JP2010256714A

JP2010256714A - 定着装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JP2010256714A
Application number: JP2009108136A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Fukaya; 守深谷
Original assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Current assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2009-04-27
Publication date: 2010-11-11

Abstract

【課題】一対のベルトを用いたベルト定着方式の定着ニップにおいてニップ圧が部分的に低下することを防止する。
【解決手段】第１入口側ローラ３３と第１出口側ローラ３４とに巻き掛けられた第１ベルト３１は、両ローラ３３及び３４間に跨るベルト部分が外側に膨出する湾曲状態を維持して走行する剛性を有し、第２入口側ローラ３５と第２出口側ローラ３６とに巻き掛けられた第２ベルト３２のベルト走行部分に圧接されて定着ニップが形成される。定着ニップの入口部は、第１入口側ローラ３３と第２入口側ローラ３５のそれぞれから離れた第１ベルト３１及び第２ベルト３２の中間部に存在し、出口部は第１ベルト３１及び第２ベルト３２が第１出口側ローラ３４及び第２出口側ローラ３６によって圧接されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、記録シート上に形成された未定着画像を記録シートに熱定着させる定着装置及びこれを備えた画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの複合機等の画像形成装置では、通常、画像データに対応したトナー画像を形成して記録シートに転写し、転写されたトナー画像を定着装置によって記録シートに定着させる構成になっている。定着装置としては、一対のローラに巻き掛けられた加熱ベルトと、一対のローラに巻き掛けられた加圧ベルトとを用いて定着ニップを形成するベルト定着方式が提案されている。

ベルト定着方式では、通常、加熱ベルトが巻き掛けられた一対の加熱側ローラのそれぞれと、加圧ベルトが巻き掛けられた一対の加圧側ローラのそれぞれとを、加熱ベルト及び加圧ベルトを介して相互に対向させて、対向する加熱側ローラ及び加圧側ローラ同士を相互に押圧することにより、加熱ベルト及び加圧ベルトにおける相互に対向したベルト走行部分の間に定着ニップを形成している。

トナー画像が転写された記録シートは、記録シート進入側（入口側）の加熱側ローラ及び加圧側ローラによって相互に圧接された状態の加熱ベルト及び加圧ベルトの間の定着ニップの入口部を通過して、相互に圧接されたベルト走行部分で形成されたフリーニップ部内に進入し、このフリーニップ部内を通過した後に、記録シート排出側の加熱側ローラ及び加圧側ローラによって相互に圧接された加熱ベルト及び加圧ベルトの間の出口部を通過して、定着ニップから排出される。記録シートが定着ニップを通過する間に、トナー画像が加熱ベルトによって加熱されるとともに記録シートに加圧されることによって記録シートに定着される。

このようなベルト定着方式の定着装置では、トナー画像を加熱する加熱ベルトの熱容量が小さいために、加熱ベルトを所定の加熱温度に上昇させるためのウォーミングアップを短時間で行うことができ、省電力化が可能であり、高速での定着動作が可能になる。
このような定着ニップにおけるニップ圧の分布を図８に示す。定着ニップにおける入口部では、加熱ベルト及び加圧ベルトが、加熱側ローラ及び加圧側ローラによって相互に圧接されているためにニップ圧が高くなっているが、加熱側ローラ及び加圧側ローラによる押圧力が付加されないフリーニップ部では、入口部よりもニップ圧が大幅に低下している。

特に、フリーニップ部における入口部及び出口部にそれぞれ隣接する部分では、入口部及び出口部のそれぞれにおいて、加熱側ローラ及び加圧側ローラによって加熱ベルト及び加圧ベルトが高圧力で圧接されることにより、加熱ベルト及び加圧ベルト同士の圧接力が緩和された圧抜け状態になっている。
このような圧力分布の定着ニップでは、加熱側ローラ及び加圧側ローラによって高ニップ圧になっている入口部を通過した記録シートがフリーニップ部内に進入すると、記録シートに加わるニップ圧が急激に低下するために、周回移動している加熱ベルト及び加圧ベルトと記録シートとが一体となって移動しないことによって、両者の間に速度差が生じるおそれがある。

この場合、記録シート上のトナーは、定着ニップの入口部における高ニップ圧によって加熱ベルトに付着し、その後に、ニップ圧が低くなる圧抜けが生じることにより、加熱ベルトは記録シートとの圧接が解消され、直進する記録シートに対して湾曲状態になり、加熱ベルトに付着したトナー位置が、記録シートに対して当初に付着した位置からずれるおそれがある。これにより、記録シート上のトナー画像の一部のトナーがずれた状態になる画像ずれが発生する。

フリーニップ部の出口部近傍においても圧抜けが生じることによって、記録シート上のトナー画像に画像ずれが生じるおそれがある。
特許文献１には、定着ベルト（加熱ベルト）及び加圧ベルトがそれぞれ巻き掛けられた出口側の各ローラによって定着ベルトと加圧ベルトとを相互に圧接させた状態で入口側の各ローラを相互に離間させることにより、記録シートの搬送方向上流側において定着ベルトと加圧ベルトとを相互に離間させるとともに、出口側の各ローラの近傍における定着ベルト及び加圧ベルトの内周面を、所定の長さにわたってパッドによって押圧してニップ圧を確保する構成の定着装置が開示されている。

このような構成の定着装置では、記録シートが進入する定着ニップの入口部では、ローラによってベルト同士が圧接されていないために、定着ニップの入口部近傍においてニップ圧が急激に低下する圧抜けが生じることを防止できる。

特開２００７−７８９９８号公報

特許文献１に開示された定着装置では、定着ベルト及び加圧ベルトのそれぞれは、ニップ圧を確保するために、各パッドによって高圧力が加えられた状態で摺動しており、各パッドと各ベルトとの間に大きな摩擦力が発生するので、定着ベルト及び加圧ベルトをそれぞれ所定の速度で周回移動させるために大きな駆動力が必要になる。このため、定着ベルト及び加圧ベルトのそれぞれを駆動させるためのエネルギーが増大する。また、各ベルトとパッドとの摩擦力によって摩耗が促進されるために、各ベルトは早期に耐久性が低下し、各ベルトを長期にわたって安定的に使用することができなくなるおそれもある。

さらに、パッドによるニップの出口部の近傍では、各パッドを各ローラのそれぞれに近接して配置することにも限界があるために、各パッドによって押圧することができない。このために、パッドによるニップの出口部において、各パッドで押圧されない部分が生じる。この各パッドで押圧されない部分は、各ローラによって定着ベルト及び加圧ベルト同士が高圧力で圧接された部分の入口側に隣接しているために、ニップ圧が急激に低下した圧抜けが発生する（特許文献１の図３参照）。これにより、前述したように、定着ベルトと記録シートとが一体となって搬送されず、定着されるトナー画像に画像ずれが発生するおそれがある。

本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、一対のベルトを用いたベルト定着方式において、記録シート上のトナー画像に画像ずれが生じることを防止できるとともに、ベルトを周回移動させるために大きな駆動力を必要とせず、しかも、ベルトを長期にわたって安定的に使用することができる定着装置及びこれを備える画像形成装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、一対の第１ローラに周回移動可能に巻き掛けられた第１ベルトと、一対の第２ローラに周回移動可能に巻き掛けられた第２ベルトとが圧接されて定着ニップが形成されており、当該定着ニップを記録シートが通過することによって、当該記録シート上の未定着画像を熱圧着により定着する定着装置であって、前記第１ベルトは、前記第２ベルトと圧接しない状態に置いたとすれば、前記一対の第１ローラ間に跨るベルト部分が外側に膨出した湾曲状態なる程度の剛性を有しており、前記定着ニップの記録シート進入側の端部は、前記第１ベルトおよび前記第２ベルトのそれぞれにおける各第１ローラおよび各第２ローラから離れた中間部に存在し、一方、前記定着ニップの記録シート排出側の端部は、前記第１ベルトおよび前記第２ベルトのそれぞれにおける排出側に位置する第１ローラおよび第２ローラに巻き付いている部位に存在することを特徴とする。

また、本発明に係る画像形成装置は、前記定着装置が定着部として設けられていることを特徴とする。

本発明の定着装置では、剛性を有する第１ベルトの外側に膨出したベルト走行部分と、第２ベルトのベルト走行部分とが相互に圧接されて定着ニップが形成されており、しかも、定着ニップの記録シート進入側の端部（入口部）が、第１ベルト部分及び第２ベルト部分のそれぞれにおける第１ローラ及び第２ローラから離れた中間部に存在しているために、定着ニップの入口部においてニップ圧が急激に低下する圧抜けが発生するおそれがない。

また、定着ニップの記録シート排出側の端部（出口部）が、第１ベルト及び第２ベルトのそれぞれにおける端部側の第１ローラと第２ローラに巻き掛けられた部位に存在しているが、剛性を有する第１ベルトと第２ベルトとが圧接されているために、定着ニップにおける出口部に隣接する部分においても、ニップ圧が急激に低下することを抑制することができる。その結果、記録シート上のトナー画像に画像ずれが発生することを防止することができる。

さらに、第１ベルト自体の剛性を利用して第１ベルトが第２ベルトに圧接されることによって定着ニップ部が形成されているために、定着ニップ部におけるニップ圧を高めるために各ベルトに摺接するような部材を設ける必要がない。これにより、第１ベルト及び第２ベルトを周回移動させるために大きな駆動力を必要とせず、第１ベルト及び第２ベルトを駆動させるためのエネルギーを低減することができる。また、第１ベルト及び第２ベルトの内周面における摩耗を抑制することができるために、長期にわたって安定的に使用することもできる。

好ましくは、前記第２ベルトは、前記第１ベルトと圧接しない状態に置いたとすれば、前記一対の第２ローラ間に跨るベルト部分が平行になることを特徴とする。
好ましくは、前記第２ベルトは、前記第１ベルトと圧接しない状態に置いたとすれば、前記一対の第２ローラ間に跨るベルト部分が外側に膨出した湾曲状態になる程度の剛性を有していることを特徴とする。

好ましくは、前記第２ベルトは、前記第１ベルトが圧接されることによって凹状に窪むことを特徴とする。
好ましくは、前記第１ベルト及び前記第２ベルトにおける相互に圧接された部分が平坦になることを特徴とする。
好ましくは、前記定着ニップ部に、前記第１ベルトが前記第２ベルトに接離する方向に振動することを抑制する振動抑制手段が設けられていることを特徴とする。

好ましくは、前記振動抑制手段は、前記第２ベルトが前記第１ベルトに接するように、前記第２ベルトの内周面を案内する第２ベルト側ガイド体を有することを特徴とする。
好ましくは、前記振動抑制手段は、前記第１ベルトの内周面を案内する第１ベルト側ガイド体をさらに有することを特徴とする。
好ましくは、前記定着ニップにおける記録シートの搬送域の両側に、前記第１ベルト及び前記第２ベルトの両側の側縁部がそれぞれ位置しており、前記第１ベルト側ガイド体及び前記第２ベルト側ガイド体のそれぞれは、前記第１ベルトおよび第２ベルトにおける当該側縁部を案内することを特徴とする。

好ましくは、前記第１ベルト側ガイド体及び前記第２ベルト側ガイド体のそれぞれは、前記第１ベルト及び前記第２ベルトの移動に追従して回転する回転体であることを特徴とする。

本発明の実施形態に係る定着装置が定着部として搭載されたプリンタの全体の概略構成を示す模式図である。そのプリンタに定着部として備えられた本発明の実施形態に係る定着装置の構成を説明するための模式図である。その定着装置に使用される第１ベルトの構成を説明するための模式図である。その定着装置の要部の構成を示す斜視図である。その定着装置における定着ニップのニップ圧の分布を示すグラフである。本発明の他の実施形態に係る定着装置の構成を説明するための模式図である。本発明のさらに他の実施形態に係る定着装置の構成を説明するための模式図である。従来の定着装置における定着ニップのニップ圧分布を示すグラフである。

以下、本発明に係る定着装置及び画像形成装置の実施の形態について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の実施の形態に係る定着装置が備えられた画像形成装置の一例であるプリンタの構成を示す概略図である。このプリンタは、記録用紙、ＯＨＰシート等の記録シート上にモノクロのトナー画像を形成する。

図１に示す画像形成装置は、矢印Ａで示す方向に回転駆動される感光体ドラム１１を有しており、感光体ドラム１１の周囲には、電子写真方式によってトナー画像を記録シートＳ上に形成するための帯電装置１２、露光装置１３、現像装置１４、転写ローラ１５が、周回移動方向に沿って、その順番で設けられている。
このプリンタでは、図示しない制御部において、外部機器から入力される画像データがレーザダイオードの駆動信号に変換され、その駆動信号によって、露光装置１３に設けられたレーザダイオードが駆動される。これにより、露光装置１３からは画像データに応じたレーザ光Ｌが感光体ドラム１1の表面に照射される。感光体ドラム１1の表面は、予め帯電装置１２によって所定電位に帯電されており、露光装置１３から照射されるレーザ光Ｌにて露光されることよって、感光体ドラム１１の表面上に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置１４においてトナーによって現像されてトナー画像として可視化される。

感光体ドラム１１の下方には、記録用紙、ＯＨＰシート等の記録シートＳを複数枚収容できる記録シートカセット２１が設けられており、給紙ローラ２２によって記録シートカセット２１内の記録シートＳが１枚ずつ繰り出される。記録シートカセット２１から繰り出された記録シートＳは、タイミングローラ対２３を介して感光体ドラム１１に向って搬送される。

感光体ドラム１１の側方には矢印Ｂ方向に回転する転写ローラ１５が、感光体ドラム１１に圧接した状態で設けられており、記録シートＳは、転写ローラ１５と感光体ドラム１１との圧接によって形成された転写ニップ部を通過する。転写ニップ部を記録シートＳが通過する際には、転写ローラ１５に印加された転写電圧にて発生する転写電界の作用により、感光体ドラム１１上に形成されたトナー画像が記録シートＳ上に転写される。トナー画像が転写された記録シートＳは、剥離爪１６によって感光体ドラム１１から剥離されて定着装置３０へ搬送される。

定着装置３０は、それぞれが周回移動するエンドレスの第１ベルト３１及び第２ベルト３２を有しており、第１ベルト３１及び第２ベルト３２が相互に圧接されることによって定着ニップが形成されている。第１ベルト３１及び第２ベルト３２における周回移動域の内部には、ヒータランプ３７がそれぞれ設けられている。各ヒータランプ３７は、サーミスタ３９にて計測される第１ベルト３１の表面温度に基づいて、当該表面温度が所定温度になるように制御される。

定着装置３０に搬送される記録シートＳの未定着のトナー画像は、各ヒータランプ３７によって表面が所定温度に加熱されて周回移動する第１ベルト３１及び第２ベルト３２が相互に圧接されることにより形成された定着ニップを記録シートＳが通過する間に、加熱及び加圧（熱圧着）されることにより、記録シートＳ上に定着される。トナー画像が定着された記録シートＳは、剥離爪３８によって第１ベルト３１の外周面から剥離されて、排紙ローラ２４に向って搬送され、排紙ローラ２４によって排紙トレイ１９上へ排出される。

なお、トナー画像が転写された後の感光体ドラム１１は、クリーナー１７によって表面に残留するトナーが除去された後に、イレーサ１８によって残留電荷が消去される。残留電荷が消去された感光体ドラム１１は、次の画像形成の指示によって、帯電装置１２にて表面が帯電され、上述した動作と同様の動作が繰り返されることによってトナー画像が記録シート上に形成される。

図２は、定着装置３０の具体的構成を説明するための模式図である。第１ベルト３１は、記録シートＳの搬送方向上流側に位置する第１入口側ローラ３３と、記録シートＳの搬送方向下流側に位置する第１出口側ローラ３４とに巻き掛けられており、第２ベルト３２は、記録シートＳの搬送方向上流側に位置する第２入口側ローラ３５と、記録シートＳの搬送方向下流側に位置する第２出口側ローラ３６とに巻き掛けられている。

図３は、第１入口側ローラ３３及び第１出口側ローラ３４に巻き掛けられた第１ベルト３１を第２ベルト３２に圧接した状態に組み立てる前に、第２ベルト３２から離間させて、第１入口側ローラ３３及び第１出口側ローラ３４以外の部材に接触させていない状態に置いた場合の模式図である。第１ベルト３１は、引っ張り力が加えられていない自然状態では、横断面円形状の円筒状になるが、図３に示すように、第１入口側ローラ３３及び第１出口側ローラ３４に、所定の引っ張り力（ベルトテンション）が加えられた状態で巻き掛けられることによって、横断面が略楕円形の筒状を維持して周回移動するように、所定の剛性（可撓性）を有している。

第１ベルト３１が巻き掛けられた第１入口側ローラ３３及び第１出口側ローラ３４は、相互に等しい半径ｒを有しており、それぞれの軸心が間隔（軸間距離）Ｄをあけた状態で配置されている。軸間距離Ｄは、第１ベルト３１の周長をＬとすると、Ｌ＞２Ｄ＋２πｒの関係になっている。従って、第１入口側ローラ３３と第１出口側ローラ３４との間において相互に対向した状態で相反する方向に走行する一対のベルト走行部分が、ベルトテンションが加えられる前の円筒状態に戻ろうとする力（復元力）により、第１入口側ローラ３３及び第１出口側ローラ３４の共通接線Ｌ１よりもそれぞれ同じ最大突出量（撓み量）δで外側に膨らんだ湾曲状態になる。

図２に示すように、第２ベルト３２は、相互に等しい半径ｒを有する第２入口側ローラ３５及び第２出口側ローラ３６に巻き掛けられている。第２入口側ローラ３５及び第２出口側ローラ３６は、記録シートＳの搬送方向に沿うように、垂直方向（Ｙ軸方向）に並んだ状態で、所定の軸間距離をあけて配置されている。記録シートＳは、第２ベルト３２における第１ベルト３１に近接した一方のベルト走行部分に沿って上方に向って搬送される。

第２ベルト３２は、第１ベルト３１よりも低い剛性になっており、第２入口側ローラ３５と第２出口側ローラ３６とに巻き掛けられることによって、第２入口側ローラ３５及び第２出口側ローラ３６の間の各ベルト走行部分は、それぞれ、所定の引っ張り力（ベルトテンション）が加えられた状態となり、第１ベルト３１と圧接しない状態に置いた場合に、第２入口側ローラ３５及び第２出口側ローラ３６の共通接線に沿って走行する。

第１ベルト３１が巻き掛けられた第１出口側ローラ３４は、第２出口側ローラ３６に対して水平方向（Ｘ軸方向）に並んだ状態で配置されており、第２出口側ローラ３６は、第１出口側ローラ３４との間を通過する第１ベルト３１及び第２ベルト３２が高圧力で相互に圧接されるように、図示しない付勢手段によって、第１出口側ローラ３４に向って押圧されている。

これに対して、記録シートＳの搬送方向上流側において、第１ベルト３１が巻き掛けられた第１入口側ローラ３３は、第２ベルト３２が巻き掛けられた第２入口側ローラ３５に対して所定の間隔をあけた状態で配置されており、第１入口側ローラ３３に沿って巻き掛けられたベルト走行部分と第２入口側ローラ３５に沿って巻き掛けられたベルト走行部分とは、相互に離間した状態になっている。

第１ベルト３１は、第２ベルト３２に向って膨出するベルト走行部分が、第１入口側ローラ３３に沿って巻き付けられた部分から離れた中間部において第２ベルト３２との圧接を開始しており、その圧接の開始位置が定着ニップにおける記録シートＳが進入する入口部になっている。本実施形態では、第１ベルト３１が第２ベルト３２との圧接を開始する定着ニップの入口部は、第２ベルト３２のベルト走行部分における中央よりも、若干、第２入口側ローラ３５寄りの位置になっている。

第１ベルト３１と第２ベルト３２との圧接は、第１出口側ローラ３４及び第２出口側ローラ３６の間を通過するまで連続しており、従って、定着ニップも、第１出口側ローラ３４及び第２出口側ローラ３６の間を通過するまで連続している。
第１ベルト３１は、例えば、第１出口側ローラ３４が駆動モータ（図示せず）によって回転駆動されることによって、図２に矢印Ｍで示す方向に周回移動する。第１ベルト３１に圧接された第２ベルト３２は、第１ベルト３１の周回移動に追従して、図２に矢印Ｎで示す方向（第１ベルト３１の周回移動方向とは反対方向）に周回移動するようになっている。

なお、このように、第１出口側ローラ３４の回転駆動によって第１ベルト３１を周回駆動させて、第１ベルト３１に追従させて第２ベルト３２を周回移動させる構成に限らず、第２出口側ローラ３６を駆動モータによって回転させて第２ベルト３２を周回移動させて、この第２ベルト３２の周回移動に追従させて第１ベルト３１を周回移動させる構成、第１入口側ローラ３３及び第２入口側ローラ３５をそれぞれ回転駆動させて、第１ベルト３１及び第２ベルと３２をそれぞれ周回移動させる構成、第１入口側ローラ３３と第１出口側ローラ３４の両方または第２入口側ローラ３５と第２出口側ローラ３６の両方を回転駆動させる構成、さらには、４つのローラ３３〜３６の全てを回転駆動させる構成としてもよい。

記録シートＳは、第２ベルト３２の下部において第１ベルト３１と離間した状態で対向するベルト走行部分に沿って搬送されて、第１ベルト３１と第２ベルト３２とが相互に圧接されることによって形成された定着ニップの入口部を通って、第１ベルト３１と第２ベルト３２とが相互に圧接されたフリーニップ部内に進入する。従って、定着ニップの入口部がフリーニップ部の入口部になっている。記録シートＳは、フリーニップ部を通過して、第１出口側ローラ３４及び第２出口側ローラ３６によって第１ベルト３１と第２ベルト３２とが高圧力で圧接された出口部を通って、定着ニップから排出される。

第１ベルト３１の周回移動域の内部には、直線状に形成された円柱状のヒータランプ３７が、第１入口側ローラ３３及び第１出口側ローラ３４に平行な状態で配置されている。ヒータランプ３７は、周回移動する第１ベルト３１を所定温度に加熱する。また、第２ベルト３２の周回移動域の内部にも、直線状に形成された円柱状のヒータランプ３７が、第２入口側ローラ３５及び第２出口側ローラ３６に平行な状態で配置されている。このヒータランプ３７は、周回移動する第２ベルト３２を所定温度に加熱する。

各ヒータランプ３７としては、ハロゲンヒータ、カーボンヒータ、キセノンランプヒータ等を用いることができる。また、このようなヒータランプ３７に代えて、直線状に形成された電熱線ヒータも用いることができる。
定着ニップの入口部には、第２ベルト３２に圧接された第１ベルト３１が、第２ベルト３２に対して接離する方向に振動することを抑制するための振動抑制部材４０が設けられている。振動抑制部材４０は、図４に示すように、第１ベルト３１が圧接された第２ベルト３２のベルト走行部の内周面に接して第２ベルト３２を案内する一対の第２ベルト側コロ（第２ベルト側ガイド体）４２と、第２ベルト側コロ４２のそれぞれに対して、第１ベルト３１及び第２ベルト３２を介して対向した状態で、第１ベルト３１内周面に接して第１ベルト３１を案内する第１ベルト側コロ（第１ベルト側ガイド体）４１とを有している。

一対の第２ベルト側コロ４２は、第２ベルト３２の幅方向に沿って直線状に延びる支持軸４４の各端部に回転可能に取り付けられており、第２ベルト３２の内周面における記録シートＳの搬送域の両外側である幅方向の各側縁部に接してそれぞれを案内している。一対の第１ベルト側コロ４１も、第１ベルト３１の幅方向に沿って直線状に延びる支持軸４３の各端部に回転可能に取り付けられており、第１ベルト３１の内周面における記録シートＳの搬送域の両外側である幅方向の各側縁部に接してそれぞれを案内している。第２ベルト側コロ４２のそれぞれは、第２ベルト３２の周回移動に追従して回転し、第１ベルト側コロ４１のそれぞれは、第１ベルト３１の周回移動に追従して回転する。

第１ベルト３１及び第２ベルト３２は、相互に対向する第１ベルト側コロ４１及び第２ベルト側コロ４２によって、幅方向両側の各側縁部がそれぞれ挟まれた状態になっているために、第１ベルト３１が第２ベルト３２に対して接離する方向に振動することが防止される。これにより、第２ベルト３２に沿って搬送される記録シートＳは、定着ニップ（フリーニップ部）の入口部内に円滑に進入する。

なお、第１ベルト側コロ４１及び第２ベルト側コロ４２は、第１ベルト３１及び第２ベルトを介して相互に対向するもの同士が、第１ベルト３１の振動を抑制することができる程度の圧力が付与されればよく、第１ベルト３１及び第２ベルトに接する圧力は、適切な値に設定される。
第１ベルト３１は、例えば、弾性率（ヤング率）の大きいＮｉ（ニッケル）、鉄、ＳＵＳ（ステンレス）、Ｗ（タングステン）、ＰＩ（ポリイミド）等の材料によって所定の厚さに構成された基材を備えており、横断面が所定の外径を有する円形の円筒状に無端化されている。基材は、ヤング率Ｅが高いほど、第２ベルト３２に加わる圧力を大きくすることができるために好ましい。ヤング率Ｅは、１００，０００Ｎ／ｍｍ^２以上が好ましい。

基材の厚さは、例えば、２０〜４００μｍ程度、好ましくは、１００〜２００μｍとされる。基材の表面（外周面）に、厚さが５〜１００μｍ程度のＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ等のフッ素系のチューブまたはコーティング、あるいはシリコーン系ゴム等の表層を設けて、記録シートＳに対する離型性を付与してもよい。また、表層は導電性であってもよい。フッ素系チューブとしては、三井・デュポンフロロケミカル株式会社製の商品名「ＰＦＡ３５０−Ｊ」、「４５１ＨＰ−Ｊ」、「９５１ＨＰＰｌｕｓ」等が好適に使用することができる。

基材と表層との間に中間層を設けてもよい。中間層としては、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の弾性を有し、かつ耐熱性の高い材質が好ましい。中間層の厚さは、０．０５〜２ｍｍ程度が好ましい。
第１ベルト３１は、３０〜１５０ｍｍ程度の外径の円筒形状に形成されることが好ましい。

第１入口側ローラ３３及び第１出口側ローラ３４は、外径が１０〜５０ｍｍ程度の円柱状の芯金を有している。芯金は、例えば、Ａｌ（アルミニウム）、ＳＵＳ（ステンレス）、鉄等で構成される。芯金はパイプ形状であってもよく、この場合には、厚さが０．１ｍｍ以上とされるが、第１ベルト３１が巻き掛けられた場合における撓み（ベンディング）を考慮すると、１ｍｍ以上の厚さが好ましい。

芯金の表面には、シリコーンゴム、フッ素ゴム、スポンジ等の弾性層を設けてもよい。弾性層は、耐熱性の高い材質が好ましい。弾性層の厚さは、０．０５〜２０ｍｍ程度が好ましく、２〜１０ｍｍ程度がさらに好ましい。弾性層の表面に、摺動性（低摩擦性）を付与するために、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ等のフッ素系のチューブ、コーティング等のスキン層を設けてもよい。スキン層は導電性であってもよい。

スキン層の厚さは、耐久性を考慮すると厚いほど好ましいが、ウォームアップ時間を考慮すると、５〜２００μｍ程度が好ましく、さらには２０〜１００μｍ程度が好ましい。フッ素系チューブとしては、三井・デュポンフロロケミカル株式会社製の商品名「ＰＦＡ３５０−Ｊ」、「４５１ＨＰ−Ｊ」、「９５１ＨＰＰｌｕｓ」等が好適に使用することができる。

第１入口側ローラ３３及び第１出口側ローラ３４の外径は、１０〜７０ｍｍ程度が好ましい。
本実施形態の第２ベルト３２は、第１ベルト３１よりも低い剛性を有しており、例えば、ポリイミド樹脂等の耐熱性を有する耐熱層と、この耐熱層の表面（外周面）に積層された離型層との積層構造を有している。離型層は、トナーとの離型性に優れた材料によって構成されており、例えば、フッ素樹脂が使用される。耐熱層の厚みは、例えば３０〜１００μｍとされ、離型層の厚みは例えば３０μｍ程度とされる。なお、第２ベルト３２としては、このような２層構造に限定されるものではなく、耐熱層と離型層との間に、1または複数の層が設けられていてもよい。

第２入口側ローラ３５及び第２出口側ローラ３６は、例えば、第１入口側ローラ３３及び第１出口側ローラ３４と同様の構成になっている。
なお、本実施の形態では、第２ベルト３２における第２入口側ローラ３５及び第２出口側ローラ３６の間のベルト走行部分が、各ローラ３５及び３６の共通接線に沿って走行し得るベルトテンションが付与されるように、第２入口側ローラ３５及び第２出口側ローラ３６の軸間距離が設定されている。

このような構成の定着装置３０では、トナー画像が転写された記録シートＳは、第１ベルト３１と離間した状態で直線状に延びる第２ベルト３２のベルト走行部に沿って上方に搬送され、第１ベルト３１との圧接開始位置である定着ニップの入口部から、定着ニップのフリーニップ部内に進入する。
この場合、定着ニップの入口部において、第１ベルト３１及び第２ベルト３２は、幅方向の両側の各側縁部が、第１ベルト側コロ４１と第２ベルト側コロ４２とによって相互にガイドされていることから、第１ベルト３１の振動が防止されており、第２ベルト３２に沿って搬送される記録シートＳは円滑に定着ニップ内に進入する。

定着ニップ内に進入した記録シートＳは、第１ベルト３１の外側に膨出したベルト走行部分が第２ベルト３２に圧接されることによって形成されたフリーニップ部を通過し、さらには、第１出口側ローラ３４と第２出口側ローラ３６とによって高ニップ圧になった出口部を通って定着ニップから排出される。記録シートＳ上のトナー像は、定着ニップの入口部（フリーニップ部の入口部）、フリーニップ部の内部、出口部（ローラニップ部）のそれぞれを通過する間に、各ヒータランプ３７によって加熱された第１ベルト３１及び第２ベルト３２により溶融状態とされて記録シートＳに加圧されることによって、記録シートＳ上に定着される。

定着ニップの入口部に設けられた一対の第１ベルト側コロ４１と一対の第２ベルト側コロ４２のそれぞれは、第１ベルト３１及び第２ベルト３２における記録シートＳの搬送域の両外側の各側縁部にのみ接しているために、加熱状態の第１ベルト３１及び第２ベルト３２は、第１ベルト側コロ４１及び第２ベルト側コロ４２によって奪われる熱量が小さく、また、記録シートＳ自体から奪われる熱量も小さくなっている。従って、一対の第１ベルト側コロ４１と一対の第２ベルト側コロ４２とを設けることによる記録シートＳの加熱効率が低下することが抑制されている。

図５は、定着ニップにおけるニップ圧を示すグラフである。定着ニップにおける入口部であるフリーニップ部の入口部を含むフリーニップ部の全体は、第１ベルト３１の外側に膨出したベルト走行部分が第２ベルトに圧接されることによって得られるニップ圧のみが作用しており、従って、定着ニップにおける入口部から出口部近傍までのフリーニップ部ではニップ圧が順次増加している。出口部でのニップ圧には、第１出口側ローラ３４及び第２出口側ローラ３６による圧力がさらに加わっており、このために、出口部でのニップ圧は、入口部のニップ圧に対して非常に高くなっている。

定着ニップにおける出口部近傍のフリーニップ部においては、隣接する出口部において第１出口側ローラ３４及び第２出口側ローラ３６によって第１ベルト３１及び第２ベルト３２同士が高圧力で圧接されていることにより、第１ベルト３１及び第２ベルト３２同士を圧接させるための圧力が緩和されるために、ニップ圧は若干低下している。しかしながら、この出口部近傍においても、第１ベルト３１の外側に膨出したベルト走行部分が第２ベルト３２に圧接されていることから、ニップ圧の低下が抑制されて、フリーニップ部における最高ニップ圧と同程度のニップ圧に維持されている。

このように、定着ニップでは、入口部から出口部の近傍にわたってニップ圧が順次高くなっており、このようなニップ圧によって記録シートＳが加圧されるために、入口側においてニップ圧のピークを有する構成のように、入口側において記録シートＳの搬送速度の変動が生じず、記録シートＳは、第１ベルト３１の周回移動速度と略同一の搬送速度で一体的にフリーニップ部を通過することができる。従って、その通過の間にトナー画像に画像ずれが発生するおそれがない。

その後、記録シートＳは、第１出口側ローラ３４と第２出口側ローラ３６とによって高圧力で相互に圧接された第１ベルト３１及び第２ベルト３２の間を通過することによって、溶融状態のトナー画像が記録シートＳに高圧力で加圧されて定着され、定着ニップ出口から排出される。これにより、従来のような押圧パッドを用いなくても、最適なニップ圧を得ることができ、パッドによるベルトの摩耗がなくてベルトの長寿命化を図りつつ、画像ずれが生じることも回避し、さらには、光沢性の良好な高画質のトナー画像が得られる。

図５に示すニップ圧の分布を有する本実施形態の定着装置３０では、画像ずれが生じることなく、トナー画像を記録シートＳに定着することができることが確認された。これに対して、図８に示すようなニップ圧の分布を有する従来の定着装置では、記録シートＳに定着されたトナー画像に、０．２ｍｍ程度の画像ずれが生じる場合があることが確認された。

以上のように、本実施形態における定着装置３０では、定着ニップにおいて、第１ベルト３１と第２ベルト３２との圧接によって得られるニップ圧が急激に低下する圧抜けが生じるおそれがないために、記録シートＳ上のトナー画像に画像ずれが生じることを確実に防止することができ、定着画像の画質を向上させることができる。また、定着ニップのフリーニップ部には、第１ベルト３１と第２ベルト３２との圧接によって得られるニップ圧を高めるためのパッド等の部材が設けられていないために、第１ベルト３１および第２ベルト３２を周回駆動させるための駆動力を低減することができる。これにより、記録シートＳが定着ニップ内において搬送不能になるようなおそれがない。また、第１ベルト３１と第２ベルト３２の摩耗等の劣化を抑制することができるために、第１ベルト３１及び第２ベルト３２を長期にわたって安定的に使用することができる。

＜第２実施形態＞
図６は、本発明の他の実施形態における定着装置３０の概略構成を示す模式図である。この定着装置３０では、第２ベルト３２が、第１ベルト３１と同様に、第２入口側ローラ３５及び第２出口側ローラ３６に巻き掛けられていない状態では横断面円形の円筒状を維持する所定の剛性を有しており、第２入口側ローラ３５及び第２出口側ローラ３６に、所定のベルトテンションが加えられて巻き掛けられることにより、横断面が略楕円形の筒状を維持して周回移動可能な剛性（可撓性）を有している。

本実施形態においては、第２ベルト３２は、第１ベルト３１よりも低い剛性になっていること以外は、第１ベルト３１と同様の構成になっている。このように、第２ベルト３２が第１ベルト３１よりも低い剛性になっているために、定着ニップでは、第１ベルト３１における外側に膨出したベルト走行部分が、第２ベルト３２における外側に膨出したベルト走行部分に圧接されることによって、第２ベルト３２のベルト走行部分は凹状に窪んだ状態になる。その他の構成は、図２に示す前記実施形態の構成と同様になっている。

このような構成の定着装置３０では、第２ベルト３２が所定の剛性を有していることから、定着ニップにおけるフリーニップ部において第１ベルト３１との圧接力がさらに高められることによって、ニップ圧をさらに高めることができる。従って、定着ニップの出口部の近傍において、ニップ圧が低下する圧抜けが生じることを抑制することができるとともに、記録シートＳに定着された画像の画質をさらに向上させることができる。

＜第３実施形態＞
図７は、本発明の他の実施形態における定着装置３０の概略構成を示す模式図である。この定着装置３０では、定着ニップにおいて、第１ベルト３１における外側に膨出したベルト走行部分が、第２ベルト３２における外側に膨出したベルト走行部分に圧接されることによって、相互に圧接された第１ベルト３１のベルト走行部分及び第２ベルト３２のベルト走行部分同士が平坦になるように、第２ベルト３２の剛性が、第１ベルト３１の剛性と略同一になっている。その他の構成は、図６に示す定着装置３０と同様の構成になっている。

このような構成の定着装置３０では、定着ニップのフリーニップ部におけるニップ圧を、図５に示す定着装置３０の場合よりも、さらに高めることができ、ニップ圧が低下する圧抜けが生じることをさらに確実に防止することができるとともに、記録シートＳに定着された画像の画質をさらに向上させることができる。しかも、記録シートＳは第１ベルト３１と第２ベルト３２との間の平坦になった部分に沿って記録シートＳが搬送されるので、厚紙等の湾曲し難い種類のシートをより安定的に搬送できる。

＜変形例＞
なお、上記の各実施形態では、第１ベルト３１の振動を抑制する振動抑制部材４０として、一対の第２ベルト側コロ４２と一対の第１ベルト側コロ４１とによって、第１ベルト３１及び第２ベルト３２の幅方向両側の各側縁部をそれぞれ挟み込む構成であったが、このような構成に限らず、一対の第２ベルト側コロ４２によって第２ベルト３２をガイドすることにより、第１ベルト３１の振動を抑制してもよい。また、第１ベルト３１が振動を抑制することができるような剛性を有する場合には、このような振動抑制部材４０を設けなくてもよい。

また、上記の実施形態では、定着装置３０の加熱手段としてのヒータランプ３７を、第１ベルト３１及び第２ベルト３２の周回移動域内にそれぞれ設ける構成であったが、第１ベルト３１の周回移動域内にのみヒータランプ３７を設ける構成としてもよい。また、ヒータランプ３７とともに、または、ヒータランプ３７に代えて、他の加熱手段を設ける構成としてもよい。例えば、第１入口側ローラ３３及び第１出口側ローラ３４のいずれか一方または両方の芯金をパイプ形状として、いずれかの芯金の軸心部内にヒータランプ、電熱線ヒータ等を配置してもよい。同様に、第２入口側ローラ３５及び第２出口側ローラ３６のいずれか一方または両方の芯金をパイプ形状として、いずれかの芯金の軸心部内にヒータランプ、電熱線ヒータ等を配置してもよい。

なお、加熱手段としては、ハロゲンヒータ、カーボンヒータ、キセノンランプヒータ、電熱線ヒータ等に限るものではなく、例えば、第１ベルト３１に誘導発熱体を設けるとともに、第１ベルト３１に対向して電磁誘導加熱方式の加熱手段である励磁コイルを設けて、第１ベルト３１に設けられた誘導発熱体を励磁コイルによる電磁誘導によって発熱させる構成としてもよい。

また、記録シートＳにおけるトナー画像が定着された面に対向させて第１ベルト３１を配置する構成であったが、第２ベルト３２を記録シートＳにおけるトナー画像が定着された面に対向させて配置するようにしてもよい。
さらには、本発明に係る定着装置が適用される画像形成装置は、１つの現像器しか設けられていないモノクロ画像形成装置に限らず、周回移動する中間転写ベルトに沿って４つの画像形成ユニットを配置してフルカラー画像を形成するタンデム型カラーデジタルプリンタ、あるいは、回転軸の周囲に４つの現像装置を配置し、これら４つの現像装置を、順次、静電潜像担持体に対向させてフルカラー画像を形成する、いわゆる４サイクル方式の画像形成装置であってもよい。また、本発明の構成は、プリンタに限らず、複写機、ＦＡＸ、ＭＦＰ（Multiple Function Peripheral）等にも適用できる。

本発明は、一対のベルトを用いて未定着画像を加熱及び加圧して定着させる定着装置において、ベルト同士が相互に圧接されることによって形成された定着ニップにおけるニップ圧の低下を抑制することによって、画像ずれが発生することを防止する。

１１感光体ドラム
１２帯電装置
１３露光装置
１４現像装置
１５転写ローラ
３０定着装置
３１第１ベルト
３２第２ベルト
３３第１入口側ローラ
３４第１出口側ローラ
３５第２入口側ローラ
３６第２出口側ローラ
３７ヒータランプ
４０振動抑制部材
４１第１ベルト側コロ
４２第２ベルト側コロ

Claims

一対の第１ローラに周回移動可能に巻き掛けられた第１ベルトと、一対の第２ローラに周回移動可能に巻き掛けられた第２ベルトとが圧接されて定着ニップが形成されており、当該定着ニップを記録シートが通過することによって、当該記録シート上の未定着画像を熱圧着により定着する定着装置であって、
前記第１ベルトは、前記第２ベルトと圧接しない状態に置いたとすれば、前記一対の第１ローラ間に跨るベルト部分が外側に膨出した湾曲状態なる程度の剛性を有しており、
前記定着ニップの記録シート進入側の端部は、前記第１ベルトおよび前記第２ベルトのそれぞれにおける各第１ローラおよび各第２ローラから離れた中間部に存在し、
一方、前記定着ニップの記録シート排出側の端部は、前記第１ベルトおよび前記第２ベルトのそれぞれにおける排出側に位置する第１ローラおよび第２ローラに巻き付いている部位に存在することを特徴とする定着装置。
前記第２ベルトは、前記第１ベルトと圧接しない状態に置いたとすれば、前記一対の第２ローラ間に跨るベルト部分が平行になることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記第２ベルトは、前記第１ベルトと圧接しない状態に置いたとすれば、前記一対の第２ローラ間に跨るベルト部分が外側に膨出した湾曲状態になる程度の剛性を有していることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記第２ベルトは、前記第１ベルトが圧接されることによって凹状に窪むことを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
前記第１ベルト及び前記第２ベルトにおける相互に圧接された部分が平坦になることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
前記定着ニップ部に、前記第１ベルトが前記第２ベルトに接離する方向に振動することを抑制する振動抑制手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の定着装置。
前記振動抑制手段は、前記第２ベルトが前記第１ベルトに接するように、前記第２ベルトの内周面を案内する第２ベルト側ガイド体を有することを特徴とする請求項６に記載の定着装置。
前記振動抑制手段は、前記第１ベルトの内周面を案内する第１ベルト側ガイド体をさらに有することを特徴とする請求項７に記載の定着装置。
前記定着ニップにおける記録シートの搬送域の両側に、前記第１ベルト及び前記第２ベルトの両側の側縁部がそれぞれ位置しており、前記第１ベルト側ガイド体及び前記第２ベルト側ガイド体のそれぞれは、前記第１ベルトおよび第２ベルトにおける当該側縁部を案内することを特徴とする請求項８に記載の定着装置。
前記第１ベルト側ガイド体及び前記第２ベルト側ガイド体のそれぞれは、前記第１ベルト及び前記第２ベルトの移動に追従して回転する回転体であることを特徴とする請求項９に記載の定着装置。
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の定着装置が定着部として設けられていることを特徴とする画像形成装置。