JP2012159543A - 定着装置およびそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着装置における定着時の逆カール量を抑制する手段を提供する。
【解決手段】弾性層を有する定着ローラ３２と、弾性層を有し、ベルト部材３３を介して前記定着ローラを押圧してニップ部を形成する加圧ローラ３０と、ベルト部材を加熱する加熱部材とを備えた定着装置において、加圧ローラの弾性層の厚さを、定着ローラの弾性層の厚さよりも薄くする。
【選択図】図２

Description

本発明は、プリンタ等の電子写真方式を利用した画像形成装置に用いられる定着装置およびそれを備えた画像形成装置に関する。

従来の電子写真方式を利用した画像形成装置は、感光体ドラムの表面を帯電ローラによって一様に帯電した後、ＬＥＤヘッド等の露光ヘッドによって感光体ドラムの表面を露光して画像情報に応じた静電潜像を形成し、静電潜像に現像ローラ上で薄層化されたトナーを静電的に付着させてトナー像を形成し、このトナー像を、転写ローラによって搬送ベルトにより搬送された用紙上に転写した後、定着装置でトナー像を定着させて用紙上に画像を形成している。

この画像形成装置では、無端ベルトからなる定着ベルトをヒータにより加熱し、定着ローラを、定着ベルトを介して対向する加圧ローラで押圧してニップ部を形成させ、そのニップ部で搬送された用紙を挟んで、加熱および加圧によりトナー像を用紙上に定着させるベルト加熱方式の定着装置を用いている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００９−１５１１１５号公報（段落００１２−００２０、００２８、第１図）

しかしながら、上述した従来の技術においては、定着ローラを、定着ベルトを介して対向する加圧ローラで押圧して形成したニップ部で、搬送された用紙を挟んでトナー像を用紙上に定着させているため、定着時の加圧ローラと、定着ベルトおよび定着ローラとの温度差が大きいと、定着後の用紙に過大な逆カールが発生するという問題がある。

このような、逆カール量が大きくなった用紙は、定着後の用紙の搬送性やスタッカ上への集積性を低下させる要因になる。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、定着装置における定着時の逆カール量を抑制する手段を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、弾性層を有する定着ローラと、弾性層を有し、ベルト部材を介して前記定着ローラを押圧してニップ部を形成する加圧ローラと、前記ベルト部材を加熱する加熱部材とを備えた定着装置において、前記加圧ローラの弾性層の厚さを、前記定着ローラの弾性層の厚さよりも薄くしたことを特徴とする。

これにより、本発明は、加圧ローラの温度上昇を速くして、ウォーミングアップ時間中に加圧ローラの表面温度を印刷開始に必要な温度に上昇させることができ、定着時における定着ユニットと加圧ローラとの温度差を減少させて、用紙に発生する逆カール量を抑制することができるという効果が得られる。

実施例１のプリンタの概略構成の側面を示す説明図 実施例１の定着装置の要部断面を示す説明図 実施例１の加圧ローラの構成を示す説明図 実施例１の定着ローラの構成を示す説明図 実施例１のヒータを示す説明図 実施例１の定着ベルトの構成を示す説明図 実施例１のプリンタの制御系統を示すブロック図 実施例１の加圧ローラの評価結果を示す説明図 実施例１の加圧ローラ弾性層厚さと立上り時加圧ローラ到達温度の関係を示すグラフ 実施例１の加圧ローラの熱容量と立上り時加圧ローラ到達温度の関係を示すグラフ 実施例１の立上り時加圧ローラ到達温度と逆カール量の関係を示すグラフ 実施例１のたわみ強度を等しくした加圧ローラの評価結果を示す説明図 実施例１のヒータの他の形態を示す説明図 実施例２の定着装置の要部断面を示す説明図 実施例２の押圧部材の構成を示す説明図 実施例２の加圧ローラの評価結果を示す説明図 実施例２の加圧ローラ弾性層厚さと立上り時加圧ローラ到達温度の関係を示すグラフ 実施例２の加圧ローラの熱容量と立上り時加圧ローラ到達温度の関係を示すグラフ 実施例２の立上り時加圧ローラ到達温度と逆カール量の関係を示すグラフ

以下に、図面を参照して本発明による定着装置および画像形成装置の実施例について説明する。

図１において、１は画像形成装置としてのプリンタである。本実施例のプリンタ１は、カラー画像を印刷する電子写真方式のカラープリンタである。
このプリンタ１には、その装置筐体内の下部に、普通紙等の印刷用の媒体としての用紙Ｐを収容する用紙カセット２が着脱自在に装着され、その外部の上面に、画像が印刷された用紙Ｐを集積するスタッカ３が配置されており、これらの間は、図１に破線で示す、概ねＳ字状に形成された用紙搬送路４（後述する搬送ベルト９の平行部の上面部を含む）で接続されている。

用紙搬送路４と用紙カセット２との接続部には、給紙ローラ５ａ、５ｂと分離片６からなり、用紙カセット２から用紙Ｐを１枚ずつに分離して用紙搬送路４へ繰出す給紙機構が設けられ、給紙ローラ５ｂの用紙Ｐの搬送方向（用紙搬送方向という。）の下流側には、給紙機構により繰出された用紙Ｐを挟持して搬送する搬送ローラ７、搬送ローラ７により搬送された用紙Ｐの斜行を修正して搬送するレジストローラ８が配置されている。

レジストローラ８の用紙搬送方向の下流側には、レジストローラ８により搬送された用紙Ｐを搬送する搬送ベルト９が配置され、その搬送ベルト９の平行部の上面部には、搬送ベルト９に沿って複数の画像形成部１１が配置され、各画像形成部１１の上方には、静電潜像を形成するための露光ヘッド１２が、搬送ベルト９の上面部を挟んだ反対側には、画像形成部１１で形成された現像剤像としてのトナー像を用紙Ｐ上に転写する転写ローラ１３が配置され、搬送ベルト９の用紙搬送方向の下流側には、転写されたトナー像を用紙Ｐ上に定着させる定着装置１４が配置されている。
また、定着装置１４の用紙搬送方向の下流側には、定着装置１４から排出された用紙Ｐを上部カバー１５上のスタッカ３へ挟持して搬送する複数の排出ローラ１６ａ、１６ｂが配置されている。

本実施例のプリンタ１には、それぞれに設定された設定色、つまりブラック（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の現像剤としてのトナーＴを収容した、４つの独立した画像形成部１１ｋ、１１ｙ、１１ｍ、１１ｃが用紙搬送方向に沿ってトナー像を形成する順に配置され、これら４つの画像形成部１１はそれぞれ同一の構造であるため、以下に一つの画像形成部１１について説明する。

画像形成部１１は、露光ヘッド１２によって静電潜像が形成される感光体ドラム１８、感光体ドラム１８を一様に帯電させる帯電ローラ１９、感光体ドラム１８上の静電潜像にトナーＴを付着させて現像する現像ローラ２０、現像ローラ２０にトナーＴを供給する供給ローラ２１、設定色のトナーＴを収容したトナーカートリッジ２２、転写後に感光体ドラム１８上に残留したトナーＴを掻き取って除去するクリーニングブレード２３等を備えている。
また、各画像形成部１１は、それぞれ一体的に構成されており、プリンタ１に着脱自在に装着されている。このためプリンタ１の上部カバー１５は開閉可能に構成されている。

露光手段としての露光ヘッド１２は、上部カバー１５によって支持されて感光体ドラム１８の上方に対向配置され、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）光やレーザ光等の発光体を備えており、画像情報に基づいて感光体ドラム１８の表面上に静電潜像を形成する。
転写手段としての転写ローラ１３は、搬送ベルト９を挟んで感光体ドラム１８に対向配置され、印加された転写電圧によって、搬送ベルト９により搬送される用紙Ｐ上に感光体ドラム１８上に形成されたトナー像を転写する。

本実施例の定着装置１４は、ベルト加熱方式の装置であって、図２に示すように、加圧ローラ３０と定着ベルトユニット３１とで構成され、定着ベルトユニット３１は、定着ローラ３２、定着ベルト３３、ヒータ３４、定着ベルト３３のガイドを兼ねるヒータホルダ３５等で構成されている。

この加圧ローラ３０と、定着ベルトユニット３１の定着ローラ３２とは、定着ベルト３３を介して対向かつ平行に配置され、加圧ローラ３０に設けられた図示しない押圧機構により、定着ベルトユニット３１を所定の押圧力で押圧している。これにより、定着ベルト３３と加圧ローラ３０の間には、用紙搬送方向に所定のニップ幅からなるニップ部が形成される。

また、定着装置１４のヒータ３４とニップ部との間の、ニップ部の定着ベルト３３の回転方向（図２において、時計方向）の上流側の近傍には、定着ベルト３３の内周面に摺接して定着ベルト３３の内周面の温度を検出するサーミスタ等からなるベルト温度検出手段としてのベルト温度センサ３６が配置され、加圧ローラ３０の、ニップ部の加圧ローラ３０の回転方向の上流側の近傍には、加圧ローラ３０の外周面に摺接して、加圧ローラ３０の表面温度を検出するサーミスタ等からなる加圧ローラ温度検出手段としての加圧ローラ温度センサ３７が配置されている。
なお、定着装置１４は、プリンタ１に対して一体的に装着されても、プリンタ１から着脱可能に装着されていてもよい。

加圧ローラ３０は、図３に示すように、芯金３０ａと、耐熱性の弾性層３０ｂと、フッ素樹脂等からなる離型層３０ｃから構成され、図示しない軸受によって回転可能に支持されており、芯金３０ａに設けた図示しない加圧ローラギアに定着モータ３８（図１参照）から伝達される駆動力によって、図２に矢印で示す用紙搬送方向に用紙Ｐを搬送する回転方向（図２において反時計方向、搬送回転方向という。）に回転するように駆動される。

本実施例の加圧ローラ３０は、芯金３０ａを、厚さｔ１（芯金厚さｔ１ともいう。）、長さ２３０ｍｍのアルミニウム材料（材質Ａ５０５２）からなるパイプとし、その外周面に弾性層３０ｂとして厚さｔ２（弾性層厚さｔ２ともいう。）のシリコーンゴム層を形成し、その表面に離型層３０ｃとして厚さ４０μｍの、フッ素樹脂の一つであるパーフルオロビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）樹脂チューブを被覆した外径３６ｍｍのローラである。なお、芯金３０ａの厚さｔ１、弾性層３０ｂの厚さｔ２については、後述する。

定着ローラ３２は、図４に示すように、鉄、アルミニウム合金等の金属製のパイプまたはシャフトからなる芯金３２ａの外周面に、シリコーンゴム、フッ素樹脂等の耐熱性の弾性層３２ｂが設けられ、図示しない軸受によって回転可能に支持されており、加圧ローラ３０の回転に伴うニップ部における摩擦力によって従動回転する定着ベルト３３の回転に伴って、加圧ローラ３０に従動して回転する。
本実施例の定着ローラ３２は、芯金３２ａを、直径２６ｍｍ、厚さｔ３＝１．５ｍｍ（芯金厚さｔ３ともいう）、長さ２３０ｍｍのアルミニウム材料（材質Ａ５０５２）からなるパイプとし、弾性層３２ｂとして厚さｔ４＝５ｍｍ（弾性層厚さｔ４ともいう。）のシリコーンゴム層を形成した外径３６ｍｍのローラである。

加熱部材としてのヒータ３４は、図５に示すように、ステンレスやセラミック等の基板３４ａ上にガラス等からなる電気絶縁層３４ｂを設け、その上に電極３４ｃを有する抵抗発熱体３４ｄを積層し、それを保護層３４ｅで保護した面状ヒータである。
このような抵抗発熱体３４ｄは、ニッケル−クロム合金、銀−パラジウム合金等の材料を用いることができる。また、保護層３４ｅには、耐圧ガラスによるガラスコーティングを施してある。

ヒータホルダ３５は、加圧ローラ３０の反対側で定着ローラ３２から離間して、定着ローラ３２に対向して配置され、定着ローラ３２とともに定着ベルト３３を張架して回転可能に支持する。
このヒータホルダ３５は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマ（ＬＣＰ）等の耐熱性の高い樹脂で構成されており、ヒータ３４は、ヒータホルダ３５の上面中央部に長手方向に沿って耐熱性接着剤等で固定支持されている。

定着ベルト３３は、図６に示すように、ニッケル、ポリイミド、ステンレス等の材料で形成された円筒状のベルト基材３３ａの外周面に、シリコーンゴム、フッ素樹脂等の耐熱性の弾性層３３ｂが設けられ、弾性層３３ｂの外周面には、フッ素樹脂等からなる離型層３３ｃが形成されている。この定着ベルト３３は、加圧ローラ３０の回転に伴うニップ部における摩擦力によって加圧ローラ３０に従動回転し、ヒータ３４によって加熱される。
本実施例の定着ベルト３３は、厚さ５０μｍのステンレス製の筒状部材をベルト基材３３ａとし、弾性層３３ｂとして厚さ１００μｍのシリコーンゴム層を設け、離型層３３ｃとして厚さ３０μｍのＰＦＡ樹脂層を形成した無端ベルトである。

また、定着ベルト３３の内径は、ベルト周長が長くなると昇温時間が長くなり、短いとスペースが不足して、ニップ幅の確保に必要な定着ローラ３２の外径が小さくなるため、定着ローラ３２の外径３６ｍｍに対して、定着ベルト３３の内径を４５ｍｍとしている。
なお、ヒータ３４の出力は９００Ｗ、加圧ローラ３０は、図示しない押圧機構によって片側１０ｋｇｆ、両側で２０ｋｇｆの総押圧力で定着ベルト３３を押圧するように設定されている。
また、本実施例のプリンタ１は、印刷速度Ａ４縦送り３０ｐｐｍ（ページ／分）、ウォーミングアップ時間３０秒に設定されている。

図７において、４０はプリンタ１の制御部であり、図示しない通信回線を介してパーソナルコンピュータ等の上位装置と接続しており、プリンタ１内の各部を制御して印刷処理等を実行する機能、上位装置とのデータ通信を制御する機能等を有している。
４１はプリンタ１の記憶部であり、制御部４０が実行するプログラムやそれに用いる各種のデータ、制御部４０による処理結果等が格納される。

４２は高圧電源部であり、制御部４０からの指令に基づいて、帯電ローラ１９、現像ローラ２０、供給ローラ２１、転写ローラ１３等に電圧を印加する。
また、帯電ローラ１９、現像ローラ２０、供給ローラ２１等へは、画像形成部１１がプリンタ１に装着されたときに、高圧電源部４２と電気的に接続される。

４３は定着制御部であり、制御部４０からの指令に基づいて、図示しない給電回路から、定着装置１４のヒータ３４へ加熱用の電力を供給すると共に、定着モータ３８へ電力を供給して加圧ローラ３０を搬送回転方向に回転させる。

また、定着制御部４３へは、ベルト温度センサ３６によって検出された定着ベルト３３の表面温度、および加圧ローラ温度センサ３７によって検出された加圧ローラ３０の表面温度等が入力され、制御部４０は、定着制御部４３へ入力された定着ベルト３３の表面温度を基に、定着制御部４３によってヒータ３４へ供給する電力をＯＮ、ＯＦＦさせ、定着ベルト３３の表面温度を所定の定着温度に保つように制御する。

以下に、本実施例のプリンタ１の印刷動作における各部の動作について説明する。
プリンタ１の制御部４０は、上位装置から印刷命令を受信すると、その印刷命令に従った印刷を開始し、まず、用紙カセット２に収容された用紙Ｐを、給紙ローラ５ａ、５ｂおよび分離片６によって１枚ずつに分離して用紙搬送路４へ繰出し、搬送ローラ７、レジストローラ８によって搬送ベルト９へ搬送する。

これと並行して、制御部４０は、高圧電源部４２によって、それぞれの画像形成部１１の各ローラおよび転写ローラ１３へ予め設定された所定の電圧を印加し、各画像形成部１１の帯電ローラ１９に印加した帯電電圧によって、各感光体ドラム１８の表面を一様に帯電させ、印刷命令に基づく画像情報に従って各露光ヘッド１２を発光させ、各感光体ドラム１８の表面を露光してそれらの表面上に静電潜像を形成し、供給ローラ２１から供給されたトナーＴを現像ローラ２０によって感光体ドラム１８の静電潜像に付着させて現像し、感光体ドラム１８の表面上に各色のトナー像を形成する。

そして、用紙Ｐが、搬送ベルト９により画像形成部１１まで搬送されてくると、その用紙Ｐが画像形成部１１ｋ、１１ｙ、１１ｍ、１１ｃの感光体ドラム１８と転写ローラ１３との間を通過する際に、転写ローラ１３に印加されている転写電圧によりブラック、イエロー、マゼンタおよびシアンの各色のトナー像が順次に用紙Ｐ上に転写され、カラーのトナー像が形成される。

トナー像が転写された用紙Ｐが定着装置１４に搬送されると、定着装置１４によってトナー像を用紙Ｐ上に定着させ、トナー像が定着された用紙Ｐは、排出ローラ１６ａによって搬送された後に排出ローラ１６ｂによって上部カバー１５上のスタッカ３へ排出されて集積され、印刷動作が完了する。

この場合の定着装置１４の定着動作について、以下に説明する。
まず、プリンタ１における印刷開始に伴って、制御部４０は、定着制御部４３によって定着モータ３８を回転させ、定着装置１４の加圧ローラ３０の加圧ローラギアを、プリンタ１の本体に配設された図示しない駆動ギア列を介して搬送回転方向に回転させると共に、加圧ローラ３０の回転に伴うニップ部における摩擦力によって、定着ベルト３３および定着ローラ３２を従動回転させる。

また、制御部４０は定着制御部４３によって、ヒータ３４へ図示しない給電回路から電力を供給して発熱させ、定着ベルト３３を内周面側から加熱する。
このヒータ３４によって加熱された定着ベルト３３の温度は、ベルト温度センサ３６により検出されて定着制御部４３に入力され、定着制御部４３は、検出された定着ベルト３３の温度に基づいて、給電回路からヒータ３４へ供給する電力をＯＮ、ＯＦＦして定着ベルト３３の表面温度を所定の定着温度に保つように制御する。

この定着ベルト３３の表面温度が所定の定着温度に保たれた状態において、トナー像が転写された用紙Ｐが搬送されてくると、その用紙Ｐは定着ベルト３３を介して定着ローラ３２と加圧ローラ３０とで形成されたニップ部で挟持され、定着ベルト３３による所定の定着温度での加熱と、加圧ローラ３０による所定の押圧力での加圧によって、トナー像を用紙Ｐ上に定着させる。

なお、本実施例の加圧ローラ３０は発熱体を備えないため、加圧ローラ３０の回転開始タイミングは、ヒータ３４のＯＮから時間を空けずに回転を開始することが望ましい。このため、本実施例では、ヒータ３４のＯＮと同時に加圧ローラ３０の回転を開始する設定としている。
また、本実施例の定着ベルト３３の目標温度は１６０℃に設定され、ヒータ３４のＯＮ後に、定着ベルト３３の温度は、定着実行時にこの目標温度を中央値とした所定の温度範囲からなる定着温度となるように制御される。

本実施例の構成からなるベルト加熱方式による定着装置１４において、逆カール量を抑制するための仕様を検討するために、加圧ローラ３０の弾性層３０ｂの厚さｔ２（図３参照）を変化させて、以下に示す評価試験を行った。

評価の対象とした試験品の加圧ローラ３０は、図８に示すように、その外径を３６ｍｍ、芯金３０ａ（材質Ａ５０５２）の厚さｔ１を１．５ｍｍで同一とし、弾性層３０ｂの厚さｔ２を２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍに変化させたもの（試験品１〜４）である。
また、各試験品の加圧ローラ３０と組合せる定着ローラ３２は、外径を３６ｍｍ、芯金３２ａ（材質Ａ５０５２）の厚さを１．５ｍｍ、弾性層３２ｂの厚さを５ｍｍとした同一品であり、定着ベルト３３は上記した構成からなる同一品である。

なお、印刷動作においては、定着ベルト３３の温度が、室温から定着時の目標温度に到達したときに印刷開始可能となるが、このときに加圧ローラ温度センサ３７で検出した加圧ローラ３０の表面温度を、立上り時加圧ローラ到達温度という。

評価試験は、プリンタ１へ試験品の加圧ローラ３０を組込んだ定着装置１４を装着し、電源を投入した後のウォーミングアップ終了時に、Ａ４サイズの用紙Ｐ（沖データエクセレントペーパ）に、トナーデューティ５％となる印刷パターンを印刷速度Ａ４縦送り３０ｐｐｍで５０枚連続印刷して行い、そのときの１枚目の用紙Ｐの排出後の逆カール量と、５０枚排出後の用紙Ｐの集積状態を評価項目とした。
また、評価環境は、定着後の用紙Ｐが逆カールとなり易いＨＨ環境（高温多湿の環境のことをいう。）にて行った。

なお、本説明における逆カールとは、トナーＴが定着された用紙Ｐの面を上にして用紙Ｐが山型に反ることをいう。
上記評価条件による各試験品の加圧ローラ３０の評価結果を図８に示す。

図８に示すように、加圧ローラ３０の弾性層厚さｔ２が、定着ローラ３２の弾性層厚さｔ４よりも小さいときに、加圧ローラ３０のウォーミングアップ直後の印刷開始時における立上り時加圧ローラ到達温度が、集積不良となる逆カール量が発生しない温度となっていることが判る。

これを詳細に説明すると、図９に示すように、加圧ローラ３０の弾性層厚さｔ２を８ｍｍから２ｍｍへと薄くしていくと、定着ベルト３３がウォーミングアップ時に室温から定着時の目標温度となったときの立上り時加圧ローラ到達温度は、７０℃から１１０℃へと高くなっていく。また、図１０に示すように、加圧ローラ３０の熱容量を４１１Ｊ／Ｋから２３０Ｊ／Ｋへと小さくしていくと、立上り時加圧ローラ到達温度は、７０℃から１１０℃へと高くなっていく。

このときの用紙Ｐの逆カール量は、図１１に示すように、２５ｍｍから８ｍｍへと立上り時加圧ローラ到達温度が高くなっていく程、減少していき、５０枚印刷後の集積状態は、逆カール量１０ｍｍ以下のときに、乱れのない集積結果となる。

すなわち、加圧ローラ３０の弾性層３０ｂと定着ローラ３２の弾性層３２ｂの厚さの関係を、
加圧ローラ弾性層厚さｔ２ ＜ 定着ローラ弾性層厚さｔ４ ・・・・・・（１）
とすれば、ウォーミングアップ直後の印刷開始時における逆カール量を１０ｍｍ以下に抑制して、良好な集積状態を得ることができる。

また、加圧ローラ３０の熱容量と定着ローラ３２の熱容量の関係を、
加圧ローラ熱容量 ＜ 定着ローラ熱容量 ・・・・・・・・・・・・・・（２）
とすれば、ウォーミングアップ直後の印刷開始時における逆カール量を１０ｍｍ以下に抑制して、良好な集積状態を得ることができる。

このように、同じ構成であっても、熱容量が大きい場合は、大きな逆カール量が発生するが、加圧ローラ３０の熱容量を小さくすれば逆カール量を小さくすることができることが判った。
なお、他の試験によって、定着ローラ３２の弾性層厚さｔ４と定着性との関係を調べると、弾性層厚さｔ４が１ｍｍのときに定着不良の発生がわずかに見られた。このため、より望ましい定着ローラ３２の弾性層厚さｔ４としては、２ｍｍ以上であることが必要である。

上記評価試験に加えて、試験品２の加圧ローラ３０を基準とし、外径を同一として、加圧ローラ３０の芯金厚さｔ１を弾性層厚さｔ２に応じて、たわみ強度が等しくなるように芯金厚さｔ１を設定した試験品５〜７について、上記した定着ローラ３２および定着ベルト３３と組合せて同様の評価試験を行った。その評価結果を図１２に示す。なお、試験品７の加圧ローラ３０の芯金３０ａは、外径２０ｍｍの中実軸である。

図１２に示すように、加圧ローラ３０の熱容量が、定着ローラ３２の熱容量よりも小さいときに、加圧ローラ３０のウォーミングアップ直後の印刷開始時の立上り時加圧ローラ到達温度が、集積不良となる逆カール量が発生しない温度となっており、図８に示した試験品の評価結果に対して、芯金３０ａの熱容量が小さいときに逆カール量の発生が、更に抑制されていることが判る（試験品５参照）。

上記のように、本実施例では、定着装置１４の加圧ローラ３０の弾性層３０ｂの厚さを定着ローラ３２の弾性層３２ｂの厚さより薄くしたので、加圧ローラ３０の温度上昇が速くなり、ウォーミングアップ時間中に加圧ローラ３０の表面温度を印刷開始に必要な温度に上昇させることができ、定着時の定着ユニット３１と加圧ローラ３０との温度差が小さくなるため、用紙Ｐの表裏の乾き具合の差が小さくなって逆カール量を低減することができる定着装置１４を得ることができる他、加圧ローラ３０の温度上昇が早くなるため、印刷開始時のウォーミングアップ時間を短縮することができる。

また、この定着装置１４を備えることで本実施例のプリンタ１は、電源投入直後やパワーセーブモードからのリカバリー後の定着処理において、良好な搬送性や集積性を確保することができる。
なお、本実施例においては、加熱部材としてのヒータは、面状ヒータであるとして説明したが、ハロゲンヒータ４５であってもよい。

ハロゲンヒータ４５は、図１３に示すように、ヒータカバー４５ａに、発熱体としてのハロゲンランプ４５ｂを内蔵して構成され、ヒータカバー４５ａと定着ベルト３３との摺接面によって、ハロゲンランプ４５ｂからの熱を定着ベルト３３へ伝え、定着ベルト３３を内周面側から加熱する。
また、ハロゲンヒータ４５のヒータカバー４５ａは、加圧ローラ３０の反対側で定着ローラ３２から離間して、定着ローラ３２に対向して配置され、ヒータホルダ３５と同様に、定着ローラ３２とともに定着ベルト３３を張架して回転可能に支持する機能も有している。

以上説明したように、本実施例では、ベルト加熱方式の定着装置において、加圧ローラの弾性層の厚さを、定着ローラの弾性層の厚さよりも薄くしたことによって、加圧ローラの温度上昇を速くして、ウォーミングアップ時間中に加圧ローラの表面温度を印刷開始に必要な温度に上昇させることができ、定着時における定着ユニットと加圧ローラとの温度差を減少させて、用紙Ｐに発生する逆カール量を抑制することができると共に、印刷開始時のウォーミングアップ時間を短縮することができる。

以下に、図１４ないし図１９を用いて本実施例の定着装置およびプリンタについて説明する。なお、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施例の定着装置１４は、図１４に示すように、定着ベルト３３の内側に、定着ローラ３２の定着ベルト３３の回転方向（図１４において、時計方向）の上流側に隣接して、押圧部材としてのパッド５０が、圧縮コイルスプリング等のバネ部材５１によって定着ベルト３３を介して加圧ローラ３０を押圧する方向に付勢されて設けられており、定着ローラ３２と共に加圧ローラ３０との間でニップ部を形成するように構成されている。

これによって、ニップ幅を上記実施例１よりも長く確保することが可能となり、定着速度を向上させることができる。また、定着ローラ３２の外径を小さく構成することが可能となり、定着ベルトユニット３１の熱容量を小さくして、ウォーミングアップ時間を短縮することができる。従って、本実施例では、印刷速度をＡ４縦送り４０ｐｐｍ、ウォーミングアップ時間を２０秒に設定している。
なお、本実施例の定着ベルト３３は、上記実施例１と同様であり、その内径は４５ｍｍである。

パッド５０は、図１５に示すように、アルミニウム等の金属からなる支持基材５０ａと、支持基材５０ａに接着固定された弾性材５０ｂと、弾性材５０ｂの表層に摺動層５０ｃを設けて構成され、弾性材５０ｂは、定着ベルト３３を介して加圧ローラ３０の曲率と同じとなるように円弧面５０ｄで形成されている。

本実施例のパッド５０は、支持基材５０ａをアルミニウム材（材質Ａ６０６３）として、弾性材５０ｂはシリコーンゴムで形成し、摺動層５０ｃとして厚さ３０μｍのＰＦＡ樹脂をコーティングして構成し、円弧面５０ｄの円弧の長さは５ｍｍに設定されている。

本実施例の定着ローラ３２の構成は、上記実施例１と同様であるが、芯金３２ａを直径２３ｍｍ、厚さｔ３＝０．５ｍｍ、長さ２３０ｍｍの鉄材料（材質ＳＴＫＭ）からなるパイプとし、弾性層３２ｂとして厚さｔ４＝１ｍｍのシリコーンゴム層を形成した、外径２６ｍｍのローラである点で異なる。

本実施例の加圧ローラ３０の構成は、上記実施例１と同様であるが、芯金３０ａを直径２８ｍｍ、厚さｔ１＝０．５ｍｍ、長さ２３０ｍｍの鉄材料（材質ＳＴＫＭ）からなるパイプとし、弾性層３０ｂとして厚さｔ２のシリコーンゴム層を形成し、その表面に離型層３０ｃとして厚さ４０μｍのＰＦＡ樹脂チューブを被覆した、外径３６ｍｍのローラである点で異なる。なお、弾性層３０ｂの厚さｔ２については、後述する。

本実施例のプリンタ１の印刷動作および定着装置１４の定着動作については、上記実施例１と同様であるので、その説明を省略する。
本実施例の構成からなるベルト加熱方式による定着装置１４において、逆カール量を抑制するための仕様を検討するために、加圧ローラ３０の弾性層３０ｂの厚さｔ２を変化させて、上記実施例１と同様の評価試験を行った。

評価の対象とした試験品の加圧ローラ３０は、図１６に示すように、その外径を３６ｍｍ、芯金３０ａ（材質ＳＴＫＭ）の厚さｔ１を０．５ｍｍで同一とし、弾性層３０ｂの厚さｔ２を０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍに変化させたもの（試験品８〜１１）である。
なお、各試験品の加圧ローラ３０と組合せる定着ローラ３２は、上記した本実施例の構成、定着ベルト３３は上記実施例１の構成からなる同一品である。また、本実施例の評価試験における印刷速度は、Ａ４縦送り４０ｐｐｍである。

上記評価条件による各試験品の加圧ローラ３０の評価結果を図１６に示す。
図１６に示すように、加圧ローラ３０の弾性層厚さｔ２が、定着ローラ３２の弾性層厚さｔ４よりも小さいときに、加圧ローラ３０のウォーミングアップ直後の印刷開始時における立上り時加圧ローラ到達温度が、集積不良となる逆カール量が発生しない温度となっていることが判る。

これを詳細に説明すると、図１７に示すように、加圧ローラ３０の弾性層厚さｔ２を３ｍｍから０．５ｍｍへと薄くしていくと、定着ベルト３３がウォーミングアップ時に室温から定着時の目標温度となったときの立上り時加圧ローラ到達温度は、８０℃から１２５℃へと高くなっていく。また、図１８に示すように、加圧ローラ３０の熱容量を２４０Ｊ／Ｋから８４Ｊ／Ｋへと小さくしていくと、立上り時加圧ローラ到達温度は、８０℃から１２５℃へと高くなっていく。

このときの用紙Ｐの逆カール量は、図１９に示すように、２５ｍｍから５ｍｍへと立上り時加圧ローラ到達温度が高くなっていく程、減少していき、５０枚印刷後の集積状態は、逆カール量１０ｍｍ以下のときに、乱れのない集積結果となる。

すなわち、加圧ローラ３０の弾性層３０ｂと定着ローラ３２の弾性層３２ｂの厚さの関係を、
加圧ローラ弾性層厚さｔ２ ＜ 定着ローラ弾性層厚さｔ４ ・・・・・・（３）
とすれば、ウォーミングアップ直後の印刷開始時における逆カール量を１０ｍｍ以下に抑制して、良好な集積状態を得ることができる。

また、加圧ローラ３０の熱容量と定着ローラ３２の熱容量の関係を、
加圧ローラ熱容量 ＜ 定着ローラ熱容量 ・・・・・・・・・・・・・・（４）
とすれば、ウォーミングアップ直後の印刷開始時における逆カール量を１０ｍｍ以下に抑制して、良好な集積状態を得ることができる。

このように、同じ構成であっても、熱容量が大きい場合は、大きな逆カール量が発生するが、加圧ローラ３０の熱容量を小さくすれば逆カール量を小さくすることができることが判った。
なお、他の試験によって、定着ローラ３２の弾性層厚さｔ４と定着性との関係を調べると、弾性層厚さｔ４が１ｍｍのときに定着不良の発生がわずかに見られた。このため、より望ましい定着ローラ３２の弾性層厚さｔ４としては、２ｍｍ以上であることが必要である。

上記のように、本実施例では、上記実施例１と同様に、定着装置１４の加圧ローラ３０の弾性層３０ｂの厚さを定着ローラ３２の弾性層３２ｂの厚さより薄くしたので、加圧ローラ３０の温度上昇が速くなり、ウォーミングアップ時間中に加圧ローラ３０の表面温度を印刷開始に必要な温度に上昇させることができ、定着時の定着ユニット３１と加圧ローラ３０との温度差が小さくなるため、用紙Ｐの表裏の乾き具合の差が小さくなって逆カール量を低減することができる定着装置１４を得ることができる他、加圧ローラ３０の温度上昇が早くなるため、印刷開始時のウォーミングアップ時間を短縮することができる。

また、この定着装置１４を備えることで本実施例のプリンタ１は、電源投入直後やパワーセーブモードからのリカバリー後の定着処理において、良好な搬送性や集積性を確保することができる。

上記に加えて、本実施例では、定着装置１４にパッド５０を追加した構成としたことによって、ニップ幅を実施例１よりも長く確保して定着速度を向上させることができると共に、定着ローラ３２の外径を小さく構成することが可能となり、定着ユニット３１の熱容量を更に小さくして、印刷開始時のウォーミングアップ時間を更に短縮することができる。

以上説明したように、本実施例では、ベルト加熱方式の定着装置において、加圧ローラの弾性層の厚さを、定着ローラの弾性層の厚さよりも薄くし、定着ローラに隣接して、定着ベルトを介して加圧ローラを押圧するパッドを設けたことによって、加圧ローラの温度上昇を更に速くして、ウォーミングアップ時間中に加圧ローラの表面温度を印刷開始に必要な温度に上昇させることができ、定着時における定着ユニットと加圧ローラとの温度差を減少させて、用紙Ｐに発生する逆カール量を抑制することができると共に、印刷開始時のウォーミングアップ時間を更に短縮することができる。

なお、本発明は、上記各実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。また、明細書全文に開示した部材の内容はあくまで例示であって、これらの記載に限定されるものではない。
また、上記各実施例においては、印刷用の媒体は、普通紙であるとして説明したが、媒体は前記に限らず、ＯＨＰシート、カード、葉書、秤量が２００ｇ／ｍ^２相当以上の厚紙、封筒、熱容量の大きいコート紙等の特殊紙等であってもよい。

更に、上記各実施例においては、加熱部材は、面状ヒータまたはハロゲンヒータであるとして説明したが、定着ベルトとの摺接面が定着ベルトと同程度の曲率を有するものであっても、円筒状のヒータであってもよい。要は、加熱部材の種類や形状に限定されるものではない。
更に、上記各実施例においては、ヒータは、定着ベルトの内側に配置するとして説明したが、外側に配置してもよい。

更に、上記各実施例においては、画像形成装置はカラープリンタであるとして説明したが、画像形成装置は前記に限らず、電子写真方式を採用したモノクロプリンタ、複写機、ファクシミリ装置、複合機等であってもよい。

１ プリンタ
２ 用紙カセット
３ スタッカ
４ 用紙搬送路
５ａ、５ｂ 給紙ローラ
６ 分離片
７ 搬送ローラ
８ レジストローラ
９ 搬送ベルト
１１、１１ｋ、１１ｙ、１１ｍ、１１ｃ 画像形成部
１２ 露光ヘッド
１３ 転写ローラ
１４ 定着装置
１５ 上部カバー
１６ａ、１６ｂ 排出ローラ
１８ 感光体ドラム
１９ 帯電ローラ
２０ 現像ローラ
２１ 供給ローラ
２２ トナーカートリッジ
２３ クリーニングブレード
３０ 加圧ローラ
３０ａ 芯金
３０ｂ 弾性層
３０ｃ 離型層
３１ 定着ベルトユニット
３２ 定着ローラ
３２ａ 芯金
３２ｂ 弾性層
３３ 定着ベルト
３３ａ ベルト基材
３３ｂ 弾性層
３３ｃ 離型層
３４ ヒータ
３４ａ 基板
３４ｂ 電気絶縁層
３４ｃ 電極
３４ｄ 抵抗発熱体
３４ｅ 保護層
３５ ヒータホルダ
３６ ベルト温度センサ
３７ 加圧ローラ温度センサ
４０ 制御部
４１ 記憶部
４２ 高圧電源部
４３ 定着制御部
４５ ハロゲンヒータ
４５ａ ヒータカバー
４５ｂ ハロゲンランプ
５０ パッド
５０ａ 支持基材
５０ｂ 弾性材
５０ｃ 摺動層
５０ｄ 円弧面

Claims (7)

1. 弾性層を有する定着ローラと、
   弾性層を有し、ベルト部材を介して前記定着ローラを押圧してニップ部を形成する加圧ローラと、
   前記ベルト部材を加熱する加熱部材とを備えた定着装置において、
   前記加圧ローラの弾性層の厚さを、前記定着ローラの弾性層の厚さよりも薄くしたことを特徴とする定着装置。
2. 請求項１に記載の定着装置において、
   前記加圧ローラの熱容量を、前記定着ローラの熱容量よりも小さくしたことを特徴とする定着装置。
3. 弾性層を有する定着ローラと、
   弾性層を有し、ベルト部材を介して前記定着ローラを押圧してニップ部を形成する加圧ローラと、
   前記ベルト部材を加熱する加熱部材とを備えた定着装置において、
   前記加圧ローラの熱容量を、前記定着ローラの熱容量よりも小さくしたことを特徴とする定着装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の定着装置において、
   前記定着ローラに隣接して、前記ベルト部材を介して前記加圧ローラを押圧する押圧部材を設けたことを特徴とする定着装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の定着装置において、
   前記加熱部材は、面状ヒータであることを特徴とする定着装置。
6. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の定着装置において、
   前記加熱部材は、ハロゲンヒータであることを特徴とする定着装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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