JP2014182256A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無端状のベルト部材が固定部材と複数の支持ロールにより回転可能に支持されるとともに加熱手段により加熱され、回転駆動する加圧ロールがそのベルト部材を固定部材に押し付けて定着部を形成する形式の定着装置として、未定着画像が形成された記録材が定着部に突入する直前及び突入したときに画像が乱れることを抑制できる定着装置等を提供する。
【解決手段】定着装置は、固定部材について、定着部を形成するときに、そのベルトと加圧ロールとが接触する接触部分を加圧ロールから離れる側に湾曲させる円弧状の曲面で形成し、その接触部分に記録材が挿入される挿入側に隣接する挿入部分を接触部分と反対側に湾曲する円弧状の曲面で形成し、ベルトの厚みをｔ（ｍｍ）、入口部分の曲面の曲率半径をｒ₁（ｍｍ）、その接触部分の曲面の曲率半径をｒ₂（ｍｍ）としたときに、ｔ（１／ｒ₁＋１／ｒ₂）≦０．１３０、かつ、ｒ₁≦ｒ₂との条件を満たしている。
【選択図】図７

Description

この発明は、定着装置及び画像形成装置に関するものである。

近年、トナー像等の未定着画像を記録用紙等の被記録材に定着する定着装置としては、例えば以下に例示する定着装置が知られている。

すなわち、無端状の定着ベルトと、定着ベルトの内部に回転不能に配置されたニップ形成部材と、ニップ形成部材に定着ベルトを挟んで圧接される回転駆動可能な加圧ロールとを備え、定着ベルトは加圧ローラが回転駆動されることによってニップ形成部材上を摺動しつつ回転し、ニップ形成部材と加圧ローラとの間に形成された定着ニップのみによって未定着トナーを用紙に定着する定着装置であって、前記ニップ形成部材は、加圧ローラの外周面に沿った湾曲面に形成された基材上に所定の厚さの弾性層を設けて構成されている定着装置が知られている（特許文献１）。特許文献１には、この定着装置によれば、厚紙を通紙したときでも画像ノイズの発生を防止できることが示されている。

また、耐熱性ベルトと、耐熱性ベルトの内側もしくは外側に配置されている少なくとも１つの熱源と、耐熱性ベルトと対向当接して記録シートを挟持搬送可能な加圧部材（加圧ローラ）を備え、耐熱性ベルトには、その内面側に該耐熱性ベルトと接触可能な耐熱性弾性部材が設けられ、その耐熱性弾性部材と加圧部材との圧接により定着ニップ部が形成される定着装置が知られている（特許文献２）。

特許第４２０６７８８号公報 特開２００４−５３６１８号公報

この発明は、無端状のベルト部材が固定部材と複数の支持ロールにより回転可能に支持されるとともに加熱手段により加熱され、回転駆動する加圧ロールがそのベルト部材を固定部材に押し付けて定着部を形成する形式の定着装置として、未定着画像が形成された記録材が定着部に突入する直前及び突入したときに画像が乱れることを抑制できる定着装置を提供し、またその定着装置を用いた画像形成装置を提供するものである。

この発明（Ａ１）の定着装置は、
無端状のベルト基材の外周面に少なくとも弾性層を形成してなるベルトと、
前記ベルトの内周面に接触するよう固定した状態で配置される固定部材と、
前記ベルトを回転可能に支持する支持ロールと、
前記ベルトを加熱する加熱手段と、
前記ベルトを前記固定部材に押し付けて未定着画像が形成された記録材を通過させる定着部を形成したときに弾性変形する弾性表面層を有し、回転駆動する加圧ロールと
を備え、
前記固定部材は、前記定着部を形成するときに、前記ベルトと前記加圧ロールとが接触する接触部分を当該加圧ロールから離れる側に湾曲させる円弧状の曲面で形成し、前記接触部分に記録材が挿入される挿入側に隣接する挿入部分を当該接触部分と反対側に湾曲する円弧状の曲面で形成しており、
前記ベルトの厚みをｔ（ｍｍ）、前記挿入部分の曲面の曲率半径をｒ₁（ｍｍ）、前記接触部分の曲面の曲率半径をｒ₂（ｍｍ）としたときに、
ｔ（１／ｒ₁＋１／ｒ₂）≦０．１３０、かつ、ｒ₁＜ｒ₂
との条件を満たしていることを特徴とするものである。

また、この発明（Ｂ１）の画像形成装置は、未定着画像を記録材に形成する画像形成手段と、前記画像形成手段で形成された未定着画像を記録材に定着させる上記発明Ａ１の定着装置とを備えていることを特徴とするものである。

上記発明Ａ１の定着装置によれば、定着画像が形成された記録材が定着部に突入する直前及び突入したときに画像が乱れることを抑制できる。

上記発明Ｂ１の画像形成装置によれば、定着装置において、定着画像が形成された記録材が定着部に突入する直前及び突入したときに画像が乱れることを抑制でき、定着時に画像不良が発生しにくい画像形成ができる。

実施の形態１等に係る定着装置等を用いた画像形成装置の概要を示す説明図である。 図１の画像形成装置における定着装置の正面側から見たときの概要を示す説明図である。 図２の定着装置の側面側から見たときの概要を示す説明図である。 図２の定着装置における定着ベルトの層構造を示す断面説明図である。 図２の定着装置において加圧ロールを第２の位置に変位させたときの状態を示す説明図である。 図２の定着装置における定着ベルトの一部、固定部材及び加圧ロールの構成（定着処理部を形成しているときの状態）を拡大して示す説明図である。 図６における固定部材の構成を示す説明図である。 評価試験の結果の一部を示す図表である。 評価試験の結果の残りを示す図表である。 他の実施の形態に係る定着装置の正面側から見たときの概要を示す説明図である。 図１０の定着装置の側面側から見たときの概要を示す説明図である。

以下、この発明を実施するための形態（以下「実施の形態」という）について図面を参照しながら説明する。

［実施の形態１］
図１から図３は、実施の形態１に係る定着装置を用いた画像形成装置を示すものである。図１はその画像形成装置の全体の概要を示し、図２はその定着装置を正面側から見たときの概要を示し、図３はその定着装置を側面側（用紙出口側）から見たときの概要を示している。

＜画像形成装置の構成＞
実施の形態１に係る画像形成装置１は、例えばカラープリンタとして構成されたものである。この画像形成装置１は、図１に示されるように、未定着画像の一例としてのトナー像を記録用紙９に形成する画像形成手段２と、画像形成手段２で形成されたトナー像を記録用紙９に定着させる定着装置５と、その画像形成手段２、定着装置５等の動作を制御する制御装置３等を備えている。図１中の符号１ａは画像形成装置の筐体を示し、一点鎖線は筐体１ａの内部において記録用紙９が搬送される主な搬送経路を示す。

画像形成手段２は、現像剤を構成するトナーで現像されるトナー像を形成する複数の作像装置１０と、各作像装置１０で形成されたトナー像をそれぞれ一次転写により保持して最終的に記録用紙９に二次転写する二次転写位置まで搬送する中間転写装置２０と、中間転写装置２０の二次転写位置に供給すべき所要の記録用紙９を収容して搬送する給紙装置４０とで構成されている。

作像装置１０は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｋ）の４色のトナー像を電子写真方式によりそれぞれ専用に形成する４つの作像装置１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋで構成されている。この４つの作像装置１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）は、例えばほぼ水平方向に一列に並べた状態で配置されており、また、扱う現像剤の種類（色）が異なる点を除けば、以下に示すようにほぼ共通した構成のものである。

すなわち、各作像装置１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）は、矢印Ａで示す方向に回転する感光ドラム１１と、感光ドラム１１の周面（像保持面）を所要の電位に帯電させる帯電装置１２と、感光ドラム１１の帯電された周面に画像の入力情報（信号）に基づく光を照射して静電潜像を形成する露光装置１３と、その静電潜像を対応する色（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）の現像剤のトナーで現像してトナー像にする現像装置１４（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）と、その各トナー像を中間転写装置２０に転写するロール形態等の一次転写装置１５と、一次転写後に感光ドラム１１の像保持面に残留して付着するトナー等の付着物を取り除いて清掃するドラム清掃装置１７等を備えている。

中間転写装置２０は、各作像装置１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）の下方の位置に存在するように配置されている。この中間転写装置２０は、感光ドラム１１と一次転写装置１５（一次転写ロール）の間となる一次転写位置を通過しながら矢印Ｂで示す方向に回転する中間転写ベルト２１と、中間転写ベルト２１をその内周面から所望の状態に保持して回転自在に支持する複数のベルト支持ロール２２ａ〜２２ｆと、中間転写ベルト２１上のトナー像を記録用紙９に二次転写させるロール形態の二次転写装置２５と、二次転写装置２５を通過した後に中間転写ベルト２１の外周面に残留して付着するトナー、紙粉等の付着物を取り除いて清掃するベルト清掃装置２７等を備えている。複数のベルト支持ロール２２ａ〜２２ｆのうちベルト支持ロール２２ａは駆動ロールとして構成され、ベルト支持ロール２２ｃは張力付与ロールとして構成されている。二次転写装置２５は、中間転写ベルト２１をベルト支持ロール２２ｅに押し付けて二次転写部（二次転写位置）を構成している。

給紙装置４０は、中間転写装置２０及び二次転写装置２５の下方側の位置に存在するように配置されている。この給紙装置４０は、所望のサイズ、種類等の記録用紙９を積載した状態で収容する単数（又は複数）の用紙収容体４１と、用紙収容体４１から記録用紙９を１枚ずつ送り出す送出装置４２とで構成されている。この給紙装置４０と中間転写装置２０の二次転写位置（中間転写ベルト２１と二次転写装置２５の接触部）との間には、給紙装置４０から送り出される記録用紙９を二次転写位置まで搬送する複数の用紙搬送ロール対４３ａ〜４３ｃや図示しない搬送ガイド材で構成される給紙搬送路が設けられている。二次転写位置の直前の位置に配置される用紙搬送ロール対４３ｃは、例えば記録用紙９の搬送時期を調整するロール（レジストロール）として構成されている。

また、中間転写装置２０の二次転写部と定着装置５との間には、中間転写ベルト２１から剥離されて送り出される二次転写後の記録用紙９を定着装置５まで搬送するためのベルト形態等の用紙搬送装置４５，４６が設けられている。さらに、定着装置５と筐体１ａに形成される記録用紙９の排出口との間には、定着装置５から送り出される定着後の記録用紙９を筐体１ａの外部に排出するための用紙排出ロール対４７ａ，４７ｂ等で構成される排紙搬送路が設けられている。

＜画像形成装置の基本的な動作＞
次に、画像形成装置１による基本的な画像形成動作について説明する。ここでは、画像形成部２における上記４つの作像装置１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）を使用して、４色（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）のトナー像を組み合わせて構成されるフルカラー画像を形成するときの画像形成動作を代表して説明する。

画像形成装置１は、制御装置３が画像形成動作（プリント）の要求指令を受けると、まず、画像形成手段２の各作像装置１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）において、各感光ドラム１１が矢印Ａで示す方向に回転し始めた後、各帯電装置１２が各感光ドラム１１の周面を所要の極性（実施の形態１ではマイナス極性）及び電位にそれぞれ帯電させる。続いて、露光装置１３が、帯電後の感光ドラム１１の周面に対して、画像形成装置１に入力される画像の情報を各色成分（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）に変換して得られる画像の信号に基づく光を照射し、その周面に所要の電位からなる各色成分の静電潜像をそれぞれ形成する。

続いて、各現像装置１４（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）が、感光ドラム１１に形成された各色成分の静電潜像に対し、所要の極性（マイナス極性）に帯電された対応する色（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）のトナーを現像ロール等からそれぞれ供給して静電的に付着させて現像を行う。この現像により、各感光ドラム１１には、４色（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）のトナー像が専用に形成される。

続いて、各作像装置１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）の感光ドラム１１上に形成された各色のトナー像が一次転写位置まで搬送されると、一次転写装置１５が、その各色のトナー像を中間転写装置２０の矢印Ｂで示す方向に回転する中間転写ベルト２１の外周面に対して順番に重ね合わせるような状態で一次転写させる。これにより、中間転写ベルト２１に多重のトナー像が一次転写される。一次転写が終了した各作像装置１０では、ドラム清掃装置１７が一次転写後の感光ドラム１１の周面を清掃する。

続いて、中間転写装置２０では、中間転写ベルト２１の回転により一次転写された多重のトナー像を保持して二次転写位置まで搬送する。一方、給紙装置４０では、作像動作に合わせて所要の記録用紙９を給紙搬送路に送り出す。給紙搬送路では、レジストロールとしての用紙搬送ロール対４３ｃが記録用紙９を転写時期に合わせて二次転写位置に送り出して供給する。

二次転写位置においては、二次転写装置２５が、中間転写ベルト２１上の多重のトナー像を記録用紙９に一括して二次転写させる。また、二次転写が終了した中間転写装置２０では、ベルト清掃装置２７が、二次転写後の中間転写ベルト２１の外周面を清掃する。

続いて、トナー像が二次転写された記録用紙９は、中間転写ベルト２１から剥離された後に用紙搬送装置４６，４６により定着装置５まで搬送される。定着装置５では、後述するように必要な定着処理（加熱及び加圧）をして未定着のトナー像を記録用紙９に定着させる。最後に、定着が終了した後の記録用紙９は、その片面への画像の形成を行うだけの画像形成動作のときは、排紙搬送路を通して例えば筐体１ａの外部に配置される図示しない排出収容部にむけて排出される。

以上の画像形成動作により、４色のトナー像を組み合わせて構成されるフルカラー画像が形成された記録用紙９が出力される。

＜定着装置の構成＞
次に、定着装置５について説明する。

定着装置５は、図２や図３に示されるように、無端状のベルト部材としての定着ベルト５１と、定着ベルト５１の内周面に接触するよう固定した状態で配置される固定部材５２と、定着ベルト５１の内周面に接触して定着ベルト５１を固定部材５２と協働して回転可能に支持する内部支持ロール５３，５４ａ〜５４ｃと、定着ベルト５１の外周面に接触して定着ベルト５１を固定部材５２及び内部支持ロール５３，５４ａ〜５４ｃと協働して回転可能に支持する外部支持ロール５５と、定着ベルト５１を内部支持ロール５３及び外部支持ロール５５を介してそれぞれ加熱する加熱手段の一例としてのハロゲンヒータ５６，５７と、定着ベルト５１を固定部材５２に押し付けて未定着トナー像ＭＴが形成された記録用紙９を通過させる定着処理部ＦＮを形成する加圧ロール５８とを、少なくとも備えている。定着処理部ＦＮは、固定部材５２に支持される定着ベルト５１の部分と加圧ロール５８とが接触して形成される接触部分（ニップ）であり、その接触部において未定着のトナー像ＭＴを記録用紙９に定着させるための処理（加圧及び加熱）を行う部位である。

定着ベルト５１は、例えば、図４に示されるように、無端状ベルトの基材５１１と、基材５１１の表面（外周面）側に形成される弾性層５１２と、弾性層５１２の上に形成される離型層５１３とで構成されている。このうち基材５１１は、ポリイミド樹脂等の材料で形成されるものであり、その厚さが例えば１０〜１００μｍの範囲内で設定される。弾性層５１２は、シリコーンゴム等の弾性部材で形成されるものであり、その厚さが例えば１００〜５００μｍの範囲内で設定される。離型層５１３は、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）等の材料で形成されるものであり、その厚さが例えば１０〜１００μｍの範囲内で設定される。また、定着ベルト５１は、その全体の厚みｔが例えば０．１２〜０．７０ｍｍの範囲内に納まるよう設定される。さらに、定着ベルト５１は、そのベルト幅Ｗ（図３）が記録用紙９の搬送時における幅の最大値よりも大きい寸法に設定されており、そのベルト長が固定部材５２及び複数の支持ロール５３〜５５に掛け回されて張架されるために必要な寸法に設定されている。

固定部材５２は、固定した状態で配置される角筒状の支持体５２１と、支持体５２１の定着ベルト５１の内周面と接触する面に設けた摺動部材５２３とで構成されている。
支持体５２１は、例えば鉄、アルミニム等の金属や、液晶ポリマー等の材料で形成されている。摺動部材５２３は、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ＰＦＡ等のフッ素樹脂の材料で形成されている。また、摺動部材５２３の定着ベルト５１の内周面と接触する部分は、後述する形状に形成されている。

内部支持ロール５３は、アルミニウム等からなる円筒状のロールであり、固定部材５２から最も離れた位置に回転自在な状態で配置されている。また、内部支持ロール５３は、その内部空間に加熱手段の一例としてのハロゲンヒータ５６が設けられており、これにより定着ベルト５１をその内周面側から加熱する内部加熱ロールとして構成されている。内部支持ロール５３には、その表面温度を検出する温度検出器６７が設けられている。さらに、内部支持ロール５３は、定着ベルト５１をその内周面側から外周面側にむけて弾性的に押した状態で支持することにより定着ベルト５１に所要の張力を付与する張力付与ロールとしても構成されている。

内部支持ロール５４ａは、定着ベルト５１の固定部材５２に接触する手前の姿勢を保持する進入時保持ロールであり、固定部材５２の定着ベルト５１が接触し始める側の接近した置に回転自在な状態で配置されている。また、内部支持ロール５４ｂは、定着ベルト５１の固定部材５２を通過した後の姿勢を保持する通過後保持ロールであり、固定部材５２の定着ベルト５１が通過した側の接近した位置に回転自在な状態で配置されている。さらに、内部支持ロール５４ｃは、定着ベルト５１の回転走行時における姿勢を矯正する姿勢矯正ロールであり、内部支持ロール５３と内部支持ロール５４ａの間の位置に回転自在な状態で配置されている。

外部支持ロール５５は、アルミニウム等からなる円筒状のロールであり、内部支持ロール５３と内部支持ロール５４ｂの間の位置において定着ベルト５１の外周面に圧接した状態でかつ回転自在な状態で配置されている。また、外部支持ロール５５は、その内部空間に加熱手段の一例としてのハロゲンヒータ５７が設けられており、これにより定着ベルト５１をその外周面側から加熱する外部加熱ロールとして構成されている。また、外部支持ロール５５には、その表面温度を検出する温度検出器６８が設けられている。さらに、外部加熱ロール５５は、駆動モータ等で構成される第１駆動装置６１により所要の時期に回転駆動させられるよう構成されている。これにより、外部加熱ロール５５は、定着ベルト５１の外周面に接触して定着ベルト５１を矢印Ｃで示す方向に回転駆動させることができるようになっている。

定着ベルト５１は、固定部材５２と内部支持ロール５３，５４に掛け回されて内周面側から支持されるとともに、外部支持ロール５５により外周面側から支持されることにより回転可能になっている。また、定着ベルト５１は、張力付与ロールとしての内部支持ロール５３により必要な張力が付与されることにより、固定部材５２を含む複数の支持ロールに張架された状態に保たれている。

加圧ロール５８は、アルミニウム等からなる円筒状のロール基体５８１の外周面に、シリコーンゴム等からなる弾性表面層５８２と、ＰＦＡ等からなる離型層５８３を順次積層した構造のロールである。弾性表面層５８２は、加圧ロール５８が定着ベルト５１を固定部材５２に押し付けて定着処理部ＦＮを形成したときに弾性変形する層であり、このため、例えば、その硬度が固定部材５２の硬度よりも硬い関係になる値に設定されている。加圧ロール５８は、その長さが記録用紙９の搬送時の幅の最大値よりも大きい寸法であればよく、この実施の形態１では定着ベルト５１の幅Ｗよりも少し狭い幅に設定されている。

また、加圧ロール５８は、固定部材５２と向き合う位置に回転自在に支持されるとともに、加圧ロール５８を次の２つの位置のいずれか一方に変位させる変位機構６３により支持されている。変位機構６３の変位させる２つの位置は、図２に示すように加圧ロール５８を定着ベルト５１に押し当てて上記定着処理部ＦＮを形成する第１の位置Ｐ１と、図５に示すように加圧ロール５８を定着ベルト５１から離間させる第２の位置Ｐ２である。第１の位置Ｐ１は、換言すれば加圧ロール５８が固定部材５２に支持される定着ベルト５１に押し当てられる圧接位置である。第２の位置Ｐ２は、換言すれば加圧ロール５８が、定着ベルト５１との接触状態が無くなる離間位置である。

変位機構６３としては、例えば、加圧ロール５８を回転自在に支持する支持フレームをカム等の変位駆動手段により変位させる仕組みのものが適用される。なお、加圧ロール５８は、画像形成部２による画像形成動作が実行され、その画像形成動作の一工程としての定着動作が実行される時期に第１の位置（圧接位置）Ｐ１に変位させられるが、それ以外の時期には、後述する例外の場合を除いて原則として第２の位置（離間位置）Ｐ２に変位させられる。

さらに、加圧ロール５８は、加圧機構６４により固定部材５２にむけて所要の圧力Ｆが付与されるようになっている（図３）。加圧機構６４としては、バネ部材等を用いて構成されるものが適用され、また、変位機構６３と組み合わせて機能するように構成される。また、加圧ロール５８は、駆動モータ等で構成される第２駆動装置６２により所要の時期に回転駆動させられるよう構成されている。これにより、加圧ロール５８は、前記第１の位置Ｐ１に変位しているときに、固定部材５２に押し付けられている定着ベルト５１の外周面に接触して回転駆動することで、定着ベルト５１を矢印Ｃで示す方向に回転させることができるようになっている。

また、定着装置５は、図２に示されるように、定着処理部ＦＮの用紙導入側の近傍位置に、未定着のトナー像ＭＴを保持する記録用紙９を定着処理部ＦＮの入口にむけて案内する導入案内部材６５が設けられている。また、定着処理部ＦＮの排出側の近傍位置に、定着後の記録用紙９を定着処理部ＦＮの出口から排出させた後に案内する排出案内部材６６が設けられている。排出案内部材６６のうち加圧ロール５８に近い側に配置される下部案内部材６６ｂは、定着処理部ＦＮの出口から排出される記録用紙９を加圧ロール５８の外周面から剥離させる先細り形状の剥離爪が加圧ロール５８の外周面に軽く接触した状態で設けられている。また、下部案内部材６６ｂは、変位機構６３の変位可動部（フレームなど）に取り付けられており、変位機構６３の変位動作に連動して変位するようになっている。さらに、定着ベルト５１の内周面側には、固定部材５２に接触して通過する際の摩擦抵抗を低減させるため、その内周面に対して潤滑剤を塗布する塗布装置６９が設けられている。

＜定着装置の基本的な動作＞
次に、定着装置５の基本的な動作について説明する。

定着装置５は、画像形成装置１の主電源が投入されると、それに伴い定着装置５にも必要な電力が供給されてウォームアップ動作を開始する。

定着装置５のウォームアップ動作は、図５に示すように、変位機構６３が作動して加圧ロール５８を定着ベルト５１から離間させる第２の位置Ｐ２に変位させた状態に保ったうえで、ハロゲンヒータ５６，５７が作動して内部加熱ロール５３及び外部加熱ロール５５を加熱することで定着ベルト５１を間接的に加熱することから始められる。

続いて、制御装置３が、温度検出器６７，６８でそれぞれ検出される内部加熱ロール５３及び外部加熱ロール５５の各表面温度が予め定める暫定温度Ｓｘ以上になるまでを検知し、その各表面温度が暫定温度Ｓｘ以上になったことが確認された後に、変位機構６３を作動させて加圧ロール５８を第１の位置（圧接位置）Ｐ１に変位させるとともに、第１駆動装置６１及び第２駆動装置６２をそれぞれ作動させて外部（加熱）支持ロール５５及び加圧ロール５８を回転駆動させる。

これにより、定着ベルト５１は、暫定温度Ｓｘまで加熱された後、加圧ロール５８により固定部材５２に押し付けられた状態になり（図２参照）、また外部（加熱）支持ロール５５と加圧ロール５８の回転駆動により回転動力が伝達されて矢印Ｃで示す方向に回転し始める。この結果、定着ベルト５１は、回転して複数の支持ロール５３〜５５と固定部材５２をそれぞれ通過しながら周回移動するとともに、内部（加熱）支持ロール５３と外部（加熱）支持ロール５５を通過する際にベルト内周面及び外周面からそれぞれ加熱されることになり、ベルト全周にわたって加熱され始める。

その後、制御装置３は、温度検出器６７，６８でそれぞれ検出される内部加熱ロール５３及び外部加熱ロール５５の各表面温度が予め定める目標温度Ｓｎ以上になるまでを検知し、その各表面温度が目標温度Ｓｎ以上になったことが確認された後に、定着動作又は待機動作に移行する。このとき、ウォームアップ動作の際にすでにプリント動作が要求されている場合にはウォームアップ動作に続いて定着動作に移行し、そのプリント動作が要求されていない場合には待機動作に移行する。

以上により、定着装置５のウォームアップ動作が終了する。このウォームアップ動作の実行により、定着装置５は、その定着ベルト５１が少なくとも定着動作可能な程度の温度まで加熱された状態に保たれる。なお、ウォームアップ動作の際にプリント動作が要求されていない場合は、例えば、ウォームアップ動作中において圧接位置に変位させてから所定の時間が経過した後に、加圧ロール５８を第１の位置（圧接位置）Ｐ１から第２の位置（離間位置）Ｐ２に変位させるとよい。

また、定着装置５は、画像形成装置１（画像形成部２）がプリント動作の要求を受けると、そのプリント動作の一工程である定着動作が実行される。

定着動作の際には、制御装置３の制御動作により、ハロゲンヒータ５６，５７の加熱動作を温度検出器６７，６８からの検出温度に基づいてＯＮ／ＯＦＦ制御する。つまり、内部加熱支持ロール５３及び外部加熱支持ロール５５の表面温度ひいては定着ベルト５１の表面温度が定着温度の許容範囲に納まって保たれるようにハロゲンヒータ５６，５７の加熱動作がＯＮ／ＯＦＦ制御（加熱又は加熱解除の制御）される。

続いて、制御装置３の制御動作により、変位機構６３を作動させて加圧ロール５８を第２の位置（離間位置）Ｐ２から第１の位置（圧接位置）Ｐ１に変位させるとともに、第２駆動装置６２を作動させて加圧ロール５８を回転駆動させる。定着動作の際には、第１駆動装置６１を作動させず、外部加熱支持ロール５５を回転自在な状態にしておく。

これにより、定着装置５では、図２や図６に示すように、加圧ロール５８が定着ベルト５１を固定部材５２に押し付けて定着処理部ＦＮを形成した状態になる。この際、加圧ロール５８の弾性層５８２は、固定部材５２と接触して通過する部分が食い込んだ状態に弾性変形する。また、定着装置５では、定着ベルト５１がそのベルト外周面に接触する加圧ロール５８から回転動力を伝達されて矢印Ｃで示す方向に回転する。この際、外部加熱支持ロール５５は、回転駆動しておらず回転自在になっており、定着ベルト５１に追従して回転する。このため、定着動作の際は、定着ベルト５１は、加圧ロール５８の回転動力のみを受けて矢印Ｃで示す方向に所要の速度で回転することになる。

続いて、制御装置３は、温度検出器６７，６８でそれぞれ検出される内部加熱ロール５３及び外部加熱ロール５５の各表面温度が予め定める定着温度の許容範囲の下限温度Ｓｆmin以上になるまでを検知し、その各表面温度が定着温度の下限温度Ｓｆmin以上になっていることが確認されると、未定着トナー像が形成（二次転写）された記録用紙９が、定着処理部ＦＮに導入されて定着処理が実行される。

このとき、未定着トナー像ＭＴが形成（二次転写）された記録用紙９は、下部の導入案内部材６５ｂに誘導されて定着処理部ＦＮである定着ベルト５１と加圧ロール５８の間の接触部を通過する。この定着処理部ＦＮを通過する際に、加熱及び加圧の処理を受けて未定着トナー像が記録用紙９に定着される。定着が終了した記録用紙９は、定着処理部ＦＮから排出される。詳しくは、記録用紙９は、定着処理部ＦＮを通過した直後の定着ベルト５１と加圧ロール５８の双方から剥離された後、排出案内部材６６に誘導されて排出される。

以上により定着動作が終了する。なお、定着装置５は、すべての定着動作が終了した場合には、変位機構６３を作動させて加圧ロール５８を第１の位置（圧接位置）Ｐ１から第２の位置（離間位置）Ｐ２に変位させた後、待機状態に移行する。

＜定着装置の詳細な構成＞
また、この定着装置５は、図６等に示されるように、固定部材５２のうち定着処理部ＦＮを形成するときに定着ベルト５１と加圧ロール５８とが接触する接触部分５２５を加圧ロール５８から離れる側に湾曲する円弧状の曲面で形成し、その固定部材５２のうち接触部分５２５の記録用紙９が挿入される挿入側に隣接する挿入部分５２６を接触部分５２５と反対側に湾曲する円弧状の曲面で形成している。

しかも、この定着装置５は、その固定部材５２が、図４、図６、図７等に示されるように、定着ベルト５１の全体の厚みをｔ（ｍｍ）、固定部材５２における挿入部分５２６の曲面の曲率半径をｒ₁（ｍｍ）、固定部材５２における接触部分５２５の曲面の曲率半径をｒ₂（ｍｍ）としたときに、
ｔ（１／ｒ₁＋１／ｒ₂）≦０．１３０ …（式１）、かつ、ｒ₁＜₂ …（式２）
との条件を満たすよう構成されている。

上記２つの条件式１，２は、後述する試験結果から主に導き出したものである。このうち前者の式１は、その左辺が定着ベルト５１の定着処理部ＦＮに突入したときの歪み変化を示すものであり、その左辺の値が一定値以下になることを示している。つまり、式１は、固定部材５２の挿入部分５２６の曲面とその通過部分５２５の曲面とが反転した関係にあることを前提としており、その各曲面の曲率半径ｒ₁，ｒ₂の逆数（１／ｒ₁，１／ｒ₂）である曲率を加算した部分が定着ベルト５１の曲率変化を現わすとした場合、左辺全体が、固定部材５２の挿入部分５２６を経由して接触部分５２５に突入し通過するときの定着ベルト５１（の主に弾性層５１２及び離型層５１３）の歪み変化に相当するものとして扱っている。

そして、定着装置５は、定着ベルト５１と固定部材５２とが前記した構成を有していることにより、後述する試験結果からも明らかなように、未定着のトナー像ＭＴが形成された記録用紙９が定着処理部ＦＮに突入する直前及び突入したときに画像が乱れることが抑制され、良好な定着を行うことができる。また、この定着装置５では、固定部材５２の挿入部分５２６（の曲面）から接触部分５２５（の曲面）がなめらかに連続してその各曲面の曲率（曲率半径の逆数）が反転する形態になっているので、定着ベルト５１が定着処理部ＦＮを形成するときの固定部材５２の挿入部分５２６及び接触部分５２５に接触して通過するときに受ける負荷（ストレス）が軽減され、円滑に回転走行する。

＜評価試験＞
以下、この定着装置５を用いて行った評価試験について説明する。

評価試験は、定着ベルト５１の厚みと固定部材５２の挿入部分５２６及び接触部分５２５の各曲面の曲率半径を図８及び図９の図表に示す内容に変更したときに、未定着のトナー像ＭＴが形成された記録用紙９が定着処理部ＦＮに突入する直前における像乱れ（以下、これを「スマッジ」という。）の発生の有無と、その記録用紙９が定着処理部ＦＮに突入したときにおける像乱れ（以下、これを「像ズレ」という。）の発生の有無について調べた。

定着ベルト５１としては、ポリイミドからなる厚さ１００μｍの無端状ベルトの基材５１１の外周面に、シリコーンゴムからなる弾性層５１２とＰＦＡからなる厚さ５０μｍの離型層５１３をこの順に形成したものを使用した。定着ベルト５１の厚さｔ（ｍｍ）については、弾性層５１２の厚みを１００μｍ、３５０μｍ、５５０μｍにそれぞれ変更することにより、図８及び図９の図表に示す０．２５ｍｍ、０．５０ｍｍ及び０．７５ｍｍの３種類のものを用意した。

固定部材５２の定着ベルト５１と接触する面部分は、図６、図７等に示すように、前記した各曲面からなる接触部分５２５及び挿入部分５２６と、接触部分５２５の出口側に隣接して接触部分５２５と反対側に湾曲する円弧状の曲面からなる出口部分５２７を有する形状に形成している。また、固定部材５２としては、挿入部分５２６の曲面の曲率半径ｒ₁（ｍｍ）と接触部分５２５の曲面の曲率半径ｒ₂（ｍｍ）を、図８及び図９の図表に示す各値に変更して組み合わせたものを用意した。ちなみに、その各固定部材５２については、上記曲率半径ｒ₁，ｒ₂を変更する際、出口部分５２７の曲面の曲率半径ｒ₃（ｍｍ）を固定したうえで、挿入部分５２６の定着ベルト５１と接触する円弧部分の長さ（定着ベルト５１の回転方向Ｃに沿う方向の寸法）が約１０ｍｍ、定着ベルト５１と接触する面部分の全体長さが約４５ｍｍになるよう接触部分５２５の長さを調整した。

加圧ロール５８としては、アルミニムムからなる厚さ５ｍｍの円筒状のロール基体５８１の外周面に、シリコーンゴムからなる厚さ１０ｍｍの弾性層５８２と、ＰＦＡからなる厚さ１００μｍの離型層５８３をこの順に形成したものを使用した。加圧ロール５８は、その両端部の直径が中央部の直径よりも大きい値になる逆クラウン形状になっている。

固定部材５２は、その接触部分５２５が定着ベルト５１を介在させて加圧ロール５８の外周面とほぼ水平状態（座標軸Ｘとほぼ平行する状態）で接触するように設定した。また、固定部材５２は、図６に示すように、その接触部分５２５の長さ方向の中間点５２５ｃが加圧ロール５８の回転中心５８ｃを通過する鉛直線ＶＬよりも定着ベルト５１の回転方向Ｃの上流側にずれた状態に配置されている。さらに、固定部材５２は、加圧ロール５８が第１の位置Ｐ１に変位して定着処理部ＦＮを形成する際に前述したように加圧オール５８の弾性層５８２が弾性変形するため、その挿入部分５２６の接触部分５２５と隣接する側の部分が定着ベルト５１を介在させて加圧ロール５８の外周面と接触した状態になる。

定着動作は、定着ベルト５１を３００ｍｍ／秒の速度で回転させるとともに、内部加熱ロール５３及び外部加熱ロール５５により定着ベルト５１を約１８０℃の定着可能温度に加熱させる条件下で行った。記録用紙９としては、コート紙（坪量：８０ｇｓｍ／王子製紙製：ＯＫトップコート）を使用した。

スマッジについては、画像形成装置１の画像形成部２により記録用紙９の片面全面にブラックトナーＫのハーフトーン（画像面積率：５０％程度）からなる試験画像を形成し、定着装置５による定着を行ったとき、目視観察により定着後の試験画像の一部に、像乱れが発生しているか否かを調べ、次の基準で評価した。
○：発生せず（目視確認できず）。
×：発生した。

像ズレについては、画像形成装置１の画像形成部２により記録用紙９の片面全面に前記３色（Ｙ，Ｍ，Ｃ）のトナーを適宜組み合わせてＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）又はＢ（合成ブラック）の色からなるベタ（画像面積率：１００％）の試験画像を形成し、定着装置５による定着を行ったとき、目視観察により定着後の試験画像の一部に、像乱れが発生しているか否かを調べ、次の基準で評価した。
○：発生せず（目視確認できず）。
×：発生した。

上記スマッジ及び像ズレの評価結果を図８及び図９に示す。

図８及び図９に示す結果から、定着ベルト５１及び固定部材５２に関する条件として、「ｔ（１／ｒ₁＋１／ｒ₂）」の値が０．１３５以上となる場合は像ズレが発生し、また「ｒ₁＞ｒ₂」の関係になる場合はスマッジが発生している。

そして、この定着装置５においては、定着ベルト５１及び固定部材５２に関する条件について、「ｔ（１／ｒ₁＋１／ｒ₂）」の値が０．１３０以下になり、かつ「ｒ₁＜ｒ₂」の関係になるよう構成したときには、スマッジと像ズレの双方の発生が抑制されることがわかる。

［他の実施の形態］
実施の形態１では、定着装置５として定着ベルト５１をその外周面から加熱する外部加熱ロール５３を適用する形式のものを例示したが、これに限定されず、例えば図１０及び図１１に示されるように、定着ベルト５１をその内周面から加熱する内部加熱ロール５６，５７のみを適用する形式の定着装置５Ｂを使用することもできる。

定着装置５Ｂは、無端状のベルト部材としての定着ベルト５１と、定着ベルト５１の内周面に接触するよう固定した状態で配置される固定部材５２と、定着ベルト５１の内周面に接触して定着ベルト５１を固定部材５２と協働して回転可能に支持する第１内部支持ロール５３及び第２内部支持ロール５４と、定着ベルト５１を２つの内部支持ロール５３，５４を介してそれぞれ加熱する加熱手段の一例としてのハロゲンヒータ５６，５７と、定着ベルト５１を固定部材５２に押し付けて未定着トナー像ＭＴが形成された記録用紙９を通過させる定着処理部ＦＮを形成する加圧ロール５８とを、少なくとも備えている。

このうち定着ベルト５１、固定部材５２及び加圧ロール５８は、実施の形態１に係る定着装置５における定着ベルト５１、固定部材５２及び加圧ロール５８とほぼ同じ構成からなるものである。この関係で図１０及び図１１において実施の形態１に係る定着装置５と共通する構成部分に対しては同じ符号を付し、その説明を必要な場合以外は省略している。ちなみに、定着ベルト５１については、その周長が、実施の形態１における定着ベルト５１の周長よりも短い点で相違する。

１つの内部支持ロール５３は、アルミニウム等からなる円筒状のロールであり、定着ベルト５１が固定部材５２に接触する手前側になる位置に回転自在な状態で配置されている。また、内部支持ロール５３は、その内部空間にハロゲンヒータ５６が設けられており、これにより定着ベルト５１をその内周面側から加熱する内部加熱ロールとして構成されている。また、内部支持ロール５３には、その表面温度を検出する温度検出器６７が設けられている。さらに、内部支持ロール５３は、駆動モータ等で構成される第１駆動装置６１と接続されて回転駆動するようになっており、これにより定着ベルト５１の外周面に接触して定着ベルト５１を矢印Ｃで示す方向に回転駆動させる駆動ロールとして構成されている。

もう１つの内部支持ロール５４は、アルミニウム等からなる円筒状のロールであり、定着ベルト５１が固定部材５２を通過した後の所定の位置に回転自在な状態で配置されている。また、内部支持ロール５４は、その内部空間にハロゲンヒータ５７が設けられており、これにより定着ベルト５１をその内周面側から加熱する内部加熱ロールとして構成されている。さらに、内部支持ロール５４は、定着ベルト５１をその内周面側から外周面側にむけて弾性的に押した状態で支持することにより所要の張力を付与する張力付与ロールとしても構成されている。

定着ベルト５１は、固定部材５２と内部支持ロール５３，５４に掛け回されて内周面側からほぼ逆三角の形態になるよう支持されることにより回転可能になっている。また、定着ベルト５１は、張力付与ロールとしての内部支持ロール５４により必要な張力が付与されることにより、固定部材５２を含む２つの内部支持ロール５３，５４に張架された状態に保たれている。さらに、この定着装置５Ｂにおける基本的な動作（ウォームアップ動作及び定着動作など）は、定着ベルト５１が２つの内部加熱ロール５３，５４で加熱される点や定着ベルト５１がウォームアップ動作時に内部支持ロール５３の回転動力で回転させられる等の点で相違することを除けば、実施の形態１に係る定着装置５の場合とほぼ同様に行われる。

また、この定着装置５Ｂにおいても、実施の形態１に係る定着装置５の場合と同様に、固定部材５２の接触部分５２５が加圧ロール５８から離れる側に湾曲する円弧状の曲面で形成され、その固定部材５２の記録用紙９が挿入される挿入部分５２６が接触部分５２５と反対側に湾曲する円弧状の曲面で形成されており（以上、図６や図７を参照）、しかも、その固定部材５２が、定着ベルト５１の全体の厚みをｔ（ｍｍ）、固定部材５２における挿入部分５２６の曲面の曲率半径をｒ₁（ｍｍ）、固定部材５２における接触部分５２５の曲面の曲率半径をｒ₂（ｍｍ）としたときに、ｔ（１／ｒ₁＋１／ｒ₂）≦０．１３０ …（式１）、かつ、ｒ₁＜₂ …（式２）との条件を満たすよう構成されている（以上、図４、図６及び図７を参照）。

そして、定着装置５Ｂにおいても、定着ベルト５１と固定部材５２とが前記した構成を有していることにより、実施の形態１に係る定着装置５の場合と同様に、未定着のトナー像ＭＴが形成された記録用紙９が定着処理部ＦＮに突入する直前及び突入したときに画像が乱れることが抑制され、良好な定着を行うことができる。

また、実施の形態１に係る定着装置５や上記例示した定着装置５Ｂでは、固定部材５２（の内部）にハロゲンヒータ等の加熱手段を設けてもよい。この場合、固定部材５２の定着ベルト５１を介して加圧ロール５８と接触する部分の温度を計測する温度検出手段などを設け、固定部材５２の加熱手段の動作を制御するようにすればよい。また、定着ベルト５１を加熱する加熱手段としては、実施の形態１等で例示したような定着ベルト５１を支持する支持ロールを介して加熱する構成のものに限らず、定着ベルト５１を加熱するだけの機能を有する専用の加熱手段を採用してもよい。

この他、定着装置５，５Ｂを用いる画像形成装置１については、未定着トナー像を記録用紙９等の被記録材に形成する画像形成手段を備えたものであれば、単色画像を形成する画像形成装置であっても、実施の形態１で例示した色や種類の画像以外の画像を形成することができる画像形成装置であっても差し支えない。

１ …画像形成装置
２ …画像形成手段
５，５Ｂ…定着装置
９ …記録用紙（記録材の一例）
５１…定着ベルト（ベルト部材の一例）
５２…固定部材
５３，５４，５５…支持ロール
５６，５７…ハロゲンヒータ（加熱手段の一例）
５８…加圧ロール
５１１…基材（ベルト基材）
５１２…弾性層
５２５…接触部分
５２６…挿入部分
５８２…弾性層（弾性表面層）
Ｃ …定着ベルトの回転方向
Ｄ …加圧ロールの回転方向
ＭＴ…未定着トナー像（未定着画像の一例）
ＦＮ…定着処理部（定着部）
ｔ …定着ベルトの厚み

Claims (2)

1. 無端状のベルト基材の外周面に少なくとも弾性層を形成してなるベルトと、
   前記ベルトの内周面に接触するよう固定した状態で配置される固定部材と、
   前記ベルトを回転可能に支持する支持ロールと、
   前記ベルトを加熱する加熱手段と、
   前記ベルトを前記固定部材に押し付けて未定着画像が形成された記録材を通過させる定着部を形成したときに弾性変形する弾性表面層を有し、回転駆動する加圧ロールと
   を備え、
   前記固定部材は、前記定着部を形成するときに、前記ベルトと前記加圧ロールとが接触する接触部分を当該加圧ロールから離れる側に湾曲させる円弧状の曲面で形成し、前記接触部分に記録材が挿入される挿入側に隣接する挿入部分を当該接触部分と反対側に湾曲する円弧状の曲面で形成しており、
   前記ベルトの厚みをｔ（ｍｍ）、前記入口部分の曲面の曲率半径をｒ₁（ｍｍ）、前記接触部分の曲面の曲率半径をｒ₂（ｍｍ）としたときに、
   ｔ（１／ｒ₁＋１／ｒ₂）≦０．１３０、かつ、ｒ₁＜ｒ₂
   との条件を満たしていることを特徴とする定着装置。
2. 未定着画像を記録材に形成する画像形成手段と、
   前記画像形成手段で形成された未定着画像を記録材に定着させる請求項１に記載の定着装置と
   を備えていることを特徴とする画像形成装置。

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