(57)【要約】【課題】  定着ベルトと加圧ベルト間に形成された定着ニップに圧が抜けた部分が生じると、この圧抜け部により定着不良が発生することがあった。【解決手段】  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する。その結果、大きな圧抜け部が生じさせること無く、シート搬送方向に沿って定着ニップを連続して形成することが可能となる。【選択図】  図１
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【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において、
ニップ形成手段は第１のベルトを駆動する高摩擦性ローラと、この高摩擦性ローラに対向して配置され第２のベルトを加圧する低摩擦性ローラと高摩擦性ローラに、
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低摩擦ローラに接触配置され第２のベルトを加圧する第２の固定部材とを有すると共に、
高摩擦ローラと第１の固定部材の第１のベルト内面との非接触領域を第２の固定部材の第２のベルト接触部における記録材搬送方向最下流部が第１のベルト及び、第２のベルトを介して加圧することを特徴とする画像加熱装置。
【請求項２】
上記第２の固定部材の第２のベルト接触部における記録材搬送方向最下流部が低摩擦ローラ及び、第２のベルト内面と接触配置されることを特徴とする請求項１に記載の画像加熱装置。
【請求項３】
第２の固定部材は第２の固定部材の第２のベルト接触部における記録材搬送方向最下流部R形状であること特徴とする請求項１，又は請求項２に記載の画像加熱装置。
【請求項４】
第２の固定部材は上記第２の固定部材の第２のベルト接触部における記録材搬送方向最下流部R形状が剛体、R部以外が弾性体で形成されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の画像加熱装置。
【請求項５】
第２の固定部材は第２の固定部材の第２のベルト接触部における記録材搬送方向最下流部R形状が剛体、R部以外が弾性体で形成されると共に、少なくとも第２のベルトとの接触部が低摺動材料におより覆われていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の画像加熱装置。
【請求項６】
高摩擦ローラと低摩擦ローラが形成するニップの搬送方向中心から上記第２の固定部材の記録材搬送方向最下流部の第２のベルト内面接触位置まで野距離をｇ、上記第２の固定部材の記録材搬送方向最下流部のR形状の半径をｒ、低摺動ローラの半径をR1とすると、
ｇ＾２＜４・Ｒ１・ｒ
を満足することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれに記載の画像加熱装置。
【請求項７】
上記第２の固定部材の第２のベルト接触部における記録材搬送方向最下流部は高摩擦ローラ及び、第１の固定部材を第１のベルト及び、第２のベルとを介して加圧もしくは接触しないことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の画像加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録材に形成された画像を加熱する画像加熱装置、及び、記録材に形成された未定着画像を定着する定着装置に関する。
【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、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１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において、ニップ形成手段は第１のベルトを駆動する高摩擦性ローラと、この高摩擦性ローラに対向して配置され第２のベルトを加圧する低摩擦性ローラと高摩擦性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低摩擦ローラに接触配置され第２のベルトを加圧する第２の固定部材とを有すると共に、高摩擦ローラと第１の固定部材が第１のベルト内面と非接触領域を第２の固定部材の第２のベルト接触部における記録材搬送方向最下流部が第１のベルト及び、第２のベルトを介して加圧する。
【発明の効果】
【００１２】
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。さらに、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、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】
【００１３】
次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。
【００１４】
以下に、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。なお、これら実施例は、本発明を適用できる実施形態の一例ではあるものの、本発明はこれら実施例にのみ限定されるものではなく本発明の思想の範囲内において種々の変形が可能である。
【００１５】
（第１実施例）
まず図６を用いて、画像形成装置の全体構成について説明する。
【００１６】
図６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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
図１は本実施例に係わる定着装置Ａの断面図、図２は比較例を説明する断面図である。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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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摩擦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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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1ｍｍに設定されている。
【００２８】
なお、この定着パッド２４は、厚さ３ｍｍ、幅１２ｍｍの樹脂製、具体的にはＰＰＳ製（ポリフェニレンサルファイド樹脂）である。ただし、定着パッド２４はゴム弾性層がなく、剛性の高いものであれば、樹脂に限らず金属などの剛体にしてもよい。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
ここで発明の特徴的な構成を図２を用いて説明する。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、加圧パッドのシートS搬送方向最下流の先端部が定着ローラ２３と定着パッド２４が形成するギャップ部（図内  G）に対向する位置に配置されるとともに、図内の矢印(1)方向へ加圧するように加圧パッドを設定することが本発の特徴である。
【００３４】
この加圧パッド２７は、厚さ３ｍｍ、幅１５ｍｍであり、搬送方向最下流部の先端部27aが剛体からなるR形状で構成される。本実施例ではR形状からなる先端部27aはSUSからなる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した。またその他の部分27bは弾性体としての耐熱性シリコーンゴム（JIS-A  10°）から構成されている。ワイヤは上記耐熱性シリコーンゴムに固定される。
【００３５】
更に、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（不図示）が設けられている。
【００３６】
先端部27aは図３に示すように、先端部27aのニップ形成面（図中、上側）が加圧ローラのニップ形成面より定着ベルト側へ侵入するよう加圧パッド全体の位置を設定する必要がある。そのため先端部27aの下面（加圧ローラ側）は加圧ローラと接触するように設定するとともにそのとき下記の満たすこととなる。
【００３７】
R-（（R+r）＾2-g^2）＾0.5＜ｒ  ⇔  ｇ＾2＜４・Ｒ・ｒ（式１）
R:加圧ローラ半径
R：加圧パッド先端部のｒ形状の半径
ｇ：ローラ間ニップ中から加圧パッド先端R中心までの距離
また、
ｇの条件として
１、ｇが大きすぎると先端部27aが定着パッドと接触しG領域を押し上げることができない。つまり  ｇ＜G
２、ｇが小さい場合には定着装置駆動時に先端部27aが、ローラニップに噛みこんでしまい、加圧パッドの破損をまねくおそれがある。つまりｇはローラ間の加圧力発生領域以上である必要がある。
【００３８】
ローラ部でのニップ測定よりｇ＞1.5
さらにｒの条件として
ｇが上記１、２の範囲において、先端部27aがベルトを介して定着ローラと接触すると、ローラ間の圧力が設定より下がりシートSの排紙性（分離性）の問題が発生してしまう。
【００３９】
以上のこと考慮して、gは定着ローラと定着パッド間のG領域の中央近傍に設定されることが好ましい。また、圧抜けを効果的に改善するためにもG領域の中央近傍に配置することが有効であることは言うまでもない。
【００４０】
定着ローラと定着パッドの最小ギャップが1mmに設定されているため、定着ベルト搬送方向に置いてGは5.5mm程度となる。
【００４１】
加圧ローラ径は本実施例では20mmである。
【００４２】
ｇは  1.5＜ｇ＜5.5範囲であればよい。
【００４３】
本実施例では中心値となる3.5mmに設定した。
【００４４】
そのときの加圧パッド先端部27aの半径は約0.31mm以上であればよい。
【００４５】
また、先端部27aが定着、加圧ベルトを介して定着ローラ２３に接触しないためには加圧パッド先端部27aの半径は、約0.6mm以下であればよい。
【００４６】
先端部27aの半径を下限である0.31で設定ときのベルト搬送方向におけるニップ内圧分布を図４に示す。図より分かるように、下流のピークの手前に多きな圧力の抜けが発生しているのが分かる。
【００４７】
従って、本実施例では、定着装置Aの動作に問題なく、G領域で圧力が発生するよう先端部27aのR形状半径を0.4に設定した（SUSワイヤ径0.6mm摺動シート0.1mm）。そのときのベルト搬送方向のニップない圧力分布を図５に示す。図４の圧力分布と比較し、最下流のピーク手前に圧力抜けが大幅に改善されていることが分かる。
【００４８】
以上のように構成することで、図３に示すように、定着ベルトと加圧ベルトの加圧時に加圧パッド27の弾性部27b矢印(3)方向に力が発生し、加圧ローラと先端部27aとの接触部で矢印(2)方向へ力が分配される、その結果、先端部27aに定着ベルト方向（矢印(1)）へ加圧力を発生することが可能となる。
【００４９】
その結果、定着ローラ２３と加圧ローラ２６間のみならず定着パッド２４と加圧パッド２７間において加圧部を形成しながらも、大きな圧抜け部を生じさせること無くシート搬送方向に沿って定着ニップを連続して形成することができる。
【００５０】
また、加圧ローラ２６の加圧パッド２７（上述のカバー有りの状態）に対する摩擦係数は、所定形状のテストピースを用いてスラスト型摩擦摩耗試験にて、雰囲気温度を  ２００℃、荷重を  ５０Ｎ、速度を  ３０ｍｍ／ｓの条件で測定したところ、０．１５であった。
【００５１】
一方、上述したように、定着ローラ２３は駆動ローラとしての機能を満足するため摩擦係数の大きい弾性ローラとされている。そこで、定着ローラ２３に対しては定着パッド２４を非接触に近接配置することで、定着ローラ２３の駆動に要する搬送トルクが大きくなり過ぎてしまうのを防止し、定着ベルトの搬送性を安定化させることに寄与している。
【００５２】
以上のように、定着ニップを形成するニップ形成手段としての、定着パッド２４、定着ローラ２３、加圧パッド２７、加圧ローラ２６により、定着ベルト２０と加圧ベルト２１間にシート搬送方向に沿って１つの定着ニップを良好に形成することができる。
【００５３】
定着ベルト２０は、少なくとも画像形成実行時には、モータによって定着ローラ２３が回転駆動されることで、図１の矢印Ｘ方向に回転駆動される。定着ベルト２０の周速度は、シートにループを形成するため画像形成部側から搬送されてくるシートＳの搬送速度に比して僅かに遅い周速とされている。
【００５４】
加圧ベルト２１は、定着ベルト２０に従動して矢印Ｙ方向に回転する。ここで、定着ニップ最下流の部分（定着ニップでの圧分布（シート搬送方向）が最大となる部分）をローラ対により定着ベルト２０と加圧ベルト２１を挟んで搬送する構成としたことで、ベルトのスリップを防止することができる。本実施例の場合、定着ベルト２０の周速は３００ｍｍ／ｓｅｃとされ、Ａ４サイズのフルカラー画像を１分間に７０枚定着することが可能である。
【００５５】
定着ベルト２０が所定の定着温度に立ち上がって温調された状態において、定着ベルト２０と加圧ベルト２１間の定着ニップに、未定着トナー画像Ｔを有するシートＳが搬送される。シートＳは、未定着トナー画像を担持した面を、定着ベルト２０側に向けて導入される。そして、シートＳの未定着トナー画像Ｔが定着ベルト２０の外周面に密着したまま挟持搬送されていくことにより、主に定着ベルト２０から熱が付与され、また加圧力を受けてシートＳの表面に定着される。
【００５６】
また、定着ベルト２０内の定着ローラ２３がゴム層を有する弾性ローラであり、加圧ベルト２１内の加圧ローラ２６は鉄合金製の剛性ローラであるため、定着ベルト２０と加圧ベルト２１との定着ニップ出口では定着ローラ２３の変形が大きくなっている。その結果、定着ベルトも大きく変形し、トナー画像を担持したシートＳは定着ベルト２０から自らのこしにより曲率分離される。
【００５７】
このような構成にしたことにより、定着ベルトの駆動およびシートの分離性を安定的に確保しながら、定着ニップにおいて圧抜け部が発生しない。
【００５８】
以上説明したように、本実施例においては、弾性の定着ローラに対しては定着パッドを非接触に近接配置し、剛性の加圧ローラに対しては加圧パッドを接触配置するとともに、定着ローラと定着パッドの非接触により発生するギャップを押し上げるように配置することにより、長い定着ニップを形成しながらも大きな圧抜け部が存在しないため、画ズレや光沢ムラ等の画像不良の発生を防止することが可能となる。
【００５９】
また、定着ベルトの加熱源としてハロゲンヒータを採用する例について説明したが、エネルギー効率の高い電磁誘導加熱方式の加熱源（励磁コイル）を採用しても構わない。この場合、定着ベルトは励磁コイルから発生した磁束により電磁誘導発熱する導電層を備えた構成となる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】第１実施例に係わる定着装置の断面図である。
【図２】第１実施例の特徴的構成を説明する断面図である。
【図３】第１実施例に係わる定着装置を説明する図である。
【図４】第１実施例の構成を説明する図である。
【図５】第１実施例の構成を説明する図である。
【図６】画像形成装置の全体構成について説明する図である。
【符号の説明】
【００６１】
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】
2007240622.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007240622.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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