JP2012203372A - 定着装置、加圧ロール、及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、ベルト部材を加圧する円筒部が弾性変形した場合であっても、この円筒部や円筒部の周辺部材の損傷を抑制することを目的とする。
【解決手段】本発明の定着装置は、回転可能に設けられた定着ベルト６１と、定着ベルト６１の外周面を加圧しながら回転可能に設けられるとともに、定着ベルト６１の外周面との間にトナー像を保持する用紙を通過させトナー像を定着させるニップ部Ｎを形成する加圧ロール６２とを備え、加圧ロール６２は、定着ベルト６１と接触して加圧することにともない弾性変形し、定着ベルト６１の外周面と接触してニップ部Ｎを形成する円筒部と、円筒部の内部であって円筒部の軸方向における両端に設けられて円筒部を支持し、円筒部とともに弾性変形するフランジ６２５とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、定着装置、加圧ロール、及び画像形成装置に関する。

公報記載の従来技術として、装置立ち上げ時の昇温時間を短縮化しつつ温度制御を簡略化することが出来、非通紙部昇温、ローラ周速の変化による画像不良、ニップ部幅の長手方向における差異による被記録材の波打ちを発生させることのない加熱装置を提供することを目的として、加熱体を支持したスティに、エンドレスベルト状の耐熱性フィルムを外嵌させ、鉄やＳＵＳ、ニッケル等の金属を薄肉中空円筒状に成形した薄肉金属スリーブを、耐熱性フィルムを介して加熱体に圧接させる。そして、薄肉金属スリーブの肉厚ｔを、圧接することにより弾性変形し、その弾性変形によって生じる弾性力によりニップの形成が可能な範囲に設定する加熱装置が存在する（特許文献１）。

特開平０８-２３４６００号公報

本発明は、ベルト部材を加圧する円筒部が弾性変形した場合であっても、この円筒部や円筒部の周辺部材の損傷を抑制することを目的とする。

請求項１記載の発明は、回転可能に設けられたベルト部材と、前記ベルト部材の外周面を加圧しながら回転可能に設けられるとともに、当該ベルト部材の外周面との間にトナー像を保持する用紙を通過させトナー像を定着させる定着部を形成する加圧ロールとを備え、前記加圧ロールは、前記ベルト部材と接触して加圧することにともない弾性変形し、当該ベルト部材の外周面と接触して前記定着部を形成する円筒部と、前記円筒部の内部であって当該円筒部の軸方向における両端に設けられて当該円筒部を支持し、当該円筒部とともに弾性変形する変形支持部とを備えることを特徴とする定着装置である。
請求項２記載の発明は、前記円筒部は、前記変形支持部によって内部を支持され、前記ベルト部材の外周面と接触する層を外周に保持するとともに、当該ベルト部材と接触して加圧することにともない弾性変形する金属部材を有することを特徴とする請求項１記載の定着装置である。
請求項３記載の発明は、前記変形支持部は、前記円筒部と同軸に配置された円盤状の部材であることを特徴とする請求項１または２記載の定着装置である。
請求項４記載の発明は、前記ベルト部材の内側から前記加圧ロールに向けて当該ベルト部材を押圧する押圧部と、前記ベルト部材の内側であって前記押圧部よりも軸方向両端側で当該ベルト部材を支持するベルト支持部とをさらに備え、前記変形支持部は、軸方向において前記押圧部と前記ベルト支持部との間に対応する位置に配置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の定着装置である。
請求項５記載の発明は、回転可能に設けられたベルト部材の外周面を加圧しながら回転可能に設けられるとともに、ベルト部材を加圧することにともない弾性変形し、ベルト部材の外周面との間にトナー像を保持する用紙を通過させトナー像を定着させる定着部を形成する円筒部と、前記円筒部の内部であって当該円筒部の軸方向における両端に設けられて当該円筒部を支持し、当該円筒部とともに弾性変形する変形支持部とを備える加圧ロールである。
請求項６記載の発明は、用紙にトナー像を形成するトナー像形成部と、回転可能に設けられたベルト部材と、前記ベルト部材の外周面を加圧しながら回転可能に設けられるとともに、当該ベルト部材の外周面との間に、前記トナー像形成部によって形成されたトナー像を保持する用紙を通過させトナー像を定着させる定着部を形成する加圧ロールとを備え、前記加圧ロールは、前記ベルト部材と接触して加圧することにともない弾性変形し、当該ベルト部材の外周面と接触して前記定着部を形成する円筒部と、前記円筒部の内部であって当該円筒部の軸方向における両端に設けられて当該円筒部を支持し、当該円筒部とともに弾性変形する変形支持部とを備えることを特徴とする画像形成装置である。

請求項１記載の発明によれば、本構成を有しない場合と比較して、ベルト部材を加圧する円筒部が弾性変形した場合であっても、この円筒部や円筒部の周辺部材の損傷が抑制される。
請求項２記載の発明によれば、本構成を有しない場合と比較して、加圧ロールの熱容量が低減される。
請求項３記載の発明によれば、本構成を有しない場合と比較して、加圧ロールが回転することに伴い定着部における圧力が変動することが抑制される。
請求項４記載の発明によれば、本構成を有しない場合と比較して、軸方向において押圧部とベルト支持部との間に対応する位置に配置される変形支持部によって、ベルト部材を加圧する円筒部が弾性変形した場合であっても、この円筒部や円筒部の周辺部材の損傷が抑制される。
請求項５記載の発明によれば、本構成を有しない場合と比較して、ベルト部材を加圧する円筒部が弾性変形した場合であっても、この円筒部や円筒部の周辺部材の損傷が抑制される。
請求項６記載の発明によれば、本構成を有しない場合と比較して、ベルト部材を加圧する円筒部が弾性変形した場合であっても、この円筒部や円筒部の周辺部材の損傷が抑制される。

本実施の形態の定着装置が適用される画像形成装置の構成例を示した図である。 本実施の形態の定着ユニットの構成を示す正面図である。 図２における定着装置のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 定着ベルトの断面層構成図である。 （ａ）がエンドキャップ部材の側面図であり、（ｂ）がＩＶＢ方向から見たエンドキャップ部材の平面図である。 本実施の形態のＩＨヒータの構成を説明する断面図である。 本実施の形態の加圧ロールの構成を説明する断面図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態について詳細に説明する。
＜画像形成装置１の説明＞
図１は本実施の形態の定着装置が適用される画像形成装置の構成例を示した図である。
図１に示す画像形成装置１は、所謂タンデム型のカラープリンタであり、画像データに基づき画像形成を行う画像形成部１０、画像形成装置１全体の動作を制御する制御部３１を備えている。さらには、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）３や画像読取装置（スキャナ）４等との通信を行って画像データを受信する通信部３２、通信部３２にて受信された画像データに対し予め定めた画像処理を施す画像処理部３３を備えている。

トナー像形成部の一例である画像形成部１０は、トナー像を形成するとともに、予め定められた間隔を置いて並列的に配置される４つの画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋ（「画像形成ユニット１１」とも総称する）を備えている。各画像形成ユニット１１は、静電潜像を形成する感光体ドラム１２、感光体ドラム１２の表面を予め定めた電位で一様に帯電する帯電器１３、帯電器１３によって帯電された感光体ドラム１２を各色画像データに基づき露光するＬＥＤ（Light Emitting Diode）プリントヘッド１４、感光体ドラム１２上に形成された静電潜像を現像する現像器１５、転写後の感光体ドラム１２表面を清掃するドラムクリーナ１６を備えている。
画像形成ユニット１１各々は、現像器１５に収納されるトナーを除いて略同様に構成され、それぞれがイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）のトナー像を形成する。

また、画像形成部１０は、各画像形成ユニット１１の感光体ドラム１２にて形成された各色トナー像が多重転写される中間転写ベルト２０、各画像形成ユニット１１にて形成された各色トナー像を中間転写ベルト２０に順次転写（一次転写）する一次転写ロール２１を備えている。さらに、中間転写ベルト２０上に重畳して転写された各色トナー像を記録材（記録紙）である用紙Ｐに一括転写（二次転写）する二次転写ロール２２、二次転写された各色トナー像を用紙Ｐ上に定着させる定着ユニット６０を備えている。

画像形成装置１では、制御部３１による動作制御の下で、次のようなプロセスによる画像形成処理が行われる。すなわち、ＰＣ３やスキャナ４からの画像データは通信部３２にて受信され、画像処理部３３により予め定めた画像処理が施された後、色毎の画像データとなって各画像形成ユニット１１に送られる。そして、例えば黒（Ｋ）色トナー像を形成する画像形成ユニット１１Ｋでは、感光体ドラム１２が矢印Ａ方向に回転しながら帯電器１３により予め定めた電位で一様に帯電され、画像処理部３３から送信されたＫ色画像データに基づきＬＥＤプリントヘッド１４が感光体ドラム１２を走査露光する。それにより、感光体ドラム１２上にはＫ色画像に関する静電潜像が形成される。感光体ドラム１２上に形成されたＫ色静電潜像は現像器１５により現像され、感光体ドラム１２上にＫ色トナー像が形成される。同様に、画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃにおいても、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の各色トナー像が形成される。

各画像形成ユニット１１の感光体ドラム１２に形成された各色トナー像は、一次転写ロール２１により矢印Ｂ方向に移動する中間転写ベルト２０上に順次静電転写（一次転写）され、各色トナーが重畳された重畳トナー像が形成される。中間転写ベルト２０上の重畳トナー像は、中間転写ベルト２０の移動に伴って二次転写ロール２２が配置された領域（二次転写部Ｔ）に搬送される。重畳トナー像が二次転写部Ｔに搬送されると、そのタイミングに合わせて用紙保持部４０から用紙Ｐが二次転写部Ｔに供給される。そして、重畳トナー像は、二次転写部Ｔにて二次転写ロール２２が形成する転写電界により、搬送されてきた用紙Ｐ上に一括して静電転写（二次転写）される。

その後、重畳トナー像が静電転写された用紙Ｐは、定着ユニット６０まで搬送される。定着ユニット６０に搬送された用紙Ｐ上のトナー像は、定着ユニット６０によって熱および圧力を受け、用紙Ｐ上に定着される。そして、定着画像が形成された用紙Ｐは、画像形成装置１の排出部に設けられた用紙積載部４５に搬送される。
一方、一次転写後に感光体ドラム１２に付着しているトナー（一次転写残トナー）、および二次転写後に中間転写ベルト２０に付着しているトナー（二次転写残トナー）は、それぞれドラムクリーナ１６、およびベルトクリーナ２５によって除去される。
このようにして、画像形成装置１での画像形成処理がプリント枚数分のサイクルだけ繰り返し実行される。

＜定着ユニット６０の構成の説明＞
次に、図２及び図３を参照しながら本実施の形態の定着ユニット６０について説明する。
図２および図３は本実施の形態の定着ユニット６０の構成を示す図であり、図２は正面図、図３は図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
まず、断面図である図３に示すように、定着ユニット６０は、交流磁界を生成するＩＨ（Induction Heating）ヒータ８０を備えている。また、定着ユニット６０は、ＩＨヒータ８０により電磁誘導加熱されて用紙Ｐにトナー像を定着する定着ベルト６１、定着ベルト６１に対向するように配置される加圧ロール６２、定着ベルト６１を介して加圧ロール６２から押圧される押圧パッド６３を備えている。
さらに、定着ユニット６０は、押圧パッド６３等の構成部材を支持するホルダ６５、ＩＨヒータ８０にて生成された交流磁界を誘導して磁路を形成する感温磁性部材６４、感温磁性部材６４を通過した磁力線を誘導する誘導部材６６、定着ベルト６１からの用紙Ｐの剥離を補助する剥離補助部材７０を備えている。また、加圧ロール６２は、定着を行なうときには定着ベルト６１の外周面に圧接することで定着ベルト６１との間に未定着トナー像を保持した用紙Ｐが通過するためのニップ部Ｎ（定着部）を形成し、定着を行なわないときには定着ベルト６１から離間するように移動する接離機構２００を備える。
なお、加圧ロール６２については、詳細に後述する。

＜定着ベルト６１の説明＞
次に、図３及び図４を参照しながら本実施の形態の定着ベルト６１について説明する。ここで、図４は定着ベルト６１の断面層構成図である。
まず、図３に示すように、ベルト部材の一例である定着ベルト６１は、原形が円筒形状の無端のベルト部材で構成され、例えば原形（円筒形状）時の直径が３０ｍｍ、幅方向長さが３７０ｍｍに形成されている。また、図４に示したように、定着ベルト６１は、基材層６１１、基材層６１１の上に積層された導電発熱層６１２、トナー像の定着性を向上させる弾性層６１３、最上層に被覆された表面離型層６１４からなる多層構造のベルト部材である。

図４に示すように、基材層６１１は、薄層の導電発熱層６１２を支持するとともに、定着ベルト６１全体としての機械的強度を形成する耐熱性のシート状部材で構成される。また、基材層６１１は、ＩＨヒータ８０（図３参照）にて生成された交流磁界が感温磁性部材６４（図３参照）まで作用するように、磁界を通過させる物性（比透磁率、固有抵抗）を持った材質、厚さで形成される。一方、基材層６１１自身は、磁界の作用により発熱しないか、または発熱し難く構成される。
具体的には、基材層６１１として、例えば、厚さ３０〜２００μｍ（好ましくは５０〜１５０μｍ）の非磁性ステンレススチール等の非磁性金属や、厚さ６０〜２００μｍの樹脂材料等が用いられる。

導電発熱層６１２は、ＩＨヒータ８０にて生成される交流磁界によって電磁誘導加熱される電磁誘導発熱体層である。すなわち、導電発熱層６１２は、ＩＨヒータ８０（図３参照）からの交流磁界が厚さ方向に通過することにより、渦電流を発生させる層である。
通常、ＩＨヒータ８０に交流電流を供給する励磁回路（後段の図６も参照）の電源として、安価に製造できる汎用電源が使用される。そのため、ＩＨヒータ８０により生成される交流磁界の周波数は、一般に、汎用電源による２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚとなる。それにより、導電発熱層６１２は、周波数２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの交流磁界が侵入し通過するように構成される。

導電発熱層６１２に交流磁界が侵入できる領域は、交流磁界が１/ｅに減衰する領域である「表皮深さ（δ）」として規定され、次の（１）式から導かれる。（１）式において、ｆは交流磁界の周波数（例えば、２０ｋＨｚ）、ρは固有抵抗値（Ω・ｍ）、μ_ｒは比透磁率である。
そのため、導電発熱層６１２の厚さは、周波数２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの交流磁界が導電発熱層６１２に侵入し通過するように、（１）式で規定される導電発熱層６１２の表皮深さ（δ）よりも薄層に構成される。また、導電発熱層６１２を構成する材料として、例えば、Ａｕ,Ａｇ,Ａｌ,Ｃｕ,Ｚｎ,Ｓｎ,Ｐｂ,Ｂｉ,Ｂｅ,Ｓｂ等の金属や、これらの金属合金が用いられる。

具体的には、導電発熱層６１２として、厚さ２〜２０μｍ、固有抵抗２．７×１０^−８Ω・ｍ以下の例えばＣｕ等の非磁性金属（比透磁率が概ね１の非磁性体）が用いられる。
また、定着ベルト６１が定着設定温度まで加熱されるまでに要する時間（以下、「ウォームアップタイム」）を短縮する観点からも、導電発熱層６１２は、薄層に構成するのが好ましい。

次に、弾性層６１３は、シリコーンゴム等の耐熱性の弾性体で構成される。定着対象となる用紙Ｐに保持されるトナー像は、粉体である各色トナーが積層して形成されている。そのため、ニップ部Ｎにおいてトナー像の全体により均一に熱を供給するには、用紙Ｐ上のトナー像の凹凸に倣って定着ベルト６１表面が変形することが好ましい。そこで、弾性層６１３には、例えば厚みが１００〜６００μｍ、硬度が１０°〜３０°（ＪＩＳ−Ａ）のシリコーンゴムとすることができる。

表面離型層６１４は、用紙Ｐ上に保持された未定着トナー像と直接接触するため、離型性の高い材質が使用される。例えば、ＰＦＡ(テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル重合体)、ＰＴＦＥ(ポリテトラフルオロエチレン)、シリコーン共重合体、またはこれらの複合層等が用いられる。表面離型層６１４の厚さとしては、薄すぎると、耐摩耗性の面で充分でなく、定着ベルト６１の寿命を短くする。その一方で、厚すぎると、定着ベルト６１の熱容量が大きくなりすぎ、ウォームアップタイムが長くなる。そこで、表面離型層６１４の厚さとして、耐摩耗性と熱容量とのバランスを考慮し、１〜５０μｍとすることができる。

＜押圧パッド６３の説明＞
次に、図３を参照しながら本実施の形態の押圧パッド６３について説明する。
押圧部の一例である押圧パッド６３は、液晶ポリマーなどの耐熱性樹脂で構成され、加圧ロール６２と対向する位置にてホルダ６５に支持される。そして、定着ベルト６１を介して加圧ロール６２から押圧される状態で配置され、加圧ロール６２との間でニップ部Ｎ（定着加圧部）を形成する。
また、押圧パッド６３は、ニップ部Ｎの入口側（用紙Ｐの搬送方向上流側）のプレニップ領域６３ａと、ニップ部Ｎの出口側（用紙Ｐの搬送方向下流側）の剥離ニップ領域６３ｂとで異なるニップ圧が設定されている。すなわち、プレニップ領域６３ａでは、加圧ロール６２側の面がほぼ加圧ロール６２の外周面に倣う円弧形状に形成され、より均一で幅の広いニップ部Ｎを形成する。また、剥離ニップ領域６３ｂでは、剥離ニップ領域６３ｂを通過する定着ベルト６１の曲率半径が小さくなるように、加圧ロール６２表面から局所的に大きなニップ圧で押圧されるように形成される。それにより、剥離ニップ領域６３ｂを通過する用紙Ｐに定着ベルト６１表面から離れる方向のカール（ダウンカール）を形成して、用紙Ｐに対する定着ベルト６１表面からの剥離を促進させている。
なお、押圧パッド６３は、定着ベルト６１の回転軸に沿う方向において、その形状は変化しない。さらに説明をすると、押圧パッド６３は、例えば押圧パッド６３の軸方向中央部が加圧ロール６２に近づくように湾曲するような形状ではない。

さて、本実施の形態では、押圧パッド６３による剥離の補助手段として、ニップ部Ｎの下流側に、剥離補助部材７０を配置している。剥離補助部材７０は、剥離バッフル７１が定着ベルト６１の回転移動方向と対向する向き（所謂カウンタ方向）に定着ベルト６１と近接する状態でホルダ７２によって支持される。そして、押圧パッド６３の出口にて用紙Ｐに形成されたカール部分を剥離バッフル７１により支持することで、用紙Ｐが定着ベルト６１方向に向かうことを抑制する。

＜感温磁性部材６４の説明＞
次に、図３を参照しながら本実施の形態の感温磁性部材６４について説明する。
感温磁性部材６４は、定着ベルト６１の内周面に倣った円弧形状で形成され、定着ベルト６１の内周面とは予め定めた間隙（例えば、０．５〜１．５ｍｍ）を有するように近接させるが、非接触で配置される。感温磁性部材６４を定着ベルト６１と近接させて配置するのは、感温磁性部材６４の温度が定着ベルト６１の温度に対応して変化する、すなわち、感温磁性部材６４の温度が定着ベルト６１の温度と略同じ温度となるように構成するためである。また、感温磁性部材６４を定着ベルト６１と非接触で配置するのは、画像形成装置１（図１参照）のメインスイッチがオンされ、定着ベルト６１が定着設定温度まで加熱される際に、定着ベルト６１の熱が感温磁性部材６４に流入するのを抑制して、ウォームアップタイムの短縮を図るためである。

また、感温磁性部材６４は、その磁気特性の透磁率が急変する温度である「透磁率変化開始温度」（後段参照）が、各色トナー像が溶融する定着設定温度以上であって、定着ベルト６１の弾性層６１３や表面離型層６１４（図４参照）の耐熱温度よりも低い温度範囲内に設定された材質で構成される。すなわち、感温磁性部材６４は、定着設定温度を含む温度領域において強磁性と非磁性（常磁性）との間を可逆的に変化する特性（「感温磁性」）を有する材質で構成される。

そして、感温磁性部材６４は、強磁性を呈する透磁率変化開始温度以下の温度範囲において磁路形成部材として機能し、ＩＨヒータ８０にて生成され定着ベルト６１を透過した磁力線を内部に誘導して、感温磁性部材６４の内部を通過する交流磁界（磁力線）の磁路を形成する。それにより、感温磁性部材６４は、定着ベルト６１とＩＨヒータ８０の励磁コイル８２（後段の図６参照）とを内部に包み込むような閉磁路を形成する。
一方、透磁率変化開始温度を超える温度範囲においては、感温磁性部材６４は、ＩＨヒータ８０にて生成され定着ベルト６１を透過した磁力線を、感温磁性部材６４の厚さ方向に横切るように透過させる。それにより、ＩＨヒータ８０にて生成され定着ベルト６１を透過した磁力線は、感温磁性部材６４を透過し、誘導部材６６の内部を通過してＩＨヒータ８０に戻る磁路を形成する。

なお、ここでの「透磁率変化開始温度」とは、透磁率（例えば、ＪＩＳ Ｃ２５３１で測定される透磁率）が連続的に低下を開始する温度であり、例えば感温磁性部材６４等の部材を透過する磁束量（磁力線の数）が変化し始める温度点をいう。したがって、透磁率変化開始温度は、物質の磁性が消失する温度であるキュリー点に近い温度となるが、キュリー点とは異なる概念を有するものである。

感温磁性部材６４に用いる材質としては、透磁率変化開始温度が例えば１４０（定着設定温度）〜２４０℃の範囲内に設定された例えばＦｅ−Ｎｉ合金（パーマロイ）等の二元系感温磁性合金やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金等の三元系の感温磁性合金等が用いられる。
また、感温磁性部材６４は、ＩＨヒータ８０により生成された交流磁界（磁力線）に対する表皮深さδ（上記（１）式参照）よりも厚い厚さで形成される。具体的には、例えばＦｅ−Ｎｉ合金を用いた場合には５０〜３００μｍ程度に設定される。

＜ホルダ６５の説明＞
次に、図３を参照しながら本実施の形態のホルダ６５について説明する。
押圧パッド６３を支持するホルダ６５は、押圧パッド６３が加圧ロール６２からの押圧力を受けた状態での撓み量が一定量以下となるように、剛性の高い材料で構成される。それにより、ニップ部Ｎにおける長手方向の圧力（ニップ圧）の均一性を維持している。さらに、本実施の形態の定着ユニット６０では、電磁誘導を用いて定着ベルト６１を加熱する構成を採用していることから、ホルダ６５は、誘導磁界に影響を与えないか、または与え難い材料であり、かつ、誘導磁界から影響を受けないか、または受け難い材料で構成される。例えば、ガラス混入ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の耐熱性樹脂や、例えばＡｌ,Ｃｕ,Ａｇ等の非磁性金属材料等が用いられる。

＜誘導部材６６の説明＞
次に、図３を参照しながら本実施の形態の誘導部材６６について説明する。
誘導部材６６は、感温磁性部材６４の内周面に倣った円弧形状で形成され、感温磁性部材６４の内周面とは予め定めた間隙（例えば、１．０〜５．０ｍｍ）を有する非接触に配置される。また、誘導部材６６は、例えばＡｇ,Ｃｕ,Ａｌといった固有抵抗値が比較的小さい非磁性金属で構成される。そして、感温磁性部材６４が透磁率変化開始温度以上の温度に上昇した際に、ＩＨヒータ８０により生成された交流磁界（磁力線）を誘導して、定着ベルト６１の導電発熱層６１２（図４参照）よりも渦電流Ｉが発生し易い状態を形成する。それにより、誘導部材６６の厚さは、渦電流Ｉが流れ易いように、表皮深さδ（上記（１）式参照）よりも充分に厚い予め定められた厚さ（例えば、１．０ｍｍ）で形成される。

＜定着ベルト６１の駆動機構の説明＞
次に、図２、図３及び図５を参照しながら定着ベルト６１の駆動機構について説明する。ここで図５は、（ａ）がエンドキャップ部材６７の側面図であり、（ｂ）がＩＶＢ方向から見たエンドキャップ部材６７の平面図である。

正面図である図２に示したように、ホルダ６５（図３参照）の軸方向両端部には、定着ベルト６１の両端部の断面形状を円形に維持しながら定着ベルト６１を周方向に回転駆動するエンドキャップ部材６７が固定されている。そして、定着ベルト６１は、両端部からエンドキャップ部材６７を介した回転駆動力を直接的に受けて、例えば１４０ｍｍ／ｓのプロセススピードで図３の矢印Ｃ方向に回転移動する。
図５に示したように、エンドキャップ部材６７は、ベルト支持部の一例である定着ベルト６１の両端部内側に嵌合される固定部６７ａ、固定部６７ａより外径が大きく形成され、定着ベルト６１に装着された際に定着ベルト６１よりも半径方向に張り出すように形成されたフランジ部６７ｄ、回転駆動力が伝達されるギヤ部６７ｂ、ホルダ６５の両端部に形成された支持部６５ａと結合部材１６６（図５（ｂ）参照）を介して回転自在に結合されたベアリング軸受部６７ｃを備える。そして、上記図２に示したように、ホルダ６５（図３参照）の両端部の支持部６５ａが定着ユニット６０の筐体６９の両端部に固定されることで、エンドキャップ部材６７は、支持部６５ａに結合されたベアリング軸受部６７ｃ（図５参照）を介して回転自在に支持される。
エンドキャップ部材６７を構成する材質としては、機械的強度や耐熱性の高い所謂エンジニアリングプラスチックスが用いられる。例えば、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＬＣＰ樹脂等が適する。

そして、図２に示すように、定着ユニット６０では、駆動モータ９０からの回転駆動力が伝達ギヤ９１,９２を介してシャフト９３に伝達され、シャフト９３に結合された伝達ギヤ９４,９５から両エンドキャップ部材６７のギヤ部６７ｂ（図５参照）に伝達される。それによって、エンドキャップ部材６７から定着ベルト６１に回転駆動力が伝わり、エンドキャップ部材６７と定着ベルト６１とが一体となって回転駆動される。
なお、本実施の形態においては、駆動モータ９０が定着ベルト６１を回転させる構成について説明をしたが、これに限定されない。例えば、駆動モータ９０が加圧ロール６２を回転させるとともに、定着ベルト６１が加圧ロール６２に従動する構成であってもよい。

＜ＩＨヒータ８０の説明＞
続いて、図６を参照しながら、定着ベルト６１の導電発熱層６１２（図４参照）に交流磁界を作用させて電磁誘導加熱するＩＨヒータ８０について説明する。ここで図６は、本実施の形態のＩＨヒータ８０の構成を説明する断面図である。
図６に示したように、ＩＨヒータ８０は、例えば耐熱性樹脂等の非磁性体から構成される支持体８１、交流磁界を生成する励磁コイル８２を備えている。また、励磁コイル８２を支持体８１上に固定する弾性体で構成された弾性支持部材８３、励磁コイル８２にて生成された交流磁界の磁路を形成する磁心８４を備えている。さらには、磁界を遮蔽するシールド８５、磁心８４を支持体８１側に加圧する加圧部材８６、励磁コイル８２に交流電流を供給する励磁回路８８を備えている。

支持体８１は、断面が定着ベルト６１の表面形状に沿って湾曲した形状で形成され、励磁コイル８２を支持する上部面（支持面）８１ａが定着ベルト６１表面と予め定めた間隙（例えば、０．５〜２ｍｍ）を保つように形成されている。また、支持体８１を構成する材質としては、例えば、耐熱ガラス、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォン、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の耐熱性樹脂、またはこれらにガラス繊維を混合した耐熱性樹脂等の耐熱性のある非磁性材料が用いられる。
励磁コイル８２は、相互に絶縁された例えば直径０．１７ｍｍの銅線材を例えば９０本束ねたリッツ線が長円形状や楕円形状、長方形状等の中空きの閉ループ状に巻かれて構成される。そして、励磁コイル８２に励磁回路８８から予め定めた周波数の交流電流が供給されることにより、励磁コイル８２の周囲には、閉ループ状に巻かれたリッツ線を中心とする交流磁界が生成される。励磁回路８８から励磁コイル８２に供給される交流電流の周波数は、一般に、上記した汎用電源により生成される２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚが用いられる。

磁心８４は、例えばソフトフェライト、フェライト樹脂、非晶質合金（アモルファス合金）、パーマロイ、感温磁性合金等の高透磁率の酸化物や合金材質で構成される強磁性体が用いられ、磁路形成手段として機能する。磁心８４は、励磁コイル８２にて生成された交流磁界による磁力線（磁束）を内部に誘導し、磁心８４から定着ベルト６１を横切って感温磁性部材６４（図３参照）方向に向かい、感温磁性部材６４の中を通過して磁心８４に戻るといった磁力線の通路（磁路）を形成する。すなわち、励磁コイル８２にて生成された交流磁界が磁心８４の内部と感温磁性部材６４の内部とを通過するように構成して、磁力線が定着ベルト６１と励磁コイル８２とを内部に包み込むような閉磁路を形成する。それにより、励磁コイル８２にて生成された交流磁界の磁力線が定着ベルト６１の磁心８４と対向する領域に集中される。

ここで、磁心８４は磁路形成による損失が小さい材料が望ましい。具体的には、磁心８４は渦電流損を小さくする形態（スリット等による電流経路遮断や分断化、薄板束ね等）での使用が望ましく、ヒステリシス損の小さい材料で形成されることが望ましい。
また、定着ベルト６１の回転方向に沿った磁心８４の長さは、感温磁性部材６４（図３参照）の定着ベルト６１の回転方向に沿った長さよりも小さく構成される。それにより、磁力線のＩＨヒータ８０周辺への漏洩が減り、力率が向上する。さらには、定着ユニット６０を構成する金属製部材への電磁誘導を抑え、定着ベルト６１（導電発熱層６１２）での発熱効率を高める。

＜加圧ロール６２の説明＞
ここで、図２、図３及び図７を参照しながら、加圧ロール６２について説明する。ここで、図７は、本実施の形態の加圧ロール６２の構成を説明する断面図である。
図２に示すように、加圧ロール６２は、定着ベルト６１に対向するように配置され、定着ベルト６１に従動して図３の矢印Ｄ方向に、例えば１４０ｍｍ／ｓのプロセススピードで回転する。そして、加圧ロール６２と押圧パッド６３とにより定着ベルト６１を挟持した状態でニップ部Ｎを形成する。このニップ部Ｎに未定着トナー像を保持した用紙Ｐを通過させることによって、加圧ロール６２と押圧パッド６３とにより用紙Ｐに熱および圧力が加えられる。これにより、未定着トナー像が用紙Ｐに定着される。
ここで、図２に示すように、加圧ロール６２は、定着ベルト６１の回転軸方向において、定着ベルト６１の両端を除くほぼ全面を押圧するよう配置されている（定着ベルト６１の方が長い）。したがって、定着ベルト６１の外周において、大部分は加圧ロール６２に押圧される領域（押圧領域）となり、両端は加圧ロール６２に押圧されない領域（非押圧領域）となる。

さて、図７に示すように、加圧ロール６２は、薄肉円筒状に形成され定着ベルト６１を加圧する円筒部６２０と、円筒部６２０の両端に挿入して設けられる円盤状に形成されたフランジ６２５と、フランジ６２５の中心に設けられるとともにフランジ６２５を介して円筒部６２０を支持する軸部６３０とを有する。そして、加圧ロール６２は、例えば２０ｋｇｆの荷重で定着ベルト６１を介して押圧パッド６３を押圧している。

＜円筒部６２０の説明＞
図７に示すように、円筒部６２０は、薄肉円筒状に形成される金属製のスリーブ６２１と、スリーブ６２１の外周面に被覆された弾性層６２２と、耐熱性樹脂被覆または耐熱性ゴム被覆による離型層６２３とが積層されて構成される。本実施の形態の円筒部６２０は、軸方向において、押圧パッド６３よりも長く、定着ベルト６１よりも短い。
なお、この円筒部６２０は、ニップ部Ｎが形成されている状態において、回転軸に対して内側に撓む。また、弾性層６２２及び離型層６２３は、ベルト部材の外周面と接触する層の一例である。

＜スリーブ６２１の説明＞
まず、図３に示すように、スリーブ６２１は、ニップ部Ｎにおいてトナー像の全体により均一に熱を供給するため弾性変形する。より具体的には、ニップ部Ｎが形成されている状態においては、スリーブ６２１は、弾性変形により回転軸に対して内側に撓む。
このスリーブ６２１の外周面の肉厚ｔは、薄すぎると、定着ベルト６１から力を受けた際に、スリーブ６２１に塑性変形が起きる。したがって、スリーブ６２１の外周面の肉厚ｔとしては、塑性変形が起きない厚さが選択される。なお、スリーブ６２１の外周面の肉厚ｔが厚すぎると、スリーブ６２１の弾性変形する変形量が小さくなりすぎる。

スリーブ６２１の外周面の肉厚ｔは、例えば０．１ｍｍ〜０．１５ｍｍとすることができる。また、スリーブ６２１を構成する材料として、例えば快削鋼（ＳＵＭ）、アルミニウム、ステンレススチール（ＳＵＳ）、鉄、ニッケル等の金属部材が用いられる。
本実施の形態においては、スリーブ６２１は、外径１８ｍｍの快削鋼からなり、外周面の肉厚ｔは０．１ｍｍである。

＜弾性層６２２の説明＞
図３に示すように、弾性層６２２は、ニップ部Ｎにおいてトナー像の全体により均一に熱を供給するため耐熱性の弾性体で構成される。弾性層６２２には、例えば厚さ１ｍｍのシリコーンゴム、発泡シリコーンゴム、フッ素ゴム、フッ素樹脂等が用いられる。
なお、本実施の形態の加圧ロール６２においては、弾性層６２２を備える構成としたが、加圧ロール６２に弾性層６２２を設けることなく、スリーブ６２１の外周に離型層６２３を被覆する構成としてもよい。

＜離型層６２３の説明＞
図３に示すように、離型層６２３は、用紙Ｐ上に保持された未定着トナー像と直接接触するため、離型性の高い材質で構成される。例えば厚さ５０μｍのカーボン配合のＰＦＡ(テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル重合体)、ＰＴＦＥ(ポリテトラフルオロエチレン)、シリコーン共重合体、またはこれらの複合層等が用いられる。

＜フランジ６２５の説明＞
図７に示すように、変形支持部の一例であるフランジ６２５は、円筒部６２０の内部に挿入され、円筒部６２０の軸方向における両端にそれぞれ設けられる。本実施の形態においては、フランジ６２５は、軸方向において、エンドキャップ部材６７の固定部６７ａと押圧パッド６３との間に位置することとなる。
また、フランジ６２５は、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の弾性部材からなる。このフランジ６２５は、スリーブ６２１が定着ベルト６１から力を受けた際に、スリーブ６２１とともに弾性変形する。

ここで、フランジ６２５は、円筒部６２０のうち、画像形成装置１にて使用される最大サイズの用紙Ｐ（例えば、Ａ３横幅）が通過する領域（最大通紙領域）よりも、軸方向における外側となる。最大通紙領域とフランジ６２５とが重複しないことにより、最大通紙領域の長手方向における圧力変動が抑制され、結果としてトナー像の定着性の低下が抑制される。
本実施の形態におけるフランジ６２５は、定着ベルト６１から力を受けた際に、約２ｍｍ撓む。また、本実施の形態においては、フランジ６２５は、スリーブ６２１に接着固定することなく設けられているが、円筒部６２０とともに回転する。なお、フランジ６２５をスリーブ６２１に接着固定してもよい。

＜軸部６３０の説明＞
図７に示すように、軸部６３０はフランジ６２５と同軸に設けられ、図示しないベアリングを介してフランジ６２５を回転可能に支持する。この軸部６３０は、筺体６９（図２参照）によって支持される。軸部６３０は、フランジ６２５とは別部材からなり、例えば快削鋼（ＳＵＭ）、アルミニウム、ステンレススチール（ＳＵＳ）、鉄、ニッケル等からなる。

＜加圧ロール６２の状態＞
さて、図３に示すように、加圧ロール６２は接離機構２００を備える。この接離機構２００により、定着を行なうときには加圧ロール６２を定着ベルト６１の外周面に圧接することでニップ部Ｎを形成し、定着を行なわないときには加圧ロール６２を定着ベルト６１から離間するように移動する。

ここで、接離機構２００が加圧ロール６２を定着ベルト６１の外周面に圧接させることにより、ニップ部Ｎが形成されている状態について説明をする。
図７に示すように、ニップ部Ｎが形成されている状態においては、定着ベルト６１から力を受けることにより、フランジ６２５はスリーブ６２１とともに弾性変形する。より具体的には、定着ベルト６１からの力を受けることにより、フランジ６２５の外周であって、加圧ロール６２の軸方向の内側に位置する内側端６２５ａと、外側に位置する外側端６２５ｂとが弾性変形に伴い、軸に近づく向きに移動する。この内側端６２５ａと外側に位置する外側端６２５ｂとが弾性変形に伴い移動することで、スリーブ６２１及び定着ベルト６１にそれぞれ発生する応力集中が低減する。以下、このスリーブ６２１及び定着ベルト６１における応力集中の低減について詳細に説明する。

まず、スリーブ６２１は、上述のように軸方向における両端においてフランジ６２５によって支持される。さらに説明をすると、図７に示すように、スリーブ６２１には、フランジ６２５によって支持される支持領域（スリーブ６２１の両端）と支持されない非支持領域（スリーブ６２１の両端以外の部分）とが形成される。一般に、スリーブ６２１に支持領域と非支持領域とがある場合、支持領域と非支持領域との境界においてスリーブ６２１が折れ曲がる等して応力集中が発生することがある。そして、スリーブ６２１の支持領域と非支持領域との境界上に存在する特定の点を想定すると、この特定の点がスリーブ６２１の回転に伴いニップ部Ｎを通過する度に、特定の点に応力集中が発生する。このため特定の点に繰り返し応力が働くこととなり、スリーブ６２１が損傷を受ける場合がある。

しかしながら、本実施の形態においては、上述のようにフランジ６２５の内側端６２５ａが弾性変形し、軸に近づく向きに移動する。その結果、支持領域と非支持領域との境界で生じるスリーブ６２１の折れ曲がりが低減され、スリーブ６２１に発生する応力集中が低減する。

一方で、上述のように定着ベルト６１には、ニップ部Ｎが形成されている状態において、加圧ロール６２に押圧されない非押圧領域（定着ベルト６１の両端）と、押圧される押圧領域（定着ベルト６１の両端以外の部分）とが形成される。一般に、定着ベルト６１に押圧領域と非押圧領域とがある場合、押圧領域と非押圧領域との境界において定着ベルト６１が折れ曲がる等して応力集中が発生することがある。そして、定着ベルト６１の押圧領域と非押圧領域との境界上に存在する特定の点を想定すると、この特定の点が定着ベルト６１の回転に伴いニップ部Ｎを通過する度に、特定の点に応力集中が発生する。このため特定の点に繰り返し応力が働くこととなり、定着ベルト６１が損傷を受ける場合がある。

しかしながら、本実施の形態においては、上述のようにフランジ６２５の外側端６２５ｂが弾性変形し、軸に近づく向きに移動する。その結果、押圧領域と非押圧領域との境界で生じる定着ベルト６１の折れ曲がりが低減され（定着ベルト６１が曲がる角度が小さくなり）、定着ベルト６１に発生する応力集中が低減する。

さて、一般的に、加圧ロールとしては、金属製の円柱部材であるシャフトの周囲に、シリコーンゴム等の弾性層を設けたものが用いられる。
ここで、本実施の形態の加圧ロール６２は、円柱部材であるシャフトではなく、上述のように薄肉円筒状に形成される金属製のスリーブ６２１を用いる。このことから、一般的な加圧ロールと比較して、本実施の形態の加圧ロール６２における熱容量は低くなり、画像形成装置１の立ち上げ時の昇温時間（ウォームアップに要する時間）が短縮される。

さらに、一般的には、例えば加圧ロールにおいて用紙Ｐが通過しない領域（非通紙領域）で熱が消費されないために温度が上昇する所謂非通紙部昇温等により、加圧ロールにおいて温度差が生じる場合がある。このように加圧ロールに温度差が生じた場合、温度差に応じた外径差が生じ得る。この外径差は、弾性層が厚くなるほど大きくなる。
ここで、本実施の形態の加圧ロール６２においては、弾性変形可能なスリーブ６２１を用いることから、その周囲に形成する弾性層６２２の厚みが、一般的な加圧ロールと比較して薄い。したがって、温度差により生じる外形差が小さくなり、画像品質に与える影響が低減される。
なお、本実施の形態の加圧ロール６２においては、スリーブ６２１及び弾性層６２２が、一般的な加圧ロールと比較して薄く形成されることから、加圧ロール６２の重量が低減される。

また、本実施の形態においては、定着動作前の待機時に、接離機構２００によって、加圧ロール６２が定着ベルト６１から離間するウォームアップ位置に置かれる。このウォームアップ位置において定着ベルト６１の加熱が行われることにより、定着ベルト６１から加圧ロール６２へ熱が伝達されることがない。したがって、定着ベルト６１の加熱効率が向上する。

なお、本実施の形態においては、定着ベルト６１を加熱する加熱源としてＩＨヒータ８０を用いることを説明したが、これに限定されない。例えば、加熱源としてセラミックヒータやハロゲンランプを用いてもよい。

１…画像形成装置、６０…定着ユニット、６１…定着ベルト、６２…加圧ロール、８０…ＩＨヒータ、６２０…円筒部、６２１…スリーブ、６２２…弾性層、６２３…離型層、６２５…フランジ、６３０…軸部

Claims (6)

1. 回転可能に設けられたベルト部材と、
   前記ベルト部材の外周面を加圧しながら回転可能に設けられるとともに、当該ベルト部材の外周面との間にトナー像を保持する用紙を通過させトナー像を定着させる定着部を形成する加圧ロールとを備え、
   前記加圧ロールは、
   前記ベルト部材と接触して加圧することにともない弾性変形し、当該ベルト部材の外周面と接触して前記定着部を形成する円筒部と、
   前記円筒部の内部であって当該円筒部の軸方向における両端に設けられて当該円筒部を支持し、当該円筒部とともに弾性変形する変形支持部と
   を備えることを特徴とする定着装置。
2. 前記円筒部は、前記変形支持部によって内部を支持され、前記ベルト部材の外周面と接触する層を外周に保持するとともに、当該ベルト部材と接触して加圧することにともない弾性変形する金属部材を有することを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記変形支持部は、前記円筒部と同軸に配置された円盤状の部材であ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. 前記ベルト部材の内側から前記加圧ロールに向けて当該ベルト部材を押圧する押圧部と、
   前記ベルト部材の内側であって前記押圧部よりも軸方向両端側で当該ベルト部材を支持するベルト支持部とをさらに備え、
   前記変形支持部は、軸方向において前記押圧部と前記ベルト支持部との間に対応する位置に配置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の定着装置。
5. 回転可能に設けられたベルト部材の外周面を加圧しながら回転可能に設けられるとともに、ベルト部材を加圧することにともない弾性変形し、ベルト部材の外周面との間にトナー像を保持する用紙を通過させトナー像を定着させる定着部を形成する円筒部と、
   前記円筒部の内部であって当該円筒部の軸方向における両端に設けられて当該円筒部を支持し、当該円筒部とともに弾性変形する変形支持部と
   を備える加圧ロール。
6. 用紙にトナー像を形成するトナー像形成部と、
   回転可能に設けられたベルト部材と、
   前記ベルト部材の外周面を加圧しながら回転可能に設けられるとともに、当該ベルト部材の外周面との間に、前記トナー像形成部によって形成されたトナー像を保持する用紙を通過させトナー像を定着させる定着部を形成する加圧ロールとを備え、
   前記加圧ロールは、
   前記ベルト部材と接触して加圧することにともない弾性変形し、当該ベルト部材の外周面と接触して前記定着部を形成する円筒部と、
   前記円筒部の内部であって当該円筒部の軸方向における両端に設けられて当該円筒部を支持し、当該円筒部とともに弾性変形する変形支持部と
   を備えることを特徴とする画像形成装置。