JP2005017753A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着加圧部を通過した後の定着ベルトと記録用紙との間における剥離ブリスターの発生を防止でき、かかる剥離ブリスターに起因した光沢ムラ等の定着不良や紙しわの発生も防止することができる定着装置を提供する。
【解決手段】定着ベルト（１０）における加圧回転体（３０，３１）の定着加圧部（Ｎ）よりも回転方向上流側となる位置でそのベルト内周面に接触するように固定配置される板状部材（５０）と、この板状部材に接触している定着ベルトの外周面に圧接して回転する押圧ロール（５５）とを設け、この押圧ロールと定着ベルトの外周面との間に定着対象のトナー像（Ｔ）を担持する記録用紙（Ｐ）を導き入れるように構成した。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、定着対象のトナー像を担持する記録用紙を、加熱されて回転する無端状の定着ベルトに圧接させて密着させたままの状態で搬送した後に剥離するタイプの定着装置に係り、特に、定着時に記録用紙から水蒸気が発生して定着ベルトとの間に介在することに起因した定着不良や紙しわの発生を防止することが可能な定着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子写真方式、静電記録方式等を利用してトナー（現像工程に使用される着色粉体）からなる画像を最終的に記録用紙に形成するプリンタ、複写機、複合機等の画像形成装置において、そのトナー像を記録用紙に定着させるために使用される定着装置として、以下に示すように、加熱されて一定の方向に回転する無端状の定着ベルトの外周面に定着対象のトナー像を担持する記録用紙を圧接させて定着を行うタイプのものが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
すなわち、このタイプの定着装置は、まず、その定着ベルトを加熱ロールを含む複数のロールに張架して一定の方向に回転させる一方で、その加熱ロールにより加熱された定着ベルトに加圧ロールや加圧ベルトを押し当てるように配置して定着（加熱）加圧部を形成したものである。しかも、このタイプの定着装置は、定着対象のトナー像を担持する記録用紙を、その定着加圧部に導き入れて通過させるとともにその通過後も定着ベルトの外周面に密着させた状態で所定の距離だけ搬送してトナー像を冷却させてから剥離するように構成されている。
【０００４】
そして、このタイプの定着装置によれば、記録用紙上のトナー像が定着ベルトの平滑面にそって固化することになるため、そのトナー像の表面も平滑なものとなって光沢感に優れた定着画像が得られるという利点がある。また、トナーが冷却固化されることにより、そのトナーの凝集力がトナーと定着ベルト間の接着力よりも大きくなった状態で定着ベルトから剥離されることになるため、トナーが定着ベルトに残留付着してしまういわゆるホットオフセットの現象も発生しにくくなるという利点もある。
【０００５】
ところが、このような定着装置においては、記録用紙に含まれる水分が定着時の加熱により気化膨張して用紙の外部に抜けて定着ベルトとの間に水蒸気として溜まり、その水蒸気の蒸気圧の作用を受けて記録用紙が定着ベルトから剥離することがあり（以下、この現象を「剥離ブリスター」と呼ぶ）、この現象によりトナー像が冷却固化する前に定着ベルトから剥離してしまうと、次のような定着不良の１種でもある光沢の低下や光沢むらが発生する。また、特に上記定着加圧部を通過した後に記録用紙を定着ベルト側に押し付けるように保持する部材が存在する場合には、次にような紙しわが発生する。
【０００６】
つまり、剥離ブリスターにより定着ベルトから剥離したトナー像部分は、そのベルトの平滑面にならって固化せずトナー像表面が本来もつ凹凸感が残ることとなり、この結果、かかる剥離が起こらないトナー像部分に比べると、その光沢感が低下したものとなったり、あるいは、その剥離したトナー像部分がトナー像全体の一部である場合に光沢感が異なる部分が混在するという光沢むらになる。また、剥離ブリスターにより定着ベルトから剥離して局部的に浮いた記録用紙部分は、その浮いた状態の用紙部分が寄せ集められて前記したような保持部材を通過する際に座屈して折れ曲がってしわとなる。
【０００７】
なお、上記タイプの定着装置とは異なるタイプ（定着対象のトナー像を担持する記録用紙を定着加圧部の通過直後に剥離させるタイプ）の定着装置ではあるものの、次のような構成からなる定着装置が提示されている。
【０００８】
その１つは、加熱ローラと従動ローラとの間に張架された無端状の定着ベルトと、その従動ローラに対向して設けた加圧ローラとを備えた定着装置であって、その従動ローラに支持された定着ベルトと加圧ローラの間に形成される定着ニップ部の入口の上流側に定着ベルトに圧接する補助ロールを設けたものである（特許文献２）。
【０００９】
もう１つは、第１定着ローラと発熱ローラとの間に張架されたベルト部材と、その第１定着ローラとの間でニップ部を形成する第２定着ローラとを備えた定着装置であり、そのベルト部材の内側より当接してそのベルト部材を加熱する面状の発熱体を設け、そのベルト部材に転写材を静電的に密着させて予備加熱を行うとともに、そのニップ部にて記録用紙上のトナー像を定着するようにしたものである（特許文献３）。
【００１０】
しかしながら、これら従来の定着装置は、そのいずれも定着ニップ部等を通過した直後に記録用紙を剥離させるものであって、記録用紙を定着ベルトの外周面に圧接させる定着加圧部を通過させた後もそのベルト外周面に密着させた状態で搬送するものではないため、前述したような剥離ブリスターが発生することがなく、この結果、その剥離ブリスターに起因した光沢ムラ等の定着不良や紙しわが発生することもない。
【００１１】
また、上記従来の定着装置は、その定着ニップ部の上流側で補助ローラまたは面状加熱体を配置したベルト部分においてトナーと記録用紙を予備加熱するものであるが、その予備加熱の目的が、定着温度を低くすることを可能にしてホットオフセットの発生を防止するようにしたり、あるいは、ベルト部材のウォーミングアップ時間の短縮化や連続プリント時のベルト温度の安定化または均一化を図ることにあり、前記剥離ブリスターの発生に着目してその発生を防止することを目的にはしていない。さらに、記録用紙を定着ベルトに強固に圧接させるものではないため、その用紙と高温の定着ベルトとの密着性を十分に得ることができない。
【００１２】
【特許文献１】特開平５−７２９２６号公報（請求項１、図１など）
【特許文献２】特開平９−２８１８２２号公報（請求項１、図１など）
【特許文献３】特開２００１−１６６６１７号公報（請求項１、図３など）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述したような問題点を解消するためになされたものであり、その主な目的とするところは、定着加圧部を通過した後の定着ベルトと記録用紙との間における剥離ブリスターの発生を容易に防止することができ、かかる剥離ブリスターに起因した光沢ムラ等の定着不良や紙しわの発生も防止することができる定着装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の定着装置は、複数のロールに張架されて一定の方向に回転する無端状の定着ベルトと、この定着ベルトを加熱する加熱手段と、この加熱手段で加熱された定着ベルトをその外周面および内周面の両側から加圧した状態で挟んでそのベルト外周面との間に定着対象のトナー像を担持する記録用紙を導き入れて加圧するための定着加圧部を形成するように対向配置される加圧回転体と、この加圧回転体による定着加圧部を通過した後も前記記録用紙を定着ベルトの外周面に密着させた状態で所定の距離だけ搬送してから剥離する剥離手段とを備えた定着装置において、
前記定着ベルトにおける前記加圧回転体の定着加圧部よりも回転方向上流側となる位置でそのベルト内周面に接触するように固定配置される板状部材と、この板状部材に接触している定着ベルトの外周面に圧接して回転する押圧ロールとを設け、この押圧ロールと定着ベルトの外周面との間に前記定着対象のトナー像を担持する記録用紙を導き入れることを特徴とするものである。
【００１５】
ここで、上記板状部材は、記録用紙を加熱された定着ベルトに確実に圧接させて加熱させるためのものである。このため、この板状部材は、その部材に接触して回転する定着ベルトの走行性の支障とならず、しかもそのベルト外周面の平滑性を保持できるようなものであればよい。また、この板状部材は、そのベルト回転方向に沿う長さを、定着ベルトによる記録用紙の予備加熱を十分に行うに足る寸法になる等の観点から適宜設定することができる。この板状部材は、１枚構成のものに限らず、複数枚に分割された板状の分割部材を一体化した構成のものであってもよい。一方、上記押圧ロールは、板状部材に接触して支持されている加熱状態の定着ベルトに対して記録用紙を確実に押し付けるようにするためのものである。
【００１６】
この板状部材と押圧ロールとの間に至る定着ベルトは、上記加熱手段等によりトナー像が溶融軟化する程度の温度以上に加熱することが好ましい。その定着ベルトの加熱は、具体的には、少なくとも１００℃以上の温度となるように行うことが好ましく、その記録用紙の含水率を効率よく減少させることができる等の観点からすると１３０℃以上の温度となるように行うことが更に好ましい。
【００１７】
また、上記加圧回転体は、対向して配置されるロール形態どうしのものが好ましいが、特にその形態のものに限定されない。この加圧回転体における定着加圧部は、定着対象のトナー像を担持する記録用紙に対して、少なくとも定着に必要な加圧を行うことができるものであればよい。さらに、上記剥離手段は、例えば、定着ベルトを記録用紙の搬送方向とは急激に離れる方向に曲げて移動走行させるようにロールで支持し、その用紙が自身のこしの強さにより自力でその曲がって移動走行する定着ベルト部分から剥離するように構成したものであってもよい。また、上記所定の距離は、主にトナー像が冷却されて固化されるに足る搬送距離であり、その冷却性能や搬送速度などによって適宜設定される。
【００１８】
このような定着装置によれば、定着対象のトナー像を担持する記録用紙は、定着加圧部に導き入れられる前に、加熱されて板状部材に内周面から支持された状態にある定着ベルトの外周面に対して押圧ロールにより圧接されることにより加熱加圧される。
【００１９】
これにより、記録用紙に含まれる水分は、加圧下において確実に加熱されて気化し、水蒸気となって、その用紙の定着ベルトとは反対側の面から主に発散される。また、記録用紙は、押圧ロールによる圧接部を通過した後も定着ベルトのタック力あるいはトナーの粘着力により定着ベルトに密着しつづけて加熱される。この結果、記録用紙の含水率が定着加圧部に突入する前に減少し、その定着加圧部を通過した後における水蒸気の発生が抑えられるようになる。
【００２０】
また、この際、その水蒸気の一部は、用紙と定着ベルトとの間に介在しようとするが、かかる水蒸気は押圧ロール（複数ある場合には、特にその下流側の押圧ロール）により定着ベルトを介して板状部材との間に形成される圧接部に堰き止められて通過することができず、その圧接部の入口で絞り出されるようにして排出される。この結果、記録用紙が水蒸気の介在によって定着ベルトから浮き上がれるように剥離される現象が発生せず、むらなく予備加熱されるようになるとともに、定着加圧部への導入の際に紙しわが発生するというおそれがなくなる。
【００２１】
さらに、この際、加圧下での予備加熱によりトナー像は溶融し始めて記録用紙に圧接されるため記録用紙に仮定着され、定着加圧部での通常の定着時における温度での加熱が不要となる。この結果、定着加圧部における加熱温度を定着温度よりも低い温度に低下させることが可能になる。
【００２２】
そして、上記定着装置においては、押圧ロールを、定着ベルトの回転方向に対して前後するように複数設けるとよい。その各押圧ロールのベルト回転方向に沿う間隔については、定着ベルトの加熱設定温度あるいは回転（プロセス）速度によって記録用紙から発生する水蒸気により記録用紙の定着ベルトからの浮きの発生速度が変化するので当該浮きによる用紙の予備加熱むらが発生しないような観点から任意に設定することもできるが、等間隔に設定することがより好ましい。
【００２３】
この場合には、記録用紙を板状部材に接触支持されている加熱状態にある定着ベルトに確実に押し付けるとともに当接させておくことができ、しかも、その複数の押圧ロールの数だけ上記したような圧接部が存在して水蒸気を絞り出すように排出させる効果がより確実に得られるようになる。
【００２４】
また、上記各定着装置においては、板状部材を加熱する加熱手段を設けるとよい。この加熱手段は、その加熱方式等について特に限定されるものではないが、所定の温度に加熱できるように加熱動作を制御する構成を採用することが好ましい。この板状部材の加熱温度は、記録用紙を過剰に加熱することによってその用紙から水蒸気を急激に発生させることを避けるような温度に設定することが望ましく、例えば１３０℃以下の温度に設定するとよい。
【００２５】
この場合には、板状部材自身が加熱された状態にあるため、定着動作時において加熱された定着ベルトの熱量が板状部材との接触により予定外に奪われたり、あるいは、その熱量が記録用紙側に多く奪われたりして記録用紙への予備加熱を所望の温度で行うことができなくなることを回避することができるようになる。また、定着開始時や定着ベルトの熱量が奪われて所定の加熱温度を下回った時に、その対応策として定着ベルトを空回転させて所定の温度に加熱させる動作を行う必要がなくなる。
【００２６】
また、上記各定着装置においては、押圧ロールを加熱する加熱手段を設けるとよい。この加熱手段は、その加熱方式等について特に限定されるものではないが、そのロール表面の温度を検知手段で検知し、その検知結果に基づいて加熱動作を制御する構成を採用することが好ましい。
【００２７】
この場合には、定着開始時における定着ベルトが十分にまたは均一に加熱されないことや、室温に近い温度の記録用紙が接触して定着ベルトやロールの温度が低下することにより、記録用紙を所望の温度で加熱できなくなることを回避することができる。
【００２８】
さらに、上記各定着装置において、押圧ロールは、そのロール表面側に弾性層を形成してなるものを使用することが好ましい。弾性層としては、例えば、ゴム層、スポンジ層が適用可能であり、好ましくは離型性を有するものを適用する。
【００２９】
このようなロールを使用した場合には、記録用紙の定着ベルト外周面に対する良好な密着性を確保することができる。また、離型性を有する弾性層を形成した場合には、記録用紙の表裏両面に画像を形成するときにおいて、その用紙の第２面目のトナー像を定着する際、その第１面目の定着済のトナー像が押圧ロールに接してもトナーオフセットが発生しにくくなる。
【００３０】
以上の各定着装置において、記録用紙は、定着装置内を搬送してトナー像の定着が可能なものであればよく、通常の普通紙に限らず、塗工紙、ＯＨＰシート、ハガキ、封筒等のような部材を含むものである。また、加圧回転体の定着加圧部と剥離手段との間には、必要に応じて、その定着加圧部を通過した後の定着ベルトひいては記録用紙とトナー像とを迅速かつ確実に冷却するための冷却手段を設置するとよい。さらに、加圧回転体の少なくとも一方にそのものを冷却する冷却手段を設けてもよい。この場合には、その冷却手段で冷却された加圧回転体を介して定着ベルトや記録用紙等が間接的に冷却されるため、定着加圧部を通過する際に記録用紙が高温で加熱されることがなく、その記録用紙からの水蒸気の発生を抑制することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
《実施の形態１》
図１は、本発明の実施の形態１に係る定着装置を示す概略構成図である。この定着装置１は、プリンタ、複写機等の画像形成装置における定着手段として使用されるものである。図中の実線矢印は主な回転部品の回転方向を示す。
【００３２】
定着装置１は、回転する無端状の定着ベルト１０と、この定着ベルトを張架するとともに加熱する加熱ロール２０、２１と、この加熱ロール２０、２１により加熱された定着ベルト１０を挟むような状態で対向して圧接配置される一対の加圧ロール３０、３１と、この一対の加圧ロールのうち定着ベルト１０の外周面側に配置される第２加圧ロール３１にも支持されつつ定着ベルト１０と所定の距離だけ当接して同じ方向に移動するように回転する加圧ベルト３５と、加圧ロール３０、３１を通過した後の定着ベルト１０の内周面側に接触するように配置されて定着ベルト等を冷却する冷却装置４０等を具備するものである。図中の符号Ｐは記録用紙、Ｔはその記録用紙に担持されるトナー像である。また、矢付一点鎖線は記録用紙Ｐの搬送経路を示す。
【００３３】
定着ベルト１０は、カーボングラックを含有させたポリイミド等からなる厚さ５０μｍ程度のベルト基材上に、厚さ６０μｍ程度のシリコーン共重合体（硬度：例えば２４°）等からなる弾性層をこの順に形成した構造のものである。また、このベルト１０は、その周長が約１３００ｍｍ、その幅が約３６０ｍｍである。さらに、定着ベルト１０は、第１加熱ロール２０、第２加熱ロール２１、第１加圧ロール３０、および複数のベルト支持ロール１５〜１６に張架されており、駆動ロールとして兼用されている支持ロール１６によって矢印Ａ方向に回転するようになっている。
【００３４】
ベルト支持ロール１５は、定着ベルト１０を急激に曲がった状態で移動走行させるように支持し、これにより定着ベルト１０に密着して搬送される記録用紙Ｐをそれ自身のこしの強さにより自力で剥離させる役割を果たす剥離用ロールとして機能する。
【００３５】
第１加熱ロール２０は、外径が８０〜１００ｍｍからなる円筒状の金属製ロールの内部にハロゲンランプ等の加熱源２２を配置した構造からなるものであり、定着ベルト１０をその外周面側から加熱する。一方、第２加熱ロール３１には、外径が５０〜６０ｍｍからなる円筒状の金属（アルミニウム等）製ロールの内部にハロゲンランプ等の加熱源２３を配置した構造からなるものであり、定着ベルト１０をその内周面側から加熱する。加熱源２２、２３は、その加熱ロール２０、２１の各表面温度を検知するために設置される温度検知センサ２４の検知結果に基づいて、その加熱動作（電源の供給）がそれぞれ制御されるようになっている。第１加熱ロール２０のように定着ベルト１０の外周面から加熱する加熱手段を使用する場合には、定着ベルト１０として比較的厚いものを使用しても、その厚めの定着ベルトの外周面を所望の温度まで容易に加熱することができる。
【００３６】
第１加熱ロール２０は、そのロール表面に接して清掃を行うための巻取りウエブ方式のクリーニング装置２５が配置されている。特にこのクリーニング装置２５は、そのクリーニング用ウエブ２６としてシリコーンオイル等の離型剤を含浸させたものを使用し、かかるウエブ２６を送り出しロールから所定量ずつ送り出して巻取りロールに巻き取らせる過程で押圧ロール２７によって加熱ロール２１の表面に押し当てている。これにより、定着ベルト１０上のトナー等が加熱ロール２０に転移付着したものなどを除去して清掃するとともに、その加熱ロール２１の表面に微量の離型剤を塗布して定着ベルト１０の外周面に転移供給するようになっている。
【００３７】
加圧ロール３０、３１はいずれも、外径が８０ｍｍ、肉厚が６ｍｍからなる円筒形の金属（アルミニウム等）製ロール基体に、シリコーンゴム（硬度：例えば１７°程度）等からなる厚さ６ｍｍ程度の耐熱弾性層を形成した構造のものである。また、加圧ロール３０、３１は、その一方（３０）が固定した状態で回転可能に支持され、その他方（３１）が図示しない加圧機構により所定の加圧力（例えばニップ圧力が約１５００Ｎ程度の荷重）でもって固定支持された側のロールに対して（定着ベルト１０を介して）圧接されるとともに、その定着ニップ部Ｎの幅（ロール回転方向の寸法）が２０ｍｍ程度となるように設置されている。さらに、第２加圧ロール３１は、ウォーミングアップ時には加圧ベルト３５とともに定着ベルト１０から離間した位置に変位するように支持されている。
【００３８】
さらに、加圧ロール３０、３１では、その内部空間にハロゲンランプ等の加熱源３２、３３を配し、このロールを定着動作時の温度まで上昇させるいわゆるウォームアップ時のみの加熱を行う（定着動作時には加熱しない）ようにしている。加熱源３２、３３は、各加圧ロール３０、３１の表面温度を検知するために設置された温度検知センサ３４の検知結果に基づいて、その各加熱動作（電源の供給）がそれぞれ制御されるようになっている。
【００３９】
加圧ベルト３５は、ポリイミド等からなる厚さ５０μｍ程度のベルト基材上に、シリコーンゴム等からなる厚さ６０μｍ程度の弾性層をこの順に積層形成した構造のものである。また、加圧ベルト３５は、第２加圧ロール３１、駆動ロール３６、ベルト支持ロール３７に張架されており、駆動ロール３６によって矢印Ｂ方向に回転するようになっている。この加圧ベルト３５は、第２加圧ロール３１とベルト支持ロール３７の所定の区間で定着ベルト１０の外周面と接して同じ方向に回転移動する。
【００４０】
冷却装置４０は、放熱部材と空冷機構とで構成されている。すなわち、この冷却装置４０は、第１加圧ロール３０とベルト支持ロール１５との間の所定間隔内で定着ベルト１０の内周面に接する放熱基板４１ａと、その放熱基板４１ａの片面に立設される複数枚の放熱フィン４１ｂとからなる放熱部材であるヒートシンクを備えている。また、その放熱フィン４１ａに図示しない空調ダクトを介して送風ファンから送風（または排気）を行って空冷する空冷機構とを備えている。
【００４１】
そして、この定着装置１においては、図１や図２に示すように、定着ベルト１０および加圧ベルト３５を挟んだ状態で第１加圧ロール３０と第２加圧ロール３１との間に形成される定着ニップ部Ｎよりもベルト回転方向Ａの上流側となる位置で、その定着ベルト１０の内周面に接触する加熱板５０を位置的に固定した状態で配置しているとともに、その加熱板５０に接触している定着ベルト１０の外周面に圧接する複数の押圧ロール５５を回転可能に配置している。
【００４２】
加熱板５０は、定着ベルト１０に接触する側の面がそのベルト回転方向ＡにそってＲ９００程度の曲率からなる湾曲鏡面に形成された厚さ３ｍｍ程度のアルミニウム基板５１と、その定着ベルト１０が接触しない側の面に配置したラバーヒータ５１とで構成されている。また、加熱板５０は、その定着ベルト１０の回転方向Ａに沿う長さＬが２００〜４００ｍｍ程度のものであり、第２加熱ロール２１を通過した近傍位置から定着ニップ部Ｎの手前側の近傍位置までの定着ベルト領域に配置されている。この加熱板５０は、ラバーヒータ５１により所定の温度（例えば９０〜１３０℃程度）に加熱される。
【００４３】
複数の押圧ロール５５は、そのいずれも外径が１２ｍｍの金属製ロール芯材にシリコーンゴム等からなる厚さが４ｍｍ程度の弾性層を形成したものであり、バネ等を利用した公知の加圧機構により所定の荷重（例えば２０Ｎ）で加熱板５０に定着ベルト１０を介して圧接されている。また、この押圧ロール５５はいずれも加熱板５０に対して接離可能となるように公知の変位機構により支持されており、例えばウォームアップ時において前記した第２加圧ロール３１とともに定着ベルト１０から離間した位置に変位するようになっている。
【００４４】
また、複数の押圧ロール５５（Ａ〜Ｃ）は、加熱板５０のベルト回転方向Ａに沿う前後における所定の位置に適宜配分して設置することができる。特に最上流側の位置に配置する押圧ロール５５Ａや最下流側の位置に配置する押圧ロール５５Ｃは、加熱板５０からみてその各押圧ロール５５Ａ，５５Ｃによるニップ部が加熱板５０の端部から約１０ｍｍ内側となるような条件を満たすように配置している。さらに、その回転方向Ａの最上流側となる位置に配置される押圧ロール５５Ａその定着ベルトの回転方向Ａの前後に対して所定の間隔Ｅ１，Ｅ２をあけた状態で配置されている。その間隔Ｅ１，Ｅ２は互いに異なったものであってもよいが、記録用紙Ｐから発生する水蒸気による定着ベルト１０と用紙Ｐ間の浮きの成長速度がほぼ同一である等の観点からすると、同等であることが好ましい。
【００４５】
このような加熱板５０および押圧ロール５５を設けた定着装置１では、その最上流側の位置に配置される押圧ロール５５Ａと加熱板５０に接触支持される定着ベルト１０の間に形成される押圧ニップ部Ｍの間に、定着対象のトナー像Ｔを担持する記録用紙Ｐを導き入れるようになっている。
【００４６】
また、このように記録用紙Ｐが導き入れられる際には、その定着ベルト１０が第１加熱ロール２０と第２加熱ロール２１とにより１００℃以上の温度、好ましくは１３０〜１９０℃の温度に加熱されるように設定されている。特にこの定着装置１では、前述したように定着時には定着ニップ部Ｎにおいて加圧ロール３０、３１による定着のための加熱を行わない構成になっているため、定着ベルト１０は少なくとも定着に必要な温度（定着温度）以上の温度まで加熱するようになっている。
【００４７】
このような定着装置１では、画像形成装置の作像部側においてトナー像Ｔが転写された記録用紙Ｐに対して以下のごとき定着が行われる。
【００４８】
すなわち、まずトナー画像Ｔが転写された記録用紙Ｐが、搬送導入ガイド１２等を通してそのトナー像担持面を定着ベルト１０の外周面に当接させる姿勢で、押圧ニップ部Ｍの最上流押圧ロール５５Ａと加熱板５０にて接触支持される定着ベルト１０の外周面との間に導き入れられる。このとき定着ベルト１０は、第１加熱ロール２０および第２加熱ロール２１により１３０℃以上の温度に加熱された状態で押圧ニップ部Ｍに到達する。また、このとき定着ベルト１０は加熱板５０によっても加熱保持される。
【００４９】
押圧ニップ部Ｍに導入された記録用紙Ｐは、図３に示すように、１３０℃以上の高温に加熱されて加熱板５０に支持された状態にある定着ベルト１０に押圧ロール５５Ａにより圧接された状態下で加熱される。このときの記録用紙Ｐは、特に押圧ロール５５が弾性層を形成したロールであるため、加熱板５０（金属基板５１）に支持されている定着ベルト１０の外周面に対して密着性良好に圧接される。また、定着が連続して行われ、温度の低い記録用紙Ｐが連続して触れることにより定着ベルト１０やその押圧ロール５５の温度が低下しても、加熱板５０による加熱が行われるため、その温度低下を防止することができ、もって記録用紙Ｐを高温で安定して加熱することができる。
【００５０】
そして、最上流の押圧ロール５５Ａによる押圧ニップ部Ｍを通過した後の記録用紙Ｐは、その下流側に配置される押圧ロール５５Ｂ，５５Ｃによる定着ベルト１０との押圧ニップ部を次々と通過するように搬送される。また、この際、記録用紙Ｐは、そのトナー像Ｔが上記加熱により溶融し始めた状態になることにもよって定着ベルト１０に付着した状態で加熱板５０に支持される領域を搬送された後、定着ニップ部Ｎにおける定着ベルト１０の外周面と第２加圧ロール３１に支持される加圧ベルト３５の外周面との間に導き入れられる。
【００５１】
これにより、記録用紙Ｐは加圧下で高温加熱されるため、その用紙中の水分が高温で確実に加熱されて気化し、主に押圧ニップ部Ｍを通過して圧接状態から開放された後に水蒸気（点線矢印Ｓ）として用紙の定着ベルト１０とは反対側の面から主に発散される。しかも、その下流側の位置に配置される押圧ロール５５Ｂ，５５Ｃによる押圧ニップ部を通過するごとに、記録用紙Ｐと定着ベルト１０との間に介在しようとする水蒸気も、その各ニップ部で堰き止められて絞り出されるようにして発散される。この結果、記録用紙Ｐは、その含水率が定着ニップ部Ｎに突入する前に大幅に減少する。また、この用紙裏面側からの水蒸気Ｓの発散により、記録用紙Ｐは定着ベルト１０から剥がれにくい状態におかれる。
【００５２】
また、記録用紙Ｐ上のトナー像Ｔは、押付けニップ部Ｍにおいて外側押付けロール５１により加圧された状態で加熱されるため溶融して記録用紙Ｐに仮定着されるようになり、定着ニップ部Ｎでの通常の定着時における温度条件にもとづく加熱が不要となる（この例では定着時に加圧ロール３０、３１による加熱は行っていない）。この結果、定着ニップ部Ｎにおいて定着温度による加熱を行う必要がなく、そのニップ部Ｎでの加熱温度を低下させることができる。
【００５３】
続いて、定着ニップ部Ｎに突入した記録用紙Ｐは、加圧ロール３０、３１により定着に必要な荷重で強く加圧される。この際、記録用紙Ｐは、定着ベルト１０の余熱により加熱されるが、加圧ロール３０、３１（の加熱源）により加熱されることはない。
【００５４】
定着ニップ部Ｎを通過した記録用紙Ｐは、定着ベルト１０と加圧ベルト３５とに挟持されて定着ベルト１０に密着した状態で搬送されるとともに、冷却装置４０の放熱作用により熱が奪われる第１金属板４１を通過する際にトナー像Ｔと一緒に所定の温度（例えば９０℃以下の温度）になるまで冷却される。
【００５５】
この冷却によりトナー像Ｔが固化されるとともに冷却装置４０の放熱部材４１における基板４１ａを通過した記録用紙Ｐは、ベルト支持ロール１５で構成される用紙剥離手段において紙自身の腰の強さにより自力で定着ベルト１０から、トナー画像とともに剥離される（図１の矢付き一点鎖線の先端部で示される状態となる）。この剥離された記録用紙Ｐは定着装置外に排出される。これによりトナー像Ｔが記録用紙Ｐに定着される。
【００５６】
このようにして定着された画像は、特に定着ベルト１０の平滑な表面にならい平滑化された光沢感に富む画像として得られる。
【００５７】
また、特にこの定着装置１では、前述したように対着対象のトナー像Ｔを担持する記録用紙Ｐが加熱板５０で支持された定着ベルト１０と複数の押圧ロール５５との間を通過した後に定着ニップ部Ｎに導き入れられることにより、その記録用紙Ｐの含水率が定着ニップ部Ｎに突入する前に大幅に減少し、しかも、その記録用紙Ｐが定着ニップ部Ｎで改めて定着温度に加熱されることがない。このため、その定着ニップ部Ｎを通過した後の冷却工程での水蒸気の発生が抑えられるようになる。また、定着ベルト１０も定着ニップ部Ｎで必要以上に加熱されることがなくなり、定着ニップ部Ｎを通過した後に冷却装置４０によって効率よく冷却されるようになる。
【００５８】
この結果、定着ニップ部Ｎを通過した後に水蒸気が発生して記録用紙Ｐが定着ベルト１０から剥離する剥離ブリスターの発生が抑制される。これにより、従来技術のごとき、剥離ブリスターに起因した光沢ムラ等の定着不良や紙しわの発生も防止され、良好な定着を行うことが可能となる。
【００５９】
＜評価試験＞
次に、このような定着装置１の性能を評価するために行った試験について説明する。
【００６０】
上記定着装置１について以下のような条件に設定した。まず、加熱板５０は、その搬送方向長さＬを２４０ｍｍとするとともに、１３０℃程度の温度となるように加熱した。また、押圧ロール５５として、外径が２０ｍｍ、ローラ長が３４０ｍｍの金属製ロール芯材にシリコーンゴム等からなる厚さが５ｍｍ程度の弾性層を形成した５つのものを使用し、その５つの押圧ロールを上記加熱板５０のベルト回転方向に沿う前後に対してロール間隔Ｅが５５ｍｍの等間隔となるように配置した。これらの押圧ロール５５の加熱板５０に対する荷重はいずれも１５０Ｎに設定した。第２加圧ロール３１の第１加圧ロール３０に対する荷重は、２０００Ｎに設定した。
【００６１】
そして、このような条件に設定した定着装置を、その第１加熱ロール２０および第２加熱ロール２１により加熱して定着ベルト１０の押圧ニップ部Ｍの手前における表面温度が図４に示すような各温度となるように加熱したうえで、公知のカラープリンタにて一定のテスト用トナー像を形成した記録用紙Ｐをそれぞれお導入して定着動作を実行し、定着度、カラー発色性、剥離ブリスターおよび紙しわについてそれぞれ調べた。押圧ニップ部Ｍの手前における定着ベルト１０の温度については、放射温度計（ジャバンセンサー製：ＴＭＺ５１−５００）を用いて測定した。
【００６２】
また、この定着時において定着ベルト１０は３５０ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピードで回転させた。また、冷却装置４０は、記録用紙Ｐの剥離部に相当するベルト支持ロール１５に到達するときの定着ベルト１０の表面温度と、ベルト支持ロール３７に到達するときの加圧ベルト３５の表面温度とがいずれも９０℃以下の温度になるまで冷却するように設定した。
【００６３】
上記定着度は以下のようにして調べた。まず、図５に示すような諧調パターンからなる試験用トナー像Ｔを記録用紙Ｐ（王子製紙製：ＯＫトップコートＮ；１２７．９ｇｓｍと、富士ゼロックスオフィスサプライ製：Ｊ紙）に形成したものを定着し、その定着後の用紙に面積率が１００％のパッチ画像内を通過するような折り目（図５中の点線Ｚ。画像が内側になるように折り曲げたもの）をつける。折り目をつける際の荷重は１０Ｎとした。続いて、その折り目のついたパッチ画像部分を脱脂綿で軽く拭き、そのときのトナーの剥がれ具合を調べて以下の基準で評価した。
○：実用上問題とならない程度の剥がれ具合であった。
×：実用上画質不良となる程度の剥がれ具合であった。
【００６４】
上記試験用トナー像Ｔは、図５中の左側から順にＫ（ブラック）、プロセスブラックＰＢ（Ｙ，Ｍ，Ｃで形成される黒色）、Ｂ（Ｍ，Ｃで形成される青色）、Ｇ（Ｙ，Ｃで形成される緑色）、Ｒ（Ｙ，Ｍで形成される赤色）、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）の各色からなる四角形のパッチ像であり、これら各色のパッチ像について、その面積率を段階的に異ならせたものを縦方向に複数個段階別に並べたパターン像である。
【００６５】
上記カラー発色性は以下のようにして調べた。まず、上記密着度に関する試験の場合と同様に、図５に示すような諧調パターンからなる試験用トナー像Ｔを記録用紙Ｐ（王子製紙製：ＯＫトップコートＮ；１２７．９ｇｓｍ）に形成したものを定着した。続いて、その定着後の用紙上部にある各色の面積率１００％のパッチ像を測定器（日本平版機材製：Ｘ−Ｒｉｔｅ）にて測色した後、その測色結果についてＬ＊ａ＊ｂ＊表色系におけるマンセル色相およびマンセル彩度を求めて発色しているか否かを調べ、以下の基準で評価した。
○：発色している。
×：発色していない。
【００６６】
上記剥離ブリスターは以下のように調べた。まず、上記カラー発色性に関する試験の場合と同様に、図５に示すような諧調パターンからなる試験用トナー像Ｔを記録用紙Ｐに形成したものを定着した。この各定着後の記録用紙を観察し、剥離ブリスターが発生した場合において発生する定着トナー像中のスポット状あるいは帯状からなる低光沢度部の存在の有無を調べ、以下の基準で評価した。
○：発生しない。
×：発生した。
【００６７】
上記紙しわは以下のようにして調べた。まず、図６ａに示すように、記録用紙Ｐ（富士ゼロックスオフィスサプライ製：Ｊ紙）の中央部に長辺方向に伸びる帯状のベタトナー像Ｔ１を形成したものを定着した。次いで、この定着が終了した後に３分間が経過してから記録用紙Ｐの反対面の一端部に、図６ｂに示すような短辺方向に沿うベタトナー像Ｔ２を形成したものを定着した。そして、この両面への定着が終了した後の記録用紙Ｐにしわが発生しているか否かを目視で観察し、以下の基準で評価した。
○：発生しない。
×：発生した。
【００６８】
以上の各評価項目の結果を図４に併せて示す。また、比較のため、上記試験用の定着装置（実施例）において加熱板５０および押圧ロール５５を設けない定着装置（比較例）を用意し、前記したような評価試験を同じ条件下で行った。比較例の定着装置は、加熱板５０などを設けない分、第２加熱ロール２１と定着ニップ部Ｎとの間が縮まって接近した構造になっている。また、比較例では、定着ニップ部Ｎ直前における定着ベルト１０の温度を１００〜１５０℃としたときの試験を行っていない（図４の空欄部分）。これは、予備加熱を行わない関係から、定着ベルトの加熱温度が１６０℃を下回る温度（定着温度よりも低い温度）では定着自体を行うことができないという理由によるものである。また、図４中の「−」を付した欄は、得られたトナー像が未定着状態であったため評価ができないという結果を示すものである。
【００６９】
図４に示す結果から明らかなように、実施例では、定着ベルトの表面温度が１００〜１９０℃の温度範囲であれば剥離ブリスターの発生がなく、また、定着ベルトの表面温度が１００〜２１０℃の全温度範囲において紙しわが発生することがないことが確認できた。ただし、その表面温度が１２０℃以下になると、カラー画像の定着を行う場合には、その発色性が悪くなる。このことから、例えば、定着ベルトの表面温度を１３０〜１９０℃の温度範囲に設定すれば、すべての評価項目を満たすような良好な定着を行うことができることがわかる。
【００７０】
ちなみに、実施の形態１に係る定着装置１では、記録用紙Ｐの表裏両面にトナー像Ｔを形成する場合（両面プリントなどを行う場合）に、その第２面目のトナー像の定着についても、その第１面目の定着と同様に行われる。その際、第１面目の定着済のトナー像は、押圧ロール５５に接触しながら通過するが、かかる押圧ロール５５には前記したように弾性層が形成されているため、そのトナー像のトナーが押圧ロール側にオフセットすることがなく、その画像が乱されるおそれはない。
【００７１】
また、実施の形態１に係る定着装置１では、必要に応じて、押圧ロール５５の内部に電熱ヒータ等の加熱源を設置してそのロールを加熱するように構成することができる。この場合には、特にウォーミングアップ時の加熱時間の短縮や連続した定着を行う場合における定着ベルト等の温度低下の防止が可能となり、有利である。また、押圧ベルト５５については、１００ｍｍ／ｓｅｃ以下のような低速で定着を行う場合には、複数でなく１つのみであってもよい。
【００７２】
《他の実施の形態》
実施の形態１に係る定着装置１では、図７に示すように、第１加熱ロール２０の設置を省略して、第２加熱ロール２１のみを設置するように構成することができる。この場合には、定着ニップ部Ｎの位置を基準にしてみると、定着ベルト１０の巻き回したときの上下方向の寸法（高さ）を小さく（低く）することができ、定着装置の小型化（薄型化）を実現するうえで有利となる。なお、この構成では、第２加熱ロール２１が駆動ロールとして機能するように構成される。
【００７３】
また、このように構成したときの定着ベルト１０の加熱は、主にその第２加熱ロール２１のみによるものとなるため、かかる加熱能力を高めるため、第２加熱ロール２１のロール外径を増大化させたり、あるいはその加熱源２２の発熱能力を増大化させればよい。その他にも、図７に示すように、押圧ロール５５に電熱ヒータ等の加熱源５６を設置するように構成してもよい。この場合には、そのロール表面の温度を検知する温度センサ５７を設置し、その検知結果に基づいて加熱源５６の加熱動作を制御することにより、かかる加熱機能を備えた押圧ロール５５によって定着ベルト１０を所定の加熱温度に保つようにそのベルト外周面から適切に加熱するように構成するとよい。
【００７４】
また、実施の形態１に係る定着装置１では、図８に示すように、加熱ロール２０、２１を取り除き、その代わりに、加熱板５０として、最上流の押圧ロール５５Ａにて形成される押圧ニップ部Ｍよりもベルト回転方向Ａの上流側に更に延長した形態（図中の５０Ａが延長した部分を示す）の大型加熱板５３を設置するように構成することができる。なお、この場合においては、加熱ロールの設置を省略した関係により、定着ベルト１０を支持するベルト支持ロール１７を新たに設置している。
【００７５】
このような大型加熱板５３を適用した場合には、定着ベルト１０を主に加熱する加熱手段が大型加熱板５３のみに集約させることができるため、装置の簡素化ができる。また、この場合であっても、必要に応じて、押圧ロール５５に電熱ヒータ等の加熱源５６を設置することは有効である。
【００７６】
また、実施の形態１に係る定着装置１では、必要に応じて、冷却装置４０の設置を省略することが可能である。この場合には、定着ニップ部Ｎを通過した後の記録用紙Ｐを定着ベルト１０に密着した状態で自然冷却されるように剥離部までの距離等を確保することが必要である。その他、その冷却装置４０として、前記放熱部材と空冷機構からなるものを使用する代わりに、ヒートパイプを利用した熱循環器を適用することも可能である。
【００７７】
さらに、実施の形態１に係る定着装置１では、必要に応じて、加圧ベルト３５を設けることを省略してもよい。この場合は、その加圧ベルト３５を張架して回転させるための各ロール３６〜３９も不要となる。また、定着ベルト１０を加熱する手段としては、加熱ロール２０、２１に代えて、加熱板等の他の加熱手段を適用してもよい。さらに、
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の定着装置によれば、定着加圧部を通過した後の定着ベルトと記録用紙との間における剥離ブリスターの発生を防止することができる。従って、この定着装置を使用した場合には、その剥離ブリスターに起因した光沢ムラ等の定着不良や紙しわの発生のない、光沢感に優れた定着画像を安定して得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る定着装置を示す概略構成図。
【図２】図１の定着装置における加熱板および押圧ロールとその周辺部の構成を示す要部拡大図。
【図３】加熱板および押圧ロールのある定着ベルト部分を通過させて行う定着動作時の状態を示す要部説明図。
【図４】評価試験の結果を示す図表。
【図５】評価試験で用いたテスト用トナー像（諧調パターン）を示す説明図。
【図６】評価試験（紙しわ）で用いたテスト用トナー像を示す説明図であり、（ａ）は記録用紙の片面に形成するテスト用トナー像を示し、（ｂ）はその用紙の他面に形成するテスト用トナー像を示す。
【図７】図１の定着装置の一部を変形した構成例を示す要部拡大図。
【図８】図１の定着装置の一部を変形した他の構成例を示す要部拡大図。
【符号の説明】
１…定着装置、１０…定着ベルト、１５〜１７…ベルト支持ロール、２０，２１…加熱ロール（加熱手段）、３０、３１…加圧ロール（加圧回転体）、３５…加圧ベルト（支持ベルト）、５０，５３…加熱板（板状部材）、５２…ラバーヒタ（加熱手段）、５５…押圧ロール、５６…加熱源（加熱手段）、Ｔ…定着対象のトナー像、Ｐ…記録用紙、Ｎ…定着ニップ部（定着加圧部）。

Claims (5)

1. 複数のロールに張架されて一定の方向に回転する無端状の定着ベルトと、
   この定着ベルトを加熱する加熱手段と、
   この加熱手段で加熱された定着ベルトをその外周面および内周面の両側から加圧した状態で挟んでそのベルト外周面との間に定着対象のトナー像を担持する記録用紙を導き入れて加圧するための定着加圧部を形成するように対向配置される加圧回転体と、
   この加圧回転体による定着加圧部を通過した後も前記記録用紙を定着ベルトの外周面に密着させた状態で所定の距離だけ搬送してから剥離する剥離手段と
   を備えた定着装置において、
   前記定着ベルトにおける前記加圧回転体の定着加圧部よりも回転方向上流側となる位置でそのベルト内周面に接触するように固定配置される板状部材と、この板状部材に接触している定着ベルトの外周面に圧接して回転する押圧ロールとを設け、
   この押圧ロールと定着ベルトの外周面との間に前記定着対象のトナー像を担持する記録用紙を導き入れることを特徴とする定着装置。
2. 前記押圧ロールを、定着ベルトの回転方向に対して前後するように複数設けた請求項１に記載の定着装置。
3. 前記板状部材を加熱する加熱手段を設けた請求項１に記載の定着装置。
4. 前記押圧ロールを加熱する加熱手段を設けた請求項１に記載の定着装置。
5. 前記押圧ロールは、そのロール表面側に弾性層を形成してなる請求項１に記載の定着装置。

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