JPH10228199A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ベルトニップ方式の定着装置において、記録
媒体の像ずれ及びしわ発生を防止を図る。 【解決手段】 ベルトニップ方式の定着装置において、
加熱ロール１とエンドレスベルト２との間に形成された
ニップ域の出口には、エンドレスベルト２の支持ロール
群３のうちの一つを加圧ロール３ａとして配設し、前記
ニップ域に対応したエンドレスベルト２の内側には加熱
ロール１側にエンドレスベルト２が押圧せしめられる補
助加圧部材４を配設し、この補助加圧部材４には、前記
ニップ域で加熱ロール１軸方向中間部に作用する荷重が
前記加熱ロール１の軸方向両端部に作用する荷重よりも
大きくなる荷重分布ｍの形成要素を具備させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、プリンタ
ー、ファクシミリなどの画像情報記録装置において、記
録媒体上の未定着画像を接触加熱定着するいわゆる加熱
ロール型定着装置において、特に、加熱ロールとベルト
圧接装置からなるベルトニップ方式の定着装置の改良に
関する。

【０００２】

【従来の技術】高速のカラー複写機に適する定着装置と
しては、いわゆるソフトロールと称される加熱ロール
（弾性層を有する加熱ロール）にエンドレスベルトを圧
接配置してニップ域を形成し、そのニップ域の出口のエ
ンドレスベルト内側に配設された加圧ロールをエンドレ
スベルトを介して加熱ロールに圧接した、いわゆるベル
トニップ方式の定着装置が提案されている（例えば特開
平５−１５０６７９号公報参照）。これは、例えば図１
１に示すように、加熱源としてのハロゲンランプ２２を
内蔵すると共に弾性層２４を有する加熱ロール２１と、
複数の支持ロール３４、３５、３７に張架され、加熱ロ
ール２１との間にニップ域４３が形成されるエンドレス
ベルト３２と、ニップ域の出口でエンドレスベルト３２
の内側に配設され且つコイルスプリング３６で加熱ロー
ル２１側に加圧される加圧ロール３３とを備えている。
尚、符号２５は弾性層２４を被覆するトップコート層、
２６は加熱ロール２１に接触配置され、加熱ロール２１
に離型剤が供給されるオイル供給装置、２７は加熱ロー
ル２１の表面温度を検出する温度センサである。この定
着装置は、白黒画像に限らず、カラー複写機にも適応可
能な新規のベルトニップ方式の定着装置であり、それは
多量のトナーがのった紙厚が薄く、紙の腰の弱い記録用
紙を発色定着させる場合でも、剥離爪などを必要とせ
ず、ニップ域の出口において、何の剥離装置を用いずに
剥離できる（以下、セルフストリッピング方式とい
う）。

【０００３】また、このセルフストリッピング性能を向
上させるために加圧ロール３３の荷重を高くすると、記
録用紙Ｐ上の未定着画像Ｔがずれる現象（像ずれ）が発
生する。この現象は、加圧ロール３３の高い圧力によっ
て加熱ロール２１表面の弾性層２４が歪み、これに伴
い、記録用紙Ｐのスピードが増大することに起因する。
この像ずれを防止するためには、ニップ域４３内の加圧
ロール３３の上流側で加熱ロール２１をあまり歪ませな
いように低圧で大きな荷重をかけることにより、この部
分での加熱ロール２１と記録用紙Ｐとの密着力を加圧ロ
ール３３部の密着力より大きくする。これにより、記録
用紙Ｐのスピードは加熱ロール２１のスピードと同じス
ピードとされる。この効果を出すために、ニップ域４３
の入口付近に補助加圧部材であるロールまたは固定部材
を設けて、加熱ロールに押しつける手法が既に提案され
ている（例えば特願平６−２４９７０５号、特願平７−
１１７４０２号等）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記補
助加圧部材を設けることにより像ずれの問題は解決され
るものの、エンドレスベルト３２のニップ域４３では紙
しわが発生し易くなり、良好な定着結果が得られないと
いう新たな技術的課題が見い出された。そこで、本発明
は、以上の技術的課題を解決するためなされたものであ
って、像ずれ及び記録媒体のしわ発生を防止するベルト
ニップ方式の定着装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、図
１（ａ）（ｂ）に示すように、少なくとも弾性層を有す
る加熱ロール１と、複数の支持ロール群３（３ａ，３
ｂ）に掛け渡されて前記加熱ロール１に所定のニップ幅
で圧接配置される耐熱性エンドレスベルト２とを備え、
加熱ロール１とエンドレスベルト２との間のニップ域に
未定着画像Ｔが担持された記録媒体Ｐを挿通させるよう
にした定着装置において、加熱ロール１とエンドレスベ
ルト２との間に形成されたニップ域の出口には、支持ロ
ール群３のうちの一つを加圧ロール３ａとして配設し、
前記ニップ域に対応したエンドレスベルト２の内側には
加熱ロール１側にエンドレスベルト２が押圧せしめられ
る補助加圧部材４を配設し、この補助加圧部材４には、
前記ニップ域で加熱ロール１軸方向中間部に作用する荷
重が前記加熱ロール１の軸方向両端部に作用する荷重よ
りも大きくなる荷重分布ｍの形成要素を具備させたこと
を特徴とする。

【０００６】このような技術的手段において、補助加圧
部材４としては、加熱ロール１の軸方向に沿って延び且
つエンドレスベルト２を介して加熱ロール１に所定の加
圧力を与える部材であれば、ベース材に弾性体を備えた
板状部材、あるいは、心材の周囲が弾性層で被覆された
ロール部材など適宜選定して差し支えないが、記録媒体
Ｐのしわ発生を確実に防止するという観点からすれば、
ベース材に弾性体を備えた板状部材など、加熱ロール１
とエンドレスベルト２との間に形成されるニップ域全略
域に対向した圧接面を有し、ニップ域略全域に対し所望
の荷重分布ｍを形成するものであることが好ましい。

【０００７】この場合において、所望の荷重分布ｍとし
ては、少なくとも、ニップ域で加熱ロール１の軸方向
（補助加圧部材４の軸方向に相当）中間部に作用する荷
重が前記加熱ロール１の軸方向（補助加圧部材４の軸方
向に相当）両端部に作用する荷重よりも大きくなること
が必要である。ここで、荷重分布ｍの最大荷重及び最小
荷重については、特に図１（ｂ）に示すように、基本的
に画像ずれが防止される範囲で選定されていればよい。
また、その荷重分布ｍパターンについては、エンドレス
ベルト２の幅方向に沿って対称であるか否かを問わず、
記録媒体Ｐの通過方式、例えばコーナーレジストレーシ
ョン方式（エンドレスベルト２の一側縁近傍を基準ライ
ンとする方式）又はセンターレジストレーション方式
（エンドレスベルト２の幅方向中央ラインを記録媒体Ｐ
の移動方向中心ラインとする方式）、及び、使用する記
録媒体Ｐサイズに応じて、しわが発生しない範囲で選定
されていればよい。従って、荷重分布ｍパターンについ
ては、センターレジストレーション方式であれば、荷重
分布ｍの画像ずれ防止最大荷重位置はエンドレスベルト
２の幅方向中央ライン近傍に設定されるが、コーナーレ
ジストレーション方式であれば、荷重分布ｍの画像ずれ
防止最大荷重位置はエンドレスベルト２の幅方向中央ラ
インから偏位した適宜位置に設定される。また、荷重分
布ｍの両端部の荷重についても、共に最小荷重で同じで
ある態様は勿論のこと、一方が他方と異なる荷重である
態様をも含む。

【０００８】また、補助加圧部材４の荷重分布ｍについ
ては、画像ずれ防止最大荷重から画像ずれ防止最小荷重
まで連続的に変化する態様が好ましいが、記録媒体Ｐに
しわを発生させない範囲で段階的に変化する態様も含ま
れる。ここで、荷重分布ｍの形成要素については、補助
加圧部材４として、エンドレスベルト２の移動方向に直
交する幅方向の断面形状を中間部が両端部に対して加熱
ロール１側に突出した凸形状とすることにより達成され
る。この場合において、例えばベース材上に弾性体を備
えた補助加圧部材４にあっては、ベース材の形状を凸状
にしてもよいし、あるいは、弾性体の厚みを可変設定し
て凸状にしてもよい。

【０００９】また、ロール対構成の定着装置（加熱ロー
ルに加圧ロールを圧接配置した定着装置）タイプにあっ
ては、図４（ａ）に示すように、加圧ロールの荷重が増
加するにつれて、記録媒体Ｐとしての用紙スピードが上
昇することが理解される。このようなロール対構成の定
着装置において、紙しわを防止するという観点から、加
熱ロールと加圧ロールとの間のニップ域における荷重分
布として、図４（ｂ）に示すように、加圧ロール軸方向
の両端部の荷重を高くし、中間部の荷重を低くするとい
う先行技術が既に提案されている（例えば特開平２−２
７７０８９号公報参照）。しかしながら、この種の先行
技術にあっては、ロール対構成の定着装置において紙し
わを防止するという技術的課題に対し、上述した荷重分
布を想定しているのに対し、本発明では、ベルトニップ
方式の定着装置において、画像ずれを防止し且つ紙しわ
を防止するという技術的課題に対し、ロール対構成の定
着装置と荷重分布パターンの全く異なる荷重分布をニッ
プ域に与えたのであり、解決すべき技術的課題及びその
解決手段が全く相違するものである。

【００１０】以下、図２及び図３に基づいて、上述した
技術的手段の作用について説明する。今、補助加圧部材
４による荷重に対する記録媒体Ｐとしての用紙スピード
は、図２に示すように、補助加圧部材４の荷重を増加さ
せると、徐々に減少され、所定の荷重範囲で画像ずれが
防止される。

【００１１】また、補助加圧部材４のエンドレスベルト
２幅方向の中間部（図中では例えば中央部を例示）の荷
重を高くし、両端部に向かうにつれて荷重を低くすれ
ば、記録媒体Ｐとしての用紙の幅方向の中央部のスピー
ドは遅く、両端部のスピードは、速くなることが理解さ
れる。すなわち、図３に示すように、進行方向後端にし
わを持った記録媒体Ｐがニップ域を通過すると、記録媒
体Ｐのスピードは、中央部で遅くなり（Ｖｍ）、両端部
で速くなる（Ｖｅ）。このとき、記録媒体Ｐの中央部と
端部との相対速度差により、中央部を中心として、両端
部に回転モーメントＭが発生する。この回転力より記録
媒体Ｐのしわはエンドレスベルト２幅方向に伸ばされ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に示す実施の形態
に基づいてこの発明を詳細に説明する。 ◎実施の形態１ 図５は、本発明をベルトニップ方式の定着装置に適用し
た実施の形態１を示す。同図において、本実施の形態に
係る定着装置は、例えばセンターレジストレーション方
式を採用したもので、加熱源２２を内蔵し、モータ５１
にて回転駆動される加熱ロール２１と、この加熱ロール
２１回転方向下流側で加熱ロール２１に圧接配置される
ベルトニップ装置３１とから構成されている。尚、図
中、符号２６は加熱ロール２１に接触配置されるオイル
供給装置、２７はオイル供給装置２６の加熱ロール２１
回転方向下流側に配設されて加熱ロール２１の表面温度
を検知する温度センサである。

【００１３】本実施の形態において、加熱ロール２１の
ロール部は、加熱源２２を覆う円筒コア２３と、円筒コ
ア２３の外周面に配設される耐熱弾性体（弾性層）２４
と、さらに耐熱弾性体２４の外周面に配設されるトップ
コート層２５とからなる三層構造である。ここで、本実
施の形態では、例えば、円筒コア２３としては、外径４
７ｍｍ、内径４２ｍｍのアルミニウム製であり、耐熱弾
性体２４としては、ＨＴＶシリコンゴム（ゴム硬度ＪＩ
Ｓ−Ａ４５゜）を１．５ｍｍの層厚で被膜したものであ
り、トップコート層２５としては、シリコンＲＴＶゴム
を５０μｍの厚さにディップコートし、略鏡面状態に近
い表面に仕上げたものである。

【００１４】また、加熱源２２としては、例えば、８５
０Ｗのハロゲンランプを用い、オイル供給装置２６の離
型剤としては、例えば、ジメチルシリコンオイル粘度３
００ｃＳｔが均一に供給される。モータ５１からの駆動
力は加熱ロール２１に伝達され、加熱ロール２１は矢印
の方向に１６０ｍｍ／ｓｅｃの速さで回転する。

【００１５】更に、ベルトニップ装置３１は、支持ロー
ル３３、３４、３５に張架されて加熱ロール２１に所定
のニップ幅で圧接配置されるエンドレスベルト３２を備
えている。

【００１６】ここで、本実施の形態では、例えば、エン
ドレスベルト３２は、厚み７５μｍ、幅３００ｍｍ、周
長１８８ｍｍのポリイミドフィルムであり、各支持ロー
ル３３、３４、３５によって８０Ｎの張力にて張架され
ている。

【００１７】そして、三本の支持ロール３３、３４、３
５はいずれも太鼓型にテーパ加工が施されたアルミニウ
ム製であり、この太鼓型のテーパは、エンドレスベルト
３２の張力によるたわみを補正するため付けられてお
り、それによってエンドレスベルト３２は波打ちなどな
く、均一な張力で張られている。本実施の形態では、各
支持ロール３３〜３５の外径は、夫々２３ｍｍ、１８ｍ
ｍ、１８ｍｍである。

【００１８】また、支持ロール３３は、加熱ロール２１
とエンドレスベルト３２とのニップ域４３の出口に配設
される加圧ロールであり、加圧手段としての圧縮コイル
スプリング３６によって加熱ロール２１の中心に向かっ
て付勢されており、エンドレスベルト３２を加熱ロール
２１に押圧している。本実施の形態では、エンドレスベ
ルト３２の加熱ロール２１への巻付け角（ニップ域４３
の入口部と出口部の延長線のなす角）は約４５゜であ
り、このときのニップ幅は約２０ｍｍである。また、ニ
ップ域４３の出口は支持ロール（加圧ロール）３３がエ
ンドレスベルト３２を介して約３６０Ｎの荷重で圧接さ
れており、セルフストリッピングを可能としている。
尚、本実施の形態では、支持ロール３５は、エンドレス
ベルト３２のウォークを防止するステアリングロールと
して機能するようになっている。

【００１９】また、ベルトニップ装置３１は、ニップ域
４３のエンドレスベルト３２の内側にコイルスプリング
４２により圧接配置される補助加圧部材４１を備えてい
る。本実施の形態において、補助加圧部材４１は、図６
に示すように、板状のベース材４１２の上に弾性体４１
１を被膜した構成であり、例えば、ベース材４１２はス
テンレス製であり、弾性体４１１として厚さ３ｍｍのシ
リコンゴム（ゴム硬度ＪＩＳ Ａで２０゜）が用いられ
ている。また、シリコンゴムの上には、テフロン含浸ガ
ラス繊維シート（図示せず）が被覆されており、エンド
レスベルト３２の内面との摺動抵抗が低減されている。
特に、本実施の形態では、ベース材４１２は一定厚であ
り、弾性体４１１は両端部より中央部の方が約０．５ｍ
ｍ高くなるような断面凸型に形成されている。

【００２０】このとき、補助加圧部材４１軸方向（エン
ドレスベルト３２の幅方向に相当）の荷重分布は、図７
のに示すように、中央部では像ずれ防止最大荷重とな
り、記録用紙Ｐの幅方向端部に相当する部位で画像ずれ
防止最小荷重を示す。一方、記録用紙Ｐ両端の荷重が中
央部より大きく且つ像ずれ防止最大荷重より高い場合
（図７中）、画像ずれ、紙しわが共に発生し、他方、
記録用紙Ｐ両端の荷重が画像ずれ防止最小荷重より小さ
い場合（図７中）、紙しわは防止できるものの、像ず
れの発生は防止できない。

【００２１】また、図８（ａ）に示すように、補助加圧
部材４１の軸方向の荷重分布は、荷重のピークが中央部
から多少偏位（偏位量：δ）してもよく、図８（ｂ）に
示すように、用紙端部に相当する部位の荷重は、像ずれ
防止の荷重範囲にあればよく、また、前記各部位が異な
る荷重でもよい。

【００２２】次に、図５〜図８に基づいて本実施の形態
の動作について説明する。加熱ロール２１の回動に伴い
エンドレスベルト３２は従動され、エンドレスベルト３
２上の記録用紙Ｐは、ニップ域４３を通過する。このと
き、補助加圧部材４１の押圧力により、記録用紙Ｐと加
熱ロール２１との速度差がほとんどない状態に調整され
ていれば、記録用紙Ｐの未定着画像がずれることはな
い。また、記録用紙Ｐ幅方向各部の進行スピードは、中
央部で遅くなり、両端部で速くなるため、記録用紙Ｐの
中央部と両端部との進行速度差から、記録用紙Ｐの中央
部を中心とした回転モーメントが各用紙端部に働き、記
録用紙Ｐの紙しわは用紙幅方向に伸ばされる。以上よ
り、本実施の形態によれば、画像ずれが防止されると共
に、紙しわも防止される。

【００２３】また、表１は、本実施の形態について、１
００枚連続コピーをとったときの紙しわ発生枚数を調べ
て紙しわ防止性能を評価した結果である。このとき、用
紙の種類は、富士ゼロックス社製のＪ紙、Ｓ紙、Ｒ紙の
三種類を用いたが、これらの用紙は、Ｊ紙、Ｓ紙、Ｒ紙
の順に紙しわが発生し易く、開封紙に比べて含水紙の方
が紙しわが発生しやすい傾向にある。その結果、本実施
の形態では、いずれの種類の用紙についても紙しわが発
生しないことが確認された。一方、平坦な形状の補助加
圧部材を備えた比較の形態によれば、紙質が低下するに
つれて紙しわの発生枚数が増加することが確認された。

【００２４】

【表１】

【００２５】◎実施の形態２ また、図９は実施の形態２に係る補助加圧部材の構造を
示したものである。この場合、補助加圧部材４１のベー
ス材４１２の形状が断面凸型になっており、両端部より
も中央部の方が０．５ｍｍ高くなっている。その上に均
一な厚さのシリコンゴムからなる弾性体４１１が固定さ
れている。本実施の形態でも、加熱ロール２１とエンド
レスベルト３２との間に形成されるニップ域４３では、
補助加圧部材４１の軸方向に実施の形態１と同様な荷重
分布が得られ、画像ずれ及び紙しわが防止される。

【００２６】◎実施の形態３ 図１０は、実施の形態３に係る定着装置を示すものであ
る。本実施の形態に係る定着装置は、図１０（ａ）に示
すように、実施の形態１と略同様の構成であるが、補助
加圧部材４１は、板状のベース材４１２の上に直方体形
状の弾性体４２１〜４２７のうち中央部に弾性率の低い
弾性体４２７を配置し、両端部に向かって順に弾性率が
高くなるよう弾性体４２６〜４２１を配置した点に特徴
を有する。本実施の形態によれば、図１０（ｂ）に示す
ように、補助加圧部材４１の中央部から両端部に向かっ
て荷重が階段状に低くなる荷重分布が得られ、画像ず
れ、紙しわ共に防止される。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、補助加圧部材のエンド
レスベルト幅方向に所定の荷重分布を持たせ、記録媒体
の両端の進行スピードを中央部より速くするようにした
ので、記録媒体の画像ずれを防止しつつ、紙しわを確実
に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （ａ）は本発明に係る定着装置の概要を示す
説明図、（ｂ）は本発明における加熱ロールとエンドレ
スベルトとの間のニップ域における荷重分布を示すグラ
フ図である。

【図２】 補助加圧部材の荷重と用紙スピード／加熱ロ
ールスピードとの関係を示す説明図である。

【図３】 本発明の作用を示す模式的説明図である。

【図４】 （ａ）はロール対構成の定着装置の加圧ロー
ル荷重と用紙スピード／加熱ロールスピードとの関係を
示す説明図、（ｂ）はニップ域での加圧ロール軸方向の
荷重分布を示す説明図である。

【図５】 本発明が適用された定着装置の実施の形態１
を示す説明図である。

【図６】 図５に係る補助加圧部材の拡大を示す説明図
である。

【図７】 図５に係るニップ域での荷重分布を示す説明
図である。

【図８】 （ａ）（ｂ）は図７に係る荷重分布の変形例
を示す説明図である。

【図９】 実施の形態２に係る定着装置を示す説明図で
ある。

【図１０】 （ａ）は実施の形態３に係る定着装置を示
す説明図、（ｂ）はそのときのニップ域の荷重分布を示
す説明図である。

【図１１】 従来における定着装置の一例を示す説明図
である。

【符号の説明】

１…加熱ロール，２…エンドレスベルト，３…支持ロー
ル，３ａ…加圧ロール，４…補助加圧部材，２１…加熱
ロール，３２…エンドレスベルト，３３…支持ロール
（加圧ロール），３４，３５…支持ロール，４１…補助
加圧部材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも弾性層を有する加熱ロール
   （１）と、複数の支持ロール群（３：３ａ，３ｂ）に掛
   け渡されて前記加熱ロール（１）に所定のニップ幅で圧
   接配置される耐熱性エンドレスベルト（２）とを備え、
   加熱ロール（１）とエンドレスベルト（２）との間のニ
   ップ域に未定着画像（Ｔ）が担持された記録媒体（Ｐ）
   を挿通させるようにした定着装置において、 加熱ロール（１）とエンドレスベルト（２）との間に形
   成されたニップ域の出口には、支持ロール群（３）のう
   ちの一つを加圧ロール（３ａ）として配設し、前記ニッ
   プ域に対応したエンドレスベルト（２）の内側には加熱
   ロール（１）側にエンドレスベルト（２）が押圧せしめ
   られる補助加圧部材（４）を配設し、この補助加圧部材
   （４）には、前記ニップ域で加熱ロール（１）の軸方向
   中間部に作用する荷重が前記加熱ロール（１）の軸方向
   両端部に作用する荷重よりも大きくなる荷重分布（ｍ）
   の形成要素を具備させたことを特徴とする定着装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の定着装置において、補助
   加圧部材（４）は、エンドレスベルト（２）の移動方向
   に直交する幅方向の断面形状を中間部が両端部に対して
   加熱ロール（１）側に突出した凸形状としたことを特徴
   とする定着装置。