JP2011070070A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着装置におけるニップ形成部材としての機能を満たしつつ、製作コスト、およびメンテナンスコストを低減できる構成にする。
【解決手段】ニップ形成部材２６を、低摩擦シート２３と、下面に凹部４０ａを有し、かつ定着ニップ側に配されるゴムパッド４０と、ゴムパッド４０の凹部４０ａに嵌合する凸部４１ａを有する金属製のシート固定板４１とから構成する。組立時に、ゴムパッド４０の外周部を低摩擦シート２３にて覆った状態で、ゴムパッド４０の凹部４０ａにシート固定板４１の凸部４１ａを嵌合させることにより、低摩擦シート２３が巻き付いた状態のニップ形成部材２６のユニット体を製作する。
【選択図】図３

Description

本発明は、定着部材と加圧部材間の定着ニップにおい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１５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１６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、エネルギー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、本発明者らは特許文献４に記載の構成の定着方式を提案した。また、特許文献５，６に記載の定着装置では、特許文献４に記載の装置において、定着ベルト内にニップ形成部材を設け、ニップ形成部材が定着ベルトを介して加圧ローラに圧接することにより定着ニップを形成している。

前記ニップ形成部材は、定着ベルトを介して加圧ローラと圧接し、かつ周方向へ回転移動する定着ベルトと摺動接触する。このため、ニップ形成部材の表面は低摩擦性を有する必要がある。また、同時に高画質化するためには記録媒体表面の微小な凹凸に対して追従する必要があり、ゴムのような弾性機能も求められる。しかしながら、一般的にゴムは高摩擦体であるため、そのままでの使用は難しい。

そこで、ゴム表面に低摩擦シートを設けることにより、ゴムの弾性と低摩擦を両立することができるが、低摩擦シートは定着ベルトの回転移動によって回転方向下流側においてせん断力を受け続けるため、低摩擦シートをニップ形成部材の表面に強固に固定する必要がある。

しかしながら、定着装置が搭載される画像形成装置においては、特に高速立ち上げを求められており、小型装置においてはレイアウトスペースも限られている。このため、ネジなどの締結部材を用いて低摩擦シートを固定する場合に小型ネジを多数使用すると、部品点数の増加はもちろん、組付性が著しく低下するために、製作コストが非常に高くなってしまう。

また、市場において、前記部品からなる定着装置を分解・再組立することは難しく、ニップ形成部材を構成する全ての部品は、最も耐久性が短い部品の寿命に律速されてしまい、メンテナンスコストも増大する。

本発明は、前記従来の課題を解決し、ニップ形成部材としての機能を満たしつつ、製作コスト、およびメンテナンスコストを低減できる定着装置、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、可撓性を有する無端状の定着部材と、該定着部材を介して加圧部材に対向設置されて前記定着部材と前記加圧部材間に定着ニップを形成するニップ形成部材とを備え、前記定着部材と前記加圧部材間に定着対象の記録媒体が搬送される定着ニップを形成する構成の定着装置において、前記ニップ形成部材を複数の部材から形成し、前記定着ニップに介在させる低摩擦シートを前記複数の部材により挟持固定したことを特徴とし、この構成によって、複数の部材により低摩擦シートを挟持固定することにより、低摩擦シートを含むニップ形成部材のユニット部品化がなされるため、組付性が良く、製作コストの低廉化を図ることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の定着装置において、ニップ形成部材を構成する複数の部材は、ゴム，樹脂、あるいは金属からなる板状部材によって構成されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載の定着装置において、ニップ形成部材を構成する複数の部品は、嵌合して組み付けられていることを特徴とし、この構成によって、ネジなどの締結部品を使用することなく組み付けが行われるため、さらに組付性が良く、製作コストの低廉化を図ることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３いずれか１項記載の定着装置において、低摩擦シートはＰＴＦＥ樹脂製の多孔質シートであり、複数の部品においてニップ形成部材における定着ニップ側に最も近い部材はフッ素樹脂製あるいはシリコーンゴム製の部材であることを特徴とし、この構成によって、摺動性能、および定着ニップにおける内面圧均一化性能が向上する。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４いずれか１項記載の定着装置において、ニップ形成部材は、ゴム製のパッド部材と金属製のシート固定部材との２つの部材から構成され、パッド部材とシート固定部材とにより低摩擦シートを挟み込みながら、パッド部材とシート固定部材とを嵌合して組み付けられることを特徴とし、この構成によって、各部材を嵌め合わせにより組み立てることにより、ネジなどの締結部材を使用することなく、低摩擦シートを確実に固定保持することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５いずれか１項記載の定着装置において、ニップ形成部材を構成する複数の部品において、低摩擦シートのみを交換可能にしたことを特徴とし、この構成によって、低摩擦シートのみを交換部品とすることにより、メンテナンスコストを抑えることができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６いずれか１項記載の定着装置において、定着部材の内部に、該定着部材の形状を保持する保持部材を設けたことを特徴とし、この構成によって、定着部材の断面形状を保持することができる。

請求項８に記載の発明は、請求項７記載の定着装置において、保持部材は、ニップ形成部材の位置を保持する機能を兼ね備えていることを特徴とし、また、請求項９に記載の発明は、請求項７記載の定着装置において、保持部材における定着ニップ部分に形成された凹部内に、ニップ形成部材を保持したことを特徴とし、この構成によって、ニップ形成部材が確実に保持することができる。

請求項１０に記載の発明は、請求項７〜９いずれか１項記載の定着装置において、保持部材を加熱する加熱部材を設け、該加熱部材により加熱された保持部材を介して定着部材を加熱することを特徴とし、また、請求項１１に記載の発明は、請求項７〜１０いずれか１項記載の定着装置において、保持部材はパイプ状金属体により形成されていることを特徴とし、この構成によって、定着部材の形状を保持する保持部材が定着部材を加熱する機能をも兼ね備えることができる。

請求項１２に記載の発明は、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項に記載の定着装置を設置したことを特徴とし、この構成によって、画像形成装置全体として、製作コストの低廉化を図ることができる。

本発明に係る定着装置によれば、複数の部材により低摩擦シートを挟持固定することにより、低摩擦シートを含むニップ形成部材のユニット部品化がなされるため、ニップ形成部材の組付性の向上と、製作コストの低廉化が実現する。

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、画像形成装置全体として、製作コストの低廉化が実現する。

本発明の実施形態を説明するための画像形成装置全体の概略構成図 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 （ａ），（ｂ）は実施形態１におけるニップ形成部材を示す断面図 実施形態１のニップ形成部材の変形例を示す断面図 本発明の定着装置の実施形態２におけるニップ形成部材を示す断面図 実施形態２のニップ形成部材の変形例を示す断面図 本発明の定着装置の実施形態３におけるニップ形成部材のゴムパッドを示す斜視図 実施形態３におけるニップ形成部材のシート固定板（内側）を示す斜視図 実施形態３におけるニップ形成部材のシート固定板（外側）を示す斜視図 実施形態３におけるニップ形成部材の組立途中の状態を示す断面図 実施形態３におけるニップ形成部材の組み上がった状態を示す斜視図 本発明の定着装置の実施形態における加熱部材の構成例を示す正面断面図 本実施形態における保持部材における問題点の説明図 本発明の定着装置の実施形態における加熱部材の他の構成例を示す正面断面図 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の概略構成図である。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。

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の内周面を保持して形状を維持する形状維持部材としてのパイプ状金属体からなる保持部材２２と、加熱部材であるハロゲンヒータ２５と、定着ベルト２１に対向設置されて温度を検知する非接触温度装置からなる温度センサ２８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。

保持部材２２には、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、後述するように複数の部材からなるニップ形成部材２６と、定着ベルト２１とニップ形成部材２６の間に配されたＰＴＦＥ樹脂製の多孔質シートからなる低摩擦シート２３と、保持部材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。このように保持部材２２は、ニップ形成部材２６の位置を保持する機能を兼ね備えている。また、凹部２２ａの定着ニップＮと逆側の内側面には、Ｔ状の支持部材２４の押圧面が当接している。

図２に示すニップ形成部材２６は、定着ニップＮの側面が凹形状であるが、平坦形状やその他の形状であってもよい。凹形状である方が、記録媒体である用紙の先端の排出方向が加圧ローラ３１寄りになり、分離性が向上するため、ジャムなどの用紙搬送上のトラブル発生が抑制される。

加圧ローラ３１は、中空の金属ローラ３２にシリコーンゴム層があり、離型性を得るために表面に離型層（ＰＦＡまたはＰＴＦＥ層）３３が設けられている構成である。

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を介して駆動力が伝達され回転する。また、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、表層部分層が押し潰されるように変形することによって、定着ニップＮにおいて所定のニップ幅を形成する。

加圧ローラ３１は、中実のローラであってもよいが、中空の方が熱容量は少なくてよい。また、加圧ローラ３１にハロゲンヒータなどの加熱源を設置してもよい。金属ローラ３２の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内部にヒータがない場合に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の熱が奪われにくくなるためより望ましい。

定着ベルト２１は、ニッケルやステンレスなどの金属製ベルト、あるいはポリイミド樹脂などの樹脂材料を用いた無端ベルト（あるいはフィルム）とする。定着ベルト２１の表層は、ＰＦＡまたはＰＴＦＥなどの樹脂材からなる離型層を有し、トナーが付着しないように離型性をもたせている。

定着ベルト２１の基材と離型層との間には、シリコーンゴムの層などで形成する弾性層を介在させ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、未定着画像を押し潰して定着するときに、定着ベルト２１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により、微妙な凹凸が吸収されユズ肌画像が改善する。

保持部材２２を形成する中空のパイプ状金属体の材質としては、アルミまたは鉄、ステンレスなどの金属を用いる。図示した保持部材２２は断面円形であるが、角型であっても、その他の断面形状であってもよい。

また、保持部材２２の内部には定着ニップＮを支持するための支持部材２４が設けられているが、ハロゲンヒータ２５などの輻射熱などにより支持部材２４が加熱されてしまう場合は、支持部材２４の表面に断熱もしくは鏡面処理を行い、加熱されることを防止することにより、無駄なエネルギー消費を抑制することができる。

保持部材２２はハロゲンヒータ２５により加熱されて、定着ベルト２１に熱伝導して加熱する。保持部材２２を加熱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、熱源として後述する電磁誘導（ＩＨ）による加熱構造を使用することもでき、また、抵抗発熱体，カーボンヒータなどを使用することができる。

定着ベルト２１は、外部の加圧ローラ３１が図示しない駆動源により回転駆動されることによって、定着ニップＮにおいて定着ベルト２１に駆動力が伝達されて連れ回し、周方向へ回転する。

定着ベルト２１は、定着ニップＮで加圧ローラ３１とニップ形成部材２６とに挟み込まれるようにして回転するが、定着ニップＮ以外では保持部材２２にガイドされており、一定の距離以上に定着ベルト２１の位置が熱伝導体である保持部材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と保持部材２２間の界面には、シリコーンオイルやフッ素グリスなどの潤滑剤を設けることで、円滑な摺動が行われるようにしている。

このように本実施形態の構成にすることにより、安価で、ウォームアップが早く（保持部材２２が熱を拡散し、定着ベルト２１全体に均質な熱を与えるため）、定着ベルト２１全体の温度が安定する定着装置が実現する。

次に、本実施形態におけるニップ形成部材２６について説明する。

本実施形態では、ニップ形成部材２６の大きな機能としては、定着ニップＮにおける各部材のトルク低減のために低摩擦であること、画像形成されている記録媒体の通過に支障を与えず、画質維持のために弾性を有することが挙げられるが、この２つの機能を一材料で担うことは困難である。このため、本実施形態では、弾性はフッ素もしくはシリコーンゴムなどのゴムパッド４０で担い、低摩擦化はＰＴＦＥ樹脂製の低摩擦シート２３を表面に巻き付けることで達成するようにしている。

しかしながら、低摩擦シート２３は、定着ベルト２１の回転によって、常に回転方向下流側にてせん断力を受けることになる。経時的に低摩擦シート２３がニップ形成部材２６の表面に留まっているためには、低摩擦シート２３とニップ形成部材２６とを強固に固定する必要がある。しかし、ネジなどの部品を多用すれば、部品点数の増加と組付性の悪化から大きくコストアップしてしまう。

このため本実施形態では、下記のシート固定方式を用いたニップ形成部材の構成を採用している。

図３（ａ），（ｂ）は実施形態１におけるニップ形成部材の構成を説明するための断面図であり、図３（ａ）に示すように、下面に凹部４０ａを有し、かつ定着ニップＮ側に配されるゴムパッド４０と、ゴムパッド４０の凹部４０ａに嵌合する凸部４１ａを有する金属製のシート固定板４１とからなる。

そして、図３（ｂ）に示すように、ゴムパッド４０の外周部を低摩擦シート２３にて覆った状態で、ゴムパッド４０の凹部４０ａにシート固定板４１の凸部４１ａを嵌合させることにより、低摩擦シート２３が巻き付いた状態のニップ形成部材２６を作成する。

図４は実施形態１のニップ形成部材の変形例を示す断面図であり、当該変形例では、ゴムパッド４０の凹部４０ａに、凹凸が形成されていないシート固定板４１の上部を凸部４１ａとして圧入して嵌合させる構成になっている。

図５はニップ形成部材の実施形態２の断面図であり、実施形態２のニップ形成部材２６は、下面に凸部４２ａを有し、かつ定着ニップＮ側に配されるゴムパッド４２と、ゴムパッド４２の凸部４２ａに嵌合する凹部４３ａを有する金属製のシート固定板４３とからなる。

実施形態２では、ゴムパッド４２の外周部を低摩擦シート２３にて覆った状態で、ゴムパッド４２の凸部４２ａにシート固定板４３の凹部４３ａを嵌合させることにより、低摩擦シート２３が巻き付いた状態のニップ形成部材２６を作成する。

図６は実施形態２のニップ形成部材の変形例を示す断面図であり、当該変形例では、凹凸が形成されていないゴムパッド４２の下部を凸部４２ａとして、シート固定板４３の凹部４３ａに圧入して嵌合させる構成になっている。

実施形態１，２、および、それらの変形例の構成によれば、ネジなどの締結部品を用いずに、低摩擦シート２３が巻き付いた状態のニップ形成部材２６のユニットが形成され、しかも、低摩擦シート２３もゴムパッド４０，４２とシート固定板４１，４３とにより挟持されて確実に固定される。

なお、実施形態１の構成は実施形態２の構成よりも低摩擦シート２３の位置が確実に固定される構成になる。

すなわち、ゴムパッド４０とシート固定板４１とを低摩擦シート２３を介して嵌合するときに、図３（ｂ）に示すように、シート固定板４１と低摩擦シート２３との間に作用する摩擦力により、低摩擦シート２３に対して張力を与えた状態で低摩擦シート２３を固定することができるからである。よって、ゴムパッド４０とシート固定板４１とが嵌合された状態では、低摩擦シート２３がより強固に固定されることになる。

図７〜図１１にてニップ形成部材の実施形態３の構成を説明する。

図７は実施形態３におけるゴムパッド４５の一部を示す斜視図であり、ゴムパッド４５は中央下面に突起部４５ａを有し、両側部には鉤型の垂下脚部４５ｂを有している。

図８は実施形態３におけるニップ形成部材を構成するシート固定板（内側）４６の一部を示す斜視図であり、シート固定板（内側）４６は、金属板からなり、中央部に上下に貫通するスリット４６ａを有している。

図９は実施形態３におけるニップ形成部材を構成するシート固定板（外側）４７の一部を示す斜視図であり、シート固定板（外側）４７は、シート固定板（内側）４６と同様に金属板からなり、中央部が凹となるコの字型の形状をなすものである。

図１０は実施形態３におけるニップ形成部材の組立途中の状態を示す断面図であり、ゴムパッド４５の上部に巻き付けられた低摩擦シート２３の両端は、シート固定板（内側）４６のスリット４６ａを通して外側に引っ張られる。これによりゴムパッド４５と低摩擦シート２３のたるみが少なくなり密着性が高まる。この状態で、ゴムパッド４５の突起部４５ａをシート固定板（内側）４６のスリット４６ａに圧入して嵌合させる。

さらに、低摩擦シート２３を広げて、シート固定板（外側）４７の外側を覆うようにする。この状態でシート固定板（外側）４７をゴムパッド４５の垂下脚部４５ｂの内部へ圧入して嵌合させる。

組み上がった状態のニップ形成部材２６の断面を示す斜視図を図１１に示す。低摩擦シート２３は、ゴムパッド４５と、シート固定板（内側）４６と、シート固定板（外側）４７とによって形成される経路を辿って巻き付けられ、その経路が複雑に折れ曲がっているため、ネジなどの締結部材を使用せずとも、低摩擦シート２３は強固にゴムパッド４５の表面に固定される。

また、シート固定板（内側）４６とシート固定板（外側）４７は、ゴムパッド４５の突起部４５ａおよび垂下脚部４５ｂによって強固に固定されているため、せん断力が働いても位置ずれを起こすことはない。

一方、圧入されたシート固定板（外側）４７を圧入方向とは逆方向に引き抜くことにより外すことができるため、低摩擦シート２３を簡単に取り外すことができ、メンテナンス時の交換も容易に行うことができる。したがって、低摩擦シート２３が設けられるニップ形成部材２６の製作コスト、およびメンテナンスコストを下げることができる。

なお、本実施形態において、定着ベルト２１の加熱方法としては、図２に示すように、保持部材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。

また、図１２に示す本発明の定着装置の実施形態のように、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５０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。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。

誘導加熱部５０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、保持部材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５０は、次のように動作する。

定着ベルト２１が図１２における矢印方向に回転駆動されると、定着ベルト２１は誘導加熱部５０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保持部材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、保持部材２２の表面に渦電流が生じて、保持部材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、保持部材２２が電磁誘導加熱され、さらに加熱された保持部材２２によって定着ベルト２１が加熱されることになる。

なお、保持部材２２を効率的に電磁誘導加熱するためには、誘導加熱部５０を保持部材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、保持部材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、これらのうち複数の金属からなる合金などを用いることができる。

図１２に示す構成例において、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保持部材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。

前記保持部材２２において、図２，図１２に示すように、曲げ加工後の凹部２２ａ部分における側端部分２２ｂを開放したままであると、図１３の説明図のように、スプリングバックが生じて側端部分２２ｂ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、保持部材２２の側端部分２２ｂについては、保持部材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２２ｂ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２２ｂに溶接を施して接合することが考えられる。

また、図２，図１２に示す保持部材２２では、当接部材２６を収納する凹部２２ａを形成しているが、保持部材２２の凹部２２ａにおける角部２２ｃ、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、保持部材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と保持部材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、保持部材２２を、その角部２２ｃ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近傍より離れて保持部材２２の角部２２ｃが位置するように設定されている。

また、前記誘導加熱部５０は保持部材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１４に示す定着装置の実施形態のように、誘導加熱部５０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１４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５０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。

図１４において、低摩擦シート２３を挟持固定したゴムパッド４０とシート固定板４１とが、定着ベルト２１の内部に保持部材５１にて保持されている。

なお、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。

また、本実施形態に係る定着装置を搭載した画像形成装置によれば、良好で安定した定着処理による高品位な画像形成が実現すると共に、画像形成装置全体として製作コストの低廉化が実現する。

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 保持部材
２２ａ 凹部
２３ 低摩擦シート
２６ ニップ形成部材
３１ 加圧ローラ（加圧部材）
４０，４２，４５ ゴムパッド
４１，４３ シート固定板
４６ シート固定板（内側）
４７ シート固定板（外側）
Ｎ 定着ニップ

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２００８−７０７４７号公報 特開２００９−３４１０号公報

Claims (12)

1. 可撓性を有する無端状の定着部材と、該定着部材を介して加圧部材に対向設置されて前記定着部材と前記加圧部材間に定着ニップを形成するニップ形成部材とを備え、前記定着部材と前記加圧部材間に定着対象の記録媒体が搬送される定着ニップを形成する構成の定着装置において、
   前記ニップ形成部材を複数の部材から形成し、前記定着ニップに介在させる低摩擦シートを前記複数の部材により挟持固定したことを特徴とする定着装置。
2. 前記ニップ形成部材を構成する前記複数の部材は、ゴム，樹脂、あるいは金属からなる板状部材によって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。
3. 前記ニップ形成部材を構成する前記複数の部品は、嵌合して組み付けられていることを特徴とする請求項１または２記載の定着装置。
4. 前記低摩擦シートはＰＴＦＥ製の多孔質シートであり、前記複数の部品において前記ニップ形成部材における定着ニップ側に最も近い部材はフッ素樹脂製あるいはシリコーンゴム製の部材である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. 前記ニップ形成部材は、ゴム製のパッド部材と金属製のシート固定部材との２つの部材から構成され、前記パッド部材と前記シート固定部材とにより前記低摩擦シートを挟み込みながら、前記パッド部材と前記シート固定部材とを嵌合して組み付けられる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. 前記ニップ形成部材を構成する前記複数の部品において、前記低摩擦シートのみを交換可能にした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. 前記定着部材の内部に、該定着部材の形状を保持する保持部材を設けたことを特徴とする請求項１〜６いずれか１項記載の定着装置。
8. 前記保持部材は、前記ニップ形成部材の位置を保持する機能を兼ね備えていることを特徴と請求項７記載の定着装置。
9. 前記保持部材における前記定着ニップ部分に形成された凹部内に、前記ニップ形成部材を保持したことを特徴とする請求項８記載の定着装置。
10. 前記保持部材を加熱する加熱部材を設け、該加熱部材により加熱された前記保持部材を介して前記定着部材を加熱することを特徴とする請求項７〜９いずれか１項記載の定着装置。
11. 前記保持部材はパイプ状金属体により形成されていることを特徴とする請求項７〜１０いずれか１項記載の定着装置。
12. 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項に記載の定着装置を設置したことを特徴とする画像形成装置。

Images