JP2006337439A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
重ね合わせ部が存在する封筒への定着の際にも、スループットを低下させることなく、しわの発生を防止す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。
【解決手段】
加熱源を内蔵した定着ローラ１と、定着ローラ１に押圧する加圧ローラ２と、加圧ローラ２の外周に捲着され定着ローラ１の間に挟持されて移動するベルト３と、ベルト３を張架するベルト張架部材４とを備える定着装置で、封筒を定着する際には、加圧ローラ２とベルト張架部材４とを移動して配置変更することにより、封筒が通過するニップ領域を、定着ローラ１とベルト３間に形成された領域に限定する。また、普通紙定着の際のニップ領域の総面積と、封筒定着の際のニップ領域の総面積とが変わらないように定着ローラ１、加圧ローラ２、ベルト張架部材４を配置設定する。

【選択図】 図２

Description

本発明は、シート材上の未定着トナー像を定着する際、シート材の種類に応じて定着方法を変更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シート材上の未定着トナー像を接触加熱定着する加熱ローラ型定着装置として、従来、加熱ローラと加圧ローラとの間に形成されたニップにシート材を通過させ定着を行うように構成した２ローラ方式の定着装置が知られている。このような２ローラ方式の定着装置で、シート材として封筒を用いた場合には、普通紙で良好な定着性が得られる定着条件にて定着を行うことはできない。封筒は普通紙と違い、最低でも紙の二枚重ね部があり、のり付け部もしくは重ね合わせ部によっては三重、四重となり、厚さ寸法が普通紙とは異なるためであり、普通紙で良好な定着性が得られるニップ圧力で定着を行うと封筒では圧力が高くなりすぎるために、封筒にしわが発生してしまう。また、封筒の筒状部に内包された空気が、定着時に高い圧力を受けることによりうまく抜けず、これによりしわが発生してしまうこともある。

特許文献１（特開平６−３３７６１２号公報）には、定着回転体対間で未定着画像を支持した記録材を挾持搬送して定着を行なう定着装置において、ユーザーが操作可能で定着回転体対に通常の定着圧を発生させる第１の位置と特殊紙用の定着圧を発生させる第２の位置とを切換えられるレバーを設けることにより、封筒等への定着を行う際にはニップ圧力を減少させる、いわゆる封筒モードを設けた定着装置が開示されている。

一方、熱ローラ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しわ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するベルトニップ方式の定着装置が提案されている。このような定着装置として、特許文献２（特開２００４−４２３４号公報）には、表面に弾性体を被覆して加熱源を内蔵した熱定着ローラと、該熱定着ローラに押圧する加圧ローラと、該加圧ローラの外周に捲着され前記熱定着ローラ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おいて、前記張架部材は、前記熱定着ローラと前記加圧ローラとの押圧部より前記耐熱ベルトの移動方向上流側で、かつ前記耐熱ベルトが前記押圧部の接線より前記熱定着ローラに巻き付けてニップを形成する構成が記載されている。
特開平６−３３７６１２号公報 特開２００４−４２３４号公報

ところで、特許文献１に記載されているような２ローラ方式の定着装置において封筒にしわが発生しない程度にまでニップ圧力を減少させた場合、シート材がニップを通過する幅も大きく減少してしまう。図6は、このような２ローラ方式の定着装置におけるニップ内の圧力分布を示す図であり、横軸にはニップ通過位置を、また縦軸には定着圧力がそれぞれ示されている。実線は、普通紙がニップを通過する際の圧力分布を、点線は、封筒がニップを通過する際の圧力分布をそれぞれ示している。

図6に示されるように、封筒がニップを通過する際には、普通紙がニップを通過する場合に比べて、ニップ通過幅が大きく減少する。そうすると、接触する通過幅が少ない分、シート材へ伝わる熱量も減少してしまう。重ね合わせ部が存在する封筒への定着を行う場合には、普通紙に比べてより多くの熱量が必要となる。すなわち、２ローラ方式の定着装置でローラ間のニップ圧力を減少させた場合には、ニップ通過幅が減少することにより低下する熱量、及び、重ね合わせが存在する分のために必要となる熱量の両方の熱量を補ってやる必要がある。具体的にこれらの熱量は、封筒がニップを通過する時間を長く設定することにより補うのであるが、このように設定することにより定着の速さは１／２〜１／４となってしまい、画像形成装置としてのスループットが大きく低下してしまうという問題が生じていた。

また、特許文献２に開示されているベルトニップ方式の定着装置においても、２ローラ間のニップ部分に特に圧力が集中しているために、封筒を定着する際には、２ローラ方式の定着装置同様しわが発生してしまうことは避けられなかった。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、加熱源を内蔵した定着ローラと、該定着ローラに押圧する加圧ローラと、該加圧ローラの外周に捲着され前記定着ローラとの間に挟持されて移動するベルトと、該ベルトを張架する張架部材とを備え、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おいて、シート材の種類に応じて、該加圧ローラと該張架部材とが移動することにより、該定着ローラと該加圧ローラと該張架部材との相対的位置関係が変更可能に構成されていることを特徴とするものである。

また、請求項２に係る発明は、請求項1記載の定着装置において、該加圧ローラと該張架部材とは、シート材が普通紙であるときには第1の配置をとり、シート材が封筒であるときには第2の配置をとることを特徴とするものである。

また、請求項３に係る発明は、請求項２記載の定着装置において、該第1の配置では、ニップ領域に生じる押圧力が、該定着ローラと該加圧ローラ間の押圧力、及び、該定着ローラと該ベルト間の押圧力とで形成されていることを特徴とするものである。

また、請求項４に係る発明は、請求項２記載の定着装置において、該第2の配置では、ニップ領域に生じる押圧力が、該定着ローラと該ベルト間の押圧力のみで形成されていることを特徴とするものである。

また、請求項５に係る発明は、請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の定着装置において、該加圧ローラと該張架部材とが該第1の配置から該第2の配置へと移動する際には、該加圧ローラは該定着ローラから離れ、該張架部材は該定着ローラに近づくように移動することを特徴とするものである。

また、請求項６に係る発明は、請求項２乃至請求項５のいずれかに記載の定着装置において、該第1の配置におけるニップ領域の面積と該第2の配置におけるニップ領域の面積とは略同一であることを特徴とするものである。

また、請求項７に係る発明は、請求項２乃至請求項６のいずれかに記載の定着装置において、該加圧ローラと該張架部材とが該第1の配置から該第2の配置へと移動する際には、シート材をニップ領域に導く用紙ガイドが連動して移動することを特徴とするものである。

また、請求項８に係る発明は、請求項７記載の定着装置において、該加圧ローラと該張架部材とが該第1の配置から該第2の配置へと移動する際には、該用紙ガイドは、該定着ローラに近づくように移動することを特徴とするものである。

また、請求項９に係る発明は、請求項２乃至請求項８のいずれかに記載の定着装置において、該第1の配置と該第2の配置との変更はレバー操作による手動動力にて行うことを特徴とするものである。

また、請求項１０に係る発明は、請求項２乃至８のいずれかに記載の定着装置において、該第1の配置と該第2の配置との変更はソレノイドの動力にて行うことを特徴とするものである。

また、請求項１１に係る発明は、請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の定着装置において、該張架部材は、固定部材であることを特徴とするものである。

また、請求項１２に係る発明は、請求項１乃至請求項１１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である。

請求項１乃至請求項５に係る発明によれば、封筒を定着させる場合、封筒の重ね合わせ部に過圧力がかかることを防止でき、また、封筒の中に内包されていた空気も逃しやすくすることができ、しわの発生を防止することができる。

とりわけ、請求項６に係る発明によれば、封筒を定着させる場合でも、ニップ通過幅は普通紙のそれと変わらないので、ニップ通過速度を遅くしたりしなくとも、封筒への定着を行うための熱量を十分に確保することができ、封筒に印刷する際にもスループットの低下を防止することができる。

また、請求項７又は請求項８に係る発明によれば、封筒定着の際、ガイド部材を定着ローラに近づけるように移動させるので、封筒はガイド部材によりニップ入り口にスムーズに導入される。

また、請求項９に係る発明よれば、レバー操作による手動動力を用いるようにしたので、部品点数が少なくなり構造が簡単で安価に構成できる。

また、請求項１０に係る発明よれば、ソレノイドによる動力を用いるようにしたので、人手を煩わせることなく、封筒定着モードに変更することができる。

また、請求項１１に係る発明によれば、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し、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。

また、請求項１２に係る発明によれば、封筒定着の際にも、しわの発生を防止することが可能な画像形成装置を提供することができる。

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実施の形態を示す図であり、１は定着ローラ、１ａはハロゲンランプ、１ｂは定着ローラ芯金、１ｃは定着ローラ弾性層、１ｄは定着ローラ表層、２は加圧ローラ、２ａは加圧ローラ芯金、２ｂは加圧ローラ断熱層、３はベルト、３ａはベルト表層、４はベルト張架部材、４ａはベルト張架部材芯金、４ｂはベルト張架部材断熱層、５はシート材、５ａは未定着トナー像、６はガイド部材、７は薄利部材を示す。

図1において、定着ローラ１は、外径６０ｍｍ以下、肉厚２ｍｍ以下のパイプ材を定着ローラ芯金１ｂとして、その外周に２ｍｍ以下の定着ローラ弾性層１ｃを被覆して形成し、定着ローラ芯金１ｂの内部に加熱源としてハロゲンランプ１ａを内蔵して回転可能にしたものである。加圧ローラ２は、外径６０ｍｍ以下、肉厚２ｍｍ以下の加圧ローラ芯金２ａで形成し、その外周に加圧ローラ断熱層２ｂを設け、熱定着ローラ１に対向して配置し、熱定着ローラ１と所定の圧力で圧接して回転可能にしたものである。

ベルト３は、定着ローラ１と加圧ローラ２との間に挟持されて加圧ローラ２の外周に捲着され移動可能になったエンドレスのベルトであり、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管等で構成される。

ベルト張架部材４は、ベルト３の内周に嵌挿して加圧ローラ２と協働してベルト３に張力を付与すると共に、ベルト３を定着ローラ１に巻き付けるように配置された、ローラ状の部材であり、外径６０ｍｍ以下、肉厚２ｍｍ以下のパイプ材をベルト張架部材芯金４ｂとして、その外周にベルト張架部材断熱層を被覆した構成となっている。ベルト張架部材４は、摺動部材としてもよいが回転させることもできる。ベルト張架部材４を回転自在に支持することにより、加圧ローラ２とベルト３との摩擦係数をベルト張架部材４とベルト３との摩擦係数より大きく設定して、ベルト３を加圧ローラ２とベルト張架部材４により張架して加圧ローラ２で安定して駆動することができる。

図1には、ベルト張架部材４としてローラ状の部材を示したが、このベルト張架部材４は、ローラ状部材を長手方向で２分割したような、半月状のベルト摺動部材として構成してもよい。このような半月状のベルト摺動部材のベルト張架部材４も、ベルト張架部材４としてローラ状部材を用いた場合同様、加圧ローラ２と協働してベルト３に張力を付与すると共に、ベルト３を定着ローラ１に巻き付けるように配置するものである。このような半月状のベルト張架部材４を用いることにより、軸受等が不要になり、支持構造が簡単になる。加えてベルト張架部材４を半月状とすることにより、加圧ローラ２側にその半月欠方向を向けて配置し、加圧ローラ２に対してより接近した配置が可能になる。このことによりまた、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、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。さらに、ベルト３が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定着ローラ１とのニップ部で加熱されたベルト３は、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、周長が短いので、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。

シート材５は、ガイド部材６より導入され、ベルト３と定着ローラ１との間で形成されるニップ領域を通過することで未定着トナー像５ａが定着され、ニップ領域通過後は、剥離部材７で定着ローラ１からの剥離を確実にし、次工程へと搬送される。

なお、図１に示した定着ローラ１、加圧ローラ２、ベルト３、ベルト張架部材４のそれぞれの配置関係及びニップ形成領域については、シート材として普通紙を定着する際の配置を示したものであり、この配置関係は、封筒を定着する際には変更されるものである。シート材として普通紙を定着するときの配置と、シート材として封筒を定着するときの配置との相関関係については後述する。

図2は、ベルト張架部材４、加圧ローラ２及びガイド部材６の支持機構を示す模式的断面図であり、ベルト張架部材４、加圧ローラ２及びガイド部材６の軸方向の一端側端部を示したものである。図示しないが、他端側にも同様の支持機構が存在する。図において、８はフレーム、８ａは加圧ローラ用嵌合孔、８ｂはベルト張架部材用嵌合孔、８ｃはフレーム上に設けられた突起部、８ｄは図示しない部材によりフレームを回動自在に支える支点である。９はフレーム８とガイド部材６とを連結する連結部材であり、９ａは連結部材に設けられた長孔であり、９ｂは図示しない部材により連結部材９を回動自在に支える支点である。

加圧ローラ２とベルト張架部材４の支持機構としては、図2に示すように、加圧ローラ２の軸方向に延びる突起部２ｃ、ベルト張架部材４の軸方向に延びる突起部４ｃを設け、突起部２ｃ、突起部４ｃをフレーム８の嵌合孔８ａ、８ｂにそれぞれに嵌合させ、フレーム８に対して加圧ローラ２及びベルト張架部材４を回動自在に保持する。

フレーム８はガイド部材側に延出しており、その延出部には突起部８ｃが設けられている。この突起部８ｃは連結部材９の長孔９ａの一方端側に嵌合されている。連結部材９の長孔９ａの他方端側にはガイド部材に設けられた突起６ｂが嵌合されている。

フレーム８は支点８ｄを中心として、図2において時計回りに、また連結部材９は支点９ｂを中心として、図2において反時計回りに、それぞれ所定の角度回動するように構成されているが、連結部材９に設けられた長孔９ａがフレーム８の突起部８ｃの移動を規制することにより、フレーム８と連結部材９の回動が規制される。

図3は、フレーム８及び連結部材９がそれぞれの支点を中心として回動した後の状態を示す模式的断面図である。図に示されるとおり、この回動に伴い、フレーム８に回動自在に固定されている加圧ローラ２は定着ローラ１から離れように移動し、フレーム８に回動自在に固定されているベルト張架部材４は定着ローラ１に近づくように移動する。また、ガイド部材９は、長孔９ａに規制された突起部６ｂを有するために、連結部材９の回動後は定着ローラ１側に移動する。

このような回動に用いる動力は、図示しない機構から伝達されるものであり、人手によるレバー操作からの動力や、ソレノイドによる動力を用いる。人手によるレバー操作からの動力を用いるようにすれば、部品点数が少なくなり構造が簡単で安価に構成できるし、またソレノイドによる動力を用いるようにすれば、人手を煩わせることなく、このような回動を行うように構成できる。

また、このような回動は、可逆的であり、逆方向の動力を加えることにより逆回動し、図3から図2の状態へ戻るように構成されている。

図2に示された、フレーム８及び連結部材９の回動前の定着装置の状態は、普通紙の定着のために用いる状態であって、特許請求の範囲では「第1の配置」と表現されている。また、図3で示された、フレーム８及び連結部材９の回動後の定着装置の状態は、封筒の定着のために用いる状態であり、特許請求の範囲では「第２の配置」と表現されている。

また、本発明の定着装置を搭載する画像形成装置の定着装置が、「第1の配置」にある場合には、その画像形成装置が「普通紙印刷モード」の状態にあり、「第２の配置」にある場合には、その画像形成装置が「封筒印刷モード」の状態にあるなどと表現され得る。

図２に示される定着装置の状態と図3に示される定着装置の状態とでどのような機能の差があるのかを説明する。図2で示された定着装置の状態では、普通紙の定着を行うのに好ましいニップ領域が形成されるよう考慮されて、定着ローラ１、加圧ローラ２、ベルト３、ベルト張架部材４がそれぞれそのように配置されるようになっている。ニップ領域の始端は、図2に示されるように定着ローラ１と加圧ローラ２とがベルト３を巻き込む直前部分であり、加圧ローラ２が定着ローラ１を押圧する位置がニップ領域の終端となっている。シート材は、この始端から終端の範囲で、ベルト3の表層３ａと定着ローラとの間を通り、定着が行われる。すなわち、図2で示される定着装置の状態で、普通紙がニップ領域を通過する際には、まず定着ローラ１とベルト３間の押圧力を受けて、次に定着ローラ１と加圧ローラ２間の押圧力を受けるものであり、これら双方の押圧力により普通紙の定着が効率的に行われるように配慮されている。

図2で示された定着装置の状態においてはシート材として普通紙を用いるものであるが、これに対して、フレーム８及び連結部材９の回動後の図3で示された状態では、シート材として封筒を用いるものであり、フレーム８及び連結部材９の回動に伴い、加圧ローラ２は定着ローラ１から離れように移動し、ベルト張架部材４は定着ローラ１に近づくように移動している。このように移動することにより、図3に示すように、ニップの始端はベルト張架部材４から送出されるベルトの直後となり、また終端は加圧ローラ２にベルト３が巻き取られる直前となり、シート材５は、この始端から終端の範囲で、ベルト３の表層３ａと定着ローラとの間を通り、定着が行われるような構成となっている。すなわち、図3の定着装置の状態では、封筒がニップ領域を通過する際には、定着ローラ１とベルト３間の押圧力のみを受けることとなる。

図4は、ニップ内の圧力分布を示す図であり、横軸にはニップ通過位置を、また縦軸には定着圧力がそれぞれ示されている。実線は、図2に示される定着装置の状態において普通紙がニップを通過する際の圧力分布を、点線は図3に示される定着装置の状態において封筒がニップを通過する際の圧力分布をそれぞれ示している。実線には、普通紙がニップ領域の通過の際、前段で定着ローラ１とベルト３間の押圧力を受けて、後段で定着ローラ１と加圧ローラ２間の押圧力を受けている様子が示されている。また、点線には、封筒がニップ領域通過中の全般にわたって、定着ローラ１とベルト３間の押圧力を受けている様子が示されている。

以上のように構成する作用について説明する。封筒を定着する際には、図3に示す定着装置のレイアウト（特許請求の範囲の「第2の配置」）をとることにより、封筒がニップを通過する際に、封筒は、普通紙が受ける実線で示されるような定着ローラ１と加圧ローラ２の押圧力による圧力ピークを受けることなく、点線で示されるような定着ローラ１とベルト３間の押圧力のみよる平均的な圧力を受けるようになった。これにより、封筒の定着を行う場合、封筒の重ね合わせ部に過圧力がかかることを防止でき、また、封筒の中に内包されていた空気も逃しやすくすることができ、しわの発生を防止することができるようになった。

また、図４に示されるとおり、普通紙が定着される際に通過するニップの幅と、封筒が定着される際に通過するニップの幅とはほぼ同じになるように、定着ローラ１、加圧ローラ２，ベルト３、ベルト張架部材４のそれぞれの配置が設定される。

このような設定により、従来の定着装置の封筒モードでニップ圧力を減少させる場合に、ニップ通過幅も減少してしまうことがなく、ニップ通過幅は普通紙のそれと変わらないので、ニップ通過速度を遅くしたりしなくとも、封筒への定着を行うための熱量を十分に確保することができ、封筒に印刷する際にもスループットの低下を防止することができる。

図2、図3に示されるように、普通紙定着の際の定着装置の状態から、封筒定着の際の定着装置の状態に変更されるとき、ガイド部材６が定着ローラに近づくように移動する構成とされているが、このように構成する根拠について説明する。普通紙定着の際の定着装置の状態から、封筒定着の際の定着装置の状態への変更に伴って、ベルト張架部材４は定着ローラ１に近づくように移動するが、ベルト張架部材４が定着ローラ１に近づいた分、ニップの入り口も定着ローラ１側に移動する。このとき、ガイド部材６の位置が変更されずにそのままの位置にあるとすると、ガイド部材６によりガイドされた封筒は、ニップの入り口にうまく導入されず、封筒はベルト張架部材４に衝突してしまう。封筒がベルト張架部材４に衝突すると、封筒の折れやしわの原因となってしまうが、図2、図3に示されるように、普通紙定着の際の定着装置の状態から、封筒定着の際の定着装置の状態への変更に連動して、ガイド部材を定着ローラに近づけるように移動させる構成としてあるので、封筒はガイド部材によりニップ入り口にスムーズに導入されるようになっている。

図5は本発明に係る定着装置が搭載された画像形成装置の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5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に接触され、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１０５Ω・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。このように駆動ローラ１２に高摩擦かつ衝撃吸収性を有するゴム層を設けることにより、２次転写部へ記録媒体が進入する際の衝撃が画像転写搬送手段１８に伝達しにくく、画質の劣化を防止することができる。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。

なお、画像転写搬送手段１８を駆動ローラ１２に対して図で右側に傾斜する方向に配設し、これに対応して各画像形成ステーションＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋも駆動ローラ１２に対して図で右側に傾斜する方向に斜めアーチ状に沿って、つまり、図5と左右対象に配設してもよい。

画像転写搬送手段の好適な素材としては、ＰＣ樹脂、ＰＥＴ樹脂、ポリイミド樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリエステル樹脂等があり、当然のことながら、導電性や剛性等、または表面粗度、摩擦係数等を所望の特性に設定する目的で、対応する添加剤などを添加することもよい、また、剛性に関しては、厚さの設定によって所望の剛性に設定することもできる。

実施例では、比較的剛性が小さくて永久歪み、クリープを残さないウレタン樹脂及びポリエーテル樹脂によって画像転写搬送手段を形成し、ローラの付勢力Ｆにより張力Ｐを４０Ｎ、像担持体の巻き付け角度αを４°に設定してニップ部に作用する接触圧ｆを約２．８Ｎ（＝４０Ｎ×ｓｉｎ４°）として安定した転写条件を設定した。しかし、上記の素材を勘案すると、ローラの付勢力Ｆにより張力Ｐを１０Ｎ〜１００Ｎ、像担持体の巻き付け角度αを０．５°〜１５°のそれぞれの組み合わせを設定すれば、所望の転写条件の設定が可能であることが確認された。

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、上記のような接触圧ｆの付与により、転写ニップを形成するための押圧力の付与は必要ない。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になる。したがって、画像転写搬送手段との摺動抵抗が少なく、互いの寿命が向上できるばかりでなく、安価に構成できる。

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する。このようにすると、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との接触部には、容易に略同一のニップが形成され、その接触部の接触圧力も略同一に構成される。

一方、像担持体１７とそれに接触して駆動される画像転写搬送手段１８において、接触部の移動周速度は双方一致しているのが好ましい状態であるが、量産形態の中では、像担持体１７の外径や偏心または駆動手段の偏心等のバラツキ、画像転写搬送手段１８の駆動ローラ１２径、あるいは駆動手段等のバラツキによって完全に等速に設定することは現実的ではない。

そこで、これらのバラツキを勘案したとき、像担持体１７の移動速度に対して画像転写搬送手段１８の移動速度が相対的に速くなったり遅くなったりしてバラツクことになり、転写諸条件を設定する上で好ましくない。むしろ、相対速度は、像担持体１７に対していずれか一方にシフトした相対速度差を設けることが好ましい。しかしながら、極端な速度差を設けると、像担持体１７によって搬送されるトナー像が画像転写搬送手段１８に転写される時にこのトナー像の位置にズレが生じて画像乱れが発生するので、極力小さな速度差を設けることが好ましい。

上記の内容によって生じる速度差を、複数の像担持体１７に対していずれか一方にシフトした相対速度差に設定する場合に量産上からの実力及び画像乱れの限界を勘案すると、その速度差は、像担持体１７の移動速度に対する画像転写搬送手段１８の速度は、±（方向）３±（バラツキ）２％程度に構成することが好ましい。

また、像担持体１７の移動速度と画像転写搬送手段１８の移動速度が等速の場合は、トナー像は転写バイアスの電気エネルギー作用によって転写されるが、上記の速度差を設けた場合には、電気エネルギー作用に加えて機械的なかきとり作用も付加されて転写効率が向上するので、像担持体１７の転写残りトナーをクリーニングする工程を廃止または簡略化することが可能となる。

さらに、像担持体１７の移動速度と画像転写搬送手段１８の移動速度に相対的な速度差を設けると、可撓性を有する画像転写搬送手段１８の駆動ローラ１２間または像担持体１７への当接ニップ間に弛みが発生して好ましくない。そこで、像担持体１７に対して画像転写搬送手段１８の速度を速い方向にシフトする場合には、画像転写搬送手段１８の駆動ローラ１２を下流側に配置し、像担持体１７に対して画像転写搬送手段１８の速度を遅い方向にシフトする場合には画像転写搬送手段１８の駆動ローラ１２を上流側に配置して構成すると、上記弛み発生が防止可能になり、好ましい転写条件設定ができる。

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。

上記構成からなる露光手段Ｗにおいては、ポリゴンミラー２１ｂから各色に対応した画像信号が、共通のデータクロック周波数に基づいて変調形成されたレーザビームで射出され、ｆ−θレンズ２２、反射ミラー２４を経て、各画像形成ステーションＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの像担持体１７に照射され、潜像が形成される。反射ミラー２４を設けることにより走査光路を屈曲させ、ケースの高さを低くすることが可能となり光学系Ｂのコンパクト化が可能となる。しかも、各画像形成ステーションＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの像担持体１７への走査光路長は同一の長さになるように反射ミラー２４が配置されている。このように各画像形成ユニットＤに対する露光手段Ｗのポリゴンミラー２１ｂから像担持体１７までの光路の長さ（光路長）が略同一の長さになるように構成することにより、各光路で走査された光ビームの走査幅も略同一になり、画像信号の形成にも特別な構成を必要としない。したがって、レーザ光源２３は、それぞれ異なる画像信号によってそれぞれ異なった色の画像に対応して変調されるにも関わらず、共通のデータクロック周波数に基づいて変調形成可能であり、共通の反射面を用いるため副走査方向の相対差から生じる色ずれを防止し、構造が簡単で安価なカラー画像形成装置を構成できる。

また、本実施形態においては、装置下方に走査光学系Ｂを配置することにより、画像形成手段の駆動系が装置を支持するフレームへ与える振動による走査光学系Ｂの振動を最小限にすることができ、画質の劣化を防止することができる。とくに、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することができ、画質の劣化を防止することができる。また、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ことができる。

本実施形態においては、各画像ステーションＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋが斜め方向に配設され、かつ像担持体１７が斜めアーチ状のラインに沿って上向きに並列配置されて、画像転写搬送手段１８の搬送方向下向きのベルト面１８ａに接触される関係上、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。

シート材に２次転写された２次画像（未定着トナー像）は、定着手段４０の形成するニップ部で所定の温度で定着される。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。

本実施形態においては、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。また、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。

また、本実施形態においては、球形化されたトナーを用いることにより、１次転写効率を高め（略１００％）、各像担持体１７には、１次転写残りトナーを回収するクリーニング手段を設置していない。これにより、３０ｍｍ径以下の感光体ドラムからなる各像担持体１７を近接して配置することが可能となり、装置を小型化することができる。

また、クリーニング手段を設置しないことに伴い、帯電手段としてはコロナ帯電手段１９を採用している。帯電手段がローラである場合は、微量ではあるが像担持体１７上に存在する１次転写残りトナーがローラ上に堆積して帯電不良が発生するが、非接触帯電手段であるコロナ帯電手段１９はトナーが付着しにくく、帯電不良の発生を防ぐことができる。

また、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。

以上のような画像形成装置全体の作動の概要は次の通りである。
（１）図示しないホストコンピュータ等（パーソナルコンピュータ等）からの印字指令信号（画像形成信号）が画像形成装置１０の制御ユニットに入力されると、各画像形成ステーションＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの像担持体１７、現像手段２０の各ローラ、および画像転写搬送手段１８が回転駆動される。
（２）像担持体１７の外周面が帯電手段１９によって一様に帯電される。
（３）各画像形成ステーションＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋにおいて一様に帯電した像担持体１７の外周面に、露光ユニットＷによって各色の画像情報に応じた選択的な露光がなされ、各色用の静電潜像が形成される。
（４）それぞれの像担持体１７に形成された静電潜像が現像手段２０によりトナー像が現像される。
（５）画像転写搬送手段１８の１次転写部材１６には、トナーの帯電極性と逆極性の一次転写電圧が印加され、像担持体１７上に形成されたトナー像が一次転写部において画像転写搬送手段１８の移動に伴って順次、画像転写搬送手段１８上に重ねて転写される。
（６）この１次画像を１次転写した画像転写搬送手段１８の移動に同期して、給紙カセット３５に収納された記録媒体が、レジストローラ対３７を経て２次転写ローラ３９に給送される。
（７）１次転写画像は、２次転写部位で記録媒体と同期合流し、図示省略した押圧機構によって画像転写搬送手段１８の駆動ローラ１２に向かって押圧された２次転写ローラ３９で、１次転写画像とは逆極性のバイアスが印加され、画像転写搬送手段１８上に形成された１次転写画像は、同期給送された記録媒体に２次転写される。
（８）２次転写に於ける転写残りのトナーは、従動ローラ１３方向へと搬送されて、このローラ１３に対向して配置したクリーニング手段１５によって掻き取られ、そして、画像転写搬送手段１８はリフレッシュされて再び上記サイクルの繰り返しを可能にされる。
（９）記録媒体が定着手段４０を通過することによって記録媒体上のトナー像が定着し、その後、記録媒体が所定の位置に向け（両面印刷でない場合には排紙トレイ１０ｃに向け、両面印刷の場合には両面プリント用搬送路４２に向け）搬送される。

本発明に係る定着装置の模式的断面図である。 本発明に係る定着装置が第1の配置の状態にあるときの模式的断面図である。 本発明に係る定着装置が第２の配置の状態にあるときの模式的断面図である。 本発明に係る定着装置におけるニップ内の圧力分布を示す図である。 本発明に係る定着装置が搭載された画像形成装置の１実施の形態を示す全体構成の模式的断面図である。 従来の２ローラ方式の定着装置におけるニップ内の圧力分布を示す図である。

符号の説明

１・・・定着ローラ、１ａ・・・ハロゲンランプ、２・・・加圧ローラ、３・・・ベルト、４・・・
ベルト張架部材、５・・・シート材、５ａ・・・未定着トナー像、６・・・ガイド部材、７・・・剥離部材

Claims (12)

1. 加熱源を内蔵した定着ローラと、該定着ローラに押圧する加圧ローラと、該加圧ローラの外周に捲着され前記定着ローラとの間に挟持されて移動するベルトと、該ベルトを張架する張架部材とを備え、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おいて、
   シート材の種類に応じて、該加圧ローラと該張架部材とが移動することにより、
   該定着ローラと該加圧ローラと該張架部材との相対的位置関係が変更可能に構成されていることを特徴とする定着装置。
2. 該加圧ローラと該張架部材とは、シート材が普通紙であるときには第1の配置をとり、シート材が封筒であるときには第2の配置をとることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 該第1の配置では、ニップ領域に生じる押圧力が、該定着ローラと該加圧ローラ間の押圧力、及び、該定着ローラと該ベルト間の押圧力とで形成されていることを特徴とする請求項２記載の定着装置。
4. 該第2の配置では、ニップ領域に生じる押圧力が、該定着ローラと該ベルト間の押圧力のみで形成されていることを特徴とする請求項２記載の定着装置。
5. 該加圧ローラと該張架部材とが該第1の配置から該第2の配置へと移動する際には、該加圧ローラは該定着ローラから離れ、該張架部材は該定着ローラに近づくように移動することを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の定着装置。
6. 該第1の配置におけるニップ領域の面積と該第2の配置におけるニップ領域の面積とは略同一であることを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれかに記載の定着装置。
7. 該加圧ローラと該張架部材とが該第1の配置から該第2の配置へと移動する際には、シート材をニップ領域に導く用紙ガイドが連動して移動することを特徴とする請求項２乃至請求項６のいずれかに記載の定着装置。
8. 該加圧ローラと該張架部材とが該第1の配置から該第2の配置へと移動する際には、該用紙ガイドは、該定着ローラに近づくように移動することを特徴とする請求項７記載の定着装置。
9. 該第1の配置と該第2の配置との変更はレバー操作による手動動力にて行うことを特徴とする請求項２乃至請求項８のいずれかに記載の定着装置。
10. 該第1の配置と該第2の配置との変更はソレノイドの動力にて行う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。
11. 該張架部材は、固定部材であることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の定着装置。
12. 請求項１乃至請求項１１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。
    

Images