(57)【要約】【課題】安定した定着ベルト駆動を実現することにより画像ノイズや紙しわなどを防止できるベルト定着装置を提供する。【解決手段】本発明のベルト定着装置１０は、加熱されるエンドレスシート状の定着ベルト１２と、定着ベルト１２の内側に回転不能に固定配置されたニップ形成部材２０と、定着ベルト１２の内側においてニップ形成部材２０の直近に隣接配置された回転駆動可能な駆動ローラ３０と、ニップ形成部材２０および駆動ローラ３０に対して定着ベルト１２を挟んで圧接され、定着ベルト１２との接触部が定着ニップ４０になっている回転可能な加圧ローラ５０とを備え、定着ベルト１２は駆動ローラ３０によって回転駆動されることを特徴とする。【選択図】  図１
2004286921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱されるエンドレスシート状の定着ベルトと、前記定着ベルトの内側に回転不能に固定配置されたニップ形成部材と、前記定着ベルトの内側において前記ニップ形成部材の直近に隣接配置された回転駆動可能な駆動ローラと、前記ニップ形成部材および前記駆動ローラに対して前記定着ベルトを挟んで圧接され、前記定着ベルトとの接触部が定着ニップになっている回転可能な加圧ローラとを備え、前記定着ベルトは前記駆動ローラによって回転駆動されることを特徴とするベルト定着装置。
【請求項２】
前記駆動ローラは前記定着ベルトの回転方向に関して前記ニップ形成部材の下流側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のベルト定着装置。
【請求項３】
前記定着ニップの大部分は前記ニップ形成部材によって形成され、前記定着ニップ内の圧力分布が通紙方向に関しておおよそフラットになるように前記ニップ形成部材の前記加圧ローラとの対向面を前記加圧ローラの外周面に沿った湾曲面としたことを特徴とする請求項１に記載のベルト定着装置。
【請求項４】
前記定着ベルトは前記定着ニップから離れた位置で加熱されることを特徴とする請求項１に記載のベルト定着装置。
【請求項５】
前記加圧ローラの軸中心に対する前記定着ニップにおける前記定着ベルトの巻き掛け角θが次式を満たすことを特徴とする請求項１に記載のベルト定着装置。
（０．０４×３６０×Ｖ）／（Ｄ×π）≦θ＜８０°
ここで、Ｖ：システム速度、Ｄ：加圧ローラ径
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置に用いられるベルト定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開平９−１６０４０５号公報
【特許文献２】
特開２００１−２２８７３１号公報
【０００３】
従来、前記特許文献１において、図４に示すベルト定着装置６０が開示されている。このベルト定着装置６０は、回転可能に設けられた加熱ローラ６１と、この加熱ローラ６１と平行で、記録媒体搬送方向Ｃに所定距離隔てて設けられた駆動ローラ６２と、これら両ローラ６１，６２に掛け渡された無端状の定着ベルト６３とを有している。また、定着ベルト６３が所定角度で巻き付く位置に加圧ローラ６４が設けられている。さらに、定着ベルト６３の内側には補助ローラ６５が設けられており、この補助ローラ６５は、加圧ローラ６４に対する定着ベルト６３の巻き始め位置で、定着ベルト６３を介して加圧ローラ６４に押圧されている。これにより、駆動ローラ６２と補助ローラ６３とによって加圧ローラ６４に押し付けられた定着ベルト６３と加圧ローラ６４との接触部が定着ニップ６７になっている。
【０００４】
前記ベルト定着装置６０では、駆動ローラ６２が回転駆動されることにより、定着ベルト６３が矢印Ｄ方向に回転し、これに伴って加圧ローラ６４が矢印Ｅ方向に従動回転する。また、加熱ローラ６１は内部にヒータ６６を有しており、このヒータ６６によって加熱された加熱ローラ６１から熱が供給されることにより、定着ベルト６３が所定の定着温度にまで加熱される。この状態で、表面に未定着トナー画像Ｔが形成された記録媒体Ｍが定着ニップ６７に導入され、この定着ニップ６７を通過する間に前記トナー画像Ｔが加熱定着されることになる。
【０００５】
また、前記特許文献２には、図５に示すベルト定着装置７０が開示されている。このベルト定着装置７０は、回転可能に配置された定着ローラ７１と、定着ローラ７１に回転可能に圧接配置され、定着ローラ７１との間に定着ニップ７２を形成する無端状の定着ベルト７３と、定着ベルト７３の内側に固定配置され、定着ローラ７１側に向けて定着ベルト７３を押圧する加圧部材７４と、定着ニップ７２を加熱するヒータ７５とを有している。
【０００６】
前記ベルト定着装置７０では、定着ローラ７１が矢印Ｆ方向に回転駆動されると、定着ベルト７３が加圧部材７４上を摺動しつつ矢印Ｇ方向に回転し、このように回転する間に定着ベルト７２はヒータ７５によって所定の定着温度にまで加熱される。この状態で、表面に未定着トナー画像Ｔが形成された記録媒体Ｍが定着ニップ７２に導入され、この定着ニップ７２を通過する間に前記トナー画像Ｔが加熱定着されることになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許文献１に開示されるベルト定着装置６０では、２つのローラ６２，６５間に位置して定着ニップ６７を形成する定着ベルト６３の部分には圧力がかかりにくいためニップ圧力が低圧となり、このために定着されるトナー画像Ｔににじみ等の画像ノイズが発生しやすいという問題がある。
【０００８】
また、前記特許文献２に開示されるベルト定着装置７０では、定着ベルト７３の駆動負荷が大きいために定着ニップ７２に記録媒体Ｍが導入された際に駆動ローラである定着ローラ７１と定着ベルト７３との間でスリップが生じやすく、そのために画像ノイズや紙しわが発生するという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、安定した定着ベルト駆動を実現することにより画像ノイズや紙しわなどを防止できるベルト定着装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明のベルト定着装置は、加熱されるエンドレスシート状の定着ベルトと、前記定着ベルトの内側に回転不能に固定配置されたニップ形成部材と、前記定着ベルトの内側において前記ニップ形成部材の直近に隣接配置された回転駆動可能な駆動ローラと、前記ニップ形成部材および前記駆動ローラに対して前記定着ベルトを挟んで圧接され、前記定着ベルトとの接触部が定着ニップになっている回転可能な加圧ローラとを備え、前記定着ベルトは前記駆動ローラによって回転駆動されることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明のベルト定着装置では、前記駆動ローラが前記定着ベルトの回転方向に関して前記ニップ形成部材の下流側に配置されていることが好ましい。
【００１２】
また、本発明のベルト定着装置では、前記定着ニップの大部分が前記ニップ形成部材によって形成され、前記定着ニップ内の圧力分布が通紙方向に関しておおよそフラットになるように前記ニップ形成部材の前記加圧ローラとの対向面を前記加圧ローラの外周面に沿った湾曲面としてもよい。
【００１３】
また、本発明のベルト定着装置では、前記定着ベルトが前記定着ニップから離れた位置で加熱されてもよい。
【００１４】
さらに、本発明のベルト定着装置では、前記加圧ローラの軸中心に対する前記定着ニップにおける前記定着ベルトの巻き掛け角θが次式を満たすことが好ましい。
（０．０４×３６０×Ｖ）／（Ｄ×π）≦θ＜８０°
ここで、Ｖ：システム速度、Ｄ：加圧ローラ径
【００１５】
【発明の効果】
本発明のベルト定着装置によれば、定着ベルトの内側に駆動ローラを配置しているため、定着ニップに記録媒体が導入された場合でもスリップを生じることなく定着ベルトを安定して駆動することができ、これにより安定した用紙搬送性が得られることで画像ノイズや紙しわの発生を防止できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態のベルト定着装置１０を示す。ベルト定着装置１０は、エンドレスシート状の定着ベルト１２を備えている。定着ベルト１２は、例えば、円筒状にしたときの外径が５０ｍｍで、厚さ１７０μｍのポリイミドからなる基材、厚さ２００μｍのシリコンゴムからなる弾性層、および、厚さ３０μｍの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）からなる離型層を内側から順に積層して構成されている。
【００１７】
定着ベルト１２の内側には、回転可能に両端が支持された加熱ローラ１４と、この加熱ローラ１４から離れた位置に回転不能に固定配置されたニップ形成部材２０と、ベルト回転方向（矢印Ｂ方向）に関してニップ形成部材２０の下流側直近に隣接配置された駆動ローラ３０とが設けられている。駆動ローラ３０は、図示しないモータに連結されており、矢印Ａ方向に回転駆動可能になっている。定着ベルト１２は、加熱ローラ１４、ニップ形成部材２０および駆動ローラ３０に巻き掛けられている。
【００１８】
加熱ローラ１４は、例えば外径３５ｍｍの金属円筒管からなり、内部に熱源であるヒータランプ１６を有している。また、加熱ローラ１４が図示しないスプリングによってニップ形成部材２０および駆動ローラ３０から離れる方向へ付勢されることより、定着ベルト１２に所定のテンションが付与されている。
【００１９】
ヒータランプ１６で内部から加熱された加熱ローラ１４によって定着ベルト１２が加熱されるようになっている。また、加熱ローラ１４にはサーミスタ（図示せず）が接触配置されており、このサーミスタによって検出された温度に応じてヒータランプ１６のオン・オフを制御することにより加熱ローラ１４および定着ベルト１２を所定温度に設定できるようになっている。
【００２０】
前記ニップ形成部材２０および駆動ローラ３０に対して定着ベルト１２を挟んだ状態で、回転可能な加圧ローラ５０が圧接されている。これにより、定着ベルト１２と加圧ローラ５０との接触部が定着ニップ４０になっているが、定着ニップ４０の大部分はニップ形成部材２０によって形成されている。なお、駆動ローラ３０のが外周部は、定着ニップ４０からの熱の流出を抑えるために、熱伝導性の小さい材料（例えば高硬度スポンジ）で構成されていることが好ましい。
【００２１】
加圧ローラ５０は、例えば、外径が３０ｍｍであり、金属円筒状の芯金の外周部に厚さ４ｍｍのゴムまたはスポンジからなる弾性層を有しており、弾性層の表面には厚さ４０μｍの離型層が形成されている。なお、加圧ローラ５０の内部に補助ヒータを配置してもよい。
【００２２】
加圧ローラ５０の弾性層は、軸方向（図１の奥行き方向）に例えば２４１ｍｍの長さを有している。定着ベルト１２は加圧ローラ５０の弾性層が全長にわたって圧接されるようにそれ以上の幅を有している。さらに、ニップ形成部材２０および駆動ローラ３０は、定着ベルト１２を全幅にわたって支持するように延在している。
【００２３】
ニップ形成部材２０は、熱伝導度が低く、かつ、加圧ローラ５０の弾性層よりも硬い材料（例えば樹脂、セラミックなど）で形成されており、定着ベルト１２の内面と接触する表面には例えばＰＦＡやＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）からなる低摩擦層（図示せず）が形成されている。なお、ニップ形成部材２０と定着ベルト１２の摩擦抵抗を低減するために、定着ベルト１２の内面に耐熱性のある例えばフッ素系グリス等の潤滑剤を塗布してもよい。
【００２４】
また、ニップ形成部材２０の加圧ローラ５０との対向面２２は、加圧ローラ５０の外周面に沿った湾曲面としてある。具体的には、ニップ形成部材２０の対向面２２の曲率半径は、加圧ローラ５０の外周面の曲率半径と同一の例えば１５ｍｍか、あるいは、それよりも若干大きい例えば１５．４ｍｍとしてある。また、駆動ローラ３０についても、その外周面がニップ形成部材２０の対向面２２の延長線上に一致するように配置されている。これにより、定着ニップ４０の周方向の長さ（いわゆるニップ幅）は約１２ｍｍになっている。このようにニップ形成部材２０の加圧ローラ５０との対向面２２を加圧ローラ５０の外周面に沿った湾曲面とするとともに、駆動ローラ３０の外周面をニップ形成部材２０の対向面２２の延長線上に一致させることで、定着ニップ４０内の圧力分布が通紙方向に関しておおよそフラットになるようにしてある。ここで、前記「おおよそフラット」には、ニップ圧力が入口側および出口側に比べてニップ中央部で若干高くなった状態、または、ニップ中央部に比べて入口側および出口側が若干高くなった状態も含むものとする。
【００２５】
また、定着ベルト１２との摩擦抵抗をできるだけ小さくして定着ベルト１２の駆動負荷を低減するために、定着ニップ４０の入口側において定着ベルト１２と接触するニップ形成部材２０の下部は、丸い滑らかな湾曲面となるように形成されることが好ましい。
【００２６】
ここで、加圧ローラ５０の軸中心に対する定着ニップ４０における定着ベルト１２の巻き掛け角をθとすると、この巻き掛け角θが小さいと用紙や封筒等の記録媒体上の任意の一点が定着ニップ４０を通過するのに要する時間（以下「ニップ時間」という。）が短くなり、定着強度が弱くなる。図２のグラフは、或る標準的な定着温度（例えば１８０℃）で巻き掛け角θを変えながら通紙したときの定着強度の変化を示す。このグラフでは、定着強度ランクの数字が大きいほど定着性が高く、ランク３以上で定着強度が十分に満足した状態にあることを示している。図２のグラフからニップ時間は４０ｍｓｅｃ以上必要であることがわかる。このニップ時間を確保するには前記巻き掛け角θが次式１を満たす必要があり、これが巻き掛け角θの下限値となる。
【００２７】
【数１】
（０．０４×３６０×Ｖ）／（Ｄ×π）≦θ  …（式１）
ここで、Ｖ：システム速度、Ｄ：加圧ローラ径
【００２８】
一方、定着ニップ４０における通紙性との関係で前記巻き掛け角θの上限値を調べるために、次の実験を行なった。システム速度（すなわち定着ベルト１２の回転速度）１５０ｍｍ／ｓｅｃとして、前記巻き掛け角θを変えながらハート社製の「特白」という銘柄の封筒を定着ニップ４０に通紙してしわの発生を確認した。その結果を図３の表に示す。巻き掛け角θが４７°および６０°では、封筒にしわが発生することなく良好な通紙性が得られたが、巻き掛け角θを８０°まで大きくしたときに封筒にしわが発生して通紙性に問題が生じた。このような封筒のしわは、重なった２枚の紙を定着ニップ４０で挟んだときに発生する紙のずれによって発生するが、これは加圧ローラ５０の直径にかかわらず前記巻き掛け角θによって決まってくる。したがって、定着ニップ４０の良好な通紙性を得るために、前記巻き掛け角θは８０°未満であることが好ましい。
【００２９】
続いて、上記構成からなるベルト定着装置１０の動作について説明する。
モータにより駆動ローラ３０が矢印Ａ方向に回転駆動されると、これに伴って定着ベルト１２がニップ形成部材２０の表面を摺動しながら移動して矢印Ｂ方向に回転する。このとき、駆動ローラ３０はベルト回転方向に関してニップ形成部材２０の下流側に配置されていることにより、摩擦抵抗が最大となるニップ形成部材２０の対向面２２から定着ベルト１２を引き出すように力が作用するため、駆動ローラ３０をニップ形成部材２０の上流側に配置する場合に比べて、定着ニップ４０において定着ベルト１２を安定して移動させることが可能になる。
【００３０】
定着ベルト１２は、回転されるうちに加熱ローラ１４によって全周が加熱されて所定の定着温度（例えば１８０℃）まで昇温する。定着ベルト１２が所定の定着温度に加熱された後、表面に未定着トナー画像Ｔが形成された用紙（記録媒体）Ｐが定着ニップ４０へと導入される。これにより、定着ニップ４０を通過する間にトナー画像Ｔが用紙Ｐに定着される。そして、定着ニップ４０を通過した用紙Ｐは、上方へと搬送されて画像形成装置の外部に排出される。
【００３１】
以上に説明したように、本実施形態のベルト定着装置１０によれば、定着ベルト１２の内側に駆動ローラ３０を配置しているため、定着ニップ４０に用紙が導入された場合でもスリップを生じることなく定着ベルト１２を安定して駆動することができ、これにより安定した用紙搬送性が得られることで画像ノイズや紙しわの発生を防止できる。
【００３２】
また、前記ベルト定着装置１０では、駆動ローラ３０がベルト回転方向に関してニップ形成部材２０の下流側に配置されていることにより、摩擦抵抗が最大となるニップ形成部材２０の対向面２２から定着ベルト１２を引き出すように力が作用するため、駆動ローラ３０をニップ形成部材２０の上流側に配置する場合に比べて、定着ニップ４０において定着ベルト１２を安定して移動させることができる。
【００３３】
また、前記ベルト定着装置１０では、前記定着ニップ４０の大部分がニップ形成部材２０によって形成されており、ニップ形成部材２０の加圧ローラ５０との対向面２２を加圧ローラ５０の外周面に沿った湾曲面とすることで定着ニップ４０内の圧力分布が通紙方向に関しておおよそフラットになるようにするとともに、定着ニップ４０における定着ベルト１２の巻き掛け角θを所定範囲に規定したことで、定着強度が十分で、かつ、封筒を通紙した場合でもしわが発生することがなく通紙性が良好な定着ニップ４０を得ることができる。
【００３４】
また、本実施形態のベルト定着装置１０では、ニップ形成部材２２の幅を任意に設定することで、所望の幅の定着ニップを得ることができる。したがって、２つのローラ間に定着ニップを形成する従来の定着装置のように幅広の定着ニップを得るために圧接力をかなり大きくしなければならないということがなく、比較的低いニップ圧力で例えば１２ｍｍという幅広の定着ニップ４０を容易に実現できる。このように幅広の定着ニップ４０とすることで、定着に必要なニップ時間を稼ぐことができ、その結果、装置のシステム速度の高速化に対応することができる。
【００３５】
また、従来型のベルト定着装置に用いられていた外周部に弾性層を有する定着ローラに代えてニップ形成部材２０を用いたことで、定着装置を小型化できるとともに定着ベルト１２の周長を短くできる。このように定着ベルト１２を短くできることで定着ベルト１２の熱容量が小さくなるとともに定着ベルト１２からの放熱量も少なくなり、しかも、熱容量の大きい弾性層を有する定着ローラに代えて熱容量の小さい例えば樹脂製のニップ形成部材２０を用いていることで、加熱ローラ１４で加熱されることによって定着ベルト１２が昇温する速度が速くなり、その結果、始動時のウォームアップ時間および印刷待機時からの回復時間を短くすることができる。
【００３６】
さらに、本実施形態のベルト定着装置１０では、用紙Ｐの種類に応じて加圧ローラ５０の圧接荷重を可変とした場合でも、定着ニップ４０の入口および出口の位置が２つのローラ間に定着ニップを形成する従来の定着装置のように大きく変動することがないため、定着ニップ４０への用紙Ｐの突入性能、および、定着ニップ４０から出る用紙Ｐの分離性能を悪化させることがない。
【００３７】
なお、前記ベルト定着装置１０では、回転可能な加熱ローラ１４によって定着ベルト１２を加熱するようにしたが、この加熱ローラ１４に代えて回転不能なシート状ヒータを用いてもよい。この場合、湾曲して配置されたシート状ヒータに定着ベルト１２が巻き掛けられて摺動接触することにより、定着ベルト１２はシート状ヒータによって加熱されることになる。
【００３８】
また、定着ベルト１２を加熱する加熱源は、加熱ローラ１４とは別の位置で定着ベルト１２に接触または近接して配置されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】ベルト定着装置の構成図。
【図２】ニップ時間と定着強度ランクとの関係を示すグラフ。
【図３】定着ベルトの巻き掛け角と封筒通紙状況との関係を示す表。
【図４】従来のベルト定着装置の一例を示す図。
【図５】従来の別のベルト定着装置を示す図。
【符号の説明】
１０…ベルト定着装置、１２…定着ベルト、１４…加熱ローラ、２０…ニップ形成部材、２２…対向面、３０…駆動ローラ、４０…定着ニップ、５０…加圧ローラ、Ｐ…用紙、Ｔ…トナー画像。
【図１】
2004286921.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004286921.tif 000005
【図４】
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【図５】
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