JP2007323089A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】記録材の定着ベルトへの巻き付きを抑え離型温度幅を向上させることにある。
【解決手段】複数のベルト搬送ローラ１２，１３間に掛け渡されて回転する無端状の定着ベルト１５と、この定着ベルト上で複数のベルト搬送ローラ１２，１３の内の一つの定着ローラ１２に巻き掛けられた部位に圧接する加圧ローラ１４と、定着ベルト１５と加圧ローラ１４が圧接するニップＮを通過する記録材９のトナーＴに少なくとも定着ベルトを介し熱を付加する熱源２８，２６とを備えるベルト定着装置において、ニップＮの幅が定着ローラ１２中心から見た円周角αで２５°以上であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真方式の複写機、ブリンタ等の画像形成装置における、トナー像を記録材に定着させるベルト定着装置に関し、特に、定着ベルトを巻き掛ける定着ローラに加圧ローラが圧接するニップに記録材を通過させることによりその記録材にトナー像を定着させるようにしたベルト定着装置に関する。

従来、電子写真方式の画像形成装置では、まず、原稿画像を原稿読み取り部で読み取り、次いで、画像形成部の感光体ドラム等の静電潜像担持体上に原稿読み取り部で読み取った原稿画像に対応させて画像露光を行い静電潜像を形成する。更に、この静電潜像を現像して可視トナー像とし、このトナー像を記録材供給部から搬送されてくる記録紙等の上に転写し、定着し、排紙部等に排出するという概略構成を採る。

この画像形成装置の画像形成部で用いる定着装置としては、従来からいわゆる熱ローラ方式の定着装置が多く用いられている。この定着装置は内部に熱源を有した定着ローラと加圧ローラを圧接回転させ、両ローラの圧接部を成すニップを通過する記録紙上の未定着トナー像を加熱加圧定着するが、ここではウォームアッブ時間が長くなることを抑える必要上、定着ローラの表面に設ける弾性体の厚さをある一定値以上に大きくすることはできない。このように定着ローラの表面の弾性体の厚さを十分に確保できないと、ニップ幅をある一定幅以上大きくできず、良好な定着を行える離型温度幅が狭くなる。なお、この離型温度幅とは、定着温度が低く、トナーが定着ローラやベルトへ付着するまたは十分に記録材に定着されないというコールドオフセットと、定着温度が高すぎ、トナー同士の吸着力が弱まり、再びトナーが定着ローラやベルトへ付着するというホットオフセットとの間の定着良好域の定着温度幅を称呼する。

ここで定着ローラ以外の部位に熱源を配備し、ウォームアッブ時間を短縮できるようにしたベルト定着装置が開発されており、その一例が特開平８−３３９１３３号公報（特許文献１）に開示される。

このベルト定着装置は、図１３に示すように、定着ローラ１０１と加熱ローラ１０２とに無端の定着ベルト１００を巻き掛けて回転させ、定着ローラ１０１に対し定着ベルト１００を介して加圧ローラ１０３を圧接させている。しかも、定着ベルト１００と加圧ローラ１０３の圧接する部位であるニップ１０４の記録材搬送方向Ｙの上流側には定着前ガイド１０５が設けられる。ここで定着ローラ１０１が回転駆動され定着ベルト１００が同方向に回転すると加熱ローラ１０２及ぴ加圧ローラ１０３も従動回転する。この場合、定着ベルト１００の各部はニップ１０４に達するに先立って加熱ローラ１０２で加熱され、その加熱された部分が定着前ガイド１０５に案内されて搬送される記録材ｓ上のトナー像を予め加熱軟化させ、引き続き記録材ｓがニップ１０４を通過することでトナー像の定着を行う。

なお、定着ベルト１００にはベルト当接ローラ１０６が図示しないバネの弾性力を受けて当接される。このベルト当接ローラ１０６は定着ベルト１００に付着する紙粉、トナー等による汚れを除去するクリーニング手段、あるいはトナーが記録材ｓから定着ベルト１００に転移するいわゆるオフセット現象を抑制するためにベルト表面にシリコンオイル等のオフセット抑制離型剤を塗布する塗布ローラとして構成される。
このベルト定着方式の定着装置は、一定の面積を有するベルト加熱によって記録材上のトナーを加熱する時間、場所を分散することにより、定着温度を比較的低く設定でき、それによって定着装置における定着に必要な昇温の時間（ウォームアッブ時間）の短縮、エネルギーの節約等の利点を有するものである。

上述のベルト定着装置は、例えば、複写機、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）、静電ブリンタ等の画像形成装置において定着すべき未定着トナー像を担持した記録材の加熱定着装置、画像を担持した記録材を加熱して表面性を改質する装置、仮定着する装置等のように広く被加熱材を加熱処理する手段又は装置として有効に使用される。

特開平８−３３９１３３号公報

ところで、ベルト定着方式を採る定着装置Ａでは、ニップ１０４に突入してくる記録材ｓと定着ベルト１００のなす角度θを狭く設定して余熱効果により離型温度幅を広くしようとするものであるが、この従来装置の場合、記録材ｓの種類によっては未定着トナー像がニップ部に突入する前に定着ベルト１００と擦れてしまい画像の乱れが生じる等の新たな課題が生じ、離型温度幅を拡大する上で十分な対策とは成っていない。しかも、この方式ではニップ幅をある一定幅以上大きく確保出来ないと記録材の定着ベルトへの巻き付きが生じ易いという課題がある。更に、離型温度幅が狭いという課題を解決すべくオフセット現象を抑制するために、ベルト表面にベルト当接ローラ１０６等を用いオフセット抑制離型剤（オイル）を塗布するが、離型剤を塗布することは、定着された記録材に離型剤が残り使用者の手に離型剤が付着したり、離型剤の塗布ムラによって定着画像に欠損が生じたり、また、離型剤を保持するオイルタンクが必要なためにユーザがメンテナンスするには向かないという課題がある。

本発明の第１の目的は、記録材の定着ベルトへの巻き付きを抑え、離型温度幅を向上させることにある。
更に、第２の目的は、記録材の定着ベルトへの巻き付き及びトナーオフセットを特に防止することにある。
更に、第３の目的は、定着ローラ及び定着ベルトのニップ下流直後位置の小Ｒ形状化を容易化し、離型温度幅の向上、記録材の定着ベルトへの巻き付き防止及び駆動トルクの低減を図ることにある。

更に、第４の目的は、定着ローラ以外の部位に熱源を配し、ウォーミングアップ時間の短縮化を図ることにある。
更に、第５の目的は、定着ローラ及び定着ベルトのニップ下流直後位置の小Ｒ形状化を促進し、記録材の定着ベルトへの巻き付きを防止し、駆動トルクを小さくすることにある。
更に、第６の目的は、加圧ローラと定着ローラが下向きのニップ形状を成すようにし、記録材の定着ベルトへの巻き付きを防止することにある。
更に、第７の目的は、高離型材、例えばＰＦＡの被覆によって記録材の加圧ローラヘの巻き付きを防止することにある。

更に、第８の目的は、定着ローラが定着ベルトを回転駆動するようにして、記録材の搬送性能の安定化を図ることにある。
更に、第９の目的は、定着ローラと加圧ローラを共に駆動するようにして、定着ベルトや定着ローラが加圧ローラとの摩擦によって痛むのを防ぎ、また、定着ベルトと加圧ローラとの周速差による記録材のシワ等の発生を防ぐことにある。
更に、第１０の目的は、加圧ローラを駆動側とするようにして、記録材を搬送する線速のバラツキを小さくすることにある。
更に、第１１の目的は、加圧ローラと定着ローラを共に駆動するようにして、定着ベルトや定着ローラが加圧ローラとの摩擦によって痛むのを防ぎ、また、定着ベルトと加圧ローラとの周速差による記録材のシワ等の発生を防ぐことにある。

請求項１の発明は、複数のベルト搬送ローラ間に掛け渡されて回転する無端状の定着ベルトと、前記定着ベルト上で前記複数のベルト搬送ローラの内の一つの定着ローラに巻き掛けられた部位に圧接する加圧ローラと、前記定着ベルトと前記加圧ローラが圧接するニップを通過する記録材上のトナーに熱を付加する熱源とを備えるベルト定着装置において、前記ニップ幅が前記定着ローラ中心から見た円周角で２５°以上であることを特徴とする。
以上の構成によって、定着ベルトと加圧ローラが形成するニップ幅が定着ローラ中心から見た円周角で２５°を越えると、ニップ幅が比較的増加し、しかもニップ下流直後位置に定着ローラ及びそれに巻き掛けられる定着ベルトが小Ｒ形状部を形成する。このため、この小Ｒ形状となる部位が記録材の定着ベルトへの巻き付きを防止し、定着の離型温度幅を拡大し、トナーオフセットを防止でき、しかも、離型剤も非常に微量ですみ、若しくはオイルレスも可能であり、ユーザ自身のメンテナンスも可能であるという効果を得られる。

請求項２の発明は、請求項１に記載のベルト定着装置において、前記定着ベルトはその表面が離型剤で被覆されたことを特徴とする。
以上の構成によって、定着ベルトと加圧ローラが形成するニップを通過後の記録材が離型剤の作用で定着ベルトから確実に分離でき、記録材の定着ベルトへの巻き付きをより確実に防止でき、トナーオフセットをより確実に防止できる。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のベルト定着装置において、前記定着ローラ表層にはスポンジ状の断熱材が被覆され、その厚さが該定着ローラの直径に対して１７％以上であることを特徴とする。
以上、定着ローラにスポンジ状の弾性体が被覆されているとの構成によって、離型温度幅向上の要因を成すニップ下流直後位置に小Ｒ形状部が顕著に形成され、更に、その定着ローラ表層の厚さが定着ローラ径に対して１７％以上に保持されるとの構成によって、定着ローラ及び定着ベルトが形成する小Ｒ形状部による離型温度幅向上効果をより確実に得ることができる。またこのベルト定着装置を駆動するために必要なトルクも小さくなる。

請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載のベルト定着装置において、前記熱源は前記定着ローラ内部以外の部位に配備されることを特徴とする。
以上の構成によって、定着ローラ内部に熱源を持たないことにより、この定着ローラの表面を覆う弾性体の厚さを厚くしてもウォーミングアップ時間が長くなるということを防止できる。

請求項５の発明は、請求項３から請求項４のいずれかに記載のベルト定着装置において、前記定着ローラ表層のスボンジ状の断熱材の硬度はアスカー硬度で３０°以下であることを特徴とする。
以上の構成によって、スポンジ状の断熱材の硬度が柔らかいために定着ローラとそれに巻き掛けられた定着ベルトのニップ下流直後位置に小Ｒ形状部が確実に形成され、その径がより小さくなる。このため、記録材の定着ベルトへの巻き付きがより確実に防止され、またこのベルト定着装置を駆動するために必要なトルクも小さくなり、モータのより小型化を図れる。

請求項６の発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載のベルト定着装置において、前記加圧ローラの表層が弾性体で厚さが２ｍｍ以下に形成され、その硬度がＪＩＳＡで４０°以上であることを特徴とする。
この構成によって、加圧ローラが定着ローラに比べて剛体であり、その結果ニップ形状が上に凸、すなわち下向きのニップ形状になる。このため、定着後の記録材の定着ベルトへの巻き付きの防止をより確実に防止出来る。

請求項７の発明は、請求項１から請求項６のいずれかに記載のベルト定着装置において、前記加圧ローラの表層には高離型材が被覆されていることを特徴とする。
この構成によって、高離型材、例えばＰＦＡの被覆によって加圧ローラヘの記録材の巻き付きをより確実に防止できる。

請求項８の発明は、請求項１から請求項７のいずれかに記載のベルト定着装置において、前記定着ローラが前記定着ベルトを回転駆動するための駆動力を付与されていることを特徴とする。
以上の構成によって、記録材の搬送性能の安定化を図れる。

請求項９の発明は、請求項８に記載のベルト定着装置において、前記駆動力が前記加圧ローラに一方向クラッチを介して付与されていることを特徴とする。
以上の構成により、加圧ローラと定着ベルトとが共に駆動されるので、滑ったりすることが無く定着ベルトや定着ローラが加圧ローラとの摩擦によって痛むのを防止できる。また、一方向クラッチを介していることにより定着ベルトと加圧ローラとの周速差を吸収し搬送される記録材にシワ等が発生することを防止できる。

請求項１０の発明は、請求項１から請求項７のいずれかに記載のベルト定着装置において、前記加圧ローラに駆動力が付与されていることを特徴とする。
以上の構成により、定着ローラに比べて加圧ローラの方が剛体に近いために記録材を搬送する線速のバラツキを小さくでき、記録材の搬送性能の安定化を図れる。

請求項１１の発明は、請求項１０に記載のベルト定着装置において、前記駆動力が前記定着ローラに一方向クラッチを介して付与されていることを特徴とする。
以上の構成により、加圧ローラと定着ベルトとが共に駆動されるので、滑ったりすることが無く定着ベルトや定着ローラが加圧ローラとの摩擦によって痛むのを防止できる。また、一方向クラッチを介していることにより定着ベルトと加圧ローラとの周速差を吸収し搬送される記録材にシワ等が発生することを防止できる。

請求項１の発明によれば、ニップ幅が定着ローラ中心から見た円周角で２５°以上としたので、定着ベルトと加圧ローラが形成するニップ幅が比較的増加し、しかもニップ下流直後位置に定着ローラ及びそれに巻き掛けられる定着ベルトが小Ｒ形状を形成できる。このため、この小Ｒ形状となる部位が記録材の定着ベルトへの巻き付きを防止し、定着の離型温度幅を拡大し、トナーオフセットを防止でき、しかも、離型剤も非常に微量ですみ、若しくはオイルレスも可能であり、ユーザ自身のメンテナンスも可能であるという効果を得られる。

請求項２の発明は、定着ベルトの表面が離型剤で被覆されたので、定着ベルトが形成するニップを通過後の記録材が離型剤の作用で定着ベルトから確実に分離でき、記録材の定着ベルトへの巻き付きをより確実に防止でき、トナーオフセットをより確実に防止できる。

請求項３の発明は、定着ローラ表層にスポンジ状の断熱材を被覆し、その厚さが該定着ローラの直径に対して１７％以上とされたので、離型温度幅向上の要因を成すニップ下流直後位置に小Ｒ形状が顕著に形成され、更に、小Ｒ形状による離型温度幅向上効果をより確実に得ることができる。またこのベルト定着装置を駆動するために必要なトルクも小さくなる。

請求項４の発明は、熱源を定着ローラ内部以外の部位に配備し、定着ローラ内部に熱源を持たないこととしたので、この定着ローラの表面を覆う弾性体の厚さを厚くしてもウォーミングアップ時間が長くなるということを防止できる。
請求項５の発明は、定着ローラ表層のスボンジ状の断熱材の硬度がアスカー硬度で３０°以下とされ、スポンジ状の断熱材の硬度が柔らかくなり、このため、定着ベルトのニップ下流直後位置に小Ｒ形状が確実に形成され、その径がより小さくなる。このため、記録材の定着ベルトへの巻き付きがより確実に防止され、またこのベルト定着装置を駆動するために必要なトルクも小さくなり、モータのより小型化を図れる。

請求項６の発明は、加圧ローラの表層が弾性体で厚さが２ｍｍ以下に形成され、その硬度がＪＩＳＡで４０°以上とされ、加圧ローラが定着ローラに比べて剛体となり、ニップ形状が上に凸、すなわち下向きのニップ形状になる。このため、定着後の記録材の定着ベルトへの巻き付きの防止をより確実に防止出来る。

請求項７の発明は、加圧ローラの表層には高離型材が被覆されているので、加圧ローラヘの記録材の巻き付きをより確実に防止できる。
請求項８の発明は、定着ローラが定着ベルトを回転駆動するための駆動力を付与されているので、記録材の搬送性能の安定化を図れる。
請求項９の発明は、駆動力が加圧ローラに一方向クラッチを介して付与され、加圧ローラと定着ベルトとが共に駆動されるので、両者間の滑りが無く定着ベルトや定着ローラが加圧ローラとの摩擦によって痛むのを防止できる。また、一方向クラッチを介していることにより定着ベルトと加圧ローラとの周速差を吸収し搬送される記録材にシワ等が発生することを防止できる。

請求項１０の発明は、加圧ローラに駆動力が付与されるようにしたので、この場合定着ローラに比べて加圧ローラの方が剛体に近いために記録材を搬送する線速のバラツキを小さくでき、記録材の搬送性能の安定化を図れる。
請求項１１の発明は、駆動力が定着ローラに一方向クラッチを介して付与され、加圧ローラと定着ベルトとが共に駆動されるので、両者間の滑りが無く定着ベルトや定着ローラが加圧ローラとの摩擦によって痛むのを防止できる。また、一方向クラッチを介していることにより定着ベルトと加圧ローラとの周速差を吸収し搬送される記録材にシワ等が発生することを防止できる。

図１は本発明の適用されたベルト定着装置を示し、同ベルト定着装置は図示しないカラー複写機の作像プロセスを担当する画像形成部に装備される。ここで、図示しないカラー複写機（以後単に複写機と記す）は、原稿画像を原稿読み取り部で読み取り、原稿画像に応じたトナー像を画像形成部で形成した上で給紙部より供給された記録紙に転写し、定着し、画像形成部からの画像形成済の記録紙を排紙部に排紙するという概略構成を採る。

ここでの画像形成部は、図２に示すように、アルミニウム基体表面に静電潜像担持体を成す感光層を有した感光体ドラム１を備え、同感光体ドラム１は図示しない駆動手段により所定のモードに応じた感光体線速度で回転方向ｎに駆動される。この感光体の周縁近傍部には帯電装置２、光書き込み装置を成すレーザーダイオード（ＬＤ）３、現像ユニット４、転写ベルト５、ベルト定着装置６及び図示しないクリーニング装置や除電装置等がこの順に配備される。帯電装置２はグリッド２ａに印加する電位を制御することにより帯電量を操作出来、レーザーダイオード（ＬＤ）３は図示しないスキャナからの画像データに応じた光強度のレーザ光を発して、画像に対応した静電潜像を感光体ドラム１の感光層上に作成する。現像ユニット４はレボルバー形状をした回転式の容器であり、内部に４個の現像タンクを有しており、それぞれのタンクはイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色よりなる現像剤を内部に有している。各現像タンク内の図示しない現像スリーブには現像バイアスが引加されていて、感光体ドラム１の像担持体上にトナーを供給して潜像電位に応したトナーを現像して顕像化する。

感光体ドラム１の像担持体上に作られたトナー像は転写ベルト５上に転写される。この時、１次転写ローラ７に適正なバイアスを印加することで転写量を適正に制御できる。以上の帯電、露光、現像、転写工程をブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に４色繰り返すことで、転写ベルト５上に４色トナーによる重ね画像が作成される。この転写ベルト５上に転写された４色トナーの重ね画像は２次転写ローラ８に適正なバイアスを印加することで記録紙９上に一度に転写される。ここで４色トナーの重ね画像の転写を受けた記録紙９はガイド部１０によってベルト定着装置６に送られ、このベルト定着装置６においてトナー像の定着を受けた後、図示しない排紙トレイに排紙され、積載される。なお、ここでは記録材として記録紙９を説明したが、この記録材はその他の素材から成るシートであってもよい。

ここでベルト定着装置６の構成は図１、図３に示される。
図１のベルト定着装置６は図示しない複写機の基枠部に固定される枠体１１を備え、同枠体１１内に定着ローラ１２と、加熱ローラ１３と、加圧ローラ１４と、定着ローラ１２及び加熱ローラ１３間に巻き掛け張設される定着ベルト１５と、オフセット抑制離型剤であるシリコンオイルを定着ベルト１５の外表面に塗布するオイル塗布ローラ１６とを配備している。
なお、枠体１１は図１において紙面垂直方向を長手方向Ｘ（図３参照）とした矩形枠状を成し、その左右端に配備される端部プレート１１１（図３に２点鎖線で示す）と、両端部プレート１１１を互いに一体結合する長手方向Ｘに長い複数のバー状部材１１２（図３に１つのみ示す）とを備える。

定着ベルト１５は定着ローラ１２と加熱ローラ１３に巻き掛けられており、この定着ベルト１５の基部は、ニッケル製の厚さ１００μｍの薄いフィルム状体で表面上に２００μｍのシリコンゴムの離型層を形成され、熱応答性が良好となるように形成される。なお、定着ベルト１５の基体はポリイミド製でもよく、可撓性を考慮すると厚さは３０〜１５０μｍ程度であれば良い。
定着ローラ１２はその中心軸１２１の左右端を図示しない一対の軸受を介し左右の端部プレート１１１に回転可能に支持される。この定着ローラ１２は、芯金上に熱伝導率が小さく断熱作用のある耐熱多孔質の弾性体を被覆して形成される。ここでは、特に、定着ローラ１２の表層の素材として、スポンジ状の断熱材が採用され、その厚さは定着ローラ１２の直径に対して１７％を上回るように設定され、これにより、後述する小Ｒ形状ｒの形成を容易化している。しかも、このスポンジ状の断熱材の硬度はアスカー硬度で３０°以下のものが採用され、これにより後述する小Ｒ形状ｒの形成を容易化し、定着ローラ１２側の駆動トルクの低減をも図っている。

定着ローラ１２の中心軸１２１の一方端には入力ギヤ１７が一体的に取付られ、定着ローラ駆動系Ｄが連結される。この定着ローラ駆動系Ｄは入力ギヤ１７とこれに噛合する駆動ギヤ２０と、同駆動ギヤ２０に一体結合される駆動軸１９の他端に連結されたモータ１８とで構成される。駆動軸１９はその一部が図示しない軸受を介し端部プレート１１１に枢支され、その駆動軸１９の他端のモータ１８も端部プレート１１１より延出する図示しないブラケットに支持される。ここで端部プレート１１１に支持されたモータ１８はその回転を駆動ギヤ２０より入力ギヤ１７を経て定着ローラ１２に伝達でき、この定着ローラ１２が回転することにより同ローラに巻き掛けられた定着ベルト１５が回転し、加熱ローラ１３、加圧ローラ１４が従動回転できる。モータ１８は、図６に示すように、その一端が直流電源３３に他端がスイッチトランジスタ３４及びモータドライバ３５を介して制御手段としてのコントローラ３６に接続され、オン・オフ制御が行われる。

図５（ｂ）に示すように、加圧ローラ１４はその中心軸１４１の左右端を軸受ｂ（図５（ｂ）に一方のみ示した）を介し加圧ローラスライダ２３に回転自在に支持され、この加圧ローラスライダ２３は端部プレート１１１の上下に長いガイド長溝２４に摺動可能に嵌着される。しかも、スライダ２３はガイド長溝２４の下端縁側に一端を当接する圧縮バネ２５により押圧力を受け、その押圧力を加圧ローラ１４を介し定着ベルト１５及び定着ローラ１２に加え、トナー像の記録紙９への加熱加圧定着を可能としている。また、加圧ローラ１４の中心軸１４１にはヒータ２６（図５（ｂ）参照）が内蔵されており、同ヒータ２６は加圧ローラスライダ２３側より延出するヒータブラケット２７を介し支持される。なお、加圧ローラ１４に対しサーミスタＳ１（図６参照）が設置されており、これにより検知された検出温度に応じて加圧ローラ温度を設定温度に近づけるようにヒータ２６がトライアック４２及びヒータ用ドライバ４５を介しコントローラ３６により制御されている。

この加圧ローラ１４は肉圧のアルミパイプを用いて剛性及び熱伝導率が大きいものとして形成され、その表層の弾性体の厚さは２ｍｍ以下の値に設定され、その硬度はＪＩＳＡで４０°以上を保持できるものが採用されている。

これにより、定着ベルト１５を巻き掛けた定着ローラ１２に加圧ローラ１４が圧接された際に、上に凸、即ち下向きのニップＮが搬送方向Ｙにおいて所定のニップ幅Ｌで形成でき、同ニップＮで記録紙９にトナー像を定着し、定着後の記録紙９の定着ベルト１５への巻き付きを防止し、円滑に排出するようにしている。なお、ニップ幅Ｌは定着ローラ１２の円周角αとして示すことができ、ここでの円周角αは２５°以上を確保できるように定着ローラ１２、定着ベルト１５に対する加圧ローラ１４の加圧力が圧縮バネ２５によって調整され、上述のように各部材の表層の材質が調整されている。

なお、加圧ローラ１４の表層は高離型材、例えばＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰなどの離型性の良い材質により被覆され、これによって加圧ローラ１４への記録紙９の巻き付きを防止し、トナーの定着ベルト１５への融着を防止している。一方、定着ベルト１５の外表面の所定位置には図示しないローラ支持手段に支持されたオイル塗布ローラ１６が弾性的に定着ベルト１５の外表面に圧接され、オフセット抑制離型剤（オイル）を定着ベルト１５の外表面に極微量塗布し、これによっても定着ベルト１５への記録紙及びトナーの付着を防止している。なお、このオイル塗布ローラ１６及び図示しないオイルタンク等を排除し、装置の簡素化を図っても良い。
定着ベルト１５の下方には、トナー像Ｔを支持した記録紙９が定着ベルト１５に触れることなくベルト１５と加圧ローラ１４間のニップＮへ進行できるように定着前ガイド２１が設けてあり、ニップＮの後には排紙ガイド２２が設けてある。

図１に示すように、加熱ローラ１３はその左右端を加熱ローラ用の軸受ｂ（図５（ａ）には一方のみ示した）を介しスライダ２９に支持される。スライダ２９は端部プレート１１１の斜め上方に延びるガイド長溝３０に摺動可能に嵌着され、しかもこのスライダ２９は端部プレート１１１に形成したバネ受け３０１に一端が支持されたバネ３１より押圧力を受け、ガイド長溝３０に沿って定着ローラ１２より離れる方向に押圧される。このため、定着ローラ１２と加熱ローラ１３間に巻き掛けられている定着ベルト１５にはバネ３１の押圧力に応じた張力が付加される。

加熱ローラ１３はアルミパイプを用いて熱伝導率が大きものとして形成される。また、図５（ａ）に示すように、加熱ローラ１３の中央穴１３１にはヒータ２８が内蔵されており、同ヒータ２８はスライダ２９より延出するヒータブラケット３２を介し支持される。なお、加熱ローラ１３上のベルト部分に対しサーミスタＳ２（図６参照）が設置されており、これにより検知された検出温度に応じてベルト温度を設定温度に近づけるようにヒータ２８がトライアック４３及びヒータ用ドライバ４６を介しコントローラ３６に制御される。

コントローラ３６は周知のマイクロコンピュータでその要部が構成され、上述のドライバ４５，４６、モータドライバ３５及びサーミスタＳ１，Ｓ２に接続される入出力回路３６１と、各種データの書き込みが可能なＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）３６２と、画像成形用の各制御プログラムや各設定値等を記憶処理されたＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）３６３と、制御回路を成すＣＰＵ３６４とを備える。このコントローラ３６は所定のヒ−タ制御プログラムに沿って加熱ローラ１３及び加圧ローラ１４の各ヒ−タ２８，２６を駆動制御する。しかも、定着ローラ１２用のモータ１８のモータドライバ３５及びその他の画像形成手段及び各画像形成手段の各モータドライバなどを操作して、複写制御を行なっている。

次に、図１のベルト定着装置の動作を説明する。
図２の画像形成部が周知のカラー複写機の作像プロセスに沿って作動するとする。この際、コントローラ３６は図示しないメインスイッチのオン以後、ウオーミングアップモード、待機モード、複写モードに応じて各可動部を制御し、同時にベルト定着装置のモータ１８、両ヒータ２６，２８等を駆動する。
この場合、ベルト定着装置のサーミスタＳ１，Ｓ２により検出された加圧ローラ温度及び定着ベルト温度に応じてコントローラ３６は各トライアック４２，４３をオン、オフして交流電源４４からの電流を断続し、両ヒ−タ２６，２８の点灯／消灯を制御し、定着ベルト温度と加圧ローラ温度を目標値に制御する。なお、ベルト定着装置の駆動時には、加熱ローラ１３はバネ３１の押圧力相当の引っ張り力を定着ベルト１５に常時与えてベルト騒音の発生を抑え、定着ベルト１５にはオイル塗布ローラ１６がシリコンオイルが常時塗布し、トナーのオフセットを抑制する。

このような駆動状態において、加圧ローラ１４はバネ２５の押圧力を受けて常時ニップＮを定着ローラ１２の円周角αで２５°を上回る状態で形成するように定着ベルト１５に圧接しつつ回転し、これにより記録紙９上のトナー像ＴをニップＮ通過時に加熱及び加圧して定着する。
この場合、定着ベルト１５を巻き掛けた定着ローラ１２と加圧ローラ１４とが圧接するニップＮの円周角αを２５°以上に設定した理由を次に述べる。

上述したようにコールドオフセットとホットオフセットの間の温度幅が定着良好域となる離型温度幅と称呼するが、この離型温度幅は定着ベルト１５を巻き掛けた定着ローラ１２と加圧ローラ１４とが圧接するニップＮの円周角αの増加に応じて拡大すると推測されるため、その特性を図４に示した。図４において、ニップＮの円周角αが２５°を上回ると離型温度幅が急増しており、これはニップ幅増加以外の要因であると見做される。即ち、定着ローラ１２及び定着ベルト１５に対する加圧ローラ１４の圧接形状において、この際生じたニップＮの搬送方向Ｙで下流側直後位置に図１に符号ｒで示す小Ｒ形状が成形される。この小Ｒ形状ｒは、定着ベルト１５の回転角変位に対する記録紙９表面よりの離隔量が他の部位に比べ特に大きくなっている。

このため、この小Ｒ形状ｒを形成できるように円周角αを２５°以上に設定しておけば、記録紙９が定着ベルト１５に追従して変位することを阻止でき、記録紙９の定着ベルト１５への巻き付きを防止でき、トナーオフセットを確実に防止できる。しかも離型温度幅が拡大するので、離型剤も非常に微量ですみ、この点で定着された記録材に離型剤が残り使用者の手に離型剤が付着したり、離型剤の塗布ムラによって定着画像に欠損が生じるということを防止できる。
なお、図１のベルト定着装置はオイル塗布ローラ１６により離型剤を定着ベルト１５に比較的微量塗布していたが、場合により、オイル塗布ローラ１６及び離型剤を保持する図示しないオイルタンク等を排除し、オイルレスのベルト定着装置を構成しても良く、この場合、装置の小型化やユーザ自身のメンテナンスが可能となるという利点がある。

なお、ここでは定着ベルト１５がニップ下流直後位置に小Ｒ形状ｒを容易に形成するため、上述したように定着ローラ１２の表層をスポンジ状の断熱材で成型し、その厚さを定着ローラ１２の直径に対して１７％を上回るように設定し、ニップＮを円周角αで２５°以上で容易に確保することができるようにした。このため、小Ｒ形状ｒをより確実に成形でき、しかも、定着ローラ１２の表層をスポンジ状の断熱材で形成したため、このベルト定着装置を駆動するモータ１８の駆動トルクも比較的小さくてすみ、この点でモータ１８の小型化を図れるという効果がある。

更に、この図１のベルト定着装置では定着ローラ１２以外の部分である加圧ローラ１４と加熱ローラ１３とにヒータ２６，２８を分散配備した。これにより、定着ローラ１２の表層部位が定着ローラ１２の直径に対して１７％を上回るという比較的厚いスポンジ状の断熱層で形成されたにもかかわらずウオーミングアップ時間が長引くことを防止でき、しかも、このスポンジ状の断熱層は定着ベルト１５の熱が定着ローラ１２側へ放散されることを抑えることができ、この点でもウオーミングアップ時間を短縮でき、ヒータ２８等の無駄な駆動を低減できる。
更に、定着ローラ１２の表層を成すスポンジ状の断熱材の硬度はアスカー硬度で３０°以下のものが採用されたため、この点でもニップＮの搬送路下流側直後位置に小Ｒ形状ｒを容易に形成でき、定着ローラ１２側の駆動トルクの低減及びモータ１８の小型化をも図れる。

上述のところにおいて、図１のベルト定着装置では、モータ１８の駆動力を定着ローラ１２が直接受け、この定着ローラ１２に巻き掛けた定着ベルト１５とこれに圧接する加圧ローラ１４を従動回転するという定着駆動系Ｄ１を採用していたが、これに代えて、図７、図８に示す定着駆動系Ｄ２を採用してもよい。
この定着駆動系Ｄ２は、図１の定着駆動系Ｄ１と同様に、定着ローラ１２の中心軸１２１の一方端に入力ギヤ１７ａを一体的に取付け、この入力ギヤ１７ａと噛合する駆動ギヤ２０ａと、同駆動ギヤ２０ａに一体結合される駆動軸１９ａの他端に連結されたモータ１８ａとを図１の定着駆動系Ｄ１と同様に装備する。しかも、これらに加えて定着駆動系Ｄ２は、加圧ローラ１４の中心軸１４１の加圧ローラスライダ２３との対向部より外側端に一方向クラッチ３８及びこれに外嵌する従動ギヤ３７を備える。

ここで従動ギヤ３７は入力ギヤ１７ａに噛合すると共に中心軸１４１に対しては相対回転可能に外嵌される。この一方向クラッチ３８は中心軸１４１に内殻部位が一体結合され外殻部位が従動ギヤ３７に固着される。ここで、一方向クラッチ３８は入力ギヤ１７ａより従動ギヤ３７への回転力の伝達を許容し、従動ギヤ３７より入力ギヤ１７ａへの回転力の伝達をカットする。
このため、定着ローラ１２に対し加圧ローラ１４が滑るということを防止し、両ローラを同期回転させることができる。

図１の定着駆動系Ｄ１に代えて、同定着駆動系Ｄ２を用いた場合は、図１のベルト定着装置と同様の作用効果が得られると共に、特に、定着ローラ１２と加圧ローラ１４が同期回転するので、定着ベルト１５や、定着ローラ１２が加圧ローラ１４との摩擦によって痛むのを防止でき、これらの耐久性を向上できる。また、一方向クラッチ３８を介していることにより定着ベルト１５と加圧ローラ１４との周速差を吸収でき、搬送される記録紙９にシワ等が発生することを防ぐこともできる。
上述のところにおいて、図１のベルト定着装置では定着駆動系Ｄ１を採用していたが、これに代えて、図９、図１０に示す定着駆動系Ｄ３を採用してもよい。

この定着駆動系Ｄ３は定着ベルト１５を巻き掛けた定着ローラ１２に圧接する加圧ローラ１４の中心軸１４１の一方端に入力ギヤ３７ｂを一体的に取付け、この入力ギヤ３７ｂと噛合する駆動ギヤ２０ｂと、同駆動ギヤ２０ｂに一体結合される駆動軸１９ｂの他端に連結されたモータ１８ｂとを装備する。
中心軸１４１の一方端は図示しない軸受を介し端部プレート１１１に枢支されその外側の先端部に入力ギヤ３７ｂが取り付けられる。端部プレート１１１はその外側に図示しないブラケット延出し、そのブラケットに図示しない軸受を介し駆動軸１９ｂが枢支され、モータ１８ｂが支持される。ここでモータ１８ｂはその回転を駆動ギヤ２０ｂより入力ギヤ３７ｂを経て加圧ローラ１４に伝達でき、加圧ローラ１４が回転することにより定着ベルト１５の巻き掛けられた定着ローラ１２が従動回転できる。ここで加圧ローラ１４は定着ローラ１２に比べ剛体に近いことより、モータ１８ｂの駆動力を直接受けた加圧ローラ１４が定着ベルト１５の巻き掛けられた定着ローラ１２を従動回転することにより、記録紙９を搬送方向Ｙに搬送する線速度のバラツキを小さくなり、この点で記録紙９を加圧定着するとともに搬送方向Ｙに安定して搬送できる。

上述のところにおいて、図１のベルト定着装置では定着駆動系Ｄ１を採用していたが、これに代えて、図１１、図１２に示す定着駆動系Ｄ４を採用してもよい。
この定着駆動系Ｄ４は、図９の定着駆動系Ｄ３と同様に、定着ローラ１２に圧接する加圧ローラ１４の中心軸１４１の一方端に入力ギヤ３７ｃを一体的に取付け、この入力ギヤ３７ｃと噛合する駆動ギヤ２０ｃと、同駆動ギヤ２０ｃに一体結合される駆動軸１９ｃの他端に連結されたモータ１８ｃとを装備する。しかも、これらに加えて定着駆動系Ｄ４は、定着ベルト１５を巻き掛けた定着ローラ１２の中心軸１２１の端部プレート１１１に対する図示しない軸受との対向部より外側端に一方向クラッチ３９及びこれに外嵌する従動ギヤ１７ｃを備える。

ここで従動ギヤ１７ｃは入力ギヤ３７ｃに噛合すると共に中心軸１２１に対しては相対回転可能に外嵌される。この一方向クラッチ３９は中心軸１２１に内殻部位が一体結合され外殻部位が従動ギヤ１７ｃに固着される。ここで、一方向クラッチ３９は入力ギヤ３７ｃに噛合する従動ギヤ１７ｃより定着ローラ１２側への回転力の伝達を許容し、定着ローラ１２側より従動ギヤ１７ｃに噛合する入力ギヤ３７ｃへの回転力の伝達をカットする。即ち、加圧ローラ１４に対し定着ローラ１２が滑るということを防止し、両ローラ及び定着ベルト１５を同期回転させることができる。
図１の定着駆動系Ｄ１に代えて、定着駆動系Ｄ４を用いた場合は、図１のベルト定着装置と同様の作用効果が得られると共に、特に、加圧ローラ１４と定着ベルト１５とが滑りを生じることがなく、定着ベルト１５や定着ローラ１２が加圧ローラ１４との摩擦によって痛むのを防止できる。また、一方向クラッチ３９を介していることにより、定着ベルト１５と加圧ローラ１４との周速差を吸収でき、搬送される記録紙９にシワ等が発生することを防ぐこともできる。

上述のところにおいて、ベルト定着装置は加圧ローラ１４と加熱ローラ１３にヒータ２６，２８を内蔵し、これらヒータの熱を加圧ローラ１４及び加熱ローラ１３、定着ベルト１５を介し記録紙９側に伝えていたが、これに代えて、加圧ローラ１４のヒータ２６を排除し、加熱ローラ１３のみにヒータ２８を内蔵しても良く、このようにした場合、特に、図７、図９、図１１の各ベルト定着装置では装置の簡素化を図る上で効果が大きい。更に、図示しない定着ベルトがそれ自体が発熱するように構成しても良く、この場合も図１のベルト定着装置と同様の作用、効果が得られる。
更に、上述のベルト定着装置は電子写真方式のカラー複写機用として適用されていたが、これに代えて、図示しない単色の複写機、ブリンタ等のその他の画像形成装置に用いられるベルト定着装置として適用することも出来、これらの場合も図１のベルト定着装置と同様の作用効果を得ることができる。

本発明の適用されたベルト定着装置の概略側面図である。 図１のベルト定着装置を装備する電子写真式複写機の画像成型部の概略図である。 図１のベルト定着装置の要部拡大斜視図である。 図１のベルト定着装置の定着ベルトを巻き掛けた定着ローラと加圧ローラにより形成されるニップの円周角αと離型温度幅の特性線図である。 図１のベルト定着装置の要部切欠概略断面図であり、（ａ）は加熱ローラの一方端部を、（ｂ）は加圧ローラの一方端部を示す。 図１のベルト定着装置の電源回路図である。 図１のベルト定着装置が変形例である定着駆動系Ｄ２を装備した場合の概略側面図である。 図７のベルト定着装置の部分切欠斜視図である。 図１のベルト定着装置が変形例である定着駆動系Ｄ３を装備した場合の概略側面図である。 図９のベルト定着装置の部分切欠斜視図である。 図１のベルト定着装置が変形例である定着駆動系Ｄ４を装備した場合の概略側面図である。 図１１のベルト定着装置の部分切欠斜視図である。 従来のベルト定着装置の概略側面図である。

符号の説明

１２ 定着ローラ
１３ 加熱ローラ
１４ 加圧ローラ
１５ 定着ベルト
１６ オイル塗布ローラ
１７，１７ａ，３７ｂ，３７ｃ
入力ギヤ
１７ｃ，３７ 従動ギヤ
１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ
モータ
２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ
駆動ギヤ
２６，２８ ヒータ
３８，３９ 一方向クラッチ
ｒ 小Ｒ形状
α 円周角
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４
定着駆動系
Ｎ ニップ
Ｔ トナー像

Claims (11)

1. 複数のベルト搬送ローラ間に掛け渡されて回転する無端状の定着ベルトと、前記定着ベルト上で前記複数のベルト搬送ローラの内の一つの定着ローラに巻き掛けられた部位に圧接する加圧ローラと、前記定着ベルトと前記加圧ローラが圧接するニップを通過する記録材上のトナーに少なくとも定着ベルトを介し熱を付加する熱源とを備えるベルト定着装置において、
   前記ニップの幅が前記定着ローラ中心から見た円周角で２５°以上であることを特徴とするベルト定着装置。
2. 請求項１に記載のベルト定着装置において、
   前記定着ベルトはその表面が離型剤で被覆されたことを特徴とするベルト定着装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のベルト定着装置において、
   前記定着ローラ表層にはスポンジ状の断熱材が被覆され、その厚さが該定着ローラの直径に対して１７％以上であることを特徴とするベルト定着装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のベルト定着装置において、
   前記熱源は前記定着ローラ内部以外の部位に配備されることを特徴とするベルト定着装置。
5. 請求項３から請求項４のいずれかに記載のベルト定着装置において、
   前記定着ローラ表層のスボンジ状の断熱材の硬度はアスカー硬度で３０°以下であることを特徴とするベルト定着装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載のベルト定着装置において、
   前記加圧ローラの表層が弾性体で厚さが２ｍｍ以下に形成され、その硬度がＪＩＳＡで４０°以上であることを特徴とするベルト定着装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載のベルト定着装置において、
   前記加圧ローラ表層には高離型材が被覆されていることを特徴とするベルト定着装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載のベルト定着装置において、
   前記定着ローラが前記定着ベルトを回転駆動するための駆動力を付与されていることを特徴とするベルト定着装置。
9. 請求項８に記載のベルト定着装置において、
   前記駆動力が前記加圧ローラに一方向クラッチを介して付与されていることを特徴とするベルト定着装置。
10. 請求項１から請求項７のいずれかに記載のベルト定着装置において、
    前記加圧ローラに駆動力が付与されていることを特徴とするベルト定着装置。
11. 請求項１０に記載のベルト定着装置において、
    前記駆動力が前記定着ローラに一方向クラッチを介して付与されていることを特徴とするベルト定着装置。

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