JP6051741B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置および画像形成装置に関し、さらに詳しくは、ベルトを定着部材として用いるベルト定着機構に関する。

周知のように、電子写真方式による画像形成装置は、次の工程を経て複写画像を出力する。
つまり、潜像担持体である感光体上に形成された静電潜像がトナーにより可視像処理され、トナー像が記録紙などの記録媒体に転写されたうえで定着されることにより複写画像が出力される。

画像形成装置に用いられる定着方式には、熱ローラ定着方式、ベルト定着方式、フィルム定着方式および電磁誘導加熱定着方式などがある。
熱定着ローラ方式には、記録紙の搬送路を挟んで対向しながら当接する定着ローラ及び加圧ローラが用いられる。この方式では、定着ローラ内に設けられている熱源からの熱と加圧ローラからの加圧力に相当する圧力との作用によってトナー像が記録紙に融解浸透される。記録紙に対してトナー像が融解浸透される現象は以下の構成を備えた定着方式においても同じである。
ベルト定着方式には、定着ローラに代えて熱良導体となる定着ベルトと加圧ローラおよびベルトを捲装されるローラそしてベルトに対する加熱源が用いられる（例えば、特許文献１）。
フィルム定着方式には、定着ローラに代えて熱良導体となる定着ベルトと加圧ローラおよびベルトを捲装されるローラそしてベルトに対する加熱源が用いられる（例えば、特許文献２）。
電磁誘導加熱定着方式には、発熱効率を高める電磁誘導コイルを加熱部材に設ける構成が用いられる（例えば、特許文献１）。

定着方式には、次に挙げる要求課題がある。
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温度（リロード温度）までに要する時間）を短縮すること、さらには、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に必要な時間）を短縮することである。
定着装置では、次の理由により定着不良が発生することがある。
画像形成装置は、高速処理が行える装置である。高速処理により単位時間あたりの定着枚数、つまり、定着装置を通過する通紙枚数が増加すると、高速移動する記録紙への供給熱量も増加させなければならない。これは、記録紙が定着装置を通過する時間が短くなるのに合わせて定着に必要な熱量を記録紙に与えるためである。
しかし、連続印刷のはじめに必要な熱量の確保ができていないと温度の落ち込みが大きく、高速化された連続印刷時に必要な熱量に達しないままで通紙されると定着不良を発生する虞がある。
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ることがあり、高速化した場合の定着不良を起こす問題がある。

一方、上記に挙げた定着方式とは別に、セラミックヒータを用いたサーフ定着方式と称される定着方式がある。
サーフ定着方式は、ニップ部のみを局所加熱され、その他の部分では加熱されない構成が用いられる。この定着方式では、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、所定温度への立ち上がりやファーストプリント時間の短縮が可能となる反面、次の問題がある。
つまり、サーフ定着方式は、局所以外の部分では加熱されていないので、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。

そこで、このような問題に対処するため、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（例えば、特許文献３）。

特許文献３に開示された定着装置は、図９に示す構成が用いられている。
無端ベルト１００、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、金属熱伝導体２００内に配設された熱源３００、および無端ベルト１００を介して金属熱伝導体２００に当接して記録紙の挟持搬送が可能なニップ部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、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（図９において符号２００で示す部材）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（例えば、特許文献４）。

特許文献４に開示されている定着装置は、その構成が図１０に示されている。
図１０において、定着装置は、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、この定着装置においては、ニップ形成部材５００をステンレス等の支持部材６００により支持し、加圧ローラ４００の加圧力に対するニップ形成部材５００の強度を高めている。

しかしながら、図１０に示す定着装置においては、放熱領域を少なくして熱効率をさらに向上させる目的で、無端ベルト１００に直径を３０ｍｍ程度の小径のベルトを用いている。
このような構成では、無端ベルト１００内に配設される支持部材６００のサイズも小さくなる傾向にある。その結果、ニップ形成部材５００の強度が十分に得られなくなり、加圧ローラ４００の加圧力によってニップ形成部材５００に撓みが生じると、ニップ部Ｎの面圧分布やニップ幅にばらつきが生じ、定着不良が発生してしまう虞がある。

そこで、本発明の目的は、上記従来の定着装置における問題に鑑み、ニップ形成部材を支持する支持部材の強度を向上させ、ニップ形成部材の撓みを防止することができる構成を備えた定着装置、及びその定着装置を備えた画像形成装置を提供することにある。

この目的を達成するため、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、前記ニップ部以外の箇所で前記定着ベルトを直接加熱する加熱源と、前記ニップ形成部材を支持する支持部材とを備え、回転する前記定着ベルトと前記対向回転体との間のニップ部に、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、前記支持部材は、定着ベルトに対する対向回転体の当接方向に延びてその先端が定着ベルトの内周面に接近する立ち上がり部が設けられていて、且つ断面係数を２００ｍｍ^３以上に規定し、前記支持部材の記録媒体搬送方向上流側と下流側の各端部に、それぞれ前記立ち上がり部を形成したことを特徴とするものである。

本発明によれば、立ち上がり部の先端を定着ベルトの内周面に対し対向回転体の当接方向に接近させ、支持部材の断面係数を所定値、例えば、２００（ｍｍ^３）以上とすることにより、断面積が同じでも断面係数の大きい断面形を選択することが可能となる。
これにより、小径化した定着ベルトの直径内に強度が確保された部材を用いることで各部材を効率よくレイアウトすることができ、且つ支持部材の曲げ変形を防止することにより、対向回転体の当接によるニップ形成部材の撓みを防止でき、ニップ幅を対向回転体の軸方向に渡って均一に形成することができるようになり、良好な画像を得ることが可能となる。

本発明に係る画像形成装置の実施の一形態を説明するための図である。 前記画像形成装置に搭載された定着装置の概略構成を説明するための図である。 図２に示した定着装置に用いられるニップ形成部材の構成を説明するための図である。 反射面の構成を説明するための図である。 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。 図２に示した定着装置に用いられるステーの構成を説明するための図である。 ステーの変形例を示す図である。 他の実施形態に係る定着装置の概略構成を説明するための図である。 従来の定着装置の概略構成図である。 他の従来の定着装置の概略構成図である。

以下、図面により本発明を実施するため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。

以上の構成を備えた画像形成装置の基本動作は次の通りである。
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用いられる定着ベルト２１、定着ベルト２１に対向して回転可能な対向回転体として用いられる加圧ローラ２２、定着ベルト２１を加熱する加熱源として用いられるハロゲンヒータ２３、定着ベルト２１の内側に配設されたニップ形成部材２４、ニップ形成部材２４を支持する支持部材として用いられるステー２５、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、定着ベルト２１の温度を検知する温度検知手段として用いられる温度センサ２７、および定着ベルト２１から用紙を分離することができる分離部材２８、加圧ローラ２２を定着ベルト２１へ加圧するために用いられる加圧手段(図示されず)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）が用いられる。
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とを備えている。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および芯金２２ａの表面に配置された発泡性シリコーンゴム、シリコーンゴム、又はフッ素ゴム等が用いられる弾性層２２ｂと、弾性層２２ｂの表面に設けられたＰＦＡ又はＰＴＦＥ等が用いられる離型層２２ｃと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側に向けて加圧されることにより定着ベルト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。

加圧ローラ２２は、プリンタ本体に設けられているモータ等の駆動源(図示されず)によって回転駆動される。加圧ローラ２２が回転駆動されると、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。しかし、未定着トナーを押し潰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を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。

上記各ハロゲンヒータ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。各ハロゲンヒータ２３は、プリンタ本体に配置された電源部により出力制御されて発熱する。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）を所望の温度に維持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(電磁誘導)、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、図３にその構成が示されている。
ニップ形成部材２４は、ベースパッド２４１と、ベースパッド２４１を巻いている摺動シート（低摩擦シート）２４０とを有する。
ベースパッド２４１は、加圧ローラ２２の加圧力を受けてニップ部Ｎの形状を決める部材である。このため、定着ベルト２１の軸方向又は加圧ローラ２２の軸方向に平行して配置され、ニップ形成部材２４の支持部材として用いられるステー２５によって固定支持されている。このベースパッド２４１は、後述するが、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等の樹脂、金属あるいはセラミックなどの材料が用いられる。
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の軸方向に平行し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（ＳＵＳ）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が、ステー２５を樹脂製とすることも可能である。

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、熱によるベースパッド２４１の変形を防止し、安定したニップ部Ｎの状態を確保することができる。この結果、出力画質の安定化が得られる。
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。

また、ベースパッド２４１の少なくとも定着ベルト２１と対向する表面には、低摩擦係数を有する摺動シート（低摩擦シート）２４０が配置されている。
摺動シート（低摩擦シート）２４０は、定着ベルト２１が回転する際、定着ベルト２１の表面を摺動させる。摺動シート（低摩擦シート）２４０は、摺動する定着ベルト２１に生じる駆動トルクを低減するとともに定着ベルト２１への摩擦力による負荷を軽減させるために用いられる。摺動シート（低摩擦シート）２４０の材料には、例えば、ＰＴＦＥ等が用いられる。

ベースパッド２４１は、摺動シート（低摩擦シート）２４０を挟んで対向する加圧ローラ２２とで構成されるニップ部Ｎの形状を決める機能を有している。このため、ニップ部Ｎに対向する面がほぼ平坦、換言すればストレート状の形状であり、この形状を維持するための材料として、ある程度硬い材料が用いられる。具体的には、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等に用いられる結晶性熱可塑性プラスチックス、例えばアラミド繊維などの成型品が用いられる。また樹脂に代えて、金属やセラミックスなどの形状保持が可能な材料が用いられることもある。

上記反射部材２６は、反射面として表面を利用できるアルミニウムやステンレス（ＳＵＳ）などが用いられてステー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がステー２５に固定されている。また、反射部材２６は、ハロゲンヒータ２３によって直接加熱されるため、高融点の金属材料等で形成されることが望ましい。このように反射部材２６が配設されていることにより、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、本実施形態のような反射部材２６を設けずに、ステー２５のハロゲンヒータ２３側の面を研磨又は塗装などの鏡面処理をし、反射面を形成してもよい。さらに加えて、上記反射部材２６又はステー２５の反射面の反射率は、９０％以上であることが望ましい。

ただし、ステー２５はその強度を確保するために形状や材質が自由に選択できない。このため、本実施形態のように反射部材２６を別途設けた方が、形状や材質の選択の自由度が広がり、反射部材２６とステー２５はそれぞれの機能に特化することができる。また、反射部材２６はハロゲンヒータ２３とステー２５との間に設けられることにより、ハロゲンヒータ２３に対する反射部材２６の位置が近くなるので、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、光の反射による定着ベルト２１の加熱効率をさらに向上させるには、反射部材２６又はステー２５の反射面の向きを検討する必要がある。
例えば、図４（Ａ）に示すように、反射面７０を、ハロゲンヒータ２３を中心とする同心円状に配設した場合は、光がハロゲンヒータ２３に向かって反射されるため、その分、加熱効率が低下してしまう。
これに対し、図４（Ｂ）に示すように、反射面７０の一部又は全部を、ハロゲンヒータ２３以外の方向で定着ベルト側へ光を反射する向きに配設した場合は、ハロゲンヒータ２３の方向へ反射される光量が少なくなるため、反射光による加熱効率を向上させることができる。

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、構成に種々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、図２において、定着ベルト２１の左側の部分とこの位置に対向するハロゲンヒータ２３との間に何も介在させないようにしている。これにより、ハロゲンヒータ２３と定着ベルト２１とが対向する位置ではハロゲンヒータ２３からの輻射熱が定着ベルト２１に直接与えられるようになる。

定着ベルト２１の低熱容量化を図るために、定着ベルト２１は薄くかつ小径化されている。
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、５〜５０μｍの範囲に、そして全体としての厚さが１ｍｍ以下に設定されている。また、定着ベルト２１の直径は、２０〜４０ｍｍの直径に設定されている。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の直径が２０〜４０ｍｍに設定されており、定着ベルト２１の直径と加圧ローラ２２の直径は等しくされている。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。

図５は、定着ベルトの幅方向(軸方向)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５（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５に基づき片側の端部の構成についてのみ説明する。

図５（Ａ）又は（Ｂ）に示すように、定着ベルト２１の幅方向端部にはベルト保持部材４０が挿入されている。定着ベルト２１の幅方向端部は、ベルト保持部材４０によって回転可能に保持されている。ここで、ベルト保持部材４０は、ベルト寄り止めガイド部４０ａとベルト回転ガイド部４０ｂとからなる。ベルト寄り止めガイド部４０aは定着ベルト２１の軸方向（スラスト方向）の寄り止めのガイドとして機能し、ベルト回転ガイド部４０ｂは、ベルトの回転方向のガイドとして機能する。図５（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。

図５（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寄り止めガイド部４０ａの対向面との間には、定着ベルト２１の幅方向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。
ベルト寄り止めガイド部４０ａは非回転のため、定着ベルト２１の端部との接触、回転に伴って摩耗が生じるので、定着ベルト２１の回転に伴って回転可能なスリップリング４１を、定着ベルト２１とベルト寄り止めガイド部４０ａとの間に備えることにより、ベルト寄り止めガイド部４０ａの摩耗を低減できる。
これにより、定着ベルト２１に幅方向（軸方向）の寄りが生じた場合に、定着ベルト２１の端部がベルト寄り止めガイド部４０ａ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が配設されている。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。なお、本実施形態では定着ベルト２１の内周面と接触する部材は、両端のベルト保持部材４０と、ニップ形成部材２４のみであり、これら部材以外に定着ベルト２１の内周面と接触して回転をガイドするようなベルトガイドは存在しない。

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される。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Ｆ１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Ｆ２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１３（図１参照）によって機外に排出され、排紙トレイ１４（図１参照）にストックされる。

以下、上記ステーの構成についてさらに詳しく説明する。
図６に示されているように、ステー２５は、ニップ形成部材２４と接触し用紙搬送方向（図の上下方向）に延在する基部２５ａと、その基部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（図の左側）に向かって延びる立ち上がり部２５ｂとを有する。各立ち上がり部２５ｂの先端は、定着ベルト２１の内周面に対して加圧ローラ２２の当接方向に近接するように配置されている。

立ち上がり部２５ｂの先端と定着ベルト２１の内周面との間の距離ｄ、つまり、加圧ローラ２２に対する当接方向に沿った立ち上がり部２５ｂの先端と定着ベルト２１の内面との間の距離ｄは、次の条件に基づき設定されている。
例えば、定着ベルト２１として剛性を持ち、走行中あまり振れが少ない（ばたつかない）ものであれば、距離ｄとしては、ステー２５と定着ベルト２１とが接触しない０．０２ｍｍ程度に設定されている。この距離ｄとして設定される０．０２ｍｍという寸法は、定着ベルト２１の加工精度を考慮した値である。
一方、定着ベルト２１が、フィルムのような薄く、十分な剛性がないものである場合には、走行中でのばたつきが大きくなることを考慮して、ステー２５と接触しないためにも、距離ｄは、３．０ｍｍ以下に設定されている。
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、前記距離ｄを設定しておく必要がある。

このように、立ち上がり部２５ｂの先端を定着ベルト２１の内周面に近接するように配置することで、立ち上がり部２５ｂを加圧ローラ２２の当接方向に長くすることができる。すなわち、立ち上がり部２５ｂ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ので、断面係数が大きくなり、加圧ローラ２２からの加圧力を受けるステー２５の長手方向での撓みの発生を抑えることで機械的強度を向上させることができる。

ここで断面係数は構造材に生じる曲げ応力の大きさを計算する基準として、断面の形状から算出する係数である。ステー２５に横荷重が作用するとステー２５は曲げ変形する。この曲げ作用によってステー２５に生ずる応力は、引張りも圧縮も受けない中立面を境にして凸側では引張り、凹側では圧縮となる。ステー２５のある断面でのこの曲げ応力は中立軸（中立面と断面との交線で断面の図心を通る直線）からの距離に比例し、中立軸からもっとも遠い点で最大となる。断面係数は、断面二次モーメントを中立軸からこの点までの距離で除したもので、断面の形と中立軸の位置によって決まる定数である。断面積が同じでも断面係数の大きい断面形を用いることにより、ステー２５に生じる最大曲げ応力を小さくすることができる。
ここでいう断面二次モーメント（断面二次モーメント、（second moment of area））とは、曲げモーメントに対する物体の変形のしにくさを表した量であり、慣性モーメント同様に「I（ラージアイ）」で表される。物体の断面を変えると、断面二次モーメントの値も変化するので、構造物の耐久性を向上させる上で、設計上の指標として用いられる。単位はcm⁴により表される。

ニップ部Ｎでの回転駆動でスリップ等が生じさせないための必要な面圧は０．６（Ｋｇｆ/ｃｍ^２）以上である。ステー２５の断面係数を２００（ｍｍ^３）以上にすれば、ニップ部Ｎで加圧ローラ２２が回転駆動され、その駆動力が定着ベルト２１に伝達された時にステー２５の曲げ変形が防止される。さらに加えて、断面積が同じでも断面係数の大きい断面形状が選択されることにより、小径化した定着ベルト２１の直径内に効率よく各部材をレイアウトすることができる。

また、本実施形態では、定着ベルト２１内でステー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はコンパクトに形成されている。
具体的には、ニップ形成部材２４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。
図６において、ニップ形成部材２４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、用紙搬送方向上流側端部２４ａ及び下流側端部２４ｂ以外のニップ形成部材２４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。

このような関係を持たせることにより、ニップ形成部材２４の用紙搬送方向上流側端部２４ａおよび下流側端部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置できるようになり、ステー２５の強度を確保することができるようになる。

また、本実施形態では、定着ベルト２１は、その端部以外の部分ではニップ形成部材２４のみによってガイドされる（端部では、定着ベルト２１はベルト保持部材４０によってもガイドされる。）。すなわち、定着ベルト２１とステー２５との間には、ニップ形成部材２４以外のガイド部材を設けていないので、ステー２５を定着ベルト２１により近づけて配設することができ、ステーの強度の向上を図れる。

本実施形態では、両立ち上がり部２５ｂの内側、又は、両立ち上がり部２５ｂの内面延長線Ｌよりも内側に、ハロゲンヒータ２３が配置されている。このようにハロゲンヒータ２３が配置されることにより、ハロゲンヒータ２３及びステー２５を定着ベルト２１内にコンパクトに収容することが可能となる。

また、本実施形態のように、ハロゲンヒータ２３の一部（又は全部）がステー２５の内側に収容されることにより、ハロゲンヒータ２３から定着ベルト２１への光の照射範囲が所定の範囲に絞られることになる。
一般に、定着ベルト２１の周方向において、ハロゲンヒータ２３と近い部分では加熱温度が高くなり、反対にハロゲンヒータ２３から遠い部分では加熱温度が低くなる。そのため、本実施形態のように、ハロゲンヒータ２３をステー２５の内側に収容して、定着ベルト２１への光の照射範囲を比較的距離のばらつきの少ない範囲に絞ることにより、加熱温度のばらつきを抑制することができ、画像品質を向上させることが可能となる。

図７（Ａ）、（Ｂ）において、ステーの変形例について説明する。
図２、図６に示されたステー２５は、両立ち上がり部２５ｂが基部２５ａに対して略直交するように配設されているが、図７（Ａ）において、符号２５０で示されているステーでは、両立ち上がり部２５０ｂを基部２５０ａに対して傾斜（符号θで示す開き状態）されている。また、図７（Ｂ）に示されているように、立ち上がり部２５０ｂは１つであってもよい。
これらの変形例においても、立ち上がり部２５０ｂの先端を定着ベルト２１の内周面に対して加圧ローラ２２の当接方向に近接させ、且つステー２５０の断面係数を２００（ｍｍ^３）以上にすることで、ステー２５の強度を確保することができる。
なお、断面係数が２００（ｍｍ^３）以上であれば、ステー２５０をこれら以外の形状に形成することも可能である。

図７（Ｂ）に示したハロゲンヒータ２３は、立ち上がり部２５０ｂでの定着ベルト回転方向下流側内面延長線Ｓと、前記ステー２５０の基部２５０ａでの定着ベルト回転方向上流側内面延長線Ｓ’との間に配置されることにより、定着ベルト２１の加熱後からニップ部Ｎ到達までの放熱量を最低限にすることができるため、より省エネルギー性を向上することが可能となる。

次に、図８により、本発明を適用した定着装置に係る他の実施形態について説明する。
図８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。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８に示すように、ステー２５は断面係数が２００（ｍｍ^３）以上に設定されており、立ち上がり部２５ｂは定着ベルト２１の内周面に対して加圧ローラ２２の当接方向に接近させてある。
なお、図８において、ｈ１、ｈ２、ｈ３は、図６に示された場合と同様のニップ形成部材２４における各高さであり、この実施形態においても、定着ベルト２１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。

なお、図８に示した構成においては、図２に示した構成と違って、ニップ形成部材２４がニップ形成部材２４の上下各面を把持可能な片部２４００ａ，２４００ａ’を有する板金部材からなる保持部材２４００により保持されており、ニップ形成部材２４のニップ部Ｎに対向する面には図２に示した構成と同様に低摩擦シート５０が設けられている。

以上のように、本発明によれば、ステー２５は断面係数が２００（ｍｍ^３）以上とすることで、ステー２５の機械的強度を確保することができ、加圧ローラ２２によるニップ形成部材２４の撓みを防止することができる。これにより、ニップ幅を加圧ローラ２２の軸方向に渡って均一に形成することができるようになり、良好な画像を得ることが可能となる。

特に、上記実施形態のような定着ベルト２１を小径化した構成においては、ステー２５、２５０を配設するスペースも小さくなるが、本発明の構成を適用することで、断面積が同じでも断面係数の大きい断面形を選択することが可能となり、小径化した定着ベルト２１の直径内に効率よく各部材をレイアウトすると共にステー２５、２５０の強度を確保することが可能である。

また、上記本発明の各実施形態では、ニップ形成部材２４がコンパクトに形成され、さらに、定着ベルト２１とステー２５との間に別途ガイド部材を設けない構成としているので、定着ベルト２１内でのステー２５、２５０を配置するために必要なスペースを大きく確保することが可能である。このため、上記実施形態では、ステー２５、２５０をコンパクトで且つ十分な強度に形成することができ、加圧ローラ２２によるニップ形成部材２４の撓みをより確実に防止することが可能となる。

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に限定されるものではなく、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。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。

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、２５０ ステー（支持部材）
２５ａ，２５０ａ 基部
２５ｂ、２５０ｂ 立ち上がり部
７０ 反射面
ｄ 立ち上がり部の先端と定着ベルトの内周面との距離
Ｌ 立ち上がり部の内面延長線
Ｎ ニップ部
Ｐ 用紙（記録媒体）

特開２００４−２８６９２２号公報 特開２０１０−７９３０９号公報 特開２００７−３３４２０５号公報 特開２００７−２３３０１１号公報

Claims (12)

1. 回転可能な無端状の定着ベルトと、
   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、
   前記ニップ部以外の箇所で前記定着ベルトを直接加熱する加熱源と、
   前記ニップ形成部材を支持する支持部材とを備え、
   回転する前記定着ベルトと前記対向回転体との間のニップ部に、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、
   前記支持部材は、定着ベルトに対する対向回転体の当接方向に延びてその先端が定着ベルトの内周面に接近する立ち上がり部が設けられていて、且つ断面係数を２００ｍｍ^３以上に規定し、前記支持部材の記録媒体搬送方向上流側と下流側の各端部に、それぞれ前記立ち上がり部を形成した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、
   前記ニップ部以外の箇所で前記定着ベルトを直接加熱する加熱源と、
   前記ニップ形成部材を支持する支持部材とを備え、
   回転する前記定着ベルトと前記対向回転体との間のニップ部に、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、
   前記支持部材は、定着ベルトに対する対向回転体の当接方向に延びてその先端が定着ベルトの内周面に接近する立ち上がり部が設けられていて、且つ断面係数を２００ｍｍ ^３ 以上に規定し、
   前記立ち上がり部の先端と前記定着ベルトの内周面との距離が、０．０２ｍｍ以上３．０ｍｍ以下に設定されたことを特徴とする定着装置。
3. 前記支持部材の記録媒体搬送方向上流側と下流側の各端部に、それぞれ前記立ち上がり部を形成したことを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. 前記支持部材の前記定着ベルト方向に、前記立ち上がり部を一つだけ形成したことを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
5. 前記加熱源を、前記立ち上がり部の定着ベルト回転方向下流側内面延長線と、前記支持部材底面の定着ベルト回転方向上流側内面延長線との間に配設したことを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
6. 前記加熱源を、前記各端部に形成した両立ち上がり部の内側、又は両立ち上がり部の内面延長線よりも内側に配設したことを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載の定着装置。
7. 前記支持部材に、加熱源から放射される光を反射する反射面を設けたことを特徴とする請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載の定着装置。
8. 前記反射面の反射率を９０％以上としたことを特徴とする請求項７に記載の定着装置。
9. 前記反射面の一部又は全部を、加熱源以外の方向で定着ベルト側へ光を反射する向きに配設したことを特徴とする請求項７又は８に記載の定着装置。
10. 前記定着ベルトの直径は、２０〜４０ｍｍに設定されていることを特徴とする請求項１乃至９のうちのいずれか１項に記載の定着装置。
11. 前記支持部材の前記記録媒体の搬送方向の幅は、前記ニップ形成部材の前記記録媒体の搬送方向の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至１０に記載の定着装置。
12. 請求項１乃至１１のうちのいずれか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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