(57)【要約】【課題】定着ベルトの駆動トルクを低減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、加熱ローラ１４とニップ形成部材２０とに巻き掛けられた定着ベルト１２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加圧ローラ５０とを備え、定着ニップ４０内の圧力部分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が回転駆動されることによって定着ベルト１２がニップ形成部材２０上を摺動しつつ回転し、定着ニップ４０の外側でのニップ形成部材２０に対する定着ベルト１２の接触面積がニップ出口側よりもニップ入口側で小さくなっている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能または回転不能に設けられた加熱部材と該加熱部材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、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駆動可能な加圧ローラとを備え、前記定着ニップ内の圧力部分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、前記加圧ローラが回転駆動されることによって前記定着ベルトが前記ニップ形成部材上を摺動しつつ回転するベルト定着装置であって、
前記定着ニップの外側での前記ニップ形成部材に対する前記定着ベルトの接触面積がニップ出口側よりもニップ入口側で小さくなっていることを特徴とするベルト定着装置。
【請求項２】
前記加熱部材が回転可能な加熱ローラであり、前記加熱ローラの外径が前記ニップ形成部材の通紙方向の幅よりも大きい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】
前記定着ニップを記録媒体が縦方向に通過する構成において前記加熱ローラが前記ニップ形成部材より下方に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のベルト定着装置。
【請求項４】
前記定着ニップの入口側において、前記定着ニップへの記録媒体の導入をガイドする定着前ガイドと前記定着ベルトとがなす角度が３０〜７０°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】
前記定着ニップの入口側において、前記定着ニップへの記録媒体の導入をガイドする定着前ガイドと、前記ニップ形成部材と前記定着ベルトとの接点から延びる前記定着前ガイドに対して平行な線との間の距離が３ｍｍ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。
【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】
なし
【０００３】
従来、図５に示すように、熱源であるヒータランプ７２を内部に有する回転可能な加熱ローラ７４と、この加熱ローラ７４から離れた位置に回転可能に配置され、外周部にスポンジまたはゴムからなる弾性層７６を有する定着ローラ７８と、加熱ローラ７４と定着ローラ７８とに巻き掛けられたエンドレスシート状の定着ベルト８０と、定着ローラ７８に対して定着ベルト８０を挟んで圧接された加圧ローラ８２とからなるベルト定着装置７０が知られている。なお、このベルト定着装置７０は、一般に広く知られていることから、前記特許文献として特定の文献を挙げることをせずに「なし」としたものである。
【０００４】
前記ベルト定着装置７０では、定着ベルト８０と加圧ローラ８２との接触部が定着ニップ８４になっている。定着ベルト８０は、加圧ローラ８２が矢印Ｃ方向に回転駆動されることにより、矢印Ｄ方向に回転するようになっている。このように回転するうちに定着ベルト８０は、加熱ローラ７４によって加熱されることにより所定の定着温度（例えば１８０℃）に昇温する。そして、ベルト定着装置７０では、定着ベルト８０が所定温度まで昇温した後に、未定着トナー画像が形成された記録媒体が定着ニップ８４に導入され、この定着ニップ８４を通過する際にトナー画像が記録媒体に加熱定着されるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記ベルト定着装置７０では、定着ベルト８０の回転に伴って定着ローラ７８も従動回転するため、加圧ローラ８２の駆動トルクはそれほど大きくはならない。しかし、本願出願人は本願と同日付けで提出した別の特許願において、前記定着ローラ７８に代えて、定着ベルト８０の内側に回転不能に固定配置されたニップ形成部材を用いたベルト定着装置を提案しており、このベルト定着装置では定着ベルト８０がニップ形成部材上を摺動しつつ回転することになるため、定着ベルト８０とニップ形成部材との摩擦抵抗によって定着ベルト８０の駆動トルクが大きくなるという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、加圧ローラの回転駆動によって定着ベルトがニップ形成部材上を摺動しつつ回転するベルト定着装置において、定着ベルトの駆動トルクを低減することを目的とする。
【０００７】
【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は、回転可能または回転不能に設けられた加熱部材と該加熱部材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、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駆動可能な加圧ローラとを備え、前記定着ニップ内の圧力部分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、前記加圧ローラが回転駆動されることによって前記定着ベルトが前記ニップ形成部材上を摺動しつつ回転するベルト定着装置であって、
前記定着ニップの外側での前記ニップ形成部材に対する前記定着ベルトの接触面積がニップ出口側よりもニップ入口側で小さくなっていることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明のベルト定着装置では、前記加熱部材が回転可能な加熱ローラであり、前記加熱ローラの外径が前記ニップ形成部材の通紙方向の幅よりも大きいことが好ましい。この場合、前記定着ニップを記録媒体が縦方向に通過する構成において前記加熱ローラが前記ニップ形成部材より下方に配置されていることが好ましい。
【０００９】
また、本発明のベルト定着装置では、前記定着ニップの入口側において、前記定着ニップへの記録媒体の導入をガイドする定着前ガイドと前記定着ベルトとがなす角度が３０〜７０°であることが好ましい。
【００１０】
さらに、本発明のベルト定着装置では、前記定着ニップの入口側において、前記定着ニップへの記録媒体の導入をガイドする定着前ガイドと、前記ニップ形成部材と前記定着ベルトとの接点から延びる前記定着前ガイドに対して平行な線との間の距離が３ｍｍ以上であることが好ましい。
【００１１】
【発明の効果】
本発明のベルト定着装置では、回転駆動される加圧ローラに伴って定着ベルトはニップ形成部材上を摺動しつつ従動回転するが、この回転時においてベルト回転方向に関して定着ニップの上流側に位置する定着ベルトの部分がテンションが相対的に高くなった張り側となり、一方、定着ニップの下流側に位置する定着ベルトの部分がテンションが相対的に低くなった緩み側となっている。定着ベルトを回転させる際に必要となる駆動トルクの多くは、定着ニップの入口側における定着ベルトの張り側の部分とニップ形成部材との摩擦抵抗によって生じている。そこで、本発明のベルト定着装置では、定着ニップの外側でのニップ形成部材に対する定着ベルトの接触面積がニップ出口側よりもニップ入口側が小さくなるように構成したことにより、定着ベルトの駆動トルクを低減できる。
【００１２】
また、本発明のベルト定着装置において、定着前ガイドと定着ベルトとの間の関係について角度や距離を前記適正範囲に設定することにより、ジャムを発生させることなく記録媒体を安定的に定着ニップへと突入させることが可能になる。
【００１３】
【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であるベルト定着装置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６５ｍｍで、厚さ７０μｍ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。
【００１４】
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（加熱部材）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。なお、定着ベルト１２が回転するときにニップ形成部材２０との摩擦抵抗を低減するため、定着ベルト１２の内面には例えばグリスまたはオイル等の潤滑剤を塗布してもよい。
【００１５】
加熱ローラ１４は、例えば外径Ｄが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（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。
【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。また、加圧ローラ５０は、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の弾性層は、軸方向（図１の奥行き方向）に例えば２４０ｍｍ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】
定着ニップ４０におけるニップ荷重（すなわち加圧ローラ５０の圧接力）は１６０〜２４０Ｎの範囲に設定されており、このときの定着ニップ４０内の平均圧力は５０ｋＰａ以上２５０ｋＰａ以下の範囲になっている。５０ｋＰａより小さくなると加圧ローラ５０の駆動力が定着ベルト１２へ安定して伝達することができなくなり、一方、２５０ｋＰａより大きくなると定着ベルト１２の駆動負荷が大きくなるばかりで、より大きな消費電力のモータが必要になってくるからである。
【００２１】
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、セラミック等）で形成されている。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（すなわちニップ幅）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ことで、定着ニップ４０内の圧力分布が通紙方向（矢印Ｅ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。
【００２２】
なお、ニップ形成部材２０の対向面２２上に例えばゴムからなる弾性層を設けてもよい。定着ベルト１２が摺動するニップ形成部材２０の表面に樹脂成型時のパーティングラインからなる凸部がある場合には、その凸部を弾性層で覆い隠すことで、定着ベルト１２が前記凸部に集中的に押し付けられて定着ベルト１２の駆動トルクが増加するのを防止することができる。
【００２３】
ニップ形成部材２０の通紙方向の幅Ｌは例えば１７ｍｍであり、加熱ローラ１４の外径Ｄ（３５ｍｍ）はニップ形成部材２０の幅Ｌよりも大きくしてある。また、図１に示すように、定着ニップ４０を記録媒体である用紙が縦方向に搬送される構成において、加熱ローラ１４はニップ形成部材２０よりも下方に配置されている。さらに、ニップ形成部材２０は、上下非対称形状に形成されており、上部は半円をなす丸い湾曲面としてあるのに対して、下部は上部に比べて湾曲面の部分を短くしてある。このようにニップ形成部材２０と加熱ローラ１４の大小関係、ニップ形成部材２０と加熱ローラ１４との上下位置関係、および、ニップ形成部材２０の所定形状によって、定着ニップ４０の外側において定着ベルト１２がニップ形成部材２０に接触する面積が、ニップ出口側（すなわち定着ニップ４０の上側）よりもニップ入口側（すなわち定着ニップ４０の下側）で小さくなるように構成されている。
【００２４】
なお、定着ニップ４０の外側において定着ベルト１２がニップ形成部材２０に接触する面積がニップ出口側よりもニップ入口側で小さくなるように構成されていれば、ニップ形成部材２０と加熱ローラ１４の大小関係、ニップ形成部材２０と加熱ローラ１４との上下位置関係、および、ニップ形成部材２０の形状は上述したものに限定されるものではなく、例えばニップ形成部材２０は下部も上部と同様に半円状に丸くなった上下対称形状に形成されていてもよい。このようにニップ形成部材２０を対称形状とすることで、組み付け性が向上する効果がある。
【００２５】
定着ニップ４０の下方には定着前ガイド６０が配置されており、この定着前ガイド６０によって、表面に未定着トナー画像が形成された記録媒体がガイドされて定着ニップ４０へと導入されるようになっている。
【００２６】
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。
【００２７】
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が形成された記録媒体が定着前ガイド６０によってガイドされて定着ニップ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、画像形成装置の外部に排出される。
【００２８】
上述したように加圧ローラ５０が回転駆動されることによって定着ベルト１２はニップ形成部材２０上を摺動しつつ従動回転するが、この回転時においてベルト回転方向に関して定着ニップ４０の上流側に位置する定着ベルト１２の部分１２ａがテンションが相対的に高くなった張り側となり、一方、定着ニップ４０の下流側に位置する定着ベルト１２の部分１２ｂがテンションが相対的に低くなった緩み側となっている。定着ベルト１２を回転させる際に必要となる駆動トルクの多くは、定着ニップ４０の入口側における定着ベルト１２の張り側部分１２ａとニップ形成部材２０との摩擦抵抗によって生じている。これに対して、本実施形態のベルト定着装置１０では、定着ニップ４０の外側でのニップ形成部材２０に対する定着ベルト１２の接触面積がニップ出口側よりもニップ入口側で小さくなるように構成されているので、定着ベルト１２の駆動トルクを低減することができる。
【００２９】
また、前記ベルト定着装置１０では、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たので、定着ニップ４０内の全域において用紙搬送速度が一定になる。これにより、定着ニップ４０を通過する用紙にストレスが作用することがなく、画像にじみ等の画像ノイズや紙しわの発生を防止できる。
【００３０】
また、前記べルト定着装置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、互いに圧接された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、前記ベルト定着装置１０では、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、前記ベルト定着装置１０では、記録媒体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への記録媒体の突入性能、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】
ここで、図２に示すように、前記ベルト定着装置１０において、定着ニップ４０の入口側における定着前ガイド６０と定着ベルト１２とがなす角度αを変化させて、記録媒体である用紙の定着ニップ４０への突入安定性を調べた結果を図３に示す。前記角度αが３０°より小さいと、定着ニップ４０へ突入する前に用紙が定着ベルト１２とこすれることにより画像ノイズが発生する確立が非常に高かった。一方、前記角度αが７０°より大きいと、定着ニップ４０への用紙突入不良によるジャムが発生する確率が非常に高かった。このことから、前記角度αを３０°〜７０°の範囲に設定することで、用紙を定着ニップ４０へ安定的に突入させることができることが判明した。
【００３４】
また、図２に示すように、定着ニップ４０の入口側において、ニップ形成部材２０と定着ベルト１２との接点から延びる定着前ガイド６０に対して平行な線と定着前ガイド６０との間の距離ｈを変化させて、用紙の定着ニップ４０への突入安定性を調べた結果を図４に示す。前記距離ｈが３ｍｍより小さいと用紙突入不良によるジャムが発生する確率が高く、一方、前記距離ｈが３ｍｍ以上になるとジャム発生率を１０％以下に抑えられた。このことから、前記距離ｈを３ｍｍ以上とすることで、用紙を定着ニップ４０へ安定的に突入させることができることが判明した。
【００３５】
なお、前記ベルト定着装置１０では、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。
【００３６】
また、前記ベルト定着装置１０では、加熱部材として回転可能な加熱ローラ１４を用いたが、これに代えて回転不能なシート状ヒータを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】ベルト定着装置の構成図。
【図２】図１のベルト定着装置の部分拡大図。
【図３】定着ニップの用紙突入安定性を調べた結果を示す図。
【図４】定着ニップの用紙突入安定性を調べた結果を示す図。
【図５】従来のベルト定着装置の一例を示す構成図。
【符号の説明】
１０…ベルト定着装置、１２…定着ベルト、１２ａ…張り側部分、１２ｂ…緩み側部分、１４…加熱ローラ（加熱部材）、１６…ヒータランプ、２０…ニップ形成部材、２２…対向面、４０…定着ニップ、５０…加圧ローラ、６０…定着前ガイド。
【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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