JP5041778B2 - 電子写真装置の定着器及び電子写真装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真装置の定着器及び電子写真装置に関する。

電子写真装置における定着器では、印刷用紙上のトナー画像の定着の際に、加熱ローラに用紙を押し当てて用紙を加熱するため、用紙の収縮による変形や、加熱ローラのたわみ変形に起因する用紙幅方向の速度分布不整合によって、紙しわが発生することがある。特に、最近の電子写真装置は小型化、高速化が進み、定着器においては小径の加熱ローラに対し、加圧ベルトにより用紙を押し当てて定着を行うベルト定着方式が多く提案されており、加熱ローラのたわみ変形に起因する紙しわの発生防止が、大きな技術課題となっている。

このような定着器における紙しわの発生を防止するため、種々の紙しわ発生防止手段が知られている。例えば、特許文献１や特許文献２のように、加熱ローラの形状を端部の径を中央の径よりも大きくした逆クラウン形とすることで、搬送される用紙に対して中央から両端への引っ張り力を生じさせる方法が提案されている。また、ベルト定着方式においては、特許文献３に示すように、逆クラウン形状を有する加熱ローラと、中央部の径が端部よりも大きい正クラウン形状のベルト張架ローラを備えた定着ベルトとの組み合わせで、用紙の紙しわ発生を防止する方法が提案されている。
特開平０５−４０４２８号公報 特開２００１−２１５８３２号公報 特開２００５−２２１７５７号公報 日本ゴム協会誌 第６２巻 第１１号（１９８９）、６８３〜６９４頁

上述した定着器においては、定着器の加熱ローラのニップ部における外径を長手方向中央部ほど小さくして、同じ回転速度に対する周速度を中央部で小さくして、用紙の搬送時の搬送力を中央よりも両端で大きくすることで、用紙に対して中央から両端への引っ張り力を生じさせ、これにより用紙の紙しわの発生を防いでいる。

しかし、特許文献１及び特許文献２に記載の定着器は、加熱ローラを逆クラウン形状とするため、加熱ローラの製作工程において、研磨による精密な形状加工が必要となり、製造コストが嵩むという問題があった。特に、装置の小型化とウォームアップ時間の短縮が要求される最近の電子写真装置では、定着器、ひいては加熱ローラの小径化と芯金の薄肉化が必須であり、その場合、加熱ローラを高精度な逆クラウン形状とすることが難しくなってきた。その結果、紙しわを完全に防止することはコスト的にも加熱ローラの形状精度的にも課題を生じている。また、特許文献３に開示された定着器においては、定着ベルトの他に押圧用のベルト機構がもう一組必要であり、定着器のための部品点数が増加し、コスト低減に限界がある。また、部品点数が増加することは、故障の原因が増加し易く好ましいことではない。

本発明の目的は、上述のような問題点に鑑み、加熱ローラ製作に高度な加工技術を必要とせず、安価で小型化に適した構造で、紙しわの発生を防止できる定着器と、これを用いた電子写真装置を提供することである。

本発明の定着器は、発熱体を有し芯金の周囲に弾性体層を設けた加熱ローラと、該加熱ローラの弾性体層１に当接するように張架した加圧ベルトと、該加圧ベルトを加熱ローラに押圧する加圧部材とを備えた電子写真装置の定着器であって、前記加熱ローラは、駆動ローラであり、一端から他端まで同一外径であり、前記加圧部材は、前記加圧ベルトを押圧する弾性体層２と、前記弾性体層２を支持する第１支持部材と、前記第１支持部材の長手方向中央部において、前記加熱ローラの前記加圧ベルトとの当接部における外周方向に沿って形成したピン孔と荷重支持ピンにより結合して前記第１支持部材を支持する第２支持部材とを備え、記録媒体への定着動作中は、前記加熱ローラの長手方向中央部に対する前記加圧部材の押圧力が端部に対する押圧力よりも大きい構造をしている。加圧部材の構造として、例えば、前記加圧部材の押圧部の押圧面における長手方向の形状が、加熱ローラに向かって凸である定着器がある。

好ましい本発明の形態としては、加圧部材の押圧部の押圧面における加熱ローラの円周方向に沿う方向の形状が、加熱ローラに向かって凹である上記定着器がある。また、加圧部材の押圧部が、加熱ローラの弾性体層よりも柔らかい弾性体層からなる上記定着器がある。また、前記第１支持部材が、第２支持部材に対し荷重支持ピンを中心にして回動可能である上記定着器がある。さらに、少なくとも第１支持部材又は第２支持部材のいずれか一方は、長手方向に対する垂直断面の形状がコの字型である上記定着器がある。

また、本発明の電子写真装置は、上記のいずれかの定着器を備えている。

本発明の定着器によれば、紙しわの発生を防止でき、製造が容易で安価で小型化に適した定着器を提供できる。また、紙しわの発生を防止できる電子写真装置を提供することができる。

本発明の定着器は、加熱ローラと加圧ベルトと加圧部材とを備えている。加熱ローラは、発熱体を有する芯金の周囲に弾性体層が設けられており、加熱ローラ長手方向の一端から他端まで同一外径を有する円柱形又は円筒形をしている。そして、加熱ローラには、定着用紙を搬送するために加熱ローラを回転駆動させる駆動装置が設置されている。加圧ベルトは、加熱ローラの弾性体層にニップ部が当接するように架けわたされている。加圧部材は、加圧ベルトのニップ部を加熱ローラに押圧するように配置されている。そして、加圧部材は、加熱ローラの長手方向中央部に対する押圧力が端部に対する押圧力よりも大きい構造をしている。具体的な加圧部材の構造として、例えば、加圧部材の押圧部の押圧面に、長手方向における形状が、中央部が加熱ローラに向かって凸である、所謂正クラウン形状をしている。加圧部材の押圧面が、このような正クラウン形状をしていれば、加熱ローラの長手方向中央部が端部に比べ強く押圧されることになる。

さらに、加圧部材の形状として、押圧面における加熱ローラの円周方向に沿う方向（長手方向と直角の方向）の形状が、加熱ローラに向かって凹であることが好ましく、特に、加熱ローラの外周面のニップ部に加圧ベルトが密着し易いように、加熱ローラの外周面と同じ曲率で湾曲した凹面であることが好ましい。このようにすることで、ニップ部を押圧されながら搬送される印刷用紙が、ニップ部の加熱ローラの円周方向において均一に押圧される。

また、加圧部材の押圧部は、加熱ローラの弾性体層よりも柔らかい（弾性率が小さい）弾性体層であることが好ましい。このようにすることで、加圧部材の押圧力は長手方向中央部では端部よりも大きくなっているが、加圧部材の柔らかい弾性体層が歪みを発生し、加熱ローラはほとんど歪むことがない。このため、加熱ローラの中手方向における周速度は変化せず、加熱ローラによる用紙の搬送に影響を与えない。また、加圧部材により押圧される加熱ローラの弾性体層の変形を小さくし、加熱ローラ表面の永久歪みの発生を防止することができる。加熱ローラに永久歪みが発生すると、ニップ部における印刷用紙の搬送速度にばらつきを生じ、印刷用紙の紙しわの発生の原因となりやすい。

加圧部材は、弾性体層を支持する第１支持部材と、第１支持部材を支持する第２支持部材とを備えていることが好ましい。加圧部材は、柔らかい弾性体層のみで構成されていると、十分な押圧力を発揮できない。そこで、弾性体層を押圧面の背後から支持する剛性のある第１支持部材が設けられている。そして、この剛性のある第１支持部材を押圧することにより、加圧部材は、弾性体層の押圧面を介して所望の押圧力で加熱ローラを押圧することができる。さらに、第１支持部材は、その長手方向中央部の荷重点において剛性のある第２支持部材により支持されている。荷重点は、第１支持部材を第２支持部材が押圧する箇所であり、第１支持部材からの応力を第２支持部材が支える箇所でもある。荷重点は、加熱ローラのニップ部の外周に沿う方向から見れば、長手方向中央部に一点として見えるが、加熱ローラの軸方向から見れば、加熱ローラのニップ部の外周に沿う方向に平行な線状の部分である。このように剛性のある第１支持部材を、その長手方向中央部の荷重点で支持することにより、加圧部材の押圧力は、加熱ローラ中央部を端部よりも大きくすることが容易にできる。また、加熱ローラ長手方向に対して左右対称な押圧構造にもし易い。

さらに、第１支持部材は、第２支持部材に対し、上述の線状の荷重点を中心軸にして回動可能とすることが好ましい。このようにすれば、さらに容易に加熱ローラ長手方向に対して左右対称な押圧構造とすることができる。

第１支持部材を支持する態様として、第１支持部材及び第２支持部材の少なくとも一方は、荷重点において第１支持部材と第２支持部材とを当接させる荷重支持部材を備えた構造とすることができる。例えば、図７における当接部材６１ｂを備えた第２支持部材や図８における当接部材６ｄを備えた第１支持部材等がある。なお、第２支持部材は、図７，８では第１支持部材と同じ長さとなっているが、第１支持部材を支持できれば第１支持部材よりも短くても長くてもよい。なお、第１支持部材と第２支持部材とを当接させる当接部を中心軸として、第１支持部材と第２支持部材とが回動可能とすることが好ましい。

また、第１支持部材を支持する他の態様として、第１支持部材及び第２支持部材は、荷重点において荷重支持ピンにより結合してもよい。この荷重支持ピンは、第１支持部材と第２支持部材とが、荷重支持ピンを中心軸として回動可能とすることが好ましい。

さらに、第１支持部材及び第２支持部材の好ましい形態として、少なくとも第１支持部材又は第２支持部材のいずれか一方、好ましくは両方が、長手方向に対する垂直断面の形状をコの字型とした定着器がある。このようにすれば、第１支持部材及び第２支持部材の製作が容易で、小型、軽量化にも適しており、押圧力に対する強度も確保しやすい。第１支持部材及び第２支持部材の好ましい形態としては、その他にも、長手方向に対する垂直断面の形状をロの字型、Ｔ字型、Ｉ字型、Ｍ字型、Ｕ字型、中空円型などにしてもよい。なお、第１支持部材と第２支持部材とは、互いに嵌合できるような形状とすることが好ましい。このようにして、第１支持部材と第２支持部材とが上記の回動方向以外の方向には互いに相対移動し難い構造とすることができる。また、回動の際の最大移動距離を制御しやすい。

（第１の実施形態）
本発明の実施の形態例を図１、図３及び図４を用いて説明する。先ず、本発明の電子写真装置における定着器について、その概略断を面図１に示す。定着器１０は、加熱ローラ１、加圧ベルト２、入口ガイド３、剥離ガイド４、加圧パッド６、出口ガイド７、下ケース３３を備えている。加熱ローラ１は、厚さ０．５ｍｍのパイプ状の鋼製の芯金１ａの上に、厚さ０.８ｍｍ、ＪＩＳ硬度２０度のシリコーンゴム層１ｂで被覆された外径２６．６ｍｍの弾性ローラであり、その表面にはトナーとの離型性を確保するため厚さ３０μｍのＰＦＡ（四弗化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）が被覆されている。また、内部にはヒータ５を有しており、ヒータ５の熱によって加熱ローラ１を加熱し、印刷用紙３２上のトナー９の樹脂を融解する。加熱ローラ１は、図示していないギヤにより矢印Ａ方向へ回転して、印刷用紙を矢印Ｂ方向へ搬送することができる。

加圧ベルト２は、厚さ８０μｍ、内径３０ｍｍの円周に相当する長さのシームレスのポリイミドベルトであり、その外周側表面にはトナーとの離径性を確保するため、厚さ３０μｍの ＰＦＡが被覆されている。また、加圧ベルト２は、押圧面が加熱ローラの外周に対応して密着するように凹状に湾曲した加圧パッド６によって、加熱ローラに対して巻付き角度θで当接し、トナー９を溶融するための接触部ｈ（ニップ部ともいう。）を形成している。そのため、加熱ローラ１が小径でも定着する速度に必要な接触部ｈの幅が確保できるため、定着装置の小型化が図れ、高速定着も可能となる。本実施形態では、接触幅ｈ＝１１ｍｍ、θ＝４７度で、定着速度２００ｍｍ／ｓｅｃでトナーを定着することが可能であった。

加熱ローラ１の周囲には、用紙３２を案内するガイド機能を有する耐熱性の樹脂で成形された下ケース３３と、加熱ローラ１の通紙部に当接して加熱ローラ１の表面温度を高精度に検知することでヒータ５の発熱を制御するための接触式サーミスタ３１と、加熱ローラ1の表面とギャップＧを形成して定着後の用紙３２を加熱ローラ1から剥離して案内する剥離ガイド４が配置されている。

この実施形態の定着器においては、未定着のトナー９が転写された用紙３２は、入口ガイド３及び下ケース３３のガイドにより矢印Ｂ方向へ搬送され、加熱ローラ1とニップ部で当接し、ニップ部で加圧、加熱され、トナー９が用紙に溶融定着される。トナー９が溶融定着された用紙３２は、剥離ガイド４により加熱ローラ１から剥離されて、図示していない用紙トレー等の排紙部に排出される。また、ニップ部の中央と加熱ローラの長身を結ぶ線は水平線ｐに対して角度φだけ傾斜していることにより、定着装置から排出される用紙が電子写真装置本体の排紙部へ搬送され易くなる。

この形態の定着器が、用紙へのトナーの定着工程において、紙しわの発生を防止する優れた作用を有することについて説明する。加圧パッド６は、形状がコの字状の第1支持部材６ｂに、断面が加熱ローラのニップ部に対応して密着するように凹形状に湾曲し、かつ長手方向の形状が中央部で凸となる正クラウン形状を有するシリコーンゴムである弾性体層６ａが結合されている。さらに、第1支持部材６ｂは、コの字形状の第２支持部材６１と荷重支持ピン６２と止め輪６４とによって、加熱ローラ１に対して長手方向の中央部で回動可能に支持されている。第２支持部材６１は、加圧バネ６３によって電子写真装置本体に接続され、荷重支持ピン６２を介して第1支持部材６ｂ、さらには加熱ローラを凹圧している。なお、加圧バネ６３は、２つあり第２支持部材６１の両端付近に配置されている（図４参照）。このような構成とすることにより、加熱ローラ１の回転動作によって第２支持部材６１を押圧する左右の加圧バネ６３にアンバランスが生じても、常に加圧パッド6は、荷重支持ピン６２によって、長手方向の中央部で押圧される構造となっているため、加熱ローラのニップ部における長手方向の圧力分布は中央部を端部よりも大きく保てる。

図３に、この実施の形態における加圧部材の分解斜視図を示す。断面形状がコの字型の第１支持部材６ｂの平板面である背面に結合する弾性体層６ａは、ＪＩＳ硬度３０度のシリコーンゴム製で、中央部の厚みｔ２を両端部の厚みｔ１、ｔ３よりも大きくして、加熱ローラに対する弾性体層６ａの押圧面を、長手方向に対して正クラウン形状としている。この正クラウン形状は、成形後にゴム表面を機械加工するのではなく、第１支持部材６ｂ上に弾性体層６ａを形成する際、ゴム成形型によって所望の形状に形成することが経済的で好ましい。本実施形態では、中央部のゴム厚さｔ２が４ｍｍ、両端部の厚さｔ１、ｔ３が３．８ｍｍとなる円弧上の正クラウン形状としている。クラウン量（中央部と端部の厚さの差をいう。）と紙しわの詳細については後述するが、この正クラウン形状によって、加圧パッド６が加圧ベルト２を介して加熱ローラ１に当接する部分の圧力分布が、長手方向に対して凸分布、すなわち長手方向の中央部で押圧力が大きくなり両端で小さくなる。なお、本実施形態では加圧パッド６の弾性体層６ａとして、ゴム硬度３０°で中央部の厚みｔ２が４ｍｍのシリコーンゴムを用いたが、弾性体層６ａは、耐熱性で、かつ加圧による弾性変形が加熱ローラの表面の弾性体層よりも大きければよく、例えばフッ素ゴムとしてもよい。

加圧パッド６の第１支持部材６ｂと第２支持部材６１とは、コの字型の断面形状の部材であり、互いに開口部を向きあっている配置をしている。そして、この形態では、第１支持部材６ｂが第２支持部材６１より大きなコの字型断面をしており、第２支持部材６１の一部が第１支持部材６ｂのコの字型の内側に収まる構造になっている。さらに、第１支持部材６ｂと第２支持部材６１の長手方向の中央部には、荷重点となるピン孔６ｃ及び６１ｂが設けてある。そして、これらのピン孔６ｃ，６１ｂには、荷重支持ピン６２が挿入され、第１支持部材６ｂと第２支持部材６１とが結合されている。この構成により、第１支持部材６ｂは、荷重支持ピン６２によって、第２支持部材６１に対して回動可能に支持されるとともに、長手方向の中央部で荷重を受けることとなる。したがって、加熱ローラに対する加圧パッド６の長手方向における圧力分布を、上述した加圧パッドの正クラウン形状による効果のほかに、加圧パッドの荷重点が長手方向中央部となる加圧構造によっても、中央部の圧力が大きくなる凸分布にすることができる。さらに、加圧パッド６が中央部で回動可能に支持される構造により、加熱ローラ１の長手方向における加圧パッド６の押圧力の分布を安定化させる効果がある。加熱ローラ１は、図示しない電子写真装置本体の支持部に支持されている。この場合、加熱ローラ１自体の振れや加熱ローラ１の回転駆動力によっては電子写真装置本体の支持部に捩れが発生することがある。そうすると、加圧パッド６を保持して加熱ローラ１へ当接させる第２支持部材６１は、相対的に左右に傾くことになる。しかしながら、この実施形態では、第２支持部材６１が左右に傾いても加圧パッドの荷重点６ｃは、荷重支持ピン６２によって常に中央にあり、その結果、加熱ローラ１への加圧パッド６の長手方向の圧力分布は、中央が大きく端部が小さくなるよう一定に保たれることとなる。このようにして、加熱ローラ１に対する加圧パッド６の長手方向の圧力分布を、常に中央で大きくなる凸分布とすることができ、紙しわの発生のない安定した定着器が実現できる。

加圧パッド６と加熱ローラ１の圧力分布と紙しわの発生の関係について、図４を用いて説明する。図４は本発明における定着器の斜視図であり、図中に示す各矢印は以下のとおりである。矢印Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、加圧パッド６における加熱ローラ１に対する長手方向の押圧力である。矢印Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３は、加熱ローラ１の回転速度Ａの回転駆動によって発生する加圧ベルト２とのニップ部における加熱ローラ１の長手方向における搬送力である。矢印Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、加圧パッド６の押圧力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３によって発生する加圧ベルト内面の摩擦負荷抵抗力である。矢印Ｖは、加圧ベルト２の長手方向の速度分布を示す。ここで、数字は長手方向の位置を示しており、数字１，３は両端部、数字２は中央部を表している。

一般に、用紙に回転するゴムローラを押し付けて搬送する場合、用紙の搬送速度は、ゴムローラの弾性変形量、すなわち押し付け荷重に依存して速度が速くなることが知られている（非特許文献１参照）。そのため、加圧ベルト２は、加熱ローラとの接触幅ｈが加熱ローラ表面の弾性変形によって形成される場合には、加熱ローラの弾性変形量に依存した速度で搬送される。しかしながら、この形態では、ニップ部の接触幅ｈは、表面が加熱ローラの曲率に対応して密着するように凹状の湾曲をしている加圧パッド６の弾性体層６ａによって形成されており、さらに加圧パッド６の弾性体層６ａが柔らかく、加圧パッド６の押圧によって生じる弾性体層６ａの弾性変形のほうが加熱ローラ１の弾性変形よりも大きいことから、加圧ベルト２の加熱ローラ１から伝達される移動速度Ａは、加熱ローラ１の弾性変形による影響は小さく、ほぼ加熱ローラ１の周速、すなわち加熱ローラ１の半径に対応した速度となる。

一方、加圧ベルト２には、加熱ローラ１と接することで加熱ローラ１の回転速度Ａによって搬送力Ｆｉが作用する反面、加圧パッド６と接する加圧ベルト２の内周面には加圧パッドの圧力Ｐｉによって摩擦負荷抵抗力Ｒｉが作用している。そのため、加圧ベルトの搬送速度Ｖは、上述した加熱ローラから伝達される回転速度Ａのほかに、摩擦負荷抵抗力Ｒｉに比例する影響がある。すなわち、加圧ベルト２の搬送速度Ｖは、加熱ローラの回転速度Ａから加圧パッド６の摩擦負荷抵抗Ｒｉによる速度減少が発生する。この摩擦負荷抵抗力Ｒｉは、加圧パッドの弾性体層６ａと加圧ベルト２の内周面との摩擦係数が一定とすると、加圧パッド６の圧力Ｐｉに比例して大きくなる。したがって、この実施形態では、加圧パッド６が正クラウン形状であるとともに、さらに加圧パッド６の荷重点６ｃが中央であることから、長手方向の中央部では、加圧パッド６の押圧力Ｐ２が両端の押圧力Ｐ１、Ｐ３よりも大きく、摩擦負荷抵抗Ｒ２も大きく作用することとなる。その結果、中央部での加圧ベルトの速度Ｖ２は、両端の速度Ｖ１,Ｖ３よりも遅くなる。言い換えれば両端の速度Ｖ１,Ｖ３が中央の速度Ｖ２よりも相対的に速くなる。用紙の搬送速度分布も加圧ベルト２の搬送速度分布Ｖに倣うことから、搬送される用紙の紙しわの発生が防止できる。

次に、加圧パッドのクラウン量と紙しわについて説明する。上述の図４において、加熱ローラ１は、図示していない電子写真装置のフレームに両端が軸受け機構等により支持されており、加圧パッド６の押し付けによって加熱ローラ１の表面は、中央部が凹にたわむことになる（図４では、加熱ローラ１の表面のたわみは誇張して表している。）。この加熱ローラ１のたわみ量が大きくなるほど、中央部での押圧力Ｐ２は低下することとなり、その結果、中央部の用紙搬送速度が速くなり紙しわが発生しやすくなる。特に、小型化による小径の加熱ローラを用いる定着器では、芯金の剛性が低下するため、加熱ローラのたわみによる紙しわの発生が顕著となる。したがって本発明では、加圧パッドを正クラウン形状とすることによって、加熱ローラ１のたわみ分を補償して中央部の押圧力Ｐ２が大きくなるようにして紙しわの発生を防止している。具体的には、加圧パッドの正クラウン量と加圧パッド自体のたわみ量の合計が、加熱ローラのたわみ量よりも多くすることで紙しわの発生が防止できる。但し、加圧パッドの正クラウン量を大きくしすぎると、用紙の両端部で加圧パッドの押圧力が低下し、その結果トナーが十分に定着できなくなるという不具合が発生する恐れがある。加圧パッドの正クラウン量と加圧パッド自体のたわみ量との合計の適正範囲としては、加熱ローラのたわみ量に対して、０．０５〜０．２ｍｍ大きくすることが望ましく、より好ましくは０．０５〜１．５ｍｍ程度が良い。また、この場合の中央部と端部の押圧力の比は、中央部が端部の１．２〜４倍、好ましくは２〜３倍の押圧力となることが望ましい。

この実施形態では、加熱ローラの芯金の外径０．２５ｍｍ、芯金の肉厚０．５ｍｍ、芯金材質が鉄であり、加圧パッドの押し付け荷重が３９２Ｎであり、加熱ローラのたわみは０．２ｍｍである。これに対して、加圧パッド６の第１支持部材６ｂのたわみが０．１ｍｍであることから、加圧パッドの弾性体層６ａの正クラウン量は０．２ｍｍとしている。結果として、この実施形態では、加圧パッドの正クラウン量と加圧パッド自体のたわみ量との合計は、０．３ｍｍとなり、加熱ローラのたわみ０．２ｍｍとの差は０．１ｍｍと適正な範囲にある。

（第２の実施形態）
本発明の定着器の第２の実施形態を示す。この実施形態の定着器の部品毎の分解斜視図を図６に示す。上述の実施の形態では、加圧パッド加熱ローラに対する押圧面を正クラウン形状とする方法として、加圧パッドにおける弾性体層の厚さを長手方向中央部で厚くし、と端部で薄くすることで実現した。この実施の形態では、弾性体層６ａの厚さｔは長手方向に関して一定にして、弾性体層６ａおよび第１支持部材６ｂを含めた加圧パッド６全体を、長手方向に凸形状に曲げ加工することで、加圧パッド６を正クラウン形状としている。したがって、クラウン量は第１支持部材６ｂの曲げ量δとなる。この曲げ量δが加圧パッドの正クラウン量となるので、上述の実施の形態と同じように、加圧パッドの正クラウン量と加圧パッド自体のたわみ量との合計の適正範囲としては、加熱ローラのたわみ量に対して、０．０５〜０．２ｍｍ大きくすることが望ましく、より好ましくは０．０５〜１．５ｍｍ程度が良い。また、この場合の中央部と端部の押圧力の比は、中央部が端部の１．２〜４倍、好ましくは２〜３倍の押圧力となることが望ましい。この実施の形態では、加熱ローラのたわみ約０．１ｍｍを考慮してδ＝０．２ｍｍとしている。

すでに説明した実施形態の定着器は、弾性体層６ａの成形型によって、断面が湾曲で長手方向に正クラウンとなる形状としているため工数が少ない反面、成形型が３次元曲面となり成形型の精度が要求される。これに対して、この実施形態では、図６に示すように、弾性体層６ａの長手方向に対して垂直な断面形状がどこでも同じであるため、押し出し成形なども利用でき、成形が容易で成形精度も向上させやすい。第１支持部材６ｂの段階又は第１支持部材６ｂに弾性体層６ａを結合した曲げ加工前の加圧パッド６を曲げ加工すればよい。このため、製造の工数は増えるが、弾性体層６ａの成形型は３次元曲面とはならず、比較的容易な型加工で済む利点がある。また、曲げ加工も、加圧パッドの第１支持部材６ｂの両端を支持した状態で、中央部をプレスすることで実現できるため、比較的容易な設備で対応できる。

（第３の実施形態）
本発明の定着器の第３の実施形態を図７の定着器の分解斜視図に示す。第１の実施形態では、第１支持部材６ｂ及び第２支持部材６１の長手方向中央部にピン孔６ｃ，６１ａを設けて荷重支持ピン６２により勘合した第１支持部材６ｂと第２支持部材６１とを支持することで、第１支持部材６ｂを回動可能な構造としていたが、この実施の形態では、第２支持部材６１を、長手方向中央部の第１支持部材６ｂに面する側に円弧上の突起である荷重支持部材６１ｂを備えた形状とする。この荷重支持部材６１ｂが加圧パッド６の第１支持部材６ｂと当接することで、加圧パッド６に対する押圧と回動の自由を実現している。したがって、第１の実施形態のような荷重支持ピンが不要となり、部品点数低減と低コスト化が図れる。

なお、図７で示した実施形態では、第２支持部材６１に荷重支持部材６１ｂを設けたが、これとは反対に、図８に示すように第１支持部材６ｂの長手方向中央部の第２支持部材６１に面する側に、図７で示したと同様に荷重支持部材６ｄを設けてもよい。

さらに、これらの実施形態に第２の実施形態の加圧パッド６の構造を組み合わせた定着器も好適な実施形態とすることができる。

このように、本発明においては、小型で多種類の用紙の高速、高画質カラー定着を実現するとともに、紙しわの発生を防止するという目的を、断面の押圧部における形状が加熱ローラに密着するような湾曲形状であるとともに、長手方向の形状が中央部で凸となる正クラウン形状である弾性体層を有する加圧部材を、長手方向の中央部分を荷重点として加圧ベルトを介して加熱ローラに当接させ押圧することで、加熱ローラに対する加圧部材の長手方向の圧力分布を端部よりも中央部で大きくすることにより、最小の部品点数で、定着器ならびに電子写真装置の大きくすることなく実現した。

（第４の実施形態）
本発明の実施形態として、上述の本発明に係る定着器を備えた電子写真装置がある。この電子写真装置の実施形態について、その概略断面を示す図２を用いて説明する。図２においては、電子写真装置２５の中央部に中間転写装置１１が配置されており、中間転写装置１１の周囲には、感光装置１２、転写装置１３、用紙剥離手段１４、中間転写装置清掃手段１５が配置されている。また、感光装置１２の周囲には、帯電器１６、感光体清掃手段１７、残像除去手段１８が配置されている。この形態例では、４色の異なる色の微少着色粉体であるトナーを封入した現像器１９Ｋ、１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃが重ねて配置されており、その下方には露光手段２０、また更にその下方には用紙を溜めておく用紙保持手段２１、用紙供給装置２２が配置されている。電子写真装置上部には、定着装置１０、用紙排出装置２３が配置されている。

このような構成の電子写真装置２５において、帯電器１６は感光装置１２の表面を一様に帯電させる。次にパソコン、イメージスキャナ等による画像、文字の情報を露光手段２０によりドット単位で露光することにより転送し、感光装置１２の表面に静電潜像を形成させる。その後、静電潜像は、現像装置１９Ｋ、１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃのいずれかによりトナーが供給、現像されることにより、トナー像として可視化され、第一転写位置Ｔ１へ搬送される。第一転写位置Ｔ１では、図示しない電源から供給される感光装置１２と中間転写装置１１との電位差により、トナー像が中間転写装置１１の表面へ転写される。第一転写位置Ｔ１を通過した後、感光装置１２の表面は残像除去手段１８による光照射で電位を一定以下に落とされ、静電潜像が消去され、また、感光体清掃手段１７により第一転写位置Ｔ１にて転写されずに残留した表面の残トナーが清掃され、次のトナー像の形成が可能な状態になる。上記工程を各現像装置１９Ｋ〜１９Ｃにより必要数繰返すことにより、中間転写装置１１の表面には、画像、文字の情報に見合うトナー像が形成される。その後、トナー像は第二転写位置Ｔ２で転写装置１３によって、用紙供給装置２２により用紙保持手段２１から供給された用紙に転写される。トナー像を転写された用紙は、用紙剥離手段１４により中間転写装置１１より剥離され、定着器１０に運ばれ、トナー像を用紙に定着し、用紙排出装置２３にて排出される。ここで、定着器１０が上述した本発明の定着器である。この定着器１０を用いることにより、本発明の電子写真装置は、装置を大きくしたり、部品点数を増加させたりすることなく、紙しわの発生を防止することができる。

以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施例によってなんら限定されるものではない。本発明においては、上述の本発明の実施の形態及びこの実施例を、本発明の主旨及び範囲を逸脱することなく、変更又は変形することができる。なお、以下に示す部及び％は、特に断りがない限りいずれも質量基準である。

本発明の定着器に関する実施例を示す。図５は、以下の３つのケースの定着器の構成について、それぞれ加圧パッドの押圧力の圧力分布、用紙の速度分布、紙しわの発生状況について評価した結果を示している。
・ケース（１）：実施例（加圧パッドの長手方向の形状を正クラウン（クラウン量０．２ｍｍ）とし、荷重点が長手方向中央）の場合。
・ケース（２）：比較例（加圧パッドの長手方向の形状をフラットにし、荷重点は長手方向中央）の場合。
・ケース（３）：比較例（加圧パッドの長手方向の形状をフラットにし、荷重点は長手方向両端２カ所）の場合。

押圧力の圧力分布は、ニッタ株式会社製の圧力分布測定システム（Ｉ−ＳＣＡＮ）を用いて、加圧ベルトを介して加圧パッドが加熱ローラと当接する長手方向の圧力分布を測定した結果である。また、用紙速度分布は、以下の手順にて測定した結果である。先ず、加熱ローラへ転移する特殊なトナーで用紙先端部のみ印字したＡ４サイズの用紙を用意し、その用紙先端３０ｍｍの位置から後端まで、用紙幅方向に３０ｍｍの間隔でスリットをいれて、定着器に通す。すると、トナーが加熱ローラに転移したのち再度用紙に転移され、用紙には加熱ローラの1回転ごとに転移されたトナー像が形成される。用紙速度は、そのトナー像の距離を測定して求めた結果である。

紙しわの発生に対する評価は以下の条件にて行った。
・用紙：ＲＩＣＯＨ−６２００ （Ａ４サイズ、縦目、坪量６９ｇ／ｍ^２）
・印字モード：白紙、５０枚（４色モード）
・環境(Ｎ／Ｎ)：２２℃、５５パーセントＲＨ、（用紙は開封直後）
・環境(Ｈ／Ｈ)、調湿状態：２８℃、８０パーセントＲＨ、（用紙は２５０枚積層した状態で４８時間放置して調湿した状態）
図５から判るように、実施例であるケース（１）の場合、すでに説明したように、加圧パッドの押圧力の分布は、中央の押圧力Ｐ２が両端の押圧力Ｐ１、Ｐ３よりも大きく中央で凸となる分布となった。中央の押圧力Ｐ２は、両端の押圧力Ｐ１、Ｐ３のほぼ２倍であった。用紙速度分布は、両端部の速度Ｖ１、Ｖ３が中央の速度Ｖ２よりも速くなる凹分布となっている。両端部の速度Ｖ１、Ｖ３は、中央の速度Ｖ２よりも約０．２％速くなった。その結果、紙しわは、両環境(Ｎ／Ｎ)、環境(Ｈ／Ｈ)、調湿状態とも発生しなかった。

これに対して、比較例であるケース（２）の場合は、加圧パッドの形状がフラットのため、圧力分布および用紙速度分布もほぼフラットとなっている。そのため、環境（Ｎ／Ｎ）の開封直後の状態では、紙しわの発生はなかったが、環境（Ｈ／Ｈ）で調湿した状態では１８／５０枚（３６％）に紙しわが発生した。これは以下の理由による。環境（Ｈ／Ｈ）で調湿した用紙は水分率が１２〜１６％と多く、定着器で加熱されると用紙の水分率が４％程度まで低減し、その際に用紙が収縮して用紙に面外変形が起きるからである。そのため、フラットな用紙速度分布では、用紙の両端を引っ張ることができず、用紙の収縮による紙しわの発生を十分防止できなかった。

また、比較例であるケース（３）の場合は、加圧パッドが、フラットなうえ、加圧パッドを両端から押し付ける構造のため、加圧パッド自体も中央が凹にたわみ変形し、加圧パッドの圧力分布は、両端の押圧力Ｐ１、Ｐ３が中央部の押圧力Ｐ２よりも大きくなる凹分布となっている。両端の押圧力Ｐ１、Ｐ３は、中央の押圧力Ｐ２のほぼ２．２倍であった。そのため、本発明における実施例のケース（１）とは反対に、用紙速度分布は両端の速度Ｖ１、Ｖ３が中央の速度Ｖ２よりも約０．１％遅くなる長手方向に凸分布となり、その結果、環境（Ｎ／Ｎ）においても半数以上の５０枚中４２枚で紙しわの発生が認められる。環境（Ｈ／Ｈ）で調湿した状態では、５０枚全てに紙しわが発生した。

このように、本発明の定着器によれば、少ない部品点数で部品のコストアップすることなく、多種用紙に対する小型で高速、高画質カラー定着を実現するとともに、紙しわを防止することができる。

本発明の定着器の概略構成図 本発明の電子写真装置の概略構成図 加圧部材の分解斜視図の例 定着器への加圧力の説明図 加圧部材とその評価結果 加圧部材の分解斜視図の例 加圧部材の分解斜視図の例 加圧部材の分解斜視図の例

符号の説明

１：加熱ローラ、１ａ：芯金、１ｂ：弾性体層、２：加圧ベルト、３：入り口ガイド、
４：剥離ガイド、５：ヒータ、６：加圧パッド、６ａ：弾性体層、６ｂ：第１支持部材、
６ｃ：荷重点（ピン孔）、６ｄ：荷重支持部材、７：出口ガイド、９：トナー、
１０：定着器、１１：中間転写装置、１２：感光装置、１３：転写装置、
１４：用紙剥離手段、１５：中間転写装置清掃手段、１６：帯電器、
１７：感光体清掃手段、１８：残像除去手段、１９Ｋ、１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃ：現像器、
２０；露光手段、２１；用紙保持手段、２２；用紙供給装置、２３；用紙排出装置、
２５：電子写真装置、３１；サーミスタ、３２；用紙、３３；下ケース、６０：加圧部材、
６１；第２支持部材、６１ａ；ピン孔、６１ｂ：荷重支持部材、６２；荷重支持ピン、
６３；加圧バネ、６４；止め輪

Claims (8)

1. 発熱体を有し芯金の周囲に弾性体層を設けた加熱ローラと、該加熱ローラの弾性体層１に当接するように張架した加圧ベルトと、該加圧ベルトを加熱ローラに押圧する加圧部材とを備えた電子写真装置の定着器であって、
   前記加熱ローラは、駆動ローラであり、一端から他端まで同一外径であり、
   前記加圧部材は、前記加圧ベルトを押圧する弾性体層２と、前記弾性体層２を支持する第１支持部材と、前記第１支持部材の長手方向中央部において、前記加熱ローラの前記加圧ベルトとの当接部における外周方向に沿って形成したピン孔と荷重支持ピンにより結合して前記第１支持部材を支持する第２支持部材とを備え、
   記録媒体への定着動作中は、前記加熱ローラの長手方向中央部に対する前記加圧部材の押圧力が端部に対する押圧力よりも大きい電子写真装置の定着器。
2. 前記第１支持部材は、前記第２支持部材により支持され、前記荷重支持ピンを中心軸にして回動可能である請求項１に記載の電子写真装置の定着器。
3. 少なくとも前記第１支持部材及び前記第２支持部材のいずれか一方は、前記第１支持部材の長手方向に対する垂直断面の形状がコの字型であり、前記第１支持部材と前記第２支持部材は前記コの字型の側面で嵌合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子写真装置の定着器。
4. 前記弾性体層２は、前記第１支持部材のコの字型の中央の平板面の外側の面に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の電子写真装置の定着器。
5. 前記加圧部材の押圧部の押圧面における長手方向の形状は、前記加熱ローラに向かって凸である請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子写真装置の定着器。
6. 前記加圧部材の押圧部の押圧面における前記加熱ローラの円周方向に沿う方向の形状は、前記加熱ローラに向かって凹である請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子写真装置の定着器。
7. 前記弾性体層２は、前記弾性体層１よりも柔らかい弾性体からなる請求項１〜６のいずれか一項に記載の電子写真装置の定着器。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の定着器を備えた電子写真装置。

Images