JP5515226B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置及び画像形成装置に関する。

従来、プリンタや複写機等の画像形成装置において、記録用紙上に転写されたトナー像を、熱源により加熱される定着ベルトと、加圧ロールとで形成されるニップ部に通して、熱と圧力の作用でトナーを溶融して定着する定着装置が利用されている。

ここで、定着ベルト及び加圧ロールを用いた定着装置の一例として、定着ベルトの両端を定着ベルトの外径よりも大きい内径を有する軸受部材で保持して、加圧ロールと接触させたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特許３７３８６１５号

特許文献１の定着装置では、ニップ部形状が定着ベルトの幅方向で同じとなっており、加圧ロールで回転駆動を行っている。

本発明は、定着部材の直接駆動が容易となり、袋状物にトナー像を定着するときにしわが生じにくくなる定着装置を得ることを目的とする。

本発明の請求項１に係る定着装置は、両端部が回転可能に支持された無端状の定着部材と、前記定着部材を加熱する加熱手段と、両端部が回転可能に支持された無端状のベルト部材からなり、前記定着部材との圧接により変形する加圧部材と、前記加圧部材の内側に設けられ、前記定着部材と共に前記加圧部材を挟む加圧パッドと、前記定着部材の端部に取付けられ駆動力が伝達される定着ギアと、前記定着部材の内側または外側に配置され、前記定着部材の端部の断面形状を略円形に保持する保持部材とを備え、前記定着部材と前記加圧部材との圧接部において、前記定着部材の軸方向断面形状が前記定着部材の端部付近では前記定着部材側が凸形状であり、前記定着部材の中央部付近では平坦となっていることを特徴としている。

本発明の請求項２に係る定着装置は、前記定着部材は、厚さが５０μｍ以上の円筒体からなり、前記加圧部材と接触する接触部での面圧が０．５ｋｇｆ／ｃｍ^２以上とされていることを特徴としている。

本発明の請求項３に係る定着装置は、前記加圧部材は、発泡スポンジ体からなる弾性層を有することを特徴としている。

本発明の請求項４に係る定着装置は、前記保持部材と前記定着ギアが一体成形されていることを特徴としている。

本発明の請求項５に係る定着装置は、前記加熱手段は、磁界を発生させる磁界発生手段を有し、前記定着部材は、前記磁界によって電磁誘導加熱される発熱層を有することを特徴としている。

本発明の請求項６に係る定着装置は、前記定着部材は、前記発熱層の前記磁界発生手段と反対側の面に接する感温層を有し、該感温層の透磁率が連続的に低下し始める透磁率変化開始温度が、定着設定温度以上で且つ前記定着部材の耐熱温度以下の温度領域にあることを特徴としている。

本発明の請求項７に係る画像形成装置は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の定着装置と、露光光を出射する露光部と、前記露光光で形成された潜像を現像剤で顕在化して現像剤像を形成する現像部と、前記現像部で顕在化された前記現像剤像を記録媒体上に転写する転写部と、前記転写部で前記現像剤像が転写された記録媒体を前記定着装置に搬送する搬送部と、を備えたことを特徴としている。

請求項１の発明は、本構成を有していない場合に比較して、定着部材の直接駆動が容易となり、定着部材と加圧部材との圧接部における軸方向断面形状を変化させることができるため、様々な記録媒体をより適切な圧接状態で定着することができる。さらに、本構成を有していない場合に比較して、加圧パッドの形状や剛性等の調整により定着部材と加圧部材との圧接形状の調整がより容易になる。

さらに、本構成を有していない場合に比較して、封筒等の、複数の紙を重ねた記録媒体にトナー像を定着するときのしわの発生を抑えることができる。

請求項２の発明は、本構成を有していない場合に比較して、定着部材の内側から加圧部材に対し押圧する部材を別途設けなくても定着に十分な圧力を得ることができるため、定着部材の内面に摺動が生じるのを抑えられる。

請求項３の発明は、本構成を有していない場合に比較して、定着部材の端部を円形に保持することが容易となる。

請求項４の発明は、本構成を有していない場合に比較して、定着装置の部品点数を減らすことができる。

請求項５の発明は、本構成を有していない場合に比較して、定着部材の外表面を短時間で加熱できる。

請求項６の発明は、本構成を有していない場合に比較して、非通紙領域の定着設定温度以上の昇温を抑えることができる。

請求項７の発明は、本構成を有していない場合に比較して、封筒等の複数の紙を重ねた記録媒体に現像剤を定着しても、しわが生じにくくなる。

本発明の定着装置及び画像形成装置の第１実施形態を図面に基づき説明する。

図１には、画像形成装置としてのプリンタ１０が示されている。プリンタ１０は、プリンタ１０の本体を構成する筐体１２に光走査装置５４が固定されており、光走査装置５４に隣接する位置に、光走査装置５４及びプリンタ１０の各部の動作を制御する制御ユニット５０が設けられている。

光走査装置５４は、図示しない光源から出射された光ビームを回転多面鏡（ポリゴンミラー）で走査し、反射ミラー等の複数の光学部品で反射して、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、及び ブラック（Ｋ）の各トナーに対応した光ビーム６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｃ、６０Ｋを出射するようになっている。光ビーム６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｃ、６０Ｋは、それぞれ対応する各感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋに導かれる。

プリンタ１０の下方側には、記録用紙Ｐを収納する用紙トレイ１４が設けられている。用紙トレイ１４の上方には、記録用紙Ｐの先端部位置を調整する一対のレジストロール１６が設けられている。また、プリンタ１０の中央部には、画像形成ユニット１８が設けられている。画像形成ユニット１８は、前述の４つの感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋを備えており、これらが上下一列に並んでいる。

感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋの回転方向上流側には、感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋの表面を帯電する帯電ローラ２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋが設けられている。また、感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋの回転方向下流側には、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各トナーをそれぞれ感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋ上に現像する現像器２４Ｙ、２４Ｍ、２４Ｃ、２４Ｋが設けられている。

一方、感光体２０Ｙ、２０Ｍには第１中間転写体２６が接触し、感光体２０Ｃ、２０Ｋには第２中間転写体２８が接触している。そして、第１中間転写体２６、第２中間転写体２８には第３中間転写体３０が接触している。第３中間転写体３０と対向する位置には、転写ロール３２が設けられている。転写ロール３２と第３中間転写体３０との間を記録用紙Ｐが搬送され、第３中間転写体３０上のトナー像を記録用紙Ｐに転写させる。

記録用紙Ｐが搬送される用紙搬送路３４の下流には、定着装置１００が設けられている。定着装置１００は、定着ロール１０２と加圧ロール１０４を有しており、記録用紙Ｐを加熱・加圧してトナー像を記録用紙Ｐに定着させる。トナー像が定着された記録用紙Ｐは、用紙搬送ロール３６でプリンタ１０の上部に設けられたトレイ３８に排出される。

ここで、プリンタ１０の画像形成について説明する。

画像形成が開始されると、各感光体２０Ｙ〜２０Ｋの表面が帯電ローラ２２Ｙ〜２２Ｋによって一様に帯電される。光走査装置５４から出力画像に対応した光ビーム６０Ｙ〜６０Ｋが、帯電後の感光体２０Ｙ〜２０Ｋの表面に照射され、感光体２０Ｙ〜２０Ｋ上に各色分解画像に応じた静電潜像が形成される。この静電潜像に対して、現像器２４Ｙ〜２４Ｋが選択的に各色、すなわちＹ〜Ｋのトナーを付与し、感光体２０Ｙ〜２０Ｋ上にＹ〜Ｋ色のトナー像が形成される。

その後、マゼンタ用の感光体２０Ｍから第１中間転写体２６にマゼンタのトナー像が一次転写される。また、イエロー用の感光体２０Ｙから第１中間転写体２６にイエローのトナー像が一次転写され、第１中間転写体２６上で前記マゼンタのトナー像に重ね合わされる。

一方、同様にブラック用の感光体２０Ｋから第２中間転写体２８にブラックのトナー像が一次転写される。また、シアン用の感光体２０Ｃから第２中間転写体２８にシアンのトナー像が一次転写され、第２中間転写体２８上で前記ブラックのトナー像に重ね合わされる。

第１中間転写体２６へ一次転写されたマゼンタとイエローのトナー像は、第３中間転写体３０へ二次転写される。一方、第２中間転写体２８へ一次転写されたブラックとシアンのトナー像も、第３中間転写体３０へ二次転写される。ここで、先に二次転写されているマゼンタ 、イエローのトナー像と、シアン、ブラックのトナー像とが重ね合わされ、カラー（３色）とブラックのフルカラートナー像が第３中間転写体３０上に形成される。

二次転写されたフルカラートナー像は、第３中間転写体３０と転写ロール３２との間のニップ部に達する。そのタイミングに同期して、レジストロール１６から記録用紙Ｐが当該ニップ部分に搬送され、記録用紙Ｐ上にフルカラートナー像が三次転写（最終転写）される。

この記録用紙Ｐは、その後、定着装置１００に送られ、定着ロール１０２と加圧ロール１０４とのニップ部を通過する。その際、定着ロール１０２と加圧ロール１０４とから与えられる熱と圧力との作用により、フルカラートナー像が記録用紙Ｐに定着する。定着後、記録用紙Ｐは用紙搬送ロール３６によりトレイ３８に排出され、記録用紙Ｐへのフルカラー画像形成が終了する。

次に、本実施形態に係る定着装置１００について説明する。

図２（ａ）に示すように、定着装置１００は、記録用紙Ｐの進入又は排出を行うための開口が形成された筐体１２０を備えている。筐体１２０の内部には、矢印Ａ方向へ回転する無端状の定着ロール１０２が設けられている。定着ロール１０２の両端部には、図示しないギヤが接着されている。

定着ロール１０２の外周面と対向する位置には、絶縁性の材料で構成されたボビン１０８が配置されている。ボビン１０８は、定着ロール１０２の外周面に倣った略円弧状に形成されており、定着ロール１０２とは反対側の面の略中央部から凸部１０８Ａが突設されている。ボビン１０８と定着ロール１０２との間隔は１〜３ｍｍ程度となっている。

ボビン１０８には、通電によって磁界Ｈを発生する励磁コイル１１０が、凸部１０８Ａを中心として軸方向（図２（ａ）の紙面奥行き方向）に複数回巻き回されている。励磁コイル１１０と対向する位置には、ボビン１０８の円弧状に倣って略円弧状に形成された磁性体コア１１２が配置され、ボビン１０８に支持されている。

一方、定着ロール１０２の外周面には、定着ロール１０２の回転に対して矢印Ｂ方向に従動回転する加圧ロール１０４が圧接されている。

加圧ロール１０４は、アルミニウム等の金属からなる芯金１０６の周囲に、厚さ５ｍｍの発泡シリコンゴムスポンジ弾性層を設け、さらに発泡シリコンゴムスポンジ弾性層の外側に、厚さ５０μｍのカーボン入りＰＦＡからなる離型層を被覆した構成となっている。芯金１０６の周囲に設けられるスポンジ弾性層は、例えば芯金１０６の長手方向に貫通する複数の貫通孔を有しているものを用いてもよい。

定着ロール１０２の表面で、励磁コイル１１０と対向しない領域で且つ記録用紙Ｐの排出側の領域には、定着ロール１０２表面の温度を測定するサーミスタ１１８が接触して設けられている。サーミスタ１１８は、定着ロール１０２表面から与えられる熱量に応じて抵抗値が変化することで、定着ロール１０２表面の温度を計測する。サーミスタ１１８の接触位置は、記録用紙Ｐのサイズの大小によって測定値が変わらないように、定着ロール１０２の軸方向（図２の紙面奥行き方向）の略中央部となっている。

図３に示すように、サーミスタ１１８は、配線１３２を介して、前述の制御ユニット５０（図１参照）の内部に設けられた制御回路１３４に接続されている。また、制御回路１３４は、配線１３６を介して通電回路１３８に接続されており、通電回路１３８は、配線１４０、１４２を介して前述の励磁コイル１１０に接続されている。通電回路１３８は、制御回路１３４から送られる電気信号に基づいて駆動又は駆動停止され、配線１４０、１４２を介して励磁コイル１１０に所定の周波数の交流電流を供給（矢印方向）又は供給停止するようになっている。

ここで、制御回路１３４は、サーミスタ１１８から送られた電気量に基づいて定着ロール１０２表面の温度を測定し、この測定温度と予め記憶させてある定着設定温度（本実施形態では１７０℃）と比較する。そして、測定温度が定着設定温度よりも低い場合は、通電回路１３８を駆動して励磁コイル１１０に通電し、磁気回路としての磁界Ｈ（図２（ａ）参照）を発生させる。また、測定温度が定着設定温度よりも高い場合は、通電回路１３８を停止するようになっている。

次に、定着ロール１０２の構成について説明する。

図２（ｂ）に示すように、定着ロール１０２は、内側から外側に向けて基層１３０、発熱層１２８、弾性層１２６、及び離型層１２４で構成されており、これらが積層され一体となっている。また、定着ロール１０２は、直径が３０ｍｍ、幅方向長さが３００ｍｍとなっている。

基層１３０は、発熱層１２８（あるいは定着ロール１０２）の耐熱温度（熱による変形が始まる温度）以下で、定着装置１００の定着設定温度（定着ロール１０２で必要とされる定着温度）以上の温度領域に、透磁率が連続的に低下し始める透磁率変化開始温度を有するいわゆる感温磁性金属で構成されている。

本実施形態では、定着装置１００の耐熱温度２４０℃、定着設定温度１７０℃として、透磁率変化開始温度が２００℃程度のスチールを基層１３０に用いている。これにより、基層１３０は、透磁率変化開始温度より低い温度では強磁性体となり、前述の磁界Ｈ（図２（ａ）参照）を侵入させる。透磁率変化開始温度より高い温度では、非磁性化（常磁性体化）して磁界Ｈの磁束貫通量が多くなる。

また、基層１３０は、定着ロール１０２の強度を保持するためのベースであるため、厚さ５０〜２００μｍで設定されることが好ましい。このため、本実施形態では、基層１３０の厚さを９０μｍとしている。なお、基層１３０には、スチールやステンレスの他に、鉄、ニッケル、クロム、シリコン、ホウ素、ニオブ、銅、ジルコニウム、コバルト等の金属、又はこれらの合金やこれらからなる多層クラッドメタルなどで構成される金属材料が用いられる。多層クラッドメタルの場合には発熱層を含めた少なくとも２層以上の異種金属からなるものを選択してもよい。

ここで、基層１３０の温度が透磁率変化開始温度以下の場合は、基層１３０が強磁性体であるため、発熱層１２８を貫通した磁界Ｈは、基層１３０に侵入して閉磁路を形成し、磁界Ｈを強める。これにより、発熱層１２８の発熱量を十分得られる。また、基層１３０の温度が透磁率変化開始温度以上の場合は、磁界Ｈは基層１３０を貫通して磁界Ｈが弱まる。

一方、発熱層１２８は、前述の磁界Ｈを打ち消す磁界を生成するように渦電流が流れる電磁誘導作用により発熱する金属材料で構成され。また、発熱層１２８は、磁界Ｈの磁束を貫通させるために表皮深さよりも薄く構成される必要がある。用いられる金属材料としては、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、亜鉛、錫、鉛、ビスマス、ベリリウム、アンチモン、又はこれらの合金の金属材料を用いることができる。

本実施形態では、定着装置１００のウォームアップ時間を短くするためにも、発熱層１２８の厚さは、できるだけ薄くした方がよく、発熱層１２８として汎用電源が活用できる交流周波数２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲において、厚さ２〜２０μｍ、固有抵抗を２．７×１０^−８Ωｃｍ以下の非磁性金属材料を用いることで必要な発熱量を効率よく得ることが可能な観点と、低コストの観点から、銅を用い、厚さ１０μｍとしている。

弾性層１２６は、優れた弾性と耐熱性が得られる等の観点から、シリコン系ゴム、又はフッ素系ゴムが用いられ、本実施形態ではシリコンゴムを用いている。本実施形態では、弾性層１２６の厚さを２００μｍとしている。なお、弾性層１２６の厚さは、２００μｍ〜６００μｍの中で決定することが好ましい。

離型層１２４は、記録用紙Ｐ上で溶融されたトナーＴ（図２（ａ）参照）との接着力を弱めて、記録用紙Ｐを定着ロール１０２から剥離し易くするために設けられる。優れた表面離型性を得るためには、離型層１２４として、フッ素樹脂、シリコン樹脂、又はポリイミド樹脂が用いられ、本実施形態ではＰＦＡ（四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂）を用いている。離型層１２４の厚さは３０μｍとしている。

なお、本発明では、基層１３０の厚さ、ないしは定着ロール１０２から弾性層１２６や離型層１２４を除いた剛性層（金属層）の厚さが５０μｍ以上の厚さを有すると共に、１５ｋｇｆ〜２０ｋｇｆの加圧をしたときに、ニップ部の面圧が０．５ｋｇｆ／ｃｍ^２以上となる部材を定着ロールと定義し、これらの値より小さいものを定着ベルトとして定義する。

次に、定着ロール１０２及び加圧ロール１０４の断面状態について説明する。

図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、定着ロール１０２の一方の端部には、図示しない駆動モータによって駆動される駆動ギア１１５が取付けられている。駆動ギア１１５は、定着ロール１０２の内径と略等しい外径を有する円柱状の取付部１１５Ａが突設されており、断面中央には、定着ロール１０２の長手方向に延びるシャフト１１４が圧入される貫通穴１１５Ｂが形成されている。ここで、駆動ギア１１５は、貫通穴１１５Ｂにシャフト１１４が圧入され、取付部１１５Ａの外周面が定着ロール１０２の内面に接着されることによって取付けられている。

一方、定着ロール１０２の他方の端部には、キャップ部材１１６が取付けられている。キャップ部材１１６は、定着ロール１０２の内径と略等しい外径を有する円柱状の取付部１１６Ａが突設されており、断面中央には、シャフト１１４が圧入される貫通穴１１６Ｂが形成されている。ここで、キャップ部材１１６は、駆動ギア１１５が定着ロール１０２に取付けられた後、シャフト１１４に貫通穴１１６Ｂが外挿圧入され、取付部１１６Ａの外周面が定着ロール１０２の内面に接着されることによって取付けられている。

シャフト１１４の両端は、それぞれ、定着装置１００の筐体１２０内に設けられた図示しないベアリングに挿通され、回転可能に支持されている。

定着ロール１０２と加圧ロール１０４が接触するニップ部１１７の両端部において、定着ロール１０２は、取付部１１５Ａ及び取付部１１６Ａによって内側から支持されるため、取付部１１５Ａ及び１１６Ａの外形に倣う形状となる。これにより、断面Ａ−Ａ’に示すように、ニップ部１１７の両端部における定着ロール１０２の断面形状が円形状に保持される。また、発泡スポンジからなる加圧ロール１０４は、定着ロール１０２の外周面に倣って変形し、径方向に窪んだ形状となる。

一方、ニップ部１１７の中央部において、定着ロール１０２は、内側から支持される部材が無いため、断面Ｂ−Ｂ’に示すように、断面形状が略平坦となる。

なお、ニップ部１１７の中央部の平坦度は、定着ロール１０２の剛性、加圧ロール１０４の剛性、及び取付部１１５Ａ、１１６Ａの取付箇所によって調整されるが、主に定着ロール１０２側の剛性を調整することにより、ニップ部１１７の平坦を実現している。なお、本発明において、取付部１１６Ａを定着ロール１０２の内側から支持したが、外側から支持してもよく、定着ロール１０２の両端部の断面形状を外周面側から規制して円形状に保持することもできる。

次に、本発明の第１実施形態の作用について説明する。

図１〜図３に示すように、前述のプリンタ１０の画像形成工程を経て、トナーＴが転写された記録用紙Ｐ（あるいは封筒）が定着装置１００に送られる。定着装置１００では、制御ユニット５０によって図示しない駆動モータが駆動され、駆動ギア１１５が回転して、定着ロール１０２が矢印Ａ方向へ回転する。加圧ロール１０４は、それに従動して矢印Ｂ方向へ回転する。このとき、制御回路１３４からの電気信号に基づいて通電回路１３８が駆動され、励磁コイル１１０に交流電流が供給される。

励磁コイル１１０に交流電流が供給されると、励磁コイル１１０の周囲に磁気回路としての磁界Ｈが生成消滅を繰り返す。そして、磁界Ｈが定着ロール１０２の発熱層１２８を横切ると、磁界Ｈの変化を妨げる磁界が生じるように発熱層１２８に渦電流が発生する。

発熱層１２８は、発熱層１２８の表皮抵抗、及び発熱層１２８を流れる渦電流の大きさに比例して発熱し、これによって定着ロール１０２が加熱される。定着ロール１０２表面の温度は、サーミスタ１１８で検知され、定着設定温度１７０℃に到達していない場合は、制御回路１３４が通電回路１３８を駆動制御して励磁コイル１１０に所定の周波数の交流電流を通電する。また、定着設定温度に到達している場合は、制御回路１３４が通電回路１３８の制御を停止する。

続いて、定着装置１００に送り込まれた記録用紙Ｐは、所定の定着設定温度（１７０℃）となっている定着ロール１０２と、加圧ロール１０４とによって加熱押圧され、トナー画像が記録用紙Ｐ表面に定着される。定着装置１００から排出された記録用紙Ｐは、用紙搬送ロール３６によりトレイ３８に排出される。

ここで、定着装置１００において、袋状物の一例である封筒に定着を行う場合について説明する。

図５（ｂ）に示すように、封筒ＰＥは、定着ロール１０２側に面してトナー（像）Ｔが定着される上層ＰＥ１と、加圧ロール１０４側に面する下層ＰＥ２との外縁部が接着剤で貼り合わされた２層で構成されているものとする。なお、封筒ＰＥは、横幅が１００ｍｍ〜１２０ｍｍ程度のものとして図示しているが、これ以上の横幅のものであってもよい。また、封筒ＰＥは、２層以上の複数層で構成されるものであってもよい。

図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、定着装置１００において、定着ロール１０２が回転駆動され、加圧ロール１０４が従動回転される。続いて、トナーＴが転写された封筒ＰＥがニップ部１１７に進入する。

本実施形態との比較例として、ニップ部１１７が、加圧ロール１０４側に凸のニップ形状であった場合、上層ＰＥ１は、定着ロール１０２に引っ張られるようにして円弧状に反り、圧縮応力が作用して縮められることになる。一方、下層ＰＥ２は、同様に円弧状に反るが、上層ＰＥ１よりも外周側に位置するため、引張応力が作用する。ここで、封筒ＰＥは、外縁部が接着されているため、上層ＰＥ１が縮んでも下層ＰＥ２は延びきれず、上層ＰＥ１と下層ＰＥ２に相対的なずれが発生して、しわが生じる。

一方、本発明の第１実施形態の定着装置１００では、ニップ部１１７の形状は略平坦となっている。このため、封筒ＰＥは、上層ＰＥ１及び下層ＰＥ２をそれぞれ円弧状に反らせる圧縮応力あるいは引張応力がほとんど作用せず、矢印Ｆ方向に直進しながら熱と圧力の作用によりトナーＴが定着されるため、しわが生じにくくなる。

なお、定着ロール１０２の両端部は、取付部１１５Ａ、１１６Ａによって内側から支持されているため、回転中に断面形状が楕円状に変形するのを抑えられている。これにより、定着ロール１０２は、所定の線速度を保持しながら回転駆動される。

本発明の第１実施形態の定着装置１００の他の実施例として、例えば、図６に示すような定着装置１５０を用いてもよい。

定着装置１５０は、定着ロール１０２の端部に駆動ギア１５２が設けられている。駆動ギア１５２は、定着ロール１０２の内径と略等しい外径を有する円柱状の取付部１５２Ａが突設されており、断面中央には、シャフト１１４の外径よりも僅かに小径の貫通穴１５２Ｂが形成されている。ここで、駆動ギア１５２は、貫通穴１５２Ｂにシャフト１１４が圧入されて固定されている。

一方、シャフト１１４の軸方向における中央部側で、加圧ロール１０４の端部位置に相当する位置には、定着ロール１０２を内側から円形状に保持する保持板１５４が設けられている。保持板１５４は、断面中央に貫通穴１５４Ａが形成されており、この貫通穴１５４Ａにシャフト１１４が挿通されている。また、シャフト１１４には、周方向に沿って溝部が形成されており、この溝部にＥリング１５６が係合されることにより、保持板１５４が、駆動ギア１５２から距離Ｌ離れた位置で位置決めされている。

定着装置１５０における定着ロール１０２は、保持板１５４及び駆動ギア１５２がシャフト１１４に取付けられた後、定着ロール１０２の内側にシャフト１１４を挿通し、駆動ギア１５２を接着することで組立てられる。

ここで、溝部の形成位置を変えることにより、シャフト１１４の軸方向における保持板１５４の位置が変わる。このように、保持板１５４を駆動ギア１５２と独立させ、加圧ロール１０４の端部から定着ロール１０２の端部の間で保持板１５４の位置を適宜決めることにより、定着ロール１０２の端部の円形状態を保持すると共に、ニップ部１１７の中央部の形状が略平坦に調整される。

次に、本発明の定着装置及び画像形成装置の第２実施形態を図面に基づき説明する。なお、前述した第１実施形態と基本的に同一の部品には、前記第１実施形態と同一の符号を付与してその説明を省略する。

図７には、定着装置１６０が示されている。定着装置１６０は、第１実施形態の定着装置１００の加圧ロール１０４に替えて、無端状の加圧ベルト１６２が用いられている。また、定着ロール１０２は、直径が２６ｍｍ、長さが３００ｍｍで、基層１３０の材質がステンレス、厚さが１１０μｍ程度となっている。

加圧ベルト１６２は、厚さ６０μｍのポリイミドからなる無端ベルト状の基層上に、厚さ３０μｍのＰＦＡからなる離型層が被覆された構成となっている。また、加圧ベルト１６２は、幅方向の長さが２４０ｍｍとなっている。なお、加圧ベルト１６２は、フレキシビリティに富んだものがよいので、基層は定着ロール基層よりも薄く剛性が弱い金属であってもよく、例えば厚さ２０〜４０μｍのスチールやステンレス、ニッケル電鋳などでもよい。金属にすると基層に電位を付与でき、加圧ベルト１６２の帯電量がポリイミドなどの樹脂より小さくできるため、静電的なトナーオフセットなどを抑制できる。

図７及び図８（ａ）に示すように、加圧ベルト１６２の内側略中央には、角柱状の支持部材１６４が設けられている。支持部材１６４には、軸方向両端面から外側へ向けて円柱状の支軸１６５がそれぞれ突設されており、支軸１６５の端部は、定着装置１６０の筐体１２０の側面部に固定されている。

支持部材１６４の一側面には、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の耐熱性樹脂からなる略直方体状の加圧パッド１６６の一方の側面が接着されている。また、加圧パッド１６６の他方の側面は、加圧ベルト１６２の内周面に接触しており、定着ロール１０２と加圧ベルト１６２が接触するニップ部１１９を加圧している。ニップ部１１９に作用する荷重は２０ｋｇｆであり、ニップ幅は６ｍｍである。一方、加圧ベルト１６２の両端部内側には、加圧ベルト１６２の内径と略等しい外径を有する円筒状のキャップ部材１６８がそれぞれ取付けられている。キャップ部材１６８は、中央にベアリング１７０が嵌合固定されている。ここで、加圧ベルト１６２内に支持部材１６４及び加圧パッド１６６が配置された後、支軸１６５にベアリング１７０の穴部１７０Ａが外挿されると共に、外周面が加圧ベルト１６２の内側に接着されることにより、キャップ部材１６８が加圧ベルト１６２の両端部に取付けられる。これにより、加圧ベルト１６２は、支軸１６５を中心として回転可能に支持され、定着ロール１０２の回転によって従動回転する。

次に、定着ロール１０２及び加圧ベルト１６２の断面状態について説明する。

図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、定着ロール１０２の一方の端部には、駆動ギア１１５が取付けられ、他方の端部には、キャップ部材１１６が取付けられている。ニップ部１１９の両端部において、定着ロール１０２は、取付部１１５Ａ及び取付部１１６Ａによって内側から支持されるため、断面Ｃ−Ｃ’に示すように断面形状が円形状に保持される。また、加圧ベルト１６２は、定着ロール１０２の外周面に倣って変形し、径方向に窪んだ形状となる。

ニップ部１１９の中央部では、定着ロール１０２は、内側から支持される部材が無いため、加圧ベルト１６２を介した加圧パッド１６６の剛性に従う。これにより、断面Ｄ−Ｄ’に示すように、ニップ部１１９の中央部における定着ロール１０２の断面形状が略平坦となる。

ニップ部１１９の幅は、定着ロール１０２と支持部材１６４がそれぞれ荷重を受けてたわむことによって、両端部における幅よりも中央部における幅の方が狭くなる。本実施形態では、軸方向に均一なニップ幅を得るために定着ロール１０２と支持部材１６４の軸方向のたわみ補正を加圧パッド１６６で行うことができる。補正するためには、加圧パッド１６６の軸方向の高さを端部より中央部を大きくすることで簡単に調整できる。または、支持部材１６４の加圧パッド１６６側の厚さを中央部が凸になるように、たわみ量にあわせて厚くして調整してもよい。

なお、ニップ部１１９の中央部の平坦度は、定着ロール１０２の剛性、加圧ベルト１６２、加圧パッド１６６、支持部材１６４の剛性、加圧パッド１６６や支持部材１６４の形状、及び取付部１１５Ａ、１１６Ａの取付箇所などによって調整されるが、主に定着ロール１０２側の剛性と加圧パッド１６６や支持部材１６４を含む加圧ベルト１６２側の剛性とのバランスで調整することにより、ニップ部１１９の平坦を実現している。

次に、本発明の第２実施形態の作用について説明する。

図９に示すように、画像形成工程を経てトナーＴが転写された封筒ＰＥが、定着装置１６０のニップ部１１９に送られる。ニップ部１１９に送り込まれた封筒ＰＥは、所定の定着設定温度（１７０℃）となって回転している定着ロール１０２と、定着ロール１０２に従動して回転している加圧ベルト１６２とによって加熱押圧され、トナー画像が封筒ＰＥ表面に定着される。封筒は紙が最大４〜５重にも重なっている箇所が存在するため、封筒の厚さが同一面内でも異なっている部分が存在しているので、しわになりやすい。

ここで、ニップ部１１９の形状が少なくとも封筒ＰＥの通紙幅以上の領域において略平坦となっているため、封筒ＰＥは、上層ＰＥ１及び下層ＰＥ２をそれぞれ円弧状に反らせる圧縮応力あるいは引張応力がほとんど作用せず、矢印Ｆ方向に直進しながら熱と圧力の作用によりトナーＴが定着される。これにより、しわが生じにくくなる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されない。

プリンタ１０は、固体の現像剤を用いる乾式の電子写真方式だけでなく、液体現像剤を用いるものであってもよい。また、定着ロール１０２の加熱手段として、定着ロールの内側又は外側にヒータを配置したものであってもよい。

さらに、定着ロール１０２の温度の検知手段として、サーミスタ１１８の代わりに熱電対を用いてもよい。サーミスタ１１８の取付け位置は、定着ロール１０２の表面に限定されず、定着ロール１０２の内周面に取付けてもよい。この場合、定着ロール１０２の表面が摩耗しにくくなる。また、サーミスタ１１８は、加圧ロール１０４の表面に取付けてもよい。

また、本実施例の図８ではニップ部形状が、（断面Ｃ−Ｃ’で定着ロール側が凸、）断面Ｄ−Ｄ’で略平坦となるように加圧パッド１６６の形状を与えたが、これに限るものではなく、必要に応じて例えば（断面Ｃ−Ｃ’は定着ロール側が凸に、）断面Ｄ−Ｄ’では加圧ベルト側が凸になるように変化させてもよいし、ニップ部入口側から出口側に緩やかに凹から凸に変化するようにしてもよい。これは加圧パッド１６６の形状と剛性を適宜選択して調整すればよく、定着装置の用途や目的に合わせてニップ部形状を適宜変えることができる。

本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の全体図である。 （ａ）本発明の第１実施形態に係る定着装置の断面図である。（ｂ）本発明の第１実施形態に係る定着ベルトの断面図である。 本発明の第１実施形態に係る定着ベルト及び加圧ロールの軸方向端部及び中央部の断面図である。 本発明の第１実施形態に係る制御回路及び通電回路の接続図である。 （ａ）本発明の第１実施形態に係る定着ベルトと加圧ロールで形成されるニップ部の形状を示す模式図である。（ｂ）本発明の第１実施形態に係る定着装置におけるトナー像の定着状態を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る定着装置の他の実施例を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る定着装置の断面図である。 本発明の第２実施形態に係る定着ベルト及び加圧ロールの軸方向端部及び中央部の断面図である。 本発明の第２実施形態に係る定着装置におけるトナー像の定着状態を示す断面図である。

符号の説明

１０ プリンタ（画像形成装置）
２４ 現像器（現像部）
３２ 転写ロール（転写部）
３４ 用紙搬送路（搬送部）
５４ 光走査装置（露光部）
１００ 定着装置（定着装置）
１０２ 定着ロール（定着部材）
１０４ 加圧ロール（加圧部材）
１１０ 励磁コイル（加熱手段、磁界発生手段）
１１５ 駆動ギア（定着ギア）
１１５Ａ 取付部（保持部材）
１１６Ａ 取付部（保持部材）
１１７ ニップ部（圧接部）
１２８ 発熱層（発熱層）
１３０ 基層（感温層）
１３８ 通電回路（加熱手段）
１５４ 保持板（保持部材）
１６２ 加圧ベルト（加圧部材、ベルト部材）
１６６ 加圧パッド（加圧パッド）
Ｐ 記録用紙（記録媒体）
ＰＥ 封筒（記録媒体）
Ｔ トナー（現像剤）

Claims (7)

1. 両端部が回転可能に支持された無端状の定着部材と、
   前記定着部材を加熱する加熱手段と、
   両端部が回転可能に支持された無端状のベルト部材からなり、前記定着部材との圧接により変形する加圧部材と、
   前記加圧部材の内側に設けられ、前記定着部材と共に前記加圧部材を挟む加圧パッドと、
   前記定着部材の端部に取付けられ駆動力が伝達される定着ギアと、
   前記定着部材の内側または外側に配置され、前記定着部材の端部の断面形状を略円形に保持する保持部材とを備え、
   前記定着部材と前記加圧部材との圧接部において、前記定着部材の軸方向断面形状が前記定着部材の端部付近では前記定着部材側が凸形状であり、前記定着部材の中央部付近では平坦となっていることを特徴とする定着装置。
2. 前記定着部材は、厚さが５０μｍ以上の円筒体からなり、前記加圧部材と接触する接触部での面圧が０．５ｋｇｆ／ｃｍ ^２ 以上とされていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記加圧部材は、発泡スポンジ体からなる弾性層を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
4. 前記保持部材と前記定着ギアが一体成形されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 前記加熱手段は、磁界を発生させる磁界発生手段を有し、
   前記定着部材は、前記磁界によって電磁誘導加熱される発熱層を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の定着装置。
6. 前記定着部材は、前記発熱層の前記磁界発生手段と反対側の面に接する感温層を有し、該感温層の透磁率が連続的に低下し始める透磁率変化開始温度が、定着設定温度以上で且つ前記定着部材の耐熱温度以下の温度領域にあることを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の定着装置と、
   露光光を出射する露光部と、
   前記露光光で形成された潜像を現像剤で顕在化して現像剤像を形成する現像部と、
   前記現像部で顕在化された前記現像剤像を記録媒体上に転写する転写部と、
   前記転写部で前記現像剤像が転写された記録媒体を前記定着装置に搬送する搬送部と、
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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