(57)【要約】【課題】相互に圧接された一対のベルトによって形成される定着ニップにおいて、ベルト内周面に摺接する部材を設けることなく、高いニップ圧を均一に形成する。【解決手段】第１ベルト５１及び第２ベルト５２が相互に圧接されることによって定着ニップが形成されている。第１ベルト５１は、第２ベルト５２と離間した状態では、第１上流側ローラ５３及び第１下流側ローラ５４の間における相互に対向するそれぞれのベルト周回部分が外側に突出する湾曲状態を維持して走行可能な剛性を有しており、第２ベルト５２は、第２上流側ローラ５５及び第２下流側ローラ５６の間における一方のベルト周回部分が、第１ベルト５１における外側に突出した湾曲状態で走行する一方のベルト周回部分に圧接されて凹状に湾曲した状態で走行する。第２ベルト５２は、第１ベルト５１のベルト周回部分が圧接されることによって加わる押圧荷重を分散させる弾性層５２ｂを有している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の第１ローラに周回移動可能に巻き掛けられた第１ベルトと、一対の第２ローラに周回移動可能に巻き掛けられた第２ベルトとが相互に圧接することによって形成された定着ニップを、記録シートが通過する間に、該記録シート上に形成された未定着画像を加熱および加圧することによって熱定着させる定着装置であって、
前記第１ベルトは、前記第２ベルトと離間した状態としたとき、前記一対の第１ローラの間における相互に対向する２か所のベルト周回部分のそれぞれが外側に突出した湾曲状態で走行可能な剛性を有し、
前記第２ベルトは、前記一対の第２ローラの間の一方のベルト周回部分が、前記第１ベルトの外側に突出した一方のベルト周回部分に圧接することによって、該ベルト周回部分に沿って凹状に湾曲した状態で走行するとともに、前記第１ベルトのベルト周回部分の圧接によって加わる押圧荷重を分散させる弾性層を有することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記弾性層は、多孔性材料からなることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記多孔性材料は、多孔性シリコーンゴムであることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記弾性層は、厚さが０．２〜３．０ｍｍ、アスカーＣ硬度が２０〜４０°であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項５】
前記弾性層が基材層上に設けられ、該弾性層上に離型層が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項６】
前記基材層がポリイミド樹脂によって構成されていることを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
【請求項７】
前記記録シートの未定着画像が、前記第１ベルトの周回移動域の内部であって前記一対の第１ローラの間に設けられた加熱手段によって加熱されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項８】
前記加熱手段は、ヒータランプまたは電熱線ヒータであることを特徴とする請求項７に記載の定着装置。
【請求項９】
前記記録シートの未定着画像が、電磁誘導加熱方式の加熱手段によって加熱されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項１０】
記録シート上に形成された未定着画像を定着部により熱定着する画像形成装置であって、
前記定着部として、請求項１〜９のいずれか一項に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録紙等の記録シート上に形成された未定着画像を記録シートに熱定着させる定着装置およびこれを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの複合機等の画像形成装置では、画像データに対応したトナー画像を記録シートに転写して、転写されたトナー画像を定着装置によって記録シートに定着させる構成になっている。定着装置では、通常、未定着のトナー画像が転写された記録シートが定着ニップを通過する間に、そのトナー画像を加熱して溶融状態とし、溶融状態のトナー画像を記録シートに加圧することによって記録シートに熱定着させている。
【０００３】
特許文献１には、定着ベルトとローラとによって形成された定着ニップを記録シートが通過する間にトナー画像を熱定着させる定着装置において、待機中の電力消費を低減させるために、独立気泡を含むポリイミド樹脂層を有する定着ベルトを用いる構成が開示されている。このような定着ベルトは、ポリイミド樹脂層に独立気泡が形成されているために熱伝導率が低く、定着ベルトを介しての熱損失を抑制することができるために、待機中の定着装置の電力消費を抑制することができる。しかしながら、定着ベルトにローラを圧接させることによって定着ニップを形成しているために、ローラの熱容量が大きく、定着ベルトとローラとによって形成される定着ニップの温度を定着温度にまで加熱するために長時間を要し、ウォーミングアップ時間が長くなるという問題がある。
【０００４】
このような定着装置に対して、ローラよりも熱容量の小さな一対のベルトを用いて定着ニップを形成する定着装置も実用化されている。図７は、一対のベルトを用いて定着ニップを形成する定着装置の構成を説明するための断面模式図である。この定着装置７０では、トナー画像が転写されて上方に向って搬送される記録シートＳを左右方向から加圧する一対の第１ベルト７１および第２ベルト７２を備えている。図７においては、第１ベルト７１と第２ベルト７２とを相互に離間させた状態で示しているが、実際の定着装置７０では、第１ベルト７１および第２ベルト７２は、記録シートＳの搬送方向上流側（下側）部分同士および下流側（上側）部分同士がそれぞれ圧接されて、第１ベルト７１および第２ベルト７２における相互に対向するベルト周回部分の間に定着ニップが形成されている。第１ベルト７１は、記録シートＳの搬送方向上流側に配置された第１上流側ローラ７３と、記録シートＳの搬送方向下流側に配置された第１下流側ローラ７４とに所定の引っ張り力（ベルトテンション）Ｆが加わった状態で巻き掛けられており、例えば、第１下流側ローラ７４が駆動モータによって回転駆動されることにより、矢印Ｂで示す方向に周回移動される。第１ベルト７１の周回移動域の内部における第１上流側ローラ７３と第１下流側ローラ７４との中間位置には、直線状に形成されたヒータランプ７７が、第１ベルト７１の幅方向に沿って配置されている。
【０００５】
第１上流側ローラ７３および第１下流側ローラ７４は、等しい半径ｒ１をそれぞれ有しており、相互に平行に配置されている。第１上流側ローラ７３は、第１ベルト７１に記録シートＳの搬送方向に沿った所定のベルトテンションＦが加わるように、テンションばね（図示せず）によって下方に付勢されている。
第２ベルト７２は、記録シートＳの搬送方向上流側（下側）に配置された第２上流側ローラ７５と、記録シートＳの搬送方向下流側（上側）に配置された第２下流側ローラ７６とに巻き掛けられて矢印Ｃで示す方向に周回移動するようになっている。第２上流側ローラ７５および第２下流側ローラ７６も、第１上流側ローラ７３および第１下流側ローラ７４と同じ半径ｒ１をそれぞれ有しており、相互に平行に配置されている。第２上流側ローラ７５も、第２ベルト７２に記録シートＳの搬送方向に沿ったベルトテンションＦが加わるように、テンションばね（図示せず）によって下方に付勢されている。
【０００６】
第２上流側ローラ７５および第２下流側ローラ７６は、それぞれ、第２ベルト７２および第１ベルト７１を介して、第１上流側ローラ７３および第１下流側ローラ７４に、等しい圧力Ｐ１によってそれぞれ押し付けられており、第１上流側ローラ７３と第２上流側ローラ７５とによって加圧された第１ベルト７１と第２ベルト７２との間に上流側ニップ部が形成され、第１下流側ローラ７４と第２下流側ローラ７６とによって加圧された第１ベルト７１と第２ベルト７２との間に下流側ニップ部が形成されている。上流側ニップ部および下流側ニップ部は略等しいニップ圧になっている（図８参照）。上流側ニップ部および下流側ニップ部の中間部分には、第１ベルト７１および第２ベルト７２の相互に対向するベルト周回部分同士が同方向に等しい速度で走行するフリーニップ部になっている。
【０００７】
このような構成の定着装置７０では、トナー画像が転写された記録シートＳが上流側ニップ部内に進入し、フリーニップ部を通過した後に、下流側ニップ部を通って排出される。記録シートＳが上流側ニップ部、フリーニップ部、下流側ニップ部を順番に通過する間に、記録シートＳ上の未定着のトナー画像は、ヒータランプ７７によって加熱されて溶融状態とされ、記録シートＳに加圧されることにより熱定着される。
【０００８】
図８は、このような定着装置７０における上流側ニップ部、フリーニップ部および下流側ニップ部のそれぞれにおけるニップ圧の分布を示すグラフである。フリーニップ部では、第１ベルト７１および第２ベルト７２によるベルトテンションによって相互に対向するそれぞれのベルト周回部分同士が相互に接しているものの、ニップ圧がほとんど発生していない状態になっている。このために、フリーニップ部では、記録シート上のトナー画像がずれる画像ずれを起こすおそれがある。画像ずれが生じる原因については必ずしも明確ではないが、トナー画像が対向するベルト周回部分に対して一定の圧力で押圧されないことによってベルト周回部分の表面に付着し、その後に、再度、記録シート上に付着することにより画像ずれが生じると考えられる。また、フリーニップ部を通過する記録シートＳに十分な圧力が加わらないことによって記録シートＳが振動するおそれがあり、記録シートＳが振動した状態で高圧力の下流側ニップ部内に導入されると、記録シートＳにしわが生じるおそれもある。
【０００９】
特許文献２、３、４のそれぞれには、フリーニップ部におけるニップ圧を増加させるために、第１ベルトの内周面を加圧パッドによって押圧して第１ベルトの外周面を第２ベルトの外周面に圧接させる構成の定着装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００７−２９８８１４号公報
【特許文献２】特開２００７−２１９１０９号公報
【特許文献３】特開２００７−３２４７６号公報
【特許文献４】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】
【００１０】
上記特許文献２〜４のそれぞれに開示されているように、第１ベルトの内周面を加圧パッドによって押圧すると、第１ベルトと第２ベルトにおける相互に対向するベルト周回部分同士を相互に高圧力で圧接させることができ、これによりニップ圧を高めることができる。しかしながら、加圧パッドが第１ベルトの内周面に摺接するために、加圧パッドおよび第１ベルトが経時的に摩耗するおそれがある。このために、所望のニップ圧を長期にわたって安定的に得ることができないおそれがある。また、加圧パッドによって第１ベルトの内周面を押圧すると、加圧パッド自体の熱容量によって第１ベルトを加熱するために必要とされる熱量が増加し、定着ニップを所定の定着温度にまで上昇させるための加熱時間（ウォーミングアップ時間）が長くなるおそれもある。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、相互に対向する一対のベルト周回部分間（中間部分）に形成される定着ニップにおいて、ベルト内周面に摺接するような部材を設けることなく高いニップ圧とすることができ、しかも、当該中間部分の全域において略均一なニップ圧を得ることができる定着装置およびこれを備える画像形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、一対の第１ローラに周回移動可能に巻き掛けられた第１ベルトと、一対の第２ローラに周回移動可能に巻き掛けられた第２ベルトとが相互に圧接することによって形成された定着ニップを、記録シートが通過する間に、該記録シート上に形成された未定着画像を加熱および加圧することによって熱定着させる定着装置であって、前記第１ベルトは、前記第２ベルトと離間した状態としたとき、前記一対の第１ローラの間における相互に対向する２か所のベルト周回部分のそれぞれが外側に突出した湾曲状態で走行可能な剛性を有し、前記第２ベルトは、前記一対の第２ローラの間の一方のベルト周回部分が、前記第１ベルトの外側に突出した一方のベルト周回部分に圧接することによって、該ベルト周回部分に沿って凹状に湾曲した状態で走行するとともに、前記第１ベルトのベルト周回部分の圧接によって加わる押圧荷重を分散させる弾性層を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る画像形成装置は、記録シート上に形成された未定着画像を定着部により熱定着する画像形成装置であって、前記定着部として、前記定着装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の定着装置では、外側に突出した湾曲状態で走行する第１ベルトのベルト周回部分が、弾性層を有する第２ベルトのベルト周回部分を押圧することによって凹状に湾曲させて、第１ベルトおよび第２ベルトにおけるそれぞれの湾曲状態になったベルト周回部分によって定着ニップが形成されているために、ベルト内周面に摺接する加圧パッドのような部材を設けることなく、高圧力のニップ圧を得ることができる。第２ベルトの弾性層は、第１ベルトの外側に突出したベルト周回部分による押圧荷重を分散させるために、相互に圧接されたベルト周回部分の略全域にわたって均一なニップ圧とすることができる。しかも、定着装置における熱容量が小さくなっていることにより、ウォーミングアップ時間を短縮することができる。
【００１５】
好ましくは、前記弾性層は、多孔性材料からなることを特徴とする。
好ましくは、前記多孔性材料は、多孔性シリコーンゴムであることを特徴とする。
好ましくは、前記弾性層は、厚さが０．２〜３．０ｍｍ、アスカーＣ硬度が２０〜４０°であることを特徴とする。
好ましくは、前記弾性層が基材層上に設けられ、該弾性層上に離型層が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
好ましくは、前記基材層がポリイミド樹脂によって構成されていることを特徴とする。
好ましくは、前記記録シートの未定着画像が、前記第１ベルトの周回移動域の内部であって前記一対の第１ローラの間に設けられた加熱手段によって加熱されることを特徴とする。
好ましくは、前記加熱手段は、ヒータランプまたは電熱線ヒータであることを特徴とする。
【００１７】
好ましくは、前記記録シートの未定着画像が、電磁誘導加熱方式の加熱手段によって加熱されることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明に係る定着装置を定着部として使用したタンデム型カラーデジタルプリンタ（以下、単に「プリンタ」という。）の構成を示す模式図である。図１に示すように、本実施の形態におけるプリンタ１は、トナー画像を形成する画像プロセス部３０と、記録シートＳを画像プロセス部３０に搬送して画像プロセス部３０にて形成されたトナー画像を転写するシート搬送部４０と、記録シートＳ上に転写されたトナー画像を記録シートＳに定着させる定着装置５０とを備えている。プリンタ１は、ネットワーク（例えば社内ＬＡＮ）等に接続された端末装置からプリントの実行指示（プリントジョブ）を受け付けると、その指示に従って、記録シートＳ上にトナー画像を形成する。
【００１９】
画像プロセス部３０は、矢印Ａで示す方向に周回移動する中間転写ベルト３６と、中間転写ベルト３６の下方において、中間転写ベルト３６の周回移動方向に沿ってそれぞれが上流側から順番に配置された画像形成ユニット３９Ｙ、３９Ｍ、３９Ｃ、３９Ｋと、各画像形成ユニット３９Ｙ、３９Ｍ、３９Ｃ、３９Ｋにレーザ光Ｌをそれぞれ照射する露光装置２１とを備えている。中間転写ベルト３６は、画像形成ユニット３９Ｙに近接して配置された従動ローラ３７と、画像形成ユニット３９Ｋに近接して配置された駆動ローラ３８とに巻き掛けられており、駆動ローラ３８が図示しないモータによって回転駆動されることにより、矢印Ａで示す方向に周回移動する。中間転写ベルト３６は導電性を有している。
【００２０】
中間転写ベルト３６の移動方向上流側に配置された画像形成ユニット３９Ｙは、感光体ドラム３１Ｙを備えており、公知の帯電、露光、現像の各工程を経て感光体ドラム３１Ｙ上にイエロー（Ｙ）の色のトナー画像を形成する。このために、画像形成ユニット３９Ｙには、感光体ドラム３１Ｙの外周面を帯電する帯電器３２Ｙと、帯電された感光体ドラム３１Ｙの外周面に露光装置２１から照射されるレーザ光Ｌによって形成された静電潜像をＹ色のトナーによって現像する現像器３３Ｙと、感光体ドラム３１Ｙの外周面に形成されたトナー画像を中間転写ベルト３６に転写する１次転写ローラ３４Ｙと、トナー画像が転写された後に感光体ドラム３１Ｙの表面を清掃するクリーナ３５Ｙとが感光体ドラム３１Ｙの回転方向に沿って順番に設けられている。
【００２１】
他の画像形成ユニット３９Ｍ、３９Ｃ、３９Ｋも、画像形成ユニット３９Ｙと同じ構成になっており、感光体ドラム表面を帯電する帯電器と、露光装置２１から照射されるレーザ光Ｌにより静電潜像をトナー現像する現像器と、トナー画像を中間転写ベルト３６に転写する１次転写ローラと、感光体ドラム表面を清掃するクリーナとがそれぞれ設けられており、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の色のそれぞれのトナーによってトナー画像を形成する。
【００２２】
各画像形成ユニット３９Ｙ、３９Ｍ、３９Ｃ、３９Ｋに設けられた帯電器としては、コロナ放電方式の帯電チャージャ、ローラ状の帯電部材、ブレード状の帯電部材、ブラシ状の帯電部材等を使用することができる。また、露光装置２１には、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色の画像データに対応した駆動信号によって駆動されるレーザダイオード等の発光素子がそれぞれ設けられており、各発光素子から各画像形成ユニット３９Ｙ、３９Ｍ、３９Ｃ、３９Ｋの感光体ドラム（３１Ｙ等）にレーザ光Ｌが照射される。
【００２３】
本実施形態のプリンタ１では、１色（例えばＫ色）のトナーを用いてモノクロ画像を形成するモノクロモードと、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの４色のトナーを用いてカラー画像を形成するカラーモードとに切り替え可能になっている。カラーモードによる画像形成動作の場合には、各画像形成ユニット３９Ｙ、３９Ｍ、３９Ｃ、３９Ｋにおいて、所定の周速度で回転駆動されている感光体ドラム（３１Ｙ等）の外周面に形成されたＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色のトナー画像が、各画像形成ユニット３９Ｙ、３９Ｍ、３９Ｃ、３９Ｋの１次転写ローラ（３４Ｙ等）によって、中間転写ベルト３６における同一領域上にそれぞれ重ねて転写される。モノクロモードによる画像形成動作の場合には、選択された１つの画像形成ユニットにて形成されたトナー画像が中間転写ベルト３６における所定領域上に転写される。
【００２４】
なお、中間転写ベルト３６上に転写されることなく、感光体ドラム（３１Ｙ等）の外周面に残留しているトナーは、感光体ドラム（３１Ｙ等）の回転によってクリーナ（３５Ｙ等）との接触部に達すると、クリーナ（３５Ｙ等）によって感光体ドラムの外周面から除去される。クリーナ（３５Ｙ等）としては、板状のブレード、固定ブラシ、回転ブラシ、ローラ、またはそれら複数の部材を組み合わせたものを使用することができる。また、このようなクリーナを設けることなく、感光体ドラム（３１Ｙ等）の外周面に残留するトナーを現像器（３３Ｙ等）によって回収するクリーナレス方式を採用することもできる。
【００２５】
中間転写ベルト３６の上方には、各画像形成ユニット３９Ｙ、３９Ｍ、３９Ｃ、３９Ｋの現像器（３３Ｙ等）に供給されるＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色のトナーが収容されたホッパー２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋがそれぞれ設けられており、各ホッパー２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋに収容された各色のトナーが各画像形成ユニット３９Ｙ、３９Ｍ、３９Ｃ、３９Ｋの現像器（３３Ｙ等）に補給される。
【００２６】
記録シートＳを搬送するシート搬送部４０は、露光装置２１の下側に着脱可能に設けられた給紙カセット４１と、給紙カセット４１から繰り出される記録シートＳを、中間転写ベルト３６の側方およびその上方の定着装置５０に向けて搬送するシート搬送経路４２とを備えている。給紙カセット４１内には、記録シートＳとして記録紙等の記録媒体が積載状態で収容されており、最上部の１枚の記録シートＳが給紙ローラ４３の回転によってシート搬送経路４２内に繰り出される。
【００２７】
シート搬送経路４２内には、中間転写ベルト３６を周回移動させる駆動ローラ３８に中間転写ベルト３６を介して対向する２次転写ローラ４５が設けられている。この２次転写ローラ４５と、駆動ローラ３８の周面に沿った中間転写ベルト３６の周回移動域との間には、記録シートＳ上にトナー画像を転写する２次転写部４６を構成する転写ニップが形成されている。中間転写ベルト３６上に転写されたトナー画像は、２次転写ローラ４５によって、シート搬送経路４２内を上方に向って搬送する記録シートＳに２次転写される。
【００２８】
シート搬送経路４２内における２次転写部４６の下方には、給紙カセット４１から繰り出された記録シートＳを２次転写部４６に所定のタイミングで搬送するレジストローラ対４４が設けられている。レジストローラ対４４は、記録シートＳを２次転写部４６に搬送するタイミングを、中間転写ベルト３６上に転写されたトナー画像が２次転写部４６に搬送されるタイミングに一致するように制御する。レジストローラ対４４によって所定のタイミングで２次転写部４６に搬送される記録シートＳは、２次転写部４６で中間転写ベルト３６上に形成されたトナー画像が転写されて、２次転写部４６の上方に配置された定着装置５０へと搬送される。なお、２次転写後の中間転写ベルト３６は、中間転写ベルト３６を介して従動ローラ３７に対向配置されたクリーニングブレード２３によって清掃される。
【００２９】
定着装置５０は、相互に圧接された第１ベルト５１と第２ベルト５２とを備えており、記録シートＳが第１ベルト５１および第２ベルト５２における相互に圧接されたベルト周回部分の間の定着ニップを通過し、その通過の際に、下方の２次転写部４６において記録シートＳに２次転写されたトナー画像が、加熱及び加圧されることによって当該記録シートＳに熱定着される。定着装置５０を通過した記録シートＳは、排紙ローラ６１によって、画像プロセス部３０の上方に設けられた排紙トレイ６２上へ排出される。
【００３０】
図２は、定着装置５０の構成を説明するための断面模式図である。図２に示すように、定着装置５０の第１ベルト５１および第２ベルト５２は、２次転写部４６においてトナー画像が転写されて上方に向って搬送される記録シートＳを左右方向から挟むようにして加圧するようになっている。図３は、第１ベルト５１と第２ベルト５２とを相互に離間させた状態を示している。第１ベルト５１は無端ベルトであり、第２ベルト５２に圧接されていない自然状態で横断面円形の円筒状を維持するが、図３に示すように、記録シートＳの搬送方向上流側（下側）に配置された第１上流側ローラ５３と、この第１上流側ローラ５３に平行な状態で記録シートＳの搬送方向下流側（上側）に配置された第１下流側ローラ５４とに、所定の引っ張り力（ベルトテンション）Ｆ１（図３参照）が加えられて巻き掛けられることによって略楕円形状を維持して周回移動することが可能な剛性を有している。
【００３１】
第１上流側ローラ５３および第１下流側ローラ５４は、相互に等しい半径ｒをそれぞれ有しており、同じＸ軸座標位置（水平方向位置）になるようにＹ軸方向（垂直方向）に並んだ状態で、所定の軸間距離Ｄをあけて配置されている。第１上流側ローラ５３および第１下流側ローラ５４に所定のベルトテンションＦ１で巻き掛けられた第１ベルト５１は、第２ベルト５２と離間した状態では、第１上流側ローラ５３と第１下流側ローラ５４との間における相互に対向する２か所のベルト周回部分が、第１上流側ローラ５３および第１下流側ローラ５４に巻き掛けられる前の自然状態での円形状に戻ろうとする力（復元力）により、第１上流側ローラ５３および第１下流側ローラ５４の共通接線Ｌ１よりもそれぞれ同じ突出量（撓み量）δで外側に突出した湾曲状態で走行する。第１ベルト５１は、記録シートＳのトナー画像が転写された面に対向するように配置されており、例えば、第１下流側ローラ５４が駆動モータによって回転駆動されることにより、図３に矢印Ｍで示す方向に周回移動する。
【００３２】
従って、第１ベルト５１の周方向の長さＳは、第１上流側ローラ５３および第１下流側ローラ５４の軸間距離Ｄの２倍の長さと、第１上流側ローラ５３の周方向長さの１／２と、第１下流側ローラ５４の周方向長さの１／２とを加えた長さよりも長くなっており、Ｓ＞２Ｄ＋２πｒ／２＋２πｒ／２、すなわち、Ｓ＞２Ｄ＋２πｒの関係を有している。
第１ベルト５１の周回移動域の内部における第１上流側ローラ５３と第１下流側ローラ５４との中央位置には、直線状に形成された円柱状のヒータランプ５７が、第１上流側ローラ５３および第１下流側ローラ５４に平行な状態で配置されている。ヒータランプ５７としては、ハロゲンヒータ、カーボンヒータ、キセノンランプヒータ等を用いることができる。また、このようなヒータランプ５７に限らず、直線状に形成された電熱線ヒータも用いることができる。
【００３３】
第２ベルト５２は、第１ベルト５１が押し付けられることによって撓むように、第１ベルト５１よりも低い剛性（可撓性）の無端ベルトであり、記録シートＳの搬送方向上流側（下側）に配置された第２上流側ローラ５５と、この第２上流側ローラ５５に平行な状態で記録シートＳの搬送方向下流側（上側）に配置された第２下流側ローラ５６とに、所定の引っ張り力（ベルトテンション）Ｆ２（図３参照）が加えられた状態で巻き掛けられて、第１ベルト５１とは離間した状態では、第２上流側ローラ５５と第２下流側ローラ５６との間の相互に対向するベルト周回部分同士が平行な状態で周回移動するようになっている。第２上流側ローラ５５および第２下流側ローラ５６も、第１上流側ローラ５３および第１下流側ローラ５４の半径に等しい半径ｒをそれぞれ有しており、同じＸ座標位置になるようにＹ軸方向に並んだ状態で、第１上流側ローラ５３と第１下流側ローラ５４との軸間距離Ｄと同じ軸間距離Ｄをあけて配置されている。第２上流側ローラ５５は、第２ベルト５２に、記録シートＳの搬送方向に沿ったベルトテンション（引っ張り力）Ｆ２が加わるように、第２上流側ローラ５５がテンションばね（図示せず）によって下方に付勢されている。
【００３４】
第２上流側ローラ５５は、第１上流側ローラ５３と同じＹ座標位置になるようにＸ軸方向に並んで配置されて、第１上流側ローラ５３に、所定の圧力Ｐで、第２ベルト５２および第１ベルト５１を介して押し付けられている。第２上流側ローラ５５が第１上流側ローラ５３に押し付けられることによって、第１ベルト５１と第２ベルト５２との間に、Ｘ軸方向に沿った所定のニップ圧Ｐの上流側ニップ部が形成されている。第２下流側ローラ５６も、第１下流側ローラ５４と同じＹ座標位置になるようにＸ軸方向（水平方向）に並んで配置されて、第１下流側ローラ５４に、所定の圧力Ｐで、第２ベルト５２および第１ベルト５１を介して押し付けられている。第２下流側ローラ５６が第１下流側ローラ５４に押し付けられることによって、第１ベルト５１と第２ベルト５２との間に、Ｘ軸方向に沿った所定のニップ圧Ｐ（ただし、上流側ニップ部のニップ圧Ｐと等しい）の下流側ニップ部が形成されている。これにより、図２に示すように、外側に突出した湾曲状態で走行する第１ベルト５１の一方のベルト周回部分が、このベルト周回部分に対向する第２ベルト５２の一方のベルト周回部分に圧接され、第１ベルト５１よりも低い剛性の第２ベルト５２のベルト周回部分が、第１ベルト５１の湾曲状態で突出したベルト周回部分に沿って凹状に湾曲した状態になる。第２ベルト５２は、第１ベルト５１に圧接されることによって、第１ベルト５１に追従して、図２に矢印Ｎで示す方向に走行する。
【００３５】
この場合、図４に示すように、第１ベルト５１自体の復元力によって第１ベルト５１の外側に突出する湾曲状態の一方のベルト周回部分が、第２ベルト５２の一方のベルト周回部分を押圧荷重Ｗで押圧すると、凹状に湾曲した第２ベルト５２のベルト周回部分は、第２ベルト５２自体の反力Ｗによって、第１ベルト５１のベルト周回部分を押圧する。これにより、上流側ニップ部から下流側ニップ部までの間（中間部分）の全域において、第１ベルト５１および第２ベルト５２の外周面同士が相互に圧接された高ニップ圧の中間ニップ部が形成される。
【００３６】
第１ベルト５１は、例えば、弾性率（ヤング率）の大きいＮｉ（ニッケル）、鉄、ＳＵＳ（ステンレス）、Ｗ（タングステン）、ＰＩ（ポリイミド）等の材料によって所定の厚さに構成された基材層を備えている。第１ベルト５１の厚さとしては、例えば、２０〜４００μｍ、より好ましくは１００〜２００μｍとすることができる。第１ベルト５１は、基材層の表面（外周面）に、ＰＦＡ、ＰＴＦＡ、ＥＴＦＡ等のフッ素系の樹脂、シリコン系のゴム等の表層を設けて離型性を付与してもよい。表層は、基材層にチューブを嵌め合せて積層することによって、あるいは、基材層の外周面をコーティング処理することによって形成される。表層は導電性であってもよく、その厚さは５〜１００μｍ程度が望ましい。表層としては、例えば、三井・デュポンフロロケミカル株式会社製の商品名「ＰＦＡ３５０−Ｊ」、「４５１ＨＰ−Ｊ」、「９５４１ＨＰ  Ｐｌｕｓ」等のフッ素系樹脂が好適に用いられる。また、基材層と表層との間に中間層を設けてもよい。中間層としては、シリコーンゴム、フッ素ゴム等のように、弾性を有する耐熱性の高い材質であることが好ましい。第１ベルト５１は、第１上流側ローラ５３および第１下流側ローラ５４に巻き掛けられない状態では、例えば、外径が３０〜１５０ｍｍ程度の円筒であることが好ましい。
【００３７】
第２ベルト５２は、第１ベルト５１が圧接されるベルト周回部分が凹状に湾曲するように、第１ベルト５１よりも低い所望の剛性を有している。第２ベルト５２は、図２に拡大して示すように、例えば、耐熱性を有する基材層５２ａと、この基材層５２ａの表面（外周面）に積層された多孔性のシリコーンゴム弾性層５２ｂと、弾性層５２ｂの表面（外周面）に積層された離型層５２ｃとを有している。基材層５２ａは、例えばポリイミド樹脂によって構成されており、例えば３０〜２００μｍ程度の厚さとされる。離型層５２ｃは、トナーとの離型性に優れた材料によって構成されており、例えば、フッ素樹脂が使用される。離型層５２ｃの厚みは例えば３０μｍ程度とされる。
【００３８】
基材層５２ａと離型層５２ｃとの間に設けられた弾性層５２ｂは、第１ベルト５１における外側に突出したベルト周回部分が押圧加重Ｗで第２ベルト５２を押圧すると、その押圧加重Ｗが、突出したベルト周回部分の頂部に対向する部分に集中することなく上流側ニップ部と下流側ニップ部との間の全体にわたって分散させるような硬度および厚さを有しており、例えば、独立気泡あるいは連続気泡を含むシリコーンゴムのような多孔性の弾性層が好適に使用される。多孔性の弾性層５２ｂは断熱性に優れているために、ヒータランプ５７によって加熱された第１ベルト５１の温度が低下することを抑制することができ、第１ベルト５１を長時間にわたって所定の温度に維持することができる。弾性層５２ｂは、圧力を分散させることができるものであればよいので、シリコーンゴムに限らず、フッ素ゴム等の他の材料であってもよい。弾性層５２ｂの厚さは、０．２〜３．０ｍｍ程度が好ましい。弾性層５２ｂの厚さが０．２ｍｍを下回ると、ニップ圧を分散させる機能を十分に発揮することができず、中間ニップ部におけるニップ圧が不均一になるおそれがある。弾性層５２ｂの厚さが３．０ｍｍを上回ると、第２ベルト５２全体が高剛性になって屈曲性が低下するために、第２上流側ローラ５５および第２下流側ローラ５６に巻き掛けて周回移動させることによって経時的に耐久性が低下し、長期にわたって安定的に使用することができないおそれがある。また、弾性層５２ｂは、アスカーＣ硬度が２０〜４０°であることが好ましい。弾性層５２ｂのアスカーＣ硬度が２０°を下回ると、第１ベルト５１によって加わる押圧荷重を中間ニップ部の全体にわたって分散させることができず、また、摩耗しやすいために長期にわたって安定的に使用することができないおそれがある。アスカーＣ硬度が４０°を上回ると、第２ベルト５２全体の屈曲性が低下するために、長期にわたって安定的に使用することができないおそれがある。
【００３９】
このような構成の定着装置５０では、２次転写部４６にてトナー画像が転写された記録シートＳが搬送されると、記録シートＳは、第１上流側ローラ５３と第２上流側ローラ５５とによって所定のニップ圧Ｐになった第１ベルト５１と第２ベルト５２との間の上流側ニップ部に進入し、外側に突出した湾曲状態の第１ベルト５１のベルト周回部分と、凹状に湾曲した第２ベルト５２のベルト周回部分との間の中間ニップ部を通過した後に、第１下流側ローラ５４と第２下流側ローラ５６とによって所定のニップ圧Ｐになった第１ベルト５１と第２ベルト５２との間の下流側ニップ部を通って定着ニップから排出される。記録シートＳ上のトナー画像は、上流側ニップ部、中間ニップ部、下流側ニップ部のそれぞれを通過する間に、ヒータランプ５７によって加熱されて溶融状態とされ、記録シートＳに加圧されることによって熱定着される。
【００４０】
この中間ニップ部では、図５（ａ）に示すように、上流側ニップ部および下流側ニップ部よりも低いニップ圧ではあるが、第２ベルト５２に設けられた弾性層５２ｂによる圧力分散作用により、全体にわたってほぼ一定の比較的高いニップ圧が確保されているために、中間ニップ部の全域において、記録シートＳ上のトナー画像が記録シートＳに確実に加圧され、画像ずれが生じるおそれがない。また、記録シートＳが振動することも抑制され、高ニップ圧になった下流側ニップ部内に導入される際に記録シートＳにしわが発生することも抑制される。さらには、剛性を有する第１ベルト５１のベルト周回部分によって第２ベルト５２のベルト周回部分を凹状に湾曲させていることから、ニップ圧を確保するための特別な部材を設ける必要がない。このために、定着装置５０の熱容量が増加するおそれがなく、定着ニップを所定温度にまで上昇させるためのウォーミングアップ時間を短縮させることができ、省エネルギー化を促進することができる。
【００４１】
なお、図５（ｂ）は、図２に示す定着装置５０において、第２ベルト５２を、弾性層５２ｂが設けられず、基材層５２ａと離型層５２ｃとの２層構造とした場合の比較例における定着ニップでのニップ圧の分布を示すグラフである。この場合には、中間ニップ部は、比較的高いニップ圧になっているが、第２ベルト５２に弾性層５２ｂが設けられていないことによって、ニップ圧の大小の差が大きくなっている。
【００４２】
図６は、図２に示す構成の定着装置５０において、第２ベルト５２における弾性層５２ｂの厚さおよびアスカーＣ硬度の好適な範囲を示すグラフである。このグラフは、以下の条件で定着装置５０を駆動した結果に基づいている。すなわち、第１ベルト５１は、厚さ２００μｍのＳＵＳによって構成された基材層上に、厚さ２００μｍのシリコーンゴムによって構成された中間層が設けられ、中間層上に、厚さが３０μｍの離型性の表層が設けられた構成であり、外径５９ｍｍの円筒形状に無端化されている。第１上流側ローラ５３および第１下流側ローラ５４は、それぞれ、芯金の表面に厚さが４ｍｍのゴム層が設けられて外径が２６ｍｍに構成されている。第２ベルト５２は、厚さ１００μｍのポリイミド樹脂によって構成された基材層５２ａ上に、多孔性のシリコーンゴムの弾性層５２ｂが積層され、さらに弾性層５２ｂの上に厚さが３０μｍのフッ素樹脂によって構成された離型層５２ｃが積層されて構成されており、外径が６０ｍｍの円筒形状に無端化されている。第２ベルト５２は、第１上流側ローラ５３および第１下流側ローラ５４と同様の構成の第２上流側ローラ５５および第２下流側ローラ５６に巻き掛けられて、中間ニップ部において１０Ｎのニップ圧が得られるように、第１ベルト５１に圧接されている。定着装置５０における記録シートＳの通過速度（プロセス速度）を３００ｍｍ／ｓｅｃ、定着温度を１８０℃に設定した状態で、記録シートＳを搬送させることなく、第１ベルト５１および第２ベルト５２を連続して周回駆動した。第２ベルト５１は、弾性層５２ｂの厚さおよび硬度を変更して使用したところ、弾性層５２ｂの厚さが０．７〜３．０ｍｍ、アスカーＣ硬度が２０〜４０°の範囲であれば、中間ニップ部において１０Ｎの高いニップ圧を略均一に得ることができ、しかも、６００時間以上にわたって、安定的に使用することができた。比較のために、第２ベルト５２として弾性層５２ｂの厚さを２．０ｍｍ、アスカーＣ硬度を１５°としたものを用いたところ、４８０時間で弾性層５２ｂが破損した。中間ニップ部でのニップ圧は、１〜４０Ｎの範囲が適当である。
【００４３】
なお、本発明の定着装置５０は、上記実施の形態に限るものではない。例えば、第１上流側ローラ５３と第１下流側ローラ５４との間にのみヒータランプ５７を設ける構成に限らず、例えば、第１上流側ローラ５３および第２上流側ローラ５５が、それぞれ中空の芯金を有する構成において、それぞれの芯金内、あるいはいずれか一方にヒータランプ５８ａおよび５８ｂを、ヒータランプ５７とともに配置してもよい。また、加熱手段としては、ヒータランプ５７、電熱線ヒータ等に限るものではなく、例えば、第１ベルト５１に誘導発熱体を設けるとともに、第１ベルト５１における第２ベルト５２の遠方側に位置するベルト周回部分に対向して励磁コイルを設けた電磁誘導加熱方式の加熱手段によって第１ベルト５１を加熱してもよい。
【００４４】
さらに、上記の実施形態では、第１下流側ローラ５４を回転駆動させることによって第１ベルト５１を周回移動させて、その周回移動に追従させて第２ベルト５２を周回移動させる構成としたが、このような構成に限らず、第２下流側ローラ５６を駆動モータによって回転させることによって第２ベルト５２を周回移動させて、この第２ベルト５２の周回移動に追従させて第１ベルト５１を周回移動させるようにしてもよい。あるいは、第１上流側ローラ５３または第２上流側ローラ５５を回転駆動させる構成、第１上流側ローラ５３と第１下流側ローラ５４または第２上流側ローラ５５と第２下流側ローラ５６を回転駆動させる構成、４つのローラ５３〜５６の全てを回転駆動させる構成としてもよい。さらには、上記実施の形態では、記録シートＳにおけるトナー画像が定着された面に対向させて第１ベルト５１を配置する構成であったが、第２ベルト５２を記録シートＳにおけるトナー画像が定着された面に対向させて配置するようにしてもよい。
【００４５】
また、本発明に係る定着装置が適用される画像形成装置は、タンデム型カラーデジタルプリンタに限るものではなく、例えば、回転軸の周囲に４つの現像装置を配置し、これら４つの現像装置を、順次、静電潜像担持体に対向させてフルカラー画像を形成する、いわゆる４サイクル方式の画像形成装置、１つの現像装置しか備えていないモノクロ画像形成装置等であってもよい。また、本発明の定着装置は、プリンタに限らず、複写機、ＦＡＸ、ＭＦＰ（Multiple Function Peripheral）等にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、一対のベルトを用いて形成される定着ニップで未定着画像を加熱および加圧して熱定着させる定着装置において、ベルト内周面に摺接する部材を設けることなく、ベルト周回部分同士を高いニップ圧で圧接させることができ、圧接されたベルト周回部分の全域において略均一なニップ圧とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態に係る定着装置が定着部として搭載されたプリンタの全体の構成を示す模式図である。
【図２】そのプリンタに定着部として備えられた本発明の実施の形態に係る定着装置の構成を説明するための模式図である。
【図３】その定着装置の構成を説明するために、第１ベルトと第２ベルトとを離間させた状態の模式図である。
【図４】その定着装置における第１ベルトと第２ベルトとの間の中間ニップ部が高圧力になることを説明するための模式図である。
【図５】（ａ）は、その定着装置における第１ベルトと第２ベルトとの間の定着ニップの圧力分布を示すグラフ、（ｂ）は、第２ベルトに弾性層が設けられていない定着装置における第１ベルトと第２ベルトとの間の定着ニップの圧力分布を示すグラフである。
【図６】その第２ベルトにおける弾性層５２ｂの厚さおよびアスカーＣ硬度の好適な範囲を示すグラフである。
【図７】従来の定着装置の構成を示す模式図である。
【図８】その定着装置における一対のベルの間の定着ニップの圧力分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４８】
３０        画像プロセス部
３６        中間転写ベルト
３９Ｙ、３９Ｍ、３９Ｃ、３９Ｋ        画像形成ユニット
４０        シート搬送部
５０        定着装置
５１        第１ベルト
５２        第２ベルト
５２ａ      基材層
５２ｂ      弾性層
５２ｃ      離型層
５３        第１上流側ローラ
５４        第１下流側ローラ
５５        第２上流側ローラ
５６        第２下流側ローラ
５７        ヒータランプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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