JP2009053215A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像ズレや用紙負荷を低減しつつ、用紙剥離性を向上させた定着装置を提供する。
【解決手段】定着ローラ２１は弾性層２３を有し、ヒータ２５を内蔵している。加圧手段３０は、無端状の加圧接触部材３５を、弾性部材である加圧部材３２により押圧して定着ローラ２１に圧接させている。ニップ部領域内における加圧部材３２の見掛けゴム硬度がゴム荷重方向厚さに対して急激に変化し始める点よりも見掛け硬度が高くなるように構成する。これにより、ニップ中央領域のみ加圧部材３２のゴム硬度が硬くなる現象が起き、ニップ出口部の用紙突出姿勢が適正化されて用紙剥離性が向上する。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置における熱定着装置に関し、さらに詳しくいえば、定着部材に圧接される加圧接触部材として無端状部材を用いる定着装置に関するものである。

特許第３２９８３５４号公報

複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置において、転写紙・ＯＨＰシート等の記録媒体（以下、用紙という）上に形成された未定着トナー像を、熱と圧力によって用紙上に定着させる熱定着装置は周知である。そのような熱定着装置として、定着ローラ等の定着部材にエンドレスベルト等の無端状加圧接触部材を圧接させ、定着部材と無端状加圧接触部材間にニップ部を形成し、該ニップ部に未定着トナー像を担持する用紙を通過させて加熱及び加圧し、定着を行なうベルトニップ方式のものが、例えば特許文献１に開示されている。

しかしながら、上記特許文献１に開示された定着装置では、表面が弾性変形する加熱定着ロールのニップ出口部を局所的に弾性変形させているため、そのニップ出口部における局所的な変形による速度差（特許文献１の図４参照）によって、画像ズレが生じやすいという問題がある。

さらに、加熱定着ロールの弾性層を硬質部材で押圧することで局所的に弾性層に歪を設け、曲率の小さなニップ形状を作ることから、用紙に与える負荷（ペーパーダメージやカール量）が大きくなるという問題もある。

本発明は、従来における上述の問題を解決し、簡単な構成で画像ズレを防止でき、かつ、用紙に大きな負荷をかけることがなく、良好な画質を得ることができ、また、用紙の分離性にも優れた定着装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することを課題とする。

前記の課題は、本発明により、加熱手段により加熱される定着部材であって、表面が弾性変形可能な定着部材と、前記定着部材に圧接される無端状の加圧接触部材と、該加圧接触部材を前記定着部材に押圧する加圧部材とを有する加圧手段とを備え、前記定着部材と前記加圧接触部材間に形成されるニップ部に未定着トナー像を担持する記録媒体を通過させて定着を行う定着装置において、前記加圧部材が弾性層を有し、前記ニップ部領域内における前記加圧部材弾性層の見掛けゴム硬度（ＡＳＫＥＲ−Ｃ）がゴム荷重方向厚さに対して急激に変化し始める点よりも見掛け硬度が高くなるように構成されていることにより解決される。

また、前記加圧部材の記録媒体搬送方向の長さが、前記定着部材に無限平板を圧接させたときに形成されるニップ幅以下であると好ましい。
また、前記加圧部材弾性層は、圧力０〜０．７３５Ｎ／ｍｍ^２ の範囲で見掛けゴム硬度が５０度（ＡＳＫＥＲ−Ｃ）以下であると好ましい。

また、前記加圧部材弾性層は、ゴム硬度８Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）以下、ゴム荷重方向厚さ２ｍｍ以下であると好ましい。
また、前記加圧部材弾性層はゴム永久歪４％以下であると好ましい。

また、前記加圧部材弾性層は、ゴム荷重方向厚さ２ｍｍ以下であると好ましい。
また、前記定着部材が弾性層を有する定着ローラとして構成され、前記加熱手段が該定着ローラ内部に配置されると好ましい。

また、前記定着ローラは直径が２７ｍｍ以下であり、該定着ローラの前記弾性層はゴム硬度８Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）以下、ゴム厚さ０．８ｍｍ以上であると好ましい。

また、前記定着ローラの前記弾性層は永久歪４％以下であると好ましい。
また、前記定着部材が無端状部材として構成され、該無端状定着部材を前記加圧接触部材に圧接させる弾性部材を有すると好ましい。

また、前記定着部材が、熱源を内蔵する複数の加熱ローラに張架されていると好ましい。
また、前記加圧接触部材と前記加圧部材の間、または、前記定着部材と前記弾性部材の間に、両者間の摩擦を低減させる低摩擦部材を配置すると好ましい。

また、前記の課題は、本発明により、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の定着装置を備える画像形成装置により解決される。

本発明の定着装置及び画像形成装置によれば、ニップ部領域内における加圧部材弾性層の見掛けゴム硬度がゴム荷重方向厚さに対して急激に変化し始める点よりも見掛け硬度が高くなるように構成されているので、ニップ中央領域のみ加圧部材のゴム硬度が硬くなる様な現象が起き、弾性変形可能な定着部材が上記領域で局所的に変形してニップ出口部の用紙突出姿勢が適正化されることにより、画像ズレや用紙負荷を低減しつつ、効率的に用紙剥離性を向上させることができる。

請求項２の構成により、加圧部材弾性層の幅を適正化することでニップ出口部の用紙突出姿勢を適正化し、画像ズレや用紙負荷を低減しつつ、効率的に剥離性能を向上することができる。

請求項３及び請求項４の構成により、ニップ内の部分的な定着部材の変形を効果的なものとし、用紙剥離性向上を実現することができる。
請求項５の構成により、ニップ形状の経時的変形を防ぎ、定着特性及び用紙剥離特性の低下を抑制することができる。

請求項６の構成により、ニップ形状の経時的変形の防止に有利である。
請求項７の構成により、簡単な構成の加熱定着ローラを用いることで、用紙剥離性に優れた定着装置を低価格にて実現することができる。

請求項８の構成により、用紙剥離性の向上に効果がある。
請求項９の構成により、ニップ形状の経時的変形を防ぎ、定着特性及び用紙剥離特性の低下を抑制することができる。

請求項１０の構成により、高速化への対応が容易となる。また、定着装置全体の大きさに与える影響を抑えつつ、ニップ幅やニップ出口部の形状の設定が容易となる。

請求項１１の構成により、無端状定着部材の張設と加熱とを簡単な構成で実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る定着装置を備える画像形成装置の一例であるレーザプリンタの概略構成を模式的に示す断面図である。この図に示すレーザプリンタ１００は、像担持体としての感光体ドラム１を備えており、感光体ドラム１の周囲には、帯電手段２，現像装置３，転写手段４，クリーニング手段５，除電手段６等が配設されている。帯電手段２と現像装置３の間は露光位置となっており、上方に配置されたレーザ書込み装置装置７からの書き込み光が感光体ドラム１に照射される。

装置下方には給紙カセット８が設けられており、用紙を給送するための給紙ローラ９や搬送ローラ対１０、レジストローラ対１１等が配設されている。また、上記感光体ドラム１と転写手段４が対向する転写部の側方には定着装置２０が配置されている。定着装置２０については後述する。

上記のように構成されたレーザプリンタ１００における画像形成動作について簡単に説明する。
画像形成動作が開始されると、感光体ドラム１が図示しない駆動手段によって図中時計回りに回転駆動され、その感光体ドラム１の表面が帯電手段２によって所定の極性に一様に帯電される。レーザ書込み装置７においては、パソコン等のホストマシーンより送られた画像データに基づいて図示しないＬＤ（レーザダイオード）が駆動され、書込み光としてのレーザ光を感光体ドラム１上に照射する。これにより感光体ドラム１上に静電潜像が形成される。その静電潜像に現像装置３からトナーが付与され、トナー像として可視化される。

一方、給紙カセット８からは記録用紙が給紙ローラ９により送り出され、搬送ローラ対１０により搬送される。その用紙はレジストローラ１１に一旦突き当てられた後、上記可視像に同期するようにして送出され、感光体ドラム１と転写手段４とが対向する転写部にて上記トナー像が用紙上に転写される。トナー像が転写された用紙は、定着装置２０を通過する時に、熱と圧力とによりトナー像が用紙上に定着される。トナー像定着後の用紙は、図示しない排紙ローラにより排紙トレイ１２上に排出されてスタックされる。

用紙上へのトナー像転写後、感光体ドラム１の表面に付着した残留トナーなどの付着物はクリーニング手段５によりクリーニングされ、さらに、感光体ドラム１の表面の残留電荷が除電手段６により除去されて、１回の画像形成動作が終了する。

図２は、定着装置２０の要部構成を示す断面図である。
この図に示す定着装置２０は、用紙に直接接触する定着部材として加熱定着ローラ２１を用いるものである。加熱定着ローラ２１は、表面被覆層２２，弾性層２３，芯金２４を有している。また、芯金２４の内部には熱源としての定着ヒータ２５が配置されている。この加熱定着ローラ２１は、図示しない駆動手段により図中時計回りに回転駆動される。そして、加熱定着ローラ２１に対して加圧手段３０が圧接されている。未定着トナー像Ｔを担持する転写紙等の用紙Ｐは、加熱定着ローラ２１と加圧手段３０が圧接されて形成された定着ニップを通過し、定着ヒータ２５により加熱された加熱定着ローラ２１からの熱と、定着ニップにおける圧力とにより、未定着トナー像Ｔが用紙Ｐ上に定着される。

上記加熱定着ローラ２１の表面被覆層２２は、未定着トナーがローラ表面に付着しにくいように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体）層などが用いられる。また、弾性層２３としては、一般的にシリコンゴムやフッ素ゴムなどが用いられている。シリコンゴムを用いた場合、耐膨潤性を向上させるためにフッ素層などがコートされることもある。

上記加圧手段３０は、定着部材（ここでは加熱定着ローラ２１）及び用紙に直接接触する加圧接触部材として無端状部材を用いたもので、無端状部材として構成された加圧接触部材３１のループ内に、加圧部材３２，加圧部材３２を支持する支持部材３３，加圧部材３２及び支持部材３３を加熱定着ローラ２１方向に付勢する付勢手段としての加圧スプリング３４，加圧接触部材３１と加圧部材３２の間に配置されて両者の摩擦を低減するための低摩擦部材３５，加圧接触部材３１の回動をガイドしその搬送経路を規定する２つのガイド部材３６および加圧接触部材３１に潤滑油を供給して加圧接触部材３１と加圧部材３２間の摩擦をさらに低減させるための潤滑油供給部材３７を備えている。潤滑油としては、一般的に、シリコーンオイルもしくはフッ素オイルなどが含まれているものが使用される。また、本例では、無端状加圧接触部材３１はＰＦＡとポリイミドより形成されている。加圧部材３２は、加圧方向の面がフラットな加圧パッドを用いており、シリコーンゴム又はフッ素ゴムのゴム層を有している。なお、本例では加圧部材３２として、部材全体がゴムからなるゴムパッドとしたが、ゴム層等の弾性層を有する部材でもよい。加圧部材３２は特許請求の範囲における「加圧部材」である。

ここで、ゴム荷重方向厚さに対する見掛けゴム硬度（ＡＳＫＥＲ―Ｃ）について図３を参照して説明する。なお、ゴム単体の硬度はＪＩＳ−Ａ規格に基づいて測定した。また、図３の横軸はゴム荷重方向厚さ（ｍｍ）、縦軸は見掛けゴム硬度（ＡＳＫＥＲ―Ｃ）である。

図３において、曲線６０はゴム硬度８Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）、ゴム荷重方向厚さ２ｍｍの見掛けゴム硬度曲線である。曲線６１はゴム硬度２０Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）、ゴム荷重方向厚さ４ｍｍの見掛けゴム硬度曲線である。曲線６２はゴム硬度３０Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）、ゴム荷重方向厚さ４ｍｍの見掛けゴム硬度曲線である。
直線９３、９４、９５は、ＡＳＫＥＲ−Ｃゴム硬度計でＪＩＳ−Ａ規格のゴムの硬度を測定した場合のゴム厚さに概ね線形比例するゴム硬度の範囲を一次近似して得られた近似直線である。直線９３はゴム硬度８Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）の近似直線であり、直線９４はゴム硬度２０Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）の近似直線であり、直線９５はゴム硬度３０Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）の近似直線である。

また、点８１は、曲線６０の傾斜が直線９３から離れる点を表し、ゴム硬度８Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）の場合、ゴム厚さ３ｍｍ付近でこの現象が起きている。点８２は、曲線６１の傾斜が直線９４から離れる点を表し、ゴム硬度２０Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）の場合、ゴム厚さ２ｍｍ付近でこの現象が起きている。点８３は、曲線６２の傾斜が直線９５から離れる点を表し、ゴム硬度３０Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）の場合、ゴム厚さ１．３ｍｍ付近でこの現象が起きている。

これらの曲線が示すように、見掛けゴム硬度はゴム荷重方向厚さが薄いと実際のゴム硬度（ＪＩＳ−Ａ）よりも硬く測定される。ゴム硬度（ＪＩＳ−Ａ）が高くなるにつれ、グラフ上の点が左上（見掛けゴム硬度が高く、ゴム荷重方向厚さが低くなる方向）にシフトする。

そして、実験点８４は、後述する剥離実験を行った条件で、ゴム硬度８Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）、ゴム荷重方向厚さ２ｍｍの見掛けゴム硬度を示す。
実験点８５は、後述する剥離実験を行った条件で、ゴム硬度２０Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）、ゴム荷重方向厚さ４ｍｍの見掛けゴム硬度を示す。
実験点８６は、後述する剥離実験を行った条件で、ゴム硬度３０Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）、ゴム荷重方向厚さ４ｍｍの見掛けゴム硬度を示す。

次に、図４は、高分子計器株式会社製のスプリング式硬さ試験機ＡＳＫＥＲ−Ｃ型の測定器を用いて測定したゴム硬度と圧力の関係を示すものである。図４の横軸は圧力（ｋｇｆ／ｍｍ^２）、縦軸はゴム硬度（ＡＳＫＥＲ―Ｃ）である。

ＡＳＫＥＲ−Ｃ測定器は、定められた形の押針をスプリングの力で試料の表面に押付け、変形を与え、その時試料が示す抵抗力とスプリング力がバランスした状態での押針の押し込み深さを、０から１００までの相対値により硬度として表現したものである。押針形状は、直径φ５．０８ｍｍ±０．０２ｍｍの半球で、加圧面よりの突出高さ２．５４ｍｍ（ストローク長さ）で、内蔵の負荷装置であるコイルスプリングは、測定目盛０度で５５ｇｆ、１００度で８５５ｇｆ±８ｇｆの線形関係を持つ。押針が試料に押し当てられた時に押針面と試料が接触する面積と荷重値を計算することで、測定目盛の度数から試料にかかる圧力を計算することができる。

図４において、曲線９６は、見掛けゴム硬度（ＡＳＫＥＲ−Ｃ）と圧力の関係を示す。図３で測定した見掛けゴム硬度が急激に変化する点と実験点は計算上、すべてこの曲線９６上に乗る。

ここで分かるのは、ゴム硬度８Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）、ゴム荷重方向厚さ３ｍｍの場合、点８１が示すように、圧力が約０．０３５ｋｇｆ／ｍｍ^２（０．３４３Ｎ／ｍｍ^２）かかる時に起こり（見掛けゴム硬度の急激な変化が起こり）、ゴム硬度２０Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）、ゴム荷重方向厚さ２ｍｍの場合、点８２が示すように、圧力が約０．０６５ｋｇｆ／ｍｍ^２（０．６３７Ｎ／ｍｍ^２）かかる時に起こり、ゴム硬度３０Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）、ゴム荷重方向厚さ１．３ｍｍの場合、点８３が示すように、圧力が約０．３００ｋｇｆ／ｍｍ^２（２．９４２Ｎ／ｍｍ^２）かかる時に起こる。

同じ様に、ゴム硬度８Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）、ゴム荷重方向厚さ２ｍｍの場合、実験点８４が示すように、圧力が約０．０６５ｋｇｆ／ｍｍ^２（０．６３７Ｎ／ｍｍ^２）かかる時に起こり、ゴム硬度２０Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）、ゴム荷重方向厚さ４ｍｍの場合、実験点８５が示すように、圧力が約０．０６５ｋｇｆ／ｍｍ^２（０．６３７Ｎ／ｍｍ^２）かかる時に起こり、ゴム硬度３０Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）、ゴム荷重方向厚さ４ｍｍの場合、実験点８６が示すように、圧力が約０．１７０ｋｇｆ／ｍｍ^２（１．６６７Ｎ／ｍｍ^２）かかる時に起こる。

図５は、本願発明者が実施した定着ローラ加圧実験におけるニップ部圧力分布を示すグラフである。具体的には、図２の定着装置の加熱定着ローラ２１（昭和電線製、外径２７ｍｍ、弾性層ゴム厚さ１．０ｍｍ、弾性層ゴム硬度８Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）、弾性層ゴム永久歪４％）に対し、構成の異なる３種類の加圧部材で荷重４０ｋｇｆを加えたときのニップ部圧力分布を示すものである。図５の横軸は用紙搬送方向におけるニップ位置（ｍｍ、中心を０とし上流側を＋、下流側を−とする）であり、縦軸はニップ圧力（ｋｇｆ／ｍｍ^２）である。

加圧部材としては次の３種類のゴムパッド（それぞれ昭和電線製）を用いた。
(1) ゴム硬度８Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）、ゴム永久歪４％、ゴム荷重方向厚さ２ｍｍ、ゴム搬送方向幅４ｍｍ、ゴム軸方向（ローラ軸方向）長さ２３０ｍｍ
(2) ゴム硬度２０Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）、ゴム永久歪４％、ゴム荷重方向厚さ４ｍｍ、ゴム搬送方向幅６ｍｍ、ゴム軸方向長さ２３０ｍｍ
(3) ゴム硬度３０Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）、ゴム永久歪４％、ゴム荷重方向厚さ４ｍｍ、ゴム搬送方向幅６．５ｍｍ、ゴム軸方向長さ２３０ｍｍ

図５において、曲線６３は上記ゴムパッド(1)を用いたときの圧力分布であり、曲線６４は上記ゴムパッド(２)を用いたときの圧力分布であり、曲線６５は上記ゴムパッド(３)を用いたときの圧力分布である。

各ゴムパッドのゴム搬送方向幅はニップ幅が約７〜８ｍｍに一致するように調整した。具体的にはゴム搬送方向幅を上記のように４ｍｍ〜６．５ｍｍに設定した。この設定により定着ローラに荷重４０ｋｇｆで圧接させると、上記各ゴムパッドはニップ幅方向に潰れて広がり、いずれのゴム硬度のゴムパッドもニップ幅の約７〜８ｍｍ程度に広がる。
曲線６３は曲線６５に比べて最大圧力値が大きく、ニップ端部での圧力の傾斜が大きいことが分かる。加熱定着ローラ側の弾性層のゴム永久歪が大きい場合、加熱定着ローラ表面形状が局所的に変形し、画像の光沢ムラ等の画像劣化を起こす原因となる。今回の実験から、加熱定着ローラ弾性層のゴム永久歪が５％以上の場合、光沢ムラが目立ち、ゴム永久歪４％以下が望ましいことが分かった。

更に、加圧部材のゴム永久歪が大きい場合、ニップ形状の経時的変形が起き、定着特性及び剥離特性が不安定になる可能性がある。今回の実験から、加圧部材のゴム永久歪が５％以上の場合、１００時間以上の加熱空転後の剥離特性が低下することが確認できた。従って、加圧部材のゴム永久歪４％以下が望ましいことが分かった。

また、加圧部材の幅（用紙搬送方向の長さ）は、無限平板を用いて定着部材（図２の定着ローラ２０では加熱定着ローラ２１）に圧接させたときに形成されるニップ幅と同じか、もしくはそれ以下とするのが好ましい。加圧部材の幅を適正化することで、加熱定着ローラ弾性層の局所的な変形を生み、ニップ出口部における用紙突出姿勢を適正化し、画像ズレや用紙負荷を低減しつつ、効率的に剥離性能を向上することができる。

図６は、図３，４に示したゴム物性値の測定結果を元に、実測した圧力分布から加熱定着ローラの弾性層の変形形状を計算した結果である。なお、この計算結果はゴムの搬送方向と加圧方向の変形は考慮していないが、比較検証するには充分な計算であると考える。図６の横軸は用紙搬送方向における位置（ｍｍ）であり、縦軸は荷重方向における位置（ｍｍ）である。

図６において、曲線６９は、手前位置の加熱ローラ表面形状であり、曲線６６，６７，６８は加圧部材を圧接させた際の用紙搬送方向上流から見てニップ通過後の加熱ローラ弾性層の表面形状である。具体的には曲線６６は、ゴム硬度８Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）、ゴム荷重方向厚さ２ｍｍの加圧部材を圧接させた際のニップ通過後の加熱ローラ弾性層の表面形状であり、曲線６７は、ゴム硬度２０Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）、ゴム荷重方向厚さ４ｍｍの加圧部材を圧接させた際のニップ通過後の加熱ローラ弾性層の表面形状であり、曲線６８は、ゴム硬度３０Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）、ゴム荷重方向厚さ４ｍｍの加圧部材を圧接させた際のニップ通過後の加熱ローラ弾性層の表面形状である。

更に、図６において、直線７０は、曲線６６が示すニップ形状から搬出してくる記録媒体の姿勢を模擬した直線であり、直線７１は、曲線６７が示すニップ形状から搬出してくる記録媒体の姿勢を模擬した直線であり、直線７２は、曲線６８が示すニップ形状から搬出してくる記録媒体の姿勢を模擬した直線である。

図６が示すように、直線７２に比べて直線７０は、ニップ出口後（曲線６９と直線７０〜直線７２との交点）の加熱定着ローラ表面とのクリアランスが大きいことが分かる（図中の両矢印に相当）。直線７０は、ニップ出口後の用紙の姿勢を模擬しているので、ニップ出口後の加熱ローラ表面と用紙表面とのクリアランスが大きいと用紙は剥離し易いと考える。

次の表１に、図２の定着装置２０にて剥離実験を行った結果を示す。実験の設定はすべて同じ条件で、ニップ幅を一定にし、加圧部材３２の構成だけを変えて剥離実験を行った。記録媒体としてカット用紙を用いた。

この実験では坪量５５ｇ／ｃｍ^２の一般的な用紙上にフルカラー画像を付着させ、図２に示した定着装置にて実験を行った。その結果、加圧部材３２としてゴム硬度８Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ），ゴム荷重方向厚さ２ｍｍのゴムパッドを用いた場合に、剥離性能が良くなることが確認できた。他の２ケースに関しては十分な剥離性能を得ることはできなかった。これは図６の各直線（用紙姿勢を模擬した線）が示すように、加圧部材３２としてゴム硬度８Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ），厚さ２ｍｍの部材を用いた場合、加熱定着ローラ弾性層の変形形状が適正化され、剥離性能が向上したと考える。

ゴム硬度８Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）の加圧部材の場合は、荷重方向厚みに対して見掛けゴム硬度が急激に変化する点８１（図４参照）が０．０３４ｋｇｆ／ｍｍ^２（０．３３３Ｎ／ｍｍ^２）で起こり、今回の実験は、この圧力以上で構成されているニップ領域が約３．５ｍｍで、全体のニップ領域の約４４％を占めているのが分かる。このニップ領域では、曲線６０が示すように、見掛けゴム硬度はゴム荷重方向厚さが薄いと実際のゴム硬度よりも硬く測定されることで、加熱定着ローラ弾性層の変形形状がニップ中央部で大きく変形され、用紙突出状態が適正化されたと考える。すなわち、加圧部材の見掛けゴム硬度がニップ中央領域のみゴム硬度が硬くなる様な現象が起き、この領域内の加熱ローラ弾性層の局所的な変形を生み、ニップ出口部の用紙突出姿勢が適正化された結果、用紙剥離性が向上された。

ゴム硬度２０Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）の加圧部材の場合、点８２（図４参照）が０．０９５ｋｇｆ／ｍｍ^２にあり、この圧力以上で構成されているニップ領域は無く、用紙突出状態を有利にする加熱定着ローラ弾性層のニップ中央部の変形が無いことが分かる。図３の曲線６１が示すように、今回実験した実験点８５は、点８２よりも右側（ゴム厚さが厚く、見掛けゴム硬度が低い方向）にあり、ゴム硬度８Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）の場合と違って、見掛けゴム硬度と荷重方向厚さの関係が線形であることが分かる。

同じく、ゴム硬度３０Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）の加圧部材の場合、点８３（図４参照）が０．３００ｋｇｆ／ｍｍ^２にあり、この圧力以上で構成されているニップ領域は当然無く、用紙突出状態を有利にする加熱定着ローラ弾性層のニップ中央部の変形が無いことが分かる。曲線６２が示すように、今回実験した実験点８６は、点８３よりも右側（ゴム厚さが厚く、見掛けゴム硬度が低い方向）にあり、ゴム硬度８Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）の場合と違って、見掛けゴム硬度と荷重方向厚さの関係が線形であることが分かる。

今回の実験から、見掛けゴム硬度が急激に変化する点が起こる圧力値以上で構成されているニップ領域が、全体のニップ領域の４０％以上ある場合のみ、加熱定着ローラ弾性層の変形形状を効果的に適正化し、効率的に剥離性能を向上させることが出来ることが確認できた。

今回、ゴム硬度８Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）の加圧部材を用いた場合に良好な剥離性能を得られたが、図４から判るように、今回用いたゴム硬度８Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）の加圧部材（図４に黒四角で示す点）では、圧力が０〜０．０７５ｋｇｆ／ｍｍ^２で見掛けゴム硬度が５０度（ＡＳＫＥＲ−Ｃ）以下となっており、言い換えれば、圧力が０〜０．０７５ｋｇｆ／ｍｍ^２（０．７３５Ｎ／ｍｍ^２）の範囲で見掛けゴム硬度が５０度（ＡＳＫＥＲ−Ｃ）以下となる加圧部材を用いることで良好な剥離性能を得ることができる。

更に、ニップ出口後の加熱定着ローラ表面と用紙表面とのクリアランスが大きいと用紙は剥離しやすいと言う考えから、加熱定着ローラの外径もこのクリアランスを決めるパラメータのひとつであることが分かる。今回の実験で、加熱定着ローラ外径がφ２７ｍｍ以上の場合、剥離性能が低下するのが確認できた。従って、加熱定着ローラ外径はφ２７ｍｍ以下が望ましい。

更に、加熱定着ローラの弾性層の厚さも、加熱定着ローラ表面と用紙表面とのクリアランスを決めるパラメータのひとつであることが分かる。今回の実験から、ゴム厚さが０．８ｍｍ以下の場合、剥離性能が低下することが分かった。これは加熱定着ローラ弾性層の厚さが薄くなるにつれ、変形量が小さくなり、ニップ出口部の用紙突出姿勢を適正な状態に出来ないためと考えられる。従って、加熱定着ローラの弾性層の厚さは０．８ｍｍ以上が望ましい。

同じく、加熱定着ローラの弾性層のゴム硬度も、クリアランスを決めるパラメータのひとつであることが分かる。今回の実験から、ゴム硬度が８Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）以上の場合、剥離性能が低下することが分かった。これは加熱定着ローラ弾性層の硬度が高くなるにつれ、変形量が小さくなり、ニップ出口部の用紙突出姿勢を適正な状態に出来ない為と考える。従って、加熱定着ローラの弾性層のゴム硬度は８Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）以下が望ましい。

図７は、定着装置の第２実施例である。図２の定着装置２０と同じ部分には同じ符号を付すとともに、重複する説明は省略する。なお、図１のレーザプリンタ１００の定着装置として、本第２実施例の定着装置４０を用いることが可能である。

図７に示す定着装置４０は、無端状定着部材４１を用いた方式で、その無端状定着部材４１に圧接される加圧手段３０は図２の定着装置２０と同じものである。上記無端状部材として構成された定着部材４１のループ内には、加圧部材４２，加圧部材４２を支持する支持部材４３，加圧部材４２及び支持部材４３を加圧手段３０方向に付勢する付勢手段としての加圧スプリング４４，定着部材４１と加圧部材４２の間に配置されて両者の摩擦を低減するための低摩擦部材４５，定着部材４１を張設して回動可能に支持するとともに定着部材４１を加熱する２つの加熱ローラ４６及び対向部材４７が配置されている。加熱ローラ４６，４６は、それぞれ熱源５０を内蔵している。

そして、定着部材４１の外周には、加熱ローラ４６，４６間の上辺にテンションローラとしての第３の加熱ローラ４８が、また、図において右側の加熱ローラ４６部に第４の加熱ローラ４９がそれぞれ配置されている。第３及び第４加熱ローラ４８，４９は、それぞれ熱源５０を内蔵している。テンションローラである第３加熱ローラ４８は、付勢手段としての加圧スプリング５１により付勢され、定着部材４１を挟んで対向部材４７に圧接され、無端状部材として構成された定着部材４１に所定のテンションを与えている。また、第４加熱ローラ４９は、定着部材４１を挟んで右側の加熱ローラ４６に圧接される。

定着部材４１は、ループ内のどちらか一方又は双方の加熱ローラ４６，４６が図示しない駆動手段により回転駆動されることにより、図中時計回り方向に走行駆動される。第３及び第４加熱ローラ４８，４９は、回動する定着部材４１に従動して回転する。定着部材４１に所定の定着ニップを形成させる加圧部材４２は弾性部材または弾性層を備える部材であり、第１実施例における加熱定着ローラ２１の弾性層２３に相当する。

このような構成において、定着部材４１は、加熱ローラ４６，４６により内側から加熱されるとともに、第３及び第４加熱ローラ４８，４９により外側からも加熱される。未定着トナー像Ｔを担持する転写紙等の用紙Ｐは、定着部材４１と加圧手段３０が圧接されて形成された定着ニップを通過し、各加熱ローラ４６，４６，４８，４９により加熱された定着部材４１からの熱と、定着ニップにおける圧力とにより、未定着トナー像Ｔが用紙Ｐ上に定着される。なお、ループ内の加熱ローラ４６，４６により充分な熱量を得られる場合は、外部の加熱ローラ４８，４９を設けない構成も可能である。また、第３加熱ローラ４８部に単なるテンションローラを配置する構成でも良い。

本第２実施例の定着装置４０においても、先に説明した第１実施例の定着装置２０と同じ加圧手段３０を用いており、また、無端状定着部材４１はニップ部に弾性部材または弾性層を備える加圧部材４２を備えており、該構成により、第１実施例の定着装置２０と同様に、画像ズレの発生を防止するとともに用紙へ大きな負荷を与えることがなく、かつ、用紙分離性にも優れた定着装置を提供することができる。

そして、本第２実施例の定着装置４０では、未定着トナーに直接接触する定着部材として無端状定着部材４１を用いることにより、定着装置全体の大きさにさほど影響を与えることなく、ニップ幅及びニップ出口部の変形形状を設定することが可能となる。したがって、小型且つ定着性に優れた定着装置の実現がより容易である。なお、無端状定着部材４１を用いる定着装置４０では、加圧側の加圧部材３２の幅（用紙搬送方向の長さ）を、定着側の加圧部材４２の幅と同等もしくは小さく設定する必要がある。

以上、本発明を図示例により説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、加圧手段における加圧部材としては本発明の規定を満たす適宜な部材を使用可能である。また、第１実施例においては、定着部材としての加熱定着ローラを加熱する熱源は、ローラ外部に配置することも可能であるし、加熱方式として誘導加熱方式を採用することも可能である。また、第２実施例においては、無端状定着部材４１の張設形状等も任意である。

また、画像形成装置の構成も任意であり、中間転写方式を採用することも可能であるし、モノクロ装置に限らずカラー画像形成装置として構成することも可能である。もちろん、画像形成装置としてはプリンタに限らず、複写機やファクシミリ、あるいは複数の機能を備える複合機であっても良い。

本発明に係る定着装置を備える画像形成装置の一例を模式的に示す断面図である。 定着装置の要部構成を示す断面図である。 ゴム荷重方向厚さに対する見掛けゴム硬度（ＡＳＫＥＲ―Ｃ）について説明する図である。 見掛けゴム硬度（ＡＳＫＥＲ−Ｃ）と圧力の関係を示す図である。 ニップ部圧力分布を示すグラフである。 定着ローラ弾性層の変形形状とニップ出口部における用紙突出姿勢を示す図である。 第２実施例の定着装置の要部を示す断面図である。

符号の説明

１ 感光体ドラム
２０，４０ 定着装置
２１ 加熱定着ローラ（定着部材）
２２ 表面被覆層
２３ 弾性層
２４ 芯金
２５ 定着ヒータ（加熱手段）
３０ 加圧手段（加圧手段）
３１ 加圧接触部材（無端状加圧接触部材）
３２，４２ 加圧部材（加圧部材）
３３，４３ 支持部材
３４，４４，５１ 加圧スプリング
３５，４５ 低摩擦部材
４１ 無端状定着部材（定着部材）
４６，４８，４９ 加熱ローラ
５０ 熱源（加熱手段）
１００ レーザプリンタ

Claims (13)

1. 加熱手段により加熱される定着部材であって、表面が弾性変形可能な定着部材と、
   前記定着部材に圧接される無端状の加圧接触部材と、該加圧接触部材を前記定着部材に押圧する加圧部材とを有する加圧手段と
   を備え、
   前記定着部材と前記加圧接触部材間に形成されるニップ部に未定着トナー像を担持する記録媒体を通過させて定着を行う定着装置において、
   前記加圧部材が弾性層を有し、
   前記ニップ部領域内における前記加圧部材弾性層の見掛けゴム硬度（ＡＳＫＥＲ−Ｃ）がゴム荷重方向厚さに対して急激に変化し始める点よりも見掛け硬度が高くなるように構成されていることを特徴とする定着装置。
2. 前記加圧部材の記録媒体搬送方向の長さが、前記定着部材に無限平板を圧接させたときに形成されるニップ幅以下であることを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
3. 前記加圧部材弾性層は、圧力０〜０．７３５Ｎ／ｍｍ^２ の範囲で見掛けゴム硬度が５０度（ＡＳＫＥＲ−Ｃ）以下であることを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
4. 前記加圧部材弾性層は、ゴム硬度８Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）以下、ゴム荷重方向厚さ２ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１又は３に記載の定着装置。
5. 前記加圧部材弾性層はゴム永久歪４％以下であることを特徴とする、請求項１，３，４のいずれか１項に記載の定着装置。
6. 前記加圧部材弾性層は、ゴム荷重方向厚さ２ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項５に記載の定着装置。
7. 前記定着部材が弾性層を有する定着ローラとして構成され、前記加熱手段が該定着ローラ内部に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
8. 前記定着ローラは直径が２７ｍｍ以下であり、該定着ローラの前記弾性層はゴム硬度８Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）以下、ゴム厚さ０．８ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項７に記載の定着装置。
9. 前記定着ローラの前記弾性層は永久歪４％以下であることを特徴とする、請求項７又は８に記載の定着装置。
10. 前記定着部材が無端状部材として構成され、該無端状定着部材を前記加圧接触部材に圧接させる弾性部材を有することを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
11. 前記定着部材が、熱源を内蔵する複数の加熱ローラに張架されていることを特徴とする、請求項１０に記載の定着装置。
12. 前記加圧接触部材と前記加圧部材の間、または、前記定着部材と前記弾性部材の間に、両者間の摩擦を低減させる低摩擦部材を配置したことを特徴とする、請求項１又は１０に記載の定着装置。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
    

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