JP4277702B2

JP4277702B2 - 定着装置

Info

Publication number: JP4277702B2
Application number: JP2004029035A
Authority: JP
Inventors: 康隆内藤; 康博上原; 秀明大原
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2004-02-05
Filing date: 2004-02-05
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2024-02-05
Also published as: JP2005221719A

Description

本発明は、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像記録装置において用いられ、記録媒体上に担持された未定着トナー像を加熱溶融し、記録媒体に定着させる定着装置に関する。

一般に、粉状のトナーを用いる画像形成装置においてトナー像を定着する工程は、トナー像を記録媒体上に静電的に直接転写した後、あるいは、トナー像を中間転写体に一次転写してから記録媒体に二次転写した後、加熱部材と加圧部材との間に記録媒体を挟み込み、トナー像を加熱して記録媒体に圧着する方法が広く採用されている。

定着装置としては、例えば、円筒状芯金の内部にハロゲンランプ等の発熱体を有する定着ロールと、この定着ロールに押圧される加圧ロールとで構成されるものがあり、定着ロールと加圧ロールとの間に未定着トナー像を担持した記録媒体を挟み込んで加熱加圧する。

上記のような定着装置は、定着ロールの熱容量を低減することが難しいため、画像形成装置の電源をオン状態とすると同時に定着装置の熱源であるハロゲンランプに通電を開始しても、定着ロール等が冷え切っている状態から所定の定着可能温度に立ち上がるまでにはかなりの待ち時間を要し、クイックスタート性に欠ける。また、画像形成装置の待機状態（非画像出力時）では、何時でも画像形成動作が実行できるようにハロゲンランプに通電して定着ロールを所定の温度に維持しておく必要があり、電力消費量が大きい。

一方、上記定着ロールに代えて、定着部材として無端状の定着ベルトを用いるものがあり、該定着ベルトには複数の支持ロールによって張架されたタイプと、内部に押圧部材を有し、無張架の状態で加圧ロールに押圧されて回転駆動されるタイプとがある。定着ベルトは薄肉の耐熱性樹脂等を基層としており、ロール状部材に比べ熱容量が小さいため、ロール状部材より短時間でウォーミングアップを行なうことができる。さらに、無張架タイプの定着ベルトは、他の部材との接触する面積を小さくすることができ、他の部材への熱移動が低減される。このため、一層効率の良いウォーミングアップを行なうことができる。

定着ベルトを無張架の状態で回転駆動する定着装置としては、特許文献１に開示されるものがある。この定着装置は、定着ベルトが電磁誘導加熱装置によって加熱されるものであり、その周面に沿って誘導電流で発熱する導電性層を備えている。そして、無端状となった定着ベルトの内側に弾性材料からなる押圧部材が配設され、支持部材によって定着ベルトの内周面に圧接して定着ベルトを加圧ロールに強く押し付けるものとなっている。未定着トナー像を担持した記録媒体は上記定着ベルトに当接され、重ね合わされて押圧部材と加圧ロールの間に挟み込まれる。記録媒体上のトナー像は定着ベルトからの熱伝導によって加熱され、加圧されて記録媒体上に定着される。
特開２００３−８４５９１号公報

しかしながら、上記無張架状態の定着ベルトを用いる定着装置では、次のような改良が望まれる課題がある。
上記無張架状態の定着ベルトは、押圧部材と加圧ロールとの間で押圧され、加圧ロールの回転駆動に従動して回転するものであるが、定着ベルトと押圧部材との接触面に生じる摩擦力が、定着ベルトと加圧ロールとの間、又は定着ベルトと記録媒体との間の摩擦力より大きい場合には、定着ベルトと加圧ロールとの間でスリップが発生してしまう。スリップが発生すると、用紙がニップ部を通過する際に、用紙を正常に搬送・定着することが出来なくなり、紙しわが発生したり、定着画像のこすれ・乱れが発生したりするといった問題が生じる。

このような問題に対しては、押圧部材に摺動性の良好な部材を用いたり、定着ベルトと押圧部材との圧接部に摺動性の良いシートや潤滑剤を介在させることによって、定着ベルトと加圧ロールとの間でスリップが生じるのを低減することは可能である。しかし、装置が長期間使用されるのにともなって、ベルト内面や、押圧部材の表面、摺動性の良いシートの表面等が磨耗して、磨耗粉が摺動部に堆積したり、熱により潤滑剤が劣化する。そして、定着ベルトと押圧部材との接触面の摩擦力が増大し、経時的にスリップが生じやすい状態となってしまう。

一方、未定着トナー像を担持した記録媒体が加熱された定着ベルトと加圧ロールとの圧接部に送り込まれ、加熱押圧されて排出されるときに、記録媒体が定着ベルトから剥離しにくくなるという問題点がある。特に、厚みの薄い記録媒体、高湿度下で放置され通常より含水量の多い記録媒体、進行方向の先端から数ミリの部分に多量のトナーが担持されている記録媒体等では、加熱され溶融したトナーと定着ベルトとの間に大きな付着力が生じ、定着ベルトと加圧ロールとが圧接されるニップ部を通過した記録媒体が定着ベルトから剥離しにくくなってしまう。さらに、カラー画像を形成する場合には、記録媒体上に複数色のトナーが多量に担持されているため定着ベルトに付着し易い。

このような問題点に対し、定着ベルトを複数の支持ロールによって張架したタイプの定着装置では、支持ロールの径及びその配置により、定着ベルトを支持ロールの周面に沿って大きな曲率で曲げ回し、それ自体の剛性によって直進しようとする記録媒体から剥離することができる。しかし、定着ベルトを無張架の状態で周回駆動するタイプでは、定着ベルトに他の部材を極力接触させないことに利点があり、周回駆動時の形状を拘束して大きな曲率で曲げ回すことが難しい。

本願発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、記録媒体上に担持された未定着トナー像を無端状の定着ベルトに当接させて加熱溶融し、記録媒体に定着させる定着装置において、定着ベルトのスリップを防止して記録媒体を円滑に搬送するとともに、記録媒体を定着ベルトから確実に剥離することである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、幅方向の中央部が周方向に無張力状態であって、周回移動が可能に支持された無端状の定着ベルトと、
前記定着ベルトの幅方向の両端部に嵌め合わされ、該端部の断面形状が円形となるように拘束し、該定着ベルトの周方向に回転駆動される端部駆動部材と、前記定着ベルトを加熱する加熱装置と、前記定着ベルトの外周面と対向するように配置され、周面付近に弾性層を備える加圧ロールと、前記定着ベルトの内周面に当接され、該定着ベルトを介して前記加圧ロールとの間に押圧力を作用させる押圧部材とを有し、前記定着ベルトと前記加圧ロールとの間を通過する記録媒体上の未定着トナー像を加圧・加熱して定着像とする定着装置であって、前記定着ベルトは、前記端部駆動部材から周方向の駆動力が伝達されるものであり、前記押圧部材の断面形状は、最大サイズの記録媒体使用時の通紙域と非通紙域である両端部とで異なるものであり、該両端部では、前記加圧ロールに押圧されたときの該押圧部材の前記定着ベルトとの接触面が、前記端部駆動部材と該定着ベルトとの接触面とほぼ同じ曲率となっている定着装置を提供する。

上記定着ベルトは、両端部に嵌め合わされた端部駆動部材から周方向の駆動力が伝達されるため、装置を長期間使用することによって定着ベルトと押圧部材との接触面に生じる摩擦力が増大しても、加圧ロールとの間でスリップが生じにくくなる。このため、長期にわたって定着ベルトが確実に周回駆動され、紙しわの発生を防止したり、良好な定着を行なうことができる。
この定着ベルトは、端部では端部駆動部材によって端部の断面形状が円形となるように拘束されているが、通紙域では押圧部材に押圧されて該押圧部材に沿った形状となっている。つまり、通紙域では、押圧部材の定着ベルトとの接触面を適切に設定し、定着ベルトを大きな曲率で曲げ回して周回駆動することができる。これにより、良好な定着性能及び剥離性能を維持することが可能となる。そして、このように端部駆動部材に拘束された部分と押圧部材に圧接されている部分とで断面形状が異なる場合には、これらの間で定着ベルトの断面形状が急変し、この部分でしわや折れ曲がりが繰り返し生じて定着ベルトが破損するおそれがある。
しかし、上記定着装置では、定着ベルトを介して加圧ロールと押圧部材との間に押圧力が作用したとき、押圧部材の両端部では、定着ベルトの押圧部材との接触面が端部駆動部材と定着ベルトとの接触面とほぼ同じ曲率となる。このため、定着ベルトが端部駆動部材によって拘束された両端部と押圧部材と加圧ロールとの間に狭持される部分との間で断面形状の急変が防止される。これにより、定着ベルトには周回方向の駆動力が通紙域まで円滑に伝達されるとともに、長期間の使用によって定着ベルトが損傷するのを抑制することができる。
なお、上記押圧部材の断面形状は、最大サイズの記録媒体使用時における通紙域の全域にわたって同じ断面形状で、非通紙域のみで断面形状が変化するものが望ましいが、通紙域の一部から非通紙域にかけて徐々に変化するものであってもよい。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の定着装置において、前記押圧部材の断面形状は、最大サイズの記録媒体使用時の通紙域から両端へなめらかに連続して変化するものとする。

上記定着ベルトの押圧部材との接触面は、押圧部材の形状に沿って通紙域から両端に向って端部駆動部材とほぼ同じ曲率の形状へとなめらかに連続して変化する。このため、定着ベルトの断面形状が急変することはなく、しわや折れ曲がりが生じるのが防止される。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の定着装置において、前記押圧部材の通紙域における前記定着ベルトとの接触面は、該定着ベルトの移動方向における上流部では前記加圧ロールの周面と同方向の曲率を有し、この部分は上流側から下流側に向って接触圧が増大するように設定され、下流部ではなめらかに連続して曲率が反転し、該加圧ロールの周面と逆方向の曲率を有するものとする。

上記定着装置では、通紙域において、定着ベルトの移動方向における上流部で、定着ベルトと加圧ロールとの間に送り込まれた記録媒体に、加熱の進行とともに大きな接触圧を作用させ、良好な定着を行うことができる。また、定着ベルトの移動方向における下流部では、定着ベルトが押圧部材に押圧されてなめらかに連続して曲率が反転し、この位置で最も強い圧接力で加圧ロールの弾性層に押し付けられる。そして、定着ベルトは圧接部の出口でこの状態から解放されることによって周回方向に大きな曲率で移動する。一方、記録媒体はそれ自身の剛性によって圧接部から排出されたときの方向へ移動しようとするため、定着ベルトから良好に剥離される。

請求項４に係る発明は、請求項２に記載の定着装置において、前記加圧ロールの弾性層は、通紙域及び非通紙域を含む前記押圧部材のほぼ全幅に押圧されるものとする。

この定着装置では、押圧部材のほぼ全幅にわたり、定着ベルトを介して加圧ロールと押圧部材との間に押圧力が作用するため、定着ベルトは断面形状が変化する領域で押圧部材と加圧ロールとの間で拘束され、押圧部材の形状に沿ってなめらかに連続して変化する。これにより、しわや折れ曲がりを生じることなく周回駆動される。

請求項５に係る発明は、請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載の定着装置において、前記押圧部材は、前記加圧ロールの弾性層より十分に弾性係数の高い材料からなるものとする。

上記押圧部材は、加圧ロールの弾性層より十分に弾性係数の高い材料からなるため、加圧ロールに強く押し付けられていても圧縮永久歪みが生じにくく、定着ベルトの移動方向への変形もほとんど生じない。このため、長期にわたって押圧部材と加圧ロールとの圧接部の形状が適切に維持され、定着及び記録媒体の剥離を良好に行うことができる。
なお、押圧部材が加圧ロールの弾性層より十分に弾性係数の高い材料からなるということは、押圧部材が加圧ロールに圧接されたときに、弾性層に変形が生じ、押圧部材には無視できる程度の変形しか生じないことを意味するものである。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載の定着装置において、前記押圧部材を形成する材料中に、熱伝導率の低い粒子が分散されているものとする。

上記押圧部材は、熱伝導率の低い粒子が分散されることによって、材料全体としての熱伝導率が低くなっているため、定着ベルトから押圧部材へと伝達される熱量が低減される。このため、定着ベルトを所定の温度まで加熱するウォームアップタイムを短縮することができる。また、連続して定着動作を行なうときに、定着ベルトからの熱移動を低減することができ、使用電力量を低く抑えることができる。
一方、押圧部材が弾性的に変形しやすい部材である場合には、このような粒子を分散させると、加圧ロールとの圧接力によって圧縮永久歪みが大きくなって、経時的に剥離性能が悪化するおそれがある。これに対し、上記押圧部材は十分に弾性係数の高い材料からなるため、粒子を分散させても圧縮永久歪みが生じにくく、長期にわたって良好な剥離性能を維持することができる。

以上説明したように、本願発明によれば、押圧部材の断面形状は、最大サイズの記録媒体使用時の通紙域と両端部とで異なるものであり、両端部では定着ベルトとの接触面が、端部駆動部材と定着ベルトとの接触面とほぼ同じ曲率となっている。このため、定着ベルトが押圧部材に圧接され周回駆動するときに、該定着ベルトが端部駆動部材によって拘束された部分と押圧部材に圧接された部分との間で断面形状が急変することがなく、この部分で定着ベルトにしわや折れ曲がりが生じるのが防止される。そして、通紙域では、押圧部材と定着ベルトとの接触面を、該定着ベルトの形状が記録媒体の剥離に必要な変形をするような形状とすることができ、これにより良好な剥離性能が得られる。また、押圧部材の端部から通紙域までの非通紙域で断面形状がなだらかに連続して変化するものとすると、これに沿って移動する定着ベルトは非通紙域においてもなだらかに形状が変化し、定着ベルトにはしわや折れ曲がりなどがより発生しにくくなり、長期にわたって円滑な周回移動が行なわれる。さらに、定着ベルトは、両端部に嵌め合わされた端部駆動部材から周方向の駆動力が伝達されるため、装置を長期間使用することによって定着ベルトと押圧部材との接触面に生じる摩擦力が増大しても、加圧ロールとの間でスリップが生じにくくなる。このため、長期にわたって定着ベルトが良好な状態で周回駆動され、紙しわの発生を防止し、良好な定着を行なうことができる。

以下、本願に係る発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は本願に係る発明の一実施形態である定着装置の概略正面図である。また、図２は断面図、図３は駆動機構を示す概略構成図である。
この定着装置は、無端状の周面を有する定着ベルト１と、この定着ベルト１の外周面に当接され、周回駆動される加圧ロール２と、定着ベルト１の内周面に当接され、定着ベルト１を加圧ロール２との間に挟み込む押圧パッド３と、該押圧パッド３を支持するパッド支持部材４と、定着ベルト１の外周面に沿って設けられ、該定着ベルト１を加熱する電磁誘導加熱装置５と、定着ベルト１の両端部に嵌合され、端部の断面形状が円形となるように拘束し、定着ベルト１の周方向に回転駆動されるキャップ部材（端部駆動部材）６ａ、６ｂと、モータ７から加圧ロール２に伝達された駆動力を、さらにキャップ部材６ａ、６ｂに伝達する駆動伝達機構８と、を備えている。

上記定着ベルト１は、図４に示すように、その内側から、耐熱性の高いシート状部材からなる基層１ａと、その上に積層された導電性層１ｂと、さらにその上に積層された弾性層１ｃと、最も上層となる表面離型層１ｄとから構成されている。また、各層の間には接着のためにプライマー層を設けてもよい。

基材層１としては、例えば厚さ１０〜１５０μｍ、更に好ましくは厚さ５０〜１００μｍの耐熱性の高い樹脂が用いられ、本実施例では、厚さ８０μｍのポリイミド樹脂が使用されている。

上記導電性層１ｂは、電磁誘導加熱装置５によって生じる磁界の電磁誘導作用により誘導発熱する層であり、鉄・コバルト・ニッケル・銅・アルミニウム・クロム等の金属層を１〜８０μｍ程度の厚みで形成したものが用いられ、電磁誘導による渦電流で十分な発熱が得られるように固有抵抗値を考慮して材質及び厚さが選択される。本実施例では、厚さ５μｍ程度の銅が使用されている。

弾性層１ｃは、厚さは１０〜５００μｍ、更に好ましくは５０〜５００μｍの、耐熱性、熱伝導性が良いシリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム等が用いられる。本実施例では、ゴム硬度１５°（ＪＩＳ−Ａ）、厚さ３００μｍのシリコーンゴムが使用されている。

上記表面離型層１ｄは、記録紙上に転写された未定着トナー像と、直接接する層であるため、離型性の良い材料を使用する必要がある。この表面離型層１ｃを構成する材料としては、例えば、厚さ１０μｍ〜５０μｍの、テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル重合体（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、シリコーン樹脂、シリコーンゴム、フッ素ゴム等が挙げられる。本実施例では、厚さ３０μｍのＰＦＡが使用されている。

上記加圧ロール２は、定着ベルト１と互いの周面が対向する位置に支持され、両端部がバネ９によって定着ベルト１側に付勢されるものであり、金属製の円筒状部材２ａを芯材とし、該円筒状部材２ａの表面には、シリコーンゴム・フッ素ゴムなどの耐熱性を有する弾性層２ｂと、最表面に表面離型層２ｃとを備えている。この加圧ロール２にはモータ７から駆動力伝達系（図示しない）を介して駆動力が伝達され、回転駆動される。本実施例では、加圧ロール２は、定着ベルト１を介して２０ｋｇｆの荷重で押圧パッド３に圧接された状態で回転駆動される。

上記押圧パッド３は、加圧ロール２の弾性層２ｂより十分に弾性係数の高い材料からなり、定着ベルト１を介して加圧ロール２の弾性層２ｂが押圧される。そして、加圧ロール２の弾性層２ｂが変形して、押圧パッド３と加圧ロール２との間にニップ部が形成され、ニップ部において定着ベルト１は押圧パッド３に沿った形状となる。

上記押圧パッド３は弾性係数が大きく、加圧ロール２が押圧されたときにほとんど変形しないので、加圧ロール２の回転によって周回方向に繰り返し摩擦力が作用しても材料に永久歪みが生じにくくなっている。このため、押圧パッド３と加圧ロール２との圧接部の形状及び圧接力が長期にわたって適切に維持される。

この押圧パッド３は、定着ベルト１の幅方向における通紙域及びその両側の非通紙域にわたって設けられ、両端面はキャップ部材６ａ、６ｂの内側面と小さな間隙をおいて対向している。そして、この押圧パッド３のほぼ全長にわたって加圧ロール２が押圧される。

押圧パッド３の断面形状は、図５及び図６に示すように、最大サイズの記録媒体使用時の通紙域から両端へなめらかに連続して変化するものであり、定着ベルト１との接触面３ａの形状が変化するものとなっている。
通紙域における接触面３ａの形状は、図６（ａ）に示すように、定着ベルト１の移動方向における上流部Ａでは加圧ロール２の周面と同方向の曲率を有し、この部分は上流側から下流側に向って接触圧が増大するように設定され、下流部Ｂでは上流部Ａからなめらかに連続するように曲率が反転し、加圧ロール２の周面と逆方向の曲率を有している。一方、押圧パッド３の両端部における接触面３ａの形状は、図６（ｃ）に示すように、キャップ部材６と定着ベルト１との接触面とほぼ同じ曲率となっている。

定着ベルト１を介して押圧パッド３に加圧ロール２が押圧されると、押圧パッド３はほとんど変形せず、定着ベルト１のニップ部での形状は、通紙域では、図６（ａ）に示す加圧ロール２の周面と同方向の曲率と逆方向の曲率とを有する形状となる。そして、押圧パッド３の形状に沿って両端に向ってゆるやかに、図６（ｂ）に示す形状から、図６（ｃ）に示すキャップ部材６と定着ベルト１との接触面とほぼ同じ曲率を有する形状へと変化する。このため、定着ベルト１は、通紙域から両端部のキャップ部材６が嵌め合わされる部分に至るまでに、加圧ロール２に押圧されてなだらかに変形する。そして、押圧パッド３の端部では、定着ベルト１の断面形状はキャップ部材６に拘束される部分とほぼ同じ曲率となる。したがって、キャップ部材６に拘束される部分と押圧パッド３に圧接される部分との間、及び押圧パッド３の端部と通紙域との間のいずれにも断面が急変する部分はなく、定着ベルト１にしわや折れ曲がりが生じないようになっている。

上記押圧パッド３の材料としては、耐熱性を有するとともに、熱伝導率が小さいものが望ましく、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂、ＰＥＳ樹脂(ポリエーテルサルフォン)、ＰＰＳ樹脂(ポリフェニレンサルファイド)、ＬＣＰ（液晶ポリマ）など、耐熱性の樹脂を用いることができる。

また、押圧パッド３を形成する材料には、この材料よりさらに熱伝導率が小さい粒子が分散されており、該粒子によって材料全体としての熱伝導率が小さくなる。これにより、定着ベルト１から伝達される熱量を低減することができる。この粒子としては、外殻がシリカ、ガラス、アルミナなどの無機化合物からなり、内部に空気を含んでいるものが好ましく、その粒径は小さすぎると効果が得られなくなり、大きすぎると分散性が悪くなるため、１μｍ〜２００μｍ程度が好ましい。本実施例では、直径が１０〜５０μｍ程度の中空ガラス粒子が、重量比で２０％、押圧パッド３の軸方向にわたってほぼ均一に分散されている。粒子は材料となる樹脂のペレットにあらかじめ混ぜ込んでも良いし、射出成型時や押し出し成型時に混ぜるようにしても良い。

また、押圧パッド３と定着ベルト１との間には摺動性が良く、耐摩耗性が高いポリイミドフィルムやフッ素樹脂を含浸させたガラス繊維シート等を介在させてもよく、さらに定着ベルトの内面にはシリコーンオイル等の離型剤を塗布してもよい。これにより、定着ベルト１は加圧ロール２に従動して加圧ロール２とほぼ同じ速度で周回し、加圧ロール２の駆動負荷を低減することができる。

上記パッド支持部材４は、定着ベルト１の幅方向に軸線を有する棒状部材であり、両端部に軸部材４ａが取り付けられており、この軸部材４ａが定着装置のフレームに固定支持されている。そして、この軸部材４ａの軸線回りに回転可能となるようにキャップ部材６が支持されている。この棒状部材の加圧ロール２と対向する部分に押圧パッド３が取り付けられており、定着ベルト１を介して加圧ロール２から押圧パッド３に作用する押圧力を、この棒状部材によって負担する。

パッド支持部材４の材料としては、加圧ロール２から圧接力を受けたときの撓み量があるレベル以下、好ましくは1ｍｍ以下になる程度の剛性を有しているとともに、電磁誘導加熱装置５による磁束の影響によって加熱されないように、ガラス入りＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、フェノール、ポリイミド、液晶ポリマー等の耐熱性の樹脂や耐熱ガラス、又は固有抵抗が小さく誘導加熱の影響を受けにくいアルミニウム等の金属を用いるのがよい。
本実施例では、ニップ部にかかる総荷重は約２０ｋｇｆであり、断面が矩形のアルミニウムからなる部材が用いられている。

上記キャップ部材６は、図７に示すように、ほぼ円筒曲面を有する部材であり、定着ベルト１の両端部内側に挿入される嵌合部２１と、嵌合部２１より径が拡大されて張り出したフランジ部２２とを有し、中心部にはパッド支持部材４の軸部材４ａに対して回転可能に結合される軸受部２３を備えるものである。また、フランジ部２２の周縁には回転駆動力が伝達されるギア２２ａが形成されている。そして、内側面（定着ベルト１側の面）がパッド支持部材４の端面と近接対向するように支持されている。

キャップ部材６の材料としては、機械的特性や絶縁性に優れ、耐熱性が良いいわゆるエンジニアリングプラスチックスがよい。例えば、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＬＣＰ樹脂などを選択することができる。

嵌合部２１は、定着ベルト１の両端部内側に嵌め入れられ、該定着ベルト１の端部の断面形状が円形となるように拘束するものであり、定着ベルト１の外周面上からリング状のバンド（図示せず）によって締め付けている。これにより、定着ベルト１は、嵌合部２１に密着してキャップ部材６に固定され、フランジ部２２のギア２２ａに回転駆動力が伝達されるとキャップ部材６とともに回転駆動されるものとなっている。一方、定着ベルト１の幅方向における中央部は、図２に示すように、押圧パッド３以外には内面に当接されるものがなくても自身の剛性によってほぼ一定の形状を維持し、パッド支持部材４から離れた位置に保持される。

上記駆動伝達機構８は、図３に示すように、加圧ロール２を支持する軸２ｄに固定された第１の伝達ギア１１と、この第１の伝達ギア１１から順次回転駆動力が伝達される第２の伝達ギア１２及び第３の伝達ギア１３と、この第３の伝達ギア１３が固着された軸１５と同じ軸に固定された二つのベルト駆動ギア１４ａ、１４ｂとを有しており、二つのベルト駆動ギア１４ａ、１４ｂが、キャップ部材６のフランジ部２２に設けられたギア２２ａと噛み合わされている。このような駆動伝達機構８により、加圧ロール２が回転駆動されるとキャップ部材６にも回転駆動力が伝達され、嵌合部２１から定着ベルト１の側縁部に回転駆動力が付与される。そして、このときの定着ベルト１に付与される回転駆動力の周速度は、加圧ロール２の周速度とほぼ同じとなるように上記駆動伝達機構８のギア比が設定されている。したがって、定着ベルト１は押圧パッド３と加圧ロール２との間に挟持されることによって加圧ロール２の周面との摩擦力で周方向の駆動力が付与されるともに、側縁部からも周方向の駆動力が伝達される。このため、押圧パッド３と定着ベルト１の内周面との間の摩擦力が作用しても定着ベルト１は所定の周速度で確実に周回駆動されるものとなっている。

なお、上記実施形態では、加圧ロール２とキャップ部材６との双方を駆動するものとなっているが、キャップ部材６のみを駆動し、定着ベルト１は側縁部から伝達される駆動力のみで周回移動するものとしても良い。このとき加圧ロール２は、定着ベルト１との圧接部に作用する摩擦力によって従動回転するものとする。

上記電磁誘導加熱装置５は、定着ベルト１の外周面に沿って、この外周面とのギャップが数ｍｍ程度となるよう配置されており、定着ベルト１の導電性層１ｂを発熱させるものである。この電磁誘導加熱装置５は、図２に示すように、定着ベルト１に沿った曲面を有する台座５ａと、台座５ａに支持された励磁コイル５ｂと、この励磁コイル５ｂに高周波電流を供給する励磁回路５ｃとを備えている。台座５ａは、絶縁性及び耐熱性を有する材料からなり、例えば、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、液晶ポリマー樹脂等を用いることができる。また、定着ベルト１の内側には、フェライト等からなり、定着ベルト１の導電性層１ｂを通過した磁束を集める磁性体コア５ｄが配置されている。

上記励磁回路５ｃから励磁コイル５ｂに高周波電流が供給されると、励磁コイル５ｂの周囲に磁束が生成消滅を繰り返す。高周波電流の周波数は、例えば、１０〜５０ｋＨｚに設定されるが、本実施例では、高周波電流の周波数が３０ｋＨｚに設定されている。そして、この磁束が定着ベルト１の導電性層１ｂを横切るとき、その磁界の変化を妨げる磁界を生じるように導電性層中に渦電流が発生し、導電性層１ｂの表皮抵抗に比例した電力（Ｗ＝Ｉ²Ｒ）でジュール熱が発生する。これにより、定着ベルト１を加熱するものであり、励磁コイル５ｂに供給する電力量又は高周波電流の供給時間等の制御により、定着ベルト１を所定の温度に維持するものとなっている。

次に、上記定着装置の動作について説明する。
画像形成部において、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナーによるトナー像Ｔが画像信号に基づいて形成され、図示しない転写装置により記録紙Ｐに転写される。これらのトナーは、熱可塑性樹脂性のバインダに着色顔料を含有させることによって構成されている。
一方、トナー像を形成する動作が開始されるのとほぼ同時に、加圧ロール２の駆動モータ（図示しない）及び電磁誘導加熱装置５に電力が供給される。そして、加圧ロール２が回転駆動されて、定着ベルト１が周回移動を開始する。これにより、定着ベルト１は電磁誘導加熱装置５と対向する加熱領域を通過する際に、導電性層１ｂに渦電流が誘導され、発熱する。このとき、定着ベルト１は、両端部では嵌合部２１が嵌め合わされて、嵌合部２１と接触しているが、中央部（通紙域）では押圧パッド３以外の部材に接触することなく周回移動している。したがって、他の部材に熱を奪われることが少なく、効率の良い加熱が行われる。また、定着ベルト１は、加圧ロール２との圧接部と両側縁部から駆動力が伝達され、スリップ等を生じることなく円滑に周回駆動される。

定着ベルト１が周回して所定の温度まで加熱されると、未定着トナー像を担持した記録紙が、定着ベルト１と加圧ロール２とが接するニップ部に送り込まれる。通紙域におけるニップ部内では、ニップ部入口から接触面の曲率が反転する位置Ｃ（図６（ａ）参照）にかけて、押圧パッド３による接触圧が増大しており、記録紙及びトナー像は徐々に加熱・加圧され、位置Ｃの下流側で強く押し付けられてトナー像が記録紙上に圧着される。

そして、定着ベルト１は、ニップ部の出口付近では押圧パッド３の曲率が反転しており、押圧された状態から解放されることによって周回方向に大きな曲率で移動する。これに対し、定着ベルト１と加圧ロール２との間で搬送される記録紙は、ニップ部の出口付近で圧接力が低減され、記録紙自身の剛性によって曲率が小さくなる方向へ進行しようとし、定着ベルト１から引き離される。

上記のような構成により、６０ｇｓｍ程度の薄い記録紙を用い、３ｍｍの先端余白の後方に複数色の多量のトナーが担持されている場合にも、記録紙を定着ベルトから良好に剥離することができる。

次に、本発明の実施形態である定着装置と、押圧パッドの断面形状が軸線方向に変化しない従来の定着装置との性能を比較する実験について説明する。
比較対象として用いた定着装置は、図８中に示す比較例１のように、押圧パッドの断面形状が全幅にわたって該押圧パッドの両端部における断面形状、すなわちキャップ部材６の定着ベルト１との接触面とほぼ同じ曲率を有する断面形状である定着装置、及び、図８中に示す比較例２のように、押圧パッドの断面形状が全幅にわたって通紙域と同じである定着装置である。これらの定着装置と本発明の実施形態である定着装置とについて、次のような実験を行なった。

この実験では、定着装置駆動中における所定サイクル毎に、６０ｇｓｍのＡ４記録紙の先端余白３ｍｍより後方の全域にベタ画像を乗せて定着を行ない、剥離不良による記録紙詰まりの発生や画像の欠陥が無く、剥離が可能であった記録紙のベタ画像部のトナー量（ｇ／ｍ²）を測定した。つまり、ベタ画像のトナー量を変えて複数枚の定着を行なうと、トナー量の多いもので剥離不良が生じやすくなるため、良好な剥離が可能なトナー量の上限値を測定したものである。
また、定着ベルト１の両端付近における押圧パッド端部に対応する部分とキャップ部材６が嵌め合わされている部分との間で定着ベルトの折れ曲がりや破損が生じるか否かを調べた。

この実験によれば、表１に示すように、図８中に示す比較例１で用いられている押圧パッドでは、通紙域において良好な定着を行なうことができるとともに、定着ベルトは両側の端部付近で折れ曲がり等による破損は生じない。しかし、通紙域において記録紙の剥離不良が生じやすくなっている。一方、図８中に示す比較例２で用いられている押圧パッドでは、良好な定着を行なうことができるとともに、圧接部の出口付近で定着ベルト１が周回方向に大きな曲率で移動し、記録紙が定着ベルトから良好に剥離される。ところが、定着ベルトが通紙域における押圧パッドに沿った形状から、両端部でキャップ部材６によって拘束されている形状へと急激に変化するため、長期間の使用によりこの部分で定着ベルトに破損が生じてしまう。

以上に説明した実施の形態では、押圧パッドには弾性係数の高い材料を用い、加圧ロールが押圧されたときにほとんど変形が生じないものとしているが、押圧力が小さくても十分に良好な定着が可能な場合や、目標とする耐用期間の短い装置などでは、シリコーンゴムやフッ素ゴムなどの柔軟に弾性変形が生じる材料を用いることもできる。この場合には、加圧ロールが押圧され、変形が生じたときに、通紙域では剥離に必要なベルト変形が得られ、両端部では断面形状がキャップ部材の定着ベルトとの接触面と対応し、その間の形状が滑らかに変化するように押圧パッドの形状を適宜設定するのがよい。

本願に係る発明の一実施形態である定着装置の概略正面図である。図１に示す定着装置の断面図である。図１に示す定着装置の駆動機構を示す概略構成図である。図１に示す定着装置で用いられる定着ベルトを示す拡大断面図である。図１に示す定着装置で用いられる押圧パッド及びパッド支持部材の概略図である。図１に示す定着装置で用いられる押圧パッドの通紙域から端部に向って変化する断面形状を説明する図である。図１に示す定着装置で用いられるキャップ部材を示す正面図及び側面図である。本発明の実施形態である定着装置と従来の定着装置との性能を比較する実験について説明する図である。

符号の説明

１：定着ベルト、２：加圧ロール、３：押圧パッド、４：パッド支持部材、５：電磁誘導加熱装置、５ａ：台座、５ｂ：励磁コイル、５ｃ：励磁回路、６：キャップ部材、７：モータ、８：駆動伝達機構、９：バネ、１１：第１の伝達ギア、１２：第２の伝達ギア、１３：第３の伝達ギア、１４：ベルト駆動ギア、１５：軸、２１：嵌合部、２２：フランジ、２３：軸受部

Claims

幅方向の中央部が周方向に無張力状態であって、周回移動が可能に支持された無端状の定着ベルトと、
前記定着ベルトの幅方向の両端部に嵌め合わされ、該端部の断面形状が円形となるように拘束し、該定着ベルトの周方向に回転駆動される端部駆動部材と、
前記定着ベルトを加熱する加熱装置と、
前記定着ベルトの外周面と対向するように配置され、周面付近に弾性層を備える加圧ロールと、
前記定着ベルトの内周面に当接され、該定着ベルトを介して前記加圧ロールとの間に押圧力を作用させる押圧部材とを有し、
前記定着ベルトと前記加圧ロールとの間を通過する記録媒体上の未定着トナー像を加圧・加熱して定着像とする定着装置であって、
前記定着ベルトは、前記端部駆動部材から周方向の駆動力が伝達されるものであり、
前記押圧部材の断面形状は、最大サイズの記録媒体使用時の通紙域と非通紙域である両端部とで異なるものであり、該両端部では、前記加圧ロールに押圧されたときの該押圧部材の前記定着ベルトとの接触面が、前記端部駆動部材と該定着ベルトとの接触面とほぼ同じ曲率となっていることを特徴とする定着装置。
前記押圧部材の断面形状は、最大サイズの記録媒体使用時の通紙域から両端へなめらかに連続して変化するものであることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記押圧部材の通紙域における前記定着ベルトとの接触面は、該定着ベルトの移動方向における上流部では前記加圧ロールの周面と同方向の曲率を有し、この部分は上流側から下流側に向って接触圧が増大するように設定され、下流部ではなめらかに連続して曲率が反転し、該加圧ロールの周面と逆方向の曲率を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
前記加圧ロールの弾性層は、通紙域及び非通紙域を含む前記押圧部材のほぼ全幅に押圧されるものであることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
前記押圧部材は、前記加圧ロールの弾性層より十分に弾性係数の高い材料からなることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載の定着装置。
前記押圧部材を形成する材料中に、熱伝導率の低い粒子が分散されていることを特徴とする請求項５に記載の定着装置。