JP2004012682A

JP2004012682A - 定着装置、およびそれを用いた電子写真装置

Info

Publication number: JP2004012682A
Application number: JP2002164287A
Authority: JP
Inventors: Keitarou Sonoguchi; 薗口　慶太郎; Masaru Ono; 小野　優; Atsuyuki Kitamura; 北村　篤行; Masahiro Sato; 佐藤　雅弘; Wataru Suzuki; 鈴木　渡
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2002-06-05
Filing date: 2002-06-05
Publication date: 2004-01-15
Anticipated expiration: 2022-06-05
Also published as: JP4106971B2

Abstract

【課題】各種部品の精度を上げなくても部品相互のアライメントを容易に取ることが可能で、簡素な構成ながら定着性に優れ、設計の自由度があり、低コストな定着装置、およびそれを用いた電子写真装置を提供すること。
【解決手段】少なくとも、加熱ロール２０と、その表面に当接し従動される無端状の加圧ベルト６と、加圧ベルト６をその周内から加熱ロール２０の表面に付勢して、加熱ロール２０−加圧ベルト６間に、記録シート１５を挿通可能なニップ部を形成する押圧部材１０と、を備え、押圧部材１０が、加圧ベルト６の幅方向に延びる支持フレーム７と、支持フレーム７から加圧ベルト６に向けて突出状態で配され、加圧ベルト６を面で付勢する弾性部材８と、弾性部材８の付勢面に配され、表面が加圧ベルト６と接触する硬質でかつ可撓性を有する低摩擦シート９と、から構成されることを特徴とする定着装置、およびそれを用いた電子写真装置である。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真複写機、プリンター、ファクシミリなどの電子写真方式を利用した画像情報記録装置において、記録シート上の未定着トナー像を接触させて加熱定着する、所謂加熱定着型の定着装置、およびそれを用いた電子写真装置に関するものであり、特に加熱ロールと無端状の加圧ベルトとの間に、前記記録シートを挿通させることでトナー像を加熱定着するベルトニップ方式、とりわけフリーベルトニップ方式の定着装置、およびそれを用いた電子写真装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真複写機、プリンター、ファクシミリ等における電子写真画像形成では、一般に、未定着トナー像を形成した記録紙等の記録シートを定着装置に挿通させて加熱加圧することにより、トナー像を定着させる。
【０００３】
かかる定着装置として、円筒状心金に少なくとも弾性層を被覆し、内部に熱源が配された加熱ロールと、これに当接してニップ部を形成する、円筒状心金に少なくとも弾性層が被覆された加圧ロールと、から構成される２ロール定着装置が一般的である。当該２ロール定着装置は、他の加熱定着法である熱風定着方式やオーブン定着方式と較べて熱効率が高く、低電力化が図られ、かつ高速性に優れ、しかも、紙詰まりによる火災の危険性等の問題もないことなどから、現在最も広く利用されている。しかし、２ロール定着装置は、加熱ロールおよび加圧ロールともに弾性層が設けられ、熱容量が大きくなりがちであり、また、ニップ部時間を長く取ることが困難であり、加熱ロール表面を高い温度に保っておく必要があることから、インスタントスタート性（スイッチオンから定着可能な温度になるまでの時間が短いこと）、省エネルギー性、離型性、および、特にカラー画像における高画質化に対して不利である。
【０００４】
これに対して、２ロール定着装置における加圧ロール側が無端状の加圧ベルトに取って代わり、該加圧ベルトが加熱ロールに所定角度巻き付けられ、長いニップ時間を確保することができるベルトニップ方式の定着装置が提案されている。ベルトニップ方式の中でも、加熱ロールに対して押圧部材加圧ベルトを押圧してニップ部を形成し、加圧ベルトを張架させないでフリーの状態としておくフリーベルトニップ方式が、例えば、特開平１１−１３３７７６号公報や特開２００１−３１８５４４号公報に開示されており、当該方式による定着装置は、加圧ベルトの張力制御が不要であり、構造の簡素化や保守上の観点から有利である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フリーベルトニップ方式の定着装置においても、従来の構成では、以下の問題が内在していた。
（１）定着性の問題
上記文献に記載されているように、加圧ベルトを加熱ロールに押し当てる押圧部材の圧接面（付勢面）は、高剛性パッドと弾性を有する定着パッドとの２ピースからなるが、これらパッドの圧力分布を精度良く調整しないと、加圧ベルトの幅方向（長手方向）に対して均一なニップを得るために、高剛性パッドの長手方向形状をロールの撓みに対して精度よく仕上げる必要があり、この仕上がり具合によってはアライメントを取ることが困難となり、部分的に定着が悪くなってしまう可能性があった。この精度の問題は、押圧部材が上記のように２ピースからなるものでなくても、同様である。また、用紙搬送方向においては、高剛性パットと定着パッドとの繋ぎ目に段差ができる事で、定着が悪くなってしまう可能性があった。
【０００６】
（２）コストの問題
押圧部材として２つのパッドを保持するべく、また、加圧ベルトとパッド部との摺擦抵抗を下げるべく、部品点数が多くかつ部品精度が求められるため、部品コストが高くなってしまう問題があった。また、多くの部品を組み立てるための時間がかかるので、組立て工数がかかるという問題があった。そして、上記定着性の問題を解消するためには、当然に高い精度が求められるが、精度を上げれば上げるほど高コスト化に繋がってしまうという問題もある。
【０００７】
したがって、本発明は、各種部品の精度を上げなくても部品相互のアライメントを容易に取ることが可能で、簡素な構成ながら定着性に優れ、かつ、低コストな定着装置、およびそれを用いた電子写真装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、部品点数が少なく、簡素な構成とすることで、組立て工数を軽減させ、しかも設計の自由度があり、低コストな定着装置、およびそれを用いた電子写真装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、以下の本発明により達成される。すなわち本発明の定着装置は、少なくとも、表面が加熱されて回転する加熱ロールと、該加熱ロールの表面に当接し従動される無端状の加圧ベルトと、該加圧ベルトをその周内から前記加熱ロールの表面に付勢して、前記加熱ロール−前記加圧ベルト間に、未定着トナー像を保持する記録シートを挿通可能なニップ部を形成する押圧部材と、を備えてなる定着装置であって、
前記押圧部材が、前記加圧ベルトの幅方向に延びる支持フレームと、該支持フレームから前記加圧ベルトに向けて突出状態で配され、前記加圧ベルトを面で付勢する弾性部材と、該弾性部材の付勢面に配され、表面が前記加圧ベルトと接触する硬質でかつ可撓性を有する低摩擦シートと、から構成されることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、前記押圧部材における弾性部材が前記支持フレームから前記加圧ベルトに向けて突出状態で配されているため、当該弾性部材における突出部分の柔軟性が、前記加熱ロールの周面の位置に追従して前記付勢面を変位させることを可能とする。その結果、前記加熱ロールの周面の位置が、設計された位置から多少ズレていたとしても、それに追従して前記弾性部材における付勢面が変位するため、各種部品の精度を上げなくても部品相互のアライメントを容易に取ることが可能で、簡素な構成ながら定着性に優れ、かつ、低コストな定着装置を提供することができる。
【００１０】
また、本発明によれば、前記押圧部材が、押圧部分を２ピースに分ける構成でもなく、基本的に支持フレーム、弾性部材および低摩擦シートの３つのみで構成され、部品点数が少なく簡素な構成であるため、組立て工数を軽減させ、定着性に優れ、かつ、低コストな定着装置を提供することができる。
【００１１】
さらに、前記押圧部材が、前記加圧ベルトを介して前記加熱ロールの表面に付勢された状態で、該加熱ロールが回転し前記加圧ベルトが従動すると、それにつれて前記弾性部材にせん断力がかかり、ニップ部の出口付近に引っ張られる。その結果、ニップ部の入り口付近に比して出口付近の前記弾性部材の密度が向上し、出口付近のニップ圧が高くなる。すなわち、本発明によれば、挿通される記録シートのセルフストリッピング性（剥離爪等の剥離手段を用いずに、記録シート自身の固さを利用した用紙剥離性）のために通常求められる、ニップ部の出口付近のニップ圧を高める作用を、何ら特別な部材や仕掛けを用いることなく、簡単に得ることができる。勿論、他の構成と組み合わせることで、より高いセルフストリッピング性を実現することもできる。
【００１２】
なお、後述する各種対応（例えば、支持フレームの形状を適宜選択したり、弾性部材の厚みを位置により変化させる等）を取ることで、簡易な構成で様々な機能（先の例による機能としては、ニップ圧分布を任意に設定できる。）を付加することも可能であり、従来の定着装置に比べ設計の自由度を格段に高めることができると言う効果もある。また、本発明の構成は、特にフリーベルトニップ方式に好ましく適用されるが、無端ベルトが複数のロールに張架されてなる方式等、フリーベルトニップ方式にかかわらずベルトニップ方式の定着装置全般に適用可能である。
【００１３】
前記低摩擦シートとしては、それ自身形態保存性を有さないフィルム状の物を、両端等を装置に固定したり、前記弾性部材の付勢面に貼り付けたり等することにより用いても構わないが、前記弾性部材と物理的に独立しており、その前記加熱ロールと接触する表面が、該加熱ロールの面状に略倣う曲面状を自立的に有しているものは、アライメントが取りやすく、仮にアライメントが多少ズレたとしても自己補正が働くため、組み立てが簡単で低コスト化を図ることができ、好ましい。特に、前記弾性部材に跨るように嵌合可能なキャップ形状を有しているものは、より一層組立作業を簡略化でき、かつ作業精度を高めることができるため、好ましい。ただし、この場合低摩擦シート自身が剛直であったりすると、前記加熱ロールの撓みに追従して前記加熱ロールの中央部に有効なニップ圧を付与できなくなる場合もあるので、かかる問題を回避する手段として、定着装置稼動時の温度条件において、前記加圧ベルトの幅方向における、前記低摩擦シートの撓み量が、前記加熱ロールの撓み量以上とすることも一考に価する。勿論、低摩擦シートが、定着装置稼動時の温度条件において十分な可撓性を有していれば、その必要はない。
前記低摩擦シートとしては、樹脂からなることが好ましく、その厚さとしては、２．０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１４】
前記弾性部材としては、前記支持フレームと物理的に独立していることが望ましい。両者を接着やねじ止め等により固定することなく、物理的に独立したものとすることで、組立作業を簡略化でき、低コスト化を図ることができる。このとき、前記支持フレームおよび前記弾性部材が接する部位（接触部位）において、無負荷時における面状が、相互に異なるものとすることもできる。すなわち、前記弾性部材が柔軟性を有するため、所望とする形状に適宜変形させることができる。しかも両者が物理的に独立しているので、前記支持フレームの接触部位の形状に、前記弾性部材の形状を事後的に倣わせることができる。したがって、接触部位において両者の表面形状を相互に異なるものとすることで、前記弾性部材の形状加工を簡略化、さらには省略することができ、組立作業の簡略化ならびに低コスト化を実現することができる。前記弾性部材の形状としては、例えば、最もその製造が容易と考えられる略直方体形、すなわち、無負荷時における前記弾性部材の長手方向と垂直の断面形状が、略矩形である形状とすることができる。
前記弾性部材の材質としては、ゴム材料であることが好ましい。
【００１５】
前記支持フレームにおける前記弾性部材が接する部位の面状が、前記加熱ロールの面状に略倣う曲面状とすることができる。既述の如く、前記弾性部材が柔軟性を有するため、前記加熱ロールの面状に略倣う曲面状としておけば、前記弾性部材の形状にかかわらず、該弾性部材の付勢面を前記加熱ロールの面状に略倣う曲面状とすることができる。
【００１６】
本発明の定着装置においては、セルフストリッピング性を高めるために、前記ニップ部のニップ圧分布において、前記ニップ部の入り口付近に対して出口付近のニップ圧が大きいことが好ましい。この作用をより高い次元で実現するためには、例えば以下の３つの態様が挙げられる。
【００１７】
（１）　無負荷時における前記弾性部材の長手方向と垂直の断面形状において、前記ニップ部の入り口付近に対して出口付近の方が、厚みが大きい態様。
（２）　前記弾性部材の材質が、前記ニップ部の入り口付近に対して出口付近の方が、高硬度である態様。
（３）　前記支持フレームにおける前記弾性部材が接する部位の面状が、前記加熱ロールの面状に倣う面状よりも、前記ニップ部の出口付近において突出している態様。
【００１８】
前記加熱ロールは、前記加圧ベルトの幅方向に長い円筒形の棒状体であり、その両端で支持されるため、如何に剛体で作製しようとも、どうしても長手方向の中央部で撓みが生じ、当該部位におけるニップ圧が小さくなる場合がある。したがって、本発明の定着装置においては、前記加熱ロールに撓みが生じていない状態における前記ニップ部のニップ圧分布において、前記加圧ベルトの幅方向の中央でニップ圧が大きいことが好ましい。この作用を実現するためには、例えば以下の３つの態様が挙げられる。
【００１９】
（１）　無負荷時における前記弾性部材の長手方向の断面形状において、中央部が突出している態様。
（２）　前記支持フレームにおける前記弾性部材が接する部位の面状が、長手方向の中央部で突出している態様。
（３）　前記支持フレームと前記弾性部材との間であって、長手方向の中央部に、所定厚みのシムが挟持されている態様。
本発明において、前記ニップ部におけるニップ圧の平均面圧としては、５．０×１０^５Ｐａ以下であることが好ましい。
【００２０】
一方、本発明の電子写真装置は、少なくとも、電子写真方式により記録シート表面に未定着トナー像を形成する未定着トナー像形成装置と、記録シート表面に保持された未定着トナー像を、加熱および加圧することにより定着する定着装置と、を備える電子写真装置であって、
前記定着装置が、上記本発明の定着装置であることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の定着装置について、好ましい実施形態を挙げて詳細に説明する。
図１は、本発明の定着装置の１実施形態を示す側断面図である。加熱ロール２０と、エンドレスベルト（加圧ベルト）６と、エンドレスベルト６を介して加熱ロール２０を付勢する押圧部材１０と、で主要部が構成されている。また、押圧部材１０は、パッドキャップ（低摩擦シート）９と、その下に配された弾性部材８と、これらを下方から支持する支持フレーム７と、で構成されており、弾性部材８は、支持フレーム７の上端から突出状態で配されている。支持フレーム７には、エンドレスベルト６の弛みを規制し、スムーズに回転するように設けられたベルト走行ガイド１３が取り付けられている。
【００２２】
なお、ここで言う「下」「下方」「上端」は、各部材相互の位置関係を示すために便宜上採用した用語であり、重力関係における上下関係を示すものではない。したがって、本発明の定着装置においては、その態様により、本実施形態の構成とは、重力関係における上下関係が異なっていても構わない。また、本実施形態の定着装置においても、その使用態様により、重力関係における上下関係が異なる場合が想定される。以下、本実施形態において上下関係を表現する場合に、同様である。
【００２３】
加熱ロール２０は、金属製のコア（円筒状芯金）２の周囲に、耐熱性弾性体層３、および離型層（耐熱性樹脂層）４を形成してなるものであり、コア２の内部には、加熱源としてのハロゲンランプ１が配置されている。加熱ロール２０の表面の温度は、温度センサ５によって計測され、その計測信号により、図示しない温度コントローラによってハロゲンランプ１がフィードバック制御されて、略一定になるように調整される。
【００２４】
エンドレスベルト６は、加熱ロール２０に対し所定の角度巻き付けられるように接触しており、エンドレスベルト６−加熱ロール２０間にニップ部が形成されている。エンドレスベルト６の加熱ロール２０への巻き付け角度としては、加熱ロール２０の回転速度にもよるが、ニップ部を十分に広く（長く）確保できるよう、２０〜４５°程度とすることが好ましい。本実施形態においては、巻き付け角度は３０°となるように、押圧部材１０の形状・大きさを設計している。
【００２５】
エンドレスベルト６の周内には、押圧部材１０が、パッドキャップ９がエンドレスベルト６に当接する状態で、エンドレスベルト６を加熱ロール２０に付勢する状態で配置されている。加熱ロール２０は、図示しないモータにより矢印Ｂ方向に回転させられ、この回転によりエンドレスベルト６も矢印Ｃ方向に従動回転する。
【００２６】
さらに、剥離手段として、加熱ロール２０の回転方向（矢印Ａ方向）におけるニップ部の下流に剥離手段３０が設けられている。剥離手段３０は、剥離シート１１が、加熱ロール２０と僅かに空隙を設けた状態で、加熱ロール２０の回転方向と対向する向き（リバース）に、保持部材１２により保持されて構成されている。なお、本発明においては、セルフストリッピング性が期待できるため、当該剥離手段は、必須の構成ではないが、より高い用紙剥離性を確保するためには、これを設けることが好ましい。
【００２７】
図示しない未定着トナー像形成装置により、未定着トナー像１６が表面に形成された記録シート１５が、図の右側からニップ部に向けて（矢印Ａ方向に）搬送され、ニップ部に挿通させられると、記録シート１５表面の未定着トナー像１６は、ニップ部に作用する圧力と、ハロゲンランプ１により加熱ロール２０の表面から与えられる熱により定着させられる。そして、定着後の記録シート１５は、加熱ロール２０の回転によりニップ部から送り出され、本定着装置による後述のセルフストリッピング性や剥離手段３０の作用により、加熱ロール２０の表面から剥離され、排出される。
【００２８】
本実施形態の定着装置によれば、押圧部材１０における弾性部材８が支持フレーム７からエンドレスベルト６に向けて突出状態で配されているため、弾性部材８における突出部分の柔軟性が、加熱ロール２０の周面の位置に追従して前記付勢面を変位させることを可能とする。その結果、加熱ロール２０の周面の位置が、設計された位置から多少ズレていたとしても、それに追従して弾性部材８における付勢面が変位するため、各種部品の精度を上げなくても部品相互のアライメントを容易に取ることが可能で、簡素な構成ながら定着性に優れ、かつ、低コストな定着装置とことができる。
【００２９】
また、押圧部材１０が、支持フレーム７、弾性部材８およびパッドキャップ９の３つのみで構成され、部品点数が少なく、簡素な構成であるため、組立て工数を軽減させ、定着性に優れ、かつ、低コストな定着装置とすることができる。
さらに、加熱ロール２０が回転しエンドレスベルト６が従動すると、それにつれて弾性部材８にせん断力がかかり、ニップ部の出口付近に引っ張られる。その結果、ニップ部の入り口付近に比して出口付近の弾性部材８の密度が向上し、出口付近のニップ圧が高くなる。すなわち、本実施形態によれば、挿通される記録シート１５のセルフストリッピング性のために求められる、ニップ部の出口付近のニップ圧を高める作用を、何ら特別な部材や仕掛けを用いることなく、簡単に得ることができる。そして、剥離手段３０と組み合わせることで、より高いセルフストリッピング性が実現される。
【００３０】
以下、各構成について詳細に説明する。
コア２としては鉄、アルミニウムやステンレス等熱伝導率の高い金属製の円筒体を使用することができる。コア２の外径および肉厚は、使用する材質により強度や熱伝導率が異なるため、最適な寸法は適宜決定すればよい。本実施形態においては、鉄製で、外径２５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの円筒体を用いた。
【００３１】
コア２の表面に形成される耐熱性弾性体層３としては、耐熱性の高い弾性体であればどのような材料を使用することもできる。特に、ゴム硬度２５〜４０°（ＪＩＳ−Ａ硬度）程度のゴム、エラストマー等の弾性体を用いることが好ましく、具体的にはシリコーンゴム、フッ素ゴム等を挙げることができる。耐熱性弾性体層３の厚みとしては、用いる材料のゴム硬度にもよるが、０．３〜１．０ｍｍ程度が好ましい。本実施形態においては、ゴム硬度３０°（ＪＩＳ−Ａ硬度）のシリコーンゴム製で、厚さ０．６ｍｍの物を用いた。
【００３２】
耐熱性弾性体層３の上に形成される離型層４としては、離型性や耐摩耗性を考慮すれば、特にフッ素樹脂を用いることが好ましい。フッ素樹脂としては、ＰＦＡ（パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフフルオロエチレン）、ＦＥＰ（四フッ化エチレン六フッ化プロピレン共重合樹脂）等のフッ素樹脂が使用できるが、中でも耐熱性と加工性の観点よりＰＦＡが最適である。
【００３３】
離型層４の厚みとしては、好ましくは５〜３０μｍである。離型層４の厚みが５μｍ未満であると、加熱ロール２０と記録シート１５端部との摩擦により、離型層４の摩滅が発生する可能性があり、また、３０μｍを超えると離型層４の表面硬度が高くなり、光沢ムラ等の画質欠陥が現れる可能性があり、共に好ましくない。離型層４の形成方法としては、従来公知の如何なる方法も採用することができ、例えば、チューブを被せる方法であってもよいし、形成しようとする樹脂を適当な溶剤に溶解ないし分散させた液状体を、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法、バーコート法、スピンコート法等により塗布する塗布法であってもよい。本実施形態では、厚さ３０μｍでチューブ状のＰＦＡを、コア２の周囲に形成された耐熱性弾性体層３に被せることで形成した。
【００３４】
エンドレスベルト６は、ベース層とその表面（加熱ロール２０と接する面、または両面）に被覆された離型層とから構成されることが好ましい。ベース層の材料は、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド等から選ばれ、その厚さは、好ましくは５０〜１２５μｍ程度、より好ましくは７５〜１００μｍ程度である。ベース層の表面に形成される離型層としては、前述の如きフッ素樹脂、例えばＰＦＡ等が５〜２０μｍ程度の厚さでコーティングされたものが好ましい。本実施形態では、ポリイミド製で厚さ９０μｍのベース層の片面（加熱ロール２０と接する面）に、ＰＦＡをコーティングし焼成して３０μｍの離型層を形成した、長さ２３０ｍｍの無端状のベルトを用いた。
【００３５】
本実施形態におけるパッドキャップ９は、本発明における低摩擦シートであり、硬質でかつ可撓性を有する低摩擦材料であることが要求される。
本発明において、低摩擦シートとしては、その表面の実硬度としては、加熱ロール２０の耐熱性弾性体層３を変形させ離型性を良くするため、加熱ロール２０表面の実硬度よりも高くなっている必要があり、ＪＩＳ−Ａ硬度で、８０゜以上であることが好ましく、９５゜以上であることがより好ましい。
【００３６】
本発明において、低摩擦シートに要求される可撓性としては、定着設定温度近傍において、加熱ロールの撓みに対して反力をほとんど持たずに倣うレベルである。材料物性としては、使用温度における曲げ弾性率において、５ＧＰａ以下であることが好ましい。ただし、この値のみに限定されるものではなく、厚さや側面のスリット等の機械的剛性を考慮する必要があり、すなわち、部品全体として考える必要がある。
【００３７】
本発明において、低摩擦シートに要求される低摩擦性としては、加圧ベルト（エンドレスベルト）との間における動摩擦係数が低いことを意味し、低摩擦シート−加圧ベルト間のそれぞれ単独のみならず、離型オイル等を使用する場合には、当該離型オイルの存在下において判断される。両者の好ましい動摩擦係数としては、具体的には、スラスト試験機において、面圧０．９８ＭＰａの時の摩擦係数が０．３以下であることが好ましく、０．２以下であることがよりより好ましい。
【００３８】
パッドキャップ９の加熱ロール２０と接触する表面は、加熱ロール２０に対し密着するように、加熱ロール２０の面状に略倣う曲面状（Ｒ形状）を自立的に有している。パッドキャップ９を、このような曲面状を自立的に有する物とすることで、アライメントが取りやすく、仮にアライメントが多少ズレたとしても自己補正が働くため、定着装置の組み立てが簡単で低コスト化を図ることができる。
【００３９】
パッドキャップ９のＲの値（ＲＣ）としては、加熱ロール２０のＲ（ＲＨ）、エンドレスベルト６の厚み（ＢＴ）および用紙（記録シート１５）の厚み（ＰＴ）との関係で、以下の式（１）を大略満たすように設計すればよい。
ＲＣ＝ＲＨ＋ＢＴ＋ＰＴ　　　・・・（１）
【００４０】
本実施形態では、既述の通り、加熱ロール２０のＲ（ＲＨ）が１３．１３ｍｍ（１２．５＋０．６＋０．０３）、およびエンドレスベルト６の厚み（ＢＴ）が０．１２ｍｍ（０．０９＋０．０３）であり、用紙の厚みを０．１ｍｍと想定して、パッドキャップ９のＲの値（ＲＣ）は、１３．３５ｍｍとした。
【００４１】
パッドキャップ９の材質としては、硬質でかつ可撓性を有する低摩擦材料であれば、金属、セラミックス、樹脂等各種材料を採用することが可能であるが、本実施形態では、摺擦抵抗、加工性の面からポリブチレンテレフタレート（いわゆるＰＢＴ）にガラス繊維３０％を添加した樹脂を用いた。このほかにもポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の他、６−ナイロンあるいは６，６−ナイロンのナチュラル材や、これらにカーボンやガラス繊維等を添加した材料が挙げられる。これら好ましい材料は、本実施形態の如きキャップ形状を有しない、例えば単なるフィルム状の材料等の低摩擦シートであっても同様に、好ましく選択することができる。
【００４２】
図２は、本実施形態における押圧部材１０の上部のみを拡大した側断面図であり、加熱ロール２０に対して付勢され負荷が掛かっている状態のまま、加熱ロール２０やエンドレスベルト６等を省略して描かれている。本実施形態において、パッドキャップ９の断面形状としては、その厚みが１ｍｍで、Ｒ形状の両端部（ニップ部における入り口側と出口側）を下方に折り込み、図２に示すように、弾性部材８に跨るように嵌合可能なハの字形状（キャップ形状）にした。このような形状とすることで、より一層組立作業を簡略化でき、かつ作業精度を高めることができる。また、このように折り返すことで、リブのような効果が発生し、それ自体一定の形状を保ちやすくなり、加熱ロール２０の面状に略倣う曲面状を自立的に有する作用を保持しやすくなる。
【００４３】
勿論、パッドキャップ９には、本発明における低摩擦シートとしての可撓性が前提として要求され、あまり長手方向の剛性を強化して形状保持性を高めすぎては、弾性部材８の柔軟性から発現する本発明の前記優れた効果を減殺ないし消滅させてしまう可能性があるため、前記折り返しは、あまり立てすぎない（折り込み過ぎない）方が好ましい場合もある。本実施形態においては、両端の折り返し部分が、平行となる折り返し角度に対して１５°開く角度（すなわち、両端の折り返し部分の成す角は３０゜）をつけている。
【００４４】
図３に、パッドキャップ９の断面形状、およびその変形例を示す。図３（ａ）は、本実施形態のパッドキャップ９であり、両端の折り返し部分が、平行となる折り返し角度に対して１５°開く角度となっており、これに対して、図３（ｂ）は、両端の折り返し部分が、平行となる折り返し角度となっている。また、図３（ｃ）は、ニップ部の両端で肉厚、中央で肉薄に成形されており、全体として片面が平面の凹レンズ状になっている。
【００４５】
このような部品において考慮すべきことは、加熱時の反りである。図３（ｃ）のような断面形状では、定着装置の加熱開始時に、曲面状側が加熱ロールから急激に熱を受けるのに対し、弾性部材に接する平面状側は室温とさほど変わらない温度であるため、パッドキャップ内で温度勾配が生ずる。その結果、温度による線膨張係数が大きく異なり、加熱ロール側に凸形状となる反りが発生しやすい。反りが発生すると長手方向（図面における奥行き方向）の圧力分布が安定せず、特に端部での定着が弱くなる。したがって、本発明では、温度勾配による反りが発生してしまうことをある程度考慮して、図３（ａ）ないし図３（ｂ）の形状を採用することが好ましい。本実施形態では、既述の如く、長手方向の剛性がより弱くなる断面形状とすべく、図３（ａ）に示す形状を採用している。
【００４６】
参考までに、図３（ａ）、図３（ｂ）および図３（ｃ）の各断面形状におけるパッドキャップの厚さによる反りの影響を、本実施形態の定着装置に適用した場合について評価した結果を、下記表１に示す。なお、図３（ｃ）の断面形状の物については、厚さはもっとも薄いニップ部中央における厚さを指し、所望とするＲに応じて両端の厚さは決定される。
【００４７】
【表１】

【００４８】
上記表１における評価指標は、以下の通りである。
○：問題無し
△：両端部の定着が僅かに悪化
×：両端部の定着が明らかに悪化
【００４９】
弾性部材８としては、ゴム材料でも複数のスプリングでも構わないが、長手方向に連続的かつ均一にパッドキャップに荷重を掛ける意味でゴム材料の方が有効である。かかるゴム材料としては、ソリッドのシート材、異型ソリッド品、異型チューブ品、発泡ゴムシート等が考えられ、その材質としては、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタン、天然ゴム、ＳＢＲ、ＩＲ等を挙げることができる。
【００５０】
本発明の各種効果を発現させるには、弾性部材８としては、十分な柔軟性を有することが要求される。具体的に要求される弾性部材８の硬度としては、ＪＩＳ−Ａ硬度で、およそ１０〜７０°程度の範囲であり、２０〜５０°程度の範囲が好ましく、特に３０〜５０°程度の範囲が好ましい。１０°未満であると、ゴムの変形量が大きくなり過ぎて、ニップの位置が安定しなくなり、７０°を超えると、硬度が高すぎて本発明の効果を奏するに十分な柔軟性を有しないものとなってしまい、それぞれ好ましくない。
【００５１】
また、弾性部材８の厚さとしては、特に限定されないが、本発明に要求される作用を発現させるためには、平均厚さとして２〜６ｍｍ程度の範囲が好ましく、３〜５ｍｍ程度の範囲がより好ましい。特に、本発明に要求される作用を発現させるためには、支持フレーム７からの突出部分の厚さが問題となる。したがって、支持フレーム７からの突出部分の厚さとしては、平均で０．３〜１．２ｍｍ程度の範囲が好ましく、０．５〜１．０ｍｍ程度の範囲がより好ましい。
【００５２】
本実施形態では、ＪＩＳ−Ａ硬度３０°で、厚さ５ｍｍ（前記突出部分の平均厚さ：１．０ｍｍ）、幅６．５ｍｍ、長さ２１５ｍｍの直方体形（すなわち、無負荷時における前記弾性部材の長手方向と垂直の断面形状が、矩形）のシリコーンゴムのソリッドシートを用いた。これは、極めて汎用性が高く、入手性も高い。
【００５３】
支持フレーム７は、その両端（図面上、奥行き方向における前後端。）に配される不図示のスプリングからの荷重により、押圧部材１０全体を加熱ロール２０の軸心に向けて付勢するものであり、本実施形態では、弾性部材８と接する部位に、それを固定するための凹部が設けられている。また、当該凹部の底部には、パッドキャップ９からの各部材の径及び厚さを考慮したＲ形状が設けられている。本実施形態においては、パッドキャップ９のＲの値（ＲＣ）＝１３．３５ｍｍに加えて、パッドキャップ９の厚さ１ｍｍ、弾性部材の厚さ５ｍｍを考慮して、支持フレーム７凹部の底部におけるＲの値（ＲＦ）は、１９．３５ｍｍ（１３．３５＋１＋５）とした。
【００５４】
なお、本実施形態では、弾性部材８として直方体形のものを用いたため、図２に示すように、支持フレーム７における弾性部材８が接する部位の面状を、加熱ロール２０面状に倣う曲面状としたが、例えば図４に示すように、弾性部材８’のパッドキャップ９’との接触面の面状の方を、加熱ロール２０面状に倣う曲面状とする態様も勿論考えられ、その場合には支持フレーム７’は単にコの字型とし、凹部で弾性部材８’を保持する状態となる。
【００５５】
以上、本発明の定着装置について、好ましい実施形態を挙げて説明したが、これはあくまで例示であり、本発明はこれに限定されるものではなく、公知の知見をもとに、各種構成に変更を加えたり、新たな構成を付加したり等、本発明の構成に修正を加えたものも勿論本発明の範疇に含まれる。
【００５６】
ところで、本発明の定着装置には、従来の定着装置に比べ設計の自由度を格段に高めることができると言う効果もあるが、当該効果について、上記実施形態の押圧部材１０の変形例を例示することで以下に説明する。勿論、本発明はこれら変形例のみに限定されるものではない。ニップ部のニップ圧分布を適宜調整する場合について、用紙搬送方向および長手方向に分けて説明する。
【００５７】
Ａ：用紙搬送方向
本発明の定着装置においては、セルフストリッピング性を高めるために、前記ニップ部のニップ圧分布において、前記ニップ部の入り口付近に対して出口付近のニップ圧を大きくすることが好ましい。特に、出口付近で局部的にニップ圧を上げることで、極めて良好なセルフストリッピング性を達することができる。
図５の（ａ）〜（ｂ）は、上記作用をより高い次元で実現するための押圧部材の４つの変形例であり、無負荷状態（加熱ロールに対して付勢されておらず、負荷が掛かっていない状態。本発明において同様。）の押圧部材が側断面図で示されている。なお、図５においては、右側がニップ部における入り口側、左側が出口側の位置関係で示されている。
【００５８】
図５（ａ）は、図２の例と同様、弾性部材５８ａとして直方体形の物を用いているが、支持フレーム５７ａにおける弾性部材５８ａとの当接部の凹部（支持フレームにおける当該部位を、以下、単に「凹部」と省略する。）の面状が、不図示の加熱ロールの面状に倣う面状よりも、前記ニップ部の出口付近において突出している。本例の押圧部材が不図示の加熱ロールに付勢されると、弾性部材５８ａにおける前記ニップ部の入り口付近は前記凹部に嵌まり込むが、出口付近は前記突出部に乗っかった状態となる。前記凹部は、全体として加熱ロールの面状に略倣う曲面状になってはいるが、前記ニップ部の出口付近において突出しているため、弾性部材５８ａも前記ニップ部の出口付近において押し出され、強いニップ圧が作用することになる。
【００５９】
図５（ｂ）は、図２の例と同様、支持フレーム５７ｂの凹部の面状が、不図示の加熱ロールの面状に倣う曲面状となっているが、弾性部材５８ｂの長手方向と垂直の断面形状において、前記ニップ部の入り口付近に対して出口付近の方の厚みが大きくなっている。本例の押圧部材が不図示の加熱ロールに付勢されると、弾性部材５８ｂの下側は前記凹部に嵌まり込み、全体として加熱ロールの面状に倣う曲面状になるが、上側では、前記ニップ部の出口付近が突出した状態となり、弾性部材５８ｂが高密度となって押し出され、強いニップ圧が作用することになる。
【００６０】
図５（ｃ）は、図２の例と同様、弾性部材５８ｃとして直方体形の物を用い、支持フレーム５７ｃの凹部の面状が曲面状となっている。しかし、当該凹部の面状は、不図示の加熱ロールの面状に略倣う曲面状とは言い得るものの、前記ニップ部の出口付近においてはやや突出している。本例の押圧部材が不図示の加熱ロールに付勢されると、前記凹部が前記ニップ部の出口付近において突出しているため、弾性部材５８ｃも前記ニップ部の出口付近において押し出され、強いニップ圧が作用することになる。
【００６１】
図５（ｄ）は、図２の例と同様、弾性部材５８ｄとして直方体形の物を用い、支持フレーム５７ｄの凹部の面状が、不図示の加熱ロールの面状に倣う曲面状となっている。しかし、弾性部材５８ｄの材質が、前記ニップ部の入り口付近に対して出口付近の方が、高硬度である材料を用いている。すなわち、図５（ｄ）に示すように、弾性部材５８ｄは、前記ニップ部の入り口から中央過ぎまでの領域ｙが低硬度のもの、前記ニップ部の出口付近の領域ｘが高硬度のもので構成されている。本例の押圧部材が不図示の加熱ロールに付勢されると、弾性部材５８ｄの前記ニップ部の出口付近の領域ｘが局所的に高硬度であるため、前記ニップ部の出口付近において、強いニップ圧が作用することになる。
【００６２】
このとき、弾性部材５８ｄにおける領域ｘの硬度としては、ＪＩＳ−Ａ硬度で５０〜９０゜程度とすることが好ましく、６０〜７０゜程度とすることがより好ましく、領域ｙの硬度に比べて２０゜以上高いことが好ましく、３０゜以上高いことがより好ましい。なお、領域ｙの硬度の硬度としては、既述の弾性部材８の硬度として記載された値が、そのまま好ましいものとして採用される。
【００６３】
Ｂ：長手方向
前記加熱ロールは、前記加圧ベルトの幅方向に長い円筒形の棒状体であり、その両端で支持されるため、如何に剛体で作製しようとも、どうしても長手方向の中央部で撓みが生じ、当該部位におけるニップ圧が小さくなる場合がある。したがって、本発明の定着装置においては、前記加熱ロールに撓みが生じていない状態における前記ニップ部のニップ圧分布において、前記加圧ベルトの幅方向の中央でニップ圧が大きいことが好ましい。
図６の（ａ）〜（ｂ）は、上記作用を実現するための押圧部材の４つの変形例であり、無負荷状態の押圧部材が、長手方向（加圧ベルトの幅方向）の断面図で示されている。
【００６４】
図６（ａ）は、図２の例と同様、弾性部材６８ａとして直方体形の物を用いているが、その材質が、長手方向中央部の領域ｘにおいて高硬度の材料を、両端部の領域ｙにおいて低硬度の材料を、それぞれ用いている。本例の押圧部材が不図示の加熱ロールに付勢されると、弾性部材６８ａの長手方向中央部が高硬度となり、強いニップ圧が作用することになる。
この場合の領域ｘおよび領域ｙの硬度の関係としては、上記「Ａ：用紙搬送方向」の図５（ｄ）で説明した領域ｘおよび領域ｙの硬度の関係と同様であり、好ましい硬度等も同様である。
【００６５】
図６（ｂ）は、図２の例と同様、弾性部材６８ｂとして直方体形の物を用いているが、支持フレーム６７ｂと弾性部材６８ｂとの間であって、長手方向の中央部に、所定厚みのシム６６が挟持されている。本例の押圧部材が不図示の加熱ロールに付勢されると、シム６６の厚みから弾性部材６８ｂが押し出され突出し、長手方向の中央部において、強いニップ圧が作用することになる。
【００６６】
シム６６としては、材料や形状に特に制限はなく、その目的に応じて適宜選択すればよい。シム６６の厚み（所定厚み）としては、厚くすればするほど長手方向の中央部のニップ圧が強くなるため、不図示の加熱ロールの撓み量から適宜選択すればよい。
【００６７】
図６（ｃ）は、図２の例と同様、弾性部材６８ｃとして直方体形の物を用いているが、支持フレーム６７ｃの長手方向の中央部が突出した形状となっている。本例の押圧部材が不図示の加熱ロールに付勢されると、支持フレーム６７ｃの突出形状に押圧されて弾性部材６８ｃが押し出され突出し、長手方向の中央部において、強いニップ圧が作用することになる。
【００６８】
図６（ｄ）は、図２の例と同様、弾性部材６８ｄとして長手方向の中央部が突出した形状（長手方向の断面形状において、中央部が突出）の物を用いている。本例の押圧部材が不図示の加熱ロールに付勢されると、弾性部材６８ｄの突出により直接、長手方向の中央部において、強いニップ圧が作用することになる。
【００６９】
なお、上記例において、「長手方向の中央部において、強いニップ圧が作用」と説明したが、これはあくまでも不図示の加熱ロールに撓みが生じていない状態を仮想したものであり、実際には加熱ロールには撓みが生じるため、長手方向の中央部のニップ圧が必ずしも両端より高くなくてもよく、むしろ、長手方向全域にわたって均一なニップ圧であることが最も好ましい。
【００７０】
以上、Ａ：用紙搬送方向およびＢ：長手方向のニップ圧分布調整について、それぞれ説明したが、本発明の定着装置においては、それぞれの方向におけるニップ圧分布調整を行うことのほか、両方のニップ圧分布調整を同時に行うこともでき、本発明の定着装置はその際の自由度も極めて高い。特に、従来のいわゆる２ロールタイプの定着装置では、ニップ部の用紙搬送方向の圧力分布を制御する事は不可能であった。しかし、回転するロールに対し、押圧部材が付勢される本発明の構成の定着装置では、それが可能となる。
【００７１】
以上、本発明の定着装置について、図面を用い、各部材の形状等をある程度特定して説明したが、上記実施形態の各構成は、あくまでも本発明の一例を示すものであり、本発明はこれら実施形態の記載により何ら制限を受けるものではない。また、本発明の定着装置について、フリーベルトニップ方式の物のみを例に挙げて説明したが、本発明の構成は、その他あらゆるベルトニップ方式の定着装置に適用可能なものである。
【００７２】
＜電子写真装置＞
本発明の電子写真装置は、少なくとも、電子写真方式により記録シート表面に未定着トナー像を形成する未定着トナー像形成装置と、記録シート表面に保持された未定着トナー像を、加熱および加圧することにより定着する定着装置と、を備える電子写真装置であって、前記定着装置が、上記本発明の定着装置であることを特徴とする。本発明の定着装置については、既述の通りである。
【００７３】
未定着トナー像形成装置は、電子写真方式により記録シート表面に未定着トナー像を形成することが可能な構成であれば、如何なる構成であっても構わないが、一般的には、円筒状の電子写真感光体と、その周囲に順に配される、前記電子写真感光体の表面を一様に帯電する帯電装置と、像様の露光を行い前記電子写真感光体の表面に潜像を形成する潜像形成装置と、形成された潜像をトナーにより現像して未定着トナー像を得る現像装置と、得られた未定着トナー像を記録シート表面に転写する転写装置と、転写後の前記電子写真感光体の表面に残存するトナーやごみを除去するクリーニング装置と、前記電子写真感光体の表面の残留電位を除去する除電装置と、が含まれるものである。これらの各構成部材、すなわち、電子写真感光体、帯電装置、潜像形成装置、現像装置、転写装置、クリーニング装置および除電装置は、本発明において、特に制限されるものではなく、従来公知の如何なる構成のものも問題なく使用することができる。
【００７４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、各種部品の精度を上げなくても部品相互のアライメントを容易に取ることが可能で、簡素な構成ながら定着性に優れ、かつ、低コストな定着装置、およびそれを用いた電子写真装置を提供することができる。
また、本発明によれば、部品点数が少なく、簡素な構成とすることで、組立て工数を軽減させ、しかも設計の自由度があり、低コストな定着装置、およびそれを用いた電子写真装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の定着装置の１実施形態を示す側断面図である。
【図２】図１の定着装置における押圧部材の上部のみを拡大した側断面図である。
【図３】図１の定着装置におけるパッドキャップの断面形状、およびその変形例を示す側断面図である。
【図４】図２の押圧部材の変形例を示す側断面図である。
【図５】図１の定着装置における押圧部材の好ましい４つの変形例を示す側断面図である。
【図６】図１の定着装置における押圧部材の好ましい他の４つの変形例を示す長手方向の断面図である。
【符号の説明】
１　ハロゲンランプ
２　コア
３　耐熱性弾性体層
４　離型層
５　温度センサ
６　エンドレスベルト（加圧ベルト）
７、５７ａ〜５７ｄ、６７ａ〜６７ｄ　支持フレーム
８、５８ａ〜５８ｄ、６８ａ〜６８ｄ　弾性部材
９、５９ａ〜５９ｄ、６９ａ〜６９ｄ　パッドキャップ（低摩擦シート）
１０　押圧部材
１１　剥離シート
１２　保持部材
１３　ベルト走行ガイド
１５　記録シート
１６　未定着トナー像
２０　加熱ロール
３０　剥離手段
６６　シム

Claims

少なくとも、表面が加熱されて回転する加熱ロールと、該加熱ロールの表面に当接し従動される無端状の加圧ベルトと、該加圧ベルトをその周内から前記加熱ロールの表面に付勢して、前記加熱ロール−前記加圧ベルト間に、未定着トナー像を保持する記録シートを挿通可能なニップ部を形成する押圧部材と、を備えてなる定着装置であって、
前記押圧部材が、前記加圧ベルトの幅方向に延びる支持フレームと、該支持フレームから前記加圧ベルトに向けて突出状態で配され、前記加圧ベルトを面で付勢する弾性部材と、該弾性部材の付勢面に配され、表面が前記加圧ベルトと接触する硬質でかつ可撓性を有する低摩擦シートと、から構成されることを特徴とする定着装置。
前記低摩擦シートが、前記弾性部材と物理的に独立しており、その前記加熱ロールと接触する表面が、該加熱ロールの面状に略倣う曲面状を自立的に有していることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記低摩擦シートが、前記弾性部材に跨るように嵌合可能なキャップ形状を有していることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
定着装置稼動時の温度条件において、前記加圧ベルトの幅方向における、前記低摩擦シートの撓み量が、前記加熱ロールの撓み量以上であることを特徴とする請求項２または３に記載の定着装置。
前記低摩擦シートが、樹脂からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の定着装置。
前記低摩擦シートの厚さが、２．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載の定着装置。
前記弾性部材が、前記支持フレームと物理的に独立していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１に記載の定着装置。
前記支持フレームおよび前記弾性部材が接する部位において、無負荷時における面状が、相互に異なることを特徴とする請求項７に記載の定着装置。
無負荷時における前記弾性部材の長手方向と垂直の断面形状が、略矩形であることを特徴とする請求項８に記載の定着装置。
前記弾性部材の材質が、ゴム材料であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１に記載の定着装置。
前記支持フレームにおける前記弾性部材が接する部位の面状が、前記加熱ロールの面状に略倣う曲面状であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１に記載の定着装置。
前記ニップ部のニップ圧分布において、前記ニップ部の入り口付近に対して出口付近のニップ圧が大きいことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１に記載の定着装置。
無負荷時における前記弾性部材の長手方向と垂直の断面形状において、前記ニップ部の入り口付近に対して出口付近の方が、厚みが大きいことを特徴とする請求項１２に記載の定着装置。
前記弾性部材の材質が、前記ニップ部の入り口付近に対して出口付近の方が、高硬度であることを特徴とする請求項１２に記載の定着装置。
前記支持フレームにおける前記弾性部材が接する部位の面状が、前記加熱ロールの面状に倣う面状よりも、前記ニップ部の出口付近において突出していることを特徴とする請求項１２に記載の定着装置。
前記加熱ロールに撓みが生じていない状態における前記ニップ部のニップ圧分布において、前記加圧ベルトの幅方向の中央でニップ圧が大きいことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１に記載の定着装置。
無負荷時における前記弾性部材の長手方向の断面形状において、中央部が突出していることを特徴とする請求項１６に記載の定着装置。
前記支持フレームにおける前記弾性部材が接する部位の面状が、長手方向の中央部で突出していることを特徴とする請求項１６に記載の定着装置。
前記支持フレームと前記弾性部材との間であって、長手方向の中央部に、所定厚みのシムが挟持されていることを特徴とする請求項１６に記載の定着装置。
前記ニップ部におけるニップ圧の平均面圧が、５．０×１０^５Ｐａ以下であることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１に記載の定着装置。
少なくとも、電子写真方式により記録シート表面に未定着トナー像を形成する未定着トナー像形成装置と、記録シート表面に保持された未定着トナー像を、加熱および加圧することにより定着する定着装置と、を備える電子写真装置であって、
前記定着装置が、請求項１〜２０のいずれか１に記載の定着装置であることを特徴とする電子写真装置。