JP2016176976A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】固定部材を大きくすることなく幅広・高面圧なニップを得ることができ、装置の小型化が実現可能であるとともに、加熱回転体の位置をシフトさせて分離性能を向上させた場合にも、ニップ部において均一かつ十分な圧力を得ることができる定着装置を提供する。【解決手段】加熱回転体７８と、加熱回転体７８の外周面との接触部を有する固定部材７４と、定着ベルト７７と、定着ベルト７７を介して固定部材７４と加圧接触してニップ部を形成し、定着ベルト７７を従動回転させる加圧回転体７２と、を備え、加熱回転体７８の回転中心と加圧回転体７２の回転中心とを結ぶ直線が、ニップ部における記録媒体Ｐの搬送方向と直交しないように配置され、加熱回転体７８の固定部材７４との対向面の中央位置における面法線Ｎｂと、加圧回転体７２の固定部材７４との対向面の中央位置における面法線Ｎａとが、固定部材７４が設けられた領域において交差する定着装置。【選択図】図２

Description

本発明は、定着装置及び画像形成装置に関する。

複写機、レーザープリンタ等の電子写真方式の画像形成装置においては、像担持体上に形成した静電潜像を現像装置で現像し、そのトナー像を記録媒体（用紙、被定着材、記録材ともいう）上に転写し、定着装置によって定着して画像形成を行っている。

この定着装置としては様々な方式のものが提案されており、例えば、ローラ定着方式の定着装置やベルト定着方式の定着装置が知られている。
ローラ定着方式の定着装置は、例えば、加熱ローラと、加圧ローラからなり、それぞれ金属パイプの表層にゴム層を設け、内側にハロゲンヒータを備えている。このようなローラ定着方式の定着装置では、ゴム層が熱抵抗となるため、表面を一定温度に制御すると、金属パイプとゴム層の界面温度が高くなり、ゴムの耐熱温度を超えてしまう。そのため、ゴム層は薄くする必要がある（０．５〜２ｍｍ程度）。しかしながら、薄いゴム層の定着ローラと加圧ローラから得られるニップ幅は小さく、幅広いニップが必要な高速機には、ローラ定着方式では対応することができなかった。
ベルト定着方式の定着装置は、例えば、加熱ローラと、定着部材と、加熱ローラ及び定着部材によって張られた定着ベルトと、定着ベルトを介して定着部材に加圧接触する加圧ローラから構成される。定着部材を固定部材とすることにより、省スペースで幅広いニップ幅を得ることが容易となる（例えば、特許文献１及び２参照）。

近年、画像形成装置はカラー化、高画質化、高速化が進んでいる。カラー画像を高画質で定着するためには、記録紙がニップと接触している時間（以下、ニップ時間）は、４０〜６０ｍｓｅｃ必要であり、ニップ部での圧力が７Ｎ／ｃｍ^２以上必要である。特に、５０ＰＰＭ（Ａ４サイズ）以上の高速機では、記録紙の搬送速度が速いため、上記ニップ時間を確保するために、ニップ幅は１０ｍｍ以上と広く必要で、かつ７Ｎ／ｃｍ^２以上の面圧を必要とする。また、高速機で利用の多いコート紙（樹脂コートされた紙）は、ニップ通過中に水蒸気によるトナー画像乱れが生じやすいため、さらなる高面圧（１２Ｎ／ｃｍ^２以上）を必要とする。

また、高画質化のためには、ニップ部出口では記録紙が自然分離する必要があり、ニップ部の形状や、ニップ出口部のローラ曲率、ガイド部材を工夫している。なお、分離爪などをローラに当接させて記録紙を強制分離する方法もあるが、ローラの磨耗傷が画像に転写されてしまい、画像を劣化させてしまうおそれがある。

これに対し、特許文献１に記載の定着装置は、ニップ部の圧力を固定部材だけではなく加熱回転体も利用して受けることで、固定部材の変形（たわみ）を防ぎ、幅広、高面圧なニップを得ることを可能とするとともに、固定部材形状によってニップ部出口の定着ベルト曲率半径を小さくすることで、記録紙の自然分離を可能としている。ローラ定着方式による定着装置と比較して、定着ローラのゴム層を厚くすることができ、幅広いニップを得ることができる。

しかしながら、例えば、５０ｐｐｍ以上の高速機では幅広いニップ幅を得るためにローラ径が直径５０ｍｍ以上であることが必要となる。このような大径ローラは曲率が小さい（曲がり具合が緩い）ので、ニップ出口部での用紙はローラに巻きついてしまう（自然分離できない）。そのため、特許文献１に記載の定着装置においては、ニップ出口部のベルト表面に接触する分離爪による強制分離が必要であるが、ベルト表面に接触した分離爪による磨耗傷が画像に転写される不具合が生じてしまうという問題がある。

例えば、図７（Ａ）に示すような定着装置においては、固定部材の形状によってニップ部出口の定着ベルト曲率半径を小さくすることができ、用紙の自然分離を可能としている。これに対し、図７（Ｂ）のように、加熱ローラの位置を用紙搬送方向の上流側にシフトすると、ニップ部出口部での定着ベルトの走行方向がニップ面に対して角度がつく方向になるため（θ１＜θ２）、用紙の分離能力を向上させることができる。

図７（Ａ）に示すような特許文献１及び２の定着装置では、加圧ローラと、定着ベルトを介した固定部材との接触面Ｓａに対する法線（垂直方向ライン）Ｎａと、加熱ローラと固定部材との接触面Ｓｂに対する法線（垂直方向ライン）Ｎｂとが同一直線状となるように配置されている。この構成において、用紙の分離能力を向上させるために図７（Ｂ）に示すように加熱ローラの位置を用紙搬送方向の上流側にシフトすると、法線ＮａとＮｂとが平行状態となる。

法線ＮａとＮｂとが平行状態となると、加圧ローラから固定部材にかかる力（Ｎａ方向）及び加熱ローラから固定部材にかかる力（Ｎｂ方向）によって、図中Ｍで示す回転方向の力が生じ、ニップ部領域で圧力に偏差が発生する。具体的には、加熱ローラの位置を用紙搬送方向の上流側にシフトした場合、ニップ部入口側の圧力が高く、ニップ部出口側の圧力が低くなってしまう。
このような状態では、ニップ部内で必要な圧力を確保できる範囲が小さくなってしまうため、用紙上に十分にトナー像を定着させることができなくなるという問題がある。

そこで、本発明は上記課題を鑑み、固定部材を大きくすることなく幅広・高面圧なニップを得ることができ、装置の小型化が実現可能であるとともに、加熱回転体の位置をシフトさせて分離性能を向上させた場合にも、ニップ部において均一かつ十分な圧力を得ることができる定着装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、熱源により加熱されるとともに回転する加熱回転体と、前記加熱回転体の外周面の一部と摺動接触する接触部を有する固定部材と、前記加熱回転体及び前記固定部材に架け渡される定着ベルトと、前記定着ベルトを介して前記固定部材と加圧接触して記録媒体が搬送されるニップ部を形成し、駆動回転することにより前記定着ベルトを従動回転させる加圧回転体と、を前記ニップ部形成のための加圧方向にこの順番で備え、前記ニップ部の圧力は、前記定着ベルト及び前記固定部材を介し、前記加熱回転体と前記加圧回転体との間の加圧により付与される定着装置において、前記加熱回転体の回転中心と前記加圧回転体の回転中心とを結ぶ直線が、ニップ部における前記記録媒体の搬送方向と直交しないように配置され、前記加熱回転体の前記固定部材との対向面の中央位置における面法線と、前記加圧回転体の前記固定部材との対向面の中央位置における面法線とが、前記固定部材が設けられた領域において交差することを特徴とする。

本発明によれば、固定部材を大きくすることなく幅広・高面圧なニップを得ることができ、装置の小型化が実現可能であるとともに、加熱回転体の位置をシフトさせて分離性能を向上させた場合にも、ニップ部において均一かつ十分な圧力を得ることができる定着装置を提供することができる。

本実施形態に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 本実施形態に係る定着装置の一例を示す概略構成図である。 本実施形態に係る定着装置の一例を示す側面図である。 本実施形態に係る定着装置の一例を示す側面図である。 加熱ローラおよび加圧ローラの回転機構部の模式図である。 熱源として誘導加熱手段を用いた定着装置の一例を示す概略構成図である。 定着装置の構成を示す概略構成図とニップ部領域の圧力分布を模式的に示した図であって、（Ａ）は従来の定着装置の例、（Ｂ）は加熱ローラ位置をシフトさせた例、（Ｃ）は本実施形態にかかる定着装置の例をそれぞれ示す。 固定部材の支点部を示す斜視図である。

以下、本発明に係る定着装置及び画像形成装置について、図面を参照して説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

（画像形成装置）
図１に、本発明に係る定着装置を備えた画像形成装置の一実施形態であるカラー複写機の全体概略構成を示す。図中符号１００は、カラー複写機本体である。
カラー複写機本体１００の中央には、無端ベルト状の中間転写体１０を備えられている。中間転写体１０は、駆動ローラ１４、第１の従動ローラ１５及び第２の従動ローラ１６に掛け回され、時計まわりに回転搬送可能に設けられている。
中間転写体１０は図１に示す態様に限定されず、例えば、片寄りを調整するためのローラ等、他のローラを含む４つ以上のローラに掛け回されてもよい。また、水平ではなく、斜めに傾斜して張り渡されてもよい。

第２の従動ローラ１６の近傍には、画像転写後に中間転写体１０上に残留するトナーを除去するベルトクリーニング装置を設けることができる。
また、駆動ローラ１４と第２の従動ローラ１６との間に張り渡した中間転写体１０上には、ブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの４つの単色作像手段１８が搬送方向に沿って配置されたタンデム作像装置２０が設けられている。
タンデム作像装置２０の上部には、露光装置２１が設けられている。

一方、中間転写体１０の張り渡し領域の下方には、ローラを用いた２次転写装置２２が設けられている。２次転写装置２２は、第１の従動ローラ１５に押し当てて中間転写体１０上の画像を記録媒体Ｐに転写する。
２次転写装置２２の横には、２つのローラ２３間に、無端ベルトである搬送ベルト２４が掛け渡されている。搬送ベルト２４の横には、記録媒体（以下、「用紙」ともいう）Ｐ上の転写画像を定着するための本発明の定着装置２５が設けられている。

２次転写装置２２には、画像転写後の記録媒体Ｐを搬送する媒体搬送機能も設けられている。もちろん、２次転写装置２２として、非接触のチャージャを配置してもよい。ただし、非接触のチャージャを配置した場合は、媒体搬送機能を併せて備えることは難しくなる。

２次転写装置２２、搬送ベルト２４、及び定着装置２５の下方には、記録媒体Ｐを収納する媒体収納カセット２８を備える。記録媒体Ｐとしては、用紙の他に、ＯＨＰフィルム等が挙げられる。

このカラー複写機を用いてコピーをとるときは、スキャナ２００の原稿台３０上に原稿Ｇをセットし、原稿押えで押さえる。スタートスイッチを押すと、スキャナ２００が駆動され原稿内容が読み取られる。具体的には、ハロゲンランプ等の光源３１で原稿Ｇが照射され、その反射光がミラー３２で反射され、レンズ３３を透して集光されてＣＣＤ３４に入力され、画像が電気信号に変換される。

また、スタートスイッチを押すと、同時に駆動モータで駆動ローラ１４が回転駆動され、従動ローラ１５、１６が従動回転し、中間転写体１０が回転搬送される。同時に、４つの単色作像手段１８において像担持体４０が回転し、各像担持体４０上にブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの単色画像がそれぞれ形成される。そして、中間転写体１０の搬送とともに各単色画像が順次重ねられ、１次転写して中間転写体１０上に合成カラー画像が形成される。

また、スタートスイッチを押すと給紙コロ３５が回転し、媒体収納カセット２８から記録媒体Ｐが繰り出される。記録媒体Ｐは、給紙路３６に搬送された後、レジストローラ３７に突き当たって止まる。

そして、中間転写体１０上の合成カラー画像にタイミングを合わせてレジストローラ３７が回転し、中間転写体１０と２次転写装置２２との間に記録媒体Ｐが送り込まれ、２次転写装置２２で中間転写体１０上の合成カラー画像が一括して２次転写され、記録媒体Ｐ上にカラー画像が形成される。

画像が転写された記録媒体Ｐは、搬送ベルト２４で搬送され、定着装置２５へと送り込まれる。定着装置２５で熱と圧力とが加えられ、転写画像が定着された記録媒体Ｐは、排紙トレイ３８上にスタックされる。

画像転写後の中間転写体１０は、ベルトクリーニング装置により残留トナーが除去され、タンデム作像装置２０による再度の画像形成に備えられる。

タンデム作像装置２０の各単色作像手段１８は、ドラム状の像担持体４０のまわりに、帯電装置４１、現像装置４２、１次転写装置４３、クリーニング装置４４、除電装置などを備えている。
単色作像手段１８を構成する装置の全部または一部でプロセスカートリッジを構成し、該プロセスカートリッジを複写機本体１００に対して一括して着脱自在とすることによりメンテナンス性を向上させることができる。

単色作像手段１８を構成する帯電装置４１としては、例えば、帯電ローラを用いることができる。帯電装置４１は、像担持体４０に接触して電圧を印加することにより像担持体４０の帯電を行う。
現像装置４２は、例えば、磁性キャリアと非磁性トナーとからなる二成分現像剤を使用する。
図１の例では、１次転写装置４３はローラ状の部材が中間転写体１０を挟んで像担持体４０に押し当てられているが、この態様に限定されず、例えば、ブラシや非接触のチャージャであってもよい。
クリーニング装置４４は、像担持体４０に接触するクリーニングブレードやクリーニングブラシなどのクリーニング部材を備え、像担持体４０上の残留トナーを除去する。
除電装置は、例えばランプであり、光を照射して像担持体４０の表面電位を初期化する。

像担持体４０の回転とともに、帯電装置４１で像担持体４０の表面を一様に帯電する。次いで、スキャナ２００の読取り内容に応じ、露光装置２１においてレーザやＬＥＤ等による書込み光Ｌをポリゴンミラー４７で反射し、さらにミラー４８で反射し、像担持体４０に照射して像担持体４０上に静電潜像を形成する。
その後、現像装置４２によりトナーを付着させて静電潜像を可視像化し、その可視像を１次転写装置４３で中間転写体１０上に転写する。画像転写後の像担持体４０の表面は、クリーニング装置４４で残留トナーを除去して清掃し、除電装置で除電して再度の画像形成に備える。

（定着装置）
〔第１の実施形態〕
本実施形態の定着装置は、熱源により加熱されるとともに回転する加熱回転体と、前記加熱回転体の外周面の一部と摺動接触する接触部を有する固定部材と、前記加熱回転体及び前記固定部材に架け渡される定着ベルトと、前記定着ベルトを介して前記固定部材と加圧接触して記録媒体が搬送されるニップ部を形成し、駆動回転することにより前記定着ベルトを従動回転させる加圧回転体と、を前記ニップ部形成のための加圧方向にこの順番で備え、前記ニップ部の圧力は、前記定着ベルト及び前記固定部材を介し、前記加熱回転体と前記加圧回転体との間の加圧により付与される定着装置において、前記加熱回転体の回転中心と前記加圧回転体の回転中心とを結ぶ直線が、ニップ部における前記記録媒体の搬送方向と直交しないように配置され、前記加熱回転体の前記固定部材との対向面の中央位置における面法線と、前記加圧回転体の前記固定部材との対向面の中央位置における面法線とが、前記固定部材が設けられた領域において交差する。
なお、本明細書において「周方向」とは、加熱回転体の回転方向をいい、「軸方向」とは、加熱回転体の回転軸方向をいう。

図２及び図３に、本実施形態に係る定着装置の概略構成図を示す。図２は断面図であり、図３は図２に示す定着位置の右側面図である。なお、図２に示す定着装置は、用紙上のトナー画像を定着する定着動作時の状態を示している。以下、図２に示す状態を「加圧状態」ともいう。

定着装置２５は、フレーム８１に回転可能に支持された加熱回転体（以下、「加熱ローラ」という）７８と、加熱ローラ７８の外周部と摺動接触し、図中の上下方向のみに移動（回動）可能に支持された固定部材７４と、加熱ローラ７８と固定部材７４との外側に楕円状に掛け回された可撓性を有する定着ベルト７７と、加圧回転体（以下、「加圧ローラ」という）７２とにより構成されており、定着ベルト７７を介して固定部材７４に対して加圧ローラ７２を押し当ててニップ部（以下、「定着ニップ部」という）が形成される。定着ニップ部とは、定着ベルト７７と加圧ローラ７２との接触している部分をいう。

加熱ローラ７８の位置は、用紙搬送方向の上流側にシフトしている。この場合のシフトとは、加熱ローラ７８の回転中心と加圧ローラ７２の回転中心とを結ぶ直線が、ニップ部における記録媒体の搬送方向と直交しないように配置されていることを意味する。
すなわち、加熱ローラ７８の回転中心と加圧ローラ７２の回転中心とを結ぶ直線が、記録媒体の搬送方向（図では水平方向）に対して、直交する配置となる加熱ローラ７８の配置に対し、傾斜する（角度を有する）ように配置されている。言い換えると、固定部材７４のニップ部の中心に対して、加熱ローラ７８の回転中心が、記録媒体の搬送方向の上流側にオフセットしている。
このような配置とすることにより、定着ニップ部出口部での定着ベルトの走行方向がニップ面に対して角度がつく方向になり、用紙の分離能力が向上する。

固定部材７４は、加熱ローラ７８の外周面の一部と摺動接触する接触部７４ａ、７４ｂを有する。
固定部材７４の接触部７４ａ、７４ｂは、加熱ローラ７８の周方向における定着ニップ部を挟んだ両側に設けられる。そして、加熱ローラ７８の固定部材７４との対向面Ｓｂは、接触部７４ａ、７４ｂにより区画される外周面である。
加圧ローラ７２の固定部材７４との対向面Ｓａは、固定部材７４との摺動接触面であり、定着ニップ部に相当する領域である。
なお、接触面Ｓａ及びＳｂは、均一な平面形状でない場合は、平面形状に近似させて考えることができるものとする。

図２に示すように、本実施形態の定着装置において、加熱ローラ７８の固定部材７４との対向面Ｓｂの中央位置における面法線Ｎｂと、加圧ローラ７２の固定部材７４との対向面Ｓａの中央位置における面法線Ｎａとが、固定部材７４が設けられた領域において交差する。

図８に固定部材７４の長手方向端部における部分拡大図を示す。図８は一方の端部を示しているが、他端部も同様の形状である。
固定部材７４は、加熱ローラの外周面と摺動接触する接触部７４ａ、７４ｂとともに、回転支点となる支点部７４ｃを備えている。
固定部材７４は支点部７４ｃを中心として回動可能に支持されている。すなわち、固定部材７４は、対向面Ｓａ及びＳｂに対して略垂直の方向に回動（揺動）することができる。

図２に示すように、本実施形態の定着装置において、加熱ローラ７８の固定部材７４との対向面Ｓｂの接線Ｔｂと、加圧ローラ７２の固定部材７４との対向面Ｓａの接線Ｔａとが、固定部材７４の支点部７４ｃが配置された領域において交差する。
なお、接触面Ｓａ及びＳｂの接線とは、接触面Ｓａ及びＳｂを平面形状に近似させたときの面の延長線として考えることができるものとする。

加熱ローラ７８、固定部材７４及び加圧ローラ７２を上述の構成とすることにより、固定部材を大きくすることなく幅広・高面圧なニップを得ることができ、装置の小型化が実現可能であるとともに、ニップ部において均一かつ十分な圧力を得ることができる。

定着ベルト７７は、固定部材７４に対して加圧ローラ７２によって密着し、また、定着ベルト７７には円形に戻ろうとする力（張力）が生じるため、加熱ローラ７８に密着する。

加圧ローラ７２は、定着ニップ部（対向面Ｓａ）の垂直方向（法線Ｎａ方向）上向きの加圧力が与えられる。この加圧力は、定着ベルト７７、固定部材７４及び加熱ローラ７８に伝わり、その結果、定着ニップ部、固定部材７４と定着ベルト７７との接触部、固定部材７４と加熱ローラ７８との接触部に圧力が生じる。

固定部材７４は、上述のように法線Ｎａ方向と法線Ｎｂ方向へ揺動できるように構成されているため、定着ベルト７７を介した加圧ローラ７２との間、及び加熱ローラ７８との間には均一な圧力を生じる。
また、固定部材７４には法線Ｎａ方向及び法線Ｎｂ方向に加圧力が生じるが、法線Ｎａ方向と法線Ｎｂ方向との交点は固定部材７４の領域に位置しているため、固定部材７４には図７（Ｂ）に示すような回転力（図中Ｍで示す力）が発生することがなく、図７（Ｃ）に示すように圧力は均一となる。

定着ベルト７７の定着ニップ部の出口側には、定着ベルト７７から用紙Ｐを分離補助する分離板８３が、先端部が定着ベルト７７と接触しないように設置されている。
分離板８３は、用紙搬送方向下流側に回転支点を有し、分離板先端近傍の位置決め部（軸方向で見て、用紙幅より外側にある）を定着ベルト７７にバネ部材等で付勢し、定着ベルト７７との間を微小なギャップとなるようにしている。これにより、定着ニップ部の出口側で自然分離した用紙Ｐは、分離板８３によってガイドされ、定着ベルト７７に巻きつくことが防止される。

加熱ローラ７８は、内部に熱源８４を備えている。熱源は、例えば、ハロゲンヒータ、赤外線ヒータ等であり、誘導加熱手段、熱抵抗等を用いても良い。

サーモパイル８５ａは、加熱ローラ７８に掛け回された定着ベルト７７の掛け回し終わり後の位置での表面温度を検知する。なお、サーモパイル８５ａは定着ベルト７７に非接触で配置され、図３に示すように、軸方向における用紙幅内に設けられる。

また、サーミスタ８５ｂは、加熱ローラ７８に掛け回された定着ベルト７７の表面温度を検知する。なお、サーミスタ８５ｂは定着ベルト７７に接触させて配置され、図３に示すように、軸方向における用紙幅の外側に設けられる。

そして、定着ベルト停止中はサーミスタ８５ｂの検知温度に基づき、定着ベルト走行中はサーモパイル８５ａの検知温度に基づき、コントローラにより、熱源８４をオンオフ制御し、加熱ローラ７８を所定温度に保持する。

加圧ローラ７２も同様に、内部にハロゲンヒータ等の熱源８６を備え、周面にサーミスタ８７が押し当てられている。そして、サーミスタ８７の検知温度に基づきコントローラで熱源８６をオンオフ制御し、加圧ローラ７２も同じく所定温度に保持する。

定着装置２５の入口側には入口ガイド８８が設けられ、用紙Ｐを定着ニップ部へと導くようにしている。

定着ベルト７７の表面に接触している部材は、サーミスタ８５ｂ、分離板８３の突き当て部であるが、いずれも用紙幅より外側に配置しているので、用紙幅内の定着ベルト７７に磨耗傷を生じさせることなく、磨耗傷が用紙Ｐのトナー画像に転写されることによる画像劣化が生じることはない。

本実施形態では、加圧ローラ７２として、鋼等の金属パイプに厚さ２ｍｍのシリコーンゴム層を設け、直径が５０ｍｍ、両端のジャーナル部６０を直径２０ｍｍに絞ったものを用いている。
両端のジャーナル部６０には、ベアリング６１を設け、フレーム８１に回転可能に設けた加圧レバー８２とスプリング６２によって、ベアリング６１を加熱ローラ７８方向に加圧している（加圧機構部）。
そして、駆動手段からの駆動が加圧ローラ端部に設けたギヤ６３に入力され、反時計まわりに回転する。
このように構成された加圧ローラ７２が回転することにより、定着ニップ部の定着ベルト７７が従動回転する。

加熱ローラ７８としては、例えば、熱伝導率のよい、厚さ０．５ｍｍ〜３ｍｍのアルミニウム製のパイプ（中空パイプ形状）であって、直径５０ｍｍのものを用いる。
加圧ローラ７２の表面は、定着ベルト７７との接触や、固定部材７４との摺動接触による摩耗を防止するため、アルマイト処理やフッ素樹脂処理等が施されている。また、内面には耐熱黒塗装が施され、熱源８４からの熱を吸収しやすくしている。

また、加熱ローラ７８の両端部は、フレーム８１にベアリング６４を介して回転可能に固定支持されている。このように構成された加熱ローラ７８は、定着ベルト７７の回転によって従動回転しながら、定着ベルト７７を加熱する。なお、加熱ローラ７８は、加圧ローラ７２からの圧接力を受けても、ほとんど撓むことのない剛性を有している。

固定部材７４の上面は加熱ローラ７８と摺動接触し、下面は定着ベルト７７と摺動接触している。図中の左右方向の寸法は、加熱ローラ７８の外径より小さく、かつ定着ニップ部より広い幅としている。また、固定部材７４は、定着ベルト７７が加熱ローラ７８と固定部材７４の両方に緩く張られるような形状としている。

固定部材７４の材質としては、耐熱性や摺動性に良好で、加熱ローラ７８からの熱移動が少ない耐熱樹脂を使用することが好ましい。例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド），ＰＡＩ（ポリアミドイミド），ＰＩ（ポリイミド）等を用いることができる。

固定部材７４の摺動面は、フッ素樹脂のコーティングや、フッ素樹脂シートを介在させることにより、摺動抵抗を低減することが好ましい。

加熱ローラ７８との摺動面において、接触部７４ａ及び７４ｂの荷重が大きく、固定部材７４が摩耗するような場合には、図７（Ｃ）に示すように、上面を加熱ローラ７８の外周面に沿った曲面形状として荷重を分散させることも可能である。

定着ベルト７７との摺動面は平面で形成され、フラット形状の定着ニップを形成している。フラットな定着ニップ形状は、用紙Ｐの搬送性が良好でシワなどの用紙搬送不良が生じにくい。
なお、定着ニップの形状はこれに限られるものではなく、例えば、定着ベルト７７との対向面は、加圧ローラ７２の外形面と同方向の緩い曲面で形成されていても良い。このような固定部材側に凸形状のニップ形状では、用紙Ｐは加圧ローラ側に沿って排出されるため、用紙Ｐが定着ベルト７７に巻きつきにくくなる。

定着ベルト７７との対向面の左右にある定着ベルト進入部（入口部）７４ｃおよび／または出口部７４ｄは、加熱ローラ外形面と同方向の小さいＲ形状としている。定着ベルト７７は、この２箇所のＲ部分と接触するように張られている。直径５０ｍｍローラ対による定着ニップでは、出口部の曲率が小さく（Ｒ＝２５ｍｍ）、用紙が自然分離しにくい欠点があるが、本構成では出口部の曲率が大きく（Ｒ＝８ｍｍ）設定されており、用紙が自然分離しやすい特徴がある。

図７（Ａ）に示す従来の定着装置と比較して明らかなように、本実施形態の定着装置（図７（Ｃ））では、加熱ローラ７８を用紙進入側（用紙搬送方向上流側）にオフセットしているため、ニップ部出口部での定着ベルトの走行方向がニップ面に対して角度がつく方向になり（θ１＜θ２）、用紙の分離能力が向上する。

定着ベルト７７は、例えば、耐熱性の高い、厚さが０．０５〜０．２ｍｍのポリイミド樹脂の表層と裏層に離型層をコーティングした、直径５８ｍｍのベルトである。ここで、表離型層は、例えば、シリコーンゴム、フッ素樹脂、シリコーンゴムとフッ素樹脂の２層構造、シリコーンゴムとフッ素樹脂の混合体などの材質から構成され、用紙上のトナーの凹凸に追従するために弾性を持たせている。また、裏離型層は、固定部材７４との摺動抵抗を低減させるために、フッ素樹脂処理が施されている。さらに、フッ素グリスなどの潤滑材を塗布することも好ましい。なお、定着ベルト７７の基材としては、樹脂に限らず、例えば、ステンレス、ニッケル、銅などの金属を用いたり、ゴム等を用いたりすることも好ましい。

以上のように構成した定着ベルト７７は、大径の加熱ローラ７８に巻きついて加熱され、定着ニップ部で用紙を加熱加圧することで、用紙Ｐ上のトナー画像を定着させる。

上述のように、本実施形態の定着装置は、ニップ部の圧力を固定部材７４だけではなく加熱ローラ７８も利用して受けているので、固定部材７４のサイズを大きくすることなく（強度を高めることなく）、幅広かつ高面圧なニップを得ることができ、高速かつ高画質画像の対応が可能となる。
また、固定部材７４が小さく、加熱ローラ７８と接触しているため、定着ベルト７７の周長を短くすることができ、装置を小型化できる。
さらに、固定部材７４の形状によって、ニップ出口の定着ベルト曲率を大きくすることができ、分離性能に優れ、自然分離が可能である。
加熱ローラ７８は、回転しながら定着ベルト７７と接しているため、加熱ローラ７８から定着ベルト７７への熱伝達効率にも優れた構成とすることができる。

〔第２の実施形態〕
本実施形態の定着装置の側面図を図４に示す。
上述の第１の実施形態では、加圧機構部が加圧ローラ７２側に設けられているが、本実施形態の定着装置のように、加圧機構部を加熱ローラ７８側に設けることができる。すなわち、加圧ローラ７２をフレーム８１に固定し、加熱ローラ７８側から加圧する構成とすることができる。
また、固定部材７４を固定して、加熱ローラ７８側及び加圧ローラ７２側の両方向から加圧する構成とすることもできる。

〔第３の実施形態〕
本実施形態の定着装置の側面図の部分拡大図を図５に示す。
加熱ローラ７８は定着ベルト７７によって従動回転しているため、各々の部材に速度差が生じることがなく、各々の部材の磨耗劣化を防止することができる。
しかしながら、加熱ローラ７８は、固定部材７４と摺動しながら回転するため、定着ベルト７７による加熱ローラ駆動力よりも固定部材７４との摺動抵抗が大きくなると、加熱ローラ７８が回転しないという問題が生じる。加熱ローラ７８が回転しないと、定着ベルト７７の加熱効率が悪化するばかりでなく、定着ベルト７７の回転抵抗となって定着ベルト７７が回転しなくなるというおそれもある。
これを防止するために、本実施形態の定着装置は図５に示す回転機構部を備える。

回転機構部は、図５に示すように、加圧ローラ７２と加熱ローラ７８とをギヤ６５及び６６によりギヤ連結し、加熱ローラ７８とギヤ６５との間にワンウェイクラッチ６７を設けている。
加熱ローラ７８は定着ベルト７７によって従動回転し、ギヤ６５は加熱ローラ７８より数％（１〜５％程度）遅い速度で回転している。

したがって、ワンウェイクラッチ６７は、（加熱ローラ回転速度）＞（加熱ローラギヤ回転速度）の状態ではフリー状態であるが、加熱ローラ回転速度がスリップなどで低下すると、（加熱ローラ回転速度）＝（加熱ローラギヤ回転速度）でロックし、加熱ローラ７８は数％遅い回転数で駆動回転する。
このように、本実施形態の定着装置は、定着ベルト７７と加熱ローラ７８との間にスリップが生じても、加熱ローラ７８が駆動されることで定着ベルト７７を回転させるので、定着ベルト７７がスリップで回転停止するのを防止することができる。

〔第４の実施形態〕
定着ベルト７７は加圧ローラ７２によって従動回転している。しかしながら、定着ベルト７７は固定部材７４と摺動しながら回転するため、加圧ローラ７２による定着ベルト駆動力よりも固定部材７４との摺動抵抗が大きくなると、定着ベルト７７が回転しないという問題が発生する。特に、定着ニップ部において用紙搬送中は、加圧ローラ７２と定着ベルト７７間に用紙Ｐが存在するため、加圧ローラ７２による定着ベルト駆動力が低下してしまう。すなわち、定着ベルト７７が回転しないと、用紙Ｐを搬送することができなくなってしまう。
そこで、図５に示す第３の実施形態と同様、加熱ローラ７８と加圧ローラ７２とをギヤ６５及びギヤ６６によりギヤ連結し、加熱ローラ７８も回転駆動するようにすることが好ましい。

加熱ローラ７８の速度は、加圧ローラ７２による定着ベルト７７の駆動速度と略同一（±１％）であるか、〜１０％の範囲で速くなるように設定される。

定着ベルト７７の内面は、上述のようにフッ素樹脂処理が施され、潤滑材が塗布されているため、加熱ローラ７８との接触面でスリップしやすい状態となっている。そのため、定着ベルト７７と異なる速度で加熱ローラ７８を回転させても、安定してスリップして回転をするため、定着ベルト７７の回転駆動状態は維持される。

搬送された用紙がニップ部を通過中は、加圧ローラ７２による定着ベルト駆動力が低下してしまうが、加熱ローラ７８による定着ベルト駆動力があるため、定着ベルト７７が回転しないという問題を解決できる。さらに、加熱ローラ７８が駆動回転しているため、上述のような定着ベルト７７と加熱ローラ７８とのスリップによって加熱ローラ７８が回転しないという問題も生じない。

なお、定着ベルト７７の速度よりも加熱ローラ７８を遅く回転させることも可能であるが、加熱ローラ７８が定着ベルトの回転抵抗となってしまい、ニップ出口部での定着ベルトが弛み、用紙分離性が不安定となる可能性がある。よって、加熱ローラ７８は定着ベルトと等速（±１％）、または〜１０％の範囲で速く回転させることが好ましい。

〔第５の実施形態〕
本実施形態の定着装置において、熱源は、加熱ローラ７８の内部又は外部に設けられる誘導加熱手段とすることができる。
例えば、図６に示すように、加熱ローラ７８の熱源として誘導加熱手段８９を備える態様とすることができる。

図６の例では、誘導加熱手段８９は定着ベルト７７の外面側に非接触で配置され、定着ベルト７７の層内に設けた発熱層を加熱する。なお、誘導加熱手段８９を加熱ローラ内面側に配置して、加熱ローラ７８を加熱して間接的に定着ベルト７７を加熱するようにしても良い。

定着ベルト７７の外面側に非接触の誘導加熱手段８９を設けることにより、加熱ローラ７８の内部に熱源を設ける必要がなくなる。そこで、加熱ローラ７８の内面側にリブ６８を設けることで強度を増加させ、より高面圧に対応することが可能となる。

以上説明した構成による本発明の定着装置２５を備えた画像形成装置（図１）とすることにより、上述のように機能する画像形成装置を構成することができる。

１０ 中間転写体
１４ 駆動ローラ
１５ 第１の従動ローラ
１６ 第２の従動ローラ
１８ 単色作像手段
２０ タンデム作像装置
２１ 露光装置
２２ ２次転写装置
２３ ローラ
２４ 搬送ベルト
２５ 定着装置
２８ 媒体収納カセット
３０ 原稿台
３１ 光源
３２ ミラー
３３ レンズ
３４ ＣＣＤ
３５ 給紙コロ
３６ 給紙路
３７ レジストローラ
３８ 排紙トレイ
４０ 像担持体
４１ 帯電装置
４２ 現像装置
４３ １次転写装置
４４ クリーニング装置
４７ ポリゴンミラー
４８ ミラー
６０ ジャーナル部
６１，６４ ベアリング
６２ スプリング
６３，６５，６６ ギヤ
６７ ワンウェイクラッチ
６８ リブ
７２ 加圧ローラ（加圧回転体）
７４ 固定部材
７４ａ、７４ｂ 接触部
７４ｃ 回動支点
７７ 定着ベルト
７８ 加熱ローラ（加熱回転体）
８１ フレーム
８２ 加圧レバー
８３ 分離爪
８４，８６ 熱源
８５ａ サーモパイル
８５ｂ，８７ サーミスタ
８８ 入口ガイド
８９ 誘導加熱手段
１００ 複写機本体
２００ スキャナ
Ｌ 書込み光
Ｇ 原稿
Ｐ 記録媒体（用紙）
Ｓ 対向面
Ｎ 法線
Ｔ 接線

特許第５６４０４０５号公報 特開２０１２−２４２５５０号公報

Claims (8)

1. 熱源により加熱されるとともに回転する加熱回転体と、
   前記加熱回転体の外周面の一部と摺動接触する接触部を有する固定部材と、
   前記加熱回転体及び前記固定部材に架け渡される定着ベルトと、
   前記定着ベルトを介して前記固定部材と加圧接触して記録媒体が搬送されるニップ部を形成し、駆動回転することにより前記定着ベルトを従動回転させる加圧回転体と、を前記ニップ部形成のための加圧方向にこの順番で備え、前記ニップ部の圧力は、前記定着ベルト及び前記固定部材を介し、前記加熱回転体と前記加圧回転体との間の加圧により付与される定着装置において、
   前記加熱回転体の回転中心と前記加圧回転体の回転中心とを結ぶ直線が、ニップ部における前記記録媒体の搬送方向と直交しないように配置され、
   前記加熱回転体の前記固定部材との対向面の中央位置における面法線と、前記加圧回転体の前記固定部材との対向面の中央位置における面法線とが、前記固定部材が設けられた領域において交差することを特徴とする定着装置。
2. 前記固定部材の前記接触部は、前記加熱回転体の周方向における前記ニップ部を挟んだ両側に設けられ、
   前記加熱回転体の前記固定部材との対向面は、前記接触部により区画される外周面であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記加圧回転体の前記固定部材との対向面は、前記固定部材との摺動接触面であることを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
4. 前記固定部材の回転支点となる支点部を備え、前記固定部材は前記支点部を中心として回動可能に支持されてなることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の定着装置。
5. 前記加熱回転体の前記固定部材との対向面の接線と、前記加圧回転体の前記固定部材との対向面の接線とが、前記支点部が配置された領域において交差することを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
6. 前記熱源は、中空パイプ形状である加熱回転体の内部に配置される赤外線ヒータであることを特徴とする請求項１から５までのいずれかに記載の定着装置。
7. 前記熱源は、前記加熱回転体の内部又は外部に設けられる誘導加熱手段であることを特徴とする請求項１から５までのいずれかに記載の定着装置。
8. 請求項１から７までのいずれか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。

Images