JP5891193B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、用紙やフィルムなどの記録体にトナー画像を定着させる定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置に関する。

従来、複写機やプリンター等の電子写真方式の画像形成装置は、用紙やフィルムなどの記録体にトナー画像を定着させる定着装置を備えている。トナー画像を記録体に定着させる方法としては、一般に、熱によりトナーを溶融する加熱定着方式が用いられている。このような加熱定着方式の定着装置には、熱効率や安全性の観点から、熱ローラー方式が最も広く使われている。ここで、熱ローラー方式とは、トナー画像を記録体に定着させるための定着ニップを、定着ローラーと加圧ローラーによって形成する方式のことである。

上記の熱ローラー方式においては、従来から、アルミニウム等を材料とする中空芯金によって定着ローラーを形成し、この定着ローラーの内部に配置されるハロゲンランプを発熱させて、定着ローラーを所定の温度まで加熱する構成が多用されている。しかしながら、この方式では、定着ローラーの温度上昇の立ち上がりが遅く、ウォームアップ時間が長くなるといった問題がある。

そこで、定着ローラーを薄肉化して低熱容量化を図り、ウォームアップ時間を短縮することが考えられる。そうすると今度は、定着ローラーのたわみが大きくなり、これに伴って、定着ニップの中央部の圧力が定着ニップの両端部の圧力よりも弱くなって、定着不良を招くこととなる。そのため、定着ローラーの低熱容量化には限界があった。

このような問題を解決するためのものとして、特許文献１には、芯金と弾性層を有する定着ローラー（特許文献１の「芯金１１」及び「弾性層１２」参照）と、この定着ローラーに周設される定着ベルト（特許文献１の「薄層金属スリーブ１３」参照）と、この定着ベルトを外部から加熱する熱源（特許文献１の「ハロゲンヒータ１５」参照）と、を備えた定着装置が開示されている。

ところで、このような構成の定着装置においては、定着ローラーの弾性層と定着ベルトは、一般的に接着剤によって固定される。しかしながら、定着ローラーの弾性層と定着ベルトの固定に接着剤を使用すると、定着ベルトで発生した熱が接着剤の層に逃げてしまい、ウォームアップ時間が長くなったり、待機温度から所定の温度まで定着ベルトを加熱するのに時間を要したりするといった問題がある。

そこで、特許文献２には、定着ローラー（特許文献２の「弾性ローラＡ」参照）と定着ベルト（特許文献２の「円筒部材Ｂ」参照）を非接着とすると共に、定着ローラーと定着ベルトの間に若干の隙間を形成する構成が開示されている。また、特許文献３には、定着ローラー（特許文献３の「定着補助ローラ２１」参照）の熱膨張により、定着ローラーの外径が定着ベルト（特許文献３の「定着スリーブ２０」参照）の内径より大きくなる構成が開示されている。

特開平８−１２９３１３号公報 特開２００５−３４５８５０号公報 特開２００７−２７９６７１号公報

しかしながら、特許文献２に記載の従来技術では、定着ローラーと定着ベルトの間に若干の隙間が形成されているため、定着ベルトと加圧ローラーを圧接させて定着ニップを形成すると、定着ベルトの走行軌道が略正円形から楕円形に変化する。これにより、例えば定着ベルトの周辺に非接触の温度センサーが配置されているような場合に、この温度センサーと定着ベルトの間隔が変化し、温度センサーの検出値がずれてしまう。また、例えば安全保護装置であるサーモスタットが定着ベルトの周辺に配置されているような場合に、このサーモスタットと定着ベルトの間隔が変化し、適切なタイミングでサーモスタットが作動しなくなる。その一例としては、サーモスタットが適切なタイミングよりも早く作動する所謂「早切れ」が発生する。さらには、温度センサーやサーモスタット等の周辺部材に定着ベルトが接触することにより、定着ベルトの表面層に傷が付き、これに伴って、異常画像の発生や定着ベルトの破損を招く恐れがある。また、熱源であるＩＨコイルを定着ベルトの外側に配置している場合には、ＩＨコイルと定着ベルトの間隔が変化し、定着ベルトの発熱効率が低下する可能性がある。

これに対して、特許文献３に記載の従来技術では、定着ローラーの熱膨張により、定着ローラーの外径が定着ベルトの内径より大きくなるように構成されている。そのため、定着ベルトが定着ローラーによって内側から支持されることになり、定着ベルトの走行軌道を安定させることができる。

しかしながら、熱膨張した定着ローラーが定着ベルトに圧接することで、定着ベルトの内圧が上昇し、定着ローラー及び定着ベルトの見かけ硬度が上昇する。これに伴って、定着ニップの形成幅（以下、「ニップ幅」と称する。）が減少する。適切なニップ幅を得るためには、定着ローラー及び定着ベルトの見かけ硬度の上昇を考慮して、定着ローラーと定着ベルトの間に隙間が有る場合よりも定着ニップの圧力（以下、「定着圧」と称する。）を高めに設定しなければならない（本願図７参照）。定着圧を高めに設定すると、定着ローラーの芯金に大きな負荷が掛かる。このように大きな負荷が掛かっても定着ローラーの芯金が大きく撓まないようにするためには、定着ローラーの芯金の外径を大きく設定する必要が生じ、これに伴って、定着ローラーの弾性層の外径も大きくなる。このように定着ローラーの弾性層が大径化すると、定着ベルトも大径化し、定着ベルトの熱容量や放熱量が増大するので、熱損失が増える。

また、上記のように定着ベルトの内圧が上昇することで、使用時には定着ローラーの弾性層にストレスが恒常的にかかる。そのため、定着ローラーの劣化が激しくなり、定着ローラーの寿命を短く設定しなければならなくなる。ここでいう定着ローラーの劣化とは、例えば、定着ローラーの弾性層のセル壁が潰れることによって定着ローラーの外径が減少すること（シュリンク）や、定着ローラーの弾性層のセル壁が破れること（破泡）である。このような現象は、定着ローラーの回転軸方向で言うと、定着ローラーの両端部よりも中央部に顕著に見られる。これは、定着ローラーの中央部の方が定着ローラーの両端部よりも放熱量が小さく、熱的ストレスが大きいためである。また、定着ローラーの中央部は定着ローラーの両端部によって周囲を拘束されており、弾性層の体積が減少する（セルが潰れる）ような変形しかできないためである。また、上記のような現象は、定着ローラーの径方向で言うと、芯金と弾性層の境界面に顕著に見られる。これは、芯金と弾性層の境界面に、応力が集中するからである。

そこで、本発明は上記事情を考慮し、定着ベルトの内圧が上昇するのを抑制しつつ、定着ベルトの走行軌道を安定させることを目的とする。

本発明の定着装置は、回転可能に設けられる定着ベルトと、該定着ベルトに挿入される定着ローラーと、記録体にトナー画像を定着させる定着温度まで前記定着ベルトを加熱する熱源と、を備えた定着装置であって、前記定着ベルトは、記録体が通過可能な通紙部と、前記定着ベルトの回転軸方向において前記通紙部の外側に設けられる非通紙部と、を備え、前記定着ローラーは、前記定着ベルトより線膨張係数が大きい弾性層を備え、該弾性層は、前記通紙部の内径側に設けられる第１弾性部と、前記定着ベルトの回転軸方向において前記第１弾性部の外側に設けられ、且つ、前記非通紙部の内径側に設けられる第２弾性部と、を備え、前記弾性層の少なくとも一部は、前記定着ベルトが前記熱源によって加熱されていない状態では前記定着ベルトとの間に隙間を有し、前記定着ベルトが前記熱源によって前記定着温度まで加熱された状態では熱膨張により前記定着ベルトと密着し、前記第１弾性部は、前記第２弾性部のうちで外径が最も大きい部分よりも外径が小さい小径部を有していることを特徴とする。

このような構成を採用することで、前記定着ベルトが前記熱源によって前記定着温度まで加熱された状態では、定着ローラーの弾性層によって定着ベルトを内側から支持することができ、これに伴って、定着ベルトの走行軌道を安定させることができる。そのため、定着ベルトの周辺部材（例えば、温度センサーやサーモスタット）と定着ベルトの間隔が変化してしまうのを抑制し、上記周辺部材を適切に作動させることが可能となる。また、上記周辺部材に定着ベルトが接触して定着ベルトの表面層に傷が付くのを抑制することができる。また、例えば熱源を定着ベルトの外側に配置している場合には、熱源と定着ベルトの間隔を適正化することができ、定着ベルトを効率的に加熱することが可能となる。

また、前記第１弾性部は、前記第２弾性部のうちで外径が最も大きい部分よりも外径が小さい小径部を有しているため、定着ローラーの弾性層が熱膨張した際に定着ベルトの内圧が上昇するのを抑制することが可能となる。そのため、定着ローラー及び定着ベルトの見かけ硬度が上昇するのを抑制することができ、定着圧を上昇させることなく適切なニップ幅を確保することができる。従って、定着圧の上昇に対応するために定着ベルトを大径化する必要がない。また、使用時に定着ローラーの弾性層にかかるストレスを軽減することが可能となるため、定着ローラーの弾性層の劣化を遅らせることが可能となり、定着ローラーの寿命を長く設定することができる。

前記小径部は、前記定着ベルトが前記熱源によって前記定着温度まで加熱された状態で、前記通紙部との間に隙間を有しても良い。

このような構成を採用することで、定着ローラーの弾性層が熱膨張した際に定着ベルトの内圧が上昇するのを、一層効果的に抑制することが可能となる。

前記小径部は、前記定着ベルトの回転軸方向における両側部から中央部に向かって、断面直線状に縮径していても良い。

このような構成を採用することで、第１弾性部の形状の変化が緩やかになり、これに伴って、定着圧を極力均一化することができる。また、比較的劣化が生じやすい第１弾性部の中央部の外径を小さくすることで、第１弾性部の中央部の劣化を効果的に防止することが可能となる。

前記小径部は、前記定着ベルトの回転軸方向における両側部から中央部に向かって、断面円弧状に湾曲しながら縮径していても良い。

このような構成を採用することで、第１弾性部の形状の変化が緩やかになり、これに伴って、定着圧を極力均一化することができる。また、比較的劣化が生じやすい第１弾性部の中央部の外径を小さくすることで、第１弾性部の中央部の劣化を効果的に防止することが可能となる。

前記定着ベルトは、金属スリーブによって形成される基材層を備えていても良い。

このような構成を採用することで、定着ベルトの基材層が樹脂で形成されるような場合よりも、定着ベルトの剛性を高めることが可能となる。そのため、定着ベルトが撓んでしまうのを防止することができ、定着ベルトの回転軸方向一端側から他端側まで、均一な定着圧を得ることが可能となる。

前記弾性層は、前記定着ベルトに対して非接着であっても良い。

このような構成を採用することで、定着ベルトで発生した熱が接着剤の層に逃げてしまうのを防止することが可能となる。そのため、ウォームアップ時間を短縮することができる。

前記第２弾性部の少なくとも一部は、前記非通紙部に接着されていても良い。

このような構成を採用することで、プーリー等を用いずに定着ベルトの蛇行を規制することができ、コストを削減することが可能となる。

本発明の画像形成装置は、上記したいずれかの定着装置を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、定着ベルトの内圧が上昇するのを抑制しつつ、定着ベルトの走行軌道を安定させることが可能となる。

本発明の一実施形態に係るプリンターの構成の概略を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係るプリンターの定着装置を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るプリンターの定着装置において、定着ベルト、定着ローラー及び加圧ローラーを示す平断面図である。 （ａ）は、図３のＡ−Ａ断面図である。（ｂ）は、図３のＢ−Ｂ断面図である。 他の異なる実施形態に係るプリンターの定着装置において、定着ベルト、定着ローラー及び加圧ローラーを示す平断面図である。 他の異なる実施形態に係るプリンターの定着装置において、定着ベルト、定着ローラー及び加圧ローラーを示す平断面図である。 定着圧とニップ幅の関係を示すグラフである。

まず、図１を用いて画像形成装置としてのプリンター１の全体の構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るプリンターの構成の概略を示す模式図である。

プリンター１は、箱型形状のプリンター本体２を備えており、プリンター本体２の下部には記録体としての用紙を収納した給紙カセット３が設けられ、プリンター本体２の上部には第１の排紙トレイ４が設けられ、第１の排紙トレイ４の上方には第２の排紙トレイ５が設けられている。

プリンター本体２の内部には、中間転写ベルト６（像担持体）が複数のローラー間に架設され、中間転写ベルト６の下方には、レーザー・スキャニング・ユニット（ＬＳＵ）で構成される露光器７が配置されている。中間転写ベルト６の下側には、４個の画像形成部８がトナーの色（例えば、マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの４色）ごとに設けられている。

各画像形成部８には、感光体ドラム９が回転可能に設けられており、感光体ドラム９の周囲には、帯電器１０と、現像器１１と、一次転写部１２と、クリーニング装置１３と、除電器１４とが、一次転写のプロセス順に配置されている。

現像器１１の下部には一対の攪拌ローラー１５が設けられ、攪拌ローラー１５の斜め上方には磁気ローラー１６が設けられ、磁気ローラー１６の斜め上方には現像ローラー１７が設けられている。現像器１１の上方には、各画像形成部８と対応する４個のトナーコンテナ１８が、トナーの色（例えば、マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの４色）ごとに設けられている。

プリンター本体２の一側（図面上右側）には、用紙の搬送経路２０が上下方向に設けられている。つまり、本実施形態のプリンター１は、所謂「縦搬送」である。搬送経路２０の上流端には給紙部２１が設けられ、搬送経路２０の中流部には中間転写ベルト６の一端（図面上右端）に二次転写部２２が設けられ、搬送経路２０の下流部には定着装置２３が設けられている。

搬送経路２０は、定着装置２３よりも下流側の部分において上下に分岐している。下側の分岐経路２４の下流端部には第１排紙部２５が第１の排紙トレイ４の上方一側（図面上、上方右側）に設けられ、上側の分岐経路２６の下流端部には第２排紙部２７が第２の排紙トレイ５の上方一側（図面上、上方右側）に設けられている。第２排紙部２７は、搬送経路２０の一側（図面上右側）に設けられて両面印刷用の用紙を搬送する反転経路２８に接続され、反転経路２８は、搬送経路２０の二次転写部２２よりも上流側の部分と接続されている。

次に、このような構成を備えたプリンター１の画像形成動作について説明する。プリンター１に電源が投入されると、各種パラメーターが初期化され、定着装置２３の温度設定等の初期設定が実行される。そして、プリンター１に接続されたコンピューター等から画像データが入力され、印刷開始の指示がなされると、以下のようにして画像形成動作が実行される。

まず、帯電器１０によって感光体ドラム９の表面が帯電された後、露光器７からのレーザー光（矢印Ｐ参照）により感光体ドラム９に対して画像データに対応した露光が行われ、感光体ドラム９の表面に静電潜像が形成される。次に、この静電潜像を、現像器１１がトナーにより対応する色のトナー画像に現像する。このトナー画像は、一次転写部１２において中間転写ベルト６の表面に一次転写される。以上の動作を各画像形成部８が順次繰り返すことによって、中間転写ベルト６上にフルカラーのトナー画像が形成される。なお、感光体ドラム９上に残留したトナー及び電荷は、クリーニング装置１３及び除電器１４によって除去される。

一方、給紙部２１によって給紙カセット３又は手指しトレイ（図示せず）から取り出された用紙は、上記した画像形成動作とタイミングを合わせて二次転写部２２へと搬送され、二次転写部２２において、中間転写ベルト６上のフルカラーのトナー画像が用紙に二次転写される。トナー画像を二次転写された用紙は、搬送経路２０を下流側へと搬送されて定着装置２３に進入し、この定着装置２３において用紙にトナー画像が定着される。トナー画像が定着された用紙は、下側の分岐経路２４又は上側の分岐経路２６のいずれかに進入する。下側の分岐経路２４に進入した用紙は、第１排紙部２５から第１の排紙トレイ４上に排出される。上側の分岐経路２６に進入した用紙は、第２排紙部２７から第２の排紙トレイ５上に排出されるか、又は、両面印刷のために反転経路２８へと搬送される。

次に、図２〜図４を用いて、定着装置２３について詳細に説明する。以下、説明の便宜上、図２における紙面手前側を定着装置２３の前側（正面側）とする。なお、図３の矢印Ｆｒは、定着装置２３の前側（正面側）を示している。

図２に示されるように、定着装置２３は、定着ベルト３１と、定着ベルト３１の左側を覆うように設けられるＩＨ定着ユニット３２と、定着ベルト３１に挿入される定着ローラー３３と、定着ベルト３１の下方に設けられる温度センサー３４と、定着ベルト３１の右方に設けられる加圧ローラー３５（加圧部材）と、加圧ローラー３５の前後両側、上下両側及び右側を覆うように設けられるフレーム部材３６と、加圧ローラー３５の左下方に配置される進入ガイド３７と、定着ベルト３１の右上方と加圧ローラー３５の左上方にそれぞれ配置される一対の搬送ガイド３８と、各搬送ガイド３８の上方に配置される一対の搬送ローラー３９と、を備えている。

図３に示されるように、定着ベルト３１は、無端状のベルトであり、前後方向に長い円筒状を成している。定着ベルト３１は、前後方向に延びる回転軸Ｃを中心に回転可能となっている。つまり、本実施形態では、前後方向が定着ベルト３１の回転軸方向である。

定着ベルト３１は、例えば、基材層（最も内径側の層）４１と、この基材層４１に周設される弾性層４２と、この弾性層４２を被覆する離型層（図示せず）と、によって構成されている。定着ベルト３１の基材層４１は、厚さ０．０４ｍｍであり、ニッケル等を材料とする薄膜金属スリーブによって形成されている。薄膜金属スリーブの「薄膜」とは、好ましくは０．１ｍｍ以下であり、更に好ましくは０．０６ｍｍ以下であり、更により好ましくは０．０５ｍｍ以下である。定着ベルト３１の弾性層４２は、厚さ０．２ｍｍであり、シリコンゴムによって形成されている。定着ベルト３１の離型層は、厚さ０．０３ｍｍであり、ＰＦＡ（Per Fluoro Alkoxy）チューブによって形成されている。

図３に示されるように、定着ベルト３１は、用紙（例えば、Ａ３サイズの用紙）が通過可能な通紙部Ｌ１と、通紙部Ｌ１の前後方向外側（前側と後側）に設けられる非通紙部Ｌ２と、を備えている。なお、定着ベルト３１の内径は、通紙部Ｌ１と非通紙部Ｌ２のどちらについても、４０ｍｍである。

図２に示されるように、ＩＨ定着ユニット３２は、定着ベルト３１の左側を覆う円弧状のボビン４３と、ボビン４３に支持されるＩＨコイル４４（熱源）と、ＩＨコイル４４を覆うように設けられるアーチコア４５と、アーチコア４５の両側に配置されるサイドコア４６と、を備えている。ＩＨコイル４４は、定着ベルト３１の外側に配置されている。アーチコア４５とサイドコア４６は、例えばフェライトによって形成されており、ＩＨコイル４４が発生させた磁束を通過させる磁路を形成するようになっている。

図３に示されるように、定着ローラー３３は、前後方向に長い形状を成している。定着ローラー３３は、定着ベルト３１と共に回転軸Ｃを中心に回転するように構成されている。

定着ローラー３３は、円筒状の芯金４７と、この芯金４７に周設される弾性層４８と、によって構成されている。なお、図３及び図４において二点鎖線で表示されているのは、定着ベルト３１がＩＨコイル４４によって加熱されていない状態（定着ベルト３１が常温の状態）における弾性層４８の外周面の位置である。

定着ローラー３３の芯金４７は、外径２０ｍｍである。定着ローラー３３の芯金４７は、例えばＳＵＳ３０４等のステンレス鋼によって形成されている。定着ローラー３３の芯金４７の前後両端部には、プーリー５０が固定されている。各プーリー５０は、定着ベルト３１の前後両端面に当接することで、定着ベルト３１の前後方向の移動（蛇行）を規制している。

定着ローラー３３の弾性層４８は、例えば、シリコンスポンジによって形成されている。弾性層４８の線膨張係数は、定着ベルト３１の基材層４１の線膨張係数よりも大きい。定着ローラー３３の弾性層４８は、定着ベルト３１の基材層４１に対して非接着である。つまり、定着ローラー３３の弾性層４８と定着ベルト３１の基材層４１の間には、接着剤の層は存在しない。

図３に示されるように、定着ローラー３３の弾性層４８は、第１弾性部Ｍ１と、第１弾性部Ｍ１の前後方向外側（前側と後側）に設けられる第２弾性部Ｍ２と、を備えている。

定着ローラー３３の弾性層４８の第１弾性部Ｍ１は、定着ベルト３１の通紙部Ｌ１の内径側に設けられている。第１弾性部Ｍ１は、小径部５１と、小径部５１の前後両側に形成される大径部５２と、を備えている。なお、図３の引き出し線Ｄは、小径部５１と大径部５２の境界を示している。

小径部５１は、前後方向における両側部から中央部に向かって、断面直線状（テーパー状）に縮径している。そのため、小径部５１の前後方向中央部（図３のＢ−Ｂ断面部分。）は、弾性層４８のなかで最も外径が小さくなっている。小径部５１の前後方向中央部の外径は、定着ベルト３１がＩＨコイル４４によって加熱されていない状態では、３８．５ｍｍである。なお、小径部５１の前後方向中央部は、弾性層４８全体の前後方向中央部にも相当している。

大径部５２は、前端側から後端側まで、同一径で形成されている。大径部５２の外径は、定着ベルト３１がＩＨコイル４４によって加熱されていない状態では、３９．８ｍｍである。従って、大径部５２の外径は、定着ベルト３１の内径（４０．０ｍｍ）よりも僅かに小さい。

定着ローラー３３の弾性層４８の第２弾性部Ｍ２は、定着ベルト３１の非通紙部Ｌ２の内径側に配置されている。第２弾性部Ｍ２の内側部分５８は、第２弾性部Ｍ２のうちで外径が最も大きい部分であり、前端側から後端側まで同一径で形成されている。第２弾性部Ｍ２の内側部分５８の外径は、定着ベルト３１がＩＨコイル４４によって加熱されていない状態では、３９．８ｍｍである。第２弾性部Ｍ２の内側部分５８の外径は、第１弾性部Ｍ１の小径部５１の外径よりも大きい。換言すると、第１弾性部Ｍ１の小径部５１は、第２弾性部Ｍ２の内側部分５８よりも外径が小さい。第２弾性部Ｍ２の内側部分５８の外径は、第１弾性部Ｍ１の大径部５２の外径と同一である。このことから明らかなように、第１弾性部Ｍ１の外径は、小径部５１と大径部５２のいずれについても、第２弾性部Ｍ２の内側部分５８の外径以下である。第２弾性部Ｍ２の内側部分５８の外径は、定着ベルト３１の内径（４０．０ｍｍ）よりも僅かに小さい。第２弾性部Ｍ２の外側部分５９は、前後方向外側に向かって断面直線状（テーパー状）に縮径している。

図２に示されるように、温度センサー３４は、例えばサーミスターによって構成されており、定着ベルト３１の温度を検出可能に設けられている。温度センサー３４は、定着ベルト３１の外周面と所定の間隔を介して対向している。換言すると、温度センサー３４は、定着ベルト３１の外周面に対して非接触である。

図３に示されるように、加圧ローラー３５は、前後方向に長い形状を成している。加圧ローラー３５は、外径３０ｍｍであり、円筒状の芯金５３と、この芯金５３に周設される弾性層５４と、この弾性層５４を被覆する離型層（図示せず）と、によって構成されている。加圧ローラー３５の芯金５３は、厚さ４．０ｍｍであり、アルミニウム等の金属によって形成されている。加圧ローラー３５の弾性層５４は、厚さ２．０ｍｍであり、シリコンゴムによって形成されている。加圧ローラー３５の離型層は、厚さ０．０５ｍｍであり、ＰＦＡ（Per Fluoro Alkoxy）チューブによって形成されている。加圧ローラー３５は、モーター等によって構成される駆動源５６に接続されている。

図２に示されるように、加圧ローラー３５は、定着ローラー３３との間で定着ベルト３１を挟み込んでおり、定着ベルト３１と加圧ローラー３５の間には、用紙の搬送経路２０に沿って定着ニップ５５が形成されている。

図２に示されるように、フレーム部材３６は、内側（左側）が開口された箱型形状を成しており、加圧ローラー３５からの放熱を低減するために加圧ローラー３５を外部と遮断している。フレーム部材３６は、外部への放熱を極力減少させるために、板金によって形成されている。

進入ガイド３７は、定着ニップ５５よりも上流側且つ搬送経路２０よりも右側に配置されている。進入ガイド３７は、上方に向かって僅かに左方に傾斜する方向に延びている。進入ガイド３７の上端部は、加圧ローラー３５の外周面に近接している。

左側の搬送ガイド３８は、定着ニップ５５の下流側且つ搬送経路２０よりも左側に配置されている。左側の搬送ガイド３８には、定着ベルト３１の外周面に接触又は近接する複数の分離爪（図示せず）が設けられていても良い。右側の搬送ガイド３８は、定着ニップ５５の下流側且つ搬送経路２０よりも右側に配置されており、搬送経路２０を挟んで左側の搬送ガイド３８と対向している。

各搬送ローラー３９は、各搬送ガイド３８よりも下流側に配置されている。各搬送ローラー３９の間には、用紙の搬送経路２０に沿って搬送ニップ５７が形成されている。

上記のように構成されたものにおいて、まず、用紙にトナー画像を定着させる際の動作について説明する。

用紙にトナー画像を定着させる際には、駆動源５６によって加圧ローラー３５を回転させる（図２の矢印Ｅ参照）。このように加圧ローラー３５を回転させると、加圧ローラー３５に圧接する定着ベルト３１が加圧ローラー３５とは逆方向に従動回転する（図２の矢印Ｆ参照）。これに伴って、定着ローラー３３も定着ベルト３１と一体に回転する。また、用紙にトナー画像を定着させる際には、ＩＨコイル４４に高周波電流を流す。これにより、ＩＨコイル４４に高周波磁界が発生し、この高周波磁界によって、用紙にトナー画像を定着させる定着温度まで定着ベルト３１が加熱される。この状態で、用紙が定着ニップ５５を通過すると、用紙及びトナー画像が加熱及び加圧されて、用紙にトナー画像が定着される。

次に、定着ローラー３３の弾性層５４の熱膨張について説明する。

定着ベルト３１がＩＨコイル４４によって加熱されていない状態（定着ベルト３１が常温の状態）では、図３及び図４（ａ）に二点鎖線で示されるように、定着ローラー３３の第２弾性部Ｍ２の内側部分５８は、定着ベルト３１の非通紙部Ｌ２との間に隙間を有している。また、図３及び図４（ｂ）に二点鎖線で示されるように、定着ローラー３３の第１弾性部Ｍ１の小径部５１は、定着ベルト３１の通紙部Ｌ１との間に隙間を有している。

この状態から、ＩＨコイル４４によって定着ベルト３１を加熱していくと、定着ローラー３３の温度も上昇し、定着ローラー３３の弾性層４８が熱膨張する。ここで、定着ローラー３３の弾性層４８は、定着ベルト３１の基材層４１よりも線膨張係数が大きいため、定着ローラー３３の弾性層４８の方が定着ベルト３１の基材層４１よりも急速に膨張し、定着ローラー３３の弾性層４８と定着ベルト３１の基材層４１の隙間は、徐々に小さくなる。そして、定着ベルト３１がＩＨコイル４４によって定着温度まで加熱されると、図３及び図４（ａ）に実線で示されるように、定着ローラー３３の第２弾性部Ｍ２の内側部分５８が、熱膨張により定着ベルト３１の非通紙部Ｌ２と密着する。一方で、図３及び図４（ｂ）に実線で示されるように、定着ローラー３３の第１弾性部Ｍ１の小径部５１は、定着ニップ５５以外の部分において、定着ベルト３１の通紙部Ｌ１との間に隙間を有した状態を保持する。

本実施形態では上記のように、定着ベルト３１がＩＨコイル４４によって加熱されていない状態では、定着ローラー３３の第２弾性部Ｍ２の内側部分５８が定着ベルト３１の非通紙部Ｌ２との間に隙間を有している。一方で、定着ベルト３１がＩＨコイル４４によって定着温度まで加熱された状態では、定着ローラー３３の第２弾性部Ｍ２の内側部分５８が熱膨張により定着ベルト３１の非通紙部Ｌ２と密着している。そのため、定着ローラー３３の第２弾性部Ｍ２の内側部分５８によって定着ベルト３１の非通紙部Ｌ２を内側から支持することができ、これに伴って、定着ベルト３１の走行軌道を安定させることができる。そのため、定着ベルト３１の周辺部材（例えば、温度センサー３４やサーモカット）と定着ベルト３１の間隔が変化してしまうのを抑制し、上記周辺部材を適切に作動させることが可能となる。また、上記周辺部材に定着ベルト３１が接触して定着ベルト３１の表面層に傷が付くのを抑制することができる。また、ＩＨコイル４４と定着ベルト３１の間隔を適正化することができ、定着ベルト３１を効率的に加熱することが可能となる。

また、定着ローラー３３の第１弾性部Ｍ１の小径部５１の外径が、定着ローラー３３の第２弾性部Ｍ２の内側部分５８の外径よりも小さいため、定着ローラー３３の弾性層４８が熱膨張した際に定着ベルト３１の内圧が上昇するのを抑制することが可能となる。そのため、定着ローラー３３及び定着ベルト３１の見かけ硬度が上昇するのを抑制することができ、定着圧を上昇させることなく適切なニップ幅を確保することができる。従って、定着圧の上昇に対応するために定着ベルト３１を大径化する必要がない。また、使用時に定着ローラー３３の弾性層４８にかかるストレスを軽減することが可能となるため、定着ローラー３３の弾性層４８の劣化を遅らせることが可能となり、定着ローラー３３の寿命を長く設定することができる。

また、定着ローラー３３の第１弾性部Ｍ１の小径部５１は、定着ベルト３１がＩＨコイル４４によって定着温度まで加熱された状態で、定着ベルト３１の通紙部Ｌ１との間に隙間を有している。そのため、定着ローラー３３の弾性層４８が熱膨張した際に定着ベルト３１の内圧が上昇するのを、一層効果的に抑制することが可能となる。

また、定着ローラー３３の第１弾性部Ｍ１の小径部５１は、前後方向（定着ベルト３１の回転軸方向）における両側部から中央部に向かって、断面直線状に縮径している。そのため、第１弾性部Ｍ１の形状の変化が緩やかになり、これに伴って、定着圧を極力均一化することができる。また、比較的劣化が生じやすい第１弾性部Ｍ１の中央部の外径を小さくすることで、第１弾性部Ｍ１の中央部の劣化を効果的に防止することが可能となる。

また、定着ベルト３１は、金属スリーブによって形成される基材層４１を備えているため、定着ベルト３１の基材層４１が樹脂で形成されるような場合よりも、定着ベルト３１の剛性を高めることが可能となる。そのため、定着ベルト３１が撓んでしまうのを防止することができ、定着ベルト３１の回転軸方向一端側から他端側まで、均一な定着圧を得ることが可能となる。また、本実施形態では特に、定着ベルト３１の基材層４１が薄膜金属スリーブで形成されているので、定着ベルト３１の熱容量を小さくすることができる。これにより、ウォームアップ時間を短縮することができる。

また、本実施形態では、定着ローラー３３の弾性層４８と定着ベルト３１の基材層４１が非接着である。そのため、定着ベルト３１で発生した熱が接着剤の層に逃げてしまうのを防止することが可能となる。従って、ウォームアップ時間を一層短縮することができる。

また、定着ベルト３１の基材層４１が適度な剛性を有しており、且つ、芯金４７の上に弾性層４８を固定して成る定着ローラー３３に定着ベルト３１が周設されている。そのため、定着ベルト３１の耐久性に優れている。

また、定着ローラー３３と加圧ローラー３５がそれぞれ弾性層を有しているため、定着ローラー３３の弾性層４８の硬度と加圧ローラー３５の弾性層５４の硬度を適宜変更することにより、ニップ幅を選択する自由度が高くなり、プリンター１の高速化が可能となる。

また、加圧ローラー３５の回転軸方向（本実施形態では、前後方向）の撓みが定着ローラー３３の弾性層４８により緩和される。そのため、ニップ幅を均一に保ち、定着ニップ５５を通過する用紙に対する負荷を均一化することができ、波打ち等が解消される。

本実施形態では、定着ベルト３１の基材層４１を金属スリーブによって形成する場合について説明したが、他の異なる実施形態では、定着ベルト３１の基材層４１を、例えばＰＩ（ポリイミド）等の樹脂によって形成しても良い。

本実施形態では、前後方向（定着ベルト３１の回転軸方向）における両側部から中央部に向かって、第１弾性部Ｍ１の小径部５１が断面直線状（テーパー状）に縮径する場合について説明した。一方で、他の異なる実施形態では、図５に示されるように、前後方向（定着ベルト３１の回転軸方向）における両側部から中央部に向かって、第１弾性部Ｍ１の小径部５１が断面円弧状に湾曲しながら縮径していても良い。このような構成を採用することで、本実施形態と同様に、第１弾性部Ｍ１の形状の変化が緩やかになり、これに伴って、定着圧を極力均一化することができる。また、比較的劣化が生じやすい第１弾性部Ｍ１の中央部の外径を小さくすることで、第１弾性部Ｍ１の中央部の劣化を効果的に防止することが可能となる。

本実施形態では、ＩＨコイル４４（熱源）によって加熱される部分の熱容量を小さくする為に、定着ローラー３３の弾性層４８と定着ベルト３１の基材層４１を非接着とし、プーリー５０を用いて定着ベルト３１の蛇行を規制した。一方で、他の異なる実施形態では、図６に示されるように、定着ローラー３３の弾性層４８の第２弾性部Ｍ２の少なくとも一部と定着ベルト３１の非通紙部Ｌ２を接着剤６０によって接着しても良い。このような構成を採用することで、プーリー５０等を用いることなく定着ベルト３１の蛇行を規制することができるため、コストを削減できる。また、定着ローラー３３の弾性層４８の第１弾性部Ｍ１と定着ベルト３１の通紙部Ｌ１を接着する場合と比較して、接着剤６０に熱が逃げることによる定着ベルト３１の通紙部Ｌ１への影響を、小さくすることができる。

本実施形態では特に説明しなかったが、加圧ローラー３５は、その回転軸方向の両端部から中央部に向かって外径が次第に小さくなる形状（所謂「クラウン形状」）を成していても良い。このような構成を採用することで、用紙の搬送性を高めることができる。

本実施形態では、加圧ローラー３５を加圧部材として用いる場合について説明したが、他の異なる実施形態では、加圧ベルトを加圧部材として用いても良い。

本実施形態では、ＩＨコイル４４を熱源として用いる場合について説明したが、他の異なる実施形態では、ハロゲンヒーターやセラミックヒーター等のヒーターを熱源としても良い。つまり、熱源によって定着ベルト３１を加熱する方式は、誘導加熱でなくても良い。

本実施形態では、プリンター１に本発明の構成を適用する場合について説明したが、他の異なる実施形態では、複写機、ファクシミリ、デジタル複合機等の他の画像形成装置に本発明の構成を適用することも可能である。

１ プリンター（画像形成装置）
２３ 定着装置
３１ 定着ベルト
３３ 定着ローラー
４１ 基材層（定着ベルト）
４４ ＩＨコイル（熱源）
４８ 弾性層
５１ 小径部
Ｌ１ 通紙部（定着ベルト）
Ｌ２ 非通紙部（定着ベルト）
Ｍ１ 第１弾性部（弾性層）
Ｍ２ 第２弾性部（弾性層）

Claims (8)

1. 回転可能に設けられる定着ベルトと、該定着ベルトに挿入される定着ローラーと、記録体にトナー画像を定着させる定着温度まで前記定着ベルトを加熱する熱源と、を備えた定着装置であって、
   前記定着ベルトは、
   記録体が通過可能な通紙部と、
   前記定着ベルトの回転軸方向において前記通紙部の外側に設けられる非通紙部と、を備え、
   前記定着ローラーは、前記定着ベルトより線膨張係数が大きい弾性層を備え、
   該弾性層は、
   前記通紙部の内径側に設けられる第１弾性部と、
   前記定着ベルトの回転軸方向において前記第１弾性部の外側に設けられ、且つ、前記非通紙部の内径側に設けられる第２弾性部と、を備え、
   前記第２弾性部のうちで外径が最も大きい部分は、前記定着ベルトが前記熱源によって加熱されていない状態では前記定着ベルトとの間に隙間を有し、前記定着ベルトが前記熱源によって前記定着温度まで加熱された状態では熱膨張により前記定着ベルトと密着し、
   前記第１弾性部は、前記第２弾性部のうちで外径が最も大きい部分よりも外径が小さい小径部を有していることを特徴とする定着装置。
2. 前記小径部は、前記定着ベルトが前記熱源によって前記定着温度まで加熱された状態で、前記通紙部との間に隙間を有することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記小径部は、前記定着ベルトの回転軸方向における両側部から中央部に向かって、断面直線状に縮径してい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. 前記小径部は、前記定着ベルトの回転軸方向における両側部から中央部に向かって、断面円弧状に湾曲しながら縮径していることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
5. 前記定着ベルトは、金属スリーブによって形成される基材層を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置。
6. 前記弾性層は、前記定着ベルトに対して非接着であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の定着装置。
7. 前記第２弾性部の少なくとも一部は、前記非通紙部に接着されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の定着装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の定着装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。
   

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