(57)【要約】【課題】従来よりもさらに高い信頼性・耐久性を有し、ＰＰ分野での高速化に対応可能な定着装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】第１の弾性層を有する第１のローラーと、第２の弾性層を有し、第１のローラーよりも表面硬度の高い第２のローラーと、を備え、第１のローラーと第２のローラーとが直接又は間接的に圧接されることにより定着ニップが形成され、この定着ニップに用紙を通過させることにより用紙にトナー像を定着させる定着装置において、第１の弾性層の有効部分の長さを、第２の弾性層の有効部分の長さよりも短くし、第１の弾性層の軸方向両端部に、有効部分に連設され、稜線が直線状で軸方向外側に向けて連続的に縮径する第１のテーパー部と、第１のテーパー部に連設され、稜線が曲線状で軸方向外側に向けて連続的に縮径する第２のテーパー部と、を設ける。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の弾性層を有する第１のローラーと、
第２の弾性層を有し、前記第１のローラーよりも表面硬度の高い第２のローラーと、を備え、
前記第１のローラーと前記第２のローラーとが直接又は間接的に圧接されることにより定着ニップが形成され、この定着ニップに用紙を通過させることにより用紙にトナー像を定着させる定着装置であって、
前記第１の弾性層の有効部分の長さは、前記第２の弾性層の有効部分の長さよりも短く、
前記第１の弾性層は、軸方向両端部に、
前記有効部分に連設され、稜線が直線状で軸方向外側に向けて連続的に縮径する第１のテーパー部と、
前記第１のテーパー部に連設され、稜線が曲線状で軸方向外側に向けて連続的に縮径する第２のテーパー部と、を有することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記第２のテーパー部の稜線がＲ形状であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記第２のテーパー部の曲率半径が、前記第１の弾性層の厚さの５０％以上２５０％以下であることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記第２のテーパー部の軸方向の長さが、前記第１の弾性層の厚さより大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項５】
軸方向に対する前記第１のテーパー部の傾斜角が、２０°以上６５°以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項６】
前記第１のテーパー部の軸方向の長さが、２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項７】
前記第１の弾性層の両端の厚さが、通紙部の厚さの５０％以下であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項８】
前記第１のローラーは、前記用紙の定着面側に配置される定着ローラーであり、
前記第２のローラーは、前記用紙の裏面側に配置される加圧ローラーであることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項９】
用紙にトナー像を形成する画像形成部と、
請求項１から８のいずれか一項に記載の定着装置と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、用紙に転写されたトナー像を定着させる定着装置及びこれを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子写真プロセス技術を利用した画像形成装置（プリンター、複写機、ファクシミリ等）においては、画像データに基づくレーザー光が、帯電した感光ドラムに対して照射（露光）されることにより、感光体表面に静電潜像が形成される。そして、静電潜像が形成された感光ドラムに現像装置からトナーが供給されることにより、静電潜像が可視化されてトナー像が形成される。このトナー像が、直接又は中間転写ベルトを介して間接的に用紙に転写された後、定着装置で加熱、加圧されることにより、用紙に画像が形成される。
【０００３】
定着部は、用紙の定着面（トナー像が形成されている面）側に配置される定着面側部材、用紙の裏面（定着面の反対の面）側に配置される裏面側支持部材、及び加熱源等を備える。通常、定着面側部材を構成する定着ローラーと、裏面側支持部材を構成する加圧ローラーとが、直接又は間接的に圧接されることにより、用紙を狭持して搬送する定着ニップが形成される。例えば、定着ローラーを含む複数の支持ローラーに定着ベルトが張架されて定着面側部材が構成される場合や、加圧ローラーを含む複数の支持ローラーに加圧ベルトが張架されて裏面側支持部材が構成される場合は、定着ローラーと加圧ローラーとがベルトを介して間接的に圧接されることになる。
【０００４】
従来は、定着ローラー及び加圧ローラーの外周面はゴム等の弾性層で構成され、一方のローラーの表面硬度は他方のローラーの表面硬度よりも低くなっている。これにより、定着ローラーと加圧ローラーとが圧接されたときに、表面硬度の低いローラーの方が潰れて、幅広の定着ニップが形成される。定着ニップの幅が広くなり、用紙と定着面側部材との接触面積が大きくなるため、高速化への対応に好適である。通常、用紙の先端が定着面側部材（定着ローラー又は定着ベルト）から分離しやすいように、定着ローラーの表面硬度の方が加圧ローラーの表面硬度よりも低く設定される。
【０００５】
このように、定着ローラーと加圧ローラーの表面硬度が異なる場合、表面硬度が低い方のローラーは、圧接状態において接触面側が軸方向に膨出することとなる。その結果、この部位が過度のストレスを受けて損傷しやすい。そこで、図１に示すように、ローラーを構成する弾性層の軸方向両端部（図１には一方の端部を示している）に、軸方向外側に向かって縮径するテーパー部Ｔを設けることが提案されている（例えば特許文献１）。弾性層の本来の外周面をなす直胴部（テーパー部Ｔを除く部分）が、定着ニップを形成するための通紙部となる。
【０００６】
特許文献１には、テーパー部Ｔの一例として、稜線が直線状のもの（図１Ａ参照）や、稜線がＲ状のもの（図１Ｂ参照）が開示されている。また、特許文献１においては、表面硬度が低い方のローラーの有効部分の長さが、表面硬度が高い方のローラーの有効部分の長さよりも短くなっている。「ローラーの有効部分の長さ」とは、両者を当接させたときに接触する部分の長さ、すなわち弾性層の外周面のうち定着ニップを形成しうる軸方向に平行な部分の長さ（直胴部の長さ）を意味する。弾性層の両端にテーパー部Ｔが形成されていない場合は、弾性層の全長が「有効部分の長さ」となる。
【０００７】
特許文献１に記載されている定着装置は、定着ローラー又は加圧ローラーの端部に生じうる損傷を効果的に防止することができるので、高い信頼性・耐久性が要求されるプロダクション・プリンティング分野（ＰＰ分野）の画像形成装置に好適である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１１５０１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、図１Ａ、図１Ｂに示すように、表面硬度が低い方のローラーの弾性層の軸方向両端部にテーパー部Ｔを設ける場合、圧接状態において軸方向に膨出する部分をテーパー部Ｔで吸収するためには、テーパー部Ｔの外周面が本来の外周面よりもある程度凹んでいる必要がある。また、ローラー長が無闇に長くなるのは好ましくないため、テーパー部Ｔの軸方向の長さＬは例えば２〜１０ｍｍに制限される。
そのため、表面硬度が低い方のローラーの弾性層の軸方向両端部を、図１Ａのように稜線が直線状のテーパー部Ｔだけで構成したり、図１Ｂのように稜線がＲ形状のテーパー部Ｔだけで構成したりする場合、設計上の自由度が低くなる。例えば、図１Ａに示す場合、テーパー部Ｔの長さＬと縮径率ｔ２／ｔ１（テーパー部Ｔの先端の厚さｔ２と直胴部の厚さｔ１の割合）が決定されると、傾斜角θは自ずと決まってしまう。
最近では、さらなる高速化に対応すべく、より高い信頼性・耐久性を有する定着装置が期待されているが、特許文献１に記載の技術では飛躍的な改善は困難であると考えられる。
【００１０】
本発明の目的は、従来よりもさらに高い信頼性・耐久性を有し、ＰＰ分野での高速化に対応可能な定着装置及び画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る定着装置は、第１の弾性層を有する第１のローラーと、
第２の弾性層を有し、前記第１のローラーよりも表面硬度の高い第２のローラーと、を備え、
前記第１のローラーと前記第２のローラーとが直接又は間接的に圧接されることにより定着ニップが形成され、この定着ニップに用紙を通過させることにより用紙にトナー像を定着させる定着装置であって、
前記第１の弾性層の有効部分の長さは、前記第２の弾性層の有効部分の長さよりも短く、
前記第１の弾性層は、軸方向両端部に、
前記有効部分に連設され、稜線が直線状で軸方向外側に向けて連続的に縮径する第１のテーパー部と、
前記第１のテーパー部に連設され、稜線が曲線状で軸方向外側に向けて連続的に縮径する第２のテーパー部と、を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る画像形成装置は、用紙にトナー像を形成する画像形成部と、
上記の定着装置と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、設計上の自由度が格段に向上するので、従来よりもさらに高い信頼性・耐久性を有する定着装置及び画像形成装置が実現される。したがって、本発明は、ＰＰ分野における高速化への対応に極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来の定着ローラー又は加圧ローラーの端部に設けられるテーパー部の一例を示す図である。
【図２】実施の形態に係る画像形成装置の全体構成を示す図である。
【図３】定着部の一例を示す図である。
【図４】定着ローラーと加圧ローラーの圧接部分を示す図である。
【図５】実施の形態に係る定着ローラーの端部に設けられるテーパー部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図２は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置１の全体構成を示す図である。
図２に示す画像形成装置１は、電子写真プロセス技術を利用した中間転写方式のカラー画像形成装置である。画像形成装置１には、ＣＭＹＫの４色に対応する感光ドラム４１３を中間転写ベルト４２１の走行方向（鉛直方向）に直列配置し、中間転写ベルト４２１に一回の手順で各色トナー像を順次転写させる縦型タンデム方式が採用されている。
すなわち、画像形成装置１は、感光ドラム４１３上に形成されたＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各色トナー像を中間転写ベルト４２１に転写（一次転写）し、中間転写ベルト４２１上で４色のトナー像を重ね合わせた後、用紙Ｓに転写（二次転写）することにより、画像を形成する。
【００１６】
図２に示すように、画像形成装置１は、画像読取部１０、操作表示部２０、画像処理部３０、画像形成部４０、用紙搬送部５０、定着部６０、及び制御部１００を備える。
【００１７】
制御部１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭから処理内容に応じたプログラムを読み出してＲＡＭに展開し、展開したプログラムと協働して画像形成装置１の各ブロックの動作を集中制御する。このとき、記憶部（図示略）に格納されている各種データが参照される。記憶部（図示略）は、例えば不揮発性の半導体メモリ（いわゆるフラッシュメモリ）やハードディスクドライブで構成される。
【００１８】
また、制御部１００は、通信部（図示略）を介して、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＷＡＮ（Wide Area Network）等の通信ネットワークに接続された外部の装置（例えばパーソナルコンピュータ）との間で各種データの送受信を行う。制御部１００は、例えば、外部の装置から送信された画像データを受信し、この画像データ（入力画像データ）に基づいて用紙Ｓに画像を形成させる。通信部（図示略）は、例えばＬＡＮカード等の通信制御カードで構成される。
【００１９】
画像読取部１０は、ＡＤＦ（Auto Document Feeder）と称される自動原稿給紙装置１１及び原稿画像走査装置１２（スキャナー）等を備える。
自動原稿給紙装置１１は、原稿トレイに載置された原稿Ｄを搬送機構により搬送して原稿画像走査装置１２へ送り出す。自動原稿給紙装置１１は、原稿トレイに載置された多数枚の原稿Ｄの画像（両面を含む）を連続して一挙に読み取ることができる。
原稿画像走査装置１２は、自動原稿給紙装置１１からコンタクトガラス上に搬送された原稿又はコンタクトガラス上に載置された原稿を光学的に走査し、原稿からの反射光をＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサー１２ａの受光面上に結像させ、原稿画像を読み取る。画像読取部１０は、原稿画像走査装置１２による読取結果に基づいて入力画像データを生成する。この入力画像データには、画像処理部３０において所定の画像処理が施される。
【００２０】
操作表示部２０は、例えばタッチパネル付の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）で構成され、表示部２１及び操作部２２として機能する。表示部２１は、制御部１００から入力される表示制御信号に従って、各種操作画面、画像の状態表示、各機能の動作状況等の表示を行う。操作部２２は、テンキー、スタートキー等の各種操作キーを備え、ユーザーによる各種入力操作を受け付けて、操作信号を制御部１００に出力する。
【００２１】
画像処理部３０は、入力画像データに対して、初期設定又はユーザー設定に応じたデジタル画像処理を行う回路等を備える。例えば、画像処理部３０は、制御部１００の制御下で、階調補正データ（階調補正テーブル）に基づいて階調補正を行う（画像濃度制御）。また、画像処理部３０は、入力画像データに対して、階調補正の他、色補正、シェーディング補正等の各種補正処理や、圧縮処理等を施す。これらの処理が施された画像データに基づいて、画像形成部４０が制御される。
【００２２】
画像形成部４０は、入力画像データに基づいて、Ｙ成分、Ｍ成分、Ｃ成分、Ｋ成分の各有色トナーによる画像を形成するための画像形成ユニット４１及び中間転写ユニット４２等を備える。画像形成部４０によって形成される画像の書込範囲は予め設定される。
【００２３】
画像形成ユニット４１は、Ｙ成分、Ｍ成分、Ｃ成分、Ｋ成分用の４つの画像形成ユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋで構成される。画像形成ユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋは、同様の構成を有するので、図示及び説明の便宜上、共通する構成要素は同一の符号で示し、それぞれを区別する場合には符号にＹ、Ｍ、Ｃ、又はＫを添えて示すこととする。図２では、Ｙ成分用の画像形成ユニット４１Ｙの構成要素についてのみ符号が付され、その他の画像形成ユニット４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋの構成要素についての符号は省略されている。
【００２４】
画像形成ユニット４１は、露光装置４１１、現像装置４１２、感光ドラム４１３、帯電装置４１４、及びドラムクリーニング装置４１５等を備える。
【００２５】
感光ドラム４１３は、例えばアルミニウム製の導電性円筒体（アルミ素管）の周面に、アンダーコート層（ＵＣＬ：Under Coat Layer）、電荷発生層（ＣＧＬ：Charge Generation Layer）、電荷輸送層（ＣＴＬ：Charge Transport Layer）を順次積層した負帯電型の有機感光体（ＯＰＣ：Organic Photo-conductor）である。
電荷発生層は、電荷発生材料（例えばフタロシアニン顔料）を樹脂バインダー（例えばポリカーボネイト）に分散させた有機半導体からなり、露光装置４１１による露光を受けて一対の正電荷と負電荷を発生する。電荷輸送層は、正孔輸送性材料（電子供与性含窒素化合物）を樹脂バインダー（例えばポリカーボネート樹脂）に分散させたものからなり、電荷発生層で発生した正電荷を電荷輸送層の表面まで輸送する。
【００２６】
帯電装置４１４は、光導電性を有する感光ドラム４１３の表面を一様に負極性に帯電させる。
露光装置４１１は、例えば半導体レーザーで構成され、感光ドラム４１３に対して各色成分の画像に対応するレーザー光を照射する。感光ドラム４１３の電荷発生層で発生した正電荷が電荷輸送層の表面まで輸送されることにより、感光ドラム４１３の表面電荷（負電荷）が中和される。感光ドラム４１３の表面には、周囲との電位差により各色成分の静電潜像が形成されることとなる。
【００２７】
現像装置４１２は、各色成分の現像剤（例えば、小粒径のトナーと磁性体とからなる二成分現像剤）を収容しており、感光ドラム４１３の表面に各色成分のトナーを付着させることにより静電潜像を可視化してトナー像を形成する。
ドラムクリーニング装置４１５は、感光ドラム４１３の表面に摺接されるドラムクリーニングブレード等を有し、一次転写後に感光ドラム４１３の表面に残留する転写残トナーを除去する。
【００２８】
中間転写ユニット４２は、中間転写ベルト４２１、一次転写ローラー４２２、複数の支持ローラー４２３、二次転写ローラー４２４、及びベルトクリーニング装置４２６等を備える。
【００２９】
中間転写ベルト４２１は無端状ベルトで構成され、複数の支持ローラー４２３にループ状に張架される。複数の支持ローラー４２３のうちの少なくとも一つは駆動ローラーで構成され、その他は従動ローラーで構成される。例えば、Ｋ成分用の一次転写ローラー４２２Ｋよりもベルト走行方向下流側に配置されるローラー４２３Ａが駆動ローラーであることが好ましい。これにより、一次転写部におけるベルトの走行速度を一定に保持しやすくなる。駆動ローラー４２３Ａが回転することにより、中間転写ベルト４２１は矢印Ａ方向に一定速度で走行する。
【００３０】
一次転写ローラー４２２は、各色成分の感光ドラム４１３に対向して、中間転写ベルト４２１の内周面側に配置される。中間転写ベルト４２１を挟んで、一次転写ローラー４２２が感光ドラム４１３に圧接されることにより、感光ドラム４１３から中間転写ベルト４２１へトナー像を転写するための一次転写ニップが形成される。
【００３１】
二次転写ローラー４２４は、駆動ローラー４２３Ａのベルト走行方向下流側に配置されるローラー４２３Ｂ（以下「バックアップローラー４２３Ｂ」と称する）に対向して、中間転写ベルト４２１の外周面側に配置される。中間転写ベルト４２１を挟んで、二次転写ローラー４２４がバックアップローラー４２３Ｂに圧接されることにより、中間転写ベルト４２１から用紙Ｓへトナー像を転写するための二次転写ニップが形成される。
【００３２】
一次転写ニップを中間転写ベルト４２１が通過する際、感光ドラム４１３上のトナー像が中間転写ベルト４２１に順次重ねて一次転写される。具体的には、トナーと逆極性の電圧（転写バイアス）を一次転写ローラー４２２に印加することにより、トナー像は中間転写ベルト４２１に静電的に転写される。
その後、用紙Ｓが二次転写ニップを通過する際、中間転写ベルト４２１上のトナー像が用紙Ｓに二次転写される。具体的には、トナーと逆極性の電圧（転写バイアス）を二次転写ローラー４２４に印加することにより、トナー像は用紙Ｓに静電的に転写される。トナー像が転写された用紙Ｓは定着部６０に向けて搬送される。
【００３３】
ベルトクリーニング部４２６は、中間転写ベルト４２１の表面に摺接するベルトクリーニングブレード等を有し、二次転写後に中間転写ベルト４２１の表面に残留する転写残トナーを除去する。
なお、二次転写ローラー４２４に代えて、二次転写ローラーを含む複数の支持ローラーに、二次転写ベルトがループ状に張架された構成（いわゆるベルト式の二次転写ユニット）を採用してもよい。
【００３４】
定着部６０は、用紙の定着面（トナー像が形成されている面）側に配置される定着面側部材６０Ａ、用紙の裏面（定着面の反対の面）側に配置される裏面側支持部材６０Ｂ、及び加熱源６０Ｃ等を備える。定着面側部材６０Ａに裏面側支持部材６０Ｂが圧接されることにより、用紙Ｓを狭持して搬送する定着ニップが形成される。
【００３５】
定着部６０は、トナー像が二次転写され、搬送されてきた用紙Ｓを定着ニップで加熱、加圧することにより、用紙Ｓにトナー像を定着させる。定着部６０は、定着器Ｆ内にユニットとして配置される。また、定着器Ｆには、エアを吹き付けることにより、定着面側部材６０Ａ又は裏面側支持部材６０Ｂから用紙Ｓを分離させるエア分離ユニットが配置されていてもよい。定着部６０の詳細については後述する。
【００３６】
用紙搬送部５０は、給紙部５１、排紙部５２、第１の搬送部５３、及び第２の搬送部５４等を備える。
給紙部５１を構成する３つの給紙トレイユニット５１１〜５１３には、坪量やサイズ等に基づいて識別された用紙Ｓ（規格用紙、特殊用紙）が予め設定された種類ごとに収容される。
【００３７】
第１の搬送部５３は、中間搬送ローラー部５３１、ループローラー部５３２、及びレジストローラー部５３３を含む複数の搬送ローラー部を備える。第１の搬送部５３は、給紙部５１、又は外部給紙装置（図示略）から給紙された用紙Ｓを画像形成部４０（二次転写部）に搬送する。
【００３８】
第２の搬送部５４は、複数の搬送ローラー部が配置されたスイッチバック経路５４１及び裏面用搬送路５４２を備える。第２の搬送部５４は、用紙Ｓをスイッチバック経路５４１に一旦搬送した後、スイッチバックさせて裏面用搬送路５４２に搬送することにより用紙Ｓを反転させ、第１の搬送部５３（ループローラー部５３２の上流）に供給する。
【００３９】
給紙部５１、又は外部給紙装置（図示略）から給紙された用紙Ｓは、第１の搬送部５３によって画像形成部４０に搬送される。そして、用紙Ｓが二次転写ニップを通過する際、中間転写ベルト４２１上のトナー像が用紙Ｓの一方の面（表面）に一括して二次転写され、定着部６０において定着処理が施される。画像が形成された用紙Ｓは、排紙ローラー５２ａを備えた排紙部５２により機外に排紙される。
【００４０】
以下に、定着部６０の構成について詳細に説明する。図３は、定着部６０の一例を示す図である。図３に示す定着部６０は、ベルト式の定着面側部材６０Ａ、及びローラー式の裏面側支持部材６０Ｂを備える。
【００４１】
ベルト式の定着面側部材６０Ａは、定着ローラー６１、加熱ローラー６２、及び支持ローラー６３に、定着ベルト６４が張架された構成を有する。ここでは、加熱ローラー６２の内部にハロゲンランプ等の加熱源６０Ｃが内蔵される。なお、加熱源６０Ｃとして、電磁誘導加熱方式のものを適用してもよい。
ローラー式の裏面側支持部材６０Ｂは、加圧ローラー６５で構成される。
定着ベルト６４を介して定着ローラー６１に加圧ローラー６５が圧接されることにより、用紙Ｓを狭持して搬送する定着ニップが形成される。定着ニップを通過した用紙Ｓは、搬送ローラー６６によって搬送され、定着部６０から送出される。
【００４２】
図４は、定着ローラー６１と加圧ローラー６５の圧接部分（定着ニップを形成する部分）を示す図である。図４では、定着ローラー６１と加圧ローラー６５の間に介在する定着ベルト６４は一点鎖線で示されている。また、図４では、定着ローラー６１と加圧ローラー６５の上半分だけが断面で示されている。
図４に示すように、定着ローラー６１、定着ベルト６４、及び加圧ローラー６５は、互いの通紙部の軸方向の中心が一致した状態で、平行に配置される。
【００４３】
定着ローラー６１は、芯金６１１、及び芯金６１１の外周面に形成される弾性層６１２を有する。
定着ローラー６１の芯金６１１は、中空又は中実の円筒体で構成される。芯金６１１は、使用中に定着ローラー６１が過度に撓まない程度の強度を有する。芯金６１１には、例えば、アルミニウム、鋼、ステンレス、又はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の樹脂モールド材を適用できる。芯金６１１の両端部（図示略）は、例えば定着器Ｆのケーシングに設けられた軸受け（図示略）に回転可能に支持される。
【００４４】
定着ローラー６１の弾性層６１２は、断熱性を有する材料で構成される。これにより、トナー粒子を溶融するために所定の温度まで加熱された定着ベルト６４の熱が、定着ローラー６１を通じて放散するのを防止できる。弾性層６１２には、ゴムや樹脂の発泡体（断熱構造体）を適用することができる。中でも、所望の耐熱性、変形能、硬度を有する観点から、シリコーンゴムの発泡体が好適である。
なお、弾性層６１２は単層構造である必要はなく、異なる種類の複数の発泡体を積層した構造、又は非発泡体と発泡体を交互に積層した構造であってもよい。また、弾性層６１２の外周面には、例えばフッ素樹脂等からなる表層が形成されてもよい。
【００４５】
加圧ローラー６５は、定着ローラー６１と同様に、芯金６５１、及び芯金６５１の外周面に形成される弾性層６５２を有する。芯金６５１の両端部は、例えば定着器Ｆのケーシングに設けられた軸受け（図示略）に回転可能に支持される。また、加圧ローラー６５は、圧接離間機構（図示略）によって定着ローラー６１に対して圧接又は離間可能に支持される。芯金６５１及び弾性層６５２には、定着ローラー６１の芯金６１１及び弾性層６１２と同様の材料を適用できる。また、弾性層６５２の外周面には、例えばフッ素樹脂等からなる表層を形成するようにしてもよい。
【００４６】
以下において、定着ローラー６１の芯金６１１を「第１の芯金６１１」、弾性層６１２を「第１の弾性層６１２」と称し、加圧ローラー６５の芯金６５１を「第２の芯金６５１」、弾性層６５２を「第２の弾性層６５２」と称することとする。
【００４７】
定着ローラー６１の表面硬度は、加圧ローラー６５の表面硬度よりも低く設定される。これにより、定着ベルト６４を介して加圧ローラー６５が定着ローラー６１に圧接されたときに、定着ローラー６１が凹んで上に凸の定着ニップが形成される（図３参照）。定着ニップを通過した用紙の先端は定着ベルト６４から離れる方向（図３では左下方向）に向くので、腰の強さと相俟って用紙は定着ベルト６４から容易に分離される。
【００４８】
例えば、第１の弾性層６１２と第２の弾性層６５２を構成する材料の硬度や、第１の弾性層６１２と第２の弾性層６５２の厚さを調整することで、定着ローラー６１及び加圧ローラー６５の表面硬度は制御される。
【００４９】
また、図４に示すように、定着ローラー６１の有効部分の長さＭ１は、加圧ローラー６５の有効部分の長さＭ２よりも短く設定される。「有効部分の長さ」とは、第１の弾性層６１２、第２の弾性層６５２の外周面のうち、定着ニップを形成しうる軸方向に平行な部分の長さを意味する。つまり、図４においては、第１の弾性層６１２の直胴部６１２ａ（通紙部）の長さＭ１が、第２の弾性層６５２の長さＭ２よりも短い。以下において、「有効部分の長さ」を単に「有効長」と称することもある。
【００５０】
定着ローラー６１の有効長Ｍ１が加圧ローラー６５の有効長Ｍ２よりも長い場合、圧接状態では第２の弾性層６５２のエッジ部分に第１の弾性層６１２の膨出した部分が乗り上げてしまう。そのため、第１の弾性層６１２の端部に歪みが集中してしまい、第１の弾性層６１２が損傷しやすくなる。
これに対して、本実施の形態のように、定着ローラー６１の有効長Ｍ１が加圧ローラー６５の有効長Ｍ２よりも短い場合、圧接状態で第１の弾性層６１２の両端部が膨出しても、膨出した部分が第２の弾性層６５２のエッジ部分に乗り上げることはない。そのため、第１の弾性層６１２の端部に歪みは集中しないので、耐久性が格段に向上する。
【００５１】
また、第１の弾性層６１２の両端部には、軸方向外側に向けて連続的に縮径するテーパー部６１２ｂが形成される。具体的には、図５に示すように、テーパー部６１２ｂは、稜線が直線状の第１のテーパー部Ｔ１と、第１のテーパー部Ｔ１の軸方向外側に連設され、稜線が曲線状の第２のテーパー部Ｔ２とを有する。定着ローラー６１においては、第２のテーパー部Ｔ２の稜線はＲ形状であることが好ましい。
ＣＡＥ（Computer Aided Engineering）解析により、第１のテーパー部Ｔ１に加えて第２のテーパー部Ｔ２を設けることで、第１の芯金６１１と第１の弾性層６１２との界面部分に生じる歪みが小さくなる、また、この歪みは第２のテーパー部Ｔ２の曲率半径Ｒが小さいほど小さくなるという結果が得られている。
【００５２】
特許文献１で開示されているように、第１の弾性層６１２の軸方向両端部を、稜線が直線状のテーパー部だけで構成したり、稜線がＲ形状のテーパー部だけで構成したりすれば、圧接状態において第１の弾性層６１２の外周面の端部が軸方向に膨出しても、この部分に過度のストレスが生じるのを回避できるので、耐久性の向上を図ることができる。
さらに本実施の形態では、第１の弾性層６１２の軸方向両端部に形成されるテーパー部６１２ｂが、稜線が直線状の第１のテーパー部Ｔ１と稜線が曲線状の第２のテーパー部Ｔ２とで構成されるので、第１の芯金６１１と第１の弾性層６１２との界面部分に生じる歪みが小さくなるとともに、設計上の自由度が格段に向上する。
【００５３】
例えば、図５において、テーパー部６１２ｂの軸方向の長さＬと縮径率ｔ２／ｔ１が決定されても、第１のテーパー部Ｔ１の傾斜角θと第２のテーパー部Ｔ２の曲率半径Ｒを組み合わせることで、第１のテーパー部Ｔ１の長さと第２のテーパー部Ｔ２の長さの比率を変化させ、様々な形状のテーパー部６１２ｂを実現することができる。その中から、例えば耐久性や生産性の面で最適なものが選択される。
【００５４】
さらに、第２のテーパー部Ｔ２の曲率半径Ｒは、第１の弾性層６１２の厚さの５０％以上２５０％以下であることが好ましく、より好ましくは１００％以上２００％以下である。「第１の弾性層６１２の厚さ」とは、定着ローラー６１と加圧ローラー６５とが圧接していない状態における第１の弾性層６１２の直胴部６１２ａ（通紙部）の厚さｔ１のことである。
例えば、第１の弾性層６１２の本来の厚さｔ１が２０ｍｍの場合、第２のテーパー部Ｔ２の曲率半径Ｒは１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは２０ｍｍ以上４０ｍｍ以下である。
【００５５】
第２のテーパー部Ｔ２の曲率半径Ｒが第１の弾性層６１２の厚さｔ１の２５０％超の場合は、第１の芯金６１１と第１の弾性層６１２との界面部分から損傷が生じやすい。また、この現象は、特に第２のテーパー部Ｔ２の軸方向の長さＬ２が短い場合に顕著である。
これに対して、本実施の形態では、第２のテーパー部Ｔ２の曲率半径Ｒが第１の弾性層６１２の厚さｔ１の２５０％以下であるので、第１の芯金６１１と第１の弾性層６１２との界面部分に応力が集中するのを防止でき、その界面部分から損傷が生じるのを効果的に防止することができる。
【００５６】
一方、第２のテーパー部Ｔ２の曲率半径Ｒが第１の弾性層６１２の厚さｔ１の５０％未満の場合は、第２のテーパー部Ｔ２から損傷が生じやすくなる。さらに、第２のテーパー部Ｔ２の曲率半径Ｒが小さくなるに伴い、第２のテーパー部Ｔ２の長さＬ２も短くなるので、設計上の制約も大きくなる。
これに対して、本実施の形態では、第２のテーパー部Ｔ２の曲率半径Ｒが第１の弾性層６１２の厚さｔ１の５０％以上であるので、第２のテーパー部Ｔ２に応力が集中するのを防止でき、その部分から損傷が生じるのを効果的に防止することができる。また、設計が著しく制約されることもない。
【００５７】
また、定着ローラー６１においては、第２のテーパー部Ｔ２の軸方向の長さＬ２は、第１の弾性層６１２の厚さｔ１よりも大きいことが好ましい。これにより、第１の芯金６１１と第１の弾性層６１２との界面部分への応力の集中を効果的に緩和することができる。
【００５８】
また、第１のテーパー部Ｔ１の軸方向に対する傾斜角θは、２０°以上６５°以下であることが好ましい。さらに、第１のテーパー部Ｔ１の軸方向の長さＬ１は、２ｍｍ以上であることが好ましい。
【００５９】
第１のテーパー部Ｔ１の軸方向に対する傾斜角θが２０°未満の場合、第１のテーパー部Ｔ１の軸方向の長さＬ１が十分に長くなければ、ニップ圧力で第１の弾性層６１２が潰れて、第１のテーパー部Ｔ１が定着ベルト６４に強く当接するため、テーパー部６１２ｂを形成することによる効果が損なわれ、膨出部分が過度のストレスを受けて損傷しやすくなる。言い換えると、第１のテーパー部Ｔ１の軸方向に対する傾斜角θを２０°未満とする場合は、第１のテーパー部Ｔ１の長さを長くして、定着ローラー６１を大型化する必要がある。
これに対して、本実施の形態では、第１のテーパー部Ｔ１の軸方向に対する傾斜角θが２０°以上であるので、第１のテーパー部Ｔ１の長さＬ１を抑えるとともに、圧接状態において生じる膨出部分が過度のストレスを受けるのを回避できる。特に、第１のテーパー部Ｔ１の長さＬ１を２ｍｍ以上とすることにより、圧接状態において生じる膨出部分が過度のストレスを受けるのを確実に回避することができる。したがって、その部分から損傷が生じるのを効果的に防止することができる。
【００６０】
一方、第１のテーパー部Ｔ１の軸方向に対する傾斜角θが６５°超の場合、直胴部６１２ａとテーパー部６１２ｂとの連設部分におけるせん断応力が大きくなり、その部分が損傷しやすくなる。
これに対して、本実施の形態では、第１のテーパー部Ｔ１の軸方向に対する傾斜角θが６５°以下であるので、直胴部６１２ａとテーパー部６１２ｂとの連設部分におけるせん断応力が大きくなるのを回避でき、その部分から損傷が生じるのを防止することができる。
【００６１】
また、第１の弾性層６１２の両端の厚さｔ２は、直胴部６１２ａ（通紙部）の厚さｔ１の５０％以下であることが好ましく、より好ましくは２５％以下である。例えば、第１の弾性層６１２の直胴部６１２ａの厚さｔ１が２０ｍｍの場合、第１の弾性層６１２の両端の厚さｔ２は１０ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは５ｍｍ以下である。
第１の弾性層６１２の両端の厚さｔ２が大きいと、第１の芯金６１１と第１の弾性層６１２との界面部分に応力が集中し、その部分から損傷が生じやすくなる。つまり、第１の弾性層６１２の両端の厚さｔ２を小さくすることにより、第１の芯金６１１と第１の弾性層６１２との界面部分における応力の集中を緩和することができる。実験的に、第１の弾性層６１２の両端の厚さｔ２を直胴部６１２ａの厚さｔ１の５０％以下とした場合に、所望の目標ライフを実現することができた。
【００６２】
なお、第１の弾性層６１２の両端の厚さｔ２の下限は特に制限されないが、第１の弾性層６１２を注型成形にて形成する場合、ｔ２＝０だと非常に製造が困難であり装置コストの増大を招くため、実用的ではない。したがって、第１の弾性層６１２の両端の厚さｔ２は、製造上実用的な寸法として、１ｍｍ以上とするのが好ましい。
【００６３】
このように、本実施の形態に係る定着部６０（定着装置）は、第１の弾性層６１２を有する定着ローラー６１（第１のローラー）と、第２の弾性層６５２を有し、定着ローラー６１よりも表面硬度の高い加圧ローラー６５（第２のローラー）と、を備える。そして、定着部６０においては、定着ローラー６１と加圧ローラー６５とが定着ベルト６４を介して間接的に圧接されることにより定着ニップが形成され、この定着ニップに用紙を通過させることにより用紙にトナー像が定着される。
さらに、定着部６０において、第１の弾性層６１２の有効部分の長さＭ１は、第２の弾性層６５２の有効部分の長さＭ２よりも短い。またさらに、第１の弾性層６１２は、軸方向両端部に、有効部分に連設され、稜線が直線状で軸方向外側に向けて連続的に縮径する第１のテーパー部Ｔ１と、第１のテーパー部Ｔ１に連設され、稜線が曲線状で軸方向外側に向けて連続的に縮径する第２のテーパー部Ｔ２とを有する。
【００６４】
定着部６０によれば、設計上の自由度が格段に向上する。したがって、従来よりもさらに高い信頼性・耐久性を有する定着装置及び画像形成装置を実現することが可能となるので、ＰＰ分野における高速化への対応に極めて有用である。
【００６５】
［実施例］
実施例では、定着ローラー６１、加圧ローラー６５、及び定着ベルト６４として、以下の構成のものを使用した。定着ローラー６１においては、第１のテーパー部の傾斜角θと、第２のテーパー部の曲率半径Ｒを所定の範囲で変動させた。
【００６６】
＜定着ローラー＞
第１の芯金：アルミニウムパイプ（外径：３０ｍｍ）
第１の弾性層：シリコーンゴム（ゴム硬度：１２°（ＪＩＳ−Ａ）、厚さｔ１：２０ｍｍ）
表層：フッ素樹脂コート
定着ローラーの表面硬度：３５°（アスカーＣ）
第１のテーパー部の傾斜角θ：１０°〜７５°
第２のテーパー部の曲率半径Ｒ：５〜６０ｍｍ（第１の弾性層の厚さｔ１の２５〜３００％）
定着ローラーの有効長Ｍ１：３３４ｍｍ
テーパー部の両端の厚さｔ２：４ｍｍ
第１のテーパー部Ｔ１の軸方向の長さＬ１：３．５ｍｍ
【００６７】
＜加圧ローラー＞
第２の芯金：アルミニウムパイプ（外径：６８ｍｍ）
第２の弾性層：シリコーンゴム（ゴム硬度：３０°（ＪＩＳ−Ａ）、厚さ：１ｍｍ）
表層：フッ素樹脂チューブ
加圧ローラーの表面硬度：８５°（アスカーＣ）
加圧ローラーの有効長Ｍ２：３８７ｍｍ
【００６８】
＜定着ベルト＞
基体：ポリイミド（ＰＩ）
弾性層：シリコーンゴム
表層：フッ素樹脂チューブ
ベルト幅：３６３ｍｍ
【００６９】
上述した定着ローラー６１、加圧ローラー６５、及び定着ベルト６４を備える定着部６０に、所定枚数のＡ４用紙を通紙して、定着ローラー６１の耐久性を評価した。評価結果を表１に示す。
【００７０】
【表１】
2014219447.tif 000003
【００７１】
表１に示すように、テーパー部６１２ｂを第１のテーパー部Ｔ１と第２のテーパー部Ｔ２の組合せで構成することで、従来と同等以上の目標ライフを実現できる。特に、第１のテーパー部Ｔ１の傾斜角θについて言えば、２０°以上６５°以下である場合に耐久性の改善を期待でき、３０°以上５５°以下である場合にさらなる耐久性の改善を期待できる。また、第２のテーパー部Ｔ２の曲率半径Ｒについて言えば、第１の弾性層６１２の厚さｔ２の５０％以上２５０％以下である場合に耐久性の改善を期待でき、１００％以上２００％以下である場合にさらなる耐久性の改善を期待できる。
【００７２】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、実施の形態では、定着ローラーの表面硬度が加圧ローラーの表面硬度よりも低い場合について説明したが、本発明は、加圧ローラーの表面硬度が定着ローラーの表面硬度よりも低い場合にも適用できる。この場合は、加圧ローラーの両端にテーパー部が設けられる。
また、本発明は、定着ローラーと加圧ローラーとが直接圧接されることにより定着ニップが形成される場合にも適用できる。さらには、裏面側支持部材がベルト式のものである場合にも適用できる。
【００７３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７４】
１  画像形成装置
１０  画像読取部
２０  操作表示部
３０  画像処理部
４０  画像形成部
５０  用紙搬送部
６０  定着部
６１  定着ローラー
６２  加熱ローラー
６３  支持ローラー
６４  定着ベルト
６５  加圧ローラー
１００  制御部
６１１  第１の芯金
６１２  第１の弾性層
６１２ａ  直胴部
６１２ｂ  テーパー部
６５１  第２の芯金
６５２  第２の弾性層
Ｍ１  定着ローラーの有効長
Ｍ２  加圧ローラーの有効長
Ｔ１  第１のテーパー部
Ｔ２  第２のテーパー部
【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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