JP2020106560A - 回転装置、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の保持部材形状は保持部材と定着ベルトが搬送方向下流で接触するためベルト端部にかかる力（寄り力）の低減と分離性能の向上が両立できなかった。【解決手段】 定着ベルトを保持する保持部材の定着ベルト規制面と保持面の形状変更することで、定着器の長寿命化と分離性能の向上を達成する。定着ベルト規制面の形状を変え、かつ定着ベルト内周を規制する定着ベルト保持面の周長と定着ベルト内周長の比／定着ベルト規制面と定着ベルトの接触状態／定着ベルト周長に対するニップ垂直面に対する通紙方向上流のベルト周長の比を規定した。【選択図】図４

Description

本発明は、例えば電子写真方式を利用した画像形成装置において記録材を定着する装置、それに利用する保持部材に関する。

電子写真方式を採用した、複写機・プリンタ・ファクシミリ等の画像形成装置では、用紙に転写されたトナー像を定着装置によって定着する。トナー像を作成する際は、ドラム状に成形された感光体（感光体ドラム）を一様に帯電する。次に、帯電された感光体ドラムを画像情報に基づいて制御された光で露光して感光体ドラム上に静電潜像を形成する。その後、感光体ドラム上に形成された静電潜像をトナーによって現像し、トナー像を作り、作ったトナー像を直接または中間転写体等を介して、間接的に紙に転写する。そして、用紙に転写されたトナー像を、定着装置によって用紙に定着する。

定着装置としては、回動する加熱部材と、この加熱部材に回動可能に圧接配置される加圧部材とを備えたものが多く用いられている。このような定着装置では、加熱部材と加圧部材とのニップ部に用紙を挟みこんで通過させ、トナー像を融解して用紙に圧着させる。加熱部材・加圧部材には、ローラ・無端状の定着ベルト等が用いられる。無端状の定着ベルトを使用する際は、端部に支持部材（以後、保持部材）を設け周回駆動させるもの、定着ベルト内部から押圧部材を有し無張架で周回駆動させるもの等がある。

近年、加熱部材には端部に保持部材を設けた定着ベルトを使用し、加圧部材にはローラを用い、加圧ローラを駆動し周回駆動するタイプの定着装置が主流になっている。使用する定着ベルトは一般的に薄肉の耐熱性樹脂や金属等を基層とし、加熱部材としてローラを使用する際より熱容量が小さい。そのため、加熱部材に定着ベルトを利用すると、ローラ利用時に比べ短時間でウォームアップできる。また、加圧ローラのみを駆動に駆動部を持たせることで、駆動部を最小限にすることでコストダウンにもつながる。

定着ベルトを保持部材で保持し周回駆動させる系において保持部材は、定着ベルトの軌道を安定させ、トナーを接着した紙と定着ベルトを引きはがす機能を持つ。特に紙搬送方向下流の曲率半径を小さくすることで、トナーが接着した紙に力を与える。上記曲率半径を小さくすればするほど剥離する力が紙に加わり、より薄紙を剥離し搬送できる（以下、分離性能）。保持部材構成を適切な形状にすることで、下流のベルト曲率半径を小さくし、分離性能を向上させる提案がされている（特許文献１）。

一方で、定着ベルトを保持部材で保持し周回駆動させる系は、定着ベルト端部にかかる力（以下、寄り力）が発生し、定着ベルトの耐久寿命が低下する恐れがある。上記の構成の場合、定着ベルトの蛇行に起因しベルト端部に寄り力が生じる。発生した応力がベルトの許容応力を超えると、ベルト端部に亀裂や摩耗を生じる現象（以下、ベルト端部破損）が発生する。寄り力低減のため、保持部材構成を適切な形状にすることで、定着ベルトにかかる寄り力を低減し定着ベルトにかかる応力を低減する構成が提案されている（特許文献２）。特許文献２は、保持部材部材に定着ベルトをルーズに懸回し、保持部材に定着ベルトを通紙方向上流で当てることで、定着ベルトの蛇行を低減し、寄り力を低減する構成である。

特開２０１２−１４１３２８号公報 特開２００７−２５４７３号公報

特許文献１・２の従来例では、分離性能向上／寄り力の低減効果の両立ができなかった。特許文献１の従来例における保持部材では、分離性能向上は可能になるが、寄り力低減効果を満たすことができない。また、特許文献２の従来例における保持部材では、寄り力の低減効果があるが分離性能向上ができない。

上記の課題を解決するために、本発明に係る定着装置の構成は以下のようにした。定着ベルト／加圧部材／定着ベルト保持部材を持ち、定着ベルト保持部材は定着ベルトの内面と接触することで定着ベルトを保持する保持面と、定着ベルトの回転軸方向の端面と接触することで回転軸方向の移動を規制する規制面を持つ構成で、規制面と定着ベルトのスラスト方向端部との間隙のうち、最小間隙部を、加圧部材のスラスト軸中心線を含む定着ニップの垂直面に対して記録材搬送方向上流側に設け、かつ、保持部材の規制面は以下３点の特徴を持つ。１）規制面周長／定着ベルト内周長の比が０．９９以下０．９６以上である。２）ニップ垂直面から通紙方向上流のみで前記保持面と前記が接触する。３）ニップ垂直面から通紙方向上流にせり出している部分の定着ベルト長が前記定着ベルト全内周長の半分以上である。

本発明に係る定着装置によれば、寄り力低減効果を得ることで定着ベルトの寿命向上と定着ベルトの分離性能向上ができる。具体的には、上記条件１）・２）を満たすことで、定着ベルトが前記保持面に接触することで定着ベルトの旋回が可能となり寄り力が低減する。上記条件３）を満たすことで定着ベルトの分離性能を向上できる。

本発明に係る定着装置の構成を示す概略断面図である。 本発明に係る定着装置の端部を示した俯瞰図である。 寄り力の発生の原理を示す図である。 本発明における定着装置の端部の各断面図である。 従来例１における定着装置の端部の各断面図である。 従来例２における定着装置の端部の各断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

まず、本発明にかかる定着装置について図１・図２を用いて説明する。図１は、本発明に係る定着装置の構成を示す概略断面図である。図１・図２に関しては定着装置における通紙方向をＸ軸・加圧方向をＹ軸・長手方向をＺ軸と定義する。図１はＸ−Ｙ平面にて、定着装置の断面を表す図、図１は定着装置断面を斜め上からみた俯瞰図である。本件の図面においてはＸ、Ｙ、Ｚの正負は共通で、特にＸ（搬送方向）の紙搬送方向上流を負、下流を正とした。

［定着装置］
図１に示す定着装置１０は、加熱体としてのヒータ１１と、加熱体支持部材としてのヒータホルダ１２と、定着部材としての定着ベルト１３と、ニップ部形成部材としての加圧ローラ１４を備える。ヒータ１１は、不図示の手段によって通電されることで発熱しかつ所定の制御温度に制御される例えば抵抗発熱体などの熱源である。ヒータ１１は、剛性を有する耐熱性材料によって横断面略半円弧状の樋型に形成されるヒータホルダ１２（以下、単にホルダと記す）に固定支持される。具体的には、ホルダ１２の下面に長手方向（図１の紙面表裏方向）に沿って溝部が設けられており、この溝部にヒータ１２が嵌入されている。ホルダ１２はニップＮを形成する際に、加圧機構で荷重をかけた際の剛性が不足するため、Ｔステイ１５を嵌合し剛性を上げている。本構成では、Ｔステイ１５をさらに保持部材２を通紙方向端部で嵌合し、加圧機構（不図示）で保持部材２を加圧しニップＮを形成する。

ヒータ１１は、セラミック基板上に発熱抵抗体を設けた構成を有する。図１に示すヒータ１１は、横長・薄板上のヒータ基板１２ａと、その表面側（ベルト摺動面側）に基体の長手方向に沿って形成させた線状あるいは細帯上の通電発熱体１１ｃを有する。また、ヒータ１１は通電発熱体１１ｃを覆うように薄い表面保護層１１ｄを持つ。ヒータ基板１１ａの裏面側にサーミスタのような温度検知素子１１ｂが接触している。このヒータ１１は、通電発熱体１１ｃに対する電力共有により迅速に昇温した後、温度検知素子１１ｂを含む温度制御手段（不図示）によって所定の定着温度（目標温度）を維持するように制御できる。

本実施例における定着装置では、発熱体にヒータを用いるものを利用し説明したがこれに限らない。例えば、加熱源として、ハロゲンヒータ・ＩＨヒータを用いたもの等であっても本発明を適応できる。また今回の実施例では、ニップ部形成部材として加圧ローラを用いた例を説明したがこれに限らない。例えば、ニップ部形成部材は、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の薄肉耐熱性樹脂もしくはステンレス（ＳＵＳ）やニッケル（Ｎｉ）等の薄肉金属からなる無端状の加圧ベルトなどであっても本発明を適用できる。

定着ベルト１３は、内側から環状の基材１３ａ、ベルト弾性層１３ｂ（ここでは、後述の加圧ローラ１４ｂの弾性層と区別するためにベルト弾性層と呼ぶ）、表層１３ｃを備える。定着ベルト１３は使用状態で内周面がヒータ１１及びホルダ１２に摺擦される無端ベルトであり、ヒータ１１を支持したホルダ１２の外周に周長に余裕を持たせて外嵌されている。定着ベルト１３は、後述する加圧ローラ１４の回転により従動回転する。このため定着ベルト１３の長手方向両端部は、定着装置１０の不図示のフレームに固定された保持部材２２によって回転自在に支持されている。定着ベルト１３の内周面には、ヒータ１１及びホルダ１２との摺動性を確保するために潤滑剤（グリス）が塗られている。なお、本明細書でベルトと言った場合、フィルム状のものも含む。

加圧ローラ１４は、内側から円筒状の基体１４ａ、弾性層（１４ｂ，１４ｃ）、離型層１４ｄを備える。加圧ローラ１４は、例えばモータなどの駆動源（不図示）によって使用時に回転駆動される。このため基体１４ａの軸方向両端部は、定着装置１０のフレームなどの不図示の固定部分に回転自在に支持されている。また、加圧ローラ１４は、ホルダ１２に支持されたヒータ１１と定着ベルト１３を挟んで対向する位置に配置されている。そして、加圧機構（不図示）によって、保持部材２／Ｔステイ１５／ヒータホルダ１２へ間接的に力を加え、加圧ローラ１４と定着ベルト１３とに所定の圧力が付与されることで、加圧ローラ１４と定着ベルト１３とが圧接してそれぞれの弾性層（１３ｂ，１４ｂ，１４ｃ）は弾性変形する。これによって、加圧ローラ１４と定着ベルト１３との間には記録材搬送方向に所定の幅を有する定着ニップ部Ｎが形成される。

加圧ローラ１４は駆動源Ｍによって回転駆動されると、従動回転する定着ベルト１３との間で定着ニップ部Ｎにおいて記録材Ｐを挟持しつつ搬送する。また、定着ベルト１３は、ヒータ１１により表面が所定温度（例えば１８０℃）に達するまで加熱される。この状態で、未定着トナーＴによって未定着トナー像の形成された記録材Ｐが定着ニップ部Ｎに挟持搬送されると、記録材Ｐ上の未定着トナーＴは加熱、加圧される。すると、未定着トナーＴは溶融／混色するので、その後、これを冷却することによって未定着トナー像を定着画像として記録材Ｐに定着させる。

［定着ベルト］
定着ベルト１３について説明する。

定着ベルト１３は、図１に示すように、基材１３ａの外周にベルト弾性層１３ｂが、該ベルト弾性層１３ｂの外周に表層１３ｃが設けられている。基材１３ａは耐熱性及び耐屈曲性を必要とすることに鑑みて、例えばポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の耐熱性樹脂を用いる。また熱伝導性をも考慮するならば、基材１３ａは耐熱性樹脂に比べ熱伝導率のより高いステンレス（ＳＵＳ）、ニッケル、ニッケル合金などの金属を用いてもよい。そして、基材１３ａは熱容量を小さくする一方で機械的強度を高くする必要があるので、基材１３ａの厚みは５μｍ〜１００μｍ好ましくは２０μｍ〜８５μｍとするのが望ましい。

ベルト弾性層１３ｂは、基材１３ａの外周を被覆するシリコーンゴム層である。ベルト弾性層１３ｂは記録材Ｐが定着ニップ部Ｎを通過する際に、記録材Ｐ上の未定着トナーＴを包み込むようにして未定着トナーＴに対し均一に熱を与える。ベルト弾性層１３ｂがこのように機能することで、高光沢で定着ムラのない良質な画像が得られる。しかし、ベルト弾性層１３ｂはその厚みが薄すぎると十分な弾性が得られなくなり、良質な画像を得ることができなくなる。反対に、ベルト弾性層１３ｂはその厚みが厚すぎると熱容量が大きくなり、加熱によって所定温度に達するまでに時間がかかる。そのため、ベルト弾性層１３ｂの厚みは、３０μｍ〜５００μｍ好ましくは１００μｍ〜３００μｍとするのが望ましい。ベルト弾性層１３ｂは特に限定されないが、加工が容易である、高い寸法精度で加工できる、加熱硬化時に反応副生成物が発生しないなどの理由から、付加反応架橋型の液状シリコーンゴムを用いるのが好ましい。

ところで、ベルト弾性層１３ｂがシリコーンゴム単体で形成されるならば、ベルト弾性層１３ｂの熱伝導率は低くなる。ベルト弾性層１３ｂの熱伝導率が低いとヒータ１１で発生した熱が定着ベルト１３を介して記録材Ｐに伝わり難くなるので、記録材Ｐにトナーを定着させる際に加熱不足となって定着ムラなどの画像不良を生じ得る。そこで、ベルト弾性層１３ｂの熱伝導率を上げるために、ベルト弾性層１３ｂには高い熱伝導性を持つ例えば粒状の高熱伝導性フィラーが混入、分散されている。粒状の高熱伝導性フィラーとしては、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、カーボン等が用いられる。また、目的に応じて粒状の高熱伝導性フィラーではなく針状の高熱伝導性フィラーなどを用いてもよい。すなわち、高熱伝導性フィラーの形状は粒状や針状の他にも、粉砕状、板状、ウィスカ状のものなどがあり、ベルト弾性層１３ｂにはこれらのどの形状のものを用いてもよい。また、これらのものを単独で用いてもよいし２種類以上のものを混合して用いてもよい。なお、高熱伝導性フィラーがベルト弾性層１３ｂに混入されることで、ベルト弾性層１３ｂは導電性をも付与され得る。

表層１３ｃは、ベルト弾性層３ｂの外周を被覆するフッ素樹脂層である。表層１３ｃは、定着ベルト１３にトナーを付着しにくくするために設けられる。表層１３ｃには、四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体樹脂（ＦＥＰ）等のフッ素樹脂を用いるとよい。表層１３ｃの厚みは、１μｍ〜５０μｍ好ましくは８μｍ〜２５μｍとするのが望ましい。なお、表層１３ｃはフッ素樹脂チューブで被覆するもしくはフッ素樹脂からなる塗料を塗布することによって、ベルト弾性層１３ｂの外周に形成されればよい。

本実施例における定着装置では、定着ベルトに弾性層を用いるものを利用し説明したがこれに限らない。例えば、弾性層を持たないベルト基層とベルト表層のみで構成され定着ベルトにおいても本発明は適応できる。

［加圧ローラ］
加圧ローラ１４について説明する。

加圧ローラ１４は、基体１４ａ、基体１４ａの外周に弾性層（１４ｂ）、該弾性層（１４ｂ）の外周に離型層１４ｃを備える。本発明に係る加圧ローラ１４は、弾性層４ｂが単層であるが、複層でもかまわない。

＜基体＞
基体１４ａは、ニッケルやクロムをメッキしたＳＵＭ材（硫黄および硫黄複合快削鋼鋼材）等の鋼材を含むステンレススチール、リン青銅、アルミニウムなどを用いて形成されている軸芯体あるいは芯金である。基体１４ａの外径は、４ｍｍ〜８０ｍｍであればよい。

＜弾性層＞
弾性層１４ｂは、基体１４ａの外周を被覆するシリコーンゴム層である。図１に示すように、弾性層１４ｂには、針状の高熱伝導性フィラーあるいは粒状の高熱伝導フィラーが混入、分散されている。針状の高熱伝導性フィラーあるいは粒状の高熱伝導性フィラーについて説明する。粒状の高熱伝導性フィラーとしては、定着ベルト１３のベルト弾性層１３ｂと同様に、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、カーボン等が用いられる。粒状の高熱伝導性フィラーに関しては、弾性層の熱伝導率を上げるために混入させており場合によっては必ずしも必要ではない。

＜離型層＞
離型層１４ｃは、フッ素樹脂層である。離型層１４ｃは、弾性層１４ｂの外周に例えば共重合体（ＰＦＡ）チューブを被覆することにより形成される。もしくはＰＦＡ、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン‐ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）等のフッ素樹脂からなる塗料を弾性層１４ｂ外周に塗布することにより形成してもよい。離型層１４ｃの厚みは特に限定されないが、好ましくは１５〜８０μｍ程度であればよい。この離型層１４ｄは、加圧ローラ１４にトナーを付着しにくくするために設けられる。なお、複数の弾性層を持つ場合、弾性層の間や、弾性層１４ｂと離型層１４ｃの間には接着、通電等の目的によりプライマー層や接着層などが設けられていてもよい。

［保持部材］
保持部材２は、定着ベルト規制面２１と定着ベルト保持面２２により構成されている。保持部材２は、長手方向の両端で定着ベルト１３の内側に挿入する構成になっている。（図２以下の図では、片側の保持部材のみの図示をすることとする）定着ベルト規制面２１は定着ベルト１３と長手方向端部で接することで定着ベルト端部が、定着ベルト保持面２２は、定着ベルト１３の内部と接することで、加圧ローラ１４が駆動し定着ベルト１３が従動回転した際に、定着ベルト１３の回転軌道を安定させる役割を担う。定着ベルト保持面２２は、定着ベルト１３に過剰な応力をかけないために、定着ベルト規制面２１に対して垂直に配置されていることが望ましい。保持部材２は、材料としてエンジニアリングプラスティック（例えば、ＬＣＰ／ＰＥＴ／ＰＰＳ／ＰＥＥＫ樹脂等）を用いられることが多い。プラスティック樹脂を使うことで保持部材２は自在な形状に作成することができる。保持部材２において、定着ベルト規制面２１と定着ベルト規制面２２は別材料を用いてもよい。本実施例では、特に指定がなければＬＣＰを主原料とするエンジニアリングプラスティックで構成されたものを利用した。

［寄り力発生の原理と保持部材による寄り力低減原理］
図３を用いて、寄り力発生の原理と保持部材による寄り力低減原理について説明する。

＜寄り力発生の原理＞
まずローラ駆動時に定着ベルト端部に寄り力が発生する原理を説明する。

初期位置にある定着ベルト１３１は外部の加圧機構（不図示）から力を受け、加圧ローラ１４とニップＮを形成する。その際初期位置にある定着ベルト１３１の中心線は、保持部材２と反対側にある保持部材（不図示）の位置関係等によって、加圧ローラ１４の中心線に対して傾きを持つ。ここで定着ベルト１３１の中心線と加圧ローラ１４の中心線の交わる角度を交差角として定義する。

加圧ローラ駆動時を考え、寄り力発生の流れを説明する。加圧ローラ駆動時、加圧ローラ１４は定着ベルト１３を図中黒矢印へ搬送する。ここで、定着ベルト１３１は交差角が存在するため、灰矢印で示した定着ベルト周方向の移動と長手方向の移動の２成分に分かれる。定着ベルト周方向移動は、定着ベルト１３１の従動回転運動になる。対して、定着ベルト長手方向移動は、定着ベルト規制面２１に突き当たるまで、初期状態定着ベルト１３１の中心線方向に移動する。定着ベルト規制面２１に定着ベルト１３が突き当たり拘束されると定着ベルト長手方向の移動が規制されるため、ニップＮ内おける加圧ローラ１４表面と定着ベルト１３表面が変形する。最終的にニップ内Ｎの変形を吸収するために、定着ベルト１３１の端部と定着ベルト規制面２１の接点に垂直抗力（寄り力）が発生する。

＜保持部材による寄り力低減原理＞
次に、図３を用いて保持部材による寄り力低減の原理を説明する。

端部に寄り力が発生した定着ベルト１３１は、定着ベルト規制面からの垂直抗力を受ける。定着ベルト規制面からうける抗力の分力から紙搬送方向上流に力を受ける。力を受けた定着ベルト１３は、加圧ローラ１４の中心線にならうように回転補正後定着ベルト１３２の位置に回転する。結果、定着ベルト１３１の端部が定着ベルト規制面２１の接点で受ける垂直抗力（寄り力）が低減する。ただし、低減効果が表れるのは定着ベルト１３と定着ベルト保持面２１の間、定着ベルト１３１と定着ベルト規制面２２の間に十分な隙間がなければ、定着ベルト１３１か長手で回動できないため、寄り力の低減効果は発生しない。本構成を実施するに当たっては、上記の条件を満たすものとする。また、保持部材２を用いて寄り力低減の効果を得るためには、定着ベルト１３１がニップ（Ｎ）垂直面に対して通紙方向下流に比べ上流が先に突き当たる必要がある。すなわち、図３で示す隙間部Ｌの最少隙間部Ｌｍｉｎがニップ（Ｎ）垂直面に対して通紙方向上流に存在する必要がある。

［従来の保持部材における問題点］
本案件の実施例と従来例１〜３を図４〜図６にて説明した後、従来例１／同２の保持部材における問題点、本実施例の特徴を述べる。

＜実施例／従来例１・同２の説明＞
図４に本案件の実施例、図５に従来例１、図６に従来例２を示す（従来例３は不図示）。図４〜図６は各例において、図２のベルト端部を（ａ）はＹ軸方向から、（ｂ）はＸ方向から、（ｃ）はＺ軸方向から見た図である。

図４に示す実施例は、定着ベルト保持面２２の形状を変更し、定着ベルト１３の端部形状を以下３点の条件を満たし固定できる構成である。１）定着器加圧時の定着ベルト１３の端部において、保持面２１（ヒータホルダ１２／ヒータ１１他定着ベルト内部に当接されうる部位を含む）で構成された定着ベルトに当接しうる部位の周長がフィルム内径長の９８％になるようにした。２）固定された定着ベルト１３は、定着ニップ（Ｎ）垂直面に対して、Ｙ軸方向正の方向（通紙方向の上流領域）にある定着ベルト１３の長さの全内周長の半分以上の長さになるようにした。本実施例ではＹ軸方向正の方向（通紙方向の上流領域）にある定着ベルト１３の内周長が全内周長の６５％になるようにした。３）保持面１３（ヒータホルダ１２／ヒータ１１他定着ベルト内部に当接されうる部位も含む）が定着ニップ（Ｎ）垂直面に対して、Ｙ軸方向負の方向（通紙方向の上流領域）でのみ接触するようにした。

図５に示す従来例１は、定着ベルト保持面２２の形状を変更し、定着ベルト１３の端部形状を以下３点の条件を満たし固定できる構成である。

１）定着器加圧時の定着ベルト１３の端部において、保持面１３（ヒータホルダ１２／ヒータ１１他定着ベルト内部に当接されうる部位を含む）で構成された定着ベルトに当接しうる部位の周長がフィルム内径長の９８％になるようにした。

２）固定された定着ベルト１３は、定着ニップ（Ｎ）垂直面に対して、Ｙ軸方向正の方向（通紙方向の上流領域）にある定着ベルト１３の長さの全内周長の半分以上の長さになるようにした。従来例１ではＹ軸方向正の方向（通紙方向の上流領域）にある定着ベルト１３の内周長が全内周長の６５％になるように設定した。

３）保持面１３（ヒータホルダ１２／ヒータ１１他定着ベルト内部に当接されうる部位も含む）が定着ニップ（Ｎ）垂直面に対して、Ｙ軸方向負の方向（通紙方向の上流領域）に加え、Ｙ軸方向正の方向（通紙方向の下流領域）も定着フィルムに接触するよう設定した。図５（ｃ）の点線枠で示した接触部を持つ。

図６に示す従来例２は、定着ベルト保持面２２の形状を変更し、定着ベルト１３の端部形状を以下２点の条件を満たし固定できる構成である。１）定着器加圧時の定着ベルト１３の端部において、保持面１３（ヒータホルダ１２／ヒータ１１他定着ベルト内部に当接されうる部位を含む）で構成された定着ベルトに当接しうる部位の周長がフィルム内径長の９８％になるようにした。２）固定された定着ベルト１３は、定着ニップ（Ｎ）中心線に対して、Ｙ軸方向正の方向（通紙方向の上流領域）にある定着ベルト１３の長さの全内周長の半分の長さになるようにした。

実施例・従来例１・従来例２の定着ベルト規制面２１は寄り力の低減効果を出すために搬送方向上流側に傾けた構成にした。実施例・従来例１・従来例２では図４〜６で示すように、規制面２１が通紙方向に対して０．５度傾いた形状に規定した。従来例３は定着ベルト規制面に関しては従来例２同様の状態にした後、規制面２１に対しては傾きを付けない構成にした。

＜従来例１・同２の保持部材における問題点＞
従来例１は通紙方向下流の定着ベルト１３の曲率半径を小さくなるため分離性能は向上するが、定着ベルト１３端部に発生する寄り力が低減できないため、定着ベルトの寿命は短くなる。従来例１の構成は、定着ベルト保持面２２が搬送方向下流側（図３において点線で囲った部位）でつかえて邪魔をする。よってベルトが旋回できないため寄り力の低減ができない。寄り力を低減するには定着ベルトをある程度緩く固定し、定着ベルトの旋回を可能にする必要がある。また、従来例２は定着ベルトが旋回し寄り力低減できるため、定着ベルトの寿命は向上するが、通紙方向下流の定着ベルト１３の曲率半径を大きいため分離性能が低下する。

＜本実施例の特徴＞
本実施例は定着ベルト内周を規制する定着ベルト保持面の周長と定着ベルト内周長の比／定着ベルト規制面と定着ベルトの接触状態／定着ベルト周長に対するニップ垂直面に対する通紙方向上流のベルト周長の比を規定することで、ベルト端部にかかる応力を下げ長寿命化し、かつ定着ベルトの搬送方向下流の曲率半径を小さくし、トナーを定着後の紙の分離性能向上を達成する。

［保持部材の形状測定方法］
本実施例、従来例１、従来例２における定着ベルト保持面周長測定法／定着ベルト内周面測定法／定着ベルト接触部確認法／定着ベルト上流突出し量測定法を、前者の効果を評価するために行った定着ベルト寿命判定試験方法／定着分離性能試験方法について説明する。

＜定着ベルト保持面内周長測定法＞
定着ベルト保持面の内周長測定は、ＦＩＲＳＴＥＣ社製 円周測定用パイテープを用いて測定する（テープ材質：１０９５スプリング鋼 品番ＰＭ０００）。

保持面の長さが短い場合は必要に応じて幅が狭いものを用いて測定する。測定の際には定着ベルトを外した状態で測定する。定着ベルト保持部材の保持面に加えてヒータホルダ／ヒータ等の定着フィルム内面と当接しうる部材を含め、パイテープで締める。巻き込んだパイテープの本尺部とバーニア部を合った位置の長さを読む。パイテープに適切な張力がかかった状態であることに注意した。パイテープの読み値を保持面内周長と定義した。測定時の温・湿度条件は２３度３０％とする。

＜定着ベルト内周長測定法＞
定着ベルト内周長は定着ベルト内径の測定結果から算出する。ベルト内径を測定する際には、ミツトヨ製 デジタルノギス ＣＤ６７−Ｓを用いて内径を測る。内径を測る際には、ノギスの測定部に軽く突き当っていることを確認する。測定はベルト端部で行い４点の平均値をとりその内径値に円周率をかけ求めた値をベルト内周長とする。測定時の温・湿度条件は２３度３０％とする。上記測定と合わせ、定着ベルト保持面内周長を定着ベルト内周長で割った値を保持面内周長／ベルト内周長の比として記録する。

＜定着ベルト接触部確認法＞
定着ベルト接触部確認は、プリンター（商品名： キヤノン株式会社ｉｍａｇｅ ＲＵＮＮＥＲ ＡＤＶＡＮＣＥ Ｃ３５５Ｆ）を用いて行った。定着ベルト保持部材の保持面／ヒータホルダ／ヒータ等の定着ベルト内面と当接しうる部材にゼブラ社の油性ペンハイマッキーで白く塗布した後、定着ベルトを再装着する。塗布する部材と異なる色油性ペンを使用し、両側の保持部材の保持部にハイマッキーを塗布する。定着装置に搭載された加圧ローラの周速度を２００ｍｍ／ｓｅｃに設定し、ヒータ１１の温調を１９０度に設定した。印字パターンを書いた用紙を１００枚連続印刷したのち、一旦立ち下げ動作をし、再度１００枚連続印刷するという手順を繰り返す。５０Ｋ枚を通紙した後、塗布部を観察しヒータ１１位置の中心を定着ニップ（Ｎ）垂直面としたときに、通紙方向上流側／下流側で塗布がはがれているか判定した。測定時の温・湿度条件は２３度３０％とした。本検討では、ポリイミドで形成された外径１８ｍｍ厚さ６０ｕｍの基層を持つ定着ベルト、加圧ローラは弾性層が、厚み３．５ｍｍのシリコーンゴム、離型層がＰＦＡで構成された厚み５０μｍチューブを被覆し利用したものを利用した。図３における交差角が０．１５度になるように定着ベルトの角度を調整した。使用した用紙はＣＳ−６８０（キヤノン社製）のＡ４サイズを使用した。

＜定着ベルト上流突出し量測定法＞
定着ベルト接触部確認は、プリンター（商品名：キヤノン株式会社ｉｍａｇｅ ＲＵＮＮＥＲ ＡＤＶＡＮＣＥ Ｃ３５５Ｆ）を用いて行った。定着ベルト規制面が平滑になるようにジーシー社のエグザハイレックスを埋め込み、その上からゼブラ社の油性ペンハイマッキーで白く塗布した後、定着ベルトを再装着する。定着装置に搭載された加圧ローラの周速度を２００ｍｍ／ｓｅｃに設定し、ヒータ１１の温調を１９０度に設定した。印字パターンを書いた用紙を１００枚連続印刷したのち、一旦立ち下げ動作をし、再度１００枚連続印刷するという手順を繰り返す。

５０Ｋ枚を通紙した後、塗布した白地部の状態から通紙方向上流部の長さを算出する。長さ測定にはデジタルマイクロスコープＶＨＸ−５０００（キーエンス社製）を用い、解析ソフトはＶＨＸ−５０００シリーズの付属品（キーエンス社製）を用いた。白く塗布した部位でかつ定着ベルトが当接し削れている部分の距離を測定した。定着ニップ（Ｎ）垂直面としたときに、通紙方向上流側の長さを測定した。通紙方向上流側の長さを定着ベルト内径長で割った値を上流長ベルト比として記録した。

本検討では、ポリイミドで形成された外径１８ｍｍ厚さ６０ｕｍの基層を持つ定着ベルト、加圧ローラは弾性層が、厚み３．５ｍｍのシリコーンゴム、離型層がＰＦＡで構成された厚み５０μｍチューブを被覆し利用したものを利用した。図３における交差角が０．１５度になるように定着ベルトの角度を調整した。使用した用紙はＣＳ−６８０（キヤノン社製）のＡ４サイズを使用した。

＜定着ベルト寿命判定測定＞
定着ベルトの寿命判定測定として、プリンター（商品名： キヤノン株式会社ｉｍａｇｅ ＲＵＮＮＥＲ ＡＤＶＡＮＣＥ Ｃ３５５Ｆ）にて寿命について評価した。定着装置に搭載された加圧ローラの周速度を２００ｍｍ／ｓｅｃに設定し、ヒータ１１の温調を１９０度に設定した。寿命判定方法は以下の方法を用いて行った。印字パターンを書いた用紙を１００枚連続印刷したのち、一旦立ち下げ動作をし、再度１００枚連続印刷するという手順を繰り返した。定着ベルトにクラックが発生するまでの通紙枚数を寿命と定義した。端部ベルト破損が発生しないかはベルト端部にて目視確認で判定した。寿命が２００Ｋを超えたものを目標達成と定義した。

測定時の温・湿度条件は２３度３０％とする。本検討では、ポリイミドで形成された外径１８ｍｍ厚さ６０ｕｍの基層を持つ定着ベルト、加圧ローラは弾性層が、厚み３．５ｍｍのシリコーンゴム、離型層がＰＦＡで構成された厚み５０μｍチューブを被覆し利用したものを利用した。図３における交差角が０．１５度になるように定着ベルトの角度を調整した。使用した用紙はＣＳ−６８０（キヤノン社製）のＡ４サイズを使用した。

＜分離性能判定測定＞
定着ベルトの分離性能判定測定は、プリンター（商品名： キヤノン株式会社ｉｍａｇｅ ＲＵＮＮＥＲ ＡＤＶＡＮＣＥ Ｃ３５５Ｆ）にて評価した。定着装置に搭載された加圧ローラの周速度を２００ｍｍ／ｓｅｃに設定し、ヒータ１１の温調を１９０度に固定した。分離性能判定方法は以下の方法を用いて行った。通紙する画像は画像先端から３ｍｍに余白が空いた設定にし、全面をブルーに印字したサンプルを通紙する。使用用紙は王子製紙社製のＯＫトップコート＋を利用した。米坪は７３．３／７９．１／８４．９／１０４．７／１２７．９ｇ／ｍ^２の５種類を用意した。使用した紙の目方向はＹ目を選択した。通紙した画像が、定着ベルトに巻き付くもしくは、紙が折れたりした場合は分離性能未達と判断した。測定時の温・湿度条件は３０度８０％で行った。検討する用紙は、前記条件下にあらかじめ１日以上放置した。分離ができた最小の米坪を記録し、８４．９ｇ／ｍ^２の紙を正常に通紙できれば分離性能達成とした。

［定着ベルト寿命判定と分離性能評価結果］
実施例にて（保持面内周長／ベルト内周長の比）を振った場合と、従来例１〜従来例３に対して上記寿命判定測定と分離性能評価を行った結果を示す。表１には破損状況も記入した。

表１の結果からわかるように、実施例においては保持面内周長／ベルト内周長の比が０．９９〜０．９５の範囲で目標寿命を達成できた。保持面内周長／ベルト内周長の比が大きくなりすぎると、寄り力の低減効果が低下し端部での破損が発生した。対して、分離性能評価では保持面内周長／ベルト内周長の比が０．９９〜０．９６の範囲で目標達成できた。保持面内周長／ベルト内周長の比が低くなりすぎると、定着ベルトの挙動が不安定になることで、分離性能が未達になった。従来例１に関しては、上下流で定着ベルトと定着ベルト保持部が接触しているため、寄り力が十分低減されておらず寿命未達になったと考えられる。従来例２に関しては、通紙方向下流の定着ベルトの曲率半径の影響で、分離性能が未達になった。従来例３に関しては、定着ベルト規制部に寄り低減効果が不足しているため、分離性能に加え、寿命も目標に対して未達となった。

１０ 定着装置、１１ ヒータ、１１ａ ヒータ基板、１１ｂ 温度検知素子、
１１ｃ 通電発熱体、１１ｄ 表面保護層、１２ ヒータホルダ、
１３ 定着ベルト、１３１ 初期位置の定着ベルト、
１３２ 寄り力補正後の定着ベルト、１３ａ ベルト基材、１３ｂ ベルト弾性層、
１３ｃ ベルト表層、１３１ 初期位置の定着ベルト、
１３２ 寄り力補正後の定着ベルト、１４ 加圧ローラ、１４ａ ローラ基体、
１４ｂ ローラ弾性層、１４ｃ ローラ離型層、１５ ホルダ押圧部材（Ｔステイ）、
２ 保持部材、２１ 定着ベルト規制面、２２ 定着ベルト保持面、
４１ 定着ベルト規制面における最凸点、７１ 定着ベルト旋回点、
ａ 定着ベルトの回転方向、ｂ 加圧ローラの回転方向、
Ｐ 記録材、Ｔ 未定着トナー、Ｎ 定着ニップ、Ｍ 駆動源、
Ｌ 定着ベルト―定着ベルト規制面間隙部、
Ｌｍｉｎ 定着ベルト―定着ベルト規制面最小間隙部

Claims (1)

1. 回転可能に支持された中空の回転体と、前記回転体に対向し、前記回転体との間に形成されるニップ部に画像を担持した記録材を挟持搬送して前記画像を加圧する加圧部材と、前記回転体の内面と接触することで前記回転体を保持する保持面と、前記回転体の回転軸方向の端面と接触することで回転軸方向の移動を規制する規制面とを備える保持部材とを有する画像加熱装置であって、前記規制面と前記回転体のスラスト方向端部との間隙のうち、最小間隙部を、加圧部材のスラスト軸中心線を含む定着ニップの垂直面に対して記録材搬送方向上流側に設け、かつ、保前保持面周長／前記回転体内周長の比が０．９９以下０．９６以上、ニップ垂直面から通紙方向上流のみで保持面と前記回転体が接触し、ニップ垂直面から通紙方向上流にせり出している部分の定着ベルト長さが前記回転体周長の半分以上であることを特徴とする定着装置。