JP2011191376A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウォーミングアップ直後と、連続定着処理時とで、安定した画質を得ることができる定着装置を提供する。
【解決手段】定着ベルトと、これを自らの周面に掛け回して加熱する加熱ローラ１５３と、定着ベルト１５１のループ外側で回転しながら、ベルトおもて面に当接して定着ニップを形成する加圧ローラ１５４と、ベルトループ内における定着ニップの裏側で定着ベルト１５１を自らの周面に掛け回して回転するニップ裏側ローラ１５２とを有する定着装置１５０において、ニップ裏側ローラ１５２の径の変化を検知する距離センサ１５５と、これによる検知結果に基づいて偏心カム１５７を回転させてベルト張力を変更することで定着ニップの長さの安定化を図るニップ変更手段とを設けた。
【選択図】図３

Description

本発明は、無端状のベルト部材を加熱ローラ等の加熱手段で加熱しながら、加熱したベルト部材とニップ形成回転部材との当接による定着ニップ内で記録シートに対してトナー像の定着処理を施す定着装置及びこれを用いる画像形成装置に関するものである。

従来より、記録シートに対してトナー像の定着処理を施す定着装置として、ローラ定着方式のものが広く知られている。ローラ定着方式では、定着ローラと加圧ローラとの当接によって定着ニップを形成する。そして、その定着ニップに挟み込んだ記録シートを加熱及び加圧して、シート表面にトナー像を定着せしめる。定着ローラとしては、中空の芯金の周面上にゴム等の弾性体からなる弾性ローラ部を形成したものを用いている。その芯金の中には、ハロゲンランプ等の発熱源を配設しており、その発熱源の発熱で定着ローラを熱している。このような定着ローラを用いるローラ定着方式では、発熱源に対して電源を供給してから、定着ローラの弾性ローラ部を所望の温度まで昇温せしめるまでのいわゆるウォーミングアップ時間が長時間になってしまうという不具合があった。

そこで、近年においては、例えば特許文献１に記載のような、ベルト定着方式の定着装置を採用することが多くなってきた。ベルト定着方式の定着装置は、複数のローラに掛け回されて張架された状態で無端移動せしめられる無端状の定着ベルトと、これに当接して定着ニップを形成している加圧ローラとを有している。定着ベルトのループ内には、少なくとも、ループ外の加圧ローラとの間に定着ベルトを挟み込むニップ裏側ローラと、定着ベルトを加熱しながら回転する加熱ローラとを具備している。この加熱ローラは、熱容量の小さい中空で薄厚の金属ローラからなるものであるため、その内部の発熱源に対して電源が供給されると、所定の温度まで迅速に昇温することが可能である。また、定着ベルトは、ローラ定着方式の定着ローラにおける弾性ローラ部よりも遙かに厚みの薄いシート状のものであるため、加熱ローラからの熱伝導によって迅速に所定の温度まで昇温することが可能である。これらの結果、ローラ定着方式に比べて、ウォーミングアップ時間を大幅に短縮することができる。

しかしながら、ニップ裏側ローラあるいは加圧ローラを昇温させていない状態で定着処理を行うときと、昇温させた状態で定着処理を行うときとで、定着性に差を発生させてしまうという問題があった。具体的には、ベルト定着方式においては、定着ニップに柔軟性をもたせて定着ベルトを記録シートに良好に密着させる狙いから、ニップ裏側ローラ、あるいは加圧ローラとして、肉厚の弾性層を具備する弾性ローラからなるものを用いる。そして、ニップ裏側ローラと加圧ローラとのうち、弾性ローラからなる方に対して、他方を定着ベルトとともに食い込ませて定着ニップを形成している。また、ベルト定着方式においては、ウォーミングアップ中の加熱ローラの熱を定着ベルトで無駄に奪ってしまうことを回避する狙いから、ウォーミングアップ中には定着ベルトの駆動を停止させているのが一般的である。このため、ウォーミングアップが終了した時点では、定着ベルトの周方向における全域のうち、加熱ローラに対する掛け回し箇所だけを加熱した状態になっている。そして、定着処理を開始する直前に定着ベルトの駆動を開始して、定着ベルトにおける加熱済みの箇所を定着ニップ内に進入させる。定着ニップでは、定着ベルトから記録シートへと熱が奪われるため、２〜３枚の記録シートに対して定着処理を行ったくらいでは、定着ニップの位置においてニップ裏側ローラや加圧ローラを殆ど昇温させない。しかしながら、数十枚程度の比較的多量の記録シートに対して連続して定着処理を施すときには、ニップ裏側ローラや加圧ローラを徐々に昇温させていく。すると、弾性ローラからなるニップ裏側ローラ又は加圧ローラの径が昇温とともに増加していく。これにより、ニップ長さやニップ圧が変化することから、定着性能に差が生じてしまう。例えば、昇温していない状態の弾性ローラ（ニップ裏側ローラ又は加圧ローラ）の径に合わせて定着温度等を設定したとする。すると、多量定着処理において昇温によって弾性ローラの径を増加させたときに、ニップ長さを大きくしたり、ニップ圧を増加させたりして、画像につぶれを発生させたり、白抜けを発生させたりし易くなってしまう。一方、昇温している状態の弾性ローラの径に合わせて定着温度等を設定したとする。すると、少量定着処理では、弾性ローラが昇温しておらず、昇温している状態に比べて径が小さくなっていることから、ニップ長さやニップ圧が不足して、良好な定着性能が得られなくなってしまう。

本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、次のような定着装置及びこれを用いる画像形成装置を提供することである。即ち、ニップ裏側ローラ等のニップ裏側回転体、あるいは加圧ローラ等のニップ形成回転体を、昇温させていない状態と、昇温させている状態とで、同様の定着性を発揮することができる定着装置等である。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、無端移動する無端状のベルト部材と、前記ベルト部材のループ外側で回転しながら、前記ベルト部材のおもて面に当接して定着ニップを形成するニップ形成回転部材と、前記ベルト部材のループ内側における前記定着ニップの裏側で、前記ベルト部材を自らの周面に掛け回して回転するニップ裏側回転部材と、前記ベルト部材を、前記ニップ裏側回転部材に対する掛け回し位置とは異なる位置で加熱する加熱手段とを有し、前記定着ニップ内に挟み込んだ記録シートを前記定着ニップ内で加熱及び加圧して前記記録シートに対してトナー像の定着処理を施す定着装置において、前記ニップ形成回転部材及びニップ裏側回転部材のうち、少なくとも何れか一方の径の変化を検知する径変化検知手段と、前記径変化検知手段による検知結果に基づいて前記定着ニップの長さ又はニップ圧を変更するニップ変更手段とを設けたことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の定着装置において、前記ニップ変更手段として、前記ベルト部材の張力を変更することで、前記定着ニップの長さ又はニップ圧を変更するものを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１の定着装置において、前記ニップ変更手段として、前記ニップ裏側回転部材に向けての前記ニップ形成回転部材の押圧力、を変更することで、前記定着ニップの長さ又はニップ圧を変更するものを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、記録シートにトナー像を形成するトナー像形成手段と、トナー像が形成された記録シートに対してそのトナー像の定着処理を施す定着手段とを備える画像形成装置において、前記定着手段として、請求項１乃至３の何れかの定着装置を用いたことを特徴とするものである。

これらの発明において、ニップ裏側回転部材あるいはニップ形成回転部材は、昇温していない状態から昇温している状態になると、それに伴って径を増加させてしまうことで、定着ニップの長さやニップ圧を増加させる。ニップ変更手段は、径変化検知手段によってニップ裏側回転部材あるいはニップ形成回転部材の径の増加が検知されると、定着ニップの長さやニップ圧を減少させて径増加前とほぼ同じ値に戻す。一方、ニップ裏側回転部材あるいはニップ形成回転部材は、昇温している状態から昇温していない状態になると、それに伴って径を減少させてしまうことで、定着ニップの長さやニップ圧を減少させる。ニップ変更手段は、径変化検知手段によってニップ裏側回転部材あるいはニップ形成回転部材の径の減少が検知されると、定着ニップの長さやニップ圧を増加させて径減少前とほぼ同じ値に戻す。これらの結果、ニップ裏側回転体あるいはニップ形成回転体を昇温させていない状態と、昇温させている状態とで、ニップ長さやニップ圧をほぼ同様の値にして、同様の定着性を発揮することができる。

実施形態に係る複写機を示す概略構成図。 同複写機の感光体とその周辺構成を示す拡大構成図。 同複写機の定着装置を示す拡大構成図。 ニップ裏側ローラの弾性層の半径増加量［ｍｍ］と、ニップ長さとの関係を示すグラフ。 定着ベルトの張力と、ニップ長さとの関係を示すグラフ。 加圧ローラをニップ裏側ローラに向けて加圧する加圧力と、定着ニップの長さとの関係を示すグラフ。

以下、本発明を、画像形成装置としての電子写真方式の複写機（以下、単に複写機という）に適用した一実施形態について説明する。
まず、実施形態に係る複写機の基本的な構成について説明する。図１は、実施形態に係る複写機を示す概略構成図である。同図において、この複写機は、原稿読取部１と、原稿自動供給部２と、プリンタ部３と、給紙部４とを備えている。

原稿自動供給部２は、その上面に載置された図示しない原稿を後述のコンタクトガラス５上に自動で供給するものである。

原稿読取部１は、図示しない原稿の画像を読み取るためのものである。ユーザーの手作業により、原稿読取部１の上部に固設されたコンタクトガラス５上に原稿が置かれた状態で図示しないスタートスイッチが操作されると、原稿読取部１による原稿読取が直ちに開始される。また、原稿自動供給部２上に原稿が置かれた状態でスタートスイッチが操作されると、その原稿がコンタクトガラス５上に自動給紙された後、原稿読取部１による原稿読取が開始される。読取開始により、コンタクトガラス５上に置かれた原稿は図中右方向へ移動する光源６によって光照明される。原稿からの反射光像は、第１ミラー７、第２ミラー８で順次反射する。そして、結像レンズ９を経た後、反射光像を読み取るためのＣＣＤ等からなるイメージセンサ１０に検知されて画像情報が読み取られる。

プリンタ部３は、記録シートＳ上に可視像としてのトナー像を形成するためのもので、光書込ユニット１１や感光体１２を備えている。また、潜像担持体たる感光体１２の周囲に、帯電装置１３、現像装置１００、転写搬送ユニット１４、ドラムクリーニング装置１５、除電器１６などを備えている。更には、定着装置１５０、反転排紙ユニット１８、レジストローラ対１９なども備えている。上記スタートスイッチが操作されると、図示しない駆動手段による感光体１２の回転駆動が開始される。

光書込ユニット１１は、原稿読取部１で読み取られた画像信号に基づいてレーザ光Ｌを光変調して、ドラム状の感光体１２を露光する。具体的には、レーザダイオード等からなる光源２０からレーザ光Ｌを発する。このレーザ光Ｌは、ポリゴンモータ２１によって回転駆動される回転多面鏡２２上で主走査方向（感光体１２の軸線方向）に偏向せしめられながら、ｆθレンズなどからなる走査結像用のレンズ系２３を通る。そして、ミラー２４、レンズ２５を経て、回転駆動されている感光体１２上に到達してその表面に静電潜像を走査する。

転写搬送ユニット１４は、転写搬送ベルトを複数の張架ローラによってテンション張架しながら無端移動せしめながら、潜像担持体たる感光体１２の周面に当接させて転写ニップを形成している。また、転写ニップにおける転写搬送ベルト裏面（フープ内周面）に図示しない転写バイアスローラを当接させている。この転写バイアスローラには図示しない電源によって転写バイアスが印加されており、この印加によって転写ニップに転写電界が形成される。

光書込ユニット１１による露光で感光体１２上に形成された静電潜像は、現像装置１００によって現像されてトナー像となった後、上記転写ニップに進入する。一方、レジストローラ対１９は、上記スタートスイッチの操作に基づいて後述の給紙部４から送られてくる記録シートＳをローラ間に挟み込む。そして、記録シートＳを転写ニップにて感光体１２上のトナー像に重ね合わせ得るタイミングで送り出す。この送り出しにより、転写ニップでは感光体１２上のトナー像が記録シートＳに密着せしめられる。そして、転写電界やニップ圧の影響を受けて、ドラム表面から記録シート表面に転写される。転写ニップを通過した記録シートＳは、転写搬送ユニット１４の転写搬送ベルトによって定着装置１５０内に送られる。定着装置１５０は、送られてきた記録シートＳを後述する定着ベルトと加圧ローラとの当接による定着ニップに挟み込む。そして、定着ニップ内で記録シートＳを加熱及び加圧して、シートにトナー像を定着せしめる。定着装置１５０内を通過した記録シートＳは、反転排紙ユニット１８に送られる。

反転排紙ユニット１８は、送られてきた記録シートＳを排出路１８ａに通して機外の図示しない排紙トレイに排紙する。但し、両面コピーモードがユーザーによって選択されている場合には、記録シートを反転部１８ｂに通して裏表反転させた後、上記レジストローラ対１９に向けて搬送する。これにより、その記録シートＳはレジストローラ対１９から上記転写ニップに向けて再び送られ、先にトナー像が転写された面とは反対側の面に、新たなトナー像が転写される。

ドラムクリーニング装置１５は、上記転写ニップを通過した後の感光体１２表面に付着している転写残トナーをクリーニングする。クリーニング後の感光体１２表面は、除電器１６によって除電された後、上記帯電装置１３によって一様帯電せしめられて次の画像形成に備える。

給紙部４は、多段配設された３つの給紙カセット２６，２７，２８を備えており、それぞれに複数枚の記録シートＳを収容している。また、複数組の搬送ローラ対３２を有する給紙路３３も備えている。給紙カセット２６，２７，２８は、内部に収容している記録シートＳの最上紙に給紙ローラ２６ａ，２７ａ，２８ａを押し当てており、その回転駆動によって最上紙を給紙路３３に向けて送り出す。上記スタートスイッチが操作されると、何れか１つの給紙カセットから給紙路３３に記録シートＳが送り出されるのである。給紙路３３は、受け取った記録シートＳを複数組の搬送ローラ対３２によってプリンタ部のレジストローラ１９に向けて給紙する。

図２は、感光体１２とその周辺構成を示す拡大構成図である。同図において、感光体１２の側方に配設された現像装置１００は、トナー現像器１０１と、これに着脱可能なトナー補給器１０２とから主に構成されている。

トナー補給器１０２は、アジテータ１１１、歯車状のトナー補給ローラ１１２、補給規制板１１３等を有しており、内部に収容しているトナーをアジテータ１１１の回転駆動によってほぐしながら、トナー補給ローラ１１２に送る。送られたトナーは、図示しない駆動系によって回転せしめられるトナー補給ローラ１１２に連れ回りながら補給規制板１１３によってローラ上での厚みが規制された後、現像器１０１内に補給される。

現像装置としての現像器１０１は、トナーと磁性キャリアとを含有する現像剤を収容している。そして、第１現像ロール１０３、第２現像ロール１０４、撹拌パドル１０５、多重円盤部材１０６、規制ブレード１０７、搬送スクリュウ１０８、トナー濃度センサ（以下、Ｔセンサという）１０９等を有している。また、第１現像ロール１０３の側方に配設されたセパレータ１１０も有している。現像器１０１内には、トナーと磁性キャリアとを含有する現像剤が収容されている。トナー補給器１０２から現像器１０１内に補給されたトナーは、図示しない駆動系によって回転駆動される多重円盤部材１０６上に落下する。多重円盤部材１０６は、落下してくるトナーを現像剤と混合攪拌しながら、撹拌パドル１０５に向けて送る。この際、新たに補給されたトナーが磁性キャリアや多重円盤部材１０６などとの摺擦によって摩擦帯電せしめられる。

図示しない駆動系によって図中反時計回りに回転駆動される撹拌パドル１０５は、器内の現像剤を攪拌しながら、第１現像ロール１０３、第２現像ロール１０４に向けて搬送する。第１現像ロール１０３は、図示しない駆動系によって図中反時計回りに回転駆動される非磁性の現像スリーブ１０３ａと、これに連れ回らないようにスリーブ内部に固定された磁力発生手段たるマグネットローラ１０３ｂとを有している。また、第２現像ロール１０４も、同様の現像スリーブ１０４ａとマグネットローラ１０４ｂとを有している。現像剤担持体たる第１現像ロール１０３、第２現像ロール１０４は、それぞれ、現像器１０１のケーシング１０１ａに設けられた開口から周面の一部を露出させて感光体１２に対面させるように配設されている。そして、図示しない駆動手段によって回転駆動せしめられる。第２現像ロール１０４の配設位置は、第１現像ロール１０３よりも感光体１２の表面移動方向下流側になっている。

第１現像ロール１０３は、現像剤搬送手段たる撹拌パドル１０５から送られてくる現像剤を、マグネットローラ１０３ｂの発する磁力によって現像スリーブ１０３ａの表面に担持する。担持された現像剤は、現像スリーブ１０３ａとともに連れ回り、第１現像ロール１０３と所定の間隙を保持するように配設された規制ブレード１０７によってスリーブ上の層厚が規制される。そして、規制に伴って内部のトナーの摩擦帯電が助長された後、感光体１２との対面位置にある現像領域まで搬送される。現像スリーブ１０３ａには図示しない電源により、トナーの正規帯電極性と同極性である負極性の現像バイアスが印加されている。この印加により、現像領域では、現像スリーブ１０３ａと感光体１２の静電潜像との間において、トナーをスリーブ側からドラム側に静電移動させる現像ポテンシャルが作用する。また、現像スリーブ１０３ａと感光体１２の非画像部（非潜像部分）との間において、トナーをドラム側からスリーブ側に静電移動させる非現像ポテンシャルが作用する。よって、現像領域まで搬送された現像剤は、トナーを感光体１２の静電潜像だけに付着させて、静電潜像をトナー像に現像する。第１現像ロール１０３の現像スリーブ１０３ａとの連れ回りに伴ってスリーブ下側近傍に達した現像剤は、第２現像ロール１０４の現像スリーブ１０４ａ上に受け渡された後、これとの連れ回りによって引き続き現像に寄与してから、現像器１０１内に回収される。このように現像部材たる第１現像ロール１０３と、第２現像ロール１０４とが設けられていることにより、現像部材が１つだけの場合に比べて現像領域が広がって現像能力が高まっている。

第１現像ロール１０３の現像スリーブ１０３ａに担持された現像剤は、規制ブレード１０７によってスリーブ上の層厚が規制される。この規制により、規制ブレード１０７よりもスリーブ回転方向上流側には、現像スリーブ１０３ａとの連れ回りを阻止された現像剤が滞留する。そして、後続の現像剤に押されることで、第１現像ロール１０３の側方に配設されたセパレータ１１０の上に溢れる。溢れた現像剤は、セパレータ１１０上面の傾斜に沿って移動することで、搬送スクリュウ１０８に向けて案内される。搬送スクリュウ１０８は、案内されてくる現像剤をその軸線方向（図中奥行き方向）に向けて攪拌搬送する。これにより、現像剤のいわゆる横搬送が行われる。この横攪拌に対し、撹拌パドル１０５は、現像剤をその回転周方向に搬送しながらかき回すいわゆる縦搬送を行う。なお、搬送スクリュウ１０８は、現像剤を横攪拌しながら、多重円盤部材１０６上に落下させる。この落下により、現像器内における現像剤の縦循環が実現している。

多重円盤部材１０６の下側には、Ｔセンサ１０９が配設されており、多重円盤部材１０６によって攪拌搬送される現像剤の透磁率に応じた信号を図示しない制御部に出力する。現像剤のトナー濃度は、透磁率と相関するため、Ｔセンサ１０９は結果として現像剤のトナー濃度を検知していることになる。上記制御部は、Ｔセンサ１０９からの出力信号を、所定の目標値に近づけるようにトナー補給器１０２を適宜動作させることで、現像に伴ってトナー濃度を低下させた現像剤のトナー濃度を回復させる。

本複写機は、所定の印刷枚数毎に、感光体１２上に所定の基準濃度パッチ用の潜像を光書込し、これを所定の現像ポテンシャルの条件下で現像して基準濃度パッチを得る。そして、この基準濃度パッチに対する単位面積あたりのトナー付着量を図示しない反射型フォトセンサによって検知し、その結果に基づいて、Ｔセンサ１０９からの出力目標値、即ち、トナー濃度の制御目標値を決定する。具体的には、基準濃度パッチが存在しない無垢の感光体表面の光反射率を予め反射型フォトセンサによって検知しておき、その検知結果と、基準濃度パッチに対する検知結果との差に基づいて、Ｔセンサ１０９からの出力目標値を決定するようになっている。

上記転写ニップを通過した感光体１２の表面には、転写残トナーが付着している。この転写残トナーは、ドラムクリーニング装置１５のクリーニングブレード１５ａやクリーニングブラシ１５ｂによって掻き取られて回収タンク１５ｃ内に収容される。そして、回収スクリュウ１５ｃによってドラムクリーニング装置１５の側面に向けて搬送された後、クリーニング装置外部の図示しない廃トナータンクに回収される。

なお、感光体１２、帯電装置１３、現像装置１００及びドラムクリーニング装置１５は、互いに図示しない共通の保持体に保持されて画像形成装置本体に対して一体的に着脱されるプロセスユニットを構成している。

次に、複写機における特徴的な構成について説明する。
図３は、実施形態に係る複写機の定着装置１５０を示す拡大構成図である。定着装置１５０は、定着ベルト１５１、ニップ裏側ローラ１５２、加熱ローラ１５３、加圧ローラ１５４、距離センサ１５５、テンション付与バネ１５６、偏心カム１５７、加圧バネ１５９などを有している。

無端移動する無端状のベルト部材としての定着ベルト１５１は、そのループ内側に配設されたニップ裏側ローラ１５２の図中時計回り方向の回転駆動に伴って、図中時計回り方向に無端移動せしめられる。また、定着ベルト１５１のループ内側に配設され、自らの周面に掛け回している加熱手段としての加熱ローラ１５３は、ハロゲンランプ等の図示しない発熱源を内包している。そして、定着ベルト１５１を自らに対する掛け回し位置で加熱する。定着ベルト１５１のループ外側に配設されて回転駆動されるニップ形成回転部材としての加圧ローラ１５４は、定着ベルト１５１の周方向における全領域のうち、後述するニップ裏側ローラ１５２に対する掛け回し箇所にベルトおもて面側から当接して定着ニップを形成する。また、定着ベルト１５１のループ内側における定着ニップの裏側で、定着ベルト１５１を自らの周面に掛け回して回転するニップ裏側回転部材としてのニップ裏側ローラ１５２は、ループ外側の加圧ローラ１５４との間に定着ベルト１５１を挟み込んでいる。

定着ベルト１５１は、樹脂材料からなるベース層の上（ベルトおもて面側）に、弾性層、離型促進層が順次積層された多層構造の無端ベルトからなる。前記弾性層は、フッ素ゴム、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム等の弾性材料からなる層である。また、前記離型促進層は、ＰＦＡ（４フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ＰＥＳ（ポリエーテルサルファイド）、等の材料からなる層である。この離型促進層が、トナーに対して良好な離型性を発揮することで、トナーを定着ベルト表面に転移させてしまういわゆるホットオフセットの発生を抑えている。

自らの表面に定着ベルト１５１を掛け回している加熱ローラ１５３は、図示しない軸受けによって従動回転可能に支持されている。そして、金属材料からなる薄肉の円筒体を基材とし、その円筒体の内部には図示しないヒータを具備している。ヒータは、ハロゲンヒータやカーボンヒータからなり、加熱ローラ１５３に連れ回らないように、その長手方向の両端部がそれぞれ定着装置１５０の側板に固定されている。ヒータからの輻射熱によって加熱された加熱ローラ１５３は、定着ベルト１５１を自らに対する掛け回し位置で加熱する。加熱ローラ１５３のヒータに対する電源供給を入切する図示しない定着温度制御部は、定着ベルト１５１表面に対向する図示しない温度センサからの出力に基づいて、定着ベルト１５１の表面温度を所定の定着温度範囲内に維持するように、ヒータに対する電源供給を制御する。

加熱ローラ１５３を回転自在に受ける図示しない軸受けは、定着装置１５０の側板によってスライド移動可能に支持されながら、テンション付与バネ１５６によってベルトループ外側に向けて付勢されている。そして、軸受けによって支持される加熱ローラ１５３は、軸受けを介してテンション付与バネ１５６によってベルトループ外側に向けて付勢される。これにより、定着ベルト１５１は、所定のテンションをもって張架される。つまり、加熱ローラ１５３は、定着ベルト１５１にテンションを付与するテンションローラとしても機能している。

ベルトループ内側で自らの表面に定着ベルト１５１を掛け回しているニップ裏側ローラ１５２は、定着ニップに柔軟性をもたせて記録シートＳと定着ベルト１５１との密着性を高める狙いから、ステンレス等の芯金からなるローラ基材の表面上に弾性体からなる弾性層が被覆されている。この弾性層は、良好な弾性を発揮させる狙いから肉厚に構成されている。弾性層の材料としては、フッ素ゴム、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム等を例示することができる。このニップ裏側ローラ１５２は、図示しない駆動手段によって図中時計回り方向に回転駆動されるのに伴って、定着ベルト１５１を図中時計回り方向に無端移動させる。

加圧ローラ１５４は、芯金と、これの外周面上に固定された弾性層とを有している。弾性層は、定着ベルト１５１のスリップを防止するために設けられるものであり、ニップ裏側ローラ１５２の弾性層よりもかなり薄厚になっている。フッ素ゴム、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム等の材料からなる層である。弾性層の表層にＰＦＡ等からなる薄い離型層を設けてもよい。

加圧ローラ１５４を回転可能に支持する図示しない軸受けは、定着装置１５０の側板によってスライド移動可能に支持されながら、加圧バネ１５９によってニップ裏側ローラ１５２に向けて付勢されている。そして、軸受けによって支持される加圧ローラ１５４は、軸受けを介して加圧バネ１５９によってニップ裏側ローラ１５２に向けて付勢される。これにより、加圧ローラ１５４は、定着ベルト１５１の表面に当接して定着ニップを形成しつつ、ニップ裏側ローラ１５２に食い込んでいる。加圧ローラ１５４の弾性層が非常に薄厚であるため、ニップ裏側ローラ１５２の肉厚の弾性層に加圧ローラ１５４が食い込むのである。

上述した加熱ローラ１５３は、熱容量の小さい中空で薄厚の金属ローラをローラ基材としているため、その内部のヒータに対して電源が供給されると、所定の温度まで迅速に昇温することが可能である。また、定着ベルト１５１は非常に厚みが薄いため、加熱ローラ１５３からの熱伝導によって迅速に所定の温度まで昇温することが可能である。これらの結果、ウォーミングアップ時間を大幅に短縮することができる。

定着ニップの入口付近には、距離センサ１５５が配設されている。この距離センサ１５５は、定着ベルト１５１における周方向の全領域のうち、ニップ裏側ローラ１５２に対する掛け回し箇所に対してベルトおもて面側から所定の間隙を介して対向している。そして、自らと、定着ベルト１５１との距離を検知することで、ニップ裏側ローラ１５２の径の変化を検知することができる。つまり、距離センサ１５５は、加圧ローラ１５４とニップ裏側ローラ１５２とのうち、何れか一方であるニップ裏側ローラ１５２の径の変化を検知する径変化検知手段として機能している。かかる距離センサ１５５としては、レーザ変位計からなるものを例示することができる。

加圧ローラ１５４の金属製の回転軸部材には、軸間距離調整板１５８が空転可能に係合している。この軸間距離調整板１５８の先端には半円状の窪みが形成しており、この窪みはニップ裏側ローラ１５２の回転軸部材にピッタリと係合するようになっている。加圧ローラ１５４とともに加圧バネ１５９によってニップ裏側ローラ１５２に向けて付勢される軸間距離調整板１５８は、その先端をニップ裏側ローラ１５２の回転軸部材に突き当てることで、ニップ裏側ローラ１５２と加圧ローラ１５４との軸間距離を一定に維持する。

ニップ裏側ローラ１５２のローラ部に設けられた肉厚の弾性層は、線膨張係率が２．５〜４．０（×１０^−４／℃）程度であり、これは金属に比べて大きな値である。このため、弾性層は、定着ニップで定着ベルト１５１からの熱が伝わって昇温するのに伴って径を増加させるが、その増加率は比較的大きなものとなる。

図４は、ニップ裏側ローラ１５２の弾性層の半径増加量［ｍｍ］と、ニップ長さとの関係を示すグラフである。このグラフは、直径＝５２［ｍｍ］、半径方向の厚み＝１５ｍｍ、ローラ軸上におけるアスカーＣ硬度＝４５［Ｈｓ］のシリコーンゴムからなる弾性層を具備するニップ裏側ローラ１５２の同関係の一例を示している。図示のように、ニップ裏側ローラ１５２の弾性層の半径が増加するのに伴って、ニップ長さ（ベルト移動方向の長さ）が増大する。よって、ニップ裏側ローラ１５２を殆ど昇温させていないウォーミングアップ直後に比べて、数十枚の連続定着処理を実施してニップ裏側ローラ１５２の弾性層を昇温させている状態では、ニップ長さが大きくなる。これにより、画像のつぶれやホットオフセットを発生させてしまうおそれがでてくる。

図５は、定着ベルト１５１の張力と、ニップ長さとの関係を示すグラフである。図示のように定着ベルト１５１の張力が増加するにつれて、ニップ長さは減少する。これは、定着ベルト１５１の張力が増加するにつれて、定着ニップでベルトがニップ裏側ローラ１５２の弾性層を軸中心に向けて引っ張って圧縮させる力が強くなることから、ニップ位置における弾性層の半径が減少するからである。

そこで、ＣＰＵ等からなる図示しない制御部は、距離センサ１５５がニップ裏側ローラ１５２の径の増加を検知した場合には、その増加量に応じた分だけベルト張力を強めることで、弾性層の昇温に伴う径の増加を、ベルト張力の増加による径の減少で相殺する制御を実施する。具体的には、先に図３に示したように、テンションローラとして機能する加熱ローラ１５６をベルトループ外側に向けて付勢するテンション付与バネ１５３の基底部には、偏心カム１５７が押し当てられている。図示の状態では、偏心カム１５７における小径箇所がテンション付与バネ１５３に突き当たっている。制御部は、ニップ裏側ローラ１５２の弾性層の径の増加を検知すると、偏心カム１５７をその増加量に見合った分だけ回転させる。すると、偏心カム１５７が図示の状態よりもテンション付与バネ１５３の基底部をベルトループ外側に近づける。これにより、定着ベルト１５１の張力がより増加して、ニップ長さが元の値まで減少する。

かかる構成の本複写機においては、連続定着処理時にニップ裏側ローラ１５２の弾性層が昇温に伴って径を増加させると、その増加が径変化検知手段たる距離センサ１５５によって検知される。偏心カム１５７や制御部などから構成されるニップ変更手段は、その検知結果に基づいて、定着ベルト１５１の張力を変化させて定着ニップの長さを元の値に直すことで、ウォーミングアップ直後と、連続定着処理時とで、定着ニップの長さの均一化を図る。これにより、ウォーミングアップ直後と、連続定着処理時とで、安定した画質を得ることができる。

なお、定着ベルト１５１の駆動を停止させると、ベルトからニップ裏側ローラ１５２への熱伝導が行われなくなるため、ニップ裏側ローラ１５２はやがて温度を低下させるようになり、それに伴って弾性層の径を減少させる。すると、その減少が距離センサ１５５によって検知され、制御部がその減少分に見合った量だけ、偏心カム１５７を逆回転させて、ベルト張力を弱める。これにより、定着処理後においても、ニップ長さが一定に維持される。

また、定着ニップの長さを一定にするようにベルト張力を変更する例について説明したが、定着ニップの長さの代わりに、ニップ圧を一定にするようにベルト張力を変更するようにしてもよい。

また、ニップ裏側ローラ１５２として、弾性層の厚みを加圧ローラ１５４の弾性層の厚みよりも大きくして、前者の弾性層に加圧ローラ１５４を食い込ませるようにした例について説明したが、食い込みの関係を逆にしてもよい。即ち、加圧ローラ１５４として、弾性層の厚みをニップ裏側ローラ１５２の弾性層の厚みよりも大きくして、前者の弾性層にニップ裏側ローラ１５２を食い込ませるようにしてもよい。この場合には、距離センサ１５５に対して、前者の弾性層の径変化を検知させるようにして、その検知結果に基づいてベルト張力を変化させるようにする。

次に、実施形態に係る複写機の変形例について説明する。なお、以下に特筆しない限り、変形例に係る複写機の構成は、実施形態と同様である。
図６は、加圧ローラ１５４をニップ裏側ローラ１５２に向けて加圧する加圧力と、定着ニップの長さとの関係を示すグラフである。同図では、加圧ローラ１５４として、外径＝５０［ｍｍ］、シリコーンゴム製の弾性層の厚さ＝１．５［ｍｍ］、ローラ軸上のアスカーＣ硬度＝８３［Ｈｓ］のものを用いた場合における同関係を示している。図示のように、加圧力を例えば１２００［Ｎ］に設定した場合、ニップ長さが約１４．３［ｍｍ］になるのに対し、加圧力を１８００［Ｎ］にすると、ニップ長さが約１４．７［ｍｍ］にまで増大する。このように、加圧力を変化させることで、ニップ長さを調整することが可能である。

そこで、変形例に係る複写機においては、図３に示した偏心カム１５７や軸間距離調整板１５８を設けない代わりに、加圧ローラ１５４を受ける図示しない軸受けをモータ駆動によって移動させるローラ移動機構を設けている。そして、このローラ移動機構により、加圧ローラ１５４をニップ裏側ローラ１５２に対して近づけたり遠ざけたりすることで、加圧ローラ１５４のニップ裏側ローラ１５２に対する加圧力を自在に調整できるようにしている。

ＣＰＵ等からなる図示しない制御部は、距離センサ１５５がニップ裏側ローラ１５２の径の増加を検知した場合には、その増加量に応じた分だけ上記加圧力を弱めることで、弾性層の昇温に伴う径の増加を、上記加圧力の減少による弾性層の径の減少で相殺する制御を実施する。

以上、実施形態に係る複写機においては、ニップ変更手段として、偏心カム１５７や制御部等から構成され、定着ベルト１５１の張力を変更することで、定着ニップの長さを変更するものを用いている。かかる構成では、偏心カム１５７をニップ裏側ローラの径の変化分に見合った量だけ回転させるという簡単な制御により、ニップ裏側ローラ１５２の径にかかわらず、定着ニップの長さを安定化させることができる。

また、変形例に係る複写機においては、ニップ変更手段として、ニップ裏側ローラ１５２に向けての加圧ローラ１５４の加圧力、を変更することで、定着ニップの長さを変更するものを用いている。かかる構成では、加圧ローラ１５４をニップ裏側ローラ１５２の径の変化分に見合った量だけ移動させるという簡単な制御により、ニップ裏側ローラ１５２の径にかかわらず、定着ニップの長さを安定化させることができる。

１５０：定着装置
１５１：定着ベルト（ベルト部材）
１５２：ニップ裏側ローラ（ニップ裏側回転部材）
１５３：加熱ローラ（加熱手段）
１５４：加圧ローラ（ニップ形成回転部材）
１５５：距離センサ（径変化検知手段）
１５７：偏心カム（ニップ変更手段の一部）

特開２００５−１５６７６９号公報

Claims (4)

1. 無端移動する無端状のベルト部材と、
   前記ベルト部材のループ外側で回転しながら、前記ベルト部材のおもて面に当接して定着ニップを形成するニップ形成回転部材と、
   前記ベルト部材のループ内側における前記定着ニップの裏側で、前記ベルト部材を自らの周面に掛け回して回転するニップ裏側回転部材と、
   前記ベルト部材を、前記ニップ裏側回転部材に対する掛け回し位置とは異なる位置で加熱する加熱手段とを有し、
   前記定着ニップ内に挟み込んだ記録シートを前記定着ニップ内で加熱及び加圧して前記記録シートに対してトナー像の定着処理を施す定着装置において、
   前記ニップ形成回転部材及びニップ裏側回転部材のうち、少なくとも何れか一方の径の変化を検知する径変化検知手段と、
   前記径変化検知手段による検知結果に基づいて前記定着ニップの長さ又はニップ圧を変更するニップ変更手段とを設けたことを特徴とする定着装置。
2. 請求項１の定着装置において、
   前記ニップ変更手段として、前記ベルト部材の張力を変更することで、前記定着ニップの長さ又はニップ圧を変更するものを用いたことを特徴とする定着装置。
3. 請求項１の定着装置において、
   前記ニップ変更手段として、前記ニップ裏側回転部材に向けての前記ニップ形成回転部材の押圧力、を変更することで、前記定着ニップの長さ又はニップ圧を変更するものを用いたことを特徴とする定着装置。
4. 記録シートにトナー像を形成するトナー像形成手段と、トナー像が形成された記録シートに対してそのトナー像の定着処理を施す定着手段とを備える画像形成装置において、
   前記定着手段として、請求項１乃至３の何れかの定着装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。

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