(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面付近に弾性体層を有し、回転可能に支持された加熱定着ロールと、
外周面が前記加熱定着ロールに押圧され、 トナー像を担持した記録シートが前記加熱定着ロールとの間に挟み込まれるニップを形成するエンドレスベルトと、
前記エンドレスベルトの内面側に当接され、 前記加熱定着ロールの表面に沿って前記エンドレスベルトを押圧する圧接面を備えた圧力付与部材と、
前記圧力付与部材の下流側で前記エンドレスベルトを押圧する加圧ロールと有し、
前記圧力付与部材は、ベースプレートと、その上に積層された弾性層とを含み、該弾性層は、前記エンドレスベルトの走行方向における下流側で走行方向の幅が前記ベースプレートより拡大され、該弾性層の後端部は、前記加圧ロールが前記エンドレスベルトに押圧される領域の近傍で該エンドレスベルトに押圧され、
前記圧力付与部材の圧接面に作用する圧力が、ニップ入口から下流側に行くにしたがって増大し、 前記圧力付与部材の後端部近傍で最大圧力となるように設定されていることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１に記載の定着装置において、
前記圧力付与部材の圧接面に作用する最大圧力領域では、前記加熱定着ロールによりトナーの粘性がガラス状からゴム状流動を生じる状態へ転移する温度に加熱されていることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の定着装置において、
前記圧力付与部材は、前記弾性体層の上に低摩擦層を備えていることを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれかに記載の定着装置において、
前記圧力付与部材の圧接面の形状は、前記エンドレスベルトに圧接されない状態で、上流側から徐々に曲率半径が減少するように形成されていることを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の定着装置において、
前記圧力付与部材の圧接面付近の弾性体硬度が上流側で低く、  下流後端側で高く設定されていることを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項３から請求項５までのいずれかに記載の定着装置において、
前記圧力付与部材の弾性体層の後端表面近傍に、前記エンドレスベルトを押圧する突出部を有していることを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項６に記載の定着装置において、
前記突出部は、前記圧力付与部材の弾性体層に支持された棒状硬質部材であることを特徴とする定着装置。
【請求項８】
請求項３から請求項７までのいずれかに記載の定着装置において、
前記圧力付与部材の後端側面に、該圧力付与部材の圧接面からの圧力によって生じる弾性体の変形を抑制するための補強板を有していることを特徴とする定着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複写機、プリンター、ファクシミリなどの電子写真方式を利用した画像形成装置において未定着トナー像を加熱定着する定着装置に係り、特にベルトニップ方式の定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、記録シート上に担持された未定着トナー像を加熱・溶融して定着する装置として、回転可能に支持された加熱定着ロールと、無端移動が可能に張架された加圧ベルトとを圧接し、これらの間に記録シートを送り込んで定着するものが知られている。
【０００３】
図７は、本願の出願人が提案し、特開平５−１５０６７９号公報に開示された定着装置を示す。この定着装置で用いられている加熱定着ロール１０１は、アルミニウムなどの熱伝導率の高い金属で形成された円筒状のコア１１２を有し、その表面に弾性体からなる被覆層１２０を形成したものである。被覆層１２０は、コア１１２の表面に直接被覆されたＨＶＴ（Ｈｉｇｈ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｖｕｌｃａｎｉｚａｔｉｏｎ）シリコーンゴムからなる下地層１１３と、その外側に被覆されたＲＴＶ（Ｒｏｏｍ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｖｕｌｃａｎｉｚａｔｉｏｎ）シリコーンゴムからなるトップコート層１１４とを積層したものである。
【０００４】
コア１１２の内部には、加熱源としてハロゲンランプ１０７が配置されている。また、加熱定着ロール１０１の表面には温度センサ１１１が配置され、被覆層１２０の表面の温度を計測する。そして、温度センサ１１１の計測信号により、図示しない温度コントローラが作動されてハロゲンランプ１０７の点滅が制御され、加熱定着ロール１０１の表面が所定の温度に調節されるようになっている。また、加熱定着ロール１０１の表面には、オイル供給装置１０９によって離型剤であるシリコーンオイルが供給されており、これによりシート１１５に未定着のトナー１１６の像を定着するときに、トナー１１６の一部が加熱定着ロール１０１にオフセットするのを防止するようになっている。
【０００５】
さらにこの定着装置においては、圧力ロール１０３が、圧縮コイルスプリング１０８によって加熱定着ロール１０１に対して押圧されている。また、加熱定着ロール１０１に向けて圧力補助ロール１０６が押圧されている。そして、圧力ロール１０３および圧力補助ロール１０６の付近にはロール１０４，１０５が配置されており、ロール１０４，１０５、圧力ロール１０３、圧力補助ロール１０６の周囲にはエンドレスベルト１０２が巻回されている。
【０００６】
圧力ロール１０３および圧力補助ロール１０６が加熱定着ロール１０１に対して圧接されていることによって、エンドレスベルト１０２は加熱定着ロール１０１に接触し、加熱定着ロール１０１とエンドレスベルト１０２との間が、シート１１５を通過させるためのニップ（ベルトニップ）となる。そして加熱定着ロール１０１およびエンドレスベルト１０２が、矢印に示すように回転すると共に、シート１１５が回転する加熱定着ロール１０１とエンドレスベルト１０２との間に搬送され、このシート１１５がベルトニップを通過する際に、ベルトニップに作用する圧力とハロゲンランプ１０７から加熱定着ロール１０１を通じて与えられる熱により未定着のトナー１１６がシート１１５上に定着されるようになっている。
【０００７】
このようなベルトニップ方式の構成を採用することにより、シート１１５がベルトニップの巾（図示の例では圧力ロール１０３と圧力補助ロール１０６で押さえられているベルトの長さ）に対応する時間加熱されるようになるので、加熱定着ロールと圧力ロールのみを圧接させてエンドレスベルト１０２を使用しない場合に比べると、シート１１５の搬送速度を大きくしても十分な定着時間を確保することが可能になるという利点がある。また、同じ搬送速度であれば、ベルトニップ方式の方が、エンドレスベルト１０２を使用しない方式よりも加熱時間が長くなり、トナーにより多量の熱を与えることができるため、ベルトニップ方式は特に多層のトナーを所望の色に発色させるカラー複写機の定着に適している。
【０００８】
また、この画像定着装置においては、加熱定着ロール１０１の表面に弾性体であるシリコーンゴムからなる被覆層１２０が形成されており、この被覆層１２０が圧力ロール１０３の圧接力を受けて圧接領域で局所的に歪むようになっている。すなわち、被覆層１２０の表面速度が局所的に大きくなるため、圧力ロール１０３の圧接領域においてシートと被覆層１２０との間に微小なズレが生じる。また、高温状態のトナー１１６は被覆層１２０へ付着しようとする傾向があるが、このときのズレによってトナー１１６と被覆層１２０との界面に微小なスリップが生じ、その付着が防止されていると考えられる。
【０００９】
これによって、シート１１５はトナー１１６と加熱定着ロール１０１との付着力に抗して加熱定着ロール１０１から剥離される。溶融されたトナーと加熱定着ロール１０１との表面の付着力は、両者の界面化学的な材料物性値にも左右されるので、シート１１５が剥離する挙動はトナーの種類や被覆層１２０の材質に応じて異なるが、この定着装置によると、剥離爪などの剥離手段を使用しなくても、シート１１５を加熱定着ロール１０１から剥離することができる（以下、これをセルフストリッピングという）。このため、腰が弱くて剥離しにくい薄紙や、多量のトナーが付着した用紙でも、セルフストリッピングさせることができる。
【００１０】
その他、ベルトニップ方式を採用した画像定着装置としては、特開昭５２−６９３３７号公報、特開昭６０−１５１６７７号公報、特開昭６０−１５１６８１号公報、特開昭６２−１４６７５号公報、特開平２−２２２９８２号公報、特開平２−３０８２８７号公報、特開平４−５０８８５号公報、特開平４−１１５２７９号公報、実開昭６０−１０４８５２号公報、実開平２−３０９６１号公報、実開平３−８６３７４号公報、実開平３−９２６６１号公報および実開平４−５０８６４号公報に記載されたものがある。
【００１１】
しかしながら、前述のベルトニップ方式の定着装置には、次のような問題がある。すなわち、現在主流となっている熱融着式のトナー１１６を利用した場合には、トナー１１６をシート１１５に融着させなければならないが、この加熱の際に暖まったシート１１５の繊維の間隙やトナー粒子の間隙から空気が熱膨張したり、水蒸気が発生してくる。このような空気や水蒸気は、シート１１５がベルトニップ内で加熱されることにより発生し、シート１１５がベルトニップを通過するまでベルトニップ内、具体的にはシート１１５と加熱定着ロール１０１またはエンドレスベルト１０２との間に気泡となって介在し、シート１１５がベルトニップを通過し終えると同時に外部に排出される。
【００１２】
このベルトニップ内では、図８に示すように、圧力ロール１０３による押圧部と圧力補助ロール１０６による押圧部との間に、圧接力の小さい領域が広く存在しており、この領域に気泡が介在すると、加熱定着ロール１０１とエンドレスベルト１０２との間にギャップが生じることがある。このようなギャップが生じると、ベルトニップ内にあるシート１１５上のトナー１１６がまだすべて定着していない状態では、内部の気泡が動き回ることによって未定着のトナー１１６が移動してしまう。このため、画像のニジミやズレ、乱れなどが発生するという問題点がある。したがって、圧力ロールおよび圧力補助ロールは、この空気や水蒸気の熱膨張を押さえてギャップが生じないだけの荷重を加えなければならない。
【００１３】
しかし、圧力ロール１０３と圧力補助ロール１０６との中間の圧接力の小さい部分においては、加熱定着ロール１０１とエンドレスベルト１０２との間にギャップが生じやすく、未定着のトナー１１６が移動するのを防止できる十分な圧力が与えられない。加熱定着ロールおよび加圧定着ロールを使用し、エンドレスベルトを使用しない従来方式では、圧力が大きいために、このような不具合が少ないが、ベルトニップ方式では、圧力を小さくしているだけに、気泡によりトナー１１６の像が乱される可能性も大きく、実際に使用した場合にも、気泡が原因と考えられる画像のニジミやズレ、乱れなどが発生している。
【００１４】
上記問題点を解決する手法として、本発明者らは特開平９−３４２９１号公報において、図９に示すような以下の内容の定着装置を提案している。
この定着装置は、表面付近に弾性体層１４０を有し、回転可能に支持された加熱定着ロール１２１と、外周面が加熱定着ロール１２１に押圧され、トナー像１３６を担持した記録シート１３５が加熱定着ロール１２１との間に挟み込まれるニップを形成するエンドレスベルト１２２と、該エンドレスベルト１２２の内面側に当接され、加熱定着ロール１２１の表面に沿ってエンドレスベルト１２２を押圧する圧接面を備えた圧力付与部材１２６とを有している。さらに、圧力付与部材１２６の下流側にはエンドレスベルト１２２を押圧する圧力ロール１０３を有している。なお、他の部材の構成は図７と同じものである。
【００１５】
また、上記圧力付与部材１２６の圧接面に作用する圧力は、加熱定着ロール１２１とエンドレスベルト１２２との間に取り込まれた気体の温度上昇による体積膨張を抑止する圧力以上に設定されている。この圧力付与部材１２６の圧接面に作用する圧力を、記録シート１３５やトナー粒子間にある空気や水蒸気の熱膨張を抑制することができる値以上にすることにより、ベルトニップ内での気泡の発生および成長を抑制でき、熱膨張した気泡によって未定着のトナー１３６が攪乱されるのを防止することができる。
【００１６】
このようにエンドレスベルト１２２と加熱定着ロール１２１との間の空気によるギャップの発生を防止するためには、圧力付与部材１２６によってベルト１２２を加熱定着ロール１２１に押え付け、ベルトニップ内の圧力を上昇させて、空気又は水蒸気の体積の増大を抑止するものである。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように図９に示す圧力付与部材１２６を設けることによって、大部分の画像の乱れを解決することが可能となった。しかし、その後本発明者らの詳細な実験によれば、シート材料としてコート紙等の透気度の低い用紙を用いた場合、上記対策だけでは完全に画像乱れを防止することができない事が判明した。
【００１８】
この原因については現在のところ明確にはなっていないが、本発明者らは以下の様な仮説をたてている。
それは、コート紙等の透気度の低い用紙上の未定着トナー像を定着する場合、未定着トナー層内に存在している空気はニップ内の圧力の低い部分、つまり圧力付与部材と加圧ロールとの境界領域に滞留する。この空気が部分的にシートと定着ロールとに界面に空隙を生じさせるとともに、完全に定着が完了していないトナー像を乱してしまうというものである。
【００１９】
普通紙の場合は透気度が大きいため、トナー層内に存在している空気は容積の大きい多孔質体である普通紙内部に保持されるか、または通過して逃げてしまうので、画像乱れの発生は少ないと考えられる。普通紙とコート紙の画像乱れの発生状況を、圧力付与部材の荷重および過熱定着ロールの温度をほぼ一定として比較すると、コート紙の方が画像乱れが起きやすく、またコート紙の中でも透気度の小さい方が画像乱れが発生しやすいことが判明した。
【００２０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ベルトニップ内の空気の膨張や水蒸気の発生による画質劣化を防止し、記録シートの種類に左右されることなく安定してトナー像を定着することができる定着装置を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明に係る定着装置は、  表面付近に弾性体層を有し、回転可能に支持された加熱定着ロールと、  外周面が前記加熱定着ロールに押圧され、 トナー像を担持した記録シートが前記加熱定着ロールとの間に挟み込まれるニップを形成するエンドレスベルトと、  前記エンドレスベルトの内面側に当接され、 前記加熱定着ロールの表面に沿って前記エンドレスベルトを押圧する圧接面を備えた圧力付与部材と、  前記圧力付与部材の下流側で前記エンドレスベルトを押圧する加圧ロールと有し、  前記圧力付与部材は、ベースプレートと、その上に積層された弾性層とを含み、該弾性層は、前記エンドレスベルトの走行方向における下流側で走行方向の幅が前記ベースプレートより拡大され、該弾性層の後端部は、前記加圧ロールが前記エンドレスベルトに押圧される領域の近傍で該エンドレスベルトに押圧され、  前記圧力付与部材の圧接面に作用する圧力が、ニップ入口から下流側に行くにしたがって増大し、 前記圧力付与部材の後端部近傍で最大圧力となるように設定されているものとする。
【００２２】
請求項２に記載の発明は、  請求項１に記載の定着装置において、  前記圧力付与部材の圧接面に作用する最大圧力領域では、前記加熱定着ロールによりトナーの粘性がガラス状からゴム状流動を生じる状態へ転移する温度に加熱されているものとする。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、  請求項１又は請求項２に記載の定着装置において、
前記圧力付与部材は、前記弾性体層の上に低摩擦層を備えているものとする。
【００２４】
請求項４に記載の発明は、  請求項１から請求項３までのいずれかに記載の定着装置において、  前記圧力付与部材の圧接面の形状は、前記エンドレスベルトに圧接されない状態で、上流側から徐々に曲率半径が減少するように設定されているものとする。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、  請求項３又は請求項４に記載の定着装置において、  前記圧力付与部材の圧接面付近の弾性体硬度が上流側で低く、  下流後端側で高く設定されているものとする。
【００２６】
請求項６に記載の発明は、  請求項３から請求項５までのいずれかに記載の定着装置において、  前記圧力付与部材の弾性体層の後端表面近傍に、前記エンドレスベルトを押圧する突出部を有しているものとする。
【００２７】
請求項７に記載の発明は、  請求項６に記載の定着装置において、  前記突出部は、前記圧力付与部材の弾性体層に支持された棒状硬質部材であるものとする。
【００２８】
請求項８に記載の発明は、  請求項３から請求項７までのいずれかに記載の定着装置において、  前記圧力付与部材の後端側面に、該圧力付与部材の圧接面からの圧力によって生じる弾性体の変形を抑制するための補強板を有しているものとする。
【００２９】
以上のように、本発明者らは、流体は圧力の高い方から低い方へ移動するという基本的考えに基づき、圧力付与部材の圧力分布をニップ入口側では低く、そして下流側に行くに従って圧力が上昇し、圧力付与部材の下流側で最大圧力となるように設定することによって、コート紙の画像乱れを防止しようとするものである。
さらに最大圧力領域では、トナーの粘性がガラス状からゴム状流動を生ずる状態へ転移する温度に加熱されていれば、トナー粒子相互間の付着力が発生し、トナー粒子の移動が容易には起こらなくなる。
【００３０】
このように圧力付与部材の最大圧力領域をニップ入口より極力遠ざけ、かつニップ入口側から下流側に行くに従って圧力が増大することによって、トナー層内部から脱気された空気は圧力の低い方、つまりニップ入口側に向かって流れ、大気中に逃げていくことになる。従来例のように圧力付与部材の圧力分布の一部に周囲より圧力の低い部分が存在する場合、すなわち、ニップの下流側に行くに従って圧力が増加していない構成では、大きな圧力に挟まれた低圧部分に空気が流れ込み、滞留した空気が動き回ることによって画像が乱れてしまうのである。
【００３１】
一般に、普通紙の様な透気性のあるシートに定着する場合は、圧力付与部材の圧力が全域で所定値（略０．３ｋｇ／ｃｍ２  ）以上であれば、空気がシートを通過して逃げたり、シート内に閉じ込められたりして、２つの最大圧力に挟まれた領域に空気が滞留することがないので、画像乱れは生じにくい。しかし、コート紙の様に透気度が低いシートの場合は、トナー層中で膨張した空気が逃げられないので、圧力付与部材の圧力を高くしても空気の滞留をなくすことが困難となる。特にカラー定着の場合は、発色させるためにトナー層内の空気を逃しながらトナー粒子を溶融合体させなくてはならず、画像乱れが生じやすい。
【００３２】
本願発明に係る定着装置では、圧力付与部材との圧接領域で加熱され、膨張したトナー層内およびシート内の空気の大部分は圧力の低い方向、つまりニップ入口側に向かって流れ出し、圧力ロールと圧力付与部材に挟まれた低圧部に流入する空気量は少なくなる。このため、たとえコート紙であっても画像のニジミやズレ、乱れを防止することが可能となる。
【００３３】
またトナーの温度を調整するため、圧力付与部材の幅は、エンドレスベルトが加熱定着ロールと当接されたニップ入口の位置から、トナーの粘性がガラス状からゴム状流動を生ずる状態へ転移する温度に加熱される位置まで設定されていることが望ましい。トナーの温度がゴム状流動が生ずるまで上昇すると、トナー粒子相互間の付着力が発生して、容易にトナー粒子の移動が起こらなくなる。したがって、圧力付与部材との接触域と圧力ロールとの接触域に挟まれた低圧部が存在しても、そこをトナーが通過するときは、すでにトナーはゴム状流動が生ずるまでになっているため、画像のニジミやズレ、乱れの発生はなくなる。
【００３４】
なお、圧力付与部材との接触圧力が下流側に行くに従って増大するような圧力分布を得るには、上述の請求項４乃至請求項８に記載した発明のように、圧力付与部材の構造上の工夫、または圧力付与部材の支持構造によって達成される。
以上のような構成により、透気度の低い記録シートであっても画像乱れの発生を防止することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００３６】
〈第１の実施形態〉
図１は、請求項１、請求項２、請求項３、又は請求項４に記載の発明の一実施形態である定着装置を示す概略構成図である。
この定着装置は、図１（ａ）に示すように、加熱源を内蔵した加熱定着ロール１と、圧力ロール１２及び２つの支持ロール１３、１４に張架され、上記加熱定着ロール１に圧接されるエンドレスベルト１５と、このエンドレスベルトの内面側に当接され、加熱定着ロール１の表面に沿ってエンドレスベルト１５を押圧する圧力付与部材１１とで主要部が構成されている。
【００３７】
上記加熱定着ロール１は、内部に円筒状のコア２を有しており、モータ６によって周方向に回転駆動されるものである。このコア２は、外径４７ｍｍ、内径４２ｍｍ、長さ３５０ｍｍのアルミニウムで形成されている。コア２の表面には、下地層３ａとして硬度４５°（ＪＩＳ−Ａ）のＨＴＶシリコーンゴムが厚さ１．０ｍｍで直接被覆され、さらにその上にトップコート層３ｂとしてＲＴＶシリコーンゴムが厚さ５０μｍでディップコートされている。これにより被覆層３が形成されており、被覆層３は鏡面状態に近い表面に仕上げられている。下地層３ａのゴムの硬度は、Ｔｅｃｌｏｃｋ社製のスプリングタイプのＡ型硬度計により、ＪＩＳ  Ｋ６３０１に準拠して、荷重１，０００ｇｆを付加して計測した結果である。なお、コア２としてはアルミニウムでなくても熱伝導率の高い金属製のものを使用することができ、被覆層３としては耐熱性の高い弾性体であれば他の材料を使用することができる。
【００３８】
コア２の内部には、加熱源として出力８５０ｗのハロゲンランプ５が配置されている。また、加熱定着ロール１の表面と対向する位置には温度センサ１０が配置され、この表面の温度を計測する。そして、温度センサ１０の計測信号により、図示しない温度コントローラによってハロゲンランプ５がフィードバック制御されて、加熱定着ロール１の表面が１５０℃に調節されるようになっている。
【００３９】
また、加熱定着ロール１の近傍にはオイル供給装置９が配設されている。オイル供給装置９は、離型剤を貯蔵するタンク９ａからスポンジ状の吸上げ部材９ｂ、ロール９ｃ，９ｄを通じて加熱定着ロール１の表面に離型剤を常に一定量供給する。これによりシート７に未定着のトナー８の像を定着するときに、トナー８の一部が加熱定着ロール１にオフセットするのが防止されている。オイル供給装置９によって供給される離型剤としては、粘度１０００ｃｓのジメチルシリコンオイル（商品名「ＫＦ−９６」：信越化学株式会社製）が使用される。
【００４０】
上記圧力付与部材１１は、図１（ｂ）に示すように、ベースプレート１１ａの表面に弾性層１１ｂと低摩擦層１１ｃとを積層して形成したものであり、ベースプレート１１ａ側に配置された圧縮コイルスプリング１６によって加熱定着ロール１に向けて押圧されている。ベースプレート１１ａは、幅（ベルトの走行方向）１２ｍｍ、長さ（紙面の垂直方向）３２０ｍｍ、厚さ５ｍｍのステンレス鋼製の部材である。
【００４１】
弾性層１１ｂは、ゴム硬度２３°のシリコーンスポンジ（シリコーンゴムの発泡体）からなり、幅（ベルトの走行方向）がベースプレート１１ａよりも徐々に拡大するように構成されている。なお、ここでゴム硬度は、高分子科学社製のアスカーＣタイプのスポンジ用ゴム硬度計により、荷重３００ｇｆを付加して計測した結果である。この弾性層１１ｂは、ベルトニップ域を圧力ロール１２のニップ域の近傍に近づけるために、圧力付与部材１１の圧力ロール１２側の部分が三角形状になっている。このような形状をとすることによって、圧力付与部材１１はなるべく広くエンドレスベルト１５と接触し、また圧力付与部材１１と圧力ロール１２との間の低圧部領域をできる限り狭くすることができる。
【００４２】
低摩擦層１１ｃとしては、ポリテトラフルオロエチレンを含浸させたガラス繊維シートである中興化成製の「ＦＧＦ−４００−４」（商品名）を用いている。ベルトニップにおける低摩擦層１１ｃの接触面の幅（ベルトの走行方向）は約１５ｍｍとなっている。
【００４３】
また上記圧力付与部材１１は、接触幅５ｍｍごとの曲率半径を上流側から２４ｍｍ、２２ｍｍ、２０ｍｍと徐々に小さくなるように形成したものである。このときの接触荷重は３４Ｋｇであり、最大圧力はニップ入口側から１０ｍｍのところで約１．０Ｋｇ／ｃｍ２  となっている。
【００４４】
また、この圧力付与部材１１の最大圧力領域では、加熱定着ロール１の熱によりトナーの粘性がガラス状からゴム状流動を生じる状態へ転移する温度まで加熱されるように、最大圧力領域のニップ入口側からの距離や記録シートの搬送速度が設定されている。これにより、圧力付与部材１１の最大圧力領域では、トナー粒子相互間に付着力が発生し、トナー粒子の移動が起こりにくくなる。
【００４５】
上記圧力付与部材１１は、弾性層１１ｂが設けられていることにより、低摩擦層１１ｃのエンドレスベルト１５と接触する接触面が加熱定着ロール１の外周面と整合可能になっている。すなわち、一定以上の荷重によって圧力付与部材１１を加熱定着ロール１に向けて押圧すれば、弾性層１１ｂが変形し、低摩擦層１１ｃの接触面が加熱定着ロール１の外周面に沿った形状に変形するようになっている。したがって、圧力付与部材１１が圧縮コイルスプリング１６によってエンドレスベルト１５を介して加熱定着ロール１に押圧されると、エンドレスベルト１５は加熱定着ロール１に隙間なく圧接される。ここでエンドレスベルト１５と加熱定着ロール１との接触面の幅は約１５ｍｍであり、接触面の軸方向の長さは３００ｍｍである。
【００４６】
上記エンドレスベルト１５は、ポリイミドフィルムにより厚さ７５μｍ、幅３００ｍｍ、周長１８８ｍｍに形成されている。このエンドレスベルト１５は、加熱定着ロール１と離れた位置に配置された圧力ロール１２及び支持ロール１３，１４の周囲に巻回されている。圧力ロール１２及び支持ロール１３，１４はステンレスによって形成されており、その直径は、それぞれ２３ｍｍ，１８ｍｍ，１８ｍｍである。
【００４７】
上記圧力ロール１２は、スプリング１７によってエンドレスベルト１５を介して加熱定着ロール１に押圧されている。圧力ロール１２で押圧されることによっって、加熱定着ロール１の被覆層３が局所的に弾性変形するようになっている。
【００４８】
次に、上記定着装置の動作について説明する。
上記定着装置では、図１中の右側において、図示しない転写装置によりシート７の上にトナー８の像が転写され、ベルトニップに向けてこのシート７が搬送されてくる。シート７は、ベルトニップの圧力付与部材１１の配置されている位置に侵入する。そして、ベルトニップに作用する圧力と、ハロゲンランプ５によって加熱定着ロール１を通じて与えられる熱により、トナー８の像がシート７上に定着される。
【００４９】
ここで、普通シートの場合には、ベルトニップを通過中にシート７が加熱されることにより、シート７の繊維間およびトナー８の粒子間に含まれていた空気や水分が膨張又は蒸発して、シート７と加熱定着ロール１との間に侵出し、この空気や水蒸気がベルトニップ内で気泡となって未定着のトナー８を攪乱することが懸念される。
【００５０】
しかし、本実施形態では、エンドレスベルト１５を圧力付与部材１１の接触面によって加熱定着ロール１に向けて押し付けており、この接触面が加熱定着ロール１の外周面とほぼ整合可能になっている。したがって、図１（ａ）に示すように、エンドレスベルト１５を加熱定着ロール１に対して隙間なく圧接することができ、これによってシート７やトナー８から空気や水蒸気が膨張してくるのを抑制することができる。このため、ベルトニップ内での気泡の発生および成長を抑制でき、成長した気泡によって未定着のトナー８が攪乱されるのを防止することができる。
【００５１】
これと同時に、圧力付与部材１１の接触面で大きな面積にわたって、エンドレスベルト１５と加熱定着ロール１との間に作用する圧接力を与えることができるので、ベルトニップ間を通過するシート７上のトナー８をエンドレスベルト１５と加熱定着ロール１とで確実に押さえて定着させることが可能である。このようにして、トナー像の乱れを防止しながら、トナー像を定着させることができる。すなわち、定着された画像にニジミやズレなどの乱れが生じるのを防止することが可能である。
【００５２】
ところで、コート紙などの透気性が低いシートを通過させる場合には、トナー層中の空気をベルトニップ内の圧力によって抑制することは難しい。シートの透気性が低いと、圧力を上げても空気をシート内部に保持することができず、空気の体積は若干減少するものの、その分圧力が増大し、周囲より圧力が低い部分に空気のよどみが生じることになる。この状態では画像乱れが生じてしまう。これを防止するため、本実施形態では、圧力付与部材の圧力分布をニップ入口側では低くして、後端に行くに従って増大し、圧力付与部材の下流側で最大圧力となるような圧力分布に設定している。すなわち、圧力付与部材の圧力分布を徐々に増加させて下流側で最大圧力とすることにより、空気は圧力の低いニップ入口側にスムーズに流れ、空気のよどみの発生が防止される。また、後方の圧力ロール１２との境に圧力の低い部分が生じても、空気は最大圧力に打ち勝ってその低圧部分に流れ込むことが少なくなる。このため、滞留した空気がトナー像を乱すことが防止され、良好な画質が得られる。
【００５３】
〈第２の実施形態〉
図２は、請求項１、請求項２、請求項３、又は請求項５に記載の発明の一実施形態である定着装置で用いられる圧力付与部材を示す概略構成図である。
この定着装置は、図１に示す定着装置とほぼ同じ構成であるが、圧力付与部材３１の構成が異なる。この圧力付与部材３１は、図１（ｂ）と同様に、ベースプレート３１ａの表面に弾性層３１ｂと低摩擦層３１ｃとを積層したものであり、ベースプレート１１ａ側に配置された圧縮コイルスプリングによって加熱定着ロールに向けて押圧されている。上記弾性層３１ｂとしては、複数の硬度を有した材料を用い、ベルトニップの上流側から低い硬度順に設定されている。固い弾性体で押圧された部分の圧力は相対的に柔らかい弾性体より高い圧力が得られるようになる。
【００５４】
本実施形態の弾性層３１ｂは、ベルトニップの上流側１０ｍｍまでの部分のゴム硬度は２３°で、下流側５ｍｍの部分のゴム硬度は４８°に設定されている。このときの接触荷重は３４Ｋｇであり、最大圧力はニップ入口から１０ｍｍのところで１．０Ｋｇ／ｃｍ２  となっている。なお、上記圧力付与部材３１の構成は図１に示す圧力付与部材１１と同じである。
【００５５】
このような定着装置では、圧力付与部材３１のゴム硬度を変えることによって、圧力付与部材３１の圧接面に作用する圧力が、ニップ入口から下流側に行くにしたがって増大し、圧力付与部材の後端部に近いところで最大値となる。圧力付与部材３１のエンドレスベルトと接触する面は、加熱定着ロールの外周面と容易に整合し、その下流側に圧力ロールが圧接されているので、トナー層内及びコート紙内の熱膨張した大部分の空気は圧力の低いニップ入口側にスムースに流れ、空気の滞留が防止される。また、圧力付与部材３１の最大圧力が大きいと、熱膨張した空気が圧力付与部材と圧力ロールとの境に流れ込むことが少なくなり、画質劣化の発生が防止される。
【００５６】
〈第３の実施形態〉
図３は、請求項１、請求項２、請求項３、請求項６又は請求項７に記載の発明の一実施形態である定着装置で用いられる圧力付与部材を示す概略構成図である。
この定着装置で用いられる圧力付与部材４１は、ベースプレート４１ａの表面に弾性層４１ｂおよび低摩擦層４１ｃを積層したものであるが、ベルトニップの下流側から１．２ｍｍの位置に、直径１．４ｍｍの銅製中実棒を幅３２０ｍｍに亘ってモールドした突出部４２を有している。突出部４２の表面は弾性体ゴム表面から約１ｍｍ突き出している。この圧力付与部材４１を接触荷重３７Ｋｇで押圧した場合、ニップ巾は１５ｍｍであり、最大圧力はニップ入口から１３ｍｍのところで１．２Ｋｇ／ｃｍ２  となっている。なお、上記圧力付与部材４１の他の構成は図１に示す圧力付与部材１１と同じである。
【００５７】
このような定着装置では、突出部４２がエンドレスベルトに押圧されることによって、ベルトニップに作用する圧力が、ニップ入口から下流側に行くにしたがって増大し、圧力付与部材４１の後端部に近いところで最大値となる。このため、トナー層内及びコート紙内の熱膨張した大部分の空気は圧力の低いニップ入口側にスムースに流れ、圧力付与部材と圧力ロールの境に空気が流れ込むことがなくなり、画質劣化の発生が防止される。
【００５８】
〈第４の実施形態〉
図４は、請求項１、請求項２、請求項３又は請求項８に記載の発明の一実施形態である定着装置で用いられる圧力付与部材を示す概略構成図である。
この定着装置で用いられる圧力付与部材５１は、ベースプレート５１ａの表面に弾性層５１ｂおよび低摩擦層５１ｃを積層したものであるが、これらの下流側に弾性層５１ｂの変形を抑制する規制板（補強板）５１ｄを設けたものである。弾性層５１ｂは、下流側が三角形状の弾性部材からなり、加熱定着ロールに圧接された時にたわみ易いため、規制板５１ｄによって弾性部材の変形を防止するものである。規制板５１ｄは、ステンレス製で厚さ０．２ｍｍ、幅３２０ｍｍであり、その下端を圧力付与部材のベースプレート５１ａにネジ止めされている。
【００５９】
荷重をかけない状態では、規制板５１ｄと三角形状の弾性層５１ｂとの間には０．５ｍｍの隙間が形成されている。これを接触荷重３７Ｋｇで押圧した場合、三角形状の弾性層５１ｂがたわんで規制板５１ｄに接触してそれ以上のたわみは規制される。その時のエンドレスベルトとのニップ巾は１５ｍｍであり、最大圧力はベルトニップ入口から１３ｍｍのところで１．２Ｋｇ／ｃｍ２  となっている。
【００６０】
このような定着装置では、規制板５１ｄによってベルトニップでの圧力付与部材５１の変形が抑制されるので、ベルトニップで圧力分布が変動するのを防止することができる。このため、熱膨張した空気や水蒸気が圧力ロールとの間の低圧部分に流れ込むのを防止することができ、空気の滞留による画質劣化の発生を回避できる。
【００６１】
なお、上記第１の実施形態から第４の実施形態の構成は単独であっても良いが、それぞれを組み合わせても良い。組み合わせた場合には、相乗効果として、より確実に画質劣化の発生を防止できる。
【００６２】
次に、上記定着装置の効果を確認するために、ベルトニップの圧力分布と画像乱れの有無をシートの種類を変えて測定した実験の結果を説明する。
上記第１の実施形態から第４の実施形態までの圧力付与部材の接触幅、荷重、最大圧力、及び最大圧力位置をまとめて表１に示す。さらに、第５の実施形態として、第３の実施形態で用いられた突出部と、第４の実施形態で用いられた規制板とを組み合わせた場合についても同様に実験を行った。このとき、押圧荷重は４０ｋｇで、ニップ幅は１５ｍｍ、最大圧力はニップ入口側から１３ｍｍのところで１．５Ｋｇ／ｃｍ２  とした。また、比較のため、従来の図９に示す圧力付与部材についても同様に実験を行った。このとき、弾性層はゴム硬度２３°で、厚さ５ｍｍ、圧力付与部材の表面の曲率半径は２４ｍｍとなるように設定した。
【００６３】
【表１】
0003596244.tif 000002
【００６４】
図５は、表１に示す６つの場合について、ベルトニップの圧力分布を調べた結果を示したものである。
この図に示すように、従来タイプではベルトニップの圧力分布は圧力ロールの側で徐々に低下してしまい、圧力付与部材の最大圧力作用域と圧力ロールの最大圧力作用域に挟まれた領域が大きいことがわかる。このため、トナー層内に存在した空気が両方の最大圧力に阻まれて、この低圧領域に滞留してしまうことがわかる。
【００６５】
一方、第１の実施形態から第５の実施形態に示す構成では、圧力付与部材の圧接面に作用する圧力が、ニップ入口から下流側に行くにしたがって増大し、圧力付与部材の後端部近傍で最大圧力となっている。このため、ベルトニップのトナー層内及びコート紙内の熱膨張した大部分の空気は圧力の低いニップ入口側にスムーズに流れ、圧力付与部材と圧力ロールの境の低圧部分に空気が流れ込むのを防止できる。また、第３の実施形態から第５の実施形態のように、圧力付与部材の後端部近傍の最大圧力が大きいほど、熱膨張した空気がその最大圧力に打ち勝って、圧力付与部材と圧力ロールとの低圧部分に流れ込むことが少なくなる。特に、第５の実施形態では、二つの実施形態の構成を組み合わせることによって、その相乗効果により圧力付与部材の後端部近傍の最大圧力が大きくなる。このため、圧力付与部材と圧力ロールとの境の低圧部分に空気が流れ込むのをより確実に防止できる。
【００６６】
次に、上記６つの場合について、画像乱れの発生状況をシートの種類を変えて測定した結果を表２に示す。さらに、比較例として、上記実施形態のようなニップ入り口から後方に向かって圧力が徐々に増大する構成ではなく、図６に示すように、圧力付与部材に突起部を２個所設けて、その部分の圧力分布に凹凸を作成した場合についても同様に実験を行った。
【００６７】
【表２】
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【００６８】
表２の結果より、第３の実施形態と第４の実施形態、及びこれらを組み合わせた第５の実施形態の場合では、いずれの透気度のコート紙においても画像ずれを防止できることが判明した。また、第１の実施形態と第２の実施形態の場合でも、従来タイプと比較すると、透気性が比較的高いコート紙において画像ずれを防止できることが判明した。これらの結果を圧力分布との相関で見ると、最大圧力がニップ入口より下流側へ遠く、またその値が大きいほど画像乱れが発生しにくいことがわかる。
【００６９】
最大圧力がニップ入り口より下流側へ遠い場合は、トナー層内およびコート紙内の熱膨張した大部分の空気は圧力の低いニップ入り口側にスムーズに流れるので、圧力附与部材と圧力ロールの境の低圧部分に空気のよどみが発生するのを防止できる。これは、圧力付与部材の最大圧力が大きいほど、熱膨張した空気がその最大圧力に打ち勝って、圧力附与部材と圧力ロールとの低圧部分に流れ込むことが少なくなるからであると考えられる。
【００７０】
また、比較例として、圧力付与部材に突起部を２個所設けた場合は、すべてのコート紙において圧力分布の小さい部分で空気のよどみを生じてしまい、画像乱れが発生することが判明した。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本願発明に係る定着装置では、圧力付与部材の圧接面に作用する圧力が、ニップ入口から後方に行くにしたがって増大し、その後端部で最大圧力となる様な圧力分布に設定されているので、ニップ内の圧力付与部材と圧力ロールとの境の部分に空気が流れ込むことがなく、画像乱れの最も発生しやすいコート紙においても画像乱れを防止することが可能となる。このため、定着装置の記録シートの適用範囲が拡大し、その工業的価値はさらに拡大するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１、請求項２、請求項３または請求項４に記載の発明の一実施形態である定着装置およびこれに用いられる圧力付与部材を示す概略構成図である。
【図２】請求項１、請求項２、請求項３または請求項５に記載の発明の一実施形態である定着装置で用いられる圧力付与部材を示す概略構成図である。
【図３】請求項１、請求項２、請求項３、請求項６または請求項７に記載の発明の一実施形態である定着装置で用いられる圧力付与部材を示す概略構成図である。
【図４】請求項１、請求項２、請求項３または請求項８に記載の発明の一実施形態である定着装置で用いられる圧力付与部材を示す概略構成図である。
【図５】上記実施形態の定着装置におけるベルトニップの圧力分布を示す図である。
【図６】上記実施形態の比較例の定着装置におけるベルトニップの圧力分布を示す図である。
【図７】従来の定着装置の一例を示す概略構成図である。
【図８】図７に示す定着装置におけるベルトニップの圧力分布を示す図である。
【図９】従来の定着装置の他の例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１  加熱定着ロール
２  コア
３  被覆層
５  ハロゲンランプ
６  モータ
７  シート
８  トナー像
９  オイル供給装置
１０  温度センサ
１１、３１、４１、５１  圧力付与部材
１２  圧力ロール
１３、１４  支持ロール
１５  エンドレスベルト
１６、１７  圧縮コイルスプリング
４２  突起部
５１ｄ  規制板
【図１】
0003596244.tif 000004
【図２】
0003596244.tif 000005
【図３】
0003596244.tif 000006
【図４】
0003596244.tif 000007
【図５】
0003596244.tif 000008
【図６】
0003596244.tif 000009
【図７】
0003596244.tif 000010
【図８】
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【図９】
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