(57)【要約】【課題】分離ポイントが異なるために生じるグロスムラを防止し、圧抜けのない定着ニップを形成することで画像ずれが発生せず、長期に亘って良好なフルカラー画像が得られる定着装置を提供すること。【解決手段】定着部材、加熱部材と巻きつけ部材と、前記定着部材と前記加熱部材と前記巻きつけ部材とに掛け渡された無端ベルトと、前記無端ベルトと前記定着部材に対向して定着ニップを形成する加圧ローラとを有する定着装置において、前記加熱部材と前記加圧部材の少なくとも一方に加熱源を有し、前記巻きつけ部材は前記定着ニップ下流側に配置され、前記加圧部材に接触することなく前記無端ベルトを前記加圧部材の前記定着ニップ下流側に巻きつける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着部材、加熱部材と巻きつけ部材と、前記定着部材と前記加熱部材と前記巻きつけ部材とに掛け渡された無端ベルトと、前記無端ベルトと前記定着部材に対向して定着ニップを形成する加圧ローラとを有する定着装置において、
前記加熱部材と前記加圧部材の少なくとも一方に加熱源を有し、前記巻きつけ部材は前記定着ニップ下流側に配置され、前記加圧部材に接触することなく前記無端ベルトを前記加圧部材の前記定着ニップ下流側に巻きつけることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記巻きつけ部材は金属ローラであることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
前記巻きつけ部材の角度θを前記定着部材の軸と前記加圧部材の軸を結んだ直線を起点として２７０°≦θ≦２９０°とすることを特徴とする請求項１又は２記載の定着装置。
【請求項４】
前記定着ベルトの前記加圧部材への巻きつけ長さｂは０＜ｂ≦３ｍｍとすることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の定着装置。
【請求項５】
前記定着部材と前記巻きつけ部材の回転軸間距離は５０ｍｍ未満とすることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項６】
前記巻きつけローラの外径は２０ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、用紙上に形成されたトナー画像を該用紙上に発熱及び／又は加圧により定着する定着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近のフルカラー定着器には、高速化、高画質化、高寿命化等が求められている。従来の定着装置としては熱ローラ方式が一般的である。この方法は、アルミや鉄の芯金にゴム層や離型層を設け、芯金内部にハロゲンヒーター等の加熱源を配置した芯金とゴム層、離型層を有する定着ローラと、芯金とゴム層、離型層から成る加圧ローラを一定圧で加圧して定着ニップを形成し、加熱、加圧することで転写材上にトナー像を永久画像として固着するものが一般的である。熱ローラ方式においては、定着ローラに硬度の柔らかいゴムを使用する、又はゴム層を厚くして定着ニップを広げることで高速化を可能にしている。
【０００３】
しかし、この方法では、低硬度ゴムを使用しているために耐久性が落ちてしまい、定着ローラの短寿命化を招いてしまうことが問題となっている。又、取れるニップ幅にも限界があるため、或る速度を超えると定着不良が発生してしまい、高速化にも限度がある。更に、フルカラーコピー時において、より多くのトナーが画像形成時に使用されるので、定着ニップ内で転写材上のトナーを溶融するのに十分な熱量を与えられず、定着ニップを通過した後も転写材が定着ローラに張り付いてしまう、分離不良も問題となっている。
この課題を解決するために、ベルト定着器の開発が進められている。ベルト定着器は、圧によるローラの変形を利用してニップを形成するのみでなく、ベルトを加圧ローラに巻きつけることで更にニップを広げ、高速化、高寿命化への対応を可能にしている。ベルト定着器は様々な構成が提案されており、図２に示すような特許文献１に記載されている定着ローラと加熱ローラに定着ベルトを掛け、加圧ローラに巻きつけてニップを広げる構成（２軸ベルト系）や、図３に示すような定着ベルト内に加熱ローラと定着ローラ、支持ローラを配置して、定着ローラと支持ローラを定着ベルトを介して加圧ローラに圧接させてニップを広げる方法（３軸ベルト系）等が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２８１８２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、図２のような構成においては、加熱源がニップ後に配置されるため、定着ローラと加圧ローラを定着ベルトを介して圧接することで形成されるニップ部を転写材が通過した後も転写材が定着ベルトから分離せず、加熱の熱をトナー像に与えてしまうため、定着後の画像がホットオフセットしてしまう現象が発生していた。又、転写材が定着ベルトから分離するポイントが同一ではないため、トナーの加熱時間に同一面内で差が生じ、グロスムラ等の画像欠陥が発生していた。
図３の構成においては、ニップは広く、巻きつけローラが小径のため、曲率分離による分離性の向上には効果があった。しかし、ニップ部内の圧力分布が高圧→軽圧→高圧となり、軽圧部分で定着ベルトが加圧ローラから浮き上がってしまうため、定着ニップ通過時に転写材上で完全に溶融していないトナー画像がずれてしまう画像欠陥が発生していた。これは、支持ローラが当接しているため支持ローラを過ぎたところで圧抜けが起こることが原因と考えられている。
本発明はこれらの課題を解決するためになされたものであり、３軸ベルト系定着器において、定着ニップを広げるために定着ローラ、加圧ローラで定着ベルトを介して形成される第１ニップ部の下流側に、巻きつけローラを加圧ローラに当接させないように配置して、定着ベルトのみを加圧ローラに巻きつけて第２ニップ部を設けて定着ニップを広げ、定着ニップ通過後の転写材の分離を安定させることで、分離ポイントが異なるために生じるグロスムラを防止し、圧抜けのない定着ニップを形成することで画像ずれが発生せず、長期に亘って良好なフルカラー画像が得られる定着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、定着部材、加熱部材と巻きつけ部材と、前記定着部材と前記加熱部材と前記巻きつけ部材とに掛け渡された無端ベルトと、前記無端ベルトと前記定着部材に対向して定着ニップを形成する加圧ローラとを有する定着装置において、前記加熱部材と前記加圧部材の少なくとも一方に加熱源を有し、前記巻きつけ部材は前記定着ニップ下流側に配置され、前記加圧部材に接触することなく前記無端ベルトを前記加圧部材の前記定着ニップ下流側に巻きつけることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記巻きつけ部材は金属ローラであることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記巻きつけ部材の角度θを前記定着部材の軸と前記加圧部材の軸を結んだ直線を起点として２７０°≦θ≦２９０°とすることを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、前記定着ベルトの前記加圧部材への巻きつけ長さｂは０＜ｂ≦３ｍｍとすることを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記定着部材と前記巻きつけ部材の回転軸間距離は５０ｍｍ未満とすることを特徴とする。
【００１１】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５の何れかに記載の発明において、前記巻きつけローラの外径は２０ｍｍ以下とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、定着ニップ通過後の転写材の定着ベルトからの分離を安定させることで、分離ポイントが異なるために生じるグロスムラを防止し、圧抜けのない定着ニップを形成することで画像ずれが発生せす、長期に亘って良好なフルカラー画像が得られる定着装置を提供することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に本発明に係る実施の形態について説明する。
【００１４】
＜実施の形態１＞
図４に本発明に係る定着装置を備える画像形成装置の概略を図示する。
図４において、１１は静電潜像担持体としての電子写真感光体ドラムであり、ＯＰＣ、アモルファスＳｉ等の感光材料層をアルミニウムやニッケル等のシリンダ状の基板上に形成したものであり、図中矢印Ａ方向に所定のプロセススピードで回転駆動される。以降、本実施の形態において像担持体１１を感光体１１と称する。感光体１１は、１次帯電器２１で一様帯電された後、画像信号に対応した画像露光３１がなされる。画像露光３１は、ＬＥＤにより実行される。該ＬＥＤにより発せられた画像露光は、結像レンズを経た後、感光体１１に照射され、その露光部の表面電位を画像信号レベルに応じて減衰させることにより、静電潜像を形成する。尚、本実施の形態の露光装置としては、ＬＥＤのみでなく半導体レーザ素子等も使用可能である。
以上のようにして形成された潜像は現像器４０により現像される。ここで、現像器４０は、イエロー現像器４１、マゼンタ現像器４２、シアン現像器４３、ブラック現像器４４の４色の現像器から成り、感光体１１に対して着脱可能に配置されている。現像の順序は、最初にイエロー現像器４１が感光体と接して現像を行い、感光体１１上にトナー像が形成される。その間、他の現像器は感光体１１から離間している。現像器４０においては、交流電圧と直流電圧を重畳したバイアス電圧を印加することにより、感光体１１に形成された静電潜像を反転現像する。次いで、不図示の帯電器によってトナー像に対してＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳した電圧が印加されることにより、トナーのトリボが最適化される。そして、該トナー像は図中矢印Ｂ方向に回転する転写ドラム５１に静電的に付着した転写材６１に転写される。
【００１５】
一方、感光体１１は、クリーニング器９１によって残留トナーを除去された後、次色の現像過程に移り、マゼンタ、シアン、ブラックの順で現像が行われる。
【００１６】
全てのトナーが転写された転写材６１は、分離帯電器５２による帯電及び転写ドラム５１の曲率により、転写ドラム５１から剥離される。そして、定着器７０に搬送されて定着された後、機外へ排出される。
【００１７】
次に、定着装置の構成についての説明を行う。
【００１８】
図１に定着装置の概要を図示する。
図１において、７１は直径３０ｍｍの定着ローラで、中空の金属芯金に６ｍｍの発泡スポンジ層を有している。７２は直径２４ｍｍの加熱ローラで、芯金厚は１．５ｍｍ、材質はアルミニウムである。７３は直径２０ｍｍで中空の巻きつけローラで、ＳＵＳ材質から成っている。７４は定着ローラ７１、加熱ローラ７２、巻きつけローラ７３に掛け渡された直径６５ｍｍの無端状の定着ベルトである。定着ベルト７４は、４０μｍの厚みのニッケル基体に、厚さ３００μｍのシリコーンゴム層と５０μｍの厚みのＰＦＡチューブ層とを有している。７５は定着ローラ７１に定着ベルト７４を介して当接するように配置された直径４０ｍｍの加圧ローラであり、１．０ｍｍの厚みのＦｅ芯金層に１ｍｍのシリコーンゴム層と５０μｍのＰＦＡチューブ層を有している。加圧ローラ７５は、不図示のモータから駆動を受け、図中矢印方向に回転可能である。又、定着ローラ７１は、不図示のギアによって加圧ローラ７５から駆動を受けて回転可能であり、定着ベルト７４を回動させてスリップ等を防止している。
巻きつけローラ７３は、定着ベルト７４内部に定着ベルト７４に不図示のバネ等で張力を与えるように定着ベルト７４内面に当接して配置され、定着ローラ７１と加圧ローラ７５に定着ベルト７４を介して形成される第１ニップ部に対して転写材搬送方向下流側に配置されている。又、巻きつけローラ７３は、定着ローラ７１の回転軸と加圧ローラ７５の回転軸を結んだ直線を起点として、２７０°以上（図５参照）、且つ、巻きつけローラ７３と加圧ローラ７５が定着ベルト７４を介して当接することのないように配置されている。こうすることで定着ベルト７４を加圧ローラ７５に巻きつけて第２ニップ部を形成している。本実施の形態では、第２ニップ部を巻きつけローラの角度を振ることで変化させた。第１ニップ部の長さについては８ｍｍとした。
７６は加熱ローラ７２内に配置された加熱ローラ７２を介して定着ベルト７４を加熱するバロゲンヒーターであり、本実施の形態ではワッテージが１００Ｖ入力で８００Ｗ出力のものを使用した。７７は加圧ローラ内に配置され、加圧ローラを加熱するハロゲンヒーターであり、本実施の形態では、ワッテージが１００Ｖ入力で５００Ｗ出力のものを用いた。７８は加熱ローラ７２表面の温度計測のための接触式サーミスタで、加熱ローラ７２の通紙域中央部に配設されている。７９は加熱ローラ７２の温度が異常値を示したときにヒーターへの通電を強制的に遮断する非接触式サーモスイッチである。８０は加圧ローラ７５表面の温度計測のための接触式サーミスタで、加圧ローラ７５の通紙域中央部に配設されている。８１は加圧ローラの温度が異常値を示したときにヒーターへの通電を強制的に遮断する非接触式サーモスイッチである。８２は転写ドラム５１から記録材６１を定着装置に搬送する入り口ガイドである。
【００１９】
定着装置は、電源投入とともに加熱ヒーター７６と加圧ヒーター７７が点灯し、加熱ローラ７２及び加圧ローラ７５を加熱する。加熱ローラ７２が所定の温度Ｔ１に達すると定着ベルト７４の回転を開始し、加熱ローラ７２が所定の温度調節温度Ｔ２に達すると定着ベルト７１の回転を止め、スタンバイ状態となり、コピーが可能となる。尚、本実施の形態では、回転開始温度Ｔ１を１００℃スタンバイ中の温度調節温度Ｔ２を１９５℃、通紙中の温度調節温度を２２５℃とした。
【００２０】
加圧ヒーター７７は、加圧ローラ７５の表面温度が常に１６０℃を保持するように温度調節されている。
転写ドラム５１から剥離された転写材６１が入り口ガイド８２上を移動し、定着ローラ７５と加圧ローラ７５に定着ベルト７４を介して形成される第１ニップ部及び巻きつけローラ７３により巻きつけられた定着ベルト７４と加圧ローラ７５で形成される第２ニップ部に進入し、転写材６１上のトナー像を圧力及び熱によって永久画像として定着する。その後、転写材６１は、転写材６１の自重によって分離され、排紙部に搬送される。
以上のベルト定着装置を用いて巻きつけローラの角度を変化させ、Ａ３サイズフルカラー画像を１００枚連続通紙し、画像ズレ、後端擦れの有無を確認した。尚、本実施の形態でのプロセススピードは２００ｍｍ／ｓとした。表１に、巻きつけローラ７３の巻きつけ角度とその時の第２ニップ部長さ、定着性の測定結果を示す。
【００２１】
【表１】
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表１より、第１ニップ部のみでは分離不良が発生してしまうが、定着ベルト７４を加圧ローラ７５に巻きつけることで良好なフルカラー時の定着性が得られた。しかし、巻きつけローラ７３の角度を大きくし過ぎる（３００°時）と第２ニップ部が４ｍｍと長くなるため、転写材上の未定着画像が第２ニップ部内でずれ易くなるため、画像ズレ現象も観察された。よって、巻きつけローラ７３の巻きつけ角度は２７０°≦θ≦２９０°、第２ニップ部の長さは０＜b ≦３ｍｍとすることが適当であることが分かった。
以上のことより、３軸ベルト系定着器において、定着ニップを広げるために定着、加圧ローラで形成する第１ニップ部の下流側に加圧ローラに当接させないよう巻きつけローラを配置して第２ニップ部を形成し、巻きつけローラの角度を定着ローラと加圧ローラの回転軸を結ぶ線を起点にして２７０°≦θ≦２９０°、第２ニップ部を０＜ｂ≦３ｍｍ以下とすることで画像ズレ、分離不良の発生しない、長期に亘って良好なフルカラー画像の得られる定着装置を提供することが可能となった。
尚、本実施の形態で用いた数値はそれに限ったものでなく、加圧ローラ径等を変化させると巻きつけローラの巻きつけ角度や第ニニップ部の値が適正範囲内で変化することは言うまでもない。
【００２２】
＜実施の形態２＞
以下に本発明の実施の形態２について説明する。
【００２３】
本実施の形態で用いた画像形成装置は、実施の形態１で用いた画像形成装置（図４）及びベルト定着器（図１）を用いたため、詳細な説明は省略する。
本実施の形態では、定着ローラ７１と、巻きつけローラ７３の回転軸間距離を３０ｍｍ，４０ｍｍ，５０ｍｍ，６０ｍｍとして、Ａ３サイズフルカラー画像を１００枚連続通紙し、グロスムラの有無を確認した。図６に定着ローラと巻きつけローラの関係を示す。尚、この時の巻きつけローラ７３の角度を２９０°、第２ニップ部長さを３ｍｍとした。表２に、定着ローラ７１と巻きつけローラ７３の回転軸間距離とグロスムラの有無の結果を示す。
【００２４】
【表２】
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表２より、軸間距離が４０ｍｍまではグロスムラの無い良好な画像が得られることが分かった。軸間距離が５０ｍｍになると、グロスムラの発生が確認された。よって、軸間距離は５０ｍｍ未満とすることが適当であることが分かった。
以上のことより、３軸ベルト系定着器において、定着ニップを広げるために定着、加圧ローラで形成するニップの下流側に加圧ローラに当接させないよう巻きつけローラを配置してニップを広げ、定着ローラと巻きつけローラの回転軸間距離を５０ｍｍ未満とすることで、グロスムラの発生しない、長期に亘って良好なフルカラー画像の得られる定着装置を提供することが可能となった。
【００２５】
＜実施の形態３＞
以下に本発明の実施の形態３について説明する。
【００２６】
本実施の形態で用いた画像形成装置は、実施の形態１で使用した画像形成装置（図４）及び定着装置（図７）を用いたため、詳細な説明は省略する。
本実施の形態では、巻きつけローラ７３の外径を１０ｍｍ，１５ｍｍ，２０ｍｍ，２５ｍｍ，３０ｍｍとして、Ａ３サイズフルカラー画像を１００枚連続通紙し、グロスムラの有無及び分離性能を確認した。尚、この時の巻きつけローラ７３の角度を２９０°、第２ニップ部長さを３ｍｍ、定着ローラ７１と巻きつけローラ７３の軸間距離を４０ｍｍとした。表３に、巻きつけローラ７３の外径とグロスムラの有無、分離不良の結果を示す。
【００２７】
【表３】
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表２より、巻きつけローラ径が２０ｍｍまではグロスムラの無い良好な画像が得られ、分離性も満足することが分かった。巻きつけローラ径が２５ｍｍになると、グロスムラの発生が確認された。巻きつけローラ径が３０ｍｍとなると、巻きつけローラの曲率が大きくなるため、転写材が定着ベルトに巻きついてしまった。よって、巻きつけローラの外径は２０ｍｍ以下とすることが適当であることが分かった。
以上のことより、３軸ベルト系定着器において、定着ニップを広げるために定着、加圧ローラで形成するニップの下流側に加圧ローラに当接させないよう巻きつけローラを配置してニップを広げ、巻きつけローラ径を２０ｍｍ未満とすることで、グロスムラや分離不良の発生しない、長期に亘って良好なフルカラー画像の得られる定着装置を提供することが可能となった。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、用紙上に形成されたトナー画像を該用紙上に発熱及び／又は加圧により定着する定着装置に対して適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る定着装置の概略構成を示す模式的断面図である。
【図２】２軸系ベルト定着装置の概略構成の従来例を示す模式的断面図である。
【図３】３軸系ベルト定着装置の概略構成の従来例を示す模式的断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る画像形成装置の概略構成を示す模式的断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１における巻きつけローラの角度を定義する模式図である。
【図６】本発明の実施の形態２における巻きつけローラと定着ローラの軸間距離の関係を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１１    感光体ドラム
２１    一次帯電器
４１    現像器
５１    転写ドラム
６１    転写材
７０    定着器
７１    定着ローラ
７２    加熱ローラ
７３    巻きつけローラ
７４    定着ベルト
７５    加圧ローラ
７６    ヒーター
７７    ヒーター
７８    サーミスタ
７９    サーモスイッチ
８０    サーミスタ
８１    サーモスイッチ
８２    入り口ガイド
８３    フェルト
８４    支持板金
９１    クリーナー
【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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