JP2005326817A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 トナー画像を記録媒体に定着するための加熱体の温度の抑制を図り、定着時の省エネを図ることである。
【解決手段】 加熱体２０と、加熱体２０に接触して記録媒体Ｐの搬送方向に移動する定着ベルト２１と、トナー画像を担持した記録媒体Ｐを加熱体２０に接触している領域の定着ベルト２１に押圧する押圧手段２２とを有する。定着ベルト２１に接触する加熱体２０の接触面２０Ａが定着ベルト２１との接触側に向けて凸状となる２００〜１０００００ｍｍの曲率半径を有して滑らかに連続した自由曲面であるので、加熱体２０から定着ベルト２１への伝熱が確実に行われる。さらに、定着ベルト２１と記録媒体Ｐとの接触時間が２０ミリ秒以上であるので、加熱体２０の温度を抑制しても記録媒体Ｐに供給される熱量が十分となり、省エネを図りながら効率良く定着を行える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、定着装置及びその定着装置を用いた画像形成装置に関する。

近年、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置に対し、省エネルギー化、高速化等の要求が高まっている。これらの要求を満たすためには、画像転写方式又は直接方式で記録媒体上に担持されたトナー画像を定着する定着装置の熱効率の改善が重要である。

トナー画像を定着する定着装置としては、熱ローラ方式、フィルム加熱方式、電磁誘導加熱方式等の接触加熱方式の定着装置が広く採用されている。

熱ローラ方式の定着装置は、内部にハロゲンランプ等の熱源を有して所定の温度に調節される定着ローラと、定着ローラに圧接された加圧ローラとからなる回転ローラ対を基本構成としている。この回転ローラ対の接触部いわゆる定着ニップ部に未定着のトナー画像を有する記録媒体を送り込み、定着ローラおよび加圧ローラからの熱および圧力により未定着トナー画像を溶融させて定着させている。

フィルム加熱方式の定着装置は、たとえば特許文献１、特許文献２等に提案されている。これらの定着装置は、支持部材に固定支持された加熱体に耐熱性を有する薄肉の定着フィルムを介して未定着のトナー画像を有する記録媒体を密着させ、定着フィルムを加熱体に対して摺動移動させながら加熱体の熱を定着フィルムを介して記録媒体に供給するものである。加熱体としては、例えば、耐熱性・絶縁性・良熱伝導性等の特性を有するアルミナや窒化アルミニウム等のセラミック基板上に抵抗層を備えたセラミックヒータを使用している。定着フィルムとしては、薄膜で低熱容量のものを用いることができるために、熱ローラ方式の定着装置よりも伝熱効率が高く、ウォームアップ時間の短縮が図れ、クイックスタート化や省エネルギー化が可能になる。

電磁誘導加熱方式の定着装置は、例えば、特許文献３に記載されたものがあり、交番磁界により磁性金属部材に発生した渦電流でジュール熱を生じさせ、磁性金属部材を含む加熱体を電磁誘導発熱させる技術が提案されている。

この特許文献３に記載された定着装置について図１３を参照して説明する。図１３に示す電磁誘導加熱方式の定着装置は、励磁コイルユニット１００と加熱部である磁性金属部材１０１とからなる加熱体１０２が装着されたフィルム内面ガイド１０３と、磁性金属部材１０１を内壁に当接させた状態でフィルム内面ガイド１０３を包む耐熱性を備えた円筒状のフィルム１０４と、磁性金属部材１０１に対向する位置でフィルム１０４に圧接してこのフィルム１０４との間に定着ニップ部Ｎを形成するとともに当該フィルム１０４を回転させる加圧ローラ１０５とから構成されている。

フィルム１０４は、膜厚が１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の耐熱性を有するＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰの等の単層フィルム、あるいはポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等のフィルムの外周表面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等をコーティングした複合層フィルムが使用されている。

フィルム内面ガイド１０３はＰＥＥＫ、ＰＰＳ等の樹脂より形成された剛性・耐熱性を有する部材からなり、加熱体１０２はこのようなフィルム内面ガイド１０３の下面の略中央部にガイド長手方向に沿って嵌め込まれている。

加圧ローラ１０５は、芯１０５ａと、その周囲に設けられたシリコーンゴム等の離型性の良い耐熱ゴム層１０５ｂからなり、軸受や付勢手段（何れも図示せず）により所定の押圧力を持ってフィルム１０４を挟んで加熱体１０２の磁性金属部材１０１に圧接するように配設されている。この加圧ローラ１０５は駆動手段（図示せず）により矢印で示す反時計回り方向に回転駆動される。

加圧ローラ１０５の回転駆動により、加圧ローラ１０５とフィルム１０４との間に摩擦力が発生してフィルム１０４が連れ回り回転し、フィルム１０４は加熱体１０２の磁性金属部材１０１に密着した状態を維持して摺動回転する。

加熱体１０２が所定の温度に達した状態において、フィルム１０４と加圧ローラ１０５との間の定着ニップ部Ｎに、画像形成部（図示せず）で形成された未定着のトナー画像Ｔを担持した記録媒体Ｐを送り込む。定着ニップ部Ｎに送り込まれた記録媒体Ｐは、加圧ローラ１０５とフィルム１０４とに挟まれて定着ニップ部Ｎを搬送され、その搬送中に磁性金属部材１０１の熱がフィルム１０４を介して記録媒体Ｐに付与され、未定着のトナー画像Ｔが記録媒体Ｐ上に溶融定着される。なお、定着ニップ部Ｎの出口においては、通過した記録媒体Ｐはフィルム１０４の表面から分離され、排紙トレイ（図示せず）に搬送される。

このように、電磁誘導加熱方式の定着装置では、渦電流の発生を利用することで、誘導加熱手段としての磁性金属部材１０１をフィルム１０４を介して記録媒体Ｐ上のトナー画像Ｔに近くに配置することができ、フィルム加熱方式の定着装置よりもさらに加熱効率がアップする。

特開昭６３−３１３１８２号公報 特開平１−２６３６７９号公報 特開平８−２２２０６号公報

しかしながら、上述した熱ローラ方式の定着装置、フィルム加熱方式の定着装置、電磁誘導加熱方式の定着装置では、定着部材に対して記録媒体を押し付けるためにローラを使用しているため、ニップ時間を大きくとることが非常に難しく、この短いニップ時間内に確実に定着を行うためには必要以上の加熱温度に設定する必要があり問題となっている。

特に、上記加熱体１０２を使用する系においては、記録媒体Ｐとの接触面が平板状である加熱体１０２を使用しているにも関わらず、加圧をゴム製の加圧ローラ１０５で行うためにニップ幅が大きくとれない。即ちこの構成では、加圧ローラ１０５の圧接により、ゴムが圧縮変形し加熱体１０２の面に記録媒体Ｐとフィルム１０４とを押し付けることによりニップ部が発生しているため、この加圧ローラ１０５の径を大きくしないとニップ幅が広がらないということである。また、ゴム製の加圧ローラ１０５の圧接面の中心部分と端部とではゴムの反発力が異なり、中心部に対して端部の圧接力が弱いことが挙げられる。圧接する加圧ローラ１０５のローラ径が大きくなると加圧ローラ１０５の質量が増大し、ニップ時点で定着に必要な熱を大きく奪ってしまい、加熱体１０２の温度を必要以上に上げなければならない。また、ゴム製の加圧ローラ１０５の中心部と端部との加圧力の違いは原理的にどうしようもない。従って、十分な加圧力がかかる時間が短くなり、トナー粒子が変形しトナー層が融合かつ記録媒体Ｐの表面へ密着するためにはトナーの温度を必要以上にあげてトナー粘度を下げることにより定着性能を出す必要がある。

このような必要以上の加熱は、省エネの観点からは、記録媒体Ｐへ必要以上の熱を与えすぎるので消費エネルギーのアップとなり、また加熱温度が高いために加熱体１０２の温度が高くなって放熱量が多くなり、フィルム１０４自体の温度も高くなり、周囲への熱の放散が大きく好ましくない。

更に短時間にトナーの温度を上げるため、フィルム１０４に接触しているトナーの温度と記録媒体Ｐに接触しているトナーの温度とは極端に異なり、記録媒体Ｐと接触しているトナーの温度は低くかろうじて記録媒体Ｐに定着できる程度の粘度となるが、フィルム１０４に接触しているトナーの温度は非常な高温度で粘度低下も著しくオフセット現象を起こし易い。

本発明の目的は、トナー画像を記録媒体に定着するための加熱体の温度の抑制を図り、定着時の省エネを図ることである。

本発明に係る定着装置のうち請求項１に記載した定着装置は、熱源を備えて発熱可能な加熱体と、該加熱体に接触しつつ記録媒体の搬送方向へ移動可能な定着ベルトと、該定着ベルトを前記加熱体へ押し付ける押圧手段と、トナー画像を担持して搬送されてきた記録媒体を前記加熱体と前記定着ベルトの間に挟んで押圧して前記トナー画像を前記記録媒体に定着させる定着装置において、少なくとも前記加熱体の前記定着ベルトへの接触面が前記定着ベルトとの接触側に向けて凸状となる曲率半径を有しかつ滑らかに連続した自由曲面であることを特徴とする。

請求項２に記載した定着装置は、熱源を備えて発熱可能な加熱体と、該加熱体に接触しつつ記録媒体の搬送方向へ移動可能な定着ベルトと、該定着ベルトを前記加熱体へ押し付ける押圧手段と、トナー画像を担持して搬送されてきた記録媒体を前記加熱体と前記定着ベルトの間に挟んで押圧して前記トナー画像を前記記録媒体に定着させる定着装置において、少なくとも前記加熱体の前記定着ベルトへの接触面が前記定着ベルトとの接触側に向けて凹状となる曲率半径を有しかつ滑らかに連続した自由曲面であることを特徴とする。

請求項３に記載した定着装置は、請求項１または２に記載の定着装置において、前記定着ベルトがループ状のものであり、前記加熱体が該ループ内に位置し、前記押圧手段が該ループ外に位置することを特徴とする。

請求項４に記載した定着装置は、請求項１から３のいずれかに記載の定着装置において、前記加熱体が前記押圧手段より上方に位置することを特徴とする。

請求項５に記載した定着装置は、請求項１から３のいずれかに記載の定着装置において、前記加熱体が前記押圧手段より下方に位置することを特徴とする。

請求項６に記載した定着装置は、請求項１から５のいずれかに記載の定着装置において、前記加熱体の前記曲率半径が２００〜１０００００ｍｍであることを特徴とする。

請求項７に記載した定着装置は、請求項１から６のいずれかに記載の定着装置において、前記定着ベルトと前記記録媒体との接触時間を２０ミリ秒以上としたことを特徴とする。

請求項８に記載した定着装置は、請求項１から７のいずれかに記載の定着装置において、前記押圧手段が、前記記録媒体の搬送方向と直交する向きに並列配置した複数の加圧ローラであることを特徴とする。

請求項９に記載した定着装置は、請求項１から７のいずれかに記載の定着装置において、前記押圧手段が、前記記録媒体の搬送方向に沿って移動する押付用ベルトであることを特徴とする。

請求項１０に記載した定着装置は、請求項９に記載の定着装置において、前記押付用ベルトの内周面に、該押付用ベルトを前記定着ベルト側に加圧する補助加圧ローラを設けたことを特徴とする。

請求項１１に記載した定着装置は、請求項１から１０のいずれかに記載の定着装置において、前記加熱体の前記熱源がハロゲンランプであることを特徴とする。

請求項１２に記載した定着装置は、請求項１から１０のいずれかに記載の定着装置において、前記加熱体の前記熱源が面状発熱体であることを特徴とする。

請求項１３に記載した定着装置は、請求項１から１０のいずれかに記載の定着装置において、前記加熱体の前記熱源が線状発熱体であることを特徴とする。

請求項１４に記載した定着装置は、請求項１から１０のいずれかに記載の定着装置において、前記加熱体の前記熱源が電磁誘導加熱方式の励磁コイルであることを特徴とする。

請求項１５に記載した定着装置は、請求項１から１４のいずれかに記載の定着装置において、前記加熱体の前記接触面に凸部を形成したことを特徴とする。

請求項１６に記載した定着装置は、請求項１から１５のいずれかに記載の定着装置において、前記定着ベルトの厚さが１〜４００μｍであることを特徴とする。

請求項１７に記載した定着装置は、請求項１から１６のいずれかに記載の定着装置において、前記加熱体の前記定着ベルトの移動方向に沿った両端を、前記加熱体の接触面より小さな曲率半径に形成したことを特徴とする。

請求項１８に記載した画像形成装置は、請求項１ないし１７のいずれかに記載の定着装置を有することを特徴とする。

本発明によれば、熱源により加熱体が加熱され、加熱体からの熱が定着ベルトに伝達され、トナー画像を担持して搬送された記録媒体が押圧手段によって定着ベルトに押圧される。これにより、加熱体の熱が定着ベルトを介して記録媒体に伝達され、記録媒体に担持されたトナー画像が記録媒体に定着する。この定着時において、定着ベルトに接触する加熱体の接触面が定着ベルトとの接触側に向けて凸状となる曲率半径を有して滑らかに連続した自由曲面であるので、加熱体と定着ベルトとを確実に密着させて定着ベルトにおけるシワの発生を低減でき、加熱体から定着ベルトへの伝熱を確実に行え、定着ベルトで発生したシワが原因となる記録媒体での画像ズレの発生や、定着ベルトの加熱ムラによる定着ムラの発生を防止あるいは低減させることができる。

以下本発明を実施するための最良の形態を、図に示す実施例を参照して説明する。

本発明の第１の実施例を図１及び図２に基づいて説明する。本発明の第１の実施例を図１に基づいて説明する。図１は画像形成装置であるプリンタ１の内部構造を示す概略正面図である。このプリンタ１は、装置本体２内の中央部に配置されたプリンタエンジン３を有し、装置本体２の一側には記録媒体Ｐが載置される給紙カセット４が着脱可能に装着され、装置本体２の他側には排紙トレイ５が取り付けられている。装置本体２内には、給紙カセット４内の記録媒体Ｐが排紙トレイ５に向けて搬送される搬送経路６が形成され、この搬送経路６上に、給紙ローラ７、レジストローラ８、プリンタエンジン３、搬送ベルト９、定着装置１０等が配置されている。

プリンタエンジン３は、中心線回りに回転可能に支持されて図示しない駆動モータにより中心線回りに回転駆動されるドラム形状の感光体１１、感光体１１の周囲に配置された帯電器１２、光書込装置１３、現像装置１４、転写用電極１５、分離用電極１６、クリーニング器１７等により構成されている。帯電器１２は、図示しない高圧電源から負の高圧電流を供給され、感光体１１の外周面を一様に帯電する。光書込装置１３は、レーザー光源やポリゴンミラーを有し、パーソナルコンピュータ等の外部機器から入力された画像データに応じたレーザー光を出射し、そのレーザー光で感光体１１の外周面を露光することにより感光体１１の外周面に画像データに応じた静電潜像を形成する。現像装置１４は、静電潜像が形成された感光体１１にトナーを供給することにより静電潜像をトナー画像として現像する。転写用電極１５は、高圧電源から正の高圧電流を供給されて感光体１１上のトナー画像を記録媒体Ｐ上に転写する。分離用電極１６は、高圧電源から交流の高圧電流を供給されて記録媒体Ｐを除電し、記録媒体Ｐを感光体１１から分離させる。クリーニング器１７は、感光体１１上の残留トナーをクリーニングする。

このような構成において、このプリンタ１では、パーソナルコンピュータ等の外部機器から画像データが入力されると、その画像データに応じてプリンタエンジン３による画像形成が開始される。このプリンタエンジン３による画像形成では、入力された画像データに応じて光書込装置１３からレーザー光が出射され、出射されたレーザー光によって感光体１１の表面が露光走査される。この露光走査により感光体１１の表面に静電潜像が形成され、この静電潜像が現像装置１４から供給されたトナーにより現像されてトナー画像が形成される。

一方、プリンタエンジン３の画像形成動作と相前後して給紙カセット４内からの記録媒体Ｐの搬送が開始され、記録媒体Ｐは搬送経路６上を搬送される。搬送経路６上を搬送された記録媒体Ｐは、プリンタエンジン３での画像形成動作のタイミングに合わせて感光体１１と転写用電極１５との間の転写位置に送り込まれ、感光体１１上のトナー画像が記録媒体Ｐに転写される。トナー画像が転写された記録媒体Ｐは分離用電極１６の作用により感光体１１から分離され、分離後に搬送ベルト９で定着装置１０へ搬送され、定着装置１０で熱と圧力とをかけた定着処理が行われ、定着処理が終了した記録媒体Ｐは排紙トレイ５上に排紙される。

このような構成の下、本実施例の特徴的部分について順次説明する。本実施例の定着装置１０は、加熱体２０と、無端状のベルトである定着ベルト２１と、押圧手段である複数の小径の加圧ローラ２２とを備えている。

加熱体２０は、熱源を備えて発熱する部材であり、熱源により加熱体２０が加熱され、加熱体２０からの熱が定着ベルト２１に伝達される。熱源としては、ハロゲンランプ、面状発熱体、線状発熱体、電磁誘導加熱方式の励磁コイル等を使用できる。本発明では、これらのどの加熱方式を用いても良いが、定着ベルト２１に対する熱応答性は定着ベルト２１に最も近い部分が発熱するので電磁誘導加熱方式が優れている。ハロゲンランプや面状発熱体については通電のオンオフで制御され、線状発熱体はパルス状の通電で制御される。加熱体２０の記録媒体Ｐの搬送方向に沿った長さ寸法は、例えば、１０ｍｍに設定されている。記録媒体Ｐの搬送速度は、例えば、２０ｍミリ秒以上に設定されている。

図３は、熱源として励磁コイル２３を用いた加熱体２０の構造を示した断面図である。この加熱体２０は、磁界を発生させる励磁コイル２３と、この励磁コイル２３が巻き回されたコイルガイド板２４とを有している。コイルガイド板２４は磁性金属２５の外周に近接して配置されている。励磁コイル２３は、長い一本の励磁コイル線材をコイルガイド板２４に沿って磁性金属２５の軸方向に交互に巻き付けられている。なお、励磁コイル２３は、発振回路が周波数可変の駆動電源（図示せず）に接続されている。

励磁コイル２３の外側には、フェライト等の強磁性体よりなる励磁コイルコア２６が、励磁コイルコア支持部材２７に固定されて励磁コイル２３に近接配置されている。なお、本実施例において、励磁コイルコア２６は比透磁率が２５００のものを使用している。

励磁コイル２３には駆動電源から１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの高周波交流電流、好ましくは２０ｋＨｚ〜８００ｋＨｚの高周波交流電流が給電され、これにより交番磁界を発生する。そして、磁性金属２５における定着ベルト２１との接触領域においてこの交番磁界が磁性金属２５に作用し、磁性金属２５の内部では交番磁界の変化を妨げる方向に渦電流が流れる。この渦電流が磁性金属２５の抵抗に応じたジュール熱を発生させ、磁性金属２５が電磁誘導加熱される。そして、この磁性金属２５の熱が定着ベルト２１に伝えられる。磁性金属２５の外周面の一部が加熱体２０における定着ベルト２１と接触する接触面２０Ａとされている。

定着ベルト２１は、加熱体２０と、駆動ローラ２８と、ガイドローラ２９と、テンションローラ３０とに掛け回され、駆動ローラ２８からの駆動力により矢印で示すように移動する。このとき、定着ベルと２１における加熱体２０の接触面２０Ａとの接触領域の進行方向が、記録媒体Ｐの搬送方向と同じ方向となっている。

定着ベルト２１は、厚さ寸法が１〜４００μｍとされている。但し、薄い場合にはそれだけ耐久性が低く、また厚い場合には熱容量が大きくなって立ち上がり時間が長くなるので、より好ましい厚さ寸法は５〜３００μｍ、更に好ましい厚さ寸法は１０〜２００μｍ、更にもっと好ましい厚さ寸法は３０〜１５０μｍである。

定着ベルト２１は耐熱性を有すればよく、例えば、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰの等の単層ベルト、あるいは、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等のフィルムの外周表面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等をコーティングした複合層ベルトを使用できる。

加圧ローラ２２は、記録媒体Ｐの搬送方向と直交する向き並列に配列され、中心線回りに回転可能に保持されている。これらの加圧ローラ２２は、定着ベルト２１を挟んで加熱体２０の接触面２０Ａに押圧され、駆動ローラ２８により駆動されて移動する定着ベルト２１により連れ回りされる。トナー画像Ｔを担持して搬送された記録媒体Ｐは、定着ベルト２１における加熱体２０の接触面２０Ａに接触している領域と加圧ローラ２２との間に送り込まれる。

本実施例において、加熱体２０における定着ベルト２１に接触する接触面２０Ａの形状は、その接触面２０Ａの各部が定着ベルト２１との接触側に向けて凸状となる２００〜１０００００ｍｍの曲率半径を有して滑らかに連続した自由曲面とされている。この接触面２０Ａは、その全体が均一な曲率（真円の一部の弧）である必要はなく、接触面２０Ａの各部が２００〜１０００００ｍｍの曲率半径を有して滑らかに連続していればよい。接触面２０Ａの形状をこのような形状とすることにより、加熱体２０の接触面２０Ａと定着ベルト２１とが確実に密着し、定着ベルト２１におけるシワの発生が防止され、加熱体２０から定着ベルト２１への伝熱を確実に行うことができる。さらに、定着ベルト２１で発生したシワが原因となる記録媒体Ｐでの画像ズレの発生や、定着ベルト２１の加熱ムラによる定着ムラの発生を防止することができる。即ち、加熱体２０の接触面２０Ａが平面である場合には、定着ベルト２１の張力で定着ベルト２１に張力シワが発生し易くなるが、これを防止できる。また、加熱体２０の接触面２０Ａが凹状である場合には、定着ベルト２１が浮き上がって接触面２０Ａに密着しにくくなるが、これを防止できる。

一方、加熱体２０の接触面２０Ａの曲率半径が２００ｍｍより小さければ、定着ベルト２１と記録媒体Ｐとの間で滑りが発生しやすくなり、定着ベルト２１の周速と記録媒体Ｐの周速とに速度差が発生して画像ズレの原因となる。従って、接触面２０Ａの曲率半径は２００〜１００００の範囲内で大きいことが望ましく、好ましくは３００ｍｍ以上、更に好ましくは４００ｍｍ以上、更に好ましくは５００ｍｍ以上が良い。しかし、この曲率半径をあまり大きくすると、定着ベルト２１に張力シワが発生したり、定着ベルト２１が接触面２０Ａに対して浮き上がりを生じやすくなるので、曲率半径の上限値を５００００ｍｍ以下、更に好ましくは１００００ｍｍ以下に抑えることが好ましい。

また、この加熱体２０における定着ベルト２１の移動方向に沿った両端は、接触面２０Ａの曲率半径より小さな曲率半径に形成されている。これにより、駆動ローラ２８により駆動されて移動する定着ベルト２１が接触面２０Ａに接触するとき、又は、定着ベルト２１が接触面２０Ａから離れるときにおいて、接触面２０Ａと定着ベルト２１とが急に接触し又は急に離反することになり、定着ベルト２１における波打ち現象の発生を防止することができる。このため、そのような波打ちが原因となる記録媒体Ｐと定着ベルト２１との接触ムラ、及び、記録媒体Ｐ上のトナー画像Ｔの定着ムラの発生を防止できる。

また、加熱体２０の接触面２０Ａに凸部３１が形成されている。この凸部３１は、接触面２０Ａの長手方向（定着ベルト２１の移動方向と直交する方向）に沿って直線状に形成されている。接触面２０Ａに接触して移動する定着ベルト２１における凸部３１に当接した部分は、記録媒体Ｐに押圧される向きに瞬間的に押し上げられ、記録媒体Ｐと定着ベルト２１との間の加圧力が瞬間的に高まるので、溶融状態のトナー画像Ｔを記録媒体Ｐに強く押し付けることができ、定着性能の向上を図ることができる。この凸部３１を形成する位置は、接触面２０Ａにおけるどの部分でもよいが、記録媒体Ｐに担持されたトナー画像Ｔが溶融状態となった後の部分が望ましく、具体的には、記録媒体Ｐの搬送方向にそった方向の中流域より下流側が望ましい。

本実施例において、定着ベルト２１と記録媒体Ｐとの接触時間が２０ミリ秒以上に設定されている。記録媒体Ｐを定着ベルト２１に２０ミリ秒以上接触させて加熱することにより、記録媒体Ｐ上のトナー画像Ｔを定着する場合に、従来の定着装置の加熱部に比べて加熱体２０の接触面２０Ａの温度を１０℃以上下げることが可能となる。即ち、本実施例では、ニップ時間が長くなるために、接触面２０Ａの温度を低く抑えても、記録媒体Ｐやトナー画像Ｔに対して十分な熱量を供給することが可能となるためである。

定着ベルト２１と記録媒体Ｐとの接触時間は、２０ミリ秒以上あれば良いが、好ましくは３０ミリ秒以上、更に好ましくは５０ミリ秒以上、更にもっと好ましくは１００ミリ秒以上である。但し、検討の結果、１０秒以上の加熱時間ではこれ以上の効果はあまり望まれず、これだけの時間を加熱するためには加熱体が巨大化するので加熱体の表面積が大きくなりすぎ、かえって放熱量が大きくなり、また巨大化した加熱体を昇温させるのは時間がかかり過ぎて好ましくない。検討の結果、長時間加熱による効果が見られるのは５秒以下までであり、また放熱や昇温スピードを考慮すると２秒以下が望ましく、更に好ましくは１秒以下が良い。

図２に示すような定着装置を用い、記録媒体Ｐを定着ベルト２１と５０ｍ秒接触させ、且つ、加熱体２０が定着ベルト２１と接触する接触面２０Ａの曲率半径を定着ベルト２１との接触側に向けて凸状となる１０００ｍｍとして定着試験を行った。その結果、熱ローラ方式の従来の定着装置に比べて１０℃定着温度を下げることが可能となり、画質も良好となった。また、立ち上がり時間は冷機時から９秒で所定温度に到達できた。この実施例１では、加熱体２０の熱源としてハロゲンランプを使用した。また、加熱体２０における定着ベルト２１の移動方向に沿った両端の曲率半径は接触面２０Ａの曲率半径より小さくした。

本発明の第２の実施例を図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（以降の実施例でも同様とする）。

本実施例では、押圧手段として設けた複数の加圧ローラ２２に代えて、押圧手段として押付用ベルト３２を用いたものである。その他の部分の構成は、加熱体２０の向きが上下逆向きである点を除いて第１の実施例と同じである。

押付用ベルト３２は弾性反発力を有するフィルムにより形成され、ケース３３内に収納されている。ケース３３は定着ベルト２１における加熱体２０の接触面２０Ａに対向する領域が開口されており、ケース３３内に収納されたフィルムは、定着ベルト２１における加熱体２０の接触面２０Ａに接触している領域に自らの弾性で押圧されている。押付用ベルト３２は、駆動ローラ２８により駆動されて移動する定着ベルト２１により連れ回りされる。トナー画像Ｔを担持した記録媒体Ｐは、定着ベルト２１と押付用ベルト３２とが押圧されている間の部分に送り込まれる。

本実施例では、定着ベルト２１と記録媒体Ｐとの接触時間は、第１の実施例と同様に２０ミリ秒以上とされている。また、本実施例では、加熱体２０における接触面２０Ａの形状は、その接触面２０Ａの各部が定着ベルト２１との接触側に向けて凸状となる２００〜１０００００ｍｍの曲率半径を有して滑らかに連続した自由曲面とされている。

したがって、本実施例でも第１の実施例と同様に、加熱体２０の温度を抑制しても良好に定着を行うことができ、省エネを図りながら効率良く定着を行える。

なお、図５に示すように、押付用ベルト３２の内周面にこの押付用ベルト３２を定着ベルト２１側に加圧する補助加圧ローラ３４を設けてもよい。このような補助加圧ローラ３４を設けることにより、記録媒体Ｐと定着ベルト２１との接触圧を高めることができ、定着効率を高めることができる。図５では補助加圧ローラ３４を１本設けた場合を図示しているが、このような補助加圧ローラ３４を並列に複数本配列してもよい。

図４に示すような定着装置を用い、記録媒体Ｐを定着ベルト２１と１００ミリ秒接触させ、且つ、加熱体２０が定着ベルト２１と接触する接触面２０Ａの曲率半径を定着ベルト２１との接触側に向けて凸状となる１０００ｍｍとして定着試験を行った。その結果、熱ローラ方式の従来の定着装置に比べて１５℃定着温度を下げることが可能となり、画質も良好となった。また、立ち上がり時間は冷機時から６秒で所定温度に到達できた。この実施例２では、熱源は面状発熱体を使用した。また、加熱体２０における定着ベルト２１の移動方向に沿った両端の曲率半径は接触面２０Ａの曲率半径より小さくした。

つぎに、本発明の第３の実施例を図６に基づいて説明する。本実施例では、押圧部として設けた複数の加圧ローラ２２、押付用ベルト３２に代えて、押圧手段として押付用ベルト３５を用いたものである。その他の部分の構成は、第２の実施例と同じである。

押付用ベルト３５は、駆動ローラ３６と、ガイドローラ３７と、テンションローラ３８とに掛け回され、駆動ローラ３６からの駆動力により矢印で示すように移動する。このとき、押付用ベルト３５は、定着ベルト２１における加熱体２０の接触面２０Ａに接触している領域に押圧されている。

トナー画像Ｔを担持した記録媒体Ｐは、定着ベルト２１と押付用ベルト３５とが押圧されている間の部分に送り込まれる。定着ベルト２１は駆動ローラ２８からの駆動力により矢印方向に移動し、押付用ベルト３５は駆動ローラ３６からの駆動力により矢印方向に移動する。

本実施例では、定着ベルト２１と記録媒体Ｐとの接触時間は、第１、第２の実施の形態と同様に２０ミリ秒以上とされている。また、本実施例では、加熱体２０における接触面２０Ａの形状は、その接触面２０Ａの各部が定着ベルト２１との接触側に向けて凸状となる２００〜１０００００ｍｍの曲率半径を有して滑らかに連続した自由曲面とされている。

したがって、本実施例でも第１、第２の実施例と同様に、加熱体２０の温度を抑制しても良好に定着を行うことができ、省エネを図りながら効率良く定着を行える。

図６に示すような定着装置を用い、記録媒体Ｐを定着ベルト２１と１００ミリ秒接触させ、且つ、加熱体２０が定着ベルト２１と接触する接触面２０Ａの曲率半径を定着ベルト２１との接触側に向けて凸状となる１０００ｍｍとして定着試験を行った。その結果、熱ローラ方式の従来の定着装置に比べ１５℃定着温度を下げることが可能となり、画質も良好となった。また、立ち上がり時間は冷機時から６秒で所定温度に到達できた。この実施例３では、熱源として線状発熱体を使用した。また、加熱体２０における定着ベルト２１の移動方向に沿った両端の曲率半径は接触面２０Ａの曲率半径より小さくした。

なお、図７に示すように、押付用ベルト３５の内周面にこの押付用ベルト３５を定着ベルト２１側に加圧する補助加圧ローラ３４を設けてもよい。このような補助加圧ローラ３４を設けることにより、記録媒体Ｐと定着ベルト２１との接触圧を高めることができ、定着効率を高めることができる。図７では補助加圧ローラ３４を１本設けた場合を図示しているが、このような補助加圧ローラ３４を並列に複数本配列してもよい。

図７に示すような定着装置を用い、記録媒体Ｐを定着ベルト２１と１００ミリ秒密着させ、且つ、加熱体２０が定着ベルト２１と接触する接触面２０Ａの曲率半径を定着ベルト２１との接触側に向けて凸状となる１０００ｍｍとして定着試験を行った。その結果、熱ローラ方式の従来の定着装置に比べ１５℃定着温度を下げることが可能となり、画質も良好となった。また、図８に示した従来の電磁誘導加熱方式の定着装置より１０℃定着温度を下げることができた。この実施例４では、熱源として励磁コイル２３を使用した。また、加熱体２０における定着ベルト２１の移動方向に沿った両端の曲率半径は接触面２０Ａの曲率半径より小さくした。

比較例として、図７に示すような定着装置において、加熱体２０における定着ベルト２１の移動方向に沿った両端に、接触面２０Ａの曲率半径より小さくした曲率半径の部分を形成しなかった場合、定着後の記録媒体Ｐ上に、ハーフトーン画像で縦波上のモワレ模様が観察された。

本発明の第４の実施例を図８に基づいて説明する。本実施例は、基本的な構成は図４に示した第２の実施例と同様であるが、加熱体２０の定着ベルト２１への接触面が定着ベルト２１との接触側に向けて凹状となる曲率半径を有する。そのため押圧手段としては、加圧ローラや押付用ベルト等のいずれを用いるにしても（図では押圧ベルト３２としてある）、押圧手段が定着ベルト側に向けて凸であるものとする。なお本実施例及び以下に説明する実施例においては、凸部３１の図示及び説明をしていないが、要すれば先の各実施例と同様に設ければ良い。

本実施例においても、トナー画像Ｔを記録媒体Ｐに定着する時に、定着ベルト２１に接触する加熱体２０の接触面が定着ベルト２１との接触側に向けて凹状で（記録媒体Ｐはトナー画像Ｔのある側に向けて凸となる）滑らかに連続した自由曲面であるので、加熱体２０と定着ベルト２１と密着性がさらに良好で、定着ベルト２１のシワの発生防止性が良好であるだけでなく、加熱体２０から定着ベルト２１への伝熱性も向上し、記録媒体Ｐでの画像ズレの発生や、定着ベルト２１の加熱ムラによる定着ムラの発生をさらに良く防止できる。もちろん、定着ベルト２１と記録媒体Ｐとの接触性が良好であるので、加熱体２０の温度を抑制しても記録媒体Ｐに供給される熱量が十分となり、省エネを図りながら効率良く定着を行える。

本発明の第５の実施例を図９に基づいて説明する。本実施例は、図５に示した例と同様に、押圧手段として押付用ベルト３２と補助加圧ローラ３４を用いたものである。

図５の実施例の変形例を図１０に示す。本例は、補助加圧ローラ３４を複数個用いたものである。本例では、記録媒体Ｐと定着ベルト２１との接触圧をさらに高めることができ、定着効率を高めることができる。

つぎに、本発明の第６の実施例を図１１に基づいて説明する。本実施例は、加熱体２０における定着ベルト２１に接触する接触面２０Ａの形状を第１ないし第３の実施例と同様に定着ベルト２１との接触側に向けて凸状となるようにするとともに、図示した他のローラに比べて太径のプラテンローラ４０を押付用ベルト３２に代えて用いたものである。もちろんプラテンローラ４０の外周面は適宜の値の半径を有して滑らかに連続した自由曲面とされている。なお、定着ベルト２１と記録媒体Ｐとの接触時間がプラテンローラ４０の半径と押し付け時の変形度合いによって定まるので、所要の時間が確保できるように種々設定する必要がある。

本発明の第７の実施例を図１２に基づいて説明する。本実施例は、加熱体２０における定着ベルト２１に接触する接触面２０Ａの形状を第４、第５の実施例と同様に定着ベルト２１との接触側に向けて凹状となるようにするとともに、図示した他のローラに比べても、また実施例６のものに比べても太径のプラテンローラ５０を押付用ベルト３２に代えて用いたもので、もちろんプラテンローラ５０の外周面は適宜の値の半径を有して滑らかに連続した自由曲面とされている。なお本例でも、定着ベルト２１と記録媒体Ｐとの接触時間がプラテンローラ５０の半径と押し付け時の変形度合いによって定まるので、所要の時間が確保できるように種々設定する必要がある。

なお、実施例４〜７においても、定着ベルト２１が凸部３１に押圧されるようにすれば、記録媒体Ｐとの間の加圧力が瞬間的に高まるので、溶融状態のトナー画像Ｔを記録媒体Ｐに強く押し付けることができ、定着性能の向上を図ることができる。

また上述したいずれの実施例においても、定着ベルト２１の厚さが１〜４００μｍである構成とすれば、定着ベルト２１の耐久性の確保、熱容量の低下による定着立ち上がり時間の短縮化を図ることができる。

本発明の第１の実施例のプリンタの内部構造を示す概略正面図である。 定着装置を拡大して示す正面図である。 加熱体の構造を示した断面図である。 本発明の第２の実施例の定着装置を拡大して示す正面図である。 その変形例を示す正面図である。 本発明の第３の実施例の定着装置を拡大して示す正面図である。 その変形例を示す正面図である。 本発明の第４の実施例の定着装置を拡大して示す正面図である。 本発明の第５の実施例の定着装置を拡大して示す正面図である。 その変形例を示す正面図である。 本発明の第６の実施例の定着装置を拡大して示す正面図である。 本発明の第７の実施例の定着装置を拡大して示す正面図である。 従来例の定着装置を示す縦断正面図である。

符号の説明

１０：定着装置
２０：加熱体
２０Ａ：接触面
２１：定着ベルト
２２：押圧手段、加圧ローラ
２３：熱源、励磁コイル
３１：凸部
３２：押圧手段、押付用ベルト
３５：押圧手段、押付用ベルト
４０、５０：プラテンローラ

Claims (18)

1. 熱源を備えて発熱可能な加熱体と、該加熱体に接触しつつ記録媒体の搬送方向へ移動可能な定着ベルトと、該定着ベルトを前記加熱体へ押し付ける押圧手段と、トナー画像を担持して搬送されてきた記録媒体を前記加熱体と前記定着ベルトの間に挟んで押圧して前記トナー画像を前記記録媒体に定着させる定着装置において、少なくとも前記加熱体の前記定着ベルトへの接触面が前記定着ベルトとの接触側に向けて凸状となる曲率半径を有しかつ滑らかに連続した自由曲面であることを特徴とする定着装置。
2. 熱源を備えて発熱可能な加熱体と、該加熱体に接触しつつ記録媒体の搬送方向へ移動可能な定着ベルトと、該定着ベルトを前記加熱体へ押し付ける押圧手段と、トナー画像を担持して搬送されてきた記録媒体を前記加熱体と前記定着ベルトの間に挟んで押圧して前記トナー画像を前記記録媒体に定着させる定着装置において、少なくとも前記加熱体の前記定着ベルトへの接触面が前記定着ベルトとの接触側に向けて凹状となる曲率半径を有しかつ滑らかに連続した自由曲面であることを特徴とする定着装置。
3. 前記定着ベルトがループ状のものであり、前記加熱体が該ループ内に位置し、前記押圧手段が該ループ外に位置することを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
4. 前記加熱体が前記押圧手段より上方に位置することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の定着装置。
5. 前記加熱体が前記押圧手段より下方に位置することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の定着装置。
6. 前記加熱体の前記曲率半径が２００〜１０００００ｍｍであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の定着装置。
7. 前記定着ベルトと前記記録媒体との接触時間を２０ミリ秒以上としたことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の定着装置。
8. 前記押圧手段が、前記記録媒体の搬送方向と直交する向きに並列配置した複数の加圧ローラであることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の定着装置。
9. 前記押圧手段が、前記記録媒体の搬送方向に沿って移動する押付用ベルトであることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の定着装置。
10. 前記押付用ベルトの内周面に、該押付用ベルトを前記定着ベルト側に加圧する補助加圧ローラを設けたことを特徴とする請求項９に記載の定着装置。
11. 前記加熱体の前記熱源がハロゲンランプであることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の定着装置。
    
12. 前記加熱体の前記熱源が面状発熱体であることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の定着装置。
13. 前記加熱体の前記熱源が線状発熱体であることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の定着装置。
14. 前記加熱体の前記熱源が電磁誘導加熱方式の励磁コイルであることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の定着装置。
15. 前記加熱体の前記接触面に凸部を形成したことを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載の定着装置。
16. 前記定着ベルトの厚さが１〜４００μｍであることを特徴とする請求項１から１５のいずれかに記載の定着装置。
    
17. 前記加熱体の前記定着ベルトの移動方向に沿った両端を、前記加熱体の接触面より小さな曲率半径に形成したことを特徴とする請求項１から１６のいずれかに記載の定着装置。
18. 請求項１ないし１７のいずれかに記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。