JP5573286B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置および画像形成装置に関する。

電子写真方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置に搭載する定着装置として、電磁誘導加熱方式を用いたものが知られている。
例えば特許文献１には、記録媒体上に担持された未定着トナー像を電磁誘導加熱装置で加熱溶融し、記録媒体に定着させる定着装置において、定着部材を効率良く加熱し、ウォーミングアップ時間を短縮する誘導加熱方式の定着装置が記載されている。

特開２００３−８４５９１号公報

本発明が解決しようとする課題は、記録材がベルト部材からより剥離しやすくなる定着装置等を提供することである。

請求項１に記載の発明は、循環移動可能に設けられたベルト部材と、前記ベルト部材の外周面に対向配置される対向部材と、前記ベルト部材の内周面に接触する接触面を有し当該ベルト部材を前記対向部材に向けて押圧するとともに、当該接触面に当該ベルト部材の移動方向に沿う凸部と当該凸部に隣接して設けられる凹部とが交互にかつ複数設けられた押圧部材と、を含み、前記押圧部材の前記接触面は、前記ベルト部材の移動方向において、頂部を挟み、前記対向部材が設けられた側に接近する曲面と当該対向部材が設けられた側から離れる曲面とからなり、前記凸部および前記凹部は、前記接触面に設けられるとともに、前記頂部から前記ベルト部材の移動方向下流側に離れた箇所を始点として当該ベルト部材の移動方向下流側に向かって設けられることを特徴とする定着装置である。
請求項２に記載の発明は、前記対向部材は、耐熱性弾性体層を含み、前記押圧部材は、前記耐熱性弾性体層より弾性係数が大きいことを特徴とする請求項１に記載の定着装置である。
請求項３に記載の発明は、前記凸部は、前記凹部との高低差が循環移動する前記ベルト部材が出る出口部側に向かうにつれて大きくなることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置である。
請求項４に記載の発明は、トナーを用いて記録材に画像を形成する画像形成手段と、前記記録材に形成された画像を当該記録材に定着する定着手段と、を備え、前記定着手段は、循環移動可能に設けられたベルト部材と、前記ベルト部材の外周面に対向配置される対向部材と、前記ベルト部材の内周面に接触する接触面を有し、当該ベルト部材を前記対向部材に向けて押圧することで当該ベルト部材の前記外周面を当該対向部材に接触させ前記記録材が通過する通過部を当該外周面と当該対向部材との間に形成するとともに、当該接触面に当該ベルト部材の移動方向に沿う凸部と当該凸部に隣接して設けられる凹部とが交互にかつ複数設けられた押圧部材と、を備え、前記押圧部材の前記接触面は、前記ベルト部材の移動方向において、頂部を挟み、前記対向部材が設けられた側に接近する曲面と当該対向部材が設けられた側から離れる曲面とからなり、前記凸部および前記凹部は、前記接触面に設けられるとともに、前記頂部から前記ベルト部材の移動方向下流側に離れた箇所を始点として当該ベルト部材の移動方向下流側に向かって設けられることを特徴とする画像形成装置である。
請求項５に記載の発明は、前記通過部は、前記記録材が入る入口部と当該記録材が出る出口部とを有し、前記凸部は、前記接触面のうち前記出口部側に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置である。
請求項６に記載の発明は、前記ベルト部材は、金属層を有し、電磁誘導加熱により前記ベルト部材を加熱する加熱手段を更に備えることを特徴とする請求項４又は５に記載の画像形成装置である。

請求項１の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、記録材がベルト部材からより剥離しやすくなる。
請求項２の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、押圧部材と対向部材とのニップ部の形状及びニップ圧が長期にわたって維持される。
請求項３の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、ベルト部材の耐久性が向上する。
請求項４の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、記録材がベルト部材からより剥離しやすくなる。
請求項５の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、通過部の出口部から出る記録材がベルト部材からより剥離しやすくなる。
請求項６の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、ベルト部材の温度上昇をより速やかに行うことができる。

本実施の形態の定着装置が適用される画像形成装置の構成例を示した図である。 本実施の形態の定着ユニットの構成を示す正面図である。 図２のＡ−Ａ線における断面図である。 定着ベルトの断面層構成図である。 押圧パッドの拡大図である。 (Ａ)がエンドキャップ部材の平面図であり、(Ｂ)がエンドキャップ部材の側面図である。 定着ベルトの駆動機構を示す図である。 本実施形態の押圧パッドと比較例における押圧パッドを示した図である。 （Ａ）〜（Ｂ）は、凹凸の凸部と凹部との高低差が一様である場合と、出口部側に向かうにつれて高低差が大きくなる場合とについて比較を行なった図である。 実験結果を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本実施の形態の定着装置が適用される画像形成装置の構成例を示した図である。図１に示す画像形成装置１は、所謂タンデム型のカラープリンタであり、画像データに基づき画像形成を行う画像形成部１０、画像形成装置１全体の動作を制御する制御部３１を備えている。画像形成装置１は、さらに、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）３や画像読取装置（スキャナ）４等との通信を行って画像データを受信する通信部３２、通信部３２にて受信された画像データに対し予め定めた画像処理を施す画像処理部３３を備えている。

画像形成部１０は、一定の間隔を置いて並列的に配置される４つの画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋ（「画像形成ユニット１１」とも総称する）を備えている。各画像形成ユニット１１は、静電潜像を形成してトナー像を保持する感光体ドラム１２、感光体ドラム１２の表面を予め定めた電位で一様に帯電させる帯電器１３、帯電器１３によって帯電された感光体ドラム１２を各色画像データに基づき露光するＬＥＤ（Light Emitting Diode）プリントヘッド１４、感光体ドラム１２上に形成された静電潜像を現像する現像器１５、転写後の感光体ドラム１２表面を清掃するドラムクリーナ１６を備えている。

画像形成ユニット１１の各々は、現像器１５に収納されるトナーを除いて同様に構成され、それぞれがイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）のトナー像を形成する。なお、これらのトナーは、例えば熱可塑性樹脂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。

また、画像形成部１０は、さらに各画像形成ユニット１１の感光体ドラム１２にて形成された各色トナー像が多重転写される中間転写ベルト２０、各画像形成ユニット１１にて形成された各色トナー像を中間転写ベルト２０に順次転写（一次転写）する一次転写ロール２１、および中間転写ベルト２０上に重畳して転写された各色トナー像を記録材（記録紙）である用紙に一括転写（二次転写）する二次転写ロール２２を備えている。ここで、画像形成ユニット１１、一次転写ロール２１および二次転写ロール２２は、画像形成手段の一例として機能する。加えて、画像形成部１０は、二次転写された各色トナー像を用紙上に定着させる定着手段（定着装置）の一例としての定着ユニット６０を備えている。

次に、本実施の形態の定着ユニット６０について説明する。
図２および図３は本実施の形態の定着ユニット６０の構成を示す図であり、図２は正面図、図３は図２のＡ−Ａ線における断面図である。

図３に示すように、定着ユニット６０は、交流磁界を生成する加熱手段の一例としてのＩＨ（Induction Heating）ヒータ８０、ＩＨヒータ８０により電磁誘導加熱されてトナー像を定着するベルト部材の一例としての定着ベルト６１、定着ベルト６１の外周面に対向するように配置された対向部材の一例としての加圧ロール６２、定着ベルト６１の内周面に接触し、この定着ベルト６１を加圧ロール６２に向けて押圧する押圧部材の一例としての押圧パッド６３を備えている。
さらに、定着ユニット６０は、押圧パッド６３等の構成部材を支持するホルダ６５、ＩＨヒータ８０にて生成された交流磁界を誘導して磁路を形成する感温磁性部材６４、感温磁性部材６４を通過した磁力線を誘導する誘導部材６６を備えている。

ＩＨヒータ８０は、定着ベルト６１の外周面に沿って設けられている。また、ＩＨヒータ８０は、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６１を構成する金属層の一例としての導電発熱層６１２（図４参照）を発熱させるものである。このＩＨヒータ８０は、図３に示すように、定着ベルト６１に沿った曲面を有する支持体８１と、支持体８１に支持された励磁コイル８２と、この励磁コイル８２に高周波電流を供給する励磁回路８３とを備えている。なお、支持体８１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。

励磁回路８３から励磁コイル８２に高周波電流が供給されると、励磁コイル８２の周囲にて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６１の導電発熱層６１２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発熱層６１２中に渦電流が発生し、導電発熱層６１２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６１が加熱される。そして、励磁コイル８２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６１は予め定められた温度に維持される。

定着ベルト６１は、原形が円筒形状の無端のベルト部材で構成される。この定着ベルト６１は、例えば原形（円筒形状）時の直径が３０ｍｍ、幅方向における長さが３００ｍｍに形成されている。

ここで、図４は、定着ベルト６１の断面層構成図である。図４に示したように、定着ベルト６１は、基材層６１１、基材層６１１の上に積層された導電発熱層６１２、導電発熱層６１２の上に積層されトナー像の定着性を向上させる弾性層６１３、最上層に被覆された表面離型層６１４からなる多層構造のベルト部材である。なお、各層の間に接着のためにプライマー層を設けてもよい。

基材層６１１は、薄層の導電発熱層６１２を支持するとともに、定着ベルト６１全体としての機械的強度を形成する耐熱性のシート状部材で構成される。また、基材層６１１は、ＩＨヒータ８０にて生成された交流磁界が感温磁性部材６４（図３参照）まで作用するように、磁界を通過させる物性（比透磁率、固有抵抗）を持った材質、厚さで形成される。一方、基材層６１１自身は、磁界の作用により発熱しないか、または発熱し難く構成される。具体的には、基材層６１１として、例えば、厚さ１０〜１５０μｍ（好ましくは５０〜１００μｍ）の非磁性ステンレススチール等の非磁性金属が用いられる。あるいは、厚さ６０〜２００μｍの樹脂材料、例えば厚さ６０μｍのポリイミド樹脂が用いられる。

導電発熱層６１２は、ＩＨヒータ８０にて生成される交流磁界によって電磁誘導加熱される電磁誘導発熱体層である。すなわち、導電発熱層６１２は、ＩＨヒータ８０からの交流磁界が厚さ方向に通過することにより、渦電流を発生させる層である。ここで、通常、ＩＨヒータ８０に交流電流を供給する励磁回路８３（図３参照）の電源として、安価に製造できる汎用電源が使用される。そのため、ＩＨヒータ８０により生成される交流磁界の周波数は、一般に、汎用電源による２０ｋ〜１００ｋＨｚとなる。それにより、導電発熱層６１２は、周波数２０ｋ〜１００ｋＨｚの交流磁界が侵入し通過するように構成される。

導電発熱層６１２に交流磁界が侵入できる領域は、交流磁界が１/ｅに減衰する領域である「表皮深さ（δ）」として規定され、次の（１）式から導かれる。（１）式において、「ｆ」は交流磁界の周波数（例えば、２０ｋＨｚ）、「ρ」は固有抵抗値（Ω・ｍ）、「μｒ」は比透磁率である。
そのため、導電発熱層６１２の厚さは、周波数２０ｋ〜１００ｋＨｚの交流磁界が導電発熱層６１２を侵入し通過するように、（１）式で規定される導電発熱層６１２の表皮深さ（δ）よりも薄層に構成される。また、導電発熱層６１２は、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る。

具体的には、導電発熱層６１２として、厚さ２〜２０μｍ、固有抵抗２．７×１０−８Ω・ｍ以下の例えばＣｕ等の非磁性金属（比透磁率が概ね１の常磁性体）が用いられる。
また、定着ベルト６１が定着設定温度まで加熱されるまでに要する時間（以下、「ウォームアップタイム」）を短縮する観点からも、導電発熱層６１２は、薄層に構成するのが好ましい。

弾性層６１３は、厚さが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。定着対象となる用紙に保持されるトナー像は、粉体である各色トナーが積層して形成されている。そのため、ニップ部Ｎ（図３参照）においてトナー像の全体に均一に熱を供給するには、用紙上のトナー像の凹凸に倣って定着ベルト６１表面が変形することが好ましい。そこで、弾性層６１３には、デュロメータ硬さＡ／１５（ＪＩＳ Ｋ６２５３（１９９７））、厚さ２００μｍのシリコーンゴムが好適である。

表面離型層６１４は、用紙上に保持された未定着トナー像と直接接触するため、離型性の高い材質が使用される。この表面離型層６１４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。

加圧ロール６２は、図３に示すように、例えば直径１８ｍｍの中実のアルミニウム製コア（円柱状芯金）６２１と、コア６２１の外周面に被覆された例えば厚さ５ｍｍのシリコーンゴム・フッ素ゴム等の耐熱性弾性体層６２２と、さらに例えば厚さ５０μｍのカーボン配合のＰＦＡ等の耐熱性樹脂被覆または耐熱性ゴム被覆による離型層６２３とが積層されて構成される。この加圧ロール６２にはモータ９９（図２参照）から駆動力伝達系を介して駆動力が伝達され、これにより加圧ロール６２は回転駆動される。そして、押圧バネ６８（図２参照）により例えば２０ｋｇｆの荷重で定着ベルト６１を介して押圧パッド６３を押圧している。別の表現をすれば、加圧ロール６２は、定着ベルト６１を介して押圧パッド６３から押圧されている。

押圧パッド６３は、図３に示すように、加圧ロール６２と対向する位置にてホルダ６５に支持される。そして、押圧パッド６３は、定着ベルト６１の内周面に接触する接触面を有し、定着ベルト６１を介して加圧ロール６２を押圧する。このように、押圧パッド６３は、定着ベルト６１を加圧ロール６２に向けて押圧することで定着ベルト６１の外周面を加圧ロール６２に接触させ用紙が通過する通過部の一例としてのニップ部Ｎを加圧ロール６２との間に形成する。このニップ部Ｎは、画像が形成された用紙が入る入口部ＮＩと、用紙が出る出口部ＮＯとを有している。
また、ニップ部Ｎの入口側（用紙の搬送方向上流側）のプレニップ領域６３Ａでは、加圧ロール６２側の面がほぼ加圧ロール６２の外周面に倣う円弧形状に形成され、均一で幅の広いニップ部Ｎを形成する。また、ニップ部Ｎの出口側（用紙の搬送方向下流側）の剥離ニップ領域６３Ｂでは、剥離ニップ領域６３Ｂを通過する定着ベルト６１の曲率半径が小さくなるように、また加圧ロール６２表面を局所的に大きなニップ圧で押圧するように形成される。つまり、押圧パッド６３は、プレニップ領域６３Ａと、剥離ニップ領域６３Ｂとで異なるニップ圧を設定している。これにより、剥離ニップ領域６３Ｂを通過する用紙に定着ベルト６１表面から離れる方向のカール（ダウンカール）を形成して、定着ベルト６１表面からの用紙の剥離を促進させている。

図５は、押圧パッド６３の拡大図である。なお、図５（Ａ）は押圧パッド６３の側面図であり、図５（Ｂ）は押圧パッド６３の下面図である。また、図５（Ｃ）は図５（Ｂ）のＡ１−Ａ１線における断面図である。
図５（Ａ）に示すように、押圧パッド６３は、ニップ部Ｎの出口部ＮＯ（図３参照）側に、端部６３Ｄを有している。押圧パッド６３の接触面（定着ベルト６１に接触する接触面）のうち、この端部６３Ｄに位置する面は、剥離性をより向上させるために、定着ベルト６１の移動方向下流側に向うに従い、加圧ロール６２が設けられた側から離れるように曲率ρを有して形成されている。

また、押圧パッド６３の上記接触面のうち、上記出口部ＮＯ側の面には、凹凸６３Ｃが設けられている。また、上記接触面は、定着ベルト６１の移動方向上流側に位置する端部から定着ベルト６１の移動方向下流側に向かうに従い加圧ロール６２が設けられた側に接近する。そして接触面は、上記出口部ＮＯ側に、ニップ圧を高くする頂部Ｐを有している。

ここで凹凸６３Ｃは、頂部Ｐから距離ｄだけ定着ベルト６１の移動方向下流側に離れた箇所を始点として、定着ベルト６１の移動方向下流側に向かって更に設けられている。付言すると、凹凸６３Ｃは、頂部Ｐから距離ｄだけ定着ベルト６１の移動方向下流側に離れた箇所よりも定着ベルト６１の移動方向下流側における領域の全体に亘って設けられている。このように、ニップ圧が高くなる頂部Ｐを避けて凹凸６３Ｃを設けた場合、凹凸形状によるニップ圧の差の影響が印刷画質に表れない。

ここで、上記凹凸６３Ｃについてさらに説明する。この凹凸６３Ｃは、図５（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、定着ベルト６１の移動方向（図５（Ａ）、（Ｂ）の矢印参照）に沿って凸部が設けられ、この凸部に隣接して凹部が設けられた構成となっている。そして、用紙の搬送方向と交差する方向（直交する方向）において、凸部と凹部は、交互にかつ複数配置されている。また、図５（Ｃ）に示すように、凹凸６３Ｃは、波形の形状となっている。
さらに、凹凸６３Ｃを有する部分において、凸部は、凸部に隣接して設けられる凹部との高低差が出口部側に向かうにつれて大きくなることが好ましい。この場合、凸部と凹部との高低差が入口部側から出口部側にかけて一様である場合に比べて、定着ベルト６１が幅方向に変形させられる時間が短かい。そのため定着ベルト６１への負荷が低減でき、耐久性が向上する。
なお、上記凹凸６３Ｃを構成する凸部は、予め定められた間隙をおいて規則的に並ぶように配置することもできるし、その間隔が不規則となるように配置することもできる。また凹凸６３Ｃは、例えば、押圧パッド６３を射出成形で形成する際に押圧パッド６３の本体部と一体で形成することができる。また例えば、定着ベルト６１の内周面に接触する接触面に対して凹部（溝）を形成することで形成することもできるし、この接触面に対して凸部を付加することで形成することもできる。

また押圧パッド６３は、加圧ロール６２の耐熱性弾性体層６２２（図３参照）より弾性係数の高い材料で構成される。そのため、加圧ロール６２を押圧したときの変形が制限されるので、加圧ロール６２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６３と加圧ロール６２とのニップ部Ｎの形状及びニップ圧が長期にわたって維持される。
また押圧パッド６３は、定着ベルト６１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、両端面はエンドキャップ部材６７（後述）の内側面と間隙をおいて対向している。また押圧パッド６３は、そのほぼ全長にわたって加圧ロール６２が押圧される。

押圧パッド６３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６３と定着ベルト６１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６１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、加圧ロール６２の駆動負荷を低減することができる。

押圧パッド６３を支持するホルダ６５は、押圧パッド６３が加圧ロール６２からの押圧力を受けた状態での撓み量が一定量以下（好ましくは１ｍｍ以下）となるように、剛性の高い材料で構成される。この材料は、たとえば、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である。これにより、ニップ部Ｎにおける長手方向の圧力（ニップ圧Ｎ）の均一性を維持している。さらに、本実施の形態の定着ユニット６０では、電磁誘導を用いて定着ベルト６１を加熱する構成を採用していることから、ホルダ６５は、誘導磁界に影響を与えないか、または与え難い材料であり、かつ、誘導磁界から影響を受けないか、または受け難い材料で構成される。例えば、ガラス混入ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の耐熱性樹脂や、例えばＡｌ,Ｃｕ,Ａｇ等の常磁性金属材料等が用いられる。

図３を再度参照し、感温磁性部材６４について説明する。
感温磁性部材６４は、定着ベルト６１の内周面に倣った円弧形状で形成され、定着ベルト６１の内周面とは予め定めた間隙（例えば、０．５〜１．５ｍｍ）を有するように近接させるが、非接触で配置される。感温磁性部材６４を定着ベルト６１と近接させて配置するのは、感温磁性部材６４の温度が定着ベルト６１の温度に対応して変化する、すなわち、感温磁性部材６４の温度が定着ベルト６１の温度と略同じ温度となるように構成するためである。また、感温磁性部材６４を定着ベルト６１と非接触で配置するのは、画像形成装置１のメインスイッチがオンされ、定着ベルト６１が定着設定温度まで加熱される際に、定着ベルト６１の熱が感温磁性部材６４に流入するのを抑制して、ウォームアップタイムの短縮を図るためである。

また、感温磁性部材６４は、その磁気特性の透磁率が急変する温度である「透磁率変化開始温度」（後述）が各色トナー像が溶融する定着設定温度以上であって、定着ベルト６１の弾性層６１３や表面離型層６１４の耐熱温度よりも低い温度範囲内に設定された材質で構成される。すなわち、感温磁性部材６４は、定着設定温度を含む温度領域において強磁性と非磁性（常磁性）との間を可逆的に変化する特性（「感温磁性」）を有する材質で構成される。そして、感温磁性部材６４は、強磁性を呈する透磁率変化開始温度以下の温度範囲において磁路形成部材として機能し、ＩＨヒータ８０にて生成され定着ベルト６１を透過した磁力線を内部に誘導して、感温磁性部材６４の内部を通過する磁路を形成する。それにより、感温磁性部材６４は、定着ベルト６１とＩＨヒータ８０の励磁コイル８２とを内部に包み込むような閉磁路を形成する。

一方、透磁率変化開始温度を超える温度範囲においては、感温磁性部材６４は、ＩＨヒータ８０にて生成され定着ベルト６１を透過した磁力線を、感温磁性部材６４の厚さ方向に横切るように透過させる。それにより、ＩＨヒータ８０にて生成され定着ベルト６１を透過した磁力線は、感温磁性部材６４を透過し、誘導部材６６の内部を通過してＩＨヒータ８０に戻る磁路を形成する。
なお、ここでの「透磁率変化開始温度」とは、透磁率（例えば、ＪＩＳ Ｃ２５３１で測定される透磁率）が連続的に低下を開始する温度であり、例えば感温磁性部材６４等の部材を透過する磁束量（磁力線の数）が変化し始める温度点をいう。したがって、透磁率変化開始温度は、物質の磁性が消失する温度であるキュリー点に近い温度となるが、キュリー点とは異なる概念を有するものである。

感温磁性部材６４に用いる材質としては、透磁率変化開始温度が例えば１４０（定着設定温度）〜２４０℃の範囲内に設定された例えばＦｅ−Ｎｉ合金（パーマロイ）等の二元系整磁鋼やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金等の三元系の整磁鋼等が用いられる。例えば、Ｆｅ−Ｎｉの二元系整磁鋼においては約Ｆｅ６４％、Ｎｉ３６％（原子数比）とすることで２２５℃前後に透磁率変化開始温度を設定することができる。このようなパーマロイや整磁鋼等の金属合金等は、成型性や加工性に優れ、熱伝導性も高く安価である等の理由から、感温磁性部材６４に適する。その他の材質としては、Ｆｅ,Ｎｉ,Ｓｉ,Ｂ,Ｎｂ,Ｃｕ,Ｚｒ,Ｃｏ,Ｃｒ,Ｖ,Ｍｎ,Ｍｏ等からなる金属合金が用いられる。
また、感温磁性部材６４は、ＩＨヒータ８０により生成された交流磁界（磁力線）に対する表皮深さδ（上記（１）式参照）よりも薄い厚さで形成される。具体的には、例えばＦｅ−Ｎｉ合金を用いた場合には５０〜３００μｍ程度に設定される。

誘導部材６６は、感温磁性部材６４の内周面に倣った円弧形状で形成され、感温磁性部材６４の内周面とは予め定めた間隙（例えば、１．０〜５．０ｍｍ）を介して配置される。また、誘導部材６６は、例えばＡｇ,Ｃｕ,Ａｌといった固有抵抗値が比較的小さい非磁性金属で構成される。そして、感温磁性部材６４が透磁率変化開始温度以上の温度に上昇した際に、ＩＨヒータ８０により生成された交流磁界（磁力線）を誘導して、定着ベルト６１の導電発熱層６１２よりも渦電流Ｉが発生し易い状態を形成する。それにより、誘導部材６６の厚さは、渦電流Ｉが流れ易いように、表皮深さδ（上記（１）式参照）よりも充分に厚い厚さ（例えば、１．０ｍｍ）で形成される。

次に、定着ベルト６１の駆動機構について説明する。
図２に示したように、ホルダ６５（図３参照）の軸方向両端部には、定着ベルト６１の両端部の断面形状を円形に維持しながら定着ベルト６１を周方向に回転駆動するエンドキャップ部材６７が固定されている。そして、定着ベルト６１は、両端部からエンドキャップ部材６７を介した回転駆動力を直接的に受けて、図３の矢印Ｃ方向に回転移動する。

ここで、エンドキャップ部材６７について詳細に説明する。図６（Ａ）は、エンドキャップ部材６７の平面図であり、図６（Ｂ）は、エンドキャップ部材６７の側面図である。
図６に示したように、エンドキャップ部材６７は、円筒状の部材であり、定着ベルト６１の両端部内側に挿入される嵌合部６７Ｂ、嵌合部６７Ｂに比べて径が拡大されて張り出したフランジ部６７Ａ、およびエンドキャップ部材６７をホルダ６５の軸６５Ａに対して回転可能に支持するための軸受部６７Ｃを備えている。ここで、フランジ部６７Ａの周縁には回転駆動力が伝達されるギア６７１が形成されている。また、エンドキャップ部材６７は、内側面（定着ベルト６１側の面）がホルダ６５の端面と対向するように軸受部６７Ｃによって支持されている。

嵌合部６７Ｂは、定着ベルト６１の両端部内周面側に挿入される。この嵌合部６７Ｂは、定着ベルト６１の端部の断面形状が円形を維持するように拘束するものである。嵌合部６７Ｂは、定着ベルト６１の外周面上からリング状のバンド（不図示）によって締め付けられている。これにより、定着ベルト６１は、嵌合部６７Ｂに密着した状態でエンドキャップ部材６７に固定される。そして、定着ベルト６１は、フランジ部６７Ａのギア６７１に回転駆動力が伝達されるとエンドキャップ部材６７とともに回転駆動される。

なお、エンドキャップ部材６７を構成する材質としては、機械的強度や耐熱性の高い所謂エンジニアリングプラスチックスが用いられる。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樹脂等が適する。

図７は、定着ベルト６１の駆動機構９０を示す図である。図７に示すように、駆動機構９０は、加圧ロール６２を支持する軸９１に固定された第１の伝達ギア９２と、回転軸９３に固定されて、この第１の伝達ギア９２から回転駆動力が伝達される第２の伝達ギア９４と、回転軸９５に固定されて、この第２の伝達ギア９４から回転駆動力が伝達される第３の伝達ギア９６と、この第３の伝達ギア９６を固定する軸９５に固定された二つの定着ベルト駆動ギア９７、９８（図２参照）とを有している。そして、二つの定着ベルト駆動ギア９７、９８はそれぞれ、定着ベルト６１両端に設けられたエンドキャップ部材６７のフランジ部６７Ａに設けられたギア６７１と噛み合わされている。

このような駆動機構９０により、モータ９９によって加圧ロール６２が図７の矢印Ｅ方向に回転駆動されると、第１の伝達ギア９２が矢印Ｅ方向に回転駆動され、第２の伝達ギア９４が矢印Ｆ方向に回転駆動され、第３の伝達ギア９６および定着ベルト駆動ギア９７、９８が矢印Ｇ方向に回転駆動される。そして、エンドキャップ部材６７は矢印Ｈ方向に回転駆動され、上述した嵌合部６７Ｂから定着ベルト６１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６１に付与される回転駆動力の周速度は、加圧ロール６２の周速度とほぼ同じとなるように上記駆動機構９０のギア比が設定されている。

したがって、定着ベルト６１は押圧パッド６３と加圧ロール６２との間に挟持されることによって加圧ロール６２の周面との摩擦力で周方向の駆動力が付与されるとともに、側縁部からもエンドキャップ部材６７を介して周方向の駆動力が伝達される。このため、押圧パッド６３と定着ベルト６１の内周面との間の摩擦力が作用しても定着ベルト６１は予め定められた周速度で確実に循環移動されるものとなっている。

なお、本実施形態では、加圧ロール６２とエンドキャップ部材６７との双方を駆動するものとなっているが、エンドキャップ部材６７のみを駆動し、定着ベルト６１が側縁部から伝達される駆動力のみで循環移動するものとしても良い。なおこの場合、加圧ロール６２は、定着ベルト６１とのニップ部Ｎに作用する摩擦力によって従動回転する。

次に、図１を参照しながら本実施の形態の画像形成装置１の動作について説明する。
本実施の形態の画像形成装置１では、制御部３１による動作制御の下で、次のようなプロセスによる画像形成処理が行われる。すなわち、ＰＣ３やスキャナ４からの画像データは通信部３２にて受信され、画像処理部３３により予め定めた画像処理が施された後、各色の画像データとなって各画像形成ユニット１１に送られる。

そして、例えば黒（Ｋ）色トナー像を形成する画像形成ユニット１１Ｋでは、感光体ドラム１２が矢印Ａ方向に回転しながら帯電器１３により予め定めた電位で一様に帯電され、画像処理部３３から送信されたＫ色画像データに基づきＬＥＤプリントヘッド１４が感光体ドラム１２を走査露光する。これにより、感光体ドラム１２上にはＫ色画像に関する静電潜像が形成される。感光体ドラム１２上に形成されたＫ色静電潜像は現像器１５により現像され、感光体ドラム１２上にＫ色トナー像が形成される。同様に、画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃにおいても、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の各色トナー像が形成される。

各画像形成ユニット１１の感光体ドラム１２に形成された各色トナー像は、一次転写ロール２１により矢印Ｂ方向に移動する中間転写ベルト２０上に順次静電転写（一次転写）され、各色トナーが重畳された重畳トナー像が形成される。中間転写ベルト２０上の重畳トナー像は、中間転写ベルト２０の移動に伴って二次転写ロール２２が配置された領域（二次転写部Ｔ）に搬送される。重畳トナー像が二次転写部Ｔに搬送されると、そのタイミングに合わせて用紙保持部４０から用紙が二次転写部Ｔに供給される。そして、重畳トナー像は、二次転写部Ｔにて二次転写ロール２２が形成する転写電界により、搬送されてきた用紙上に一括して静電転写（二次転写）される。その後、重畳トナー像が静電転写された用紙は、定着ユニット６０まで搬送される。定着ユニット６０に搬送された用紙上のトナー像は、定着ユニット６０によって熱および圧力を受け、用紙上に定着される。そして、定着画像が形成された用紙は、画像形成装置１の排出部に設けられた用紙積載部４５に搬送される。

ここで、定着ユニット６０の動作について説明する。トナー像を形成する動作が開始されると、加圧ロール６２（図３参照）のモータ９９及びＩＨヒータ８０に電力が供給される。そして、加圧ロール６２が回転駆動されて、定着ベルト６１が循環移動を開始する。これにより定着ベルト６１は、ＩＨヒータ８０と対向する加熱領域を通過する際に、導電発熱層６１２に渦電流が誘導され、発熱する。この際、定着ベルト６１は、その両端部が嵌合部６７Ｂ（図６参照）にて嵌め合わされて、嵌合部６７Ｂと接触しているが、中央部（通紙域）では押圧パッド６３以外の部材に接触することなく循環移動している。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６１は、加圧ロール６２とのニップ部Ｎ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循環移動する。

そして定着ベルト６１が循環して予め定められた温度まで加熱されると、未定着トナー像を保持した用紙が、定着ベルト６１と加圧ロール６２とが接するニップ部Ｎに送り込まれる。通紙域におけるニップ部Ｎ内では、用紙及びトナー像は徐々に加熱・加圧され、強く押し付けられてトナー像が用紙上に圧着される。その後、トナー像が圧着された用紙は、定着ベルト６１から剥離する。ここで本実施形態では、押圧パッド６３の表面の上記凹凸６３Ｃにより、ニップ部Ｎを出た部分の形状（用紙形状）とニップ部Ｎ内に未だ存在する部分の形状（用紙形状）とが異なるようになり、用紙が定着ベルト６１から剥離しやすくなる。

ここで本発明者が、凹凸６３Ｃが設けられた押圧パッド６３を用いて実際に実験を行ったところ用紙が定着ベルト６１から良好に剥離することが確認された。詳細には、幅３ｍｍの先端余白の後方に複数色の多量のトナーが保持された６０ｇｓｍ（grams per square meter）程度の薄い用紙を用いて実験を行ったところ、この用紙が定着ベルト６１から良好に剥離することが確認された。

本実施形態における押圧パッド６３による用紙の剥離性能ついて更に説明する。
図８は、本実施形態の押圧パッド６３と比較例における押圧パッド６３を示した図である。詳細には、図８（Ａ）が本実施形態の押圧パッド６３を示し、図８（Ｂ）が比較例における押圧パッド６３を示している。

図８（Ａ）に示す本実施形態の押圧パッド６３には、上記凹凸６３Ｃが設けられている。なお、隣り合う凸部の間隔は、１２０ｍｍ、凸部と凹部の高低差は０．１ｍｍとなっている。また、本実施形態における押圧パッド６３では、定着ベルト６１に接触する接触面のうちニップ部Ｎの出口側の面の曲率をρ１としている。
一方、比較例における押圧パッド６３には、図８（Ｂ）の断面図に示すように、凹凸６３Ｃが設けられてない。

なお図５において説明を行なった凹凸６３Ｃの凸部と凸部に隣接して設けられる凹部との高低差が出口部側に向かうにつれて大きくなる押圧パッド６３について加えて説明を行なう。
図９（Ａ）〜（Ｂ）は、凹凸６３Ｃの凸部と凹部との高低差が一様である場合と、出口部側に向かうにつれて高低差が大きくなる場合とについて比較を行なった図である。
ここで図９（Ａ）に示した押圧パッド６３は、凹凸６３Ｃの凸部と凹部との高低差が一様である場合の一例を説明した図である。この押圧パッド６３は、図８（Ａ）に示した押圧パッド６３と同じものである。そして凹凸６３Ｃは、Ｂ１−Ｂ２断面とＢ１−Ｂ２断面より出口部側の断面であるＣ１−Ｃ２断面とでは、凸部と凹部の高低差が、双方とも０．１ｍｍとなっている。
一方、図９（Ｂ）に示した押圧パッド６３は、凹凸６３Ｃの凸部と凹部との高低差が出口部側に向かうにつれて大きくなる場合の一例を説明した図である。この押圧パッド６３では、凹凸６３Ｃは、Ｂ１−Ｂ２断面とＣ１−Ｃ２断面とで凸部と凹部の高低差が異なっている。即ち、Ｂ１−Ｂ２断面の凸部と凹部の高低差が０．０５ｍｍであるのに対し、Ｃ１−Ｃ２断面の凸部と凹部の高低差が０．１ｍｍとなっており、出口部側に向かうにつれて大きくなっている。

本発明者は、図８（Ａ）に示した押圧パッド６３を用いた定着ユニット６０、および図８（Ｂ）に示した押圧パッド６３を用いた定着ユニット６０を用いて実際に定着処理を行った。具体的には、６０ｇｓｍのＡ４用紙に幅３ｍｍの先端余白を形成するとともに、この先端余白よりも後方の全域にトナーによる画像（ベタ画像）を形成した。そしてこの用紙に対する定着処理を行った。

図１０は、実験結果を示す図である。図１０に示すように、本実施形態における押圧パッド６３を用いた場合、剥離不良の発生回数が少ない。一方、比較例における押圧パッド６３を用いた場合、本実施形態における押圧パッド６３を用いた場合に比べて剥離不良の発生回数が多くなった。

１…画像形成装置、６０…定着ユニット、６１…定着ベルト、６２…加圧ロール、６３…押圧パッド

Claims (6)

1. 循環移動可能に設けられたベルト部材と、
   前記ベルト部材の外周面に対向配置される対向部材と、
   前記ベルト部材の内周面に接触する接触面を有し当該ベルト部材を前記対向部材に向けて押圧するとともに、当該接触面に当該ベルト部材の移動方向に沿う凸部と当該凸部に隣接して設けられる凹部とが交互にかつ複数設けられた押圧部材と、
   を含み、
   前記押圧部材の前記接触面は、前記ベルト部材の移動方向において、頂部を挟み、前記対向部材が設けられた側に接近する曲面と当該対向部材が設けられた側から離れる曲面とからなり、
   前記凸部および前記凹部は、前記接触面に設けられるとともに、前記頂部から前記ベルト部材の移動方向下流側に離れた箇所を始点として当該ベルト部材の移動方向下流側に向かって設けられる
   ことを特徴とする定着装置。
2. 前記対向部材は、耐熱性弾性体層を含み、
   前記押圧部材は、前記耐熱性弾性体層より弾性係数が大きいことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記凸部は、前記凹部との高低差が循環移動する前記ベルト部材が出る出口部側に向かうにつれて大きくなることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
4. トナーを用いて記録材に画像を形成する画像形成手段と、
   前記記録材に形成された画像を当該記録材に定着する定着手段と、
   を備え、
   前記定着手段は、
   循環移動可能に設けられたベルト部材と、
   前記ベルト部材の外周面に対向配置される対向部材と、
   前記ベルト部材の内周面に接触する接触面を有し、当該ベルト部材を前記対向部材に向けて押圧することで当該ベルト部材の前記外周面を当該対向部材に接触させ前記記録材が通過する通過部を当該外周面と当該対向部材との間に形成するとともに、当該接触面に当該ベルト部材の移動方向に沿う凸部と当該凸部に隣接して設けられる凹部とが交互にかつ複数設けられた押圧部材と、
   を備え、
   前記押圧部材の前記接触面は、前記ベルト部材の移動方向において、頂部を挟み、前記対向部材が設けられた側に接近する曲面と当該対向部材が設けられた側から離れる曲面とからなり、
   前記凸部および前記凹部は、前記接触面に設けられるとともに、前記頂部から前記ベルト部材の移動方向下流側に離れた箇所を始点として当該ベルト部材の移動方向下流側に向かって設けられる
   ことを特徴とする画像形成装置。
5. 前記通過部は、前記記録材が入る入口部と当該記録材が出る出口部とを有し、
   前記凸部は、前記接触面のうち前記出口部側に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記ベルト部材は、金属層を有し、
   電磁誘導加熱により前記ベルト部材を加熱する加熱手段を更に備えることを特徴とする請求項４又は５に記載の画像形成装置。

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