(57)【要約】【課題】  転写紙の加圧ローラへの密着度を高めるとともに、転写紙の自己分離を可能にし、画像乱れを防止することができる定着装置を提供すること。【解決手段】  弾性層が設けられた無端状の定着ベルトと、加熱手段を有し、定着ベルトを内側から支持する回転可能な加熱ローラと、駆動回転するとともに、加熱ローラより下流側に配置され、定着ベルトを内側から支持する分離ローラと、定着ベルトを介して加熱ローラ及び分離ローラと圧接するとともに、加熱ローラから分離ローラまでの間に位置する定着ベルトを押圧して、定着ニップを形成する加圧ローラとを備える定着装置であって、分離ローラは、弾性層を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性層が設けられた無端状の定着ベルトと、
加熱手段を有し、前記定着ベルトを内側から支持する回転可能な加熱ローラと、
駆動回転するとともに、前記加熱ローラより下流側に配置され、前記定着ベルトを内側から支持する分離ローラと、
前記定着ベルトを介して前記加熱ローラ及び前記分離ローラと圧接するとともに、前記加熱ローラから前記分離ローラまでの間に位置する前記定着ベルトを押圧して、定着ニップを形成する加圧ローラとを備える定着装置であって、
前記分離ローラは、弾性層を有することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記加圧ローラは駆動回転し、前記分離ローラの駆動回転とともに前記定着ベルトを駆動させ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】
前記分離ローラと前記加圧ローラとが圧接する部分の圧力は、前記加熱ローラと前記加圧ローラとが圧接する部分の圧力よりも、強いことを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記加熱ローラは弾性層を有しないローラであり、前記加圧ローラ及び前記分離ローラは弾性層を有するローラであって、
前記加熱ローラの表面の硬度をｈ１、前記加圧ローラの表面の硬度をｈ２、前記分離ローラの表面の硬度をｈ３としたとき、これらの硬度の大小関係は、ｈ１＞ｈ２＞ｈ３であることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
【請求項５】
前記分離ローラの駆動回転速度は、前記加圧ローラの駆動回転速度より大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の定着装置。
【請求項６】
前記定着ベルトを内側から支持するテンションローラをさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか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、未定着のトナー像を溶融定着する定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機やファクシミリ等の画像形成装置では、感光体ドラム表面に形成されたトナー像を転写紙上に転写し、定着装置によってこれを定着している。定着装置としては、転写紙上のトナーを加熱融解させる加熱ローラと、該加熱ローラに圧接して転写紙を挟持搬送し、トナーを転写紙上に定着する加圧ローラと、該加熱ローラ等によって内側から支持される無端状の定着ベルト等とで構成される熱ローラ定着装置が一般的である。
【０００３】
このような熱ローラ定着装置において、転写紙にトナーを定着する定着ニップ幅を十分に確保するため、従来から、定着ニップの形成には、無端状の定着ベルトを用いるものがある。具体的には、定着ベルトの内周側からベルトを支持する２つの支持ローラと、加圧ローラとを定着ベルトを介して夫々当接させ、この当接によって定着ベルトの外周面を加圧ローラに当接させることで、定着ニップを形成している。転写紙が当該定着ニップを通過し、トナーが定着されると、支持ローラの１つである分離ローラの曲率によって転写紙が分離される。
【０００４】
しかしながら、従来の定着装置では、定着ニップ内で定着ベルトが加圧ローラにのみ接している部分において、転写紙と加圧ローラとの密着状態が悪い場合がある。この場合、トナーの定着が十分に行われず、分離時に分離ローラが画像に影響を及ぼし、トナー剥がれ等の画像乱れを起こすとの問題があった。
【０００５】
この問題を解決すべく、特許文献１には、転写紙の加圧ローラに対する密着度を高めるため、支持ローラ（分離ローラ）で定着ベルトを駆動し、ニップ部（定着ニップ）では、定着ベルトが引っ張り駆動される定着装置が開示されている。
【０００６】
この定着装置においては、さらに、転写紙の分離性を確保するため、支持ローラ（分離ローラ）は弾性層を有しないハードローラで構成され、対向ローラ（加圧ローラ）は弾性層を有するソフトローラで構成されている。このような構成とすることで、定着ニップの出口（分離ローラ側）では、加圧ローラをひずませ、転写紙の進行方向を変化させて分離を行っている。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の定着装置では、分離ローラをハードローラで構成しているので、定着ニップでは加圧ローラのみがひずむこととなり、特に、転写するトナー量が多いカラー画像の場合、加圧ローラのひずみだけでは分離性能を確保しづらいという問題が残る。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３３０２９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、転写紙の加圧ローラへの密着度を高めるとともに、転写紙の自己分離を可能にし、画像乱れを防止することができる定着装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に係る発明は、弾性層が設けられた無端状の定着ベルトと、加熱手段を有し、前記定着ベルトを内側から支持する回転可能な加熱ローラと、駆動回転するとともに、前記加熱ローラより下流側に配置され、前記定着ベルトを内側から支持する分離ローラと、前記定着ベルトを介して前記加熱ローラ及び前記分離ローラと圧接するとともに、前記加熱ローラから前記分離ローラまでの間に位置する前記定着ベルトを押圧して、定着ニップを形成する加圧ローラとを備える定着装置であって、前記分離ローラは、弾性層を有することを特徴とする定着装置に関する。
【００１１】
請求項２に係る発明は、前記加圧ローラは駆動回転し、前記分離ローラの駆動回転とともに前記定着ベルトを駆動させることを特徴とする請求項１に記載の定着装置に関する。
【００１２】
請求項３に係る発明は、前記分離ローラと前記加圧ローラとが圧接する部分の圧力は、前記加熱ローラと前記加圧ローラとが圧接する部分の圧力よりも、強いことを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置に関する。
【００１３】
請求項４に係る発明は、前記加熱ローラは弾性層を有しないローラであり、前記加圧ローラ及び前記分離ローラは弾性層を有するローラであって、前記加熱ローラの表面の硬度をｈ１、前記加圧ローラの表面の硬度をｈ２、前記分離ローラの表面の硬度をｈ３としたとき、これらの硬度の大小関係は、ｈ１＞ｈ２＞ｈ３であることを特徴とする請求項３に記載の定着装置に関する。
【００１４】
請求項５に係る発明は、前記分離ローラの駆動回転速度は、前記加圧ローラの駆動回転速度より大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の定着装置に関する。
【００１５】
請求項６に係る発明は、前記定着ベルトを内側から支持するテンションローラをさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載の定着装置に関する。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に係る発明によれば、弾性層を設けた無端状の定着ベルトと、定着ベルトを内側から支持する加熱ローラ及び分離ローラと、加圧ローラとを備える。分離ローラは弾性層を有するので、分離ローラの曲率と、加圧ローラとの圧接と、分離ローラ自体の駆動により分離ローラがひずむとともに、分離ローラに支持されている定着ベルトにもひずみが生じる。これによって、定着ベルトの駆動速度が変化し、転写紙の移動速度との間に微小な差が生じるので、転写紙と定着ベルトとの密着度合いが低下して、転写紙が分離しやすくなる。したがって、分離ローラの曲率により、転写紙の自己分離が可能となる。
【００１７】
請求項２に係る発明によれば、分離ローラだけでなく、加圧ローラも駆動回転することによって、定着ベルトがたわむことなく駆動される。これによって、定着ベルトに搬送される転写紙の加圧ローラへの密着度は高まり、トナーの転写紙上への定着が十分になされることで、画像乱れが生じにくくなるとともにトナーの光沢が高まる。
【００１８】
請求項３に係る発明によれば、分離ローラと加圧ローラとが圧接する部分の圧力は、加熱ローラと加圧ローラとが圧接する部分の圧力よりも強いので、定着ニップの出口となる分離ローラ側では、分離ローラの曲率とともに、転写紙を屈曲させ、転写紙が自己分離する。また、定着ニップの出口における圧力が強いことにより、転写紙が定着ベルトを介して分離ローラによって強く押圧されることとなるので、トナーが転写紙にしっかりと浸透することができ、強固に定着する。
【００１９】
請求項４に係る発明によれば、加熱ローラは弾性層を有さず、加圧ローラ及び分離ローラは弾性層を有する。加熱ローラの表面の硬度をｈ１、前記加圧ローラの表面の硬度をｈ２、前記分離ローラの表面の硬度をｈ３としたとき、これらの硬度の大小関係は、ｈ１＞ｈ２＞ｈ３である。加熱ローラは弾性層を有しないため、加熱手段からの熱は弾性層を介することなく転写紙に伝わることで、トナー像を十分に溶かすことができる。ｈ２＞ｈ３であるので、定着ニップの分離ローラ側での圧力が強いこと、及び分離ローラは弾性層を有することと相俟って、分離ローラと加圧ローラとの圧接部では、分離ローラがひずむこととなる。このように分離ローラがひずむことによって、分離ローラに支持されている定着ベルトにもひずみが生じる。これによって、定着ベルトの駆動速度が変化し、転写紙の移動速度との間に微小な差が生じるので、転写紙と定着ベルトとの密着度合いが低下して、転写紙が自己分離しやすくなる。
【００２０】
請求項５に係る発明によれば、分離ローラの駆動回転速度は、加圧ローラの駆動回転速度より大きいので、分離ローラにおいて定着ベルトの駆動方向にひずみが生じる。これによって、分離ローラに支持されている定着ベルトにもひずみが生じ、定着ベルトの駆動回転速度が変化するので、転写紙の移動速度との間に微小な差が生じる。これによって、転写紙と定着ベルトとの密着度合いが低下して、転写紙が自己分離しやすくなる。
【００２１】
請求項６に係る発明によれば、定着ベルトを内側から支持するテンションローラをさらに備える。これによって、定着ベルトを安定して駆動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係る定着装置の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明に係る定着装置（１）の実施形態の概略構成例を示す側面図である。
本実施形態に係る定着装置（１）は、加熱ローラ（２）、加圧ローラ（３）、分離ローラ（４）、テンションローラ（５）及び定着ベルト（６）を備える。
【００２３】
加熱ローラ（２）は、定着ベルト（６）を内側から支持する回転自在のローラであって、不図示の押圧バネによって押圧され、定着ベルト（６）を介して、加圧ローラ（３）と圧接する。この圧接部分は、定着ニップ（７）の入り口に位置する。加熱ローラ（２）は、アルミ等の熱伝導性の高い金属からなる円筒中空形状の剛体（２１）である。その表面は、転写紙（５０）及び溶融トナーの張り付きを防ぐために、例えば、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）チューブ等の離型性の良い素材で被覆されている。加熱ローラ（２）の外径は、２０〜４０ｍｍとするのが好ましい。
加熱ローラ（２）の剛体（２１）の内面は黒塗りされており、ローラ内部の中心には、加熱手段であるハロゲンランプ（８）が備えられる。ハロゲンランプが点灯し、黒塗りされた加熱ローラ（２）の内面を照射すると、その輻射熱は加熱ローラ（２）に吸収される。これによって効率良く加熱ローラ（２）が加熱される。加熱ローラ（２）は加熱されると、回転しながら定着ベルト（６）に熱を供給する。
【００２４】
なお、加熱手段としては、これに限らず、誘導加熱方法を利用した加熱装置であってもよい。この装置には、螺旋状に巻かれたコイルが配置される。当該コイルに高周波電流を流すことで、生じた高周波磁界で加熱ローラ（２）に誘導渦電流を発生させ、加熱ローラ（２）の表皮抵抗によって、加熱ローラ（２）自体にジュール発熱させる。この装置によれば、ハロゲンランプ等の間接加熱に比べて、短時間で加熱ローラ（２）を昇温させることができ、加熱ローラ（２）以外の部分の発熱や光漏れ等によるエネルギーロスを少なくできる。
【００２５】
加圧ローラ（３）は、定着ベルト（６）を駆動させる回転自在のローラであって、定着ベルト（６）を介して加熱ローラ（２）を押圧するとともに、定着ベルト（６）を支持し、駆動させる。加圧ローラ（３）も駆動回転することによって、定着ベルト（６）をたわませることなく駆動させる。加圧ローラ（３）は、中空形状の剛体（３１）であって、内部には、加熱手段であるハロゲンランプ（８）を備える。剛体（３１）の外面上には、例えば、シリコンゴムからなる弾性層（３２）が備えられる。加圧ローラ（３）の弾性層（３２）のゴム硬度は、「ＡＳＫＥＲ  Ｃ  ５０〜６０」（日本ゴム協会標準規格（ＳＲＩＳ）  ０１０１）程度であり、その外径は、３５〜５０ｍｍとするのが好ましい。
加圧ローラ（３）により加熱ローラ（２）が圧接されて、定着ニップ（７）が形成される。未定着のトナー像が形成された転写紙（５０）は、この定着ニップ（７）に搬送され、加熱ローラ（２）及び加圧ローラ（３）の回転によって、定着ニップ（７）を通過する。転写紙（５０）が定着ニップ（７）を通過する際に、加熱ローラ（２）及び加圧ローラ（３）によって、加熱・加圧されることで、転写紙（５０）上の未定着のトナー像が溶融され、転写紙（５０）上に定着する。
【００２６】
分離ローラ（４）は、駆動回転するローラであって、加熱ローラ（２）よりも下流、すなわち、定着ニップ（７）の出口に位置し、定着ベルト（６）を支持する。分離ローラ（４）の回転する速度は、加圧ローラの回転する速度を１とした場合、１．００５〜１．０２程度である。この速度が小さすぎると、ひずみの量が少なくなる傾向にある。逆に、速度が大きすぎると、画像をこすり画像不良を引き起こす。分離ローラ（４）は、弾性層からなる中空形状のローラである。弾性層としては、例えば、スポンジ又はゴム等の弾性体、発泡ゴム等が用いられる。分離ローラ（４）の弾性層のゴム硬度は、「ＡＳＫＥＲ  Ｃ  ２５〜４０」（日本ゴム協会標準規格（ＳＲＩＳ）  ０１０１）程度である。分離ローラ（４）は弾性層を有するので、分離ローラ（４）の曲率と、加圧ローラ（３）との圧接と、分離ローラ（４）自体の駆動により分離ローラ（４）がひずむとともに、分離ローラ（４）に支持されている定着ベルト（６）にもひずみを生じさせる。
【００２７】
このように、定着ベルト（６）にひずみが生じることで、定着ベルト（６）の駆動速度が変化し、転写紙（５０）の移動速度との間に微小な差が生じる。これによって、転写紙（５０）と定着ベルト（６）との密着度合いが低下して、転写紙（５０）が分離しやすくなる。
【００２８】
分離ローラ（４）は、所定の曲率半径を有し、定着ベルト（６）を押圧する。分離ローラ（４）が所定の曲率半径を有することで、定着ベルト（６）の押圧の際に、曲率分離によって転写紙（５０）を定着ベルト（６）から分離する。曲率分離を行うためには、分離ローラ（４）の外径を一定以下とする必要がある。外径が大きすぎると、転写紙（５０）を定着ベルト（６）から確実に剥離することが困難となるからである。一方、分離ローラ（４）の外径を小さくしすぎると、定着ベルト（６）の耐久性に影響を与えてしまう。このため、分離ローラ（４）の外径は、１０〜２０ｍｍとするのが好ましい。
【００２９】
上記のとおり、加熱ローラ（２）は剛体であって、加圧ローラ（３）のゴム硬度は、ＡＳＫＥＲ  Ｃ  ５０〜６０であって、分離ローラ（４）のゴム硬度は、ＡＳＫＥＲ  Ｃ  ２５〜４０である。したがって、加熱ローラ（２）、加圧ローラ（３）及び分離ローラ（４）の表面の硬度（ｈ１、ｈ２及びｈ３）の大小関係は、ｈ１＞ｈ２＞ｈ３となる。これによって、分離ローラ（４）と加圧ローラ（３）との圧接部では、定着ニップ（７）の分離ローラ側での圧力が強いことと相俟って、分離ローラ（４）がひずむこととなる。このように分離ローラ（４）がひずむことによって、分離ローラ（４）に支持されている定着ベルト（６）にもひずみが生じる。これによって、定着ベルト（６）の駆動速度が変化し、転写紙（５０）の移動速度との間に微小な差が生じるので、転写紙（５０）と定着ベルト（６）との密着度合いが低下して、転写紙（５０）が自己分離しやすくなる。
【００３０】
また、分離ローラ（４）の回転する速度は、加圧ローラの速度を１とした場合、１．００５〜１．０２であって、分離ローラ（４）の回転する速度は加圧ローラ（３）の速度よりも大きいので、分離ローラ（４）において定着ベルト（６）の駆動方向にひずみが生じる。このため、分離ローラ（４）に支持されている定着ベルト（６）にもひずみが生じ、定着ベルト（６）の駆動速度が変化し、転写紙（５０）の移動速度との間に微小な差が生じる。これによって、転写紙（５０）と定着ベルト（６）との密着度合いが低下して、転写紙（５０）が自己分離しやすくなる。
【００３１】
定着ベルト（６）は、弾性層が設けられた無端状のベルトであって、加熱ローラ（２）、分離ローラ（４）及びテンションローラ（５）によってベルトの内側から支持される。定着ベルト（６）は、基材層、弾性層及び表面層の３層構造からなる。基材層は、厚みが３０〜１００μｍ程度であって、ポリイミド樹脂、ニッケル、ＳＵＳ（ステンレス鋼）等で形成される。弾性層は、厚みが１００〜５００μｍ程度であって、シリコン樹脂等で形成される。表面層は、トナーに対する離型性を考慮して、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）コートや、ＰＦＡチューブ等のフッ素樹脂等で形成される。定着ベルト（６）が分離ローラ（４）に押圧されると、弾性層が変形する。この弾性層の変形によって、転写紙（５０）が定着ベルト（６）に巻きつくことを防止し、定着ベルト（６）からの分離性が得られる。
【００３２】
テンションローラ（５）は、定着ベルト（６）を支持する支持部材であり、バネ（１０）によって引っ張られ、定着ベルト（６）に張力を与える。テンションローラ（５）が設けられることにより、定着ベルト（６）の疲労を低減することができる。テンションローラ（５）は、アルミ等の熱伝導率の高い金属からなり、表面はフッ素樹脂等で被覆されていても良い。テンションローラ（５）の外径は、分離ローラ（４）の外径と同じく、１０〜２０ｍｍとするか、分離ローラ（４）よりも少し小さくするのが好ましい。
【００３３】
図２は、本発明に係る定着装置（１）の実施形態における定着ニップ（７）での圧力分布を示す図である。図に示すとおり、分離ローラ（６）と加圧ローラ（３）との圧接部分（分離ローラ側）における圧力は、加熱ローラ（２）と加圧ローラ（３）との圧接部分（加熱ローラ側）における圧力よりも強くなっている。分離ローラ側に強い押圧力を施すことで、定着ベルト（６）をひずませ、転写紙（５０）の移動速度と定着ベルト（６）の移動速度との間に微小な差を生じさせる。これによって、分離ローラ側では、転写紙（５０）と定着ベルト（６）との密着度合いが低下し、分離ローラ（４）の曲率とともに転写紙（５０）を屈曲させることで、転写紙（５０）を自己分離させる。
【００３４】
また、定着ニップ出口と入り口との間の部分、すなわち、加圧ローラ（３）が定着ベルト（６）に当接する部分においても、所定の圧力が加わっているので、圧力の抜けによる画像荒れも生じない。
【００３５】
さらに、分離ローラ側では、転写紙（５０）が定着ベルト（６）を介して分離ローラ（４）に強く押圧されるので、トナーは転写紙（５０）にしっかりと浸透することができ、強固に定着する。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、トナーを加熱ローラにて加熱溶融する方式の熱ローラ定着装置において好適に利用されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る定着装置の実施形態の概略構成例を示す側面図である。
【図２】本発明に係る定着装置の実施形態における定着ニップでの圧力分布を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１          定着装置
２          加熱ローラ
３          加圧ローラ
４          分離ローラ
５          テンションローラ
６          定着ベルト
７          定着ニップ
８          ハロゲンランプ
２１，３１  剛体
３２        弾性層
【図１】
2008209515.tif 000003
【図２】
2008209515.tif 000004