(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱手段を有する定着ローラ部材と、前記定着ローラ部材と対向して弾性を有する圧着ローラとを設け、転写材上のトナー像を定着する定着装置において、
前記定着ローラ部材を弾性変形可能である薄肉の円筒状弾性体とし、前記定着ローラ部材の両端を前記定着ローラ部材の外径よりも大きな内径を有する軸受部材で保持すると共に、前記定着ローラ部材は前記軸受部材の内面と前記圧着ローラによって挟持され、前記圧着ローラによって従動されることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記定着ローラ部材は楕円状に変形可能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】
前記円筒状弾性体をバネ性を有する金属部材とし、前記金属部材の疲れ限度を１４ｋＰ／ｍｍ2以上とすることを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記定着ローラ部材の外径をＤ１（ｍｍ）、前記軸受部材の内径をＤ２（ｍｍ）とするとき、
Ｄ１／Ｄ２＝０．８０〜０．９８
とす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】
前記定着ローラ部材の外径をＤ１（ｍｍ）、前記圧着ローラによる圧着時の前記定着ローラ部材の変形量をΔＤ１（ｍｍ）、前記軸受部材の内径をＤ２（ｍｍ）、前記圧着ローラによる圧着時の前記定着ローラ部材の幅を（Ｄ１−ΔＤ１）（ｍｍ）とするとき、
（Ｄ１−ΔＤ１）／Ｄ２＝０．５５〜０．９５
とす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６】
前記円筒状弾性体の外径をＲ（ｍｍ）とするとき、前記円筒状弾性体の肉厚ｔ（ｍｍ）を、
Ｒ／７０＞ｔ＞Ｒ／３００
とすることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の定着装置。
【請求項７】
前記定着ローラ部材と前記圧着ローラとによりニップ部を形成し、
前記定着ローラ部材の中心軸と前記圧着ローラの中心軸とを傾斜させて配置することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の定着装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の定着装置を有する画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ＦＡＸ等の画像形成装置に用いられる定着装置に関し、特に省エネルギーでウォーミングアップ時間の短縮が可能な定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複写機、プリンタ、ＦＡＸ等の画像形成装置に用いられる定着装置として、技術的な完成度が高く安定したものとして加熱手段を内部に有する定着ローラ部材（定着ローラ）を用いた熱ローラ定着方式が、低速機から高速機まで、モノクロ機からフルカラー機まで、と幅広く採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の熱ローラ定着方式の定着装置では、転写材やトナーを加熱する際に、熱容量の大きな定着ローラ部材（定着ローラ）を加熱する必要があるためエネルギー効率が悪く、省エネ面で不利であり、また、プリント時に定着装置を暖めるのに時間がかかりプリント時間（ウォーミングアップ時間）が長くなってしまうという問題がある。
【０００４】
これを解決し、省エネルギーでウォーミングアップ時間の短い定着ローラとするには、定着ローラの薄肉化と小径化とが要求されるが、薄肉化すると塑性変形により定着ローラが損壊したり、小径化するとニップ幅（ニップ部の幅）が足りず定着不良となったりするという問題が起こる。
【０００５】
本発明は上記の問題点を解決し、塑性変形がなく定着ローラ部材の薄肉化が図られ、小径でニップ幅が広く、省エネルギーでウォーミングアップ時間の短い定着装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、加熱手段を有する定着ローラ部材と、前記定着ローラ部材と対向して弾性を有する圧着ローラとを設け、転写材上のトナー像を定着する定着装置において、前記定着ローラ部材を弾性変形可能である薄肉の円筒状弾性体とし、前記定着ローラ部材の両端を前記定着ローラ部材の外径よりも大きな内径を有する軸受部材で保持すると共に、前記定着ローラ部材は前記軸受部材の内面と前記圧着ローラによって挟持され、前記圧着ローラによって従動されることを特徴とする定着装置によって達成される。
【００１１】
また、上記目的は、加熱手段を有する定着ローラ部材と、前記定着ローラ部材と対向して弾性を有する圧着ローラとを設け、転写材上のトナー像を定着する定着装置において、前記定着ローラ部材を薄肉の円筒状弾性体とすると共に、前記定着ローラ部材の両端を前記定着ローラ部材の外径よりも大きな内径を有する軸受部材で保持し、前記定着ローラ部材の外径をＤ１（ｍｍ）、前記圧着ローラによる圧着時の前記定着ローラ部材の変形量をΔＤ１（ｍｍ）、前記軸受部材の内径をＤ２（ｍｍ）、前記圧着ローラによる圧着時の前記定着ローラ部材の幅を（Ｄ１−ΔＤ１）（ｍｍ）とするとき、（Ｄ１−ΔＤ１）／Ｄ２＝０．５５〜０．９５とすることを特徴とする定着装置によって達成される。
【００１３】
また、上記目的は、加熱手段を有する定着ローラ部材と、前記定着ローラ部材と対向して弾性を有する圧着ローラとを設け、転写材上のトナー像を定着する定着装置において、前記定着ローラ部材を薄肉の円筒状弾性体として、前記定着ローラ部材の両端を前記定着ローラ部材の外径よりも大きな内径を有する軸受部材で保持すると共に、前記定着ローラ部材と前記圧着ローラとによりニップ部を形成し、前記定着ローラ部材の中心軸と前記圧着ローラの中心軸とを傾斜させて配置することを特徴とする定着装置によって達成される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本欄の記載は請求項の技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、以下の、本発明の実施の形態における断定的な説明は、ベストモードを示すものであって、本発明の用語の意義や技術的範囲を限定するものではない。
【００１６】
本発明にかかわる定着装置並びに定着装置を用いる画像形成装置の一実施形態の画像形成プロセスおよび各機構について、図１ないし図９を用いて説明する。図１は、本発明にかかわる定着装置を用いる画像形成装置の一実施形態を示すカラー画像形成装置の断面構成図であり、図２は、図１の像形成体の側断面図であり、図３は、定着ローラ部材の層構成と機能とを示す図であり、図４は、定着装置の第１の例の構成と定着ローラ部材の保持方法の第１の例とを示す説明図であり、図５は、定着装置の第２の例の構成と定着ローラ部材の保持方法の第２の例とを示す説明図であり、図６は、定着装置の第３の例と定着ローラ部材の保持方法の第３の例を示す概要側面図であり、図７は、定着装置の第４の例と定着ローラ部材の保持方法の第４の例を示す概要側面図であり、図８は、図６及び図７の保持方法に基づく定着装置の概要断面図であり、図９は、図６及び図７の定着装置の定着ローラ部材と軸受部材との寸法関係の説明図である。
【００１７】
図１または図２によれば、像形成体である感光体ドラム１０は、例えばガラスや透光性アクリル樹脂等の透光性部材によって形成される円筒状の透光性基体の外周に、透光性の導電層、有機感光層（ＯＰＣ）の光導電体層を形成したものである。感光体ドラム１０は、図示しない駆動源からの動力により透光性の導電層を接地された状態で図１の矢印で示す時計方向に感光体ドラム１０が回転される。
【００１８】
感光体ドラム１０は前フランジ１０ａと後フランジ１０ｂとにより挟持され、前フランジ１０ａが装置本体の前側板５０１に取付けられるカバー５０３に設けられたガイドピン１０Ｐ１によって軸受支持され、後フランジ１０ｂが装置本体の後側板５０２に取付けられる複数のガイドローラ１０Ｒに外嵌して感光体ドラム１０が保持される。後フランジ１０ｂの外周に設けられた歯車１０Ｇを駆動用の歯車Ｇ１に噛合し、その動力により透明の導電層を接地された状態で図１の矢印で示す時計方向に感光体ドラム１０が回転される。
【００１９】
本発明では、画像露光用の露光ビームの結像点である感光体ドラム１０の光導電体層において、光導電体層の光減衰特性（光キャリア生成）に対して適正なコントラストを付与できる波長の露光光量を有していればよい。従って、本実施形態における感光体ドラム１０の透光性基体の光透過率は、１００％である必要はなく、露光ビームの透過時にある程度の光が吸収されるような特性であってもよく、要は、適切なコントラストを付与できればよい。透光性基体の素材としては、アクリル樹脂、特にメタクリル酸メチルエステルモノマーを用い重合したものが、透光性、強度、精度、表面性等において優れており好ましく用いられるが、その他一般光学部材などに使用されるアクリル、フッ素、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレートなどの各種透光性樹脂が使用可能である。また、露光光に対し透光性を有していれば、着色していてもよい。透光性の導電層としては、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化錫、酸化鉛、酸化インジウム、ヨウ化銅や、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｌなどからなる透光性を維持した金属薄膜が用いられ、成膜法としては、真空蒸着法、活性反応蒸着法、各種スパッタリング法、各種ＣＶＤ法、浸漬塗工法、スプレー塗布法などが利用される。また、光導電体層としては各種有機感光層（ＯＰＣ）が使用される。
【００２０】
光導電体層の感光層としての有機感光層は、電荷発生物質（ＣＧＭ）を主成分とする電荷発生層（ＣＧＬ）と電荷輸送物質（ＣＴＭ）を主成分とする電荷輸送層（ＣＴＬ）とに機能分離された二層構成の感光層とされる。二層構成の有機感光層は、ＣＴＬが厚いために有機感光層としての耐久性が高く本発明に適する。なお有機感光層は、電荷発生物質（ＣＧＭ）と電荷輸送物質（ＣＴＭ）を１つの層中に含有する単層構成とされてもよく、該単層構成又は前記二層構成の感光層には、通常バインダ樹脂が含有される。
【００２１】
以下に説明する帯電手段としてのスコロトロン帯電器１１、画像書込手段としての露光光学系１２、現像手段としての現像器１３は、それぞれ、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及び黒色（Ｋ）の各色の画像形成プロセスに用いられ、本実施形態においては、図１の矢印にて示す感光体ドラム１０の回転方向に対して、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの順に配置される。
【００２２】
帯電手段としてのスコロトロン帯電器１１は像形成体である感光体ドラム１０の移動方向に対して直交する方向（図１において紙面垂直方向）に感光体ドラム１０と対峙し近接して取り付けられ、感光体ドラム１０の前述した有機感光層に対し所定の電位に保持された制御グリッド（符号なし）と、コロナ放電電極１１ａとして、例えば鋸歯状電極を用い、トナーと同極性のコロナ放電とによって帯電作用（本実施形態においてはマイナス帯電）を行い、感光体ドラム１０に対し一様な電位を与える。コロナ放電電極１１ａとしては、その他ワイヤ電極や針状電極を用いることも可能である。
【００２３】
各色毎の露光光学系１２は、それぞれ、像露光光の発光素子としてのＬＥＤ（発光ダイオード）を感光体ドラム１０の軸と平行に複数個アレイ状に並べた線状の露光素子（不図示）と等倍結像素子としてのセルフォックレンズ（不図示）とがホルダに取り付けられた露光用ユニットとして構成される。装置本体の後側板５０２に設けられたガイドピン１０Ｐ２と、前側板５０１に取付けられるカバー５０３に設けられたガイドピン１０Ｐ１と、を案内として固定される円柱状の保持部材２０に、各色毎の露光光学系１２が取付けられて感光体ドラム１０の基体内部に収容される。露光素子としてはその他、ＦＬ（蛍光体発光）、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）、ＰＬ（プラズマ放電）等の複数の発光素子をアレイ状に並べた線状のものが用いられる。
【００２４】
各色毎の画像書込手段としての露光光学系１２は、感光体ドラム１０上での露光位置を、スコロトロン帯電器１１と現像器１３との間で、現像器１３に対して感光体ドラムの回転方向上流側に設けた状態で、感光体ドラム１０の内部に配置される。
【００２５】
露光光学系１２は、別体のコンピュータ（不図示）から送られメモリに記憶された各色の画像データに基づいて画像処理を施した後、一様に帯電した感光体ドラム１０に像露光（画像書込）を行い、感光体ドラム１０上に潜像を形成する。この実施形態で使用される発光素子の発光波長は、通常Ｙ、Ｍ、Ｃのトナーの透光性の高い６８０ｎｍ〜９００ｎｍの範囲のものが良好であるが、裏面から像露光を行うことからカラートナーに透光性を十分に有しないこれより短い波長でもよい。
【００２６】
各色毎の現像手段としての現像器１３は、内部にイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）若しくは黒色（Ｋ）の二成分（一成分でもよい）の現像剤を収容し、それぞれ、例えば厚み０．５ｍｍ〜１ｍｍ、外径１５ｍｍ〜２５ｍｍの円筒状の非磁性のステンレスあるいはアルミ材で形成された現像剤担持体である現像スリーブ１３１を備えている。
【００２７】
現像領域では、現像スリーブ１３１は、突き当てコロ（不図示）により感光体ドラム１０と所定の値の間隙、例えば１００μｍ〜１０００μｍをあけて非接触に保たれ、感光体ドラム１０の回転方向と順方向に回転しており、現像スリーブ１３１に対して現像バイアスとしてトナーと同極性（本実施形態においてはマイナス極性）の直流電圧或いは直流電圧に交流電圧ＡＣを重畳する電圧を印加することにより、感光体ドラム１０の露光部に対して非接触の反転現像が行われる。この時の現像間隔精度（現像スリーブ１３１上の磁気ブラシの穂先と感光体ドラム１０との間隔）は画像ムラを防ぐために２０μｍ程度以下が好ましい。
【００２８】
以上のように現像器１３は、スコロトロン帯電器１１による帯電と露光光学系１２による像露光によって形成される感光体ドラム１０上の静電潜像を、非接触の状態で感光体ドラム１０の帯電極性と同極性のトナー（本実施形態においては感光体ドラムは負帯電であり、トナーは負極性）により反転現像する。
【００２９】
画像形成のスタートにより不図示の感光体駆動モータの始動により駆動用の歯車Ｇ１を通して感光体ドラム１０の後フランジ１０ｂに設けられた歯車１０Ｇが回動され感光体ドラム１０を図１の矢印で示す時計方向へ回転し、同時にＹのスコロトロン帯電器１１の帯電作用により感光体ドラム１０に電位の付与が開始される。感光体ドラム１０は電位を付与されたあと、Ｙの露光光学系１２において第１の色信号すなわちＹの画像データに対応する電気信号による露光が開始されドラムの回転走査によってその表面の感光層に原稿画像のイエロー（Ｙ）の画像に対応する静電潜像が形成される。この潜像はＹの現像器１３により非接触の状態で反転現像され、感光体ドラム１０上にイエロー（Ｙ）のトナー像が形成される。
【００３０】
次いで、感光体ドラム１０は前記イエロー（Ｙ）のトナー像の上に、Ｍのスコロトロン帯電器１１の帯電作用により電位が付与され、Ｍの露光光学系１２の第２の色信号すなわちマゼンタ（Ｍ）の画像データに対応する電気信号による露光が行われ、Ｍの現像器１３による非接触の反転現像によって前記のイエロー（Ｙ）のトナー像の上にマゼンタ（Ｍ）のトナー像が重ね合わせて形成される。
【００３１】
同様のプロセスにより、Ｃのスコロトロン帯電器１１、露光光学系１２及び現像器１３によってさらに第３の色信号に対応するシアン（Ｃ）のトナー像が、また、Ｋのスコロトロン帯電器１１、露光光学系１２及び現像器１３によって第４の色信号に対応する黒色（Ｋ）のトナー像が順次重ね合わせて形成され、感光体ドラム１０の一回転以内にその周面上にカラーのトナー像が形成される。
【００３２】
このように、本実施の形態では、Ｙ、Ｍ、Ｃ及びＫの露光光学系１２による感光体ドラム１０の有機感光層に対する露光は、感光体ドラム１０の内部より透光性基体を通して行われる。従って、第２、第３及び第４の色信号に対応する画像の露光は何れも先に形成されたトナー像により遮光されることなく静電潜像を形成することが可能となり、好ましいが、感光体ドラム１０の外部から露光してもよい。
【００３３】
一方、転写材としての記録紙Ｐは、転写材収納手段としての給紙カセット１５より、送り出しローラ（符号なし）により送り出され、給送ローラ（符号なし）により給送されてタイミングローラ１６へ搬送される。
【００３４】
記録紙Ｐは、タイミングローラ１６の駆動によって、感光体ドラム１０上に担持されたカラートナー像との同期がとられ、紙帯電手段としての紙帯電器１５０の帯電により搬送ベルト１４ａに吸着されて転写域へ給送される。搬送ベルト１４ａにより密着搬送された記録紙Ｐは、転写域でトナーと反対極性（本実施形態においてはプラス極性）の電圧が印加される転写手段としての転写器１４ｃにより、感光体ドラム１０の周面上のカラートナー像が一括して記録紙Ｐに転写される。
【００３５】
カラートナー像が転写された記録紙Ｐは、転写材分離手段としての紙分離ＡＣ除電器１４ｈにより除電されて、搬送ベルト１４ａから分離され、定着装置１７へと搬送される。
【００３６】
第１の例の定着装置１７は後段において詳述するように、カラートナー像を定着するための上側（記録紙Ｐ上のカラートナー像側）の定着ローラ部材である薄板状の定着ローラ１７ａと、下側の弾性を有する圧着ローラ４７ａとにより構成され、定着ローラ１７ａの内部には、発熱源としての発熱フィラメントを有する加熱手段であるハロゲンヒータ１７１ｇが設けられる。後述する定着装置１７Ａ、定着装置１７Ｂ、定着装置１７Ｃ、定着装置１７Ｄ及び定着装置１７Ｅも本例の画像形成装置に適用される。
【００３７】
定着ローラ１７ａと弾性を有する圧着ローラ４７ａとの間で形成されるニップ部Ｎで記録紙Ｐが挟持され、熱と圧力とを加えることにより記録紙Ｐ上のカラートナー像が定着され、記録紙Ｐが排紙ローラ１８により送られて、装置上部のトレイへ排出される。
【００３８】
転写後の感光体ドラム１０の周面上に残ったトナーは、像形成体クリーニング手段としてのクリーニング装置１９に設けられたクリーニングブレード１９ａによりクリーニングされる。残留トナーを除去された感光体ドラム１０はスコロトロン帯電器１１によって一様帯電を受け、次の画像形成サイクルに入る。
【００３９】
図３によれば、薄板状の定着ローラ部材である定着ローラ１７ａは、バネ性を有する薄肉の円筒状弾性体である薄板弾性ローラ１７１ａと、該薄板弾性ローラ１７１ａの外側（外周面）にゴム層１７１ｂとによる層構成とされる。
【００４０】
薄板弾性ローラ１７１ａは、厚さ（肉厚）ｔ（ｍｍ）としては０．１５ｍｍ〜０．８ｍｍ程度の例えばステンレスやリン青銅等を用いたバネ性を有する金属部材により形成され、バネ材として使用可能な疲れ限界を有するバネ性の金属部材を使用することによって、薄板弾性ローラ１７１ａが後述する各例の定着装置（定着装置１７、定着装置１７Ａ、定着装置１７Ｂ、定着装置１７Ｃ、定着装置１７Ｄ、定着装置１７Ｅ）に適用される場合での、円筒状弾性体である薄板弾性ローラ１７１ａの弾性変形による疲労破壊の発生が防げる。弾性変形による疲労破壊の発生を防止するのに、金属部材の疲れ限度としては１４ｋＰ／ｍｍ2以上とすることが好ましいことが実験的に確認された。
【００４１】
また、前述した薄板弾性ローラ１７１ａの肉厚ｔ（ｍｍ）に対して、薄板弾性ローラ１７１ａの外径をＲ（ｍｍ）とするとき、
Ｒ／７０＞ｔ＞Ｒ／３００
とすることが、薄板弾性ローラ１７１ａが後述する各例の定着装置（定着装置１７、定着装置１７Ａ、定着装置１７Ｂ、定着装置１７Ｃ、定着装置１７Ｄ、定着装置１７Ｅ）に適用される場合において好ましく、これにより、薄板弾性ローラ１７１ａの変形や破損がなくニップ部Ｎの幅（ニップ幅）を５ｍｍ〜３０ｍｍと広くすることが可能となる。ｔ≧Ｒ／７０では、薄板弾性ローラ１７１ａの厚さが厚すぎて、後述する各例の定着装置（定着装置１７、定着装置１７Ａ、定着装置１７Ｂ、定着装置１７Ｃ、定着装置１７Ｄ、定着装置１７Ｅ）に適用される場合楕円状に変形せず、ニップ部Ｎの幅が広くならない。ｔ≦Ｒ／３００では、薄板弾性ローラ１７１ａの厚さが薄すぎて、後述する各例の定着装置（定着装置１７、定着装置１７Ａ、定着装置１７Ｂ、定着装置１７Ｃ、定着装置１７Ｄ、定着装置１７Ｅ）に適用される場合に強度が低すぎ押圧力が不足し、定着むらとなる。
【００４２】
薄板弾性ローラ１７１ａの外側（外周面）に設けられるゴム層１７１ｂとしては、層厚０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度が好ましい。ゴム層１７１ｂを設けることにより、定着むらの発生が少なくなる。
【００４３】
図４によれば、第１の例の定着装置１７は、上側（記録紙Ｐ上のカラートナー像側）にはカラートナー像を定着するための前述したバネ性を有する薄肉の円筒状弾性体である薄板弾性ローラ１７１ａを用いた定着ローラ部材である定着ローラ１７ａが配置され、また下側には弾性を有する圧着ローラ４７ａが配置されて構成されており、定着ローラ１７ａの内部には、発熱源としての発熱フィラメントを有する加熱手段であるハロゲンヒータ１７１ｇが設けられる。圧着ローラ４７ａが定着ローラ１７ａに圧着されて、ニップ部Ｎが形成される。バネ性を有する薄肉の薄板弾性ローラ１７１ａを用いた定着ローラ１７ａは、不図示の駆動モータにより駆動される圧着ローラ４７ａの回転に従動して（圧着ローラ４７ａの駆動を受けて）回転され、定着ローラ１７ａに従動して回転される支持ローラ１７１ｈにより定着ローラ１７ａが保持される。支持ローラ１７１ｈにより、薄肉の薄板弾性ローラ１７１ａを用いた定着ローラ１７ａの安定した保持が可能となる。また、従動回転により、定着ローラ１７ａの回転が均一化され、定着むらが防止される。
【００４４】
下側の圧着ローラ４７ａは、例えばステンレス材を用いた棒状の芯金４７１ａと、該芯金４７１ａの外側に例えばシリコン材を用いた、ゴム硬度が２０Ｈｓ〜７０Ｈｓ（ＪＩＳ、Ａゴム硬度）、好ましくは３０Ｈｓ〜４０Ｈｓのゴムローラ層４７１ｂを形成した弾性を有するソフトローラとして構成される。下側の圧着ローラ４７ａに断熱性の高い弾性のゴムローラを用い、上側の薄板弾性ローラ１７１ａから下側の圧着ローラ４７ａへの熱の拡散を防止すると共に、５ｍｍ〜３０ｍｍの広いニップ部Ｎの幅も確保する。
【００４５】
前述したように定着ローラ部材をバネ性を有する薄肉の薄板弾性ローラ１７１ａとすると共に、圧着ローラ４７ａの押圧力を定着ローラ１７ａの薄板弾性ローラ１７１ａの弾性力にて受ける。これにより、薄板弾性ローラ１７１ａが塑性変形なく楕円状に広がり、平面状に近い薄板弾性ローラ１７１ａの面にて圧着ローラ４７ａのソフトなゴムローラ層４７１ｂを押圧し、下側に凸状の幅広いニップ部Ｎが形成される。幅広いニップ部Ｎによりトナー像の良好な定着が行われる。
【００４６】
上記の如くにて、定着ローラ部材が小径でもニップ幅が広くとれ、従って、省エネルギーでウォーミングアップ時間の短い定着装置が可能となる。広いニップ部Ｎを確保するために、ニップ部Ｎの曲率は平面に近づくよう圧着ローラ４７ａのゴムローラ層４７１ｂのゴム硬度とのバランスを採ることが必要であるが、定着ローラ１７ａと圧着ローラ４７ａとにより圧着ローラ４７ａ側に形成されるニップ部Ｎの曲率半径を５０ｍｍ以上とすることが好ましい。これにより、厚紙での定着不良や定着しわ、特に転写材として封筒のように２重になっているものでの定着しわの発生が少なくなる。また、ニップ部Ｎの出口部の曲率半径がこの変形により小さくなり、転写材との分離性が良くなる。
【００４７】
上記により、薄肉の円筒状弾性体により塑性変形がなく定着ローラ部材の薄肉化が図られ、小径でニップ幅が広く、省エネルギーでウォーミングアップ時間の短い定着装置が可能となる。
【００４８】
また図５に示すように、第２の例の定着装置１７Ａは、バネ性を有する薄肉の円筒状弾性体である薄板弾性ローラ１７１ａを用いた定着ローラ部材である定着ローラ１７ａを上下に配置した構成とされており、それぞれの定着ローラ１７ａの内部には、発熱源としての発熱フィラメントを有する加熱手段であるハロゲンヒータ１７１ｇが設けられる。上下の定着ローラ１７ａは四隅の支持ローラ１７１ｈにより保持されており、不図示の駆動ローラによりバネ性を有する薄肉の薄板弾性ローラ１７１ａを用いた定着ローラ１７ａが回転され、それぞれの定着ローラ１７ａに従動して定着ローラ１７ａを保持する支持ローラ１７１ｈが回転される。
【００４９】
薄板状の定着ローラ部材である定着ローラ１７ａは、図３にて前述したと同様に、バネ性を有する薄肉の円筒状弾性体である薄板弾性ローラ１７１ａと、該薄板弾性ローラ１７１ａの外側（外周面）にゴム層１７１ｂとによる層構成とされる。
【００５０】
薄板弾性ローラ１７１ａは、厚さ（肉厚）ｔ（ｍｍ）としては０．１５ｍｍ〜０．８ｍｍ程度の例えばステンレスやリン青銅等を用いたバネ性を有する金属部材により形成され、バネ材として使用可能な疲れ限界を有するバネ性の金属部材を使用することによって、薄板弾性ローラ１７１ａが定着装置１７Ａに適用される場合での、円筒状弾性体である薄板弾性ローラ１７１ａの弾性変形による疲労破壊の発生が防げる。弾性変形による疲労破壊の発生を防止するのに、金属部材の疲れ限度としては１４ｋＰ／ｍｍ2以上とすることが好ましいことが実験的に確認された。
【００５１】
また、前述した薄板弾性ローラ１７１ａの肉厚ｔ（ｍｍ）に対して、薄板弾性ローラ１７１ａの外径をＲ（ｍｍ）とするとき、
Ｒ／７０＞ｔ＞Ｒ／３００
とすることが、薄板弾性ローラ１７１ａが定着装置１７Ａに適用される場合において好ましく、これにより、変形や破損がなくニップ部Ｎの幅を５ｍｍ〜３０ｍｍと広くすることが可能となる。ｔ≧Ｒ／７０では、薄板弾性ローラ１７１ａの厚さが厚すぎて、定着装置１７Ａに適用される場合、楕円状に変形せず、ニップ部Ｎの幅が広くならない。ｔ≦Ｒ／３００では、薄板弾性ローラ１７１ａの厚さが薄すぎて、定着装置１７Ａに適用される場合に強度が低すぎ押圧力が不足し、定着むらとなる。
【００５２】
薄板弾性ローラ１７１ａの外側（外周面）に設けられるゴム層１７１ｂとしては、層厚０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度が好ましい。ゴム層１７１ｂを設けることにより、定着むらの発生が少なくなる。
【００５３】
それぞれの定着ローラ１７ａをバネ性を有する薄肉の円筒状弾性体である薄板弾性ローラ１７１ａとすると共に、それぞれの定着ローラ１７ａの薄板弾性ローラ１７１ａの相互の弾性力にて、対向するそれぞれの定着ローラ１７ａの相互の押圧力を受ける。これにより、薄板弾性ローラ１７１ａが塑性変形なく楕円状に広がり、それぞれの薄板弾性ローラ１７１ａの平面状に近い面にて略平面の幅広いニップ部Ｎが形成される。５ｍｍ〜３０ｍｍの幅広いニップ部Ｎによりトナー像の良好な定着が行われる。
【００５４】
上記の如くにて、定着ローラ部材が小径でもニップ幅が広くとれ、従って、省エネルギーでウォーミングアップ時間の短い定着装置が可能となる。
【００５５】
定着ローラ部材の保持方法の第３の例と該保持方法に基づく定着装置の第３の例、及び定着ローラ部材の保持方法の第４の例と該保持方法に基づく定着装置の第４の例について以下に説明する。
【００５６】
また図６によれば、第３の例の定着装置１７Ｂは、上側（記録紙Ｐ上のカラートナー像側）にはカラートナー像を定着するためのバネ性を有する薄肉の円筒状弾性体である薄板弾性ローラ１７１ａを用いた定着ローラ部材である定着ローラ１７ａが配置され、また下側には弾性を有する圧着ローラ４７ａが配置されて構成されており、定着ローラ１７ａの内部には、発熱源としての発熱フィラメントを有する加熱手段であるハロゲンヒータ１７１ｇが設けられる。
【００５７】
下側の圧着ローラ４７ａは、例えばステンレス材を用いた棒状の芯金４７１ａと、該芯金４７１ａの外側に例えばシリコン材を用いた、ゴム硬度が２０Ｈｓ〜７０Ｈｓ（ＪＩＳ、Ａゴム硬度）、好ましくは３０Ｈｓ〜４０Ｈｓのゴムローラ層４７１ｂを形成した弾性を有するソフトローラとして構成される。圧着ローラ４７ａが定着ローラ１７ａに圧着（押圧）されて、ニップ部Ｎが形成される。下側の圧着ローラ４７ａに断熱性の高い弾性のゴムローラを用い、上側の薄板弾性ローラ１７１ａから下側の圧着ローラ４７ａへの熱の拡散を防止すると共に、５ｍｍ〜３０ｍｍの広いニップ部Ｎの幅も確保する。
【００５８】
上記薄板状の定着ローラ部材である定着ローラ１７ａは、図３にて前述したと同様に、バネ性を有する薄肉の円筒状弾性体である薄板弾性ローラ１７１ａと、該薄板弾性ローラ１７１ａの外側（外周面）にゴム層１７１ｂとによる層構成とされる。
【００５９】
薄板弾性ローラ１７１ａは、厚さ（肉厚）ｔ（ｍｍ）としては０．１５ｍｍ〜０．８ｍｍ程度の例えばステンレスやリン青銅等を用いたバネ性を有する金属部材により形成され、バネ材として使用可能な疲れ限界を有するバネ性の金属部材を使用することによって、薄板弾性ローラ１７１ａが定着装置１７Ｂに適用される場合での、円筒状弾性体である薄板弾性ローラ１７１ａの弾性変形による疲労破壊の発生が防げる。弾性変形による疲労破壊の発生を防止するのに、金属部材の疲れ限度としては１４ｋＰ／ｍｍ2以上とすることが好ましいことが実験的に確認された。
【００６０】
また、前述した薄板弾性ローラ１７１ａの肉厚ｔ（ｍｍ）に対して、薄板弾性ローラ１７１ａの外径をＲ（ｍｍ）とするとき、
Ｒ／７０＞ｔ＞Ｒ／３００
とすることが、薄板弾性ローラ１７１ａが定着装置１７Ｂに適用される場合において好ましく、これにより、変形や破損がなくニップ部Ｎの幅を５ｍｍ〜３０ｍｍと広くすることが可能となる。ｔ≧Ｒ／７０では、薄板弾性ローラ１７１ａの厚さが厚すぎて、定着装置１７Ｂに適用される場合、楕円状に変形せず、ニップ部Ｎの幅が広くならない。ｔ≦Ｒ／３００では、薄板弾性ローラ１７１ａの厚さが薄すぎて、定着装置１７Ｂに適用される場合に強度が低すぎ押圧力が不足し、定着むらとなる。
【００６１】
薄板弾性ローラ１７１ａの外側（外周面）に設けられるゴム層１７１ｂとしては、層厚０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度が好ましい。ゴム層１７１ｂを設けることにより、定着むらの発生が少なくなる。
【００６２】
また、バネ性を有する薄肉の円筒状弾性体である薄板弾性ローラ１７１ａを用いた定着ローラ部材である定着ローラ１７ａの両端部に、リング状の軸受部材としてのフランジ１７１ｉを嵌込み、定着ローラ１７ａの両端を定着ローラ１７ａの外径よりも大きな内径を有する軸受部材としてのフランジ１７１ｉで保持する。軸受部材としてのフランジ１７１ｉに嵌入されるベアリングＢ１により両端のフランジ１７１ｉと一体とされる定着ローラ１７ａが回転可能とされる。また下側の圧着ローラ４７ａには、圧着ローラ４７ａの有する芯金４７１ａの一方の端部に歯車Ｇ１１が固定して設けられ、定着駆動モータＭ１により駆動回転される歯車Ｇ２１が歯車Ｇ１１と繋合し、定着駆動モータＭ１の駆動により圧着ローラ４７ａが回転駆動され、圧着ローラ４７ａに押圧される定着ローラ１７ａが従動回転される。従動回転により、定着ローラ１７ａの回転が均一化され、定着むらが防止される。また、図６に斜線で示す前述した定着ローラ１７ａのゴム層１７１ｂは、両端部のフランジ１７１ｉの内側に設けることが好ましく、これにより、定着ローラ１７ａが回転される際の、ゴム層１７１ｂのフランジ１７１ｉによる削れが防止される。
【００６３】
また図７によれば、第４の例の定着装置１７Ｃは、上側（記録紙Ｐ上のカラートナー像側）にはカラートナー像を定着するためのバネ性を有する薄肉の円筒状弾性体である薄板弾性ローラ１７１ａを用いた定着ローラ部材である定着ローラ１７ａが配置され、また下側には弾性を有する圧着ローラ４７ａが配置されて構成されており、定着ローラ１７ａの内部には、発熱源としての発熱フィラメントを有する加熱手段であるハロゲンヒータ１７１ｇが設けられる。
【００６４】
下側の圧着ローラ４７ａは、例えばステンレス材を用いた棒状の芯金４７１ａと、該芯金４７１ａの外側に例えばシリコン材を用いた、ゴム硬度が２０Ｈｓ〜７０Ｈｓ（ＪＩＳ、Ａゴム硬度）、好ましくは３０Ｈｓ〜４０Ｈｓのゴムローラ層４７１ｂを形成した弾性を有するソフトローラとして構成される。圧着ローラ４７ａが定着ローラ１７ａに圧着（押圧）されて、ニップ部Ｎが形成される。下側の圧着ローラ４７ａに断熱性の高い弾性のゴムローラを用い、上側の薄板弾性ローラ１７１ａから下側の圧着ローラ４７ａへの熱の拡散を防止すると共に、５ｍｍ〜３０ｍｍの広いニップ幅も確保する。
【００６５】
上記薄板状の定着ローラ部材である定着ローラ１７ａは、図３にて前述したと同様に、バネ性を有する薄肉の円筒状弾性体である薄板弾性ローラ１７１ａと、該薄板弾性ローラ１７１ａの外側（外周面）にゴム層１７１ｂとによる層構成とされる。
【００６６】
薄板弾性ローラ１７１ａは、厚さ（肉厚）ｔ（ｍｍ）としては０．１５ｍｍ〜０．８ｍｍ程度の例えばステンレスやリン青銅等を用いたバネ性を有する金属部材により形成され、バネ材として使用可能な疲れ限界を有するバネ性の金属部材を使用することによって、薄板弾性ローラ１７１ａが定着装置１７Ｃに適用される場合での、円筒状弾性体である薄板弾性ローラ１７１ａの弾性変形による疲労破壊の発生が防げる。弾性変形による疲労破壊の発生を防止するのに、金属部材の疲れ限度としては１４ｋＰ／ｍｍ2以上とすることが好ましいことが実験的に確認された。
【００６７】
また、前述した薄板弾性ローラ１７１ａの肉厚ｔ（ｍｍ）に対して、薄板弾性ローラ１７１ａの外径をＲ（ｍｍ）とするとき、
Ｒ／７０＞ｔ＞Ｒ／３００
とすることが、薄板弾性ローラ１７１ａが定着装置１７Ｃに適用される場合において好ましく、これにより、変形や破損がなくニップ部Ｎの幅を５ｍｍ〜３０ｍｍと広くすることが可能となる。ｔ≧Ｒ／７０では、薄板弾性ローラ１７１ａの厚さが厚すぎて、定着装置１７Ｃに適用される場合、楕円状に変形せず、ニップ部Ｎの幅が広くならない。ｔ≦Ｒ／３００では、薄板弾性ローラ１７１ａの厚さが薄すぎて、定着装置１７Ｃに適用される場合に強度が低すぎ押圧力が不足し、定着むらとなる。
【００６８】
薄板弾性ローラ１７１ａの外側（外周面）に設けられるゴム層１７１ｂとしては、層厚０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度が好ましい。ゴム層１７１ｂを設けることにより、定着むらの発生が少なくなる。
【００６９】
また、バネ性を有する薄肉の円筒状弾性体である薄板弾性ローラ１７１ａを用いた定着ローラ部材である定着ローラ１７ａの両端部に、例えばフッ素樹脂等の断熱性を有する樹脂部材を用いたリング状の軸受部材としての樹脂軸受け１７１ｊを嵌込み、定着ローラ１７ａの両端を定着ローラ１７ａの外径よりも大きな内径を有する軸受部材としての樹脂軸受け１７１ｊで保持する。軸受部材としての樹脂軸受け１７１ｊに嵌入されるベアリングＢ２により両端の樹脂軸受け１７１ｊと一体とされる定着ローラ１７ａが回転可能とされる。この際、ベアリングＢ２にて直接定着ローラ１７ａを保持することも可能である。また下側の圧着ローラ４７ａには、圧着ローラ４７ａの有する芯金４７１ａの一方の端部に歯車Ｇ１２が固定して設けられ、定着駆動モータＭ１により駆動回転される歯車Ｇ２２が歯車Ｇ１２と繋合し、定着駆動モータＭ１の駆動により圧着ローラ４７ａが回転駆動され、圧着ローラ４７ａに押圧される定着ローラ１７ａが従動回転される。従動回転により、定着ローラ１７ａの回転が均一化され、定着むらが防止される。
【００７０】
また、図７に斜線で示す前述した定着ローラ１７ａのゴム層１７１ｂは、両端部のフランジ１７１ｉの内側に設けることが好ましく、これにより、定着ローラ１７ａが回転される際の、ゴム層１７１ｂのフランジ１７１ｉによる削れが防止される。
【００７１】
さらに図８に示すように、図６または図７にて上述した第３の例の定着装置１７Ｂ或いは第４の例の定着装置１７Ｃは、それぞれ、上側（記録紙Ｐ上のカラートナー像側）には、上述したようにその両端をフランジ１７１ｉ或いは樹脂軸受け１７１ｊにて保持され、カラートナー像を定着するための前述したバネ性を有する薄肉の円筒状弾性体である薄板弾性ローラ１７１ａを用いた定着ローラ部材である定着ローラ１７ａが配置され、また下側には弾性を有する圧着ローラ４７ａが配置されて構成されており、定着ローラ１７ａの内部には、発熱源としての発熱フィラメントを有する加熱手段であるハロゲンヒータ１７１ｇが設けられる。バネ性を有する薄肉の薄板弾性ローラ１７１ａを用いた定着ローラ１７ａは、図６または図７にて前述したように、駆動回転される圧着ローラ４７ａの回転に従動して回転される。
【００７２】
上述したように、定着ローラ部材をバネ性を有する薄肉の薄板弾性ローラ１７１ａとすると共に、圧着ローラ４７ａの押圧力を定着ローラ１７ａの薄板弾性ローラ１７１ａの弾性力にて受ける。これにより、薄板弾性ローラ１７１ａが塑性変形なく楕円状に広がり、平面状に近い薄板弾性ローラ１７１ａの面にて圧着ローラ４７ａのソフトなゴムローラ層４７１ｂを押圧し、下側に凸状の５ｍｍ〜３０ｍｍの幅広いニップ部Ｎが形成される。５ｍｍ〜３０ｍｍの幅広いニップ部Ｎによりトナー像の良好な定着が行われる。
【００７３】
上記の如くにて、定着ローラ部材が小径でもニップ幅が５ｍｍ〜３０ｍｍと広くとれ、従って、省エネルギーでウォーミングアップ時間の短い定着装置が可能となる。５ｍｍ〜３０ｍｍの広いニップ部Ｎを確保するために、ニップ部Ｎの曲率は平面に近づくよう圧着ローラ４７ａのゴムローラ層４７１ｂのゴム硬度とのバランスを採ることが必要であるが、定着ローラ１７ａと圧着ローラ４７ａとにより圧着ローラ４７ａ側に形成されるニップ部Ｎの曲率半径を５０ｍｍ以上とすることが好ましい。これにより、厚紙での定着不良や定着しわ、特に転写材として封筒のように２重になっているものでの定着しわの発生が少なくなる。また、ニップ部Ｎの出口部の曲率半径がこの変形により小さくなり、転写材との分離性が良くなる。
【００７４】
上記の如く、薄肉の円筒状弾性体により塑性変形がなく定着ローラ部材の薄肉化が図られると共に、軸受部材により、安定した定着ローラ部材の保持が図られ、小径でニップ幅が５ｍｍ〜３０ｍｍと広く、省エネルギーでウォーミングアップ時間の短い定着装置が可能となる。
【００７５】
さらに、図６ないし図８にて上述した第３の例の定着装置１７Ｂ或いは第４の例の定着装置１７Ｃにおいて、円筒状弾性体である薄板弾性ローラ１７１ａが適正に撓んで、安定したニップ部Ｎが形成され得るためには、定着ローラ部材である定着ローラ部材と軸受部材としてのフランジ１７１ｉや樹脂軸受け１７１ｊとの適正な寸法関係が設定される必要がある。
【００７６】
上記設定の第１として、上述したように、定着ローラ１７ａをバネ性を有する薄肉の薄板弾性ローラ１７１ａとすると共に、定着ローラ１７ａの両端を定着ローラ１７ａの外径よりも大きな内径を有する軸受部材としてのフランジ１７１ｉ或いは樹脂軸受け１７１ｊで保持するが、図９に示すように、定着ローラ１７ａの外径をＤ１（ｍｍ）、軸受部材としてのフランジ１７１ｉ或いは樹脂軸受け１７１ｊの内径をＤ２（ｍｍ）とするとき、
Ｄ１／Ｄ２＝０．８０〜０．９８
と設定することが好ましい。定着ローラ１７ａの外径Ｄ１（ｍｍ）と、軸受部材としてのフランジ１７１ｉ或いは樹脂軸受け１７１ｊの内径Ｄ２（ｍｍ）との比、Ｄ１／Ｄ２が０．８０未満で小さいと、薄板弾性ローラ１７１ａがつぶれすぎて安定しない。また比Ｄ１／Ｄ２が０．９８を越えて大きいと、ゆがむ量が少なすぎ、適正なニップ部Ｎが形成されない。
【００７７】
さらに、前述した薄板弾性ローラ１７１ａの肉厚ｔ（ｍｍ）に対して、薄板弾性ローラ１７１ａの外径をＲ（ｍｍ）とするとき、
Ｒ／７０＞ｔ＞Ｒ／３００
とすることが、薄板弾性ローラ１７１ａが定着装置１７Ｂ或いは定着装置１７Ｃに適用される場合においてより好ましく、これにより、薄板弾性ローラ１７１ａの変形や破損がなくニップ部Ｎの幅を５ｍｍ〜３０ｍｍと広くすることが可能となる。ｔ≧Ｒ／７０では、薄板弾性ローラ１７１ａの厚さが厚すぎて、定着装置１７Ｂ或いは定着装置１７Ｃに適用される場合楕円状に変形せず、ニップ部Ｎの幅が広くならない。ｔ≦Ｒ／３００では、薄板弾性ローラ１７１ａの厚さが薄すぎて、定着装置１７Ｂ或いは定着装置１７Ｃに適用される場合に強度が低すぎ押圧力が不足し、定着むらとなる。
【００７９】
さらに、前述した薄板弾性ローラ１７１ａの肉厚ｔ（ｍｍ）に対して、薄板弾性ローラ１７１ａの外径をＲ（ｍｍ）とするとき、
Ｒ／７０＞ｔ＞Ｒ／３００
とすることが、薄板弾性ローラ１７１ａが定着装置１７Ｂ或いは定着装置１７Ｃに適用される場合においてより好ましく、これにより、薄板弾性ローラ１７１ａの変形や破損がなくニップ部Ｎの幅を５ｍｍ〜３０ｍｍと広くすることが可能となる。ｔ≧Ｒ／７０では、薄板弾性ローラ１７１ａの厚さが厚すぎて、定着装置１７Ｂ或いは定着装置１７Ｃに適用される場合楕円状に変形せず、ニップ部Ｎの幅が広くならない。ｔ≦Ｒ／３００では、薄板弾性ローラ１７１ａの厚さが薄すぎて、定着装置１７Ｂ或いは定着装置１７Ｃに適用される場合に強度が低すぎ押圧力が不足し、定着むらとなる。
【００８０】
また上記設定の第３として、前述したように、定着ローラ１７ａをバネ性を有する薄肉の薄板弾性ローラ１７１ａとすると共に、定着ローラ１７ａの両端を定着ローラ１７ａの外径よりも大きな内径を有する軸受部材としてのフランジ１７１ｉ或いは樹脂軸受け１７１ｊで保持するが、図９に示すように、定着ローラ１７ａの外径をＤ１（ｍｍ）、軸受部材としてのフランジ１７１ｉ或いは樹脂軸受け１７１ｊの内径をＤ２（ｍｍ）、前述した圧着ローラ４７ａによる圧着時の定着ローラ１７ａの幅を（Ｄ１−ΔＤ１）（ｍｍ）とするとき、
（Ｄ１−ΔＤ１）／Ｄ２＝０．５５〜０．９５
と設定することが好ましい。圧着ローラ４７ａによる圧着時の定着ローラ１７ａの幅（Ｄ１−ΔＤ１）（ｍｍ）と、軸受部材としてのフランジ１７１ｉ或いは樹脂軸受け１７１ｊの内径Ｄ２（ｍｍ）との比、（Ｄ１−ΔＤ１）／Ｄ２が０．５５未満で小さいと、薄板弾性ローラ１７１ａがつぶれすぎて安定しない。また比（Ｄ１−ΔＤ１）／Ｄ２が０．９５を越えて大きいと、ゆがむ量が少なすぎ、適正なニップ部Ｎが形成されない。
【００８１】
さらに、前述した薄板弾性ローラ１７１ａの肉厚ｔ（ｍｍ）に対して、薄板弾性ローラ１７１ａの外径をＲ（ｍｍ）とするとき、
Ｒ／７０＞ｔ＞Ｒ／３００
とすることが、薄板弾性ローラ１７１ａが定着装置１７Ｂ或いは定着装置１７Ｃに適用される場合においてより好ましく、これにより、薄板弾性ローラ１７１ａの変形や破損がなくニップ部Ｎの幅を５ｍｍ〜３０ｍｍと広くすることが可能となる。ｔ≧Ｒ／７０では、薄板弾性ローラ１７１ａの厚さが厚すぎて、定着装置１７Ｂ或いは定着装置１７Ｃに適用される場合楕円状に変形せず、ニップ部Ｎの幅が広くならない。ｔ≦Ｒ／３００では、薄板弾性ローラ１７１ａの厚さが薄すぎて、定着装置１７Ｂ或いは定着装置１７Ｃに適用される場合に強度が低すぎ押圧力が不足し、定着むらとなる。
【００８２】
上記により、円筒状弾性体が適正に撓んで、安定したニップ部が形成され得る定着ローラ部材と軸受部材との適正な寸法関係が設定される。さらに、円筒状弾性体の変形や破損がなくニップ幅を５ｍｍ〜３０ｍｍと広くし、適切な押圧力を得ることが可能となる。
【００８３】
しかしながら、図６ないし図８にて上述した第３の例の定着装置１７Ｂ或いは第４の例の定着装置１７Ｃにおいて、円筒状弾性体を用いる定着ローラ部材の問題点を図１０に示すように、円筒状弾性体であるバネ性を有する薄肉の薄板弾性ローラ１７１ａ（図１０には不図示）を用いる定着ローラ１７ａは、圧着ローラ４７ａに押圧されて歪み、上側を弓形として湾曲し、変形されてしまう。
【００８４】
上記定着ローラ部材の湾曲変形を防止するための押圧部材を用いる定着装置について、図１１ないし図１６を用いて説明する。図１１は、押圧部材を用いる定着装置の第５の例を示す図であり、図１２は、図１１の定着装置の概要側面図であり、図１３は、押圧部材の他の例を示す図であり、図１４は、図１３の押圧部材の斜視図であり、図１５は、圧着ローラ及び押圧部材の好ましい配置を示す図であり、図１６は、定着装置の第６の例で、押圧部材を複数個用いる場合の配置を示す図である。
【００８５】
図１１または図１２によれば、第５の例の定着装置１７Ｄは、上側（記録紙Ｐ上のカラートナー像側）にはカラートナー像を定着するためのバネ性を有する薄肉の円筒状弾性体である薄板弾性ローラ１７１ａを用いた定着ローラ部材である定着ローラ１７ａが配置され、また下側には弾性を有する圧着ローラ４７ａが配置されて構成されており、定着ローラ１７ａの内部には、発熱源としての発熱フィラメントを有する加熱手段であるハロゲンヒータ１７１ｇが設けられる。また、下側の圧着ローラ４７ａは、例えばステンレス材を用いた棒状の芯金４７１ａと、該芯金４７１ａの外側に例えばシリコン材を用いた、ゴム硬度が２０Ｈｓ〜７０Ｈｓ（ＪＩＳ、Ａゴム硬度）、好ましくは３０Ｈｓ〜４０Ｈｓのゴムローラ層４７１ｂを形成した弾性を有するソフトローラとして構成される。圧着ローラ４７ａが定着ローラ１７ａに圧着（押圧）されて、ニップ部Ｎが形成される。しかしながら、前述したように、バネ性を有する薄肉の薄板弾性ローラ１７１ａを用いる定着ローラ１７ａは、圧着ローラ４７ａに押圧されて歪み、上側を弓形として湾曲変形されてしまうので、定着ローラ部材である定着ローラ１７ａを押圧する押圧部材として、例えばアルミローラ等の金属部材を用いた押圧ローラ２７１を、定着ローラ１７ａの表面で、ニップ部Ｎの反対側（ニップ部Ｎを通り、定着ローラ１７ａの中心と圧着ローラ４７ａの中心とを通る直線（中心線）ＰＬ４上で、定着ローラ１７ａのニップ部Ｎの反対側）に配置し、押圧ローラ２７１により定着ローラ１７ａをニップ部Ｎ側に押圧する。さらに、定着ローラ１７ａの湾曲変形を、より平坦に修正するように、押圧部材としての押圧ローラ２７１の中央部に、図１２に示すように、凸状（太鼓状）の押圧形状を設けることが好ましい。押圧部材により、湾曲変形が防止されると共に、定着ローラ部材が圧着ローラに均一に圧着され、均一なニップ部が形成される。下側の圧着ローラ４７ａに断熱性の高い弾性のゴムローラを用い、上側の薄板弾性ローラ１７１ａから下側の圧着ローラ４７ａへの熱の拡散を防止すると共に、５ｍｍ〜３０ｍｍの広いニップ部Ｎの幅も確保する。
【００８６】
上記薄板状の定着ローラ部材である定着ローラ１７ａは、図３にて前述したと同様に、バネ性を有する薄肉の円筒状弾性体である薄板弾性ローラ１７１ａと、該薄板弾性ローラ１７１ａの外側（外周面）にゴム層１７１ｂとによる層構成とされる。
【００８７】
薄板弾性ローラ１７１ａは、厚さ（肉厚）ｔ（ｍｍ）としては０．１５ｍｍ〜０．８ｍｍ程度の例えばステンレスやリン青銅等を用いたバネ性を有する金属部材により形成され、バネ材として使用可能な疲れ限界を有するバネ性の金属部材を使用することによって、薄板弾性ローラ１７１ａが定着装置１７Ｄに適用される場合での、円筒状弾性体である薄板弾性ローラ１７１ａの弾性変形による疲労破壊の発生が防げる。弾性変形による疲労破壊の発生を防止するのに、金属部材の疲れ限度としては１４ｋＰ／ｍｍ2以上とすることが好ましいことが実験的に確認された。
【００８８】
また、前述した薄板弾性ローラ１７１ａの肉厚ｔ（ｍｍ）に対して、薄板弾性ローラ１７１ａの外径をＲ（ｍｍ）とするとき、
Ｒ／７０＞ｔ＞Ｒ／３００
とすることが、薄板弾性ローラ１７１ａが定着装置１７Ｄに適用される場合において好ましく、これにより、変形や破損がなくニップ部Ｎの幅を５ｍｍ〜３０ｍｍと広くすることが可能となる。ｔ≧Ｒ／７０では、薄板弾性ローラ１７１ａの厚さが厚すぎて、定着装置１７Ｄに適用される場合、楕円状に変形せず、ニップ部Ｎの幅が広くならない。ｔ≦Ｒ／３００では、薄板弾性ローラ１７１ａの厚さが薄すぎて、定着装置１７Ｄに適用される場合に強度が低すぎ押圧力が不足し、定着むらとなる。
【００８９】
薄板弾性ローラ１７１ａの外側（外周面）に設けられるゴム層１７１ｂとしては、層厚０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度が好ましい。ゴム層１７１ｂを設けることにより、定着むらの発生が少なくなる。
【００９０】
また、図１２に示すように、バネ性を有する薄肉の円筒状弾性体である薄板弾性ローラ１７１ａを用いた定着ローラ部材である定着ローラ１７ａの両端部に、リング状の軸受部材としてのフランジ１７１ｉ或いは樹脂軸受け１７１ｊを嵌込み、定着ローラ１７ａの両端を定着ローラ１７ａの外径よりも大きな内径を有する軸受部材としてのフランジ１７１ｉ或いは樹脂軸受け１７１ｊで保持する。軸受部材としてのフランジ１７１ｉ或いは樹脂軸受け１７１ｊ（或いは不図示のベアリング）により、両端のフランジ１７１ｉ或いは樹脂軸受け１７１ｊと一体とされる定着ローラ１７ａが回転可能とされる。また下側の圧着ローラ４７ａには、圧着ローラ４７ａの有する芯金４７１ａの一方の端部に歯車Ｇ１３が固定して設けられ、定着駆動モータＭ１により駆動回転される歯車Ｇ２３が歯車Ｇ１３と繋合し、定着駆動モータＭ１の駆動により圧着ローラ４７ａが回転駆動され、圧着ローラ４７ａに押圧される定着ローラ１７ａが従動回転される。従動回転により、定着ローラ１７ａの回転が均一化され、定着むらが防止される。
【００９１】
また、図１２に斜線で示す定着ローラ１７ａのゴム層１７１ｂは、両端部のフランジ１７１ｉ或いは樹脂軸受け１７１ｊの内側に設けることが好ましく、これにより、定着ローラ１７ａが回転される際の、ゴム層１７１ｂのフランジ１７１ｉ或いは樹脂軸受け１７１ｊによる削れが防止される。
【００９２】
上記の如くにて、定着ローラ部材が小径でもニップ幅が５ｍｍ〜３０ｍｍと広くとれ、従って、省エネルギーでウォーミングアップ時間の短い定着装置が可能となる。５ｍｍ〜３０ｍｍの広いニップ部Ｎを確保するために、ニップ部Ｎの曲率は平面に近づくよう圧着ローラ４７ａのゴムローラ層４７１ｂのゴム硬度とのバランスを採ることが必要であるが、押圧ローラ２７１に押圧され、定着ローラ１７ａと圧着ローラ４７ａとにより圧着ローラ４７ａ側に形成されるニップ部Ｎの曲率半径を５０ｍｍ以上とすることが好ましい。これにより、厚紙での定着不良や定着しわ、特に転写材として封筒のように２重になっているものでの定着しわの発生が少なくなる。また、ニップ部Ｎの出口部の曲率半径がこの変形により小さくなり、転写材との分離性が良くなる。
【００９３】
図１３及び図１４に押圧部材の他の例を示すが、図１３（Ａ）に示すように、例えば金属部材や樹脂部材を用て成型した、断面が錨状の押圧板２７２を、押圧部材として用いることも可能である。押圧板２７２を、定着ローラ１７ａの表面で、ニップ部Ｎ（図１３（Ａ）には不図示）の反対側に配置し、押圧板２７２により定着ローラ１７ａを押圧する。さらに、定着ローラ１７ａの湾曲変形を、より平坦に修正するように、押圧部材としての押圧板２７２の定着ローラ１７ａと当接する湾曲部２７２ａの中央部に、図１４（Ａ）に示すように、凸状の押圧形状を設けることが好ましい。押圧部材により、湾曲変形が防止されると共に、定着ローラ部材が圧着ローラに均一に圧着され、均一なニップ部が形成される。
【００９４】
また図１３（Ｂ）に示すように、例えばリン青銅やステンレス等の弾性を有するバネ板部材を用いた押圧弾性板２７３を、押圧部材として用いることも可能である。押圧弾性板２７３を、定着ローラ１７ａの表面で、ニップ部Ｎ（図１３（Ｂ）には不図示）の反対側に配置し、押圧弾性板２７３により定着ローラ１７ａを押圧する。さらに、定着ローラ１７ａの湾曲変形を、より平坦に修正するように、押圧部材としての押圧弾性板２７３の定着ローラ１７ａと当接する湾曲部２７３ａの中央部に、図１４（Ｂ）に示すように、凸状の押圧形状を設けることが好ましい。押圧部材により、湾曲変形が防止されると共に、定着ローラ部材が圧着ローラに均一に圧着され、均一なニップ部が形成される。なお、押圧部材としての前述した押圧ローラ２７１や上述した押圧板２７２や押圧弾性板２７３等を定着ローラ１７ａをクリーニングするためのクリーニング用の部材や、定着ローラ１７ａの温度分布を均一化するための熱均一化用の部材や、定着ローラ１７ａへオイルを供給するためのオイル塗布用の部材等として用いることも可能である。
【００９５】
上記により、薄肉の円筒状弾性体により塑性変形がなく定着ローラ部材の薄肉化が図られ、小径でニップ幅が５ｍｍ〜３０ｍｍと広く、省エネルギーでウォーミングアップ時間の短縮が図られると共に、押圧部材の押圧により、定着ローラ部材が圧着ローラに均一に圧着され、良好な定着性が可能となる。
【００９６】
また図１５に示すように、定着ローラ１７ａの中心軸ＰＬ１と圧着ローラ４７ａの中心軸ＰＬ２とを、１°〜５°程度の傾斜角度θ１（°）を以て傾斜させて配置し、湾曲変形を防止するようにすることが好ましい。また、上記押圧部材としての押圧ローラ２７１、押圧板２７２または押圧弾性板２７３等の定着ローラ１７ａとの当接中心線ＰＬ３を、定着ローラ１７ａの中心軸ＰＬ１と傾斜させて配置し、定着ローラ１７ａを押圧することが、湾曲変形をさらに防止することで好ましい。押圧部材の当接中心線ＰＬ３と定着ローラ１７ａの中心軸ＰＬ１との傾斜角度θ２（°）は、１°〜５°程度が好ましい。また、上記それぞれの傾斜を組み合わせると、さらに湾曲変形を防止することができて好ましい。
【００９７】
押圧部材を複数個用いる場合を図１６に示すが、第６の例の定着装置１７Ｅは、上側（記録紙Ｐ上のカラートナー像側）にはカラートナー像を定着するためのバネ性を有する薄肉の円筒状弾性体である薄板弾性ローラ１７１ａを用いた定着ローラ部材である定着ローラ１７ａが配置され、また下側には弾性を有する圧着ローラ４７ａが配置されて構成されており、定着ローラ１７ａの内部には、発熱源としての発熱フィラメントを有する加熱手段であるハロゲンヒータ１７１ｇが設けられる。また、下側の圧着ローラ４７ａは、例えばステンレス材を用いた棒状の芯金４７１ａと、該芯金４７１ａの外側に例えばシリコン材を用いた、ゴム硬度が２０Ｈｓ〜７０Ｈｓ（ＪＩＳ、Ａゴム硬度）、好ましくは３０Ｈｓ〜４０Ｈｓのゴムローラ層４７１ｂを形成した弾性を有するソフトローラとして構成される。圧着ローラ４７ａが定着ローラ１７ａに圧着（押圧）されて、ニップ部Ｎが形成される。しかしながら、前述したように、バネ性を有する薄肉の薄板弾性ローラ１７１ａを用いる定着ローラ１７ａは、圧着ローラ４７ａに押圧されて歪み、上側を弓形として湾曲変形されてしまうので、定着ローラ部材である定着ローラ１７ａを押圧する押圧部材として、例えばアルミローラやステンレスローラ等の金属部材の表面やローラ状の樹脂部材の表面に、耐熱性のテフロン樹脂をコーティングしたもの等を用いた、複数個の押圧ローラ２７１ａ，２７１ｂ，２７１ｃを用い、定着ローラ１７ａの表面で、定着ローラ１７ａのニップ部Ｎの中央を通る中心線（直線）ＰＬ４（ニップ部Ｎを通り、定着ローラ１７ａの中心と圧着ローラ４７ａの中心とを通る直線（中心線）ＰＬ４）に対して、角度αを以て軸対称に配設し、一方を押圧ローラ２７１ａにより、また他方を押圧ローラ２７１ｂ、さらには押圧ローラ２７１ｂを押圧ローラ２７１ｃにより押圧し、定着ローラ１７ａを双方からニップ部Ｎ側に押圧する。定着ローラ１７ａの湾曲変形をより平坦に修正するように、押圧部材としての押圧ローラ２７１ａの中央部や押圧ローラ２７１ｂの中央部に、凸状（太鼓状）の押圧形状を設けることが好ましい。押圧部材により、湾曲変形が防止されると共に、定着ローラ部材が圧着ローラに均一に圧着され、均一なニップ部が形成される。この際、押圧ローラ２７１ａを定着ローラ１７ａをクリーニングするためのクリーニング用のローラ、押圧ローラ２７１ｂを定着ローラ１７ａの温度分布を均一化するための熱均一化ローラ、押圧ローラ２７１ｃを定着ローラ１７ａへオイルを供給するためのオイル塗布ローラ等として用いることも可能である。下側の圧着ローラ４７ａに断熱性の高い弾性のゴムローラを用い、上側の薄板弾性ローラ１７１ａから下側の圧着ローラ４７ａへの熱の拡散を防止すると共に、広いニップ部Ｎの幅も確保する。
【００９８】
上記薄板状の定着ローラ部材である定着ローラ１７ａは、図３にて前述したと同様に、バネ性を有する薄肉の円筒状弾性体である薄板弾性ローラ１７１ａと、該薄板弾性ローラ１７１ａの外側（外周面）にゴム層１７１ｂとによる層構成とされる。
【００９９】
薄板弾性ローラ１７１ａは、厚さ（肉厚）ｔ（ｍｍ）としては０．１５ｍｍ〜０．８ｍｍ程度の例えばステンレスやリン青銅等を用いたバネ性を有する金属部材により形成され、バネ材として使用可能な疲れ限界を有するバネ性の金属部材を使用することによって、薄板弾性ローラ１７１ａが定着装置１７Ｅに適用される場合での、円筒状弾性体である薄板弾性ローラ１７１ａの弾性変形による疲労破壊の発生が防げる。弾性変形による疲労破壊の発生を防止するのに、金属部材の疲れ限度としては１４ｋＰ／ｍｍ2以上とすることが好ましいことが実験的に確認された。
【０１００】
また、前述した薄板弾性ローラ１７１ａの肉厚ｔ（ｍｍ）に対して、薄板弾性ローラ１７１ａの外径をＲ（ｍｍ）とするとき、
Ｒ／７０＞ｔ＞Ｒ／３００
とすることが、薄板弾性ローラ１７１ａが定着装置１７Ｅに適用される場合において好ましく、これにより、変形や破損がなくニップ部Ｎの幅を５ｍｍ〜３０ｍｍと広くすることが可能となる。ｔ≧Ｒ／７０では、薄板弾性ローラ１７１ａの厚さが厚すぎて、定着装置１７Ｅに適用される場合、楕円状に変形せず、ニップ部Ｎの幅が広くならない。ｔ≦Ｒ／３００では、薄板弾性ローラ１７１ａの厚さが薄すぎて、定着装置１７Ｅに適用される場合に強度が低すぎ押圧力が不足し、定着むらとなる。
【０１０１】
薄板弾性ローラ１７１ａの外側（外周面）に設けられるゴム層１７１ｂとしては、層厚０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度が好ましい。ゴム層１７１ｂを設けることにより、定着むらの発生が少なくなる。
【０１０２】
また、バネ性を有する薄肉の円筒状弾性体である薄板弾性ローラ１７１ａを用いた定着ローラ部材である定着ローラ１７ａの両端部に嵌込まれるリング状の軸受部材としてのフランジ１７１ｉ或いは樹脂軸受け１７１ｊは、定着ローラ１７ａの両端を定着ローラ１７ａの外径よりも大きな内径を有する。軸受部材としてのフランジ１７１ｉ或いは樹脂軸受け１７１ｊで定着ローラ１７ａを保持する。両端の軸受部材としてのフランジ１７１ｉ或いは樹脂軸受け１７１ｊ（或いは不図示のベアリング）により、定着ローラ１７ａが回転可能とされる。バネ性を有する薄肉の薄板弾性ローラ１７１ａを用いた定着ローラ１７ａは、駆動回転される圧着ローラ４７ａの回転に従動して回転される。従動回転により、定着ローラ１７ａの回転が均一化され、定着むらが防止される。
【０１０３】
上記により、薄肉の円筒状弾性体により塑性変形がなく定着ローラ部材の薄肉化が図られ、小径でニップ幅が５ｍｍ〜３０ｍｍと広く、省エネルギーでウォーミングアップ時間の短縮が図られると共に、押圧部材の押圧により、定着ローラ部材が圧着ローラに均一に圧着され、良好な定着性が可能となる。
【０１０４】
【発明の効果】
以上の構成によれば、薄肉の円筒状弾性体により塑性変形がなく定着ローラ部材の薄肉化が図られ、小径でニップ幅が広く、省エネルギーでウォーミングアップ時間の短い定着装置が可能となる。
【０１０５】
以上の構成によれば、薄肉の円筒状弾性体を用いた定着ローラ部材の安定した保持が可能となる。
【０１０６】
以上の構成によれば、円筒状弾性体の弾性変形による疲労破壊の発生が防止される。
【０１０７】
以上の構成によれば、円筒状弾性体の変形や破損がなくニップ幅を広くし、適切な押圧力を得ることが可能となる。
【０１０８】
以上の構成によれば、厚紙での定着不良や定着しわ、特に転写材として封筒のように２重になっているものでの定着しわの発生が少なくなる。
【０１０９】
以上の構成によれば、定着むらの発生が少なくなる。
【０１１０】
以上の構成によれば、定着ローラ部材の回転が均一化され、定着むらが防止される。
【０１１１】
以上の構成によれば、薄肉の円筒状弾性体により塑性変形がなく定着ローラ部材の薄肉化が図られると共に、軸受部材により、安定した定着ローラ部材の保持が図られ、小径でニップ幅が広く、省エネルギーでウォーミングアップ時間の短い定着装置が可能となる。
【０１１７】
以上の構成によれば、円筒状弾性体が適正に撓んで、安定したニップ部が形成され得る定着ローラ部材と軸受部材との適正な寸法関係が設定される。
【０１２０】
以上の構成によれば、薄肉の円筒状弾性体により塑性変形がなく定着ローラ部材の薄肉化が図られ、小径でニップ幅が広く、省エネルギーでウォーミングアップ時間の短縮が図られると共に、圧着ローラの傾斜配置により、定着ローラ部材が圧着ローラに均一に圧着され、良好な定着性が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかわる定着装置を用いる画像形成装置の一実施形態を示すカラー画像形成装置の断面構成図である。
【図２】図１の像形成体の側断面図である。
【図３】定着ローラ部材の層構成と機能とを示す図である。
【図４】定着装置の第１の例の構成と定着ローラ部材の保持方法の第１の例とを示す説明図である。
【図５】定着装置の第２の例の構成と定着ローラ部材の保持方法の第２の例とを示す説明図である。
【図６】定着装置の第３の例と定着ローラ部材の保持方法の第３の例を示す概要側面図である。
【図７】定着装置の第４の例と定着ローラ部材の保持方法の第４の例を示す概要側面図である。
【図８】図６及び図７の保持方法に基づく定着装置の概要断面図である。
【図９】図６及び図７の定着装置の定着ローラ部材と軸受部材との寸法関係の説明図である。
【図１０】円筒状弾性体を用いる定着ローラ部材の問題点を示す図である。
【図１１】押圧部材を用いる定着装置の第５の例を示す図である。
【図１２】図１１の定着装置の概要側面図である。
【図１３】押圧部材の他の例を示す図である。
【図１４】図１３の押圧部材の斜視図である。
【図１５】圧着ローラ及び押圧部材の好ましい配置を示す図である。
【図１６】定着装置の第６の例で、押圧部材を複数個用いる場合の配置を示す図である。
【符号の説明】
１０  感光体ドラム
１１  スコロトロン帯電器
１２  露光光学系
１３  現像器
１７，１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄ，１７Ｅ  定着装置
１７ａ  定着ローラ
４７ａ  圧着ローラ
１７１ａ  薄板弾性ローラ
１７１ｂ  ゴム層
１７１ｈ  支持ローラ
１７１ｉ  フランジ
１７１ｊ  樹脂軸受け
１７１ｇ  ハロゲンヒータ
２７１，２７１ａ，２７１ｂ，２７１ｃ  押圧ローラ
２７２  押圧板
２７３  押圧弾性板
Ｍ１  定着駆動モータ
Ｎ  ニップ部
Ｐ  記録紙
【図１】
0003738615.tif 000002
【図２】
0003738615.tif 000003
【図３】
0003738615.tif 000004
【図４】
0003738615.tif 000005
【図５】
0003738615.tif 000006
【図６】
0003738615.tif 000007
【図７】
0003738615.tif 000008
【図８】
0003738615.tif 000009
【図９】
0003738615.tif 000010
【図１０】
0003738615.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0003738615.tif 000013
【図１３】
0003738615.tif 000014
【図１４】
0003738615.tif 000015
【図１５】
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【図１６】
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