JP5548651B2 - 定着装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、加熱した定着ベルトと加圧部材とのニップに、未定着トナー画像を担持した用紙を挿入して未定着トナーを加熱、溶融し、用紙に定着するベルト定着方式の定着装置、及びそれを備えた電子写真方式を用いる画像形成装置に関する。

電子写真方式を用いた従来の画像形成装置においては、ニップを形成する定着ローラー対の少なくとも一方のローラーに熱源を内蔵させて加熱ローラーとし、このローラー対のニップ部に未定着トナー画像を担持した用紙を挿通することによって用紙にトナーを定着する熱ローラー定着方式が広く用いられている。

このような熱ローラー定着方式では、加熱ローラーに内蔵されたハロゲンランプなどの熱源からローラー表面までの熱伝達の効率が低く、熱の損失が大きい。また、ローラー表面まで熱が伝達するのに長い時間が必要である。その結果、加熱効率が悪いために消費電力が多く、ローラー表面が定着可能な温度に達するまでのウォームアップ時間が長くなるなどといった問題があった。

また、加熱ローラーとして金属製の円筒表面にフッ素樹脂をコーティングしたハードローラーを用い、加圧ローラーとしてゴムローラーを用いた場合、ローラー対のニップ部の断面形状が加圧ローラー側に凸の円弧状となる。そのため、加熱により水分が蒸発して加熱ローラー側にカールした用紙がニップ形状によってさらにカールし円筒状になってしまう。逆に、加熱ローラー側にゴムローラーを用い、加圧ローラー側にハードローラーを用いた場合は、用紙の裏面にトナーが存在する両面印字時に加圧ローラー側に用紙が巻き付いてジャムが発生するおそれがあった。一方、加熱ローラー側及び加圧ローラー側の両方にゴムローラーを用いる構成では、ニップ部の断面形状は直線状となり用紙のカールは発生し難くなるが、封筒や送り状のように２枚以上の紙が重なった用紙では紙がずれて皺が発生するという問題点があった。

これらの問題点を改善するために、用紙を加熱するための加熱部材を、加熱ローラーに代えて発熱源からの輻射光を吸収して発熱する無端状の定着ベルトとし、定着ベルトとこれに圧接される加圧部材とのニップ部に未定着トナー画像を担持した用紙を挿通することによって用紙にトナーを定着するベルト定着方式が開発されている。このベルト定着方式では、熱ローラー定着方式に比べ熱容量を小さくしてウォームアップ時間を短縮するとともに、消費電力を低減することができる。

定着ベルトの駆動方法としては、例えば特許文献１には、無端状の定着ベルトの回転軸方向の両端にフランジ状のエンドキャップ部材を固定し、エンドキャップ部材に形成されたギアを介して定着ベルトを駆動する構成が開示されている。また、特許文献２には、無端状の定着ベルトの内側のニップ部下流位置に配置された張架ローラーによって定着ベルトを駆動する構成が開示されている。さらに、特許文献３には、無端状の定着ベルトの内側にベルト駆動用の第１ローラーを設け、定着ベルトの非通紙領域の少なくとも一部に密嵌（内接）されるとともに、通紙領域において遊嵌されるように第１ローラーの軸方向において外径を変化させた構成が開示されている。

特開２００６−２２７１０６号公報 特開２００４−２８６９２１号公報 特開２０１０−１３９９３４号公報

上述したようなベルト定着方式を用いた画像形成装置では、特にカラー機の場合、モノクロ機に比べて記録媒体へのトナーの付着量が多いため、記録媒体にトナーを定着させる際に記録媒体が定着ベルトに接触している時間（ニップ時間）を長くとる必要がある。そして、ニップ時間を長くとるためには定着ベルトと加圧部材とのニップ部の面積（ニップ幅）を十分に確保する必要がある。

しかし、特許文献１〜３のように定着ベルトを直接駆動する方法では、定着ベルトの内側に配置したエンドキャップ部材、張架ローラー、第１ローラー等の押圧部材を回転させる必要があるため、ニップ部の形状や幅を自由に設定することが困難であった。

また、一般的にニップ幅を広くする方法として、大径の加圧ローラーを用いる方法や、加圧ローラー表面のゴム厚を増加させるか、或いはゴム硬度を低下させる方法、加圧ローラーの押圧力を高める方法等が知られている。しかし、加圧ローラーの大径化は定着装置の大型化やコストアップを招き、ゴム厚の増加はウォームアップ時間の延長を招くおそれがあった。また、ゴム硬度の低下は温度による外径変化が大きくなるため搬送性の低下を招き、耐久性も低下する。さらに加圧ローラーの押圧力の上昇は、ローラー表面の撓み量の過多による搬送性の低下や定着フレーム補強によるコストアップに繋がる。

そこで、定着ベルトの内側にベルト支持部材を配置し、定着ベルトの外側からベルト支持部材に加圧ローラーを圧接するとともに、加圧ローラーと定着ベルトの外面との摩擦力によりベルト支持部材と定着ベルトの内面とを摺動させて定着ベルトを回転駆動させる摺動ベルト定着方式が考案されている。摺動ベルト方式では、ベルト支持部材の形状を平面状や曲率の小さいＲ形状とすることにより、低い押圧力で広いニップ幅を得ることができる。

ところで、摺動ベルト方式では、ニップ部を用紙が通過している間は定着ベルトと加圧ローラーとが通紙領域外でしか接触しておらず、定着ベルトを駆動させる摩擦力が低下する。また、定着ベルトの表層にはトナーに対する離型性を高めるためにフッ素系樹脂が用いられるため元々摩擦係数が低い上、紙粉やトナーの付着により接触面積が減少して更に摩擦係数が低下する。その結果、定着ベルトと加圧ローラーとの間に滑りが発生し、定着ベルトと用紙上に担持された溶融状態の未定着トナー画像との間にも滑りが発生するため、画像のざらつきやトナーが局部的に脱落することによる白点等の画像乱れが発生するという問題点があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、定着ベルトと加圧部材とのニップ部における定着ベルトと加圧部材との間の滑りを効果的に抑制可能な定着装置及びそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、記録媒体の搬送速度と略等速で回動可能な無端状の定着ベルトと、該定着ベルトを加熱する加熱手段と、前記定着ベルトに内接して前記定着ベルトを摺動可能に支持するベルト支持部材と、該ベルト支持部材に前記定着ベルトを介して所定の圧力で当接するとともに前記定着ベルトに回転駆動力を付与する加圧部材と、を備え、前記定着ベルトと前記加圧部材により形成された定着ニップ部に記録媒体を挿通させて記録媒体上に担持された未定着トナー像を定着する定着装置において、前記ベルト支持部材の幅方向外側に、前記定着ベルトを前記ベルト支持部材よりも大きい圧力で前記加圧部材に押圧する一対の従動回転体を設けたことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の定着装置において、前記従動回転体は、記録媒体の挿通領域の外側に配置されることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の定着装置において、前記一対の従動回転体間の距離は、前記定着ベルトの進行方向上流側における距離が、進行方向下流側における距離よりも短いことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の定着装置において、前記従動回転体は、前記定着ベルトの幅方向端縁に重なるように配置され、前記定着ベルトと前記加圧部材の両方に接触することを特徴としている。

また本発明は、上記構成の定着装置において、前記従動回転体は、前記定着ベルトに接触する内径部と、前記加圧部材に接触する前記内径部よりも直径の大きい外径部とを有し、前記外径部と前記内径部の直径差は前記定着ベルトの厚みの２倍以下であることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の定着装置において、前記従動回転体の外周面は、前記定着ベルトの幅方向内側から外側に向かって直径が大きくなるテーパー形状であることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の定着装置において、前記定着ベルトの内面に潤滑剤が塗布されていることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の定着装置が搭載された画像形成装置である。

本発明の第１の構成によれば、従動回転体の対向部においてはベルト支持部材の対向部よりも高い圧力で定着ベルトが加圧部材に圧接される。これにより、ベルト支持部材が対向する定着ニップ部に記録媒体が通紙された状態であっても、定着ベルトと加圧部材との間に大きな摩擦力が維持されるため、定着ベルトと加圧部材との滑りを効果的に抑制することができる。

また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成の定着装置において、従動回転体を記録媒体の挿通領域の外側に配置することにより、従動回転体の対向部において定着ベルトや加圧部材の表面が記録媒体の挿通によって傷付かず、経時的に摩擦力が低下するおそれもない。従って、定着ベルトと加圧部材との滑りを長期間に亘って抑制することができる。

また、本発明の第３の構成によれば、上記第１又は第２の構成の定着装置において、定着ベルトの進行方向上流側における一対の従動回転体間の距離を、進行方向下流側における距離よりも短くすることにより、各従動回転体は回転によっていずれも定着ベルトの幅方向内側に向かおうとするため、部品公差に起因する定着ベルトの蛇行を効果的に抑制することができる。また、従動回転体は定着ベルトを幅方向外側へ広げるように進行方向下流側へ送るため、定着ベルトのシワの発生も防止することができる。

また、本発明の第４の構成によれば、上記第２の構成の定着装置において、定着ベルトの幅方向端縁に重なるように従動回転体を配置し、従動回転体が定着ベルトと加圧部材の両方に接触するようにしたので、加圧部材から従動回転体に直接駆動力が付与されるため、定着ベルトと従動回転体の境界面での滑りをより効果的に抑制することができる。

また、本発明の第５の構成によれば、上記第４の構成の定着装置において、従動回転体は、定着ベルトに接触する内径部と、加圧部材に接触する内径部よりも直径の大きい外径部とを有し、外径部と内径部の直径差を定着ベルトの厚みの２倍以下とすることにより、従動回転体から定着ベルトに作用する押圧力が確保されるため、従動回転体と定着ベルトの滑りを防止すことができる。さらに、外径部と内径部との境界に形成される段差が定着ベルトの蛇行を抑制する寄り止めとしての役割も果たすため、定着ベルトの蛇行防止機構を別途設ける必要もなくなる。

また、本発明の第６の構成によれば、上記第１乃至第３のいずれかの構成の定着装置において、従動回転体の外周面を、定着ベルトの幅方向内側から外側に向かって直径が大きくなるテーパー形状とすることにより、従動回転体の厚み方向内側から外側に向かって押圧力が徐々に強くなるため、定着ベルトは幅方向外側へ広げられるように進行方向下流側へ送られ、定着ベルトのシワの発生を防止することができる。

また、本発明の第７の構成によれば、上記第６の構成の定着装置において、定着ベルトの内面に潤滑剤を塗布することにより、定着ベルトとベルト支持部材との摺動負荷をより低減するとともに、従動回転体のテーパー形状によって定着ベルトの幅方向端部からの潤滑剤の漏出を抑制することができる。

また、本発明の第８の構成によれば、上記第１乃至第７のいずれかの構成の定着装置を搭載することにより、定着ベルトの滑りに起因する画像のざらつきや白点等の画像不良を効果的に抑制することができ、高画質な画像形成が可能で、耐久性にも優れたベルト定着方式の画像形成装置となる。

本発明の定着装置が搭載された画像形成装置の概略断面図 本発明の第１実施形態に係る定着装置１６の側面断面図 第１実施形態の定着装置１６を図２の上方から見た平面図 ベルト支持部材２２及び押圧コロ３１の斜視図 定着ベルト２１を介してベルト支持部材２２が圧接される加圧ローラー２３の長手方向中央部の断面拡大図 定着ベルト２１を介して押圧コロ３１が圧接される加圧ローラー２３の長手方向端部の断面拡大図 本発明の第２実施形態に係る定着装置の押圧コロ３１周辺を定着ベルト２１の内側から見た部分平面図 本発明の第３実施形態に係る定着装置の平面図 本発明の第４実施形態に係る定着装置の押圧コロ３１周辺を定着ベルト２１の内側から見た部分平面図

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の定着装置が搭載された画像形成装置の構成を示す模式断面図である。以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の現像装置が搭載された画像形成装置の概略断面図であり、ここではタンデム方式のカラー画像形成装置について示している。カラープリンター１００本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ及びＰｄが、搬送方向上流側（図１では右側）から順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（マゼンタ、シアン、イエロー及びブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像及び転写の各工程によりマゼンタ、シアン、イエロー及びブラックの画像を順次形成する。

これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄが配設されており、さらに駆動手段（図示せず）により図１において時計回りに回転する中間転写ベルト８が各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄに隣接して設けられている。これらの感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像が、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに当接しながら移動する中間転写ベルト８上に順次一次転写されて重畳された後、二次転写ローラー９の作用によって記録媒体の一例としての転写紙Ｐ上に二次転写され、さらに、定着装置１３において転写紙Ｐ上に定着された後、装置本体より排出される。感光体ドラム１ａ〜１ｄを図１において反時計回りに回転させながら、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに対する画像形成プロセスが実行される。

トナー像が転写される転写紙Ｐは、カラープリンター１００の本体下部に配置された用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラー１２ａ及びレジストローラー対１２ｂを介して二次転写ローラー９と後述する中間転写ベルト８の駆動ローラー１１とのニップ部へと搬送される。中間転写ベルト８には誘電体樹脂製のシートが用いられ、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが主に用いられる。また、二次転写ローラー９の下流側には中間転写ベルト８表面に残存するトナー等を除去するためのブレード状のベルトクリーナー１９が配置されている。

次に、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄについて説明する。回転自在に配設された感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲及び下方には、感光体ドラム１ａ〜１ｄを帯電させる帯電器２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄと、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに画像情報を露光する露光装置５と、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にトナー像を形成する現像装置３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に残留した現像剤（トナー）等を除去するクリーニング部７ａ、７ｂ、７ｃ及び７ｄが設けられている。

パソコン等の上位装置から画像データが入力されると、先ず、帯電器２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させ、次いで露光装置５によって画像データに応じて光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像データに応じた静電潜像を形成する。現像装置３ａ〜３ｄには、それぞれマゼンタ、シアン、イエロー及びブラックの各色のトナーを含む二成分現像剤が所定量充填されている。なお、後述のトナー像の形成によって各現像装置３ａ〜３ｄ内に充填された二成分現像剤中のトナーの割合が規定値を下回った場合にはトナーコンテナ４ａ〜４ｄから各現像装置３ａ〜３ｄにトナーが補給される。この現像剤中のトナーは、現像装置３ａ〜３ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に供給され、静電的に付着することにより、露光装置５からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。

そして、一次転写ローラー６ａ〜６ｄにより一次転写ローラー６ａ〜６ｄと感光体ドラム１ａ〜１ｄとの間に所定の転写電圧で電界が付与され、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のマゼンタ、シアン、イエロー及びブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に一次転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、一次転写後に感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナー等がクリーニング部７ａ〜７ｄにより除去される。

中間転写ベルト８は、上流側の従動ローラー１０と、下流側の駆動ローラー１１とに掛け渡されており、駆動モーター（図示せず）による駆動ローラー１１の回転に伴い中間転写ベルト８が時計回りに回転を開始すると、転写紙Ｐがレジストローラー対１２ｂから所定のタイミングで駆動ローラー１１とこれに隣接して設けられた二次転写ローラー９とのニップ部（二次転写ニップ部）へ搬送され、中間転写ベルト８上のフルカラー画像が転写紙Ｐ上に転写される。トナー像が転写された転写紙Ｐは定着装置１３へと搬送される。

定着装置１３に搬送された転写紙Ｐは、定着ベルト２１及び加圧ローラー２３（図２参照）により加熱及び加圧されてトナー像が転写紙Ｐの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された転写紙Ｐは、複数方向に分岐した分岐部１４によって搬送方向が振り分けられる。転写紙Ｐの片面のみに画像を形成する場合は、そのまま排出ローラー対１５によって排出トレイ１７に排出される。

一方、転写紙Ｐの両面に画像を形成する場合は、定着装置１３を通過した転写紙Ｐは一旦排出ローラー対１５方向に搬送され、転写紙Ｐの後端が分岐部１４を通過した後に排出ローラー対１５を逆回転させるとともに分岐部１４の搬送方向を切り換えることで、転写紙Ｐの後端から反転搬送路１８に振り分けられ、画像面を反転させた状態で二次転写ニップ部に再搬送される。そして、中間転写ベルト８上に形成された次の画像が二次転写ローラー９により転写紙Ｐの画像が形成されていない面に転写され、定着装置１３に搬送されてトナー像が定着された後、排出トレイ１７に排出される。

図２は、本発明の第１実施形態に係る定着装置の側面断面図であり、図３は、定着装置を図２の上方から見た平面図である。図２及び図３に示すように、定着装置１３は、図２において反時計回り方向に回動する無端状の定着ベルト２１と、定着ベルト２１に内接するベルト支持部材２２と、ベルト支持部材２２の両端に回転可能に付設された一対の押圧コロ３１と、定着ベルト２１を介してベルト支持部材２２及び押圧コロ３１に圧接され、図２において時計回り方向に回転する加圧ローラー２３と、定着ベルト２１を挟んで加圧ローラー２３の反対側に配置される誘導加熱部２５と、を含む構成である。なお、図３では誘導加熱部２５の記載を省略している。

定着ベルト２１は、ベルト支持部材２２に接する最内側に設けられた誘導発熱層や、加圧ローラー２３に接する最外側に設けられた離型層を含む複数の層が積層されて成る無端状のベルトである。この定着ベルト２１は、ベルト支持部材２２、押圧コロ３１、及び定着ハウジング（図示せず）の内面から突出して定着ベルト２１の幅方向両端部に内接する円弧状のフランジ部２４に巻き掛けられ、所定の張力が与えられるとともに、ベルト支持部材２２及び押圧コロ３１に接していない部分が誘導加熱部２５と所定の間隔を隔てた円弧形状に保持されている。なお、フランジ部２４に代えて、ベルト支持部材２２の反対側（誘導加熱部２５と対向する側）において定着ベルト２１に内接する断面視アーチ形状の支持部材を配置しても良い。

定着ベルト２１の誘導発熱層としては、ニッケル等の金属をメッキ、又は圧延処理した金属層が用いられる。離型層としては、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）等のフッ素系樹脂が用いられ、塗料の塗布やチューブを被せることによって形成されている。離型層は、ＰＦＡチューブであれば１０〜５０μｍ、フッ素樹脂塗料であれば１０〜３０μｍ程度の厚さが適当である。

また、誘導発熱層と離型層との間に、弾性層として厚さ１００〜１０００μｍ程度のシリコンゴム層を設けても良い。この構成によれば、弾性層が用紙上の未定着トナー像を包み込んで、ソフトに定着できる。その結果、画像の高画質化を図ることが可能となり、高性能な定着装置１３を得ることができる。

また、誘導発熱層と離型層との間に蓄熱層を設けて誘導発熱層で発生した熱を逃がさないようにし、且つ定着ベルト２１の表面の温度を均一に保持することもできる。その結果、さらに高い加熱効率が得られるとともに、ウォームアップ時間の短縮及び消費電力の低減の効果を高めることが可能となる。

蓄熱層は、シリカやアルミナ、酸化マグネシウム等の金属酸化物の粉末をフィラーとして配合して熱伝導率を高めたシリコンゴムや、アルミ、銅、ニッケル等の熱伝導率の高い金属で構成され、これらをチューブ状に成型したものを被覆する、或いはメッキするなどして設けられている。蓄熱層は、シリコンゴムのように弾性がある材料であれば良いが、金属で構成した場合、肉厚を厚くし過ぎるとベルトの硬度が上がり、トナーを溶融するのに必要なニップ量が得られなくなってしまう。したがって、蓄熱層の厚さは、１０〜１０００μｍ、望ましくは５０〜５００μｍとする。

本実施形態に用いる定着ベルト２１の構成としては、例えば、厚さ３５μｍのニッケル層（誘導発熱層）上に厚さ２００μｍのシリコンゴム層（弾性層）を積層し、厚さ３０μｍのＰＦＡチューブ（離型層）で被覆した外径４０ｍｍ、幅３６０ｍｍのベルトが挙げられる。

また、定着ベルト２１の表面に接するようにサーミスター（図示せず）が設けられている。このサーミスターにより定着ベルト２１の温度を検知し、誘導加熱部２５に流れる電流をＯＮ／ＯＦＦすることによって定着温度の制御を行う。

また、定着ベルト２１の幅方向（図２の紙面と垂直方向）の寸法は、誘導加熱部２５の幅方向の寸法よりも狭く、且つ定着ニップ部Ｎを通過する最大の用紙幅よりも広く設定されている。これにより、誘導加熱部２５は定着ベルト２１全体を均一に加熱して定着むらの発生を防止するとともに、定着ベルト２１は用紙サイズに係わらず用紙全面を覆うことができるため、ベルト支持部材２２及び押圧コロ３１への未定着トナーの付着を防止できる。

ベルト支持部材２２は、定着ベルト２１を介して加圧ローラー２３と当接することで、用紙を挿通させる定着ニップ部Ｎを形成する。ベルト支持部材２２の材質としては、アルミニウム等の金属や耐熱性樹脂等が用いられる。また、定着ベルト２１との接触面には弾性層として厚さ１００〜１０００μｍ程度のシリコンゴム層が設けられ、シリコンゴム層の表面には離型層としてＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製のシートが貼り付けられている。

本実施形態に用いるベルト支持部材２２の構成としては、例えば、幅１１ｍｍ、長さ３００ｍｍの直方体形状のステンレス（ＳＵＳ）製の板部材の、定着ベルト２１との対向面に、厚さ５００μｍのシリコンゴム層（弾性層）を積層し、さらにＰＴＦＥシート（離型層）を対向面の立ち上がり部分まで貼り付けたものが挙げられる。なお、金属製の薄板を折り曲げて形成した中空状のベルト支持部材２２を用いても良い。

加圧ローラー２３は、例えば芯金２３ａの外側に弾性層２３ｂが設けられている。芯金２３ａには加圧ローラー２３の圧力を調整する圧調整機構（図示せず）が配置されている。本実施形態では、直径２０ｍｍのアルミニウム製の芯金２３ａの外側に、弾性層を構成する厚さ７．５ｍｍのシリコンゴム層２３ｂが設けられた外径３５ｍｍの加圧ローラー２３を用いている。加圧ローラー２３は図示しない駆動モーターにより時計回りに回転駆動される。なお、加圧ローラー２３の表面はＰＦＡチューブ等の離型層で被覆されていても良い。

誘導加熱部２５は、電磁誘導により定着ベルト２１を加熱するものであり、コイルボビン２７、コイル２９、及びセンターコア３０ａ、アーチコア３０ｂ、サイドコア３０ｃからなるコア部等で構成され、定着ベルト２１の円弧状の外面の一部を囲うように対向して配設される。

コイルボビン２７は、定着ベルト２１の外面に沿う断面円弧状に成形されている。コイルボビン２７の材質は、耐熱性樹脂（例えばＰＰＳ：ポリフェニレンサルファイド樹脂、ＰＥＴ：ポリエチレンテレフタレート樹脂、ＬＣＰ：液晶ポリマー樹脂）であることが好ましい。

コイルボビン２７上には、細線を束ねたリッツ線を誘導加熱部２５の長手方向（図２の紙面と垂直方向）に複数回（ここでは８回）巻回したコイル２９が配置されている。コイル２９は、図示しない電源に接続されている。また、コイル２９のコイルボビン２７への固定は、例えば耐熱性接着剤（例えばシリコン系接着剤）を用いて行う。

センターコア３０ａは、コイル２９の中央に配置される断面矩形状をなすフェライト製のコアである。センターコア３０ａの両側には一対のアーチコア３０ｂ及びサイドコア３０ｃが配置されている。両側のアーチコア３０ｂは、センターコア３０ａを挟んで互いに対称な形状を有し、その断面形状がアーチ形に成形されたフェライト製コアである。各アーチコア３０ｂの全長はコイル２９が配置された領域よりも長い。また、両側のサイドコア３０ｃは、ブロック形状に成形されたフェライト製のコアである。サイドコア３０ｃは各アーチコア３０ｂの一端（図２では上下端）に連結して設けられている。各サイドコア３０ｃは、それぞれコイル２９が配置された領域の外側を覆っている。

アーチコア３０ｂは、例えば誘導加熱部２５の長手方向に間隔をおいて複数箇所に配置されている。本実施形態では、隣り合うアーチコア３０ｂ同士の間隔は１０ｍｍ程度としている。また、アーチコア３０ｂの配置密度は、高ければ高いほど磁束の誘導性能が良くなる。しかしながら、ある程度アーチコア３０ｂの配置密度を減らしても磁束の誘導性能の低下は少ないので、充分な性能を発揮できる範囲で高いコストパフォーマンスが得られるようにアーチコア３０ｂの配置密度を設定することが好ましい。また、定着ベルト２１の幅方向の温度分布を調整する場合、アーチコア３０ｂの配置密度を調整することで対応可能である。

また、サイドコア３０ｃは、誘導加熱部２５の長手方向において複数に分割されており、その１つの長さが３０〜６０ｍｍ程度である。複数のサイドコア３０ｃは誘導加熱部２５の長手方向に間隔をあけずに連続して配置されている。サイドコア３０ｃを配置する範囲の全長はコイル２９が配置された領域の長さに対応している。このようにサイドコア３０ｃを連続して複数配置することで、アーチコア３０ｂの配置による温度分布の振れ幅を均す効果がある。なお、各アーチコア３０ｂ、サイドコア３０ｃの配置は、例えばコイル２９の磁束密度（磁界強度）分布に合わせて決定されている。アーチコア３０ｂがある程度の間隔をおいて配置されている分、アーチコア３０ｂが抜けた箇所でサイドコア３０ｃが磁束の集束効果を補い、長手方向での磁束密度分布（温度分布）を均している。

誘導加熱部２５は、コイル２９に高周波電流を供給することにより、センターコア３０ａ及び両側のアーチコア３０ｂ及びサイドコア３０ｃを通じて磁束を発生させる。誘導加熱部２５から発せられる磁束は定着ベルト２１の誘導発熱層に作用する。その結果、誘導発熱層の磁束の周りに渦電流が生じるため、誘導発熱層内の電気抵抗によってジュール熱が発生して定着ベルト２１が発熱することになる。

コイル２９に流れる電流は、サーミスターによって定着ベルト２１が所定の温度となるように制御されている。そして、誘導加熱部２５により定着ベルト２１が加熱されて所定の温度に昇温すると、定着ニップ部Ｎで挟持された転写紙Ｐ（図１参照）が加熱されるとともに、加圧ローラー２３にて加圧されることにより、転写紙Ｐ上の粉体状態のトナーが溶融定着される。

用紙搬送方向（図２の下から上方向）に対し定着ニップ部Ｎの下流側には、定着ベルト２１から用紙を分離する分離板３５と、分離板３５を支持する分離板ホルダー３７とが配置されている。本実施形態では、厚さ０．１ｍｍのステンレス板の表面にフッ素樹脂コーティングを施した長さ３３６ｍｍの分離板３５を、厚さ１．２ｍｍのステンレス製の分離板ホルダー３７に取り付けている。

図４は、ベルト支持部材２２及び押圧コロ３１の斜視図である。図３及び図４を用いて、本発明の定着装置に用いられるベルト支持部材２２及び押圧コロ３１の構成について詳述する。なお、図４ではベルト支持部材２２のアーム部２２ａは記載を省略している。

図３に示すように、ベルト支持部材２２の長手方向の両端部からはアーム部２２ａが突出しており、アーム部２２ａはコイルバネ３３によって矢印Ａ方向に付勢されている。また、図４に示すように、押圧コロ３１は、ベルト支持部材２２の長手方向の両端面に固着された支軸３２に回転可能に外挿されている。即ち、ベルト支持部材２２及び押圧コロ３１は定着ベルト２１を挟んで加圧ローラー２３に所定の圧力で圧接されている。また、押圧コロ３１は、通紙領域Ｒの外側（非通紙領域）において定着ベルト２１を加圧ローラー２３に圧接している。押圧コロ３１の構成としては、例えば直径１６ｍｍ、幅５ｍｍの円板状のＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）樹脂の表面にシリコン樹脂をコーティングしたものが挙げられる。

図５は、定着ベルト２１を介してベルト支持部材２２が圧接される加圧ローラー２３の長手方向中央部の断面拡大図であり、図６は、定着ベルト２１を介して押圧コロ３１が圧接される加圧ローラー２３の長手方向端部の断面拡大図である。図４に示した押圧コロ３１の外周面３１ａは、ベルト支持部材２２の定着ベルト２１との対向面２２ｂよりも加圧ローラー２３側に突出している。これにより、押圧コロ３１と加圧ローラー２３との対向部Ｓにおいてはベルト支持部材２２と加圧ローラー２３との対向部（定着ニップ部Ｎ）よりも高い押圧力が発生する。

本実施形態の定着装置１６では、押圧コロ３１の対向部Ｓにおいては定着ニップ部Ｎよりも高い圧力で定着ベルト２１が加圧ローラー２３に圧接される。これにより、定着ニップ部Ｎに用紙が通紙された状態であっても、定着ベルト２１と加圧ローラー２３との間に大きな摩擦力が維持されるため、定着ベルト２１と加圧ローラー２３との滑りが抑制され、定着ベルト２１の滑りに起因する画像のざらつきや白点等の画像不良を効果的に抑制することができる。

また、押圧コロ３１は定着ベルト２１の非通紙領域を圧接するため、押圧コロ３１の対向部Ｓにおいては定着ベルト２１や加圧ローラー２３の表面が通紙によって傷付かず、経時的に摩擦力が低下するおそれもない。従って、定着ベルト２１と加圧ローラー２３との滑りを長期間に亘って抑制することができる。

なお、トナー付着量が多いカラー画像においても安定した定着性能を維持するために、定着ニップ部Ｎは広いニップ幅を確保する必要がある。そのため、図５に示すように、定着ニップ部Ｎでは定着ベルト２１はベルト支持部材２２の対向面２２ｂに沿ったフラットな形状となっている。一方、押圧コロ３１の対向部Ｓでは、図６に示すように、円形の押圧コロ３１が加圧ローラー２３の表面に食い込むため、定着ベルト２１は断面円弧状に変形する。押圧コロ３１の対向部Ｓにおける定着ベルト２１の変形が大きくなると、定着ニップ部Ｎと対向部Ｓとの間で定着ベルト２１が折れ曲がって破損する危険性がある。

そのため、押圧コロ３１の対向部Ｓでは、定着ベルト２１の変形の程度が少なくなるような構成とする必要がある。具体的には、押圧コロ３１の対向部Ｓにおける加圧ローラー２３表面の凹み量が、ベルト支持部材２２の対向部（定着ニップ部Ｎ）における加圧ローラー２３表面の凹み量よりも１ｍｍ程度大きくなるように設定することが好ましい。定着ベルト２１の折れ曲がりを小さくする他の方法としては、例えば、支軸３２を長くしてベルト支持部材２２から押圧コロ３１までの距離を確保する方法や、押圧コロ３１の直径を大きくする方法が挙げられる。

図７は、本発明の第２実施形態に係る定着装置の押圧コロ３１周辺を定着ベルト２１の内側から見た部分平面図である。なお、図７では一対の押圧コロ３１のうち一方のみを図示しているが、他方も全く同様である。本実施形態では、定着ベルト２１の進行方向（矢印Ｂ方向）に対し、各押圧コロ３１の後方を角度θだけ内側に傾斜させている。即ち、一対の押圧コロ３１は、定着ベルト２１の進行方向上流側における押圧コロ３１間の距離が、進行方向下流側における押圧コロ３１間の距離よりも短くなるようにトーインを付けてある。他の部分の構成は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

なお、一般的に「トーイン」とは、自動車の前輪において、進行方向前側の左右の前輪間距離が進行方向後側の左右の前輪間距離よりも短く設定されていることをいう。

本実施形態の構成によれば、一対の押圧コロ３１にトーインを付けることにより、各押圧コロ３１は回転によっていずれも定着ベルト２１の内側に向かおうとするため、支軸３２や加圧ローラー２３の芯金２３ａ（ローラー回転軸）のアライメント不良、或いはコイルバネ３３の付勢力のばらつき等によって発生する押圧コロ３１の対向部Ｓにおける定着ベルト２１の蛇行を互いに打ち消し合い、結果として定着ベルト２１を直進させることができる。

また、定着ベルト２１の端面にプーリー等を当てて定着ベルト２１の蛇行を防止する必要もないため、定着装置１６の構成も簡単なものとなる。さらに、定着ベルト２１は各押圧コロ３１によって幅方向外側へ広げられるように進行方向下流側へ送られるため、定着ベルト２１のシワの発生も防止することができる。なお、押圧コロ３１の角度θは、定着ベルト２１の移動速度が大きくなるほど小さくする必要がある。例えば定着ベルト２１の移動速度（システム線速）が２５０ｍｍ／ｓｅｃ〜４００ｍｍ／ｓｅｃの場合、角度θ（トーイン角度）は２°程度が好ましい。

図８は、本発明の第３実施形態に係る定着装置の平面図である。本実施形態では、押圧コロ３１が定着ベルト２１の側端縁２１ａに重なる位置に配置されており、押圧コロ３１は、定着ベルト２１に接触する内径部３８と、加圧ローラー２３に接触する外径部３９とで構成されている。また、外径部３９の直径は内径部３８に比べて大きくなっている。他の部分の構成は第１実施形態の図３と同様であるため説明を省略する。

本実施形態の構成によれば、加圧ローラー２３に直接接触している外径部３９によって加圧ローラー２３から押圧コロ３１に駆動力が付与されるため、定着ベルト２１と押圧コロ３１の境界面での滑りをより効果的に抑制することができる。また、外径部３９の直径を内径部３８よりも大きくすることで、押圧コロ３１から定着ベルト２１に過度の押圧力が加えられたり、押圧コロ３１から加圧ローラー２３に加わる押圧力が不足したりすることもなくなる。さらに、外径部３９と内径部３８との境界に形成される段差が定着ベルト２１の蛇行を抑制する寄り止めとしての役割も果たすため、第２実施形態と同様に定着ベルト２１の蛇行防止機構を別途設ける必要もなくなる。

一方、外径部３９と内径部３８との段差が定着ベルト２１の厚みよりも大きい場合、押圧コロ３１から定着ベルト２１に作用する押圧力が不足して定着ベルト２１の滑りが発生するおそれがある。そこで、外径部３９と内径部３８との境界に形成される段差が定着ベルト２１の厚み以下となるように、即ち、外径部３９と内径部３８の直径差を、定着ベルト２１の厚みの２倍以下に設定することで、押圧コロ３１から定着ベルト２１に作用する押圧力を押圧コロ３１から加圧ローラー２３に作用する押圧力と同等以上にすることができる。

また、加圧ローラー２３の弾性層２３ｂが十分な弾性を有している場合は、内径部３８と外径部３９が形成されていない、外周面３１ａがフラットな押圧コロ３１を定着ベルト２１の側端縁２１ａに重なる位置に配置しても良い。この構成では、定着ベルト２１の厚み分のギャップが弾性層２３ｂの変形によって吸収され、押圧コロ３１の外周面３１ａが加圧ローラー２３に確実に接触する。

図９は、本発明の第４実施形態に係る定着装置の押圧コロ３１周辺を定着ベルト２１の内側から見た部分平面図である。なお、図９では一対の押圧コロ３１のうち一方のみを図示しているが、他方も全く同様である。本実施形態では、ローラー状やパッド状の塗布部材（図示せず）を用いて定着ベルト２１の裏面にシリコンオイル４０を供給することにより、定着ベルト２１とベルト支持部材２２との間に発生する摺動負荷を軽減している。また、押圧コロ３１は、外縁部の直径ｒ１が内縁部の直径ｒ２よりも大きくなるように外周面３１ａにテーパーを付けた形状となっている。他の部分の構成は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

シリコンオイル４０は、温度変化に伴う粘度変化が少なく、室温から２００℃程度までで使用される摺動ベルト定着方式の潤滑剤として好適であるが、比較的粘度が低いために定着ベルト２１の端部から漏れ出してしまうことがある。そのため、定着ベルト２１とベルト支持部材２２との摺動性を維持できなかったり、定着ベルト２１の外周面に付着して画像品質を低下させたりするという問題がある。

そこで、本実施形態では、押圧コロ３１の外周面３１ａにテーパーを付けて外縁部の直径ｒ１を内縁部の直径ｒ２よりも大きくすることにより、押圧コロ３１の外縁部での押圧力を高めている。これにより、定着ベルト２１と押圧コロ３１の隙間からのシリコンオイル４０の漏出を抑制することができる。なお、シリコンオイル４０に代えて、フッ素系オイル、パラフィン系オイル等を潤滑剤として使用しても良い。

なお、本実施形態の定着装置１３に用いる押圧コロ３１は、定着ベルト２１の裏面にシリコンオイル４０を供給しない構成においても使用可能である。この場合、押圧コロ３１の厚み方向内側から外側に向かって押圧力が徐々に強くなるため、定着ベルト２１は幅方向外側へ広げられるように進行方向下流側へ送られる。これにより、定着ベルト２１のシワの発生を防止することができる。

その他本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば上記各実施形態では、一対の押圧コロ３１をベルト支持部材２２の両端面に支持しているが、押圧コロ３１をベルト支持部材２２とは別個に設け、専用のバネ部材でベルト支持部材２２よりも強い押圧力で定着ベルト２１の非通紙領域に接触させるようにしても良い。

また、上記実施形態で示した定着ベルト２１、加圧ローラー２３の構成は好ましい一例であり、本発明の目的を達成可能な他の構成を採用することもできる。また、誘導加熱部２５に代えてハロゲンランプ等の他の加熱手段を設けても良い。

また、本発明の定着装置は図１に示したタンデム式のカラープリンターに限らず、デジタル複合機やカラー複写機、アナログ方式のモノクロ複写機、或いはモノクロプリンターやファクシミリ等の、電子写真プロセスを用いた種々の画像形成装置に適用できる。

本発明は、定着ベルトと、定着ベルトに所定の圧力で当接する加圧ローラーにより形成された定着ニップ部に記録媒体を挿通させて記録媒体上に担持された未定着トナー像を定着するベルト定着方式の定着装置に利用可能である。本発明の利用により、定着ベルトと加圧ローラーとのニップ部の面積を十分に確保するとともに、ニップ部における定着ベルトと加圧ローラーとの滑りを抑制して画像不良の発生を効果的に防止できる定着装置を提供することができる。

１３ 定着装置
２１ 定着ベルト
２２ ベルト支持部材
２２ａ アーム部
２３ 加圧ローラー（加圧部材）
２５ 誘導加熱部（加熱手段）
３１ 押圧コロ（従動回転体）
３１ａ 外周面
３２ 支軸
３３ コイルバネ（付勢部材）
３５ 分離板
３７ 分離板ホルダー
３８ 内径部
３９ 外径部
４０ シリコンオイル（潤滑剤）
１００ カラープリンター
Ｎ 定着ニップ部
Ｐ 転写紙（記録媒体）

Claims (5)

1. 記録媒体の搬送速度と略等速で回動可能な無端状の定着ベルトと、
   該定着ベルトを加熱する加熱手段と、
   前記定着ベルトに内接して前記定着ベルトを摺動可能に支持するベルト支持部材と、
   該ベルト支持部材に前記定着ベルトを介して所定の圧力で当接するとともに前記定着ベルトに回転駆動力を付与する加圧部材と、
   を備え、前記定着ベルトと前記加圧部材により形成された定着ニップ部に記録媒体を挿通させて記録媒体上に担持された未定着トナー像を定着する定着装置において、
   前記ベルト支持部材の幅方向外側に、前記定着ベルトを前記ベルト支持部材よりも大きい圧力で前記加圧部材に押圧する一対の従動回転体を設け、
   前記従動回転体は、記録媒体の挿通領域の外側において前記定着ベルトの幅方向端縁に重なるように配置され、前記定着ベルトと前記加圧部材の両方に接触するとともに、
   前記従動回転体は、前記定着ベルトに接触する内径部と、前記加圧部材に接触する前記内径部よりも直径の大きい外径部とを有することを特徴とする定着装置。
2. 前記従動回転体は、前記外径部と前記内径部の直径差が前記定着ベルトの厚みの２倍以下であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記従動回転体の外周面は、前記定着ベルトの幅方向内側から外側に向かって直径が大きくなるテーパー形状であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
4. 前記定着ベルトの内面に潤滑剤が塗布されていることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の定着装置を備えた画像形成装置。

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