(57)【要約】【課題】  定着装置において、光沢ムラの発生を抑えつつ、分離性を向上する。【解決手段】  固定部材の加圧ローラに押圧される側の面において、上流側は加圧ローラ外周線に一致するのに対して、下流側は加圧ローラ外周線よりも上側に位置する断面形状とする。【選択図】  図１
2010002623.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱源を有する定着部材と、
内部に2つ以上の支持部材を備えた加圧ベルトと、
前記加圧ベルト内部には少なくともベルト内面から前記定着部材を押圧する加圧ローラと固定部材を有し、
前記固定部材は弾性層を有し、
弾性層の上面は平面形状であり、下流側に前記加圧ローラに押圧される突出部を備え、
突出部の前記加圧ローラに押圧される面は前記加圧ローラと同一な曲率面を含み、
前記定着部材と前記加圧ベルトによってニップを形成し、
トナー画像を転写されたシートを加熱および加圧しながら挟持搬送することにより前記トナー画像を定着させる定着装置において、
前記固定部材の前記加圧ローラに押圧される側の面において、
上流側は前記加圧ローラ外周線に一致するのに対して、下流側は前記加圧ローラ外周線よりも上側に位置する断面形状であることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項1に記載の定着装置において、
前記固定部材の突出部上流の断面積をＳ２、突出部下流の断面積をＳ１、突出部上流の固定部材上面と前記加圧ローラ外周面とで囲まれた空間の断面積をＳａ、突出部下流の固定部材上面と前記加圧ローラ外周面とで囲まれた空間の断面積をＳｂとしたとき、
Ｓ1とＳ２の境界が突出部上流端部から下流端部間の1/4から3/4となる範囲において、
前記空間Ｓａと前記空間Ｓ１との間に
０．７≦Ｓ１/Ｓａ≦０．９５
Ｓ２とＳｂは同等
を満足することを特徴とする定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録材に形成された画像を加熱する画像加熱装置、及び、記録材に形成された未定着画像を定着する定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真装置、静電記録装置などの画像形成装置においては、シート上にトナー画像を形成し、これを加熱、加圧して定着させることにより画像を形成している。このような定着装置として、内部にヒータを有する定着ローラに加圧ローラを圧接して定着ニップを形成し、定着を行うローラ定着方式が従来より採用されている。
【０００３】
ところで、画像の高光沢化や画像形成の高速化を図るためには、シートのニップ通過時間を長くし、トナーを充分に溶融するのが好ましい。ローラ定着方式の場合、これを達成するためにはローラ径を大きくしなければならず、定着装置が大型化してしまう。
【０００４】
そこで、ローラ定着方式に比して、装置の小型化、高速化対応を達成しつつ、充分なニップ幅（シート搬送方向の長さ）を得ることができるベルト定着方式が提案されている（特許文献１）。この提案においては、互いに対向する定着ベルトと加圧ベルトを設け、これら両ベルト間でシートを挟持搬送しながら定着を行う構成とされている。それ故、従来に比して充分なニップ幅を得ている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１の構成の場合には以下のような不都合がある。即ち、両ベルト間に形成されている定着ニップには、両ベルトの懸架ローラ同士にて加圧されている圧の高い部分と、定着パッドのみにて加圧されている圧の低い部分と、ベルトの両側から何も支持されていない圧の抜けた部分とが存在する。
【０００６】
このため、未定着トナー画像を定着しようとする場合、圧の高い部分と抜けた部分とで、シートの搬送速度に差が発生する。ベルトはある程度の可撓性を有するものであるから、搬送速度差によってベルトが伸縮し、シート上の画像がずれるという問題が発生する。
【０００７】
また、圧抜け部では、定着時に生じた水蒸気を抑え込めなくなる。そのため、圧抜け部のシートの幅方向（シート搬送方向に直交する方向）で空気や水蒸気が溜まっている部分とそうでない部分でのトナー表面とベルト表面との接触状態が異なることによる光沢ムラが発生する。特にコート紙等の通気性の低いシートにおいて発生しやすい。
【０００８】
そうした問題に対して、画像加熱ニップ内の圧力分布を適正化させる方式が提案されている。（特許文献2）
この提案においては、加圧ベルト内部に加圧ベルトを内部から押圧する加圧ローラと弾性体とそれを覆う摺動シートからなる加圧パッドを設け、シートの搬送方向で連続した圧分布になるように、加圧ローラに接触配置された加圧パッドの下流部に突出部を設け、加圧ローラのバックアップにより加圧することで、ローラ-パッド間の圧抜けを防止している。また、ニップ最下流に位置する加圧ローラ部での圧を大きく設定することにより分離性を確保している。
【特許文献１】特開２００４−３４１３４６号公報
【特許文献２】特開２００７−２４０６２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、このような構成において、突出部の加圧ローラ側の面形状が加圧ローラの曲率形状に合わせた構成だと、加圧パッドの突出部先端が加圧ローラ部の圧を下げるため、例えば薄紙のような分離が厳しい用紙の場合に、加圧ローラ部での圧を上げて分離性を向上させることが難しい。
【００１０】
弾性体である突出部を短くしていくと、圧の落ち込み部が生じ、光沢むらが発生してしまう。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、光沢むらの発生を抑えつつ、分離性を向上することができる画像加熱装置並びに定着装置を提供することである。
【００１２】
本発明の更なる目的は、添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読むことにより明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
加熱源を有する定着部材と、
内部に2つ以上の支持部材を備えた加圧ベルトと、
前記加圧ベルト内部には少なくともベルト内面から前記定着部材を押圧する加圧ローラと固定部材を有し、
前記固定部材は弾性層を有し、
弾性層の上面は平面形状であり、下流側に前記加圧ローラに押圧される突出部を備え、
突出部の前記加圧ローラに押圧される面は前記加圧ローラと同一な曲率面を含み、
前記定着部材と前記加圧ベルトによってニップを形成し、
トナー画像を転写されたシートを加熱および加圧しながら挟持搬送することにより前記トナー画像を定着させる定着装置において、
前記固定部材の前記加圧ローラに押圧される側の面において、
上流側は前記加圧ローラ外周線に一致するのに対して、下流側は前記加圧ローラ外周線よりも上側に位置する断面形状であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、コート紙等の透気度の高い用紙上の未定着トナー像を定着する場合において、加圧パッドの搬送方向途中および先端部での圧抜けを抑えることで、光沢ムラを生じさせることなく、薄紙等の分離性の厳しい用紙に対しても、分離性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。
【００１６】
以下に、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。なお、これら実施例は、本発明を適用できる実施形態の一例ではあるものの、本発明はこれら実施例にのみ限定されるものではなく本発明の思想の範囲内において種々の変形が可能である。
【実施例１】
【００１７】
まず図６を用いて、画像形成装置の全体構成について説明する。
【００１８】
図６に示す画像形成装置は、電子写真方式を採用した画像形成装置（いわゆるプリンタ）である。
【００１９】
画像形成装置１は、大きく分けて、記録材としてのシートにトナー画像を形成する画像形成手段と、シートに形成されたトナー画像を加熱・加圧して定着する画像加熱装置としての定着装置が設けられている。
まず、画像形成手段は次に説明する機器を備えている。像担持体としての感光体ドラム２の周りに帯電手段としての帯電器３が設けられており、感光体ドラム２の表面は帯電器３によって一様に帯電処理される。そして、露光手段としての光学装置４から画像に応じた光５を照射されることにより感光ドラム２上に静電潜像が形成される。この静電潜像は現像手段としての現像器６によって現像されてトナー画像が形成される。一方、シートＳは装置下部の給送カセット９に収納されており、給送ローラ１０によって給送される。シートは搬送手段としてのレジストローラ対１１によって感光体ドラム２上のトナー画像と同期して搬送される。感光ドラム上のトナー画像は転写手段としての転写ローラ７によってシート上に静電転写され、定着装置Ａへと搬送される。その後、感光体ドラム２上に残留したトナーはクリーニング手段としてのクリーニング装置８によって除去される。
【００２０】
そして、画像形成手段によってシートＳ上に形成されたトナー画像は、画像加熱装置としての定着装置Ａにおいて加熱、加圧されることによってシート上に定着される。その後、トナー画像が定着されたシートＳは排出ローラ対１２によって装置上部の排出トレイ１３へと搬送排出される。
【００２１】
図１は本実施例に係わる定着装置Ａの断面図である。図に示すように、定着装置Ａは、第１のベルトの例としての定着ベルト（定着手段）２０と、第２のベルトの例としての加圧ベルト（加圧手段）２１とを備えている。
【００２２】
定着ベルト２０は内径が４０ｍｍで、厚みが７５μｍのポリイミドを基層とし、基層の外周には弾性層が３００μｍの厚みで設けられている。弾性層の材料としては、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。本実施例では、シリコーンゴムを用い、硬度はＪＩＳ−Ａ２０度、熱伝導率は０．８Ｗ／ｍＫである。この弾性層の変形によって、定着ベルト２０へのシートの巻きつきを防止し、ベルトからの良好な分離性能を得ることができる。更に弾性層の外周には、表面離型層としてフッ素樹脂層（例えばＰＦＡやＰＴＦＥ）が３０μｍの厚みで設けられている。
【００２３】
加圧ベルト２１は内径が４０ｍｍで、厚みが７５μｍのポリイミドを基層とし、表面は離型層としてフッ素樹脂であるＰＦＡチューブを３０μｍの厚みで設けられている。
【００２４】
定着ベルト２０は、懸架ローラとしての加熱ローラ２２並びに定着ローラ２３によって張架されている。加熱ローラ２２は、外径が２０ｍｍで、内径が１８ｍｍである厚さ１ｍｍの鉄製の中空ローラであり、内部に加熱手段としてのハロゲンヒータ２２ａを配置している。また、加熱ローラはテンションローラとしての機能も有している。
【００２５】
定着ローラ２３は、外径が２０ｍｍで、径が１８ｍｍである鉄合金製の芯金に、弾性層としてのシリコーンゴム層が設けられた高摺動性の弾性ローラである。このように弾性層を設けることで、駆動源（モータ）から駆動ギア列を介して入力された駆動力を定着ベルトへ良好に伝達することができるとともに、定着ベルトからのシートの分離性を確保するための定着ニップを形成できる。なお、定着ニップの圧がこの定着ローラ２３により懸架されている領域において最大値となるように設定されている。
【００２６】
シリコーンゴムの硬度はＪＩＳ−Ａ１５度、熱伝導率は０．８Ｗ／ｍＫである。シリコーンゴム層によって、内部への熱伝導も少なくなるためウォーミングアップタイムの短縮にも効果がある。
【００２７】
また、定着ベルト２０の回転は、定着ローラ２３をモータによって駆動し、定着ローラ２３のシリコーンゴム表面と定着ベルト２０の内面ポリイミド層との摩擦によって定着ベルト２０は回転する。
【００２８】
定着ベルト２０を加圧ベルト２１に向けて加圧する第１の固定部材としての定着パッド２４が、定着ローラ２３に対し非接触に近接配置されている。本例では定着ローラ２３と定着パッド２４間の最近接部での離間距離（ギャップ）が1ｍｍに設定されている。
【００２９】
なお、この定着パッド２４は、厚さ３ｍｍ、幅１２ｍｍの樹脂製、具体的にはＰＰＳ製（ポリフェニレンサルファイド樹脂）である。ただし、定着パッド２４はゴム弾性層がなく、剛性の高いものであれば、樹脂に限らず金属などの剛体にしてもよい。
【００３０】
定着パッド２４の表面には、摺動する定着ベルト２０の内面との摩擦抵抗を減らすために低摺動性シートとしてのガラス繊維製のクロスをフッ素樹脂でコーティングしたカバーが設けられている。このパッドカバーによって定着ローラ２３の駆動トルクが抑えられるので、モータの大型化を伴うことなく安定してベルトを回転させることができる。
【００３１】
加圧ベルト２１は、テンションローラ２５と加圧ローラ２６によって張架されている。テンションローラ２５は、外径が２０ｍｍで、径が１６ｍｍである鉄合金製の芯金に、熱伝導率を小さくして加圧ベルト２１からの熱伝導を少なくするためにシリコーンスポンジ層を設けてある。
【００３２】
加圧ローラ２６は、外径が２０ｍｍで、内径が１６ｍｍである厚さ２ｍｍの鉄合金製とされた低摺動性の剛性ローラである。
【００３３】
加圧ベルト２１を定着ベルト２０（定着パッド２４）に向けて加圧する第２の固定部材としての加圧パッド２７が、剛性ローラである加圧ローラ２６に接触して配置されている。
【００３４】
ここで、画像加熱ニップとしての定着ニップを形成するために、加圧ベルト２１の加圧ローラ２６は、回転軸の両端側が図１の矢印方向に向けて加圧機構により所定の加圧力にて定着ローラ２３に向けて加圧されている。
【００３５】
シート搬送方向に沿った１つの定着ニップに圧抜け部がなく連続した加圧力分布とするために、加圧ベルト２１の内面と加圧ローラ２６との間の楔状の空間に加圧パッド２７の端部が組み込まれている。即ち、加圧パッド２７は加圧ローラに接触するように配置されている。
【００３６】
この加圧パッド２７は、厚さ３ｍｍ、幅１５ｍｍの弾性体としての耐熱性シリコーンゴムとそれを下面で保持するＳＵＳ製のステイとから構成されている。
【００３７】
また、加圧パッド２７の表面には、定着パッド２４と同様に、摺動する加圧ベルト２１の内面および加圧ローラ２６との摩擦抵抗を減らすために低摺動性シートとしてのガラス繊維製のクロスをフッ素樹脂でコーティングした摺動シート（カバー）が設けられている。厚みは５０μｍである。
【００３８】
定着ベルト２０は、少なくとも画像形成実行時には、モータによって定着ローラ２３が回転駆動されることで、図１の矢印Ｘ方向に回転駆動される。定着ベルト２０の周速度は、シートにループを形成するため画像形成部側から搬送されてくるシートＳの搬送速度に比して僅かに遅い周速とされている。
【００３９】
加圧ベルト２１は、定着ベルト２０に従動して矢印Ｙ方向に回転する。ここで、定着ニップ最下流の部分（定着ニップでの圧分布（シート搬送方向）が最大となる部分）をローラ対により定着ベルト２０と加圧ベルト２１を挟んで搬送する構成としたことで、ベルトのスリップを防止することができる。本実施例の場合、定着ベルト２０の周速は３００ｍｍ／ｓｅｃとされ、Ａ４サイズのフルカラー画像を１分間に７０枚定着することが可能である。
【００４０】
定着ベルト２０が所定の定着温度に立ち上がって温調された状態において、定着ベルト２０と加圧ベルト２１間の定着ニップに、未定着トナー画像Ｔを有するシートＳが搬送される。シートＳは、未定着トナー画像を担持した面を、定着ベルト２０側に向けて導入される。そして、シートＳの未定着トナー画像Ｔが定着ベルト２０の外周面に密着したまま挟持搬送されていくことにより、主に定着ベルト２０から熱が付与され、また加圧力を受けてシートＳの表面に定着される。
【００４１】
また、定着ベルト２０内の定着ローラ２３がゴム層を有する弾性ローラであり、加圧ベルト２１内の加圧ローラ２６は鉄合金製の剛性ローラであるため、定着ベルト２０と加圧ベルト２１との定着ニップ出口では定着ローラ２３の変形が大きくなっている。その結果、定着ベルトも大きく変形し、トナー画像を担持したシートＳは定着ベルト２０から自らのこしにより曲率分離される。
【００４２】
ここで、本実施例における加圧パッドの断面形状を図２示す。加圧パッド突出部下面は加圧ローラに接している状態である。ここで、
1）加圧パッドが定着ベルトに対向している側において、加圧ベルトと接する最下流位置をＡ１とする。
【００４３】
2）Ａ1からの垂線と加圧パッド下面との交点をＢ１とする。
【００４４】
3）加圧パッドが加圧ローラに対向している側において、加圧ローラと接する最上流位置をＢ３とする。
【００４５】
4）Ｂ３から加圧パッド上面に直交する点をＡ３とする。
【００４６】
5）Ａ1とＡ３間のある点をＡ２とする。
【００４７】
6）Ａ２からの垂線と加圧パッド下面との交点をＢ２とする。
【００４８】
7）前記位置Ａ1およびＡ２と前記位置Ｂ1からＢ２の点を通り、加圧パッド上面と加圧ローラの外周に沿って形成される空間（空間の断面積）をＳaとする。
【００４９】
8）前記位置Ａ1およびＡ2と前記位置Ｂ1からＢ２の点を通り、加圧パッド上面と加圧パッドの加圧ローラ対向面の外周に沿って形成される空間（空間の断面積）をＳ1とする。
【００５０】
9）前記位置Ａ2およびＡ3と前記位置Ｂ2からＢ3を通り、加圧パッド上面と加圧ローラの外周に沿って形成される空間（空間の断面積）をＳbとする。
【００５１】
10）前記位置Ａ2およびＡ3と前記位置Ｂ2からＢ3を通り、加圧パッド上面と加圧パッドの加圧ローラ対向面の外周に沿って形成される空間（空間の断面積）をＳ2とする。
【００５２】
このとき、加圧パッドの加圧ローラに対向する側のＢ1からＢ３間からなる線において、
上流のＢ２からＢ３間が加圧ローラ外周線に一致するのに対して、
下流のＢ１からＢ２間は加圧ローラ外周線よりも上側に位置し、
加圧パッド上面側の線Ａ1Ａ２が
１／４≦Ａ１Ａ２／Ａ１Ａ３≦３／４
となる範囲において
前記空間Ｓａと前記空間Ｓ１との間に
０．７≦Ｓ１/Ｓａ≦０．９５
Ｓ２とＳｂは同等
の関係式が成り立つような加圧パッド断面形状とした。
【００５３】
なお、加圧パッドの外周にある程度の厚みのある摺動シートを被覆する場合は、シートの厚み分を考慮する。
【００５４】
上述の各位置は、実際の加圧位置で静止させた状態で、対向する定着部材の押圧によるゴム等の変形がない状態において測定した。
【００５５】
上記のＳ1/Ｓaは、加圧パッド先端部における加圧ローラと加圧ベルトからなる空間部分に対する加圧パッドの充填率である。充填率を０．７≦Ｓ１/Ｓａ≦０．９５にした状態にすることで、先端部での圧の落ち込みを抑え、光沢ムラを防止しつつ、加圧ローラの圧を確保し、分離性を向上させることが可能となる。
【００５６】
本実施例では上記の充填率Ｓ１/Ｓaが0.95となるようにした。また、点Ａ２の位置は、Ａ１Ａ２／Ａ１Ａ３が１／２となるようにした。
【００５７】
一方、比較例として図３、図４の場合を検証した。図３は、Ｓ1/Ｓaが1の場合の比較例1であり、図４はＳ1/Ｓaが0.95、Ｓ２/Ｓｂが0.95の場合の比較例２である。
【００５８】
また、それぞれの定着ニップ内のシート搬送方向の圧力分布を図５に示す。
【００５９】
（ａ）実施例の圧力分布に対して、（ｂ）比較例1の圧力分布は最下流での加圧ローラでの圧が下がっている。また、（ｃ）比較例2の圧力分布は加圧パッド部の途中に大きな圧抜けが生じている。
【００６０】
以上のような実施例１、比較例１、２の定着装置で以下のような比較実験を行った。
【００６１】
定着条件は、定着ベルトの表面温度を１７０℃に温調、加圧ベルトの表面温度を１２０℃に温調し、プロセススピードは３００ｍｍ／ｓｅｃとした。
【００６２】
通紙する記録材Ｐおよび未定着トナーの条件は、薄紙５２g／ｍ２、透気度２００００秒のコート紙１４８ｇ／ｍ２を使用した。これらの記録材に対し各々未定着のベタ画像をのせて定着したところ、分離不良および光沢ムラの発生状況は表1のような結果となった。なお、透気度はＪＩＳ  Ｐ８１１１に準拠した方法で測定した。
【００６３】
なお、本例では、加圧ローラ内にヒーターを設置し、このヒーターへの通電量を制御することにより加圧ベルトの表面温度を所定の制御している。
【００６４】
【表１】
2010002623.tif 000003
表1の結果より、比較例１では光沢ムラは発生していないが、分離不良が発生した。また、比較例２では、分離不良は発生していないが、幅の広い大きな光沢ムラが発生した。本実施例では、分離不良および光沢ムラは発生していないという結果になった。
【００６５】
以上から、加圧パッドの突出部先端の充填率を下げると分離性が向上し、突出部上流側の充填率が低いと、加圧パッドの搬送方向の途中に圧抜け部が生じ、光沢ムラが発生することが分かった。
【００６６】
次に、先端部の充填率Ｓ１/Ｓaを変更した場合について同様の実験を行った結果を表2に示す。
【００６７】
【表２】
2010002623.tif 000004
表２の結果より、充填率0.95以下で分離不良が発生することなく、0.65だと、光沢ムラが発生するという結果になった。
【００６８】
以上から、0.7から0.95の範囲であれば分離不良および光沢ムラが発生しないことが分かった。
【００６９】
また、点Ａ２の位置としては、１／４≦Ａ１Ａ２／Ａ１Ａ３≦３／４の範囲であれば問題なく、１／４を下回ればでは分離不良、３／４を上回れば光沢ムラが発生した。
【００７０】
以上の実験結果から、
加圧パッド下面の先端側は、加圧ローラ外周線よりも上側に位置し、
前記充填率Ｓ１/Ｓａが
０．７≦Ｓ１/Ｓａ≦０．９５
となるように加圧パッド先端突出部の形状を決定した。
【００７１】
このような式を満たす定着装置を用いることにより、コート紙等の透気度の高い用紙上の未定着トナー像を定着する場合において、加圧パッドの搬送方向途中および先端部での圧抜けを抑えることで、光沢ムラを生じさせることなく、薄紙等の分離性の厳しい用紙に対しても、分離性を確保することができる。
【００７２】
なお、上述の実施例では、画像加熱装置として定着装置の例を説明したが、以下のような構成であっても構わない。例えば、定着装置によりシートに仮定着されたトナー画像を再度加熱することにより画像の光沢度を向上させる光沢付与装置にも本発明を適用することが可能である。
【００７３】
また、定着ベルトの加熱源としてハロゲンヒータを採用する例について説明したが、エネルギー効率の高い電磁誘導加熱方式の加熱源（励磁コイル）を採用しても構わない。この場合、定着ベルトは励磁コイルから発生した磁束により電磁誘導発熱する導電層を備えた構成となる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】第１実施例に係わる定着装置の断面図である。
【図２】第１実施例の加圧パッド形状を説明する断面図である。
【図３】第１実施例の比較例1を説明する図である。
【図４】第１実施例の比較例2を説明する図である。
【図５】第１実施例および比較例の圧力分布を説明する図である。
【図６】画像形成装置の全体構成について説明する図である。
【符号の説明】
【００７５】
Ａ  定着装置
Ｓ  シート
１  画像形成装置
２  感光体ドラム
３  帯電器
４  光学装置
５  光
６  現像器
７  転写ローラ
８  クリーニング装置
９  給送カセット
１０  給送ローラ
１１  レジストローラ対
１２  排出ローラ対
１３  排出トレイ
２０  定着ベルト
２１  加圧ベルト
２２  加熱ローラ
２２ａ  ハロゲンヒータ
２３  定着ローラ
２４  定着パッド
２５  テンションローラ
２６  加圧ローラ
２７  加圧パッド
【図１】
2010002623.tif 000005
【図２】
2010002623.tif 000006
【図３】
2010002623.tif 000007
【図４】
2010002623.tif 000008
【図５】
2010002623.tif 000009
【図６】
2010002623.tif 000010