(57)【要約】【課題】小型化した場合においても、加熱ローラの熱が定着ベルトに伝わり易くして、連続通紙時の定着ベルトの温度低下を抑制できる定着装置を提供する。【解決手段】無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトを張架する第一加熱ローラと第二加熱ローラと、前記第一加熱ローラおよび第二加熱ローラを加熱する熱源と、前記定着ベルトと対向して回転する加圧部材と、前記定着ベルトを内面からバックアップする固定部材と、を有し、前記定着ベルトを介して前記加圧部材と前記固定部材とを圧接することにより定着ニップを形成する定着装置において、前記第一加熱ローラは前記第二加熱ローラよりニップ出口部に近く、前記第一加熱ローラと前記定着ベルトとの接触面積が、前記第二加熱ローラと前記定着ベルトとの接触面積よりも大きく、前記第一加熱ローラの最大消費電力が前記第二加熱ローラの最大消費電力よりも大きい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無端状の定着ベルトと、
前記定着ベルトを張架する第一加熱ローラと第二加熱ローラと、
前記第一加熱ローラおよび第二加熱ローラを加熱する熱源と、
前記定着ベルトと対向して回転する加圧部材と、
前記定着ベルトを内面からバックアップする固定部材と、
を有し、前記定着ベルトを介して前記加圧部材と前記固定部材とを圧接することにより定着ニップを形成する定着装置において、
前記第一加熱ローラは前記第二加熱ローラよりニップ出口部に近く、
前記第一加熱ローラと前記定着ベルトとの接触面積が、前記第二加熱ローラと前記定着ベルトとの接触面積よりも大きく、
前記第一加熱ローラの最大消費電力が前記第二加熱ローラの最大消費電力よりも大きいことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記第一加熱ローラの外径が前記第二加熱ローラの外径より大きいことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合機、複写機、プリンタ、ファックス等の画像形成装置に搭載可能な定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機、プリンタ等の画像形成装置において、無端状のベルト部材の内周面に固定部材を摺接させて、ベルト部材を介して固定部材を回転体に圧接させることでベルト部材と回転体との間にニップ部を形成して、このニップ部に記録媒体を搬送して記録媒体上にトナー像を定着させる定着装置が用いられている。
【０００３】
特許文献１で提案されている定着装置は、定着ベルトを第１支持ロール、第２支持ロールで張架し、定着ベルトを介して定着ロールと固定部材でニップを形成する構成を採っていて、第１支持ロールによる張力を可変にできる構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１０６４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
定着ベルトを２本の加熱ローラで張架する方式の定着装置において、小型化しようとすると、スペースの都合上、加熱ローラの径も小さくする必要がある。 しかしながら、加熱ローラの径が小さくなると、定着ベルトとの接触幅が小さくなるため、加熱ローラの熱が定着ベルトに伝わりにくくなる。 その結果、厚紙コート紙などのメディアを高速で通紙した際に定着ベルトの温度低下が大きくなり、定着不良等が発生するという課題がある。 
【０００６】
本発明の目的は、小型化した場合においても、加熱ローラの熱が定着ベルトに伝わり易くして、連続通紙時の定着ベルトの温度低下を抑制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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトを張架する第一加熱ローラと第二加熱ローラと、前記第一加熱ローラおよび第二加熱ローラを加熱する熱源と、前記定着ベルトと対向して回転する加圧部材と、前記定着ベルトを内面からバックアップする固定部材と、を有し、前記定着ベルトを介して前記加圧部材と前記固定部材とを圧接することにより定着ニップを形成する定着装置において、前記第一加熱ローラは前記第二加熱ローラよりニップ出口部に近く、前記第一加熱ローラと前記定着ベルトとの接触面積が、前記第二加熱ローラと前記定着ベルトとの接触面積よりも大きく、前記第一加熱ローラの最大消費電力が前記第二加熱ローラの最大消費電力よりも大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、小型化した場合においても、加熱ローラの熱が定着ベルトに伝わり易くして、連続通紙時の定着ベルトの温度低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る定着装置を搭載した画像形成装置の模式図
【図２】本発明の実施形態に係る定着装置の模式図
【図３】定着ベルトの模式図
【図４】実験１における各部材の温度推移を示した図
【図５】実験１における定着ベルトの周方向の温度分布を示した図
【図６】実験２における各部材の温度推移を示した図
【図７】実験３（本発明）における各部材の温度推移を示した図
【図８】実験４における各部材の温度推移を示した図
【図９】実験１〜４における消費電力と定着ベルト最下点温度の関係を示した図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、発明を実施するための形態を説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１１】
＜画像形成装置＞
図１は、本実施形態に係る定着装置を搭載した画像形成装置の模式図である。一例であるカラー電子写真プリンタの断面図であり、シートの搬送方向に沿った断面図である。本実施形態では、カラー電子写真プリンタを単に「プリンタ」という。
【００１２】
図１に示すプリンタは、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂｋ（ブラック）の各色の画像形成部１０を備えている。感光ドラム１１は、帯電器１２によってあらかじめ帯電される。その後、感光ドラム１１は、レーザスキャナ１３によって、潜像を形成されている。潜像は、現像器１４によってトナー像になる。感光ドラム１１のトナー像は、一次転写ブレード１７によって、像担持体である例えば中間転写ベルト３１に順次転写される。転写後、感光ドラム１１に残ったトナーは、クリーナ１５によって除去される。この結果、感光ドラム１１の表面は、清浄になり、次の画像形成に備える。
【００１３】
一方、シートＰは、給紙カセット２０、又はマルチ給紙トレイ２５から、１枚ずつ送り出されてレジストローラ対２３に送り込まれる。レジストローラ対２３は、シートＰを一旦受け止めて、シートが斜行している場合、真っ直ぐに直す。そして、レジストローラ対２３は、中間転写ベルト３１上のトナー像と同期を取って、シートを中間転写ベルト３１と二次転写ローラ３５との間に送り込む。中間転写ベルト上のカラーのトナー像は、転写体である例えば二次転写ローラ３５によってシートＰに転写される。その後、シートのトナー像は、シートが定着装置４０によって、加熱加圧されることでシートに定着される。
【００１４】
＜定着装置＞
本実施形態で用いた定着装置４０を、図２を用いて説明する。定着ベルト４１は無端環状のベルトであり、外径は３００ｍｍである。図３にその層構成を示した。基材４２は厚さ１００μｍのポリイミド等からなる耐熱性の樹脂を用い、基材の外周には厚さ４００μｍの弾性層４３が設けられている。弾性層４３には、耐熱性のシリコーンゴムを用いることができる。更にその外周には離型層４４が設けられており、厚さ４０μｍのＰＦＡチューブが被覆されている。
【００１５】
固定部材５０は定着ベルト４１をバックアップする部材であり、厚さ２ｍｍのＳＵＳ板から構成されている。固定部材５０の内側にはハロゲンヒーター５１を内蔵しており、ウォームアップ時、スタンバイ時に固定部材を暖めておくことで連続通紙時における定着ベルト４１の温度低下を抑制する。
【００１６】
固定部材５０の外側には、摺動シート５２が被せられている。摺動シート５２はフッ素樹脂から構成されており、定着ベルト４１の内面との摺動抵抗（摩擦力）を低減することができる。摺動シート５２は２層構造になっており、定着ベルト４１との摺動面から順に１０μｍのＰＴＦＥ層と１０μｍのポリイミド層が積層されている。
【００１７】
第一加熱ローラ６０および第二加熱ローラ６１は定着ベルト４１を張架するローラであり、ニップ出口から近い方から第一加熱ローラ６０、第二加熱ローラ６１と呼ぶ。第一加熱ローラ６０および第二加熱ローラ６１は、基本的な構成は同じである。第一加熱ローラ６０および第二加熱ローラ６１は外径が３０〜４０ｍｍの中空のローラであり、肉厚３ｍｍのパイプ状のアルミニウムの芯金６２の外周に表層６３としてＰＦＡ１０μｍがコートされた構成になっている。
【００１８】
第一加熱ローラ６０および第二加熱ローラ６１は、芯金６２の内側にハロゲンヒーター６３を内蔵している。ハロゲンヒーター６３は不図示の電源装置から電圧が印加されると輻射熱を発生させ、加熱ローラ６０を内側から加熱する。ハロゲンヒーター６３は、第一加熱ローラ６０および第二加熱ローラ６１それぞれに対して複数本配置することができる。長手方向に対して発熱幅の違うヒーターを配置することで様々なサイズのメディアに対応することができる。
【００１９】
加熱ローラの温度検知手段として、第一加熱ローラ６０の表面に接触型のサーミスタ６５が設けられている。また、第二加熱ローラ６１の表面にも同様に接触型のサーミスタ６６が設けられており、温度制御手段によって温調制御される。
【００２０】
加圧ローラ７０は外径が４０ｍｍの回転体であり、鉄で形成された芯金７１の外周に厚さ３ｍｍ弾性層７２が設けられている。弾性層７２の材料として耐熱性のシリコーンゴムを用いることができる。弾性層７２の外周には離型層７３が設けらており、厚さ５０μｍのＰＦＡチューブが被覆されている。加圧ローラ７０の芯金７１の一端側と他端側の端部はそれぞれ回転可能に軸受保持されており不図示のＤＣモーターによって回転駆動を行う。
【００２１】
＜連続通紙実験＞
次に、本発明の効果を確かめるために行った連続通紙実験について述べる。本発明の特徴は、第一加熱ローラと定着ベルトの接触面積を、第二加熱ローラと定着ベルトの接触面積より大きくすることで、逆の場合よりも連続通紙時の定着ベルトの温度を高く保つことができることである。
【００２２】
この効果を確かめるために、第一および第二加熱ローラの外径および電力を変えた連続通紙実験を４通り行った。外径を変えることで、定着ベルト４１と第一および第二加熱ローラとの接触面積を変えることができる。実験条件はプロセススピードを５００ｍｍ／ｓｅｃとし、坪量３５０ｇの両面コート紙を１００ｐｐｍで２分間連続通紙した。スタート時の定着ベルト表面温度を１８０℃とした。環境は２３℃−５０％で、実験を行った。表１は、実験１〜４の実験条件を表している。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
実験１〜４では、第一加熱ローラおよび第二加熱ローラの径が変わっており、それに伴って加熱ローラと定着ベルトの接触幅も変わっている。接触幅の測定には、面圧分布測定システム  Ｉ−ＳＣＡＮ（ニッタ株式会社）を用いている。外径が３０ｍｍのときの接触幅は３５ｍｍであり、φ４０の場合は４６ｍｍであった。
【００２５】
はじめに、第一加熱ローラおよび第二加熱ローラの外径がそれぞれ３０ｍｍとし、同じ電力１２００Ｗずつを投入して連続通紙した場合（実験１）について述べる。同じ電力を投入した際に、どちらの加熱ローラの温度が低くなるかを調べるためである。
【００２６】
図４は連続通紙時の第一加熱ローラ６０、第二加熱ローラ６１および定着ベルト４１の温度推移である。定着ベルト４１の最下点温度は１６３℃であった。第一加熱ローラ６０の温度は２１５℃、第二加熱ローラ６１は２２０℃であり、第一加熱ローラ６０の方が第二加熱ローラ６１より温度が低いことが分かった。これは、ニップ出口直後の方が定着ベルト温度が低いため、第一加熱ローラ６０の方が定着ベルト４１に熱が奪われやすいためである。
【００２７】
このことを確かめるために、定着ベルト４１の周方向での温度分布を調べた。サーモパイルを定着ベルト４１の周方向の３点に設け、それぞれの温度をモニターした。図５は、時刻１２０秒付近での定着ベルト４１の周方向における温度関係を示したものである。ニップ出口の直後では、定着ベルト４１は１４６℃であった。その後、第一加熱ローラ６０を通過することで１０℃回復し、第二加熱ローラ６１の通過後では７℃回復した。
【００２８】
このように、定着ベルト４１はニップ出口直後の温度が低いため、第一加熱ローラ６０は定着ベルト４１にからより多くの熱を奪われる。定着ベルト４１の最下点温度を上げるためには、第一加熱ローラ６０に投入する電力を第二加熱ローラに投入する電力より大きくするとよい。
【００２９】
次に、加熱ローラに投入する電力を制限しないで、加熱ローラの温調温度を２２０℃に設定し、連続通紙の実験を行った（実験２）。消費電力はハロゲンヒーターのオン／オフの比率から算出している。図６は、第一および第二加熱ローラの外径は３０ｍｍのまま、加熱ローラの温調温度を２２０℃とした場合の温度推移を示している。このとき、定着ベルト４１の最下点温度は１６５℃まで上がった。第一加熱ローラ６０の消費電力は１２８０Ｗ、第二加熱ローラ６１の消費電力は１１６０Ｗであった。このように第一加熱ローラ６０により多くの電力を投入することで最下点温度を上げることができることが分かった。
【００３０】
次に、加熱ローラの外径を大きくすることで定着ベルト４１と加熱ローラの接触幅を増やし、定着ベルト４１の最下点温度をアップさせる実験を行った。図７は本実施形態を実施した場合であり、第一加熱ローラ６０の外径を４０ｍｍとし、第二加熱ローラ６１の外径を３０ｍｍのままとした場合における連続通紙時の温度推移である（実験３）。最下点温度は１６９℃となり、消費電力は第一加熱ローラが１４５０Ｗ、第二加熱ローラ６１が１１１０Ｗであった。
【００３１】
図８は本発明と逆のパターンで、第二加熱ローラ６１の外径を４０ｍｍ、第一加熱ローラ６０の外径を３０ｍｍのままとした場合の連続通紙の温度推移である（実験４）。このとき、最下点温度は１６７℃となり、消費電力は第一加熱ローラ６０が１２００Ｗ、第二加熱ローラ６１が１２９０Ｗであった。
【００３２】
図９は実験１〜４において、消費電力と最下点温度の関係を示したものである。より多く電力を消費できる構成にすることで最下点温度を上げることができることが分かる。
【００３３】
このように、定着ベルトを２本の加熱ローラで張架する方式の定着装置の場合、ニップ出口に近い側の加熱ローラの接触幅を広くし、投入可能電力を大きくすることで定着ベルトの温度低下を抑制することが可能である。
【００３４】
本発明を定着装置の小型化に適用する場合においては、第二加熱ローラ６１を第一加熱ローラ６０より小さい構成にした方が、なるべく連続通紙時の定着ベルト４１の温度低下を抑制したまま小型化することが可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１０：画像形成部
１１：感光ドラム
１２：帯電器
１３：レーザスキャナ
１４：現像器
１５：クリーナ
１７：一次転写ブレード
２０：給紙カセット
２５：マルチ給紙トレイ
２３：レジストローラ対
３１：中間転写ベルト
３５：二次転写ローラ
４０：定着装置
４１：定着ベルト
５０：固定部材
６０：第一加熱ローラ
６１：第二加熱ローラ
７０：加圧ローラ
【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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【図９】
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