JP3218941B2 - 定着装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、ファクシ
ミリ等の電子写真式の画像形成装置に使用され、記録媒
体上に形成されたトナー像を、加熱および加圧によって
定着させる定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電子写真式の画像形成装置で
は、像担持体上にトナー像を形成し、このトナー像を用
紙等の記録媒体に転写する。そして、トナー像が転写さ
れた記録媒体を定着装置へ導き、トナー像を記録媒体に
定着させて永久画像とする。このような定着装置として
は、例えば図４（ａ）に示すように、円筒状の芯金１０
９の内部にヒーター１１１を備え、外周面に耐熱性樹脂
皮膜層１１０が形成された加熱ローラ１０１と、この加
熱ローラに圧接配置され、円筒状芯金１１２の外周面に
耐熱弾性体層１１３が形成された加圧ローラ１０２とを
有するものが一般に用いられている。この定着装置で
は、加熱ローラ１０１を両端で支持して回転駆動させ、
トナー像１０８が転写された記録媒体１０７を加熱ロー
ラ１０１と加圧ローラ１０２とが圧接されるニップ部に
挟み込んで搬送する。トナー像１０８が転写された記録
媒体１０７は、ニップ部を通過する間に加熱・加圧さ
れ、熱により溶融したトナーが記録媒体１０７に圧着さ
れる。このような定着装置は、熱風若しくはオーブン方
式の定着装置と比べて熱効率が高いため、低電力で高速
の定着を行うことができる。しかも紙詰まりによる火災
等の危険性も少ないことから現在最も広く利用されてい
る。

【０００３】しかし、上記定着装置では、加熱ローラ１
０１の表面温度を室温から所定の設定温度まで上昇させ
る時間、すなわちウォームアップタイムは、１〜１０分
という長い時間が必要である。このウォームアップタイ
ムは、単純には加熱ローラの熱容量と投入電力との関係
で決定される。つまり、加熱ローラの熱容量が小さくて
投入電力が大きければウォームアップタイムを短縮でき
るが、加熱ローラの熱容量は加熱ローラの剛性により、
また投入電力は機械の消費電力からの制約により限界が
存在する。

【０００４】一般に、定着専用に投入可能な電力は３０
０Ｗ〜１０００Ｗであり、この範囲でウォームアップタ
イムを短縮するにはローラの熱容量を小さくするのが効
果的である。ところが、加熱ローラの熱容量を小さくす
るため加熱ローラの外径や芯金の肉厚を減少していく
と、これと同時に加熱ローラの剛性も小さくなってしま
う。加熱ローラの熱容量は加熱ローラ径の２乗に比例す
るのに対し、加熱ローラの剛性は４乗に比例する。この
ため、ある加熱ローラ径以下になると急激に加熱ローラ
の剛性が小さくなり、加熱ローラと加圧ローラとを両端
部で支持して圧接すると、ローラの中心軸は図４（ｂ）
に示すように互いに逆方向に撓んでしまう。このため両
ローラのニップ部は、図４（ｃ）に示すようにローラ両
端部では広く、ローラ中央部では狭い、不均一な形状と
なる。このような不均一な形状のニップ部にトナー像が
未定着の用紙を通過させると、紙しわが発生したり、或
いは用紙中央部での圧着強度が弱くてオフセットが発生
し、次のコピー用紙を汚したり、画像が欠落したりする
ことがある。ここで、ローラの中央部のニップ幅をａ、
両端部のニップ幅をｂとしたときの中央部のニップ形状
指数をｃ＝ａ／ｂと定義すると、ニップ形状指数ｃはロ
ーラの撓みにより１．０よりも小さくなる。ｃの値は、
圧着強度の均一性、紙しわの回避等の観点から一般に
０．８〜１．０が最適である。

【０００５】また、このような定着装置では、加圧ロー
ラと加熱ローラとのニップ部の圧力は、０．５〜５．０
Ｋｇ／ｃｍ2程度必要である。これ以下の圧力では、用
紙やローラ表面の凹凸による隙間を埋めることができ
ず、粉体トナーに効率よく熱を伝達することができなく
なる。また、定着後のトナー表面がまだらになってしま
い、画質が低下することがある。したがって、適切な圧
力を得るためには、両ローラ間に総荷重２０〜２００Ｋ
ｇを与える必要がある。

【０００６】しかし、上記のようにウォームアップタイ
ムを短縮するためにローラの熱容量を小さくすると、剛
性の低下により必要な圧接力を導入したときのローラの
撓みが増大し、ｃの値が減少して上記最適範囲をはずれ
てしまう。したがって、ニップ幅が不均一となるのを回
避するためには、ローラの撓みをある程度以下に抑える
ように、剛性を維持するか、ローラの圧接力の分布を補
正することが必要となる。このような撓み量を抑制する
場合の限界の目安は０．１ｍｍ程度であり、小型化した
定着装置で撓みをこの値以下とするは難しい場合が多
い。

【０００７】一方、ローラの圧接力の分布を補正する手
段としてはいくつかの技術が提案されており、例えば特
開平４−３１４５５５号公報、特開平３−１５０５８５
号公報、特開平４−４２１８７号公報、特開平５−１３
４５９０号公報等に開示されている。特開平４−３１４
５５５号公報に開示される定着装置は、図５に示すよう
に加熱ローラ１２１と加圧ローラ１２２とを所定の角度
を設けて圧接させるように支持し、ローラが撓んでもニ
ップ幅が比較的均一になるようにしたものである。

【０００８】特開平３−１５０５８５号公報、特開平４
−４２１８７号公報、特開平５−１３４５９０号公報に
開示される定着装置は、加圧ローラ１３２を例えば図６
に示すように軸線方向の中央部付近で支持するような構
成とし、加圧ローラ１３２が加熱ローラに追従して撓む
ようにしたものである。

【０００９】また別の定着装置として、加圧ローラの中
央部付近の径を両端部よりも大きな形状とし、加熱ロー
ラと加熱ローラとのニップ幅を均一にするようにした装
置も提案されている。

【００１０】さらに図７に示すように、両端部で支持さ
れる補助ローラ１４３を配設して加圧ローラ１４２を加
熱ローラ１４１側へ押圧し、加圧ローラ１４２の撓みを
低減するようにした装置も提案されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなローラの撓みを補正する定着装置では、次のよう
な問題点がある。特開平４−３１４５５５号公報に開示
される定着装置は、加熱ローラ１２１と加圧ローラ１２
２とに最適な交差角を選定すれば、中央部のニップ幅を
両端部のニップ幅に近づけることが可能であるが、用紙
の搬送方向が双方のローラで異なり、紙しわの発生を押
え込むことができない。さらに、定着によって用紙のカ
ールが起きやすいという問題もある。

【００１２】特開平３−１５０５８５号公報、特開平４
−４２１８７号公報、特開平５−１３４５９０号公報に
記載の定着装置では、加熱ローラと加圧ローラ１３２の
撓みの方向が一致してある程度ニップ部の均一化が図れ
るが、厳密にはニップ幅が単調な変化でなく波打った形
となり、これが原因で紙しわが発生することがある。ま
た、加圧ローラを中央部で支持する構造に加工するに
は、ローラのコストが上昇するとともに、ローラ径が増
大して装置の大型化を招くという問題もある。

【００１３】また、加圧ローラの中央部付近の径を両端
部よりも太くする方式では、簡単な構成で均一なニップ
幅を得ることができるという利点がある。しかし、加圧
ローラと加熱ローラとの間に用紙を搬送すると、軸線方
向の半径の差異によるローラの表面速度に違いによっ
て、紙しわが発生し易くなるという問題がある。

【００１４】また、補助ローラ１４３で加圧ローラ１４
２を押圧して撓みを補正する方式では、長期間の使用に
より、加熱ローラ１４１と逆方向に補助ローラ１４３が
撓んでくる傾向にあり、加圧ローラと加熱ローラとの中
央部付近のニップ幅が狭くなるのを本質的に解決するこ
とはできない。

【００１５】本発明は上記のような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、加熱ローラと加圧ローラ
とのニップ幅を軸線方向にほぼ均一に保持し、定着不良
や紙しわの発生を回避することができる定着装置を提供
することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１に記載の発明は、 両端で支持され、回
転駆動される加熱ローラと、 この加熱ローラとほぼ同
じ長さを有し、周面が該加熱ローラと平行に圧接される
加圧ローラとを備え、 トナー像が転写された記録媒体
を前記加熱ローラと加圧ローラとの間で加熱および加圧
してトナー像を記録媒体上に溶融・圧着する定着装置に
おいて、 前記加圧ローラの周面と当接しながら回転す
るバックアップローラと、 このバックアップローラの
軸線方向における複数の位置で周面に当接され、該バッ
クアップローラを介して前記加圧ローラを前記加熱ロー
ラに押圧する複数の軸受け部材とを有し、 前記複数の
軸受け部材は、前記加圧ローラの両端部よりも中央部付
近でバックアップローラを強く押圧し、前記加圧ローラ
の中央部を加熱ローラ側に撓ませて、該加圧ローラと前
記加熱ローラとの圧接力が、軸線方向にほぼ均等となる
ように設定されているものとする。

【００１７】請求項２に記載の発明は、 請求項１に記
載の定着装置において、 前記バックアップローラが
２本のローラで構成され、前記加圧ローラの中心と２本
のバックアップローラの中心とを結ぶ線の角度θが、６
０°≦θ≦１３０°の範囲に設定されているものとす
る。

【００１８】請求項３に記載の発明は、 トナー像が転
写された記録媒体を加熱および加圧してトナー像を記録
媒体上に溶融・圧着する定着装置であって、 両端で支
持され、回転駆動される加熱ローラと、 軸線方向に均
等な周長を有する筒状体からなり、前記加熱ローラと圧
接される加圧回転体と、 この加圧回転体の内部に間隙
を残して挿通され、両端で支持されて前記加圧回転体を
前記加熱ローラに押圧する圧接部材とを有し、 前記圧
接部材は、前記加圧回転体と前記加熱ローラとの圧接力
が軸線方向にほぼ均等となるように、両端部よりも中央
部の径が拡大されており、 前記加圧回転体は、円筒形
の部材であって、断面形状をほぼ円形に維持する剛性を
有する部材であり、 該加圧回転体の外周面に当接さ
れ、該加圧回転体の回転時の揺動を拘束して回転を安定
化させる揺動規制部材を有することを特徴とする定着装
置。

【００１９】請求項４に記載の発明は、 トナー像が転
写された記録媒体を加熱および加圧してトナー像を記録
媒体上に溶融・圧着する定着装置であって、 両端で支
持され、回転駆動される加熱ローラと、 軸線方向に均
等な周長を有する筒状体からなり、前記加熱ローラと圧
接される加圧回転体と、 この加圧回転体の内部に間隙
を残して挿通され、両端で支持されて前記加圧回転体を
前記加熱ローラに押圧する圧接部材とを有し、 前記圧
接部材は、前記加圧回転体と前記加熱ローラとの圧接力
が軸線方向にほぼ均等となるように、両端部よりも中央
部の径が拡大されており、 前記加圧回転体は、柔軟に
変形を許容するベルト状の部材であり、 該加圧回転体の
内周面に当接するように固定支持され、該加圧回転体の
形状を規制するとともに、該加圧回転体の回転を安定化
させる案内部材を有することを特徴とする定着装置。

【００２０】上記請求項３に記載の加圧回転体は、軸線
方向に均等な周長を有する筒状体からなるものであれ
ば、その材質は適宜に選択でき、例えば管状の金属コア
の表面に耐熱弾性体が被覆された部材を用いることがで
きる。また、剛性がほとんどないが張架しなくてもほぼ
円筒としての形状が保持されるエンドレスベルト状のも
のが用いられる。上記圧接部材は、加圧回転体の剛性が
適度にあれば、加圧回転体の全幅と接触する必要はな
く、段差によって中央部の径が拡大されたローラのよう
に軸線方向に間隔をおいて部分接触する形状のものでも
良い。

【００２１】上記構成を備えることにより、本願に係る
発明はそれぞれ次のような効果を奏する。請求項１に記
載の定着装置では、加圧ローラの周面と当接しながら回
転するバックアップローラと、このバックアップローラ
を押圧する軸受け部材とが配設されており、軸受け部材
がバックアップローラを介して加圧ローラを加熱ローラ
に押圧する。このとき、軸受け部材は加圧ローラの両端
部よりも中央部付近でバックアップローラを強く押圧す
るように設定されているので、バックアップローラが中
央部で凸状に撓み、これとともに加圧ローラも凸状に撓
んだ状態で加熱ローラを押圧する。従って、加熱ローラ
と加圧ローラとバックアップローラの撓み方向がすべて
同じ方向となり、加圧ローラと加熱ローラとの圧接力が
軸線方向にほぼ均等になる。このため、加圧ローラとバ
ックアップローラの曲げ剛性が小さくても、加圧ローラ
と加熱ローラとのニップ幅がほぼ均一になり、定着不良
の発生が防止される。さらに、加圧ローラの周面の速度
が軸線方向においてほぼ均一であるため、定着時に紙し
わが発生するのが防止される。

【００２２】請求項２に記載の定着装置では、適切な位
置に配設された２本のバックアップローラによって加圧
ローラが加熱ローラへ押圧されるので、加圧ローラが長
期間の使用によって用紙の搬送方向に撓んでくるのが防
止される。このため、長期に亘って加圧ローラと加熱ロ
ーラとの圧接力が軸線方向において均等になり、定着不
良や紙しわの発生がより確実に防止される。

【００２３】請求項３に記載の定着装置では、軸線方向
に均等な周長を有する筒状体からなる加圧回転体と、こ
の筒状体の内部から該加圧回転体を支持する圧接部材と
が設けられており、圧接部材の押圧力により加圧回転体
が加熱ローラに押圧される。この圧接部材は両端部より
も中央部で径が拡大されているので、加熱ローラの中央
部付近で押圧される側が凹状となるように撓んでも、加
圧回転体は加熱ローラの撓み曲線に追従した形状とな
り、加圧回転体と加熱ローラとの圧接力が軸線方向にほ
ぼ均等に保持される。このため、加圧回転体と加熱ロー
ラとのニップ幅が軸線方向にほぼ均一になり、定着不良
の発生が防止される。さらに、加圧回転体の周面の速度
が軸線方向においてほぼ均一になるため、用紙が適切に
搬送され、紙しわの発生が防止される。また、揺動規制
部材によって加圧回転体の回転が安定化されるため、加
熱ローラとの圧接力がより均一になり、定着不良の発生
をより確実に防止することができる。

【００２４】請求項４に記載の定着装置では、加圧回転
体の内周面と当接する案内部材を設けることにより、加
圧回転体の回転が安定化し、紙しわの発生を確実に防止
することができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。図１は、請求項１又は請求項２に記
載の発明に係る定着装置の一例を示す概略構成図であ
る。この定着装置は、トナー像８が転写された記録用紙
７を加熱する加熱ローラ１と、この加熱ローラ１と圧接
され、加熱ローラ１に従動して回転する加圧ローラ２
と、この加圧ローラ２の周面と当接しながら回転する２
つのバックアップローラ３と、このバップアップローラ
３を介して加圧ローラ２を加熱ローラ１に押圧する軸受
け部材４とを有している。さらに図示しないが、トナー
像８が転写された記録用紙７を加熱ローラ１と加圧ロー
ラ２との圧接部（ニップ部）に案内する用紙ガイドと、
このニップ部を通過した記録用紙７を搬送する搬送ロー
ラ等が設けられている。

【００２６】上記加熱ローラ１は、円筒状の芯金９の表
面に離型層１０としてフッ素樹脂（テフロン：デュポン
社の商品名）が約３０μｍの厚さに被覆されたものであ
り、芯金９の内部には、記録用紙を加熱するためのヒー
ター１１が設けられている。芯金９は（ｂ）図に示すよ
うに両端部で支持されており、図示しない駆動源によっ
て約２５０ｍｍ／ｓの周速度で回転駆動されている。こ
の芯金９は鉄製で、直径が３０ｍｍ、厚みが０．３ｍ
ｍ、長さが３２５ｍｍとなっている。ヒーター１１は１
００Ｖ，１０００Ｗの赤外線ランプであり、芯金９の内
部に固定支持されている。また、加熱ローラ１と近接す
る位置には温度センサー５が設けられ、加熱ローラ１の
温度を検知してヒーター１１のＯＮ／ＯＦＦが制御され
るようになっている。これにより、加熱ローラ１の表面
温度が約１５０℃に制御される。また、この加熱ローラ
１のウォームアップタイムは約１０秒となる。

【００２７】上記加圧ローラ２は、円筒体１２の表面に
シリコーンゴム層１３が形成されたものである。円筒体
１２は、外径１５ｍｍ、長さ３２０ｍｍのステンレス製
コアであり、シリコーンゴム層１３の肉厚は５．０ｍｍ
で、加圧ローラ２の直径が約２５ｍｍに設定されてい
る。

【００２８】上記バックアップローラ３は、加圧ローラ
２の回転にともなって従動するものであり、外径８ｍ
ｍ、内径７．５ｍｍ、長さ３２０ｍｍのステンレス製パ
イプからなる。また、加圧ローラ２の中心と２本のバッ
クアップローラ３の中心とを結ぶ角度θが１００°とな
るように配設されている。

【００２９】上記軸受け部材４は、（ｂ）図に示すよう
に４箇所で等間隔に２本のバックアップローラ３を押圧
するものであり、バックアップローラ３を支持する押圧
体１４と、この押圧体１４を固定する基部１５とから構
成されている。これにより、バックアップローラ３を介
して加圧ローラ２を加熱ローラ１へ押圧するようになっ
ている。また、バックアップローラ３は両端部が軸支さ
れておらず、軸受け部材４によって加圧ローラ１との間
に挟まれるように支持される。この軸受け部材４は、中
央部付近の２つの押圧体１４ａが他の押圧体１４ｂより
も高く形成されており、バックアップローラ３の中央部
付近の押圧力が両端部よりも強くなるように設定されて
いる。本実施例では、軸受け部材４が１００ｍｍ間隔で
設けられ、バックアップローラ３を介して加圧ローラ２
から加熱ローラ１へ付加される総荷重が約５０ｋｇとな
るように設定され、中央部の２つの押圧体１４ａが１５
ｋｇ、両端の２つの押圧体１４ｂが１０ｋｇの荷重をバ
ップアップローラ３に与えるようになっている。

【００３０】このような定着装置では、両端で支持され
た加熱ローラ１に加圧ローラ２を介してバックアップロ
ーラ３から荷重が加えられ、加熱ローラ１は加圧ローラ
２からの押圧力を受けて凸状に撓む。このとき、バップ
アップローラ３から付与される荷重分布が、軸受け部材
４によって両端部よりも中央部のほうが大きくなるよう
に設定されているので、バックアップローラ３が適度に
凸状に撓んで加圧ローラ２を押圧し、これに追従して加
圧ローラ２が凸状に撓む。このため、加熱ローラ１と加
圧ローラ２とバックアップローラ３とは（ｂ）図に示す
ように同方向に撓み、加熱ローラ１と加圧ローラ２との
撓み曲線がほぼ同一となる。したがって、加圧ローラ２
と加熱ローラ１との圧接力が軸線方向でほぼ均等とな
り、軸線方向にほぼ均一なニップ幅を得ることができ
る。

【００３１】このように加熱ローラ１と加圧ローラ２と
が同じ方向に撓むことによって、たとえ加熱ローラ１の
撓み量が０．１ｍｍを越えたとしても、ニップ幅をほぼ
均一に維持することができ、加熱ローラ１の撓み限界を
大幅に増大することが可能となる。このため、加熱ロー
ラ１、加圧ローラ２およびバックアップローラ３の曲げ
剛性が小さくても均一なニップ幅を得ることができ、各
ローラの外径および部材厚を小さくして装置の小型化を
達成することができる。したがって、小型でありながら
比較的大きな押圧力を得ることができ、定着不良や紙し
わを発生することなく高速定着性能も充分に満足する定
着装置を得ることができる。また、各ローラの熱容量を
非常に小さくすることができるので、ウォームアップタ
イムを大幅に短縮することができるとともに、加圧ロー
ラ２又はバックアップローラ３が熱を奪って加熱ローラ
１の温度を急激に下げることもない。さらに、バックア
ップローラ３と加圧ローラ２とが軸線方向の全域に亘っ
て接触するため加熱ローラの温度分布が均一化し易く、
バックアップローラ３のエッジにより加圧ローラ表面が
損傷することもない。

【００３２】また、上記定着装置では、適切な位置に配
設された２本のバックアップローラ３によって加圧ロー
ラ２が加熱ローラ１へ押圧されており、長期間の使用に
よって加圧ローラ２が用紙の搬送方向に撓んでくるのを
防止することができる。このため、長期にわたり加圧ロ
ーラ２と加熱ローラ１との圧接力が軸線方向においてほ
ぼ均一になる。

【００３３】上記のような定着装置において、加熱ロー
ラ１と加圧ローラ２とのニップ部の形状を実際に測定し
たところ、両端部で６．５ｍｍ、中央部で６．０ｍｍと
なっており、その時のニップ形状指数は０．９２で適切
なニップ幅が得られた。また、この定着装置を用いてト
ナー像をＰＰＣ用紙に定着する実験を行ったところ、定
着不良や紙しわ等の問題は発生しなかった。

【００３４】この定着装置の効果と比較を行うため、上
記と同じ径および部材厚の加熱ローラと加圧ローラとを
用い、バックアップローラは用いず、図４に示す定着装
置のように両端部から加熱ローラと加圧ローラとの間に
同じ５０ｋｇの荷重を加えて同様に、ニップ幅の測定及
びトナー像を定着する実験を行った。このような定着装
置では、各ローラは互いに反対方向に撓み、ニップ幅は
両端部で７．２ｍｍ、中央部で４．５ｍｍとなり、その
時のニップ形状指数は０．６３となった。そして、定着
時に紙しわが発生するとともに、用紙の中央部付近に定
着不良が生じた。

【００３５】図２は、請求項３に記載の発明に係る定着
装置の一実施例を示す概略構成図である。この定着装置
は、上記図１に示す定着装置の加圧ローラ及びバックア
ップローラ等に変えて、軸線方向に均等な周長を有する
筒状体からなる加圧回転体２２と、この加圧回転体２２
の内側に挿通されて該加圧回転体を加熱ローラ２１に押
圧する圧接部材２３とを有している。さらに、加圧回転
体２２の周面と当接する位置には、該加圧回転体の回転
を安定化させる揺動規制部材２６を備えている。上記加
圧回転体２２は、外径３０ｍｍ、肉厚０．２ｍｍ、長さ
３１０ｍｍのステンレス製コア３２に、肉厚２．０ｍｍ
のシリコーンゴム層３３を被覆した筒状体である。

【００３６】上記圧接部材２３は、図２（ｂ）に示すよ
うに、両端部よりも中央部付近で径が拡大されたローラ
からなり、両端の軸受部３６で加圧回転体２２を加熱ロ
ーラ２１に押圧するように支持される。この圧接部材２
３は、外径２０ｍｍ、長さ３２０ｍｍのステンレス製コ
ア３４に、両端部の肉厚が１．０ｍｍで、中央部の肉厚
が１．６ｍｍとなるようにシリコーンゴム３５を被覆し
たものである。この圧接部材２３には、両端の軸受部３
６から総荷重５０ｋｇが圧接力として作用している。ま
た、圧接部材２３の両端部には、加圧回転体２２のエッ
ジと当接して該加圧回転体の軸線方向への移動を規制す
るサイドガイド部材２４が設けられている。また上記加
熱ローラ２１は、図１に示す加熱ローラとほぼ同様の構
成であり、直径が３５ｍｍ、肉厚が０．２ｍｍ、長さが
３３５ｍｍの鉄製コア２９に離型層３０が約３０μｍの
厚さに被覆されたものである。なお、この定着装置の他
の構成は上記図１に示す定着装置と同じである。

【００３７】このような定着装置では、圧接部材２３に
よって加圧回転体２２が加熱ローラ２１に押圧されてお
り、加熱ローラ２１のたわみ量は約０．４ｍｍとなる。
このとき、圧接部材２３の表面形状を加熱ローラ２１の
撓み量と加圧回転体２２の剛性とを考慮して中央で径が
拡大されたものとすることによって、加圧回転体２２が
加熱ローラ２１の撓み曲線に追従して撓み、ほぼ均一の
ニップ幅を得ることができる。この加熱ローラのたわみ
量は、従来のたわみ量の限界と考えられていた０．１ｍ
ｍと比較して大きな値であるが、ローラ両端部のニップ
幅は６．０ｍｍ、中央部のニップ幅は５．４ｍｍとな
り、ニップ形状指数０．９を得ることができる。

【００３８】このような定着装置を用いて用紙上の未定
着のトナー像を定着させたところ、十分な定着性が得ら
れるとともに、紙しわの発生も一切なかった。また、揺
動規制部材２６によって加圧回転体２２の回転が安定化
されるため、加熱ローラ２１との圧接力がより均一にな
り、定着不良の発生をより確実に防止することができ
る。さらに、サイドガイド部材２４によって加圧回転体
２２の軸線方向への移動が規制されるため、長期にわた
って安定したニップ幅、及び用紙の搬送方向を維持する
ことができる。したがって、上記定着装置では、加熱ロ
ーラ、圧接部材の剛性を大きくすることなく、ニップ部
を軸線方向にほぼ均一にすることができ、従来の装置と
比較してウォームアップタイムを短縮化することが可能
となる。さらに、定着装置の小型化や、質量およびコス
トの低減ができるという利点がある。

【００３９】上記定着装置の効果と比較するため、上記
と同じ加熱ローラを用いて従来の図４に示す加圧ローラ
で押圧すると、加熱ローラは荷重８ｋｇでたわみ限界の
０．１ｍｍに達してしまい、ローラ両端部のニップ幅が
３．５ｍｍで、中央部のニップ幅が２．８ｍｍ、ニップ
形状指数が０．８０となった。このような定着装置を用
いて未定着のトナー像を定着させたところ、定着不良や
紙しわの発生はほとんどなかったが、荷重を１０ｋｇに
増加させると、たわみ量が０．１３ｍｍに達してニップ
形状指数が０．７８となり、用紙に横方向のしわが多数
観察された。したがって、上記のような比較例では荷重
８ｋｇが限界であり、１００ｍ／ｓｅｃの定着速度が限
界で高速機には対応できないことが確認された。

【００４０】図３は、請求項４に記載の発明に係る定着
装置の他の実施例を示す概略構成図である。この定着装
置は、上記図２に示す定着装置の加圧回転体２２及び揺
動規制部材２６に代えて、曲げ剛性の小さいエンドレス
ベルトからなる加圧回転体４２と、この加圧回転体４２
の内周面と当接され、加圧回転体４２の回転を安定化さ
せる案内部材４６とを有している。また、上記図２に示
す定着装置と同様に加圧回転体４２の内側には、該加圧
回転体４２を加熱ローラ４１に押圧する圧接部材４３を
備えている。

【００４１】上記加圧回転体４２は、厚さ３０μｍ、周
長９５ｍｍ、幅３１０ｍｍのニッケル製エンドレスベル
トの表面に、シリコーンゴム層を０．０３ｍｍの厚みに
被覆したものである。この加圧回転体４２は曲げ剛性が
ほとんどないものの、ベルトに張力を与えなくてもほぼ
円筒形状を保ちながら回転が可能である。また、案内部
材４６を設けることによって加圧回転体４２の形状を規
制するようになっている。上記圧接部材４３は、外径２
０ｍｍ、長さ３２０ｍｍのステンレス製コアに、両端部
の肉厚が１．０ｍｍ、中央部の肉厚が０．４ｍｍとなる
ようにシリコーンゴム５５を被覆したものである。な
お、この定着装置の他の構成は上記図２に示す定着装置
と同じである。

【００４２】このような定着装置では、加熱ローラ４１
と加圧回転体４２とのニップ形状指数は０．９５とな
り、２５０ｍｍ／ｓの速度で回転させても十分な定着性
を得ることができた。また、加圧回転体４２の内周面と
当接する案内部材４６を設けることにより、加圧回転体
４２の回転が安定化し、紙しわの発生を確実に防止する
ことができた。さらに、装置の小型化、ウォームアップ
タイムの大幅な短縮化が図れ、簡単な構成で高速機にも
対応することが可能である。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明に係る定着装置では、軸受け部材が加圧ローラの両
端部よりも中央部付近でバックアップローラを強く押圧
するように設定されているので、加熱ローラと加圧ロー
ラとバックアップローラとが撓む方向がすべて同じにな
り、加圧ローラと加熱ローラとの圧接力が軸線方向にほ
ぼ均等になる。このため、加圧ローラと加熱ローラとの
ニップ幅がほぼ均一になり、定着不良の発生を防止する
ことができる。さらに、加圧ローラの周面の速度も軸線
方向においてほぼ均一となり、紙しわの発生を回避する
ことができる。また、加圧ローラとバックアップローラ
との剛性を小さくすることができ、簡単な構成で装置の
小型化を実現できるとともに、加熱ローラの熱損失を最
小限に抑えることができる。

【００４４】請求項２に記載の発明に係る定着装置で
は、適切な位置に配設された２本のバックアップローラ
によって加圧ローラが加熱ローラに押圧されるので、加
圧ローラが用紙の搬送方向に撓むのを防止して、加圧ロ
ーラと加熱ローラとの圧接力をほぼ均等に保持すること
ができる。このため、長期間の使用によっても定着不良
や紙しわの発生がなく、信頼性の高い装置を実現するこ
とができる。

【００４５】請求項３に記載の発明に係る定着装置で
は、加圧回転体を加熱ローラに押圧する圧接部材が、両
端部よりも中央部で径が拡大するように形成されている
ので、加熱ローラに撓みが生じても、加圧回転体と加熱
ローラとの圧接力がほぼ均等に保持され、ニップ幅を軸
線方向にほぼ均一にすることができる。このため、定着
不良の発生を防止することができるとともに、加圧回転
体の周面の速度が軸線方向にほぼ均一となり、紙しわの
発生を防止することができる。また、簡単な構成によっ
て装置の小型化を実現でき、加熱ローラの熱損失も最小
限に抑えることができる。また、揺動規制部材によって
加圧回転体の回転が安定化されるため、加熱ローラとの
圧接力がより均一になり、定着不良の発生をより確実に
防止することができる。

【００４６】請求項４に記載の定着装置では、加圧回転
体の内周面と当接する案内部材を設 けることにより、加
圧回転体の回転が安定化し、紙しわの発生を確実に防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１又は請求項２に記載の発明の一実施例
である定着装置を示す概略構成図である。

【図２】請求項３に記載の発明の一実施例である定着装
置を示す概略構成図である。

【図３】請求項４に記載の発明の他の実施例である定着
装置を示す概略構成図である。

【図４】従来の定着装置の第１の例を示す概略構成図及
びこの定着装置における加熱ローラと加圧ローラとの撓
みの状態、ニップ部の状態を示す図である。

【図５】従来の定着装置の第２の例における加熱ローラ
と加圧ローラの配設状態を示す概略図である。

【図６】従来の定着装置の第３の例で用いられる加圧ロ
ーラを示す概略断面図である。

【図７】従来の定着装置の第４の例における加熱ロー
ラ、加圧ローラおよび補助ローラを示す概略図である。

【符号の説明】

１、２１、４１ 加熱ローラ ２ 加圧ローラ ３ バックアップローラ ４ 軸受け部材 ５、２５、４５ 温度センサー ７、２７、４７ 記録用紙 ８、２８、４８ トナー像 ９、２９、４９ 芯金 １０、３０、５０ シリコーンゴム層 １１、３１、５１ ヒーター １２ 円筒体 １３ シリコーンゴム層 １４ 押圧体 １５ 基部 ２２、４２ 加圧回転体 ２３、４３ 圧接部材 ２４ サイドガイド部材 ２６ 揺動規制部材 ４６ 案内部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 13/20 G03G 15/20

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両端で支持され、回転駆動される加熱
   ローラと、 この加熱ローラとほぼ同じ長さを有し、周面が該加熱ロ
   ーラと平行に圧接される加圧ローラとを備え、 トナー像が転写された記録媒体を前記加熱ローラと加圧
   ローラとの間で加熱および加圧してトナー像を記録媒体
   上に溶融・圧着する定着装置において、 前記加圧ローラの周面と当接しながら回転するバックア
   ップローラと、 このバックアップローラの軸線方向における複数の位置
   で周面に当接され、該バックアップローラを介して前記
   加圧ローラを前記加熱ローラに押圧する複数の軸受け部
   材とを有し、 前記複数の軸受け部材は、前記加圧ローラの両端部より
   も中央部付近でバックアップローラを強く押圧し、前記
   加圧ローラの中央部を加熱ローラ側に撓ませて、該加圧
   ローラと前記加熱ローラとの圧接力が、軸線方向にほぼ
   均等となるように設定されていることを特徴とする定着
   装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の定着装置において、 前記バックアップローラが２本のローラで構成され、前
   記加圧ローラの中心と２本のバックアップローラの中心
   とを結ぶ線の角度θが、 ６０°≦θ≦１３０° の範囲に設定されていることを特徴とする定着装置。
3. 【請求項３】 トナー像が転写された記録媒体を加熱
   および加圧してトナー像を記録媒体上に溶融・圧着する
   定着装置であって、 両端で支持され、回転駆動される加熱ローラと、 軸線方向に均等な周長を有する筒状体からなり、前記加
   熱ローラと圧接される加圧回転体と、 この加圧回転体の内部に間隙を残して挿通され、両端で
   支持されて前記加圧回転体を前記加熱ローラに押圧する
   圧接部材とを有し、 前記圧接部材は、前記加圧回転体と前記加熱ローラとの
   圧接力が軸線方向にほぼ均等となるように、両端部より
   も中央部の径が拡大されており、前記加圧回転体は、円筒形の部材であって、断面形状を
   ほぼ円形に維持する剛性を有する部材であり、 該加圧回転体の外周面に当接され、該加圧回転体の回転
   時の揺動を拘束して回転を安定化させる揺動規制部材を
   有することを特徴とする定着装置。
4. 【請求項４】 トナー像が転写された記録媒体を加熱
   および加圧してトナー像を記録媒体上に溶融・圧着する
   定着装置であって、 両端で支持され、回転駆動される加熱ローラと、 軸線方向に均等な周長を有する筒状体からなり、前記加
   熱ローラと圧接される加圧回転体と、 この加圧回転体の内部に間隙を残して挿通され、両端で
   支持されて前記加圧回転体を前記加熱ローラに押圧する
   圧接部材とを有し、 前記圧接部材は、前記加圧回転体と前記加熱ローラとの
   圧接力が軸線方向にほぼ均等となるように、両端部より
   も中央部の径が拡大されており、前記加圧回転体は、柔軟に変形を許容するベルト状の部
   材であり、 該加圧回転体の内周面に当接するように固定支持され、
   該加圧回転体の形状を規制するとともに、該加圧回転体
   の回転を安定化させる案内部材を有することを特徴とす
   る定着装置。