JP2016161581A - 定着装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明では、定着動作における記録媒体の反り量をより確実に低減できる定着装置を提供することを課題としている。【解決手段】カム２４は、回転中心２４ａを中心に回転する事により、第一姿勢と第二姿勢を切り換え可能である。カム２４を第一姿勢から第二姿勢に切り換える事により、定着ベルト２１に当接するカム２４の曲面が、第一曲面２４ｂから第二曲面２４ｃに変更される。このため、カム２４の姿勢の切り換えによりニップ曲面部Ｎｂの曲率が変更することができ、想定される用紙Ｐの反りに応じて、ニップ曲面部Ｎｂの曲率を調整する事ができる。【選択図】図２

Description

本発明は、定着装置および定着装置を備えた複写機、プリンタ、ファクシミリ、またはそれらの複合機における画像形成装置に関する。

電子写真式の複写機、プリンタ等の画像形成装置に搭載される定着装置として、加熱ローラに代えて無端状の定着ベルトを使用するベルト定着装置が実用化されている。このベルト定着装置は、定着ベルトを加熱源で加熱すると共に、定着ベルトの内側に配置されたニップ形成部材を定着ベルトに押し付けて定着ベルトと加圧ローラとの間に定着ニップを形成するものであり、定着ベルトが熱容量の小さいフィルム材で形成されるため、省エネルギー性やクイックスタート性に優れるという特徴を有する。

ところで、加熱方式の定着装置において、例えば高湿環境下において、定着ベルトと加圧ローラの温度差により用紙内に水分の偏りが生じる事で、定着ベルトの側へ反るという問題が知られている。

用紙の反りに対する対策として、例えば、特許文献１（特許第４８１８８２６号公報）では、ニップ出口に反り方向とは逆側へ突出する凸部を設け、用紙の反りを低減させる発明が開示されている。

特許文献１の構成により、用紙の反りを低減させる事ができる。しかし、記録媒体の定着ベルト側への反り量が小さい場合には、凸部を設けることによって、逆側である加圧ローラ側へ記録媒体を反らせてしまう場合がある。

この様な事情から、本発明では、定着動作における記録媒体の反り量をより確実に低減できる定着装置を提供することを課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明は、加熱源によって加熱される無端状の定着部材と、前記定着部材との間に定着ニップを形成する加圧部材と、前記定着部材を介して前記押圧部材に当接し、前記定着ニップを形成するニップ形成部材と、加熱源とを有する定着装置において、前記ニップ形成部材は、それぞれ異なる曲率の面を有する第一曲面と第二曲面を備え、かつ、前記第一曲面を前記定着部材に当接させる第一姿勢と、前記第二曲面を前記定着部材に当接させる第二姿勢とに切り換え可能な様に前記定着装置に保持される定着装置を特徴とするものである。

本発明の定着装置によれば、ニップ形成部材が異なる曲率の面を少なくとも二つ有し、かつ、それぞれの面を定着部材に当接させる姿勢に切り換え可能に構成し、定着部材と加圧部材の間に形成されるニップ部の曲率を可変とする事ができる。このため、記録媒体に想定される反り量に応じてニップ部の曲率を変更でき、効果的に記録媒体の反り量を低減できる。

画像形成装置の概略構成図である。 本発明の第一実施形態に係る定着装置の断面図である。 定着装置の斜視図である。 カムの斜視図である。 カムおよび平面部材の平面図である。 定着ニップの部分を拡大した断面図である。 カムが第二姿勢の状態での第一実施形態に係る定着装置の断面図である。 カムの曲面の曲率と用紙の反りの関係を示すグラフである。 用紙の反り量を示す模式図である。 本発明の第二実施形態に係る定着装置の定着ニップの部分を拡大した断面図である。 第二実施形態に係る定着装置の概略図である。 定着装置の比較例を示す概略図である。

以下、添付の図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の実施の形態を説明するための各図面において、同一の機能もしくは形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すことにより一度説明した後ではその説明を省略する。

まず、図１を参照して、本発明の実施の一形態に係る画像形成装置の全体構成及び動作について説明する。
図１に示す画像形成装置１は、カラーレーザープリンタであり、その装置本体の中央には、４つの作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋが設けられている。各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の異なる色の現像剤を収容している以外は同様の構成となっている。

具体的に、各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、潜像担持体としてのドラム状の感光体５と、感光体５の表面を帯電させる帯電装置６と、感光体５の表面にトナーを供給する現像装置７と、感光体５の表面をクリーニングするクリーニング装置８などを備える。なお、図１では、ブラックの作像部４Ｋが備える感光体５、帯電装置６、現像装置７、クリーニング装置８のみに符号を付しており、その他の作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃにおいては符号を省略している。

各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋの下方には、感光体５の表面を露光する露光装置９が配設されている。露光装置９は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラー等を有し、画像データに基づいて各感光体５の表面へレーザー光を照射するようになっている。

また、各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋの上方には、転写装置３が配設されている。転写装置３は、中間転写体としての中間転写ベルト３０と、一次転写手段としての４つの一次転写ローラ３１と、二次転写手段としての二次転写ローラ３６と、二次転写バックアップローラ３２と、クリーニングバックアップローラ３３と、テンションローラ３４と、ベルトクリーニング装置３５とを備える。

中間転写ベルト３０は、無端状のベルトであり、二次転写バックアップローラ３２、クリーニングバックアップローラ３３及びテンションローラ３４によって張架されている。ここでは、二次転写バックアップローラ３２を回転駆動することによって、中間転写ベルト３０は図の矢印で示す方向に周回走行（回転）するようになっている。

４つの一次転写ローラ３１は、それぞれ、各感光体５との間で中間転写ベルト３０を挟み込んで一次転写ニップを形成している。また、各一次転写ローラ３１には、電源が接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が各一次転写ローラ３１に印加されるようになっている。

二次転写ローラ３６は、二次転写バックアップローラ３２との間で中間転写ベルト３０を挟み込んで二次転写ニップを形成している。また、上記一次転写ローラ３１と同様に、二次転写ローラ３６にも電源が接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が二次転写ローラ３６に印加されるようになっている。

ベルトクリーニング装置３５は、中間転写ベルト３０に当接するように配設されたクリーニングブラシとクリーニングブレードを有する。このベルトクリーニング装置３５で回収された廃トナーは、廃トナー移送ホースを介して廃トナー収容器に収容される。

画像形成装置本体の上部には、ボトル収容部２が設けられており、ボトル収容部２には、補給用のトナーを収容する４つのトナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋが着脱可能に装着されている。各トナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋと上記各現像装置７との間に設けた補給路を介して、各トナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋから各現像装置７にトナーが補給される。

一方、画像形成装置本体の下部には、記録媒体としての用紙Ｐを収容した給紙トレイ１０や、給紙トレイ１０から用紙Ｐを搬出する給紙ローラ１１等が設けられている。なお、記録媒体には、普通紙以外に、厚紙、はがき、封筒、薄紙、塗工紙（コート紙やアート紙等）、トレーシングペーパ、ＯＨＰシート等が含まれる。また、手差し給紙機構が設けてあってもよい。

画像形成装置本体内には、用紙Ｐを給紙トレイ１０から二次転写ニップを通過させて装置外へ排出するための搬送路Ｒが配設されている。搬送路Ｒにおいて、二次転写ローラ３６の位置よりも用紙搬送方向上流側には、搬送タイミングを計って用紙Ｐを二次転写ニップへ搬送するタイミングローラとしての一対のレジストローラ１２が配設されている。

また、二次転写ローラ３６の位置よりも用紙搬送方向下流側には、用紙Ｐに転写された未定着画像を定着するための定着装置２０が配設されている。さらに、定着装置２０よりも搬送路Ｒの用紙搬送方向下流側には、用紙を装置外へ排出するための一対の排紙ローラ１３が設けられている。また、装置本体の上面部には、装置外に排出された用紙をストックするための排紙トレイ１４が設けてある。

続いて、図１を参照して、本実施形態に係るプリンタの基本的動作について説明する。 作像動作が開始されると、各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋにおける各感光体５が図の時計回りに回転駆動され、各感光体５の表面が帯電装置６によって所定の極性に一様に帯電される。帯電された各感光体５の表面には、露光装置９からレーザー光がそれぞれ照射されて、各感光体５の表面に静電潜像が形成される。このとき、各感光体５に露光する画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの色情報に分解した単色の画像情報である。このように各感光体５上に形成された静電潜像に、各現像装置７によってトナーが供給されることにより、静電潜像はトナー画像として顕像化（可視像化）される。

また、作像動作が開始されると、二次転写バックアップローラ３２が図の反時計回りに回転駆動し、中間転写ベルト３０を図の矢印で示す方向に周回走行させる。また、各一次転写ローラ３１に、トナーの帯電極性と逆極性の定電圧又は定電流制御された電圧が印加されることによって、各一次転写ローラ３１と各感光体５との間の一次転写ニップにおいて転写電界が形成される。

その後、各感光体５の回転に伴い、感光体５上の各色のトナー画像が一次転写ニップに達したときに、上記一次転写ニップにおいて形成された転写電界によって、各感光体５上のトナー画像が中間転写ベルト３０上に順次重ね合わせて転写される。かくして、中間転写ベルト３０の表面にフルカラーのトナー画像が担持される。また、中間転写ベルト３０に転写しきれなかった各感光体５上のトナーは、クリーニング装置８によって除去される。そして、各感光体５の表面が除電装置によって除電され、表面電位が初期化される。

プリンタの下部では、給紙ローラ１１が回転駆動を開始し、給紙トレイ１０から用紙Ｐが搬送路Ｒに送り出される。搬送路Ｒに送り出された用紙Ｐは、レジストローラ１２によって搬送が一旦停止される。

その後、所定のタイミングでレジストローラ１２の回転駆動を開始し、中間転写ベルト３０上のトナー画像が二次転写ニップに達するタイミングに合わせて、用紙Ｐを二次転写ニップへ搬送する。このとき、二次転写ローラ３６には、中間転写ベルト３０上のトナー画像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加されており、これにより、二次転写ニップに転写電界が形成されている。そして、この転写電界によって、中間転写ベルト３０上のトナー画像が用紙Ｐ上に一括して転写される。また、このとき用紙Ｐに転写しきれなかった中間転写ベルト３０上の残留トナーは、ベルトクリーニング装置３５によって除去され、廃トナー収容器へと搬送される。

その後、用紙Ｐは定着装置２０へと搬送され、定着装置２０によって用紙Ｐ上のトナー画像が当該用紙Ｐに定着される。そして、用紙Ｐは、排紙ローラ１３によって装置外へ排出され、排紙トレイ１４上にストックされる。

以上の説明は、用紙上にフルカラー画像を形成するときの画像形成動作であるが、４つの作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋのいずれか１つを使用して単色画像を形成したり、２つ又は３つの作像部を使用して、２色又は３色の画像を形成したりすることも可能である。

次に、図２を用いて本発明の第一実施形態に係る定着装置について説明する。

図２に示すように、定着装置２０は、定着部材としての定着ベルト２１と、定着ベルト２１の外周面に当接する加圧部材としての加圧ローラ２２と、定着ベルト２１を加熱する加熱源としてのハロゲンヒータ２３と、定着ニップＮを形成するカム２４および平面部材２８を有するニップ形成部材と、カム２４および平面部材２８を支持するステー２５と、ハロゲンヒータ２３からの熱を定着ベルト２１へ反射する反射部材２６と、定着ベルト２１およびステー２５を両側から保持する保持部材２７とを備える。

用紙Ｐが矢印Ｆ１の方向へ運ばれ、定着ニップＮを通過する事で、用紙Ｐは定着ニップＮで加熱押圧され、トナーＴが用紙Ｐに定着される。

上記の定着ベルト２１は、可撓性を有するフィルム状の無端ベルトで形成される。詳しくは、定着ベルト２１は、ニッケルもしくはＳＵＳ等の金属材料又はポリイミド（ＰＩ）などの樹脂材料で形成された内周側の基材と、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）又はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などで形成された外周側の離型層によって構成されている。基材と離型層との間に、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、又はフッ素ゴム等のゴム材料で形成された弾性層を介在させてもよい。

定着ベルト２１に弾性層が無い場合は、熱容量が小さくなり定着性の向上を達成できるが、未定着トナーを押しつぶして定着させるときにベルト表面の微小な凹凸が画像に転写されて画像のベタ部に光沢ムラを生じる可能性がある。これを防止するには、厚さ１００μｍ以上の弾性層を定着ベルト２１に設けることが望ましい。厚さ１００μｍ以上の弾性層を設けることで、弾性層の弾性変形により微小な凹凸を吸収することができるので、光沢ムラの発生を回避することができるようになる。

図３に示すように、定着ベルト２１の両端部の内周には、保持部材２７が挿入されている。定着ベルト２１は、両端部の保持部材２７で回転自在に支持されており、基本的に保持部材２７以外に定着ベルト２１を支持する部材は存在しない。つまり、定着ベルト２１は、ローラ等に架け渡されていない無張架の状態にある。保持部材２７は、ハロゲンヒータ２３、およびステー２５と共に、定着装置２０の軸方向両側に設けられた一対の側板に固定されている。定着ベルト２１が加圧ローラ２２に従動回転する際には、定着ベルト２１の幅方向の両端部が保持部材２７にガイドされた状態で定着ベルト２１が周回走行する。

図２に示す様に、加圧ローラ２２は、芯金２２ａと、芯金２２ａの表面に設けられた発泡性シリコーンゴム、シリコーンゴム、又はフッ素ゴムといったゴム材料等から成る弾性層２２ｂと、弾性層２２ｂの表面に設けられたＰＦＡ又はＰＴＦＥ等から成る離型層２２ｃとによって構成されている。加圧ローラ２２は、切り替え機構によって定着ベルト２１側へ加圧され、定着ベルト２１を介してカム２４に当接している。この加圧ローラ２２と定着ベルト２１とが圧接する箇所では、加圧ローラ２２の弾性層２２ｂが押しつぶされることで、所定の幅の定着ニップＮが形成されている。

また、加圧ローラ２２は、装置本体に設けられた定着モータ等の駆動源によって回転駆動するように構成されている。加圧ローラ２２が回転すると、その駆動力が定着ニップＮで定着ベルト２１に伝達され、定着ベルト２１が従動回転するようになっている。

本実施形態では、加圧ローラ２２を中実のローラとしているが、中空のローラであってもよい。その場合、加圧ローラ２２の内部にハロゲンヒータ等の加熱源を設けてもよい。また、弾性層２２ｂはソリッドゴムでもよいが、加圧ローラ２２の内部に加熱源が無い場合は、スポンジゴムを用いてもよい。スポンジゴムの方が、断熱性が高まり定着ベルト２１の熱が奪われにくくなるのでより望ましい。

ハロゲンヒータ２３は、定着ベルト２１の定着ニップＮ以外の箇所を加熱できるように、定着ベルト２１の内周側で、かつ、定着ニップＮの用紙搬送方向の上流側に配設されている。ハロゲンヒータ２３は、装置本体に設けられた電源部により出力制御されて発熱するように構成されている。定着ベルト２１を加熱する加熱源として、ハロゲンヒータ以外に、ＩＨ、抵抗発熱体、又はカーボンヒータ等を用いることも可能である。

図２では、ハロゲンヒータ２３と定着ベルト２１の間には保持部材２７が設けられているが、保持部材２７は定着ベルト２１の幅方向（図２の紙と垂直方向）の両端にのみ存在しており、当該部分を除いた領域では、ハロゲンヒータ２３と図の左側の定着ベルト２１との間には部材が存在しない。このため、ハロゲンヒータ２３は定着ベルト２１を直接加熱することができ、効率良く定着ベルト２１の加熱ができる。このため、定着工程の高速化、ひいては用紙Ｐへ画像形成時間の高速化、そして定着装置２０の省エネルギー化を実現できる。

反射部材２６は、ハロゲンヒータ２３と対向するようにステー２５に固定支持されている。この反射部材２６によって、ハロゲンヒータ２３からの輻射熱を定着ベルト２１へ反射することで、熱がステー２５等に伝達されるのを抑制している。これにより、定着ベルト２１を効率良く加熱でき、装置の省エネルギー化を実現できる。反射部材２６を設ける代わりに、ステー２５のハロゲンヒータ２３側の表面に断熱処理や鏡面処理を行ってもよい。

カム２４は、定着ニップＮの出口部分に設けられ、異なる曲率の曲面である第一曲面２４ｂおよび第二曲面２４ｃを有する。第一曲面２４ｂは第二曲面２４ｃよりも曲率が小さい。図２では、第一曲面２４ｂを加圧ローラ２２の側に向けており、第一曲面２４ｂは、定着ベルト２１を介して加圧ローラ２２に当接する。なお図２では、便宜上、カム２４を実際の寸法よりも拡大して表示している。

平面部材２８は、定着ニップＮの入口部分に設けられ、平面部材２８の平面部が定着ベルト２１を介して加圧ローラ２２に当接する。

カム２４および平面部材２８は、加熱される定着ベルト２１に当接するため、何れも、耐熱性に富む樹脂材料、例えばポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等で形成される。上記の樹脂は、画像形成装置１の連続通紙枚数から定着装置２０の定着ニップＮ付近に想定される使用温度を算出し、荷重たわみ温度が３５０℃程度の樹脂が適当である。この他、金属やセラミックでカム２４および平面部材２８を形成することもできる。

カム２４および平面部材２８の定着ベルト２１と当接する面に、低摩擦性のフッ素系樹脂からなるシート部材を設けてもよい。定着ベルト２１が回転時にシート部材と定着ベルト２１の内面が当接することで、定着ベルト２１に作用する摩擦抵抗を低減することができる。さらに、シート部材に潤滑剤を染み込ますことで低摩擦な状態を保つことができる。特に高温状態となる場合、樹脂の摩擦摩耗特性は悪化するため、潤滑剤が放熱の促進や摩擦係数を低下させる役割を果たす。高温用の潤滑剤として、低トルクとなるシリコーンオイルが適当である。

図４に示す様に、カム２４は、回転中心２４ａを中心に回転可能な様に軸２９に複数（図では４つ）設けられる。軸２９は、加圧ローラ２２等の軸方向と同一方向にわたって設けられる軸部で、その両端でステー２５に保持されている。

図５に示す様に、加圧ローラ２２の軸方向のカム２４が設けられない位置には平面部材２８が設けられている。平面部材２８およびカム２４の曲面が定着ベルト２１を介して加圧ローラ２２に当接し、定着ニップＮが形成される。

図６は、図５の断面線Ｇ１−Ｇ１の断面図で、図２における定着ニップＮを拡大して表した図である。なお、定着ニップＮの形状を明確に表すため、カム２４は、その大きさを拡大して表示している。

図６に示すように、加圧ローラ２２が定着ベルト２１の側へ加圧されると、カム２４および平面部材２８が図の位置でステー２５に保持されている事により、第一曲面２４ｂおよび平面部材２８の平面部２８ａが、定着ベルト２１を介して加圧ローラ２２に圧接される。これにより、定着ベルト２１と加圧ローラ２２との間で定着ニップＮが形成される。ステー２５がカム２４および平面部材２８を保持する事により、定着ニップＮの位置で意図しない撓みが生じる事を防止できる。定着ニップＮを通過する用紙Ｐは、この位置で加熱および押圧され、用紙Ｐの表面上のトナー画像が定着される。

ステー２５は、定着ニップＮにおける撓みを防止するために、ステンレス等の鋼材をはじめとする金属材料で形成されるが、撓み防止に十分な効果があれば樹脂材料でステー２５を形成することもできる。

平面部２８ａは、定着ニップＮの入口部Ｎ１に対する用紙Ｐの突入方向と平行となるように形成するのが好ましい。具体的に、本実施形態では、定着ベルト２１の回転中心Ｏ１と加圧ローラ２２の回転中心Ｏ２（図２参照）とを結ぶ仮想線ｍに対してほぼ直交する方向に沿って平面部２８ａを配置している。平面部２８ａが定着ベルト２１を介して加圧ローラ２２に当接することにより、当該部分において、定着ニップＮのニップ直線部Ｎａが形成される。

第一曲面２４ｂが、定着ベルト２１を介して加圧ローラ２２に当接することにより、当該部分において、加圧ローラ２２の側へ突出した定着ニップＮのニップ曲面部Ｎｂが形成される。

定着装置２０へ搬送された用紙Ｐは、トナーＴを定着ベルト２１側に向けた状態で定着ニップＮの入口部Ｎ１に到達し、ニップ直線部Ｎａに進入する。ニップ直線部Ｎａでは、その下流側ほど加圧ローラ２２の弾性層２２ｂの圧縮率Ｘａが大きくなり、これに伴って用紙Ｐに作用する面圧が徐々に増加する。次いで、用紙Ｐはニップ曲面部Ｎｂに進入する。ニップ曲面部Ｎｂでは、弾性層２２ｂの圧縮率Ｘｂが急激に増大して最大値をとり、用紙Ｐに作用する面圧が最大となる。そして、その後、下流側ほど弾性層２２ｂの圧縮率Ｘｂが小さくなるため、用紙Ｐに作用する面圧も徐々に小さくなる。

ニップ直線部Ｎａでは、これを加圧ローラ２２側から見て凹曲面形状にする場合に比べて、定着ベルト２１の表面にしわが生じにくい。また、ニップ直線部Ｎａでは、加圧ローラ２２の弾性層２２ｂの圧縮量Ｘａが小さいため、定着ベルト２１と加圧ローラ２２の間の線速差も小さくなる。さらに、未定着トナーに作用するずれ力を考えても、ニップ直線部Ｎａが低面圧領域であるため、当該ずれ力の影響は小さい。以上の理由から、定着ニップＮの上流側での未定着トナーのずれを抑制し、定着に伴う画像品質の劣化を防止することが可能となる。

また、出口側のニップ曲面部Ｎｂがニップ直線部Ｎａよりも加圧ローラ２２に接近する側に配置されているため、出口側のニップ曲面部Ｎｂで、ニップ直線部Ｎａにおける弾性層２２ｂの圧縮量Ｘａよりも大きな圧縮量を得ることができる。これにより、定着ニップＮの出口側を高面圧領域にすることができ、トナーに十分な熱と圧力を与えて未定着画像を確実に定着させることができる。また、このように定着ニップの接触面圧を局所的に高めることで、ハロゲンヒータ２３による加熱量を抑えて省エネルギー化を図ることも可能となる。

このように、本発明は、定着ニップＮのうち、トナーＴが十分に加熱されておらず、未定着画像のずれが生じやすい領域では、定着ニップＮを加圧ローラ２２の弾性層２２ｂに対する食い込み量の小さい平坦面状にして未定着画像のずれを抑える一方で、トナーＴが十分に加熱されたニップ曲面部Ｎｂにおいて、定着ベルト２１を弾性層２２ｂの側に深く食い込ませて確実にトナーの定着を行うものである。これにより、定着に伴う画像劣化の防止と安定した定着性の確保とを両立することが可能となる。

また、ニップ曲面部Ｎｂを加圧ローラ側へ食い込ませる事により、用紙Ｐが定着ニップＮを通過する際に、加圧ローラ２２の側へ用紙Ｐを矯正し、用紙Ｐの定着ベルト２１の側への反り量を低減する事ができる。

特に、本発明の第一実施形態の定着装置の様に、ハロゲンヒータ２３が、直接、定着ベルト２１を加熱する構成においては、定着ベルト２１が急速に加熱され定着ベルト２１と加圧ローラ２２の間で温度差が発生しやすい。このため、例えば高湿環境下において、定着ベルト２１と加圧ローラ２２の温度差により用紙Ｐの水分の偏りが発生し、トナーの定着過程で用紙Ｐが定着ベルト側へ反りやすい。以上の様に、特に本発明の第一実施形態の様な構成において、ニップ曲面部Ｎｂを加圧ローラ側へ食い込ませる構成とする事により、効果的に用紙Ｐの反り量を低減できる。

しかし、上記の用紙Ｐの定着ベルト２１側への反り量には幅があるため、ニップ曲面部Ｎｂを常に一定の曲率とすると、用紙Ｐの加圧ローラ２２の側への矯正効果が十分でなくなったり、逆に、用紙Ｐの加圧ローラ２２側への矯正効果が過剰になり、加圧ローラ２２の側へ反ってしまったりする場合がある。

そこで本発明の第一実施形態では、カム２４を、回転中心２４ａを中心に回転させる事により、定着ベルト２１を介して加圧ローラ２２に当接するカム２４の曲面（図２では第一曲面２４ｂ）を切り換え可能とし、想定される用紙Ｐの定着ベルト２１の側への反り具合に応じて、ニップ曲面部Ｎｂの曲率を調整している。以下、カム２４の姿勢の切り換えについて説明する。

カム２４は、図２に示す様に、第一曲面２４ｂを加圧ローラ２２の側に向けた姿勢（以下、第一姿勢とする）でステー２５に保持される。これにより、第一曲面２４ｂを、定着ベルト２１を介して加圧ローラ２２に当接させ、前述した定着ニップＮを形成する事ができる。

また図７に示す様に、カム２４は、回転中心２４ａを中心に回転する事により、第二曲面２４ｃを加圧ローラ２２の側に向けた姿勢（以下、第二姿勢とする）をとることができる。そしてカム２４は、当該第二姿勢で、ステー２５によって保持可能に構成されている。

この様に、カム２４は、回転中心２４ａを中心に回転する事により、第一姿勢と第二姿勢を切り換え可能である。また、ステー２５は、カム２４をそれぞれの姿勢で保持可能に構成されている。

カム２４を第一姿勢から第二姿勢に切り換える事により、定着ベルト２１に当接するカム２４の曲面が、第一曲面２４ｂから第二曲面２４ｃに変更される。そして、カム２４の第二曲面２４ｃは、第一曲面２４ｂとその曲率が異なり、第二曲面２４ｃの方がその曲率が大きい。このため、カム２４の姿勢の切り換えにより、図６で示したニップ曲面部Ｎｂの曲率が変更することができ、想定される用紙Ｐの反りに応じて、ニップ曲面部Ｎｂの曲率を調整する事ができる。

用紙Ｐの反りに関しては、前述の様に、高湿度環境下において、用紙Ｐの水分の偏りが発生し、用紙Ｐが定着ベルト２１の側へ反る事が考えられる。このため、画像形成装置１が環境湿度を検知し、高湿度の場合には、カム２４が曲率の大きい第二曲面２４ｃを加圧ローラ２２の側に向ける第二姿勢をとり、低湿度の場合には第一姿勢をとるといった制御を行う事ができる。

本実施形態の構成の様に、定着ベルト２１と加圧ローラ２２の温度差が発生しやすい構成では、環境湿度等により、用紙Ｐの反り量が特に変化しやすいため、上記のニップ曲面部Ｎｂの曲率を調整できる構成とする事で効果的に用紙Ｐの反り量を低減できる。

第一実施形態の構成では、カム２４の姿勢を第一姿勢と第二姿勢で切り換え可能としたが、三つ以上の姿勢を切り換え可能にし、異なる三つ以上の曲面を定着ベルト２１および加圧ローラ２２の側に向けて保持される様に構成してもよい。

次に、ニップ曲面部Ｎｂの半径（Ｒ）を複数設定し、各条件での用紙Ｐの反り量の測定した試験結果について図８に示す。

図８には、ニップ曲面部Ｎｂの半径をそれぞれ１０ｍｍ（Ｒ１０）、１５ｍｍ（Ｒ１５）、２０ｍｍ（Ｒ２０）、曲面なしに設定した時の、定着装置２０で定着動作を行った用紙Ｐの定着ベルト２１側への反り量を示す。曲面なしの場合が用紙Ｐの反り量が６３ｍｍで最も大きく、逆にＲ１０の場合の反り量が３８ｍｍで最も小さくなった。ここでいう反り量とは、図９に示す様に、平坦面Ｅに載置された用紙Ｐの先端の反り量Ｈである。

曲面なしに設定した場合に用紙Ｐの反り量が最も大きいことから、定着ニップＮに加圧ローラ２２側へ突出した曲面部を設ける事により用紙Ｐの反り量を低減できることがわかる。また、最も半径の小さい（曲率の大きい）Ｒ１０の場合で用紙Ｐの反り量が最も小さくなっており、曲率の大きい曲面部を用いる事で反り量の低減効果が大きいことがわかる。以上より、カム２４の有する曲面が定着ベルト２１を介して加圧ローラ２２に当接することで、用紙Ｐの反り量の低減に効果がある事、特に、カム２４の曲面の曲率を大きくすることで、その低減効果が大きいことがわかる。

以上の第一実施形態の構成では、カム２４の有する曲面（第一曲面２４ｂおよび第二曲面２４ｃ）が、単一の曲率からなる曲面のみで構成される場合を示した。しかしこれに限らず、異なる曲率の面が連続する構成であってもよいし、平面と曲面が連続する構成とする事もできる。以下に示す本発明の第二実施形態では、カム２４の第一曲面２４ｂあるいは第二曲面２４ｃが、平面と異なる曲率の複数の面を連続して設けた場合である。それ以外の部分についての構成は、第一実施形態と同様であるため、適宜省略する。

図１０は第二実施形態にかかる定着装置の定着ニップＮの断面を拡大した図である。なお、図１０では、定着ニップＮの形状を明確に表すため、定着ベルト２１の記載を省略し、カム２４は、その大きさを拡大して表示している。

第二実施形態のカム２４の第一曲面２４ｂは、定着ニップＮの入口側の入口側曲面部Ｂ１および定着ニップＮの出口側の出口側曲面部Ｂ２（合わせて曲面部Ｂとする）、そして平面部Ｃ、ガイド部Ｄからなる、平面と曲面の複合面で形成されている。

定着ニップＮは、平面部材２８の平面部２８ａにより形成されるニップ第一直線部Ｎａ（第一実施形態のニップ直線部Ｎａ）、入口側曲面部Ｂ１および出口側曲面部Ｂ２により形成されるニップ曲面部Ｎｂ、平面部Ｃにより形成されるニップ第二直線部Ｎｃからなる。ニップ第二直線部Ｎｃの長さは、ニップ第一直線部Ｎａの長さよりも短い。

この実施形態において、入口側曲面部Ｂ１および出口側曲面部Ｂ２は、曲率の向きを逆としている。具体的には、入口側曲面部Ｂ１は単一の曲率半径Ｒ１を有する、加圧ローラ２２側から見て凹状の円筒面であり、出口側曲面部Ｂ２は単一の曲率半径Ｒ２を有する、加圧ローラ２２側から見て凸状の円筒面である。

ガイド部Ｄの形状は任意であり、例えば平面や曲面、あるいはこれらを組み合わせた複合面で形成することができる。本実施形態のガイド部Ｄは、単一の曲率半径Ｒ３を有する、加圧ローラ２２側から見て凹状の円筒面である。ガイド部Ｄと平面部Ｃは、境界部に共通接線を持つようにして接続されている。

なお、ここでは、入口側曲面部Ｂ１、出口側曲面部Ｂ２、およびガイド部Ｄを、それぞれ単一の曲率半径Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を有するものとして説明したが、入口側曲面部Ｂ１、出口側曲面部Ｂ２、およびガイド部Ｄの各々を、曲率の異なる複数の曲面で構成してもよい。

図１１は、以上に述べた定着ニップＮを概略図示した断面図である。
なお、図１１では、定着ニップＮの形状を明確に表すため、ニップ第一直線部Ｎａとニップ第二直線部Ｎｃの段差を誇張して描いている。そのため、定着ニップＮの形状は実際とは異なる。また、図１１では、図面を簡略化するために定着ベルト２１の図示を省略している。さらに、図１１では一例としてカム２４の第一曲面２４ｂの場合を示しているが、第二曲面２４ｃであってもよいし、定着ベルト２１を介して加圧ローラ２２に当接可能な第三の曲面であってもよい。

定着装置２０に進入する用紙Ｐが、入口部Ｎ１に到達し、加圧ローラ２２の弾性層２２ｂの圧縮率Ｘｂがニップ曲面部Ｎｂで最大となるまでは第一実施形態と同様の構成であるため、その記載を省略する（ただし、ニップ曲面部Ｎｂの途中の曲面形状は異なる）。

用紙Ｐがニップ曲面部Ｎｂを経てニップ第二直線部Ｎｃを移動する間は、下流側ほど弾性層２２ｂの圧縮率Ｘｂ（あるいはＸｃ）が小さくなるため、用紙Ｐに作用する面圧も徐々に小さくなる。トナーの定着プロセス（溶融・流動・合体・浸透・固化）は、主としてニップ曲面部Ｎｂからニップ第二直線部Ｎｃに至るまでの領域で行われる。

定着ニップＮの出口部Ｎ２に達した用紙Ｐは、ガイド部Ｄにより、ニップ第二直線部Ｎｃの延長方向に対して僅かに加圧ローラ２２側に傾いた方向Ｆに排出され、さらに矢印Ｆ方向に設けられた分離爪と当接して定着ベルト２１から分離される。第一曲面２４ｂの搬送方向下流側の端部には、曲率半径の小さい曲面部２４ｄが設けられており、定着ベルト２１は、この曲面部２４ｄに沿って大きな曲率で加圧ローラ２２から離反する方向に曲げられる。そのため、定着ニップＮから排出された用紙Ｐの分離性が良好なものとなる。

ところで、ローラ同士を圧接させて定着ニップＮを形成する既存の定着装置では、定着ニップが凹状曲面もしくは凸状曲面であるため、用紙Ｐとして封筒を用いると、表裏面の線速差から封筒にしわを生じることが多い。これに対して本発明の実施形態に係る定着装置では、定着ニップＮの入口側と出口側を、互いに平行な段違いのニップ第一直線部Ｎａとニップ第二直線部Ｎｃで形成しているため、ニップ第一直線部Ｎａからニップ曲面部Ｎｂに至るまでの封筒の湾曲方向と、ニップ曲面部Ｎｂからニップ第二直線部Ｎｃに至るまでの封筒の湾曲方向が逆となり、両方向の湾曲が相殺される。また、定着ニップＮ中には、これ以外に封筒を湾曲させるような領域が存在しない。従って、封筒しわの発生を防止することができる。

また、上記のように定着ニップＮの出口部Ｎ２をニップ第二直線部Ｎｃで形成することにより、定着ニップＮの幅が僅かに変動した場合でも、用紙の排出方向を一定にすることができる。すなわち、出口部Ｎ２がニップ第二直線部Ｎｃに対して傾斜している場合（例えば、図１２に示すように、定着ニップＮがガイド部Ｄの位置まで形成され、出口部Ｎ２がガイド部Ｄで形成されている場合）には、定着ニップＮの幅変動に伴って、用紙の排出方向Ｆ’にばらつきを生じ、デカール効果が低下する等の不具合を招くが、図１０に示すように、出口部Ｎ２をニップ第二直線部Ｎｃで構成することで、用紙Ｐがニップ第二直線部Ｎｃの方向に真っ直ぐ排出されるようになるので、かかる不具合を防止することができる。

第二実施形態では、ニップ第二直線部Ｎｃの下流端で定着ニップＮの出口部Ｎ２を形成しているが、上述した定着ニップＮの幅変動による排出方向Ｆ’のばらつきの防止を重視する場合には、ニップ第二直線部Ｎｃの下流端を出口部Ｎ２よりも下流側（定着ニップＮの外部）に配置するのが好ましい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。
本発明に係る画像形成装置は、図１に示すカラー画像形成装置に限らず、モノクロ画像形成装置や、複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等であってもよい。

１ 画像形成装置
２０ 定着装置
２１ 定着ベルト（定着部材）
２２ 加圧ローラ（加圧部材）
２３ ハロゲンヒータ（加熱源）
２４ カム（ニップ形成部材）
２４ｂ 第一曲面
２４ｃ 第二曲面
２８ 平面部材（ニップ形成部材）
２８ａ 平面部
Ｃ 平面部
Ｎ 定着ニップ

特許第４８１８８２６号公報

Claims (10)

1. 加熱源によって加熱される無端状の定着部材と、前記定着部材との間に定着ニップを形成する加圧部材と、前記定着部材を介して前記加圧部材に当接し、前記定着ニップを形成するニップ形成部材と、加熱源とを有する定着装置において、
   前記ニップ形成部材は、それぞれ異なる曲率の面を有する第一曲面と第二曲面を備え、かつ、前記第一曲面を前記定着部材に当接させる第一姿勢と、前記第二曲面を前記定着部材に当接させる第二姿勢とに切り換え可能な様に前記定着装置に保持される事を特徴とする定着装置。
2. 前記ニップ形成部材は、前記定着部材を介して前記加圧部材に当接する平面部を有する請求項１記載の定着装置。
3. 前記第一曲面および第二曲面は、前記加圧部材側へ突出した曲率の面を有する請求項１または２いずれか記載の定着装置。
4. 前記ニップ形成部材は、回転により前記第一姿勢と前記第二姿勢を切り換える１から３いずれか１項に記載の定着装置。
5. 前記第一姿勢および前記第二姿勢の切り換え条件を、装置が設けられる環境湿度によって設定する請求項１から４いずれか１項に記載の定着装置。
6. 前記第二曲面は前記第一曲面よりも曲率が大きく、
   前記ニップ形成部材は、高湿度環境下で第一姿勢をとり、低湿度環境下で第二姿勢をとる請求項５記載の定着装置。
7. 前記ニップ形成部材は、耐熱性の樹脂あるいは金属からなり、その表面にフッ素系樹脂からなるシート部材が巻きつけられた請求項１から６いずれか１項に記載の定着装置。
8. 前記ニップ形成部材は、耐熱性の液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）のいずれかからなる請求項１から７いずれか１項に記載の定着装置。
9. 前記定着部材は、前記加熱源によって直接加熱される請求項１から８いずれか１項に記載の定着装置。
10. 記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、形成された画像を前記記録媒体に定着させる請求項１から９いずれか１項に記載の定着装置とを備えた画像形成装置。

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