(57)【要約】【課題】定着ベルト、押圧部材及び加圧ローラから構成され、定着ベルトと加圧ローラの間に滑りを発生させない定着装置と当該定着装置を備える画像形成装置を提供する。【解決手段】定着ベルト、押圧部材及び加圧ローラから構成される定着装置を、定着ベルトは加熱部材によりトナー溶融に必要な温度まで加熱され、押圧部材は定着ベルトの内側に配置され、定着ベルトを介して押圧部材と加圧ローラが押圧されてニップ部が形成されるとき、ニップ部入口及び出口での押圧部材の先端が、非押圧状態での加圧ローラの表面よりも、加圧ローラ中心側に位置し、押圧部材のニップ部形成部分の曲率半径は、非押圧状態での加圧ロールの曲率半径よりも小さくなるようにする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着ベルト、押圧部材及び加圧ローラから構成される定着装置であって、
定着ベルトは加熱部材によりトナー溶融に必要な温度まで加熱され、
押圧部材は定着ベルトの内側に配置され、
定着ベルトを介して押圧部材と加圧ローラが押圧されてニップ部が形成されるとき、ニップ部入口及び出口での押圧部材の先端が、非押圧状態での加圧ローラの表面よりも、加圧ローラ中心側に位置し、
押圧部材のニップ部形成部分の曲率半径は、非押圧状態での加圧ロールの曲率半径よりも小さい、定着装置。
【請求項２】
ニップ部出口の圧力がニップ部入口の圧力より大きくなるように、定着ベルトを介して押圧部材と加圧ローラが押圧される、請求項１に記載された定着装置。
【請求項３】
記録部材先端が定着ベルトに接触させられた後で、記録部材がニップ部へ搬送される位置にニップ部前ガイドが設けられている、請求項１又は２に記載された定着装置。
【請求項４】
記録部材が通過しない領域では、ニップ部入口及び出口で定着ベルトを介して押圧部材と加圧ローラが押圧され、ニップ部中間で押圧部材と定着ベルト内面が接触しない、請求項１〜３のいずれか１項に記載された定着装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載された定着装置を備える画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベルト式の定着装置およびこれを用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
定着ベルト、押圧部材及び加圧ローラから構成される定着装置であって、押圧部材は定着ベルトの内側に配置され、定着ベルトを介して押圧部材と加圧ローラが押圧されてニップ部が形成され、ニップ部全域にわたって押圧部材と定着ベルト内面が接触する定着装置が検討された(例えば、特許文献１、特許文献２参照)。前記押圧部材のニップ部形成部分の曲率半径は、非押圧状態での加圧ロールの曲率半径よりも大きくなるように形成されていた。そして、前記定着装置は、定着ベルトと加圧ローラの間に滑りを発生させるという問題を有していた。
【特許文献１】特開２００５−３２６７０２号公報
【特許文献２】特開２００３−２８７９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明が解決しようとする課題は、定着ベルト、押圧部材及び加圧ローラから構成され、定着ベルトと加圧ローラの間に滑りを発生させない定着装置と当該定着装置を備える画像形成装置の提供である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、定着ベルト、押圧部材及び加圧ローラから構成される定着装置であって、定着ベルトは加熱部材によりトナー溶融に必要な温度まで加熱され、押圧部材は定着ベルトの内側に配置され、定着ベルトを介して押圧部材と加圧ローラが押圧されてニップ部が形成されるとき、ニップ部入口及び出口での押圧部材の先端が、非押圧状態での加圧ローラの表面よりも、加圧ローラ中心側に位置し、押圧部材のニップ部形成部分の曲率半径は、非押圧状態での加圧ロールの曲率半径よりも小さい、定着装置である。
本発明の定着装置の押圧部材と加圧ローラが押圧されて形成されるニップ部の入口及び出口の圧力は、ニップ部の中間部の圧力より高く、そして、ニップ部入口及び出口での押圧部材の先端が加圧ローラに食い込むため、定着ベルトの加圧ローラへの摩擦従動性は大きい。更に、ニップ部出口における押圧部材先端の加圧ローラへの食い込みは、トナー像を担持した記録部材を定着ベルトから剥離しやすくしている。
【０００５】
本発明の好ましい実施態様では、上記定着装置において、ニップ部出口の圧力がニップ部入口の圧力より大きくなるように、定着ベルトを介して押圧部材と加圧ローラが押圧される。上記構成は、記録部材を定着ベルトから剥離しやすくしている。
【０００６】
本発明の別の好ましい実施態様では、上記定着装置において、記録部材先端が定着ベルトに接触させられた後で、記録部材がニップ部へ搬送される位置にニップ部前ガイドが設けられている。上記構成は、押圧部材の先端が加圧ローラに食い込んでいるニップ部入口への記録部材の搬送を安定化させている。記録部材先端が加圧ローラに接触させられた後でニップ部入口へ搬送される場合、記録部材先端は押圧部材に直角に近い角度で当接させられ、記録部材の搬送不良が発生する。
【０００７】
本発明の別の好ましい実施態様では、上記定着装置において、記録部材が通過しない領域では、ニップ部入口及び出口で定着ベルトを介して押圧部材と加圧ローラが押圧され、ニップ部中間で押圧部材と定着ベルト内面が接触しない。上記構成は、記録部材が搬送されない領域におけるニップ部入口及び出口での押圧部材先端の加圧ローラへの食い込みを、記録部材が搬送される領域におけるニップ部入口及び出口での押圧部材先端の加圧ローラへの食い込みよりも大きくし、定着ベルトの加圧ローラへの摩擦従動性を良好にしている。
本発明は、上記定着装置を備える画像形成装置である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施の形態に係る画像形成装置の全体構成を説明する図である。
【０００９】
画像形成部は、像担持体である感光体１、感光体を一様に帯電する帯電ローラ２、一様に帯電した感光体１に対して画像信号により変調されたレーザ光を照射して静電潜像を形成する露光機３等からなっている。現像部は、現像ロータリー４内に配置されたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色現像機５からなり、ロータリーの回転により各色現像機が順次感光体１に当接して感光体１上の静電潜像を現像する。
【００１０】
感光体上のトナー像は、１次転写位置において感光体１に当接する中間転写ベルト６に転写される。中間転写ベルト６は、駆動ローラ７、従動ローラ８間に渡って張架されている。１次転写位置において転写された中間転写ベルト６上のトナー像は、駆動ローラ７と対向して２次転写ローラ９が配置された２次転写部１０において、記録部材上に２次転写される。記録部材は、給紙カセット１１から供給され、搬送経路１２を通って２次転写部１０に搬送され、２次転写後、定着部１３に搬送されてトナー像が定着される。両面印字の場合には、記録部材は定着後に反転して両面印字時搬送経路１４を経由して再度２次転写部１０へ搬送されて裏面への記録が行われる。
【００１１】
次に、図１における定着部の詳細について図２により説明する。
図２は定着部の正面断面図である。
定着ベルト２０は、加熱部材である発熱体３０と押圧部材４０との間にテンション力がかかった状態で掛け渡され、発熱体によりトナー溶融に必要な温度まで加熱昇温される。発熱体３０の発熱量は、外部の制御装置（図示せず）により、定着ベルト２０表面温度が150 〜180 ℃の範囲で一定に保たれるように制御される。定着ベルト２０の直径Φは30〜 50mm （周長95〜160mm ）である。定着ベルト２０は、（１）厚さ30〜50μｍのＰＩ（ポリイミド）などの耐熱性樹脂フィルム又は（２）厚さ20〜40μｍのＳＵＳ、Ｎｉ、Ｆｅなどの金属製基材の表層に、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素樹脂の層が設けられている積層体からなる。また、耐熱性樹脂フィルム又は金属製基材とフッ素樹脂層の間に、厚さ150 〜 300μｍ程度のシリコーンゴム弾性層が設けられ得る。
【００１２】
押圧部材４０は、定着ベルト２０の内側に配置され、定着ベルト２０を横方向に張り出す曲面状の翼部分４０ａ、４０ｂと、加圧ローラ５０に向かって円弧状の中間部分４０ｃ、長手方向所定間隔毎に設けられた板状部材４０ｄからなっている。押圧部材４０は、ＰＰＳ（ポリフェニルスルファイド）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＩなどの耐熱性樹脂から形成されている。押圧部材４０の表面には、定着ベルト６内面との摩擦力を低減するためにＰＴＦＥやＰＦＡなどのフッ素樹脂層が設けられ得る。
【００１３】
押圧部材４０は、長手方向に延びるたわみ防止部材である直径Φ10〜20mm程度の金属製たわみ防止シャフト６０に固定され、定着ベルト２０を介して加圧ローラ５０を荷重15〜40Kgf 程度で押圧し、定着ニップを形成する。押圧部材４０の形状はニップ幅を設定する。ニップ幅は８〜１２ｍｍ程度である。長手方向所定間隔毎に設けられた板状部材４０ｄは、中央部に窪みが形成され、この窪みにたわみ防止シャフト６０の突起部６１が嵌合し、この嵌合により押圧部材４０はたわみ防止シャフト６０に固定される。この構造は、押圧部材４０が定着ベルト２０内面との摩擦でシャフト回りに回転することを防止する。
【００１４】
発熱体３０は、（１）ハロゲンヒータを内包した加熱ローラもしくは（２）セラミック製又は金属製の基材の上に抵抗発熱体が形成された加熱部材からなっている。発熱体３０は、定着ベルト６の内側において、押圧部材４０と対向し、加圧ローラ５０と反対側に設けられる。発熱体３０と押圧部材４０との間には、テンション力として１〜３Kgf の荷重がかかっている。このテンション力により発熱体３０が定着ベルト２０に充分に押し付けられ、発熱体３０の熱が定着ベルト２０に効率よく伝達され、更に、ニップ部での定着ベルト２０のたわみが防止される。
【００１５】
加圧ローラ５０は、金属製パイプの表層に、１〜５mm程度の弾性層が設けられ、弾性層の表層にＰＦＡ、ＰＴＦＥなどのフッ素樹脂層が設けられているという構造を有している。駆動力が加圧ローラ５０に与えられ、定着ベルト２０は加圧ローラ５０との摩擦力により回転し、加圧ローラ５０表面と定着ベルト２０表面は等速で回転する。加圧ローラ５０の外径Φは３０〜４０ｍｍ程度である。
【００１６】
次に、定着装置での印字について説明する。トナーにより画像形成された記録部材は、定着ベルト側を印字面として、定着前ガイド１５を経て定着装置に搬送され、外部の駆動装置により駆動されている加圧ローラ５０と定着ベルト２０との間に挟まれてニップ部を通過する。このとき、加圧ローラ５０表面、記録部材、定着ベルト２０表面はすべて同じ速度で移動し、それらの移動速度は画像形成装置の印字速度に依存している。
【００１７】
押圧部材４０の定着ベルト２０側の形状は、円弧状曲線であり、ニップ部は、定着ベルト２０を介して押圧部材４０と加圧ローラ５０が押圧されて形成される。押圧部材４０のニップ部形成部分の形状を更に詳細に検討した。
非押圧状態での加圧ローラ５０の外径Φを３０ｍｍ（曲率半径＝１５ｍｍ）とし、押圧部材４０のニップ部形成部分の曲率半径を５、８、１２、１５、１８ｍｍと変化させて、記録部材として厚紙を使用して定着ベルト２０と加圧ローラ５０の滑りを評価した。図３は、押圧部材４０のニップ部形成部分の曲率半径が８のときのニップ部の様子と圧力分布を示す図である。ニップ部入口及び出口での押圧部材４０の先端は、押圧部材４０と加圧ローラ５０が押圧されていない状態（非押圧状態）での加圧ローラ５０の表面（仮想表面５１）よりも、加圧ローラ５０中心側に位置している。加圧ローラ５０の表面の圧力は、入口及び出口付近では高く、入口及び出口からニップ部中央に向かって低下してから再度高くなる。図４は、押圧部材４０のニップ部形成部分の曲率半径が１５のときのニップ部の様子と圧力分布を示す図である。ニップ部入口及び出口での押圧部材４０の先端は、押圧部材４０と加圧ローラ５０が押圧されていない状態での加圧ローラ５０の表面（仮想表面５１）よりも、加圧ローラ５０中心側に位置していない。加圧ローラ５０の表面の圧力は、入口及び出口からニップ部中央に向かって高くなっていく。押圧部材４０のニップ部形成部分の曲率半径が５、８又は１２のとき、定着ベルト２０と加圧ローラ５０の滑りは発生せず、押圧部材４０のニップ部形成部分の曲率半径が１５又は１８のとき、滑りは発生した。押圧部材４０のニップ部形成部分の曲率半径が１８のとき、画像荒れが発生した。従って、（押圧部材のニップ部形成部分の曲率半径Ｒ２）／（非押圧状態での加圧ローラの曲率半径Ｒ１）が小さいと定着ベルトと加圧ローラの滑りを防止する効果が高く、Ｒ２／Ｒ１が大きいと画像荒れが発生すると確認できた。本発明の定着装置のＲ２／Ｒ１の適当な範囲は５０〜９０％である。
【００１８】
次に、ニップ部入口と出口で圧力が相違する場合の記録部材の剥離性を検討した。非押圧状態での加圧ローラ５０の外径Φを４０ｍｍ（曲率半径＝２０ｍｍ）、押圧部材４０のニップ部形成部分の曲率半径を１０ｍｍとし、ニップ部入口より出口が０．５ｍｍ程度加圧ローラ５０中心側に位置するように押圧部材４０を傾け、定着後の記録部材の定着ベルト２０からの剥離性を評価した。図５は、押圧部材４０を傾けたときのニップ部の様子と圧力分布を示す図である。加圧ローラ５０の表面の圧力は、入口付近よりも出口付近において高くなっている。更に、押圧部材４０を傾けずに、定着後の記録部材の定着ベルト２０からの剥離性も評価した。押圧部材４０を図５に示すごとく傾けた場合、記録部材の先端余白を１ｍｍとしても、記録部材を剥離することができた。一方、押圧部材４０を傾斜しなかった場合、記録部材の先端余白を３ｍｍとして記録部材を剥離できたが、記録部材の先端余白を２．５ｍｍとして記録部材を剥離できなかった。従って、ニップ部出口の圧力がニップ部入口の圧力より大きくなるように、定着ベルトを介して押圧部材と加圧ローラが押圧されると、記録部材の剥離性が向上すると確認できた。
【００１９】
更に、非押圧状態での加圧ローラ５０の外径Φが３０ｍｍ（曲率半径＝１５ｍｍ）、押圧部材４０のニップ部形成部分の曲率半径が８ｍｍの定着装置を使用して、定着前ガイドと記録部材のニップ部への搬送性について検討した。ニップ部前ガイド１５が、記録部材先端が定着ベルト２０に接触させられた後で、記録部材がニップ部へ搬送される位置に設けられている場合（図６）、記録部材は定着ベルト２０に沿ってニップ部に搬送され、ジャム（記録部材のニップ部への搬送不良）は発生しなかった。しかし、ニップ部前ガイド１５が、記録部材先端が加圧ローラ５０に接触させられた後で、記録部材がニップ部へ搬送される位置に設けられている場合、記録部材は定着ベルト２０に鉛直に近い角度で突入し、ジャムが発生した。従って、ニップ部前ガイドが、記録部材先端が定着ベルトに接触させられた後で、記録部材がニップ部へ搬送される位置に設けられていると、記録部材のニップ部への搬送性が向上すると確認できた。
【００２０】
最後に、非押圧状態での加圧ローラ５０の外径Φが３５ｍｍ（曲率半径＝１７．５ｍｍ）の定着装置を使用して、記録部材が通過しない領域における押圧部材４０のニップ部形成部分の形状を検討した。図７は、押圧部材４０のニップ部形成部分を、ニップ部入口及び出口で定着ベルトを介して押圧部材と加圧ローラが押圧され、ニップ部中間で押圧部材と定着ベルト内面が接触しない形状にした定着装置の定着部の正面断面図である。図８は、記録部材通過領域における押圧部材４０のニップ部形成部分の形状を円弧状とし、記録部材が通過しない領域における押圧部材４０のニップ部形成部分の形状を図７に示されるように形成した場合の、定着部のニップ部長手方向のニップ部中央における断面図である。図８に示されるごとき定着装置の、記録部材通過領域における押圧部材４０のニップ部形成部分の曲率半径を９ｍｍ、１７ｍｍ、２０ｍと設定した場合、定着ベルト２０と加圧ローラ５０の滑りは発生しなかった。
記録部材通過領域及び記録部材非通過領域における押圧部材４０のニップ部形成部分の形状を円弧状とした定着装置の押圧部材４０のニップ部形成部分の曲率半径を９ｍｍ、１７ｍｍと設定した場合、定着ベルト２０と加圧ローラ５０の滑りは発生しなかった。しかし、押圧部材４０のニップ部形成部分の曲率半径を２０ｍｍと設定した場合、定着ベルト２０と加圧ローラ５０の滑りは発生した。
図９は、記録部材通過領域及び記録部材非通過領域における押圧部材４０のニップ部形成部分の形状を図７に示されるように形成した場合の、定着部のニップ部長手方向のニップ部中央における断面図である。図９に示されるごとき定着装置は、画像荒れを発生させた。
従って、記録部材通過領域における押圧部材４０のニップ部形成部分の形状を円弧状とし、記録部材が通過しない領域における押圧部材４０のニップ部形成部分を、ニップ部入口及び出口で定着ベルトを介して押圧部材と加圧ローラが押圧され、ニップ部中間で押圧部材と定着ベルト内面が接触しない形状にした定着装置は、定着ベルトと加圧ローラの滑りを防止し、画質を向上させると確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】画像形成装置の全体構成を説明する図
【図２】定着部の正面断面図
【図３】押圧部材のニップ部形成部分の曲率半径が、加圧ローラの曲率半径より小さいときのニップ部の様子と圧力分布を示す図
【図４】押圧部材のニップ部形成部分の曲率半径が、加圧ローラの曲率半径より大きいときのニップ部の様子と圧力分布を示す図
【図５】押圧部材を傾けたときのニップ部の様子と圧力分布を示す図
【図６】記録部材のニップ部への突入位置を示す図
【図７】定着部の正面断面図
【図８】定着部のニップ部長手方向の断面図
【図９】定着部のニップ部長手方向の断面図
【符号の説明】
【００２２】
１…感光体、２…帯電ローラ、３…露光機、４…現像ロータリー、５…現像機、６…中間転写ベルト、７…駆動ローラ、８…従動ローラ、９…２次転写ローラ、１０…２次転写部、１１…給紙カセット、１２…搬送経路、１３…定着部、１４…両面印字時搬送経路、１５…定着前ガイド、２０…定着ベルト、３０…発熱体、４０…押圧部材、５０…加圧ローラ、６０…たわみ防止シャフト、６１…突起部、７０…記録部材
【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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