定着装置及び画像形成装置
【課題】
印刷速度を速めた場合においても、定着画像品質の不具合の発生を効果的に抑えることが可能な定着装置及び該定着装置を備えた画像形成装置の提供。
【解決手段】
加熱部材と、第１ローラと第２ローラとにより張設され、前記加熱部材により加熱されるベルト部材と、前記第１ローラと前記第２ローラとの張設位置に対峙する位置において前記ベルト部材を介して圧接ニップ部を形成する加圧部材を有する加圧手段と、前記ベルト部材を押圧する押圧部材とを備え、前記押圧部材は前記第１ローラと前記第２ローラとの張設位置の間に設けらることを特徴とする定着装置及び該定着装置と記録媒体上に現像剤画像を形成する画像形成手段とを備えた画像形成装置。
印刷速度を速めた場合においても、定着画像品質の不具合の発生を効果的に抑えることが可能な定着装置及び該定着装置を備えた画像形成装置の提供。
【解決手段】
加熱部材と、第１ローラと第２ローラとにより張設され、前記加熱部材により加熱されるベルト部材と、前記第１ローラと前記第２ローラとの張設位置に対峙する位置において前記ベルト部材を介して圧接ニップ部を形成する加圧部材を有する加圧手段と、前記ベルト部材を押圧する押圧部材とを備え、前記押圧部材は前記第１ローラと前記第２ローラとの張設位置の間に設けらることを特徴とする定着装置及び該定着装置と記録媒体上に現像剤画像を形成する画像形成手段とを備えた画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタ、複写機、ファクシミリ、複合機等の電子写真方式を利用した画像形成装置に関し、特に、記録媒体上に形成された現像剤像を定着させる定着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子写真方式を利用した画像形成装置においては、感光体ドラムの表面を帯電ローラ等の帯電手段によって一様均一に帯電させた後、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、又はレーザ光等の露光手段によって感光体ドラムの表面を露光し、画像情報に応じた静電潜像を形成させる。そして、感光体ドラムの表面に形成された静電潜像には、現像ローラ等を備えた現像手段から帯電した現像剤が供給され、現像剤画像が形成される。
【０００３】
感光体ドラムの表面で現像された現像剤画像は、給紙装置から給紙された記録媒体たる用紙に転写された後、定着装置において熱及び圧力が付与され定着される。
【０００４】
このような構成を有する画像形成装置においては、ヒータにより加熱された無端の定着ベルトを介し、定着ローラに対向して配置された加圧ローラを該定着ローラに押圧して形成させたニップ部を現像剤画像転写後の用紙を挟持搬送させることにより、熱及び圧力を付与するベルト加熱方式の定着装置を備えるものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１５１１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のベルト加熱方式の定着装置では、定着ローラ及び加圧ローラのみでニップ部が形成されているため、例えば、印刷速度を速くしたときに定着画像品質が低下するといった欠点があった。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、印刷速度を速めた場合においても、定着画像品質の不具合の発生を効果的に抑えることが可能な定着装置及び該定着装置を備えた画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る定着装置は、加熱部材と、第１ローラと第２ローラとにより張設され、前記加熱部材により加熱されるベルト部材と、前記第１ローラと前記第２ローラとの張設位置に対峙する位置において前記ベルト部材を介して圧接ニップ部を形成する加圧部材を有する加圧手段と、前記ベルト部材を押圧する押圧部材とを備え、前記押圧部材は前記第１ローラと前記第２ローラとの張設位置の間に設けられることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る画像形成装置は、記録媒体上に現像剤画像を形成する画像形成手段と、加熱部材と、第１ローラと第２ローラとにより張設され、前記加熱部材により加熱されるベルト部材と、前記第１ローラと前記第２ローラとの張設位置に対峙する位置において前記ベルト部材を介して圧接ニップ部を形成する加圧部材を有する加圧手段と、前記第１ローラと前記第２ローラとの張設位置の間に設けられ、前記ベルト部材を押圧する押圧部材とを有し、前記画像形成手段により形成された前記現像剤像を定着させる定着手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、印刷速度を速めた場合においても、定着画像品質の不具合の発生を効果的に抑えることが可能な定着装置及び該定着装置を備えた画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】プリンタの概略構成を説明するための概略断面図である。
【図２】プリンタの制御系統を説明するためのブロック図である。
【図３】定着装置の主要部構造を示す側面図である。
【図４ａ】第１定着ローラの構成を説明する図である。
【図４ｂ】第２定着ローラの構成をを説明する図である。
【図５】加圧ローラの構成をを説明する図である。
【図６】パットの構成を説明する図である。
【図７】定着ベルトの構成を説明する図である。
【図８】ヒータの構成を説明する図である。
【図９】ニップ部Ｎの圧力分布を示した図である。
【図１０ａ】評価レベルを説明する図である。
【図１０ｂ】評価レベルを説明する図である。
【図１０ｃ】評価レベルを説明する図である。
【図１１】評価結果を説明する図である。
【図１２ａ】ニップ部Ｎの圧力分布を示した図である。
【図１２ｂ】ニップ部Ｎの圧力分布を示した図である。
【図１２ｃ】ニップ部Ｎの圧力分布を示した図である。
【図１２ｄ】ニップ部Ｎの圧力分布を示した図である。
【図１３】定着装置の主要部構造を示す側面図である。
【図１４】パットの構成を説明する図である。
【図１５】評価結果を説明する図である。
【図１６】評価結果を説明する図である。
【図１７】評価結果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下の記述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において適宜可能である。
【００１３】
［第１の実施形態］
図１は、本発明に係る定着装置を備えた画像形成装置としてのプリンタ１の概略構成を説明するための概略断面図である。プリンタ１は、電子写真方式によるカラー画像を記録媒体としての用紙に印刷することが可能なカラープリンタである。
【００１４】
プリンタ１は、印刷前の用紙Ｐを収容する用紙カセット２を始点とし、プリンタ１の外筺を利用して形成されたスタッカ３を終点とする略Ｓ字状に形成された用紙搬送路４に沿って、給紙ローラ５ａ，５ｂ、分離片６、搬送ローラ７、レジストローラ８、搬送ベルト９、定着装置１４、及び排出ローラ１６ａ，１６ｂを備える。
【００１５】
そして、搬送ベルト９の上面部には、画像形成手段として、用紙搬送路４上流側から順にブラック（ｋ）、シアン（ｃ）、マゼンタ（ｍ）、イエロー（ｙ）の現像剤としてのトナーＴを収容した４つの独立した画像形成部１１ｋ，１１ｃ，１１ｍ，１１ｙがプリンタ１本体から着脱自在に装着されている。また、後述する各画像形成部１１ｋ，１１ｃ，１１ｍ，１１ｙが備える感光体ドラム１８の直上には、感光体ドラム１８の表面に画像情報に基づく光を照射する露光ヘッド１２が配置されているとともに、搬送ベルト９の上面部を介した感光体ドラム１８と対峙する位置には、感光体ドラム１８に形成された現像剤画像を用紙Ｐに転写させる転写ローラ１３が配置されている。
【００１６】
用紙カセット２は、その内部に用紙Ｐを積層した状態で収納し、プリンタ１下部に着脱自在に装着されている。そして、用紙カセット２の上部に設けられた給紙ローラ５ａ，５ｂ及び分離片６からなる給紙機構は、用紙カセット２に収納された用紙Ｐをその最上部から１枚ずつ取り出して用紙搬送経路４に繰り出す。
【００１７】
搬送ローラ７は、給紙機構により繰り出された用紙Ｐを挟持搬送する。レジストローラ８は、搬送ローラ７により搬送された用紙Ｐの斜行を矯正し、用紙Ｐを搬送ベルト９に搬送する。
【００１８】
搬送ベルト９は、用紙Ｐを静電吸着して図１中矢印方向へ搬送する無端のベルト部材である。
【００１９】
画像形成部１１ｋ，１１ｃ，１１ｍ，１１ｙは、収容されるトナーＴのみが異なり、その他の構成は全て同一である。したがって、以下の説明においては、画像形成部１１ｙを一例とし、トナーＴの各色を示すｋ，ｃ，ｍ，ｙの添字を省略して説明する。
【００２０】
画像形成部１１は、露光ヘッド１２から照射された光によって感光体ドラム１８の表面に形成された静電潜像にトナーＴを付着させて現像剤画像を形成する。このような画像形成部１１ｙは、感光体ドラム１８と、帯電ローラ１９と、現像ローラ２０と、供給ローラ２１と、トナーカートリッジ２２と、クリーニングブレード２３とを備える。
【００２１】
感光体ドラム１８は、導電性支持体と光導電層とによって構成され、例えば、導電性支持体としてのアルミニウム等の金属シャフトに光導電層としての電荷発生層、及び電荷輸送層が順次積層されて構成された有機感光体である。そして、感光体ドラム１８は、所定の方向に回転しながら、露光ヘッド１２から照射された光に基づく静電潜像を形成する。
【００２２】
帯電ローラ１９は、例えば、ステンレス等の金属シャフトと半導電性エピクロロヒドリンゴムとによって構成されている。帯電ローラ１９は、感光体ドラム１８に対して所定の圧力をもって当接しており、高圧電源部５２から印加された所定の電圧に基づき感光体ドラム１８の表面を一様均一に帯電させる。
【００２３】
現像ローラ２０は、例えば、ステンレス等の金属シャフトの外周にカーボンブラックを分散させたウレタンゴムを配置し、その表面はイソシアネート処理が施されている。そして、現像ローラ２０は、感光体ドラム１８の表面に圧接するように配置され、感光体ドラム１８の表面に形成された静電潜像にトナーＴを供給し、現像剤画像を現像する。
【００２４】
供給ローラ２１は、例えば、ステンレス等の金属シャフトの外周に半導電性発泡シリコーンスポンジ層が配置されている。供給ローラ２１は、現像ローラ２０に対して所定の圧力をもって当接しており、トナーカートリッジ２２から供給されたトナーＴを現像ローラ２０に供給する。
【００２５】
トナーカートリッジ２２は、トナーＴを収容する箱型容器であり、収容したトナーＴを容器底部に設けられた供給口を介し供給ローラ２１に供給する。
【００２６】
クリーニングブレード２３は、例えば、ウレタン製のゴム部材であり、その一端は感光体ドラム１８の表面の所定位置に当接する位置に配置されている。クリーニングブレード２３は、感光体ドラム１８の表面に残留するトナーＴを掻き取ることで感光体ドラム１８の表面をクリーニングする。
【００２７】
なお、画像形成部１１は、それぞれ一体的に構成されており、プリンタ１に対して着脱自在に装着されている。このため、プリンタ１の上部カバー１５は開閉可能となるように構成されている。
【００２８】
露光ヘッド１２は、例えば、ＬＥＤ素子等の発光素子とレンズアレイとを有するＬＥＤヘッドであり、画像情報に基づき該ＬＥＤ素子から照射される光が感光体ドラム１８の表面に結像する位置となるように配置されている。
【００２９】
転写ローラ１３は、搬送ベルト９の上面部を介した感光体ドラム１８と対峙する位置に配置され、高圧電源部５２から印加された所定のバイアス電圧に基づき感光体ドラム１８に形成された現像剤画像を用紙Ｐに転写させる。
【００３０】
定着装置１４はベルト加熱方式の装置であって、定着ベルトユニット３１と、加圧手段である加圧部材としての加圧ローラ３０とを備える。定着装置１４は、画像形成部１１よりも用紙搬送経路４下流側に配置されており、現像剤画像が転写された用紙Ｐが、所定の温度に維持されたニップ部を通過する際に熱及び圧力が付与され、トナーＴが溶融することにより現像剤画像が定着される。定着装置１４は、プリンタ１に対して一体的に装着される形態としてもよいし、プリンタ１から着脱自在に装着される形態としてもかまわない。なお、定着装置１４に関しては、後ほど詳細に説明する。
【００３１】
排出ローラ１６ａ，１６ｂは、定着ユニット１４を通過した用紙Ｐを挟持搬送し、上部カバー１５を利用して形成されたスタッカ３に該用紙Ｐを排出する。
【００３２】
次に、プリンタ１の制御系統について説明する。図２は、本実施形態に係るプリンタ１の制御系統を説明するためのブロック図である。
【００３３】
制御部５０は、例えば、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）ケーブル等の通信回線を介して、パーソナルコンピュータ等の上位装置と接続されている。また、制御部５０は、マイクロプロセッサ等の演算装置を備え、プリンタ１内の各部を統括的に制御して印刷処理等を実行する機能、上位装置との通信を制御する機能等を有する。
【００３４】
記憶部５１は、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ），ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ），ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置を備え、制御部５０が実行する制御プログラムやそれらに用いられる各種データ、制御部５０による処理結果等を格納する。
【００３５】
高圧電源５２は、制御部５０からの指示に基づき、帯電ローラ１９，現像ローラ２０，供給ローラ２１，転写ローラ１３等に所定の電圧を印加する。なお、帯電ローラ１９，現像ローラ２０，供給ローラ２１，転写ローラ１３等は、画像形成部１１がプリンタ１に装着される際に高圧電源５２と電気的に接続される。
【００３６】
定着制御部５３は、制御部５０からの指示に基づき、給電回路５４を制御して、後述する定着装置１４のヒータ３４へ加熱用の電力を供給させるとともに、定着モータ３８へ電力を供給させ、第１の定着ローラ３２１を用紙搬送方向へ回転させる。また、定着制御部５３には、ベルト温度センサ３６及び加圧ローラ温度センサ３７がそれぞれ接続されており、ベルト温度センサ３６により検出された定着ベルト３３の表面温度値、加圧ローラ温度検出センサ３７により検出された加圧ローラの表面温度値がそれぞれ入力される。定着制御部５３は、入力された定着ベルト３３の表面温度値に基づき、給電回路５４を介して、ヒータ３４へ給電させる電力のＯＮ・ＯＦＦの切替えを行い、定着ベルト３３の表面温度値を所定の定着温度値に維持する。
【００３７】
次に、定着装置１４について図３を用いて説明する。図３は、定着装置１４の主要部構造を示す側面図である。
【００３８】
定着装置１４はベルト加熱方式の装置であって、定着ベルトユニット３１と、加圧手段である加圧部材としての加圧ローラ３０とを備える。図３に示すように、定着ベルトユニット３１は、ベルト部材としての定着ベルト３３の内側に、第１ローラとしての第１定着ローラ３２１，第２ローラとしての第２定着ローラ３２２，加熱部材としてのヒータ３４，ヒータ３４を保持し、定着ベルト３３のガイドを兼ねるヒータホルダ３５等が配置され、定着ベルト３３はこれらの部材により張設されている。
【００３９】
そして、押圧部材としてのパット４０１は、第１定着ローラ３２１の回転方向（用紙搬送方向）の上流側であり、第２定着ローラ３２２の回転方向（用紙搬送方向）の下流側、つまり、第１定着ローラ３２１と第２定着ローラ３２２との張設位置の間に設けられている。
【００４０】
ここで、加圧手段である加圧部材としての加圧ローラ３０と、定着ベルトユニット３１の第１定着ローラ３２１，パット４０１，第２定着ローラ３２２の各々とは、定着ベルト３３を介して対向かつ平行の対峙する位置に配置され、加圧ローラ３０は、軸受け３０１に対する加圧ローラスプリング４４の所定の押圧力にて第１ローラ３２１を押圧する方向に付勢されている。なお、加圧部材としては回転することは必須ではなく、表面が摩擦係数の低い材質で覆われた固定ガイドを用いてもかまわないが、本実施形態では、定着ベルト３３に従動して回転する回転体を用いている。
【００４１】
また、パット４０１は、圧縮コイルスプリング等からなるパットスプリング４１によって定着ベルト３３を介して加圧ローラ３０を押圧する方向に付勢されている。さらに、第２定着ローラ３２２も軸受け３２６に対する第２定着ローラスプリング４３の所定の押圧力にて加圧ローラ３０を押圧する方向に付勢されている。
【００４２】
また、ヒータホルダ３５は、ヒータスプリング４２の所定の押圧力により定着ベルト３３を押圧する方向に付勢されている。なお、パットスプリング４１，第２定着ローラスプリング４３，ヒータスプリング４２の付勢方向の反対側端部は図示せぬフレームに固定されている。
【００４３】
以上により、定着ベルトユニット３１と加圧ローラ３０との間には、用紙搬送方向に所定の幅からなるニップ部Ｎが形成されることとなる。
【００４４】
また、定着装置１４のヒータ３４とニップ部Ｎとの間の、ニップ部Ｎの定着ベルト３３の回転方向上流側近傍には、定着ベルト３３の内周面に摺接して定着ベルト３３の内周面の温度を検出するサーミスタからなるベルト温度検出手段（以下、ベルト温度センサと称する）３６が配置されている。また、加圧ローラ３０の外周面に摺接して加圧ローラ３０の表面温度を検出するサーミスタからなる加圧ローラ温度検出手段（以下、加圧ローラ温度センサと称する）３７が配置されている。
【００４５】
ここで、第１定着ローラ３２１，第２定着ローラ３２２，加圧ローラ３０，パット４０１，定着ベルト３３，ヒータ３４の構成について詳細に説明する。
【００４６】
第１定着ローラ３２１は、図４ａに示すように、鉄、アルミニウム合金等の金属製のパイプ、又はシャフトからなる芯金３２１ａと、シリコーンゴム、フッ素樹脂等の耐熱性弾性層３２１ｂとを備える。第１定着ローラ３２１は、図３に示すように、軸受け３２５によって回転可能に支持されており、芯金３２１ａに設けられた定着ローラギアを介し定着モータ３８から伝達される駆動力によって、用紙Ｐを搬送する方向に回転駆動する。
【００４７】
第２定着ローラ３２２は、図４ｂに示すように、鉄、アルミニウム合金等の金属製のパイプ、又はシャフトからなる芯金３２２ａと、シリコーンゴム、フッ素樹脂等の耐熱性弾性層３２２ｂとを備える。第２定着ローラ３０は、図３に示すように、軸受け３２６によって回転可能に支持されており、第１定着ローラ３２１の回転に伴うニップ部Ｎにおける摩擦力によって従動回転する定着ベルト３３の回転に伴って従動回転する。
【００４８】
加圧ローラ３０は、図５に示すように、鉄、アルミニウム合金等の金属製のパイプ、又はシャフトからなる芯金３０ａと、シリコーンゴム、フッ素樹脂等の耐熱性弾性層３０ｂと、フッ素樹脂等からなる離型層３０Ｃとから構成される。加圧ローラ３０は、図３に示すように、軸受け３０１によって回転可能に支持されており、第１定着ローラ３２１の回転に伴うニップ部Ｎにおける摩擦力によって従動回転する定着ベルト３３の回転に伴って従動回転する。
【００４９】
パット４０１は、図６に示すように、鉄、アルミニウム合金等の金属からなる支持基材４０１ａと、支持基材４０１ａに接着固定された耐熱性弾性材４０１ｂと、耐熱性弾性材４０１ｂの表面に摺動層４０１ｃとを備える。ここで、耐熱性弾性層４０１ｂは、加圧ローラ３０により形成されるニップ部Ｎの形状に対応した押圧面、すなわち、定着ベルト３３を介して加圧ローラ３０の曲率と同じように円弧面４０１ｄを有するように形成される。なお、摺動層４０１ｃは、定着ベルト３３の内周面との摩擦抵抗を下げるために設けられている。パット４０１を定着ベルト３３を介して加圧ローラ３０を押圧する方向に付勢するパットスプリング４１は、パット４０１の長手方向に複数配置されており、加圧ローラ３０に対する長手方向圧力が均一となるように設定されている。ところで、ニップ部Ｎの幅は、パット４０１の円弧面４０１ｄの短手方向長さを変更することにより、適宜変更可能である。
【００５０】
定着ベルト３３は、図７に示すように、ニッケル，ポリイミド，ステンレス等からなる材料で形成された円筒状のベルト基材３３ａと、ベルト基材３３ａの外周面に形成されたシリコーンゴム、フッ素樹脂等の耐熱性弾性層３３ｂと、耐熱性弾性層３３ｂの外周面に形成されたフッ素樹脂等からなる離型層３３ｃとを備える。定着ベルト３３は、第１定着ローラ３２１の回転に伴うニップ部Ｎにおける摩擦力によって、第１定着ローラ３２１に従動回転し、ヒータ３４により加熱される。
【００５１】
ヒータ３４は、図８に示すように、ステンレスやセラミックスなどの基板３４ａ上にガラス等からなる電気絶縁層３４ｂが設けられ、その上に電極３４ｃを有する抵抗発熱体３４ｄが形成され、これを保護層３４ｅで保護した面状ヒータである。このような抵抗発熱体３４ｄとしては、ニッケル−クロム合金、銀−パラジウム合金などの材料を用いることができる。また、保護層３４ｅには、耐圧ガラスによるガラスコーティングが施されている。このような構成を有するヒータ３４は、ヒータホルダ３５の上面中央部の長手方向に沿って耐熱性接着剤等で固定支持されている。
【００５２】
そして、ヒータ３４を保持するヒータホルダ３５は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ），液晶ポリマー（ＬＣＰ）などの耐熱性の高い樹脂、又はアルミニウム合金等の金属で構成されている。ヒータホルダ３５は、定着ベルト３３内周面の加圧ローラ３０の反対側において、第１定着ローラ３２１，第２定着ローラ３２２から離間されるとともに第１定着ローラ３２１に対向して配置される。また、ヒータホルダ３５は、ヒータスプリング４２の所定の押圧力によて定着ベルト３３を押圧する方向に付勢されており、第１定着ローラ３２１，第２定着ローラ３２２，及びパット４０１とともに定着ベルト３３を張架して回転可能に支持する。
【００５３】
次に、このような構成を有するプリンタ１の印刷動作について説明する。
【００５４】
まず、プリンタ１の制御部５０は、上位装置から画像情報を含む印刷命令を受信すると、受信した画像情報に基づく印刷を開始する。制御部５０は、給紙ローラ５ａ，５ｂ及び分離片６からなる給紙機構を制御して、用紙カセット２に収納された用紙Ｐをその最上部から１枚ずつ取り出して用紙搬送経路４に繰り出させる。
【００５５】
給紙機構により用紙搬送経路４に繰り出された用紙Ｐは、搬送ローラ７により挟持搬送される。そして、用紙Ｐはレジストローラ８により斜行が矯正されながら、搬送ベルト９まで搬送される。
【００５６】
これと並行して、制御部５０は高圧電源５２を制御して、帯電ローラ１９，現像ローラ２０，供給ローラ２１，転写ローラ１３等に所定の電圧を印加させる。
【００５７】
感光体ドラム１８の表面に当接して設けられた帯電ローラ１９は、高圧電源５２から印加された所定の電圧に基づき、感光体ドラム１８の表面を一様均一に帯電させる。次に、制御部５０は露光ヘッド１２を制御して、画像情報に対応した光を感光体ドラム１８の表面に照射させ、画像情報に基づく静電潜像を形成させる。
【００５８】
次に、現像ローラ２０は、供給ローラ２１から供給されたトナーＴを感光体ドラム１８の表面に形成された静電潜像に付着させて反転現像し、現像剤画像を形成させる。
【００５９】
そして、用紙Ｐは搬送ベルト９により画像形成部１１まで搬送される。画像形成部１１ｋ，１１ｃ，１１ｍ，１１ｙの各感光体ドラム１８の表面に形成された現像剤画像は、用紙Ｐの各感光体ドラム１８と転写ローラ１３との間を通過するタイミングに合わせて、転写ローラ１３に印加されている所定のバイアス電圧により、順次用紙Ｐ上に転写される。
【００６０】
現像剤画像が転写された用紙Ｐには、所定の温度に維持された定着装置１４のニップ部を通過する際に熱及び圧力が付与され、トナーＴが溶融することにより現像剤画像が定着される。
【００６１】
現像剤画像が定着された用紙Ｐは、排出ローラ１６ａ，１６ｂにより挟持搬送され、上部カバー１５を利用して形成されたスタッカ３に排出されて集積され、一連の印刷動作は終了する。
【００６２】
次に、上記の一連の印刷動作時における定着装置１４の定着動作について説明する。
【００６３】
プリンタ１の制御部５０は、上位装置から画像情報を含む印刷命令を受信すると、定着制御部５３を制御して定着モータ３８を駆動させる。定着モータ３８の駆動にともない、第１定着ローラ３２１は、芯金３２１ａに設けられた定着ローラギアを介し駆動モータ３８から伝達される駆動力によって、用紙Ｐを搬送する方向に回転駆動する。
【００６４】
第１定着ローラ３２１の回転駆動にともない、ニップ部Ｎにおける摩擦力により、定着ベルト３３及び加圧ローラ３０は従動回転を開始する。
【００６５】
このとき、制御部５０は、定着制御部５３を制御して、ヒータ３４へ給電回路５４を介して電力を供給させることにより発熱させ、定着ベルト３３の内周側から加熱させる。ヒータ３４により加熱された定着ベルト３３の表面温度値は、ベルト温度センサ３６により検出され、定着制御部５３に出力される。定着制御部５３は、入力された定着ベルト３３の表面温度値に基づき、給電回路５４を介して、ヒータ３４へ給電させる電力のＯＮ・ＯＦＦの切替えを行い、定着ベルト３３の表面温度値を所定の定着温度値に維持する。
【００６６】
このようにして、定着ベルト３３のの表面温度値が所定の温度値に維持された状態において、現像剤画像が転写された用紙Ｐが搬送されると、該用紙Ｐは定着ベルト３３を介して第２定着ローラ３２２，パット４０１，第１定着ローラ３２１と加圧ローラ３０とで形成されたニップ部Ｎで挟持される。用紙Ｐ上の現像剤画像には、定着ベルト３３を介して熱及び圧力が付与され、トナーＴが溶融することにより現像剤画像が定着される。
【００６７】
なお、定着ベルト３３の過昇温防止の点から、第１定着ローラ３２１の回転開始タイミングは、ヒータ３４のＯＮ時から時間を空けずに、回転を開始させることが好ましい。そこで、本実施形態では、ヒータ３４のＯＮと同時に第１定着ローラ３２１を回転させる設定とした。また、本実施形態における定着ベルト３３の目標定着温度値は１６０℃となるように設定され、ヒータ３４のＯＮ後の定着実行時に、該目標定着温度値を中央値とする所定の温度範囲となるように定着ベルト３３の定着温度は制御される。
【００６８】
［実施例１］
実施例１において、第１定着ローラ３２１の芯金３２１ａとして、直径２１ｍｍ，厚さ０．８ｍｍ，長さ２３０ｍｍの鉄（ＳＴＫＭ）からなるパイプを用いた。そして、耐熱性弾性層３２１ｂとして、厚さ２ｍｍの発泡倍率２とした発泡シリコーンゴム（スポンジ）層で該パイプを被覆し、外径２５ｍｍのローラとした。なお、ローラ製品硬度は、ＡＳＫＥＲ−Ｃ７０である。また、第１定着ローラ３２１の外形は、加圧ローラ３０との長手方向における圧力分布が均一となるように、中央部が両端に対して外径が０．２ｍｍ大きくしたクラウン形状とした。
【００６９】
第２定着ローラ３２１の芯金３２２ａとして、直径１８ｍｍ，厚さ０．８ｍｍ，長さ２３０ｍｍの鉄（ＳＴＫＭ）からなるパイプを用いた。そして、耐熱性弾性層３２２ｂとして、厚さ１ｍｍの発泡倍率２とした発泡シリコーンゴム（スポンジ）層で該パイプを被覆し、外径２０ｍｍのローラとした。なお、ローラ製品硬度は、ＡＳＫＥＲ−Ｃ８０である。また、第２定着ローラ３２２の外形は、加圧ローラ３０との長手方向における圧力分布が均一となるように、中央部が両端に対して外径が０．１ｍｍ大きくしたクラウン形状とした。
【００７０】
加圧ローラ３０の芯金３０ａとして、直径３３．６ｍｍ，厚さ０．５ｍｍ，長さ２３０ｍｍの鉄（ＳＴＫＭ）からなるパイプを用いた。そして、耐熱性弾性層３０ｂとして、厚さ１．２ｍｍの発泡倍率２とした発泡シリコーンゴム（スポンジ）層で該パイプを被覆後、さらに、離型層３０ｃとして、厚さ３０μｍのパーフルオロビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）樹脂チューブで耐熱性弾性層３０ｂを被覆し、外径３６ｍｍのローラとした。なお、ローラ製品硬度は、ＡＳＫＥＲ−Ｃ７５である。
【００７１】
パット４０１の支持基材４０１ａとして、アルミニウム合金（Ａ６０６３）を用いた。そして、耐熱性弾性材４０１ｂとして、発泡倍率２とした発泡シリコーンゴム（スポンジ）層を用い、摺動層４０１として、厚さ３０μｍのシリコーン系樹脂を該耐熱性弾性材４０１ｂにコーティングした。なお、本実施例における円弧面４０１ｄの円弧長さは５ｍｍと設定した。シリコーンゴム硬度はＪＩＳＡ４０とした。円弧面４０１ｄの外形は、加圧ローラ３０との長手方向における圧力分布が均一となるように、中央部が両端に対して０．１ｍｍ凸となるようなクラウン形状とした。ところで、本実施例においては、摺動層４０１をコーティング層として構成したが、シート状のフッ素樹脂で耐熱性弾性材４０１ｂを被覆するように構成してもかまわない。なお、本実施例においては、耐熱性弾性層４０１ｂは、加圧ローラ３０により形成されるニップ部Ｎの形状に対応した押圧面、すなわち、定着ベルト３３を介して加圧ローラ３０の曲率と同じように円弧面４０１ｄを有するように形成されるものとしたが、円弧面４０１ｄはなく平面形状としてもかまわない。
【００７２】
なお、本実施例においては、ニップ部Ｎにおけるパット４０１と第１定着ローラ３２１及び第２定着ローラ３２２との間隙は各々１ｍｍと設定した。
【００７３】
定着ベルト３３のベルト基材３３ａとして、厚さ７０μｍのポリイミド（ＰＩ）樹脂製の円筒部材を用いた。そして、耐熱性弾性材３３ｂとして、厚さ１００μｍの発泡倍率２とした発泡シリコーンゴム（スポンジ）層で該円筒部材を被覆後、さらに、離型層３３ｃとして、厚さ１５μｍのＰＦＡ樹脂チューブで耐熱性弾性層３３ｂを被覆し、無端ベルトとして形成した。また、定着ベルト３３の内径は、ベルト周長が長いと昇温時間が長くなり、反対にベルト周長が短いとスペースが不足し、ニップ部Ｎの幅の確保に必要な定着ローラの外径、パット基材サイズでの配置が不可となる。したがって、本実施例においては、定着ベルト３３の内径を４５ｍｍにと定した。
【００７４】
ところで、加圧ローラ３０は、軸受け３０１に対する加圧ローラスプリング４４によって、片側１５ｋｇｆ、両側で３０ｋｇｆの総押圧力にて第１ローラ３２１を押圧する方向に付勢されている。さらに、パット４０１は４ｋｇｆの総押圧力にて、第２定着ローラ３２２は片側２ｋｇｆ、両側４ｋｇｆの総押圧力にて、それぞれ加圧ローラ３０を押圧する方向に付勢されている。以上の構成により、加圧ローラ３０と第１定着ローラ３２１とがなすニップ部幅を５ｍｍ、加圧ローラ３０とパット４０１とがなすニップ部幅を４ｍｍ、加圧ローラ３０と第２定着ローラ３２２とがなすニップ部幅を３ｍｍと各々設定でき、本実施例におけるニップ部Ｎの幅は、約１２〜１４ｍｍと設定した。
【００７５】
このようにして設定したニップ部Ｎの圧力分布を示したのが図９である。前述したように、第１定着ローラ３２１と第２定着ローラ３２２との間の部分と加圧ローラ３０との定着ベルト３３を介した接触領域がニップ部Ｎである。
【００７６】
ここで、ニップ領域Ａは第２定着ローラ３２２が加圧ローラ３０に、ニップ領域Ｃはパット４０１が加圧ローラ３０に、ニップ領域Ｅは加圧ローラ３０が第１定着ローラ３２１に、各々押圧されて生じる圧力分布を示す。ニップ領域Ａ，Ｃ間及びニップ領域Ｃ，Ｅ間では、定着ベルト３３が加圧ローラ３０に押圧されることにより低加圧領域のニップ領域Ｂ，Ｄがそれぞれ形成されている。そのニップ領域Ｂ，Ｄにおいては、定着ベルト３３はベルトのテンションによって加圧ローラ３０に押圧されている。
【００７７】
そして、本実施例においては、ニップ領域Ｅの長手方向平均圧力（以下、ニップ領域Ｅ圧力と称する）のピークを２〜２．５ｋｇｆ／ｃｍ２に、ニップ領域Ｃの長手方向平均圧力（以下、ニップ領域Ｃ圧力と称する）のピークを０．８〜１ｋｇｆ／ｃｍ２に、ニップ領域Ａの長手方向平均圧力（以下、ニップ領域Ａ圧力と称する）のピークを０．８ｋｇｆ／ｃｍ２となるように設定されている。つまり、ニップ領域Ａ圧力及びニップ領域Ｃ圧力は、ニップ領域Ｅ圧力よりも低くなるように設定される。
【００７８】
上述した実施例１の構成に対し、ニップ部Ｎを構成する部材配置を検討するため、比較例を作成し、現像剤画像への影響を確認する評価試験を行った。
【００７９】
［比較例１］
比較例１として、第１定着ローラ３２１と第２定着ローラ３２２との間にパット４０１を配置しない構成を用いた。
【００８０】
［比較例２］
比較例２として、第２定着ローラ３２２を除き、パット４０１の円弧面４０１ｄの長さを５ｍｍから１０ｍｍに伸ばした構成を用いた。
【００８１】
［比較例３］
比較例３として、パット４０１の代わりに第２定着ローラ３２２と同じ構成の中間定着ローラを第１定着ローラ３２１と第２定着ローラ３２２との間に配置した構成を用いた。なお、上記比較例１〜比較例３のニップ部Ｎの長さは、実施例１のニップ部Ｎの長さと同じとなるように各部材の押圧力を調整した。
【００８２】
［比較例４］
比較例４として、第２定着ローラ３２２を除き、パット４０１の円弧面４０１ｄの長さを５ｍｍから３ｍｍに短くした構成を用いた。
【００８３】
評価試験は、プリンタ１へ上記実施例１，比較例１，比較例２，比較例３，比較例４の構成を有する定着装置１４を装着し、電源投入後のウォームアップ終了時に、Ａ４サイズの用紙Ｐ（沖データエクセレントペーパ；坪量６４ｇ／ｍ２）を１０枚連続印刷することによって行った。
【００８４】
このときの印刷パターンは単色トナーデューティ１００％とし、印刷速度はＡ４縦送り４０ｐｐｍ，３０ｐｐｍ，２０ｐｐｍの３水準として印刷を行った。そして、用紙Ｐ上の定着現像剤画像の乱れ、ずれ、ムラ等（以下、画像乱れと称する）の定着画像品位を評価項目とした。画像品位の評価は、用紙Ｐ上の未定着時のトナー位置から定着時にずれることによって生じた不均一部（画像乱れ）の有無を目視にて判断した。画像乱れは、トナーＴが移動して用紙Ｐ上に地肌が見える、光沢ムラが見えるものである。本評価では、この画像乱れを図１０ａ，図１０ｂ，図１０ｃに示す３段階のレベルに分類した。すなわち、図１０ａに示すように画像乱れがないものと（○で示す）、定着画像に乱れが頁内に部分的に発生したものと（△で示す）、定着画像乱れが頁内に全面的に発生したものと（×で示す）の３段階のレベルである。
【００８５】
上記評価条件における、上記実施例１，比較例１，比較例２，比較例３，比較例４の構成の評価結果を示したのが図１１である。図１１に示すように、第１定着ローラ３２１と第２定着ローラ３２２との間にパット４０１を配置した構成（実施例１）のみ、４０ｐｐｍの印刷速度において、画像乱れが発生しないことが確認された。
【００８６】
これに対して、比較例１の構成によるニップ部Ｎの圧力分布を示したのが図１２ａである。なお、図１２ａ〜図１２ｄにおいて、実施例１におけるニップ領域Ｃ，ニップ領域Ｅ，ニップ領域Ａのそれぞれに対応する領域については、それぞれａ〜ｄの添え字をつけて表現するものとする。図９に示すようなニップ領域Ｃにおけるパット４０１の押圧力が無くなると、実施例１におけるニップ領域Ｂ，Ｄに相当する領域が広くなり、結果としてニップ領域Ｆとして示す低加圧領域が発生する。ニップ領域Ｆでは、用紙Ｐのニップ部Ｎの通過時にトナー層から発生する空気、水蒸気等の動きを抑え込むことができなくなり、また、用紙Ｐ表面と定着ベルト３３との間で微小すべりが生じ易くなり、画像乱れが発生しやすくなる。例えば、コート紙等のように通気性の低い用紙を使用した場合、より定着画像の乱れは大きくなる。
【００８７】
実施例１においては、第１定着ローラ３２１と第２定着ローラ３２２との間にパット４０１を配置したことで、第１定着ローラ３２１と第２定着ローラ３２２との間の押圧力が小さくなることを防ぐことが可能であるとともに、低加圧領域であるニップ領域Ｂ，Ｄの幅が小さいため、定着画像の乱れが発生することを防止することができる。
【００８８】
さらに、実施例１においては、パット４０１の耐熱性弾性材４０１ｂは、加圧ローラ３０により形成されるニップ部Ｎの形状に対応した押圧面、すなわち、定着ベルト３３を介して加圧ローラ３０の曲率と同じように円弧面４０１ｄを有するように形成されているため、第１定着ローラ３２１と加圧ローラ３０とのニップ部開始点及び第２定着ローラ３２２と加圧ローラ３０とのニップ部終了点の各近傍まで、円弧形状先端部が入り込むことが可能であるため、低加圧領域であるニップ領域Ｂ，Ｄの幅を小さくすることができる。
【００８９】
比較例２の構成によるニップ部Ｎの圧力分布を図１２ｂに示す。比較例２においては、第２定着ローラ３２２によるニップ領域Ａを補うために、円弧面４０１ｄの長さを２倍としたために、円弧面の形状を用紙搬送方向及び長手方向に一様な形状で製造することが困難となった。すなわち、比較例２の構成では、パット４０１による圧力が局部的に不均一となり（ニップ領域Ｃｂ〜Ｄｂ）、定着画像の乱れが発生する結果となった。
【００９０】
比較例３の構成によるニップ部Ｎの圧力分布を図１２ｃに示す。比較例３においては、パット４０１から中間定着ローラとなったことで、ニップ領域Ｃｃにおける両側で実施例１の領域Ｂ，Ｄに相当する押圧力が無くなることとなる。つまり、第１定着ローラ３２１との間に生じるニップ領域Ｂｃ及び第２定着ローラ３２２との間に生じるニップ領域Ｄｃに低加圧領域が発生する。比較例３においては、ほぼ圧力の無いニップ領域Ｂｃ，Ｄｃの幅が、比較例１におけるニップ領域Ｆに比べて短いために、低速度の領域では、定着画像の乱れ方は若干小さくなるものの、比較例１と同様の理由で定着画像の乱れは発生する。
【００９１】
比較例４の構成によるニップ部Ｎの圧力分布を図１２ｄに示す。比較例４においては、円弧面４０１ｄの長さが短いために、比較例２のようにパット４０１の長手方向の圧力は比較的に均一とすることができる。しかしながら、比較例２よりもニップ部Ｎの長さが短いため、印刷速度は低速となる。
【００９２】
なお、第２定着ローラ３２２を除き、パット４０１を二つ並べた形態では、円弧面４０１ｄの長さの合計が比較例２と同等となり、パット４０１と加圧ローラ３０との間において発生する摩擦力が倍増する。このような状態では、摺動時にパット４０１が定着ベルト３３内周面に引っ掛かり、スティックスリップ等が発生して用紙搬送が不均一となる。その結果、定着画像の乱れが発生した。
【００９３】
ところで、本実施形態においては、第１定着ローラの外径ｄ１を第２定着ローラの外径ｄ２よりも大きくなるように構成している。別試験にて、第１定着ローラの外径＜第２定着ローラの外径（ニップ領域Ｅ圧力＜ニップ領域Ａ圧力）として評価を行ったところ、定着性の低下及び一部画像乱れが発生した。また、このように構成すると、用紙Ｐが分離ガイド３８と定着ベルト３３との間に入り込んでしまう用紙搬送不具合が発生した。
【００９４】
定着画像の画像品位の低下は、第２定着ローラのみでは十分な定着が行われず、第１定着ローラの外径が第２定着ローラの外径よりも小さいときは、用紙Ｐがニップ部内のより下流に搬送されたときに完全に溶融トナーＴを用紙Ｐに定着できないことを示している。
【００９５】
すなわち、第１定着ローラの外径ｄ１と第２定着ローラの外径ｄ２との関係を
第１定着ローラの外径ｄ１＞第２定着ローラの外径ｄ２
とすれば、ニップ部Ｎ上流側で溶融したトナーＴをニップ部Ｎ下流側においてより強い圧力で抑えることができ、定着画像の乱れを防ぎ、かつ定着性を確保することができる。さらに、第２定着ローラの外径を小径とすることで、ヒータ３４をニップ部Ｎの入口に近づけることができ、定着ベルトに伝達された熱の放熱を最小にして、トナーＴに効率良く熱を伝達することができる。
【００９６】
また、本実施形態においては、ニップ領域Ｅ圧力をニップ領域Ｃ圧力より大きく、またニップ領域Ｃ圧力とニップ領域Ａ圧力と同等となるように構成されている。別試験にて、ニップ領域Ｅ圧力を用紙Ｐが分離できるピーク値とした上で、ニップ領域Ｅ圧力＜ニップ領域Ｃ圧力＜ニップ領域Ａ圧力として評価を行ったところ、定着画像にジッタが発生することが確認された。
【００９７】
パットの押圧力が過剰に大きくなると、定着ベルトとパットとの間の摩擦力が、定着ベルトと加圧ローラとの間の摩擦力よりも大きくなり、定着ベルトの走行性は著しく悪化する。このとき、定着ベルトにスリップスティック現象が発生することで、定着ベルトが等速で走行できず、定着画像の画像品位の低下を招いていると考えられる。また、ニップ領域Ｃ圧力とニップ領域Ａ圧力との差を著しく大きくすると、ニップ領域Ｃにおける圧力不足を招来し、定着画像の乱れが発生した。
【００９８】
以上の結果より、ニップ領域Ｅ圧力，ニップ領域Ｃ圧力，ニップ領域Ａ圧力の関係を
ニップ領域Ｅ圧力＞ニップ領域Ｃ圧力≧ニップ領域Ａ圧力
とすることにより、パットによるニップ領域Ｃ圧力に起因する定着画像の画像品位の低下を防ぐことができる。
【００９９】
以上のように、第１の実施形態によれば、定着装置の用紙搬送方向に対して、第１定着ローラと第２定着ローラとの間にパットを配置することにより、従来装置に比べ、ニップ部Ｎの長さを長くすることができ、印刷速度を速めた場合においても、定着画像品質の不具合の発生を効果的に抑えることができる。
【０１００】
［第２の実施形態］
第２の実施形態の定着装置１４は、第１の実施形態に対して、加圧ローラ３０を加圧ベルトユニット４５として構成したものである。なお、本実施形態の説明においては、第１の実施形態と同一な箇所については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１０１】
図１３に示すように、加圧ベルトユニット４５は、ベルト部材としての定着ベルト３３の内側に加圧手段である第３ローラとしての第１加圧ローラ３２３と、第１加圧ローラ３２３の回転方向（用紙搬送方向）の上流側であり、第４ローラとしての第２加圧ローラ３２４の回転方向（用紙搬送方向）の下流側、つまり、第１加圧ローラーラ３２３と第２加圧ローラ３２４との張設位置の間にパット４０２を備える。
【０１０２】
ここで、加圧手段である定着ベルトユニット３１の第１定着ローラ３２１，パット４０１，第２定着ローラ３２２と、加圧ベルトユニット４５の第１加圧ローラ３２３，パット４０２，第２加圧ローラ３２４との各々は、２つの定着ベルト３３を介して対向かつ平行の対峙する位置に配置され、第１加圧ローラ３２３は、軸受け３２７に対する加圧ローラスプリング４４１の所定の押圧力にて第１ローラ３２１を押圧する方向に付勢されている。
【０１０３】
また、パット４０２は、圧縮コイルスプリング等からなるパットスプリング４１の所定の押圧力にて２つの定着ベルト３３を介して対向するパット４０１を押圧する方向に付勢されている。
【０１０４】
さらに、第２加圧ローラ３２４も軸受け３２８に対する第２加圧ローラスプリング４４２の所定の押圧力にて第２定着ローラ３２２を押圧する方向に付勢されている。
【０１０５】
以上により、定着ベルトユニット３１と加圧ベルトユニット４５との間には、用紙搬送方向に所定の幅からなるニップ部Ｎ２が形成されることとなる。
【０１０６】
また、加圧ベルトユニット４５内のニップ部Ｎ２の用紙搬送方向上流側には、定着ベルトユニット３１と同様に、ベルト温度検出手段３６が配置されている。
【０１０７】
パット４０２は、図１４に示すように、鉄、アルミニウム合金等の金属からなる支持基材４０２ａと、支持基材４０２ａに接着固定された耐熱性弾性材４０２ｂと、耐熱性弾性材４０２ｂの表面に摺動層４０２ｃとを備える。ここで、耐熱性弾性層４０２ｂは、加圧ローラ３０により形成されるニップ部Ｎの形状に対応した押圧面、すなわち、２つの定着ベルト３３の曲率と同じように平面４０２ｄを有するように形成される。なお、摺動層４０２ｃは、定着ベルト３３の内周面との摩擦抵抗を下げるために設けられている。パット４０２を定着ベルト３３を介してパット４０１を押圧する方向に付勢するパットスプリング４１は、パット４０２の長手方向に複数配置されており、パット４０１に対する長手方向圧力が均一となるように設定されている。ところで、ニップ部Ｎの幅は、パット４０２の平面４０２ｄの短手方向長さを変更することにより、適宜変更可能である。
【０１０８】
また、２つの定着ベルト３３は両方とも同一の４５ｍｍの内径を有し、第１の実施形態で説説明した定着ベルト３３と同じ構成である。
【０１０９】
さらに、第１加圧ローラ３２３及び第２加圧ローラ３２４は、それぞれ第１定着ローラ３２１及び第２定着ローラ３２２と同一の構成を有する。
【０１１０】
ところで、第１加圧ローラ３２３は、軸受け３２７に対する加圧ローラスプリング４４１によって、片側２０ｋｇｆ、両側で４０ｋｇｆの総押圧力にて第１ローラ３２１を押圧する方向に付勢されている。さらに、パット４０２は５ｋｇｆの総押圧力にて、第２加圧ローラ３２４は片側３ｋｇｆ、両側６ｋｇｆの総押圧力にて、それぞれパット４０１及び第２定着ローラ３２２を押圧する方向に付勢されている。以上の構成により、第１加圧ローラ３２３と第１定着ローラ３２１とがなすニップ部幅を５ｍｍ、パット４０２とパット４０１とがなすニップ部幅を５ｍｍ、第２加圧ローラ３２４と第２定着ローラ３２２とがなすニップ部幅を４ｍｍと各々設定でき、本実施例におけるニップ部Ｎの幅は、約１４〜１６ｍｍと設定した。なお、このような構成を有する実施例を実施例２とした。
【０１１１】
このようにして設定した実施例２に係るニップ部Ｎ２の圧力分布を示したのが図１５である。前述したように、第１定着ローラ３２１と第２定着ローラ３２２との間の部分と第１加圧ローラ３２３と第２加圧ローラ３２４との間の２つの定着ベルト３３を介した接触領域がニップ部Ｎである。
【０１１２】
ここで、ニップ領域Ａ２は第２加圧ローラ３２４が第２定着ローラ３２２に、ニップ領域Ｃ２はパット４０２がパット４０１に、ニップ領域Ｅ２は加圧ローラ３２３が第１定着ローラ３２１に、各々押圧されて生じる圧力分布を示す。ニップ領域Ａ２，Ｃ２間及びニップ領域Ｃ２，Ｅ２間では、定着ベルト３３が対向する定着ベルト３３に押圧されることにより低加圧領域のニップ領域Ｂ２，Ｄ２がそれぞれ形成されている。そのニップ領域Ｂ２，Ｄ２においては、定着ベルト３３はベルトのテンションによって互いに押圧されている。
【０１１３】
そして、実施例２においては、ニップ領域Ｅ２の長手方向平均圧力（以下、ニップ領域Ｅ２圧力と称する）のピークを２。５〜３．０ｋｇｆ／ｃｍ２に、ニップ領域Ｃ２の長手方向平均圧力（以下、ニップ領域Ｃ２圧力と称する）のピークを０．８〜１ｋｇｆ／ｃｍ２に、ニップ領域Ａ２の長手方向平均圧力（以下、ニップ領域Ａ２圧力と称する）のピークを０．８ｋｇｆ／ｃｍ２となるように設定されている。つまり、ニップ領域Ａ２圧力及びニップ領域Ｃ２圧力は、ニップ領域Ｅ２圧力よりも低くなるように設定される。
【０１１４】
上述した実施例２の構成に対し、ニップ部Ｎを構成する部材配置を検討するため、比較例を作成し、現像剤画像への影響を確認する評価試験を行った。
【０１１５】
［比較例５］
比較例５として、第２加圧ローラ３２３と第２加圧ローラ３２４との間にパット４０２を配置しない構成を用いた。
【０１１６】
評価試験は、第１の実施形態と同様に行い、印刷速度はＡ４縦送り５０ｐｐｍ，４５ｐｐｍ，４０ｐｐｍの３水準として印刷を行った。
【０１１７】
上記評価条件における、上記実施例２，比較例５の構成の評価結果を示したのが図１６である。図１６に示すように、第１加圧ローラ３２３と第２加圧ローラ３２４との間にパット４０２を配置した構成（実施例２）のみ、５０ｐｐｍの印刷速度において、画像乱れが発生しないことが確認された。
【０１１８】
これに対して、比較例５の構成によるニップ部Ｎの圧力分布を示したのが図１７である。比較例５の構成では、パット４０２が存在しないために、パット４０１による圧力が局部的に不均一となり（ニップ領域Ｃ２´〜Ｄ２´）、定着画像の乱れが発生する結果となった。
【０１１９】
実施例２においては、第１加圧ローラ３２３と第２加圧ローラ３２４との間にパット４０２を配置したことで、第１加圧ローラ３２３と第２加圧ローラ３２４との間の押圧力が小さくなることを防ぐことが可能であるとともに、低加圧領域であるニップ領域Ｂ２，Ｄ２の幅が小さいため、定着画像の乱れが発生することを防止することができる。
【０１２０】
なお、本実施例の構成では、定着ベルト３３内の第１定着ローラ３２１，パット４０１，第２定着ローラ３２２が軸固定されているため、対向する加圧ベルトユニット４５の押圧力が上がっても安定した定着ベルト３３の走行が可能となる。
【０１２１】
以上のように、第２の実施形態によれば、定着ベルトユニット内の各部材位置を固定として、加圧ベルトユニット内の部材にて加圧する構成として、押圧力を上げることができる。すなわち、本実施形態によれば、ニップ幅及び圧力を増やしての高速印刷が可能である。
【０１２２】
本実施形態の説明においては、画像形成装置としてカラープリンタを一例として説明したがが、本発明はこれに限定されず、電子写真方式を利用したモノクロプリンタ、複写機、ファクシミリ、複合機等にも適用可能である。
【０１２３】
また、各実施形態の説明においては、印刷用の用紙を普通紙として説明したが、これに限定されず、ＯＨＰシート、カード、はがき、坪量が２５０ｇ／ｍ２相当以上の厚紙、封筒、熱容量の大きいコート紙等も利用可能である。
【０１２４】
さらに、各実施形態の説明においては、ヒータは面状ヒータとして説明したが、定着ベルトとの摺接面が定着ベルトと同程度の曲率を有するものであっても、円筒状のヒータ形状であってもよく、また、ハロゲンヒータであってもよい。更には、電磁誘導可能な材料で定着ベルトを構成することで誘導加熱することも可能であり、ヒータの種類や形状に限定されない。また、各実施形態の説明においては、ヒータは定着ベルトの内側に配置する形態として説明したが、定着ベルトの外側に設けてもかまわない。
【符号の説明】
【０１２５】
１ プリンタ
２ 用紙カセット
３ スタッカ
４ 用紙搬送路
５ａ，５ｂ 給紙ローラ
６ 分離片
７ 搬送ローラ
８ レジストローラ
９ 搬送ベルト
１１ｋ，１１ｃ，１１ｍ，１１ｙ 画像形成部
１２ 露光ヘッド
１３ 転写ローラ
１４ 定着装置
１６ａ，１６ｂ 排出ローラ
１８ 感光体ドラム
１９ 帯電ローラ
２０ 現像ローラ
２１ 供給ローラ
２２ トナーカートリッジ
２３ クリーニングブレード
３０ 加圧ローラ
３１ 定着ベルトユニット
３２１ 第１定着ローラ
３２２ 第２定着ローラ
３２３ 第１加圧ローラ
３２４ 第２加圧ローラ
３３ 定着ベルト
３４ ヒータ
３５ ヒータホルダ
４０１，４０２ パット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタ、複写機、ファクシミリ、複合機等の電子写真方式を利用した画像形成装置に関し、特に、記録媒体上に形成された現像剤像を定着させる定着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子写真方式を利用した画像形成装置においては、感光体ドラムの表面を帯電ローラ等の帯電手段によって一様均一に帯電させた後、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、又はレーザ光等の露光手段によって感光体ドラムの表面を露光し、画像情報に応じた静電潜像を形成させる。そして、感光体ドラムの表面に形成された静電潜像には、現像ローラ等を備えた現像手段から帯電した現像剤が供給され、現像剤画像が形成される。
【０００３】
感光体ドラムの表面で現像された現像剤画像は、給紙装置から給紙された記録媒体たる用紙に転写された後、定着装置において熱及び圧力が付与され定着される。
【０００４】
このような構成を有する画像形成装置においては、ヒータにより加熱された無端の定着ベルトを介し、定着ローラに対向して配置された加圧ローラを該定着ローラに押圧して形成させたニップ部を現像剤画像転写後の用紙を挟持搬送させることにより、熱及び圧力を付与するベルト加熱方式の定着装置を備えるものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１５１１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のベルト加熱方式の定着装置では、定着ローラ及び加圧ローラのみでニップ部が形成されているため、例えば、印刷速度を速くしたときに定着画像品質が低下するといった欠点があった。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、印刷速度を速めた場合においても、定着画像品質の不具合の発生を効果的に抑えることが可能な定着装置及び該定着装置を備えた画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る定着装置は、加熱部材と、第１ローラと第２ローラとにより張設され、前記加熱部材により加熱されるベルト部材と、前記第１ローラと前記第２ローラとの張設位置に対峙する位置において前記ベルト部材を介して圧接ニップ部を形成する加圧部材を有する加圧手段と、前記ベルト部材を押圧する押圧部材とを備え、前記押圧部材は前記第１ローラと前記第２ローラとの張設位置の間に設けられることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る画像形成装置は、記録媒体上に現像剤画像を形成する画像形成手段と、加熱部材と、第１ローラと第２ローラとにより張設され、前記加熱部材により加熱されるベルト部材と、前記第１ローラと前記第２ローラとの張設位置に対峙する位置において前記ベルト部材を介して圧接ニップ部を形成する加圧部材を有する加圧手段と、前記第１ローラと前記第２ローラとの張設位置の間に設けられ、前記ベルト部材を押圧する押圧部材とを有し、前記画像形成手段により形成された前記現像剤像を定着させる定着手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、印刷速度を速めた場合においても、定着画像品質の不具合の発生を効果的に抑えることが可能な定着装置及び該定着装置を備えた画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】プリンタの概略構成を説明するための概略断面図である。
【図２】プリンタの制御系統を説明するためのブロック図である。
【図３】定着装置の主要部構造を示す側面図である。
【図４ａ】第１定着ローラの構成を説明する図である。
【図４ｂ】第２定着ローラの構成をを説明する図である。
【図５】加圧ローラの構成をを説明する図である。
【図６】パットの構成を説明する図である。
【図７】定着ベルトの構成を説明する図である。
【図８】ヒータの構成を説明する図である。
【図９】ニップ部Ｎの圧力分布を示した図である。
【図１０ａ】評価レベルを説明する図である。
【図１０ｂ】評価レベルを説明する図である。
【図１０ｃ】評価レベルを説明する図である。
【図１１】評価結果を説明する図である。
【図１２ａ】ニップ部Ｎの圧力分布を示した図である。
【図１２ｂ】ニップ部Ｎの圧力分布を示した図である。
【図１２ｃ】ニップ部Ｎの圧力分布を示した図である。
【図１２ｄ】ニップ部Ｎの圧力分布を示した図である。
【図１３】定着装置の主要部構造を示す側面図である。
【図１４】パットの構成を説明する図である。
【図１５】評価結果を説明する図である。
【図１６】評価結果を説明する図である。
【図１７】評価結果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下の記述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において適宜可能である。
【００１３】
［第１の実施形態］
図１は、本発明に係る定着装置を備えた画像形成装置としてのプリンタ１の概略構成を説明するための概略断面図である。プリンタ１は、電子写真方式によるカラー画像を記録媒体としての用紙に印刷することが可能なカラープリンタである。
【００１４】
プリンタ１は、印刷前の用紙Ｐを収容する用紙カセット２を始点とし、プリンタ１の外筺を利用して形成されたスタッカ３を終点とする略Ｓ字状に形成された用紙搬送路４に沿って、給紙ローラ５ａ，５ｂ、分離片６、搬送ローラ７、レジストローラ８、搬送ベルト９、定着装置１４、及び排出ローラ１６ａ，１６ｂを備える。
【００１５】
そして、搬送ベルト９の上面部には、画像形成手段として、用紙搬送路４上流側から順にブラック（ｋ）、シアン（ｃ）、マゼンタ（ｍ）、イエロー（ｙ）の現像剤としてのトナーＴを収容した４つの独立した画像形成部１１ｋ，１１ｃ，１１ｍ，１１ｙがプリンタ１本体から着脱自在に装着されている。また、後述する各画像形成部１１ｋ，１１ｃ，１１ｍ，１１ｙが備える感光体ドラム１８の直上には、感光体ドラム１８の表面に画像情報に基づく光を照射する露光ヘッド１２が配置されているとともに、搬送ベルト９の上面部を介した感光体ドラム１８と対峙する位置には、感光体ドラム１８に形成された現像剤画像を用紙Ｐに転写させる転写ローラ１３が配置されている。
【００１６】
用紙カセット２は、その内部に用紙Ｐを積層した状態で収納し、プリンタ１下部に着脱自在に装着されている。そして、用紙カセット２の上部に設けられた給紙ローラ５ａ，５ｂ及び分離片６からなる給紙機構は、用紙カセット２に収納された用紙Ｐをその最上部から１枚ずつ取り出して用紙搬送経路４に繰り出す。
【００１７】
搬送ローラ７は、給紙機構により繰り出された用紙Ｐを挟持搬送する。レジストローラ８は、搬送ローラ７により搬送された用紙Ｐの斜行を矯正し、用紙Ｐを搬送ベルト９に搬送する。
【００１８】
搬送ベルト９は、用紙Ｐを静電吸着して図１中矢印方向へ搬送する無端のベルト部材である。
【００１９】
画像形成部１１ｋ，１１ｃ，１１ｍ，１１ｙは、収容されるトナーＴのみが異なり、その他の構成は全て同一である。したがって、以下の説明においては、画像形成部１１ｙを一例とし、トナーＴの各色を示すｋ，ｃ，ｍ，ｙの添字を省略して説明する。
【００２０】
画像形成部１１は、露光ヘッド１２から照射された光によって感光体ドラム１８の表面に形成された静電潜像にトナーＴを付着させて現像剤画像を形成する。このような画像形成部１１ｙは、感光体ドラム１８と、帯電ローラ１９と、現像ローラ２０と、供給ローラ２１と、トナーカートリッジ２２と、クリーニングブレード２３とを備える。
【００２１】
感光体ドラム１８は、導電性支持体と光導電層とによって構成され、例えば、導電性支持体としてのアルミニウム等の金属シャフトに光導電層としての電荷発生層、及び電荷輸送層が順次積層されて構成された有機感光体である。そして、感光体ドラム１８は、所定の方向に回転しながら、露光ヘッド１２から照射された光に基づく静電潜像を形成する。
【００２２】
帯電ローラ１９は、例えば、ステンレス等の金属シャフトと半導電性エピクロロヒドリンゴムとによって構成されている。帯電ローラ１９は、感光体ドラム１８に対して所定の圧力をもって当接しており、高圧電源部５２から印加された所定の電圧に基づき感光体ドラム１８の表面を一様均一に帯電させる。
【００２３】
現像ローラ２０は、例えば、ステンレス等の金属シャフトの外周にカーボンブラックを分散させたウレタンゴムを配置し、その表面はイソシアネート処理が施されている。そして、現像ローラ２０は、感光体ドラム１８の表面に圧接するように配置され、感光体ドラム１８の表面に形成された静電潜像にトナーＴを供給し、現像剤画像を現像する。
【００２４】
供給ローラ２１は、例えば、ステンレス等の金属シャフトの外周に半導電性発泡シリコーンスポンジ層が配置されている。供給ローラ２１は、現像ローラ２０に対して所定の圧力をもって当接しており、トナーカートリッジ２２から供給されたトナーＴを現像ローラ２０に供給する。
【００２５】
トナーカートリッジ２２は、トナーＴを収容する箱型容器であり、収容したトナーＴを容器底部に設けられた供給口を介し供給ローラ２１に供給する。
【００２６】
クリーニングブレード２３は、例えば、ウレタン製のゴム部材であり、その一端は感光体ドラム１８の表面の所定位置に当接する位置に配置されている。クリーニングブレード２３は、感光体ドラム１８の表面に残留するトナーＴを掻き取ることで感光体ドラム１８の表面をクリーニングする。
【００２７】
なお、画像形成部１１は、それぞれ一体的に構成されており、プリンタ１に対して着脱自在に装着されている。このため、プリンタ１の上部カバー１５は開閉可能となるように構成されている。
【００２８】
露光ヘッド１２は、例えば、ＬＥＤ素子等の発光素子とレンズアレイとを有するＬＥＤヘッドであり、画像情報に基づき該ＬＥＤ素子から照射される光が感光体ドラム１８の表面に結像する位置となるように配置されている。
【００２９】
転写ローラ１３は、搬送ベルト９の上面部を介した感光体ドラム１８と対峙する位置に配置され、高圧電源部５２から印加された所定のバイアス電圧に基づき感光体ドラム１８に形成された現像剤画像を用紙Ｐに転写させる。
【００３０】
定着装置１４はベルト加熱方式の装置であって、定着ベルトユニット３１と、加圧手段である加圧部材としての加圧ローラ３０とを備える。定着装置１４は、画像形成部１１よりも用紙搬送経路４下流側に配置されており、現像剤画像が転写された用紙Ｐが、所定の温度に維持されたニップ部を通過する際に熱及び圧力が付与され、トナーＴが溶融することにより現像剤画像が定着される。定着装置１４は、プリンタ１に対して一体的に装着される形態としてもよいし、プリンタ１から着脱自在に装着される形態としてもかまわない。なお、定着装置１４に関しては、後ほど詳細に説明する。
【００３１】
排出ローラ１６ａ，１６ｂは、定着ユニット１４を通過した用紙Ｐを挟持搬送し、上部カバー１５を利用して形成されたスタッカ３に該用紙Ｐを排出する。
【００３２】
次に、プリンタ１の制御系統について説明する。図２は、本実施形態に係るプリンタ１の制御系統を説明するためのブロック図である。
【００３３】
制御部５０は、例えば、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）ケーブル等の通信回線を介して、パーソナルコンピュータ等の上位装置と接続されている。また、制御部５０は、マイクロプロセッサ等の演算装置を備え、プリンタ１内の各部を統括的に制御して印刷処理等を実行する機能、上位装置との通信を制御する機能等を有する。
【００３４】
記憶部５１は、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ），ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ），ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置を備え、制御部５０が実行する制御プログラムやそれらに用いられる各種データ、制御部５０による処理結果等を格納する。
【００３５】
高圧電源５２は、制御部５０からの指示に基づき、帯電ローラ１９，現像ローラ２０，供給ローラ２１，転写ローラ１３等に所定の電圧を印加する。なお、帯電ローラ１９，現像ローラ２０，供給ローラ２１，転写ローラ１３等は、画像形成部１１がプリンタ１に装着される際に高圧電源５２と電気的に接続される。
【００３６】
定着制御部５３は、制御部５０からの指示に基づき、給電回路５４を制御して、後述する定着装置１４のヒータ３４へ加熱用の電力を供給させるとともに、定着モータ３８へ電力を供給させ、第１の定着ローラ３２１を用紙搬送方向へ回転させる。また、定着制御部５３には、ベルト温度センサ３６及び加圧ローラ温度センサ３７がそれぞれ接続されており、ベルト温度センサ３６により検出された定着ベルト３３の表面温度値、加圧ローラ温度検出センサ３７により検出された加圧ローラの表面温度値がそれぞれ入力される。定着制御部５３は、入力された定着ベルト３３の表面温度値に基づき、給電回路５４を介して、ヒータ３４へ給電させる電力のＯＮ・ＯＦＦの切替えを行い、定着ベルト３３の表面温度値を所定の定着温度値に維持する。
【００３７】
次に、定着装置１４について図３を用いて説明する。図３は、定着装置１４の主要部構造を示す側面図である。
【００３８】
定着装置１４はベルト加熱方式の装置であって、定着ベルトユニット３１と、加圧手段である加圧部材としての加圧ローラ３０とを備える。図３に示すように、定着ベルトユニット３１は、ベルト部材としての定着ベルト３３の内側に、第１ローラとしての第１定着ローラ３２１，第２ローラとしての第２定着ローラ３２２，加熱部材としてのヒータ３４，ヒータ３４を保持し、定着ベルト３３のガイドを兼ねるヒータホルダ３５等が配置され、定着ベルト３３はこれらの部材により張設されている。
【００３９】
そして、押圧部材としてのパット４０１は、第１定着ローラ３２１の回転方向（用紙搬送方向）の上流側であり、第２定着ローラ３２２の回転方向（用紙搬送方向）の下流側、つまり、第１定着ローラ３２１と第２定着ローラ３２２との張設位置の間に設けられている。
【００４０】
ここで、加圧手段である加圧部材としての加圧ローラ３０と、定着ベルトユニット３１の第１定着ローラ３２１，パット４０１，第２定着ローラ３２２の各々とは、定着ベルト３３を介して対向かつ平行の対峙する位置に配置され、加圧ローラ３０は、軸受け３０１に対する加圧ローラスプリング４４の所定の押圧力にて第１ローラ３２１を押圧する方向に付勢されている。なお、加圧部材としては回転することは必須ではなく、表面が摩擦係数の低い材質で覆われた固定ガイドを用いてもかまわないが、本実施形態では、定着ベルト３３に従動して回転する回転体を用いている。
【００４１】
また、パット４０１は、圧縮コイルスプリング等からなるパットスプリング４１によって定着ベルト３３を介して加圧ローラ３０を押圧する方向に付勢されている。さらに、第２定着ローラ３２２も軸受け３２６に対する第２定着ローラスプリング４３の所定の押圧力にて加圧ローラ３０を押圧する方向に付勢されている。
【００４２】
また、ヒータホルダ３５は、ヒータスプリング４２の所定の押圧力により定着ベルト３３を押圧する方向に付勢されている。なお、パットスプリング４１，第２定着ローラスプリング４３，ヒータスプリング４２の付勢方向の反対側端部は図示せぬフレームに固定されている。
【００４３】
以上により、定着ベルトユニット３１と加圧ローラ３０との間には、用紙搬送方向に所定の幅からなるニップ部Ｎが形成されることとなる。
【００４４】
また、定着装置１４のヒータ３４とニップ部Ｎとの間の、ニップ部Ｎの定着ベルト３３の回転方向上流側近傍には、定着ベルト３３の内周面に摺接して定着ベルト３３の内周面の温度を検出するサーミスタからなるベルト温度検出手段（以下、ベルト温度センサと称する）３６が配置されている。また、加圧ローラ３０の外周面に摺接して加圧ローラ３０の表面温度を検出するサーミスタからなる加圧ローラ温度検出手段（以下、加圧ローラ温度センサと称する）３７が配置されている。
【００４５】
ここで、第１定着ローラ３２１，第２定着ローラ３２２，加圧ローラ３０，パット４０１，定着ベルト３３，ヒータ３４の構成について詳細に説明する。
【００４６】
第１定着ローラ３２１は、図４ａに示すように、鉄、アルミニウム合金等の金属製のパイプ、又はシャフトからなる芯金３２１ａと、シリコーンゴム、フッ素樹脂等の耐熱性弾性層３２１ｂとを備える。第１定着ローラ３２１は、図３に示すように、軸受け３２５によって回転可能に支持されており、芯金３２１ａに設けられた定着ローラギアを介し定着モータ３８から伝達される駆動力によって、用紙Ｐを搬送する方向に回転駆動する。
【００４７】
第２定着ローラ３２２は、図４ｂに示すように、鉄、アルミニウム合金等の金属製のパイプ、又はシャフトからなる芯金３２２ａと、シリコーンゴム、フッ素樹脂等の耐熱性弾性層３２２ｂとを備える。第２定着ローラ３０は、図３に示すように、軸受け３２６によって回転可能に支持されており、第１定着ローラ３２１の回転に伴うニップ部Ｎにおける摩擦力によって従動回転する定着ベルト３３の回転に伴って従動回転する。
【００４８】
加圧ローラ３０は、図５に示すように、鉄、アルミニウム合金等の金属製のパイプ、又はシャフトからなる芯金３０ａと、シリコーンゴム、フッ素樹脂等の耐熱性弾性層３０ｂと、フッ素樹脂等からなる離型層３０Ｃとから構成される。加圧ローラ３０は、図３に示すように、軸受け３０１によって回転可能に支持されており、第１定着ローラ３２１の回転に伴うニップ部Ｎにおける摩擦力によって従動回転する定着ベルト３３の回転に伴って従動回転する。
【００４９】
パット４０１は、図６に示すように、鉄、アルミニウム合金等の金属からなる支持基材４０１ａと、支持基材４０１ａに接着固定された耐熱性弾性材４０１ｂと、耐熱性弾性材４０１ｂの表面に摺動層４０１ｃとを備える。ここで、耐熱性弾性層４０１ｂは、加圧ローラ３０により形成されるニップ部Ｎの形状に対応した押圧面、すなわち、定着ベルト３３を介して加圧ローラ３０の曲率と同じように円弧面４０１ｄを有するように形成される。なお、摺動層４０１ｃは、定着ベルト３３の内周面との摩擦抵抗を下げるために設けられている。パット４０１を定着ベルト３３を介して加圧ローラ３０を押圧する方向に付勢するパットスプリング４１は、パット４０１の長手方向に複数配置されており、加圧ローラ３０に対する長手方向圧力が均一となるように設定されている。ところで、ニップ部Ｎの幅は、パット４０１の円弧面４０１ｄの短手方向長さを変更することにより、適宜変更可能である。
【００５０】
定着ベルト３３は、図７に示すように、ニッケル，ポリイミド，ステンレス等からなる材料で形成された円筒状のベルト基材３３ａと、ベルト基材３３ａの外周面に形成されたシリコーンゴム、フッ素樹脂等の耐熱性弾性層３３ｂと、耐熱性弾性層３３ｂの外周面に形成されたフッ素樹脂等からなる離型層３３ｃとを備える。定着ベルト３３は、第１定着ローラ３２１の回転に伴うニップ部Ｎにおける摩擦力によって、第１定着ローラ３２１に従動回転し、ヒータ３４により加熱される。
【００５１】
ヒータ３４は、図８に示すように、ステンレスやセラミックスなどの基板３４ａ上にガラス等からなる電気絶縁層３４ｂが設けられ、その上に電極３４ｃを有する抵抗発熱体３４ｄが形成され、これを保護層３４ｅで保護した面状ヒータである。このような抵抗発熱体３４ｄとしては、ニッケル−クロム合金、銀−パラジウム合金などの材料を用いることができる。また、保護層３４ｅには、耐圧ガラスによるガラスコーティングが施されている。このような構成を有するヒータ３４は、ヒータホルダ３５の上面中央部の長手方向に沿って耐熱性接着剤等で固定支持されている。
【００５２】
そして、ヒータ３４を保持するヒータホルダ３５は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ），液晶ポリマー（ＬＣＰ）などの耐熱性の高い樹脂、又はアルミニウム合金等の金属で構成されている。ヒータホルダ３５は、定着ベルト３３内周面の加圧ローラ３０の反対側において、第１定着ローラ３２１，第２定着ローラ３２２から離間されるとともに第１定着ローラ３２１に対向して配置される。また、ヒータホルダ３５は、ヒータスプリング４２の所定の押圧力によて定着ベルト３３を押圧する方向に付勢されており、第１定着ローラ３２１，第２定着ローラ３２２，及びパット４０１とともに定着ベルト３３を張架して回転可能に支持する。
【００５３】
次に、このような構成を有するプリンタ１の印刷動作について説明する。
【００５４】
まず、プリンタ１の制御部５０は、上位装置から画像情報を含む印刷命令を受信すると、受信した画像情報に基づく印刷を開始する。制御部５０は、給紙ローラ５ａ，５ｂ及び分離片６からなる給紙機構を制御して、用紙カセット２に収納された用紙Ｐをその最上部から１枚ずつ取り出して用紙搬送経路４に繰り出させる。
【００５５】
給紙機構により用紙搬送経路４に繰り出された用紙Ｐは、搬送ローラ７により挟持搬送される。そして、用紙Ｐはレジストローラ８により斜行が矯正されながら、搬送ベルト９まで搬送される。
【００５６】
これと並行して、制御部５０は高圧電源５２を制御して、帯電ローラ１９，現像ローラ２０，供給ローラ２１，転写ローラ１３等に所定の電圧を印加させる。
【００５７】
感光体ドラム１８の表面に当接して設けられた帯電ローラ１９は、高圧電源５２から印加された所定の電圧に基づき、感光体ドラム１８の表面を一様均一に帯電させる。次に、制御部５０は露光ヘッド１２を制御して、画像情報に対応した光を感光体ドラム１８の表面に照射させ、画像情報に基づく静電潜像を形成させる。
【００５８】
次に、現像ローラ２０は、供給ローラ２１から供給されたトナーＴを感光体ドラム１８の表面に形成された静電潜像に付着させて反転現像し、現像剤画像を形成させる。
【００５９】
そして、用紙Ｐは搬送ベルト９により画像形成部１１まで搬送される。画像形成部１１ｋ，１１ｃ，１１ｍ，１１ｙの各感光体ドラム１８の表面に形成された現像剤画像は、用紙Ｐの各感光体ドラム１８と転写ローラ１３との間を通過するタイミングに合わせて、転写ローラ１３に印加されている所定のバイアス電圧により、順次用紙Ｐ上に転写される。
【００６０】
現像剤画像が転写された用紙Ｐには、所定の温度に維持された定着装置１４のニップ部を通過する際に熱及び圧力が付与され、トナーＴが溶融することにより現像剤画像が定着される。
【００６１】
現像剤画像が定着された用紙Ｐは、排出ローラ１６ａ，１６ｂにより挟持搬送され、上部カバー１５を利用して形成されたスタッカ３に排出されて集積され、一連の印刷動作は終了する。
【００６２】
次に、上記の一連の印刷動作時における定着装置１４の定着動作について説明する。
【００６３】
プリンタ１の制御部５０は、上位装置から画像情報を含む印刷命令を受信すると、定着制御部５３を制御して定着モータ３８を駆動させる。定着モータ３８の駆動にともない、第１定着ローラ３２１は、芯金３２１ａに設けられた定着ローラギアを介し駆動モータ３８から伝達される駆動力によって、用紙Ｐを搬送する方向に回転駆動する。
【００６４】
第１定着ローラ３２１の回転駆動にともない、ニップ部Ｎにおける摩擦力により、定着ベルト３３及び加圧ローラ３０は従動回転を開始する。
【００６５】
このとき、制御部５０は、定着制御部５３を制御して、ヒータ３４へ給電回路５４を介して電力を供給させることにより発熱させ、定着ベルト３３の内周側から加熱させる。ヒータ３４により加熱された定着ベルト３３の表面温度値は、ベルト温度センサ３６により検出され、定着制御部５３に出力される。定着制御部５３は、入力された定着ベルト３３の表面温度値に基づき、給電回路５４を介して、ヒータ３４へ給電させる電力のＯＮ・ＯＦＦの切替えを行い、定着ベルト３３の表面温度値を所定の定着温度値に維持する。
【００６６】
このようにして、定着ベルト３３のの表面温度値が所定の温度値に維持された状態において、現像剤画像が転写された用紙Ｐが搬送されると、該用紙Ｐは定着ベルト３３を介して第２定着ローラ３２２，パット４０１，第１定着ローラ３２１と加圧ローラ３０とで形成されたニップ部Ｎで挟持される。用紙Ｐ上の現像剤画像には、定着ベルト３３を介して熱及び圧力が付与され、トナーＴが溶融することにより現像剤画像が定着される。
【００６７】
なお、定着ベルト３３の過昇温防止の点から、第１定着ローラ３２１の回転開始タイミングは、ヒータ３４のＯＮ時から時間を空けずに、回転を開始させることが好ましい。そこで、本実施形態では、ヒータ３４のＯＮと同時に第１定着ローラ３２１を回転させる設定とした。また、本実施形態における定着ベルト３３の目標定着温度値は１６０℃となるように設定され、ヒータ３４のＯＮ後の定着実行時に、該目標定着温度値を中央値とする所定の温度範囲となるように定着ベルト３３の定着温度は制御される。
【００６８】
［実施例１］
実施例１において、第１定着ローラ３２１の芯金３２１ａとして、直径２１ｍｍ，厚さ０．８ｍｍ，長さ２３０ｍｍの鉄（ＳＴＫＭ）からなるパイプを用いた。そして、耐熱性弾性層３２１ｂとして、厚さ２ｍｍの発泡倍率２とした発泡シリコーンゴム（スポンジ）層で該パイプを被覆し、外径２５ｍｍのローラとした。なお、ローラ製品硬度は、ＡＳＫＥＲ−Ｃ７０である。また、第１定着ローラ３２１の外形は、加圧ローラ３０との長手方向における圧力分布が均一となるように、中央部が両端に対して外径が０．２ｍｍ大きくしたクラウン形状とした。
【００６９】
第２定着ローラ３２１の芯金３２２ａとして、直径１８ｍｍ，厚さ０．８ｍｍ，長さ２３０ｍｍの鉄（ＳＴＫＭ）からなるパイプを用いた。そして、耐熱性弾性層３２２ｂとして、厚さ１ｍｍの発泡倍率２とした発泡シリコーンゴム（スポンジ）層で該パイプを被覆し、外径２０ｍｍのローラとした。なお、ローラ製品硬度は、ＡＳＫＥＲ−Ｃ８０である。また、第２定着ローラ３２２の外形は、加圧ローラ３０との長手方向における圧力分布が均一となるように、中央部が両端に対して外径が０．１ｍｍ大きくしたクラウン形状とした。
【００７０】
加圧ローラ３０の芯金３０ａとして、直径３３．６ｍｍ，厚さ０．５ｍｍ，長さ２３０ｍｍの鉄（ＳＴＫＭ）からなるパイプを用いた。そして、耐熱性弾性層３０ｂとして、厚さ１．２ｍｍの発泡倍率２とした発泡シリコーンゴム（スポンジ）層で該パイプを被覆後、さらに、離型層３０ｃとして、厚さ３０μｍのパーフルオロビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）樹脂チューブで耐熱性弾性層３０ｂを被覆し、外径３６ｍｍのローラとした。なお、ローラ製品硬度は、ＡＳＫＥＲ−Ｃ７５である。
【００７１】
パット４０１の支持基材４０１ａとして、アルミニウム合金（Ａ６０６３）を用いた。そして、耐熱性弾性材４０１ｂとして、発泡倍率２とした発泡シリコーンゴム（スポンジ）層を用い、摺動層４０１として、厚さ３０μｍのシリコーン系樹脂を該耐熱性弾性材４０１ｂにコーティングした。なお、本実施例における円弧面４０１ｄの円弧長さは５ｍｍと設定した。シリコーンゴム硬度はＪＩＳＡ４０とした。円弧面４０１ｄの外形は、加圧ローラ３０との長手方向における圧力分布が均一となるように、中央部が両端に対して０．１ｍｍ凸となるようなクラウン形状とした。ところで、本実施例においては、摺動層４０１をコーティング層として構成したが、シート状のフッ素樹脂で耐熱性弾性材４０１ｂを被覆するように構成してもかまわない。なお、本実施例においては、耐熱性弾性層４０１ｂは、加圧ローラ３０により形成されるニップ部Ｎの形状に対応した押圧面、すなわち、定着ベルト３３を介して加圧ローラ３０の曲率と同じように円弧面４０１ｄを有するように形成されるものとしたが、円弧面４０１ｄはなく平面形状としてもかまわない。
【００７２】
なお、本実施例においては、ニップ部Ｎにおけるパット４０１と第１定着ローラ３２１及び第２定着ローラ３２２との間隙は各々１ｍｍと設定した。
【００７３】
定着ベルト３３のベルト基材３３ａとして、厚さ７０μｍのポリイミド（ＰＩ）樹脂製の円筒部材を用いた。そして、耐熱性弾性材３３ｂとして、厚さ１００μｍの発泡倍率２とした発泡シリコーンゴム（スポンジ）層で該円筒部材を被覆後、さらに、離型層３３ｃとして、厚さ１５μｍのＰＦＡ樹脂チューブで耐熱性弾性層３３ｂを被覆し、無端ベルトとして形成した。また、定着ベルト３３の内径は、ベルト周長が長いと昇温時間が長くなり、反対にベルト周長が短いとスペースが不足し、ニップ部Ｎの幅の確保に必要な定着ローラの外径、パット基材サイズでの配置が不可となる。したがって、本実施例においては、定着ベルト３３の内径を４５ｍｍにと定した。
【００７４】
ところで、加圧ローラ３０は、軸受け３０１に対する加圧ローラスプリング４４によって、片側１５ｋｇｆ、両側で３０ｋｇｆの総押圧力にて第１ローラ３２１を押圧する方向に付勢されている。さらに、パット４０１は４ｋｇｆの総押圧力にて、第２定着ローラ３２２は片側２ｋｇｆ、両側４ｋｇｆの総押圧力にて、それぞれ加圧ローラ３０を押圧する方向に付勢されている。以上の構成により、加圧ローラ３０と第１定着ローラ３２１とがなすニップ部幅を５ｍｍ、加圧ローラ３０とパット４０１とがなすニップ部幅を４ｍｍ、加圧ローラ３０と第２定着ローラ３２２とがなすニップ部幅を３ｍｍと各々設定でき、本実施例におけるニップ部Ｎの幅は、約１２〜１４ｍｍと設定した。
【００７５】
このようにして設定したニップ部Ｎの圧力分布を示したのが図９である。前述したように、第１定着ローラ３２１と第２定着ローラ３２２との間の部分と加圧ローラ３０との定着ベルト３３を介した接触領域がニップ部Ｎである。
【００７６】
ここで、ニップ領域Ａは第２定着ローラ３２２が加圧ローラ３０に、ニップ領域Ｃはパット４０１が加圧ローラ３０に、ニップ領域Ｅは加圧ローラ３０が第１定着ローラ３２１に、各々押圧されて生じる圧力分布を示す。ニップ領域Ａ，Ｃ間及びニップ領域Ｃ，Ｅ間では、定着ベルト３３が加圧ローラ３０に押圧されることにより低加圧領域のニップ領域Ｂ，Ｄがそれぞれ形成されている。そのニップ領域Ｂ，Ｄにおいては、定着ベルト３３はベルトのテンションによって加圧ローラ３０に押圧されている。
【００７７】
そして、本実施例においては、ニップ領域Ｅの長手方向平均圧力（以下、ニップ領域Ｅ圧力と称する）のピークを２〜２．５ｋｇｆ／ｃｍ２に、ニップ領域Ｃの長手方向平均圧力（以下、ニップ領域Ｃ圧力と称する）のピークを０．８〜１ｋｇｆ／ｃｍ２に、ニップ領域Ａの長手方向平均圧力（以下、ニップ領域Ａ圧力と称する）のピークを０．８ｋｇｆ／ｃｍ２となるように設定されている。つまり、ニップ領域Ａ圧力及びニップ領域Ｃ圧力は、ニップ領域Ｅ圧力よりも低くなるように設定される。
【００７８】
上述した実施例１の構成に対し、ニップ部Ｎを構成する部材配置を検討するため、比較例を作成し、現像剤画像への影響を確認する評価試験を行った。
【００７９】
［比較例１］
比較例１として、第１定着ローラ３２１と第２定着ローラ３２２との間にパット４０１を配置しない構成を用いた。
【００８０】
［比較例２］
比較例２として、第２定着ローラ３２２を除き、パット４０１の円弧面４０１ｄの長さを５ｍｍから１０ｍｍに伸ばした構成を用いた。
【００８１】
［比較例３］
比較例３として、パット４０１の代わりに第２定着ローラ３２２と同じ構成の中間定着ローラを第１定着ローラ３２１と第２定着ローラ３２２との間に配置した構成を用いた。なお、上記比較例１〜比較例３のニップ部Ｎの長さは、実施例１のニップ部Ｎの長さと同じとなるように各部材の押圧力を調整した。
【００８２】
［比較例４］
比較例４として、第２定着ローラ３２２を除き、パット４０１の円弧面４０１ｄの長さを５ｍｍから３ｍｍに短くした構成を用いた。
【００８３】
評価試験は、プリンタ１へ上記実施例１，比較例１，比較例２，比較例３，比較例４の構成を有する定着装置１４を装着し、電源投入後のウォームアップ終了時に、Ａ４サイズの用紙Ｐ（沖データエクセレントペーパ；坪量６４ｇ／ｍ２）を１０枚連続印刷することによって行った。
【００８４】
このときの印刷パターンは単色トナーデューティ１００％とし、印刷速度はＡ４縦送り４０ｐｐｍ，３０ｐｐｍ，２０ｐｐｍの３水準として印刷を行った。そして、用紙Ｐ上の定着現像剤画像の乱れ、ずれ、ムラ等（以下、画像乱れと称する）の定着画像品位を評価項目とした。画像品位の評価は、用紙Ｐ上の未定着時のトナー位置から定着時にずれることによって生じた不均一部（画像乱れ）の有無を目視にて判断した。画像乱れは、トナーＴが移動して用紙Ｐ上に地肌が見える、光沢ムラが見えるものである。本評価では、この画像乱れを図１０ａ，図１０ｂ，図１０ｃに示す３段階のレベルに分類した。すなわち、図１０ａに示すように画像乱れがないものと（○で示す）、定着画像に乱れが頁内に部分的に発生したものと（△で示す）、定着画像乱れが頁内に全面的に発生したものと（×で示す）の３段階のレベルである。
【００８５】
上記評価条件における、上記実施例１，比較例１，比較例２，比較例３，比較例４の構成の評価結果を示したのが図１１である。図１１に示すように、第１定着ローラ３２１と第２定着ローラ３２２との間にパット４０１を配置した構成（実施例１）のみ、４０ｐｐｍの印刷速度において、画像乱れが発生しないことが確認された。
【００８６】
これに対して、比較例１の構成によるニップ部Ｎの圧力分布を示したのが図１２ａである。なお、図１２ａ〜図１２ｄにおいて、実施例１におけるニップ領域Ｃ，ニップ領域Ｅ，ニップ領域Ａのそれぞれに対応する領域については、それぞれａ〜ｄの添え字をつけて表現するものとする。図９に示すようなニップ領域Ｃにおけるパット４０１の押圧力が無くなると、実施例１におけるニップ領域Ｂ，Ｄに相当する領域が広くなり、結果としてニップ領域Ｆとして示す低加圧領域が発生する。ニップ領域Ｆでは、用紙Ｐのニップ部Ｎの通過時にトナー層から発生する空気、水蒸気等の動きを抑え込むことができなくなり、また、用紙Ｐ表面と定着ベルト３３との間で微小すべりが生じ易くなり、画像乱れが発生しやすくなる。例えば、コート紙等のように通気性の低い用紙を使用した場合、より定着画像の乱れは大きくなる。
【００８７】
実施例１においては、第１定着ローラ３２１と第２定着ローラ３２２との間にパット４０１を配置したことで、第１定着ローラ３２１と第２定着ローラ３２２との間の押圧力が小さくなることを防ぐことが可能であるとともに、低加圧領域であるニップ領域Ｂ，Ｄの幅が小さいため、定着画像の乱れが発生することを防止することができる。
【００８８】
さらに、実施例１においては、パット４０１の耐熱性弾性材４０１ｂは、加圧ローラ３０により形成されるニップ部Ｎの形状に対応した押圧面、すなわち、定着ベルト３３を介して加圧ローラ３０の曲率と同じように円弧面４０１ｄを有するように形成されているため、第１定着ローラ３２１と加圧ローラ３０とのニップ部開始点及び第２定着ローラ３２２と加圧ローラ３０とのニップ部終了点の各近傍まで、円弧形状先端部が入り込むことが可能であるため、低加圧領域であるニップ領域Ｂ，Ｄの幅を小さくすることができる。
【００８９】
比較例２の構成によるニップ部Ｎの圧力分布を図１２ｂに示す。比較例２においては、第２定着ローラ３２２によるニップ領域Ａを補うために、円弧面４０１ｄの長さを２倍としたために、円弧面の形状を用紙搬送方向及び長手方向に一様な形状で製造することが困難となった。すなわち、比較例２の構成では、パット４０１による圧力が局部的に不均一となり（ニップ領域Ｃｂ〜Ｄｂ）、定着画像の乱れが発生する結果となった。
【００９０】
比較例３の構成によるニップ部Ｎの圧力分布を図１２ｃに示す。比較例３においては、パット４０１から中間定着ローラとなったことで、ニップ領域Ｃｃにおける両側で実施例１の領域Ｂ，Ｄに相当する押圧力が無くなることとなる。つまり、第１定着ローラ３２１との間に生じるニップ領域Ｂｃ及び第２定着ローラ３２２との間に生じるニップ領域Ｄｃに低加圧領域が発生する。比較例３においては、ほぼ圧力の無いニップ領域Ｂｃ，Ｄｃの幅が、比較例１におけるニップ領域Ｆに比べて短いために、低速度の領域では、定着画像の乱れ方は若干小さくなるものの、比較例１と同様の理由で定着画像の乱れは発生する。
【００９１】
比較例４の構成によるニップ部Ｎの圧力分布を図１２ｄに示す。比較例４においては、円弧面４０１ｄの長さが短いために、比較例２のようにパット４０１の長手方向の圧力は比較的に均一とすることができる。しかしながら、比較例２よりもニップ部Ｎの長さが短いため、印刷速度は低速となる。
【００９２】
なお、第２定着ローラ３２２を除き、パット４０１を二つ並べた形態では、円弧面４０１ｄの長さの合計が比較例２と同等となり、パット４０１と加圧ローラ３０との間において発生する摩擦力が倍増する。このような状態では、摺動時にパット４０１が定着ベルト３３内周面に引っ掛かり、スティックスリップ等が発生して用紙搬送が不均一となる。その結果、定着画像の乱れが発生した。
【００９３】
ところで、本実施形態においては、第１定着ローラの外径ｄ１を第２定着ローラの外径ｄ２よりも大きくなるように構成している。別試験にて、第１定着ローラの外径＜第２定着ローラの外径（ニップ領域Ｅ圧力＜ニップ領域Ａ圧力）として評価を行ったところ、定着性の低下及び一部画像乱れが発生した。また、このように構成すると、用紙Ｐが分離ガイド３８と定着ベルト３３との間に入り込んでしまう用紙搬送不具合が発生した。
【００９４】
定着画像の画像品位の低下は、第２定着ローラのみでは十分な定着が行われず、第１定着ローラの外径が第２定着ローラの外径よりも小さいときは、用紙Ｐがニップ部内のより下流に搬送されたときに完全に溶融トナーＴを用紙Ｐに定着できないことを示している。
【００９５】
すなわち、第１定着ローラの外径ｄ１と第２定着ローラの外径ｄ２との関係を
第１定着ローラの外径ｄ１＞第２定着ローラの外径ｄ２
とすれば、ニップ部Ｎ上流側で溶融したトナーＴをニップ部Ｎ下流側においてより強い圧力で抑えることができ、定着画像の乱れを防ぎ、かつ定着性を確保することができる。さらに、第２定着ローラの外径を小径とすることで、ヒータ３４をニップ部Ｎの入口に近づけることができ、定着ベルトに伝達された熱の放熱を最小にして、トナーＴに効率良く熱を伝達することができる。
【００９６】
また、本実施形態においては、ニップ領域Ｅ圧力をニップ領域Ｃ圧力より大きく、またニップ領域Ｃ圧力とニップ領域Ａ圧力と同等となるように構成されている。別試験にて、ニップ領域Ｅ圧力を用紙Ｐが分離できるピーク値とした上で、ニップ領域Ｅ圧力＜ニップ領域Ｃ圧力＜ニップ領域Ａ圧力として評価を行ったところ、定着画像にジッタが発生することが確認された。
【００９７】
パットの押圧力が過剰に大きくなると、定着ベルトとパットとの間の摩擦力が、定着ベルトと加圧ローラとの間の摩擦力よりも大きくなり、定着ベルトの走行性は著しく悪化する。このとき、定着ベルトにスリップスティック現象が発生することで、定着ベルトが等速で走行できず、定着画像の画像品位の低下を招いていると考えられる。また、ニップ領域Ｃ圧力とニップ領域Ａ圧力との差を著しく大きくすると、ニップ領域Ｃにおける圧力不足を招来し、定着画像の乱れが発生した。
【００９８】
以上の結果より、ニップ領域Ｅ圧力，ニップ領域Ｃ圧力，ニップ領域Ａ圧力の関係を
ニップ領域Ｅ圧力＞ニップ領域Ｃ圧力≧ニップ領域Ａ圧力
とすることにより、パットによるニップ領域Ｃ圧力に起因する定着画像の画像品位の低下を防ぐことができる。
【００９９】
以上のように、第１の実施形態によれば、定着装置の用紙搬送方向に対して、第１定着ローラと第２定着ローラとの間にパットを配置することにより、従来装置に比べ、ニップ部Ｎの長さを長くすることができ、印刷速度を速めた場合においても、定着画像品質の不具合の発生を効果的に抑えることができる。
【０１００】
［第２の実施形態］
第２の実施形態の定着装置１４は、第１の実施形態に対して、加圧ローラ３０を加圧ベルトユニット４５として構成したものである。なお、本実施形態の説明においては、第１の実施形態と同一な箇所については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１０１】
図１３に示すように、加圧ベルトユニット４５は、ベルト部材としての定着ベルト３３の内側に加圧手段である第３ローラとしての第１加圧ローラ３２３と、第１加圧ローラ３２３の回転方向（用紙搬送方向）の上流側であり、第４ローラとしての第２加圧ローラ３２４の回転方向（用紙搬送方向）の下流側、つまり、第１加圧ローラーラ３２３と第２加圧ローラ３２４との張設位置の間にパット４０２を備える。
【０１０２】
ここで、加圧手段である定着ベルトユニット３１の第１定着ローラ３２１，パット４０１，第２定着ローラ３２２と、加圧ベルトユニット４５の第１加圧ローラ３２３，パット４０２，第２加圧ローラ３２４との各々は、２つの定着ベルト３３を介して対向かつ平行の対峙する位置に配置され、第１加圧ローラ３２３は、軸受け３２７に対する加圧ローラスプリング４４１の所定の押圧力にて第１ローラ３２１を押圧する方向に付勢されている。
【０１０３】
また、パット４０２は、圧縮コイルスプリング等からなるパットスプリング４１の所定の押圧力にて２つの定着ベルト３３を介して対向するパット４０１を押圧する方向に付勢されている。
【０１０４】
さらに、第２加圧ローラ３２４も軸受け３２８に対する第２加圧ローラスプリング４４２の所定の押圧力にて第２定着ローラ３２２を押圧する方向に付勢されている。
【０１０５】
以上により、定着ベルトユニット３１と加圧ベルトユニット４５との間には、用紙搬送方向に所定の幅からなるニップ部Ｎ２が形成されることとなる。
【０１０６】
また、加圧ベルトユニット４５内のニップ部Ｎ２の用紙搬送方向上流側には、定着ベルトユニット３１と同様に、ベルト温度検出手段３６が配置されている。
【０１０７】
パット４０２は、図１４に示すように、鉄、アルミニウム合金等の金属からなる支持基材４０２ａと、支持基材４０２ａに接着固定された耐熱性弾性材４０２ｂと、耐熱性弾性材４０２ｂの表面に摺動層４０２ｃとを備える。ここで、耐熱性弾性層４０２ｂは、加圧ローラ３０により形成されるニップ部Ｎの形状に対応した押圧面、すなわち、２つの定着ベルト３３の曲率と同じように平面４０２ｄを有するように形成される。なお、摺動層４０２ｃは、定着ベルト３３の内周面との摩擦抵抗を下げるために設けられている。パット４０２を定着ベルト３３を介してパット４０１を押圧する方向に付勢するパットスプリング４１は、パット４０２の長手方向に複数配置されており、パット４０１に対する長手方向圧力が均一となるように設定されている。ところで、ニップ部Ｎの幅は、パット４０２の平面４０２ｄの短手方向長さを変更することにより、適宜変更可能である。
【０１０８】
また、２つの定着ベルト３３は両方とも同一の４５ｍｍの内径を有し、第１の実施形態で説説明した定着ベルト３３と同じ構成である。
【０１０９】
さらに、第１加圧ローラ３２３及び第２加圧ローラ３２４は、それぞれ第１定着ローラ３２１及び第２定着ローラ３２２と同一の構成を有する。
【０１１０】
ところで、第１加圧ローラ３２３は、軸受け３２７に対する加圧ローラスプリング４４１によって、片側２０ｋｇｆ、両側で４０ｋｇｆの総押圧力にて第１ローラ３２１を押圧する方向に付勢されている。さらに、パット４０２は５ｋｇｆの総押圧力にて、第２加圧ローラ３２４は片側３ｋｇｆ、両側６ｋｇｆの総押圧力にて、それぞれパット４０１及び第２定着ローラ３２２を押圧する方向に付勢されている。以上の構成により、第１加圧ローラ３２３と第１定着ローラ３２１とがなすニップ部幅を５ｍｍ、パット４０２とパット４０１とがなすニップ部幅を５ｍｍ、第２加圧ローラ３２４と第２定着ローラ３２２とがなすニップ部幅を４ｍｍと各々設定でき、本実施例におけるニップ部Ｎの幅は、約１４〜１６ｍｍと設定した。なお、このような構成を有する実施例を実施例２とした。
【０１１１】
このようにして設定した実施例２に係るニップ部Ｎ２の圧力分布を示したのが図１５である。前述したように、第１定着ローラ３２１と第２定着ローラ３２２との間の部分と第１加圧ローラ３２３と第２加圧ローラ３２４との間の２つの定着ベルト３３を介した接触領域がニップ部Ｎである。
【０１１２】
ここで、ニップ領域Ａ２は第２加圧ローラ３２４が第２定着ローラ３２２に、ニップ領域Ｃ２はパット４０２がパット４０１に、ニップ領域Ｅ２は加圧ローラ３２３が第１定着ローラ３２１に、各々押圧されて生じる圧力分布を示す。ニップ領域Ａ２，Ｃ２間及びニップ領域Ｃ２，Ｅ２間では、定着ベルト３３が対向する定着ベルト３３に押圧されることにより低加圧領域のニップ領域Ｂ２，Ｄ２がそれぞれ形成されている。そのニップ領域Ｂ２，Ｄ２においては、定着ベルト３３はベルトのテンションによって互いに押圧されている。
【０１１３】
そして、実施例２においては、ニップ領域Ｅ２の長手方向平均圧力（以下、ニップ領域Ｅ２圧力と称する）のピークを２。５〜３．０ｋｇｆ／ｃｍ２に、ニップ領域Ｃ２の長手方向平均圧力（以下、ニップ領域Ｃ２圧力と称する）のピークを０．８〜１ｋｇｆ／ｃｍ２に、ニップ領域Ａ２の長手方向平均圧力（以下、ニップ領域Ａ２圧力と称する）のピークを０．８ｋｇｆ／ｃｍ２となるように設定されている。つまり、ニップ領域Ａ２圧力及びニップ領域Ｃ２圧力は、ニップ領域Ｅ２圧力よりも低くなるように設定される。
【０１１４】
上述した実施例２の構成に対し、ニップ部Ｎを構成する部材配置を検討するため、比較例を作成し、現像剤画像への影響を確認する評価試験を行った。
【０１１５】
［比較例５］
比較例５として、第２加圧ローラ３２３と第２加圧ローラ３２４との間にパット４０２を配置しない構成を用いた。
【０１１６】
評価試験は、第１の実施形態と同様に行い、印刷速度はＡ４縦送り５０ｐｐｍ，４５ｐｐｍ，４０ｐｐｍの３水準として印刷を行った。
【０１１７】
上記評価条件における、上記実施例２，比較例５の構成の評価結果を示したのが図１６である。図１６に示すように、第１加圧ローラ３２３と第２加圧ローラ３２４との間にパット４０２を配置した構成（実施例２）のみ、５０ｐｐｍの印刷速度において、画像乱れが発生しないことが確認された。
【０１１８】
これに対して、比較例５の構成によるニップ部Ｎの圧力分布を示したのが図１７である。比較例５の構成では、パット４０２が存在しないために、パット４０１による圧力が局部的に不均一となり（ニップ領域Ｃ２´〜Ｄ２´）、定着画像の乱れが発生する結果となった。
【０１１９】
実施例２においては、第１加圧ローラ３２３と第２加圧ローラ３２４との間にパット４０２を配置したことで、第１加圧ローラ３２３と第２加圧ローラ３２４との間の押圧力が小さくなることを防ぐことが可能であるとともに、低加圧領域であるニップ領域Ｂ２，Ｄ２の幅が小さいため、定着画像の乱れが発生することを防止することができる。
【０１２０】
なお、本実施例の構成では、定着ベルト３３内の第１定着ローラ３２１，パット４０１，第２定着ローラ３２２が軸固定されているため、対向する加圧ベルトユニット４５の押圧力が上がっても安定した定着ベルト３３の走行が可能となる。
【０１２１】
以上のように、第２の実施形態によれば、定着ベルトユニット内の各部材位置を固定として、加圧ベルトユニット内の部材にて加圧する構成として、押圧力を上げることができる。すなわち、本実施形態によれば、ニップ幅及び圧力を増やしての高速印刷が可能である。
【０１２２】
本実施形態の説明においては、画像形成装置としてカラープリンタを一例として説明したがが、本発明はこれに限定されず、電子写真方式を利用したモノクロプリンタ、複写機、ファクシミリ、複合機等にも適用可能である。
【０１２３】
また、各実施形態の説明においては、印刷用の用紙を普通紙として説明したが、これに限定されず、ＯＨＰシート、カード、はがき、坪量が２５０ｇ／ｍ２相当以上の厚紙、封筒、熱容量の大きいコート紙等も利用可能である。
【０１２４】
さらに、各実施形態の説明においては、ヒータは面状ヒータとして説明したが、定着ベルトとの摺接面が定着ベルトと同程度の曲率を有するものであっても、円筒状のヒータ形状であってもよく、また、ハロゲンヒータであってもよい。更には、電磁誘導可能な材料で定着ベルトを構成することで誘導加熱することも可能であり、ヒータの種類や形状に限定されない。また、各実施形態の説明においては、ヒータは定着ベルトの内側に配置する形態として説明したが、定着ベルトの外側に設けてもかまわない。
【符号の説明】
【０１２５】
１ プリンタ
２ 用紙カセット
３ スタッカ
４ 用紙搬送路
５ａ，５ｂ 給紙ローラ
６ 分離片
７ 搬送ローラ
８ レジストローラ
９ 搬送ベルト
１１ｋ，１１ｃ，１１ｍ，１１ｙ 画像形成部
１２ 露光ヘッド
１３ 転写ローラ
１４ 定着装置
１６ａ，１６ｂ 排出ローラ
１８ 感光体ドラム
１９ 帯電ローラ
２０ 現像ローラ
２１ 供給ローラ
２２ トナーカートリッジ
２３ クリーニングブレード
３０ 加圧ローラ
３１ 定着ベルトユニット
３２１ 第１定着ローラ
３２２ 第２定着ローラ
３２３ 第１加圧ローラ
３２４ 第２加圧ローラ
３３ 定着ベルト
３４ ヒータ
３５ ヒータホルダ
４０１，４０２ パット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱部材と、
第１ローラと第２ローラとにより張設され、前記加熱部材により加熱されるベルト部材と、
前記第１ローラと前記第２ローラとの張設位置に対峙する位置において前記ベルト部材を介して圧接ニップ部を形成する加圧部材を有する加圧手段と、
前記ベルト部材を押圧する押圧部材とを備え、
前記押圧部材は前記第１ローラと前記第２ローラとの張設位置の間に設けられること
を特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記加圧部材は、
回転体であること
を特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
前記第１ローラの外径をｄ１とし、前記第２ローラの外径をｄ２としたとき、
ｄ１＞ｄ２の関係を満たすこと
を特徴とする請求項１又は請求項２記載の定着装置。
【請求項４】
前記第１ローラと前記加圧部材との間に生じる長手方向平均圧力をＥ１とし、前記第２ローラと前記加圧部材との間に生じる長手方向平均圧力をＡ１とし、前記押圧部材と前記加圧部材との間に生じる長手方向平均圧力をＣ１としたとき、
Ｅ１＞Ｃ１≧Ａ１の関係を満たすこと
を特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の定着装置。
【請求項５】
前記加圧手段は、
第３ローラと第４ローラとにより張設された加圧ベルト部材と、
前記第３ローラと前記第４ローラとの張設位置の間に設けられ、前記加圧ベルト部材を押圧する他の押圧部材とを備えること
を特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項６】
前記第３ローラの外径をｄ３とし、前記第４ローラの外径をｄ４としたとき、
ｄ３＞ｄ４の関係を満たすこと
を特徴とする請求項５記載の定着装置。
【請求項７】
前記第１ローラと前記第３ローラとの間に生じる長手方向平均圧力をＥ２とし、前記第２ローラと前記第４ローラとの間に生じる長手方向平均圧力をＡ２とし、前記押圧部材と前記他の押圧部材との間に生じる長手方向平均圧力をＣ２としたとき、
Ｅ２＞Ｃ２≧Ａ２の関係を満たすこと
を特徴とする請求項５又は請求項６記載の定着装置。
【請求項８】
前記押圧部材は、
前記加圧手段により形成される前記圧接ニップ部の形状に対応した押圧面を有すること
を特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項記載の定着装置。
【請求項９】
前記加熱部材は、
面状ヒータであること
を特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１項記載の定着装置。
【請求項１０】
前記加熱部材は、
ハロゲンヒータであること
を特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１項記載の定着装置。
【請求項１１】
記録媒体上に現像剤画像を形成する画像形成手段と、
加熱部材と、第１ローラと第２ローラとにより張設され、前記加熱部材により加熱されるベルト部材と、前記第１ローラと前記第２ローラとの張設位置に対峙する位置において前記ベルト部材を介して圧接ニップ部を形成する加圧部材を有する加圧手段と、前記第１ローラと前記第２ローラとの張設位置の間に設けられ、前記ベルト部材を押圧する押圧部材とを有し、前記画像形成手段により形成された前記現像剤像を定着させる定着手段とを備えること
を特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
加熱部材と、
第１ローラと第２ローラとにより張設され、前記加熱部材により加熱されるベルト部材と、
前記第１ローラと前記第２ローラとの張設位置に対峙する位置において前記ベルト部材を介して圧接ニップ部を形成する加圧部材を有する加圧手段と、
前記ベルト部材を押圧する押圧部材とを備え、
前記押圧部材は前記第１ローラと前記第２ローラとの張設位置の間に設けられること
を特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記加圧部材は、
回転体であること
を特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
前記第１ローラの外径をｄ１とし、前記第２ローラの外径をｄ２としたとき、
ｄ１＞ｄ２の関係を満たすこと
を特徴とする請求項１又は請求項２記載の定着装置。
【請求項４】
前記第１ローラと前記加圧部材との間に生じる長手方向平均圧力をＥ１とし、前記第２ローラと前記加圧部材との間に生じる長手方向平均圧力をＡ１とし、前記押圧部材と前記加圧部材との間に生じる長手方向平均圧力をＣ１としたとき、
Ｅ１＞Ｃ１≧Ａ１の関係を満たすこと
を特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の定着装置。
【請求項５】
前記加圧手段は、
第３ローラと第４ローラとにより張設された加圧ベルト部材と、
前記第３ローラと前記第４ローラとの張設位置の間に設けられ、前記加圧ベルト部材を押圧する他の押圧部材とを備えること
を特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項６】
前記第３ローラの外径をｄ３とし、前記第４ローラの外径をｄ４としたとき、
ｄ３＞ｄ４の関係を満たすこと
を特徴とする請求項５記載の定着装置。
【請求項７】
前記第１ローラと前記第３ローラとの間に生じる長手方向平均圧力をＥ２とし、前記第２ローラと前記第４ローラとの間に生じる長手方向平均圧力をＡ２とし、前記押圧部材と前記他の押圧部材との間に生じる長手方向平均圧力をＣ２としたとき、
Ｅ２＞Ｃ２≧Ａ２の関係を満たすこと
を特徴とする請求項５又は請求項６記載の定着装置。
【請求項８】
前記押圧部材は、
前記加圧手段により形成される前記圧接ニップ部の形状に対応した押圧面を有すること
を特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項記載の定着装置。
【請求項９】
前記加熱部材は、
面状ヒータであること
を特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１項記載の定着装置。
【請求項１０】
前記加熱部材は、
ハロゲンヒータであること
を特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１項記載の定着装置。
【請求項１１】
記録媒体上に現像剤画像を形成する画像形成手段と、
加熱部材と、第１ローラと第２ローラとにより張設され、前記加熱部材により加熱されるベルト部材と、前記第１ローラと前記第２ローラとの張設位置に対峙する位置において前記ベルト部材を介して圧接ニップ部を形成する加圧部材を有する加圧手段と、前記第１ローラと前記第２ローラとの張設位置の間に設けられ、前記ベルト部材を押圧する押圧部材とを有し、前記画像形成手段により形成された前記現像剤像を定着させる定着手段とを備えること
を特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０ａ】
【図１０ｂ】
【図１０ｃ】
【図１１】
【図１２ａ】
【図１２ｂ】
【図１２ｃ】
【図１２ｄ】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０ａ】
【図１０ｂ】
【図１０ｃ】
【図１１】
【図１２ａ】
【図１２ｂ】
【図１２ｃ】
【図１２ｄ】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１３−２４８９５（Ｐ２０１３−２４８９５Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５６２２３（Ｐ２０１１−１５６２２３）
【出願日】平成２３年７月１５日（２０１１．７．１５）
【出願人】（５９１０４４１６４）株式会社沖データ (2,444)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１５日（２０１１．７．１５）
【出願人】（５９１０４４１６４）株式会社沖データ (2,444)
【Ｆターム（参考）】
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