JP2002162853A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ベルトを用いた加熱機構において記録媒体で
の皺を防止できるとともにベルトの長寿命化が可能な構
成を備えた定着装置提供する。 【解決手段】 記録媒体に担持された未定着画像を定着
する装置であって、一対のローラに掛け回されたベルト
と、上記一対のローラの一つに対向当接して連動可能な
加圧ローラと、上記加圧ローラおよびこれに対向するロ
ーラにそれぞれ内蔵された熱源とを備え、上記加圧ロー
ラおよびこれに対向するローラは、軸方向に沿った形状
が鼓形状とされていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】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
の記録媒体（以下、記録用紙の場合を対象として説明す
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、一つのローラにより記録用紙を挟持搬送しな
がら一方のローラから記録用紙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。この
構成では、未定着画像に対面する側の位置するローラに
代えて、一対のローラに掛け回されたベルトを未定着画
像に対面させるように配置し、ローラの一つには記録用
紙を押圧する加圧ローラが対峙させてある。ベルトが掛
け回されているローラのうちで、加圧ローラと対峙する
ローラは、定着ローラとされ、この定着ローラ以外のロ
ーラはベルトを加熱するための熱源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】

【発明が解決しようとする課題】加熱により表面温度が
上昇するローラを用いた場合には、ローラの軸方向での
熱分布が異なることでローラの外径が変化し、これによ
って搬送対象となる記録用紙の幅方向での張力が異な
る。つまり、軸方向端部では放熱により縮径化が顕著と
なり、軸方向中央では熱膨張による拡径化が顕著とな
る。このため、記録用紙の幅方向に作用する圧力が異な
り、中央部に端部が引き寄せられて縦皺が発生しやすく
なる。

【０００６】従来、このような不具合を解消する目的
で、ローラ形状として軸方向端部が中央部よりも大径と
なる鼓形状とし、軸方向での外径変化を抑えるようにし
た構成が知られている（例えば、特開平６−３２４５８
８号公報、特開平６−３０１３０６号公報）。

【０００７】しかし、本発明者により上記構成のローラ
を用いてベルトを介した定着を実験したところ、ベルト
を用いた場合においても記録用紙への皺を抑制すること
ができないばかりでなく使用状態によってはベルトの寿
命が短くなってしまうという結果を得た。低速の搬送速
度を設定した場合には、記録用紙への搬送圧力がさほど
高くないことから、鼓形状ローラの軸方向端部での圧力
はさほど高くないことにより、記録用紙に対する張力の
増加は見られないものの、搬送速度を高速化した場合に
は、挟持圧力を高めてその速度で記録用紙を搬送させる
必要があることから軸方向端部での圧力が高まり、記録
用紙には幅方向に波状の皺が発生することを確認した。
さらに、ベルトの構成として、基材にニッケルなどの熱
伝導性の良い金属材料を用いると、軸方向端部において
圧力が増加することにより搬送方向での張力が異常に増
加する。これは、ローラの鼓形状によってベルト自身で
も幅方向に片寄ると、縮径部から拡径部にベルトの端部
が達した際にベルトの展張方向での負荷が増加し、これ
によって端縁が部分的に引き裂かれて亀裂を生じてしま
い、ベルトの耐久性を維持することができないこともあ
った。

【０００８】本発明の目的は、上記従来の定着装置にお
ける問題に鑑み、ベルトを用いた加熱機構において記録
媒体での皺を防止できるとともにベルトの長寿命化が可
能な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。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
記録媒体に担持された未定着画像を定着する装置であっ
て、一対のローラに掛け回されたベルトと、上記一対の
ローラの一つに対向当接して連動可能な加圧ローラと、
上記加圧ローラおよびこれに対向するローラにそれぞれ
内蔵された熱源とを備え、上記加圧ローラおよびこれに
対向するローラは、軸方向に沿った形状が鼓形状とされ
ていることを特徴とする定着装置。

【００１０】請求項２記載の発明は、上記加圧ローラに
対向するローラが、非発泡体に相当するソリッド構造を
用いられることを特徴としている。

【００１１】請求項３記載の発明は、上記加圧ローラお
よびこれに対向するローラのうちの少なくとも加圧ロー
ラに対向するローラは、表面硬度（アスカーＣ硬度）を
５０〜７０に設定されていることを特徴としている。

【００１２】請求項４記載の発明は、上記加圧ローラお
よびこれに対向するローラが、互いに当接することで得
られる挟持面において、軸方向端部側に相当する挟持面
端部でのニップ幅寸法（Ｄ１，Ｄ２）と、軸方向中央部
に相当する挟持面中央でのニップ幅寸法（Ｄ３）とを基
にして、挟持面でのニップ幅変化量に相当する量を鼓量
（Ｄ）として、 Ｄ＝（Ｄ１＋Ｄ２）／２−Ｄ３ で求めた場合に、該鼓量（Ｄ）が、０．０１〜０．０７
に設定されていることを特徴としている。

【００１３】請求項５記載の発明は、上記ベルトが、基
材としてポリイミド系樹脂からなる基材と、該基材上に
設けられている離型層とを備えていることを特徴として
いる。

【００１４】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締着装置を用いることを特徴として
いる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図示実施例により本発明の
実施の形態を説明する。図１は、本発明実施例による定
着装置を備えた画像形成装置の一つであるプリンタを示
している。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。図１に示す画像形成装置２０は、色
分解毎の画像を同一の中間転写体に順次転写し、紙など
のシート状の記録媒体に対して中間転写体上に重畳され
た画像を一括転写する方式が用いられている。

【００１６】図１において、画像形成装置２０は、次に
挙げる各装置を備えている。原稿画像に応じた各色毎の
画像を形成する作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１
ＢＫと、各作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫ
に対向して配置された転写装置２２と、各作像装置２１
Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫと転写装置２２とが対向
する転写領域に各種シート状媒体を供給するシート状媒
体供給手段としての手差しトレイ２３、給紙カセット２
４、２４と、手差しトレイ２３、給紙カセット２４、２
４から搬送されてきたシート状媒体を作像装置２１Ｃ、
２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫによる作像のタイミングに合
わせて供給するレジストローラ３０と、転写領域におい
て転写後のシート状媒体の定着を行う定着装置１であ
る。

【００１７】画像形成装置２０は、一般にコピー等に用
いられる普通紙（以下、単に普通紙という）と、ＯＨＰ
シートや、カード、ハガキといった９０Ｋ紙、坪量約１
００ｇ／ｍ²相当以上の厚紙や、封筒等の、用紙よりも
熱容量が大きないわゆる特殊シート（以下単に特殊シー
トという）との何れをもシート状媒体として用いること
が可能である。

【００１８】各作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１
ＢＫは、それぞれシアン、イエロー、マゼンタ、ブラッ
クの各色の現像を行うものであり、用いるトナーの色が
異なるが、その構成が同様であるから、作像装置２１Ｃ
の構成を各作像像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｂ
Ｋの代表として説明する。作像装置２１Ｃは、静電潜像
担持体としての感光体ドラム２５Ｃ、感光体ドラム２５
Ｃの回転方向Ａに沿って順に配置されている帯電装置２
７Ｃ、現像装置２６Ｃ、クリーニング装置２８Ｃを有
し、帯電装置２７Ｃと現像装置２６Ｃとの間で露光光２
９Ｃを受ける周知の構成が用いられる。静電潜像担持体
としては、ドラム状の他に、ベルト状とする場合もあ
る。図１に示す画像形成装置２０は、転写装置２２が斜
めに延在させてあるので、水平方向での転写装置２２の
占有スペースを小さくすることができる。

【００１９】図２において定着装置１は、トナーを定着
される記録用紙を搬送するための無端状の定着ベルト２
と、定着ベルト２を張架され定着ベルト２を駆動する加
熱ローラ３及び定着ローラ４と、定着ベルト２を介して
定着ローラ４に対向して配置される加圧ローラ５と、加
熱ローラ３、加圧ローラ５の内部に備えられたヒータ
６、７と、定着ベルト２を介して加熱ローラ３に対向し
て配置され定着ベルト２の温度を検知する温度検知手段
としてのサーミスタ８とを有している。

【００２０】加熱ローラ３は、バネなどの図示しない弾
性体により、定着ローラ４から離間させる向きに付勢さ
れることにより、定着ベルト２に適当な所定の張力を与
えるようになっている。定着ローラ４は、芯金９と、こ
の芯金９を被覆する耐熱多孔質の弾性体層１０とを有
し、芯金９が、その端軸１１により、図示しない駆動手
段により回転駆動されることで、定着ローラ４が回転駆
動され、加熱ローラ３の従動回転により定着ベルト２が
駆動される。本実施例では、定着ローラ４が外径４０ｍ
ｍとされ、弾性体層１０には厚さ５ｍｍのシリコンゴム
が用いられており、シリコンゴム層での表面硬度（アス
カーＣ硬度）が５０〜７０に設定されている。

【００２１】加圧ローラ５は、定着ローラ４に圧接する
向きに付勢されている。本実施例では、加圧ローラ５が
外径４０ｍｍとされ、表面には厚さ２ｍｍのシリコンゴ
ムを用いた弾性体層が設けられ、弾性体層の表面硬度
（アスカーＣ硬度）が６２を含む５０〜７０に設定され
ている。なお、図２において、符号６は用紙の入り口ガ
イド、符号７は用紙の出口ガイド、符号８はテンション
ローラをそれぞれ示している。

【００２２】定着ローラ４およびこれに対向する加圧ロ
ーラ５は、表層部がスポンジなどの非発泡構造ではなく
シリコンゴムをソリッド構造で構成され、軸方向中央部
が端部よりも小径となる鼓形状に形成されている。

【００２３】本実施例では、図４に示すように、定着ロ
ーラ４と加圧ローラ５とで形成される記録用紙の挟持面
Ｎにおいて、軸方向端部側に相当する挟持面端部でのニ
ップ幅寸法を、Ｄ１，Ｄ２とし、軸方向中央に相当する
挟持面中央でのニップ幅を、Ｄ３とした場合、挟持面で
のニップ幅変化量を鼓量（Ｄ）を、 Ｄ＝（Ｄ１＋Ｄ２）／２−Ｄ３ で求めた場合に、鼓量（Ｄ）が、０．０１〜０．０７と
なるように定着ローラ４および加圧ローラ５の外形寸法
が規定されている。この場合には、挟持圧力が記録用紙
の挟持搬送が行える所定圧力を条件としている。

【００２４】図３において定着ベルト２は、可撓性を考
慮して３０〜１５０μｍ程度の厚さを有するポリイミド
あるいはポリイミドアミドなどのポリアイミド系樹脂が
基体として用いられ、その表層部に５０〜３００μｍ程
度のシリコンゴムなどの弾性体を用いた離型層が設けら
れている。表層部の材料としては、シリコンゴムに代え
てフッ素系樹脂を用いることも可能である。定着ベルト
２は瞬時に加熱され、かつ、ホットオフセットを生じな
い程度に、定着領域でベルト表面が自己冷却される特性
が望まれるが、他方では、定着領域において、トナーを
十分に溶かして定着させるのに必要な熱容量を有してい
なければならない。定着ベルト２の上記材質及びその厚
さはこの条件を満たすものである。この場合の自己冷却
とは、定着領域におけるシート状媒体の未定着画像側
に、加熱源がないことにより、定着工程においてベルト
が冷える現象をいう。

【００２５】本実施例は以上のような構成であるから、
定着装置１では、加熱ローラ３および定着ローラ４に掛
け回された定着ベルト２は、加熱ローラ３が定着ローラ
４から離れる方向に付勢されることで３ｋｇｆ／片側の
張力を与えられている。この張力は、上記付勢力を調整
することにより設定でき、１ｋｇｆ（９．８Ｎ）〜３ｋ
ｇｆ（２９．４Ｎ）の範囲で設定することが、良好な定
着を行う上で好ましい。

【００２６】定着ローラ４および加圧ローラ５は、ソリ
ッド構造のシリコンゴムが用いらっれてその表面硬度
（アスカーＣ硬度）が５０〜７０に設定され、本実施例
では６２に設定されている。これにより、スポンジなど
の発泡材料と違って鼓形状を加工しやすく、しかも、鼓
量を０．０１〜０．０７の範囲に設定しやすくなる。

【００２７】本発明者は、次の条件により記録用紙の縦
皺および横皺の発生状況について実験をし、さらに定着
ベルト２の亀裂を主とした寿命についても実験を行った
ところ、図５に示す結果を得た。 （実験条件）定着温度として１８０℃とし、記録用紙の
搬送速度を１５６ｍｍ／ｓ、定着ローラ４および加圧ロ
ーラ５とで形成される挟持面での端部および中央部での
ニップ幅を、Ｄ１，Ｄ２＝８．２ｍｍ、Ｄ３＝７．７ｍ
ｍとし、この寸法から得られる鼓量（Ｄ）が０．０１〜
０．０７の範囲に収まるように挟持圧力を６０Ｋｇに設
定する。定着ベルト２の寿命に関しては、ポリイミド樹
脂を基体とした場合とポリイミドアミド樹脂を基体とし
た場合と、これら各材質に対して従来用いられていたニ
ッケル（Ｎｉ）を参考として実験に使用した。

【００２８】図５に示す結果から明らかなように、記録
用紙の搬送速度は従来、この種に用いられていた１００
ｍｍ／ｓに対してかなりの高速とした場合でも、本実施
例による定着装置では、縦皺および横皺の発生が見受け
られず、しかも、上記条件において４００時間経過後の
定着ベルト２には、ニッケル（Ｎｉ）で生じた亀裂、つ
まり、定着ローラ４および加圧ローラ５の軸方向端部に
位置する大径部に定着ベルト２が片寄った場合でもその
位置での速度変化による張力増加にもかかわらず、亀裂
を生じることがなかった。

【００２９】記録用紙での皺に関しては、定着ローラ４
およびこれに対向する加圧ローラ５が鼓形状であり、軸
方向端部側の周速が中央部よりも早められているので、
縦皺の発生原因である記録用紙の幅方向中央への引き寄
せ現象がなくなる。また、横皺に関しては、記録用紙の
幅方向端部と中央部でのニップ幅に影響する鼓量が規定
されているので、記録用紙の幅方向端部でのニップ力の
差が極端に大きくならないようにできることで幅方向端
部での極端な挟持力の増加を抑えることで発生しないよ
うにできる。

【００３０】定着ベルト２は、ヤング率の違いに見られ
るように、ニッケル（Ｎｉ）に比較して負荷に対する歪
み率が小さく、亀裂に対する耐久性が高い。このため、
定着ベルト２が片寄った場合に発生する張力増加に対し
ても引き裂かれるようなことがなく、寿命を延ばすこと
ができる。

【００３１】以上のような実施例によれば、記録用紙の
幅方向に沿ったニップ幅を鼓量によって規定するだけで
縦方向および横方向での皺の発生が防止でき、しかも、
鼓量を維持するための形状維持が各ローラのソリッド構
造によって簡単にかつ正確に得ることができる。従っ
て、定着された記録用紙に皺が発生するような事態を未
然に防止して良好な複写物あるいは記録物を得ることが
可能となる。

【００３２】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、ベルトが
掛け回されている一対のローラのうちの一つとこれに対
向する加圧ローラとが軸方向に沿った形状が鼓形状とさ
れているので、両ローラにおける軸方向両端の周速が軸
方向中央よりも早められ、記録媒体が幅方向に展張され
ることで皺の発生を防止することが可能となる。特に、
軸方向中央よりも端部の方が膨出していることにより、
軸方向中央部に記録媒体が引き寄せられるのを防止する
ことが可能となり縦皺の発生が確実に防止できる。

【００３３】請求項２記載の発明によれば、加圧ローラ
およびこれに対向するローラは、ソリッド構造が用いら
れることにより、鼓形状の特定が容易であり、加工性を
向上させることでその形状を確実に得ることが可能とな
る。

【００３４】請求項３記載の発明によれば、少なくとも
加圧ローラに対向するローラの表面硬度（アスカーＣ硬
度）が５０〜７０に設定されていることにより、鼓形状
に加工する際に加工性を悪化させることがなく、さらに
は加工後の形状を維持することが可能となるとともに圧
力の異常な増加を防止して記録媒体で皺ができるのを防
止することが可能となる。

【００３５】請求項４記載の発明によれば、対向するロ
ーラ間で得られる挟持面でのニップ幅に相当する鼓量を
０．０１〜０．０７に設定することにより、軸方向中央
と端部との間で圧力が大きく異なるのを防止して記録媒
体が不用意に幅方向に引き寄せられるのを防止すること
ができる。これにより、記録媒体が幅方向両側に向けて
強く引き寄せられた際に発生する幅方向に沿った波状の
皺を防止することが可能となる。

【００３６】請求項５記載の発明によれば、ベルトの基
材として、展延耐久性の高いポリイミド系樹脂を用いる
ことにより、鼓形状のローラ端部に片寄った際の端縁で
の亀裂発生を防止することが可能となる。

【００３７】請求項６記載の発明によれば、加圧ローラ
およびこれと対向するローラが鼓形状とされ、対応する
側のローラに掛け回されているベルトの機械的特性を設
定することにより、加圧ローラに対向するローラにベル
トを掛け回すことで定着温度までの立ち上がりを早くで
きると共に、鼓形状のローラに掛け回されたベルトに挟
持される記録媒体への皺発生を防止でき、さらには、皺
発生のために用いられるベルトの長寿命化が可能とな
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に示した定着装置に用いられる定着ローラ
および加圧ローラの構成を示す平面図である。

【図４】図３に示した定着ローラおよび加圧ローラで形
成される記録媒体の挟持面の状態を示す図である。

【図５】図２に示した定着装置により得られる複写物の
皺発生状態と定着ベルトの寿命に関する実験結果を示す
表図である。

【符号の説明】

１ 定着装置 ２ 定着ベルト ３ ベルトが掛け回される一対のローラの一方で
ある加熱ローラ ４ ベルトが掛け回される一対のローラの一つで
ある定着ローラ ５ 定着ローラに対向する加圧ローラ Ｎ 記録用紙の挟持面 Ｄ１，Ｄ２ 挟持面での軸方向端部の寸法 Ｄ３ 挟持面での軸方向中央部の寸法 Ｄ 鼓量

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｃ 13/00 Ｆ１６Ｃ 13/00 Ｅ Ｆターム(参考） 2H033 AA09 AA23 BA11 BA12 BB12 BB30 BB33 3J103 AA07 AA41 BA03 BA31 BA41 FA02 FA09 FA12 GA02 GA54 GA57 GA58 GA60 GA66 HA03 HA04 HA12 HA18 HA53

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】記録媒体に担持された未定着画像を定着す
   る装置であって、 一対のローラに掛け回されたベルトと、 上記一対のローラの一つに対向当接して連動可能な加圧
   ローラと、 上記加圧ローラおよびこれに対向するローラにそれぞれ
   内蔵された熱源とを備え、 上記加圧ローラおよびこれに対向するローラは、軸方向
   に沿った形状が鼓形状とされていることを特徴とする定
   着装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の定着装置において、 上記加圧ローラに対向するローラは、非発泡体に相当す
   るソリッド構造が用いられることを特徴とする定着装
   置。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の定着装置におい
   て、 上記加圧ローラおよびこれに対向するローラのうちの少
   なくとも加圧ローラに対向するローラは、表面硬度（ア
   スカーＣ硬度）が５０〜７０に設定されていることを特
   徴とする定着装置。
4. 【請求項４】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、 上記加圧ローラおよびこれに対向するローラは、互いに
   当接することで得られる挟持面において、軸方向端部側
   に相当する挟持面端部でのニップ幅寸法（Ｄ１，Ｄ２）
   と、軸方向中央部に相当する挟持面中央でのニップ幅寸
   法（Ｄ３）とに基づき、 挟持面でのニップ幅変化量に相当する量を鼓量（Ｄ）と
   して、 Ｄ＝（Ｄ１＋Ｄ２）／２−Ｄ３ で求めた場合に、該鼓量（Ｄ）が、０．０１〜０．０７
   に設定されていることを特徴とする定着装置。
5. 【請求項５】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、 上記ベルトは、基材としてポリイミド系樹脂からなる基
   材と、該基材上に設けられている離型層とを備えている
   ことを特徴とする定着装置。
6. 【請求項６】請求項１乃至５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。