JP5796711B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、記録媒体に画像を定着する定着装置、及び定着装置を備えた画像形成装置に関する。

プリンタ・複写機・ファクシミリなどの画像形成装置に対し、近年、省エネルギー化・高速化についての市場要求が強くなってきている。
画像形成装置では、電子写真記録・静電記録・磁気記録等の画像形成プロセスにより、画像転写方式もしくは直接方式により未定着トナー画像が記録媒体シート・印刷紙・感光紙・静電記録紙などの記録媒体に形成される。未定着トナー画像を定着させるための定着装置としては、熱ローラ方式、フィルム加熱方式、電磁誘導加熱方式等の接触加熱方式の定着装置が広く採用されている。

このような定着装置の一例として、ベルト方式の定着装置（例えば特許文献１参照）やセラミックヒータを用いたサーフ定着（フィルム定着）の定着装置（例えば特許文献２参照）が知られている。

ベルト方式の定着装置では、近年、さらなるウォームアップ時間（電源投入時など、常温状態から印刷可能な所定の温度（リロード温度）までに要する時間）や、ファーストプリント時間（印刷要求を受けた後、印刷準備を経て印字動作を行い排紙が完了するまでの時間）の短縮化が望まれている（課題１）。また、画像形成装置の高速化に伴い、単位時間あたりの通紙枚数が増え、必要熱量が増大しているため、特に連続印刷のはじめに熱量が不足する、いわゆる温度落ち込みが問題となっている（課題２）

一方、セラミックヒータを用いたサーフ定着方式では、ベルト方式の定着装置に比べ、低熱容量化，小型化が可能となるため、前記課題１の問題を解決することが可能である。しかしながら、サーフ定着方式は、ニップ部のみを局所加熱するため、その他の部分では加熱されておらず、ニップの用紙などの入口においてベルトは最も冷えた状態にあり、定着不良が発生しやすくなるという問題がある。特に、高速機においては、ベルトの回転が速く、ニップ部以外でのベルトの放熱が多くなるため、より定着不良が発生しやすくなるという問題がある（課題３）。

以上のような課題１〜３を解決するために、無端ベルトを用いる構成において、高生産の画像形成装置に搭載されても、良好な定着性を得ることができるようにした定着装置が提案されている（特許文献３参照）。

この定着装置は、図８に示すように、無端ベルト１００と、無端ベルト１００の内部に配設されたパイプ状の金属熱伝導体２００と、金属熱伝導体２００内に配設された熱源３００と、無端ベルト１００を介して金属熱伝導体２００に当接してニップ部Ｎを形成する加圧ローラ４００を備えている。加圧ローラ４００の回転により無端ベルト１００は連れ回りし、このとき、金属熱伝導体２００は無端ベルト１００の移動をガイドする。また、金属熱伝導体２００内の熱源３００により金属熱伝導体２００を介して無端ベルト１００が加熱されることで、無端ベルト１００全体を温めることを可能にしている。これにより、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ことが可能となっている。

しかしながら、さらなる省エネ性及びファーストプリントタイム向上のためには熱効率をより一層向上させる必要がある。そこで、無端ベルトを金属熱伝導体を介して間接的に加熱するのではなく、無端ベルトを（金属熱伝導体を介さずに）直接加熱する構成が提案されている（特許文献４参照）。

この構成では、図９に示すように、無端ベルト１００の内側から上記パイプ状の金属熱伝導体を取り除き、代わりに、加圧ローラ４００と対向する位置に板状のニップ形成部材５００を設けている。この構成の場合、ニップ形成部材５００を配設した箇所以外で無端ベルト１００を熱源３００によって直接加熱することができるので、伝熱効率が大幅に向上し消費電力が低減する。これにより、加熱待機時からのファーストプリントタイムをさらに短縮することが可能となる。また、金属熱伝導体を設けないことによるコストダウンも期待できる。

また、図１０に、無端ベルトを直接加熱するタイプの定着装置の別の構成を示す（特許文献５参照）。
図１０に示す定着装置は、ニップ形成部材５００を備えているが、ここでは、ニップ形成部材５００を構成するベースパッド５０１の表面に低摩擦性の摺動シート５０２を設けている。このように、ベースパッド５０１の表面に摺動シート５０２を設けることで、無端ベルト１００が回転する際、この摺動シート５０２に対し無端ベルト１００が摺動することにより、無端ベルト１００の摩耗や摩擦力による負荷が軽減される。

ところで、無端ベルトを用いた定着装置においては、無端ベルトが連れ回り回転すると、ニップ部よりも用紙搬送方向上流側では、無端ベルトがニップ部へと引き込まれることによる張り力が生じることが知られている。

このため、図９に示すように、ニップ形成部材５００によって無端ベルト１００をガイドする構成においては、回転時に無端ベルト１００がニップ形成部材５００の上流側のエッジに強く当たってしまい、無端ベルト１００が破損又は破断することがある。

また、図１０に示す定着装置では、ベースパッド５０１の表面に摺動シート５０２を設けているが、無端ベルト１００の回転時に、摺動シート５０２がベースパッド５０１のエッジに強く当たると、摺動シート５０２が摩耗する。そして、摺動シート５０２の機能が低下し、やがて無端ベルト１００がベースパッド５０１のエッジに当たるようになると、無端ベルト１００が破損又は破断するといった問題がある。

また、近年の省エネ性及びファーストプリントタイム向上のために、無端ベルトはさらに薄く形成される傾向にあり、特にこのようなベルトを用いた定着装置では、ベルトの強度低下により、上記のようなベルトの破損・破断の問題が発生する可能性が高くなる。

そこで、本発明は、斯かる事情に鑑み、ベルトの回転を円滑に維持しつつ、ベルトの破損又は破断を防止することが可能な定着装置、及びその定着装置を備えた画像形成装置を提供しようとするものである。

上記課題を解決するため、請求項１に係る本発明は、回転可能な無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトを加熱する加熱源と、前記定着ベルトの内側に配設されたニップ形成部材と、前記定着ベルトを介して前記ニップ形成部材と当接することにより定着ベルトとの間にニップ部を形成する対向回転体とを備え、未定着画像を担持した記録媒体を搬送して、当該記録媒体に未定着画像を定着する定着装置において、前記ニップ形成部材は、前記ニップ部の形状を決めるベースパッドを有し、前記ベースパッドは、前記定着ベルトを介して前記対向回転体と接触する接触面と、当該接触面から記録媒体搬送方向上流側に延在して、前記定着ベルトが摺動し、かつ、前記対向回転体とは接触しない延在面と、当該延在面から記録媒体搬送方向上流側に連続して設けられ、かつ、前記対向回転体とは接触しない曲面とを有し、前記接触面及び前記延在面をストレート状に形成し、前記定着ベルトは、非回転時には、前記曲面に接触しないことを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、ベースパッドが延在面を有しているので、定着ベルトを安定的かつ円滑に回転させ、ニップ部に進入させることができる。これにより、回転時における定着ベルトへの負荷を軽減することが可能となる。また、定着ベルトがベースパッドの曲面に接触した場合であっても、曲面は延在面と滑らかに連続して設けられていることにより、定着ベルトの摩耗を高度に抑制することが可能である。

このように、請求項１に係る発明によれば、回転時に生じる定着ベルトへの負荷と摩耗を抑制することができるので、定着ベルトの破損や破断を防止することができ、装置としての信頼性が向上する。

本発明に係る画像形成装置の実施の一形態を示す概略構成図である。 前記画像形成装置に搭載された定着装置の概略構成図である。 定着ベルトの端部の構成を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は定着ベルトの回転軸方向から見た側面図である。 ニップ部の拡大図である。 曲面の配設位置を説明するための図である。 他の実施形態に係る定着装置の概略構成図である。 ニップ部の拡大図である。 従来の定着装置の概略構成図である。 無端ベルトを直接加熱する従来の定着装置の概略構成図である。 無端ベルトを直接加熱する別の定着装置の概略構成図である。

以下、添付の図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の実施の形態を説明するための各図面において、同一の機能もしくは形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すことにより一度説明した後ではその説明を省略する。

まず、図１を参照して、本発明の実施の一形態に係る画像形成装置の全体構成及び動作について説明する。
図１に示す画像形成装置１は、カラーレーザープリンタであり、その装置本体の中央には、４つの作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋが設けられている。各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の異なる色の現像剤を収容している以外は同様の構成となっている。

具体的に、各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、潜像担持体としてのドラム状の感光体５と、感光体５の表面を帯電させる帯電装置６と、感光体５の表面にトナーを供給する現像装置７と、感光体５の表面をクリーニングするクリーニング装置８などを備える。なお、図１では、ブラックの作像部４Ｋが備える感光体５、帯電装置６、現像装置７、クリーニング装置８のみに符号を付しており、その他の作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃにおいては符号を省略している。

各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋの下方には、感光体５の表面を露光する露光装置９が配設されている。露光装置９は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラー等を有し、画像データに基づいて各感光体５の表面へレーザー光を照射するようになっている。

各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋの上方には、転写装置３が配設されている。転写装置３は、転写体としての中間転写ベルト３０と、一次転写手段としての４つの一次転写ローラ３１と、二次転写手段としての二次転写ローラ３６と、二次転写バックアップローラ３２と、クリーニングバックアップローラ３３と、テンションローラ３４、ベルトクリーニング装置３５を備える。

中間転写ベルト３０は、無端状のベルトであり、二次転写バックアップローラ３２、クリーニングバックアップローラ３３及びテンションローラ３４によって張架されている。ここでは、二次転写バックアップローラ３２が回転駆動することによって、中間転写ベルト３０は図の矢印で示す方向に周回走行（回転）するようになっている。

４つの一次転写ローラ３１は、それぞれ、各感光体５との間で中間転写ベルト３０を挟み込んで一次転写ニップを形成している。また、各一次転写ローラ３１には、図示しない電源が接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が各一次転写ローラ３１に印加されるようになっている。

二次転写ローラ３６は、二次転写バックアップローラ３２との間で中間転写ベルト３０を挟み込んで二次転写ニップを形成している。また、一次転写ローラ３１と同様に、二次転写ローラ３６にも図示しない電源が接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が二次転写ローラ３６に印加されるようになっている。

ベルトクリーニング装置３５は、中間転写ベルト３０に当接するように配設されたクリーニングブラシとクリーニングブレードを有する。このベルトクリーニング装置３５から伸びた図示しない廃トナー移送ホースは、図示しない廃トナー収容器の入り口部に接続されている。

プリンタ本体の上部には、ボトル収容部２が設けられており、ボトル収容部２には補給用のトナーを収容した４つのトナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋが着脱可能に装着されている。各トナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋと上記各現像装置７との間には、図示しない補給路が設けてあり、この補給路を介して各トナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋから各現像装置７へトナーが補給されるようになっている。

一方、プリンタ本体の下部には、記録媒体としての用紙Ｐを収容した給紙トレイ１０や、給紙トレイ１０から用紙Ｐを搬出する給紙ローラ１１等が設けてある。ここで、記録媒体には、普通紙以外に、厚紙、はがき、封筒、薄紙、塗工紙（コート紙やアート紙等）、トレーシングペーパ、ＯＨＰシート等が含まれる。また、図示しないが、手差し給紙機構が設けてあってもよい。

プリンタ本体内には、用紙Ｐを給紙トレイ１０から二次転写ニップを通過させて装置外へ排出するための搬送路Ｒが配設されている。搬送路Ｒにおいて、二次転写ローラ３６の位置よりも用紙搬送方向上流側には、二次転写ニップへ用紙Ｐを搬送する搬送手段としての一対のレジストローラ１２が配設されている。

また、二次転写ローラ３６の位置よりも用紙搬送方向下流側には、用紙Ｐに転写された未定着画像を定着するための定着装置２０が配設されている。さらに、定着装置２０よりも搬送路Ｒの用紙搬送方向下流側には、用紙を装置外へ排出するための一対の排紙ローラ１３が設けられている。また、プリンタ本体の上面部には、装置外に排出された用紙をストックするための排紙トレイ１４が設けてある。

続いて、図１を参照して、本実施形態に係るプリンタの基本的動作について説明する。
作像動作が開始されると、各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋにおける各感光体５が図示しない駆動装置によって図の時計回りに回転駆動され、各感光体５の表面が帯電装置６によって所定の極性に一様に帯電される。帯電された各感光体５の表面には、露光装置９からレーザー光がそれぞれ照射されて、各感光体５の表面に静電潜像が形成される。このとき、各感光体５に露光する画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの色情報に分解した単色の画像情報である。このように各感光体５上に形成された静電潜像に、各現像装置７によってトナーが供給されることにより、静電潜像はトナー画像として顕像化（可視像化）される。

また、作像動作が開始されると、二次転写バックアップローラ３２が図の反時計回りに回転駆動し、中間転写ベルト３０を図の矢印で示す方向に周回走行させる。そして、各一次転写ローラ３１に、トナーの帯電極性と逆極性の定電圧又は定電流制御された電圧が印加される。これにより、各一次転写ローラ３１と各感光体５との間の一次転写ニップにおいて転写電界が形成される。

その後、各感光体５の回転に伴い、感光体５上の各色のトナー画像が一次転写ニップに達したときに、上記一次転写ニップにおいて形成された転写電界によって、各感光体５上のトナー画像が中間転写ベルト３０上に順次重ね合わせて転写される。かくして中間転写ベルト３０の表面にフルカラーのトナー画像が担持される。また、中間転写ベルト３０に転写しきれなかった各感光体５上のトナーは、クリーニング装置８によって除去される。その後、図示しない除電装置によって各感光体５の表面が除電され、表面電位が初期化される。

画像形成装置の下部では、給紙ローラ１１が回転駆動を開始し、給紙トレイ１０から用紙Ｐが搬送路Ｒに送り出される。搬送路Ｒに送り出された用紙Ｐは、レジストローラ１２によってタイミングを計られて、二次転写ローラ３６と二次転写バックアップローラ３２との間の二次転写ニップに送られる。このとき二次転写ローラ３６には、中間転写ベルト３０上のトナー画像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加されており、これにより、二次転写ニップに転写電界が形成されている。

その後、中間転写ベルト３０の周回走行に伴って、中間転写ベルト３０上のトナー画像が二次転写ニップに達したときに、上記二次転写ニップにおいて形成された転写電界によって、中間転写ベルト３０上のトナー画像が用紙Ｐ上に一括して転写される。また、このとき用紙Ｐに転写しきれなかった中間転写ベルト３０上の残留トナーは、ベルトクリーニング装置３５によって除去され、除去されたトナーは図示しない廃トナー収容器へと搬送され回収される。

その後、用紙Ｐは定着装置２０へと搬送され、定着装置２０によって用紙Ｐ上のトナー画像が当該用紙Ｐに定着される。そして、用紙Ｐは、排紙ローラ１３によって装置外へ排出され、排紙トレイ１４上にストックされる。

以上の説明は、用紙上にフルカラー画像を形成するときの画像形成動作であるが、４つの作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋのいずれか１つを使用して単色画像を形成したり、２つ又は３つの作像部を使用して、２色又は３色の画像を形成したりすることも可能である。

次に、図２に基づき、上記定着装置２０の構成について説明する。
図２に示すように、定着装置２０は、回転可能な定着回転体としての定着ベルト２１と、定着ベルト２１に対向して回転可能に設けられた対向回転体としての加圧ローラ２２と、定着ベルト２１を加熱する加熱源としてのハロゲンヒータ２３と、定着ベルト２１の内側に配設されたニップ形成部材２４と、ニップ形成部材２４を支持する支持部材としてのステー２５と、ハロゲンヒータ２３から放射される光を定着ベルト２１へ反射する反射部材２６と、定着ベルト２１の温度を検知する温度検知手段としての温度センサ２７と、定着ベルト２１から用紙を分離する分離部材２８と、加圧ローラ２２を定着ベルト２１へ加圧する図示しない加圧手段等を備えている。

上記定着ベルト２１は、薄肉で可撓性を有する無端状のベルト部材（フィルムも含む）で構成されている。詳しくは、定着ベルト２１は、ニッケルもしくはＳＵＳ等の金属材料又はポリイミド（ＰＩ）などの樹脂材料で形成された内周側の基材と、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）又はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などで形成された外周側の離型層によって構成されている。また、基材と離型層との間に、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、又はフッ素ゴム等のゴム材料で形成された弾性層を介在させてもよい。

上記加圧ローラ２２は、芯金２２ａと、芯金２２ａの表面に設けられた発泡性シリコーンゴム、シリコーンゴム、又はフッ素ゴム等から成る弾性層２２ｂと、弾性層２２の表面に設けられたＰＦＡ又はＰＴＦＥ等から成る離型層２２ｃによって構成されている。加圧ローラ２２は、図示しない加圧手段によって定着ベルト２１側へ加圧され定着ベルト２１を介してニップ形成部材２４に当接している。この加圧ローラ２２と定着ベルト２１とが圧接する箇所では、加圧ローラ２２の弾性層２２ｂが押しつぶされることで、所定の幅のニップ部Ｎが形成されている。また、加圧ローラ２２は、プリンタ本体に設けられた図示しないモータ等の駆動源によって回転駆動するように構成されている。加圧ローラ２２が回転駆動すると、その駆動力がニップ部Ｎで定着ベルト２１に伝達され、定着ベルト２１が従動回転するようになっている。

本実施形態では、加圧ローラ２２を中実のローラとしているが、中空のローラであってもよい。その場合、加圧ローラ２２の内部にハロゲンヒータ等の加熱源を配設してもよい。また、弾性層が無い場合は、熱容量が小さくなり定着性が向上するが、未定着トナーを押しつぶ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光沢ムラが生じる可能性がある。これを防止するには、厚さ１００μｍ以上の弾性層を設けることが望ましい。厚さ１００μｍ以上の弾性層を設けることで、弾性層の弾性変形により微小な凹凸を吸収することができるので、光沢ムラの発生を回避することができるようになる。弾性層２２ｂはソリッドゴムでもよいが、加圧ローラ２２の内部に加熱源が無い場合は、スポンジゴムを用いてもよい。スポンジゴムの方が、断熱性が高まり定着ベルト２１の熱が奪われにくくなるのでより望ましい。また、定着回転体と対向回転体は、互いに圧接する場合に限らず、加圧を行わず単に接触させるだけの構成とすることも可能である。

上記ハロゲンヒータ２３は、それぞれの両端部が定着装置２０の側板（不図示）に固定されている。ハロゲンヒータ２３は、プリンタ本体に設けられた電源部により出力制御されて発熱するように構成されており、その出力制御は、上記温度センサ２７による定着ベルト２１の表面温度の検知結果に基づいて行われる。このようなヒータ２３の出力制御によって、定着ベルト２１の温度（定着温度）を所望の温度に設定できるようになっている。また、定着ベルト２１を加熱する加熱源として、ハロゲンヒータ以外に、ＩＨ、抵抗発熱体、又はカーボンヒータ等を用いてもよい。

上記ニップ形成部材２４は、ベースパッド２４１と、ベースパッド２４１の表面に設けられた摺動シート（低摩擦シート）２４０とを有する。ベースパッド２４１は、定着ベルト２１の軸方向又は加圧ローラ２２の軸方向に渡って長手状に配設されており、加圧ローラ２２の加圧力を受けてニップ部Ｎの形状を決めるものである。また、ベースパッド２４１は、ステー２５によって固定支持されている。これにより、加圧ローラ２２による圧力でニップ形成部材２４に撓みが生じるのを防止し、加圧ローラ２２の軸方向に渡って均一なニップ幅が得られるようにしている。なお、ステー２５は、ニップ形成部材２４の撓み防止機能を満足するために、ステンレスや鉄等の機械的強度が高い金属材料で形成することが望ましい。また、ベースパッド２４１も、強度確保のためにある程度硬い材料で構成されていることが望ましい。ベースパッド２４１の材料としては、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等の樹脂や、金属、あるいはセラミックなどを適用することができる。

また、ベースパッド２４１は、耐熱温度２００℃以上の耐熱性部材で構成されている。これにより、トナー定着温度域で、熱によるニップ形成部材２４の変形を防止し、安定したニップ部Ｎの状態を確保して、出力画質の安定化を図っている。ベースパッド２４１には、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの一般的な耐熱性樹脂を用いることが可能である。

摺動シート２４０は、ベースパッド２４１の少なくとも定着ベルト２１と対向する表面に配設されていればよい。これにより、定着ベルト２１が回転する際、この低摩擦シートに対し定着ベルト２１が摺動することで、定着ベルト２１に生じる駆動トルクが低減され、定着ベルト２１への摩擦力による負荷が軽減される。なお、摺動シートを有しない構成とすることも可能である。

上記反射部材２６は、ステー２５とハロゲンヒータ２３との間に配設されている。本実施形態では、反射部材２６をステー２５に固定している。反射部材２６の材料としては、アルミニウムやステンレス等が挙げられる。このように反射部材２６を配設していることにより、ハロゲンヒータ２３からステー２５側に放射された光が定着ベルト２１へ反射される。これにより、定着ベルト２１に照射される光量を多くすることができ、定着ベルト２１を効率良く加熱することが可能となる。また、ハロゲンヒータ２３からの輻射熱がステー２５等に伝達されるのを抑制することができるので、省エネルギー化も図れる。

また、本実施形態に係る定着装置２０は、さらなる省エネ性及びファーストプリントタイムなどの向上のために、種々の構成上の工夫が施されている。
具体的には、ハロゲンヒータ２３によって定着ベルト２１をニップ部Ｎ以外の箇所において直接加熱できるようにしている（直接加熱方式）。本実施形態では、ハロゲンヒータ２３と定着ベルト２１の図２の左側の部分の間に何も介在させないようにし、その部分においてハロゲンヒータ２３からの輻射熱を定着ベルト２１に直接与えるようにしている。

また、定着ベルト２１の低熱容量化を図るために、定着ベルト２１を薄くかつ小径化している。具体的には、定着ベルト２１を構成する基材、弾性層、離型層のそれぞれの厚さを、２０〜５０μｍ、１００〜３００μｍ、１０〜５０μｍの範囲に設定し、全体としての厚さを１ｍｍ以下に設定している。また、定着ベルト２１の直径は、２０〜４０ｍｍに設定している。さらに低熱容量化を図るためには、望ましくは、定着ベルト２１全体の厚さを０．２ｍｍ以下にするのがよく、さらに望ましくは、０．１６ｍｍ以下の厚さとするのがよい。また、定着ベルト２１の直径は、３０ｍｍ以下とするのが望ましい。

なお、本実施形態では、加圧ローラ２２の直径を２０〜４０ｍｍに設定しており、定着ベルト２１の直径と加圧ローラ２２の直径を同等となるように構成している。ただし、この構成に限定されるものではない。例えば、定着ベルト２１の直径が加圧ローラ２２の直径よりも小さくなるように形成してもよい。その場合、ニップ部Ｎにおける定着ベルト２１の曲率が加圧ローラ２２の曲率よりも小さくなるため、ニップ部Ｎから排出される記録媒体が定着ベルト２１から分離されやすくなる。

また、上記のように、定着ベルト２１を小径化した結果、定着ベルト２１の内側のスペースが小さくなるが、ステー２５を両端側において折り曲げられた凹状に形成し、その凹状に形成した部分の内側にハロゲンヒータ２３を収容することで、小さいスペース内でもステー２５やハロゲンヒータ２３の配設を可能にしている。

また、小さいスペース内でもステー２５をできるだけ大きく配設するために、ニップ形成部材２４を反対にコンパクトに形成している。具体的には、ベースパッド２４１の用紙搬送方向の幅を、ステー２５の用紙搬送方向の幅よりも小さく形成している。さらに、図２において、ベースパッド２４１の用紙搬送方向上流側端部２４ａ及び下流側端部２４ｂにおけるそれぞれのニップ部Ｎ又はその仮想延長線Ｅに対する高さをｈ１，ｈ２とし、上流側端部２４ａ及び下流側端部２４ｂ以外のベースパッド２４１の部分におけるニップ部Ｎ又はその仮想延長線Ｅに対する最大高さをｈ３とすると、ｈ１≦ｈ３、ｈ２≦ｈ３となるように構成している。このように構成することで、ベースパッド２４１の上流側端部２４ａと下流側端部２４ｂは、ステー２５の用紙搬送方向上流側及び下流側の各折り曲げ部と定着ベルト２１との間に介在しないので、各折り曲げ部を定着ベルト２１の内周面に近づけて配設することができる。これにより、定着ベルト２１内の限られたスペース内でステー２５をできるだけ大きく配設できるようになり、ステー２５の強度を確保することができるようになる。その結果、加圧ローラ２２によるニップ形成部材２４の撓みを防止でき、定着性の向上を図れる。

さらにステー２５の強度を確保するために、本実施形態では、ステー２５が、ニップ形成部材２４と接触し用紙搬送方向（図２の上下方向）に延在するベース部２５ａと、そのベース部２５ａの用紙搬送方向上流側と下流側の各端部から加圧ローラ２２の当接方向（図２の左側）に向かって延びる立ち上がり部２５ｂとを有するように構成している。すなわち、ステー２５に立ち上がり部２５ｂを設けることで、ステー２５が加圧ローラ２２の加圧方向に延在する横長の断面を有するようになり、断面係数が大きくなって、ステー２５の機械的強度を向上させることが可能となる。

また、立ち上がり部２５ｂを加圧ローラ２２の当接方向により長く形成する方が、ステー２５の強度が向上する。従って、立ち上がり部２５ｂの先端は、定着ベルト２１の内周面に対し、できる限り近接していることが望ましい。しかし、回転中、定着ベルト２１には大小なりとも振れ（挙動の乱れ）が生じるので、立ち上がり部２５ｂの先端を定着ベルト２１の内周面に近づけすぎると、定着ベルト２１が立ち上がり部２５ｂの先端に接触する虞がある。特に、本実施形態のように、薄い定着ベルト２１を用いている構成においては、定着ベルト２１の振れ幅が大きいので、立ち上がり部２５ｂの先端の位置設定には注意が必要である。

具体的に、本実施形態の場合、立ち上がり部２５ｂの先端と定着ベルト２１の内周面との加圧ローラ２２の当接方向の距離ｄは、少なくとも２．０ｍｍ、望ましくは３．０ｍｍ以上に設定するのが好ましい。一方、定着ベルト２１にある程度厚みがあって振れがほとんど無い場合は、上記距離ｄは０．０２ｍｍに設定することが可能である。なお、本実施形態のように、立ち上がり部２５ｂの先端に反射部材２６が取り付けられている場合は、反射部材２６が定着ベルト２１に接触しないように上記距離ｄを設定する必要がある。

このように、立ち上がり部２５ｂの先端を定着ベルト２１の内周面に対し可能な限り近接するように配設することで、立ち上がり部２５ｂを加圧ローラ２２の当接方向に長く配設することができる。これにより、小径の定着ベルト２１を用いた構成においても、ステー２５の機械的強度を向上させることが可能となる。

図３は、定着ベルトの端部の構成を示す図である。同図中、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は定着ベルトの回転軸方向から見た側面図を示す。なお、図３の（ａ）〜（ｃ）では、片側の端部の構成のみを図示しているが、反対側の端部も同様の構成となっているので、以下、図３に基づき片側の端部の構成についてのみ説明する。

図３の（ａ）又は（ｂ）に示すように、定着ベルト２１の端部にはベルト保持部材４０が挿入されており、このベルト保持部材４０によって定着ベルト２１の端部は回転可能に保持されている。図３の（ｃ）に示すように、ベルト保持部材４０はニップ部の位置（ニップ形成部材２４を配設した位置）で開口したＣ字形に形成されている。また、上記ステー２５の端部は、このベルト保持部材４０に固定され位置決めされている。

また、図３の（ａ）又は（ｂ）に示すように、定着ベルト２１の端面とそれに対向するベルト保持部材４０の対向面との間には、定着ベルト２１の端部を保護する保護部材としてのスリップリング４１が設けられている。これにより、定着ベルト２１に軸方向の寄りが生じた場合に、定着ベルト２１の端部がベルト保持部材４０に直接当接するのを防止することができ、端部の摩耗や破損を防ぐことができる。また、スリップリング４１は、ベルト保持部材４０に外周に対し余裕を持って嵌められている。このため、定着ベルト２１の端部がスリップリング４１に接触した際に、スリップリング４１は定着ベルト２１と連れ回り可能となっているが、スリップリング４１が連れ回りせず、静止していても構わない。スリップリング４１の材料としては、耐熱性に優れたいわゆるスーパーエンプラ、例えば、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ、ＰＡＩ、ＰＴＦＥ等を適用することが好ましい。

なお、図示省略するが、定着ベルト２１の軸方向両端部には、定着ベルト２１とハロゲンヒータ２３との間に、ハロゲンヒータ２３からの熱を遮蔽する遮蔽部材を配設している。これにより、特に、連続通紙時の定着ベルトの非通紙領域における過剰な温度上昇を抑制することができ、定着ベルトの熱による劣化や損傷を防止することができる。

以下、図２を参照しつつ、本実施形態に係る定着装置の基本動作について説明する。
プリンタ本体の電源スイッチが投入されると、ハロゲンヒータ２３に電力が供給されると共に、加圧ローラ２２が図２中の時計回りに回転駆動を開始する。これにより、定着ベルト２１は、加圧ローラ２２との摩擦力によって、図２中の反時計回りに従動回転する。

その後、上述の画像形成工程により未定着のトナー画像Ｔが担持された用紙Ｐが、不図示のガイド板に案内されながら図２の矢印Ａ１方向に搬送されて、圧接状態にある定着ベルト２１及び加圧ローラ２２のニップ部Ｎに送入される。そして、ハロゲンヒータ２３によって加熱された定着ベルト２１による熱と、定着ベルト２１と加圧ローラ２２との間の加圧力とによって、用紙Ｐの表面にトナー画像Ｔが定着される。

トナー画像Ｔが定着された用紙Ｐは、ニップ部Ｎから図２中の矢印Ａ２方向に搬出される。このとき、用紙Ｐの先端が分離部材２８の先端に接触することにより、用紙Ｐが定着ベルト２１から分離される。その後、分離された用紙Ｐは、上述のように、排紙ローラによって機外に排出され、排紙トレイにストックされる。

以下、本実施形態の特徴部分について説明する。
図４は、ニップ部の拡大図である。
図４に示すように、ベースパッド２４１の加圧ローラ２２側の面には、定着ベルト２１を介して加圧ローラ２２に接触するストレート状の接触面５０が設けられている。さらに、この接触面５０の用紙搬送方向上流側には、定着ベルト２１を介して加圧ローラ２２と当接しない延在面５１が延在して設けられている。延在面５１は、接触面５０と同一平面上のストレート状に形成されており、定着ベルト２１が図４の矢印の方向に回転すると、定着ベルト２１は、延在面５１に対し摺動シート２４０を介して摺動しつつニップ部Ｎへ進入するようになっている。すなわち、延在面５１は、定着ベルト２１を接触面５０へと案内するガイドとしての機能を有する。

なお、接触面５０と延在面５１は、ストレート状に形成される以外に、定着ベルト２１の内径側へ向かって窪んだ凹曲面状やその他の形状に形成してもよい。特に、接触面５０と延在面５１を凹曲面状に形成した場合は、ニップ部Ｎを通過した用紙の先端が加圧ローラ２２寄りに排出されるため、定着ベルト２１に対する用紙の分離性が向上し、ジャム等の搬送不良の発生を抑制できる利点がある。

延在面５１のさらに用紙搬送方向上流側には、曲面５２が連続して設けられている。この曲面５２は、定着ベルト２１の外径方向に凸状に形成されており、曲面５２と延在面５１との境界Ｂでは、角（エッジ）が形成されないように、曲面５２が延在面５１に対して滑らかに連続して形成されている。

このように、ベースパッド２４１は、加圧ローラ２２と接触する接触面５０と、接触面５０から用紙搬送方向上流側に延在する延在面５１と、延在面５１から用紙搬送方向上流側に滑らかに連続して設けられた曲面５２とを有する。また、これに倣って摺動シート２４０は配設されている。このため、摺動シート２４０も、ベースパッド２４１と同様に、ベースパッド２４１の接触面５０に対応するストレート状の接触面６０と、ベースパッド２４１の延在面５１に対応するストレート状の延在面６１と、ベースパッド２４１の曲面５２に対応する曲面６２を有している。

定着ベルト２１は、非回転時には、摺動シート２４０の曲面６２には接触しないようになっている。また、摺動シート２４０の曲面６２は、定着ベルト２１の理想の回転軌跡（ベルト挙動の乱れが無いとした場合の回転軌跡）に対し、接触しないように配設されている。従って、定着ベルト２１が回転しても、基本的に定着ベルト２１は摺動シート２４０の曲面６２とは接触しない。ただし、実際は、回転時における定着ベルト２１の挙動の乱れが多少はあると考えられるので、その挙動の乱れによっては、定着ベルト２１が摺動シート２４０の曲面６２に接触する場合もある。しかし、その場合であっても、摺動シート２４０は、ベースパッド２４１の形状に倣って、曲面６２が延在面６１と滑らかに連続しているので、定着ベルト２１の摩耗を高度に抑制することが可能である。また、ベースパッド２４１の曲面５２が延在面５１と滑らかに連続していることにより、摺動シート２４０がベースパッド２４１と接触することによる摩耗も高度に抑制することができる。

なお、定着ベルト２１が摺動シート２４０の曲面６２に接触したときの摺動負荷をより一層低減するには、ベースパッド２４１の曲面５２を、定着ベルト２１の理想の回転軌跡に近くなるように形成することが望ましい。

このように、本実施形態では、定着ベルト２１が回転すると、定着ベルト２１は摺動シート２４０の曲面６２とは基本的に非接触で、延在面６１に対しては摺動しつつニップ部Ｎへと進入する。すなわち、回転中の定着ベルト２１は、ベースパッド２４１によってストレート状の延在面５１からストレート状の接触面５０へと案内されるので、定着ベルト２１の挙動の乱れをニップ部Ｎの手前で抑えることができ、安定的かつ円滑な定着ベルト２１の回転を実現することが可能である。

また、回転時における定着ベルト２１の挙動の多少の乱れにより、定着ベルト２１が摺動シート２４０の曲面６２に接触しても、ベースパッド２４１の形状に倣って摺動シート２４０の曲面６２が延在面６１と滑らかに連続しているので、定着ベルト２１の摩耗を高度に抑制することができる。また、このとき、摺動シート２４０がベースパッド２４１に強く押し付けられたとしても、摺動シート２４０の摩耗も高度に抑制することが可能である。

なお、回転中の定着ベルト２１は、ベースパッド２４１の延在面５１と曲面５２の位置では加圧ローラ２２と接触しないようになっているので、定着ベルト２１がこれらの位置で加圧ローラ２２と接触することによる摩耗は生じない。

また、本実施形態では、回転中の定着ベルト２１が摺動シート２４０の曲面６２に対しより接触しにくくするように、ベースパッド２４１の配設位置を以下のように設定している。
図５に示す定着ベルト２１の回転軸方向から見た状態において、Ｃ字形のベルト保持部材４０の外周を通る真円又は略真円の仮想円を二点鎖線Ｄで表し、ニップ部Ｎの仮想延長線を二点鎖線Ｅで表すと、その仮想円Ｄと仮想延長線Ｅとで囲まれた領域内であって、かつ、仮想円Ｄと仮想延長線Ｅから離れた位置に、ベースパッド２４１の曲面５２を配設するようにしている。これにより、定着ベルト２１が摺動シート２４０の曲面６２に対しより接触しにくくなり、定着ベルト２１が曲面６２に接触することによる摺動負荷や摩耗をより確実に抑制することが可能となる。

図６は、本発明を適用した他の実施形態の定着装置の構成を示す図、図７は、その定着装置のニップ部の拡大図である。
図６に示す定着装置２０は、加熱源としてのハロゲンヒータ２３を３本備えている。この場合、ハロゲンヒータ２３ごとに発熱領域を異ならせることで、種々の幅の用紙幅に対応した範囲で定着ベルト２１を加熱することが可能となっている。また、この場合、ニップ形成部材２４を囲むように板金２５０が設けられており、この板金２５０を介してニップ形成部材２４はステー２５に支持されている。それ以外の構成については、上記図２に示す実施形態の構成と基本的に同様である。

すなわち、この実施形態においても、図７に示すように、ベースパッド２４１は、上記と同様の接触面５０と延在面５１と曲面５２とを有しており、定着ベルト２１の安定的かつ円滑な回転の実現と、定着ベルト２１の摩耗の抑制を達成することができる。なお、図６において、ｈ１、ｈ２、ｈ３は、上記と同様のベースパッド２４１における各高さであり、この実施形態においても、小さいスペース内でステー２５をできるだけ大きく配設するために、ｈ１≦ｈ３、ｈ２≦ｈ３となるように構成されている。

以上のように、本発明によれば、ベースパッド２４１の延在面５１によって定着ベルト２１をガイドすることにより、定着ベルト２１の両端部以外ではニップ形成部材２４以外にガイド部材を設けていない構成においても、定着ベルト２１を安定的かつ円滑に回転させることができるようになる。これにより、回転時における定着ベルト２１への負荷を軽減することが可能となる。また、定着ベルト２１が（摺動シート２４０を介して）ベースパッド２４１の曲面５２に接触した場合であっても、曲面５２は延在面５１と滑らかに連続していることにより、定着ベルト２１（及び摺動シート２４０）の摩耗を高度に抑制することが可能である。

このように、本発明によれば、回転時に生じる定着ベルト２１への負荷と摩耗を抑制することができるので、定着ベルト２１の破損や破断を防止することができ、装置としての信頼性が向上する。特に、上記実施形態のように、低熱容量化のために定着ベルト２１を薄くした構成においては、定着ベルト２１の強度が低下するので、このような構成の定着装置に本発明の構成を適用することにより大きな効果を期待できる。

また、本発明によれば、ニップ形成部材２４によるコンパクトなガイドによって定着ベルト２１を安定的かつ円滑に回転させることができるので、ガイド部材への無駄な熱量の消費が抑えられ、定着装置全体としてのさらなる低熱容量化を図ることができる。また、大きなガイドを設けなくてもよいため、ステー２５の用紙搬送方向上流側及び下流側の部分と定着ベルト２１の内周面にとの間に、何も介在させないように（互いに直接対向するように）構成することができる。これにより、ステー２５を、用紙搬送方向上流側及び下流側において定着ベルト２１の内周面に近づけて配設することが可能となり、定着ベルト２１内の限られたスペース内でステー２５をできるだけ大きく配設することができるようになる。その結果、上記各実施形態のように、低熱容量化のため定着ベルト２１を小径化した構成においても、ステー２５の強度を確保することができるようになり、加圧ローラ２２によるニップ形成部材２４の撓みを防止でき、定着性の向上を図れるようになる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態のように、省エネ性などの向上のために定着ベルトを薄く小径化した定着装置に限定されるものではない。また、本発明に係る定着装置は、図１に示すカラーレーザープリンタに限らず、モノクロ画像形成装置や、その他のプリンタ、複写機、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等に搭載することも可能である。また、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

２０ 定着装置
２１ 定着ベルト
２２ 加圧ローラ（対向回転体）
２３ ハロゲンヒータ（加熱源）
２４ ニップ形成部材
２５ ステー（支持部材）
４０ ベルト保持部材
５０ 接触面
５１ 延在面
５２ 曲面
２４０ 摺動シート
２４１ ベースパッド
Ｄ ベルト保持部材の外周を通る仮想円
Ｅ ニップ部の仮想延長線
ｈ１ ベースパッドの上流側端部におけるニップ部の仮想延長線に対する高さ
ｈ２ ベースパッドの下流側端部におけるニップ部の仮想延長線に対する高さ
ｈ３ 上流側端部及び下流側端部以外のベースパッドの部分におけるニップ部の仮想延長線に対する最大高さ
Ｎ ニップ部
Ｐ 用紙（記録媒体）

特開２００４−２８６９２２号公報 特許第２８６１２８０号公報 特開２００７−３３４２０５号公報 特開２００７−２３３０１１号公報 特開２０１０−２６２５６号公報

Claims (11)

1. 回転可能な無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトを加熱する加熱源と、前記定着ベルトの内側に配設されたニップ形成部材と、前記定着ベルトを介して前記ニップ形成部材と当接することにより定着ベルトとの間にニップ部を形成する対向回転体とを備え、未定着画像を担持した記録媒体を搬送して、当該記録媒体に未定着画像を定着する定着装置において、
   前記ニップ形成部材は、前記ニップ部の形状を決めるベースパッドを有し、
   前記ベースパッドは、前記定着ベルトを介して前記対向回転体と接触する接触面と、
   当該接触面から記録媒体搬送方向上流側に延在して、前記定着ベルトが摺動し、かつ、前記対向回転体とは接触しない延在面と、
   当該延在面から記録媒体搬送方向上流側に連続して設けられ、かつ、前記対向回転体とは接触しない曲面とを有し、
   前記接触面及び前記延在面をストレート状に形成し、
   前記定着ベルトは、非回転時には、前記曲面に接触しないことを特徴とする定着装置。
2. 回転可能な無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトを加熱する加熱源と、前記定着ベルトの内側に配設されたニップ形成部材と、前記定着ベルトを介して前記ニップ形成部材と当接することにより定着ベルトとの間にニップ部を形成する対向回転体とを備え、未定着画像を担持した記録媒体を搬送して、当該記録媒体に未定着画像を定着する定着装置において、
   前記ニップ形成部材は、前記ニップ部の形状を決めるベースパッドを有し、
   前記ベースパッドは、前記定着ベルトを介して前記対向回転体と接触する接触面と、
   当該接触面から記録媒体搬送方向上流側に延在して、前記定着ベルトが摺動し、かつ、前記対向回転体とは接触しない延在面と、
   当該延在面から記録媒体搬送方向上流側に連続して設けられ、かつ、前記対向回転体とは接触しない曲面とを有し、
   前記接触面及び前記延在面を前記定着ベルトの内径側に向かって窪んだ凹曲面状に形成し、
   前記定着ベルトは、非回転時には、前記曲面に接触しないことを特徴とする定着装置。
3. 前記ニップ形成部材は、前記ベースパッドの少なくとも前記定着ベルトと対向する表面に配設された摺動シートを有する請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記加熱源は、前記定着ベルトの内周面に直接対向して配設された請求項１から３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 前記曲面を前記定着ベルトの外径方向に凸状に形成した請求項１から４のいずれか１項に記載の定着装置。
6. 前記定着ベルトの端部を回転可能に保持するベルト保持部材を備え、
   前記ベルト保持部材は、ニップ部の位置で開口したＣ字形に形成されており、
   前記定着ベルトの回転軸方向から見て、前記曲面を、ベルト保持部材の外周を通る仮想円と、ニップ部の仮想延長線とで囲まれた領域内であって、かつ、前記仮想円と前記仮想延長線から離れた位置に配設した請求項１から５のいずれか１項に記載の定着装置。
7. 前記ニップ形成部材を支持する支持部材を備え、
   前記支持部材の記録媒体搬送方向上流側及び下流側の部分は、定着ベルトの内周面に直接対向して配設された請求項１から６のいずれか１項に記載の定着装置。
8. 前記支持部材を凹状に形成し、当該凹状に形成した部分の内側に前記加熱源を収容するように配設した請求項７に記載の定着装置。
9. 前記ベースパッドの記録媒体搬送方向の幅を、前記支持部材の記録媒体搬送方向の幅よりも小さく形成した請求項７又は８に記載の定着装置。
10. 前記ベースパッドの記録媒体搬送方向上流側端部及び下流側端部におけるそれぞれのニップ部又はその仮想延長線に対する高さをｈ１，ｈ２とし、前記上流側端部及び下流側端部以外のベースパッドの部分における前記ニップ部又はその仮想延長線に対する最大高さをｈ３とすると、ｈ１≦ｈ３、ｈ２≦ｈ３となるように構成した請求項１から９のいずれか１項に記載の定着装置。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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