との間の間隔を小さくすることができる。これにより、間隔が大きくなった場合に発生するシートの浮き上がりや弛みの発生を防止して異常画像の発生を防止することが可能となる。
【００６１】
請求項６記載の発明によれば、加圧部材とこれに対峙する部材とで構成されるニップ部での単位面積当たりの圧力を固定部材と加圧部材とで構成されるニップ部での単位面積当たりの圧力よりも大きくしているので、ベルトと固定部材との摺動抵抗を軽減し、かつ、ベルトの移動負荷を最小限に抑えることができる。これにより、ベルトと加圧部材との間での周速差を最小限に抑えて周速差によって発生する異常画像を防止することが可能となる。
【００６２】
請求項７記載の発明によれば、固定部材におけるベルトとの対向面にベルトの移動方向に平行する溝が複数設けられているので、ベルトと固定部材との間の摩擦を低減することができる。これにより、ベルトの移動負荷を抑えて周速差が発生する条件をなくすことが可能となる。しかも、ベルトが移動方向と直角な方向にずれるのを防止して移動性の悪化を防ぐことが可能となる。
【００６３】
請求項８記載の発明によれば、定着装置におけるベルトの周速差を防止することにより異常画像の発生を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る定着装置が用いられる画像形成装置の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る定着装置の構成を説明するための模式図である。
【図３】図２に示した定着装置の要部変形例の一つを示す模式図である。
【図４】図２に示した定着装置に用いられる部材の変形例を説明するための模式図である。
【図５】図３に示した定着装置に用いられる部材の変形例を説明するための模式図である。
【図６】図４に示した定着装置に用いられる部材の変形例を説明するための模式図である。
【図７】図５に示した定着装置に用いられる部材の変形例を説明するための模式図である。
【図８】定着装置の従来例の一つを説明するための模式図である。
【図９】図８に示した定着装置における不具合を解消するための構成の従来例の一つを説明するための模式図である。
【符号の説明】
１ 画像形成装置の一つであるフルカラー複写機
１４ 定着装置
１５ 定着ベルト
１６ 第３部材である加熱ローラ
１７ 加圧部材である加圧ローラ
１８ 第２部材である定着ローラ
１９ 第１部材である固定部材
Ｓ シート
Ｔ トナー
【発明の属する技術分野】
本発明は、定着装置および画像形成装置に関し、さらに詳しくは、ベルトを用いて記録体上の未定着画像を定着するための構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機やファクシミリあるいはプリンタさらには印刷機などの画像形成装置においては、紙などのシート状記録媒体（以下、シートと称する）上に転写されて担持されている未定着画像を加熱定着することで複写物や記録物を得ることができる。
定着装置には、一対のローラによりシートを挟持搬送しながら一方のローラからシート上の未定着画像を加熱する構成がある。
【０００３】
ローラ同士による定着を行う構成とは別に、ローラとベルトとを組み合わせた構成がある（例えば、特許文献１）。
この構成では、図８に示すように、未定着画像に対面する側に位置するローラに代えて、一対のローラＡ、Ｂに掛け回されたベルトＣを未定着画像に対面させるように配置し、ローラの一つＡにはシートを圧接する加圧ローラＤが対峙させてある。
ベルトＣが掛け回されているローラのうちで、加圧ローラＤと対峙するローラＡは、シートＳのトナーＴを担持する面と対向する定着ローラとされ、この定着ローラ以外のローラＢ、Ｄはベルトを加熱するための熱源Ｂ１，Ｄ１が内蔵された加熱ローラとされている。
【０００４】
ベルトは、ローラに比べて体積が小さくされることで熱容量を小さくできるので、短時間での温度上昇が可能であり、上述したローラ対のみを用いた場合に比べて始動時での温度立ち上がりが早いという利点がある。
【０００５】
一方、定着ベルトを用いた定着装置においては、ベルトＣが加圧ローラＤの周面に沿って当接することでシートＳを搬送挟持できる第１のニップ部がシートＳの移動方向（図８中、矢印で示す方向）上流側に構成され、上記ニップ部に連続して加圧ローラＤに対峙する定着ローラＡとの間でシートＳを挟持搬送できる第２のニップ部が構成されるようになっている。
シートＳは、上流側に位置する第１のニップ部に向けて進入し、ベルトＣと加圧ローラＤ周面との間を移動しながら第２のニップ部に向かい、第２のニップ部を通過した後に定着ローラＡの曲率を利用して分離される。このように定着ベルトを用いた場合には、ローラ対を用いた構成に比べてシートが受熱する範囲を長くすることができる利点がある。
【０００６】
ところで、図８に示した構成においては、ベルトＣと加圧ローラＤとで構成される第２のニップ部を確保するために、加熱ローラＢは第１のニップ部よりもシートＳの移動方向上流側に配置されている。このため、第１のニップ部に向けて指向されるシートＳはベルトＣと加圧ローラＤとの間の極めて狭い角度θ内に進入しなければならず、ベルトＳに接近した状態で移動する。従って、ベルトＣやシートＳの平面性が悪い場合、つまり、ベルトＣやシートＳに波打ち現象や弛みがあると、シートＳに担持されている未定着のトナーＴがベルトＣに接触しやすくなり、画像ずれやベルトＣへの不用意な転移が発生してしまう。
従来、このような不具合の発生を防ぐために、第１のニップ部に進入する側のベルト裏面に加圧ローラＤに向けてベルトＣを押し付けるための弾性部材を配置した構成（例えば、特許文献２）や、第２のニップ部を構成するベルト領域に対してこの領域での加圧ローラＤに対してベルトＣを圧接させるためのパッド状部材を配置する構成（例えば、特許文献３乃至５）が提案されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−３０７４９６号公報（請求項１，図１）
【特許文献２】
特開平９−１６０４０５号公報（段落番号「００１３」、「００２１」欄、図１，２）
【特許文献３】
特開平１１−２９７９号公報（段落番号「０００７」欄、図１）
【特許文献４】
特開平１１−４５０２５号公報（段落番号「００３６」欄、図１）
【特許文献５】
特開平１０−３０７４９３号公報（段落番号「００２８」欄、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ベルトの圧接用として弾性部材を用いた場合には、弾性部材とベルトとの表面間での摺動性や耐摩耗性に関して問題が生じやすく、ベルトの移動性、つまりシートの搬送性や押圧用部材の耐久性の信頼性が低い。このため、弾性部材を用いた場合には、特開平９−１６０４０５号公報に開示されているように、あるいは図９に示すように、弾性部材をローラ状としてベルトの移動性を損ねないようにする構成となり、この結果、ローラの軸支構造などが必要となるという不具合が生じる。しかも、ローラとした場合には、加圧ローラの周方向に沿った押圧領域、が押圧用ローラ周面の一部のみとなり極めて狭い範囲に限られてしまい、ニップ領域内でのベルトの弛みや浮き上がりを確実に防止することができない結果を招く虞がある。
【０００９】
ベルトを用いる場合、先に挙げた特許文献３あるいは４さらには特許文献５に開示されているように、ベルトとこれを加熱する加熱ローラとの圧接状態を維持するためにベルトを加熱ローラに向けて加圧する部材が設けられている。このような構成では、加圧部材とベルトとが対向する位置と加熱ローラとベルトとが対向する位置とにそれぞれシートを挟持搬送可能なニップ部が形成される。このように、複数箇所にニップ部を構成する場合には、スリップやローラの歪みが原因する周速差が発生しやすくなり、対向部材間での周速差による異常画像が発生しやすいという不具合がある。異常画像は、シートの移動方向上流側に位置するニップ部において加熱されたトナーが中途半端に溶融した状態でベルトにオフセットし、オフセットしたトナーがシートの移動方向下流側に位置するニップ部においてシートにおける画像転写位置と異なる位置に再転移することで発生する。特にこのような現象は、紛塊状のトナーを溶融させる初期段階に位置するニップ部の長さが短いほど顕著となる。特に、図９に示した構成では、第１のニップ部が押圧用ローラ周面の一部で構成されることになり、ニップ部の長さが極めて短く、異常画像が発生しやすくなる。
【００１０】
トナーの再転移による異常画像をなくすには、先の特許文献にも挙げられているように、加熱ローラとベルトとの圧接により構成されるニップ部の長さを確保することが必要となる。しかし、ニップ部の長さを長くするには加熱ローラの周長を長くしなければならず、結果として加熱ローラの曲率半径を小さくすることができない。このため、ベルトを加熱するローラでの温度立ち上がりに時間がかかることになり、ベルトを用いた場合に得られる作用である温度の立ち上がりを早くできるという現象を得ることが難しくなる。
【００１１】
上記ニップ部でのシートと加熱ローラとの接触状態を確保するには、加熱ローラに向けて上記シートを高荷重により押圧することが考えられるが、このような方法では、ニップの入り口においてベルトの回転に対して負荷が大きくなり、ベルトの移動性、つまりシートの搬送性やベルトの耐久性を良好に維持することが難しくなる。
【００１２】
一方、ニップ部を長くする方法として加熱ローラに対峙してベルトによるニップ部を構成するローラにゴム層などを用いて弾性を持たせ、いわゆる、加熱ローラへのベルトの密着性を改善する方法があるが、ゴム層を介して加熱ローラにベルトを押し付ける側の部材にはある程度の剛性が必要となり、結果として、押し付ける部材がローラである場合には肉厚な構造となる。このため、熱容量の増加を招いて温度の立ち上がりを悪化させてしまうことになる。
【００１３】
ニップ部を長くする他の方法として、加熱ローラの周長を長くして、いわゆる、曲率半径を大きく設定する方法がある。しかし、この方法においては、ニップ部を通過したシートの曲率分離が不十分となりやすい。特に、トナーのオフセットを防止するための離型剤を用いないようにした場合に上述した分離不能が起こりやすくなる。
【００１４】
本発明の目的は、上記従来の定着装置における問題、特に、シートに対するニップ部を構成する部材の一つにベルトを用いた定着構造における問題に鑑み、ベルトの平面性つまりベルトの波打ち現象や弛みを改善し、それに起因するズレやベルトへの不用意なトナーの転移を防止できると共に、離型剤を用いない場合でも分離特性を向上させることができる構成を備えた定着装置および画像形成装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、シートに担持された未定着画像中のトナーを定着する装置であって、複数の部材に掛け回されて未定着トナー像と接触する移動可能な無端ベルトと、該複数の部材の一つが第３部材として当該無端ベルトを加熱する加熱部材と、複数の部材の他の一つである、上記ベルトを挟んで加圧部材に対峙させた第２部材と、該複数の部材のさらに他の一つである、上記ベルトを挟んで加圧部材に対峙させた第１部材とを備え、当該第１部材は金属若しくは樹脂からなり、一部が上記加圧部材の形状に倣う形状とされている固定部材で形成されており、第１ニップ部が前記加圧部材と前記第１部材との押圧領域に形成され、第２ニップ部が前記第２部材と加圧部材との押圧領域に形成され、未定着トナー像を担持したシートを前記第１ニップ部に続いて第２ニップ部を通過させることにより定着を行うことを特徴としている。
【００１７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明に加えて、上記固定部材における上記ベルトとの対向面には摩擦低減部が設けられていることを特徴としている。
【００１８】
請求項３記載の発明は、請求項１乃至２のうちの一つに記載の発明に加えて、上記固定部材は、上記ベルトが上記第１ニップ部に進入する際のガイド部を構成していることを特徴としている。
【００１９】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のうちの一つに記載の発明に加えて、上記固定部材は、上記加圧部材に対峙する部材と対向する端部が該部材に近接するように配置されていることを特徴としている。
【００２０】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のうちの一つに記載の発明に加えて、上記第１部材として用いられる固定部材と加圧部材との押圧領域に形成される第１ニップ部の長さが、上記第２部材と上記加圧部材との押圧領域に形成される第２ニップ部の長さよりも長く設定されていることを特徴としている。
【００２１】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のうちの一つに記載の発明に加えて、上記第２部材と上記加圧部材との押圧領域に形成される第２ニップ部での単位面積当たりの圧力に対して上記固定部材と上記加圧部材との押圧領域に形成される第１ニップ部での単位面積当たりでの圧力を小さくしたことを特徴としている。
【００２２】
請求項７記載の発明は、請求項１乃至6のうちの一つに記載の発明に加えて、上記固定部材には、上記ベルトと対向する面に該ベルトの移動方向に平行する溝が複数設けられていることを特徴としている。
【００２３】
請求項８記載の発明は、請求項１乃至7のうちの一つに記載の定着装置を画像形成装置に用いることを特徴としている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明実施例による定着装置を適用した画像形成装置の一つを示す図であり、同図に示す画像形成装置は、フルカラー画像を形成可能な複写機あるいはプリンタが用いられる。画像形成装置には、この他に、受信した画像信号に基づき上述した複写機およびプリンタと同様な画像形成処理が可能なファクシミリ装置がある。なお、画像形成装置には、上述したカラー画像を対象とするだけでなく、単一色の画像を対象とする装置も勿論含まれる。
【００２５】
図１に示す画像形成装置１は、色分解（イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック）された色に対応する画像を形成可能な複数の感光体ドラム１Ａ、２Ａ、３Ａ、４Ａを備えており、各感光体ドラムに形成された可視像が各感光体ドラムに対峙しながら移動可能な転写ベルト５によって搬送される記録媒体である転写紙Ｓにそれぞれ重畳転写されるようになっている。
【００２６】
いま、一つの感光体ドラム１Ａを代表して画像形成処理に係る構成を説明すると次の通りである。なお、他の感光体ドラム２Ａ〜４Ａに関しても同様な構成であるので、便宜上、感光体ドラム１Ａに関して付した符号を各感光体ドラムの部品番号に付けて示す。
感光体ドラム１Ａの周囲には、矢印で示す回転方向に沿って画像形成処理を実行するためにコロトロンあるいはスコトロトン等の構成を用いた帯電装置１Ｂ（図１では、ローラを用いた構成が示されている）、レーザ光を用いる書き込み装置１Ｃ、現像装置１Ｄおよびクリーニング装置１Ｅがそれぞれ配置されている。図１に示す画像形成装置１では、これら画像形成処理を実行する装置が配置されている画像形成部の上部に原稿読み取り部６が配置されており、原稿載置台６Ａ上に載置された原稿を読み取り装置７によって読みとった画像情報を図示しない画像処理制御部に出力し、上述した書き込み装置１Ｃに対する書き込み情報が得られるようになっている。帯電装置１Ｂは、ローラを用いた接触式に限らず、放電ワイヤを用いたコロナ放電式を用いることも可能である。
本実施例では、現像装置の配列が、図１において転写ベルト５の展張部における右側からイエロー、シアン、マゼンタおよびブラックのトナーを供給できる順序で配列されている。
【００２７】
読み取り装置７は、原稿載置台６Ａ上に載置されている原稿を走査するための光源７Ａおよび原稿からの反射光を色分解毎の色に対応して設けられているＣＣＤ７Ｂに結像させるための複数の反射鏡７Ｃと結像レンズ７Ｄとを備えており、色分解毎の光強度に応じた画像情報が各ＣＣＤ７Ｂから画像処理制御部に出力される。
【００２８】
転写ベルト５は、複数のローラに掛け回されたポリエステルフィルムなどの誘電体で構成された部材であり、展張部分の一つが各感光体ドラム１Ａ〜４Ａに対峙し、各感光体ドラムとの対峙位置内側には、転写装置８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄが配置されている。転写ベルト５に対しては、レジストローラ９を介して給紙装置１０の給紙カセット９Ａ内から繰り出されたシートＳが給送され、シートＳが転写ベルト５に対して転写装置８Ａからのコロナ放電により静電吸着されて搬送される。
【００２９】
各感光体ドラム１Ａ〜４Ａからの画像転写が終了したシートＳが移動する位置にはシートＳの分離装置１１が、また、展張部分における感光体ドラム１Ａ〜４Ａと対向する部分と反対側の部分にはベルトを挟んで対向する除電装置１２が配置されている。なお、図１中、符号１３は、転写ベルト５に残存しているトナーを除去するクリーニング装置を示している。
転写装置８Ａ〜８Ｄは、正極のコロナ放電を用いて感光体ドラム１Ａ〜４Ａに担持されている画像をシートＳに向けて静電吸着させる特性とされている。
【００３０】
分離装置１１は、シートＳの上面から負極性のＡＣコロナ放電を行うことによりシートＳに蓄積している電荷を中和して静電的な吸着状態を解除することにより転写ベルト５の曲率を利用した分離を可能にすると共に分離の際の剥離放電によるトナーチリの発生を防止するようになっている。また、除電装置１２は、転写ベルト５の表裏両面から転写装置８Ａ〜８Ｄによる帯電特性と逆極性となる負極性のＡＣコロナ放電を行うことにより転写ベルト５の蓄積電荷を中和して電気的初期化を行うようになっている。
【００３１】
各感光体ドラム１Ａ〜４Ａでは、帯電装置１Ｂ〜４Ｂによって感光体ドラム１Ａ〜４Ａの表面が一様帯電され、原稿読み取り部６における読み取り装置７によって読み取られた色分解色毎の画像情報に基づき書き込み装置１Ｃ〜４Ｃを用いて感光体ドラムに静電潜像が形成され、該静電潜像が現像装置１Ｄ〜４Ｄから供給される色分解色に対応する補色関係を有する色のトナーにより可視像処理されたうえで、転写ベルト５に担持されて搬送されるシートＳに対して転写装置８Ａ〜８Ｄを介して静電転写される。
【００３２】
各感光体ドラム１Ａ〜４Ａに担持された色分解毎の画像が転写されたシートＳは、除電装置１１により除電された上で転写ベルト５の曲率を利用して曲率分離された後に定着装置１４に移動して未定着画像中のトナーが定着されて排出される。
【００３３】
定着装置１４は、その構成が図２に示されている。
図２において定着装置１４は、複数の部材に掛け回されてシートの搬送が可能な無端ベルトが用いられる定着ベルト１５を備えている。
定着ベルト１５が掛け回される複数の部材の一つが、第３部材として内部に熱源であるハロゲンヒータ１６Ａを備えた加熱ローラ１６であり、複数の部材の他の一つは、定着ベルト１５を挟んで加圧ローラ１７に対峙する第２部材として用いられる定着ローラ１８であり、さらに、複数の部材のさらに他の一つの部材は、加熱ローラ１６と定着ローラ１８との間に位置してこれら両ローラ間で定着ベルト１５を周回させることができる第１部材として用いられる固定部材１９である。固定部材１９の詳細に関して後で説明する。
【００３４】
定着ベルト１５は、耐熱性樹脂が基体として用いられ、樹脂としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等が用いられる。基体の厚さは、熱伝導と強度とのバランスを考慮して３０〜１００μｍ程度に設定され、表面にはシートＳおよびトナーＴと加圧接触した際の離型性、耐熱性に優れた材料、例えば、フッ素系樹脂などを用いた表面離型層が被覆されて設けられている。さらに表面離型層の下部には、画像に対する均一接触のために１００〜３００μｍ程度の厚さを持つシリコーンゴムやフッ素ゴムなどの耐熱ゴムからなる弾性層が設けられている。
【００３５】
加熱ローラ１６は、肉厚が０．３〜１ｍｍ程度で２０〜３０φのアルミニュウム（Ａｌ）あるいは鉄（Ｆｅ）製の薄肉ローラで構成され、内部には熱源となるハロゲンヒータ１６Ａが配置されている。ハロゲンヒータ１６Ａの点灯制御は加熱ローラ１６に接触する温度制御部材２０による温度検知により表面温度を一定に維持されるようになっている。
加熱ローラ１６は、定着ベルト１５のテンションローラとしての機能も備えており、このため、図２中、太矢印で示すように、図示しない引張りスプリング等の付勢手段により定着ベルト１５に張力を生じさせている。
【００３６】
加圧ローラ１７は、前述したアルミニュウム（Ａｌ）あるいは鉄（Ｆｅ）製芯金の外周にフッ素ゴム、シリコーンゴムなどの弾性体層とフッ素系樹脂からなる表面離型層を備えている。
本実施形態では、弾性体層の厚さとして、０．５〜５ｍｍ程度に設定され、表面硬度がＡｓｋｅｒＣ７０〜９０Ｈｃに設定されている。また、内部にローラの表面温度上昇を加速させるための熱源としてハロゲンヒータ１７Ａを配置することもある。
【００３７】
定着ローラ１８は、２０〜３０φの鉄（Ｆｅ）製芯金外周にニップ幅を得るために、例えば、発泡シリコーンゴムや液状シリコーンゴムで構成された耐熱弾性体層を備えており、耐熱弾性体層は、厚さ３〜６ｍｍ前後に設定され、表面硬度がＡｓｋｅｒＣ３０〜５０Ｈｓ程度に設定されている。
【００３８】
定着ベルト１５が掛け回されている複数部材のうちで、加熱ローラ１６および定着ローラ１８に加えて第１部材としての固定部材１９は、定着ローラ１８と共に定着ベルト１５を加圧ローラ１７の周面に圧接させてシートの挟持搬送が可能な位置に配置された金属若しくは樹脂で構成されており、本実施形態では、加圧ローラ１７の周面に定着ベルト１５が圧接を開始する位置に配置されて定着ベルト１５の掛け回し部と加圧ローラ１７に対する押圧部とを兼ねている。
【００３９】
固定部材１９に用いられる材料としては、鉄、ステンレスあるいはアルミニュウムなどの金属さらには、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の耐熱性をもつ樹脂が用いられ、加圧ローラ１７と対向する面が加圧ローラの表面、つまり周面形状に倣う形状となるようにその周面の曲率に合わせて平面形状あるいは下向き円弧状などの凹状に形成されて加圧ローラ１７に対する定着ベルト１５の当接性を良好にしている。
【００４０】
固定部材１９における定着ベルト１５との対向面には、シートＳの移動方向に平行する溝（図示されず）がシートの移動方向と直角な方向に沿って複数形成されており、本実施形態では、幅０．２〜０．５ｍｍ、深さ０．２〜０．５ｍｍに設定された溝がシートの移動方向に沿って複数形成されている。また、固定部材１９における定着ベルト１５との対向面には、摩擦低減部が設けられており、本実施形態では、テフロン（登録商標）等のフッ素系樹脂あるいはガラス繊維のシートが積層されて構成されている。この場合の積層は、シート状のものを捲装することによりあるいは塗装などにより構成される。
【００４１】
固定部材１９は、定着ローラ１８と共に定着ベルト１５を加圧ローラ１６の周面に沿わせて展張する位置に配置され、定着ベルト１５を加圧ローラ１６に圧接させてシートの移動方向上流側において加圧ローラ１６との押圧領域に形成される第１のニップ部（図２中、符号Ｌ１で示す部分）の入り口部を備えて構成されている。このため、固定部材１９は、定着ベルト１５が固定部材１９の表面を周回する際に、定着ベルト１５が進入するガイド部として機能する。
第１のニップ部Ｌ１に対して第２のニップ部（図２中、符号Ｌ２で示す部分）は、加圧ローラ１７とこれに対峙する定着ローラ１８とでシートＳが挟持搬送される部分に相当している。
【００４２】
一方、固定部材１９における加圧ローラ１７の周面に沿って設けられている端部、つまり、定着ローラ１８と対向する端部は、定着ローラ１８との間の隙間（図２中、第１のニップ部Ｌ１と第２のニップ部Ｌ２との端部同士が対向する間隔）を極小にできる位置まで近接させてある。これにより、定着ベルト１５が加圧ローラ１７の周面に沿って移動する際にニップ部を外れる距離を極小にしてシートの浮き上がりを抑制している。
【００４３】
図２において、第１のニップ部Ｌ１と第２のニップ部Ｌ２との長さは、Ｌ１＞Ｌ２の関係が設定されている。つまり、固定部材１９と加圧ローラ１７とで構成される第１のニップ部Ｌ１の長さが、定着ローラ１８と加圧ローラ１７とで構成される第２のニップ部よりも長くされている。これにより、第１ニップ部Ｌ１に進入したシートＳに対する受熱時間を長くして未定着状態にあるトナーＴを溶融軟化させてゴム状とすることにより、ゴム状でない場合に発生する現象である、ベルトへのトナーの逆転移を防止して逆転移したトナーがシートの他の部分に付着することによる異常画像の発生を防止する。
【００４４】
本実施形態においては、第１のニップ部Ｌ１と第２のニップ部Ｌ２との間での面積当たりの圧力関係が、Ｐ１（第１のニップ部での圧力）＜Ｐ２（第２のニップ部での圧力）となる関係とされている。これにより、第１のニップ部Ｌ１において定着ベルト１５に作用する負荷を第２のニップ部Ｌ２よりも小さくして定着ベルト１５の移動性を阻害しないようにすることにより加圧ローラ１７との間で周速差が生じるのを防止している。
【００４５】
本実施形態は以上のような構成であるから、転写後のシートＳは、第１のニップ部Ｌ１に続いて第２のニップ部Ｌ２を通過する。つまり、シートＳは、定着装置１４に達すると、固定部材１９にガイドされて即座に第１のニップ部Ｌ１、つまり、固定部材１９により加圧ローラ１７に向けて押圧される定着ベルト１５における加圧ローラ１７との対向面内に入り込み、第１のニップ部Ｌ１を移動する。
【００４６】
第１のニップ部Ｌ１の手前、つまり、第１のニップ部Ｌ１にシートが入り込む直前の位置にはシートＳをガイドするガイド部Ｌ１０が設けられており、定着ベルト１５は、そのガイド部Ｌ１０に沿って掛け回されているのでシートＳの第１のニップ部Ｌ１に進入する空間を広く確保することができる。従って、従来の構成と違って、ニップ部に至る途中で定着ベルト１５やシートＳに波打や皺が発生していても即座に第１のニップ部Ｌ１に入り込めることにより定着ベルト１５により未定着トナーＴを擦るような事態がなくなり、しかも、トナーＴの転移が生じない。
【００４７】
以上のような実施形態によれば、定着ベルト１５の捲回部をなす固定部材１９をシートＳのガイド部として用い、シートが指向される第１のニップ部Ｌ１の始発位置にそのガイド部が位置していることにより、シートＳを近隣部材に接触させることなく加圧ローラ１７に押圧して定着作業を開始させることが可能となり、捲回部としての部材以外にニップ部を構成する部材を設ける場合と違ってニップ部を構成する部材を簡略化することができる。
【００４８】
次に、上記実施形態に関する変形例について説明する。なお、以下の図面において、図２に示した構成と同じ部材は同符号により示し、その詳細な説明は省く。
図３は、固定部材１９に弾性を持たせたことを特徴とする構成を示しており、同図において、固定部材１９における定着ベルト１５に対向する面には、厚さ１〜５ｍｍ程度の発泡シリコーンゴムあるいは液状シリコーンゴムを用いた弾性体層２１が一体化されており、さらに弾性体層２１における定着ベルト１５と対向する面にはフッ素系材料やガラス繊維のシートを用いた摩擦低減層（便宜上、図３において符号２２で示す）が設けられている。なお、弾性体層２２に用いる材料としては、上述した材料の他に、ガラスやセラミックからなるフェルトを用いることも可能である。
【００４９】
上記構成においては、固定部材１９に弾性体層２２を設けることにより、第１のニップ部Ｌ１での均一な押圧状態を得ることができるとともに、定着ベルト１５への過剰な負荷増加を弾性体層２２の弾性変形により吸収することができる。これにより、定着ベルト１５の搬送抵抗増加を抑制してシートＳと定着ベルト１５との間で周速差が発生するのをなくして異常画像の発生を防止することができる。
【００５０】
次に、図２に示した構成の一部変形例について説明する。
図４は、図２において示した加熱ローラに代えて、加熱面積を増大できる構成を備えたことを特徴としている。
図４において、加熱ローラ１６が位置していた箇所には、半円弧状の形状をなす面状ヒータ２３が設けられている。
面状ヒータ２３は、鉄（Ｆｅ）あるいはアルミニュウム（Ａｌ）などからなる基体の表面にセラミックやポリイミド等の薄い絶縁層を介して銀（Ａｇ）等による抵抗発熱層を備えている。このような面状ヒータ２３は、ローラを用いる場合に比べて小さなスペースで定着ベルト１５を加熱できると共に、熱容量も小さいので、温度の立ち上がり時間を短くすることができる。
面状ヒータ２３は、半円弧状の両端が図示しない部材により支持されており、図示しない付勢手段により太矢印で示すように、定着ベルト１５に張力を負荷させる方向に付勢されている。
【００５１】
図４に示した面状ヒータ２３を用いる構成は、図３に示した構成にも適用することができ、図５は、図３に示した構成を対象として面状ヒータ２３を設けた場合が示されている。
【００５２】
次に、図２に示した加圧ローラ１７が用いられる加圧部材に関する変形例について説明する。なお、以下の図において図２に示すものと同じ構成部材に関しては同符号とし、その詳細な説明は省く。
図６は、図４に示した構成を対象として、加圧ローラ１７に代えて加圧固定部材２４を用いた構成を示す模式図である。
図６において、加圧固定部材２４は、耐熱性樹脂や金属で構成され、第１のニップ部Ｌ１および第２のニップ部Ｌ２の両方に亘って定着ベルト１５と対峙することによりシートＳの挟持搬送路を構成する加圧ベルト２５が外表面に捲装されている。
加圧固定部材２４は、加圧ベルト２５における定着ベルト１５と対峙する面の裏側に配置されており、加圧ベルト１５と接触する側に摩擦低減層２６が、そして摩擦低減層２６と加圧固定部材２４との間には弾性体層２７がそれぞれ積層されて設けられている。
【００５３】
加圧ベルト２５は、第１，第２の各ニップ部Ｌ１，Ｌ２を定着ベルト１５と共に移動するように平面形状とされており、第２ニップ部Ｌ２において当接している定着ベルト１６によって駆動されて図示矢印方向に移動するようになっている。
【００５４】
上記構成においては、加圧ベルト２５が加圧ローラ１７の場合と違って平面形状であるので、ニップ部の長さを長くすることができ、これにより、トナーの溶融軟化および浸透性を向上させることができ、定着性を向上させることができる。しかも、定着ベルト１５に接触して温度上昇する部分がローラと違って薄肉であることから、低い熱容量とすることができ、これにより、温度の立ち上がりに要する時間を短縮することができる。
【００５５】
なお、上記構成において加圧固定部材２４は、シートＳの裏側、つまり、トナーＴの担持面の裏側に位置しているので、定着ベルト１５と違って、第１のニップ部Ｌ１の始発位置からさらにシートの移動方向上流側に向けて延長することができる。このため、延長された部分から固定部材に対向する位置までの間に構成できる定着ベルト１５からの伝熱領域を定着ベルト１５よりも長くしてシートＳの予熱区間とすることでトナーＴの溶融軟化を促進してシートＳへのトナーＴの浸透を速めるようにすることができる。
【００５６】
図６に示した加圧固定部材の構成は図５に示した構成に対しても適用することができ、図７は、図５に示した構成を対象として加圧固定部材２４を設けた場合が示されている。
【００５７】
【発明の効果】
請求項１および５記載の発明によれば、ベルトの周回部の一つに相当して加圧部材に対峙する部材と共にベルトを加圧部材に圧接させるためにベルト掛け回し部材として機能すると共にニップ部の入り口部をなす第１部材である固定部材が用いられているので、ベルトの掛け回し部をそのままニップ部の入り口部材として兼用できる。特に、請求項２記載の発明では、固定部材の一部が加圧部材の表面に倣う形状とされることにより小さな荷重によっても長くて均一圧力で密着するニップ部を構成することができ、ベルトの搬送性の悪化や圧力分布の違いによる定着効率の違いをなくせるようになり、さらに請求項６記載の発明では、固定部材と加圧部材とで構成される第１のニップ部の長さを加圧部材とこれに対峙する部材とで構成される第２のニップ部の長さよりも長くしているので、複数のニップ部を構成した場合でも、最初のニップ部の構成により予めトナーの溶融状態が得られ、この状態でトナーをゴム状態、つまりベルトへの逆転移が起こらない状態にすることができる。この結果、複数のニップ部を構成した場合にそのニップを構成する部材簡での周速差が発生した場合でも、トナーの一部がベルトに逆転移して異常画像が発生するのを確実に防止することが可能となる。
【００５８】
請求項２記載の発明によれば、固定部材におけるベルトとの対向面に摩擦低減部が設けられているので、ベルトの摺動性を悪化させることがない。これにより、周速差の発生を抑えて異常画像の発生を防止することが可能となる。
【００５９】
請求項３記載の発明によれば、固定部材がニップ部にベルトが進入する空間を広く確保できる進入ガイド部を構成しているので、従来の構成と違ってニップ部に至る途中でベルトとシートとが接触しないようにできる。この結果、ベルトやシートに波打ちや皺が発生していても即座にニップ部に入り込めることができることによりベルトにより未定着トナーを擦るような事態をなくせるばかりでなく、トナーの転移も防止して異常画像が発生するのを防止することが可能となる。
【００６０】
請求項４記載の発明によれば、固定部材の端部が加圧部材に対峙する部材と近接するように配置されているので、加圧部材に対峙する部材との間の間隔を小さくすることができる。これにより、間隔が大きくなった場合に発生するシートの浮き上がりや弛みの発生を防止して異常画像の発生を防止することが可能となる。
【００６１】
請求項６記載の発明によれば、加圧部材とこれに対峙する部材とで構成されるニップ部での単位面積当たりの圧力を固定部材と加圧部材とで構成されるニップ部での単位面積当たりの圧力よりも大きくしているので、ベルトと固定部材との摺動抵抗を軽減し、かつ、ベルトの移動負荷を最小限に抑えることができる。これにより、ベルトと加圧部材との間での周速差を最小限に抑えて周速差によって発生する異常画像を防止することが可能となる。
【００６２】
請求項７記載の発明によれば、固定部材におけるベルトとの対向面にベルトの移動方向に平行する溝が複数設けられているので、ベルトと固定部材との間の摩擦を低減することができる。これにより、ベルトの移動負荷を抑えて周速差が発生する条件をなくすことが可能となる。しかも、ベルトが移動方向と直角な方向にずれるのを防止して移動性の悪化を防ぐことが可能となる。
【００６３】
請求項８記載の発明によれば、定着装置におけるベルトの周速差を防止することにより異常画像の発生を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る定着装置が用いられる画像形成装置の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る定着装置の構成を説明するための模式図である。
【図３】図２に示した定着装置の要部変形例の一つを示す模式図である。
【図４】図２に示した定着装置に用いられる部材の変形例を説明するための模式図である。
【図５】図３に示した定着装置に用いられる部材の変形例を説明するための模式図である。
【図６】図４に示した定着装置に用いられる部材の変形例を説明するための模式図である。
【図７】図５に示した定着装置に用いられる部材の変形例を説明するための模式図である。
【図８】定着装置の従来例の一つを説明するための模式図である。
【図９】図８に示した定着装置における不具合を解消するための構成の従来例の一つを説明するための模式図である。
【符号の説明】
１ 画像形成装置の一つであるフルカラー複写機
１４ 定着装置
１５ 定着ベルト
１６ 第３部材である加熱ローラ
１７ 加圧部材である加圧ローラ
１８ 第２部材である定着ローラ
１９ 第１部材である固定部材
Ｓ シート
Ｔ トナー
Claims (8)
- シートに担持された未定着画像中のトナーを定着する装置であって、
複数の部材に掛け回されて未定着トナー像と接触する移動可能な無端ベルトと、該複数の部材の一つが第３部材として当該無端ベルトを加熱する加熱部材と、複数の部材の他の一つである、上記ベルトを挟んで加圧部材に対峙させた第２部材と、該複数の部材のさらに他の一つである、上記ベルトを挟んで加圧部材に対峙させた第１部材とを備え、
当該第１部材は金属若しくは樹脂からなり、一部が上記加圧部材の形状に倣う形状とされている固定部材で形成されており、第１ニップ部が前記加圧部材と前記第１部材との押圧領域に形成され、第２ニップ部が前記第２部材と加圧部材との押圧領域に形成され、未定着トナー像を担持したシートを前記第１ニップ部に続いて第２ニップ部を通過させることにより定着を行うことを特徴とする定着装置。 - 請求項１記載の定着装置において、
上記固定部材における上記ベルトとの対向面には摩擦低減部が設けられていることを特徴とする定着装置。 - 請求項１または２に記載の定着装置において、
上記固定部材は、上記ベルトが上記第１ニップ部に進入する際のガイド部を構成していることを特徴とする定着装置。 - 請求項１乃至３のうちの一つに記載の定着装置において、
上記固定部材は、上記加圧部材に対峙する部材と対向する端部が該部材に近接するように配置されていることを特徴とする定着装置。 - 請求項１乃至４のうちの一つに記載の定着装置において、
上記第１部材として用いられる固定部材と加圧部材との押圧領域に形成される第１ニップ部の長さが、上記第２部材と上記加圧部材との押圧領域に形成される第２ニップ部の長さよりも長く設定されていることを特徴とする定着装置。 - 請求項１乃至５のうちの一つに記載の定着装置において、
上記第２部材と上記加圧部材との押圧領域に形成される第２ニップ部での単位面積当たりの圧力に対して上記固定部材と上記加圧部材との押圧領域に形成される第１ニップ部での単位面積当たりでの圧力を小さくしたことを特徴とする定着装置。 - 請求項１乃至６のうちの一つに記載の定着装置において、
上記固定部材には、上記ベルトと対向する面に該ベルトの移動方向に平行する溝が複数設けられていることを特徴とする定着装置。 - 請求項１乃至７のうちの一つに記載の定着装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
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