JP2020020867A - ローラ装置、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ニップ部での送り量の差に起因する被搬送媒体の皺の発生を抑制しつつ、装置の大型化及びコストの増大を抑制できるローラ装置、定着装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】回転駆動する回転ローラ１０５と、回転ローラ１０５の表面に直接または無端ベルト１０１を挟んで加圧接触して回転駆動し、回転ローラ１０５よりも硬度が高い硬質ローラ１０２とを備えるローラ装置１００において、硬質ローラ１０２の外径を変更する硬質ローラ外径変更手段１０９を備えることを特徴とするものである。【選択図】図１

Description

本発明は、ローラ装置、定着装置及び画像形成装置に関するものである。

従来、回転駆動する回転ローラと、回転ローラの表面に直接または無端ベルトを挟んで加圧接触して回転駆動し、回転ローラよりも硬度が高い硬質ローラとを備えるローラ装置が知られている。
この種のローラ装置として、特許文献１には、回転ローラ及び硬質ローラとして加圧ローラ部材及び加熱ローラ部材を備え、封筒を通紙するときに、加圧ローラ部材よりも加熱ローラ部材の線速を速く設定することで皺を抑制する定着装置が記載されている。

特許文献１には、転写材（被搬送媒体）として封筒を用いる場合、ニップ部での曲率の差によってソフトローラ（回転ローラ）側の紙の方が、ハードローラ（硬質ローラ）側の紙よりも送り量が多くなることが記載されている。そして、この送り量の差によって封筒を形成する紙に弛みが生じ、この弛みがニップ部で押し潰されて皺となる旨が記載されている。

特許文献１に記載の定着装置では、通常の紙を通紙するときには、硬質ローラと回転ローラとの線速を同じ速度に設定し、封筒を通紙するときには、硬質ローラの線速を回転ローラの線速よりも速く設定している。そして、このような構成により、転写材（被搬送媒体）として封筒を用いる場合でも皺を防止することができる旨が記載されている。
特許文献１では、硬質ローラと回転ローラとのそれぞれに独立した駆動モータを備え、駆動モータの回転速度の速度比を変更することで、回転ローラに対する硬質ローラの線速を速くしている。

しかしながら、特許文献１では、硬質ローラと回転ローラとのそれぞれに独立した駆動モータを必要とするため、装置の大型化及びコストの増大につながるおそれがある。

上述した課題を解決するために、本発明は、回転駆動する回転ローラと、前記回転ローラの表面に直接または無端ベルトを挟んで加圧接触して回転駆動し、前記回転ローラよりも硬度が高い硬質ローラとを備えローラ装置において、前記硬質ローラの外径を変更する硬質ローラ外径変更手段を備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、ニップ部での送り量の差に起因する被搬送媒体の皺の発生を抑制しつつ、装置の大型化及びコストの増大を抑制できる、という優れた効果がある。

定着装置の概略構成図。 本実施形態に係るプリンタの概略構成図。 加圧ローラの外径が大きくなる前の状態と、大きくなった状態とを示す定着装置の模式図。 硬度が高い加圧ローラと、硬度が低い定着ローラとによって形成される定着ニップに封筒を通紙させた状態を示す模式図。 定着ニップで搬送される封筒に作用する力の説明図。 加熱によって加圧ローラの外径が変化する様子を示す説明図。 加圧ローラ揺動機構の説明図。 加圧ローラの外径を大きくするとともに、加圧ローラ揺動機構によって、加圧ローラの芯金を定着ローラ回転軸から離間させる動作を説明する上面図。

本発明に係るローラ装置は、複写機、ファクシミリ、プリンタ、或いはこれらの複合機等の画像形成装置で記録媒体を搬送する搬送ローラ対に適用することができる。また、画像形成装置にかぎらず被搬送媒体をローラ対で挟んで搬送するローラ装置であれば適用可能である。
以下、本発明に係るローラ装置を画像形成装置の定着装置に適用した一実施形態について説明する。
図２は、本実施形態に係る画像形成装置（以下、「プリンタ１」という）の概略構成図である。

図２に示すプリンタ１は、複数の色画像を形成する作像部がベルトの展張方向に沿って並置されたタンデム方式を用いるカラープリンタある。本発明を適用可能な画像形成装置は、この方式に限ることはなく、またプリンタだけではなく複写機やファクシミリ装置などを対象とすることも可能である。

プリンタ１は、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色に色分解された色にそれぞれ対応するトナー像としての画像を形成可能な潜像担持体であるドラム状の四つの感光体２０（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｂｋ）を並設したタンデム構造が採用されている。四つの感光体２０（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｂｋ）の上方には、四つの感光体２０（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｂｋ）に対峙しながら図２中の矢印「Ａ１」方向に移動可能な無端ベルトからなる中間転写体である中間転写ベルト１１が配置されている。
プリンタ１では、それぞれの感光体２０（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｂｋ）に形成されたトナー像が、中間転写ベルト１１に対して一次転写行程を実行し、それぞれの画像が重畳転写される。その後、シート状の記録媒体である記録紙Ｓに対し二次転写行程を実行することで一括転写されるようになっている。

四つの感光体２０（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｂｋ）は、図２中の矢印「Ａ１」方向の上流側から、Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｂｋの順で並んでいる。
四つの感光体２０（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｂｋ）は、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックのトナー像をそれぞれ形成するための画像ステーション６（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｂｋ）に備えられている。
四つの画像ステーション６（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｂｋ）は、使用するトナーの色が異なる点以外は同様の構成を備えているため、以下の説明では、使用するトナーの色を示す添え字「Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｂｋ」は適宜省略する。

感光体２０の周囲には、感光体２０の回転に従い画像形成処理するための装置が配置されている。感光体２０の回転方向に沿って画像形成処理を行う帯電装置３０、現像装置４０、一次転写ローラ１２及びクリーニング装置５０が配置されている。帯電後の感光体２０に行われる潜像の書き込みは、光書込装置８が用いられる。

中間転写ベルト１１に対する重畳転写は、中間転写ベルト１１が図２中の矢印「Ａ１」方向に移動する過程において、四つの感光体２０に形成されたトナー像が、中間転写ベルト１１の同じ位置に重ねて転写される。中間転写ベルト１１を挟んで四つの感光体２０（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｂｋ）のそれぞれに対向するように四つの一次転写ローラ１２（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｂｋ）が配置されている。一次転写ローラ１２に転写電圧が印加されることによって、感光体２０に形成されたトナー像が、中間転写ベルト１１上に転写される。このとき、各色のトナー像が中間転写ベルト１１上の同じ位置に転写させるように、図２中の矢印「Ａ１」方向上流側から下流側に向けてタイミングをずらして転写が行われる。

プリンタ１では、四つの画像ステーション６と、転写装置７１と、光書込装置８戸を備える。転写装置７１は、転写ベルトユニット１０と、二次転写ローラ５と、中間転写ベルトクリーニング装置１３とを備える。

四つの画像ステーション６は、色毎の画像形成処理を行う。転写ベルトユニット１０は、四つの感光体２０の上方に対向して配設され、中間転写ベルト１１と四つの一次転写ローラ１２とを備える。二次転写ローラ５は、中間転写ベルト１１に対向して配設され、中間転写ベルト１１に従動し、連れ回りする転写部材としての転写ローラである。中間転写ベルトクリーニング装置１３は、中間転写ベルト１１に対向して配設され、中間転写ベルト１１上をクリーニングするものである。

光書込装置８は、四つの画像ステーション６の下方に対向して配設された光書き込み装置である。光書込装置８は、光源としての半導体レーザ、カップリングレンズ、ｆθレンズ、トロイダルレンズ、折り返しミラー及び偏向手段としての回転多面鏡などを備えている。そして、四つの感光体２０に対して、色毎に対応した書き込み光Ｌｂを出射して、四つの感光体２０のそれぞれに静電潜像を形成する構成である。

プリンタ１は、中間転写ベルト１１と二次転写ローラ５との間の二次転写部に向けて搬送される記録紙Ｓを積載した給紙カセット６１と、給紙ローラとしての給送ローラ３とを有するシート給送装置６０を備える。また、シート給送装置６０から搬送されてきた記録紙Ｓを、中間転写ベルト１１上へのトナー像の形成タイミングに合わせた所定のタイミングで二次転写部に向けて繰り出すレジストローラ対４を備える。さらに、記録紙Ｓの先端がレジストローラ対４に到達したことを検知するシート検知センサ４ａを備える。

シート給送装置６０は、プリンタ１本体下部に配設されており、給送ローラ３は給紙カセット６１内の最上位の記録紙Ｓの上面に当接している。給送ローラ３が図２中の反時計回り方向に回転駆動されることにより、給紙カセット６１内の最上位の記録紙Ｓをレジストローラ対４に向けて給送するようになっている。

プリンタ１は、二次転写部でトナー像が転写された記録紙Ｓにトナー像を定着させるためのローラ定着方式の定着ユニットである定着装置１００を備える。また、定着済みの記録紙Ｓをプリンタ１の外部に排出する排紙ローラ対７と、プリンタ１の上部に配置され、排紙ローラ対７によってプリンタ１の外部に排出された記録紙Ｓを積載する排紙トレイ１７を備える。さらに、排紙トレイ１７の下方には、イエロー、シアン、マゼンタ及びブラックの各色のトナーが充填されたトナーボトル９（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｂｋ）を着脱可能に保持するボトル収容部１９を備える。

転写ベルトユニット１０は、中間転写ベルト１１と、四つの一次転写ローラ１２（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｂｋ）との他に、中間転写ベルト１１が掛け回されている駆動ローラ７２及び従動ローラ７３を有している。駆動ローラ７２は、中間転写ベルト１１を挟んで二次転写ローラ５と対向し、二次転写ニップを形成する二次転写対向ローラとしての機能も備えている。従動ローラ７３は、中間転写ベルト１１に対する張力付勢手段としての機能も備えており、このため、従動ローラ７３には、バネなどを用いた付勢手段が設けられている。
このような転写ベルトユニット１０と、二次転写ローラ５と、中間転写ベルトクリーニング装置１３とによって、転写装置７１が構成されている。

転写装置７１に装備されている中間転写ベルトクリーニング装置１３は、中間転写ベルト１１に対向して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とを有している。そして、中間転写ベルト１１上の残留トナー等の異物を、クリーニングブラシとクリーニングブレードとにより掻き取り、除去して、中間転写ベルト１１をクリーニングするようになっている。中間転写ベルトクリーニング装置１３は、中間転写ベルト１１から除去した残留トナーを廃トナー収容器に向けて排出する排出手段を有している。

次に、定着装置１００について説明する。
図１は、定着装置１００の概略構成図である。
定着装置１００は、加圧ローラ１０２と定着ベルト１０１とを備える。また、定着ベルト１０１を内側から張架する張架ローラの一つとして、内部に熱源であるベルト加熱ヒータ１０３を有する加熱ローラ１０４を備え、定着ベルト１０１はベルト加熱ヒータ１０３の輻射熱によって加熱ローラ１０４を介して加熱される。

定着ベルト１０１は、ポリイミドなどの樹脂材料を用いた無端ベルト（もしくはフィルム）であり、ベルトの弛みによる蛇行を防ぐために、テンションローラ１０６が設けられている。定着ベルト１０１の表層はＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）またはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などからなる離型層を有し、トナーが付着し続けたままとならないように離型性を持たせている。

定着ベルト１０１の基材と離型層との間にはシリコーンゴムの層などで形成する弾性層があっても良い。シリコーンゴム層がない場合は、熱容量が小さくなり、定着性が向上する。しかし、未定着画像を押し潰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ユズ肌状の光沢ムラ（ユズ肌画像）が残るという不具合が生じる。これを改善するにはシリコーンゴム層を１００［μｍ］以上設けることが望ましい。シリコーンゴム層の変形により、微小な凹凸が吸収されユズ肌画像が改善する。

定着装置１００は、定着ベルト１０１を内側から張架する張架ローラの一つとして、加圧ローラ１０２に対向する位置に配置され、定着ニップＮ１を形成するための定着ローラ１０５を備える。定着ベルト１０１を挟んで加圧ローラ１０２にから圧力を受けることによって定着ニップＮ１を形成している。
加圧ローラ１０２は、中空の芯金１０７に弾性ゴム層１０８を設けた構成であり、離型性を得るために表面に離型層（ＰＦＡ層またはＰＴＦＥ層）が設けてある。加圧ローラ１０２は、プリンタ１本体に設けられた駆動源である定着駆動モータ２０１からギヤを介して駆動力が伝達され回転する。

また、加圧ローラ１０２は、スプリング等の付勢部材によって定着ベルト１０１側に押し付けられており、弾性ゴム層１０８及び定着ローラ１０５の弾性層が押し潰されて変形することにより、所定のニップ幅の定着ニップＮ１を形成する。
加圧ローラ１０２は、ハロゲンヒータ等からなる加熱手段である加圧ローラ加熱ヒータ１０９を有しており、待機状態から早期復帰をする際に必要な予熱用のヒータとして機能している。弾性ゴム層１０８の材料としては、ソリッドゴムを用いても良いし、スポンジゴムを用いても良い。スポンジゴムの方が、断熱性が高まり定着ベルトの熱が奪われにくくなる性質がある。

定着ローラ１０５は、加圧ローラ１０２と同じ駆動源である定着駆動モータ２０１からギヤを介して加圧ローラ１０２と同じ線速になるように回転する。詳しくは、加圧されていない状態での加圧ローラ１０２及び定着ローラ１０５の直径をＲ１及びＲ２とし、単位時間当たりの回転数をＳ１及びＳ２としたときに、「π・Ｒ１・Ｓ１＝π・Ｒ２・Ｓ２」の関係を満たすように設定する。
定着ベルト１０１は定着ニップＮ１で挟み込まれて回転し、定着ニップＮ１以外ではベルトの寄り防止ガイドによって両端部で幅方向（図１の紙面に直交する方向）への移動が規制され、走行する。このような構成により、安価で小サイズの連続紙が可能、かつ、紙シワの発生がない定着装置１００を実現することが可能となる。

定着装置１００は、定着駆動モータ２０１からギヤを介して回転駆動される加圧ローラ１０２に荷重を加え、対向する位置に配置された定着ローラ１０５に圧接させて定着ニップＮ１を形成する。定着ローラ１０５の側にはトナー定着用の熱源であるベルト加熱ヒータ１０３を内蔵した加熱ローラ１０４と、定着ベルト１０１に張力を与えるテンションローラ１０６とを設けている。そして、張架した定着ベルト１０１によって加熱ローラ１０４の熱を定着ニップＮ１に伝える構成である。

そして、本実施形態の定着装置１００は、定着ローラ１０５よりも加圧ローラ１０２の方が硬度が高い構成で、加圧ローラ１０２の外径を変更する硬質ローラ外径変更手段として、加圧ローラ加熱ヒータ１０９及び制御部２００を備える。定着装置１００では、加圧ローラ加熱ヒータ１０９による加熱を行うことで、加圧ローラ１０２の弾性ゴム層１０８が熱膨張し、加圧ローラ１０２の外径が大きくなる構成である。
図３は、加圧ローラ１０２の外径が大きくなる前の状態（実線）と、大きくなった状態（破線）とを示す定着装置１００の模式図である。

本実施形態の定着装置１００では、圧力がかかっていない状態でのローラの直径と回転速度との積によって求まる定着ニップＮ１以外でのローラ表面の線速を、定着ローラ１０５と加圧ローラ１０２とで同じになるように設定している。しかし、定着ニップＮ１では、湾曲した定着ニップＮ１の内側に位置する加圧ローラ１０２（硬度が高いローラ）と、外側に位置する定着ローラ１０５（硬度が低いローラ）とでは曲率が異なり、線速が異なる状態となる。具体的には、湾曲の外側となる定着ローラ１０５の表面よりも湾曲した内側となる加圧ローラ１０２の表面の方が線速が遅くなる。

図４は、硬度が高い加圧ローラ１０２と、硬度が低い定着ローラ１０５とによって形成される定着ニップＮ１に封筒Ｅを通紙させた状態を示す模式図である。図４（ａ）は、通常の記録紙Ｓの通紙時と条件を変えなかった場合を示し、図４（ｂ）は、加圧ローラ１０２の外径を大きくした場合を示す。

図４（ａ）に示す定着ニップＮ１を、封筒Ｅや複数枚の用紙が重なった紙束が通過するとき、定着ニップＮ１の曲率によって、封筒Ｅの表面における加圧ローラ１０２側と、定着ローラ１０５側とで、回転半径が異なる。また、一枚のシート材からなる通常の記録紙Ｓを通紙する場合に比べて、封筒Ｅ等の厚みが大きい記録媒体を通紙する場合は、厚みの分だけ回転半径の差が大きくなる。そして、回転半径の大きい曲率ニップ外側となる定着ローラ１０５（定着ベルト１０１）の表面の線速が、回転半径の小さい曲率ニップ内側となる加圧ローラ１０２の表面の線速よりも速くなる。よって、定着ローラ１０５（定着ベルト１０１）の側の方が加圧ローラ１０２の側よりも記録媒体に対する紙送り量が多くなる。

このため、封筒Ｅのおもて面と裏面とで線速差（紙送り量の差）が生じ、回転半径が大きい定着ローラ１０５の側の面を形成する紙が速く進む。このとき、封筒Ｅのおもて側の紙と裏側の紙とは三辺が固定されているため、加圧ローラ１０２の側の面を形成する紙に、弛み「Ｄ」が生じる。この弛み「Ｄ」が定着ニップＮ１に進入すると押しつぶされて皺となる。また、複数枚の紙束では、おもて側と裏側とでシート材同士が搬送方向にズレた状態となり、シート材同士が分離し、一部が固定されている場合は、折れや皺が生じるおそれがある。

一方、図４（ｂ）に示すように、熱膨張によって加圧ローラ１０２の外径を大きくすることで、回転半径が大きくなる。このとき、加圧ローラ１０２と定着ローラ１０５とは駆動源が共通で、回転速度の比（Ｓ１：Ｓ２）に変更はないため、回転半径（Ｒ１）が大きくなった分、定着ニップＮ１以外の部分での線速は、定着ローラ１０５よりも加圧ローラ１０２の方が速くなる。また、定着ニップＮ１内では、湾曲形状の内側に位置する加圧ローラ１０２の線速が速くなることで、定着ニップＮ１内での線速差が小さくなる。このため、封筒Ｅのおもて面と裏面とで線速差（紙送り量の差）が生じることを防止し、弛みや、弛みに起因する皺の発生を防止できる。

図５は、定着ニップＮ１で搬送される封筒Ｅに作用する力の説明図である。
図５に示すように平面を曲げた場合、外周側は図５中の矢印「Ｆ１」で示す引張応力が作用し、内周側は図５中の矢印「Ｆ２」で示す圧縮応力が作用する。シート材の二つの面に引張応力と圧縮応力とがそれぞれ作用しても、定着ニップＮ１に挟まれた記録媒体が一枚の平面状のシート材であれば、シート材内での応力で吸収できる。一方、封筒Ｅのように二枚のシート材を重ねて曲げた場合、圧縮側は、弛みとして膨らんだ状態となり、この膨らみが定着ニップＮ１で押し潰されると皺となる。
本実施形態の定着装置１００は、湾曲ニップの内周側となる加圧ローラ１０２の線速を速くすることで、圧縮応力が作用する側の弛みとして膨らんだ部分を伸ばす作用が生じ、膨らみが押し潰されると皺となることを抑制できる。

本実施形態のプリンタ１では、一枚のシート材からなる記録紙Ｓに画像を形成するときの搬送速度よりも、封筒Ｅに画像を形成するときの搬送速度を遅くしている。このため、定着装置１００でも封筒Ｅを通紙するときの方が速度を遅く設定しているが、定着駆動モータ２０１の回転速度を遅くするものであり、同じ駆動源から駆動が伝達される加圧ローラ１０２と定着ローラ１０５との回転速度の比（Ｓ１：Ｓ２）は変化しない。

ここで、従来の定着装置と、定着装置を備えた従来の画像形成装置とについて説明する。
プリンタ、複写機及びファクシミリ等の画像形成装置に対し、近年、省エネルギー化・高速化の市場要求とともに、多種多様な記録媒体を一台のプリンタで出力するようになってきている。その中で封筒のように二枚の紙（シート材）を重ね合わせた構造の記録媒体のプリントの場合、通紙時の表裏線速差がひずみとなり、紙シワとなる現象が起こり易い。

このような問題を解消する定着装置の一例として、ベルト方式の定着装置（例えば特許文献２）やセラミックヒータを用いたサーフ定着（フィルム定着）の定着装置（例えば特許文献３）が知られている。これらの定着装置は、ベルトまたフィルムの内側に配置され、ローラ状の部材ではないニップ形成部材によって、ベルトまたフィルムの外側に接触して定着ニップを形成するローラを潰し、平坦化することで曲率に起因する線速差を解消することができる。

このような構成の定着装置の場合、ニップ形成部材に剛性のある部品を配置して薄いベルト状の定着部材を加圧ローラとともに連れ回りさせるレイアウトとなる。その場合ベルト定着部材の熱容量が小さいため、部材の温度上昇が速くなる。小サイズ通紙のように非通紙範囲の加熱部分が増えるような場合は、温度上昇が速い分、部材が耐熱温度に到達する時間が短くなり、印刷スピードを落とさなければならない課題がある。

一方、熱容量の大きなベルト架橋方式の定着装置では、温度上昇が緩やかなため、小サイズ紙の連続通紙を行っても非通紙範囲の温度が部材耐熱温度に到達せず、印刷スピードを落とすことなく出力可能となる。
しかしベルト架橋方式の定着装置に多く見られる、定着ローラと加圧ローラとのローラ対により定着ニップを形成する場合、定着ニップが硬度の高い側の形状にならう形で曲率ニップとなる。そのため封筒のように二枚のシート材を重ね合わせた記録媒体に画像を形成する場合、封筒のおもて面と裏面とで線速差が生じてしまい、ひずみとなり皺となる現象が起こり易い。

このような課題を解消する構成として、特許文献１には、定着ニップを形成する加熱ローラと加圧ローラとの回転数をそれぞれ独立のモータで制御を行い、曲率ニップの内側となるローラの線速を速く設定する構成が記載されている。これにより、記録媒体のおもて面と裏面とでの線速差（紙送り量の差）を小さくし、皺の発生を抑制できる。しかし、特許文献１の構成では、定着ニップを形成する二つのローラにそれぞれ独立したモータを設ける必要があり、モータの増設による装置の大型化及びコストアップにつながる。

定着ニップを通過する記録媒体の、おもて面と裏面との線速差をなくす構成としては、定着ローラ、加圧ローラそれぞれの硬度を同じにする構成が考えられる。二つのローラの硬度を同じにすることで、定着ニップでのローラの潰れ量が同じになり、定着ニップを平坦化することが可能である。しかしローラ硬度を同じにして部品を製造するには限界があり、またコストも上昇する課題がある。

これに対して、本実施形態の定着装置１００では、熱容量の大きいベルト架橋方式の定着装置においても、加圧ローラ１０２の外径を可変にすることで従来の構成に近い状態で、記録媒体のおもて面と裏面とでの線速差を抑制することができる。本実施形態の定着装置１００では、封筒通紙時の定着ニップＮ１における封筒のおもて面と裏面との線速差を少なくすることができる。このため、定着ニップＮ１を通過する記録媒体のおもて面と裏面との線速差に起因する皺の発生を防止できる。

図６は、加熱によって加圧ローラ１０２の外径が変化する様子を示す説明図である。図６（ａ）は加熱前の加圧ローラ１０２の形状を示し、図６（ｂ）は加熱後の加圧ローラ１０２の形状を破線で示す。また、図６（ａ）及び図６（ｂ）の左図は、軸線方向から見た加圧ローラ１０２の説明図であり、図６（ａ）及び図６（ｂ）の右図は軸線方向に直交する方向から見た加圧ローラ１０２の説明図である。
封筒Ｅの通紙時に、加圧ローラ加熱ヒータ１０９で加圧ローラ１０２を加熱することによって、図６（ｂ）で示すように、加圧ローラ１０２が熱膨張によって外径が変化する。

加圧ローラ１０２の外径膨張用ヒータである加圧ローラ加熱ヒータ１０９によって、加圧ローラ１０２を加熱する箇所は、加圧ローラ１０２の内側であり、その軸方向の長さである幅「Ｗ」は、封筒Ｅを通紙するときの通紙範囲以上の幅とする。また、図６に示すように、軸方向に一箇所でも良いし、複数箇所に設けてもいい。
封筒Ｅを通紙するときには、制御部２００が加圧ローラ加熱ヒータ１０９を加熱制御することで、加圧ローラ１０２の外径を大きくする。これにより、定着ローラ１０５に対する加圧ローラ１０２の相対的な回転速度を変化させることなく、定着ローラ１０５に対する加圧ローラ１０２の線速を速くすることができる。

加圧ローラ１０２を加熱膨張する加圧ローラ加熱ヒータ１０９は、膨張させるための専用のヒータを設けても良いし、大サイズ通紙用のヒータを搭載しているような場合は、大サイズ通紙用のヒータと共通で使用しても構わない。大サイズ通使用のヒータは、立ち上げ時直後の印刷速度を速くするためのものであり、ベルト定着のように部品点数の比較的多い構成の場合、熱容量が増加して温度上昇速度が遅くなるため、必要に応じて通紙前の待機時に、予熱を目的に加熱するものである。

加圧ローラ１０２の一例として、室温（約２０［℃］）で、外径が２５［ｍｍ］（半径は１２．５［ｍｍ］）、弾性ゴム層１０８の厚みが５［ｍｍ］のシリコンゴムローラを用いて、加熱による外径の変化を測定した。加圧ローラ１０２の表面の温度を１００［℃］にしたところ外径は２５．２［ｍｍ］（半径は１２．６［ｍｍ］）に膨張した。また、加圧ローラ１０２の表面の温度を１５０［℃］にしたところ外径は２５．６［ｍｍ］（半径は１２．８［ｍｍ］）に膨張した。封筒Ｅを通紙する場合には、加圧ローラ１０２の表面を１５０［℃］に制御することで、加圧ローラ１０２の半径は１２．８［ｍｍ］に膨張し、加圧ローラ１０２の表面移動速度を１．５［％］程度、速くなるように変更できる。

また、本実施形態の定着装置１００は、加圧ローラ１０２の外径を変化させる際に、加圧ローラ１０２と定着ローラ１０５との軸間距離を同時に変化させる軸間距離調節手段を備える。
図７は、軸間距離調節手段である加圧ローラ揺動機構９０の説明図である。
制御部２００が、加圧揺動モータ２０２を駆動すると、加圧揺動カム９３が図７中の矢印「Ｇ」方向に回転し、加圧揺動カム９３の加圧揺動レバー９２に対する接触位置が変化する。これにより、加圧揺動レバー９２が揺動軸９１を中心に図７中の矢印「Ｈ」方向に回転する。この回転によって、加圧揺動レバー９２に加圧軸受９４を介して回転可能に保持された加圧ローラ１０２の回転軸である芯金１０７と定着ローラ１０５の回転軸である定着ローラ回転軸１０５ａとの軸間距離を調節することができる。

図８は、加圧ローラ１０２の外径を大きくするとともに、加圧ローラ揺動機構９０によって、加圧ローラ１０２の芯金１０７を定着ローラ回転軸１０５ａから離間させる動作を説明する上面図である。離間させる前の各部材の位置を図８中の実線で示し、離間させた後の各部材の位置を図８中の破線で示す。
加圧ローラ１０２と定着ローラ１０５との軸間距離が同じままで、加圧ローラ１０２の外径を大きくすると、加圧ローラ１０２と定着ローラ１０５との弾性層の圧縮率が高くなり、復元力によって定着ニップＮ１における当接圧が高くなる。定着ニップＮ１での当接圧が高くなると、加圧ローラ１０２及び定着ローラ１０５と、これらを支持する支持部材との負荷が大きくなり、部材寿命の低下につながるおそれがある。

本実施形態の定着装置１００では、加圧ローラ１０２の外径を大きくする際には、芯金１０７を図８中の矢印「Ｉ」で示す方向に移動させる。これにより、加圧ローラ１０２と定着ローラ１０５との軸間距離が離れ、加圧ローラ１０２の外径が大きくなっても、加圧ローラ１０２と定着ローラ１０５との弾性層の圧縮率が高くなることを抑制し、定着ニップＮ１における当接圧が高くなることを抑制できる。

本実施形態の定着装置１００は、定着ローラ１０５よりも加圧ローラ１０２の方が硬度が高い設定とし、加圧ローラ１０２の外径と、加圧ローラ１０２の弾性層（弾性ゴム層１０８）の圧縮率とを同時に変化させる調整手段を備える構成である。
定着装置１００は、図７及び図８に示すように、加圧ローラ１０２の熱膨張量に応じて、加圧揺動モータ２０２の駆動を制御し、加圧揺動カム９３を回転させ、加圧揺動レバー９２の回転を制御する。これにより、加圧軸受９４を介して加圧揺動レバー９２に回転可能に保持された加圧ローラ１０２の回転軸（１０７）と、定着軸受１０５ｂを介して装置本体に支持された定着ローラ１０５の回転軸（１０５ａ）との距離を調整できる。そして、定着ニップＮ１における当接圧を調整できる。加圧ローラ１０２を熱膨張で大きくすることで、定着ニップＮ１における加圧ローラ１０２の側の回転半径を確保しつつ、定着ニップＮ１における当接圧の上昇に起因する部材寿命の低下を抑制することができる。

定着装置１００では、加圧ローラ１０２の弾性ゴム層１０８の熱膨張によって回転半径を変え、さらに圧縮率を変更することで、加圧ローラ１０２の線速を上げて曲率ニップにおける回転半径内周側（加圧ローラ１０２の側）の線速を上げる。これにより、定着ニップＮ１における内周側（加圧ローラ１０２の側）と外周側（定着ベルト１０１側）との紙送り量の差を小さくすることで、図４（ｂ）に示すように、定着ニップＮ１の入口での弛み「Ｄ」の発生を抑制でき、皺の発生も抑制できる。加圧ローラ１０２の外径を大きくする制御は、おもて側と裏側との線速差が大きくなる封筒Ｅのように二枚のシート材を重ね合わせたような記録媒体のプリントの場合、特に有効である。
また、硬度が異なる二つのローラ部材によって曲率ニップを形成する構成は、定着ニップＮ１の出口での曲率を大きくすることができる。このため、定着ニップをフラットニップとする構成と比較して、記録紙Ｓ等の記録媒体の定着部材からの分離性が向上する利点がある。

図１に示すように、定着装置１００は、加圧ローラ１０２の芯金１０７の内側の温度を検出する温度検出手段である加圧温度センサ２０５を備える。加熱箇所である芯金１０７の内側の温度を加圧温度センサ２０５で検出し、温度を制御することによって、加圧ローラ１０２の外径の膨張量は調節可能である。例えば、坪量の異なる（紙厚の異なる）封筒Ｅを通紙するような場合は、定着ニップＮ１の曲率も変化する。このため、坪量により温度設定、ゴム圧縮率を変えることで、表裏線速差の違いによる送り量の差をなくすことができ、坪量の異なる封筒Ｅのプリントを行う場合に有効である。加圧ローラ１０２の温度制御を行う加圧温度センサ２０５としては、芯金１０７の内部の温度を検出するものに限らず、加圧ローラ１０２の表面温度を検出するものでもよい。

以上、本発明を実施形態に基づいて説明した。本発明は実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で適宜変更可能である。また、本発明の定着装置を備える画像形成装置としては複写機あるいはプリンタに限らず、ファクシミリや複数の機能を備える複合機であってもよい。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることも可能である。

また、上述した実施形態では、硬度が低い回転ローラである定着ローラ１０５が定着ベルト１０１を張架して、硬質ローラである加圧ローラ１０２が無端ベルトである定着ベルト１０１を挟んで定着ローラ１０５に加圧接触する構成である。回転ローラと硬質ローラとからなる構成としては、二つのローラの間に無端ベルトを挟む構成に限らず、硬質ローラが回転ローラに直接加圧接触する構成でもよい。
さらに、回転ローラと硬質ローラとからなるローラ装置としては、定着装置に限らず、二つのローラの当接部に形成されるニップ部で被搬送媒体を挟んで搬送するものであれば、搬送用のローラ対等、他のローラ装置にも適用可能である。また、画像形成装置が備えるローラ装置に限るものでもない。

以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。

（態様Ａ）
回転駆動する定着ローラ１０５等の回転ローラと、回転ローラの表面に直接または定着ベルト１０１等の無端ベルトを挟んで加圧接触して回転駆動し、回転ローラよりも硬度が高い加圧ローラ１０２等の硬質ローラとを備える定着装置１００等のローラ装置において、硬質ローラの外径を変更する加圧ローラ加熱ヒータ１０９等の硬質ローラ外径変更手段を備えることを特徴とするものである。
これによれば、硬質ローラの外径を大きくすることで、回転ローラに対する硬質ローラの回転速度を変更することなく、回転ローラに対する硬質ローラの線速を速くできる。これにより、ニップ部での被搬送媒体のおもて面側と裏面側とでの送り量の差に起因する皺の発生を抑制できる。また、回転ローラに対する硬質ローラの回転速度を変更する必要がないため、独立して回転を制御できる駆動手段を設ける必要がなく、装置の大型化及びコストの増大を抑制できる。このように態様１では、ニップ部での送り量の差に起因する皺の発生を抑制しつつ、装置の大型化及びコストの増大を抑制できる。

（態様２）
態様１において、硬質ローラ外径変更手段によって硬質ローラの外径を変更する際に、硬質ローラと回転ローラとの軸間距離を調整する加圧ローラ揺動機構９０等の軸間距離調節手段とを備えることを特徴とするものである。
これによれば、上記実施形態について説明したように、硬質ローラの外径を大きくした際にニップ部における当節圧の上昇を抑制し、当接圧の上昇に起因する部材寿命の低下を抑制することができる。

（態様３）
態様１また２において、硬質ローラ外径変更手段は、回転ローラと硬質ローラとの接触部で挟んで搬送する被搬送媒体が一枚のシート材である場合と、複数枚のシート材を重ねた構造である場合とで、硬質ローラの外径を異ならせることを特徴とするものである。
これによれば、封筒Ｅ等の複数枚のシート材を重ねた構造の被搬送媒体を搬送するときに、硬質ローラの外径を変更し、線速を変更することができる。これにより、複数枚のシート材を重ねた構造の被搬送媒体を搬送する際のおもて面と裏面との線速差に起因する皺の発生を抑制できる。

（態様４）
態様１乃至３の何れかの態様において、硬質ローラ外径変更手段は、回転ローラと硬質ローラとの接触部で挟んで搬送する被搬送媒体の坪量に基づいて硬質ローラの外径を異ならせることを特徴とするものである。
これによれば、被搬送媒体の坪量により設定した複数の設定値を元に硬質ローラの外径を設定することができ、封筒Ｅ等の複数枚のシート材を重ねた構造の被搬送媒体を搬送するときに、硬質ローラの外径を変更し、線速を変更することができる。これにより、複数枚のシート材を重ねた構造の被搬送媒体を搬送する際のおもて面と裏面との線速差に起因する皺の発生を抑制できる。

（態様５）
定着ローラ１０５等の定着ローラと、定着ローラの表面に、直接または無端状の定着ベルト１０１等の定着ベルトを挟んで加圧接触する加圧ローラ１０２等の加圧ローラとを備える定着装置１００等の定着装置において、定着ローラと前記加圧ローラとからなるローラ対の構成として、態様１乃至４の何れかの態様に係るローラ装置の構成を備えることを特徴とするものである。
これによれば、封筒Ｅ等の複数枚のシート材を重ねた構造の記録媒体が定着ニップＮ１等の定着ニップを通過するときに、記録媒体に皺が生じることを防止することができる。

（態様６）
記録紙Ｓまたは封筒Ｅ等の記録媒体に画像を形成する転写装置７１等の画像形成手段と、記録媒体に画像を定着させる定着装置１００等の定着手段とを備えるプリンタ１等の画像形成装置において、定着手段として、態様５に係る定着装置を備えることを特徴とするものである。
これによれば、封筒Ｅ等の複数枚のシート材を重ねた構造の記録媒体に画像を形成する際に、記録媒体に皺が生じることを防止することができる。

１ プリンタ
３ 給送ローラ
４ レジストローラ対
４ａ シート検知センサ
５ 二次転写ローラ
６ 画像ステーション
７ 排紙ローラ対
８ 光書込装置
９ トナーボトル
１０ 転写ベルトユニット
１１ 中間転写ベルト
１２ 一次転写ローラ
１３ 中間転写ベルトクリーニング装置
１７ 排紙トレイ
１９ ボトル収容部
２０ 感光体
３０ 帯電装置
４０ 現像装置
５０ クリーニング装置
６０ シート給送装置
６１ 給紙カセット
７１ 転写装置
７２ 駆動ローラ
７３ 従動ローラ
９０ 加圧ローラ揺動機構
９１ 揺動軸
９２ 加圧揺動レバー
９３ 加圧揺動カム
９４ 加圧軸受
１００ 定着装置
１０１ 定着ベルト
１０２ 加圧ローラ
１０３ ベルト加熱ヒータ
１０４ 加熱ローラ
１０５ 定着ローラ
１０５ａ 定着ローラ回転軸
１０５ｂ 定着軸受
１０６ テンションローラ
１０７ 芯金
１０８ 弾性ゴム層
１０９ 加圧ローラ加熱ヒータ
２００ 制御部
２０１ 定着駆動モータ
２０２ 加圧揺動モータ
２０５ 加圧温度センサ
Ｅ 封筒
Ｌｂ 書き込み光
Ｎ１ 定着ニップ
Ｓ 記録紙

特開２００４−２０５６２０号公報 特開２００４−２８６９２２号公報 特許第２８６１２８０号

Claims (6)

1. 回転駆動する回転ローラと、
   前記回転ローラの表面に直接または無端ベルトを挟んで加圧接触して回転駆動し、前記回転ローラよりも硬度が高い硬質ローラとを備えるローラ装置において、
   前記硬質ローラの外径を変更する硬質ローラ外径変更手段を備えることを特徴とするローラ装置。
2. 請求項１のローラ装置において、
   前記硬質ローラ外径変更手段によって前記硬質ローラの外径を変更する際に、前記硬質ローラと前記回転ローラとの軸間距離を調整する軸間距離調節手段とを備えることを特徴とするローラ装置。
3. 請求項１または２のローラ装置において、
   前記硬質ローラ外径変更手段は、前記回転ローラと前記硬質ローラとの接触部で挟んで搬送する被搬送媒体が一枚のシート材である場合と、複数枚のシート材を重ねた構造である場合とで、前記硬質ローラの外径を異ならせることを特徴とするローラ装置。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載のローラ装置において、
   前記硬質ローラ外径変更手段は、前記回転ローラと前記硬質ローラとの接触部で挟んで搬送する被搬送媒体の坪量に基づいて前記硬質ローラの外径を異ならせることを特徴とするローラ装置。
5. 定着ローラと、
   前記定着ローラの表面に、直接または無端状の定着ベルトを挟んで加圧接触する加圧ローラとを備える定着装置において、
   前記定着ローラと前記加圧ローラとからなるローラ対の構成として、請求項１乃至４の何れか一項に記載のローラ装置の構成を備えることを特徴とする定着装置。
6. 記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、
   前記記録媒体に前記画像を定着させる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５に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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