JP5447940B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、記録媒体上の未定着画像を当該記録媒体に定着する定着装置、及びその定着装置を備えた画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等の画像形成装置において、記録媒体としての記録用紙に転写されたトナー画像を熱と圧力によって定着させる定着装置が多く用いられている。この種の定着装置は、例えば、内部に配設した発熱体によって加熱される定着回転体と、その定着回転体を加圧する加圧回転体とを有し、これら回転体が互いに接触して形成される定着ニップに記録用紙を通過させることで、その記録用紙上の未定着トナー画像を熱と圧力で定着するようにしている。また、定着回転体の表面温度は、発熱体のＯＮ／ＯＦＦを切り換えるにより、定着に適した温度となるように制御されている。

近年、画像形成装置は、小型化、省エネ化、高速化が要求されており、そのため、例えば特許文献１や２に記載の画像形成装置においては、上記定着回転体として弾性変形可能な薄肉円筒状のローラを使用している。このように、定着回転体を薄肉円筒状のローラとすることで熱容量が小さくなり、ウォームアップに必要な熱量の低減とウォームアップ時間の短縮が可能である。また、薄肉円筒状のローラが弾性変形することで、定着ニップの幅を広くすることができ、記録用紙に効率良く熱を伝達して定着速度の高速化が図れる。

また、上記特許文献１や２に記載の定着装置は、図９に示すように、薄肉円筒状のローラ１００の両端側の外周に回転支持部材２００（転がり軸受）を取り付けて、ローラ１００を支持するように構成されている。これに対し、特許文献３に記載の定着装置は、図１０に示すように、薄肉円筒状のローラ１００の両端側の内周面に回転支持部材３００を配設することによって、回転支持部材を小径にすることができ、装置の小型化を実現している。

しかしながら、上記特許文献１，２又は３に記載の定着装置は、定着回転体として薄肉円筒状のローラを使用しているため、定着回転体の熱容量が小さく、内部に配設した発熱体のＯＮ／ＯＦＦの切換に伴う定着回転体の表面の温度変化が大きくなる。その結果、記録用紙内において、又は記録用紙毎に、付与される熱のばらつきが大きくなり、画像の定着ムラや光沢差が大きくなるといった問題がある。

そこで、本発明は、斯かる事情に鑑み、弾性変形可能な筒状の金属基体で構成された定着部材の表面温度の変動を抑制することができる定着装置、及びその定着装置を備えた画像形成装置を提供しようとするものである。

請求項１の発明は、弾性変形可能な筒状の金属基体で構成された定着部材と、前記定着部材に接触して定着ニップを形成する加圧部材と、前記定着部材を加熱する定着部材加熱手段と、前記加圧部材を加熱する加圧部材加熱手段とを備え、前記定着ニップに記録媒体を通過させて当該記録媒体上の未定着トナー画像を定着する定着装置であって、前記加圧部材の熱容量を、前記定着部材の熱容量よりも大きくし、前記定着部材の表面温度を検知する定着部材温度検知手段と、前記加圧部材の表面温度を検知する加圧部材温度検知手段と、前記定着部材加熱手段と前記加圧部材加熱手段を独立して制御する制御手段を備え、前記各温度検知手段で検知した温度に基づいて前記制御手段が前記各加熱手段を制御することにより、前記加圧部材の表面温度を前記定着部材の表面温度よりも高くなるようにしたものである。

加圧部材の熱容量を定着部材の熱容量よりも大きくしているので、加圧部材は定着部材に比べて加熱手段のＯＮ／ＯＦＦの切換による温度変動は小さい。このため、温度変動しにくい加圧部材からの熱によって、定着部材に発生する温度変動を緩和することができる。これにより、記録媒体に付与される熱のばらつきを抑制することができ、画像の定着ムラや光沢差を低減することが可能である。
また、加圧部材の表面温度を定着部材の表面温度よりも高く制御することができるので、記録媒体上のトナーの表側と裏側の温度差を低減することができる。これにより、トナーと記録媒体との付着力をトナーと定着部材との付着力よりも強くすることができ、記録媒体上のトナー画像が定着部材に付着するいわゆるオフセットの発生を抑制することができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の定着装置において、前記加圧部材加熱手段の発熱量を、前記定着部材加熱手段の発熱量よりも大きくしたものである。

加圧部材加熱手段の発熱量を、定着部材加熱手段の発熱量よりも大きくすることにより、加圧部材の表面温度を定着部材の表面温度よりも高くして、記録媒体上のトナーの表側と裏側の温度差を低減することができる。これにより、トナーと記録媒体との付着力をトナーと定着部材との付着力よりも強くすることができ、記録媒体上のトナー画像が定着部材に付着するいわゆるオフセットの発生を抑制することができる。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の定着装置において、前記定着部材は、前記金属基体の表面に弾性層を被覆したものであって、当該弾性層の厚さを０．２ｍｍ〜２ｍｍの範囲内に設定したものである。

定着部材の弾性層の厚さが０．２ｍｍ未満の場合は、弾性層がトナー表面の凹凸に沿って十分に弾性変形することができず、トナー表面を均一に溶融することができなくなるため、ゆず肌のような凹凸画像となる。一方、弾性層の厚さが２ｍｍよりも厚くなると、定着部材の熱伝導率が低下し、ウォームアップ時間が長くなるほか、弾性層と金属基体との界面温度が高くなるため、弾性層の熱劣化を招く。そのため、定着部材の弾性層の厚さを０．２ｍｍ〜２ｍｍの範囲内に設定することにより、画質の向上、ウォームアップ時間の短縮、弾性層の熱劣化の抑制を図れる。

請求項４の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の定着装置において、前記記録媒体がフラップに接着剤が塗布された封筒である場合、当該封筒を定着ニップに通過させる際の前記加圧部材の表面温度を前記定着部材の表面温度と同等かそれよりも低くなるように設定したものである。

フラップに接着剤が塗布された封筒の定着処理を行う場合は、封筒オモテ面が宛名を印刷する印字面（定着部材側）となり、封筒背面を非印字面（加圧部材側）となるため、加圧部材の表面温度が高いと、フラップに塗布された接着剤が溶け出す虞がある。そのため、フラップに接着剤が塗布された封筒を定着ニップに通過させる場合は、加圧部材の表面温度を定着部材の表面温度と同等か、あるいはそれよりも低く設定することにより、フラップに塗布された接着剤が溶け出さないようにすることができる。

請求項５の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の定着装置において、前記金属基体の両端側の内周面を、それぞれ支持手段によって支持したものである。

金属基体（定着部材）の内周面を支持手段で支持することによって、装置の小型化を図ることができると共に、加圧部材内に加圧部材加熱手段を配設しやすくなる。

請求項６の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の定着装置において、前記加圧部材を回転駆動させ、前記定着部材を前記加圧回転体に対して従動回転させるように構成したものである。

定着部材を従動回転させることによって、定着部材は、加圧部材と接触する領域全体に渡って駆動力を受けることができ、ねじれ変形することなく安定して回転することができる。

請求項７の発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載の定着装置を備えた画像形成
装置。

画像形成装置が、請求項１から７のいずれか１項に記載の定着装置を備えているので、これらの定着装置による上記効果が得られる。

本発明によれば、加圧部材の熱容量を定着部材の熱容量よりも大きくしたことにより、定着部材に発生する温度変動を緩和することができる。これにより、記録媒体に付与される熱のばらつきが抑制され、画像の定着ムラや光沢差を低減することができるので、画像品質の向上を図れる。

本発明の実施の一形態に係るカラー画像形成装置の概略構成図である。 本発明の実施の一形態に係る定着装置の概略断面図である。 弾性部材の配設領域における定着ローラと加圧ローラの断面図である。 弾性部材の相互間領域における定着ローラと加圧ローラの断面図である。 定着ニップに記録用紙が供給された状態を模式的に示した拡大図である。 トナーに作用する力の強さと温度の関係を示すグラフである。 定着性を示すグラフである。 フラップ糊付き封筒の一例を示す図である。 従来の定着装置の概略構成図である。 他の従来の定着装置が備える定着ローラの支持構成を示す図である。 従来の定着装置における問題点を説明するための図である。

図１は、本発明の実施の一形態に係るカラー画像形成装置を示す概略構成図である。
図１に示すように、このカラー画像形成装置の中央部には、中間転写装置１が配置されている。中間転写装置１の周囲には、感光装置２、転写装置３、用紙剥離手段４、中間転写装置清掃手段５が配置されている。また、感光装置２の周囲には、帯電器６、感光体清掃手段７、残像除去手段８が配置されている。この実施形態では、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装置９Ｋ、９Ｙ、９Ｍ、９Ｃが重ねて配置されており、その下方には露光手段１０、また更にその下方には記録媒体としての記録用紙を溜めておく用紙保持手段１１、用紙供給装置１２が配置されている。カラー画像形成装置の上部には、定着装置２０、用紙排出装置１３が配置されている。

このような構成のカラー画像形成装置において、帯電器６は感光装置２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１０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２の表面に静電潜像を形成させる。その後、現像装置９Ｋ、９Ｙ、９Ｍ、９Ｃによって静電潜像にトナーが供給されることにより、静電潜像はトナー画像として可視化（現像）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２と中間転写装置１との電位差により、トナー画像が中間転写装置１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２の表面は残像除去手段８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７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、次のトナー画像の形成が可能な状態になる。上記工程を各現像装置９Ｋ〜９Ｃにおいて行うことにより、中間転写装置１の表面には、画像、文字の情報に見合うトナー画像が形成される。その後、トナー画像は第二転写位置Ｔ２で転写装置３によって、用紙供給装置１２により用紙保持手段１１から供給された記録用紙に転写される。トナー画像を転写された記録用紙は、用紙剥離手段４により中間転写装置１より剥離され、定着装置２０に運ばれ、トナー画像を記録用紙に定着し、用紙排出装置１３にて排出される。

以上の説明は、記録用紙上にフルカラー画像を形成するときの画像形成動作であるが、４つの現像装置９Ｋ、９Ｙ、９Ｍ、９Ｃのいずれか１つを使用して単色のトナー画像を形成したり、２つ又は３つの現像装置を使用して、２色又は３色のトナー画像を形成したりすることも可能である。

次に、図２〜図４に基づいて、本発明の上記定着装置について説明する。なお、図２〜図４において、同一の符号は同じ部材又は部分を示す。

図２に示すように、定着装置２０は、定着部材としての定着ローラ２１と、加圧部材としての加圧ローラ２２と、加圧ローラ２２を付勢する付勢手段としての加圧バネ２３と、定着ローラ２１を加熱する定着部材加熱手段としてのヒータ２４と、加圧ローラ２２を加熱する加圧部材加熱手段としてのヒータ３２と等を有している。

定着ローラ２１は、弾性変形可能な薄肉筒状の芯金２１ａ（金属基体）と、その芯金２１ａの外周に被覆された弾性層２１ｂと、その弾性層２１ｂの外周に被覆された離型層（図示省略）によって構成されている。ここでは、芯金２１ａとして、外径φ４５．３ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍ、長さ２４０ｍｍのストレート状の薄肉ステンレスパイプを用いている。また、弾性層２１ｂを、厚さ０．５ｍｍ、ＪＩＳ硬度２０度のシリコーン弾性層とし、離型層を、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）としている。なお、芯金２１ａ、弾性層２１ｂ、離型層を形成する上記各部材は実施の一例であり、本発明はこの実施例に限定されることはない。

加圧ローラ２２は、芯金２２ａと、その芯金２２ａの外周面に被覆された離型層（図示省略）によって構成されている。芯金２２ａは、外径φ３０ｍｍ、厚さ２ｍｍのアルミニウム製の中空ローラである。加圧ローラ２２の芯金２２ａは、定着ローラ２１の芯金２１ａよりも厚く形成されている。これにより、加圧ローラ２２の剛性を確保すると共に、加圧ローラ２２の熱容量を定着ローラ２１の熱容量の約６倍大きくしている。この理由については後述する。また、加圧ローラ２２の離型層は、厚さ３０μｍのＰＦＡ又はＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素樹脂から成る。なお、加圧ローラ２２の構成は、ここで挙げた実施例に限定されることはない。

図２に示すように、加圧ローラ２２に設けた軸の両端は、転がり軸受２５によって回転可能に支持されている。転がり軸受２５には、加圧バネ２３の一端が取り付けてあり、加圧バネ２３によって加圧ローラ２２は定着ローラ２１側へ付勢され、加圧ローラ２２と定着ローラ２１とが所定の圧力で互いに接触している。また、加圧ローラ２２に設けた軸の一端には、駆動ギア２６が取り付けてあり、駆動ギア２６によって図示しないモータからの回転駆動力が加圧ローラ２２に伝達されるようになっている。

他方、定着ローラ２１は、回転する加圧ローラ２２に従動回転するように構成されている。仮に、定着ローラ２１の一端に駆動力を与えて回転させた場合は、薄肉で弾性変形可能な定着ローラ２１はねじれ変形して回転が不安定になる虞がある。そのため、本実施形態では、定着ローラ２１を加圧ローラ２２に対して従動回転させることによって、定着ローラ２１は、加圧ローラ２２と接触する領域全体に渡って駆動力を受けることができ、ねじれ変形することなく安定して回転できるようになっている。

定着ローラ２１を加熱するヒータ２４と、加圧ローラ２２を加熱するヒータ３２は、それぞれ各ローラ２１，２２の内部に配設されており、各ヒータ２４，３２によって各ローラ２１，２２は内面から加熱されるようになっている。

図２を参照しつつ、定着ローラの支持手段について説明する。
定着ローラの支持手段は、定着ローラ２１の両端側の内方に配設された二重円筒状の断熱部材２７と、側板２８に一体的に形成された円筒状のボス２９と、転がり軸受３０とを有している。ボス２９は、断熱部材２７の外側の円筒と内側の円筒の間に挿入されている。また、断熱部材２７とボス２９との間に転がり軸受３０が介在しており、これにより、断熱部材２７はボス２９に対して回転可能に構成されている。

ここでは、転がり軸受３０は、外輪３０ａの外径がφ３２ｍｍ、内輪３０ｂの内径がφ２５ｍｍ、呼び記号６７０５の単列深溝軸受としている。ボス２９の外径は、転がり軸受３０の内輪３０ｂと嵌合するようにφ２５ｍｍに形成されている。また、側板２８は、厚さ１．２ｍｍの鋼板であり、図示しない定着装置本体に設けてある。転がり軸受３０の外輪３０ａは、断熱部材２７の外側の円筒の内周面に嵌合している。断熱部材２７の内側の円筒はボス２９内に挿入されており、さらに断熱部材２７の内側の円筒内にはヒータ２４の端部が挿通されている。なお、上記各部材の寸法は実施の一例であり、本発明はこの実施例に限定されることはない。

また、ボス２９の外周面にはリング状の弾性体３１が配設されている。弾性体３１は、定着ローラ２１の軸方向にある程度の圧縮されて、転がり軸受３０の内輪３０ｂと側板２８とに接触するように配設されている。すなわち、この弾性体３１によって転がり軸受３０は軸方向に位置決めされており、さらに、高温時においては、断熱部材２７及び定着ローラ２１の軸方向の熱膨張を弾性体３１が圧縮変形することで吸収する構成となっている。本実施形態では、弾性体３１として、ＳＵＳ３０４−ＷＰＢによる波形リングを用いているが、耐熱ゴム材によるリングでも構わない。

本実施形態では、定着ローラの支持手段を上記の如く構成したことによって、定着装置の側板の小型化と強度確保が実現できる利点がある。例えば、図９に示すように、定着ローラの外周面を転がり軸受の内輪で受けるように構成した場合は（例えば、図９参照）、軸受が大径化し、転がり軸受の外輪を嵌合するために、側板には転がり軸受の外輪と同じ大きさの穴が必要となる。そのため、この場合は、側板の強度補強の観点から、側板の小型化には限界がある。これに対し、本実施形態では、図２に示すように、側板２８には、転がり軸受３０の内輪３０ｂの内径と同じ外径のボス２９と、ヒータ２４を通す穴を設ければよく、側板２８の小型化、強度確保の点で有利となる。また、本実施形態では、芯金の肉厚の薄肉化が容易であり、その結果、ウォームアップ時間の短縮化が図れる利点がある。

また、定着ローラの外周面を転がり軸受の内輪で受ける構成の場合は、加圧ローラ内にヒータを配設すると、そのヒータが定着ローラを支持する転がり軸受の外周面に近接するため、干渉する虞がある。これに対して、本発明の上記実施形態では、定着ローラの内周面を支持する構成とすることによって、加圧ローラ内のヒータが定着ローラの支持部材と干渉するのを回避できる。このため、本実施形態の構成では、加圧ローラ２２内にヒータ３２を配設して、加圧ローラ２２の内周面から加熱することが可能となる。

さらに、本発明では、定着ローラ２１の内周面と断熱部材２７の外周面との間に、リング状の弾性部材４０を介在させている。ここでは、弾性部材４０として、幅１５ｍｍ、ＪＩＳ硬度２０度のシリコーンゴムを用いているが、これに限定されない。本実施形態では、弾性部材４０は定着ローラ２１の端部内周面に嵌合しており、さらに弾性部材４０の外周面と定着ローラ２１の内周面は接着されている。他方、弾性部材４０と断熱部材２７は、互いに嵌合されているだけであり、接着はされていない。この場合、弾性部材４０と断熱部材２７とが軸方向に相対的に移動して互いに分離すると、定着ローラ２１が断熱部材２７から脱落することが考えられる。そのため、断熱部材２７の外周面に弾性部材４０の端面と当接するフランジ部２７ａを設け、弾性部材４０の軸方向の移動を規制して定着ローラ２１の脱落を防止するようにしている。

上記定着ローラ２１において、両端側の弾性部材４０を配設した領域を「弾性部材の配設領域Ｗ」と呼び、弾性部材４０同士の間の領域を「弾性部材の相互間領域Ｘ」と呼ぶと、加圧ローラ２２は、定着ローラ２１の弾性部材の配設領域Ｗと弾性部材の相互間領域Ｘとの両方の外周面に接触している。言い換えれば、加圧ローラ２２は、一端側の弾性部材の配設領域Ｗから他端側の弾性部材の配設領域Ｗに渡る定着ローラ２１の外周面に接触している。また、本実施形態では、加圧ローラ２２の軸方向長さは、定着ローラ２１の軸方向長さと略同じ長さに設定されており、各ローラ２１，２２は互いに軸方向の全域に渡って接触している。

図３は、図２に示す弾性部材の配設領域Ｗにおける定着ローラ２１と加圧ローラ２２の断面図である。
図３に示すように、加圧ローラ２２は上記加圧バネによる付勢力を受けて定着ローラ２１と接触しており、その接触した箇所において定着ニップｈが形成されている。また、加圧ローラ２２の芯金２２ａの剛性に対して、定着ローラ２１の剛性と弾性部材４０のゴム硬度が小さいため、加圧ローラ２２からの押圧力Ｆによって、定着ローラ２１は加圧ローラ２２に対して軸方向から見て圧縮変形量δの（記録用紙の搬送方向に）凹状に弾性変形し、弾性部材４０も同様に凹状に圧縮変形している。

図４は、図２に示す弾性部材の相互間領域Ｘにおける定着ローラ２１と加圧ローラ２２の断面図である。
図４においても、加圧ローラ２２は上記加圧バネによって定着ローラ２１と接触しており、その接触した箇所において定着ニップｈｆが形成されている。また、定着ローラ２１は、加圧ローラ２２からの押圧力ｆを受けることによって、軸方向から見て圧縮変形量δ´の（記録用紙の搬送方向に）凹状に弾性変形している。

また、図３又は図４に示すように、定着ローラ２１の外周面には、定着ローラ２１の表面温度を検知する定着部材温度検知手段としての接触式サーミスタ３３が配設されている。同様に、加圧ローラ２２の外周面においても、加圧ローラ２２の表面温度を検知する加圧部材温度検知手段としての接触式サーミスタ３４が配設されている。

本発明の定着装置で画像の定着を行う場合は、定着ローラ２１内のヒータ２４と加圧ローラ２２内のヒータ３２の発熱を開始し、各ローラ２１，２２を加熱する。また、図示しない制御手段が、各サーミスタ３３，３４で検知された温度に基づいて、ヒータ２４，３２の発熱のＯＮ／ＯＦＦを切り換え、定着ローラ２１と加圧ローラ２２のそれぞれの表面温度が所定の温度となるように制御される。次に、図３又は図４に示すように、加圧ローラ２２を図の矢印Ａの方向に回転駆動させ、これに伴って定着ローラ２１が図の矢印Ｂの方向に従動回転する。そして、未定着のトナー画像ｔが転写された記録用紙Ｐを定着ニップに通過させる。このとき、記録用紙Ｐ上のトナーが熱で溶融し、トナー画像が記録用紙Ｐに定着される。

上記定着ローラ２１は、弾性変形可能であるため、加圧ローラ２２との接触によって定着ニップを記録用紙搬送方向に広く確保することが可能である。このため、ヒータ２４からの熱を効果的に記録用紙に与えることができ、定着速度の高速化が図れる。また、定着ローラ２１は、薄肉に形成されているので熱容量が小さく、ウォームアップに必要な熱量の低減とウォームアップ時間の短縮が図れる。

また、本実施形態では、図３又は図４に示すように、定着ローラ２１を加圧ローラ２２に対して凹状となるように弾性変形させて、記録用紙Ｐを加圧ローラ２２の表面に沿わせて図の矢印Ｃの方向に排出するようにしている。これにより、記録用紙Ｐが定着ローラ２１に貼り付く又は巻き付くのを抑制して、定着ローラ２１から記録用紙Ｐを分離するセルフストリップ性を確保している。また、これにより、定着ローラから記録用紙を分離させるための分離爪や分離板等の分離手段を設ける必要がないので、装置の小型化及び低コスト化を図れる。また、定着ローラを凹状に弾性変形させる以外に、定着ローラをフラット状に弾性変形させた場合であっても、記録用紙を定着ローラから分離させやすくすることが可能である。

図２に示すように、記録用紙を通過させる通紙領域Ｌｐ（記録媒体通過領域）は、弾性部材の相互間領域Ｘ内で設定されている。これは、定着ローラ２１の表面において弾性部材４０を配設した位置と配設しない位置とでは、ヒータ２４からの熱伝達率や加圧ローラ２２と接触した際の圧力が異なるため、定着に与える影響に差が生じるからである。そこで、通紙領域Ｌｐを弾性部材の配設領域Ｗを除く領域内（弾性部材の相互間領域Ｘ内）で設定することによって、ヒータ２４の熱を記録用紙に効率良くかつ均一に与え、加圧ローラ２２による圧力を均一に与えることができ、定着ムラのない高品質の画像を提供することができる。

また、図２において、ヒータ２４の発熱部Ｌｈ（発熱長さ）は、通紙領域Ｌｐよりも大きく、かつ、弾性部材の相互間領域Ｘより小さい範囲に配設されている。このように発熱部Ｌｈの配設領域を設定することにより、断熱部材２７および弾性部材４０の過剰な温度上昇を抑制できると共に、記録用紙に対する熱供給を効率良く行うことが可能である。

また、定着ローラ２１の弾性層２１ｂの厚さは、０．２ｍｍ〜２ｍｍの範囲内に設定することが望ましい。それは以下の理由による。記録用紙上に転写された未定着トナーの表面は、記録用紙及びトナー粒子自体によって微小な凹凸の起伏があるが、定着ローラ２１の弾性層２１ｂが弾性変形して前記トナー表面の凹凸に沿って均一に接触することにより、定着ローラ２１からトナーへの熱伝達が均一となり、トナー表面を均一に溶融することができる。しかし、弾性層２１ｂの厚さが０．２ｍｍ未満の場合は、弾性層２１ｂがトナー表面の凹凸に沿って十分に弾性変形することができず、トナー表面を均一に溶融することができなくなるため、ゆず肌のような凹凸画像となる。特に、ベタ画像の場合は画質が低下する。一方、弾性層２１ｂの厚さが２ｍｍよりも厚くなると、定着ローラの熱伝導率が低下し、ウォームアップ時間が長くなるほか、弾性層２１ｂと芯金２１ａとの界面温度が高くなるため、弾性層２１ｂの熱劣化を招く。そのため、本実施形態においては、定着ローラ２１の弾性層２１ｂの厚さを０．２ｍｍ〜２ｍｍの範囲内に設定することが望ましい。これにより、画質の向上、ウォームアップ時間の短縮、弾性層の熱劣化の抑制を図れる。さらに、より好ましくは、定着ローラ２１の弾性層２１ｂの厚さを、０．２ｍｍ〜１ｍｍの範囲内に設定するのがよい。

ところで、図９に示す上記特許文献１や２に記載の定着装置では、加圧ローラ４００と回転支持部材２００との干渉を回避するため、加圧ローラ４００は定着ローラ１００よりも短く形成されている。このように、加圧ローラ４００を定着ローラ１００よりも短くした構成において、定着ローラ１００の両端をバネ５００によって加圧ローラ４００側へ押し付けると、図１１に示すように、加圧ローラ４００の端部から軸方向にＬだけ離れた定着ローラ１００の端部において、バネ５００の荷重Ｆによる回転モーメント（Ｆ×Ｌ）が発生する。その結果、定着ローラ１００が長手方向に渡って撓み、定着ローラ１００の端部における変形が大きくなって、定着ニップの幅や押圧力が不均一になり、定着ムラが発生する問題がある。

上記問題を解決するため、特許文献２に記載の定着装置では、図９に示すように、加圧ローラ４００の長さＬ２を、保持部材中心位置間の幅Ｌ１に対して、Ｌ２／Ｌ１＝０．９〜０．９９の範囲に設定して、定着ローラの長手方向に渡る撓みを抑制している。しかしながら、加圧ローラの長さと保持部材中心間位置の幅との関係を上記のように設定しても、定着ローラの剛性（又は径）や厚さによっては、上記問題を十分に解消できない場合がある。

また、図１０に示す上記特許文献３に記載の定着装置では、薄肉円筒状のローラ１００（定着ローラ）の端部内周面に回転支持部材３００を配設しているため、その回転支持部材３００を配設した位置ではローラ１００は弾性変形できない。従って、この場合、定着ニップを広く確保するには、定着ローラの弾性変形可能な部分にのみ加圧ローラを接触させなければならず、その結果、加圧ローラの長さは定着ローラの長さよりも短くなる。このため、特許文献３に記載の定着装置においても、上記と同様に、定着ローラが長手方向に渡って撓み、定着ムラが発生する問題がある。

これに対して、本発明に係る定着装置は、図２に示すように、加圧ローラ２２を、定着ローラ２１の一端側の弾性部材の配設領域Ｗから他端側の弾性部材の配設領域Ｗに渡って接触させているので、定着ローラ２１の両端における支持箇所を加圧ローラ２２によって受けることができる。これにより、定着ローラ２１の端部における回転モーメントの発生を抑制でき、定着ローラが長手方向（又は軸方向）に渡って撓むのを高度に抑制することができる。このように、本発明の構成によれば、定着ニップの幅や圧力を長手方向に渡って均一にすることができ、定着ローラの回転ムラや画像の定着ムラを防止することが可能となる。

また、定着ローラの両端側の内周面を、それぞれ弾性部材を介して支持手段によって支持しているので、定着ローラを両端側においても弾性変形させることが可能である（図３参照）。このため、上記のように、加圧ローラを、定着ローラの一端側の弾性部材の配設領域から他端側の弾性部材の配設領域に渡って接触させても、その接触した箇所全域に渡って定着ローラを弾性変形させることができ、定着ニップを記録用紙搬送方向に広く確保することができる。これにより、ヒータからの熱を記録用紙に効果的に付与することができ、定着速度の高速化を図ることが可能である。

上述したように、定着ローラは厚さ０．１５ｍｍの薄肉のステンレスの芯金で構成されており、その熱容量は２０［Ｊ／ｇ・ｄｅｇ］と小さい。このため、ウォームアップ時間の短縮化が図れる。他方で、熱容量が小さいことから、定着ローラ内のヒータのＯＮ／ＯＦＦの切換に伴う定着ローラの表面の温度変動（温度リップル）は大きい。これに対し、加圧ローラは、厚さ２ｍｍのアルミニウム製の中空ローラで構成され、その熱容量は定着ローラの熱容量の約６倍の１２７［Ｊ／ｇ・ｄｅｇ］である。このため、加圧ローラ内のヒータのＯＮ／ＯＦＦの切換に伴う加圧ローラの表面の温度変動（温度リップル）は、定着ローラの温度変動に比べて小さい。すなわち、本発明では、加圧ローラの熱容量を定着ローラの熱容量よりも大きくすることにより、温度変動しにくい加圧ローラからの熱によって定着ローラに発生する温度変動を緩和するようにしている。これにより、記録用紙に付与される熱のばらつきを抑制することができ、画像の定着ムラや光沢差を低減することができる。

また、本発明では、定着ニップにおいて、定着ローラからの熱を記録用紙のトナー表面に与える一方、加熱ローラからの熱によって記録用紙の裏面（トナー表面とは反対側の面）から記録用紙及びトナーを加熱する構成としている。さらに、加圧ローラ内のヒータの発熱量を定着ローラ内のヒータの発熱量よりも大きくして、加圧ローラの表面温度が定着ローラの表面温度よりも高くなるように制御している。本実施例では、加圧ローラ内のヒータの発熱量を４００Ｗ、定着ローラ内のヒータの発熱量を３００Ｗに設定して、加圧ローラの表面温度を定着ローラの表面温度よりも３０℃〜１００℃高くなるように、サーミスタで各ローラの温度を検知しつつ制御手段によって各ヒータのＯＮ／ＯＦＦの切換を行うようにしている。このように、加圧ローラの表面温度を定着ローラの表面温度よりも高くすることによって、記録用紙上のトナーが定着ローラに付着するいわゆるオフセットを発生させることなく、安定した画像の定着を行うことが可能である。以下、その理由について説明する。

まず、図５及び図６を用いて、上記オフセットが発生するメカニズムについて説明する。
図５は、定着ローラ２１と加圧ローラ２２との間に形成された定着ニップに、トナーｔ（トナー画像）を転写した記録用紙Ｐが供給された状態を模式的に示した拡大図である。図５において、記録用紙Ｐは矢印Ｃに示す方向に搬送される。このとき、トナーｔには、定着ローラ２１との付着力Ｆｔｒ、記録用紙Ｐとの付着力Ｆｔｐ、トナーｔの凝集力Ｆｔｔの３つの力が作用している。これらの力は温度と密接な関係があり、一般に図６に示す特性がある。図６は、横軸が温度、縦軸がトナーに作用するそれぞれの力を示しており、定着ローラ２１との付着力Ｆｔｒ及び記録用紙Ｐとの付着力Ｆｔｐは温度の上昇と共に大きくなるが、トナーｔの凝集力Ｆｔｔは温度がある値より大きくなると小さくなる。従って、トナーの表側からのみ加熱する場合は、トナーの表側の温度が裏側の温度よりも高くなるため、トナーに作用するそれぞれの力は図６の破線で囲んだ範囲で示す強さＦｔｒ１，Ｆｔｐ１，Ｆｔｔ１となる。この場合、定着ローラ２１との付着力Ｆｔｒがトナーｔの凝集力Ｆｔｔや記録用紙Ｐとの付着力Ｆｔｐよりも強くなる。このため、トナーｔが定着ローラ２１へ付着するオフセットが発生する。

これに対して、本発明では、加圧ローラ２２の表面温度を定着ローラ２１の表面温度よりも高くして、記録用紙Ｐを表側と裏側の両方から加熱するので、トナーｔの表側と裏側の温度差を低減することができる。この場合、トナーに作用するそれぞれの力は図６の実線で囲んだ範囲で示す強さＦｔｒ２，Ｆｔｐ２，Ｆｔｔ２となり、記録用紙Ｐとの付着力Ｆｔｐが定着ローラ２１との付着力Ｆｔｒよりも強くなる。このように、本発明では、記録用紙Ｐとの付着力Ｆｔｐを定着ローラ２１との付着力Ｆｔｒよりも強くすることができるので、トナーｔが定着ローラ２１へ付着するオフセットを抑制することが可能となる。

図７は、定着性を示すグラフである。図中の横軸は、定着ローラの表面温度を示し、縦軸は定着画像の光沢度を示している。図７において、二点鎖線で示す曲線（ａ）は、加圧ローラにヒータを設けず定着ローラのみにヒータを設けた場合の定着ローラの表面温度と光沢度の関係を示している。また、同図の破線で示す曲線（ｂ）は、定着ローラと加圧ローラにそれぞれヒータを設けた場合であって、加圧ローラの表面温度を１６０℃に設定した場合の定着ローラの表面温度と光沢度の関係を示す。また、同図の実線で示す曲線（ｃ）は、定着ローラと加圧ローラにそれぞれヒータを設けた場合であって、加圧ローラの表面温度を２００℃に設定した場合の定着ローラの表面温度と光沢度の関係を示している。

図７では、加圧ローラにヒータを設けない場合の曲線（ａ）と、加圧ローラにヒータを設け加圧ローラの表面温度を１６０℃に設定した場合の曲線（ｂ）においては、定着ローラの表面温度が１７５℃を超えると、光沢度が低下し、高温オフセットが発生することを示している。また、加圧ローラにヒータを設け加圧ローラの表面温度を２００℃に設定した場合の曲線（ｃ）においては、定着ローラの表面温度が１７０℃を超えると、光沢度が低下し、高温オフセットが発生することを示している。

この場合、光沢度が３以上の場合に良好な光沢であるとすると、上記３つの条件において、良好な光沢度を得つつ高温オフセットを発生させないための定着ローラの適正温度は、以下のようになる。加圧ローラにヒータを設けない曲線（ａ）の場合は、定着ローラの適正温度は１４０℃〜１７５℃の範囲（図中のＥ１の範囲）となる。また、加圧ローラにヒータを設け加圧ローラの表面温度を１６０℃に設定した曲線（ｂ）の場合は、定着ローラの適正温度は１２０℃〜１７５℃の範囲（図中のＥ２の範囲）となる。また、加圧ローラにヒータを設け加圧ローラの表面温度を２００℃に設定した曲線（ｃ）の場合は、定着ローラの適正温度は１００℃〜１７０℃（図中のＥ３の範囲）となる。

以上のことから、加圧ローラにヒータを設けない場合よりも、加圧ローラにヒータを設けた場合の方が、定着ローラの適正温度を広くすることができ、さらに、加圧ローラにヒータを設けた場合において、加圧ローラの表面温度を１６０℃に設定するよりも２００℃に設定した方が、定着ローラの適正温度をさらに広げることができることがわかる。

ただし、フラップに予め糊付けされた封筒を定着装置に通過させる場合は、定着ローラのヒータのみを加熱し、加圧ローラのヒータをＯＦＦにして、加圧ローラの表面温度を定着ローラの表面温度と同等か、あるいはそれよりも低く設定することが望ましい。この理由を以下に述べる。

図８は記録媒体としてのフラップ糊付き封筒の一例を示す図である。図８に示されるように、封筒５０は、印刷物などを出し入れするための挿入口をフラップ５１と呼ばれる折り返し部分を折り返し、フラップ５１とそれが対向する封筒背面５０ｂとを接着して封止するように構成されている。また、フラップ５１の接着面には、糊付け用の接着剤５２が予め塗布されている。

このようなフラップ糊付き封筒５０が搬送される定着装置では、封筒オモテ面５０ａが宛名を印刷する印字面（定着ローラ側）となり、封筒背面５０ｂを非印字面（加圧ローラ側）として定着を行うため、加圧ローラの表面温度が高いと、フラップ５１に塗布された接着剤５２が溶け出す虞がある。この場合、定着後にフラップ５０が封筒背面５０ｂと重なりあった部分で貼り付いてしまい、手紙などの封筒内への挿入に支障をきたすことになる。

そこで、上記のように、フラップに予め糊付けされた封筒を定着装置に通過させる場合は、加圧ローラの表面温度を定着ローラの表面温度と同等か、あるいはそれよりも低く設定することにより、フラップに塗布された接着剤が溶け出さないようにして、フラップが封筒背面に貼り付くのを防止することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。図１に示す実施形態では、本発明に係る定着装置を、カラー画像形成装置に搭載しているが、これに限らず、モノクロ画像形成装置や、それ以外の複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等にも搭載することが可能である。

２０ 定着装置
２１ 定着ローラ（定着部材）
２２ 加圧ローラ（加圧部材）
２４ ヒータ（定着部材加熱手段）
３２ ヒータ（加圧部材加熱手段）
３３ サーミスタ（定着部材温度検知手段）
３４ サーミスタ（加圧部材温度検知手段）
５０ 封筒
５１ フラップ
５２ 接着剤
Ｐ 記録用紙（記録媒体）

特開２００２−２３６４２８号公報 特開２００１−２０１９６９号公報 特許第４２１７８７２号公報

Claims (7)

1. 弾性変形可能な筒状の金属基体で構成された定着部材と、前記定着部材に接触して定着ニップを形成する加圧部材と、前記定着部材を加熱する定着部材加熱手段と、前記加圧部材を加熱する加圧部材加熱手段とを備え、前記定着ニップに記録媒体を通過させて当該記録媒体上の未定着トナー画像を定着する定着装置であって、
   前記加圧部材の熱容量を、前記定着部材の熱容量よりも大きくし、
   前記定着部材の表面温度を検知する定着部材温度検知手段と、前記加圧部材の表面温度を検知する加圧部材温度検知手段と、前記定着部材加熱手段と前記加圧部材加熱手段を独立して制御する制御手段を備え、前記各温度検知手段で検知した温度に基づいて前記制御手段が前記各加熱手段を制御することにより、前記加圧部材の表面温度を前記定着部材の表面温度よりも高くなるようにしたことを特徴とする定着装置。
2. 前記加圧部材加熱手段の発熱量を、前記定着部材加熱手段の発熱量よりも大きくした請求項１に記載の定着装置。
3. 前記定着部材は、前記金属基体の表面に弾性層を被覆したものであって、当該弾性層の厚さを０．２ｍｍ〜２ｍｍの範囲内に設定した請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記記録媒体がフラップに接着剤が塗布された封筒である場合、当該封筒を定着ニップに通過させる際の前記加圧部材の表面温度を前記定着部材の表面温度と同等かそれよりも低くなるように設定した請求項１から３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 前記金属基体の両端側の内周面を、それぞれ支持手段によって支持した請求項１から４のいずれか１項に記載の定着装置。
6. 前記加圧部材を回転駆動させ、前記定着部材を前記加圧回転体に対して従動回転させるように構成した請求項１から５のいずれか１項に記載の定着装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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