JP4170690B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、定着装置および画像形成装置に関し、さらに詳しくは、画像の種類に応じた光沢度を得るための構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機やファクシミリあるいはプリンタさらには印刷機などの画像形成装置においては、記録用紙などのシート上に転写されて担持されている未定着画像を加熱定着することにより複写物や記録物を得ることができる。
定着装置には、一対のローラにより画像を担持しているシートを挟持搬送しながら画像に対して加熱する熱ローラ定着方式、赤外線／キセノンランプを熱源として輻射熱により画像を定着するラジアント・フラッシュ定着方式、シートを挟んで表裏両面に発熱体を近接配置して対流熱により画像を加熱するオーブン定着方式などを採用した構成がある。
【０００３】
上記定着方式のうちで、熱ローラ定着方式は、熱効率が高く高速化が図れること、伝熱効率が高く安定した定着効率が得られることおよびシートの搬送媒体として利用できることにより構造が簡単であることなどの利点があることから近年多用されるようになっている。
【０００４】
熱ローラ定着方式では、画像に対向接触して画像中のトナーを融解させる加熱ローラに相当する定着ローラとこれに対向当接してシートを押圧しながら挟持搬送する加圧ローラとを備えており、定着行程を実行する際には所定の定着温度に達するまでの立ち上げ時間、つまりウォームアップ時間を必要としている。
ウォームアップ時間は、ローラの熱容量と使用電力とで決まる要素であり、従来のウォームアップ時間は、商用電源が１５００Ｗ以下であるという制限を考慮して、装置全体からの電力配分からしてほぼ７００〜１０００Ｗの範囲に限られることから、５〜１０分程度ときわめて長い時間を必要としているのが現状である。
【０００５】
熱ローラ定着方式において消費電力の低減対策としては、ローラの外形を小さくあるいは肉厚を薄くしてローラ自体の熱容量を抑える方法が考えられるが、この方法ではローラに撓みが発生する虞があり、これによって挟持搬送されるシートに皺が発生したり画像擦れによる画像乱れなどが生じるという不具合がある。
【０００６】
一般的に、低速層に比べて高速層の方がより多くの熱量をトナー及び記録シートに供給しなければならないため、広いニップ幅が必要となる。これにより、定着ローラの外径及び芯金肉厚が増大する傾向があり、ウォームアップ時間の短縮と機械的強度の両立は困難となる。また、白黒（モノクロ）機に比べてフルカラー画像を形成可能なカラー機の方が定着させるトナー量も多く光沢度の維持も必要となる。これにより、多くの熱量をトナー及び記録シートに供給しなければならない。しかも、広いニップ幅が必要となる。この結果、カラー機の場合には、白黒機と違って、定着ローラの外径及び芯肉厚が増大する傾向があり、ウォームアップ時間の短縮と機械的強度の両立は困難となる。
【０００７】
ローラ自体の熱容量に着目してウォームアップ時間の短縮を図る構成として、定着ローラではなく定着ベルトあるいは加圧ベルトを用いる構成（例えば、特開平１０−１０４９７９号公報）、あるいは、定着ベルトの内側に発熱体を接触させて定着ベルトの温度立ち上がりを向上させる構成（例えば、特開平６−３４８１５６号公報）。いずれの公報においても、ローラに比べて熱容量を小さくできるベルトを用いてウォームアップ時間を短縮するようになっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
熱ローラ定着方式の場合には、ローラを用いる構成が前提となるので、ウォームアップ時間の短縮化には限界があることが明らかであり、これに代えて、ベルトを用いることにおいては、ウォームアップ時間の短縮化が可能である反面、次に挙げるような、ベルトを用いる場合特有の問題が新たに発生する。
【０００９】
ベルトを熱伝達部に用いる構成においては、ベルトの偏倚現象の発生によりシートの幅方向での挟持搬送力の変化が原因して皺が発生しやすくなること、ベルトの剛性により浮き上がり現象やばたつき、さらには、駆動時でのスリップや線速差による画像擦れなどが原因して異常画像が発生すること、ローラに比べて熱容量が極端に小さくなることにより温度偏差（リップル）の増加などの新たな問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、上記従来の定着装置における問題、特にベルトを熱伝導体として用いる場合の問題に鑑み、定着温度までの立ち上がり時間を短縮できると共に、シートの挟持搬送力を確保しながら定着に必要なニップ幅も確保できることによりベルトの挙動が不安定となることによる異常画像の発生を確実に防止できる構成を備えた定着装置および画像形成装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、記録シート上にトナー像を定着するための定着装置であって、上記トナー像と接触可能な位置で複数のローラに掛け回されて移動可能な耐熱性ベルトと、上記耐熱性ベルトと対向当接可能であって上記記録シートを挟持搬送可能な加圧部材とを備え、上記耐熱性ベルトの内側には、該耐熱性ベルトを加熱する熱源と、該耐熱性ベルトを挟んで上記加圧部材に対向する耐熱性弾性体およびこれが一体化されたホルダを基部にて支持可能な支持部材とが設けられ、上記支持部材には、加圧部材と対向する側と反対側に向けて延長されたリブが上記基部に設けられていると共に、上記耐熱性弾性体を上記加圧部材に向けて付勢する手段が設けられ、上記リブは、上記耐熱性ベルトと上記加圧部材とで構成される上記記録シートの移動方向に沿った定着ニップ部の中心から上記移動方向で対称な位置にそれぞれ配置されて上記耐熱性ベルトの幅方向に亘って設けられ、上記ホルダは、上記定着ニップ部に対する上記記録シートの入り口側および出口側に緩やかな曲率を持つ曲部が形成され、上記熱源は、上記リブ間に配置され、上記支持部材に対して独立して上記耐熱性ベルトの内側との間の間隔を変更可能な可動部材により支持され、上記支持部材は、上記熱源により上記耐熱性ベルトを加熱するとともに、上記基部に位置する耐熱性弾性体が上記加圧部材に向けて付勢された際に、上記耐熱性ベルトの幅方向での撓み変形を上記突起状のリブにより防止されることを特徴としている。
【００１４】
請求項２記載の発明は、上記突起状のリブ間に配置されている熱源の近傍には、上記耐熱性ベルト側に向けた開口反射面を有する反射鏡が配置されていることを特徴としている。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の定着装置を画像形成装置に用いることを特徴としている。
【００１６】
請求項４記載の発明は、形成される画像が単一色若しくは複数色のいずれをも対象とする画像形成装置であることを特徴としている。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した実施例により本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る定着装置を適用した画像形成装置の模式図であり、同図に示す画像形成装置は、色分解に対応した複数の色画像をそれぞれ形成可能な感光体を複数備え、各感光体上で形成されたトナー像を中間転写体に重畳転写した画像を記録用紙などのシートに対して一括転写することにより多色画像を形成可能なカラープリンタである。本発明では、画像形成装置として、カラープリンタに限らず、カラー複写機、ファクシミリ装置および印刷機なども含まれること勿論である。
【００３１】
図１において、カラープリンタ１は、画像形成部１Ａが縦方向の中央部に位置し、その下方には給紙部１Ｂが、さらに画像形成部１Ａの上方には原稿載置台１Ｃ１を備えた原稿走査部１Ｃがそれぞれ配置されている。
【００３２】
画像形成部１Ａには、水平方向に展張面を有する中間転写ベルト２が配置されており、中間転写ベルト２の上位には、色分解色と補色関係にある色のトナーを用いて画像を形成するための構成が設けられている。
画像形成部１Ａには、補色関係にある色のトナー（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）による画像を担持可能な感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂが中間転写体２の展張面に沿って並置されている。
【００３３】
各感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂはそれぞれ同じ方向（図１では、反時計方向）に回転可能なドラムで構成されており、その周辺には、回転過程において画像形成処理を実行する帯電装置４，書き込み装置５，現像装置６，１次転写装置７，およびクリーニング装置８が配置されている（便宜上、感光体３Ｙを対象として、各装置の符号にＹを付して示してある）。
【００３４】
中間転写ベルト２は、複数のローラ２Ａ〜２Ｃに掛け回されて感光体との対峙位置において同方向に移動可能な構成を備え、展張面を構成するローラ２Ａ、２Ｂとは別のローラ２Ｃは、中間転写ベルト２を挟んで２次転写装置９に対峙している。なお、図１中、符号１０は、中間転写ベルト２を対象としたクリーニング装置を示している。
【００３５】
２次転写装置９は、帯電駆動ローラ９Ａおよび従動ローラ９Ｂに掛け回されて２次転写装置９が位置する２次転写位置において中間転写ベルト２と同方向に移動可能な転写ベルト９Ｃを備えており、転写ベルト９Ｃを帯電駆動ローラ９Ａにより帯電させることにより中間転写ベルト２に重畳された多色画像あるいは担持されている単一色の画像をシートに転写することができる。
【００３６】
２次転写位置には給紙部１Ｂからシートが給送されるようになっている。
給紙部１Ｂは、複数の給紙カセット１Ｂ１と、給紙カセット１Ｂ１から繰り出されるシートの搬送路に配置された複数の搬送ローラ１Ｂ２と、２次転写位置前方に位置するレジストローラ１Ｂ３とを備えている。本実施例では、給紙部１Ｂには、給紙トレイ１Ｂ１から繰り出されるシートの搬送路に加えて給紙カセット１Ｂ１内に収容されていない種類のシートを２次転写位置に向け給送できる構成が備えられており、この構成は、画像形成部１Ａの壁面の一部を起倒可能に設けた手差しトレイ１Ａ１と繰り出しコロ１Ａ２とを備えている。
給紙カセット１Ｂ１からレジストローラ１Ｂ３に向けたシートの搬送路途中には、手差しトレイ１Ａ１から繰り出されたシートの搬送路が合流し、いずれの搬送路から給送されるシートもレジストローラ１Ｂ３によってレジストタイミングが設定されるようになっている。
【００３７】
書き込み装置５は、原稿走査部１Ｃに有する原稿載置台１Ｃ１上の原稿を走査することにより得られる画像情報あるいは図示しないコンピュータから出力される画像情報により書き込み光が制御されて感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂに対して画像情報に応じた静電潜像を形成するようになっている。
【００３８】
原稿走査部１Ｃには、原稿載置台１Ｃ１上の原稿を露光走査するスキャナ１Ｃ２が備えられており、さらに原稿載置台１Ｃ１の上面には、自動原稿給送装置１Ｃ３が配置されている。自動原稿給送装置１Ｃ３は、原稿載置台１Ｃ１上に繰り出される原稿を反転可能な構成を備え、原稿の表裏各面での走査が行えるようになっている。
【００３９】
書き込み装置５により形成された感光体３上の静電潜像は現像装置６によって可視像処理され、中間転写ベルト２に１次転写される。中間転写ベルト２に対して各色毎のトナー像が重畳転写されると、２次転写装置９によりシートに対して一括して２次転写される。
【００４０】
２次転写されたシートは、表面に担持している未定着画像を定着装置１１によって定着される。定着装置１１に関しては後で詳しく説明する。
【００４１】
定着装置１１を通過したシートは、定着装置１１の後方に配置されている搬送路切り換え爪１２によって搬送方向が切り換えられるようになっており、排紙トレイ１３に向けた搬送路と、反転搬送路ＲＰとに搬送方向が選択される。
【００４２】
以上のような構成を備えたカラープリンタ１では、原稿載置台１Ｃ１上に載置された原稿を露光走査することによりあるいはコンピュータからの画像情報により、一様帯電された感光体３に対して静電潜像が形成され、静電潜像が現像装置６によって可視像処理された後、トナー像が中間転写ベルト２に１次転写される。
【００４３】
中間転写ベルト２に転写されたトナー像は、単一色画像の場合にはそのまま給紙部１Ｂから繰り出されたシートに対して転写され、多色画像の場合には１次転写が繰り返されることにより重畳された上でシートに対して一括して２次転写される。２次転写後のシートは入り口ガイド１１Ａにより定着装置１１に導入され、定着装置１１により未定着画像を定着された後、排紙トレイ１３あるいは、反転されて再度レジストローラ１Ｂ３に向けて給送される。
【００４４】
図１に示す画像形成装置での定着行程は次の通りである。
トナーは、図２以降において説明する定着装置１１の構成に用いられる耐熱性弾性体２２及び定着部材としての耐熱性ベルト２０により粘性が低い状態まで加熱され、更に加圧部材としての加圧ローラ２１の加圧力の作用により記録シートＳの繊維中に浸透していく。
その後トナーが冷えて固まったときにトナーと紙繊維同士は強固に定着される。但し、このときに耐熱性ベルト２０から分離する時点でのトナー層の温度が軟化温度Ｔｓ以下であると、トナーの樹脂は十分に軟化せず従って記録シートＳの繊維中にも浸透していかないため十分な定着強度が得られない。また一方、耐熱性ベルト２０から分離する時点でのトナー層表面温度が流出開始温度Ｔｆ以上であると、トナーの樹脂粘度が低くなりすぎ、記録シートＳの繊維中には十分浸透していくものの耐熱性ベルト２０の離型層との間の離型性が悪化してしまい、耐熱性ベルト２０へのトナーオフセットや耐熱性ベルト２０への記録シート巻き付きといった不具合になってしまうので、定着後のトナー層表面温度がＴｓからＴｆの範囲になるように定着温度の制御温度を決めており、望ましくはその中央に近い領域で温度偏差（リップル）が小さい制御システムであることが望ましい。
【００４５】
定着装置１１は、図２以降の図面に構成が示されている。
図２において、定着装置１１は、定着部材としての耐熱性ベルト２０，加圧部材としての加圧ローラ２１，定着ベルト２０の内面側に位置する耐熱性弾性体２２および耐熱性弾性体２２を一体化しているホルダ２３および耐熱性弾性体２２とホルダ２３の支持部材２４とを主要部として備えている。以下、各部材について説明する。
本実施例において使用されるトナーＴは、樹脂母剤となる結着樹脂と着色剤との含有のみでなく、離型剤としてのワックスを含有しており、自身の離型性により定着装置１１でのオフセットおよびトナーの粘着性による記録シートＳの巻き付きが発生するのを抑止できるようになっている。
離型剤としては、カルナウバに代表されるワックス若しくはシメチルシロキサンに代表されるオイルの何れかが５〜２０重量部含有されている。このため、従来、定着部材としてシリコーンゴムなどで構成されたベルトが用いられる場合と違って、本実施例での耐熱性ベルト２０は、オフセット防止あるいはシート巻き付き防止用のオイルを塗布される必要がない構成が用いられている。
【００４６】
耐熱性ベルト２０の構成としては、図示しないが、耐熱性樹脂で構成された基材と弾性体層と離型層の３層を備えた構成とされており、基材部分は耐熱性と機械的強度を併せ持たせるためにポリイミド等の樹脂チューブが用いられている。弾性体層は基材として用いられている樹脂チューブの周囲に成型加工されたシリコーンゴムなどの耐熱性および弾性を有する材料により構成され、離型層は耐熱性がありトナーの吸着力に影響する表面エネルギーの小さい材料が使用されている。
離型層に用いられる材料としては、シリコーン樹脂、フッ素樹脂例えば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−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、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）などの高分子樹脂などが選択可能である。
【００４７】
耐熱性ベルト２０は、上記３層を合わせた総厚さが４００μｍ以下、好ましくは２００μｍに設定され、機械的強度を確保することにより、偏倚防止と熱容量をローラの場合よりも小さくして定着温度への立ち上げ時間を短縮できるようになっている。
【００４８】
加圧ローラ２１は、耐熱性ベルト２０と協働して記録シートＳを挟持搬送する際の定着に必要な接触幅、いわゆる、記録シートＳの搬送方向（図２中、矢印Ｐで示す方向）での定着ニップ部を構成する部材であり、本実施例では、外径がφ３０〜φ４０の範囲で選択されて使用されるようになっている。
外径の選択範囲は線速対応してローラ自身の表面温度の落ち込みを少なくするためである。つまり、１００〜１７０ｍｍ／ｓｅｃの範囲ではφ３０の加圧ローラが用いられ、さらに、線速１７０〜２４０ｍｍ／ｓｅｃの範囲ではφ３５の加圧ローラ１０２が、そして、線速２４０〜３００ｍｍ／ｓｅｃの範囲ではφ４０の加圧ローラが選択されというように、画像形成装置の性能に応じて外径寸法が決められて装置に組み込まれる。これにより、連続通紙による表面温度の低下、特に、カラー画像の場合には光沢度にムラが発生するのを、自身の蓄熱性を利用して防止する。
【００４９】
加圧ローラ２１は、鉄あるいはステンレスにより厚さ（ｔ）が０．３〜１．０ｍｍ、本実施例では、０．５ｍｍ程度の芯金の表面に厚さが０．５ｍｍ程度の弾性層が設けられており、弾性層には、シリコーンゴムが用いられている。加圧ローラ２１の内部には、少なくとも一つの熱源２１Ａが設けられており、この熱源２１Ａでの消費電力は耐熱性ベルト２０側の熱源よりも少なく設定されている。加圧ローラ２１は耐熱性ベルト２０と同様に、オイルレストナーに対応するようになっており、このため、表面には、耐熱性ベルト２０と同様にＰＦＡ等の離型層が設けられた構造になっている。
【００５０】
加圧ローラ２１は、耐熱性ベルト２０に対して接離可能に設けられており、接離動作時期としては、耐熱性ベルト２０が低速（低線速）の範囲にあるときには耐熱性ベルト２０から離れ、耐熱性ベルト２０が所定の定着温度に達した時点で記録シートＳが定着ニップ部Ｎに進入する直前に耐熱性ベルト２０に圧接する時期とされている。これにより、耐熱性ベルト２０のウォームアップ時に熱を奪う媒体となる加圧ローラ２１の接触が行われないので、耐熱性ベルト２０の温度上昇が促進され、ウォームアップに要する時間を短いものとすることができる。このような接離動作時期の設定を基に、発明者がウォームアップ時間に関して実験したところ、約１０ｓｅｃ程度の時間で所定温度に達する結果が得られた。
【００５１】
耐熱性弾性体２２は、加圧ローラ２１に対して耐熱性ベルト２０を定着ニップ部Ｎの幅領域で均一当接させるための部材として用いられる。このため、耐熱性弾性体２２は、低硬度のシリコーンゴムが材料として用いられ、特に、耐熱性と弾性とを発揮させるために、内部に気泡を混在させた低硬度発泡シリコーンゴムが用いられている。これにより、耐熱性ベルト２０からの熱伝導を抑制することにより耐熱性ベルト２０の温度立ち上げ時間の短縮に寄与するようになっている。
発明者は、加圧ローラ２１に対する定着部材としてシリコーンゴムを用いた場合と上述した耐熱性ベルト２０および耐熱性弾性体２２を用いた場合とを耐久性および温度の立ち上げ時間に関して比較したところ、次の結果を得た。
発泡シリコーンゴムを用いてゴムローラを構成した場合には、実際に使用する際の硬度範囲として、定着ニップ幅の確保を考慮すると、アスカＣ硬度で２０〜５０Ｈｓ程度であり、高速機のように、速度に対する定着時間の増加が必要となる場合には、広い定着ニップ幅が必要となると共に圧力も大きくなるので、アスカＣ硬度５０Ｈｓ近辺の表面硬度で使用しなければならない。この結果として、発泡倍率の低い材料、換言すれば、気泡の破壊により断熱性が損ねられやすい材料に限定されてしまい、トナーへの熱供与率が低くなる。
【００５２】
これに対して本実施例における構成では、仮に低硬度の発泡シリコーンゴムを用いた場合でも、圧力を大きくしなくてもローラと違って定着ニップ幅Ｎを大きく設定することができるので、上述した不具合は解消される。
【００５３】
耐熱性弾性体２２は、耐熱性ベルト２０を挟んで加圧ローラ２１と対峙する位置に配置され、加圧ローラ２１と対向する面以外が難熱伝導性を有する耐熱性樹脂製のホルダ２３に対して接着により一体的に支持されている。
【００５４】
耐熱性弾性体２２およびこれを支持しているホルダ２３における加圧ローラ２１との対向面は、加圧ローラ２１の表面形態、つまり、周面曲率に合わせた形状とされている。これにより、上記対向面同士の曲率が異なる場合に発生する定着ニップ部Ｎ内での未定着トナーに作用する面圧が安定しないという現象がなく、定着ニップ部Ｎの入り口から出口までの間でトナーに対する均一圧力によりシートを挟持搬送することができるので、トナーへの熱供与分布が均一化されると共に、接触ムラによる熱伝導性の効率低下を防止した状態で熱供与が可能となる。この結果、トナーに作用する面圧が安定することにより、定着特性を下限の条件、つまり最低限の条件とした場合でも定着不良を発生することがない。
【００５５】
本実施例では、定着ニップ部の入り口側および出口側での耐熱性ベルト２０の移動を滑らかにするために、ホルダ２４における加圧ローラ２１と対向する側の角部に緩やかな曲率を持たせてあり、この部分をガイド部として機能するようになっている。これにより、耐熱性ベルト２０にテンションが作用した際に方向が切り替わる位置での余分な負荷抵抗を低減させている。特に、余分な負荷抵抗を低減する構造としては、シート搬送方向と直角な方向に相当する耐熱性ベルト２０の幅方向に沿って複数のリブを設け、耐熱性ベルト２０と接触する側の面の角、つまり耐熱性ベルト２０の幅方向の角部をＲ形状として摺擦抵抗および接触面積を少なくする構成とすることも可能である。
【００５６】
ところで、発明者は、耐熱性弾性体２２によって加圧ローラ２１の周面曲率に合わせて耐熱性ベルト２０を加圧ローラ２１に圧接させる場合に関して、ローラ同士の圧接による場合と比較したところ次の結果を得た。
例えば線速３００ｍｍ／ｓｅｃの複写機を対象とした場合でいうと、耐熱性弾性部材２２の定着ニップ部Ｎの幅が１５ｍｍであると定着ニップ部Ｎを通過する時間を意味するニップ時間が５０ｍｓに相当し、定着ニップ部Ｎの幅が３０ｍｍでニップ時間１００ｍｓに相当する。
従来のゴムローラを用いた方式においては、線速３００ｍｍ／ｓｅｃではφ６０程度の外径のローラでニップ時間４０〜５０ｍｓを確保するのが限界であった。
【００５７】
この結果から明らかなように、耐熱性弾性部材２２を用いることにより、耐熱性弾性部材２２により定着ニップ部Ｎの幅を２１ｍｍにしてニップ時間７０ｍｓを確保することは定着ニップ分の幅に沿った耐熱性弾性体２２のサイズ変更のみで可能となることから容易に可変設定することができるといえる。また例えば線速１５０ｍｍ／ｓｅｃの複写機の場合には、耐熱性弾性部材２２における定着ニップ部Ｎの幅を１０．５ｍｍでニップ時間７０ｍｓを確保できることは同様の関係に有る。
【００５８】
耐熱性ベルト２０およびホルダ２３は、耐熱性ベルト２０の内側に配置されている支持部材２４により支持されている。
支持部材２４は、十分な機械的強度が得られる材料により形成された部材で構成され、加圧ローラ２１に対向する側の基部に耐熱性弾性体２２およびこれに一体化されているホルダ２３が支持され、基部から上方には、図２において加圧ローラ２１の軸中心から延長した垂直線をはさんで対称位置に張り出したガイドローラ支持部２４Ａが設けられている。
本実施例では、支持部材２４がバネなどの弾性体２５により、基部に位置する耐熱性弾性体２２を加圧ローラ２１側に向けて付勢されており、耐熱性ベルト２０と加圧ローラ２１の周面とで構成される定着ニップ部Ｎの幅が最大となるように維持されている。また、本実施例では、支持部材２４として、熱容量が小さい値を示す鉄やステンレスを用いた板金加工部材あるいはアルミダイキャストや耐熱性樹脂モールド製品が用いられる。このような熱容量の小さい材料を用いることにより、温度上昇を促進することができる。
【００５９】
ガイドローラ支持部２４Ａには、耐熱性ベルト２０が掛け回されるガイドローラ２６，２６’が回転自在に支持されている。
ガイドローラ２６，２６’は、図示しないがその表面に所定間隔で形成された凹凸が設けられ、さらに、符号Ｆ、Ｆ’で示すように互いに離れる方向に付勢されることにより耐熱性ベルト２０に対してテンションを付与している。
【００６０】
本実施例では、ガイドローラ２６，２６’の周面に対して、図４に示すようにクリーニングパッド２７が接触して設けられており、定着ニップ部Ｎにおいて発生する摩耗紛、例えば、耐熱性ベルト２０から剥落する樹脂の一つであるポリイミドなどの摩耗粉を除去して耐熱性ベルト２０での熱分布に変化が生じない状態を維持できるようになっている。また、耐熱性ベルト２０は、ガイドローラ２６，２６’に掛け回されてテンションを付与されることにより、常に熱源２８との間の間隔が維持されて垂れ下がるようなことがなく、仮に垂れ下がった場合に発生する熱源２８との接触を防止されている。熱源２８と耐熱性ベルト２０とが接触すると、耐熱性ベルト２０が変形や溶融さらには発煙および発火などが発生する虞があるが、本実施例では、このような危険な状態を招くことがない。
【００６１】
支持部材２４における加圧ローラ２１の軸中心から延長された垂直線上、換言すれば、支持部材２４の中央部には、耐熱性弾性体２２が加圧ローラ２１に向けて変位できる方向、つまり、加圧ローラ２１に対する耐熱性ベルト２０の接触方向に平行して上方に突出する突起状リブ２４Ｂ、２４Ｂ’が成形されて設けられている。突起状のリブ２４Ｂ、２４Ｂ’は、支持部材２４に発生する上記接触方向での撓み変形を耐熱性ベルト２０の幅方向に亘って防止できる撓み剛性（断面二次モーメント）を高めるための部分である。つまり、支持部材２４における耐熱性ベルト２０の幅方向での撓みとしては、０．５ｍｍ以下、さらに好ましくは０．１ｍｍ以下とすることが耐熱性ベルト２０と加圧ローラ２１との長手方向での均一接触を実現する上で必要となる。このような均一接触は、耐熱性ベルト２０の幅方向でのニップ圧力の変化を防止するための条件であり、この条件を満足することにより耐熱性ベルト２０の幅方向での温度分布が均一化される。このため、本実施例では、上記撓み量に抑えるために、突起状リブ２４Ｂ、２４Ｂ’が設けられている。このような耐熱性ベルト２０に対してテンションを付与できるようにすることで、耐熱性ベルト２０が耐熱性弾性体２２に圧接でき、耐熱性弾性体２２が弾性体２５を介して支持部材２４により加圧ローラ２１側に付勢されることにより、耐熱性ベルト２０と加圧ローラ２１の周面との間での接触面積を最大にすることができる。これにより、定着ニップ部Ｎの幅を最大として定着に必要とされる定着加熱および加圧用の面積を確保することができる。
【００６２】
一方、突起状のリブ２４Ｂ、２４Ｂ’の間には、耐熱性ベルト２０の内側の面との間の間隔Ｄを変更可能な状態でハロゲンヒータを用いた熱源２８が設けられている。
熱源２８は、支持部材２４とは独立して耐熱性ベルト２０に対して接離可能な方向に変位することができる可動部材２９に設けられており、可動部材２９は、図示しない駆動部材によって耐熱性ベルト２０からの距離を変化させた位置に熱源２８を位置決めできるようになっている。
【００６３】
本実施例では、後述する温度検知手段であるサーミスタなどの温度検知素子３０，３０’からの検知温度に応じて上記間隔Ｄの狭広量を設定することができ、狭広量の調整基準は、耐熱性ベルト２０における定着ニップ部Ｎをはさんで耐熱性ベルト２０の移動方向上流側および下流側にそれぞれ配置されたサーミスタなどの温度検知素子３０からの検知情報に基づく。つまり、定着ニップ部Ｎを境にした耐熱性ベルト２０の温度差が各温度検知素子３０，３０’を用いて割り出されると、熱源２８での発熱量（給電電力）を一定とすることを前提として、熱源２８の位置が変更される。
温度差が小さい場合には概ね初期位置に熱源２８が保持され、温度差が予め設定されている閾値を越える程度に大きい場合には、熱源２８が耐熱性ベルト２０に閾値を越えた温度差の大きさに対応させて近付く傾向とされる。
熱源２８の変位制御は、定着装置１１の始動時あるいは始動後での定着作業時、さらには搬送されるシートの厚さなどが条件となる。これにより、一旦低下した温度の回復は耐熱性ベルト２０の１周期移動が完了する毎に温度検知する場合に比べて迅速に行われることになり、環境あるいは記録シートＳの種類が変化した場合でも耐熱性ベルト２０が定着ニップ部Ｎに向けて移動する直前の温度が耐熱性ベルト２０全体での偏差を抑えられて安定した値に維持され、換言すれば、耐熱性ベルト２０の全長に亘っての温度分布の違いが少ない状態に維持されることになる。
【００６４】
一方、上述した耐熱性ベルト２０に対する温度管理には、熱源２８のオン・オフ制御および熱源２８の熱暴走を防止する点が挙げられる。
熱源２８は、常時点灯していると耐熱性ベルト２０が移動を停止している場合に局所のみを加熱することになり、局所の過熱を招く虞がある。また、何らかの原因によって熱源２８への通電が維持されてしまい、熱源２８の異常昇温が発生すると熱源２８からの熱を供与される耐熱性ベルト２０も異常に昇温してしまい、結果として、耐熱性ベルト２０の発火や発煙あるいは溶融や変形などを引き起こす虞がある。本実施例では、耐熱性ベルト２０が移動しているときのみ熱源２８への給電が行われると共に、図２において符号２９で示すように、サーモスタットあるいは温度ヒューズが用いられる給電遮断部材が耐熱性ベルト２０の異常昇温発生によって作動するようになっている。これにより、上述した耐熱性ベルト２０での危険を回避することができる。なお、耐熱性ベルト２０の移動時は、加圧ローラ２１の回転時にも相当しているので、本実施例では、加圧ローラ２１の回転駆動部に設けられているパルスジェネレータを用いて加圧ローラ２１の回転時に連動させて熱源２８への給電を行うようにすることも可能であり、前述した耐熱性ベルト２０の移動に合わせて加圧ローラ２１の回転を熱源２８の給電時期の条件とすることもできる。
【００６５】
本実施例では、耐熱性ベルト２０が耐熱性弾性体と接触しながら移動する構成を備えているので、摩擦抵抗、いわゆる、摺動抵抗の増加を防ぐようになっている。
図３は、摺動抵抗の増加を防ぐための構成を示す図であり、同図において、耐熱性ベルト２０と耐熱性弾性体２２との接触面の間には、ガラス繊維シートにフッ素系材料をコーティング処理した低摩擦係数部材としての低摩擦シート３１が支持部材２４に取り付けられて配置されている。このような摺動抵抗の増加を防ぐ構成としては、図２および図３に示すように、耐熱性ベルト２０における耐熱性弾性体２２と接触する面に対してシリコーンオイルを含浸させた塗布部材３２を配置してシリコーンオイルを上記接触面に塗布する構成あるいはこのような直接耐熱性ベルト２０に塗布部材３２を当接させるだけでなく、ガイドローラ２６，２６’にシリコーンオイルを塗布した後、その塗布されたシリコーンオイルを耐熱性ベルト２０に付着させるようにした間接的な塗布構成とすることも可能である。これにより、耐熱性ベルト２０と耐熱性弾性体２２とが接触する面での摺動抵抗を小さくして線速ムラの発生を防止することにより耐熱性ベルト２０が加圧ローラ２１との間で記録シートＳに対して皺発生の原因となるのを防止することができる。
【００６６】
一方、耐熱性ベルト２０は、自らに駆動源を有するのでなく、加圧ローラ２１に従動できる構成とされることにより駆動系の構成を簡略化されると共に両者部材間での線速差が発生しにくくなっている。このための構成としては、図４に示す構成が用いられる。
図４において、耐熱性ベルト２０の幅方向両端およびこの位置に対応する加圧ローラ２１の軸方向両端には、耐熱性ベルト２０と耐熱性弾性体２２との間の摩擦係数よりも大きい摩擦係数を有する材料のコーティング部３３，３４が設けられている。コーティング部３３，３４は、記録シートＳの幅方向サイズ（図４中、符号Ｌで示す）よりも外側の位置に相当する画像形成領域外に設けられており、画像形成に影響しない状態で加圧ローラ２１の回転に連動して耐熱性ベルト２０が移動できるようになっている。これにより、画像形成領域外であることにより画像への悪影響を及ぼすことなく加圧ローラ２１を駆動側として耐熱性ベルト２０を駆動することができるので、耐熱性ベルト２０にねじれなどが発生することなく駆動系の構成の簡略化と線速差の発生による画像擦れなどの異常画像の発生を防止することができる。
【００６７】
本実施例における耐熱性ベルト２０は、ローラと違って、熱容量が小さく温度の立ち上げに要する時間を短縮できるが、この立ち上げに要する時間を短縮する要因には、単に熱容量のみでなく熱源２８からの熱の供与状態も挙げられる。
【００６８】
本実施例では、図２に示した構成、つまり、熱源２８の周辺に配置する支持部材２４の突起状のリブ２４Ｂ、２４Ｂ’がむき出しであるので、熱源２８からの輻射熱が直接伝播され、熱源２８から供与される熱の全てが耐熱性ベルト２０に行き渡らない場合を前提として、熱源２８には、これと向き合うように位置決めされた反射面を有する反射鏡３５が少なくとも一つ設けられている。つまり、反射鏡３５は、その開口反射面を耐熱性ベルト２０側に向けており、これにより、耐熱性ベルト２０と反対側に向かう輻射熱が反射されて耐熱性ベルト２０に無駄なく照射されることになる。この結果、耐熱性ベルト２０に対する熱供与率が高められて耐熱性ベルト２０での温度の立ち上げに要する時間が確実に短縮されることになる。
なお、上記の説明においては、帯電−露光−現像−転写−定着の順序で画像形成処理工程を実施する電子写真プロセスを前提として説明しているが、転写行程として、各感光体３Ｂ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｙからのトナー像を直接記録シートに転写する行程に代えて、図３に示した定着装置を対象として、図６に示すように、各感光体３Ｂ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｙに対峙しながら移動可能なベルトなどの中間転写体３６を用い、記録シートではなく中間転写体３６に対して各感光体に対峙している第１転写装置３７を介して各感光体３Ｂ、３Ｃ、３Ｍ、３ＹからのトナーＴを重畳転写したうえで、重畳転写されたトナーＴを定着装置１１に用いられている耐熱性ベルト２０に対して第２転写装置３８により転写し、この転写されたトナーＴを記録シートＳに転写するようにした画像形成処理工程を実行する構成においても本発明を適用することが可能である。この場合での記録シートＳへの転写は、ガラス転移点に達しているトナーの融着が利用され、特別な転写装置を用いることなく定着と転写とを同時期に行うようになっている。
【００６９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、複数のローラに掛け回されて移動可能な耐熱性ベルトが熱源により加熱されて加圧部材と対向当接する構成において、耐熱性ベルトがその内面側において加圧部材と対向する角部に緩やかな曲率が持たせてある構成であるので、ベルトへのテンションが作用した際の余分な負荷抵抗を逓減させることができ、これにより、ベルト駆動時でのスリップや画像擦れ等の原因をなくして異常画像の発生を防止することができる。特に、支持部材に設けられている突起状のリブにより、支持部材に発生する接触方向での撓み変形が軸方向に亘って防止できる撓み剛性を確保することができるとともに、リブ間に設けてらう熱源が耐熱性ベルトにおける温度分布の変化に応じてベルトとの対向間隔を変更させることができるようになっているので、耐熱性ベルトの全長に亘っての温度分布の違いが少ない状態に維持できる。
【００７２】
請求項２記載の発明によれば、耐熱性ベルトに向けた熱源からの輻射熱を効率よく照射させることができるので、耐熱性ベルトでの温度の立ち上げに要する時間を確実に短縮することができる。
【００７３】
請求項３および４記載の発明によれば、オフセット防止構造を用いることなく定着温度への立ち上げ時間を短縮できると共に、定着に際してのベルトの浮き上がりや線速差をなくせることにより異常画像の発生を防止でき、さらには、定着に用いられる部材の発火や焼損の危険を防止および温度偏差を抑制することができる画像形成装置が得られる。特に請求項６記載の発明においては、単一色のみでなく複数色の画像を対象とすることができるので、各画像に対応した定着性能、つまり、定着温度による光沢度の制御や定着時間の短縮化を安全に得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を説明するための実施例による定着装置が適用される画像形成装置の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態を説明するための実施例による定着装置の構成を示す模式図である。
【図３】図２に示した定着装置の一部の変形例を示す模式図である。
【図４】図２に示した定着装置に用いられる熱源の構成の他の例を示す模式図である。
【図５】図２に示した定着装置における耐熱性ベルトと加圧部材との従動構成を説明するための平面視的な模式図である。
【図６】画像形成装置に用いられる転写行程に関する変形例を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 画像形成装置の一つであるカラープリンタ
１１ 定着装置
２０ 耐熱性ベルト
２１ 加圧ローラ
２２ 耐熱性弾性体
２３ ホルダ
２４ 支持部材
２４Ｂ、２４Ｂ’ 突起状のリブ
２６，２６’ ガイドローラ
２７ クリーニングパッド
２８ 熱源
２９ 給電遮断部材
３０，３０’ 温度検知素子
３１ 低摩擦係数部としての低摩擦シート
３２ 塗布部材
３３，３４ 大きい摩擦係数を有するコーィング部
３５ 反射鏡
Ｔ トナー
Ｓ 記録シート
Ｎ 定着ニップ部

Claims (4)

1. 記録シート上にトナー像を定着するための定着装置であって、
   上記トナー像と接触可能な位置で複数のローラに掛け回されて移動可能な耐熱性ベルトと、
   上記耐熱性ベルトと対向当接可能であって上記記録シートを挟持搬送可能な加圧部材とを備え、
   上記耐熱性ベルトの内側には、該耐熱性ベルトを加熱する熱源と、該耐熱性ベルトを挟んで上記加圧部材に対向する耐熱性弾性体およびこれが一体化されたホルダを基部にて支持可能な支持部材とが設けられ、
   上記支持部材には、加圧部材と対向する側と反対側に向けて延長されたリブが上記基部に設けられていると共に、上記耐熱性弾性体を上記加圧部材に向けて付勢する手段が設けられ、
   上記リブは、上記耐熱性ベルトと上記加圧部材とで構成される上記記録シートの移動方向に沿った定着ニップ部の中心から上記移動方向で対称な位置にそれぞれ配置されて上記耐熱性ベルトの幅方向に亘って設けられ、
   上記ホルダは、上記定着ニップ部に対する上記記録シートの入り口側および出口側に緩やかな曲率を持つ曲部が形成され、
   上記熱源は、上記リブ間に配置され、上記支持部材に対して独立して上記耐熱性ベルトの内側との間の間隔を変更可能な可動部材により支持され、
   上記支持部材は、上記熱源により上記耐熱性ベルトを加熱するとともに、上記基部に位置する耐熱性弾性体が上記加圧部材に向けて付勢された際に、上記耐熱性ベルトの幅方向での撓み変形を上記突起状のリブにより防止されることを特徴とする定着装置。
2. 請求項１記載の定着装置において、
   上記突起状のリブ間に配置されている熱源の近傍には、上記耐熱性ベルト側に向けた開口反射面を有する反射鏡が配置されていることを特徴とする定着装置。
3. 請求項１または２に記載の定着装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項３記載の画像形成装置において、
   形成される画像が単一色若しくは複数色のいずれをも対象とすることを特徴とする画像形成装置。

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