JP2012220503A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】幅広、高面圧なニップを得ることができ、かつ、加圧回転体の駆動に対して、定着ベルトおよび加熱回転体を確実に従動回転させる定着装置を提供する。
【解決手段】加熱ローラ７８と、加熱ローラ７８の外周面の一部と摺動接触する固定部材７４と、加熱ローラ７８と固定部材７４に架け渡される可撓性を有する定着ベルト７７と、定着ベルト７７を介して固定部材７４と加圧接触してニップ部を形成し、駆動回転することにより定着ベルトを従動回転させる加圧ローラ７２とを備え、ニップ部の圧力は、定着ベルト７７及び固定部材７４を介した、加熱ローラ７８と加圧ローラ７２との間の加圧力により付与され、加熱ローラ７８の軸方向において、定着ベルト７７と加熱ローラ７８との接触幅Ａよりも固定部材７４と加熱ローラ７８との接触幅Ｂが狭く、該接触幅Ｂの外側部分に、定着ベルト７７と加熱ローラ７８との滑りを防ぐ押圧ローラ７０を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、定着装置および画像形成装置に関する。さらに詳述すると、高速印刷が可能な電子写真方式のカラー画像形成装置に好適な定着装置に関する。

複写機、レーザープリンタ等の電子写真方式の画像形成装置においては、像担持体上に形成した静電潜像を現像装置で現像し、そのトナー像を記録媒体（用紙、被定着材、記録材ともいう）上に転写し、定着装置によって定着して画像形成を行っている。

この定着装置としては様々な方式のものが提案されており、例えば、ローラ定着方式の定着装置が知られている。ローラ定着方式は、例えば、図１１に示すように、定着ローラ９１と、加圧ローラ９２からなり、それぞれ金属パイプ９３，９４の表層にゴム層９５，９６を設け、内側にハロゲンヒータ９７，９８を備えている。このようなローラ定着方式の定着装置では、ゴム層が熱抵抗となるため、表面を一定温度に制御すると、金属パイプとゴム層の界面温度が高くなり、ゴムの耐熱温度を超えてしまう。そのため、ゴム層は薄くする必要がある（０．５〜２ｍｍ程度）。しかしながら、薄いゴム層の定着ローラと加圧ローラから得られるニップ幅は小さく、幅広いニップが必要な高速機には、ローラ定着方式では対応することができなかった。

また、例えば、特許文献１には、図１２に示すような、加熱回転体７８と、定着部材（回転体）７４と、加熱回転体７８と定着部材７４によって張られた定着ベルト７７と、定着ベルト７７を介して定着部材７４に加圧接触する加圧回転体７２とから構成されるベルト定着方式の定着装置が開示されている。この定着装置は、定着部材７４と加圧回転体７２とが加圧され、加熱回転体７８は、定着ベルト７７と密着しながら従動回転するものである。

特許文献１に記載のベルト定着方式の定着装置によれば、ローラ定着方式によるものと比較して、定着ローラのゴム層を厚くすることができ、幅広いニップを得ることができる。しかしながら、例えば、５０ｐｐｍ（Page Per Minute）以上の高速機では幅広いニップ幅を得るためにローラ径が直径５０ｍｍ以上であることが必要となる。このような大径ローラは曲率が小さい（曲がり具合が緩い）ので、ニップ出口部での用紙はローラに巻きついてしまう（自然分離できない）。そのため、ニップ出口部のベルト表面に接触する分離爪８３による強制分離が必要であるが、ベルト表面に接触した分離爪８３による磨耗傷が画像に転写される不具合が生じてしまうという問題がある。

また、特許文献２には、ベルト定着方式において、定着部材を固定部材とし、固定部材には補助コロを追加する構成とした定着装置が開示されている。この定着装置は、定着部材（固定部材）と加圧回転体とが加圧され、加熱回転体は、定着ベルトと密着しながら従動回転するものである。

特許文献２に記載の定着装置によれば、定着部材を固定部材として省スペースで幅広いニップ幅を得ることが容易となる。この際、定着ベルトと固定部材とが摺動するおそれがあるが、補助コロを追加することにより、摺動低減を実現している。また、固定部材の形状によって、ニップ出口部曲率を大きくし（曲がり具合がきつい）、用紙分離性を改善している（自然分離が可能）。しかしながら、固定部材が小さいため、高圧力に耐えられない。すなわち、撓んでしまい、均一なニップを確保できないという課題があった。

また、特許文献３には、ベルト定着方式において、定着部材を固定部材と回転体とした定着装置が開示されている。この定着装置は、定着部材（固定部材と回転体）と加圧回転体とが加圧され、加熱回転体は、定着ベルトと密着しながら従動回転するものである。

特許文献３に記載の定着装置によれば、定着部材を固定部材と回転体とし、省スペースで幅広いニップ幅を得ることが容易となる。この際、定着ベルトと固定部材が摺動する欠点があるが、回転部材により、摺動低減を実現している。また、定着部材の回転体が小径なので、ニップ出口部の曲率を大きくし、用紙分離性を改善している（自然分離が可能）。しかしながら、上記特許文献２と同様に、固定部材が小さいため、高圧力に耐えられないという課題があった。

また、特許文献４には、固定した円筒形の加熱部材と、加熱部材と定着ベルトと、定着ベルトを介して加熱部材に加圧接触する加圧回転体とから構成される定着装置が開示されている。この定着装置は、加熱部材と加圧回転体とが加圧され、加熱部材は固定され、定着ベルトは加熱部材と接触、又は微小なクリアランスを保ちながら摺動回転するものである。

特許文献４に記載の定着装置によれば、特許文献１〜３に開示されたベルト定着方式の定着装置に比べ、ウォームアップタイムやファーストプリントタイムを短縮することができる。しかしながら、特許文献４に記載の技術では、定着ベルトと加熱部材とが摺動している。ここで、加熱部材から定着ベルトへの熱伝達性能を上げるためには、加熱部材と定着ベルトとのクリアランスを０に近づけ、接触面積を増やす必要があるが、摺動抵抗は増加してしまう。また、定着ベルトの走行性を保つためには、加熱部材と定着ベルトとのクリアランスを広げ、摺動抵抗を減らす必要があるが、熱伝達性能は低下してしまう。また、クリアランスが生じる部分は、対流や輻射による熱伝達となるため、加熱部材側が定着ベルト側より高温となり、加熱部材の熱膨張や熱変形、熱劣化が問題となる。

近年、画像形成装置はカラー化、高画質化、高速化が進んでいる。カラー画像を高画質で定着するためには、記録紙がニップと接触している時間（以下、ニップ時間）は、４０〜６０ｍｓｅｃ必要であり、ニップ部での圧力が７Ｎ/ｃｍ^２以上必要である。特に、５０ＰＰＭ（Ａ４サイズ）以上の高速機では、記録紙の搬送速度が速いため、上記ニップ時間を確保するために、ニップ幅は１０ｍｍ以上と広く必要で、かつ７Ｎ/ｃｍ^２以上の面圧を必要とする。また、高速機で利用の多いコート紙（樹脂コートされた紙）は、ニップ通過中に水蒸気によるトナー画像乱れが生じやすいため、さらなる高面圧（１２Ｎ/ｃｍ^２以上）を必要とする。

また、高画質化のためには、ニップ部出口では記録紙が自然分離する必要があり、ニップ部の形状や、ニップ出口部のローラ曲率、ガイド部材を工夫している。なお、分離爪などをローラに当接させて記録紙を強制分離する方法もあるが、ローラの磨耗傷が画像に転写されてしまい、画像を劣化させてしまうおそれがある。

このような高速画像形成装置においては、ニップ幅を確保しやすい、上記特許文献１のようなベルト定着装置が多く採用されている。しかしながら、１０ｍｍ以上の広いニップ幅、および高面圧を得るためには、定着ローラと加圧ローラの間に高い加圧力が必要であり、この加圧力にたわまず、軸方向に均一なニップ幅を得るためには、強度が高い直径５０ｍｍ以上の大径のローラが必要となる。

また、大径ローラのベルト定着装置は、装置自体が大型化し、部品コストも増加するという問題がある。また、ニップ出口のローラ曲率が小さくなり、記録紙が自然分離しにくくなるため、例えば、溶融したトナーの粘着力によって定着ベルトに記録紙が巻きついてしまう等の不具合が発生する。また、分離爪による強制分離とすると、画像が劣化するおそれがある。

また、定着部材を固定部材とした上記特許文献２，３のような定着装置では、定着部材を固定部材とすることで、定着ベルトと固定部材が摺動するため、摺動抵抗により定着ベルト走行性が悪化したり、各々の部材の磨耗劣化などの問題が生じることとなる、これに対し、特許文献２，３では、固定部材にコロを設けて摺動抵抗を低減させたり、各々の部材の材質やグリスなどを工夫して解決を図っているが、固定部材は大径ローラと比較して小さいので、強度不足となってしまう。そのため、高面圧が得られず、画質向上をはかりづらいという問題があった。

また、特許文献４の定着装置では、加熱部材を大径化し、補強部材を大きくすることで高面圧に対応することが可能であり、ニップ部の形状によって、幅広いニップを得ることができるが、加熱部材を大径化すると、特許文献１のベルト定着装置と同様に、ニップ出口のローラ曲率が小さくなるので、記録紙が自然分離しにくく、溶融したトナーの粘着力によって定着ベルトに記録紙が巻きついてしまう問題があった。また、熱伝達性能とベルト走行性を両立するのが難しく、高速の画像形成装置に採用するのは困難であった。

上記課題を解決するため、本発明は、ニップ部の圧力を固定部材だけではなく加熱回転体も利用して受けることで、固定部材を大きくすることなく、幅広、高面圧なニップを得ることを可能とし、定着ベルト周長を短くすることで小型化が可能な定着装置および画像形成装置を提供するものである。

さらに、上記構成では、定着ベルト、および／または、加熱回転体のスリップが生じるおそれがあることを知見した。ここで、定着ベルトがスリップすると、用紙が正確に搬送されなくなる場合があり、また、加熱回転体がスリップすると、加熱回転体の熱を定着ベルトに伝熱しにくくなるとともに、定着ベルトの摺動抵抗となって定着ベルトのスリップの原因ともなってしまう場合があった。

そこで、本発明は、ニップ部の圧力を固定部材だけではなく加熱回転体も利用して受けることで、固定部材を大きくすることなく、幅広、高面圧なニップを得ることを可能とし、定着ベルト周長を短くすることで小型化が可能であり、かつ、加圧回転体の駆動に対して、定着ベルトおよび加熱回転体を確実に従動回転させることができる定着装置および画像形成装置を提供することを目的とするものである。

かかる目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、熱源により加熱されるとともに回転する加熱回転体と、加熱回転体の外周面の一部と摺動接触する固定部材と、加熱回転体と固定部材に架け渡される可撓性を有する定着ベルトと、定着ベルトを介して固定部材と加圧接触してニップ部を形成し、駆動回転することにより定着ベルトを従動回転させる加圧回転体と、をニップ部形成のための加圧方向にこの順番で配列して備えた定着装置において、ニップ部の圧力は、定着ベルト及び固定部材を介した、加熱回転体と加圧回転体との間の加圧力により付与され、加熱回転体の軸方向において、定着ベルトと加熱回転体との接触幅Ａよりも固定部材と加熱回転体との接触幅Ｂが狭く、該接触幅Ｂの外側部分に、定着ベルトと加熱回転体との滑りを防ぐスリップ防止手段を備えるものである。

本発明によれば、固定部材を大きくすることなく、幅広、高面圧なニップを得ることを可能とし、定着ベルト周長を短くすることで定着装置の小型化を実現し、かつ、加圧回転体の駆動に対して、定着ベルトおよび加熱回転体を確実に従動回転させることが可能となる。

本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 本発明に係る定着装置の一例を示す概略構成図である。 定着装置の側面断面図の一例である。 コロを有する固定部材の模式図である。 突起形状を有する固定部材の模式図である。 軸方向外側部分を高摩擦係数部材とした加圧ローラの模式図である。 軸方向外側部分を高摩擦係数部材とした定着ベルトの模式図である。 粗面加工が施された加熱ローラの模式図である。 嵌合形状を有する加熱ローラと定着ベルトの模式図である。 熱源として誘導加熱手段を用いた定着装置の一例を示す概略構成図である。 従来のローラ定着方式の定着装置の概略構成図である。 従来のベルト定着方式の定着装置の概略構成図である。

以下、本発明に係る構成を図１から図１０に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。

（画像形成装置）
図１に、本発明に係る定着装置を備えた画像形成装置の位置実施形態であるカラー複写機の全体概略構成を示す。図中符号１００は、複写機本体である。複写機本体１００には、中央に、無端ベルト状の中間転写体１０を、図示例では駆動ローラ１４と第１の従動ローラ１５と第２の従動ローラ１６に掛け回して図中時計まわりに回転搬送可能に設ける。もちろん、別途中間転写体１０の片寄りを調整するローラに掛け回すなど、４つ以上のローラに掛け回すようにしてもよい。なお、中間転写体１０は、図示例ではほぼ水平に張り渡すが、水平ではなく、斜めに傾斜して張り渡すようにしてもよい。

この図示例では、図示省略するが、第２の従動ローラ１６に近接し、画像転写後に中間転写体１０上に残留する残留トナーを除去するベルトクリーニング装置を設ける。

また、駆動ローラ１４と第２の従動ローラ１６間に張り渡した中間転写体１０上には、その搬送方向に沿って、ブラック・イエロ・マゼンタ・シアンの４つの単色作像手段１８を横に並べて配置してタンデム作像装置２０を設ける。タンデム作像装置２０の上には、さらに露光装置２１を設ける。

一方、中間転写体１０の張り渡し領域の下方には、ローラを用いた２次転写装置２２を備える。２次転写装置２２は、第１の従動ローラ１５に押し当てて中間転写体１０上の画像を記録媒体Ｐに転写する。２次転写装置２２の横には、図示例では、２つのローラ２３間に、無端ベルトである搬送ベルト２４を掛け渡して設ける。搬送ベルト２４の横には、記録媒体Ｐ上の転写画像を定着する定着装置２５を設ける。

上述した２次転写装置２２には、画像転写後の記録媒体Ｐを搬送する媒体搬送機能も備えている。もちろん、２次転写装置２２として、非接触のチャージャを配置してもよく、そのような場合は、この媒体搬送機能を併せて備えることは難しくなる。

さて、このような２次転写装置２２、搬送ベルト２４、および定着装置２５の下方には、用紙・ＯＨＰフィルム等の記録媒体Ｐを収納する媒体収納カセット２８を備える。

ところで、いまこのカラー複写機を用いてコピーをとるときは、スキャナ２００の原稿台３０上に原稿Ｇをセットし、不図示の原稿押えで押さえる。そして、不図示のスタートスイッチを押すと、スキャナ２００を駆動して原稿内容を読み取ることができる。すなわち、ハロゲンランプ等の光源３１で原稿Ｇを照射してその反射光をミラー３２で反射し、レンズ３３を透して集光してＣＣＤ３４に入れ、画像を電気信号に変換する。

また、不図示のスタートスイッチを押すと、同時に不図示の駆動モータで駆動ローラ１４を回転駆動して従動ローラ１５・１６を従動回転し、中間転写体１０を回転搬送する。同時に、個々の単色作像手段１８でその像担持体４０を回転して各像担持体４０上にそれぞれ、ブラック・イエロ・マゼンタ・シアンの単色画像を形成する。そして、中間転写体１０の搬送とともに、それらの単色画像を順次重ね１次転写して中間転写体１０上に合成カラー画像を形成する。

一方、不図示のスタートスイッチを押すと、給紙コロ３５を回転し、媒体収納カセット２８から記録媒体Ｐを繰り出し、給紙路３６に入れてレジストローラ３７に突き当てて止める。

そして、中間転写体１０上の合成カラー画像にタイミングを合わせてレジストローラ３７を回転し、中間転写体１０と２次転写装置２２との間に記録媒体Ｐを送り込み、２次転写装置２２で中間転写体１０上の合成カラー画像を一括して２次転写して記録媒体Ｐ上にカラー画像を形成する。

画像転写後の記録媒体Ｐは、搬送ベルト２４で搬送して定着装置２５へと送り込み、定着装置２５で熱と圧力とを加えて転写画像を定着して後、排紙トレイ３８上にスタックする。

一方、画像転写後の中間転写体１０は、不図示のベルトクリーニング装置で、画像転写後に中間転写体１０上に残留する残留トナーを除去し、タンデム作像装置２０による再度の画像形成に備える。

さて、上述したタンデム作像装置２０において、各単色作像手段１８は、詳しくは、ドラム状の像担持体４０のまわりに、帯電装置４１、現像装置４２、１次転写装置４３、クリーニング装置４４、不図示の除電装置などを備えてなる。

図示省略するが、これら単色作像手段１８を構成する部分の全部または一部でプロセスカートリッジを形成し、複写機本体１００に対して一括して着脱自在としてメンテナンス性を向上するようにしてもよい。

単色作像手段１８を構成する部分のうち、帯電装置４１は、図示例では帯電ローラを用い、像担持体４０に接触して電圧を印加することによりその像担持体４０の帯電を行う。

現像装置４２は、図示例では、磁性キャリアと非磁性トナーとよりなる二成分現像剤を使用する。

１次転写装置４３は、ローラ状とし、中間転写体１０を挟んで像担持体４０に押し当てて設ける。なお、ローラ状に限らず、ブラシや非接触のチャージャであってもよい。

クリーニング装置４４は、像担持体４０に接触してクリーニングブレードやクリーニングブラシなどのクリーニング部材を備え、そのクリーニング部材で像担持体４０上の残留トナーを除去する。

不図示の除電装置は、例えばランプであり、光を照射して像担持体４０の表面電位を初期化する。

そして、像担持体４０の回転とともに、まず帯電装置４１で像担持体４０の表面を一様に帯電し、次いでスキャナ２００の読取り内容に応じ、上述した露光装置２１において、レーザやＬＥＤ等による書込み光Ｌをポリゴンミラー４７で反射してさらにミラー４８で反射し、像担持体４０に照射して像担持体４０上に静電潜像を形成する。

その後、現像装置４２によりトナーを付着してその静電潜像を可視像化し、その可視像を１次転写装置４３で中間転写体１０上に転写する。画像転写後の像担持体４０の表面は、クリーニング装置４４で残留トナーを除去して清掃し、除電装置で除電して再度の画像形成に備える。

（定着装置）
本発明に係る定着装置は、熱源（熱源８４）により加熱されるとともに回転する加熱回転体（加熱ローラ７８）と、加熱回転体の外周面の一部と摺動接触する固定部材（固定部材７４）と、加熱回転体と固定部材に架け渡される可撓性を有する定着ベルト（定着ベルト７７）と、定着ベルトを介して固定部材と加圧接触してニップ部を形成し、駆動回転することにより定着ベルトを従動回転させる加圧回転体（加圧ローラ７２）と、をニップ部形成のための加圧方向にこの順番で配列して備えた定着装置において、ニップ部の圧力は、定着ベルト及び固定部材を介した、加熱回転体と加圧回転体との間の加圧力により付与され、加熱回転体の軸方向において、定着ベルトと加熱回転体との接触幅Ａよりも固定部材と加熱回転体との接触幅Ｂが狭く、該接触幅Ｂの外側部分に、定着ベルトと加熱回転体との滑りを防ぐスリップ防止手段（押圧ローラ７０等）を備えるものである。なお、本明細書においては、「周方向」とは、加熱回転体の回転方向をいい、「軸方向」とは、加熱回転体の回転軸方向をいう。

図２に本実施形態に係る定着装置の概略構成図（正面図）を示す。また、図３に図２に示す定着装置の右側面図（断面）を示す。

定着装置２５は、フレームに回転可能に支持された加熱ローラ７８と、加熱ローラ７８の外周部と摺動接触し、図中の上下方向のみに移動可能なように固定された固定部材７４と、加熱ローラ７８と固定部材７４との外側に楕円状に掛け回された可撓性の定着ベルト７７と、加圧ローラ７２とにより構成されており、定着ベルト７７を介して固定部材７４に対して加圧ローラ７２を押し当てて定着ニップ部（定着ベルト７７と加圧ローラ７２との接触部をいう）が形成される。

定着ベルト７７は、固定部材７４に対して加圧ローラ７２によって密着し、また、定着ベルト７７には円形に戻ろうとする力（張力）が生じるため、加熱ローラ７８に密着する。

加圧ローラ７２には、図中の上方向の加圧力が与えられ、この加圧力は、定着ベルト７７、固定部材７４および加熱ローラ７８に伝わる。したがって、定着ニップ部、固定部材７４と定着ベルト７７との接触部、固定部材７４と加熱ローラ７８との接触部には圧力が生じることとなる。

定着ベルト７７の定着ニップ部の出口側には、定着ベルト７７から用紙Ｐを分離補助する分離板８３を先端部が定着ベルト７７と接触しないように設置されている。ここで、分離板８３は、搬送方向下流側に回転支点を有し、分離板先端近傍の位置決め部（軸方向で見て、用紙幅より外側にある）を定着ベルト７７にバネ部材等で付勢して、分離板先端部と定着ベルト７７とを微小なギャップとなるようにしている。よって、定着ニップ部の出口側で自然分離した用紙Ｐは、この分離板８３によってガイドされ、定着ベルト７７に巻きつくことはない。

加熱ローラ７８は、内部に熱源８４を備えている。熱源は、例えば、ハロゲンヒータ、赤外線ヒータ等であり、誘導加熱手段、熱抵抗等を用いても良い。

サーモパイル８５−１は、加熱ローラ７８に掛け回された定着ベルト７７の掛け回し終わり後の位置での表面温度を検知する。なお、サーモパイル８５−１は定着ベルト７７に非接触で配置され、軸方向における用紙幅内に設けられる。なお、図３に示す点線部分相当位置（定着ベルト表面）に設けられる。また、サーミスタ８５−２（図３では図示せず）を設け、加熱ローラ７８に掛け回された定着ベルト７７の掛け回されている部分での表面温度を検知している。なお、サーミスタ８５−２は定着ベルト７７に接触させて配置され、軸方向における用紙幅の外側であって後述するスリップ防止手段とは異なる位置に設けられる。

そして、定着ベルト停止中はサーミスタ８５−２の検知温度に基づき、定着ベルト走行中はサーモパイル８５−１の検知温度に基づき、不図示のコントローラにより、熱源８４をオンオフ制御し、加熱ローラ７８を所定温度に保持する。

加圧ローラ７２も同様に、内部にハロゲンヒータ等の熱源８６を備えており、同様に周面にサーミスタ８７が押し当てられている。そして、サーミスタ８７の検知温度に基づき不図示のコントローラで熱源８６をオンオフ制御し、加圧ローラ７２も同じく所定温度に保持する。なお、加圧ローラ７２は、必ずしも熱源８６を備える必要はない。

定着装置２５の入口側には入口ガイド８８が設けられ、用紙Ｐを定着ニップ部へと導くようにしている。

定着ベルト７７の表面に接触している部材は、サーミスタ８５−２、分離板８３の突き当て部であるが、いずれも用紙幅より外側に配置しているので、用紙幅内の定着ベルト７７に磨耗傷を生じさせることなく、磨耗傷が用紙Ｐのトナー画像に転写されることによる画像劣化が生じることはない。

本実施形態では、加圧ローラ７２として、鋼等の金属パイプに厚さ２ｍｍのシリコーンゴム層を設け、さらにその表面に離型層として厚さ３０μｍのフッ素樹脂チューブを設け、直径が５０ｍｍ、両端のジャーナル部６０を直径２５ｍｍに絞ったものを用いている。
両端のジャーナル部６０には、ベアリング６１を設け、フレームに回転可能に設けた加圧レバー８２とスプリング６２によって、ベアリング６１を加熱ローラ７８方向に加圧している（加圧機構部）。そして、図示しない駆動手段からの駆動が、加圧ローラ端部に設けたギヤ６３に入力され反時計まわりに回転する。このように構成された加圧ローラ７２が回転することにより、摩擦力によって定着ニップ部の定着ベルト７７が従動回転する。

加熱ローラ７８としては、例えば、熱伝導率のよい、厚さ０．５ｍｍ〜３ｍｍのアルミニウム製のパイプ（中空パイプ形状）であって、直径５０ｍｍのものを用いる。加熱ローラ７８は、加熱ローラ７８に巻きついている定着ベルト７７により、摩擦力によって従動回転する。加熱ローラ７８の表面には、後述する処理が施されている。また、内面には耐熱黒塗装が施され、熱源８４からの熱を吸収しやすくしている。

また、加熱ローラ７８の両端部は、フレーム８１にベアリング６４を介して回転可能に固定支持されている。このように構成された加熱ローラ７８は、定着ベルト７７の回転によって従動回転しながら、定着ベルト７７を加熱する。なお、加熱ローラ７８は、加圧ローラ７２からの圧接力を受けても、ほとんど撓むことのない剛性を有している。

固定部材７４は、その上面を加熱ローラ７８と摺動接触し、下面を定着ベルト７７と摺動接触している。図中（図２）の左右方向の寸法は、加熱ローラ７８の外径より小さく、かつ定着ニップ部より広い幅としている。また、図中（図２）の上下方向は、定着ベルト７７が加熱ローラ７８と固定部材７４の両方に緩く張られるような寸法としている。

固定部材７４の材質としては、耐熱性や摺動性に良好で、加熱ローラ７８からの熱移動が少ない耐熱樹脂を使用することが好ましい。例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド），ＰＡＩ（ポリアミドイミド），ＰＩ（ポリイミド）等を用いることができる。

また、定着ベルト７７との対向面は、一部シリコーンゴムなどの耐熱弾性体７４−２とすることにより、定着ベルト７７と用紙Ｐとの密着性を上げ、高画質化を図ることができる。また、固定部材７４の摺動面には、フッ素樹脂をコーティングしたり、フッ素樹脂シートを介在させたりして、摺動抵抗を低減することが好ましい。

また、加熱ローラ７８との対向面は、周方向における２箇所の接触部７４−１で加熱ローラ７８と摺動接触している。加熱ローラ対向面は加熱ローラ７８との摺動抵抗が小さく、かつ熱移動しにくいような構成とすることが好ましい。例えば、図４に示すように、接触部７４−１をコロなどの回転体で構成することや、図５に示すように、加熱ローラ７８との接触面に、多数の半円状の突起形状７４−５で形成し接触面積を低減することにより、摺動抵抗を低減し、熱移動防止を図ることができる。

また、定着ベルト７７との対向面は、加圧ローラ７８の外形面と同方向の曲面で形成され、定着ニップを形成している。このような固定部材側に凸形状のニップ形状では用紙Ｐは加圧ローラ側に沿って排出されるため、用紙Ｐが定着ベルト７７に巻きつきにくくなる。なお、ニップ形状は、これに限られるものではなく、例えば、定着ベルト７７との対向面をフラットにして、フラットなニップ形状としても良い。フラットな定着ニップ形状は、用紙Ｐの搬送性が良好でシワなどの用紙搬送不良が生じにくい。

また、定着ベルト７７との対向面の左右にある定着ベルト進入部（入口部）７４−３および／または出口部７４−４は、加熱ローラ外形面と同方向の小さいＲ形状としている。定着ベルト７７は、この２箇所のＲ部分と接触するように張られている。直径５０ｍｍローラ対による定着ニップでは、出口部の曲率が小さく（Ｒ＝２５ｍｍ）、用紙が自然分離しにくい欠点があるが、本構成では出口部の曲率が大きく（Ｒ＝８ｍｍ）設定されており、用紙が自然分離しやすい特徴がある。

また、定着ベルト進入部７４−３や出口部７４−４は定着ベルト７７と摺動接触しているので、摺動抵抗が小さくなる構成とするのが好ましい。例えば、図４に示すように、その接触部をコロなどの回転体で構成することにより、摺動抵抗を低減できる。

定着ベルト７７は、例えば、耐熱性の高い、厚さが０．０５〜０．２ｍｍのポリイミド樹脂の表面に離型層をコーティングした、直径５８ｍｍのベルトである。ここで、離型層は、シリコーンゴム（内側）とフッ素樹脂（表側）の２層構造で構成されている。シリコーンゴム層の弾性によって、定着ベルト表面が用紙上のトナーの凹凸に追従することができ、トナーを均一に定着することができる。また、裏面には、後述する処理が施されている。なお、定着ベルト７７の基材としては、樹脂に限らず、例えば、ステンレス、ニッケル、銅などの金属を用いたり、ゴム等を用いたりすることも好ましい。

また、定着ベルト７７の表面側にスリップ防止手段としての押圧ローラ７０が設けられており、押圧ローラ７０は、スプリング７１によって定着ベルト７７を加熱ローラ７８方向に加圧している。スリップ防止手段については後述する。

（各接触面）
次に、図３を参照しつつ、定着装置２５を構成する各部材の接触面の構成について説明する。接触面における摩擦力Ｆは、次式（１）で表される。
Ｆ＝摩擦係数μ×垂直抗力Ｎ ・・・（１）
よって、摩擦力Ｆをコントロールするためには摩擦係数μと垂直抗力Ｎに着目することが必要となる。

図３に示すように、接触幅Ａは、定着ベルト７７の裏面（内周面）と加熱ローラ７８との接触部の軸方向幅を指し、接触幅Ｂは、定着ベルト７７の裏面と固定部材７４との接触部（加熱ローラ７８と固定部材７４との接触部でもある）を指している。また、接触幅Ｃは、用紙の通紙範囲を指し、接触幅Ｄは、加圧ローラ７２と定着ベルト７７の表面（外周面）との接触部である。以下に、詳細を述べる。

定着装置２５では、加圧ローラ７２の胴部の軸方向長さは、定着ベルト７７の軸方向長さより短くなっている。したがって、加圧ローラ７２と定着ベルト７７の表面との接触部（接触幅Ｄ）は、加圧ローラ７２の胴部の軸方向長さと同じくなる。

また、加圧ローラ７２は、図中上方向に加圧されるが、この際の加圧力は固定部材７４のある範囲（接触幅Ｂ）を介して加熱ローラ７８にかかる。そのため、接触幅Ｄは、接触幅Ｂと同じ幅としている。

このように構成された定着装置２５では、加圧ローラ７２が駆動回転すると、この接触部における摩擦力によって定着ベルト７７が従動回転することとなる。

ここで、加圧ローラ７２と定着ベルト７７の表面との接触部（接触幅Ｄ）では、加圧ローラ７２の加圧力が垂直抗力Ｎとなり、定着ベルト７７の裏面と固定部材７４との接触部（接触幅Ｂ）でも同じ垂直抗力Ｎが生じることになる。

したがって、定着ベルト７７が加圧ローラ７２の回転駆動に従動回転するためには、
加圧ローラ７２と定着ベルト７７の表面との接触部（接触幅Ｄ）の摩擦係数をμ１、定着ベルト７７の裏面と固定部材７４との接触部（接触幅Ｂ）との摩擦係数をμ２
とすると、次式（２）を満たす必要があることとなる。
μ１＞μ２ ・・・（２）

また、加圧ローラ７２の表面、および定着ベルト７７の表面には、上述のように、用紙上のトナーや紙粉が付着を防止する離型層が設けられている。離型層に用いられるフッ素樹脂は低摩擦部材であるので、加圧ローラ７２と定着ベルト７７の表面との接触部（接触幅Ｄ）の摩擦係数μ１は小さい。

これに対し、離型層の必要がない通紙範囲Ｃの外側部分（通紙範囲Ｃ−接触幅Ｄに相当する部分）を高摩擦係数部材とすると、加圧ローラ７２と定着ベルト７７の表面との接触部（接触幅Ｄ）の摩擦係数μ１を大きくすることができる。

すなわち、例えば、図６に示すように、加圧ローラ７２における通紙範囲Ｃの外側部分に相当する部分について、フッ素樹脂層９０を設けず、基材のシリコーンゴム９１が加圧ローラ７２の表面に露出するようにするものである。なお、本実施形態では、加圧ローラ７２における接触幅Ｄは、通紙幅Ｃより片側１５ｍｍずつ長く設けており、高摩擦部材部（シリコーンゴム９１）は、通紙幅Ｃと干渉しないように加圧ローラ７２の両端各１０ｍｍに設けている。

また、例えば、図７に示すように、定着ベルト７７における通紙範囲Ｃの外側部分に相当する部分であって、少なくとも、加圧ローラ７２と摺接する部分について、フッ素樹脂層９０を設けず、基材のシリコーンゴム９１が加圧ローラ７２の表面に露出するようにするものである。

シリコーンゴムは、フッ素樹脂に比して高摩擦係数部材であるので、図６または図７のようにすることで、加圧ローラ７２と定着ベルト７７の表面との接触部（接触幅Ｄ）の摩擦係数μ１を高くすることができ、定着ベルト７７を加圧ローラ７２の回転駆動に対して確実に従動回転させることができる。

固定部材７４は、通紙範囲Ｃより軸方向両端に１５ｍｍずつ長く配置されている（すなわち、Ｂの長さ分）。固定部材７４は、その下面側で定着ベルト７７と接触し、その上面側では加熱ローラ７８と接触している。なお、図４および図５に示したように、加熱ローラ面側は接触部が接触幅Ｂ内で点在するような構成とすることも好ましい。

固定部材７４の軸方向における両端側には、接触幅Ｂ以外の領域において定着ベルト７７および加熱ローラ７８と接触しないように、厚みのない形状の受け部７４−６を有し、両側の受け部７４−６は、ストッパー７９に支持されている。なお、ストッパー７９は図３における上下方向のみに所定量（数ｍｍ程度）往復動可能に設けられており、固定部材７４も、図３における上下方向のみに所定量、往復動可能である。また、固定部材７４は、加圧ローラ７２の加圧によって、加熱ローラ７７側に加圧される。

また、ストッパー７９は、固定部材７４を支持するとともに、定着ベルト７７の軸方向への移動も規制している（定着ベルト寄り防止）。また、定着ベルト７７の端面が当接する部分は、定着ベルト７７の回転抵抗とならないように、グリス塗布がされている。

また、定着装置２５では、定着ベルト７７の裏面と固定部材７４との接触部および加熱ローラ７８と固定部材７４との接触部においては摺動しやすい構成が好ましい。

そのため、固定部材７４と定着ベルト７７の裏面との接触面は、上述のように低摩擦となるような構成としている。また、定着ベルト７７の裏面には摩擦係数の低いフッ素樹脂がコーティングされている。さらに、フッ素グリスなどの潤滑材を塗布することも好ましい。また、加熱ローラ７８と固定部材７４との接触部についても、上述のように低摩擦となるような構成としている。さらに、加熱ローラ７８の表面には摩擦係数の低いフッ素樹脂がコーティングされている。さらに、接触幅Ｂの範囲では、フッ素グリスなどの潤滑材を塗布することも好ましい。

このように構成された定着装置２５において、加圧ローラ７２によって従動回転された定着ベルト７７は、さらに加熱ローラ７８を従動回転させる。ここで、定着ベルト７７が加熱ローラ７８を駆動させる摩擦力Ｆ１は、次式（３）で表すことができる。
Ｆ１＝〔定着ベルト裏面と加熱ローラとの摩擦係数〕×定着ベルト張力 ・・・（３）

また、加熱ローラ７８は、固定部材７４と摺動しているため、摺動抵抗力Ｆ２は、次式（４）で表すことができる。
Ｆ２＝〔定着ベルト裏面と固定部材との摩擦係数〕×加圧ローラ加圧力 ・・・（４）

したがって、加熱ローラ７８が従動回転するためには、Ｆ１＞Ｆ２、を満たすことが必要となる。ここで、定着ベルト張力は、加圧ローラ加圧力に比較して小さいので、〔定着ベルト裏面と加熱ローラの摩擦係数〕を大きくする必要があることとなる。

しかしながら、上述のように、接触幅Ｂの範囲では定着ベルト７７の裏面、および加熱ローラ７８の摩擦係数が小さくなるようにしているため、〔定着ベルト裏面と加熱ローラの摩擦係数〕を大きくすることとは矛盾する。

（スリップ防止手段）
そこで、本実施形態に係る定着装置２５は、接触幅Ａを接触幅Ｂに対して所定量（図３の例では片側３０ｍｍずつ）長く設定し、この両側の接触幅Ａ−接触幅Ｂの範囲に、定着ベルト７７の回転に伴って、加熱ローラ７８を滑ることなく駆動させる手段（スリップ防止手段）を設けるものである。以下、このスリップ防止手段の複数の構成例について説明する。

＜スリップ防止手段（１）＞
スリップ防止手段の第１の構成例は、定着ベルト張力による垂直抗力を補助することである。すなわち、図２および図３に示すように、加熱ローラ７８に架け渡された定着ベルト７７の表面側に押圧ローラ７０が設けられており、この押圧ローラ７０はスプリング７１によって定着ベルト７７を加熱ローラ７８側に加圧するものである。なお、図３に示す例では、定着ベルト７７の軸方向の両側（接触幅Ａ−接触幅Ｂの範囲）において、押圧ローラ７０を周方向に各１箇所設けているが、これに限られるものではなく、周方向において複数個所に設けることもより好ましい。

このように、固定部材７４の軸方向外側部分において、定着ベルト７７の外周面側から押圧ローラ７０による外力を与えることにより、定着ベルト７７と加熱ローラ７８との摩擦力を増加させ、定着ベルト７７による加熱ローラ７８の従動回転を確実に行うことが可能となる。

なお、押圧ローラ７０は、接触幅Ａにおいてどの範囲にも設けることはできるが、接触幅Ｂの領域では、定着ベルト７７の裏面と加熱ローラ７８との摩擦係数が小さいため、押圧ローラ７０を設けて垂直抗力を補助しても効果が小さい。加えて、通紙領域Ｃでは、通紙によって、トナー、紙粉の汚れが押圧ローラ７０に付着したり、定着ベルトの熱が押圧ローラ７０に移動したりして、用紙の加熱効率が低下する等の不具合が生じるおそれがあるため好ましくない。以上より、押圧ローラ７０の軸方向における設置位置は、接触幅Ａ−接触幅Ｂの範囲であることが好ましい。

＜スリップ防止手段（２）＞
スリップ防止手段の第２の構成例は、接触幅Ｂの外側（接触幅Ａ−接触幅Ｂ）の範囲において、加熱ローラ７８の表面、および／または定着ベルト７７の裏面を高摩擦係数部材とすることである。これにより、定着ベルト７７と加熱ローラ７８との摩擦力を増加させ、定着ベルト７７による加熱ローラ７８の従動回転を確実に行うことが可能となる。

図８に示す例では、加熱ローラ７８の両端部２５ｍｍをサンドブラストなどによる粗面加工部９２として高摩擦係数としている。ここで、粗面加工部９２の範囲は、摺動性が必要な接触幅Ｂの範囲にかからないように余裕を持たせている。

また、図８に示す粗面加工部９２に替えて（または、これに併せて）、定着ベルト７７の裏面に同様の粗面加工を施すようにしても良い。また、定着ベルト７７のゴムをコーティングする等の方法により、高摩擦係数となるようにしても良い。

＜スリップ防止手段（３）＞
スリップ防止手段の第３の構成例は、定着ベルト７７による加熱ローラ７８の駆動を摩擦駆動ではなく、定着ベルト７７および加熱ローラ７８が、それぞれ嵌合させるための形状（嵌合部）を備え、定着ベルト７７による加熱ローラ７８の駆動を嵌合駆動とすることである。これにより、定着ベルト７７と加熱ローラ７８とが嵌合駆動されるようになり、定着ベルト７７による加熱ローラ７８の従動回転を確実に行うことが可能となる。

定着ベルト７７を加熱ローラ７８に嵌合させる形状は、特に限られるものではないが、例えば、図９に示すように、加熱ローラ７８に半球型の突起部９３を円周方向に複数設け、定着ベルト７７に突起部９３に嵌合する丸穴９４を円周方向に複数設けるようにすればよい。この突起部９３と丸穴９４のピッチを同じとすることで、定着ベルト７７が加熱ローラ７８をスリップが生じることなく確実に駆動させることができる。

なお、上記のスリップ防止手段の各構成例については、各々組み合わせて実施することも好ましい。これにより、定着ベルト７７および加熱ローラ７８のスリップが生じることなく、定着ベルト７７により加熱ローラ７８を確実に回転駆動させることができる。

このように構成した定着ベルト７７は、加熱ローラ７８に巻きついて加熱され、定着ニップ部で用紙を加熱加圧することで、用紙Ｐ上のトナー画像を定着させる。

以上説明したように、本実施形態に係る定着装置は、ニップ部の圧力を固定部材だけではなく加熱回転体も利用して受けているので、固定部材を大きくする（強度を増やす）ことなく、幅広、高面圧なニップを得ることができ、高速、高画質画像の対応が可能となる。また、固定部材が小さく、また加熱回転体と接触しているため、定着ベルト周長を短くすることができ、装置を小型化できる。また、固定部材の形状によって、ニップ出口の定着ベルト曲率を大きくすることができ、分離性能に優れ、自然分離が可能である。また、加熱回転体は回転しながら定着ベルトと接しているため、加熱回転体から定着ベルトへの熱伝達効率も優れたものとすることができる。

さらに、定着ベルトが加熱回転体を駆動する構成であるため、定着ベルト内周面や加熱回転体外周面は、固定部材との摺動抵抗を小さくするため低摩擦係数であり、また、定着ベルトと加熱回転体との接触圧力も小さく、定着ベルトが加熱回転体を駆動するための摩擦力を得にくい、という課題に対し、定着ベルト、加熱回転体、固定部材、加圧回転体の各接触面を上記のように構成し、加熱回転体（定着ベルト）の軸方向外側部分にスリップ防止手段を設けることにより、固定部材と定着ベルト、固定部材と加熱回転体、との摺動抵抗を大きくすることなく、定着ベルトによる加熱回転体の回転が確実に行うことができ、加圧回転体の回転駆動に対して、定着ベルト及び加熱ローラを確実に従動回転させることができる。

以上説明した構成による定着装置２５を備えた画像形成装置（図１）とすることにより、上述のように機能する定着装置を備えた画像形成装置を構成することができる。

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。

例えば、熱源として、図１０に示すように誘導加熱手段８９を用いることとしても良い。誘導加熱手段８９は、定着ベルト外周面側に非接触で配置され、定着ベルト７７の層内に設けた発熱層を加熱する。なお、誘導加熱手段８９を加熱ローラ内面側に配置して、加熱ローラ７８を加熱して間接的に定着ベルト７７を加熱するようにしても良い。

定着ベルト外周面側に非接触で誘導加熱手段８９を用いることで、加熱ローラ７８の内部に熱源を備える必要がないこととなる。そこで、加熱ローラ７８の内面側に、例えば、図１０に示すリブ６８を設けるようにすることで強度を増加させ、より高面圧に対応することが可能となる。

１０ 中間転写体
１４ 駆動ローラ
１５ 第１の従動ローラ
１６ 第２の従動ローラ
１８ 単色作像手段
２０ タンデム作像装置
２１ 露光装置
２２ ２次転写装置
２３ ローラ
２４ 搬送ベルト
２５ 定着装置
２８ 媒体収納カセット
３０ 原稿台
３１ 光源
３２ ミラー
３３ レンズ
３４ ＣＣＤ
３５ 給紙コロ
３６ 給紙路
３７ レジストローラ
３８ 排紙トレイ
４０ 像担持体
４１ 帯電装置
４２ 現像装置
４３ １次転写装置
４４ クリーニング装置
４７ ポリゴンミラー
４８ ミラー
６０ ジャーナル部
６１，６４ ベアリング
６２ スプリング
６３ ギヤ
６８ リブ
７０ 押圧ローラ
７１ スプリング
７２ 加圧ローラ
７４ 固定部材
７７ 定着ベルト
７８ 加熱ローラ
７９ ストッパー
８１ フレーム
８２ 加圧レバー
８３ 分離爪
８４，８６ 熱源
８５−１ サーモパイル
８５−２，８７ サーミスタ
８８ 入口ガイド
８９ 誘導加熱手段
９０ フッ素樹脂層
９１ シリコーンゴム
９２ 粗面加工部
９３ 突起部
９４ 丸穴
１００ 複写機本体
２００ スキャナ
Ｇ 原稿
Ｌ 書込み光
Ｐ 記録媒体（用紙）

特開平４-５０８８３号公報 特開２００４−２５２３５４号公報 特開２００４−１９８５５６号公報 特開２００７−３３４２０５号公報

Claims (10)

1. 熱源により加熱されるとともに回転する加熱回転体と、
   前記加熱回転体の外周面の一部と摺動接触する固定部材と、
   前記加熱回転体と前記固定部材に架け渡される可撓性を有する定着ベルトと、
   前記定着ベルトを介して前記固定部材と加圧接触してニップ部を形成し、駆動回転することにより前記定着ベルトを従動回転させる加圧回転体と、を前記ニップ部形成のための加圧方向にこの順番で配列して備えた定着装置において、
   前記ニップ部の圧力は、前記定着ベルト及び前記固定部材を介した、前記加熱回転体と前記加圧回転体との間の加圧力により付与され、
   前記加熱回転体の軸方向において、前記定着ベルトと前記加熱回転体との接触幅Ａよりも前記固定部材と前記加熱回転体との接触幅Ｂが狭く、該接触幅Ｂの外側部分に、前記定着ベルトと前記加熱回転体との滑りを防ぐスリップ防止手段を備えることを特徴とする定着装置。
2. 前記スリップ防止手段は、前記定着ベルトの外周面側に設けた押圧ローラであって、該押圧ローラにより前記定着ベルトを前記加熱回転体側に押圧することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記押圧ローラを前記加熱回転体の周方向において複数設けたことを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. 前記スリップ防止手段は、前記定着ベルトの内周面、および／または前記加熱回転体の外周面が、それぞれの部材の他の部分よりも高摩擦係数部材で形成されていることによるものであることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の定着装置。
5. 前記スリップ防止手段は、前記定着ベルトの内周面側と、前記加熱回転体の外周面側に設けた嵌合部であることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の定着装置。
6. 前記熱源は、中空パイプ形状である加熱回転体の内部に配置される赤外線ヒータであることを特徴とする請求項１から５までのいずれかに記載の定着装置。
7. 前記熱源は、前記加熱回転体の内部又は外部に設けられる誘導加熱装置であることを特徴とする請求項１から６までのいずれかに記載の定着装置。
8. 前記加熱回転体と前記固定部材とは、前記固定部材に設けられた回転体を介して接触していることを特徴とする請求項１から７までのいずれかに記載の定着装置。
9. 前記ニップ部入口、および／または出口では、前記定着部材と前記固定部材とは、前記固定部材に設けられた回転体を介して接触していることを特徴とする請求項１から８までのいずれかに記載の定着装置。
10. 請求項１から９までのいずれかに記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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