JP2005215422A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 記録媒体に転写されたトナー画像が定着時にずれないようにすることである。
【解決手段】 少なくとも２つの定着部材１７、１６に掛け回されて回転駆動される定着ベルト１９と、定着ベルト１９を介して２つの定着部材１７、１６に押圧される加圧ローラ２０と、加圧ローラ２０が定着ベルト１９を介して２つの定着部材１７、１６に押圧された第１・第２ニップ部２１、２２と、第１・第２ニップ部２１、２２との間に位置する中間ニップ部２３とを有する。中間ニップ部２３の領域において、記録媒体Ｓとトナーとの接着力がＦｐｔ、定着ベルト１９とトナーとの接着力がＦｂｔであるとき、Ｆｐｔ＞Ｆｂｔとする。これにより、中間ニップ部２３の領域において、記録媒体Ｓと定着ベルト１９とに速度差が生じても、接着力の差によってトナーは記録媒体Ｓに接着した状態を維持されるので、記録媒体Ｓ上でのトナー画像のズレを防止できる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、定着ベルトを使用した定着装置及びその定着装置を備えた画像形成装置に関する。

立ち上り時間の短い定着装置として、定着ベルトを用いたベルト定着方式の定着装置が知られている。この定着装置は、少なくとも２本のローラに無端状の定着ベルトが掛け回され、定着ベルトとこの定着ベルトに対向して配置された加圧ローラとが当接されてその当接部分にニップ部が形成されている。定着ベルトと加圧ローラの間に形成されたニップ部に、トナー画像が転写された記録媒体を通過させることにより定着処理が行われる（例えば、特許文献１、２、３、４）。

特許文献１には、定着ローラ、加熱ローラ、これらの加熱ローラと定着ローラとに掛け回された無端状の定着ベルト、この定着ベルトを介して定着ローラに対向して設けられた加圧ローラを有し、この加圧ローラと定着ベルトとが当接されたニップ部にトナー画像が転写された記録媒体を通過させることにより定着する定着装置が記載されている。この定着装置は、熱容量の小さい定着ベルトを予め加熱してからニップ部でトナー画像を定着することにより、立ち上り時間が短く、広いニップ幅により低温での定着が可能であるという特徴がある。特許文献１に記載された定着装置では、定着ベルトの加熱を、内部にハロゲンヒータを備えた加熱ローラに定着ベルトをある角度巻きつかせることにより行っている。また定着ベルトを加圧ローラに巻きつかせるような形で定着ベルトと加圧ローラとが接触してニップ部を形成しているので、安定した搬送性と定着性を得ることができる。

特許文献２には、第１ローラと第２ローラとに掛け回された無端状の定着ベルト、この定着ベルトの外側に当接する第３ローラ（加圧ローラ）があり、定着ベルトと第３ローラとにより形成されたニップ部の上流側に、定着ベルトを第３ローラに押圧する押圧部材を有する定着装置が記載されている。

特許文献３には、弾性体層を有するとともに発熱手段を有して所定の角速度で回転駆動される加熱ロール、複数のロールに掛け回されるとともに該加熱ロールの周面の一部に対して巻き付くように配設され、搬送されてきた記録媒体を該加熱ロールと相俟って挟み込むためのニップ領域を形成する無端状の定着ベルト、かかるニップ領域の終端部で該定着ベルトを介して加熱ロールに圧接し、該加熱ロールの弾性体層を変形させる加圧ロール、この加圧ロールよりも該ニップ領域の始端部側で定着ベルトを介して加熱ロールに圧接する補助加圧部材等から構成された定着装置が記載されている。この定着装置では、該加圧ロールの回転に対して所定の負荷トルクを与えることにより、該加熱ロールと定着ベルトとの間に挟み込まれた記録シートの搬送速度が、該加圧ロールと補助加圧部材との間の位置における加熱ロールの表面速度と略同一の速度に制御されている。

特許文献４には、無端状の定着ベルトと記録材の搬送方向に沿って定着ベルト内に配置されて定着ベルトを支持する少なくとも２本の内方ローラ、定着ベルトに相対的に圧接してニップ部を形成する加圧ローラ、定着ベルトを加熱する加熱源、２本の内方ローラのうち記録材の搬送方向に沿って下流側に配置される内方ローラに回転駆動力を伝達して定着ベルトを走行させるベルト駆動機構等から構成される定着装置が記載されている。

特開平１０−３０７４９６号公報 特開平０９−１６０４０５号公報 特許第３１５９１２５号公報 特開２０００−１７２１０３号

しかし、特許文献１に記載された定着装置では、以下のような不具合が生じることがある。定着ベルトと加圧ローラとの間にニップ部を形成するために加熱ローラがニップ部の手前に位置しており、ニップ部の手前において定着ベルトと記録媒体とが近接している。定着ベルト及び記録媒体が波打ちやたるみにより平面性が損なわれた際、記録媒体上の未定着のトナー画像がニップ部の手前において定着ベルトと接触し、画像ズレなどの不具合が発生する。

この不具合を避けるため、特許文献２に記載された定着装置では、ニップ部の入口（上流側）に押圧部材を当接し画質の安定を図っている。しかし、補助定着部材として弾性を有する押圧部材を用いた場合は摺動性や耐摩耗性が必ずしも優れていないため、定着ベルトの搬送性や定着ベルトの耐久性に問題がある。さらに、ローラ対によるニップ部が複数ある構成においてはスリップやローラの歪みによる周速差が発生し、定着ベルトと加圧ローラとの上下の周速差による異常画像が発生しやすい。この異常画像は、上流側のニップ部で溶融したトナーが定着ベルト面にオフセットし、定着ベルトと加圧ローラとの周速差により定着ベルトの浮きが発生し、下流側のニップ部においてずれた位置で紙に再び付着することによって発生している。このため、特許文献４に記載された定着装置では、排紙側のニップ部を形成するローラに回転駆動力を伝達し、定着ベルトを牽引するようにして走行させ、ニップ部の定着ベルトのたるみや浮きの発生を抑えることで異常画像の発生を防いでいる。しかし、この場合、牽引するための荷重を大きくしなければならず、定着ベルトの寄り等の問題が発生する。また、ローラのたわみの発生を抑えるため、ローラ芯金の肉厚を増やす必要があり、熱容量の増大により短時間での温度立ち上げに適さない。さらには、大きい荷重をかけることでベルトの搬送性も悪くなる。

特許文献３に記載された定着装置では、記録媒体上のトナー画像が定着される面側が加熱ローラ、それに対向して複数のローラに掛け回された定着ベルトを加圧してニップ部を形成する。定着ベルトを加熱ローラに巻きつける形にするため長いニップが形成できる。ただし、定着面側がローラであるため熱容量が大きく、ベルトに比べ所定の温度まで立ち上げる際に時間がかかってしまう。また、定着ベルト側に加熱手段を有さないため、ニップ部において用紙上のトナー層の上面と下面の温度差が大きく加熱ローラに接着され易いことで、画像ズレが起こりやすい。

本発明の目的は、記録媒体に転写されたトナー画像が定着時にずれないようにすることである。

請求項１記載の発明の定着装置は、少なくとも２つの定着部材に掛け回されて回転駆動される無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトを加熱する定着ベルト用ヒータと、前記定着ベルトを介して２つの前記定着部材に押圧される位置に配置され、前記定着ベルトに対する連れ回り方向に回転駆動される加圧ローラと、前記加圧ローラが前記定着ベルトを介して２つの前記定着部材に押圧された第１ニップ部及び第２ニップ部と、前記第１ニップ部と前記第２ニップ部との間に位置して前記加圧ローラと前記定着ベルトとが当接された中間ニップ部と、を有し、トナー画像が転写された記録媒体が前記加圧ローラと前記定着ベルトとの間に送り込まれて前記中間ニップ部の領域に位置するときの前記記録媒体とトナーとの接着力がＦｐｔ、前記中間ニップ部の領域における前記定着ベルトとトナーとの接着力がＦｂｔであるとき、Ｆｐｔ＞Ｆｂｔとされている。

請求項２記載の発明の定着装置は、少なくとも２つの定着部材に掛け回されて回転駆動される無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトを加熱する定着ベルト用ヒータと、前記定着ベルトを介して２つの前記定着部材に押圧される位置に配置され、前記定着ベルトに対する連れ回り方向に回転駆動される加圧ローラと、前記加圧ローラが前記定着ベルトを介して２つの前記定着部材に押圧された第１ニップ部及び第２ニップ部と、前記第１ニップ部と前記第２ニップ部との間に位置して前記加圧ローラと前記定着ベルトとが当接された中間ニップ部と、を有し、前記中間ニップ部の領域における前記加圧ローラの曲率半径と、前記加圧ローラと前記定着ベルトとの間に定着のために送り込まれる記録媒体の搬送方向に沿った前記中間ニップ部より下流側に位置する前記第２ニップ部の領域における前記加圧ローラの曲率半径とが略同一である。

請求項３記載の発明の定着装置は、少なくとも２つの定着部材に掛け回されて回転駆動される無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトを加熱する定着ベルト用ヒータと、前記定着ベルトを介して２つの前記定着部材に押圧される位置に配置され、前記定着ベルトに対する連れ回り方向に回転駆動される加圧ローラと、前記加圧ローラが前記定着ベルトを介して２つの前記定着部材に押圧された第１ニップ部及び第２ニップ部と、前記第１ニップ部と前記第２ニップ部との間に位置して前記加圧ローラと前記定着ベルトとが当接された中間ニップ部と、を有し、前記加圧ローラと前記定着ベルトとの間に定着のために送り込まれる記録媒体の搬送方向に沿った前記中間ニップ部より下流側に位置する前記第２ニップ部を形成する前記加圧ローラと前記定着部材とは表面側に弾性層を有し、前記第２ニップ部の領域における前記定着部材の表面側の変形量がＳｆ、前記加圧ローラの表面側の変形量がＳｐであるとき、Ｓｆ≧Ｓｐとされている。

請求項４記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか一記載の定着装置において、前記加圧ローラを加熱する加圧ローラ用ヒータが設けられている。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の定着装置において、前記中間ニップ部において、前記加圧ローラ用ヒータにより加熱された前記加圧ローラの表面温度が、前記定着ベルト用ヒータにより加熱された前記定着ベルトの表面温度よりも高くされている。

請求項６記載の発明の定着装置は、少なくとも２つの定着部材に掛け回されて回転駆動される無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトを加熱する定着ベルト用ヒータと、前記定着ベルトを介して２つの前記定着部材に押圧される位置に配置され、前記定着ベルトに対する連れ回り方向に回転駆動される加圧ローラと、前記加圧ローラが前記定着ベルトを介して２つの前記定着部材に押圧された第１ニップ部及び第２ニップ部と、前記第１ニップ部と前記第２ニップ部との間に位置して前記加圧ローラと前記定着ベルトとが当接された中間ニップ部と、を有し、前記中間ニップ部において、前記加圧ローラと前記定着ベルトとの間に定着のために送り込まれた記録媒体のトナー画像が転写された面の表面速度と、前記記録媒体のトナー画像が転写された面に接する前記定着ベルトの表面速度とが略同一に制御されている。

請求項７記載の発明は、請求項６記載の定着装置において、前記定着ベルトと前記加圧ローラとが独立に駆動制御されている。

請求項８記載の発明の画像形成装置は、画像データに基づいてトナー画像を形成し、このトナー画像を記録媒体上に転写するプリンタエンジンと、記録媒体上に転写されたトナー画像を定着させる請求項１ないし７のいずれか一記載の定着装置と、を備えている。

請求項９記載の発明は、請求項８記載の画像形成装置において、ワックスを含有するトナーが用いられている。

請求項１記載の発明の定着装置によれば、中間ニップ部において、トナーと記録媒体との接着力Ｆｐｔが、トナーと定着ベルトとの接着力Ｆｂｔより大きいので、中間ニップ部の領域において、記録媒体と定着ベルトとに速度差が生じても、接着力の差によってトナーは記録媒体に接着した状態を維持されるので、記録媒体上でのトナー画像のズレを防止できる。

請求項２記載の発明の定着装置によれば、記録媒体の搬送速度は、記録媒体の搬送方向下流側に位置する第２ニップ部で決定されるので、中間ニップ部の領域の加圧ローラの曲率半径と第２ニップ部の領域での加圧ローラの曲率半径とを略同じにすることにより、中間ニップ部における記録媒体と定着ベルトとの速度差を小さくすることができ、記録媒体上でのトナー画像のズレを防止できる。

請求項３記載の発明の定着装置によれば、第２ニップ部の領域における定着部材の表面側の変形量Ｓｆと加圧ローラの表面側の変形量Ｓｐとを、Ｓｆ≧Ｓｐとすることにより、第２ニップ部の領域と中間ニップ部の領域とにおける加圧ローラの曲率半径を略同じにすることができ、これにより、中間ニップ部における記録媒体と定着ベルトとの速度差を小さくすることができ、記録媒体上でのトナー画像のズレを防止できる。

請求項４記載の発明の定着装置によれば、加圧ローラを加熱することにより、加圧ローラによって記録媒体をトナー画像が転写されている側の裏面から加熱することができ、この加熱により記録媒体とトナーとの接着力を高めることができ、中間ニップ部の領域における記録媒体上でのトナー画像のズレを防止できる。

請求項５記載の発明の定着装置によれば、記録媒体とトナーとの接着力を確実に高めることができ、中間ニップ部の領域における記録媒体上でのトナー画像のズレをより確実に防止できる。

請求項６記載の発明の定着装置によれば、中間ニップ部の領域において、記録媒体のトナー画像が転写された面と定着ベルトの記録媒体に接する面とが速度差を生じないように速度制御することができ、中間ニップ部の領域における記録媒体上でのトナー画像のズレを防止できる。

請求項７記載の発明の定着装置によれば、中間ニップ部の領域において、記録媒体のトナーが転写された面と定着ベルトの記録媒体に接する面との速度差が生じないようにする速度制御を簡単に行うことができる。

請求項８記載の発明の画像形成装置によれば、定着時に画像ズレが生じることを防止でき、高品質の画像形成を行うことができる。

請求項９記載の発明の画像形成装置によれば、定着ベルトへの離型用オイルの塗布量を低減し、又は停止することができ、定着時における画像ズレを防止して高品質の画像形成を行うことができる。

本発明の第１の実施の形態を図１ないし図３に基づいて説明する。図１は画像形成装置の一例として電子写真方式のカラープリンタを示したものである。このカラープリンタは、箱状の装置本体１内に、給紙トレイ２、プリンタエンジン３、定着装置４等が収納されている。装置本体１の上面部には、画像形成された記録媒体Ｓが排紙される外部トレイ５が設けられている。

プリンタエンジン３は、それぞれ異なる色のトナー画像を形成する４つの感光体ユニット６（６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋ）、光書込装置７、転写ベルト８、転写装置９等により形成されている。Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの添え字はそれぞれトナーの色（Ｙはイエロー、Ｍはマゼンタ、Ｃはシアン、Ｋは黒）を意味する。

各感光体ユニット６は、使用するトナーの色が異なるために形成される画像の色が異なるものであり、基本的な構造は同じである。各感光体ユニット６は、矢印方向へ回転駆動される感光体１０、感光体１０の周囲に配置された帯電装置１１、現像装置１２、クリーニング装置１３等により構成されている。

感光体１０は、円筒状に形成され、駆動源（図示せず）により回転駆動される。感光体１０の外周面部には感光層が設けられており、光書込装置７から出射された画像データに応じた光が感光体１０の外周面を露光することにより、感光体１０の外周面に画像データに応じた静電潜像が書き込まれる。

帯電装置１１は、感光体１０の表面を一様に帯電させる。帯電装置１１は、例えば、外周面を感光体１０の表面に接触させて配設され、感光体１０との間に帯電電圧を印加することによって感光体１０の表面を帯電させる接触方式の帯電ローラであってもよく、又は、感光体１０の表面を非接触帯電させるコロナ放電方式のコロナチャージャであってもよい。

現像装置１２は、トナーとキャリアとを有する２成分現像剤をケース内に収納し、この２成分現像剤を静電潜像が形成された感光体１０に供給し、トナーを静電潜像に付着させることにより静電潜像を顕像化し、トナー画像を形成する。トナーは、円形度が０．９６以上の形状で、重量平均粒径が２〜６μｍの小粒径トナーを用いている。小粒径のトナーを用いることで、画像を形成した際のトナー層の厚みが薄くなり、定着装置４のニップ部での加熱時に温度勾配を小さくでき、定着装置４の定着部（例えば、後述する定着ベルト）へのトナーの接着力を小さくできる。また、ワックスを内添することで、定着部からのトナーを離型させるためのシリコンオイル等の離型剤の塗布を不要とすることができ、加熱溶融前の未定着トナーが定着装置４の定着部材側へのオフセットを防止できる。さらに、シリコンオイル等の離型剤を塗布する装置を省くことにより、定着装置４の小型化やコストダウンが可能になる。

クリーニング装置１３は、感光体１０上に形成されたトナー画像が記録媒体Ｓ上に転写された後、感光体１０上に残留したトナーをクリーニングする。

光書込装置７は、帯電装置１１により一様に帯電された感光体１０の表面を画像データに基づいて露光走査し、感光体１０の表面に静電潜像を書き込む。公知の技術であるため詳細な図示および説明を省略するが、一例としては、光を発する光源と、光源で発した光を走査させるポリゴンミラー、ポリゴンミラーを回転させるモータ、ポリゴンミラーで走査された光をレンズを介して感光体へ向けて反射させるミラー等によって形成されている。

転写ベルト８は、複数のローラに掛け回された無端状のベルトであり、矢印方向に回転駆動される。この転写ベルト８の外周面に対して感光体１０の外周面が接触するように配置され、記録媒体Ｓを搬送する。

転写装置９は、転写ベルト８の裏面側に配置され、転写ベルト８を挟んで感光体１０に当接されている。記録媒体Ｓが転写ベルト８により搬送されたとき、感光体１０との間に転写電圧を印加することにより、感光体１０の表面に形成されているトナー画像を記録媒体Ｓ上に転写させる。

このカラープリンタでの画像形成時には、給紙トレイ２内から記録媒体Ｓが１枚ずつ分離給紙され、分離給紙された記録媒体Ｓが装置本体１内に形成された搬送経路上を外部トレイ５に向けて搬送される。その搬送過程において、記録媒体Ｓが転写ベルト８に保持されて搬送され、そのときにプリンタエンジン３によって形成されたトナー画像が記録媒体Ｓ上に転写される。トナー画像が転写された記録媒体Ｓは定着装置４においてトナー画像の定着処理が行われ、トナー画像が定着された記録媒体Ｓが外部トレイ５上に排紙される。

また、装置本体１内には、両面ユニット１４や反転ユニット１５が設けられている。定着装置４での定着処理が終了した記録媒体Ｓを両面ユニット１４内に送り込むことにより、記録媒体Ｓを表裏逆向きとして再び転写ベルト８上に送り込むことができ、記録媒体Ｓの両面に画像形成を行える。定着装置４での定着処理が終了した記録媒体Ｓを反転ユニット１５内に送り込むことにより、図示しないソーターに排紙される記録媒体Ｓの向きを表裏逆向きとすることができる。

つぎに、本発明の特徴部分である定着装置４について、図２及び図３に基づいて説明する。定着装置４は、定着部材である定着ローラ１６、定着部材である定着パッド１７、加熱ローラ１８、定着ベルト１９、加圧ローラ２０を有している。定着ベルト１９は、定着ローラ１６と定着パッド１７と加熱ローラ１８とに掛け回されている。定着ローラ１６と定着パッド１７とは、図示しない加圧バネにより定着ベルト１９を介して加圧ローラ２０に押圧されている。

加圧ローラ２０が定着ベルト１９を介して定着パッド１７に押圧された部分が第１ニップ部２１とされ、加圧ローラ２０が定着ベルト１９を介して定着ローラ１６に押圧された部分が第２ニップ部２２とされ、これらの第１ニップ部２１と第２ニップ部２２との間に位置して加圧ローラ２０と定着ベルト１９とが押圧された部分が中間ニップ部２３とされている。

定着ベルト１９は、耐熱性樹脂が基体として用いられている。耐熱性樹脂の材質としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等が使用されている。基体の厚さは熱伝導と強度のバランスから３０〜１００μｍのものが望ましい。定着ベルト１９の表面は、記録媒体Ｓ及びトナーと加圧接触するため、離型性、耐熱性に優れた表面層が必要であり、フッ素系樹脂等の表面離型層が被覆された構成になっている。また、画像の均一性を得るために表面離型層の下に５０0〜３００μｍのシリコ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。

加熱ローラ１８は、φ２０〜φ３０ｍｍのアルミニウム又は鉄製で、肉厚が０．３〜１ｍｍの薄肉金属ローラで、図示しない引張スプリングなどにより矢印ａ方向に張架され、定着ベルト１９に一定のテンションをかける役割をする。加熱ローラ１８の内部には定着ベルト用ヒータであるハロゲンヒータ１８ａが設けられ、図示しない温度制御素子で一定温度になるよう制御され、定着ベルト１９を必要な温度に加熱する役割をしている。

定着ローラ１６は、アルミニウムや鉄等の金属の芯金１６ａにシリコンゴム或いは発泡シリコンゴム等の弾性層１６ｂが成型されたφ１０〜φ３０ｍｍのローラで、定着ベルト１９を介して加圧ローラ２０に５〜３０Ｎ／ｃｍ^２の面圧で加圧され、定着ベルト１９と加圧ローラ２０との間に第２ニップ部２２を形成している。

定着パッド１７は、ベース部１７ａと弾性体１７ｂと低摩擦シート１７ｃとにより形成され、定着ベルト１９を介して加圧ローラ２０に１〜１５Ｎ／ｃｍ^２の面圧で加圧され、定着ベルト１９と加圧ローラ２０との間に第１ニップ部２１を形成している。ベース部１７ａは、鉄、ステンレス、アルミニウム等の金属やＰＰＳなどの耐熱樹脂で形成されている。定着ベルト１９を介して加圧ローラ２０に押圧される部分、つまり、第１ニップ部２１を形成する部分に発泡シリコン製の弾性体１７ｂが形成され、さらに、定着ベルト１９との摺接部に摩擦抵抗を小さくするようにガラス繊維にフッ素系樹脂などを含浸させた低摩擦シート１７ｃが被覆されている。記録媒体Ｓは矢印ｂで示す向きに搬送され、記録媒体Ｓの入り口側となる部分は記録媒体Ｓや定着ベルト１９の搬送性を向上させるためのガイドの役割を持たせるために曲面形状になっている。

加圧ローラ２０は、アルミニウムや鉄等でφ３０〜φ５０ｍｍに形成された芯金２０ａと、両面印刷時にオイルレストナーとの離型性を確保するためのフッ素系樹脂等で表面に形成された離型層２０ｂと、種々の表面性の用紙に対して定着ムラによる画質劣化を防止するために芯金２０ａと離型層２０ｂとの間に形成された弾性層２０ｃとにより形成されている。弾性層２０ｃとしては、シリコンゴム等の耐熱性ゴム層を０．５〜５．０ｍｍの厚み範囲で適宜設けてある。加圧ローラ２０は、図示しないモータにより矢印ｃ方向に回転駆動される。弾性層２０ｃは、定着ベルト１９からの熱を加圧ローラ２０側に逃がさないようにする断熱材の役割も果たす。

トナー画像が転写された記録媒体を、加熱されたローラ対の間のニップ部を通過させて定着を行う熱ローラ定着に比べ、本方式の定着装置４の場合、ニップ時間を容易に長くとれる構成であるので、加熱効率を向上させることができ、定着のための設定温度を数十度下げることが可能となる。そのため、定着装置４の立ち上がり時間を短縮化することができ、保温のためのエネルギーを小さくできる。

定着作業時には、加圧ローラ２０が図示しないモータにより矢印ｃ方向に回転駆動される。この回転に伴い、定着ベルト１９が矢印ｄ方向に従動回転し、定着ベルト１９を介して定着ローラ１６が矢印ｅ方向に従動回転する。この状態で、トナー画像が転写された記録媒体Ｓが矢印ｂ方向へ搬送され、定着装置４内へ送り込まれる。定着装置４内へ送り込まれた記録媒体Ｓは、まず、定着パッド１７と加圧ローラ２０とで成す第１ニップ部２１において加熱されながら押圧される。さらに、第１ニップ部２１と第２ニップ部２２との間の加圧力がほとんどかからない中間ニップ部２３を通過し、その後、定着ローラ１６と加圧ローラ２０とで成す第２ニップ部２２で再び加熱されながら押圧され、定着装置４外へ排出される。このとき、記録媒体Ｓの搬送速度は主としてニップ部の面圧の高い定着ローラ１６と加圧ローラ２０とで成す第２ニップ部２２によって決まるが、ニップ部の曲率差や加圧ローラ２０からの駆動の伝達ロスにより、加圧力がほとんどかかっていない中間ニップ部２３において、記録媒体Ｓにおけるトナー画像が転写されている面側と定着ベルト１９の外側面（記録媒体Ｓに接触する面）とで速度差が生じる。これにより、記録媒体Ｓ上のトナー画像が乱され、画像ズレが発生する。

定着装置４内に送り込まれた記録媒体Ｓ上の未定着トナー画像は、定着パッド１７と加圧ローラ２０とで成す第１ニップ部２１で加熱されて半溶融状態になり、トナーと記録媒体Ｓとの間の接着力Ｆｐｔ、トナーと定着ベルト１９との間の接着力Ｆｂｔが生じる。このとき、定着装置４内に送り込まれた直後は、加熱による温度分布を考慮した場合、定着ベルト１９とトナーとの接触界面温度に対して記録媒体Ｓとトナーとの接触界面温度の方が低いため、接着力は、Ｆｐｔ＜Ｆｂｔとなる。さらに、記録媒体Ｓが定着装置４内を移動していくと、記録媒体Ｓとトナーとがさらに加熱され、記録媒体Ｓ、トナー、定着ベルト１９の温度がほぼ均一になる。この場合においては、トナーの接着力は、離形性の高い定着ベルト１９の表面よりも記録媒体Ｓに対して大きくなり、Ｆｐｔ＞Ｆｂｔとなる。このときの定着パッド１７と加圧ローラ２０とで成すニップ時間を、通常使用されるカラー用定着装置の設定温度よりも低い温度域（最大で３０°低い温度域）において、３０ｍsec以上にすることで、図３に示すように中間ニップ部２３においてＦｐｔ＞Ｆｂｔを満足できる。これにより、トナーと定着ベルト１９との接着力Ｆｂｔよりもトナーと記録媒体Ｓとの接着力Ｆｐｔを大きくできる。こうすることで、定着パッド１７と定着ローラ１６との間の中間ニップ部２３で記録媒体Ｓと定着ベルト１９とに速度差が生じている場合においても、トナー画像は記録媒体Ｓに接着した状態を維持されるので、トナー画像が記録媒体Ｓ上の付着位置から位置ズレすること（画像ズレ）が発生せず、異常画像を防止することができる。

本発明の第２の実施の形態の定着装置を図４に基づいて説明する。なお、図１ないし図３において説明した部分と同じ部分は同じ符号で示し、説明も省略する（以下の実施の形態でも同じ）。本実施の形態の定着装置２４の基本的構造は図１ないし図３において説明した第１の実施の形態の定着装置４と同じであり、本実施の形態の定着装置２４が第１の実施の形態の定着装置４と異なる点は、加圧ローラ２０の内部に、加圧ローラ２０を加熱する加圧ローラ用ヒータであるハロゲンヒータ２５が設けられている点である。ハロゲンヒータ２５は図示しない温度制御素子で加圧ローラ２０の表面温度が所定の温度になるように制御される。加圧ローラ２０の芯金２０ａと離型層２０ｂの間には、シリコンゴム等の耐熱性ゴム層が弾性層２０ｃとして０．１〜１．０ｍｍの厚み範囲で適宜設けてある。この弾性層２０ｃの厚み寸法は、所定温度まで加熱するまでの立ち上がり時間により、熱容量の上限厚み以下にしなければならないため、画質と立ち上り時間の重み付けにより決められている。また、加圧ローラ２０の内面には耐熱性の黒色塗装が施されており、ハロゲンヒータ２５からの輻射熱を効率的に吸収しやすいようになっている。加圧ローラ２０側からも記録媒体Ｓ及びトナーを加熱することで、定着パッド１７と加圧ローラ２０とで成す第１ニップ部２１で、短時間でＦｐｔ＞Ｆｂｔを満足できる。これにより、中間ニップ部２３でも、トナーと定着ベルト１９との間の接着力Ｆｂｔよりもトナーと記録媒体Ｓとの間の接着力Ｆｐｔが大きくなり、記録媒体Ｓと定着ベルト１９とに速度差が生じている場合においても、画像ズレが発生せず、異常画像を防止することができる。

図５、図６、図７は、それぞれ第２の実施の形態の定着装置２４の変形例を示したもので、図５に示した定着装置２４Ａでは、ハロゲンヒータ２５に代えて、ハロゲンヒータ２６と反射鏡２７とからなる加圧ローラ用ヒータ２８を加圧ローラ２０の外部に設けている。この加圧ローラ用ヒータ２８からの輻射熱によって加圧ローラ２０を表面から加熱することで、加圧ローラ２０の芯金２０ａと離型層２０ｂの間の弾性層２０ｃをより厚くした場合でも立ち上がり時間を短縮できるため、画質向上と立ち上がり時間の短縮とを両立させることができる。

図６に示した定着装置２４Ｂでは、加圧ローラ２０の芯金２０ａ内に磁性層を設け、加圧ローラ２０内部に加圧ローラ用ヒータとして誘導加熱コイル３０を設けている。誘導加熱コイル３０へ通電することにより磁性層を発熱させることができる。

図７に示した定着装置２４Ｃでは、加圧ローラ２０の弾性層２０ｃ内部に磁性層を設け、加圧ローラ２０の外部に加圧ローラ用ヒータとして誘導加熱コイル３０を設けている。誘導加熱コイル３０へ通電することにより磁性層を発熱させることができる。

図４に示した第２の実施の形態、及び、図５ないし図７に示したその変形例において、加圧ローラ２０の表面温度を定着ベルト１９の温度よりも高い温度に設定する。こうすることで、記録媒体Ｓが定着装置２４（２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ）内に送り込まれたとき、定着ベルト１９とトナーとの接触界面温度に対して記録媒体Ｓとトナーとの接触界面温度の差を小さくできるため、定着パッド１７と加圧ローラ２０とで成す第１ニップ部２１において、より短時間でＦｐｔ＞Ｆｂｔを満足できる。これにより、トナーと定着ベルト１９との接着力Ｆｂｔよりもトナーと記録媒体Ｓとの接着力Ｆｐｔが大きくなり、記録媒体Ｓと定着ベルト１９とに速度差が生じている場合においても、画像ズレが発生せず、異常画像を防止することができる。

本発明の第３の実施の形態を図８ないし図１０に基づいて説明する。第１の実施の形態で説明したように、記録媒体Ｓの搬送速度は主としてニップ部の面圧の高い定着ローラ１６と加圧ローラ２０で成す第２ニップ部２２によって決まり、定着パッド１７と定着ローラ１６との間の中間ニップ部２３で、記録媒体Ｓにおけるトナー画像が転写されている画像面側と定着ベルト１９の記録媒体Ｓに接する表面側とで速度差が生じる。これが記録媒体Ｓ上のトナー画像を乱し、画像ズレを発生させる。この速度差の原因として、ニップ部の曲率半径の差がある。図８に示すように、定着パッド１７と定着ローラ１６との間の中間ニップ部２３は加圧力がほとんどかからないため、加圧ローラ２０とほぼ同じ曲率半径Ｒ１となる。また、定着ローラ１６と加圧ローラ２０とが成す第２ニップ部２２では、定着ローラ１６の弾性層１６ｂの変形と加圧ローラ２０の弾性層２０ｃの変形の関係により、第２ニップ部２２の曲率半径Ｒ２が決まる。例えば、図９に示すように定着ローラ１６の弾性層１６ｂがほとんど変形しない構成で、加圧ローラ２０の弾性層２０ｃの変形量Ａが大きい場合では、中間ニップ部２３から第２ニップ部２２に移動するのに従い、曲がりの方向や曲率半径が大きく変化する。このように加圧ローラ２０が駆動されている場合において、加圧ローラ２０の弾性層２０ｃの変形量Ａが定着ローラ１６の弾性層１６ｂの変形量よりも大きい場合、第２ニップ部２２の加圧ローラ２０表面の速度すなわち記録媒体Ｓの主搬送速度は、加圧ローラ２０の変形が起こっていない場所の速度よりも速くなる。これにより、中間ニップ部２３における記録媒体Ｓのトナー画像が転写された面側と定着ベルト１９とに速度差が生じる。これに対して、図１０のように第２ニップ部２２で、加圧ローラ２０の弾性層２０ｃの変形量が定着ローラ１６の弾性層１６ｂの変形量Ｂよりも小さく、中間ニップ部２３での曲率半径Ｒ１と第２ニップ部２２での曲率半径Ｒ２とがほぼ同等になるように加圧ローラ２０の弾性層２０ｃの厚みおよび固さを調整することで、上記速度差を防止でき、画像ズレ等の異常画像を防止することができる。

本発明の第４の実施の形態を図１１に基づいて説明する。本実施の形態の定着装置３２では、定着ローラ１６を駆動するためのモータ３３と、加圧ローラ２０を駆動するためのモータ３４とが設けられる。また、加圧ローラ２０の表面速度を測定するための速度センサー３５と定着ベルト１９の速度を測定するための速度センサー３６とが設けられている。これらのモータ３３、３４と速度センサー３５、３６とはコントローラ３７に接続され、速度センサー３５、３６の検知結果がコントローラ３７に入力されると、その検知結果に基づく演算がコントローラ３７で行われ、定着ベルト１９の周速と加圧ローラ２０の周速とが同じになるようにモータ３３、３４が駆動される。なお、速度センサー３６は定着ベルト１９の内側に設けられているため、速度センサー３６で測定された定着ベルト１９の速度はベルト内側の周速である。そこで、コントローラ３７には、速度センサー３６の測定値から、定着ベルト１９の厚みと曲率半径とを考慮して定着ベルト１９の外周の周速に換算する手段が設けられている。こうすることで、定着パッド１７と定着ローラ１６との間の中間ニップ部２３における定着ベルト１９の表面速度と加圧ローラ２０の表面速度とを同じにでき、記録媒体Ｓと定着ベルト１９との互いに当接する面の速度差をなくすことができ、画像ズレ等の異常画像を防止することができる。

なお、上述した各実施の形態では、トナー画像が転写された記録媒体Ｓを定着する定着装置について説明したが、図１２に示すように、トナー画像を中間転写ベルト４１上に転写し、中間転写ベルト４１上のトナー画像を定着ベルト１９に転写し、その後、定着ベルト１９上のトナー画像を定着装置２４により記録媒体Ｓに対して同時に転写と定着とを行うようにした画像形成装置においても、本発明を適用することができる。

本発明の第１の実施の形態の定着装置を備えた画像形成装置である電子写真方式のカラープリンタの概略構造を示す正面図である。 その定着装置を拡大して示す正面図である。 定着装置をさらに拡大して示す正面図である。 本発明の第２の実施の形態の定着装置を示す正面図である。 第２の実施の形態の変形例を示す正面図である。 第２の実施の形態の他の変形例を示す正面図である。 第２の実施の形態の他の変形例を示す正面図である。 本発明の第３の実施の形態の定着装置を示す正面図である。 その一部を拡大して示す正面図である。 その一部を拡大して示す正面図である。 本発明の第４の実施の形態の定着装置を示す正面図である。 本発明の定着装置を備えた他の構造のカラープリンタの概略構造を示す正面図である。

符号の説明

３ プリンタエンジン
４ 定着装置
１６ 定着部材
１６ｂ 弾性層
１７ 定着部材
１８ａ 定着ベルト用ヒータ
１９ 定着ベルト
２０ 加圧ローラ
２０ｃ 弾性層
２１ 第１ニップ部
２２ 第２ニップ部
２３ 中間ニップ部
２４ 定着装置
２４Ａ 定着装置
２４Ｂ 定着装置
２４Ｃ 定着装置
２５ 加圧ローラ用ヒータ
２８ 加圧ローラ用ヒータ
３０ 加圧ローラ用ヒータ

Claims (9)

1. 少なくとも２つの定着部材に掛け回されて回転駆動される無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトを加熱する定着ベルト用ヒータと、
   前記定着ベルトを介して２つの前記定着部材に押圧される位置に配置され、前記定着ベルトに対する連れ回り方向に回転駆動される加圧ローラと、
   前記加圧ローラが前記定着ベルトを介して２つの前記定着部材に押圧された第１ニップ部及び第２ニップ部と、
   前記第１ニップ部と前記第２ニップ部との間に位置して前記加圧ローラと前記定着ベルトとが当接された中間ニップ部と、
   を有し、
   トナー画像が転写された記録媒体が前記加圧ローラと前記定着ベルトとの間に送り込まれて前記中間ニップ部の領域に位置するときの前記記録媒体とトナーとの接着力がＦｐｔ、前記中間ニップ部の領域における前記定着ベルトとトナーとの接着力がＦｂｔであるとき、Ｆｐｔ＞Ｆｂｔとされている定着装置。
2. 少なくとも２つの定着部材に掛け回されて回転駆動される無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトを加熱する定着ベルト用ヒータと、
   前記定着ベルトを介して２つの前記定着部材に押圧される位置に配置され、前記定着ベルトに対する連れ回り方向に回転駆動される加圧ローラと、
   前記加圧ローラが前記定着ベルトを介して２つの前記定着部材に押圧された第１ニップ部及び第２ニップ部と、
   前記第１ニップ部と前記第２ニップ部との間に位置して前記加圧ローラと前記定着ベルトとが当接された中間ニップ部と、
   を有し、
   前記中間ニップ部の領域における前記加圧ローラの曲率半径と、前記加圧ローラと前記定着ベルトとの間に定着のために送り込まれる記録媒体の搬送方向に沿った前記中間ニップ部より下流側に位置する前記第２ニップ部の領域における前記加圧ローラの曲率半径とが略同一である定着装置。
3. 少なくとも２つの定着部材に掛け回されて回転駆動される無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトを加熱する定着ベルト用ヒータと、
   前記定着ベルトを介して２つの前記定着部材に押圧される位置に配置され、前記定着ベルトに対する連れ回り方向に回転駆動される加圧ローラと、
   前記加圧ローラが前記定着ベルトを介して２つの前記定着部材に押圧された第１ニップ部及び第２ニップ部と、
   前記第１ニップ部と前記第２ニップ部との間に位置して前記加圧ローラと前記定着ベルトとが当接された中間ニップ部と、
   を有し、
   前記加圧ローラと前記定着ベルトとの間に定着のために送り込まれる記録媒体の搬送方向に沿った前記中間ニップ部より下流側に位置する前記第２ニップ部を形成する前記加圧ローラと前記定着部材とは表面側に弾性層を有し、前記第２ニップ部の領域における前記定着部材の表面側の変形量がＳｆ、前記加圧ローラの表面側の変形量がＳｐであるとき、Ｓｆ≧Ｓｐとされている定着装置。
4. 前記加圧ローラを加熱する加圧ローラ用ヒータが設けられている請求項１ないし３のいずれか一記載の定着装置。
5. 前記中間ニップ部において、前記加圧ローラ用ヒータにより加熱された前記加圧ローラの表面温度が、前記定着ベルト用ヒータにより加熱された前記定着ベルトの表面温度よりも高くされている請求項４記載の定着装置。
6. 少なくとも２つの定着部材に掛け回されて回転駆動される無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトを加熱する定着ベルト用ヒータと、
   前記定着ベルトを介して２つの前記定着部材に押圧される位置に配置され、前記定着ベルトに対する連れ回り方向に回転駆動される加圧ローラと、
   前記加圧ローラが前記定着ベルトを介して２つの前記定着部材に押圧された第１ニップ部及び第２ニップ部と、
   前記第１ニップ部と前記第２ニップ部との間に位置して前記加圧ローラと前記定着ベルトとが当接された中間ニップ部と、
   を有し、
   前記中間ニップ部において、前記加圧ローラと前記定着ベルトとの間に定着のために送り込まれた記録媒体のトナー画像が転写された面の表面速度と、前記記録媒体のトナー画像が転写された面に接する前記定着ベルトの表面速度とが略同一に制御されている定着装置。
7. 前記定着ベルトと前記加圧ローラとが独立に駆動制御されている請求項６記載の定着装置。
8. 画像データに基づいてトナー画像を形成し、このトナー画像を記録媒体上に転写するプリンタエンジンと、
   記録媒体上に転写されたトナー画像を定着させる請求項１ないし７のいずれか一記載の定着装置と、
   を備えている画像形成装置。
9. ワックスを含有するトナーが用いられている請求項８記載の画像形成装置。
   
   

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