JP2022189068A - 像加熱装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルムに発生する寄り力を低減し、フィルム端部の破損を抑制する像加熱装置を提供する。【解決手段】フィルムと、ヒータと、ニップ部を、フィルムとの間に形成する回転可能なローラ１１７と、バックアップ部材と、フィルムの長手方向の両端に対向して配設され、長手方向におけるフィルムの移動を規制すると共に、バックアップ部材と一体的に移動する規制部材１２０と、規制部材１２０とローラ１１７の軸を挿入するガイド部を有する装置のフレーム１３０と、加圧機構と、を有し、ニップ部で画像を加熱する像加熱装置において、ローラ１１７は、フィルムの側から押圧されるとローラ１１７の回転軸とニップ部の距離が縮まるとともに体積が減少するように変形する弾性層を含み、ガイド部は、規制部材１２０がローラ１１７の回転軸に近づくほど、規制部材１２０を記録材の搬送方向の下流側に移動するようにガイドする。【選択図】図５

Description

本発明は電子写真方式を利用したプリンタ、複写機等の画像形成装置に関する。また、画像形成装置に搭載されている定着器や記録材に定着されたトナー画像を再度加熱することにより、トナー画像の光沢度を向上させる光沢付与装置等の像加熱装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置で用いられるトナーの定着装置として、フィルム加熱方式の定着装置が知られている。フィルム加熱方式の定着装置は一般的に、筒状のフィルムと、フィルムの内面と接触するニップ部形成部材と、フィルムを介してニップ部形成部材と共にニップ部を形成するローラと、を有する。トナー像を担持した記録材をニップ部で挟持搬送しながら加熱し、トナー像を記録材に定着する。

ところで、フィルム加熱方式の定着装置において、トナー像定着のためフィルムを回転させると、フィルムがローラの回転軸方向に移動してしまう、所謂フィルムの寄りが発生する場合がある。特許文献１のように、定着装置にはフィルムの寄り移動を規制する規制部材が設けられているが、フィルムに対してフィルムの回転軸方向へ作用する力が大き過ぎると、フィルム端部の破損や定着時の加圧力のバランス不均一などの問題を招きうる。

特開平４－０４４０８０号公報

フィルムが長期間にわたってフィルムの寄りを規制している規制部材と摺擦すると、規制部材と接するフィルムの端部が折れ曲がるなど破損する可能性がある。特に、近年では画像形成装置、ひいては定着装置の長寿命化、高速化が求められている。定着装置の長寿命化に伴いフィルムと規制部材が摺擦する時間が長くなり、かつ高速化に伴いフィルムが寄りやすくなるため、フィルムの端部の破損防止が課題となる。

そこで本発明は、フィルムに発生する寄り力を低減し、フィルム端部の破損を抑制する像加熱装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の像加熱装置は、
回転可能な筒状のフィルムと、
前記フィルムを加熱するヒータと、
前記フィルムの外周面に接触し、記録材を搬送するためのニップ部を、前記フィルムとの間に形成する回転可能なローラと、
前記フィルムの内部空間に前記フィルムの長手方向に亘って設けられており、回転する前記フィルムの内周面を支持するバックアップ部材と、
前記フィルムの前記長手方向の両端に対向して配設され、前記長手方向における前記フィルムの移動を規制すると共に、前記バックアップ部材と一体的に移動する規制部材と、
前記規制部材と前記ローラの軸を挿入するガイド部を有する装置のフレームと、
前記規制部材に力を付与して、前記ニップ部に圧力を付与する加圧機構と、
を有し、
画像が形成された前記記録材を搬送しながら加熱することで、前記ニップ部で前記画像
を加熱する像加熱装置において、
前記ローラは、前記フィルムの側から押圧されると前記ローラの回転軸と前記ニップ部の距離が縮まるとともに体積が減少するように変形する弾性層を含み、
前記ガイド部は、前記規制部材が前記ローラの回転軸に近づくほど、前記規制部材を前記記録材の搬送方向の下流側に移動するようにガイドすることを特徴とする。
また、本発明の像加熱装置は、
回転可能な筒状のフィルムと、
前記フィルムを加熱するヒータと、
前記フィルムの外周面に接触し、記録材を搬送するためのニップ部を、前記フィルムとの間に形成する回転可能なローラと、
前記フィルムの内部空間に前記フィルムの長手方向に亘って設けられており、回転する前記フィルムの内周面を支持するバックアップ部材と、
前記フィルムの前記長手方向の両端に対向して配設され、前記長手方向における前記フィルムの移動を規制すると共に、前記バックアップ部材と一体的に移動する規制部材と、
前記規制部材と前記ローラの軸を挿入するガイド部を有する装置のフレームと、
前記規制部材に力を付与して、前記ニップ部に圧力を付与する加圧機構と、
を有し、
画像が形成された前記記録材を搬送しながら加熱することで、前記ニップ部で前記画像を加熱する像加熱装置において、
前記ローラは、前記フィルムの側から押圧されると前記ローラの回転軸と前記ニップ部の距離が縮まるとともに体積一定のまま変形する弾性層を含み、
前記ガイド部は、前記規制部材が前記ローラの回転軸に近づくほど、前記規制部材を前記記録材の搬送方向の上流側に移動するようにガイドすることを特徴とする。

本発明によれば、フィルムに発生する寄り力を低減し、フィルム端部の破損を抑制する像加熱装置を提供することができる。

実施例１に係る定着装置を搭載した画像形成装置の断面模式図である。 実施例１に係る定着装置の構成を示す図である。 実施例１に係る画像形成装置の温度制御系を示すブロック図である。 実施例１に係る定着装置の構成部材の詳細を示す図である。 実施例１に係る定着装置の側面図である。 比較例における定着装置の側面図である。 定着フィルムの寄りが発生するメカニズムを示した図である。 定着フィルムの回転軸の傾きと寄り力の関係を示した図である。 実施例１に係る定着装置のＡ－Ａ面およびＢ－Ｂ面の断面図である。 加圧ローラの長手方向での搬送速度差と寄り力の関係を示した図である。 実施例２に係る定着装置のＡ－Ａ面およびＢ－Ｂ面の断面図である。 実施例２に係る定着装置の側面図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。

＜実施例１＞
図１は、電子写真記録技術を用いた、本発明の実施例に係る画像形成装置１００の模式的断面図である。本発明が適用可能な画像形成装置としては、電子写真方式や静電記録方式を利用した複写機、プリンタなどが挙げられ、ここでは電子写真方式を利用して記録紙等の記録材Ｐ上に画像を形成するレーザプリンタに適用した場合について説明する。

（１）画像形成装置１００
図１は、本実施例の実施例１に係る定着装置を搭載する画像形成装置の模式断面図である。画像形成装置１００は、積載された記録材Ｐを１枚ずつ分離し搬送する給紙部１０２、外部装置より提供された画像データに基づき変調して発光したレーザ光を画像形成部に照射するレーザスキャナユニット１０３を有する。画像形成装置１００は、更に、レーザスキャナユニット１０３のレーザ光照射により画像形成を為す画像形成部１０４、熱の供給及び圧力の付与により記録材Ｐへの定着を行う定着装置１０５、上述の各部、各装置のシーケンスを制御する制御装置１０６を有する。レーザスキャナユニット１０３は、外部装置より提供された画像データに基づきレーザ光を変調し発光するレーザユニット１２２を有する。レーザスキャナユニット１０３は更に、レーザユニットからのレーザ光を走査するためのポリゴンミラー１２４、ポリゴンミラー１２４を回転するためのモータ１２３、結像レンズ群１２５、折り返しミラー１２６を有する。

（２）画像形成動作
画像形成装置１００における画像形成の手順について、図１を用いて説明する。図１に示す画像形成装置１００の給紙部１０２では、外部装置より画像情報が画像形成装置１００へ転送されると、給紙トレイ１０７より記録材Ｐが１枚ずつ分離して繰り出される。給紙トレイ１０７より繰り出された記録材Ｐは、搬送ローラと搬送ローラに対向して設置された搬送コロとの当接部（搬送ニップ部）によって画像形成部１０４に搬送される。画像形成部１０４内に回動可能に軸支された感光ドラム１１０は、同じく回動可能な帯電ローラ１０８により一様に帯電され、更に上記画像情報に基づきレーザスキャナユニット１０３から照射されたレーザ光により潜像が形成される。感光ドラム１１０は、トナーを担持した現像スリーブ１０９に対峙する位置を通過する際に、感光ドラム１１０と現像スリーブ１０９間に印加されたバイアスによって感光ドラム１１０の表面上の帯電域にトナーが付与され、トナー像が形成される。感光ドラム１１０の表面上の帯電域に形成されたトナー像は、感光ドラム１１０と転写ローラ１１１が形成する転写ニップ部Ｎ２を通過する際に、感光ドラム１１０と転写ローラ１１１の間に印加された転写バイアスにより記録材Ｐへと転写される。記録材Ｐに担持されたトナー像は、定着装置１０５において熱の供給と圧力の付与により定着画像となる。そして、記録材Ｐが定着装置１０５の搬送力によって排紙ローラ１１９へと送られ、排紙ローラ１１９によって画像形成装置１００の排紙部へ排紙されることで（図１中Ｍ矢印方向）、一連の画像形成過程が終了する。

図２に示す本実施例の定着装置１０５はフィルム加熱方式の定着装置であり、その構成の詳細については後述する。定着部としての定着装置１０５による定着処理は以下のように行われる。加圧ローラ１１７の芯金１１７ａの端部に設けられた駆動ギアＧがモータ（不図示）により回転駆動されることによって、加圧ローラ１１７は図中の矢印方向に回転する。加圧ローラ１１７が回転すると、定着ニップ部Ｎにおいて発生する加圧ローラ１１７の外周面と定着フィルム１１４の外周面との摩擦力により、定着フィルム１１４に回転力が作用する。定着フィルム１１４は、加圧ローラ１１７の回転によって、その内面がヒータ１１２と摺動するとともに、フィルムガイド１１５に内面を案内されながら矢印方向に回転する。フィルムガイド１１５はヒータ１１２を保持している。なお、本例の定着装置１０５の定着フィルム１１４の内部空間に設けられるバックアップ部材は、フィルムガイド１１５とヒータ１１２を有する。定着フィルム１１４とヒータ１１２の間及び定着フィルム１１４とフィルムガイド１１５との間には、耐熱性グリスが塗布されている。耐熱性グリスは、基油であるパーフロロポリエーテルや、増稠剤としてのポリテトラフルオロ
エチレン（ＰＴＦＥ）等から構成されているフッ素グリスを用いた。

更に、図３に示すＣＰＵ１０が通電制御部としてのトライアック１２をオンにすると、ヒータ１１２の表面に形成された電気抵抗層に通電され、ヒータ１１２が発熱し昇温する。ヒータ１１２の温度は、その裏面に設けられたサーミスタ１１３（図９参照）の出力信号（温度検知信号）として、Ａ／Ｄ変換機１１を通してＣＰＵ１０に送られる。ＣＰＵ１０は、温度検知信号に基づいて、トライアック１２によりヒータ１１２に通電する電力を位相制御あるいは波数制御等により制御して、ヒータ１１２の電力制御を行う。所定の設定温度（目標温度）より低い場合にはヒータ１１２を昇温させ、設定温度より高い場合にはヒータ１１２を降温させるようにトライアック１２を制御し、ヒータ１１２を設定温度に保つ。

ヒータ１１２の温度が設定温度まで上昇し、かつ加圧ローラ１１７の回転による定着フィルム１１４の回転速度が定常化した状態において、未定着トナー画像を担持する記録材Ｐが定着ニップ部Ｎに導入される。その記録材Ｐは定着ニップ部Ｎにて定着フィルム１１４と加圧ローラ１１７とにより挟持搬送される。その搬送過程において記録材Ｐの未定着トナー画像にヒータ１１２の熱が定着フィルム１１４を介して付与されるとともにニップ部による圧力が付与されることによって、未定着トナー画像は記録材Ｐの面に加熱定着される。

（３）定着装置１０５
図２～５を用いて、本実施例に係る像加熱装置としての定着装置１０５の詳細構成について説明する。本実施例の定着装置１０５は、高速化と長寿命化のため、立ち上げ時間の短縮や低消費電力化を目的としたフィルム加熱方式の定着装置である。図２は定着装置１０５の構成を示す図である。図２（ａ）は定着装置１０５を記録材の搬送方向上流側から見た図で、図２（ｂ）は定着装置１０５を加圧ローラ１１７の回転軸方向と記録材の搬送方向の双方と直交する方向で、定着フィルム１１４側から見た図である。図２（ａ）、（ｂ）においては、定着装置１０５の内部の様子が判別できるように定着フィルム１１４を透過させて示すため、定着フィルム１１４の外形線を破線で、定着フィルム１１４の内部に配置されている部品類を実線で示した。

定着装置１０５は、筒状の定着フィルム１１４、定着フィルム１１４の内面に接触しニップ部形成部材としての役割も有する板状のヒータ１１２（図９参照）、定着フィルム１１４を介してヒータ１１２と共にニップ部Ｎを形成する加圧ローラ１１７を有する。定着装置１０５は更に、加圧機構としての加圧バネ１４０と、加圧ローラ１１７を回転可能に支持する支持板金（フレーム）１３０と、を有する。以後、加圧ローラ１１７の回転軸の方向を回転軸方向と記す。なお、回転軸方向は、記録材Ｐの搬送方向と直交する記録材の幅方向と平行である。本実施例において、定着フィルム１１４、ヒータ１１２、及び加圧ローラ１１７は、回転軸方向に長い部材である。定着装置１０５は、その他に、フィルムガイド１１５の曲げ剛性を高めて補強するステー１１６を有する。ステー１１６の長手方向は、回転軸方向と平行である。また、ステー１１６の両端部にはフランジ１２０Ｌ、１２０Ｒが設けられている。加圧バネ１４０の加圧力Ｓがフランジ１２０Ｌ、１２０Ｒに作用すると、ステー１１６、フィルムガイド１１５、及びヒータ１１２が一体的に後述する支持板金１３０のガイド面１３０ａに沿って移動する。

続いて、個々の構成部品について詳細を説明する。ヒータ１１２は、基板と、電気抵抗層と、保護層と、を有する。基板は、アルミナや窒化アルミニウムなどの良熱伝導性、高耐熱性、及び絶縁性を有する部材である。発熱抵抗層は、基板の表面にスクリーン印刷などにより厚み約１０［μｍ］、幅１～３［ｍｍ］の大きさで形成される。発熱抵抗層の材料は、Ａｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）などが用いられる。保護層は、発熱抵抗層の上にガラ
スやフッ素樹脂などで形成された層である。ヒータ１１２の裏面には温度検知手段としてのサーミスタ１１３が配置されている。このサーミスタ１１３は、図３に示すように、Ａ／Ｄ変換機１１を介して温度制御手段としてのＣＰＵ１０に接続されている。

定着フィルム１１４は、内周長がヒータ１１２及びフィルムガイド１１５の外周に対して余裕を持った状態で、それらに外嵌されている。従って、定着フィルム１１４はヒータ１１２とフィルムガイド１１５に内周面をガイドされながら回転する。図４（ａ）は、定着フィルム１１４の層構成模式図である。定着フィルム１１４は、厚み方向に多層構成となっており、厚さ２０～１００［μｍ］のポリイミド樹脂からなる基体１１４ａと、この基体の上に設けられた導電プライマ層１１４ｂと、を有する。定着フィルム１１４は、更に導電プライマ層１１４ｂの上に形成されたＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰなどのフッ素樹脂からなる離型層１１４ｃを有する。離型層１１４ｃが定着フィルム１１４の最外層であり、加圧ローラ１１７と接してニップ部Ｎを形成する。また、定着フィルム１１４の一方の端部には、導電プライマ層１１４ｂが露出する導電層露出部１１４ｄが設けられる。導電層露出部１１４ｄは、不図示の導電ゴム輪を介して設置され、フィルム電位の安定化に寄与する。本実施例において、定着フィルム１１４は外径１８．０［ｍｍ］で総膜厚６４［μｍ］としたフィルムを用いた。

図４（ｂ）は、加圧ローラ１１７を回転軸方向からみた図である。加圧ローラ１１７は、芯金（ローラの軸）１１７ａと、芯金１１７ａの周囲に設けられた耐熱性の弾性層１１７ｂと、弾性層１１７ｂの上に形成された離型層１１７ｃと、を有する。弾性層１１７ｂの材質はシリコーンゴムである。芯金１１７ａはφ８．５［ｍｍ］のＳＵＳ等の金属で形成されている。本実施例で使用した加圧ローラ１１７は、圧縮によりその弾性層の体積が減少する特性を有する加圧ローラである。このような特性をもつ具体的な加圧ローラとしては、弾性層が連続する気泡を内包したスポンジ状ゴム、または独立した気泡が内包されたゴムであるが気泡の占める割合が多いゴム等で形成されたローラが含まれる。本実施例では、気泡が隣同士連なっている連泡スポンジゴムで形成された弾性層１１７ｂを有する加圧ローラ１１７を用いた。弾性層１１７ｂの外周にはＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰなどのフッ素樹脂で形成される離型層１１７ｃが設けられている。本実施例では、加圧ローラ１１７として外径１４．０［ｍｍ］、硬度４７°（Ａｓｋｅｒ－Ｃ６００［ｇ］荷重）としたローラを用いている。加圧ローラ１１７は、軸受け１１８を介して支持板金１３０に回転可能に支持されている。

図２に示したフィルムガイド１１５は、ヒータ１１２の定着フィルム１１４と接触する面と反対側の面からヒータ１１２を支持する機能も有する。更に、フィルムガイド１１５は定着フィルム１１４の内周面に沿って延び、定着フィルム１１４の回転移動をヒータ１１２と共に案内する。

図４（ｃ）はステー１１６を示す図である。耐熱樹脂で成形された部品であるフィルムガイド１１５の曲げ剛性を高める補強部材としてのステー１１６は、加圧ローラ１１７の回転軸方向に長く、加圧ローラ１１７の回転軸方向と直交する断面がＵ字形状に形成されている。ステー１１６は、加圧ローラ１１７の回転軸方向に見ると、Ｕ字形状の開口部がヒータ１１２に対向する向きで設けられている。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、ステー１１６はフランジ１２０Ｌ、１２０Ｒ、それぞれと係合しており、定着装置１０５に保持された加圧バネ１４０からの加圧力Ｓをフランジ１２０Ｌ及び１２０Ｒを介して受ける。加圧力Ｓは記録材搬送面に対して略垂直に付勢されるように構成されている。ステー１１６に伝えられた加圧力Ｓはフィルムガイド１１５を介してヒータ１１２へと伝えられる。すなわち加圧バネ１４０からの付勢力により、ヒータ１１２とフィルムガイド１１５に外嵌された定着フィルム１１４が加圧ローラ側に付勢され、定着フィルム１１４を介してヒータ１１２と加圧ローラ１１７との間に長手方向に渡って均一なニップ部Ｎを形成する
。

フランジ１２０Ｒは、定着フィルム１１４の内周面をガイドする回転ガイド部１２０Ｒａと、定着フィルム１１４がその長手方向へ移動するのを規制する規制部１２０Ｒｂと、支持板金１３０のガイド面１３０ａと摺動する溝部１２０Ｒｇと、を有する。回転ガイド部１２０Ｒａは定着フィルム１１４の内周面に沿うように外周面が曲線で形成され、規制部１２０Ｒｂから延びている。回転ガイド部１２０Ｒａは定着フィルム１１４と嵌合し、フィルムガイド１１５と共に、回転する定着フィルム１１４の内周面を案内する。溝部１２０Ｒｇは、詳細を後述するガイド面１３０ａに沿うように、ガイド面１３０ａの傾斜角度にあわせた角度で傾斜して設けられている。フランジ１２０Ｌも、フランジ１２０Ｒと同様の構成であり、回転ガイド部１２０Ｌａ、規制部１２０Ｌｂ、及び溝部１２０Ｌｇを有する。すなわち、フランジ１２０Ｒ，１２０Ｌは定着フィルム１１４の両端に対向して配設され、規制部材として定着フィルム１１４の長手方向への移動を規制するとともに、定着フィルム１１４の回転を案内する。以降、フランジ１２０Ｒと１２０Ｌを区別して記載する必要がない場合には、ＲとＬの添え字を省略して記載する。

支持板金１３０は厚さ１．２ｍｍの板金であり、軸受け１１８を介して加圧ローラ１１７を支持する。軸受け１１８には、加圧ローラ１１７の軸が挿入される。また、支持板金１３０は、フランジ１２０が加圧バネ１４０によって加圧力Ｓをうけた際にフランジ１２０の移動をガイドするためのガイド面（ガイド部）１３０ａを有する。本実施例のガイド面１３０ａは平面状であり、図２（ｂ）に示すように、溝１２０ｇが支持板金１３０と係合することで、フランジ１２０が支持板金１３０のガイド面１３０ａに沿って移動可能に構成されている。ガイド面１３０ａは、記録材搬送方向と直交する面に対して３０°の傾きを有して延びるよう形成されている。従って、加圧ローラ１１７の弾性層１１７ｂの体積が減少するほどニップ部は記録材搬送方向の下流側に形成されるように、ガイド面１３０ａは傾斜している。ガイド面１３０ａは支持板金１３０の互いに対向する側板に夫々配設されており、フランジ１２０は加圧ローラ１１７に近づくほど、記録材搬送方向下流側に移動する構成となっている。加圧バネ１４０からの付勢力によって、フランジ１２０はガイド面１３０ａに沿って、ステー１１６、フィルムガイド１１５、及びヒータ１１２と一体的に移動する。

本実施例の定着装置１０５における、フランジ１２０が加圧力Ｓを受けたときの挙動について詳細を説明する。図５は、本実施例の定着装置１０５について、加圧ローラ１１７、軸受け１１８と支持板金１３０の位置関係や形状について示した加圧ローラ１１７の回転軸方向に見た模式図である（図２（ａ）の矢印Ｘ方向から見た図）。図５（ａ）は、支持板金１３０に対して、加圧ローラ１１７と軸受け１１８のみが取りついたときの状態を示す。図５（ｂ）は、支持板金１３０に更にフランジ１２０が取りつき、フランジ１２０がガイド面１３０ａに沿って移動する様子を示す。先述の通り、本実施例の定着装置１０５のガイド面１３０ａは、記録材搬送方向と直交する面に対して３０°の傾きを有している。なお、図５を用いてフランジ１２０Ｒの側から見た構成でガイド面１３０ａについて説明したが、ガイド面１３０ａは回転軸方向で一様に形成されている。すなわち、フランジ１２０Ｌも１２０Ｒと同様に支持板金１３０と係合してガイド面１３０ａに沿って移動するように構成されている。従って、フランジ１２０が加圧バネ１４０から加圧力Ｓを受けて、加圧ローラ１１７に近づくほど、又は加圧ローラ１１７がより大きく圧縮するほど、フランジ１２０は搬送方向下流側へも移動する構成となっている。つまり、加圧ローラ１１７の弾性層１１７ｂの圧縮量に回転軸方向で差が生じた場合には、フランジ１２０Ｌと１２０Ｒの移動量にも差が生じる。ガイド面１３０ａが記録材搬送面に対して垂直ではない角度で設けられている構成は、本発明の特徴的な構成であり、後述する寄り力の低減に寄与する。

本実施例においては、加圧ローラ１１７が変形し、加圧ローラ１１７の中心軸とニップ部Ｎの距離が設計値通りに所定の値縮んだとき、記録材Ｐの搬送方向において、ヒータ１１２の中心が加圧ローラ１１７の回転軸と一致するように構成されている。すなわち、押圧力や加圧ローラ１１７の硬度等が設計値通りでなかった場合でも、ヒータ１１２は加圧ローラ１１７に対して大きく位置がずれることなく、定着フィルム１１４を介して加圧ローラ１１７を適切に押圧することができる。

（４）加圧ローラと定着フィルムの回転軸の交差角と寄り力の関係
加圧ローラ１１７の回転軸と定着フィルム１１４の回転軸に交差角が生じた場合に定着フィルム１１４を回転軸方向に移動させる寄り力Ｙが発生するメカニズムについて、図７を用いて説明する。図７は加圧ローラ１１７の加圧ローラ１１７の回転軸方向と記録材Ｐの搬送方向の双方と直交する方向で、定着フィルム１１４（破線）と定着ニップ部Ｎを見た図である。加圧ローラ１１７の回転軸と定着フィルム１１４の回転軸に交差角が生じた場合とは、定着フィルム１１４の回転軸が加圧ローラ１１７の回転軸に対して平行ではなく、傾きを有している場合である。図７では、定着フィルム１１４のＲ側（紙面右側）がＬ側（紙面左側）に対して記録材Ｐの搬送方向下流側に位置するように傾き角度α°を有する場合の状態を示している。ここで、加圧ローラ１１７の回転軸は、ニップ部Ｎの中心線であるニップ部中心線Ｎａと平行である。

定着フィルム１１４は、フィルムガイド１１５にルーズに外嵌されており、回転する加圧ローラ１１７との接触により、定着フィルム１１４は矢印ａ方向に回転して、加圧ローラ１１７とともに記録材Ｐを搬送する。すなわち、定着フィルム１１４が回転する加圧ローラ１１７と定着ニップ部Ｎで接触すると、定着フィルム１１４には駆動力Ｆが働く。図７に示すように、定着フィルム１１４が加圧ローラ１１７に対して交差角が生じた状態で接する場合、駆動力Ｆは定着フィルム１１４の長手方向に垂直な回転力Ｗと、加圧ローラ１１７の回転軸方向の寄り力Ｙと、に分解して定着フィルム１１４に作用する。回転力Ｗは定着フィルム１１４を回転させる力として働き、寄り力Ｙは定着フィルム１１４をＲ側に移動させる力として働く。加圧ローラ１１７の回転軸方向に対する定着フィルム１１４の長手方向の傾きがα°である場合、定着フィルム１１４に作用する回転力ＷはＦｃｏｓα、寄り力ＹはＦｓｉｎαと表せる。寄り力Ｙが定着フィルム１１４に作用すると、定着フィルム１１４の長手端部の任意点Ａは、図７の右側「Ａの軌跡」に示すような軌道を描きつつ、回転しながらＲ側に移動する。このように、加圧ローラ１１７の回転軸と定着フィルム１１４の回転軸が平行でない場合、回転する加圧ローラ１１７に定着フィルム１１４が接触することで、定着フィルム１１４には回転力Ｗだけでなく、寄り力Ｙが作用する。

図８は、前述の寄り力発生メカニズムに基づいて、加圧ローラ１１７の回転軸と定着フィルム１１４の回転軸に生じる交差角の状態を場合分けして、寄り力Ｙが発生する方向を示した図である。図８（ａ）は、加圧ローラ１１７の回転軸に対して、定着フィルム１１４のＲ側がＬ側よりも相対的に記録材搬送方向の下流側に位置する場合を示す。このとき、前述した原理により定着フィルム１１４がＲ側へ寄る力が発生する。一方、図８（ｂ）は、加圧ローラ１１７の回転軸に対して、定着フィルム１１４のＲ側がＬ側よりも相対的に記録材搬送方向の上流側に位置する場合を示す。この時、同様の原理により定着フィルム１１４がＬ側へ寄る寄り力Ｙが発生する。

（５）加圧ローラの長手方向での搬送速度の差と寄り力の関係
ここまで定着フィルム１１４が加圧ローラ１１７に対して傾いた状態で接触することで寄り力Ｙが発生するメカニズムについて説明した。次に、実際にどういった場合に加圧ローラ１１７と定着フィルム１１４の回転軸に交差角が生じ、定着フィルム１１４に寄り力Ｙが作用するかについて説明する。そこで、加圧ローラ１１７の硬度が長手方向で一定で
ない場合を例として、以下、加圧ローラ１１７の長手方向での搬送速度の差と寄り力の関係について説明する。

図９は、加圧ローラ１１７の硬度に加圧ローラ１１７の長手方向の両端で差がある場合の定着フィルム１１４と加圧ローラ１１７の関係を示した断面図である。図９（ａ）は、図２（ａ）に示す記録材搬送方向上流側から定着装置１０５をみたときの左側（Ｌ側）を示すＡ－Ａ断面図であり、図９（ｂ）は右側（Ｒ側）を示すＢ－Ｂ断面図である。本実施例では、図９（ｂ）で示すＲ側の硬度が図９（ａ）で示すＬ側の硬度よりも相対的に低い。従って、図９に示すように、Ｌ側、Ｒ側それぞれの加圧ローラ中心から定着ニップ部Ｎまでの距離をＬ１、Ｌ２とすると、加圧ローラ１１７の硬度の低いＲ側の方がより圧縮されて潰れるため、Ｌ１＞Ｌ２となる。本実施例で用いている加圧ローラ１１７は、弾性層１１７ｂが連泡スポンジゴムで形成されているため、加圧ローラ１１７は押圧され圧縮すると、弾性層１１７ｂに存在する気泡内の空気が外に出て気泡が潰れるため、外周長が小さくなるように変形する。この状態で加圧ローラを回転させるとＲ側とＬ側で回転数が同一で外周長が異なるため、周長速度、ひいては搬送速度に差が生じる。Ｌ側は回転半径Ｌ１で回転するのに対して、Ｒ側はＬ１よりも小さい回転半径Ｌ２で回転することになるため、相対的にＬ側よりもＲ側の搬送速度が遅くなる。

図１０を用いて、加圧ローラの硬さに回転軸方向で差が生じた場合の、寄り力発生方向を示す図である。上述の通り、加圧ローラのＲ側の硬さがＬ側よりも低いため、図１０（ａ）に示すように、Ｒ側の搬送速度Ｓ２はＬ側の搬送速度Ｌ１よりも小さくなる。このとき、加圧ローラ１１７と平行に設けられている定着フィルム１１４が加圧ローラ１１７と接触すると、図１０（ｂ）に示すように、搬送速度の大きいＬ側の方が相対的に搬送方向下流側に移動するように定着フィルム１１４の回転軸が傾く。そして、加圧ローラ１１７の回転軸と定着フィルム１１４の回転軸に交差角が生じた状態で定着フィルム１１４は回転し続けることになる。その結果、上記（４）において説明した原理によってＬ側へ寄り力が発生するようになる。このように定着フィルム１１４の回転軸が加圧ローラ１１７の回転軸と交差角が生じ、定着フィルム１１４に寄り力Ｙが発生する要因として、加圧ローラの硬度に回転軸方向で差がある場合が考えられる。その他、加圧力Ｓの大きさがＬ側とＲ側で差がある場合、Ｌ側とＲ側で定着フィルム１１４の外周長に差がある場合なども、長手方向で搬送速度に差が生じうる。つまり、実際の定着装置においては、部品の公差等を含めると少なからず定着フィルム１１４の回転軸と加圧ローラ１１７の回転軸とに交差角が生じると考えられるため、いずれかの方向に寄り力が発生する。

（６）寄り力を低減する原理
本実施例の定着装置における、寄り力を低減するメカニズムについて説明する。また、説明においては図６に示す寄り力低減機構を備えていない比較例の定着装置と比較して説明する。加圧ローラ１１７については、加圧ローラ硬度：Ｌ側４８．０°、中央４７．０°、Ｒ側４５．０°（アスカーＣ：６００ｇ荷重）とした長手方向に硬度差がある加圧ローラを使用した。このとき、加圧ローラ１１７の半径（加圧ローラの回転中心とヒータ表面との距離）は、本実施例の定着装置、比較例の定着装置共にＬ側：６．５７ｍｍ（Ｌ１）、Ｒ側：６．２９ｍｍ（Ｌ２）であった。半径は周長、ひいては搬送速度に影響するため、Ｌ側はＲ側よりも４．４５％速い搬送速度で定着フィルム１１４を回転させる。

（比較例の定着装置の構成と寄り力発生状態）
比較例の定着装置と本実施例の定着装置の相違点は、定着装置を構成する支持板金１３０、１３０ｈの形状と、それに嵌合するフランジの形状のみである。比較例の定着装置１０５ｈについて、加圧ローラ１１７の回転軸方向から見た加圧ローラ１１７、軸受け１１８と支持板金１３０ｈについて、その位置関係、形状を図６に示す（図２（ａ）において矢印Ｘの方向から見た図）。比較例の定着装置の支持板金１３０ｈはガイド面ａｈが記録
材搬送面に対して従来通り垂直に形成されており、フランジ１２０ｈにはこれに対応するような溝が設けられている。すなわち、フランジ１２０ｈは記録材搬送面に対して略垂直に移動するように支持板金１３０ｈに保持されている。このような構成の装置において回転軸方向で搬送速度に差が生じると、図８（ｂ）に示したように、加圧ローラ１１７の回転軸と定着フィルム１１４の回転軸が交差角を有し、Ｌ側への寄り力のみが発生する。

（本実施例の定着装置における寄り力の発生状態）
本実施例の定着装置においても、比較例の定着装置と同様に、加圧ローラ１１７の硬度差によって搬送速度に長手方向で差が生じるため、定着フィルム１１４にＬ側への寄り力が発生する（図８（ｂ））。一方で、本実施例の支持板金１３０は、図５に示したように加圧ローラ１１７がより圧縮された場合に、フランジ１２０が記録材搬送方向の下流側に移動するよう保持していることを特徴としており、本構成によって定着フィルム１１４に働く寄り力を低減する。以下、その低減メカニズムを説明する。

本実施例の定着装置にて上記の長手方向で硬度差を有する加圧ローラ１１７を用いると、Ｒ側のほうがＬ側よりも０．２８ｍｍ（＝６．５７ｍｍ－６．２９ｍｍ）圧縮された状態となる。本実施例の支持板金１３０はガイド面１３０ａが、加圧方向に対して３０°の傾きを有しており、フランジ１２０はガイド面１３０ａに沿って移動する。従って、定着フィルム１１４のＲ側はＬ側に対して、搬送方向と直交する方向において０．２８ｍｍ加圧ローラ１１７の中心軸側に位置し、０．１６ｍｍ記録材搬送方向下流側に位置することになる。なお、定着フィルム１１４の記録材搬送方向におけるＲ側とＬ側の間の距離は０．１６ｍｍ＝０．２８ｍｍ×ｓｉｎ（９０°－３０°）／ｃｏｓ（９０°－３０°）と算出した。定着フィルムのＲ側が記録材搬送方向下流側に位置するということはすなわち、定着フィルム１１４と加圧ローラ１１７が図８（ａ）に示すような方向で交差角を有する状態となることから、上記（４）で説明したようにＲ側への寄り力が発生する。このように、本実施例の定着装置は、加圧ローラ１１７の長手方向での搬送速度差によってＬ側方向への寄り力が発生するが、同時にＲ側方向への寄り力が発生するため、総和としての寄り力が比較例の定着装置の寄り力に対して小さい値となる。いいかえると、本実施例の定着装置は、加圧ローラ１１７の硬度差によって生じた寄り力を打ち消す方向に寄り力が発生するようにガイド面１３０ａが構成されているため、寄り力を低減することができる。

（７）耐久試験による効果検証結果
本発明の寄り力低減効果を確認するために、本実施例の定着装置と、比較例の定着装置を用いて通紙耐久試験を行った。加圧ローラについては、加圧ローラ硬度：Ｌ側４８．０°、中央４７．０°、Ｒ側４５．０°（アスカーＣ：６００ｇ荷重）とした長手方向に硬度差がある加圧ローラを使用した。更に、加圧バネについてもＬ側を１００％とした場合のＲ側のバネ定数を１２０％として、Ｒ側の加圧ローラがより圧縮される構成として耐久試験を行った。通紙耐久試験は、Ａ４サイズの８０ｇ／ｍ^２紙を１，０００，０００枚連続通紙し、所定の通紙枚数ごとに定着フィルム１１４の状態を確認した。表１に定着フィルム１１４の確認を行った通紙枚数とその時点での定着フィルム１１４の状態を示す。

評価結果において、表中の記号は以下の評価結果であったことを意味する。
○：定着フィルム端部に異常なし。
×：定着フィルム端部に軽微な折れが発生。

比較例の定着装置においては７５０，０００枚通紙後の確認の際に、定着フィルムのＬ側において軽微な折れが見られた。一方で、本実施例の定着装置の場合、１，０００，０００枚通紙後であっても、定着フィルム端部にダメージは見られなかった。従って、比較例とした従来の定着装置に対して、本実施例の定着装置の方が定着フィルム１１４の寄り力が低減され、フィルム端部がダメージを受けにくい構成であるといえる。

以上より、定着フィルム１１４が加圧ローラ１１７に対して傾くように、交差角が生じることによって発生する寄り力は、交差角を自律的に相殺する方向にフランジを移動させる本実施例の構成により低減することが可能である。すなわち、加圧ローラ１１７の回転軸方向の硬度差や加圧バネの左右差を起因として、加圧ローラ１１７と定着フィルム１１４に交差角が生じる場合において、定着装置を長寿命化することができる。

なお、本実施例では記録材搬送面に直交する方向に対する支持板金のガイド面の角度を３０°と設定したが、本発明はこれに限らず、適用する定着装置の加圧力、加圧ローラの外径や硬度、また、定着フィルムの外径などに応じて、適宜調整すればよい。特に、各種構成部品の寸法や材質等に合わせて、ガイド面が記録材搬送方向と直交する面となす角度を５°以上４５°以下の範囲内で設定することで、寄り力低減効果がより効果的に得られる。

＜実施例２＞
続いて、弾性層の材料を変更した実施例２について説明する。実施例２で使用した加圧ローラは、圧縮により体積が変化しない特性を有する材料を弾性層に用いた加圧ローラである。このような特性をもつ具体的な材料としては、ソリッドゴムや、気泡が内包されるが気泡の占める割合が少ないゴムなどがある。本実施例は、ソリッドゴムを弾性層として用いた加圧ローラを有する定着装置である。加圧ローラは実施例１と同様に回転軸方向に硬度差を有し、その硬度はＬ側４８．０°、中央４７．０°、Ｒ側４５．０°（アスカーＣ：６００ｇ荷重）である。実施例２の定着装置を記録材搬送上流側からみた図は、実施例１と同様である（図２（ａ）参照）。以下、ソリッドゴムを弾性層に用いた実施例２の寄り力を低減する構成とメカニズムについて説明する。なお、実施例１と同様の構成については同一の符号を用いて説明を省略し、相違点について重点的に説明する。

図１１（ａ）、（ｂ）は実施例２の定着装置（弾性層にソリッドゴムを用いた加圧ローラ２１７を使用した定着装置）の断面図であり、実施例１と同様、Ｌ側がＡ－Ａ断面図、Ｒ側がＢ－Ｂ断面図である。図１１（ａ）（ｂ）に示すように、それぞれの加圧ローラ２１７中心から定着ニップ部Ｎまでの距離をＬ１、Ｌ２とすると、硬度の低い側がより圧縮されてつぶれるため、Ｌ１＞Ｌ２となる。

ソリッドゴムを弾性層に用いた加圧ローラ２１７の場合、ゴムがより圧縮されると、ゴムが図１１（ｂ）に示す矢印Ｋの方向に伸びるように体積一定のまま変形する。そのため、ゴムは潰せば潰すほど伸ばされて、加圧ローラ２１７の外周長が大きくなり、記録材の搬送速度は速くなる。よって、弾性層がソリッドゴムで形成され、上述の硬さを有するローラを使用すると、実施例１の（５）において説明した原理に基づいて、図８（ａ）に示す状態となり、定着フィルム１１４にはＲ側へ寄る力が発生する。実施例２においても、この寄り力を相殺するように加圧ローラ２１７のつぶれ量に応じて、フランジ２２０を記録材搬送方向に対して移動するようにしている。

図１２（ａ）、（ｂ）は実施例２の定着装置について、加圧ローラ２１７の回転軸方向から見た加圧ローラ２１７、軸受け１１８、及び支持板金２３０について、その位置関係と形状を示した図である。実施例１と同様に、支持板金２３０のガイド面２３０ａは記録材搬送方向と直交する面に対して３０°の傾きを有しているが、その傾き方向は実施例１と反対方向である。つまり、フィルムガイド１１５が加圧ローラ２１７に近づくほどニップ部は記録材搬送方向の上流側に形成されるように、ガイド面２３０ａは傾斜している。すなわち、フランジ２２０が加圧バネ１４０から加圧力Ｓを受けて、加圧ローラ２１７に近づくほど、又は加圧ローラ２１７がより大きく圧縮するほど、フランジ２２０は搬送方向上流側へ移動する構成となっている。実施例２において、加圧ローラ２１７のＲ側の方がより圧縮されるため、図８（ｂ）に示すように、定着フィルム１１４はＲ側がＬ側よりも搬送方向下流側に位置するように移動する。このとき、寄り力は定着フィルムをＬ側へ移動させるように生じるため、搬送速度差によって生じたＲ側への寄り力を低減させる。以上の構成により、弾性層がソリッドゴムなどで形成された場合においても、実施例１と同様に定着フィルム１１４に強い寄り力が発生することを防止することができ、定着装置を長寿命化することが可能となる。

＜変形例＞
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。例えば、回転軸方向でローラの硬さが予め明らかであるときは、記録材の搬送速度差によって発生する寄り力を打ち消す方向に寄り力を生じさせるため、記録材の搬送面と直交した２つのガイド面を左右でずらして設けてもよい。

１１２…ヒータ、１１４…定着フィルム（フィルム）、１１５…フィルムガイド、１１７…加圧ローラ（ローラ）、１１７ｂ…弾性層、１２０…フランジ（規制部材）、１３０…支持板金（フレーム）、１４０…加圧バネ（加圧機構）、Ｎ…ニップ部、Ｐ…記録材

Claims (10)

1. 回転可能な筒状のフィルムと、
   前記フィルムを加熱するヒータと、
   前記フィルムの外周面に接触し、記録材を搬送するためのニップ部を、前記フィルムとの間に形成する回転可能なローラと、
   前記フィルムの内部空間に前記フィルムの長手方向に亘って設けられており、回転する前記フィルムの内周面を支持するバックアップ部材と、
   前記フィルムの前記長手方向の両端に対向して配設され、前記長手方向における前記フィルムの移動を規制すると共に、前記バックアップ部材と一体的に移動する規制部材と、
   前記規制部材と前記ローラの軸を挿入するガイド部を有する装置のフレームと、
   前記規制部材に力を付与して、前記ニップ部に圧力を付与する加圧機構と、
   を有し、
   画像が形成された前記記録材を搬送しながら加熱することで、前記ニップ部で前記画像を加熱する像加熱装置において、
   前記ローラは、前記フィルムの側から押圧されると前記ローラの回転軸と前記ニップ部の距離が縮まるとともに体積が減少するように変形する弾性層を含み、
   前記ガイド部は、前記規制部材が前記ローラの回転軸に近づくほど、前記規制部材を前記記録材の搬送方向の下流側に移動するようにガイドすることを特徴とする像加熱装置。
2. 前記弾性層は、気泡を内包するスポンジゴムで形成されることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
3. 前記ガイド部は、前記弾性層の体積が減少するほど前記ニップ部が前記搬送方向の下流側に形成されるように、前記搬送方向と直交する面に対して傾斜しているガイド面を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の像加熱装置。
4. 前記ヒータは、前記バックアップ部材に設けられていることを特徴とする請求項１～３いずれか１項に記載の像加熱装置。
5. 回転可能な筒状のフィルムと、
   前記フィルムを加熱するヒータと、
   前記フィルムの外周面に接触し、記録材を搬送するためのニップ部を、前記フィルムとの間に形成する回転可能なローラと、
   前記フィルムの内部空間に前記フィルムの長手方向に亘って設けられており、回転する前記フィルムの内周面を支持するバックアップ部材と、
   前記フィルムの前記長手方向の両端に対向して配設され、前記長手方向における前記フィルムの移動を規制すると共に、前記バックアップ部材と一体的に移動する規制部材と、
   前記規制部材と前記ローラの軸を挿入するガイド部を有する装置のフレームと、
   前記規制部材に力を付与して、前記ニップ部に圧力を付与する加圧機構と、
   を有し、
   画像が形成された前記記録材を搬送しながら加熱することで、前記ニップ部で前記画像を加熱する像加熱装置において、
   前記ローラは、前記フィルムの側から押圧されると前記ローラの回転軸と前記ニップ部の距離が縮まるとともに体積一定のまま変形する弾性層を含み、
   前記ガイド部は、前記規制部材が前記ローラの回転軸に近づくほど、前記規制部材を前記記録材の搬送方向の上流側に移動するようにガイドすることを特徴とする像加熱装置。
6. 前記弾性層は、ソリッドゴムで形成されることを特徴とする請求項５に記載の像加熱装置。
7. 前記ガイド部は、前記バックアップ部材が前記ローラに近づくほど前記ニップ部が前記搬送方向の上流側に形成されるように、前記搬送方向と直交する面に対して傾斜しているガイド面を備えることを特徴とする請求項５又は６に記載の像加熱装置。
8. 前記ヒータは、前記バックアップ部材に設けられていることを特徴とする請求項５～７いずれか１項に記載の像加熱装置。
9. 前記ガイド面が前記搬送方向と直交する面となす角度は、５°以上４５°以下であることを特徴とする請求項３又は７に記載の像加熱装置。
10. 記録材に画像を形成する画像形成部と、
    記録材に形成された画像を記録材に定着する定着部と、
    を有する画像形成装置において、
    前記定着部が請求項１～９のいずれか１項に記載の像加熱装置であることを特徴とする画像形成装置。
    

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