JP3582269B2 - 定着装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真複写機・プリンター等の転写材上の未定着トナー像を、加熱・加圧することで転写材に定着する定着装置に関する。
【従来の技術】
近年、電子写真複写機あるいはプリンタの定着装置は機械全体の小型化に伴い装置の小型化、さらには低消費電力化が求められている。
そのためにはより低温にて良好な定着性能を得ること、及びウォームアップタイムを短縮することが必須である。良好な定着性能を得るためには、軸方向全長にわたって幅広く均一な定着ニップの形成が効果的である。また、ウォームアップタイム短縮のためには、加熱ロールのコアの薄肉化及び小径化が効果的である。
しかし、加熱ロールのコアを薄肉化及び小径化することは、軸方向全長にわたって均一な定着ニップを形成するためには弊害となる。これは薄肉化及び小径化により加熱ロールの剛性が小さくなり、加熱ロールを加圧したときのたわみが大きくなってしまうためである。
【０００２】
従来の加熱ロール／加圧ロール方式では定着性向上のために定着ニップを広げようとすると、加圧ロールを加熱ロールに押し当てる荷重を上げなければならない。しかし、荷重を上げると、加熱ロール（及び加圧ロール）がたわんでしまうことにより、軸方向中央部でニップ幅が充分に得られなくなったり、圧力が不足したりして定着不良が発生する。あるいは定着ニップの端部が中央部に比べて広がり度合いが大きくなり、環境・紙質などによって紙しわが発生するようになる。
上記のようなトラブルを防ぐために、加熱ロールのたわみを抑制する、あるいは補正する例としては以下に示す方式がある。
１つは、上下２本のローラに所定の交差角度を持たせて、軸方向中央部でのローラ間の圧力不足を改善しようという技術である。この方式では確かに中央部での密着性は高まり、中央部での定着性は改善されるが、加熱ロールと加圧ロールが角度を有するということは、加熱ロールと加圧ロールとで、それぞれ搬送方向のベクトルがずれているということであり、環境や紙質等により紙しわが発生することを避けられない。
【０００３】
もう１つは、加圧ロールより加熱ロールが受ける押圧力を相殺するように、加熱ロールに別部材を押し当てる方式である。この方式では確かに加熱ロール自体のたわみは小さくなるが、加熱ロールに別部材が接しているため、加熱ロールから熱が奪われて軸方向の温度分布にムラが出来たり、あるいは最近のフルカラー機などで使用されている加熱ロールは表面が柔らかくなっているので、別部材を押し当てていることにより表面が損傷されたりする。
そこで、特開平８−６３０２６では、加熱ロールと加圧ロールのそれぞれの断面２次モーメントと弾性係数の積を求め、その積が互いに略等しくなるような関係とし、また加熱ロールの中央部でのたわみを補正するために、加圧ロールの内壁中央に加圧支持体を設け、軸方向中央で加圧している。
【０００４】
しかし、上記の先行例では、中央支持である加圧ロールを両端支持に近似しているため、実際のたわみとは異なっている。すなわち、お互いの剛性（ＥＩ）をほぼ均一にすると、中央支持である加圧ロールの方がたわみが少なく、よって軸方向中央部での圧接力が弱くなり、定着不良などの原因となる。また、仮に軸方向中央部での加熱ロールとと加圧ロールとのたわみがー致したとしても、軸方向全長に渡ってー致するものではない。これは、加熱ロールは両端支持であるが、加圧ロールの方は中央支持であるため、それぞれの拘束条件が異なり、よってたわみの量も軸方向でそれぞれ異なってしまう。具体的には軸方向中央部でのたわみを等しくした時には、両端支持である加熱ロールに比べて、中央支持である加圧ロールの方が、軸方向で中央部から両端部の間で、たわみ力も少なく、すなわちその領域では加熱ロールと加圧ロールとの圧接力が中央部や両端部に比べて低くなっている。よって、その場所では定着ニップが細くなり、すなわち、軸方向全長に渡って略均一な定着ニップが得られなくなり、紙質や環境によっては定着不良や紙しわが発生する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述の事情に鑑み、下記（Ｏ０１），（Ｏ０２），（Ｏ０３）の記載内容を課題とする。
（Ｏ０１）安価で簡単な構成で、軸方向全長にわたって加熱ロールのたわみを補正し、常に軸方向で略均一な定着ニップを得ること。
（Ｏ０２）良好な定着性能と、安定した用紙搬送性を得られる定着装置を提供すること。
（Ｏ０３）様々な転写材に対応し、定着ニップにかかる荷重が変化した時でも、常に安定したニップ形状を維持することのできる定着装置を提供すること。
【０００６】
本発明者は前述の課題を解決するために、以下の検討をおこなった。
図１０は従来の、表面が弾性体により被覆された加熱ロール０１と耐熱弾性体により被覆された加圧ロール０２によって定着ニップを形成するフルカラー機用のＳｏｆｔ ＲｏｌＩ Ｆｕｓｅｒ（以下ＳＲＦと略す）の概略図である。
図１０において、前記加熱ロール０１には離型剤タンク０３からポンプ０４により供給される液体状の離型剤が塗布部材０６により塗布される。また、加熱ロール０１は清掃部材０７により清掃される。
前記ＳＲＦで使用する加圧ロール０２は、通常白黒機で使用するロールと比較すると、柔らかい材質の物を使用しているので、わりと低荷重でもある程度のニップ幅を得ることができる。しかし、フルカラー機では白黒機に比べて転写材上に乗っているトナーの量が多いため、転写材を加熱ロール０１から剥離させるのが困難であり、剥離させるためには、加圧ロール０２を加熱ロール０１に押し当てて、加熱ロール０１の弾性体表面に数％の歪みを発生させなければならない。そのためには荷重をある程度以上まで上げなければならない。
【０００７】
また、定着性を向上するためにさらに定着ニップ幅を広くしようとする際にも、やはり荷重を上げなければならない。荷重を上げると加熱ロール０１にはたわみが発生し、軸方向の中央部が加圧ロール０２から逃げることにより、定着ニップの端部が中央部に比べて広がり具合が大きくなり、すなわちニップ形状が悪化し、軸方向中央部での定着不良や、環境や紙質等によって、紙しわが発生し易くなる。また、最近の傾向として、ウォームアップタイム短縮のために、加熱ロール０１のコアの厚みは薄肉化及び小径化する傾向があり、加熱ロール０１のたわみによる上記の様なトラブルは、さらに発生し易くなっている。
【０００８】
そこで、加熱ロール０１がたわんでも、定着ニップが悪化することなく、良好な定着性能と安定した用紙搬送性を有する定着装置を、安価で簡単な構成で提供するためには、加熱ロールのたわみを知る必要がある。
加熱ロールのたわみを求めるために、まず加熱ロールと加圧部材とをモデル化する。ここでは、まず軸方向で均一な断面を持つ物としてモデル化する。（また、加熱ロールと加圧ロールは便宜上同じ材料であるものとする。）
加熱ロールは、軸方向でー様な等分布荷重を受ける両端支持の梁と近似することができる。また、加圧部材として最もー般的なのが加圧ロールを使用した場合で、これも加熱ロールと同様に、両端支持の梁に近似することができる。
【０００９】
図１１は加熱ロール０１及び加圧ロール０２が共に両端支持である場合に両者の間に等分布荷重がかかっているとして、材料力学の基本式により算出した場合の、それぞれのたわみの形状を示す図である。
図１１は誇張して示しているが、加熱ロール０１及び加圧ロール０２のたわみは共に軸方向中央部で最大となる。この図１１に示すように、それぞれは互いに遠ざかる向きにたわみ、軸方向中央部で両者の間の距離が最大となる。
図１２は従来の加熱ロールおよび加圧ロールの計算上の最大たわみを示す図表である。従来の通常の加熱ロールおよび加圧ロールに比べて、ウォームアップタイム短縮を狙った薄肉ロールでは、最大たわみが１０倍になっているのが分かる。すなわち、たわみが大きくなることで上述のようなトラブルが発生し易くなることがわかる。実際には、たわみが発生した時点で、両者が等分布荷重を受けているという前提が無くなるので、両者の間に完全にすき間が出てしまうことはほとんど無いが、傾向として軸方向中央部にかかる荷重が両端部に比べて小さくなり、荷重を増すに連れて、定着ニップの幅が端部と中央部で差が広がっていく。加圧ロールが両端支持である以上、この傾向は避けられず、加熱ロールのたわみを補正することは困難である。
【００１０】
図１３は加圧部材（前記「加圧部材」は加圧ロールのみではなく、棒状の加圧部材を含む）０２を中央支持した場合の加熱ロール０１および加圧部材０２のたわみを示す図である。
図１４は加圧部材として用いた円筒状の加圧ロール０２の中央部内面を加圧支持ローラ０２ａにより支持した場合の加熱ロール０１および加圧ロール０２のたわみを示す図である。
図１５は円筒部材である加熱ロールを両端で支持し、円筒部材である加圧ロール（１）〜（３）を中央で支持して等分布荷重が作用しているとした場合の材料力学の基本式により算出した最大たわみ示す図表である。
円筒部材である前記図１５の加熱ロールおよび加圧ロール（３）の最大たわみｙ１，ｙ２は次式で計算される。
ｙ１＝（５／３８４）×（ｗｌ４／Ｅ１Ｉ１）
ｙ２＝（１／１２８）×（ｗｌ４／Ｅ２Ｉ２）
但し、
Ｗ：単位長さ当たりの分布荷重
ｌ：全長
【００１１】
図１４において、加熱ロール０１として図１５の加熱ロールを用い、加圧ロール０２として図１５の加圧ロール（３）を使用した状態で、前記加熱ロール０１および加圧ロール０２の間には等分布荷重力がかかっており、その荷重を加熱ロール０１は両端で支持し、加圧ロール０２は中央で支持しているものとする。両者ともたわみの向きが等しく、加熱ロール０１の剛性をＥ１Ｉ１，加圧ロール０２の剛性をＥ２Ｉ２とすると、Ｅ１Ｉ１＝Ｅ２Ｉ２の時、最大たわみは加圧ロール０２のたわみの方が小さくなり、お互いのＥＩをＥ１Ｉ１：Ｅ２Ｉ２＝５：３にすることで、中央部のたわみを等しくすることができる。すなわち、加熱ロール０１の中央部のたわみを、加圧ロール０２のたわみで補正してやることができる。
【００１２】
図１６は前記図１５の加熱ロールおよび加圧ロール（３）が前記図１４の状態で当接し、等分布荷重が作用しているとした場合のたわみ量を示すグラフである。
図１６において、中央部でのたわみは補正できても、図１６に示すように、端部と中央部との間にはたわみの差があり、そこでの圧接力が低くなってしまうので、そこでの定着ニップが端部と中央部に比べて細くなってしまう。
これは、両端支持と中央支持という支持方法の違いにより、たわみの式（たわみの形状）が異なるためであり、よって軸方向全長にわたって両者のたわみを補正することは非常に困難である。
以上の計算は、加圧部材の断面が軸方向で変化しない場合、すなわち断面２次モーメントが軸方向で一定である場合の計算であり、断面が変化しない場合は、上述のように軸方向全長に渡って加熱ロールのたわみを補正することができない。そこで、本発明では軸方向全長に渡って加熱ロールのたわみを補正するために、加圧部材の剛性（断面２次モーメント）を軸方向で変化させる。すなわち、軸方向中央部での剛性が最も強く、端部にいくに従って弱くなるようにする。こうすることで、加熱ロールの中央部から端部までにわたって、加熱ロールのたわみに沿って加圧部材がたわむようになる。
【００１３】
剛性を軸方向で変化させるには、断面形状を変化させなければならない。加圧部材として、ロールを使用した場合は、コアの肉厚を変化させなければならない。具体的には、中央部での肉厚が最も厚く、両端部にいくに従って段々と薄くなっていく様に成型しなければならない。これは製造上困難であり、コストがかかる。
図１７は断面が円筒および長方形の部材の断面２次モーメントを示す図表である。図１７において、断面２次モーメントはロール（円筒部材）の場合、外径及び内径の４乗で効いてくるため、公差のバラつきの影響が大きく、かなり高い加工精度が必要となる。
本発明は前記検討結果なされた発明である。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
次に、前記課題を解決するための検討結果、案出した本発明を説明するが、本発明の要素には、後述の実施例の要素との対応を容易にするため、実施例の要素の符号をカッコで囲んだものを付記する。
なお、本発明を後述の実施例の符号と対応させて説明する理由は、本発明の理解を容易にするためであり、本発明の範囲を実施例に限定するためではない。
【００１５】
（第１発明）
前記課題を解決するために、本出願の第１発明の定着装置は、下記の要件を備えたことを特徴とする、
（Ａ０１）表面に弾性層（５１ｂ）を有し、軸方向両端部が支持された加熱ロール（５１）、
（Ａ０２）前記加熱ロール（５１）の軸方向に延び且つ前記加熱ロール（５１）に向けて押圧される耐熱弾性部材製の加圧パッド（５８）を有する加圧部材（５６）、
（Ａ０３）前記軸方向の中央部から軸方向端部に行くに従って曲げ剛性が小さくなるように構成された前記加圧部材（５６）、
（Ａ０４）加圧部材（５６）を軸方向中央部で支持する押圧部材（５９）、
（Ａ０５）前記加圧部材（５６）およびこの加圧部材（５６）に平行に隣接して配置されたベルトガイド（６４）の周囲に回転移動可能に支持され且つ前記加圧部材（５６）により前記加熱ロール（５１）表面に圧接される無端の定着ベルト（Ｂ）、
（Ａ０６）前記定着ベルト（Ｂ）および前記加熱ロール（５１）の圧接領域により定着ニップ（Ｎ）を形成し、前記定着ニップ（Ｎ）を通過する記録シート（Ｓ）に付着した未定着トナー像（Ｉ）を定着する前記加熱ロール（５１）、前記定着ベルト（Ｂ）、および前記加圧部材（５６）。
【００１６】
（第１発明の作用）
前述の構成を備えた第１発明の定着装置では、加熱ロール（５１）の軸方向に延びる加圧部材（５６）の耐熱弾性部材製の加圧パッド（５８）は、表面に弾性層（５１ｂ）を有する加熱ロール（５１）に向けて押圧される。
前記加圧部材（５６）およびこの加圧部材（５６）に平行に隣接して配置されたベルトガイド（６４）の周囲に回転移動可能に支持された無端の定着ベルト（Ｂ）は、前記加圧部材（５６）により前記加熱ロール（５１）表面に圧接される。前記定着ベルト（Ｂ）および前記加熱ロール（５１）の圧接領域により定着ニップ（Ｎ）が形成される。記録シート（Ｓ）に付着した未定着トナー像（Ｉ）は、前記定着ニップ（Ｎ）を通過する際に定着される。
【００１７】
前記加熱ロール（５１）は軸方向両端部が支持され、前記加圧部材（５６）は軸方向中央部で押圧部材（５９）により支持されている。このため、表面に弾性層（５１ｂ）を有する加熱ロール（５１）の軸方向中央部を加圧ロール中央部が押圧し、加圧ロールの軸方向両端部は前記加熱ロール（５１）の両端部からの反力により押圧される。このとき、加熱ロール（５１）および加圧部材（５６）がたわむが、前記加圧部材（５６）は、軸方向中央部から軸方向端部に行くに従って曲げ剛性が小さくなるように構成されているため、軸方向で略均一な安定した定着ニップ（Ｎ）を得ることができる。
前記加圧部材（５６）の加熱ロール（５１）に対する押圧力および前記加圧部材（５６）の前記軸方向の曲げ剛性を調節することにより、加熱ロール（５１）および加圧部材（５６）のたわみを軸方向中央部から端部にわたってまで補正することができ、で安定した定着ニップ形状を得ることができる。
【００１８】
低荷重時には剛性を持つ加圧部材（５６）の前記弾性体である加圧パッド（５８）が、定着ベルト（Ｂ）を介して加熱ロール（５１）を包みこむように定着ニップ（Ｎ）を形成し、所望のニップ形状を得ることができる。定着ニップ（Ｎ）を広くするため、あるいは加熱ロール（５１）の表面にある弾性層（５１ｂ）をより歪ませるために荷重を上げていくと、加熱ロール（５１）のたわみに沿って加圧部材（５６）もたわむので、軸方向の端部でも中央部でも、ほぼ同じ割合で定着ニップ幅が広くなっていき、ニップ形状を悪化させることなく、ニップ幅を広くすることができる。
前記無端の定着ベルト（Ｂ）は、加熱ロール（５１）の回転に伴って回転するので、回転移動する前記定着ベルト（Ｂ）および加熱ロール（５１）によりそれらの間を通過する記録シート（Ｓ）は、滑らかに搬送される。
【００１９】
（第２発明）
また、本出願の第２発明の定着装置は、下記の要件を備えたことを特徴とする、
（Ｂ０１）表面に弾性層（５１ｂ）を有する加熱ロール（５１）、
（Ｂ０２）前記加熱ロール（５１）の軸方向に延び且つ前記加熱ロール（５１）に圧接される耐熱弾性部材である加圧パッド（５８）を有する加圧部材（５６）、
（Ｂ０３）軸方向中央部から軸方向端部に行くに従って曲げ剛性が小さくなるように構成された前記加圧部材（５６）、
（Ｂ０４）加圧部材（５６）を軸方向中央部で支持する押圧部材（５９）、
（Ｂ０５）前記加熱ロール（５１）および加圧部材（５６）の圧接領域により定着ニップ（Ｎ）を形成し、前記定着ニップ（Ｎ）を通過する記録シート（Ｓ）に付着した未定着トナー像（Ｉ）を定着する前記加熱ロール（５１）および前記加圧部材（５６）。
【００２０】
（第２発明の作用）
前述の構成を備えた第２発明の定着装置は、無端の定着ベルト（Ｂ）が無いので、記録シート（Ｓ）は、回転する加熱ロール（５１）とこれに圧接する加圧部材（５６）との間を、加圧部材（５６）側の面が擦られながら搬送される。この第２発明のその他の作用は、前記第１発明と同様である。
（第１発明および第２発明の形態１）
第１発明または第２発明の形態１の定着装置は、前記第１発明または第２発明の定着装置において、下記の要件を備えたことを特徴とする。
（Ｃ01）前記加圧パッドと、前記加圧パッドを支持し且つ前記加圧パッドを支持する面が予め予想される前記加熱ロールのたわみに沿った形状を有する加圧部材本体とを有する前記加圧部材。
（第１発明および第２発明の形態１の作用）
前記構成を備えた第１発明および第２発明の形態１の定着装置では、加圧部材本体の前記加圧パッドを支持する面が予め予想される前記加熱ロールのたわみに沿った形状を有するので、軸方向の端部でも中央部でも、ニップ形状を悪化させることなく、適切なニップ幅を得ることが可能になる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
【実施例】
次に図面を参照しながら、本発明の回転多面鏡の実施の形態の具体例（実施例）を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
図１は本発明の定着装置の実施例１を備えた画像形成装置の全体説明図である。
図１において、画像形成装置Ｕは、上面にプラテンガラス（透明な原稿台）Ａ１を有する画像形成装置本体としてのデジタル式の複写機Ｕ１、前記プラテンガラスＡ１上に着脱自在に装着される自動原稿搬送装置Ｕ２を備えている。
前記自動原稿搬送装置Ｕ２は、原稿給紙トレイＴＲｋに収容された原稿Ｇｉ（ｉ＝１，２，…）を順次取出して、前記プラテンガラスＡ１上の複写位置に搬送し、複写済みの原稿を原稿排紙トレイＴＲｈに排出するように構成されている。また、自動原稿搬送装置Ｕ２は、前記原稿給紙トレイＴＲｋ上の原稿の有無を検出する原稿有無センサＳ１、搬送される原稿の通過を検出する原稿レジセンサＳ２等を有している。
【００２２】
前記複写機本体Ｕ１は、その上面に配置されたＵＩ（ユーザインタフェース）、前記プラテンガラスＡ１の下方に順次配置された原稿読取装置としてのＩＩＴ（イメージインプットターミナル）、ＩＰＳ（イメージプロセッシングシステム）、及び画像記録用作動部としてのＩＯＴ（イメージアウトプットターミナル）を有している。
前記ＵＩ（ユーザインターフェース）は、画像形成装置Ｕのユーザーがコピースタート等の作動指令信号を入力操作するコピースタートボタン、コピー設定枚数入力キー等の入力操作部材（図示せず）と、画像形成装置Ｕの現在の設定状態に関する情報の表示等が行われる表示部（図示せず）とを有している。
【００２３】
複写機本体Ｕ１上面の透明なプラテンガラスＡ１の下方に配置された原稿読取装置としてのＩＩＴは、プラテンレジ位置（ＯＰＴ位置）に配置されたＯＰＴレジセンサ（プラテンレジセンサ）Ｓｐ、および画像読取装置としての露光光学系１を有している。
この露光光学系１は、フルレートキャリッジに搭載されたランプユニット２を有し、ランプユニット２は、露光ランプ３および第２ミラー４を有している。また、露光光学系１は、前記フルレートキャリッジの移動速度の１／２の速度で移動するハーフレートキャリッジに搭載されたミラーユニット５を有し、ミラーユニット５は、第２ミラー６および第３ミラー７を有している。また、露光光学系１はレンズ８を有している。
【００２４】
そして、前記ランプユニット２が原稿に対して平行に図１中左右方向に移動し、前記移動ミラーユニット５が前記ランプユニット２の移動速度の１／２の速度で１／２の距離だけ移動すると、原稿Ｇｉとレンズ８との間の距離は一定に保たれるので、その間、前記ランプ３によって照明された原稿Ｇｉの反射光は、前記露光光学系１を通ってＣＣＤ（固体撮像素子）上に収束されるように構成されている。
前記ＣＣＤは、その撮像面上に収束された原稿反射光をＲ（Ｒｅｄ、赤）Ｇ（Ｇｒｅｅｎ、緑）、Ｂ（Ｂｌｕｅ、青）の３色の成分の電気信号に変換する。
【００２５】
ＩＰＳ（イメージプロセッシングシステム）は、前記ＣＣＤで得られる前記３色の電気信号を読出す読取画像データ出力手段１１および書込画像データを出力する書込画像データ出力手段１２を有している。
前記読取画像データ出力手段１１は、従来公知のＡＧＣ（オートゲインコントローラ）、ＡＯＣ（オートオフセットコントローラ）、およびＡＤＣ（アナログデジタルコンバータ）等により構成されている。
前記読取画像データ出力手段１１の出力する画像データが入力される書込画像データ出力手段１２は、入力されたＲ，Ｇ，Ｂ，３色の画像データにシエーディング補正を行ってから、Ｙ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），Ｋ（黒）の４色の画像データに変換し、さらに前記画像データに、拡大・縮小補正、濃度補正、等の従来公知の画像処理を行う機能を有しており、画像データを一時的に記憶する画像記憶メモリ１３を有している。書込画像データ出力手段１２は、処理が行われた画像データを書込データとしてＩＯＴのレーザ駆動信号出力装置１４に出力する。前記ＩＯＴのレーザ駆動信号出力装置１４は、入力された画像データに応じたレーザ駆動信号をＲＯＳ（光書込走査装置、すなわち、潜像書込装置）に出力する。
【００２６】
前記ＲＯＳは、入力された前記レーザ駆動信号により変調されたレーザビームＬにより、回転する像担持体１６の静電潜像書込位置Ｑ１を走査する。
前記回転する像担持体１６に沿って、像担持体１６の移動方向で前記潜像書込位置Ｑ１の上流側に、像担持体１６を一様に帯電させる帯電器１７が配置されている。像担持体１６は、前記帯電器１７により一様に帯電された後、前記潜像書込位置Ｑ１において、前記レーザビームＬにより静電潜像が書き込まれるように構成されている。
【００２７】
前記像担持体１６の移動方向に沿って、前記潜像書込位置Ｑ１の下流側の現像領域Ｑ２には、前記静電潜像をトナー像に現像するロータリ式の現像ユニット（現像装置）Ｄが配置されている。前記現像ユニットＤは、回転軸１８周囲に装着したＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの４色の現像器Ｄｋ，Ｄｙ，Ｄｍ，Ｄｃを有しており、前記回転軸１８が回転することにより、前記各４色の現像器Ｄｋ，Ｄｙ，Ｄｍ，Ｄｃが順次前記現像領域Ｑ２に移動するように構成されている。
前記回転する像担持体１６の表面に沿って前記現像領域Ｑ２の下流側にはトナー像濃度センサＳＮｄが配置され、その下流側に設定された転写位置Ｑ３には、転写ドラム２１および転写器２２が配置されている。また、回転する像担持体１６に沿って、転写位置Ｑ３の下流側には、除電器２３およびクリーナユニット２４が配置されている。前記トナー像濃度センサＳＮｄは、前記像担持体１６に近接配置された発光素子および受光素子により構成され、前記像担持体１６上に形成したテスト用の静電潜像を現像したトナー像（パッチ）の光反射率を計測して、トナー像濃度を検出する。
前記転写ドラム２１の回転方向に沿って前記転写器２２の下流側には、除電器２６、クリーナ２７、および吸着コロトロン２８が順次配置されている。前記吸着コロトロン２８は吸着位置Ｑ４に配置されている。
【００２８】
前記転写ドラム２１の下方には、下方に向かって順次、用紙を収容する第１給紙トレイＴ１、第２給紙トレイＴ２、両面複写時等に使用する一時ストック用の中間トレイＴ０、第３給紙トレイＴ３、第４給紙トレイＴ４、大量用紙を収容する第５給紙トレイＴ５が着脱自在に収納されている。中間トレイＴ０は両面コピーの際に１回目のコピーが行われた記録シート（以下用紙）Ｓを循環させて前記転写位置Ｑ３に再送する時に使用される中間トレイである。
前記第１給紙トレイＴ１の右側上方位置には手差トレイ３１が設けられている。前記各給紙トレイＴ０〜Ｔ５および手差トレイ３１から送り出される各用紙は、第１シート搬送路３２を通って前記吸着位置Ｑ４に搬送されるようになっている。第１シート搬送路３２を搬送される用紙は、用紙レジセンサＳＮｙによって検出され、レジロール３３で一旦停止してから所定のタイミングで吸着位置Ｑ４に搬送される。吸着位置Ｑ４において、用紙Ｓは、吸着用ロール３４により前記転写ドラム２１に吸着される。
【００２９】
前記転写ドラム２１に吸着された用紙Ｓは転写ドラム２１の回転に伴って前記転写位置Ｑ３に搬送される。前記転写器２２は、前記転写位置Ｑ３を通過する用紙に像担持体１６のトナー像を転写させる。
前記転写位置Ｑ３を通過した像担持体１６は、表面に残留した現像剤が前記クリーナユニット２４により回収された後、再び、前記帯電器１７により一様に帯電されるようになっている。
前記吸着位置Ｑ４で転写ドラム２１に吸着された用紙Ｓはフルカラーの場合は４回転し、前記転写器２２を通る毎にＹ（イエロー）、マゼンタ（Ｍ）、Ｃ（シアン）、およびＫ（黒）のトナー像が転写される。４色のフルカラー画像が形成された用紙Ｓは剥離コロトロン３６で転写ドラム２１から剥離されて、第２シート搬送路３７を通って定着位置Ｑ５に搬送される。
【００３０】
定着位置Ｑ５には定着装置Ｆが配置されており、定着位置Ｑ５を通過する用紙Ｓ上の未定着トナー像Ｉ（図２参照）を加熱加圧により定着するように構成されている。
前記第２シート搬送路３７には、前記定着位置Ｑ５の下流側にシート排出トレイＴＲに用紙を排出するための排出ローラ（排出装置）４３が設けられている。
【００３１】
前記第２シート搬送路３７には前記排出ローラ４３の上流側に切替ゲート４４が配置されている。切替ゲート４４は、前記第２シート搬送路３７上の用紙Ｓの搬送方向をシート循環路４６または前記シート排出トレイＴＲの方向に切り替える際に使用される。
シート循環路４６は、シート反転路４７および前記中間トレイＴ０に切替ゲート４８を介して接続されている。前記切替ゲート４８は、両面コピーを行う場合にはシート循環路４６の用紙Ｓをシート反転路４７に向かわせるように構成されている。前記シート反転路４７に設けられたシート状且つ櫛の歯状のマイラーゲート４９は、通過する用紙Ｓが下方に搬送される際には弾性変形により用紙Ｓの下方への移動を許し、マイラーゲート４９を通過した用紙Ｓがスイッチバックして上方に搬送される場合には中間トレイＴ０の方向に誘導するように構成されている。
中間トレイＴ０に一旦収容された用紙Ｓは、中間トレイＴ０から前記第１シート搬送路３２により前記吸着位置Ｑ４に再搬送されるように構成されている。
【００３２】
次に前記定着位置Ｑ５に配置された定着装置Ｆについて説明する。
図２は本発明の定着装置の実施例１の説明図で前記図１に示す定着装置の拡大図である。図３は前記図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。図４は同実施例１の定着装置で使用される加圧部材本体の説明図である。図５は同実施例１の作用説明図で、加熱ロールおよび加圧部材の押圧力が大きい場合の状態を示す図である。
図２〜図４において、前記定着位置Ｑ５に配置された定着装置Ｆは用紙Ｓ搬送方向に垂直に延びる加熱ロール５１を有している。加熱ロール５１は、金属製の円筒部材５１ａおよびその表面に形成された弾性層５１ｂを有している。また前記円筒部材５１ａ内部にはヒータ（発熱体）５１ｈが内蔵されている。なお、このような加熱ロール５１は従来公知である。前記加熱ロール５１には離型剤塗布ロール５２が当接している。離型剤塗布ロール５２は、円筒部材内部に収容した離型剤が徐々に表面に染みだして前記加熱ロール５１の弾性層５１ｂに離型剤を塗布する機能を有している。離型剤塗布ロール５２表面にはクリーニングロール５３が当接している。前記クリーニングロール５３は加熱ロール５１より離型剤塗布ロール５２に移動付着（転移）した微量トナー（用紙に定着されずに加熱ロール５１に付着した微量トナーをクリーニングする機能を有している。
【００３３】
前記加熱ロール５１下方には加圧部材５６が配置されている。加圧部材５６は前記加熱ロール５１の軸方向に延びる断面長方形の加圧部材本体５７および加圧部材本体５７の前記加熱ロール５１に対向する表面に設けられた耐熱弾性部材製の加圧パッド５８を有している。
図４において加圧部材本体５７は、長手方向に垂直な断面が長方形の板状の形状であり、その長方形の厚さは中央部が最も分厚く、両端にいくに従って連続的に薄くなるように構成されている。すなわち、軸方向中央での断面２次モーメントが最も大きく、軸方向両端部にいくに従って断面２次モーメントが小さくなるようになっている。
そして、前記加圧部材本体５７は加圧パッド５８が接着される上面は平坦であるがその反対側の下面は長手方向に沿って下方に突出する曲面に形成されている。すなわち、この実施例１では軸方向中央から両端部まで、長方形の高さ（厚さ）方向を小さくしていくことで、断面２次モーメントを小さくしている。断面形状が長方形である場合は、断面２次モーメントは、幅の１乗、及び厚さの３乗に比例するので、ロールの場合（４乗に比例）に比べて公差のバラつきに強い。前記加圧部材本体５７の長手方向中央部の下面には、被位置決め用の突起５７ａが設けられている。
なお、加圧部材本体５７の形状としては軸方向で断面２次モーメントが中央部が最も高く、端部にいくに従って小さくなるような形状であれは、例えば軸に垂直な断面形状が蒲鉾型等を採用することも可能である。
【００３４】
図２、図３において、前記加圧部材本体５７および加圧パッド５８を有する加圧部材５６は押圧部材５９により支持されている。押圧部材５９はたわまないように、剛性の高い材料で作られており、その上端部に加圧部材支持部６１を有している。前記加圧部材支持部６１には前記加圧部材５６を収容する加圧部材収容凹部６２が形成されている。加圧部材収容凹部６２底面の長手方向の中央部には支持穴６２ａが形成されており、前記突起５７ａを揺動自在に支持するように構成されている。前記支持穴６２ａの形状および前記突起５７ａの形状は、加圧部材収容凹部６２底面に支持穴６２ａを設ける以外の方法でも、軸方向中央部で加圧部材本体５７と接し、加圧部材５６が到れることなく、加圧部材本体５７がたわんだ時でも加圧部材収容凹部６２底面の端部に接することの無い構成であれば良い。
【００３５】
例えば、前記支持穴６２ａの代わりに支持突起を用い、前記突起５７の代わりに被支持穴を用いることも可能である。その場合、支持突起としては、幅（軸方向の長さ）は、出来るだけ短いほうが良いが、加圧部材本体５７が倒れない程度の幅を有するようにする。支持突起の上面は加圧部材本体５７の被支持穴の形状によって、直線状でも良いし、曲面を有していても良い。支持突起の高さは、加圧部材本体５７がたわんだときに端部が加圧部材収容凹部６２底面に接しない高さにする。
【００３６】
押圧部材５９の下端には連結部材６３（図２参照）を介して、円弧面を有するベルトガイド６４が連結されている。 前記押圧部材５９はその加圧部材支持部６１の両端部にベルト端部ガイド部材６５，６５が設けられている。前記押圧部材５９は、その加圧部材支持部６１の両端部が前記ベルト端部ガイド部材６５，６５の下面を上方に押圧する圧縮バネ６６，６６により支持され、前記加熱ロール５１に向けて押圧されている。前記押圧部材５９およびベルトガイド６４の周囲には無端の定着ベルトＢが回転移動可能に支持されている。前記定着ベルトＢの両端部は前記ベルト端部ガイド部材６５，６５によって移動が規制されている。
前記構成により、押圧部材５９は両端で前記圧縮バネ６６，６６により荷重をかけられ、その荷重は軸方向の中央部で加圧部材本体５７に加わり、定着ベルトＢを挟んで、加圧部材本体５７上の加圧パッド５８が加熱ロール５１に押し当てられ、定着ニップＮが形成される。
【００３７】
前記加圧部材５６の加圧パッド５８は、前記定着位置Ｑ５において前記定着ベルトＢを下面側から前記加熱ロール５１表面に押圧している。したがって、前記定着ベルトＢの上面は前記定着位置Ｑ５において加熱ロール５１に圧接している。前記定着位置Ｑ５における加圧パッド５８により押される定着ベルトＢおよび加熱ロール５１の圧接領域により定着ニップＮが形成されている。
前記定着ニップＮの幅は、軸方向ではほぼ均一、あるいは中央部より端部の方がやや幅広い形状であることが好ましく、軸方向で定着ニップ幅に大きな差があると、紙しわが発生したり、定着不良が生じたりすることがある。
前述したように、前記加熱ロール５１の軸の両端を支持するとともに、前記加圧部材本体５７の軸方向中央部を、前記支持穴６２ａに支持される突起５７ａにより加熱ロール５１に向けて押圧し、さらに前記加圧部材本体５７は軸方向中央から両端部まで断面２次モーメントを連続的に小さくすることにより、前記定着ニップＮのニップ圧およびニップ幅は加熱ロール５１の軸方向に沿ってほぼ一定とされている。
【００３８】
前記加圧部材本体５７の材料としては、限られた定着ベルトＢ内のスペースで、断面の形状（幅・厚み等）を振って、上述のように加熱ロール５１の剛性ＥＩに対して、約３／５程度の剛性ＥＩを得られる物であれば、特別な材料を必要とすることなく、加熱ロール５１のコアと同じ材料でも、異なる材料でも良い。すなわち、加熱ロール５１の材料、厚さなどが決まった後、すなわち加熱ロール５１の剛性が決まった後で、その加熱ロール５１の剛性に合わせて、わりと自由に加圧部材本体５７の材料・形状（幅・厚み等）を選ぶことができる。
【００３９】
（実施例１の作用）
前記手差トレイ３１または前記各給紙トレイＴ１〜Ｔ５から送り出される各用紙Ｓは、第１シート搬送路３２を通って前記吸着位置Ｑ４で吸着用ロール３４により前記転写ドラム２１に吸着される。前記転写ドラム２１に吸着された用紙Ｓは転写ドラム２１の回転に伴って前記転写位置Ｑ３を通過する際に像担持体１６のトナー像が転写される。用紙Ｓはフルカラーの場合は４回転し、前記転写器２２を通る毎にＹ（イエロー）、マゼンタ（Ｍ）、Ｃ（シアン）、およびＫ（黒）のトナー像が転写され、モノカラーの場合は１回転してモノカラーのトナー像が転写される。
トナー像が転写された用紙Ｓは剥離コロトロン３６で転写ドラム２１から剥離されて、第２シート搬送路３７を通って定着位置Ｑ５に搬送される。
【００４０】
図２において、定着位置Ｑ５に搬送され定着ニップＮを通過する用紙Ｓは、加圧部材５６により押圧される定着ベルトＢおよび加熱ロール５１の挟圧力と前記加熱ロール５１の熱とにより用紙Ｓ上の未定着トナー像Ｉが定着される。
前記加熱ロール５１はその軸の両端が支持されまた、前記加圧部材本体５７は軸方向中央部が、前記支持穴６２ａにより加熱ロール５１に向けて押圧されている。
【００４１】
前記加圧部材本体５７は軸方向中央から両端部まで断面２次モーメントが連続的に小さくなっている。このように、加圧部材本体５７を断面２次モーメントが軸方向中央部から両端部にいくに従って、徐々に小さくなるような形状とし、この加圧部材本体５７を軸方向中央部で支持することで、軸方向中央部以外の所でも、加熱ロール５１のたわみと加圧部材本体５７のたわみがほぼー致するようになり、軸方向全長に渡って加熱ロール５１と加圧部材５６との圧接力がほぼ均一となるのでー、定着ニップ幅をほぼ均一にすることができる。
【００４２】
ところで、最近のフルカラー機では、様々な転写材（厚紙、薄紙、コート紙、ＯＨＰ、封筒等）の使用に対する要求力が強く、定着装置によっては、使用する転写材に応じて、荷重を可変する必要が生じる。例えば薄紙を転写材として使用する場合には、加熱ロール５１から剥離させるために、加熱ロール５１に歪みを与えなければならず、高い荷重が必要であるが、転写材として封筒を使用する場合は、剥離のための加熱ロール５１の歪みは必要ではなく、逆に荷重が高いと封筒しわが発生するので、荷重を低くする必要がある。
よって、使用する転写材に応じて荷重を可変する必要が生じ、常に良好な定着性能と、安定した用紙搬送性を得るには、可変する荷重によらず、加熱ロール５１と加圧部材との間の圧接力が、軸方向ではほぼ均一であるようにする。そのためには、荷重によらず、常に加熱ロール５１のたわみを補正するように加圧部材５６がたわむようにすることが必要不可欠になる。
【００４３】
本実施例では、低荷重時で加熱ロール５１がたわんでいない時（図３参照）は、加圧部材本体の上面（加熱ロール側）が直線状であるので、軸方向全長に渡ってほぼ均一な圧接力が得られ、荷重が高くなり加熱ロール５１がたわんだ時（図５参照）でも、その荷重によらず、常に加熱ロール５１のたわみを補正するように加圧部材本体５７がたわむので、加熱ロール５１と加圧部材５６との圧接力が軸方向でほぼ均一に保持される。このため、定着ニップ幅が軸方向にほぼ均一なまま推移するので、定着不良が防止され、さらに紙しわも防止される。
【００４４】
（実施例２）
図６は本発明の定着装置の実施例２の説明図である。
この実施例２は加圧部材５６の加圧部材本体５７の形状が前記実施例１と相違しているが他の点では前記実施例１と同様である。
図６において、この実施例２の加圧部材本体５７は、幅方向に形状を変化させることにより、軸方向中央から両端部まで断面２次モーメントが連続的に小さくされている。これにより、前記定着ニップＮのニップ圧、ニップ幅は前記定着ロール５１の軸方向に沿ってほぼ均一にされている。
このため本実施例の定着装置も前記実施例１と同様に、紙しわや、定着ムラ、定着不良等が発生し難い。
加圧部材本体５７の断面形状が長方形である場合は、断面２次モーメントは、幅の１乗、及び厚さの３乗に比例するので、幅を変化させて断面２次モーメントを変化させた場合、公差にバラつきがあってもニップ圧がにあまり変化しない加圧部材５６を得ることができる。
従って、図６に示すような加圧部材本体５７を用いると、公差のバラつきに非常に強い加圧部材５６を構成することができる。
【００４５】
（実施例３）
図７は本発明の定着装置の実施例３の説明図である。
この実施例３は加圧部材５６の加圧部材本体５７の形状が前記実施例１と相違しているが他の点では前記実施例１と同様である。
図７において、この実施例３の加圧部材本体５７は、荷重が常に一定である定着装置で、予め予想される加熱ロール５１のたわみに沿った形状（通常は略Ｒ形状）を上面（加熱ロール５１側）に有している。
この実施例３の場合、加圧部材本体の剛性を高くすることで、軸方向全長に渡って加熱ロール５１とほぼ均一な圧接力を得ることができる。
さらに、使用する上で最小の荷重をかけた時の加熱ロール５１のたわみに沿った形状（通常は略Ｒ（円弧）形状）を、上面（加熱ロール５１側）に有する加圧部材本体５７を用いて、軸方向中央部で加圧し、使用する上で荷重を増すに連れて、加熱ロール５１のたわみに沿って加圧部材本体５７もたわむように加圧部材本体５７の材料・断面形状を選び、荷重が可変する装置に対応させることが可能である。
【００４６】
（実施例４）
図８は本発明の定着装置の実施例４の説明図である。
この実施例４は加圧部材５６の加圧部材本体５７と加圧部材収容凹部６２との間に補強部材６７を設け、補強部材６７の下面に設けた突起６７ａを加圧部材収容凹部６２の支持穴６２ａに嵌合させた点、および上面に設けた突起６７ｂを加圧部材本体５７下面の穴に嵌合させた点で前記実施例１と相違しているが他の点では前記実施例１と同様である。
この実施例４は、弾性体である加圧パッド５８および加圧部材本体５７をー体成型する場合などで、加圧部材本体５７の形状に制約が生じ、軸方向での剛性の変化を所望の通りにできない時は、加圧部材本体５７と押圧部材５９の加圧部材収容凹部６２との間に、軸方向中央部から端部にいくに従って剛性が小さくなっているような補強部材６７（図８参照）を一枚挿入している。
このため本実施例４の定着装置も補強部材の剛性を調整することで前記実施例１と同様に、前記ニップ圧、ニップ幅をほぼ均一にできるので、紙しわや、定着ムラ、定着不良等が発生し難い。
【００４７】
（実施例５）
図９は本発明の定着装置の実施例５の説明図である。
この実施例５は加圧部材５６の加圧部材本体５７と加圧部材収容凹部６２との間に複数の補強部材６８〜７０を設けた点で前記１枚設けた実施例４と相違している。前記複数の補強部材のうち、一番下の補強部材６８の上に置く補強部材６９の下面には、前記補強部材６８上での位置を定めるための突起６９ａ，６９ａが設けられている。前記突起６９ａは補強部材の端面に係合して位置決めが行われる。補強部材７０の下面にも、前記補強部材６９の端面に係合する突起７０ａ，７０ａが設けられている。この図９に示す実施例５は、他の点では前記実施例４と同様である。
このため本実施例５の定着装置は、補強部材の長さ、厚さ、枚数などを調整することにより、前記実施例４と同様に、前記ニップ圧、ニップ幅をほぼ均一にできるので、紙しわや、定着ムラ、定着不良等が発生し難い。
【００４８】
【発明の効果】
前述の本発明の定着装置は、下記の効果を奏することができる。
（Ｅ０１）加圧部材を、軸方向中央部から端部にかけて剛性が小さくなるような形状とし、軸方向中央部で荷重をかけるので、荷重が一定の時はもちろん、荷重が変化しても、加熱ロールのたわみを補正するように、加圧部材がたわみ、常に軸方向でほぼ均一な定着ニップを得ることができ、良好な定着性能と安定した用紙搬送性を要する定着装置を安価に提供することができる。
また、加圧部材として、ロールではなく、弾性体である加圧パッドおよびそれを支持する加圧部材本体を有する加圧部材を使用しているので、比較的低い荷重で定着ニップを広く取ることができる。さらに、荷重が低くなる分、加熱ロールのコアを薄くすること、あるいは小径化することができ、ウォームアップタイムを短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の定着装置の実施例１を備えた画像形成装置の全体説明図である。
【図２】図２は本発明の定着装置の実施例１の説明図で前記図１に示す定着装置の拡大図である。
【図３】図３は前記図２の矢印ＩＩＩから見た図である。
【図４】図４は同実施例１の定着装置で使用される加圧部材本体の説明図である。
【図５】図５は同実施例１の作用説明図で、加熱ロールおよび加圧部材の押圧力が大きい場合の状態を示す図である。
【図６】図６は本発明の定着装置の実施例２の説明図である。
【図７】図７は本発明の定着装置の実施例３の説明図である。
【図８】図８は本発明の定着装置の実施例４の説明図である。
【図９】図９は本発明の定着装置の実施例５の説明図である。
【図１０】図１０は従来の、弾性体をその表面に被覆した加熱ロールとロール軸に耐熱弾性体を被覆して成る加圧ロールによって定着ニップを形成するフルカラー機用のＳｏｆｔ ＲｏｌＩ Ｆｕｓｅｒ（以下ＳＲＦと略す）の概略図である。
【図１１】図１１は加熱ロール及び加圧部材が共に両端支持である場合に両者の間に等分布荷重がかかっているとして、材料力学の基本式により算出した、それぞれのたわみを示す図である。
【図１２】図１２は従来のロールの計算上の最大たわみを示す図表である。
【図１３】図１３は加圧部材を中央支持した場合の加熱ロールおよび加圧部材のたわみを示す図である。
【図１４】図１４は加圧ロールを中央支持した場合の加熱ロールおよび加圧ロールのたわみを示す図である。
【図１５】図１５は加熱ロールを両端で支持し、加圧ロールを中央で支持して等分布荷重が作用しているとした場合の材料力学の基本式により算出した最大たわみ示す図表である。
【図１６】図１６は前記図１５の加熱ロールおよび加圧ロール（３）に等分布荷重が作用しているとした場合のたわみ量を示すグラフである。
【図１７】図１７は断面が円筒および長方形の部材の断面２次モーメントを示す図表である。
【符号の説明】
Ｉ…未定着トナー像、Ｎ…定着ニップ、Ｓ…記録シート、
５１…加熱ロール、５１ｂ…弾性層、５６…加圧部材、５８…加圧パッド、５９…押圧部材、６４…ベルトガイド、Ｂ…定着ベルト
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真複写機・プリンター等の転写材上の未定着トナー像を、加熱・加圧することで転写材に定着する定着装置に関する。
【従来の技術】
近年、電子写真複写機あるいはプリンタの定着装置は機械全体の小型化に伴い装置の小型化、さらには低消費電力化が求められている。
そのためにはより低温にて良好な定着性能を得ること、及びウォームアップタイムを短縮することが必須である。良好な定着性能を得るためには、軸方向全長にわたって幅広く均一な定着ニップの形成が効果的である。また、ウォームアップタイム短縮のためには、加熱ロールのコアの薄肉化及び小径化が効果的である。
しかし、加熱ロールのコアを薄肉化及び小径化することは、軸方向全長にわたって均一な定着ニップを形成するためには弊害となる。これは薄肉化及び小径化により加熱ロールの剛性が小さくなり、加熱ロールを加圧したときのたわみが大きくなってしまうためである。
【０００２】
従来の加熱ロール／加圧ロール方式では定着性向上のために定着ニップを広げようとすると、加圧ロールを加熱ロールに押し当てる荷重を上げなければならない。しかし、荷重を上げると、加熱ロール（及び加圧ロール）がたわんでしまうことにより、軸方向中央部でニップ幅が充分に得られなくなったり、圧力が不足したりして定着不良が発生する。あるいは定着ニップの端部が中央部に比べて広がり度合いが大きくなり、環境・紙質などによって紙しわが発生するようになる。
上記のようなトラブルを防ぐために、加熱ロールのたわみを抑制する、あるいは補正する例としては以下に示す方式がある。
１つは、上下２本のローラに所定の交差角度を持たせて、軸方向中央部でのローラ間の圧力不足を改善しようという技術である。この方式では確かに中央部での密着性は高まり、中央部での定着性は改善されるが、加熱ロールと加圧ロールが角度を有するということは、加熱ロールと加圧ロールとで、それぞれ搬送方向のベクトルがずれているということであり、環境や紙質等により紙しわが発生することを避けられない。
【０００３】
もう１つは、加圧ロールより加熱ロールが受ける押圧力を相殺するように、加熱ロールに別部材を押し当てる方式である。この方式では確かに加熱ロール自体のたわみは小さくなるが、加熱ロールに別部材が接しているため、加熱ロールから熱が奪われて軸方向の温度分布にムラが出来たり、あるいは最近のフルカラー機などで使用されている加熱ロールは表面が柔らかくなっているので、別部材を押し当てていることにより表面が損傷されたりする。
そこで、特開平８−６３０２６では、加熱ロールと加圧ロールのそれぞれの断面２次モーメントと弾性係数の積を求め、その積が互いに略等しくなるような関係とし、また加熱ロールの中央部でのたわみを補正するために、加圧ロールの内壁中央に加圧支持体を設け、軸方向中央で加圧している。
【０００４】
しかし、上記の先行例では、中央支持である加圧ロールを両端支持に近似しているため、実際のたわみとは異なっている。すなわち、お互いの剛性（ＥＩ）をほぼ均一にすると、中央支持である加圧ロールの方がたわみが少なく、よって軸方向中央部での圧接力が弱くなり、定着不良などの原因となる。また、仮に軸方向中央部での加熱ロールとと加圧ロールとのたわみがー致したとしても、軸方向全長に渡ってー致するものではない。これは、加熱ロールは両端支持であるが、加圧ロールの方は中央支持であるため、それぞれの拘束条件が異なり、よってたわみの量も軸方向でそれぞれ異なってしまう。具体的には軸方向中央部でのたわみを等しくした時には、両端支持である加熱ロールに比べて、中央支持である加圧ロールの方が、軸方向で中央部から両端部の間で、たわみ力も少なく、すなわちその領域では加熱ロールと加圧ロールとの圧接力が中央部や両端部に比べて低くなっている。よって、その場所では定着ニップが細くなり、すなわち、軸方向全長に渡って略均一な定着ニップが得られなくなり、紙質や環境によっては定着不良や紙しわが発生する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述の事情に鑑み、下記（Ｏ０１），（Ｏ０２），（Ｏ０３）の記載内容を課題とする。
（Ｏ０１）安価で簡単な構成で、軸方向全長にわたって加熱ロールのたわみを補正し、常に軸方向で略均一な定着ニップを得ること。
（Ｏ０２）良好な定着性能と、安定した用紙搬送性を得られる定着装置を提供すること。
（Ｏ０３）様々な転写材に対応し、定着ニップにかかる荷重が変化した時でも、常に安定したニップ形状を維持することのできる定着装置を提供すること。
【０００６】
本発明者は前述の課題を解決するために、以下の検討をおこなった。
図１０は従来の、表面が弾性体により被覆された加熱ロール０１と耐熱弾性体により被覆された加圧ロール０２によって定着ニップを形成するフルカラー機用のＳｏｆｔ ＲｏｌＩ Ｆｕｓｅｒ（以下ＳＲＦと略す）の概略図である。
図１０において、前記加熱ロール０１には離型剤タンク０３からポンプ０４により供給される液体状の離型剤が塗布部材０６により塗布される。また、加熱ロール０１は清掃部材０７により清掃される。
前記ＳＲＦで使用する加圧ロール０２は、通常白黒機で使用するロールと比較すると、柔らかい材質の物を使用しているので、わりと低荷重でもある程度のニップ幅を得ることができる。しかし、フルカラー機では白黒機に比べて転写材上に乗っているトナーの量が多いため、転写材を加熱ロール０１から剥離させるのが困難であり、剥離させるためには、加圧ロール０２を加熱ロール０１に押し当てて、加熱ロール０１の弾性体表面に数％の歪みを発生させなければならない。そのためには荷重をある程度以上まで上げなければならない。
【０００７】
また、定着性を向上するためにさらに定着ニップ幅を広くしようとする際にも、やはり荷重を上げなければならない。荷重を上げると加熱ロール０１にはたわみが発生し、軸方向の中央部が加圧ロール０２から逃げることにより、定着ニップの端部が中央部に比べて広がり具合が大きくなり、すなわちニップ形状が悪化し、軸方向中央部での定着不良や、環境や紙質等によって、紙しわが発生し易くなる。また、最近の傾向として、ウォームアップタイム短縮のために、加熱ロール０１のコアの厚みは薄肉化及び小径化する傾向があり、加熱ロール０１のたわみによる上記の様なトラブルは、さらに発生し易くなっている。
【０００８】
そこで、加熱ロール０１がたわんでも、定着ニップが悪化することなく、良好な定着性能と安定した用紙搬送性を有する定着装置を、安価で簡単な構成で提供するためには、加熱ロールのたわみを知る必要がある。
加熱ロールのたわみを求めるために、まず加熱ロールと加圧部材とをモデル化する。ここでは、まず軸方向で均一な断面を持つ物としてモデル化する。（また、加熱ロールと加圧ロールは便宜上同じ材料であるものとする。）
加熱ロールは、軸方向でー様な等分布荷重を受ける両端支持の梁と近似することができる。また、加圧部材として最もー般的なのが加圧ロールを使用した場合で、これも加熱ロールと同様に、両端支持の梁に近似することができる。
【０００９】
図１１は加熱ロール０１及び加圧ロール０２が共に両端支持である場合に両者の間に等分布荷重がかかっているとして、材料力学の基本式により算出した場合の、それぞれのたわみの形状を示す図である。
図１１は誇張して示しているが、加熱ロール０１及び加圧ロール０２のたわみは共に軸方向中央部で最大となる。この図１１に示すように、それぞれは互いに遠ざかる向きにたわみ、軸方向中央部で両者の間の距離が最大となる。
図１２は従来の加熱ロールおよび加圧ロールの計算上の最大たわみを示す図表である。従来の通常の加熱ロールおよび加圧ロールに比べて、ウォームアップタイム短縮を狙った薄肉ロールでは、最大たわみが１０倍になっているのが分かる。すなわち、たわみが大きくなることで上述のようなトラブルが発生し易くなることがわかる。実際には、たわみが発生した時点で、両者が等分布荷重を受けているという前提が無くなるので、両者の間に完全にすき間が出てしまうことはほとんど無いが、傾向として軸方向中央部にかかる荷重が両端部に比べて小さくなり、荷重を増すに連れて、定着ニップの幅が端部と中央部で差が広がっていく。加圧ロールが両端支持である以上、この傾向は避けられず、加熱ロールのたわみを補正することは困難である。
【００１０】
図１３は加圧部材（前記「加圧部材」は加圧ロールのみではなく、棒状の加圧部材を含む）０２を中央支持した場合の加熱ロール０１および加圧部材０２のたわみを示す図である。
図１４は加圧部材として用いた円筒状の加圧ロール０２の中央部内面を加圧支持ローラ０２ａにより支持した場合の加熱ロール０１および加圧ロール０２のたわみを示す図である。
図１５は円筒部材である加熱ロールを両端で支持し、円筒部材である加圧ロール（１）〜（３）を中央で支持して等分布荷重が作用しているとした場合の材料力学の基本式により算出した最大たわみ示す図表である。
円筒部材である前記図１５の加熱ロールおよび加圧ロール（３）の最大たわみｙ１，ｙ２は次式で計算される。
ｙ１＝（５／３８４）×（ｗｌ４／Ｅ１Ｉ１）
ｙ２＝（１／１２８）×（ｗｌ４／Ｅ２Ｉ２）
但し、
Ｗ：単位長さ当たりの分布荷重
ｌ：全長
【００１１】
図１４において、加熱ロール０１として図１５の加熱ロールを用い、加圧ロール０２として図１５の加圧ロール（３）を使用した状態で、前記加熱ロール０１および加圧ロール０２の間には等分布荷重力がかかっており、その荷重を加熱ロール０１は両端で支持し、加圧ロール０２は中央で支持しているものとする。両者ともたわみの向きが等しく、加熱ロール０１の剛性をＥ１Ｉ１，加圧ロール０２の剛性をＥ２Ｉ２とすると、Ｅ１Ｉ１＝Ｅ２Ｉ２の時、最大たわみは加圧ロール０２のたわみの方が小さくなり、お互いのＥＩをＥ１Ｉ１：Ｅ２Ｉ２＝５：３にすることで、中央部のたわみを等しくすることができる。すなわち、加熱ロール０１の中央部のたわみを、加圧ロール０２のたわみで補正してやることができる。
【００１２】
図１６は前記図１５の加熱ロールおよび加圧ロール（３）が前記図１４の状態で当接し、等分布荷重が作用しているとした場合のたわみ量を示すグラフである。
図１６において、中央部でのたわみは補正できても、図１６に示すように、端部と中央部との間にはたわみの差があり、そこでの圧接力が低くなってしまうので、そこでの定着ニップが端部と中央部に比べて細くなってしまう。
これは、両端支持と中央支持という支持方法の違いにより、たわみの式（たわみの形状）が異なるためであり、よって軸方向全長にわたって両者のたわみを補正することは非常に困難である。
以上の計算は、加圧部材の断面が軸方向で変化しない場合、すなわち断面２次モーメントが軸方向で一定である場合の計算であり、断面が変化しない場合は、上述のように軸方向全長に渡って加熱ロールのたわみを補正することができない。そこで、本発明では軸方向全長に渡って加熱ロールのたわみを補正するために、加圧部材の剛性（断面２次モーメント）を軸方向で変化させる。すなわち、軸方向中央部での剛性が最も強く、端部にいくに従って弱くなるようにする。こうすることで、加熱ロールの中央部から端部までにわたって、加熱ロールのたわみに沿って加圧部材がたわむようになる。
【００１３】
剛性を軸方向で変化させるには、断面形状を変化させなければならない。加圧部材として、ロールを使用した場合は、コアの肉厚を変化させなければならない。具体的には、中央部での肉厚が最も厚く、両端部にいくに従って段々と薄くなっていく様に成型しなければならない。これは製造上困難であり、コストがかかる。
図１７は断面が円筒および長方形の部材の断面２次モーメントを示す図表である。図１７において、断面２次モーメントはロール（円筒部材）の場合、外径及び内径の４乗で効いてくるため、公差のバラつきの影響が大きく、かなり高い加工精度が必要となる。
本発明は前記検討結果なされた発明である。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
次に、前記課題を解決するための検討結果、案出した本発明を説明するが、本発明の要素には、後述の実施例の要素との対応を容易にするため、実施例の要素の符号をカッコで囲んだものを付記する。
なお、本発明を後述の実施例の符号と対応させて説明する理由は、本発明の理解を容易にするためであり、本発明の範囲を実施例に限定するためではない。
【００１５】
（第１発明）
前記課題を解決するために、本出願の第１発明の定着装置は、下記の要件を備えたことを特徴とする、
（Ａ０１）表面に弾性層（５１ｂ）を有し、軸方向両端部が支持された加熱ロール（５１）、
（Ａ０２）前記加熱ロール（５１）の軸方向に延び且つ前記加熱ロール（５１）に向けて押圧される耐熱弾性部材製の加圧パッド（５８）を有する加圧部材（５６）、
（Ａ０３）前記軸方向の中央部から軸方向端部に行くに従って曲げ剛性が小さくなるように構成された前記加圧部材（５６）、
（Ａ０４）加圧部材（５６）を軸方向中央部で支持する押圧部材（５９）、
（Ａ０５）前記加圧部材（５６）およびこの加圧部材（５６）に平行に隣接して配置されたベルトガイド（６４）の周囲に回転移動可能に支持され且つ前記加圧部材（５６）により前記加熱ロール（５１）表面に圧接される無端の定着ベルト（Ｂ）、
（Ａ０６）前記定着ベルト（Ｂ）および前記加熱ロール（５１）の圧接領域により定着ニップ（Ｎ）を形成し、前記定着ニップ（Ｎ）を通過する記録シート（Ｓ）に付着した未定着トナー像（Ｉ）を定着する前記加熱ロール（５１）、前記定着ベルト（Ｂ）、および前記加圧部材（５６）。
【００１６】
（第１発明の作用）
前述の構成を備えた第１発明の定着装置では、加熱ロール（５１）の軸方向に延びる加圧部材（５６）の耐熱弾性部材製の加圧パッド（５８）は、表面に弾性層（５１ｂ）を有する加熱ロール（５１）に向けて押圧される。
前記加圧部材（５６）およびこの加圧部材（５６）に平行に隣接して配置されたベルトガイド（６４）の周囲に回転移動可能に支持された無端の定着ベルト（Ｂ）は、前記加圧部材（５６）により前記加熱ロール（５１）表面に圧接される。前記定着ベルト（Ｂ）および前記加熱ロール（５１）の圧接領域により定着ニップ（Ｎ）が形成される。記録シート（Ｓ）に付着した未定着トナー像（Ｉ）は、前記定着ニップ（Ｎ）を通過する際に定着される。
【００１７】
前記加熱ロール（５１）は軸方向両端部が支持され、前記加圧部材（５６）は軸方向中央部で押圧部材（５９）により支持されている。このため、表面に弾性層（５１ｂ）を有する加熱ロール（５１）の軸方向中央部を加圧ロール中央部が押圧し、加圧ロールの軸方向両端部は前記加熱ロール（５１）の両端部からの反力により押圧される。このとき、加熱ロール（５１）および加圧部材（５６）がたわむが、前記加圧部材（５６）は、軸方向中央部から軸方向端部に行くに従って曲げ剛性が小さくなるように構成されているため、軸方向で略均一な安定した定着ニップ（Ｎ）を得ることができる。
前記加圧部材（５６）の加熱ロール（５１）に対する押圧力および前記加圧部材（５６）の前記軸方向の曲げ剛性を調節することにより、加熱ロール（５１）および加圧部材（５６）のたわみを軸方向中央部から端部にわたってまで補正することができ、で安定した定着ニップ形状を得ることができる。
【００１８】
低荷重時には剛性を持つ加圧部材（５６）の前記弾性体である加圧パッド（５８）が、定着ベルト（Ｂ）を介して加熱ロール（５１）を包みこむように定着ニップ（Ｎ）を形成し、所望のニップ形状を得ることができる。定着ニップ（Ｎ）を広くするため、あるいは加熱ロール（５１）の表面にある弾性層（５１ｂ）をより歪ませるために荷重を上げていくと、加熱ロール（５１）のたわみに沿って加圧部材（５６）もたわむので、軸方向の端部でも中央部でも、ほぼ同じ割合で定着ニップ幅が広くなっていき、ニップ形状を悪化させることなく、ニップ幅を広くすることができる。
前記無端の定着ベルト（Ｂ）は、加熱ロール（５１）の回転に伴って回転するので、回転移動する前記定着ベルト（Ｂ）および加熱ロール（５１）によりそれらの間を通過する記録シート（Ｓ）は、滑らかに搬送される。
【００１９】
（第２発明）
また、本出願の第２発明の定着装置は、下記の要件を備えたことを特徴とする、
（Ｂ０１）表面に弾性層（５１ｂ）を有する加熱ロール（５１）、
（Ｂ０２）前記加熱ロール（５１）の軸方向に延び且つ前記加熱ロール（５１）に圧接される耐熱弾性部材である加圧パッド（５８）を有する加圧部材（５６）、
（Ｂ０３）軸方向中央部から軸方向端部に行くに従って曲げ剛性が小さくなるように構成された前記加圧部材（５６）、
（Ｂ０４）加圧部材（５６）を軸方向中央部で支持する押圧部材（５９）、
（Ｂ０５）前記加熱ロール（５１）および加圧部材（５６）の圧接領域により定着ニップ（Ｎ）を形成し、前記定着ニップ（Ｎ）を通過する記録シート（Ｓ）に付着した未定着トナー像（Ｉ）を定着する前記加熱ロール（５１）および前記加圧部材（５６）。
【００２０】
（第２発明の作用）
前述の構成を備えた第２発明の定着装置は、無端の定着ベルト（Ｂ）が無いので、記録シート（Ｓ）は、回転する加熱ロール（５１）とこれに圧接する加圧部材（５６）との間を、加圧部材（５６）側の面が擦られながら搬送される。この第２発明のその他の作用は、前記第１発明と同様である。
（第１発明および第２発明の形態１）
第１発明または第２発明の形態１の定着装置は、前記第１発明または第２発明の定着装置において、下記の要件を備えたことを特徴とする。
（Ｃ01）前記加圧パッドと、前記加圧パッドを支持し且つ前記加圧パッドを支持する面が予め予想される前記加熱ロールのたわみに沿った形状を有する加圧部材本体とを有する前記加圧部材。
（第１発明および第２発明の形態１の作用）
前記構成を備えた第１発明および第２発明の形態１の定着装置では、加圧部材本体の前記加圧パッドを支持する面が予め予想される前記加熱ロールのたわみに沿った形状を有するので、軸方向の端部でも中央部でも、ニップ形状を悪化させることなく、適切なニップ幅を得ることが可能になる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
【実施例】
次に図面を参照しながら、本発明の回転多面鏡の実施の形態の具体例（実施例）を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
図１は本発明の定着装置の実施例１を備えた画像形成装置の全体説明図である。
図１において、画像形成装置Ｕは、上面にプラテンガラス（透明な原稿台）Ａ１を有する画像形成装置本体としてのデジタル式の複写機Ｕ１、前記プラテンガラスＡ１上に着脱自在に装着される自動原稿搬送装置Ｕ２を備えている。
前記自動原稿搬送装置Ｕ２は、原稿給紙トレイＴＲｋに収容された原稿Ｇｉ（ｉ＝１，２，…）を順次取出して、前記プラテンガラスＡ１上の複写位置に搬送し、複写済みの原稿を原稿排紙トレイＴＲｈに排出するように構成されている。また、自動原稿搬送装置Ｕ２は、前記原稿給紙トレイＴＲｋ上の原稿の有無を検出する原稿有無センサＳ１、搬送される原稿の通過を検出する原稿レジセンサＳ２等を有している。
【００２２】
前記複写機本体Ｕ１は、その上面に配置されたＵＩ（ユーザインタフェース）、前記プラテンガラスＡ１の下方に順次配置された原稿読取装置としてのＩＩＴ（イメージインプットターミナル）、ＩＰＳ（イメージプロセッシングシステム）、及び画像記録用作動部としてのＩＯＴ（イメージアウトプットターミナル）を有している。
前記ＵＩ（ユーザインターフェース）は、画像形成装置Ｕのユーザーがコピースタート等の作動指令信号を入力操作するコピースタートボタン、コピー設定枚数入力キー等の入力操作部材（図示せず）と、画像形成装置Ｕの現在の設定状態に関する情報の表示等が行われる表示部（図示せず）とを有している。
【００２３】
複写機本体Ｕ１上面の透明なプラテンガラスＡ１の下方に配置された原稿読取装置としてのＩＩＴは、プラテンレジ位置（ＯＰＴ位置）に配置されたＯＰＴレジセンサ（プラテンレジセンサ）Ｓｐ、および画像読取装置としての露光光学系１を有している。
この露光光学系１は、フルレートキャリッジに搭載されたランプユニット２を有し、ランプユニット２は、露光ランプ３および第２ミラー４を有している。また、露光光学系１は、前記フルレートキャリッジの移動速度の１／２の速度で移動するハーフレートキャリッジに搭載されたミラーユニット５を有し、ミラーユニット５は、第２ミラー６および第３ミラー７を有している。また、露光光学系１はレンズ８を有している。
【００２４】
そして、前記ランプユニット２が原稿に対して平行に図１中左右方向に移動し、前記移動ミラーユニット５が前記ランプユニット２の移動速度の１／２の速度で１／２の距離だけ移動すると、原稿Ｇｉとレンズ８との間の距離は一定に保たれるので、その間、前記ランプ３によって照明された原稿Ｇｉの反射光は、前記露光光学系１を通ってＣＣＤ（固体撮像素子）上に収束されるように構成されている。
前記ＣＣＤは、その撮像面上に収束された原稿反射光をＲ（Ｒｅｄ、赤）Ｇ（Ｇｒｅｅｎ、緑）、Ｂ（Ｂｌｕｅ、青）の３色の成分の電気信号に変換する。
【００２５】
ＩＰＳ（イメージプロセッシングシステム）は、前記ＣＣＤで得られる前記３色の電気信号を読出す読取画像データ出力手段１１および書込画像データを出力する書込画像データ出力手段１２を有している。
前記読取画像データ出力手段１１は、従来公知のＡＧＣ（オートゲインコントローラ）、ＡＯＣ（オートオフセットコントローラ）、およびＡＤＣ（アナログデジタルコンバータ）等により構成されている。
前記読取画像データ出力手段１１の出力する画像データが入力される書込画像データ出力手段１２は、入力されたＲ，Ｇ，Ｂ，３色の画像データにシエーディング補正を行ってから、Ｙ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），Ｋ（黒）の４色の画像データに変換し、さらに前記画像データに、拡大・縮小補正、濃度補正、等の従来公知の画像処理を行う機能を有しており、画像データを一時的に記憶する画像記憶メモリ１３を有している。書込画像データ出力手段１２は、処理が行われた画像データを書込データとしてＩＯＴのレーザ駆動信号出力装置１４に出力する。前記ＩＯＴのレーザ駆動信号出力装置１４は、入力された画像データに応じたレーザ駆動信号をＲＯＳ（光書込走査装置、すなわち、潜像書込装置）に出力する。
【００２６】
前記ＲＯＳは、入力された前記レーザ駆動信号により変調されたレーザビームＬにより、回転する像担持体１６の静電潜像書込位置Ｑ１を走査する。
前記回転する像担持体１６に沿って、像担持体１６の移動方向で前記潜像書込位置Ｑ１の上流側に、像担持体１６を一様に帯電させる帯電器１７が配置されている。像担持体１６は、前記帯電器１７により一様に帯電された後、前記潜像書込位置Ｑ１において、前記レーザビームＬにより静電潜像が書き込まれるように構成されている。
【００２７】
前記像担持体１６の移動方向に沿って、前記潜像書込位置Ｑ１の下流側の現像領域Ｑ２には、前記静電潜像をトナー像に現像するロータリ式の現像ユニット（現像装置）Ｄが配置されている。前記現像ユニットＤは、回転軸１８周囲に装着したＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの４色の現像器Ｄｋ，Ｄｙ，Ｄｍ，Ｄｃを有しており、前記回転軸１８が回転することにより、前記各４色の現像器Ｄｋ，Ｄｙ，Ｄｍ，Ｄｃが順次前記現像領域Ｑ２に移動するように構成されている。
前記回転する像担持体１６の表面に沿って前記現像領域Ｑ２の下流側にはトナー像濃度センサＳＮｄが配置され、その下流側に設定された転写位置Ｑ３には、転写ドラム２１および転写器２２が配置されている。また、回転する像担持体１６に沿って、転写位置Ｑ３の下流側には、除電器２３およびクリーナユニット２４が配置されている。前記トナー像濃度センサＳＮｄは、前記像担持体１６に近接配置された発光素子および受光素子により構成され、前記像担持体１６上に形成したテスト用の静電潜像を現像したトナー像（パッチ）の光反射率を計測して、トナー像濃度を検出する。
前記転写ドラム２１の回転方向に沿って前記転写器２２の下流側には、除電器２６、クリーナ２７、および吸着コロトロン２８が順次配置されている。前記吸着コロトロン２８は吸着位置Ｑ４に配置されている。
【００２８】
前記転写ドラム２１の下方には、下方に向かって順次、用紙を収容する第１給紙トレイＴ１、第２給紙トレイＴ２、両面複写時等に使用する一時ストック用の中間トレイＴ０、第３給紙トレイＴ３、第４給紙トレイＴ４、大量用紙を収容する第５給紙トレイＴ５が着脱自在に収納されている。中間トレイＴ０は両面コピーの際に１回目のコピーが行われた記録シート（以下用紙）Ｓを循環させて前記転写位置Ｑ３に再送する時に使用される中間トレイである。
前記第１給紙トレイＴ１の右側上方位置には手差トレイ３１が設けられている。前記各給紙トレイＴ０〜Ｔ５および手差トレイ３１から送り出される各用紙は、第１シート搬送路３２を通って前記吸着位置Ｑ４に搬送されるようになっている。第１シート搬送路３２を搬送される用紙は、用紙レジセンサＳＮｙによって検出され、レジロール３３で一旦停止してから所定のタイミングで吸着位置Ｑ４に搬送される。吸着位置Ｑ４において、用紙Ｓは、吸着用ロール３４により前記転写ドラム２１に吸着される。
【００２９】
前記転写ドラム２１に吸着された用紙Ｓは転写ドラム２１の回転に伴って前記転写位置Ｑ３に搬送される。前記転写器２２は、前記転写位置Ｑ３を通過する用紙に像担持体１６のトナー像を転写させる。
前記転写位置Ｑ３を通過した像担持体１６は、表面に残留した現像剤が前記クリーナユニット２４により回収された後、再び、前記帯電器１７により一様に帯電されるようになっている。
前記吸着位置Ｑ４で転写ドラム２１に吸着された用紙Ｓはフルカラーの場合は４回転し、前記転写器２２を通る毎にＹ（イエロー）、マゼンタ（Ｍ）、Ｃ（シアン）、およびＫ（黒）のトナー像が転写される。４色のフルカラー画像が形成された用紙Ｓは剥離コロトロン３６で転写ドラム２１から剥離されて、第２シート搬送路３７を通って定着位置Ｑ５に搬送される。
【００３０】
定着位置Ｑ５には定着装置Ｆが配置されており、定着位置Ｑ５を通過する用紙Ｓ上の未定着トナー像Ｉ（図２参照）を加熱加圧により定着するように構成されている。
前記第２シート搬送路３７には、前記定着位置Ｑ５の下流側にシート排出トレイＴＲに用紙を排出するための排出ローラ（排出装置）４３が設けられている。
【００３１】
前記第２シート搬送路３７には前記排出ローラ４３の上流側に切替ゲート４４が配置されている。切替ゲート４４は、前記第２シート搬送路３７上の用紙Ｓの搬送方向をシート循環路４６または前記シート排出トレイＴＲの方向に切り替える際に使用される。
シート循環路４６は、シート反転路４７および前記中間トレイＴ０に切替ゲート４８を介して接続されている。前記切替ゲート４８は、両面コピーを行う場合にはシート循環路４６の用紙Ｓをシート反転路４７に向かわせるように構成されている。前記シート反転路４７に設けられたシート状且つ櫛の歯状のマイラーゲート４９は、通過する用紙Ｓが下方に搬送される際には弾性変形により用紙Ｓの下方への移動を許し、マイラーゲート４９を通過した用紙Ｓがスイッチバックして上方に搬送される場合には中間トレイＴ０の方向に誘導するように構成されている。
中間トレイＴ０に一旦収容された用紙Ｓは、中間トレイＴ０から前記第１シート搬送路３２により前記吸着位置Ｑ４に再搬送されるように構成されている。
【００３２】
次に前記定着位置Ｑ５に配置された定着装置Ｆについて説明する。
図２は本発明の定着装置の実施例１の説明図で前記図１に示す定着装置の拡大図である。図３は前記図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。図４は同実施例１の定着装置で使用される加圧部材本体の説明図である。図５は同実施例１の作用説明図で、加熱ロールおよび加圧部材の押圧力が大きい場合の状態を示す図である。
図２〜図４において、前記定着位置Ｑ５に配置された定着装置Ｆは用紙Ｓ搬送方向に垂直に延びる加熱ロール５１を有している。加熱ロール５１は、金属製の円筒部材５１ａおよびその表面に形成された弾性層５１ｂを有している。また前記円筒部材５１ａ内部にはヒータ（発熱体）５１ｈが内蔵されている。なお、このような加熱ロール５１は従来公知である。前記加熱ロール５１には離型剤塗布ロール５２が当接している。離型剤塗布ロール５２は、円筒部材内部に収容した離型剤が徐々に表面に染みだして前記加熱ロール５１の弾性層５１ｂに離型剤を塗布する機能を有している。離型剤塗布ロール５２表面にはクリーニングロール５３が当接している。前記クリーニングロール５３は加熱ロール５１より離型剤塗布ロール５２に移動付着（転移）した微量トナー（用紙に定着されずに加熱ロール５１に付着した微量トナーをクリーニングする機能を有している。
【００３３】
前記加熱ロール５１下方には加圧部材５６が配置されている。加圧部材５６は前記加熱ロール５１の軸方向に延びる断面長方形の加圧部材本体５７および加圧部材本体５７の前記加熱ロール５１に対向する表面に設けられた耐熱弾性部材製の加圧パッド５８を有している。
図４において加圧部材本体５７は、長手方向に垂直な断面が長方形の板状の形状であり、その長方形の厚さは中央部が最も分厚く、両端にいくに従って連続的に薄くなるように構成されている。すなわち、軸方向中央での断面２次モーメントが最も大きく、軸方向両端部にいくに従って断面２次モーメントが小さくなるようになっている。
そして、前記加圧部材本体５７は加圧パッド５８が接着される上面は平坦であるがその反対側の下面は長手方向に沿って下方に突出する曲面に形成されている。すなわち、この実施例１では軸方向中央から両端部まで、長方形の高さ（厚さ）方向を小さくしていくことで、断面２次モーメントを小さくしている。断面形状が長方形である場合は、断面２次モーメントは、幅の１乗、及び厚さの３乗に比例するので、ロールの場合（４乗に比例）に比べて公差のバラつきに強い。前記加圧部材本体５７の長手方向中央部の下面には、被位置決め用の突起５７ａが設けられている。
なお、加圧部材本体５７の形状としては軸方向で断面２次モーメントが中央部が最も高く、端部にいくに従って小さくなるような形状であれは、例えば軸に垂直な断面形状が蒲鉾型等を採用することも可能である。
【００３４】
図２、図３において、前記加圧部材本体５７および加圧パッド５８を有する加圧部材５６は押圧部材５９により支持されている。押圧部材５９はたわまないように、剛性の高い材料で作られており、その上端部に加圧部材支持部６１を有している。前記加圧部材支持部６１には前記加圧部材５６を収容する加圧部材収容凹部６２が形成されている。加圧部材収容凹部６２底面の長手方向の中央部には支持穴６２ａが形成されており、前記突起５７ａを揺動自在に支持するように構成されている。前記支持穴６２ａの形状および前記突起５７ａの形状は、加圧部材収容凹部６２底面に支持穴６２ａを設ける以外の方法でも、軸方向中央部で加圧部材本体５７と接し、加圧部材５６が到れることなく、加圧部材本体５７がたわんだ時でも加圧部材収容凹部６２底面の端部に接することの無い構成であれば良い。
【００３５】
例えば、前記支持穴６２ａの代わりに支持突起を用い、前記突起５７の代わりに被支持穴を用いることも可能である。その場合、支持突起としては、幅（軸方向の長さ）は、出来るだけ短いほうが良いが、加圧部材本体５７が倒れない程度の幅を有するようにする。支持突起の上面は加圧部材本体５７の被支持穴の形状によって、直線状でも良いし、曲面を有していても良い。支持突起の高さは、加圧部材本体５７がたわんだときに端部が加圧部材収容凹部６２底面に接しない高さにする。
【００３６】
押圧部材５９の下端には連結部材６３（図２参照）を介して、円弧面を有するベルトガイド６４が連結されている。 前記押圧部材５９はその加圧部材支持部６１の両端部にベルト端部ガイド部材６５，６５が設けられている。前記押圧部材５９は、その加圧部材支持部６１の両端部が前記ベルト端部ガイド部材６５，６５の下面を上方に押圧する圧縮バネ６６，６６により支持され、前記加熱ロール５１に向けて押圧されている。前記押圧部材５９およびベルトガイド６４の周囲には無端の定着ベルトＢが回転移動可能に支持されている。前記定着ベルトＢの両端部は前記ベルト端部ガイド部材６５，６５によって移動が規制されている。
前記構成により、押圧部材５９は両端で前記圧縮バネ６６，６６により荷重をかけられ、その荷重は軸方向の中央部で加圧部材本体５７に加わり、定着ベルトＢを挟んで、加圧部材本体５７上の加圧パッド５８が加熱ロール５１に押し当てられ、定着ニップＮが形成される。
【００３７】
前記加圧部材５６の加圧パッド５８は、前記定着位置Ｑ５において前記定着ベルトＢを下面側から前記加熱ロール５１表面に押圧している。したがって、前記定着ベルトＢの上面は前記定着位置Ｑ５において加熱ロール５１に圧接している。前記定着位置Ｑ５における加圧パッド５８により押される定着ベルトＢおよび加熱ロール５１の圧接領域により定着ニップＮが形成されている。
前記定着ニップＮの幅は、軸方向ではほぼ均一、あるいは中央部より端部の方がやや幅広い形状であることが好ましく、軸方向で定着ニップ幅に大きな差があると、紙しわが発生したり、定着不良が生じたりすることがある。
前述したように、前記加熱ロール５１の軸の両端を支持するとともに、前記加圧部材本体５７の軸方向中央部を、前記支持穴６２ａに支持される突起５７ａにより加熱ロール５１に向けて押圧し、さらに前記加圧部材本体５７は軸方向中央から両端部まで断面２次モーメントを連続的に小さくすることにより、前記定着ニップＮのニップ圧およびニップ幅は加熱ロール５１の軸方向に沿ってほぼ一定とされている。
【００３８】
前記加圧部材本体５７の材料としては、限られた定着ベルトＢ内のスペースで、断面の形状（幅・厚み等）を振って、上述のように加熱ロール５１の剛性ＥＩに対して、約３／５程度の剛性ＥＩを得られる物であれば、特別な材料を必要とすることなく、加熱ロール５１のコアと同じ材料でも、異なる材料でも良い。すなわち、加熱ロール５１の材料、厚さなどが決まった後、すなわち加熱ロール５１の剛性が決まった後で、その加熱ロール５１の剛性に合わせて、わりと自由に加圧部材本体５７の材料・形状（幅・厚み等）を選ぶことができる。
【００３９】
（実施例１の作用）
前記手差トレイ３１または前記各給紙トレイＴ１〜Ｔ５から送り出される各用紙Ｓは、第１シート搬送路３２を通って前記吸着位置Ｑ４で吸着用ロール３４により前記転写ドラム２１に吸着される。前記転写ドラム２１に吸着された用紙Ｓは転写ドラム２１の回転に伴って前記転写位置Ｑ３を通過する際に像担持体１６のトナー像が転写される。用紙Ｓはフルカラーの場合は４回転し、前記転写器２２を通る毎にＹ（イエロー）、マゼンタ（Ｍ）、Ｃ（シアン）、およびＫ（黒）のトナー像が転写され、モノカラーの場合は１回転してモノカラーのトナー像が転写される。
トナー像が転写された用紙Ｓは剥離コロトロン３６で転写ドラム２１から剥離されて、第２シート搬送路３７を通って定着位置Ｑ５に搬送される。
【００４０】
図２において、定着位置Ｑ５に搬送され定着ニップＮを通過する用紙Ｓは、加圧部材５６により押圧される定着ベルトＢおよび加熱ロール５１の挟圧力と前記加熱ロール５１の熱とにより用紙Ｓ上の未定着トナー像Ｉが定着される。
前記加熱ロール５１はその軸の両端が支持されまた、前記加圧部材本体５７は軸方向中央部が、前記支持穴６２ａにより加熱ロール５１に向けて押圧されている。
【００４１】
前記加圧部材本体５７は軸方向中央から両端部まで断面２次モーメントが連続的に小さくなっている。このように、加圧部材本体５７を断面２次モーメントが軸方向中央部から両端部にいくに従って、徐々に小さくなるような形状とし、この加圧部材本体５７を軸方向中央部で支持することで、軸方向中央部以外の所でも、加熱ロール５１のたわみと加圧部材本体５７のたわみがほぼー致するようになり、軸方向全長に渡って加熱ロール５１と加圧部材５６との圧接力がほぼ均一となるのでー、定着ニップ幅をほぼ均一にすることができる。
【００４２】
ところで、最近のフルカラー機では、様々な転写材（厚紙、薄紙、コート紙、ＯＨＰ、封筒等）の使用に対する要求力が強く、定着装置によっては、使用する転写材に応じて、荷重を可変する必要が生じる。例えば薄紙を転写材として使用する場合には、加熱ロール５１から剥離させるために、加熱ロール５１に歪みを与えなければならず、高い荷重が必要であるが、転写材として封筒を使用する場合は、剥離のための加熱ロール５１の歪みは必要ではなく、逆に荷重が高いと封筒しわが発生するので、荷重を低くする必要がある。
よって、使用する転写材に応じて荷重を可変する必要が生じ、常に良好な定着性能と、安定した用紙搬送性を得るには、可変する荷重によらず、加熱ロール５１と加圧部材との間の圧接力が、軸方向ではほぼ均一であるようにする。そのためには、荷重によらず、常に加熱ロール５１のたわみを補正するように加圧部材５６がたわむようにすることが必要不可欠になる。
【００４３】
本実施例では、低荷重時で加熱ロール５１がたわんでいない時（図３参照）は、加圧部材本体の上面（加熱ロール側）が直線状であるので、軸方向全長に渡ってほぼ均一な圧接力が得られ、荷重が高くなり加熱ロール５１がたわんだ時（図５参照）でも、その荷重によらず、常に加熱ロール５１のたわみを補正するように加圧部材本体５７がたわむので、加熱ロール５１と加圧部材５６との圧接力が軸方向でほぼ均一に保持される。このため、定着ニップ幅が軸方向にほぼ均一なまま推移するので、定着不良が防止され、さらに紙しわも防止される。
【００４４】
（実施例２）
図６は本発明の定着装置の実施例２の説明図である。
この実施例２は加圧部材５６の加圧部材本体５７の形状が前記実施例１と相違しているが他の点では前記実施例１と同様である。
図６において、この実施例２の加圧部材本体５７は、幅方向に形状を変化させることにより、軸方向中央から両端部まで断面２次モーメントが連続的に小さくされている。これにより、前記定着ニップＮのニップ圧、ニップ幅は前記定着ロール５１の軸方向に沿ってほぼ均一にされている。
このため本実施例の定着装置も前記実施例１と同様に、紙しわや、定着ムラ、定着不良等が発生し難い。
加圧部材本体５７の断面形状が長方形である場合は、断面２次モーメントは、幅の１乗、及び厚さの３乗に比例するので、幅を変化させて断面２次モーメントを変化させた場合、公差にバラつきがあってもニップ圧がにあまり変化しない加圧部材５６を得ることができる。
従って、図６に示すような加圧部材本体５７を用いると、公差のバラつきに非常に強い加圧部材５６を構成することができる。
【００４５】
（実施例３）
図７は本発明の定着装置の実施例３の説明図である。
この実施例３は加圧部材５６の加圧部材本体５７の形状が前記実施例１と相違しているが他の点では前記実施例１と同様である。
図７において、この実施例３の加圧部材本体５７は、荷重が常に一定である定着装置で、予め予想される加熱ロール５１のたわみに沿った形状（通常は略Ｒ形状）を上面（加熱ロール５１側）に有している。
この実施例３の場合、加圧部材本体の剛性を高くすることで、軸方向全長に渡って加熱ロール５１とほぼ均一な圧接力を得ることができる。
さらに、使用する上で最小の荷重をかけた時の加熱ロール５１のたわみに沿った形状（通常は略Ｒ（円弧）形状）を、上面（加熱ロール５１側）に有する加圧部材本体５７を用いて、軸方向中央部で加圧し、使用する上で荷重を増すに連れて、加熱ロール５１のたわみに沿って加圧部材本体５７もたわむように加圧部材本体５７の材料・断面形状を選び、荷重が可変する装置に対応させることが可能である。
【００４６】
（実施例４）
図８は本発明の定着装置の実施例４の説明図である。
この実施例４は加圧部材５６の加圧部材本体５７と加圧部材収容凹部６２との間に補強部材６７を設け、補強部材６７の下面に設けた突起６７ａを加圧部材収容凹部６２の支持穴６２ａに嵌合させた点、および上面に設けた突起６７ｂを加圧部材本体５７下面の穴に嵌合させた点で前記実施例１と相違しているが他の点では前記実施例１と同様である。
この実施例４は、弾性体である加圧パッド５８および加圧部材本体５７をー体成型する場合などで、加圧部材本体５７の形状に制約が生じ、軸方向での剛性の変化を所望の通りにできない時は、加圧部材本体５７と押圧部材５９の加圧部材収容凹部６２との間に、軸方向中央部から端部にいくに従って剛性が小さくなっているような補強部材６７（図８参照）を一枚挿入している。
このため本実施例４の定着装置も補強部材の剛性を調整することで前記実施例１と同様に、前記ニップ圧、ニップ幅をほぼ均一にできるので、紙しわや、定着ムラ、定着不良等が発生し難い。
【００４７】
（実施例５）
図９は本発明の定着装置の実施例５の説明図である。
この実施例５は加圧部材５６の加圧部材本体５７と加圧部材収容凹部６２との間に複数の補強部材６８〜７０を設けた点で前記１枚設けた実施例４と相違している。前記複数の補強部材のうち、一番下の補強部材６８の上に置く補強部材６９の下面には、前記補強部材６８上での位置を定めるための突起６９ａ，６９ａが設けられている。前記突起６９ａは補強部材の端面に係合して位置決めが行われる。補強部材７０の下面にも、前記補強部材６９の端面に係合する突起７０ａ，７０ａが設けられている。この図９に示す実施例５は、他の点では前記実施例４と同様である。
このため本実施例５の定着装置は、補強部材の長さ、厚さ、枚数などを調整することにより、前記実施例４と同様に、前記ニップ圧、ニップ幅をほぼ均一にできるので、紙しわや、定着ムラ、定着不良等が発生し難い。
【００４８】
【発明の効果】
前述の本発明の定着装置は、下記の効果を奏することができる。
（Ｅ０１）加圧部材を、軸方向中央部から端部にかけて剛性が小さくなるような形状とし、軸方向中央部で荷重をかけるので、荷重が一定の時はもちろん、荷重が変化しても、加熱ロールのたわみを補正するように、加圧部材がたわみ、常に軸方向でほぼ均一な定着ニップを得ることができ、良好な定着性能と安定した用紙搬送性を要する定着装置を安価に提供することができる。
また、加圧部材として、ロールではなく、弾性体である加圧パッドおよびそれを支持する加圧部材本体を有する加圧部材を使用しているので、比較的低い荷重で定着ニップを広く取ることができる。さらに、荷重が低くなる分、加熱ロールのコアを薄くすること、あるいは小径化することができ、ウォームアップタイムを短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の定着装置の実施例１を備えた画像形成装置の全体説明図である。
【図２】図２は本発明の定着装置の実施例１の説明図で前記図１に示す定着装置の拡大図である。
【図３】図３は前記図２の矢印ＩＩＩから見た図である。
【図４】図４は同実施例１の定着装置で使用される加圧部材本体の説明図である。
【図５】図５は同実施例１の作用説明図で、加熱ロールおよび加圧部材の押圧力が大きい場合の状態を示す図である。
【図６】図６は本発明の定着装置の実施例２の説明図である。
【図７】図７は本発明の定着装置の実施例３の説明図である。
【図８】図８は本発明の定着装置の実施例４の説明図である。
【図９】図９は本発明の定着装置の実施例５の説明図である。
【図１０】図１０は従来の、弾性体をその表面に被覆した加熱ロールとロール軸に耐熱弾性体を被覆して成る加圧ロールによって定着ニップを形成するフルカラー機用のＳｏｆｔ ＲｏｌＩ Ｆｕｓｅｒ（以下ＳＲＦと略す）の概略図である。
【図１１】図１１は加熱ロール及び加圧部材が共に両端支持である場合に両者の間に等分布荷重がかかっているとして、材料力学の基本式により算出した、それぞれのたわみを示す図である。
【図１２】図１２は従来のロールの計算上の最大たわみを示す図表である。
【図１３】図１３は加圧部材を中央支持した場合の加熱ロールおよび加圧部材のたわみを示す図である。
【図１４】図１４は加圧ロールを中央支持した場合の加熱ロールおよび加圧ロールのたわみを示す図である。
【図１５】図１５は加熱ロールを両端で支持し、加圧ロールを中央で支持して等分布荷重が作用しているとした場合の材料力学の基本式により算出した最大たわみ示す図表である。
【図１６】図１６は前記図１５の加熱ロールおよび加圧ロール（３）に等分布荷重が作用しているとした場合のたわみ量を示すグラフである。
【図１７】図１７は断面が円筒および長方形の部材の断面２次モーメントを示す図表である。
【符号の説明】
Ｉ…未定着トナー像、Ｎ…定着ニップ、Ｓ…記録シート、
５１…加熱ロール、５１ｂ…弾性層、５６…加圧部材、５８…加圧パッド、５９…押圧部材、６４…ベルトガイド、Ｂ…定着ベルト
Claims (3)
- 下記の要件を備えたことを特徴とする定着装置、
（Ａ01）表面に弾性層を有し、軸方向両端部が支持された加熱ロール、
（Ａ02）前記加熱ロールの軸方向に延び且つ前記加熱ロールに向けて押圧される耐熱弾性部材製の加圧パッドを有する加圧部材、
（Ａ03）前記軸方向の中央部から軸方向端部に行くに従って曲げ剛性が小さくなるように構成された前記加圧部材、
（Ａ04）加圧部材を軸方向中央部で支持する押圧部材、
（Ａ05）前記加圧部材およびこの加圧部材に平行に隣接して配置されたベルトガイドの周囲に回転移動可能に支持され且つ前記加圧部材により前記加熱ロール表面に圧接される無端の定着ベルト、
（Ａ06）前記定着ベルトおよび前記加熱ロールの圧接領域により定着ニップを形成し、前記定着ニップを通過する前記記録シートに付着した未定着トナー像を定着する前記加熱ロール、前記定着ベルト、および前記加圧部材。 - 下記の要件を備えたことを特徴とする定着装置、
（Ｂ01）表面に弾性層を有する加熱ロール、
（Ｂ02）前記加熱ロールの軸方向に延び且つ前記加熱ロールに圧接される耐熱弾性部材である加圧パッドを有する加圧部材、
（Ｂ03）軸方向中央部から軸方向端部に行くに従って曲げ剛性が小さくなるように構成された前記加圧部材、
（Ｂ04）加圧部材を軸方向中央部で支持する押圧部材、
（Ｂ05）前記加熱ロールおよび加圧部材の圧接領域により定着ニップを形成し、前記定着ニップを通過する記録シートに付着した未定着トナー像を定着する前記加熱ロールおよび前記加圧部材。 - 下記の要件を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の定着装置、
（Ｃ01）前記加圧パッドと、前記加圧パッドを支持し且つ前記加圧パッドを支持する面が予め予想される前記加熱ロールのたわみに沿った形状を有する加圧部材本体とを有する前記加圧部材。
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