WO2015075987A1 - 定着装置およびこれを備える画像形成装置 - Google Patents

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WO2015075987A1
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fixing
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pressure roller
fixing device
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栄次 中嶋
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京セラドキュメントソリューションズ株式会社
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    • G03G2215/2016—Heating belt
    • G03G2215/2035—Heating belt the fixing nip having a stationary belt support member opposing a pressure member

Definitions

  • the present invention relates to a fixing device that fixes a toner image on a recording medium and an image forming apparatus including the same.
  • An electrophotographic image forming apparatus such as a copying machine or a printer includes a fixing device that fixes a toner image onto a recording medium such as paper.
  • a general fixing device includes a fixing roller that forms an elastic layer on the outer periphery of a metal core, a pressure roller that presses against the fixing roller, and a heating device that is provided inside or outside the fixing roller.
  • Such a fixing device is configured to fix the heated and melted toner on the paper by passing the paper on which the toner image is transferred through a fixing nip formed between the rotating rollers.
  • the surface hardness of the fixing roller is set lower (softer) than the surface hardness of the pressure roller.
  • the pressing force of the pressure roller has been set high for the purpose of speeding up image formation. This is because the distance between the fixing nips is increased by largely deforming the soft fixing roller (elastic layer).
  • the elastic layer is greatly deformed in the axial direction, there is a problem that stress is concentrated on the interface between the core metal and the elastic layer, and the elastic layer is peeled off from the core metal at both ends in the axial direction.
  • the fixing roller 101 having an endless belt 105 provided around the cored bar 103 with an elastic layer 104 interposed therebetween is pressed against the nip.
  • a pressure roller 102 that forms a portion 106, and a fixing device 100 having a stepped portion G in which both ends of the elastic layer 104 of the fixing roller 101 are notched in contact with the endless belt 105 is proposed.
  • This fixing device is configured to suppress interface peeling between the cored bar 103 and the elastic layer 104 because both ends of the elastic layer 102 that becomes the stepped-down portion G are not pressed by the pressure roller 104.
  • the fixing device 100 described above cannot receive pressure from the pressure roller 102 at both ends of the elastic layer 104 that becomes the stepped-down portion G. Therefore, both end portions of the endless belt 105 facing the stepped portion G are bent toward the elastic layer 104 side at the nip portion 106 (see FIG. 4).
  • the endless belt 105 bent by the rotation of the rollers 101 and 102 passes through the nip portion 106, the bent endless belt 105 returns to its original state by its own elastic force. Therefore, both end portions of the endless belt 105 are repeatedly bent along with the rotation of the rollers 101 and 102, and there is a possibility that the bent portion may be cracked. For this reason, there is a problem that the life of the fixing roller 101 is shortened.
  • An advantage of some aspects of the invention is that it provides a fixing device capable of suppressing damage to a fixing roller accompanying an increase in pressure from a pressure roller and an image forming apparatus including the fixing device. To do.
  • the fixing device of the present invention includes a fixing roller having a fixing belt heated by a heat source on the outer periphery of an elastic layer provided around a metal core, and a fixing that presses the fixing roller and passes a recording medium onto which a toner image is transferred.
  • a pressure roller provided so as to form a nip, and annular grooves are recessed along the circumferential direction, spaced from the core metal and the fixing belt, on both axial end surfaces of the elastic layer.
  • the bottom portion of the annular groove is configured to be located on the inner side of the both axial end surfaces of the pressure roller.
  • the image forming apparatus of the present invention includes the above-described fixing device.
  • the present invention it is possible to suppress the interface peeling between the cored bar and the elastic layer, to prevent the fixing belt from being damaged, and to increase the life of the fixing roller.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an outline of an internal structure of a color printer according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a cross-sectional view schematically showing a fixing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 2.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view schematically illustrating a part of a conventional fixing device.
  • the arrow Fr shown in FIGS. 1 and 2 is defined as the front side (front side) of the color printer.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of the internal structure of the color printer 1.
  • the color printer 1 includes an apparatus main body 2 that forms a main appearance, a paper feed cassette 3 that is provided below the apparatus main body 2 and stores paper P as a recording medium, and a paper discharge tray that is provided on the upper surface of the apparatus main body 2. 4 is provided.
  • the recording medium is not limited to paper P, but may be a resin film, an OHP sheet, or the like.
  • the color printer 1 includes a paper feeding unit 11 that supplies the paper P set in the paper feeding cassette 3 to the conveyance path 10, an image forming unit 13 that primarily transfers a toner image to the intermediate transfer belt 12, and toner that has been primarily transferred.
  • a secondary transfer nip portion 14 that secondary-transfers the image onto the paper P, a fixing device 15 that fixes the secondary-transferred toner image onto the paper P, and a control device 16 that controls each device are provided in the apparatus main body 2. In preparation.
  • the image forming unit 13 forms an image using toners for supply of four colors (yellow (Y), magenta (M), cyan (C), and black (K)) stored in the four toner containers 20. It is configured.
  • the image forming unit 13 includes four drum units 21 and an exposure unit 22 that irradiates the surface of each photosensitive drum 24 with laser light (see arrow P shown in FIG. 1).
  • Each drum unit 21 includes a photosensitive drum 24 as an image carrier that is rotatably supported, a charger 25 that is arranged around the photosensitive drum 24 in the order of the transfer process, a developing device 26, and a primary transfer roller 27. And a cleaning unit 28.
  • the control device 16 When the color printer 1 is turned on, the control device 16 initializes various parameters such as the temperature setting of the fixing device 15. When a print start instruction or image data is input from a personal computer or the like connected to the color printer 1, the control device 16 executes an image forming operation as follows.
  • each exposure device 22 On the surface of each photosensitive drum 24 charged to a predetermined potential by each charger 25.
  • the electrostatic latent image formed on each photosensitive drum 24 is developed into a toner image by the toner of each color supplied from each toner container 20 to each developer 26.
  • each color toner image is sequentially primary-transferred to the intermediate transfer belt 12, and a full-color toner image is formed on the intermediate transfer belt 12.
  • the paper P supplied from the paper feed cassette 3 by the paper feed unit 11 is transported to the secondary transfer nip unit 14 through the transport path 10.
  • the full color toner image is secondarily transferred to the paper P.
  • the paper P is fixed on the fixing device 15 and then discharged onto the paper discharge tray 4.
  • the toner remaining on each photosensitive drum 24 is removed by the cleaning unit 28.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the fixing device 15.
  • 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG.
  • the fixing device 15 includes a fixing roller 30, a pressure roller 31, and an IH (Induction Heating) fixing unit 32.
  • IH Induction Heating
  • the fixing roller 30 is formed in a columnar shape that is long in the left-right direction (axial direction).
  • the fixing roller 30 includes a fixing side elastic layer 34 provided on the outer periphery of the fixing side metal core 33 and a fixing belt 35 provided on the outer periphery of the fixing side elastic layer 34.
  • the fixing belt 35 rotates as the fixing side metal core 33 and the fixing side elastic layer 34 rotate.
  • the fixing-side metal core 33 is formed in a hollow cylindrical shape with a metal material such as stainless steel or aluminum.
  • the left and right ends of the fixing-side metal core 33 are rotatably supported by a pair of bearings (not shown) provided in the apparatus main body 2.
  • Both left and right end portions of the fixing side metal core 33 have stepped portions 33a and are formed in a small diameter (see FIG. 3).
  • detent flanges 36 that extend outward in the radial direction are arranged at the left and right ends of the fixing-side metal core 33.
  • Each detent flange 36 is formed in an annular shape.
  • Each detent flange 36 is inserted inward in the axial direction from the end surface of the fixing side metal bar 33 until it abuts on the stepped portion 33 a, and is pulled out by fitting the stop ring 37 to the end part of the fixing side core metal 33. It is provided in a stopped state.
  • Each detent flange 36 is attached to the fixing side metal core 33 so as to be rotatable relative to the fixing side metal core 33.
  • the fixing-side elastic layer 34 is provided on the outer periphery of the fixing-side metal core 33 between the pair of left and right step portions 33a. Specifically, the axial length (left-right direction) length L1 of the fixing-side elastic layer 34 is configured to be slightly shorter than the distance D1 between the pair of left and right step portions 33a (detent flanges 36).
  • the fixing-side elastic layer 34 is formed of a material having heat resistance and elasticity, such as a silicon sponge having a thickness of 10 mm, for example. The thickness of the above-described fixing-side elastic layer 34 is an example, and may be changed as appropriate.
  • the fixing belt 35 is provided on the outer periphery of the fixing-side elastic layer 34.
  • the axial direction (left-right direction) length L2 of the fixing belt 35 is slightly shorter than the distance D1 between the pair of left and right step portions 33a (detent flanges 36), and the fixing-side elastic layer 34 has a length L2. It is configured to be slightly longer than the axial length L1.
  • the fixing belt 35 includes, for example, a belt-side elastic layer 41 provided around the base material 40 and a belt-side release layer 42 that covers the belt-side elastic layer 41. .
  • the base material 40 is made of a metal material such as nickel having a thickness of 30 ⁇ m to 40 ⁇ m, for example.
  • the belt-side elastic layer 41 is formed of a material having heat resistance and elasticity, such as silicon rubber having a thickness of 200 ⁇ m to 300 ⁇ m, for example.
  • the belt side release layer 42 is formed of, for example, a PFA tube having a thickness of 30 ⁇ m.
  • the thicknesses of the base material 40, the belt-side elastic layer 41, and the belt-side release layer 42 described above are examples, and may be changed as appropriate.
  • the pressure roller 31 is formed in a columnar shape that is long in the left-right direction.
  • the pressure roller 31 has a pressure-side release layer 52 provided around the pressure-side metal core 50 via the pressure-side elastic layer 51.
  • the pressure side metal core 50 is formed in a hollow cylindrical shape with a metal material such as stainless steel or aluminum.
  • the left and right ends of the pressure side metal core 50 are rotatably supported by a pair of bearings (not shown) provided in the apparatus main body 2.
  • the left and right end portions of the pressure side metal core 50 have stepped portions 50a and are formed in a small diameter (see FIG. 3).
  • the pressure side elastic layer 51 is provided on the outer periphery of the pressure side metal core 50 between the pair of left and right step portions 50a.
  • the axial direction (left-right direction) length L3 of the pressure-side elastic layer 51 is substantially the same as the distance between the pair of left and right step portions 50a, and is longer than the axial length L1 of the fixing-side elastic layer 34. Is slightly shorter.
  • the pressure-side elastic layer 51 is formed of a material having heat resistance and elasticity such as silicon rubber having a thickness of 2.0 mm, for example.
  • the pressure side release layer 52 is provided on the outer periphery of the pressure side elastic layer 51.
  • the axial direction (left-right direction) length L4 of the pressure side release layer 52 is substantially the same as the axial length L3 of the pressure side elastic layer 51.
  • the pressure-side release layer 52 is formed of, for example, a 0.05 mm thick PFA tube.
  • the thicknesses of the pressure-side elastic layer 51 and the pressure-side release layer 52 described above are examples, and may be changed as appropriate.
  • the pressure roller 31 described above is configured to be rotationally driven by a drive mechanism (such as a motor and a gear train) (not shown).
  • the fixing roller 30 is configured to be pressed against the pressure roller 31 by an urging force of an urging means (not shown), and to be driven to rotate in a direction opposite to the pressure roller 31.
  • the fixing roller 30 may be rotationally driven, and the pressure roller 31 may be driven to rotate.
  • the pressure roller 31 is provided so as to form a fixing nip N that is pressed against the fixing roller 30 and allows the paper P on which the toner image is transferred to pass therethrough.
  • the fixing nip N is formed between the fixing roller 30 and the pressure roller 31 along the conveyance path 10 of the paper P.
  • the surface hardness of the fixing roller 30 (mainly the hardness of the fixing side elastic layer 34 and the belt side elastic layer 41) is lower (softer) than the surface hardness of the pressure roller 31 (mainly the hardness of the pressure side elastic layer 51).
  • the fixing roller 30 is crushed. That is, at the fixing nip N, the fixing-side elastic layer 34 and the fixing belt 35 are greatly displaced in the radial direction.
  • the fixing-side elastic layer 34 and the fixing belt 35 are greatly displaced in the axial direction.
  • the axial displacement is regulated by the pair of left and right detent flanges 36.
  • An entrance guide 53 is disposed on the entrance side of the sheet P in the fixing nip N.
  • the entry guide 53 is disposed on the pressure roller 31 side and is provided so as to guide the paper P conveyed on the conveyance path 10 to the fixing nip N.
  • a separation plate 54 is disposed on the feeding side of the paper P in the fixing nip N.
  • the separation plate 54 is urged toward the fixing belt 35 by urging means (not shown).
  • the leading end of the separation plate 54 is provided slightly apart from the outer peripheral surface of the fixing belt 35.
  • the paper P that has passed through the fixing nip N is separated from the fixing belt 35 by the separation plate 54.
  • a temperature sensor that detects the temperature of the fixing belt 35 is provided in the vicinity of the fixing roller 30.
  • the IH fixing unit 32 is provided on the opposite side of the fixing nip N with the fixing roller 30 interposed therebetween as a heat source for heating the fixing belt 35.
  • the IH fixing unit 32 includes a substantially semi-cylindrical bobbin 60 that covers the fixing roller 30, an IH coil 61 that is supported by the bobbin 60, and an arch core 62 and a pair of side cores 63 that are provided so as to cover the IH coil 61. I have.
  • the IH coil 61 is disposed on the opposite side of the fixing belt 35 with the bobbin 60 interposed therebetween. That is, the IH fixing unit 32 is configured as a so-called “external package IH”.
  • the arch core 62 and the pair of side cores 63 are made of, for example, ferrite. Each of the cores 62 and 63 is provided to form a magnetic path through which the magnetic flux generated from the IH coil 61 passes.
  • the control device 16 provided in the color printer 1 includes a storage unit such as a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and an interface (none of which are shown). ing.
  • the control device 16 is connected to each device of the color printer 1 including the fixing device 15.
  • the control device 16 is configured to centrally control the color printer 1 based on programs and data stored in the storage unit.
  • the control device 16 drives and controls the IH fixing unit 32 (IH coil 61) based on the detection result of the temperature sensor. Specifically, the control device 16 sends a drive signal to a coil drive unit (not shown), and the coil drive unit supplies a high-frequency current to the IH coil 61. As a result, the fixing belt 35 is heated by the high-frequency magnetic field generated in the IH coil 61. Further, the control device 16 controls the drive mechanism to rotate the pressure roller 31. Accordingly, the fixing roller 30 that forms the fixing nip N with the pressure roller 31 is driven to rotate.
  • the paper P on which the toner image has been transferred passes through the fixing nip N and is subjected to a fixing process. Specifically, when the sheet P passes through the fixing nip N, the sheet P is heated by the fixing roller 30 (fixing belt 35) and pressed by the pressure roller 31. As a result, the toner on the paper P is heated and pressurized and fixed to the paper P.
  • the rotation speeds of the rollers 30 and 31 of the fixing device 15 are also increased.
  • the pressing force of the pressure roller 31 against the fixing roller 30 is set high.
  • the soft fixing roller 30 is greatly deformed and the distance of the fixing nip N is increased, so that proper toner fixing can be ensured.
  • the fixing side elastic layer 34 of the fixing roller 30 is largely crushed in the fixing nip N, the interface peeling between the fixing side metal core 33 and the fixing side elastic layer 34 and the left and right ends (axial direction) of the fixing belt 35 are performed. There is a possibility that problems such as bending of the end portion may occur.
  • the fixing device 15 includes an annular groove 70 that is recessed inward from both axial end surfaces S ⁇ b> 1 of the fixing-side elastic layer 34.
  • Each annular groove 70 is recessed along the circumferential direction at a distance from the fixing side metal core 33 and the fixing belt 35 at both axial end surfaces S1 of the fixing side elastic layer 34.
  • both ends of each roller 30 and 31 are respectively substantially the same shape, suppose that it pays attention to one edge part in the following description.
  • the annular groove 70 is formed at a substantially intermediate portion of the thickness of the fixing-side elastic layer 34.
  • the annular groove 70 is recessed substantially inward from the end surface S1 of the fixing-side elastic layer 34, and the bottom 71 of the annular groove 70 has a semicircular cross section. That is, the annular groove 70 has a substantially U-shaped cross section, and the end of the fixing-side elastic layer 34 is formed in an arch shape due to the presence of the annular groove 70. Therefore, the fixing side elastic layer 34 is provided on the inner side and the outer side in the radial direction of the annular groove 70 so as to contact the fixing side core metal 33 and the fixing belt 35 with a predetermined thickness.
  • the portion in contact with the fixing side metal core 33 and the fixing belt 35 is referred to as an “elastic support portion 72”.
  • the bottom 71 of the annular groove 70 is configured to be located on the inner side of the axial end surface S3 of the pressure roller 31 (the pressure-side elastic layer 51 and the pressure-side release layer 52).
  • the axial length L1 of the fixing-side elastic layer 34 is shorter than the axial length L2 of the fixing belt 35, and the axial length of the pressing-side elastic layer 51 (the pressing-side release layer 52). It is configured to be longer than L3 (L4). That is, the pressure-side elastic layer 51 (pressure-side release layer 52), the fixing-side elastic layer 34, and the fixing belt 35 are formed so that the axial length becomes longer in the order (L3 (L4) ⁇ L1 ⁇ L2). Yes. For this reason, the end surface S ⁇ b> 2 of the fixing belt 35 is configured to be positioned outside the end surface S ⁇ b> 3 of the pressure roller 31.
  • the end surface S1 of the fixing-side elastic layer 34 is configured to be positioned outside the end surface S3 of the pressure roller 31 and to be positioned inside the end surface S2 of the fixing belt 35.
  • the radially outer elastic support portion 72 is configured to support the end portion of the fixing belt 35 and receive a pressing force from the pressure roller 31.
  • the elastic support portion 72 on the radially inner side is in contact with the fixing side metal core 33.
  • an effective pressurizing region D2 of the fixing nip N is formed between the bottoms 71 of the pair of left and right annular grooves 70.
  • the effective pressure area D2 is set to a length that allows an appropriate fixing process to be performed on the maximum size paper P on which image formation is possible.
  • the both end surfaces S1 of the fixing-side elastic layer 34 are left with portions (elastic support portions 72) that are in contact with the fixing-side metal core 33 and the fixing belt 35,
  • An annular groove 70 is recessed. That is, when the fixing roller 30 is viewed from the axial direction, the fixing side metal core 33, the fixing side elastic layer 34, the annular groove 70 (space formed by), the fixing side elastic layer 34, and the fixing belt 35 are laminated. Further, the annular groove 70 is recessed to the inner side of the axial end surfaces S3 of the pressure roller 31.
  • the pressure applied by the pressure roller 31 to both axial ends of the fixing roller 30 directly acts on the interface between the fixing side metal core 33 and the fixing side elastic layer 34 due to the presence of the annular groove 70. There is no. Thereby, stress concentration at the interface between the fixing side metal core 33 and the fixing side elastic layer 34 is suppressed, and interface peeling between the fixing side metal core 33 and the fixing side elastic layer 34 can be suppressed.
  • the fixing-side elastic layer 34 existing on the radially inner side of the fixing belt 35 can receive pressure applied by the pressure roller 31 at both axial ends of the fixing roller 30.
  • both end surfaces S1 in the axial direction of the fixing-side elastic layer 34 are positioned outside both end surfaces S3 in the axial direction of the pressure roller 31, the pressure from the pressure roller 31 can be appropriately received. Thereby, the bending of the both end portions of the fixing belt 35 is suppressed, and damage due to repeated bending stress can be suppressed.
  • the fixing-side elastic layer 34 displaced in the axial direction may be damaged by coming into contact with the end of the base material 40 (nickel) of the fixing belt 35.
  • the fixing device 15 according to the present embodiment since both end surfaces S1 in the axial direction of the fixing-side elastic layer 34 are located inside the both end surfaces S2 in the axial direction of the fixing belt 35, the fixing-side elasticity The axially opposite ends of the layer 34 are prevented from being displaced in the axial direction and coming into contact with the edges (both ends) of the fixing belt 35. As a result, it is possible to effectively prevent the axial end portions of the fixing-side elastic layer 34 from being damaged.
  • the fixing device 15 since the bottom 71 of the annular groove 70 has a semicircular cross section, the end of the fixing-side elastic layer 34 is formed in an arch shape. Therefore, the pressure applied from the pressure roller 31 to the end of the fixing-side elastic layer 34 via the fixing belt 35 can be dispersed. Thereby, stress concentration can be suppressed and damage to the fixing-side elastic layer 34 constituting the annular groove 70 can be prevented.
  • the color printer 1 including the fixing device 15 it is possible to suppress interfacial peeling between the fixing side metal core 33 and the fixing side elastic layer 34 at both axial ends of the fixing roller 30.
  • the bottom 71 of the annular groove 70 has a semicircular cross section in order to prevent damage to the fixing-side elastic layer 34
  • the present invention is not limited to this.
  • the bottom 71 of the annular groove 70 may be formed to have a rectangular cross section or a triangular (V-shaped) cross section.
  • the fixing belt 35 is stretched between the fixing roller 30 (the fixing side metal core 33 and the fixing side elastic layer 34) and one or more other rollers (for example, a tension roller). It may be.
  • the above description of the embodiment of the present invention describes a preferred embodiment of the fixing device according to the present invention and an image forming apparatus including the fixing device, and various technically preferable limitations are attached.
  • the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments unless specifically described to limit the present invention.
  • the components in the embodiment of the present invention described above can be appropriately replaced with existing components and the like, and various variations including combinations with other existing components are possible.
  • the description of the embodiment of the present invention described above does not limit the contents of the invention described in the claims.

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Abstract

　本発明の定着装置（１５）は、芯金（３３）の周りに設けられる弾性層（３４）の外周に熱源（３２）によって加熱される定着ベルト（３５）を有する定着ローラー（３０）と、定着ローラー（３０）に圧接し、トナー像を転写した記録媒体（Ｐ）を通過させる定着ニップ（Ｎ）を形成するように設けられる加圧ローラー（３１）と、を備え、弾性層（３４）の軸方向両端面（Ｓ１）には、芯金（３３）と定着ベルト（３５）とから離間して周方向に沿って環状溝（７０）が凹設され、環状溝（７０）の底部（７１）は、加圧ローラー（３１）の軸方向両端面（Ｓ３）よりも内側に位置するように構成されている。

Description

定着装置およびこれを備える画像形成装置
　本発明は、記録媒体にトナー像を定着させる定着装置およびこれを備える画像形成装置に関する。
　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、トナー像を用紙等の記録媒体に定着させる定着装置を備えている。一般的な定着装置は、芯金の外周に弾性層を形成する定着ローラーと、これに圧接する加圧ローラーと、定着ローラーの内部または外部に設けられる加熱装置と、を備えている。このような定着装置は、回転する各ローラー間に形成された定着ニップにトナー像を転写した用紙を通すことで、加熱され溶融したトナーを用紙に定着させるように構成されている。
　一般的な定着装置では、定着ローラー（弾性層）の表面硬度は、加圧ローラーの表面硬度よりも低く（柔らかく）設定されている。近年、画像形成の高速化を目的として、加圧ローラーの押圧力が高く設定されている。柔らかい定着ローラー（弾性層）を大きく変形させることで定着ニップの距離を長くするためである。この場合、弾性層は軸方向にも大きく変形するため、芯金と弾性層との界面に応力が集中し、軸方向両端部において弾性層が芯金から剥離するという問題があった。
　このような問題を解決するために、図４に示すように、弾性層１０４を介して芯金１０３の周囲に設けられた無端状ベルト１０５を有した定着ローラー１０１と、これに圧接してニップ部１０６を形成する加圧ローラー１０２と、を備え、定着ローラー１０１の弾性層１０４の両端部において無端状ベルト１０５に接する一部を切り欠いた段落ち部Ｇを有した定着装置１００が提案されている（特許文献１参照）。この定着装置は、段落ち部Ｇとなる弾性層１０２の両端部が加圧ローラー１０４によって加圧されないため、芯金１０３と弾性層１０４との界面剥離を抑制するように構成されている。
特開２０１０－１４５９５８号公報
　しかしながら、上記した定着装置１００は、段落ち部Ｇとなる弾性層１０４の両端部では加圧ローラー１０２からの圧力を受けることができない。このため、段落ち部Ｇに臨む無端状ベルト１０５の両端部は、ニップ部１０６において弾性層１０４側に向けて屈曲した状態となる（図４参照）。各ローラー１０１，１０２の回転が進んで屈曲した無端状ベルト１０５がニップ部１０６を抜けると、屈曲した無端状ベルト１０５は、自身の弾性力によって元に戻る。したがって、無端状ベルト１０５の両端部は、各ローラー１０１，１０２の回転に伴って繰り返し折り曲げられるため、屈曲部分に亀裂が生じる虞があった。このため、定着ローラー１０１の寿命が短くなるという問題があった。
　本発明は上記した課題を解決すべくなされたものであり、加圧ローラーからの圧力の増加に伴う定着ローラーの損傷を抑制可能な定着装置およびこれを備える画像形成装置を提供することを目的とする。
　本発明の定着装置は、芯金の周りに設けられる弾性層の外周に熱源によって加熱される定着ベルトを有する定着ローラーと、前記定着ローラーに圧接し、トナー像を転写した記録媒体を通過させる定着ニップを形成するように設けられる加圧ローラーと、を備え、前記弾性層の軸方向両端面には、前記芯金と前記定着ベルトとから離間して周方向に沿って環状溝が凹設され、前記環状溝の底部は、前記加圧ローラーの軸方向両端面よりも内側に位置するように構成されている。
　また、本発明の画像形成装置は、上記した定着装置を備える。
　本発明によれば、芯金と弾性層との界面剥離を抑制すると共に、定着ベルトの破損を防止することができ、定着ローラーの高寿命化を図ることができる。
本発明の一実施形態に係るカラープリンターの内部構造の概略を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置を模式的に示す断面図である。 図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。 従来の定着装置の一部を模式的に示す断面図である。
　以下、本発明の実施形態について、添付した図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、便宜上、図１および図２に示す矢印Ｆｒをカラープリンターの正面側（前側）として規定する。
　図１を参照して、画像形成装置としてのカラープリンター１の全体構成について説明する。ここで、図１はカラープリンター１の内部構造の概略を示す模式図である。
　カラープリンター１は、主要な外観を成す装置本体２と、装置本体２の下部に設けられ、記録媒体としての用紙Ｐを収納する給紙カセット３と、装置本体２の上面に設けられる排紙トレイ４と、を備えている。なお、記録媒体は、紙製の用紙Ｐに限らず、樹脂フィルムやＯＨＰシート等であってもよい。
　カラープリンター１は、給紙カセット３にセットされた用紙Ｐを搬送経路１０に供給する給紙部１１と、中間転写ベルト１２にトナー像を一次転写する画像形成部１３と、一次転写されたトナー像を用紙Ｐに二次転写する二次転写ニップ部１４と、二次転写されたトナー像を用紙Ｐに定着する定着装置１５と、各装置を制御する制御装置１６と、を装置本体２内に備えている。
　画像形成部１３は、４つのトナーコンテナ２０に収納された４色（イエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ），ブラック（Ｋ））の補給用トナーを用いて画像形成を行うように構成されている。画像形成部１３は、４つのドラムユニット２１と、各感光体ドラム２４の表面にレーザー光（図１に示す矢印Ｐ参照）を照射する露光器２２と、含んで構成されている。
　４つのドラムユニット２１は、中間転写ベルト１２の下側に前後方向に並設されている。各ドラムユニット２１は、回転可能に支持される像担持体としての感光体ドラム２４と、感光体ドラム２４の周囲に転写プロセス順に配置される帯電器２５と、現像器２６と、一次転写ローラー２７と、クリーニングユニット２８と、を含んで構成されている。
　ここで、カラープリンター１による画像形成処理について説明する。カラープリンター１に電源が投入されると、制御装置１６は、定着装置１５の温度設定等の各種パラメーターを初期化する。カラープリンター１に接続されたパーソナルコンピューター等から印刷開始の指示や画像データの入力がなされると、制御装置１６は、以下のように画像形成動作を実行する。
　まず、各帯電器２５によって所定電位に帯電した各感光体ドラム２４の表面に対し、各露光器２２によって画像データに対応した露光が行われる。これにより、各感光体ドラム２４に形成された静電潜像は、各トナーコンテナ２０から各現像器２６に供給された各色のトナーによりトナー像に現像される。各一次転写ローラー２７にバイアスが印加されると、各色のトナー像が、順次、中間転写ベルト１２に一次転写され、中間転写ベルト１２上にフルカラーのトナー像が形成される。一方、給紙部１１によって給紙カセット３から供給された用紙Ｐは、搬送経路１０を通って二次転写ニップ部１４まで搬送される。そして、二次転写ニップ部１４にバイアスが印加されると、フルカラーのトナー像は用紙Ｐに二次転写される。この用紙Ｐは、定着装置１５で定着処理された後、排紙トレイ４上に排出される。なお、各感光体ドラム２４上に残留したトナーは、クリーニングユニット２８によって除去される。
　図２および図３を参照して、定着装置１５について説明する。図２は定着装置１５を模式的に示す断面図である。図３は、図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。
　図２に示すように、定着装置１５は、定着ローラー３０と、加圧ローラー３１と、ＩＨ（Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　Ｈｅａｔｉｎｇ）定着ユニット３２と、を含んで構成されている。
　図２および図３に示すように、定着ローラー３０は、左右方向（軸方向）に長い円柱状に形成されている。定着ローラー３０は、定着側芯金３３の外周に設けられる定着側弾性層３４と、定着側弾性層３４の外周に設けられる定着ベルト３５と、を有している。なお、定着ベルト３５は、定着側芯金３３および定着側弾性層３４の回転に伴って回転する。
　定着側芯金３３は、例えば、ステンレスやアルミニウム等の金属材料によって、中空円筒状に形成されている。定着側芯金３３の左右両端部は、装置本体２に設けられる一対の軸受（図示せず）に回転可能に支持されている。定着側芯金３３の左右両端部は、段部３３ａを有して小径に形成されている（図３参照）。
　図３に示すように、定着側芯金３３の左右両端部には、それぞれ、径方向外側に向けて延出する寄り止めフランジ３６が配置されている。各寄り止めフランジ３６は、円環状に形成されている。各寄り止めフランジ３６は、段部３３ａに当接するまで定着側芯金３３の端面から軸方向内側に向けて挿入され、ストップリング３７を定着側芯金３３の端部に嵌合させることで抜け止め状態で設けられる。各寄り止めフランジ３６は、定着側芯金３３に対して相対回転可能に取り付けられている。
　定着側弾性層３４は、左右一対の段部３３ａの間において、定着側芯金３３の外周に設けられている。詳細には、定着側弾性層３４の軸方向（左右方向）長さＬ１は、左右一対の段部３３ａ（寄り止めフランジ３６）の間の距離Ｄ１よりも僅かに短く構成されている。定着側弾性層３４は、例えば、厚さ１０ｍｍのシリコンスポンジ等の耐熱性および弾性を有する材料によって形成されている。なお、上記した定着側弾性層３４の厚さは一例であり、適宜変更してもよい。
　定着ベルト３５は、定着側弾性層３４の外周に設けられている。詳細には、定着ベルト３５の軸方向（左右方向）長さＬ２は、左右一対の段部３３ａ（寄り止めフランジ３６）の間の距離Ｄ１よりも僅かに短く、且つ、定着側弾性層３４の軸方向長さＬ１よりも僅かに長く構成されている。
　図２に示すように、定着ベルト３５は、例えば、基材４０に周設されるベルト側弾性層４１と、ベルト側弾性層４１を被覆するベルト側離型層４２と、によって構成されている。
　基材４０は、例えば、厚さ３０μｍ～４０μｍのニッケル等の金属材料によって形成されている。ベルト側弾性層４１は、例えば、厚さ２００μｍ～３００μｍのシリコンゴム等の耐熱性および弾性を有する材料によって形成されている。ベルト側離型層４２は、例えば、厚さ３０μｍｍのＰＦＡチューブによって形成されている。なお、上記した基材４０、ベルト側弾性層４１およびベルト側離型層４２の厚さは一例であり、それぞれ適宜変更してもよい。
　図２および図３に示すように、加圧ローラー３１は、左右方向に長い円柱状に形成されている。加圧ローラー３１は、加圧側弾性層５１を介して加圧側芯金５０の周囲に設けられる加圧側離型層５２を有している。
　加圧側芯金５０は、例えば、ステンレスやアルミニウム等の金属材料によって、中空円筒状に形成されている。加圧側芯金５０の左右両端部は、装置本体２に設けられる一対の軸受（図示せず）に回転可能に支持されている。加圧側芯金５０の左右両端部は、段部５０ａを有して小径に形成されている（図３参照）。
　図３に示すように、加圧側弾性層５１は、左右一対の段部５０ａの間において、加圧側芯金５０の外周に設けられている。詳細には、加圧側弾性層５１の軸方向（左右方向）長さＬ３は、左右一対の段部５０ａの間の距離と略同一であって、定着側弾性層３４の軸方向長さＬ１よりも僅かに短く構成されている。加圧側弾性層５１は、例えば、厚さ２．０ｍｍのシリコンゴム等の耐熱性および弾性を有する材料によって形成されている。
　加圧側離型層５２は、加圧側弾性層５１の外周に設けられている。加圧側離型層５２の軸方向（左右方向）長さＬ４は、加圧側弾性層５１の軸方向長さＬ３と略同一である。加圧側離型層５２は、例えば、厚さ０．０５ｍｍのＰＦＡチューブによって形成されている。なお、上記した加圧側弾性層５１および加圧側離型層５２の厚さは一例であり、それぞれ適宜変更してもよい。
　上記した加圧ローラー３１は、図示を省略する駆動機構（モーターおよびギア列等）によって回転駆動するように構成されている。定着ローラー３０は、付勢手段（図示せず）の付勢力によって加圧ローラー３１に押し付けられ、加圧ローラー３１とは逆方向に従動回転するように構成されている。なお、定着ローラー３０を回転駆動し、加圧ローラー３１を従動回転するように構成してもよい。
　図２および図３に示すように、加圧ローラー３１は、定着ローラー３０に圧接し、トナー像を転写した用紙Ｐを通過させる定着ニップＮを形成するように設けられている。定着ニップＮは、用紙Ｐの搬送経路１０に沿って定着ローラー３０と加圧ローラー３１との間に形成されている。また、定着ローラー３０の表面硬度（主に定着側弾性層３４およびベルト側弾性層４１の硬度）は、加圧ローラー３１の表面硬度（主に加圧側弾性層５１の硬度）よりも低く（柔らかく）設定されているため、定着ニップＮでは、定着ローラー３０が押し潰されている。つまり、定着ニップＮでは、定着側弾性層３４および定着ベルト３５は、径方向に大きく変位する。
　なお、定着ニップＮでは、定着側弾性層３４および定着ベルト３５は、軸方向にも大きく変位する。しかしながら、当該軸方向の変位は、左右一対の寄り止めフランジ３６によって規制されている。
　定着ニップＮの用紙Ｐの進入側には、進入ガイド５３が配設されている。進入ガイド５３は、加圧ローラー３１側に配置され、搬送経路１０を搬送される用紙Ｐを定着ニップＮに導くように設けられている。また、定着ニップＮの用紙Ｐの送出側には、分離板５４が配設されている。分離板５４は、付勢手段（図示せず）によって定着ベルト３５側に付勢されている。分離板５４の先端部は、定着ベルト３５の外周面から僅かに離間して設けられている。定着ニップＮを通過した用紙Ｐは、分離板５４によって定着ベルト３５から剥離されるようになっている。なお、図示は省略するが、定着ローラー３０の近傍には、定着ベルト３５の温度を検知する温度センサー（サーミスター）が設けられている。
　図２に示すように、ＩＨ定着ユニット３２は、定着ベルト３５を加熱する熱源として、定着ローラー３０を挟んで定着ニップＮの反対側に設けられている。ＩＨ定着ユニット３２は、定着ローラー３０を覆う略半円筒状のボビン６０と、ボビン６０に支持されるＩＨコイル６１と、ＩＨコイル６１を覆うように設けられるアーチコア６２および一対のサイドコア６３と、を備えている。
　ＩＨコイル６１は、ボビン６０を挟んで定着ベルト３５の反対側に配置されている。すなわち、ＩＨ定着ユニット３２は、所謂「外包ＩＨ」として構成されている。アーチコア６２および一対のサイドコア６３は、例えば、フェライトによって構成されている。各コア６２，６３は、ＩＨコイル６１から発生する磁束を通過させる磁路を形成するために設けられている。
　カラープリンター１に設けられる制御装置１６は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶部およびインターフェース等（いずれも図示せず）を含んで構成されている。制御装置１６は、定着装置１５含むカラープリンター１の各装置等に接続されている。制御装置１６は、記憶部に格納されたプログラムやデータに基づいて、カラープリンター１を統括制御するように構成されている。
　ここで、定着装置１５の作用について説明する。
　制御装置１６は、温度センサーの検出結果に基づいて、ＩＨ定着ユニット３２（ＩＨコイル６１）を駆動制御する。詳細には、制御装置１６は、コイル駆動部（図示せず）に駆動信号を送り、コイル駆動部は、ＩＨコイル６１に高周波電流を供給する。これにより、ＩＨコイル６１に発生する高周波磁界によって定着ベルト３５が加熱される。また、制御装置１６は、駆動機構を駆動制御して加圧ローラー３１を回転させる。これにより、加圧ローラー３１との間に定着ニップＮを形成する定着ローラー３０は従動回転する。
　画像形成処理において、トナー像が転写された用紙Ｐは、定着ニップＮを通過して定着処理を施される。詳細には、用紙Ｐは、定着ニップＮを通過する際に、定着ローラー３０（定着ベルト３５）によって加熱されると共に、加圧ローラー３１によって押圧される。これにより、用紙Ｐ上のトナーは、加熱および加圧されて用紙Ｐに定着される。
　ところで、カラープリンター１では、画像形成処理の高速化が望まれているため、定着装置１５の各ローラー３０，３１の回転速度も高速化している。このような高速化に対応するために、定着ローラー３０に対する加圧ローラー３１の押圧力が高く設定されている。これにより、柔らかい定着ローラー３０が大きく変形し、定着ニップＮの距離が長くなるため、適切なトナー定着を担保することができる。しかしながら、定着ニップＮにおいて、定着ローラー３０の定着側弾性層３４が大きく押し潰されると、定着側芯金３３と定着側弾性層３４との界面剥離や、定着ベルト３５の左右端部（軸方向端部）が折れ曲がり等の問題が生じる虞も考えられる。
　このような問題に対応するため、本実施形態に係る定着装置１５は、図３に示すように、定着側弾性層３４の軸方向両端面Ｓ１から内側に向けて凹設される環状溝７０を有している。各環状溝７０は、定着側弾性層３４の軸方向両端面Ｓ１において、定着側芯金３３と定着ベルト３５とから離間して周方向に沿って凹設されている。なお、各ローラー３０，３１の軸方向両端部は、それぞれ略同様の形状であるため、以下の説明では、一方の端部に着目することとする。
　環状溝７０は、定着側弾性層３４の厚みの略中間部に形成されている。環状溝７０は、定着側弾性層３４の端面Ｓ１から内側に向けて略平行に凹み、環状溝７０の底部７１は、半円形断面を有している。つまり、環状溝７０は、略Ｕ字状断面を有し、定着側弾性層３４の端部は、環状溝７０の存在によってアーチ状に形成されている。したがって、環状溝７０の径方向内側および外側には、定着側弾性層３４が所定の肉厚で定着側芯金３３および定着ベルト３５に接するように設けられている。以下、この定着側芯金３３と定着ベルト３５とに接する部分を「弾性支持部７２」と呼ぶ。
　環状溝７０の底部７１は、加圧ローラー３１（加圧側弾性層５１および加圧側離型層５２）の軸方向端面Ｓ３よりも内側に位置するように構成されている。
　上記したように、定着側弾性層３４の軸方向長さＬ１は、定着ベルト３５の軸方向長さＬ２よりも短く、且つ、加圧側弾性層５１（加圧側離型層５２）の軸方向長さＬ３（Ｌ４）よりも長くなるように構成されている。つまり、加圧側弾性層５１（加圧側離型層５２）、定着側弾性層３４、定着ベルト３５の順（Ｌ３（Ｌ４）＜Ｌ１＜Ｌ２）に軸方向長さが長くなるように形成されている。このため、定着ベルト３５の端面Ｓ２は、加圧ローラー３１の端面Ｓ３よりも外側に位置するように構成されている。また、定着側弾性層３４の端面Ｓ１は、加圧ローラー３１の端面Ｓ３よりも外側に位置すると共に、定着ベルト３５の端面Ｓ２よりも内側に位置するように構成されている。したがって、径方向外側の弾性支持部７２は、定着ベルト３５の端部を支持し、加圧ローラー３１からの押圧力を受けることができるように構成されている。なお、径方向内側の弾性支持部７２は、定着側芯金３３に接している。
　なお、左右一対の環状溝７０の底部７１の間が、定着ニップＮの有効加圧領域Ｄ２となっている。有効加圧領域Ｄ２は、画像形成可能な最大サイズの用紙Ｐに対して適切な定着処理を行うことができる長さに設定されている。
　以上説明した実施形態に係る定着装置１５によれば、定着側弾性層３４の両端面Ｓ１には、定着側芯金３３と定着ベルト３５とに接触する部分（弾性支持部７２）を残して、環状溝７０が凹設されている。すなわち、定着ローラー３０を軸方向から見ると、定着側芯金３３、定着側弾性層３４、環状溝７０（によって形成される空間）、定着側弾性層３４、定着ベルト３５が積層されている。また、環状溝７０は、加圧ローラー３１の軸方向両端面Ｓ３よりも内側まで凹んでいる。このため、定着ローラー３０の軸方向両端部に対して加圧ローラー３１によって加えられる圧力は、環状溝７０の存在によって、定着側芯金３３と定着側弾性層３４との界面に直接作用することがない。これにより、定着側芯金３３と定着側弾性層３４との界面における応力集中が抑制され、定着側芯金３３と定着側弾性層３４との界面剥離を抑制することができる。
　また、定着ローラー３０の軸方向両端部において、定着ベルト３５の径方向内側に存在する定着側弾性層３４が、加圧ローラー３１によって加えられる圧力を受けることができる。特に、定着側弾性層３４の軸方向両端面Ｓ１は、加圧ローラー３１の軸方向両端面Ｓ３よりも外側に位置しているため、加圧ローラー３１からの圧力を適切に受けることができる。これにより、定着ベルト３５の両端部の屈曲が抑制され、繰り返して曲げ応力を受けることによる破損を抑制することができる。
　なお、定着ニップＮでは、軸方向に変位した定着側弾性層３４が、定着ベルト３５の基材４０（ニッケル）の端部に接触して損傷することが考えられる。この点、本実施形態に係る定着装置１５によれば、定着側弾性層３４の軸方向両端面Ｓ１が、定着ベルト３５の軸方向両端面Ｓ２よりも内側に位置しているため、定着側弾性層３４の軸方向両端部が、軸方向に変位して定着ベルト３５のエッジ（両端部）に接触することが防止される。これにより、定着側弾性層３４の軸方向両端部が損傷することを有効に防止することができる。
　さらに、本実施形態に係る定着装置１５によれば、環状溝７０の底部７１が半円形断面を有しているため、定着側弾性層３４の端部はアーチ状に形成されている。このため、加圧ローラー３１から定着ベルト３５を介して定着側弾性層３４の端部に加えられる圧力を分散することができる。これにより、応力集中を抑制することができ、環状溝７０を構成する定着側弾性層３４の損傷を防止することができる。
　また、以上説明した実施形態に係る定着装置１５を備えるカラープリンター１によれば、定着ローラー３０の軸方向両端部において定着側芯金３３と定着側弾性層３４との界面剥離を抑制することができると共に、定着ベルト３５の軸方向両端部において曲げ応力を繰り返して受けることによる破損を抑制することができる。これにより、定着ローラー３０の高寿命化を図ることができる。このため、定着装置１５に対するメンテナンス頻度を削減することができると共に、定着ローラー３０等の交換にかかるコストを低減することができる。
　なお、定着側弾性層３４の損傷防止のため環状溝７０の底部７１は半円形断面を有していたが、本発明はこれに限定されない。例えば、定着側弾性層３４の損傷防止が担保できるのであれば、環状溝７０の底部７１を矩形断面や三角形（Ｖ字状）断面となるように形成しても構わない。
　なお、図示は省略するが、定着ベルト３５は、定着ローラー３０（定着側芯金３３および定着側弾性層３４）と、１つ以上の他のローラー（例えばテンションローラー）との間に架け渡されていてもよい。
　なお、上記した本発明の実施形態の説明は、本発明に係る定着装置およびこれを備える画像形成装置における好適な実施の形態を説明しているため、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。さらに、上記した本発明の実施の形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、且つ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能であり、上記した本発明の実施の形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

Claims (6)

  1. 　芯金の周りに設けられる弾性層の外周に熱源によって加熱される定着ベルトを有する定着ローラーと、
    　前記定着ローラーに圧接し、トナー像を転写した記録媒体を通過させる定着ニップを形成するように設けられる加圧ローラーと、を備え、
    　前記弾性層の軸方向両端面には、前記芯金と前記定着ベルトとから離間して周方向に沿って環状溝が凹設され、
    　前記環状溝の底部は、前記加圧ローラーの軸方向両端面よりも内側に位置するように構成されていることを特徴とする定着装置。
  2. 　前記定着ベルトの軸方向両端面は、前記加圧ローラーの軸方向両端面よりも外側に位置するように構成され、
    　前記弾性層の軸方向両端面は、前記加圧ローラーの軸方向両端面よりも外側に位置すると共に、前記定着ベルトの軸方向両端面よりも内側に位置するように構成されている、請求項１に記載の定着装置。
  3. 　前記環状溝の底部は、半円形断面を有している、請求項１に記載の定着装置。
  4. 　前記芯金の軸方向両端部には、それぞれ、径方向外側に向けて延出する寄り止めフランジが配置され、
    　前記弾性層の軸方向長さは、一対の寄り止めフランジの間の距離よりも短く構成されている、請求項１に記載の定着装置。
  5. 　前記定着ローラーの表面硬度は、前記加圧ローラーの表面硬度よりも低く設定されている、請求項１に記載の定着装置。
  6. 　請求項１に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
     
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