JP2006220950A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ウォームアップタイムの短縮と画像形成装置の高速化とを同時に実現する。
【解決手段】 用紙Ｐに担持されたトナー像を定着する定着装置であって、用紙Ｐ搬送方向に長径が設定され、用紙Ｐ搬送方向とは直交する方向に短径が設定された状態で回動する定着ベルト６２と、定着ベルト６２の短径方向に位置する定着ベルト６２の面に圧接して配置され、用紙Ｐが通過するニップ部Ｎを形成する加圧ロール６１とを備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば電子写真方式を利用した画像形成装置においてトナー像を記録材に定着する定着装置等に関する。

電子写真方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置では、例えばドラム状に形成された感光体（感光体ドラム）を一様に帯電し、この感光体ドラムを画像情報に基づいて制御された光で走査露光して感光体ドラム上に静電潜像を形成する。そして、この静電潜像をトナーによって可視像（トナー像）とし、このトナー像を感光体ドラム上から記録紙に直接転写した後に、或いは、このトナー像を一旦中間転写体に一次転写し、中間転写体から記録紙に二次転写紙した後に、定着装置によってこのトナー像を記録紙に定着している。

このような画像形成装置に用いられる定着装置は、例えば、円筒状の芯金の内部に加熱源が配設され、その芯金に耐熱性弾性体層と、その外周面に離型層とが積層されて形成された定着ロールと、この定着ロールに対して並行して圧接配置され、芯金に耐熱性弾性体層と、その外周面に耐熱性樹脂被膜あるいは耐熱性ゴム被膜による離型層とが積層されて形成された加圧ロールとで構成されている。そして、定着ロールと加圧ロールとの間に、未定着トナー像を担持した記録紙を通過させ、未定着トナー像に対して加熱と加圧とを行うことによって、記録紙にトナー像を定着している。このような定着装置は、２ロール定着方式と呼ばれて一般に広く利用されている。

ところが、かかる２ロール定着方式のような定着ロールを用いる従来の定着装置では、定着ロール自体が大きな熱容量を有するため、画像形成装置の電源をオンすると同時に定着装置に通電を開始したとしても、定着ロールを室温から定着可能温度に上昇させる（ウォームアップ）までには相当の時間が必要になるという不都合がある。また、このようなクイックスタートが困難であるという定着ロールの特性から、画像形成装置が待機状態にある場合には、画像形成動作の開始に備えて定着ロールの温度は常時、所定の温度に維持しておく必要もある。そのために、定着装置の電力消費量が大きくなるという問題もある。

そこで、このような問題を解消するため、定着ロールを用いる構成に代えて、無端状の定着ベルト部材を用いた定着装置が開発されている。定着ベルト部材は、フィルム状の耐熱性樹脂等を基体としているため、定着ロールのようなロール状部材に比べて熱容量が小さく、短い時間でウォームアップを行うことができるという利点を有している。さらに、クイックスタートが容易であることから、画像形成装置の待機時における電力消費量を小さなものとすることも可能である。

ここで、定着ベルト部材を用いた定着装置に関する従来技術として、内部空間にハロゲンヒータが配設されるとともに、支持部材によって回動自在に支持された加熱フィルム（定着ベルト部材）と、加熱フィルムに対して圧接して配置され、定着ニップを形成するとともに加熱フィルムを従動させて駆動する加圧ロール部材とで構成されており、ハロゲンヒータから放射される赤外線を定着ニップ部に集中させることで定着ニップ部における加熱フィルムを加熱して、定着ニップ部を通過する記録紙上のトナー像をオンデマンドに定着する技術が存在する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２２３０６４号公報(第６−８頁)

ところで、上述したような定着ベルト部材を用いる定着装置においても、さらなるウォームアップタイムの短縮を求める市場ニーズが大きなものとなってきている。このような要求に対応していくには、定着ベルト部材をさらに低熱容量化することが必要となる。そして、そのためには定着ベルト部材の小径化を図ることが必要である。
しかしながら、定着ベルト部材を小径化すると、記録紙に熱を付与するニップ部の幅は構造上必然的に狭くなる。そのため、ニップ部を記録紙が通過する僅かな間に、トナー像を溶融させるだけの充分な熱量を記録紙に供給することが難しくなる。その結果、ニップ部における熱量を確保する必要からプロセススピードを遅くせざるを得ず、高速の画像形成装置においてはウォームアップタイムの短縮が困難であるという問題があった。

そこで本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ウォームアップタイムの短縮と画像形成装置の高速化とを同時に実現することにある。

かかる目的のもと、本発明の定着装置は、記録材に担持されたトナー像を定着する定着装置であって、記録材搬送方向に長径が設定され、記録材搬送方向とは直交する方向に短径が設定された状態で回動するベルト部材と、ベルト部材の短径方向に位置するベルト部材の面に圧接して配置され、記録材が通過するニップ部を形成する加圧部材とを備えたことを特徴としている。

ここで、ベルト部材を記録材搬送方向に長径が設定され、記録材搬送方向とは直交する方向に短径が設定された状態を維持しながらベルト部材を内部から支持するベルトガイド部材をさらに備えたことを特徴とすることができる。特に、ベルトガイド部材は、ニップ部にてベルト部材の面を支持することを特徴とすることができる。また、ベルトガイド部材のニップ部に対応する領域を加熱する加熱部材をさらに備えたことを特徴とすることもできる。さらには、ベルトガイド部材は、加圧部材側に向けて湾曲して形成されるとともに、ニップ部よりも記録材の搬送方向上流側に形成された上流側湾曲部と、下流側に形成された下流側湾曲部とを有することを特徴とすることもできる。

また、本発明の定着装置は、記録材に担持されたトナー像を定着する定着装置であって、回動可能なベルト部材と、ベルト部材の断面を略楕円形に変形させるとともに、変形したベルト部材を内部から支持するベルトガイド部材と、ベルトガイド部材によって変形したベルト部材の短径方向に位置する面に圧接して配置され、記録材が通過するニップ部を形成する加圧部材とを備えたことを特徴としている。

ここで、ベルトガイド部材は、記録材搬送方向に沿った長さ寸法がベルト部材を円筒体とした場合のベルト部材の直径よりも大きく形成されたことを特徴とすることができる。また、ベルトガイド部材は、加圧部材側に向けて湾曲して形成され、ニップ部を含む領域のベルト部材を内部から支持することを特徴とすることもできる。この場合に、ベルトガイド部材は、ニップ部に対応する領域が平面で形成された構成とすることができる。また、ベルトガイド部材は、ニップ部よりも記録材の搬送方向上流側に形成された上流側湾曲部と、下流側に形成された下流側湾曲部とを有し、下流側湾曲部の曲率半径が上流側湾曲部の曲率半径よりも小さく形成された構成とすることもできる。
さらに、ベルトガイド部材は、加圧部材側とは反対側の面が開放されて形成されていることを特徴とすることができる。また、ベルトガイド部材のニップ部に対応する領域の近傍に、ベルトガイド部材を加熱する加熱部材をさらに備えたことを特徴とすることもできる。この場合、ベルトガイド部材は、加圧部材側とは反対側の面が開放されて形成され、加熱部材は、加圧部材側とは反対側に輻射される熱量の一部を制限する半反射膜が形成されたことを特徴とすることもできる。

さらに、本発明を画像形成装置として捉え、本発明の画像形成装置は、トナー像を形成するトナー像形成手段と、トナー像形成手段によって形成されたトナー像を記録材上に転写する転写手段と、記録材上に転写されたトナー像を記録材に定着する定着手段とを含み、定着手段は、記録材搬送方向に長径が設定され、記録材搬送方向とは直交する方向に短径が設定された状態で回動するベルト部材と、ベルト部材の短径方向に位置するベルト部材の面に圧接して配置され、記録材が通過するニップ部を形成する加圧部材と、ベルト部材を記録材搬送方向に長径が設定され、記録材搬送方向とは直交する方向に短径が設定された状態に維持しながらベルト部材を内部から支持するベルトガイド部材とを備えたことを特徴としている。

本発明によれば、ウォームアップタイムの短縮と画像形成装置の高速化とを同時に実現することが可能となった。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
[実施の形態１]
図１は本実施の形態が適用される画像形成装置を示した概略構成図である。図１に示す画像形成装置は、矢印Ａ方向に回転するトナー像担持体の一例としての感光体ドラム１０の周囲に、感光体ドラム１０を帯電する帯電器１１、感光体ドラム１０上に静電潜像を書込むレーザ露光器１２（図中、露光ビームを符号Ｂｍで示す）、トナーが収容されて感光体ドラム１０上の静電潜像をトナーにより可視像化する現像器１３、転写部１５における静電転写に先立ち感光体ドラム１０上のトナー像を帯電する転写前帯電器１４、感光体ドラム１０上に形成されたトナー像を転写部１５において記録材である記録紙（用紙）Ｐに転写する転写ユニット２０、転写部１５の下流側において感光体ドラム１０に近接して配置された画像濃度の調整を行うための画像濃度センサ１８、静電転写後の残留トナーの帯電量を低減するクリーニング前帯電器１６、感光体ドラム１０上の残留トナーが除去されるドラムクリーナ１７等の電子写真用デバイスが配設されている。さらには、用紙Ｐに転写された未定着トナー像を定着する定着器６０、各装置（各部）の動作を制御する制御部３０を備えている。

ここで、転写ユニット２０は、駆動ロール２２とアイドルロール２３とによって張架された転写搬送ベルト２１と、転写搬送ベルト２１の内側に配設され、転写搬送ベルト２１を介して感光体ドラム１０に圧接される転写ロール２４とを備えている。そして、転写部１５に搬送されてくる用紙Ｐに感光体ドラム１０上のトナー像を転写する機能と、転写部１５においてトナー像が転写された用紙Ｐを定着器６０まで搬送する機能とを有している。
また、本実施の形態の画像形成装置は、用紙搬送系として、用紙Ｐを収容する用紙トレイ５０、この用紙トレイ５０に集積された用紙Ｐを所定のタイミングで取り出して搬送するピックアップロール５１、ピックアップロール５１により繰り出された用紙Ｐを搬送する搬送ロール５２、搬送された用紙Ｐを所定のタイミングで転写部１５に送り込むレジストロール５４、搬送ロール５２により搬送された用紙Ｐをレジストロール５４に導く搬送シュート５３、レジストロール５４から送り出された用紙Ｐを転写部１５に導くインレットシュート５５、転写ユニット２０によりトナー像が転写されて搬送されてくる用紙Ｐを定着器６０へ導く定着入口ガイド５６、定着器６０から排出された用紙Ｐを排紙載置部（不図示）に搬送する排紙ロール５７を備えている。

次に、本実施の形態に係る画像形成装置の基本的な作像プロセスについて説明する。図１に示すような画像形成装置では、図示しない画像読取装置（ＩＩＴ）や図示しないパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等から出力される画像データは、図示しない画像処理装置により所定の画像処理が施される。かかる画像処理装置では、入力された反射率データに対して、シェーディング補正、位置ズレ補正、ガンマ補正、枠消し編集、移動編集等の各種画像編集等の所定の画像処理が施される。そして、画像処理装置によって画像処理が施された画像データは、レーザ露光器１２に出力される。

画像形成装置において画像形成動作が開始されると、感光体ドラム１０は回転を開始する。それと同時に、感光体ドラム１０には、例えばステンレスやアルミニウム等の金属に高抵抗材料が被覆されたロール状部材からなる帯電器１１によって、表面が所定の帯電電位に帯電される。そして、レーザ露光器１２は、画像処理装置から入力された画像データに応じて、例えば半導体レーザから出射された露光ビームＢｍをポリゴンミラーによってスキャンしながら感光体ドラム１０の表面を照射することで、感光体ドラム１０上に静電潜像を形成する。
形成された静電潜像は、現像器１３によってトナー像が黒色トナーによって現像される。すなわち、例えば黒色トナーとキャリアからなる現像剤を担持した現像剤担持体（現像スリーブ）１３ａに、図示しない電源から直流電圧からなる現像バイアス、または交流電圧に直流電圧が重畳された現像バイアスが印加されて、感光体ドラム１０との間に現像電界が形成される。それによって、現像スリーブ１３ａ上の黒色トナーが静電潜像の画像部に転移し、静電潜像が可視像化される。

ここで、本実施の形態の画像形成装置では、所定のサイクル毎にセットアップサイクルが実行される。すなわち、実際の画像形成動作に先立って、所定のパッチ領域が所定の条件で現像される。その際には、転写ユニット２０の転写搬送ベルト２１は感光体ドラム１０から離隔した状態に設定される。その状態で、現像されたパッチ領域は転写部１５をそのまま通過し、転写部１５の下流側に配設された画像濃度センサ１８によってパッチ領域のトナー像の濃度が計測される。画像濃度センサ１８によって計測されたトナー濃度信号は制御部３０に送られる。そして、画像濃度センサ１８からの信号に基づく制御部３０からの指示により、帯電器１１による感光体ドラム１０の帯電電位および／または現像器１３に印加される現像バイアス値が調整され、所定の画像濃度が維持されるように設定されることとなる。

次に、通常の画像形成動作時では、感光体ドラム１０上に形成されたトナー像は、感光体ドラム１０と転写ユニット２０とが当接する転写部１５に搬送される。この場合には、転写ユニット２０の転写搬送ベルト２１は、予め感光体ドラム１０に当接した状態に設定される。そして、トナー像が転写部１５に搬送されると、用紙搬送系では、トナー像が転写部１５に搬送されるタイミングに合わせてピックアップロール５１が回転し、用紙トレイ５０から所定サイズの用紙Ｐが供給される。ピックアップロール５１により供給された用紙Ｐは、搬送ロール５２により搬送され、搬送シュート５３を経てレジストロール５４に到達する。このレジストロール５４においては、用紙Ｐは一旦停止され、トナー像が担持された感光体ドラム１０の移動タイミングに合わせてレジストロール５４が回転する。それによって、用紙Ｐの位置とトナー像の位置との位置合わせがなされ、用紙Ｐはインレットシュート５５から転写部１５に送り出される。

転写部１５では、タイミングを合わせて搬送された用紙Ｐは、転写ユニット２０の転写搬送ベルト２１を介して、感光体ドラム１０と転写ロール２４との間に挟み込まれる。その際に、転写ロール２４にはトナーの帯電極性（ここでは、マイナス極性とする。）と反対極性の電圧（転写バイアス）が印加されることで、転写ロール２４から転写搬送ベルト２１に感光体ドラム１０上のトナー帯電極性とは反対極性の電荷が付与される。それにより、感光体ドラム１０上に担持された未定着トナー像は、感光体ドラム１０と転写ロール２４とによって押圧される転写部１５において、用紙Ｐ上に静電転写される。

その後、トナー像が静電転写された用紙Ｐは、転写ユニット２０の転写搬送ベルト２１に静電吸着された状態で感光体ドラム１０から剥離されて搬送され、転写ユニット２０の用紙Ｐ搬送方向下流側に設けられた定着器６０まで送られる。なお、用紙Ｐが感光体ドラム１０から剥離されず、感光体ドラム１０に吸着されたままの状態となった場合には、転写部１５の下流側の感光体ドラム１０表面近傍に配設された分離爪（不図示）によって、用紙Ｐは感光体ドラム１０から分離され、転写搬送ベルト２１に静電吸着されるように構成されている。
用紙Ｐが搬送される転写搬送ベルト２１の定着器６０側の後端部においては、転写搬送ベルト２１が駆動ロール２２に巻き付く際の曲率、および用紙Ｐ自身が有するコシによって、用紙Ｐは転写搬送ベルト２１から剥離される。そして、用紙Ｐは、定着入口ガイド５６に導かれて定着器６０に搬送される。
定着器６０に搬送された用紙Ｐ上の未定着トナー像は、定着器６０において熱および圧力による定着処理を受けることにより用紙Ｐ上に定着される。そして、定着器６０を通過した用紙Ｐは、排紙ロール５７によって画像形成装置の排出部に設けられた排紙載置部（不図示）に搬送され、一連の画像形成動作が完了する。

なお、本実施の形態の画像形成装置では、単色(黒色)のトナー画像を形成する構成としたが、本発明は、例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー像を重ね合わせてカラー画像を形成するカラー画像形成装置に適用することも可能である。

続いて、本実施の形態の画像形成装置に配設される定着器６０について説明する。
図２は、本実施の形態における定着器６０の構成を説明する側断面図である。図２に示すように、本実施の形態の定着器６０では、加圧部材の一例としての加圧ロール６１、用紙Ｐのトナー像担持面側に配置されたベルト部材の一例としての定着ベルト６２、定着ベルト６２の内周面を支持するとともに、定着ベルト６２を介して加圧ロール６１から押圧される支持部材の一例としてのベルトガイド部材６３、定着ベルト６２の内部に配設されて、定着ベルト６２を加熱する加熱部材の一例としてのハロゲンヒータ６４により主要部が構成されている。

加圧ロール６１は定着ベルト６２に並行するように配置されるとともに、定着ベルト６２を押圧するように設定されている。そして、図示しない駆動モータにより矢印Ｃ方向に回転し、定着ベルト６２と加圧ロール６１との間の摩擦力により定着ベルト６２を加圧ロール６１に従動して回転するように構成されている。
ここで、加圧ロール６１は、支持体と回転軸とを兼ねるコア (円柱状芯金)６１１と、コア６１１の外周面に被覆した耐熱性弾性体層６１２と、さらに耐熱性樹脂被覆または耐熱性ゴム被覆による離型層６１３とが積層されて構成されている。

また、定着ベルト６２は、原形が円筒形状に形成された無端ベルトであり、熱硬化性ポリイミド樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂等を主成分とするベース層６２１と、このベース層の加圧ロール６１側の面（外周面）に被覆され、離型性および耐久性に優れたＰＦＡ（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）等のフッ素樹脂等からなる離型層６２２とで構成されている。ベース層６２１の厚さは４０〜８０μｍであり、離型層６２２の厚さは１〜３０μｍに設定している。ここで、ベース層６２１には例えばカーボンブラックが混合されており、ハロゲンヒータ６４からの輻射熱を定着ベルト６２が吸収し易くして、熱の利用効率を高めている。したがって、ベース層６２１は熱吸収層としての機能をも併有している。なお、ベース層６２１にはカーボンブラックを混合せずに、ＰＦＡにカーボンブラックを混合した熱吸収層を、ベース層６２１の内周面にベース層６２１とは別途に被覆した構成を用いることもできる。
そして、このような構成の定着ベルト６２は、定着ベルト６２の内部に配置されたベルトガイド部材６３と、定着ベルト６２の両端部に配置されたエッジガイド部材８０（図３参照）とによって回動自在に支持されている。

ここで、定着ベルト６２の幅方向両端部を支持するエッジガイド部材８０の構成について説明する。図３は定着ベルト６２の端部が支持される構成を説明する構成図であり、用紙Ｐの搬送方向下流側から見た定着器６０の一方の端部領域を示している。
図３に示したように、定着ベルト６２の幅方向両端部は、定着ベルト６２の内部に配置されたベルトガイド部材６３の両端部に固設されたエッジガイド部材８０によって支持されている。エッジガイド部材８０は、ニップ部Ｎとその近傍に対応する部分に切り欠きが形成された円筒状、すなわち断面がＣ形状に形成されたベルト走行ガイド部８０１、このベルト走行ガイド部８０１の外側に設けられ、定着ベルト６２の外径よりも大きな外径で形成されたフランジ部８０２、さらにエッジガイド部材８０の外側面に設けられ、エッジガイド部材８０を定着器６０本体に位置決めして固定するための保持部８０３で構成されている。

そして、本実施の形態のエッジガイド部材８０では、ベルト走行ガイド部８０１の外周面が、定着ベルト６２の幅方向両端部の内周面の一部を支持している。そして、定着ベルト６２の両端部はベルト走行ガイド部８０１の外周面の一部に支持されながら回動する。その際に、定着ベルト６２には幅方向へ移動する力（スラスト力）が加わり、いずれかの端部方向に片寄る所謂ベルトウォークが生じる場合がある。その際には、エッジガイド部材８０のフランジ部８０２によって定着ベルト６２のベルトウォークが制限されて、定着ベルト６２に片寄りが生じるのを規制している。
また、エッジガイド部材８０のフランジ部８０２は、その対向する内側面によって上述したようにベルトガイド部材６３の両端部を支持するとともに、ハロゲンヒータ６４の両端部も支持し、ハロゲンヒータ６４を定着ベルト６２内部の所定の位置に固定配置している。

次に、ベルトガイド部材６３は、図２に示すように、定着ベルト６２の内部に配置されて、定着ベルト６２の加圧ロール６１側の略下半分の内周面を支持している。すなわち、ベルトガイド部材６３は、略半楕円筒体（ハーフパイプ状）で形成されており、加圧ロール６１が配置された側とは反対側の領域が開放されるとともに、加圧ロール６１側に向かって湾曲して形成されている。そして、ベルトガイド部材６３は、用紙Ｐの搬送方向に関して、ニップ部Ｎを中心して上流側に形成される湾曲部（上流側湾曲部）６３ｂと、下流側に形成される湾曲部（下流側湾曲部）６３ｃとを有している。さらに、本実施の形態の定着器６０では、ベルトガイド部材６３の上流側湾曲部６３ｂと下流側湾曲部６３ｃとは、ニップ部Ｎを中心して対称形となるように形成されている。このように形成されたベルトガイド部材６３は、定着ベルト６２の内部に配置されることで、定着ベルト６２の断面形状が、用紙Ｐの搬送方向に長軸（長径）を有し、用紙Ｐの搬送方向と直交する方向に短軸（短径）を有する略楕円形となるように変形させながら定着ベルト６２を支持している。

そして、定着ベルト６２の内部に配置されたベルトガイド部材６３は、ハロゲンヒータ６４からの輻射熱を受けて熱せられ、その熱を定着ベルト６２に伝達して定着ベルト６２を加熱する機能を有している。また、定着ベルト６２が加圧ロール６１から押圧される際に、加圧ロール６１からの押圧力に対抗して、定着ベルト６２を内部から支持する機能も有している。そのため、ベルトガイド部材６３を形成する材質としては、ハロゲンヒータ６４からの輻射熱を効率的に定着ベルト６２に伝達すると同時に、加圧ロール６１からの押圧力に対して撓みが生じないように、例えばアルミニウム等のように熱伝導性が高く、機械的強度や剛性に優れた材質で形成されている。

さらには、ベルトガイド部材６３のニップ部Ｎに相当する領域周辺の内周面には、黒色化処理が施されている。それによって、ベルトガイド部材６３のニップ部Ｎに相当する領域周辺では、ハロゲンヒータ６４からの輻射熱を効率良く吸収することが可能となる。
加えて、ベルトガイド部材６３が定着ベルト６２と摺動するベルトガイド部材６３の外周面には、定着ベルト６２との摺動抵抗を低減するため、摩擦係数が小さく、耐摩耗性・耐熱性のある材質を被覆することが望ましい。具体的には、テフロン（登録商標）シート、フッ素樹脂シート、フッ素樹脂塗膜等を用いることができる。
また、ベルトガイド部材６３と定着ベルト６２との摺動抵抗をさらに低減するため、定着ベルト６２の内周面には、アミノ変性シリコーンオイル等の潤滑剤を塗布することも効果的である。

次に、ハロゲンヒータ６４は、定格出力５００〜１０００Ｗに設定された加熱源である。そして、ハロゲンヒータ６４は、湾曲したベルトガイド部材６３の内部領域に配設されている。具体的には、ハロゲンヒータ６４は、ニップ部Ｎの用紙Ｐ搬送方向における中央部の上方であって、ベルトガイド部材６３の開口面６３ａ（図２参照）よりも７ｍｍ程度だけ加圧ロール６１側（ベルトガイド部材６３側）に近づけた位置に設置されている。そして、ベルトガイド部材６３の近傍にあって、主としてニップ部Ｎ位置周辺のベルトガイド部材６３を加熱している。
また、ハロゲンヒータ６４には、ニップ部Ｎ側の面とは反対側の面に、ハロゲンヒータ６４のランプフィラメントからの輻射熱の一部を反射させるための、白色セラミックからなる半反射膜６５が被覆されている。半反射膜６５は、ハロゲンヒータ６４のランプフィラメントからの輻射熱の数１０％を反射するように設定されている。本実施の形態の定着器６０では、ハロゲンヒータ６４の全発熱量に対して、約６０％の熱量を反射する半反射膜６５を用いている。ハロゲンヒータ６４をこのように構成することで、半反射膜６５が被覆されていないニップ部Ｎ側の面では、ハロゲンヒータ６４のランプフィラメントから放射された輻射熱は、ニップ部Ｎ位置周辺のベルトガイド部材６３を加熱し、加熱されたベルトガイド部材６３からの熱伝導によって定着ベルト６２が間接的に加熱される。一方、半反射膜６５が被覆されたニップ部Ｎ側とは反対側の面では、半反射膜６５から一部（全発熱量の約４０％）の輻射熱のみが透過され、この透過した輻射熱によって定着ベルト６２が直接的に加熱される。このようにして、定着ベルト６２はハロゲンヒータ６４によって短時間で、所定の温度まで加熱されることとなる。

ここで、ハロゲンヒータ６４に被覆される半反射膜６５においては、定着ベルト６２およびベルトガイド部材６３のニップ部Ｎ周辺において所定の温度上昇率が得られるように、白色セラミックのコーティング量が調整されている。したがって、ベルトガイド部材６３を構成する材質、材質の厚さ、熱容量、さらにはハロゲンヒータ６４の定格出力等に対応させて、定着ベルト６２およびベルトガイド部材６３のニップ部Ｎ周辺が所定の温度上昇率で加熱されるように、白色セラミックのコーティング量は最適に設定されている。
また、ハロゲンヒータ６４に被覆される半反射膜６５は、ハロゲンヒータ６４の中心軸を中心として、中心角が１８０〜２７０°となる領域に被覆されている。このような領域を被覆することで、ハロゲンヒータ６４は、ベルトガイド部材６３のニップ部Ｎに相当する領域に対しては積極的に加熱するが、ベルトガイド部材６３のニップ部Ｎに相当する領域以外を過剰に加熱したり、定着ベルト６２を直接的に加熱する熱量が過度に多くなることを抑制している。そのため、ハロゲンヒータ６４からの熱を効率的に使用することが可能となるとともに、定着ベルト６２に熱的なダメージが生じることを抑えることができる。

そして、このように構成された本実施の形態の定着器６０では、図１に示した画像形成装置の転写部１５においてトナー像が静電転写された用紙Ｐは、定着入口ガイド５６によって定着器６０のニップ部Ｎに導かれる。用紙Ｐがニップ部Ｎを通過する際には、用紙Ｐ上のトナー像は、ニップ部Ｎに作用する圧力と、定着ベルト６２から供給される熱とによって定着される。
定着処理が終了してニップ部Ｎを通過した用紙Ｐは、ニップ部Ｎの出口領域において定着ベルト６２の曲率の変化によって定着ベルト６２から剥離されて、画像形成装置の排出部に設けられた排紙載置部に搬送される。その際に、定着後の用紙Ｐを定着ベルト６２から完全に分離するための補助手段として、定着ベルト６２のニップ部Ｎの下流側に、剥離補助部材７０を配設することも可能である。剥離補助部材７０は、剥離バッフル７１が定着ベルト６２の回転方向と対向する向き（カウンタ方向）に定着ベルト６２と近接する状態でバッフルホルダ７２によって保持されている。

ここで、本実施の形態の定着器６０においては、上述したように、定着ベルト６２の内部に配設されたベルトガイド部材６３は、定着ベルト６２の断面形状を、用紙Ｐの搬送方向に長軸（長径）を有し、用紙Ｐの搬送方向と直交する方向に短軸（短径）を有する略楕円形に変形させている。そして、定着ベルト６２の短軸と直交する側の面（短径方向に位置する面）に加圧ロール６１を圧接して配置している。このように定着ベルト６２を用紙Ｐの搬送方向に長く扁平した略楕円形に変形させ、定着ベルト６２の短軸と直交する側の面に加圧ロール６１を圧接させることにより、加圧ロール６１との当接面において、定着ベルト６２の曲率は小さく（曲率半径は大きく）なるように形成することが可能となる。
そのため、定着ベルト６２を小径化した場合においても、加圧ロール６１と定着ベルト６２とが当接するニップ部Ｎの幅を広く設定することが可能となる。すなわち、定着ベルト６２の曲率半径が大きな領域で加圧ロール６１と当接するので、定着ベルト６２と加圧ロール６１との当接面積を広く設定することが可能となる。それによって、用紙Ｐがニップ部Ｎを通過する間にトナー像を溶融するための充分な熱量を用紙Ｐに付与することができるので、小径化した定着ベルト６２を用いた画像形成装置のプロセススピードを高速化した場合においても、良好な定着性能を維持することが可能となる。
また、ニップ部Ｎの幅を広く設定できるので、定着ベルト６２とベルトガイド部材６３とが接触する時間も増やすことができる。そのため、定着ベルト６２から用紙Ｐへの熱の伝導によって温度が低下した定着ベルト６２に対して、ベルトガイド部材６３から速やかに熱が補充されるので、定着ベルト６２の温度を略一定に維持することも容易となる。

この場合、ベルトガイド部材６３が定着ベルト６２を介して加圧ロール６１に押圧される面を、用紙Ｐの搬送方向に沿って例えば８〜９ｍｍ幅の略平面部６３ｄ（図２参照）によって形成することもできる。このようにベルトガイド部材６３を構成することで、定着ベルト６２を略楕円形に変形させることで幅が広がったニップ部Ｎにおいて、用紙Ｐが通過する経路を略平坦な面で形成することができる。このようにニップ部Ｎが平面で形成されることによって、ニップ部Ｎを通過する用紙Ｐには、幅が広がったニップ部Ｎの全域に亘って均一かつ充分なニップ圧が付与されることとなる。それによって、ニップ部Ｎにおいて用紙Ｐを定着ベルト６２と同速度で搬送することが可能となるので、例えば、用紙Ｐが重なって形成されているエンベロープのような記録紙であっても、紙しわやカールが生じることを抑制することも可能となる。

このように、本実施の形態の定着器６０では、定着ベルト６２は、定着ベルト６２の内部に配設されたベルトガイド部材６３によって、用紙Ｐの搬送方向に長軸を有し、用紙Ｐの搬送方向と直交する方向に短軸を有する略楕円形に変形されている。そして、定着ベルト６２の短軸と直交する側の面（短径方向に位置する面）に加圧ロール６１を圧接して配置している。そのため、定着ベルト６２を小径化した場合でも、加圧ロール６１と定着ベルト６２とが当接するニップ部Ｎの幅を広く設定することが可能となる。それによって、用紙Ｐがニップ部Ｎを通過する間にトナー像を溶融するための充分な熱量を用紙Ｐに付与することができるので、画像形成装置のプロセススピードを高速化しても、良好な定着性能を維持することが可能となる。
また、定着ベルト６２を小径化することにより、定着ベルト６２の熱容量を小さくすることが可能となる。そのため、少量の熱によって定着ベルト６２全体を定着可能温度まで上昇させることができることから、ウォームアップタイムを短縮することも同時に可能となる。

ここで、小径の定着ベルト６２を用いて幅広のニップ部Ｎを形成する方法について述べる。図４は、定着ベルト６２とベルトガイド部材６３との大きさの関係を示す図であり、（ａ）は、ベルトガイド部材６３を定着ベルト６２の内部に配設する前の状態を示し、（ｂ）は、ベルトガイド部材６３を定着ベルト６２の内部に配設した状態を示している。
図４（ａ）に示したように、定着ベルト６２は原形が例えば直径（ｒ）３０ｍｍの円筒体である。これに対して、ベルトガイド部材６３は、長軸（図中ｍ）が３３ｍｍ、短軸（図中ｎ）が１４ｍｍの半楕円筒体である。すなわち、ベルトガイド部材６３の長軸（用紙Ｐ搬送方向に沿った長さ）は、定着ベルト６２を円筒体とした場合（原形）の直径よりも大きく形成されている。このようなベルトガイド部材６３を定着ベルト６２の内部に配設すると、図４（ｂ）に示したように、ベルトガイド部材６３によって定着ベルト６２の断面形状を図中横方向に長く、縦方向に短い略楕円形に変形させることができる。
すなわち、原形が直径ｒ＝３０ｍｍの円筒体である定着ベルト６２に対して、原形の直径よりも小さな長軸(例えば、２８ｍｍ)を有するベルトガイド部材６３を内部に配設した場合には、定着ベルト６２の断面形状は略円形に維持される。そして、その際には、加圧ロール６１を圧接させることで、定着ベルト６２と加圧ロール６１との最大ニップ幅は８．５ｍｍ程度となる。これに対して、本実施の形態の定着器６０のように、原形が直径ｒ＝３０ｍｍの円筒体である定着ベルト６２の内部に、断面が長軸ｍ＝３３ｍｍ、短軸ｎ＝１４ｍｍである半楕円筒体で形成されたベルトガイド部材６３を配設した場合には、定着ベルト６２は、図４（ｂ）に示したように、長軸（図中ｑ）が３３ｍｍ、短軸（図中ｐ）が２６．５ｍｍの楕円筒体に変形させられる。そして、その状態で加圧ロール６１を圧接させることにより、定着ベルト６２と加圧ロール６１との最大ニップ幅は１３ｍｍ程度にまで拡大させることが可能となる。
このように、定着ベルト６２の原形の直径よりも大きな長軸を有する半楕円筒体を定着ベルト６２の内部に配設することで、ベルトガイド部材６３によって定着ベルト６２を図中横方向に長く、縦方向に短い楕円形に変形させることができる。その結果、小径の定着ベルト６２を使用した場合においても、加圧ロール６１との間の最大ニップ幅を大きく広げて設定することが可能となる。

以上説明したように、本実施の形態の定着器６０では、定着ベルト６２は、定着ベルト６２の内部に配設されたベルトガイド部材６３によって、用紙Ｐの搬送方向に長軸を有し、用紙Ｐの搬送方向と直交する方向に短軸を有する略楕円形に変形されている。そして、定着ベルト６２の短軸と直交する側の面（短径方向に位置する面）に加圧ロール６１を圧接して配置している。そのため、定着ベルト６２を小径化した場合においても、加圧ロール６１と定着ベルト６２とが当接するニップ部Ｎの幅を広く設定することが可能となる。それによって、用紙Ｐがニップ部Ｎを通過する間にトナー像を溶融するための充分な熱量を用紙Ｐに付与することができるので、小径化された定着ベルトを用いた画像形成装置のプロセススピードを高速化しても、良好な定着性能を維持することが可能となる。
また、本実施の形態の定着器６０では、小径の定着ベルト６２を用いることができることから、定着ベルト６２の熱容量を小さくすることが可能となる。そのため、少量の熱によって定着ベルト６２全体を定着可能温度まで上昇させることができるので、ウォームアップタイムを短縮することも同時に可能となる。

[実施の形態２]
実施の形態１では、ニップ部Ｎを中心して、用紙Ｐの搬送方向に関して上流側と下流側とで対称形となるように形成されたベルトガイド部材６３を用い、ベルトガイド部材６３が定着ベルト６２を内部から支持することで、定着ベルト６２の断面を略楕円形に変形させた構成の定着器６０について説明した。実施の形態２では、ニップ部Ｎを中心として、用紙Ｐの搬送方向に関して上流側と下流側とで非対称形となるように形成されたベルトガイド部材６３を用い、ベルトガイド部材６３が定着ベルト６２を内部から支持することで、定着ベルト６２の断面を略楕円形ではあるが、上流側の湾曲部の曲率と下流側の湾曲部の曲率とを異なるように変形させた定着器９０について説明する。なお、実施の形態１と同様な構成については同様な符号を用い、ここではその詳細な説明を省略する。

図５は、本実施の形態における定着器９０の構成を説明する側断面図である。図５に示したように、本実施の形態の定着器９０では、基本的な構成は実施の形態１に示した定着器６０を同様であるが、定着ベルト６２の内部に配設され、定着ベルト６２を支持するベルトガイド部材６３は、ニップ部Ｎを中心して、用紙Ｐの搬送方向に関して上流側と下流側とで非対称形となるように形成されている。すなわち、ベルトガイド部材６３は、ニップ部Ｎの上流側に形成された湾曲部（上流側湾曲部）６３ｂの曲率が小さく（曲率半径が大きく）形成されており、その一方で、ニップ部Ｎの下流側に形成された湾曲部（下流側湾曲部）６３ｃの曲率が大きく（曲率半径が小さく）形成されている。

このようにベルトガイド部材６３を形成することで、定着ベルト６２は、ニップ部Ｎの上流側で曲率が小さく（曲率半径が大きく）、ニップ部Ｎの下流側で曲率が大きい（曲率半径が小さく）略楕円形に変形させることができる。そのため、本実施の形態の定着器９０においても、定着ベルト６２を小径化した場合でも、加圧ロール６１と定着ベルト６２とが当接するニップ部Ｎの幅を広く設定することが可能となる。それによって、用紙Ｐがニップ部Ｎを通過する間にトナー像を溶融するための充分な熱量を用紙Ｐに付与することができるので、画像形成装置のプロセススピードを高速化しても、良好な定着性能を維持することが可能となる。また、小径の定着ベルト６２を用いることができることから、定着ベルト６２の熱容量を小さくすることが可能となる。そのため、少量の熱によって定着ベルト６２全体を定着可能温度まで上昇させることができるので、ウォームアップタイムを短縮することも同時に可能となる。

さらに、本実施の形態の定着器９０では、定着ベルト６２は、ニップ部Ｎの下流側において曲率が大きい（曲率半径が小さく）なるように設定されている。このように構成することで、ニップ部Ｎから排出される用紙Ｐを定着ベルト６２から容易に剥離することが可能となる。
すなわち、用紙Ｐがニップ部Ｎを通過する際には、用紙Ｐ上のトナー像は定着ベルト６２からの熱を受けて溶融した状態となるため、トナー像が結着剤となって用紙Ｐは定着ベルト６２に貼り付いた状態でニップ部Ｎから排出される。しかし、本実施の形態の定着器９０では、ベルトガイド部材６３のニップ部Ｎの下流側に形成された湾曲部６３ｃによって、ニップ部Ｎを通過した定着ベルト６２の進行方向が急激に上方に湾曲することとなる。そのため、ニップ部Ｎにおいて定着ベルト６２に貼り付いた状態で搬送される用紙Ｐは、ニップ部Ｎを通過した後、定着ベルト６２の進行方向が急激に変化するので、用紙Ｐが定着ベルト６２の進行方向の変化に追随できなくなり、用紙Ｐと定着ベルト６２とが貼り付いた状態は、用紙Ｐ自身のコシによって定着ベルト６２から確実に剥離されることとなる。
このように、本実施の形態の定着器９０では、画像形成装置のプロセススピードを高速化しても、ウォームアップタイムを短縮しながら良好な定着性能を維持することが可能となる。さらに加えて、用紙Ｐを定着ベルト６２から確実に剥離することも可能となる。

本発明の活用例として、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置への適用、例えば記録紙（用紙）上に担持された未定着トナー像を定着する定着装置への適用がある。また、インクジェト方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置への適用、例えば記録紙（用紙）上に担持された未乾燥インク像を乾燥する定着装置への適用がある。

本発明の画像形成装置を示した概略構成図である。 実施の形態１に係る定着装置の構成を示す側断面図である。 定着ベルトの端部が支持される構成を説明する構成図である。 定着ベルトとベルトガイドとの大きさの関係を示す図である。 実施の形態２に係る定着装置の構成を示す側断面図である。

符号の説明

１０…感光体ドラム、１１…帯電器、１２…レーザ露光器、１３…現像器、１５…転写部、１７…ドラムクリーナ、１８…画像濃度センサ、２０…転写ユニット、２１…転写搬送ベルト、２２…駆動ロール、２３…アイドルロール、２４…転写ロール、３０…制御部、６０,９０…定着器、６１…加圧ロール、６２…定着ベルト、６３…ベルトガイド部材、６４…ハロゲンヒータ、６５…半反射膜、７０…剥離補助部材、８０…エッジガイド部材、８０１…ベルト走行ガイド部、８０２…フランジ部、８０３…保持部

Claims (14)

1. 記録材に担持されたトナー像を定着する定着装置であって、
   記録材搬送方向に長径が設定され、記録材搬送方向とは直交する方向に短径が設定された状態で回動するベルト部材と、
   前記ベルト部材の短径方向に位置する当該ベルト部材の面に圧接して配置され、前記記録材が通過するニップ部を形成する加圧部材と
   を備えたことを特徴とする定着装置。
2. 前記ベルト部材を記録材搬送方向に長径が設定され、記録材搬送方向とは直交する方向に短径が設定された状態を維持しながら当該ベルト部材を内部から支持するベルトガイド部材をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記ベルトガイド部材は、前記ニップ部にて前記ベルト部材の面を支持することを特徴とする請求項２記載の定着装置。
4. 前記ベルトガイド部材の前記ニップ部に対応する領域を加熱する加熱部材をさらに備えたことを特徴とする請求項２記載の定着装置。
5. 前記ベルトガイド部材は、前記加圧部材側に向けて湾曲して形成されるとともに、前記ニップ部よりも前記記録材の搬送方向上流側に形成された上流側湾曲部と、下流側に形成された下流側湾曲部とを有することを特徴とする請求項２記載の定着装置。
6. 記録材に担持されたトナー像を定着する定着装置であって、
   回動可能なベルト部材と、
   前記ベルト部材の断面を略楕円形に変形させるとともに、変形した当該ベルト部材を内部から支持するベルトガイド部材と、
   前記ベルトガイド部材によって変形した前記ベルト部材の短径方向に位置する面に圧接して配置され、前記記録材が通過するニップ部を形成する加圧部材と
   を備えたことを特徴とする定着装置。
7. 前記ベルトガイド部材は、記録材搬送方向に沿った長さ寸法が前記ベルト部材を円筒体とした場合の当該ベルト部材の直径よりも大きく形成されたことを特徴とする請求項６記載の定着装置。
8. 前記ベルトガイド部材は、前記加圧部材側に向けて湾曲して形成され、前記ニップ部を含む領域の前記ベルト部材を内部から支持することを特徴とする請求項６記載の定着装置。
9. 前記ベルトガイド部材は、前記ニップ部に対応する領域が平面で形成されたことを特徴とする請求項８記載の定着装置。
10. 前記ベルトガイド部材は、前記ニップ部よりも前記記録材の搬送方向上流側に形成された上流側湾曲部と、下流側に形成された下流側湾曲部とを有し、前記下流側湾曲部の曲率半径が前記上流側湾曲部の曲率半径よりも小さく形成されたことを特徴とする請求項８記載の定着装置。
11. 前記ベルトガイド部材は、前記加圧部材側とは反対側の面が開放されて形成されていることを特徴とする請求項６記載の定着装置。
12. 前記ベルトガイド部材の前記ニップ部に対応する領域の近傍に、当該ベルトガイド部材を加熱する加熱部材をさらに備えたことを特徴とする請求項６記載の定着装置。
13. 前記ベルトガイド部材は、前記加圧部材側とは反対側の面が開放されて形成され、前記加熱部材は、当該加圧部材側とは反対側に輻射される熱量の一部を制限する半反射膜が形成されたことを特徴とする請求項１２記載の定着装置。
14. トナー像を形成するトナー像形成手段と、
    前記トナー像形成手段によって形成されたトナー像を記録材上に転写する転写手段と、
    前記記録材上に転写されたトナー像を当該記録材に定着する定着手段とを含み、
    前記定着手段は、
    記録材搬送方向に長径が設定され、記録材搬送方向とは直交する方向に短径が設定された状態で回動するベルト部材と、
    前記ベルト部材の短径方向に位置する当該ベルト部材の面に圧接して配置され、前記記録材が通過するニップ部を形成する加圧部材と、
    前記ベルト部材を記録材搬送方向に長径が設定され、記録材搬送方向とは直交する方向に短径が設定された状態に維持しながら当該ベルト部材を内部から支持するベルトガイド部材と
    を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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