JP5928783B2 - 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。

これらの定着装置においては、定着部材を加熱源によって所定の温度へ加熱する際に、所定温度までの加熱時間を短縮できれば、大幅に消費エネルギーを低減できる。これを達成するために、定着部材として、金属基材と弾性ゴム層で構成される低熱容量の薄肉ベルトを使用することが提案されている（特許文献１参照）。

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２参照）。

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。

図９に示すような無端ベルトを直接加熱する構成では、無端ベルト１００に種々の応力が作用する。例えば図１０（ａ）に示すように、ニップ部Ｎを通過するベルト１００には、加圧ローラ４００の回転駆動力と、ニップ形成部材５００との間に生じる摩擦力とでせん断力（白抜きの矢印で示す）が作用する。また、同図（ｂ）に示すように、回転中のベルトは軸方向のどちらか一方に寄るが、その際にベルト１００の寄りを規制するベルト保持部材６００との摺接によりベルト１００の端面にせん断力が作用する。さらに、同図（ｃ）に示すように、ベルト表面から用紙を分離する際の分離性を向上させるため、ベルト１００の断面形状を真円以外の形状にすることが望まれるが、その際にはＸ部とＹ部での曲率変化により、ベルト１００に繰り返しの曲げ力が作用する。

無端ベルトを直接加熱する構成（図９）では、これらの力で生じた応力がベルト端部に集中する傾向にある。そのため、ベルトの端部が破損し易く、ベルトの耐久性に難があった。

そこで、本発明は、定着ベルトの耐久性を向上させた定着装置、さらにはこの定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明にかかる定着装置は、回転可能な無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトをその軸方向両端部で保持するベルト保持部材と、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有し、ベルト保持部材が、前記定着ベルトの内周に挿入される筒部と、筒部の外径側に張り出したフランジ部とを有し、フランジ部が、定着ベルトの軸方向移動時にその軸方向移動を規制可能な形状を有する定着装置において、対向回転体とベルト保持部材とが、軸方向でオーバーラップすることなく軸方向にずれた状態で配置され、前記定着ベルトの軸方向端部と前記ベルト保持部材のフランジ部の端面との間に、前記筒部の外周に嵌められた保護部材を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、対向回転体とベルト保持部材とが、軸方向でオーバーラップすることなく軸方向にずれた状態で配置されているため、定着ベルトの端部周辺での応力集中が緩和される。そのため、長期使用時のベルト端部の破損を防止して定着ベルトの耐久性を向上させることができ、定着装置、さらには画像形成装置の耐久寿命の向上を図ることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。 前記画像形成装置に搭載された定着装置の概略構成を示す断面図である。 定着ベルトの端部の支持構造を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ｂ）図Ａ−Ａ線の断面図である。 ベルト保持部材の他の実施形態を示す平面図である。 ベルト保持部材の変形例を示す半径方向の断面図である。 定着装置の他の実施形態を示す断面図である。 図６に示す定着装置のニップ形成部材を拡大して示す断面図である。 従来の定着装置の概略構成を示す断面図である。 他の従来の定着装置の概略構成を示す断面図である。 ベルトに生じる応力を説明する図で、（ａ）は半径方向の断面図、（ｂ）は斜視図、（ｃ）は半径方向の断面図である。

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、定着ベルト２１の両端部を保持するベルト保持部材４０（図３（ａ）〜（ｃ）参照）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、定着ベルト２１と加圧ローラ２２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。本実施形態では、ベースパッド２４１の加圧ローラ２２との対向面が平坦面状に形成されており、そのためにニップ部Ｎはストレート形状になっている。ニップ部Ｎをストレート形状にすることで、加圧ローラ２２による加圧力を軽減することができる。

また、ベースパッド２４１は、強度確保のためにある程度硬い材料で、かつ耐熱温度２００℃以上の耐熱性材料で構成されている。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の材料としては、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の他、金属、あるいはセラミックなどを使用す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る。これにより、ベースパッド２４１が摺動シート２４０を介して間接的に定着ベルト２１と接触する。定着ベルト２１の回転中は、この摺動シート２４０に対して定着ベルト２１が摺動するため、定着ベルト２１に生じる摩擦力が軽減され、定着ベルト２１の駆動トルクが低減される。なお、摺動シート２４０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を使用することができる。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。

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。

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から排出される用紙Ｐ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、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。

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。

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。用紙Ｐの未定着画像Ｔが担持された側を定着ローラ２１が加熱し、ハロゲンヒータ２３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。ニップ部Ｎの出口近傍に配置された分離部材２８の先端２８ａは、定着ベルト２１の表面に対して非接触であり、該表面との間で分離ギャップｇを形成している。ニップ部Ｎから搬出された用紙Ｐの先端が分離部材２８の先端２８ａ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。

次に、図３（ａ）〜（ｃ）に基づいて、定着ベルト２１の軸方向両端部を支持するための支持構造を説明する。この支持構造においては、定着ベルト２１の両端部がその内周に挿入されたベルト保持部材４０で回転自在に支持される。ベルト保持部材４０を図示しない側板に取り付けることで、定着装置２０が画像形成装置に組み込まれる。なお、図３の（ａ）〜（ｃ）では、片側のベルト保持部材４０のみを図示しているが、反対側のベルト保持部材も同様の構成となっているので、以下では、片側のベルト保持部材４０についてのみ説明する。

図３（ａ）（ｂ）に示すように、ベルト保持部材４０は、外周面が円筒面状をなす筒部４０ａと、筒部４０ａの外径側に張り出し、定着ベルト２１の軸方向移動を規制するフランジ部４０ｂとを有する。このベルト保持部材４０は、例えば樹脂の射出成形により一体形成される。図３（ｃ）に示すように、ベルト保持部材４０の筒部４０ａは、ニップ部Ｎの位置（ニップ形成部材２４を配設した位置）に軸方向の切欠きを有する断面Ｃ字形に形成されている。ベルト保持部材４０の筒部４０ａは定着ベルト２１の内周面に緩く嵌合されており、この円筒部４０ａによって定着ベルト２１の端部が回転可能に保持されている。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３（ａ）（ｂ）に示すように、定着ベルト２１の軸方向端面とそれに対向するベルト保持部材４０の対向面（フランジ部４０ｂの端面４０１）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が配置されている。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のフランジ部４０ｂの端面４０１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。スリップリング４１は、ベルト保持部材４０の円筒部４０ａの外周に余裕を持って嵌められているため、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。この時、スリップリング４１を連れ回りさせる必要は必ずしもなく、スリップリング４１が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ジニアプラスチック、例えば、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ、ＰＡＩ、ＰＴＦＥ等を適用することが好ましい。

以上の支持構造においては、定着ベルト２１の両端部のみがベルト保持部材４０によって保持されているため、両端部間では定着ベルト２１がニップ部Ｎを除いてフリー変形可能な状態にある。また、ニップ部Ｎをストレート形状にしたことに伴い、定着ベルト２１には楕円状に変形しようと力が常時作用する。そのため、回転中の定着ベルト２１は、その両端部で半径方向断面がほぼ真円形状となり、両端部の間の領域で半径方向断面がニップ部Ｎの法線方向を短軸とする楕円形となるように変形する。

かかる構成の定着装置２０において、加圧ローラ２２の軸方向長さを定着ベルト２１と同程度とし、加圧ローラ２２をベルト保持部材４０と軸方向でオーバーラップさせて配置した場合、長期使用時に定着ベルト２１の端部が破損することが明らかになった。具体的には、定着ベルト２１のうち、ベルト保持部材４０の筒部４０ａに接触する部分と接触しない部分との境界（筒部４０ａの先端付近のうち、外周チャンファ４０２を除く先端縁４０３）に沿って周方向の亀裂や筋を生じることが判明した。この定着ベルト２１の破損は、上記のとおりニップ部Ｎでのせん断力（図１０（ａ））の作用、ベルト端部でのせん断力（同図（ｂ））の作用、さらに楕円形に変形したことによる曲げ力の変動（同図（ｃ））が要因となり、定着ベルト２１のうち、筒部４０ａの先端縁４０３に沿った領域で応力集中を生じたために発生すると考えられる。

これに対し、本発明では、図３（ｂ）に示すように、加圧ローラ２２とベルト保持部材４０を軸方向でオーバーラップさせることなく軸方向にずらした状態で配置している。この場合、加圧ローラ２２の軸方向長さは定着ベルト２１の軸方向長さよりも短くし、ベルト保持部材４０の先端（筒部４０ａの先端）と加圧ローラ２２の端部２２ａとは軸方向に離間させる。これにより、定着ベルト２１には、加圧ローラ２２およびベルト保持部材４０（先端縁４０３よりも軸方向外側の筒部４０ａ）の双方に対して非接触となる軸方向領域Ｌが形成される。本発明者らの検証により、かかる構成を採用することで、定着ベルト２１の端部での亀裂や筋の発生を防止できることが判明した。これは、定着ベルト２１の先端縁４０３付近での応力集中を緩和できるためと考えられる。このように定着ベルト２１の端部での破損を防止することで、定着装置２０、さらには画像形成装置の耐久寿命の向上を図ることができる。

なお、以上の効果を得るためには、加圧ローラ２２の端部２２ａとベルト保持部材の先端縁４０３との間の軸方向の離間距離Ｌを３ｍｍ以上、好ましくは５ｍｍ以上にするのが望ましい。

図４に本発明の定着装置２０の他の実施形態を示す。図３（ａ）〜（ｃ）の実施形態では、ベルト保持部材４０の筒部４０ａを断面Ｃ字形に形成し、筒部４０ａの切欠き部にニップ形成部材２４を収容して、ニップ形成部材２４を定着ベルト２１の軸方向全長にわたって配置している。これに対し、図４に示す実施形態では、ベルト保持部材４０の筒部４０ａを切欠きのない円筒状とし、ニップ形成部材２４を短くして両側のベルト保持部材４０の筒部４０ａの間にニップ形成部材２４を配置するようにしている。このとき、ニップ形成部材２４の端部は、加圧ローラ２２の端部２２ａよりも軸方向中央側にある。

この実施形態においても、図３（ａ）〜（ｃ）に示す実施形態と同様に、加圧ローラ２２とベルト保持部材４０を軸方向でオーバーラップさせることなく軸方向にずらした状態で配置することにより、定着ベルト２１の端部での亀裂や筋の発生を防止することが可能となる。加圧ローラ２２の端部２２ａとベルト保持部材４０の先端縁４０３との間の軸方向の離間距離Ｌは、３ｍｍ以上（好ましくは５ｍｍ以上）に設定する。なお、この場合、ベルト保持部材４０のフランジ部４０ｂの端面４０１と加圧ローラ２２の端部２２ａとの間の軸方向距離Ｗからスリップリング４１の厚さαを差し引いた値は、１０ｍｍ以上に設定する。

この構成では、定着ベルト２１に加圧ローラ２２、ニップ形成部材２４、およびベルト保持部材４０の何れにも接触しない軸方向領域Ｌが形成される。この領域では、定着ベルト２１の形状が加圧ローラ２２、ニップ形成部材２４、あるいはベルト保持部材４０によって拘束されることはなく、定着ベルトがフリーに変形可能となる。そのため、定着ベルト２１における筒部４０ａの先端縁４０３付近での応力集中を緩和することができ、定着ベルト２１の耐久性の向上を図ることが可能となる。

図５は、ベルト保持部材４０の筒部４０ａの変形例である。図３（ａ）〜（ｃ）、および図４の実施形態では、筒部４０ａの断面形状を実質的に円形としているが、図５では筒部４０ａの断面形状を矩形に近づけている。かかる構成であれば、ニップ部Ｎの出口付近で定着ベルト２１の曲率が大きくなる（曲率半径が小さくなる）ため、分離部材２８の先端２８ａによる用紙Ｐの分離性が向上する。

図６に、定着装置２０の他の実施形態を示す。この実施形態の定着装置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、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がステー２５に支持されている。

この実施形態においても、図３（ａ）〜（ｃ）および図４に示す実施形態と同様に、加圧ローラ２２とベルト保持部材４０を軸方向でオーバーラップさせることなく軸方向にずらした状態で配置することにより、定着ベルト２１の端部での亀裂や筋の発生を防止することが可能となる。

図６に示すニップ形成部材２４では、ニップ部Ｎの下流端に加圧ローラ２２側に突出する突出部２４１ａを設けている。かかる構成から、図７に示すようにニップ部Ｎの出口が加圧ローラ２２側を向くため、用紙Ｐの分離性を高めることができる。このニップ形成部材２４は、図２に示す定着装置２０のニップ形成部材としても使用することができる。

図６に示す実施形態において、上記以外の構成は、図２に示す実施形態の構成と基本的に共通するので、重複説明は省略する。

以上に述べた本発明にかかる定着装置２０の特徴を以下に列挙する。

回転可能な無端状の定着ベルト２１と、定着ベルト２１をその軸方向両端部で保持するベルト保持部材４０と、定着ベルト４０を加熱する加熱源２３と、定着ベルトの内側に配設されたニップ形成部材２４と、定着ベルト２１を介してニップ形成部材２４と当接することにより定着ベルト２１との間にニップ部Ｎを形成する対向回転体２２とを有する定着装置２０において、対向回転体２２とベルト保持部材４０とを、軸方向でオーバーラップさせることなく軸方向にずれた状態で配置することにより、定着ベルト２１での応力集中が緩和され、定着ベルト２１の端部の破損を長期間防止することが可能となる。

かかる構成は、ベルト保持部材４０に、定着ベルト２１の内周に挿入される筒部４０ａと、筒部の外径側に張り出したフランジ部４０ｂとを設け、筒部４０ａの先端と、これに対向する対向回転体２２の端部とを軸方向に離間させることで具現化することができる。この時、軸方向の離間距離Ｌを５ｍｍ以上にするのが望ましい。

定着ベルト２１に、対向回転体２２およびベルト保持部材４０の双方と接触しない軸方向領域を設けることで（図３（ｂ）参照）、定着ベルトでの応力集中が緩和され、定着ベルトの破損を長期間防止することが可能となる。

定着ベルト２１に、対向回転体２２、ベルト保持部材４０、およびニップ形成部材２４の何れとも接触しない軸方向領域を設けることで（図４参照）、定着ベルトでの応力集中が緩和され、定着ベルトの耐久性を向上させることができる。

定着ベルト２１は、対向回転体２２に対して従動回転させるのが望ましい。

ベルト保持部材４０の筒部４０ａの外周面形状を非真円形状にすれば、分離部材２８による用紙Ｐの分離性が高まる。同様の効果は、ニップ部Ｎの下流端でニップ形成部材２４を対向回転体２２側に突出させても得ることができる。

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）
２２ａ 端部
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）
２８ 分離部材
４０ ベルト保持部材
４０ａ 筒部
４０ｂ フランジ部
４０３ 先端縁（先端）
Ｎ ニップ部
Ｐ 用紙（記録媒体）
ｇ 分離ギャップ

特開２００７−３３４２０５号公報 特開２００７−２３３０１１号公報

Claims (13)

1. 回転可能な無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトをその軸方向両端部で保持するベルト保持部材と、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有し、
   ベルト保持部材が、前記定着ベルトの内周に挿入される筒部と、筒部の外径側に張り出したフランジ部とを有し、フランジ部が、定着ベルトの軸方向移動時にその軸方向移動を規制可能な形状を有する定着装置において、
   対向回転体とベルト保持部材とが、軸方向でオーバーラップすることなく軸方向にずれた状態で配置され、前記定着ベルトの軸方向端部と前記ベルト保持部材のフランジ部の端面との間に、前記筒部の外周に嵌められた保護部材を設けたことを特徴とする定着装置。
2. 前記筒部の先端と、これに対向する対向回転体の端部とを軸方向に離間させた請求項１記載の定着装置。
3. 前記軸方向の離間距離を５ｍｍ以上にした請求項２記載の定着装置。
4. 定着ベルトに、対向回転体およびベルト保持部材の双方と接触しない軸方向領域を設けた請求項１〜３何れか１項記載の定着装置。
5. 定着ベルトに、対向回転体、ベルト保持部材、およびニップ形成部材の何れとも接触しない軸方向領域を設けた請求項１〜３何れか１項記載の定着装置。
6. 前記ニップ形成部材の端部は前記加圧部材の端部よりも軸方向中央側にある請求項１〜３、５の何れか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有し、前記ニップ形成部材の端部は前記支持部材の端部よりも軸方向中央側にある請求項１〜３、５の何れか１項に記載の定着装置。
8. 定着ベルトを、対向回転体に対して従動回転させる請求項１〜７何れか１項に記載の定着装置。
9. 筒部の外周面形状を非真円形状にした請求項１記載の定着装置。
10. ニップ部の下流端でニップ形成部材を対向回転体側に突出させた請求項１〜９何れか１項に記載の定着装置。
11. フランジ部の端面と加圧部材の端部との間の軸方向距離から保護部材の厚さを差し引いた値が１０ｍｍ以上である請求項１〜１０何れか１項に記載の定着装置。
12. 前記加熱源は輻射熱により定着部材を直接加熱する請求項１〜１１何れか１項に記載の定着装置。
13. 請求項１〜１２の何れかに記載した定着装置を備える画像形成装置。

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