(57)【要約】【課題】加熱定着ベルトと加圧部材との周速差に起因する画像ズレなどの異常画像を防止し、立ち上がり時間が短い定着とする。【解決手段】少なくとも二個の定着部材（１３ａ，  １３ｂ）に懸架された無端状のベルト（１４）と、当該ベルトを介し上記定着部材の少なくとも二個と圧接する加圧部材（１６）とを有し、上記定着部材と加圧部材とで形成されるニップ部の間隔Ｌが０ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲である。【選択図】    図２
2004191512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも二個の定着部材に懸架された無端状のベルトと、当該ベルトを介し上記定着部材の少なくとも二個と圧接する加圧部材とを有し、上記定着部材と加圧部材とで形成されるニップ部の間隔Ｌが０ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲であることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記定着部材が押圧面を有した部材で構成されることを特徴とした請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記ニップ部の出口側定着部材がローラ、入口側定着部材が押圧面を有した部材であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項４】
前記押圧面を有した部材及び／又は加圧部材が弾性層を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の定着装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の定着装置を有する画像形成装置。
【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、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置における定着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トナー像を載置する記録材（以下、用紙ともいう）に、熱と圧力を加えて上記トナー像を記録材上に定着させるにあたり、立ち上がり時間の短いベルト定着方式が従来から知られている。このようなベルト定着方式では、少なくとも２本、通常は３本のローラに定着ベルトが張架され、対向配置された加圧ローラと上記定着ベルトでニップ部を形成している。定着ベルトとローラの間に形成されるニップ部に用紙を通過させて定着がなされる。
【０００３】
特許文献１では、定着ローラと加熱ローラ、これら加熱ローラと定着ローラに張架された無端状定着ベルト、及びこの定着ベルトを介し定着ローラに対向して設けられた加圧ローラを有し、この加圧ローラと定着ベルトの間に搬送される記録材上のトナー像を定着するベルト定着装置が記載されている。
【特許文献１】
特開平１０−３０７４９６公報
熱容量の小さなベルトを予め加熱してからニップ部でトナーを定着することにより、立ち上がり時間を短く、広いニップ幅により低温での定着が可能であるという特徴がある。
【０００４】
ベルトを加熱するために、特許文献１では内部にハロゲンヒータを備えた加熱ローラに定着ベルトを或る角度域巻き付かせている。定着ベルトを加圧ローラに巻き付かせるような形で、定着ベルトと加圧ローラとが接触しニップ部を形成し、安定した搬送性と定着性を得ることができている。
【０００５】
しかしながら、このような方式において以下のような不具合が生じる可能性がある。定着ベルトと加圧ローラでニップ部を形成する一方で加熱ローラが用紙搬送方向で見てニップ部手前に位置しており、その結果、ニップ部手前において定着ベルトと記録材が近接している。定着ベルトや記録材が波打ちやたるみによって平面性が損なわれる場合、記録材上の未定着トナーがニップ部手前において定着ベルトと接触してしまい、画像ズレ等の異常画像が発生する不具合である。
【０００６】
この不具合を避けるために特許文献２に開示された装置では、ニップ部入口に弾性部材を当接し画質の安定を図っている。
【特許文献２】
特開平９−１６０４０５公報
つまり、特許文献２では、第１ローラと第２ローラに掛け渡された無端状の定着ベルトと、当該定着ベルトの外側に当接する第３ローラがあって、定着ベルトの第３ローラの巻き始め位置で第３ローラを押圧する表面に弾性の押圧部材を有するようになっている。しかし、補助押圧部材として弾性を有した部材を用いた場合、摺動性や耐摩耗性が必ずしも優れないため、定着ベルトの搬送性や押圧部材の耐久性に問題がある。更に、ローラ対によるニップ部が複数ある構成においてはスリップやローラの歪みによる周速差が発生し、定着ベルトと加圧ローラの上下周速差による異常画像が発生しやすい。この異常画像は、第１ニップで中途半端に溶融したトナーが定着ベルト面にオフセットし、定着ベルトと加圧ローラの周速差により定着ベルトの浮きが発生し、第２ニップにおいてずれた位置で記録紙に再び付着することで発生している。
【０００７】
このため、特許文献３に開示されるように、無端状の加熱ベルトと、記録材搬送方向に沿って加熱ベルト内に配置され上記加熱ベルトを支持する少なくとも２本の内方ローラと、加熱ベルトに相対的に圧接してニップ部を形成する加圧ローラと、加熱ベルトを加熱する加熱源と、２本の内方ローラのうち記録材搬送方向に沿って下流側に配置される内方ローラに回転駆動力を伝達して上記加熱ベルトを走行させるベルト駆動機構と、を有する定着装置では、排紙側ニップを形成するローラに回転駆動力を伝達し、加熱ベルトを牽引するように走行させることで、ニップ部の加熱ベルトのたるみや浮きの発生を抑え、異常画像の発生を防ぐ。
【特許文献３】
特開２０００−１７２１０３公報
しかし、この場合、加熱ベルトを安定して牽引するために高い位置精度が必要であり、また、牽引するための荷重も大きくしなければならない。そのため、ローラのたわみの発生を抑えるべく、ローラ芯金の肉厚を増やす必要があり、熱容量の増大によって短時間での温度立ち上げに適さない。更には、大きい荷重をかけることでベルトの搬送性も悪くなっている。
【０００８】
また特許文献４には、第１のローラと、当該第１のローラより小径の第２及び第３ローラと、当該第２及び第３ローラより張架された無端ベルトとを備え、記録媒体及び無端ベルトを介して第２及び第３ローラと第１ローラとを圧接することにより第２及び第３ローラ間の部分に記録媒体を挟持する曲面状の挟持領域が形成され、挟持領域において記録媒体に未定着のトナー像が定着される定着装置において、第２及び第３ローラの半径をｒ、これらローラの軸間ピッチをｔとすると、２ｒ＜ｔ＜３ｒとなる関係を満たす構成が提案されている。
【特許文献４】
特開２００１−８３８２０公報
ここでは、２本のサポートローラに定着ベルトを介して押圧ローラを押圧するようになっている。押圧される部分がローラであるため、形成されるニップ幅が小さく定着効率が悪い。また押圧ニップ幅を大きくするためにサポートローラ径を大きくするとニップの間隔を大きくとる必要があり、定着ベルトの浮きやたわみが起こり、異常画像が発生してしまう問題がある。２本のローラで押圧ニップを形成するため、押圧ニップ間隔をローラ径以下にするのが困難である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、加熱定着ベルトと加圧部材との周速差に起因する画像ズレなどの異常画像を防止し、立ち上がり時間が短い定着装置を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、本発明によれば、少なくとも二個の定着部材に懸架された無端状のベルトと、当該ベルトを介し上記定着部材の少なくとも二個と圧接する加圧部材とを有し、上記定着部材と加圧部材とで形成されるニップ部の間隔Ｌが０ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲であることで解決される。
【００１１】
上記定着部材が押圧面を有した部材で構成されるか、上記ニップ部の出口側定着部材がローラ、入口側定着部材が押圧面を有した部材であるのが良い。上記押圧面を有した部材及び／又は加圧部材が弾性層を有していれば、一層好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１に示す画像形成装置（本発明に係る定着装置を除く）において、潜像担持体である感光体ドラム１の周囲には、チャージャワイヤで感光体ドラムの表面を帯電する帯電装置２、レーザー光線等で感光体ドラム１の一様帯電処理面に潜像を形成する露光装置（図示せず）、感光体ドラム１上において潜像に対し帯電したトナーを付着させてトナー像を形成させる二成分現像装置４（現像ローラ２本）、転写ベルト、チャージャー等で感光体ドラム１上に形成されたトナー像を用紙に転写する転写装置５、転写後に感光体ドラム１上に残ったトナーを除去するクリーニング装置７、感光体ドラム１上の残留電位を除去する除電ランプ８が順に配列されている。このような構成において、帯電装置２によって表面を一様に帯電された感光体１は、露光装置によって静電潜像を形成され、現像装置４によってトナー像を形成される。当該トナー像は転写装置５によって感光体ドラム１表面から、不図示の給紙トレイから搬送された用紙へ転写される。その後、用紙上のトナー像は転写装置５に後続する定着装置によって用紙に転写される。一方、転写されずに感光体ドラム上に残ったトナーはクリーニング装置７によって回収される。残留トナーを除去された感光体ドラム１は除電ランプ８で初期化され、次回の画像形成プロセスに供される。
【００１３】
図２に、図１では図示省略した定着装置の第一例の基本構成を示す。定着装置１１は、加熱定着ベルト１４と、当該ベルトを張架するローラ部材１５、定着部材１３ａ、１３ｂと、加圧部材１６とから成っている。加圧部材１６は、加熱定着ベルト１４を介して定着部材１３ａ、１３ｂに対向して配置されている。定着部材１３の用紙搬送上流側１３ａは、加熱定着ベルト１４がスムーズに加圧部材１６とのニップに侵入できるよう、またニップ入口における加熱定着ベルト１４と用紙２２の角度を広く確保できるようなガイド形状を有している。
【００１４】
加熱定着ベルト１４は耐熱性樹脂が基体として用いられている。耐熱性樹脂の材質として、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等が使用される。基材層の厚さは熱伝導と強度のバランスから３０〜１００μｍの範囲が望ましい。加熱定着ベルト１４の表面は、記録材２２、トナーと加圧接触するため、離型性、耐熱性に優れた表面層が必要であり、フッ素系樹脂等の表面離型層が被覆された構成になっている。また、画像の均一性を得るために表面離型層の下に１００〜３００μｍのシリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴムからなる弾性層が設けられている。また加熱源として誘導加熱を使用する場合、基材をフェライト系ＳＵＳ等の金属部材で置き換えることで対応可能である。
【００１５】
定着部材１３ａ、１３ｂはＦｅやＳＵＳやＡｌ等金属やＰＰＳ等の耐熱樹脂で形成される剛体で、加圧部材１６との押圧面（平面）でニップにかかる加圧を均一にするために発泡シリコーン製の弾性体１７を有する。加熱定着ベルト１４が摺擦するために、加熱定着ベルト１４が接する面には摺動性を向上すべくフッ素系樹脂等が被覆されている。
【００１６】
ローラ部材１５は、φ２０〜φ３０のＡｌ又はＦｅ製で肉厚がｔ＝０．３〜１ｍｍの薄肉金属ローラであり、内側にハロゲンヒータ２０を熱源として備えている。不図示の温度制御素子で一定温度になるよう制御され、加熱定着ベルト１４を必要な温度に加熱する役割を担っている。またローラ部材１５はテンションローラの役割も兼ねており、図２の破線矢印の方向へ不図示の引張スプリング等で張架されている。その他、加熱源は図３（ａ）に示すように、ローラ内蔵でなく、外部に設けたハロゲンヒータ２０’からの熱輻射を反射板２５を用いて加熱定着ベルト１４に与える構成でもよく、更には図３（ｂ）に示すような加熱定着ベルト１４を誘導コイル２６を駆動して誘導加熱によって加熱するような構成でもよく、加熱定着ベルト１４を適切に加熱できるものであれば特に限定されない。
【００１７】
加圧部材１６は回動可能なローラでなり、その回転駆動は加圧部材１６に不図示の伝達手段により伝達される。加圧部材１６を矢印方向に回転駆動することで、加熱定着ベルト１４が従動回転し、加熱定着ベルト１４を介して定着部材１３ａ、１３ｂと加圧部材１６の間に摩擦抵抗が発生する。特に入口側の定着部材１３ａと加圧部材１６の間には、加熱定着ベルト１４とニップを成す際の加圧による摺擦抵抗と、加熱定着ベルト１４を鋭角に引くために発生する定着部材１３ａとの摺擦抵抗と、部材１５との摺擦抵抗と部材１５でのテンション分の抵抗がかかる。それに対し、出口側の定着部材１３ｂと加圧部材１６が成すニップではニップ部での摺擦抵抗のみである。このため、ニップ入口側の加熱定着ベルト１４の張力は非常に高く、それに対して、定着部材１３ａを通過後の張力は低くなる。これが原因で、定着部材１３ａと１３ｂの間のベルト部にたわみが生じることがある。更には定着部材１３ａ、１３ｂ間には、定着部材１３の加圧力が直接かからないため、加熱定着ベルト１４はそれ自身の剛性で加圧部材１６から浮き上がる可能性も有している。したがって、トナー画像を担持した記録媒体２２がニップを通過する際に入口側の定着部材１３ａと成すニップ部で、トナーが加熱定着ベルト１４にオフセットし、ニップ間で浮いた状態となることがある。つまり加熱定着ベルト１４と加圧部材１６との間で周速差が生じる。また、記録媒体２２は加圧部材１６に沿って搬送され、更に出口側の定着部材１３ｂと成すニップ部でオフセットしたトナー像と記録媒体２２が周速差によりずれた状態で定着されることで、異常画像が発生する。ここで、加熱定着ベルト１４を介して加圧部材１６と定着部材１３ａと１３ｂが形成するニップの間隔Ｌを変更すると、表１のように異常画像の発生が起こらないような距離（５ｍｍ以下）を見出すことができた。これは、前述の加熱定着ベルト構成条件時のベルト剛性から、目視で異常画像と判別できない範囲の周速差になっていることを意味する。
【００１８】
【表１】
2004191512.tif 000003
【００１９】
次に図４を参照して定着装置の第二例について説明する。この例では、第一例の定着部材１３のニップ出口側である定着部材１３ｂをローラ形状にしている。定着部材４３ｂはφ１０〜φ３０のローラで、Ｆｅ製芯金の外周に耐熱弾性体、例えば発泡シリコーンゴムや液状シリコーンゴムで構成された弾性層を備えることでニップ幅を得ている。弾性層の厚さは３〜６ｍｍ程度である。また、この定着部材４３ｂの表面硬度はＡｓｋｅｒＣ  ３０〜５０Ｈｓ程度である。定着部材４３ｂをローラにして回転可能にすることで定着部材４３と加熱定着ベルト１４との摩擦を小さくできる。更に加圧部材１６の回転駆動と併せて、定着部材４３ｂについても不図示の駆動装置からの駆動を与えることで、表２から理解できるように、第一例よりも用紙２２の搬送トルクを小さくできる。また、入口側を定着部材４３ａで加圧して形成されるニップ幅の方が、ローラ形状で成すニップ幅よりも長いニップ幅を確保できるため、定着部材４３ａのニップ部でトナー像のオフセットを抑制し、搬送性の向上と異常画像の防止の両立が可能である。
【００２０】
【表２】
2004191512.tif 000004
【００２１】
なお、図５で示すようなトナーを中間転写体５１から用紙２２にではなく定着装置１１に転写する画像形成装置の変形例でも、本発明が適用できることは明らかである。このタンデム型カラー複写機における画像形成部、当該画像形成部の下方に位置する不図示の給紙部、画像形成部の上方に位置する不図示の画像読取部の各構成は従来と基本的に同じであるので、説明の簡略化のために、特徴的な部分についてのみ説明する。
【００２２】
画像形成部には、水平方向に延びる転写面を有する中間転写体としての中間転写ベルト５１が配置されており、当該中間転写ベルト５１の上面には、そのベルト転写面に沿って、色分解色と補色関係にある色の画像を形成するための構成が設けられている。その一つの感光体を符号５４、一次転写装置を符号５２で示す。二次転写用駆動ローラ５３の近傍に定着装置１１が設けられている。
【００２３】
感光体５４から中間転写ベルト５１上に一次転写されたトナー像Ｔは、不図示のバイアス印加手段により駆動ローラ５３に印加されるバイアス（ＡＣ、パルスなどの重畳を含む）により定着ベルト１４に静電気力で二次的に転写される。中間転写ベルト５１と定着ベルト１４間のギャップは、画像を形成するトナー層の厚み以下に設定されている。即ち、トナーＴを介した接触転写方式となっており、高画質化が図られている。この場合、非画像部では非接触となる。上記ギャップをトナー層Ｔの厚みよりも大きく設定することもでき、この場合、中間転写ベルト５１の加熱を抑制でき、感光体５４等の長寿命化を実現できる。また、中間転写ベルト５１に熱を奪われないので省エネルギーともなる。
【００２４】
図５に係る実施形態における定着装置１１はそれ自体が未定着トナー像の被転写機能を有するものであり、未定着トナー像を保持した用紙を単に加熱・加圧する従来の定着装置に対し、「転写型定着装置」として位置付けられるものである。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１に係る装置によれば、少なくとも二個の定着部材に懸架された無端状のベルトと、当該ベルトを介し上記定着部材の少なくとも二個と圧接する加圧部材とを有し、上記定着部材と加圧部材とで形成されるニップ部の間隔Ｌが０ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲であるようにすることで、形成ニップの間隔が狭く、ニップ間のベルト弛みや浮きを抑えることができ、用紙とベルトが離れ異常画像となることが防がれる。
【００２６】
上記定着部材が押圧面を有した部材で構成されていれば、形成されるニップ幅を広くできる。上記ニップ部の出口側定着部材がローラ、入口側定着部材が押圧面を有した部材であれば、ローラ側に駆動をかけることで搬送力を向上できる一方、入口側形成ニップを長くでき、ニップ部でのトナー像のオフセットを抑制し、搬送性の向上と異常画像の防止を両立できる。上記押圧面を有した部材及び／又は加圧部材が弾性層を有していれば、ニップにかかる圧力を均一にし、トナーを溶融するための熱伝導を安定して与えることができ、画質を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置の、定着装置を除く概略構成図である。
【図２】本発明に係る定着装置の概略図である。
【図３】加熱定着ベルトの加熱源の例を示すもので、（ａ）、（ｂ）とも例１の加熱源の代替例である。
【図４】本発明に係る定着装置の別の例の概略図である。
【図５】本発明に係る画像形成装置の別例の概略図である。
【符号の説明】
１１  定着装置
１２  ベルト回転体
１４  加熱定着ベルト
１５  ローラ部材
１６  加圧部材
【図１】
2004191512.tif 000005
【図２】
2004191512.tif 000006
【図３】
2004191512.tif 000007
【図４】
2004191512.tif 000008
【図５】
2004191512.tif 000009