(57)【要約】【課題】熱源の熱を効率的に伝達し、しかも、記録媒体の離型性を向上させ、高速で高画質な画像形成が実行できる定着装置及び定着装置を備えた画像形成装置を提供すること。【解決手段】一対のローラ部材が当接することにより形成されたニップ部の入口側から出口側へと未定着のトナー像が転写された記録媒体を挿通して、記録媒体にトナー像を定着する定着装置において、中空円筒形状の基体で形成された第１のローラ部材と、前記第１のローラ部材と当接する第２のローラ部材と、前記第１のローラ部材と前記第２のローラ部材が当接して前記ニップ部が形成されたとき、形成された前記ニップ部の出口側に対向する前記基体の内面を押圧する内部ローラを前記基体の内部に設けたこと。【選択図】図２
2007219065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のローラ部材が当接することにより形成されたニップ部の入口側から出口側へと未定着のトナー像が転写された記録媒体を挿通して、熱と圧力とにより記録媒体にトナー像を定着する定着装置において、
中空円筒形状の基体で形成された第１のローラ部材と、
前記第１のローラ部材の外径より大きな内径を有し、前記第１のローラ部材の回転を支持する第１の回転支持部材と、
前記第１のローラ部材と当接する第２のローラ部材と、
前記第２のローラ部材の回転を支持する第２の回転支持部材と、
前記第１の回転支持部材と前記第２の回転支持部材をそれぞれ所定の位置に設置することにより前記第１のローラ部材と前記第２のローラ部材が当接して前記ニップ部が形成されたとき、
形成された前記ニップ部の出口側に対向する前記基体の内面を押圧する内部ローラを前記基体の内部に設けたこと
を特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記基体の内面を押圧する摺動部材を前記内部ローラに対して前記ニップ部の入口側に離間させて前記基体の内部に設けたこと
を特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記記録媒体の搬送方向において、前記第１のローラ部材の回転中心位置の位置が、前記第２のローラ部材の回転中心位置の位置に対して、上流側に所定距離隔てて設置されること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記内部ローラの押圧方向は、前記第２のローラ部材に向かう方向で、かつ、前記ニップ部の出口側の前方に向かう方向であること
を特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の定着装置。
【請求項５】
前記基体の内面に前記基体を加熱する加熱手段を備えたこと
を特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の定着装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５に記載の定着装置を備えた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、画像情報に基づき形成された記録媒体上の未定着トナー像に対して熱と圧力を効率的に伝達して記録媒体に定着すると共に、定着後の記録媒体の分離性を向上させた定着装置及び定着装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近では、インターネット等の情報網が簡便に利用できる環境が整い、パーソナルコンピュータ等により取得できる情報が著しく増加している。これらの情報の中でも、特に、画像情報（文字、記号、数字、絵や写真等の画像を含む情報を言う。）を印刷したり複写したりするために、高速で高画質（高品位）な画像形成ができる画像形成装置が要求されている。
【０００３】
高速で高画質な画像形成を実行できるようにするためには、画像情報に基づき形成されたトナー像を、例えば、紙等の記録媒体に高速にかつ高画質に記録媒体に定着させることができる定着装置が望まれていた。
【０００４】
定着装置として、例えば、一対のローラ部材を当接させて形成したニップ部に記録媒体を挿通させ、熱と圧力により記録媒体上に転写された未定着トナー像を定着する定着作動を行う定着装置を使用した場合、高速でかつ高画質な定着作動を行うためには、ニップ幅を大きくして効率的に熱源の熱を短時間に伝達することが必要である。
【０００５】
ニップ幅を大きくするには、ローラ部材の外径を大きくする必要があり、定着装置が大型化する。また、大きな外径のローラ部材を所定の温度に加熱するためには、長いウォームアップ時間が必要となり急速な定着装置の始動が困難になるばかりではなく、エネルギーを浪費するという問題があった。
【０００６】
そこで、従来では、ベルトを利用してニップ幅を大きくすると共に、熱源であるヒータが発する熱をベルトに効率的に伝達するようにした定着装置（例えば、特許文献１参照）が開発されている。
【０００７】
また、一対のローラ部材の一方の定着ローラ部材を薄肉の中空円筒状基体とすると共に、熱源としての加熱手段を有し、他方のローラ部材である圧着ローラと当接させる際に、圧着ローラの押圧力を、定着ローラ部材の円筒状基体の全体が弾性変形するようにすることで、定着ローラ部材の外径を大きくしなくても、薄肉の中空円筒状基体全体を大きく弾性変形させて、ニップ部のニップ幅を広げ、熱源の熱を短時間に効率的に伝達して省エネルギーでウォーミングアップ時間を短くするようにした定着装置（例えば、特許文献２参照）が開発されてきた。
【特許文献１】特開平５−１２７５５１号公報
【特許文献２】特開２０００−３４７５２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１は、構成部品が多いので所定の定着温度になるまでのウォーミングアップ時間が増加し、また、ローラとベルトで構成されたニップ部においては、均一な荷重を与えることができず無圧の状態になることがあり、圧力差が大きくなって、画像ズレという問題が発生することがあった。
【０００９】
特許文献２は、特許文献１のこれらの問題を改良しているが、分離性の向上という問題が残り、変形を大きくしてニップ幅を稼ぐと剛性が不足し、ニップ部において荷重を充分にかけられず定着不足になる傾向があった。
【００１０】
つまり、記録媒体として、例えば、厚みの薄い紙を使用すればするほど、紙自体の弾性力が弱くなるので、使用する記録媒体によっては、定着後の記録媒体がニップ部の出口側で速やかに離型し難くなり、分離不良が多発するという問題があった。
【００１１】
また、定着定着不足ぎみで定着強度が弱い傾向があるという問題は解決されていなかった。
【００１２】
本発明は、上記問題に鑑み、熱源の熱を効率的に伝達し、しかも、記録媒体の離型性を向上させ、高速で高画質な画像形成が実行できる定着装置及び定着装置を備えた画像形成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】
【００１３】
本発明は、下記構成を採ることで上記目的を達成できる。
１．一対のローラ部材が当接することにより形成されたニップ部の入口側から出口側へと未定着のトナー像が転写された記録媒体を挿通して、熱と圧力とにより記録媒体にトナー像を定着する定着装置において、
中空円筒形状の基体で形成された第１のローラ部材と、
前記第１のローラ部材の外径より大きな内径を有し、前記第１のローラ部材の回転を支持する第１の回転支持部材と、
前記第１のローラ部材と当接する第２のローラ部材と、
前記第２のローラ部材の回転を支持する第２の回転支持部材と、
前記第１の回転支持部材と前記第２の回転支持部材をそれぞれ所定の位置に設置することにより前記第１のローラ部材と前記第２のローラ部材が当接して前記ニップ部が形成されたとき、
形成された前記ニップ部の出口側に対向する前記基体の内面を押圧する内部ローラを前記基体の内部に設けたこと
を特徴とする定着装置。
２．前記基体の内面を押圧する摺動部材を前記内部ローラに対して前記ニップ部の入口側に離間させて前記基体の内部に設けたこと
を特徴とする１に記載の定着装置。
３．前記記録媒体の搬送方向において、前記第１のローラ部材の回転中心位置の位置が、前記第２のローラ部材の回転中心位置の位置に対して、上流側に所定距離隔てて設置されること
を特徴とする１または２に記載の定着装置。
４．前記内部ローラの押圧方向は、前記第２のローラ部材に向かう方向で、かつ、前記ニップ部の出口側の前方に向かう方向であること
を特徴とする１乃至３の何れか１項に記載の定着装置。
５．前記基体の内面に前記基体を加熱する加熱手段を備えたこと
を特徴とする１乃至４の何れか１項に記載の定着装置。
６．１乃至５に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、形成されたニップ部の出口側に対向する第１のローラ部材の基体の内面を押圧する内部ローラを基体の内部に設けたことにより、ニップ部の出口側の基体を所定の押圧力で押圧でき、また、内部ローラで押圧されたニップ部の出口側の基体の曲率を大きくすることができるので、第１のローラ部材から記録媒体の離型性が向上し、また、未定着のトナー像に対してニップ部で熱と圧力を確実に付加して記録媒体に強固に定着でき、高速で高画質な画像形成が実行できる定着装置を提供することができる。
【００１５】
また、基体の内面を押圧する摺動部材を内部ローラに対してニップ部の入口側に離間させて基体の内部に設けたことにより、ニップ部の入口側から出口側まで、所定の押圧力で基体を押圧できるので、未定着のトナー像に対してニップ部で熱と圧力を確実に付加してトナー面を滑らかに溶融し、また更に強固に記録媒体に定着でき、高速で高画質な画像形成が実行できる定着装置を提供することができる。
【００１６】
また、第１のローラ部材の回転中心位置の位置が、第２のローラ部材の回転中心位置の位置に対して、上流側に所定距離隔てて設置されることにより、ニップ部のニップ幅を広げて定着性を向上させ、特に、出口側における記録媒体の離型性を更に向上させ、定着不良や分離不良を防止し、高速で高画質な画像形成が実行できる定着装置を提供することができる。
【００１７】
また、内部ローラの押圧方向を第２のローラ部材に向かう方向で、かつ、ニップ部の出口側の前方に向かう方向にしたので、ニップ部の出口側の基体を所定の押圧力で押圧でき、また、ニップ部の出口側の基体の曲率を大きくすることができるので、特に、第１のローラ部材からの記録媒体の離型性が向上し、定着不良や分離不良を防止して、高速で高画質な画像形成が実行できる定着装置を提供することができる。
【００１８】
また、第１のローラ部材の基体の内面に基体を加熱する加熱手段を備えたことにより、厚みの薄い基体を通して表面を加熱することができるので、短時間に所望の定着温度にすることができ、高速で高画質な画像形成が実行できる定着装置を提供することができる。
【００１９】
また、定着不良や分離不良を防止できる定着装置を備えることにより、高速で高画質な画像形成が実行できる画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、各図面において、同一符号のものは同一の物を示すものとし、適宜、関連する他の図面を参照して、詳細に説明するものとする。
【００２１】
図１は本発明に係る定着装置を備えた画像形成装置の概略図、図２は本発明に係る定着装置の構成を示す模式図、図３は本発明に係る定着装置のローラ部材の配置構成の例を示す模式図である。
【００２２】
図１により本実施の形態における画像形成装置の構成について説明する。
【００２３】
本発明の実施の形態における画像形成装置は、説明を簡単にするために、電子写真方式の複写機とする。２０は画像形成装置、３０は画像形成装置２０に装着された自動原稿送り装置（ＡＤＦ）である。
【００２４】
画像形成装置２０は、筐体１の右側面部に、比較的少量の記録媒体である転写材Ｐを供給するための手差し皿２が設けられ、左側面部には排紙皿３が設けられている。
【００２５】
排紙皿３には、後述する給紙カセット１２や手差し皿２から供給され、画像が形成された転写材Ｐが排紙され積載するようになっている。
【００２６】
なお、転写材Ｐには、普通紙からなる通常の転写紙やＯＨＰシート等からなる特殊な転写紙があるが、本実施の形態においては、特に断りのない限り、普通紙からなる通常の転写紙（単に、転写紙Ｐともいう。）を使用するものとする。
【００２７】
筐体１の底面部には画像形成装置２０を移動できるようにするためのローラ部材で構成されたキャスター４が設けられている。
【００２８】
筐体１の前面の上部には、画像形成装置２０を作動させるための表示手段及び操作入力手段としてのコントロールパネルＣＰが設けられている。
【００２９】
コントロールパネルＣＰには、表示手段ＤＰとしての液晶表示装置、あるいは、液晶表示装置にタッチパネル等が組み込まれたタッチパネル式の液晶表示装置がある。
【００３０】
また、記録媒体である転写紙Ｐに形成する画像をカラー又は白黒の何れにするか、転写紙Ｐのどの面にプリントするか等を設定するための片面モードまたは両面モード等の作動モードの設定や、コピー枚数や部数あるいは転写紙サイズ等の種々の画像形成条件等の制御関連情報を入力するためのキーボードＫＢ、及び、コピー作動等の一連の画像形成動作を実行させるスタート釦（コピー釦ともいう。）ＳＫ等からなる操作入力手段が入力装置として設けられている。
【００３１】
特に、タッチパネル式の表示手段ＤＰは、表示部に示される数字や文字や記号等が描かれたボタン等の図柄に使用者が触れると、表示部に示される情報の選択や設定等の入力ができるようになっており、操作入力手段を兼ねている。
【００３２】
筐体１の内部には、制御手段ＥＣ、転写手段８、クリーニング手段９、定着装置１０、画像形成手段１１、画像読取手段１３、給排紙手段１４、および、中間転写体１６等が設けられている。
【００３３】
制御手段ＥＣは、制御回路とも呼ばれ、画像形成装置２０の全ての作動を制御するための手段であり、ＣＰＵ（中央演算装置：Ｃｅｎｔａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等からなる電気回路で構成されている。そして、ＣＰＵに予め記憶された制御プログラムや制御データ等に基づき、画像形成装置２０を構成する全ての手段を駆動制御するようになっている。
【００３４】
また、画像形成装置２０にＡＤＦ３０等の付属装置が接続されている場合は、同様に、制御手段ＥＣは、これらの付属装置と協働して、画像形成装置２０のシステムとして全体が円滑に作動するように駆動制御する。
【００３５】
更に、ＬＡＮ（ローカル・エリア・ネットワーク）等で、パーソナルコンピュータあるいは、他の画像形成装置や情報機器等と接続されている場合も、制御手段ＥＣは、これらの機器と協働して、作動に必要な情報の記憶や授受を含め支障なく円滑に駆動制御できるものとする。
【００３６】
画像形成手段１１は、画像情報（図や写真、記号や英数文字等を含む。）に基づく画像を形成するための手段である。本実施の形態はタンデム方式と呼ばれており、イエロー（Ｙ）画像を形成する画像形成ユニット１１Ｙ、マゼンタ（Ｍ）画像を形成する画像形成ユニット１１Ｍ、シアン（Ｃ）画像を形成する画像形成ユニット１１Ｃ、黒（Ｋ）画像を形成する画像形成ユニット１１Ｋを、ベルト等により構成される中間転写体１６に沿って上部から下部へと縦方向に順に、画像形成装置２０の内部に配置されている。
【００３７】
画像形成手段１１を構成する画像形成ユニット１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋは、使用するトナーの色が異なる以外は、同じ作動を行うので、ここでは、イエロー（Ｙ）画像を形成する画像形成ユニット１１Ｙについてのみ記号を付して詳細に説明する。
【００３８】
画像形成ユニット１１Ｙは、例えば、図示はしないがモータ等の駆動源により予め設定された作像方向（例えば、反時計方向）に回転する像担持体としての感光体ドラム（単に、感光体とも言う。）５Ｙ、感光体ドラム５Ｙを一様に帯電する帯電手段６Ｙ、原稿の画像情報（画像データともいう）に基づき信号化された露光光ＥＹを投射して、感光体ドラム５Ｙに静電潜像を形成する露光手段（図示せず。）、感光体ドラム５Ｙに形成された静電潜像をトナー像として顕像化するための現像ローラを有すると共に、現像作動時に感光体ドラム５Ｙと現像ローラとの現像ニップ部（ギャップともいう）に所定の電界を付与するために現像ローラに対して現像バイアスを印加する現像バイアス印加手段を備えた現像手段７Ｙ、感光体ドラム５Ｙに形成されたトナー像を中間転写体１６に転写する転写手段８Ｙ（１次転写手段ともいう。）、トナー像が中間転写体１６に転写された後、感光体ドラム５Ｙに残留するトナーや紙粉等を掻き落とすためのクリーニング手段９Ｙ等により構成されている。
【００３９】
そして、それぞれの画像形成ユニットで形成されたトナー像は、例えば、時計方向に回転するベルト状の中間転写体１６（転写ベルトともいう。）に順に転写され重ね合わされるようになっている。
【００４０】
中間転写体１６に転写されたそれぞれの色のトナー像は、転写手段としての転写ローラ８によりトナー像の極性とは逆極性の電荷が転写紙Ｐに付与されて静電気力により中間転写体１６から転写紙Ｐに転写される。
【００４１】
トナー像が転写された転写紙Ｐは、定着装置１０を通過する工程で、例えば、熱と圧力が加えられ、トナー像が溶融固着されることにより定着処理される。そして、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋのトナーによるカラー画像が形成された転写紙Ｐは、その後、排紙皿３に排出されるようになっている。
【００４２】
なお、本実施の形態のように、中間転写体を用いた画像形成装置は、それぞれの画像形成ユニットで形成されたトナー像を中間転写体上に一括して重ね合わせることができるので、カラー画像形成装置に広く利用されている。
【００４３】
また、中間転写体は画像形成ユニットで形成されたトナー像を転写できるものであれば、転写ベルトに限らず、円筒状の感光体（感光体ドラムともいう。）であっても良い。
【００４４】
転写手段８は、転写分離手段とも呼ばれ、本実施の形態においては、接触転写方式による転写ローラ８として構成され、感光体ドラム５や中間転写体１６と対向する転写位置に配置されており、感光体ドラム５に形成されたトナー像を中間転写体１６に転写し、また、中間転写体１６上に形成されたトナー像を転写紙Ｐにトナー像の極性とは逆極性の電荷を付与して静電気力で転写するための手段である。
【００４５】
なお、８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｋ（８Ｙのみ記号を付す。）は、同様の構成で、画像形成ユニット１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋで形成されたトナー像を中間転写体１６に転写するために使用される転写手段である。
【００４６】
クリーニング手段９は、中間転写体１６に残存するトナー（残留トナーともいう。）や紙粉等を除去するもので、クリーニングブレードとも呼ばれるブレードやブラシローラ等により構成されている。９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋ（９Ｙのみ記号を付す。）は、同様の構成で、画像形成ユニット１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋの感光体ドラムをクリーニングするために使用されるクリーニング手段である。
【００４７】
本発明に係る定着装置１０は、詳細は後述するが、一対のローラ部材、例えば、ヒータを内包する加熱ローラと加圧ローラ等で構成されており、加熱ローラと加圧ローラが当接することにより形成されるニップ部に記録媒体を挿通させることにより、記録媒体に転写された未定着のトナー像を熱（例えば、２００℃程度）と圧力等により記録媒体に溶融固着（定着）させるための手段である。
【００４８】
画像読取手段１３は、光源ＬＴ、ミラー群ＭＲ、結像レンズＬＺ等からなる読取光学系と、ＣＣＤ（固体撮像素子）等を含む電気回路からなる読取装置ＥＳとで、構成されている。
【００４９】
読取装置ＥＳは、筐体１の上部に設けられたプラテンガラス（図示せず）上に載置した原稿を走査（スキャンともいう。）して読取ったり、自動原稿送り装置３０により読取位置に搬送された原稿の画像情報を読取り、電気信号としての画像データに変換して、制御手段ＥＣに設けられた記憶手段に画像データを記憶するようになっている。
【００５０】
例えば、ＡＤＦ３０により搬送された原稿を画像読取手段１３で読み取る場合は、読取位置に搬送された原稿を光源ＬＴが照射し、ミラー群ＭＲを介して、原稿からの反射光を結像レンズＬＺにより読取装置ＥＳのＣＣＤ面に結像させ、ＣＣＤの出力する画像情報を画像データとして記憶するようになっている。
【００５１】
給排紙手段１４は、給紙カセット１２と、駆動源としてのモータ（図示せず）や複数のローラ等からなる給排紙搬送手段（転写紙搬送手段）として構成されている。
【００５２】
給紙カセット１２は、例えば、特殊な転写紙を収納するカセット１２ａと、普通紙を収納するカセット１２ｂ等とで構成されている。
【００５３】
給排紙手段１４としての給排紙搬送手段は、搬送経路Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ等を備えており、片面モードや両面モードを実行することが出来るようになっている。
【００５４】
例えば、制御手段ＥＣの指示により、特殊な転写紙、あるいは普通紙を選択した後に、駆動源であるモータを回転させることにより、複数のローラ群等を回転駆動させて、給紙カセット１２から適切なタイミングで中間転写体１６に向けて給紙搬送し、定着装置１０でトナー像が溶融固着（定着）され画像が形成された後に、排紙皿３へ排紙搬送するようになっている。
【００５５】
中間転写体１６は、転写ベルトとも呼ばれ、複数のローラに張架されたベルト状の物で構成されており、本実施の形態においては、図示せぬモータ等の駆動源により、時計方向に回転するようになっている。
【００５６】
なお、中間転写体を用いる場合は、電気的特性（体積抵抗率、表面抵抗率等）、厚さ、構造（例えば、単層、２層、３層等の層数）、材料、材質等は、作像条件などにより適切なものを種々選択して採用することが望ましい。
【００５７】
ＡＤＦ３０は、搬送装置全体がＡＤＦ筐体３１で覆われ、ＡＤＦ筐体３１の外部に原稿載置台３２と排紙部３３が設けられている。
【００５８】
原稿載置台３２には、例えば、第１頁の原稿面（表面）を最上部にした状態の複数の原稿ＷＰが載置される。載置された原稿ＷＰは、複数のローラ等により構成される原稿搬送装置により読取位置に搬送され、読取装置ＥＳで読み取られ、排紙部３３に排紙される。
【００５９】
原稿搬送装置は、図示せぬ駆動制御回路により、画像形成装置２０の制御手段ＥＣと連動して作動するようになっている。
【００６０】
なお、ここでは、本実施の形態における片面モードや両面モードに関する画像形成作動の詳細な説明は割愛する。
【００６１】
次に、図２により、本発明に係る定着装置について説明する。
【００６２】
図２は定着装置１０の模式図であり、図２の（Ａ）図で側面を示し、図２の（Ｂ）図で正面を示したものである。
【００６３】
図２の（Ａ）図に示すように、本実施の形態における定着装置１０は、例えば、ヒータＨ３ａとＨ３ｂ等の加熱手段を内蔵し、Ｃ１点を回転中心とする加熱ローラＴＲ１と、Ｃ２点を回転中心とする加圧ローラＫＲ２との一対のローラ部材が当接することにより所定の押圧力が得られるニップ部Ｎが形成され、未定着のトナー像が転写された記録媒体Ｐが、矢印で示すＸ方向に向けて、ニップ部Ｎの入口Ｎａ側から出口Ｎｂ側へと挿通され、その間に熱と圧力とにより未定着のトナー像が記録媒体に溶融固着されることで定着されるようになっている。
【００６４】
本実施の形態における第１のローラ部材である加熱ローラＴＲ１は、例えば、板厚が０．１２ｍｍのステンレス鋼材により中空円筒状に形成された基体が設けられている。そして、基体の外側には、弾性層として厚さ０．２ｍｍ程度の硬度がＪＩＳ−Ａ５〜２０°のシリコンゴムが設けられ、更にその上に、表層として離型性に優れた厚さ３０μｍ程度のＰＦＡコートが施されている。
【００６５】
従って、加熱ローラＴＲ１の基体の材質そのものには、ゴムのような大きな弾性力がなくても、基体の材質の厚みを薄くして形状を中空円筒状にすることにより、加熱ローラＴＲ１は全体として大きな弾性力を発生することができ、その弾性の範囲内で全体が大きく変形することができるようにしている。
【００６６】
加熱ローラＴＲ１の基体の内部には、前述のニップ部Ｎの出口Ｎｂ側に対向する基体の内面を、加圧ローラＫＲ２に向かう方向で、かつ、ニップ部Ｎの出口Ｎｂ側の前方に向かう方向に押圧することで、ニップ部Ｎの出口Ｎｂ側の部分の基体の曲率を大きくして記録媒体が離型し易いようにするために設けられた内部ローラＮＲ４と、ニップ部Ｎとしての当接領域（ニップ幅ともいう）の確保と押圧力の安定化を図るために、摺動部材ＳＰ５が内部ローラＮＲ４と離間してニップ部Ｎの入口Ｎａ側に設けられている。
【００６７】
内部ローラＮＲ４は、本実施の形態においては、例えば、厚さが１ｍｍで外径が１５ｍｍのローラ部材としてステンレス鋼材により形成されている。必要に応じて、摺動性の良いフッ素樹脂コート等を表層として施しても良い。
【００６８】
摺動部材ＳＰ５は、図２の（Ａ）図に示すように、押圧時の強度や摺動性を考慮して、板厚が２ｍｍ程度の鉄材により、ニップ部Ｎのニップ幅に対応して設定された所定の幅で、かつ、断面が英文字のＵ字形状に形成されている。加熱ローラＴＲ１の基体の内面との摺動性を良くするために、表層として１００μｍ程度のフッ素樹脂コートを施している。なお、更に強度が必要な場合は、熱処理等による硬化処理等を施しても良い。
【００６９】
また、ヒータＨ３ａとＨ３ｂ等の加熱手段としては、例えば、ハロゲンランプ等の発熱源が設けられている。
【００７０】
第２のローラ部材である加圧ローラＫＲ２は、図２の（Ｂ）図に示すように、例えば、ステンレス鋼材により厚さが２〜４ｍｍの中空円筒状のローラ部と軸受部ＫＲ２ａ、ＫＲ２ｂとが一体的に形成されている。ローラ部の外側には、硬度がＪＩＳ−Ａ１０°のシリコンゴムにより厚さ２〜４ｍｍ程度の弾性層が形成されている。また、場合によっては、更にその上に、表層として離型性に優れた厚さ３０μｍ程度のＰＦＡコートを施しても良い。
【００７１】
なお、ＰＦＡとは米国デュポン社のフッ素樹脂テフロン（登録商標）の一種として開発されたパーフルオロアルコキシ樹脂を言う。
【００７２】
また、本実施の形態においては、加熱ローラＴＲ１や内部ローラＮＲ４および加圧ローラＫＲ２の基体となる材質を一例として、錆等が発生しにくいステンレス鋼材としたが、本実施の形態に記載された機能性能を満足するものであれば良く、この材質に限定する必要はない。また、摺動部材ＳＰ５の材質を曲げ加工がし易い鉄材としたが、同様に、この材質に限定する必要はない。更に、弾性層や表層に関しても、同様に、本実施の形態に記載した材質に限定する必要はない。
【００７３】
また、図２の（Ｂ）図に示すように、加熱ローラＴＲ１の回転軸方向の両端部の外径部は、加熱ローラＴＲ１が加圧ローラＫＲ２と当接していないときの変形のない中空円筒状の外径部の外径より若干大きい内径を有する軸受部材Ｂ１ａ、Ｂ１ｂにより回転できるように軸受されている。また、加熱ローラＴＲ１の回転軸方向の両端部（左右）の端面ＴＲ１ａ、ＴＲ１ｂが、端面ＴＲ１ａ、ＴＲ１ｂと若干の隙間を介して設けられた側面規制部材Ｍａ、Ｍｂにより、図２の（Ｂ）図の状態において、加熱ローラＴＲ１が回転軸方向である左右に大きく移動しないように規制されている。
【００７４】
なお、軸受部材Ｂ１ａ、Ｂ１ｂは、定着装置１０の図示せぬ固定された構造部材に側面規制部材Ｍａ、Ｍｂを介してそれぞれ固定されている。
【００７５】
内部ローラＮＲ４は、回転でき、かつ、左右に移動しないように、加熱ローラＴＲ１の回転軸方向の両端部の端面ＴＲ１ａ、ＴＲ１ｂの外側の位置で、図示せぬ調整支持部材に固定された軸受部材Ｂ４ａ、Ｂ４ｂにより軸受されている。
【００７６】
摺動部材ＳＰ５は、加熱ローラＴＲ１の回転軸方向の両端部の端面ＴＲ１ａ、ＴＲ１ｂの外側の位置で、摺動部材ＳＰ５の両端部ＳＰ５ａ、ＳＰ５ｂが図示せぬ調整支持部材に固定されている。
【００７７】
加圧ローラＫＲ２は、図示せぬ移動支持部材に固定された軸受部材Ｂ２ａ、Ｂ２ｂにより、加圧ローラＫＲ２の両端部に設けられた軸受部ＫＲ２ａ、ＫＲ２ｂが回転できるように、かつ左右に移動しないように、それぞれ軸受されている。
【００７８】
なお、本実施の形態の軸受部材は、特別なものを形成する必要はなく、市販の軸受部材を適宜選択して使用しても良いことは言うまでもない。
【００７９】
ニップ部Ｎが形成されるとき、中空円筒状の基体の外側に弾性層や離型層が設けられた加熱ローラＴＲ１は、加圧ローラＫＲ２と当接するニップ部Ｎと、ニップ部Ｎと対向する位置が軸受部材Ｂ１ａ、Ｂ１ｂの内径部と接触することにより押圧される。
【００８０】
加熱ローラＴＲ１は、例えば、この２点の接触位置においては、この２点の接触位置を結ぶ直線の２点の内側方向には圧縮され、特に、ニップ部Ｎで加圧ローラＫＲ２の外形に沿うように変形する。また、加熱ローラＴＲ１は、この２点を結ぶ直線に直交する方向の両側に向かって膨張した形状に変形することになる。
【００８１】
つまり、加圧ローラＫＲ２のローラ部の厚みは、前述のように加熱ローラＴＲ１の厚みに比べてかなり厚いので、加圧ローラＫＲ２は外側の弾性層が押圧されて多少変形する程度であるが、加熱ローラＴＲ１は基体を含めて厚みが薄いので、中空円筒形状にすると全体が弾性変形しやすくなり、加圧ローラＫＲ２との当接前の中空円筒形状を維持できなくなり、前述の圧縮と膨張により、ニップ部Ｎの部分だけが変形するのではなく、加熱ローラＴＲ１の全体が大きく弾性変形して、中空円筒形状とは異なる変則的な形状となって回転する。
【００８２】
従って、加熱ローラＴＲ１の基体を、前述のように厚みの薄いステンレス鋼材等で中空円筒形状に形成する場合は、基体に外部からの押圧力を加えないときに設定された外径の円形状が維持できる範囲内で、厚みが薄くなればなるほど、全体が弾性変形し易くなることを考慮する必要がある。
【００８３】
そこで、ニップ部Ｎを形成するために、加熱ローラＴＲ１と加圧ローラＫＲ２に対して押圧力を加える場合は、押圧力が増加すればするほど、加熱ローラＴＲ１の全体が大きく弾性変形して、円形状とは異なる変則的な形状となって、接触前の加熱ローラＴＲ１の円形状の外径に対する圧縮による圧縮量と膨張による膨らみ量は大きくなるので、どの程度の弾性変形でニップ部Ｎの押圧力を与えるかを予め設定することにより、加熱ローラＴＲ１の基体の材質や厚み等を決定する必要がある。
【００８４】
また、本実施の形態においては、基体の材質や厚み、変形時の膨らみ量、加熱されたときの膨張量等を考慮して、加熱ローラＴＲ１が変形時にも円滑に回転するように軸受部材Ｂ１ａ、Ｂ１ｂの内径を加熱ローラＴＲ１の外径より若干大きくしている。
【００８５】
また、前述のように、加熱ローラＴＲ１をニップ部Ｎで加圧ローラＫＲ２の外形に沿うように変形させることで、ニップ幅を確保するように構成すると、定着作動において、ニップ部Ｎで熱と圧力を充分に未定着トナーが転写された記録媒体に与えることができるが、逆に、ローラ部材との密着性が良くなり、ニップ部Ｎの出口Ｎｂ側において、記録部材の弾性力だけではローラ部材から離型し難くなることがあり、分離不良を発生させやすくなることがある。
【００８６】
本実施の形態においては、内部ローラＮＲ４により加熱ローラＴＲ１の基体の内面を押圧することにより、ニップ部Ｎの出口Ｎｂ側の加熱ローラＴＲ１の基体の曲率を大きくして離型性を向上させると共に、摺動部材ＳＰ５を内部ローラＮＲ４よりニップ部Ｎの入口Ｎａ側に離間して設けることで、内部ローラＮＲ４を加熱ローラＴＲ１の基体の内面のニップ部Ｎの出口Ｎｂ側に押し付けてもニップ幅が不安定になることがなく充分な押圧力が確保できるようになっている。
【００８７】
なお、加熱ローラＴＲ１の基体の厚みを薄くすれば、加熱手段で加熱したときに短時間で所望の定着温度にすることができるようなり、また、内部ローラＮＲ４が加熱ローラＴＲ１の基体の内面を押圧したとき、加熱ローラＴＲ１の基体の曲率は内部ローラＮＲ４の外径に近い曲率になり易いが、押圧力によっては永久変形を生じさせたり耐久性が劣るようになる恐れがあるので、押圧力との関係も考慮して基体の材質や厚みを決定することが重要である。
【００８８】
本実施の形態においては、加熱ローラＴＲ１の基体の外径をＤとしたとき、基体の厚みをｔとすると、Ｄ／１００＞ｔ＞Ｄ／４００の関係になるように設定することが望ましいことを実験的に得ることができた。
【００８９】
つまり、Ｄ／１００以上だと加熱ローラＴＲ１の変形量が小さくなり、離型性の確保が難しく、また、ニップ幅を拡大することが困難になる。Ｄ／４００以下では加熱ローラＴＲ１の全体が変形したときの弾性力が減少して、ニップ部Ｎにおいて充分な押圧力を得ることが困難になり、場合によっては、画像ズレ等の不良が発生することが判明した。
【００９０】
図３により、本実施の形態におけるニップ部の構成に関して説明する。
【００９１】
図３の（Ａ）図は、加熱ローラと加圧ローラとの回転中心の記録媒体の搬送方向の位置が異なる場合の実施形態を示し、図３の（Ｂ）図は、加熱ローラと加圧ローラとの回転中心の記録媒体の搬送方向の位置が一致する場合を示している。
【００９２】
なお、回転中心は、回転するローラ部材の断面が円形状のときは一般に円の中心点であるが、本実施の形態における定着装置のように、加熱ローラＴＲ１は、加圧ローラＫＲ２と当接して押圧されたとき、全体が大きく弾性変形して、中空円筒形状とは異なる変則的な形状となって回転するので、当接前の断面が円形状のときの回転中心の位置とは厳密な意味では異なるが、説明を簡単にするために、加熱ローラＴＲ１の変形後の回転中心も、変形のない加熱ローラＴＲ１の軸受部材Ｂ１ａ、Ｂ１ｂの中心と一致しているものとみなしてＣ１とし、同様に、加圧ローラＫＲ２の回転中心も、変形のない加圧ローラＫＲ２の軸受部材Ｂ２ａ、Ｂ２ｂの中心と一致しているものとみなしてＣ２として説明する。
【００９３】
図３の（Ａ）図は、第１の実施の形態としての定着装置１０を示したものである。記録媒体が、例えば、厚みの薄い紙の場合は、記録媒体自体の弾性力が弱く、記録媒体が定着後にローラ部材から離型しにくい。このような記録媒体を主に使用する場合に最適な構成を示している。
【００９４】
加熱ローラＴＲ１の回転中心Ｃ１と加圧ローラＫＲ２の回転中心Ｃ２との記録媒体の搬送方向（図の左右方向）の位置が、加圧ローラＫＲ２の回転中心Ｃ２の位置に対して、ニップ部Ｎの入口Ｎａ側方向に距離ｄだけ離れて当接するようにしている。
【００９５】
このような場合は、押圧する方向が、互いに回転中心を結ぶ方向ではなく、記録媒体の搬送方向に対して垂直方向（図の上下方向）である場合は、加熱ローラＴＲ１は加圧ローラＫＲ２に沿ってニップ部Ｎの入口Ｎａ側の方向にニップ部Ｎが傾いて形成されるが、摺動部材ＳＰ５が加熱ローラＴＲ１の基体の内面を押圧しているのでニップ部Ｎは安定して形成される。
【００９６】
一方、ニップ部Ｎの出口Ｎｂ側は、入口Ｎａ側とは反対側、つまり、図３の（Ａ）図の上方側に傾くので、この出口Ｎｂ側に対向する加熱ローラＴＲ１の基体の内面を内部ローラＮＲ４で押圧すると、加熱ローラＴＲ１の基体は加圧ローラＫＲ２に沿うように弾性変形してニップ幅を広げる共に基体の曲率を大きくすることができ、特に、記録媒体の離型性を良くする効果がある。
【００９７】
このとき、内部ローラＮＲ４の押圧方向は、図３の（Ａ）図に示すように記録媒体の搬送方向の分力をＦｈ、記録媒体の搬送方向に対して垂直方向の分力をＦｖとしたとき、合力として得られるＦｓ方向、すなわち、第２のローラ部材である加圧ローラＫＲ２に向かう方向で、かつ、ニップ部Ｎの出口Ｎｂ側の前方に向かう方向であることが望ましい。
【００９８】
図３の（Ｂ）図は、第２の実施の形態としての定着装置１０を示したものである。記録媒体の厚さが、前述の薄い紙の場合より弾性力が強く、ローラ部材から比較的離型し易い記録媒体を主に使用する場合に最適な構成を示している。
【００９９】
第１の実施の形態とは異なり、加熱ローラＴＲ１の回転中心Ｃ１と加圧ローラＫＲ２の回転中心Ｃ２との記録媒体の搬送方向の位置が一致しているので、加熱ローラＴＲ１全体の変形も図３の（Ａ）図より左右対称になり、ニップ幅が互いの回転中心を結ぶ直線の左右にほぼ均等に設けられ、定着装置１０としては図３の（Ａ）図の場合より距離ｄだけ記録媒体の搬送方向に対して小型にできる利点がある。
【０１００】
その反面、摺動部材ＳＰ５が加熱ローラＴＲ１の基体の内面を押圧してニップ部Ｎは安定して形成されるが、ニップ部Ｎの入口Ｎａ側のニップ幅を図３の（Ａ）図の場合のよう傾けたり広げることができず、また、ニップ部Ｎの出口Ｎｂ側に対向する加熱ローラＴＲ１の曲率は、内部ローラＮＲ４で押圧しても、例えば、ニップ幅を広げるように作用し、図３の（Ａ）図の場合より小さくなりにくいので、内部ローラＮＲ４を設けない従来の定着装置より離型性は大幅に改善されるが、第１の実施形態の場合と比較するとやや離型性は向上しにくい構成となっている。
【０１０１】
従って、使用する記録媒体によって、第１の実施形態のように構成したり第２の実施形態のように構成することを選択設定できるようにすることが考えられるので、例えば、特に図示はしないが、加熱ローラＴＲ１または加圧ローラＫＲ２の軸受部材等を移動支持部材により記録媒体の搬送方向に移動量を調整できるように構成して、第１の実施形態の構成と第２の実施形態の構成とを切り換えるようにしたり、更に、最適な記録媒体の搬送方向の位置を調整できるようにしても良い。
【０１０２】
また、内部ローラＮＲ４や摺動部材ＳＰ５に関しても、同様に、特に図示はしないが、離型性に優れた最適なニップ部Ｎが構成できるように、ニップ部Ｎにおける押圧位置や押圧方向等を調整するために、調整支持部材の移動方向等を記録媒体の搬送方向や記録媒体の搬送方向に対して垂直方向に調整できるようにしても良い。
【０１０３】
次に、定着装置および定着装置を備えた画像形成装置の作動について説明する。
【０１０４】
本実施の形態においては、定着作動を実行するに際して、まず、加熱ローラＴＲ１の表面が所定の定着温度になるように、図示せぬ制御手段ＥＣにより加熱ローラＴＲ１に内蔵された加熱手段が通電され加熱される。
【０１０５】
次に、制御手段ＥＣは、図示せぬ駆動機構を作動させ、移動支持部材に固定された軸受部材Ｂ２ａ、Ｂ２ｂに回転支持された加圧ローラＫＲ２を回転させる。
【０１０６】
また、制御手段ＥＣは、図示せぬ移動機構を作動させ、移動機構により移動支持部材が、図示せぬ初期位置から予め設定された所定位置に移動されることにより、軸受部材Ｂ２ａ、Ｂ２ｂを介して加圧ローラＫＲ２を移動して所定の位置に設定する。
【０１０７】
そして、図２の（Ａ）図に示すように、例えば、固定された軸受部材Ｂ１ａ、Ｂ１ｂの中心位置がＣ１にあるとき、加圧ローラＫＲ２の軸受部材Ｂ２ａ、Ｂ２ｂの中心位置が移動支持部材によりＣ２に移動することにより、軸受部材Ｂ１ａ、Ｂ１ｂに回転支持される加熱ローラＴＲ１に対して、軸受部材Ｂ２ａ、Ｂ２ｂに回転支持される加圧ローラＫＲ２が当接してニップ部Ｎが形成される。
【０１０８】
なお、本実施の形態においては、加圧ローラＫＲ２が定着作動を行わないときに退避することができる初期位置から所定位置であるＣ２に、軸受部材Ｂ２ａ、Ｂ２ｂの中心位置がＣ２に一致するように移動することにしているが、これに限らず、加熱ローラＴＲ１を移動させても良いし、双方のローラ部材をそれぞれ移動させるようにしてもよい。
【０１０９】
加熱ローラＴＲ１と加圧ローラＫＲ２が当接を始め、ニップ部Ｎが形成されるにしたがって、加熱ローラＴＲ１は加圧ローラＫＲ２の回転に従動して回転を始める。
【０１１０】
引き続いて、図示せぬ移動機構により調整支持部材が所定の位置に移動されることにより、調整支持部材にそれぞれ固定された内部ローラＮＲ４と摺動部材ＳＰ５が、加熱ローラＴＲ１の基体の内部の所定の位置に移動する。
【０１１１】
移動が終了すると、内部ローラＮＲ４は、ニップ部Ｎの出口Ｎｂ側に対向する位置の加熱ローラＴＲ１の基体の内面を押圧しながら回転し、ニップ部Ｎの出口Ｎｂ側の基体の曲率を大きくして記録部材が離型し易い形状を形成する。また、摺動部材ＳＰ５は、ニップ幅を広く安定して形成するために、内部ローラＮＲ４と若干の距離だけニップ部Ｎの入口Ｎａ側に離間した加熱ローラＴＲ１の基体の内面と接触して押圧するようになっている。
【０１１２】
そこで、画像形成装置により画像情報に基づくトナー像が形成され、未定着のトナー像が転写された記録媒体が、このようにして形成された定着装置１０のニップ部Ｎの入口Ｎａ側から出口Ｎｂ側に向けて挿通されると、熱と圧力により未定着のトナー像が記録媒体に定着される。
【０１１３】
トナー像が定着された記録媒体は、加熱ローラＴＲ１の基体のニップ部Ｎの出口Ｎｂ側の曲率が内部ローラＮＲ４により小さく形成されているので、容易に加熱ローラＴＲ１から離型して排紙され、分離不良等の発生がなく、高速で高画質な画像形成が実行できるようになっている。
【０１１４】
そして、定着作動が終了すると、制御手段ＥＣは駆動機構や移動機構等を作動させることにより、移動支持部材や調整支持部材を定着作動開始前の初期位置に復帰させると共に、加圧ローラＫＲ２の回転を停止させ、また、加熱手段のヒータＨ３ａ、Ｈ３ｂには、定着作動時とは異なる節電モードの通電が実行されるようにしている。
【０１１５】
以上のように、本発明の実施の形態における定着装置及び定着装置を備えた画像形成装置は、定着装置において、加熱手段手段の熱を効率的に伝達し加熱ローラの表面を短時間で所望の定着温度にすると共に、ニップ部に適切な押圧力を与え、記録媒体の離型性を良くすることで、省エネルギーでウォーミングアップ時間を短くでき、定着不良や分離不良等の発生を防止することができる高速で高画質な画像形成が実行できる定着装置及び定着装置を備えた画像形成装置を提供するようにしたものである。
【０１１６】
従って、形成されたニップ部の出口側に対向する第１のローラ部材の基体の内面を押圧する内部ローラを基体の内部に設けたことにより、ニップ部の出口側の基体を所定の押圧力で押圧でき、また、内部ローラで押圧されたニップ部の出口側の基体の曲率を大きくすることができるので、第１のローラ部材から記録媒体の離型性が向上し、また、未定着のトナー像に対してニップ部で熱と圧力を確実に付加して記録媒体に強固に定着でき、定着不良や分離不良を防止し、高速で高画質な画像形成が実行できる定着装置を提供することができるようになった。
【０１１７】
また、基体の内面を押圧する摺動部材を内部ローラに対してニップ部の入口側に離間させて基体の内部に設けたことにより、ニップ部の入口側から出口側まで、所定の押圧力で基体を押圧できるので、未定着のトナー像に対してニップ部で熱と圧力を確実に付加してトナー面を滑らかに溶融し、また更に強固に記録媒体に定着でき、高速で高画質な画像形成が実行できる定着装置を提供することができるようになった。
【０１１８】
また、第１のローラ部材の回転中心位置の位置が、第２のローラ部材の回転中心位置の位置に対して、上流側に所定距離隔てて設置されることにより、ニップ部のニップ幅を広げて定着性を向上させ、特に、出口側における記録媒体の離型性を更に向上させ、定着不良や分離不良を防止し、高速で高画質な画像形成が実行できる定着装置を提供することができるようになった。
【０１１９】
また、内部ローラの押圧方向を第２のローラ部材に向かう方向で、かつ、ニップ部の出口側の前方に向かう方向にしたので、ニップ部の出口側の基体を所定の押圧力で押圧でき、また、ニップ部の出口側の基体の曲率を大きくすることができるので、特に、第１のローラ部材からの記録媒体の離型性が向上し、定着不良や分離不良を防止して、高速で高画質な画像形成が実行できる定着装置を提供することができるようになった。
【０１２０】
また、第１のローラ部材の基体の内面に基体を加熱する加熱手段を備えたことにより、厚みの薄い基体を通して表面を加熱することができるので、短時間に所望の定着温度にすることができ、高速で高画質な画像形成が実行できる定着装置を提供することができる。
【０１２１】
また、定着不良や分離不良を防止できる定着装置を備えることにより、高速で高画質な画像形成が実行できる画像形成装置を提供することができるようになった。
【０１２２】
なお、本実施の形態においては、未定着のトナー像を熱と圧力により記録媒体に定着する定着装置を備えた画像形成装置として複写機を例に説明したが、複写機に限定するものではなく、プリンタやファクシミリ等の画像形成装置に適用できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本発明に係る定着装置を備えた画像形成装置の概略図。
【図２】本発明に係る定着装置の構成を示す模式図。
【図３】本発明に係る定着装置のローラ部材の配置構成の例を示す模式図。
【符号の説明】
【０１２４】
１  筐体
２  手差し皿
３  排紙皿
４  キャスター
５  感光体ドラム
６  帯電手段
７  現像手段
８  転写手段
９  クリーニング手段
１０  定着装置
１１  画像形成手段
１２  給紙カセット
１３  画像読取手段
１４  給排紙手段
１６  中間転写体
２０  画像形成装置
３０  自動原稿送り装置
【図１】
2007219065.tif 000003
【図２】
2007219065.tif 000004
【図３】
2007219065.tif 000005