(57)【要約】【課題】十分な定着強度と良好な通紙性の両立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は、加熱されるエンドレスシート状の定着ベルト１２の内側に配置されたニップ形成部材２０と、ニップ形成部材２０に対して定着ベルト１２を挟んで圧接された回転可能な加圧ローラ５０とを備え、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になっており、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し、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θを所定範囲とした。【選択図】  図１
2004286925.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、前記ニップ形成部材に対して前記定着ベルトを挟んで圧接された回転可能な加圧ローラとを備え、前記定着ベルトと前記加圧ローラとの接触部が定着ニップになっており、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、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
【請求項２】
前記加圧ローラは外周部に弾性層を有し、前記ニップ形成部材は８０ｋＰａ以上の平均圧力により前記弾性層を径方向に０．３ｍｍ以上歪ませ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】
定着ニップから離れた位置に前記定着ベルトを加熱する熱源を有するとともに、前記加圧ローラの弾性層の熱伝導率が０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であ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４】
前記加圧ローラの弾性層の厚みは４ｍｍ以上であ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】
前記ニップ形成部材の前記加圧ローラとの対向面が、前記ニップ形成部材の長手方向において両端側よりも中央部の方が前記加圧ローラ側に突出するように湾曲し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。
【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１１−２８２２９３号公報
【０００３】
従来、前記特許文献１には、熱源を内蔵した加熱ローラと外周部に弾性層を有する定着ローラとに巻き掛けられたエンドレスシート状の定着ベルトと、前記定着ローラに対して前記定着ベルトを挟んで圧接された加圧ローラとを備え、定着ベルトと加圧ローラとの接触部が定着ニップになっているベルト定着装置が開示されている。このベルト定着装置では、定着ニップを通過する用紙の分離性能を確保するために、定着ニップにおける加圧ローラ軸中心に対するベルト巻き掛け角を２５°以上とすることが提案されている。
【０００４】
【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において、加圧ローラの圧接力を大きくして定着ニップの幅を広くした場合、封筒などを通紙したときにしわが発生するという通紙性の問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、前記問題を解決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、前記ニップ形成部材に対して前記定着ベルトを挟んで圧接された回転可能な加圧ローラとを備え、前記定着ベルトと前記加圧ローラとの接触部が定着ニップになっており、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、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ものである。
（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
【０００６】
本発明のベルト定着装置では、前記加圧ローラが外周部に弾性層を有し、前記ニップ形成部材は８０ｋＰａ以上の平均圧力により前記弾性層を径方向に０．３ｍｍ以上歪ませることが好ましい。
【０００７】
また、本発明のベルト定着装置では、定着ニップから離れた位置に前記定着ベルトを加熱する熱源を有するとともに、前記加圧ローラの弾性層の熱伝導率が０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが好ましい。
【０００８】
また、本発明のベルト定着装置では、前記加圧ローラの弾性層の厚みが４ｍｍ以上であることが好ましい。
【０００９】
さらに、本発明のベルト定着装置では、前記ニップ形成部材の前記加圧ローラとの対向面が、前記ニップ形成部材の長手方向において両端側よりも中央部の方が前記加圧ローラ側に突出するように湾曲していてもよい。
【００１０】
【発明の効果】
本発明のベルト定着装置によれば、回転不能に固定配置された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することで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するとともに、定着ニップにおける定着ベルトの巻き掛け角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を得ることができる。
【００１１】
また、本発明のベルト定着装置によれば、ニップ形成部材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幅広の定着ニップを容易に実現できる。このように幅広の定着ニップとすることで、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。
【００１２】
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の周長を短くできる。このように定着ベルトを短くできることで定着ベルトの熱容量が小さくなるとともに定着ベルト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を用いていることで、加熱されることによって定着ベルト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。
【００１３】
さらに、本発明のベルト定着装置によれば、用紙の種類に応じて加圧ローラの圧接荷重を可変とした場合でも、定着ニップ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、定着ニップへの用紙の突入性能、および、定着ニップから出る用紙の分離性能を悪化させることがない。
【００１４】
【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。
【００１５】
定着ベルト１２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とに巻き掛けられている。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前記ニップ形成部材２０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。
【００１６】
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１８が接触配置されており、このサーミスタ１８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。
【００１７】
前記ニップ形成部材２０は定着ベルト１２の内側に配置されており、このニップ形成部材２０に対して定着ベルト１２を挟んだ状態で加圧ローラ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。
【００１８】
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５２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５４を有しており、弾性層５４の表面には厚さ４０μｍの離型層（図示せず）が形成されている。また、加圧ローラ５０は、図示しないモータにより矢印Ａ方向に回転駆動されるようになっている。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。
【００１９】
加圧ローラ５０の弾性層５４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５４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。
【００２０】
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５４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ース等の潤滑剤を塗布してもよい。
【００２１】
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。これにより、定着ニップ４０の周方向の長さ（以下、ニップ幅という。）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。
【００２２】
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材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。
【００２３】
【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
【００２４】
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。
【００２５】
図１を再び参照すると、ニップ形成部材２０の背面には、断面Ｓ字状に折り曲げた板金製の補強部材３０がニップ形成部材２０の長手方向に沿って設けてある。この補強部材３０は、ニップ形成部材２０が加圧ローラ５０で押圧されることにより長手方向と直交する方向へ撓むのをできるだけ抑えるためのものである。また、ニップ形成部材２０と補強部材３０との間には、断熱を目的とした空間３２が設けられいる。なお、補強部材は、板金製のものに限らず、例えば中実の金属棒であってもよい。
【００２６】
定着ニップ４０の下方には突入ガイド６０が配置されており、この突入ガイド６０によって、表面に未定着トナー画像Ｔが形成された用紙Ｐが定着ニップ４０へと導入されるようになっている。また、定着ニップ４０の上方には一対の排出ガイド６２が配置されている。これらの排出ガイド６２は、定着ニップ４０から出てきた用紙Ｐを補助的にガイドするとともに、定着ベルト１２または加圧ローラ５０に巻き付こうとする用紙Ｐを分離させる役割を果たしている。
【００２７】
上記構成からなるベルト定着装置１０では、加圧ローラ５０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。定着ベルト１２は、このように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。
【００２８】
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Ｐが下方から定着ニップ４０に導入される。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、排出ガイド６２によって補助的にガイドされながら上方に搬送され、画像形成装置の外部に排出される。
【００２９】
以上に説明したように、本実施形態のベルト定着装置１０では、回転不能に固定配置されたニップ形成部材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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
＜ニップ幅を確保するための条件＞
互いに圧接されたローラ対、または、フラット形状のニップ形成部材にローラを圧接して定着ニップを形成する場合では、図４のグラフに示すように、システム速度の高速化に対応するために広いニップ幅を得ようとすると、ローラを大径にする必要がある。図４のグラフは、ローラの弾性層厚み４ｍｍ、弾性層歪率２０％、弾性層硬度ＪＩＳＡ２０度、ローラ軸方向における弾性層長さ２４１ｍｍの条件で測定したものである。これに対し、上述したように本実施形態のベルト定着装置１０では、外径３０ｍｍの加圧ローラ５０で１２ｍｍのニップ幅を確保している。
【００３４】
また、図４に示すようにニップ幅を広げようとすると、図５のグラフに示すように、より高い圧接荷重が必要になってくる。これに対し、本実施形態のベルト定着装置１０では、ニップ形成部材２０を加圧ローラ５０の外周に沿った形状としたことで、荷重にかかわらず、必要なニップ幅を容易に確保できる。
【００３５】
＜定着ニップ内の圧力分布＞
ローラ対、または、フラット形状のニップ形成部材とローラで形成したニップ内の圧力分布を図６のグラフの（ａ）に示す。これによると、ニップ幅を確保するために大きな圧接荷重が加えられていることで、特にニップ幅の中央部での圧力が突出して高く、ニップ内に大きな圧力差が生じていることがわかる。
【００３６】
一方、本実施形態のベルト定着装置１０では、図６のグラフの（ｂ）に示すように、定着ニップ４０内の圧力分布はおおよそフラットになっており、圧力差がほとんどないことがわかる。ここで、「おおよそフラット」な状態には、図６のグラフ（ｂ）の一点鎖線で示すようにニップ中央部の圧力がニップ両側（すなわちニップの入口側と出口側）に比べて若干高くなっている状態も含まれる。
【００３７】
定着性および用紙搬送性を確保するにはニップ内の平均圧力が約１００ｋＰａ以上あればよいことがわかっているので、定着ニップ４０についてニップ幅１２ｍｍで弾性層５４の長さ２４１ｍｍの場合は圧接荷重が約２９０Ｎ以上で定着性能および用紙搬送性能を確保できることになる。従来のローラ対型の定着装置では６００Ｎ弱の圧接荷重が必要であったことから、本実施形態のベルト定着装置１０では約半分の圧接荷重でよいことがわかる。
【００３８】
以上のことから、システム速度の高速化に対応するために幅広いニップを形成する場合、ローラ対でニップを形成するのに対して、１本のローラ５０とそのローラ５０の外周に沿った形状の部材２０とにより定着ニップ４０を形成することにより、定着性を確保するために必要な定着ニップを、ローラ径を大きくすることなく、かつ、低圧接荷重で実現することが可能になる。
【００３９】
＜加圧ローラの歪量とカール矯正＞
曲率半径が１５．４ｍｍであるニップ形成部材２０の湾曲面２２に対して、表面硬度がアスカーＣで５０度であって弾性層５４のゴム厚みが４ｍｍである外径３０ｍｍの加圧ローラ５０を圧接してニップ幅１２ｍｍの定着ニップ４０を形成した場合、圧接荷重によって定着ニップ４０を通過した用紙のカール高さは変化する。ここで、「カール高さ」とは、定着ニップを通過した用紙を平面上に置いたときに用紙の端部がカールすることで生じる浮き上がり量に相当する。
【００４０】
図７のグラフに示すように、圧接荷重を約２３０Ｎ以上にすると、薄紙から厚紙までカール高さを低く抑えられることが確認できた。本実施形態のベルト定着装置１０において圧接荷重が２３０Ｎの場合、加圧ローラ５０の弾性層５４には径方向に０．３ｍｍの歪みが発生し、このときのニップ内の平均圧力は約８０ｋＰａとなっていた。また、定着ニップ４０の出口側においてもニップ形成部材２０によって加圧ローラ５０の弾性層５４を径方向に０．３ｍｍ以上歪ませることにより用紙のカールが矯正されてカール高さが小さくなることが確認できた。したがって、ニップ形成部材２０は、用紙のカール矯正のために、８０ｋＰａ以上の平均圧力により加圧ローラ５０の弾性層５４を径方向に０．３ｍｍ以上歪ませることが好ましい。
【００４１】
＜加圧ローラの熱伝導とウォームアップ時間の関係＞
本実施形態のベルト定着装置１０では、熱源（すなわちヒータランプ１６）は、定着ベルト１２と用紙Ｐ上のトナーＴとが接触する定着ニップ４０の近傍には配置されておらず、定着ニップ４０から離れた位置に配置されている。このため、加熱ローラ１４によって加熱された定着ベルト１２は、それ自体がもつ熱のみでトナーＴを加熱する必要がある。したがって、定着ベルト１２がもつ熱量を効率的にトナーＴに伝えるためには、加熱ローラ１４およびトナーＴに接触する定着ベルト１２は熱伝導率が高く、その他の部材は熱伝導率が低いことが望ましい。
【００４２】
例えば、ヒータ１６が停止されて室温状態にある冷間時からベルト定着装置１０を定着可能温度まで昇温させるウォームアップ動作時においては、加圧ローラ５０の熱伝導度によって定着ベルト１２からの熱量の逃げに差が生じ、ウォームアップ時間の差として現れる。投入電力７６０Ｗの場合のウォームアップ時間（定着ベルト１２を回転させながら室温２３℃から定着温度１８０℃まで昇温させるのに要する時間）を測定した結果を下記の表１に示す。ここでは、加圧ローラ５０の弾性層５４を熱伝導率が異なる３種類のゴムで構成して実験した。
【表１】
2004286925.tif 000003
【００４３】
また、定着ベルト１２が停止した状態でヒータランプ１６により加熱ローラ１４が定着温度である１８０℃に加熱されている印刷待機時には、定着ベルト１２のうち加熱ローラ１４と接触している部分以外は冷えてしまっているため、印刷指令を受けて定着ベルト１２が回転し始めてから定着ベルト１２の温度が１８０℃にまで回復するには時間がかかる。前記ウォームアップ時間測定実験と同様に加圧ローラ５０の弾性層５４として３種類のゴムを用いて、投入電力７６０Ｗの場合に定着ベルト１２の温度が印刷待機時に印刷指令を受けてから１８０℃の定着温度に回復するまでの回復時間を測定した結果を下記の表２に示す。
【表２】
2004286925.tif 000004
【００４４】
上記表１および表２に示すように、ゴムＡとゴムＢのウォームアップ時間および回復時間の差は大きいが、ゴムＢとゴムＣのウォームアップ時間および回復時間はさほど変わらない。また、回復時間に１７秒以上を要すると、画像形成装置において露光から転写までの所要時間や給紙から定着までの用紙搬送時間を考慮した場合、印刷指令を受け取った後に定着ベルト温度を回復させるためだけに定着装置を作動させる工程および時間を採らなければならず、通紙パスや作像パスの長さを効率よく利用できないことになる。これらのことから、加圧ローラ５０の弾性層５４の熱伝導率は０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが好ましい。
【００４５】
＜加圧ローラの弾性層の厚みとウォームアップ時間の関係＞
上述したようにウォームアップ時間を短くするには定着ベルト１２から加圧ローラ５０への熱の逃げを少なくするのが効果的であり、そのためには加圧ローラ５０の低熱伝導部分である弾性層５４のゴム厚を厚くするのが有効である。投入電力７６０Ｗの場合のウォームアップ時間を測定した結果、図８のグラフに示すように、ゴム厚が厚いほど断熱効果によりベルト温度の上昇は速くなってウォームアップ時間が短くなるが、ゴム厚がおおよそ４ｍｍ以上になるとその断熱効果はほぼ飽和状態になる。したがって、加圧ローラ５０の弾性層５４の厚みは約４ｍｍ以上であることが好ましい。
【００４６】
＜加圧ローラの駆動トルク＞
ニップ形成部材２０は、補強部材３０で補強されているもののこの補強部材３０も完全な剛体ではあり得ないため、加圧ローラ５０によって押圧されることにより、長手方向と直交する方向に撓みを生じる。この撓みは、ニップ形成部材２０の長手方向中央部において最も大きくなる。ニップ形成部材２０がこのように撓むことで、定着ニップ４０内の長手方向における圧力が両端側で高くなる一方、中央部で低くなる。これにより、加圧ローラ５０の弾性層５４においても、両端側の歪量が大きくなり、中央部で歪量が小さくなる。このように加圧ローラ５０の弾性層５４の歪量が軸方向において異なってくると、歪量が大きい両端側では用紙搬送速度が速くなり、これに対して歪量が小さい中央部では用紙搬送速度が相対的に遅くなる。その結果として、両端側では用紙を速く送ろうとするのに対して中央部では用紙の送りが遅くなるために、中央部での用紙搬送速度の相対的低下がブレーキのように作用して、加圧ローラ５０の駆動トルクの増加を招くことになる。また、定着ニップ４０内における用紙搬送速度の差は、画像ノイズや紙しわの原因ともなる。
【００４７】
そこで、上述したようなニップ形成部材２０の撓みによる影響を解消するために、図９に示すように、ニップ形成部材２０の加圧ローラ５０との対向面２２が、ニップ形成部材２０の長手方向において両端側よりも中央部の方が加圧ローラ５０側に突出するように湾曲して形成されていることが好ましい。このようにニップ形成部材２０の対向面２２を湾曲面とすることで、ニップ形成部材２０が撓んだとしても、定着ニップ４０内の長手方向における圧力分布をほぼ均一なものにすることができる。これにより、加圧ローラ５０の弾性層５４の歪量も軸方向においてほぼ一定になって用紙搬送速度の差がなくなり、その結果、加圧ローラ５０の駆動トルクの増加、および、画像ノイズや紙しわ等の発生を防止できる。
【００４８】
なお、前記ベルト定着装置１０では、熱源であるヒータランプ１６を内蔵した加熱ローラ１４によって定着ベルト１２を加熱するようにしたが、加熱ローラとは別の位置で定着ベルト１２に対して接触または近接して配置された熱源によって定着ベルト１２を加熱するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】ベルト定着装置の全体構成図。
【図２】ニップ時間と定着強度ランクの関係を示すグラフ。
【図３】巻き掛け角を変えて封筒通紙の状況を調べた実験結果を示す表。
【図４】ニップ幅とローラ外径の関係を示すグラフ。
【図５】ニップ幅と圧接荷重の関係を示すグラフ。
【図６】定着ニップにおける圧力分布を示すグラフ。
【図７】圧接荷重とカール高さの関係を示すグラフ。
【図８】弾性層のゴム厚とウォームアップ時間の関係を示すグラフ。
【図９】ニップ形成部材の長手方向の断面を示す図。
【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、１６…ヒータランプ（熱源）、１８…サーミスタ、２０…ニップ形成部材、２２…対向面、３０…補強部材、４０…定着ニップ、５０…加圧ローラ、５４…弾性層、６０…突入ガイド、６２…排出ガイド、Ｐ…用紙、Ｔ…トナー。
【図１】
2004286925.tif 000005
【図２】
2004286925.tif 000006
【図３】
2004286925.tif 000007
【図４】
2004286925.tif 000008
【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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