JP2004184446A

JP2004184446A - 定着装置および画像形成装置

Info

Publication number: JP2004184446A
Application number: JP2002347697A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Echigo; 勝博越後; Shigeo Kurotaka; 重夫黒高; Takashi Fujita; 貴史藤田; Satohiko Baba; 聡彦馬場; Hisashi Kikuchi; 尚志菊地; Atsushi Nakato; 淳中藤; Hirokazu Ikegami; 廣和池上
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2004-07-02

Abstract

【課題】ベルトを駆動する際の負荷抵抗を低減することにより定着ベルトのスリップや浮きに起因する異常画像の発生を防止すると共にシート分離性、特にオイル塗布などの手段を用いないで分離特性を高めることが可能な構成を備えて高速層のカラー画像形成にも対応できる定着装置を提供する。
【解決手段】押圧部材１１２が定着ベルト１１０を介して圧接することによりニップＮを形成する加圧部材１１３とを備えた定着装置において、押圧部材１１２は、ニップ部Ｎにおけるシートの搬送方向中央部分が耐熱性弾性部材１１４により構成され、シートの搬送方向における耐熱性弾性部材１１４の前後は剛体の支持部材１１５により保持されており、支持部材１１５のベルト巻き始め部分Ｐ１とベルト巻き終わり位置Ｐ２はいずれも互いに異なる曲率半径Ｒａ，Ｒｂで形成された形状を有している。
【選択図】図２

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、記録用紙などのシート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により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画像を担持しているシートを挟持搬送しながら画像に対して加熱する熱ローラ定着方式、赤外線／キセノンランプを熱源として輻射熱により画像を定着するラジアント・フラッシュ定着方式、シートを挟んで表裏両面に発熱体を近接配置して対流熱により画像を加熱するオーブン定着方式などを採用した構成がある。
【０００３】
上記定着方式のうちで、熱ローラ定着方式は、熱効率が高く高速化が図れること、伝熱効率が高く安定した定着効率が得られることおよびシートの搬送媒体として利用できることにより構造が簡単であるなどの利点があることから近年多用されるようになっている。
【０００４】
熱ローラ定着方式では、画像に対向接触して画像中のトナーを融解させる加熱ローラに相当する定着ローラとこれに対向当接してシートを押圧しながら挟持搬送する加圧ローラとを備えており、定着行程を実行する際には所定の定着温度に達するまでの立ち上げ時間、つまりウォームアップ時間を必要としている。
ウォームアップ時間は、ローラの熱容量と使用電力とで決まる要素であり、従来のウォームアップ時間は、商用電源が１５００Ｗ以下であるという制限を考慮して、装置全体からの電力配分からしてほぼ７００〜１０００Ｗの範囲に限られることから、５〜１０分程度ときわめて長い時間を必要としているのが現状である。
【０００５】
熱ローラ定着方式において消費電力およびウオームアップ時間の短縮に影響する加熱部材の熱容量を低減するための対策としては、ローラの外形を小さくあるい肉厚を薄くしてローラ自体の熱容量を抑える方法が考えられるが、この方法ではローラに撓みが発生する虞があり、これによって挟持搬送されるシートに皺が発生したり画像擦れによる画像乱れなどが生じるという不具合がある。
【０００６】
一般的に、低速層に比べて高速層の方がより多くの熱量をトナー及び記録シートに供給しなければならないため、熱供給領域として構成されるシート挟持搬送領域、いわゆるニップ幅を広く設定する必要がある。これにより、定着ローラの外径及び芯金肉厚が増大する傾向があり、ウォームアップ時間の短縮と機械的強度の両立は困難となる。
【０００７】
一方、白黒（モノクロ）機に比べてフルカラー画像を形成可能なカラー機の方が定着させるトナー量も多く光沢度の維持も必要となる。これにより、多くの熱量をトナー及び記録シートに供給しなければならない。しかも、広いニップ幅が必要となる。この結果、カラー機の場合には、白黒機と違って、定着ローラの外径及び芯金肉厚が増大する傾向となり、ウォームアップ時間の短縮と機械的強度の両立は益々困難となる。
【０００８】
ローラ自体の熱容量に着目してウォームアップ時間の短縮を図る構成として、定着ローラではなく定着ベルトや加圧ベルトを用いる構成（例えば、特許文献１）、あるいは、定着ベルトの内側に発熱体を接触させて定着ベルトの温度立ち上がりを向上させる構成（例えば、特許文献２）が提案されている。いずれの公報においても、ローラに比べて熱容量を小さくできるベルトを用いてウォームアップ時間を短縮するようになっている。
【０００９】
熱ローラ定着方式の場合には、ローラを用いる構成が前提となるので、ウォームアップ時間の短縮化には限界があることが明らかであり、これに代えて、ベルトを用いることにおいては、ウオームアップ時間の短縮化が可能である反面、次に挙げるような、ベルトを用いる場合特有の問題が新たに発生する。
【００１０】
ベルトを熱伝達部に用いる構成においては、ベルトの偏倚現象の発生によりシートの幅方向での挟持搬送力の変化が原因して皺が発生しやすくなること、ベルトの剛性により浮き上がり現象やばたつき、さらには、駆動時でのスリップや線速差による画像擦れなどが原因して異常画像が発生すること、ローラに比べて熱容量が極端に小さくなることにより温度偏差（リップル）の増加などがある。
【００１１】
ベルトの浮き上がり現象やばたつきを防止する構成として、導電層を有する加熱ベルトを磁界発生手段により誘導加熱できるようにするとともに、加圧部材と加熱ベルトとが対向する位置に加熱ベルトを加圧部材に向けて押圧可能な弾性層を有した押圧部材を設け加熱ベルトに定着ニップ部を形成する構成（例えば、特許文献３，４）が提案されている。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１０−１０４９７９号公報（段落「００１７」欄、図１）
【特許文献２】
特開平６−３４８１５６号公報（段落００３３）欄、図２）
【特許文献３】
特開２００２−１４８９８３号公報（段落「００５８」欄、「００６２」欄、図１）
【特許文献４】
特許第３１５９０６９号（段落「００２７」欄、図１）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
押圧部材を設けて加熱ベルトを加圧部材に押圧することでベルトの浮き上がり現象やばたつきを防ぐことが可能となる反面、次のような問題がある。
特許文献３，４に示されている構成において加熱ベルトが移動したときには加熱ベルトと接触している弾性層が剪断力を受ける。このため、弾性層が容易に変形してしまい、加熱ベルトの移動方向におけるニップ部入り口側に対向する弾性層の箇所に摺動負荷抵抗が発生する。摺動負荷抵抗が発生すると加熱ベルトがその箇所でスリップしてしまい、加熱ベルトに接触するトナーが擦られて異常画像が発生する。また、弾性層の変形により加圧部材との接触面積が減少してしまい、これにより定着に必要な熱量の確保ができなくなるばかりでなく、押圧力の不均一な状態が生じる。この結果、定着不良や画像ズレが発生する虞がある。
【００１４】
一方、加熱ベルトは、シリコンオイルなどの離型剤を塗布してトナーが不用意に転移するのを防止する場合もあるが、このような構成の場合には、塗布機構などの特別な構成が必要となり、構成が複雑化および大型化する虞がある。また、加熱ベルトと接触していたシートは定着領域を通過すると加熱ベルトから分離させる必要があり、このための構成として、特許文献３においてニップ部出口側に剛性パッドなどの突き押し部材を設けた構成が示されている。しかし、この構成ではシートの進行方向を急変させることになり移動方向が変化する位置で摺動負荷抵抗が発生しやすくなり、上述した場合と同様に加熱ベルトのスリップやトナーの擦れ現象が発生する虞がある。
【００１５】
本発明の目的は、上記従来の定着装置における問題、特に熱容量を小さくできる加熱ベルト、いわゆる定着ベルトを用いた場合にベルトを駆動する際の負荷抵抗を低減することにより定着ベルトのスリップや浮きに起因する異常画像の発生を防止すると共にシート分離性、特にオイル塗布などの手段を用いないで分離特性を高めることが可能な構成を備えて高速層のカラー画像形成にも対応できる定着装置および画像形成装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、シート上に担持されている未定着トナー像を定着するための定着装置であって、
上記未定着トナー像と接触可能な位置に一部が移動可能な無端状の定着ベルトと、該定着ベルトの表面温度を所定の温度に加熱するための加熱部材と、定着ベルトの内部にある押圧部材と、押圧部材が定着ベルトを介して圧接することによりニップを形成する加圧部材とを備え、上記押圧部材と加圧部材とにより構成されるニップ部で記録媒体上のトナー像を定着する定着装置において、
上記押圧部材は、上記ニップ部における上記シートの搬送方向中央部分が耐熱性弾性部材により構成され、上記シートの搬送方向における耐熱性弾性部材の前後は剛体の支持部材により保持されており、支持部材のベルト巻き始め部分とベルト巻き終わり位置はいずれも互いに異なる曲率半径で形成された形状を有しているとともに、上記定着ベルトを介して加圧ローラに圧接されている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、上記支持部材における上記シートの搬送方向で耐熱性弾性部材よりニップの上流部分が曲率半径Ｒａで形成され、上記シートの搬送方向で耐熱性弾性部材よりニップの下流部分が曲率半径Ｒｂで形成され、これら曲率半径同士の関係が、
Ｒａ≧Ｒｂ
の関係に設定さ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または２記載の発明に加えて、上記支持部材における上記シートの搬送方向で耐熱性弾性部材よりニップの上流部分に圧力Ｐａが作用し、上記シートの搬送方向で耐熱性弾性部材よりニップの下流部分に圧力Ｐｂが作用し、これら圧力同士の関係が、
Ｐａ≦Ｐｂ
の関係に設定され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、上記支持部材及び耐熱性弾性部材には、低摩擦化処理が施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、上記加圧部材は、芯金の表面に耐熱ゴムからなる弾性層と、その表面に耐熱性フッ素樹脂層が被覆された構成であるとともに、主駆動側の部材として定着ベルトを駆動することを特徴としている。
【００２１】
請求項６記載の発明は、無端状の定着ベルトと、定着ベルトの表面温度を所定の温度に加熱するための加熱部材と、定着ベルトの内部にある押圧部材と、押圧部材が定着ベルトを介して圧接することによりニップを形成する加圧部材と、定着ベルトの内部にあって加圧部材に対して圧接された分離ローラとを有し、押圧部材と加圧部材により構成されるニップ部で記録媒体上のトナー像を定着する定着装置を備えた画像形成装置において、上記押圧部材は、加圧部材に対して圧接される中央部分が耐熱弾性体により構成され、記録シートの搬送方向における耐熱弾性体の少なくとも上流側は剛体の支持部材により保持されており、支持部材のベルト巻き始め部分は曲率を持った形状を有しているとともに定着ベルトを介して加圧ローラに圧接されており、支持部材のベルト巻き始め部分の曲率Ｒａと分離ローラの半径Ｒｃとが、
Ｒａ≧Ｒｃ
の関係に設定されていることを特徴としている。
【００２２】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明に加えて、
前記支持部材の弾性体よりニップの上流部分の圧力Ｐａと、分離ローラの圧力Ｐｃとが、
Ｐａ≦Ｐｃ
の関係に設定さ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】
請求項９記載の発明は、請求項８記載の発明に加えて、上記定着装置は、単色若しくは複数色のトナーの定着行程に用いられることを特徴としている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した実施例により本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る定着装置を適用した画像形成装置の模式図であり、同図に示す画像形成装置は、色分解に対応した複数の色画像をそれぞれ形成可能な感光体を複数備え、各感光体上で形成されたトナー像を中間転写体に重畳転写した画像を記録用紙などのシートに対して一括転写することにより多色画像を形成可能なカラープリンタである。本発明では、画像形成装置として、カラープリンタに限らず、カラー複写機、ファクシミリ装置および印刷機なども含まれること勿論である。
【００２６】
図１において、カラープリンタ１は、画像形成部１Ａが縦方向の中央部に位置し、その下方には給紙部１Ｂが、さらに画像形成部１Ａの上方には原稿載置台１Ｃ１を備えた原稿走査部１Ｃがそれぞれ配置されている。
【００２７】
画像形成部１Ａには、水平方向に展張面を有する中間転写ベルト２が配置されており、中間転写ベルト２の上位には、色分解色と補色関係にある色のトナーを用いて画像を形成するための構成が設けられている。
画像形成部１Ａには、補色関係にある色のトナー（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）による画像を担持可能な感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂが中間転写体２の展張面に沿って並置されている。
【００２８】
各感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂはそれぞれ同じ方向（図１では、反時計方向）に回転可能なドラムで構成されており、その周辺には、回転過程において画像形成処理を実行する帯電装置４，書き込み装置５，現像装置６，１次転写装置７，およびクリーニング装置８が配置されている（便宜上、感光体３Ｙを対象として、各装置の符号にＹを付して示してある）。
【００２９】
中間転写ベルト２は、複数のローラ２Ａ〜２Ｃに掛け回されて感光体との対峙位置において同方向に移動可能な構成を備え、展張面を構成するローラ２Ａ、２Ｂとは別のローラ２Ｃは、中間転写ベルト２を挟んで２次転写装置９に対峙している。なお、図１中、符号１０は、中間転写ベルト２を対象としたクリーニング装置を示している。
【００３０】
２次転写装置９は、帯電駆動ローラ９Ａおよび従動ローラ９Ｂに掛け回されて２次転写装置９が位置する２次転写位置において中間転写ベルト２と同方向に移動可能な転写ベルト９Ｃを備えており、転写ベルト９Ｃを帯電駆動ローラ９Ａにより帯電させることにより中間転写ベルト２に重畳された多色画像あるいは担持されている単一色の画像をシートに転写することができる。
【００３１】
２次転写位置には給紙部１Ｂからシートが給送されるようになっている。
給紙部１Ｂは、複数の給紙カセット１Ｂ１と、給紙カセット１Ｂ１から繰り出されるシートの搬送路に配置された複数の搬送ローラ１Ｂ２と、２次転写位置前方に位置するレジストローラ１Ｂ３とを備えている。本実施例では、給紙部１Ｂには、給紙トレイ１Ｂ１から繰り出されるシートの搬送路に加えて給紙カセット１Ｂ１内に収容されていない種類のシートを２次転写位置に向け給送できる構成が備えられており、この構成は、画像形成部１Ａの壁面の一部を起倒可能に設けた手差しトレイ１Ａ１と繰り出しコロ１Ａ２とを備えている。
給紙カセット１Ｂ１からレジストローラ１Ｂ３に向けたシートの搬送路途中には、手差しトレイ１Ａ１から繰り出されたシートの搬送路が合流し、いずれの搬送路から給送されるシートもレジストローラ１Ｂ３によってレジストタイミングが設定されるようになっている。
【００３２】
書き込み装置５は、原稿走査部１Ｃに有する原稿載置台１Ｃ１上の原稿を走査することにより得られる画像情報あるいは図示しないコンピュータから出力される画像情報により書き込み光が制御されて感光体４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｂに対して画像情報に応じた静電潜像を形成するようになっている。
【００３３】
原稿走査部１Ｃには、原稿載置台１Ｃ１上の原稿を露光走査するスキャナ１Ｃ２が備えられており、さらに原稿載置台１Ｃ１の上面には、自動原稿給送装置１Ｃ３が配置されている。自動原稿給送装置１Ｃ３は、原稿載置台１Ｃ１上に繰り出される原稿を反転可能な構成を備え、原稿の表裏各面での走査が行えるようになっている。
【００３４】
書き込み装置５により形成された感光体３上の静電潜像は現像装置６によって可視像処理され、中間転写ベルト２に１次転写される。中間転写ベルト２に対して各色毎のトナー像が重畳転写されると、２次転写装置９によりシートに対して一括して２次転写される。
【００３５】
２次転写されたシートは、表面に担持している未定着画像を定着装置１１によって定着される。定着装置１１に関しては後で詳しく説明する。
【００３６】
定着装置１１を通過したシートは、定着装置１１の後方に配置されている搬送路切り換え爪１２によって搬送方向が切り換えられるようになっており、排紙トレイ１３に向けた搬送路と、反転搬送路ＲＰとに搬送方向が選択される。
【００３７】
以上のような構成を備えたカラープリンタ１では、原稿載置台１Ｃ１上に載置された原稿を露光走査することによりあるいはコンピュータからの画像情報により、一様帯電された感光体３に対して静電潜像が形成され、静電潜像が現像装置６によって可視像処理された後、トナー像が中間転写ベルト２に１次転写される。
【００３８】
中間転写ベルト２に転写されたトナー像は、単一色画像の場合にはそのまま給紙部１Ｂから繰り出されたシートに対して転写され、多色画像の場合には１次転写が繰り返されることにより重畳された上でシートに対して一括して２次転写される。２次転写後のシートは入り口ガイド１１Ａによりやや上方に持ち上げられた状態で定着装置１１に導入され、定着装置１１により未定着画像を定着された後、排紙トレイ１３あるいは、反転されて再度レジストローラ１Ｂ３に向けて給送される。
【００３９】
定着装置１１には、詳細が図２に示されているように、無端状の耐熱ベルトが用いられる定着ベルト１１０と、定着ベルト１１０が掛け回される部材の一方に相当して定着ベルト１１０を所定の表面温度に加熱する加熱部材としての加熱ローラ１１１と、定着ベルト１１０内に配置されている押圧部材１１２と、定着ベルト１１０を挟んで押圧部材１１２と対向する位置に配置されている加圧部材としての加圧ローラ１１３とが備えられており、押圧部材１１２には、加圧ローラ１１３との対向面でシートの移動方向中央部分に位置する耐熱弾性部材１１４と耐熱性弾性部材１１４の前後でこれを保持する支持部材１１５とが備えられている。
【００４０】
図１に示すカラープリンタでの定着行程は次の通りである。
トナーは、図２以降に示されている定着装置１１の構成に用いられる耐熱性弾性部材１１４及び定着ベルト１１０により粘性が低い状態となるまで加熱され、更に加圧部材としての加圧ローラ１１３の加圧力の作用によりシートＳの繊維中に浸透していく。
その後、トナーが冷えて固まったときにトナーと紙繊維同士は強固に定着される。但し、このときに定着ベルト１１０から分離する時点でのトナー層の温度が軟化温度Ｔｓ以下であると、トナーの樹脂は十分に軟化せず従ってシートＳの繊維中にも浸透していかないため十分な定着強度が得られない。また一方、定着ベルト１１０から分離する時点でのトナー層表面温度が流出開始温度Ｔｆ以上であると、トナーの樹脂粘度が低くなりすぎ、シートＳの繊維中には十分浸透していくものの定着ベルト１１０の離型層との間の離型性が悪化してしまい、定着ベルト１１０へのトナーオフセットや定着ベルト１１０への記録シート巻き付きといった不具合になってしまうので、定着後のトナー層表面温度がＴｓからＴｆの範囲になるように定着温度の制御温度を決めており、望ましくはその中央に近い領域で温度偏差（リップル）が小さい制御システムであることが望ましい。
【００４１】
定着ベルト１１０は、本実施形態に用いられるトナーの構成に合わせた構成とされている、つまり、本実施形態において使用されるトナーは、樹脂母剤となる結着樹脂と着色剤との含有のみでなく、離型剤としてのワックスを含有しており、自身の離型性により定着装置１１でのオフセットおよびトナーの粘着性によるシートＳの巻き付きが発生するのを抑止できるようになっている。
定着ベルト１１０は、図示しないが、耐熱性と機械的強度とを併せ持つポリイミドなどの樹脂チューブの周囲に耐熱性と弾性とを併せ持つシリコーンゴムなどの材料を用いた弾性体層が成型加工され、さらに弾性体層の表面に耐熱性および強度がありトナーの吸着力に影響する表面エネルギーの小さい耐熱性樹脂が使用された離型層が設けられて構成されている。
【００４２】
離型層に用いられる材料としては、シリコーン樹脂、フッ素樹脂例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）などの高分子樹脂などが選択可能である。
【００４３】
定着ベルト１１０は、機械的強度を確保することにより変位防止と熱容量をローラの場合よりも小さくして定着温度への立ち上げ時間を短縮できる総厚さに設定されている。
【００４４】
加圧ローラ１１３は、鉄あるいはステンレスにより厚さ（ｔ）が０．３〜１．０ｍｍ、本実施形態では、０．５ｍｍ程度の芯金の表面に厚さが０．５ｍｍ程度の弾性層が設けられており、弾性層には、シリコーンゴムが用いられている。
【００４５】
加圧ローラ１１３は定着ベルト１１０と同様に、オイルレストナーに対応するようになっており、このため、表面には、定着ベルト１１０と同様にＰＦＡ等の離型層が設けられた構造になっている。
【００４６】
図２において定着装置１１に備えられている押圧部材１１２の一構成部材である耐熱性弾性部材１１４は、耐熱性を有する弾性体である低硬度シリコーンゴムが材料として用いられ、特に、耐熱性と弾性とを発揮させるために、内部に気泡を混在させた低硬度発泡シリコーンゴムが用いられている。これにより、定着ベルト１１０からの熱伝導を抑制することにより定着ベルト１１０の温度立ち上げ時間の短縮に寄与するようになっている。
発泡シリコーンゴムを用いる場合には、発泡倍率を高くするほど断熱効果が得られる反面、加圧ローラ１１３との長時間の圧接が継続されるとセル破壊、いわゆる剪断負荷による破損により所定の弾性力を維持することができなくなる。このため、発泡シリコーンゴムを用いる場合には低硬度と耐久性とにおいて相反する作用が得られることになる。従来用いられていたシリコーンゴムによりローラを製作した場合、実際に使用する際の硬度範囲として、定着ニップ幅の確保を考慮すると、アスカＣ硬度で２０〜５０Ｈｓ程度であり、高速機のように、速度に対する定着時間の増加が必要となる場合には、広い定着ニップ幅が必要となると共に圧力も大きくなるので、アスカＣ硬度５０Ｈｓ近辺の表面硬度で使用しなければならない。この結果として、発泡倍率の低い材料、換言すれば、気泡の破壊により断熱性が損ねられやすい材料に限定されてしまい、トナーへの熱供与率が低くなる。
【００４７】
これに対して本実施形態における押圧部材１１２の構成では、定着ニップ部を構成する部材がローラではなく耐熱性弾性部材であるので、発泡シリコーンゴムで低硬度化して圧力を大きくしなくてもローラと違って定着ニップ部Ｎの幅を大きく設定することができるので、上述した不具合は解消される。
【００４８】
一方、押圧部材１１２における耐熱性弾性部材１１４は、支持部材１１５に設けられている凹状溝内に挟み込まれた状態で取り付けられて保持され、さらに耐熱性接着剤などによってその状態を維持されている。これにより、耐熱性弾性部材１１３は、経時的な使用による形状変化が起こりにくい状態を維持されている。
【００４９】
支持部材１１５は、金属系焼結部品を用いることも可能であるが、定着温度へのウオームアップ時間を短縮するという目的を達成するためには耐熱性樹脂の成型部品で構成されることが望ましい。
支持部材１１５の上部には加圧スプリングリング１１６が配置されており、また、加熱ローラ１１１にはテンションスプリング１１７が設けられている。
加圧スプリング１１６は押圧部材１１５を加圧ローラ１１３に向けて加圧することにより定着ベルト１１０を加圧ローラ１１３に向けて押圧するための部材であり、テンションスプリング１１７は加圧スプリング１１６の荷重を越えない範囲で適宜設定されることにより、耐熱性弾性部材１１４と加圧ローラ１１３との間で形成される定着ニップ幅を小さくしない状態で定着ベルト１１０に張力を付与するための部材である。
【００５０】
加熱ローラ１１１，加圧ローラ１１３には、熱源として用いられるハロゲンヒータ１１１Ａ、１１３Ａが設けられており、これらハロゲンヒータ１１１Ａ、１１３Ａは、各ローラ表面温度を検知可能なサーミスタ１１８，１１８’からの検出値に応じて所定の設定温度に制御されるようになっている。
【００５１】
耐熱性弾性部材１１４は、発泡シリコーンゴムが用いられることにより定着ベルト１１０からの伝熱を抑制できるとともに定着ニップ部Ｎの幅を小さくしないようにできるので、定着ベルト１１０の温度低下を小さくできるというメリットがある。
例えば線速３００ｍｍ／ｓｅｃの複写機の場合を例にすると、耐熱性弾性部材１１４の幅は１５ｍｍでニップ時間５０ｍｓに相当し、３０ｍｍでニップ時間１００ｍｓに相当する。
従来のゴムローラ対を用いた方式においては、線速３００ｍｍ／ｓｅｃではφ６０程度の外径のローラでニップ時間４０〜５０ｍｓを確保するのが限界であったが、本実施形態に挙げた耐熱性弾性部材１１４を用いることにより、耐熱性弾性部材１１４の幅を２１ｍｍにしてニップ時間７０ｍｓを確保することはゴムローラ対を用いた方式に比べて容易であると考えられる。
また、例えば線速１５０ｍｍ／ｓｅｃの複写機の場合を例にすると、耐熱性弾性部材１１４の幅を１０．５ｍｍでニップ時間７０ｍｓを確保できることは同様の関係にある。
【００５２】
耐熱性弾性部材１０４の形状としては、加圧ローラ１０２と圧接する側の面の曲率が加圧ローラ１０２の外径と略同一であることが望ましい。
耐熱性弾性部材１０４と加圧ローラ１０２が定着ベルト１０３を介して圧接されるときに、耐熱性弾性部材１０４と加圧ローラ１０２の曲率が異なると、ニップ内部の入口から出口までの間にトナー層にかかる面圧が安定せず、例えば定着温度が定着下限まで低下した場合に僅かな線速差でも画像が乱れてしまうという不具合が懸念される。
【００５３】
耐熱性弾性部材１１４を保持している支持部材１１５は、耐熱性弾性部材１１４の保持部の両側に相当する、定着ベルト１１０の巻き始め部分と巻き終わり部分、つまり、シートの移動方向（図２中、矢印Ｆで示す方向）において定着ニップ部入り口側と出口側、換言すれば、シート移動方向における定着ニップＮにシートが進入するニップ上流部分（図２中、符号Ｐ１で示す部分）と定着ニップ部Ｎからシートが排出されるニップ下流部分（図２中、符号Ｐ２で示す部分）とは異なる曲率で形成された形状とされている。
【００５４】
図３は、上記構成を説明するための図であり、同図において、定着ニップ部Ｎを挟んで両側で定着ニップＮに連続する上流側Ｐ１および下流側Ｐ２に相当する角部は、上流側Ｐ１が所定の曲率半径Ｒａで形成され、下流側Ｐ２が所定の曲率半径Ｒｂで形成され、これら曲率半径同士の関係が、Ｒａ＞Ｒｂに設定されている。
【００５５】
この関係を設定することにより、ニップ上流側Ｐ１では、耐熱性弾性部材１１４の端縁からさらにニップ幅を長くする方向に定着ベルト１１０を展張することができる。定着ベルト１１０は、耐熱性弾性部材の端縁からさらにニップ幅が長くされた範囲で助走した上で耐熱性弾性部材１１４と対向することになる。
ニップ下流側Ｐ２では、耐熱性弾性部材１１４の端縁から定着ベルト１１０が移動する方向を急変させやすくなる。
【００５６】
ニップ上流側Ｐ１では、定着ニップ部Ｎ、詳しくは耐熱性弾性部材１１４の端縁に直接定着ベルト１１０が進入することがないので、耐熱性弾性部材１１４に剪断力が作用することがなく変形による摺動負荷抵抗の増加や接触面積の変化を来すことがない。
ニップ下流側Ｐ２では、曲率半径Ｒｂが小さいことにより大きい場合と違って溶融トナーの粘着力によるシートの貼り付きを抑制してシートの曲率分離を行いやすくなる。本実施形態では、曲率半径ＲａがＲ１０〜Ｒ２０に、そして曲率半径ＲｂがＲ１０以下に設定されている。
【００５７】
本実施形態は以上のような構成において、定着装置１１に導入されるシートＳは、押圧部材１１２の支持部材１１５におけるニップ上流側Ｐ１に進入すると曲率半径Ｒａの形状部分により展張されている定着ベルト１１０によって定着ニップ部Ｎに進入する。このときニップ上流側Ｐ１では定着ベルト１１０が移動するのに伴い耐熱性弾性部材１１４には剪断力が作用していないので、耐熱性弾性層１１４の変形による摺動負荷抵抗増加もない。これにより、定着ベルト１１０のスリップ現象が抑止されることでトナーの擦れ現象による異常画像や接触面積の変化による定着熱量の不足が防止されて定着不良や画像ズレなどの防止されることになる。
【００５８】
次の本発明の別の実施形態について説明する。
本実施形態は、ニップ上流側Ｐ１と下流側Ｐ２とで定着ベルト１１０に作用する圧力を異ならせてことを特徴としている。
図４は、図３に示した支持部材１１５の構成を対象とした図であり、同図においてニップ上流側Ｐ１には圧力Ｐａが作用し、ニップ下流側Ｐ２には圧力Ｐｂが作用するようになっており、これら各圧力同士の関係が、Ｐｂ＞Ｐａの関係に設定されている。この場合の圧力関係は、図２に示した支持部材１１４におけるニップ上流側Ｐ１，下流側Ｐ２の曲率半径により得られる形状を対象としているので、定着ベルト１１０を加圧ローラ１１３に向けて押圧するための加圧スプリング１１６の圧力に対するニップ上流側Ｐ１とニップ下流側Ｐ２との接触面積の違いに基づく。
【００５９】
ニップ上流側Ｐ１での圧力Ｐａおよびニップ下流側の圧力Ｐｂは、定着ベルト１１０と加圧ローラ１１３との間に隙間が生じないでシートが定着ニップ部Ｎに進入した際の挙動が不安定となることがない値とされている。これにより、ニップ上流側Ｐ１では、シート上のトナーと定着ベルト１１３との接触が不安定となるのを防止してシートの波打ち現象や皺の発生を防ぐようになっている。
また、ニップ下流側Ｐ２では、隙間の発生を防いで定着ニップ部Ｎで定着されたトナー面が定着ベルト１１０に再接触してトナーの不用意な転移、いわゆる、オフセットや光沢ムラなどの異常画像が発生するのを防止するようになっている。しかもニップ下流側Ｐ２では、ニップ上流側Ｐ１よりも圧力が高くなっており、加圧ローラ１１３に有する弾性層に歪みが生じるような設定とすることでシートが薄紙などのように巻き付きやすい場合でもシートを強く加圧ローラ側に押し付けることにより押し付けら得た箇所での曲率をさらに大きくして先端が定着ベルト１１０から曲率分離しやすい状態とすることができる。
ニップ上流側Ｐ１および下流側Ｐ２での圧力Ｐａ，Ｐｂは、加圧スプリング１１６による支持部材１１５の加圧位置をずらすことで適宜変更することができる。
【００６０】
本実施形態においては、ニップ上流側Ｐ１に進入するシートは、加圧ローラ１１３との間で隙間が発生しない状態で定着ニップ部Ｎに向けて移動することができる。これにより、隙間が生じた場合のようなシートの波打ち現象や皺の発生を防止して画像擦れや画像の位置ずれをなくすことができる。しかもニップ下流側Ｐ２では、ニップ上流側Ｐ１よりも高い圧力でシートＳが加圧ローラ１１３に向けて押し付けられて隙間が解消されるので、一旦定着されたトナーが締着ベルト１１０に再接触することがない。これにより、オフセットや光沢ムラの発生が防止できると共に曲率を増加させて曲率分離がより効果的に行われることになる。
【００６１】
上述した押圧部材１１２の構成部材の一つである支持部材１１５は、定着ベルト１１０の摺動負荷抵抗の増加を抑えるために、図５あるいは図６に示す構成とすることも可能である。
図５に示す構成では、支持部材１１４を構成する樹脂材料中に低摩擦係数部材１１９が混入されている。低摩擦係数部材１１９としては、フッ素樹脂が用いられる。
図６に示す構成では、耐熱性弾性部材１１４と支持部材１１５の外周を囲むように低摩擦係数部材（便宜上、符号１１９’で示す）が設けられている。低摩擦係数部材１０７’としては、ガラス繊維シートにフッ素樹脂を被覆したフィルム部材あるいはシート部材が用いられる。
【００６２】
次に本発明の他の実施形態について説明する。
本実施形態は、図２に示した構成に対して、定着ニップ部Ｎをさらに拡張したことを特徴としている。
図７は、上記特徴を説明するための模式図であり、同図において定着装置（便宜上、符号１１’で示す）には、図２に示した構成と異なる点として、定着ベルト１１０の内部に分離ローラ１２０を配置し、加圧スプリング１２１により分離ローラ１２０を加圧ローラ１１３に向けて押圧した点にある。
【００６３】
図７において、定着ベルト１１０は、図２に示した構成の場合と同様に、加熱ローラ１１１および押圧部材１１２に掛け回されると共にさらに加えて分離ローラ１２０に掛け回されている。
【００６４】
定着ベルト１１０が加圧ローラ１１３に押圧されることで構成される定着ニップ部Ｎは、押圧部材１１２と加圧ローラ１１３とが対峙する第１ニップ領域（図中符号▲１▼で示すニップ幅Ｎａ）と第１ニップ領域から分離ローラ１１８が加圧ローラに対峙するまでの間に相当する第２ニップ領域（図中、符号▲２▼で示すニップ幅Ｎｂ）に加えて、分離ローラ１２０と加圧ローラ１１３とが対峙してシートの搬送方向最終端（図６中、符号Ｐ３で示す位置）にシートの出口を構成する第３ニップ領域（図中、符号▲３▼で示すニップ幅Ｎｃ）が設定される。
【００６５】
本実施形態では、ニップ部に対してシートが進入する側に位置する押圧部材１１２を構成する部材の一つである支持部材１１５のニップ上流側Ｐ１が曲率半径Ｒａで形成され、ニップ部でのシートの出口側に位置する分離ローラ１１８が曲率半径Ｒｃで形成され、これら曲率半径同士の関係がＲａ＞Ｒｃの関係に設定されている。
また、上記曲率半径により形成されているシートの入り口側および出口側には圧力Ｐａ、Ｐｃが付与されるようになっており、これら圧力同士の関係は、Ｐａ＜Ｐｃの関係に設定されている。
【００６６】
このような関係を設定することにより、ニップ上流側Ｐ１では、耐熱性弾性部材１１４の端縁からさらにニップ幅を長くする方向に定着ベルト１１０を展張することができる。
定着ベルト１１０は、耐熱性弾性部材の端縁からさらにニップ幅が長くされた範囲で助走した上で耐熱性弾性部材１１４と対向することになる。これにより、図２に示した場合と同様に、定着ニップにおける入り口側で定着ベルト１１０が直接耐熱性弾性部材１１４に進入しないので耐熱性弾性部材１１４の剪断変形を防止することができる。
【００６７】
ニップ下流側Ｐ３では、耐熱性弾性部材１１４の端縁から移動してきた定着ベルト１１０が移動する方向を急変させやすくなる。
この結果、ニップ上流側Ｐ１では定着ベルト１１０の摺動負荷抵抗が大きくならないのでスリップによる異常画像の発生および接触面積の変化により定着熱量の確保ができなくなるという不具合を解消でき、ニップ部下流側Ｐ３では定着ベルト１１０との間に隙間が発生することがなくなることでシートの波打ち現象や皺の発生および画像擦れを防止し、曲率分離作用を良好に行わせることができる。
【００６８】
分離ローラ１２０は、図示しないギヤを介して加圧ローラ１１３からの駆動力を伝達されて回転することができるようになっている。
【００６９】
本実施形態では、押圧部材１１２の構成として、定着ニップ部Ｎの中央部分に耐熱性弾性部材１１４を、そしてその両側に支持部材１１５が位置して耐熱性弾性部材１１４を凹状溝内に保持する構成とし、耐熱性弾性部材１１４を挟んでベルトの入り口側および出口側が共に同じ材料、つまり剛性部材を用いているが、耐熱性弾性部材１１４を境にしてニップ上流側Ｐ１を金属または樹脂の剛体で構成し、ニップ部下流側の全域を耐熱性弾性部材１１４によって構成することも可能である。この構成によれば、次のような利点が得られる。
第１ニップ領域（図７中、符号▲１▼で示すニップ幅の領域）が相当する定着ベルト１１０の移動方向において入り口側が弾性体からなる固定部材であると、シートの先端が定着ニップ部Ｎにおける入り口側Ｐ１に喰込んだ際に耐熱性弾性部材１１４に突き当たるなどの衝撃を発生させないでソフトに喰え込まれる反面、喰え込まれる力が弱まり、定着ベルト１１０とシートとの間でスリップが生じる虞があるのを未然に防止する。つまり、スリップが発生すると、この部分の未定着トナーが擦られて乱されてしまい、トナー像が乱されることになる。
【００７０】
本実施形態では、このような不具合の発生を考慮して、シートの移動方向上流側（ベルトの移動領域前半部分）、つまり、耐熱性弾性部材１１４を挟んでシートが進入する側の領域では金属若しくは樹脂からなる剛性の高い部材を設置してシートの捕捉を確実に行えるようにしている。
さらに、定着ニップ部を通過するシートは、先端が確実に定着ニップ部Ｎに捕捉される一方、第２ニップ領域（図７中、符号▲３▼で示すニップ幅の領域）および第３ニップ領域（図７中、符号▲３▼で示すニップ幅の領域）を通過したシートが加圧ローラ１１３側に押し付けられることにより定着ニップ部Ｎでの隙間をなくして安定した接触状態を維持しながら移動できるようになっている。
【００７１】
なお、分離ローラ１２０にもハロゲンヒータ（図示されず）を用いた熱源が装備されているが、本発明では、分離ローラ１２０を含む各ローラの熱源としてハロゲンヒータに限ることはなく、例えば、定着ベルト１１０自体を面状発熱体で構成したり、定着ベルト１１０の一部委導電層を設けて誘導加熱方式を採用する構成としても良い。
【００７２】
【発明の効果】
請求項１および２記載の発明によれば、押圧部材がシートの搬送方向中央に耐熱性弾性体層と、そしてその前後に位置する剛体の支持部材で構成され、支持部材におけるニップ上流側と下流側のと曲率半径を異ならせ、上流側が下流側よりも大きい曲率半径で形成しているので、ニップ上流側に進入してくるシートが直接耐熱性弾性部材に進入することがない。これにより、耐熱性弾性部材に剪断力が発生するようなことがなく、剪断変形によるベルトの摺動負荷抵抗増加を防止してベルトのスリップによる画像擦れや接触面積の変化による定着熱量の低下を防止することができる。この結果、異常画像の発生や画像ズレを確実に防止することが可能となる。
【００７３】
請求項３記載の発明によれば、ニップ下流（出口）側の圧力をニップ上流（入り口）側の圧力よりも大きくなる関係としているので、ニップ下流（出口）側ではベルトとの間で隙間が発生するのを確実に解消することができる。これにより、隙間が存在している場合に発生するトナーの再接触によるオフセットや光沢ムラを解消すると共にシートを強く押し付けてシートの曲率変化を大きくして曲率分離性能を向上させることが可能となる。しかも、ニップ上流（入り口）側ではシートがニップ部に進入した際の接触村を防止してシートの波打ち現象や皺の発生を確実に防止することができる。
【００７４】
請求項４記載の発明によれば、押圧部材を構成する耐熱性弾性部材および支持部材に低摩擦化処理が施されているので、ベルトの摺動負荷抵抗をより効果的に低減することができる。これによりベルトのスリップを未然に防止して画像擦れなどの異常画像の発生原因を確実になくすこと可能となる。
【００７５】
請求項５記載の発明によれば、加圧部材が芯金に弾性層および耐熱性フッ素樹脂層が被覆された構成であるので、押圧部材から押圧力を有効に作用させることができる。これにより、押圧部材に有する耐熱性弾性部材および支持部材による押圧力を利用してベルトの均一接触を可能にしてベルトの接触が不安定となるのを防止することができ、画像擦れなどの異常画像の発生を防止することが可能となる。
【００７６】
請求項６記載の発明によれば、定着ベルト内に配置されている分離ローラを設けることにより定着ベルトを用いて構成される定着ニップ部を拡大することができる。これにより、トナーの定着に必要な熱量を確保して定着不良を確実に防止することができる、しかも、分離ローラを含めた定着ニップ部におけるニップ上流（入り口）側の曲率半径をニップ下流（出口）側よりも大きくする関係としていることにより、定着ニップ部を拡大させた場合において耐熱性弾性部材に剪断力が発生するようなことがなく、剪断変形によるベルトの摺動負荷抵抗増加を防止してベルトのスリップによる画像擦れや接触面積の変化による定着熱量の低下を防止することができる。この結果、定着効率の向上と共に異常画像の発生や画像ズレを確実に防止することが可能となる。
【００７７】
請求項７記載の発明によれば、ニップ下流（出口）側の圧力をニップ上流（入り口）側の圧力よりも大きくなる関係としているので、ニップ下流（出口）側ではベルトとの間で隙間が発生するのを確実に解消することができる。これにより、隙間が存在している場合に発生するトナーの再接触によるオフセットや光沢ムラを解消すると共に、シートを強く押し付けてシートの曲率変化を大きくして曲率分理性を向上させることが可能となる。しかも、ニップ上流（入り口）側ではシートがニップ部に進入した際の接触村を防止してシートの波打ち現象や皺の発生を確実に防止することができる。
【００７８】
請求項８記載の発明によれば、定着に用いられる定着ベルトの摺動負荷抵抗画像化するのを防止できることにより定着ベルトがスリップした場合に発生する画像擦れなどによる異常画像の発生や接触面積の変化による定着不良を未然に防止することが可能となる。
【００７９】
請求項９記載の発明によれば、単一色のみでなく複数の色画像を形成する場合において画像擦れなどによる画像ズレや色ズレによる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】本発明の実施形態を説明するための実施例による定着装置が適用される画像形成装置の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態を説明するための実施例による定着装置の構成を示す模式図である。
【図３】図２に示した定着装置に用いられる押圧部材の形状構成に関する詳細を説明するための図である。
【図４】図２に示した定着装置に用いられる押圧部材の圧力設定移管する構成を説明するための図である。
【図５】図２に示した定着装置に用いられる押圧部材の低摩擦化処理の一例を示す図である。
【図６】図２に示した定着装置に用いられる押圧部材の低摩擦化処理の他の例を示す図である。
【図７】図２に示した定着装置に係る別の実施形態を説明するための図である。
【符号の説明】
１画像形成装置の一つであるカラープリンタ
１１定着装置
１１０定着ベルト
１１１加熱ローラ
１１２押圧部材
１１３加圧ローラ
１１４耐熱性弾性部材
１１５支持部材
１１９、１１９’ 低摩擦化部材
Ｎ定着ニップ部
Ｐ１ニップ入り口側
Ｐ２ニップ出口側
Ｒａ，Ｒｂ曲率半径
Ｐａ，Ｐｂ圧力
Ｓシート

Claims

シート上に担持されている未定着トナー像を定着するための定着装置であって、
上記未定着トナー像と接触可能な位置に一部が移動可能な無端状の定着ベルトと、該定着ベルトの表面温度を所定の温度に加熱するための加熱部材と、定着ベルトの内部にある押圧部材と、押圧部材が定着ベルトを介して圧接することによりニップを形成する加圧部材とを備え、上記押圧部材と加圧部材とにより構成されるニップ部で記録媒体上のトナー像を定着する定着装置において、
上記押圧部材は、上記ニップ部における上記シートの搬送方向中央部分が耐熱性弾性部材により構成され、上記シートの搬送方向における耐熱性弾性部材の前後は剛体の支持部材により保持されており、支持部材のベルト巻き始め部分とベルト巻き終わり位置はいずれも互いに異なる曲率半径で形成された形状を有しているとともに、上記定着ベルトを介して加圧ローラに圧接されている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、
上記支持部材における上記シートの搬送方向で耐熱性弾性部材よりニップの上流部分が曲率半径Ｒａで形成され、上記シートの搬送方向で耐熱性弾性部材よりニップの下流部分が曲率半径Ｒｂで形成され、これら曲率半径同士の関係が、
Ｒａ≧Ｒｂ
の関係に設定されていることを特徴とする定着装置。
請求項１または２記載の定着装置において、
上記支持部材における上記シートの搬送方向で耐熱性弾性部材よりニップの上流部分に圧力Ｐａが作用し、上記シートの搬送方向で耐熱性弾性部材よりニップの下流部分に圧力Ｐｂが作用し、これら圧力同士の関係が、
Ｐａ≦Ｐｂ
の関係に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３のうちの一つに記載の定着装置において、
上記支持部材及び耐熱性弾性部材には、低摩擦化処理が施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、
上記加圧部材は、芯金の表面に耐熱ゴムからなる弾性層と、その表面に耐熱性フッ素樹脂層が被覆された構成であるとともに、主駆動側の部材として定着ベルトを駆動することを特徴とする定着装置。
無端状の定着ベルトと、定着ベルトの表面温度を所定の温度に加熱するための加熱部材と、定着ベルトの内部にある押圧部材と、押圧部材が定着ベルトを介して圧接することによりニップを形成する加圧部材と、定着ベルトの内部にあって加圧部材に対して圧接された分離ローラとを有し、押圧部材と加圧部材により構成されるニップ部で記録媒体上のトナー像を定着する定着装置を備えた画像形成装置において、
上記押圧部材は、加圧部材に対して圧接される中央部分が耐熱弾性体により構成され、記録シートの搬送方向における耐熱弾性体の少なくとも上流側は剛体の支持部材により保持されており、支持部材のベルト巻き始め部分は曲率を持った形状を有しているとともに定着ベルトを介して加圧ローラに圧接されており、支持部材のベルト巻き始め部分の曲率Ｒａと分離ローラの半径Ｒｃとが、
Ｒａ≧Ｒｃ
の関係に設定されていることを特徴とする定着装置。
請求項６記載の定着装置において、
前記支持部材の弾性体よりニップの上流部分の圧力Ｐａと、分離ローラの圧力Ｐｃとが、
Ｐａ≦Ｐｃ
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。
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。
請求項８記載の画像形成装置において、
上記定着装置は、単色若しくは複数色のトナーの定着行程に用いられることを特徴とする画像形成装置。