JP2010160528A

JP2010160528A - 定着装置

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Publication number: JP2010160528A
Application number: JP2010100782A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Ando; 力安藤; Yasuhiro Uehara; 康博上原
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2010-04-26
Filing date: 2010-04-26
Publication date: 2010-07-22

Abstract

【課題】紙しわや画像欠陥の発生を防止しながら、トナー像を定着し得る定着装置を提供すること。
【解決手段】定着ベルト３９と加圧ベルト１５とが当接し、該当接部で加圧ベルト１５側から押圧部材１１の圧接面が、定着ベルト３９側からニップ形成部材３１がそれぞれ対向して相互に付勢されて、定着ベルト３９−加圧ベルト１５間に記録媒体７が挿通されるニップ部を形成し、押圧部材１１の圧接面が、ニップ形成部材３１の表面形状に倣った圧接面形状を有し、その中央部よりも両端部が、定着ベルト３９の回転方向上流に延伸した形状であり、記録媒体７が前記ニップ部に進入する際、その先端辺における両端部が、中央部よりも早い段階で定着ベルト３９と加圧ベルト１５とに狭持されるように構成されてなることを特徴とする定着装置である。
【選択図】図１２

Description

この発明は、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形成装置において、未定着トナー像を加熱定着するための定着装置に関する。

従来、記録シート（記録媒体）表面に担持された未定着トナー像を加熱・溶融して定着する装置として、回転可能に支持された加熱定着ロールと、移動可能に張架された加圧ベルトとを圧接し、これらの間に記録シートを送り込んで定着する、いわゆるベルトニップ方式の定着装置が知られている。

図１４に、本願の出願人が提案した特許文献１に開示の定着装置の模式断面図を示す。この定着装置は、加熱源としてのハロゲンランプ１０５を内蔵した定着ロール１０１と、圧力ロール１１２および２つの支持ロール１１３，１１４に張架され、上記定着ロール１０１に圧接されるエンドレスベルト１１５と、このエンドレスベルト１１５の内周面側に当接され、定着ロール１０１の表面に沿ってエンドレスベルト１１５を面で押圧する押圧部材（圧力付与部材）１１１とで主要部が構成されている。

定着ロール１０１は、内部に円筒状のコア１０２を有しており、モータ１０６によって矢印Ｖ’方向に回転駆動されるものである。このコア１０２は、アルミニウムで形成されており、コア１０２の表面には、下地層１０３ａとしてＨＴＶシリコーンゴムが被覆され、さらにその上にトップコート層１０３ｂとしてＲＴＶシリコーンゴムがコートされている。

定着ロール１０１の表面と対向して、温度センサ１１０が配置され、定着ロール１０１の表面温度を計測する。そして、温度センサ１１０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１０５がフィードバック制御されて、定着ロール１０１の表面温度が調節される。

押圧部材１１１は、基材１１１ａの表面に弾性層１１１ｂと低摩擦層１１１ｃとを積層して形成したものであり、基材１１１ａ側に配置された圧縮コイルスプリング１１６によって定着ロール１０１に向けて押圧されている。基材１１１ａは、ステンレス鋼等の高剛性の部材である。弾性層１１１ｂは、例えば、シリコーンゴムあるいはシリコーンスポンジ等からなるものが挙げられる。低摩擦層１１１ｃは、一例として、フッ素系材料を含浸させたガラス繊維シートからなるものが挙げられる。

押圧部材１１１は、弾性層１１１ｂが設けられていることにより、低摩擦層１１１ｃのエンドレスベルト１１５の内周面と接触する接触面が、定着ロール１０１の外周面に倣った形状になっている。すなわち、一定以上の荷重によって押圧部材１１１を定着ロール１０１に向けて押圧すれば、弾性層１１１ｂが変形し、低摩擦層１１１ｃの接触面が定着ロール１０１の外周面に沿った形状に変形する。したがって、押圧部材１１１が圧縮コイルスプリング１１６によってエンドレスベルト１１５を介して定着ロール１０１に押圧されると、エンドレスベルト１１５は定着ロール１０１に隙間なく圧接される。

圧力ロール１１２は、コイルスプリング１１７によってエンドレスベルト１１５を介して定着ロール１０１に押圧されている。圧力ロール１１２で押圧されることにより、定着ロール１０１の被覆層（下地層１０３ａおよびトップコート層１０３ｂ）は局所的に弾性変形するようになっている。

エンドレスベルト１１５と定着ロール１０１との当接部は、未定着トナー１０８からなる未定着トナー画像が表面に形成された用紙１０７が挿通されるニップ部となる。
エンドレスベルト１１５は、例えばポリイミドフィルムにより形成されている。このエンドレスベルト１１５は、圧力ロール１１２および支持ロール１１３，１１４の周囲に巻回されている。圧力ロール１１２および支持ロール１１３，１１４はステンレス鋼によって形成されている。

この定着装置を用いて記録シート（普通紙）を定着する場合、ニップ部を通過中に用紙１０７が加熱されることにより、用紙１０７の繊維間および未定着トナー１０８の粒子間に含まれていた空気や水分が膨張ないし蒸発して、用紙１０７と定着ロール１０１との間に侵出し、この空気や水蒸気がニップ部内で気泡となって未定着トナー１０８を攪乱することが懸念される。

しかし、この定着装置では、エンドレスベルト１１５を押圧部材１１１の接触面によって定着ロール１０１に向けて押し付けており、この接触面が定着ロール１０１の外周面にほぼ倣った形状になっている。したがって、エンドレスベルト１１５を定着ロール１０１に対して隙間なく圧接することができ、これによって用紙１０７や未定着トナー１０８から空気や水蒸気が膨張してくるのを抑制することができる。このため、ニップ部内での気泡の発生および成長を抑制でき、成長した気泡によって未定着トナー１０８が攪乱されるのを防止することができる。

これと同時に、押圧部材１１１の接触面で大きな面積にわたって、エンドレスベルト１１５と定着ロール１０１との間に作用する圧接力を与えているので、ニップ部を通過する用紙１０７表面の未定着トナー１０８をエンドレスベルト１１５と定着ロール１０１とで確実に押さえて定着させることが可能である。このようにして、トナー像の乱れを防止しながら、トナー像を定着させることができる。すなわち、図１に記載の定着装置によれば、定着された画像にニジミやズレなどの乱れが生じるのを防止することが可能である。

一方、コート紙などの透気性が低い記録シートをニップ部に挿通させる場合には、トナー層中の空気をニップ部の圧力によって抑制することは難しい。記録シートの透気性が低いと、圧力を上げても空気を記録シート内部に保持することができず、空気の体積は若干減少するものの、その分圧力が増大し、周囲より圧力が低い部分に空気のよどみが生じることになる。この状態では画像乱れが生じてしまう。

これを防止するため、通常は、圧力付与部材の圧力分布をニップ入口側では低くして、後端に行くに従って増大し、圧力付与部材の下流側で最大圧力となるような圧力分布に設定している。すなわち、圧力付与部材の圧力分布を徐々に増加させて下流側で最大圧力とすることにより、空気は圧力の低いニップ入口側にスムーズに流れ、空気のよどみの発生が防止される。また、押圧部材１１１とその後方の圧力ロール１１２との境に圧力の低い部分が生じても、空気は最大圧力に打ち勝ってその低圧部分に流れ込むことが少なくなる。このため、滞留した空気がトナー像を乱すことが防止され、たとえコート紙であっても画像のニジミやズレ、乱れを防止することが可能となり、良好な画質が得られる。

しかしながら、上記ベルトニップ方式の定着装置には、以下のような問題がある。すなわち、高含水率あるいは折り癖がある等でニップ突入先端の辺が直線状ではない用紙を定着する場合、用紙の先端がニップに突入した際に受ける歪みがニップ内で蓄積されて、用紙の後半（下流側）に紙しわを発生させる場合がある。

一例として、波打がある用紙を定着する際、用紙先端辺の中央部が、両端部よりも早くニップに突入して搬送力を受ける状態では、用紙の後半には縦シワを発生させる力が働く。この力によって用紙に生ずる歪みが、用紙後端に行くに従い蓄積されて大きくなり、最終的に縦しわ（プロセス方向と同方向のしわ）が発生する。このように、用紙の先端が直線ではないために発生する、用紙先端が挟持される際の歪みは、それが微小な歪みであっても、用紙下流の紙しわを引き起こす原因となる。

また、本発明者らの実験より、縦シワにならない程度の歪みであっても、その歪みがニップ内でのトナーと定着部材（図１の例で言えば、定着ロール１０１）の密着を阻害し、画像のグロスが部分的に低下する画像欠陥（光沢ムラ）の発生を誘発することがわかっている。
また、定着対象が薄紙の場合、含水紙や折り癖のない紙であっても、紙の強度（コシ）が無いためにニップ突入時の先端形状が歪みやすいことから、上記の紙しわや画像欠陥が発生しやすくなる。

特開平１１−４５０２５号公報

したがって、本発明は、上記課題を解決するべくなされたものであり、その目的は、高含水紙、折り癖のある紙、あるいは薄紙等紙しわが発生し易い記録媒体を定着しようとする際、用紙先端のニップ突入を安定化することにより、紙しわや画像欠陥の発生を防止しながら、トナー像を定着させることができる定着装置を提供することである。

上記目的は、以下の第１および第２の２つの本発明により達成される。
すなわち第１の本発明は、記録媒体に形成された未定着トナー画像を定着させる定着装置であって、少なくとも、複数のロールで張架され、回転する無端状の定着ベルトと、該定着ベルトと当接して回転する無端状の加圧ベルトと、該加圧ベルトを挟んで前記定着ベルトに向けて面で押圧する圧接面を備えた押圧部材と、前記定着ベルトの周内に配置され、前記加圧ベルトおよび前記定着ベルトを挟んで前記押圧部材に対向し、当該両ベルト間に前記記録媒体が挿通されるニップ部を形成するニップ形成部材と、を有する定着装置において、
前記押圧部材の圧接面が、前記ニップ形成部材の表面形状に倣った圧接面形状を有し、その中央部よりも両端部が、前記定着ベルトの回転方向上流に延伸した形状であり、
前記記録媒体が前記ニップ部に進入する際、その先端辺における両端部が、中央部よりも早い段階で前記定着ベルトと前記加圧ベルトとに狭持されるように構成されてなることを特徴とする定着装置である。

第１の本発明は、上記の如きいわゆる「ベルト−ベルトニップ方式」の定着装置である。

第１の本発明のより具体的な構成としては、前記押圧部材の圧接面を、その中央部よりも両端部が、前記定着ベルトの回転方向上流に延伸した形状にすることが挙げられる。

一方、第２の本発明は、記録媒体に形成された未定着トナー画像を定着させる定着装置であって、少なくとも、表面に弾性体層が形成され、回転駆動する定着ロールと、該定着ロールに当接して従動回転すると共に、前記定着ロールとの間に前記記録媒体が挿通されるニップ部を形成する無端状の加圧ベルトと、前記加圧ベルトを介して前記定着ロールに向けて面で押圧する圧接面を備えた押圧部材と、を有する定着装置において、
前記押圧部材の圧接面に、前記定着ロールに向けて突出してその表面に歪みを与える突起を備え、
前記押圧部材の圧接面における前記定着ロールの回転方向と垂直方向の中央部側よりも両端部側が、前記定着ロールの回転方向上流になるように前記突起が設けられ、
前記突起による前記定着ロールの歪み量が、前記中央部側よりも前記両端部側の方が大きいことを特徴とする定着装置である。

第２の本発明の具体的な構成としては、前記突起の、前記押圧部材の圧接面の前記定着ロール方向へのの高さが、前記中央部側よりも前記両端部側の方が大きい構成が挙げられる。また、第２の本発明のより具体的な構成としては、前記突起がシャフト状であり、その直径が前記中央部側よりも前記両端部側の方が大きい構成が挙げられる。このシャフト状の前記突起は、前記押圧部材が、前記圧接面の最表面に低摩擦層が形成され、その下層として１層または２層以上の弾性体層が配されてなり、かつ、前記低摩擦層と前記弾性体層との間、または、前記２層以上の弾性体層相互の間にシャフト部材を配置することで形成することができる。
前記突起としては、前記両端部ないしその近傍にのみに配置される構成であってもよい。

前記第１の本発明の構成を上記第２の本発明の構成に取り入れることも好適である。すなわち、両構成を備える本発明の定着装置は、上記第２の本発明の定着装置であって、
前記記録媒体が前記ニップ部に進入する際、その先端辺における両端部が、中央部よりも早い段階で前記定着ロールと前記加圧ベルトとに挟持されるように構成されてなることを特徴とするものである。
この場合も、より具体的な構成としては、前記押圧部材の圧接面を、その中央部よりも両端部が、前記定着ロールの回転方向上流に延伸した形状にすることが挙げられる。

なお、本発明（本明細書において、単に「本発明」と言う場合には、第１の本発明および第２の本発明の双方を含むものとする。）においては、前記押圧部材として、前記ニップ部の出口近傍の前記加圧ベルトを押圧する第１の押圧部と、該第１の押圧部よりも前記ニップ部入口近傍の前記加圧ベルトを押圧する第２の押圧部とを含むものとすることができる。

第１の本発明の定着装置によれば、ニップ部に進入する際、記録媒体の両端部が中央部よりも早い段階で挟持されるため、特に先端辺が直線状でなくその中央部が突出しているような記録媒体であっても、その姿勢が安定して紙しわの発生を抑制することができる。

また、第１の本発明は、押圧部材（圧力付与部材）に関する改善であるため、定着ロールに張架されたエンドレスベルトと、そのエンドレスベルトとニップを形成するエンドレスベルトを有する、所謂「ベルト−ベルトニップ方式」（２ベルト方式）の構成であっても効果が発揮される。

一方、第２の本発明の定着装置によれば、前記押圧部材の前記圧接面に、前記定着ロールに歪みを与える突起を備え、かつ前記両端部が前記中央部よりも上流方向に配置されており、しかも、前記突起による前記定着ロールの歪み量が、前記中央部側よりも前記両端部側の方が大きくなるように構成されているので、記録媒体の搬送速度の歪みによる速度差の分布が生じ、記録媒体の後半（下流）を左右に拡げる力が作用し、紙しわが抑制されると共に画像欠陥の発生を抑制することも可能になる。

本発明の例示的一態様である第１の実施形態の定着装置の概略構成図である。第１の実施形態の定着装置における押圧部材の形態を、用紙と共に示す斜視図である。従来例としての押圧部材の形態を、用紙と共に示す斜視図である。第１の本発明の作用を説明するためのニップ部入口の模式図である。第１の本発明に使用可能な変形例としての押圧部材の形態を、用紙と共に示す斜視図である。第２の実施形態に用いた押圧部材の側面図である。第２の実施形態における金属シャフトの形状と配置を説明するために、図６中の弾性層および金属シャフトのみを抜き出して、用紙と共に示す斜視図である。第２の本発明の作用を説明するためのニップ部およびその周辺の模式図である。第２の実施形態の定着装置のニップ部全道程における両端部Ｙおよび中央部Ｘの歪み量を表すグラフである。第２の本発明に使用可能な変形例としての押圧部材の形態を、図７と同様、弾性層および金属シャフトのみを抜き出して、用紙と共に示す斜視図である。第２の本発明に使用可能な変形例であり、かつ、第１の本発明の構成を併せ持つ押圧部材の形態を、図７と同様、弾性層および金属シャフトのみを抜き出して、用紙と共に示す斜視図である。本発明の例示的一態様である第３の実施形態の定着装置の概略構成図である。本発明に使用可能な変形例としての押圧部材の形態を示す断面図である。従来からのベルトニップ方式の定着装置の模式断面図である。

以下、本発明を好ましい実施形態を挙げて、図面に基づき詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
まず、第１の本発明の例示的一態様である第１の実施形態の定着装置について説明する。

図１は、第１の実施形態の定着装置を示す概略構成図である。この定着装置では、加圧部材である圧力ロール１２および支持ロール１３，１４の計３本のロールによりエンドレスベルト（加圧ベルト）１５が張架されており、圧力ロール１２はエンドレスベルト１５をハロゲンランプ（加熱源）５が内蔵された定着ロール（ニップ形成部材）１に圧接するようになっている。

エンドレスベルト１５は、厚さ７５μｍ、幅３００ｍｍのポリイミド基材層の外周面に、厚さ４０μｍのテトラフルオロエチレン／ペルフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）がスプレーコートされて得られたものである。このエンドレスベルト１５は、圧力ロール１２および支持ロール１３，１４の計３本のロールの周囲に、約９８Ｎ（約１０ｋｇｆ）の張力で巻回されている。圧力ロール１２および支持ロール１３，１４はステンレス製であり、その直径は、圧力ロール１２が２３ｍｍで、支持ロール１３，１４は共に１８ｍｍである。

圧力ロール１２は、定着ロール１の回転方向（矢印Ｖ方向）における押圧部材１１の下流側に設けられており、コイルスプリング１７によって定着ロール１に約４９０Ｎ（約５０ｋｇｆ）の荷重で押圧されている。これにより、定着ロール１の下地層（弾性層）３ａとトップコート層３ｂに局部的な変形を生じさせるようになっている。この圧力ロール１２および押圧部材１１によって、エンドレスベルト１５が定着ロール１に巻き付いた状態で圧接されてニップ部を形成しており、当該ニップ部の幅（ニップ幅）は３０ｍｍとなっている。

押圧部材１１の軸方向（図１における奥行方向）長さは３３０ｍｍであり、ステンレス鋼製の基材（ベースプレート）１１ａに、シリコーンゴム（厚さ：３ｍｍ、硬度：１０゜（ＪＩＳ−Ａ））製の弾性層１１ｂが形成され、さらにその上にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含浸させたガラス繊維シート（厚さ：０．１ｍｍ）による摺動層１１ｃが形成されてなるものである。

本実施形態に特徴的な当該押圧部材１１の形態を、用紙（記録媒体）７と共に斜視図にして図２に示す。押圧部材１１は、図２に示されるように、両端部の加圧幅（搬送方向長さ）が２３ｍｍ、中央部の加圧幅が１７ｍｍであり、先端辺が、両端部と中央部とが直線で結ばれたＶ字形状をしている。また、押圧部材１１の圧接面の表面の形状は、定着ロール１の表面形状に倣うような曲面状に形成されている。
押圧部材１１の接触荷重は約６４７Ｎ（６６ｋｇｆ）に設定されており、押圧部材１１の平均接触圧力は、約９８ｋＰａ（約１．０ｋｇｆ／ｃｍ²）となっている。

定着ロール１は、内部に円筒状のコア２を有しており、モータ６によって周方向（矢印Ｖ方向）に回転駆動される。このコア２は、外径６２ｍｍ、長さ３５０ｍｍでありアルミニウムで形成されている。コア２の表面には、下地層３ａとして硬度３５゜（ＪＩＳ−Ａ）のＨＴＶシリコーンゴムが厚さ１．５ｍｍで直接被覆され、さらにその上にトップコート層３ｂとしてＰＦＡが厚さ３０μｍで鏡面に近い表面状態となるようにコートされている。なお、コア２としてはアルミニウム以外にも、熱伝導率の高い金属製のものを使用することができる。

コア２の内部には、加熱源として出力１０００Ｗのハロゲンランプ５が配置されており、定着ロール１の表面には温度センサ１０が配置され、この表面の温度を計測する。そして、温度センサ１０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５がフィードバック制御されて、定着ロール１の表面が１６０℃になるように調節される。
定着ロール１は、モータ６により周速度Ｖ＝２７０ｍｍ／ｓｅｃで回転しており、この回転によりエンドレスベルト１５も速度２７０ｍｍ／ｓｅｃで従動回転するようになっている。

次に、本実施形態の定着装置の動作について説明する。本実施形態の定着装置では、不図示の転写装置により用紙（記録媒体）７の表面に未定着トナー８からなる未定着トナー像が転写され、ニップ部に向けて矢印Ａ方向にこの用紙７が搬送されてくる。用紙７は、ニップ部の押圧部材１１の配されている位置に進入する。そして、ニップ部に作用する圧力と、ハロゲンランプ５によって定着ロール１を通じて与えられる熱とにより、未定着トナー８が用紙７表面に定着される。

本実施形態に特徴的な押圧部材１１は、既述のように先端辺がＶ字形状をしているが、従来の押圧部材は、直線状になっている。図３に、従来例としての押圧部材１１’の形態を、用紙（記録媒体）７と共に斜視図にして示す。従来例では、用紙７が進入する側の辺（先端辺）が直線状であるため、定着時に用紙７はその全域にわたり略同時にニップに進入し、定着ロール１とエンドレスベルト１５とに挟持され、搬送力を受ける。
これに対し、第１の本発明の特徴を具備した本実施形態の押圧部材１１は、その両端部が中央部よりも、定着ロール１の回転方向（矢印Ｖ方向）上流に延伸した形状となっている。

図４を用いて、第１の本発明の一例である本実施形態の作用並びに効果について説明する。ここで図４は、第１の本発明の作用を説明するためのニップ部入口の模式図である。
押圧部材１１の先端辺の両端部が、定着ロール１の回転方向（図４で言えば、用紙７の搬送方向Ａと同義。）上流に延伸しているため、ニップ部に用紙７が進入した際、用紙７の両端部が初めに挟持され、搬送力を受ける。このため、用紙７の中央部が先に挟持されることによる縦しわの発生を防止することができる。

上記の如き作用・効果を奏し得る押圧部材の変形例を図５に斜視図にて示す。本変形例の押圧部材１１”は、その圧接面の表面の形状が、定着ロール１の表面形状に倣うような曲面状に形成されており、また、その先端辺（定着ロール１の回転方向（図５で言えば、用紙７の搬送方向Ａと同義。）上流側の辺）が、湾曲形状をしている。そのため、当該先端辺の両端部が、矢印Ａ方向上流に延伸しており、用紙７はその両端部が初めに挟持され、搬送力を受ける。すなわち、本変形例の押圧部材１１”は、本実施形態に用いた押圧部材１１と同様の作用・効果が発揮される。

＜第２の実施形態＞
次に、第２の本発明の例示的一態様である第２の実施形態の定着装置について説明する。本実施形態の定着装置は、第１の実施形態の定着装置と押圧部材の構成が異なる点のみであり、その他の構成は全て同一であるため、第１の実施形態の定着装置を示す概略構成図である図１を共用することとし、新たな図示は省略するものとする。ただし、図１における押圧部材１１は、図６に示される構成の押圧部材２１に置き換えられる。ここで、図６は、第２の実施形態に用いた押圧部材の側面図である。

本実施形態に用いた押圧部材２１は、主として、ステンレス鋼製の基材２１ａに、シリコーンゴム（厚さ：３ｍｍ、硬度：１０゜（ＪＩＳ−Ａ））製の弾性層（弾性体層）２１ｂが形成され、その上に発泡シリコーンゴム（厚さ：１ｍｍ、硬度：１５゜（ａｓｋｅｒ−ｃ））製の保護層（弾性体層）２１ｄが形成され、さらにその上にポリテトラフルオロエチレンを含浸させたガラス繊維シート（厚さ：０．１５ｍｍ）による摺動層（低摩擦層）２１ｃが形成されてなるものである。

本実施形態に用いた押圧部材２１は、さらに、弾性層２１ｂと保護層２１ｄとの間に、金属シャフト（シャフト部材）１８が挟み込まれるように配置されている。硬質の金属シャフト１８の存在により、弾性層２１ｂ、保護層２１ｄおよび摺動層２１ｃに歪みが生じ、押圧部材２１の圧接面（摺動層２１ｃの表面）が迫り出して、シャフト状の突起２４が形成される。

図７は、本実施形態における金属シャフト１８の形状と配置を説明するために、図６中の弾性層２１ｂおよび金属シャフト１８のみを抜き出して、用紙（記録媒体）７と共に示す斜視図である。
金属シャフト１８はステンレス製であり、両端部の直径が１．２ｍｍ、中央部の直径が０．８ｍｍで、その間の直径は略一次関数的に変化している。金属シャフト１８の両端部は、押圧部材２１における定着ロール１の回転方向（図７で言えば、用紙７の搬送方向Ａと同義。）上流の側端部（ニップ入口）近傍に位置し、金属シャフト１８の中央部は金属シャフト１８の両端部から約１０ｍｍ下流側になるように曲げられた状態で配置される。

押圧部材２１の軸方向長さは３３０ｍｍ、搬送方向の接触幅（加圧幅）は２０ｍｍである。押圧部材２１の接触荷重は約６４７Ｎ（６６ｋｇｆ）に設定されており、押圧部材２１の平均接触圧力は、約９８ｋＰａ（約１．０ｋｇｆ／ｃｍ²）となっている。

本実施形態に特徴的な押圧部材２１は、既述のように弾性層２１ｂと保護層２１ｄとの間に、金属シャフト１８が挟み込まれるように配置されており、それに応じて、押圧部材２１の圧接面に突起２４が形成されている。そして、当該突起２４の形状が、定着ロール１の回転方向（図７で言えば、用紙７の搬送方向Ａと同義。）と垂直方向の中央部側よりも両端部側が、定着ロール１の回転方向上流になるように、かつ、当該突起２４による定着ロール１の歪み量が、前記中央部側よりも前記両端部側の方が大きくなるように構成されている。

図８を用いて、第２の本発明の一例である本実施形態の作用並びに効果について説明する。ここで図８は、第２の本発明の作用を説明するためのニップ部およびその周辺の模式図である。
一般的に、ニップ領域において定着ロール表面に歪み（表面層の延び）が発生すると、その部分における用紙の搬送速度が増加する。この速度増加量は、定着ロール表面の歪みが大きいほど、大きくなる。第２の本発明は、この原理を応用している。

つまり、硬質部材である金属シャフト１８により押圧部材２１の圧接面に突起２４を形成して、これで押圧することにより定着ロール１表面に歪みを作り、さらに、金属シャフト１８の径の調整により、「両端部Ｙの突起２４の大きさ」＞「中央部Ｘの突起２４の大きさ」としている。これは結局、押圧部材２１の圧接面により押圧される定着ロール１表面の歪みに着目すると、「両端部Ｙの歪み量」＞「中央部Ｘの歪み量」となる。

図９に、ニップ部全道程における両端部Ｙおよび中央部Ｘの歪み量を表すグラフを示す。図９のグラフからわかるように、両端部Ｙでは、ニップ部に用紙７が進入してすぐに大きな歪みが生じているのに対して、中央部Ｘでは、両端部Ｙよりも遅れて、しかもより小さな歪みしか生じていない。「両端部Ｙの歪み量」＞「中央部Ｘの歪み量」は、既述の通り「両端部Ｙにおける用紙７の搬送速度」＞「中央部Ｘにおける用紙７の搬送速度」となる。

このような、搬送方向Ａと垂直方向の箇所により速度分布が生じ、当該速度分布により、用紙７の後半（下流）・・・定着ロール１の回転方向（図８で言えば、用紙７の搬送方向Ａと同義。）の上流・・・に、用紙７を左右に拡げる力が作用し、紙しわの発生が防止される。第１の本発明の作用・効果は、用紙７の先端がニップ部に進入する瞬間に発揮されるのに対し、第２の本発明の作用・効果は、用紙７がニップ部を通過する比較的長い領域で発揮される。

上記の如き作用・効果を奏し得る押圧部材の変形例を、図７と同様、弾性層２１ｂおよび金属シャフト１８ａのみを抜き出して、用紙７と共に、図１０に斜視図にて示す。図１０に示されるように、当該変形例では、細長の円筒形（軸方向のいずれの箇所も径が同じ。）の金属シャフト１８ａが、定着ロール１の回転方向（図１０で言えば、用紙７の搬送方向Ａと同義。）の垂直方向の両端部近傍にのみ、その両端部が定着ロール１の回転方向上流側になるように配置されている。
この変形例においても、金属シャフト１８ａが存在せず定着ロール１表面に何ら歪みを与えない中央部と、これが存在する両端部とで、搬送速度に差異を生じるため、第２の本発明による効果が奏される。

さらに第２の本発明の構成は、第１の本発明の構成と組み合わせることで、両者の作用・効果を発現し得るものとなる。図１１は、第２の実施形態に用いた押圧部材の変形例であり、かつ、第１の本発明の構成を併せ持つ金属シャフト１８ｃを用いた定着装置の、図７と同様、弾性層２１ｂ’および金属シャフト１８ｃのみを抜き出して、用紙７と共に示す斜視図である。

当該変形例の押圧部材において、弾性層２１ｂ’および金属シャフト１８ｃの上層として積層される保護層（弾性体層）２１ｄ’および摺動層（低摩擦層）２１ｃ’も、図１１では省略されているが、図１１に示される弾性層２１ｂ’と同様、先端辺がＶ字形状をしている。
そのため、当該変形例の押圧部材を、図１に示す定着装置の押圧部材１１に代えて使用すると、第１の本発明と第２の本発明の双方の作用・効果を奏し得るものとなる。

すなわち、当該変形例の押圧部材の先端辺の両端部が、定着ロール１の回転方向（図１１で言えば、用紙７の搬送方向Ａと同義。）上流に延伸しているため、ニップ部に用紙７が進入した際、用紙７の両端部が初めに挟持され、搬送力を受ける。このため、用紙７の中央部が先に挟持されることによる縦しわの発生を防止することができる。

また、ニップ部に用紙７が進入した後は、搬送方向Ａと垂直方向の箇所により速度分布が生じることによって、用紙７を左右に拡げる力が作用し、紙しわの発生が防止される。
すなわちこの場合には、２つの効果が重畳され、より好適な紙しわ抑制効果が発揮される。

＜第３の実施形態＞
最後に、第１の本発明の他の例示的一態様である第３の実施形態の定着装置について説明する。本実施形態の定着装置は、いわゆるベルト−ベルトニップ方式のものである。

図１２は、第３の実施形態の定着装置を示す概略構成図である。本実施形態の定着装置は、第１の実施形態の定着装置における定着ロール１を、ベルトタイプの定着ベルトモジュール２０に置き換えたものであり、加圧ベルト側の構成は、第１の実施形態の定着装置と略同等である。したがって、図１２においては、第１の実施形態と同一の機能の部材には図１と同一の符号を付して、第１の実施形態と相違点にのみ触れ、その詳細な説明は省略することとする。すなわち、以下の説明において触れていない部分については、第１の実施形態と同様の構成である。

エンドレスベルト（加圧ベルト）１５は、圧力ロール１２および支持ロール１３，１４の計３本のロールの周囲に、約１４７Ｎ（約１０ｋｇｆ）の張力で巻回されている。また、圧力ロール１２および支持ロール１３，１４その直径は、圧力ロール１２が４０ｍｍで、支持ロール１３，１４は共に２５ｍｍである。

圧力ロール１２の定着ロール（ニップ形成部材）３１への押圧荷重は、約９８０Ｎ（約１００ｋｇｆ）であり、エンドレスベルト１５が定着ベルト３９を介して定着ロール３１に巻き付いた状態で圧接されてニップ部を形成しており、当該ニップ部の幅（ニップ幅）は４５ｍｍとなっている。

押圧部材１１は、第１の実施形態と同様、図２に示されるように先端辺がＶ字形状をしている形態であるが、両端部の加圧幅（搬送方向長さ）は２８ｍｍ、中央部の加圧幅が２２ｍｍとなっている。押圧部材１１の接触荷重は約９８０Ｎ（１００ｋｇｆ）に設定されており、押圧部材１１の平均接触圧力は、約１１８ｋＰａ（約１．２ｋｇｆ／ｃｍ²）となっている。

定着ロール３１は、内部に円筒状のコア２２を有しており、モータ２６によって周方向（矢印Ｖ”方向）に回転駆動される。このコア２２は、外径９６ｍｍ、長さ３５０ｍｍでありアルミニウムで形成されている。コア２２の表面には、下地層２３として硬度３５°（ＪＩＳ−Ａ）のＨＴＶシリコーンゴムが厚さ２ｍｍで直接被覆されている。なお、コア２２としてはアルミニウム以外にも、熱伝導率の高い金属製のものを使用することができる。

コア２の内部には、加熱源として出力１０００Ｗのハロゲンランプ２５が配置されており、定着ロール３１の表面には温度センサ３０が配置され、この表面の温度を計測する。そして、温度センサ３０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２５がフィードバック制御されて、定着ロール３１の表面が１７０℃になるように調節される。

無端状の定着ベルト３９は、定着ロール３１および外部加熱ロール２７，２７’の計３本のロールによって張架されており、厚さ７５μｍ、幅３００ｍｍのポリイミド基材層の外周面に、厚さ２００μｍのシリコーンゴム弾性層（硬度２０゜（ＪＩＳ−Ａ））、厚さ３０μｍのＰＦＡ離型層が形成されてなるものである。この定着ベルト３９は、前記３本のロールに約１４７Ｎ（約１５ｋｇｆ）の張力で巻回されている。

外部加熱ロール２７，２７’の内部には、それぞれ加熱源として出力１０００Ｗのハロゲンランプ３５，３５’が配置されている。また、外部加熱ロール２７，２７’の表面には、それぞれ温度センサ４０，４０’が配置され、この表面の温度を計測する。そして、温度センサ４０，４０’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３５，３５’がそれぞれフィードバック制御されて、外部加熱ロール２７，２７’の表面が１７０℃になるように調節される。
定着ロール３１は、モータ２６により周速度Ｖ＝３００ｍｍ／ｓｅｃで矢印Ｖ”方向に回転しており、この回転により定着ベルト３９とエンドレスベルト１５とが、速度３００ｍｍ／ｓｅｃで従動回転するようになっている。

定着ベルト３９は、一般的なベルトニップ方式の定着装置における定着ロール全体に比較して、非常に小熱容量となる。これまでの定着ロールのみで構成される場合の当該定着ロールの表面層に当たる部分が、別途定着ベルト３９を構成して、残りの定着ロール３１とは別に独立に加熱されるため、加熱に必要な時間を確保しやすく、また効率的かつ速やかに定着ベルト３９のみを所望の温度まで加熱することができ、高い高速安定性を実現することができる。よって、高速定着時の大きな課題であった温度ドループ（連続コピー時に一旦温度が低下しその後回復するという現象）の問題が解決される。

その他、定着温度を途中で切り替えたい（定着温度アップおよびダウンの双方を含む）場合にも、熱容量の小さな定着ベルト３９の温度のみを外部加熱ロール２７，２７’内のハロゲンランプ３５，３５’で調整すればよいので、所望の温度に切り替えることが容易であり、かつ速やかであると言った利点も有する。

そして、以上のような利点を有する、いわゆる「ベルト−ベルトニップ方式」の定着装置において、第１の本発明に特徴的な押圧部材の構成を適用した本実施形態では、第１の実施形態と同様、ニップ部に用紙７が進入した際、用紙７の両端部が初めに挟持され、搬送力を受ける。このため、用紙７の中央部が先に挟持されることによる縦しわの発生を防止することができる。

以上、本発明の画像定着装置について、３つの実施形態およびその変形例を挙げて説明したが、本発明はこれら構成に限定されるものではない。具体的に述べられている数値や材料、その他の構成部材や条件に関する事項も、あくまでも例示であって、本発明の内容を何ら制限するものではない。
本発明は、本発明における必須の構成要件を具備するものであれば問題なく、当業者は、公知の知見により上記各実施形態および変形例に対して種々の変更を加えることができる。

例えば、上記実施形態では、定着ロールの曲面形状に対応した曲面形状のみで構成される押圧部材のみを例に挙げて説明しているが、例えば、定着装置におけるニップ部の出口近傍の加圧ベルトを押圧する第１の押圧部と、前記第１の押圧部よりも前記ニップ部入口近傍の前記加圧ベルトを押圧する第２の押圧部と、に部材が分かれた構成の押圧部材についても、本発明を適用することができる。

このような構成の押圧部材は、第２の押圧部のる定着ロールに対する圧接面は、該定着ロールの曲面形状に倣う形状であり、第１の押圧部は、ニップ部の出口部分でニップ圧を局所的に高めるために前記定着ロールに向けて突出させた形状とした態様のものが提案されている。ニップ部の出口部分でニップ圧を局所的に高めることで、ニップ部に挿通される挿通される記録シートに極微小の歪み（本発明で課題とする、紙しわが生じるような歪みとは程度が全く異なるもの。）を生じさせて、記録シート自身のコシで定着ロールからの剥離が円滑に為されるといった効果が奏される。

当該押圧部材は、特に、フリーベルトニップヒューザーと呼ばれる定着装置（加圧ベルトがロールに張架されず、テンションが掛けられない状態で押圧部材により定着ロールに押圧されてニップ部が形成される方式の定着装置）において、特に好適に用いられる。

図１３に、かかる構成の押圧部材の例（押圧部材４１）を断面図にて示す。図１３に示されるように、押圧部材４１は、基材４１ａの他、第１の押圧部４１ｘと第２の押圧部４１ｙとに大きく分けられる。第２の押圧部４１ｙは、第１の実施形態における押圧部材１１と同様、弾性層（弾性体層）４１ｂおよび摺動層（低摩擦層）４１ｃが基材４１ａに形成されて構成される。そして、ニップ部の出口側に第１の押圧部４１ｘが、対向する定着ロールに向けて曲面上に突出した状態で配されている。

第１の押圧部４１ｘは、好適には、第２の押圧部４１ｙよりも剛性の高い材料で形成され、例えばアルミニウムなどの剛性体部材で形成されるものである。
押圧部材４１を第１の本発明の定着装置に適用する場合には、ニップ入口における押圧部材形状が特徴的なので、勿論、第２の押圧部４１ｙのニップ入口の先端辺が、両端部が中央部よりも延伸した形状（Ｖ時形状等）となっている。

一方、押圧部材４１を第２の本発明の定着装置に適用する場合にも、圧接面の突起は第２の押圧部４１ｙに設けられる。シャフト部材を押圧部材４１に埋め込む場合には、弾性層４１ｂと摺動層４１ｃとの間に配してもよいし、弾性層４１ｂを２層以上の積層構造として、その層間に配してもよい。勿論、第２の実施形態と同様に、弾性体層としての保護層を弾性層４１ｂと摺動層４１ｃとの間に新たに設けて、当該保護層と弾性層４１ｂとの間にシャフト部材を配しても構わない。

＜評価試験＞
以上説明した各実施形態の定着装置を用いて、それぞれ記載された装置条件にしたがい、実際に未定着トナー画像の定着を行い、画像ズレの発生を確認する試験を行った。試験条件は、紙しわが起こりやすいストレス条件とした。具体的には、用紙はＡ３サイズの王子製紙（株）製ＯＫ中質コート紙（坪量７２．３ｇ／ｍ²）とし、高温高湿条件（３０℃×８５％Ｒｈ）で調湿したものを用いた。当該用紙を２００枚連続で通紙した場合の紙しわの発生枚数を「紙しわ発生頻度」として評価した。

また、さらに感度の高いテストとして、Ａ４サイズの王子製紙（株）製ＯＫトップコートＮ（坪量１０４．７ｇ／ｍ²）に、サイアン・マゼンタ・イエローの３色のトナー（それぞれのＴＭＡ※＝４．０ｇ／ｍ²）を重ねたプロセスブラックを全面に転写した用紙を２０枚連続で通紙し、画像欠陥（部分的なトナー像の光沢ムラ）の発生枚数を目視評価した（※ＴＭＡ＝トナー画像の単位面積当たりのトナー質量）。

なお、従来例として、第１の実施形態の定着装置における押圧部材１１を、図３に示す押圧部材１１’に代えた定着装置についても同様の試験を行った。具体的には、層構成や各層の材料、厚さ等の各種条件は第１の実施形態と同一で、両端部と中央部とで同一の加圧幅（搬送方向長さ）２０ｍｍとなり、先端辺が直線状を示す形状の押圧部材とした。
評価試験の結果を下記表１に示す。

上記表１に示されるように、押圧部材を本発明に特徴的な構成とした第１〜第３の実施形態の定着装置によれば、紙しわおよび画像欠陥の発生を大幅に抑制できることがわかる。

１，３１，１０１：定着ロール（ニップ形成部材）、２，２２，１０２：コア、３ａ，２３，１０３ａ：下地層（弾性層）、３ｂ，１０３ｂ：トップコート層、５，２５，３５，３５’，１０５：ハロゲンランプ（加熱源）、６，２６，１０６：モータ、７，１０７：用紙（記録媒体）、８，１０８：未定着トナー、１０，３０，４０，４０’，１１０：温度センサ、１１，１１’，１１”，２１，４１，１１１：押圧部材、１１ａ，２１ａ，４１ａ，１１１ａ：基材、１１ｂ，２１ｂ，４１ｂ，１１１ｂ：弾性層（弾性体層）、１１ｃ，２１ｃ，４１ｃ，１１１ｃ：摺動層（低摩擦層）、１２，１１２：圧力ロール、１３，１４，１１３，１１４：支持ロール、１５，１１５：エンドレスベルト（加圧ベルト）、１７，１１７：コイルスプリング、１８，１８ａ，１８ｃ：金属シャフト（シャフト部材）、２０：定着ベルトモジュール、２１ｄ：保護層（弾性体層）、２４：突起、２７，２７’：外部加熱ロール、３９：定着ベルト、４１ｘ：第１の押圧部、４１ｙ：第２の押圧部、１１６：圧縮コイルスプリング

Claims

記録媒体に形成された未定着トナー画像を定着させる定着装置であって、少なくとも、複数のロールで張架され、回転する無端状の定着ベルトと、該定着ベルトと当接して回転する無端状の加圧ベルトと、該加圧ベルトを挟んで前記定着ベルトに向けて面で押圧する圧接面を備えた押圧部材と、前記定着ベルトの周内に配置され、前記加圧ベルトおよび前記定着ベルトを挟んで前記押圧部材に対向し、当該両ベルト間に前記記録媒体が挿通されるニップ部を形成するニップ形成部材と、を有する定着装置において、
前記押圧部材の圧接面が、前記ニップ形成部材の表面形状に倣った圧接面形状を有し、その中央部よりも両端部が、前記定着ベルトの回転方向上流に延伸した形状であり、
前記記録媒体が前記ニップ部に進入する際、その先端辺における両端部が、中央部よりも早い段階で前記定着ベルトと前記加圧ベルトとに狭持されるように構成されてなることを特徴とする定着装置。
前記ニップ形成部材が、表面に弾性体層が形成され、回転駆動する定着ロールであり、前記定着ベルトを張架する複数のロールの内の１つを担うことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記押圧部材が、前記ニップ部の出口近傍の前記加圧ベルトを押圧する第１の押圧部と、該第１の押圧部よりも前記ニップ部入口近傍の前記加圧ベルトを押圧する第２の押圧部とを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。