JP4126875B2 - 定着装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複写機やプリンター等の画像形成装置において、記録媒体に供給されたトナーを記録媒体に定着させるのに使用する定着装置に係り、特に、トナーが供給された記録媒体を回転する一対の定着用ローラ間に導いて、記録媒体にトナーを定着させるようになった定着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複写機やプリンター等の画像形成装置においては、記録媒体上にトナーを供給し、このトナーを定着装置によって記録媒体に定着させることが行われていた。
【０００３】
ここで、このような定着装置として、従来においては、一般に図１に示すように、トナーｔが供給された記録媒体１を一対の定着用ローラ２，３間に導き、この一対の定着用ローラ２，３間においてトナーｔを記録媒体１に定着させるようにしていた。
【０００４】
また、このように一対の定着用ローラ２，３間においてトナーｔを記録媒体１に定着させるにあたり、トナーｔが記録媒体１に十分に定着されるように、各定着用ローラ２，３内に加熱装置４，５を設けると共に、各定着用ローラ２，３の外周部に弾性層２ａ，３ａを設け、上記の加熱装置４，５によって各定着用ローラ２，３を加熱させると共に、定着用ローラ２，３を圧接させて、各定着用ローラ２，３の外周部に設けられた弾性層２ａ，３ａ間におけるニップ部分の長さを長くし、トナーｔが十分に加熱，加圧されて記録媒体１に定着されるようにしていた。
【０００５】
一方、近年においては、上記のような画像形成装置の高速化が図られ、トナーｔを速い速度で十分に記録媒体１に定着させることが必要になり、またフルカラー画像形成装置においては、記録媒体１上に複数色のトナーｔが供給されてトナーｔの層が厚くなり、このように層が厚くなったトナーｔを記録媒体１に十分に定着させることが必要になった。
【０００６】
ここで、上記のような定着装置において、トナーｔを速い速度で十分に記録媒体１に定着させたり、層が厚くなったトナーｔを記録媒体１に十分に定着させるためには、上記の定着用ローラ２，３間において、トナーｔを加熱，加圧するニップ部分の長さをさらに長くすることが必要になった。
【０００７】
そして、このように定着用ローラ２，３間におけるニップ部分の長さを長くするためには、上記の各定着用ローラ２，３の径を大きくしたり、各定着用ローラ２，３の外周部に設ける弾性層２ａ，３ａを厚くする等の方法が考えられる。
【０００８】
しかし、上記のように定着用ローラ２，３の径を大きくした場合には、定着装置が大型化したり、記録媒体１がトナーｔと接触する定着用ローラ２に巻き付きやすくなるという問題があり、また定着用ローラ２，３の外周部に設ける弾性層２ａ，３ａを厚くした場合には、各定着用ローラ２，３の外周面まで熱が伝わりにくくなり、トナーｔを十分に加熱することができなくなって、記録媒体１にトナーｔが十分に定着されなくなったり、また各定着用ローラ２，３の外周面を十分に加熱するために、大きな電力が必要になって、ランニングコストが高く付く等の問題があった。
【０００９】
また、近年においては、特開平９−１１４２８３号公報に示されるように、加熱ローラと複数の支持ローラに無端状の定着用ベルトを掛け渡し、この定着用ベルトを介して加熱ローラを加圧ローラに押し付けると共に、さらに下流側において定着用ベルトを圧接部材により加圧ローラに押し付け、定着用ベルトと加圧ローラとのニップ領域を長くして、このニップ領域においてトナーを記録媒体に定着させるようにしたベルト定着装置が提案されている。
【００１０】
しかし、このようなベルト定着装置の場合、定着用ベルトを加熱ローラと複数の支持ローラに掛け渡して移動させるため、定着装置が大きくなって、画像形成装置が大型化するという問題があり、また上記のように定着用ベルトが加熱ローラと複数の支持ローラに掛け渡して移動している間に、この定着用ベルトが冷却されてしまい、トナーを十分に加熱させて記録媒体に定着させることができなくなったり、またトナーを記録媒体に十分に定着させるため、加熱ローラによって定着用ベルトを加熱させる条件を強くすることが必要になって、ランニングコストが高く付いたり、さらに定着用ベルトを介して複数の支持ローラを加熱させるために、ウオーミングアップに時間を要する等の問題があった。
【００１１】
また、従来のベルト定着装置の場合には、ベルトとローラとのニップ部において、記録媒体がカールしたり皺が発生したりし、さらに巻き付きやジャムを発生する問題もあった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、記録媒体に供給されたトナーを記録媒体に定着させる定着装置における上記のような問題を解決することを課題とするものであり、トナーが供給された記録媒体を回転する一対の定着用ローラ間に導いて、記録媒体にトナーを定着させるにあたり、定着装置が大型化したり、ランニングコストが高く付いたりするということがなく、記録媒体に供給されたトナーが記録媒体に十分に定着されるようにすることを課題としている。
【００１３】
さらに、従来のベルト定着装置の場合のように、記録媒体がカールしたり皺が発生したりするのを抑制し、巻き付きやジャムが発生しにくい定着装置を提供することを課題としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明における定着装置においては、上記のような課題を解決するため、トナーが供給された記録媒体を加熱された一対の定着用ローラ間に導いて、記録媒体にトナーを定着させる定着装置において、一方の定着用ローラの外周にこの定着用ローラよりも周長が長くなった可撓性の定着用ベルトを設け、この定着用ベルトの内周側にはこの一方の定着用ローラのみを配置させ、この定着用ベルトを介して上記の一対の定着用ローラを圧接させると共に、この圧接されたニップ部分よりも記録媒体の送り方向下流側において上記の定着用ベルトにたるみ部を形成し、この定着用ベルトのたるみ部を他方の定着用ローラの外周面に接触させるようにしたのである。
【００１５】
そして、この発明における定着装置においては、トナーが供給された記録媒体の面と対向する一方の定着用ローラに設けられた加熱装置により、この定着用ローラを介して定着用ベルトを加熱すると共に、この定着用ベルトを介して一対の定着用ローラが圧接されたニップ部分において、加熱された定着用ベルトと他方の定着用ローラとにより記録媒体を挟持し、記録媒体に供給されたトナーを加熱，加圧して記録媒体に定着させ、さらにこのニップ部分よりも記録媒体の送り方向下流側において、上記の定着用ベルトのたるみ部と他方の定着用ローラとの接触部分でトナーを記録媒体に定着させるようになっている。
【００１６】
このため、この発明における定着装置においては、記録媒体に供給されたトナーが記録媒体に十分に定着されるようになる。
【００１７】
また、この発明の定着装置においては、上記のように定着用ベルトを一方の定着用ローラの外周に設け、この定着用ベルトの内周側にはこの一方の定着用ローラのみを配置させ、上記のニップ部分よりも記録媒体の送り方向下流側においてたるみ部を形成しているだけであるため、定着用ベルトを加熱ローラと複数の支持ローラに掛け渡して移動させるようにした従来のベルト定着装置のように、定着装置が大きくなるということがなく、また定着用ベルト全体を加熱するのに時間がかかったり、加熱ローラと複数の支持ローラとの間を移動している途中に定着用ベルトが冷却されるということもなく、定着用ベルトが速やかに十分に加熱され、ランニングコストが高く付いたり、ウォーミングアップに時間を要するということもない。
【００１８】
また、上記のようにしてトナーが記録媒体に定着された後、上記の接触部分から記録媒体が離れる段階では、定着用ベルトの曲率が小さくなると共に、記録媒体に定着されたトナーがある程度冷却された状態になって、トナーが定着用ベルトに付着するのが抑制されると共に、記録媒体が定着用ベルトから分離されやすくなり、記録媒体が定着用ベルトに巻き付くのも防止されるようになる。
【００１９】
また、この発明の定着装置において、上記の一対の定着用ローラにおける少なくとも１つの定着用ローラの外周部に弾性層を設けると、定着用ベルトを介して一対の定着用ローラを圧接された場合におけるニップ部分の長さが長くなり、記録媒体に供給されたトナーがさらに記録媒体に十分に定着されるようになる。
【００２０】
また、この発明の定着装置において、上記のように定着用ベルトを介して一対の定着用ローラを圧接させた場合における上記のニップ部分から定着用ベルトのたるみ部が他方の定着用ローラの表面に接触された接触部分までの間に変曲点を持つようにすると、この変曲点を境にして記録媒体に逆の方向の曲げ力が加わるようになり、記録媒体のカールや皺の原因となる記録媒体の曲がりが抑制されて通紙性が向上するために、記録媒体が定着用ベルトや定着ローラに巻き付くのが一層防止され、ジャム等の通紙トラブルが発生するのが減少する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態に係る定着装置を、添付図面に基づいて具体的に説明する。
【００２２】
この実施形態における定着装置においては、図２に示すように、円筒状になった芯金１１ａ，１２ａの外周面に弾性層１１ｂ，１２ｂが設けられた一対の定着用ローラ１１，１２を対向するように設け、トナーｔが供給された記録媒体１の面と対向する一方の定着用ローラ１１の外周に、この定着用ローラ１１よりも周長が長くなった可撓性の定着用ベルト１３を設けると共に、各定着用ローラ１１，１２の内部にハロゲンヒータ等の加熱装置１４，１５を設けている。
【００２３】
そして、この定着用ベルト１３を介して上記の一対の定着用ローラ１１，１２を圧接させてニップ部分を形成する共に、円柱状になった押さえ部材１６により定着用ベルト１３を上記の一方の定着用ローラ１１の軸方向に沿ってこの定着用ローラ１１の外周面に押し付け、上記のニップ部分よりも記録媒体１の送り方向下流側において、この定着用ベルト１３を定着用ローラ１１の外周面から離してたるみ部を形成し、このたるみ部を他方の定着用ローラ１２の外周面に接触させるようにしている。
【００２４】
ここで、上記のように一対の定着用ローラ１１，１２を圧接させてニップ部分を形成するにあたっては、定着用ベルト１３が設けられていない他方の定着用ローラ１２の弾性層１２ｂが定着用ベルト１３が設けられた一方の定着用ローラ１１の弾性層１１ｂより大きく凹んで、上記のニップ部分から定着用ベルト１３のたるみ部が他方の定着用ローラ１２の外周面と接触した接触部分までの間に変曲点Ｐを持つようにしている。
【００２５】
ここで、この実施形態の定着装置によって記録媒体１に供給されたトナーｔを記録媒体１に定着させるにあたっては、上記の各加熱装置１４，１５によって各定着用ローラ１１，１２及び定着用ベルト１３を加熱させると共に、各定着用ローラ１１，１２の回転にともなって、定着用ベルト１３を一方の定着用ローラ１１の外周側で移動させるようにする。
【００２６】
そして、トナーｔが供給された記録媒体１の面が上記の定着用ベルト１３と接触するようにして、記録媒体１を定着用ベルト１３と他方の定着用ローラ１２との間に導き、上記のニップ部分において加熱された定着用ベルト１３と他方の定着用ローラ１２との間でトナーｔが供給された記録媒体１をニップし、記録媒体１に供給されたトナーｔを加熱，加圧して記録媒体１に定着させ、さらにこのニップ部分よりも記録媒体１の送り方向下流側において、定着用ベルト１３のたるみ部と他方の定着用ローラ１２とが接触する接触部分においても記録媒体１をニップして、トナーｔを記録媒体１に定着させるようにする。
【００２７】
このようにすると、トナーｔが供給された記録媒体１が定着用ベルト１３と他方の定着用ローラ１２とにより長くニップされて、記録媒体１に供給されたトナーｔが記録媒体１に十分に定着されるようになる。
【００２８】
そして、このようにしてトナーｔが記録媒体１に定着された後、この記録媒体１が上記の接触部分から離れる段階では、定着用ベルト１３の曲率が小さくなっていると共に、定着用ベルト１３の温度がある程度低くなって、記録媒体１に定着されたトナーｔもある程度冷却され、トナーｔが定着用ベルト１３に付着するのが抑制されると共に、記録媒体１が定着用ベルト１３からうまく分離されるようになり、記録媒体１が定着用ベルト１３に巻き付くのが防止される。
【００２９】
また、この実施形態の定着装置においては、上記のようにニップ部分から定着用ベルト１３のたるみ部が他方の定着用ローラ１２の外周面と接触した接触部分までの間に変曲点Ｐを持つようにしているため、この変曲点Ｐを境にして記録媒体１に逆の方向の曲げ力が加わるようになり、記録媒体１の曲がりが抑制されると共に、記録媒体１が定着用ベルト１３に巻き付くのがより一層防止される。
【００３０】
ここで、この実施形態の定着装置において、上記の各定着用ローラ１１，１２における芯金１１ａ，１２ａとしては、機械的強度や熱伝導性に優れた材料で構成されたものを用いることが好ましく、例えば、アルミニウム、ＳＵＳ、鉄、銅、真鍮等の金属及びこれらの合金、セラミック、繊維強化金属等の材料で構成されたものを用いることができる。
【００３１】
また、芯金１１ａ，１２ａの外周面に設ける弾性層１１ｂ，１２ｂの材料としては、公知の弾性材料を使用することができ、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム等を用いることができるが、表面張力が小さく、弾性及び熱的安定性に優れているシリコーンゴムを用いることが好ましい。そして、このようなシリコーンゴムとしては、ＲＴＶシリコーンゴム、ＨＴＶシリコーンゴム等を用いることができ、具体的には、ポリジメチルシリコーンゴム（ＭＱ）、メチルフェニルシリコーンゴム（ＰＭＱ）、メチルビニルシリコーンゴム（ＶＭＱ）、フルオロシリコーンゴム（ＦＶＭＱ）等を用いることができる。
【００３２】
また、これらの弾性層１１ｂ，１２ｂが変形して適切なニップ部分が形成されるようにすると共に、熱効率を高めるためには、これらの弾性層１１ｂ，１２ｂのゴム硬度が、好ましくはＪＩＳ Ａ硬度で１〜３０度、より好ましくは１〜１０度になるようにする。
【００３３】
そして、このような弾性層１１ｂ，１２ｂを芯金１１ａ，１２ａの外周面に設けるにあたり、弾性層１１ｂ，１２ｂの厚みが厚くなり過ぎると、加熱装置１４，１５による熱が定着用ローラ１１，１２の外周面に伝わりにくくなり、上記の定着用ベルト１３を所定の温度に加熱するのに大きな電力や時間を要するようになるため、弾性層１１ｂ，１２ｂの厚みが好ましくは５ｍｍ以下、より好ましくは３ｍｍ以下になるようにする。一方、弾性層１１ｂ，１２ｂの厚みが薄くなりすぎると、上記のように定着用ローラ１１，１２を圧接させた場合におけるニップ部分の長さが短くなって、記録媒体１に対してトナーｔを十分に定着させることができなくなるおそれがある。このため、弾性層１１ｂ，１２ｂの厚みを、０．１〜２．０ｍｍの範囲にすることが好ましいが、さらに熱効率を高めるために、必要に応じて、定着用ベルト１３を掛け渡して定着用ローラ１１における弾性層１１ｂをなくすことも可能である。
【００３４】
また、上記のように一対の定着用ローラ１１，１２を圧接させた場合に、定着用ベルト１３が設けられていない他方の定着用ローラ１２の弾性層１２ｂが定着用ベルト１３が設けられた一方の定着用ローラ１１の弾性層１１ｂより大きく凹んで、変曲点Ｐが形成されるようにするためには、例えば、他方の定着用ローラ１２の弾性層１２ｂを、一方の定着用ローラ１１の弾性層１１ｂよりも柔らかい弾性材料で構成したり、他方の定着用ローラ１２の弾性層１２ｂの厚みが、一方の定着用ローラ１１の弾性層１１ｂの厚みより大きくしたり、これらを組み合わせて調整することができる。
【００３５】
ここで、他方の定着用ローラ１２の弾性層１２ｂを、一方の定着用ローラ１１の弾性層１１ｂよりも柔らかい弾性材料で構成するにあたり、両弾性層１１ｂ，１２ｂにおけるゴム硬度の差が少ないと、うまく凹形状になったニップ部分が形成されなくなる一方、ゴム硬度の差が大きくなり過ぎると、他方の定着用ローラ１２の弾性層１２ｂにおける凹みが大きくなり過ぎて、記録媒体１にトナーｔを定着させる際に、記録媒体１にしわが発生するため、両弾性層１１ｂ，１２ｂにおけるゴム硬度の差が、ＪＩＳ Ａ硬度で１〜２０度、好ましくは５〜１０度の範囲になるようにする。
【００３６】
また、他方の定着用ローラ１２の弾性層１２ｂの厚みが、一方の定着用ローラ１１の弾性層１１ｂの厚みより大きくなるようにするにあたっては、両弾性層１１ｂ，１２ｂにおける厚みの差が少ないと、うまく凹形状になったニップ部分が形成されなくなる一方、両弾性層１１ｂ，１２ｂにおける厚みの差が大きくなり過ぎると、他方の定着用ローラ１２の弾性層１２ｂにおける凹みが大きくなり過ぎて、記録媒体１にトナーｔを定着させる際に、記録媒体１にしわが発生するため、両弾性層１１ｂ，１２ｂにおける厚みの差を０．２〜３ｍｍ、好ましくは０．５〜２ｍｍの範囲になるようにする。
【００３７】
また、定着用ローラ１１，１２における弾性層１１ｂ，１２ｂのゴム硬度と厚みとをそれぞれ変更させて調整することもできる。
【００３８】
なお、上記の一方の定着用ローラ１１の外周部に弾性層１１ｂを設けないようにすることも可能であるが、この場合には、一対の定着用ローラ１１，１２間におけるニップ部分の長さを十分に確保することが困難になるため、他方の定着用ローラ１２の弾性層１２ｂの厚みを０．５〜３ｍｍ、好ましくは１〜２ｍｍの範囲になるようにする。
【００３９】
また、上記のように弾性層１１ｂ，１２ｂを芯金１１ａ，１２ａの外周面を設けるにあたっては、例えば、弾性層１１ｂ，１２ｂに用いるゴム等の材料を用いた塗液を調製し、この塗液を公知のコーティング法によって芯金１１ａ，１２ａの外周面に塗布し、これを乾燥させて設けることができる。ここで、このようなコーティング法としては、例えば、ニーダーコーティング法、バーコーティング法、カーテンコーティング法、スピンコーティング法、ディップコーティング法等が挙げられ、生産性等の点からは、ディップコーティング法を用いることが好ましい。
【００４０】
一方、上記の定着用ベルト１３としては、様々なベルトを用いることができ、例えば、図３に示すように、ベルト基材１３ａの表面に離型層１３ｂを設けたものや、図４に示すように、ベルト基材１３ａと離型層１３ｂとの間に弾性層１３ｃを設けたものを用いることができる。
【００４１】
ここで、上記のベルト基材１３ａの材料としては、例えば、熱硬化性ポリイミド，熱可塑性ポリイミド，ポリアミド，ポリアミドイミド等のポリマーや、ステンレス，ニッケル，銅等の金属を用いることができ、定着用ベルト１３における耐熱性，耐摩耗性，耐薬品性等を高める点からは、熱硬化性ポリイミドで構成されたベルト基材１３ａを用いることが好ましい一方、定着用ベルト１３が速やかに均一に加熱されるようにするためには、ステンレス，ニッケル，銅等の金属で構成されたベルト基材１３ａを用いることが好ましい。
【００４２】
また、上記の離型層１３ｂの材料としては、トナーｔの付着性が低いものを用いることが好ましく、例えば、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フッ素樹脂等を用いることができ、特に、フッ素樹脂を用いることが好ましい。
【００４３】
ここで、離型層１３ｂに使用するフッ素樹脂としては、例えば、パーフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリエチレン・テトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリクロロ三フッ化エチレン（ＰＣＴＦＥ）、フッ化ビニル（ＰＶＦ）等を用いることができ、また離型層１３ｂに使用するフッ素ゴムとしては、例えば、フッ化ビニリデン系ゴム、フルオロシリコーン系ゴム、テトラフルオロエチレン・プロピレン系ゴム、フルオロフォスファゼン系ゴム、テトラフルオロエチレン−パーフルオロビニルエーテル系（パーフルオロ系）ゴム等を用いることができる。
【００４４】
また、定着用ベルト１３における弾性層１３ｃの材料としては、上記の定着用ローラ１１，１２に設ける弾性層１１ｂ，１２ｂの場合と同様の弾性材料を用いることができる。
【００４５】
ここで、上記のように定着用ベルト１３の表面に離型層１３ｂや弾性層１３ｃを設けるにあたっては、定着用ローラ１１，１２に弾性層１１ｂ，１２ｂを設ける場合と同様に、離型層１３ｂや弾性層１３ｃの材料を用いた塗液を調製し、この塗液を公知のコーティング法によって塗布し、これを乾燥させて設けることができる。
【００４６】
そして、このような定着用ベルト１３において、その厚みが厚くなると、一般に定着用ベルト１３の柔軟性が低下したり、定着用ベルト１３を加熱するのに大きな電力や時間を要するようになる一方、その厚みが薄くなりすぎると、上記のように定着用ローラ１１，１２を圧接させた場合においてニップ部分における定着用ベルト１３の変形が少なく、トナーｔが十分に押圧されなくなるおそれがあるため、この定着用ベルト１３の厚みを５０〜５００μｍ、望ましくは１００〜３００μｍにし、またこの定着用ベルト１３が速やかに加熱されるようにするためには、２００μｍ以下になるようにする。
【００４７】
また、この定着用ベルト１３において、上記のベルト基材１３ａの厚みが厚くなりすぎると、定着用ベルト１３の柔軟性が低下するため、その厚みを１００μｍ以下、好ましくは１０〜７０μｍの範囲になるようにする。
【００４８】
また、上記のように離型層１３ｂを設ける場合には、その厚みを、通常５〜１００μｍの範囲にし、好ましくは１０〜３０μｍの範囲にする。
【００４９】
さらに、図４に示すように、ベルト基材１３ａと離型層１３ｂとの間に弾性層１３ｃを設ける場合において、この弾性層１３ｃの厚みが厚くなると、定着用ベルト１３を加熱するのに大きな電力や時間を要するようになるため、この弾性層１３ｃの厚みを、通常は５００μｍ以下にするのが好ましく、より好ましくは３００μｍ以下にする。
【００５０】
一方、この弾性層１３ｃの厚みを厚くした場合、定着用ローラ１１，１２を圧接させたニップ部分においてこの弾性層１３ｃが変形して、定着用ベルト１３が記録媒体１上におけるトナーｔとうまく接触して、トナーｔが記録媒体１１に十分に定着されるようになり、複数色のトナーｔが供給されてトナーｔの層が厚くなった場合においても、トナーｔが記録媒体１に十分に定着されて良好なフルカラー画像が得られるようになるため、フルカラー画像を得る場合には、弾性層１３ｃの厚みを１００μｍ以上にすることが好ましい。
【００５１】
また、この実施形態の定着装置において、上記のように記録媒体１に供給されたトナーｔを記録媒体１に定着させるにあたり、トナーｔが定着用ベルト１３に付着してオフセットが生じるのを抑制すると共に、記録媒体１が定着用ベルト１３から適切に分離されるようにするため、トナーｔと接触する定着用ベルト１３の表面にシリコーンオイルやフッ素オイル等の離型剤を供給させるようにしてもよい。
【００５２】
また、この実施形態の定着装置において、定着用ベルト１３の温度を適切に制御するため、サーミスタや温度センサ等によって定着用ベルト１３の温度を測定し、これに基づいて、各種の制御装置（図示せず）により上記の加熱装置１４，１５を制御させるようにしてもよい。
【００５３】
また、この実施形態における定着装置においては、定着用ベルト１３を介して一対の定着用ローラ１１，１２を圧接させたニップ部分よりも記録媒体１の送り方向下流側において、この定着用ベルト１３にたるみ部を形成し、このたるみ部を他方の定着用ローラ１２の外周面に接触させるにあたり、円柱状になった押さえ部材１６により定着用ベルト１３を定着用ローラ１１の軸方向に沿ってこの定着用ローラ１１の外周面に押し付けるようにしたため、定着用ベルト１３に加わるストレスが少なくてすみ、長期の使用に耐えることができると共に、この押さえ部材１６に定着用ベルト１３の熱が奪われることも少なくなる。また、定着用ベルト１３を速やかに加熱させるため、この押さえ部材１６の内部にハロゲンランプ等の加熱装置（図示せず）を設けるようにしたり、この押さえ部材１６の表面に複数の溝（図示せず）を設けて定着用ベルト１３に対する摩擦力を調整するようにしたり、この押さえ部材１６にクリーニング機能やオイル塗布機能等を設け、この押さえ部材１６によって定着用ベルト１３の汚れを除去したり、定着用ベルト１３に離型性のオイルを塗布して、トナーｔが定着用ベルト１３に付着するのを防止するようにしてもよい。
【００５４】
なお、定着用ベルト１３にたるみ部を形成し、このたるみ部を他方の定着用ローラ１２の外周面に接触させる方法は、特に上記のような方法に限定されず、例えば、図５に示すように、円弧状になった押さえ部材１６ａにより、たるみ部を形成しない部分において定着用ベルト１３を上記の定着用ローラ１１の外周面に押し付けるようにし、定着用ベルト１３が定着用ローラ１１の外周面に押し付けられていないニップ部分よりも記録媒体１の送り方向下流側にたるみ部を形成し、このたるみ部を他方の定着用ローラ１２の外周面に接触させるようにすることも可能である。このようにすると、ニップ部分よりも記録媒体１の送り方向下流側に定着用ベルト１３のたるみ部が安定して形成されるようになる。
【００５６】
次に、上記の図２に示す定着装置において、各定着用ローラ１１，１２の外周部に設ける弾性層１１ｂ，１２ｂの種類を変更させて、記録媒体１上にトナーｔを定着させる実験を行い、各定着用ローラ１１，１２の外周部に設ける好ましい弾性層１１ｂ，１２ｂの組み合わせについて検討を行った。
【００５７】
（実験例１）
この実験例においては、定着用ベルト１３として、内径が６５ｍｍで、厚みが５０μｍになったベルト基材１３ａの表面側に、厚みが２００μｍになったゴム製の弾性層１３ｃと厚みが３０μｍになったパーフルオロアルコキシフッ素樹脂製の離型層１３ｂが設けられたものを用いるようにした。
【００５８】
また、この定着用ベルト１３を外周に設ける一方の定着用ローラ１１及び他方の定着用ローラ１２としては、それぞれ外径が６０ｍｍになったものを用いるようにした。
【００５９】
そして、一方の定着用ローラ１１の外周部と他方の定着用ローラ１２の外周部とにそれぞれゴム硬度が１０度の弾性層１１ｂ，１２ｂを設けるようにし、下記の表１に示すように、一方の定着用ローラ１１の外周部に設ける弾性層１１ｂの厚みＤ１を０ｍｍ，０．１ｍｍ，２．０ｍｍにする一方、他方の定着用ローラ１２の外周部に設ける弾性層１２ｂの厚みＤ２を変更させて、他方の定着用ローラ１２における弾性層１２ｂの厚みＤ２と一方の定着用ローラ１１における弾性層１１ｂの厚みＤ１との差（Ｄ２−Ｄ１）を変更させた。
【００６０】
そして、定着温度を１８０℃、定着速度を２００ｍｍ／ｓｅｃにして、それぞれ１０００枚のＡ４サイズの記録媒体１に対してトナーｔを定着させて、定着性能の評価を行い、その結果を表１に示した。
【００６１】
ここで、定着性能の評価については、１０００枚の定着中において記録媒体に全く皺やカールが発生しなかった場合を◎、１，２枚の記録媒体に皺やカールが発生した場合を○、２〜１０枚の記録媒体に皺やカールが発生するか１，２回のジャムが生じた場合を△、１０枚以上の記録媒体に皺やカールが発生するか３回以上のジャムが生じた場合を×で示した。
【００６２】
【表１】
【００６３】
この結果、一方の定着用ローラ１１の外周部と他方の定着用ローラ１２の外周部とにそれぞれゴム硬度が１０度の弾性層１１ｂ，１２ｂを設けた場合において、両弾性層１１ｂ，１２ｂにおける厚みの差（Ｄ２−Ｄ１）を０．２〜３ｍｍの範囲にすると、記録媒体１に皺やカールが発生するのが抑制された。
【００６４】
また、一方の定着用ローラ１１の外周部に弾性層１１ｂを設けないようにした場合には、他方の定着用ローラ１２の弾性層１２ｂの厚みを０．５〜３ｍｍの範囲にすると、記録媒体１に皺やカールが発生するのが抑制された。
【００６５】
（実験例２）
この実験例においても、定着用ベルト１３として、上記の実験例１と同じものを用いると共に、一方の定着用ローラ１１及び他方の定着用ローラ１２としては、それぞれ外径が６０ｍｍになったものを用いるようにした。
【００６６】
そして、一方の定着用ローラ１１の外周部と他方の定着用ローラ１２の外周部とにそれぞれ１ｍｍになった弾性層１１ｂ，１２ｂを設けるようにし、下記の表２に示すように、一方の定着用ローラ１１の外周部に設ける弾性層１１ｂのゴム硬度Ｓ１を１度，１０度，３０度にする一方、他方の定着用ローラ１２の外周部に設ける弾性層１２ｂのゴム硬度Ｓ２を変更させて、一方の定着用ローラ１１における弾性層１１のゴム硬度Ｓ１と他方の定着用ローラ１２における弾性層１２ｂのゴム硬度Ｓ２との差（Ｓ１−Ｓ２）を変更させた。
【００６７】
そして、上記の実験例１の場合と同様に、定着温度を１８０℃、定着速度を２００ｍｍ／ｓｅｃにして、それぞれ１０００枚のＡ４サイズの記録媒体１に対してトナーｔを定着させて、定着性能の評価を行い、その結果を表２に示した。
【００６８】
【表２】
【００６９】
この結果、一方の定着用ローラ１１の外周部と他方の定着用ローラ１２の外周部とにそれぞれ厚みが１ｍｍの弾性層１１ｂ，１２ｂを設けた場合において、両弾性層１１ｂ，１２ｂにおけるゴム硬度の差（Ｓ１−Ｓ２）を１〜２０度の範囲にすると、記録媒体１に皺やカールが発生するのが抑制された。
【００７０】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明における定着装置においては、トナーが供給された記録媒体を加熱された一対の定着用ローラ間に導いて、記録媒体にトナーを定着させるにあたり、一方の定着用ローラの外周にこの定着用ローラよりも周長が長くなった可撓性の定着用ベルトを設け、この定着用ベルトの内周側にこの一方の定着用ローラのみを配置させ、この定着用ベルトを介して上記の一対の定着用ローラを圧接させると共に、この圧接されたニップ部分よりも記録媒体の送り方向下流側において上記の定着用ベルトにたるみ部を形成し、この定着用ベルトのたるみ部を他方の定着用ローラの外周面に接触させるようにしたため、記録媒体に供給されたトナーが速やかに記録媒体に十分に定着されるようになった。
【００７１】
また、この発明の定着装置においては、上記のように定着用ベルトを一方の定着用ローラの外周に設け、この定着用ベルトの内周側にはこの一方の定着用ローラのみを配置させ、上記のニップ部分よりも記録媒体の送り方向下流側においてたるみ部を形成しているだけであるため、定着用ベルトを加熱ローラと複数の支持ローラに掛け渡して移動させるようにした従来のベルト定着装置のように、定着装置が大きくなるということがなく、また定着用ベルト全体を加熱するのに時間がかかったり、加熱ローラと複数の支持ローラとの間を移動している途中に定着用ベルトが冷却されるということもなく、定着用ベルトが速やかに十分に加熱されるようになり、ランニングコストが安くなると共に、ウォーミングアップに要する時間も短くなった。
【００７２】
さらに、この発明の定着装置においては、上記のようにしてトナーが記録媒体に定着された後、上記の接触部分から記録媒体が離れる段階では、定着用ベルトの曲率が小さくなると共に、記録媒体に定着されたトナーがある程度冷却された状態になっているため、記録媒体が定着用ベルトから分離されやすくなり、トナーが定着用ベルトに付着したり、記録媒体が定着用ベルトに巻き付くのが防止されるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 トナーが供給された記録媒体を一対の定着用ローラ間に導いて、トナーを記録媒体に定着させるようにした従来の定着装置の概略説明図である。
【図２】 この発明の一実施形態に係る定着装置の概略説明図である。
【図３】 同実施形態の定着装置に用いる定着用ベルトを示した断面説明図である。
【図４】 同実施形態の定着装置に用いる定着用ベルトの変更例を示した断面説明図である。
【図５】 この発明の実施形態に係る定着装置において、一方の定着用ローラの外周に設けられた定着用ベルトにたるみ部を形成する場合の変更例を示した概略説明図である。
【符号の説明】
１ 記録媒体
１１，１２ 定着用ローラ
１１ｂ，１２ｂ 弾性層
１３ 定着用ベルト
１４，１５ 加熱装置
１６，１６ａ 押さえ部材
Ｐ 変曲点
【発明の属する技術分野】
この発明は、複写機やプリンター等の画像形成装置において、記録媒体に供給されたトナーを記録媒体に定着させるのに使用する定着装置に係り、特に、トナーが供給された記録媒体を回転する一対の定着用ローラ間に導いて、記録媒体にトナーを定着させるようになった定着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複写機やプリンター等の画像形成装置においては、記録媒体上にトナーを供給し、このトナーを定着装置によって記録媒体に定着させることが行われていた。
【０００３】
ここで、このような定着装置として、従来においては、一般に図１に示すように、トナーｔが供給された記録媒体１を一対の定着用ローラ２，３間に導き、この一対の定着用ローラ２，３間においてトナーｔを記録媒体１に定着させるようにしていた。
【０００４】
また、このように一対の定着用ローラ２，３間においてトナーｔを記録媒体１に定着させるにあたり、トナーｔが記録媒体１に十分に定着されるように、各定着用ローラ２，３内に加熱装置４，５を設けると共に、各定着用ローラ２，３の外周部に弾性層２ａ，３ａを設け、上記の加熱装置４，５によって各定着用ローラ２，３を加熱させると共に、定着用ローラ２，３を圧接させて、各定着用ローラ２，３の外周部に設けられた弾性層２ａ，３ａ間におけるニップ部分の長さを長くし、トナーｔが十分に加熱，加圧されて記録媒体１に定着されるようにしていた。
【０００５】
一方、近年においては、上記のような画像形成装置の高速化が図られ、トナーｔを速い速度で十分に記録媒体１に定着させることが必要になり、またフルカラー画像形成装置においては、記録媒体１上に複数色のトナーｔが供給されてトナーｔの層が厚くなり、このように層が厚くなったトナーｔを記録媒体１に十分に定着させることが必要になった。
【０００６】
ここで、上記のような定着装置において、トナーｔを速い速度で十分に記録媒体１に定着させたり、層が厚くなったトナーｔを記録媒体１に十分に定着させるためには、上記の定着用ローラ２，３間において、トナーｔを加熱，加圧するニップ部分の長さをさらに長くすることが必要になった。
【０００７】
そして、このように定着用ローラ２，３間におけるニップ部分の長さを長くするためには、上記の各定着用ローラ２，３の径を大きくしたり、各定着用ローラ２，３の外周部に設ける弾性層２ａ，３ａを厚くする等の方法が考えられる。
【０００８】
しかし、上記のように定着用ローラ２，３の径を大きくした場合には、定着装置が大型化したり、記録媒体１がトナーｔと接触する定着用ローラ２に巻き付きやすくなるという問題があり、また定着用ローラ２，３の外周部に設ける弾性層２ａ，３ａを厚くした場合には、各定着用ローラ２，３の外周面まで熱が伝わりにくくなり、トナーｔを十分に加熱することができなくなって、記録媒体１にトナーｔが十分に定着されなくなったり、また各定着用ローラ２，３の外周面を十分に加熱するために、大きな電力が必要になって、ランニングコストが高く付く等の問題があった。
【０００９】
また、近年においては、特開平９−１１４２８３号公報に示されるように、加熱ローラと複数の支持ローラに無端状の定着用ベルトを掛け渡し、この定着用ベルトを介して加熱ローラを加圧ローラに押し付けると共に、さらに下流側において定着用ベルトを圧接部材により加圧ローラに押し付け、定着用ベルトと加圧ローラとのニップ領域を長くして、このニップ領域においてトナーを記録媒体に定着させるようにしたベルト定着装置が提案されている。
【００１０】
しかし、このようなベルト定着装置の場合、定着用ベルトを加熱ローラと複数の支持ローラに掛け渡して移動させるため、定着装置が大きくなって、画像形成装置が大型化するという問題があり、また上記のように定着用ベルトが加熱ローラと複数の支持ローラに掛け渡して移動している間に、この定着用ベルトが冷却されてしまい、トナーを十分に加熱させて記録媒体に定着させることができなくなったり、またトナーを記録媒体に十分に定着させるため、加熱ローラによって定着用ベルトを加熱させる条件を強くすることが必要になって、ランニングコストが高く付いたり、さらに定着用ベルトを介して複数の支持ローラを加熱させるために、ウオーミングアップに時間を要する等の問題があった。
【００１１】
また、従来のベルト定着装置の場合には、ベルトとローラとのニップ部において、記録媒体がカールしたり皺が発生したりし、さらに巻き付きやジャムを発生する問題もあった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、記録媒体に供給されたトナーを記録媒体に定着させる定着装置における上記のような問題を解決することを課題とするものであり、トナーが供給された記録媒体を回転する一対の定着用ローラ間に導いて、記録媒体にトナーを定着させるにあたり、定着装置が大型化したり、ランニングコストが高く付いたりするということがなく、記録媒体に供給されたトナーが記録媒体に十分に定着されるようにすることを課題としている。
【００１３】
さらに、従来のベルト定着装置の場合のように、記録媒体がカールしたり皺が発生したりするのを抑制し、巻き付きやジャムが発生しにくい定着装置を提供することを課題としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明における定着装置においては、上記のような課題を解決するため、トナーが供給された記録媒体を加熱された一対の定着用ローラ間に導いて、記録媒体にトナーを定着させる定着装置において、一方の定着用ローラの外周にこの定着用ローラよりも周長が長くなった可撓性の定着用ベルトを設け、この定着用ベルトの内周側にはこの一方の定着用ローラのみを配置させ、この定着用ベルトを介して上記の一対の定着用ローラを圧接させると共に、この圧接されたニップ部分よりも記録媒体の送り方向下流側において上記の定着用ベルトにたるみ部を形成し、この定着用ベルトのたるみ部を他方の定着用ローラの外周面に接触させるようにしたのである。
【００１５】
そして、この発明における定着装置においては、トナーが供給された記録媒体の面と対向する一方の定着用ローラに設けられた加熱装置により、この定着用ローラを介して定着用ベルトを加熱すると共に、この定着用ベルトを介して一対の定着用ローラが圧接されたニップ部分において、加熱された定着用ベルトと他方の定着用ローラとにより記録媒体を挟持し、記録媒体に供給されたトナーを加熱，加圧して記録媒体に定着させ、さらにこのニップ部分よりも記録媒体の送り方向下流側において、上記の定着用ベルトのたるみ部と他方の定着用ローラとの接触部分でトナーを記録媒体に定着させるようになっている。
【００１６】
このため、この発明における定着装置においては、記録媒体に供給されたトナーが記録媒体に十分に定着されるようになる。
【００１７】
また、この発明の定着装置においては、上記のように定着用ベルトを一方の定着用ローラの外周に設け、この定着用ベルトの内周側にはこの一方の定着用ローラのみを配置させ、上記のニップ部分よりも記録媒体の送り方向下流側においてたるみ部を形成しているだけであるため、定着用ベルトを加熱ローラと複数の支持ローラに掛け渡して移動させるようにした従来のベルト定着装置のように、定着装置が大きくなるということがなく、また定着用ベルト全体を加熱するのに時間がかかったり、加熱ローラと複数の支持ローラとの間を移動している途中に定着用ベルトが冷却されるということもなく、定着用ベルトが速やかに十分に加熱され、ランニングコストが高く付いたり、ウォーミングアップに時間を要するということもない。
【００１８】
また、上記のようにしてトナーが記録媒体に定着された後、上記の接触部分から記録媒体が離れる段階では、定着用ベルトの曲率が小さくなると共に、記録媒体に定着されたトナーがある程度冷却された状態になって、トナーが定着用ベルトに付着するのが抑制されると共に、記録媒体が定着用ベルトから分離されやすくなり、記録媒体が定着用ベルトに巻き付くのも防止されるようになる。
【００１９】
また、この発明の定着装置において、上記の一対の定着用ローラにおける少なくとも１つの定着用ローラの外周部に弾性層を設けると、定着用ベルトを介して一対の定着用ローラを圧接された場合におけるニップ部分の長さが長くなり、記録媒体に供給されたトナーがさらに記録媒体に十分に定着されるようになる。
【００２０】
また、この発明の定着装置において、上記のように定着用ベルトを介して一対の定着用ローラを圧接させた場合における上記のニップ部分から定着用ベルトのたるみ部が他方の定着用ローラの表面に接触された接触部分までの間に変曲点を持つようにすると、この変曲点を境にして記録媒体に逆の方向の曲げ力が加わるようになり、記録媒体のカールや皺の原因となる記録媒体の曲がりが抑制されて通紙性が向上するために、記録媒体が定着用ベルトや定着ローラに巻き付くのが一層防止され、ジャム等の通紙トラブルが発生するのが減少する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態に係る定着装置を、添付図面に基づいて具体的に説明する。
【００２２】
この実施形態における定着装置においては、図２に示すように、円筒状になった芯金１１ａ，１２ａの外周面に弾性層１１ｂ，１２ｂが設けられた一対の定着用ローラ１１，１２を対向するように設け、トナーｔが供給された記録媒体１の面と対向する一方の定着用ローラ１１の外周に、この定着用ローラ１１よりも周長が長くなった可撓性の定着用ベルト１３を設けると共に、各定着用ローラ１１，１２の内部にハロゲンヒータ等の加熱装置１４，１５を設けている。
【００２３】
そして、この定着用ベルト１３を介して上記の一対の定着用ローラ１１，１２を圧接させてニップ部分を形成する共に、円柱状になった押さえ部材１６により定着用ベルト１３を上記の一方の定着用ローラ１１の軸方向に沿ってこの定着用ローラ１１の外周面に押し付け、上記のニップ部分よりも記録媒体１の送り方向下流側において、この定着用ベルト１３を定着用ローラ１１の外周面から離してたるみ部を形成し、このたるみ部を他方の定着用ローラ１２の外周面に接触させるようにしている。
【００２４】
ここで、上記のように一対の定着用ローラ１１，１２を圧接させてニップ部分を形成するにあたっては、定着用ベルト１３が設けられていない他方の定着用ローラ１２の弾性層１２ｂが定着用ベルト１３が設けられた一方の定着用ローラ１１の弾性層１１ｂより大きく凹んで、上記のニップ部分から定着用ベルト１３のたるみ部が他方の定着用ローラ１２の外周面と接触した接触部分までの間に変曲点Ｐを持つようにしている。
【００２５】
ここで、この実施形態の定着装置によって記録媒体１に供給されたトナーｔを記録媒体１に定着させるにあたっては、上記の各加熱装置１４，１５によって各定着用ローラ１１，１２及び定着用ベルト１３を加熱させると共に、各定着用ローラ１１，１２の回転にともなって、定着用ベルト１３を一方の定着用ローラ１１の外周側で移動させるようにする。
【００２６】
そして、トナーｔが供給された記録媒体１の面が上記の定着用ベルト１３と接触するようにして、記録媒体１を定着用ベルト１３と他方の定着用ローラ１２との間に導き、上記のニップ部分において加熱された定着用ベルト１３と他方の定着用ローラ１２との間でトナーｔが供給された記録媒体１をニップし、記録媒体１に供給されたトナーｔを加熱，加圧して記録媒体１に定着させ、さらにこのニップ部分よりも記録媒体１の送り方向下流側において、定着用ベルト１３のたるみ部と他方の定着用ローラ１２とが接触する接触部分においても記録媒体１をニップして、トナーｔを記録媒体１に定着させるようにする。
【００２７】
このようにすると、トナーｔが供給された記録媒体１が定着用ベルト１３と他方の定着用ローラ１２とにより長くニップされて、記録媒体１に供給されたトナーｔが記録媒体１に十分に定着されるようになる。
【００２８】
そして、このようにしてトナーｔが記録媒体１に定着された後、この記録媒体１が上記の接触部分から離れる段階では、定着用ベルト１３の曲率が小さくなっていると共に、定着用ベルト１３の温度がある程度低くなって、記録媒体１に定着されたトナーｔもある程度冷却され、トナーｔが定着用ベルト１３に付着するのが抑制されると共に、記録媒体１が定着用ベルト１３からうまく分離されるようになり、記録媒体１が定着用ベルト１３に巻き付くのが防止される。
【００２９】
また、この実施形態の定着装置においては、上記のようにニップ部分から定着用ベルト１３のたるみ部が他方の定着用ローラ１２の外周面と接触した接触部分までの間に変曲点Ｐを持つようにしているため、この変曲点Ｐを境にして記録媒体１に逆の方向の曲げ力が加わるようになり、記録媒体１の曲がりが抑制されると共に、記録媒体１が定着用ベルト１３に巻き付くのがより一層防止される。
【００３０】
ここで、この実施形態の定着装置において、上記の各定着用ローラ１１，１２における芯金１１ａ，１２ａとしては、機械的強度や熱伝導性に優れた材料で構成されたものを用いることが好ましく、例えば、アルミニウム、ＳＵＳ、鉄、銅、真鍮等の金属及びこれらの合金、セラミック、繊維強化金属等の材料で構成されたものを用いることができる。
【００３１】
また、芯金１１ａ，１２ａの外周面に設ける弾性層１１ｂ，１２ｂの材料としては、公知の弾性材料を使用することができ、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム等を用いることができるが、表面張力が小さく、弾性及び熱的安定性に優れているシリコーンゴムを用いることが好ましい。そして、このようなシリコーンゴムとしては、ＲＴＶシリコーンゴム、ＨＴＶシリコーンゴム等を用いることができ、具体的には、ポリジメチルシリコーンゴム（ＭＱ）、メチルフェニルシリコーンゴム（ＰＭＱ）、メチルビニルシリコーンゴム（ＶＭＱ）、フルオロシリコーンゴム（ＦＶＭＱ）等を用いることができる。
【００３２】
また、これらの弾性層１１ｂ，１２ｂが変形して適切なニップ部分が形成されるようにすると共に、熱効率を高めるためには、これらの弾性層１１ｂ，１２ｂのゴム硬度が、好ましくはＪＩＳ Ａ硬度で１〜３０度、より好ましくは１〜１０度になるようにする。
【００３３】
そして、このような弾性層１１ｂ，１２ｂを芯金１１ａ，１２ａの外周面に設けるにあたり、弾性層１１ｂ，１２ｂの厚みが厚くなり過ぎると、加熱装置１４，１５による熱が定着用ローラ１１，１２の外周面に伝わりにくくなり、上記の定着用ベルト１３を所定の温度に加熱するのに大きな電力や時間を要するようになるため、弾性層１１ｂ，１２ｂの厚みが好ましくは５ｍｍ以下、より好ましくは３ｍｍ以下になるようにする。一方、弾性層１１ｂ，１２ｂの厚みが薄くなりすぎると、上記のように定着用ローラ１１，１２を圧接させた場合におけるニップ部分の長さが短くなって、記録媒体１に対してトナーｔを十分に定着させることができなくなるおそれがある。このため、弾性層１１ｂ，１２ｂの厚みを、０．１〜２．０ｍｍの範囲にすることが好ましいが、さらに熱効率を高めるために、必要に応じて、定着用ベルト１３を掛け渡して定着用ローラ１１における弾性層１１ｂをなくすことも可能である。
【００３４】
また、上記のように一対の定着用ローラ１１，１２を圧接させた場合に、定着用ベルト１３が設けられていない他方の定着用ローラ１２の弾性層１２ｂが定着用ベルト１３が設けられた一方の定着用ローラ１１の弾性層１１ｂより大きく凹んで、変曲点Ｐが形成されるようにするためには、例えば、他方の定着用ローラ１２の弾性層１２ｂを、一方の定着用ローラ１１の弾性層１１ｂよりも柔らかい弾性材料で構成したり、他方の定着用ローラ１２の弾性層１２ｂの厚みが、一方の定着用ローラ１１の弾性層１１ｂの厚みより大きくしたり、これらを組み合わせて調整することができる。
【００３５】
ここで、他方の定着用ローラ１２の弾性層１２ｂを、一方の定着用ローラ１１の弾性層１１ｂよりも柔らかい弾性材料で構成するにあたり、両弾性層１１ｂ，１２ｂにおけるゴム硬度の差が少ないと、うまく凹形状になったニップ部分が形成されなくなる一方、ゴム硬度の差が大きくなり過ぎると、他方の定着用ローラ１２の弾性層１２ｂにおける凹みが大きくなり過ぎて、記録媒体１にトナーｔを定着させる際に、記録媒体１にしわが発生するため、両弾性層１１ｂ，１２ｂにおけるゴム硬度の差が、ＪＩＳ Ａ硬度で１〜２０度、好ましくは５〜１０度の範囲になるようにする。
【００３６】
また、他方の定着用ローラ１２の弾性層１２ｂの厚みが、一方の定着用ローラ１１の弾性層１１ｂの厚みより大きくなるようにするにあたっては、両弾性層１１ｂ，１２ｂにおける厚みの差が少ないと、うまく凹形状になったニップ部分が形成されなくなる一方、両弾性層１１ｂ，１２ｂにおける厚みの差が大きくなり過ぎると、他方の定着用ローラ１２の弾性層１２ｂにおける凹みが大きくなり過ぎて、記録媒体１にトナーｔを定着させる際に、記録媒体１にしわが発生するため、両弾性層１１ｂ，１２ｂにおける厚みの差を０．２〜３ｍｍ、好ましくは０．５〜２ｍｍの範囲になるようにする。
【００３７】
また、定着用ローラ１１，１２における弾性層１１ｂ，１２ｂのゴム硬度と厚みとをそれぞれ変更させて調整することもできる。
【００３８】
なお、上記の一方の定着用ローラ１１の外周部に弾性層１１ｂを設けないようにすることも可能であるが、この場合には、一対の定着用ローラ１１，１２間におけるニップ部分の長さを十分に確保することが困難になるため、他方の定着用ローラ１２の弾性層１２ｂの厚みを０．５〜３ｍｍ、好ましくは１〜２ｍｍの範囲になるようにする。
【００３９】
また、上記のように弾性層１１ｂ，１２ｂを芯金１１ａ，１２ａの外周面を設けるにあたっては、例えば、弾性層１１ｂ，１２ｂに用いるゴム等の材料を用いた塗液を調製し、この塗液を公知のコーティング法によって芯金１１ａ，１２ａの外周面に塗布し、これを乾燥させて設けることができる。ここで、このようなコーティング法としては、例えば、ニーダーコーティング法、バーコーティング法、カーテンコーティング法、スピンコーティング法、ディップコーティング法等が挙げられ、生産性等の点からは、ディップコーティング法を用いることが好ましい。
【００４０】
一方、上記の定着用ベルト１３としては、様々なベルトを用いることができ、例えば、図３に示すように、ベルト基材１３ａの表面に離型層１３ｂを設けたものや、図４に示すように、ベルト基材１３ａと離型層１３ｂとの間に弾性層１３ｃを設けたものを用いることができる。
【００４１】
ここで、上記のベルト基材１３ａの材料としては、例えば、熱硬化性ポリイミド，熱可塑性ポリイミド，ポリアミド，ポリアミドイミド等のポリマーや、ステンレス，ニッケル，銅等の金属を用いることができ、定着用ベルト１３における耐熱性，耐摩耗性，耐薬品性等を高める点からは、熱硬化性ポリイミドで構成されたベルト基材１３ａを用いることが好ましい一方、定着用ベルト１３が速やかに均一に加熱されるようにするためには、ステンレス，ニッケル，銅等の金属で構成されたベルト基材１３ａを用いることが好ましい。
【００４２】
また、上記の離型層１３ｂの材料としては、トナーｔの付着性が低いものを用いることが好ましく、例えば、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フッ素樹脂等を用いることができ、特に、フッ素樹脂を用いることが好ましい。
【００４３】
ここで、離型層１３ｂに使用するフッ素樹脂としては、例えば、パーフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリエチレン・テトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリクロロ三フッ化エチレン（ＰＣＴＦＥ）、フッ化ビニル（ＰＶＦ）等を用いることができ、また離型層１３ｂに使用するフッ素ゴムとしては、例えば、フッ化ビニリデン系ゴム、フルオロシリコーン系ゴム、テトラフルオロエチレン・プロピレン系ゴム、フルオロフォスファゼン系ゴム、テトラフルオロエチレン−パーフルオロビニルエーテル系（パーフルオロ系）ゴム等を用いることができる。
【００４４】
また、定着用ベルト１３における弾性層１３ｃの材料としては、上記の定着用ローラ１１，１２に設ける弾性層１１ｂ，１２ｂの場合と同様の弾性材料を用いることができる。
【００４５】
ここで、上記のように定着用ベルト１３の表面に離型層１３ｂや弾性層１３ｃを設けるにあたっては、定着用ローラ１１，１２に弾性層１１ｂ，１２ｂを設ける場合と同様に、離型層１３ｂや弾性層１３ｃの材料を用いた塗液を調製し、この塗液を公知のコーティング法によって塗布し、これを乾燥させて設けることができる。
【００４６】
そして、このような定着用ベルト１３において、その厚みが厚くなると、一般に定着用ベルト１３の柔軟性が低下したり、定着用ベルト１３を加熱するのに大きな電力や時間を要するようになる一方、その厚みが薄くなりすぎると、上記のように定着用ローラ１１，１２を圧接させた場合においてニップ部分における定着用ベルト１３の変形が少なく、トナーｔが十分に押圧されなくなるおそれがあるため、この定着用ベルト１３の厚みを５０〜５００μｍ、望ましくは１００〜３００μｍにし、またこの定着用ベルト１３が速やかに加熱されるようにするためには、２００μｍ以下になるようにする。
【００４７】
また、この定着用ベルト１３において、上記のベルト基材１３ａの厚みが厚くなりすぎると、定着用ベルト１３の柔軟性が低下するため、その厚みを１００μｍ以下、好ましくは１０〜７０μｍの範囲になるようにする。
【００４８】
また、上記のように離型層１３ｂを設ける場合には、その厚みを、通常５〜１００μｍの範囲にし、好ましくは１０〜３０μｍの範囲にする。
【００４９】
さらに、図４に示すように、ベルト基材１３ａと離型層１３ｂとの間に弾性層１３ｃを設ける場合において、この弾性層１３ｃの厚みが厚くなると、定着用ベルト１３を加熱するのに大きな電力や時間を要するようになるため、この弾性層１３ｃの厚みを、通常は５００μｍ以下にするのが好ましく、より好ましくは３００μｍ以下にする。
【００５０】
一方、この弾性層１３ｃの厚みを厚くした場合、定着用ローラ１１，１２を圧接させたニップ部分においてこの弾性層１３ｃが変形して、定着用ベルト１３が記録媒体１上におけるトナーｔとうまく接触して、トナーｔが記録媒体１１に十分に定着されるようになり、複数色のトナーｔが供給されてトナーｔの層が厚くなった場合においても、トナーｔが記録媒体１に十分に定着されて良好なフルカラー画像が得られるようになるため、フルカラー画像を得る場合には、弾性層１３ｃの厚みを１００μｍ以上にすることが好ましい。
【００５１】
また、この実施形態の定着装置において、上記のように記録媒体１に供給されたトナーｔを記録媒体１に定着させるにあたり、トナーｔが定着用ベルト１３に付着してオフセットが生じるのを抑制すると共に、記録媒体１が定着用ベルト１３から適切に分離されるようにするため、トナーｔと接触する定着用ベルト１３の表面にシリコーンオイルやフッ素オイル等の離型剤を供給させるようにしてもよい。
【００５２】
また、この実施形態の定着装置において、定着用ベルト１３の温度を適切に制御するため、サーミスタや温度センサ等によって定着用ベルト１３の温度を測定し、これに基づいて、各種の制御装置（図示せず）により上記の加熱装置１４，１５を制御させるようにしてもよい。
【００５３】
また、この実施形態における定着装置においては、定着用ベルト１３を介して一対の定着用ローラ１１，１２を圧接させたニップ部分よりも記録媒体１の送り方向下流側において、この定着用ベルト１３にたるみ部を形成し、このたるみ部を他方の定着用ローラ１２の外周面に接触させるにあたり、円柱状になった押さえ部材１６により定着用ベルト１３を定着用ローラ１１の軸方向に沿ってこの定着用ローラ１１の外周面に押し付けるようにしたため、定着用ベルト１３に加わるストレスが少なくてすみ、長期の使用に耐えることができると共に、この押さえ部材１６に定着用ベルト１３の熱が奪われることも少なくなる。また、定着用ベルト１３を速やかに加熱させるため、この押さえ部材１６の内部にハロゲンランプ等の加熱装置（図示せず）を設けるようにしたり、この押さえ部材１６の表面に複数の溝（図示せず）を設けて定着用ベルト１３に対する摩擦力を調整するようにしたり、この押さえ部材１６にクリーニング機能やオイル塗布機能等を設け、この押さえ部材１６によって定着用ベルト１３の汚れを除去したり、定着用ベルト１３に離型性のオイルを塗布して、トナーｔが定着用ベルト１３に付着するのを防止するようにしてもよい。
【００５４】
なお、定着用ベルト１３にたるみ部を形成し、このたるみ部を他方の定着用ローラ１２の外周面に接触させる方法は、特に上記のような方法に限定されず、例えば、図５に示すように、円弧状になった押さえ部材１６ａにより、たるみ部を形成しない部分において定着用ベルト１３を上記の定着用ローラ１１の外周面に押し付けるようにし、定着用ベルト１３が定着用ローラ１１の外周面に押し付けられていないニップ部分よりも記録媒体１の送り方向下流側にたるみ部を形成し、このたるみ部を他方の定着用ローラ１２の外周面に接触させるようにすることも可能である。このようにすると、ニップ部分よりも記録媒体１の送り方向下流側に定着用ベルト１３のたるみ部が安定して形成されるようになる。
【００５６】
次に、上記の図２に示す定着装置において、各定着用ローラ１１，１２の外周部に設ける弾性層１１ｂ，１２ｂの種類を変更させて、記録媒体１上にトナーｔを定着させる実験を行い、各定着用ローラ１１，１２の外周部に設ける好ましい弾性層１１ｂ，１２ｂの組み合わせについて検討を行った。
【００５７】
（実験例１）
この実験例においては、定着用ベルト１３として、内径が６５ｍｍで、厚みが５０μｍになったベルト基材１３ａの表面側に、厚みが２００μｍになったゴム製の弾性層１３ｃと厚みが３０μｍになったパーフルオロアルコキシフッ素樹脂製の離型層１３ｂが設けられたものを用いるようにした。
【００５８】
また、この定着用ベルト１３を外周に設ける一方の定着用ローラ１１及び他方の定着用ローラ１２としては、それぞれ外径が６０ｍｍになったものを用いるようにした。
【００５９】
そして、一方の定着用ローラ１１の外周部と他方の定着用ローラ１２の外周部とにそれぞれゴム硬度が１０度の弾性層１１ｂ，１２ｂを設けるようにし、下記の表１に示すように、一方の定着用ローラ１１の外周部に設ける弾性層１１ｂの厚みＤ１を０ｍｍ，０．１ｍｍ，２．０ｍｍにする一方、他方の定着用ローラ１２の外周部に設ける弾性層１２ｂの厚みＤ２を変更させて、他方の定着用ローラ１２における弾性層１２ｂの厚みＤ２と一方の定着用ローラ１１における弾性層１１ｂの厚みＤ１との差（Ｄ２−Ｄ１）を変更させた。
【００６０】
そして、定着温度を１８０℃、定着速度を２００ｍｍ／ｓｅｃにして、それぞれ１０００枚のＡ４サイズの記録媒体１に対してトナーｔを定着させて、定着性能の評価を行い、その結果を表１に示した。
【００６１】
ここで、定着性能の評価については、１０００枚の定着中において記録媒体に全く皺やカールが発生しなかった場合を◎、１，２枚の記録媒体に皺やカールが発生した場合を○、２〜１０枚の記録媒体に皺やカールが発生するか１，２回のジャムが生じた場合を△、１０枚以上の記録媒体に皺やカールが発生するか３回以上のジャムが生じた場合を×で示した。
【００６２】
【表１】
この結果、一方の定着用ローラ１１の外周部と他方の定着用ローラ１２の外周部とにそれぞれゴム硬度が１０度の弾性層１１ｂ，１２ｂを設けた場合において、両弾性層１１ｂ，１２ｂにおける厚みの差（Ｄ２−Ｄ１）を０．２〜３ｍｍの範囲にすると、記録媒体１に皺やカールが発生するのが抑制された。
【００６４】
また、一方の定着用ローラ１１の外周部に弾性層１１ｂを設けないようにした場合には、他方の定着用ローラ１２の弾性層１２ｂの厚みを０．５〜３ｍｍの範囲にすると、記録媒体１に皺やカールが発生するのが抑制された。
【００６５】
（実験例２）
この実験例においても、定着用ベルト１３として、上記の実験例１と同じものを用いると共に、一方の定着用ローラ１１及び他方の定着用ローラ１２としては、それぞれ外径が６０ｍｍになったものを用いるようにした。
【００６６】
そして、一方の定着用ローラ１１の外周部と他方の定着用ローラ１２の外周部とにそれぞれ１ｍｍになった弾性層１１ｂ，１２ｂを設けるようにし、下記の表２に示すように、一方の定着用ローラ１１の外周部に設ける弾性層１１ｂのゴム硬度Ｓ１を１度，１０度，３０度にする一方、他方の定着用ローラ１２の外周部に設ける弾性層１２ｂのゴム硬度Ｓ２を変更させて、一方の定着用ローラ１１における弾性層１１のゴム硬度Ｓ１と他方の定着用ローラ１２における弾性層１２ｂのゴム硬度Ｓ２との差（Ｓ１−Ｓ２）を変更させた。
【００６７】
そして、上記の実験例１の場合と同様に、定着温度を１８０℃、定着速度を２００ｍｍ／ｓｅｃにして、それぞれ１０００枚のＡ４サイズの記録媒体１に対してトナーｔを定着させて、定着性能の評価を行い、その結果を表２に示した。
【００６８】
【表２】
この結果、一方の定着用ローラ１１の外周部と他方の定着用ローラ１２の外周部とにそれぞれ厚みが１ｍｍの弾性層１１ｂ，１２ｂを設けた場合において、両弾性層１１ｂ，１２ｂにおけるゴム硬度の差（Ｓ１−Ｓ２）を１〜２０度の範囲にすると、記録媒体１に皺やカールが発生するのが抑制された。
【００７０】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明における定着装置においては、トナーが供給された記録媒体を加熱された一対の定着用ローラ間に導いて、記録媒体にトナーを定着させるにあたり、一方の定着用ローラの外周にこの定着用ローラよりも周長が長くなった可撓性の定着用ベルトを設け、この定着用ベルトの内周側にこの一方の定着用ローラのみを配置させ、この定着用ベルトを介して上記の一対の定着用ローラを圧接させると共に、この圧接されたニップ部分よりも記録媒体の送り方向下流側において上記の定着用ベルトにたるみ部を形成し、この定着用ベルトのたるみ部を他方の定着用ローラの外周面に接触させるようにしたため、記録媒体に供給されたトナーが速やかに記録媒体に十分に定着されるようになった。
【００７１】
また、この発明の定着装置においては、上記のように定着用ベルトを一方の定着用ローラの外周に設け、この定着用ベルトの内周側にはこの一方の定着用ローラのみを配置させ、上記のニップ部分よりも記録媒体の送り方向下流側においてたるみ部を形成しているだけであるため、定着用ベルトを加熱ローラと複数の支持ローラに掛け渡して移動させるようにした従来のベルト定着装置のように、定着装置が大きくなるということがなく、また定着用ベルト全体を加熱するのに時間がかかったり、加熱ローラと複数の支持ローラとの間を移動している途中に定着用ベルトが冷却されるということもなく、定着用ベルトが速やかに十分に加熱されるようになり、ランニングコストが安くなると共に、ウォーミングアップに要する時間も短くなった。
【００７２】
さらに、この発明の定着装置においては、上記のようにしてトナーが記録媒体に定着された後、上記の接触部分から記録媒体が離れる段階では、定着用ベルトの曲率が小さくなると共に、記録媒体に定着されたトナーがある程度冷却された状態になっているため、記録媒体が定着用ベルトから分離されやすくなり、トナーが定着用ベルトに付着したり、記録媒体が定着用ベルトに巻き付くのが防止されるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 トナーが供給された記録媒体を一対の定着用ローラ間に導いて、トナーを記録媒体に定着させるようにした従来の定着装置の概略説明図である。
【図２】 この発明の一実施形態に係る定着装置の概略説明図である。
【図３】 同実施形態の定着装置に用いる定着用ベルトを示した断面説明図である。
【図４】 同実施形態の定着装置に用いる定着用ベルトの変更例を示した断面説明図である。
【図５】 この発明の実施形態に係る定着装置において、一方の定着用ローラの外周に設けられた定着用ベルトにたるみ部を形成する場合の変更例を示した概略説明図である。
【符号の説明】
１ 記録媒体
１１，１２ 定着用ローラ
１１ｂ，１２ｂ 弾性層
１３ 定着用ベルト
１４，１５ 加熱装置
１６，１６ａ 押さえ部材
Ｐ 変曲点
Claims (7)
- トナーが供給された記録媒体を加熱された一対の定着用ローラ間に導いて、記録媒体にトナーを定着させる定着装置において、一方の定着用ローラの外周にこの定着用ローラよりも周長が長くなった可撓性の定着用ベルトを設け、この定着用ベルトの内周側にはこの一方の定着用ローラのみを配置させ、この定着用ベルトを介して上記の一対の定着用ローラを圧接させると共に、この圧接されたニップ部分よりも記録媒体の送り方向下流側において上記の定着用ベルトにたるみ部を形成し、この定着用ベルトのたるみ部を他方の定着用ローラの外周面に接触させたことを特徴とする定着装置。
- 請求項１に記載した定着装置において、上記の一対の定着用ローラにおける少なくとも１つの定着用ローラの外周部に弾性層を設けたことを特徴とする定着装置。
- 請求項１又は２に記載した定着装置において、上記の定着用ベルトを介して一対の定着用ローラを圧接させた場合における上記のニップ部分から定着用ベルトのたるみ部が他方の定着用ローラの表面に接触された接触部分までの間に変曲点を有することを特徴とする定着装置。
- トナーが供給された記録媒体を回転する一対の定着用ローラ間に導いて、記録媒体にトナーを定着させる定着装置において、少なくともトナーが供給された記録媒体の面と対向する一方の定着用ローラに加熱装置を設けると共に、この一方の定着用ローラよりも周長が長くなった可撓性の定着用ベルトをこの一方の定着用ローラの外周に設け、この定着用ベルトの内周側にはこの一方の定着用ローラのみを配置し、この定着用ベルトを介して上記の一対の定着用ローラを圧接させた場合に、この圧接されたニップ部分において他方の定着ローラの外周部が凹んだ状態になると共に、この凹んだニップ部分から変曲点を経て、記録媒体の送り方向下流側において上記の定着用ベルトがこの他方の定着ローラの外周面に沿うように接触していることを特徴とする定着装置。
- 請求項４に記載した定着装置において、上記の一対の定着用ローラは外周部にそれぞれ弾性層が設けられ、定着用ベルトが外周に設けられた一方の定着用ローラにおける弾性層の硬度が他方の定着用ローラにおける弾性層の硬度よりも高くなっていることを特徴とする定着装置。
- 請求項４又は５に記載した定着装置において、上記の一対の定着用ローラは外周部にそれぞれ弾性層が設けられ、定着用ベルトが外周に設けられた一方の定着用ローラにおける弾性層の厚みが他方の定着用ローラにおける弾性層の厚みよりも薄くなっていることを特徴とする定着装置。
- 請求項４に記載した定着装置において、定着用ベルトが外周に設けられた一方の定着用ローラの外周部に弾性層を設けない一方、他方の定着用ローラの外周部に弾性層を設けたことを特徴とする定着装置。
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