JP2011107362A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】補強部材において必要とされる強度を保持し、各部の変形を抑制して、適正なニップ状態を維持することができる定着装置を提供する。
【解決手段】補強部材２３に、板材をヘミング曲げ加工によって重ね折り部分である補強凹部２３ａを形成する。補強凹部２３ａには、保持部材２２の凹状部２２ａにおける記録媒体の搬送方向Ａの上流側に位置する第１側面２２ａ−１の内周に沿うように第１補強部位２３ａ−１を設ける。また搬送方向Ａの下流側に位置する第２側面２２ａ−２の内周に沿うように第２補強部位２３ａ−２を設ける。補強部材２３は、補強凹部２３ａによって変形が防止され、補強部材２３の長手方向においてニップＮに対する記録媒体の搬送方向上流側と下流側とにおいて補強される。よって、補強部材２３における加圧ローラ３１からの加圧力に対抗するための長さが十分に確保される。
【選択図】図３

Description

本発明は、無端状のベルト部材と加圧回転部材間の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ものである。

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１７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１８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、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、前記定着装置の課題１〜３を同時に解決するため、本件出願人は特許文献４，５に記載の構成の定着方式を提案した。

特許文献４に記載の定着方式では、前記フィルム加熱方式や前記加圧ベルト方式と異なり、定着ベルト内部の略全域を、定着ベルトに近接するように設置された熱伝導体としてのパイプ状金属体がガイドし、熱源であるヒーターにて加熱されたパイプ状金属体を介して、定着ベルトに熱が加えられるように構成されている。

特許文献５に記載の構成では、特許文献４における定着ベルトと加圧部材である加圧ローラとによるニップやパイプ状金属体の状態，形状，位置などを保持して安定させるため、ニップが形成される部位に対応させてニップ部形成部材，補強部材などを設ける構成にしている。

図１９は特許文献５に記載の定着装置の一例を示す概略構成図であって、定着ベルト２２１の内部に、定着ベルト２２１を介して加圧ローラ２２２に当接してニップ部Ｎを形成する当接部材（ニップ部形成部材）２２３が固定されている。無端状の金属製パイプからなる加熱部材２２４は、ニップ部Ｎを除く位置で定着ベルト２２１の内周面に対向するように形成され、さらに加熱部材２２４のニップ部Ｎの位置が凹状に形成されて、この凹状部分２２４ａで断熱部材２２５を介して当接部材２２３を保持するようになっている。

加熱部材２２４は、金属板を曲げ加工することにより形成され、肉厚を薄くすることができるために、ウォームアップ時間を短縮することができる。しかし、加熱部材２２４自体の剛性は小さくなっているため、加圧ローラ２２２の加圧力に抗しきれずに、撓んだり、変形することがある。パイプ状の加熱部材２２４が変形してしまうと所望のニップ幅が得られずに、定着性が低下するという問題が生じる。

前記問題を解決するため、特許文献５に記載の定着装置では、薄肉の加熱部材２２４の凹状部分２２４ａに高剛性の当接部材２２３を設置してニップ部Ｎを形成し、なおかつ、加熱部材２２４の凹状部分２２４ａにＴ状の補強部材２２６を当接させることにより補強している。

特許文献５に記載の構成では、当接部材２２３の位置を軸方向（長手方向）および上下方向に強固に固定することにより、所望のニップ形状を形成すると共に、発熱効率の向上により高速立ち上げ、省エネルギ化を実現するものである。

しかしながら、加熱部材２２４の内部に設けられた補強部材２２６には、加圧ローラ２２２からの加圧力が当接部材２２３などを介して加わるため、軸方向に撓んだり、変形したりして、ニップ部Ｎの状態が安定しないという問題がある。

加圧ローラ２２２からの加圧力を受けても、当接部材２２３の位置を保持するためには、高強度な補強部材２２６が必要となる。補強部材２２６を高強度にするためには、一般的には構造を重厚長大化することが考えられるが、加熱部材２２４の内部空間を大きくすることには限界がある。

また、加熱部材２２４の内部には、赤外線ヒータなどの熱源２２７が配置されているため、補強部材２２６を大型化すると、熱源２２７から加熱部材２２４に向けて発せられる熱を補強部材２２６が遮蔽してしまい、熱源２２７の加熱部材２２４に対する加熱効率を低下させてしまうことになる。

また、補強部材２２６を重厚構造にすると、補強部材２２６自体の熱容量が増加するため、熱源２２７から発せられる熱をより多く吸収し、結果として加熱部材２２４の発熱効率が低下してしまう。

本発明は、前記従来技術の課題を解決し、補強部材において必要とされる強度を保持し、各部の変形を抑制して、適正なニップ状態を維持することができる構成の定着装置、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、無端状のベルト部材と、該ベルト部材と当接してニップを形成する加圧部材と、前記ベルト部材の内側に配置され前記ニップにおいて前記ベルト部材を介して前記加圧部材に圧接するニップ形成部材と、該ニップ形成部材を保持する凹状部が形成され、前記ベルト部材の断面形状を保持する保持部材と、該保持部材の内部に配置され前記保持部材を補強する補強部材とを備えた定着装置であって、前記補強部材は、前記保持部材の前記凹状部における記録媒体の搬送方向上流側に位置する第１側面の内周に沿う第１補強部位と、前記保持部材の前記凹状部における記録媒体の搬送方向下流側に位置する第２側面の内周に沿う第２補強部位とを備えた構造であることを特徴とし、この構成によって、補強部材の軸方向において、ニップに対する記録媒体の搬送方向上流側と下流側とに補強部位を配置することができて、補強部材における加圧方向の長さが十分に確保されるため、補強部材の軸方向の撓み，変形が抑制され、ニップ形成領域全体においてニップを適正に維持することができる。

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、補強部材は、板状部材を凹状に折り曲げ形成し、該凹状部分の重ね曲げ加工した対向側面部を第１補強部位と第２補強部位とした構造であることを特徴とし、この構成によって、重ね曲げ部分が加工硬化して変形しにくく、強固な補強部材とすることができる。

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、第１補強部位と第２補強部位との少なくとも一方の端部を折り曲げて延出させたことを特徴とし、この構成によって、補強部材の耐撓み強度を増すことができる。

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、第２補強部位は、第１補強部位よりも長く形成されていることを特徴とし、この構成によって、記録媒体の搬送方向下流側における補強部位がより強固になるため、ニップの記録媒体の出口側部分における変形を抑えることで、記録媒体の定着性や分離性が向上する。

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、補強部材は、第１補強部位と第２補強部位によって、保持部材の断面形状を保持することを特徴とし、この構成によって、保持部材の変形を防止することができ、ニップ形成部材を保持し、かつベルト部材の断面形状を保持する保持部材の機能を安定して維持させることができる。

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、補強部材は、第１補強部位と第２補強部位間における保持部材を保持する部位とは反対側が開放された形状であって、該開放部分に、保持部材を介して定着ベルトを加熱する熱源が設置されることを特徴とし、この構成によって、補強部材の強度増強と、熱源の保持部材に対する加熱領域の拡大との２つの課題を解決することができる。

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、補強部材は、長手方向に熱源の熱線通過用の開口が形成されていることを特徴とし、この構成によって、保持部材の熱吸収率を向上させることができる。

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、補強部材の開口は、使用される記録媒体である用紙の幅方向における最大通紙領域よりも外側まで設けられていることを特徴とし、この構成によって、保持部材の熱吸収率が最大通紙領域の全域にわたって均等になるようにすることができる。

請求項９に記載の発明は、請求項１〜８いずれか１項記載の定着装置において、補強部材は、該補強部材自体よりも吸熱しにくい材料にて表面コーティングされていることを特徴とし、この構成によって、補強部材による熱吸収率を下げることができ、保持部材の熱吸収率に極力影響を与えないようにすることができる。

請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９いずれか１項記載の定着装置において、補強部材は、鋼材からなり、かつ該鋼材の表面にアルミニウムまたは銀が蒸着されていることを特徴とし、この構成によって、高強度でありながら熱吸収率の低い補強部材にすることができる。

請求項１１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る画像形成装置において、前記定着部として請求項１〜１０いずれか１項に記載の定着装置を備えることを特徴とし、この構成によって、各種サイズの記録媒体に対応して、ニップが適正に維持されることになるため、定着性に優れ、高品位の画像が得られる画像形成装置が実現する。

本発明に係る定着装置によれば、ニップ形成部材を保持する凹状部が形成され、ベルト部材の断面形状を保持する保持部材を補強する補強部材に、保持部材の凹状部における記録媒体の搬送方向上流側に位置する第１側面の内周に沿う第１補強部位と、保持部材の凹状部における記録媒体の搬送方向下流側に位置する第２側面の内周に沿う第２補強部位とを備えた構成にしたことによって、補強部材の軸方向（長手方向）において、ニップに対する記録媒体の搬送方向上流側と下流側とに補強部位を配置することができて、補強部材における加圧方向の長さが十分に確保されるため、補強部材の軸方向の撓み，変形が抑制され、ニップ形成領域全体においてニップを適正に維持することができる。よって、耐久性に優れ、長期にわたって安定した定着が行われる。

また、本発明に係る定着装置を備えた画像形成装置によれば、各種サイズの記録媒体に対応して、ニップが適正に維持されることになるため、定着性に優れ、高品位の画像形成が長期にわたって行われることになる。

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 本発明に係る定着装置の実施形態における要部を示す正面断面図 本実施形態における定着ベルトの内部構成の拡大断面図 本実施形態の補強部材の断面図 本実施形態の補強部材の端面部分を示す斜視図 本実施形態の補強部材の端面部分を示す側面図 本実施形態の補強部材の端部を支持するフランジとの連結状態を示す図 図７の連結状態を示す斜視図 図７の連結状態を背面側から示す斜視図 本実施形態のニップ形成ユニットの端部を示す斜視図 本実施形態のニップ形成ユニットの構成部材を一部破断して示す分解斜視図 本実施形態の補強部材の変形例を示す断面図 本実施形態の補強部材の他の変形例を示す断面図 本実施形態の補強部材の他の変形例を示す断面図 本実施形態の補強部材の他の変形例を示す断面図 図１５の補強部材の変形例における作用効果の説明図 従来のベルト定着方式の定着装置を示す概略構成図 従来のフィルム加熱方式の定着装置を示す概略構成図 従来の定着装置の一例を示す概略構成図

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（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）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は本発明に係る定着装置の実施形態における要部を示す正面断面図、図３は本実施形態における定着ベルトの内部構成の拡大断面図である。

図２に示すように、本実施形態の定着装置２０は、無端状のベルト部材である定着ベルト２１と、定着ベルト２１の内周壁と接して定着ベルト２１の断面形状を保持し、かつ定着ベルト２１に対して熱を伝導する熱伝導部材として機能する保持部材２２と、保持部材２２の一部と接合して保持部材２２の機械強度を補強する補強部材２３と、保持部材２２の内周面を加熱する熱源であるハロゲンヒータ２４と、付勢部材（図示せず）から押圧付勢力を受けて定着ベルト２１に圧接し、定着用のニップＮを形成する加圧部材としての芯材３１ａとゴム層３１ｂからなる加圧ローラ３１とを具備している。

保持部材２２は、金属製パイプ材からなり、全体として断面形状が概略円形状をなし、ニップＮ部分において内方に凹むような凹形状になっている。

図２，図３に示すように、保持部材２２の凹状部２２ａには、フッ素系ゴム材料からなるニップ形成部材２５と、複数の内方突起２６ａが長手方向に並設されたアルミニウム材からなる固定部材２６と、内方突起２６ａを除いてニップ形成部材２５と固定部材２６との外周を包むようにして設けられた潤滑シート材２７と、潤滑シート材２７の折畳部２７ａを固定部材２６とで挟持する支持プレート２８と、潤滑シート材２７の折畳部２７ａと支持プレート２８とを固定部材２６に固定するねじ２９とからなるニップ形成ユニット３０が設置されている。

保持部材２２の凹状部２２ａは、補強部材２３のニップＮ部分に形成された補強凹部２３ａに、断面凹状の受部材３２とで挟持された状態で、ねじ３３により固定されている。

この状態で、ニップ形成ユニット３０は、保持部材２２の凹状部２２ａに装着され、加圧ローラ３１からの押圧方向Ｆにおいて内方突起２６ａと受部材３２とが当接し、記録媒体搬送方向Ａにおいては、固定部材２６の側部から潤滑シート材２７の外方に突出する小突起４０が、保持部材２２の凹状部２２ａと当接するようになっている。

また、本実施形態において、定着ベルト２１，保持部材２２，補強部材２３，ハロゲンヒータ２４，ニップ形成部材２５，固定部材２６，潤滑シート材２７，支持プレート２８、および加圧ローラ３１は、図面に対して垂直方向（軸方向，長手方向）に延在し、ニップＮを形成することに寄与している。長手方向の端部が図示しない装置内シャーシなどによって支持されている。

定着ベルト２１は、薄肉で可撓性を有する無端状ベルトであって、ニップ形成部材２５に対し潤滑シート材２７を介して加圧ローラ３１により押圧され、ニップＮに所定の加圧力を生成している。また、定着ベルト２１は、駆動部にて回転駆動される加圧ローラ３１の回転力を受けて、図２中の反時計方向に加圧ローラ３１と連れ回し、保持部材２２外周により案内されて摺動し、周方向へ回転移動する。

ニップ形成ユニット３０は、補強部材２３の補強凹部２３ａの底部に、受部材３２と保持部材２２を介して当接（加圧ローラ３１から方向Ｆの押圧力を受けて弾接）し、補強部材２３が、端部が後述するように装置内シャーシに保持されているため、定着ベルト２１およびニップ形成ユニット３０の各部が、この部位において確実に固定される。よって、ニップＮの状態が適正かつ良好に維持／保持されることになる。

図４は本実施形態の補強部材の断面図、図５は本実施形態の補強部材の端面部分を示す斜視図である。

補強部材２３は、ステンレス板材からなり、板材を略１８０度折り返して曲げるヘミング曲げ加工によって、重ね折り部分である補強凹部２３ａが形成されている。そして、補強凹部２３ａは、図３に示すように、保持部材２２の凹状部２２ａにおける記録媒体の搬送方向Ａの上流側に位置する第１側面２２ａ−１の内周に沿うように第１補強部位２３ａ−１が設置され、また、保持部材２２の凹状部２２ａにおける記録媒体の搬送方向Ａの下流側に位置する第２側面２２ａ−２の内周に沿うように第２補強部位２３ａ−２が配置される構造になっている。

補強部材２３は、補強凹部２３ａがヘミング曲げにより加工硬化しているため変形しにくく、補強部材２３の軸方向（長手方向）において、ニップＮに対する記録媒体の搬送方向上流側と下流側とにおいて補強され、補強部材２３における加圧方向の長さが十分に確保されるため、補強部材２３の軸方向の撓み，変形が抑制される。

このため、保持部材２２の凹状部２２ａ、およびニップ形成ユニット３０を構成する各部の位置ずれ，変形を防ぐことができ、定着ベルト２１の断面形状を保持部材２２により安定して保持することができるなど、ニップ形成領域全体においてニップＮを適正に維持することができる。

特に、保持部材２２を、板材を曲げて側端部を合わせるようにして、図に示すようなパイプ状に形成する場合（図１９の凹状部分２２４ａ参照）には、側端部の合わせ部を補強凹部２３ａ内に配設することにより、組立て後にスプリングバックにより側端部の合わせ部が開いてしまうことを防ぐことができ有効である。

補強部材２３の強度は、図４に示すＢ部距離(押圧力方向Ｆの長さ)に大きく異存する。しかし、補強部材２３のＢ部分を長くすることは、熱源であるハロゲンヒータ２４の熱線の遮蔽量の増加を伴う。

このため、本実施形態では、補強凹部２３ａの第１補強部位２３ａ−１と第２補強部位２３ａ−２間において、ニップＮとは反対側が開放された形状にしてあり、この開放部分Ｃにハロゲンヒータ２４を設置している。このような形状および配置構成とすることにより、ニップ形成ユニット３０の押圧力方向Ｆの長さを充分にとりながら、ハロゲンヒータ２４の熱線遮蔽量を抑えることができる。

また、本実施形態の補強部材２３では、第１補強部位２３ａ−１と第２補強部位２３ａ−２とをそれぞれ内方に延出させ、さらに延出端部を略直角方向へ折り曲げ、延出端部２３ａ’−１，２３ａ’−２を形成している。これら延出端部２３ａ’−１，２３ａ’−２により、補強部材２３の耐圧長さが増加することにより、耐撓み強度をより向上させることができる。

図６は本実施形態の補強部材の端面部分を示す側面図、図７は本実施形態の補強部材の端部を支持するフランジとの連結状態を示す図、図８は図７の連結状態を示す斜視図、図９は図７の連結状態を背面側から示す斜視図である。

補強部材２３は、両端部を装置内シャーシ（図示せず）に固定されるフランジ３５の内径部分の複数の係止部３５ａ，３５ｂに当接かつ係止させることにより保持される。補強部材２３は、本例では、図５，図６に示すように、補強部材２３の両端部において、延出端部２３ａ’−１，２３ａ’−２に切欠部３６，３６を形成し、また各補強部位２３ａ−１，２３ａ−２から各延出端部２３ａ’−１，２３ａ’−２へと傾斜する傾斜部３７，３７を形成している。

図７〜図９に示すように、補強部材２３の切欠部３６，３６と補強部位２３ａ−１，２３ａ−２の端面が、フランジ３５の係止部３５ａ，３５ｂに係合することにより、補強部材２３はフランジ３５に保持される。

本実施形態では、補強部材２３の端面部に切欠部３６，３６形成して、この部位において補強部材２３の延出端部２３ａ’−１，２３ａ’−２の幅を小さくすることにより、その分、補強部材２３のフランジ３５への挿入部分が小さくなる。フランジ３５の大きさは保持部材２２や定着ベルト２１の径に合わせて形成されているため、補強部材２３の端面部に切欠部３６，３６を形成することにより、フランジ３５を大径化させることなく、また保持部材２２や定着ベルト２１を大径化させることもなく、補強部材２３をフランジ３５に装着させることが可能となる。

逆に、補強部材２３の延出端部２３ａ’−１，２３ａ’−２の幅を長手方向においてすべて切欠部３６における幅で形成することも考えられるが、この場合には補強部材２３の撓み強度が低下する。したがって、フランジ３５に装着される補強部材２３の端面部以外は、撓み強度を増すためにもフランジ３５に装着される部分の幅よりも広くすることが好ましい。

さらに、補強部材２３の端面部において、図６に示す点線のように矩形形状に切り取るのでなく、傾斜部３７，３７を形成したことにより、当接／係止することに支障ない範囲で、補強部材２３の面積，容積の減少を最小限にすることができ、これによって補強部材２３の耐撓み強度を増す（図６における面積Ｓ分）ことができる。

図１０は本実施形態のニップ形成ユニットの端部を示す斜視図である。ニップ形成ユニット３０は、図３に示すように、潤滑シート材２７の折畳部２７ａと支持プレート２８とを固定部材２６にねじ２９にて固定し、該ねじ２９の螺合位置を外して固定部材２６の内方突起２６ａが、潤滑シート材２７と支持プレート２８から外部に突出するようになっている。また、固定部材２３の側部には、潤滑シート材２７から突出して保持部材２２の凹状部２２ａと当接する小突起４０が複数箇所に突設されている。

また、固定部材２６の内方突起２６ａは長手方向に複数個が突設されるが、本実施形態では、長手方向において中央部分の内方突起２６ａが端部の内方突起２６ａよりも長くなるようにしている。これにより、補強部材２３が、仮に多少撓んだとしても、中央部のニップ圧が低下することを防ぎ、長手方向におけるニップ圧にばらつきが生じることを抑制することができる。

さらに、前記各内方突起２６ａは間隔を持って並設されており、この間隙部分にねじ２９，３３の頭部（図３参照）を配するようにしている。これにより、ねじ２９の頭部および図３に示すねじ３３の頭部と内方突起２６ａとの当接を回避し、ねじ２９，３３を設置しても、ニップ形成ユニット３０にがたつき等が生じないようにすることができる。

図１１は本実施形態のニップ形成ユニットの構成部材を一部破断して示す分解斜視図であって、展開状態において不織布などからなる潤滑シート材２７の長手方向の両側に、内方突起２６ａが突出するための長孔２７ａが複数個並設され、金属製の支持プレート２８には、内方突起２６ａが突出するための長孔２８ａと、ねじ２９が挿通するための通孔２８ｂとが複数並設されている。潤滑シート材２７は、長孔２７ａが一致するように、ニップ形成部材２５と固定部材２６の外周を包み込むように、両側が折り畳まれる。

次に、前記のように構成された定着装置２０の定着動作は公知のものと同様であるので、その概要を説明する。

図１の画像形成装置本体１の電源スイッチが投入されると、ハロゲンヒータ２４に電力が供給され、加圧ローラ３１の図２における矢印方向の回転駆動が開始される。加圧ローラ３１が回転すると、定着ベルト２１が加圧ローラ３１の摩擦力によって、図２における矢印方向に従動（回転）する。

この回転動作中、給紙部１２から記録媒体Ｐが給送されて、２次転写ローラ８９において記録媒体Ｐ上にトナー像が担持（転写）される。トナー像が担持された記録媒体Ｐは、図示しないガイド板に案内されながら図２における矢印Ａ方向に搬送されて、圧接状態にある定着ベルト２１と加圧ローラ３１間のニップＮに送入される。

ニップＮにおいて記録媒体Ｐは、保持部材２２を介して加熱された定着ベルト２１による加熱と加圧ローラ３１との加圧とによって、表面にトナー像Ｔが定着され、ニップＮから送出されて排紙部へと搬送される。

本実施形態によれば、安価で耐久性に優れた構成であり、しかも、金属製パイプ状の保持部材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、ウォームアップが早く、かつ定着ベルト２１全体の温度が安定するため、良好な定着が長期に亘って行われる定着装置を実現することができる。

次に、本実施形態における各構成部材の構造，材質などについて、より具体的に説明する。

定着ベルト２１は、基材上に弾性層と離型層が順次積層されており、全体の厚さが１ｍｍ以下に設定されている。また、定着ベルト２１の基材は、層厚が３０〜５０μｍであって、ニッケル，ステンレスなどの金属材料、あるいはポリイミド樹脂などの樹脂材料で形成されている。

定着ベルト２１の弾性層は、層厚が１００〜３００μｍであって、シリコーンゴム，発泡性シリコーンゴム，フッ素ゴムなどのゴム材料で形成されている。弾性層を設けることにより、加圧ローラ３１とのニップ部における定着ベルト２１表面の微小な凹凸が形成されなくなり、記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔに均一に熱が伝わり、所謂、ユズ肌画像の発生が抑止される。

定着ベルト２１の離型層は、層厚が１０〜５０μｍであって、ＰＦＡ（４フッ化エチレンバーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂），ＰＴＦＥ（４フッ化エチレン樹脂），ポリイミド，ポリエーテルイミド，ＰＥＳ（ポリエーテルサルファイド）などの材料で形成されている。離型層を設けることにより、トナーＴ（トナー像）に対する離型性（剥離性）が担保される。

さらに、定着ベルト２１の内層である基材の表面に、フッ素系の樹脂を塗布することにより、保持部材２２との摺動性を向上させることができる。

定着ベルト２１の実施例としては、最内周から順に、基材として３０μｍの厚さのＮｉ層、弾性層として２００μｍの厚さのシリコンゴム層、離型層として３０μｍの厚さのＰＦＡ樹脂層を用い、さらに基材内周面にフッ素系樹脂を塗布し、内径が３０ｍｍ、外形が３０．５２ｍｍとなるものを実施した。

定着ベルト２１と加圧ローラ３１との当接部のニップＮは、図２，図３に示すように、ニップ形成部材２５の形状により凹形状にしているが、平坦形状やその他の形状であってもよい。ニップＮの形状が凹形状の方が、記録媒体である用紙先端の排出方向が加圧ローラ３１寄りになり、定着後の用紙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、芯材３１ａとして中空の金属ローラの外側にゴム層３１ｂが設けられ、離型性を得るために最表面に離型層（ＰＦＡ樹脂層またはＰＴＦＥ樹脂層）が設けられている。

加圧ローラ３１の実施例としては、肉厚１ｍｍかつ外径２４ｍｍの鉄製の芯材、芯材の表面に厚さ３．１ｍｍのシリコンゴム層を設け、離型層として３０μｍの厚さのＰＦＡ樹脂チューブを被覆した、外径３０．２６ｍｍとなるものを用いた。

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を介して駆動力が伝達され回転駆動される。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側に押圧されており、ニップ形成部材２５のゴム層が押し潰されて変形することにより、所定のニップ幅を形成している。

加圧ローラ３１としては、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内にハロゲンヒータなどの加熱源を備えるようにしても良い。

加圧ローラ３１において、シリコンゴム層はソリッドゴムでもよいが、加圧ローラ３１内部にヒータが設け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。

また、保持部材２２を構成する中空のパイプ状金属体は、アルミ，鉄，ステンレスなどの金属材が用いられる。図示した保持部材２２の断面形状は円形であるが、角型、あるいはパイプ状であれば他の断面形状であってもよい。

金属中空状の熱伝導体である保持部材２２を昇温させる熱源としては、本実施形態のようなハロゲンヒータ２４でもよいが、ＩＨコイル（電磁加熱）を用いてもよいし、抵抗発熱体あるいはカーボンヒータなどを用いることもできる。また、定着ベルト２１自体が発熱するような構成にすることも考えられる。

保持部材２２の実施例としては、内径が２９．３ｍｍで肉厚が０．１ｍｍのステンレス材のパイプ材であって、外径が２９．５ｍｍとなるものを用いた。なお、本例では熱吸収効果を上げるため、内表面に黒色塗料を塗布した。

保持部材２２は、ニップＮにおいてニップ形成部材２５と加圧ローラ３１とにより挟み込まれて回転する定着ベルト２１を、ニップＮ以外の部位でガイドし、保持部材２２から一定距離以上に定着ベルト２１が離れないようにしている。

定着ベルト２１と保持部材２２との摺動性を向上させるため、定着ベルト２１と保持部材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が塗布される。

ハロゲンヒータ２４の構成として、本実施例では、１本のハロゲンヒータを用いているが、記録媒体である用紙のＡ４サイズのものに対応する長さのハロゲンヒータと、Ａ３サイズのものに対応する長さの２本のハロゲンヒータを設置する構成にすることも考えられる。

また、補強部材２３の実施例としては、厚さ１．５ｍｍのフェライト系のステンレスを用い、図２に示す補強凹部２３ａにおける開放部分の内幅ａを１４ｍｍとし、補強部位２３ａ−１，２３ａ−２から延出端部２３ａ’−１，２３ａ’−２までの長さｂを１５ｍｍとした。

なお、本実施形態において、補強部材２３を金属材を折り曲げ加工してなる１部品から形成したが、例えば、補強部材２３を２部品から形成して、２部品をネジ止めもしくは溶接で接合するようにした場合、部品間で温度差が生じ、熱膨張量の差から熱変形を起こすことになる。この場合、熱源に近い側の部品がより熱膨張することになるため、補強部材は内側へ熱撓みすることになって、ニップ偏差が助長されてしまう。

このため本実施形態のように、補強部材２３を１部品から形成すれば、熱膨張量の差による熱撓みが発生しないため、ニップ偏差を抑えることができる。

本実施形態において、補強部材２３は、補強凹部２３ａをヘミング曲げ加工によって重ね折りすることで形成されているが、補強部位の形状，構造は特に限定されない。例えば、重ね状態を２重，３重にしてもよい。

また、補強部材２３の各補強部位２３ａ−１，２３ａ−２における各延出端部２３ａ’−１，２３ａ’−２の折り曲げ角度を９０度以外の角度に設定したり、図１２に示す補強部材のように、各延出端部２３ａ’−１，２３ａ’−２を形成しないようにすることも考えられる。

図１３に示す補強部材２３では、補強部位２３ａ−１，２３ａ−２において、記録媒体の搬送方向下流側に位置する第２補強部位２３ａ−２を、記録媒体の搬送方向上流側に位置する第１補強部位２３ａ−１よりも長く延出するように設定している。このようにすることにより、第１補強部位２３ａ−１を短くした分だけ、第１補強部位２３ａ−１によるハロゲンヒータ２４の熱線遮蔽量を減少させることができる。

しかも、ニップＮにおける記録媒体搬送方向下流側（用紙出口側）において、上流側よりも定着性および分離性（用紙剥し）の面で各部の撓みや変形を抑制することが好ましいが、図１３に示す構成にすることにより、下流側に設置される第２補強部位２３ａ−２を第１補強部位２３ａ−１よりも長くすることができ、この部位の強度を大きくすることができるため、定着部の信頼性の面から有効である。

また、図１４に示す補強部材２３では、表面を基材（本例ではステンレス）とは異なる材料にて表面蒸着，コーティングを施してコーティング層４１を形成している。この場合、コーティング材料として、輻射率の低いアルミニウムや銀などを施すことが好ましい。

本実施形態では、補強部材２３が保持部材２２の内部に配置されているためハロゲンヒータ２４からの熱を吸収するが、補強部材２３の表面に、輻射率の低い材料をコーティングすることにより、熱の吸収を抑えることができる。補強部材２３に吸収されなかった熱は保持部材２２に吸収されるため、定着ベルト２１に対する発熱効率が上がる。

補強部材２３をアルミニウムや銀で作製した場合、輻射率は高いが強度が低いため、撓みが大きくなってニップ形状が歪んでしまう。よって、ステンレスなどの強度の高い材料の表面に輻射率の低いアルミニウムや銀をコーティングすることによって、高強度と高発熱効率を両立することができる。

さらに、図１５に示す補強部材２３では、補強部位２３ａ−１，２３ａ−２の延長部分の長手方向に熱線通過用の開口４２が複数並設している。前述したように補強部材２３もハロゲンヒータ２４の熱を吸収するので、熱利用効率を高めるために開口４２を設けて補強部材２３の熱容量を下げ、補強部材２３への熱吸量を抑えることができる。

また、開口４２を設けることにより、補強部材２３の熱容量の低下と共に、ハロゲンヒータ２４の熱線を透過させることにより、図１６の説明図のように、熱線を保持部材２２に効率的に吸収させることもできる。

その際、開口４２の形状は全て均一にし、かつ開口４２を等間隔に配置し、補強部材２３における開口４２を穿設する領域を、ニップＮにおける最大通紙幅（使用される用紙の幅方向の最大通紙領域）以上とする。これにより通紙領域内における保持部材２２の熱吸収率の偏りを抑えることができるため、温度偏差を助長させることなく、保持部材２２の発熱効率を向上させることができる。

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、トナー像の定着を行う定着装置、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
２２ 保持部材
２２ａ 保持部材の凹状部
２３ 補強部材
２３ａ 補強部材の補強凹部
２３ａ−１ 第１補強部位
２３ａ−２ 第２補強部位
２３ａ’−１，２３ａ’−２ 延出端部
２４ ハロゲンヒータ
２５ ニップ形成部材
２６ 固定部材
２６ａ 内方突起
２７ 潤滑シート材
２７ａ 潤滑シート材の折畳部
２８ 支持プレート
２９ ねじ
３０ ニップ形成ユニット
３１ 加圧ローラ（加圧部材）
３２ 受部材
３３ ねじ
３５ フランジ
３５ａ，３５ｂ 係止部
３６ 切欠部
３７ 傾斜部
４０ 小突起
４１ コーティング層
４２ 開口
Ｎ 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２００９−３４１０号公報

Claims (11)

1. 無端状のベルト部材と、該ベルト部材と当接してニップを形成する加圧部材と、前記ベルト部材の内側に配置され前記ニップにおいて前記ベルト部材を介して前記加圧部材に圧接するニップ形成部材と、該ニップ形成部材を保持する凹状部が形成され、前記ベルト部材の断面形状を保持する保持部材と、該保持部材の内部に配置され前記保持部材を補強する補強部材とを備えた定着装置であって、
   前記補強部材は、前記保持部材の前記凹状部における記録媒体の搬送方向上流側に位置する第１側面の内周に沿う第１補強部位と、前記保持部材の前記凹状部における記録媒体の搬送方向下流側に位置する第２側面の内周に沿う第２補強部位とを備えた構造であることを特徴とする定着装置。
2. 前記補強部材は、板状部材を凹状に折り曲げ形成し、該凹状部分の重ね曲げ加工した対向側面部を前記第１補強部位と前記第２補強部位とした構造であることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記第１補強部位と前記第２補強部位との少なくとも一方の端部を折り曲げて延出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. 前記第２補強部位は、前記第１補強部位よりも長く形成されてい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. 前記補強部材は、前記第１補強部位と前記第２補強部位によって、前記保持部材の断面形状を保持す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. 前記補強部材は、前記第１補強部位と前記第２補強部位間における前記保持部材を保持する部位とは反対側が開放された形状であって、該開放部分に、前記保持部材を介して前記定着ベルトを加熱する熱源が設置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. 前記補強部材は、長手方向に前記熱源の熱線通過用の開口が形成されている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. 前記補強部材の前記開口は、使用される記録媒体である用紙の幅方向における最大通紙領域よりも外側まで設けられていることを特徴とする請求項７記載の定着装置。
9. 前記補強部材は、該補強部材自体よりも吸熱しにくい材料にて表面コーティングされていることを特徴とする請求項１〜８いずれか１項記載の定着装置。
10. 前記補強部材は、鋼材からなり、かつ該鋼材の表面にアルミニウムまたは銀が蒸着されていることを特徴とする請求項１〜９いずれか１項記載の定着装置。
11. 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る画像形成装置において、前記定着部として請求項１〜１０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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