(57)【要約】【課題】  画像加熱ニップを長くする構成とした場合であっても、画像加熱ニップ内の圧力分布を適正化させることができる画像加熱装置並びに定着装置を提供すること。【解決手段】  低摩擦シートの伸び性を規定することで圧抜けを防止する。【選択図】  図１
2007206538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を担持した記録材を挟持搬送する第１のベルト及び第２のベルトと、第１のベルトと第２のベルト間にて画像加熱ニップを形成するためのニップ形成手段と、を有する画像加熱装置を備え、
ニップ形成手段は、第１のベルトを駆動する高摺動の定着ローラと、この定着ローラに対向配置され第２のベルトを加圧する低摺動の加圧ローラと、定着ローラに非接触配置され第１のベルトを加圧する第１の固定部材と、この第１の固定部材に対向し且つ低摺動性ローラに接触配置され第２のベルトを加圧する第２の固定部材と、を有し、
前記第２の固定部材と前記第２のベルトの摺動抵抗を軽減するために、前記第２の固定部材の一部又は全体を被覆する低摩擦シートを備えた定着装置において、
加圧ローラの半径をＲとし、
第２のベルトと加圧ローラが接する点のうち、第２のベルトの回転方向に対して最も上流側の点を接点1とし、第２の固定部材が低摩擦シートを介して、第２のベルトを加圧する点のうち、第２のベルトの回転方向に対して、最も下流側の点を接点２としたときに、接点１と接点２の距離をＬ１とし、
低摩擦シートと第２のベルトとが接する点のうち、第２のベルトの回転方向に対して、最も下流側の点を接点３としたときに、接点２と接点３の距離をＬ２とし
低摩擦シートの引張伸度（ＪＩＳ  Ｋ−７１１３）を、Ｓ（％）としたときに、
０＜＝Ｌ１＜＝０．４Ｒ
Ｓ＜＝１００
Ｌ1（１−Ｓ／１００）＜＝Ｌ２＜＝Ｌ１
が成り立つことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
第２の固定部材は、少なくとも一部が弾性体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】
第２の固定部材に、金属製のロッドが設けられ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式及び静電記録方式の画像形成装置、例えば、複写機、レーザービームプリンタ等に装着される加熱方式の定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真装置、静電記録装置などの画像形成装置においては、シート上にトナー画像を形成し、これを加熱、加圧して定着させることにより画像を形成している。このような定着装置として、内部にヒータを有する定着ローラに加圧ローラを圧接して定着ニップを形成し、定着を行うローラ定着方式が従来より採用されている。
【０００３】
ところで、画像の高光沢化や画像形成の高速化を図るためには、シートのニップ通過時間を長くし、トナーを充分に溶融するのが好ましい。ローラ定着方式の場合、これを達成するためにはローラ径を大きくしなければならず、定着装置が大型化してしまう。
【０００４】
そこで、ローラ定着方式に比して、装置の小型化、高速化対応を達成しつつ、充分なニップ幅（シート搬送方向の長さ）を得ることができるベルト定着方式が提案されている（特許文献１）。この提案においては、互いに対向する定着ベルトと加圧ベルトを設け、これら両ベルト間でシートを挟持搬送しながら定着を行う構成とされている。それ故、従来に比して充分なニップ幅を得ている。
【特許文献１】特開平２００４−３４１３４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の構成の場合には以下のような不具合がある。即ち、両ベルト間に形成されている定着ニップには、両ベルトの懸架ローラ同士にて加圧されている圧の高い部分と、定着パッドのみにて加圧されている圧の低い部分と、ベルトの両側から何も支持されていない圧の抜けた部分とが存在する。
【０００６】
このため、未定着トナー画像を定着しようとする場合、圧の高い部分と抜けた部分とで、シートの搬送速度に差が発生する。ベルトはある程度の可撓性を有するものであるから、搬送速度差によってベルトが伸縮し、シート上の画像がずれるという問題が発生する。
【０００７】
また、圧抜け部では、定着時に生じた水蒸気を抑え込めなくなる。そのため、圧抜け部のシートの幅方向（シート搬送方向に直交する方向）で空気や水蒸気が溜まっている部分とそうでない部分でのトナー表面とベルト表面との接触状態が異なることによる光沢ムラが発生する。特にコート紙等の通気性の低いシートにおいて発生しやすい。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、画像加熱ニップを長くする構成とした場合であっても、画像加熱ニップ内の圧力分布を適正化させることができる画像加熱装置並びに定着装置を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、画ずれ、光沢ムラなどの画像不良の発生を防止することができる画像加熱装置並びに定着装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば上記目的を達成することができる。
【００１１】
第一の本発明は、画像を担持した記録材を挟持搬送する第１のベルト及び第２のベルトと、第１のベルトと第２のベルト間にて画像加熱ニップを形成するためのニップ形成手段と、を有する画像加熱装置を備え、
ニップ形成手段は、第１のベルトを駆動する定着ローラと、この定着ローラに対向配置され第２のベルトを加圧する加圧ローラと、定着ローラに非接触配置され第１のベルトを加圧する第１の固定部材と、この第１の固定部材に対向し且つ低摺動性ローラに接触配置され第２のベルトを加圧する第２の固定部材と、を有し、
前記第２の固定部材と前記第２のベルトの摺動抵抗を軽減するために、前記第２の固定部材の一部又は全体を被覆する低摩擦シートを備えた定着装置において、
加圧ローラの半径をＲとし、
第２のベルトと加圧ローラが接する点のうち、第２のベルトの回転方向に対して最も上流側の点を接点1とし、第２の固定部材が低摩擦シートを介して、第２のベルトを加圧する点のうち、第２のベルトの回転方向に対して、最も下流側の点を接点２としたときに、接点１と接点２の距離をＬ１とし、
低摩擦シートと第２のベルトとが接する点のうち、第２のベルトの回転方向に対して、最も下流側の点を接点３としたときに、触点２と接点３の距離をＬ２とし
低摩擦シートの引張伸度（ＪＩＳ  Ｋ−７１１３）を、Ｓ（％）としたときに、
０＜＝Ｌ１＜＝０．４Ｒ
Ｓ＜＝１００
Ｌ1（１−Ｓ／１００）＜＝Ｌ２＜＝Ｌ１
が成り立つことを特徴とする。
【００１２】
第二の本発明は、第２の固定部材は、少なくとも一部が弾性体であることを特徴とする。
【００１３】
第三の本発明は、第２の固定部材に、金属製のロッドが設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、画像加熱ニップを長くする構成とした場合であっても、画像加熱ニップ内の圧力分布を適正化させることができる。従って、画ずれ、光沢ムラなどの画像不良の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。
【００１６】
まず図１を用いて、画像形成装置の全体構成について説明する。
【００１７】
図１に示す画像形成装置は、電子写真方式を採用した画像形成装置（いわゆるプリンタ）である。
【００１８】
画像形成装置１は、大きく分けて、記録材としてのシートにトナー画像を形成する画像形成手段と、シートに形成されたトナー画像を加熱・加圧して定着する画像加熱装置としての定着装置が設けられている。
【００１９】
まず、画像形成手段は次に説明する機器を備えている。像担持体としての感光体ドラム２の周りに帯電手段としての帯電器３が設けられており、感光体ドラム２の表面は帯電器３によって一様に帯電処理される。そして、露光手段としての露光装置４から画像に応じた光５を照射されることにより感光ドラム２上に静電潜像が形成される。この静電潜像は現像手段としての現像器６によって現像されてトナー画像が形成される。一方、シートＳは装置下部の給送カセット９に収納されており、給送ローラ１０によって給送される。シートは搬送手段としてのレジストローラ対１１によって感光体ドラム２上のトナー画像と同期して搬送される。感光ドラム上のトナー画像は転写手段としての転写ローラ７によってシート上に静電転写され、定着装置Ａへと搬送される。その後、感光体ドラム２上に残留したトナーはクリーニング手段としてのクリーニング装置８によって除去される。
【００２０】
そして、画像形成手段によってシートＳ上に形成されたトナー画像は、画像加熱装置としての定着装置Ａにおいて加熱、加圧されることによってシート上に定着される。その後、トナー画像が定着されたシートＳは排出ローラ対１２によって装置上部の排出トレイ１３へと搬送排出される。
【００２１】
図２は本実施例に係わる定着装置Ａの断面図である。
【００２２】
図に示すように、定着装置Ａは、第１のベルトの例としての定着ベルト（定着手段）２０と、第２のベルトの例としての加圧ベルト（加圧手段）２１とを備えている。
【００２３】
定着ベルト２０は内径が４０ｍｍで、厚みが７５μｍのポリイミドを基層とし、基層の外周には弾性層が３００μｍの厚みで設けられている。弾性層の材料としては、公知の弾性材料を使用することができ、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム等を用いることができる。本実施例では、シリコーンゴムを用い、硬度はＪＩＳ−Ａ２０度、熱伝導率は０．８Ｗ／ｍＫである。この弾性層の変形によって、定着ベルト２０へのシートの巻きつきを防止し、ベルトからの良好な分離性能を得ることができる。更に弾性層の外周には、表面離型層としてフッ素樹脂層（例えばＰＦＡやＰＴＦＥ）が３０μｍの厚みで設けられている。
【００２４】
加圧ベルト２１は内径が４０ｍｍで、厚みが７５μｍのポリイミドを基層とし、表面は離型層としてフッ素樹脂であるＰＦＡチューブを３０μｍの厚みで設けられている。
【００２５】
定着ベルト２０は、懸架ローラとしての加熱ローラ２２並びに定着ローラ２３によって張架されている。加熱ローラ２２は、外径が２０ｍｍで、内径が１８ｍｍである厚さ１ｍｍの鉄製の中空ローラであり、内部に加熱手段としてのハロゲンヒータ２２ａを配置している。また、加熱ローラはテンションローラとしての機能も有している。
【００２６】
定着ローラ２３は、外径が２０ｍｍで、径が１８ｍｍである鉄合金製の芯金に、弾性層としてのシリコーンゴム層が設けられた高摺動性の弾性ローラである。このように弾性層を設けることで、駆動源（モータ）から駆動ギア列を介して入力された駆動力を定着ベルトへ良好に伝達することができるとともに、定着ベルトからのシートの分離性を確保するための定着ニップを形成できる。なお、後述するが、定着ニップの圧がこの定着ローラ２３により懸架されている領域において最大値となるように設定されている。
【００２７】
シリコーンゴムの硬度はＪＩＳ−Ａ１５度、熱伝導率は０．８Ｗ／ｍＫである。シリコーンゴム層によって、内部への熱伝導も少なくなるためウォーミングアップタイムの短縮にも効果がある。
【００２８】
また、定着ベルト２０の回転は、定着ローラ２３をモータによって駆動し、定着ローラ２３のシリコーンゴム表面と定着ベルト２０の内面ポリイミド層との摩擦によって定着ベルト２０は回転する。
【００２９】
定着ベルト２０を加圧ベルト２１に向けて加圧する第１の固定部材としての定着パッド２４が、定着ローラ２３に対し非接触に近接配置されている。本例では定着ローラ２３と定着パッド２４間の最近接部での離間距離（ギャップ）が３ｍｍに設定されている。
【００３０】
なお、この定着パッド２４は、厚さ３ｍｍ、幅１２ｍｍの弾性体としての耐熱性シリコーンゴムから構成されている。
【００３１】
定着パッド２４の表面には、摺動する定着ベルト２０の内面との摩擦抵抗を減らすために低摺動性シートとしてのガラス繊維製のクロスをフッ素樹脂でコーティングしたカバーが設けられている。このパッドカバーによって定着ローラ２３の駆動トルクが抑えられるので、モータの大型化を伴うことなく安定してベルトを回転させることができる。
【００３２】
加圧ベルト２１は、テンションローラ２５と加圧ローラ２６によって張架されている。テンションローラ２５は、外径が２０ｍｍで、径が１６ｍｍである鉄合金製の芯金に、熱伝導率を小さくして加圧ベルト２１からの熱伝導を少なくするためにシリコーンスポンジ層を設けてある。加圧ローラ２６は、外径が２０ｍｍで、内径が１６ｍｍである厚さ２ｍｍの鉄合金製とされた低摺動性の剛性ローラである。
【００３３】
加圧ベルト２１を定着ベルト２０（定着パッド２４）に向けて加圧する第２の固定部材としての加圧パッド２７が、剛性ローラである加圧ローラ２６に接触して配置されている。
【００３４】
ここで、画像加熱ニップとしての定着ニップを形成するために、加圧ベルト２１の加圧ローラ２６は、回転軸の両端側が図１の矢印方向に向けて加圧機構により所定の加圧力にて定着ローラ２３に向けて加圧されている。
【００３５】
シート搬送方向に沿った１つの定着ニップに圧抜け部がなく連続した加圧力分布とするために、加圧ベルト２１の内面と加圧ローラ２６との間の楔状の空間Ｚ（図１）に隙間無く加圧パッド２７の端部が組み込まれている。即ち、加圧パッド２７（後述のカバー）は加圧ローラに接触するように配置されている。
【００３６】
この加圧パッド２７は、厚さ３ｍｍ、幅１５ｍｍの弾性体としての耐熱性シリコーンゴムから構成されている。
【００３７】
なお、加圧ベルト２１の内面と加圧ローラ２６の楔状の空間に位置する加圧パッドの部分に棒状部材としてのワイヤを加圧パッドの長手方向（シート搬送方向と直交するシート幅方向）に沿って略全域に設ける構成としても構わない。具体的には、ワイヤは上記耐熱性シリコーンゴムに固定される。その結果、この空間におけるニップ圧の落ち込みをさらに抑制することができる。この場合、ワイヤは、後述の低摺動性のカバーにて上述のシリコーンゴムと共に被覆する構成とされる。
【００３８】
また、加圧パッド２７の表面には、定着パッド２４と同様に、摺動する加圧ベルト２１の内面および加圧ローラ２６との摩擦抵抗を減らすために低摺動性シートとして、ＰＩシートにフッ素樹脂でコーティングしたシート、あるいはガラス繊維製のクロスをフッ素樹脂でコーティングしたシートが設けられている。
【００３９】
ここで、定着パッド２４と加圧パッド２７間においても定着ニップを形成するために、加圧パッド２７は、シリコーンゴムを保持した支持板が図１の矢印方向に向けて加圧機構により所定の加圧力にて加圧されている。
【００４０】
このように、摺動負荷の小さい加圧ローラ２６に対しては加圧パッド２７を当接配置する一方、摺動負荷の大きい定着ローラ２３に対しては定着パッド２４を当接させず所定ギャップ離間させて配置している。
【００４１】
このときに、ニップ部の圧力は、図５に示す様に、定着ローラと加圧ローラで作られる圧の高い部分と定着パッドと加圧パッドで作られる圧の低い部分があり、その間に圧の抜けた部分が存在する。この圧の抜けた部分の大きさは、加圧パッドと加圧ローラの加圧ベルトに接する部分の距離によって変わってくる。
【００４２】
そして、この圧抜け部が大きいと、画ずれなど、紙の搬送不良が起きることが分かっている。
【００４３】
そこで、加圧ローラの半径Ｒと「加圧ローラ-定着パッド間の距離」をＬ1として、画ずれの検討を行った。Ｌ1は、図３に示す様に、決めた。図３は、図２における加圧パッド２７付近を拡大した図である。ここで、３０が低摺動シートである。また接点１は、加圧ローラ２６と加圧ベルト２７の接点のうち、加圧ベルト２７の回転方向に対して最も上流の接点である。接点２は、加圧パッドが低摺動シートを介して、加圧ベルトを加圧している点のうちの、加圧ベルト２７の回転方向に対して、最も下流の点である。Ｌ1は、接点１と接点２の距離とした。
【００４４】
図３における加圧パッドと加圧ローラの間に出来る空間Ｂを、加圧パッドの形状を合わせこんで埋めることは、各部品の作成上の公差などから、困難な場合が多い。
【００４５】
実際に、64g紙にトナー量1.2mg/cm2のトナー量を載せたベタ画像を通紙して、ＲとＬ１を振って、画像ずれの有無を確認したところ、表１のような結果になった。
【００４６】
【表１】
2007206538.tif 000003
ここで〇とは、画像上で画ずれが確認できない状態、×とは、画像上で画ずれが見える状態をいう。
【００４７】
ここで加圧ローラの半径Ｒと、画ずれの起きない境界のＬ1の関係を表したグラフが図６であり、斜線部が画ずれの起きない領域である。
【００４８】
これを式で表すと下記の式１の様になる。
【００４９】
＜式１＞
０＜＝Ｌ１＜＝０．４Ｒ
これは、加圧ローラの半径に応じた距離まで、加圧パッドを加圧ローラまで近づければ、圧抜け部を小さく出来、画ずれがおきなくなることを示している。
【００５０】
実際に、式１の範囲で設定した定着装置の圧分布を測定すると、図７の様に圧抜けが小さいことが確認できた。
【００５１】
しかしこのようにＲとＬ1を設定して画ずれが起き無い場合でも、材質の違う摺動シートを使った場合に、光沢ムラの画像不良が発生するレベルの異なることが分かった。
【００５２】
つまり、光沢ムラにが出ない様にするためには、画ずれが出ない様にするよりも、より圧抜け部を小さくしなければならないことが分かった。
【００５３】
材質の違う摺動シートは、磨耗性などの耐久性の観点から、本定着装置が搭載される画像形成装置の特性に応じて、選ばれるべきものである。
【００５４】
図３で接点３は、低摺動シートと加圧ベルトの接点のうち、加圧ベルトの回転方向に対して、最も上流の点である。Ｌ２は、接点２と接点３の距離である。
【００５５】
ここで、Ｌ１＝４．５ｍｍのときに、Ｌ２＝１．５ｍｍにして、低摺動シートとして、厚さ７０μｍのガラス繊維製のクロスにＰＴＦＥコート３０ミクロンを施したものと、７０μｍのＰＩシートにＰＴＦＥコート３０μｍを施したもの（ＰＩシート１）の２種類で、光沢ムラの画像不良の発生レベルを確認した。
【００５６】
実験条件として、定着ベルトを１００ｍｍ／ｓで回転し、定着ベルトの表面温度として160℃〜200℃の間で、１０℃毎にコート紙を通紙して行った。画像としては、トナーが１．２ｍｇ／ｃｍ２載ったベタ画像である。
【００５７】
その結果を、以下の表２に示す。
【００５８】
【表２】
2007206538.tif 000004
ここで、〇は、光沢ムラが画像上見えない状態、×は、光沢ムラが画像上見えることを意味し、実使用条件などから、ここでは２００℃まで〇になることが必要である。
【００５９】
表１から、シートの材質により、光沢ムラの発生するレベルが異なることが分かる。
【００６０】
このように、シートの材質によって、光沢ムラの出方が、異なる理由を求めるために、Ｌ２の設定を振って、ガラスクロスシートとＰＩシートで同様の検討を行うと以下の表３、表４のようになった。
【００６１】
【表３】
2007206538.tif 000005
【００６２】
【表４】
2007206538.tif 000006
以上同様にして、数種類のグレードの違うＰＩシートや、テフロン（登録商標）シート、ガラスクロス製シートで同様の実験を行い、各シートの伸び性Ｓ（％）（ＪＩＳ  Ｋ７１１３）と、光沢ムラが２００℃まで〇になる境界のＬ２(ｍｍ)の関係を表にすると以下に示す表４の様になることが分かった。
【００６３】
表３、表４から分かるように、各シートで、光沢ムラが２００℃まで〇になるのは、Ｌ２の値が表５のＬ２以上のときである。しかし、Ｌ２をＬ１＝４．５ｍｍ以上に設定すると、シートが加圧パッドと加圧ローラの間で、だぶついて、画ずれ等の画像不良を引き起こすので不適切である。
【００６４】
また、伸び性が１００％を越えるものは、定着ローラと加圧ローラの間にシートが挟まってしまい定着装置の回転が出来ないため、使用は出来ない。
【００６５】
【表５】
2007206538.tif 000007
従って、上記の伸び性Ｓ（％）とＬ２（ｍｍ）の関係をグラフにすると図４の様になり、光沢ムラが２００℃まで〇になり、その他画ずれ等の不都合が生じないためには、図４に示した、伸び性Ｓ（％）とＬ２（ｍｍ）の関係を示したグラフの太枠線内の設定が必要である。
【００６６】
ここで、光沢ムラが２００℃まで〇になり、画ずれ等の不具合が発生しない範囲をまとめると、下記の式２の様になる。
【００６７】
<式２>
Ｓ＜＝１００
４．５（１−Ｓ／１００）＜＝Ｌ２＜＝４．５
ここで、式1の４．５はＬ1であることを、考慮すると、下記の式３の様に書くことが出来る。
【００６８】
<式３>
Ｓ＜＝１００
Ｌ1（１−Ｓ／１００）＜＝Ｌ２＜＝Ｌ１
これは、定着装置の駆動時に、伸び性の高いシートは、加圧ベルトの回転方向下流側に伸びることで加圧パッドと加圧ローラの間に出来る空間を埋めることが出来るので、圧抜け部を無くすことが出来る。
【００６９】
その結果光沢ムラの発生を抑えられる。ところが、伸び性の低いシートは、定着装置の駆動時にも、加圧ベルトの回転方向下流側に伸びることが出来ないので、あらかじめシートを加圧ローラに寄せて設定することで、圧抜けを無くさなければ、ならないということになる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本特許実施例における画像形成装置の概略構成図である。
【図２】本特許実施例における定着装置の概略構成図である。
【図３】本特許実施例における定着装置の拡大した概略構成図である。
【図４】本特許実施例の定着装置において、光沢ムラが生じない場合の低摺動シートの伸び性と低摺動シートの位置の関係を表したグラフである。
【図５】本特許実施例の定着装置の圧分布を表す図である。
【図６】本特許実施例の定着装置において、画ずれが発生しない場合の加圧ローラの半径と加圧パッドの位置の関係を表したグラフである。
【図７】本特許実施例の定着装置の画ずれが起きない場合の圧分布を表す図である。
【符号の説明】
【００７１】
Ａ  定着装置
Ｓ  シート
１  画像形成装置
２  感光体ドラム
３  帯電器
４  光学装置
５  光
６  現像器
７  転写ローラ
８  クリーニング装置
９  給送カセット
１０  給送ローラ
１１  レジストローラ対
１２  排出ローラ対
１３  排出トレイ
２０  定着ベルト
２１  加圧ベルト
２２  加熱ローラ
２２ａ  ハロゲンヒータ
２３  定着ローラ
２４  定着パッド
２５  テンションローラ
２６  加圧ローラ
２７  加圧パッド
【図１】
2007206538.tif 000008
【図２】
2007206538.tif 000009
【図３】
2007206538.tif 000010
【図４】
2007206538.tif 000011
【図５】
2007206538.tif 000012
【図６】
2007206538.tif 000013
【図７】
2007206538.tif 000014