JP2005258108A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 定着ニップ部における軸方向中央部と端部でトナーへの伝熱量の差をなくし、軸方向中央部と端部でグロスや定着性が均一になって安定した印字を得られるようにする。
【解決手段】 加熱ローラ１と、該加熱ローラ１に押圧する加圧ローラ２と、該加圧ローラ２の外周に捲着され加熱ローラ１との間に挟持されて移動する耐熱ベルト３と、該耐熱ベルト３を張架するベルト張架部材４とを備え、シート材５上に形成した未定着トナー像を定着する定着装置において、ベルト張架部材４は、加圧ローラ２との間で加熱ローラ１に耐熱ベルト３を巻き付けてニップを形成し、加熱ローラ１との間で形成されるニップの形状が軸方向中央部で端部より大きい凸形状となるように形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、加熱ローラと、該加熱ローラに押圧する加圧ローラと、該加圧ローラの外周に捲着され前記加熱ローラとの間に挟持されて移動する耐熱ベルトと、該耐熱ベルトを張架するベルト張架部材とを備え、シート材上に形成した未定着トナー像を定着する定着装置および画像形成装置に関する。

熱ローラ方式の定着装置では、一般に軸受け等の部材を介して加熱ローラおよび加圧ローラの両端部を支持し、いずれか一方のローラを揺動可能な構造としてその両端部にバネなどを用い、あるいは両方のローラを固定する構造としてローラの表面に設けた弾性層の弾力を利用するなどにより荷重をかけ、ニップ部を通過するシート材およびトナーに熱と圧力を加えることにより、トナーを溶融して定着が行われる。

ところが、このような構造では、加熱ローラと加圧ローラとの間に荷重が加わることによってローラが撓み、その結果、ニップの形状は軸方向中央部が端部に比べて狭い、いわゆる逆クラウン形状となりやすい。近年では、省エネの観点からローラなどの部材を薄肉・軽量化して熱容量を小さくすることで、ウォームアップ時間の短縮を図ることが一般的に行われている。しかし、このような小熱容量のローラは、剛性が低いため、ローラの撓みによってニップ形状の逆クラウン形状化がより顕著になる傾向にある。

一方では、ローラまたは加圧部材によるニップ形状を積極的に逆クラウン形状にすることもある（例えば、特許文献１参照）。ニップ形状を積極的に逆クラウン形状にすると、シート材がニップ部を通過する際に、シート材を両端方向に引っ張る力が働くため、しわの発生を防止することができる。

また、ローラ方式に比べてニップ幅を大きくでき、トナーへの伝熱量が増加し、高速化や多層トナーを定着させるカラー画像の定着に有利である等の理由から、ベルトニップ方式の定着装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。このような定着装置においても、特にウォームアップ時間の短縮のために小熱容量のローラあるいは押圧部材を用いる場合には、剛性が低下し撓みによってニップ形状は逆クラウン形状になりやすい。
特開平８−１４６８０６号公報 特許第３０８４６９２号公報

図１０は逆クラウン形状のニップの伝熱効率を説明する図である。ニップ形状が図１０に示すような逆クラウン形状であると、定着ニップ部におけるトナーへの伝熱効率は、軸方向中央部が端部に比べて低くなり、トナーへの伝熱量に差が生じ、軸方向でグロスや定着性が不安定になるという問題が発生する。この現象は、複数色のトナーを重ねて画像が形成されるカラー画像の場合に特に顕著になり、印字品質を大きく損なう。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであって、定着ニップ部における軸方向中央部と端部でトナーへの伝熱量の差をなくし、軸方向中央部と端部でグロスや定着性が均一になって安定した印字を得られるようにするものである。

そのために本発明に係る定着装置及び画像形成装置は、加熱ローラと、該加熱ローラに押圧する加圧ローラと、該加圧ローラの外周に捲着され前記加熱ローラとの間に挟持されて移動する耐熱ベルトと、該耐熱ベルトを張架するベルト張架部材とを備え、シート材上に形成した未定着トナー像を定着する定着装置において、前記ベルト張架部材は、前記加圧ローラとの間で前記加熱ローラに前記耐熱ベルトを巻き付けてニップを形成し、前記加熱ローラとの間で形成されるニップの形状が軸方向中央部で端部より大きい凸形状となるように形成したことを特徴とする。

前記ベルト張架部材は、前記加熱ローラとの当接面に沿って凸形状となるように形成し、前記耐熱ベルトの摺動面の高さを凸形状となるように形成し、前記加熱ローラと形成するニップの少なくとも開始端又は終了端で凸形状となるように形成したことを特徴とする。

前記加熱ローラと前記加圧ローラとの間で形成されるローラニップを含む全ニップ幅が軸方向の中央部と両端部で略同一となるように前記ベルト張架部材と前記加熱ローラとの間で形成されるニップ幅を軸方向の中央部が両端部より広くなるように形成し、前記加熱ローラと前記加圧ローラとの間で形成されるローラニップとのギャップ幅が軸方向の中央部と両端部で略同一となるように前記ベルト張架部材と前記加熱ローラとの間で形成されるニップの開始端又は終了端の形状が凸形状になるように形成したことを特徴とする。

前記ベルト張架部材は、前記加熱ローラの回転中心方向に揺動可能に回動支点を設定して前記耐熱ベルトに前記加熱ローラとのニップ部接線方向の張力を付与して前記耐熱ベルトを張架し、通紙時に揺動して前記加熱ローラを押圧するように構成したことを特徴とする。

前記ベルト張架部材は、前記加圧ローラに対してシート材搬送方向上流側に配置し、略半月状のベルト摺動部材であり、前記耐熱ベルトが回転駆動されると前記耐熱ベルトとの摩擦力により前記加熱ローラに軽く押圧するように構成し、前記加圧ローラは、軸方向両端部の外径が中央部より大きい逆クラウン形状に形成したことを特徴とする。

本発明によれば、加熱ローラとの間で形成されるニップの形状が軸方向中央部で端部より大きい凸形状となるようにベルト張架部材を形成したことで、軸方向中央部が端部に比べてニップ幅の広い、いわゆるクラウン形状になるので、軸方向中央部でのトナーへの伝熱量が増えて中央部と端部でのトナーへの伝熱量が差がなくなり、軸方向中央部と端部でグロスや定着性が均一になって安定した印字が得られる。さらに、ベルト張架部材と加圧ローラとの間のギャップを軸方向中央部と端部で略同一にすることで、定着ニップにおけるシート材の姿勢が安定化し、ニップ形状を逆クラウン形状とすることで、中央に比べて端部の周速を速くしシート材がローラニップを通過する際にシート材を両端方向へ引っ張る力を働かせ、しわの発生を防止することができる。

また、非通紙時には耐熱ベルトとベルト張架部材との間にギャップを形成させるようにし、ギャップの空隙を断熱層としてウォーミングアップ時に加熱ローラから耐熱ベルトを介して奪いとる熱量を小さくすることができ、熱ロスの減少、ウォーミングアップ時間の短縮を図ることができる。一方、シート材が定着ニップを通過する時は、耐熱ベルトとベルト張架部材との間のギャップがなくなって、シート材は定着ニップにおいて耐熱ベルトに押圧され、加熱ローラに押圧されるので、安定した定着が可能となる。このとき、押圧力を所望の圧力に調節すれば、適正な定着を達成することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の定着装置の１実施形態を説明する図、図２はベルト張架部材の加熱ローラ当接面およびローラニップと張架部材ニップの形状を説明する図である。図中、１は加熱ローラ、１ａはハロゲンランプ、１ｂはローラ芯金、１ｃは弾性層、２は加圧ローラ、２ｂはローラ芯金、２ｃは弾性層、３は耐熱ベルト、４はベルト張架部材、４ａは突壁、４−Ｎは加熱ローラ当接面、５はシート材、５ａは未定着トナー像、Ｌは押圧部接線を示す。

図１において、加熱ローラ１は、例えば加熱源として１０５０Ｗ、２本の柱状ハロゲンランプ１ａを内蔵して回転可能にした加熱部材であり、外径２５ｍｍ程度、肉厚０．７ｍｍ程度のパイプ材をローラ芯金１ｂとして内部に加熱源を配置し、その外周に厚み０．４ｍｍ程度の弾性層１ｃを被覆して形成した加熱側の回転移動体である。

加圧ローラ２は、加熱ローラ１に対向配置し押圧付勢して定着ニップを形成する加圧部材であり、例えば外径２５ｍｍ程度、あるいは２４．８ｍｍと加熱ローラ１のローラ芯金１ｂより外径を小さくし、肉厚０．７ｍｍ程度のパイプ材をローラ芯金２ｂとして、その外周に加熱ローラ１の弾性層より薄く、厚み０．２〜０．３ｍｍ程度の弾性層２ｃを被覆して弾性層を形成することにより、加熱ローラ１の弾性層より硬質な表面とした他方側の回転移動体である。硬質な表面を有する加圧ローラ２として、その表面が加熱ローラ１の弾性層より硬質のものは、ローラ芯金のままでも、またローラ芯金のままでなく表面に弾性層を有するものであってもよい。

耐熱ベルト３は、加熱ローラ１と加圧ローラ２との間に挟持されて加圧ローラ２とベルト張架部材４の外周に張架され移動可能になったエンドレスのベルトであり、０．０３ｍｍ以上の厚みを有する。材質は、ポリイミドチューブやシリコン等の耐熱樹脂やゴム等でもよいが、熱伝導性に優れたステンレス基材やニッケル電鋳管等からなる金属ベルトが好ましい。

ベルト張架部材４は、耐熱ベルト３を加熱ローラ１と加圧ローラ２との押圧部接線Ｌより加熱ローラ１側に巻き付けてニップを形成する位置に配置される。加熱ローラ１と加圧ローラ２との間で形成される逆クラウン形状のローラニップに対し、ベルト張架部材４を加熱ローラ１への接触面側から見た図１（Ｂ）に示す加熱ローラ当接面において、図２（Ａ）、（Ｂ）の当接面４−Ｎに示すようにベルト張架部材４では、加熱ローラ１との間で形成するニップの終了端（エッジ）で軸方向中央部の幅Ｗ_NCを端部の幅Ｗ_NEより大きくして、図２（Ｃ）に示すような凸形状に形成している。このようにすることにより、軸方向中央部でのトナーへの伝熱量が増え、軸方向中央部と端部でグロスや定着性が均一になるので安定した印字が得られる。

加熱ローラ１と加圧ローラ２との間に形成されるローラニップでは、逆クラウン形状になりやすく、その場合、軸方向中央部と端部でトナーへの伝熱量に差が生じるが、上記のように加熱ローラ１とベルト張架部材４との間で形成される張架部材ニップを加熱ローラ当接面４−Ｎにおいて軸方向の両端部に対し中央部が膨らんだ凸形状となるように形成することで、ベルト張架部材４によるニップの形状は中央部が端部に比べてニップ幅の広い、所謂クラウン形状になる。その結果、軸方向中央部でのトナーへの伝熱量が増加し、加熱ローラ１と加圧ローラ２との間で形成されるニップ及び加熱ローラ１とベルト張架部材４との間で形成されるニップを合わせた全体としての、中央部と端部でのトナーへの伝熱量の差を小さくすることができる。

本実施形態の定着装置では、加圧ローラ２とベルト張架部材４との協動により耐熱ベルト３に張力を付与して耐熱ベルト３を張架すると共に、耐熱ベルト３を加熱ローラ１に巻き付け定着ニップを形成して、この定着ニップに未定着トナー像５ａを形成したシート材５を通過させて定着する構造になっている。加熱ローラ１と加圧ローラ２の圧接力は１０ｋｇ以下、ニップ幅は全体として１０ｍｍ程度で構成すると共に、図示矢印方向に回転可能にしている。

さらに、本実施形態においては、加熱ローラ１の内部に２本の加熱源１ａを内蔵しており、このハロゲンランプの発熱エレメントを異なった配置に構成して選択的に点灯すると、後述する耐熱ベルト３が加熱ローラ１に巻き付いた定着ニップ部位とベルト張架部材４が加熱ローラ１に摺動する部位のような、また、幅の広いシート材と幅の狭いシート材とのように異なった条件下での温度コントロールを容易に行うことができる。

本来、定着ニップに未定着トナー像５ａを形成したシート材５を通過させて定着すると、シート材５は、加熱ローラ１の外周に沿って変形するカール習性が付与されて加熱ローラ１側に巻き付きやすくなるものである。本実施形態によれば、加熱ローラ１および加圧ローラ２の外径を２５ｍｍ程度の小径に構成しているため、定着後のシート材５が加熱ローラ１または耐熱ベルト３に巻き付くこともなく、シート材５を強制的に剥がすための剥離爪や剥離板などの手段を不要にしている。

また、加圧ローラ２において、軸方向端部の外径が中央部より大きい逆クラウン形状になっていると、中央に比べて端部の周速が速くなるため、シート材５が加熱ローラ１と加圧ローラ２との間に形成されるニップ部を通過する際に、両端方向に引っ張る力が作用し、しわの発生を防止することができる。

さらに、加熱ローラ１の表面に被覆した弾性層に比べて硬質な表面を有する加圧ローラ２を加熱ローラ１に対向配置して押圧付勢すると、加熱ローラ１の弾性層が弾性変形して凹み凹状の定着ニップが形成される。加熱ローラ１が凹状の定着ニップが形成されると、シート材上に形成した未定着トナー像を定着し定着ニップを通過したシート材５に対し、自らの復帰力（通称これをシート材の腰と称す）と、加熱ローラ１の表面に被覆した弾性層よりも硬質な加圧ローラ２の押圧によって、加熱ローラ１の弾性層をシート材５を加熱ローラ１から離れる方向に弾性変形させ、定着ニップの出口で加熱ローラ１とは反対側にカール習性を付与することができる。

しかも、加圧ローラ２と加熱ローラ１の硬質度バランスと押圧力によって、耐熱ベルト３の移動方向に関して、シート材５に付与されるカール習性の程度を、加熱ローラ１に巻き付くことなく加熱ローラ１から離れる方向に容易に調整可能である。これらにより、定着後のシート材５は、加熱ローラ１、耐熱ベルト３に巻き付くことなく、強制的に剥がすための剥離手段をなくすことができ、極めて安定した画像定着が可能となる。さらに、加熱ローラ１の弾性層１ｃの表層に約３０μｍのＰＦＡ（ペルオキシ−アルコキシ−フッソ樹脂）層を設ければ、その分だけ剛性が向上すると共に、シート材５、トナーの剥離性をよくすることができる。

耐熱ベルト３は、対向する加熱ローラ１の表層に対する影響やシート材５への両面定着時にトナー像面と接触する影響などを考慮すると、例えばＰＦＡやシリコンなどのゴム質材を表層とするのもよい。ウォーミングアップにより加熱ローラ１が所定の温度まで加熱されると、それに伴って耐熱ベルト３、加圧ローラ２、ベルト張架部材４も所定の温度に上昇して蓄熱される。熱伝導率の高い部材を耐熱ベルト３、加圧ローラ２、ベルト張架部材４に用いると、シート材５上のトナー像の定着により、耐熱ベルト３が定着ニップでシート材５に奪われた熱を加圧ローラ２、ベルト張架部材４から耐熱ベルト３に効率よく戻すことができるので、特に、連続して複数枚のシート材５を通し定着を行う場合に耐熱ベルト３の温度低下を抑えることができる。

ベルト張架部材４は、加熱ローラ１と加圧ローラ２のニップ部よりもシート材５の搬送方向上流側に配設されるとともに、例えば加圧ローラ２の回転軸を中心として加熱ローラ１の回転中心方向に揺動可能に配設されている。ベルト張架部材４は、シート材５が定着ニップを非通過の状態においてシート材５が定着ニップに進入する初期位置で耐熱ベルト３を加熱ローラ１の接線方向に張架する構成にしている。

シート材５が定着ニップに進入する初期位置で定着圧力が大きいとシート材５の進入がスムーズに行われなくて、シート材先端が折れた状態で定着される場合があるが、耐熱ベルト３をベルト張架部材４によりシート材５の搬送方向上流側で加熱ローラ１の接線方向に張架する構成にすると、シート材５の進入がスムーズに成される導入口部が形成でき、安定したシート材５の進入を可能にする。また、シート材５が定着ニップから排出する終了位置で定着圧力が大きいと、シート材５が進入して定着ニップで加熱されてから終了位置で最後に大きい定着圧力が加えられるので、安定した定着が実現できると共に、加熱ローラ１側が凹状になり曲率が大きくなるため、シート材５が加熱ローラ１に巻き付きにくく、加熱ローラ１から剥離しやすくなる。

ベルト張架部材４が、非通紙時には加熱ローラ１を押圧せず、通紙時にのみ加熱ローラ１を押圧する構造にすると、非通紙時にはベルト３とベルト張架部材４との間にギャップが形成され、そのギャップが断熱層となって加熱ローラ１からベルト３を介して奪い取る熱量を小さくすることができるため、ウォーミングアップ時間を短縮することができる。そして、シート材５が定着ニップを通過する時、ベルト３とベルト張架部材４との間のギャップがなくなり、シート材５が定着ニップ部においてベルト３に押圧され、加熱ローラ１に押圧されることにより、安定した定着が可能になる。このとき、押圧力を所望の圧力に調整すると、適正な定着を達成することができる。

ベルト張架部材４はまた、両端に突設され一体的に形成された突壁４ａを有する。突壁４ａは、通紙領域外において加熱ローラ１の外周面に当接する当接部を有し、加熱ローラ１の両端部から熱を逃がして端部温度上昇を防ぐ温度ならし部材として働き、また、耐熱ベルト３が摺動するベルト張架部材４の摺動面と加熱ローラ１との間のギャップを調整するギャップ調整部材として働き、あるいは、耐熱ベルト３が一方に寄った場合にこの突壁４ａに当接して耐熱ベルト３の寄り規制を行い蛇行を防止するベルト蛇行防止手段として働くものである。ベルト張架部材４は、突壁４ａの加熱ローラ１と反対側端部のフレームとの間にスプリング９が配設され、スプリング９により加熱ローラ１に軽押圧され、加熱ローラ１に摺接して位置決めされる。

さらに、ベルト張架部材４は、耐熱ベルト３の内周に嵌挿して加圧ローラ２と協働して耐熱ベルト３に張力を付与すると共に、耐熱ベルト３を加熱ローラ１に巻き付けてニップを形成する位置に配置した、略半月状のベルト摺動部材（耐熱ベルト３はベルト張架部材４上を摺動する）としている。ベルト摺動部材４の構成は、熱伝導性に優れたアルミニューム合金などの金属製であっても良いが、好ましくはウォーミングアップ時間の短縮の観点から熱伝導性に優れたプラスチック製で構成するのがよく、さらに好ましい条件としては、このプラスチック製のベルト摺動部材の表面に熱伝導性を向上させる目的で銅メッキやニッケルメッキあるいは蒸着などの金属被覆処理を施し、また、軸方向長さを加熱ローラ１の弾性層被覆部の軸方向長さより短くすると、小さな熱容量のもとで熱応答性に優れた特性をさらに発揮させることができる。

図３はベルト張架部材のエッジの反対側で加熱ローラ当接面を凸形状に形成した本発明に係る定着装置の他の実施の形態を説明する図、図４はベルト張架部材の加熱ローラ当接面の両側で凸形状に形成した本発明に係る定着装置の他の実施の形態を説明する図である。

図３に示す実施形態は、ベルト張架部材４の加熱ローラ１への接触面におけるエッジと反対側、つまり耐熱ベルト３が摺動する上流側、つまりシート材５の搬送方向上流側となるニップ開始側を凸形状に形成したものであり、図３（Ｂ）に点線で示すように中央部は、加熱ローラ１の接触面に沿ってニップ開始部よりさらに耐熱ベルト３が摺動する上流側にかけてベルト張架部材４を凸形状に形成している。さらに、図１に示す実施形態と図３に示す実施形態とを組み合わせベルト張架部材４の加熱ローラ１への接触面のエッジ、およびその反対側のニップ開始側ともに凸形状に形成した実施形態を示したのが図４である。この実施形態では、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように加熱ローラ当接面４−Ｎは、ニップ開始側（図示上側）、ベルト張架部材４のエッジであるニップ終了側（図示下側）ともに凸形状に形成されるので、端部のニップ幅と中央部のニップ幅がニップ開始側、ニップ終了側のいずれでも調整することができる。

図５はベルト張架部材のベルト摺動面を凸面の形状に形成する本発明に係る定着装置の他の実施の形態を説明する図、図６はローラニップと張架部材ニップとのギャップ幅を軸方向中央部と端部で略同一に形成する本発明に係る定着装置の実施の形態を説明する図、図７はローラニップと張架部材ニップからなる全ニップ幅を軸方向中央部と端部で略同一に形成する本発明に係る定着装置の実施の形態を説明する図、図８はローラニップと張架部材ニップとのギャップ幅、全ニップ幅を共に軸方向中央部と端部で略同一に形成する本発明に係る定着装置の実施の形態を説明する図である。

上記各実施形態では、加熱ローラ１とベルト張架部材４との間で形成されるニップの開始部、終了部で加熱ローラ当接面の形状をその当接面に沿って軸方向中央部で膨らませて凸形状に形成するようにしたが、ベルト張架部材４をベルト摺動面を軸方向中央部で高く膨らませて軸方向に凸面の形状に形成するようにしたのが図５に示す実施形態である。この実施形態によれば、加圧ローラ２とベルト張架部材４との協動により張力を付与して張架される耐熱ベルト３において、軸方向中央部の張力を端部より大きくすることができる。このことにより、耐熱ベルト３には軸方向中央に寄ろうとする力が働き、蛇行を防ぐことができる。

また、上記本実施形態によれば、シート材５は、軽押圧されたベルト張架部材４と加熱ローラ１との間で形成する張架部材ニップに進入して加熱され、さらに大きい定着圧力で押圧された加圧ローラ２と加熱ローラ１との間で形成するローラニップから排出される。これら張架部材ニップとローラニップとの間にはギャップ部が存在するが、ギャップ部では、加圧ローラ２やベルト張架部材によるバックアップがない状態で耐熱ベルト３が加熱ローラ１に接触しているので、押圧力が非常に小さくそのためシート材５の姿勢が変化しやすく、トナーへの伝熱が不安定になりやすい。さらに、そのギャップ幅が中央部と端部において異なると、そのギャップ間において中央部と端部において加熱状態が変化し、加熱管理が難しくなる。

図６に示す実施形態は、張架部材ニップとローラニップとの間のギャップ部の幅を軸方向の中央部と端部で略同一にするものであり、このことにより、搬送されるシート材５の姿勢が不安定になったり、軸方向中央部と端部でトナーへの伝熱のムラが生じたりするのを防ぎ、軸方向中央部と端部でグロスや定着性が均一となって安定した印字が可能になる。

また、張架部材ニップとローラニップとの全ニップ幅が軸方向中央部と端部で大きく異なると、トナーへの伝熱量が軸方向中央部と端部で異なってしまう。図７に示す実施形態は、このような不都合を解消するものであり、張架部材ニップとローラニップとの全ニップ幅を略同一とすることで、軸方向中央部と端部でトナーへの伝熱量を等しくし、軸方向中央部と端部でグロスや定着性が均一となって安定した印字が可能になる。

さらに、図８に示す実施形態は、張架部材ニップとローラニップとの間のギャップ部の幅を軸方向の中央部と端部で略同一にすると共に、張架部材ニップとローラニップとの全ニップ幅を略同一とするものであり、このことにより、搬送されるシート材５の姿勢が不安定になったり、軸方向中央部と端部でトナーへの伝熱のムラが生じたりするのを防ぎ、軸方向中央部と端部でグロスや定着性が均一となって安定した印字が可能になる。

図９は本発明に係る画像形成装置の１実施形態を示す全体構成の模式的断面図である。図中、１０は画像形成装置、１０ａはハウジング、１０ｂは扉体、１１は紙搬送ユニット、１５はクリーニング手段、１７は像担持体、１８は画像転写搬送手段、２０は現像手段、２１はスキャナ手段、３０は給紙ユニット、４０は定着手段、Ｗは露光ユニット、Ｄは画像形成ユニットを示す。

図９において、画像形成装置１０は、ハウジング１０ａと、ハウジング１０ａの上部に形成された排紙トレイ１０ｃと、ハウジング１０ａの前面に開閉自在に装着された扉体１０ｂを有し、ハウジング１０ａ内には、露光ユニット（露光手段）Ｗ、画像形成ユニットＤ、画像転写搬送手段１８を有する転写ベルトユニット２９、給紙ユニット３０が配設され、扉体１０ｂ内には紙搬送ユニット１１が配設されている。各ユニットは、本体に対して着脱可能な構成であり、メンテナンス時等には一体的に取り外して修理または交換を行うことが可能な構成になっている。

画像形成ユニットＤは、複数（本実施形態では４つ）の異なる色の画像を形成する画像形成ステーションＹ（イエロー用），Ｍ（マゼンタ用），Ｃ（シアン用），Ｋ（ブラック用）を備えている。そして、各画像形成ステーションＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋには、それぞれ、感光ドラムからなる像担持体１７と、像担持体１７の周囲に配設された、コロナ帯電手段からなる帯電手段１９および現像手段２０を有する。これら各画像形成ステーションＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、転写ベルトユニット２９の下側に斜めアーチ状のラインに沿って像担持体１７が上向きになるように並列配置されている。なお、各画像形成ステーションＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの配置順序は任意である。

転写ベルトユニット２９は、ハウジング１０ａの下側に配設され図示しない駆動源により回転駆動される駆動ローラ１２と、駆動ローラ１２の斜め上方に配設される従動ローラ１３と、テンションローラ１４と、これら３本、少なくとも２本のローラ間に張架されて図示矢印方向へ循環駆動される中間転写ベルトからなる画像転写搬送手段１８と、画像転写搬送手段１８の表面に当接するクリーニング手段１５とを備えている。従動ローラ１３、テンションローラ１４および画像転写搬送手段１８は、駆動ローラ１２に対して図で左側に傾斜する方向に配設され、これにより画像転写搬送手段１８駆動時のベルト搬送方向が下向きになるベルト面１８ａが下方に位置し、搬送方向が上向きになるベルト面１８ｂが上方に位置するようにされている。

したがって、各画像形成ステーションＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋも駆動ローラ１２に対して図で左側に傾斜する方向に配設されることになる。そして、像担持体１７は、アーチ状のラインに沿って画像転写搬送手段１８の搬送方向下向きのベルト面１８ａに接触され、図示矢印に示すように画像転写搬送手段１８の搬送方向に回転駆動される。可撓性を有する無端スリーブ状の画像転写搬送手段１８は、像担持体１７に対して上側から被せるように略同一の巻き付け角度で接触させるため、像担持体１７と画像転写搬送手段１８との間の接触圧やニップ幅は、テンションローラ１４により画像転写搬送手段１８に付与される張力、像担持体１７の配置間隔、巻き付け角度（アーチの曲率）などを制御することにより調整することができる。

駆動ローラ１２は、２次転写ローラ３９のバックアップローラを兼ねている。駆動ローラ１２の周面には、例えば厚さ３ｍｍ程度、体積抵抗率が１０⁵ Ω・ｃｍ以下のゴム層が形成されており、金属製の軸を介して接地することにより、２次転写ローラ３９を介して供給される２次転写バイアスの導電経路としている。このように駆動ローラ１２に高摩擦かつ衝撃吸収性を有するゴム層を設けることにより、２次転写部へシート材が進入する際の衝撃が画像転写搬送手段１８に伝達しにくく、画質の劣化を防止することができる。また、駆動ローラ１２は、その径を従動ローラ１３、バックアップローラ１４の径より小さくすることにより、２次転写後のシート材がシート材自身の弾性力で剥離し易くすることができる。また、従動ローラ１３を後述するクリーニング手段１５のバックアップローラとして兼用させている。

なお、画像転写搬送手段１８を駆動ローラ１２に対して図で右側に傾斜する方向に配設し、これに対応して各画像形成ステーションＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋも駆動ローラ１２に対して図で右側に傾斜する方向に斜めアーチ状に沿って配設してもよい。

クリーニング手段１５は、搬送方向下向きのベルト面１８ａ側に設けられ、二次転写後に画像転写搬送手段１８の表面に残留しているトナーを除去するクリーニングブレード１５ａと、回収したトナーを搬送するトナー搬送部材１５ｂを備えている。クリーニングブレード１５ａは、従動ローラ１３への画像転写搬送手段１８の巻きかけ部において画像転写搬送手段１８に当接されている。また、画像転写搬送手段１８の裏面には、後述する各画像形成ステーションＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの像担持体１７に対向して１次転写部材１６が当接され、１次転写部材１６には転写バイアスが印加されている。

露光手段Ｗは、斜め方向に配設された画像形成ユニットＤの斜め下方に形成された空間に配設されている。また、露光手段Ｗの下部でハウジング１０ａの底部には給紙ユニット３０が配設されている。露光手段Ｗは、全体がケースに収納され、ケースは、搬送方向下向きのベルト面の斜め下方に形成される空間に配設されている。ケースの底部には、ポリゴンミラーモータ２１ａ、ポリゴンミラー（回転多面鏡）２１ｂからなる単一のスキャナ手段２１を水平に配設されるとともに、各色の画像信号により変調される複数のレーザ光源２３からのレーザビームをポリゴンミラー２１ｂで反射させ各像担持体上に偏向走査する光学系Ｂには、単一のｆ−θレンズ２２および各色の走査光路が像担持体１７にそれぞれ非平行になって折り返すように複数の反射ミラー２４が配設されている。

上記構成からなる露光手段Ｗにおいては、ポリゴンミラー２１ｂから各色に対応した画像信号が、共通のデータクロック周波数に基づいて変調形成されたレーザビームで射出され、ｆ−θレンズ２２、反射ミラー２４を経て、各画像形成ステーションＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの像担持体１７に照射され、潜像が形成される。反射ミラー２４を設けることにより走査光路を屈曲させ、ケースの高さを低くすることが可能となり光学系のコンパクト化が可能となる。しかも、各画像形成ステーションＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの像担持体１７への走査光路長は同一の長さになるように反射ミラー２４が配置されている。このように各画像形成ユニットＤに対する露光手段Ｗのポリゴンミラー２１ｂから像担持体１７までの光路の長さ（光路長）が略同一の長さになるように構成することにより、各光路で走査された光ビームの走査幅も略同一になり、画像信号の形成にも特別な構成を必要としない。したがって、レーザ光源は、それぞれ異なる画像信号によってそれぞれ異なった色の画像に対応して変調されるにも関わらず、共通のデータクロック周波数に基づいて変調形成可能であり、共通の反射面を用いるため副走査方向の相対差から生じる色ずれを防止し、構造が簡単で安価なカラー画像形成装置を構成できる。

また、本実施形態においては、装置下方に走査光学系を配置することにより、画像形成手段の駆動系が装置を支持するフレームへ与える振動による走査光学系の振動を最小限にすることができ、画質の劣化を防止することができる。とくに、スキャナ手段２１をケースの底部に配置することにより、ポリゴンモータ２１ａ自身がケース全体に与える振動を最小限にすることができ、画質の劣化を防止することができる。また、振動源であるポリゴンモータ２１ａの数を一つにすることによりケース全体に与える振動を最小限にすることができる。

給紙ユニット３０は、シート材が積層保持されている給紙カセット３５と、給紙カセット３５からシート材を一枚ずつ給送するピックアップローラ３６を備えている。紙搬送ユニット１１は、二次転写部へのシート材の給紙タイミングを規定するゲートローラ対３７（一方のローラはハウジング１０ａ側に設けられている）と、駆動ローラ１２および画像転写搬送手段１８に圧接される二次転写手段としての二次転写ローラ３９と、主記録媒体搬送路３８と、定着手段４０と、排紙ローラ対４１と、両面プリント用搬送路４２を備えている。

シート材に２次転写された２次画像（未定着トナー像）は、定着手段４０の形成するニップ部で所定の温度で定着される。本例においては、転写ベルトの搬送方向上向きのベルト面１８ｂの斜め上方に形成される空間、換言すれば、転写ベルトに対して画像形成ステーションと反対側の空間に定着手段４０を配設することが可能になり、露光手段Ｗ、画像転写搬送手段１８、画像形成手段への熱伝達を低減することができ、各色の色ずれ補正動作を行う頻度を少なくすることができる。特に、露光手段Ｗは、定着手段４０から最も離れた位置にあり、走査光学系部品の熱による変位を最小限にすることができ、色ズレを防ぐことができる。 本実施形態においては、画像転写搬送手段１８を駆動ローラ１２に対して傾斜する方向に配設しているため、図で右側空間に広いスペースが生じその空間に定着手段４０を配設することができ、コンパクト化を実現することができると共に、定着手段４０で発生する熱が、左側に位置する露光ユニットＷ、画像転写搬送手段１８および各画像形成ステーションＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋへ伝達されるのを防止することができる。また、画像形成ユニットＤの左側下部の空間に露光ユニットＷを配置することができるため、画像形成手段の駆動系がハウジング１０ａへ与える振動による、露光ユニットＷの走査光学系の振動を最小限に抑えることができ、画質の劣化を防止することができる。

また、クリーニング手段を設置しないことに伴い、帯電手段としてはコロナ帯電手段１９を採用している。帯電手段がローラである場合は、微量ではあるが像担持体１７上に存在する１次転写残りトナーがローラ上に堆積して帯電不良が発生するが、非接触帯電手段であるコロナ帯電手段１９はトナーが付着しにくく、帯電不良の発生を防ぐことができる。

また、本実施形態では、中間転写ベルトを画像転写搬送手段１８として像担持体１７に接触させる構成としたが、表面にシート材を吸着して搬送移動し、該シート材の表面にトナー像を順次重ねて転写して画像を形成搬送するシート材搬送ベルトを画像転写搬送手段１８として像担持体１７に接触させる構成としてもよい。この場合、画像転写搬送手段１８であるシート材搬送ベルトのベルト搬送方向が像担持体１７に接触する下面で逆方向の上向きになる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記実施形態では、軸方向中央部の伝熱量を増加させるようにしたが、フレームへの熱の逃げや、ローラ開口部から空気中への放熱などがあり、また、ローラ端部には弾性層被覆部がなく保温効果が小さく、さらに、ベルト定着装置の場合には、端部にベルト蛇行防止手段が必要であるため、端部の熱容量が中央部に比べて大きくなる、などの理由から端部では加熱手段によって加えた熱量が他の部分に奪われてしまい、トナーへの伝熱量が少なくなる傾向がある場合には、その程度に応じて軸方向端部のニップ幅を増やすようにしてもよい。

本発明に係る定着装置の１実施形態を説明する図である。 ベルト張架部材の加熱ローラ当接面およびローラニップと張架部材ニップの形状を説明する図である。 ベルト張架部材のエッジの反対側で加熱ローラ当接面を凸形状に形成した本発明に係る定着装置の他の実施の形態を説明する図である。 ベルト張架部材の加熱ローラ当接面の両側で凸形状に形成した本発明に係る定着装置の他の実施の形態を説明する図である。 ベルト張架部材のベルト摺動面を凸面の形状に形成する本発明に係る定着装置の他の実施の形態を説明する図である。 ローラニップと張架部材ニップとのギャップ幅を軸方向中央部と端部で略同一に形成する本発明に係る定着装置の実施の形態を説明する図である。 ローラニップと張架部材ニップからなる全ニップ幅を軸方向中央部と端部で略同一に形成する本発明に係る定着装置の実施の形態を説明する図である。 ローラニップと張架部材ニップとのギャップ幅、全ニップ幅を共に軸方向中央部と端部で略同一に形成する本発明に係る定着装置の実施の形態を説明する図である。 本発明に係る画像形成装置の１実施形態を示す模式的断面図である。 逆クラウン形状のニップの伝熱効率を説明する図である。

符号の説明

１…加熱ローラ、１ａ…ハロゲンランプ、１ｂ…ローラ芯金、１ｃ…弾性層、２…加圧ローラ、２ｂ…ローラ芯金、２ｃ…弾性層、３…耐熱ベルト、４…ベルト張架部材、４ａ…突壁、４−Ｎ…加熱ローラ当接面、５…シート材、５ａ…未定着トナー像、Ｌ…押圧部接線

Claims (12)

1. 加熱ローラと、該加熱ローラに押圧する加圧ローラと、該加圧ローラの外周に捲着され前記加熱ローラとの間に挟持されて移動する耐熱ベルトと、該耐熱ベルトを張架するベルト張架部材とを備え、シート材上に形成した未定着トナー像を定着する定着装置において、前記ベルト張架部材は、前記加圧ローラとの間で前記加熱ローラに前記耐熱ベルトを巻き付けてニップを形成し、前記加熱ローラとの間で形成されるニップの形状が軸方向中央部で端部より大きい凸形状となるように形成したことを特徴とする定着装置。
2. 前記ベルト張架部材は、前記加熱ローラとの当接面に沿って凸形状となるように形成したことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記ベルト張架部材は、前記耐熱ベルトの摺動面の高さを凸形状となるように形成したことを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の定着装置。
4. 前記ベルト張架部材は、前記加熱ローラと形成するニップの少なくとも開始端又は終了端で凸形状となるように形成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の定着装置。
5. 前記加熱ローラと前記加圧ローラとの間で形成されるローラニップを含む全ニップ幅が軸方向の中央部と両端部で略同一となるように前記ベルト張架部材と前記加熱ローラとの間で形成されるニップ幅を軸方向の中央部が両端部より広くなるように形成したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の定着装置。
6. 前記加熱ローラと前記加圧ローラとの間で形成されるローラニップとのギャップ幅が軸方向の中央部と両端部で略同一となるように前記ベルト張架部材と前記加熱ローラとの間で形成されるニップの開始端又は終了端の形状が凸形状になるように形成したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の定着装置。
7. 前記ベルト張架部材は、前記加熱ローラの回転中心方向に揺動可能に回動支点を設定して前記耐熱ベルトに前記加熱ローラとのニップ部接線方向の張力を付与して前記耐熱ベルトを張架し、通紙時に揺動して前記加熱ローラを押圧するように構成したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の定着装置。
8. 前記ベルト張架部材は、前記加圧ローラに対してシート材搬送方向上流側に配置したことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の定着装置。
9. 前記ベルト張架部材は、略半月状のベルト摺動部材であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の定着装置。
10. 前記ベルト張架部材は、前記耐熱ベルトが回転駆動されると前記耐熱ベルトとの摩擦力により前記加熱ローラに軽く押圧するように構成したことを特徴とする請求項９に記載の定着装置。
11. 前記加圧ローラは、軸方向両端部の外径が中央部より大きい逆クラウン形状に形成したことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の定着装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれか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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