JP2002207389A - 画像定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加熱定着ロールの外周面に沿ってエンドレ
スベルトを当接し、これらの間にトナー像を担持した記
録シートを通過させてトナー像を定着する定着装置にお
いて、画像のずれや画像の乱れのない良好な定着画像を
得る。 【解決手段】 エンドレスベルト７５が周方向に無張
力状態で支持され、加熱定着ロール６１の周面に沿って
湾曲するように当接される。エンドレスベルトの内周面
にはパッド状の圧力付与部材７１が当接され、エンドレ
スベルトを加熱定着ロールの周面に押圧する。エンドレ
スベルトが加熱定着ロールに押圧される部分の下流側
に、エンドレスベルトを介して加圧部材７６が加熱定着
ロールに押圧されている。これにより、加熱定着ロール
の周面付近に形成された弾性層６３が変形し、記録シー
ト６７を加熱定着ロールの周面から剥離するようになっ
ている。なお、エンドレスベルトは、複数のロールによ
って張架されるものでもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、複写機、プリン
ター、ファクシミリなどの電子写真方式を利用した画像
形成装置において未定着トナー像を加熱定着する画像定
着装置に係り、特にベルトニップ方式の画像定着装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】図１２は、この発明の出願人が提案し、
特開平５−１５０６７９号公報に開示された画像定着装
置を示す。図において、符号１０１は回転可能に配置さ
れた加熱定着ロールを示す。この加熱定着ロール１０１
は、アルミニウムなどの熱伝導率の高い金属で形成され
た円筒状のコア１０３を有し、その表面に弾性体からな
る被覆層１０４を形成したものである。被覆層１０４
は、コア１０３の表面に直接被覆されたＨＴＶ（Ｈｉｇ
ｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｖｕｌｃａｎｉｚａｔｉ
ｏｎ）シリコーンゴムからなる下地層１２０と、その外
側に被覆されたＲＴＶ（Ｒｏｏｍ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕ
ｒｅ Ｖｕｌｃａｎｉｚａｔｉｏｎ）シリコーンゴムか
らなるトップコート層１２１とを積層したものである。

【０００３】コア１０３の内部には、加熱源としてハロ
ゲンランプ１０５が配置されている。また、加熱定着ロ
ール１０１の表面には温度センサ１０６が配置され、こ
の表面の温度を計測する。そして、温度センサ１０６の
計測信号により、図示しない温度コントローラが作動さ
れハロゲンランプ１０５の点滅が制御されて、加熱定着
ロール１０１の表面が所定の温度に調節されるようにな
っている。また、加熱定着ロール１０１の表面には、オ
イル供給装置１０９によって離型剤であるシリコンオイ
ルが供給されており、これによりシート１０７に未定着
のトナー１０８の像を定着する際に、トナー１０８の一
部が加熱定着ロール１０１にオフセットするのを防止す
るようになっている。

【０００４】さらにこの定着装置においては、圧力ロー
ル１２５が、圧縮コイルスプリング１２６によって加熱
定着ロール１０１に対して押圧されている。また、加熱
定着ロール１０１に向けて圧力補助ロール１２９が押圧
されている。そして、圧力ロール１２５および圧力補助
ロール１２９の周囲には、ロール１２２，１２３，１２
４が配置されており、ロール１２２，１２３，１２４、
圧力ロール１２５、圧力補助ロール１２９の周囲にはエ
ンドレスベルト１１５が巻回されている。

【０００５】圧力ロール１２５および圧力補助ロール１
２９が加熱定着ロール１０１に対して圧接させられてい
ることによって、エンドレスベルト１１５は加熱定着ロ
ール１０１に接触して、加熱定着ロール１０１とエンド
レスベルト１１５との間が、シート１０７を通過させる
ためのニップ（ベルトニップ）となる。そして加熱定着
ロール１０１およびエンドレスベルト１１５が、矢印に
示すように回転すると共に、シート７が回転する加熱定
着ロール１０１とエンドレスベルト１１５との間に搬送
され、このシート１０７がベルトニップを通過する際
に、ベルトニップに作用する圧力とハロゲンランプ１０
５から加熱定着ロール１０１を通じて与えられる熱によ
り未定着のトナー１０８がシート１０７上に定着される
ようになっている。

【０００６】このようなベルトニップ方式の構成を採用
することにより、シート１０７がベルトニップの幅（図
示の例では圧力ロール１２５と圧力補助ロール１２９で
押さえられているベルトの長さ）に対応する時間加熱さ
れるようになるので、加熱定着ロール１０１と圧力ロー
ルのみを圧接させてエンドレスベルト１１５を使用しな
い場合に比べると、シート１０７の搬送速度を大きくし
ても十分な定着時間を確保することが可能になるという
利点がある。また、同じ搬送速度であれば、ベルトニッ
プ方式の方が、エンドレスベルト１１５を使用しない方
式よりも加熱時間が長くなり、トナーにより多量の熱を
与えることができるため、ベルトニップ方式は特に多層
のトナーを所望の色に発色させるカラー複写機の定着に
適している。

【０００７】また、この画像定着装置においては、加熱
定着ロール１０１の表面に弾性体であるシリコーンゴム
からなる被覆層１０４が形成されており、この被覆層１
０４が圧力ロール１２５の圧接力を受けて圧接領域にお
いて局所的に歪むようになっている。すなわち、被覆層
１０４の表面速度が局所的に大きくなるため、圧力ロー
ル１２５の圧接領域においてシートと被覆層１０４との
間に微小なズレが生じる。また、高温状態のトナー１０
８は被覆層１０４へ付着しようとする傾向があるが、こ
のときのズレによってトナー１０８と被覆層１０４との
界面に微小なスリップが生じ、その付着が防止されてい
ると考えられる。

【０００８】これによって、シート１０７はトナー１０
８と加熱定着ロール１０１との付着力に抗して加熱定着
ロール１０１から剥離される。溶融されたトナーと加熱
定着ロール１０１との表面の付着力は、両者の界面化学
的な材料物性値にも左右されるので、シート１０７が剥
離する挙動はトナーの種類や被覆層１０４の材質に応じ
て異なるが、この画像定着装置によると、剥離爪などの
剥離手段を使用しなくても、シート１０７を加熱定着ロ
ール１０１から剥離することができる（以下、これをセ
ルフストリッピングという）。このため、腰が弱くて剥
離しにくい薄紙や、多量のトナーが付着した用紙でも、
セルフストリッピングさせることができる。

【０００９】その他、ベルトニップ方式を採用した画像
定着装置としては、特開昭５２−６９３３７号公報、特
開昭６０−１５１６７７号公報、特開昭６０−１５１６
８１号公報、特開昭６２−１４６７５号公報、特開平２
−２２２９８２号公報、特開平２−３０８２８７号公
報、特開平４−５０８８５号公報、特開平４−１１５２
７９号公報、実開昭６０−１０４８５２号公報、実開平
２−３０９６１号公報、実開平３−８６３７４号公報、
実開平３−９２６６１号公報および実開平４−５０８６
４号公報に記載されたものがある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ベルトニップ方式の画像定着装置には、次のような問題
がある。すなわち、現在主流となっている熱融着式のト
ナー１０８を利用した場合には、シート１０７を必ず加
熱してトナー１０８をシート１０７に融着させなければ
ならないが、この加熱の際には暖まったシート１０７の
繊維の間隙やトナー粒子の間隙から空気が熱膨張したり
水蒸気が蒸発してくる。このような空気や水蒸気は、シ
ート１０７がベルトニップ内で加熱されることにより発
生し、シート１０７がベルトニップを通過するまでベル
トニップ内、具体的にはシート１０７と加熱定着ロール
１０１またはエンドレスベルト１１５との間に気泡とな
って介在し、シート１０７がベルトニップを通過し終え
ると同時に外部に排出される。このベルトニップ内で
は、図１３に示すように、圧力ロール１２５による押圧
部と圧力補助ロール１２９による押圧部との間に、圧接
力の小さい領域が広く存在しており、この領域に気泡が
介在すると、加熱定着ロール１０１とエンドレスベルト
１１５との間にギャップが生じることがある。このよう
なギャップが生じると、ベルトニップ内にあるシート１
０７上のトナー１０８がまだすべて定着していない状態
では、未定着のトナー１０８が、気泡が動き回ることに
よって移動してしまうことがある。このため、画像のニ
ジミやズレ、乱れなどが発生するという問題点がある。

【００１１】図１４は、図１１に示す装置で未着のトナ
ー１０８の像を定着する際に、ベルトニップの中央すな
わち圧力ロール１２５と圧力補助ロール１２９との中間
で、加熱定着ロール１０１とエンドレスベルト１１５と
の間に生じたギャップを計測した結果を示す。なお、使
用したシートは富士ゼロックス社製のＡ３サイズのＪ紙
であり、ギャップは加熱定着ロールとエンドレスベルト
間の間隔を測定し、この値から紙の厚さを差し引いたも
のである。図１４の結果からも明らかなように、定着ロ
ール温度がほぼ環境温度の場合にはギャップはないが、
定着ロール温度を高くすると、加熱定着ロール１０１と
エンドレスベルト１１５との間に生じるギャップが大き
くなっていく。これは、空気や水蒸気が熱膨張するため
であると考えられる。つまり、ベルト張力によるエンド
レスベルトの加熱定着ロールへの押圧力は小さいため、
空気や水蒸気の熱膨張を押さえきれずギャップが生じる
ものと考える。

【００１２】したがって、圧力ロールおよび圧力補助ロ
ールは、この空気や水蒸気の熱膨張を押さえてギャップ
が生じないだけの荷重を加えなければならない。しか
し、圧接力の小さい部分、すなわち圧力ロール１２５と
圧力補助ロール１２９との中間においては、加熱定着ロ
ール１０１とエンドレスベルト１１５との間にギャップ
が生じやすく、未定着のトナー１０８が移動するのを防
止できる十分な圧力が与えられないことになる。加熱定
着ロールおよび加圧定着ロールを使用し、エンドレスベ
ルトを使用しない方式では、圧力が大きいために、この
ような不具合は少ないが、ベルトニップ方式では、圧力
を小さくしているだけに、気泡によりトナー１０８の像
が乱される可能性も大きく、実際に使用した場合にも、
気泡が原因と考えられる画像のニジミやズレ、乱れなど
が発生している。

【００１３】この発明は前記の課題を考慮してなされた
ものであり、その目的は、いわゆるベルトニップ内の空
気の膨張や水蒸気の発生によるトナー像の乱れを防止し
ながら、トナー像を定着させることができる画像定着装
置を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願発明に係る画像定着装置は、 表面付近に弾
性体層を有し、回転可能に支持された加熱定着ロール
と、 前記加熱定着ロールの外周面に沿って湾曲するよ
うに接触し、トナー像を担持した記録シートが前記加熱
定着ロールとの間に挟み込まれるニップを形成するエン
ドレスベルトと、前記エンドレスベルトの内面側に当接
され、前記加熱定着ロールの表面に沿って前記エンドレ
スベルトをほぼ均等な圧力分布で押圧するパッド状の圧
力付与部材とを有し、 前記圧力付与部材の押圧面に作
用する圧力は、前記加熱定着ロールと前記エンドレスベ
ルトとの間に取り込まれた気体の温度上昇による体積膨
張を抑止する圧力以上に設定されているものとする。

【００１５】このような構成の画像定着装置では、圧力
付与部材の圧接面が、加熱定着ロールの表面にエンドレ
スベルトを介して押圧され、エンドレスベルトは加熱定
着ロールの周方向に広く圧接されている。この圧力付与
部材の圧接面に作用する圧力を、記録シートやトナー粒
子間にある空気や水蒸気の熱膨張を抑制することができ
る値以上にすることにより、ベルトニップ内での気泡の
発生および成長を抑制でき、熱膨張した気泡によって未
定着のトナーが攪乱されるのを防止することができる。

【００１６】このようにエンドレスベルトと加熱定着ロ
ールとの間のギャップの発生を防止するためには、圧力
付与部材によってベルトを加熱定着ロールに押え付け、
ベルトニップ内の圧力Ｐnを上昇させて、空気又は水蒸
気の体積の増大を抑止するものであるが、この圧力Ｐn
は、具体的には式（１）に示すように設定することによ
り実現できると考えられる。 Ｐn ≧ Ｐo（Ｔn／Ｔo−１） （１） ここで、Ｔnは加熱定着ロールの温度、Ｔoは加熱定着ロ
ールから十分離れた位置における空気の温度（環境温度
とする）、Ｐoは大気圧である。

【００１７】式（１）は、次のように導かれる。まず、
理想気体の状態方程式（２）は次の通りである。 ＰＶ ＝ ｎＲＴ （２） したがって、式（３）（４）が導かれる。 （Ｐo＋Ｐn）Ｖn ＝ ｎＲＴn （３） ＰoＶo ＝ ｎＲＴo （４） ここで、Ｖnはベルトニップ内の空気の体積、Ｖoはベル
トニップ外の空気の体積である。ベルトニップ内の空気
の膨張を抑制するには、Ｖn≦Ｖoでなければならない。
このことから、式（５）が導かれる。 Ｔn／（Ｐo＋Ｐn） ≦ Ｔo／Ｐo （５） そして式（５）を変形すると、式（１）が導かれる。

【００１８】また、上記発明にあって、エンドレスベル
トは、複数のロールに張架されている構成や周方向に無
張力状態に支持される構成等を適宜に設定することがで
きる。エンドレスベルトを無張力状態に支持することに
より、支持ロールなどの張架手段が不要となるという利
点がある。また、圧力付与部材の圧接面は好適な材料を
設定することが望ましい。例えば、圧接面が耐熱性を有
する材料からなり、ほぼ全面に微小な凹凸が形成されて
いるものや、耐熱性の繊維からなる布に耐熱性樹脂を含
浸させた部材で形成されているもの等を選択できる。そ
して、加熱定着ロールとエンドレスベルトとの間の摩擦
係数μ₁ よりも、圧力付与部材とエンドレスベルトとの
間の摩擦係数μ₂ が小さくなっていることが望ましい。
これにより、エンドレスベルトは、圧力付与部材によっ
て停止されずに、加熱定着ロールの回転に追随して走行
可能となる。従って、例えば、加熱定着ロールのみが回
転してシート上のトナーが加熱定着ロールに擦られて画
像が乱れてしまうような不都合を抑制することができ
る。

【００１９】また、加熱定着ロールの回転方向における
圧力付与部材よりも下流側に、エンドレスベルトを加熱
定着ロールに押圧する加圧部材を配設し、該加熱定着ロ
ールの弾性体層を変形させるようにしてもよい。これに
より、弾性体層の表面速度が局所的に大きくなり、シー
ト上のトナーと弾性体層との界面に微小なスリップが生
じてトナーの付着を防止することができる。したがっ
て、シートは加熱定着ロールから容易に剥離される。

【００２０】また、この加圧部材は、圧力付与部材と一
体に支持され、該加圧部材が加熱定着ロールに圧接され
る範囲と、圧力付与部材が加熱定着ロールに圧接される
範囲とが、加熱定着ロールの周方向に近接していること
が望ましい。これにより、ベルトニップ域の押圧部を周
方向に幅広く形成することが可能となり、ニップ域で圧
接力が小さくなる部分をなくすことができる。したがっ
て、シートやトナー粒子間に含まれる空気や水蒸気の熱
膨張による画像の乱れが防止に防止される。

【００２１】一方、圧力付与部材がベルトニップの一部
に圧接されるときの周方向の範囲は、エンドレスベルト
が加熱定着ロールと当接された位置から、トナーの粘性
がガラス状からゴム状流動を生じる状態へ転移する温度
に加熱される位置までに設定されていることが望まし
い。これは次のような作用によるものである。シート上
に担持されたトナーはニップ内に入ると加熱定着ロール
によって加熱され温度が上昇する。そして、ある温度に
達するとトナーの粒子はガラス状からゴム状流動が生じ
る状態に転移し、この状態となるとトナー粒子相互間の
付着力が発生して容易にはトナー粒子の移動が起こらな
い。したがって、この温度に加熱されるまでが画像の乱
れを生じやすい領域であり、この部分に圧力付与部材を
圧接することによって有効に画像の乱れを防止すること
ができる。

【００２２】さらに、加圧部材と圧力付与部材とが離れ
ている場合でも、圧力付与部材の圧接される周方向の範
囲は、エンドレスベルトが加熱定着ロールに圧接されて
から離れるまでの周方向長さの１／２以上であることが
望ましい。これは次のような作用による。一般に定着に
適した加熱温度は、適切な流動性を有する状態と対応す
る温度として設定される。この温度まで加熱定着ロール
によって加熱する際には、その約１／２の加熱時間でト
ナーがガラス状からゴム状流動を生じる状態に転移す
る。このとき、シートとトナーとの間に接着力が生じ始
める。したがって、シートがニップで圧接されてから最
終的に定着されるまでの１／２の範囲までが、画像の乱
れの生じやすい領域となっており、この部分に圧力付与
部材を圧接することによって有効に画像の乱れが防止さ
れる。また、このような画像定着装置では、ニップ域の
圧力付与部材による押圧部と、加圧部材による押圧部と
の間に低圧の領域が存在しても、トナー像のズレや乱れ
を防止することができる。ただし理想的には、ニップ域
の圧力ロールによる押圧部と、圧力付与部材による押圧
部との間に低圧の領域が存在しないことが好ましい。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図に基
づいて説明する。図１は、請求項１、請求項２、請求項
３、請求項５、請求項６、請求項７又は請求項８に記載
の発明の一実施形態である画像定着装置を示す概略構成
図である。この画像定着装置は、加熱源を内蔵した加熱
定着ロール１と、３つの支持ロール１２，１３，１４に
張架され上記加熱定着ロール１に圧接されるエンドレス
ベルト１５と、このエンドレスベルトの内面側に当接さ
れ、加熱定着ロール１の表面に沿ってエンドレスベルト
１５を押圧する圧力付与部材１１とで主要部が構成され
ている。

【００２４】上記加熱定着ロール１は、内部に円筒状の
コア２を有しており、モータ６によって周方向に回転駆
動されるものである。このコア２は、外径４７ｍｍ、内
径４２ｍｍ、長さ３５０ｍｍのアルミニウムで形成され
ている。コア２の表面には、下地層３ａとして硬度４５
°（ＪＩＳ−Ａ）のＨＴＶシリコーンゴムが厚さ２ｍｍ
で直接被覆され、さらにその上にトップコート層３ｂと
してＲＴＶシリコーンゴムが厚さ５０μｍでディップコ
ートされている。これにより被覆層３が形成されてお
り、被覆層３は鏡面状態に近い表面に仕上げられてい
る。下地層３ａのゴムの硬度は、Ｔｅｃｌｏｃｋ社製の
スプリングタイプのＡ型硬度計により、ＪＩＳ Ｋ６３
０１に準拠して、荷重１，０００ｇｆを付加して計測し
た結果である。なお、コア２としてはアルミニウムでな
くても熱伝導率の高い金属製のものを使用することがで
き、被覆層３としては耐熱性の高い弾性体であれば他の
材料を使用することができる。

【００２５】コア２の内部には、加熱源として出力８５
０ｗのハロゲンランプ５が配置されている。また、加熱
定着ロール１の表面には温度センサ１０が配置され、こ
の表面の温度を計測する。そして、温度センサ１０の計
測信号により、図示しない温度コントローラによってハ
ロゲンランプ５がフィードバック制御されて、加熱定着
ロール１の表面が１５０℃に調節されるようになってい
る。

【００２６】また、加熱定着ロール１の近傍にはオイル
供給装置９が配設されている。オイル供給装置９は、離
型剤を貯蔵するタンク９ａからスポンジ状の吸上げ部材
９ｂ、ロール９ｃ，９ｄを通じて加熱定着ロール１の表
面に離型剤を常に一定量供給する。これによりシート７
に未定着のトナー８の像を定着する際に、トナー８の一
部が加熱定着ロール１にオフセットするのが防止されて
いる。オイル供給装置９によって供給される離型剤とし
ては、粘度１０００ｃｓのジメチルシリコンオイル（商
品名「ＫＦ−９６」：信越化学株式会社製）が使用され
る。

【００２７】上記圧力付与部材１１は、ベースプレート
１１ａの表面に弾性層１１ｂと低摩擦層１１ｃとを積層
して形成したものであり、ベースプレート１１ａ側に配
置された圧縮コイルスプリング１６によって加熱定着ロ
ール１に向けて押圧されている。ベースプレート１１ａ
は、幅（ベルトの走行方向）２０ｍｍ、長さ（紙面の垂
直方向）３２０ｍｍ、厚さ５ｍｍのステンレス鋼製のも
のである。また、弾性層１１ｂは、ゴム硬度２３°のシ
リコーンスポンジ（シリコーンゴムの発泡体）からなる
厚さ５ｍｍのものである。なお、ここでゴム硬度は、高
分子科学社製のアスカーＣタイプのスポンジ用ゴム硬度
計により、荷重３００ｇｆを付加して計測した結果であ
る。さらに、低摩擦層１１ｃとしては、ポリテトラフル
オロエチレンを含浸させたガラス繊維シートである中興
化成製の「ＦＧＦ−４００−４」（商品名）を用いてい
る。

【００２８】ここで弾性層１１ｂが設けられていること
により、低摩擦層１１ｃのエンドレスベルト１５と接触
する接触面は、加熱定着ロール１の外周面と整合可能に
なっている。すなわち、一定以上の荷重によって圧力付
与部材１１を加熱定着ロール１に向けて押圧すれば、弾
性層１１ｂが変形し、低摩擦層１１ｃの接触面が加熱定
着ロール１の外周面に沿って圧接されるように変形する
ようになっている。したがって、圧力付与部材１１が圧
縮コイルスプリング１６によって加熱定着ロール１に押
圧されると、エンドレスベルト１５は加熱定着ロール１
に隙間なく圧接される。

【００２９】また、低摩擦層１１ｃの表面には、粘度１
０００ｃｓのジメチルシリコンオイル（商品名「ＫＦ−
９６」：信越化学株式会社製）が塗布されており、これ
によってエンドレスベルト１５と圧力付与部材１１との
間の摩擦係数が小さくなるようになされている。そし
て、ジメチルシリコンオイルを塗布した状態では、エン
ドレスベルト１５と加熱定着ロール１との間の摩擦係数
μ１よりも、圧力付与部材１１とエンドレスベルト１５
との間の摩擦係数μ２は小さくなっている。このよう
に、エンドレスベルト１５の両面における摩擦係数を設
定することによって、エンドレスベルト１５は、加熱定
着ロール１の回転に伴って、圧力付与部材１１上を滑り
ながら走行が可能となる。

【００３０】上記エンドレスベルト１５は、ポリイミド
フィルムにより厚さ７５μｍ、幅３００ｍｍ、周長１８
８ｍｍに形成されている。このエンドレスベルト１５
は、加熱定着ロール１と離れた位置に配置された支持ロ
ール１２，１３，１４の周囲に約８ｋｇｆの張力で巻回
されている。支持ロール１２，１３，１４はステンレス
によって形成されており、その直径は、それぞれ１８ｍ
ｍ，１８ｍｍ，２３ｍｍである。

【００３１】このエンドレスベルト１５は、圧力付与部
材１１が加熱定着ロール１に向けて押圧されていること
により、加熱定着ロール１に隙間なく圧接される。この
とき、圧力付与部材１１の接触圧力は、約０．５６ｋｇ
ｆ／ｃｍ² に設定されている。また、加熱定着ロール１
が、モータ２７により周速度Ｖ＝２２０ｍｍ／ｓｅｃで
回転しており、この回転によりエンドレスベルト１５も
速度２２０ｍｍ／ｓｅｃで従動回転するようになってい
る。

【００３２】次に、上記画像定着装置の動作について説
明する。上記画像定着装置では、図１中の右側におい
て、図示しない転写装置によりシート７の上にトナー８
の像が転写され、ベルトニップに向けてこのシート７が
搬送されてくる。シート７は、ベルトニップの圧力付与
部材１１の配置されている位置に侵入する。そして、ベ
ルトニップに作用する圧力とハロゲンランプ５によって
加熱定着ロール１を通じて与えられる熱により、トナー
８の像がシート７上に定着される。

【００３３】ここで、従来技術のようにベルトニップ内
の圧力が十分でない場合には、ベルトニップを通過中に
シート７が加熱されることにより、シート７の繊維間お
よびトナー８の粒子間に含まれていた空気や水蒸気が膨
張又は蒸発して、シート７と加熱定着ロール１との間に
侵出してくる。そして、この空気や水蒸気がベルトニッ
プ内で気泡となって、未定着のトナー８を攪乱すること
になる。

【００３４】しかし、本例の画像定着装置では、エンド
レスベルト１５を圧力付与部材１１の接触面によって加
熱定着ロール１に向けて押し付けており、この接触面が
加熱定着ロール１の外周面とほぼ整合可能になってい
る。したがって、図２に示すように、エンドレスベルト
１５を加熱定着ロール１に対して隙間なく圧接すること
ができ、これによってシート７やトナー８から空気や水
蒸気が膨張してくるのを抑制することができる。このた
め、ベルトニップ内での気泡の発生および成長を抑制で
き、成長した気泡によって未定着のトナー８が攪乱され
るのを防止することができる。

【００３５】これと同時に、圧力付与部材１１の接触面
で大きな面積にわたって、エンドレスベルト１５と加熱
定着ロール１との間に作用する圧接力を与えることがで
きるので、ベルトニップ間を通過するシート７上のトナ
ー８をエンドレスベルト１５と加熱定着ロール１とで確
実に押さえて定着させることが可能である。このように
して、トナー像の乱れを防止しながら、トナー像を定着
させることができる。すなわち、定着された画像にニジ
ミやズレなどの乱れが生じるのを防止することが可能で
ある。

【００３６】図３は、請求項１、請求項２、請求項４、
請求項５、請求項６、請求項７又は請求項８に記載の発
明の一実施形態である画像定着装置を示す概略構成図で
ある。この画像定着装置では、エンドレスベルト３５、
および圧力付与部材３１の支持の仕方が図１に示す画像
定着装置と異なっている。すなわち、図１に示す画像定
着装置では、３本の支持ロール１２，１３，１４によっ
てエンドレスベルト１５を張架していたが、ここでは、
エンドレスベルト３５は無張力状態で圧力付与部材３１
によって加熱定着ロールに押圧されている。この圧力付
与部材３１は支持部材３２に取り付けられ、これらがス
プリング３６によって加熱定着ロール２１に押圧されて
おり、支持部材３２上に取り付けられた弾性層３１ａと
その表面の低摩擦層３１ｂとからなるものである。

【００３７】また、支持部材３２にはエンドレスベルト
３５を案内するためのガイド部材３３が取り付けられ、
その表面に周方向に沿って突起部３４が形成されてい
る。エンドレスベルト３５には、ニップ領域外で張力は
働いておらず、加熱定着ロール２１の回転に伴ってエン
ドレスベルト３５がガイド部材３３の周囲を走行するよ
うになっている。エンドレスベルト３５は、厚さ３０μ
ｍのニッケル製のものであり、加熱定着ロール１と圧力
付与部材３１とで挟まれるベルトニップの部分では、両
者の圧接面の形状に応じて変形するようになっている。
ただし、適当な可撓性を有していれば、他の金属でエン
ドレスベルト３５を形成することも可能である。

【００３８】上記ガイド部材３３はエンドレスベルト３
５の形状に合わせたほぼ円形となっているが、エンドレ
スベルト３５の走行を妨げるものでなければ、他の形状
であってもよい。例えば、楕円形などであってもよい。
また、ガイド部材３３の材質も、ある程度の剛性を有
し、ベルトニップから熱を奪い過ぎず、エンドレスベル
ト３５の走行を阻害しなければ、様々なものを使用する
ことができる。例えば、金網や樹脂などでガイド部材３
３を形成することができる。なお、この画像定着装置の
他の構成は図１に示す画像定着装置と同じである。

【００３９】このような画像定着装置では、エンドレス
ベルト３５は加熱定着ロール２１の回転に伴って回転す
る。エンドレスベルト３５は金属によって形成されてお
り、図１中に示すエンドレスベルト１５のようなポリイ
ミドフィルム製のものよりも高い剛性を有している。こ
のため、ロールによって張力を与えなくても、波打ちや
しわなどが発生することがない。したがって、従来エン
ドレスベルトの張架に用いられてきたロールを排除する
ことができ、装置の大幅な簡素化、小型化および費用の
低減を達成することが可能である。

【００４０】また、圧力付与部材３１の接触面は加熱定
着ロール２１の外周面に合わせて変形し、これにより図
４に示すようにエンドレスベルト３５が加熱定着ロール
２１に隙間なく広い範囲で圧接される。このとき、圧力
付与部材３１による接触圧力は、０．５６ｋｇｆ／ｃｍ
² に設定されており、これによってベルトニップ内の圧
力Ｐｎも０．５６ｋｇｆ／ｃｍ² となる。従って、ベル
トニップ内において低圧部分が生じることがなく、空気
や水蒸気の熱膨張を抑制してトナー像のずれや乱れを防
止することができる。

【００４１】図５は、請求項１、請求項２、請求項３、
請求項５から請求項１０まで、請求項１２又は請求項１
３に記載の発明の一実施形態である画像定着装置を示す
概略構成図である。この画像定着装置では、エンドレス
ベルト５５を支持するロールの構成が図１に示す画像定
着装置と異なっている。図１に示す画像定着装置では、
３本の支持ロール１２，１３，１４によってエンドレス
ベルト１５を張架していたが、ここでは、該支持ロール
１２に代えて、加圧部材である圧力ロール５２が配設さ
れ、エンドレスベルト５５を加熱定着ロール４１に圧接
するようになっている。

【００４２】この圧力ロール５２は、加熱定着ロール４
１の回転方向における圧力付与部材５１の下流側に設け
られており、コイルスプリング５７によって加熱定着ロ
ール４１に約１６ｋｇｆの荷重で押圧されている。これ
により、加熱定着ロール４１の弾性層４３に局部的に変
形を生じさせるようになっている。この圧力ロール５２
および圧力付与部材５１によって、エンドレスベルト５
５が加熱定着ロール４１に圧接されており、これらの配
置により、加熱定着ロール４１へのエンドレスベルト５
５の巻付角度は４５°となっている。この場合ベルトニ
ップの幅は２０ｍｍとなる。

【００４３】上記圧力付与部材５１は、ベルトの走行方
向の幅が１５ｍｍのベースプレート５１ａ上に弾性層５
１ｂと低摩擦層５１ｃとを積層したものであり、ベルト
ニップにおける低摩擦層５１ｃの接触面の幅（ベルトの
走行方向で計って）が約１２ｍｍとなっている。ここで
加熱定着ロール４１とエンドレスベルト５５とが接触す
る軸方向の長さは３００ｍｍである。また、圧力付与部
材５１の接触荷重は２０ｋｇｆに設定されており、接触
面の幅が１２ｍｍであることから、圧力付与部材５１の
接触圧力は、０．５６ｋｇｆ／ｃｍ² となっている。

【００４４】また、圧力付与部材５１とエンドレスベル
ト５５との間の摩擦係数μ２は、エンドレスベルト５５
と加熱定着ロール４１との間の摩擦係数μ１よりも小さ
く設定されている。これにより、エンドレスベルト５５
は、加熱定着ロール４１の回転に伴って、圧力付与部材
５１上を滑りながら走行可能となる。この摩擦係数μ１
と摩擦係数μ２との間の差Δμは、大きい方が好適であ
り、この差Δμについては後述する。なお、この画像定
着装置の他の構成は図１に示す画像定着装置と同じであ
る。

【００４５】このような画像定着装置では、加熱定着ロ
ール４１が回転駆動されることによってエンドレスベル
ト５５もこれに従って周回移動する。そして、ベルトニ
ップに未定着のトナー４８を担持したシート４７が送り
込まれる。このとき、加熱定着ロール４１及びエンドレ
スベルト５５の周速は２２０ｍｍ／ｓｅｃとなってい
る。ベルトニップ内では、圧力付与部材５１と圧力ロー
ル５２とが圧接されることにより、圧力分布は図６に示
すようになっており、圧力付与部材５１によって押圧さ
れる領域を通過した後に圧接力が小さくなる範囲が生じ
ている。

【００４６】シート４７上のトナー４８は、このような
ベルトニップ内を通過する間に以下のような挙動を示
す。すなわち、図７（ａ）に示すように、シート４７上
のトナー４８はベルトニップ内を通過する間に加熱さ
れ、ベルトニップの中央部付近（ニップ入口から約１０
ｍｍの位置）で、トナー４８はガラス状からゴム状流動
が生じる状態への転移温度付近まで加熱される。このた
め、図７（ｂ）に示すようにトナーの粘性率が急激に減
少し、トナーはゴム状流動を生じる状態となる。したが
って、この後エンドレスベルトの圧接力が小さい領域を
通過してもトナーは移動することなく画像の乱れ等を生
じない。そして、ベルトニップ内でトナー４８は更に加
熱され、ベルトニップに作用する圧力により、トナー４
８はシート４７上に融着される。

【００４７】また、圧力ロール５２との対向位置では、
加熱定着ローラ４１が局所的に変形しており、その変形
部での表面速度が局所的に大きくなるため、シート４７
と加熱定着ローラ４１との間にズレが生じる。このズレ
によって、トナー４８と加熱定着ローラ４１との界面に
微小なスリップを生じて、トナー４８が加熱定着ローラ
４１に付着することなく、シート４１上に定着される。

【００４８】このような画像定着装置において、エンド
レスベルト５５と加熱定着ロール４１との間の隙間の発
生を防止するためには、圧力付与部材５１によってベル
トニップに与える圧力Ｐnが（１）に示す条件を満足す
ればよいと考えることができる。 Ｐn ≧ Ｐo（Ｔn／Ｔo−１） （１）

【００４９】ベルトニップ内での定着温度Ｔnを１５０
℃とし、環境温度Ｔoを２０℃とすると、上記式（１）
より圧力Ｐnを０．４４ｋｇｆ／ｃｍ² 以上にすること
が必要となる。本例では、圧力付与部材５１の接触圧力
は、０．５６ｋｇｆ／ｃｍ² としており、これによって
ベルトニップ内の圧力Ｐnも０．５６ｋｇｆ／ｃｍ² と
なって隙間の発生が防止される。

【００５０】ただし、圧力付与部材５１でエンドレスベ
ルト５５を押圧する領域が短すぎれば、トナー４８がゴ
ム状流動状態となる以前にシート４７がベルトニップの
圧力付与部材５１で押圧されている部分を抜け出してし
まい、ベルトニップ内の後続の部分でシート４７やトナ
ー４８から膨張した空気や水蒸気が侵出して気泡を形成
することになる。

【００５１】そこで、圧力付与部材５１でエンドレスベ
ルト５５を押圧する長さ（圧力付与部材５１で押圧する
ニップ幅）を変更して、画像のズレやニジミといった画
像の乱れの発生の有無を調べる実験を行った。この実験
結果を表１に示す。

【００５２】

【表１】

【００５３】表１において、記号×はシート７上に目視
で認識できる画像の乱れが発生したことを示し、△は目
視では分からないが拡大すると認識できる画像の乱れが
発生したことを示し、○は拡大しても画像の乱れが発見
されず最も良好であったことを示す。この実験では、ま
ず、前記のように、画像の乱れを防止するには、ベルト
ニップ内の圧力Ｐnが０．４４ｋｇｆ／ｃｍ² 以上であ
ると効果的であることが判明した。

【００５４】また、ベルトニップ内の圧力Ｐnが０．４
４ｋｇｆ／ｃｍ² 以上の条件においては、圧力付与部材
５１でエンドレスベルト５５の走行方向においてエンド
レスベルト５５を押圧する長さは、６ｍｍでは十分では
なく、１０ｍｍ以上必要であることが分かる。前記のよ
うに、本例でのベルトニップの全幅（エンドレスベルト
５５の走行方向におけるベルトニップの長さ）は、２０
ｍｍであるから、画像の乱れを防止するには、圧力付与
部材５１が、エンドレスベルト５５の走行方向における
ベルトニップの長さの１／２以上にわたって、エンドレ
スベルト５５を押圧しなければならないことになる。

【００５５】さらに、定着速度を２２０ｍｍ／ｓｅｃか
ら３００ｍｍ／ｓｅｃに高速化した場合、記録シート上
のトナー像を定着するためには、加熱定着ロールの温度
を１７０°Ｃにする必要がある。この条件で表１と同様
の実験を行い、その実験結果を表２に示す。

【表２】

【００５６】ここで、表１の結果よりも画像乱れが起こ
りやすくなる傾向がある。これは加熱定着ロールの温度
が高いことに起因すると考えられ、式（１）に基づいて
導かれるニップ圧力Ｐnの下限値は０．５２ｋｇｆ／ｃ
ｍ² となる。一方、上記表２に示される実験結果では、
ニップ圧力Ｐnが０．５５ｋｇｆ／ｃｍ² 以上で画像乱
れが有効に防止されており、式（１）によって導かれる
条件を満足することによって画像乱れが防止されること
が解る。

【００５７】次に、図８は、エンドレスベルト５５と加
熱定着ロール４１との間の摩擦係数μ１と、圧力付与部
材４１とエンドレスベルト５５との間の摩擦係数μ２と
の差Δμを変更して、加熱定着ロール４１の回転にエン
ドレスベルト５５が追随して走行することができるか否
かを調べた実験結果を示す。同図中、点線は加熱定着ロ
ール４１の周速度Ｖを示し、実線はエンドレスベルト５
５の走行速度を示す。なお、加熱定着ロール１の周速度
Ｖは、前記の通り２２０ｍｍ／ｓｅｃとした。

【００５８】前述のように、エンドレスベルト５５が、
加熱定着ロール４１の回転に伴って圧力付与部材５１上
を滑りながら走行するためには、摩擦係数μ２が摩擦係
数μ１よりも小さくなければならない。また、図８より
明らかなように、摩擦係数μ１と摩擦係数μ２の差Δμ
が小さいときには、圧力付与部材５１との摩擦によって
エンドレスベルト５５の速度が低下させられ、加熱定着
ロール１とエンドレスベルト５５との間に滑りが生じて
しまう。そして、エンドレスベルト５５が加熱定着ロー
ル４１の周速度Ｖと等しい速度で走行するためには、摩
擦係数μ１と摩擦係数μ２との差Δμが０．５以上であ
ることが好ましい。

【００５９】図９は、請求項１、請求項２、請求項４か
ら請求項９まで、請求項１１、請求項１２又は請求項１
３に記載の発明の一実施形態である画像定着装置を示す
概略構成図である。この画像定着装置では、図３に示す
画像定着装置と同様にエンドレスベルト７５が周方向に
無張力状態で支持されているが、圧力付与部材７１と加
圧部材７６とが支持部材７２上に一体形成されており、
この支持部材７２の背面側からスプリング７６によって
加熱定着ロール６１に押圧されている。この加圧部材７
６は、ロール状の部材であるが非回転の状態で用いられ
ており、圧力部材７６の押圧力によって加熱定着ロール
６１の弾性層６３に変形を生じるようになっている。ま
た、このような変形を生じさせることができるものであ
れば、ロール状の部材に限らず、エッジあるいは曲率を
持った部材を押圧してもよい。

【００６０】また、上記支持部材７２にはエンドレスベ
ルト７５を案内するためのガイド部材７３が設けられて
おり、図１０に示すようにその表面には、エンドレスベ
ルトの周回移動方向に沿った突起部７４がほぼ等間隔で
設けられている。これにより、エンドレスベルト７５の
内周面との接触面積が少なくなり、エンドレスベルト７
５の走行時の摩擦が小さくなるようにされている。ま
た、ガイド部材７３の両端部には、フランジ７７が設け
られており、これによってエンドレスベルト７５が加熱
定着ロール６１の軸線方向の片側に寄ったり、ガイド部
材７３から外れたりすることが防止されている。なお、
この画像定着装置の他の構成は図３に示す画像定着装置
と同じである。

【００６１】このような画像定着装置では、圧力付与部
材７１と圧力部材７６とが一体として支持されており、
圧力付与部材７１による圧接部と、圧力部材７６による
圧接部とが、加熱定着ロール６１の周方向に近接してい
る。このため、図１１に示すように、圧力付与部材７１
と圧力部材７６との間に圧接力の小さい部分が生じない
ようにニップ圧力分布を設計することが可能となり、よ
り効率的にトナー像のズレや乱れを防止することができ
る。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、本願に係る発明に
よれば、ベルトニップにおいてエンドレスベルトを加熱
定着ロールに対してギャップが生じることなく押さえ付
けることが可能であり、これによってシートの繊維間や
トナー粒子間から膨張した空気や水蒸気が侵出してくる
のを抑制することができる。このため、ベルトニップ内
での気泡の発生および成長を抑制でき、成長した気泡に
よって未定着のトナーが攪乱されるのを防止することが
できる。さらに、圧力付与部材でエンドレスベルトと加
熱定着ロールとの間の圧接力を大きな面積にわたって与
えることができるので、ベルトニップ間を通過するシー
ト上のトナーをエンドレスベルトと加熱定着ロールとで
確実に押さえて定着させることが可能である。このよう
にして、トナー像の乱れを防止しながら、トナー像を定
着させることができるため、定着した画像にニジミやズ
レなどの乱れが生じるのを防止できる。特に、ベルトニ
ップ内の圧力Ｐnと、ベルトニップ内部の温度Ｔnと、環
境温度Ｔoと、大気圧Ｐoとの間に、 Ｐn ≧ Ｐo（Ｔn／Ｔo−１） の関係が成立するようにしたことによって、前記の効果
をさらに確実に達成することができる。

【００６３】このような画像定着装置で、ベルトの張力
によってエンドレスベルトを加熱定着ロールに押圧して
もよいが、エンドレスベルトを無張力状態で支持するこ
とも可能である。エンドレスベルトに張力が働かなくな
るようにすることにより、その張架手段が不要となり、
コストダウンが可能となる。

【００６４】また、圧力付与部材の押圧面を摩擦係数が
小さくなる材料で構成することにより、エンドレスベル
トが、圧力付与部材によって停止されずに、加熱定着ロ
ールの回転に追随して走行可能となる。このため、例え
ば、加熱定着ロールのみが回転してシート上のトナーが
加熱定着ロールに擦られて画像が乱れてしまうような不
都合を抑制することが可能である。すなわち、圧力付与
部材の押圧面の材質を適切に設定することにより、エン
ドレスベルトの走行速度を加熱定着ロールの回転速度に
一致させることが可能となり、上記のような効果をさら
に確実にすることができる。

【００６５】また、加熱定着ロールに押圧する加圧部材
によって加熱定着ロールとシートとの間にズレを生じさ
せることができ、シートは容易に剥離されて、いわゆる
セルフストリッピングが可能となる。さらに、加圧部材
を圧力付与部材と一体に支持することにより、加圧部材
と圧力付与部材の間において低圧部分が生じないような
ニップ圧力分布の設計が可能となる。また、加圧部材や
圧力付与部材を非回転状態で配置することにより、熱損
失が少なく、ベルトニップの温度低下も減少し、トナー
の定着性を向上させることができる。

【００６６】さらに、圧力付与部材をベルトニップの上
流部に設けると、画像乱れの生じない温度にトナーが加
熱されるまでの範囲を圧力付与部材で押圧するので、シ
ートがベルトニップの圧力付与部材で押圧されている部
分を抜け出した後のベルトニップ内の低圧の部分で、シ
ートやトナーからの空気や水蒸気が気泡となっても画像
の乱れを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本願発明に係る第１の実施形態である画像定
着装置を示す概略構成図である。

【図２】 図１に示す画像定着装置のベルトニップ領域
に作用する圧力分布を示す図である。

【図３】 本願発明に係る第２の実施形態である画像定
着装置を示す概略構成図である。

【図４】 図３に示す画像定着装置のベルトニップ領域
に作用する圧力分布を示す図である。

【図５】 本願発明に係る第３の実施形態である画像定
着装置を示す概略構成図である。

【図６】 図５に示す画像定着装置のベルトニップ領域
に作用する圧力分布を示す図である。

【図７】 図５に示す画像定着装置におけるベルトニッ
プ内のトナーの温度及び粘性率を示すグラフである。

【図８】 図５に示す画像定着装置において、エンドレ
スベルトと加熱定着ロールとの間の摩擦係数μ１と、圧
力付与部材とエンドレスベルトとの間の摩擦係数μ２と
の差Δμを変更して、加熱定着ロールの回転にエンドレ
スベルトが追随して走行することができるか否かを調べ
た実験結果を示すグラフである。

【図９】 本願発明に係る第４の実施形態である画像定
着装置を示す概略構成図である。

【図１０】 図９中に示すＡ−Ａでの矢視図である。

【図１１】 図９に示す画像定着装置のベルトニップ領
域に作用する圧力分布を示す図である。

【図１２】 従来の画像定着装置の一例を示す概略構成
図である。

【図１３】 従来の画像定着装置のベルトニップ領域に
作用する圧力分布を示す図である。

【図１４】 従来の画像定着装置における定着温度と、
ベルトニップに生じるスペースとの関係を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１，２１，４１，６１ 加熱定着ロール、 ５，２５，４５，６５ ハロゲンランプ、 ６，２６，４６，６６ モータ、 ７，２７，４７，６７ シート、 ８，２８，４８，６８ 未定着トナー像、 ９，２９，４９，６９ オイル供給装置、 １０，３０，５０，７０ 温度センサ、 １１，３１，５１，７１ 圧力付与部材、 １２，１３，１４，５３，５４ 支持ロール、 １５，３５，５５，７５ エンドレスベルト、 １６，３６，５６，７６ 圧縮コイルスプリング、 ３２，７２ 支持部材、 ３３，７３ ガイド部材、 ３４，７４ 突起部、 ５２ 圧力ロール、 ５７ コイルスプリング、 ７６ 加圧部材、 ７７ フランジ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面付近に弾性体層を有し、回転可能
   に支持された加熱定着ロールと、 前記加熱定着ロールの外周面に沿って湾曲するように接
   触し、トナー像を担持した記録シートが前記加熱定着ロ
   ールとの間に挟み込まれるニップを形成するエンドレス
   ベルトと、 前記エンドレスベルトの内面側に当接され、前記加熱定
   着ロールの表面に沿って前記エンドレスベルトを押圧す
   るパッド状の圧力付与部材と、 前記加熱定着ロールの回転方向における前記圧力付与部
   材の押圧位置より下流側で前記エンドレスベルトを前記
   加熱定着ロールに押圧し、該加熱定着ロールの前記弾性
   体層に変形を生じさせる加圧部材とを有することを特徴
   とする画像定着装置。
2. 【請求項２】 前記加圧部材が、軸線回りに回転が可
   能に支持されたロールであり、 前記エンドレスベルトは、前記加圧部材を含む複数のロ
   ールに張架されていることを特徴とする請求項１に記載
   の画像定着装置。
3. 【請求項３】 前記エンドレスベルトは、周方向に無
   張力状態で、前記圧力付与部材及び前記加圧部材によっ
   て支持され、該加圧部材の押圧位置から圧力付与部材の
   押圧位置までの、加熱定着ロールに当接されていない部
   分は、内周面と対向するように配置されたガイド部材に
   よって案内されるものであることを特徴とする請求項１
   に記載の画像定着装置。
4. 【請求項４】 前記加圧部材が前記加熱定着ロールに
   押圧される範囲と、前記圧力付与部材が前記加熱定着ロ
   ールに押圧される範囲とが、前記加熱定着ロールの周方
   向に近接又は連続して設けられていることを特徴とする
   請求項１に記載の画像定着装置。
5. 【請求項５】 前記加圧部材と前記加熱定着ロールと
   が一体に支持されていることを特徴とする請求項４に記
   載の画像定着装置。
6. 【請求項６】 前記圧力付与部材の押圧面は、耐熱性
   を有する材料からなり、ほぼ全面に微少な凹凸が形成さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載の画像定着装
   置。
7. 【請求項７】 前記圧力付与部材の押圧面は、耐熱性
   の繊維からなる布に耐熱性樹脂を含浸させた部材で形成
   されていることを特徴とする請求項１に記載の画像定着
   装置。
8. 【請求項８】 前記繊維は、ガラス繊維であり、前記
   耐熱性樹脂は、フッ素樹脂であることを特徴とする請求
   項７に記載の画像定着装置。
9. 【請求項９】 前記加熱定着ロールと前記エンドレス
   ベルトとの間の摩擦係数μ₁ よりも、前記圧力付与部材
   と前記エンドレスベルトとの間の摩擦係数μ ₂ が小さく
   なっていることを特徴とする請求項１に記載の画像定着
   装置。