(57)【要約】【課題】安価で、ウォームアップが速いベルト加熱駆動装置、定着装置、画像形成装置を提供する。【解決手段】加圧ローラ２ａの軸方向全域にわたって定着ベルト２ｊの走行ガイドとなる複数の支持部材２０を設ける。支持部材２０は、定着ベルト２ｊの内側に複数個配置し、装置駆動時の定着ベルト２ｊの形状をより安定させる。複数個配置した支持部材２０は、定着ベルト２ｊがフランジガイド部１７に支持されている部位で同心円状に配置する。同心円状に配置することで装置駆動時でも定着ベルト２ｊを停止時と変わらない位置に保つことを可能とし、装置駆動時や停止時（待機状態）など、どの状態でも定着ベルト２ｊの位置を安定させ、温度制御をしやすくする。【選択図】図２
2013174770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性の無端ベルトと、
該無端ベルトの両端に配置するベルト保持部材と、
ニップを形成するニップ形成部材と、
熱源と、
前記無端ベルトを介して前記ニップ形成部材と対向・圧接して前記ニップ形成部材とともにニップを形成する加圧部材と、
前記ニップ形成部材の支持体とを具備し、
前記ニップを通る被定着材を加熱・加圧して定着処理を行う定着装置であって、
前記ベルト保持部材に対して前記無端ベルトを移動可能に設けるとともに、前記無端ベルトを前記熱源により直接加熱する構成の定着装置において、
前記加圧部材の軸方向全域にわたって前記無端ベルトの走行ガイドとなる支持部材を前記無端ベルトの内側に設けてなることを特徴とするベルト加熱駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載のベルト加熱駆動装置において、前記支持部材を複数有することを特徴とするベルト加熱駆動装置。
【請求項３】
請求項２に記載のベルト加熱駆動装置において、前記支持部材を、前記ベルト保持部材に前記無端ベルトが保持されている部位において前記無端ベルトと同心円状をなすように配置したことを特徴とするベルト加熱駆動装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の定着装置において、前記支持部材を、前記熱源が前記無端ベルトを直接加熱する領域外に配置したことを特徴とするベルト加熱駆動装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のベルト加熱駆動装置を備えたことを特徴とする定着装置。
【請求項６】
作像装置と請求項５に記載の定着装置とを少なくとも備えた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、電子写真方式、静電記録方式等を利用したファクシミリ、プリンタ、複写機、これらの少なくとも二つの機能を有する複合機等の画像形成装置に用いる定着装置と、この定着装置を備えた画像形成装置に関し、また、定着装置が備えるベルト加熱駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来公知の、電子写真方式を利用した画像形成装置の画像形成プロセスは、像担持体である感光ドラムの表面に静電潜像を形成し、感光ドラム上の静電潜像を現像剤であるトナー等によって現像して可視像化し、現像された画像を転写装置により被定着材である記録紙などに転写して画像を担持させ、圧力や熱等を用いる定着装置によって記録紙上のトナー画像を定着する過程により成立している。
【０００３】
定着装置には、対向するローラもしくはベルトもしくはそれらの組み合わせにより構成された定着回転体が配置されており、記録紙を挟み込み、熱及び圧力を加え、上記トナー像を記録紙上に定着するようになっている。
【０００４】
図３は公知のベルト定着装置を示す概念的断面図である。この定着装置１においては、熱源である加熱ヒータ１ｆを有する加熱ローラ１ｄと、表層にゴム層が設けられた定着ローラ１ｂの間に定着ベルト（定着体）１ｊを掛け回し、定着ベルト１ｊに加圧ローラ１ａ（加圧体）を当接させて定着回転体を構成している。この定着装置１に到達したトナー転写済みの記録材１ｈは、定着ベルト１ｊと加圧ローラ１ａのニップに入り、記録材１ｈが定着ニップを通過する過程で、転写されたトナー像が加熱及び加圧され転写材１ｈに定着する。
【０００５】
なお図中１ｅは定着カバー、１ｃは定着ローラ１ｂから記録材１ｃを分離させるための分離爪、１ｇは定着ベルト１ｊにテンションを掛けるためのテンションローラ、１ｉはテンションローラ１ｇを定着ベルト１ｇに押し付け付勢するためのスプリング、１ｋは加熱ローラ１ｄの温度を計測するためのサーミスタである。
【０００６】
上述のような定着装置において、回転体の内面に摺接する固定部材を有している定着装置がある。
例えば特許文献１に開示されている発明は、図４に示すように、発熱体としてのセラミックヒータ２ｆと、加圧部材としての加圧ローラ２ａとの間に耐熱性フィルム（定着ベルト２ｊ）を挟ませて定着ニップ部を形成し、定着ニップ部において定着ベルト２ｊと加圧ローラ２ａとの間に画像定着すべき未定着トナー画像を形成、担持させた記録材を導入し、定着ベルト２ｊと一緒に挟んで搬送することで、定着ニップ部においてセラミックヒータ２ｆの熱が定着ベルト２ｊを介して記録材に与え、さらに定着ニップ部の加圧力にて未定着トナー画像を記録材の表面に熱圧定着させる。このタイプの定着装置は、例えばフィルム加熱方式の定着装置と称されている。なお図４において、２ｇはセラミックヒータ２ｆのホルダ、２ｌはホルダ２ｇの支持体であるステーである。
【０００７】
また特許文献２に開示されている発明は、表面が弾性変形する回転可能な加熱定着ローラと、前記加熱定着ローラに接触したまま走行可能なエンドレスベルトと、前記エンドレスベルトの内側に非回転状態で配置されて、前記エンドレスベルトを前記加熱定着ローラに圧接させ、前記エンドレスベルトと前記加熱定着ローラとの間に記録紙が通過させられるベルトニップを設けると共に、前記加熱定着ローラの表面を弾性変形させる加圧パッドとを具備してなるベルトニップ方式の画像定着装置が提案されている。
【０００８】
この特許文献２に係る発明の定着方式によれば、下のローラをベルトにし、記録紙とローラの接触面積を広げることで熱伝導効率を大幅に向上させ、エネルギー消費を抑制すると同時に小型化を実現することが可能となる。
【０００９】
しかし、特許文献１に開示されている定着装置には、耐久性の問題、ベルト温度安定性の問題がある。すなわち、熱源であるセラミックヒータとベルト内面の摺動による耐摩耗性が不十分であり、長時間運転すると連続摩擦を繰り返す面が荒れて摩擦抵抗が増大し、ベルトの走行が不安定になる、もしくは、定着装置の駆動トルクが増大する等の現象が生じる。その結果、画像を形成する記録紙のスリップが生じ画像のずれが生じる、または、駆動ギヤに係る応力が増大し、ギヤの破損を引き起こすという、不具合が発生する。
【００１０】
一方、ベルト内面と固定部材の摺動性の問題を改善する手段として、特許文献２には、圧力パッドの表層に低摩擦シート（シート状摺動材）としてＰＴＦＥを含浸させたガラス繊維シート（ＰＴＦＥ含浸ガラスクロス）を用いる方法が開示されている。この方法によれば、摺動性が向上することが示されている。しかし、このような加圧ベルト方式の定着装置（例えば特許文献３に開示されている装置を参照されたい）では、定着ローラの熱容量が大きく、昇温が遅いため、ウォームアップにかかる時間が長いという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで特許文献４では、ベルト内部に配置した熱源によりベルトを直接加熱し、ベルト両端をガイドする方式としているが、加圧時のニップ形成部材の撓みを抑える補強部材がなく実使用を考えた場合は現実的でなく、またニップ形成部材以外のベルト全域を加熱しているため効率的でない。
【００１２】
これら、上述の課題を同時に解決する手段として、特許文献５が提案されている。この特許文献５の発明は、定着装置を構成する無端ベルト全体を温めることを可能にし、加熱待機時からのファーストプリントタイムを短縮することができ、かつ高速回転時の熱量不足を解消するために、無端ベルトの内部にパイプ状の金属熱伝導体を、無端ベルトの移動をガイドすることが可能に固定する。金属熱伝導体内の熱源により金属熱伝導体を介して無端ベルトを加熱する。さらに無端ベルトを介して金属熱伝導体に接してニップ部を形成する加圧ローラを備え、該加圧ローラの回転に連れ回りするようにして無端ベルトを周方向に移動させる。
【００１３】
本発明は上述の種々の課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のベルト加熱駆動装置は、
可撓性の無端ベルトと、
該無端ベルトの両端に配置するベルト保持部材と、
ニップを形成するニップ形成部材と、
熱源と、
前記無端ベルトを介して前記ニップ形成部材と対向・圧接して前記ニップ形成部材とともにニップを形成する加圧部材と、
前記ニップ形成部材の支持体とを具備し、
前記ニップを通る被定着材を加熱・加圧して定着処理を行う定着装置であって、
前記ベルト保持部材に対して前記無端ベルトを移動可能に設けるとともに、前記無端ベルトを前記熱源により直接加熱する構成の定着装置において、
前記加圧部材の軸方向全域にわたって前記無端ベルトの走行ガイドとなる支持部材を前記無端ベルトの内側に設けてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、安価で、ウォームアップが速いベルト加熱駆動装置、定着装置、画像形成装置が構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係るベルト加熱駆動装置、定着装置の装備対象となる画像形成装置の一例を示す模式図
【図２】本発明に係るベルト加熱駆動装置と、これを用いた定着装置を示す断面図
【図３】公知のベルト定着装置を示す概念的断面図
【図４】回転体の内面に摺接する固定部材を有している定着装置の例を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。なお、従来の例と同一ないし類似の構成要素には同一の符号を付して説明する。
【００１８】
図１は本発明に係るベルト加熱駆動装置、定着装置の装備対象となる画像形成装置の一例を示す模式図である。図示の画像形成装置６００は、一成分現像を用いたカラープリンタであり中間転写体上にカラー画像を形成して二次転写部で転写紙に転写する構成を備える。画像形成装置６００は、複数色例えば４色の作像ユニット６１１、６１２、６１３、６１４を並列に配置して、カラー画像を形成する構成を備える。なお、画像形成装置として、直接転写紙上に感光体から転写する構成を採用する場合もある。
【００１９】
このような画像形成装置６００では、ユーザーが作像ユニットの交換をしやすいように、現像ユニットと感光体ユニットを一体化する構成が多い。現像ユニットを縦に長い構成にすることにより、必要なトナー量が収容可能で図の横幅方向の装置幅を短くできる。ここで、各作像ユニット６１１、６１２、６１３、６１４はトナー色が異なるだけで同じ構造を備える。
【００２０】
画像形成装置６００では、作像ユニット６１１、６１２、６１３、６１４において、帯電ローラ６２２で感光体６２１を帯電した後、図示していない書き込み光学系により露光して潜像を形成し、一成分現像装置６３０で所定色のトナー像を形成して中間転写ベルト６２３に転写する。中間転写ベルト６２３上で各色のトナー像が重ね合わされ、二次転写部６２４で図示していない紙搬送ユニットにより搬送されてきた転写紙に転写され、定着ユニット６２５でトナー像を定着し、排出する（２点鎖線の矢印で排出方向を示している）。
【００２１】
なお本発明に係るベルト加熱駆動装置、定着装置の装備対象となる画像形成装置が図１に示したものに限定されることはなく、種々のタイプの画像形成装置において本発明に係るベルト加熱駆動装置、定着装置を採用可能なことは言うまでもない。
【００２２】
図２は、本発明を実施できる定着装置の一例を示す断面図である。基本的な構成は、図５に示した定着装置と同様に、加圧回転体としての加圧ローラ２ａと、可撓性で無端状の定着ベルト２ｊとを有し、セラミックヒータ２ｆ等により定着ベルト２ｊが直接加熱するというものである。
【００２３】
この定着装置１は、セラミックヒータ２ｆ及びフィルム状の定着ベルト２ｊという、低熱容量の部材を用いてオンデマンドタイプの装置を構成することができるとともに、画像形成装置の画像形成実行時のみ熱源としてのセラミックヒータ２ｆに通電して所定の定着温度に発熱させた状態にすれば良く、画像形成装置の電源オンから画像形成実行可能状態までの待ち時間が短く（クイックスタート性）、スタンバイ時の消費電力も大幅に小さい（省電力）等の利点がある。
【００２４】
また図２の装置では、定着ベルト２ｊ内側には、定着ベルト２ｊを介して対向する加圧ローラ２ａとの間でニップ部を形成するニップ形成部材１０が設けてあり、定着ベルト２ｊの内面と直接（もしくは、摺動シートを介して間接的に）摺動するようになっている。図２の装置ではニップ部の形状が平坦形状であるが、凹形状やその他の形状もある。なおニップの形状は凹形状のほうが、記録紙先端の排出方向が加圧ローラ寄りになり、分離性が向上するのでジャムの発生が抑制される。
【００２５】
ところで、図２のフィルム加熱方式の定着装置でも、定着ベルト２ｊをニップ部で局所的に加熱しているため、回転する定着ベルト２ｊがニップ部の入り口に戻ってくる際に、ベルト温度が最も冷えた状態になり、昇温が間に合わず、そのために定着不良が出やすく、特に高速回転を行うとこの問題が出やすい。そのため加圧ローラ２ａは、芯金である金属ローラ１１の外周にシリコーンゴム層１２設けてあり、離型性を得るために表面に離型層（ＰＦＡまたはＰＴＦＥ層）１３が設けてある。
【００２６】
この加圧ローラ２ａは、画像形成装置に設けられたモータなどの駆動源からギヤを介して駆動力が伝達され回転する。また、加圧ローラ２ａはスプリングなどにより定着ベルト２ｊ側に押し付けられており、シリコーンゴム層１２が押し潰されて変形することにより、所定のニップ幅が形成されるようになっている。なお、加圧ローラ２ａの金属ローラ１１を無くし、中空にしてハロゲンヒータなどの加熱源を内蔵する構成でも良い。この場合、シリコーンゴム層１２はソリッドゴムでも良いが、加圧ローラ２ａの内部にヒータがない場合は、スポンジゴムを用いても良い。スポンジゴムのほうが、断熱性が高まり定着ベルト２ｊの熱が奪われにくくなるので、より望ましい。
【００２７】
定着ベルト２ｊは、ニッケルやＳＵＳなどの金属ベルトやポリイミドなどの樹脂材料を用いた無端ベルト（もしくはフィルム材）とする。そして定着ベルト２ｊの表層には、ＰＦＡまたはＰＴＦＥ層などの離型層を有し、トナーが付着しないように離型性を持たせることが好ましい。定着ベルト２ｊの基材とＰＦＡまたはＰＴＦＥ層の間にはシリコーンゴムの層などで形成する弾性層があっても良い。シリコーンゴム層がない場合は熱容量が小さくなり、定着性が向上するが、未定着画像を押し潰して定着させるときにベルト表面の微小な凹凸が画像に転写されて画像のベタ部にユズ肌状の跡が残るという不具合が生じる。これを改善するにはシリコーンゴム層を１００μｍ以上設ける必要がある。シリコーンゴム層の変形により、微小な凹凸が吸収されユズ肌画像が改善する。
【００２８】
定着ベルト２ｊの内側には、ニップ形成部材１０を支持するための支持体（ステー１４）とハロゲンヒータ等の熱源１５を設ける。ステー１４は、加圧ローラ２ａにより圧力を受けるニップ形成部材１０の撓みを防止し、軸方向（図の紙面に垂直な方向）で均一なニップ幅を得られるようにしている。このステー１４とニップ形成部材１０は両端部をフランジ１６または図示しない定着フレームにより保持固定して位置決めする。またフランジ１６は、定着ベルト２ｊの両端を保持して走行ガイド部材としての機能も持っている。
【００２９】
ステー１４は、熱源１５の輻射熱などにより加熱されてしまう場合はステー表面に断熱もしくは鏡面処理を行い、加熱されることを防止することで無駄なエネルギー消費を抑制することが好ましい。また定着ベルト２ｊを昇温させる熱源は、ハロゲンヒータでも良いが、ＩＨであっても良いし、抵抗発熱体、カーボンヒータ等であっても良い。
【００３０】
定着ベルト２ｊは外部のローラ（図２の例の場合は加圧ローラ２ａ）が図示しない駆動源により回転し、ニップ部で挟まれている定着ベルト２ｊに駆動力が伝達されることにより定着ベルト２ｊが回転する。定着ベルト２ｊはニップ部で挟み込まれて回転するが、ニップ部以外では上述したフランジ１６にガイドされ走行する。なお図２ではニップ部でも加圧ローラ２ａとニップ形成部材１０に挟まれないように描いているが、これは単に図を見やすくするためである。なお図中１７はフランジガイド部、１８はリフレクタである。
【００３１】
上述のように、本実施形態では、定着ベルト２ｊは加圧ローラ２ａが回転駆動されることに連れ回り回転をする。また定着ベルト２ｊの両端はフランジ１６で支持してあり、フランジ１６がベルト保持／ガイド部材となり、走行ガイドとして機能している。
【００３２】
ただし、定着ベルト２ｊは両端でのみ保持／ガイドされることになるため、それ以外の中央部についてはフリーな状態となり、装置駆動時には定着ベルト２ｊの形状が両端部と中央部で異なってしまうということがある。具体的には、定着ベルト２ｊの両端部はフランジガイド１７の形状に沿って回転するため、形状が安定するが、中央部についてはガイドがないため、対向する加圧ローラ２ａとニップ形成部材１０で形成されるニップ部で押し潰され、図２の上下方向に長い楕円形状になる。そして、これにより、定着ベルト２ｊの両端部と中央部で熱源１５からの距離が変わってしまい、均一に温度制御をすることが困難となり得る。また、定着ベルト２ｊの形状が歪むため、経時での定着ベルト２ｊの破損も考えられる。
【００３３】
そこで本実施形態では、加圧ローラ２ａの軸方向（図３の紙面垂直方向）全域にわたって定着ベルト２ｊの走行ガイドとなる支持部材２０を設けている。４つの支持部材２０は、定着ベルト２ｊの内側に配置して積極的に定着ベルト２ｊにテンションを与える構成でも良いが、テンションをかけずに装置停止時の定着ベルト２ｊの形状に合わせた位置に配置しておくだけでも良い。
【００３４】
支持部材２０は、定着ベルト２ｊとの摺動負荷を減らすため、図示のような断面円形状のものとし、取り付け方法としては、両端部に配置しているフランジ１６を貫通させるなどして両端を支持するように設置する。すると、フランジ１６と支持部材２０との位置精度も高まりさらに良い。また、支持部材２０をフランジ１６を貫通させて位置決めし、かつ回転可能としておくことで、定着ベルト２ｊとの摺動負荷はさらに低減できる。
【００３５】
また、支持部材２０を複数個配置するほうが、装置駆動時の定着ベルト２ｊの形状をより安定させるためには良い。また、図示の形態のように、支持部材２０の配置を定着ベルト２ｊの中心に関して図中の上下方向で対称となる位置に配置すると、より定着ベルト２ｊの形状を安定させることができる。
【００３６】
また、複数個配置した支持部材２０が定着ベルト２ｊがフランジガイド１７に支持されている部位で同心円状に配置すると良い。同心円状に配置することで装置駆動時でも定着ベルト２ｊを停止時と変わらない位置に保つことが可能となる。これにより、装置駆動時や停止時（待機状態）などのどの状態であっても定着ベルト２ｊの位置が安定するため、温度制御がしやすくなる。
【００３７】
さらに、熱源１５が定着ベルト２ｊを直接加熱する領域に支持部材２０を配置しない構成とすることが良い。支持部材２０そのものは加熱する必要がないため、図示のように、コの字型をした支持体（ステー１４）に覆われていない領域については支持部材２０を配置しないことで定着ベルト２ｊの温度を均一に保つとともに図示しない温度検知手段の検知温度ずれを防止することも可能となる。
【００３８】
本発明は、上述のような構成のベルト加熱駆動装置を用いることにより、安価で、ウォームアップが速い定着装置を実現することが可能となり、種々のタイプの画像形成装置において採用可能であるが、画像形成装置としては上述したタイプのものには限定されない。また本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１        ：定着装置
２ａ      ：加圧ローラ
２ｆ      ：セラミックヒータ
２ｊ      ：定着ベルト
１０      ：ニップ形成部材
１１      ：金属ローラ
１２      ：シリコーンゴム層
１３      ：離型層
１４      ：ステー
１５      ：熱源
１６      ：フランジ
１７      ：フランジガイド
２０      ：支持部材
６００    ：画像形成装置
６１１    ：作像ユニット
６２１    ：感光体
６２２    ：帯電ローラ
６２３    ：中間転写ベルト
６２４    ：二次転写部
６２５    ：定着ユニット
６３０    ：一成分現像装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４０】
【特許文献１】特開平４−４４０７５
【特許文献２】特開平８−２６２９０３号
【特許文献３】特開平１０−２１３９８４
【特許文献４】特開２００５−０９２０８０号公報
【特許文献５】特開２００７−３３４２０５号公報
【図１】
2013174770.tif 000003
【図２】
2013174770.tif 000004
【図３】
2013174770.tif 000005
【図４】
2013174770.tif 000006