(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023182999
(43)【公開日】2023-12-27
(54)【発明の名称】定着装置
(51)【国際特許分類】
G03G 15/20 20060101AFI20231220BHJP
【ＦＩ】
G03G15/20 515
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022096338
(22)【出願日】2022-06-15
(71)【出願人】
【識別番号】000001007
【氏名又は名称】キヤノン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100126240
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 琢磨
(74)【代理人】
【識別番号】100223941
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 佳子
(74)【代理人】
【識別番号】100159695
【弁理士】
【氏名又は名称】中辻 七朗
(74)【代理人】
【識別番号】100172476
【弁理士】
【氏名又は名称】冨田 一史
(74)【代理人】
【識別番号】100126974
【弁理士】
【氏名又は名称】大朋 靖尚
(72)【発明者】
【氏名】千代田 保▲晴▼
(72)【発明者】
【氏名】玉木 政行
(72)【発明者】
【氏名】八代 亮
(72)【発明者】
【氏名】高橋 伸輔
(72)【発明者】
【氏名】金井 大
【テーマコード（参考）】
2H033
【Ｆターム（参考）】
2H033AA15
2H033BA25
2H033BB03
2H033BB05
2H033BB06
2H033BB13
2H033BB14
2H033BB15
2H033BB18
2H033BB29
2H033BB30
2H033BB33
2H033BB34
2H033BB39
2H033BE03
(57)【要約】
【課題】 本発明の目的は、記録材に発生するしわを抑制することである。
【解決手段】 定着ベルトと、定着ベルトを懸架する懸架部材と、定着ベルトを介して懸架部材を加圧することでニップ部を形成する加圧回転体と、定着ベルトと加圧回転体とは、ニップ部において、トナー像を担持した記録材を挟持して搬送し、記録材に熱と圧力を与えることでトナー像を記録材に定着し、定着ベルトの回転方向において、ニップ部の上流に、定着ベルトを懸架する懸架ローラを有し、懸架ローラは、懸架部材と隣り合い、懸架ローラの幅方向において、記録材の通紙領域の中央を中央部とし、通紙領域の両端を両端部とし、懸架ローラの外径は、中央部に比べて大きい、ことを特徴とする定着装置。
【選択図】 図４
【解決手段】 定着ベルトと、定着ベルトを懸架する懸架部材と、定着ベルトを介して懸架部材を加圧することでニップ部を形成する加圧回転体と、定着ベルトと加圧回転体とは、ニップ部において、トナー像を担持した記録材を挟持して搬送し、記録材に熱と圧力を与えることでトナー像を記録材に定着し、定着ベルトの回転方向において、ニップ部の上流に、定着ベルトを懸架する懸架ローラを有し、懸架ローラは、懸架部材と隣り合い、懸架ローラの幅方向において、記録材の通紙領域の中央を中央部とし、通紙領域の両端を両端部とし、懸架ローラの外径は、中央部に比べて大きい、ことを特徴とする定着装置。
【選択図】 図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転可能であって、記録材に熱を与える定着ベルトと、
前記定着ベルトの内周面に当接し、前記定着ベルトを懸架する懸架部材と、
前記定着ベルトを介して前記懸架部材を加圧することでニップ部を形成する加圧回転体と、
前記定着ベルトと前記加圧回転体とは、前記ニップ部において、トナー像を担持した記録材を挟持して搬送し、記録材に熱と圧力を与えることでトナー像を記録材に定着し、
前記定着ベルトの回転方向において、前記ニップ部の上流に、前記定着ベルトを懸架する懸架ローラを有し、
前記懸架ローラは、前記定着ベルトを懸架する複数の部材のうち、前記懸架部材と隣り合い、
前記懸架ローラの幅方向において、記録材の通紙領域の中央を中央部とし、前記通紙領域の両端を両端部とし、
前記懸架ローラの外径は、前記中央部に比べて、前記両端部が５０μｍ以上３００μｍ以下の範囲で大きい、ことを特徴とする定着装置。
前記定着ベルトの内周面に当接し、前記定着ベルトを懸架する懸架部材と、
前記定着ベルトを介して前記懸架部材を加圧することでニップ部を形成する加圧回転体と、
前記定着ベルトと前記加圧回転体とは、前記ニップ部において、トナー像を担持した記録材を挟持して搬送し、記録材に熱と圧力を与えることでトナー像を記録材に定着し、
前記定着ベルトの回転方向において、前記ニップ部の上流に、前記定着ベルトを懸架する懸架ローラを有し、
前記懸架ローラは、前記定着ベルトを懸架する複数の部材のうち、前記懸架部材と隣り合い、
前記懸架ローラの幅方向において、記録材の通紙領域の中央を中央部とし、前記通紙領域の両端を両端部とし、
前記懸架ローラの外径は、前記中央部に比べて、前記両端部が５０μｍ以上３００μｍ以下の範囲で大きい、ことを特徴とする定着装置。
【請求項2】
前記ニップ部と前記懸架ローラとの距離は２５ｍｍ以上、１１０ｍｍ以下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】
前記懸架ローラが前記定着ベルトを、前記定着ベルトの内側から外側に向けて押す力は５０Ｎ以上、１００Ｎ以下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4】
前記懸架ローラは前記定着ベルトの回転に対して従動して回転することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項5】
前記通紙領域において、前記中央部の外径は、最も小さいことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項6】
前記中央部から前記両端部にかけて、前記幅方向に沿って、前記外径は大きくなる、ことを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
【請求項7】
前記回転方向において、前記ニップ部の下流に、熱源を有する回転可能な加熱ローラを有することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項8】
前記幅方向において、前記加熱ローラの外径は、前記通紙領域の中央に比べて、前記通紙領域の両端のほうが小さい、ことを特徴とする請求項７に記載の定着装置。
【請求項9】
前記懸架部材は回転可能な定着ローラであって、前記定着ローラは弾性層を有す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、トナー像を記録材に定着する定着装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
画像形成装置は、トナー像を記録材に定着させるための定着装置を有している。定着装置は、トナー像の定着に必要な熱を記録材に与えるための加熱回転体と、記録材に圧力を与えるための加圧回転体とを有している。これまでに、加熱回転体として、定着ベルトを用いた定着装置が提案されている。具体的に、定着ベルトは回転可能な無端状のものである。定着ベルトの内周面には、熱源を有する加熱ローラが当接し、定着ベルトを加熱する。加圧回転体は定着ベルトとともに定着ニップ部を形成する。この定着ニップ部にトナー像を担持した記録材が搬送されると、熱と圧力とが記録材に与えられ、トナー像が記録材に定着される。定着ベルトを用いた定着装置は、熱源から記録材と接触する定着ベルトの表面までの熱伝導性が高い。そのため単位時間あたりにおける印刷枚数（生産性）を大きくする点で有利である。
【0003】
定着ベルトを用いた定着装置において、定着ベルトを懸架した際の張力が十分でないと、定着ベルトがたるむ虞がある。この課題に対して、特許文献１の特開２０１７－８３７１２号公報では、定着ベルトの回転方向において、定着ニップ部の上流に定着ベルトを懸架する懸架ローラを配置することで、定着ベルトに張力を与えている。これによって定着ベルトのたるみを抑制し、記録材にしわが発生することを抑えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１７－８３７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
定着ベルトと、懸架ローラとを用いた定着装置において、定着ニップ部で搬送される記録材の搬送速度が、定着ベルトの幅方向で、異なってしまう虞がある。具体的に、幅方向において、記録材の中央部のほうが端部に比べて速くなることがある。この幅方向における記録材の搬送速度の差により、記録材にしわが発生してしまう虞がある。
【0006】
そこで本発明の目的は、記録材に発生するしわを抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を鑑みて、本発明に係る定着装置は、回転可能であって、記録材に熱を与える定着ベルトと、前記定着ベルトの内周面に当接し、前記定着ベルトを懸架する懸架部材と、前記定着ベルトを介して前記懸架部材を加圧することでニップ部を形成する加圧回転体と、前記定着ベルトと前記加圧回転体とは、前記ニップ部において、トナー像を担持した記録材を挟持して搬送し、記録材に熱と圧力を与えることでトナー像を記録材に定着し、前記定着ベルトの回転方向において、前記ニップ部の上流に、前記定着ベルトを懸架する懸架ローラを有し、前記懸架ローラは、前記定着ベルトを懸架する複数の部材のうち、前記懸架部材と隣り合い、前記懸架ローラの幅方向において、記録材の通紙領域の中央を中央部とし、前記通紙領域の両端を両端部とし、前記懸架ローラの外径は、前記中央部に比べて、前記両端部が５０μｍ以上３００μｍ以下の範囲で大きい、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
本発明に依れば、記録材に発生するしわを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】画像形成装置の概略図
【図2】本実施例１における定着装置の横断面模式図
【図3】本実施例２における定着装置の横断面模式図
【図4】本実施例における懸架ローラの外径説明図
【図5】本実施例における紙しわ発生メカニズム説明図
【図6】本実施例における紙しわ発生部の説明図
【図7】本実施例におけるしわ防止効果の模式図
【図8】本実施例における効果の比較表
【図9】本実施例における懸架ローラ凹形状による、位置とテンションの関係図
【図10】本実施例における従来例と実施例の条件での、定着ニップ前後での用紙形状シュミュレーションの比較画像
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本実施形態に係る画像形成装置の実施の形態について図面に基づいて説明をする。なお、以下では、本実施形態を複数の感光ドラムを有する電子写真方式のフルカラーの画像形成装置に適用する例を説明するが、本実施形態は、これに限らず、各種方式の画像形成装置、単色の画像形成装置などにも適用できる。
【0011】
【0012】
図１は本実施形態に係るフルカラーの画像形成装置を示す図である。画像形成装置１は、画像読取部２と画像形成装置本体３とを備える。画像読取部２は、原稿台ガラス２１上に置かれた原稿を読み取るもので、光源２２から照射された光が原稿で反射し、レンズなどの光学系部材２３を介してＣＣＤセンサ２４に結像される。このような光学系ユニットは矢印の方向に走査することにより、原稿をライン毎の電気信号データ列に変換する。ＣＣＤセンサ２４により得られた画像信号は、画像形成装置本体３に送られ、制御部３０で後述する各画像形成部に合わせた画像処理がなされる。また、制御部３０は画像信号としてプリントサーバ等外部ホスト装置からの外部入力も受ける。
【0013】
画像形成装置本体３は、複数の画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄを備え、各画像形成部では、上述の画像信号に基づいて画像形成が行われる。即ち、画像信号は制御部３０によりＰＷＭ（パルス幅変調制御）されたレーザービームに変換される。図１において、３１は露光装置としてのポリゴンスキャナで、画像信号に応じたレーザービームを走査する。そして、各画像形成部Ｐａ～Ｐｄの像担持体としての感光ドラム２００ａ～２００ｄにレーザービームが照射される。なお、Ｐａはイエロー色（Ｙ）画像形成部、Ｐｂはマゼンタ色（Ｍ）画像形成部、Ｐｃはシアン色（Ｃ）画像形成部、Ｐｄはブラック色（Ｂｋ）画像形成部で、それぞれ対応する色の画像を形成する。画像形成部Ｐａ～Ｐｄは略同一なので、以下にイエロー色画像形成部Ｐａの詳細を説明して、他の画像形成部の説明は省略する。Ｙ画像形成部Ｐａにおいて、２００ａは感光ドラムで、次述するように、画像信号に基づいて表面にトナー画像が形成される。
【0014】
２０１ａは１次帯電器で、感光ドラム２００ａの表面を所定の電位に帯電させる。露光部３１からのレーザービームによって、所定の電位に帯電された感光ドラム２００ａの表面に静電潜像が形成される。２０２ａは現像器で、感光ドラム２００ａ上の静電潜像を現像してトナー画像を形成する。２０３ａは転写ローラで、中間転写ベルト２０４の背面から放電を行いトナーと逆極性の一次転写バイアスを中間転写ベルト２０４に印加する。すると、感光ドラム２００ａ上のトナー画像は、中間転写ベルト２０４上に転写される。転写後の感光ドラム２００ａは、クリーナー２０７ａでその表面を清掃される。
【0015】
また、中間転写ベルト２０４上のトナー画像は次の画像形成部に搬送され、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋの順に、順次それぞれの画像形成部にて形成された各色のトナー像が転写され、４色の画像がその表面に形成される。Ｂｋ画像形成部を通過したトナー画像は、２次転写ローラ対２０５、２０６で構成される２次転写部において、中間転写ベルト２０４上のトナー画像と逆極性の２次転写電界が印加されることにより、用紙Ｐに２次転写される。給紙カセット８もしくは９から給紙された用紙はレジ部２０８で待機した後、中間転写ベルト２０４上のトナー画像と、用紙の位置とが合うように、レジ部８，９から用紙が搬送される。その後、用紙上のトナー画像は、像加熱装置としての定着装置Ｆで、用紙に定着される。定着装置を通過後、機外に排紙される。両面ＪＯＢの場合は、画像形成第一面（１面目）のトナーの転写および定着が終了すると、用紙は定着後の画像形成装置内部に設けられた反転部を経て用紙の表裏が逆転される。その後、画像形成第二面（２面目）のトナーの転写および定着、機外へ排出され排紙トレイ７上に積載される。
【0016】
＜定着装置＞
次に、図２を用いて本実施の形態のおける、定着装置Ｆの構成について説明する。
次に、図２を用いて本実施の形態のおける、定着装置Ｆの構成について説明する。
【0017】
本実施形態に係るベルト加熱方式の定着装置Ｆの全体構成の概略図を図２に示す。図中のＸ方向は記録材Ｐ（図中不図示）の搬送方向、Ｙ方向は紙幅方向、Ｚ方向は加圧方向を示す。点線部はニップ部Ｎを拡大した断面を表す。
【0018】
定着装置Ｆは、無端状で回転可能な加熱回転体としての定着ベルト（以下、ベルト）３０１を有する。さらに定着装置Ｆは、定着ベルトを内側から支えるための定着ローラ３００、加熱ローラ３０７、懸架ローラ３０８、定着ローラにベルトを介して対向、加圧し、ベルトと共にニップ部Ｎを形成する加圧回転体としての加圧ローラ３０５を有する。
【0019】
ベルト３０１は熱伝導性と耐熱性等を有しており、薄肉の円筒形状である。本実施形態においては、基層と、基層の外周に弾性層と、その外周に離型性層と、を形成した３層構造である。基層は厚さ８０μｍで材質はポリイミド樹脂（ＰＩ）を、弾性層は厚さ３００μｍでシリコーンゴムを、離型性層は厚さ３０μｍでフッ素樹脂としてのＰＦＡ（四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂）を用いている。ベルト３０１は、定着ローラ（懸架部材）３００と、加熱ローラ３０７と、懸架ローラ３０８と、によって張架される。ベルト３０１の外径は１５０ｍｍである
定着ローラ３００は、ベルト３０１を挟んで、加圧ローラ３０５に押圧されている。定着ローラ３００には、例えば、ＳＵＳ、銅、アルミニウム等の金属から形成された芯金を用いる。本実施例では中空のアルミニウムを利用した。表層部の弾性層として厚さ２０［ｍｍ］の耐熱性のシリコンゴム（硬度ＪＩＳ－Ａ１０［°］）で被覆し、更に、厚さ２０［μｍ］のＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）をコーティングしている。このときの定着ローラ３００のローラ硬度は、ＡＳＫＥＲ－Ｃ硬度で３０～３５［°］である。定着ローラ３００の外径寸法は、例えば７０［ｍｍ］である。以上の組成は一例であり、表層に耐摩耗性があり、ニップＮの幅を十分に確保できる硬度で、耐熱性があれば、他の構成でも良い。
定着ローラ３００は、ベルト３０１を挟んで、加圧ローラ３０５に押圧されている。定着ローラ３００には、例えば、ＳＵＳ、銅、アルミニウム等の金属から形成された芯金を用いる。本実施例では中空のアルミニウムを利用した。表層部の弾性層として厚さ２０［ｍｍ］の耐熱性のシリコンゴム（硬度ＪＩＳ－Ａ１０［°］）で被覆し、更に、厚さ２０［μｍ］のＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）をコーティングしている。このときの定着ローラ３００のローラ硬度は、ＡＳＫＥＲ－Ｃ硬度で３０～３５［°］である。定着ローラ３００の外径寸法は、例えば７０［ｍｍ］である。以上の組成は一例であり、表層に耐摩耗性があり、ニップＮの幅を十分に確保できる硬度で、耐熱性があれば、他の構成でも良い。
【0020】
加熱ローラ３０７は厚み１ｍｍのＳＵＳ製パイプで、その内部に熱源としてのハロゲンヒータ３０６が配設されており、所定の温度まで発熱可能である。ベルト３０１は、加熱ローラ３０７によって加熱される。
【0021】
加熱ローラ３０７は、片端ないし中央近傍に回動中心を持ち、ベルト３０１に対して回動することで前後にテンション差を発生させ、ベルト３１０の主走査方向の位置をコントロールする。また、この加熱ローラ３０７は不図示の加熱ユニットフレームによって支持されたばねによって付勢されており、ベルト３０１に所定の張力を与えるテンションローラでもある。
【0022】
加圧ローラ３０５は、芯金層３０５ｃ、軸の外周に弾性層、その外周に離型性層を形成したローラである。軸に直径７２ｍｍのＳＵＳ部材を、弾性層は厚さ８ｍｍの導電シリコーンゴムを、離型性層は厚さ１００μｍでフッ素樹脂としてのＰＦＡ（四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂）を用いている。加圧ローラ３０５は、定着装置Ｆの定着フレーム（不図示）によって軸支持されており、片端部にはギアが固定され、ギアを介して駆動源（不図示）に接続されて回転駆動される。
【0023】
ベルト３０１と加圧ローラ３０５との間に形成されるニップ部Ｎにおいて、トナー画像を担持した記録材Ｐを挟持し、搬送しながらトナー画像を加熱する。このように、定着装置Ｆは、記録材Ｐを挟持搬送しながら、記録材Ｐにトナー画像を定着させる。不図示の駆動源により、加圧ローラ３０５がベルト３０１を介して定着ローラ３００に対して加圧される。トナー画像を記録材に定着する際のニップＮにおける加圧力（ＮＦ）は１６００Ｎであり、ニップＮのＸ方向（搬送方向）幅は２０ｍｍ、Ｙ方向（紙幅方向）幅は３３６ｍｍとなるよう設定した。
【0024】
懸架ローラ３０８には、定着ベルト３０１の長さを十分にとれるようにする目的がある。また、定着ベルト３０１に張力を持たせる目的がある。これによって、記録材にしわが発生することを抑制している。懸架ローラ３０８は厚み１ｍｍのＳＵＳ製の中空パイプであり、ベルトに対して従動回転を行う。
【0025】
懸架ローラ３０８は、定着ベルト３０１の回転方向において、ニップ部の上流に配置され、定着ベルト３０１の内周面に当接し、定着ベルトを内側から外側に向かって加圧する。定着ベルト３０１は懸架部材である定着ローラ３００を含む複数の部材によって懸架されている。懸架ローラ３０８は定着ローラ３０１に対して隣り合って配置される。ここでいう隣り合うとは、定着ローラ３００と懸架ローラ３０８との間に、定着ベルト３０１を懸架する部材がないことを意味する。
【0026】
表面粗さは、算術平均粗さＲａ＝０．０５［μｍ］で比較的平滑な状態を用いたが、ベルトの駆動トルクや内面の削れが問題にならなければ、懸架ローラの表面粗さが大きくても問題なく、例えばゴム部材で表面を形成してもよい。
【0027】
＜紙シワが発生するメカニズム＞
ここで、図６のような紙シワが発生するメカニズムを説明する。
ここで、図６のような紙シワが発生するメカニズムを説明する。
【0028】
図５は、紙シワが発生するメカニズムの説明図である。
【0029】
画像形成装置の電源を入れてからの立ち上げ時において、加圧ローラ３０５は、ローラの幅方向（記録材の搬送方向と直交する方向）における端部が中央部よりも放熱しやすい。その為、中央の温度が端部に比べて高くなり、中央部の外径が端部の外径よりも大きなクラウン形状になる事がある。
【0030】
そして、このように加圧ローラ３０５がクラウン形状に変形した状態で、記録材を搬送すると、端部の送り速度Ｖｅに対して中央部の送り速度Ｖｃが速くなる。送り速度を表す矢印の長さは該送り速度の速さを表し、中央部が速く、端部が遅い。この送り速度の差により、記録材の後半部分の中央側に歪（端部が内側に寄っていくような歪）が発生する。その結果として、図６のような紙シワ６０２が発生しやすくなる。
【0031】
そこで本実施形態における定着装置は、定着ニップ部内において、幅方向の記録材の搬送速度の差を抑制することによって、記録材に発生するしわを抑制する。以下に発明の詳細を記載する。
【0032】
＜懸架ローラの形状＞
本実施形態では、定着ベルト３０１を懸架する懸架ローラ３０８を逆クラウン形状にする。つまりは、幅方向において、記録材の通紙領域における懸架ローラ３０８の中央部の外径を両端部に比べて小さくする。これによって、懸架ローラ３０８を通過した定着ベルト３０１は、幅方向において、両端部は中央部に比べて高い応力が発生する。すると定着ベルト３０１の両端部のほうが中央部より、搬送速が速くなる。これによって、従来では、定着ニップ部内で記録材の中央部のほうが両端部より速くなってしまったことで発生していた紙しわを、抑制することができる。以下に、懸架ローラ３０８の形状や、定着ベルト３０１の詳細を記載する。
本実施形態では、定着ベルト３０１を懸架する懸架ローラ３０８を逆クラウン形状にする。つまりは、幅方向において、記録材の通紙領域における懸架ローラ３０８の中央部の外径を両端部に比べて小さくする。これによって、懸架ローラ３０８を通過した定着ベルト３０１は、幅方向において、両端部は中央部に比べて高い応力が発生する。すると定着ベルト３０１の両端部のほうが中央部より、搬送速が速くなる。これによって、従来では、定着ニップ部内で記録材の中央部のほうが両端部より速くなってしまったことで発生していた紙しわを、抑制することができる。以下に、懸架ローラ３０８の形状や、定着ベルト３０１の詳細を記載する。
【0033】
検証で使用した懸架ローラの内訳を下表に示す。
【0034】
【表1】
【0035】
検証に使用した懸架ローラ３０８のサンプルは複数ある。従来例は、直径２０．０ｍｍのストレート形状（中央部と端部の外径が同一）のものである。本実施形態の効果を検証するために、実施例１として中央部が直径１９．８ｍｍ、両端部が直径２０．０ｍｍ（片側凹１００μｍ）を用いた。また、比較例１及び３として、それぞれ片側凹５０μｍ、凹３００μｍのものを使用した。さらに、比較例２として、懸架ローラを固定化し、回転せずにベルト面と摺擦する構成にして検証を行った。
【0036】
また、部材の中央と端部の間の形状は、中央部を最小として連続的な単調増加、減少の関係であればよく、角になる部分がなければ直線で繋いでもよい。ベルト走行の安定化を考慮すると、図４に示したローラ部材の外径形状のように、円弧形状で滑らかに繋ぐことが理想である。中央部とは、記録材の通紙領域において、幅方向の中央を指す。また、端部とは、記録材の通紙領域において、幅方向の端部を指す。よって記録材の通紙領域外の形状は問わない。
【0037】
図７に示した懸架ローラ３０８の中央部を凹形状にすることにより、定着ニップ部Ｎに導入された後に定着ベルト３０１はニップ内で外側に伸びる方向に引っ張られながら搬送されるようになる。記録材は定着ベルトに倣って搬送されることで、記録材は、図７の矢印線のように、外側に引っ張られるように搬送され、紙しわの発生を防止することができる。
【0038】
＜検討実験１＞
実施例１における定着器構成において、本実施形態の効果を検証した。
実施例１における定着器構成において、本実施形態の効果を検証した。
【0039】
初めに実通紙での検証を説明する。
【0040】
王子製紙 ＯＫトップコート＋ ７９．１ｇ 幅３３０ｍｍ×長さ４８３ｍｍ Ｔ目に、ブラック単色画像１００％を全面（３２０ｍｍ幅）に形成する設定で両面の連続通紙を行った。出力された画像を確認し、光沢むらや紙しわの発生有無を記録した（図８ 表）。
【0041】
本実施例では、懸架ローラの凹量を複数水準準備し、比較例として、実施例１との効果の差を確認した。結果は図８の表に示すようになり、本実施例では従来例で発生していた紙しわが解消できたことが確認できた。また、懸架ローラの凹量を大きくしすぎると、搬送速度の差が過度に逆転し、用紙端部の搬送不良による光沢むらが発生することがあった。
【0042】
さらに、懸架ローラは固定部材であっても中央の凹形状が形成されていれば、紙しわの対策効果が得られることが確認できた。固定部材であるとベルトとの接触面が摺動する構成の為、耐久寿命は不利だが、構成によっては有用である。
【0043】
効果の検証としては、中央部の用紙搬送速度と、端部側の用紙搬送速度を計測する手段が考えられる。幅方向に複数の切り込みを入れた短冊状の用紙を用意し、用紙表層に位置マーキングを付けておく。ニップに侵入するポイントとニップから排出されるポイントで同じ短冊位置の時間を計測し、ニップを通過する用紙の速度を長手方向でプロットすることで、中央部と端部の搬送速度の絶対値と差分が実測可能である。この搬送速度の差が、用紙の剛度で許容できない値に広がるとシワや光沢むらが発生するので、
中央搬送速度×ｎ ＜ 端部搬送速度 ≦ 中央搬送速度（ｎは１未満の係数で、用紙のＣＤ方向の剛度によって可変。ガーレ式剛度０．３０［ｍＮ］のとき、ｎ≒０．９９とする。）
これらの関係を満たすように、用紙の搬送速度を適正化する。
中央搬送速度×ｎ ＜ 端部搬送速度 ≦ 中央搬送速度（ｎは１未満の係数で、用紙のＣＤ方向の剛度によって可変。ガーレ式剛度０．３０［ｍＮ］のとき、ｎ≒０．９９とする。）
これらの関係を満たすように、用紙の搬送速度を適正化する。
【0044】
次にシュミュレーションでの検証を説明する。
【0045】
従来例での構成と実施例１の構成での用紙の挙動のシュミュレーションの計算を実施した。図９は懸架ローラ３０８が定着ベルト３０１を押す力であるテンション（定着ベルト３０１に発生する中央から外側に向かう力）の大きさを見積ったグラフである。本実施例では、この距離は約５０ｍｍの条件で実施しているため、懸架ローラの凹量は１００μｍの部分で効果があることがわかる。テンションが弱すぎると、中央部の搬送御速度が遅いままになってしまい、紙の変形による紙しわが発生しやすい状態となる。テンションが強すぎると、中央部の搬送速度が、端部の搬送速度に比べて大きく遅れてしまい、端部側のストレスによる微小スリップにより、光沢むらが発生する。このように紙しわとしては、凹形状にすることで解消するが、適切な範囲で懸架ローラの凹形状を設定することで、用紙の搬送速度をさらに安定させて、光沢むらも防止することができる。
【0046】
図９に示すように、懸架ローラ３０８のテンションに応じて、搬送良好領域が決定される。具体的にテンションは５０Ｎ以上１００Ｎ以下の範囲である。テンションが５０Ｎより小さいと幅方向における記録材の中央速度が端部よりも大きくなり、しわが発生してしまう虞がある。これは、定着ベルト３０１にかかるテンションが小さく、十分に幅方向における記録材の端部の速度を中央部に比べて速くできないことによる。一方で、テンションが１００Ｎよりも大きい場合、幅方向における記録材の端部の速度が速くなりすぎてしまうことで、しわが発生してしまう。この本実施形態において、テンションは５０Ｎから１００Ｎの範囲が適している。よって、外径を中央部に比べて、両端部を５０μｍ以上３００μｍ以下の範囲で大きくした懸架ローラ３０８を用いることによって、所定のテンションの範囲に収めることで、記録材のしわを抑制することができる。
【0047】
また、本実施形態では、実施例１、比較例１、比較例３の懸架ローラ３０８を用いて検証を行い、図９に示すように、クラウン量に応じて定着ニップ部Ｎと懸架ローラ３０８との距離と、テンションの関係は変化する。具体的に、定着ニップ部Ｎと懸架ローラ３０８との距離は、定着ベルト３０１の回転方向において、懸架ローラ３０８と定着ベルト３０１との接触領域の下流端から、定着ニップ部Ｎの上流端までの距離である。定着ニップ部Ｎと懸架ローラ３０８との距離が同じ場合、クラウン量が多いほうが、テンションは大きくなる。してみると本実施形態において、クラウン量にもよるが、定着ニップ部Ｎと懸架ローラ３０８との距離が２５ｍｍ以上１１０ｍｍ以下の範囲に収まっている場合、テンションは５０Ｎから１００Ｎに収まる。
【0048】
この際のシュミュレーションでのニップＮ前後の用紙形状プロファイルを図１０に示した。従来例では前後で大きく用紙がストレスで変形する波うちが発生していたものが、本実施例では安定して搬送されていることが可視化できる。
【0049】
本実施例の条件に限らず、ニップ上流に位置する直近の部材が凹形状であればシワを防止する効果がある。望ましくは懸架ローラとニップＮ間距離が短い方、ベルトのヤング率が大きいほど効果があらわれやすい。
【0050】
懸架ローラ３０８のクラウン形状は、ニップ幅Ｎ、およびベルトの剛性（基層のヤング率）により変わってくる。ニップ幅Ｎが小さいと、記録材が外側に引っ張られる距離が小さくなるので、紙しわが補正される量が減少し、紙しわが発生する可能性がある。そのため、ニップ幅が小さいと、懸架ローラのクラウン量を大きくする必要がある。一方ニップ幅が大きいとその逆である。ベルト３０１の剛性（硬さ）が大きいと、ベルトがパッド形状に追従しにくくなるので、ベルトが外側に伸びる量が小さくなる。そのため、記録材が外側に引っ張られにくくなり、紙しわが発生してしまう。そのため、ベルトの剛性が大きいと、懸架ローラのクラウン量を大きくする必要がある。ベルトの剛性が小さいと、その逆である。
【0051】
上記説明したように、懸架ローラ３０８のクラウン量Ｄ［ｍｍ］の最適値は、ニップ幅Ｎ［ｍｍ］とベルト３０１の基材の剛性（ヤング率［ＧＰａ］）に依存し、以下表２となる。
【0052】
【表2】
【0053】
表１のパッドのクラウン量の最適値は、構造計算有限要素法解析ソフトであるＡＢＡＱＵＳを使って算出した数値を簡略化したものを使用した。
【0054】
シミュレーション条件は、以下である。
定着ベルト 外径φ１５０ｍｍ、弾性層厚み３００μｍ、弾性層ヤング率０．４Ｍｐａ、基材厚み８０μｍ、基材ヤング率５Ｇｐａ
加圧ローラ 外径φ８０ｍｍ、弾性層厚み８ｍｍ、弾性層ヤング率０．６Ｍｐａ、
総荷重 ８０～１６０ｋｇｆ、回転速度４５０ｍｍ／ｓ
この条件下で回帰分析を用いると、ニップ幅［ｍｍ］とヤング率［ＧＰａ］の関係を１次式で比較的簡潔に表すことができ、
懸架ローラの凹量：Ｄ［μｍ］
定着ニップ幅：Ｎ［ｍｍ］
ベルトヤング率：Ｅ［ＧＰａ］
の間の関係式を以下で表すことができた。
Ｄ ＝ －１０×Ｎ －９．５×Ｅ ＋４４０
これは、本実施例での構成の組み合わせでの関係式であり、複数の周辺パラメータによって数値が変動することはあるが、値の大小関係とおおよその値は正しい。
定着ベルト 外径φ１５０ｍｍ、弾性層厚み３００μｍ、弾性層ヤング率０．４Ｍｐａ、基材厚み８０μｍ、基材ヤング率５Ｇｐａ
加圧ローラ 外径φ８０ｍｍ、弾性層厚み８ｍｍ、弾性層ヤング率０．６Ｍｐａ、
総荷重 ８０～１６０ｋｇｆ、回転速度４５０ｍｍ／ｓ
この条件下で回帰分析を用いると、ニップ幅［ｍｍ］とヤング率［ＧＰａ］の関係を１次式で比較的簡潔に表すことができ、
懸架ローラの凹量：Ｄ［μｍ］
定着ニップ幅：Ｎ［ｍｍ］
ベルトヤング率：Ｅ［ＧＰａ］
の間の関係式を以下で表すことができた。
Ｄ ＝ －１０×Ｎ －９．５×Ｅ ＋４４０
これは、本実施例での構成の組み合わせでの関係式であり、複数の周辺パラメータによって数値が変動することはあるが、値の大小関係とおおよその値は正しい。
【0055】
最適値に対し、しわの解消可能な懸架ローラ凹量の範囲を考慮すると、シュミュレーションでのしわ解消効果にクラウン量で±１００［μｍ］の許容範囲があるので、
－１０×Ｎ －９．５×Ｅ＋３４０ ＜ Ｄ
Ｄ ＜ －１０×Ｎ －９．５×Ｅ ＋５４０
これらの関係の中で凹量Ｄ［μｍ］を決定すると、本実施形態の効果が得られる。
－１０×Ｎ －９．５×Ｅ＋３４０ ＜ Ｄ
Ｄ ＜ －１０×Ｎ －９．５×Ｅ ＋５４０
これらの関係の中で凹量Ｄ［μｍ］を決定すると、本実施形態の効果が得られる。
【0056】
尚、本実施の形態では懸架ローラ３０８の形状を幅方向において、中央部に比べて両端部を大きくした。これによって、定着ベルト３０１の両端部の搬送速度を中央部よりも速くできる。しかしながら継続して定着ベルト３０１を回転させた場合、定着ベルト３０１の両端部の搬送速度が中央部よりも速くなりすぎてしまうことで、定着ベルト３０１が波打ってしまうなどの虞がある。そのため、幅方向において、中央部の外径を、端部より大きくした加熱ローラ３０７を用いても良いものとする。定着ローラ３００の外径を工夫しても良い。しかし、ニップ部Ｎを形成する部材である定着ローラ３００の外径を変更した場合、ニップ部Ｎ内の圧力分布が変わる虞があるため好ましくない。よって、定着ベルト３０１の幅方向における搬送速度を安定化させる目的であれば、加熱ローラ３０７と、懸架ローラ３０８との外径を工夫する方法が好ましい。
【0057】
＜実施例２＞
次に、図３を用いて本実施例２の形態のおける定着装置Ｆの構成について説明する。
次に、図３を用いて本実施例２の形態のおける定着装置Ｆの構成について説明する。
【0058】
本実施形態に係るベルト加熱方式の定着装置Ｆの全体構成の概略図を図２に示す。図中のＸ方向は記録材Ｐ（図中不図示）の搬送方向、Ｙ方向は紙幅方向、Ｚ方向は加圧方向を示す。点線部はニップ部Ｎを拡大した断面を表す。
【0059】
定着装置Ｆは、無端状で回転可能な加熱回転体としての定着ベルト（以下、ベルト）３０１を有する。更に定着装置Ｆは、定着ベルトを支えるための加圧パッド（以下、パッド）３０３、パッド３０３を支えるためのステイ３０２、加圧パッド３０３を覆うように配置された摺動部材３０４を有する。そして、定着ベルト３０１は、加熱ローラ３０７と、懸架ローラ３０８と、によって懸架され、定着ベルト３０１と共にニップ部Ｎを形成する加圧回転体としての加圧ローラ３０５を有する。
【0060】
ベルト３０１は熱伝導性と耐熱性等を有しており、薄肉の円筒形状である。本実施形態においては、基層３０１ａ、基層３０１ａの外周に弾性層３０１ｂ、その外周に離型性層３０１ｃを形成した３層構造である。基層は厚さ８０μｍで材質はポリイミド樹脂（ＰＩ）を、弾性層は厚さ３００μｍでシリコーンゴムを、離型性層は厚さ３０μｍでフッ素樹脂としてのＰＦＡ（四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂）を用いている。ベルト３０１は、パッド３０３、加熱ローラ３０７、懸架ローラ３０８よって張架される。ベルト３０１の外径は１５０ｍｍである。
【0061】
ベルト３０１を挟んで、パッド３０３は加圧ローラ３０５に押圧されている。パッド３０３の材質はＬＣＰ（液晶ポリマー）樹脂を用いている。パッド３０３とベルト３０１の間には、摺動部材３０４を介在させている。摺動部材３０４の表層には、エンボス部が形成されていて、低摩擦を実現するために厚み２０μｍのＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）をコーティングした。ベルト３０１の内面には潤滑剤をさらに塗布することで、ベルト３０１は摺動部材３０４に対して滑らかに摺動する構成になっている。上記の潤滑材としてはシリコーンオイルを用いた。パッド３０３の強度を補うために、ステイ３０２を使用した。
【0062】
本実施例の摺動部材３０４は、ニップ部Ｎの内外に問わずパッド３０３を覆うように構成した。以降ここでは図示しないが、ニップＮの一部が摺動部材３０４で覆われていれば構わない。すなわち、ニップ部Ｎにのみ摺動部材３０４が配置された構成でも構わない。
【0063】
加熱ローラ３０７は厚み１ｍｍのステンレス製パイプで、その内部に熱源としてのハロゲンヒータ３０６が配設されており、所定の温度まで発熱可能である。ベルト３０１は、加熱ローラ３０７によって加熱される。
【0064】
懸架ローラ３０８は、片端ないし中央近傍に回動中心を持ち、ベルト３０１に対して回動することで前後にテンション差を発生させ、ベルト３０１の主走査方向の位置をコントロールする。また、この懸架ローラ３０８は懸架ローラ３０８を固定する不図示の寄り制御フレームによって支持されたばねによって付勢されており、ベルト３０１に所定の張力を与えるテンションローラでもある。
【0065】
加圧ローラ３０５は、芯金層３０５ｃ、軸の外周に弾性層、その外周に離型性層を形成したローラである。軸に直径７２ｍｍのＳＵＳ部材を、弾性層は厚さ８ｍｍの導電シリコーンゴムを、離型性層は厚さ１００μｍでフッ素樹脂としてのＰＦＡ（四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂）を用いている。加圧ローラ３０５は、定着装置Ｆの定着フレーム（不図示）によって軸支持されており、片端部にはギアが固定され、ギアを介して駆動源（不図示）に接続されて回転駆動される。
【0066】
ベルト３０１と加圧ローラ３０５との間に形成されるニップ部Ｎにおいて、トナー画像を担持した記録材Ｐを挟持し、搬送しながらトナー画像を加熱する。このように、定着装置Ｆは、記録材Ｐを挟持搬送しながら、記録材Ｐにトナー画像を定着させる。よって、熱や圧力を加える機能と、記録材Ｐを搬送する機能の両立が必要である。不図示の駆動源により、加圧ローラ３０５がベルト３０１を介してパッド３０３に対して加圧される。プリント時のニップＮにおける加圧力（ＮＦ）は１６００Ｎであり、ニップＮのＸ方向（搬送方向）幅は２４．５ｍｍ、Ｙ方向（紙幅方向）幅は３３６ｍｍとなるよう設定した。
【0067】
＜検討実験２＞
実施例２における定着器構成において、本実施形態の効果を検証したが、結果はほぼ実施例１と同様となり、図８に示す関係となったため、説明は省略する。
実施例２における定着器構成において、本実施形態の効果を検証したが、結果はほぼ実施例１と同様となり、図８に示す関係となったため、説明は省略する。
【0068】
対応するシュミュレーションでのパラメータ数値も同等であるので、上流側の部材が変わっても、凹形状の関係が同じであれば、ベルトを規制する効果は同等であり、紙しわ防止の効果が発揮できる。
【符号の説明】
【0069】
Ｆ 定着装置
Ｎ ニップ部
３００ 定着ローラ（懸架部材）
３０１ 定着ベルト
３０２ ステイ
３０３ 加圧パッド（パッド）
３０４ 摺動部材
３０５ 加圧ローラ
３０６ ハロゲンヒータ
３０７ 加熱ローラ
３０８ 懸架ローラ
Ｎ ニップ部
３００ 定着ローラ（懸架部材）
３０１ 定着ベルト
３０２ ステイ
３０３ 加圧パッド（パッド）
３０４ 摺動部材
３０５ 加圧ローラ
３０６ ハロゲンヒータ
３０７ 加熱ローラ
３０８ 懸架ローラ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
