(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体を加熱する加熱部材と、
前記加熱部材を加圧する加圧手段と、
前記加熱部材に装着され、外力を受けて回転する回転手段と、を有し、
前記回転手段は、外力を受けて回転する回転部材と、当該回転部材の回転に伴い変形する弾性部材と、を有し、
前記加熱部材は、前記加圧手段との接触により弾性変形するとともに当該加圧手段と接触していない状態では自らの剛性で復元し、当該加圧手段から加圧されて変形すること、および前記回転部材の回転に伴う前記弾性部材の変形に起因して当該加熱部材と当該弾性部材との間に生じる摩擦力により、当該回転部材が回転するのに伴って回転することを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
前記加熱部材は、当該加熱部材と前記弾性部材との線膨張係数の差に起因して当該加熱部材と当該弾性部材との間に生じる摩擦力により回転することを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】
前記弾性部材は、前記加熱部材の外側にコイル部が配置されたねじりコイルばねであり、
前記ねじりコイルばねは、前記回転部材の回転に伴い前記コイル部の内径が小さくなるように変形することで当該回転部材から力を受ける前よりも前記加熱部材との間に生じる摩擦力を大きくすることを特徴とする請求項１または２に記載の加熱装置。
【請求項４】
前記加熱部材は円筒形状であり、
前記弾性部材は、前記加熱部材の内側にコイル部が配置されたねじりコイルばねであり、
前記ねじりコイルばねは、前記回転部材から力を受けることにより前記コイル部の外径が大きくなるように変形することで当該回転部材から力を受ける前よりも前記加熱部材との間に生じる摩擦力を大きくすることを特徴とする請求項１または２に記載の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱装置、画像形成装置、加熱部材および装着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、記録媒体を加熱する装置として、記録媒体を加熱する加熱部材と加熱部材を加圧する加圧手段との間に記録媒体を通過させる装置が提案されている。
加熱装置の一形態として、例えば特許文献１に記載の定着装置は、以下のように構成されている。すなわち、内部にハロゲンランプが配置された定着ロール（加熱部材）と、エンドレスベルトと、エンドレスベルトを介して定着ロールを押圧する圧力部材と、で主要部が構成されている。定着ロールはモータにより回転させられ、この回転によりエンドレスベルトも従動回転する。そして、転写装置により記録媒体に転写されたトナー像を、記録媒体が定着ロールとエンドレスベルトとの間を通過する間に、定着ロールとエンドレスベルトとの間に作用する圧力と、ハロゲンランプにより定着ロールを通じて与えられる熱と、により定着する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１３３７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
回転して記録媒体を加熱する加熱部材が、この加熱部材の表面から受けた力によってこの加熱部材の回転中心側に撓むような加熱部材であっても、加熱部材を破損させることなく当該加熱部材に駆動力を伝達させて回転させることができる装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明は、記録媒体を加熱する加熱部材と、前記加熱部材を加圧する加圧手段と、前記加熱部材に装着され、外力を受けて回転する回転手段と、を有し、前記回転手段は、外力を受けて回転する回転部材と、当該回転部材の回転に伴い変形する弾性部材と、を有し、前記加熱部材は、前記加圧手段との接触により弾性変形するとともに当該加圧手段と接触していない状態では自らの剛性で復元し、当該加圧手段から加圧されて変形すること、および前記回転部材の回転に伴う前記弾性部材の変形に起因して当該加熱部材と当該弾性部材との間に生じる摩擦力により、当該回転部材が回転するのに伴って回転することを特徴とする加熱装置である。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、前記加熱部材は、当該加熱部材と前記弾性部材との線膨張係数の差に起因して当該加熱部材と当該弾性部材との間に生じる摩擦力により回転することを特徴とする請求項１に記載の加熱装置である。
請求項３に記載の発明は、前記弾性部材は、前記加熱部材の外側にコイル部が配置されたねじりコイルばねであり、前記ねじりコイルばねは、前記回転部材の回転に伴い前記コイル部の内径が小さくなるように変形することで当該回転部材から力を受ける前よりも前記加熱部材との間に生じる摩擦力を大きくすることを特徴とする請求項１または２に記載の加熱装置である。
請求項４に記載の発明は、前記加熱部材は円筒形状であり、前記弾性部材は、前記加熱部材の内側にコイル部が配置されたねじりコイルばねであり、前記ねじりコイルばねは、前記回転部材から力を受けることにより前記コイル部の外径が大きくなるように変形することで当該回転部材から力を受ける前よりも前記加熱部材との間に生じる摩擦力を大きくすることを特徴とする請求項１または２に記載の加熱装置である。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、回転して記録媒体を加熱する加熱部材が、この加熱部材の表面から受けた力によってこの加熱部材の回転中心側に撓むような加熱部材であっても、加熱部材を破損させることなく加熱部材に駆動力を伝達させて回転させることができる。
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て、より簡易な構成で加熱部材を回転させる摩擦力を生じさせることができる。
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て、加熱部材を回転させる摩擦力をより的確に生じさせることができる。
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て、加熱部材を回転させる摩擦力をより的確に生じさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態が適用される画像形成装置の概略構成を示した図である。
【図２】第１の実施形態に係る定着装置の構成を示す概略正面図であり、用紙搬送方向下流側から、図１のＩＩ方向に見た図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ部における断面図である。
【図４】エンドレスベルトが支持された状態を説明するための図であり、図２におけるＩＶ部の拡大図である。
【図５】ギヤユニットの斜視図である。
【図６】ギヤユニットを構成する部品を示す図である。
【図７】ギヤユニットを加熱ロールに装着した状態を示す図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ部の拡大図である。
【図９】ギヤユニットの断面図である。
【図１０】（ａ）は、ねじりコイルばねが変形する前の状態を示す図であり、（ｂ）は、ねじりコイルばねが変形した後の状態を示す図である。
【図１１】実験結果における応力分布の説明図である。
【図１２】実験結果における基体の変位の分布を＋Ｚ、＋Ｙ側から見た場合の説明図である。
【図１３】図１２と同一の実験結果において基体の変位の分布を−Ｚ、−Ｙ側から見た場合の説明図である。
【図１４】図１２と同一の実験結果において、基体の変位の分布をＹ軸方向に二倍にして強調した状態の説明図である。
【図１５】図１３と同一の実験結果において、基体の変位の分布をＹ軸方向に二倍にして強調した状態の説明図である。
【図１６】実験結果において、加熱ロールと加圧ロールとの接触領域における変形状態の説明図である。
【図１７】実験結果において、加熱ロールと加圧ロールとの接触領域における変形状態の説明図である。
【図１８】加熱ロールと加圧ロールとの接触領域における変形状態の説明図である。
【図１９】（ａ）は、ねじりコイルばねおよび加熱ロールの他の形状を示す斜視図であり、（ｂ）は断面図である。
【図２０】第２の実施形態に係るギヤおよびねじりコイルばねを示す斜視図である。
【図２１】（ａ）は、第３の実施形態に係るギヤおよびねじりコイルばねを示す斜視図であり、（ｂ）は断面図である。
【図２２】（ａ）は、第４の実施形態に係るギヤおよびねじりコイルばねを示す斜視図であり、（ｂ）は断面図である。
【図２３】第５の実施形態に係るギヤおよび加熱ロールを示す断面図である。
【図２４】（ａ）は、第７の実施形態に係るギヤおよび加熱ロールなどを示す断面図であり、（ｂ）は、第７の実施形態に係る保持部材などを示す断面図である。
【図２５】第８の実施形態に係る定着装置の構成を示す概略正面図であり、用紙搬送方向下流側から、図１のＩＩ方向に見た図である。
【図２６】図２５のＸＸＶＩ−ＸＸＶＩ部における断面図である。
【図２７】加熱ベルトの拡大断面図である。
【図２８】加熱ベルトが支持された状態を説明するための図であり、図２５におけるＸＸＶＩＩＩ部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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は本発明の実施の形態が適用される画像形成装置１の概略構成を示した図である。
画像形成装置１は、記録媒体（以下、代表して「用紙」と記す場合もある。）上に画像を形成する画像形成部１０と、画像形成部１０に対して用紙を供給する用紙供給部７０と、画像形成部１０にて画像が形成された用紙を積載する積載部７７と、を備えている。また、画像形成装置１は、画像形成部１０にて画像が形成された用紙を搬送する用紙搬送部８０と、上述した各部の動作を制御する制御部９０と、を備えている。
【００１６】
画像形成部１０は、略一定の間隔を置いて並列的に配置されるイエロー(Ｙ）、マゼンタ(Ｍ）、シアン(Ｃ）、黒(Ｋ）の４つの画像形成ユニット１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋを備えている。各画像形成ユニット１１は、感光体ドラム１２と、感光体ドラム１２の表面を一様に帯電する帯電器１３と、後述する光学系ユニット２０によるレーザ照射によって形成された静電潜像を予め定められた色成分トナーで現像し可視化する現像器１４とを備えている。また、画像形成部１０には、画像形成ユニット１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋの現像器１４に対して各色のトナーを供給するためのトナーカートリッジ１９Ｙ，１９Ｍ，１９Ｃ，１９Ｋが設けられている。そして、画像形成ユニット１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋの下方には、画像形成ユニット１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋの感光体ドラム１２に対してレーザ光を照射する光学系ユニット２０が配置されている。
【００１７】
また、画像形成部１０は、画像形成ユニット１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋの感光体ドラム１２に形成された各色のトナー像を中間転写ベルト３１上に多重転写させる中間転写ユニット３０と、中間転写ユニット３０上に重畳されて形成されたトナー像を用紙に転写する二次転写ロール４１と、用紙上に形成されたトナー像を加熱および加圧して定着する定着装置５０とを備えている。
【００１８】
光学系ユニット２０は、図示しない半導体レーザ、変調器の他、半導体レーザから出射されたレーザ光（ＬＢ-Ｙ，ＬＢ-Ｍ，ＬＢ-Ｃ，ＬＢ-Ｋ）を偏向走査するポリゴンミラー２１と、レーザ光を通過するガラス製のウィンドウ２２と、各構成部材を密閉するための直方体状のフレーム２３とを備えている。
【００１９】
中間転写ユニット３０は、中間転写体である像保持体の一例としての中間転写ベルト３１と、この中間転写ベルト３１を駆動するドライブロール３２と、中間転写ベルト３１に略一定のテンションを付与するテンションロール３３とを備えている。また、中間転写ユニット３０は、各感光体ドラム１２と中間転写ベルト３１を挟んで対向して感光体ドラム１２上に形成されたトナー像を中間転写ベルト３１上に転写するための複数（本実施の形態においては４つ）の一次転写ロール３４と、中間転写ベルト３１を介して二次転写ロール４１に対向して設けられたバックアップロール３５とを備えている。
【００２０】
中間転写ベルト３１は、ドライブロール３２、テンションロール３３、複数の一次転写ロール３４およびバックアップロール３５などの複数の回転部材に、複数の一次転写ロール３４の並び方向の長さがこれら複数の一次転写ロール３４の回転軸を含む平面に略直交する方向の長さよりも長くなるように張りかけられるとともに略一定のテンションで張りかけられており、駆動モータ（図示せず）によって回転駆動されるドライブロール３２により、矢印方向に予め定められた速度で循環駆動される。この中間転写ベルト３１は、例えば、ゴムまたは樹脂にて成形されたものが使用される。
【００２１】
また、中間転写ユニット３０は、中間転写ベルト３１上に存在する残留トナー等を除去するクリーニング装置３６を備えている。クリーニング装置３６は、クリーニングブラシ３６ａと、クリーニングブレード３６ｂとを備えており、トナー像の転写工程が終了した後の中間転写ベルト３１の表面から残留トナーや紙粉等を除去する。
このように、中間転写ユニット３０は、中間転写ベルト３１がドライブロール３２やテンションロール３３などに複数の一次転写ロール３４の並び方向に細長くなるように張りかけられており、この細長く張りかけられた中間転写ベルト３１の長手方向の一方の端部に、バックアップロール３５が配置され、長手方向の他方の端部に、クリーニング装置３６が配置された細長の形状である。
【００２２】
二次転写ロール４１は、中間転写ベルト３１を介してバックアップロール３５を押圧することにより中間転写ベルト３１との間で二次転写部位を形成し、この二次転写部にて用紙上にトナー像を二次転写する。二次転写ロール４１は中間転写ベルト３１上に形成されたトナー像を用紙に転写するために、トナー帯電極性とは反対極性の電荷を用紙に与えて静電気力にて中間転写ベルト３１上のトナー像を用紙に転写させる。それゆえ、二次転写ロール４１とバックアップロール３５との間に予め定められた転写電界が生成されるようになっている。
定着装置５０は、中間転写ユニット３０、二次転写ロール４１などによって二次転写された用紙上の画像(トナー像）を、加熱ロール５１とエンドレスベルト５２などにより、熱および圧力を用いて用紙に定着させる装置である。この定着装置５０については後で詳述する。
【００２３】
用紙供給部７０は、画像が記録される用紙を収容する用紙収容部７１と、用紙収容部７１から用紙を取り上げて搬送路７４へ供給する供給ロール７２と、供給ロール７２から供給された用紙を１枚ずつ分離して搬送するフィードロール７３とを備えている。また、用紙供給部７０は、フィードロール７３により１枚ずつに分離された用紙を二次転写位置に向けて搬送する搬送路７４と、搬送路７４を介して搬送された用紙に対し、二次転写位置に向けてタイミングを合わせて搬送するレジストロール７５とを備えている。
【００２４】
用紙搬送部８０は、定着装置５０から送り出された用紙をニップしつつ積載部７７の方へ搬送するとともに、この用紙を必要に応じてスイッチバック方式で反転させる反転ロール８１と、反転ロール８１によって反転された用紙を二次転写位置に向けて再び搬送するための反転搬送ユニット８２と、を備えている。また、用紙搬送部８０は、定着装置５０と反転ロール８１との間に配置されて、用紙の進行方向を切り替える切り替えゲート８３を備えている。
画像形成装置１は、制御部９０により回転駆動が制御される駆動モータ９１と、駆動モータ９１の回転駆動力を伝達する伝達ギヤ９２，９３，９４などを備えており（図２も参照）、反転ロール８１は、伝達ギヤ９２，９３，９４などを介して駆動モータ９１の回転駆動力が伝達される。反転搬送ユニット８２は、複数の搬送ロールを備えており、反転ロール８１によって反転された用紙を二次転写位置に向けて再び搬送する。切り替えゲート８３は、定着装置５０から送り出された用紙の進行方向を、反転ロール８１に導くように定めたり、反転ロール８１で反転された用紙を反転搬送ユニット８２に導くように定めたりして、用紙の進行方向を切り替える。
【００２５】
以上のように構成された画像形成装置１は、以下のように作用する。
図示しない画像読み取り装置によって読み取られた原稿の画像や、図示しないパーソナルコンピュータ等から受信した画像データは、予め定められた画像処理が施され、画像処理が施された画像データは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の４色の色材階調データに変換され、光学系ユニット２０に出力される。
【００２６】
光学系ユニット２０は、入力された色材階調データに応じて、半導体レーザ（図示せず）から出射されたレーザ光を、ｆ−θレンズ（不図示）を介してポリゴンミラー２１に出射する。ポリゴンミラー２１では、入射されたレーザ光を各色の階調データに応じて変調し、偏向走査して、図示しない結像レンズおよび複数枚のミラーを介して画像形成ユニット１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋの感光体ドラム１２に照射する。
【００２７】
画像形成ユニット１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋの感光体ドラム１２では、帯電器１３で帯電された表面が走査露光され、静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、各々の画像形成ユニット１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋにて、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色のトナー像として現像される。画像形成ユニット１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋの感光体ドラム１２上に形成されたトナー像は、中間転写体である中間転写ベルト３１上に多重転写される。
【００２８】
一方、用紙供給部７０では、画像形成のタイミングに合わせて供給ロール７２が回転して用紙収容部７１に収容されている用紙を取り上げ、フィードロール７３により１枚ずつ分離された後、搬送路７４を経てレジストロール７５に搬送され、一旦、停止される。その後、トナー像が形成された中間転写ベルト３１の移動タイミングに合わせてレジストロール７５が回転し、バックアップロール３５および二次転写ロール４１によって形成される二次転写位置に搬送される。二次転写位置にて下方から上方に向けて搬送される用紙には、圧接力および予め定められた電界を用いて、４色が多重されているトナー像が副走査方向に順次、転写される。そして、各色のトナー像が転写された用紙は、定着装置５０によって熱および圧力で定着処理を受けた後に、用紙搬送部８０にて積載部７７に積載されるか、反転されて再度二次転写位置に向けて送られる。
【００２９】
＜第１の実施形態＞
次に、第１の実施形態に係る定着装置５０について詳述する。
図２は、第１の実施形態に係る定着装置５０の構成を示す概略正面図であり、用紙搬送方向下流側から、図１のＩＩ方向に見た図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ部における断面図である。図４は、エンドレスベルト５２が支持された状態を説明するための図であり、図２におけるＩＶ部の拡大図である。
定着装置５０は、用紙を加熱する加熱部材の一例としての加熱ロール５１と、加熱ロール５１を加圧する加圧手段の一例であって当該加圧手段の一部を構成するエンドレスベルト５２と、加熱ロール５１に装着されて、外力を受けて回転する回転手段の一例としてのギヤユニット５３と、を有している。また、加圧手段の他の例としては回転軸の一例としてのシャフトと当該シャフトの外周に形成された弾性体層（例えば、ゴム層）とを有する加圧ロールであっても良い。そして、定着装置５０は、用紙を加熱する加熱装置の一形態として機能する。なお、以下では、加圧手段の一例であって当該加圧手段の一部を構成するとともに、加熱ロール５１と対向する部材である対向部材の一例として、エンドレスベルト５２を例に取り説明するが、エンドレスベルト５２に換えて加圧ロールを用いても良い。
【００３０】
先ずは、加熱ロール５１について説明する。
加熱ロール５１は、図２においては左右方向、図１においては紙面に直交する方向（手前側および奥側のいずれか一方から他方に向かう方向）に伸びる軸を回転軸として回転する部材であり、薄肉円筒の基体５１１と、基体５１１の周囲に形成された耐熱性弾性体層５１２（図３参照）と、耐熱性弾性体層５１２の表面に形成された離型層５１３と、を有する。加熱ロール５１は、画像形成装置１の本体フレーム（不図示）に固定又は着脱される定着装置用のフレームであるメインフレーム５０ａに取り付けられて、回転軸方向の両端部側にそれぞれに配置されたボールベアリングなどの軸受け部材５１４を介して、メインフレーム５０ａに対して回転可能に支持されている。なお、回転軸は物理的な実態を有する形態の軸でも良いし物理的な実態を有さない形態の仮想的な軸であっても良い。
【００３１】
基体５１１は、薄肉円筒の部材である。また、基体５１１は、加熱ロール５１とエンドレスベルト５２との接触により弾性変形するとともにエンドレスベルト５２と接触していない状態では自らの剛性で復元する材質であり、かつ熱伝導率の高い材質で成形されている。このような特性を示す材質としては、鉄、ニッケル、ニッケル鋼、ステンレス鋼（ＳＵＳ（Stainless Used Steel））、ニッケル−コバルト合金、銅、金、ニッケル−鉄合金等を例示することができる。基体５１１がこのような特質を有することにより、加熱ロール５１は、エンドレスベルト５２と接触することで弾性変形して、用紙搬送方向に沿った接触領域であるニップ部Ｎ（図３参照）の面積を広くし、またエンドレスベルト５２との間で自らの弾性力にてニップ部Ｎにある用紙に圧力を加えるとともに、エンドレスベルト５２と接触していない状態では、自らの剛性で円筒形状に復元する。また、基体５１１のニップ部Ｎに対応する内面側（薄肉円筒状の内側）には、当該基体５１１を内面側から支持する部材が配置されていない。しかしながら、基体５１１は、加熱ロール５１とエンドレスベルト５２との接触により弾性変形するとともにエンドレスベルト５２と接触していない状態では自らの剛性で復元する材質であるので、基体５１１のニップ部Ｎに対応する内面側に支持する部材が配置されていなくても、エンドレスベルト５２と接触すると弾性変形して、エンドレスベルト５２と接触していない状態では、自らの剛性で円筒形状に復元する。ただし、必要に応じて支持する部材を配置させても差し障りない。なお、ニップ部Ｎは、加熱ロール５１がエンドレスベルト５２を介して圧力パッド５４から加圧され、エンドレスベルト５２との間で用紙を加熱加圧する加熱加圧部の一例である。
本実施形態に係る基体５１１は、材質はニッケルを用い、外径が直径２５ｍｍで、肉厚が０．１ｍｍとなるように成形されている。なお、外径は、直径が２５ｍｍを例示したが、これに限定されず、２０ｍｍから３０ｍｍの範囲であればよく、又、肉厚は、０．１ｍｍを例示したが、これに限定されず、０．０５ｍｍから０．２ｍｍの範囲であればよい。材質がニッケルで、肉厚が０．１ｍｍの円筒形状の基体５１１は、任意の方法により成形され、例えば、電鋳や深絞り加工等により成形することを例示することができる。
【００３２】
耐熱性弾性体層５１２は、耐熱性の高い弾性体で成形されている。耐熱性の高い弾性体であればどのような材料を用いることも可能であり、特に、ゴム硬度が５°から２０°（ＪＩＳ−Ａ）程度のゴム、エラストマ等の弾性体を用いるのが好ましい。具体的には、シリコーンゴム、フッ素ゴム等を例示することができる。
離型層５１３は、耐熱性の樹脂で成形されている。耐熱性の樹脂であればどの樹脂を用いてもよく、例えばシリコーン樹脂、フッ素樹脂等を用いることができるが、離型層５１３のトナーに対する離型性や耐摩耗性の観点から、フッ素樹脂が適している。フッ素樹脂としては、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＦＥＰ（四フッ化エチレン六フッ化プロピレン共重合体）等が使用できる。離型層５１３の厚さは、５から３０μｍがよい。
【００３３】
定着装置５０は、加熱ロール５１の内部に配置され、発熱源として機能するハロゲンヒータ５１５と、加熱ロール５１の表面の温度を検出する温度センサ５１６と、を有している。上述した制御部９０は、この温度センサ５１６による温度検出値に基づいてハロゲンヒータ５１５の点灯を制御し、加熱ロール５１の表面温度が予め定められた定着温度（例えば、１７０℃）を維持するように調整する。
【００３４】
次に、エンドレスベルト５２について説明する。
エンドレスベルト５２は、原形が直径３０ｍｍの円筒形状に形成された無端ベルトであり、ベース層と、このベース層の加熱ロール５１側の面または両面に被覆された離型層（不図示）とから構成されている。ベース層は、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド等のポリマーやＳＵＳ、ニッケル、銅等の金属により形成され、その厚みは、３０から２００μｍがよい。ベース層の表面に被覆される離型層としては、フッ素樹脂、例えばＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰで形成され、その厚みは５から１００μｍがよい。
また、エンドレスベルト５２の内周面は、後述する圧力パッド５４との摺擦抵抗を低減するため、表面粗さＲａ（算術平均粗さ）を０．４μｍ以下に設定している。また、エンドレスベルト５２の外周面は、加熱ロール５１からの駆動力を受け易いように、表面粗さＲａを１．２から２．０μｍに設定している。
【００３５】
次に、エンドレスベルト５２を支持する構成について述べる。
定着装置５０は、エンドレスベルト５２を回転可能に支持する圧力パッド５４（図３参照）およびエッジガイド５５（図４参照）と、エンドレスベルト５２の内周面と圧力パッド５４との摺擦抵抗を小さくする低摩擦シート５６（図３参照）と、圧力パッド５４と低摩擦シート５６とを保持する金属製のホルダ５７（図３参照）と、を有している。
圧力パッド５４は、エンドレスベルト５２の内側において、エンドレスベルト５２を介して加熱ロール５１に押圧される状態で配置され、加熱ロール５１とエンドレスベルト５２との間にニップ部Ｎを形成するように機能する。圧力パッド５４は、用紙搬送方向長さ（エンドレスベルト５２と加熱ロール５１の移動方向における長さ）の広いニップ部Ｎを確保するためのプレニップ部材５４ａと、加熱ロール５１に歪みを与えるための剥離ニップ部材５４ｂと、を有している。プレニップ部材５４ａは、ニップ部Ｎの入口側に配置され、剥離ニップ部材５４ｂは、ニップ部Ｎの出口側に配置されている。
【００３６】
プレニップ部材５４ａは、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の弾性体や板バネ等にて構成され、加熱ロール５１側の面は、ほぼ加熱ロール５１の外周面に倣う凹形状で形成されている。
剥離ニップ部材５４ｂは、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ポリイミド、ポリエステル、ポリアミド等の耐熱性を有する樹脂、または鉄、アルミニウム、ＳＵＳ等の金属で成形されている。剥離ニップ部材５４ｂの形状としては、ニップ部Ｎにおける外面形状が略一定の曲率半径を有する凸曲面状に成形されている。
【００３７】
エッジガイド５５は、図４に示すように、ホルダ５７の回転軸方向の両端部に配設されている。そして、エッジガイド５５それぞれは、ニップ部Ｎとその近傍に対応する部分に切り欠きが形成された円筒状、すなわち断面がＣ形状のベルト走行ガイド部５５１と、ベルト走行ガイド部５５１の回転軸方向の外側に設けられ、エンドレスベルト５２の内径よりも大きな外径で形成されたフランジ部５５２と、を有している。また、エッジガイド５５は、フランジ部５５２の回転軸方向の外側に設けられ、エッジガイド５５を定着装置５０のメインフレーム５０ａに位置決めして固定するための保持部５５３を有している。
ホルダ５７は、回転軸方向の両端部がエッジガイド５５のフランジ部５５２の内側面に固定され支持されている。また、エッジガイド５５のベルト走行ガイド部５５１は、ホルダ５７の回転軸方向の端部の一部の領域と、回転軸方向にオーバーラップするように配置されている。
【００３８】
そして、エンドレスベルト５２は、ニップ部Ｎとその近傍を除いて、回転軸方向の両側部の内周面がベルト走行ガイド部５５１の外周面に支持され、ベルト走行ガイド部５５１の外周面に沿って回転する。したがって、ベルト走行ガイド部５５１は、エンドレスベルト５２がスムーズに回転することができるように静止摩擦係数の小さな材質で形成され、さらには、エンドレスベルト５２から熱を奪い難いように熱伝導率の低い材質で形成されている。また、フランジ部５５２は、ホルダ５７の回転軸方向の両端部に配置されたフランジ部５５２の内側面同士の間隔がエンドレスベルト５２の幅と略一致するように配置され、エンドレスベルト５２の回転軸方向への移動（ベルトウォーク）を規制している。このように、エンドレスベルト５２は、エッジガイド５５によって回転方向および回転軸方向の移動が規制されるように設定されている。
また、エッジガイド５５それぞれは、図２に示すように、引張りバネ５９によって加熱ロール５１側に付勢されて支持されている。本実施の形態では、加熱ロール５１は、エンドレスベルト５２を介して総荷重５０〜２５０Ｎ（５．１〜２５．５ｋｇｆ）で圧力パッド５４により押されている。そして、この構成により、エンドレスベルト５２は加熱ロール５１の回転に従動して回転する。
【００３９】
低摩擦シート５６は、プレニップ部材５４ａおよび剥離ニップ部材５４ｂのエンドレスベルト５２と接する面に設けられている。また、低摩擦シート５６は、エンドレスベルト５２内周面と圧力パッド５４との摺擦抵抗（摩擦抵抗）を低減するために摩擦係数が小さく、耐摩耗性・耐熱性に優れた材質で成形されている。また、エンドレスベルト５２内周面に塗布された潤滑剤が、エンドレスベルト５２との摺動部に入り込めるように、低摩擦シート５６のエンドレスベルト５２側の表面には、微小な凹凸が形成されている。この凹凸の粗さは、Ｒａ（算術平均粗さ）が５から３０μｍである。これは、凹凸の粗さがＲａ＝５μｍより小さければ、エンドレスベルト５２との摺動部に充分な潤滑剤を入り込ませ難いため適当ではなく、その一方で、Ｒａ＝３０μｍより大きければ、凹凸の跡がＯＨＰやコート紙を定着した際に光沢むらとして目立つために好ましくないことに基づくものである。さらには、低摩擦シート５６は、潤滑剤が滲み込んで裏面から漏れ出ないように、潤滑剤に対する浸潤性のない（難通過性）ように成形されている。具体的には、フッ素樹脂からなる多孔質樹脂繊維布をベース層として圧力パッド５４側の面にＰＥＴ樹脂シートをラッピングさせたもの、シンタード成形したＰＴＦＥ樹脂シート、テフロン（登録商標）を含浸させたガラス繊維シート等により成形されることを例示することができる。なお、低摩擦シート５６は、プレニップ部材５４ａや剥離ニップ部材５４ｂと別体に構成しても、プレニップ部材５４ａや剥離ニップ部材５４ｂと一体的に構成してもよい。
【００４０】
ホルダ５７は、圧力パッド５４と、低摩擦シート５６とを保持するとともに、加熱ロール５１の回転軸方向に伸びて、エンドレスベルト５２の内周面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布部材５８を保持する。潤滑剤塗布部材５８は、耐熱性フェルトで構成され、例えば粘度３００ｃｓのアミノ変性シリコーンオイル等の潤滑剤が３ｇ程度含浸されている。そして、潤滑剤塗布部材５８はエンドレスベルト５２内周面に対して接触するように配置され、耐熱性フェルトからの浸透圧により、潤滑剤を適量ずつエンドレスベルト５２内周面に供給する。なお、潤滑剤塗布部材５８は、耐熱性フェルトからの潤滑剤の供給が過多にならないように、耐熱性フェルトのエッジ部がエンドレスベルト５２内周面に接触するように構成されている。これにより、エンドレスベルト５２と低摩擦シート５６との摺動部に潤滑剤を供給し、低摩擦シート５６を介したエンドレスベルト５２と圧力パッド５４との摺擦抵抗をさらに低減して、エンドレスベルト５２の円滑な回転を図っている。
【００４１】
次に、ギヤユニット５３について説明する。
図５は、ギヤユニット５３の斜視図である。図６は、ギヤユニット５３を構成する部品を示す図である。図７は、ギヤユニット５３を加熱ロール５１に装着した状態を示す図である。図８は、図７のＶＩＩＩ部の拡大図である。図９は、ギヤユニット５３の断面図である。なお、図８においては、後述するねじりコイルばね５３２と加熱ロール５１の基体５１１との相対位置を分かり易くするために、後述するギヤ５３１を２点鎖線にて示している。
ギヤユニット５３は、ハス歯５３１ａが外周に形成された回転部材の一例としてのギヤ５３１と、ギヤ５３１の内側に装着される弾性部材の一例としてのねじりコイルばね５３２と、ねじりコイルばね５３２の回転軸方向の移動を抑制するキャップ５３３と、を有している。ギヤユニット５３は、図１，図２に示すように、伝達ギヤ９２、９３、９４などを介して駆動モータ９１の回転駆動力が伝達され、突部の一例としてのハス歯５３１ａを介して外力を受ける。
【００４２】
ギヤ５３１は、耐熱性が高い樹脂で成形される部材であり、本実施形態に係るギヤ５３１は、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）のグラスファイバー入りが用いられている。ギヤ５３１は、内側にねじりコイルばね５３２が装着される装着部５３１ｂと、この装着部５３１ｂよりも回転軸方向の一方の端部の外側に、装着部５３１ｂから回転半径方向の内側に突出して円周方向全体に亘って形成された凸部５３１ｃとを、有している。また、ギヤ５３１の装着部５３１ｂの回転軸方向の一方の端部側には、回転半径方向の外側に凹んだ半径方向凹部５３１ｄが形成されている。また、ギヤ５３１の回転軸方向の他方の端部側には、回転軸方向の端面から回転軸方向に凹んだ軸方向凹部５３１ｅが形成されている。
【００４３】
ねじりコイルばね５３２は、線径がφ０．８のＳＵＳ材にて成形されている。また、ねじりコイルばね５３２のコイル部５３２ａは、左巻に巻かれており、その巻数は９である。また、ねじりコイルばね５３２の一方の端部は、コイル部５３２ａから回転半径方向の外側に突出するように折り曲げられており、コイル部５３２ａから突出する突出部５３２ｂが形成されている。ねじりコイルばね５３２がギヤ５３１に装着される際には、この突出部５３２ｂがギヤ５３１の半径方向凹部５３１ｄに挿入される。これにより、ねじりコイルばね５３２の、ギヤ５３１に対する移動が抑制される。そして、ねじりコイルばね５３２のコイル部５３２ａの内径は、加熱ロール５１の基体５１１の外径よりも小さくなるように成形されている。つまり、ギヤユニット５３が加熱ロール５１に嵌め合わせられる場合には、ねじりコイルばね５３２と加熱ロール５１の基体５１１とはしまりばめにて嵌合される。他方、ねじりコイルばね５３２のコイル部５３２ａの外径は、ギヤ５３１の装着部５３２ｂの内径よりも小さくなるように成形されている。つまり、ねじりコイルばね５３２がギヤ５３１に装着された場合には、コイル部５３２ａの外径とギヤ５３１の装着部５３１ｂの内径との間に隙間が生じる。
【００４４】
キャップ５３３は、孔５３３ａが形成された円盤状の部材であり、耐熱性が高い樹脂、例えば、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）で成形されている。孔５３３ａの内径は、ねじりコイルばね５３２の内径と略同じに形成されている。そして、キャップ５３３は、ギヤ５３１に形成された軸方向凹部５３１ｅに嵌合され、ねじりコイルばね５３２の回転軸方向の移動を抑制する。
【００４５】
以上のように構成されたギヤユニット５３を加熱ロール５１に装着する際には、軸受け部材５１４を加熱ロール５１の基体５１１に嵌合した後に、回転軸方向の一方の端部側、つまりギヤ５３１に形成された凸部５３１ｃ側から加熱ロール５１の基体５１１に嵌め込む（図９参照）。そして、２つの軸受け部材５１４およびギヤユニット５３が装着された加熱ロール５１を、Ｕ字状の孔が形成されたメインフレーム５０ａに嵌合する。
【００４６】
そして、ギヤユニット５３が装着された加熱ロール５１の回転軸方向の外側には、ギヤユニット５３および加熱ロール５１の、回転軸方向の移動を規制するとともに、回転動作を円滑に行わせるスラストベアリングなどのスラスト軸受け部材５１７（図２参照）が配置されている。スラスト軸受け部材５１７は、画像形成装置１の本体フレーム（不図示）に固定された定着装置用のフレームであるサブフレーム５０ｂ（図２参照）に取り付けられている。
【００４７】
次に、ギヤユニット５３が加熱ロール５１に装着されている場合の、ギヤユニット５３から加熱ロール５１への回転駆動力の伝達について説明する。
図１０（ａ）は、ねじりコイルばね５３２が変形する前の状態を示す図であり、図１０（ｂ）は、ねじりコイルばね５３２が変形した後の状態を示す図である。
ギヤ５３１のハス歯５３１ａを介して駆動モータ９１から回転駆動力が伝達されると、ギヤ５３１が回転する。ギヤ５３１が回転すると、ギヤ５３１の半径方向凹部５３１ｄを介して、ギヤ５３１の回転力がねじりコイルばね５３２の突出部５３２ｂに伝達される。例えば、図７で見た場合の矢印Ａ方向（反時計回転方向）にギヤ５３１が回転した場合には、ねじりコイルばね５３２の突出部５３２ｂが同じく矢印Ａ方向に回転する。かかる場合、上述したように、ねじりコイルばね５３２は加熱ロール５１の基体５１１にしまりばめにて嵌合され、ねじりコイルばね５３２と加熱ロール５１の基体５１１との間に接触力（摩擦力）が生じることから、コイル部５３２ａにおける、突出部５３２ｂが設けられている回転軸方向の一方の端部側は、他方の端部側に対して矢印Ａ方向に相対的に回転する。つまり、ねじりコイルばね５３２は左巻であることから、ねじりコイルばね５３２がコイル部５３２ａの内径が小さくなるように（締まるように）変形する（図１０（ｂ）参照）。また、加熱ロール５１の基体５１１におけるギヤユニット５３が装着される部位である被装着部は、軸受け部材５１４と近い位置であり、かつ軸受け部材５１４に対してニップ部Ｎとは反対側の位置であるので、被装着部における基体５１１の変形は小さい。
その結果、ねじりコイルばね５３２と加熱ロール５１の基体５１１との間の摩擦力が、ギヤ５３１が回転する前よりも大きくなる。
【００４８】
ここで、上述したように、ねじりコイルばね５３２と加熱ロール５１の基体５１１とはしまりばめにて嵌合されるが、加熱ロール５１の基体５１１の外径の大きさに対する、ねじりコイルばね５３２のコイル部５３２ａの内径の大きさは、以下のように設定されている。すなわち、上述した定着温度のときにねじりコイルばね５３２と加熱ロール５１の基体５１１との間に生じる摩擦力は、加熱ロール５１とエンドレスベルト５２との間に生じる摩擦力に抗して加熱ロール５１が回転するのに必要な摩擦力（以下、「必要摩擦力」と称する場合もある。）よりも小さくなるように設定されている。そして、ねじりコイルばね５３２が、ギヤ５３１から力を受けて締まる方向に回転することで増大した摩擦力が、この必要摩擦力以上となるように設定されている。
それゆえ、ギヤ５３１が駆動モータ９１から回転駆動力を受けて図７で見た場合の矢印Ａ方向に回転した場合には、ギヤユニット５３を介して駆動モータ９１から回転駆動力が伝達されて、加熱ロール５１は、エンドレスベルト５２との間に生じる摩擦力に抗して回転する。
【００４９】
一方、図７で見た場合の矢印Ｂ方向（時計回転方向）にギヤ５３１が回転した場合には、ねじりコイルばね５３２の突出部５３２ｂが同じく矢印Ｂ方向に回転し、コイル部５３２ａにおける回転軸方向の一方の端部側が、他方の端部側に対して矢印Ｂ方向に相対的に回転する。つまり、ねじりコイルばね５３２が、コイル部５３２ａの内径が大きくなるように（緩むように）変形する。その結果、ねじりコイルばね５３２と加熱ロール５１の基体５１１との間の摩擦力が、ギヤ５３１が回転する前よりも小さくなる。それゆえ、ギヤ５３１が駆動モータ９１から回転駆動力を受けて図７で見た場合の矢印Ｂ方向に回転した場合には、加熱ロール５１は、エンドレスベルト５２との間に生じる摩擦力により回転せず、ギヤユニット５３のみが回転する。
【００５０】
以上のように構成された定着装置５０は、以下のように作用する。
制御部９０が、定着装置５０にて定着動作を行わせるべく、駆動モータ９１を図１で見た場合の時計回転方向に回転した場合には、ギヤユニット５３のギヤ５３１も時計回転方向（図７においては矢印Ａ方向）に回転する。かかる場合、ギヤユニット５３のねじりコイルばね５３２は、ギヤ５３１から力を受けてコイル部５３２ａの内径が小さくなるように変形し、加熱ロール５１も時計回転方向に回転する。そして、加熱ロール５１の回転によりエンドレスベルト５２も従動回転する。
そして、画像形成装置１の二次転写位置においてトナー像が転写された用紙がニップ部Ｎを通過する際に、用紙上のトナー像が、ニップ部Ｎに作用する圧力と、加熱ロール５１から供給される熱とによって定着される。つまり、用紙上のトナー像を、加熱ロール５１とエンドレスベルト５２とで、加圧および加熱することで用紙に定着させる。本実施形態の定着装置５０では、ほぼ加熱ロール５１の外周面に沿う凹形状のプレニップ部材５４ａによりニップ部Ｎを広くしているため、ニップ部がニップ部Ｎよりも狭い場合よりも定着がより良好に行われる。加えて、加熱ロール５１の外周面に対し突出させて剥離ニップ部材５４ｂを配置することにより、ニップ部Ｎの出口において加熱ロール５１の歪みが局所的に大きくなるように構成されているので、用紙が、加熱ロール５１から容易に剥離される。
【００５１】
他方、制御部９０が、定着装置５０にて定着した用紙を反転させて再度二次転写位置に向けて搬送するべく、駆動モータ９１を図１で見た場合の反時計回転方向に回転した場合には、ギヤユニット５３のギヤ５３１も反時計回転方向（図７においては矢印Ｂ方向）に回転する。かかる場合、ギヤユニット５３のねじりコイルばね５３２は、ギヤ５３１から力を受けてギヤ５３１と共に反時計回転方向に回転する。ねじりコイルばね５３２の反時計回転方向（図７においては矢印Ｂ方向）の回転により、コイル部５３２ａの内径が大きくなるように変形するので、加熱ロール５１は回転しない。それゆえ、エンドレスベルト５２も回転しない。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態に係る定着装置５０においては、ギヤ５３１が駆動モータ９１から回転駆動力を受けて回転した場合にねじりコイルばね５３２のコイル部５３２ａの内径が小さくなるように変形することで、ねじりコイルばね５３２と加熱ロール５１の基体５１１との間に生じる摩擦力により、加熱ロール５１が回転する。つまり、例えば、ギヤ５３１に設けられた凸部と加熱ロール５１の基体５１１に形成された切り欠きとが嵌め合わされ、駆動モータ９１からの回転駆動力が、この基体５１１に形成された切り欠きを介して伝達されるのではない。もし、この基体５１１に形成された切り欠きを介して加熱ロール５１を回転させる場合には、この切り欠きが、加熱ロール５１がエンドレスベルト５２との間に生じる摩擦力に抗して回転するほどの力を受けなければならないので、その力に耐え得る強度が基体５１１自体に必要となる。しかしながら、本実施形態に係る定着装置５０においては、加熱ロール５１の基体５１１の外周面に生じる摩擦力により加熱ロール５１を回転させるので、基体５１１に形成された切り欠きのみを介して回転させる構成の場合よりも、加熱ロール５１の基体５１１自体の強度は低くてもよい。したがって、円筒形状の基体５１１の肉厚は、基体５１１に形成された切り欠きを介してのみ回転駆動力を伝達する構成の場合よりも薄くてもよい。そのため、エンドレスベルト５２や加圧ロールなどと接触すると弾性変形し、エンドレスベルト５２や加圧ロールなどと接触していない状態では自らの剛性で円筒形状に復元する程度の剛性であっても、基体５１１を破損させることなく回転駆動力が伝達される。そして、加熱ロール５１の基体５１１の肉厚が薄いと、加熱ロール５１の熱容量が小さくなるので、上述した定着温度に早期に到達する。更に、加圧手段の一例として加圧ロールを用いた場合には、前述のエンドレスベルト５２や圧力パッド５４を用いた場合と比べて、ニップ部の形状が平坦に近づき（曲率が小さくなり）、用紙として厚紙を搬送させた場合の厚紙カールや封筒を搬送させた場合の封筒皺が軽減される。
【００５３】
加熱ロール５１の基体５１１の肉厚を薄くするために、基体５１１の回転軸方向の両端部に、基体５１１よりも高い強度を有し基体５１１を支持する支持部材を結合し、この支持部材に形成した切り欠きを介して駆動モータ９１からの回転駆動力を伝達することも考えられる。しかしながら、かかる構成では、本実施形態に係る定着装置５０のように基体５１１の外周面に生じる摩擦力により加熱ロール５１を回転させる構成よりも、部品点数も多くて複雑な構成になってしまうとともに、支持部材の分の熱容量が増えるので定着温度に到達するのが遅くなる。また、加熱ロール５１は、エンドレスベルト５２を介して圧力パッド５４により加圧されながら回転するので、つまり、基体５１１は回転軸方向に撓みながら回転するので、その変形に耐えられるように基体５１１と支持部材とを結合しなければならない。一方、基体５１１と支持部材とを溶接するなどして強固に結合すると、この結合により基体５１１の変形が妨げられるので、ニップ部Ｎでは凹み、エンドレスベルト５２と接触していない状態では自らの剛性で復元するという基体５１１の弾性変形を利用した良好な定着処理の実行が困難となる。また、基体５１１と支持部材との結合部に応力集中が生じ、この結合部から破損するおそれもある。本実施形態に係る構成によれば、これらの不具合が生じることなく、エンドレスベルト５２を介して圧力パッド５４により加圧される力に抗して加熱ロール５１が回転する。
【００５４】
また、例えば、定着装置５０にて一方の面に画像が定着された用紙を反転搬送ユニット８２を介して反転するために駆動モータ９１が反時計回転方向に回転した場合には、ギヤユニット５３は回転するが、上述したように加熱ロール５１およびエンドレスベルト５２は回転しない。それゆえ、定着処理を行う必要がないときに加熱ロール５１およびエンドレスベルト５２が回転する構成よりも加熱ロール５１およびエンドレスベルト５２の劣化が抑制される。また、加熱ロール５１を、図１で見た場合の時計回転方向にのみ回転させ、反時計回転方向には回転しないようにワンウェイクラッチを備える構成よりも、ワンウェイクラッチを必要としない分、構成がより簡易になる。
【００５５】
また、定着装置５０に紙詰まりが生じた場合などにおいて、ユーザが用紙を用紙搬送方向に引っ張る際の負荷が小さくなる。つまり、加熱ロール５１を用紙搬送方向、図１で見た場合の時計回転方向に回転させる場合、ねじりコイルばね５３２は、コイル部５３２ａの内径が大きくなるように変形するので、ギヤユニット５３は回転せずに加熱ロール５１のみが回転し易くなる。それゆえ、用紙を用紙搬送方向に引っ張る際に、ギヤユニット５３、伝達ギヤ９２，９３，９４、駆動モータ９１などを回転させる必要がないので、用紙を引っ張る際の力は小さくなる。
【００５６】
なお、上述した実施形態に係るねじりコイルばね５３２の仕様について、線径φ０．８のＳＵＳ材、コイル部５３２ａの巻数は９であることを例示したが、特にかかる仕様に限定されない。ねじりコイルばね５３２の仕様は、このねじりコイルばね５３２を加熱ロール５１に単に装着した状態では加熱ロール５１との間に生じる摩擦力が上述した必要摩擦力よりも小さく、ギヤ５３１からの回転力を受けてねじりコイルばね５３２が締まる方向に回転することで、加熱ロール５１との間に生じる摩擦力が上述した必要摩擦力以上となるように設定することが好ましい。例えば、線径φ１．０のＳＵＳ材で、コイル部５３２ａの巻数が８であってもよい。また、ねじりコイルばね５３２をコイル状に成型する前の線材は丸でも四角でもよい。
【００５７】
また、ねじりコイルばね５３２の材質としてはＳＵＳ材を例示しているが、複数あるＳＵＳ材の種類の中でも、基体５１１の材質であるニッケルの線膨張係数よりも小さな値の線膨張係数を有するＳＵＳ材および大きな値の線膨張係数を有するＳＵＳ材のどちらを選択してもよい。もし、基体５１１の材質であるニッケルの線膨張係数よりも大きな値の線膨張係数を有するＳＵＳ材、例えばＳＵＳ３０４を選択した場合、ねじりコイルばね５３２のコイル部５３２ａの内径の大きさを以下のように設定するとよい。すなわち、ねじりコイルばね５３２の材質の線膨張係数と加熱ロール５１の基体５１１の材質の線膨張係数との差を考慮して、ねじりコイルばね５３２がギヤ５３１から力を受けて変形することで生じる基体５１１との間の摩擦力が、定着温度以上の温度で必要摩擦力以上となるようにねじりコイルばね５３２の内径を設定するとよい。
【００５８】
上述した実施形態に係るギヤユニット５３のねじりコイルばね５３２の回転軸方向の他方の端部側の形状を以下のように変更してもよい。
図１９（ａ）は、ねじりコイルばね５３２および加熱ロール５１の他の形状を示す斜視図であり、（ｂ）は断面図である。
図１９に示すように、ねじりコイルばね５３２の回転軸方向の他方の端部は、コイル部５３２ａ（図６参照）から回転半径方向の内側に突出するように折り曲げられており、コイル部５３２ａから突出する内側突出部５３２ｃが形成されている。また、加熱ロール５１の基体５１１の回転軸方向の他方の端部に、ねじりコイルばね５３２の内側突出部５３２ｃを挿入するための切り欠き５１１ａを形成する。そして、ギヤユニット５３を加熱ロール５１に装着する際に、ねじりコイルばね５３２の内側突出部５３２ｃを基体５１１の切り欠き５１１ａに挿入する。
【００５９】
以上の構成にすることで、用紙上のトナー像を定着するべく、駆動モータ９１が図１で見た場合の時計回転方向に回転した場合に、ギヤユニット５３が加熱ロール５１に対して空回りし難くなる。
なお、この構成にする場合においても、定着処理を実行するべく加熱ロール５１の表面温度が上述した定着温度まで上昇したきときには、ねじりコイルばね５３２がギヤ５３１から力を受けて締まる方向に回転することで、ねじりコイルばね５３２と加熱ロール５１の基体５１１との間に生じる摩擦力が必要摩擦力よりも大きくなるように設定し、ねじりコイルばね５３２の内側突出部５３２ｃと基体５１１の切り欠き５１１ａとの間に生じる圧力では加熱ロール５１が回転しないようにすることが重要である。
【００６０】
なお、本実施形態に係るギヤユニット５３を加熱ロール５１に装着する際には、ギヤユニット５３のねじりコイルばね５３２と加熱ロール５１の基体５１１の外周面との間に生じる摩擦力によりねじりコイルばね５３２のコイル部５３２ａの内径が大きくなる方向にギヤユニット５３を回転させながら装着するとよい。つまり、図７においては、ギヤユニット５３を矢印Ｂ方向に回転させながら装着するとよい。このように装着することにより、ねじりコイルばね５３２と加熱ロール５１の基体５１１との間に生じる摩擦力が、図７の矢印Ａ方向に回転させながら装着する場合よりも小さくなるので、ギヤユニット５３を装着し易くなる。
【００６１】
上述した実施形態においては、加熱ロール５１に嵌合され、外力を受けて回転する回転手段の一例として、ギヤ５３１と、このギヤ５３１の回転に伴い変形する弾性部材の一例としてのねじりコイルばね５３２と、を有するギヤユニット５３を例示し、加熱ロール５１は、ねじりコイルばね５３２がギヤ５３１の回転に伴い変形することに起因してねじりコイルばね５３２との間に生じる摩擦力により回転する。しかしながら、ギヤ５３１の回転に伴い変形して、加熱ロール５１との間に必要摩擦力を生じさせる物であれば、ねじりコイルばね５３２以外の弾性部材、例えばゴムなどを用いてもよい。弾性部材を用いることにより、弾性部材を用いない構成と比べて、より的確に加熱ロール５１を回転させることができる。
【００６２】
（実験例）
次に、実験例について説明する。実験は、加圧手段の一例として加圧ロールを用い、計算機による模擬実験、いわゆるコンピュータシミュレーションで行った。なお、実験では、実施の形態と異なり、加熱ロール５１および加圧ロールの軸方向をＺ軸方向とし、加圧ロールの中心軸から加熱ロール５１の中心軸に向かう方向を＋Ｙ軸方向とし、Ｚ軸方向およびＹ軸方向と直交する方向をＸ軸方向とし、左手系のＸＹＺ軸を仮定している。
実験では、加熱ロール５１の構成として、基体５１１の軸方向の長さを２５０ｍｍ、外径を直径φ２５ｍｍとし、材料を鉄とした。
【００６３】
また、実験では、加圧ロールとして、軸方向の長さが２５０ｍｍで直径φ１２ｍｍの鉄のシャフトの周りにゴム層が形成された加圧ロールを採用した。ゴム層は、軸方向の長さが２００ｍｍ、外径がφ２５ｍｍとし、現在市販されているベルト式の加圧部材の定着領域部分の部材のヤング率に相当する１．６ＭＰａのゴム層としてモデル化した。なお、市販のベルト式の定着装置は、例えば、特開２００２−１４８９７１号公報や特開２００２−１４８９７２号公報等に記載されており、従来公知であるため、詳細な説明は省略する。
そして、加圧ロールのシャフトの両端部に、接触圧力、いわゆるニップ圧として、加熱ロール５１の中心軸に向かう＋Ｙ方向に１００Ｎの力を付加した場合において、加熱ロール５１に作用する応力や、変位を測定した。なお、応力としては、部材の降伏の判断等に使用されるミーゼス応力（または、フォン・ミーゼス応力）を採用した。
【００６４】
（実験例１）
実験例１では、基体５１１の肉厚が０．１０ｍｍとして実験を行った。
（比較例１）
比較例１では、基体５１１の肉厚が０．１６ｍｍとして実験を行った。
以下、図１１〜図１８に実験結果を示す。なお、図１１〜図１８においては、基体５１１を「素管」と記す。
【００６５】
図１１は実験結果における応力分布の説明図であり、図１１Ａは実験例１の説明図、図１１Ｂは比較例１の説明図である。
図１２は実験結果における基体５１１の変位の分布を＋Ｚ、＋Ｙ側から見た場合の説明図であり、図１２Ａは実験例１の説明図、図１２Ｂは比較例１の説明図である。
図１３は図１２と同一の実験結果において基体５１１の変位の分布を−Ｚ、−Ｙ側から見た場合の説明図であり、図１３Ａは実験例１の説明図、図１３Ｂは比較例１の説明図である。
図１４は図１２と同一の実験結果において、基体５１１の変位の分布をＹ軸方向に二倍にして強調した状態の説明図であり、図１４Ａは実験例１の説明図、図１４Ｂは比較例１の説明図である。
図１５は図１３と同一の実験結果において、基体５１１の変位の分布をＹ軸方向に二倍にして強調した状態の説明図であり、図１５Ａは実験例１の説明図、図１５Ｂは比較例１の説明図である。
図１６は実験結果において、加熱ロール５１と加圧ロールとの接触領域における変形状態の説明図であって、図１６ＡのＸＶＩ−ＸＶＩ線断面図であり、図１６Ａは実験例１の説明図、図１６Ｂは比較例１の説明図である。
図１７は実験結果において、加熱ロール５１と加圧ロールとの接触領域における変形状態の説明図であって、図１７ＡのＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線断面図であり、図１７Ａは実験例１の説明図、図１７Ｂは比較例１の説明図である。
図１８は実験結果において、加熱ロール５１と加圧ロールとの接触領域における変形状態の説明図であって、図１８ＡのＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線断面図であり、図１８Ａは実験例１の説明図、図１８Ｂは比較例１の説明図である。
【００６６】
なお、図１１〜図１８では、実験結果として、加熱ロール５１および加圧ロールが軸方向中央を境界にして、軸方向に対して対称な結果となったため、軸方向の長さが半分、すなわち、軸方向中央〜＋Ｚ側の軸方向端部までのハーフサイズの部分を図示し、軸方向中央〜−Ｚ側の軸方向端部までの範囲は図示を省略している。
本実験例では、加圧ロールのゴム層の軸方向の長さが２００ｍｍで、加熱ロール５１の基体５１１の軸方向長さが２５０ｍｍであり、ゴム層の軸方向端部が、基体５１１の端から２５ｍｍの位置に接触している。図１１Ａに示す実験例１では、基体５１１の端部で、軸方向内側の部分まで、応力が集中した状態となっているのに対し、図１１Ｂに示す比較例１では加圧ロールのゴム層が接触する領域に沿ってほぼ均一に応力が作用していることが確認された。
【００６７】
また、図１２Ｂ〜図１５Ｂに示す比較例１では、＋Ｙ方向の変位が小さく、３次元的な歪みも小さく、ほとんど円筒形状を保持しているのに対して、図１２Ａ〜図１５Ａに示す実験例１では、軸方向中央側にいくほど加圧ロールと接触する側では加圧ロールに押されて＋Ｙ方向の変位が大きくなり、この変形に伴って断面形状が円形からＸ方向に長い楕円形に歪む。
【００６８】
したがって、図１６Ｂに示すように、比較例１に示すような従来の加熱ロール５１では、基体５１１はほとんど変形せずに、主として加圧ロールのゴム層が変形することで、定着領域が形成されているのに対し、図１６Ａに示すように、実験例１では、加圧ロールのゴム層だけでなく、加熱ロール５１の基体５１１も変形することで、定着領域が形成されている。このとき、図１６に示すように、定着領域は、比較例１では、加圧ロール側に凹むように湾曲した形状となるのに対し、実験例１では、Ｘ軸方向、すなわち、媒体搬送方向に沿って、ほぼ平坦状となっている。
【００６９】
同様に、図１７に示す軸方向の中央から端寄りの位置や、図１８に示す軸方向の中央部においても、比較例１では、主として加圧ロールのゴム層が凹んだ形状の定着領域が形成されるのに対して、実験例１では、加熱ロール５１と加圧ロールとが共に変形して、ほぼ平坦状の定着領域が形成されている。
【００７０】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態においては、ギヤ５３１と、ねじりコイルばね５３２とをユニット化していない点に特徴がある。以下では、第１の実施形態との差異点について述べ、同じ構成部品については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００７１】
図２０は、第２の実施形態に係るギヤ５３１およびねじりコイルばね５３２を示す斜視図である。
図２０に示すように、第２の実施形態に係るギヤ５３１は、外周部にハス歯５３１ａが形成された、基本円筒状の部材である。そして、ギヤ５３１の内周面には、内周面から回転半径方向の外側に、円周方向にはねじりコイルばね５３２の線径よりも若干大きくなるように凹んだ半径方向凹部５３１ｆが回転軸方向全体に亘って形成されている。また、円筒状のギヤ５３１の内径の大きさは、加熱ロール５１の基体５１１の外径の大きさよりも大きくなるように成形されている。つまり、ギヤ５３１は、加熱ロール５１の基体５１１に対してすきまばめにて嵌合される。
【００７２】
第２の実施形態に係るねじりコイルばね５３２は、第１の実施形態に係るねじりコイルばね５３２に対して、回転軸方向の一方の端部に形成された突出部５３２ｂの向きが異なる。すなわち、第２の実施形態に係るねじりコイルばね５３２の一方の端部は、コイル部５３２ａから回転軸方向の外側に突出する突出部５３２ｄが設けられている。
そして、ギヤ５３１およびねじりコイルばね５３２を、加熱ロール５１に装着する際には、先ず、ギヤ５３１を加熱ロール５１の基体５１１に嵌合する。その後、ねじりコイルばね５３２を、図２０で見た場合の時計回転方向に回転させながら基体５１１に装着する。その際、ねじりコイルばね５３２の突出部５３２ｄを、ギヤ５３１の半径方向凹部５３１ｆに挿入する。なお、ねじりコイルばね５３２の突出部５３２ｄとギヤ５３１の半径方向凹部５３１ｆとは、すきまばめにて嵌合される寸法関係でも、しまりばめにて嵌合される寸法関係でもよい。
【００７３】
以上のようにギヤ５３１およびねじりコイルばね５３２を構成したとしても、ギヤ５３１およびねじりコイルばね５３２は、加熱ロール５１に装着され、駆動モータ９１からの回転駆動力を受けて回転する回転手段として機能する。そして、制御部９０が、定着装置５０にて定着動作を行わせるべく、駆動モータ９１を図１で見た場合の時計回転方向に回転した場合には、ねじりコイルばね５３２は、ギヤ５３１から力を受けてコイル部５３２ａの内径が小さくなるように変形し、加熱ロール５１も時計回転方向に回転する。そして、加熱ロール５１の回転によりエンドレスベルト５２も従動回転する。これにより、トナー像が転写された用紙がニップ部Ｎを通過する際に、用紙上のトナー像が、ニップ部Ｎに作用する圧力と、加熱ロール５１から供給される熱とによって定着される。他方、制御部９０が、定着装置５０にて定着した用紙を反転させて再度二次転写位置に向けて搬送するべく、駆動モータ９１を図１で見た場合の反時計回転方向に回転した場合には、ねじりコイルばね５３２はコイル部５３２ａの内径が大きくなるように変形するので、加熱ロール５１は回転しない。それゆえ、エンドレスベルト５２も回転しない。
【００７４】
このように、本実施形態に係る定着装置５０においても、ギヤ５３１が駆動モータ９１から回転駆動力を受けてねじりコイルばね５３２のコイル部５３２ａの内径が小さくなるように変形することで、ねじりコイルばね５３２と加熱ロール５１の基体５１１との間に生じる摩擦力により加熱ロール５１が回転するので、加熱ロール５１自体の強度が低くてもよい。それゆえ、円筒形状の基体５１１の肉厚は、基体５１１に形成された切り欠きを介して回転駆動力を伝達する構成の場合よりも薄くてもよい。そして、加熱ロール５１の基体５１１の肉厚が薄いと、加熱ロール５１の熱容量が小さくなるので、上述した定着温度に早期に到達する。
【００７５】
また、基体５１１の回転軸方向の両端部に基体５１１よりも高い強度を有し基体５１１を支持する支持部材を結合し、この支持部材に形成した切り欠きを介して駆動モータ９１からの回転駆動力を伝達する構成よりも、部品点数が少なくなるのでより簡易な構成となるとともに、支持部材がない分の熱容量が減るので定着温度に到達するのが早くなる。また、例えば、定着装置５０にて一方の面に画像が定着された用紙を反転搬送ユニット８２を介して反転するために駆動モータ９１が反時計回転方向に回転する場合など、定着処理を行う必要がないときには加熱ロール５１およびエンドレスベルト５２は回転しないので、これらが回転する構成よりも加熱ロール５１およびエンドレスベルト５２の劣化が抑制される。また、定着装置５０に生じた紙詰まりを解消するためにユーザが用紙を用紙搬送方向に引っ張る際の負荷が小さくなる。
【００７６】
＜第３の実施形態＞
第２の実施形態においては、ギヤ５３１の半径方向凹部５３１ｆとねじりコイルばね５３２の突出部５３２ｄとを介して、ギヤ５３１の回転力がねじりコイルばね５３２に伝達されるが、第３の実施形態においては、ギヤ５３１とねじりコイルばね５３２との間に生じる摩擦力によりギヤ５３１の回転力がねじりコイルばね５３２に伝達される点に特徴がある。以下では、第２の実施形態との差異点について述べ、同じ構成部品については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００７７】
図２１（ａ）は、第３の実施形態に係るギヤ５３１およびねじりコイルばね５３２を示す斜視図であり、（ｂ）は断面図である。
図２１に示すように、第３の実施形態に係るギヤ５３１は、加熱ロール５１の基体５１１の回転軸方向の端部に嵌合されており、ねじりコイルばね５３２は、加熱ロール５１の基体５１１およびギヤ５３１の外周面に両者に跨るように嵌合されている。
【００７８】
より具体的には、第３の実施形態に係るギヤ５３１は、外周部にハス歯５３１ａが形成された円筒状部位に、内径が略同一で外径が異なる円筒体を回転軸方向に同軸に結合した部材である。つまり、ギヤ５３１は、外周部にハス歯５３１ａが形成された円筒状部位である第１の円筒部５３１ｇと、この第１の円筒部５３１ｇに連続して形成され、外径が加熱ロール５１の基体５１１の外径と略同一に成形された第２の円筒部５３１ｈと、この第２の円筒部５３１ｈに連続して形成され、外径が加熱ロール５１の基体５１１の内径よりも小さく成形された第３の円筒部５３１ｉと、を有する。そして、第３の円筒部５３１ｉが加熱ロール５１の基体５１１の内側にすきまばめにて嵌め込まれており、ギヤ５３１は、加熱ロール５１に対して回転可能であり、加熱ロール５１は、ギヤ５３１に対して回転可能である。
【００７９】
第３の実施形態に係るねじりコイルばね５３２は、第１の実施形態に係るねじりコイルばね５３２に対して、回転軸方向の一方の端部側に設けられた突出部５３２ｂが設けられていない点、およびコイル部５３２ａの巻き方向が右巻でその巻数が第１の実施形態に係るねじりコイルばね５３２の巻数よりも多い点が異なる。すなわち、第３の実施形態に係るねじりコイルばね５３２の内面とギヤ５３１の第２の円筒部５３１ｈの外周面との間に摩擦力が生じることでねじりコイルばね５３２のギヤ５３１に対する移動が抑制される。また、ねじりコイルばね５３２が加熱ロール５１の基体５１１のみならずギヤ５３１にも跨る分、第１の実施形態に係るねじりコイルばね５３２の巻数よりも多くされており、第３の実施形態に係るねじりコイルばね５３２の巻数は１３である。
【００８０】
以上のように第３の実施形態に係るギヤ５３１およびねじりコイルばね５３２を構成したとしても、ギヤ５３１およびねじりコイルばね５３２は、加熱ロール５１に装着され、駆動モータ９１からの回転駆動力を受けて回転する回転手段として機能する。そして、制御部９０が、定着装置５０にて定着動作を行わせるべく、駆動モータ９１を図１で見た場合の時計回転方向に回転した場合には、ねじりコイルばね５３２は、ギヤ５３１の第１の円筒部５３１ｇの外周との間に生じる摩擦力により、コイル部５３２ａの内径が小さくなるように変形し、ギヤ５３１と共に回転する。そして、コイル部５３２ａと加熱ロール５１の基体５１１との間に生じる摩擦力により、加熱ロール５１も時計回転方向に回転する。加熱ロール５１の回転によりエンドレスベルト５２も従動回転する。これにより、トナー像が転写された用紙がニップ部Ｎを通過する際に、用紙上のトナー像が、ニップ部Ｎに作用する圧力と、加熱ロール５１から供給される熱とによって定着される。他方、制御部９０が、定着装置５０にて定着した用紙を反転させて再度二次転写位置に向けて搬送するべく、駆動モータ９１を図１で見た場合の反時計回転方向に回転した場合には、ねじりコイルばね５３２はコイル部５３２ａの内径が大きくなるように変形するので、加熱ロール５１は回転しない。それゆえ、エンドレスベルト５２も回転しない。
【００８１】
このように、本実施形態に係る定着装置５０においても、ギヤ５３１が駆動モータ９１から回転駆動力を受けることに起因してねじりコイルばね５３２のコイル部５３２ａの内径が小さくなるように変形することで、ねじりコイルばね５３２と加熱ロール５１の基体５１１との間に生じる摩擦力により加熱ロール５１が回転するので、加熱ロール５１自体の強度が低くてもよい。それゆえ、円筒形状の基体５１１の肉厚は、基体５１１に形成された切り欠きを介して回転駆動力を伝達する構成の場合よりも薄くてもよい。そして、加熱ロール５１の基体５１１の肉厚が薄いと、加熱ロール５１の熱容量が小さくなるので、上述した定着温度に早期に到達する。
【００８２】
また、基体５１１の回転軸方向の両端部に基体５１１よりも高い強度を有し基体５１１を支持する支持部材を結合し、この支持部材に形成した切り欠きを介して駆動モータ９１からの回転駆動力を伝達する構成よりも、部品点数が少なくなるのでより簡易な構成となるとともに、支持部材がない分の熱容量が減るので定着温度に到達するのが早くなる。また、例えば、定着装置５０にて一方の面に画像が定着された用紙を反転搬送ユニット８２を介して反転するために駆動モータ９１が反時計回転方向に回転する場合など、定着処理を行う必要がないときには加熱ロール５１およびエンドレスベルト５２は回転しないので、これらが回転する構成よりも加熱ロール５１およびエンドレスベルト５２の劣化が抑制される。また、定着装置５０に生じた紙詰まりを解消するためにユーザが用紙を用紙搬送方向に引っ張る際の負荷が小さくなる。
また、第３の実施形態に係るねじりコイルばね５３２はコイル部５３２ａのみから構成されるので、ねじりコイルばね５３２自体の生産性が向上するとともに、ねじりコイルばね５３２の取り付け方向性がない、つまり、どちらの端部からでも加熱ロール５１に装着してもよいので、組み立て性が向上する。
【００８３】
＜第４の実施形態＞
第２の実施形態においては、ギヤ５３１とねじりコイルばね５３２とが回転軸方向に並んで配置されているが、第４の実施形態においては、ねじりコイルばね５３２は、ギヤ５３１の内側であって加熱ロール５１の基体５１１の内側に配置されている点に特徴がある。以下では、第２の実施形態との差異点について述べ、同じ構成部品については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００８４】
図２２（ａ）は、第４の実施形態に係るギヤ５３１およびねじりコイルばね５３２を示す斜視図であり、（ｂ）は断面図である。
第４の実施形態に係るギヤ５３１は、第２の実施形態に係るギヤ５３１に対して以下の点が異なる。つまり、第２の実施形態に係るギヤ５３１が、その内周面に、内周面から回転半径方向の外側に凹んだ半径方向凹部５３１ｆが回転軸方向全体に亘って形成されているのに対して、第４の実施形態に係るギヤ５３１は、内周面から回転半径方向の外側に凹んだ半径方向凹部５３１ｊが回転軸方向の端部側の一部にのみ形成されている。
【００８５】
また、第４の実施形態に係るねじりコイルばね５３２は、第２の実施形態に係るねじりコイルばね５３２に対して以下の点が異なる。つまり、第２の実施形態に係るねじりコイルばね５３２が、回転軸方向の一方の端部に突出部５３２ｄが形成されているのに対して、第４の実施形態に係るねじりコイルばね５３２の回転軸方向の他方の端部は、コイル部５３２ａから回転半径方向の外側に突出するように突出部５３２ｅが形成されている。この突出部５３２ｅがギヤ５３１の半径方向凹部５３１ｊに挿入されて、ギヤ５３１の回転駆動力が、この突出部５３２ｅおよび半径方向凹部５３１ｊを介してねじりコイルばね５３２に伝達される。
【００８６】
また、第４の実施形態に係るねじりコイルばね５３２は、加熱ロール５１の基体５１１の内側に嵌め込まれ、ねじりコイルばね５３２の外周と加熱ロール５１の基体５１１の内周面との間に生じる摩擦力により加熱ロール５１が回転駆動するように以下のように成形されている。すなわち、第４の実施形態に係るねじりコイルばね５３２は加熱ロール５１の基体５１１の内側に嵌め込まれているので、ねじりコイルばね５３２の形状は、ねじりコイルばね５３２がギヤ５３１から力を受けて変形することで、変形する前よりもコイル部５３２ａの外径が大きくなり、加熱ロール５１の基体５１１の内周面との間に生じる摩擦力が増大するように設定されている。より具体的には、第４の実施形態に係るねじりコイルばね５３２は、しまりばめにて加熱ロール５１の基体５１１に嵌合されるように、ねじりコイルばね５３２のコイル部５３２ａの外径は、加熱ロール５１の基体５１１の内径よりも大きく成形されている。また、ねじりコイルばね５３２の形状は、ギヤ５３１から力を受けて変形することで加熱ロール５１の基体５１１との間に生じる摩擦力が、上述した必要摩擦力よりも大きくなるように設定されている。例えば、ねじりコイルばね５３２の材質はＳＵＳ材、線径はφ０．９、巻数は９であることを例示することができる。
【００８７】
以上のように第４の実施形態に係るギヤ５３１およびねじりコイルばね５３２を構成したとしても、ギヤ５３１およびねじりコイルばね５３２は、加熱ロール５１に装着され、駆動モータ９１からの回転駆動力を受けて回転する回転手段として機能する。そして、制御部９０が、定着装置５０にて定着動作を行わせるべく、駆動モータ９１を図１で見た場合の時計回転方向に回転した場合には、ねじりコイルばね５３２は、ギヤ５３１から力を受けてコイル部５３２ａの外径が大きくなるように変形し、加熱ロール５１も時計回転方向に回転する。加熱ロール５１の回転によりエンドレスベルト５２も従動回転する。これにより、トナー像が転写された用紙がニップ部Ｎを通過する際に、用紙上のトナー像が、ニップ部Ｎに作用する圧力と、加熱ロール５１から供給される熱とによって定着される。他方、制御部９０が、定着装置５０にて定着した用紙を反転させて再度二次転写位置に向けて搬送するべく、駆動モータ９１を図１で見た場合の反時計回転方向に回転した場合には、ねじりコイルばね５３２はコイル部５３２ａの外径が小さくなるように変形するので、加熱ロール５１は回転しない。それゆえ、エンドレスベルト５２も回転しない。
【００８８】
このように、本実施形態に係る定着装置５０においても、ギヤ５３１が駆動モータ９１から回転駆動力を受けることに起因してねじりコイルばね５３２のコイル部５３２ａの外径が大きくなるように変形することで、ねじりコイルばね５３２と加熱ロール５１の基体５１１との間に生じる摩擦力により加熱ロール５１が回転するので、加熱ロール５１自体の強度が低くてもよい。それゆえ、円筒形状の基体５１１の肉厚は、基体５１１に形成された切り欠きを介して回転駆動力を伝達する構成の場合よりも薄くてもよい。そして、加熱ロール５１の基体５１１の肉厚が薄いと、加熱ロール５１の熱容量が小さくなるので、上述した定着温度に早期に到達する。
【００８９】
また、基体５１１の回転軸方向の両端部に基体５１１よりも高い強度を有し基体５１１を支持する支持部材を結合し、この支持部材に形成した切り欠きを介して駆動モータ９１からの回転駆動力を伝達する構成よりも、部品点数が少なくなるのでより簡易な構成となるとともに、支持部材がない分の熱容量が減るので定着温度に到達するのが早くなる。また、例えば、定着装置５０にて一方の面に画像が定着された用紙を反転搬送ユニット８２を介して反転するために駆動モータ９１が反時計回転方向に回転する場合など、定着処理を行う必要がないときには加熱ロール５１およびエンドレスベルト５２は回転しないので、これらが回転する構成よりも加熱ロール５１およびエンドレスベルト５２の劣化が抑制される。また、定着装置５０に生じた紙詰まりを解消するためにユーザが用紙を用紙搬送方向に引っ張る際の負荷が小さくなる。
【００９０】
なお、上述した第４の実施形態に係るねじりコイルばね５３２において、ねじりコイルばね５３２の材質を、加熱ロール５１の基体５１１の材質であるニッケルの線膨張係数よりも大きな値の線膨張係数を有する材質、例えばＳＵＳ３０４とするとともに、ねじりコイルばね５３２の形状を、ギヤ５３１から力を受けて変形した場合に基体５１１との間に生じる摩擦力が、定着動作を行う定着温度以上の温度となったときに、上述した必要摩擦力よりも大きくなるように設定してもよい。
つまり、ねじりコイルばね５３２の材質の線膨張係数と加熱ロール５１の基体５１１の材質の線膨張係数との差を考慮して、ねじりコイルばね５３２がギヤ５３１から力を受けて変形することで生じる基体５１１との間の摩擦力が、定着温度より低い温度では必要摩擦力よりも小さく、定着温度以上の温度で必要摩擦力以上となるように、ねじりコイルばね５３２の形状を設定する。
このようにねじりコイルばね５３２の仕様を設定することで、定着動作を行うべき定着温度以上では、ギヤ５３１の回転に応じて加熱ロール５１が回転するので定着が行われる。他方、定着温度より低い温度では、ギヤ５３１が回転しても加熱ロール５１は回転しない。
【００９１】
ここで、本実施形態に係る画像形成装置１は、４つの画像形成ユニット１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋを備えているため、電源投入後の上述した定着温度に到達していない段階で、各色濃度などの調整のために中間転写ベルト３１に一度画像を形成し、その色濃度を計測する計測処理を行う。この計測処理は、画像形成装置１のウォームアップ時間短縮のために、定着装置５０の加熱開始と同時、もしくはそれよりも前に開始し、定着装置５０の加熱と並行して行う。また、本実施形態に係る画像形成装置１においては、省スペース化などのために、４つの画像形成ユニット１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋ、中間転写ベルト３１などを駆動する駆動源を、定着装置５０の加熱ロール５１を回転駆動する駆動源と同じ、駆動モータ９１としている。そのため、電源投入後の上述した定着温度に到達していない段階で行う計測処理のために、駆動モータ９１を駆動すると、定着装置５０のギヤ５３１も回転する。
【００９２】
これに対して、ねじりコイルばね５３２がギヤ５３１から力を受けて変形することで生じる基体５１１との間の摩擦力が、定着温度より低い温度では必要摩擦力よりも小さく、定着温度以上の温度で必要摩擦力以上となるように、ねじりコイルばね５３２の仕様を設定することで、定着温度に到達していない段階で計測処理を行うために駆動モータ９１を駆動しても、加熱ロール５１は回転しない。よって、エンドレスベルト５２も回転しない。それゆえ、駆動モータ９１には、電源投入後の上述した定着温度に到達していない低温時に、潤滑剤塗布部材５８から高粘度の潤滑剤が供給されて、定着温度に到達している時よりも大きい、エンドレスベルト５２の内周面と低摩擦シート５６との間に生じる摩擦力に抗してエンドレスベルト５２を回転させるのに必要な駆動トルクを必要としない。また、定着温度に到達していない低温時に、加熱ロール５１およびエンドレスベルト５２が回転することに起因して生じ易くなる、加熱ロール５１、エンドレスベルト５２、低摩擦シート５６などの劣化が抑制される。
【００９３】
＜第５の実施形態＞
第５の実施形態においては、外周部にハス歯５３１ａが形成された円筒状のギヤ５３１の内周面と加熱ロール５１の基体５１１の外周面との間に生じる摩擦力で加熱ロール５１を回転させる点に特徴がある。以下では、第１の実施形態との差異点について述べ、同じ構成部品については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００９４】
図２３は、第５の実施形態に係るギヤ５３１および加熱ロール５１を示す断面図である。
第５の実施形態に係るギヤ５３１は、図２３に示すように、基本円筒状の部材であり、その外周部にハス歯５３１ａが形成されている。そして、ギヤ５３１の内周面の内径の大きさが以下のように定められている。加熱ロール５１がエンドレスベルト５２を介して圧力パッド５４から押されることに起因して弾性変形することで、上述した定着温度以上の温度領域において、基体５１１との間に生じる摩擦力が、上述した必要摩擦力以上となるように設定されている。つまり、ギヤ５３１の内周面と加熱ロール５１の基体５１１の外周面との間に生じる摩擦力が、エンドレスベルト５２を介して圧力パッド５４から押される前は必要摩擦力よりも小さく、圧力パッド５４から押されて変形することで、定着温度以上の温度領域において必要摩擦力以上となるように、ギヤ５３１の内周面の内径の大きさを設定する。なお、ギヤ５３１の内周面と基体５１１の外周面との間に生じる摩擦力が、圧力パッド５４から押されて変形することで、定着温度以上の温度領域において、必要摩擦力以上となるのであれば、例えば、エンドレスベルト５２を介して圧力パッド５４から押される前では、ギヤ５３１の内周面の内径の大きさが基体５１１の外周面の大きさよりも小さくてもよいし大きくてもよい。
【００９５】
以上のように第５の実施形態に係るギヤ５３１および加熱ロール５１を構成したとしても、ギヤ５３１は、加熱ロール５１に装着され、駆動モータ９１からの回転駆動力を受けて回転する回転手段として機能する。そして、制御部９０が、定着装置５０にて定着動作を行わせるべく、駆動モータ９１を図１で見た場合の時計回転方向に回転した場合には、加熱ロール５１はエンドレスベルト５２を介して圧力パッド５４から加圧されて変形しているので、ギヤ５３１の内周面と基体５１１の外周面との間に生じる摩擦力により、加熱ロール５１も時計回転方向に回転する。加熱ロール５１の回転によりエンドレスベルト５２も従動回転する。これにより、トナー像が転写された用紙がニップ部Ｎを通過する際に、用紙上のトナー像が、ニップ部Ｎに作用する圧力と、加熱ロール５１から供給される熱とによって定着される。
【００９６】
このように、本実施形態に係る定着装置５０においては、加熱ロール５１がエンドレスベルト５２を介して圧力パッド５４から加圧されて変形することで、ギヤ５３１の内周面と加熱ロール５１の基体５１１との間に生じる摩擦力により加熱ロール５１が回転するので、加熱ロール５１自体の強度が低くてもよい。それゆえ、円筒形状の基体５１１の肉厚は、基体５１１に形成された切り欠きを介して回転駆動力を伝達する構成の場合よりも薄くてもよい。そして、加熱ロール５１の基体５１１の肉厚が薄いと、加熱ロール５１の熱容量が小さくなるので、上述した定着温度に早期に到達する。また、基体５１１の回転軸方向の両端部に基体５１１よりも高い強度を有し基体５１１を支持する支持部材を結合し、この支持部材に形成した切り欠きを介して駆動モータ９１からの回転駆動力を伝達する構成よりも、部品点数が少なくなるのでより簡易な構成となるとともに、支持部材がない分の熱容量が減るので定着温度に到達するのが早くなる。
【００９７】
＜第６の実施形態＞
第６の実施形態においては、定着温度以上の温度となった場合に、ギヤ５３１の材質の線膨張係数と加熱ロール５１の基体５１１の材質の線膨張係数との差に起因する変形によりギヤ５３１の内周面と加熱ロール５１の基体５１１の外周面との間に生じる摩擦力で加熱ロール５１を回転させる点に特徴がある。以下では、第５の実施形態との差異点について述べ、同じ構成部品については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００９８】
第６の実施形態に係るギヤ５３１は、図２３に示すような、外周部にハス歯５３１ａが形成された基本円筒状の部材である。そして、ギヤ５３１の材質および内周面の内径の大きさが以下のように定められている。すなわち、ギヤ５３１の材質は、耐熱性が高い材質であって、加熱ロール５１の基体５１１の材質であるニッケルの線膨張係数よりも小さな値の線膨張係数を有する材質、例えばＳＵＳ４３０とする。ギヤ５３１の内周面の内径の大きさは、基体５１１の外周面との間に生じる摩擦力が、定着温度より低い温度の場合には、上述した必要摩擦力よりも小さく、定着温度以上の温度の場合に、上述した必要摩擦力以上となるように設定する。つまり、定着温度より低い温度では、ギヤ５３１の内周面と基体５１１の外周面との間に生じる摩擦力が必要摩擦力よりも小さく、定着温度以上の温度領域となった場合に、ギヤ５３１の材質の線膨張係数と加熱ロール５１の基体５１１の材質の線膨張係数との違いに起因して基体５１１の外周面の外径の熱膨張量がギヤ５３１の内周面の内径の熱膨張量よりも大きくなり、両者の間に生じる摩擦力が必要摩擦力以上となるように、ギヤ５３１の内周面の内径の大きさを設定する。
【００９９】
以上のように第６の実施形態に係るギヤ５３１および加熱ロール５１を構成したとしても、ギヤ５３１は、加熱ロール５１に装着され、駆動モータ９１からの回転駆動力を受けて回転する回転手段として機能する。そして、制御部９０が、定着装置５０にて定着動作を行わせるべく、駆動モータ９１を図１で見た場合の時計回転方向に回転した場合には、ギヤ５３１の材質の線膨張係数と加熱ロール５１の基体５１１の材質の線膨張係数との差に起因する変形によりギヤ５３１の内周面と加熱ロール５１の基体５１１の外周面との間に生じる摩擦力が必要摩擦力以上であるので、加熱ロール５１も時計回転方向に回転する。加熱ロール５１の回転によりエンドレスベルト５２も従動回転する。これにより、トナー像が転写された用紙がニップ部Ｎを通過する際に、用紙上のトナー像が、ニップ部Ｎに作用する圧力と、加熱ロール５１から供給される熱とによって定着される。
【０１００】
このように、本実施形態に係る定着装置５０においては、加熱ロール５１およびギヤ５３１が熱変形することで、ギヤ５３１の内周面と加熱ロール５１の基体５１１との間に生じる摩擦力により加熱ロール５１が回転するので、加熱ロール５１自体の強度が低くてもよい。それゆえ、円筒形状の基体５１１の肉厚は、基体５１１に形成された切り欠きを介して回転駆動力を伝達する構成の場合よりも薄くてもよい。そして、加熱ロール５１の基体５１１の肉厚が薄いと、加熱ロール５１の熱容量が小さくなるので、上述した定着温度に早期に到達する。また、基体５１１の回転軸方向の両端部に基体５１１よりも高い強度を有し基体５１１を支持する支持部材を結合し、この支持部材に形成した切り欠きを介して駆動モータ９１からの回転駆動力を伝達する構成よりも、部品点数が少なくなるのでより簡易な構成となるとともに、支持部材がない分の熱容量が減るので定着温度に到達するのが早くなる。
【０１０１】
なお、上述した第６の実施形態の特徴点に、さらに、第５の実施形態の特徴点を加えてもよい。すなわち、定着動作を行う定着温度以上の温度となった場合の、ギヤ５３１の材質の線膨張係数と加熱ロール５１の基体５１１の材質の線膨張係数との差に起因する変形と、加熱ロール５１がエンドレスベルト５２を介して圧力パッド５４から押されることに起因する変形とが共に生じることで、ギヤ５３１の内周面と加熱ロール５１の基体５１１の外周面との間に生じる摩擦力が上述した必要摩擦力以上となるように設定してもよい。
【０１０２】
また、上述した第１から第６の実施形態の特徴点を組み合わせてもよい。例えば、上述した第１の実施形態の特徴点に、さらに、第５の実施形態の特徴点を加えてもよい。すなわち、ねじりコイルばね５３２がギヤ５３１から力を受けてコイル部５３２ａの内径が小さくなる変形と、加熱ロール５１がエンドレスベルト５２を介して圧力パッド５４から押されることに起因する変形と、が共に生じることで、ねじりコイルばね５３２と加熱ロール５１の基体５１１との間に生じる摩擦力が上述した必要摩擦力以上となるように設定してもよい。
【０１０３】
＜第７の実施形態＞
第１から第６の実施形態においては、スラスト軸受け部材５１７を用いて、ギヤユニット５３、ギヤ５３１、ねじりコイルばね５３２および加熱ロール５１の、回転軸方向の移動を規制する態様であるが、第７の実施形態は、これらの部材の回転軸方向の移動を規制する態様が異なる。以下では、第１の実施形態との差異点について述べ、同じ構成部品については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【０１０４】
図２４（ａ）は、第７の実施形態に係るギヤ５３１および加熱ロール５１などを示す断面図であり、（ｂ）は、第７の実施形態に係る保持部材５２０などを示す断面図である。
第７の実施形態に係るギヤ５３１は、外周部にハス歯５３１ａが形成され、内側にはねじりコイルばね５３２が装着される装着部５３１ｂが形成された円筒状部位である第４の円筒部５３１ｋと、この第４の円筒部５３１ｋの回転軸方向の一方の端部側に連続して形成された第５の円筒部５３１ｍと、第４の円筒部５３１ｋの回転軸方向の他方の端部側に連続して形成された第６の円筒部５３１ｎと、を有する。第５の円筒部５３１ｍの内径は、加熱ロール５１の基体５１１の外径よりも大きく、第５の円筒部５３１ｍに基体５１１がすきまばめにて嵌め込まれる。他方、第５の円筒部５３１ｍの外径は、加熱ロール５１をメインフレーム５０ａに対して回転可能に支持する軸受け部材５１４ａが嵌合されるように成形されている。そして、第５の円筒部５３１ｍの外周面には、この外周面から回転半径方向の内側に円周方向には全域に亘って凹んだ凹部５３１ｍｈが設けられている。第６の円筒部５３１ｎの内径は、加熱ロール５１の基体５１１の内径よりも小さく、ハロゲンヒータ５１５が内側を通ることが可能なようにハロゲンヒータ５１５の外径よりも大きい。他方、第６の円筒部５３１ｎの外径は、第４の円筒部５３１ｋの内径より大きくハス歯５３１ａの底径よりも小さい。
【０１０５】
軸受け部材５１４ａは、例えばボールベアリングであり、外周面はメインフレーム５０ａに嵌合される。そして、その外周面には、外周面から回転半径方向の外側に突出した突出部５１４ａｃが設けられている。他方、軸受け部材５１４ａの内周面は、第５の円筒部５３１ｍの外周面に嵌合される。そして、軸受け部材５１４ａがギヤ５３１に嵌合された後に、第５の円筒部５３１ｍの外周面に形成された凹部５３１ｍｈにＣ形状のリング５１８が嵌め込まれることで、軸受け部材５１４ａは、ギヤ５３１の第４の円筒部５３１ｋの端面とリング５１８とで、回転軸方向の移動が規制される。
【０１０６】
以上のように構成されたギヤユニット５３、軸受け部材５１４ａ、加熱ロール５１の組み付け方法を説明する。先ず、ギヤ５３１の第５の円筒部５３１ｍ側から、ねじりコイルばね５３２の外径が小さくなる方向に回転させながら、ねじりコイルばね５３２を第４の円筒部５３１ｋの装着部５３１ｂに装着することでギヤユニット５３を組み立てる。そして、軸受け部材５１４ａをギヤ５３１の第５の円筒部５３１ｍの外周面に嵌合し、リング５１８を凹部５３１ｍｈに嵌め込むことで、ギヤユニット５３、軸受け部材５１４ａおよびリング５１８から構成されるギヤアッシーとする。その後、このギヤアッシーを、ねじりコイルばね５３２の内径が大きくなる方向に回転させながら、加熱ロール５１の基体５１１に嵌合する。
【０１０７】
図２４（ｂ）に示すように、加熱ロール５１の回転軸方向の一方の端部側には、加熱ロール５１を保持する保持部材５２０が設けられている。保持部材５２０には、加熱ロール５１の基体５１１が内側に嵌合される基体嵌合面５２０ａと、外周面にこの外周面から回転半径方向の外側に突出した突出部５１４ａｃが設けられた軸受け部材５１４ａが外側に嵌合される軸受け嵌合面５２０ｂと、が形成されている。軸受け嵌合面５２０ｂには、この軸受け嵌合面５２０ｂから回転半径方向の内側に円周方向には全域に亘って凹んだ凹部５２０ｂｈが設けられている。また、保持部材５２０は、基体嵌合面５２０ａの回転軸方向の一方の端部側に位置して基体嵌合面５２０ａから回転半径方向の内側に突出した内側突出部５２０ｃと、軸受け嵌合面５２０ｂの回転軸方向の一方の端部側に位置して軸受け嵌合面５２０ｂから回転半径方向の外側に突出した外側突出部５２０ｄと、を有している。内側突出部５２０ｃの内径は、加熱ロール５１の基体５１１の内径よりも小さく、ハロゲンヒータ５１５が内側を通ることが可能なようにハロゲンヒータ５１５の外径よりも大きい。
【０１０８】
このように構成された保持部材５２０を加熱ロール５１に組み付ける前に、保持部材５２０に軸受け部材５１４ａを嵌合し、軸受け嵌合面５２０ｂの外周面に形成された凹部５２０ｂｈにＣ形状のリング５１８を嵌め込んで、軸受け部材５１４ａの回転軸方向の移動を、外側突出部５２０ｄとリング５１８とで規制する状態にする。その後、軸受け部材５１４ａが嵌合された保持部材５２０を加熱ロール５１に嵌合する。
【０１０９】
そして、軸受け部材５１４ａが嵌合された保持部材５２０が回転軸方向の一方の端部側に、ギヤアッシーが回転軸方向の他方の端部側に嵌合された加熱ロール５１を、Ｕ字状の孔が形成されたメインフレーム５０ａに嵌合する。その際、２つの軸受け部材５１４ａの外周面に設けられた突出部５１４ａｃが、それぞれメインフレーム５０ａの内側に位置するように嵌め込む。これにより、加熱ロール５１およびギヤユニット５３の、回転軸方向の移動が規制される。
【０１１０】
その他、ギヤユニット５３、ギヤ５３１、ねじりコイルばね５３２および加熱ロール５１の、回転軸方向の移動を規制する態様は、以下の構成でよい。すなわち、加熱ロール５１の基体５１１の内径を回転軸方向の全域に亘って略一定とし、外径を、回転軸方向の中央部から両端部それぞれに向けて徐々に大きくなるようにする。言い換えれば、基体５１１の内径を回転軸方向の全域に亘って略一定とし、基体５１１の肉厚を、回転軸方向の中央部から両端部それぞれに向けて徐々に厚くなるようにする。これにより、基体５１１の外径は、軸受け部材５１４ａの内側よりも外側の方が大きくなるので、加熱ロール５１の回転軸方向の移動が抑制される。また、基体５１１の外径は、ギヤユニット５３、ギヤ５３１、あるいはねじりコイルばね５３２の内側の位置よりも外側の位置の方が大きくなるので、基体５１１に対して、ギヤユニット５３、ギヤ５３１、あるいはねじりコイルばね５３２が外側へ向かおうとする移動が抑制される。
【０１１１】
＜第８の実施形態＞
第１から第７の実施形態に係る定着装置５０においては、エンドレスベルト５２と接触することで弾性変形してニップ部Ｎを形成し、エンドレスベルト５２と接触していない状態では自らの剛性で円筒形状に復元する基体５１１を有する加熱ロール５１を、摩擦力を用いて回転させているが、第８の実施形態に係る定着装置６０においては、基体５１１よりも剛性が低い物を摩擦力を用いて回転させる点が異なる。以下では、第１の実施形態との差異点について述べ、同じ構成部品については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【０１１２】
図２５は、第８の実施形態に係る定着装置６０の構成を示す概略正面図であり、用紙搬送方向下流側から、図１のＩＩ方向に見た図である。図２６は、図２５のＸＸＶＩ−ＸＸＶＩ部における断面図である。図２７は、加熱ベルト６１の拡大断面図である。図２８は、加熱ベルト６１が支持された状態を説明するための図であり、図２５におけるＸＸＶＩＩＩ部の拡大図である。
第８の実施形態に係る定着装置６０は、無端状の周面を有する加熱部材の一例としての加熱ベルト６１と、加熱ベルト６１の外周面に接触するように配置され、加熱ベルト６１を加圧する加圧手段の一例としての加圧ロール６２と、を有している。そして、加熱ベルト６１には、外力を受けて回転する回転手段の一例としてのギヤユニット５３が装着される。
【０１１３】
加熱ベルト６１は、図２７に示すように、内周面側から順に、耐熱性の高いシート状部材からなる基層６１１と、弾性層６１２と、外周面となる表面離型層６１３とが積層されて構成されている。また、各層の間には接着のためのプライマー層等が設けられる場合がある。
基層６１１としては、フッ素樹脂、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、ＰＦＡ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂等のフレキシブルで機械的強度に優れ、耐熱性が高い材料が用いられる。厚さは、１０から１５０μｍの範囲であればよい。これは、厚さが１０μｍより小さい場合には加熱ベルト６１としての強度が得られず、厚さが１５０μｍより大きい場合には、フレキシブル性が損なわれ、また熱容量が大きくなって定着温度まで到達する時間が長くなるからである。本実施形態では、厚さ８０μｍのポリイミド樹脂からなるシート状部材を使用している。
【０１１４】
弾性層６１２としては、耐熱性、熱伝導性に優れたシリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム等が用いられる。厚さは、１０から５００μｍの範囲であればよい。これは、以下の理由による。カラー画像を印刷する場合、特に写真画像等の印刷時には、用紙上で大きな面積領域に亘ってベタ画像が形成されることが多い。そのため、用紙やトナー像の凹凸に加熱ベルト６１の表面(表面離型層６１３)が追従できない場合には、トナー像に加熱ムラが発生して、伝熱量が多い部分と少ない部分とで定着画像に光沢ムラが発生する。すなわち、伝熱量が多い部分は光沢度が高く、伝熱量が少ない部分では光沢度が低くなる。この現象は、弾性層６１２の厚さが１０μｍより小さい場合に生じ易い。そこで、弾性層６１２の厚さは、１０μｍ以上に設定するとよい。一方、弾性層６１２が５００μｍより大きい場合には、弾性層６１２の熱抵抗が大きくなり、定着装置６０のクイックスタート性能が低下する。そこで、弾性層６１２の厚さは、５００μｍ以下に設定するとよい。本実施形態では、ゴム硬度１５°(ＪＩＳ−Ａ：ＪＩＳ−Ｋ Ａ型試験機)、厚さ２００μｍのシリコーンゴムを使用している。
【０１１５】
また、弾性層６１２のゴム硬度としては、高すぎると用紙やトナー像の凹凸に追従しきれず定着画像に光沢ムラが発生し易い。そこで、弾性層６１２のゴム硬度としては５０゜(ＪＩＳ−Ａ：ＪＩＳ−Ｋ Ａ型試験機)以下がよい。
さらに、弾性層６１２の熱伝導率λに関しては、λ＝６×１０−４から２×１０−３［cal/cm・sec・deg ］がよい。熱伝導率λが６×１０−４［cal/cm・sec・deg ］よりも小さい場合には熱抵抗が大きく、加熱ベルト６１の表層(表面離型層６１３)における温度上昇が遅くなる。一方、熱伝導率λが２×１０−３［cal/cm・sec・deg ］よりも大きい場合には、硬度が過度に高くなったり、圧縮永久歪みが悪化する。そのため、熱伝導率λは６×１０−４から２×１０−３［cal/cm・sec・deg ］に設定するのがよい。
【０１１６】
表面離型層６１３は、用紙上に転写された未定着トナー像と直接的に接触する層であるため、離型性および耐熱性に優れた材料を使用する必要がある。したがって、表面離型層６１３を構成する材料としては、例えば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)、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、フルオロシリコーンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム等が用いられる。
また、表面離型層６１３の厚さは、５から５０μｍがよい。表面離型層６１３の厚さが５μｍよりも小さい場合には、塗膜時に塗りムラが生じて離型性の悪い領域が形成されたり、耐久性が不足したりするといった問題が発生するおそれがあるからである。また、表面離型層６１３が５０μｍを超える場合には、熱伝導が悪化するという問題が発生し、特に樹脂系の材質で形成された表面離型層６１３では硬度が高くなりすぎ、弾性層６１２が有する機能を低下させるからである。なお、本実施形態では、厚さ３０μｍのＰＦＡを使用している。
ここで、表面離型層６１３におけるトナー離型性を向上するため、表面離型層６１３にトナーオフセット防止のためのオイル(離型剤)を塗布するオイル塗布機構を加熱ベルト６１に接触させて配置してもよい。特に、低軟化物質を含有しないトナーを用いた場合には効果的である。
【０１１７】
加圧ロール６２は、図２６に示したように、芯材(コア)としての金属製の円筒状部材６２１と、円筒状部材６２１の表面にシリコーンゴム、発泡シリコーンゴム、フッ素ゴム、フッ素樹脂等の耐熱性を有する弾性層６２２と、最外表面の表面離型層６２３とで構成されている。そして、加圧ロール６２は、加熱ベルト６１の回転軸と略平行に配置されるとともに、両端部が引張りバネ５９によって加熱ベルト６１側に付勢されて支持されている。本実施の形態では、加圧ロール６２は、加熱ベルト６１を介して総荷重５０〜２５０Ｎ（５．１〜２５．５ｋｇｆ)で圧力パッド６４に付勢されている。そして、加圧ロール６２は加熱ベルト６１が回転するのに伴い、従動回転する。
【０１１８】
次に、加熱ベルト６１を支持する構成について述べる。
定着装置６０は、加熱ベルト６１を回転可能に支持する圧力パッド６４（図２６参照）およびエッジガイド６５（図２８参照）と、加熱ベルト６１の内周面と圧力パッド６４との摺擦抵抗を小さくする低摩擦シート６６（図２６参照）と、圧力パッド６４と低摩擦シート６６とを保持する金属製のホルダ６７（図２６参照）と、を有している。
圧力パッド６４は、加圧ロール６２の外表面形状に沿う凹状曲面を有しており、加熱ベルト６１の内側において、加熱ベルト６１を介して加圧ロール６２に押圧される状態で配置され、加熱ベルト６１と加圧ロール６２との間にニップ部Ｎを形成する。圧力パッド６４は、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の弾性材料や、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド(ＰＰＳ)、ポリエーテルサルフォン(ＰＥＳ)や液晶ポリマー(ＬＣＰ)等の耐熱性樹脂等で形成されている。そして、圧力パッド６４は、加熱ベルト６１の回転軸方向において、用紙が通過する領域よりも広い領域に亘って設けられ、この圧力パッド６４の長手方向の略全長に亘って加圧ロール６２が押圧されるように構成されている。
【０１１９】
低摩擦シート６６は、圧力パッド６４の加熱ベルト６１と接する面に設けられている。また、低摩擦シート６６は、加熱ベルト６１の内周面と圧力パッド６４との摩擦抵抗を低減するために摩擦係数が小さく、耐摩耗性・耐熱性に優れた材質で成形されている。また、加熱ベルト６１の内周面に塗布された潤滑剤が、加熱ベルト６１との摺動部に入り込めるように、低摩擦シート６６の加熱ベルト６１側の表面には、微小な凹凸が形成されている。この凹凸の粗さは、Ｒａ（算術平均粗さ）が５から３０μｍである。これは、凹凸の粗さがＲａ＝５μｍより小さければ、エンドレスベルト５２との摺動部に充分な潤滑剤を入り込ませ難いため適当ではなく、その一方で、Ｒａ＝３０μｍより大きければ、凹凸の跡がＯＨＰやコート紙を定着した際に光沢むらとして目立つために好ましくないことに基づくものである。さらには、低摩擦シート６６は、潤滑剤が滲み込んで裏面から漏れ出ないように、潤滑剤に対する浸潤性のない（難通過性）ように成形されている。具体的には、フッ素樹脂からなる多孔質樹脂繊維布をベース層として圧力パッド６４側の面にＰＥＴ樹脂シートをラッピングさせたもの、シンタード成形したＰＴＦＥ樹脂シート、テフロン（登録商標）を含浸させたガラス繊維シート等により成形されることを例示することができる。なお、低摩擦シート６６は、圧力パッド６４と別体に構成しても、圧力パッド６４と一体的に構成してもよい。
【０１２０】
ホルダ６７は、加熱ベルト６１の回転軸方向に伸びている部材であり、上述した圧力パッド６４および低摩擦シート６６と、加熱ベルト６１の回転軸方向に伸びて加熱ベルト６１の内周面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布部材６８と、を保持する。また、ホルダ６７は、画像形成装置１の本体フレーム（不図示）に固定された定着装置６０用のフレームであるメインフレーム６０ａに嵌め込まれる被嵌合部６７ａを、回転軸方向の両端部それぞれに備えている。被嵌合部６７ａは、図２８に示すように、基本的には円筒形状であり、回転軸方向の最端部に、回転半径方向の外側に向かって折り曲げられた縁部６７ａｂが設けられている。また、被嵌合部６７ａの内径は、ハロゲンヒータ５１５が内側を通ることが可能なようにハロゲンヒータ５１５の外径よりも大きい。尚、ハロゲンヒータ５１５に換えて、電磁誘導方式の加熱部材を用いる場合には、加熱ベルト６１の内側に電磁誘導用のコイル等が通ることが可能なように構成させる。
【０１２１】
潤滑剤塗布部材６８は、耐熱性フェルトで構成され、例えば粘度３００ｃｓのアミノ変性シリコーンオイル等の潤滑剤が３ｇ程度含浸されている。そして、潤滑剤塗布部材６８は加熱ベルト６１の内周面に対して接触するように配置され、耐熱性フェルトからの浸透圧により、潤滑剤を適量ずつ加熱ベルト６１の内周面に供給する。なお、潤滑剤塗布部材６８は、耐熱性フェルトからの潤滑剤の供給が過多にならないように、耐熱性フェルトのエッジ部が加熱ベルト６１の内周面に接触するように構成されている。これにより、加熱ベルト６１と低摩擦シート６６との摺動部に潤滑剤を供給し、低摩擦シート６６を介した加熱ベルト６１と圧力パッド６４との摺擦抵抗をさらに低減して、加熱ベルト６１の円滑な回転を図っている。
【０１２２】
エッジガイド６５は、加熱ベルト６１の回転軸方向の両端部それぞれに設けられている。そして、エッジガイド６５は、図２８に示すように、加熱ベルト６１の内周面を支持する支持部材６５１と、支持部材６５１を保持するとともに、本体フレーム（不図示）に固定された定着装置６０用のフレームであるサブフレーム６０ｂに嵌め込まれる保持部６５２と、を有している。保持部６５２は、図２８に示すように、基本的には円筒形状であり、回転軸方向の外側の端部に、回転半径方向の外側に向かって折り曲げられた縁部６５２ａが設けられているとともに、外周面には、この外周面から回転半径方向の内側に円周方向には全域に亘って凹んだ凹部６５２ｂが２つ設けられている。また、保持部６５２の内径は、保持部６５２を、ホルダ６７の外側から加熱ベルト６１の内側に挿入可能なように、ホルダ６７の被嵌合部６７ａの縁部６７ａｂの外径よりも大きい。支持部材６５１は、例えばニードルベアリングであり、後述するように加熱ベルト６１がねじりコイルばね５３２から締め付けられる際に加熱ベルト６１がつぶれて円形を確保できなくなるのを抑制するために、加熱ベルト６１を介してねじりコイルばね５３２と対向するように配置される。また、支持部材６５１は、保持部６５２の外周面に嵌合された後、保持部６５２の２つの凹部６５２ｂそれぞれにＣ形状のリング６５３が嵌め込まれることで、回転軸方向の移動が規制される。
そして、加熱ベルト６１は、エッジガイド６５の支持部材６５１に支持されながら回転する。
【０１２３】
第８の実施形態に係るギヤユニット５３は、第１の実施形態に係るギヤユニット５３と同様に、ギヤ５３１と、ねじりコイルばね５３２と、キャップ５３３と、を有している。そして、ねじりコイルばね５３２の仕様が以下を満足する点が異なる。すなわち、第８の実施形態に係るねじりコイルばね５３２は、しまりばめにて加熱ベルト６１に嵌合されるように、ねじりコイルばね５３２のコイル部５３２ａの内径は、支持部材６５１に支持された加熱ベルト６１の外径よりも小さく成形されている。そして、ねじりコイルばね５３２は、上述した定着温度のときにねじりコイルばね５３２と加熱ベルト６１との間に生じる摩擦力が、加熱ベルト６１と加圧ロール６２との間に生じる摩擦力に抗して加熱ベルト６１が回転するのに必要な必要摩擦力よりも小さく、ねじりコイルばね５３２がギヤ５３１から力を受けて内径が小さくなるように変形することで増大した摩擦力が、この必要摩擦力以上となるように設定されている。
また、第８の実施形態に係るギヤユニット５３にて加熱ベルト６１に回転駆動力を伝達するために、第８の実施形態に係る定着装置６０においては、加熱ベルト６１を介してねじりコイルばね５３２と対向する位置に支持部材６５１を備え、ねじりコイルばね５３２がギヤ５３１から力を受けて内径が小さく変形したとしても加熱ベルト６１の形状を保持する点が第１の実施形態に係る定着装置５０とは異なる。
【０１２４】
以上のように構成された定着装置６０は、以下のように作用する。
制御部９０が、定着装置６０にて定着動作を行わせるべく、駆動モータ９１を図１で見た場合の時計回転方向に回転した場合には、ギヤユニット５３のギヤ５３１も時計回転方向に回転する。かかる場合、ギヤユニット５３のねじりコイルばね５３２は、ギヤ５３１から力を受けてコイル部５３２ａの内径が小さくなるように変形し、加熱ベルト６１も時計回転方向に回転する。そして、加熱ベルト６１の回転により加圧ロール６２も従動回転する。
そして、画像形成装置１の二次転写位置においてトナー像が転写された用紙がニップ部Ｎを通過する際に、用紙上のトナー像が、ニップ部Ｎに作用する圧力と、加熱ベルト６１から供給される熱とによって定着される。つまり、用紙上のトナー像を、加熱ベルト６１と加圧ロール６２とで、加圧および加熱することで用紙に定着させる。本実施形態の定着装置６０では、ほぼ加圧ロール６２の外周面に沿う凹形状の圧力パッド６４によりニップ部Ｎを広くしているため、ニップ部が狭い場合よりも定着がより良好に行われる。
【０１２５】
他方、制御部９０が、定着装置６０にて定着した用紙を反転させて再度二次転写位置に向けて搬送するべく、駆動モータ９１を図１で見た場合の反時計回転方向に回転した場合には、ギヤユニット５３のギヤ５３１も反時計回転方向に回転する。かかる場合、ギヤユニット５３のねじりコイルばね５３２は、ギヤ５３１から力を受けてコイル部５３２ａの内径が大きくなるように変形するので、加熱ベルト６１は回転しない。それゆえ、加圧ロール６２も回転しない。
【０１２６】
以上説明したように、本実施形態に係る定着装置６０においては、ギヤ５３１が駆動モータ９１から回転駆動力を受けて回転した場合にねじりコイルばね５３２のコイル部５３２ａの内径が小さくなるように変形することで、ねじりコイルばね５３２と加熱ベルト６１との間に生じる摩擦力により、加熱ベルト６１が回転する。つまり、例えば、ギヤ５３１と加熱ベルト６１とを接着剤にて接着し、ギヤ５３１と加熱ベルト６１とを一体として回転させるのではない。もし、ギヤ５３１と加熱ベルト６１とを接着剤にて接着する場合には、加熱ベルト６１が加圧ロール６２との間に生じる摩擦力に抗して回転する力に耐え得るほど強力な接着力を有する接着剤を用いなければならない。しかしながら、本実施形態に係る定着装置６０においては、加熱ベルト６１の外周面に生じる摩擦力により加熱ベルト６１を回転させるので、接着剤を用いる必要がないので、接着剤を用いる構成よりもコストダウンを図れる。また、接着部分でギヤ５３１から加熱ベルト６１が剥がれることもないので、接着剤を用いる構成よりも製品の信頼性が向上するとともに耐久性が向上する。
【０１２７】
また、例えば、定着装置６０にて一方の面に画像が定着された用紙を反転搬送ユニット８２を介して反転するために駆動モータ９１が反時計回転方向に回転する場合など、定着処理を行う必要がないときには加熱ベルト６１および加圧ロール６２は回転しないので、これらが回転する構成よりも加熱ベルト６１および加圧ロール６２の劣化が抑制される。また、定着装置６０に生じた紙詰まりを解消するためにユーザが用紙を用紙搬送方向に引っ張る際の負荷が小さくなる。
【０１２８】
なお、上記第８の実施形態においては、加熱ベルト６１の回転軸方向の両端部を、エッジガイド６５の支持部材６５１で支持しているが、加熱ベルト６１がねじりコイルばね５３２による締め付け力に耐え得る剛性を有しているのであれば、支持部材６５１で支持する必要はない。かかる場合には、上記実施形態からエッジガイド６５を省略してもよい。
【０１２９】
また、上述した第１から第３の実施形態、および第７の実施形態の特徴点を、第８の実施形態に定着装置６０に適用してもよい。
また、上述した第１から第８の実施形態においては、用紙を加熱する加熱ロール５１あるいは加熱ベルト６１に生じる摩擦力を利用して加熱ロール５１あるいは加熱ベルト６１を回転させるという特徴点を、転写された用紙上のトナー像を圧力と熱とによって定着する定着装置５０あるいは定着装置６０に適用した場合を例示したが、記録媒体に接触してこの記録媒体に熱を伝える他の装置にも適用してよい。例えば、インクジェット方式の画像形成装置に用いられ、インクを突出させるインクヘッドの記録媒体搬送方向の上流側に設けられて、記録媒体に熱を加える装置や、インクヘッドの記録媒体搬送方向の下流側に設けられて、記録媒体に塗布されたインクを乾燥する装置および記録媒体にしわがよるのを防止する装置にも適用してもよい。
【符号の説明】
【０１３０】
１…画像形成装置、１０…画像形成部、２０…光学系ユニット、３０…中間転写ユニット、４１…二次転写ロール、５０，６０…定着装置、５１…加熱ロール、５２…エンドレスベルト、５３…ギヤユニット、６１…加熱ベルト、６２…加圧ロール、７０…用紙供給部、８０…用紙搬送部、９０…制御部、９１…駆動モータ、５３１…ギヤ、５３２…ねじりコイルばね、５３３…キャップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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