(57)【要約】【課題】ベルトニップ方式の定着装置において、定着ニップ部域における圧力分布を改善し、画像の乱れの防止と、ベルトが圧接される回転体の長寿命化及びベルト搬送性の高速化を両立を図る。【解決手段】発熱体２２を有する回転体２１と、無端状のベルト３５と、ベルトを介して回転体を押圧する回転可能である第一の押圧回転体３２と、ベルトを介して回転体を押圧する回転可能である第二の押圧回転体３１とを有し、ベルトと回転体とにより形成されるニップ部ｎに記録材Ｐを挟持搬送させて、未定着トナー像ｔを定着する定着装置において、第一の押圧回転体と第二の押圧回転体間には、各押圧回転体に接触し、回転可能であるスペーサー部材１００を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体を有する回転体と、無端状のベルトと、ベルトを介して回転体を押圧する回転可能である第一の押圧回転体と、ベルトを介して回転体を押圧する回転可能である第二の押圧回転体とを有し、ベルトと回転体とにより形成されるニップ部に記録材を挟持搬送させて、未定着トナー像を定着する定着装置において、
第一の押圧回転体と第二の押圧回転体間には、各押圧回転体に接触し、回転可能であるスペーサー部材を有することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
第一の押圧回転部材は、無端状のベルトを回転体に加圧する加圧部材であり、第二の押圧回転部材は、加圧部材よりも記録材の搬送方向上流側で無端状のベルトを回転体に押圧する加圧補助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３】
加圧補助部材は弾性層を有し、スペーサー部材と加圧補助部材との接点で、加圧補助部材を弾性変形させることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
加圧部材は弾性層を有し、スペーサー部材と加圧部材の接点で加圧部材を弾性変形させることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
【請求項５】
加圧部材と加圧補助部材の軸間距離は、加圧部材の半径と加圧補助部材の半径の和以下であることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の定着装置。
【請求項６】
加圧補助部材、加圧部材及びスペーサー部材において各々の部材の径の関係が、加圧補助部材＞加圧部材＞スペーサー部材の順列であることを特徴とする請求項２ないし５のいずれかに記載の定着装置。
【請求項７】
無端状のベルトを加圧部材と加圧補助部材の２つに掛けて配置し、加圧部材と加圧補助部材間にスペーサー部材を有することを特徴とする請求項２ないし６のいずれかに記載の定着定着。
【請求項８】
発熱体を有する回転体が加熱部材であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の定着装置。
【請求項９】
記録材上に未定着トナー像を形成する像形成手段と、前記未定着トナー像を記録材に定着する定着手段とを有する画像形成装置において、前記定着手段が請求項１ないし８のいずれかに記載の定着装置であることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、複写機・プリンター・ファクシミリなどの画像情報記録装置（画像形成装置）において未定着画像を加熱・加圧定着させるベルトニップ方式の定着装置及びその定着装置を備える画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ベルトニップ方式の定着装置は、定着ニップ部を形成する１対の回転体の少なくとも一方をベルト部材にし、定着ニップ部に未定着トナー像を担持させた記録材を導入して挟持搬送させて記録材面上に未定着トナー像を加熱定着する構成のもので、定着ニップ部の幅（記録材搬送方向の寸法）を大きく設定することができることで、記録材の搬送速度を大きくしても十分な加熱時間を確保できることが可能である等の利点がある。
【０００３】
例えば特許文献１には画像定着装置としてのベルトニップ方式の定着装置の具体的構成例が記載されている。
【０００４】
１）第１の従来例
図８はその一例を示すものである。２１と３０は定着ニップ部ｎを形成させる１対の回転体としての、加熱ローラ（第１の定着部材、定着ローラ）と、ベルトアセンブリ（第２の定着部材、加圧部材）である。
【０００５】
加熱ローラ２１は回転自由に軸受保持されており、矢印の時計方向に回動駆動される。またこの加熱ローラ２１は内部熱源２２により加熱され、温調系により表面温度が所定の定着温度に維持されるように温調される。
【０００６】
ベルトアセンブリ３０は、無端ベルト３５、加圧ローラ３２、第１と第２の２本の支持ローラ（支持軸）３３・３４、アシストパッド１０４等からなり、ベルト３５は加圧ローラ３５および第１と第２の支持ローラ３３・３４の都合３本のローラ間に懸回張架してある。
【０００７】
加圧ローラ３２は不図示の加圧手段により加熱ローラ方向に押圧付勢されて加熱ローラ２１に対してベルト３５を挟んで所定の押圧力で圧接している。アシストパッド１０４はベルト３５の内側で、加圧ローラ３２よりもベルト移動方向上流側に配設され、不図示の加圧手段により加熱ローラ方向に押圧付勢されて加熱ローラ２１に対してベルト３５を挟んで所定の押圧力で圧接している。
【０００８】
上記の加圧ローラ３２とアシストパッド１０４との間におけるベルト部分と加熱ローラ２１の外面部分との相互接触ニップ域が定着ニップ部ｎである。
【０００９】
アシストパッド１０４はベース板１０５に弾性層と表面低摩擦層を設けた固定部材であり、表面低摩擦層側をベルト３５の内面に接触させて配設してある。
【００１０】
ベルトアセンブリ３０のベルト３５は加熱ローラ２１の回転駆動に伴い、定着ニップ部ｎにおける加熱ローラ２１との摩擦力で従動回転する。
【００１１】
加熱ローラ２１が回転駆動され、それに伴いベルトアセンブリ３０のベルト３５も従動回転し、加熱ローラ２１が熱源２２により加熱され、所定の定着温度に温調された状態において、定着ニップ部ｎの加熱ローラ２１とベルト３５との間に未定着トナー像ｔを担持した記録材（以下、記録シートと記す）Ｐが導入され、定着ニップ部ｎを挟持搬送されていく。その挟持搬送過程において未定着トナー像ｔが加熱ローラ２１の熱で加熱されて記録シートＰの面に固着像として熱定着される。
【００１２】
定着ニップ部ｎの幅（ベルト移動方向の寸法）はアシストパッド１０４の幅寸法により広狭容易に設定することができ、定着ニップ部幅を大きく設定することで、記録シートＰの搬送速度を大きくしても十分な定着時間（加熱時間）を確保することが可能である。
【００１３】
また、加圧ローラ３２は、紙厚が薄く紙腰の弱い記録シートに多量のトナーを定着させる場合にも、剥離爪などを必要とせず、定着ニップ部ｎの記録シート出口において、何の剥離装置を用いずに記録シートＰを加熱ローラ２１の表面から剥離できるという所謂セルフストリッピングを可能とするものである。すなわち、一般に加熱ローラ２１の表面は弾性層を有しており、この弾性層に加圧ローラ３２が圧接すると、前記加熱ローラ２１と加圧ローラ３２との圧接領域Ａにおいて、加熱ローラ２１の表面が弾性変形し、加熱ローラ２１と加圧ローラ３２との間を通過する記録シートＰが加熱ローラ２１から剥離する方向へ導かれるのである。
【００１４】
しかし、このセルフストリッピング性能を向上させるために加圧ローラ３２の圧力を大きくすると、記録シートＰ上の未定着画像ｔがずれる現象（像ずれ）が発生する。この現象は、加圧ローラ３２の高い圧力によって加熱ローラ２１上の弾性層に極度のゆがみが発生し、これに伴って、記録シートＰの速度が増大することに起因する。この像ずれを防止するために、前記アシストパッド１０４が設けられている。すなわち、このアシストパッド１０４は、定着ニップ部ｎ内の加圧ローラ３２よりも記録シート搬送方向上流側で加熱ローラ２１を極度に歪ませないように広範囲領域Ｃに大きな圧力をかけるためのものであり、これにより、この領域Ｃにおける加熱ローラ２１と記録シートＰとの密着力が、加熱ローラ２１と加圧ローラ３２との圧接領域Ａにおける加圧ローラ３２と記録シートＰとの密着力よりも大きくなり、その結果、前記記録シートＰの速度は加熱ローラ２１の速度と同じになることから、前記像ずれは有効に防止されるのである。
【００１５】
しかしながら、固定部材であるアシストパッド１０４と回転体であるベルト３５の内面とは摺擦により、双方に耐久による磨耗劣化が生じる。一般に磨耗は摺擦速度と両者の加圧力により支配されるため、特に高速化を目指した場合は、ベルト３５へのダメージが大きく、ベルト３５やアシストパッド１０４の長寿命化の妨げとなる。この対策として、ベルト３５の内面へのシリコンオイルオイル塗布により摺擦抵抗を下げる手法が提案されている。
【００１６】
しかし、トナーの定着性や、光沢性を向上するため、アシストパッド１０４への加圧力を増加させた場合には、ベルト３５とアシストパッド１０４の摺擦抵抗が原因となり、ベルト３５の搬送不良（スリップ）を引き起こす。
【００１７】
一般にスリップ対策としては、ベルト３５内の第１または第２の支持ローラ３３・３４の何れかに駆動を与えてベルト３５の搬送力を高める工夫がなされるが、ベルト内面に潤滑剤を塗布した系では潤滑剤がその駆動支持ローラからベルト３５へ駆動効率を下げ、充分な効果が得られにくい。
【００１８】
ベルト３５のスリップは記録シートＰの搬送不良や画像不良のみならず、加熱ローラ２１の表層の摺擦による加熱ローラ表層材の傷及び、弾性層の異常変形による弾性層の劣化等、加熱ローラ２１に与えるダメージも大きく、加熱ローラ２１の寿命へも影響する。
【００１９】
２）第２の従来例
この対策として、上記図８の定着装置において固定部材としてのアシストパッド１０４を、図９のように、ベルト３５の回転に従動する回転部材としての圧力補助ローラ３１とした装置構成も提案されている。
【００２０】
圧力補助ローラ３１はステンレス等の金属軸上にシリコンゴムやシリコンスポンジ等の柔らかい弾性体で被覆された弾性体ローラであり、ベルト３５の内面からベルト３５を加熱ローラ２１に密着させ、ベルト３５と加熱ローラ２１の表面がずれるのを防止するためのローラである。この構成においては、ベルト３５に内接する部材３１〜３４の全てはベルト３５と共に回転する回転部材であり、先のようなベルト３４の内面との摺擦により生じる弊害を解決することが出来る。
【特許文献１】
特開平９−３４２９１号公報
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記図９の第２の従来例のように、圧力補助ローラ３１を用いたベルトニップ方式の定着装置にあっては、加圧ローラ３２と圧力補助ローラ３１との物理的な干渉を防止するという観点からすれば、加圧ローラ３２と圧力補助ローラ３１とを近接して配置することが困難であり、しかも両ローラ３２・３１の形状からして、図９に示すように、加熱ローラ２１とベルト３５との接触ニップ域である定着ニップ部ｎの全幅のうち、加熱ローラ２１に対する、加圧ローラ３２の接触部領域Ａと圧力補助ローラ３１の接触部領域Ｃとの間には、無端ベルト３５のみが加熱ローラ２１に接触配置される領域Ｂが存在した。この領域Ｂの幅は図８の第１の従来例において加圧ローラ３２の接触部領域Ａとアシストパッド１０４の接触部領域Ｃとの間に生じる無端ベルト３５のみが加熱ローラ２１に接触配置される領域Ｂよりも幅が大きい。
【００２２】
このため、図９のＡ、Ｂ、Ｃに示す各接触ニップ域における加熱ローラ２１に対するベルト３５の圧力分布は図１０のようになり、加圧ローラ３２及び圧力補助ローラ３１が接触していないＢの領域では、かかる圧力が微小となっていた。このような状況下において、微小圧力状態となるＢの領域では、トナー層中の空気及び水蒸気の活動を抑え込めるだけの圧力がなく、しかも、その範囲が広いために記録シートＰが微小圧力状態となるＢの領域を通過する際に、トナー層中から放出される空気及び水蒸気の絶対量が多くなり、コート紙等の通気性の低い記録シートＰにおいて、微小圧力部位における画像の乱れが発生しやすくなるという技術的課題が見いだされた。
【００２３】
本発明は以上の技術的課題を解決するためになされたものであって、ベルトニップ方式の定着装置おいて、定着ニップ部域における圧力分布を改善し、画像の乱れの防止と、回転体の長寿命化及びベルト搬送性の高速化を両立させることのできる定着装置、及びその定着装置を備える画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記の構成を特徴とする定着装置及び画像形成装置である。
【００２５】
（１）発熱体を有する回転体と、無端状のベルトと、ベルトを介して回転体を押圧する回転可能である第一の押圧回転体と、ベルトを介して回転体を押圧する回転可能である第二の押圧回転体とを有し、ベルトと回転体とにより形成されるニップ部に記録材を挟持搬送させて、未定着トナー像を定着する定着装置において、第一の押圧回転体と第二の押圧回転体間には、各押圧回転体に接触し、回転可能であるスペーサー部材を有することを特徴とする定着装置。
【００２６】
（２）第一の押圧回転部材は、無端状のベルトを回転体に加圧する加圧部材であり、第二の押圧回転部材は、加圧部材よりも記録材の搬送方向上流側で無端状のベルトを回転体に押圧する加圧補助部材であることを特徴とする（１）に記載の定着装置。
【００２７】
（３）加圧補助部材は弾性層を有し、スペーサー部材と加圧補助部材との接点で、加圧補助部材を弾性変形させることを特徴とする（２）に記載の定着装置。
【００２８】
（４）加圧部材は弾性層を有し、スペーサー部材と加圧部材の接点で加圧部材を弾性変形させることを特徴とする（２）に記載の定着装置。
【００２９】
（５）加圧部材と加圧補助部材の軸間距離は、加圧部材の半径と加圧補助部材の半径の和以下であることを特徴とする（２）ないし（４）のいずれかに記載の定着装置。
【００３０】
（６）加圧補助部材、加圧部材及びスペーサー部材において各々の部材の径の関係が、加圧補助部材＞加圧部材＞スペーサー部材の順列であることを特徴とする（２）ないし（５）のいずれかに記載の定着装置。
【００３１】
（７）無端状のベルトを加圧部材と加圧補助部材の２つに掛けて配置し、加圧部材と加圧補助部材間にスペーサー部材を有することを特徴とする（２）ないし（６）のいずれかに記載の定着定着。
【００３２】
（８）発熱体を有する回転体が加熱部材であることを特徴とする（１）ないし（７）のいずれかに記載の定着装置。
【００３３】
（９）記録材上に未定着トナー像を形成する画像形成手段と、前記未定着トナー像を記録材に定着する定着手段とを有する画像形成装置において、前記定着手段が（１）ないし（８）のいずれかに記載の定着装置であることを特徴とする画像形成装置。
【００３４】
［作用］
無端状のベルトを介して回転体を押圧する第一及び第二の押圧回転体間の軸間距離を狭めた際の該押圧回転体の物理的な干渉をスペーサー部材によって防止できる。また、スペーサー部材は当該部材が接触する各押圧回転体と共に回転するので、ベルトの搬送不良を防止できる。したがって、第一及び第二の押圧回転体間に回転可能なスペーサー部材を介在させることによって、定着ニップ部域の圧力分布を改善でき、画像の乱れの防止と、回転体の長寿命化及びベルト搬送性の高速化を両立できる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
［第１の実施例］
（１）画像形成装置例
図１は本発明に従うベルトニップ方式の定着装置をトナー像の加熱定着装置として搭載させた画像形成装置の一例の概略構成図である。
【００３６】
１は感光ドラムであり、ＯＰＣ、アモルファスＳｅ、アモルファスＳｉ等の感光材料がアルミニウムやニッケルなどのシリンダ状の基盤上に形成されている。感光ドラム１は矢印の方向に回転駆動され、その表面は帯電装置としての帯電ローラ２によって一様帯電される。
【００３７】
次に、レーザースキャナ３によって画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザービームＬｂによる走査露光が施され、静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置４でトナー像として現像、可視化される。現像方法としては、ジャンピング現像法、２成分現像法、ＦＥＥＤ現像法などが用いられ、イメージ露光と反転現像とを組み合わせて用いられることが多い。
【００３８】
可視化されたトナー像は、所定のタイミングで給紙機構部７から給紙搬送された記録シート（記録材、転写材、用紙）Ｐ上に転写装置としての転写ローラ５により感光ドラム１上より転写される。
【００３９】
ここで感光ドラム１上のトナー像の画像形成位置と記録シートＰの先端の書き出し位置が合致するようにトップセンサ８にて記録シートＰの先端を検知し、タイミングを合わせている。所定のタイミングで搬送された記録シートＰは感光ドラム１と転写ローラ５に一定の加圧力で挟持搬送される。このトナー像が転写された記録シートＰは加熱定着装置９へと搬送され、永久画像として定着される。加熱定着装置９を出た画像定着済みの記録シートＰはシートパス１０を搬送されて排紙トレイ１１上に排出される。
【００４０】
一方、感光ドラム１上に残存する転写残りの残留トナーは、クリーニング装置６により感光ドラム１表面より除去され、感光ドラム１は繰り返して作像に供される。
【００４１】
（２）定着装置９
図２は本実施例における定着装置９の概略断面図である。
【００４２】
本実施例の定着装置９は前述した図９の第２の従来例の定着装置と同様に加圧補助ローラを用いたベルトニップ方式の定着装置である。前述した図９の装置と同じ構成部材・部分には同じ符号を付して再度の説明を省略する。
【００４３】
本実施の形態において、定着ニップ部ｎを形成する１対の回転体のうちの一方の回転体としての加熱ローラ（加熱部材（定着ローラ））２１は、外径６０ｍｍの中空ローラで、アルミの芯金２１ａ上に、シリコンゴムからなる厚さ２ｍｍの耐熱弾性層２１ｂを形成し、更にその外周面に離型層としての厚さ３０μｍのフッ素樹脂層２１ｃを形成してなる三層構造で構成されている。芯金２１ａは此処ではアルミを用いたが、鉄等の他の金属を用いても良い。この加熱ローラ２１は駆動モータＭなどの駆動源により回転力が与えられて、矢印の時計方向に所定の周速度で回転駆動される。
【００４４】
加熱ローラ２１の表面には加熱ローラ表面の温度を検知するための温度検知素子としてサーミスタ４１が当接されており、加熱ローラ内部には例えばハロゲンランプからなるヒータ２２を有する。
【００４５】
ヒータ２２は給電回路４３からの給電により発熱し、その発熱により加熱ローラ２１が内部より加熱される。加熱された加熱ローラ２１の表面温度がサーミスタ４１で検知され、その検知温度情報が温調回路４２に入力する。温調回路４２はサーミスタ４１で検知される加熱ローラ表面温度が所定の定着温度に維持されるように給電回路４３からヒータ２２への給電を制御することで加熱ローラ２１を温調制御する。
【００４６】
定着ニップ部ｎを形成する１対の回転体のうちのもう一方の回転体であるベルトアセンブリ３０において、無端ベルト３５は、加圧ローラ（第一の押圧回転体（加圧部材））３２と第１および第２支持ローラ３３・３４の都合３本のローラ間に懸回張架されて加熱ローラ２１に圧接されることにより、該加熱ローラとの間に所定幅のニップ部ｎを形成している。
【００４７】
無端ベルト３５は、例えば耐熱性樹脂であるポリイミドフィルムなどで構成され、表面にはＰＦＡ等の離型層が形成されている。
【００４８】
また、本実施の形態では、加圧ローラ３２は、加熱ローラ２１と無端ベルト３５との接触ニップ域である定着ニップ部ｎの出口に配設される加圧ローラを兼用しており、不図示の圧縮コイルスプリングによって加熱ローラ２１の中心に向かって付勢されており、無端ベルト３５を加熱ローラ２１に加圧している。ここで、加圧ローラ（支持ローラ）３２は外径２０ｍｍのローラで少なくとも加熱ローラ２１よりも高硬度に形成されており、加圧ローラ３２の加熱ローラ２１に対する圧接部Ａでは加熱ローラ２１が弾性変形し、記録シートＰのセルフストリッピング機能を維持するようになっている。加圧ローラ３２と加熱ローラ２１の圧接部Ａのニップ幅は約３ｍｍに設定した。
【００４９】
更に、無端ベルト３５の内側には、不図示の圧縮コイルスプリングにより圧接配置される補助加圧ローラ（第二の押圧回転体（加圧補助部材））３１が設けられている。前記補助加圧ローラ３１は、外径２８ｍｍの弾性ローラでステンレスの芯金３１ａ上に低硬度耐熱弾性体３１ｂであるシリコンスポンジを有してなり、加熱ローラ２１の中心軸方向に向かって上記コイルスプリングによって無端ベルト３５を加熱ローラ２１に押圧している。加圧補助ローラ３１の押圧により無端ベルト３５が加熱ローラ２１に圧接される圧接部Ｃのニップ幅は約１５ｍｍである。加圧補助ローラ３１は加熱ローラ２１より低硬度に形成されており、圧接部Ｃにおける加熱ローラ２１への加圧の平均面圧は、圧接部Ａにおける加圧ローラ３２の加熱ローラ２１への加圧の平均面圧より低い。此処で、平均面圧とは「各圧接部Ｃ・Ａのニップ部にかかる総圧」を「各圧接部Ｃ・Ａのニップ部の面積」で割り算した値である。
【００５０】
スペーサーローラ（スペーサー部材）１００は、外径４ｍｍのステンレスのローラで、加圧ローラ３２及び加圧補助ローラ３１接触されており、図３に示されるように加圧ローラ３２の中心軸Ｏ１と加圧補助ローラ３１の中心軸Ｏ２を結んだ軸線Ｌ上において加圧補助ローラ側に配置されている。加圧ローラ３２と加圧補助ローラ３１の軸間距離Ｓ１は、例えば両ローラ３１・３１の半径の和Ｒ１（＝ｒ１＋ｒ２）を２４ｍｍとしたとき、その和Ｒ１より短い２２ｍｍに設定されており、加圧補助ローラ３１の弾性層３１ｂが、スペーサーローラ１００との当接位置で約６ｍｍ加圧補助ローラ３１の芯金３１ａ方向に歪んでいる。スペーサーローラ１００を加圧ローラ３２と加圧補助ローラ３１間に介在させ、加圧補助ローラを歪ませたことで、加圧ローラ３２と加圧補助ローラ３１の軸間距離Ｓ１を、両ローラ３２・３１の半径の和Ｒ１より短く、若しくはその和Ｒ１と等しく設定しても（Ｓ１≦Ｒ１（＝ｒ１＋ｒ２））、加圧ローラ３２と加圧補助ローラ３１の物理的な干渉を防止できた。
【００５１】
無端ベルト３５と加熱ローラ２１の定着ニップ部ｎの内、加圧ローラ３２により無端ベルト３５が加熱ローラ２１に加圧される圧接部のニップ幅をＡ、加圧補助ローラ３１により無端ベルト３５が加熱ローラ２１に加圧される圧接部のニップ幅をＣ、これら圧接部のニップ幅ＡとＣの間の微小加圧領域をＢとすると、Ａ：３ｍｍ、Ｂ：１３ｍｍ、Ｃ：１５ｍｍとなる。
【００５２】
次に本実施例装置の駆動時における各ローラ及び無端ベルトの回転方向を説明する。
【００５３】
図４に示されるように、加熱ローラ２１は時計回りに回転し、加熱ローラに外接し、加熱ローラと共動して回転する無端ベルト３５は反時計回りに回転している。又、無端ベルト３５に内接し、該ベルトと共動して回転する加圧ローラ３２および加圧補助ローラ３１は反時計回りに回転している。次に加圧ローラ３２および加圧補助ローラ３１に外接し、加圧ローラ、加圧補助ローラと共動して回転するスペーサーローラ１００は時計回りに回転する。この様に、定着装置内の回転体（加熱ローラ２１、無端ベルト３５）及び回転部材（加圧ローラ３２、加圧補助ローラ３１、スペーサーローラ１００）において、互いに接する回転体、回転部材及び回転体と回転部材が、逆動、摺擦することなく回転するため、ストレスの無いスムーズなベルト搬送が可能となった。
【００５４】
本実施例装置では、図２に示されるように、加熱ローラ２１が回転駆動され、無端ベルト３５が従動回転し、加熱ローラ２１がヒータ２２により加熱され、所定の定着温度に温調された状態において、定着ニップ部ｎの加熱ローラ２１と無端ベルト３５との間に未定着トナー像ｔを担持した記録シートＰが導入され、定着ニップ部ｎを挟持搬送されていく。その挟持搬送過程において未定着トナー像ｔが加熱ローラ２１の熱で加熱されて記録シートＰの面に固着像として熱定着される。
【００５５】
本実施例装置の作用・効果を図９に示す従来装置と比較して説明する。
【００５６】
スペーサーローラが無い従来系では図９に示すように加圧ローラ３２、補助加圧ローラ３１は最近接位置で逆方向に回転するため、両ローラ３２・３１が干渉すると摺擦磨耗及び、両ローラやベルト３５の搬送不良の原因となる。加圧ローラ３２、加圧補助ローラ３１の干渉を防止するため、加圧ローラと加圧補助ローラの軸間距離Ｓ１’は両ローラには両ローラの半径の和Ｒ１（＝ｒ１＋ｒ２）：２４ｍｍに加え、部品公差や取り付け公差、各部材のたわみ、熱膨張等を考慮して、加圧ローラと加圧補助ローラの軸間距離Ｓ１’を２７ｍｍ程度以上に設定せざるを得ない。図９においてＡ、Ｂ、Ｃにて示す各接触ニップ域の圧力分布は図１０のようになり、加圧ローラ３２及び圧力補助ローラ３１が接触していないＢの領域では、かかる圧力が微小となっており、Ａ、Ｂ、Ｃの領域において搬送方向の長さは、Ａ：３ｍｍ、Ｂ：１８ｍｍ、Ｃ：１５ｍｍとなる。
【００５７】
Ｂの微小加圧領域が大きいと、定着ニップ部ｎの長手方向で記録シートＰの進行速度の微妙なズレによる該シートの変形により、記録シートが加熱ローラ２１から一時的に離れ、ニップ部内での画像ズレが生じやすい。つまり、記録シートＰが加熱ローラ２１から一時的に離れた際に加熱ローラ２１にオフセットしたトナーが領域Ａで記録シート面上に再定着される。トナーの再定着時にそのトナーが記録シート面上の微妙にずれた位置に再定着されるので画像ずれとなる。
【００５８】
又、記録シートとしての用紙が微小圧力状態となるＢの領域を通過する際に、トナー層中から放出される空気及び水蒸気の絶対量が多くなり、コート紙等の通気性の低い用紙において、微小圧力部位における画像の乱れが発生しやすい。従来例装置はＢの距離が本実施例装置のそれより広く、これらの弊害が発生しやすい。微小圧力状態となるＢの領域を小さくするためには、加圧ローラ３２、加圧補助ローラ３１の軸間距離Ｓ１’を小さくすることが有効であるが、前述の通り、両ローラ３２・３１の干渉時の摺擦磨耗及び、両ローラやベルト３５の搬送不良の原因となるため実現できない。
【００５９】
一方、本実施例装置では、Ｂの領域を１３ｍｍと比較的小さく設定できたことから、従来例装置に比べ、画像のずれと乱れを効果的に抑えることが出来た。
【００６０】
従来例装置では、加圧ローラ３２と加熱補助ローラ３１が干渉した際、両ローラ３２・３１の接点では両ローラの駆動方向が逆行し、互いに摺擦して駆動上の障害となったが、本実施例装置では、スペーサーローラ１００が加圧ローラ３２及び加圧補助ローラ３１と共動して回転するので、無端ベルト３５及び、無端ベルト共動部材である加熱ローラ２１による記録シートＰの搬送安定性を妨げる要因が無くなった。且つ、スペーサーローラ１００を加圧ローラ３２、加圧補助ローラ３１間に挟むことで、加圧ローラと加圧補助ローラの軸間距離Ｓ１を両ローラ３２・３１の半径の和Ｒ１以下にしても、従来例装置のような加圧ローラ３２と加圧補助ローラ３１の干渉を防止でき、微小加圧領域Ｂをより狭く設定することが可能となった。
【００６１】
本実施例装置において、５００ｍｍ／ｓで３００時間の空回転試験を行ったところ、ベルト３５内側の両ローラ３１・３２の磨耗も極微量であり、ベルトのスリップ等の搬送不良も見られなかった。また、従来技術で説明した、加圧補助ローラ３１の代わりにアシストパッドを用いた系と比較しても良好な結果であった。
【００６２】
本実施例では、スペーサーローラ１００が加圧ローラ３２、加圧補助ローラ３１の双方に当接する例を示したが、例えば、スペーサーローラを加圧補助ローラ側に１ｍｍずらして配置し、低硬度弾性体である加圧補助ローラ３１のみに当接させ、加圧補助ローラを弾性変形させた場合も、同等の効果が得られる。しかし、小径のスペーサーローラ１００では、加圧補助ローラ３１からの圧力でスペーサーローラのたわみが生じやすいので、加圧ローラ３２、加圧補助ローラ３１双方に当接させた方がより好ましい。
【００６３】
［第２の実施例］
第２の実施例として、第１の実施例装置の加熱ローラ、加圧ローラ、加圧補助ローラ、スペーサーローラと同様の物を用い、それらを同様に配置して、無端ベルトの支持方法のみを変化させた定着装置例を示す。
【００６４】
図５に本実施例に係る定着装置の概略断面図を示す。
【００６５】
本実施例では、ベルトアセンブリ３０において、無端ベルト３５を加圧ローラ３２と加圧補助ローラ３１間に張架し、第１の実施例で用いた支持軸（支持ローラ３３・３４）を２本無くしている。この系においても、第１の実施例同様にスペーサーローラ１００を加圧ローラ３２、加圧補助ローラ３１間に介在させることで、微小加圧領域Ｂをより狭く設定することによる異常画像の防止、及び回転部材（無端ベルト３５及びこれに内包される加圧ローラ３２、加圧補助ローラ３１、スペーサーローラ１００等）において両ローラ３２・３１が摺擦しないことによる加熱ローラ２１の長寿命化と高速駆動時のベルト搬送性の向上に対し効果を確認出来た。
【００６６】
更に、無端ベルト３５の周長をより短くすることが可能となり、支持軸も２本減らせたことで定着装置全体の低熱容量化を実現している。スペーサーローラを用いない従来の２本ローラ張架タイプのベルト定着システムと比較しても、２軸間の距離をより小さく狭められたことでベルトの周長を最大限に短くすることが出来る。
【００６７】
第１の実施例では連続画像形成中の温度低下が１６５℃温調でスタートした際に、１３５℃の温度低下が見られたが、本実施例では３０℃の温度低下に抑えられた。ベルトの表面積の低減によるベルト表面からの放熱と、支持軸への熱損失を低減できた効果である。この結果、待機中の温調温度を５℃削減し、待機中の消費電力を削減し、省エネルギー化に成功した。又、定着装置全体の低熱容量化を実現したことで、電力投入からの昇温速度も向上し、ウェイトタイムも削減できた。
【００６８】
又、本実施例において、スペーサーローラ１００を図３に示されるように加圧ローラ３２の中心軸Ｏ１と加圧補助ローラ３１の中心軸Ｏ２を結んだ軸線Ｌ上に配置する事は、図形上、加圧補助ローラを最大限に歪ませることができるので、同じ径の加圧ローラと加圧補助ローラの軸間距離を設定した場合、スペーサーローラの径を最も小さくできる。スペーサーローラの径を小さくし、熱容量を小さくすることは、連続画像形成中の温度低下の防止や待機中の放熱量の低減に優れるため、スペーサーローラ１００の中心軸Ｏ３を加圧ローラ３２の中心軸Ｏ１と加圧補助ローラ３１の中心軸Ｏ２を結んだ軸線Ｌ上に配置することは有効な技術である。
【００６９】
しかし、本発明は必ずしも上記軸線Ｌ上にスペーサーローラ１００の中心軸Ｏ３が無くても、定着ニップ部ｎ内のベルト搬送方向の加圧ローラ３２と加圧補助ローラ３１間で、少なくとも一方のローラに当接するようにスペーサーローラ１００を存在させれば同等の効果を得ることが出来、かかるスペーサーローラ１００の配置態様を適宜採択することは本発明の技術的範囲に当然に含まれる。
【００７０】
加圧補助ローラ３１は、加熱ローラ２１を弾性変形させる必要性が無いため、低硬度なローラを用い無端ベルト３５を挟んで加熱ローラ２１とで高速定着に必要なニップ幅を確保する構成がよい。このため、加圧補助ローラ３１をスペーサーローラ１００の圧接によって大きく変形出来るため、外径を大きくしても微小加圧領域Ｂがさほど広がらない。
【００７１】
加圧ローラ３２は、用紙分離性確保のため、加熱ローラ２１の弾性層２１ｂをひずませるために剛体もしくは硬質な弾性体に設定せざるを得ない。よって、加圧ローラ３２のスペーサーローラ１００による弾性変形は加圧補助ローラ３１に比べ殆んど望めないため、加圧ローラ径のアップ（ＵＰ）は、微小加圧領域Ｂの拡大につながる。
【００７２】
又、スペーサーローラ１００は加圧ローラ３２と加圧補助ローラ３１が干渉しない範囲内で小さい方が熱容量的に良い。又、スペーサーローラの径が必要以上に大きいと（例えば加圧ローラー並以上に大きいと）、加圧補助ローラ３１においてスペーサーローラ側がスペーサーローラに押されて小さくなるため、微小加圧領域Ｂの拡大につながる。
【００７３】
よって３つのローラ３１・３２・１００において各々のローラ径の関係は
加圧補助ローラ３１＞加圧ローラ３２＞スペーサーローラ１００
とすることで、微小加圧領域Ｂを最小限に抑えつつ、定着ニップ部ｎを最大限に確保することが出来る。
【００７４】
［第３の実施例］
第３の実施例に係る定着装置を図６に示す。
【００７５】
本実施例では、ベルト３５内に加熱源２２を内包する加熱ローラ２１を有し、記録シートＰ上の未定着トナー画像ｔがベルト面側に接して記録シート面上に定着される系に於いて、ベルト３５に外接する下ローラ４と該ベルトとの間に記録シートＰを通紙して未定着トナー画像ｔを定着する系に、スペーサーローラ１００を用いた例を説明する。
【００７６】
無端ベルト３５は、加圧ローラ３２、加熱ローラ２１及び加圧補助ローラ３１に巻きつけることによって定着ニップ部ｎを広く取れる様に巻き掛けられており、加圧ローラ３２と加圧補助ローラ３１によって、下ローラ４にベルト３５を加圧している。加圧ローラ３２と加圧補助ローラ３１間にはスペーサーローラ１００が介在し、第１の実施例と同様、両ローラ３２・３１の干渉防止及び駆動伝達を可能にしている。
【００７７】
この無端ベルト３５の基層は、ニッケル製の厚さ１００μｍの薄いフィルム状体で表面上に２００μｍのシリコンゴム層を有し、その上に離型層としてＰＦＡからなるフッ素樹脂層を有してなり、良熱応答性と柔軟性と良離型性とを兼ね備えている。
【００７８】
加熱ローラ２１は外径４０ｍｍ、厚み３ｍｍのアルミ製シリンダーからなり、内部に加熱源としてハロゲンヒーター２２を配置する。ハロゲンヒータ２２は加熱ローラ２１の内部に配置され、加熱ローラ２１を加熱することによってベルト３５を加熱する。
【００７９】
加圧補助ローラ３１はアルミ芯金３１ａにスポンジや耐熱シリコーンゴム等の弾性層３１ｂを１０ｍｍ有する外径５０ｍｍのローラで構成され、駆動モータＭにより駆動される。
【００８０】
下ローラ４は外径６０ｍｍの中空ローラであって、第１及び第２の実施例装置の加熱ローラ２１と同様にアルミ製芯金４ａ上にシリコンゴムやスポンジ等の弾性層４ｂを２ｍｍを持ち、最外層にはＰＦＡからなる離型層４ｃを持つ。
【００８１】
加圧補助ローラ３１の硬度は下ローラ４の硬度より低く設定する。この事によって、定着ニップ部ｎ内において、下ローラ４によって、無端ベルト３５を介して加圧補助ローラ３１の弾性層３１ｂをより多く変形させ、定着ニップ部ｎの形状を上方に凸にする事ができ、良好な排紙性を得ることができる。
【００８２】
この様な装置に於いても、加圧ローラ３２と加圧補助ローラ３１間に存在する微小圧領域Ｂが大きいと、定着ニップ部ｎにおいてベルト３５と記録シートＰの一時的な離間に伴なう画像ずれが発生する。
【００８３】
本実施例装置では、スペーサーローラ１００を加圧ローラ３２と加圧補助ローラ３１間に介在させることで加圧ローラと加圧補助ローラの軸間距離Ｓ１を最小化し、微小加圧領域Ｂを最小化し、定着ニップ部ｎにおいてベルトと記録シートＰの一時的な離間に伴なう画像ずれを抑えることができた。
【００８４】
［第４の実施例］
第４の実施例に係る定着装置を図７に示す。
【００８５】
本実施例では、ヒータ２２を内包する加熱ローラ２１と加圧補助ローラ３１の２本のローラに張架した無端ベルト３５を、加熱ローラと加圧補助ローラの両ローラで下ローラ４に加圧する系において、スペーサーローラ１００を加熱ローラ２１と加圧補助ローラ３１間に介在し、加圧補助ローラの弾性層３１ｂを歪ませた例である。此処では、加熱ローラ２１が加圧ローラとして機能している。
【００８６】
この装置に於いても、第３の実施例と同様に、スペーサーローラ１００を加圧補助ローラ３１と加熱ローラ２１間に介在させることで加熱ローラと加圧補助ローラの軸間距離Ｓ１を最小化し、微小加圧領域Ｂを最小化し、定着ニップ部ｎにおいてベルト３５と記録シートＰの一時的な離間に伴なう画像ずれを抑えることができた。
【００８７】
［その他］
１）本実施の形態において、第１及び第２の実施例では記録シートＰの未定着トナー画像面側にローラ（加熱ローラ２１）を用い、非未定着トナー画像面側に無端ベルト３５を用いた加熱定着装置を示し、第３及び第４の実施例では記録シートＰの未定着トナー画像面側に無端ベルト３５を用い、非未定着トナー画像面側にローラ（下ローラ４）を用いた加熱定着装置を示したが、記録シートＰの未定着画像面側及び非未定着画像面側に無端ベルトを用いた加熱定着装置としてよい。この場合、少なくとも１本のベルトの内部から２本以上のローラで該ベルトを他のベルトに加圧して定着ニップ部を形成する加熱定着装置において、２本以上のローラのうち少なくとも一方のローラが弾性体である場合に、２本のローラ間にスペーサーローラを介在することで、同等の効果が得られるものである。
【００８８】
２）各実施例の加熱定着装置において、無端ベルトに代えて、ロール巻きにした長尺の有端ベルトを用いてよい。その場合、有端ベルトを繰り出し軸側から加圧ローラと加圧補助ローラを経由させて巻き取り軸側へ所定の速度で走行させる構成にする。
【００８９】
３）各実施例装置において、加圧ローラ２１を加圧補助ローラ３１と共に、若しくは加圧ローラ２１だけをスペーサーローラ１００によって弾性変形させてよい。この場合、加圧ローラに弾性層を設け、スペーサーローラと加圧ローラの接点で加圧ローラを弾性変形させる構成にする。
【００９０】
４）本発明の定着装置は実施例の加熱定着装置としての使用に限られず、未定着画像を記録材に仮に定着せしめる仮定着装置、定着画像を担持した記録材を再加熱してつや等の画像表面性を改質する表面改質装置等の像定着装置としても有効である。
【００９１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、無端状のベルトを介して回転体を押圧する第一及び第二の押圧回転体間に当該各押圧回転体に接触する回転可能なスペーサー部材を有するので、定着ニップ部域の圧力分布を改善でき、画像の乱れの防止と、回転体の長寿命化及びベルト搬送性の高速化を両立できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例における画像形成装置の概略構成図である。
【図２】第１の実施例における定着装置の概略断面図である。
【図３】図２に示す定着装置における定着ニップ部の拡大図である。
【図４】図２に示す定着装置における加熱ローラ、無端ベルト、加圧ローラ、加圧補助ローラ及びスペーサーローラの回転方向を説明する説明図である。
【図５】第２の実施例における定着装置の概略断面図である。
【図６】第３の実施例における定着装置の概略断面図である。
【図７】第４の実施例における定着装置の概略断面図である。
【図８】第１の従来例における定着装置の概略断面図である。
【図９】第２の従来例における定着装置の概略断面図である。
【図１０】図９に示す定着装置における定着ニップ部の圧力分布を説明するイメージ図である。
【符号の説明】
２１：加熱ローラ、２２：ヒーター、３１：加圧補助ローラ、
３２：加圧ローラ、３３：支持ローラ、３４：支持ローラ、
３５：無端ベルト、１００：スペーサーローラ、
１０４：アシストパッド、ｎ：定着ニップ部。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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