JP2011059247A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着ニップ部分の状態を定着状態に適した状態に調整可能にする。
【解決手段】ニップ形成部材２６における加圧ローラ３１とは反対側を、加圧ローラ３１の押圧によって位置が移動しないように、押圧部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃによって支持する。各押圧部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、加圧ローラ３１の軸方向に平行に延在し、ニップ形成部材２６を加圧ローラ３１の押圧を受けて支持するように配置する。そして、押圧部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃの位置を加圧ローラ３１方向へそれぞれ変位させ、ニップ形成部材２６の押圧状態を変えることにより、定着ニップＮ部分の湾曲形状、および記録媒体の定着ニップからの排出方向を変えることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、定着部材と加圧部材間のニップ部において記録媒体を加熱加圧することによって記録媒体上の形成画像に対する定着を行う定着装置、および該定着装置を備える画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式を利用した画像形成装置は広く知られている。その画像形成プロセスは、像担持体である感光体ドラムの表面に静電潜像を形成し、感光体ドラム上の静電潜像を現像剤であるトナーによって現像して可視像化し、現像された画像を転写装置により記録媒体に転写してトナー像を担持させる。その後、記録媒体上の未定着のトナー像を定着装置によって加圧／加熱し、記録媒体上のトナー像を定着するものである。

定着装置には、対向するローラまたはベルトあるいはそれらの組み合わせにより構成された定着回転体が設けられており、記録媒体である記録紙をニップ部にて挟み込み、加圧／加熱して、トナー像を記録紙上に定着する。

この種の定着装置には、従来より各種方式のものがある。

図１１は従来のベルト定着方式の定着装置を示す概略構成図であって、ベルト定着方式の定着装置は、加熱ヒータ２０１を有する加熱ローラ２０２と、表層にゴム層が設けられた定着ローラ２０３と、加熱ローラ２０２と定着ローラ２０３とに架設された定着ベルト２０４と、定着ベルト２０４を介して定着ローラ２０３に圧接して定着ニップＮを形成する加圧ローラ２０５とを具備するものである。

そしてトナー像が転写された記録媒体の記録紙Ｐが、定着ベルト２０４と加圧ローラ２０５間の定着ニップＮに搬送されると、記録紙Ｐが定着ニップＮを通過する過程において記録紙Ｐ上のトナー像が加熱および加圧されて、記録紙Ｐに定着される。

図１２は従来のフィルム加熱方式の定着装置を示す概略構成図であって、フィルム加熱方式の定着装置は、特許文献１に記載されているように、一般的に、セラミックヒータ２１１と加圧ローラ２１２との間に、耐熱性フィルム（定着ベルト）２１３を挟むようにして定着ニップＮを形成する構成のものである。

そして、定着ニップＮの耐熱性フィルム２１３と加圧ローラ２１２との間に記録紙を導入して、記録紙を挟持して耐熱性フィルム２１３と共に搬送させる。このとき定着ニップＮにおいて、記録紙に対してセラミックヒータ２１１からの熱が耐熱性フィルム２１３を介して加えられると共に加圧されて、記録紙上のトナー像が定着される。

前記フィルム加熱方式の定着装置は、セラミックヒータと、フィルムからなる低熱容量の部材を用いてオンデマンドタイプの装置を構成することができると共に、画像形成装置の画像形成実行時のみ、セラミックヒータに通電して所定の定着温度に発熱させた状態にすればよく、画像形成装置の電源オンから画像形成実行可能状態までの待ち時間が短く、かつスタンバイ時の消費電力も大幅に小さいなどの利点がある。

また、特許文献２に記載されているような加圧ベルト方式の定着装置では、表面が弾性変形する回転可能な加熱定着ロールと、加熱定着ロールに接触したまま走行可能なエンドレスベルトと、エンドレスベルトの内側に非回転状態で配置され、エンドレスベルトを加熱定着ロールに圧接させてエンドレスベルトと加熱定着ロールとの間に記録紙が通過するベルトニップを設ける加圧パッドとを備えている。

前記加圧ベルト方式の定着装置によれば、加圧パッドの押圧により加熱定着ロールの表面を弾性変形させ、用紙と加熱定着ロールとの接触面積を広げることにより、熱伝導効率を大幅に向上させ、エネルギ消費を抑制すると同時に小型化を実現することが可能となる。

しかし、前記従来技術において、特許文献１に記載されているフィルム加熱方式の定着装置では、定着ベルト（耐熱性フィルム）における耐久性と温度の安定性とに問題があった。

すなわち、セラミックヒータと、耐熱性フィルムからなる定着ベルトとの摺動面の耐磨耗性が不十分であり、長時間運転すると連続摩擦を繰り返す面が荒れて摩擦抵抗が増大し、定着ベルトの走行が不安定になるか、もしくは、定着装置の駆動トルクが増大するなどの現象が生じる（課題１）。

その結果、画像を形成する記録紙のスリップが生じて形成画像のずれが生じる。あるいは、駆動ギヤに加わる応力が増大し、ギヤの破損を引き起こすという不具合が発生する。

また、フィルム加熱方式の定着装置では、定着ベルトを定着ニップにおいて局所的に加熱しているため、回転する定着ベルトが定着ニップの入口に戻ってくる際に、ベルト温度は最も冷えた状態になり、特に、高速回転を行う場合、定着不良が生じやすいという問題がある（課題２）。

前記のような定着ベルトとセラミックヒータなどの固定部材との摺動性の問題を改善する手段として、特許文献２には、圧力パッドの表層に低摩擦シート（シート状摺動材）としてＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylene）を含浸させたガラス繊維シート（ＰＴＦＥ含浸ガラスクロス）を用いる方法が記載されている。

しかし、特許文献２，３に記載の加圧ベルト方式の定着装置では、定着ローラの熱容量が大きく昇温が遅いため、ウォームアップにかかる時間が長いという問題がある（課題３）。

そこで、課題１〜３を同時に解決する手段として、特許文献４，５に記載の技術が公開されている。

しかしながら、ウォームアップ時間の短縮化の結果、その弊害として、定着部材と加圧部材との温度差に起因する問題が顕在化している。

すなわち、定着装置において、定着部材側の温度は急速に上がるのに対し、加圧部材側の温度上昇率は低く、その結果、ウォームアップ時間が短くなるが、定着ニップを通過する記録紙の表裏面温度差が生じ、記録紙にカールが発生しやすくなる。言い換えると、記録紙の表裏面から蒸発する水分量の差によって、記録紙のカールが発生しやすくなる。

記録紙のカール発生としては、前記温度差の他に、定着ニップ部分の形状（曲率）も要因の一つであり、定着ニップ部分の形状の適正化も課題となっている。

本発明は、前記従来技術の課題を解決し、定着ニップ部分の形状を定着状態に適した状態に調整可能にした定着装置、および該定着装置を備える画像形成装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、定着部材と、前記定着部材を介して加圧ローラに対向設置されて前記定着部材と前記加圧ローラ間に定着ニップを形成するニップ形成部材と、前記ニップ形成部材を押圧する押圧部材とを備え、前記押圧部材による前記ニップ形成部材の変形によって、前記定着ニップにおける前記定着部材と前記加圧ローラとの接触面の曲率を変化可能にしたことを特徴とする。

本発明に係る定着装置によれば、定着ニップ部分の形状を定着部材側あるいは加圧ローラ側とにおいて任意に変えることが可能となるため、記録紙などの記録媒体に対する定着対応能力が向上する。

また、本発明に係る定着装置を搭載した画像形成装置によれば、良好な定着処理による高品位な画像形成が実現する。

本発明の実施形態を説明するための画像形成装置全体を正面から見た概略構成図 本発明の定着装置の実施形態１における要部を示す正面断面図 本発明の定着装置の実施形態２における要部を示す正面断面図 本発明の定着装置の実施形態２の側面図 本発明の定着装置の実施形態３における要部を示す正面断面図 本発明の定着装置の実施形態４における要部を示す正面断面図 図６におけるＡ部における圧力分布について測定した結果を示す図 本発明の定着装置の実施形態５における要部を示す断面図 本発明の定着装置の実施形態６における要部を示す断面図 図２に示す実施形態における保持部材における問題点の説明図 従来の定着装置を示す概略構成図 従来の他の定着装置を示す概略構成図

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は本発明の実施形態を説明するための画像形成装置全体を正面から見た概略構成図である。本例では画像形成装置としてタンデム型カラープリンタを示す。

図１において、画像形成装置本体１の上方に設置されたボトル収容部１０１には、各色（イエロー，マゼンタ，シアン，ブラック）に対応した４つのトナーボトル１０２Ｙ，１０２Ｍ，１０２Ｃ，１０２Ｋが着脱自在（交換自在）に設置されている。

ボトル収容部１０１の下方には中間転写ユニット８５が配設されている。中間転写ユニット８５に設置された中間転写ベルト７８に対向するように、各色（イエロー，マゼンタ，シアン，ブラック）に対応した作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋが並設されている。

各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋには、それぞれ感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋが配設されている。また、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋの周囲には、それぞれ、帯電部７５，現像部７６，クリーニング部７７，除電部（図示せず）などが配設されている。そして、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋは回転し、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ上に対して、下記の作像プロセス（帯電工程，露光工程，現像工程，転写工程，クリーニング工程）が行われて、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ上に各色の画像が形成される。

以下に感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋに対する作像プロセスについて説明する。

感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋは、図示しない駆動モータによって、図１において時計方向に回転駆動される。そして、帯電部７５（図１には感光体ドラム５Ｋに対応したもののみを示している）において感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋの表面が一様に帯電される（帯電工程）。

帯電された後、感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋの表面は、露光部３から発せられるレーザ光により照射・露光され、各色に対応した静電潜像が形成される（露光工程）。潜像が形成された感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋは、現像装置７６（図１には感光体ドラム５Ｋに対応したもののみを示している）により静電潜像がトナー現像されて、各色のトナー像が形成される（現像工程）。

感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ上のトナー像は、中間転写ベルト７８および第１転写バイアスローラ７９Ｙ，７９Ｍ，７９Ｃ，７９Ｋにより、中間転写ベルト７８上に転写される（１次転写工程）。このようにして中間転写ベルト７８上に重ねてトナー像が転写されることにより、中間転写ベルト７８上にカラー画像が形成される。

前記転写の後、感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋは、クリーニング部７７（図１には感光体ドラム５Ｋに対応したもののみを示している）に達して、感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋの表面に残存した未転写トナーがクリーニング部７７のクリーニングブレードによって機械的に回収される（クリーニング工程）。この後、除電部により感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋの表面の残留電位が除去される。

こうして、感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋに対する一連の作像プロセスが終了する。

次に、中間転写ベルト７８上で行われる一連の転写プロセスについて説明する。

中間転写ユニット８５は、無端状の中間転写ベルト７８と、４つの１次転写バイアスローラ７９Ｙ，７９Ｍ，７９Ｃ，７９Ｋと、２次転写バックアップローラ８２と、クリーニングバックアップローラ８３と、テンションローラ８４と、中間転写クリーニング部８０などにより構成されている。

中間転写ベルト７８は、２次転写バックアップローラ８２とクリーニングバックアップローラ８３とテンションローラ８４とに張架・支持され、２次転写バックアップローラ８２の回転駆動によって、図１における矢印方向に移動される。

１次転写バイアスローラ７９Ｙ，７９Ｍ，７９Ｃ，７９Ｋは、それぞれ中間転写ベルト７８を感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋとで挟み込むようにして１次転写ニップを形成している。１次転写バイアスローラ７９Ｙ，７９Ｍ，７９Ｃ，７９Ｋには、トナーの極性とは逆の転写バイアスが印加される。

中間転写ベルト７８は、矢印方向に走行して、中間転写ベルト７８と感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ間の１次転写ニップを順次通過する。こうして感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ上の各色のトナー像が、中間転写ベルト７８上に重ねて１次転写が行われる。

１次転写後、中間転写ベルト７８は２次転写ローラ８９との対向位置に達する。この位置で２次転写バックアップローラ８２は、２次転写ローラ８９とで中間転写ベルト７８を挟み込むようにして２次転写ニップを形成している。２次転写ニップにおいて、中間転写ベルト７８上に形成されている４色のトナー像が、搬送されてくる記録媒体Ｐ上に転写される。転写後、中間転写ベルト７８は、中間転写クリーニング部８０に達して、中間転写ベルト７８上の未転写トナーが回収される。

こうして、中間転写ベルト７８上で行われる一連の転写プロセスが終了する。

ここで、２次転写ニップの位置に搬送される記録媒体Ｐは、画像形成装置本体１の下方に配設された給紙部１２から、給紙ローラ９７およびレジストローラ９８を経由して搬送されるものである。

すなわち、給紙部１２には、転写紙などの記録媒体Ｐが複数枚重ねて収納される。そして、給紙ローラ９７が図１において反時計方向に回転駆動されると、最上位の記録媒体Ｐから順にレジストローラ９８に給送される。

レジストローラ９８に搬送された記録媒体Ｐは、回転駆動を停止したレジストローラ９８のローラニップの位置で一旦停止する。そして、中間転写ベルト７８上のトナー像にタイミングを合わせて、レジストローラ９８が回転駆動されることにより、記録媒体Ｐが前記２次転写ニップに向けて搬送される。このようにして、記録媒体Ｐ上にトナー像が転写される。

２次転写ニップでカラー画像が転写された記録媒体Ｐは定着装置２０に搬送される。そして、記録媒体Ｐは、定着装置２０において定着ベルト２１と加圧ローラ３１による加熱および加圧を受けて、表面に転写されたトナー像が記録媒体Ｐ上に定着される。

その後、記録媒体Ｐは、排紙ローラ９９を経て装置本体１外へと排出され、スタック部１００上に順次スタックされる。

このようにして、画像形成装置における一連の画像形成プロセスが完了する。

図２は本発明の定着装置の実施形態１における要部を示す正面断面図である。

図２において、定着装置２０内に、定着部材としての無端状のベルト状部材からなる定着ベルト２１と、定着ベルト２１内に設けられて定着ベルト２１を保持する保持部材の機能を備えると共に、定着ベルト２１に熱を伝える機能を果たすパイプ状の熱伝導部材２２と、加熱部材であるハロゲンヒータ２５と、定着ベルト２１に接して表面温度を検知する温度センサであるサーミスタ２８と、押圧部材３０と、定着ベルト２１と接して定着ニップＮを形成する加圧部材としての加圧ローラ３１などにより構成されている。

熱伝導部材２２は、定着ニップＮに対向する位置に凹部２２ａが形成され、凹部２２ａに、ニップ形成部材２６と、定着ベルト２１とニップ形成部材２６の間に配されたメッシュ状の潤滑シート２３と、熱伝導部材２２の凹部２２ａ底部とニップ形成部材２６の間に配された断熱材２７とが配設されている。

ニップ形成部材２６は、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどの弾性体から構成されており、定着ベルト２１の内面に対して摺動シート２３を介して間接的に摺動するようになっている。なお、ニップ形成部材２６が定着ベルト２１の内面に直接摺動する構成であってもよい。

熱伝導部材２２の凹部２２ａの形状としては、この形状に限定されず、平坦形状やその他の形状であってもよい。ただし、凹形状にした方が、記録媒体Ｐ先端の排出方向が加圧ローラ３１よりになり、定着ベルト２１からの分離性が向上するため、ジャムの発生が抑制される。

加圧ローラ３１は、中空の金属ローラにシリコーンゴム層が設けられ、外表面に離型性を得るために離型層（ＰＦＡ樹脂層またはＰＴＦＥ樹脂層）が設けられている。

また、加圧ローラ３１は、画像形成装置に設けられたモータなどの駆動源からギヤ列などを介して駆動力が伝達され回転駆動される。さらに、加圧ローラ３１は、スプリングなどにより定着ベルト２１側に押し付けられており、加圧ローラ３１のゴム層が押し潰されて変形することにより，定着ニップＮにおいて所定のニップ幅が形成される。

加圧ローラ３１は、中実のローラから形成してもよいが、中空の方が熱容量が少なくて好ましい。また、加圧ローラ３１にハロゲンヒータなどの加熱源を設けるようにしてもよい。

加圧ローラ３１におけるシリコーンゴム層はソリッドゴムでもよいが、加圧ローラ３１内部にヒータなどの加熱源がない場合は、スポンジゴムを用いてもよい。スポンジゴムの方が断熱性が高まり、定着ベルト２１の熱が加圧ローラ３１に伝導し難くなるため望ましい。

定着ベルト２１は、ニッケルやステンレスなどの金属ベルトや、ポリイミドなどの樹脂材料を用いた無端ベルト（もしくはフィルム）とする。定着ベルト２１の表層はＰＦＡ樹脂層またはＰＴＦＥ樹脂などの離型層を有し、記録媒体Ｐ上のトナーが付着しないように離型性をもたせている。

また、定着ベルト２１の基材とＰＦＡ樹脂層（またはＰＴＦＥ樹脂）との間には、シリコーンゴム層などの弾性層を形成するようにしてもよい。シリコーンゴム層がない場合は熱容量が小さくなり、定着性が向上するが、未定着トナー画像を押し潰してしまい、定着の際に定着ベルト２１の表面の微妙な凹凸が画像に転写されて、画像のベタ部にユズ肌状の跡が残るという不具合が生じる。これを改善するには、シリコーンゴム層を１００μｍ以上設ける必要がある。シリコーンゴム層の変形により、微妙な凹凸が吸収されユズ肌画像が改善する。

中空の熱伝導部材２２は材質としてアルミ，鉄，ステンレスなどのパイプ状金属を用いる。本実施形態の熱伝導部材２２は、定着ベルト２１の直径より１ｍｍ直径の小さい円形としている。しかし、定着ベルト２１の断面形状としては、円形に限定されず、角型であっても、その他の断面形状であってもよい。

熱伝導部材２２の凹部２２ａの内部には、ニップ部形成部材２６と断熱材２７が収納されており、熱伝導部材２２の内部には、これらを支持するための押圧部材３０が設けられている。この場合、ハロゲンヒータ２５などからの輻射熱などにより、押圧部材３０が加熱されてしまう場合、押圧部材３０の表面に断熱処理あるいは鏡面処理を施して、過熱されることを防止する。これにより無駄なエネルギー消費を抑制することができる。

また、熱伝導部材２２を昇温させる熱源としては、図示したハロゲンヒータ２５でもよいが、後述するようなＩＨ（誘導加熱）方式にしてもよい。さらに、抵抗発熱体やカーボンヒータなども使用することができる。

定着ベルト２１の加熱方法としては、図２に示すように、熱伝導部材２２を介して定着ベルト２１を加熱する以外に、定着ベルト２１を直接的に加熱するようにしてもよい。

定着ベルト２１は加圧ローラ３１により連れ回り回転する。図２に示す構成の場合は、加圧ローラ３１が図示しない駆動源により回転し、定着ニップＮで定着ベルト２１に駆動力が伝達されることによって定着ベルト２１が回転する。

定着ベルト２１は、定着ニップＮにおいてニップ部形成部材２６と加圧ローラ３１とで挟み込まれて回転するが、定着ニップＮ以外では熱伝導部材２２に移送ガイドされて、一定の距離以上に定着ベルト２１の位置が熱伝導部材２２から離れてしまわないようになっている。

定着ベルト２１と熱伝導部材２２との界面には、シリコーンオイルやフッ素グリスなどの潤滑剤を介在させている。そして、熱伝導部材２２の表面の表面粗さを潤滑剤の粒径以上として、潤滑剤を保持しやすくしている。

熱伝導部材２２の表面を粗らす方法としては、サンドブラストのように物理的に粗らす方法や、エッチングのように化学的に粗らす方法、あるいは、小径ビーズを混ぜた塗料を塗布する方法などあるが、何れの方法も採用することができる。

実施形態１では、熱伝導部材２２内部に、該熱伝導部材２２の凹部２２ａを定着ニップＮ方向に押圧する押圧部材３０を設けており、この押圧部材３０が弾性体のニップ部形成部材２６を押圧して変形させることにより、形成される定着ニップＮの間隙，形状などを調整することができるようになっている。押圧部材３０による調整制御は、図示しない駆動装置によって変位移動して、定着装置２０に送られてくる記録媒体Ｐの状態、あるいは定着ニップＮの温度状態に応じて行われる。

図３は本発明の定着装置の実施形態２における要部を示す正面断面図、図４は実施形態２の側面図である。なお、以下の説明において、既に説明した部材に対応する部材には同一符号を付して詳しい説明は省略する。

実施形態２では、熱伝導部材２２における定着ニップＮに対向する部位に、受け孔部２２ｂが突設され、受け孔部２２ｂ内にニップ形成部材２６と断熱材２７が設けられ、さらに断熱材２７を介してニップ形成部材２６を押圧する複数（本例では３本）の押圧部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃが設けられている構成である。

ニップ形成部材２６はシリコーンゴム，フッ素ゴムなどの弾性体から構成されている。ニップ形成部材２６の加圧ローラ３１側は、加圧ローラ３１の外径曲率に近似した湾曲面を有し、断熱材２７を介して受け孔部２２ｂに加圧ローラ３１方向に移動可能に支持されている。

定着ニップＮを形成する際には、図示しないスプリングなどの付勢手段により加圧ローラ３１がニップ形成部材２６に押し当てられることにより、定着ベルト２１との間にニップを形成している。

ニップ形成部材２６における加圧ローラ３１とは反対側は、加圧ローラ３１の押圧によって位置が移動しないように、押圧部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃによって支持されている。実施形態１では単体の押圧部材３０によってニップ形成部材２６を支持しているが、実施形態２では、３本の押圧部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃによって支持されている。

各押圧部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、加圧ローラ３１の軸方向に平行に延在し、ニップ形成部材２６を加圧ローラ３１の押圧を受けて支持するように配置されている。

本実施形態では、押圧部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃの長さが異なるように示しているが、実際には同じ長さであってもよく、定着装置にて使用許容な記録媒体サイズ幅以上であればよい。

各押圧部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、それぞれが図３に示すように、ニップ形成部材２６を分割して支持する構成となっており、記録媒体が図３における下方より進入してくる場合には、定着ニップＮの記録媒体入口側に押圧部材３０ｃ、ニップ中央付近に押圧部材３０ｂ、ニップ出口付近に押圧部材３０ａをそれぞれ配置してある。

定着ニップＮの機能は、記録媒体上の未定着トナーを溶かして、圧力を加えて記録媒体にトナーを固定することである。トナーに与える熱は、記録媒体上のトナーが定着ベルト２１に接することによって熱伝達される。この熱によりトナーが溶融し、ニップ形成部材２６と加圧ローラ３１に挟まれたニップ部分の圧力によって強くトナーが転写紙に密着することになる。

このときの定着ニップ内の圧力分布について図７を参照して説明する。図７は後述する図６におけるＡ部における圧力分布について測定した結果（圧力＝０〜１．８Ｎ／ｍｍ^２）を示す図である。

一般的に、円形の加圧ローラ３１とニップ形成部材２６の間には、弾性体であるニップ形成部材２６の変形により、図７に示すような応力分布が発生し、定着ニップＮにおける記録媒体入口／出口付近の圧力は中央部に比べて低くなってしまう。定着ニップＮではトナーに与える熱量（ニップ通過時間）が決まっているため、記録媒体通過速度に応じてニップ通過時間は所定の時間が必要となる。よって、より速い記録媒体通過速度では、より広いニップ幅が必要となる（ニップ通過時間＝ニップ幅／記録媒体通過速度）。

この場合、定着ニップＮにおける湾曲幅が異なって、湾曲幅が広すぎると記録媒体がニップ出口で加圧ローラ３１側に向きすぎたり、逆に湾曲幅が狭いと定着ベルト２１側に巻き付くように記録媒体が排出されやすくなる。

このため、定着ベルト２１や加圧ローラ３１に記録媒体が巻き付いたり、記録媒体のカールが大きくなったり、過剰な熱がトナーに与えられてオフセットや光沢ムラとなったり、あるいは熱が不十分で定着不良やオフセットが発生したりする場合がある。

また、同じ熱量を与えてもトナーが密着し難い記録媒体を使用する場合には、圧力が不足して前記と同様の不具合が発生する場合もある。

そこで実施形態２では、押圧部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃの位置を加圧ローラ３１方向へそれぞれ変位可能にすることにより、定着ニップＮ部分の湾曲形状、および記録媒体の定着ニップからの排出方向を変えることができる構成となっている。

この構成により、例えば、記録媒体である記録紙のカール発生方向に対応して定着ニップの向きを変えたり、あるいは定着部材への記録紙の巻付きが生じる場合などには、定着ニップ部分にて記録紙排出方向を変えたりすることができる。

押圧部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃの支持は、定着装置の図示しない側板などに移動可能に設けることによって行われる。

図５は本発明の定着装置の実施形態３における要部を示す正面断面図であって、実施形態３では、ニップ形成部材２６における押圧部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃ側の曲率を、加圧ローラ３１の曲率と近似させた構成のものである。

実施形態３において、ニップ形成部材２６の湾曲面２６ａと、押圧部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃにおけるニップ形成部材２６側の湾曲面３０ｄ，３０ｅ，３０ｆとを同じ曲率にし、ニップ形成部材２６の厚さは均一となるようにすることにより、各押圧部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃの押圧による定着ニップＮ内の応力分布を均一化するようにしている。

これにより押圧部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃの位置変動（調整などによる位置変動を含む）に対しても、弾性体であるニップ形成部材２６の変形による圧力分布のムラを低減させることが可能となる。

ここで、加圧ローラ３１の半径がｒ、ニップ形成部材２６の厚さがｔであるとき、押圧部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃの湾曲面３０ｄ，３０ｅ，３０ｆによる曲率を１／Ｒ、定着ニップＮの曲率を１／ｒとしたとき、１／ｒ ＞ １／Ｒ ＞ １／（ｒ＋ｔ）とする。

図６は本発明の定着装置の実施形態４における要部を示す正面断面図であって、前記実施形態における押圧部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃを駆動するための一例を示す正面断面図である。

図６において、加圧部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃの一端は、該加圧部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃに沿って延在する円筒形をなす偏芯カム３２に接触している。偏芯カム３２は図示しない駆動部材によって回転駆動される。

偏芯カム３２の回転によって独立した加圧部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃの位置をそれぞれ変位させることができ、例えば、定着ニップＮの記録媒体出口において記録媒体を加圧ローラ３１側に向けたい場合には、偏芯カム３２を図６における時計回りに回転させる。逆に、記録媒体を定着ベルト２１側に向けたい場合には、偏芯カム３２を反時計回りに回転させる。このように、駆動部材によってニップ形成部材２６の曲率を変化させることによって、前述のような不具合の発生を防止することができる。

本例では、加圧ローラ３１側にはヒータを配置していないため、電源投入直後には、ハロゲンヒータ２５により加熱される定着ベルト２１の温度上昇に対して、加圧ローラ３１の温度の温度上量率は低く、加圧ローラ３１の表面の弾性体（シリコーンゴムなど）の硬度が高い。そのため、電源投入直後には記録媒体である用紙は加圧ローラ３１側へ向くが、加圧ローラ３１の温度上昇に伴い徐々に定着ベルト２１側へ向くことになる。

このため、本実施形態では、例えば、電源投入直後に加圧ローラ３１に用紙が巻き付き、加圧ローラ３１の温度上昇により定着ベルト２１に用紙が巻き付くような場合に対応するため、加圧ローラ３１の温度を検知し、検知された温度に応じて定着ニップＮにおいて適正なニップ方向を得るように偏芯カム３２の回転を制御することにより、前記巻き付きを防止して、搬送品質を上げることが可能となる。

また、図８に示す本発明の定着装置の実施形態５のように、加熱部材としてハロゲンヒータやカーボンヒータなどの前記ヒータ２５に代えて、定着ベルト２１の外側に対向させて、誘導加熱（Induction Heating：ＩＨ）の電磁誘導を利用して加熱する誘導加熱部４０を設置して、定着ベルト２１を加熱する構成にすることも考えられる。

誘導加熱部４０は、励磁コイル，コア，コイルガイドなどにより構成される。励磁コイルは、定着ベルト２１の一部を覆うように、細線を束ねたリッツ線を幅方向に延設したものである。コイルガイドは、耐熱性の高い樹脂材料などからなり、励磁コイルやコアを保持する。コアは、フェライトなどの強磁性体（比透磁率が１０００〜３０００程度）からなる半円筒状部材であって、熱伝導部材２２に向けて効率のよい磁束を形成するためにセンターコアやサイドコアが設けられている。コアは、幅方向に延設された励磁コイルに対向するように設置されている。

このように構成された誘導加熱部４０は、次のように動作する。

定着ベルト２１が回転駆動されると、定着ベルト２１は誘導加熱部４０との対向位置で加熱される。具体的には、励磁コイルに高周波の交番電流を流すことによって熱伝導部材２２の周囲に、磁力線が双方向に交互に切り替わるように形成される。このとき、熱伝導部材２２の表面に渦電流が生じて、熱伝導部材２２自体の電気抵抗によってジュール熱が発生する。このジュール熱によって、熱伝導部材２２が電磁誘導加熱され、さらに加熱された熱伝導部材２２によって定着ベルト２１が加熱されることになる。

なお、熱伝導部材２２を効率的に電磁誘導加熱するためには、誘導加熱部４０を熱伝導部材２２の周方向全域に対向するように構成することが好ましい。また、熱伝導部材２２の材料としては、ニッケル，ステンレス，鉄，銅，コバルト，クロム，アルミニウム，金，白金，銀，スズ，パラジウム、これらの中から選択された複数の金属からなる合金などを用いることができる。

また、前記誘導加熱部４０は熱伝導部材２２を介して定着ベルト２１を加熱する構成になっているが、図９に示す本発明の定着装置の実施形態６のように、誘導加熱部４０により定着ベルト２１を直接的に加熱する構成することも考えられる。

すなわち、図９に示す定着ベルト２１は、図示しないが内層として導電層を具備しており、誘導加熱部４０の磁力線が定着ベルト２１内の導電層を横切る際に、導電層には、磁力線の交流磁界の変化を妨げる磁界を生成するように渦電流が生じる。この渦電流が導電層を流れることによって、導電層の抵抗値に比例したジュール熱が発生し、定着ベルト２１が加熱される構成になっている。

また、本実施形態において、定着ベルト２１の内周面に接触あるいは対向し、定着ベルト２１を保持すると共に加熱する熱伝導部材２２を、薄肉の金属板を曲げ加工してパイプ状に形成している。これにより、製造コストが比較的安価であって、定着ベルト２１の加熱効率が高くなり、ウォームアップ時間やファーストプリント時間が短く、装置を高速化した場合であっても定着不良などが生じることを抑止することができる。

前記熱伝導部材２２において、図２に示す実施形態の構成のように、曲げ加工後の側端部分２２ｃを開放したままであると、図１０の説明図のように、スプリングバックが生じて側端部分２２ｃが開き傾向になり、定着ベルト２１との間に接触ムラや接触圧のムラを生じさせてしまう。

そこで、熱伝導部材２２の側端部分２２ｃについては、熱伝導部材２２の幅方向（軸方向）の少なくとも一部を接合状態にしてスプリングバックにより側端部分２２ａが開くことがないようにする必要がある。例えば、側端部分２２ｃに溶接を施して接合することが考えられる。

また、図２に示す熱伝導部材２２では、ニップ形成部材２６などを収納する凹部２２ａが形成されるが、凹部２２ａにおける熱伝導部材２２の角部２２ｄおよびその近傍が、定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１に接触すると、熱伝導部材２２に変形が生じ（特に加圧ローラ３１との圧接状態にて生じやすい）、定着ベルト２１と熱伝導部材２２との間に接触ムラを生じさせてしまう。

そこで、本例では、熱伝導部材２２を、その角部２２ｄを含めて定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１には接触しない構成にしている。具体的には、加圧ローラ３１に対して、ニップ部Ｎ近傍より離れて熱伝導部材２２の角部２２ｄが位置するように設定されている。

また、本実施形態では、加圧部材として加圧ローラ３１を用いた定着装置に対して本発明を適用したが、加圧部材として加圧ベルトや加圧パッドを用いた定着装置に対しても本発明を適用することができる。そして、その場合にも、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態では、定着部材として複層構造の定着ベルト２１を用いたが、定着部材としてポリイミド樹脂，ポリアミド樹脂，フッ素樹脂、あるいは薄板状金属などからなる無端状の定着フィルムを用いることもできる。そして、その場合にも、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

本発明は、電子写真方式，静電記録方式などの画像形成において形成画像の定着処理を行う定着装置、および該定着装置を備える複写機，プリンタ，ファクシミリ装置、およびこれらの複合機などの画像形成装置における定着部に適用可能である。

１ 画像形成装置本体
２０ 定着装置
２１ 定着ベルト（定着部材）
２２ 熱伝導部材
２２ａ 凹部
２２ｂ 受け孔部
２５ ハロゲンヒータ（加熱部材）
２６ ニップ形成部材
２７ 断熱部材
２８ サーミスタ
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ 押圧部材
３０ｄ，３０ｅ，３０ｆ 押圧部材の湾曲面
３１ 加圧ローラ（加圧部材）
４０ 誘導加熱部
Ｎ ニップ部

特開平４−４４０７５号公報 特開平８−２６２９０３号公報 特開平１０−２１３９８４号公報 特開２００７−３３４２０５号公報 特開２００８−１５８４８２号公報

Claims (12)

1. 定着部材と、
   前記定着部材を介して加圧ローラに対向設置されて前記定着部材と前記加圧ローラ間に定着ニップを形成するニップ形成部材と、
   前記ニップ形成部材を押圧する押圧部材とを備え、
   前記押圧部材による前記ニップ形成部材の変形によって、前記定着ニップにおける前記定着部材と前記加圧ローラとの接触面の曲率を変化可能にしたことを特徴とする定着装置。
2. 前記押圧部材を複数の部材により構成し、該各押圧部材を適宜変位させることにより、前記定着ニップにおける前記曲率を変化可能にしたことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記ニップ形成部材と前記押圧部材との接触面を前記加圧ローラの曲率に近似させたことを特徴とする請求項１または２記載の定着装置。
4. 前記押圧部材の先端部曲率１／Ｒは、前記定着ニップの曲率を１／ｒ（ｒは前記加圧ローラの半径）、前記ニップ形成部材の厚さをｔとしたときに、１／ｒ ＞ １／Ｒ ＞ １／（ｒ＋ｔ）としたことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の定着装置。
5. 前記押圧部材を駆動する駆動部材を備えたことを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の定着装置。
6. 前記押圧部材は前記加圧ローラの表面温度に応じて位置制御されることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載の定着装置。
7. 前記定着部材が、無端状のベルト部材から構成されていることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
8. 前記定着装置を加熱する加熱部材をさらに具備し、
   前記加熱部材を、前記定着部材の外部に設置したことを特徴とする請求項１または７記載の定着装置。
9. 前記定着装置を加熱する加熱部材をさらに具備し、
   前記加熱部材が、定着部材の外周部を直接的に加熱することを特徴とする請求項８記載の定着装置。
10. 前記定着部材が、無端状のベルト部材と、該ベルト部材の内周に接する保持部材とから構成されていることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
11. 前記加熱部材が、前記保持部材の内部に設置され、該保持部材を介して前記ベルト部材を加熱することを特徴とする請求項１０記載の定着装置。
12. 前記定着装置を加熱する加熱部材をさらに具備し、
    記録媒体に対して画像を形成する画像形成部と、該画像形成部にて画像が形成された記録媒体に対して定着処理を行う定着部とを備えた画像形成装置において、前記定着部として請求項１〜１１いずれか１項記載の定着装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置。

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