JP5861981B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、記録媒体上に未定着画像を定着する定着装置、及び定着装置を備えた画像形成装置に関する。

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の電子写真方式の画像形成装置には、用紙上に担持されたトナー画像を用紙に定着させるために、加熱加圧方式の定着装置が多く用いられている。これまで、この種の定着装置としては、発熱体としてハロゲンランプなどを内包する定着ローラと、これに対向しニップ部を形成する加圧ローラとによって、用紙を加熱及び加圧する方式が一般的であった。

しかし、近年では、ウォームアップ時間（加熱に要する待ち時間）の短縮化や省エネルギー化の要求の高まりから、上記定着ローラよりも熱容量が小さい無端状のベルト部材（フィルムも含む）から成る定着ベルトを用いた定着装置が採用されるようになってきている。

ところが、定着ベルトを用いた定着装置では、構成部材の寸法公差や取り付け誤差、その他の種々の要因で、駆動中に定着ベルトが加圧ローラに対して軸方向の一方へ移動するベルト寄りが生じる。従来、これによる定着ベルトの脱落を防止するため、ベルト寄りを規制する技術が提案されている。

例えば、特許文献１には、ベルト部材の幅方向両端部に周方向に渡って寄り止めガイドを設け、ベルト部材に寄りが生じた場合に、この寄り止めガイドが張架ローラに突き当たることで、ベルトのそれ以上の寄りを規制する技術が提案されている。

また、特許文献２には、定着フィルム（定着ベルト）に寄りが生じるときに、定着フィルムに傾きが生じていることに着目し、この傾きを定着フィルムを支持するガイドで抑制することで、寄り力を低減する技術が提案されている。具体的には、ガイドの両端部の表面をガイドの長手方向に対して傾斜させることで、定着フィルムに寄りが生じその端部がガイドの傾斜した面に達すると、傾斜した面に沿って定着フィルムの端部が持ち上げられることにより、傾きが抑制されるようにしている。

しかしながら、特許文献１に記載のように、ベルト部材に寄り止めガイドを設けた構成では、寄り止め部材を設けることによるコストアップや、寄り止めガイドが張架ローラに突き当たった際の摺動面積の増加による駆動トルクの上昇が懸念される。また、その摺動によって寄り止めガイドに負荷がかかり続けることにより、寄り止めガイドやベルト部材の端部に摩耗や破損が発生するといった問題もある。

また、特許文献２に記載のように、ガイドの傾斜した面に沿って定着フィルムの端部を持ち上げる構成は、定着フィルムの端部に応力集中が生じるため、端部が摩耗したり破損したりする虞がある。

また、近年では、低熱容量化のためにベルト部材が薄く形成される傾向にあり、特にこのような薄く形成されたベルトを用いた場合は、その端部に負荷がかかることにより、ベルト部材の摩耗や破損の可能性が高くなる。

そこで、本発明は、斯かる事情に鑑み、ベルト部材の端部に負荷をかけずに、ベルト寄りを規制することが可能な定着装置、及びその定着装置を備えた画像形成装置を提供しようとするものである。

上記課題を解決するため、請求項１に係る本発明は、無端状のベルト部材と、前記ベルト部材の外周に対向して配設された対向回転体と、前記ベルト部材を介して前記対向回転体に当接して前記ベルト部材と前記対向回転体との間にニップ部を形成するニップ形成部材とを備え、回転する前記ベルト部材と前記対向回転体との間のニップ部に、未定着画像を担持した記録媒体を通過させて、当該未定着画像を記録媒体に定着する定着装置において、前記ベルト部材の外周長を、ベルト部材の幅方向の中央部側よりも両端部側において短くし、前記ベルト部材の両端部における外周長の短い部分同士の間隔を、前記ニップ部のベルト幅方向に渡る長さよりも大きく設定したことを特徴とする。

本発明によれば、ベルト部材が所定の位置から対向回転体の軸方向の一方へ移動したとき、ベルト部材のニップ部における周方向の角速度が、移動の進行方向側よりも、それとは反対側で速くなるため、ベルト部材を対向回転体に対して傾斜させることができる。ベルト部材が傾斜すると、ニップ部においてベルト部材の軸方向（幅方向）に力が生じるようになる。この軸方向の力は前記ベルト部材の移動方向（ベルト寄り方向）とは反対側へ作用するので、これによりベルトの寄りが規制される。このように、本発明によれば、ベルト部材の端部に負荷をかけずにベルトの寄りを規制することができるので、ベルト部材の摩耗や破損等を抑制することができるようになり、装置としての信頼性が向上する。

本発明に係る画像形成装置の実施の一形態を示す概略構成図である。 本発明に係る定着装置の実施の一形態を示す断面図である。 定着装置の平面図である。 定着ベルトをニップ部側から見た図である。 厚みを一定にしつつ両端部側で縮径させた定着ベルトの断面図である。 厚みを変化させることにより両端部側で縮径させた定着ベルトの断面図である。 ベルト寄りが生じる前のニップ部における角速度の状態を示す図である。 ベルト寄りが生じた際のニップ部における角速度の状態を示す図である ニップ部における角速度差により定着ベルトに傾きが生じた状態を示す図である。 定着ベルトの幅方向に渡る角速度を示した図である。 定着ベルトの変形例を示す断面図である。 定着ベルトの他の変形例を示す断面図である。 定着ベルトの別の変形例を示す断面図である。 定着ベルトのさらに別の変形例を示す断面図である。 定着ベルトの幅方向長さと加圧ローラの軸方向長さとの関係を示す図である。 定着ベルトの内側に伝熱部材を配設した構成を示す断面図である。 定着ベルトの内側に伝熱部材を配設しない構成を示す断面図である。

以下、添付の図面に基づき、本発明について説明する。なお、本発明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。なお、現像剤としては、トナーから成る一成分現像剤を用いてもよいし、トナーとキャリアから成る二成分現像剤を用いても構わない。

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、感光体５は、ドラム状のものの他に、ベルト状のものを採用することも可能である。また、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。

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、転写体としての無端状のベルト部材から構成される中間転写ベルト３０を有する。中間転写ベルト３０は、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によって張架されている。これらのローラ３２〜３４のうち、二次転写バックアップローラ３２が回転することによって、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）するように構成されている。

４つの感光体５に対向した位置に、一次転写手段としての４つの一次転写ローラ３１が配設されている。各一次転写ローラ３１はそれぞれの位置で中間転写ベルト３０の内周面を押圧しており、中間転写ベルト３０の押圧された部分と各感光体５とが接触する箇所に一次転写ニップが形成されている。また、各一次転写ローラ３１は、図示しない電源に接続されており、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。

また、中間転写ベルト３０を介して二次転写バックアップローラ３２に対向した位置に、二次転写ローラ３６が配設されている。この二次転写ローラ３６は中間転写ベルト３０の外周面を押圧しており、二次転写ローラ３６と中間転写ベルト３０とが接触する箇所に二次転写ニップが形成されている。また、二次転写ローラ３６は、一次転写ローラ３１と同様に、図示しない電源に接続されており、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。

また、中間転写ベルト３０を介してクリーニングバックアップローラ３３に対向した位置には、ベルトクリーニング装置３５が配設されている。

画像形成装置本体の上部には、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を着脱可能なボトル収容部２が設けられている。各トナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋと上記各現像装置７との間には、図示しない補給路が設けてあり、この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へトナーが補給されるようになっている。

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等が設けてある。なお、上記用紙Ｐは、厚紙、はがき、封筒、普通紙、薄紙、塗工紙（コート紙やアート紙等）、トレーシングペーパ等を含む。さらに、記録媒体には、用紙Ｐ以外に、ＯＨＰシートもしくはＯＨＰフィルム等のシート材も含まれる。また、図示しないが、手差し給紙機構を設けてもよい。

また、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、二次転写ニップへ用紙Ｐを搬送する搬送手段としての一対のレジストローラ１２が配設されている。

一方、二次転写ローラ１２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。また、搬送路Ｒの用紙搬送方向下流端には、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。

上記画像形成装置は以下のように動作する。
作像動作が開始されると、各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋの感光体５が図示しない駆動装置によって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、それぞれの感光体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。

続いて、中間転写ベルト３０を張架する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することにより、中間転写ベルト３０が図の矢印で示す方向に走行駆動される。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。これにより、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。そして、各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋの感光体５に形成された各色のトナー画像が、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、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はその表面にフルカラーのトナー画像を担持する。

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、それぞれ、クリーニング装置８によって除去される。次いで、各感光体５の表面が図示しない除電装置によって除電作用を受け、その表面電位が初期化されて次の画像形成に備えられる。

一方、画像形成装置の下部では、給紙ローラ１１が回転駆動することによって、給紙トレイ１０に収容されている用紙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によってタイミングを計られて、二次転写ローラ３６と二次転写バックアップローラ３２との間の二次転写ニップに送られる。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、二次転写ニップに形成された転写電界によって、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。あるいは、二次転写バックアップローラ３２に対しトナーの帯電極性と同極性の転写電圧を印加することにより、中間転写ベルト３０上のトナー画像を用紙Ｐに転写するようにしてもよい。また、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によって除去される。

トナー画像が転写された用紙Ｐは、定着装置２０へと搬送され、定着装置２０によってトナー画像が用紙Ｐに定着される。その後、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と図３に基づき、上記定着装置２０の構成について説明する。
図２は、定着装置の断面図であり、図３は、定着装置の平面図である。
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、これの外周に対向する対向回転体としての加圧ローラ２２と、定着ベルト２１と加圧ローラ２２との間にニップ部Ｎを形成するニップ形成部材２３と、ニップ形成部材２３を支持する補強部材２４と、発熱体としてのヒータ２５と、ヒータ２５の熱を定着ベルト２１に伝える伝熱部材２６と、加圧ローラ２２を定着ベルト２１に圧接させる圧接機構２７と、定着ベルト２１の表面温度を検知する温度センサ２８とを備えている。

上記定着ベルト２１は、薄肉で可撓性を有する無端状のベルト部材（フィルムも含む）で構成されている。定着ベルト２１の材質は、耐熱性樹脂、耐熱性ゴム、又はこれらの複合体などである。詳しくは、定着ベルト２１は、その内周面２１ａ側から、基材層、弾性層、離型層が順次積層されていて、その全体の厚さが１ｍ以下に設定されている。定着ベルト２１の基材層は、層厚が３０〜１００μｍであって、ニッケル、ステンレス等の金属材料やポリイミド等の樹脂材料で形成されている。

定着ベルト２１の弾性層は、層厚が１００〜３００μｍであって、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、フッ素ゴム等のゴム材料で形成されている。このような弾性層を設けることで、ニップ部Ｎにおける定着ベルト２１の表面に微小な凹凸が形成されなくなり、記録媒体Ｐ上のトナー画像Ｔに均一に熱が伝わり、ユズ肌画像の発生が抑制される。

また、定着ベルト２１の離型層は、層厚が１０〜５０μｍであって、ＰＦＡ（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）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルファイド）等の材料で形成されている。定着ベルト２１の直径は１５〜１２０ｍｍになるように設定するのが適当である。なお、本実施形態では、定着ベルト２１の直径が３０ｍｍ程度に設定されている。

上記加圧ローラ２２は、直径が３０ｍｍ程度であって、芯材としての中空構造の芯金上に弾性層を形成したものである。加圧ローラ２２の弾性層は、発泡性シリコーンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の材料で形成されている。さらに、弾性層の表層にＰＦＡ、ＰＴＦＥ等から成る薄肉の離型層を設けることもできる。弾性層を発泡性シリコーンゴムなどのスポンジ状の材料で形成した場合は、ニップ部Ｎに作用する加圧力を減ずることができるため、この加圧力によるニップ形成部材２３の撓みを軽減することができる。また、弾性層をスポンジ状の材料で形成することで、加圧ローラ２２の断熱性が高められ、定着ベルト２１の熱が加圧ローラ２２側に移動しにくくなるため、定着ベルト２１の加熱効率が向上する。

図３に示すように、加圧ローラ２２の回転軸の両端部は、軸受４１を介して定着装置２０の一対の側板４０に回転可能に支持されている。各軸受４１は、各側板４０に形成された図示しない長穴に移動可能に保持されている。この長穴内で軸受４１が移動することにより、加圧ローラ２２は定着ベルト２１に対して接近する方向と離間する方向に移動可能となっている。また、加圧ローラ２２の回転軸には、図示しない駆動源の駆動ギアと噛み合うギア４２が設けてあり、このギア４２を介して駆動源から駆動力が伝達されると、加圧ローラ２２は図２の時計回りに回転駆動されるようになっている。また、加圧ローラ２２が回転駆動すると、これに伴い定着ベルト２１が図２の反時計回りに従動回転する。

また、加圧ローラ２２は、上記圧接機構２７の加圧力を受けてニップ形成部材２３に対向する位置で定着ベルト２１に圧接しており、双方の部材間には所望のニップ部Ｎが形成されている。

図２に示すように、接離機構２７は、加圧レバー３７と、偏芯カム３８と、加圧スプリング３９等で構成される。加圧レバー３７は、その一端側に設けられた支軸３７ａを中心として、定着装置２０の側板４０に回転可能に支持されている。加圧レバー３７の長手方向中央部は、加圧ローラ２２の軸受４１に当接している。また、加圧レバー３７の他端側には加圧スプリング３９が接続され、さらに加圧スプリング３９に取り付けられた保持板に偏芯カム３８が当接している。

偏芯カム３８が図示しない駆動源によって回転すると、加圧レバー３７が支軸３７ａを中心に回転して、加圧ローラ２２が図２の矢印Ｘの方向に移動する。通常の定着動作時においては、偏芯カム３８の回転方向の姿勢が図２に示す状態で保持されることで、加圧ローラ２２は定着ベルト２１を加圧し、所望のニップ部Ｎが形成された状態となっている。これに対し、用紙のジャム処理時や待機時においては、偏芯カム３８の回転方向の姿勢が図２に示す状態から１８０度回転した状態となり、加圧ローラ２２が定着ベルト２１から離れる方向に移動してニップ部Ｎが減圧される。このように、用紙のジャム処理時や待機時においてニップ部Ｎが減圧されることで、ジャム化した用紙の除去作業を行いやすくなり、また、待機時に加圧ローラ２２が長時間加圧されることによる塑性変形が抑制される。

上記ニップ形成部材２３は、その幅方向両端部において定着装置２０の一対の側板４０に固定支持されている。この側板４０による支持によって、少なくとも用紙搬送方向におけるニップ形成部材２３の位置決めがなされている。また、加圧ローラ２２の加圧方向におけるニップ形成部材２３の位置決めは、補強部材２４によって行われている。

上記補強部材２４は、その幅方向長さがニップ形成部材２３と同等に形成されており、その両端部において一対の側板４０によって固定支持されている。この補強部材２４によってニップ形成部材２３が支持されることで、加圧ローラ２２からの加圧力をニップ形成部材２３が受けても、ニップ形成部材２３が大きく変形しないようになっている。そのため、補強部材２４は、ステンレスや鉄等の機械的強度の高い金属材料で形成されることが望ましい。また、補強部材２４のヒータ２５との対向面の一部又は全部に、断熱部材を設けたり、ＢＡ処理（光輝焼鈍処理）や鏡面研磨処理を施したりしてもよい。これにより、ヒータ２５から補強部材２４に発せられる熱を断熱又は反射することができるため、その熱を伝熱部材２６の加熱に利用することができ、定着ベルト２１の加熱効率を向上させることができる。

上記ヒータ２５は、ハロゲンヒータやカーボンヒータ等であり、その両端部において一対の側板４０によって固定支持されている。ヒータ２５は、画像形成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なっており、その出力制御は、上記温度センサ２８による定着ベルト２１の表面温度の検知結果に基づいて行われる。このようなヒータ２５の出力制御によって、定着ベルト２１の温度（定着温度）を所望の温度に設定できるようになっている。なお、加圧ローラ２２の内部にも、ハロゲンヒータ等の発熱体を設けてもよい。

上記伝熱部材２６は、アルミニウム、鉄、ステンレス等の熱伝導性を有する金属材料で形成された略円筒状のパイプであり、その両端部において一対の側板４０によって固定支持されている。伝熱部材２６は、定着ベルト２１の内周面２１ａに対向して配設されているが、伝熱部材２６を定着ベルト２１に近接して配設することで、可撓性を有する定着ベルト２１の円形姿勢をある程度維持することができる。これにより、定着ベルト２１が変形することによる劣化や破損等を抑制することが可能となる。

また、伝熱部材２６と定着ベルト２１との間のニップ部Ｎを除くギャップは、０ｍｍより大きく１ｍｍ以下とすることが好ましい。このように、両部材間のギャップを設定することで、伝熱部材２６に対する定着ベルト２１の摺接面積が大きくなることによる定着ベルト２１の摩耗の促進を抑制できると共に、伝熱部材２６と定着ベルト２１とが離れすぎることによる定着ベルト２１の加熱効率の低下を防止することができるようになる。また、伝熱部材２６と定着ベルト２１との間の摺動抵抗を低下させるために、伝熱部材２６の外周面を摩擦係数の低い材料で形成したり、定着ベルト２１の内周面２１ａにフッ素を含む材料から成る表面層を形成したりしてもよい。

以下、上記定着装置２０の基本動作について、簡単に説明する。
画像形成装置本体の電源スイッチが投入されると、ヒータ２５に電力が供給されると共に、加圧ローラ２２が図２中の時計回りに回転駆動を開始する。これにより、定着ベルト２１は、加圧ローラ２２との摩擦力によって、図２中の反時計回りに従動回転する。

その後、図１に示す給紙トレイ１０から用紙Ｐが給送されて、二次転写ローラ３６の位置で、用紙Ｐ上に未定着のトナー画像が担持（転写）される。図２に示すように、未定着のトナー画像Ｔが担持された用紙Ｐは、不図示のガイド板に案内されながら図２の矢印Ａ１方向に搬送されて、圧接状態にある定着ベルト２１及び加圧ローラ２２のニップ部Ｎに送入される。

そして、伝熱部材２６（又はヒータ２５）によって加熱された定着ベルト２１による熱と、定着ベルト２１と加圧ローラ２２との間の加圧力とによって、用紙Ｐの表面にトナー画像Ｔが定着される。その後、ニップ部Ｎから送り出された用紙Ｐは、図２中の矢印Ａ２方向に搬送され、機外に排出される。こうして、定着装置２０における一連の定着プロセスが完了する。

なお、本実施形態では、定着ベルト２１の外径が加圧ローラ２２の外径と同等となるように形成しているが、定着ベルト２１の外径が加圧ローラ２２の外径よりも小さくなるように形成してもよい。その場合、ニップ部Ｎにおける定着ベルト２１の曲率が加圧ローラ２２の曲率よりも小さくなるため、ニップ部Ｎから排出される用紙が定着ベルト２１から分離されやすくなる。反対に、定着ベルト２１の外径を加圧ローラ２２の外径よりも大きくなるように形成することもできる。ただし、定着ベルト２１と加圧ローラ２２のそれぞれの外径の関係によらず、加圧ローラ２２の加圧力は伝熱部材２６に作用しないようにする。

また、本実施形態の定着装置２０では、定着ベルト２１の一部のみが局所的に加熱されるのではなく、伝熱部材２６を介して定着ベルト２１の周方向に渡ってほぼ全体的に加熱されるため、装置を高速化した場合でも定着ベルト２１を十分に加熱でき、定着不良の発生を防止できる。しかも、比較的簡易な構成で効率良く定着ベルト２１を加熱することができるため、ウォームアップ時間やファーストプリント時間の短縮を図れると共に、装置の小型化を達成できる。

続いて、本実施形態に係る定着装置２０の特徴部分の構成について説明する。
図４は、定着ベルトをニップ部側から見た図である。
図４に示すように、定着ベルト２１は、その幅方向両端部側にそれぞれ縮径部４４を有しており、各縮径部４４では外周面が各端部に向かってテーパー状に縮径するように形成されている。一方、縮径部４４以外の部分は、幅方向に渡って同じ外径に形成されている。このため、定着ベルト２１の両端部（縮径部４４）における外周長Ｌ２は、中央部側における外周長Ｌ１よりも、短くなっている。また、両方の縮径部４４（外周長の短い部分）同士の間隔Ｄは、図の斜線で示すニップ部Ｎのベルト幅方向に渡る長さＷよりも大きく設定されている。

また、縮径部４４は、図５に示すように、厚みが一定となるように形成されていてもよいし、図６に示すように、厚みが変化していてもよい。

以下、本発明の特徴部分の作用について説明する。
まず、図７に示すように、定着ベルト２１が加圧ローラ２２（図の二点鎖線）に対して所定の位置に配設されている状態では、定着ベルト２１の両端側の縮径部４４は、加圧ローラ２２と接触していない。この状態で、加圧ローラ２２を回転駆動させ、定着ベルト２１が従動回転すると、ニップ部Ｎにおいては定着ベルト２１の外周長は幅方向に渡って同じであるため、定着ベルト２１はニップ部Ｎの全体に渡って同じ角速度ω１で回転する。

しかし、図８に示すように、駆動中に何らかの原因で定着ベルト２１が上記所定の位置から加圧ローラ２２の軸方向の一方へ移動すると、定着ベルト２１の片方の縮径部４４（この場合は図の左側の縮径部４４）が加圧ローラ２２との対向位置に移動しニップ部Ｎを形成するようになる。縮径部４４は中央部側の部分に比べて外周長が短いことから、縮径部４４での角速度ω２は中央部側の角速度ω１よりも速い。このため、ベルト移動後のニップ部Ｎにおいては、移動の進行方向側（図の右側）よりも、それとは反対側（図の左側）で角速度が速くなり、角速度差が発生する。

その結果、図９に示すように、定着ベルト２１は、上記ニップ部Ｎにおける角速度差の影響を受けて、加圧ローラ２２の軸方向Ｚに対して傾斜する。図９では、角速度の速い左側で定着ベルト２１が持ち上げられ、反対に角速度の遅い右側で定着ベルト２１が下げられるように傾く。一方、加圧ローラ２２は固定されているので、その軸方向は変化しない。

上記のように、定着ベルト２１に傾きが生じた状態であっても、ニップ部Ｎにおいては、定着ベルト２１が加圧ローラ２２からその回転方向の力（回転力）Ｆを受ける。しかし、定着ベルト２１の回転軸Ｙは加圧ローラ２２の回転軸Ｚに対して傾いているので、加圧ローラ２２から受ける力Ｆは、定着ベルト２１の回転方向の力Ｆａと軸方向の力Ｆｂに分けられる。ここで、図９において、加圧ローラ２２の軸方向Ｚに対する定着ベルト２１の軸方向Ｙの傾斜角度をαとすると、定着ベルト２１には、その回転方向にＦcosαの力Ｆａが発生し、その軸方向にＦsinαの力Ｆｂが発生する。

このとき定着ベルト２１の軸方向に生じる力Ｆｂは、上記定着ベルト２１が移動した方向（図８に示す矢印の方向）とは反対方向に発生する。このため、定着ベルト２１は、その軸方向の力Ｆｂによって上記移動した方向とは反対方向に戻される。これにより、ベルトの寄りが補正されることとなる。

また、同様に、上記とは反対側にベルトの寄りが発生した場合も、定着ベルト２１の移動に伴いニップ部Ｎにおいて角速度差が生じることで、定着ベルト２１に対し移動した方向とは反対方向の軸方向力が生じ、ベルトの寄りが補正される。

また、図１０は、本実施形態における定着ベルトの幅方向に渡る角速度を示した図である。
図１０に示すように、定着ベルト２１の縮径部４４においては、それ以外の部分に比べて角速度が速くなる。また、この場合は、縮径部４４をテーパ状に縮径させているので、端部に向かうに連れて角速度は比例して速くなっている。

以下に、定着ベルト２１の変形例を示す。
図１１及び図１２に示す変形例では、定着ベルト２１の外周面を幅方向に渡って中央部で凸となる円弧状に形成することにより、その外周面を幅方向両端部に向かって縮径させている。また、定着ベルト２１の厚みは、図１１に示すように、幅方向に渡って一定にしてもよいし、図１２に示すように、幅方向に渡って変化させてもよい。

また、図１３に示す変形例では、定着ベルト２１の幅方向両端部側において、幅方向の中央部側よりも両端部側において外径が小さくなるように、外周面に段差部４５を形成している。

また、図１４に示す変形例では、定着ベルト２１の幅方向両端部側に断面円弧状の窪み４６を形成し、その窪み４６の部分において他の部分よりも外径が小さくなるようにしている。

このように、図１１〜図１４に示す変形例においても、定着ベルト２１の幅方向の中央部側よりも両端部側で外径を小さくすることで、両端部側の外周長を短くすることができるので、上記実施形態と同様に、ベルトの寄りを補正することが可能である。

ただし、両端部側の外周長の短い部分同士の間隔は、図４に示す上記実施形態と同様に、ニップ部Ｎのベルト幅方向に渡る長さＷよりも大きく設定されている方が好ましい。仮に、周長の短い部分同士の間隔が、ニップ部Ｎのベルト幅方向に渡る長さＷ以下であると、定着ベルト２１がニップ部Ｎの両端部において角速度が速くなるため、定着ベルト２１が中央部で屈曲してしまう虞がある。そのため、外周長の短い部分同士の間隔を、ニップ部Ｎのベルト幅方向に渡る長さＷよりも大きく設定することで、定着ベルト２１の中央部での屈曲を防止し、良好な画像定着を実現することが可能となる。

なお、定着ベルト２１の上記実施形態及び変形例を示す各図では、両端部側における縮径部分の構成をわかりやすくするため、実際よりも大げさに図示している。

図１５に示すように、上記実施形態では、定着ベルト２１の幅方向長さＡが、加圧ローラ２２（ニップ部を形成可能なローラ部分）の軸方向長さＢよりも長く形成されており、定着ベルト２１の外周長が短い部分は、ベルトの寄りが生じたときに初めて加圧ローラ２２の表面に接触するようになっている。このような構成において、加圧ローラ２２の外周面における摩擦係数を、軸方向両端部においてその他の部分よりも大きくするとよい。このように構成することで、加圧ローラ２２の端部と定着ベルト２１との間でグリップ力を確保することができるので、ベルトの寄りが生じ、定着ベルト２１の外周長の短い部分が加圧ローラ２２の端部に接触した場合に、それらの間でのスリップが生じにくくなる。これにより、定着ベルト２１の角速度の速い部分での作用をより確実に得られるようになり、ベルトの寄り補正の確実性が向上する。

以上のように、本発明の実施形態によれば、定着ベルト２１が所定の位置から加圧ローラ２２の軸方向の一方へ移動したとき、定着ベルト２１のニップ部Ｎにおける周方向の角速度を、移動の進行方向側よりも、それとは反対側で速くなるようにすることで、定着ベルト２１の端部に負荷をかけずにベルトの寄りを規制（補正）することができる。これにより、定着ベルト２１の摩耗や破損等を抑制することができるようになり、装置としての信頼性が向上する。

また、定着ベルト２１の端部に負荷をかけずにベルトの寄りを規制することができるため、低熱容量化のために薄く形成された強度の弱い定着ベルトを使用することができるようになる。その結果、省エネルギーでウォームアップ時間の短い定着装置を提供することが可能となる。

また、図１６に示すように、上記実施形態では、定着ベルト２１の内側に略円筒状の伝熱部材２６を配設しているが、図１７に示すような伝熱部材２６を有しない構成においても、本発明の作用・効果を同様に発揮することは可能である。これに対し、特許文献２に記載の従来の構成は、定着フィルムの内側にその傾斜を抑制するためのガイド部材を設けなければならない制約がある。

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例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。上述の実施形態では、定着ベルト２１と加圧ローラ２２を互いに圧接させているが、定着ベルトと対向回転体は、互いに圧接する場合に限らず、加圧を行わず単に接触させるだけの構成とすることも可能である。また、ニップ形成部材２３を、ローラ等の回転体としてもよい。また、本発明に係る定着装置を、図１に示すカラーレーザープリンタ以外に、モノクロプリンタや、その他のプリンタ、複写機、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等に搭載することも可能である。

２０ 定着装置
２１ 定着ベルト（ベルト部材）
２２ 加圧ローラ（対向回転体）
２３ ニップ形成部材
４４ 縮径部
４５ 段差部
Ａ 定着ベルトの幅方向長さ
Ｂ 加圧ローラの軸方向長さ
Ｄ 外周長の短い部分同士の間隔
Ｌ１ 中央部側の外周長
Ｌ２ 端部側の外周長
Ｎ ニップ部
Ｐ 用紙（記録媒体）
Ｔ トナー画像
Ｗ ニップ部のベルト幅方向に渡る長さ
ω１ 中央部側の角速度
ω２ 端部側の角速度

特開２００７−３９３３号公報 特許３１２４３７５号公報

Claims (8)

1. 無端状のベルト部材と、
   前記ベルト部材の外周に対向して配設された対向回転体と、
   前記ベルト部材を介して前記対向回転体に当接して前記ベルト部材と前記対向回転体との間にニップ部を形成するニップ形成部材とを備え、
   回転する前記ベルト部材と前記対向回転体との間のニップ部に、未定着画像を担持した記録媒体を通過させて、当該未定着画像を記録媒体に定着する定着装置において、
   前記ベルト部材の外周長を、ベルト部材の幅方向の中央部側よりも両端部側において短くし、
   前記ベルト部材の両端部における外周長の短い部分同士の間隔を、前記ニップ部のベルト幅方向に渡る長さよりも大きく設定したことを特徴とする定着装置。
2. 前記ベルト部材の幅方向長さを、前記対向回転体の軸方向長さよりも長くした請求項１に記載の定着装置。
3. 前記対向回転体の外周面における摩擦係数を、軸方向両端部においてその他の部分よりも大きくした請求項２に記載の定着装置。
4. 前記ベルト部材の幅方向両端部側の外周面を、各端部に向かってテーパー状に縮径させた請求項１から３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 前記ベルト部材の幅方向両端部側において、幅方向の中央部側よりも両端部側において外径が小さくなるように、外周面に段差部を形成した請求項１から３のいずれか１項に記載の定着装置。
6. 前記ベルト部材の外周面を幅方向に渡って中央部で凸となる円弧状に形成することにより、その外周面を幅方向両端部に向かって縮径させた請求項１から３のいずれか１項に記載の定着装置。
7. 前記ベルト部材の材質を、耐熱性樹脂、耐熱性ゴム、又はこれらの複合体とした請求項１から６のいずれか１項に記載の定着装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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