JP4869440B2

JP4869440B2 - 定着装置

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Publication number: JP4869440B2
Application number: JP2011057462A
Authority: JP
Inventors: 登大石; 達穂吉田; 雅人酒井; 茂角田
Original assignee: 株式会社沖データ
Priority date: 2004-02-25
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2025-01-13
Also published as: JP2011118440A

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像情報記録装置において、未定着画像を加熱及び定着させるための定着装置に関し、特に加熱ローラに対して無端ベルトを圧接配置し、加熱ローラと無端ベルトの間に形成された接触ニップ域に記録媒体を通過させる、所謂ベルトニップ方式の定着装置の改良に関する。

従来の画像形成装置における定着装置としては、一般的に、例えば熱源を内蔵する加熱ローラと、その加熱ローラに圧接して従動回転する加圧ローラとから構成され、それらローラ間に形成された接触ニップ域に、未定着トナー像が担持された記録媒体を通過させることでトナー像を記録媒体に定着させる熱ローラ式の定着装置が知られている。

しかし、熱ローラ式の定着装置は、トナーを定着させるためにはある程度の熱量が必要であるため、例えばカラー画像形成装置へ適用する場合には、記録媒体上の多層のトナーを定着させるためにはモノクロ画像を定着させるよりも多くの熱量が必要となるという問題があった。

また、熱ローラ式の定着装置は、高速の画像形成装置に適用する場合には、高速でトナーを記録媒体上に定着させるためには、低速でトナーを記録媒体上に定着させる場合よりも単位時間あたりにより多くの熱量が必要になるという問題があった。

トナーを記録媒体上に定着させるために与えられる熱量は、接触ニップ域における次の（ａ）〜（ｃ）の要素によって決定される。
（ａ）熱源の仕事率（ワッテージ＝熱量／時間）
（ｂ）ニップ幅（接触ニップ域の記録媒体搬送方向寸法）
（ｃ）圧接時間

つまり、トナーに与えられる熱量を増加させるためには、熱源のワッテージを増加させるか、ニップ幅を増加させるか、あるいは、圧接時間を増加させることが求められる。また、高速でトナーを定着させる場合には、圧接時間が減る分を、熱源のワッテージを増加させることあるいはニップ幅を増加させることで補完する必要がある。これら両要素の内、ワッテージ増加については、構成部材の耐熱性や消費エネルギー量の観点から限界があるため、高速でトナーを定着させる場合には、ニップ幅を如何に増加させるかが重要となる。そして、ニップ幅を増加させる方式としては、ベルトを用いたベルトニップ方式の定着装置が提案されている。

従来のベルトニップ方式の定着装置として、例えば、図２９に示すような定着装置が知られている。図２９では、熱源を有する回転可能な加熱ローラ１０１と、加熱ローラ１０１に圧接することで加熱ローラ１０１に従動して回転する無端ベルト１０２と、無端ベルト１０２を内側から張架しつつ付勢部材１０４で加熱ローラ１０１側に押圧する加圧ローラ１０３と、無端ベルト１０２を内側から張架しつつ斜行調整を行うステアリングローラ１０５と、無端ベルト１０２を内側から張架しつつ記録媒体Ｐの搬送方向と逆方向に付勢部材１０７で付勢する支持ローラ１０６と、無端ベルト１０２を内側から付勢部材１０９で加熱ローラ１０１側に押圧する圧力パッド１０８とを備え、無端ベルト１０２を内側から加圧ローラ１０３と圧力パッド１０８で加熱ローラ１０１側に押圧することで領域を拡大してニップ幅を増大させている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−２９７９号公報特開平１１―４５０２５号公報

しかし、上記した定着装置では、無端ベルトが加圧ローラとステアリングローラと支持ローラにより張架されているため、各ローラおよび圧力パッドを内側に配置させて各ローラ間を張架させるために必要な長さに無端ベルトの長さを延伸させる必要があり、その結果、無端ベルトにおけるニップ幅以外の領域の面積（放熱面積）も増大して熱が逃げやすくなる。言い換えれば冷めやすくなる。すると、加熱ローラの表面から無端ベルトに伝導される熱も逃げやすくなるため、加熱ローラで発熱される熱の損失量が多くなってウォーミングアップ時間が多く必要であるという問題点がある。本発明では以下に示す手段によりこれらの問題点を解決し、安価で信頼性が高い定着装置を提案するものである。

上記した課題を解決するために、本発明の定着装置は、現像剤像が形成された記録媒体を搬送すると共に、前記現像剤像を加熱して記録媒体上に定着を行なう定着装置において、前記現像剤像を加熱する加熱部材と、前記加熱部材との間に前記記録媒体を挟持する無端ベルトであり、前記加熱部材が回転駆動されると、前記記録媒体を搬送するように走行する無端ベルトと、前記無端ベルトの内側に設けられ、該無端ベルトを前記加熱部材に対して加圧しつつ回転する加圧ローラと、前記無端ベルトの内側で前記加圧ローラに並設され、弾性を有して前記無端ベルトに圧接する加圧面を有し、前記加熱部材に対して前記無端ベルトを加圧する加圧パッドと、前記無端ベルトの内側で、該無端ベルトの内面を緩やかに保持しながらガイドするベルトガイド部材とを備え、前記加圧面は、シリコーン系ゴム材料に、少なくともエポキシ変性シリコーン及びアミノシランを添加した弾性基材に、グラファイト、四フッ化エチレン、ポリテトラフルオロエチレンの粉体及び二硫化モリブデンのいずれかである固体潤滑剤を添加してなる。

本発明では、ニップ幅を広げても無端ベルトの長さの増加を抑制でき、無端ベルトとベルトガイド間は空気層であることから熱抵抗が大きく熱の損失量が少なくなってウォーミングアップ時間を短くできる。

無端ベルトの内側に加圧ローラを従動可能に設置したことにより、定着時に用紙を搬送する無端ベルトの回動が円滑になる。また、無端ベルトを緩やかに保持することで、無端ベルトには余分な張力がかからないので、加圧ローラ及び加圧部材に対する負荷が軽い。したがって、無端ベルトと加圧ローラ間の摺動性や、無端ベルトと加圧部材間での摺動性を維持することができる。

また、加圧面を、シリコーン系ゴム材料に少なくともエポキシ変性シリコーン及びアミノシランを添加した弾性基材に、グラファイト、四フッ化エチレン、ポリテトラフルオロエチレンの粉体及び二硫化モリブデンのいずれかである固体潤滑材を添加したものとすることにより、コーティングの引き裂き強度と接着力を増加させると共に、摺動性を得ることができ、その結果、連続印刷における信頼性が高く、良好な定着性を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係わる定着装置の概略構成を示す分解組立図である。図１の定着装置の概略構成を示す断面図である。図１の定着装置の圧力パッドを示す斜視図である。図１の定着装置の加圧ローラを示す斜視図である。（ａ）と（ｂ）は加圧ローラで加熱ローラの弾性層を変形させることで記録媒体Ｐの離型性能を高められることを示す図である。図１の定着装置の正面図である。本発明の実施の形態２に係わる定着装置における圧力パッドの斜視図である。本発明の実施の形態２に係わる定着装置における加圧ローラの斜視図である。本発明の実施の形態３に係わる圧力パッドおよび弾性体を示す斜視図である。本発明の実施の形態４に係わる定着装置の概略構成を示す断面図である。図１０の圧力パッド部分の概略構成を示す分解組立図である。本発明の実施の形態５に係わる定着装置の概略構成を示す断面図である。図１２の圧力パッド部分の概略構成を示す分解組立図である。本発明の実施の形態６に係わる定着装置の正面図である。本発明の実施の形態７に係わるベルトガイドの概略構成を示す斜視図である。実施の形態８によるベルト定着装置の構成を示す断面図である。実施の形態８による加圧パッドの形状の説明図である。ニップ幅方向での押圧力分布を示すものである。実施の形態９を示す断面図である。実施の形態９に係わる加圧ローラ７と加圧パッドの位置関係を示す。実施の形態１０を示す断面図である。実施の形態１０に係わる加圧ローラ７と加圧パッドの長手方向の位置関係を示す。実施の形態１１に係わる加圧パッドの摺動面の粗さと、摩擦係数との相関を調べた結果を示す。実施の形態１２に係わる連続印刷試験での負荷トルク変化を示す。実施の形態１３に係わる加圧パッド上の弾性体とベルトの幅方向における端部の位置関係を示す。加圧パッド上の弾性体とベルトの幅方向における端部の位置関係を示す。加圧パッド上の弾性体とベルトの幅方向における端部の位置関係を示す。実施の形態１３に係わる加圧パッドの長手方向の端部におけるコーティング面と、ベルトとの一関係を示す。従来のベルトニップ方式の定着装置を示す図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係わる定着装置は、現像剤像が形成された記録媒体を搬送すると共に加熱して現像剤像の定着を行うものである。

図１は、本発明の実施の形態１に係わる定着装置の概略構成を示す分解組立図であり、図２は、図１の定着装置の概略構成を示す断面図である。

図１および図２において、加熱ローラ１は、熱源を有して回転可能であり、接触ニップ域ｎで熱をトナーＴに与え、トナーＴを記録媒体Ｐに定着させる。駆動手段Ｍは、加熱ローラ１を回転駆動する。加熱ローラ１は、回転駆動されて記録用紙等の記録媒体を搬送すると共に例えばハロゲンランプ等の熱源を有して加熱する円筒形状の加熱部材である。

加熱ローラ１の構造としては、内側から順に、まずハロゲンランプ等の加熱源であるヒータＨがあり、その外側にアルミニウム、鉄等の高い熱伝導性を有する金属層８３があって、さらにその外側にシリコーンゴム等の弾性層８２が形成され、最外層にはパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（以下、ＰＦＡと記載）等の離型性の高い樹脂のチューブ８１が被せられる。加熱ローラ１の寸法としては、例えば、長手方向の寸法を３５０ｍｍで外径を２８ｍｍとした場合で、金属層８３の厚みは長手方向の中央部がほとんど撓まないように１．５ｍｍとし、弾性層８２の厚みは１．２ｍｍとする。

弾性層８２は、弾性変形することで、記録媒体Ｐの表面の凹凸による段差と、カラー画像であればトナーＴが多層のため生じる段差に対し、ローラ表面を追従させて、定着ムラの無い良好な定着を行えるようにする。また、加熱ローラ１は、モータ等の駆動手段Ｍにより駆動され、無端状のベルト２を従動回転する。

ベルト２は、加熱ローラ１に圧接されて走行する。ベルト２は、剛性と耐熱性を要するため、材質はニッケル、ステンレス等の金属又は耐熱性樹脂であるポリイミド（以下、ＰＩと記載）をベースとし、柔軟性を得るため薄く形成される。例えば金属の場合は、その厚みは３０〜５０μｍ程度であり、ＰＩの場合は５０〜１００μｍ程度である。また、両面印刷時において記録媒体Ｐの定着後のトナー面がベルト２に圧接されたときの記録媒体Ｐとの分離性を高めるため、表面（加熱ローラ１側）にＰＦＡ等の離型性の高い樹脂がコーティングされている。ベルト２は、加熱ローラ１に圧接し、加熱ローラ１に従動して回転する。

ベルトガイド３Ａの周囲長は、ベルト２の内側の周囲長よりも短く選定してある。したがって、ベルトガイド３Ａは、ベルト２に張力をかけずに、ベルト２の内側でベルト２を緩やかに保持する。これにより、ベルト２の走行軌道が安定するようにガイドすると共に、ベルト２に張力をかけずに緩やかに保持できるように、加圧ローラ１と後述する圧力パッド６（加圧部材）を収容する。また、ベルトガイド３Ａは、少なくとも圧力パッド６については支持する部材である。また、ベルトガイド３Ａは、後述する圧力パッド６および加圧ローラ７を各々収容するために、溝３１と溝３２が設けられている。

ベルトガイド３Ａは、熱に強い耐熱性、摩擦を抑制できる耐摩耗性を要するため、ポリフェニルサルファイド（以下、ＰＰＳと記載）等の樹脂材料で形成され、ベルト２の形状を略円筒形に保つためのガイド部材であり、ベルト２と接する部分はあるが、密着はしない構造であり、摩擦が生じない程度のクリアランスを持たせることでベルト２を緩やかに保持している。

圧力パッドホルダ４は、ベルトガイド３Ａに設けられた溝３１に収容され、圧力パッド６と、圧力パッド６を加熱ローラ１側に押圧する付勢部材５を支持する。

付勢部材５は、例えばバネ（スプリング）等の弾性体である。図１、図２に示すように、加熱ローラ１の軸方向に一定の圧力を加えるため、圧力パッド６の端から端までの等間隔に複数の付勢部材５が配置される。付勢部材５は、２個、４個、６個等の偶数でも、３個、５個、７個等の奇数でもよく、本実施形態では均等な加圧力を圧力パッド６に加える。

圧力パッド６は、ベルト２の内側であって、後述する加圧ローラ７よりも、記録媒体の搬送方向における上流側に、加圧ローラ７と長手方向が平行に並ぶように配置されて設けられる。圧力パッド６は、ベルト２を加熱ローラ１の方向に加圧ローラ７と共に加圧する。本実施の形態では少なくとも１枚の板状部材を曲げ加工することにより形成され、ベルト２を加圧する側の板状部分が、加圧ローラ７側に加熱ローラ１の表面に沿うように曲げられ、圧力パッド６を加熱ローラ１の方向に加圧する付勢部材５によりベルトガイド３Ａに支持される。

図３は、本実施形態の圧力パッド６の斜視図であり、図３に示すとおり、本実施の形態では、圧力パッド６におけるベルト２との圧接面６２の形状は、少なくとも長手方向には平面であり、中央部分の６２ｃと両端部６２ｅ１，６２ｅ２の間の高さ寸法には相違はない。

圧力パッド６の寸法は、例えば、長手方向の寸法Ｌ１が３５０ｍｍで、板の厚みｔ１は１ｍｍ〜２ｍｍであり、加圧ローラ７にできるだけ近づきつつも接触しないようにするためその加圧ローラ７側の先端６１が薄くなるように形成される。また、ベルト２への押圧による塑性変形を防ぐため、圧力パッド６の材質は、鉄、ステンレス（以下、ＳＵＳと記載）等が用いられる。

図３に示した圧力パッド６の下端部６３は、図１、図２に示した付勢部材５によって加熱ローラ１側に付勢され、ベルト２を加熱ローラ１側に押圧する。ベルト２と圧力パッド６は摺動する。また、例えば、摺動摩擦を抑制するために圧力パッド６の表面に摺動性の高いポリテトラフルオロエチレン（登録商標：テフロン）のシート等を張ってもよい。圧力パッド６は、加圧ローラ７と共に接触ニップ域ｎを確実に広げると共に、定着に適切な圧力を与える。

圧力パッド６は、例えば、上記した材質の板状部材を折り曲げるか、あるいは、ブロック状部材を削って形成できるが、ベルト２を加圧する側の部分は、加圧ローラ７側に加熱ローラ１の表面に沿うように形成されるため、板状部材を折り曲げて形成する方が好ましい。

加圧ローラ７は、ベルト２の内側に設けられ、ベルト２を加熱ローラ１の方向に加圧しつつ従動回転する。

図４は、本実施形態の加圧ローラ７の斜視図である。本実施形態の加圧ローラ７は、撓まない程度の強度を要するため、鉄等を芯金７２とし、ベルト２から逃げ出す熱量をおさえるため、断熱部材であるゴム及びスポンジである断熱層７１を持ち、図４に示すように円筒の形状である。加圧ローラ７の寸法は、例えば長手方向の寸法Ｌ１が３５０ｍｍで、外径Ｄ１が２２ｍｍ、芯金７２の金属層の厚みは１．５ｍｍ、ゴム等の断熱層は０．５ｍｍ〜１ｍｍである。加圧ローラ７は、長手方向の端部を図１に示すベアリング１２で受け止められる。ベアリング１２には、ボールベアリング等の摩擦係数の少ないものが用いられる。

加圧ローラ７は、加熱ローラ１の弾性層８２よりも硬度の高い弾性部材もしくは金属で構成され、圧力パッド６との間で加熱ローラ１と対向する部分に接触ニップ域ｎを形成し、加熱ローラ１の弾性層８２を、径方向内側に弾性変形させることで、記録媒体Ｐの搬送方向と、接触ニップ域ｎの出口の加熱ローラ１接線方向の角度を広げ、離型性能を高める。

図５（ａ）、（ｂ）は、加圧ローラ７で加熱ローラ１の弾性層８２を変形させることで記録媒体Ｐの離型性能を高められることを示す図である。図５（ａ）は、加圧ローラ７が加熱ローラ１を弾性変形させない場合の、記録媒体Ｐの搬送方向と接触ニップ域ｎの出口における加熱ローラ１の接線方向の角度θ１を示し、図５（ｂ）は、加圧ローラ７が加熱ローラ１を押圧して弾性変形させた場合の、記録媒体Ｐの搬送方向と接触ニップ域ｎの出口における加熱ローラ１の接線方向の角度θ２を示す。ここで、θ１＜θ２であり、加熱ローラ１を弾性変形させた方が、より離型性能が高まる。

図１に示されるフランジ８は、ベルト２の軸方向の斜行を規制するものである。フランジ８は、バネ（スプリング）等の弾性部材である付勢部材９により、加熱ローラ１側に付勢される。付勢部材９がフランジ８を加熱ローラ側に付勢する力は、例えば１５ｋｇ重である。また、フランジ８は、ベルトガイド３Ａ及び、圧力パットホルダ４及び、ベアリング１２を支持しており、付勢部材９により、付勢されているので、ベルトガイド３Ａ及び、圧力パッドホルダ４と共に圧力パッド６及び、ベアリング１２と共に加圧ローラ７も、加熱ローラ１側に付勢される。

以下に、上記した本実施形態の定着装置の動作を説明する。

まず、ヒータＨを発熱させ、加熱ローラ１を加熱すると共に加熱ローラ１を駆動手段Ｍで回転させ、ベルト２及び加圧ローラ７を従動回転させる。

加熱ローラ１の表面温度は、図示しない温度検出手段により検出され、図示しない温度コントローラにより、所定の温度に保たれている。加熱ローラ１の表面温度が所定の温度に到達した時点で、記録媒体Ｐを接触ニップ域ｎに移動させ、接触ニップ域ｎにてトナーＴを記録媒体Ｐに定着させる。

接触ニップ域ｎ内において、加熱ローラ１の弾性層８２は、弾性変形することで、記録媒体Ｐの表面の凹凸による段差と、カラー画像で有ればトナーＴが多層のため生じる段差に対し、ローラ表面を追従させて、定着ムラのない良好な定着を行えるようにする。

加熱ローラ１と圧力パッド６に押圧される部分の接触ニップ域ｎでは、主に加熱ローラ１の表面の熱によりトナーＴが溶解する。加熱ローラ１と加圧ローラ７により押圧される部分の接触ニップ域ｎでは、溶解したトナーＴを記録媒体Ｐに浸透させる。溶解したトナーＴを記録媒体Ｐにより浸透させるため、加熱ローラ１と加圧ローラ７に押圧される部分の接触ニップ域ｎの圧力は、加熱ローラ１と圧力パッド６に押圧される部分の接触ニップ域ｎよりも高い方が好ましい。

加圧ローラ７は、図５（ｂ）に示したように加熱ローラ１の弾性層８２を、径方向内側に弾性変形させることで、記録媒体Ｐの搬送方向と接触ニップ域ｎの出口における加熱ローラ１接線方向との角度を広げ、離型性能を高めている。これにより定着後の記録媒体Ｐは、加熱ローラ１から容易に分離される。

従来の定着装置では、上記したように、ベルトの放熱面積が大きく熱の損失量が多く摺動摩擦も大きかったので、ウォーミングアップ時間が多く必要であり、駆動電力や発熱電力が増大し、定着装置が大型化していたが、本実施形態では、上記構成によりニップ幅を広げてもベルトの長さの増加が少なく、ベルトは緩やかに保持されるため熱抵抗が大きく熱の損失量が少なくなってウォーミングアップ時間が短くなる。

また、本実施形態では、ベルトガイドに加圧ローラと圧力パッドが収容され、圧力パッドはベルトガイドにより支持されるので、摺動摩擦を必要以上に増大させず、定着装置を小型化させることができるので熱の損失量をさらに減少させることができ、ウォーミングアップ時間をさらに短くすることができる。

実施の形態２．
上記した実施の形態１の定着装置では、加熱ローラ１の金属層８３は撓まない程度の厚みを有し、圧力パッド６の長手方向（加熱ローラに平行の方向）に伸びる形状は、ベルト２との圧接面は図３に示すとおり平面であり、加圧ローラ７は図４に示すように円筒の形状である。ここで、例えば、ウォーミングアップ時間を実施の形態１よりもさらに短縮させるために、加熱ローラ１の金属層８３を薄くし熱容量を下げる場合について説明する。

図６は、図２の定着装置の正面図である。加熱ローラ１の寸法としては、例えば、長手方向の寸法Ｌ１を３５０ｍｍとした場合、実施の形態１に係わる定着装置の金属層８３の厚みは１．５ｍｍであり、この場合の加熱ローラ１の外形を図６に実線で示す。これに対して、金属層８３の厚みを１ｍｍまで薄くした場合、すなわち剛性が低下した場合の加熱ローラ１ａの外形を図６に破線で示す。

図６の上記した実線の方がほぼ直線であるのに対して、破線の方は加熱ローラ１ａの長手方向の中央部でベルト２からｄ１＝０．１４ｍｍ撓んで浮き上がってしまっている。このように金属層８３の厚みを減らした場合には、図６の破線に示したように加熱ローラ１ａの長手方向の中央の撓みが大きくなり、接触ニップ域ｎの長手方向の中央の圧力が低下し、中央と端で定着性に差が生じて均一な画像が得られなくなるという問題が発生する。

上記した問題を解決するための実施の形態２における構成を以下に説明する。なお、実施の形態１と同様な構成については重複する説明を省略し、相違する構成について説明する。

まず、実施の形態２の加熱ローラ１ａは、実施の形態１に比べて、金属層８３の厚みが１．５ｍｍから１ｍｍに薄くなっており、剛性が低くなっている。そのため、加熱ローラ１ａは、長手方向の中央部でベルト２からｄ１＝０．１４ｍｍだけ撓んで浮き上がっており、撓み量が大きい。

そこで実施の形態２では、圧力パッド６ａのベルト２に対する圧接面６２ａが、図３に示したような平面ではなく、図７の本実施形態の圧力パッド６ａに示すように、圧力パッド６ａの長手方向の中央６２ａｃに近づくにつれて、少しずつ加熱ローラ１ａに向かって凸形状に張り出すように構成する。すなわち、中央６２ａｃでは、両端部６２ａｅ１、６２ａｅ２よりも寸法ｄ２だけ張り出す。また、加圧ローラ７ａの外径も図４に示したように単純な円筒状ではなく、図８に示すように、圧力パッド６ａの長手方向の中央６２ａｃに近づくにつれて、少しずつ加熱ローラ１ａに向かって凸形状に張り出すように構成する。すなわち、中央７１ａｃでは、両端部７１ａｅ１、７１ａｅ２よりも寸法ｄ３だけ張り出す。ベルト２を加熱ローラ１へ長手方向で均一に押圧し、接触ニップ域ｎの長手方向の中央と端の間の圧力差を少なくし、より均一な画質を得るようにしている。

圧力パッド６ａの圧接面６２ａを凸形状とするには、例えば、図３の圧力パッド６では長手方向の中央部分６２ｃと両端部分６２ｅ１、６２ｅ２が平坦であるものを、加熱ローラ１の撓み方に対応させて、図７に示した圧力パッド６ａのように長手方向の中央部分６２ａｃが両端部分６２ａｅ１、６２ａｅ２よりもｄ２＝０．１４ｍｍ張り出すように変形させればよい。撓ませ方は、例えば、圧力パッド６ａの長手方向の任意位置を端部からｘ（ｍｍ）とし、その位置の加熱ローラ１ａの撓み角をｉ（°）とすると、その位置の撓み量ｖは加熱ローラ１ａの撓み角に対応させるので、材料力学の分野で一般に用いられる撓み曲線を求める式により求めることができる。

一方、加圧ローラ７ａの圧接面のを凸形状とするには、例えば、図４の加圧ローラ７では長手方向の中央部分７１ｃと両端部分７１ｅ１、７１ｅ２が平坦であるものを、加熱ローラ１の撓み方に対応させて、図８に示した加圧ローラ７ａのように加熱ローラ１ａの撓み方に対応させて、長手方向の中央部分７１ａｃが両端部分７１ａｅ１、７１ａｅ２よりもｄ３＝０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度張り出すように撓ませればよい。上記した圧力パッド６ａと加圧ローラ７ａとで突出量が異なる理由は、加圧ローラ７ａは表面にゴムあるいはスポンジ等の断熱材であるが弾性も有する断熱層７１ａを有しているので張り出す寸法の許容範囲が広がるためである。また、その各部の撓ませ方は、圧力パッド６ａと同様に撓み曲線を求める式により求めることができる。

実施の形態２の動作を以下に説明する。なお、実施の形態１の動作と同様な動作については重複する説明は省略し、相違する動作について説明する。

実施の形態２では、ウォーミングアップ時間短縮のため、加熱ローラ１ａの金属層８３を薄くし熱容量を下げているため、上記したように加熱ローラ１ａの剛性が低下し、図６に示すように加熱ローラ１ａの長手方向の撓みが大きくなる。

これに対応するために、本実施形態では、圧力パッド６ａのベルト２に対する圧接面の長手方向の中央を図７に示すように膨らませると共に加圧ローラ７ａの長手方向の中央を図８に示すように膨らませることで、接触ニップ域ｎの長手方向において、ベルト２を加熱ローラ１ａに均等に押圧させている。

上記した実施の形態１の定着装置では、ウォーミングアップ時間を短縮させるために加熱ローラ１の金属層８３を薄くして熱容量を下げると剛性が低下して長手方向中央の撓みが大きくなるので、実施の形態１の圧力パッド６および加圧ローラ７を用いたままでは接触ニップ域ｎの長手方向中央の圧力が低下し、長手方向中央と両端で定着性に差が生じてしまう。しかし、実施の形態２では、上記のように加熱ローラ１ａの金属層８３を薄くして剛性が低下する場合でも、圧力パッド６ａのベルト２に対する圧接面の長手方向中央を圧接面に向かって凸形状に撓ませると共に、加圧ローラ７ａの長手方向中央の外径を長手方向両端の外径より大きくし太鼓状に撓ませることで、ベルト２を撓んだ加熱ローラ１ａへ長手方向において均等に押圧することができ、接触ニップ域ｎの長手方向中央と両端との圧力差を少なくできるので、より均一な画質を得ることができると共にウォーミングアップの時間も短縮することができる。

実施の形態３．
上記した実施の形態２の定着装置では、加熱ローラ１ａの金属層８３の厚みを薄くした場合に生じる接触ニップ域ｎの長手方向中央の圧力減少に対して、圧力パッド６ａの圧接面の長手方向中央を膨らませることで抑制したが、圧力パッド６ａを、その圧接面の長手方向中央を膨らませるように形成することは、実施の形態１に係わる圧力パッド６の圧接面のように長手方向中央を膨らませずに平面形状にしているものに比べ加工が難しいという問題点があった。

そこで以下に説明する実施の形態３では、上記の問題に対応させるため、圧力パッド６の圧接面６２の長手方向を図７の実施の形態１に示すような平面形状にしたままで、付勢部材５の付勢力を変化させることで、圧力パッド６が撓んだ加熱ローラ１ａへ長手方向において均等に押圧することができるようにする。

上記した問題を解決するための実施の形態３の構成を以下に説明する。なお、実施の形態１あるいは実施の形態２と同様な構成については重複する説明を省略し、相違する構成について説明する。

図９は、本実施形態の圧力パッド６および付勢部材５ａを示す斜視図であり、図９では、５個の付勢部材５ａが長手方向に等間隔Ｌ２で圧力パッド６の下端部６３に配置されている。圧力パッド６の加熱ローラ１ａ方向への各付勢部材５ａの付勢力Ｆは異なっており、付勢力が最も強いＦ１の付勢部材５ａが中央に設置され、長手方向中央から両端部に向かって徐々に付勢力が弱められたＦ２の付勢部材５ａ、次いでＦ３の付勢部材５ａの順に設置される。本実施形態では付勢力Ｆが異なる複数の付勢部材を上記したように等間隔Ｌ２で設置することで、付勢力Ｆにより圧力パッド６の長手方向中央６２ｃを両端部６２ｅ１，６２ｅ２よりも膨らませている。

実施の形態３の動作を以下に説明する。なお、実施の形態１あるいは実施の形態２の動作と同様な動作については重複する説明は省略し、相違する動作について説明する。

実施の形態３では、実施の形態２と同様に加熱ローラ１ａの金属層８３を薄くして熱容量を下げた場合、ニップｎにおける加熱ローラ１ａを押圧する圧力が、加熱ローラ１ａの長手方向において均一にならないという問題がある。そこで、実施の形態１と同様な圧接面の長手方向が平面形状の圧力パッド６を用いたままで、図９に示すように付勢力が最大（Ｆ１）の付勢部材５を中央、中央から離れるに従って付勢力を徐々に弱めた（Ｆ１＞Ｆ２＞Ｆ３）付勢部材５を寸法Ｌ２の等間隔に設置することで、圧力パッド６の長手方向の中央６２ｃに近づくにつれて、両端部６２ｅ１、６２ｅ２よりも張り出すようにしている。付勢力の差は、例えば、両端部の付勢力Ｆ３に対して、中央部の付勢力Ｆ１を１〜４割だけ増加させるようにすればよい。また、例えば、中央部の付勢力Ｆ１のみ他の付勢力より大きくし、残りのＦ２とＦ３は同様にして（Ｆ１＞Ｆ２＝Ｆ３）としてもよい。付勢部材５ａが奇数であれば、中央の１個の付勢力を増加させ、付勢部材５ａが偶数であれば、中央の２個の付勢力を増加させればよい。

上記した実施の形態２の定着装置では、加熱ローラ１の金属層８３の厚みを薄くした場合圧力パッド６ａの圧接面の長手方向の中央を膨らませたが、その加工は難しかった。しかし、本実施形態では、図３に示すような圧接面の長手方向が平面形状に形成したままの圧力パッド６を用いても、図９に示すように長手方向中央に付勢力が最大の付勢部材５aを設置し、中央から離れて両端部に近づくに従って付勢力が弱められた付勢部材５aを設置することで、圧力パッド６の長手方向中央を凸形状に膨らませている。従って、本実施形態では、加熱ローラ１の金属層８３の厚みを薄くした場合でも、接触ニップ域ｎの長手方向中央の圧力減少を抑えることができ、均一な画質を得ることができることに加えて、実施の形態２に係わる圧力パッド６のように長手方向中央を膨らませるように加工する必要が無くなり、圧力パッド６の加工を容易にすることができる。

実施の形態４．
上記した実施の形態１から実施の形態３に係わる定着装置の圧力パッド６、６ａは、金属でできており、板の厚みｔ１も、加圧ローラ７側の先端６１を除いて１ｍｍ〜２ｍｍで均等厚に形成されているため、熱抵抗が少なく熱の伝導性が良好であり、熱容量も比較的大きくなっている。そのためウォーミングアップ時に加熱ローラ１、１ａからベルト２を経由して圧力パッド６、６ａに流出してしまう熱量が比較的多くなっており、加熱ローラ１の表面温度を所定温度まで上昇させるためのウォーミングアップ時間が比較的長くなっていると言う問題点がある。

そこで以下に説明する実施の形態４では、上記の問題に対応させるため、圧力パッドの熱抵抗を増大させて熱の伝導性を低下させると共に熱容量も低下させることで、圧力パッドに流出する熱量を減少させる。

上記した問題を解決するための実施の形態４における構成を以下に説明する。なお、実施の形態１から実施の形態３と同様な構成については重複する説明を省略し、相違する構成について説明する。

図１０は、本実施形態の定着装置の概略構成を示す断面図である。図１０の断面図に示すように、実施の形態１から実施の形態３では１ｍｍ〜２ｍｍで均等厚に形成されていた圧力パッド６、６ａを、本実施形態では、直接にベルト２を加圧する薄板２０（加圧部材）と、薄板２０を固定する薄板固定部材２１に分割して形成している。つまり、本実施形態では他の実施形態における圧力パッドが薄板２０と薄板固定部材２１に２分割された部分が組み合わされてベルトガイド３ａの溝３１ａに収容されて構成されている。

薄板２０は、ベルト２への押圧による塑性変形を防ぐため、材質は鉄、ＳＵＳ等の金属の板バネである。つまり、上記した本実施形態の分割された圧力パッドの構成の内で、少なくともベルトを加圧する側の部分（加圧部材）である薄板２０は、弾性を有している。また薄板２０の厚みは０．３ｍｍ〜０．５ｍｍである。

薄板固定部材２１は、実施の形態１から実施の形態３の圧力パッド６、６ａと同様に１ｍｍ〜２ｍｍの厚みを有する金属で形成される。

図１１は、図１０の圧力パッド部分の概略構成を示す分解組立図である。
図１１に示すように、薄板２０は鉄等の金属である薄板固定部材２１に、ネジ２２で固定される。

また、図１０に示したように薄板２０におけるベルト２との圧接面の裏側は、加熱ローラ１からの熱の流出を防ぐために薄板固定部材２１と接触しないようになっている。

実施の形態４では、付勢部材５は、他の実施形態の圧力パッド６に代えて、薄板固定部材２１を加熱ローラ１側に付勢することで、薄板固定部材２１に固定された薄板２０を加熱ローラ１側に付勢する。薄板２０は、ベルト２を押圧し、接触ニップ域ｎを確実に広げると共に、定着に適切な圧力を与える。

実施の形態４の動作を以下に説明する。なお、実施の形態１から実施の形態３の動作と同様な動作については重複する説明は省略し、相違する動作について説明する。

実施の形態４では、上記したように他の実施形態よりも厚みが少なく弾性を有する薄板２０がベルト２を加熱ローラ１側に押圧しており、実施の形態１から実施の形態３の圧力パッド６、６ａに比べて熱抵抗が大きく、また熱容量も少ないため、ベルト２を経由して加熱ローラ１から流出する熱量が少なくなる。

また、上記したように薄板２０の内部を伝導して薄板固定部材２１へと熱が流出する以外にも、薄板２０と薄板固定部材２１との間の空気層を介しても熱が流出する。しかし、空気層の熱抵抗は金属よりも非常に高いので、薄板２０の内部を伝導して流出する熱量に比べて非常に少ない。従って、本実施形態では、他の実施形態に比べて、加熱ローラ１から流出する熱量が減少している。

実施の形態１から実施の形態３の定着装置では、圧力パッド６がほぼ均等厚の金属であるため熱抵抗が小さく、かつ熱容量が大きかったため、ウォーミングアップ時の熱流出量が多くなり、加熱ローラ１の表面温度のウォーミングアップ時間が長くなってしまっていた。しかし、本実施形態では、図１２の構造図に示すように、実施の形態１から実施の形態３における圧力パッド６を、薄板２０と薄板固定部材２１に分割して形成し、これらを組み合わせて構成させることで、熱抵抗を高め、加熱ローラ１から流出する熱量を少なくし、加熱ローラ１表面温度のウォーミングアップ時間を短くすることができるようにしている。

実施の形態５．
上記した実施の形態１から実施の形態３における弾性を持たない圧力パッド６、６ａでは、ベルト２との圧接面６２は単純な平面または上面に撓んだ凸面である必要があり、その表面にうねりを有しているとトナーの定着性に影響を与えるような圧力差を生じてしまうため、その寸法管理は比較的厳密であり実施には困難を伴う。一方、上記した実施の形態４では、薄板２０は板バネであり弾性を付与しているため、薄板２０に多少のうねりを有していてもトナーの定着性に影響を与えるほど圧力差を生じないが、薄板２０と薄板固定部材２１という別部材を組み合わせて用いるため誤差が増大する可能性があり、形成寸法および組み立て寸法の寸法管理は厳しくなるという問題点がある。

そこで実施の形態５では、薄板２０のベルト２への圧接面にシリコーンゴム等の弾性部材２４を設けることで、ベルト２に対する圧接面に柔軟性を持たせ、それだけではベルト２との間の摺動摩擦が増大してしまうので、その上にさらに摩擦係数が小さい摺動部材を設ける。

上記した問題を解決するための実施の形態５の構成を以下に説明する。なお、実施の形態１から実施の形態４と同様な構成については重複する説明を省略し、相違する構成について説明する。

図１２は、本実施形態の定着装置の概略構成を示す断面図である。図１２の実施の形態５では、上記した実施の形態４に対して、さらに以下の構成を新たに設ける。

薄板２０のベルト２への圧接面上にシリコーンゴム等の弾性部材２４を、例えば、接着剤等で固定して設置する。弾性部材２４の厚みは０．３ｍｍ以上である。この寸法は、これ以下の厚みでは柔軟性が少なくなり、薄板２０のうねりを吸収できなくなるためである。尚、シリコーンゴムは、鉄及びＳＵＳに比べて柔軟性が高いので、鉄及びＳＵＳよりも寸法管理を緩和しても、長手方向に均一な圧力を与えることができる。しかし、シリコーンゴムは、金属に比べて摺動摩擦を増大させるという問題がある。そこで、本実施形態では、弾性部材２４の上を覆うように摩擦係数の少ない摺動部材２５を被せて固定する。

摺動部材２５は、耐熱性と耐摩耗性を必要とするため、例えば、材質としてフッ素樹脂を含浸したガラス繊維等が用いられる。つまり、本実施形態では実施の形態４における薄板２０にさらに弾性部材２４と摺動部材２５が組み合わされてベルトガイド３Ｃの溝３１ｂに収容されて構成されている。

図１３は、図１２の圧力パッド部分の概略構成を示す分解組立図である。
上記したように摺動部材２５が、弾性部材２４とベルト２の摺動摩擦を軽減するために弾性部材２４上に被せられるが、耐熱性と耐摩耗性を有する摺動部材２５は弾性部材２４のように容易に固定することはできない。

そのため、本実施形態では、摺動部材２５を、弾性部材２４だけでなくその下の薄板２０ごとに覆い、さらに薄板２０と薄板固定部材２１との接合部分も覆うように被さる寸法とした。図１３に示すように摺動部材２５は、弾性部材２４を覆う以外の場所において、その一端側が外側から金属板３０で押さえつけられ、ネジ２２により薄板２０に固定されると共に、その他端側も外側から金属板３０で押さえつけられ、ネジ２２により薄板固定部材２１に固定される。

実施の形態５の動作を以下に説明する。なお、実施の形態１から実施の形態４の動作と同様な動作については重複する説明は省略し、相違する動作について説明する。

実施の形態５では、弾性部材２４は、接触ニップ域ｎ内において、薄板２０のうねりによる圧力差を減少させるように弾性変形する。

上記した実施の形態１から実施の形態３における弾性を持たない圧力パッド６、６ａでは、圧接面６２の表面にうねりを生じさせない寸法管理は困難であり、実施の形態４では薄板２０と薄板固定部材２１の形成寸法および組み立て寸法の寸法管理は厳しかった。しかし、本実施形態では、薄板２０のベルト２への圧接面にシリコーンゴム等の弾性部材２４を設けることで、ベルト２に対する圧接面に柔軟性を持たせてより均一な画質を得ることができる。さらに、薄板２０の寸法管理を容易にでき、更にシリコーンゴムは鉄及びステンレスに比べ、断熱性が高いため熱抵抗が増加するので、加熱ローラ１表面温度のウォーミングアップ時間を短縮させることができる。

実施の形態６．
上記した実施の形態１から実施の形態５で、例えば、印刷速度をより高速にするためニップ幅を広げた場合、圧力パッド６、６ａ、薄板２０、あるいは、弾性部材２４上の摺動部材２５のベルト２に対する圧接面が広がる。その場合、圧接面のベルト２に対する摺動摩擦力が増大し、摩擦力の増大量が大きくなるとベルト２に走行不良が発生する可能性があるという問題がある。

上記した問題を解決するための実施の形態６の構成を以下に説明する。なお、実施の形態１から実施の形態５と同様な構成については重複する説明を省略し、相違する構成について説明する。

図１４は、本実施形態の定着装置の正面図である。本実施形態の加熱ローラ１ｂの寸法が、例えば、３５０ｍｍである場合、その各端部に１０ｍｍを加え全長を３７０ｍｍとする。つまり、加熱ローラ１ｂとして、ベルト２と接触する寸法Ｌ１＝３５０ｍｍの定着用領域１ｃに加えて、その長手方向両端に寸法Ｌ３＝１０ｍｍずつの駆動トルク伝達領域１ｄを設ける。この駆動トルク伝達領域１ｄには、ＰＦＡ等の高離型性のチューブ８１を被せず直接シリコーンゴム等の弾性層８２を露出させて摩擦力を増大させる。

また、本実施形態の加圧ローラ７ｂにも、ベルト２と接触する寸法Ｌ１＝３５０ｍｍの定着用領域７ｃに加えて、その長手方向両端に寸法Ｌ３＝１０ｍｍ以上づつの駆動トルク伝達領域７ｄを設ける。なお、上記した駆動トルク伝達領域１ｄおよび７ｄの寸法は一例であって、摩擦力が充分であれば１０ｍｍ以下の寸法としてもよいし、摩擦力が不足するようであれば寸法を増加させても良い。

本実施形態では、加圧ローラ７ｂの端部の駆動トルク伝達領域７ｄは、加熱ローラ１の駆動トルク伝達領域１ｄに直接に接触する。その結果、加熱ローラ１ｂは直接に加圧ローラ７ｂを従動回転させるようになる。

本実施形態の動作を以下に説明する。なお、実施の形態１から実施の形態５の動作と同様な動作については重複する説明は省略し、相違する動作について説明する。

例えば、実施の形態５で印刷速度をより高速にするため薄板２０及び弾性部材２４及び摺動部材２５のベルト２に対する圧接面を広げた場合に、摺動部材２５のベルト２に対する摩擦力が高まり、加熱ローラ１ｂのベルト２と接触する３５０ｍｍの定着用領域１ｃの摩擦力だけでは摩擦力が不足して滑ってしまいベルト２を駆動できない場合について説明する。

本実施形態では、その場合であっても、加熱ローラ１ｂの駆動トルク伝達領域１ｄから加圧ローラ７ｂの駆動トルク伝達領域７ｄに駆動トルクが伝達されるので、ベルト２は、加圧ローラ７ｂの定着用領域７ｃの摩擦力によっても駆動されるようになる。すなわち、ベルト２は、加熱ローラ１ｂの定着用領域１ｃとの間の摩擦力と、加圧ローラ７ｂの定着用領域７ｃとの間の摩擦力との双方により駆動されることになり、ベルト２は加熱ローラ１ｂと加圧ローラ７ｂに従動回転されることになるため、他の実施形態よりもベルト２を回転させる駆動力が増強される。

他の実施形態では、印刷速度をより高速にするためニップ幅を広げた場合、ベルト２に対する圧接面が広がって摩擦力が増大し、ベルト２の走行不良が発生する可能性があった。しかし、本実施形態では、加圧ローラ７ｂの端部を加熱ローラ１ｂの端部と直接に接触させることで、加圧ローラ７ｂを加熱ローラ１に直接に従動回転させるようにしたので、ベルト２は、外側の加熱ローラ１ｂと内側の加圧ローラ７ｂの両面からの駆動トルクおよび摩擦力により従動回転されるようになるため、圧接面が広がって摩擦力が増大しベルト２との間の摩擦力が増加しても、ベルト２の走行不良の発生を抑えることができる。

実施の形態７．
実施の形態１から実施の形態６において、例えば、厚手の記録媒体を印刷するため、フランジ８を付勢する付勢部材９の力を増して接触ニップ域ｎの押圧力を増加させた場合、圧力パッド６、６ａ、薄板２０、あるいは、弾性部材２４上の摺動部材２５のベルト２に対する圧接面とベルト２との摺動摩擦力が増加する。その場合、摩擦力の増大量が大きくなるとベルト２に走行不良が発生したり回転が止まる可能性があるという問題がある。また、加圧部材の圧接面とベルト２間の摩擦力が高い場合には、ベルト２が加圧部材の長手方向の片側端部に偏向した場合に、フランジ８によるベルト２の軸方向の斜行を規制する力が弱まり、ベルト２がフランジ８を乗り上げてしまうか座屈してしまう可能性があるという問題点がある。

そこで実施の形態７では、ベルトガイド３の表面にオイル供給体４０を設置し、オイル供給体４０からベルト２の内面側にシリコーンオイル等の潤滑剤を塗布することで、上記の問題点を解決する。

上記した問題を解決するための実施の形態７における構成を以下に説明する。なお、実施の形態７の構成は実施の形態５の構成と類似し、実施の形態１から実施の形態６と同様な構成については重複する説明を省略し、相違する構成について説明する。

図１５は、本実施形態のベルトガイドの概略構成を示す斜視図である。実施の形態７の全体的な構成は図１２に示した実施の形態５と同様であるが、ベルトガイド３Ｄに追加される構成のみが図１５に示したように相違している。

ベルトガイド３Ｄ表面の長手方向中央に潤滑剤を供給するオイル供給体４０を設置し、さらに、その潤滑剤がベルト２の表面に回り込む事態を防止するため、ベルトガイド３Ｂ表面の長手方向の両端部に接しないようにオイル吸収体４１を設置する。オイル供給体４０は、例えばフェルトに潤滑剤を染み込ませたものである。

実施の形態７のフランジ８を付勢する付勢部材９は、実施の形態５よりも付勢する力が増大されている。その結果、接触ニップ域ｎの押圧力も増大されている。

本実施形態の動作を以下に説明する。なお、実施の形態１から実施の形態６の動作と同様な動作については重複する説明は省略し、相違する動作について説明する。

実施の形態７の全体的な動作は、実施の形態５とほぼ同様である。本実施形態では、ベルト２が回転すると、ベルトガイド３Ｄ表面の長手方向中央のオイル供給体４０からオイルがベルト２の内側中央に塗布される。このオイルは、ベルトガイド３Ｄの長手方向の両端側に向かって広がる。しかし、このオイルが両端部を超えてフランジ８にまで広がってしまうと、そこからベルト２の表面、および、加熱ローラ１の表面にまで広がってしまうことがある。加熱ローラ１の表面にオイルが付いた状態で定着を行うと、印刷結果に光沢ムラが発生する。そのため、本実施形態では、ベルトガイド３Ｄの端部に設けられたオイル吸収体４１が、加熱ローラ１へのオイルの広がりを止めている。

実施の形態１から実施の形態６においては、厚手の記録媒体を印刷するためにフランジ８を付勢する付勢部材９の力を増加させて接触ニップ域ｎの圧力を高めると、ベルト２に走行不良が発生したり回転が止まるという問題点があり、ベルト２がフランジ８を乗り上げてしまう又は座屈してしまう問題点があった。しかし、実施の形態７では、ベルトガイド３Ｄの表面にオイル供給体４０を設置し、オイル供給体４０からベルト２内側にオイルを塗布することで、加圧部材とベルト２の摩擦力を軽減し、上記の問題点を解決しつつ、接触ニップ域ｎの圧力を高めることができる。

またオイルは、ベルト２の長手方向端側に向かって広がるので、ベルトガイド３Ｂの端部を超えてフランジ８にまで広がってしまうと、そこからベルト２の表面、加熱ローラ１の表面にまで広がってしまい、印刷結果に光沢ムラを発生させる場合がある。しかし、実施の形態７では、ベルトガイド３Ｂの表面の長手方向両端部に接しないようにオイル吸収体４１を設置し、加熱ローラ１へのオイルの広がりを止めているので良質な画質を得ることができる。

なお、上記した実施形態１から実施の形態７では、ベルトガイド３Ａ−３Ｄとして略円筒形状で、圧力パッド６等を溝３１Ａ−３１Ｄに収容し、加圧ローラ７を溝３２に収容して、ベルト２をガイドするものを示したが、本発明はこれに限らず、例えば、断面が楕円形状の筒型形状や、円筒駕籠型形状、上面半分のみの半円形状あるいは弓形形状等であっても、ベルト２に張力をかけずに緩やかに保持できればよい。また、ベルトガイド３Ａ−３Ｄの溝３１Ａ−３１Ｄも、圧力パッド６等を収容できればよいので、図示した以外の形状としても本発明の効果を得ることができる。

実施の形態８．
図１６は、実施の形態８によるベルト定着装置の構成を示す断面図である。図１７は加圧パッドの形状の説明図であり、加熱ローラとベルトを、離間した位置に描いてある。加熱ローラ１は、その回転軸の方向に延出し、外径２８ｍｍを有する大略円柱形状の中空の回転体であり、内部に熱源Ｈを有する。加熱ローラ１は、厚さ１ｍｍの鉄製の金属層８３の外周に、シリコーンゴムよりなる厚さ１．２ｍｍの弾性層８２と、弾性層８２の外周にはトナー離型性を得るための厚さ０．０３ｍｍのＰＦＡ層８１を有する。加熱ローラ１の外周には、ローラ温度を検知するためのサーミスタ１０が接触して設けられている。無端状のベルト２は外径４０ｍｍであり、厚さ０．０９ｍｍのＰＩ（ポリイミド）からなり、表層にはトナー離型性を得るために、加熱ローラ１と同様にＰＦＡ層が設けられている。加圧ローラ７は、その回転軸の方向に延出し、外径２３ｍｍを有する大略円柱形状の中空の回転体であり、鉄製の中空の芯金７２に、厚さ２ｍｍのシリコーンゴムよりなる断熱層７１が被覆されている。尚、芯金７２はアルミ等、他の金属でも良い。

加圧パッド５０は、加熱ローラ１と平行に延出する。ベルトガイド３内には付勢部材５が設けられ、加圧パッド５０をベルト内側から、加熱ローラ１に対して付勢する。付勢部材１５は、定着装置の図示しないフレームと、加圧ローラ７との間に設けられ、加圧ローラ７をベルト内側から、加熱ローラ１に対して付勢する。これにより、ベルト２と加熱ローラ１との間にニップが形成される。加圧パッド５０は、アルミ基材５０ａの先端にシリコーンゴムよりなる弾性体５０ｂを有し、ベルト２を押圧する弾性体５０ｂの押圧面上には、耐熱性及び摺動性を有するＰＦＡ等のコーティング５０ｃが施される。ベルト走行方向に対して上流部と下流部において、弾性体５０ｂの押圧面は、加熱ローラ１と同一の曲率半径（１４ｍｍ）を有する。加圧パッド５０の中央部に凹部を有し、付勢部材５に付勢されるとき、この凹部は上流部及び下流部に比べ、小さな押圧力で、ベルトに押圧される。ベルト２に対向する加圧パッド５０の上流部、中流部及び下流部の面積の比は約１：２：１である。この面積の比は、一例であり、適宜、変更可能であると共に、凹部が一つだけではなく、複数設けてもよい。弾性体５０ｂの厚さは上流部と下流部で約１．５ｍｍ、中央部の凹部の厚さは０．２〜０．５ｍｍ程度に設定する。加圧パッド５０のゴム硬度はＪＩＳ−Ａで２０〜６０°である。

加圧パッド５０は圧力パッドホルダ４内に、ベルトを押圧する方向に摺動可能に装着され、付勢部材５により付勢されて加熱ローラ１に押圧される。このときの押圧力は、Ａ３サイズの用紙幅、すなわち、３５０ｍｍにわたって加えられ、その値は６ｋｇｆである。ベルトホルダ３は、ベルト２の内側を貫通して、加熱ローラ１の長手方向と平行な方向に延出し、圧力パッドホルダ４とともにベルト２の走行路の外側に設けられた図示せぬサイドプレートに支持される。ベルトガイド３の周囲長は、ベルト２の内側の周囲長よりも短く選定してある。したがって、ベルトガイド３はベルト２に張力をかけずに、ベルト２が略円を描くようにして、ベルト２の内側でベルト２を緩やかに保持することができる。これにより、ベルト２の走行が安定するようにガイドできる。

印刷動作を開始すると、加熱ローラ１は図１６に示す矢印Ａの方向に回転し、ベルト２は矢印Ｂの方向に従動回転する。熱源Ｈからの熱が加熱ローラ１表面に伝わり、定着可能な温度に達したことをサーミスタ１０が温度検知すると、未定着トナーＴを乗せた印刷媒体Ｐが、加熱ローラ１とベルト２の間に形成されるニップを通過し、トナーは、加熱ローラ１からの熱により定着される。

図１８は、ニップの幅方向における、加圧ローラ７と加圧パッド５０の押圧力の分布を示す。加圧パッド５０による押圧力の分布は、弾性体５０ｂの中央部の凹部を境に、２つのピークを生じている。したがって、加圧パッド５０の長手方向に反りがあっても、加圧パッド５０の長手方向の中央部（図１８の点線部）と端部（図１８の実線部）との間のニップの差を、従来に比べ少なくでき、より安定したニップ形状を実現している。

以上説明したように本発明では、加圧パッド５０の押圧部を形成する弾性体の形状を以下のように選択した。すなわち、ベルトの走行方向に対して、ニップの上流部と下流部の間の中央部を凹部とすることにより、上流側と下流側とに押圧力を分散するようにした。これにより、弾性体の収縮量が増し、弾性体の厚さを薄くしても、加圧パッド５０の長手方向の反りに起因するニップ幅の変動を小さくできる。したがって、加圧パッド５０の長手方向に、より均一なニップ形状を実現でき、定着性能が安定し、信頼性の高い定着装置を実現できる。

実施の形態９．
図１９は実施の形態９を示す断面図であり、図２０は加圧ローラ７と加圧パッド５０の位置関係を示す長手方向の端部付近の部分図である。加圧パッド５０は加圧ローラ７の長手方向の寸法よりも長く、加圧ローラ７の軸受１３に対向する長さを有する。また軸受１３の外径Ｄ５は、加圧ローラ７の外径Ｄ４よりも僅かに大きく選択される。例えば、軸受け１３と加圧ローラ７の外径の差は０．３〜１．０ｍｍ程度に設定される。加圧パッド５０はベルト２の走行方向に傾いた場合、加圧パッド５０の両端部が軸受１３に接し、加圧ローラ７には接しない位置関係にある。

加圧パッド５０は、ベルト２を押圧する方向に移動できるようにして、圧力パッドホルダ４内に装着されるが、装着後の両者間の隙間と、圧力パッドホルダ４と図示せぬサイドプレートとの間の隙間だけ、ベルト２の走行方向に傾く範囲がある。しかしベルト２の走行方向に加圧パッド５０が傾いても、加圧パッド５０の両端部が軸受１３に当接するので、それ以上傾くことはない。したがって、加圧パッド５０が加圧ローラ７に接触しないので、加圧ローラ７の回転は阻害されず、ベルト２の走行も安定する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、加圧パッド５０の長手方向の寸法を、加圧ローラ７の軸受１３に対向できるような長さとし、加圧ローラ７の軸受１３の径を加圧ローラ７の径よりも僅かに大きく設定した。これにより、加圧パッド５０がベルト２の走行方向に少し傾いても、加圧パッド５０が軸受１３により支持されるので、加圧パッド５０は加圧ローラ７と接触しない。したがって、加圧ローラ７の安定した回転とベルト２の安定した走行が実現でき、安価で信頼性の高い定着装置が実現できる。

実施の形態１０．
実施の形態１０に係わる定着装置の構造は、図１６に示す実施の形態８に係わる定着装置と大略同じである。図２１は実施の形態１０を示す断面図である。図２２は加圧ローラ７と加圧パッド５０の長手方向の端部における位置関係を示す部分図である。加圧パッド５０の長手方向の両端部にはスペーサ１４が設けられ、このスペーサ１４が加圧ローラ７のローラ部に接触している。スペーサ１４は耐摺動性と耐熱性のある材質、例えば、ポリテトラフルオロエチレンやフッ素樹脂を含浸したガラス繊維等で作られるか、あるいは接触面に摺動性を付与したコーティングやめっき等を施してある。加圧パッド５０は、スペーサ１４が常に加圧ローラ７に接する状態で、ベルト内面から加熱ローラ１を押圧するように構成される。

加圧パッド５０が、スペーサ１４を介して加圧ローラ７に常に接触しているので、加圧パッド５０と加圧ローラ７との位置関係は一定である。したがって、ベルト２と加熱ローラ１の間に形成されるニップの全体量は一定に保たれた状態で印刷が行われる。また、スペーサ１４と加圧ローラ７との接触面は摺動性があるため、加圧ローラ７の回転を阻害することは少ない。

以上説明したように、実施の形態１０では、加圧パッド５０の長手方向の両端部に、摺動性を付与したスペーサ１４を設け、加圧ローラ７のローラ部に常にスペーサ１４が接する構成とした。これにより、加圧ローラ７の安定な走行を確保するとともに、加圧パッド５０、圧力パッドホルダ４及びサイドプレートの間の寸法関係を厳しく管理することなく、一定の大きさのニップを得ることができる。したがって、安価で、定着性が安定した、信頼性の高い定着装置を提供できる。

実施の形態１１．
実施の形態１１に係わる定着装置の構造は、図１６に示す実施の形態８に係わる定着装置と大略同じである。定着装置の稼動中は、ベルト２と加圧パッド５０は、互いに摺動するように動作し、他の動作部材は回転動作をする。このため、駆動ローラである加熱ローラ１の回転軸にかかる負荷トルクのうち、ベルト２と加圧パッド５０ｓの間の摺動から生じる摩擦力占める割合が大きい。従って、ベルト２と加圧パッド５０とが互いに滑りやすくすれば、定着装置の動作が安定になり、信頼性が増すとともに装置の小型化が実現できる。

実施の形態１１では、ベルトと摺動する加圧パッド５０の弾性体５０ｂの基材を熱硬化型シリコーンゴムで構成する。この弾性体５０ｂの表面に、固体潤滑剤としてグラファイトを添加したコーティング層を設けてある。コーティング層の表面粗さは１０点平均粗さＲｚ５μｍ以上に設定されている。コーティング表面の粗さを実現する方法は、ゴム成形型の内面をサンドブラスト等の処理で粗すか、コーティングの塗布条件を変えることで実現できる。

摺動性は摩擦係数を指標とすることができる。摺動面の粗さと摩擦係数との相関を調べた結果を図２３に示す。図２３において、横軸は加圧パッド５０のコーティング面の表面粗さＲｚを示し、縦軸はベルト２に対するコーティング面の静止摩擦係数μを示す。加圧パッド５０の弾性体５０ｂ及びコーティングと同一材料を用いて、テストピースを製作した。このテストピ―スを、ベルト２を切り開いてシート状にしたものの上に、ヘイドン１４型測定機を使って、実装状態と同一荷重となるように設定し、摩擦係数を測定した。

図２３から、コーティング表面の粗さが小さいと、静止摩擦係数が大きくなることがわかる。これはベルト２の表面粗さがコーティング表面に比べて小さいので（Ｒｚ０．１μｍ以下）、加圧パッド５０のコーティング層の粗さが小さくなり、鏡面状態に近づけると密着性が増し、貼り付き易くなっているものと考えられる。逆にコーティング表面の粗さを大きくすると静止摩擦係数は減少し、Ｒｚ５より大きくなると、ほぼ安定する。

図２３に示したトルク値は、実際の加圧パッド５０上のコーティング表面粗さと、実装時での加熱ローラ１の回転軸にかかる起動トルクの関係を調べた結果である。コーティング表面の粗さがＲｚ５μｍ以上において、負荷トルクが低い値で安定することがわかり、摩擦係数と負荷トルクとの間には相関があることがわかる。

以上説明したように、実施の形態１１では、加圧パッド５０の弾性体５０ｂ表面のコーティング面粗さをＲｚ５μｍ以上に設定する。これにより、ベルト２と加圧バッド４とが互いに滑りやすくなり、加熱ローラ１の負荷トルクを、安定した低い値に設定できる。したがって、実施の形態１１は、定着装置の安定な動作、信頼性及び小型化の実現に効果がある。

実施の形態１２．
実施の形態８では、図１６に示すように、加圧パッド５０に設けた弾性体の表面には、コーティング層を設けてある。このコーティング層は、熱硬化型シリコーンゴムを第１基材とし、エポキシ変性シリコーン、シランカップリング剤（硬化促進剤）、更にグラファイト（固体潤滑剤）等を添加してある。発明者は、以下に述べる４種類のコーティングを試みた結果から、実施の形態１２の構成に到った。

表１に、コーティングの種類と評価結果を示す。それぞれの基材に固体潤滑剤としてグラファイトを添加している。またコーティングの表面粗さはＲｚ８μｍとしてある。ここでは示さないが、Ｒｚ５以上の場合は、表面粗さとは無関係に、表１と同様の結果が得られることが分かった。コーティング層の基材としては、表面温度１８０℃に耐えられるとともに、汎用性を有することが要求される。この観点から、エポキシ樹脂、変性ポリアミドイミド樹脂（以下変性ＰＡＩと呼ぶ）、シリコーンゴム、シリコーンゴム＋硬化促進剤等を使用する。評価項目は、ベルト材料との静止摩擦係数、被着材であるシリコーンゴムとの接着性及び加圧パッド５０の実装耐久性である。静止摩擦係数は実施の形態１１と同様の方法で測定した。

接着性の評価は、加圧パッド５０の弾性体と同じ材料を用いてテストピースを作り、ＪＩＳＤ０２０２によるテープ剥離法で行なった。実装試験に用いた加圧パッド５０は、Ａ３サイズの用紙の定着に使用する長手方向の寸法が３５０ｍｍのものであり、弾性体の摺動部の幅（ベルトの走行方向）が３ｍｍで、加圧力が６ｋｇである。試験用プリンタはＡ４サイズの用紙を毎分４０枚で連続印刷し、定期的に負荷トルク変化を測定しながら判定した。試験に使用した定着装置の保証寿命はＡ４サイズの用紙１００Ｋ枚で、負荷トルクの許容値は駆動ローラである加熱ローラ１の回転軸換算で８ｋｇｆ−ｃｍである。これを越える負荷では動作が不安定となり、最終的にはモータが脱調する。

静止摩擦係数は、何れのコーティングを使用した場合でも、０．１５〜０．１７の範囲にあり、摺動性が大きくばらつくことがなく、問題ない。接着性評価では、変性ＰＡＩが他の材料に比べて劣る。したがって、実装試験では、エポキシ樹脂基材のコーティングと、シリコーンゴム基材のコーティングについて試験をした。

その結果、エポキシ樹脂基材のコーティングでは、１０Ｋ枚の用紙に印刷後、コーティング表面に割れが発生し、弾性体シリコーンゴムが露出し、駆動トルクが上昇して許容トルク値を超えた。図２４に連続印刷試験での負荷トルク変化を示す。

エポキシ樹脂基材の割れが発生した理由は、ゴムに比べて材質が硬く、かつ薄いため柔軟性に欠けることにある。このため、エポキシ樹脂基材は、弾性体５０ｂを形成するシリコーンゴムの加圧による変形に充分追従できず、通紙による繰返し疲労が原因となって割れてしまうことがわかった。

シリコーンゴム基材のコーティングは保証寿命を満足したが、１２０Ｋ枚の用紙を印刷した時点で割れ、はがれが発生したため余裕が少ないと言える。破壊状況から判断して、基材であるシリコーンゴム自体の引裂き強度および接着力を増す必要があると、発明者は考えた。この条件を満たすために、基材に、引裂き強度を増す目的で、エポキシ変性シリコーンを添加し、接着力を増す目的でアミノシランを添加した。この結果、連続印刷試験において、２００Ｋ枚の用紙を印刷しても、コーティングが破損することがなくなった。図２４に示すように負荷トルク変化も、初期変化の後は、安定した結果が得られた。

以上詳細に説明したとおり、実施の形態１２によれば、シリコーンゴム基材にエポキシ変性シリコーンとアミノシランとを添加することで、コーティングの引裂き強度と接着力とが増加し、また、固体潤滑剤としてグラファイトを添加することで摺動性が得られる。したがって、連続印刷を行っても破損や負荷トルク上昇がなく、動作が安定で、信頼性が高く、低価格な定着装置が実現できる。

なお、実施の形態１２では、固体潤滑剤としてグラファイトを使用したが、四フッ化エチレン、テフロン粉体や二硫化モリブデン等の摺動剤を使用しても同様の効果が期待できる。

実施の形態１３．
図２５から図２７は、ベルト２の幅方向の端部における、加圧パッド５０上の弾性体５０ｂとベルト２との位置関係を示す。図２８は、実施の形態１３に係わる加圧パッド５０の長手方向の端部におけるコーティング面が、ベルトの幅方向の端部より内側に接触している状態を示す。

図２５に示すように、弾性体５０ｂ端部がベルト２の端部より外側にあると、ベルト２の端部が摺動する部分の弾性体５０ｂにかかる応力が局部的に高くなるため、弾性体５０ｂ上のコーティングが削れ易くなる。したがって、図２６に示すように、ベルト２の端部を、弾性体５０ｂの長手方向の端部よりも外側に配置する必要がある。このとき、弾性体５０ｂの端部の側面が、図２７に示すように、ベルトとの接触面に対し直角形状である場合、コーティングが弾性体５０ｂの側面に施されないと、コーティング端部にてコート剥がれが発生し易くなり、信頼性を著しく損なう。

コーティング端部が剥がれ易くなる理由は、端部以外のコーティング層に比べ、端部コーティング部は片側にコート層が無いため、コート層の結合力が弱いからである。一般的なスプレーコートでは塗布方向に対して垂直な側面にはコーティングが付着しない。塗布方向に対し垂直な側面にもコーティングを施すためには、スプレーノズルや被着体を傾斜させて塗布する工程を設けなければならず、コストが上昇という問題がある。

図２８では、ベルト２の端部は、加圧パッド５０上の弾性体５０ｂの端部より、加圧パッド５０の長手方向の外側に延びている。弾性体５０ｂの形状は、ベルト２との接触部から加圧パッド５０の基体５０ａへ向かって斜面を形成し、この斜面面にもコーティングが施される。

しかしながら、実施の形態１３のように、弾性体の端部の側面を緩やかな傾斜面（テーパ状）にすれば、スプレーによるコーティングの塗布方向を変更しなくても、摺動面に対する塗布と同一工程で、傾斜面にもコーティングが施される。したがって、動作時でもコート剥がれが生じない。

以上説明したように、本実施の形態１３によれば、弾性体の側面にコーティングを塗布する工程を追加しなくても、ベルトに摺動する弾性体の端部の上面及び側面に、連続して一様にコーティングが施すことができる。したがって、弾性体の端部でのコート剥がれがなく、安定したベルト走行が得られ、安価で信頼性の高い定着装置を提供できる。

１，１ａ，１ｂ加熱ローラ、１ｃ定着用領域、１ｄ駆動トルク伝達領域、２ベルト、３，３ａ，３ｂ，３ｃベルトガイド、４圧力パッドホルダ、５付勢部材、６，６ａ圧力パッド（加圧部材）、７，７ａ，７ｂ加圧ローラ、７ｃ定着用領域、７ｄ駆動トルク伝達領域、８フランジ、９付勢部材、１２ベアリング、２０薄板（加圧部材）、２１薄板固定部材、２２ネジ、２４弾性部材、２５摺動部材、３０金属板、３１，３１ａ，３１ｂ，３２溝、４０オイル供給体、４１オイル吸収体、５０圧力パッド、６１加圧ローラ側の先端、６２，６２ａ圧接面、６２ｃ，６２ａｃ長手方向中央、６２ｅ１，６２ｅ２，６２ａｅ１，６２ａｅ２両端部、６３下端部、７１断熱層、７１ａｃ長手方向中央、７１ａｅ１，７１ａｅ２長手方向両端、７２芯金、８１チューブ、８２弾性層、８３金属層、ｎ接触ニップ域、 θ１，θ２接線方向の角度、Ｔトナー、Ｐ記録媒体、Ｍ駆動手段。

Claims

現像剤像が形成された記録媒体を搬送すると共に、前記現像剤像を加熱して記録媒体上に定着を行なう定着装置において、
前記現像剤像を加熱する加熱部材と、
前記加熱部材との間に前記記録媒体を挟持する無端ベルトであり、前記加熱部材が回転駆動されると、前記記録媒体を搬送するように走行する無端ベルトと、
前記無端ベルトの内側に設けられ、該無端ベルトを前記加熱部材に対して加圧しつつ回転する加圧ローラと、
前記無端ベルトの内側で前記加圧ローラに並設され、弾性を有して前記無端ベルトに圧接する加圧面を有し、前記加熱部材に対して前記無端ベルトを加圧する加圧パッドと、
前記無端ベルトの内側で、該無端ベルトの内面を緩やかに保持しながらガイドするベルトガイド部材と
を備え、
前記加圧面は、シリコーン系ゴム材料に、少なくともエポキシ変性シリコーン及びアミノシランを添加した弾性基材に、グラファイト、四フッ化エチレン、ポリテトラフルオロエチレンの粉体及び二硫化モリブデンのいずれかである固体潤滑剤を添加してなることを特徴とする定着装置。
前記加圧面は、表面粗さＲｚが５μm以上であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記加圧パッドは、前記記録媒体の搬送方向に実質的に直角な方向に延出するとともに、前記加圧面が凹凸を有することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記加圧面は曲率を有することを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
前記加圧面は前記記録媒体の搬送方向に対して上流側加圧面と、中流側加圧面と、下流側加圧面とを有し、中流側加圧面は、上流側加圧面及び下流側加圧面より小さな押圧力で、前記ベルトに加圧されることを特徴とする請求項３または４に記載の定着装置。
前記ベルトガイド部材は、前記加圧ローラ及び前記加圧パッドを収容することを特徴とする請求項１から５までのいずれかに記載の定着装置。
前記加圧パッドは、前記加圧ローラよりも、前記記録媒体の搬送方向における上流側に配置されることを特徴とする請求項１から６までのいずれかに記載の定着装置。
前記加圧パッドは、少なくとも１枚の板状部材を曲げ加工することにより形成されることを特徴とする請求項１から７までのいずれかに記載の定着装置。
前記加圧パッドは、前記無端ベルトを加圧する板状部分を有し、この板状部分が、前記加熱部材の表面に沿うような形状を有することを特徴とする請求項１から８までのいずれかに記載の定着装置。
前記ベルトガイド部材は、さらに、前記加圧パッドを前記加熱部材の方向に付勢する付勢部材を収容することを特徴とする請求項１から９までのいずれかに記載の定着装置。