JP4333518B2

JP4333518B2 - 定着装置

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Publication number: JP4333518B2
Application number: JP2004229540A
Authority: JP
Inventors: 康隆内藤; 秀明大原
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
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Filing date: 2004-08-05
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2024-08-05
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Description

本発明は、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成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及び特許文献２に開示されるものがある。これらの定着装置は、無端状となった定着ベルトの内側にガイド部材と加熱源を備えており、定着ベルトを回転が可能に支持するとともに、定着ベルトを内側から加熱するものとなっている。定着ベルトの外周面には加圧ロールが当接され、ガイド部材に押し付けることによって定着ニップが形成されている。この加圧ロールが回転駆動されることにより、定着ニップにおける摩擦力によって定着ベルトが従動回転する。そして、未定着トナー像を担持した記録媒体は上記定着ニップを通過するときに定着ベルトに当接され、ガイド部材と加圧ロールの間で加熱・加圧されてトナー像が記録媒体上に定着される。

また、特許文献３に記載の定着装置は、ほぼ無張架状態の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る。つまり、定着ベルトは周面に沿って誘導電流で発熱する導電性層を備えており、定着ベルトの外周面に対向するように励磁コイルが配置されている。この励磁コイルが誘起する変動磁界によって定着ベルトの導電性層に渦電流が誘導され、発熱するものである。また、この定着装置では、定着ベルトの中央部は周方向にほとんど張力が作用しない状態となっているが、側縁部では内周面にガイド部材が周方向に沿って当接され、定着ベルトの変形及び揺れを拘束するものとなっている。

一方、特許文献４及び特許文献５には、無張架状態の定着ベルトの側縁部から回転駆動力を付与するものが記載されている。特許文献４に記載の装置は、無端状の定着ベルト（定着フィルム）の両側縁が周面方向で凹凸を有する形状となっており、この凹部に回動受動部材が係合されている。そして、この回動受動部材に駆動力を伝達して定着ベルトを駆動するものである。また、特許文献５には、定着ベルトの側縁部に歯車状の突起設け、駆動用の歯車を噛み合わせて駆動力を付与する装置が記載されている。さらに、定着ベルトの側縁部に周方向に配列された係合孔部を有し、ロール状部材の周面に設けられた係合凸部と係合して駆動力を伝達する装置も記載されている。

特開平７−２８１４６１号公報特開２００３−２２３０６４号公報特開２００３−８４５９１号公報特開２００３−１２２１４９号公報特開平７−２８１５４９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。
上記特許文献１、特許文献２及び特許文献３に記載の定着装置では、定着ベルトの回転駆動力は、外周面に圧接される加圧ロールから摩擦力によって伝達される。そして、定着ベルトの内周面にはガイド部材が圧接されており、定着ベルトが摺動している。このため装置の使用初期には、摺動面の状態が良好で加圧ロールの回転駆動にともなって定着ベルトは問題なく従動回転するものの、装置が使用されるにつれて内部の摺動抵抗が上昇し、定着ベルトの回転速度は、加圧ロールの回転に対して遅れることがある。これは、加圧ロールとの当接面でスリップが生じることによるものであり、記録媒体上の定着画像が乱れたり、記録媒体に紙しわを発生する原因となる。

また、加圧ロールの温度が上昇すると加圧ロールの周面付近を構成する材料に熱膨張が生じ、周面長が長くなる。この加圧ロールを所定の回転数で回転駆動すると、定着ベルトの駆動速度が加圧ロールの温度によって変動する。そうすると、常に一定の速度で記録媒体が搬送される転写工程との間で速度のバランスが崩れ、画像の乱れや紙しわなどが発生する虞れがある。

また、特許文献１及び特許文献２に記載の装置では、定着ベルトの周回軌道がニップ部以外では充分に拘束されていないので、駆動時にベルトの揺れ又は周面と直角方向へベルトの振れが生じる。このようにベルトの位置が定まらないと、対向して配置された励磁コイルとの間隔が変動し、加熱温度の不均等が生じて定着画像に欠陥を生じることがある。

一方、特許文献３に記載の装置では、定着ベルトの側縁部で形状が拘束されているために、ベルトの振れ等は少ないが、定着ベルトの内周面が周方向に沿って内面ガイド部材と摺擦され摩擦が大きくなる。また、内面ガイド部材の径を大きくし、両端部で定着ベルトに内側から張力をかける場合には、摩擦力はさらに大きく作用し、より定着ベルトの回転速度が低下し易くなる。

また、特許文献４及び特許文献５に記載の装置では、定着ベルトとして使用する薄膜金属スリーブや無端ベルトに精密な加工を施す必要が生じたり、薄膜金属スリーブの端部や無端ベルトの係合孔部に応力が集中し、この部分からの破損や疲労破壊が生じるおそれがある。

本願発明は、上記にような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、無張架の状態の定着ベルトに振れや揺れを生じることなく、所定の速度で確実に駆動して良好な定着画像を得ることである。

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、前記定着ベルトを加熱する加熱装置と、前記定着ベルトの外周面に当接され、軸線回りに回転が可能に支持された加圧ロールと、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、前記定着ベルトの内側に挿通され、前記押圧部材を支持する支持部材とを有し、前記定着ベルトと前記加圧ロールとの間で形成される定着ニップ部を通過する記録媒体上の未定着トナー像を加圧・加熱して定着画像とする定着装置であって、前記定着ベルトの両側縁部には、該定着ベルトの内径にほぼ等しい外径の曲面を備えた端部拘束部材が、該定着ベルトの内側に嵌め合わされ、前記定着ベルトは、両側縁付近の周方向の形状が円形に保持され、前記端部拘束部材は、前記支持部材の両端部を中心軸として、この中心軸回りに回転が可能に装着され、前記端部拘束部材に回転駆動力を伝達する駆動装置が設けられている定着装置を提供する。

この定着装置では、定着ベルトの両端部の断面形状が円形に保持され、ベルトの回転運動の軌跡が一定となる。このため、定着ベルトが周面と直角方向に振れるのが防止され、安定した状態で駆動される。これにより周面に対向して電磁誘導加熱装置を設けた場合においても、周面と一定の間隔が保持されて均一な加熱が行われる。また、定着ニップ部の手前で未定着トナー像を担持した記録媒体に接触してトナー像を乱したり、画像が荒れた状態になるのを防止することができる。

また、この定着装置では、端部拘束部材が定着ベルトと一体となり、支持部材の端部を中心軸として回転する。したがって、定着ベルトの周回駆動が円滑に安定した状態で行われる。また、支持部材の端部と端部拘束部材との間には、軸受け等を設けることもでき、この部分の摩擦抵抗を極めて小さくすることが可能となる。
さらに、定着ベルトの内側の空間が閉じた状態となるので、内側にある押圧部材と定着ベルトとの間に液状の潤滑剤が用いられていても、これが外部に漏れだすこともない。

また、この装置では、端部拘束部材が回転駆動されるため、この端部拘束部材を介して定着ベルトを常に一定の速度で回転駆動することができる。したがってトナー像が乱れたり、紙しわが発生するのが回避される。また、上記のように端部拘束部材を介して定着ベルトに駆動力を伝達するとともに、定着ベルトの外周面に当接した加圧ロールからも定着ベルトに駆動力を伝達することもできる。このような構造とすることにより、押圧部材と定着ベルトとの間に摩擦力が作用しても、確実に定着ベルトを一定の速度で駆動することが可能となる。

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、前記定着ベルトは周面に沿って導電性層を有するものであり、前記加熱装置は、前記定着ベルトの周面と対向するように配置され、前記導電性層に渦電流を発生させて加熱するものであり、該加熱装置は、前記定着ベルトを支持する中心軸に装着された位置決め部材によって配置位置が規制されているものとする。

この定着装置では、加熱装置の位置が中心軸に対して規制されるので、同じ中心軸回りに回転する定着ベルトと常に一定の間隔が保持される。したがって、定着ベルトを回転駆動した状態で、該定着ベルトの導電性層を誘導電流によって急速に加熱したときに加熱温度のむらは生じにくく、均一な加熱が可能となる。これにより定着されたトナー像は、光沢のむらやオフセット等がない良好な画像となる。

以上説明したように、本願発明の定着装置では、幅方向の中央部で周方向の張力が導入されず無張架の状態となっているが、周方向の軌道が一定となって安定した駆動が行われる。また、端部拘束部材を介して定着ベルトを駆動することができ、定着ベルトを正確に一定の速度で駆動し、定着ベルトと加圧ロールとの間に挿通される記録媒体上のトナー像を乱すことも回避される。

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及び図３は同じ定着装置の横断面図、図４は縦断面図である。
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、定着ベルト１の駆動に従動して回転する加圧ロール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エンドキャップ部材（端部拘束部材）６とを備えている。

上記定着ベルト１は、図５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のプライマー層や発熱層の保護層等を設けてもよい。
基層１aとしては、例えば厚さ１０〜１５０μｍ、さらに好ましくは厚さ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のポリイミド樹脂からなるシート状部材が使用されている。

上記導電性層１ｂは、電磁誘導加熱装置５が誘起する磁界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程度の厚さ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１０μｍ程度の銅が使用されている。
弾性層１ｃは、厚さが１０〜５００μｍ、さらに好ましくは５０〜５００μｍで、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２００μｍ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、直接に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１ｄ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８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（図示しない）とを備えている。この加圧ロール２は、定着ベルト１の回転に従動して回転運動を行うものとなっている。本実施例では、加圧ロール２は、定着ベルト１を介して総荷重２９４Ｎ（３０ｋｇｆ）で押圧パッド３に付勢されている。

上記押圧パッド３は、シリコーンゴム・フッ素ゴム等の弾性材料や、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルサルフォン(PES)や液晶ポリマー(LCP)などの耐熱性樹脂などで形成される。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よりやや広い領域にわたって設けられている。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の定着ベルト１との接触面の断面形状は、定着装置に求められる用紙剥離性能や定着性能により任意に設定することができる。本実施例では、エンドキャップ部材６によって形状が拘束された定着ベルト１とほぼ同じ曲率を持つ曲面となっているが、より剥離性能や定着性能を高めるために接触面内で曲率、すなわち断面形状が変化するものであってもよい。このように押圧パッドの断面形状に特徴を持たせているような定着装置については、幅方向の通紙域においてはベルトの断面形状が円形に保たれていない。しかし、押圧パッドの両端から定着ベルトの両端部のエンドキャップ部材が嵌合する部分までの距離を充分に長くとることにより、定着ベルトは通紙域の形状から両端部の形状に滑らかに変形し、定着ベルトの両側縁部ではベルトの断面形状が円形に保たれる。そして、周方向への駆動力が付与されることにより、座屈などが生じることなく、一定の軌跡を描いて回転ムラなく回転運動をする。

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い。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潤滑剤として塗布してもよい。これにより、定着ベルト１と押圧パッド３との間の摩擦抵抗が小さくなり、定着ベルト１は滑らかに回転するようになる。

上記パッド支持部材４は、図６に示すように、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４ａが突き出した形状となっている。この軸部４ａが定着装置のフレーム９に固定支持され、この軸部４ａの軸線回りに回転可能となるように軸受け１０を介してエンドキャップ部材６が支持されている。このパッド支持部材４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、このパッド支持部材４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たわ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ものを選択する。例えば、ガラス繊維入り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樹脂、耐熱ガラス、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。

上記エンドキャップ部材６は、図３、図６及び図７に示すように、定着ベルト１の両側縁部内側に挿入されるほぼ円筒状の嵌合部６ａと、嵌合部６ａより径が拡大されて半径方向に張り出し、回転駆動力が伝達されるギヤ部６ｂとを有し、中心部にはパッド支持部材４の軸部４ａに対して回転可能に結合される軸受け１０が取り付けられている。そして、通紙域側の面６ｃがパッド支持部材４の端面４ｂと近接対向するように支持されている。

上記嵌合部６ａは、定着ベルト１の両側縁部内側に嵌め入れられ、該定着ベルト１の側縁部の断面形状が円形となるように拘束するものである。定着ベルト１とエンドキャップ部材の嵌合部６ａとは、これらの間に接着剤を塗布したり、定着ベルト１の内径よりも嵌合部６ａの外径をやや大きく形成しておき、嵌め合わせることによって固定することができる。また、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）で締め付けることで、定着ベルト１を嵌合部６ａに密着させてエンドキャップ部材６に固定してもよい。このように固定することによって、ギア部６ｂに回転駆動力が伝達されるとエンドキャップ部材６から定着ベルト１に回転駆動力が伝達され、ともに回転駆動されるものとなる。

上記エンドキャップ部材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。

上記エンドキャップ部材６には、上記嵌合部６ａの周面と中心軸が一致するように軸受け１０が固着されており、この軸受け１０を介してパッド支持部材４の端部に設けられた軸部４ａに回動可能に支持される。パッド支持部材４に取り付けられた押圧パッド３は、定着ベルト１の内周面に当接される面が前記嵌合部６ａを延長した仮想曲面とほぼ一致するように形成されており、エンドキャップ部材６の回転により定着ベルト１を駆動したときに、定着ベルト１はほとんど変形することなくパッド支持部材の軸部４ａを中心として円滑に回転するものとなっている。また、定着ベルト１の幅方向における中央部では、押圧パッド３以外には定着ベルト１と接触する部材がなく、熱の散逸が小さく抑えられるとともに、ほぼ円筒曲面となった定着ベルト自身の剛性によって形状が維持される。

なお、上記パッド支持部材４は、加圧ロール２との間にかかる荷重により湾曲するようにたわみが生じるため、このたわみを補うように押圧パッド３の定着ベルト１との接触面を、定着ベルト１の幅方向に凸状に設定しておく。すなわち、パッド支持部材４がたわんだ状態で、押圧パッド３と定着ベルト１の内面とが接触する面、及び加圧ロール２と定着ベルト１の外周面とが接触する面が、ほぼ一直線になるような形状の補正を押圧パッド３に施しておくのが望ましい。これにより、定着ベルト１の回転中心軸がほぼ一直線となり、より円滑な駆動及び均一な加圧が可能となる。

上記エンドキャップ部材６のギア部６ｂには、駆動ギア２１が噛み合わされており、この駆動ギア２１が駆動力伝達ギア２２，２３を介し、減速機構を備えるモータ２４によって駆動されるものとなっている。上記エンドキャップ部材６に駆動力を伝達する機構は、上記のようにエンドキャップ部材６にギア部６ｂを設けて駆動力を伝達する機構の他、ベルト又はチェーン等によってエンドキャップ部材を回転駆動するものであってもよい。

なお、上記実施形態では、定着ベルト１のみを外部からの駆動手段で直接駆動する形態となっているが、加圧ロール２にも外部からの駆動力を作用させ、定着ベルト１と加圧ロール２との両方を駆動する方式としてもよく、この場合は、両者の速度に差が生じた場合などには、どちらか一方の駆動力を遮断し、どちらか一方の速度に倣うような機構を設けることが好ましい。

上記電磁誘導加熱装置５は、図２に示すように、定着ベルト１に対応する曲面を備えた台座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とを有するものである。上記励磁コイル５ｂ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。上記台座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、液晶ポリマ樹脂などを用いることができる。

上記励磁コイル５ｂは、円筒状となっている定着ベルト１と一定の間隔で対向するように、定着ベルトとの対向面がほぼ円筒曲面となっている。そして、この円筒曲面の中心軸線を定着ベルト１の回転の中心軸と一致させるために、定着ベルト１の中心軸を設定している軸部４ａにコイル位置決め部材７を支持させ、このコイル位置決め部材７を介して励磁コイル５ｂの位置が設定されている。すなわち図６に示すようにコイル位置決め部材７は、中心に貫通孔を有する円盤形状をしており、その内径はパッド支持部材の軸部４ａにぴったりと嵌合されるものとなっている。またコイル位置決め部材７の外径は、その外周縁に台座５ａ又は励磁コイル５ｂを当接して励磁コイル５ｂの位置を設定するようになっている。このように、励磁コイル５ｂの円筒曲面と定着ベルトの曲面との中心軸を一致させることによって励磁コイル５ｂと定着ベルト１の周面との間隔が常に正確に維持される。

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、定着ベルト１を駆動するためのモータ２４及び電磁誘導加熱装置５に電力が供給される。そして、定着ベルト１が回転駆動されて、加圧ロール２が回転する。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、両端部ではエンドキャップ部材の嵌合部６ａが嵌め合わされて接触しているが、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する。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、エンドキャップ部材のギア部６ｂを介して両側縁部から駆動力が伝達され、パッド支持部材の両端の軸部４ａを回転中心として、スリップ等を生じることなく所定の速度で円滑に周回駆動される。このため、押圧パッド３と定着ベルト１の内周面との摩擦力が長期間の使用で大きくなっても、定着ベルト１の回転は所定の速度を確実に維持することができる。

一方、定着ベルト１は一定の軌道で駆動され、周面と直角方向に振れが生じたり、無端状となった定着ベルト１の定着ニップ部以外の部分が大きく揺れるようなこともない。そして、励磁コイル５ｂは、定着ベルト１を支持するエンドキャップ部材６と同心軸上に支持されたコイル位置決め部材７によって位置が規制されているので、定着ベルト１との距離が一定に保たれ、均一な加熱が行われる。

定着ベルトの導電性層１ｂと励磁コイル５ｂとの距離は、加熱を適切な温度に、且つ一様に行うために非常に重要な要素となる。この距離が遠すぎると、励磁コイルと定着ベルト５ｂの導電性層１ｂとの結合が弱くなり、加熱の効率が落ちてしまい、ウォーム・アップ・タイムが長くなる。また、連続して画像形成をおこなう時の定着ベルトの温度低下が大きくなり定着不良を起こしたり、最悪の場合は高周波電流の発振ができなくなってしまう。逆に近すぎると、定着ベルトの表面層１ｄと励磁コイル５ｂ（又は励磁コイルカバーなど）とが接触してしまう可能性が生じ、定着ベルト表面に傷が付くことにより、定着画像上に傷が発生してしまう。また、回転時に定着ベルト１が振れると、励磁コイル５ｂと定着ベルトの導電性層１ｂとの距離が変化してしまうため、回転方向の温度ムラが生じてしまい、定着画像上には光沢のムラとして現れてしまう。さらに、回転軸方向で励磁コイル５ｂと定着ベルトの導電性層１ｂとの距離が異なっていると、距離が近い側の定着ベルトの温度が高くなってしまい、距離が近い側でのトナーが溶けすぎたことによるホットオフセットや、逆に距離が遠い側でのトナーが溶けないことによる画像の発色不良やコールドオフセットが発生しやすくなる。

この定着装置では、励磁コイル１ｂと定着ベルトの導電性層１ｂとの距離はコイル位置決め部材７によって正確に設定され、定着ベルト１は一定の軌道で安定して駆動されるため、双方の間隔は常に一定に維持され、軸方向にも一定の距離が保たれる。このため、定着ベルト１は所定の温度まで正確に加熱され、且つ周方向及び幅方向にほぼ均一に加熱される。

定着ベルト１が上記のように均一に所定の温度に加熱された状態で、未定着トナー像を担持した記録紙Ｐが、定着ベルト１と加圧ロール２とが接する定着ニップ部に送り込まれる。通紙域における定着ニップ部内では、記録紙Ｐ及びトナー像Ｔは加熱・加圧され、トナー像Ｔが記録紙Ｐ上に定着される。このとき定着ベルト１はトナー像の定着に適切な温度に均一に加熱されており、光沢ムラやオフセットなどの障害が防止され、良好なトナー像の定着が行われる。

また、加圧ロール２は定着ベルト１の回転に従動して回転運動を行うため、加圧ロール２の外径が温度により変化しても、定着ニップ部を通過する記録紙Ｐは一定の速度で駆動される定着ベルト１の周回速度に倣うため、転写工程との速度の不均衡が生じることはなく、紙しわや像乱れなどが発生しない。

次に、本発明の実施の形態である定着装置について行った実験及び測定の結果について簡単に説明する。
本実施形態の定着装置において、光沢の高いコート紙上にカラー画像を転写して定着させた画像を観察したところ、画像上の光沢ムラは検出できなかった。そして、定着動作時の定着ベルトの表面温度を幅方向の中央部で連続的に測定したところ、図８に示すような結果となった。すなわち、本発明の定着装置においては、定着ベルトが周回移動するときの温度の振れ、つまり温度のムラは約４℃であった。従来の定着装置で、定着ベルトに振れが生じているときには10℃程度の温度差が生じることがあり、大幅に改善されていることがわかる。

一方、定着ベルト１の表面温度の幅方向における分布を測定したところ、図９に示すように本発明の定着装置では、通紙領域で定着ベルトの幅方向にほぼ均等な分布となっていた。従来の定着装置で、励磁コイルの設定が充分正確に行われていないと、定着画像の一方の側部と他方の側部とで画像の光沢が相違することがあり、定着ベルトの温度を測定すると、図９中に破線で示すように定着画像の光沢が高かった側では、定着ベルトの表面温度が、反対側よりも約10℃高いことが判った。
本願発明の実施形態である定着装置では、励磁コイルの設定が正確に行われるので、上記のような定着ベルトの表面温度の差が生じることはなく、均等な光沢の画像が得られている。

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Ａ−Ａ線での断面図である。図１に示すＢ−Ｂ線での断面図である。図１に示す定着装置の定着ベルト及び加圧ロールの軸線方向の断面図である。図１に示す定着装置で用いられる定着ベルトの拡大断面図である。図１に示す定着装置で用いられるパッド支持部材、押圧パッド、エンドキャップ部材及びコイル位置決め部材を示す分解斜視図である。図１に示す定着装置で用いられるエンドキャップ部材の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における定着ベルトの周方向の温度分布を示す図である。本発明の実施形態である定着装置における定着ベルトの幅方向の温度分布を示す図である。

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、４ａ：軸部、
５：電磁誘導加熱装置、５ａ：台座、５ｂ：励磁コイル、５ｃ：励磁回路
６：エンドキャップ部材、６ａ：嵌合部、６ｂ：ギヤ部、
７：コイル位置決め部材、８：バネ、９：定着装置のフレーム、１０：軸受け、
２１：駆動ギア、２２，２３：駆動力伝達ギア、２４：モータ、

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、
前記定着ベルトを加熱する加熱装置と、
前記定着ベルトの外周面に当接され、軸線回りに回転が可能に支持された加圧ロールと、
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、
前記定着ベルトの内側に挿通され、前記押圧部材を支持する支持部材とを有し、
前記定着ベルトと前記加圧ロールとの間で形成される定着ニップ部を通過する記録媒体上の未定着トナー像を加圧・加熱して定着画像とする定着装置であって、
前記定着ベルトの両側縁部には、該定着ベルトの内径にほぼ等しい外径の曲面を備えた端部拘束部材が、該定着ベルトの内側に嵌め合わされ、前記定着ベルトは、両側縁付近の周方向の形状が円形に保持され、
前記端部拘束部材は、前記支持部材の両端部を中心軸として、この中心軸回りに回転が可能に装着され、
前記端部拘束部材に回転駆動力を伝達する駆動装置が設けられていることを特徴とする定着装置。
前記定着ベルトは周面に沿って導電性層を有するものであり、
前記加熱装置は、前記定着ベルトの周面と対向するように配置され、前記導電性層に渦電流を発生させて加熱するものであり、
該加熱装置は、前記定着ベルトを支持する中心軸に装着された位置決め部材によって配置位置が規制されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。