(57)【要約】【課題】立ち上がりが早く低熱量，低消費電力で、軸方向端部の温度を一定とした加熱定着を行う。【解決手段】定着側ベルト２を回転支持する定着ローラ３，加熱ローラ４と、転写紙出口部の定着側パッド５と、第１，第２定着用ＡＣハロゲンヒータ１４，１５、第１，第２定着用ＤＣハロゲンヒータ１６，１７を備える。加圧側ベルト６を回転支持する加圧ローラ７，テンションローラ８と、出口部の加圧側パッド９と、加圧用ＡＣハロゲンヒータ１３を備える。ハロゲンヒータ１４〜１７を内包する加熱ローラ４は定着側ベルト２に熱量とテンションを与える。ハロゲンヒータ１３を内包の加圧ローラ７と定着ローラ３が対向し、各ベルト２，６を圧接して第１定着工程部を形成する。また、第１定着工程部から搬送方向下流のパッド５，９の間で第２定着工程部を形成する。定着部のニップ幅を広くし、定着温度を低く設定して立ち上がりが早い低消費電力の加熱定着を行う。【選択図】図１
2007310054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成装置に具備する主電源と、前記主電源により充電する補助電源と、転写紙に担持した未定着トナー像を加熱，加圧して定着するベルト定着装置であって、
少なくとも２本以上のローラに巻回した定着側ベルトと、２本以上のローラに巻回した加圧側ベルトと、前記定着側ベルトおよび前記加圧側ベルト間の前記転写紙出口部に、前記ローラに巻回したベルト内のそれぞれに設けた定着側パッドおよび加圧側パッドと、前記定着側ベルト内に配置した加熱ローラ内に設け、前記主電源から電力供給する第１，第２発熱部材および前記補助電源から電力供給する第３，第４発熱部材とからなる加熱手段とを備え、
前記定着側ベルト内の定着ローラと前記加圧側ベルト内の加圧ローラにより、それぞれのベルトを介して圧接し形成した第１定着工程部と、前記定着側パッドと前記加圧側パッドにより、前記第１定着工程部に対して搬送方向下流の位置にそれぞれのベルトを介して圧接し形成した第２定着工程部を有することを特徴とするベルト定着装置。
【請求項２】
請求項１記載のベルト定着装置であって、
前記主電源から電力供給する第１発熱部材は軸方向に対して大きいサイズの転写紙に対応した発光長でストレート配光であり、第２発熱部材は軸方向に対して小さいサイズの転写紙に対応した発光長でストレート配光であり、
前記補助電源から電力供給する第３発熱部材は大電力で両端部を高くした配光であり、第４発熱部材は小電力で両端部を高くした配光であることを特徴とするベルト定着装置。
【請求項３】
請求項２記載のベルト定着装置であって、
画像形成装置の立ち上がり時は、前記第１発熱部材と前記第３発熱部材により発熱を行い、
通紙時最初の一定時間は、転写紙のサイズによって前記第１，第２発熱部材のいずれか１と前記第４発熱部材により発熱を行い、
通紙後の一定時間の経過後は、転写紙のサイズによって前記第１，第２発熱部材のいずれか１のみで発熱を行うことを特徴とするベルト定着装置。
【請求項４】
請求項２または３記載のベルト定着装置であって、
前記第１〜４発熱部材を内包した加熱ローラの軸方向端部に温度検出手段を備え、軸方向に対して大きいサイズの転写紙を連続通紙時に、前記温度検出手段が第１設定温度以上を検出したとき、前記第１発熱部材から前記第２発熱部材の発熱に切り替え、また前記温度検出手段が第２設定温度以下を検出したとき、前記第２発熱部材から前記第１発熱部材の発熱に切り替えることを特徴とするベルト定着装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のベルト定着装置であって、
前記定着側ベルト内の定着ローラは肉厚３ｍｍ以上の弾性および断熱機能を有する層を備え、
前記加圧側ベルト内の加圧ローラは芯金の肉厚２ｍｍ以下の金属製中空ローラであり、内部に発熱部材を備えたことを特徴とするベルト定着装置。
【請求項６】
請求項５記載のベルト定着装置であって、
前記定着ローラの弾性および断熱機能を有する層は発泡シリコンゴムからなることを特徴とするベルト定着装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のベルト定着装置であって、
前記定着側ベルトおよび前記加圧側ベルト内のそれぞれに設けた定着側パッドおよび加圧側パッドは、前記ベルトと接触摺動する箇所が高摺動性および耐熱性機能を有する樹脂からなることを特徴とするベルト定着装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のベルト定着装置であって、
前記定着側ベルトおよび前記加圧側ベルトを巻回した各ローラにおいて、内部に発熱部材を備えていないローラの芯金すべてに断熱層を設けたことを特徴とするベルト定着装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のベルト定着装置であって、
前記定着側パッドおよび前記加圧側パッドは、前記定着側ベルトおよび前記加圧側ベルト間の転写紙出口部において、Ｌ字形状として曲がり部を半径１０ｍｍ以下の曲率としたことを特徴とするベルト定着装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のベルト定着装置を備え、転写紙に画像形成するために用いるトナーは、重量平均粒径が３〜８μｍ、重量平均粒径：Ｄ４および個数平均粒径：Ｄ１との比（Ｄ４／Ｄ１）が１.００〜１.４０であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の画像形成装置であって、
前記トナーは、少なくとも結着樹脂，着色剤，離型剤からなり、ガラス転移温度が４５〜６５℃、流出開始温度が９０〜１１５℃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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置の熱定着を行うため、レーザビームプリンタ，デジタル複写機，普通紙ファクシミリ装置等のＯＡ機器に用いられる定着装置に係り、転写紙を搬送しかつ熱を供給するベルト定着装置および画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機，プリンタ，ファクシミリ装置などの画像形成装置に具備される、トナー画像を記録媒体に加熱定着させる定着装置に関して、近年多くのベルト定着装置に関する発明が開示されている。その代表的な発明として、特許文献１に記載された定着装置がある。この発明はベルト定着装置において、定着ベルトを介して加圧ローラと定着ローラとのローラ間ニップ以外に定着ベルトを加圧ローラに巻き付けた構成によってニップ幅を広くしたものである。
【０００３】
ベルト定着装置の特徴は熱ローラ定着装置よりもニップ幅を広くすることができることである。ニップ幅を広くすることによって、設定温度を低く設定でき、立ち上がり時間が短くなり省エネルギーに役立つ。また、ニップ幅を広くすることによって、良好に定着できる温度幅が広がり、厚さの違う紙種の対応性も広くなるという利点がある。特許文献１に記載の発明はその利点を最大限に引き出すために定着ベルトを加圧ローラに巻き付けた構成によってニップ幅を広くしている。また、これに類似するものが特許文献２，３にも記載されている。
【特許文献１】特許第３５０６８８０号公報
【特許文献２】特開２００３−６６７４５号公報
【特許文献３】特開２００５−２８４０１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような構成のベルト定着装置は、上流のニップの巻きつき圧力が不安定なため画像を乱す副作用があり、また、ローラ間ニップを大きくすると、ローラの径が大きくなりトナー像を転写した転写紙を分離するために分離爪のような分離手段が必要になる。この分離手段が定着ベルトや加圧ローラに摺動するためにその摺動跡が画像に発生したり、摺動のために定着ベルトや加圧ローラの表層部材が摩耗するなどの問題が生じている。
【０００５】
また、近年ワックス成分を含有した重合トナーが主流となり、定着装置に離型剤塗布手段を設ける必要がなくなり、このため離型剤が定着ベルトや加圧ローラ表層を保護しているという働きがなくなったことから、この課題は顕著になってきている。
【０００６】
さらに、ワックス成分を内包した重合トナーは、一度溶けると融点が低くなるという特徴があることから、一度溶けたオフセットトナーを蓄積するクリーニングローラにおいて、蓄積したトナーがある一定温度以上になると再び溶け始め、転写紙などに逆転写して汚すという課題も生じている。
【０００７】
特に、小さいサイズ紙の連続通紙時または大きいサイズであっても連続通紙時には端部の加熱ローラ温度が上昇し、それがクリーニングローラに伝わって、クリーニングローラ端部から蓄積したトナーが溶け出すという問題が生じている。
【０００８】
これらの課題を解決する方法の１つとして、ニップ幅を広くして設定温度を下げるといった方法があるが、特許文献１等で開示されているベルト定着装置において、ニップ幅を広くするにはローラ径を大きくしなければならず限られたスペース内では限界がある。また、ローラ径を大きくするとニップ出口の分離性能が不足し、分離性能を得るためには、接触型の分離爪等の分離手段に頼らなければならず、前述した分離爪による課題が発生することになる。また、ニップ幅を広くするためにローラ径が大きくなりすぎると、分離爪でも分離しきれなくなる。
【０００９】
ある程度の分離性能を良くするためには、加圧ローラにも弾性層を持たせなければならないため、定着装置の熱容量がさらに大きくなって、立ち上がり時間が長く、また通紙初期の落ち込み温度が大きくなるという副作用が生じる。
【００１０】
また、ローラ端部の温度上昇を防止するためにハロゲンヒータ端部の配光量を抑えると、立ち上がり時や通紙初期にはローラ端部の温度が低すぎてローラ端部において定着不良が生じる。
【００１１】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、装置の立ち上がり時間が早く、熱容量が少なく消費電力を抑えて、定着部の端部の温度上昇や温度低下が生じず、かつ設定温度を低くでき、紙種の対応性が広く、分離性に優れたベルト定着装置および画像形成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】
【００１２】
前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載したベルト定着装置は、画像形成装置に具備する主電源と、主電源により充電する補助電源と、転写紙に担持した未定着トナー像を加熱，加圧して定着するベルト定着装置であって、少なくとも２本以上のローラに巻回した定着側ベルトと、２本以上のローラに巻回した加圧側ベルトと、定着側ベルトおよび加圧側ベルト間の転写紙出口部に、ローラに巻回したベルト内のそれぞれに設けた定着側パッドおよび加圧側パッドと、定着側ベルト内に配置した加熱ローラ内に設け、主電源から電力供給する第１，第２発熱部材および補助電源から電力供給する第３，第４発熱部材とからなる加熱手段とを備え、定着側ベルト内の定着ローラと加圧側ベルト内の加圧ローラにより、それぞれのベルトを介して圧接し形成した第１定着工程部と、定着側パッドと加圧側パッドにより、第１定着工程部に対して搬送方向下流の位置にそれぞれのベルトを介して圧接し形成した第２定着工程部を有することによって、第１定着工程部において確実なローラ間圧力のもとで未定着トナー像を担持した転写紙を加熱して、画像を乱すことなく定着でき、その後第２定着工程部までローラ径を大きくすることなくニップ幅を増やし、分離性を損なうことなく限られたレイアウトでこれまで以上にニップ幅を広くでき、これにより設定温度を低くして定着装置の熱容量も低く構成することができる。
【００１３】
また、請求項２に記載したベルト定着装置は、請求項１記載のベルト定着装置であって、主電源から電力供給する第１発熱部材は軸方向に対して大きいサイズの転写紙に対応した発光長でストレート配光であり、第２発熱部材は軸方向に対して小さいサイズの転写紙に対応した発光長でストレート配光であり、補助電源から電力供給する第３発熱部材は大電力で両端部を高くした配光であり、第４発熱部材は小電力で両端部を高くした配光であることによって、立ち上がり時および通紙初期時には補助電源から電力供給する第３，第４発熱部材により定着装置の画像形成領域外の軸方向端部の温度低下を防ぐことができる。
【００１４】
また、請求項３に記載したベルト定着装置は、請求項２記載のベルト定着装置であって、画像形成装置の立ち上がり時は、第１発熱部材と第３発熱部材により発熱を行い、通紙時最初の一定時間は、転写紙のサイズによって第１，第２発熱部材のいずれか１と第４発熱部材により発熱を行い、通紙後の一定時間の経過後は、転写紙のサイズによって第１，第２発熱部材のいずれか１のみで発熱を行うことによって、立ち上がり時には、第１，第３発熱部材により処理してより短時間で立ち上げができ、通紙初期の一定時間は、転写紙のサイズに応じた第１，第２加熱手段のいずれか１と第４加熱手段により処理して軸方向端部の画像形成領域外の温度落ち込みを防止でき、通紙後の一定時間経過後は、転写紙のサイズに応じた第１，第２加熱手段のいずれか１つのみにより処理して軸方向端部の画像形成領域外の温度上昇を防止できる。
【００１５】
また、請求項４に記載したベルト定着装置は、請求項２または３記載のベルト定着装置であって、第１〜４発熱部材を内包した加熱ローラの軸方向端部に温度検出手段を備え、軸方向に対して大きいサイズの転写紙を連続通紙時に、温度検出手段が第１設定温度以上を検出したとき、第１発熱部材から第２発熱部材の発熱に切り替え、また温度検出手段が第２設定温度以下を検出したとき、第２発熱部材から第１発熱部材の発熱に切り替えることによって、軸方向端部の画像形成領域外の温度を適正値に維持することができる。
【００１６】
また、請求項５に記載したベルト定着装置は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のベルト定着装置であって、定着側ベルト内の定着ローラは肉厚３ｍｍ以上の弾性および断熱機能を有する層を備え、加圧側ベルト内の加圧ローラは芯金の肉厚２ｍｍ以下の金属製中空ローラであり、内部に発熱部材を備えたことによって、定着装置として低熱量の容量化ができ、立ち上がり時間の短縮および通紙初期の温度落ち込みの防止を向上できる。
【００１７】
また、請求項６に記載したベルト定着装置は、請求項５記載のベルト定着装置であって、定着ローラの弾性および断熱機能を有する層は発泡シリコンゴムからなることによって、耐熱性にも優れた弾性および断熱効果を有する定着ローラを得ることができる。
【００１８】
また、請求項７に記載したベルト定着装置は、請求項１〜６のいずれか１項に記載のベルト定着装置であって、定着側ベルトおよび加圧側ベルト内のそれぞれに設けた定着側パッドおよび加圧側パッドは、ベルトと接触摺動する箇所が高摺動性および耐熱性機能を有する樹脂からなることによって、定着側，加圧側ベルトと定着側，加圧側パッドの摺動や熱による劣化を防止できる。
【００１９】
また、請求項８に記載したベルト定着装置は、請求項１〜７のいずれか１項に記載のベルト定着装置であって、定着側ベルトおよび加圧側ベルトを巻回した各ローラにおいて、内部に発熱部材を備えていないローラの芯金すべてに断熱層を設けたことによって、定着装置の低熱量の容量化をさらに向上でき、立ち上がり時間の短縮および通紙初期の温度落ち込みの防止を向上できる。
【００２０】
また、請求項９に記載したベルト定着装置は、請求項１〜８のいずれか１項に記載のベルト定着装置であって、定着側パッドおよび加圧側パッドは、定着側ベルトおよび加圧側ベルト間の転写紙出口部において、Ｌ字形状として曲がり部を半径１０ｍｍ以下の曲率としたことによって、転写紙出口部において曲率分離することができ、分離爪等の分離手段を必要とせずに、各ベルトの劣化を防ぎ、分離爪にたまる固着トナーによる画像汚れも防止できる。
【００２１】
また、請求項１０に記載した画像形成装置は、請求項１〜９のいずれか１項に記載のベルト定着装置を備え、転写紙に画像形成するために用いるトナーは、重量平均粒径が３〜８μｍ、重量平均粒径：Ｄ４および個数平均粒径：Ｄ１との比（Ｄ４／Ｄ１）が１.００〜１.４０であることによって、微小な潜像ドットに対してドット再現性に優れ、またトナーの帯電量分布が均一で地肌かぶりの少ない画像を得られ、転写率を高くすることができる。
【００２２】
また、請求項１１に記載した画像形成装置は、請求項１０記載の画像形成装置であって、トナーは、少なくとも結着樹脂，着色剤，離型剤からなり、ガラス転移温度が４５〜６５℃、流出開始温度が９０〜１１５℃であることによって、良好な定着性を得ることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、第１定着工程部にて確実なローラ間圧力のもとで未定着トナー像を担持した転写紙を加熱して、画像を乱すことなく定着不良を起こさない定着ができ、さらに第２定着工程部まで分離性を損なうことなくニップ幅を広くでき、これにより設定温度を低くして定着装置の熱容量も低く構成することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００２５】
図１は本発明の実施形態における定着ユニットの概略構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態では基体の厚み９０μｍのポリイミド樹脂からなるφ７０ｍｍの無端状ベルトに表面が厚み２００μｍのシリコンゴムで被覆され、さらにその最外層部に３０μｍのＰＦＡ層を備えた定着側ベルト２と、定着側ベルト２をその内部で回転支持する複数のベルト搬送ローラとして定着ローラ３および加熱ローラ４と、転写紙出口部の定着側ベルト２内に配置された定着側パッド５を備え、転写紙１に担持されたトナーに熱を付加するための熱源である第１定着用ＡＣハロゲンヒータ１４，第２定着用ＡＣハロゲンヒータ１５，第１定着用ＤＣハロゲンヒータ１６，第２定着用ＤＣハロゲンヒータ１７の４本を備えている定着ベルトユニットがある。
【００２６】
さらに、同じ構成でφ６０ｍｍの加圧側ベルト６に、その内部で回転支持する複数のベルト搬送ローラとして加圧ローラ７およびテンションローラ８と、転写紙出口部の加圧側ベルト６内に配置された加圧側パッド９を備え、転写紙１に熱を付加するための熱源である加圧用ＡＣハロゲンヒータ１３を備えている加圧ベルトユニットがもう１組ある。
【００２７】
定着側ベルト２内のベルト搬送ローラの内１本は厚み１ｍｍで直径３５ｍｍのアルミニウム製中空パイプからなり、内部に第１，第２定着用ＡＣハロゲンヒータ１４，１５と、第１，第２定着用ＤＣハロゲンヒータ１６，１７を備えた加熱ローラ４であり、この加熱ローラ４によって定着側ベルト２に熱量を与えるだけでなく、定着側ベルト２を引っ張ることによってベルトテンションを与えている。さらに、定着側ベルト２内には直径３８ｍｍで肉厚８ｍｍの発泡シリコンゴム性の弾性および断熱機能の層を有した定着ローラ３を備えている。
【００２８】
もう１組の加圧ベルトユニット内の厚み１ｍｍで直径４６ｍｍのアルミニウム製中空パイプからなり、内部に加圧用ＡＣハロゲンヒータ１３を備えた加圧ローラ７が、定着ローラ３に対向して定着側ベルト２および加圧側ベルト６を介して圧接している。また、定着ローラ３と加圧ローラ７の搬送方向下流にそれぞれ分離パッドとして定着側パッド５および加圧側パッド９を対向した状態で圧接した構成であり、これらの構成よってローラ間ニップである第１定着工程部とパッド間ニップである第２定着工程部が形成されている。
【００２９】
このような構成によって限られたスペースでもニップ幅を広くすることができる。ニップ幅が広くなれば定着温度を低く設定でき、装置の立ち上がり時間が早くなる。また、消費電力も少なくなり省エネルギーに役立つ定着ユニットを提供できる。さらに、クリーニングローラ１０，１２等のトナーが蓄積する箇所でのトナーの再熔け出しを防ぐことができる。
【００３０】
ニップ幅が広くなるもう１つの利点として、定着状態が良好となる領域が広くなり薄紙から厚紙までの紙種の対応性が広くなるという効果がある。また、第１定着工程部を形成する定着ローラ３に厚さ３ｍｍ以上の弾性および断熱機能の層を備えることによって、第１工程部で十分なニップ幅を得ることができるようになる。また、定着ローラ３の厚さについては、定着ローラ芯金の撓み強度の限界によって決定され、したがって、その外径により肉厚は変化する。本実施形態において、定着ローラ３の外径をφ３０〜４０ｍｍと想定すると、定着ローラ３の芯金は最低でもφ１４ｍｍを必要とするこことから、外径φ３０ｍｍのときには肉厚８ｍｍ以下、外径φ４０ｍｍのときには肉厚１３ｍｍ以下となる。結果として定着ローラ３の厚さは３ｍｍ以上で、その外径に応じた８〜１３ｍｍ以下の厚さとなる。
【００３１】
そして、断熱性にも優れているため、立ち上がり時間の短縮化や消費電力を少なくする効果がある。さらに未定着トナー像を担持した転写紙１を加熱するので、画像を乱すことなく最低限定着不良を起こさないレベルまで定着し、その後第２定着工程部でローラ径を大きくすることなくニップ幅を増やすことができるので、分離性を損なうことなく限られたレイアウトでこれまで以上にニップ幅を広くすることができる。加圧側も加圧側ベルト６で構成される加圧ベルトユニットの熱容量をこれまでより低く構成できる。
【００３２】
さらに、本実施形態の画像形成装置には、図２に示すように、蓄電手段として複数のセル２２からなり補助電源であるキャパシタ部２３が備えてあり、転写紙１における作像面側の定着側ベルト２内の加熱ローラ４に内蔵された４本のヒータの内２本は、キャパシタ部２３に蓄えられた補助電源から電力が供給される構成になっている。
【００３３】
以上の構成によって商用電源（主電源２１）以外に補助電源（キャパシタ部２３）も使用しているため、商用電源の定格電力以上に定着ユニットに電力を使用することができ、立ち上がり時間の短縮化および補助電源に充電されている電力以内で初期通紙時の温度落ち込みを防止することができる。
【００３４】
図３（ａ）は作像面側の定着側ベルト２内の加熱ローラ４に内蔵する４本のハロゲンヒータの発光長と、図３（ｂ）は発光分布を示す図である。図３（ａ）に示すように、主電源２１から電力が供給されて発熱する２本のハロゲンヒータの内１本の第１定着用ＡＣハロゲンヒータ１４は軸方向に対して大きいサイズの転写紙１用として、例えばＡ３ノビの横幅に対応した発光長でストレート配光であり、他の１本で第２定着用ＡＣハロゲンヒータ１５は軸方向に対して小さいサイズの転写紙１用として、例えばレターサイズの縦通紙の幅に対応した発光長でストレート配光としている。
【００３５】
さらに、補助電源から電力を供給し、発熱する２本のハロゲンヒータの内１本の第１定着用ＤＣハロゲンヒータ１６は大電力で、例えば９０Ｖの電圧で１２００Ｗのヒータを採用して、両端部の配光を高くした構成であり、他の１本で第２定着用ＤＣハロゲンヒータ１７は小電力であり、例えば９０Ｖの電圧により５００Ｗの電力で、両端部の配光を高くした構成である。
【００３６】
以上の構成によって、立ち上がり時と通紙初期時は補助電源から電力を供給する端部の配光を高くしたヒータを使用することによって、ローラ端部の温度低下を防止することができる。
【００３７】
立ち上がり時は主電源２１から電力を供給し、軸方向に対して大きいサイズの転写紙１に対応した第１定着用ＡＣハロゲンヒータ１４と、補助電源から電力を供給し、大電力で両端部の配光を高くした第１定着用ＤＣハロゲンヒータ１６の合計２本を立ち上げることによって、低熱量な上に商用電源の定格電力以上の電力量で立ち上げることができる。
【００３８】
例えば、第１定着用ＡＣハロゲンヒータ１４の電力が８００Ｗで、第１定着用ＤＣハロゲンヒータ１６の電力が１２００Ｗである場合、合計２０００Ｗの電力で立ち上げることができ、国内の１００Ｖ電源，１５００Ｗの定格電力以上の電力を使用できる。そのため、立ち上がり時間が非常に短くできる。また、補助電源から電力を供給するヒータは両端部の配光を高くした構成なので端部の温度低下を防ぐことができる。
【００３９】
通紙初期は補助電源から電力が供給され、小電力で両端部の配光を高くした構成である第２定着用ＤＣハロゲンヒータ１７と、転写紙１が軸方向に大きいサイズのときには、主電源２１から電力が供給され、大きいサイズの転写紙１に対応した発光長の第１定着用ＡＣハロゲンヒータ１４を使用し、転写紙１が軸方向の小さいサイズのときには、主電源２１から電力が供給され、小さいサイズの転写紙１に対応した発光長の第２定着用ＡＣハロゲンヒータ１５を使用することによって、転写紙１のサイズに応じて商用電源の定格電力以上の電力を使用できるので、電力不足によるローラ温度落ち込みを防止することができる。
【００４０】
なお、このときの電力は立ち上がり時ほど必要ないので、補助電源から電力が供給されるヒータは小電力に設計してある。例えば、９０Ｖで５００Ｗの第２定着用ＤＣハロゲンヒータ１７を使用している。また通紙初期の落ち込みはローラ端部において顕著であるため端部の配光を高くした設計としてある。
【００４１】
さらに、通紙が進むと今度は中央部に対してローラ端部の温度の方が高くなってくるので、一定時間が過ぎると補助電源によって電力が供給されている第２定着用ＤＣハロゲンヒータ１７の発熱は止まり、軸方向にストレート配光である主電源２１から電力が供給される第１定着用ＡＣハロゲンヒータ１４あるいは第２定着用ＡＣハロゲンヒータ１５の１本のヒータによる発熱のみとして、ローラ端部の温度上昇を防止する。
【００４２】
また、大きいサイズの転写紙１の連続通紙が長時間行われると、ストレート配光の第１定着用ＡＣハロゲンヒータ１４の１本の発熱のみであっても、ローラ端部の温度が高温になることがある。このローラ端部の温度を軸方向端部の画像形成領域外に備えたローラ端部温度検知手段１８（サーミスタ等）によって検知し、一定温度以上になったときには発熱しているヒータを軸方向に対して大きいサイズの転写紙１に対応した第１定着用ＡＣハロゲンヒータ１４から軸方向に対して小さいサイズの転写紙１に対応した第２定着用ＡＣハロゲンヒータ１５に切り替えることによって、ローラ端部の温度上昇を防止することができる。
【００４３】
また、この切り替えによってローラ端部の温度がある一定温度以下に下がりすぎると、元に戻す制御によりローラ端部の温度を適正温度に維持することができる。
【００４４】
次に、図４に示す画像形成装置３０に設置される定着ユニット３５の蓄電手段の構成および動作について図２を参照しながら説明する。図２に示すように、蓄電手段は、主として、電力が充放電されるキャパシタ部２３（複数を直列に接続したセル２２からなる）、キャパシタ部２３の充電を行う充電部、キャパシタ部２３の充放電を切り替える第１スイッチ２４、キャパシタ部２３の電圧を検知する電圧検知手段としての電圧計等により構成される。
【００４５】
ここで、蓄電手段のキャパシタ部２３として、電気二重層コンデンサ、ニッケル−カドミウム電池等を用いることができる。キャパシタ部２３は、第１スイッチ２４が放電回路に接続された状態（図２に示す状態）で、従たるヒータ（図２では第２定着用ＤＣハロゲンヒータ１７）に放電電力を供給する。充電部は、第１スイッチ２４が充電回路に接続された状態で、主電源２１から供給された交流電力を整流するとともにＤＣ電圧変換して、キャパシタ部２３に充電電力を供給する。なお、第１スイッチ２４の切り替えは、制御部のメモリに書込まれた所定の制御プログラムに基づき、ＣＰＵを介して送信される切替信号に基づいて行われる。また、キャパシタ部２３から従たるヒータ（第１定着用ＤＣハロゲンヒータ１６あるいは第２定着用ＤＣハロゲンヒータ１７）への放電は、本実施形態の第１スイッチ２４による構成の他に、ＦＥＴ等を用いてスイッチ制御する構成によっても達成することもできる。
【００４６】
また、制御部によって、放電電力がローラ端部温度検知手段１８による検知情報に基づいて所定の電力に制御されている。また、蓄電手段は、定電流または定電力での充電が行われる。すなわち、蓄電手段は、定電流充電または定電力充電をするように制御される。
【００４７】
さらに、制御部のＣＰＵには、電圧計からキャパシタ部２３の電圧に係わる情報が送信されるとともに、時間検知手段としてのタイマーから時間に係わる情報が送信される。そして、電圧計およびタイマーは、キャパシタ部２３に蓄電された電力量（蓄電電力量）が同一電圧値の条件下で所定値以下に低下したことを検知する検知手段として、特に、キャパシタ部２３の劣化を検知する劣化検知手段として機能する。
【００４８】
一方、主電源２１は、蓄電手段の主たるヒータ（第１定着用ＡＣハロゲンヒータ１４あるいは第２定着用ＡＣハロゲンヒータ１５）、主電源スイッチ２７、第３スイッチ２６、画像形成装置３０を構成する主たるヒータ（第１定着用ＡＣハロゲンヒータ１４，第２定着用ＡＣハロゲンヒータ１５）以外の被給電体（図示せず）等に接続されている。
【００４９】
そして、主電源スイッチ２７が閉じられると、主たるヒータ（第１定着用ＡＣハロゲンヒータ１４あるいは第２定着用ＡＣハロゲンヒータ１５）への給電と、蓄電手段（キャパシタ部２３）への充電とが可能になる。なお、第１定着用ＡＣハロゲンヒータ１４あるいは第２定着用ＡＣハロゲンヒータ１５への給電と蓄電手段（キャパシタ部２３）への充電は、それぞれ制御部のメモリに書込まれた所定の制御プログラムに基づき、制御部から送信された信号に基づいて行われる。すなわち、主電源スイッチ２７が閉じられたときに、第１定着用ＡＣハロゲンヒータ１４あるいは第２定着用ＡＣハロゲンヒータ１５への給電が行われる。また、蓄電手段（キャパシタ部２３）の第１スイッチ２４が充電部に接続されたときに、蓄電手段（キャパシタ部２３）への充電が行われる。
【００５０】
制御部のメモリに書込まれた所定の制御プログラムに基づき、立ち上がり時には第１スイッチ２４が従たるヒータ（第１定着用ＤＣハロゲンヒータ１６あるいは第２定着用ＤＣハロゲンヒータ１７）側へ結線され、第２スイッチ２５は大電力の第１定着用ＤＣハロゲンヒータ１６側へ結線される。また、第３スイッチ２６は大きいサイズの第１定着用ＡＣハロゲンヒータ１４側へ結線される。
【００５１】
以上の制御により、立ち上がり時には大電力の第１定着用ＤＣハロゲンヒータ１６と大きいサイズの第１定着用ＡＣハロゲンヒータ１４との２本のハロゲンヒータによって所定温度まで立ち上げを行う。
【００５２】
また、通紙初期には制御部のメモリに書込まれた所定の制御プログラムに基づき、第２スイッチ２５は小電力の第２定着用ＤＣハロゲンヒータ１７側へ結線され、第３スイッチ２６は転写紙１が軸方向の大きいサイズのときには、大きいサイズの転写紙１に対応した発光長の第１定着用ＡＣハロゲンヒータ１４側へ結線し、転写紙１が軸方向小さいサイズのときには、小さいサイズの転写紙１に対応した発光長の第２定着用ＡＣハロゲンヒータ１５側へ結線される。
【００５３】
さらに、一定時間がすぎると第１スイッチ２４は従たるヒータへの結線が切られ、第２定着用ＤＣハロゲンヒータ１７の発熱は止まり、軸方向にストレート配光である主電源２１から電力が供給される第１定着用ＡＣハロゲンヒータ１４あるいは第２定着用ＡＣハロゲンヒータ１５のいずれか１本による発熱のみになり、ローラ端部の温度上昇を防止する。
【００５４】
また、大きいサイズの転写紙１の連続通紙が長時間行われると、ストレート配光の第１定着用ＡＣハロゲンヒータ１４による１本の発熱のみであっても、ローラ端部の温度が高温になることがある。これをローラ端部の温度を軸方向端部の画像形成領域外に備えたローラ端部温度検知手段１８によって検知し、一定温度以上になったときには第３スイッチ２６によって、発熱しているヒータの切り替えを行う。軸方向に対して大きいサイズの転写紙１に対応した第１定着用ＡＣハロゲンヒータ１４から軸方向に対して小さいサイズの転写紙１に対応した第２定着用ＡＣハロゲンヒータ１５へ結線することによって、ローラ端部の温度上昇を防止することができる。
【００５５】
また、この切り替えによってローラ端部の温度がある一定温度以下に下がりすぎると、第３スイッチ２６を大きいサイズの転写紙１に対応した第１定着用ＡＣハロゲンヒータ１４側へ結線し直す制御によりローラ端部の温度を適正温度に維持する。
【００５６】
また、図１に示す転写紙１における作像面側の定着側ベルト２内の定着ローラ３は肉厚３ｍｍ以上で８〜１３ｍｍ以下の弾性および断熱機能の層を備えたローラであり、非作像面側の加圧側ベルト６内の加圧ローラ７は、芯金の肉厚２ｍｍ以下の金属製の中空ローラからなり内部に加圧用ＡＣハロゲンヒータ１３を備えた構成である。この加圧ローラ７における芯金の肉厚についても、加圧ローラ７の撓み強度によって決定され、かつ用いる材質によっても変化し、用いられる材質がアルミニウムの場合は０.６ｍｍ以上、鋼性の場合は０.４ｍｍ以上から、２ｍｍ以下の肉厚とする。
【００５７】
この構成によって、ヒータを備えていない定着ローラ３には３ｍｍ以上の断熱層を設け、加圧用ＡＣハロゲンヒータ１３を内部に備えている加圧ローラ７には芯金の肉厚０.４〜０.６ｍｍ以上で２ｍｍ以下の金属製の中空ローラで弾性層を備える必要がないので、装置として低熱量の容量化が達成でき、立ち上がり時間の短縮および通紙初期の温度落ち込みを防止する効果を向上させる働きがある。
【００５８】
本実施形態において、図示した定着ローラ３に備えた弾性および断熱機能を有する層の材質としては、例えば発泡シリコンゴム等が耐熱性にも優れ、断熱効果や弾性効果も制御しやすく最適である。
【００５９】
また、転写紙１の作像面側および非作像面側における定着側，加圧側ベルト２，６内に配置されている定着側，加圧側パッド５，９において、定着側，加圧側ベルト２，６と接触摺動する箇所に用いる材質は、高摺動性，耐熱性の樹脂である。この耐熱性樹脂として良く用いられる樹脂は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド)、ポリアミドイミド、ポリイミド等の樹脂があり、それに高摺動性を得るために表層にＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）等のフッ素樹脂をコートすることが行われる。
【００６０】
前述した構成によって、パッド材質が摺動性に優れているため、定着側，加圧側パッド５，９と定着側，加圧側ベルト２，６の裏面とが接触，摺動しても定着側，加圧側ベルト２，６や定着側，加圧側パッド５，９を摩耗することがなく、長寿命を達成することができる。また、樹脂であるために熱伝導性が悪く、このため定着側，加圧側ベルト２，６に蓄熱された熱量を奪うこともなく、定着性を損なう不具合の発生を防止できる。
【００６１】
また同様に、図１に示した内部にハロゲンヒータを備えた加熱ローラ４および加圧ローラ７以外のローラはすべてに弾性層を備えている。この弾性層は発泡シリコンゴムからなる層であるために定着側，加圧側ベルト２，６に蓄熱された熱を殆ど奪うことがない。
【００６２】
以上のような構成により、定着側，加圧側ベルト２，６に熱を与える加熱ローラ４および加圧ローラ７以外のローラは断熱されているので、待機状態で加熱ローラ４および加圧ローラ７以外のローラが室温まで冷えていても、定着可能温度までの復帰時間が早く、熱応答性も早くなる。また、立ち上がり時間も熱容量が少ないので早くなり、消費電力が少なくなる。
【００６３】
また、本実施形態で対応している紙種は、坪量で５２ｇ／ｍ２〜１０５ｇ／ｍ２である。この中で最も分離搬送に不利な薄い坪量５２ｇ／ｍ２の転写紙１が第１定着工程および第２定着工程を経て分離搬送するためには定着側，加圧側パッド５，９の出口部の形状がＬ字形状の曲がり部を半径１０ｍｍ以下の曲率でなくてはならないことが実験により判明している。
【００６４】
このＬ字形状として曲がり部の半径としての下限値は、定着側，加圧側ベルト２，６に巻き癖の不具合を起こさない限界によって決まり、例えば用いる材質がポリイミド樹脂、厚さが１００μｍ程度の基体で構成されたベルトであれば、曲がり部の半径として３ｍｍ以上の曲率となるが、正確には用いるベルトの物性によって変化することから、３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の曲率となる範囲が好ましい。したがって本実施形態では、分離搬送を行う出口部において定着側，加圧側パッド５，９の半径を５ｍｍと小径にしている。
【００６５】
以上の構成により曲率分離することができ、そのため分離爪等の摺動部材が必要なくなることから、摺動跡が発生することもなく、定着側，加圧側ベルト２，６の寿命も長寿命となる。また、片面定着時や両面定着時においても作像面側と非作像面側の両方とも曲率分離することが可能で、良好な転写紙１の搬送性能を得ることができる。
【００６６】
次に、本発明の実施形態における画像形成装置に好適に使用されるトナーについて説明する。
【００６７】
転写紙に作像する画像において、６００ｄｐｉ以上の微小ドットを再現するためには、トナーの重量平均粒径：Ｄ４は３〜８μｍが好ましい。この範囲では、微小な潜像ドットに対して、トナー粒子が十分に小さい粒径を有していることから、ドット再現性に優れている。
【００６８】
この重量平均粒径：Ｄ４が３μｍ未満の場合では、転写効率の低下やブレードクリーニング性の低下といった現象が発生しやすい。また、重量平均粒径：Ｄ４が８μｍを超えると、文字やラインの飛び散りを抑えることが難しくなる。
【００６９】
また、重量平均粒径：Ｄ４と個数平均粒径：Ｄ１との比（Ｄ４／Ｄ１）は１.００〜１.４０の範囲にあることが好ましい。この比（Ｄ４／Ｄ１）が１.００に近いほど粒径分布がシャープであることを示す。このような小粒径で粒径分布の狭いトナーにおいては、トナーの帯電量分布が均一になり、地肌かぶりの少ない高品位な画像を得ることができ、また、静電転写方式では転写率を高くすることができる。
【００７０】
次に、トナー粒子の粒度分布の測定方法について説明する。コールターカウンター法によるトナー粒子の粒度分布の測定装置としては、コールターカウンターＴＡ−ＩＩやコールターマルチサイザーＩＩ（いずれもコールター社製）が挙げられる。以下に測定方法について述べる。
【００７１】
まず、電解水溶液１００〜１５０ｍｌ中に分散剤として界面活性剤（好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩）を０.１〜５ｍｌ加える。ここで、電解液とは１級塩化ナトリウムを用いて約１％ＮａＣｌ水溶液を調製したもので、例えばＩＳＯＴＯＮ−ＩＩ（コールター社製）が使用できる。
【００７２】
ここで、さらに測定試料を２〜２０ｍｇ加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行い、前述の測定装置により、アパーチャーとして１００μｍのアパーチャーを用いて、トナー粒子またはトナーの重量、個数を測定して、重量分布と個数分布を算出する。得られた分布から、トナーの重量平均粒径：Ｄ４、個数平均粒径：Ｄ１を求めることができる。
【００７３】
チャンネルとしては、２.００〜２.５２μｍ未満；２.５２〜３.１７μｍ未満；３.１７〜４.００μｍ未満；４.００〜５.０４μｍ未満；５.０４〜６.３５μｍ未満；６.３５〜８.００μｍ未満；８.００〜１０.０８μｍ未満；１０.０８〜１２.７０μｍ未満；１２.７０〜１６.００μｍ未満；１６.００〜２０.２０μｍ未満；２０.２０〜２５.４０μｍ未満；２５.４０〜３２.００μｍ未満；３２.００〜４０.３０μｍ未満の１３チャンネルを使用し、粒径２.００μｍ以上〜４０.３０μｍ未満の粒子を対象とする。
【００７４】
以上のような、最適粒径のトナーを用いて、本実施形態の定着ユニットはトナー像を問題なく適正に定着することができる。
【００７５】
また、トナー定着性に関連するトナーの特性として、特に、１／２流出温度（軟化点）が関連することが知られているが、本実施形態の定着ユニットに対しては、１／２流出温度（軟化点）とトナー定着性には関連が見られず、ガラス転移温度が４５〜６５℃で、流出開始温度が９０〜１１５℃である両特性を満足するトナーを用いることで、良好な定着性が得られることが明らかになった。
【００７６】
ガラス転移温度が４５℃よりも低い場合は、定着時にオフセットが発生する場合があり、逆に６５℃よりも高い場合は、十分な定着性が得られず、トナーが転写紙から剥がれやすくなる場合がある。また、流出開始温度が９０℃よりも低い場合は、定着時にオフセットが発生する場合があり、逆に１１５℃よりも高い場合は、十分な定着性が得られず、トナーが転写紙から剥がれやすくなる場合がある。
【００７７】
ここで、ガラス転移点（Ｔｇ）の測定方法について概説する。Ｔｇを測定する装置として、理学電機社製のＴＧ−ＤＳＣシステムＴＡＳ−１００を使用した。まず、試料約１０ｍｇをアルミニウム製試料容器に入れ、それをホルダユニットに載せ、電気炉中にセットする。室温から昇温速度１０℃／分で１５０℃まで加熱した後、１５０℃で１０分間放置、室温まで試料を冷却して１０分間放置、窒素雰囲気下で再度１５０℃まで昇温速度１０℃／分で加熱してＤＳＣ測定を行った。Ｔｇは、システムＴＡＳ−１００中の解析システムを用いて、Ｔｇ近傍の吸熱カーブの接線とベースラインとの接点から算出した。
【００７８】
また、トナーの流出開始温度は、フローテスターを用いて測定することができる。フローテスターとしては、例えば島津製作所製の高架式フローテスターＣＦＴ５００Ｄ型がある。このフローテスターにより測定したフローカーブのデータは図５（ａ）および（ｂ）に示されるようになり（測定条件は、荷重：５ｋｇ／ｃｍ２、昇温速度：３.０℃／分、ダイ口径：１.００ｍｍ、ダイ長さ：１０.０ｍｍ）、そこから各々の温度を読み取ることができる。図５（ａ）のＴｆｂは流出開始温度であり、図５（ｂ）の１／２法における溶融温度とあるのはＴ１／２温度のことである。
【００７９】
また、本発明のトナーに用いる結着樹脂としては、本発明のトナーの特性を満足するものであれば、以下の組成のものを使用することができる。例えば、ポリエステル、ポリスチレン、ポリｐ−クロロスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレンおよびその置換体の単重合体；スチレン−ｐ−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体などのスチレン系共重合体が挙げられる。
【００８０】
また、以下の樹脂を混合して使用することもできる。例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリアミド、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族または脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックスなどが挙げられる。
【００８１】
この中で特に、ポリエステル樹脂が十分な定着性を得るために、好ましい。ポリエステル樹脂は、アルコールとカルボン酸との縮重合によって得られるが、用いられるアルコールとはポリエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、１，４−ブテンジオール等のジオール類、１，４−ビス（ヒドロキシメチル）シクロヘキサン、ビスフェノールＡ、水素添加ビスフェノールＡ、ポリエキシエチレン化ビスフェノールＡ、ポリオキシプロピレン化ビスフェノールＡ等のエーテル化ビスフェノール類、これらを炭素数３〜２２の飽和もしくは不飽和の炭化水素基で置換した２価のアルコール単体、その他の２価のアルコール単体を挙げることができる。
【００８２】
また、ポリエステル樹脂を得るために用いられるカルボン酸としては、例えばマレイン酸、フマール酸、メサコン酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、シクロヘキサンジカルボン酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、マロン酸、これらを炭素数３〜２２の飽和もしくは不飽和の炭化水素基で置換した２価の有機酸単量体、これらの酸無水物、低級アルキルエステルとリノレイン酸の２量体、その他の２価の有機酸単量体を挙げることができる。
【００８３】
また、トナーに用いる着色剤として、黒の場合にはカーボン等が用いられ、離型剤（オイル）として、ジメチルシリコンオイル，パラフィンオイル等が用いられる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明に係るベルト定着装置および画像形成装置は、第１定着工程部にて確実なローラ間圧力のもとで未定着トナー像を担持した転写紙を加熱して、画像を乱すことなく定着不良を起こさない定着ができ、さらに第２定着工程部まで分離性を損なうことなくニップ幅を広くでき、これにより設定温度を低くして定着装置の熱容量も低く構成することができ、画像形成装置の熱定着を行うベルト定着装置に係り、転写紙を搬送しかつ熱を供給する定着装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施形態における定着ユニットの概略構成を示す図
【図２】定着ユニットの蓄電手段を制御する回路の概略を示す図
【図３】（ａ）は加熱ローラ内蔵の４本のハロゲンヒータの発光長、（ｂ）は発光分布を示す図
【図４】画像形成装置の概略構成を示す図
【図５】トナーの流出開始温度を測定した（ａ）はフローカーブ、（ｂ）は１／２法におけるフローカーブを示す図
【符号の説明】
【００８６】
１  転写紙
２  定着側ベルト
３  定着ローラ
４  加熱ローラ
５  定着側パッド
６  加圧側ベルト
７  加圧ローラ
８  テンションローラ
９  加圧側パッド
１０，１２  クリーニングローラ
１１  保持ローラ
１３  加圧用ＡＣハロゲンヒータ
１４  第１定着用ＡＣハロゲンヒータ
１５  第２定着用ＡＣハロゲンヒータ
１６  第１定着用ＤＣハロゲンヒータ
１７  第２定着用ＤＣハロゲンヒータ
１８  ローラ端部温度検知手段
２１  主電源
２２  セル
２３  キャパシタ部
２４  第１スイッチ
２５  第２スイッチ
２６  第３スイッチ
２７  主電源スイッチ
３０  画像形成装置
３１  給紙ユニット
３２  書込ユニット
３３  作像ユニット
３４  転写ユニット
３５  定着ユニット
３６  両面ユニット
【図１】
2007310054.tif 000003
【図２】
2007310054.tif 000004
【図３】
2007310054.tif 000005
【図４】
2007310054.tif 000006
【図５】
2007310054.tif 000007