JP2017223800A - ベルト定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着ベルトと定着部材とをニップ部以外で非接触にすることで定着ベルトの摩耗と駆動トルクを抑制する。【解決手段】定着部材としての定着パッド７４から離間した位置に加熱ローラ７１を配設し、加熱ローラ７１と定着パッド７４との間に定着ベルト７３を架け回す。ニップ部Ｎの入口側と出口側の外側に位置する定着部材の肩部７４ａ、７４ｂを定着ベルト７３の内周面から離間させる。【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、ベルト定着装置及び画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置として、近年、ベルト定着方式が採用されるようになってきた。このベルト定着方式は、定着ローラ又は定着パッドと、加熱ローラとの間に定着ベルトを掛け回し、当該定着ベルトを介して、定着ローラ又は定着パッドと、加圧ローラとを圧接させる。定着ベルトのスリップ防止と、加熱ローラから定着ベルトへの熱伝達効率を高めるために、定着ベルトに張力を掛けて定着ベルトと加熱ローラとを密着させるようにしている。

近年ではベルト定着方式の小型化と低コスト化のため、例えば特許文献１（特開２００４−２８６９３２号公報）や特許文献２（特開２００４−３２５７５０号公報）のように、定着ローラよりも定着パッドを使用した定着装置が使用される傾向にある。この定着パッドを使用した装置では、図４、図５のように所定の張力を掛けた定着ベルト７３が定着パッド７４と摺接するので、定着ベルト７３の駆動トルクが高くなるという課題がある。また、定着ベルト７３が定着パッド７４と摺接するので定着ベルト７３が摩耗しやすいという課題もある。

本発明の目的は定着ベルトの摩耗と駆動トルクを抑制することにある。

前記課題を解決するため、本発明は、加圧部材と定着部材とを圧接させた状態でこれら両部材間に加熱した定着ベルトを摺動させ、当該定着ベルトと前記加圧部材との間に形成されるニップ部に、顕像化された現像剤を担持した記録媒体を通過させることで、当該記録媒体上の前記現像剤を前記定着ベルトの熱と前記ニップ部の圧力とで前記記録媒体上に熱融着させるようにした定着装置において、前記定着部材から前記加圧部材と反対側に離間した位置に、前記記録媒体の通過方向における前記ニップ部の幅と対応した径を有する加熱ローラを配設し、当該加熱ローラと前記定着部材との間に前記定着ベルトを所定の張力で架け回すと共に、前記ニップ部の入口側と出口側の少なくとも一方に位置する前記定着部材の肩部に、前記ニップ部以外では前記定着ベルトの内周面と接触しない非接触部を形成したことを特徴とするベルト定着装置である。

本発明は、定着部材の肩部を、ニップ部以外では定着ベルトの内周面と接することなく離間させたので、定着ベルトの摩耗と駆動トルクを抑制することができる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略図である。 （ａ）は本発明の実施形態に係るベルト定着装置の概略断面図、（ｂ）は定着パッドが定着ベルトから受ける圧力を示す圧力曲線である。 ベルト定着装置及び端部支持板の斜視図である。 ベルト定着装置の線圧と定着ベルトのＲ形状の関係を示すグラフである。 （ａ）は従来の画像形成装置のベルト定着装置の概略断面図、（ｂ）は定着パッドが定着ベルトから受ける圧力を示す圧力曲線である。 （ａ）は従来の画像形成装置の別のベルト定着装置の概略断面図、（ｂ）は定着パッドが定着ベルトから受ける圧力を示す圧力曲線である。

以下に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。なお、本発明の実施の形態を説明するための各図面において、同一の機能又は形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すことにより一度説明した後ではその説明を省略する。

（画像形成装置）
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る画像形成装置の全体構成及び動作について説明する。本実施形態に係る画像形成装置１は、一般的な電子写真方式のカラープリンタである。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。モノクロプリンタや、その他のプリンタ、複写機、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等の画像形成装置にも本発明の構成を適用可能である。

画像形成装置１の装置本体の中央には、画像形成部としての４つのプロセスユニット２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋが配置されている。各プロセスユニット２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋは、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）の異なる色の現像剤を収容している以外は同様の構成となっている。

具体的に、各プロセスユニット２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋは、潜像担持体としての感光体と、感光体の表面を帯電させる帯電手段としての帯電装置と、感光体の表面に現像剤を供給する現像手段としての現像装置と、感光体の表面をクリーニングするクリーニング手段としてのクリーニング装置等を備える。

現像剤としては、例えば、外添剤としてオイル含有シリカを含むトナーを用いることができる。これによって、プロセスユニットの長寿命化やクリーニング性の向上、転写効率の向上を図ることができ、また経時の駆動トルク増加がほとんどない安定した定着装置を提供できる。

当該トナーは、粉砕トナー又は重合トナーのどちらでもよい。実施形態では、トナー１００部に対して、疎水シリカＲＹ５０（アエロジル製）を２部添加し、２０Ｌヘンシェルミキサーで周速４０ｍ／ｓｅｃ、５分間の混合処理を行なったものを使用する。その後、当該混合物を目開き７５ミクロンの篩にかけることで現像剤トナーを得た。

また、各プロセスユニット２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋは、画像形成装置１の装置本体に対して着脱可能に構成されている。本実施形態では、図１の一点鎖線で示すように、装置本体の上部カバー３を上方へ回動させて開くことで、各プロセスユニット２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋを上方へ取り外したり、反対に上方から取り付けたりすることができるようになっている。

各プロセスユニット２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋの上方には、感光体の表面を露光する露光装置４が配置されている。露光装置４は、上部カバー３に取り付けられており、上部カバー３を開くと、上部カバー３と一緒にプロセスユニット２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋの上方付近から退避する。このように構成することで、露光装置４がプロセスユニット着脱作業の妨げにならないようにしている。

さらに、画像形成装置１は、転写材としての用紙を供給する転写材供給手段としての給紙装置５と、作像動作により形成された画像を用紙に転写する転写手段としての転写装置６を備える。また、画像形成装置１は、用紙上に画像を定着する定着手段としてのベルト定着装置７と、画像を装置外に排出する転写材排出手段としての排紙ローラ８を備える。

転写装置６は、無端状の中間転写ベルト９と、一次転写手段としての４つの一次転写ローラ１０と、二次転写手段としての二次転写ローラ１１等で構成されている。４つの一次転写ローラ１０は、中間転写ベルト９を介して各プロセスユニット２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋの感光体に接触している。これにより、中間転写ベルト９と各感光体との接触部にて一次転写ニップが形成されている。二次転写ローラ１１は、中間転写ベルト９を掛け回すローラの１つに対して中間転写ベルト９を介して接触し、当該接触部に二次転写ニップが形成されている。

また、本実施形態では、二次転写ローラ１１が、開閉可能な正面カバー１２に取り付けられている。このため、図１の一点鎖線で示すように、正面カバー１２を前方へ回動させて開くと、これに伴って二次転写ローラ１１が中間転写ベルト９から離間する。このように構成することで、二次転写ニップにおける紙詰まり処理が行いやすくなる。

（画像形成装置の作像動作）
続いて前述した画像形成装置１の作像動作について説明する。作像動作が開始されると、各プロセスユニット２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋにて各色の画像が形成される。詳しくは、各プロセスユニット２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋにおいて、感光体が回転駆動され、帯電装置によって感光体の表面が所定の極性に一様に帯電される。

次いで、露光装置４によって、感光体の表面が露光され、静電潜像が形成される。このとき、露光装置４が露光する画像情報は、所望のフルカラー画像を、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの色情報に分解した単色の画像情報である。そして、現像装置によって、各感光体上の静電潜像にトナーが供給され、静電潜像がトナー画像として現像（可視像化）される。

各感光体上に形成されたトナー画像は、一次転写ニップにて中間転写ベルト９上に順次重ね合わせて転写される。中間転写ベルト９に転写しきれなかった各感光体上のトナーは、クリーニング装置によって除去される。

その後、中間転写ベルト９上のトナー画像は、二次転写ニップにて、給紙装置５から供給されてきた用紙に対して一括して転写される。そして、二次転写ニップを通過した用紙はベルト定着装置７へと搬送され、用紙上のトナー画像がベルト定着装置７によって定着（熱融着）される。その後、用紙は、排紙ローラ８によって装置外へ排出される。

以上の説明は、用紙上にフルカラー画像を形成するときの画像形成動作である。しかし、前記画像形成装置１はフルカラー画像以外も形成可能である。例えば４つのプロセスユニット２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋのいずれか１つを使用して単色画像を形成したり、２つ又は３つのプロセスユニットを使用して、２色又は３色の画像を形成したりすることも可能である。

（定着装置）
以下、本発明のベルト定着装置７の実施形態を図２Ａ、図２Ｂ、図３により説明する。実施形態に係るベルト定着装置７はパッド定着方式である。このベルト定着装置７は本体に対して着脱可能とされている。

ベルト定着装置７の軸方向におけるニップ幅を均一にするため、本実施形態では、従来と異なり、第１駆動源に連結された加圧ローラ７６の軸芯を位置固定する。その代わりに、後述するように定着部材としての定着パッド７４を加圧ローラ７６に対して接近離反可能（接離可能）に構成し、バネ等の付勢部材の力で定着パッド７４を加圧ローラ７６に押し込むことで所定幅のニップ部Ｎを形成する。

定着パッド７４を加圧ローラ７６に単に押し込むだけでは、加圧ローラ７６の弾性材７６ａが熱膨張すると当該熱膨張で定着パッド７４が押し返されて押し込み量が変化する。そうすると定着ベルト７３の張力が変化し、当該張力の変化のために定着ベルト７３が軸方向に移動して定着ベルト７３の端部が破損する。また、前記張力の変化で通紙パスの方向が変わることでジャムが発生する。

したがって、加圧ローラ７６の弾性材７６ａの熱膨張に関わらず定着パッド７４の押し込み量が変化しない構造が必要である。本発明の実施形態では、加圧ローラ７６の弾性材７６ａの熱膨張に関わらず当該弾性材７６ａに対する定着パッド７４の押し込み量が変化しないように、定着ベルト７３に対して張力付与部材としての板バネを当てている。

ベルト定着装置７は、ハロゲンヒータ等の熱源７２を内蔵した加熱ローラ７１、定着パッド７４、定着パッド７４が取り付けられる補強ステー７５（図２Ｂ参照）、加熱ローラ７１と定着パッド７４との間に周回可能に掛け回された定着ベルト７３を有する。また、ベルト定着装置７は、定着パッド７４と対向して配設された加圧ローラ７６、定着ベルト７３の温度を検知する温度センサ７８、加熱ローラ７１と補強ステー７５を支持する端部支持板６２１を有する。定着ベルト７３の温度が高くなりすぎると温度センサ７８がこれを検知して熱源７２の電力を遮断する。

定着パッド７４が、定着ベルト７３を介して、加圧ローラ７６との間でニップ部Ｎを形成する。加熱ローラ７１の熱が定着ベルト７３に伝達し、図２Ａのニップ部Ｎに対して下側から上向きに導入された転写材Ｐのトナー像Ｔを、定着ベルト７３の熱で溶融し、定着する。ニップ部Ｎの上流側には搬送ガイドが配置され、またニップ部Ｎの下流側には分離手段と搬送ガイドが配置されている。

加熱ローラ７１の回転軸と、加圧ローラ７６の回転軸は、定着装置１に配設された支持体に位置固定で支持されている。加熱ローラ７１の回転軸は図２Ｂのように支持体である端部支持板６２１の円形穴６２１１に支持され、加圧ローラ７６の回転軸は別の支持板の軸受に支持されている。加熱ローラ７１と加圧ローラ７６は、それぞれ、画像形成装置に設けられた駆動源としての別々のモータ（第１駆動源、第２駆動源）にギヤ列などを介して連結されている。

定着ベルト７３は、基本的に、第１駆動源により回転する加圧ローラ７６の作用で連れ回り回転するが、第２駆動源により回転する加熱ローラ７１の回転によっても駆動される。すなわち、ニップ部Ｎで加圧ローラ７６の駆動力が定着ベルト７３に伝達されることによって定着ベルト７３が連れ回り回転し、ニップ部Ｎと反対側で定着ベルト７３が加熱ローラ７１の回転によっても補助的に駆動される。

ここで加熱ローラ７１は、加圧ローラ７６よりも、周速にして１〜１０％、定着ベルト７３と同じ方向に増速して駆動可能とされている。下限の１％は、誤差分を含めた場合でも＋１％以上の増速となることを意味する。このように増速駆動可能に構成した理由は以下の通りである。

従来、定着ベルト７３を駆動する構成は、第１駆動源としてのモータに連結された加圧ローラ７６の駆動力のみで定着ベルト７３を連れ回り駆動する構成が一般的であった。この場合、加熱ローラ７１は従動回転するのみである。しかし、定着ベルト７３は印字時すなわちニップ部Ｎに用紙が介在する時が最もベルト搬送性が不安定になる。

従来のように加圧ローラ７６の駆動力のみで定着ベルト７３を連れ回り駆動すると、当該搬送不安定性を解消することが難しい。そこで、加熱ローラ７１の周速を加圧ローラ７６よりも若干速めることにより、定着ベルト７３の搬送性を安定化するのである。

（加圧ローラの回転軸の位置について）
本実施形態では、前述したように加圧ローラ７６の回転軸がベルト定着装置７の支持体の軸受に位置固定で支持されている。従来のこの種のベルト定着装置７では、一般的に、定着パッド７４が支持体に固定され、加圧ローラ７６の回転軸が定着パッド７４に対して接離可能に支持体に配設されている。しかし、この支持構造では、加圧ローラ７６の端部ギヤ駆動に伴って加圧力の偏在と定着ベルト７３の端部破損が発生することが分かった。

そこで本実施形態ではこのような加圧力の偏在と定着ベルト７３の端部破損を回避するために、加圧ローラ７６の回転軸を支持体の軸受に位置固定で支持している。その代わり、定着パッド７４は加圧ローラ７６に対して可動、すなわち加圧ローラ７６に対して接離可能に配設している。以下、定着パッド７４の可動構造を図２Ｂの端部支持板６２１を参照して説明する。

（端部支持板について）
図２Ｂは、ベルト定着装置７の加熱ローラ７１と補強ステー７５の両端を支持する支持部材としての端部支持板６２１の構成を示す図である。端部支持板６２１は摺動性と耐熱性がある樹脂等により矩形板状に形成されている。

本実施形態では端部支持板６２１の材料を、定着ベルト７３への攻撃性が小さいＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）としている。端部支持板６２１の材料は、この他にも、耐熱性を有し摺動性に優れる樹脂である液晶ポリマーやＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）等でも構わない。また、端部支持板６２１の材料を、耐熱性フッ素樹脂としてもよい。これにより、耐熱性と摺動性を両立でき、定着ベルト７３の長寿命化が可能になる。

端部支持板６２１は円形穴６２１１と矩形穴６２１２を横並びで有する。円形穴６２１１は加熱ローラ７１の回転軸の端部を回転可能に支持する軸穴である。矩形穴６２１２は補強ステー７５の端部を支持するステー支持穴である。

端部支持板６２１の上下両端縁には、凹溝６２１４と凹溝６２１５が形成されている。これら凹溝６２１４、６２１５は、ベルト定着装置７の板状フレームに端部支持板６２１を取り付けるためのものである。すなわち、板状フレームに形成された横向きの切欠き部の上下の縁に、端部支持板６２１の凹溝６２１４、６２１５が水平方向から係合可能とされている。

端部支持板６２１は同一形状のものが左右一対で互いに平行に配設されている。したがって、円形穴６２１１とステー支持穴６２１２を左右対称配置とすることができ、加熱ローラ７１と定着パッド７４の正確な平行出しが可能である。当該加熱ローラ７１と定着パッド７４の正確な平行出しにより、蛇行の原因となるベルト張力の左右偏差が防止され、定着ベルト７３の難蛇行性により当該定着ベルトの長寿命化が可能になる。

ステー支持穴６２１２は、補強ステー７５を図２Ｂで左右方向に摺動可能に支持する。ステー支持穴６２１２の横幅は、補強ステー７５よりもやや幅広に形成し、補強ステー７５を図２Ｂで右方向に付勢するばね等の付勢手段を配設する。

このように補強ステー７５を左右方向に摺動可能にすることで、定着ベルト７３に所定の張力を付与することができる。そして定着ベルト７３に所定の張力が付与されることで、定着ベルト７３の曲がり部７３ｃ、７３ｄ（ニップ部Ｎの入口側と出口側に隣接した部分）の所定の曲率半径が維持され、定着パッド７４の肩部７４ａ、７４ｂとの非接触状態が維持される。また、加圧ローラ７６の径方向の寸法バラツキがあってもニップ部Ｎの圧力を一定に維持することができる。つまり、定着パッド７４の肩部７４ａ、７４ｂに、ニップ部Ｎ以外では定着ベルト７３の内周面と接触しない非接触部を形成するのである。

一対の端部支持板６２１の互いに対向する対向面は、蛇行規制部としての平面状の蛇行規制面６２１３とされている。この蛇行規制面６２１３は端部支持板６２１の片面全面に形成され、定着ベルト７３の左右両側縁の周方向全体が蛇行規制面６２１３に当接可能とされている。

本実施形態では加熱ローラ７１と補強ステー７５の支持部材である端部支持板６２１に蛇行規制面６２１３を形成しているので、ベルト定着装置７の小型低コスト化を図ることができる。なお、蛇行規制面６２１３は必ずしも端部支持板６２１の片面全面に形成する必要はない。定着パッド７４とは反対側の少なくとも円形穴６２１１の回りなどの必要領域にのみ形成してもよい。これにより蛇行規制面６２１３と定着ベルト７３との間の摩擦を低減することができる。

本実施形態では、定着ベルト７３の両端部全周の側方に端部支持板６２１が位置するため、定着ベルト７３の両端部全周が端部支持板６２１によって幅方向に規制される。すなわち、定着ベルト７３が図２Ｂで矢印Ｃ方向に蛇行した場合、最大で定着ベルト７３の一端全周縁が端部支持板６２１の蛇行規制面６２１３に当接して位置規制される。要するに、蛇行規制面６２１３は定着ベルト７３の片寄りを規制する片寄り規制部材として機能する。

（加熱ローラについて）

加熱ローラ７１は中空円筒状に構成されている。当該加熱ローラ７１は、アルミ、鉄、ステンレスなどの金属製パイプ材を加工して製作する。実施形態では所定径の鉄のパイプ材を所定長に切断して加熱ローラ７１とする。

加熱ローラ７１の内部の熱源７２は、ハロゲンヒータの他に、加熱ローラ７１との空隙が小さく、加熱ローラ７１端部もほとんどスキマがない構造であれば、抵抗発熱体やカーボンヒータを使用可能である。また熱源７２として電磁誘導加熱等も可能である。実施形態では５５０ｗのハロゲンヒータを用いた。

本実施形態の加熱ローラ７１は、加熱手段の見かけ直径より内径が１ｍｍ大きい円筒形としている。加熱ローラ７１の内面は、ハロゲンヒータなどからの輻射熱を吸収しやすくするために黒色塗装が施されている。

定着ベルト７３の内面には、定着パッド７４の摺動シート７７との摩擦軽減のために、シリコーンオイルやフッ素グリースなどを潤滑剤が塗布されている。このため、加熱ローラ７１と定着ベルト７３との間に潤滑剤が介在している場合がある。

定着パッド７４が加圧ローラ７６を押す力は、摺動シート７７から定着ベルト７３へと伝わり、加圧ローラ７６で受け止められる。また加熱ローラ７１は第２駆動源に直結し、加熱ローラ７１の回転方向は定着ベルト７３と同じ方向になるように、そして速度（周速）は前述したように加圧ローラ７６よりも１〜１０％程度速めになるように、それぞれ設定されている。

加熱ローラ７１は積極的に回転することで定着ベルト７３の搬送を補助する目的もある。したがって、加熱ローラ７１の駆動力を定着ベルト７３にロスなく伝達するために、加熱ローラ７１の表面を少し粗して（例えば表面粗さＲａ１０以下）、潤滑剤を保持しやすくしてもよい。加熱ローラ７１の表面を粗らす方法としては、サンドブラストのように物理的に粗らす方法や、エッチングのように化学的に粗らす方法、あるいは、小径ビーズを混ぜた塗料を塗布する方法などあるが、何れの方法も採用することができる。

加熱ローラ７１と定着ベルト７３内面は、速度差による摩擦が発生しないようにする。これにより定着ベルト７３内面と速度差をもって接触する部分は定着パッド７４のニップ部Ｎのみとなる。これにより定着ベルト７３の駆動トルクを低減させることが可能となる。

（定着パッドについて）
定着部材としての定着パッド７４は、熱的に安定なシリコーンゴム、フッ素ゴムなどの弾性体、又は耐熱性の樹脂、燐青銅などの金属から構成することができる。特に燐青銅は熱伝導性が高いので、定着ベルト７３の均熱化に有効である。すなわち、熱源７２の幅方向発光領域（加熱領域）と通紙された転写材Ｐの幅サイズ又は位置とが異なっていた場合、熱伝導性が高い定着パッド７４によって軸方向の熱移動が促進されて定着ベルト７３の軸方向温度差を低減することが出来る。

定着パッド７４は、矩形断面で棒状の補強ステー７５に支持されている。当該補強ステー７５が、スプリングなどにより加圧ローラ７６に対して接近する方向に付勢されることで、定着パッド７４が加圧ローラ７６に対して押圧されている。

前記補強ステー７５の両端部には、レバー等の操作部材を連結することができ、当該操作部材により、補強ステー７５を前後動（図２Ａで左右動）させることができる。当該前後動により、加圧ローラ７６に対する定着パッド７４の押圧と押圧解除を切り替えることができる。定着パッド７４の押圧解除を、少なくともジャム処理時に可能とすることで、ジャムが発生した際、転写材Ｐを容易に取り除くことが可能になる。

定着パットの加圧側（図２Ａで右側）は、摺動シート７７（図２Ａでは図示省略）を介して定着ベルト７３の内面と接触している。摺動シート７７と定着ベルト７３との間には、定着ベルト７３の回転を安定化するために必要に応じて耐熱性のグリースを潤滑剤として用いることができる。定着パットの加圧側を摺動シートなしで直接定着ベルト７３の内面と接触させることも可能である。この場合、定着パットの加圧側に必要に応じて摺動性の高い層をコーティングすることができる。

ここで摺動シートや定着ベルト７３を介して、加圧ローラ７６からの荷重を利用してニップ部Ｎを構成し、このニップ部Ｎ内における圧力と熱によりトナーを熱溶融させて定着することができる。

転写材Ｐの通過方向における定着パッド７４の中央部分は、定着ベルト７３を介して加圧ローラ７６と圧着することでニップ部Ｎを形成する。転写材Ｐの通過方向におけるニップ部Ｎの入口側（上流側）と出口側（下流側）の定着パッド７４の肩部７４ａ、７４ｂの形状は、定着ベルト７３の内面と非接触の形状とされている。すなわち、「非接触」となるように、肩部７４ａ、７４ｂは、ニップ部Ｎの前後における定着ベルト７３の曲がり部７３ｃ、７３ｄの曲率半径よりも、小さい曲率半径の円弧状とされている（非接触部の形成）。当該非接触部により、定着ベルト７３の曲がり部７３ｃ、７３ｄはニップ部Ｎの入口側と出口側に対して、定着パッド７４の肩部７４ａ、７４ｂと接触することなく、接線方向で出入りする。

静止時に定着パッド７４が受ける圧力は、図２Ａ（ｂ）に示すようにニップ部Ｎの中心が最も高く（Ｐmax）、両端（入口端と出口端）に近づくに従い弱まり、ニップ部Ｎの両端部でゼロになる（Ｐmin）。図２Ａ（ｂ）の圧力曲線は、分解能が０．７５ｍｍの圧力センサー（ニッタ株式会社製ＰＩＮＣＨ）で測定したものを簡易的に示したものである。後述する図４（ｂ）、図５（ｂ）の圧力曲線も同様である。なお、前述した定着パッド７４の肩部７４ａ、７４ｂの円弧形状は、後述するように定着パッド７４に作用する圧力がニップ部Ｎの入口端と出口端で最も低くなる（Ｐmin）ことと、直接的には関係しない。

定着パッド７４の肩部７４ａ、７４ｂを確実に非接触にしてＰmin〜Ｐendで最低圧を実現するのは、あくまで定着ベルト７３に掛ける張力荷重に依る。この張力荷重については図３で後述する。

本実施形態では、前述のように定着パッド７４に作用する最低圧ゼロがＰmin→Ｐendまで拡大される。Ｐendが定着パッド７４の端部である。図２Ａ（ｂ）の曲線と、図４（ｂ）及び図５（ｂ）の曲線とを比較すると、図２Ａ（ｂ）の曲線の方が裾野の広がりが拡大している。

しかし、当該拡大部分（Ｐmin→Ｐend）では定着ベルト７３が定着パッド７４の肩部７４ａ、７４ｂと非接触のため、当該肩部から曲げられるための圧力を受けない。拡大部分（Ｐmin→Ｐend）では肩部７４ａ、７４ｂから浮いた定着ベルト７３の曲がり部７３ｃ、７３ｄが加圧ローラ７６からの荷重のみを受ける。定着パッド７４が受ける圧力の総和は、図４及び図５の従来構成と比べて不変である。

なお、定着ベルト７３の移動方向（転写材Ｐの通過方向）における定着パッド７４の幅は、軸方向中央部で最も細く、両端部に行くに従って太くなるように形成することができる。これにより、経時の駆動トルク増加がほとんどない安定した定着装置とすることができる。本実施形態の定着パッド７４の幅は、軸方向中央部が５．２ｍｍ、両端部で５．７ｍｍである。

一方、定着パッド７４の軸方向形状は、加圧ローラ７６との対向面がフラットである。したがって、ニップ部Ｎに突入してきた転写材Ｐはストレートパスにて排出される。但し、加圧ローラ７６はその軸方向の中央部で撓みが発生するので、その補正手段として、加圧ローラ７６の弾性材７６ａの軸方向の中央部を、両端部に比べて定着パッド７４側にやや膨らむ形に形成することができる。例えば加圧ローラ７６の標準外径をφ２５とすると、当該膨らみの程度はφ２５．１〜φ２５．２である。

（定着ベルトについて）
定着ベルト７３は、薄肉であって可撓性と所定の曲げ剛性とを併有する無端状ベルトであって、図２Ａで矢印方向（反時計方向）に回転（走行）する。定着ベルト７３は、内周面（固定部材２６との摺接面である。）側から、基材層、弾性層、離型層が順次積層されていて、その全体の厚さが１ｍｍ以下に設定されている。

定着ベルト７３の基材層は、層厚が３０〜５０μｍであって、ニッケル、ステンレス等の金属材料や、ポリイミド、ポリアミド、フッ素樹脂等の樹脂材料で形成されている。実施形態ではポリイミドを用いた。定着ベルト７３のポリイミド基材の裏面粗さ（加熱ローラ７１と接触する面の粗さ）はＲａ５以下とする。定着ベルト７３の内面にはシリコ−ンオイル又はグリースを塗布する。

定着ベルト７３の弾性層は、層厚が１００〜３００μｍであって、熱的に安定なシリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、フッ素ゴム等のゴム材料で形成されている。当該弾性層を設けることで、ニップ部における定着ベルト７３表面の微小な凹凸が形成されなくなり、転写材Ｐ上のトナー像Ｔに均一に熱が伝わりユズ肌画像の発生が抑止される。

シリコーンゴム層などの弾性層がない場合は熱容量が小さくなって昇温性は向上するが、未定着トナー画像を均一に押し潰すことが出来ず、定着の際に紙の表面の微妙な凹凸に応じた画像が残るという不具合が生じる。これを改善するには、シリコーンゴム層などの弾性層を望ましくは１００μｍ以上設ける必要がある。このような弾性層の変形により微妙な凹凸が吸収されユズ肌画像が改善される。

当該弾性層は、転写材Ｐ上のトナーが定着ベルト７３に付着しないように離型性（剥離性）を担保するため離型層で被覆されている。離型層は層厚が５〜５０μｍであって、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）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ＰＥＳ（ポリエーテルサルファイド）等の材料で形成されている。

実施形態では１００μｍ厚みの弾性材７６ａと最表層に２０μｍ厚みの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）チューブを被覆した。また、定着ベルト７３の直径は１５〜１２０ｍｍになるように設定されている。なお、本実施の形態１では、定着ベルト７３の内径が３０ｍｍに設定されている。

シリコーンゴム層がない場合は熱容量が小さくなり、昇温性が向上するが、未定着トナー画像を均一に押し潰すことが出来ず、定着の際に紙の表面の微妙な凹凸に応じた画像が残るという不具合が生じる。これを改善するには、シリコーンゴム層を１００μｍ以上設ける必要がある。シリコーンゴム層の変形により、微妙な凹凸が吸収されユズ肌画像が改善する。

定着ベルト７３に掛ける張力荷重は、転写材ＰがＡ４サイズの場合１００〜２５０Ｎである。当該張力荷重は、定着ベルト７３のスパンの内側に張力付与部材しての張力ローラ、板バネ、クリーニングローラ等の部材を設置することにより付与する。

定着ベルト７３の張力荷重は、小さ過ぎると定着ベルト７３と加熱ローラ７１との密着力が不十分になって加熱ローラ７１の駆動力や熱が定着ベルト７３に十分に伝わらずに定着ベルト７３のスリップや加熱不足が発生する。これとは反対に張力荷重が大き過ぎても、定着パッド７４の肩部７４ａ、７４ｂで定着ベルト７３が折れ曲がることで定着ベルト７３のスリップが発生する。

なお、定着パッド７４の肩部７４ａ、７４ｂは、定着ベルト７３の折れ曲がり防止のためにＲ１以下の曲率を避けるのがよい。定着ベルト７３の張力ないし密着力は実際には測定できないので、０．５Ｎ／ｍから１０Ｎ／ｍのような加重管理を行うことで前記のような不具合が発生することなく良好な張力設定ができる。また、肩部７４ａ、７４ｂを定着パッド７４とは別部材とし、ニップ部Ｎの前後のベルト内側領域に例えばニップ形成部材を構成する「ガイド板」を定着ベルト７３と非接触で配置することも可能である。

（加圧ローラについて）
加圧ローラ７６は、中空又は中実の金属ローラで構成されている。図２Ａは中実の金属ローラによる加圧ローラ７６を示している。当該加圧ローラ７６は、アルミ、鉄、ステンレスなどの金属製パイプ材又は中実棒材を加工して製作する。実施形態では所定径の鉄のパイプ材を所定長に切断して加圧ローラ７６とする。

加圧ローラ７６の周面に、幅広で浅い溝７６ｂが周方向に形成されている。当該溝７６ｂ内に、ニップ部Ｎの幅や圧力等が確保するため、熱的に安定な弾性材７６ａが設けられている。当該弾性材７６ａの外表面に、転写材Ｐの離型性を得るために、離型層（ＰＦＡ樹脂層またはＰＴＦＥ樹脂層）を設けることができる。実施形態では、加圧ローラ７６の弾性材７６ａの厚みを６ｍｍとした。

前記弾性材７６ａは、熱的に安定な例えばシリコーンゴム、ソリッドゴム又は発泡状のスポンジゴムで構成することができる。スポンジゴムを用いると断熱性が高まり、定着ベルト７３の熱が加圧ローラ７６の芯金に伝導し難くなる。定着ベルト７３の熱が芯金に伝導し難くなると、定着ベルトの温度制御の正確性が高まるため望ましい。

加圧ローラ７６は、溝７６ｂの外側の両端部に、弾性材７６ａがない芯金の陸部分を有する。当該陸部分の径Ｄａと弾性材７６ａの径Ｄｂを比べると、同径（Ｄａ＝Ｄｂ）であるか、弾性材７６ａの径Ｄｂの方が大きい（Ｄａ＜Ｄｂ）。

加圧ローラ７６の弾性材７６ａに向けて、前述したようにスプリングなどの付勢手段で付勢された定着パッド７４が圧着されているので、加圧ローラ７６の弾性材７６ａに定着パッド７４が食い込む形で弾性材７６ａが押し潰されて変形する。これにより、ニップ部Ｎにおいて転写材Ｐの通過方向で所定のニップ幅が形成される。

当該ニップ幅は例えば５ｍｍとすることができる。また、加圧ローラ７６の内部にハロゲンヒータなどの熱源を加熱ローラ７１の熱源７２とは別に設けてもよい。実施形態ではハロゲンヒータは加熱ローラ７１の内部のみである。加圧ローラ７６は、画像形成装置１に設けられたモータなどの第１駆動源からギア列などを介して駆動力が伝達されて回転駆動される。

（定着ベルトの駆動トルク）
定着ベルト７３は前述のように、定着パッド７４の肩部７４ａ、７４ｂと非接触を維持するように、その曲げ剛性と張力が設定されている。このため、加熱ローラ７１による定着ベルト７３の摩耗と駆動トルクを、図４、図５のような従来のベルト定着装置に比べて低減することが可能である。

以下の表１は、定着ベルト７３の駆動トルクの変化を、本発明の実施形態１、２と、従来構成１（図４）、従来構成２（図５）とを対比する形で示したものである。駆動トルクは、動トルク測定器(KYOWA製 モデルTP-10KCE)で測定した。この動トルク測定器を、定着装置とモータ（第２駆動源）のギアとの間に配設する。そしてモータで定着装置を駆動させたときの動トルク測定器からの信号を、シグナルコンディショナー(KYOWA製CDV-456B)で電圧値に変換し、最終的に駆動トルク(N・m)として算出した。

（実施形態１と２）
実施形態１は、図３の定着ベルト７３に掛ける張力荷重（線圧）とＲ形状の関係に基いて当該荷重を適正に調整することで、図２Ａのように定着パッド７４の肩部７４ａ、７４ｂを定着ベルト７３と非接触にしたものである。加熱ローラ７１の外径は、ニップ部Ｎの幅と対応させて、５ｍｍにしてある。実施形態２は、定着パッド７４に作用する総圧を２２０Ｎにしたもので、それ以外は実施形態１と同じである。定着パッド７４が受ける圧力の総和（総圧）は、実施形態２を除いて従来構成も１４０Ｎで同じである。

（従来構成１）
図４の従来構成１は、ニップ部Ｎの幅＜定着パッド７４の幅＜加圧ローラ７６の径の関係にしたものである。静止時に定着パッド７４が受ける圧力は、ニップ部Ｎの中心が最も高く（Ｐmax）、両端（入口端と出口端）に近づくに従い弱まり、ニップ部Ｎの両端部で一旦ゼロになる（Ｐmin）。その後定着パッド７４が受ける圧力は定着パッド７４の両端部に行くにつれてやや増大してＰendで終わる。定着パッド７４が受ける圧力の総和（１４０Ｎ）は、実施形態１と同じである。

定着パッド７４の両端部は、定着ベルト７３が曲げられて当たるために若干圧力を受ける。図４の右側円内拡大図から分かるように、矢印で示すベルト通過方向での定着パッド７４の幅に比べてニップ部Ｎの幅が狭い場合は、定着ベルト７３の屈曲部７３ｄの内面が定着パッド７４のエッジ７４ｄと接触する。

この接触を回避するため図４の左側円内拡大図のように面取り７４ｃを設けても、面取り７４ｃの端に形成されるエッジ７４ｄ又は７４ｅの少なくとも一方に定着ベルト７３の屈曲部７３ｄの内面が接触する。したがって、定着パッド７４の両端部に定着ベルト７３からの圧力Ｐendが作用する。

（従来構成２）
図５の従来構成２は、ニップ部Ｎの幅＝定着パッド７４の幅＜加圧ローラ７６の径の関係にしたものである。静止時に定着パッド７４が受ける圧力は、従来構成１と同様にニップ部Ｎの中心が最も高く（Ｐmax）、両端（入口端と出口端）に近づくに従い弱まり、ニップ部Ｎの両端部で一旦ゼロになる（Ｐmin）。定着パッド７４が受ける圧力の総和（１４０Ｎ）は、従来構成１と同様に実施形態１と同じである。

回転時は、ニップ部Ｎの範囲内で変形していた加圧ローラ７６の弾性材７６ａの圧力がニップ部Ｎの出口側で解放される。この解放の際、当該弾性材７６ａが静止時のニップ部Ｎの出口側端部よりも外側に一時的に膨張する。これにより図５（ｂ）のようにニップ部Ｎの出口側の幅が若干広がり、その影響で定着パッド７４が圧力を受ける領域もＰendまで若干拡大する。ニップ部Ｎの入口側端部は圧力の解放ではないが同様の現象が起こる。加圧ローラ７６の弾性材７６ａがニップ部Ｎの入口側端部で圧縮され始める直前に定着ベルト７３に接触し、その接触圧で定着パッド７４が圧力を受ける領域が出口側と同様にＰendまで若干拡大するのである。

従来構成１、２において５０時間以降で駆動トルクが高くなったのは、定着ベルト７３内面が削れ、この削れた粉がグリースと混ざったために潤滑剤がなくなったためである。これに対して実施形態１、２では５０時間以降で駆動トルクの増加は生じなかった。表１の結果から、駆動トルクを安定して低くするには、ニップ部Ｎの入口側と出口側において定着パッド７４の肩部７４ａ、７４ｂを定着ベルト７３と非接触にするのが望ましいことが分かった。

（定着ベルトが定着パッドの肩部と接触しないための条件）
図３は、定着ベルト７３が定着パッド７４の肩部７４ａ、７４ｂと接触しないための条件を示したものである。定着ベルト７３の基材として厚みが７０μｍのポリイミドを用いて曲がり部７３ｃ、７３ｄのＲ形状を測定した。図中の一点鎖線が、基材上にシリコーンゴムを０μ（ゴムなし）とした定着ベルト７３の場合であり、実線が基材上にシリコーンゴムを１８０μｍ（ゴム硬度１度）とした定着ベルト７３の場合である。

図３から分かるように、例えばシリコーンゴムなしで定着ベルト７３に付与された張力（線圧）が１．４ｋｇｆ／ｍの時、定着ベルト７３の曲がり部７３ｃ、７３ｄの曲率半径は３ｍｍになる。このため、当該部分で定着パッド７４の肩部７４ａ、７４ｂを非接触にするためには、肩部７４ａ、７４ｂの形状を曲率半径２ｍｍ（Ｒ２）程度にすることで定着ベルト７３との隙間を０．５ｍｍ前後にすることができる。他の張力（線圧）でも曲がり部７３ｃ、７３ｄの曲率半径（図３縦軸）よりも、定着パッド７４の肩部７４ａ、７４ｂの曲率半径を１ｍｍ程度小さくすることで当該肩部７４ａ、７４ｂを定着ベルト７３から確実に離間させることができる。

また定着ベルト７３の基材上にシリコーンゴムがある場合はベルトの曲げ剛性が大きくなるので、定着ベルト７３の曲がり部７３ｃ、７３ｄの曲率半径が大きくなる。この場合の定着パッド７４の肩部７４ａ、７４ｂの曲率半径は、それに合わせて、ベルトと非接触の範囲で必ずしも大きくする必要はない。

但し、何らかの理由でベルトの張力が変化してベルトが一時的に定着パッド７４の肩部７４ａ、７４ｂに接触する可能性もある。このような場合のニップ部Ｎに対するベルトの摺動性を安定化するためには、肩部７４ａ、７４ｂと定着ベルト７３の曲がり部７３ｃ、７３ｄとの間に必要以上に大きな隙間が存在しない方が望ましい。

加圧ローラ７６の弾性材７６ａの径方向熱膨張量は、温度やゴム特性にもよるが、１５０℃から２００℃になると弾性材７６ａ厚みの約１０％程度の熱膨張量が発生する。実施形態では弾性材７６ａ厚みを６ｍｍとしたため、約０．６ｍｍだけ径方向外側（定着パッド７４側）に熱膨張する。弾性材７６ａが０．６ｍｍだけ定着パッド７４側に熱膨張すると、通常、定着パッド７４は０．６ｍｍ弱押し込み量が減少することになる。

定着ベルト７３は必要な大きさの張力で掛け回されているので、ゴム特性や付与荷重によっても異なるが、定着パッド７４が０．４ｍｍ前後押し戻されただけでも、その分だけ張力付与部材である板バネの作動範囲の増大となり、ベルト張力が低下するおそれがある。そうすると定着パッド７４端部の蛇行規制用ツバ部と定着ベルト７３端部の接触幅が短くなり、その結果、定着ベルト７３の軸方向寄りに対して定着ベルト７３端部が破損しやすくなる。なお、本実施形態では前記蛇行規制用ツバ部を端部支持板６２１の蛇行規制面６２１３で構成する。

弾性材７６ａの変形については、変形後の弾性材７６ａの厚みが変形前の８０％以上（変形率２０％未満）とする。これは８０％未満（変形率２０％以上）で長時間押し込みが続くと、永久ひずみにより弾性が幾分なくなり、定着パッド７４と加圧ローラ７６との間に設定した所定の密着圧を確保できなくなるためである。所定の密着圧を確保できなくなると、軸方向の定着ニップ幅の不均一化、定着ベルト７３の軸方向移動による端部破損及びジャム等の不具合が発生する。

以上、本発明を実施形態及び変形実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は前記実施形態及び変形実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば実施形態では、加圧部材を加圧ローラ７６で構成し、定着部材を定着パッド７４で構成したが、加圧部材や定着部材はこれに限られない。例えば特開２００７−１４０３０９号公報に記載のように、ローラ対による上流側第１ニップと、パッド対による下流側第２ニップを有するベルト定着装置にも本発明を適用可能である。

また、実施形態ではニップ部Ｎの入口側と出口側の両方で定着パッド７４の肩部７４ａ、７４ｂを定着ベルト７３と非接触にしたが、定着パッド７４の肩部７４ａ、７４ｂは必ずしも入口側と出口側の両方で定着ベルト７３と非接触にする必要はない。画像形成装置の機種によって、ニップ部Ｎの入口側（肩部７４ａ）と出口側（肩部７４ｂ）の一方のみで定着パッド７４の肩部７４ａを定着ベルト７３と非接触にし、他方では従来通り肩部を定着ベルト７３に接触させてもよい。

１：画像形成装置 2Y、2M、2C、2Bk：プロセスユニット
３：上部カバー ４：露光装置
５：給紙装置 ６：転写装置
７：定着装置 ８：排紙ローラ
９：中間転写ベルト １０：一次転写ローラ
１１：二次転写ローラ １２：正面カバー
７１：加熱ローラ ７２：熱源
７３：定着ベルト ７３ｃ、７３ｄ：曲がり部
７４：定着パッド ７４ａ、７４ｂ：肩部
７５：補強ステー ７６：加圧ローラ
７６ａ：弾性材 ７６ｂ：溝
７７：摺動シート ７８：温度センサ
７９：軸受け部 ６２１：端部支持板
６２１１：円形穴 ６２１２：矩形穴（ステー支持穴）
６２１３：蛇行規制面 ６２１４、６２１５：凹溝
Ｎ：定着ニップ Ｐ：転写材
Ｔ：トナー像

特開２００４−２８６９３２号公報 特開２００４−３２５７５０号公報

Claims (7)

1. 加圧部材と定着部材とを圧接させた状態でこれら両部材間に加熱した定着ベルトを摺動させ、当該定着ベルトと前記加圧部材との間に形成されるニップ部に、顕像化された現像剤を担持した記録媒体を通過させることで、当該記録媒体上の前記現像剤を前記定着ベルトの熱と前記ニップ部の圧力とで前記記録媒体上に熱融着させるようにした定着装置において、
   前記定着部材から前記加圧部材と反対側に離間した位置に、前記記録媒体の通過方向における前記ニップ部の幅と対応した径を有する加熱ローラを配設し、当該加熱ローラと前記定着部材との間に前記定着ベルトを所定の張力で架け回すと共に、前記ニップ部の入口側と出口側の少なくとも一方に位置する前記定着部材の肩部に、前記ニップ部以外では前記定着ベルトの内周面と接触しない非接触部を形成したことを特徴とするベルト定着装置。
2. 前記記録媒体の通過方向における前記定着部材の幅が、軸方向中央部で最も細く、両端部に行くに従って太くなることを特徴とする請求項１の定着装置
3. 前記ニップ部の入口側と出口側に隣接した部分の前記定着ベルトの曲率半径に比べて、前記定着部材の前記肩部の曲率半径を小さくしたことを特徴とする請求項１又は２のベルト定着装置。
4. 前記定着ベルトが、ポリイミド等の樹脂又はニッケル等の金属により形成され、かつ、当該定着ベルトが前記定着部材の肩部から離間するのに必要な所定の曲げ剛性を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項のベルト定着装置。
5. 前記加圧部材が第１駆動源によって駆動される加圧ローラを有し、前記加熱ローラが第２駆動源によって前記加圧部材よりも高速で駆動されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項のベルト定着装置。
6. 前記定着部材の両端部に、前記定着ベルトの端部全周が当接することで当該定着ベルトの片寄りを規制する片寄り規制部材を配設したことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項のベルト定着装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項のベルト定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。

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