JPH1145025A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 記録シート上の未定着トナーを加熱・加圧に
より定着する定着装置において、加熱定着ロールと圧接
されるベルトニップ内で空気や水蒸気の滞留によりトナ
ー像が乱れるのを防止し、透気性の低い記録シートを用
いる場合にも良好な定着画像を得る。 【解決手段】 エンドレスベルト１５の内周面と当接す
る圧力ロール１２の上流側に圧力付与部材１１を配置
し、その圧接面によりエンドレスベルト１５を加熱定着
ロール１の表面に沿って押圧する。圧力付与部材１１は
曲率半径を定着領域の上流側から徐々に小さくなるよう
に設定し、圧力付与部材１１の圧接面に作用する圧力
が、ニップ入口から下流側に行くにしたがって増大し、
圧力付与部材の後端部近傍で最大圧力となるように調整
する。これにより、透気性の低い記録シートを用いた場
合にニップ内に空気が発生しても、空気は圧力の小さい
ニップ入口側にスムーズに流れ、空気の滞留が防止され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、複写機、プリン
ター、ファクシミリなどの電子写真方式を利用した画像
形成装置において未定着トナー像を加熱定着する定着装
置に係り、特にベルトニップ方式の定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、記録シート上に担持された未
定着トナー像を加熱・溶融して定着する装置として、回
転可能に支持された加熱定着ロールと、無端移動が可能
に張架された加圧ベルトとを圧接し、これらの間に記録
シートを送り込んで定着するものが知られている。

【０００３】図７は、本願の出願人が提案し、特開平５
−１５０６７９号公報に開示された定着装置を示す。こ
の定着装置で用いられている加熱定着ロール１０１は、
アルミニウムなどの熱伝導率の高い金属で形成された円
筒状のコア１１２を有し、その表面に弾性体からなる被
覆層１２０を形成したものである。被覆層１２０は、コ
ア１１２の表面に直接被覆されたＨＶＴ（High Tempera
ture Vulcanization）シリコーンゴムからなる下地層１
１３と、その外側に被覆されたＲＴＶ（Room Temperatu
re Vulcanization）シリコーンゴムからなるトップコー
ト層１１４とを積層したものである。

【０００４】コア１１２の内部には、加熱源としてハロ
ゲンランプ１０７が配置されている。また、加熱定着ロ
ール１０１の表面には温度センサ１１１が配置され、被
覆層１２０の表面の温度を計測する。そして、温度セン
サ１１１の計測信号により、図示しない温度コントロー
ラが作動されてハロゲンランプ１０７の点滅が制御さ
れ、加熱定着ロール１０１の表面が所定の温度に調節さ
れるようになっている。また、加熱定着ロール１０１の
表面には、オイル供給装置１０９によって離型剤である
シリコーンオイルが供給されており、これによりシート
１１５に未定着のトナー１１６の像を定着するときに、
トナー１１６の一部が加熱定着ロール１０１にオフセッ
トするのを防止するようになっている。

【０００５】さらにこの定着装置においては、圧力ロー
ル１０３が、圧縮コイルスプリング１０８によって加熱
定着ロール１０１に対して押圧されている。また、加熱
定着ロール１０１に向けて圧力補助ロール１０６が押圧
されている。そして、圧力ロール１０３および圧力補助
ロール１０６の付近にはロール１０４，１０５が配置さ
れており、ロール１０４，１０５、圧力ロール１０３、
圧力補助ロール１０６の周囲にはエンドレスベルト１０
２が巻回されている。

【０００６】圧力ロール１０３および圧力補助ロール１
０６が加熱定着ロール１０１に対して圧接されているこ
とによって、エンドレスベルト１０２は加熱定着ロール
１０１に接触し、加熱定着ロール１０１とエンドレスベ
ルト１０２との間が、シート１１５を通過させるための
ニップ（ベルトニップ）となる。そして加熱定着ロール
１０１およびエンドレスベルト１０２が、矢印に示すよ
うに回転すると共に、シート１１５が回転する加熱定着
ロール１０１とエンドレスベルト１０２との間に搬送さ
れ、このシート１１５がベルトニップを通過する際に、
ベルトニップに作用する圧力とハロゲンランプ１０７か
ら加熱定着ロール１０１を通じて与えられる熱により未
定着のトナー１１６がシート１１５上に定着されるよう
になっている。

【０００７】このようなベルトニップ方式の構成を採用
することにより、シート１１５がベルトニップの巾（図
示の例では圧力ロール１０３と圧力補助ロール１０６で
押さえられているベルトの長さ）に対応する時間加熱さ
れるようになるので、加熱定着ロールと圧力ロールのみ
を圧接させてエンドレスベルト１０２を使用しない場合
に比べると、シート１１５の搬送速度を大きくしても十
分な定着時間を確保することが可能になるという利点が
ある。また、同じ搬送速度であれば、ベルトニップ方式
の方が、エンドレスベルト１０２を使用しない方式より
も加熱時間が長くなり、トナーにより多量の熱を与える
ことができるため、ベルトニップ方式は特に多層のトナ
ーを所望の色に発色させるカラー複写機の定着に適して
いる。

【０００８】また、この画像定着装置においては、加熱
定着ロール１０１の表面に弾性体であるシリコーンゴム
からなる被覆層１２０が形成されており、この被覆層１
２０が圧力ロール１０３の圧接力を受けて圧接領域で局
所的に歪むようになっている。すなわち、被覆層１２０
の表面速度が局所的に大きくなるため、圧力ロール１０
３の圧接領域においてシートと被覆層１２０との間に微
小なズレが生じる。また、高温状態のトナー１１６は被
覆層１２０へ付着しようとする傾向があるが、このとき
のズレによってトナー１１６と被覆層１２０との界面に
微小なスリップが生じ、その付着が防止されていると考
えられる。

【０００９】これによって、シート１１５はトナー１１
６と加熱定着ロール１０１との付着力に抗して加熱定着
ロール１０１から剥離される。溶融されたトナーと加熱
定着ロール１０１との表面の付着力は、両者の界面化学
的な材料物性値にも左右されるので、シート１１５が剥
離する挙動はトナーの種類や被覆層１２０の材質に応じ
て異なるが、この定着装置によると、剥離爪などの剥離
手段を使用しなくても、シート１１５を加熱定着ロール
１０１から剥離することができる（以下、これをセルフ
ストリッピングという）。このため、腰が弱くて剥離し
にくい薄紙や、多量のトナーが付着した用紙でも、セル
フストリッピングさせることができる。

【００１０】その他、ベルトニップ方式を採用した画像
定着装置としては、特開昭５２−６９３３７号公報、特
開昭６０−１５１６７７号公報、特開昭６０−１５１６
８１号公報、特開昭６２−１４６７５号公報、特開平２
−２２２９８２号公報、特開平２−３０８２８７号公
報、特開平４−５０８８５号公報、特開平４−１１５２
７９号公報、実開昭６０−１０４８５２号公報、実開平
２−３０９６１号公報、実開平３−８６３７４号公報、
実開平３−９２６６１号公報および実開平４−５０８６
４号公報に記載されたものがある。

【００１１】しかしながら、前述のベルトニップ方式の
定着装置には、次のような問題がある。すなわち、現在
主流となっている熱融着式のトナー１１６を利用した場
合には、トナー１１６をシート１１５に融着させなけれ
ばならないが、この加熱の際に暖まったシート１１５の
繊維の間隙やトナー粒子の間隙から空気が熱膨張した
り、水蒸気が発生してくる。このような空気や水蒸気
は、シート１１５がベルトニップ内で加熱されることに
より発生し、シート１１５がベルトニップを通過するま
でベルトニップ内、具体的にはシート１１５と加熱定着
ロール１０１またはエンドレスベルト１０２との間に気
泡となって介在し、シート１１５がベルトニップを通過
し終えると同時に外部に排出される。

【００１２】このベルトニップ内では、図８に示すよう
に、圧力ロール１０３による押圧部と圧力補助ロール１
０６による押圧部との間に、圧接力の小さい領域が広く
存在しており、この領域に気泡が介在すると、加熱定着
ロール１０１とエンドレスベルト１０２との間にギャッ
プが生じることがある。このようなギャップが生じる
と、ベルトニップ内にあるシート１１５上のトナー１１
６がまだすべて定着していない状態では、内部の気泡が
動き回ることによって未定着のトナー１１６が移動して
しまう。このため、画像のニジミやズレ、乱れなどが発
生するという問題点がある。したがって、圧力ロールお
よび圧力補助ロールは、この空気や水蒸気の熱膨張を押
さえてギャップが生じないだけの荷重を加えなければな
らない。

【００１３】しかし、圧力ロール１０３と圧力補助ロー
ル１０６との中間の圧接力の小さい部分においては、加
熱定着ロール１０１とエンドレスベルト１０２との間に
ギャップが生じやすく、未定着のトナー１１６が移動す
るのを防止できる十分な圧力が与えられない。加熱定着
ロールおよび加圧定着ロールを使用し、エンドレスベル
トを使用しない従来方式では、圧力が大きいために、こ
のような不具合が少ないが、ベルトニップ方式では、圧
力を小さくしているだけに、気泡によりトナー１１６の
像が乱される可能性も大きく、実際に使用した場合に
も、気泡が原因と考えられる画像のニジミやズレ、乱れ
などが発生している。

【００１４】上記問題点を解決する手法として、本発明
者らは特開平９−３４２９１号公報において、図９に示
すような以下の内容の定着装置を提案している。この定
着装置は、表面付近に弾性体層１４０を有し、回転可能
に支持された加熱定着ロール１２１と、外周面が加熱定
着ロール１２１に押圧され、トナー像１３６を担持した
記録シート１３５が加熱定着ロール１２１との間に挟み
込まれるニップを形成するエンドレスベルト１２２と、
該エンドレスベルト１２２の内面側に当接され、加熱定
着ロール１２１の表面に沿ってエンドレスベルト１２２
を押圧する圧接面を備えた圧力付与部材１２６とを有し
ている。さらに、圧力付与部材１２６の下流側にはエン
ドレスベルト１２２を押圧する圧力ロール１０３を有し
ている。なお、他の部材の構成は図７と同じものであ
る。

【００１５】また、上記圧力付与部材１２６の圧接面に
作用する圧力は、加熱定着ロール１２１とエンドレスベ
ルト１２２との間に取り込まれた気体の温度上昇による
体積膨張を抑止する圧力以上に設定されている。この圧
力付与部材１２６の圧接面に作用する圧力を、記録シー
ト１３５やトナー粒子間にある空気や水蒸気の熱膨張を
抑制することができる値以上にすることにより、ベルト
ニップ内での気泡の発生および成長を抑制でき、熱膨張
した気泡によって未定着のトナー１３６が攪乱されるの
を防止することができる。

【００１６】このようにエンドレスベルト１２２と加熱
定着ロール１２１との間の空気によるギャップの発生を
防止するためには、圧力付与部材１２６によってベルト
１２２を加熱定着ロール１２１に押え付け、ベルトニッ
プ内の圧力を上昇させて、空気又は水蒸気の体積の増大
を抑止するものである。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】以上のように図９に示
す圧力付与部材１２６を設けることによって、大部分の
画像の乱れを解決することが可能となった。しかし、そ
の後本発明者らの詳細な実験によれば、シート材料とし
てコート紙等の透気度の低い用紙を用いた場合、上記対
策だけでは完全に画像乱れを防止することができない事
が判明した。

【００１８】この原因については現在のところ明確には
なっていないが、本発明者らは以下の様な仮説をたてて
いる。それは、コート紙等の透気度の低い用紙上の未定
着トナー像を定着する場合、未定着トナー層内に存在し
ている空気はニップ内の圧力の低い部分、つまり圧力付
与部材と加圧ロールとの境界領域に滞留する。この空気
が部分的にシートと定着ロールとに界面に空隙を生じさ
せるとともに、完全に定着が完了していないトナー像を
乱してしまうというものである。

【００１９】普通紙の場合は透気度が大きいため、トナ
ー層内に存在している空気は容積の大きい多孔質体であ
る普通紙内部に保持されるか、または通過して逃げてし
まうので、画像乱れの発生は少ないと考えられる。普通
紙とコート紙の画像乱れの発生状況を、圧力付与部材の
荷重および過熱定着ロールの温度をほぼ一定として比較
すると、コート紙の方が画像乱れが起きやすく、またコ
ート紙の中でも透気度の小さい方が画像乱れが発生しや
すいことが判明した。

【００２０】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、ベルトニップ内の空気の膨張や
水蒸気の発生による画質劣化を防止し、記録シートの種
類に左右されることなく安定してトナー像を定着するこ
とができる定着装置を提供することである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の発明に係る定着装置は、 表面付
近に弾性体層を有し、回転可能に支持された加熱定着ロ
ールと、 外周面が前記加熱定着ロールに押圧され、 ト
ナー像を担持した記録シートが前記加熱定着ロールとの
間に挟み込まれるニップを形成するエンドレスベルト
と、 前記エンドレスベルトの内面側に当接され、 前記
加熱定着ロールの表面に沿って前記エンドレスベルトを
押圧する圧接面を備えた圧力付与部材と、 前記圧力付
与部材の下流側で前記エンドレスベルトを押圧する加圧
ロールと有し、 前記圧力付与部材の圧接面に作用する
圧力が、ニップ入口から下流側に行くにしたがって増大
し、前記圧力付与部材の後端部近傍で最大圧力となるよ
うに設定されているものとする。

【００２２】請求項２に記載の発明は、 請求項１に記
載の定着装置において、 前記圧力付与部材の圧接面に
作用する最大圧力領域では、前記加熱定着ロールにより
トナーの粘性がガラス状からゴム状流動を生じる状態へ
転移する温度に加熱されているものとする。

【００２３】請求項３に記載の発明は、 請求項１又は
請求項２に記載の定着装置において、 前記圧力付与部
材は、ベースプレートの表面に形成された弾性体層と、
さらにその上の低摩擦層とを備えているものとする。

【００２４】請求項４に記載の発明は、 請求項１から
請求項３までのいずれかに記載の定着装置において、
前記圧力付与部材の圧接面の形状は、前記エンドレスベ
ルトに圧接されない状態で、上流側から徐々に曲率半径
が減少するように設定されているものとする。

【００２５】請求項５に記載の発明は、 請求項３又は
請求項４に記載の定着装置において、 前記圧力付与部
材の圧接面付近の弾性体硬度が上流側で低く、 下流後端
側で高く設定されているものとする。

【００２６】請求項６に記載の発明は、 請求項３から
請求項５までのいずれかに記載の定着装置において、
前記圧力付与部材の弾性体層の後端表面近傍に、前記エ
ンドレスベルトを押圧する突出部を有しているものとす
る。

【００２７】請求項７に記載の発明は、 請求項６に記
載の定着装置において、 前記突出部は、前記圧力付与
部材の弾性体層の表面付近に固定された棒状硬質部材で
あるものとする。

【００２８】請求項８に記載の発明は、 請求項３から
請求項７までのいずれかに記載の定着装置において、
前記圧力付与部材の後端側面に、該圧力付与部材の圧接
面からの圧力によって生じる弾性体の変形を抑制するた
めの補強板を有しているものとする。

【００２９】以上のように、本発明者らは、流体は圧力
の高い方から低い方へ移動するという基本的考えに基づ
き、圧力付与部材の圧力分布をニップ入口側では低く、
そして下流側に行くに従って圧力が上昇し、圧力付与部
材の下流側で最大圧力となるように設定することによっ
て、コート紙の画像乱れを防止しようとするものであ
る。さらに最大圧力領域では、トナーの粘性がガラス状
からゴム状流動を生ずる状態へ転移する温度に加熱され
ていれば、トナー粒子相互間の付着力が発生し、トナー
粒子の移動が容易には起こらなくなる。

【００３０】このように圧力付与部材の最大圧力領域を
ニップ入口より極力遠ざけ、かつニップ入口側から下流
側に行くに従って圧力が増大することによって、トナー
層内部から脱気された空気は圧力の低い方、つまりニッ
プ入口側に向かって流れ、大気中に逃げていくことにな
る。従来例のように圧力付与部材の圧力分布の一部に周
囲より圧力の低い部分が存在する場合、すなわち、ニッ
プの下流側に行くに従って圧力が増加していない構成で
は、大きな圧力に挟まれた低圧部分に空気が流れ込み、
滞留した空気が動き回ることによって画像が乱れてしま
うのである。

【００３１】一般に、普通紙の様な透気性のあるシート
に定着する場合は、圧力付与部材の圧力が全域で所定値
（略0.3kg/cm² ）以上であれば、空気がシートを通過し
て逃げたり、シート内に閉じ込められたりして、２つの
最大圧力に挟まれた領域に空気が滞留することがないの
で、画像乱れは生じにくい。しかし、コート紙の様に透
気度が低いシートの場合は、トナー層中で膨張した空気
が逃げられないので、圧力付与部材の圧力を高くしても
空気の滞留をなくすことが困難となる。特にカラー定着
の場合は、発色させるためにトナー層内の空気を逃しな
がらトナー粒子を溶融合体させなくてはならず、画像乱
れが生じやすい。

【００３２】本願発明に係る定着装置では、圧力付与部
材との圧接領域で加熱され、膨張したトナー層内および
シート内の空気の大部分は圧力の低い方向、つまりニッ
プ入口側に向かって流れ出し、圧力ロールと圧力付与部
材に挟まれた低圧部に流入する空気量は少なくなる。こ
のため、たとえコート紙であっても画像のニジミやズ
レ、乱れを防止することが可能となる。

【００３３】またトナーの温度を調整するため、圧力付
与部材の幅は、エンドレスベルトが加熱定着ロールと当
接されたニップ入口の位置から、トナーの粘性がガラス
状からゴム状流動を生ずる状態へ転移する温度に加熱さ
れる位置まで設定されていることが望ましい。トナーの
温度がゴム状流動が生ずるまで上昇すると、トナー粒子
相互間の付着力が発生して、容易にトナー粒子の移動が
起こらなくなる。したがって、圧力付与部材との接触域
と圧力ロールとの接触域に挟まれた低圧部が存在して
も、そこをトナーが通過するときは、すでにトナーはゴ
ム状流動が生ずるまでになっているため、画像のニジミ
やズレ、乱れの発生はなくなる。

【００３４】なお、圧力付与部材との接触圧力が下流側
に行くに従って増大するような圧力分布を得るには、上
述の請求項４乃至請求項８に記載した発明のように、圧
力付与部材の構造上の工夫、または圧力付与部材の支持
構造によって達成される。以上のような構成により、透
気度の低い記録シートであっても画像乱れの発生を防止
することができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。

【００３６】〈第１の実施形態〉図１は、請求項１、請
求項２、請求項３、又は請求項４に記載の発明の一実施
形態である定着装置を示す概略構成図である。この定着
装置は、図１（ａ）に示すように、加熱源を内蔵した加
熱定着ロール１と、圧力ロール１２及び２つの支持ロー
ル１３、１４に張架され、上記加熱定着ロール１に圧接
されるエンドレスベルト１５と、このエンドレスベルト
の内面側に当接され、加熱定着ロール１の表面に沿って
エンドレスベルト１５を押圧する圧力付与部材１１とで
主要部が構成されている。

【００３７】上記加熱定着ロール１は、内部に円筒状の
コア２を有しており、モータ６によって周方向に回転駆
動されるものである。このコア２は、外径４７ｍｍ、内
径４２ｍｍ、長さ３５０ｍｍのアルミニウムで形成され
ている。コア２の表面には、下地層３ａとして硬度４５
°（ＪＩＳ−Ａ）のＨＴＶシリコーンゴムが厚さ１．０
ｍｍで直接被覆され、さらにその上にトップコート層３
ｂとしてＲＴＶシリコーンゴムが厚さ５０μｍでディッ
プコートされている。これにより被覆層３が形成されて
おり、被覆層３は鏡面状態に近い表面に仕上げられてい
る。下地層３ａのゴムの硬度は、Ｔｅｃｌｏｃｋ社製の
スプリングタイプのＡ型硬度計により、ＪＩＳ Ｋ６３
０１に準拠して、荷重１，０００ｇｆを付加して計測し
た結果である。なお、コア２としてはアルミニウムでな
くても熱伝導率の高い金属製のものを使用することがで
き、被覆層３としては耐熱性の高い弾性体であれば他の
材料を使用することができる。

【００３８】コア２の内部には、加熱源として出力８５
０ｗのハロゲンランプ５が配置されている。また、加熱
定着ロール１の表面と対向する位置には温度センサ１０
が配置され、この表面の温度を計測する。そして、温度
センサ１０の計測信号により、図示しない温度コントロ
ーラによってハロゲンランプ５がフィードバック制御さ
れて、加熱定着ロール１の表面が１５０℃に調節される
ようになっている。

【００３９】また、加熱定着ロール１の近傍にはオイル
供給装置９が配設されている。オイル供給装置９は、離
型剤を貯蔵するタンク９ａからスポンジ状の吸上げ部材
９ｂ、ロール９ｃ，９ｄを通じて加熱定着ロール１の表
面に離型剤を常に一定量供給する。これによりシート７
に未定着のトナー８の像を定着するときに、トナー８の
一部が加熱定着ロール１にオフセットするのが防止され
ている。オイル供給装置９によって供給される離型剤と
しては、粘度１０００ｃｓのジメチルシリコンオイル
（商品名「ＫＦ−９６」：信越化学株式会社製）が使用
される。

【００４０】上記圧力付与部材１１は、図１（ｂ）に示
すように、ベースプレート１１ａの表面に弾性層１１ｂ
と低摩擦層１１ｃとを積層して形成したものであり、ベ
ースプレート１１ａ側に配置された圧縮コイルスプリン
グ１６によって加熱定着ロール１に向けて押圧されてい
る。ベースプレート１１ａは、幅（ベルトの走行方向）
１２ｍｍ、長さ（紙面の垂直方向）３２０ｍｍ、厚さ５
ｍｍのステンレス鋼製の部材である。

【００４１】弾性層１１ｂは、ゴム硬度２３°のシリコ
ーンスポンジ（シリコーンゴムの発泡体）からなり、幅
（ベルトの走行方向）がベースプレート１１ａよりも徐
々に拡大するように構成されている。なお、ここでゴム
硬度は、高分子科学社製のアスカーＣタイプのスポンジ
用ゴム硬度計により、荷重３００ｇｆを付加して計測し
た結果である。この弾性層１１ｂは、ベルトニップ域を
圧力ロール１２のニップ域の近傍に近づけるために、圧
力付与部材１１の圧力ロール１２側の部分が三角形状に
なっている。このような形状をとすることによって、圧
力付与部材１１はなるべく広くエンドレスベルト１５と
接触し、また圧力付与部材１１と圧力ロール１２との間
の低圧部領域をできる限り狭くすることができる。

【００４２】低摩擦層１１ｃとしては、ポリテトラフル
オロエチレンを含浸させたガラス繊維シートである中興
化成製の「ＦＧＦ−４００−４」（商品名）を用いてい
る。ベルトニップにおける低摩擦層１１ｃの接触面の幅
（ベルトの走行方向）は約１５ｍｍとなっている。

【００４３】また上記圧力付与部材１１は、接触幅５ｍ
ｍごとの曲率半径を上流側から２４ｍｍ、２２ｍｍ、２
０ｍｍと徐々に小さくなるように形成したものである。
このときの接触荷重は３４Ｋｇであり、最大圧力はニッ
プ入口側から１０ｍｍのところで約１．０Ｋｇ／ｃｍ²
となっている。

【００４４】また、この圧力付与部材１１の最大圧力領
域では、加熱定着ロール１の熱によりトナーの粘性がガ
ラス状からゴム状流動を生じる状態へ転移する温度まで
加熱されるように、最大圧力領域のニップ入口側からの
距離や記録シートの搬送速度が設定されている。これに
より、圧力付与部材１１の最大圧力領域では、トナー粒
子相互間に付着力が発生し、トナー粒子の移動が起こり
にくくなる。

【００４５】上記圧力付与部材１１は、弾性層１１ｂが
設けられていることにより、低摩擦層１１ｃのエンドレ
スベルト１５と接触する接触面が加熱定着ロール１の外
周面と整合可能になっている。すなわち、一定以上の荷
重によって圧力付与部材１１を加熱定着ロール１に向け
て押圧すれば、弾性層１１ｂが変形し、低摩擦層１１ｃ
の接触面が加熱定着ロール１の外周面に沿った形状に変
形するようになっている。したがって、圧力付与部材１
１が圧縮コイルスプリング１６によってエンドレスベル
ト１５を介して加熱定着ロール１に押圧されると、エン
ドレスベルト１５は加熱定着ロール１に隙間なく圧接さ
れる。ここでエンドレスベルト１５と加熱定着ロール１
との接触面の幅は約１５ｍｍであり、接触面の軸方向の
長さは３００ｍｍである。

【００４６】上記エンドレスベルト１５は、ポリイミド
フィルムにより厚さ７５μｍ、幅３００ｍｍ、周長１８
８ｍｍに形成されている。このエンドレスベルト１５
は、加熱定着ロール１と離れた位置に配置された圧力ロ
ール１２及び支持ロール１３，１４の周囲に巻回されて
いる。圧力ロール１２及び支持ロール１３，１４はステ
ンレスによって形成されており、その直径は、それぞれ
２３ｍｍ，１８ｍｍ，１８ｍｍである。

【００４７】上記圧力ロール１２は、スプリング１７に
よってエンドレスベルト１５を介して加熱定着ロール１
に押圧されている。圧力ロール１２で押圧されることに
よっって、加熱定着ロール１の被覆層３が局所的に弾性
変形するようになっている。

【００４８】次に、上記定着装置の動作について説明す
る。上記定着装置では、図１中の右側において、図示し
ない転写装置によりシート７の上にトナー８の像が転写
され、ベルトニップに向けてこのシート７が搬送されて
くる。シート７は、ベルトニップの圧力付与部材１１の
配置されている位置に侵入する。そして、ベルトニップ
に作用する圧力と、ハロゲンランプ５によって加熱定着
ロール１を通じて与えられる熱により、トナー８の像が
シート７上に定着される。

【００４９】ここで、普通シートの場合には、ベルトニ
ップを通過中にシート７が加熱されることにより、シー
ト７の繊維間およびトナー８の粒子間に含まれていた空
気や水分が膨張又は蒸発して、シート７と加熱定着ロー
ル１との間に侵出し、この空気や水蒸気がベルトニップ
内で気泡となって未定着のトナー８を攪乱することが懸
念される。

【００５０】しかし、本実施形態では、エンドレスベル
ト１５を圧力付与部材１１の接触面によって加熱定着ロ
ール１に向けて押し付けており、この接触面が加熱定着
ロール１の外周面とほぼ整合可能になっている。したが
って、図１（ａ）に示すように、エンドレスベルト１５
を加熱定着ロール１に対して隙間なく圧接することがで
き、これによってシート７やトナー８から空気や水蒸気
が膨張してくるのを抑制することができる。このため、
ベルトニップ内での気泡の発生および成長を抑制でき、
成長した気泡によって未定着のトナー８が攪乱されるの
を防止することができる。

【００５１】これと同時に、圧力付与部材１１の接触面
で大きな面積にわたって、エンドレスベルト１５と加熱
定着ロール１との間に作用する圧接力を与えることがで
きるので、ベルトニップ間を通過するシート７上のトナ
ー８をエンドレスベルト１５と加熱定着ロール１とで確
実に押さえて定着させることが可能である。このように
して、トナー像の乱れを防止しながら、トナー像を定着
させることができる。すなわち、定着された画像にニジ
ミやズレなどの乱れが生じるのを防止することが可能で
ある。

【００５２】ところで、コート紙などの透気性が低いシ
ートを通過させる場合には、トナー層中の空気をベルト
ニップ内の圧力によって抑制することは難しい。シート
の透気性が低いと、圧力を上げても空気をシート内部に
保持することができず、空気の体積は若干減少するもの
の、その分圧力が増大し、周囲より圧力が低い部分に空
気のよどみが生じることになる。この状態では画像乱れ
が生じてしまう。これを防止するため、本実施形態で
は、圧力付与部材の圧力分布をニップ入口側では低くし
て、後端に行くに従って増大し、圧力付与部材の下流側
で最大圧力となるような圧力分布に設定している。すな
わち、圧力付与部材の圧力分布を徐々に増加させて下流
側で最大圧力とすることにより、空気は圧力の低いニッ
プ入口側にスムーズに流れ、空気のよどみの発生が防止
される。また、後方の圧力ロール１２との境に圧力の低
い部分が生じても、空気は最大圧力に打ち勝ってその低
圧部分に流れ込むことが少なくなる。このため、滞留し
た空気がトナー像を乱すことが防止され、良好な画質が
得られる。

【００５３】〈第２の実施形態〉図２は、請求項１、請
求項２、請求項３、又は請求項５に記載の発明の一実施
形態である定着装置で用いられる圧力付与部材を示す概
略構成図である。この定着装置は、図１に示す定着装置
とほぼ同じ構成であるが、圧力付与部材３１の構成が異
なる。この圧力付与部材３１は、図１（ｂ）と同様に、
ベースプレート３１ａの表面に弾性層３１ｂと低摩擦層
３１ｃとを積層したものであり、ベースプレート１１ａ
側に配置された圧縮コイルスプリングによって加熱定着
ロールに向けて押圧されている。上記弾性層３１ｂとし
ては、複数の硬度を有した材料を用い、ベルトニップの
上流側から低い硬度順に設定されている。固い弾性体で
押圧された部分の圧力は相対的に柔らかい弾性体より高
い圧力が得られるようになる。

【００５４】本実施形態の弾性層３１ｂは、ベルトニッ
プの上流側１０ｍｍまでの部分のゴム硬度は２３°で、
下流側５ｍｍの部分のゴム硬度は４８°に設定されてい
る。このときの接触荷重は３４Ｋｇであり、最大圧力は
ニップ入口から１０ｍｍのところで１．０Ｋｇ／ｃｍ²
となっている。なお、上記圧力付与部材３１の構成は図
１に示す圧力付与部材１１と同じである。

【００５５】このような定着装置では、圧力付与部材３
１のゴム硬度を変えることによって、圧力付与部材３１
の圧接面に作用する圧力が、ニップ入口から下流側に行
くにしたがって増大し、圧力付与部材の後端部に近いと
ころで最大値となる。圧力付与部材３１のエンドレスベ
ルトと接触する面は、加熱定着ロールの外周面と容易に
整合し、その下流側に圧力ロールが圧接されているの
で、トナー層内及びコート紙内の熱膨張した大部分の空
気は圧力の低いニップ入口側にスムースに流れ、空気の
滞留が防止される。また、圧力付与部材３１の最大圧力
が大きいと、熱膨張した空気が圧力付与部材と圧力ロー
ルとの境に流れ込むことが少なくなり、画質劣化の発生
が防止される。

【００５６】〈第３の実施形態〉図３は、請求項１、請
求項２、請求項３、請求項６又は請求項７に記載の発明
の一実施形態である定着装置で用いられる圧力付与部材
を示す概略構成図である。この定着装置で用いられる圧
力付与部材４１は、ベースプレート４１ａの表面に弾性
層４１ｂおよび低摩擦層４１ｃを積層したものである
が、ベルトニップの下流側から１．２ｍｍの位置に、直
径１．４ｍｍの銅製中実棒を幅３２０ｍｍに亘ってモー
ルドした突出部４２を有している。突出部４２の表面は
弾性体ゴム表面から約１ｍｍ突き出している。この圧力
付与部材４１を接触荷重３７Ｋｇで押圧した場合、ニッ
プ巾は１５ｍｍであり、最大圧力はニップ入口から１３
ｍｍのところで１．２Ｋｇ／ｃｍ² となっている。な
お、上記圧力付与部材４１の他の構成は図１に示す圧力
付与部材１１と同じである。

【００５７】このような定着装置では、突出部４２がエ
ンドレスベルトに押圧されることによって、ベルトニッ
プに作用する圧力が、ニップ入口から下流側に行くにし
たがって増大し、圧力付与部材４１の後端部に近いとこ
ろで最大値となる。このため、トナー層内及びコート紙
内の熱膨張した大部分の空気は圧力の低いニップ入口側
にスムースに流れ、圧力付与部材と圧力ロールの境に空
気が流れ込むことがなくなり、画質劣化の発生が防止さ
れる。

【００５８】〈第４の実施形態〉図４は、請求項１、請
求項２、請求項３又は請求項８に記載の発明の一実施形
態である定着装置で用いられる圧力付与部材を示す概略
構成図である。この定着装置で用いられる圧力付与部材
５１は、ベースプレート５１ａの表面に弾性層５１ｂお
よび低摩擦層５１ｃを積層したものであるが、これらの
下流側に弾性層５１ｂの変形を抑制する規制板（補強
板）５１ｄを設けたものである。弾性層５１ｂは、下流
側が三角形状の弾性部材からなり、加熱定着ロールに圧
接された時にたわみ易いため、規制板５１ｄによって弾
性部材の変形を防止するものである。規制板５１ｄは、
ステンレス製で厚さ０．２ｍｍ、幅３２０ｍｍであり、
その下端を圧力付与部材のベースプレート５１ａにネジ
止めされている。

【００５９】荷重をかけない状態では、規制板５１ｄと
三角形状の弾性層５１ｂとの間には０．５ｍｍの隙間が
形成されている。これを接触荷重３７Ｋｇで押圧した場
合、三角形状の弾性層５１ｂがたわんで規制板５１ｄに
接触してそれ以上のたわみは規制される。その時のエン
ドレスベルトとのニップ巾は１５ｍｍであり、最大圧力
はベルトニップ入口から１３ｍｍのところで１．２Ｋｇ
／ｃｍ² となっている。

【００６０】このような定着装置では、規制板５１ｄに
よってベルトニップでの圧力付与部材５１の変形が抑制
されるので、ベルトニップで圧力分布が変動するのを防
止することができる。このため、熱膨張した空気や水蒸
気が圧力ロールとの間の低圧部分に流れ込むのを防止す
ることができ、空気の滞留による画質劣化の発生を回避
できる。

【００６１】なお、上記第１の実施形態から第４の実施
形態の構成は単独であっても良いが、それぞれを組み合
わせても良い。組み合わせた場合には、相乗効果とし
て、より確実に画質劣化の発生を防止できる。

【００６２】次に、上記定着装置の効果を確認するため
に、ベルトニップの圧力分布と画像乱れの有無をシート
の種類を変えて測定した実験の結果を説明する。上記第
１の実施形態から第４の実施形態までの圧力付与部材の
接触幅、荷重、最大圧力、及び最大圧力位置をまとめて
表１に示す。さらに、第５の実施形態として、第３の実
施形態で用いられた突出部と、第４の実施形態で用いら
れた規制板とを組み合わせた場合についても同様に実験
を行った。このとき、押圧荷重は４０ｋｇで、ニップ幅
は１５ｍｍ、最大圧力はニップ入口側から１３ｍｍのと
ころで１．５Ｋｇ／ｃｍ² とした。また、比較のため、
従来の図９に示す圧力付与部材についても同様に実験を
行った。このとき、弾性層はゴム硬度２３°で、厚さ５
ｍｍ、圧力付与部材の表面の曲率半径は２４ｍｍとなる
ように設定した。

【００６３】

【表１】

【００６４】図５は、表１に示す６つの場合について、
ベルトニップの圧力分布を調べた結果を示したものであ
る。この図に示すように、従来タイプではベルトニップ
の圧力分布は圧力ロールの側で徐々に低下してしまい、
圧力付与部材の最大圧力作用域と圧力ロールの最大圧力
作用域に挟まれた領域が大きいことがわかる。このた
め、トナー層内に存在した空気が両方の最大圧力に阻ま
れて、この低圧領域に滞留してしまうことがわかる。

【００６５】一方、第１の実施形態から第５の実施形態
に示す構成では、圧力付与部材の圧接面に作用する圧力
が、ニップ入口から下流側に行くにしたがって増大し、
圧力付与部材の後端部近傍で最大圧力となっている。こ
のため、ベルトニップのトナー層内及びコート紙内の熱
膨張した大部分の空気は圧力の低いニップ入口側にスム
ーズに流れ、圧力付与部材と圧力ロールの境の低圧部分
に空気が流れ込むのを防止できる。また、第３の実施形
態から第５の実施形態のように、圧力付与部材の後端部
近傍の最大圧力が大きいほど、熱膨張した空気がその最
大圧力に打ち勝って、圧力付与部材と圧力ロールとの低
圧部分に流れ込むことが少なくなる。特に、第５の実施
形態では、二つの実施形態の構成を組み合わせることに
よって、その相乗効果により圧力付与部材の後端部近傍
の最大圧力が大きくなる。このため、圧力付与部材と圧
力ロールとの境の低圧部分に空気が流れ込むのをより確
実に防止できる。

【００６６】次に、上記６つの場合について、画像乱れ
の発生状況をシートの種類を変えて測定した結果を表２
に示す。さらに、比較例として、上記実施形態のような
ニップ入り口から後方に向かって圧力が徐々に増大する
構成ではなく、図６に示すように、圧力付与部材に突起
部を２個所設けて、その部分の圧力分布に凹凸を作成し
た場合についても同様に実験を行った。

【００６７】

【表２】

【００６８】表２の結果より、第３の実施形態と第４の
実施形態、及びこれらを組み合わせた第５の実施形態の
場合では、いずれの透気度のコート紙においても画像ず
れを防止できることが判明した。また、第１の実施形態
と第２の実施形態の場合でも、従来タイプと比較する
と、透気性が比較的高いコート紙において画像ずれを防
止できることが判明した。これらの結果を圧力分布との
相関で見ると、最大圧力がニップ入口より下流側へ遠
く、またその値が大きいほど画像乱れが発生しにくいこ
とがわかる。

【００６９】最大圧力がニップ入り口より下流側へ遠い
場合は、トナー層内およびコート紙内の熱膨張した大部
分の空気は圧力の低いニップ入り口側にスムーズに流れ
るので、圧力附与部材と圧力ロールの境の低圧部分に空
気のよどみが発生するのを防止できる。これは、圧力付
与部材の最大圧力が大きいほど、熱膨張した空気がその
最大圧力に打ち勝って、圧力附与部材と圧力ロールとの
低圧部分に流れ込むことが少なくなるからであると考え
られる。

【００７０】また、比較例として、圧力付与部材に突起
部を２個所設けた場合は、すべてのコート紙において圧
力分布の小さい部分で空気のよどみを生じてしまい、画
像乱れが発生することが判明した。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように、本願発明に係る定
着装置では、圧力付与部材の圧接面に作用する圧力が、
ニップ入口から後方に行くにしたがって増大し、その後
端部で最大圧力となる様な圧力分布に設定されているの
で、ニップ内の圧力付与部材と圧力ロールとの境の部分
に空気が流れ込むことがなく、画像乱れの最も発生しや
すいコート紙においても画像乱れを防止することが可能
となる。このため、定着装置の記録シートの適用範囲が
拡大し、その工業的価値はさらに拡大するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１、請求項２、請求項３または請求項４
に記載の発明の一実施形態である定着装置およびこれに
用いられる圧力付与部材を示す概略構成図である。

【図２】請求項１、請求項２、請求項３または請求項５
に記載の発明の一実施形態である定着装置で用いられる
圧力付与部材を示す概略構成図である。

【図３】請求項１、請求項２、請求項３、請求項６また
は請求項７に記載の発明の一実施形態である定着装置で
用いられる圧力付与部材を示す概略構成図である。

【図４】請求項１、請求項２、請求項３または請求項８
に記載の発明の一実施形態である定着装置で用いられる
圧力付与部材を示す概略構成図である。

【図５】上記実施形態の定着装置におけるベルトニップ
の圧力分布を示す図である。

【図６】上記実施形態の比較例の定着装置におけるベル
トニップの圧力分布を示す図である。

【図７】従来の定着装置の一例を示す概略構成図であ
る。

【図８】図７に示す定着装置におけるベルトニップの圧
力分布を示す図である。

【図９】従来の定着装置の他の例を示す概略構成図であ
る。

【符号の説明】

１ 加熱定着ロール ２ コア ３ 被覆層 ５ ハロゲンランプ ６ モータ ７ シート ８ トナー像 ９ オイル供給装置 １０ 温度センサ １１、３１、４１、５１ 圧力付与部材 １２ 圧力ロール １３、１４ 支持ロール １５ エンドレスベルト １６、１７ 圧縮コイルスプリング ４２ 突起部 ５１ｄ 規制板

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面付近に弾性体層を有し、回転可能
   に支持された加熱定着ロールと、 外周面が前記加熱定着ロールに押圧され、 トナー像を担
   持した記録シートが前記加熱定着ロールとの間に挟み込
   まれるニップを形成するエンドレスベルトと、 前記エンドレスベルトの内面側に当接され、 前記加熱定
   着ロールの表面に沿って前記エンドレスベルトを押圧す
   る圧接面を備えた圧力付与部材と、 前記圧力付与部材の下流側で前記エンドレスベルトを押
   圧する加圧ロールと有し、 前記圧力付与部材の圧接面に作用する圧力が、ニップ入
   口から下流側に行くにしたがって増大し、 前記圧力付与
   部材の後端部近傍で最大圧力となるように設定されてい
   ることを特徴とする定着装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の定着装置において、 前記圧力付与部材の圧接面に作用する最大圧力領域で
   は、前記加熱定着ロールによりトナーの粘性がガラス状
   からゴム状流動を生じる状態へ転移する温度に加熱され
   ていることを特徴とする定着装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の定着装
   置において、 前記圧力付与部材は、ベースプレートの表面に形成され
   た弾性体層と、さらにその上の低摩擦層とを備えている
   ことを特徴とする定着装置。
4. 【請求項４】 請求項１から請求項３までのいずれか
   に記載の定着装置において、 前記圧力付与部材の圧接面の形状は、前記エンドレスベ
   ルトに圧接されない状態で、上流側から徐々に曲率半径
   が減少するように形成されていることを特徴とする定着
   装置。
5. 【請求項５】 請求項３又は請求項４に記載の定着装
   置において、 前記圧力付与部材の圧接面付近の弾性体硬度が上流側で
   低く、 下流後端側で高く設定されていることを特徴とす
   る定着装置。
6. 【請求項６】 請求項３から請求項５までのいずれか
   に記載の定着装置において、 前記圧力付与部材の弾性体層の後端表面近傍に、前記エ
   ンドレスベルトを押圧する突出部を有していることを特
   徴とする定着装置。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の定着装置において、 前記突出部は、前記圧力付与部材の弾性体層の表面付近
   に固定された棒状硬質部材であることを特徴とする定着
   装置。
8. 【請求項８】 請求項３から請求項７までのいずれか
   に記載の定着装置において、 前記圧力付与部材の後端側面に、該圧力付与部材の圧接
   面からの圧力によって生じる弾性体の変形を抑制するた
   めの補強板を有していることを特徴とする定着装置。