(57)【要約】【課題】  ニップ内の空気の膨張や水蒸気の発生によるトナー像の乱れを防止しながら、トナー像を定着可能な所謂ベルトニップ方式の定着装置を提供する。【解決手段】  エンドレスベルト５５を介して加熱定着ロール４１に圧接力を付与し、当該圧接力が付与された位置がニップ開始位置Ａとなるように構成される圧力補助ロール５１が、エンドレスベルト５５の内側且つ圧力ロール５２のエンドレスベルト５５回転方向Ｖ’上流に配置され、エンドレスベルト５５を張架する２以上の張架ロール５３，５４のうち、圧力補助ロール５１のエンドレスベルト５５回転方向Ｖ’上流１つ目に位置する張架ロール５４が、ニップ開始位置Ａにおける加熱定着ロール４１表面の接線Ｃに対して加熱定着ロール４１表面から離れる方向への、ニップ開始位置Ａ近傍の圧力補助ロール５１の弾性体表面を変形させるテンションをエンドレスベルト５５に与えるように構成されてなる定着装置。【選択図】  図１
2006267860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面近傍に弾性体層を有し、回転可能に支持された加熱定着ロールと、
外周面が前記加熱定着ロールに接触して回転し、トナー像を担持した記録シートが前記加熱定着ロールとの間に挟み込まれるニップを形成する無端状のエンドレスベルトと、
前記エンドレスベルトの内側に配置され、前記エンドレスベルトを介して前記加熱定着ロールの表面を押圧する圧力ロールと、
前記エンドレスベルトの内側且つ前記圧力ロールのエンドレスベルト回転方向上流に配置され、その表面が前記加熱定着ロール表面より低硬度の弾性体からなり、前記エンドレスベルトを介して前記加熱定着ロールに圧接力を付与し、当該圧接力が付与された位置が前記ニップの開始位置となるように構成される圧力補助ロールと、
前記エンドレスベルトの内側で、前記圧力ロールのエンドレスベルト回転方向下流且つ前記圧力補助ロールのエンドレスベルト回転方向上流に配置され、前記加熱定着ロールに圧接力を付与せず前記エンドレスベルトを張架する２以上の張架ロールと、
を含み、前記２以上の張架ロールのうち、前記圧力補助ロールのエンドレスベルト回転方向上流１つ目に位置する張架ロールが、前記ニップ開始位置における加熱定着ロール表面の接線に対して該加熱定着ロール表面から離れる方向への、前記ニップ開始位置近傍の前記圧力補助ロールの弾性体表面を変形させるテンションを前記エンドレスベルトに与えるように構成されてなることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記加熱定着ロール表面の接線と、前記エンドレスベルトの前記張架ロールによりテンションが掛けられた領域との成す角が、１０°〜６０°の範囲であ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】
回転可能に支持された加熱ロールと、
表面付近に弾性体層を有し前記加熱ロールを含む複数のロールに張架され、前記加熱ロールの回転によって回転する無端状の定着ベルトと、
該定着ベルトにおける前記加熱ロールが内周面に当接する部位の外周面に、外周面が接触して回転し、トナー像を担持した記録シートが前記定着ベルトとの間に挟み込まれるニップを形成するエンドレスベルトと、
前記エンドレスベルトの内側に配置され、前記エンドレスベルトおよび前記定着ベルトを介して前記加熱ロールの表面を押圧する圧力ロールと、
前記エンドレスベルトの内側且つ前記圧力ロールのエンドレスベルト回転方向上流に配置され、その表面が前記加熱ロール表面より低硬度の弾性体からなり、前記エンドレスベルトおよび前記定着ベルトを介して前記加熱ロールに圧接力を付与し、当該圧接力が付与された位置が前記ニップの開始位置となるように構成される圧力補助ロールと、
前記エンドレスベルトの内側で、前記圧力ロールのエンドレスベルト回転方向下流且つ前記圧力補助ロールのエンドレスベルト回転方向上流に配置され、前記加熱ロールに圧接力を付与せず前記エンドレスベルトを張架する２以上の張架ロールと、
を含み、前記２以上の張架ロールのうち、前記圧力補助ロールのエンドレスベルト回転方向上流１つ目に位置する張架ロールが、前記ニップ開始位置における加熱ロール表面の接線に対して該加熱ロール表面から離れる方向への、前記ニップ開始位置近傍の前記圧力補助ロールの弾性体表面を変形させるテンションを前記エンドレスベルトに与えるように構成されてなることを特徴とする定着装置。
【請求項４】
前記加熱ロール表面の接線と、前記エンドレスベルトの前記張架ロールによりテンションが掛けられた領域との成す角が、１０°〜６０°の範囲であることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複写機、プリンター、ファクシミリなどの電子写真方式を利用した画像形成装置において、未定着トナー像を加熱定着するための定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電子写真方式を利用した画像形成装置において、未定着トナー像を加熱定着するために、加熱ロールと加圧ロールとから構成される２ロール方式の定着装置が用いられている。当該方式の定着装置は、簡便かつ低コストで小型化が容易であることから多用されている。しかし、加熱定着に有効なニップ幅を広く取ることができず、近年要求されている高速化には対応できないものであった。
【０００３】
これに対して、ニップ幅を広めに取ることができ、高速化に対応する定着装置として、ベルトニップ方式が採用されている。図４に、従来のベルトニップ方式の定着装置の概略構成図を示す。図４において、符号１０１は回転可能に配置された加熱定着ロールである。この加熱定着ロール１０１は、アルミニウムなどの熱伝導率の高い金属で形成された円筒状のコア１０３を有し、その表面に弾性体からなる被覆層１０４を形成したものである。被覆層１０４は、コア１０３の表面に直接被覆されたＨＴＶ（Ｈｉｇｈ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｖｕｌｃａｎｉｚａｔｉｏｎ）シリコーンゴムからなる下地層１２０と、その外側に被覆されたＲＴＶ（Ｒｏｏｍ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｖｕｌｃａｎｉｚａｔｉｏｎ）シリコーンゴムからなるトップコート層１２１とを積層したものである。
【０００４】
コア１０３の内部には、加熱源としてハロゲンランプ１０５が配置されている。また、加熱定着ロール１０１の表面には温度センサ１０６が配置され、この表面の温度を計測する。そして、温度センサ１０６の計測信号により、図示しない温度コントローラが作動してハロゲンランプ１０５の点滅が制御されて、加熱定着ロール１０１の表面が所定の温度に調節されるようになっている。
【０００５】
さらにこの定着装置においては、圧力ロール１２５が、圧縮コイルスプリング１２６によって加熱定着ロール１０１に対して押圧されている。また、加熱定着ロール１０１に向けて圧力補助ロール１２９が押圧されている。そして、圧力ロール１２５および圧力補助ロール１２９の周囲には、ロール１２２，１２３，１２４が配置されており、ロール１２２，１２３，１２４、圧力ロール１２５、圧力補助ロール１２９の周囲にはエンドレスベルト１１５が巻回されている。
【０００６】
圧力ロール１２５および圧力補助ロール１２９が加熱定着ロール１０１に対して圧接させられていることによって、エンドレスベルト１１５は加熱定着ロール１０１に接触して、加熱定着ロール１０１とエンドレスベルト１１５との間が、シート１０７を通過させるためのニップ（ベルトニップ）となる。そして加熱定着ロール１０１およびエンドレスベルト１１５が、矢印に示すように回転すると共に、シート１０７が回転する加熱定着ロール１０１とエンドレスベルト１１５との間に搬送され、このシート１０７がニップを通過する際に、ニップに作用する圧力とハロゲンランプ１０５から加熱定着ロール１０１を通じて与えられる熱とにより未定着のトナー１０８がシート１０７表面に定着されるようになっている。
【０００７】
このようなベルトニップ方式の構成を採用することにより、シート１０７がニップ幅（図示の例では圧力ロール１２５と圧力補助ロール１２９で押さえられているベルトの長さ）に対応する時間加熱されるようになるので、加熱定着ロール１０１と圧力ロール１２５のみを圧接させてエンドレスベルト１１５を使用しない場合に比べると、シート１０７の搬送速度を大きくしても十分な定着時間を確保することが可能になるという利点がある。また、同じ搬送速度であれば、ベルトニップ方式の方が、エンドレスベルト１１５を使用しない方式よりも加熱時間が長くなり、より多量の熱をトナーに与えることができるため、ベルトニップ方式は特に多層のトナーを所望の色に発色させるカラー複写機の定着に適している。
【０００８】
しかしながら、前述のベルトニップ方式の定着装置には、次のような問題があった。
すなわち、トナー１０８として、現在主流となっている熱融着式のトナーを利用した場合には、シート１０７を必ず加熱してトナー１０８をシート１０７に融着させなければならないが、この加熱の際には暖まったシート１０７の繊維の間隙やトナー粒子の間隙から空気が熱膨張したり水蒸気が蒸発してくる。このような空気や水蒸気は、シート１０７がニップ内で加熱されることにより発生し、シート１０７がニップを通過するまでニップ内、具体的にはシート１０７と加熱定着ロール１０１またはエンドレスベルト１１５との間に気泡となって介在し、シート１０７がニップを通過し終えると同時に外部に排出される。
【０００９】
図５に、ニップ領域内の加熱定着ロール１０１の周方向位置によるニップ圧分布（圧力プロファイル）を示す。図５に示されるように、このニップ領域内では、圧力ロール１２５による押圧部と圧力補助ロール１２９による押圧部との間に、圧接力の小さい領域が広く存在しており、この領域に気泡が介在すると、加熱定着ロール１０１とエンドレスベルト１１５との間にギャップが生じることがある。このようなギャップが生じると、ニップ内にあるシート１０７上のトナー１０８がまだ全て定着していない状態では、未定着のトナー１０８が、気泡が動き回ることによって移動してしまうことがある。このため、トナー画像のズレや乱れが発生するという問題点がある。
【００１０】
これは、図６に示される定着装置のように、圧力補助ロール１２９’を大径化し、且つ、弾性層厚みを大きく、硬度を下げることにより、加熱定着ロールに当てつけた時の圧力補助ロール１２９’によるニップ圧が作用している領域（押圧部）の幅を大きくすることで改善される。図６に示される定着装置におけるニップ領域内のニップ圧分布（圧力プロファイル）を図７に示す。図６に示されるような構成を採ることにより、ベルトニップ領域の押圧部を、周方向に幅広く形成することが可能となり、ニップ内で加圧力が小さくなる部分を少なくすることが出来る。従って、シートやトナー粒子間に含まれる空気や水蒸気の熱膨張による画像ズレを抑制することが出来る。
【００１１】
一方、圧力補助ロールの代わりに、加熱定着ロールの外形を反転させた形状を持つ弾性パッドを用いても、同様の効果が得られる。しかし、パッドを用いた構成では、高速定着に対応するために押圧力を大きくすると、エンドレスベルト１１５とパッドとの摺動抵抗が増大することにより、定着時におけるトナー１０８が加熱定着ロール１０１から受ける剪断力が大きくなることによる画像のニジミやズレなどが発生したり、加熱定着ロール１０１の回転に必要なトルクが大きくなることによるモータなどの装置の大型化を招いたり等の不具合がある。このため、より高速度の定着装置を得るためには、パッドよりもロール状の圧力補助部材を用いることが望まれる。
【００１２】
しかしながら、前述のベルトニップ方式の定着装置には、以下のような問題がある。すなわち、圧力ロール１２５による押圧部と圧力補助ロール１２９による押圧部との間の圧接力の小さい領域を小さくするために、圧力補助ロール１２９と圧力ロール１２５との軸間距離を近付ける必要がある。そのためには、圧力補助ロールの弾性層厚みをなるべく大きくする必要がある。しかし、装置のレイアウト上、圧力補助ロールの外径を無制限に大きく出来ないことから、その芯金の直径が全体のロール外径に対して相対的に小さくせざるを得ない（すなわち、小径の芯金に厚膜の弾性層を形成した圧力補助ロールとせざるを得ない。）。このような圧力補助ロールのニップ圧のプロファイルは、ニップ両端部の圧力が小さくなってしまう。
【００１３】
図８に、芯金が同径で大小２つの圧力補助ロールを例示し、それらにより形成されるニップの圧力プロファイルを示す。図８に示されように、最大の加圧力の値を一致させた時の大小両径の圧力補助ロールの圧力プロファイルを比較した場合、大径ロールＡのニップの入口／出口付近は、（１）ロール外形が円弧形状であり、ニップ入口／出口付近の変形が中央部の変形よりも小さい、（２）芯金から距離が大きいニップ入口／出口付近ではゴムの変形が大きいため、芯金からの押圧力が逃げる、という理由により、加圧力が小さくなる。
これにより、シート１０７とトナー１０８とが接触し、シートやトナー粒子間に含まれる空気や水蒸気の熱膨張が開始された時点における加圧力が小さいため、半溶融状態のトナー（この時点ではシートとトナーは十分に接着していない）が移動し、画像ズレや乱れなどが発生するという問題点がある。
【００１４】
【特許文献１】特開平０８−１６６７３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
この発明は、上記課題を考慮してなされたものであり、その目的は、所謂ベルトニップ方式の定着装置において、ニップ（ベルトニップ）内の空気の膨張や水蒸気の発生によるトナー像の乱れを防止しながら、トナー像を定着することができる定着装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を達成するため、本発明の定着装置は、表面近傍に弾性体層を有し、回転可能に支持された加熱定着ロールと、
外周面が前記加熱定着ロールに接触して回転し、トナー像を担持した記録シートが前記加熱定着ロールとの間に挟み込まれるニップを形成する無端状のエンドレスベルトと、
前記エンドレスベルトの内側に配置され、前記エンドレスベルトを介して前記加熱定着ロールの表面を押圧する圧力ロールと、
前記エンドレスベルトの内側且つ前記圧力ロールのエンドレスベルト回転方向上流に配置され、その表面が前記加熱定着ロール表面より低硬度の弾性体からなり、前記エンドレスベルトを介して前記加熱定着ロールに圧接力を付与し、当該圧接力が付与された位置が前記ニップの開始位置となるように構成される圧力補助ロールと、
前記エンドレスベルトの内側で、前記圧力ロールのエンドレスベルト回転方向下流且つ前記圧力補助ロールのエンドレスベルト回転方向上流に配置され、前記加熱定着ロールに圧接力を付与せず前記エンドレスベルトを張架する２以上の張架ロールと、
を含み、前記２以上の張架ロールのうち、前記圧力補助ロールのエンドレスベルト回転方向上流１つ目に位置する張架ロールが、前記ニップ開始位置における加熱定着ロール表面の接線に対して該加熱定着ロール表面から離れる方向への、前記ニップ開始位置近傍の前記圧力補助ロールの弾性体表面を変形させるテンションを前記エンドレスベルトに与えるように構成されてなることを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、前記ニップ開始位置において、前記エンドレスベルトに前記加熱定着ロール表面から離れる方向へのテンションを与えているため、前記ニップ開始位置近傍の前記圧力補助ロールの弾性体表面が前記加熱定着ロール表面から離れる方向に変形する。
【００１８】
これにより、圧力補助ロールのプロセス方向（エンドレスベルト回転方向）の加圧プロファイルも変化し、圧力開始位置がニップ中央部に移動する。一方、ニップ中央付近においては、エンドレスベルトの上記テンションにより発生するロール表面を変形させる力よりも、前記加熱ロールに対する圧力補助ロールの圧接力の方が遙かに大きいため、ニップ中央部付近の圧力プロファイルは変化しない。これらの関係より、ニップ入口近傍の圧力補助ロールの加圧力の立ち上がりが急峻になり、ニップ入口における低加圧部分が小さくなる。この作用によって、半溶融状態のトナーの移動が規制され、画像ズレなどの発生が防止される。
【００１９】
また、本発明の構成は、圧力補助ロールに関する改善であるため、対向する部材の形態によらず効果を発揮する。すなわち、加熱定着ロールとエンドレスベルトの組み合わせだけではなく、加熱定着ロールに張架されたエンドレスベルトと、そのエンドレスベルトとニップを形成するエンドレスベルトを有する、所謂２ベルト構成であっても、同様の効果が発揮される。以下、前者（ロール−ベルトニップ方式）の定着装置を第１の本発明と称し、後者（ベルト−ベルトニップ方式）の定着装置を第２の本発明と称する。
【００２０】
詳しくは、第２の本発明の定着装置は、回転可能に支持された加熱ロールと、
表面付近に弾性体層を有し前記加熱ロールを含む複数のロールに張架され、前記加熱ロールの回転によって回転する無端状の定着ベルトと、
該定着ベルトにおける前記加熱ロールが内周面に当接する部位の外周面に、外周面が接触して回転し、トナー像を担持した記録シートが前記定着ベルトとの間に挟み込まれるニップを形成するエンドレスベルトと、
前記エンドレスベルトの内側に配置され、前記エンドレスベルトおよび前記定着ベルトを介して前記加熱ロールの表面を押圧する圧力ロールと、
前記エンドレスベルトの内側且つ前記圧力ロールのエンドレスベルト回転方向上流に配置され、その表面が前記加熱ロール表面より低硬度の弾性体からなり、前記エンドレスベルトおよび前記定着ベルトを介して前記加熱ロールに圧接力を付与し、当該圧接力が付与された位置が前記ニップの開始位置となるように構成される圧力補助ロールと、
前記エンドレスベルトの内側で、前記圧力ロールのエンドレスベルト回転方向下流且つ前記圧力補助ロールのエンドレスベルト回転方向上流に配置され、前記加熱ロールに圧接力を付与せず前記エンドレスベルトを張架する２以上の張架ロールと、
を含み、前記２以上の張架ロールのうち、前記圧力補助ロールのエンドレスベルト回転方向上流１つ目に位置する張架ロールが、前記ニップ開始位置における加熱ロール表面の接線に対して該加熱ロール表面から離れる方向への、前記ニップ開始位置近傍の前記圧力補助ロールの弾性体表面を変形させるテンションを前記エンドレスベルトに与えるように構成されてなることを特徴とする。
【００２１】
本発明（以下、単に「本発明」という場合には、第１の本発明と第２の本発明の双方を指すものとする。）において、前記加熱定着ロール（第１の本発明の場合）あるいは前記加熱ロール（第２の本発明の場合）表面の接線と、前記エンドレスベルトの前記張架ロールによりテンションが掛けられた領域との成す角としては、１０°〜６０°の範囲であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の定着装置によれば、ニップ（ベルトニップ）開始位置における加熱定着ロール表面の接線に対して該加熱定着ロール表面から離れる方向への、前記ニップ開始位置近傍の圧力補助ロールの弾性体表面を変形させるテンションをエンドレスベルトに与えるように構成されているため、圧力補助ロールの押圧力の立ち上がりが急峻となり、加熱開始時にニップ内の空気の膨張や水蒸気による記録シートやトナー粒子間から生ずる基体によりトナー画像の乱されるのを抑制することができる。したがって、未定着のトナー画像を乱されることなく定着することができる。
【００２３】
本発明の構成は、主として圧力補助ロールに関する改善であるため、対向する部材の形態によらず効果を発揮する。すなわち、加熱定着ロールとエンドレスベルトとの組み合わせからなる所謂ロール−ベルトニップ方式の定着装置のみならず、加熱ロールに張架された定着ベルトと、該ニップ定着ベルトに当接してニップを形成するエンドレスベルトとの組み合わせからなるベルト−ベルトニップ方式の定着装置であっても、同様の効果が発揮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、好ましい実施形態を挙げて本発明を詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
先ず、本発明の例示的一態様である第１の実施形態の定着装置について、図面を用いて説明する。本実施形態の定着装置は、第１の本発明の一例である。
【００２５】
図１は、本実施形態の定着装置を模式的に示す概略構成図である。この定着装置では、圧力ロール５２および２本の支持ロール（張架ロール）５３，５４の３つのロールにより無端状のエンドレスベルト５５が張架されており、圧力ロール５２が、加熱源としてのハロゲンランプ４５を内蔵した加熱定着ロール４１にエンドレスベルト５５を圧接するように構成されている。
【００２６】
そして、加熱定着ロール４１とエンドレスベルト５５との間に、表面に未定着のトナー４８からなる像（トナー像）が形成されたシート（記録シート）４７が挿通される（挟み込まれる）ニップ（図中、矢示Ａ−Ｂ間の領域。以下「ニップＡ−Ｂ」と称し、Ａを「ニップ開始位置」、Ｂを「ニップ終了位置」とそれぞれ称する。）が形成される。加熱定着ロール４１は矢印Ｖ方向に回転駆動し、これに連れてエンドレスベルト５５も矢印Ｖ’方向（搬送方向、プロセス方向）に従動回転する。
【００２７】
また、エンドレスベルト５５の内側であって、圧力ロール５２と支持ロール５４との間には、その表面が加熱定着ロール４１表面より低硬度の弾性体からなり、エンドレスベルト５５を介して加熱定着ロール４１に圧接力を付与する圧力補助ロール５１が配設されている。圧力補助ロール５１により圧接力が付与された位置の、搬送方向（矢印Ｖ’方向）上流端が、ニップ開始位置Ａとなり、圧力ロール５２により圧接力が付与された位置の、搬送方向（矢印Ｖ’方向）下流端が、ニップ終了位置Ｂとなる。
【００２８】
支持ロール５４は、ニップ開始位置Ａから支持ロール５４までの間に張られたエンドレスベルト５５を、ニップ開始位置Ａにおける加熱定着ロール４１表面の接線（図１における一点鎖線Ｃ）に対して加熱定着ロール４１表面から離れる方向（図１における下方向）にテンション（以下、「特定テンション」という場合がある。）がかけられるように配され、かつ、エンドレスベルト５５を張架する。すると、ニップ開始位置Ａ近傍の圧力補助ロール５１の弾性体表面が変形して、エンドレスベルト５５の特定テンションに連れて引っ張られた状態となる。
【００２９】
上記作用を、図２を用いて説明する。ここで、図２は、特定テンションの有無ごとの、本実施形態における圧力補助ロール５１によるニップ圧の圧力プロファイルと圧力補助ロール５１の外形とを模式的に示す説明図である。
エンドレスベルト５５に加熱定着ロール４１から離れる方向のテンション（特定テンション）を与えることにより、圧力補助ロール５１は加熱定着ロール４１表面から離れる方向に変形する（図２中の実線参照）。これにより、圧力補助ロール５１のプロセス方向の加圧プロファイルも変化し、ニップ開始位置Ａがニップ中央部に移動する。
【００３０】
一方、ニップ中央付近においては、エンドレスベルト５５の特定テンションにより発生する圧力補助ロール５１表面を変形させる力よりも、特定テンションがかかっていない場合においても生じている通常の圧接によるニップ圧の方が遙かに大きいため、ニップ中央部付近の圧力プロファイルはほとんど変化しない。
これらの関係より、ニップ入口近傍の圧力補助ロール５１のニップ圧の立ち上がりが急峻になり、ニップ入口における低加圧部分が小さくなる。この作用によって、トナー４８からなる像（トナー像）が形成されたシート４７が当該ニップに挿通される際に、半溶融状態のトナーの移動が規制され、画像ズレなどの発生が防止される。
【００３１】
以下、本実施形態の定着装置のさらに詳細な仕様について説明する。
支持ロール５４は、ニップ開始位置Ａにおける加熱定着ロール４１表面の接線（図１における一点鎖線Ｃ）と、ニップ開始位置Ａから支持ロール５４までの間のエンドレスベルト５５との成す角（図１における角α）が、１５［゜］または３０［゜］となる位置に固定されるようになっている。なお、後述するように当該定着装置は、上記成す角αを０［゜］に固定することもできるように構成されている。
【００３２】
この成す角αについては、本実施形態では１５゜および３０゜を採用しているが、本発明においてはこれらに限定されるわけではなく、圧力補助ロールの外形や表面硬度、エンドレスベルトの張力、用いるトナーや記録シートの材質等により最適な条件を適宜設定すればよい。具体的には、おおよそ１０°〜６０°の範囲内から選択されることが好ましく、２０°〜５０°の範囲内から選択されることがより好ましく、３０°〜４０°の範囲内から選択されることがさらに好ましい。
【００３３】
成す角αが１０°未満では、特定テンションによる圧力補助ロールの外形変形が十分となら無い可能性がある。一方、成す角αが６０°を超えると、特定のテンションによる圧力補助ロールの外形変形の作用が、ニップ開始位置よりも圧力補助ロール回転方向上流にかかってしまい、ニップ開始位置に適切な圧力プロファイルを与えることが困難になる可能性がある。
【００３４】
エンドレスベルト５５は、厚さ７５μｍ、幅３００ｍｍのポリイミド基材層の外周面側に、テトラフルオロエチレン／ペルフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）がスプレーコートされ、厚さ４０μｍの離型層が形成されてなる。このエンドレスベルト５５は、圧力ロール５２および支持ロール５３，５４の周囲に約９８Ｎ（約１０ｋｇｆ）の張力で巻回されている。圧力ロール５２および支持ロール５３，５４はステンレス製であり、その直径は、順に２３ｍｍ，１８ｍｍ，１８ｍｍである。
【００３５】
圧力ロール５２は、加熱定着ロール４１の回転方向における圧力補助ロール５１の下流側に設けられており、コイルスプリング５７によって加熱定着ロール４１に約４９０Ｎ（約５０ｋｇｆ）の荷重で押圧されている。これにより、加熱定着ロール４１の弾性層（下地層４３ａおよびトップコート層４３ｂ）に局部的に変形を生じさせるようになっている。この圧力ロール５２および圧力補助ロール５１によって、エンドレスベルト５５が加熱定着ロール４１に巻き付くように圧接されており、これらの配置により、加熱定着ロール４１へのエンドレスベルト５５の巻付角度は約５０［゜］となっており、ニップＡ−Ｂの幅（ニップ幅）は３０ｍｍとなる。
【００３６】
圧力補助ロール５１は、外径がφ３５［ｍｍ］で、ステンレス製芯金に弾性層が形成されてなるものである。該ステンレス製芯金の直径はφ１０［ｍｍ］で、軸方向長さが３３０［ｍｍ］であり、前記弾性層は発泡シリコーンゴム製で、ゴム硬度は２５［゜］（ＡＳＫＥＲ−Ｃ）である。圧力補助ロール５１の接触荷重は約５８８Ｎ（６０ｋｇｆ）に設定されており、接触面のニップ幅が１７ｍｍであることから、圧力補助ロール５１の平均接触圧力は、１０．５Ｎ（１．０７ｋｇｆ／ｃｍ2）となっている。
【００３７】
加熱定着ロール４１は、内部に円筒状のコア４２を有しており、モータ４６によって矢印Ｖ方向（周方向）に回転駆動されるものである。このコア４２は、アルミニウム製で外径６２ｍｍ、長さ３５０ｍｍの円筒状のものである。コア４２の表面には、下地層４３ａとして硬度３５°（ＪＩＳ−Ａ）のＨＴＶシリコーンゴムが厚さ１．５ｍｍで直接被覆され、さらにその上にトップコート層４３ｂとしてＰＦＡが厚さ３０μｍで鏡面に近い状態に表面コートされている。なお、コア４２としてはアルミニウムでなくても熱伝導率の高い金属製のものを使用することができる。
【００３８】
コア４２の内部には、加熱源として出力１５００Ｗのハロゲンランプ４５が配置されている。また、加熱定着ロール４１の表面には温度センサ５０が配置され、この表面の温度を計測する。そして、温度センサ５０の計測信号により、図示しない温度コントローラによってハロゲンランプ４５がフィードバック制御されて、加熱定着ロール４１の表面が１６０℃に調節されるようになっている。
加熱定着ロール４１は、モータ４６により周速度Ｖ＝２７０ｍｍ／ｓｅｃで矢印Ｖ方向に回転しており、この回転によりエンドレスベルト５５も速度２７０ｍｍ／ｓｅｃで矢印Ｖ’方向に従動回転するようになっている。
【００３９】
次に、本実施形態の定着装置の動作について説明する。本実施形態の定着装置では、図１の右側（プロセス方向上流）において、図示しない転写装置によりシート４７の表面にトナー４８の像が転写され、ニップＡ−Ｂに向けてこのシート４７が搬送されてくる。シート４７は、ニップＡ−Ｂにおける圧力補助ロール５１が配置されている位置、すなわちニップ開始位置Ａに進入する。そして、ニップＡ−Ｂに作用する圧力とハロゲンランプ４５によって加熱定着ロール４１を通じて与えられる熱により、トナー４８の像がシート４７表面に定着される。
【００４０】
ここで、特定テンションかかけられず、圧力補助ロール５１によるニップ開始位置Ａ近傍の押圧力が小さい場合は、ニップ進入直後に、シート４７の繊維間およびトナー４８の粒子間に含まれている空気や水蒸気が膨張ないし蒸発して、シート４７と加熱定着ロール４１との間に滲みだしてくる。そして、この空気や水蒸気が未定着のトナー４８を移動させ、画像ズレとなる。
【００４１】
しかし、本実施形態の定着装置では、図２を用いて説明したとおり、圧力補助ロール５１の接触直後から急峻に圧力プロファイルが立ち上がり、すぐに高い押圧力でエンドレスベルト５５を加熱定着ロール４１に押し付けた状態になる。そのため、シート４７やトナー４８から空気や水蒸気が膨張して滲み出すのを抑制することができる。したがって、未定着のトナー４８の移動を防止することができる。
【００４２】
これと同時に、圧力補助ロール５１の接触面で大きな面積にわたって、エンドレスベルト５５と加熱定着ロール４１との間に作用する圧接力を与えることができるので、ニップＡ−Ｂ間を通過するシート４７表面のトナー４８をエンドレスベルト５５と加熱定着ロール４１とで確実に押さえて定着させることが可能である。このようにして、トナー像の乱れを防止しながら、トナー像を定着させることができる。すなわち、定着された画像に像ズレなどの乱れが生じるのを防止することが可能である。
【００４３】
―評価試験―
以上の条件で画像出力を行い、画像ズレの発生を確認する試験を行った。テスト条件は、画像ズレが起こりやすいストレス条件とした。具体的には、用紙はＡ４サイズの王子製紙（株）製ＯＫトップコートＮ（１２７．９［ｇ／ｍ2］）とし、高温高湿条件（３０［℃］、８５［％］）で８時間調湿したものを用いた。
【００４４】
この用紙に、画像ズレの目視検知が最も容易なサイアン単色のベタ画像（濃度１００［％］）をトナー４８の像として転写し、その未定着トナー画像を上記定着装置で定着したときの画像ズレの有無を目視／ルーペで判断した。
このとき、既述の成す角αが、１５［゜］および３０［゜］となるように支持ロール５４を固定した本発明の態様に当たる実施例（前者が実施例１、後者が実施例２）と、０［゜］となるように支持ロール５４を固定した比較例（比較例１）との計３水準で試験を行った。用紙を５０［枚］通紙した時の画像ズレの発生頻度を下記表１に示す。
【００４５】
【表１】
2006267860.tif 000003
【００４６】
上記表１の結果からわかるように、成す角αが０゜である比較例１では、多くのサンプルに画像ズレが確認されたが、成す角αが１５゜である実施例１ではこれが激減し、成す角αが３０゜である実施例２では画像ズレの発生が認められなかった。このことから、第１の本発明の構成は画像ズレに効果があることが確認され、特に本実施形態の構成においては、成す角αを３０゜とすることが適切であることがわかる。
【００４７】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の他の例示的一態様である第２の実施形態の定着装置について、図面を用いて説明する。本実施形態の定着装置は、第２の本発明の一例である。
図３は、本実施形態の定着装置を模式的に示す概略構成図である。なお、本実施形態においては、第１の実施形態と同様の構成を多く含むため、図３において同一の機能を示す部材には、図１と同一の符号を付して、その詳細な説明は割愛することにする。
【００４８】
本実施形態の定着装置においても、第１の実施形態同様、圧力ロール５２および２本の支持ロール（張架ロール）５３，５４の３つのロールにより無端状のエンドレスベルト５５が張架されているが、圧力ロール５２が圧接する相手側の構成が、第１の実施形態とは異なっている。
【００４９】
すなわち、圧力ロール５２が、第１の実施形態における加熱定着ロール４１に類似した、加熱源としてのハロゲンランプ４５を内蔵する加熱ロール４１’に圧接するように構成されているが、両者間にエンドレスベルト５５のみならず定着ベルト６０も介在しており、このエンドレスベルト５５と定着ベルト６０との間に、表面に未定着のトナー４８の像が形成されたシート４７が挿通されるニップ（図中、矢示Ａ’−Ｂ’間の領域。以下「ニップＡ’−Ｂ’」と称し、Ａ’を「ニップ開始位置」、Ｂ’を「ニップ終了位置」とそれぞれ称する。）が形成される。
【００５０】
加熱ロール４１’は、第１の実施形態における加熱定着ロール４１におけるトップコート層４３ｂが形成されていない構造である。そして当該トップコート層４３ｂを下地層４３ａから引き剥がし、そのまま周長を長くして無端ベルト状に成形した様な構造のものが、本実施形態における定着ベルト６０に当たる。勿論、これは定着ベルト６０を概念的に捉えた説明であり、このように製造したものが定着ベルト６０であることを意味するものではない。
定着ベルト６０は、その内周に当接する加熱ロール４１’および第２外部加熱ロール５９に架け渡され、かつ外周から第１外部加熱ロール５８が当接し押圧することで、張架されている。
【００５１】
支持ロール５４は、ニップ開始位置Ａ’から支持ロール５４までの間に張られたエンドレスベルト５５を、ニップ開始位置Ａ’における加熱ロール４１’表面の接線（図３における一点鎖線Ｃ’）に対して加熱ロール４１’表面から離れる方向（図３における下方向）に特定テンションがかけられるように配され、かつ、エンドレスベルト５５を張架する。すると、ニップ開始位置Ａ’近傍の圧力補助ロール５１の弾性体表面が変形して、エンドレスベルト５５の特定テンションに連れて引っ張られた状態となる。
上記作用については、第１の実施形態において図２を用いて説明した通りであるため、詳細な説明は省略する。
【００５２】
以下、本実施形態の定着装置のさらに詳細な仕様について説明する。なお、以下に説明が無いものについては、第１の実施形態と同一である。
支持ロール５４は、ニップ開始位置Ａ’における加熱ロール４１’表面の接線（図３における一点鎖線Ｃ’）と、ニップ開始位置Ａ’から支持ロール５４までの間のエンドレスベルト５５との成す角（図３における角β）が、３０［゜］となる位置に固定されている。当該成す角βの考え方、好ましい範囲等は第１の実施形態における成す角αと同様である。
【００５３】
エンドレスベルト５５は、圧力ロール５２および支持ロール５３，５４の周囲に約１４７Ｎ（約１５ｋｇｆ）の張力で巻回されている。圧力ロール５２および支持ロール５３，５４はステンレス製であり、その直径は、順に４０ｍｍ，２５ｍｍ，２５ｍｍである。
圧力ロール５２は、コイルスプリング５７によって加熱ロール４１’に約９８０Ｎ（約１００ｋｇｆ）の荷重で押圧されている。加熱ロール４１’へのエンドレスベルト５５の巻付角度は約５０［゜］となっており、ニップＡ’−Ｂ’の幅（ニップ幅）は４５ｍｍとなる。
【００５４】
圧力補助ロール５１は、外径がφ５０［ｍｍ］で、ステンレス製芯金に弾性層が形成されてなるものである。該ステンレス製芯金の直径はφ１３［ｍｍ］で、軸方向長さが３９０［ｍｍ］であり、前記弾性層は発泡シリコーンゴム製で、ゴム硬度は２５［゜］（ＡＳＫＥＲ−Ｃ）である。圧力補助ロール５１の接触荷重は約９８０Ｎ（１００ｋｇｆ）に設定されており、接触面のニップ幅が２５ｍｍであることから、圧力補助ロール５１の平均接触圧力は、１０．１Ｎ（１．０３ｋｇｆ／ｃｍ2）となっている。
【００５５】
加熱ロール４１’は、内部に円筒状のコア４２を有しており、モータ４６によって矢印Ｖ方向（周方向に回転駆動されるものである。このコア４２は、アルミニウム製で外径９６ｍｍ、長さ３９０ｍｍの円筒状のものである。コア４２の表面には、下地層４３ａとして硬度３５°（ＪＩＳ−Ａ）のＨＴＶシリコーンゴムが厚さ２ｍｍで直接被覆されている。なお、コア４２としてはアルミニウムでなくても熱伝導率の高い金属製のものを使用できる。
コア４２の内部には、加熱源として出力１０００ｗのハロゲンランプ４５が配置されている。
【００５６】
定着ベルト６０は、既述の如く、加熱ロール４１’、第１外部加熱ロール５８および第２外部加熱ロール５９によって張架されており、厚さ７５μｍ、幅３００ｍｍのポリイミド基材層の外周面に、厚さ２００μｍのシリコーンゴム製の弾性層（硬度２０［゜］（ＪＩＳ−Ａ））および厚さ３０μｍのＰＦＡ製の離型層が形成されている。この定着ベルト６０は、約９８Ｎ（約１０ｋｇｆ）の張力で巻回されている。
【００５７】
第１外部加熱ロール５８、第２外部加熱ロール５９の内部には、加熱源として出力１０００ｗのハロゲンランプ４５’および４５”が配置されている。また、第１外部加熱ロール５８、第２外部加熱ロール５９の表面には温度センサ５０’および５０”が配置され、この表面の温度を計測する。そして、温度センサ５０’および５０”の計測信号により、図示しない温度コントローラによってハロゲンランプ４５’および４５”がそれぞれフィードバック制御されて、第１外部加熱ロール５８、第２外部加熱ロール５９の表面が１７０℃に調節されるようになっている。
【００５８】
加熱ロール４１’が、モータ４６により周速度Ｖ＝３００ｍｍ／ｓｅｃで矢印Ｖ方向に回転しており、この回転により定着ベルト６０およびエンドレスベルト５５も速度３００ｍｍ／ｓｅｃで矢印Ｖ方向および矢印Ｖ’方向に従動回転するようになっている。
【００５９】
―評価試験〜実施例３―
以上の条件で画像出力を行い、画像ズレの発生を確認する試験を行った。テスト条件は、像ズレが起こりやすいストレス条件とした。具体的には、用紙はＡ４サイズの王子製紙（株）製ＯＫトップコートＮ（１２７．９［ｇ／ｍ2］）とし、高温高湿条件（３０［℃］×８５［％］）で８時間調湿したものを用いた。
この用紙に、画像ズレの目視検知が最も容易なサイアン単色のベタ画像（濃度１００［％］）をトナー４８の像として転写し、その未定着トナー画像を上記定着装置で定着したときの画像ズレの有無を目視／ルーペで判断した。用紙を５０［枚］通紙した時の像ズレの発生頻度を、下記表２に示す。
【００６０】
【表２】
2006267860.tif 000004
【００６１】
上記表２の結果からわかるように、ベルト−ベルトニップ方式の構成であっても、本発明の構成を適用することにより、画像ズレの発生が防止されることがわかる。したがって、第１の本発明の構成は画像ズレに効果があることが確認された。
【００６２】
以上、本発明を２つの実施形態を挙げて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態の構成に限定されるものではなく、当業者は公知の知見により、適宜変更を加えることができ、本発明の構成を具備する限りいずれも本発明の範疇に含まれる。
【００６３】
例えば、本実施形態においてエンドレスベルト周内の張架ロール（支持ロール）は、２個の例を挙げているが、本発明においては２個に限定されるものではなく、２個以上のいずれの個数でも構わない。第２の実施形態における外部加熱ロールの個数についても２個に限定されず、１個以上のあらゆる個数であっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】第１の本発明の例示的一態様である第１の実施形態の定着装置を模式的に示す概略構成図である。
【図２】図１の定着装置における特定テンションの有無ごとの、本実施形態における圧力補助ロールによるニップ圧の圧力プロファイルと圧力補助ロールの外形とを模式的に示す説明図である。
【図３】第２の本発明の例示的一態様である第２の実施形態の定着装置を模式的に示す概略構成図である。
【図４】従来のベルトニップ方式の定着装置の概略構成図である。
【図５】図４の定着装置におけるニップ領域内の加熱定着ロールの周方向位置によるニップ圧分布を示すグラフ（圧力プロファイル）である。
【図６】図４の定着装置における圧力補助ロールを改良した定着装置の概略構成図である。
【図７】図６の定着装置におけるニップ領域内のニップ圧分布を示すグラフ（圧力プロファイル）である。
【図８】大小２つの圧力補助ロールの正面図と、それらにより形成されるニップのニップ圧分布を示すグラフ（圧力プロファイル）とを併記したものである。
【符号の説明】
【００６５】
４１，１０１  加熱定着ロール、  ４１’  加熱ロール、  ４２，１０３  コア、  ４３ａ，１２０  下地層、  ４３ｂ，１２１  トップコート層、  ４５，４５’，４５”，１０５  ハロゲンランプ、  ４６  モータ、  ４７，１０７  シート（記録シート）、  ４８，１０８  トナー、  ５０，１０６  温度センサ、  ５１，１２９  圧力補助ロール、  ５２，１２５  圧力ロール、  ５３，５４  支持ロール（張架ロール）、  ５５，１１５  エンドレスベルト、  ５７  コイルスプリング、  ５８  第１外部加熱ロール、  ５９  第２外部加熱ロール、    ６０  定着ベルト、  １０４  被覆層、  １２２，１２３，１２４  ロール、  １２６  圧縮コイルスプリング
【図１】
2006267860.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006267860.tif 000009
【図６】
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【図７】
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【図８】
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