(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部材に回転軸が位置固定された状態で駆動源によって回転駆動される加圧ローラと、
前記加圧ローラの軸方向両端部に配設されて前記加圧ローラを回転自在に支持する一対の軸受け部と、
前記加圧ローラの両端に芯金陸部分を残した状態で前記加圧ローラの外周面に前記芯金陸部分と隙間なく連続するように配設された弾性材と、
前記加圧ローラと対向状態で回転可能に配設された定着ベルトと、
前記弾性材の軸方向長さを越える長さを有し、前記定着ベルトの内側において前記加圧ローラに対して接離可能に配設された定着パッドと、
前記定着パッドを前記定着ベルトを伴って前記加圧ローラに向けて付勢する付勢手段と、
前記付勢手段により前記定着パッドが前記加圧ローラに最接近する位置を前記一対の軸受け部に前記定着パッドの両端部が当接することで規制するストッパ部とを有し、
前記定着パッドが前記加圧ローラに向けて前記付勢手段で押圧されている状態での前記弾性材の変形率を２０％以下とし、
前記ストッパ部により前記定着パッドの最接近位置を維持した状態で、前記加圧ローラの前記弾性材と、前記定着パッドで押圧された前記定着ベルトとの間に形成される定着ニップに、トナー像を有する転写材を通過させることで、前記トナー像を前記転写材に定着するようにし、かつ、前記定着パッドに作用する前記付勢手段の付勢力を少なくともジャム処理時に解除可能にしたことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記定着パッドが、前記弾性材の軸方向長さを越える長さを有し、前記定着パッドの両端部が、前記加圧ローラの前記弾性材がない両端部の芯金に当接することで前記ストッパ部の機能を果たすことを特徴とする請求項１の定着装置。
【請求項３】
前記定着パッドの軸方向中央部の押圧面が、前記加圧ローラ側に膨れた凸形状とされていることを特徴とする請求項１又は２の定着装置。
【請求項４】
トナー外添剤としてオイル含有シリカを後処理に用いたトナーを使用することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項の定着装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項の定着装置を有す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、定着装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置に使用される定着装置は、定着ベルトがローラに掛け渡されていないＦＢＮ（Free Belt Nip）方式、定着ベルト方式以外の耐熱性離型層を用いたＳＵＲＦ方式等が知られている。また、ウォームアップ時間を短縮し省エネモード（スリープ状態）からの素早い画像形成を可能にするＱＳＵ（Quick Start-Up）方式などの、ＡＣ−ＴＥＣ（Typical Electricity Consumption）値に優れたパッド定着方式も知られている。
【０００３】
特許文献１（特開２００４−２８６９３２号公報）にパッド定着方式の定着装置が開示されている。この定着装置は、モータで回転駆動される加圧ローラ、熱源を内蔵した加熱ローラ、加圧ローラに対向して配設されたニップ形成部材、加熱ローラとニップ形成部材との間に周回可能に掛け回された定着ベルトを有する。
【０００４】
特許文献１の定着装置では、ニップ形成部材で支持した定着ベルトに対して加圧ローラを押し当てた状態で、当該加圧ローラを回転させることにより定着ベルトを従動回転させる。定着ベルトと加圧ローラとの間に形成された定着ニップに、トナー像を担持した転写材を通紙することで、トナー像を溶融して転写材に定着させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のパッド定着装置では、加圧ローラの外周面に配設されている弾性材が熱膨張することでニップ圧が部分的に変動し、この圧力変動の影響で定着ニップの軸方向の圧力分布を一定にすることが困難であった。このため、定着ベルトの軸方向寄り移動により定着ベルトが端部破損したり、ジャム発生したりする課題があった。
【０００６】
本発明の目的は、加圧ローラの弾性材が熱膨張しても一定のニップ圧を維持可能とし、もって定着ベルトの軸方向寄り移動を抑制して定着ベルトの端部破損及びジャム発生を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明は、支持部材に回転軸が位置固定された状態で駆動源によって回転駆動される加圧ローラと、前記加圧ローラの外周面に配設された弾性材と、前記加圧ローラと対向状態で回転可能に配設された定着ベルトと、前記定着ベルトの内側において前記加圧ローラに対して接離可能に配設された定着パッドと、前記定着パッドを前記定着ベルトを伴って前記加圧ローラに向けて付勢する付勢手段と、前記付勢手段により前記定着パッドが前記加圧ローラに最接近する位置を規制するストッパ部とを有し、前記ストッパ部により前記定着パッドの最接近位置を維持した状態で、前記加圧ローラの前記弾性材と、前記定着パッドで押圧された前記定着ベルトとの間に形成される定着ニップに、トナー像を有する転写材を通過させることで、前記トナー像を前記転写材に定着するようにしたことを特徴とする定着装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、加圧ローラの弾性材の熱膨張に関わらず、当該弾性材に対する定着パッドの押し込み量を一定にすることができる。したがって、加圧ローラの軸方向全体にわたって、一定の定着ニップ幅と一定の定着ベルトテンションを実現することができ、これにより定着ベルトの軸方向移動を抑制して定着ベルトの端部破損を防止し、また通紙パスの方向変化を防止してジャム発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態に係る定着装置の概略断面図である。
【図２Ｂ】定着装置及び端部支持板の斜視図である。
【図３】図２の定着装置の平面図であって、（Ａ）は定着ベルトが加圧ローラから離間した状態、（Ｂ）は定着ベルトが加圧ローラに当接した状態、（Ｃ）は定着ベルトが加圧ローラに当接し、かつ、定着パッドが加圧ローラに当接した状態を示す平面図である。
【図４】本発明の変形実施形態を示す図３と同様の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。なお、本発明の実施の形態を説明するための各図面において、同一の機能又は形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すことにより一度説明した後ではその説明を省略する。
【００１１】
（画像形成装置）
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る画像形成装置の全体構成及び動作について説明する。本実施形態に係る画像形成装置１は、一般的な電子写真方式のカラープリンタである。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。モノクロプリンタや、その他のプリンタ、複写機、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等の画像形成装置にも本発明の構成を適用可能である。
【００１２】
画像形成装置１の装置本体の中央には、画像形成部としての４つのプロセスユニット２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋが配置されている。各プロセスユニット２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋは、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）の異なる色の現像剤を収容している以外は同様の構成となっている。
【００１３】
具体的に、各プロセスユニット２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋは、潜像担持体としての感光体と、感光体の表面を帯電させる帯電手段としての帯電装置と、感光体の表面に現像剤を供給する現像手段としての現像装置と、感光体の表面をクリーニングするクリーニング手段としてのクリーニング装置等を備える。
【００１４】
現像剤としては、例えば、外添剤としてオイル含有シリカを含むトナーを用いることができる。当該トナーは、粉砕トナー又は重合トナーのどちらでもよい。実施形態では、トナー１００部に対して、疎水シリカＲＹ５０（アエロジル製）を２部添加し、２０Ｌヘンシェルミキサーで周速４０ｍ／ｓｅｃ、５分間の混合処理を行なったものを使用する。その後、当該混合物を目開き７５ミクロンの篩にかけることで現像剤トナーを得た。
【００１５】
また、各プロセスユニット２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋは、画像形成装置１の装置本体に対して着脱可能に構成されている。本実施形態では、図１の一点鎖線で示すように、装置本体の上部カバー３を上方へ回動させて開くことで、各プロセスユニット２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋを上方へ取り外したり、反対に上方から取り付けたりすることができるようになっている。
【００１６】
各プロセスユニット２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋの上方には、感光体の表面を露光する露光装置４が配置されている。露光装置４は、上部カバー３に取り付けられており、上部カバー３を開くと、上部カバー３と一緒にプロセスユニット２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋの上方付近から退避する。このように構成することで、露光装置４がプロセスユニット着脱作業の妨げにならないようにしている。
【００１７】
さらに、画像形成装置１は、転写材としての用紙を供給する転写材供給手段としての給紙装置５と、作像動作により形成された画像を用紙に転写する転写手段としての転写装置６を備える。また、画像形成装置１は、用紙上に画像を定着する定着手段としての定着装置７と、画像を装置外に排出する転写材排出手段としての排紙ローラ８を備える。
【００１８】
転写装置６は、無端状の中間転写ベルト９と、一次転写手段としての４つの一次転写ローラ１０と、二次転写手段としての二次転写ローラ１１等で構成されている。４つの一次転写ローラ１０は、中間転写ベルト９を介して各プロセスユニット２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋの感光体に接触している。これにより、中間転写ベルト９と各感光体との接触部にて一次転写ニップが形成されている。二次転写ローラ１１は、中間転写ベルト９を掛け渡すローラの１つに対して中間転写ベルト９を介して接触し、当該接触部に二次転写ニップが形成されている。
【００１９】
また、本実施形態では、二次転写ローラ１１が、開閉可能な正面カバー１２に取り付けられている。このため、図１の一点鎖線で示すように、正面カバー１２を前方へ回動させて開くと、これに伴って二次転写ローラ１１が中間転写ベルト９から離間する。このように構成することで、二次転写ニップにおける紙詰まり処理が行いやすくなる。
【００２０】
続いて作像動作について説明する。作像動作が開始されると、各プロセスユニット２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋにて各色の画像が形成される。詳しくは、各プロセスユニット２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋにおいて、感光体が回転駆動され、帯電装置によって感光体の表面が所定の極性に一様に帯電される。
【００２１】
次いで、露光装置４によって、感光体の表面が露光され、静電潜像が形成される。このとき、露光装置４が露光する画像情報は、所望のフルカラー画像を、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの色情報に分解した単色の画像情報である。そして、現像装置によって、各感光体上の静電潜像にトナーが供給され、静電潜像がトナー画像として現像（可視像化）される。
【００２２】
各感光体上に形成されたトナー画像は、一次転写ニップにて中間転写ベルト９上に順次重ね合わせて転写される。中間転写ベルト９に転写しきれなかった各感光体上のトナーは、クリーニング装置によって除去される。その後、中間転写ベルト９上のトナー画像は、二次転写ニップにて、給紙装置５から供給されてきた用紙に対して一括して転写される。そして、二次転写ニップを通過した用紙は定着装置７へと搬送され、用紙上のトナー画像が定着装置７によって定着される。その後、用紙は、排紙ローラ８によって装置外へ排出される。
【００２３】
以上の説明は、用紙上にフルカラー画像を形成するときの画像形成動作である。しかし、前記画像形成装置はフルカラー画像以外も形成可能である。例えば４つのプロセスユニット２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋのいずれか１つを使用して単色画像を形成したり、２つ又は３つのプロセスユニットを使用して、２色又は３色の画像を形成したりすることも可能である。
【００２４】
（定着装置）
以下、本発明の定着装置７の実施形態を図２Ａ、図２Ｂ及び図３により説明し、続いて定着装置７の変形実施形態を図４により説明する。実施形態に係る定着装置７はパッド定着方式である。この定着装置７は本体に対して着脱可能とされている。
【００２５】
定着装置７の軸方向におけるニップ幅を均一にするため、本実施形態では、従来と異なり、駆動源に連結された加圧ローラ７６の軸芯を位置固定する。その代わりに、定着パッド７４を加圧ローラ７６に対して接近離反可能（接離可能）に構成し、付勢手段８１の力で定着パッド７４を加圧ローラ７６に押し込むことで所定幅の定着ニップＮを形成する。
【００２６】
定着パッド７４を加圧ローラ７６に単に押し込むだけでは、加圧ローラ７６の弾性材７６ａが熱膨張すると当該熱膨張で定着パッド７４が押し返されて押し込み量が変化する。そうすると定着ベルト７３のテンションが変化し、当該テンションの変化のために定着ベルト７３が軸方向に移動して定着ベルト７３の端部が破損する。また、前記テンションの変化で通紙パスの方向が変わることでジャムが発生する。
【００２７】
したがって、加圧ローラ７６の弾性材７６ａの熱膨張に関わらず定着パッド７４の押し込み量が変化しない構造が必要である。そこで本発明の実施形態では、加圧ローラ７６の弾性材７６ａの熱膨張に関わらず当該弾性材７６ａに対する定着パッド７４の押し込み量が変化しない定着装置７を提供する。
【００２８】
前述のように、本発明の実施形態は定着パッド７４を加圧ローラ７６の弾性材７６ａへ押し込むことで定着ニップＮを形成する。当該定着パッド７４を押し込む際、定着パッド７４が定着ベルト７３を介して加圧ローラ７６と最初に接触する部分は、弾性材７６ａのある部分である。
【００２９】
定着パッド７４は定着ベルト７３よりも軸方向長さが長く、定着パッド７４の両端部は定着ベルト７３の両側に所定長さ突き出している。この定着パッド７４の両端部が、前記最初の接触の次に、加圧ローラ７６の両端部の弾性材７６ａがない芯金陸部分７６ｃに当接する。当該定着パッド７４の両端部の芯金陸部分７６ｃへの当接により、定着パッド７４の押し込みが停止する。すなわち芯金陸部分７６ｃが、付勢手段８１により定着パッド７４が加圧ローラ７６に最接近する位置を規制するストッパ部を構成する。
【００３０】
この当接状態で加圧ローラ７６と定着パッド７４の相対軸間距離が一定に定まる。このため、加圧ローラ７６の弾性材７６ａが熱膨張を起こしても、当該熱膨張を抑え込む強い力で定着パッド７４を押し込んでいる限り、加圧ローラ７６の弾性材７６ａに対する押し込み量を一定・不変に維持することができる。
【００３１】
定着装置７は、ハロゲンヒータ等の熱源７２を内蔵した加熱ローラ７１、定着パッド７４、定着パッド７４が取り付けられる補強ステー７５、加熱ローラ７１と定着パッド７４との間に周回可能に掛け回された定着ベルト７３を有する。また、定着装置７は、定着パッド７４と対向して配設された加圧ローラ７６、定着ベルト７３の温度を検知する温度センサ７８、加熱ローラ７１と補強ステー７５を支持する端部支持板６２１を有する。定着ベルト７３の温度が高くなりすぎると温度センサ７８がこれを検知して熱源７２の電力を遮断する。
【００３２】
定着パッド７４が、定着ベルト７３を介して、加圧ローラ７６との間で定着ニップＮを形成する。加熱ローラ７１の熱が定着ベルト７３に伝達し、図２の定着ニップＮに対して下側から上向きに導入された転写材Ｐのトナー像Ｔを、定着ベルト７３の熱で溶融し、定着する。定着ニップＮの上流側には搬送ガイドが配置され、また定着ニップＮの下流側には分離手段と搬送ガイドが配置されている。
【００３３】
加熱ローラ７１の回転軸と、加圧ローラ７６の回転軸は、定着装置１に配設された支持体に位置固定で支持されている。加熱ローラ７１の回転軸は図２Ｂのように支持体である端部支持板６２１の円形穴６２１１に支持され、加圧ローラ７６の回転軸は図３のように支持体である別の支持板の軸受８０に支持されている。加熱ローラ７１と加圧ローラ７６は、それぞれ、画像形成装置に設けられた駆動源としての別々のモータにギヤ列などを介して連結されている。
【００３４】
定着ベルト７３は、基本的に、駆動源により回転する加圧ローラ７６の作用で連れ回り回転するが、加熱ローラ７１の回転によっても駆動される。すなわち、定着ニップＮで加圧ローラ７６の駆動力が定着ベルト７３に伝達されることによって定着ベルト７３が連れ回り回転し、定着ニップＮと反対側で定着ベルト７３が加熱ローラ７１の回転によっても補助的に駆動される。
【００３５】
ここで加熱ローラ７１は、加圧ローラ７６よりも、周速にして１〜１０％、定着ベルト７３と同じ方向に増速して駆動可能とされている。下限の１％は、誤差分を含めた場合でも＋１％以上の増速となることを意味する。このように増速駆動可能に構成した理由は以下の通りである。従来、定着ベルト７３を駆動する構成は、モータに連結された加圧ローラ７６の駆動力で定着ベルト７３を連れ回り駆動する構成が一般的であった。この場合、加熱ローラ７１は従動回転するのみである。
【００３６】
しかし、定着ベルト７３は印字時すなわち定着ニップＮに用紙が介在する時が最もベルト搬送性が不安定になる。従来のように加圧ローラ７６の駆動力のみで定着ベルト７３を連れ回り駆動すると、当該搬送不安定性を解消することが難しい。そこで、加熱ローラ７１の周速を加圧ローラ７６よりも若干速めることにより、定着ベルト７３の搬送性を安定化するのである。
【００３７】
（加圧ローラの回転軸の位置について）
本実施形態では、前述したように加圧ローラ７６の回転軸が定着装置７の支持体の軸受８０に位置固定で支持されている。従来のこの種の定着装置７では、一般的に、定着パッド７４が支持体に固定され、加圧ローラ７６の回転軸が定着パッド７４に対して接離可能に支持体に配設されている。本実施形態では以下の問題を回避するために、加圧ローラ７６の回転軸を支持体の軸受８０に位置固定で支持している。
【００３８】
すなわち、加圧ローラ７６が定着パッド７４に対して接離可能に配設されている場合、加圧ローラ７６の片側端部にギヤを取り付けて回転させると、その回転トルクを伝達する際にギヤ接線力も伝達する。そうすると、当該接線力で定着パッド７４に対する加圧ローラ７６の加圧力が増加したり減少したりする。また、当該接線力はギヤを取り付けた加圧ローラ７６の片側のみに作用するため、定着ニップ幅が軸方向で異なる原因にもなる。したがって、加圧ローラ７６の加圧力がギヤ側端部に向けて増加する場合は、ギヤ側端部に近づくにつれて定着ニップ幅が広くなるといった現象が起こる。
【００３９】
このように軸方向において、定着ニップ幅の左右差が発生すると、定着ベルト７３が片側に寄る傾向を持ち、定着ベルト７３が片側の端まで移動すると、定着ベルト７３端部が定着パッド７４の端部のベルト受けに乗り上げたり、当該ベルト受けとの接触摩擦で破損したりする。本実施形態で試験したところ、定着ニップ幅を５ｍｍ設定としたケースでは、ギヤ駆動側で定着ニップ幅が５．３ｍｍ、中央と非駆動側で定着ニップ幅が５ｍｍになった。そしてこの状態で定着ベルト７３を回転し続けると、１時間程度で定着ベルト７３端部が破損した。
【００４０】
このような問題を回避するためには、加圧ローラ７６の回転軸を位置固定することで、定着ニップ幅を軸方向で左右均等にする必要がある。本実施形態では、加圧ローラ７６の回転軸を位置固定にする一方、定着パッド７４を加圧ローラ７６に対して可動すなわち加圧ローラ７６に対して接離可能に配設している。以下、定着パッド７４の可動構造を図２Ｂの端部支持板を参照して説明する。
【００４１】
（端部支持板について）
図２Ｂは、定着装置７の加熱ローラ７１と補強ステー７５の両端を支持する支持部材としての端部支持板６２１の構成を示す図である。端部支持板６２１は摺動性と耐熱性がある樹脂等により矩形板状に形成されている。
【００４２】
本実施形態では端部支持板６２１の材料を、定着ベルト７３への攻撃性が小さいＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）としている。端部支持板６２１の材料は、この他にも、耐熱性を有し摺動性に優れる樹脂である液晶ポリマーやＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）等でも構わない。また、端部支持板６２１の材料を、耐熱性フッ素樹脂としてもよい。これにより、耐熱性と摺動性を両立でき、定着ベルト７３の長寿命化が可能になる。
【００４３】
端部支持板６２１は円形穴６２１１と矩形穴６２１２を横並びで有する。円形穴６２１１は加熱ローラ７１の回転軸の端部を回転可能に支持する軸穴である。矩形穴６２１２は補強ステー７５の端部を支持するステー支持穴である。
【００４４】
端部支持板６２１の上下両端縁には、凹溝６２１４と凹溝６２１５が形成されている。これら凹溝６２１４、６２１５は、定着装置７の板状フレームに端部支持板６２１を取り付けるためのものである。すなわち、板状フレームに形成された横向きの切欠き部の上下の縁に、端部支持板６２１の凹溝６２１４、６２１５が水平方向から係合可能とされている。
【００４５】
端部支持板６２１は同一形状のものが左右一対で互いに平行に配設されている。したがって、円形穴６２１１とステー支持穴６２１２を左右対称配置とすることができ、加熱ローラ７１と定着パッド７４の正確な平行出しが可能である。当該加熱ローラ７１と定着パッド７４の正確な平行出しにより、蛇行の原因となるベルト張力の左右偏差が防止され、定着ベルト７３の難蛇行性により当該定着ベルトの長寿命化が可能になる。
【００４６】
ステー支持穴６２１２は、補強ステー７５を図２Ｂで左右方向に摺動可能に支持することで、定着ベルト７３に所定の張力を付与することができる。ステー支持穴６２１２の横幅は、補強ステー７５よりもやや幅広に形成し、補強ステー７５を図２Ｂで右方向に付勢するばね等の付勢手段８１を配設する。
【００４７】
一対の端部支持板６２１の互いに対向する対向面は、蛇行規制部としての平面状の蛇行規制面６２１３とされている。この蛇行規制面６２１３は端部支持板６２１の片面全面に形成され、定着ベルト７３の左右両側縁の周方向全体が蛇行規制面６２１３に当接可能とされている。
【００４８】
本実施形態では加熱ローラ７１と補強ステー７５の支持部材である端部支持板６２１に蛇行規制面６２１３を形成しているので、定着装置７の小型低コスト化を図ることができる。なお、蛇行規制面６２１３は必ずしも端部支持板６２１の片面全面に形成する必要はない。定着パッド７４とは反対側の少なくとも円形穴６２１１の回りなどの必要領域にのみ形成してもよい。これにより蛇行規制面６２１３と定着ベルト７３との間の摩擦を低減することができる。
【００４９】
本実施形態では、定着ベルト７３の両端部全周の側方に端部支持板６２１が位置するため、定着ベルト７３の両端部全周が端部支持板６２１によって幅方向に規制される。すなわち、定着ベルト７３が図２Ｂで矢印Ｃ方向に蛇行した場合、最大で定着ベルト７３の一端全周縁が端部支持板６２１の蛇行規制面６２１３に当接して位置規制される。
【００５０】
（加熱ローラについて）
【００５１】
加熱ローラ７１は中空円筒状に構成されている。当該加熱ローラ７１は、アルミ、鉄、ステンレスなどの金属製パイプ材を加工して製作する。実施形態では所定径の鉄のパイプ材を所定長に切断して加熱ローラ７１とする。
【００５２】
加熱ローラ７１の内部の熱源７２は、ハロゲンヒータの他に、加熱ローラ７１との空隙が小さく、加熱ローラ７１端部もほとんどスキマがない構造であれば、抵抗発熱体やカーボンヒータを使用可能である。また熱源７２として電磁誘導加熱等も可能である。実施形態では５５０ｗのハロゲンヒータを用いた。
【００５３】
本実施形態の加熱ローラ７１は、加熱手段の見かけ直径より内径が１ｍｍ大きい円筒形としている。加熱ローラ７１の内面は、ハロゲンヒータなどからの輻射熱を吸収しやすくするために黒色塗装が施されている。
【００５４】
定着ベルト７３の内面には、定着パッド７４の摺動シート７７との摩擦軽減のために、シリコーンオイルやフッ素グリースなどを潤滑剤が塗布されている。このため、加熱ローラ７１と定着ベルト７３との間に潤滑剤が介在している場合がある。
【００５５】
加熱ローラ７１は積極的に回転することで定着ベルト７３の搬送を補助する目的もあるので、加熱ローラ７１の駆動力を定着ベルト７３にロスなく伝達するために、加熱ローラ７１の表面を少し粗して（例えば表面粗さＲａ１０以下）、潤滑剤を保持しやすくしてもよい。加熱ローラ７１の表面を粗らす方法としては、サンドブラストのように物理的に粗らす方法や、エッチングのように化学的に粗らす方法、あるいは、小径ビーズを混ぜた塗料を塗布する方法などあるが、何れの方法も採用することができる。
【００５６】
（定着パッドについて）
定着パッド７４は、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどの弾性体、又は耐熱性の樹脂、金属から構成することができる。定着パッド７４は、矩形断面で棒状の補強ステー７５に支持されている。当該補強ステー７５が、スプリングなどにより加圧ローラ７６に対して接近する方向に付勢されることで、定着パッド７４が加圧ローラ７６に対して押圧されている。
【００５７】
補強ステー７５の両端部には、レバー等の操作部材を連結することができ、当該操作部材により、補強ステー７５を前後動（図２Ａで左右動）させることができる。当該前後動により、加圧ローラ７６に対する定着パッド７４の押圧と押圧解除を切り替えることができる。定着パッド７４の押圧解除を、少なくともジャム処理時に可能とすることで、ジャムが発生した際、転写材Ｐを容易に取り除くことが可能になる。
【００５８】
定着パッド７４の形状は、図２Ａの断面に示すように、加圧ローラ７６側が円弧状に凸形状となった形状である。当該凸形状の加圧ローラ７６側への張り出し高さは軸方向中央部が最大であって、軸方向両端部よりも０．５ｍｍ程度徐々に凸形状になっている。そして軸方向中央部が最も大きな凸形状になっている。
【００５９】
これは、定着パッド７４とその構造体である補強ステー７５が、加圧ローラ７６から受ける反力によって、軸方向中央部で最大曲げ撓みが発生するため、当該最大曲げ撓みによる軸方向中央部の定着ニップ圧不足を解消するために凸形状を設定している。なお補強ステー７５によって定着パッド７４に付与する荷重の大きさ、補強ステー７５の構造及びＡ３、Ａ４サイズといった転写材Ｐの大きさによって、凸形状の大きさが最大で０．５ｍｍ程度になる。
【００６０】
なお、定着ニップ幅の不均一化を防止するための別法として、加圧ローラ７６と定着パッド７４の両軸間距離を固定する方法も考えられる。この場合、転写材Ｐが定着ニップＮを通過する時も両軸間距離が不変であるため、比較的厚さが厚い転写材Ｐが通紙されると、加圧ローラ７６及び加熱ローラ７１の駆動トルクが急激に高まる。
【００６１】
駆動トルクが急激に高まると、モータにもよるが、駆動トルク不足により加圧ローラ７６及び加熱ローラ７１のの回転自体が停止したり、回転が遅くなったりする。加圧ローラ７６又は加熱ローラ７１の停止も減速も、画像出力には致命的となるため、加圧ローラ７６と定着パッド７４の両軸間距離を固定する方法は採用することができない。
【００６２】
図２において、定着パットの加圧側（右側）は、摺動シートを介して定着ベルト７３の内面と接触している。摺動シートと定着ベルト７３との間には、定着ベルト７３の回転を安定化するために必要に応じて耐熱性のグリースを潤滑剤として用いることができる。定着パットの加圧側を摺動シートなしで直接定着ベルト７３の内面と接触させることも可能である。この場合、定着パットの加圧側に必要に応じて摺動性の高い層をコーティングすることができる。
【００６３】
それらの部材が摺動シート又は摺動性の高い層をコート等により直接定着ベルト７３の内面と接触する。実施形態では樹脂パッドと摺動シートとした。また定着ベルト７３の内面と摺動シート間にはグリース又はシリコーンオイル等の潤滑剤を介して定着ベルトを摺動させる。
【００６４】
ここで摺動シートや定着ベルト７３を介して、加圧ローラ７６からの荷重を利用して定着ニップＮを構成し、この定着ニップＮ内における圧力と熱によりトナーを熱溶融させて定着することができる。
【００６５】
（定着ベルトについて）
定着ベルト７３の基材は、ポリイミド、ポリアミド、フッ素樹脂などの樹脂材料を用いることが出来る。実施形態ではポリイミドを用いた。定着ベルト７３は無端状のベルト又はフィルムとする。定着ベルト７３の表層はＰＦＡ樹脂層またはＰＴＦＥ樹脂などの離型層を有し、転写材Ｐ上のトナーが付着しないように離型性を持たせている。定着ベルト７３のポリイミド基材の裏面粗さ（加熱ローラ７１と接触する面の粗さ）はＲａ５以下とする。定着ベルト７３の内面にはシリコ−ンオイル又はグリースを塗布する。
【００６６】
また、定着ベルト７３の基材とＰＦＡ樹脂層（またはＰＴＦＥ樹脂）との間には、シリコーンゴム層などの弾性層を形成するようにしてもよい。実施形態では１８０μｍ厚みの弾性材７６ａと最表層に２０μｍ厚みのＰＦＡ（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共重合体）チューブを被覆した。
【００６７】
シリコーンゴム層がない場合は熱容量が小さくなり、昇温性が向上するが、未定着トナー画像を均一に押し潰すことが出来ず、定着の際に紙の表面の微妙な凹凸に応じた画像が残るという不具合が生じる。これを改善するには、シリコーンゴム層を１００μｍ以上設ける必要がある。シリコーンゴム層の変形により、微妙な凹凸が吸収されユズ肌画像が改善する。
【００６８】
定着ベルト７３に掛けるテンション荷重は、転写材ＰがＡ４サイズの場合１００〜２５０Ｎである。当該テンション荷重は、定着ベルト７３のスパンにテンションローラ、板バネ、クリーニングローラ等の部材を設置することにより付与する。
【００６９】
定着ベルト７３のテンション荷重は、小さ過ぎると定着ベルト７３と加熱ローラ７１との密着力が不十分になって加熱ローラ７１の駆動力が定着ベルト７３に伝わらずに定着ベルト７３のスリップが発生する。これとは反対にテンション荷重が大き過ぎても、定着パッド７４の角部で定着ベルト７３が折れ曲がることで定着ベルト７３のスリップが発生する。
【００７０】
なお、定着パッド７４の角部は、定着ベルト７３の折れ曲がり防止のためにＲ１以下の曲率を避けるのがよい。定着ベルト７３のテンションないし密着力は実際には測定できないので、０．５Ｎ／ｍから１０Ｎ／ｍのような加重管理を行うことで前記のような不具合が発生することなく良好なテンション設定ができる。
【００７１】
定着ベルト７３は、例えば内径が自然状態でφ２５ｍｍ以下の場合、定着ベルトをポリイミド基材で５０μ厚で構成し、当該厚みによる定着ベルト７３の強度を利用して、定着ベルト７３をテンションなしで楕円形状にするだけでもよい。
【００７２】
（加圧ローラについて）
加圧ローラ７６は、中空又は中実の金属ローラで構成されている。当該加圧ローラ７６は、アルミ、鉄、ステンレスなどの金属製パイプ材又は中実棒材を加工して製作する。実施形態では所定径の鉄のパイプ材を所定長に切断して加圧ローラ７６とする。
【００７３】
加圧ローラ７６の周面に、幅広で浅い溝７６ｂが周方向に形成されている。当該溝７６ｂ内に、定着ニップＮの幅や圧力等が確保するため、熱的に安定な弾性材７６ａが設けられている。当該弾性材７６ａの外表面に、転写材Ｐの離型性を得るために、離型層（ＰＦＡ樹脂層またはＰＴＦＥ樹脂層）を設けることができる。実施形態では、加圧ローラ７６の弾性材７６ａの厚みを６ｍｍとした。
【００７４】
前記弾性材７６ａは、例えばシリコーンゴム、ソリッドゴム又は発泡状のスポンジゴムで構成することができる。スポンジゴムを用いると断熱性が高まり、定着ベルトの熱が加圧ローラ７６の芯金に伝導し難くなる。定着ベルトの熱が芯金に伝導し難くなると、定着ベルトの温度制御の正確性が高まるため望ましい。
【００７５】
加圧ローラ７６は、溝７６ｂの外側の両端部に、弾性材７６ａがない芯金の陸部分７６ｃを有する。当該陸部分７６ｃの径Ｄａと弾性材７６ａの径Ｄｂを比べると、同径（Ｄａ＝Ｄｂ）であるか、弾性材７６ａの径Ｄｂの方が大きい（Ｄａ＜Ｄｂ）。
【００７６】
加圧ローラ７６の弾性材７６ａに向けて、前述したようにスプリングなどの付勢手段８１で付勢された定着パッド７４が圧着されているので、加圧ローラ７６の弾性材７６ａに定着パッド７４が食い込む形で弾性材７６ａが押し潰されて変形する。これにより、定着ニップＮにおいて所定のニップ幅が形成される。当該ニップ幅は例えば５ｍｍとすることができる。また、加圧ローラ７６の内部にハロゲンヒータなどの熱源を設けてもよい。実施形態ではハロゲンヒータは加熱ローラ７１の内部のみである。
【００７７】
（定着パッドの作動について）
定着パッド７４に付与する付勢手段８１の付勢力のうち、定着に必要な付勢力は加圧ローラ７６の弾性材７６ａに付与される。それ以外は加圧ローラ７６の軸方向両端部の芯金陸部分７６ｃに付与される。図３の（Ａ）のように、定着パッド７４に荷重を付与していない時は、定着ベルト７３と加圧ローラ７６は接しておらず、両者間に隙間がある。定着ベルト７３は、加熱ローラ７１と定着パッド７４との間に架け渡された状態で、スプリング等の付勢手段８１により常時テンションが掛けられている。定着ベルト７３の内面は摺動シート７７を介して定着パッド７４と密着している。
【００７８】
定着パッド７４に荷重を付与すると、図３の（Ｂ）のように加圧ローラ７６と対向している定着ベルト７３が加圧ローラ７６に近寄り、その後接触する。そして定着パッド７４及び定着ベルト７３が加圧ローラ７６の弾性材７６ａ部分を押し込み始める。その後、図３の（Ｃ）のように定着パッド７４の両端部が加圧ローラ７６の両端芯金陸部分７６ｃに接触すると、定着パッド７４の押し込みが終了する。
【００７９】
ここで、加圧ローラ７６の両端芯金陸部分７６ｃの高さや、弾性材７６ａの高さ乃至厚みを所望値に設定すれば、定着ベルト７３を介して弾性材７６ａに作用する荷重の大きさ、すなわち転写材Ｐのトナー像Ｔを定着させるのに必要な荷重の大きさを制御することが可能になる。実施形態では、定着パッド７４に付与する荷重を、所望値より１０〜２０Ｎ程度大きく設定する。
【００８０】
こうすることで、芯金陸部分７６ｃの高さや、弾性材７６ａの高さ乃至厚みのバラツキを考慮しても、定着ベルト７３を介して弾性材７６ａに狙い通りの荷重を付与することが可能である。この時の所望値は、定着ベルト７３の加熱後に加圧ローラ７６の弾性材７６ａが熱膨張した状態でトナー定着のため弾性材７６ａに作用することが必要な荷重値である。
【００８１】
加圧ローラ７６の弾性材７６ａと、加圧ローラ７６両端部の芯金陸部分７６ｃとは、隙間なく連続するように弾性材７６ａが配置されている。図３では弾性材７６ａの境界を明確にするため弾性材７６ａの両端に小さな隙間を意図的に図示するが、当該隙間は実際は設けない。仮に弾性材７６ａの両端部と加圧ローラ７６の溝７６ｂの縁部との間に隙間があると、弾性材７６ａに定着パッド７４が食い込むことで当該隙間がなくなるように弾性材７６ａが軸方向外側に変形する。そうすると、当該弾性材７６ａの変形により、定着ニップＮの軸方向両端部で圧力低下につながり、軸方向両端部で本来必要な定着ニップ圧力が得られないことで所期の定着性を確保することができなくなる。
【００８２】
また、弾性材７６ａの軸方向外側への変形により、当該変形部分の定着ニップ幅が狭くなり、紙シワの原因となる場合がある。このため、弾性材７６ａの両端部隙間ができないように弾性材７６ａの軸方向長さを設定する必要がある。
【００８３】
加圧ローラ７６の弾性材７６ａの径方向熱膨張量は、温度やゴム特性にもよるが、１５０℃から２００℃になると弾性材７６ａ厚みの約１０％程度の熱膨張量が発生する。実施形態では弾性材７６ａ厚みを６ｍｍとしたため、約０．６ｍｍだけ径方向外側（定着パッド７４側）に熱膨張する。弾性材７６ａが０．６ｍｍだけ定着パッド７４側に熱膨張すると、通常、定着パッド７４は０．６ｍｍ弱押し込み量が減少することになる。
【００８４】
定着ベルト７３は必要な大きさのテンションで掛け渡されているので、ゴム特性や付与荷重によっても異なるが、定着パッド７４が０．４ｍｍ前後押し戻されただけでも、その分だけテンション付与部材である板バネの作動範囲の増大となり、ベルトテンションが低下するおそれがある。そうすると定着パッド７４端部の蛇行規制用ツバ部と定着ベルト７３端部の接触幅が短くなり、その結果、定着ベルト７３の軸方向寄りに対して定着ベルト７３端部が破損しやすくなる。なお、本実施形態では前記蛇行規制用ツバ部を端部支持板６２１の蛇行規制面６２１３で構成する。
【００８５】
このように、加圧ローラ７６の熱膨張に対応した定着ベルト７３のテンション補償は板バネである程度対応可能ではあるが、安定したベルト走行は必ずしも保証されない。今回、加圧ローラ７６の熱膨張量を変化させて、定着ベルト７３端部が破損するかどうかを確認したところ、定着パッド７４が０．３ｍｍまで後退しても定着ベルト７３端部は破損することなく安定した通紙が行えた。
【００８６】
しかし、定着パッド７４が０．４ｍｍまで後退すると、１５００枚通紙（時間にして１時間程度、１８０ｍｍ／ｓにて３枚印字して小休憩を繰り返す）にて、定着ベルト７３の端部破損が確認された。このため、定着パッド７４の後退許容長さは、定着ベルト７３の端部破損に対する余裕も含めて設定することが必要であり、０．２ｍｍ以下の後退量に制限することが望ましい。
【００８７】
なお、転写材Ｐが定着ニップＮを通過する時、転写材Ｐの厚み分だけ定着パッド７４が後退する。転写材Ｐの厚みは０．０５から０．１ｍｍ程度であるため、前記定着パッド７４の後退規制量（０．２ｍｍ以下）と合わせて考えると後退許容量は０．１ｍｍ程度になるから、実質上、加圧ローラ７６の弾性材７６ａの熱膨張で定着パッド７４を後退させてはいけないことがわかる。
【００８８】
加圧ローラ７６端部の弾性材７６ａがない芯金の陸部分７６ｃに定着パッド７４を接触させた状態で定着パッド７４の押し込みを停止することで、定着パッド７４停止位置を毎回同じ位置に設定することができる。つまり、芯金の陸部分７６ｃが定着パッド７４の押し込み深さの基準となる。芯金陸部分７６ｃにより設定した位置で、定着パッド７４の蛇行規制用ツバ部（図２Ｂの蛇行規制面６２１３）と定着ベルト７３端部の接触幅が最大になるように設定すれば、定着ベルト７３の端部破損を回避し、長期にわたって安定した定着ベルト７３の走行を確保することができる。
【００８９】
以上のことから、定着ニップ幅を軸方向で均一にするために、加圧ローラ７６の回転軸の位置固定、且つ加圧ローラ７６の両端部の弾性材７６ａがない芯金の陸部分７６ｃに定着パッド７４を押し当てる。定着パッド７４は、転写材Ｐが通過することに伴って後退するのみであり、定着ベルト７３の温度によって定着パッド７４が後退することがないようにすることで、安定した定着ベルト７３走行を実現可能であることが証明された。なお、軸方向の定着ベルト７３幅は加圧ローラ７６の弾性材７６ａより短くし、定着ベルト７３の端が加圧ローラ７６端部と定着パッド７４との間に挟み込まれないようにする。
【００９０】
弾性材７６ａの変形については、変形後の弾性材７６ａの厚みが変形前の８０％以上（定着パッド７４が加圧ローラ７６に向けて付勢手段８１で押圧されている状態での弾性材７６ａの変形率が２０％未満）とする。これは８０％未満（変形率２０％以上）で長時間押し込みが続くと、永久ひずみにより弾性が幾分なくなり、定着パッド７４と加圧ローラ７６との間に設定した所定の密着圧を確保できなくなるためである。所定の密着圧を確保できなくなると、軸方向の定着ニップ幅の不均一化、定着ベルト７３の軸方向移動による端部破損及びジャム等の不具合が発生する。
【００９１】
（変形実施形態について）
以上、本発明を実施形態及び変形実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は前記実施形態及び変形実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で種々変更可能であることは言うまでもない。
【００９２】
例えば実施形態では、定着パッド７４の両端部が加圧ローラ７６の両端部の芯金陸部分７６ｃに当接することで前記ストッパ部の機能を果たす構成とした。しかし、当該ストッパ部の構成は種々変形可能である。図４の変形実施形態では、定着パッド７４の両端部が、加圧ローラ７６を回転自在に支持する軸受け部７９又は軸受け部７９の周辺に当接することで、前記ストッパ部の機能を果たすようにしている。加圧ローラ７６は回転するため定着パッド７４との間で摩耗や摩擦熱が発生するが、軸受けや軸受け周辺部は回転しないため摩擦や摩擦熱が発生しないという有利な点がある。
【００９３】
また、定着パッド７４の両端部ではなく、補強ステー７５の両端部が、加圧ローラ７６の弾性材７６ａがない両端部の芯金陸部分７６ｃに当接することで前記ストッパ部の機能を果たすようにしてもよい。また、補強ステー７５の両端部が、加圧ローラ７６の軸方向両端部に配設されて加圧ローラ７６を回転自在に支持する一対の軸受け部７９又は軸受け部７９の周辺に当接することで前記ストッパ部の機能を果たすようにしてもよい。
【００９４】
或いは、補強ステー７５の両端部が、端部支持板６２１の矩形穴６２１２の端部に当接することで、前記ストッパ部の機能を果たすようにしてもよい。このように、前記ストッパ部は多種多様に構成可能であって、前述した実施形態に限定されるものではない。
【００９５】
なお、図４の変形実施形態では芯金陸部分７６ｃをストッパ部として使用しないので、加圧ローラ７６の溝７６ｂはなくてもよい。溝７６ｂを省略した場合は加圧ローラ７６の加工コストを低減できる利点がある。また、図４の軸受け部７９は概念的なもので、その形状及び位置は図示例に限定されるものではない。例えば軸受け部７９は図２Ｂのような端部支持板６２１を使用することも可能である。
【符号の説明】
【００９６】
１：画像形成装置                          ２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋ：プロセスユニット
３：上部カバー                            ４：露光装置
５：給紙装置                              ６：転写装置
７：定着装置                              ８：排紙ローラ
９：中間転写ベルト                        １０：一次転写ローラ
１１：二次転写ローラ                      １２：正面カバー
７１：加熱ローラ                          ７２：熱源
７３：定着ベルト                          ７４：定着パッド
７５：補強ステー                          ７６：加圧ローラ
７６ａ：弾性材                            ７６ｂ：溝
７６ｃ：芯金陸部分                        ７７：摺動シート
７８：温度センサ                          ７９：軸受け部
８０：軸受                                ８１：付勢手段
６２１：端部支持板                        ６２１１：円形穴
６２１２：矩形穴（ステー支持穴）          ６２１３：蛇行規制面
６２１４：凹溝                            ６２１５：凹溝
Ｎ：定着ニップ                            Ｐ：転写材
Ｔ：トナー像
【先行技術文献】
【特許文献】
【００９７】
【特許文献１】特開２００４−２８６９３２号公報
【図１】
0006474029.tif 000002
【図２Ａ】
0006474029.tif 000003
【図２Ｂ】
0006474029.tif 000004
【図３】
0006474029.tif 000005
【図４】
0006474029.tif 000006