JP6318779B2

JP6318779B2 - 定着装置

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Publication number: JP6318779B2
Application number: JP2014074780A
Authority: JP
Inventors: 智昭枦山; 尚之岩田; 泰弘丸山; 昭博小林; 祐介室舘
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2018-05-09
Anticipated expiration: 2034-03-31
Also published as: JP2015197539A

Description

本発明は、記録シートに現像剤像を熱定着するための定着装置に関する。

従来、定着装置として、エンドレスベルトと、エンドレスベルトの内周面に接触可能なニップ部材と、ニップ部材との間でエンドレスベルトを挟持することで、エンドレスベルトとの間でニップを形成するバックアップローラと、を備えるものが知られている（特許文献１参照）。具体的に、この技術では、ニップ部材は、記録シートの搬送方向に延びる平板状の基部と、基部の搬送方向における両端部からバックアップローラとは反対側に屈曲する断面視円弧状の屈曲部とを有し、バックアップローラは、基部の略全体との間でニップを形成するように配置されている。

米国特許出願公開第２０１０／０１５８５８７号明細書

しかしながら、従来技術では、バックアップローラが基部の略全体との間でニップを形成するように配置されているので、例えば定着装置において複数枚の記録シートを連続して熱定着した場合などにおいてバックアップローラが熱膨張すると、バックアップローラが屈曲部にかかって、当該屈曲部によりバックアップローラの回転が阻害されるといった問題がある。

そこで、本発明は、バックアップローラが熱膨張した場合にもバックアップローラをスムーズに回転させることができる定着装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る定着装置は、エンドレスベルトと、前記エンドレスベルトの内周面に接触可能なニップ部材と、前記ニップ部材との間で前記エンドレスベルトを挟持することで、前記エンドレスベルトとの間でニップを形成するバックアップローラと、を備える。
前記エンドレスベルトは、前記ニップにおいて所定の移動方向に移動するように構成される。
前記ニップ部材の前記エンドレスベルトの内周面に接触可能な接触面は、前記バックアップローラとの間で、前記エンドレスベルトを挟持するように構成された第１領域と、前記第１領域よりも前記バックアップローラの外周面から離れた第２領域と、を有する。
前記第２領域の曲率半径は、前記第１領域の曲率半径よりも小さくなっている。
前記バックアップローラは、熱膨張したときに、前記第２領域から離れている。

ここで、「バックアップローラが第２領域から離れている」とは、エンドレスベルトを介して第２領域とバックアップローラの外周面とが圧接していないこと、または、エンドレスベルトが第２領域とバックアップローラとの間にニップ（挟持）されていないことを意味する。また、「熱膨張したとき」とは、定着装置（画像形成装置）で設定されている目標温度で連続印字したときなど、バックアップローラに蓄熱された熱が飽和し、バックアップローラの弾性層が最も膨らんだときを意味する。

この構成によれば、熱膨張したバックアップローラが曲率半径の小さな第２領域から離れているので、当該第２領域によってバックアップローラの回転を阻害することがなく、バックアップローラをスムーズに回転させることができる。

また、前記した構成において、前記バックアップローラの外周面は、熱膨張したときに、前記第２領域から１．０ｍｍ以上離れていてもよい。

また、前記した構成において、前記ニップ部材は、金属板を含んでいてもよい。

また、前記した構成において、前記第２領域は、前記第１領域に対して、前記移動方向の上流側に配置されていてもよい。

ここで、熱膨張したバックアップローラが移動方向の上流側に配置される第２領域にかかる場合には、例えば熱膨張したバックアップローラが移動方向の下流側に配置される第２領域にかかる場合に比べ、第２領域のバックアップローラの回転に抗する抵抗力が大きい。そのため、このような上流側に配置される第２領域に対して、熱膨張したバックアップローラを離すことで、バックアップローラをスムーズに回転させることができる。

また、前記した構成において、前記ニップ部材を挟んで前記ニップとは反対側に配置され、前記ニップ部材を支持するステイをさらに備える場合には、前記バックアップローラの回転軸線は、前記ステイの重心を通過するとともに前記移動方向と直交する仮想平面を挟んで前記第２領域とは反対側に配置されていてもよい。

また、この場合において、前記バックアップローラの回転軸線と、前記仮想平面との前記移動方向における距離は、０．１ｍｍから２．０ｍｍの範囲内であってもよいし、０．５ｍｍから１．２ｍｍの範囲内であってもよい。

また、前記した構成において、前記ステイを前記バックアップローラへ向けて、所定の加圧方向へ押圧する押圧部材をさらに備える場合には、前記バックアップローラの回転軸線と直交する平面で切った断面において、前記重心と前記バックアップローラの回転軸線を結ぶ線分は、前記加圧方向と平行であってもよい。

ここで、「平行」とは、公差などを考慮して、±３°の範囲を含む。

これによれば、ステイからの押圧力をバックアップローラで良好に受けることができるので、ニップ部材とバックアップローラとの間でエンドレスベルトを良好に挟持することができる。

また、前記した構成において、前記バックアップローラの回転軸線と直交する平面で切った断面において、前記ニップでの圧力分布は、略対称な山形形状をなすのが好ましい。

これによれば、ニップにおける記録シートの熱定着を良好に行うことができる。

また、前記した構成において、前記バックアップローラは、回転軸と、回転軸の周囲に設けられる弾性層とを有し、前記移動方向における前記バックアップローラの回転軸線から前記第２領域までの距離Ｌ１と、前記回転軸線から前記ニップ部材までの最短距離Ｌ２と、熱膨張したときの前記バックアップローラの半径Ｒｈと、前記弾性層の厚みＬ３と、
前記回転軸の半径Ｒａと、前記弾性層の熱膨張係数αと、前記バックアップローラの径が最も小さいときの温度と前記バックアップローラの径が最も大きいときの温度との差ΔＴとの関係が、以下の数式
Ｌ１＞（Ｒｈ^２−Ｌ２^２）^１／２
Ｒｈ＝（１＋α・ΔＴ）・Ｌ３＋Ｒａ
を満たすように定着装置を構成することができる。

これによれば、バックアップローラが熱膨張したときにも曲率半径の小さな第２領域から離れているので、前述した効果を良好に発揮することができる。

本発明によれば、バックアップローラが熱膨張した場合にもバックアップローラをスムーズに回転させることができる。

本発明の実施形態に係る定着装置を備えたレーザプリンタを示す断面図である。定着装置を示す断面図（ａ）と、ニップの形状を示す図（ｂ）である。第１カバー部材から端縁規制部材と第３カバー部材を外した状態を示す分解斜視図である。ニップ板を示す斜視図である。ニップ板、ステイおよび加圧ローラの関係を詳細に説明するための図である。仮想平面に対する回転軸線のオフセット量とニップでの圧力との関係を示す図である。変形例に係る定着装置を示す断面図である。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明において、特に断りがないかぎり図１に示した上下方向を上下、図１における左側を前、右側を後、紙面の奥側を左、紙面の手前側を右として、各方向を示す。ここでの左右は、カラーレーザプリンタ１の前側に立った者から見た方向を基準として規定してある。

図１に示すように、カラーレーザプリンタ１は、本体筐体２内に、用紙５１（記録シート）を供給する給紙部５と、給紙された用紙５１に画像を形成する画像形成部６と、画像が形成された用紙５１を排出する排紙部７とを備えている。

給紙部５は、本体筐体２内の下方において、本体筐体２に対して前側からスライド操作により脱着される給紙トレイ５０と、給紙トレイ５０から用紙５１を前側から上に持ち上げ、後側へ反転させて搬送する給紙機構Ｍ１とからなる。

この給紙機構Ｍ１は、給紙トレイ５０の前側端部の付近に設けられた、ピックアップローラ５２、分離ローラ５３、分離パッド５４などからなり、これらにより給紙トレイ５０にある用紙５１が一枚ずつ分離されて上方へ送られる。上方へ向けて搬送された用紙５１は、紙粉取りローラ５５とピンチローラ５６の間を通過した後、搬送経路５７を通って後向きへ方向転換され、後述する搬送ベルト７３の上に供給される。用紙５１が、紙粉取りローラ５５とピンチローラ５６の間を通過しているとき、用紙５１に付着した紙粉は、紙粉取りローラ５５により用紙５１から取り除かれる。

画像形成部６は、スキャナ部６１、プロセス部６２、転写部６３および定着装置１００を備えている。

スキャナ部６１は、本体筐体２の上部に設けられており、図示はしないが、レーザ発光部、ポリゴンミラー、複数のレンズおよび反射鏡を備えている。スキャナ部６１では、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの各色に対応させてレーザ発光部から発光されるレーザをポリゴンミラーで左右方向に高速で走査させ、複数のレンズおよび反射鏡を通過または反射させた後各感光体ドラム３１に照射している。

プロセス部６２は、スキャナ部６１の下方で、給紙部５の上方に配置されており、本体筐体２に対して前後方向に移動可能となる感光体ユニット３を備えている。感光体ユニット３は、ドラムサブユニット３０と、ドラムサブユニット３０に装着される現像カートリッジ４０とを備えている。

ドラムサブユニット３０は、公知の感光体ドラム３１やスコロトロン型帯電器３２などを備えている。
現像カートリッジ４０は、内部にトナー（現像剤）が収容されており、公知の供給ローラ４１や現像ローラ４２や層厚規制ブレード４３などを備えている。

このようなプロセス部６２は、次のように機能する。現像カートリッジ４０内のトナーが供給ローラ４１により現像ローラ４２へ供給され、このときトナーが、供給ローラ４１と現像ローラ４２との間で正極性に摩擦帯電される。現像ローラ４２に供給されたトナーは、現像ローラ４２の回転に伴って層厚規制ブレード４３によって擦られ、一定厚さの薄層として現像ローラ４２の表面に担持される。

一方、ドラムサブユニット３０では、スコロトロン型帯電器３２がコロナ放電により感光体ドラム３１を一様に正極性に帯電させる。この帯電した感光体ドラム３１にスキャナ部６１からのレーザが照射されて、用紙５１に形成すべき画像に対応した静電潜像が感光体ドラム３１に形成される。

さらに感光体ドラム３１が回転すると、現像ローラ４２に担持されているトナーが感光体ドラム３１の静電潜像、すなわち、一様に正帯電されている感光体ドラム３１の表面のうち、レーザにより露光され電位が下がった部分に供給される。これにより、感光体ドラム３１の静電潜像は可視像化され、感光体ドラム３１の表面には、各色のトナーに対応して、反転現像によるトナー像が担持される。

転写部６３は、駆動ローラ７１、従動ローラ７２、搬送ベルト７３、転写ローラ７４およびクリーニング部７５を備えている。
駆動ローラ７１および従動ローラ７２は、前後に離れて平行に配置され、これらにエンドレスベルトからなる搬送ベルト７３が巻き掛けられている。搬送ベルト７３は、その外側の面が各感光体ドラム３１に接している。そして、搬送ベルト７３の内側には各感光体ドラム３１との間で搬送ベルト７３を挟み込む転写ローラ７４が配置されている。転写ローラ７４には、図示しない高圧基板から転写バイアスが印加される。画像形成時には、搬送ベルト７３により搬送されてきた用紙５１は、感光体ドラム３１と転写ローラ７４に挟持され、感光体ドラム３１上のトナー像が用紙５１に転写される。

クリーニング部７５は、搬送ベルト７３の下方に配置され、搬送ベルト７３に付着したトナーを除去し、その下方に配置されたトナー貯留部７６に除去したトナーを落下させるようになっている。

定着装置１００は、転写部６３の後方に設けられ、用紙５１上に転写されたトナー像を用紙５１上に熱定着する。なお、定着装置１００については、後で詳述する。

排紙部７において、用紙５１の排紙側搬送経路９１は、定着装置１００の出口から上に向かって延び前側に反転するように形成されている。排紙側搬送経路９１の途中には、用紙５１を搬送する複数の搬送ローラ９２が配置されている。本体筐体２の上面には、印刷後の用紙５１を蓄積する排紙トレイ９３が形成されており、搬送ローラ９２により排紙側搬送経路９１から排出された用紙５１は、排紙トレイ９３に蓄積される。

＜定着装置の詳細構成＞
図２（ａ）に示すように、定着装置１００は、エンドレスベルトの一例としての定着ベルト１１０と、ハロゲンランプ１２０（発熱体）と、ニップ部材の一例としてのニップ板１３０と、バックアップローラの一例としての加圧ローラ１４０と、反射板１５０と、ステイ１６０と、カバー部材２００とを主に備えている。

定着ベルト１１０は、耐熱性と可撓性を有する無端状（筒状）のベルトであり、カバー部材２００に形成されたガイド部（上流ガイド３１０、下流ガイド３２０および端部ガイド３３０）により回転が案内されている。具体的に、本実施形態においては、定着ベルト１１０は、金属製の基材と、基材の外周に被覆された樹脂とを有する金属ベルトとして構成されている。

なお、定着ベルト１１０は、金属の表面にゴム層を有していてもよく、ゴム層の表面にフッ素コーティング等による非金属の保護層をさらに有していてもよい。

また、定着ベルト１１０は、カバー部材２００に設けられた線バネ２０１によって弱めの付勢力で径方向外側に付勢されており、これにより、定着ベルト１１０は、線バネ２０１によってテンションがかけられるとともに径方向に移動可能となるように構成されている。

なお、定着ベルト１１０にテンションをかける部材としては、線バネ２０１に限定されず、例えば板バネなどであってもよい。また、線バネ２０１は必ずしも必要ではなく、線バネ２０１を排除することで定着ベルト１１０を径方向に移動可能となるように構成してもよい。

ハロゲンランプ１２０は、輻射熱を発してニップ板１３０および定着ベルト１１０（ニップＮ）を加熱することで用紙５１上のトナーを加熱する部材であり、定着ベルト１１０の内側において定着ベルト１１０およびニップ板１３０の内面から所定の間隔をあけて配置されている。

ニップ板１３０は、定着ベルト１１０の内側に配置され、ハロゲンランプ１２０からの輻射熱を受ける板状の部材であり、その下面が定着ベルト１１０の内周面に接触するように配置されている。本実施形態において、ニップ板１３０は、金属製であり、例えば、後述するスチール製のステイ１６０より熱伝導率が大きい、アルミニウム板などを折り曲げることで形成されている。なお、ニップ板１３０をアルミニウム製とした場合には、ニップ板１３０の熱伝導性を向上させることが可能となっている。なお、ニップ板１３０の構造については、後で詳述する。

加圧ローラ１４０は、ニップ板１３０との間で定着ベルト１１０を挟むことで定着ベルト１１０との間にニップＮを形成する部材であり、ニップ板１３０の下方に配置されている。なお、ニップＮを形成するためには、ニップ板１３０および加圧ローラ１４０の一方を他方に向けて付勢すればよいが、本実施形態では、後で詳述するように、ニップ板１３０を加圧ローラ１４０に向けて付勢している。そして、この加圧ローラ１４０は、ニップ板１３０との間で定着ベルト１１０を挟んだ状態で回転することで、当該定着ベルト１１０とともに回転して用紙５１を後方に搬送するようになっている。

加圧ローラ１４０は、弾性層の一例としての円筒状のローラ本体１４１と、ローラ本体１４１に挿通され、ローラ本体１４１とともに回転可能な回転軸の一例としてのシャフト１４２とを有している。ローラ本体１４１は、弾性変形可能に構成されている。加圧ローラ１４０は、本体筐体２内に設けられた図示しないモータから駆動力が伝達されて回転駆動するように構成されており、回転駆動することで定着ベルト１１０（または用紙５１）との摩擦力により定着ベルト１１０を従動回転させる。この際、定着ベルト１１０は、ニップＮにおいて前後方向に沿った方向（所定の移動方向）に移動するようになっている。トナー像が転写された用紙５１は、加圧ローラ１４０と加熱された定着ベルト１１０の間（ニップＮ）を搬送されることでトナー像（トナー）が熱定着されることとなる。

なお、本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、ニップＮは、上下方向から見て、ニップ板１３０の左右方向（定着ベルト１１０の軸線方向）の端部へ行くほど移動方向における幅が広くなる逆クラウン形状となっている。ここでいう「逆クラウン形状」とは、ニップＮのうち左右方向のどの位置においても、左右方向外側の部分が当該部分の左右方向内側の部分よりも幅広になる関係が満たされることを意味する。

図２（ａ）に示すように、反射板１５０は、ハロゲンランプ１２０からの輻射熱をニップ板１３０に向けて反射する部材であり、定着ベルト１１０の内側でハロゲンランプ１２０を囲うように、ハロゲンランプ１２０から所定の間隔をあけて配置されている。

この反射板１５０は、赤外線および遠赤外線の反射率が大きい、例えば、アルミニウム板などを断面視Ｕ字状に湾曲させて形成されている。より詳細に、反射板１５０は、Ｕ字形状をなす反射部１５１と、反射部１５１の前後方向における両端縁（ニップ板１３０側の各端縁）から前後方向外側に向けて延びるフランジ１５２とを有している。

そして、各フランジ１５２は、ステイ１６０とニップ板１３０とで挟まれている。

ステイ１６０は、ニップ板１３０を挟んでニップＮ（加圧ローラ１４０）とは反対側に配置され、ニップ板１３０を反射板１５０を介して支持する部材であり、定着ベルト１１０の内側でハロゲンランプ１２０や反射板１５０を囲うように配置されている。

詳しくは、ステイ１６０は、上壁１６１と、上壁１６１の前端から下方に延びる前壁１６２と、上壁１６１の後端から下方に延びる後壁１６３とによって断面視Ｕ字状に形成されている。そして、前壁１６２の下端部には、前側に延びるフランジ１６４が形成されている。

このようなステイ１６０は、比較的剛性が高い、例えば、鋼板などを折り曲げることで形成されている。

カバー部材２００は、樹脂製の第１カバー部材２１０と、樹脂製の第２カバー部材２２０とを主に備えて構成されている。

第１カバー部材２１０は、断面視Ｕ字状をなして左右方向に長く延びるように形成されており、ステイ１６０を挟んでハロゲンランプ１２０とは反対側でステイ１６０を覆うように配置されている。言い換えると、第１カバー部材２１０は、ステイ１６０に対してニップ板１３０とは反対側に配置されている。

第１カバー部材２１０は、後側壁２１１と、前側壁２１２と、後側壁２１１および前側壁２１２の上端同士を連結するように延びる上壁２１３と、後側壁２１１の下端から後方に向けて延びる延出壁２１４とを主に有している。

そして、前側壁２１２の下端部には、定着ベルト１１０の前側下部を案内する上流ガイド３１０が形成されている。また、延出壁２１４の後端には、定着ベルト１１０の後側下部を案内する下流ガイド３２０が形成されている。

上流ガイド３１０は、ニップＮよりも定着ベルト１１０の回転方向上流側に設けられ、定着ベルト１１０をニップＮに向けて案内している。そして、この上流ガイド３１０は、反射板１５０のフランジ１５２よりも下側（ニップ板１３０側）に突出している。

これにより、定着ベルト１１０が反射板１５０のフランジ１５２に引っ掛かるのを上流ガイド３１０によって抑えることが可能となっている。

図３に示すように、上流ガイド３１０は、左右方向に延びる長尺状に形成されている。上流ガイド３１０の左右方向における両端部３１２の上側（定着ベルト１１０の回転方向上流側）には、定着ベルト１１０の端縁の位置を規制する規制面４０１を有する２つの端縁規制部材４００がそれぞれ両端部３１２に隣接するように設けられている。

また、上流ガイド３１０の両端部３１２の上側には、定着ベルト１１０の両端部の内周面に摺接することで定着ベルト１１０を上流ガイド３１０へ向けてガイドする一対の端部ガイド３３０が隣接して設けられている。

第２カバー部材２２０は、左右方向に長く延びるように形成されており、図２（ａ）に示すように、第１カバー部材２１０の一部を覆うように、第１カバー部材２１０に対して上側（ステイ１６０とは反対側）に配置されている。第２カバー部材２２０は、上壁２２１と、上壁２２１の後端から下方に向けて延びる後壁２２２と、後壁２２２の下端から後方に向けて延びる延出壁２２３とを主に有している。そして、図３に示すように、上壁２２１の左右方向両端部には、定着ベルト１１０の上部を案内する前述した一対の端部ガイド３３０が一体に形成されている。

また、第１カバー部材２１０の上壁２１３には、ステイ１６０の左右方向両端側の部位１６０Ｌ，１６０Ｒを露出させる２つの左側開口部２１３Ｌおよび２つの右側開口部２１３Ｒが設けられている。第２カバー部材２２０の左右方向両側には、押圧部材の一例としての第３カバー部材２３０が設けられている。

第３カバー部材２３０は、端縁規制部材４００や端部ガイド３３０とは別に設けられている。第３カバー部材２３０は、定着装置１００の筐体１０１によって、前後左右方向への移動が規制された状態で上下に移動可能に支持されている。

第３カバー部材２３０は、下側に開口する断面視Ｕ字状に形成されており、その底部２３１には、下方に突出する２つの押圧用突起２３２が前後に間隔を空けて形成されている。２つの押圧用突起２３２は、２つの左側開口部２１３Ｌ（または２つの右側開口部２１３Ｒ）に対応した位置に設けられ、左右の各開口部２１３Ｌ，２１３Ｒを通してステイ１６０を下方（所定の加圧方向）に押圧するようになっている。詳しくは、定着装置１００の筐体１０１の左右上部には、一端が筐体１０１に回動可能に支持され、他端が図示せぬバネによって筐体１０１側に引き寄せられるように付勢される図示せぬアームが設けられており、このアームの略中央部分で第３カバー部材２３０がステイ１６０に向けて押圧されている。

＜ニップ板の構造＞
図４に示すように、ニップ板１３０は、板状部１３１と、第１屈曲部１３２と、第２屈曲部１３３と、３つの被検知部１３４とを有している。

板状部１３１は、上下方向に直交するとともに左右方向に長い長尺の板状に形成されている。なお、板状部１３１の内面（上面）には、黒色の塗装を施したり、熱吸収部材を設けたりしてもよい。これによれば、ハロゲンランプ１２０からの輻射熱を効率良く吸収することができる。

第１屈曲部１３２は、板状部１３１の前端側（移動方向の上流側）から上方に向けて略円弧状に屈曲するように形成されている。詳しくは、図５に示すように、第１屈曲部１３２は、ステイ１６０のフランジ１６４に向けて屈曲し、その上端縁１３２Ａが反射板１５０のフランジ１５２を介してステイ１６０のフランジ１６４で支持されている。

また、第１屈曲部１３２は、ハロゲンランプ１２０（図２（ａ）参照）と対向するように配置されている。これにより、ハロゲンランプ１２０で直接第１屈曲部１３２が加熱されるので、ニップＮに入る前の用紙５１を第１屈曲部１３２で事前に加熱（プレヒート）することができ、熱定着性を向上させることが可能となっている。

図４および図５に示すように、第２屈曲部１３３は、板状部１３１の後側の端縁から上方に向けて略円弧状に屈曲するように形成されている。

３つの被検知部１３４は、それぞれ、サーミスタやサーモスタッドなどの温度検知部材４２０によって温度が検知される部位であり、第２屈曲部１３３の上端縁１３３Ａの一部から後側に延びるように形成されている。

なお、温度検知部材４２０は、被検知部１３４に接触して被検知部１３４（ニップ板１３０）の温度を検知する接触式のセンサであってもよいし、被検知部１３４には接触しないで被検知部１３４の温度を検知する非接触式のセンサであってもよい。また、本実施形態では、温度検知部材４２０は、コイルバネ４１０によって被検知部１３４に押圧されている。

＜ニップ板、ステイおよび加圧ローラの関係＞
図５に示すように、ニップ板１３０は、定着ベルト１１０の内周面に接触可能な接触面Ｆ１を有している。接触面Ｆ１は、加圧ローラ１４０との間で定着ベルト１１０を挟持する第１領域Ｆ１１と、当該第１領域Ｆ１１の曲率半径ρ１よりも小さな曲率半径ρ２で形成される第２領域Ｆ１２とを有している。言い換えると、第２領域Ｆ１２の曲率は、第１領域Ｆ１１の曲率（０）よりも大きくなっている。

第２領域Ｆ１２は、第１領域Ｆ１１に対して移動方向の上流側に配置され、第１領域Ｆ１１よりも加圧ローラ１４０の外周面から離れている。第１領域Ｆ１１は、前述した板状部１３１の下面の一部であり、逆クラウン形状のニップＮに対応した形状となっている。また、第２領域Ｆ１２は、前述した第１屈曲部１３２の下面の一部を構成している。

なお、本実施形態では、板状部１３１の後側にある第２屈曲部１３３が定着ベルト１１０に接触していないため、第１領域Ｆ１１よりも曲率半径の小さな第２領域Ｆ１２は、第１領域Ｆ１１の上流側のみに設けられている。

そして、加圧ローラ１４０は、図に２点鎖線で示す大きさまで熱膨張したときに、第２領域Ｆ１２まで到達しないように、つまり第２領域Ｆ１２から離れたままとなるように構成されている。

ここで、「加圧ローラ１４０が第２領域Ｆ１２から離れている」とは、定着ベルト１１０を介して第２領域Ｆ１２と加圧ローラ１４０の外周面とが圧接していないこと、または、定着ベルト１１０が第２領域Ｆ１２と加圧ローラ１４０との間にニップ（挟持）されていないことを意味する。また、「熱膨張したとき」とは、定着装置１００（カラーレーザプリンタ１）で設定されている目標温度で連続印字したときなど、加圧ローラ１４０に蓄熱された熱が飽和し、加圧ローラ１４０のローラ本体１４１が最も膨らんだときを意味する。

より詳しくは、以下の数式（１），（２）を満たすように定着装置１００が構成されている。
Ｌ１＞（Ｒｈ^２−Ｌ２^２）^１／２・・・（１）
Ｒｈ＝（１＋α・ΔＴ）・Ｌ３＋Ｒａ・・・（２）
Ｌ１：移動方向における加圧ローラ１４０の回転軸線ＡＬから第２領域Ｆ１２までの距離
Ｌ２：回転軸線ＡＬからニップ板１３０までの最短距離
Ｒｈ：熱膨張したときの加圧ローラ１４０の半径
Ｌ３：ローラ本体１４１の厚み
Ｒａ：シャフト１４２の半径
α：ローラ本体１４１の熱膨張係数
ΔＴ：加圧ローラ１４０の径が最も小さいときの温度と加圧ローラ１４０の径が最も大きいときの温度との差

以上のように、定着装置１００を構成することで、加圧ローラ１４０が熱膨張しても、当該加圧ローラ１４０が曲率半径の小さな第２領域Ｆ１２に到達しないので、第２領域Ｆ１２によって加圧ローラ１４０の回転を阻害することがなく、加圧ローラ１４０をスムーズに回転させることができる。

なお、前述したようにニップＮを逆クラウン形状にするために、加圧ローラ１４０を逆クラウン形状にした場合には、つまり、加圧ローラ１４０の中央部を最も細く、両端部を最も太くするように構成した場合には、前述した式（１），（２）は、加圧ローラ１４０の径が最大となる断面において満たされていればよい。

また、熱膨張したときの加圧ローラ１４０（ローラ本体１４１）の外周面は、第２領域Ｆ１２から１．０ｍｍ以上離れているのが好ましい。言い換えると、熱膨張したときの加圧ローラ１４０の外周面から第２領域Ｆ１２までの最短距離Ｌ１２は、１．０ｍｍ以上となるのが好ましい。

また、加圧ローラ１４０の回転軸線ＡＬは、ステイ１６０の重心Ｇを通過するとともに移動方向と直交する仮想平面ＶＰを挟んで第２領域Ｆ１２とは反対側に配置されている。なお、加圧ローラ１４０の回転軸線ＡＬと仮想平面ＶＰとの移動方向における距離ＬＶは、０．１ｍｍから２．０ｍｍの範囲内であってもよいし、０．５ｍｍから１．２ｍｍの範囲内であってもよい。

また、図５のような断面、つまり加圧ローラ１４０の回転軸線ＡＬと直交する平面で切った断面において、重心Ｇと加圧ローラ１４０の回転軸線ＡＬを結ぶ線分ＬＮは、前述した第３カバー部材２３０からステイ１６０に加わる押圧力の方向ＤＰ（加圧方向）と平行となっている。

このように、重心Ｇと加圧ローラ１４０の回転軸線ＡＬを結ぶ線分ＬＮを、ステイ１６０に加わる押圧力の方向ＤＰと平行とすることで、ステイ１６０からの押圧力を加圧ローラ１４０で良好に受けることができるので、ニップ板１３０と加圧ローラ１４０との間で定着ベルト１１０を良好に挟持することができる。

なお、加圧ローラ１４０の回転軸線ＡＬと直交する平面で切った断面におけるニップＮでの圧力分布は、図６に示すような略対称な山形形状をなすのが好ましい。詳しくは、ニップＮでの圧力分布は、ニップＮの移動方向両端部を除く部分において、略対称な山形形状（円弧形状）をなすのが好ましい。

ここで、図６は、仮想平面ＶＰから搬送方向上流側に０．３５ｍｍだけ離れた仮想平面ＣＰに対する回転軸線ＡＬのオフセット量とニップＮでの圧力との関係を示す図であり、仮想平面ＣＰに対して回転軸線ＡＬを移動方向の上流側にオフセットしたときのオフセット量を負の値とし、下流側にオフセットしたときのオフセット量を正の値としている。なお、前述した仮想平面ＣＰの仮想平面ＶＰに対する関係を正負で表現すると、仮想平面ＣＰは、仮想平面ＶＰに対して−０．３５ｍｍの位置に配置されている。

図６に示すように、オフセット量が−１ｍｍ（実線）または０ｍｍ（破線）である場合には、圧力分布は略対称な山形形状とはならず、オフセット量が１ｍｍ（一点鎖線）または２ｍｍ（二点鎖線）である場合には、圧力分布が略対称な山形形状となることが確認された。そのため、圧力分布を略対称な山形形状にするには、オフセット量を１．０ｍｍから２．０ｍｍの範囲内で設定すればよいことが確認された。

このようにニップＮでの圧力分布を略山形形状にすることで、ニップＮにおける用紙５１の熱定着を良好に行うことができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、以下に例示するように様々な形態で利用できる。以下の説明においては、前記実施形態と略同様の構造となる部材には同一の符号を付し、その説明は省略する。

前記実施形態では、ハロゲンランプ１２０の熱をニップ板１３０を介して定着ベルト１１０に伝達する方式の定着装置１００に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されず、異なる方式の定着装置に本発明を適用してもよい。例えば、本発明は、図７に示すような構造にも適用することができる。

具体的に、この形態における定着装置５００は、定着ベルト１１０と、定着ベルト１１０内に配置されるハロゲンランプ１２０、反射部材５３０、支持部材５４０、断熱部材５５０およびニップ板５６０と、加圧ローラ１４０とを備えている。ニップ板５６０、断熱部材５５０および支持部材５４０は、上方（加圧ローラ１４０とは反対側）に開口する断面視略Ｕ字状に形成されており、ニップ板５６０の内側に断熱部材５５０が嵌め込まれ、断熱部材５５０の内側に支持部材５４０が嵌め込まれている。

反射部材５３０は、ニップ板５６０、断熱部材５５０および支持部材５４０の上方に配置され、ハロゲンランプ１２０は、反射部材５３０の上方に配置されている。これにより、ハロゲンランプ１２０からの輻射熱が、反射部材５３０によって上方の定着ベルト１１０に向けて反射されるようになっている。

断熱部材５５０は、ニップ板５６０に直接接触して、加圧ローラ１４０からの力を受けるように構成されている。断熱部材５５０は、液晶ポリマーなどの樹脂から形成され、ハロゲンランプ１２０からの熱がニップ板５６０に直接伝わることを抑制する。

そして、ニップ板５６０の定着ベルト１１０との接触面Ｆ１は、加圧ローラ１４０との間で定着ベルト１１０を挟持する第１領域Ｆ１１と、当該第１領域Ｆ１１の曲率半径よりも小さな曲率半径で形成される２つの第２領域Ｆ１２とを有している。つまり、この形態では、第１領域Ｆ１１の移動方向の上流側と下流側の両方に第２領域Ｆ１２が設けられている。

この形態であっても、加圧ローラ１４０が熱膨張したときに加圧ローラ１４０が第２領域Ｆ１２から離れたままとなるように構成することで、前記実施形態と同様の効果を得ることができる。

前記実施形態では、記録シートとして、厚紙、はがき、薄紙などの用紙５１を例示したが、本発明はこれに限定されず、例えばＯＨＰシートであってもよい。

前記実施形態では、ニップ部材の一例としてニップ板１３０を例示したが、本発明はこれに限定されず、板状でない厚めの部材であってもよい。

前記実施形態では、発熱体としてハロゲンランプ１２０を例示したが、本発明はこれに限定されず、例えばカーボンヒータなどであってもよい。

前記実施形態では、カラーレーザプリンタ１に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されず、その他の画像形成装置、例えば複写機や複合機などに本発明を適用してもよい。

なお、定着ベルトは、ポリイミドを主成分とする樹脂フィルムであってもよい。定着ベルトは、この場合、表層にＰＴＦＥなどのフッ素樹脂により被覆されている。

１００定着装置
１１０定着ベルト
１３０ニップ板
１４０加圧ローラ
Ｆ１接触面
Ｆ１１第１領域
Ｆ１２第２領域
Ｎニップ
ρ１曲率半径
ρ２曲率半径

Claims

エンドレスベルトと、
前記エンドレスベルトの内周面に接触可能なニップ部材と、
前記ニップ部材との間で前記エンドレスベルトを挟持することで、前記エンドレスベルトとの間でニップを形成するバックアップローラと、
前記ニップ部材を挟んで前記ニップとは反対側に配置され、前記ニップ部材を支持するステイと、
前記ステイを前記バックアップローラへ向けて、所定の加圧方向へ押圧する押圧部材と、を備え、
前記エンドレスベルトが、前記ニップにおいて所定の移動方向に移動するように構成された定着装置であって、
前記ニップ部材の前記エンドレスベルトの内周面に接触可能な接触面は、
前記バックアップローラとの間で、前記エンドレスベルトを挟持するように構成された第１領域と、
前記第１領域よりも前記バックアップローラの外周面から離れた第２領域と、を有し、
前記第２領域の曲率半径は、前記第１領域の曲率半径よりも小さく、
前記バックアップローラは、熱膨張したときに、前記第２領域から離れており、
前記バックアップローラの回転軸線は、前記ステイの重心を通過するとともに前記移動方向と直交する仮想平面を挟んで前記第２領域とは反対側に位置し、
前記バックアップローラの回転軸線と直交する平面で切った断面において、前記重心と前記バックアップローラの回転軸線を結ぶ線分は、前記加圧方向と平行であることを特徴とする定着装置。
前記バックアップローラの外周面は、熱膨張したときに、前記第２領域から１．０ｍｍ以上離れていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記ニップ部材は、金属板を含むことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の定着装置。
前記第２領域は、前記第１領域に対して、前記移動方向の上流側に配置されたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の定着装置。
前記バックアップローラの回転軸線と、前記仮想平面との前記移動方向における距離は、０．１ｍｍから２．０ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の定着装置。
前記バックアップローラの回転軸線と、前記仮想平面との前記移動方向における距離は、０．５ｍｍから１．２ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
前記バックアップローラの回転軸線と直交する平面で切った断面において、前記ニップでの圧力分布は、略対称な山形形状をなすことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の定着装置。
前記バックアップローラは、回転軸と、回転軸の周囲に設けられる弾性層とを有し、
前記移動方向における前記バックアップローラの回転軸線から前記第２領域までの距離Ｌ１と、
前記回転軸線から前記ニップ部材までの最短距離Ｌ２と、
熱膨張したときの前記バックアップローラの半径Ｒｈと、
前記弾性層の厚みＬ３と、
前記回転軸の半径Ｒａと、
前記弾性層の熱膨張係数αと、
前記バックアップローラの径が最も小さいときの温度と前記バックアップローラの径が最も大きいときの温度との差ΔＴとの関係が、以下の数式
Ｌ１＞（Ｒｈ^２−Ｌ２^２）^１／２
Ｒｈ＝（１＋α・ΔＴ）・Ｌ３＋Ｒａ
を満たすことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の定着装置。