(57)【要約】【課題】ウオームアップ時間を短縮するとともに、オフセット現象を防止する。【解決手段】加熱ローラ１と、該加熱ローラに押圧される加圧ローラ２と、該加圧ローラに対して紙搬送方向上流側に配置され、加圧ローラにテンションバネを介して配設されるベルト張架部材４と、前記加圧ローラおよびベルト張架部材の外周に捲着され前記加熱ロールとの間に定着ニップが形成されて移動するベルト３とを備え、前記ベルト張架部材にはニップ形成領域４ａが形成され、該ニップ形成領域以外のベルト摺動面にベルト非接触部４ｂを形成した構成。【選択図】図２
2006071975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱ローラと、該加熱ローラに押圧される加圧ローラと、該加圧ローラに対して転写材搬送方向上流側に配置され、加圧ローラにテンションバネを介して配設されるベルト張架部材と、前記加圧ローラおよびベルト張架部材の外周に捲着され前記加熱ロールとの間に定着ニップが形成されて移動するベルトとを備え、前記ベルト張架部材にはニップ形成領域が形成され、該ニップ形成領域以外のベルト摺動面にベルト非接触部を形成したことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記非接触部は、溝により形成されていることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
前記非接触部は、突条により形成されていることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項４】
前記非接触部は、穴により形成されていることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項５】
前記非接触部は、前記ニップ形成領域以外の画像領域に形成されていることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機やプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関わり、特に加熱ローラと、該加熱ローラに押圧される加圧ローラと、該加圧ローラに対して紙搬送方向上流側に配置され、加圧ローラにテンションバネを介して配設されるベルト張架部材と、前記加圧ローラおよびベルト張架部材の外周に捲着され前記加熱ロールとの間に定着ニップが形成されて移動するベルトとを備えた定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に示すように、熱ローラ型定着装置の構造の単純化、小型化、コスト低減を可能にし、ウォーミングアップ時間を短縮でき、転写材へのストレスを小さくしてカールの発生や皺発生など排出される転写材の変形を抑制できる定着装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
これを図１により説明する。図中、１は加熱ローラ、１ａはハロゲンランプ、１ｂはローラ芯金、１ｃは弾性層、２は加圧ローラ、２ｂはローラ芯金、２ｃは弾性層、３はベルト、４はベルト張架部材、４ａは加熱ローラ当接面、５は転写材、５ａは未定着トナー像、Ｌは押圧部接線を示す。加熱ローラ１と、該加熱ローラに押圧される加圧ローラ２と、該加圧ローラ２に対して紙搬送方向上流側に配置されるベルト張架部材４と、前記加圧ローラ２およびベルト張架部材４の外周に捲着され前記加熱ロール１との間に定着ニップ（当接面）４ａが形成されて移動するベルト３とを備えている。加熱ローラ１は、芯金１ｂの外周に弾性層１ｃが被覆されるとともに内部にハロゲンランプからなる加熱源１ａを有し、図示Ａ方向に回転する。加熱ローラ１の弾性層１ｃには、加圧ローラ２とベルト張架部材４に支持されたベルト３が当接されている。加圧ロール２は芯金２ｂの外周に弾性層２ｃが被覆され、図示Ｂ方向に回転する。紙等の転写材５はＣ方向から進入しＬ方向に排出される。
【特許文献１】特開２００４−４２３４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１のように加圧側にベルトを用いる定着装置において、ベルト３はニップ部Ｎで加熱ローラ１により加熱されて温度上昇するが、ベルト３が一周する間にベルト張架部材４と接触することによりベルト張架部材４に熱が奪われ、再びニップ部Ｎに到達する時には温度が低下してしまう。特に、ウオームアップ直後、加熱ローラ１が定着温度に到達した時点では加熱ローラ１とベルト３の温度差が大きくなっている。このようにベルト温度が低い状態で定着を行おうとすると、ベルト３側から転写材５を十分に昇温するための熱量が不足しているため、加熱ローラ１からの熱量が転写材を昇温するために費やされ、トナーには十分な熱量が与えられなくなる。その結果、トナーは溶融不良となり、転写材との接着力が弱くなり加熱ローラ１表面に持ち去られる、いわゆるオフセット現象が発生してしまう。このような現象を防止するためには、加熱ローラ１が定着温度に到達した後もベルト３が十分に昇温するまで待たねばならず、実際に定着を開始するまでには時間が掛かっていた。
【０００５】
本発明は、上記従来の問題を解決するものであって、加熱ローラと、該加熱ローラに押圧される加圧ローラと、該加圧ローラに対して紙搬送方向上流側に配置され、加圧ローラにテンションバネを介して配設されるベルト張架部材と、前記加圧ローラおよびベルト張架部材の外周に捲着され前記加熱ロールとの間に定着ニップが形成されて移動するベルトとを備えた定着装置において、ウオームアップ時間を短縮するとともに、オフセット現象を防止することができる定着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そのために本発明の定着装置は、加熱ローラと、該加熱ローラに押圧される加圧ローラと、該加圧ローラに対して転写材搬送方向上流側に配置され、加圧ローラにテンションバネを介して配設されるベルト張架部材と、前記加圧ローラおよびベルト張架部材の外周に捲着され前記加熱ロールとの間に定着ニップが形成されて移動するベルトとを備え、前記ベルト張架部材にはニップ形成領域が形成され、該ニップ形成領域以外のベルト摺動面にベルト非接触部を形成したことを特徴とする。
また、前記非接触部は、溝により形成されていることを特徴とする。
また、前記非接触部は、突条により形成されていることを特徴とする。
また、前記非接触部は、穴により形成されていることを特徴とする。
また、前記非接触部は、前記ニップ形成領域以外の画像領域に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ベルト張架部材のニップ形成領域以外のベルト摺動面にベルト非接触部を形成し、部分的にベルトに接触させるようしたので、ベルトとベルト張架部材との接触面積を減少させ、ベルト張架部材への熱の逃げを少なくし、ニップ部入口での温度低下を抑えることができ、その結果、ウオームアップ時間を短縮するとともに、オフセット現象を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図２は本発明の定着装置の１実施形態を示し、図（Ａ）は模式的断面図、図（Ｂ）はベルト張架部材の斜視図である。図中、１は加熱ローラ、１ａはハロゲンランプ、１ｂはローラ芯金、１ｃは弾性層、２は加圧ローラ、２ｂは加圧ローラ芯金、２ｃは弾性層、３はベルト、４はベルト張架部材を示す。
【０００９】
図２（Ａ）において、加熱ローラ１は、例えば加熱源として１０５０Ｗ、２本の柱状ハロゲンランプ１ａを内蔵して図示Ａ方向に回転可能にした加熱部材であり、外径２５ｍｍ程度、肉厚０．７ｍｍ程度のパイプ材をローラ芯金１ｂとして内部に加熱源を配置し、その外周に厚み０．４ｍｍ程度の弾性層１ｃを被覆して形成した加熱側の回転移動体である。
【００１０】
加圧ローラ２は、加熱ローラ１に対向配置し押圧付勢して定着ニップを形成する加圧部材であり、例えば外径２５ｍｍ程度、あるいは２４．８ｍｍと加熱ローラ１のローラ芯金１ｂより外径を小さくし、肉厚０．７ｍｍ程度のパイプ材をローラ芯金２ｂとして、その外周に加熱ローラ１の弾性層より薄く、厚み０．２〜０．３ｍｍ程度の弾性層２ｃを被覆して弾性層を形成することにより、加熱ローラ１の弾性層より硬質な表面とし図示Ｂ方向に回転する回転移動体である。硬質な表面を有する加圧ローラ２として、その表面が加熱ローラ１の弾性層より硬質のものは、ローラ芯金のままでも、またローラ芯金のままでなく表面に弾性層を有するものであってもよい。
【００１１】
ベルト３は、加熱ローラ１と加圧ローラ２との間に挟持されて加圧ローラ２とベルト張架部材４の外周に張架され移動可能になったエンドレスのベルトであり、０．０３ｍｍ以上の厚みを有する。材質は、ウオームアップ時間短縮の観点からポリイミドチューブやシリコン等の耐熱樹脂やゴム等が好ましいが、ステンレス基材やニッケル電鋳管等からなる金属ベルトでもよい。
【００１２】
加圧ローラ２の両端とベルト張架部材４の両端にはテンションバネ（図示せず）が配設され、これによりベルト張架部材４を矢印Ｔ方向に付勢し、ベルト３にベルト張力を付与し、加圧ローラ２がＢ方向に回転するので、ベルト張架部材４には加熱ローラ１への押圧力を生じさせている。
【００１３】
本実施形態の定着装置では、加圧ローラ２とベルト張架部材４との協動によりベルト３に張力を付与してベルト３を張架すると共に、ベルト３を加熱ローラ１に巻き付け定着ニップＮを形成して、この定着ニップＮに未定着トナー像を形成した転写材を通過させて定着する構造になっている。加熱ローラ１と加圧ローラ２の圧接力は１０ｋｇ以下、ニップ幅は全体として１０ｍｍ程度で構成すると共に、図示矢印方向に回転可能にしている。
【００１４】
本実施形態においては、加熱ローラ１の内部に２本の加熱源１ａを内蔵しており、このハロゲンランプの発熱エレメントを異なった配置に構成して選択的に点灯すると、後述するベルト３が加熱ローラ１に巻き付いた定着ニップ部位とベルト張架部材４が加熱ローラ１に摺動する部位のような、また、幅の広い転写材と幅の狭い転写材とのように異なった条件下での温度コントロールを容易に行うことができる。
【００１５】
本来、定着ニップに未定着トナー像を形成した転写材を通過させて定着すると、転写材は、加熱ローラ１の外周に沿って変形するカール習性が付与されて加熱ローラ１側に巻き付きやすくなるものである。本実施形態によれば、加熱ローラ１および加圧ローラ２の外径を２５ｍｍ程度の小径に構成しているため、定着後の転写材が加熱ローラ１またはベルト３に巻き付くこともなく、転写材を強制的に剥がすための剥離爪や剥離板などの手段を不要にしている。
【００１６】
また、加圧ローラ２において、軸方向端部の外径が中央部より大きい逆クラウン形状になっていると、中央に比べて端部の周速が速くなるため、転写材が加熱ローラ１と加圧ローラ２との間に形成されるニップ部Ｎを通過する際に、両端方向に引っ張る力が作用し、しわの発生を防止することができる。
【００１７】
さらに、加熱ローラ１の表面に被覆した弾性層に比べて硬質な表面を有する加圧ローラ２を加熱ローラ１に対向配置して押圧付勢すると、加熱ローラ１の弾性層が弾性変形して凹み凹状の定着ニップが形成される。加熱ローラ１が凹状の定着ニップが形成されると、転写材上に形成した未定着トナー像を定着し定着ニップを通過した転写材に対し、自らの復帰力（通称これを転写材の腰と称す）と、加熱ローラ１の表面に被覆した弾性層よりも硬質な加圧ローラ２の押圧によって、加熱ローラ１の弾性層を転写材を加熱ローラ１から離れる方向に弾性変形させ、定着ニップの出口で加熱ローラ１とは反対側にカール習性を付与することができる。
【００１８】
しかも、加圧ローラ２と加熱ローラ１の硬質度バランスと押圧力によって、ベルト３の移動方向に関して、転写材に付与されるカール習性の程度を、加熱ローラ１に巻き付くことなく加熱ローラ１から離れる方向に容易に調整可能である。これらにより、定着後の転写材は、加熱ローラ１、ベルト３に巻き付くことなく、強制的に剥がすための剥離手段をなくすことができ、極めて安定した画像定着が可能となる。さらに、加熱ローラ１の弾性層１ｃの表層に約３０μｍのＰＦＡ（ペルオキシ−アルコキシ−フッソ樹脂）層を設ければ、その分だけ剛性が向上すると共に、転写材５、トナーの剥離性をよくすることができる。
【００１９】
ベルト３は、対向する加熱ローラ１の表層に対する影響や転写材への両面定着時にトナー像面と接触する影響などを考慮すると、例えばＰＦＡやシリコンなどのゴム質材を表層とするのもよい。ウォーミングアップにより加熱ローラ１が所定の温度まで加熱されると、それに伴ってベルト３、加圧ローラ２、ベルト張架部材４も所定の温度に上昇して蓄熱される。熱伝導率の高い部材をベルト３、加圧ローラ２、ベルト張架部材４に用いると、転写材５上のトナー像の定着により、ベルト３が定着ニップで転写材に奪われた熱を加圧ローラ２、ベルト張架部材４からベルト３に効率よく戻すことができるので、特に、連続して複数枚の転写材を通し定着を行う場合にベルト３の温度低下を抑えることができる。
【００２０】
ベルト張架部材４は、加熱ローラ１と加圧ローラ２のニップ部よりも転写材５の搬送方向上流側に配設されるとともに、例えば加圧ローラ２の回転軸を中心として加熱ローラ１の回転中心方向に揺動可能に配設されている。ベルト張架部材４は、転写材が定着ニップを非通過の状態において転写材が定着ニップに進入する初期位置でベルト３を加熱ローラ１の接線方向に張架する構成にしている。すなわち、ベルト張架部材４の一方の端部には、加熱ローラ１とニップ部を形成するニップ形成領域４ａが形成されている。ベルト張架部材の材質としては、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等の耐熱樹脂を用いることができるが、特にＰＰＳが耐熱性、加工性に優れるため好ましい。
【００２１】
転写材が定着ニップＮに進入する初期位置で定着圧力が大きいと転写材の進入がスムーズに行われなくて、転写材先端が折れた状態で定着される場合があるが、ベルト３をベルト張架部材４により転写材の搬送方向上流側で加熱ローラ１の接線方向に張架する構成にすると、転写材の進入がスムーズに成される導入口部が形成でき、安定した転写材の進入を可能にする。また、転写材が定着ニップＮから排出する終了位置で定着圧力が大きいと、転写材が進入して定着ニップで加熱されてから終了位置で最後に大きい定着圧力が加えられるので、安定した定着が実現できると共に、加熱ローラ１側が凹状になり曲率が大きくなるため、転写材が加熱ローラ１に巻き付きにくく、加熱ローラ１から剥離しやすくなる。
【００２２】
ベルト張架部材４が、非通紙時には加熱ローラ１を押圧せず、通紙時にのみ加熱ローラ１を押圧する構造にすると、非通紙時にはベルト３とベルト張架部材４との間にギャップが形成され、そのギャップが断熱層となって加熱ローラ１からベルト３を介して奪い取る熱量を小さくすることができるため、ウォーミングアップ時間を短縮することができる。そして、転写材が定着ニップを通過する時、ベルト３とベルト張架部材４との間のギャップがなくなり、転写材５が定着ニップ部においてベルト３に押圧され、加熱ローラ１に押圧されることにより、安定した定着が可能になる。このとき、押圧力を所望の圧力に調整すると、適正な定着を達成することができる。
【００２３】
さらに、ベルト張架部材４は、ベルト３の内周に嵌挿して加圧ローラ２と協働してベルト３に張力を付与すると共に、ベルト３を加熱ローラ１に巻き付けてニップを形成する位置に配置した、略半月状のベルト摺動部材（ベルト３はベルト張架部材４上を摺動する）としている。ベルト張架部材４の構成は、アルミニューム合金などの金属製であっても良いが、好ましくはウォーミングアップ時間の短縮の観点から熱伝導度が低いプラスチック製で構成するのがよく、さらに好ましい条件としては、このプラスチック製のベルト摺動部材の表面に熱伝導性を向上させる目的で銅メッキやニッケルメッキあるいは蒸着などの金属被覆処理を施し、また、軸方向長さを加熱ローラ１の弾性層被覆部の軸方向長さより短くすると、小さな熱容量のもとで熱応答性に優れた特性をさらに発揮させることができる。
【００２４】
次に、図２（Ｂ）をも参照しつつ本発明の特徴について説明する。本実施形態においては、ベルト張架部材４のニップ形成領域４ａ以外のベルト摺動面にベルト搬送方向と直角方向に間隔を置いて複数の溝からなるベルト非接触部４ｂを形成し、ベルトが部分的にベルトに接触させるようしたので、ベルトとベルト張架部材との接触面積を減少させ、ベルト張架部材への熱の逃げを少なくし、ニップ部入口での温度低下を抑えることができ、その結果、ウオームアップ時間を短縮するとともに、オフセット現象を防止することができる。
【００２５】
図３および図４は、ベルト張架部材に形成するベルト非接触部の他の実施形態を示す斜視図である。図３（Ａ）の実施形態においては、ベルト張架部材４のニップ形成領域４ａ以外のベルト摺動面にベルト搬送方向に平行に間隔を置いて複数の溝からなるベルト非接触部４ｂを形成している。図３（Ｂ）の実施形態においては、ベルト張架部材４のニップ形成領域４ａ以外のベルト摺動面にベルト搬送方向と直角方向に間隔を置いて複数の突条からなるベルト非接触部４ｂを形成している。図３（Ｃ）の実施形態においては、ベルト張架部材４のニップ形成領域４ａ以外のベルト摺動面にベルト搬送方向と平行に間隔を置いて複数の突条からなるベルト非接触部４ｂを形成している。図４（Ａ）の実施形態においては、ベルト張架部材４のニップ形成領域４ａ以外のベルト摺動面に複数の穴からなるベルト非接触部４ｂを形成している。
【００２６】
図４（Ｂ）の実施形態においては、ベルト張架部材４のニップ形成領域４ａ以外のベルト摺動面の画像領域を切り欠いてベルト非接触部４ｂを形成し、ベルトが非画像領域でのみ接触するようにしている。本実施形態によれば、ベルト接触部が非画像領域にあるため、画像領域内で接触部と非接触部による熱伝導度の差によって生じる温度ムラが発生することがなくなり、グロスや定着率などの定着特性を面内で均一にすることができる。
【００２７】
〔実施例１〕
図２の定着装置を使用
加熱ローラ：芯金肉厚０．５ｍｍ、弾性体厚み０．４ｍｍ、外径２７ｍｍ
加圧ローラ：芯金肉厚０．５ｍｍ、弾性体厚み０．３ｍｍ、外径２７ｍｍ
ハロゲンランプ：中央部用と端部用２本使用、消費電力合計１０５０Ｗ
加熱ローラと加圧ローラの圧接力：１０ｋｇ
ローラと張架部材によるニップ幅の合計：２０ｍｍ
ベルト材質：ポリイミド、厚さ０．１ｍｍ、離型層０．０１ｍｍ
条件（１）図１のベルト張架部材（全面でベルトと接触する）
条件（２）図２のベルト張架部材でベルト接触部に幅１．５ｍｍの溝を２ｍｍ間隔で形成したものについてウオームアップ時の加熱ローラの温度測定結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
2006071975.tif 000003
【００２９】
この結果により、本発明の効果でベルト張架部材への熱の逃げが防止され加熱効率が向上したことが判明された。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】従来の定着装置の例を示す模式図である。
【図２】本発明の定着装置の１実施形態を示し、図（Ａ）は模式的断面図、図（Ｂ）はベルト張架部材の斜視図である。
【図３】本発明に係わるベルト張架部材の他の実施形態を示す斜視図である。
【図４】本発明に係わるベルト張架部材の他の実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…加熱ローラ、２…加圧ローラ、３…ベルト、４…ベルト張架部材
４ａ…ニップ形成領域、４ｂ…ベルト非接触部
【図１】
2006071975.tif 000004
【図２】
2006071975.tif 000005
【図３】
2006071975.tif 000006
【図４】
2006071975.tif 000007