JP2006023432A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 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定着特性の向上を図る。
【解決手段】 熱定着ロール１と、該熱定着ロール１に押圧する加圧ロール２と、該加圧ロール２の外周に捲着され熱定着ロール１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３を張架するベルト張架部材４とを備え、シート材５上に形成した未定着トナー像を定着する定着装置、その画像形成装置として、ベルト張架部材４は、熱定着ロール１と加圧ロール２との押圧部より耐熱ベルト３の移動方向上流側で、かつ耐熱ベルト３を押圧部の接線より熱定着ロール１に巻き付けて定着ニップを形成する位置に配置して、熱定着ロール１に耐熱ベルト３の内側から軽押圧し、該軽押圧する部位を平坦な面４ｇで形成する。
【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および画像形成装置に関する。

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。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであって、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定着特性の向上を図るものである。

そのために本発明は、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、該定着装置を備えた画像形成装置として、前記ベルト張架部材は、前記熱定着ロールと前記加圧ロールとの押圧部より前記耐熱ベルトの移動方向上流側に配設すると共に、前記耐熱ベルトの張架方向を前記押圧部の接線より前記熱定着ロールに巻き付ける方向にすることを特徴とする。

前記ベルト張架部材は、前記耐熱ベルトを前記熱定着ロールに巻き付けて張力を付与する方向にバネ付勢する張力付与手段や、回動支点により前記軽押圧する方向に揺動可能に支持する揺動手段を有し、前記張力付与手段は、前記回動支点に対して前記耐熱ベルトを前記熱定着ロールに巻き付けて張力を付与する方向にバネ付勢する手段であることを特徴とする。

前記回動支点は、前記加圧ロールの回転軸の軸心近傍や、軸心上、前記加圧ロールの回転軸の軸心を通り前記軽押圧する面の接線と平行な線上又は該線に対し前記軽押圧する部位と反対側、揺動する前記ベルト張架部材の重心が前記軽押圧する方向に作用する位置にあることを特徴とする。

前記張力付与手段によりバネ付勢する方向は、前記軽押圧する部位の軽押圧する面の接線に近づく方向であることを特徴とし、前記ベルト張架手段は、前記回動支点の位置及びバネ付勢方向を前記張力の一部が前記軽押圧する方向に作用するように設定されることを特徴とする。

前記ベルト張架部材は、前記熱定着ロールに軽押圧する方向にバネ付勢する軽押圧付勢手段を有することを特徴とし、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し、前記ベルト張架部材は、前記耐熱ベルトの摺動面と反対側の中央近傍に変形時に前記加圧ロールに摺接する変形規制摺接部を有することを特徴とする。

本発明によれば、ベルト張架部材による耐熱ベルトの張架方向を押圧部の接線より熱定着ロールに巻き付ける方向にして熱定着ロールに加圧ロールが押圧する部位とベルト張架部材が押圧する部位との中間部位での耐熱ベルトの熱定着ロールへの押圧力が不足したり不安定になったりするのをなくし、容易に不均一な状態を緩和して好ましい定着ニップの形成が可能になる。

また、耐熱ベルトの張力から生じる摺動摩擦力に対応して耐熱ベルトとベルト張架部材の摺動摩擦力が耐熱ベルトと熱定着ロールに軽押圧するベルト張架部材の押圧力に付加され、加圧ロールで耐熱ベルトを駆動する場合、熱定着ロールにベルト張架部材が軽押圧する部位と熱定着ロールに加圧ロールが押圧する部位との中間領域（定着ニップの中間領域）で、耐熱ベルトが熱定着ロール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、より安定した好ましい定着ニップの形成が可能になる。

回転軸の軸心とは異なる回転軸の軸心近傍に軸を配設して揺動するベルト張架部材のアームの長さ（揺動アーム長）を変え、軸の位置により、耐熱ベルトとの摺動摩擦力がベルト張架部材に作用する押圧力を変化させることができ、耐熱ベルトと熱定着ロールに軽押圧する押圧力を調整することができる。

ベルト張架部材に付与される張力の分力が耐熱ベルトと熱定着ロールに軽押圧するベルト張架部材の押圧力に付加され、熱定着ロールにベルト張架部材が軽押圧する部位と熱定着ロールに加圧ロールが押圧する部位との中間領域（定着ニップの中間領域）で、耐熱ベルトが熱定着ロール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、不均一な状態を緩和することができ、より安定した好ましい定着ニップの形成が可能になる。

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は定着ニップ部を拡大して示す図である。図中、１は熱定着ロール、１ａはハロゲンランプ、１ｂはロール基材、１ｃは弾性体、２は加圧ロール、２ａは回転軸、３は耐熱ベルト、４はベルト張架部材、４ａは突壁、４ｂは揺動アーム、４ｃはガイド溝、４ｄはガイド部、４ｅはスプリング、４ｇは平坦な面、４ｈは変形規制摺接部、５はシート材、５ａは未定着トナー像、７はフレーム、９はスプリング、Ｌは押圧部接線を示す。

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。

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５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５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５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５と幅の狭いシート材５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５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Ｐ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５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４ｇで軽押圧する（図２参照）。シート材５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５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５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５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）であり、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が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、滑らかに摺動できるようにしている。変形規制摺接部４ｈは、中央近傍で耐熱ベルト３に大きめの張力ｆを付与することによりベルト張架部材４の中央近傍が凹状に逆に変形した場合に、加圧ロール２の外周に摺接して、その変形を規制する、例えば図２に示すように加圧ロール２の外周に沿った曲面を有する摺接部である。

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４ａ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４ａ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４ａ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４ｇ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。また、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）において、耐熱ベルト３の熱定着ロール１への押圧力が不足したり不安定であったりすると、特に厚手のシート材等で安定した好ましい定着ができない場合が生じる。

本実施形態では、上記のようにベルト張架部材４を熱定着ロール１と加圧ロール２との押圧部より耐熱ベルト３の移動方向上流側に配設すると共に、耐熱ベルト３の張架方向を熱定着ロール１と加圧ロール２との押圧部の接線より熱定着ロール１に巻き付ける方向にし、さらに張力の分力、摺動摩擦力を押圧力として付加することで、定着ニップの中間領域で耐熱ベルト３が熱定着ロール１に積極的に巻き付けられて安定した押圧状態の連続した定着ニップを形成し、不均一な状態を緩和し、安定した好ましい定着ニップを形成している。

また、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４ｇ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。

クリーニング部材（図示省略）は、耐熱ベルト３の内周面に摺接して耐熱ベルト３の内周面の異物や摩耗粉等をクリーニングするものとして、加圧ロール２とベルト張架部材４との間に配置され、異物や摩耗粉等をクリーニングすることで耐熱ベルト３をリフレッシュして不安定要因を除去する。この除去した異物や摩耗粉等の収納に好適な凹部をベルト張架部材４に設けることができる。

シート材５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５ａ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。

次に、加圧ロール２とベルト張架部材４の支持構造について説明する。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。加圧ロール２の回転軸２ａの両側には、揺動アーム４ｂが回転自在に嵌合され、この揺動アーム４ｂのベルト張架部材４側にはガイド溝４ｃが形成されている。一方、ベルト張架部材４の両端には、加圧ロール２側に延設されたガイド部４ｄが形成され、このガイド部４ｄがスプリング４ｅを介して揺動アーム４ｂのガイド溝４ｃ内に嵌挿されている。スプリング４ｅは、耐熱ベルト３を熱定着ロール１に巻き付けて張力を付与する方向にベルト張架部材４をバネ付勢する張力付与手段であり、このスプリング４ｅによりベルト張架部材４は、加圧ロール２から離れる方向に付勢され耐熱ベルト３に張力ｆが付与される構造になっている。

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３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５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３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５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５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５に皺発生などのシート材５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４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４（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４（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４（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。

図５は本発明に係る定着装置の他の実施形態を示し、図５（Ａ）は図５（Ｂ）のＸ−Ｘ線に沿って矢印方向に見た断面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＹ−Ｙ線に沿って矢印方向に見た断面図である。なお、以下の説明において、前述の実施形態と同一の構成については同一番号を付して説明を省略する。

本実施形態が図１の実施形態と比較して相違する点は、図１の実施形態においては、ベルト張架部材４を加圧ロール２の回転軸２ａと共通の軸で所定の角度分、揺動可能に構成しているのに対して、本実施形態においては、ベルト張架部材４を加圧ロール２の回転軸２ａとは異なる、回転軸２ａの軸心近傍を回動支点（揺動支点）とする軸７ｂで所定の角度分、揺動可能に構成している点である。

すなわち、回転軸２ａの軸心とは異なる位置に配置した軸７ｂの両側には、揺動アーム４ｂが回転自在に嵌合され、この揺動アーム４ｂのベルト張架部材４側にはガイド溝４ｃが形成されている。一方、ベルト張架部材４の両端には、加圧ロール２側に延設されたガイド部４ｄが形成され、このガイド部４ｄがスプリング４ｅを介して揺動アーム４ｂのガイド溝４ｃ内に嵌挿されている。このスプリング４ｅによりベルト張架部材４は、加圧ロール２から離れる方向に付勢され耐熱ベルト３に張力ｆが付与される構造になっている。

ベルト張架部材４が揺動する回動支点（揺動支点）として、図１に示した実施形態のように加圧ロール２の回転軸２ａの両側に揺動アーム４ｂを回転自在に嵌合して回転軸２ａの軸心と同一にするのに対し、図５に示すように回転軸２ａの軸心とは異なる回転軸２ａの軸心近傍に軸７ｂを配設し、その軸７ｂに揺動アーム４ｂを回転自在に嵌合すると、揺動する揺動アーム長を変えることができるので、軸７ｂの位置により、耐熱ベルトとの摺動摩擦力がベルト張架部材４に作用する回転モーメントを変化させることができ（図５の例では回転モーメントを大きくさせる）、耐熱ベルト３と熱定着ロール１に軽押圧する押圧力を調整することができる。

この場合において、小型化に対応して加圧ロール２とベルト張架部材４との間をできるだけ狭くなるようにすると、揺動したときの角度によりベルト張架部材４が加圧ロール２に摺接したり、離間したりして加圧ロール２とベルト張架部材４との間隙が変化する。この変化を小さくしかつ安定してコントロールできるようにするためには、ベルト張架部材４の回動支点が回転軸２ａの軸心近傍であっても、回転軸２ａの軸心からあまり大きく外れないようにすることである。図５に示す例では、スプリング４ｅによりベルト張架部材４を付勢する方向の線上に加圧ロール２の軸心があり、ベルト張架部材４の回動支点となる軸７ｂは、加圧ロール２の軸心の後方に位置するように設定されている。

図６はベルト張架部材を付勢する方向と回動支点の位置、付与される張力と押圧力との関係を説明する図であり、図６（Ａ）は図６（Ｂ）のＸ−Ｘ線に沿って矢印方向に見た断面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＹ−Ｙ線に沿って矢印方向に見た断面図である。

回転軸２ａの軸心と異なる軸心近傍に軸７ｂを配設し揺動アーム４ｂの回動支点としたのが図５に示す例であるが、図６に示す例は、揺動アーム４ｂの回動支点を図１と同様、回転軸２ａの軸心と同一にするが、張力を付与するためスプリング４ｅによりベルト張架部材４を付勢する方向を揺動アーム４ｂの回動支点を通る線上ではなく外側にずらしたものである。このスプリング４ｅによりベルト張架部材４を付勢する方向は、ベルト張架部材４が熱定着ロール１に軽押圧する面の接線に近づく方向になっている。このことにより、ベルト張架部材４に付与される張力の分力が耐熱ベルト３と熱定着ロール１に軽押圧する押圧力に付加される。

上記のようにベルト張架部材４に付与される張力の分力が耐熱ベルト３と熱定着ロール１に軽押圧する押圧力に付加されるには、揺動アーム４ｂの回動支点が加圧ロール２の回転軸２ａの軸心を通り軽押圧する面の接線と平行な線上又は該線に対し軽押圧する部位と反対側にあり、或いはスプリング４ｅによりベルト張架部材４を付勢する方向が軽押圧する面の接線に近づく方向にあり、ベルト張架部材４は、回動支点の位置及びバネ付勢方向を耐熱ベルト３に張力を付与する付勢力の一部が熱定着ベルト１の軽押圧方向に作用するように設定されることである。

また、回動支点と揺動するベルト張架部材４の重心との関係は、ベルト張架部材４の重心が回動支点の真下、つまり鉛直線上まで回転揺動する方向が熱定着ロール１に軽押圧する方向と一致すればベルト張架部材４の重心による作用力も押圧力に付加することができる。したがって、加圧ロール２の下方にベルト張架部材４を配設した図示の例では、揺動するベルト張架部材４の重心が揺動アーム４ｂの回動支点からの鉛直線に対してベルト張架部材４が熱定着ロール１に押圧する側と反対側、つまり、揺動支点を揺動するベルト張架部材４の重心が軽押圧する部位と反対側とすることにより重心がベルト張架部材４の押圧力に付加されるように作用させることができる。

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。

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）において、耐熱ベルト３の熱定着ロール１への押圧力が不足したり不安定であったりすると、特に厚手のシート材等で安定した好ましい定着ができない場合が生じる。そこで、本実施形態のようにベルト張架部材４を平坦な面４ｇで押圧し、張力の分力、摺動摩擦力を押圧力として付加すると、定着ニップの中間領域で耐熱ベルト３が熱定着ロール１に積極的に巻き付けられて安定した押圧状態の連続した定着ニップを形成し、不均一な状態を緩和することができ、安定した好ましい定着ニップが形成できる。

図７及び図８はベルト張架部材の変形規制摺接部、平坦な面の形状の変形例を示す図である。ベルト張架部材４の中央近傍が凹状に変形した場合に、加圧ロール２の外周に摺接して、その変形を規制する変形規制摺接部４ｈとして、図１〜図６に示す例においては、加圧ロール２の外周に沿った曲面を有する形状としたが、加圧ロール２の外周に沿ってベクトル合力で摺接して規制する複数の変形規制摺接部４ｈ′の例を示したのが図７及び図８である。さらにこれら変形規制摺接部４ｈ、４ｈ′の変形として、ベルト張架部材４の中央近傍が凹状に変形した場合に、加圧ロール２の外周に沿って当接し従動回転する複数のコロで構成してもよい。

また、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の平坦な面４ｇとして、図２に示す例においては、円筒状の曲面の一定領域を帯状に平坦にしたが、図８に示す例では、ベルト張架部材の平坦な面４ｇとして、熱定着ロール１の外周の曲面の曲率よりも大きいほぼ平坦に近い面で熱定着ロール１の外周に沿うように形成した例を示している。さらに、ベルト張架部材４は、熱定着ベルト１に対して離間し非接触で熱定着ロール１と加圧ロール２との押圧部の接線より熱定着ロール１に耐熱ベルト３を巻き付ける方向に張架し定着ニップを形成している。なお、この場合には、先に説明した図４（ａ）に示すニップ通過位置と定着圧力の変化において、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している部分が平坦になる。

上記のようにベルト張架部材４を熱定着ロール１から離間させ非接触とするには、少なくとも張力付与手段として張力を付与するスプリング４ｅによるバネ付勢力、軽押圧付勢手段として耐熱ベルト３の内側から熱定着ロール１の方向にベルト張架部材４を軽押圧するスプリング９によるバネ付勢力とそれらの方向や位置を調整することが必要である。

例えばベルト張架部材４を耐熱ベルト３の内側から熱定着ロール１に軽押圧している状態から、スプリング４ｅによるバネ付勢力を大きくしていくと、ベルト張架部材４は、スプリング９による押圧力に抗して熱定着ロール１から離間し、スプリング９によるバネ付勢力を小さくしていくと、スプリング４ｅによる耐熱ベルト３の張力が相対的に大きくなって、ベルト張架部材４は、熱定着ロール１から離間する。また、スプリング４ｅによりバネ付勢する張架方向を熱定着ロール１にベルト張架部材４が軽押圧する接線から離れる方向に変えていくと、耐熱ベルト３の張力とスプリング４ｅによるバネ付勢力がスプリング９による押圧力を相殺する成分が大きくなるため、ベルト張架部材４は、熱定着ロール１から離間し、スプリング９によりバネ付勢する位置を揺動アーム４ｂの回動支点の方に近づけていくと、相対的に押圧力が小さくなるため、ベルト張架部材４は、熱定着ロール１から離間する。

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。

図９において、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、揺動アームを回動支点で支持してベルト張架部材を揺動可能にしたが、揺動アームなどの部材の撓みを利用することにより回動支点を省くようにしてもよい。また、ベルト張架部材を熱定着ロールから離間させ非接触とする場合にバネ付勢の大きさや方向、位置で調整したが、ストッパでベルト張架部材の揺動を制限して非接触となるようにしてもよい。さらに、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線に沿って矢印方向に見た断面図である。 ベルト張架部材の加圧ロール側から見た斜視図である。 定着ニップ部を拡大して示す図である。 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る。 本発明に係る定着装置の他の実施形態を示し、図５（Ａ）は図５（Ｂ）のＸ−Ｘ線に沿って矢印方向に見た断面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＹ−Ｙ線に沿って矢印方向に見た断面図である。 ベルト張架部材を付勢する方向と回動支点の位置、付与される張力と押圧力との関係を説明する図であり、図６（Ａ）は図６（Ｂ）のＸ−Ｘ線に沿って矢印方向に見た断面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＹ−Ｙ線に沿って矢印方向に見た断面図である。 ベルト張架部材の変形規制摺接部、平坦な面の形状の変形例を示す図である。 ベルト張架部材の変形規制摺接部、平坦な面の形状の変形例を示す図である。 本発明に係る画像形成装置の１実施形態を示す模式的断面図である。

符号の説明

１…熱定着ロール、１ａ…ハロゲンランプ、１ｂ…ロール基材、１ｃ…弾性体、２…加圧ロール、２ａ…回転軸、３…耐熱ベルト、４…ベルト張架部材、４ａ…突壁、４ｂ…揺動アーム、４ｃ…ガイド溝、４ｄ…ガイド部、４ｅ…スプリング、４ｇ…平坦な面、４ｈ…変形規制摺接部、５…シート材、５ａ…未定着トナー像、７…フレーム、８…シート材案内部材、９…スプリング、Ｌ…押圧部接線

Claims (14)

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、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、
   前記ベルト張架部材は、前記熱定着ロールと前記加圧ロールとの押圧部より前記耐熱ベルトの移動方向上流側に配設すると共に、前記耐熱ベルトの張架方向を前記押圧部の接線より前記熱定着ロールに巻き付ける方向にすることを特徴とする定着装置。
2. 前記ベルト張架部材は、前記耐熱ベルトを前記熱定着ロールに巻き付けて張力を付与する方向にバネ付勢する張力付与手段を有することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記ベルト張架部材は、回動支点により前記軽押圧する方向に揺動可能に支持する揺動手段を有することを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の定着装置。
4. 前記張力付与手段は、前記回動支点に対して前記耐熱ベルトを前記熱定着ロールに巻き付けて張力を付与する方向にバネ付勢する手段であることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
5. 前記回動支点は、前記加圧ロールの回転軸の軸心近傍にあることを特徴とする請求項３乃至４のいずれかに記載の定着装置。
6. 前記回動支点は、前記加圧ロールの回転軸の軸心上にあることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の定着装置。
7. 前記回動支点は、前記加圧ロールの回転軸の軸心を通り前記軽押圧する面の接線と平行な線上又は該線に対し前記軽押圧する部位と反対側にあることを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載の定着装置。
8. 前記回動支点は、揺動する前記ベルト張架部材の重心が前記軽押圧する方向に作用する位置にあることを特徴とする請求項３乃至７のいずれかに記載の定着装置。
9. 前記張力付与手段によりバネ付勢する方向は、前記軽押圧する部位の軽押圧する面の接線に近づく方向であることを特徴とする請求項２乃至８のいずれかに記載の定着装置。
10. 前記ベルト張架手段は、前記回動支点の位置及びバネ付勢方向を前記張力の一部が前記軽押圧する方向に作用するように設定されることを特徴とする請求項２乃至９のいずれかに記載の定着装置。
11. 前記ベルト張架部材は、前記熱定着ロールに軽押圧する方向にバネ付勢する軽押圧付勢手段を有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の定着装置。
12. 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乃至１１のいずれかに記載の定着装置。
13. 前記ベルト張架部材は、前記耐熱ベルトの摺動面と反対側の中央近傍に変形時に前記加圧ロールに摺接する変形規制摺接部を有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の定着装置。
14. 請求項１乃至１３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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