JP2016118643A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着に伴う画像劣化を防止すると共に、安定した定着性を確保する。
【解決手段】定着装置２０に、無端状の定着ベルト２１と、弾性層２２ｂを有し、定着ベルト２１との間に定着ニップＮを形成する加圧ローラ２２と、定着ベルト２１を介して加圧ローラ２２と対向し、定着ニップＮを形成するニップ形成部材２４と、加熱源２３とを設ける。ニップ形成部材２４の定着ニップＮを形成する領域に、互いに平行な第一の平坦面Ａおよび第二の平坦面Ｃと、両平坦面Ａ，Ｃを接続する接続面Ｂとを設ける。第二の平坦面Ｃを、第一の平坦面Ａよりも定着ニップＮの出口側で、かつ加圧ローラ２２への接近側に配置する。
【選択図】図２

Description

本発明は、定着装置、およびこれを備える画像形成装置に関する。

電子写真式の複写機、プリンタ等の画像形成装置に搭載される定着装置として、加熱ローラに代えて無端状の定着ベルトを使用するベルト定着装置が実用化されている。このベルト定着装置は、定着ベルトを加熱源で加熱すると共に、定着ベルトの内側に配置されたニップ形成部材を定着ベルトに押し付けて定着ベルトと加圧ローラとの間に定着ニップを形成するものであり、定着ベルトが熱容量の小さいフィルム材で形成されるため、省エネルギー性やクイックスタート性に優れるという特徴を有する。

このベルト定着装置の一例として、特許文献１（特許第４７２５０１８号公報）には、ニップ形成部材の定着ベルトとの接触面のうち、定着ベルトの移動方向上流部を加圧ロールの周面と同方向の曲率とし、定着ベルトの移動方向下流部を加圧ロールの周面と逆方向でかつ上流部よりも大きな曲率にした定着装置が開示されている。

また、特許文献２（特開２０１４−１３４７０１号公報）には、ニップ形成部材を、加熱ベルトの回転方向の上流側領域で曲面凸形状とし、下流側領域で曲面凸形状ではない形状（曲面凹形状、フラット形状等）に形成した定着装置が開示されている。

しかしながら、特許文献１のように、定着ニップの入口側でニップ形成部材を加圧ローラの周面と同方向の曲率に形成すると、用紙と接する定着ベルト表面にしわを生じやすくなる。特に定着ニップの入口側はトナーが十分に溶融しておらず、用紙に対するトナーの付着力が不十分であるため、ベルト表面に生じたしわは、トナーの剥離あるいは欠損を招いて画像品質を劣化させる。

その一方で、特許文献２のように、特許文献１とは逆にニップ形成部材の上流側領域を曲面凸形状とすると、加圧ローラと定着ベルトとの間の線速差が大きくなる。また、定着ニップの上流側でニップ形成部材が加圧ローラに深く食い込む形となって、該領域での接触面圧が高くなる。そのため、トナーが十分に溶融していない領域でトナーに大きなずれ力が作用することになり、この点が、特許文献１と同様に画像を劣化させる要因となる。

そこで、本発明は、定着に伴う画像劣化を防止すると共に、安定した定着性を確保することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、可撓性を有し、回転可能な第一の定着部材と、弾性層を有し、前記第一の定着部材との間に定着ニップを形成する回転可能な第二の定着部材と、前記第一の定着部材を介して第二の定着部材と対向し、前記定着ニップを形成するニップ形成部材と、加熱源とを備え、前記定着ニップに供給された記録媒体上の未定着画像を定着させる定着装置において、前記ニップ形成部材の前記定着ニップを形成する領域に、互いに平行な第一の平坦面および第二の平坦面と、両平坦面を接続する接続面とを設け、第二の平坦面を、第一の平坦面よりも定着ニップの出口側で、かつ第二の定着部材への接近側に配置したことを特徴とするものである。

本発明によれば、定着ニップの入口側は、ニップ形成部材の第一の平坦面に倣った形状の平坦部となる。従って、第一の定着部材の表面にしわが生じにくくなる。また、この平坦部では、第二の定着部材の弾性層がそれほど圧縮されないため、第一の定着部材と第二の定着部材との間の線速差も小さくなる。加えて、この平坦部は低面圧の領域であるため、未定着現像剤に作用するずれ力が小さくなる。以上の理由から、現像剤の溶融が不十分となる定着ニップの入口側では、現像剤に作用するずれ力を小さくすることができ、このずれによる画像品質の劣化を防止することができる。その一方で、ニップ形成部材の接触面が第一の平坦面よりも弾性層をさらに圧縮するため、定着ニップの出口側を高面圧にすることができる。従って、現像剤に十分な熱と圧力を与えて記録媒体に確実に固着させることが可能となる。以上から、定着に伴う画像劣化の防止と安定した定着性の確保とを両立することができる。

本発明にかかる画像形成装置の全体構成を示す概略図である。 本発明にかかる定着装置の断面図である。 本発明にかかる定着装置の主要部の概略構成を示す斜視図である。 本発明にかかる定着装置で使用するニップ形成部の断面図である。 本発明にかかる定着装置の主要部の概略構成を示す断面図である。 比較例にかかる定着装置の主要部の概略構成を示す断面図である。 本発明の他の実施形態にかかる定着装置の概略構成を示す断面図である。

以下、添付の図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の実施の形態を説明するための各図面において、同一の機能もしくは形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すことにより一度説明した後ではその説明を省略する。

まず、図１を参照して、本発明の実施の一形態に係る画像形成装置の全体構成及び動作について説明する。
図１に示す画像形成装置１は、カラーレーザープリンタであり、その装置本体の中央には、４つの作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋが設けられている。各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の異なる色の現像剤を収容している以外は同様の構成となっている。

具体的に、各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、潜像担持体としてのドラム状の感光体５と、感光体５の表面を帯電させる帯電装置６と、感光体５の表面にトナーを供給する現像装置７と、感光体５の表面をクリーニングするクリーニング装置８などを備える。なお、図１では、ブラックの作像部４Ｋが備える感光体５、帯電装置６、現像装置７、クリーニング装置８のみに符号を付しており、その他の作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃにおいては符号を省略している。

各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋの下方には、感光体５の表面を露光する露光装置９が配設されている。露光装置９は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラー等を有し、画像データに基づいて各感光体５の表面へレーザー光を照射するようになっている。

また、各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋの上方には、転写装置３が配設されている。転写装置３は、中間転写体としての中間転写ベルト３０と、一次転写手段としての４つの一次転写ローラ３１と、二次転写手段としての二次転写ローラ３６と、二次転写バックアップローラ３２と、クリーニングバックアップローラ３３と、テンションローラ３４と、ベルトクリーニング装置３５とを備える。

中間転写ベルト３０は、無端状のベルトであり、二次転写バックアップローラ３２、クリーニングバックアップローラ３３及びテンションローラ３４によって張架されている。ここでは、二次転写バックアップローラ３２を回転駆動することによって、中間転写ベルト３０は図の矢印で示す方向に周回走行（回転）するようになっている。

４つの一次転写ローラ３１は、それぞれ、各感光体５との間で中間転写ベルト３０を挟み込んで一次転写ニップを形成している。また、各一次転写ローラ３１には、図示しない電源が接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が各一次転写ローラ３１に印加されるようになっている。

二次転写ローラ３６は、二次転写バックアップローラ３２との間で中間転写ベルト３０を挟み込んで二次転写ニップを形成している。また、上記一次転写ローラ３１と同様に、二次転写ローラ３６にも図示しない電源が接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が二次転写ローラ３６に印加されるようになっている。

ベルトクリーニング装置３５は、中間転写ベルト３０に当接するように配設されたクリーニングブラシとクリーニングブレードを有する。このベルトクリーニング装置３５で回収された廃トナーは、廃トナー移送ホースを介して廃トナー収容器に収容される。

画像形成装置本体の上部には、ボトル収容部２が設けられており、ボトル収容部２には、補給用のトナーを収容する４つのトナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋが着脱可能に装着されている。各トナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋと上記各現像装置７との間に設けた補給路を介して、各トナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋから各現像装置７にトナーが補給される。

一方、画像形成装置本体の下部には、記録媒体としての用紙Ｐを収容した給紙トレイ１０や、給紙トレイ１０から用紙Ｐを搬出する給紙ローラ１１等が設けられている。なお、記録媒体には、普通紙以外に、厚紙、はがき、封筒、薄紙、塗工紙（コート紙やアート紙等）、トレーシングペーパ、ＯＨＰシート等が含まれる。また、図示しないが、手差し給紙機構が設けてあってもよい。

画像形成装置本体内には、用紙Ｐを給紙トレイ１０から二次転写ニップを通過させて装置外へ排出するための搬送路Ｒが配設されている。搬送路Ｒにおいて、二次転写ローラ３６の位置よりも用紙搬送方向上流側には、搬送タイミングを計って用紙Ｐを二次転写ニップへ搬送するタイミングローラとしての一対のレジストローラ１２が配設されている。

また、二次転写ローラ３６の位置よりも用紙搬送方向下流側には、用紙Ｐに転写された未定着画像を定着するための定着装置２０が配設されている。さらに、定着装置２０よりも搬送路Ｒの用紙搬送方向下流側には、用紙を装置外へ排出するための一対の排紙ローラ１３が設けられている。また、装置本体の上面部には、装置外に排出された用紙をストックするための排紙トレイ１４が設けてある。

続いて、図１を参照して、本実施形態に係るプリンタの基本的動作について説明する。
作像動作が開始されると、各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋにおける各感光体５が図の時計回りに回転駆動され、各感光体５の表面が帯電装置６によって所定の極性に一様に帯電される。帯電された各感光体５の表面には、露光装置９からレーザー光がそれぞれ照射されて、各感光体５の表面に静電潜像が形成される。このとき、各感光体５に露光する画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの色情報に分解した単色の画像情報である。このように各感光体５上に形成された静電潜像に、各現像装置７によってトナーが供給されることにより、静電潜像はトナー画像として顕像化（可視像化）される。

また、作像動作が開始されると、二次転写バックアップローラ３２が図の反時計回りに回転駆動し、中間転写ベルト３０を図の矢印で示す方向に周回走行させる。また、各一次転写ローラ３１に、トナーの帯電極性と逆極性の定電圧又は定電流制御された電圧が印加されることによって、各一次転写ローラ３１と各感光体５との間の一次転写ニップにおいて転写電界が形成される。

その後、各感光体５の回転に伴い、感光体５上の各色のトナー画像が一次転写ニップに達したときに、上記一次転写ニップにおいて形成された転写電界によって、各感光体５上のトナー画像が中間転写ベルト３０上に順次重ね合わせて転写される。かくして、中間転写ベルト３０の表面にフルカラーのトナー画像が担持される。また、中間転写ベルト３０に転写しきれなかった各感光体５上のトナーは、クリーニング装置８によって除去される。そして、各感光体５の表面が図示しない除電装置によって除電され、表面電位が初期化される。

プリンタの下部では、給紙ローラ１１が回転駆動を開始し、給紙トレイ１０から用紙Ｐが搬送路Ｒに送り出される。搬送路Ｒに送り出された用紙Ｐは、レジストローラ１２によって搬送が一旦停止される。

その後、所定のタイミングでレジストローラ１２の回転駆動を開始し、中間転写ベルト３０上のトナー画像が二次転写ニップに達するタイミングに合わせて、用紙Ｐを二次転写ニップへ搬送する。このとき、二次転写ローラ３６には、中間転写ベルト３０上のトナー画像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加されており、これにより、二次転写ニップに転写電界が形成されている。そして、この転写電界によって、中間転写ベルト３０上のトナー画像が用紙Ｐ上に一括して転写される。また、このとき用紙Ｐに転写しきれなかった中間転写ベルト３０上の残留トナーは、ベルトクリーニング装置３５によって除去され、廃トナー収容器へと搬送される。

その後、用紙Ｐは定着装置２０へと搬送され、定着装置２０によって用紙Ｐ上のトナー画像が当該用紙Ｐに定着される。そして、用紙Ｐは、排紙ローラ１３によって装置外へ排出され、排紙トレイ１４上にストックされる。

以上の説明は、用紙上にフルカラー画像を形成するときの画像形成動作であるが、４つの作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋのいずれか１つを使用して単色画像を形成したり、２つ又は３つの作像部を使用して、２色又は３色の画像を形成したりすることも可能である。

図２は、本実施形態の定着装置の断面図である。
以下、図２に基づき、定着装置２０の構成について説明する。
図２に示すように、定着装置２０は、第一の定着部材としての定着ベルト２１と、定着ベルト２１の外周面に当接する第二の定着部材としての加圧ローラ２２と、定着ベルト２１を加熱する加熱源としてのハロゲンヒータ２３と、定着ニップＮを形成するニップ形成部材２４と、ニップ形成部材２４を支持する支持部材としてのステー２５と、ハロゲンヒータ２３からの熱を定着ベルト２１へ反射する反射部材２６と、ハロゲンヒータ２３からの熱を遮蔽する遮蔽部材２７と、定着ベルト２１の温度を検知する温度検知手段としての温度センサ２８とを備える。

上記定着ベルト２１は、可撓性を有するフィルム状の無端ベルトで形成される。詳しくは、定着ベルト２１は、ニッケルもしくはＳＵＳ等の金属材料又はポリイミド（ＰＩ）などの樹脂材料で形成された内周側の基材と、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共重合体（ＰＦＡ）又はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などで形成された外周側の離型層によって構成されている。基材と離型層との間に、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、又はフッ素ゴム等のゴム材料で形成された弾性層を介在させてもよい。

弾性層が無い場合は、熱容量が小さくなり定着性の向上を達成できるが、未定着トナーを押しつぶして定着させるときにベルト表面の微小な凹凸が画像に転写されて画像のベタ部に光沢ムラを生じる可能性がある。これを防止するには、厚さ１００μｍ以上の弾性層を設けることが望ましい。厚さ１００μｍ以上の弾性層を設けることで、弾性層の弾性変形により微小な凹凸を吸収することができるので、光沢ムラの発生を回避することができるようになる。

本実施形態では、定着ベルト２１の低熱容量化を図るために、定着ベルト２１を薄くかつ小径化している。具体的には、定着ベルト２１を構成する基材、弾性層、離型層のそれぞれの厚さを、２０〜５０μｍ、１００〜３００μｍ、１０〜５０μｍの範囲に設定し、全体としての厚さを１ｍｍ以下に設定している。また、定着ベルト２１の直径は、２０〜４０ｍｍに設定している。さらに低熱容量化を図るためには、望ましくは、定着ベルト２１全体の厚さを０．２ｍｍ以下にするのがよく、さらに望ましくは、０．１６ｍｍ以下の厚さとするのがよい。また、定着ベルト２１の直径は、３０ｍｍ以下とするのが望ましい。

なお、本実施形態では、加圧ローラ２２の直径を２０〜４０ｍｍに設定しており、定着ベルト２１の直径と加圧ローラ２２の直径を同等となるように構成している。ただし、この構成に限定されるものではなく、例えば定着ベルト２１の直径が加圧ローラ２２の直径よりも小さくなるように構成してもよい。

図３に示すように、定着ベルト２１の両端部の内周には、ベルト保持部材４０が挿入されている。定着ベルト２１は、両端部のベルト保持部材４０で回転自在に支持されており、基本的にベルト保持部材４０以外に定着ベルト２１を支持する部材は存在しない。つまり、定着ベルト２１は、ローラ等に架け渡されていない無張架の状態にある。ベルト保持部材４０は、ハロゲンヒータ２３、およびステー２５と共に、定着装置２０の軸方向両側に設けられた一対の側板に固定されている。

図２に示すように、加圧ローラ２２は、芯金２２ａと、芯金２２ａの表面に設けられた発泡性シリコーンゴム、シリコーンゴム、又はフッ素ゴムといったゴム材料等から成る弾性層２２ｂと、弾性層２２の表面に設けられたＰＦＡ又はＰＴＦＥ等から成る離型層２２ｃとによって構成されている。加圧ローラ２２は、切り替え機構によって定着ベルト２１側へ加圧され、定着ベルト２１を介してニップ形成部材２４に当接している。この加圧ローラ２２と定着ベルト２１とが圧接する箇所では、加圧ローラ２２の弾性層２２ｂが押しつぶされることで、所定の幅の定着ニップＮが形成されている。

また、加圧ローラ２２は、装置本体に設けられた図示しない定着モータ等の駆動源によって回転駆動するように構成されている。加圧ローラ２２が回転すると、その駆動力が定着ニップＮで定着ベルト２１に伝達され、定着ベルト２１が従動回転するようになっている。

本実施形態では、加圧ローラ２２を中実のローラとしているが、中空のローラであってもよい。その場合、加圧ローラ２２の内部にハロゲンヒータ等の加熱源を配設してもよい。また、弾性層２２ｂはソリッドゴムでもよいが、加圧ローラ２２の内部に加熱源が無い場合は、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の熱が奪われにくくなるのでより望ましい。

ハロゲンヒータ２３は、定着ベルト２１の定着ニップＮ以外の箇所を加熱できるように、定着ベルト２１の内周側で、かつ、定着ニップＮの用紙搬送方向の上流側に配設されている。ハロゲンヒータ２３は、装置本体に設けられた電源部により出力制御されて発熱するように構成されており、その出力制御は、温度センサ２８による定着ベルト２１の表面温度の検知結果に基づいて行われる。このようなヒータ２３の出力制御によって、定着ベルト２１の温度（定着温度）を所望の温度に設定できるようになっている。なお、定着ベルト２１の温度を検知する温度センサの代わりに、加圧ローラ２２の温度を検知する温度センサ（図示省略）を設け、その温度センサで検知した温度により、定着ベルト２１の温度を予測するようにしてもよい。

本実施形態では、ハロゲンヒータ２３は２本設けられているが、プリンタで使用する用紙のサイズ等に応じて、ハロゲンヒータ２３の本数を１本又は３本以上としてもよい。また、定着ベルト２１を加熱する加熱源として、ハロゲンヒータ以外に、ＩＨ、抵抗発熱体、又はカーボンヒータ等を用いることも可能である。

反射部材２６は、ハロゲンヒータ２３と対向するようにステー２５に固定支持されている。この反射部材２６によって、ハロゲンヒータ２３からの輻射熱を定着ベルト２１へ反射することで、熱がステー２５等に伝達されるのを抑制し、定着ベルト２１を効率良く加熱できるようにして省エネルギー化を図っている。反射部材２６の材料としては、アルミニウムやステンレス等が用いられる。特に、アルミニウム製の基材に輻射率の低い（反射率の高い）銀を蒸着したものを用いた場合、定着ベルト２１の加熱効率を向上させることが可能である。

遮蔽部材２７は、厚さ０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの金属板を、定着ベルト２１の内周面に沿った円弧状の断面形状に形成して構成されている。また、遮蔽部材２７は、定着ベルト２１とハロゲンヒータ２３の間を周方向に移動可能となっている。本実施形態では、図２に示すように、定着ベルト２１の周方向領域に、ハロゲンヒータ２３と対向し、ハロゲンヒータ２３に直接加熱される被加熱領域αと、ハロゲンヒータ２３との間に、側板等に固定された他部材（反射部材２６、ステー２５、ニップ形成部材２４等）が介在し、ハロゲンヒータ２３に直接加熱されない非加熱領域βとが形成される。熱遮蔽の必要がない場合は、図２に示すように、遮蔽部材２７を非加熱領域β側に移動させ、熱遮蔽する必要がある場合は、遮蔽部材２７を被加熱領域α側に移動させることが可能となっている。

このように遮蔽部材２７を回転させることで、定着ベルト２１の被加熱領域αの面積を変更して、ハロゲンヒータ２３から定着ベルト２１に照射される輻射熱の熱量を調整するようになっている。これにより、連続通紙時の定着ベルト２１の非通紙領域における過剰な温度上昇を抑制することができ、定着ベルト２１の熱による劣化や損傷を防止することができる。遮蔽部材２７は耐熱性を要するため、その素材には、アルミニウム、鉄、ステンレス等の金属材料、又はセラミックを用いることが好ましい。

ニップ形成部材２４は、定着ベルト２１の内側でかつ定着ベルト２１を介して加圧ローラ２２と対向する位置に配置されている。このニップ形成部材２４は、ベース２４１と、ベース２４１の定着ベルト２１側に固定した薄板状のニップ形成部２４２とを有する。ベース２４１とニップ形成部２４２は何れも耐熱性に富む樹脂材料、例えばポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等で形成されている。この他、金属やセラミックでベース２４１およびニップ形成部２４２を形成することもできる。ベース２４１とニップ形成部２４２は、別材料で形成する他、同種の材料で形成することもできる。後者の場合には、ベース部２４１とニップ形成部２４２とを一体化して一部品にすることも可能である。

ニップ形成部材２４のベース２４１はステー２５で支持される。これにより、加圧ローラ２２による加圧力でニップ形成部２４２に撓みが生じるのを防止し、定着ベルト２１と加圧ローラ２２の対向領域の軸方向全体で均一なニップ幅を形成することができる。ステー２５は、ニップ形成部材２４の撓み防止機能を満足するために、ステンレス等の鋼材をはじめとする金属材料で形成されるが、撓み防止に十分な効果があれば樹脂材料でステー２５を形成することもできる。

ニップ形成部２４２の定着ベルト２１と摺動する面には、低摩擦シート２４３が取り付けられている。定着ベルト２１が回転すると、この低摩擦シート２４３に対して定着ベルト２１の内面が摺動することで、定着ベルト２１に作用する摩擦抵抗の低減が図られる。

図４に、ニップ形成部２４２の断面を拡大して表す。
図４に示すように、ニップ形成部２４２の加圧ローラ２２と対向する面２４２ａ（前面）は、用紙搬送方向で定着ニップＮよりも大きい幅寸法を有する。この前面２４２ａには、定着ニップＮの入口側（図面下方）から、第一の平坦面Ａ、接続面Ｂ、第二の平坦面Ｃ、およびガイド面Ｄが形成されている。

このうちの二つの平坦面Ａ，Ｃは、互いに平行となるように形成されている。一方の平坦面Ａ（第一の平坦面）は定着ニップＮの入口側に配置され、他方の平坦面Ｃ（第二の平坦面）は、第一の平坦面Ａよりも定着ニップＮの出口側に配置されている。また、第二の平坦面Ｃは、第一の平坦面Ａよりも加圧ローラ２２への接近側（図面右方）に位置している。第一および第二の平坦面Ａ，Ｃは、定着ニップＮの入口部Ｎ１に対する用紙Ｐの突入方向と平行となるように形成するのが好ましい。具体的に、本実施形態では、定着ベルト２１の回転中心Ｏ１（図３に示すベルト保持部材４０の中心）と加圧ローラ２２の回転中心Ｏ２とを結ぶ仮想線ｍ（図４参照）に対してほぼ直交する方向に沿って第一の平坦面Ａおよび第二の平坦面Ｃを配置している。

第一の平坦面Ａと第二の平坦面Ｃは、接続面Ｂを介して滑らかに接続される。接続面Ｂの形状は任意であり、平面や曲面、あるいはこれらを組み合わせた複合面で形成することができる。図４は、接続面Ｂを定着ニップＮの入口側の第一曲面部Ｂ１と、定着ニップＮの出口側の第二曲面部Ｂ２とからなる複合曲面で形成した場合を例示している。

この実施形態において、第一曲面部Ｂ１および第二曲面部Ｂ２は、曲率の向きを逆としている。具体的には、第一曲面部Ｂ１は単一の曲率半径Ｒ１を有する、加圧ローラ２２側から見て凹状の円筒面であり、第二曲面部Ｂ２は単一の曲率半径Ｒ２を有する、加圧ローラ２２側から見て凸状の円筒面である。

ガイド面Ｄの形状は任意であり、例えば平面や曲面、あるいはこれらを組み合わせた複合面で形成することができる。本実施形態のガイド面Ｄは、単一の曲率半径Ｒ３を有する、加圧ローラ２２側から見て凹状の円筒面である。ガイド面Ｄと第二の平坦面Ｃは、境界部に共通接線を持つようにして接続されている。
なお、ここでは、第一曲面部Ｂ１、第二曲面部Ｂ２、およびガイド面Ｄを、それぞれ単一の曲率半径Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を有するものとして説明したが、第一曲面部Ｂ１、第二曲面部Ｂ２、およびガイド面Ｄの各々を、曲率の異なる複数の曲面で構成してもよい。

以上に述べたニップ形成部２４２に定着ベルト２１を介して加圧ローラ２２を押し当てると、加圧ローラ２２の弾性層２２ｂが弾性変形して、定着ベルト２１と加圧ローラ２２の間に定着ニップＮが形成される。この時、定着ベルト２１はニップ形成部２４２の前面２４２ａの形状に倣って変形する。

定着ニップＮのうち、ニップ形成部２４２の第一の平坦面Ａおよび第二の平坦面Ｃで形成される部分は、何れも両平坦面Ａ，Ｃの形状に対応する平面形状となる。また、ニップ形成部２４２の接続面Ｂで形成される部分は、接続面Ｂの形状に対応する形状（本実施形態では曲面形状）となる。以下の説明では、定着ニップＮのうち、ニップ形成部２４２の第一の平坦面Ａで形成される領域を第一の平坦部Ｎａと称し、接続面Ｂで形成される領域を接続部Ｎｂと称し、第二の平坦面Ｃで形成される領域を第二の平坦部Ｎｃと称する。

この定着ニップＮにおいて、入口部Ｎ１は第一の平坦部Ｎａで構成され（ニップ形成部２４２の第一の平坦面Ａが入口部Ｎ１を形成する）、出口部Ｎ２は第二の平坦部Ｎｃで構成されている（ニップ形成部２４２の第二の平坦面Ｃが出口部Ｎ２を形成する）。また、第二の平坦部Ｎｃの長さは、第一の平坦部Ｎａの長さよりも短い。

図５は、以上に述べたニップ形成部２４２で形成される定着ニップＮを概略図示した断面図である。
なお、図５では、定着ニップＮの形状を明確に表すため、ニップ形成部材２４の第一の平坦面Ａと第二の平坦面Ｃの間の段差を誇張して描いている。そのため、ニップ形成部２４２の前面２４２ａや定着ニップＮの形状は実際とは異なる。また、図５では、図面を簡略化するために定着ベルト２１の図示を省略している。

用紙Ｐは、トナーＴを定着ベルト２１側に向けた状態で定着ニップＮの入口部Ｎ１に到達し、第一の平坦部Ｎａに進入する。この第一の平坦部Ｎａでは、その下流側ほど加圧ローラ２２の弾性層２２ｂの圧縮率Ｘａが大きくなり、これに伴って用紙Ｐに作用する面圧が徐々に増加する。次いで、用紙Ｐは接続部Ｎｂに進入する。接続部Ｎｂでは、弾性層２２ｂの圧縮率Ｘｂが急激に増大して最大値をとり、用紙Ｐに作用する面圧が最大となる。その後、用紙Ｐが接続部Ｎｂを経て第二の平坦部Ｎｃを移動する間は、下流側ほど弾性層２２ｂの圧縮率Ｘｂが小さくなるため、用紙Ｐに作用する面圧も徐々に小さくなる。従って、トナーの定着プロセス（溶融・流動・合体・浸透・固化）は、主として接触部Ｎｂから第二の平坦部Ｎｃに至るまでの領域で進行する。

定着ニップＮの出口部Ｎ２に達した用紙Ｐは、ニップ形成部材２４のガイド面Ｄにより、第二の平坦部Ｎｃの延長方向に対して僅かに加圧ローラ２２側に傾いた方向Ｆに排出され、さらに分離爪と当接して定着ベルト２１から分離される。ニップ形成部２４２の前面２４２ａの搬送方向下流側の端部には、曲率半径の小さい曲面部２４２ｂが設けられており、定着ベルト２１は、この曲面部２４２ｂに沿って大きな曲率で加圧ローラ２２から離反する方向に曲げられる。そのため、定着ニップＮから排出された用紙Ｐの分離性が良好なものとなる。

このように本発明では、定着ニップＮにおける高面圧領域を定着ニップＮの出口側に設けている。この面圧分布を実現するため、定着ニップＮのうち、弾性層２２の圧縮率が最大となる部分（本実施形態では接続部Ｎｂ）は、加圧ローラ２２の回転中心Ｏ２よりも定着ニップＮの出口側、つまり加圧ローラ２２の回転中心Ｏ２からニップ形成部２４２の第一の平坦面Ａ（もしくはその延長線）に垂線を降ろした時の交点よりも定着ニップＮの出口側に設ける。本実施形態では、図４に示すように、定着ベルト２１の回転中心Ｏ１と加圧ローラ２２の回転中心Ｏ２を結ぶ直線ｍ付近に第一の平坦部Ｎａと接続部Ｎｂの境界部を配置しているため、弾性層２２の最大圧縮部分を確実に上記の条件下に配置することができる。

以下、以上の構成の定着装置が奏する作用効果を説明する。
定着ニップＮの第一の平坦部Ｎａでは、これを加圧ローラ２２側から見て凹曲面形状にする場合に比べて、定着ベルト２１の表面にしわが生じにくい。また、第一の平坦部Ｎａでは、加圧ローラ２２の弾性層２２ｂの圧縮量Ｘａが小さいため、定着ベルト２１と加圧ローラ２２の間の線速差も小さくなる。さらに、未定着トナーに作用するずれ力を考えても、第一の平坦部Ｎａが低面圧領域であるため、当該ずれ力の影響は小さい。以上の理由から、定着ニップＮの上流側での未定着トナーのずれを抑制し、定着に伴う画像品質の劣化を防止することが可能となる。

その一方で、ニップ形成部材２４の第二の平坦面Ｃが第一の平坦面Ａよりも加圧ローラ２２への接近側に配置されているため、第一の平坦部Ｎａよりも下流側の少なくとも接続部Ｎｂ（あるいは接続部Ｎｂと第二の平坦部Ｎｃの双方）で、第一の平坦部Ｎａにおける弾性層２２ｂの圧縮量Ｘａよりも大きな圧縮量を得ることができる。これにより、定着ニップＮの出口側を高面圧領域にすることができ、トナーに十分な熱と圧力を与えて未定着画像を確実に定着させることができる。また、このように定着ニップの接触面圧を局所的に高めることで、加熱源２３による加熱量を抑えて省エネルギー化を図ることも可能となる。

このように、本発明は、定着ニップのうち、トナーＴが十分に加熱されておらず、未定着画像のずれが生じやすい領域では、定着ニップＮを加圧ローラ２２の弾性層２２ｂに対する食い込み量の小さい平坦面状にして未定着画像のずれを抑える一方で、トナーＴが十分に加熱された際に、ニップ形成部材２４を弾性層２２ｂに深く食い込ませて確実にトナーの定着を行うものである。これにより、定着に伴う画像劣化の防止と安定した定着性の確保とを両立することが可能となる。

ところで、ローラ同士を圧接させて定着ニップＮを形成する既存の定着装置では、定着ニップが凹状曲面もしくは凸状曲面であるため、用紙Ｐとして封筒を用いると、表裏面の線速差から封筒にしわを生じることが多い。これに対し、本発明の定着装置では、定着ニップＮの入口側と出口側を互いに平行な段違いの平坦部Ｎａ，Ｎｃで形成しているため、第一の平坦部Ｎａから接続部Ｎｂに至るまでの封筒の湾曲方向と、接続部Ｎｂから第二の平坦部Ｎｃに至るまでの封筒の湾曲方向が逆となり、両方向の湾曲が相殺される。また、定着ニップＮ中には、これ以外に封筒を湾曲させるような領域が存在しない。従って、封筒しわの発生を防止することができる。

また、上記のように定着ニップＮの出口部Ｎ２をニップ形成部材２４の第二の平坦面Ｃで形成することにより、定着ニップＮの幅が僅かに変動した場合でも、用紙の排出方向を一定にすることができる。すなわち、図６に示すように、出口部Ｎ２が第二の平坦部Ｎｃに対して傾斜している場合（例えば出口部Ｎ２がニップ形成部２４２のガイド面Ｄで形成されている場合）には、定着ニップＮの幅変動に伴って、用紙の排出方向Ｆ’にばらつきを生じ、デカール効果が低下する、等の不具合を招くが、図５に示すように、出口部Ｎ２を第二の平坦部Ｎｃで構成することで、用紙Ｐが第二の平坦部Ｎｃの方向に真っ直ぐ排出されるようになるので、かかる不具合を防止することができる。

図４に示す実施形態では、第二の平坦面Ｃの下流端で定着ニップの出口部Ｎ２を形成しているが、上述した定着ニップＮの幅変動による排出方向Ｆ’のばらつきの防止を重視する場合には、第二の平坦面Ｃの下流端を出口部Ｎ２よりも下流側（定着ニップＮの外部）に配置するのが好ましい。

図７に本発明の他の実施形態を示す。以上に述べた実施形態（図２、図４、図５）では、ニップ形成部材２４のガイド面Ｄを加圧ローラ２２側から見て凹となる円筒面状に形成した場合を例示したが、図７に示す実施形態では、ガイド面Ｄを第二の平坦面Ｃと面一の平坦面状に形成している。かかる構成であれば、定着ニップＮの幅の変動範囲が大きく、ガイド面Ｄが定着ニップＮに入り込むことが予想される状況下でも、用紙Ｐの排出方向を安定させることが可能となる。

本発明の構成とその作用効果をまとめて説明すると以下のとおりである。

本発明にかかる定着装置２０は、可撓性を有し、回転可能な定着ベルト２１と、弾性層２２ｂを有し、定着ベルト２１との間に定着ニップＮを形成する回転可能な加圧ローラ２２と、定着ベルト２１を介して加圧ローラ２２と対向し、定着ニップＮを形成するニップ形成部材２４と、加熱源２３とを備え、定着ニップＮに供給された用紙Ｐ上の未定着画像を定着させるものである。

この定着装置２０において、ニップ形成部材２４の定着ニップＮを形成する領域に、互いに平行な第一の平坦面Ａおよび第二の平坦面Ｃと、両平坦面Ａ，Ｃを接続する接続面Ｂとを設け、第二の平坦面Ｃを、第一の平坦面Ａよりも定着ニップＮの出口側で、かつ加圧ローラ２２への接近側に配置する。

この他、ニップ形成部材２４の定着ニップＮを形成する領域に、互いに平行な第一の平坦面Ａおよび第二の平坦面Ｃと、両平坦面Ａ，Ｃを接続する接続面Ｂとを設け、第二の平坦面Ｃを第一の平坦面Ａよりも定着ニップの出口側に配置し、かつ接続面Ｂで弾性層２２ｂを第一の平坦面Ａで圧縮した弾性層２２ｂの最大圧縮率よりも大きな圧縮率で圧縮してもよい。

また、定着ニップＮに、互いに平行な第一の平坦部Ｎａおよび第二の平坦部Ｎｃと、両平坦部Ｎａ，Ｎｃを接続する接続部Ｎｂとを設け、第二の平坦部Ｎｃを第一の平坦部Ｎａよりも定着ニップＮの出口側に配置し、かつ接続部Ｎｂで弾性層２２ｂを第一の平坦部Ｎａでの弾性層２２ｂの最大圧縮率よりも大きな圧縮率で圧縮してもよい。

これらの構成により、定着に伴う画像劣化の防止と安定した定着性の確保とを両立し、また封筒のしわを防止することが可能となる。

かかる効果は、定着ニップＮの入口部Ｎ１を、ニップ形成部材２４の第一の平坦面Ａで形成することにより（定着ニップＮの入口部Ｎ１を第一の平坦部Ｎａに設けることにより）、より確実に得ることができる。

また、定着ニップＮの出口部Ｎ２を、ニップ形成部材２４の第二の平坦面Ｃで形成することにより（定着ニップＮの出口部Ｎ２を第二の平坦部Ｎｃに設けることにより）、上記の効果に加えて、定着ニップの幅が変動した場合も定着ニップＮからの用紙の排出方向のばらつきを抑えて分離性を向上させる、との効果が得られるようになる。

さらに、ニップ形成部材２４の接続面Ｂのうち、第二の平坦面Ｃに隣接する部分を、加圧ローラ２２側を凸とする円筒面状に形成することにより（定着ニップＮの接続部Ｎｂのうち、第二の平坦部Ｎｃに隣接する部分を、加圧ローラ２２側を凸とする円筒面状に形成することにより）、定着ニップＮの接続部を確実に高面圧領域にすることが可能となる。

また、加圧ローラ２２の弾性層２２ｂを、加圧ローラ２２の回転中心Ｏ２よりも定着ニップＮの出口側で最大に圧縮させることにより、定着ニップＮの下流側に高面圧領域を形成することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。例えば、本発明に係る定着装置を搭載する画像形成装置は、図１に示すようなカラープリンタに限らず、モノクロプリンタとすることもできる。また、プリンタに限らず、複写機、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等とすることが可能である。

２０ 定着装置
２１ 定着ベルト（第一の定着部材）
２２ 加圧ローラ（第二の定着部材）
２２ｂ 弾性層
２３ ハロゲンヒータ（加熱源）
２４ ニップ形成部材
Ａ 第一の平坦面
Ｂ 接続面
Ｃ 第二の平坦面
Ｄ ガイド面
Ｎ 定着ニップ
Ｎ１ 入口部
Ｎ２ 出口部
Ｎａ 第一の平坦部
Ｎｂ 接続部
Ｎｃ 第二の平坦部
Ｏ２ 加圧ローラの回転中心
Ｐ 用紙（記録媒体）
Ｔ トナー（現像剤）

特許第４７２５０１８号公報 特開２０１４−１３４７０１号公報

Claims (12)

1. 可撓性を有し、回転可能な第一の定着部材と、弾性層を有し、前記第一の定着部材との間に定着ニップを形成する回転可能な第二の定着部材と、前記第一の定着部材を介して第二の定着部材と対向し、前記定着ニップを形成するニップ形成部材と、加熱源とを備え、前記定着ニップに供給された記録媒体上の未定着画像を定着させる定着装置において、
   前記ニップ形成部材の前記定着ニップを形成する領域に、互いに平行な第一の平坦面および第二の平坦面と、両平坦面を接続する接続面とを設け、第二の平坦面を、第一の平坦面よりも定着ニップの出口側で、かつ第二の定着部材への接近側に配置したことを特徴とする定着装置。
2. 可撓性を有し、回転可能な第一の定着部材と、弾性層を有し、前記第一の定着部材との間に定着ニップを形成する回転可能な第二の定着部材と、前記第一の定着部材を介して第二の定着部材と対向し、前記定着ニップを形成するニップ形成部材と、加熱源とを備え、前記定着ニップに供給された記録媒体上の未定着画像を定着させる定着装置において、
   前記ニップ形成部材の前記定着ニップを形成する領域に、互いに平行な第一の平坦面および第二の平坦面と、両平坦面を接続する接続面とを設け、第二の平坦面を第一の平坦面よりも定着ニップの出口側に配置し、かつ前記接続面で前記弾性層を前記第一の平坦面で圧縮した弾性層の最大圧縮率よりも大きな圧縮率で圧縮したことを特徴とする定着装置。
3. 前記定着ニップの入口部を、前記ニップ形成部材の第一の平坦面で形成した請求項１または２に記載の定着装置。
4. 前記定着ニップの出口部を、前記ニップ形成部材の第二の平坦面で形成した請求項１〜３の何れか１項に記載の定着装置。
5. 前記ニップ形成部材の接続面のうち、前記第二の平坦面に隣接する部分を、第二の定着部材側を凸とする円筒面状に形成した請求項１〜４の何れか１項に記載の定着装置。
6. 可撓性を有し、回転可能な第一の定着部材と、弾性層を有し、前記第一の定着部材との間に定着ニップを形成する回転可能な第二の定着部材と、前記第一の定着部材を介して第二の定着部材と対向し、前記定着ニップを形成するニップ形成部材と、加熱源とを備え、前記定着ニップに供給された記録媒体上の未定着画像を定着させる定着装置において、
   前記定着ニップに、互いに平行な第一の平坦部および第二の平坦部と、両平坦部を接続する接続部とを設け、第二の平坦部を第一の平坦部よりも定着ニップの出口側に配置し、かつ前記接続部で前記弾性層を前記第一の平坦部での弾性層の最大圧縮率よりも大きな圧縮率で圧縮したことを特徴とする定着装置。
7. 前記定着ニップの入口部を、前記第一の平坦部に設けた請求項６に記載の定着装置。
8. 前記定着ニップの出口部を、前記第二の平坦部に設けた請求項６または７に記載の定着装置。
9. 前記定着ニップの接続部のうち、前記第二の平坦部に隣接する部分を、第二の定着部材側を凸とする円筒面状に形成した請求項６〜８の何れか１項に記載の定着装置。
10. 前記第二の定着部材の弾性層を、第二の定着部材の回転中心よりも定着ニップの出口側で最大に圧縮させる請求項１〜９の何れか１項に記載の定着装置。
11. 前記第一の定着部材を無端ベルトで構成し、第一の定着部材の内側に、前記ニップ形成部材を配置した請求項１〜１０の何れか１項に記載の定着装置。
12. 請求項１〜１１の何れか１項に記載した定着装置を有する画像形成装置。

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