JP4918164B2 - ベルト定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザビームプリンタ、デジタル複写機、普通紙ファックス等の画像形成装置、その他、シート材を搬送し且つ熱を供給する装置に応用するのに好適なベルト定着装置およびこれを備えた画像形成装置に関するものである。

ベルト定着装置の従来技術として、特開２０００−３３８８１１号公報が知られている。該公報には、加圧ローラの弾性体の硬度が加熱ローラの弾性体の硬度よりもＪＩＳ−Ａ硬度計で２０〜３０度大きくなるように設定する技術が開示されており、これによりニップ形状が凸となるため、転写材の加熱ローラからの剥離角度を大きくすることができ、分離性能が良くなるものである。

また、特開平８−１６６７３８号公報が知られている。該公報に開示されている技術は、記録媒体を分離させる定着分離爪を定着ローラ表面と非接触で配置するものである。

更に、特開平１１−１３３７７６号公報も知られている。該公報には、加圧ベルトを介して定着ローラと圧接してニップを形成して定着を行なう加圧部材の開示がある。該公報に開示された技術は、加圧部材（加圧部材は固定）の一部がニップ出口分離部において、ベルトを介して定着ローラに食い込んで歪を形成し、該歪によるベルトと定着ローラとの間での微小スリップ効果によって分離性の向上を狙うもので、ベルトは加圧用固定部材にフリーにセットされ。ベルト張力手段がない、所謂フリーベルトニップ方式と称されるものである。

前記いずれの従来技術にも総じて問題が残されている。特開２０００−３３８８１１号公報では、カラー画像形成装置における各色のトナーが重なったトナー付着量が多い条件にあっては、ニップ形状の効果で確実に分離するのは難しく、特にオイルレスや高線速の厳しい条件では分離爪などの加熱ローラに当接する分離手段無しで転写材を分離するのは困難である。

また、特開平８−１６６７３８号公報では、定着ローラと加圧ローラが同構成のため、ニップ形状はフラットで定着ローラに対する剥離角度が小さいので、分離爪と定着ローラの間隔を精度良く調整する必要がある。つまり、間隔の調整機構などが必要になるため分離爪の部品点数が増えてコストアップになる。又、斯かる方法においても、前述同様オイル塗布することなく各紙種に対応する分離性能を確保することは難しい。

更に、特開平１１−１３３７７６号公報に開示された技術においても、分離性能が充分に得られないところから、分離性を補助するための分離手段を設けているため、コストアップ要因になるという問題がある。

本発明は、斯かる従来のベルト定着装置が持つ不具合を解消し、分離部の曲率半径を小さくして分離性能の向上を図り、オイル塗布や分離爪、分離ガイド板等の分離手段を用いることなく、片面または及び両面定着後の記録紙の自己分離、即ちセルフストリッピングを可能にする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。

また、定着ベルトまたは及び加圧ローラなどの耐久性を著しく低下させることなく、記録材を確実に分離させることを目的とする。

更に、分離性を良好にすることによって、定着部材とトナー間の離型性が向上しかつ、オイルレストナーを用い、オイル塗布手段を特別設ける必要のないオイルレス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。

上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、定着ローラと加熱ローラとの間に掛け渡された無端状の定着ベルトと、定着ベルトの外周面に接触して定着ベルトとの間でニップを形成する加圧ローラと、を備えたベルト定着装置において、定着ベルトの内側に定着ローラの曲率よりも曲率が大きな形状部を有する固定部材を備え、ニップが、定着ベルトを介して定着ローラと加圧ローラとが圧接するニップ部と、ニップ部よりも記録紙の搬送方向下流側において定着ベルトを介して固定部材と加圧ローラとが圧接するニップ出口分離部と、を有し、定着ベルトが、ニップ出口分離部から固定部材に沿う方向に排出されるベルト定着装置を最も主要な特徴とする。

また請求項２記載の発明は、固定部材の表面硬度が、加圧ローラの表面硬度より大きいことを特徴とする請求項１に記載のベルト定着装置を主要な特徴とする。

また請求項３記載の発明は、ニップ出口分離部から排紙される記録紙が、加圧ローラ表面から遠ざかる方向に排紙されるように、ニップ出口分離部を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のベルト定着装置を主要な特徴とする。

また請求項４記載の発明は、固定部材は金属材料又は樹脂部材により形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のベルト定着装置を主要な特徴とする。

また請求項５記載の発明は、定着ベルトが、ニップ出口分離部から固定部材に沿う方向に排出されるように定着ベルトに張力を付与するベルト張力手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のベルト定着装置を主要な特徴とする。

また請求項６記載の発明は、ワックス含有トナーを用いた請求項１乃至５のいずれか１項に記載のベルト定着装置を主要な特徴とする。
また請求項７記載の発明は、定着ローラと加熱ローラとの間に掛け渡された無端状の定着ベルトと、定着ベルトの外周面に接触して定着ベルトとの間でニップを形成する加圧ローラと、を備えたベルト定着装置において、定着ベルトの内側に、加圧ローラの表面硬度より大きな表面硬度を有する固定部材を備え、ニップが、定着ベルトを介して定着ローラと加圧ローラとが圧接するニップ部と、ニップ部よりも記録紙の搬送方向下流側において定着ベルトを介して固定部材と加圧ローラとが圧接するニップ出口分離部と、を有し、定着ベルトが、ニップ出口分離部から固定部材に沿う方向に排出されるベルト定着装置を主要な特徴とする。
また請求項８記載の発明は、定着ローラと加熱ローラとの間に掛け渡された無端状の定着ベルトと、定着ベルトの外周面に接触して定着ベルトとの間でニップを形成する加圧ローラと、を備えたベルト定着装置において、定着ベルトの内側に固定部材を備え、ニップが、定着ベルトを介して定着ローラと加圧ローラとが圧接するニップ部と、ニップ部よりも記録紙の搬送方向下流側において定着ベルトを介して固定部材と加圧ローラとが圧接するニップ出口分離部と、を有し、定着ベルトが、ニップ出口分離部から固定部材に沿う方向に排出され、ニップ出口分離部は、ニップ出口分離部から排紙される記録紙が加圧ローラ表面から遠ざかる方向に排紙されるように形成されたベルト定着装置を主要な特徴とする。
また請求項９記載の発明は、定着ローラと加熱ローラとの間に掛け渡された無端状の定着ベルトと、定着ベルトの外周面に接触して定着ベルトとの間でニップを形成する加圧ローラと、を備えたベルト定着装置において、定着ベルトの内側に固定部材を備え、ニップが、定着ベルトを介して定着ローラと加圧ローラとが圧接するニップ部と、ニップ部よりも記録紙の搬送方向下流側において定着ベルトを介して固定部材と加圧ローラとが圧接するニップ出口分離部と、を有し、定着ベルトがニップ出口分離部から固定部材に沿う方向に排出されるように、定着ベルトに張力を付与するベルト張力手段を備えるベルト定着装置を主要な特徴とする。

また請求項１０記載の発明は、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のベルト定着装置を備える画像形成装置を主要な特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、定着ベルトがニップ出口分離部から定着ベルト内側の固定部材に沿う方向に排出されることにより、曲率分離による分離性能の向上を図ることができる。

請求項３、８記載の発明によれば、固定部材と加圧ローラによって、加圧ローラから記録紙が遠ざかるように凹ニップが形成されているので、両面定着時に加圧ローラに記録紙が巻き付くのを防止することができる。

請求項５、９記載の発明によれば、ベルト張力手段を有することで、良好な分離性能を維持することができる。

請求項６記載の発明によれば、ワックス含有トナーを用いることによってオイル塗布手段を特別設ける必要がなくなる。その結果、オイル使用に伴う不具合（オイル補給や、オイル塗布部材交換のためのメンテナンス、コストアップ）を解消することができる。

ベルト定着装置を有する画像形成装置の概略構成図である。 一般的なベルト定着装置の構成図である。 図２に示すベルト定着装置のニップ部の拡大図である。 本発明の第１の実施形態のベルト定着装置の概略断面図である。 図４に示した本発明のベルト定着装置のニップ出口部分の第１の例を示す拡大図である。 図４に示した本発明のベルト定着装置のニップ出口部分の第２の例を示す拡大図である。 固定部材に関する他の変形例を示す図である。 固定部材に関する他の変形例を示す図である。 固定部材に関する他の変形例を示す図である。 本発明の第２の実施形態のベルト定着装置の概略断面図である。 本発明の第３の実施形態のベルト定着装置の概略断面図である。

以下本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。説明に先立ち、本発明の理解を深める意味で、図１に基づき本発明が適用されるカラープリンタ等の画像形成装置の概略構成及び動作について説明する。このカラープリンタ１は、感光体ユニット１０、書き込み光学ユニット２０、現像ユニット３０、中間転写ユニット４０、２次転写ユニット５０、定着ユニット６０、両面印刷用紙反転ユニット７０等で構成されている。そして、Ｂｌａｃｋ：黒（以下、Ｂｋという）、Ｃｙａｎ：シアン（以下、Ｃという）、Ｍａｇｅｎｔａ：マゼンタ（以下、Ｍという）、Ｙｅｌｌｏｗ：イエロー（以下、Ｙという）のカラー画像を感光体ユニット１０の感光体ベルト１１上に順次顕像化し、これらを重ね合わせて最終的な４色フルカラー画像を形成する。

上記感光体ベルト１１は矢印Ａの時計方向に回転し、その周りには、感光体クリーニング装置１２、帯電ローラ１３、現像ユニット３０の選択された現像器、中間転写ユニット４０の中間転写ベルト４１などが配置されている。感光体ベルト１１は、駆動ローラ１４、１次転写対向ローラ１５、張架ローラ１６間に張架され矢印Ａ方向に図示しない駆動モーターによって回転移動を行う。なお、つなぎ目のある感光体ベルト１１を用いる場合には、感光体ベルト１１端部の非画像形成領域につなぎ目マークを設け、図示しないセンサにより検出を行い、つなぎ目を避けて画像形成を行う。

また、上記書き込み光学ユニット２０は、カラー画像データを光信号に変換して、各色画像に対応した光書き込みを行い、感光体ベルト１１に静電潜像を形成する。この書き込み光学ユニット２０は、光源としての半導体レーザ２１、レーザー発光駆動制御部（不図示）、ポリゴンミラー２２、３つの反射ミラー２３ａ、ｂ、ｃなどで構成されている。

また、上記現像ユニット３０は、Ｂｋ現像器３１Ｋ、Ｃ現像器３１Ｃ、Ｍ現像器３１Ｍ、Ｙ現像器３１Ｙと、各現像器を図中左右方向に移動させ感光体ベルト１１に対し接離動作を行う図示しない接離機構などで構成されている。図示の例では装置本体下側から順に黒トナーを収容したＢｋ、現像器３１Ｋ、シアントナーを収容したＣ現像器３１Ｃ、マゼンタトナーを収容したＭ現像器３１Ｍ、イエロートナーを収容したＹ現像器３１Ｙになっている。各現像器３１Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙは、感光体ベルト１１表面の静電潜像を現像するためにトナーを表面に担持して回転する現像スリーブ３２Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙと、トナーを汲み上げて撹拌するために回転するトナーパドル３３Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ等を含む現像第１ユニット３５Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙと、トナーを収容するトナーカートリッジ３４Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙの現像第２ユニットの２つのユニットで構成されている。

各現像器３１Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ内のトナーは所定の極性に帯電され、また、各現像スリーブ３２Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙには図示しない現像バイアス電源によって現像バイアスが印加され、現像スリーブ３２Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙが感光体ベルト１１に対して所定電位にバイアスされている。また、上記接離機構は、図示しないモータから各現像器３１Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙに駆動を伝達するための図示しない電磁クラッチがオンになるとその駆動力で各現像器３１Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙを感光体ベルト１１側（図中右側）に移動させるようになっている。現像時には各現像器３１Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙのうち選択されたいずれか一つが移動し、感光体ベルト１１に当接する。一方、電磁クラッチをオフにして駆動伝達を解除すると感光体ベルト１１に当接していた現像器が感光体ベルト１１から離間する方向（図中左側）に移動する。

カラープリンタ本体の待機状態では、現像ユニット３０はいずれの現像器３１Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙも感光体ベルト１１と離間した位置にセットされており、プリント動作が開始されると、カラー画像データに基づきレーザー光による光書き込み、静電潜像形成が始まる（以下、Ｂｋ画像データによる静電潜像をＢｋ静電潜像という。Ｃ、Ｍ、Ｙについても同様）。このＢｋ静電潜像の先端部から現像可能とすべくＢｋ現像位置に静電潜像先端部が到達する前に、Ｂｋ現像スリーブ３２Ｋを回転開始して、Ｂｋ静電潜像をＢｋトナーで現像する。そして、以後Ｂｋ静電潜像領域の現像動作を続けるが、Ｂｋ静電潜像後端部がＢｋ現像位置を通過した時点で、Ｂｋ現像器３１ｋが感光体ベルト１１から離間し、速やかに次の色の現像器が感光体ベルト１１に当接する。これは少なくとも、次の画像データによる静電潜像先端部が現像位置に到達する前に完了させる。

また、上記中間転写ユニット４０は、中間転写ベルト４１、ベルトクリーニング装置４２、位置検出用センサ４３などで構成されている。中間転写ベルト４１は駆動ローラ４４、１次転写ローラ４５、２次転写対向ローラ４６、クリーニング対向ローラ４７及びテンションローラ４８に張架されており、図示しない駆動モータにより矢印Ｂ方向に駆動制御される。中間転写ベルト４１端部の非画像形成領域には複数の位置検出用マーク（不図示）が設けられており、これらの位置検出用マークのうちのいずれか一つ（画像形成動作開始時に位置検出用センサ４３を最初に通過した位置検出用マーク）を位置出用センサ４３で検出し、この検出タイミングで画像形成を開始する。また、ベルトクリーニング装置４２は、クリーニングブラシ４２ａ、接離機構（不図示）等で構成されており、１色目のＢｋ画像を中間転写ベルト４１に転写している間、及び、２、３、４色目の画像を中間転写ベルト４１に転写している間は接離機構によって中間転写ベルト４１面からクリーニングブラシ４２ａを離間させておく。

また、カラープリンタ１の転写紙カセット８０内には、転写紙が収納されており、給紙コロ８１ａ、ｂ、ｃによってレジストローラ対８２方向に給紙、搬送される。また、カラープリンタ１の右側面には、ＯＨＰ用紙や厚紙などの手差し給紙用の手差しトレイ８３が設けられている。

また、上記２次転写ユニット５０は、２次転写ローラ５１、２次転写ローラ５１を中間転写ベルト４１に対して接離するためのクラッチ等を備えた揺動機構（不図示）などで構成されている。転写紙が転写位置に到達するタイミングに合わせて２次転写ローラ５１が揺動機構の回転軸を中心に揺動する。この２次転写ローラ５１と上記２次転写対向ローラ４６とにより転写紙と中間転写ベルト４１とを一定の圧力で接触させる。２次転写ローラ５１は中間転写ユニット４０に設けられた図示しない位置決め部材により２次転写対向ローラ４６との平行度の位置精度が保たれている。また、２次転写ローラ５１に設けた図示しない位置決めコロにより中間転写ベルト４１に対する２次転写ローラ５１の接触圧を一定にしている。２次転写ローラ５１を中間転写ベルト４１に接触させると同時に、２次転写ローラ５１はトナーと逆極性の転写バイアスが印加され、中間転写ベルト４１上の重ねトナー像を転写紙に一括転写する。

なお、上記各ユニットは装置から容易に脱着できるようになっている。例えば、図１において、中間転写ユニット４０をはずす場合には、図示しない前面カバーを開け、紙面の奥側から手前側にユニットをスライドさせることで、容易にはずすことができる。

上記構成のカラープリンタ１において、画像形成サイクルが開始されると、まず感光体ベルト１１は矢印Ａの時計回りに、中間転写ベルト４１は矢印Ｂの反時計回りに図示しない駆動モータによって回転される。中間転写ベルト４１上に設けられた図示しない位置検出用マークを位置検出用センサ４３で検出し、位置検出用マークの検知タイミングに応じて感光体ベルト１１上にＢｋトナー像形成、Ｃトナー像形成、Ｍトナー像形成、Ｙトナー像形成が行われ、最終的にＢｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙの順に中間転写ベルト４１上に重ねてトナー像が形成される。このとき１次転写ローラ４５に印加するバイアスは順次電圧を高くすることが一般的であるが、中間転写ベルト４１の抵抗特性等に応じて異なる。

上記Ｂｋトナー像形成は次のように行なわれる。図示しない電源の印加電圧により帯電ローラ１３は感光体ベルト１１を一様帯電する。そして、書込みのためのレーザ光ＬＤはＢｋカラー画像信号に基づいて露光を行う。この露光が行われたとき、当初一様荷電された感光体ベルト１１の露光された部分は、露光光量に比例する電荷が消失し、Ｂｋ静電潜像が形成される。そして、このＢｋ静電潜像にＢｋ現像スリーブ３２Ｋ上のＢｋトナーが接触することにより、感光体ベルト１１の電荷が残っている部分にはトナーが付着せず、電荷の無い部分つまり露光された部分にはＢｋトナーが吸着され、静電潜像と相似なＢｋトナー像が形成される。そして、感光体ベルト１１上に形成されたＢｋトナー像は、１次転写位置において中間転写ベルト４１に接する。この１次転写位置では、１次転写ローラ４５と１次転写対向ローラ１５とにより中間転写ベルト４１と感光体ベルト１１との間にニップが形成されており、１次転写ローラ４５にＢｋトナー像と逆極性のバイアスを印加することによりＢｋトナー像を中間転写ベルト４１に転写する。

感光体ベルト１１上の若干の未転写残留トナーは、感光体ベルト１１の再使用に備えて感光体クリーニング装置１２で清掃される。ここで回収されたトナーは回収パイプを経由して図示しない廃トナータンクに蓄えられる。

感光体ベルト１１側ではＢｋ画像形成工程の次にＣ画像形成工程に進み、上記位置検出用センサ４３の検知タイミングに応じてＣ画像データによるレーザー光ＬＤによる書き込みが行われ、Ｃ静電潜像が形成される。そして、先のＢｋ静電潜像の後端部が通過した後で、かつＣ静電潜像の先端部が到達する前にＢｋ現像器が現像位置から退避し、Ｃ現像器Ｃが現像位置にセットされてＣ静電潜像がＣトナーで現像される。以後、Ｃ静電潜像領域の現像を続けるが、Ｃ静電潜像の後端部が通過した時点で、先のＢｋ現像器Ｂの場合と同様にＣ現像器Ｃが現像位置から退避し、次のＭ現像器Ｍを現像位置に移動させる。これもやはり次のＭ静電潜像の先端部が現像位置に到達する前に完了させる。なお、Ｍ及びＹの画像形成工程については、それぞれの静電潜像形成、現像の動作が上述のＢｋ、Ｃの工程と同様であるので説明は省略する。

上記中間転写ベルト４１には、感光体ベルト１１に順次形成するＢｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙのトナー像を、同一面に順次位置合わせして、４色重ねのトナー像が形成され、次の２次転写工程において、この４色のトナー像が転写紙に一括転写される。

上記画像形成動作が開始される時期に、転写紙は上記転写紙カセット８０又は手差しトレイ８３のいずれかから給送され、レジストローラ８２対のニップで待機している。そして、２次転写ローラ５１に中間転写ベルト４１上の４色重ねのトナー像先端がさしかかるときに、ちょうど転写紙の先端がこのトナー像の先端に一致するようにレジストローラ対８２が駆動され、転写紙とトナー像との位置合わせが行われる。そして、転写紙が中間転写ベルト４１上のトナー像と重ねられて２次転写位置を通過する。このとき２次転写ローラ５１による転写バイアスで転写紙が荷電され、トナー画像のほとんどが転写紙上に転写される。

そして、中間転写ベルト４１から４色重ねトナー像を一括転写された転写紙は、後述する本願発明の要旨に係る定着ユニット６０に搬送され、所定温度に制御された定着ベルト６１と加圧ローラ６２のニップ部でトナー像が溶融定着され、装置本体外に送り出され（矢印Ｃ方向）、排紙トレイ８４に裏向きにスタックされ、フルカラーコピーを得る。

更に、両面印刷を行う場合には、定着ユニット６０を通過した転写紙は両面切替爪８５により矢印Ｄ方向に案内され、両面印刷用紙反転ユニット７０に送られる。転写紙後端が反転切替爪７１を通過した後、反転ローラ対７２が停止し、転写紙も停止する。そして、反転ローラ対７２が一定のブランク時間ののち逆転を開始し、転写紙はスイッチバックを始める。このとき上記反転切替爪７１が切り替わり、転写紙は矢印Ｅ方向に案内され、レジストローラ対８２に送られる。レジストローラ対８２に送られた転写紙は表裏反転した状態でレジストローラ対８２のニップで待機する。そして、所定のタイミングでレジストローラ対８２が駆動され、転写紙は２次転写位置に送られて中間転写ベルト４１から４色重ねトナー像を一括転写された後、定着ユニット６０でトナー像が溶融定着され、装置本体外に送り出される。

一方、１次転写後の感光体ベルト１１の表面は、感光体クリーニング装置１２でクリーニングされ、除電ランプ（不図示）で均一に除電される。また、転写紙にトナー像を転写した後の中間転写ベルト４１の表面は、ベルトクリーニング装置４２のクリーニングブラシ４２ａを接離機構で押圧することによってクリーニングされる。中間転写ベルト４１からクリーングされたトナーは廃トナータンク４９に蓄えられる。トナー像を一括転写された後、定着ユニット６０でトナー像が溶融定着され、装置本体外に送り出される。

図２は一般的なベルト定着装置の構成図である。ベルト定着装置６０は被加熱材である未定着画像１０１を担持した記録紙１０２を無端状定着ベルト１０３を介して定着ローラ１０４と加圧ローラ１０５とのニップ部で加熱加圧して未定着画像１０１を記録紙１０２に加熱定着する装置である。

ここで、定着ベルト１０３は、ニッケル、耐熱性樹脂（ポリイミド等）、炭素鋼、或いはステンレス鋼等により形成された薄肉の無端状ベルトであることが望ましい。また表層には耐熱離型層（フッ素系樹脂、シリコンゴム等）が被覆された構成になっている。シリコンゴム層はゴム硬度２５〜６５度（ＪＩＳＡ硬度計）、厚さが１００〜３００ｕｍの範囲が良好な定着姓及び熱応答性を得る条件として望ましい。また、中間層として耐熱弾性層を設ける構成であってもよい。

無端状ベルトはニッケル電位方によるベルト継ぎ目のないもの、または、ステンレス鋼、鉄系材料の超薄肉厚板（厚さ１００ｕｍ以下）の精密突き合わせ技術（例えば溶接）による加工法によって製作した継ぎ目のあるものを意味する。この場合、突き合わせによる段差は定着した後の画像が横すじとなって発生しない程度として２０ｕｍ以下好ましくは１０ｕｍ以下が望ましい。

また、定着ローラ１０４中心に芯金を有し、その外周にニップ巾を十分な広さにするために柔らかい耐熱性の材料、例えば発泡シリコンゴム等で構成された断熱性弾性部材を備えている。また、その厚さも十分な厚さで、本例では定着ローラ１０４の直径の１５％〜２０％ほどの厚さを有している。

一方、加圧ローラ１０５は、アルミ、ステンレス、若しくは炭素鋼等の芯金の表層に耐熱性の離型層（フッ素系樹脂、シリコンゴム等）を有している。また、中間層として厚さ０．５〜１．０ｍｍのシリコーンゴム層を形成している。ここで、芯金を中空に構成し、中に熱源（ハロゲンヒータ等）を有している場合もある。

本例では記録紙１０２の定着ベルト１０３からの分離性を良くするために下向きのニップ形状としている。すなわち、加圧ローラ１０５の硬度を硬くしている。本例では加圧ローラ１０５表層の離型層厚さを、加圧ローラ１０５直径の７％未満とし、その硬度もＪＩＳＡで２０Ｈｓ以上としている。

定着ベルト１０３は定着ローラ１０４と加熱ローラ１０６との間に掛け渡された構成となっている。ここで、加熱ローラ１０６はアルミ、炭素鋼やステンレス鋼等の中空金属円筒の薄肉ローラである。さらには加熱ローラ１０６の中に熱源（ハロゲンヒータ等）１０７を具備している。

かかる構成のベルト定着装置６０の特徴は、立ち上がり時間が短いことと、トナーのベルトオフセット防止効果があって、オイルレスまたはオイル微量塗布が可能なことである。

図３は図２に示すベルト定着装置のニップ部の拡大図である。定着ベルト１０３が薄く曲げ剛性が低いという条件下では、定着ベルト１０３はニップ出口の定着ローラ１０４の形状に倣い、図３（ａ）のようにニップ出口の曲率半径ｒは小さい。この場合にはオイルの塗布がなくても記録紙１０２の腰により定着ベルト１０３への記録紙１０２の巻き付きやオフセットなどの問題なしに、記録紙１０２を分離することが可能である。

しかし、後述する本発明で用いる定着ベルト１０３のように厚さが大きく、曲げ剛性が高い場合（基材のポリイミドが５０〜１００μｍの厚さ、中間層としてのシリコーンゴムは１５０〜２００μｍの厚さ、表層のフッソ樹脂離型層の厚さが１０〜３０μｍ）ニップ出口の定着ローラ１０４の形状に倣わず、図３（ｂ）のようにニップ出口の曲率半径ｒは大きくなる。この場合は、記録紙１０２が曲げられずに分離されるため、記録紙１０２の腰が十分活用されず、定着ベルト１０３への巻き付きが発生しやすくなってしまう。

ここで補足として、巻き付き発生の原因を説明する。一般に、ニップ出口分離部において用紙（記録紙）の剛性（用紙の腰の強さは例えばクラーク剛度で表される）による曲げモーメント（＝１／ｒ×Ｅ×Ｉｚ）がトナーとローラ表面の接着力によるモーメントよりも大きい関係にあるときは用紙がローラに巻き付かず分離が可能となる。
ｒ；ニップ出口部の曲率半径
Ｅ×Ｉｚ；用紙の曲げ強さ（腰の強さ）

即ち、ニップ出口部の曲率（１／ｒ）が大きいほど、用紙の腰（Ｅ・Ｉｚ）が強い程、また一方でトナーとローラ表面の接着力が弱い程、用紙の巻き付きは起こり難い。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図４は、本発明の第１の実施形態のベルト定着装置の概略断面図で、請求項１に対応するものである。被加熱材である未定着画像１０１を担持した記録紙１０２は、定着ベルト１０３を介して定着ローラ１０４と加圧ローラ１０５とのニップ部で加熱加圧され、未定着画像１０１を記録紙１０２に加熱定着する定着工程を経た後、定着ムラを防止すべく定着ベルト１０３と加圧ローラ１０５が密着して接触している状態で記録紙１０２の密着搬送を行なう搬送工程を通って、ニップ出口分離部に到る。

本発明においては、定着ベルト１０３の内側に固定部材１０８を有している。この固定部材１０８は、定着ベルト１０３を介してニップ出口分離部に対向する面が曲率（１／ｒ）の大きな形状を有していて、装置本体に固定部材用スプリング１０９を介して固定（回転しない）されている。固定部材用スプリング１０９は加圧ローラ１０５に圧接してニップを形成している方向と、ニップ域で定着ベルト１０３が密着する方向、即ち出口方向に向かって設けられている。圧接力は分離性を良くして記録紙１０２の巻き付きを防止するには少なくとも５〜１０ｋｇは必要である。

分離性を良くする曲率半径（ｒ）としてｒ＝５ｍｍ以下とする。ここで、固定部材１０８の代わりに回転ローラを用いて行なう場合はローラ径は１０φとする。しかし、前記圧接力（５〜１０ｋｇ）に対してはローラ軸方向の変形が必要以上に大きくなって用紙搬送シワ、画像幅方向の定着ムラの原因になる。

図５は図４に示した本発明のベルト定着装置のニップ出口部分の第１の例を示す拡大図である。該固定部材１０８は断面形状が円弧と略直線で形成され、円弧部１０８−１が定着ベルト１０３を介して加圧ローラ１０５に圧接してニップを形成している。一方、略平面部１０８−２が分離直後の定着ベルト１０３に接してこれを案内するようになっている。

ニップ出口から排紙される記録紙１０２の搬送方向に対して、定着ベルト１０３側には分離角度（θ１）を形成し、加圧ローラ側は分離角度（θ２）を形成している。そのため、分離手段（分離爪、分離ガイド板等）は特には必要がない。前記、分離角度θ１及びθ２は片面及び両面定着時の記録紙１０２の巻き付き防止（セルフ分離）可能な角度である。

図６は同じく図４に示した本発明のベルト定着装置のニップ出口部の第２の例を示す拡大図である。図５に示した第１の例における固定部材１０８の略平面部１０８−２の両端エッジ部を曲率半径（ｒ）に丸み付ける。ｒは０．３〜１ｍｍの範囲が好ましい。かかる形状の固定部材を用いることで、図５に示した第１の例に比べて更に曲率分離の効果が増す。

図７ないし図９は固定部材１０８に関する他の変形例を示す図である。図７の固定部材１０８はアルミ．等の軽量金属材料かまたは金属よりも断熱性のある耐熱樹脂部材である。また、図８の固定部材１０８は板金をまげて曲率を形成している。これらの固定部材１０８はその表面を低摩擦特性を有する（例えばフッソ樹脂）材料で被覆することによって、固定部材１０８に対して摺擦して移動する定着ベルト１０３の回転動作を滑らかにする。

また、図４ないし図９にある固定部材１０８のニップ形状は、固定部材が円弧部と略平面部を有する構成を示すものである。本発明のベルト定着装置６０においては、片面定着時の記録紙１０２の分離性は図５、図６について上述したように曲率分離の効果を有し、一方、両面定着時においては加圧ローラ１０５に記録紙１０２が巻き付かないように出口分離部のニップ形状を凹形状にして分離の効果を奏している。

図１０は、固定部材１０８におけるニップ出口分離部側端部を、曲率を有する形状とした実施形態を示すものである。固定部材１０８が加圧ローラ１０５に近接して設けられている。圧接状態にあるニップ入り口を通過した記録紙１０２が熱定着によって変形歪を起こす。かかる状態では、同様に圧接状態にあるニップ出口で記録紙はシワになってしまう。本発明ではシワを誘発させないようにニップ出口を開放させている。

図１１について説明する。ベルト張力手段１１０を有する加熱ローラ１０６は固定部材１０８に対して、略垂直方向に配置してある。本実施形態のベルト定着装置６０の駆動は、加圧ローラ駆動または加圧ローラ及び定着ローラ同時駆動で、定着ベルト１０３がスリップすることなく確実に回転移動するようになっている。加熱ローラ１０６は従動ローラである。かかる駆動構成ではニップ出口から加熱ローラ１０６へ移動する定着ベルト１０３はその間に緩んで弛みが生じる。そうすると、固定部材１０８へのベルト巻回性が甘くなり、ニップ出口分離部にて定着ベルト１０８の径が膨らんで曲率が小さくなり分離性が低下してしまう。その防止策として、加熱ローラ１０６にベルト張力手段１１０を付与して定着ベルト１０３の緩みを防止している。

ここで加熱ローラ１０６が固定部材１０８に対して、記録紙１０２の搬送方向上流側にあると定着ベルト１０３に張力を付与しても、定着ベルト１０３が十分に固定部材１０８に密着して巻き付きにくい。また逆に記録紙１０２の下流側に加熱ローラ１０６があると記録紙１０２の分離角度（θ１）が小さくなって、分離性が低下してしまう。ベルト張力手段１１０を有する加熱ローラ１０６は固定部材１０８に対して略垂直方向が最適である。

図４、図５、図６に示す分離性が向上した本発明に係る装置を用いて、記録紙１０２の巻き付現象を図２に示す従来の装置と対比して実験を試みた。結果、下記に示すような十分な効果を得た。

〈実験ＤＡＴＡ〉
〔条件〕
（ａ）実験機…従来例は図２を用い、本発明は図４の実験機を用いた。
（ｂ）記録紙…薄紙（４５Ｋ紙）の紙剛性（＊クラーク剛度で表す）
Ａ４サイズ（タテ）のクラーク剛度は４６ｃｍ³／１００
Ａ４サイズ（ヨコ）のクラーク剛度は２１ｃｍ³／１００
（＊）クラーク剛度とは紙の剛性、所謂紙の腰の強さを表す指標で、数値が大きいほど剛性が大である。
（ｃ）トナー付着量…１．０ｍｇ／ｃｍ²
（ｄ）画像形成パターン…先端から３ｍｍ位置にヨコ１５０ｍｍ、タテ３０ｍｍのベタ画像形成。
〔結果〕

（注）
〇の定義…ホットオフセット発生温度以上で巻き付き発生。
×の定義…ホットオフセット発生温度以下で巻き付き発生。
（本実験ではホットオフセット発生温度は１６０〜１７０度である。
また、〇であったものは２００度まで巻き付きの発生ナシであった）

６０ ベルト定着装置
１０２ 記録紙
１０３ 定着ベルト
１０４ 定着ローラ
１０５ 加圧ローラ
１０６ 加熱ローラ
１０８ 固定部材
１０８−１ 円弧部
１０８−２ 略平面部
ｒ；曲率半径（ニップ出口分離部）
θ１；記録紙と定着ベルトの成す角度
θ２；記録紙と加圧ローラの成す角度

特開２０００−３３８８１１号公報 特開平８−１６６７３８号公報 特開平１１−１３３７７６号公報

Claims (10)

1. 定着ローラと加熱ローラとの間に掛け渡された無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトの外周面に接触して前記定着ベルトとの間でニップを形成する加圧ローラと、を備えたベルト定着装置において、
   前記定着ベルトの内側に前記定着ローラの曲率よりも曲率が大きな形状部を有する固定部材を備え、
   前記ニップが、前記定着ベルトを介して前記定着ローラと前記加圧ローラとが圧接するニップ部と、前記ニップ部よりも記録紙の搬送方向下流側において前記定着ベルトを介して前記固定部材と前記加圧ローラとが圧接するニップ出口分離部と、を有し、
   前記定着ベルトが、前記ニップ出口分離部から前記固定部材に沿う方向に排出されることを特徴とするベルト定着装置。
2. 前記固定部材の表面硬度が、前記加圧ローラの表面硬度より大きいことを特徴とする請求項１に記載のベルト定着装置。
3. 前記ニップ出口分離部から排紙される記録紙が、前記加圧ローラ表面から遠ざかる方向に排紙されるように、前記ニップ出口分離部を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のベルト定着装置。
4. 前記固定部材は金属材料又は樹脂部材により形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のベルト定着装置。
5. 前記定着ベルトが、前記ニップ出口分離部から前記固定部材に沿う方向に排出されるように前記定着ベルトに張力を付与するベルト張力手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のベルト定着装置。
6. ワックス含有トナーを用いた請求項１乃至５のいずれか１項に記載のベルト定着装置。
7. 定着ローラと加熱ローラとの間に掛け渡された無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトの外周面に接触して前記定着ベルトとの間でニップを形成する加圧ローラと、を備えたベルト定着装置において、
   前記定着ベルトの内側に、前記加圧ローラの表面硬度より大きな表面硬度を有する固定部材を備え、
   前記ニップが、前記定着ベルトを介して前記定着ローラと前記加圧ローラとが圧接するニップ部と、前記ニップ部よりも記録紙の搬送方向下流側において前記定着ベルトを介して前記固定部材と前記加圧ローラとが圧接するニップ出口分離部と、を有し、
   前記定着ベルトが、前記ニップ出口分離部から前記固定部材に沿う方向に排出されることを特徴とするベルト定着装置。
8. 定着ローラと加熱ローラとの間に掛け渡された無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトの外周面に接触して前記定着ベルトとの間でニップを形成する加圧ローラと、を備えたベルト定着装置において、
   前記定着ベルトの内側に固定部材を備え、
   前記ニップが、前記定着ベルトを介して前記定着ローラと前記加圧ローラとが圧接するニップ部と、前記ニップ部よりも記録紙の搬送方向下流側において前記定着ベルトを介して前記固定部材と前記加圧ローラとが圧接するニップ出口分離部と、を有し、
   前記定着ベルトが、前記ニップ出口分離部から前記固定部材に沿う方向に排出され、
   前記ニップ出口分離部は、前記ニップ出口分離部から排紙される記録紙が前記加圧ローラ表面から遠ざかる方向に排紙されるように形成されたことを特徴とするベルト定着装置。
9. 定着ローラと加熱ローラとの間に掛け渡された無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトの外周面に接触して前記定着ベルトとの間でニップを形成する加圧ローラと、を備えたベルト定着装置において、
   前記定着ベルトの内側に固定部材を備え、
   前記ニップが、前記定着ベルトを介して前記定着ローラと前記加圧ローラとが圧接するニップ部と、前記ニップ部よりも記録紙の搬送方向下流側において前記定着ベルトを介して前記固定部材と前記加圧ローラとが圧接するニップ出口分離部と、を有し、
   前記定着ベルトが前記ニップ出口分離部から前記固定部材に沿う方向に排出されるように、前記定着ベルトに張力を付与するベルト張力手段を備えることを特徴とするベルト定着装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載のベルト定着装置を備える画像形成装置。

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