(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周回移動が可能に支持された無張架状態の無端状定着ベルトと、
該定着ベルトを加熱する加熱装置と、
前記定着ベルトの外周面と対向するように配置され、周面付近に弾性層を備える加圧ロールと、
前記定着ベルトの内周面に当接され、該定着ベルトを前記加圧ロール側に押しつける押圧部材とを有し、
前記定着ベルトと前記加圧ロールとの間を通過する記録媒体上の未定着トナー像を加圧・加熱して定着像とする定着装置であって、
前記押圧部材の前記加圧ロールに対して押圧する部分は、前記加圧ロールの弾性層に押圧したときに該弾性層に変形を生じさせ、該押圧部材の形状が維持されるような弾性係数の材料からなる単一の部材で形成され、
前記押圧部材の前記定着ベルトの内周面との接触面は、該定着ベルトの移動方向における上流部では前記加圧ロールの周面と同方向の曲率を有し、この部分は上流側から下流側に向って接触圧が増大するように設定され、下流部ではなめらかに連続して曲率が反転し、該加圧ロールの周面と逆方向で上流部より大きな曲率を有することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記押圧部材の前記定着ベルトの内周面と接触する面は、該定着ベルトの移動方向における下流部では、上流部より大きい曲率を有することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記押圧部材の前記定着ベルトの内周面と接触する面は、該定着ベルトの移動方向における接触範囲の中心より下流側で曲率が反転していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記押圧部材を形成する材料中に、熱伝導率の低い粒子が分散されていることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の定着装置。
【請求項５】
前記熱伝導率の低い粒子の分散量は、前記定着ベルトの幅方向で、小サイズの記録媒体使用時の通紙域に多く、非通紙域で少なく設定されていることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置において用いられ、記録媒体上に担持された未定着トナー像を加熱溶融し、記録媒体に定着させる定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、粉状のトナーを用いる画像形成装置においてトナー像を定着する工程は、トナー像を記録媒体上に静電的に直接転写した後、あるいは、トナー像を中間転写体に一次転写してから記録媒体に二次転写した後、加熱部材と加圧部材との間に記録媒体を挟み込み、トナー像を加熱して記録媒体に圧着する方法が広く採用されている。
【０００３】
定着装置としては、例えば、円筒状芯金の内部にハロゲンランプ等の発熱体を有する定着ロールと、この定着ロールに押圧される加圧ロールとで構成されるものがあり、定着ロールと加圧ロールとの間に未定着トナー像を担持した記録媒体を挟み込んで加熱加圧する。
【０００４】
上記のような定着装置は、定着ロールの熱容量を低減することが難しいため、画像形成装置の電源をオン状態とすると同時に定着装置の熱源であるハロゲンランプに通電を開始しても、定着ロール等が冷え切っている状態から所定の定着可能温度に立ち上がるまでにはかなりの待ち時間を要し、クイックスタート性に欠ける。また、画像形成装置の待機状態（非画像出力時）では、何時でも画像形成動作が実行できるようにハロゲンランプに通電して定着ロールを所定の温度に維持しておく必要があり、電力消費量が大きい。
【０００５】
一方、上記定着ロールに代えて、定着部材として無端状の定着ベルトを用いるものがあり、該定着ベルトには複数の支持ロールによって張架されたタイプと、内部に押圧部材を有し無張架の状態で加圧ロールに押圧して周回駆動されるタイプとがある。定着ベルトは薄肉の耐熱性樹脂等を基層としており、ロール状部材に比べ熱容量が小さいため、ロール状部材より短時間でウォーミングアップを行なうことができる。さらに、無張架タイプの定着ベルトは、他の部材との接触する面積を小さくすることができ、他の部材への熱移動が低減される。このため、一層効率の良いウォーミングアップを行なうことができる。
【０００６】
定着ベルトを無張架の状態で周回駆動する定着装置としては、特許文献１に開示されるものがある。この定着装置は、定着ベルトが電磁誘導加熱装置によって加熱されるものであり、周面に沿って誘導電流で発熱する導電性層を備えている。そして、無端状となった定着ベルトの内側に弾性材料からなる押圧部材が配設され、支持部材によって定着ベルトの内周面に圧接して定着ベルトを加圧ロールに強く押し付けるものとなっている。未定着トナー像を担持した記録媒体は上記定着ベルトに当接され、重ね合わされて押圧部材と加圧ロールの間に挟み込まれる。記録媒体上のトナー像は定着ベルトからの熱伝導によって加熱され、加圧されて記録媒体上に定着される。
【特許文献１】特開２００３−８４５９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記無張架状態の定着ベルトを用いる定着装置では、次のような改良が望まれる課題がある。
一般に、未定着トナー像を担持した記録媒体が加熱された定着部材と加圧部材との圧接部に送り込まれ、加熱押圧されて排出されるときに、記録媒体が定着部材から剥離しにくくなるという問題点がある。特に、厚みの薄い記録媒体、高湿度下で放置され通常より含水量の多い記録媒体、進行方向の先端から数ミリの部分に多量のトナーが担持されている記録媒体等では、加熱され溶融したトナーと定着部材との間に大きな付着力が生じ、ニップ部を通過した記録媒体が定着部材から剥離しにくくなってしまう。さらに、カラー画像を形成する場合には、記録媒体上に複数色のトナーが多量に担持されているため、記録媒体は定着部材から、より剥離しにくくなる。
【０００８】
このような問題点に対し、定着ベルトを複数の支持ロールによって張架したタイプの定着装置では、支持ロールの径及びその配置により、定着ベルトを支持ロールの周面に沿って大きな曲率で曲げ回し、それ自体の剛性によって直進しようとする記録媒体から剥離することができる。しかし、定着ベルトを無張架の状態で周回駆動するタイプでは、定着ベルトに他の部材を極力接触させないことに利点があり、周回駆動時の形状を拘束して大きな曲率で曲げ回すことが難しい。
【０００９】
一方、無張架状態の定着ベルトを固定支持された押圧部材によって加圧ロールに強く圧接すると、装置が長期にわたって使用されたときに、弾性材料からなる押圧部材が繰り返し加熱及び加圧され、圧縮永久歪みが生じて経時的に形状が変化してしまう。これにより、定着ベルトを加圧ロールへ圧接する力、及び定着ニップ近傍でのベルトの変形形状が変動し、ニップ部において適切な圧接力及びベルトの変形を得ることができなくなって、定着不良及び剥離不良を引き起こすおそれがある。
【００１０】
本願発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、記録媒体上に担持された未定着トナー像を無端状の定着ベルトに当接させて加熱溶融し、記録媒体に定着させる定着装置において、長期間にわたって良好な定着を行うとともに、記録媒体を定着ベルトから確実に剥離することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、  周回移動が可能に支持された無張架状態の無端状定着ベルトと、  該定着ベルトを加熱する加熱装置と、  前記定着ベルトの外周面と対向するように配置され、周面付近に弾性層を備える加圧ロールと、  前記定着ベルトの内周面に当接され、該定着ベルトを前記加圧ロール側に押しつける押圧部材とを有し、  前記定着ベルトと前記加圧ロールとの間を通過する記録媒体上の未定着トナー像を加圧・加熱して定着像とする定着装置であって、  前記押圧部材の前記加圧ロールに対して押圧する部分は、前記加圧ロールの弾性層に押圧したときに該弾性層に変形を生じさせ、該押圧部材の形状が維持されるような弾性係数の材料からなる単一の部材で形成され、  前記押圧部材の前記定着ベルトの内周面との接触面は、該定着ベルトの移動方向における上流部では前記加圧ロールの周面と同方向の曲率を有し、この部分は上流側から下流側に向って接触圧が増大するように設定され、下流部ではなめらかに連続して曲率が反転し、該加圧ロールの周面と逆方向で上流部より大きな曲率を有することを特徴とする定着装置を提供する。
【００１２】
押圧部材と加圧ロールとの圧接部において、定着ベルトの移動方向における上流部では、定着ベルトは加圧ロールの周面と同方向の曲率で、上流側から下流側にかけて接触圧が増大するように、押圧部材によって加圧ロールの弾性層に押圧されている。これにより、定着ベルトと加圧ロールとの間に送り込まれた記録媒体に、加熱の進行とともに大きな接触圧を作用させ、良好な定着を行うことができる。定着ベルトの移動方向における下流部では、定着ベルトは押圧部材に押圧されてなめらかに連続して曲率が反転する。そして、この位置で最も強い圧接力で加圧ロールの弾性層に押し付けられ、圧接部の出口でこの状態から解放されることによって周回方向に大きな曲率で移動する。一方、記録媒体はそれ自身の剛性によって圧接部から排出されたときの方向へ移動しようとするため、定着ベルトから良好に剥離される。
【００１３】
また、上記押圧部材は、加圧ロールの弾性層より十分に弾性係数の高い材料からなるため、加圧ロールに強く押し付けられていても圧縮永久歪みが生じにくく、定着ベルトの移動方向への変形もほとんど生じない。このため、長期にわたって押圧部材と加圧ロールとの圧接部の形状が適切に維持され、定着及び記録媒体の剥離を良好に行うことができる。
なお、押圧部材が加圧ロールの弾性層より十分に弾性係数の高い材料からなるということは、押圧部材が加圧ロールに圧接されたときに、弾性層に変形が生じ、押圧部材には無視できる程度の変形しか生じないことを意味するものである。
【００１４】
請求項２に係る発明は、  請求項１に記載の定着装置において、前記押圧部材の前記定着ベルトの内周面と接触する面は、該定着ベルトの移動方向における下流部では、上流部より大きい曲率を有するものとする。
【００１５】
上記定着ベルトは、該定着ベルトの移動方向における下流部では、上流部より大きい曲率で押圧部材によって加圧ロールの弾性層に押し付けられている。このため、定着ベルトは大きな曲率で加圧ロールから離れる方向に曲げ回され、押圧部材の下流側端部付近では、定着ベルトは押圧部材によって拘束されずに周回方向に大きな曲率で移動し、記録媒体は定着ベルトから離れる方向に排出される。
【００１６】
請求項３に係る発明は、  請求項１又は請求項２に記載の定着装置において、前記押圧部材の前記定着ベルトの内周面と接触する面は、該定着ベルトの移動方向における接触範囲の中心より下流側で曲率が反転しているものとする。
【００１７】
上記のような構成によって、押圧部材による加圧ロールに対する接触圧が大きい部分を小さい範囲にとどめる。これによって、加圧ロールの弾性層が横方向に流動変形する量が低減され、押圧部材の圧接部分近傍の弾性層の盛り上がりが小さくなる。したがって、圧接部の下流側で、記録媒体が弾性層の盛り上がった部分によって定着ベルトに押し付けられるのを防ぐことができ、記録媒体を定着ベルトから良好に剥離することができる。これに対して、押圧部材と定着ベルトとの接触面の曲率が、定着ベルトの移動方向における接触範囲の中心より上流側で曲率が反転している場合には、加圧ロールの弾性層が横方向に流動変形することによって、押圧部材の圧接部分近傍の弾性層が大きく盛り上がってしまう。そして、この部分によって記録媒体を定着ベルト側に押し付けてしまう。
【００１８】
また、上記のような構成では、定着ベルトの移動方向における接触範囲の中心より下流側で押圧部材による加圧ロールに対する接触圧が最大となる。このため、この位置より上流側で記録媒体及びトナー像を徐々に加熱・加圧し、接触圧が最大となる位置でトナー像を記録媒体に強く圧着して、良好な画像を得ることができる。
【００１９】
請求項４に係る発明は、  請求項１、請求項２又は請求項３に記載の定着装置において、前記押圧部材を形成する材料中に、熱伝導率の低い粒子が分散されているものとする。
【００２０】
上記押圧部材は、熱伝導率の低い粒子が分散されることによって、材料全体としての熱伝導率が低くなっているため、定着ベルトから押圧部材へと伝達される熱量が低減される。このため、定着ベルトを所定の温度まで加熱するウォームアップタイムを短縮することができる。また、連続して定着動作を行なうときに、定着ベルトの温度が低下するのを低減することができ、温度補償を頻繁に行う必要がないため生産効率を向上させることができる。
一方、押圧部材が弾性部材である場合には、このような粒子を分散させると、加圧ロールとの圧接力によって圧縮永久歪みが大きくなって、経時的に剥離性能が悪化するおそれがある。上記押圧部材は、十分に弾性係数の高い材料からなるため、粒子を分散させても圧縮永久歪みが生じにくく、長期にわたって良好な剥離性能を維持することができる。
【００２１】
請求項５に係る発明は、  請求項１、請求項２又は請求項３に記載の定着装置において、前記熱伝導率の低い粒子の分散量は、前記定着ベルトの幅方向で、小サイズの記録媒体使用時の通紙域に多く、非通紙域で少なく設定されているものとする。
【００２２】
一般に小サイズの記録媒体使用時には通紙域で記録媒体やトナーに多くの熱量が奪われる。このため、通紙域で定着ベルトの温度が適切となるように制御すると、非通紙域では定着ベルトの温度が通紙域より過度に高温となってしまうおそれがある。しかし、上記定着装置では、押圧部材の非通紙域は通紙域に比べて熱伝導率が大きくなっており、放熱量や押圧部材を支持する部材に伝達され散逸する熱量が多くなっている。したがって、非通紙域の温度上昇が抑えられ、通紙域との温度差が低減される。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本願発明によれば、定着ベルトを介して加圧ロールに押しつけられる押圧部材は、加圧ロールの弾性層より十分に弾性係数の高い材料からなり、加圧ロールに強く押し付けられていても圧縮永久歪みが生じにくく、定着ベルトの移動方向への変形もほとんど生じない。そして、押圧部材の定着ベルトの内周面との接触面は、定着ベルトの移動方向における上流部では前記加圧ロールの周面と同方向の曲率を有し、この部分は上流側から下流側に向って接触圧が増大するように設定されている。これにより、定着ベルトと加圧ロールとの間に送り込まれた記録媒体に、加熱の進行とともに大きな接触圧を作用させ、良好な定着を行うことができる。接触面は下流部ではなめらかに連続して曲率が反転し、該加圧ロールの周面と逆方向の曲率を有しており、定着ベルトはこの位置で最も強い圧接力で加圧ロールの弾性層に押し付けられ、圧接部の出口でこの状態から解放されることによって周回方向に大きな曲率で移動する。一方、記録媒体はそれ自身の剛性によって圧接部から排出されたときの方向へ移動し、定着ベルトから良好に剥離される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本願に係る発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１及び図２は、本願に係る発明の一実施形態である定着装置の概略断面図及び概略正面図である。
この定着装置は、無端状の周面を有する定着ベルト１と、この定着ベルト１の外周面に当接される加圧ロール２と、定着ベルト１の内周面に当接され、定着ベルト１を加圧ロール２に押圧する押圧パッド３と、該押圧パッドを支持するパッド支持部材４と、定着ベルト１の外周面に沿って設けられ、該定着ベルト１を加熱する電磁誘導加熱装置５と、定着ベルト１の両側縁部の内周面に当接されているガイド部材６ａ、６ｂと、加圧ロール２と加圧パッド３との圧接部の下流側で、加圧ロール２の周面に当接されている金属ロール７と、この圧接部の出口近傍に設けられている剥離補助部材８とで構成されている。
【００２５】
上記定着ベルト１は、加圧ロール２と押圧パッド３とに挟持されるとともに、両側縁部でガイド部材６ａ、６ｂで案内されるものであり、中央部では、周方向にほぼ無張力状態で支持されている。この定着ベルト１は、図３に示すように、その内側から、耐熱性の高いシート状部材からなる基層１ａと、その上に積層された導電性層１ｂと、さらにその上に積層された弾性層１ｃと、最も上層となる表面離型層１ｄとから構成されている。また、各層の間には接着のためにプライマー層を設けてもよい。
【００２６】
基材層１としては、例えば厚さ１０〜１５０μｍ、更に好ましくは厚さ５０〜１００μｍ（例えば７５μｍ）の耐熱性の高い樹脂が用いられ、本実施例では、厚さ８０μｍのポリイミド樹脂が使用されている。
【００２７】
上記導電性層１ｂは、電磁誘導加熱装置５によって生じる磁界の電磁誘導作用により誘導発熱する層であり、鉄・コバルト・ニッケル・銅・アルミニウム・クロム等の金属層を１〜８０μｍ程度の厚みで形成したものが用いられ、電磁誘導による渦電流で十分な発熱が得られるように固有抵抗値を考慮して材質が選択される。本実施例による渦電流では、厚さ５μｍ程度の銅が使用されている。
【００２８】
弾性層１ｃは、厚さは１０〜５００μｍ、更に好ましくは５０〜５００μｍの、耐熱性、熱伝導性が良いシリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム等が用いられる。本実施例では、ゴム強度１５°（ＪＩＳ−Ａ）、厚さ３００μｍのシリコーンゴムが使用されている。
【００２９】
上記表面離型層１ｄは、記録紙上に転写された未定着トナー像と、直接接する層であるため、離型性の良い材料を使用する必要がある。この表面離型層１ｃを構成する材料としては、例えば、厚さ１０μｍ〜５０μｍの、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重合体（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、シリコーン樹脂、シリコーンゴム、フッ素ゴム等が挙げられる。本実施例では、厚さ３０μｍのＰＦＡが使用されている。
【００３０】
上記加圧ロール２は、金属製の円筒状芯金２ａを芯材とし、該芯金２ａの表面にシリコーンゴム・フッ素ゴムなどの耐熱性を有する弾性層２ｂと、最表面に表面離型層２ｃとを備えており、該加圧ロール２と押圧パッド３とで定着ベルト１を挟持した状態に保持して定着ニップを形成している。本実施例では、加圧ロール２は、直径Φ１８の鉄のロールの上に厚さ５ｍｍのスポンジ層が形成され、さらにその外側には、最上層の表面離型層として厚さ５０μｍのＰＦＡが形成され、直径Φ２８．１、表面硬度が６０°(Ａｓｋｅｒ−Ｃ  ９．８Ｎ)となっている。
【００３１】
この加圧ロール２は、３０ｋｇｆの荷重で定着ベルト１を介して押圧パッド３に圧接されており、駆動モータ（図示しない）によって周回駆動され、これにともなって定着ベルト１が従動回転する。そして、当該定着ニップに未定着トナー像が転写された記録紙を通過させることにより、定着ベルト１から供給される熱及び圧力で未定着トナー像を記録紙上に定着して、定着画像を形成するようになっている。
【００３２】
上記押圧パッド３は、加圧ロール２の弾性層２ｂより十分に弾性係数の高い材料からなり、定着ベルト１を加圧ロール２に押し付けるものであり、加圧ロール２の弾性層２ｂが変形して、押圧パッド３と加圧ロール２との間にニップ部が形成される。
押圧パッド３の定着ベルト１の内周面との接触面３ａは、図４に示すように、定着ベルト１の移動方向における上流部Ａでは加圧ロール２の周面と同方向の曲率を有し、この部分は上流側から下流側に向って接触圧が増大するように設定されている。そして、この部分で定着ベルト１と加圧ロール２との間に送り込まれた記録紙に、加熱の進行とともに大きな接触圧を作用させる。
【００３３】
そして、接触面３ａは、定着ベルト１の移動方向における接触範囲の中心より下流側の位置Ｃで、上流部Ａからなめらかに連続するように曲率が反転し、下流部Ｂでは加圧ロール２の周面と逆方向であって、上流部Ａより大きい曲率を有する。本実施例では、接触面３ａの上流部Ａの曲率半径ＲAは６０ｍｍ、下流部Ｂの曲率半径ＲBは２ｍｍとなっている。また、幅は９ｍｍ、曲率が反転するのはニップ入口側から約８ｍｍの位置となっている。定着ベルト１は、位置Ｃの下流側で最も強い圧接力で加圧ロール２の弾性層に押し付けられ、圧接部の出口付近でこの状態から解放されるものとなっている。このとき押圧パッド３の下流部Ｂの曲率が十分大きいため、定着ベルト１は押圧パッドによって拘束されずに周方向に大きな曲率で移動する。
【００３４】
また、接触面３ａの曲率が下流部Ｂで反転しているため、押圧パッド３による加圧ロール２に対する接触圧が大きい部分を小さい範囲にとどめることができる。これによって、加圧ロール２の弾性層２ｂが横方向に流動変形する量が低減され、押圧パッド３の圧接部分近傍の弾性層２ｂの盛り上がりが小さくなる。したがって、記録紙がニップ部から排出されるとき、弾性層２ｂの盛り上がった部分によって定着ベルト１に押し付けられるのを防ぐことができ、記録紙は自身の剛性によって定着ベルト１から良好に剥離される。
【００３５】
上記押圧パッド３の材料としては、弾性係数が大きいことからアルミや鉄などの金属を用いることができるが、熱伝導率が小さいものが望ましく、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ガラス入りＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）などを好適に用いることができる。このように弾性係数の高い材料を用いることによって、加圧ロール２に押圧したときにほとんど変形せず、繰り返し加圧ロール２の回転によって周回方向に摩擦力が作用しても材料に永久歪みが生じにくくなっている。このため、長期にわたって押圧パッド３と加圧ロール２との圧接部の形状及び圧接力が適切に維持されるものである。本実施例では、押圧パッド３の材料としてＰＥＳを使用しており、曲げ弾性率(ASTM D 790)は2600MPaである。
【００３６】
また、押圧パッド３を形成する材料には、この材料よりさらに熱伝導率が小さい粒子が分散されており、該粒子によって材料全体としての熱伝導率が小さくなる。これにより、定着ベルト１から伝達される熱量を低減することができる。この粒子としては、外殻がシリカ、ガラス、アルミナなどの無機化合物からなり、内部に空気を含んでいるものが好ましく、その粒径は小さすぎると効果が得られなくなり、大きすぎると分散性が悪くなるため、１μｍ〜２００μｍ程度が好ましい。本実施例では、直径が１０〜５０μｍ程度の中空ガラス粒子が、重量比で２０％、押圧パッド３の軸方向にわたってほぼ均一に分散されている。粒子は材料となる樹脂のペレットにあらかじめ混ぜ込んでも良いし、射出成型時や押し出し成型時に混ぜるようにしても良い。
【００３７】
また、押圧パッド３と定着ベルト１との間には摺動性が良く、耐摩耗性が高いフッ素樹脂を含浸させたガラス繊維シート等を介在させてもよく、さらに定着ベルトの内面にはシリコーンオイル等の離型剤を塗布してもよい。これにより、定着ベルト１は加圧ロール２に従動して加圧ロール２とほぼ同じ速度で周回し、加圧ロール２の駆動負荷を低減することができる。
【００３８】
上記パッド支持部材４は、定着ベルト１の幅方向に軸線を有する棒状部材であり、この棒状部材の両端部は切り欠かれて中央部付近より断面が小さくなっており、ガイド部材６が嵌め合わされる。この棒状部材の加圧ロール２と対向する部分に押圧パッド３が取り付けられており、定着ベルト１を介して加圧ロール２から押圧パッド３に作用する圧接力を、この棒状部材によって負担する。パッド支持部材４の材料としては、電磁誘導加熱装置５による磁束の影響によって加熱されないように、ガラス入りＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、フェノール、ポリイミド、液晶ポリマー等の耐熱性の樹脂や耐熱ガラスを用いることができる。また、非磁性で固有抵抗値が2.7×10-8Ωm以下の金属であれば、磁束の分布に大きな影響を与えず、それ自体もほとんど発熱しないため、パッド支持部材として使用することができる。これらの金属としてはアルミニウム、銅、銀などが挙げられ、これらを使用することで、定着ニップに大きな荷重を加えた時のたわみを小さく抑えることができる。
【００３９】
上記ガイド部材６は耐熱性樹脂からなり、パッド支持部材４を支持し、画像形成装置本体フレームに固定支持される支持部２１と、内面ガイド部２２と、エッジガイド部２３とを備えるものである。
【００４０】
上記電磁誘導加熱装置５は、定着ベルト１の外周面に沿って、この外周面とのギャップが２ｍｍ程度となるよう配置されており、定着ベルト１の導電性層を発熱させるものである。この電磁誘導加熱装置５は、定着ベルト１に沿った曲面を有する台座５ａと、台座５ａに支持された励磁コイル５ｂと、この励磁コイル５ｂに交流電流を供給する励磁回路５ｃとで主要部が構成されている。
【００４１】
上記励磁回路５ｃから励磁コイル５ｂに交流電流が供給されると、励磁コイル５ｂの周囲に磁束が生成消滅を繰り返す。交流電流の周波数は、例えば、１０〜５０ｋＨｚに設定されるが、本実施例では、交流電流の周波数が３０ｋＨｚに設定されている。そして、この磁束が定着ベルト１の導電性層１ｂを横切るとき、その磁界の変化を妨げる磁界を生じるように導電性層中に渦電流が発生し、導電性層１ｂの表皮抵抗に比例した電力（Ｗ＝Ｉ2Ｒ）でジュール熱が発生する。これにより、定着ベルト１が所定の温度まで加熱される。
【００４２】
上記金属ロール７は、熱伝導性の良好な金属からなり、本実施例では、アルミニウムからなる直径１０ｍｍの中実のロールが用いられている。また、金属ロール７の表面にトナー等が付着しにくいように、該金属ロール７の表面にＰＦＡ等の離型層を設けてもよい。連続して幅方向に短い記録紙の通紙を行うと、定着ベルトの非通紙領域の温度が上昇してしまう。それにより加圧ロール２の非通紙領域の温度が上昇するため、この金属ロール７を加圧ロール２の周面に接触させ、加圧ロール２との間で熱交換することによって、加圧ロール２の幅方向に大きな温度差が生じるのを防ぎ、定着ベルトの非通紙領域の温度上昇を防止する。
【００４３】
上記剥離補助部材８は、ステンレス等の薄い板状部材を基板８ａとし、この基板８ａの先端部にシリコーンゴム、フッ素ゴム等の弾性部材８ｂが設けられている。この先端部がニップ部の出口で定着ベルト１と近接対向するように配置されている。この剥離補助部材８は、ニップ部を通過して定着ベルト１から剥離した記録紙の先端をすくい取り、記録紙が再び定着ベルト１に巻き付くのを防ぐものである。この剥離補助部材８の先端部には弾性部材８ｂが設けられているため、先端部が定着ベルト１に接触しても定着ベルトに傷がつきにくい。本実施例では、０．２ｍｍのステンレスからなる基板の先端部にフッ素ゴムの被覆層が設けられており、基板の方向と３５°の角度に傾斜面を設けて先端が尖った形状となっている。そして、ニップ部出口から先端部までの水平距離が５ｍｍ、定着ベルト１の回転停止時における該定着ベルトとの距離が０．５ｍｍとなるように設置されている。
【００４４】
次に、上記定着装置の動作について説明する。
イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナーによるトナー像Ｔが画像信号に基づいて形成され、図示しない転写装置により記録紙Ｐに転写される。これらのトナーは、熱可塑性樹脂性のバインダに着色顔料を含有させることによって構成されている。
一方、トナー像を形成する動作が開始されるのとほぼ同時に、加圧ロール２の駆動モータ（図示しない）及び電磁誘導加熱装置５に電力が供給される。そして、加圧ロール２が回転すると、これに従動して定着ベルト１が回転を開始し、電磁誘導加熱装置５と対向する加熱領域を通過する際に、導電性層１ｂに渦電流が誘導され、発熱する。このとき、定着ベルト１は、両側縁付近は内面ガイド部２２に接触して摺動するが、中央部は押圧パッド３以外の部材に接触することなく周回移動している。したがって、他の部材に熱を奪われることが少なく、効率の良い加熱が行われる。
【００４５】
定着ベルト１が周回して所定の温度まで加熱されると、未定着トナー像を担持した記録紙が、定着ベルト１と加圧ロール２とが接するニップ部に送り込まれる。ニップ部内では、ニップ部入口から接触面の曲率が反転する位置Ｃにかけて、押圧パッド３による接触圧が増大しており、記録紙及びトナー像は徐々に加熱・加圧され、位置Ｃの下流側で強く押し付けられてトナー像が圧着される。
【００４６】
そして、定着ベルト１は、ニップ部の出口付近でこの状態から解放されることによって周回方向に大きな曲率で移動する。これに対し、定着ベルト１と加圧ロール２との間で搬送される記録紙は、ニップ部の出口付近で圧接力が低減され、記録紙自身の剛性によって曲率が小さくなる方向へ進行しようとし、定着ベルト１から引き離される。また、記録紙の先端が定着ベルト１から剥離されると、該記録紙は剥離補助部材８に接触し、この剥離補助部材８に案内されて確実に定着ベルト１から引き離される。
【００４７】
本実施例では、６０ｇｓｍ程度の薄い記録紙を用い、３ｍｍの先端余白の後方に複数色の多量のトナーが担持されている場合にも、記録紙を定着ベルトから良好に剥離することができる。
【００４８】
ここで、本実施例のＰＥＳからなる押圧パッド３を使用した場合と、比較対象として、従来の弾性部材であるＳｉゴムからなる押圧パッドを使用した場合とにおける、記録紙の剥離性能の経時的な変化を調べた実験の結果を表１に示す。
この実験では、２００ｋｐｖサイクルの定着装置駆動中に、２０ｋｐｖサイクル毎に、６０ｇｓｍのＡ４記録紙の先端余白３ｍｍより後方の全域にベタ画像を乗せて定着を行なった。そして、剥離不良による記録紙詰まりの発生や画像の欠陥が無く、剥離が可能であった記録紙のベタ画像部のトナー量（ｇ／ｍ2）を測定した。つまり、ベタ画像のトナー量を変えて複数枚の定着を行なうと、トナー量の多いもので剥離不良が生じやすくなるが、良好な剥離が可能なトナー量の上限値を測定したものである。なお、２０ｋｐｖサイクルが経過する間の画像としては一般的な文字チャートを使用した。
【表１】
0004725018.tif 000002
【００４９】
表１より、本実施例の押圧パッド３では、装置の駆動初期から２００ｋｐｖサイクルの駆動が終了するまで、剥離可能な記録紙上のトナー量が１５ｇ／ｍ2と変化せず、２００ｋｐｖサイクルの駆動中に、押圧パッドによる記録紙の剥離性能が維持されていることがわかる。これに対し、従来の押圧パッドでは、駆動初期には剥離可能な記録紙上のトナー量が本実施例の押圧パッド３と同じ１５ｇ／ｍ2であるが、定着動作の経過にともなって剥離可能な記録紙上のトナー量が減少し、２００ｋｐｖサイクルの駆動後には１０ｇ／ｍ2であった。また、２００ｋｐｖサイクルの駆動後、押圧パッドであるゴムに圧縮永久歪みが生じているのが確認された。すなわち従来の押圧パッドでは、ゴムが経時的に変形するため、長期にわたって安定した剥離性能を維持することが難しい。
【００５０】
一方、本実施例の定着装置は、ニップ入口の温度が電源投入後の予備加熱終了時は１８０℃、通常定着時は１７０℃に制御されており、１分間にＡ４記録紙３０枚の良好なカラー定着画像を形成することができる。
この定着装置では、起動時に定着ベルトのウォーミングアップに要する時間、すなわち１８０℃に到達するまでの時間は、図５に示すように、１２００Ｗの電力投入時に８．５秒である。これに対し、従来の押圧パッドを用いた場合には９．８秒を要している。本実施例では押圧パッドに熱伝導率の小さい粒子が分散しているため、従来の押圧パッドを用いた場合に比べて１．３秒ウォームアップタイムが短縮され、非常に短い待ち時間で装置が使用可能な状態となる。このため、使用する時だけ電力を供給すればよく、スタンバイモードやローパワーモードを必要としないため、消費電力を低減することができる。
【００５１】
次に、上記押圧パッド３に代えて用いることのできる押圧パッドについて、図６に基づいて説明する。なお、この押圧パッドは、請求項５の一実施形態である定着装置において用いられるものである。
この押圧パッド３１は、上記押圧パッド３と同様に加圧ロール２の弾性層２ｂより十分に弾性係数の高いＰＥＳからなり、形状も同じものである。この押圧パッド３１には、上記押圧パッド３と同様の熱伝導率の低い粒子３２が、定着ベルト１の幅方向で、小サイズの記録紙を使用した時の通紙域に多く分散され、非通紙域で少なく分散されている。つまり、この定着装置は、紙送りが軸方向の中心位置を基準に行なわれるもの（センターレジスト）であるため、軸方向の中心位置から両側の２１０ｍｍの領域に重量比で２０％、この領域以外の両端部に重量比で１０％の中空ガラス粒子が分散されている。このように熱伝導率の低い粒子を分散させることによって、小サイズの記録紙を連続通紙した場合に、非通紙域で押圧パッドを介して散逸される熱量が多く、通紙域からの熱散逸量が少なくなる。したがって、定着ベルト１の幅方向で温度分布が生じにくい。
【００５２】
上記押圧パッド３１の効果を検証するために、Ａ４記録紙(２１０ｍｍ×２９７ｍｍ)を１分間に２１枚の速度で、短縁を先端にして５００枚連続で通紙し、定着ベルト１の非通紙域における温度が最大となった時の、押圧パッド３１の軸方向の温度分布を測定した。この結果を、図１に示す押圧パッド３を用いた場合と比較して図７に示す。
【００５３】
図７より、粒子の混合量を幅方向に変化させた押圧パッド３１を使用した場合には、定着ベルト１の非通紙域の最大温度は約２１５℃であり、図１に示す押圧パッド３を用いた場合の約２２５℃と比べて約１０℃低くなっている。これは、押圧パッド３１では、定着ベルト１の非通紙域からの熱伝達量が多く、通紙域からの熱伝達量が少ないため、通紙域の温度低下が抑制され、定着ベルト１の通紙域を所定の温度に維持するための加熱時間（温度補償を行なう頻度）が少なくなるためである。定着ベルト１の加熱時間が減少することによって、定着ベルト１の非通紙域が過度に加熱されてしまうのが防止されるとともに、連続通紙が可能となるため生産効率を向上させることができる。
【００５４】
以上に説明した定着装置では、上記押圧パッド３、３１に代えて、例えば図８、図９、図１０に示す形状の押圧パッド４１、４２、４３を用いることもできる。表２に、押圧パッド４１、４２、４３の加圧ロール２との接触面４１ａ、４２ａ、４３ａの、上流部Ａｎの曲率半径ＲAnと、下流部Ｂｎの曲率半径ＲBnと、曲率が反転する位置Ｃｎと、押圧パッドの幅Ｄｎとを示す。
【表２】
0004725018.tif 000003
【００５５】
このような形状の押圧パッドを用いた場合にも、加圧ロール２との圧接部内でトナー像を記録紙に十分に溶融圧着するとともに、記録紙を定着ベルト１から良好に剥離することができる。上記定着装置で用いられる押圧パッドの形状は、図８、図９、図１０に示すものに限られるものではなく、本実施例に示した押圧パッドの形状の条件を満たすものであれば、定着装置の他の部材との取合いや求められる剥離性能及び生産性等によって適宜選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本願に係る発明の一実施形態である定着装置の概略断面図である。
【図２】本願に係る発明の一実施形態である定着装置の概略正面図である。
【図３】図１に示す定着装置で用いられる定着ベルトを示す拡大断面図である。
【図４】図１に示す定着装置で用いられる押圧パッドと加圧ロールとの圧接部の拡大形状図である。
【図５】本実施例の押圧パッドと従来の押圧パッドとを用いた場合のウォームアップタイムを比較する図である。
【図６】請求項５の一実施形態である定着装置において用いられる定着ベルト及び押圧パッドの概略正面図及び押圧パッドの断面図である。
【図７】押圧パッドに分散される粒子の分布が異なるときの、定着ベルト１の幅方向における温度分布の違いを示す図である。
【図８】図１に示す定着装置で用いることのできる他の押圧パッドと加圧ロールとの圧接部の拡大形状図である。
【図９】図１に示す定着装置で用いることのできる他の押圧パッドと加圧ロールとの圧接部の拡大形状図である。
【図１０】図１に示す定着装置で用いることのできる他の押圧パッドと加圧ロールとの圧接部の拡大形状図である。
【符号の説明】
【００５７】
１：定着ベルト、  ２：加圧ロール、  ３、３１、４１、４２、４３：押圧パッド、  ４：パッド支持部材、  ５：電磁誘導加熱装置、  ５ａ：台座、  ５ｂ：励磁コイル、  ５ｃ：励磁回路、  ６：ガイド部材、  ７：金属ロール、  ８：剥離補助部材、  ２１：支持部、  ２２：内面ガイド部、  ２３：エッジガイド部
【図１】
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【図２】
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【図３】
0004725018.tif 000006
【図４】
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【図５】
0004725018.tif 000008
【図６】
0004725018.tif 000009
【図７】
0004725018.tif 000010
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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