(57)【要約】【課題】ニップ形成部材との摩擦抵抗を減少させて定着ベルトの駆動トルクを小さくできるベルト定着装置を提供する。【解決手段】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を介してニップ形成部材２０に圧接され、定着ベルト１２との接触部に定着ニップ４０を形成する回転可能な加圧ローラ５０とを備え、定着ベルト１２がニップ形成部材２０上を摺動しつつ回転駆動されるベルト定着装置１０であって、ニップ形成部材２０のベルト摺動面のうちニップ形成部２２以外の部分にベルト非接触部２４を設けてある。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前記定着ベルトを介して前記ニップ形成部材に圧接され、前記定着ベルトとの接触部に定着ニップを形成する回転可能な加圧ローラとを備え、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駆動されるベルト定着装置であって、前記ニップ形成部材のベルト摺動面のうちニップ形成部以外の部分にベルト非接触部を設けたことを特徴とするベルト定着装置。
【請求項２】
前記ベルト非接触部は凹部形状をなす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】
前記凹部形状のベルト非接触部内に、潤滑剤または潤滑剤を含んだ潤滑剤保持部材が収容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】
前記加圧ローラが前記定着ベルトを回転駆動する駆動ローラであり、前記ニップ形成部材において前記ベルト非接触部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の上流側に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のベルト定着装置。
【請求項５】
前記定着ベルトは該定着ベルトを回転駆動する駆動ローラと前記ニップ形成部材とに巻き掛けられ、前記ニップ形成部材において前記ベルト非接触部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の下流側に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３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、複写機やプリンタなどの画像形成装置において用紙などのシートにトナーを加熱して定着させ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５−１１９６４８号公報
【特許文献２】
特開２００１−２２８７３１号公報
【０００３】
従来、定着性をアップさせるためにより幅広い定着ニップが求められ、このような幅広の定着ニップを実現するために、例えば前記特許文献１において、エンドレスシート状の定着ベルトを挟んだ状態で互いに圧接された加圧ローラと加圧パッドを備えたベルト定着装置が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この方式のベルト定着装置では、加圧パッドが定着ベルトの内側に回転不能に固定配置されていることから、定着ベルトが回転駆動されると定着ベルトは加圧パッド上を摺動しつつ移動することになる。そのため、加圧パッドと定着ベルトとの摩擦抵抗が大きいと、定着ベルトを回転させるための駆動トルクが大きくなってモータに負荷がかかるだけでなく、定着ベルトや加圧パッドの寿命が短くなったり、摺動負荷の変動による画像ノイズが発生するなどの不都合があった。
【０００５】
そこで、このような不都合を解消するために、例えば前記特許文献２において、加圧パッドと定着ベルトとの間にシリコンオイルなどの潤滑剤を介在させて、加圧パッド上での定着ベルトの滑りを良好にする技術が提案されている。
【０００６】
しかしながら、定着装置が温まっていない状態では、潤滑剤の粘度が高いために所望の滑り性が得られないという問題があり、さらなる改良が必要であった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、潤滑剤の粘度が高かったり潤滑剤が存在しない場合にも回転不能な固定部材上での定着ベルトの摺動負荷を低減することができるベルト定着装置を提供することにある。
【０００８】
【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、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、前記定着ベルトを介して前記ニップ形成部材に圧接され、前記定着ベルトとの接触部に定着ニップを形成する回転可能な加圧ローラとを備え、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駆動されるベルト定着装置であって、前記ニップ形成部材のベルト摺動面のうちニップ形成部以外の部分にベルト非接触部を設けたことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明のベルト定着装置において、前記ベルト非接触部は凹部形状をなしていてもよい。この場合、前記凹部形状のベルト非接触部内に、潤滑剤または潤滑剤を含んだ潤滑剤保持部材が収容されていてもよい。
【００１０】
また、本発明のベルト定着装置において、前記加圧ローラが前記定着ベルトを回転駆動する駆動ローラであり、前記ニップ形成部材において前記ベルト非接触部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の上流側に設けられていてもよい。
【００１１】
また、本発明のベルト定着装置において、前記定着ベルトは該定着ベルトを回転駆動する駆動ローラと前記ニップ形成部材とに巻き掛けられ、前記ニップ形成部材において前記ベルト非接触部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の下流側に設けられていてもよい。
【００１２】
さらに、本発明のベルト定着装置において、前記凹部形状のベルト非接触部は、長手方向に延びる１つの溝部で構成されてもよいし、あるいは、長手方向に配列された複数の溝部で構成されてもよい。また、前記複数の溝部はそれぞれ、ベルト回転方向に沿って形成されてもよいし、あるいは、ベルト回転方向に対して斜めに形成されてもよい。
【００１３】
【発明の効果】
本発明のベルト定着装置によれば、ニップ形成部材のベルト摺動面のうちニップ形成部以外の部分にベルト非接触部を設けたことで、互いの接触面積が減少することによりニップ形成部材に対する定着ベルトの摩擦抵抗が小さくなり、その結果、定着ベルトの駆動トルクを小さくすることができる。また、それによりベルト定着装置としての寿命を延ばすことができる。
【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、本発明の第１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】
なお、定着ベルト１２を加熱するためのヒータは、本実施形態のベルト定着装置１０では加熱ローラ１４内に配置されているが、これに限らず、ニップ形成部材２０の内部や背面に設けてもよい。
【００１７】
ヒータ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。
【００１８】
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との接触部に定着ニップ４０が形成されている。
【００１９】
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ことで、ニップ形成部材２０上を摺動しつつ定着ベルト１２を矢印Ｂ方向に回転駆動する駆動ローラである。なお、加圧ローラ５０の内部にヒータを配置してもよい。
【００２０】
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。
【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。
【００２２】
また、回転する定着ベルト１２が摺動するニップ形成部材２０のベルト摺動面のうち定着ニップ４０を形成するニップ形成部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のニップ形成部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のニップ形成部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。
【００２３】
定着ベルト１２が摺動することとなるニップ形成部材２０のベルト摺動面のうち前記ニップ形成部２２以外の部分には、定着ベルト１２の内面と非接触になるベルト非接触部２４が設けられている。ベルト非接触部２４は、凹部形状をなしており、ニップ形成部材２０の長手方向（図１の奥行き方向）に延び、かつ、両端を有する１つの溝部で構成されている。
【００２４】
本実施形態のベルト定着装置１０では、ベルト非接触部２４はニップ形成部材２０において定着ベルト１２の回転方向に関してニップ形成部２２の上流側に設けられている。このようにベルト非接触部２４をニップ形成部２２の上流側に設けた理由は次のとおりである。
【００２５】
ベルト定着装置１０では、加圧ローラ５０が駆動ローラになっており、定着ベルト１２には定着ニップ４０において加圧ローラ５０による駆動力が作用することになる。そのために、ベルト回転方向に関して定着ニップ４０の上流側の定着ベルト１２の部分がテンションが比較的高くなった張り側となる一方、定着ニップ４０の下流側の定着ベルト１２の部分がテンションが比較的低くなった緩み側となる。すなわち、加圧ローラ５０による駆動力は主にニップ上流側のベルト部分に加わるため、その間にあるベルト屈曲部となるニップ形成部材２０の上流側部分に力が多く掛かることになる。このことから、ニップ形成部材２０においてニップ形成部２２以外の部分での定着ベルト１２との摩擦抵抗を小さくするために、ニップ形成部２２の上流側に前記ベルト非接触部２４を設けたものである。
【００２６】
なお、ニップ形成部材２０において凹部形状の溝部からなるベルト非接触部２４内には、固形状、または、ジェル状もしくはゲル状の潤滑剤（例えば固形ワックスやグリスなど）を収容してもよい。あるいは、ベルト非接触部２４内に、潤滑剤を含んだ不織布、フェルトまたはスポンジ等の潤滑剤保持部材を収容してもよく、これにより潤滑剤として低粘度のものを使用することができる。このように、ベルト非接触部２４内に潤滑剤または潤滑剤保持部材を収容することにより、定着ベルト１２の内面に潤滑剤を塗布することができる。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
上記のように定着ベルト１２が回転駆動されているとき、ニップ形成部材２０のベルト摺動面のうちニップ形成部２２以外の部分であって定着ベルト１２の回転方向に関してニップ形成部２２の上流側にベルト非接触部２４を設けてあることで、互いの接触面積が減少することによりニップ形成部材２０に対する定着ベルト１２の摩擦抵抗が小さくなり、その結果、定着ベルト１２の駆動トルクを小さくすることができる。また、それによりベルト定着装置１０としての寿命を延ばすことができる。さらに、ニップ形成部材２０のベルト非接触部２４内に潤滑剤または潤滑剤保持部材を収容すれば、定着ベルト１２の内面に潤滑剤が塗布されることで、ニップ形成部材２０のベルト摺動面における定着ベルト１２の摩擦抵抗をより小さくすることができ、駆動トルクのさらなる低減を図れる。
【００３２】
次に、図２を参照して本発明の第２実施形態のベルト定着装置１１について説明する。
ベルト定着装置１１では、加熱ローラ１４が図示しないモータにより矢印Ｃ方向に回転駆動される駆動ローラになっており、加圧ローラ５０は定着ベルト１２の回転に伴って回転する従動ローラになっている。また、ニップ形成部材２０において、長手方向に沿って延び、かつ、両端を有する１つの溝部からなる凹部形状のベルト非接触部２６は、前記ベルト定着装置１０のニップ形成部材２０におけるベルト非接触部２４とは異なり、定着ベルト１２の回転方向に関してニップ形成部２２の下流側に設けられている。これら以外のベルト定着装置１１の構成は、第１実施形態のベルト定着装置１０と全く同じであるため、同一部材に同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３３】
ベルト定着装置１１において、ニップ形成部材２０のベルト非接触部２６をニップ形成部２２の下流側に設けた理由は次の通りである。
【００３４】
ベルト定着装置１１では、加熱ローラ１４が駆動ローラになっており、定着ニップ４０が定着ベルト１２を回転駆動させる際の負荷部となっている。そのために、ベルト回転方向に関して定着ニップ４０の下流側の定着ベルト１２の部分がテンションが比較的高くなった張り側となる一方、定着ニップ４０の上流側の定着ベルト１２の部分がテンションが比較的低くなった緩み側となる。すなわち、加熱ローラ１４による駆動力は主にニップ下流側のベルト部分に加わるため、その間にあるベルト屈曲部となるニップ形成部材２０の下流側部分に力が多く掛かることになる。このことから、ニップ形成部材２０においてニップ形成部２２以外の部分での定着ベルト１２との摩擦抵抗を小さくするために、ニップ形成部２２の下流側に前記ベルト非接触部２６を設けたものである。
【００３５】
なお、本実施形態のベルト定着装置１１においても、前記ベルト定着装置１０と同様に、ニップ形成部材２０のベルト非接触部２６内に、固形状、または、ジェル状もしくはゲル状の潤滑剤（例えば固形ワックスやグリスなど）を収容してもよい。あるいは、ベルト非接触部２６内に、潤滑剤を含んだ不織布、フェルトまたはスポンジ等の潤滑剤保持部材を収容してもよく、これにより潤滑剤として低粘度のものを使用することができる。このように、ベルト非接触部２６内に潤滑剤または潤滑剤保持部材を収容することにより、定着ベルト１２の内面に潤滑剤を塗布することができる。
【００３６】
上記構成からなるベルト定着装置１１の動作は、前記ベルト定着装置１０と全く同じである。したがって、定着ベルト１２が回転駆動されているとき、ニップ形成部材２０のベルト摺動面のうちニップ形成部２２以外の部分であって定着ベルト１２の回転方向に関してニップ形成部２２の下流側にベルト非接触部２６を設けてあることで、互いの接触面積が減少することによりニップ形成部材２０に対する定着ベルト１２の摩擦抵抗が小さくなり、その結果、定着ベルト１２の駆動トルクを小さくすることができる。また、それによりベルト定着装置１１としての寿命を延ばすことができる。さらに、ニップ形成部材２０のベルト非接触部２６内に潤滑剤または潤滑剤保持部材を収容すれば、定着ベルト１２の内面に潤滑剤が塗布されることで、ニップ形成部材２０のベルト摺動面における定着ベルト１２の摩擦抵抗をより小さくすることができ、駆動トルクのさらなる低減を図れる。
【００３７】
次に、ニップ形成部材２０に設けたベルト非接触部の変形例について説明する。前記ベルト定着装置１０，１１では、ニップ形成部材２０においてベルト非接触部２４，２６をニップ形成部２２のベルト回転方向上流側または下流側に設けたが、図３に示すように、ニップ形成部２２のベルト回転方向上流側および下流側の両方にベルト非接触部２４，２６を設けてもよい。これにより、ニップ形成部材２０のベルト摺動面上を摺動する定着ベルト１２の摩擦抵抗を大幅に小さくすることができ、定着ベルト１２の駆動トルクをより一層小さくすることができる。
【００３８】
また、ニップ形成部材２０のベルト非接触部は、１つの溝部で構成される場合に限らず、複数の溝部で構成されてもよい。ニップ形成部２２のベルト回転方向下流側に設けたベルト非接触部を例に説明すると、図４に示すように、ニップ形成部材２０の長手方向に配列された複数の溝部２６ａでベルト非接触部を構成してもよい。この場合の各溝部２６ａは、ベルト回転方向（矢印Ｄ方向）に沿った凹部形状にそれぞれ形成されている。
【００３９】
また、ベルト非接触部を複数の溝部２６ａで構成する場合において、図５（ａ）に示すように、各溝部２６ａがベルト回転方向に対して斜めに形成されていてもよい。このようにすれば、図４に示すようにベルト回転方向に沿って各溝部２６ａを形成する場合に比べて、潤滑剤を各溝部２６ａ内に留めておく機能が増すため、塗布量の調整や潤滑剤の選定が容易になる効果がある。
【００４０】
また、図５（ｂ）に示すように、複数の溝部２６ａがベルト回転方向に対して斜めに形成される場合であって、ニップ形成部材２０の長手方向において左右対称に各溝部２６ａが形成されていてもよい。このようにすれば、ニップ形成部材２０上での定着ベルト１２の蛇行を抑制できる効果がある。
【００４１】
また、各溝部２６ａをベルト回転方向に対して斜めに形成する場合において、図６（ａ）に示すように、隣接する溝部２６ａがニップ形成部材２０の長手方向に関して重なり部分がないように互いに離れて形成されてもよい。このようにすれば、ニップ形成部材２０の強度を保ったまま定着ベルト１２の摩擦抵抗を低減できる。または、図６（ｂ）に示すように、隣接する溝部２６ａがニップ形成部材２０の長手方向に関して重なり部分があるように互いに接近して形成されてもよい。このようにすれば、各溝部２６ａに潤滑剤を収容した場合に、定着ベルト１２の内面全体にもれなく潤滑剤を塗布できるという効果がある。
【００４２】
なお、上述したベルト定着装置１０，１１では、定着ベルト１２はニップ形成部材２０と加熱ローラ１４とに掛け渡されているものとして説明したが、本発明は定着ベルト１２の内側にニップ形成部材２０のみが配置されているタイプのベルト定着装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のベルト定着装置の全体構成図。
【図２】第２実施形態のベルト定着装置の全体構成図。
【図３】ニップ形成部材の斜視図。
【図４】ニップ形成部材の斜視図。
【図５】ニップ形成部材の平面図。
【図６】ニップ形成部材の部分拡大平面図。
【符号の説明】
１０，１１…ベルト定着装置、１２…定着ベルト、１４…加熱ローラ、１６…ヒータ、１８…サーミスタ、２０…ニップ形成部材、２２…ニップ形成部、２４，２６…ベルト非接触部、３０…補強部材、４０…定着ニップ、５０…加圧ローラ。
【図１】
2004325750.tif 000003
【図２】
2004325750.tif 000004
【図３】
2004325750.tif 000005
【図４】
2004325750.tif 000006
【図５】
2004325750.tif 000007
【図６】
2004325750.tif 000008