(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に加熱体を有する回転体と、
前記回転体に当接する可撓性シート状部材と、
を備え、
前記回転体と前記可撓性シート状部材とで形成されるニップ部でトナー像を担持するシート材を挟持搬送しつつ、加圧、加熱して該シート材上にトナー像を定着させる定着装置において、
前記可撓性シート状部材は、
シート材搬送方向上流端と下流端が固定されてＵ字形状に曲げられ、Ｕ字形状の底の外面が前記回転体と接触して前記ニップ部を形成しており、
前記ニップ部領域内のシート材搬送方向上流側と下流側の圧力が略対称な状態で停止している状態から、トナー像を定着するために前記回転体を回転させると、前記ニップ部領域内の下流側の圧力が上流側よりも高くなるように変形し、
トナー像の定着が終了すると、前記回転体を逆回転させることにより、前記変形状態から前記ニップ部領域の圧力分布が停止状態の圧力分布となるように元の形状に戻ることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記可撓性シート状部材は、
複層構造であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の画像定着装置に用いられ、シート材上に転写されたトナー像を加圧、加熱してシート材上に定着させる定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機、プリンター、ＦＡＸ等に用いられる電子写真方式の画像形成装置においては、シート材上に転写されたトナー像を加圧、加熱してシート材上に定着させる定着装置が備えるものが多く見られる。
【０００３】
このような定着装置として、内部にヒーター等の加熱体を有する加熱ローラと、加熱ローラに圧接する加圧ローラを備え、これらのニップ部にシート材を挟みこんで搬送することでシート材を加圧、加熱してシート材上にトナー像を定着させるものが知られている。
【０００４】
図５に、従来例に係る定着装置の概略構成を示す。
【０００５】
図５に示す定着装置は、加熱ローラ１０１と加圧ローラ１０２を備え、両ローラのニップ部に未定着のトナー像１３１が形成されたシート材１３２を挟み込む構成である。
【０００６】
加熱ローラ１０１は内部に加熱体としてのヒーター１０３と、中空シャフト１１１を備え、中空シャフト１１１の外周は耐熱性ゴム層１１２によってコーティングされている。
【０００７】
一方で加圧ローラ１０２には、外周を耐熱性ゴム層１２２でコーティングされた中空シャフト１２１が用いられる。
【０００８】
しかしながらこの構成では、加熱ローラ１０１の表面を定着可能な温度まで昇温させるまでにある程度の時間を要してしまう。例えば、定着装置を停止して再び駆動させる場合には、加熱ローラ１０１の表面温度が所定の温度になるまでしばらく待つ必要があり、装置本体の使い勝手に影響を及ぼしてしまう。
【０００９】
ここで加熱ローラ１０１が所定の温度に到達するまでに要する時間は、加熱ローラ１０１及び加圧ローラ１０２の熱容量と、ヒーター１０３に印加する電力の値に依存する。すなわち、加熱ローラ１０１及び加圧ローラ１０２の熱容量が小さいほど、もしくは、ヒーター１０３に印加する電力値が大きいほど、加熱ローラ１０１が所定の温度まで到達する時間は短くなる。しかしヒーター１０３に印加する電力値を大きくすると、駆動コストも増大する。
【００１０】
そこで加熱ローラ１０１及び加圧ローラ１０２の熱容量を小さくするために、まず加熱ローラ１０１、及び加圧ローラ１０２を小型化することが考えられる。しかし、加熱ローラ１０１及び加圧ローラ１０２を小型化すると、加熱ローラ１０１と加圧ローラ１０２が形成するニップ部領域が縮小してしまう。
【００１１】
シート材上の未定着トナー像は、ニップ部領域において加熱ローラ１０１から加熱されてトナーが熱溶解し、さらに加圧されることでシート材上に定着する構成である。よってニップ部領域が縮小してしまうと、未定着のトナーが十分に熱溶解せず、トナー像をシート材上に定着させることが困難になる。
【００１２】
これに対して、加熱ローラ及び加圧ローラを小型化しつつ、ニップ部領域を拡大させる
構成が特許文献１に開示されている。
【００１３】
図６に特許文献１に開示される従来例に係る定着装置の概略構成を示す。
【００１４】
図６に示すように従来例に係る定着装置は、内部にヒーター１０３を有する加熱ローラ１０１に対してエンドレスベルト３０１が圧接する構成である。エンドレスベルト３０１はガイド部材３０３によって回転をガイドされつつ、内側面を加圧パッド３０２によって押圧されることで加熱ローラ１０１の外周に沿うようにしてニップ部領域を形成することが可能である。
【００１５】
この構成によれば、それほど大きな加圧力を必要とせずに、十分な幅を有するニップ部領域を形成することが可能になる。
【特許文献１】特開２００２−１４８９７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら上記従来例に係る定着装置では、以下に示す問題を生じる。
【００１７】
従来例に係る定着装置は、加熱ローラ、及びエンドレスベルトの離型性を高めるために、ニップ部領域の下流側（加熱ローラ、エンドレスベルトの回転方向下流側）で圧力が高くなるように設定されている。
【００１８】
しかし定着装置が停止状態にある場合は、ニップ部領域を形成する加熱ローラ１０１の表面が加圧パッド３０２から加圧され続けることで変形してしまう。特にニップ部領域の下流側では圧力が大きいので加圧ローラ１０１が大きく変形してしまう。
【００１９】
この状態が長く続いた後で定着装置を駆動させ、例えばベタ画像定着を行う場合は、加熱ローラ１０１の変形が回復せず、ベタ画像定着時に加熱ローラ１０１の変形に起因して、定着後のトナー像に光沢ムラが生じるセット跡と称される画像不良が発生する。
【００２０】
すなわち従来例に係る定着装置では、停止状態においても駆動状態と同じ大きさの圧力がニップ部領域に加わるため、停止状態で生じる加圧ローラ１０１の変形が駆動状態に移行する間に回復しにくく、そのために画像不良が生じてしまう。
【００２１】
以上、従来では、装置本体の小型化を達成しつつ画像不良を生じることのない定着装置を提供することが困難であった。
【００２２】
本発明は上記現状を鑑みてなされたものであり、装置本体の小型化を達成しつつ、画像不良が生じることがない定着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】
【００２３】
上記目的を達成するために本発明にあっては、
内部に加熱体を有する回転体と、
前記回転体に当接する可撓性シート状部材と、
を備え、
前記回転体と前記可撓性シート状部材とで形成されるニップ部でトナー像を担持するシ
ート材を挟持搬送しつつ、加圧、加熱して該シート材上にトナー像を定着させる定着装置において、
前記可撓性シート状部材は、
シート材搬送方向上流端と下流端が固定されてＵ字形状に曲げられ、Ｕ字形状の底の外面が前記回転体と接触して前記ニップ部を形成しており、
前記ニップ部領域内のシート材搬送方向上流側と下流側の圧力が略対称な状態で停止している状態から、トナー像を定着するために前記回転体を回転させると、前記ニップ部領域内の下流側の圧力が上流側よりも高くなるように変形し、
トナー像の定着が終了すると、前記回転体を逆回転させることにより、前記変形状態から前記ニップ部領域の圧力分布が停止状態の圧力分布となるように元の形状に戻ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
以上より、本発明によれば装置本体の小型化を達成しつつ、画像不良が生じることがない定着装置を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を実施の形態に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２６】
（第１の実施の形態）
図１，２を参照して、本発明の第１の実施の形態について説明を行う。図１は本実施の形態に係る定着装置の断面における概略構成を示すものであって、図２は本実施の形態に係る定着装置のニップ部領域における圧力分布を示すものである。
【００２７】
［定着装置の構成］
図１に示すように本実施の形態に係る定着装置は、トナー像が転写されたシート材を加熱する加熱ローラ１０（回転体）と加熱ローラ１０に圧接してニップ部を形成する可撓性シート状部材２０を備える。
【００２８】
加熱ローラ１０には、中空シャフト１１の表面に耐熱性ゴム層１２が形成されたものが用いられる。また、中空シャフト１１の内部には加熱体としてヒーター１３が設けられる。
【００２９】
中空シャフト１１は長手方向両端を不図示の支持手段によって支持されており、不図示の駆動装置によって回転駆動する。なお、加熱ローラ１０は外径２２ｍｍであり、中空シャフト１１は外径１６ｍｍで厚さ１ｍｍのアルミニウムによって構成され、耐熱性ゴム層１２は厚さ３ｍｍのシリコンゴムによって構成される。
【００３０】
一方で加熱ローラ１０に圧接する可撓性シート状部材２０は、幅１４ｍｍの耐熱性ゴムによって形成されており、加熱ローラ１０とニップ部を形成する部分の加熱ローラ回転方向上流側と下流側を支持部材２５に固定支持されている。
【００３１】
［定着装置の停止時］
定着動作を行わない停止時では、可撓性シート状部材２０が加熱ローラ１０に当接して所定の幅を有するニップ部領域を形成する（図１の実線部）。
【００３２】
この状態においてニップ部領域で生じる最大圧力は、可撓性シート状部材２０が加熱ローラ１０に圧接することで生じる加熱ローラ１０の耐熱性ゴム層１２の変形が、定着装置が駆動状態となった時に回復可能な圧力とする。
【００３３】
すなわち、ニップ部領域で生じる最大圧力が大きすぎると、定着装置が駆動状態となって加熱ローラ１０が回転を開始しても、加熱ローラ１０の耐熱性ゴム層１２が変形したまま回転するのでセット跡が生じてしまう。
【００３４】
［定着装置の駆動時］
定着装置が駆動する間、可撓性シート状部材２０が加熱ローラ１０の耐熱性ゴム層１２との摩擦によって、加熱ローラ１０の回転方向下流側に変形した状態でニップ部領域を形成する（図１点線部）。
【００３５】
可撓性シート状部材２０が、加熱ローラ１０の回転方向下流側に変形した状態でニップ部領域を形成すると、ニップ部領域における中心より下流側の位置において最大圧力が加わることになる。また、このようにニップ部領域において中心より下流側に最大圧力が加
わるようにすると、加熱ローラ１０、及び可撓性シート状部材２０の離型性が向上する。
【００３６】
なお、トナー像の定着が終了すると、加熱ローラ１０を所定量逆回転させ、下流側に変形した可撓性シート状部材を元の状態（停止時の状態）に戻す。
【００３７】
［駆動時と停止時のニップ部領域における圧力分布］
上記のように構成される定着装置において、駆動時と停止時のニップ部領域の圧力分布を図２に示す。図２はニップ部領域の後端からの距離（ｍｍ）と、そこに加わる圧力（ｋｇｆ／ｍｍ２）の関係を示すものであるが、ニップ部領域の後端とは、形成されるニップ部領域における加熱ローラ１０の回転方向下流側の端部のことを指す。なお、圧力は有限要素法によって計算した。
【００３８】
図２に示すように、停止時ではニップ部領域にほぼ均一に圧力が加わっている。この時の最大圧力はおよそ１．２×１０−２ｋｇｆ／ｍｍ２であるが、この圧力は上記で説明したように、加熱ローラ１０の耐熱性ゴム層１２の変形が、定着装置が駆動状態となった時に回復可能な程度の圧力である。
【００３９】
また、駆動時ではニップ部領域後端からおよそ０．８ｍｍの位置に最大圧力（１．７×１０−２ｋｇｆ／ｍｍ２）が加わる。図２に示されるように駆動時のニップ部領域の幅はおよそ２．１ｍｍであるので、ニップ部領域の中心よりも下流側に最大圧力が加わっていることがわかる。
【００４０】
このように、ニップ部領域の中心よりも下流側に最大圧力がかかるようにすると、加熱ローラ１０、及び可撓性シート状部材２０の離型性が向上するだけではなく、未定着トナーの定着性の向上にもつながる。
【００４１】
すなわち未定着トナーをシート材上に定着させる際は、トナーを熱溶解させつつ圧力を加える構成である。そして本実施の形態のようにニップ部領域の下流側に最大圧力が加わると、未定着トナーを十分に熱溶解させた状態で最大圧力を加えることができる。よって加圧不足、加熱不足を生じることなく、シート材上にトナー像を確実に定着させることができる。
【００４２】
なお、可撓性シート状部材２０が下流側に変形すると定着装置の停止時と比較して駆動時のニップ部領域の幅が縮小するが、この状態であっても未定着のトナーを熱溶解させてシート材上に定着させるには十分な幅のニップ部領域は確保されている。
【００４３】
また、ニップ部領域が縮小して圧力が加わる面積が減少するので、ニップ部領域にはたらく最大圧力は停止時よりも駆動時の方が大きくなる。すなわち駆動時にニップ部領域にはたらく圧力は、未定着のトナーをシート材上に定着させるには十分な大きさのものになる。
【００４４】
以上より、本実施の形態に係る定着装置は、支持部材２５によって可撓性シート状部材２０のニップ部領域の上流側と下流側を固定支持することで、停止時と駆動時で可撓性シート状部材２０のニップ部領域が変形可能な構成とした。
【００４５】
よって、停止時には、加熱ローラ１０の変形が回復可能な程度の圧力を以ってニップ部領域を形成し、一方で駆動時には、トナー像を定着させるに十分な圧力を以ってニップ部領域を形成することが可能になる。さらに、駆動時には最大圧力がニップ部領域の下流側に加わるようにする。すなわち、簡易な構成でニップ部領域に加わる最大圧力を変化させることができる。
【００４６】
よって、ニップ部領域の幅を十分に確保しつつ、加熱ローラ１０の変形に起因するセット跡などの画像不良の発生を防ぐことができる。また、従来例に係る定着装置のように可撓性シート状部材を加熱ローラの方向へ加圧するための部材（加圧パッドなど）を設ける必要がないので、製造コストの低減を達成することができる。
【００４７】
よって、本実施の形態に係る定着装置によれば、装置本体の小型化を達成しつつ、画像不良が生じることがない定着装置を提供することが可能になる。
【００４８】
（第２の実施の形態）
図３，４を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明を行う。図３は本実施の形態に係る定着装置の断面における概略構成を示すものであって、図４は本実施の形態に係る定着装置のニップ部領域における圧力分布を示すものである。
【００４９】
本実施の形態は、可撓性シート状部材２０を二重構造とした点で第１の実施の形態と異なる。その他の構成は第１の実施の形態と異なるものではないのでその説明については省略する。
【００５０】
図３に示すように、本実施の形態における可撓性シート状部材２０は、耐熱性ゴム層２１の表面を金属層２２で覆う二重構造とした。なお、可撓性シート状部材２０の幅は３０ｍｍ、耐熱性ゴム層２１は厚さ０．５ｍｍのシリコンゴム、金属層２２は厚さ０．０５ｍｍのアルミニウムである。
【００５１】
可撓性シート状部材２０をこのような構成とすることで、可撓性シート状部材２０の剛性が増加するので加熱ローラ１０と形成するニップ部領域に加わる最大圧力が増加する。すなわち、より大きな圧力を加えてトナー像の定着を行うことが可能になる。
【００５２】
次に駆動時と停止時のニップ部領域の圧力分布を図４に示す。図４はニップ部領域の後端からの距離（ｍｍ）と、そこに加わる圧力（ｋｇｆ／ｍｍ２）の関係を示すものである。なお、圧力は有限要素法によって計算した。
【００５３】
図４に示すように本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、停止時には、加熱ローラ１０の変形が回復可能な程度の圧力を以ってニップ部領域を形成し、一方で駆動時には、トナー像を定着させるに十分な圧力を以ってニップ部領域を形成する。
【００５４】
よって、ニップ部領域の幅を十分に確保しつつ、加熱ローラ１０の変形に起因するセット跡などの画像不良の発生を防ぐことができる。また、従来例に係る定着装置のように可撓性シート状部材を加熱ローラの方向へ加圧するための部材（加圧パッドなど）を設ける必要がないので、製造コストの低減を達成することができる。
【００５５】
また、第１の実施の形態と比較して、ニップ部領域における最大圧力が増加している。これは、可撓性シート状部材２２の剛性が増加したことによる。なお、本実施の形態では可撓性シート状部材２２を二重構造として説明したが、三重構造、またはそれ以上の複層構造であってもよい。
【００５６】
以上より、本実施の形態に係る定着装置によれば、装置本体の小型化を達成しつつ、画像不良が生じることがない定着装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】第１の実施の形態に係る定着装置の概略構成図
【図２】第１の実施の形態のニップ部領域における圧力分布図
【図３】第２の実施の形態に係る定着装置の概略構成図
【図４】第２の実施の形態のニップ部領域における圧力分布図
【図５】従来例に係る定着装置の概略構成図
【図６】従来例に係る定着装置の概略構成図
【符号の説明】
【００５８】
１０    加熱ローラ
１１    中空シャフト
１２    耐熱性ゴム層
１３    ヒーター
２０    可撓性シート状部材
２５    支持部材
【図１】
0005153224.tif 000002
【図２】
0005153224.tif 000003
【図３】
0005153224.tif 000004
【図４】
0005153224.tif 000005
【図５】
0005153224.tif 000006
【図６】
0005153224.tif 000007