JP4779622B2 - 定着装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式、静電記録方式等を用いて記録材上に形成した未定着トナー像を加熱溶融して定着する定着装置に係り、特に、無端状の定着ベルトを用いた定着装置に関する。

従来より、電子写真方式等を利用した複写機やプリンタ等の画像形成装置においては、記録材上に中間転写方式又は直接転写方式にて形成担持された未定着トナー像を永久画像とするための定着法として、加熱加圧ロール方式の定着装置が広く用いられてきた。
この加熱加圧ロール方式としては、加熱ロールと加圧ロールとの圧接ロール対を互いに回転させて、未定着トナー像が担持された記録材をロール対の相互圧接部である定着ニップ域に通過させるようにして、トナー像を記録材上に熱圧定着させるようにしたものである。

このような加熱加圧ロール方式を用いた定着装置では、加熱ロール又は加圧ロールの一方若しくは両方の弾性層を歪ませて定着ニップ域を形成しているため、所望の定着ニップ域を形成するためには、加熱ロール及び加圧ロールの一方若しくは両方の弾性層を比較的厚く形成し、また、両者のロール間の押圧力を大きくしなければならない。
このことは、弾性層及びコア（芯金）の厚肉化や加熱ロールの熱容量の増加をもたらし、加熱ロールが加熱開始から定着可能温度に上昇するまでの時間、すなわちウォームアップ時間が却って増加するという問題がある。

このような問題を解決するために、エンドレスベルトを用いたベルト定着方式が提案されている。この方式は、例えば、加熱ロール（定着ロール）と固定配置された加圧部材との間に耐熱性のエンドレスベルト（定着ベルト）を挟持して定着ニップ域を形成し、この定着ニップ域に未定着トナー像が形成された記録材を挿入して、定着ベルトと一緒に挟持搬送することで、定着ニップ域での熱圧定着を行おうとするものである。

このようなベルト定着方式では、通常、定着ベルト裏面から定着ロールを押圧するために固定パッドを使用しているため、定着する記録材の種類に関係なく圧力が一定になり、記録材の種類に応じて加える熱量を変化させるようにして対応しているのが現状である。しかしながら、近年、ユーザーが使用する記録材の種類は増加する一方であり、夫々の記録材に応じて熱量を変化させるだけでは対応が困難になっている実態があった。

特開平１０−２２８２００号公報（発明の実施の形態、図２）

このような問題に対し、弾性押圧部材（固定パッド）に可動支持部材を設け、定着ニップ域（接触ニップ域）での圧力や接触ニップ幅を可変制御することで、例えば薄紙、厚紙、封筒といった使用する記録材への定着条件の適応性を高める提案がなされている（特許文献１参照）。
しかしながら、この方式では、接触ニップ域での圧力と接触ニップ幅とが可変設定されるものの、使用する記録材の種類によって圧力と接触ニップ幅とをどのような関係で変化させるものかどうかについては明確ではなく、記録材の種類に適合する安定した接触ニップ域を実現することが困難であった。
また、薄紙に適用させるための薄紙モードでは、接触ニップ域の出口側を高圧力且つ接触幅を広げるようにしているが、このような方式では総荷重が増えてしまい、耐久性の点で懸念されるようにもなる。更に、薄い記録材に対して接触幅を広げると熱量過多になる虞もあり、必ずしも適切な方式とは云えないものであった。

本発明は、以上の技術的課題を解決するためになされたものであって、記録材上の未定着画像を加熱／加圧定着する定着装置において、記録材の種類に応じた定着性能を確保でき、安定した定着画像が確保できるようにした定着装置及びこれを用いた画像形成装置を提供するものである。

すなわち、本発明は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、記録材上の未定着画像を加熱／加圧定着する定着装置において、弾性層１ａを有する回転可能な定着ロール１と、定着ロール１を加熱する加熱源２と、定着ロール１に圧接され且つ定着ロール１と共に転動して記録材４を挟持搬送する無端状の定着ベルト３と、定着ベルト３の裏面側に配設され且つ定着ベルト３を定着ロール１に押圧させると共に定着ベルト３と定着ロール１との間に接触ニップ域ｎを形成する押圧部材５と、接触ニップ域ｎにて下流側圧力が他の部分より高い圧力分布となるように押圧部材５を可動支持し、接触ニップ域ｎ下流側圧力Ｐが高くなるに従って接触ニップ幅Ｗが狭くなるように圧力分布及び接触ニップ幅Ｗを調整する押圧可変機構６とを備えることを特徴とするものである。尚、本件でいう接触ニップ幅Ｗとは、記録材４の搬送方向に沿った長さを意味する。

このような技術的手段において、定着ロール１は弾性層１ａを備え弾性変形可能なものであればよく、例えば弾性層１ａ表面にフッ素系樹脂層等の離型層を備えるようにしてもよい。また、加熱源２は、定着ロール１の内部又は外部のいずれか若しくは双方に設けられてもよいが、定着ロール１による加熱を有効に制御する観点から、定着ロール１の内部に加熱源２を設ける方が好ましい。
更に、定着ベルト３は耐熱性を有するものであればよく、樹脂系、金属系材料が使用されるが、定着時の熱効率を向上させる観点から樹脂系材料が好ましい。更にまた、押圧部材５は、定着ロール１の弾性層１ａを変形させるものであればよく、弾性、剛性は特に問わないが、安定した接触ニップ域ｎを確保する観点から、少なくとも一部に弾性部材５ａを備えることが好ましい。また、押圧部材５のうち、特に接触ニップ域ｎの出口側（下流側）は、記録材４の定着ロール１からの剥離性能を確保する観点から、上流側の弾性部材５ａよりも高硬度な硬質部材５ｂを備えることが好ましい。尚、硬質部材５ｂとしては、上流側の弾性部材５ａ及び定着ロール１の弾性層１ａより硬度が高ければよく、金属のみならず、樹脂や弾性体をも含む趣旨である。

そして、本発明においては、接触ニップ域ｎでの圧力Ｐと接触ニップ幅Ｗを制御することで、記録材４の種類等に適応した定着条件を選定することができ、安定した定着条件を確保することができるようになる。

また、本発明における押圧可変機構６は、接触ニップ域ｎでの圧力Ｐ及び接触ニップ幅Ｗが夫々３段階以上に可変設定されるように押圧部材５を可動支持するものであることが好ましく、更に、押圧部材５が接触ニップ域ｎの上流側の弾性部材５ａと、下流側の硬質部材５ｂとで構成されていることが好ましい。これによれば、上流側の弾性部材５ａで記録材４への過度なストレスを加えることなく十分な予備加熱が行えるようになり、一方、下流側の硬質部材５ｂにて記録材４への効果的な定着がなされると共に定着ロール１への記録材４の貼り付きを有効に抑止できるようになる。また、弾性部材５ａは、当該弾性部材５ａを固定支持する固定支持部材を介して付勢部材によって定着ロール１側に押圧されるようにすれば、弾性部材５ａを一様に定着ロール１側に押圧することができるようになる。更に、硬質部材５ｂとしては、弾性部材５ａを固定支持する固定支持部材を兼用するようにすれば、部品点数の削減が実現できるようになる。

更に、押圧部材５が弾性部材５ａ及び硬質部材５ｂで構成される態様においては、押圧可変機構６は、押圧部材５の弾性部材５ａ及び硬質部材５ｂを夫々個別に可動支持するように設定されることが好ましく、この場合、夫々の部材を記録材４の種類に応じた最適な圧力Ｐ及び接触ニップ幅Ｗの条件にて定着を行うことが可能になる。
更にまた、押圧可変機構６は、押圧部材５を記録材搬送方向に略沿って可動させるようにすることが好ましく、これによれば、押圧可変機構６自体の構成が簡略化されるようになる。

そして、押圧可変機構６は、押圧部材５を支える揺動自在なレバーを有することが好ましく、押圧部材５をレバー操作によって移動させることで、容易に接触ニップ域ｎでの圧力Ｐ及び接触ニップ幅Ｗを可変できるようになる。また、このとき、レバーの一方側にて押圧部材５の揺動量を調整するアクチュエータを有するようにすれば、レバーの揺動動作を手動操作させたり、自動操作させることが容易にできるようになる。尚、アクチュエータは手動で操作させるものをも含む意味である。
更に、レバーのアクチュエータが設けられた側とは異なる側に、押圧部材５が定着ロール１側に押し付けられる方向に当該レバーを付勢する付勢部材を設けることが好ましく、これによれば、レバーの操作が一層安定し、押圧部材５の揺動動作が安定して行われるようになる。
更にまた、アクチュエータの代表的態様としてはカムが挙げられ、カムを回転させてレバーを移動させるようにすればよい。
また、手動操作では、レバーがロックできる機構を有していればよく、例えばカムを回転させて適宜ロックさせるようにすればよい。更にまた、自動操作にあっては、例えばカムの回転によってレバーを移動させるようにしてもよいし、磁気吸引力を用いたプランジャーを使用したり、ラックとピニオン状の部材を用いてレバーを移動させるようにしても差し支えない。

更に、前記レバーを自動操作する態様では、使用される記録材４の種類によって接触ニップ域ｎでの圧力Ｐ及び接触ニップ幅Ｗを制御する制御装置を有し、制御装置は使用される記録材４の種類に応じてアクチュエータを制御操作することが好ましい。
また、記録材４上に形成されるカラー画像又はモノクロ画像の種類に応じて接触ニップ域ｎでの圧力Ｐ及び接触ニップ幅Ｗを制御する制御装置を有し、制御装置はこの画像の種類に応じてアクチュエータを制御操作することが好ましい。このように、記録材４の種類や画像の種類によっても接触ニップ域ｎでの圧力Ｐ及び接触ニップ幅Ｗを可変することにより、一層適正な定着条件を選定することができるようになる。

更に、本発明は、上述した定着装置のみならず、画像形成装置をも対象とするものであり、この場合、トナー像を担持する像担持体と、この像担持体上のトナー像を記録材４上に転写する転写部材と、記録材４上に転写された未定着トナー像を定着する定着装置とを備え、この定着装置として上述の定着装置を配設するようにすればよい。

本発明によれば、記録材を定着ロールと定着ベルトとで挟持搬送して記録材上の未定着トナー像を定着する方式にあって、定着ベルト裏面側に配設されて所望の接触ニップ域を形成する押圧部材と、接触ニップ域にて下流側圧力が他の部分より高い圧力分布となるように押圧部材を可動支持し、接触ニップ域下流側圧力が高くなるに従って接触ニップ幅が狭くなるように圧力分布及び接触ニップ幅を調整する押圧可変機構とを備えたので、記録材種類等に合った接触ニップ域での圧力及び接触ニップ幅の条件を適宜選択することができ、安定した定着条件が可能になる。そのため、通常では対応が困難な坪量（薄紙、超厚紙等）や定着時の剥離性が悪いコート紙等や、封筒等の特殊用紙などへの安定した定着条件を行うことができる定着装置を提供できるようになる。
また、この定着装置を用いることで、記録材種類等に合った定着が可能な画像形成装置を提供することができるようになる。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
◎実施の形態１
図２は、本発明が適用された画像形成装置の実施の形態１を示す。同図において、本実施の形態の画像形成装置は、カラー画像を形成可能な画像形成ユニット２０を備えた装置本体１０と、装置本体１０の上部に原稿を読み取るための画像読取ユニット１１を配設すると共に、その上方に画像読取ユニット１１に原稿を送るための原稿送り装置１２を配設する一方、装置本体１０の画像形成ユニット２０の下方には、記録材としての用紙を供給する多段の給紙カセット５１〜５３を引き出し可能に配設したものである。

本実施の形態で用いられる画像形成ユニット２０は、例えば電子写真方式を採用したものであって、イエロー（Ｙ色）、マゼンタ（Ｍ色）、シアン（Ｃ色）及びブラック（Ｋ色）の４色の作像ユニット２１（２１ａ〜２１ｄ）を中間転写ベルト３０上に並列配置させた所謂タンデム型の構成となっている。そのため、夫々の作像ユニット２１（２１ａ〜２１ｄ）にて形成された各色のトナー像を中間転写ベルト３０上に順次一次転写させて多重化し、この多重化されたトナー像を給紙カセット５１〜５３から搬送された用紙上に一括転写させ、定着するようにしたものである。尚、４色の作像ユニット２１の配色はこの順番に限らず、他の順番であっても差し支えない。

本実施の形態における作像ユニット２１（２１ａ〜２１ｄ）は、各色成分トナー像を形成担持する感光体ドラム２２と、この感光体ドラム２２を帯電する帯電ロール等の帯電装置２３、帯電された感光体ドラム２２に潜像を形成するレーザ露光装置２４、感光体ドラム２２上の静電潜像を顕像化する現像装置２５、感光体ドラム２２上のトナー像を中間転写ベルト３０上に一次転写する例えば一次転写ロールからなる一次転写装置２６、感光体ドラム２２上に残留した残留トナーを清掃するクリーニング装置２７にて構成されている。尚、本実施の形態でのレーザ露光装置２４は、４色の作像ユニット２１全体を一つの装置にて露光するようになっている。

また、中間転写ベルト３０は、複数の張架ロール３１〜３３に張架され、例えば張架ロール３１を駆動ロールとして循環搬送されるものであり、例えば二次転写ロールからなる二次転写装置３５が張架ロール３３をバックアップロールとして対向配置されている。更に、この中間転写ベルト３０の張架ロール３１と対向する位置には、中間転写ベルト３０上の残留トナーを除去するベルトクリーニング装置３６が配設されている。

ここで、本実施の形態における用紙搬送系は次のようになっている。夫々の給紙カセット５１〜５３から略垂直上方に延びる垂直搬送路６１と、この垂直搬送路６１の下流側で、略水平に延びる主搬送路６２と、主搬送路６２の最下流近傍に略Ｙ字状に下方に延びる退避搬送路６３及びこの退避搬送路６３の途中から略水平に延びて垂直搬送路６１まで導く反転搬送路６４とで構成されている。
そして、主搬送路６２には、用紙の位置決め規制を行うレジストロール５４、中間転写ベルト３０上で多重化されたトナー像を一括転写する二次転写装置３５、トナー像が一括転写された用紙を搬送する搬送ベルト５５、トナー像を用紙に定着する定着装置４０及び装置本体１０の側方に設けられ用紙を収容する収容トレイ５７に用紙を排出する排出ロール５６等が設けられている。尚、これらの搬送路６１〜６４には、用紙の搬送を確実にする搬送ロールや搬送ガイド等の搬送部材が適宜配設されている。

特に、本実施の形態の定着装置４０は、図３のようになっている。同図において、ハロゲンランプ等の加熱源４２を内部に備える定着ロール４１と、定着ロール４１と転動して用紙を挟持搬送するエンドレスベルト（定着ベルト）４３と、エンドレスベルト４３の裏面側に設けられ且つ定着ロール４１とエンドレスベルト４３との間に接触ニップ域ｎを形成するニップ機構７０とで構成されている。

本実施の形態における定着ロール４１は、機械的強度に優れ且つ熱伝導性が良好なアルミニウム等の金属製の円筒状コア４１ａと、このコア４１ａの表面に形成されたシリコーンゴム等の弾性層４１ｂと、この弾性層４１ｂの表面に被覆され、用紙上の未定着トナー像のオフセットを防止する離型層４１ｃとで構成されている。
ここで、コア４１ａとしては、機械的強度と良好な熱伝導性を備えていれば特に材質は制限されず、例えばステンレス、鋼、黄銅等の金属や合金が使用できる。
また、弾性層４１ｂとしては、シリコーンゴムに限らず、耐熱性を備えていれば、例えばフッ素系ゴム等も使用でき、この弾性層４１ｂをコア４１ａの表面に形成する方法も特に制限されず、注入成型法やコーティング法等が採用できる。
更に、離型層４１ｃとしては、耐熱性があり、トナーに対する適度な離型性を備えるものであればよく、例えばフッ素系ゴムやフッ素系樹脂等が使用される。
更にまた、定着ロール４１の内部に有する加熱源４２としては、コア４１ａ内部に収容できる形状、構造のものであれば特に制限されず、目的に応じて適宜選定して差し支えない。

また、本実施の形態では、定着ロール４１の周囲に定着ロール４１の表面温度を検知する温度センサ４４が配設され、この温度センサ４４によって定着ロール４１の表面温度が所定の温度になるように加熱源４２の温度制御が行われている。尚、温度センサ４４としては定着ロール４１の表面温度を計測できるものであれば特に制限されず、例えばサーミスタやポジスタ等の感温素子も使用できる。

更に、接触ニップ域ｎより下流側で定着ロール４１に対向する位置には、定着ロール４１への用紙巻き付きを防ぐ剥離部材４５が設けられている。
この剥離部材４５は、例えば定着装置４０の図示外のフレームに固定されるガイド４５ａと、このガイド４５ａに保持され、定着ロール４１の軸方向に亘って定着ロール４１と略先端が接触して配置される剥離シート４５ｂとで構成されている。この剥離シート４５ｂは、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等の耐熱性樹脂シートや、ステンレス、鋼材等の金属薄板を用いることができる。

一方、エンドレスベルト４３は、単層構造であってもよいが、本実施の形態では基材表面に離型層を施した積層構造のベルトを使用している。
エンドレスベルト４３の基材としては、耐熱性を有すれば、例えば熱硬化性ポリイミド、熱可塑性ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド等の樹脂基材や、ステンレス、ニッケル、銅等の金属基材が用いられる。また、離型層としては、表面に付着するトナーの剥離性が良好なものがよく、その材質としては、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）等のフッ素系樹脂が用いられる。

また、本実施の形態におけるニップ機構７０は、エンドレスベルト４３の裏面側にてエンドレスベルト４３の幅方向（用紙搬送方向と直交する軸方向）に亘って直接接触し且つエンドレスベルト４３を定着ロール４１側へ押圧する押圧部材７１と、この押圧部材７１の下方に設けられ、エンドレスベルト４３側の骨格となるサブフレーム７２と、サブフレーム７２の外側でエンドレスベルト４３をスムーズに回転させるためにエンドレスベルト４３の内周面に沿って設けられる剛性且つ低熱伝導性の樹脂からなるベルト走行ガイド７５とで構成されている。

更に、押圧部材７１は、接触ニップ域ｎの下流側に設けられ且つ剛性樹脂等よりなる固定パッド７１ａと、接触ニップ域ｎの上流側に設けられ且つシリコーンゴム等の弾性材料からなる弾性パッド７１ｂと、この弾性パッド７１ｂを支持する略Ｌ字形状の支持部材７１ｃとで構成され、この支持部材７１ｃはサブフレーム７２の一部に固定して設けられる凹状部材７３との間にスプリング７４が介挿されている。そのため、弾性パッド７１ｂは定着ロール４１側へ押圧付勢されるようになっている。
そして、接触ニップ域ｎの上流側部分では弾性パッド７１ｂによるプレ加熱を行うプレニップ域を形成する一方、下流側部分では固定パッド７１ａによって主たる定着を行うポストニップ域を形成するようになっている。この固定パッド７１ａは、剛性樹脂に限らず、例えばアルミニウム、ステンレス、鋼、銅、黄銅等の金属や合金からなる金属材料によって構成されていてもよい。尚、弾性パッド７１ｂの表面には、エンドレスベルト４３との摩擦抵抗を小さく維持し、エンドレスベルト４３の回転を一層スムーズにするために、例えばフッ素系樹脂シートからなる低摩擦シートを接着するようにしても差し支えない。この場合、低摩擦シートとしては、加工性、低摩擦性の観点からＰＴＦＥ樹脂、ＰＦＡ樹脂等のシートや、ガラス繊維を基体として、それにフッ素系樹脂を含浸若しくはフッ素系樹脂シートを接着したもの等が挙げられる。また、本実施の形態では、固定パッド７１ａに高剛性の材料を用いたが、例えば弾性材料であっても、定着ロール４１の弾性層４１ｂや弾性パッド７１ｂより硬質の材料であれば差し支えない。

そして、本実施の形態では、押圧部材７１を可変可能にする押圧可変機構としての可動機構８０が設けられている。この可動機構８０は、エンドレスベルト４３の外側且つニップ機構７０のサブフレーム７２の一端側で、用紙搬送方向に沿って長く設けられたニップレバー８１と、ニップレバー８１の一端側に接するように設けられたアクチュエータとしての偏芯カム８２と、この偏芯カム８２を回転させるモータ８３と、モータ８３を駆動制御する制御装置８５と、ニップレバー８１のもう一方側に設けられ、ニップレバー８１を用紙搬送方向と略直交する方向に付勢するニップスプリング８４とで構成されている。尚、ニップスプリング８４は、一端がニップレバー８１（以降レバーと略す）に固着され、他端が例えば装置本体１０（図２参照）に固着されている。そのため、ニップスプリング８４によってレバー８１のニップスプリング８４側が持ち上がる（図の上方に）ように付勢されている。

また、本実施の形態における制御装置８５は、例えばＵＩ（User Interface）画面等からの操作によって、使用される用紙の種類（本例では、通常、薄紙、厚紙に分類されている）が入力されることで、通常モード８６、薄紙モード８７、厚紙・封筒モード８８の３種のいずれかのモードが選択され、選択されたモードに従って、モータ８３を制御するようになっている。
本実施の形態での可動機構８０は、このような構成を採っているため、選択されたモードによって、偏芯カム８２がピボット８２ａを回転軸として回転するようになり、レバー８１の一端が用紙搬送方向と略直交する方向（図の上下方向）に移動することで、ニップ機構７０が用紙搬送方向に沿った傾きが変わるようになる。尚、図３は通常モード８６でのレイアウトを示している。

次に、本実施の形態における作動について、先ず、図２を用いて画像形成装置の用紙搬送系を中心に説明する。
給紙カセット５１〜５３のいずれかから送り出された用紙は、垂直搬送路６１を進み、主搬送路６２に設けられたレジストロール５４にて位置決め規制された後、二次転写装置３５へと進む。
一方、作像ユニット２１（２１ａ〜２１ｄ）によって中間転写ベルト３０上に多重転写された各色トナー像は、中間転写ベルト３０上を搬送され、二次転写装置３５に至る。
そして、二次転写装置３５にて、中間転写ベルト３０上の多重化されたトナー像は用紙上に一括転写される。トナー像が一括転写された用紙は、搬送ベルト５５によって搬送され、定着装置４０に至る。そして、定着装置４０によって用紙上のトナー像が定着され、そのまま主搬送路６２を進み、排出ロール５６から収容トレイ５７に排出収容される。

ここで、用紙への両面記録を行う場合には、定着装置４０にて一旦定着を終えた用紙は、主搬送路６２から退避搬送路６３側に退避する。そして、退避搬送路６３を十分進んだ後、用紙の後端が反転搬送路６４の入口を越えたところで、退避搬送路６３中の所定の搬送ロールが反転動作を行い、退避搬送路６３中の用紙は反転搬送路６４側に反転搬送される。反転搬送された用紙は、用紙の表裏を逆にした状態で再び主搬送路６２に搬送され、新たなトナー像が形成される。その後、定着装置４０から排出ロール５６を経て収容トレイ５７に排出収容される。

このとき、定着装置４０での作動は、次のようになる。図３に示すように、トナー像が一括転写された用紙が定着装置４０に挿入されると、主として弾性パッド７１ｂによって形成されるプレ加熱部にて十分な温度と圧力が加えられ、徐々に定着が進行する。そして、固定パッド７１ａによる定着部にて十分な加圧がなされることで定着が完了する。このとき、十分な加圧によって、用紙が定着ロール４１側へ巻き付くことを防ぐ効果も作用するようになり、剥離性能が確保されるようになる。

ここで、各種モードについて詳述する。
図３は、上述したように、通常モード８６でのレバー８１の配置を示している。一方、図４は、薄紙モード８７でのレバー８１の配置を示しているが、制御装置８５によってモータ８３が制御されることで、偏芯カム８２が回転し、偏芯カム８２とレバー８１との接触位置が下方に移動する（用紙搬送方向と略直交する方向の下方側に移動する）ことで、ニップスプリング８４の付勢力によってレバー８１が用紙搬送方向に向かって上昇方向に傾斜するようになる。そのため、押圧部材７１が用紙搬送方向上流側に向かって移動するようになり、接触ニップ域ｎの接触ニップ幅が狭くなる。また、図５は、厚紙・封筒モード８８でのレバー８１の配置を示したもので、制御装置８５によってモータ８３が制御されることで、偏芯カム８２が回転し、偏芯カム８２とレバー８１との接触位置が上方に移動することで、ニップスプリング８４の付勢力に抗してレバー８１は用紙搬送方向に向かって下降する方向に傾斜するようになる。そのため、押圧部材７１が用紙搬送方向下流側に向かって移動するようになり、接触ニップ域ｎの接触ニップ幅が広くなる。尚、いずれのモードにおいても、レバーの回動支点がエンドレスベルト４３の内側にあることは云うまでもない。

また、本実施の形態では、このような接触ニップ域ｎでの接触ニップ幅の変化に際し、圧力状態も変化するようになっている。
図６（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態における押圧部材７１と定着ロール４１とのニップ状況を説明する略図であり、（ｂ）を通常モードとしたときに、（ａ）は薄紙モード、（ｃ）は厚紙・封筒モードを示している。
今、通常モードで普通紙等の用紙を定着する場合には、（ｂ）のように、定着ロール４１と押圧部材７１との接触ニップ域ｎは、上流側の弾性パッド７１ｂとのプレニップ域と固定パッド７１ａとのポストニップ域との合計になり、普通紙等へ定着を行う際の所定の定着条件（圧力及び接触ニップ幅）が加わるようになる。
次に、薄紙等の用紙を定着する場合には、（ａ）のように、薄紙モードに切り替え、押圧部材７１を上流側に移動させるようにする。この場合、弾性パッド７１ｂと定着ロール４１とのプレニップ域が狭くなり、合計した接触ニップ域ｎも狭くなるが、固定パッド７１ａが定着ロール４１に深く食い込むようになるため、ポストニップ域でのピーク圧力は通常モードより大きくなる。
また、厚紙等の用紙を定着する場合には、（ｃ）のように、厚紙・封筒モードに切り替え、押圧部材７１を通常モードより下流側に移動させるようにする。この場合、弾性パッド７１ｂと定着ロール４１とのプレニップ域は拡がるが、固定パッド７１ａが定着ロール４１から逃げる方向に移動するため、ポストニップ域でのピーク圧力は通常モードより小さくなる。

このような各モードにおいて、定着ロール４１と押圧部材７１との接触ニップ域ｎにおける用紙搬送方向（プロセス方向）での圧力変化を表すと、図７（ａ）〜（ｃ）のようになる。
すなわち、通常モードでは、（ｂ）に示すように、接触ニップ幅は中程度であり、ピーク圧力も中程度であるものが、薄紙モードにすると、（ａ）のように、接触ニップ幅は狭くなるものの、ピーク圧力は増大する。この場合、定着能力が若干低下するようになるが、薄紙では十分な定着性能が維持され、更に出口側（下流側）のピーク圧力が大きくなることから、剥離性能が向上し、薄紙であっても定着ロール４１から容易に剥離を行うことができるようになる。
一方、厚紙・封筒モードにすると、（ｃ）のように、接触ニップ幅は広くなり、ピーク圧力は低下するものの定着性能が向上するため、十分な定着を行うことができるようになる。尚、ピーク圧力の低下は、厚紙の場合には厚紙自体にこしの強さがあるため、剥離性能への影響は殆どない。

以上のように、本実施の形態では、使用する用紙の種類に応じて押圧部材７１を移動させることができ、定着ロール４１との接触ニップ域を使用する用紙に適合させた定着条件、すなわち、所望の圧力及び所望の接触ニップ幅に設定することができるようになる。

また、本実施の形態では、用紙の種類をＵＩ画面からの入力操作によって行うようにしたが、これに限らず、例えば所定の用紙搬送路中にセンサ（表面粗さや紙厚等を検出する）を設け、このセンサによって得られた用紙の種類に応じて、制御装置８５を稼働させるようにしてもよい。
更に、本実施の形態では、通常モード、薄紙モード、厚紙・封筒モードによって定着条件が切り替わる態様を示したが、３つのモードに限らず、更に多数に区分するようにしてもよい。また、例えば形成する画像の種類、すなわち、カラー画像かモノクロ画像かによって定着条件を変更するようにしても差し支えない。更にこの場合、カラー画像とモノクロ画像とでは、特にトナーの溶融温度も考慮し、加熱源４２の温度も同時に変更するようにすれば、一層画質の向上を図ることができるようになる。
更にまた、本実施の形態では、押圧部材７１を一体的に可動させる方式を示したが、例えば、弾性パッド７１ｂと固定パッド７１ａとを個別に移動させるようにしても差し支えなく、この場合も、圧力が高くなると接触ニップ幅が狭くなる方向に可変設定できるようにしていればよい。

図８は、上述した実施の形態の、例えば通常モード８６での定着装置４０（図３参照）の変形例を示すものである。本例では、弾性パッド７１ｂが断面に凹部を備えた剛性の支持部材７１ｄに装着され、この支持部材７１ｄが固定パッドを兼用するようになっている。また、この支持部材７１ｄはサブフレーム７２に固定され、特にスプリング等の付勢部材は備えていない。そのため、ニップ機構７０の簡略化がなされるようになる。
そして、このような構成にあっても、選択されたモードによって、偏芯カム８２がピボット８２ａを回転軸として回転するようになり、レバー８１の一端が用紙搬送方向と略直交する方向（図の上下方向）に移動することで、ニップ機構７０が用紙搬送方向に沿った傾きが変わるようになる。

◎実施の形態２
図９は、本発明が適用された画像形成装置で用いられる実施の形態２の定着装置の概要を示したものである。本実施の形態での可動機構９０は、実施の形態１の可動機構８０（例えば図３参照）と異なり、押圧部材７１を用紙搬送方向と略平行に移動させるようにしたものである。尚、実施の形態１と同様の構成要素には同様の符号を付し、ここではその詳細な説明は省略する。

図９において、本実施の形態における可動機構９０は、エンドレスベルト４３の内側に設けられた図示外のニップ機構に固定された略Ｖ字状のアーム９１と、このアーム９１を一方向に移動させる駆動装置９２と、この駆動装置９２を制御する制御装置９４とで構成されている。また、アーム９１には、その一端に円柱状の突起９１ａが設けられており、この突起９１ａは、例えば画像形成装置の装置本体側に固定されたスライド板９３に設けられた長孔９３ａに挿入されるようになっている。そのため、突起９１ａはこの長孔９３ａに沿って摺動できるようになっている。尚、押圧部材７１はアーム９１と一体的に移動できるようになっていることは云うまでもない。

本実施の形態では、制御装置９４が使用する用紙に合わせて駆動装置９２を制御することで、アーム９１が用紙搬送方向に沿って移動する。そのため、アーム９１の移動に合わせて押圧部材７１が移動するようになり、弾性パッド７１ｂ及び固定パッド７１ａと定着ロール４１との接触ニップ域の状態を可変制御することができるようになり、実施の形態１と同様の効果を奏することが可能になる。

◎実施の形態３
図１０は、本発明が適用された画像形成装置で用いられる実施の形態３の定着装置の概要を示したものである。本実施の形態での可動機構１００は、実施の形態１の可動機構８０（図３参照）と略同様に押圧部材７１を移動させるようにしたものである。尚、実施の形態１と同様の構成要素には同様の符号を付し、ここではその詳細な説明は省略する。

図１０において、本実施の形態における可動機構１００は、エンドレスベルト４３の内側に設けられた図示外のニップ機構に固定された略Ｖ字状のアーム１０１と、このアーム１０１を用紙搬送方向と直交する方向に移動させる駆動装置１０２と、この駆動装置１０２を制御する制御装置１０４とで構成されている。また、アーム１０１には、その一端部に突起部１０１ａが設けられ、この突起部１０１ａにて例えば装置本体に固定されたブラケット１０３と回動自在に支持されており、アーム１０１がこの突起部１０１ａを支軸として回動できるようになっている。更に、アーム１０１の他端側にも突起部１０１ｂが設けられ、この突起部１０１ｂは駆動装置１０２から延びる揺動片１０２ａと回動自在に支持されている。尚、押圧部材７１はアーム１０１と一体的に移動できるようになっていることは云うまでもない。

本実施の形態では、制御装置１０４が使用する用紙に合わせて駆動装置１０２を制御することで、揺動片１０２ａが上下方向（用紙搬送方向と略垂直方向）に移動することで、アーム１０１の突起部１０１ａを支軸にアーム１０１が回動するようになり、押圧部材７１が定着ロール４１に接する角度を変えることができ、接触ニップ域の状態を可変制御することができるようになる。そのため、実施の形態１と同様の効果を奏することが可能になる。
尚、本実施の形態では、アーム１０１の突起部１０１ａを支軸としたが、例えば、この支軸の位置をエンドレスベルト４３の内側（エンドレスベルト４３の回転に支障を与えない位置）にするようにすれば、押圧部材７１の移動がより一層顕著に行われるようになり、一層実施の形態１と同様の効果を奏するようになる。

◎実施の形態４
図１１は、本発明が適用された画像形成装置で用いられる実施の形態４の定着装置の概要を示したものである。本実施の形態での可動機構１１０は、実施の形態１の可動機構８０（図３参照）と略同様に押圧部材７１が移動するようになるが、制御装置による制御ではなく、手動で操作させるようにしたものである。尚、実施の形態１と同様の構成要素には同様の符号を付し、ここではその詳細な説明は省略する。

図１１において、本実施の形態における可動機構１１０は、エンドレスベルト４３の内側に設けられた図示外のニップ機構に固定された略Ｖ字状のアーム１１１と、このアーム１１１を傾斜させる方向に移動させる機構とで構成されている。アーム１１１には、その一端部に孔部１１１ａが設けられ、この孔部１１１ａには支柱１１５が貫装され、アーム１１１がこの支柱１１５に沿って摺動できるようになっている。そのため、アーム１１１の孔部１１１ａ近傍でアーム１１１を上方に付勢するスプリング１１６が固着されている。尚、スプリング１１６の他端側は例えば装置本体のフレームに固定されている。
一方、アーム１１１の他端側には円柱状の突起１１１ｂが設けられており、この突起１１１ｂは例えば装置本体に固定され且つ長孔１１２ａが開いたブラケット１１２の長孔１１２ａに挿入されている。

そして、本実施の形態では、突起１１１ｂの近傍でアーム１１１の下方に偏芯カム１１３が設けられている。また、この偏芯カム１１３には、偏芯カム１１３自体の回転軸にハンドル１１４が取り付けられている。
そのため、ハンドル１１４を回転させることで偏芯カム１１３が回転し、アーム１１１がブラケット１１２の長孔１１２ａに沿って上下動するようになる。したがって、実施の形態１と同様、押圧部材７１が定着ロール４１に対して移動するようになり、接触ニップ域での圧力と接触ニップ幅を可変することができるようになる。尚、ハンドル１１４操作によって偏芯カム１１３が回転したときに、ロックされることは云うまでもなく、また、押圧部材７１はアーム１１１と一体的に移動できるようになっていることは云うまでもない。

（ａ）（ｂ）は本発明に係る定着装置の概要を示す説明図である。 本発明が適用された画像形成装置の実施の形態１を示す説明図である。 通常モードにおける実施の形態１の定着装置を示す説明図である。 薄紙モードにおける実施の形態１の定着装置を示す説明図である。 厚紙・封筒モードにおける実施の形態１の定着装置を示す説明図である。 各モードにおける接触ニップ域の拡大図であり、（ａ）は薄紙モード、（ｂ）は通常モード、（ｃ）は厚紙・封筒モードを示す。 各モードにおける接触ニップ域の圧力分布を示す説明図であり、（ａ）は薄紙モード、（ｂ）は通常モード、（ｃ）は厚紙・封筒モードである。 実施の形態１の定着装置の変形例を示す説明図である。 実施の形態２に係る定着装置を示す説明図である。 実施の形態３に係る定着装置を示す説明図である。 実施の形態４に係る定着装置を示す説明図である。

符号の説明

１…定着ロール，１ａ…弾性層，２…加熱源，３…定着ベルト，４…記録材，５…押圧部材，５ａ…弾性部材，５ｂ…硬質部材，６…押圧可変機構，ｎ…接触ニップ域，Ｐ…圧力，Ｗ…接触ニップ幅

Claims (16)

1. 記録材上の未定着画像を加熱／加圧定着する定着装置において、
   弾性層を有する回転可能な定着ロールと、
   定着ロールを加熱する加熱源と、
   定着ロールに圧接され且つ定着ロールと共に転動して記録材を挟持搬送する無端状の定着ベルトと、
   定着ベルトの裏面側に配設され且つ定着ベルトを定着ロールに押圧させると共に定着ベルトと定着ロールとの間に接触ニップ域を形成する押圧部材と、
   接触ニップ域にて下流側圧力が他の部分より高い圧力分布となるように押圧部材を可動支持し、接触ニップ域下流側圧力が高くなるに従って接触ニップ幅が狭くなるように圧力分布及び接触ニップ幅を調整する押圧可変機構とを備えることを特徴とする定着装置。
2. 請求項１記載の定着装置において、
   押圧可変機構は、接触ニップ域での圧力及び接触ニップ幅が夫々３段階以上に可変設定されるように押圧部材を可動支持するものであることを特徴とする定着装置。
3. 請求項１記載の定着装置において、
   押圧部材は、接触ニップ域の上流側に設けられる弾性部材と、接触ニップ域下流側に設けられて弾性部材よりも高硬度な硬質部材とで構成されていることを特徴とする定着装置。
4. 請求項３記載の定着装置において、
   前記弾性部材は、当該弾性部材を固定支持する固定支持部材を介して付勢部材によって定着ロール側に押圧されることを特徴とする定着装置。
5. 請求項３記載の定着装置において、
   前記硬質部材は、弾性部材を固定支持する固定支持部材を兼用するものであることを特徴とする定着装置。
6. 請求項３記載の定着装置において、
   押圧可変機構は、押圧部材の弾性部材及び剛性部材を夫々個別に可動支持するように設定されていることを特徴とする定着装置。
7. 請求項１記載の定着装置において、
   押圧可変機構は、押圧部材を記録材搬送方向に略沿って可動させるようにしたことを特徴とする定着装置。
8. 請求項１記載の定着装置において、
   押圧可変機構は、押圧部材を支える揺動自在なレバーを有することを特徴とする定着装置。
9. 請求項８記載の定着装置において、
   押圧可変機構は、前記レバーの一方側にて押圧部材の揺動量を調整するアクチュエータを有することを特徴とする定着装置。
10. 請求項９記載の定着装置において、
    押圧可変機構は、前記レバーのもう一方側にて押圧部材が定着ロール側に押し付けられる方向に当該レバーを付勢する付勢部材を設けることを特徴とする定着装置。
11. 請求項９記載の定着装置において、
    アクチュエータは、手動で操作されるものであることを特徴とする定着装置。
12. 請求項９記載の定着装置において、
    アクチュエータは、自動で操作されるものであることを特徴とする定着装置。
13. 請求項９記載の定着装置において、
    アクチュエータは、カムの回転によってレバーを移動させることを特徴とする定着装置。
14. 請求項１２記載の定着装置において、
    使用される記録材の種類によって接触ニップ域での圧力及び接触ニップ幅を制御する制御装置を有し、制御装置は使用される記録材の種類に応じてアクチュエータを制御操作するものであることを特徴とする定着装置。
15. 請求項１２記載の定着装置において、
    記録材上に形成されるカラー画像又はモノクロ画像の種類に応じて接触ニップ域での圧力及び接触ニップ幅を制御する制御装置を有し、制御装置はこの画像の種類に応じてアクチュエータを制御操作するものであることを特徴とする定着装置。
16. トナー像を担持する像担持体と、
    この像担持体上のトナー像を記録材上に転写する転写部材と、
    記録材上に転写された未定着トナー像を定着する請求項１記載の定着装置とを備えることを特徴とする画像形成装置。

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