JP2006030350A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【目的】ベルト張架部材の軸方向撓みやクリープ変形を防止し、軸方向全域にわたって均一な安定した定着ニップを形成する。
【構成】熱定着ロール１と、該熱定着ロールに押圧する加圧ロール２と、該加圧ロールの外周に捲着され前記熱定着ロールとの間に挟持されて移動する耐熱ベルト３と、該耐熱ベルトを張架するベルト張架部材４とを備え、前記ベルト張架部材を、熱定着ロールと加圧ロールとの押圧部より耐熱ベルトの移動方向上流側で、かつ耐熱ベルトが押圧部接線Ｌより熱定着ロール側に巻き付けてニップを形成する位置に配置し、シート材上に形成した未定着トナー像を定着する定着装置であって、加圧ロール２とベルト張架部材４との間に弾性支持部材５を配設し、ベルト張架部材４と弾性支持部材５間の軸方向に複数のスプリング６を配設し、前記加圧ロールの回転力を前記定着ロールと耐熱ベルトのニップ部に押圧する押圧部５ｄを弾性支持部材５に設けた構成。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱定着ロールと、該熱定着ロールに押圧する加圧ロールと、該加圧ロールの外周に捲着され前記熱定着ロールとの間に挟持されて移動する耐熱ベルトと、該耐熱ベルトを張架するベルト張架部材とを備え、シート材上に形成した未定着トナー像を定着する定着装置に関する。

複写機やプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に搭載され転写材上に未定着のトナー像を接触加熱定着する加熱ロール型定着装置として、表面に弾性体が被覆され加熱源を内蔵して回転可能にした熱定着ロールと、複数の支持ロールによって張架された無端の耐熱ベルトと、耐熱ベルトを熱定着ロールの廻りに所定角度だけ巻き付けてニップ領域を形成させると共にそのニップ領域の出口に他の部分よりも大きな圧力を局部的に加えて熱定着ロール表面の弾性体に歪みを生じさせる圧力手段とを設け、ニップ部からのシート材の排出を容易にした定着装置（例えば、特許文献１参照）、無端の耐熱ベルトの内側に突出部が設けられた押圧部材を配設し、接触ニップ域の微小圧力領域を減少させるようにした定着装置（例えば、特許文献２参照）などが提案されている。

これらは、複数の支持ロールとその回転軸受が必要で、定着装置が複雑で大型化するだけでなく、高価にし、必然的に当該定着装置を搭載した画像形成装置を複雑、大型化、高価にする。しかも、耐熱ベルトの周長が長くなり、所定の経路で移動する時に、複数の支持ロールによって熱エネルギーが奪われ、周長の長さに応じて自然放熱が増える。そのため、所定の温度に到達するまでの時間が多く必要になり、電源オン時から定着可能になるまでの所謂ウォーミングアップ時間を長く要することになり、好ましくない。

また、熱定着ロールに対して耐熱ベルトをニップ形成可能な角度だけ巻き付けてニップ部出口で他の部分より大きな圧力を局部的に加え熱定着ロールの弾性層に歪みを形成させる構成では、シート材が熱定着ロールに巻き付くのを抑制するには好適であるが、弾性層の歪みに沿って排出されるシート材は、この歪みに倣ってカールしたり、局部的な高圧力のために皺発生などの変形をもたらす。

他に、ロール間に設定した圧力によってロールを撓ませてロールに接するニップ長を形成し、このニップ間に未定着トナー像を担持したシート材を通過させて定着させ、シート材の特性に合わせロールの駆動速度として、第１の速度か第２の速度かを選択して駆動する定着装置（例えば、特許文献３参照）が提案されているが、ロールの熱容量が大きくてウォーミングアップ時間を長く要して好ましくないばかりでなく、圧力によってロールを撓ませて形成した長ニップ間を通過するシート材は、前者の装置と同様、この圧力によるストレスが大きくてカールや皺などのシート材変形を引き起こす。

そこで、上記のような課題を解決するものとして、張架部材を耐熱ベルトの移動方向上流側で熱定着ロールと加圧ロールとの押圧部の接線より熱定着ロールに耐熱ベルトを巻き付けてニップを形成する位置に配置して揺動可能に支持することにより、熱ロール型定着装置の構造の単純化、小型化、コスト低減を可能にし、ウォーミングアップ時間を短縮でき、シート材へのストレスを小さくしてカールの発生や皺発生など排出されるシート材の変形を抑制できるようにした定着装置（例えば、特許文献４参照）を提案している。
特許第３０８４６９２号公報 特許第３４８０２５０号公報 特公平８−４０２３５号公報 特開平２００４−４２３４号公報

しかしながら、これまでに提案されている上記従来の各定着装置の構造では、定着特性の向上策としては有効な手段となっているが、熱定着ロールや加圧ロールの軸方向、つまり長手方向の全域にわたって安定した接触ニップ域を形成するのに十分ではない。すなわち、接触ニップ域は、押圧により熱定着ロールや加圧ロールの軸撓み、あるいは押圧部材、張架部材の曲がりや反り、軸方向の捻じれなどの変形と微妙な関係にあるため、これらの影響を受け、接触ニップ域が不安定になるのを解消するのが難しく、定着特性が向上できないのが現状である。

また、熱定着ロールが発する約２００℃程度の高温の影響を受けてクリープ変形をきたす場合があり、特にウオーミングアップ時間の短縮に効用のある熱容量の小さなプラスチックス素材で形成した張架部材の場合にはこの現象が顕著に現れ、安定した定着ニップの形成に好ましくない場合が生じる。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであって、ベルト張架部材で耐熱ベルトを張架して熱定着ロールと加圧ロールとの押圧部の接線より熱定着ロールに耐熱ベルトを巻き付けてニップを形成する接触ニップ域を簡単な構成により安定化し均一な安定した定着ニップが形成可能とし定着特性を向上させるものである。

そのために本発明の定着装置は、熱定着ロールと、該熱定着ロールに押圧する加圧ロールと、該加圧ロールの外周に捲着され前記熱定着ロールとの間に挟持されて移動する耐熱ベルトと、該耐熱ベルトを張架するベルト張架部材とを備え、前記ベルト張架部材を、熱定着ロールと加圧ロールとの押圧部より耐熱ベルトの移動方向上流側で、かつ耐熱ベルトが押圧部接線より熱定着ロール側に巻き付けてニップを形成する位置に配置し、シート材上に形成した未定着トナー像を定着する定着装置であって、前記加圧ロールとベルト張架部材との間に弾性支持部材を配設し、前記ベルト張架部材と弾性支持部材間の軸方向に複数のスプリングを配設し、前記加圧ロールの回転力を前記定着ロールと耐熱ベルトのニップ部に押圧する押圧部を前記弾性支持部材に設けたことを特徴とする。
また、前記弾性支持部材の加熱ロール側には、加熱ロールと耐熱ベルトの厚みを含む曲率と同一の曲面が形成され、該曲面の先端は、加熱ロールと加圧ロールとのニップ部に近接するように構成されていることを特徴とする。
また、前記前記スプリングの軸芯を通る線は、加圧ロールの回転軸の軸芯から加熱ロールに対して外側にずらした位置を通る線上とし、スプリング付勢力の分力が耐熱ベルトを加熱ロールに押圧する方向としたことを特徴とする。
また、前記ベルト張架部材には、熱定着ロールとの押圧部に平坦面が形成されていることを特徴とする。
また、前記弾性支持部材の内面には、加圧ロールの外周面と略同一の曲率面を有する突起状の摺接面が形成され、該摺接面を介して加圧ロールに摺接するように構成したことを特徴とする。
また、前記摺接面に対向する位置に前記スプリングを配置したことを特徴とする。
また、前記弾性支持部材の内面周方向両側に曲面状の摺接面を形成し、該摺接面を介して加圧ロールに摺接するように構成したことを特徴とする。
また、前記ベルト張架部材は、前記熱定着ロールに前記耐熱ベルトの内側から軽押圧する方向にバネ付勢する軽押圧付勢手段を配置したことを特徴とする。
また、前記ベルト張架部材は、前記耐熱ベルトの摺動面の中央近傍が端部より凸状に突出したクラウン形状であることを特徴とする。

本発明によれば、加圧ロールとベルト張架部材との間に弾性支持部材を配設し、ベルト張架部材と弾性支持部材間に軸方向に複数のスプリングを配設し、前記複数のスプリングの付勢力を異ならせることにより、ベルト張架部材の軸方向撓みやクリープ変形を防止し、軸方向全域にわたって均一な安定した定着ニップを形成することができる。また、ベルト張架部材には、各スプリングの付勢力に応じた力が作用し、耐熱ベルトに張力が付与されると同時に、加圧ロールの回動力は摺接面との摩擦力によって弾性支持部材に伝達され、押圧部を介して耐熱ベルトを加熱ロールに押圧させることができるので、熱定着ロールとベルト張架部材の押圧した部位と、熱定着ロールに加圧ロールをを押圧した部位との中間部位では、耐熱ベルトが熱定着ロールに巻き付けられて押圧状態が連続した定着ニップを形成することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る定着装置の１実施形態を示し、図１（Ａ）は図１（Ｂ）のＸ−Ｘ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＹ−Ｙ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図であり、装置の右半分は省略している。図２はベルト張架部材の加圧ロール側から見た斜視図、図３は弾性支持部材の斜視図、図４は定着ニップ部を拡大して示す図である。

図１において、熱定着ロール１は、外径２５ｍｍ程度、肉厚０．７ｍｍ程度のパイプ材をロール基材１ｂとして、その外周に厚み０．４ｍｍ程度の弾性体１ｃを被覆して形成し、ロール基材１ｂの内部に加熱源として１０５０Ｗ、２本の柱状ハロゲンランプ１ａを内蔵して回転可能にしたものである。加圧ロール２は、例えば外径２５ｍｍ程度、肉厚０．７ｍｍ程度のパイプ材をロール基材、さらには、その外周に厚み０．２ｍｍ程度の弾性体を被覆して形成し、熱定着ロール１と加圧ロール２の圧接力を１０ｋｇ以下、ニップ長を１０ｍｍ程度で構成し、熱定着ロール１に対向して配置し、図示矢印方向に回転可能にした構造になっている。加圧ロール２の両端の回転軸２ａは、図１（Ｂ）に示すように左右のフレーム７に軸受７ａを介して回転自在に支持されている。

本実施形態によれば、熱定着ロール１および加圧ロール２の外径を２５ｍｍ程度の小径に構成しているため、定着後のシート材Ｓが熱定着ロール１または耐熱ベルト３に巻き付くこともないので、シート材Ｓを強制的に剥がすための手段を不要になる。また、熱定着ロール１の弾性体１ｃの表層には約３０μｍのＰＦＡ層を設ければ、その分だけ剛性が向上し略均一な弾性変形をして所謂水平ニップが形成されて熱定着ロール１の周速に対して耐熱ベルト３またはシート材Ｓの搬送速度に差異が生じることもなく、極めて安定した画像定着が可能となる。

本実施形態においては、熱定着ロール１の内部に２本の加熱源１ａを内蔵しており、このハロゲンランプの発熱エレメントを異なった配置に構成して選択的に点灯すると、後述する耐熱ベルト３が熱定着ロール１に巻き付いた定着ニップ部位とベルト張架部材４が熱定着ロール１に摺接する部位のような異なった条件や、幅の広いシート材と幅の狭いシート材とのように異なった条件下での温度コントロールを容易に行うことができる。

耐熱ベルト３は、熱定着ロール１と加圧ロール２との間に挟持されて加圧ロール２とベルト張架部材４の外周に張架され移動可能になったエンドレスのベルトであり、例えば０．０３ｍｍ以上の厚みを有するステンレス管やニッケル電鋳管等の金属管、ポリイミドやシリコン等の耐熱樹脂等管で構成される。

ベルト張架部材４は、熱定着ロール１と加圧ロール２のニップ部よりもシート材Ｓの搬送方向上流側に配設されるとともに、加圧ロール２の回転軸２ａを中心として矢印方向に揺動可能に配設されている。また、ベルト張架部材４は、シート材Ｓが定着ニップを非通過の状態において耐熱ベルト３を熱定着ロール１の接線方向に張架する構成にし、耐熱ベルト３の内側から熱定着ロール１を平坦な面４ｃで軽押圧する（図２、図４参照）。シート材Ｓが定着ニップに進入する初期位置で定着圧力が大きいと進入がスムーズに行われなくて、シート材Ｓの先端が折れた状態で定着される場合があるが、耐熱ベルト３を熱定着ロール１の接線方向に張架する構成にすると、シート材Ｓの進入がスムーズに成される導入口部が形成でき、安定したシート材Ｓの進入が可能になる。

ベルト張架部材４は、耐熱ベルト３の内周に嵌挿して加圧ロール２および弾性支持部材５と協働して耐熱ベルト３に張力ｆを付与すると共に、耐熱ベルト３を熱定着ロール１に巻き付けてニップを形成する位置に配置した、略半月状のベルト摺動部材（耐熱ベルト３はベルト張架部材４上を摺動する）である。弾性支持部材５は、軸方向断面が円弧状の部材であり、両端には加圧ロール２とベルト張架部材４に延びるフランジ５ａが形成され、内面には加圧ロール２に対する円弧突起状の摺接面５ｂが形成され、摺接面５ｂを介して加圧ロール２に摺接されるように構成されいる。また、弾性支持部材５の加熱ロール１側には、加熱ロール１と耐熱ベルト３の厚みを含む曲率と同一の曲面からなる押圧部５ｄが形成され、押圧部５ｄの先端５ｅは、加熱ロール１と加圧ロール２とのニップ部に近接するように構成されている。

また、弾性支持部材５の摺接面５ｃに対向する位置にスプリング配設孔４ｂが形成され、スプリング配設孔４ｂにはスプリング６が配設されている。そして、加圧ロール２およびベルト張架部材４が弾性支持部材５のフランジ５ａ間に位置するように配設し、加圧ロール２に対して弾性支持部材５およびベルト張架部材４を位置決めしている。この構成により、ベルト張架部材４には、各スプリング６の付勢力に応じた張力が作用し、耐熱ベルト３に張力ｆが付与される。同時に、加圧ロール２の回動力は摺接面５ｂとの摩擦力によって弾性支持部材５に伝達され、押圧部５ｄを介して耐熱ベルト３を加熱ロール１に押圧させることができる。なお、図４においてフランジ５ａに矢印Ｐ方向にバネ力を作用させるようにすれば押圧部５ｄの押圧力をさらに増大させることができる。

図５は、図１の定着装置の変形例を示す断面図である。図１においては、弾性支持部材５の内面には加圧ロールの外周面と略同一の曲率面を有する突起状の摺接面５ｂが形成され、摺接面５ｂを介して加圧ロール２に摺接するように構成しているが、本例においては、弾性支持部材５の内面周方向両側に曲面状の摺接面５ｂを形成し、摺接面５ｂを介して加圧ロール２に摺接するように構成している。前記摺接面５ｂは、加圧ロール２の外周面に沿って２つの位置で摺接してベクトル合力で前記加圧ロールの外周面に沿って前記ベルト張架部材を摺接させている。

加圧ロール２の外周に捲着し熱定着ロール１との間に挟持し移動する耐熱ベルト３をベルト張架部材４により張架し熱定着ロール１に巻き付けてニップを形成する場合、ベルト張架部材４は、軸方向に撓みが生じたり、約２００℃程度の高温になる熱定着ロール１の影響を受けてクリープ変形が生じたりする。特にベルト張架部材４をウォーミングアップタイムの短縮に効用のあるものとして、熱容量の小さなプラスチック素材で形成した場合に、この現象が顕著に現れ安定した定着ニップの形成に好ましくない。本実施形態においては、ベルト張架部材４には、軸方向全域にわったて各スプリング６の付勢力に応じた張力が作用するため、このような軸方向の撓みやクリープ変形を所定の許容幅で防止できるので、軸方向全域にわたって均一な安定した定着ニップが形成可能となる。

ベルト張架部材４は、耐熱ベルト３が摺動する軸方向の中央近傍がやや凸状に突出したクラウン形状とすることにより、中央近傍で耐熱ベルト３に付与する張力ｆを大きくなるようにし、耐熱ベルト３の端部への寄りや蛇行をなくし、耐熱ベルト３がベルト張架部材４の摺動面を滑らかに摺動でき、ベルト張架部材４が変形して略真直な状態を得るようにすることもできる。このクラウン形状は、耐熱ベルト３の張架方向のみならず、熱定着ロール１に軽押圧する方向においても形成しておくことも安定した定着ニップの形成に有効である。

また、ベルト張架部材４は、耐熱ベルト３が熱定着ロール１と加圧ロール２との押圧部接線Ｌより熱定着ロール１側に巻き付けてニップを形成する位置に配置される。突壁４ｄは、ベルト張架部材４の一端または両端に突設され、耐熱ベルト３が一方に寄った場合にこの突壁４ｄに当接して寄り規制を行うためのものである。スプリング９は、ベルト張架部材４の突壁４ｄの熱定着ロール１と反対側端部のフレームとの間に配設され、ベルト張架部材４を耐熱ベルト３の内側から熱定着ロール１に軽押圧する方向にバネ付勢する軽押圧付勢手段であり、このスプリング９によりベルト張架部材４の平坦な面４ｃが耐熱ベルト３の内側から熱定着ロール１に軽押圧され、熱定着ロール１に摺接して位置決めされる。

ベルト張架部材４と熱定着ロール１の相対的な位置関係は、加圧ロール２とベルト張架部材４に耐熱ベルト３を張架して張力を付与した状態で決定付けられ、微細な関係においては、熱定着ロール１に対して軸方向に平行な状態ではなく、所謂スキューした相対関係であったり、ベルト張架部材４の反りや曲がりなどの真直性に影響されたりする。このような場合、耐熱ベルト３の内側から熱定着ロール１に軽押圧するベルト張架部材４の部位が円筒状の曲面になっていると、耐熱ベルト３の内側から熱定着ロール１にベルト張架部材４が軽押圧する部位における定着ニップの様相が均一に形成できない場合がある。しかし、上記のようにベルト張架部材４が耐熱ベルト３の内側から熱定着ロール１に軽押圧する部位を平坦な面４ｃで形成すると、この部位での定着ニップの不均一な状態を緩和することができ、好ましい定着ニップの形成が容易にできる。

さらに、ベルト張架部材４が軽押圧する部位で安定したニップが形成されれば、耐熱ベルト３の張力から生じる摺動摩擦力に対応して耐熱ベルト３とベルト張架部材４の摺動摩擦力が付加されることにより、加圧ロール２で耐熱ベルト３を駆動する場合、熱定着ロール１にベルト張架部材４が軽押圧する部位と熱定着ロール１に加圧ロール２が押圧する部位との中間領域（定着ニップの中間領域）では、耐熱ベルト３が弾性支持部材５の曲面５ｄで押圧され熱定着ロール１に巻き付けされた押圧状態の連続した定着ニップを形成できるので、より安定した定着ニップの形成が可能になる。

耐熱ベルト３を加圧ロール２とベルト張架部材４により張架して加圧ロール２で安定して駆動するには、加圧ロール２と耐熱ベルト３との摩擦係数をベルト張架部材４と耐熱ベルト３との摩擦係数より大きく設定するとよいが、摩擦係数に関しては異物の侵入や摩耗などによって不安定になる場合がある。これに対し、加圧ロール２と耐熱ベルト３の巻き付け角よりベルト張架部材４と耐熱ベルト３の巻き付け角が小さくなるように、また、加圧ロール２の径よりベルト張架部材４の径が小さくなるように設定すると、耐熱ベルト３がベルト張架部材４を摺動する長さが短くなり、経時変化や外乱などに対する不安定要因から回避でき耐熱ベルト３を加圧ロールで安定して駆動することができる。

シート材Ｓは、ベルト張架部材４が熱定着ロール１に軽押圧される位置をニップ初期位置として耐熱ベルト３と熱定着ロール１との間を通過することで未定着トナー像が定着され、熱定着ロール１に加圧ロール２が押圧する位置をニップ終了位置として押圧部接線Ｌの方向に排出される。

本実施形態において、ベルト張架部材４は、耐熱ベルト３を摺動させる非回転部材であり、回転部材ではないので軸受等が不要になるので、支持構造が簡単になる。加えてベルト張架部材４を略半月状とすることにより、加圧ロール２側にその半月欠方向を向けてベルト張架部材４を配置し、加圧ロール２に対して極限まで接近した配置が可能になる。このことによりまた、耐熱ベルト３の周長を短縮して構成することが可能になる。したがって、熱ロール型定着装置を簡単な構造にして小型で安価にすることができる。

耐熱ベルト３は、必要最小限の経路で移動するので、加熱源を内蔵して回転可能な熱定着ロール１とのニップ部で加熱され、所定の経路で移動する時に奪われる熱エネルギーを最小限に抑えることができる。さらに、周長を短くすることができるので、自然放熱による温度低下も少なく、電源オン時から所望の温度に到達して定着可能になるまでの所謂ウォーミングアップ時間の短縮が可能になる。しかも、耐熱ベルト３は、図１に示すように加圧ロール２とベルト張架部材４の協働によって張力が付与されて熱定着ロール１に巻き付けてニップを形成しているので、容易にニップ長を長く構成することができ、構造が簡単になり小型で安価にすることができる。

また、シート材Ｓの上に形成した未定着トナー像を安定して定着するには、未定着トナー像を十分に溶融して定着することが必須であり、所望の温度と溶融時間を必要とするが、本発明による構成では、図１に示すように耐熱ベルト３をベルト張架部材４で張架して張力を付与し熱定着ロール１に巻き付けてニップを形成し、耐熱ベルト３の内側から押圧する加圧ロール２で押圧すると共に、ベルト張架部材４で軽押圧することにより、ニップ長を長く構成するために熱定着ロール１の表面に被覆した弾性体を大きく歪ませてニップ長を長くするような手段は必要ないので、弾性体の厚みは薄く構成可能である。しかも、弾性体を歪ませるために加圧ロール２の圧接圧力を大きく設定する必要もなく、未定着トナー像を担持したシート材Ｓが熱定着ロール１と耐熱ベルト３の間を通過するときに通過するシート材へのストレスが小さいので、未定着トナー像の定着後に排出されるシート材に皺発生などのシート材Ｓの変形が抑制される。

したがって、熱ロール型定着装置の機械的剛性アップは不要であるばかりでなく、熱定着ロール１の薄肉厚化が可能であり、加熱源から耐熱ベルト３を加熱する加熱速度が向上する。また、加圧ロール２も同様に薄肉厚化が可能であり、熱容量を小さく構成できるので、耐熱ベルト３からの熱エネルギー吸収が小さく、電源オン時から所望の温度に到達して定着可能になるまでの所謂ウォーミングアップ時間の短縮が可能である。

図６はベルト張架部材を耐熱ベルトの移動方向上流側に配置した場合のニップ通過位置と定着圧力の変化を示す図であり、定着圧力の変化の様子を、厚めのシート材は点線で、標準厚のシート材は実線で、薄めのシート材は２点鎖線でそれぞれ示している。
ベルト張架部材４を耐熱ベルト３の移動方向上流側に配置した場合には、ベルト張架部材４を熱定着ロール１に軽押圧すると、図（ａ）に示すように厚めのシート材で、ニップ初期位置での定着圧力がアップする。全体としては、シート材厚によって定着圧力に差が生じるが、ニップ領域において、ニップ初期位置から一定の定着圧力になり、ニップ終了位置で加圧ロール２による押圧で定着圧力が高くなる。また、ベルト張架部材４を揺動可能にすると、図（ｂ）に示すようにシート材厚にかかわらず所定の定着圧力になり、ベルト張架部材４の位置を切り換え耐熱ベルト３が熱定着ロール１に巻き付く角度（ニップ領域）を変えるようにすると、図（ｃ）に示すようにニップ開始位置が切り替わるので、圧力差は生じるがその差は小さくなる。

上記実施の形態によれば、耐熱ベルト３が必要最小限の経路で移動するので、耐熱ベルト３は、加熱源を内蔵して回転可能な熱定着ロール１とのニップ部で加熱され、所定の経路で移動する時に奪われる熱エネルギーを最小限に抑えることができると共に、周長を短くすることができるので、自然放熱による温度低下も少なく、電源オン時から所望の温度に到達して定着可能になるまでの所謂ウォーミング時間の短縮が可能である。

上記のようにベルト張架部材４と弾性支持部材５との間に複数のスプリング６を配置して耐熱ベルト３に張力を付与する構成にすると、複数のスプリング６の付勢力の選択組み合わせによってベルト張架部材４の軸方向の定着圧力分布は、種々選択可能であり、目的に応じて設定すればよい。

図７（ａ）は複数のスプリング６の付勢力を、等分布定着圧力になるように選択配置したものである。シート材上に形成した未定着トナー像を定着ニップ部を通過させて定着した時に、定着強度や定着光沢等の定着特性は定着ニップ部の温度と圧力によって左右される。従って、等分布定着圧力に構成することにより定着特性はシート材全域にわたって均一な定着画像を得ることができる。

図７（ｂ）は複数のスプリング６の付勢力を、中央部が大きく両端部が小さい定着圧力分布になるように選択配置したものである。加熱ロール１、加圧ロール２、ベルト張架部材の軸撓みが生じると、中央部の定着圧力が低下して好ましくない状態が生じるが、複数のスプリング６の付勢力を、ベルト張架部材４の中央部が大きく両端部を小さく設定することにより、定着特性はシート材全域にわたって均一な定着画像を得ることができる。

図７（ｃ）は複数のスプリング６の付勢力を、両端部が大きく中央部が小さい定着圧力分布になるように選択配置したものである。シート材上に形成した未定着トナー像を定着ニップ部を通過させて定着した時に、定着圧力とシート材搬送力のバランスによってシート材の中央部にシワなどが発生して好ましくない場合がある。この場合の対策として一般的には加圧ロールまたは加熱ロールの外径の中央部を細くした逆クラウン形状のロール対を用いてシート材の両端部の搬送力を大きくして対応するものであるが、本実施形態によれば、複数のスプリング６の付勢力を、ベルト張架部材４の両端部が大きく中央部を小さくなるように設定することにより、両端部のシート材搬送力を高めることができ、上記の加圧ロールまたは加熱ロールの外径の中央部を細くした逆クラウン形状のロール対を用いてシート材の両端部の搬送力を大きくしてシート材の中央部に発生するシワ防止を行う内容と同等の効果を発揮することができる。

図７（ｄ）は複数のスプリング６の付勢力を、ベルト張架部材４の両端部と中央部で大きくなるように設定した場合で、図７（ｂ）、（ｃ）を併せた定着圧力分布を有し、中央部の定着圧力を高め両端部でのシート材搬送力を高めることができる。

図８は、本発明に係る定着装置の他の実施形態を示す図１と同様の図である。なお、以下の説明で前記実施形態と同一の構成については同一番号を付けて説明を省略する。
本実施形態においては、スプリング６の軸芯を通る線は、加圧ロール２の回転軸２ａの軸芯２ｂから加熱ロール１に対して外側にずらした位置２ｃを通る線上としている。これによりベルト張架部材４を付勢する方向は、付勢力の分力が耐熱ベルト３を加熱ロール１に押圧する方向になっている。このことにより、ベルト張架部材４に付与される付勢力の分力が耐熱ベルト３を熱定着ロール１に軽押圧する押圧力に付加される。熱定着ロール１にベルト張架部材４が軽押圧する部位と熱定着ロール１に加圧ロール２が押圧する部位との中間領域（定着ニップの中間領域）では、耐熱ベルト３が熱定着ロール１に巻き付けされた押圧状態の連続した定着ニップを形成できるので、より安定した定着ニップの形成が可能になる。

図９は本発明に係る画像形成装置の１実施の形態を示す全体構成の模式的断面図である。図中、１０は画像形成装置、１０ａはハウジング、１０ｂは扉体、１１は紙搬送ユニット、１５はクリーニング手段、１７は像担持体、１８は画像転写搬送手段、２０は現像手段、２１はスキャナ手段、２１ｂは回転多面鏡、２９は転写ベルトユニット、３０は給紙ユニット、４０は定着手段、Ｗは露光ユニット、Ｄは画像形成ユニットを示す。

本実施形態の画像形成装置１０は、ハウジング１０ａと、ハウジング１０ａの上部に形成された排紙トレイ１０ｃと、ハウジング１０ａの前面に開閉自在に装着された扉体１０ｂを有し、ハウジング１０ａ内には、露光ユニット（露光手段）Ｗ、画像形成ユニットＤ、画像転写搬送手段を有する転写ベルトユニット２９、給紙ユニット３０が配設され、扉体１０ｂ内には紙搬送ユニット１１が配設されている。各ユニットは、本体に対して着脱可能な構成であり、メンテナンス時等には一体的に取り外して修理または交換を行うことが可能な構成になっている。

画像形成ユニットＤは、複数（本実施形態では４つ）の異なる色の画像を形成する画像形成ステーションＹ（イェロー用），Ｍ（マゼンタ用），Ｃ（シアン用），Ｋ（ブラック用）を備えている。そして、各画像形成ステーションＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋには、それぞれ、感光ドラムからなる像担持体１７と、像担持体１７の周囲に配設された、コロナ帯電手段からなる帯電手段１９および現像手段２０を有する。これら各画像形成ステーションＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、転写ベルトユニット２９の下側に斜めアーチ状のラインに沿って像担持体１７が上向きになるように並列配置されている。なお、各画像形成ステーションＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの配置順序は任意である。

転写ベルトユニット２９は、ハウジング１０ａの下側に配設され図示しない駆動源により回転駆動される駆動ローラ１２と、駆動ローラ１２の斜め上方に配設される従動ローラ１３と、バックアップローラ（テンションローラ）１４と、これら３本、少なくとも２本のローラ間に張架されて図示矢印方向（反時計方向Ｘ）へ循環駆動される中間転写ベルトからなる画像転写搬送手段１８と、画像転写搬送手段１８の表面に当接するクリーニング手段１５とを備えている。従動ローラ１３、バックアップローラ１４および画像転写搬送手段１８は、駆動ローラ１２に対して図で左側に傾斜する方向に配設され、これにより画像転写搬送手段１８駆動時のベルト搬送方向Ｘが下向きになるベルト面１８ａが下方に位置し、搬送方向が上向きになるベルト面１８ｂが上方に位置するようにされている。

したがって、各画像形成ステーションＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋも駆動ローラ１２に対して図で左側に傾斜する方向に配設されることになる。そして、像担持体１７は、アーチ状のラインに沿って画像転写搬送手段１８の搬送方向下向きのベルト面１８ａに接触し、図示矢印に示すように画像転写搬送手段１８の搬送方向に回転駆動される。可撓性を有する無端スリーブ状の画像転写搬送手段１８は、像担持体１７に対して上側から被せるように略同一の巻き付け角度で接触させるため、像担持体１７と画像転写搬送手段１８との間の接触圧やニップ幅は、テンションローラ１４により画像転写搬送手段１８に付与される張力、像担持体１７の配置間隔、巻き付け角度（アーチの曲率）などを制御することにより調整することができる。

駆動ローラ１２は、２次転写ローラ３９のバックアップローラを兼ねている。駆動ローラ１２の周面には、例えば厚さ３ｍｍ程度、体積抵抗率が１０5 Ω・ｃｍ以下のゴム層が形成されており、金属製の軸を介して接地することにより、２次転写ローラ３９を介して供給される２次転写バイアスの導電経路としている。また、駆動ローラ１２は、その径を従動ローラ１３、バックアップローラ１４の径より小さくすることにより、２次転写後の記録紙が記録紙自身の弾性力で剥離し易くすることができる。また、従動ローラ１３を後述するクリーニング手段１５のバックアップローラとして兼用させている。

１次転写部材１６は、トナー像を順次重ねて転写して画像を形成する転写バイアス印加手段として、画像転写搬送手段の内側に接する位置に配置しているが、単に画像転写搬送手段への通電を確保可能な手段として接すればよいので、例えば画像転写搬送手段に接して従動回転する導電性ローラやリジッドな接触子、あるいは板バネ等の導電性弾性部材、樹脂等の繊維群によって形成した導電性ブラシ等でも構成可能である。

上記のように本実施形態の画像形成装置では、複数の像担持体１７を並列配置し、各像担持体１７に対して略同一の巻き付け角度を有する姿勢で可撓性を有する無端スリーブ状の画像転写搬送手段１８を接触配置して少なくとも２本のローラ１２、１３に張架して回転駆動し、画像転写搬送手段１８には、いずれかのローラ１２、１３によって張力を付与して像担持体１７のトナー像を順次重ねて転写する構造に構成し、略同一の巻き付け角度に応じて像担持体１７と画像転写搬送手段１８との接触部に、容易に略同一のニップを形成し、接触圧力も略同一にする。

クリーニング手段１５は、搬送方向下向きのベルト面１８ａ側に設けられ、二次転写後に画像転写搬送手段１８の表面に残留しているトナーを除去するクリーニングブレード１５ａと、回収したトナーを搬送するトナー搬送部材１５ｂを備えている。クリーニングブレード１５ａは、従動ローラ１３への画像転写搬送手段１８の巻きかけ部において画像転写搬送手段１８に当接されている。また、画像転写搬送手段１８の裏面には、後述する各画像形成ステーションＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの像担持体１７に対向して１次転写部材１６が当接され、１次転写部材１６には転写バイアスが印加されている。

露光手段Ｗは、斜め方向に配設された画像形成ユニットＤの斜め下方に形成された空間に配設されている。また、露光手段Ｗの下部でハウジング１０ａの底部には給紙ユニット３０が配設されている。露光手段Ｗは、全体がケースに収納され、ケースは、搬送方向下向きのベルト面の斜め下方に形成される空間に配設されている。ケースの底部には、ポリゴンミラーモータ２１ａ、ポリゴンミラー（回転多面鏡）２１ｂからなる単一のスキャナ手段２１を水平に配設されるとともに、各色の画像信号により変調される複数のレーザ光源２３からのレーザビームをポリゴンミラー２１ｂで反射させ各像担持体上に偏向走査する光学系Ｂには、単一のｆ−θレンズ２２および各色の走査光路が像担持体１７にそれぞれ非平行になって折り返すように複数の反射ミラー２４が配設されている。

本実施形態においては、装置下方に走査光学系Ｂを配置し、しかも、スキャナ手段２１をケースの底部に配置することにより、ポリゴンモータ２１ａ自身がケース全体に与える振動を最小限にし、振動源であるポリゴンモータ２１ａの数を一つにすることによりケース全体に与える振動を最小限にする。また、各画像ステーションＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋは斜め方向に配設し、かつ像担持体１７を斜めアーチ状のラインに沿って上向きに並列配置してトナー貯留容器２６を斜め下方に傾斜して配置している。

給紙ユニット３０は、記録媒体が積層保持されている給紙カセット３５と、給紙カセット３５から記録媒体を一枚ずつ給送するピックアップローラ３６を備えている。紙搬送ユニット１１は、二次転写部への記録媒体の給紙タイミングを規定するゲートローラ対３７（一方のローラはハウジング１０ａ側に設けられている）と、駆動ローラ１２および画像転写搬送手段１８に圧接される二次転写手段としての二次転写ローラ３９と、主記録媒体搬送路３８と、定着手段４０と、排紙ローラ対４１と、両面プリント用搬送路４２を備えている。

本実施形態においては、転写ベルトの搬送方向上向きのベルト面１８ｂの斜め上方に形成される空間、換言すれば、転写ベルトに対して画像形成ステーションと反対側の空間に定着手段４０を配設することが可能になり、露光手段Ｗ、画像転写搬送手段１８、画像形成手段への熱伝達を低減することができ、各色の色ずれ補正動作を行う頻度を少なくすることができる。特に、露光手段Ｗは、定着手段４０から最も離れた位置にあり、走査光学系部品の熱による変位を最小限にすることができ、色ズレを防ぐことができる。また、画像転写搬送手段１８を駆動ローラ１２に対して傾斜する方向に配設しているため、図で右側空間に広いスペースが生じその空間に定着手段４０を配設することができ、コンパクト化を実現することができると共に、定着手段４０で発生する熱が、左側に位置する露光ユニットＷ、画像転写搬送手段１８および各画像形成ステーションＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋへ伝達されるのを防止することができる。画像形成ユニットＤの左側下部の空間に露光ユニットＷを配置することができるため、画像形成手段の駆動系がハウジング１０ａへ与える振動による、露光ユニットＷの走査光学系Ｂの振動を最小限に抑えることができ、画質の劣化を防止することができる。

上記実施形態では、中間転写ベルトを画像転写搬送手段１８として像担持体１７に接触させる構成としたが、表面にシート材を吸着して搬送移動し、該シート材の表面にトナー像を順次重ねて転写して画像を形成搬送するシート材搬送ベルトを画像転写搬送手段１８として像担持体１７に接触させる構成としてもよい。この場合、上記各実施形態と異なるのは、画像転写搬送手段１８であるシート材搬送ベルトのベルト搬送方向が像担持体１７に接触する下面で逆方向の上向きになることである。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記実施形態では、各トナー色の現像器を並べて配置したタンデム式のカラー画像形成装置やその定着装置について説明したが、各トナー色の現像器をロータリーフレームに搭載してロータリー式のカラー画像形成装置、モノカラー、モノクロの画像形成装置やその定着装置についても同様に適用できることはいうまでもない。

本発明の定着装置の１実施形態を説明するための図である。 図１のベルト張架部材の加圧ロール側から見た斜視図である。 図１の弾性支持部材の斜視図である。 図１の定着ニップ部を拡大して示す図である。 図１の定着装置の変形例を示す図である。 ニップ通過位置と定着圧力の変化を示す図である。 定着圧力分布を示す図である。 本発明の他の実施形態を説明するための図である。 本発明に係る画像形成装置の例を示す模式的断面図である。

符号の説明

１…熱定着ロール、２…加圧ロール、３…耐熱ベルト、４…ベルト張架部材
４ｂ…スプリング配設孔、４ｃ…平坦面、
５…弾性支持部材、５ａ…フランジ、５ｂ…摺接面、５ｄ…押圧部
６…スプリング、Ｓ…シート材、Ｌ…押圧部接線

Claims (10)

1. 熱定着ロールと、該熱定着ロールに押圧する加圧ロールと、該加圧ロールの外周に捲着され前記熱定着ロールとの間に挟持されて移動する耐熱ベルトと、該耐熱ベルトを張架するベルト張架部材とを備え、前記ベルト張架部材を、熱定着ロールと加圧ロールとの押圧部より耐熱ベルトの移動方向上流側で、かつ耐熱ベルトが押圧部接線より熱定着ロール側に巻き付けてニップを形成する位置に配置し、シート材上に形成した未定着トナー像を定着する定着装置であって、
   前記加圧ロールとベルト張架部材との間に弾性支持部材を配設し、前記ベルト張架部材と弾性支持部材間の軸方向に複数のスプリングを配設し、前記加圧ロールの回転力を前記定着ロールと耐熱ベルトのニップ部に押圧する押圧部を前記弾性支持部材に設けたことを特徴とする定着装置。
2. 前記押圧部は、加熱ロールと耐熱ベルトの厚みを含む曲率と同一の曲面が形成され、該曲面の先端は、加熱ロールと加圧ロールとのニップ部に近接するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記前記スプリングの軸芯を通る線は、加圧ロールの回転軸の軸芯から加熱ロールに対して外側にずらした位置を通る線上とし、スプリング付勢力の分力が耐熱ベルトを加熱ロールに押圧する方向としたことを特徴とする請求項１または２記載の定着装置。
4. 前記ベルト張架部材には、熱定着ロールとの押圧部に平坦面が形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の定着装置。
5. 前記弾性支持部材の内面には、加圧ロールの外周面と略同一の曲率面を有する突起状の摺接面が形成され、該摺接面を介して加圧ロールに摺接するように構成したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の定着装置。
6. 前記摺接面に対向する位置に前記スプリングを配置したことを特徴とする請求項５記載の定着装置。
7. 前記弾性支持部材の内面周方向両側に曲面状の摺接面を形成し、該摺接面を介して加圧ロールに摺接するように構成したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の定着装置。
8. 前記ベルト張架部材は、前記熱定着ロールに前記耐熱ベルトの内側から軽押圧する方向にバネ付勢する軽押圧付勢手段を配置したことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の定着装置。
9. 前記ベルト張架部材は、前記耐熱ベルトの摺動面の中央近傍が端部より凸状に突出したクラウン形状であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の定着装置。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載の定着装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置。

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