(57)【要約】【課題】ウオームアップ時間の短縮と定着性の向上を両立させる。【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転写材搬送方向上流側に配置され、加圧ローラより小径のベルト張架部材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とを備えた定着装置において、前記ベルト張架部材４にテンション力を軸方向全体にわたって付与し撓みを防止する撓み矯正部材１３を配設した構成。【選択図】図２
2006071976.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、加圧ローラより小径のベルト張架部材と、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、前記ベルト張架部材にテンション力を軸方向全体にわたって付与し撓みを防止する撓み矯正部材を配設したことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記撓み矯正部材にはベルト張架部材側に複数の支持部が突出するように形成され、ベルト張架部材に対して部分的に接触するように構成したことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
前記支持部の高さは、端部から中央部に向かうに従い高くなるように形成したことを特徴とする請求項２記載の定着装置。
【請求項４】
前記支持部の先端部は、高い摺動性を有する樹脂材料で形成されていることを特徴とする請求項２記載の定着装置。
【請求項５】
前記撓み矯正部材の支持部と反対側の面にベルトガイド部を備えることを特徴とする請求項２記載の定着装置。
【請求項６】
前記ベルトガイド部は部分的にベルトに接触することを特徴とする請求項５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はベルト張架ローラ、５は転写材、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に対して転写材搬送方向上流側に配置されるベルト張架ローラ４と、前記加圧ローラ２およびベルト張架ローラ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、ウオームアップ時あるいはスタンバイ時にベルト３に与えられた熱量は、ベルト表面から空気中への自然放熱やベルト張架ローラ４との接触によって奪われる。そのため、加熱効率を向上してウオームアップ時間を短縮するためには、ベルト内部の加圧ローラ２やベルト張架ローラ４を小径化してベルトの周長をできるだけ短くし、かつ前記ローラに断熱性を有する材料を用いることが望ましい。ところが、加圧ローラ２やベルト張架ローラ４を小径にして断熱性を有する材料で構成すると、強度が低下してローラに撓みが生じ、ベルトがたるんでベルトの駆動やニップ内の紙の挙動が不安定になったり、軸方向で圧力ムラが生じてグロスや定着率などの画質が不均一になるという問題が生じるため、ウオームアップ時間の短縮と定着性の向上を両立させることは困難であった。
【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転写材搬送方向上流側に配置され、加圧ローラより小径のベルト張架部材と、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の短縮と定着性の向上を両立させ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、加圧ローラより小径のベルト張架部材と、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、前記ベルト張架部材にテンション力を軸方向全体にわたって付与し撓みを防止する撓み矯正部材を配設したことを特徴とする。
また、前記撓み矯正部材にはベルト張架部材側に複数の支持部が突出するように形成され、ベルト張架部材に対して部分的に接触するように構成したことを特徴とする。
また、前記支持部の高さは、端部から中央部に向かうに従い高くなるように形成したことを特徴とする。
また、前記支持部の先端部は、高い摺動性を有する樹脂材料で形成されていることを特徴とする。
また、前記撓み矯正部材の支持部と反対側の面にベルトガイド部を備えることを特徴とする。
また、前記ベルトガイド部は部分的にベルトに接触することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、耐熱樹脂により成形された、加圧ローラより小径のベルト張架部材を用いるので、ベルト周長を短くすることができ、ベルト表面から空気中への放熱を抑えることができる。また、ベルト張架部材の熱容量が小さく、ベルト張架部材とベルトの接触面積も小さいため、ベルトはベルト張架部材に熱を奪われにくくなり、加熱効率が向上してウオームアップ時間を短縮することができる。また、ベルト張架部材にテンション力を軸方向全体にわたって付与し、撓みを防止する矯正部材を配置したので、ベルト張架部材の押圧力を軸方向で均一にすることができグロスや定着率などの画質を向上させることができる。
【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および図３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）は図（Ａ）のＢ−Ｂ線で切断し矢印方向に見た断面図、図３は図２の撓み矯正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、ポリイミドチューブやシリコン等の耐熱樹脂やゴム等でもよいが、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が好ましい。
【００１２】
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。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。
【００１３】
加圧ローラ２の両端の軸２ａは、定着装置の本体フレーム７に軸受９を介して回動自在に支持されている。また、本実施形態のベルト張架部材４はローラであり、その両端の軸４ａは、可動フレーム１０に軸受１１を介して回動自在に支持されている。本体フレーム７には、加圧ローラ２の軸方向にフランジ７ａが形成されており、フランジ７ａと可動フレーム１０との間にテンションバネ１２が配設されている。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Ｐを生じさせている。
【００１４】
ベルト張架部材４と加圧ローラ２との間で、ベルト張架部材４には撓み矯正部材１３が当接するように配設されている。撓み矯正部材１３の両端は矯正バネ１４を介してフランジ７ａに支持されている。撓み矯正部材１３には、図３に詳細に示すように、ベルト張架部材４側にローラと同じ曲率を有する複数の支持部１３ａが突出するように形成されている。この突出する支持部１３ａの高さは、端部から中央部に向かうに従い高くなるようにしている。
【００１５】
撓み矯正部材１３の材質は、鉄、アルミ、ステンレス等の金属や合金、セラミック等の剛性を有する材料を用いることができるが、ここでは軽量かつ剛性のあるアルミを用いた支持部１３ａの先端部、すなわちベルト張架部材４との接触部には、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＰＳ、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂等を用いることができるが、特に摺動性に優れるＰＴＦＥが好ましい。
【００１６】
これにより、ベルト張架部材４にテンション力を軸方向全体にわたって付与し撓みを防止することができ、ベルト張架部材４の押圧力Ｐを軸方向で均一にすることができグロスや定着率などの画質を向上させることができる。また、撓み矯正部材１３とベルト張架部材４の接触面積が小さいため、ベルト張架部材４から撓み矯正部材１３への熱に逃げを極力小さくすることができ、加熱効率が向上してウオームアップ時間を短縮することができる。また、突出する支持部１３ａの高さを、端部から中央部に向かうに従い高くなるようにしているので、撓み矯正部材１３が撓んだ状態でもベルト張架部材４の押圧力を軸方向で均一にすることができる。また、支持部１３ａの先端部が摺動性が高い樹脂材料で構成されているため、ベルト張架部材４と撓み矯正部材１３との間の摩擦抵抗が小さくなって駆動トルクを軽減することができ、小型、低出力のモータを使用することができるので、装置の小型化・低コスト化を実現することができる。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
次に、図４ないし図７により本発明の定着装置の他の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、前記実施形態と同一の構成については同一番号を付して説明を省略する。図４は図２（Ｂ）と同様の断面図であり、本実施形態においては、テンションバネ１２をフランジ７ａと撓み矯正部材１３との間に装着し、一つのテンションバネ１２により撓み矯正部材１３とベルト張架部材４にテンションを付与するようにしている。
【００２７】
図５（Ａ）は模式的断面図、図５（Ｂ）は撓み矯正部材の斜視図である。図３の実施形態においては撓み矯正部材１３の支持部１３ａをベルト張架部材４であるローラの回転方向に形成しているが、本実施形態においては、撓み矯正部材１３の支持部１３ａをベルト張架部材４であるローラの回転方向と直角方向に形成している
【００２８】
図６（Ａ）は模式的断面図、図６（Ｂ）は撓み矯正部材の斜視図である。本実施形態においては、撓み矯正部材１３の支持部１３ａとは反対側の面に、複数のベルトガイド部１３ｂをベルト搬送方向に平行に形成し、ベルト３が部分的にベルトガイド部１３ｂに接触するようにしている。
【００２９】
図７は模式的断面図である。本実施形態においては、ベルト張架部材４を断面Ｃ字刑形の固定部材とし、Ｃ字状の凹部に撓み矯正部材１３を嵌合させるようにしている。
【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）は図（Ａ）のＢ−Ｂ線で切断し矢印方向に見た断面図である。
【図３】図２の撓み矯正部材の斜視図である。
【図４】本発明の定着装置の他の実施形態を示す図である。
【図５】本発明の定着装置の他の実施形態を示す図である。
【図６】本発明の定着装置の他の実施形態を示す図である。
【図７】本発明の定着装置の他の実施形態を示す図である。
【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
１３…撓み矯正部材、１３ａ…支持部
【図１】
2006071976.tif 000003
【図２】
2006071976.tif 000004
【図３】
2006071976.tif 000005
【図４】
2006071976.tif 000006
【図５】
2006071976.tif 000007
【図６】
2006071976.tif 000008
【図７】
2006071976.tif 000009