JP2013186388A - 定着装置およびそれを備える画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱効率に優れ、消費電力が小さく、かつ、定着不良を引き起こさない定着装置およびそれを備える画像形成装置を提供する。
【解決手段】定着ローラと加圧ローラとで形成されるニップの出口側において、定着ローラと定着ベルトの間に空隙を設けることで、定着ベルトのニップ出口側が定着ローラから離れて加圧ローラ側に巻きかかる仮想ニップ部が形成される。これにより、ワイドニップ化を図ることができ、熱供給量が増加し定着可能温度域を低温側にシフトさせることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置及びこれを備えた画像形成装置に関するものである。

複写機、プリンター等の電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置として、熱ローラ定着方式の定着装置が多用されている。熱ローラ定着方式の定着装置は、互いに圧接されたローラ対（定着ローラ及び加圧ローラ）を備え、このローラ対の両方或いは何れか一方の内部に配置されたハロゲンヒーター等からなる加熱手段によりローラ対を所定の温度（定着温度）に加熱した後、未定着トナー画像が形成された記録紙をローラ対の圧接部（定着ニップ部）に給紙し、圧接部を通過させることで熱と圧力によりトナー画像の定着を行うようになっている。

ところで、カラー画像形成装置に備えられる定着装置においては、定着ローラ表層にシリコンゴム等からなる弾性層を設けた弾性ローラを用いることが一般的である。定着ローラを弾性ローラとすることで、定着ローラ表面が、未定着トナー画像の凹凸に対応して弾性変形し、トナー画像面を覆い包むように接触するため、モノクロに比べてトナー量の多いカラーの未定着トナー画像に対して良好に加熱定着を行うことが可能となる。

また、定着ニップ部での弾性層の歪み解放効果により、モノクロに比べてオフセットしやすいカラートナーに対して離型性を向上することができる。

さらに、定着ニップ部のニップ形状が上（定着ローラ側）に凸（所謂、逆ニップ形状）となることから、用紙の剥離性能を向上させることができ、剥離爪等の剥離手段を用いずとも用紙の剥離が可能となり（セルフストリッピング）、剥離手段に起因する画像欠陥を解消することができる。

ところで、このようなカラー定着装置において、高速化に対応するには定着ニップ部のニップ幅を広くする必要がある。ニップ幅を広くする手段として、定着ローラの弾性層を厚くする方法と定着ローラ径を大きくする方法の２つがある。

しかしながら、弾性層の熱伝導性は非常に低いので、従来のように定着ローラ内部に加熱手段がある場合、厚い弾性層を有する定着ローラでは、プロセス速度を高速化した場合に定着ローラ温度が追従しなくなるといった問題がある。

一方、定着ローラ径を大きくした場合には、ウォームアップ時間が長くなったり、消費電力が増大したりするといった問題がある。

このような問題を解決するために、近年、カラー定着装置においては、特許文献１に開示されているように、定着ローラと加熱ローラとの間に定着ベルトを掛け渡し、定着ベルトを介して定着ローラと加圧ローラを圧接させた構成のベルト定着方式が使用されるようになってきた。

このベルト定着装置では、熱容量が小さい定着ベルトを加熱するためウォームアップ時間が短く、また定着ローラにハロゲンランプ等の熱源を内蔵する必要がないので、スポンジゴム等からなる低硬度の弾性層を厚く設けることができ、広いニップ幅を確保することができる。

特開２００４−２８６９２１号公報

しかしながら、このような従来のベルト定着装置においては、以下のような問題点を有している。

すなわち、特許文献１の構成では、定着ニップを拡大するために駆動ローラとは別に固定部材を設ける構成となっている。これによりワイドニップ化を図ることができる反面、個別に設けた固定部材が熱負荷となりウォームアップ時間が延長し、消費電力の増大につながる。

本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、熱効率に優れ、消費電力が小さく、かつ、定着不良を引き起こさない定着装置およびそれを備える画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明においては、回転可能に支持された定着ローラと、定着ローラに掛け巻きされた無端状の定着ベルトと、定着ベルトを所定の温度に加熱する加熱部と、定着ベルトを介して定着ローラに圧接し回転可能に支持された加圧ローラとを備え、前記定着ベルトを介して定着ローラと加圧ローラとにより形成したニップ間に記録材を通過させて記録材上の未定着トナー像を定着する定着装置であって、前記ニップの記録材搬送方向出口側において、定着ローラと定着ベルトの間に空隙を設けることで、定着ベルトのニップ出口側が定着ローラから離れて加圧ローラ側に巻きかかる仮想ニップ部が形成されたことを特徴とする。

上記構成によると、ニップ出口側に設けた空隙により定着ベルトが加圧ローラ側に巻きかかるように配置される。これにより、定着ローラと加圧ローラとで形成される実ニップに加えて定着ベルトが加圧ローラに巻きかかることによる仮想ニップが形成され、ワイドニップ化を図ることができる。その結果、熱供給量が増加し定着可能温度域を低温側にシフトさせることができるため、設定温度を低くすることが可能となり、消費電力の少ない定着装置を提供することができる。

ここで、仮想ニップとは、定着ベルトが定着ローラから離れて定着ローラの干渉を受けずに加圧ローラに巻きかかる部位をいう。この仮想ニップと、定着ローラと加圧ローラとで形成される実ニップとを加えて実質的ニップ幅が形成される。

ニップ出口側における定着ローラと定着ベルトとの間の空隙の形成手法として、定着ベルトの張力を調整することにより形成することができる。定着ベルトの張力調整が最も簡易に空隙を形成することができる。定着ベルトの張力を高めると、定着ベルトが定着ローラに巻き付くことになり、逆に、定着ベルトの張力を緩めると、定着ベルトのニップ出口側に空隙を形成することができる。但し、定着ベルトの張力を緩め過ぎると、定着ベルトを周回駆動する駆動力が定着ベルトに伝わらなくなり、定着ベルトが周回移動しなくなる。

本例では、定着ローラに懸架する定着ベルトの張力は２．５ｋｇｆ以下とすることで、通常の張力（例えば３．６ｋｇｆ）よりも低く設定している。

これにより、定着ベルトのベルトテンションを所定値以下とすることで、ニップ出口側の空隙を広げて仮想ニップを拡大し、よりワイドニップ化を図ることができる。その結果、熱供給量が増加し定着可能温度域を低温側にシフトさせることができるため設定温度を低くすることが可能となり、消費電力の少ない定着装置を提供することができる。

また、定着ベルトの張力の下限値としては、０．７ｋｇｆ以上であればよい。０．７ｋｇｆを下回ると、定着ベルトの周回駆動力が定着ベルトに伝わらなくなるおそれがある。

なお、ニップ出口側における定着ローラと定着ベルトとの間の空隙の形成手法として、上記以外に、定着ローラと加圧ローラとに相対的な速度差（回転速度差）を設け、これにより定着ベルトのニップ出口側で定着ベルトと定着ローラとの間に空隙を形成することができる。また、上記定着ベルトの張力調整と共に、定着ローラと加圧ローラとに速度差を設ける手法を組み合わせて、ニップ出口側での定着ベルトの空隙を形成するようにしてもよい。

これらの定着ベルトの記録材搬送方向でニップ出口側における空隙の大きさ、言い換えると、仮想ニップ幅をどの程度に設定するかは定着ベルトの張力調整度合いによるが、その他の影響因子として、加圧ローラによる定着ローラの押圧度合い、定着ローラの径と対向する加熱部、特に加熱ローラの径の相違、定着ローラと加熱ローラの軸間距離、さらには、定着ベルトの物性（特に、抗張力、弾性力、復元力等）、定着ローラや加圧ローラの物性（特に、表面の弾性層の物性）の影響を受ける。本例では、これらの影響因子を従来と同じ条件下で、定着ベルトの張力調整を行なうようにしている。

なお、加熱部は、加熱ヒータを備えた構成が例示できるが、その配置は定着ベルトの内側および／または外側に配置する構成であればよい。また、加熱部の態様は、固定式のものや加熱ローラ等の回転式のもののいずれであってもよい。これらの加熱部を定着ローラと共に前記定着ベルトを懸架するよう、前記定着ベルトの内面側に配置することができる。これにより、加熱部が定着ベルトの懸架部として機能させることができる。

特に、加熱部が回転可能に支持された加熱ローラであり、前記定着ベルトは、前記加熱ローラと定着ローラに張架された構成を採用することができる。これにより、定着ベルトの懸架用として新たに別部材を用意することなく、定着ベルトを加熱ローラと定着ベルトとに張架し、両ローラの間で円滑に周回移動させることができる。

この場合、加熱ローラと定着ローラとはその軸間距離を調整可能とされ、軸間距離の調整により定着ベルトの張力を調整可能とすることができる。これにより、新たに定着ベルトの張力調整用の部材を用意することなく、定着ベルトの張力調整が可能となる。

加熱ローラの軸間距離の調整は、加熱ローラに付加された付勢バネの付勢力を調整することで行なうことができる。

また、定着ベルトは、多層構造であり、定着ベルトの表層がフッ素樹脂チューブにより形成されている構成を採用することができる。

定着ベルトを多層構造とすることで、強度、弾性、離型性の機能を付与した定着ベルトが可能となる。そして、定着ベルトの表層をフッ素樹脂チューブにより形成することで、安定した離型性を確保でき、また耐久性、耐擦り傷性が良好になり、長寿命化が可能となる。

定着ベルトの多層化として、基層には合成樹脂あるいは金属材料の使用が可能である。例えば、定着ベルトを金属材料からなる基層を有する金属ベルトとすることができる。

金属材料の基層を有する定着ベルトとすることで、従来のポリイミド基材などのベルトに比べて高熱伝導化することができる。一例として、ポリイミドをニッケル鋼に変更した場合、大幅に高熱伝導化（ポリイミド：０．３７Ｗ／ｍＫ⇒ニッケル鋼：５９〜９０Ｗ／ｍＫ）を図ることができ、定着ベルトをムラなく均一に加熱できるため、良好な定着性を確保することができる。また、合成樹脂材料から金属材料への変更により、機械的強度が増すため、耐久性が向上し長寿命化が可能となる。

上記の定着装置を画像形成装置に採用することができる。これにより、熱容量の小さい定着ベルトを定着部材として用いることにより、消費電力の少ない定着装置およびそれを用いた画像形成装置を提供することができる。

以上のとおり、本発明によれば、ニップ出口側に設けた空隙により定着ベルトが加圧ローラ側に巻きかかるように配置されるので、定着ローラと加圧ローラとで形成される実ニップに加えて定着ベルトが加圧ローラに巻きかかることにより形成される仮想ニップが付加され、ワイドニップ化を図ることができる。その結果、定着ベルトによる熱供給量が増加し、定着可能温度域を低温側にシフトさせることができるため、設定温度を低くすることが可能となり、消費電力の少ない定着装置およびそれを備えた画像形成装置を提供することができる。

本発明の実施形態である画像形成装置の概略構成図である。 本発明の実施形態である定着装置の概略構成図である。 同じく定着装置の要部拡大図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。図に示すように、画像形成装置１００は、外部から伝達された画像データに応じて、所定の記録材（シート状の用紙あるいはＯＨＰシート等）に対して多色または単色の画像を形成する。

本例の画像形成装置１００は、４つの画像形成ユニットｐａ、ｐｂ、ｐｃ、ｐｄ、中間転写ベルト１１、転写ユニット１４、定着装置１５、給紙トレイ１６、手差し給紙ユニット１７、および排紙トレイ１８を備えている。

４つの画像形成ユニットｐａ〜ｐｄは、それぞれ、現像器１０２ａ〜１０２ｄ、感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄ、帯電器１０３ａ〜１０３ｄ、クリーナユニット１０４ａ〜１０４ｄを備えている。本例において扱われる画像データは、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色を用いたカラー画像に応じたものである。従って、各画像形成ユニット１０１ａ〜１０１ｄは、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）のいずれかの色成分についての画像形成処理が実行される。

具体的には、画像形成ユニットｐａの感光体ドラム１０１ａにブラック、画像形成ユニットｐｂの感光体ドラム１０１ｂにシアン、画像形成ユニットｐｃの感光体ドラム１０１ｃにマゼンタ、画像形成ユニットｐｄの感光体ドラム１０１ｄにイエローの色成分に係る静電潜像および現像剤像が形成される。

４つの画像形成ユニットｐａ、ｐｂ、ｐｃ、ｐｄのうち画像形成ユニットｐａについて説明する。画像形成ユニットｐａは、現像器１０２ａ、感光体ドラム１０１ａ、帯電器１０３ａ、およびクリーナユニット１０４ａを備えている。感光体ドラム１０１ａは、画像形成装置１００の上部に配置されている。帯電器１０３ａは、感光体ドラム１０１ａの表面を所定の電位に均一に帯電させるためのものであり、本例ではローラ型の帯電器１０３ａが用いられる。ただし、帯電器１０３ａとして、ブラシ型の帯電器や、チャージャー型の帯電器を用いても良い。

現像器１０２ａは、感光体ドラム１０１ａ上に形成された静電潜像をブラック（Ｋ）のトナーにより顕像化する。クリーナユニット１０４ａは、現像・画像転写後における感光体ドラム１０１ａ上の表面に残留したトナーを除去・回収する。

他の画像形成ユニットｐｂ、ｐｃ、ｐｄも画像形成ユニットｐａと同様の構成を備えているので、その説明を省略する。各画像形成ユニットｐｂ、ｐｃ、ｐｄの現像器１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄには、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色のトナーがそれぞれ収容されている。

本例では、４つの感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄを露光するための光学系ユニットＥは、一つのユニットにまとめられている。この光学系ユニットＥは、図示しないレーザービーム光源、ポリゴンミラー等の偏向器４、偏向したビームを４組の感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄへ導く折り返しミラー８等を備えている。偏向されたビームは折り返しミラー８等を介して感光体ドラム１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄの表面を走査する。

このように、光学系ユニットＥは、入力された画像データに応じて帯電された感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄを露光することにより、その表面に、画像データに応じた静電潜像を形成する機能を有する。ここでは、光学系ユニットＥとしてレーザスキャニングユニット（ＬＳＵ）が用いられているが、発光素子をアレイ状に並べた例えばＥＬやＬＥＤ書込みヘッドを用いても良い。

感光体ドラム１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄの上方に配置された中間転写ベルト１１は、テンションローラ１１ａ及び１１ｂの間に張力をかけた状態で架けられている。中間転写ローラ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは中間転写ベルト１１を介してそれぞれ感光体ドラム１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄに圧接されている。

転写ユニットを構成する転写ローラ１４は、中間転写ベルト１１を介してテンションローラ１１ａに圧接されている。そして、中間転写ベルト１１に残留したトナーは廃トナーボックス１２によって回収される。

中間転写ベルト１１は、厚さ１００μｍ〜１５０μｍ程度のフィルムを用いて無端状に形成されており、それぞれの感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄに接触するように設けられる。また、中間転写ベルト１１には、感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄに形成された各色のトナー像が順次的に重ねて転写される。中間転写ベルト１１は、その表面に多色トナー像を担持する機能を有している。

感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄから中間転写ベルト１１へのトナー像の転写は、中間転写ベルト１１の裏側に接触している中間転写ローラ１３ａ〜１３ｄによって行われる。中間転写ローラ１３ａ〜１３ｄには、トナー像を転写するために高電圧の転写バイアスが印加される。本例では、トナーの帯電極性が負極性であるため、正極性の高電圧が転写バイアスとして用いられる。

中間転写ローラ１３ａ〜１３ｄは、直径８〜１０ｍｍの金属（例えばステンレス）軸をベースとし、その表面は、導電性の弾性材（例えばＥＰＤＭ，発泡ウレタン等）により覆われているローラである。この導電性の弾性材は、中間転写ベルト１１に対して均一に高電圧を印加するために用いている。なお、本例では、転写電極としてローラ形状を使用しているが、それ以外にブラシなどを用いても良い。

転写ローラ１４は、中間転写ベルト１１を介してテンションローラ１１ａを圧接するように配置される。各感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄ上で各色相に応じて形成されたトナー像（現像剤像）は中間転写ベルト１１で積層される。続いて、積層されたトナー像は中間転写ベルト１１の回転によって、シート状の記録材と中間転写ベルト１１の接触位置に導かれ、転写ローラ１４に印加される転写バイアスによって記録材上に転写される。

中間転写ベルト１１と転写ローラ１４とは、所定量のニップが形成されるように圧接する。転写ローラ１１は、上記ニップを定常的に得るために、転写ローラ１４若しくは中テンションローラ１１ａの何れか一方を硬質材料（金属等）とし、他方には、弾性ローラ等の軟質材料（弾性ゴムローラ、または発泡性樹脂ローラ等）が用いられる。

画像形成装置１００の下部に配設される給紙トレイ１６は、画像形成に使用するシート状の記録材を蓄積しておくためのトレイであり、画像形成ユニットｐａ〜ｐｄおよび光学系ユニットＥの下側に設けられている。また、画像形成装置１００には、給紙トレイ１６の記録材を転写ローラ１４や定着装置１５を経由させて排紙トレイ１８に送るための記録材搬送路Ｓが形成されている。この記録材搬送路Ｓに沿って、ピックアップローラ１６ａ、レジストローラ１９、転写ローラ１４、定着装置１５、記録材を搬送する搬送ローラｒ等が配設されている。

搬送ローラｒは、用紙の搬送を促進・補助するための小型のローラであり、記録材搬送路Ｓに沿って複数設けられている。ピックアップローラ１６ａは、給紙トレイ１６の端部に備えられ、給紙トレイ１６から記録材を１枚ずつ記録材搬送路Ｓに供給する呼び込みローラである。また、レジストローラ１９は、記録材搬送路Ｓを搬送されている記録材を一旦保持し、感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄ上のトナー像の先端と記録材の先端を合わせるタイミングで記録材を転写ローラ１４とテンションローラ１１ａとの間に搬送する。

また、画像形成装置１００には、記録材を収納する給紙カセット１６の他に、ユーザが少数枚の印字を行うときに使用する手差しトレイ１７が配置されている。給紙カセット１６および手差しトレイ１７の近傍には、ピックアップローラ１７ａ，１６ａが配置される。ピックアップローラ１７ａ，１６ａは、記録材を１枚ずつ記録材搬送路Ｓに送り出す。

給紙カセット１６から搬送される記録材は搬送路中の搬送ローラｒによってレジストローラ１４まで搬送される。記録材は、その先端と中間転写ベルト１１上の画像情報の先端を整合するタイミングで、転写ローラ１４とテンションローラ１１ａとの間に搬送され、中間転写ベルト１１に担持されているトナー像が記録材に転写される。続いて、記録材は定着装置１５を通過することにより、記録材上の未定着トナーが熱で溶融・固着される。その後、記録材は、搬送ローラｒを経て排紙ローラ１８ａから排紙トレイ１８上に排出される。

他方、手差し給紙トレイ１７に積載される記録材は、ピックアップローラ１７ａにより給紙され、複数の搬送ローラｒを経てレジストローラ１９に到達し、それ以降は給紙カセット１６から給紙される記録材と同様の経路を経て排紙トレイ１８に排出される。このとき、印字要求内容が両面印字要求の時は、上記のように片面印字が終了し定着装置１５を通過した用紙の後端が排紙ローラ１８ａで挟持され、排紙ローラ１８ａが逆回転することによって搬送ローラｒに導かれた後、レジストローラ１９を経て裏面印字が行われた後に排紙トレイ１８に排出される。

上記画像形成装置１００には、本発明に係る定着装置１５が搭載される。図２は定着装置の概略構成図である。図２に示すように、定着装置１５は、無端状の定着ベルト１５ａと、定着ベルト１５ａを懸架する定着ローラ１５ｂ及び加熱部１５ｃと、定着ベルト１５ａを介して定着ローラ１５ｂに圧接される加圧ローラ１５ｄとを備えている。そして、定着ベルト１５ａを介して定着ローラ１５ｂと加圧ローラ１５ｄとにより形成したニップＮ間に記録材を通過させて記録材上の未定着トナー像を定着する。このとき、ニップＮの記録材搬送方向出口側において、定着ローラ１５ｂと定着ベルト１５ａの間に空隙２５を設けることで、定着ベルト１５ａの記録材搬送方向でニップ出口側が定着ローラ１５ｂから離れて加圧ローラ１５ｄ側に巻きかかる仮想ニップ部Ｎ１が形成される。

定着装置１５の具体的な構成は、以下のとおりである。定着装置１５は、直径７５ｍｍの定着ベルト１５ａと、直径５０ｍｍの定着ローラ１５ｂと、直径が５０ｍｍの加圧ローラ１５ｄと、加熱部として直径３５ｍｍの加熱ローラとで構成されている。
加熱部材１５ｃとしては、加熱ローラに限らず、例えば、断面円弧状に形成し、定着ベルト１５ａを円弧状面で円滑に摺動させることも可能である。

定着ローラ１５ｂは、略円筒状の形状とされ、剛性体としてＳＵＳなどからなる中空あるいは中実の金属製芯金１５ｂ1と、芯金１５ｂ1の外周上に形成された発泡性ゴム材などからなる弾性層１５ｂ2の２層構造とされる。この定着ローラ１５ｂは、定着装置本体に回転自在に支持され、図示しないモータにより回転駆動される。定着ローラ１５ｂの弾性層１５ｂ2には、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどの耐熱性を有するゴム材料が適している。本例では、直径２０ｍｍの中実の芯金１５ｂ1に、弾性層１５ｂ2として１５ｍｍ厚のシリコーンスポンジゴム層が形成される。

加圧ローラ１５ｄは、略円筒状の形状とされ、内側から順に、中空の金属製芯金１５ｄ1、シリコーンゴムなどの弾性層１５ｄ2、フッ素樹脂などの離型層（図示せず）を備えている。弾性層１５ｄ2には、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどの耐熱性を有するゴム材料が適している。離型層には、ＰＦＴ（テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体）又はＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素樹脂が適している。本例では、直径４６ｍｍからなる中空の芯金１５ｄ1の表面上に、弾性層１５ｄ2として２ｍｍ厚のシリコーンゴム層を形成し、さらにその上に離型層として３０μｍ厚のＰＦＡチューブを被覆している。加圧ロール１５ｄの内部には、ハロゲンランプ等のヒータランプ２１が配置されている。

加熱ローラ１５ｃは、アルミニウムなどの金属からなる略円筒状の芯金を備え、その内周面には赤外線吸収層（図示せず）が形成され、さらに外周面にはＰＦＡ等の離型層（図示せず）が形成される。赤外線吸収層は、芯金の内面にカーボンブラック含有塗料を塗装した黒色塗装層として形成され、これにより加熱効率を向上させることが可能となる。本例では、０．７ｍｍ厚の中空の芯金の表面に、ＰＦＡからなる離型層が形成されている。加熱ロール１５ｃの内部には、ハロゲンランプ等のヒータランプ２１が配置されている。

定着ベルト１５ａは、ポリイミドなどの耐熱性樹脂あるいはステンレスやニッケルなどの金属材料からなる可撓性の中空円筒状の基層１５ａ1の外表面に、耐熱性及び弾性に優れたエラストマー材料（例えば、シリコーンゴム）からなるベルト弾性層１５ａ2が形成され、さらにその外表面に耐熱性及び離型性に優れたフッ素樹脂からなる表層１５ａ3（離型層）が形成された多層（３層）の構造となっている。フッ素樹脂としては、たとえば、ＰＦＡやＰＴＦＥを挙げることができる。

また、定着ベルト１５ａは、基層１５ａ1のポイイミドにカーボンブラック等を内添するようにしてもよい。これにより、定着ベルト１５ａの帯電を防止し、静電オフセットを低減することができる。

また、定着ベルトの表層１５ａ3は、フッ素樹脂からなるチューブにより形成されることが好ましい。ベルト弾性層１５ａ2の表面をフッ素樹脂チューブで被覆して表層を形成することで、安定した離型性を確保でき、また耐久性、耐擦り傷性が良好であり、長寿命化が可能となる。

本例では、基層１５ａ1として５０μｍの筒状ニッケル基材の上に、ベルト弾性層１５ａ2として厚み２００μｍのシリコーンゴム層を形成し、さらにその上を厚み３０μｍのＰＦＡチューブで被覆して表層１５ａ3としている。

定着ベルト１５ａは、図２に示すように、定着ローラ１５ｂと加熱ローラ１５ｃとの間に所定のテンションをかけた状態で張架される。加熱ローラ１５ｃ及び加圧ローラ１５ｄは、それぞれヒータランプ２１が内装されており、定着ベルト１５ａは、図示しない温度検出器からの信号に基づいて、制御部（図示略）によって所定の定着温度となるようにヒータランプ２１への出力が制御される。

加圧ローラ１５ｄは、図３に示すように、定着ベルト１５ａを挟んで定着ローラ１５ｂに対向配置され、定着ローラ１５ｂを押圧する。これにより、定着ベルト１５ａと加圧ローラ１５ｄとの間において、定着ローラ１５ｂと加圧ローラ１５ｄとが定着ベルト１５ａを介して互いに当接する。この当接部分が定着ニップ部Ｎとされる。定着ニップ部Ｎにおいて、記録材はＸ方向から入紙し、定着ローラ１５ｂと加圧ローラ１５ｄとで記録材を熱圧着することにより、用紙に転写された多色トナー像を溶融・混合・圧接し、用紙に対して熱定着させる。

このとき、図３に示すように、定着ベルト１５ａを介して定着ローラ１５ｂと加圧ローラ１５ｄとにより形成したニップ部Ｎの記録材搬送方向で出口側において、定着ローラ１５ｂと定着ベルト１５ａの間に空隙２５を設けるようにする。これにより、定着ベルト１５ａのニップ出口側が定着ローラ１５ｂから離れて加圧ローラ１５ｄ側に巻きかかる仮想ニップ部Ｎ１が形成される。

本例では、この空隙２５を定着ベルト１５ａの張力を調整することにより形成している。定着ベルト１５ｂのベルトテンションを所定値以下とすることで、ニップ出口側の空隙２５を広げて仮想ニップＮ１を拡大し、よりワイドニップ化を図ることができる。その結果、熱供給量が増加し定着可能温度域を低温側にシフトさせることができるため、設定温度を低くすることが可能となり、消費電力の少ない定着装置を提供することができる。

定着ベルト１５ａの張力は、定着ローラ１５ｂと加熱ローラ１５ｃとの軸間距離Ｌを調整することで可能となる。定着ローラ１５ｂと加熱ローラ１５ｃとの軸間距離Ｌを調整する調整装置２６は、例えば、図２に示すように、加熱ローラ１５ｃを定着ローラ１５ｂに対して軸間が近接離間する方向で移動可能に支持し、加熱ローラ１５ｃを定着ローラ１５ｂから離れる方向に付勢する付勢バネ２７を設ける一方、加熱ローラ１５ｃが定着ローラ１５ｂから離れるのを規制する規制ネジ２８を加熱ローラの軸２９に当接しておく。規制ネジ２８を軸方向に移動させることで、付勢バネ２７の付勢力とのバランスにより、加熱ローラ１５ｃの軸位置が決定される。なお、図２において、調整装置２６の構成を分かりやすくするため、図面の上側に加熱ローラ１５ｃの軸２９を抽出して描いた。

加熱ローラ１５ｃの軸位置が決定すれば、定着ローラ１５ｂと加熱ローラ１５ｃの軸間距離が決定し、定着ローラ１５ｂと加熱ローラ１５ｃに掛け巻きされる定着ベルト１５ａの張力も決定されることになる。

ここで、規制ネジ２８の軸方向への回転移動は、手動あるいは図示しない制御部を通してモータ等の駆動機構により行うようにしてもよい。これにより、加熱ローラ１５ｃと定着ローラ１５ｂとの軸間距離を自由に変更することができる。

表１は、定着ベルト１５ａのベルトテンション（張力）を３段階に変化させてニップ幅（Ｎ+Ｎ１）と定着温度（設定温度）との関係を評価したものである。定着温度は定着ベルト１５ａの表面温度を対面するサーミスタ等の温度検知器で測定した。ベルトテンションは加熱ローラ１５ｃの軸部にかかる負荷を計測したもので、０．７ｋｇｆ、２．５ｋｇｆ、３．６ｋｇｆの３段階で変化させ、ニップ幅および定着温度の測定データを得た。定着温度は１６０度〜２００度までを５度間隔で変化させて、そのときの記録材に定着するトナーの状態を官能評価した。「○」は画像濃度、画質が問題ない場合を示し、「×」は画像濃度が低下あるいは画質が劣る場合を示す。

表１に示すように、定着ベルト１５ａを通常のベルトテンションである３．６ｋｇｆにした場合、定着ニップ部Ｎの出口側には定着ベルト１５ａと定着ローラ１５ｂとの間に空隙が生じることなく、ニップ幅は１０．５ｍｍとなった。通常のニップ幅１０．５ｍｍの場合、定着温度は１７５度〜２００度の範囲で良好な結果が得られ、１７０度以下ではトナーの溶融状態が不十分で、トナー像が定着ベルト１５ａに付着する現象（いわゆる低温オフセット現象）が発生し、画像濃度ムラが発生する。

定着ベルト１５ａのベルトテンションを２．５ｋｇｆにした場合、定着ニップ部Ｎの出口側には定着ベルト１５ａと定着ローラ１５ｂとの間に空隙２５が形成され、仮想ニップＮ１が発生するため、実質的ニップ幅は１１．０ｍｍとなった。実質的ニップ幅が１１．０ｍｍの場合、定着温度は１６５度〜１９０度の範囲で良好な結果が得られ、１６０度以下では低温オフセットが発生し、また、１９５度以上では逆に高温オフセット現象が発生し、画像欠損が生じる。

定着ベルト１５ａのベルトテンションを０．７ｋｇｆにした場合、定着ニップ部Ｎの出口側には定着ベルト１５ａと定着ローラ１５ｂとの間に空隙２５が形成され、仮想ニップＮ１が発生するため、実質的ニップ幅が１３．２ｍｍとなった。実質的ニップ幅が１３．２ｍｍの場合、定着温度は１６５度〜１９０度の範囲で良好な結果が得られ、１６０度以下では低温オフセットが、また、１９５度以上では逆に高温オフセット現象が発生し、画像欠損が生じる。

このように、定着ベルト１５ａのベルトテンションを調整して、定着ローラと加圧ローラとの間のニップ出口側において、定着ベルト１５ａと定着ローラ１５ｂとの間に空隙２５を設けることにより、定着ベルト１５ａが加圧ローラ側に巻きかかり、仮想ニップＮ１が付加され、ワイドニップ化する。そのため、定着ベルト１５ａによる熱供給量が増加し、表１に示すように、定着可能温度域を低温側にシフトさせることができるため、設定温度を低くすることが可能となり、消費電力の少ない定着装置およびそれを備えた画像形成装置を提供することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くしの修正を加えることができるのは勿論である。例えば、上記実施形態では、定着ベルトのベルトテンションを調整することで、ニップ出口側において、定着ベルトと定着ローラとの間に空隙を形成するようにしたが、定着ローラと加圧ローラとの間に相対的な速度差を設けることで、定着ベルトの周回方向の下流側領域（ニップ出口側）に定着ベルトの撓みを形成し、定着ベルトが加圧ローラに巻きかかる仮想ニップを増加させるようにしてもよい。

Ｅ 光学系ユニット
Ｎ ニップ部
Ｎ１ 仮想ニップ
Ｓ 記録材搬送路
ｐａ、ｐｂ、ｐｃ、ｐｄ 画像形成ユニット
ｒ 搬送ローラ
８ 折り返しミラー
１１ 中間転写ベルト
１１ａ、１１ｂ テンションローラ
１２ 廃トナーボックス
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ 中間転写ローラ
１４ 転写ユニット（転写ローラ）
１５ 定着装置
１５ａ 定着ベルト
１５ａ1 基層
１５ａ2 弾性層
１５ａ3 表層（離型層）
１５ｂ 定着ローラ（定着部材）
１５ｂ1 芯金
１５ｂ2 弾性層
１５ｃ 加熱ローラ（加熱部材）
１５ｄ 加圧ローラ（加圧部材）
１５ｄ1 芯金
１５ｄ2 弾性層
１６ 給紙トレイ
１７ 手差し給紙ユニット
１６ａ，１７ａ ピックアップローラ
１８ 排紙トレイ
１９ レジストローラ
２１ ヒータランプ
２５ 空隙
２６ 調整装置
２７ 付勢バネ
２８ 規制ネジ
１００ 画像形成装置
１０２ａ〜１０２ｄ 現像器
１０１ａ〜１０１ｄ 感光体ドラム
１０３ａ〜１０３ｄ 帯電器
１０４ａ〜１０４ｄ クリーナユニット

Claims (9)

1. 回転可能に支持された定着ローラと、定着ローラに掛け巻きされた無端状の定着ベルトと、定着ベルトを所定の温度に加熱する加熱部と、定着ベルトを介して定着ローラに圧接し回転可能に支持された加圧ローラとを備え、前記定着ベルトを介して定着ローラと加圧ローラとにより形成したニップ間に記録材を通過させて記録材上の未定着トナー像を定着する定着装置であって、前記ニップの記録材搬送方向出口側において、定着ローラと定着ベルトの間に空隙を設けることで、定着ベルトのニップ出口側が定着ローラから離れて加圧ローラ側に巻きかかる仮想ニップ部が形成されたことを特徴とする定着装置。
2. 前記空隙は定着ベルトの張力を調整することにより形成されることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記加熱部は、定着ローラと共に前記定着ベルトを懸架するよう前記定着ベルトの内面側に配置されたことを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. 前記加熱部が回転可能に支持された加熱ローラであり、前記定着ベルトは、前記加熱ローラと定着ローラに張架されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の定着装置。
5. 前記加熱ローラと定着ローラとはその軸間距離を調整可能とされ、軸間距離の調整により定着ベルトの張力を調整可能とされたことを特徴とする請求項４に記載の定着知装置。
6. 前記定着ベルトは、多層構造であり、前記定着ベルトの表層がフッ素樹脂チューブにより形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の定着装置。
7. 前記定着ベルトは金属材料からなる基層を有する金属ベルトであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の定着装置。
8. 前記定着ローラに懸架する定着ベルトの張力は2.5ｋｇｆ以下とすることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の定着装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の定着装置を用いることを特徴とする画像形成装置。

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