JP7516797B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置およびこれを備えた画像形成装置に関する。

従来、トナー像を用紙上に形成し、熱と圧力により画像を用紙に定着させる定着装置において、省エネ性を向上させるために、ニップを構成するローラと熱源を備えた加熱ローラをエンドレスベルト内部に配置し、エンドレスベルトを張架するベルト定着方式が提案されている。

更なる省エネ性向上のため、特開２０１９－４０１４４号公報（特許文献１）、特開２０１９－４００１３号公報（特許文献２）、特開２０１３－２１８２２５号公報（特許文献３）に開示されているように、ニップを構成するローラを固定のパッド部材（定着部材）に変更した定着方式が提案されている。

特開２０１９－４０１４４号公報 特開２０１９－４００１３号公報 特開２０１３－２１８２２５号公報

しかしながら、特許文献１に開示の定着装置においては、記録媒体の搬送方向において、パッド部材の上流側が平坦に形成され、パッド部材の下流側が曲面に形成されている。このため、パッド部材と加圧ローラーとによって形成されるニップ部の後半側（具体的にはニップ部の出口部近傍）において、パッドが加圧ローラーに対して凸となる部分が発生する。パッドにおいて加圧ローラーに対して凸となる部分では、摺動抵抗によるせん断力が働くことでトナーの微小な移動が発生することが懸念される。この場合には、下地の紙が露出することで白みがかった画像になることが起こり得る。すなわち、画像濃度が低下してしまう。

特許文献２に開示の定着装置においては、パッド部材において、加圧ローラーとニップ部を形成するニップ形成領域は、円弧状の湾曲面で構成されており、ニップ形成領域から下流側の領域は、搬送方向の下流側に向かうにつれて加圧ローラー側に傾斜する傾斜面で構成されている。当該傾斜面は、加圧ローラーには非接触の状態となっている。このような場合においては、ニップ部の後半側にピーク圧を設けることが困難となり、トナーの溶融性が悪くなることが起こり得る。

特許文献３に記載の定着装置においては、パッド部材の上流側および下流側のそれぞれを加圧ローラーに対して凹となる曲面で構成し、上流側におけるパッド部材の曲面の曲率が、下流側におけるパッド部材の曲面の曲率よりも大きくなっている。このような場合においては、ニップ部の前半側にピーク圧が存在し、トナーの溶融性が悪くなることが起こり得る。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、画像濃度の低下を抑制しつつ、トナーの溶融効率を向上させることができる定着装置、および画像形成装置を提供することにある。

本発明に基づく定着装置は、無端ベルトと、上記無端ベルトの内側に配置された定着部材と、上記無端ベルトの外側において上記定着部材に対向して配置され、上記定着部材とともにニップ部を形成するローラーと、上記無端ベルトを加熱する加熱部材と、を備える。上記定着部材は、上記ニップ部を形成するニップ部形成領域において、上記無端ベルトの回転方向における上流側に設けられた曲面部と、上記回転方向の下流側に設けられ、上記曲面部に接続された平面部とを有する。上記曲面部は、上記ローラーに対して凹となるように円弧状に湾曲している。上記平面部は、上記曲面部に接続される接続位置に接する上記曲面部の接線上に位置するか、上記接線よりも上記ローラー側に傾斜するように設けられている。上記ニップ部形成領域に印加される圧力の分布において、ピーク位置が上記平面部に存在する。

上記本発明に基づく定着装置にあっては、上記平面部は、上記接線上に位置するように設けられていることが好ましい。

上記本発明に基づく定着装置にあっては、上記曲面部の曲率半径は、上記ローラーの曲率半径よりも大きいことが好ましい。

上記本発明に基づく定着装置にあっては、上記ニップ部形成領域に印加される圧力の分布において、上記ピーク位置が上記接続位置に存在することが好ましい。

上記本発明に基づく定着装置にあっては、上記接続位置は、上記ローラーを上記定着部材に圧接させる圧接方向に上記ローラーの中心から伸ばした仮想線よりも、上記無端ベルトの回転方向において下流側に位置することが好ましい。

本発明に基づく画像形成装置は、上記定着装置を備える。

本発明によれば、画像濃度の低下を抑制しつつ、トナーの溶融効率を向上させることができる定着装置、および画像形成装置を提供することができる。

実施の形態１に係る画像形成装置を示す概略図である。 実施の形態１に係る定着装置の概略断面図である。 実施の形態１に係る定着装置において、加圧ローラーがパッド部材を加圧している状態を示す図である。 実施の形態１に係る定着装置において、ニップ部形成領域に印加される圧力の分布を示す図である。 比較の形態に係る定着装置において、トナー像がニップ部を移動する第１状態を示す図である。 比較の形態に係る定着装置において、トナー像がニップ部を移動する第２状態を示す図である。 比較の形態に係る定着装置において、トナー像がニップ部を移動する第３状態を示す図である。 実施の形態２に係る定着装置において、加圧ローラーがパッド部材を加圧している状態を示す図である。 実施の形態２に係る定着装置において、ニップ部形成領域に印加される圧力の分布を示す図である。 参考例１に係る定着装置において、ニップ部形成領域に印加される圧力の分布を示す図である。 参考例２に係る定着装置において、ニップ部形成領域に印加される圧力の分布を示す図である。 実施の形態３に係る定着装置において、加圧ローラーがパッド部材を加圧している状態を示す図である。 実施の形態３に係る定着装置において、ニップ部形成領域に印加される圧力の分布を示す図である。 実施の形態の効果を検証するために行なった第１検証実験の条件および結果を示す図である。 実施の形態の効果を検証するために行なった第２検証実験の条件および結果を示す図である。 比較例１に係る定着装置において、加圧ローラーがパッド部材を加圧している状態を示す図である。 比較例２に係る定着装置において、加圧ローラーがパッド部材を加圧している状態を示す図である。 比較例３に係る定着装置において、加圧ローラーがパッド部材を加圧している状態を示す図である。 比較例４に係る定着装置において、加圧ローラーがパッド部材を加圧している状態を示す図である。 変形例１に係る定着装置において、加圧ローラーがパッド部材を加圧している状態を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る画像形成装置を示す概略図である。図１を参照して、実施の形態１に係る画像形成装置１００について説明する。

図１には、カラープリンタとしての画像形成装置１００が示されている。以下では、カラープリンタとしての画像形成装置１００について説明するが、画像形成装置１００は、カラープリンタに限定されない。たとえば、画像形成装置１００は、モノクロプリンタであってもよいし、ファックスであってもよいし、モノクロプリンタ、カラープリンタおよびファックスの複合機（ＭＦＰ：Multi－Functional Peripheral）であってもよい。

画像形成装置１００は、画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋと、中間転写ベルト３０と、一次転写ローラー３１と、二次転写ローラー３３と、カセット３７と、従動ローラー３８と、駆動ローラー３９と、タイミングローラー４０と、定着装置５０と、筐体８０と、制御装置１０１とを備える。

筐体８０は、画像形成装置１００の外殻を規定する。筐体８０は、内部に、画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋと、中間転写ベルト３０と、一次転写ローラー３１と、二次転写ローラー３３と、カセット３７と、従動ローラー３８と、駆動ローラー３９と、タイミングローラー４０と、定着装置５０と、制御装置１０１とを収容する。

画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋと、中間転写ベルト３０と、一次転写ローラー３１と、二次転写ローラー３３と、カセット３７と、従動ローラー３８と、駆動ローラー３９と、タイミングローラー４０とによって画像形成部が構成される。この画像形成部は、後述する搬送経路４１に沿って搬送される記録媒体としての用紙Ｓ上にトナー画像を形成する。

画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、中間転写ベルト３０に沿って順に並べられている。画像形成ユニット１Ｙは、トナーボトル１５Ｙからトナーの供給を受けてイエロー（Ｙ）のトナー像を形成する。画像形成ユニット１Ｍは、トナーボトル１５Ｍからトナーの供給を受けてマゼンタ（Ｍ）のトナー像を形成する。画像形成ユニット１Ｃは、トナーボトル１５Ｃからトナーの供給を受けてシアン（Ｃ）のトナー像を形成する。画像形成ユニット１Ｋは、トナーボトル１５Ｋからトナーの供給を受けてブラック（ＢＫ）のトナー像を形成する。

画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、それぞれ、中間転写ベルト３０に沿って中間転写ベルト３０の回転方向の順に配置されている。画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、それぞれ、感光体１０と、帯電装置１１と、露光装置１２と、現像装置１３と、クリーニング装置１７とを備える。

帯電装置１１は、感光体１０の表面を一様に帯電する。露光装置１２は、制御装置１０１からの制御信号に応じて感光体１０にレーザー光を照射し、入力された画像パターンに従って感光体１０の表面を露光する。これにより、入力画像に応じた静電潜像が感光体１０上に形成される。

現像装置１３は、現像ローラー１４を回転させながら、現像ローラー１４に現像バイアスを印加し、現像ローラー１４の表面にトナーを付着させる。これにより、トナーが現像ローラー１４から感光体１０に転写され、静電潜像に応じたトナー像が感光体１０の表面に現像される。

感光体１０と中間転写ベルト３０とは、一次転写ローラー３１を設けている部分で互いに接触している。一次転写ローラー３１は、ローラー形状を有し、回転可能に構成される。トナー像と反対極性の転写電圧が一次転写ローラー３１に印加されることによって、トナー像が感光体１０から中間転写ベルト３０に転写される。イエロー（Ｙ）のトナー像、マゼンタ（Ｍ）のトナー像、シアン（Ｃ）のトナー像、およびブラック（ＢＫ）のトナー像が順に重ねられて感光体１０から中間転写ベルト３０に転写される。これにより、カラーのトナー像が中間転写ベルト３０上に形成される。

中間転写ベルト３０は、従動ローラー３８および駆動ローラー３９に張架されている。駆動ローラー３９は、たとえばモーター（図示しない）によって回転駆動される。中間転写ベルト３０および従動ローラー３８は、駆動ローラー３９に連動して回転する。これにより、中間転写ベルト３０上のトナー像が二次転写ローラー３３に搬送される。

クリーニング装置１７は、感光体１０に圧接されている。クリーニング装置１７は、トナー像の転写後に感光体１０の表面に残留するトナーを回収する。

カセット３７には、用紙Ｓがセットされる。用紙Ｓは、カセット３７から１枚ずつタイミングローラー４０によって搬送経路４１に沿って二次転写ローラー３３に送られる。二次転写ローラー３３は、ローラー形状を有し、回転可能に構成される。二次転写ローラー３３は、トナー像と反対極性の転写電圧を搬送中の用紙Ｓに印加する。これにより、トナー像は、中間転写ベルト３０から二次転写ローラー３３に引き付けられ、中間転写ベルト３０上のトナー像が用紙Ｓに転写される。このように一次転写ローラー３１、中間転写ベルト３０，および二次転写ローラー３３は、トナー像を感光体１０から用紙Ｓに転写する転写部に相当する。

二次転写ローラー３３への用紙Ｓの搬送タイミングは、中間転写ベルト３０上のトナー像の位置に合わせてタイミングローラー４０によって調整される。タイミングローラー４０により、中間転写ベルト３０上のトナー像は、用紙Ｓの適切な位置に転写される。

定着装置５０は、自身を通過する用紙Ｓを加圧および加熱する。これにより、トナー像は用紙Ｓに定着する。このように、定着装置５０は、搬送経路４１に沿って搬送される用紙Ｓ上のトナー画像を定着させる。トナー像が定着された用紙Ｓは、トレイ４８に排紙される。

なお、上述では、印刷方式としてタンデム方式を採用している画像形成装置１００について説明したが、画像形成装置１００の印刷方式は、タンデム方式に限定されない。画像形成装置１００内における各構成の配置は、採用される印刷方式に従って適宜変更され得る。画像形成装置１００の印刷方式として、ロータリー方式や直接転写方式が採用されてもよい。ロータリー方式の場合、画像形成装置１００は、１つの感光体１０と、同軸上で回転可能に構成される複数の現像装置１３で構成される。画像形成装置１００は、印刷時には、各現像装置１３を感光体１０に順に導き、各色のトナー像を現像する。直接転写方式の場合、画像形成装置１００は、感光体１０上に形成されたトナー像が用紙Ｓに直接転写される。

図２は、実施の形態に係る定着装置の概略断面図である。図２を参照して、定着装置５０について説明する。

定着装置５０は、加圧ローラー５１と、定着部材としてのパッド部材５２と、加熱部材としての加熱ローラー５３と、定着ベルト５４と、固定部材５５と、潤滑剤塗布部５６と、保持部材５７と、摺動部材５８とを含む。

加圧ローラー５１は、定着ベルト５４の外側に配置されている。加圧ローラー５１は、パッド部材５２に対向する。加圧ローラー５１は、パッド部材５２との間に定着ベルト５４を挟み込んでパッド部材５２を加圧する。これにより、加圧ローラー５１は、パッド部材５２とともに、記録媒体が搬送されるニップ部Ｎを形成する。

加圧ローラー５１は、駆動源からのトルクによって回転する。加圧ローラー５１の回転に伴って定着ベルト５４が回転する。加圧ローラー５１が回転することにより、定着ベルト５４は、加圧ローラー５１の回転方向と反対方向に回転する。

加圧ローラー５１は、たとえば、芯金、弾性層、および離型層で構成されている。加圧ローラー５１の外形は、任意であるが、２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることが好ましい。

芯金は、アルミまたは鉄等の金属によって構成されている。芯金は、パイプ形状を有していてもよく、この場合には、厚さが０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。なお、芯金は、中実のもの、または断面形状が三ツ矢形状等の異型のものであってもよい。弾性層は、たとえばシリコーンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性の高い樹脂によって構成されている。弾性層の厚さは、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましい。離型層は、弾性層を覆うように設けられている。離型層は、フッ素チューブまたはフッ素系コーティング等の離型性を付与した構成が好ましい。離型層の厚さは、５μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。

パッド部材５２は、定着ベルト５４の内側に配置されている。パッド部材５２は、定着ベルト５４を間に挟んで加圧ローラー５１に対向するように配置されている。パッド部材５２は、たとえば、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミド、または液晶ポリマーなどの耐熱性の樹脂、鉄等の金属材料、またはセラミック等によって構成されている。パッド部材５２は、シリコーンゴムまたはフッ素ゴム等から成る固定部材と、上記の材料による２部品によって構成されていてもよい。

摺動部材５８は、定着ベルト５４とパッド部材５２とに挟み込まれている。摺動部材５８によって定着ベルト５４とパッド部材５２との摺動抵抗が減少する。これにより、定着ベルト５４が安定して回転する。

摺動部材５８としては、ガラスクロスを基材とし、摺動面をフッ素系樹脂で被覆したものが用いられる。具体的には、摺動部材５８として、フッ素繊維の織物、フッ素樹脂シート、またはガラスコートなどが用いられる。

なお、定着ベルト５４と摺動部材５８は摺動を続けることで摩耗が生じてしまう。このような場合は、摺動抵抗が増加し、定着ベルト５４の回転不良が発生することが懸念される。このため、定着ベルト５４と摺動部材５８との間には、潤滑剤が供給される。これにより、定着ベルト５４と摺動部材５８の摩耗を抑制でき、耐久性を向上させることができる。潤滑剤は、耐熱性の高いシリコン系またはフッ素系の潤滑剤が好ましく、より特定的にはフッ素グリスが好ましい。粘度が高く、固形成分を含むグリスを用いることでニップ部Ｎに潤滑剤が残りやすくなる。このため、グリスを用いる場合には、オイルを用いる場合と比較して、より長期間、定着ベルト５４と摺動部材５８の摩耗を抑制できる。さらに、潤滑剤をニップ部Ｎに保持するために摺動部材５８の表面は凹凸を有することが好ましい。凹凸の大きさは任意である。潤滑剤を維持する機能と凹凸に起因した画像ムラを抑制する観点から、摺動部材５８の表面粗さＲａは、１μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。

加熱ローラー５３は、定着ベルト５４の内側に配置されている。加熱ローラー５３は、内部に加熱源５３ａを有する。加熱源５３ａは、定着ベルト５４を加熱する。加熱源５３ａは、たとえば、ハロゲンランプである。加熱源５３ａは、ハロゲンランプの他に、定着ベルト５４を誘導加熱（ＩＨ）するもの、定着ベルト５４を抵抗発熱体とし発熱させるものを利用してもよい。

加熱ローラー５３は、円筒形状を有し、アルミおよびステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属から成る。加熱ローラー５３の外形は任意であるが、１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下が好ましい。また、加熱ローラー５３の厚みは、０．１ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であることが好ましい。

加熱源５３ａにハロゲンランプを用いる場合、加熱ローラー５３の内周面を黒色にすることが好ましい。異物等による外表面への傷を防止するため、加熱ローラー５３の外周面にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等をコーティングしてもよい。

定着ベルト５４は、無端状に設けられている。定着ベルト５４は、パッド部材５２および加熱ローラー５３に回転可能に張架されている。定着ベルト５４は、基層と、弾性層と、離形層とを含む。

定着ベルトの外径は任意であるが、１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下が好ましい。基層は、ポリイミド、ＳＵＳ、およびニッケル電鋳等によって構成されることが好ましい。基層の厚さは、５μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。弾性層は、シリコーンゴム、およびフッ素ゴム等の耐熱性の高い材料が好ましい。弾性層の厚みは、１０μｍ以上３００μｍ以下が好ましい。離型層は、フッ素樹脂およびフッ素系コーティング等の離型性を付与した構成が好ましい。離型層の厚みは、５μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。

固定部材５５には、パッド部材５２および保持部材５７が固定される。固定部材５５は、定着ベルト５４の幅方向（紙面垂直方向）に沿って見た場合に、角張ったＵ字形状を有する。固定部材５５は、Ｕ字形状の先端側が加熱ローラー５３に向くように配置されている。固定部材５５におけるＵ字形状の底部５５ａ（固定部材５５のうち加圧ローラー５１に対向する部分）に、パッド部材５２が固定されている。固定部材５５において用紙Ｓの搬送方向（図２中矢印Ｂ方向）の下流側の部分５５ｂに、保持部材５７が固定されている。

潤滑剤塗布部５６は、定着ベルト５４の内周面に接触するように配置される。潤滑剤塗布部５６は、定着ベルトの回転方向（図２中矢印Ｃ方向）においてパッド部材５２の下流側かつ加熱ローラー５３の上流側に配置されている。

定着ベルト５４に供給された潤滑剤は、ニップ部Ｎの圧力によって長手方向の端部から押し出されて、量が減少する場合がある。潤滑剤塗布部５６は、押し出された潤滑剤を捕集するとともに、潤滑剤を再塗布する。潤滑剤としては、上記と同様のものを採用することができる。

潤滑剤塗布部５６としては、アラミド繊維およびフッ素繊維など耐熱性の高い繊維状の物、シリコンスポンジ等の耐熱性の高い多孔質状の物、ならびにフェルト部材等を採用することができる。

なお、潤滑剤塗布部５６は、上記のような部材に限定されず、硬質クロムメッキ層または、ニッケルメッキ液にフッ素樹脂を分散させ、同時に析出したメッキ層でもよい。

保持部材５７には、ニップ部Ｎを通過し、加熱ローラー５３に向かう定着ベルト５４が巻き掛けられている。保持部材５７は、定着ベルト５４の回転を案内するとともに、潤滑剤塗布部５６を保持する。保持部材５７は、潤滑剤塗布部５６を収容する収容凹部５７ａを有する。当該収容凹部５７ａは、定着ベルト５４の回転方向において保持部材５７の略中央に設けられている。収容凹部５７ａ内で潤滑剤塗布部５６を保持することにより、潤滑剤塗布部５６を安定して定着ベルト５４に接触させることができる。

図３は、実施の形態１に係る定着装置において加圧ローラーがパッド部材を加圧している状態を示す図である。なお、図３においては、便宜上摺動部材５８を省略している。図３を参照して、パッド部材５２の具体的な形状について説明する。

図３に示すように、パッド部材５２は、ニップ部Ｎを形成するニップ部形成領域Ｒにおいて、無端ベルトの回転方向の上流側に設けられた曲面部Ｒ１と、当該回転方向における下流側に設けられた平面部Ｒ２とを有する。ニップ部形成領域Ｒは、曲面部Ｒ１と平面部Ｒ２とによって構成されている。

曲面部Ｒ１は、加圧ローラー５１の軸方向から見た場合に、加圧ローラー５１に対して凹となる円弧状に湾曲する。曲面部Ｒ１における曲率半径は、パッド部材５２を加圧していない状態における加圧ローラー５１の外周面の曲率半径よりも大きくなっている。

一般的に、曲面部Ｒ１の曲率半径が、上述の加圧ローラー５１の外周面の曲率半径よりも小さい場合には、ニップ幅を大きくすることができるが、加圧ローラー５１への定着ベルト５４の巻き掛け角度が大きくなる。このような場合には、ニップ部Ｎを通過する際に、ニップ部の入口部で記録媒体が大きく湾曲することになる。本実施の形態のように、曲面部Ｒ１における曲率半径を加圧ローラー５１の外周面の曲率半径よりも大きくした場合には、記録媒体が大きく湾曲することを抑制することができる。

平面部Ｒ２は、接続位置Ｐ１において曲面部Ｒ１に接続されている。すなわち、平面部Ｒ２は、上記回転方向における上流側において曲面部Ｒ１に接続される上流端部を有する。平面部Ｒ２は、加圧ローラー５１の軸方向から見た場合に、上記接続位置Ｐ１に接する曲面部Ｒ１の接線ＴＬ１上に位置するように設けられている。

接続位置Ｐ１は、加圧ローラー５１の軸方向から見た場合に、加圧ローラー５１がパッド部材５２に圧接する圧接方向（図中ＤＲ１方向）に、加圧ローラー５１の中心Ｏ１から伸ばした仮想線ＶＬ１に対して、上記定着ベルト５４の回転方向の上流側に位置する。

加圧ローラー５１の軸方向から見た場合に、接続位置Ｐ１から平面部Ｒ２に対して垂直となる法線ＶＬ２は、上記仮想線ＶＬ１に対して平行であり、上記仮想線ＶＬ１に対してニップ部Ｎの入口側に位置する。

図４は、実施の形態１に係る定着装置において、ニップ部形成領域に印加される圧力の分布を示す図である。図４を参照して、加圧ローラー５１がパッド部材５２に圧接する圧接状態において、ニップ部形成領域Ｒに印加される圧力の分布について説明する。

なお、当該圧力分布は、たとえばパッド部材５２と加圧ローラー５１との間にセンサシート（ニッタ株式会社制）を搬送し、面圧分布測定システム（ニッタ株式会社制）を用いることで、測定することができる。

図４に示すように、ニップ形成領域Ｒの圧力分布は、ニップ部の上流側（入口部）から下流側（出口部）に向かうにつれて、一旦圧力が増加していき、圧力がピークに達した後、圧力が低下していく。このような圧力分布において、圧力のピーク位置は、平面部Ｒ２に存在する。また、曲面部Ｒ１での圧力の増加率は、平面部Ｒ２の圧力の増加率よりも小さくなっている。

上記のように、実施の形態１に係る定着装置においては、加圧ローラー５１に対して凹となる曲面部Ｒ１と平面部Ｒ２とによってニップ部形成領域Ｒを構成することにより、ニップ部Ｎの入口側において、圧力が急激に増加することを抑制することができる。これにより、ニップ部Ｎの入口側において、記録媒体にしわが発生することを抑制することができる。

図５から図７は、比較の形態に係る定着装置において、トナー像がニップ部を移動する第１状態から第３状態を示す図である。図５から図７を参照して、ニップ部形成領域Ｒにおいて、加圧ローラー５１に対して凸となる部分が形成されている場合のトナー像の定着について説明する。

図５から図７に示すように、比較の形態に係る定着装置においては、トナーの溶融性を向上させることを目的として、ニップ部形成領域Ｒの下流側において、加圧ローラー５１に対して凸となる凸部５２ａが形成されている。これにより、ニップ部の下流側でニップ圧が最大にすることができる。

図５は、トナー像Ｔがニップ部Ｎを通過する第１状態、具体的には、トナー像Ｔが凸部５２ａを通過する直前の状態を示している。なお、トナー像Ｔが形成されている用紙Ｓは、凹凸紙である。用紙Ｓは、凹部Ｓａを有する。

ここで、凸部５２ａは、凹凸紙の凹部Ｓａよりも相当程度大きいものである。このため、凹凸紙の凹凸形状に追従することが困難である。このため、図６に示す第２状態すなわち、凹部Ｓａが凸部５２ａに対向する状態においては、凹部Ｓａと凸部５２ａとの間に存在するトナー像Ｔの一部が、溶融不足となる。また、定着ベルト５４は回転しているため、定着ベルト５４とパッド部材５２との摺動抵抗によってせん断力が、溶融不足のトナー像Ｔに作用する。当該せん断力は、凸部５２ａにおいて大きく作用する。

図７に示すように、第３状態、すなわち用紙Ｓの凹部Ｓａが凸部５２ａを通過する状態においては、上記せん断力によって、溶融不足のトナー像が、搬送方向の上流側に微小に移動する。この結果、下地の記録媒体が局所的に露出することで画像濃度が低下してしまう。

再び図３を参照して、実施の形態１に係る定着装置５０においては、上記のように、加圧ローラー５１に対して凹となる曲面部Ｒ１と平面部Ｒ２とによってニップ部形成領域Ｒを構成することにより、ニップ部形成領域Ｒにおいて、加圧ローラー５１に対して凸となる部分が形成されなくなる。このため、トナー像Ｔがニップ部Ｎを通過する際に、定着ベルト５４とパッド部材５２との摺動抵抗によって当該トナー像Ｔに作用するせん断力を抑制できる。この結果、トナー像Ｔが搬送方向の上流側に移動することを抑制でき、画像濃度の低下を抑制することができる。

さらに、図４に示すように、ニップ形成領域Ｒでの圧力分布において、平面部Ｒ２側、すなわちニップ部Ｎの下流側においてピーク圧が存在することにより、トナーの溶融性を向上させることができる。

以上のように、実施の形態１に係る定着装置５０およびこれを備えた画像形成装置１００においては、画像濃度の低下を抑制しつつ、トナーの溶融効率を向上させることができる。

（実施の形態２）
図８は、実施の形態２に係る定着装置において、加圧ローラーがパッド部材を加圧している状態を示す図である。図８を参照して、実施の形態２に係る定着装置５０Ａについて説明する。

図８に示すように、実施の形態２に係る定着装置５０Ａは、実施の形態１に係る定着装置５０と比較した場合に、平面部Ｒ２が曲面部Ｒ１に接続される接続位置Ｐ１が相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。

実施の形態２においては、接続位置Ｐ１は、加圧ローラー５１の軸方向から見た場合に、加圧ローラー５１がパッド部材５２に圧接する圧接方向（図中ＤＲ１方向）に加圧ローラー５１の中心Ｏ１から伸ばした仮想線ＶＬ１上に位置する。また、加圧ローラー５１の軸方向から見た場合に、接続位置Ｐ１から平面部Ｒ２に対して垂直となる法線ＶＬ２は、上記仮想線ＶＬ１に重なる。

図９は、実施の形態２に係る定着装置において、ニップ部形成領域に印加される圧力の分布を示す図である。図９を参照して、上記圧接状態において、ニップ部形成領域Ｒ２に印加される圧力の分布について説明する。

図９に示すように、ニップ部形成領域に印加される圧力分布は、ニップ部の上流側（入口部）から下流側（出口部）に向かうにつれて、一旦圧力が増加していき、圧力がピークに達した後、圧力が低下していく。このような圧力分布において、圧力のピーク位置は、平面部Ｒ２における上流端部、すなわち、接続位置Ｐ１に存在している。

このように構成される場合においても、ニップ部形成領域Ｒの上流側が、加圧ローラー５１に対して凹となる円弧状の曲面部Ｒ１で構成され、ニップ部形成領域Ｒの下流側が平面部Ｒ２で構成されている。さらに、平面部Ｒ２は、接続位置Ｐ１に接する曲面部Ｒ１の接線ＴＬ１上に位置し、ニップ部形成領域Ｒに印加される圧力の分布において、ピーク位置が平面部Ｒ２に存在する。このため、実施の形態２に係る定着装置５０Ａにあっては、実施の形態１とほぼ同様の効果が得られる。

図１０は、参考例１に係る定着装置において、ニップ部形成領域に印加される圧力の分布を示す図である。図１０を参照して、参考例１に係る定着装置について説明する。

参考例１に係る定着装置は、実施の形態１に係る定着装置５０と比較して、接続位置Ｐ１の位置が異なる点で相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。参考例１に係る定着装置においては、接続位置Ｐ１が実施の形態１に係る定着装置５０と比較して、接続位置Ｐ１が、ニップ部Ｎの上流側にずれている。

図１０に示すように、接続位置Ｐ１がニップ部の上流側にずれることにより、曲面部Ｒ１から平面部Ｒ２に圧力が変化する遷移点の位置もニップ部の上流側にずれる。

図１１は、参考例２に係る定着装置において、ニップ部形成領域に印加される圧力の分布を示す図である。図１１を参照して、参考例２に係る定着装置について説明する。

参考例２に係る定着装置は、実施の形態１に係る定着装置５０と比較して、接続位置Ｐ１の位置が異なる点で相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。参考例２に係る定着装置においては、接続位置Ｐ１が実施の形態１に係る定着装置５０と比較して、接続位置Ｐ１が、ニップ部Ｎの下流側にずれている。

図１１に示すように、接続位置Ｐ１がニップ部の下流側にずれることにより、曲面部Ｒ１から平面部Ｒ２に圧力が変化する遷移点の位置もニップ部の下流側にずれる。

このため、実施の形態１に係る定着装置５０においては、参考例１および参考例２のように、設置誤差により接続位置Ｐ１の位置ずれが起こった場合に、ニップ部形成領域Ｒに印加される圧力分布が大きく変動し得る。

一方で、実施の形態２に係るニップ部の圧力分布においては、上述のように、圧力ピークに至るまで、略一定に圧力が増加する。このため、実施の形態２に係る定着装置５０Ａにあっては、ニップ部の圧力分布において圧力の変動を抑制することができる。また、接続位置Ｐ１の設置誤差の変動によるニップ幅の変動も抑制することができる。

（実施の形態３）
図１２は、実施の形態３に係る定着装置において、加圧ローラーがパッド部材を加圧している状態を示す図である。図１２を参照して、実施の形態３に係る定着装置５０Ｂについて説明する。

図１２に示すように、実施の形態３に係る定着装置５０Ｂは、実施の形態１に係る定着装置５０と比較した場合に、平面部Ｒ２が曲面部Ｒ１に接続される接続位置Ｐ１が相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。

実施の形態３においては、接続位置Ｐ１は、加圧ローラー５１の軸方向から見た場合に、加圧ローラー５１がパッド部材５２に圧接する圧接方向（図中ＤＲ１方向）に加圧ローラー５１の中心Ｏ１から伸ばした仮想線ＶＬ１よりも、定着ベルト５４の回転方向において下流側（ニップ部Ｎの下流側）に位置する。また、加圧ローラー５１の軸方向から見た場合に、接続位置Ｐ１から平面部Ｒ２に対して垂直となる法線ＶＬ２は、加圧ローラー５１の中心Ｏ１を通過する。

図１３は、実施の形態３に係る定着装置において、ニップ部形成領域に印加される圧力の分布を示す図である。図１３を参照して、上記圧接状態において、ニップ部形成領域Ｒに印加される圧力の分布について説明する。

図１３に示すように、ニップ部形成領域Ｒの圧力分布は、ニップ部の上流側（入口部）から下流側（出口部）に向かうにつれて、一旦圧力が増加していき、圧力がピークに達した後、圧力が低下していく。このような圧力分布において、圧力のピーク位置は、平面部Ｒ２における上流端部、すなわち、接続位置Ｐ１に存在している。

このように構成される場合においても、ニップ部形成領域Ｒの上流側が、加圧ローラー５１に対して凹となる円弧状の曲面部Ｒ１で構成され、ニップ部形成領域Ｒの下流側が平面部Ｒ２で構成されている。さらに、平面部Ｒ２は、接続位置Ｐ１に接する曲面部Ｒ１の接線ＴＬ１上に位置し、ニップ部形成領域Ｒに印加される圧力の分布において、ピーク位置が平面部Ｒ２に存在する。このため、実施の形態３に係る定着装置５０Ｂにあっては、実施の形態１とほぼ同様の効果が得られる。

さらに、実施の形態３に係る上記圧力分布においては、圧力ピークに至るまで、略一定に圧力が増加する。このため、実施の形態３に係る定着装置５０Ｂにあっては、ニップ部の圧力分布において圧力の変動を抑制することができる。また、接続位置Ｐ１の設置誤差の変動によるニップ幅の変動も抑制することができる。

また、上述のように、接続位置Ｐ１が、加圧ローラー５１の軸方向から見た場合に、上記仮想線ＶＬ１よりも、定着ベルト５４の回転方向において下流側（ニップ部Ｎの下流側）に位置する。すなわち、実施の形態３においては、上記仮想線ＶＬ１が、パッド部材５２の重心付近を通過する。このため、接続位置Ｐ１が、仮想線ＶＬ１よりも上流側、あるいは仮想線ＶＬ１上に位置する場合と比較して、パッド部材５２を回転させるように作用する力を抑制することができる。これにより、組立性を考慮して、部品間に緩みを設けた場合であっても、パッド部材５２が回転することを抑制できる。この結果、上記のような圧力分布を得られやすくなる。

（検証実験）
図１４は、実施の形態の効果を検証するために行なった第１検証実験の条件および結果を示す図である。図１５は、実施の形態の効果を検証するために行なった第２検証実験の条件および結果を示す図である。図１６から図１９は、比較例１から比較例４に係る各定着装置において、加圧ローラーがパッド部材を加圧している状態を示す図である。図１４から図１９を参照して、検証実験について説明する。

図１４に示すように、第１検証実験においては、比較例１、比較例２、および実施例１に係る定着装置を用いて、紙しわの評価、ニップ幅の測定、および圧力ピークの位置の確認を行なった。

紙しわの評価は、記録媒体である用紙をニップ部に通過させて、用紙に対して品質不良となる紙しわが発生するか否かを確認した。ニップ幅の測定は、ニップ部を測定用フィルム（たとえばＯＨＰ（Over Head Projector））が通過するタイミングで、当該フィルムの搬送を停止し、フィルムの一部を熱変形させた。続いて、当該フィルムをニップ部を通過させ、変形した部分の長さを測定した。圧力ピークの位置を確認するにあたり、パッド部材５２と加圧ローラー５１との間にセンサシート（ニッタ株式会社制）を搬送し、面圧分布測定システム（ニッタ株式会社制）を用いて、圧力分布を測定した。当該圧力分布において、圧力がピークとなる位置を確認した。なお、ニップ幅が大きく、圧力ピークがニップ部Ｎの下流側に位置する方が、トナーの溶融効率は向上する。

実施例１に係る定着装置は、実施の形態１に係る定着装置５０と同じ構成を有するものである。比較例１および比較例２に係る定着装置５０Ｘ１、５０Ｘ２は、実施の形態１に係る定着装置５０と比較した場合に、パッド部材５２におけるニップ部形成領域Ｒの形状が相違する。

図１４および図１６に示すように、比較例１に係るパッド部材５２においては、ニップ部形成領域Ｒの上流側が、加圧ローラー５１に対して凸となる凸部で構成されており、ニップ部形成領域Ｒの下流側が、平面部で構成されている。

図１４および１７に示すように、比較例２に係るパッド部材５２においては、ニップ部形成領域Ｒの上流側が、平面部で構成されており、ニップ部形成領域Ｒの下流側も、平面部で構成されている。

再び図１４に示すように、比較例１においては、ニップ部形成領域Ｒの上流側が、凸部で構成されることにより、ニップ部の上流側において凸部近傍で圧力が急激に高くなる。このため、ニップ部に用紙がスムーズに進入することが困難となり、品質不良となる紙しわが発生した。これにより、紙しわの評価は、不可とした。また、ニップ幅は、９．８ｍｍとなり、上記圧力分布におけるピーク位置は、ニップ部形成領域Ｒの上流側に存在した。このため、比較例１では、ニップ部Ｎでのトナーの溶融効率は悪かった。

比較例２においては、ニップ部形成領域Ｒの上流側は、平面部で構成されているものの、ニップ部の上流側において圧力が依然として高い。このため、ニップ部に用紙がスムーズに進入することが困難となり、品質不良となる紙しわが発生した。これにより、紙しわの評価は、不可とした。また、ニップ幅は、１１．１ｍｍとなり、上記圧力分布におけるピーク位置は、ニップ部形成領域Ｒの中央側に存在した。このため、ニップ部Ｎでのトナー溶融効率は不十分であった。

実施例１においては、ニップ部形成領域Ｒの上流側は、加圧ローラー５１に対して凹となる曲面部で構成されることにより、ニップ部Ｎの上流側で圧力の増加を抑制することができる。このため、ニップ部Ｎに用紙がスムーズに進入することができ、品質不良となる紙しわは発生しなかった。さらに、ニップ幅は、１６．７ｍｍとなり、上記圧力分布におけるピーク位置は、ニップ部形成領域の下流側に存在した。このため、ニップ部Ｎでのトナー溶融効率が向上した。

図１５に示すように、第２検証実験においては、比較例３、実施例１、および比較例４に係る定着装置を用いて、画像濃度の評価、および圧力ピークの位置の確認を行なった。

画像濃度の評価としては、画像定着後の記録媒体を観察し、下地の記録媒体が局所的に露出している部分が存在するか否かを確認した。このように記録媒体が露出する部分が存在する場合には、画像濃度が低下する。なお、記録媒体の露出は、定着装置によるトナー像の定着中に、溶融不足によるトナー像が搬送方向の上流側に微小に移動することで発生する。

実施例１に係る定着装置は、実施の形態１に係る定着装置５０と同じ構成を有するものである。比較例３および比較例４に係る定着装置５０Ｘ３、５０Ｘ４は、実施の形態１に係る定着装置５０と比較した場合に、パッド部材５２におけるニップ部形成領域Ｒの形状が相違する。

図１５および図１８に示すように、比較例３に係るパッド部材５２においては、ニップ部形成領域Ｒの上流側が、加圧ローラー５１に対して凹となる凹部で構成されており、ニップ部形成領域Ｒの下流側が、加圧ローラー５１に対して凸となる凸部で構成されている。

図１５および図１９に示すように、比較例４に係るパッド部材５２においては、ニップ部形成領域Ｒの上流側が、加圧ローラー５１に対して凹となる凹部で構成されており、ニップ部形成領域Ｒの下流側が、加圧ローラー５１に対して凸となる凸部で構成されている。

再び図１５に示すように、比較例３においては、ニップ部形成領域Ｒの上流側が、凹部で構成され、下流側が凸部で構成されることにより、上記圧力分布におけるピーク位置は、ニップ部形成領域Ｒの下流側に存在した。一方で、ニップ部形成領域Ｒの下流側が凸部で構成されることにより、記録媒体の露出部が確認され、画像濃度が低下していた。このため、画像濃度は、不良と評価された。

比較例３においては、ニップ部形成領域Ｒの下流側に形成された凸部が、記録媒体の凹凸に追従しにくため、トナー像が部分的に溶融不足となる。また、定着ベルト５４とパッド部材５２との摺動抵抗によって発生するせん断力が、凸部で大きく作用する。このため、溶融不足となったトナー像の一部が、せん断力によって移動することで、上記記録媒体の露出部が確認された。

比較例４においては、ニップ部形成領域Ｒの上流側および下流側の双方が凹部で構成されており、ニップ部形成領域Ｒにおいて凸部が形成されていない。このため、比較例４においては、比較例３のような記録媒体の露出部は確認されず、画像濃度の低下は発生しなかった。この結果、画像濃度は、良と評価された。

一方で、ニップ部形成領域Ｒの上流側および下流側の双方が凹部で構成されるため、上記圧力分布におけるピーク位置は、ニップ部形成領域Ｒの略中央に確認された。このため、ニップ部形成領域Ｒの下流側にピーク圧が存在する実施例１と比較して、トナーの溶融効率は低下していた。

実施例１では、ニップ部形成領域Ｒの上流側が凹部で構成されており、ニップ部形成領域Ｒの下流側は平面部で形成されており、ニップ部形成領域Ｒにおいて凸部が形成されていない。このため、実施例１においても、比較例３のような記録媒体の露出部は確認されず、画像濃度の低下は発生しなかった。この結果、画像濃度は、良と評価された。

さらに、上記圧力分布におけるピーク位置は、ニップ部形成領域Ｒの下流側で確認され、上述の第１検証実験で説明したように、ニップ部Ｎでのトナー溶融効率が向上した。

以上、実施の形態に係る定着装置にあっては、画像濃度の低下を抑制しつつ、トナーの溶融効率を向上させることができることが実験的に確認された。

（変形例１）
図２０は、変形例１に係る定着装置において、加圧ローラーがパッド部材を加圧している状態を示す図である。上述した実施の形態１から３においては、ニップ部形成領域Ｒの下流側に形成された平面部Ｒ２が、接続位置Ｐ１に接する曲面部Ｒ１の接線ＴＬ１上に位置する場合を例示して説明したが、これに限定されない。変形例１に係る定着装置５０Ｃのように、平面部Ｒ２は、上記接線ＴＬ１よりも加圧ローラー５１側に傾斜していてもよい。

この場合においても、ニップ部形成領域に印加される圧力の分布において、ピーク位置が平面部に存在することとなり、実施の形態１に係る定着装置５０とほぼ同様の効果が得られる。

以上、今回発明された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１Ｃ，１Ｋ，１Ｍ，１Ｙ 画像形成ユニット、１０ 感光体、１１ 帯電装置、１２ 露光装置、１３ 現像装置、１４ 現像ローラー、１５Ｃ，１５Ｋ，１５Ｍ，１５Ｙ トナーボトル、１７ クリーニング装置、３０ 中間転写ベルト、３１ 一次転写ローラー、３３ 二次転写ローラー、３７ カセット、３８ 従動ローラー、３９ 駆動ローラー、４０ タイミングローラー、４１ 搬送経路、４８ トレイ、５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｘ１，５０Ｘ２，５０Ｘ３，５０Ｘ４ 定着装置、５１ 加圧ローラー、５２ パッド部材、５２ａ 凸部、５３ 加熱ローラー、５３ａ 加熱源、５４ 定着ベルト、５５ 固定部材、５５ａ 底部、５６ 潤滑剤塗布部、５７ 保持部材、５７ａ 収容凹部、５８ 摺動部材、８０ 筐体、１００ 画像形成装置、１０１ 制御装置。

Claims (6)

1. 無端ベルトと、
   前記無端ベルトの内側に配置された定着部材と、
   前記無端ベルトの外側において前記定着部材に対向して配置され、前記定着部材とともにニップ部を形成するローラーと、
   前記無端ベルトを加熱する加熱部材と、を備え、
   前記定着部材は、前記ニップ部を形成するニップ部形成領域において、前記無端ベルトの回転方向における上流側に設けられた曲面部と、前記回転方向の下流側に設けられ、前記曲面部に接続された平面部とを有し、
   前記曲面部は、前記ローラーに対して凹となるように円弧状に湾曲しており、
   前記平面部は、前記曲面部に接続される接続位置に接する前記曲面部の接線上に位置するか、前記接線よりも前記ローラー側に傾斜するように設けられ、
   前記ニップ部形成領域に印加される圧力の分布において、ピーク位置が前記平面部に存在し、
   前記曲面部および前記平面部は、連続して設けられている、定着装置。
2. 前記平面部は、前記接線上に位置するように設けられている、請求項１に記載の定着装置。
3. 前記曲面部の曲率半径は、前記ローラーの曲率半径よりも大きい、請求項１または２に記載の定着装置。
4. 前記ニップ部形成領域に印加される圧力の分布において、前記ピーク位置が前記接続位置に存在する、請求項１から３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 前記接続位置は、前記ローラーを前記定着部材に圧接させる圧接方向に前記ローラーの中心から伸ばした仮想線よりも、前記無端ベルトの回転方向において下流側に位置する、請求項４に記載の定着装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の定着装置を備えた、画像形成装置。

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