(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体上に担持された未定着トナー像を加熱する回転可能な加熱ローラーと、
該加熱ローラーに所定の圧力で当接しながら回転する加圧ローラーと、
前記加圧ローラーの軸方向端部に設けられ前記加圧ローラーより小さい外周径を有する第１ベルト掛け部と、
前記加熱ローラーの軸方向端部に設けられ前記加熱ローラーより小さい外周径を有する第２ベルト掛け部と、
前記第１ベルト掛け部と前記第２ベルト掛け部との間にクロス掛けされ、前記加熱ローラーと前記加圧ローラーの一方から他方のローラーに回転力を伝達する伝動ベルトと、
を備え、
前記加圧ローラーに対する前記第１ベルト掛け部の外周径の比率は、前記加熱ローラーに対する前記第２ベルト掛け部の外周径の比率と略同じであり、
前記加圧ローラーの外周には弾性層が設けられ、前記第１ベルト掛け部の熱膨張係数は前記弾性層の熱膨張係数と略同じであり、
前記加熱ローラーと前記加圧ローラーとが圧接するニップ部にて記録媒体上に担持された未定着トナー像を加熱及び加圧して記録媒体にトナー像を定着させることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１に記載の定着装置を備えた画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンター、ファクシミリ、それらの複合機等に用いる定着装置及びそれを備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、定着装置では、加熱部材と加圧部材との間のニップ部に未定着トナー像を担持した記録媒体が送り込まれ、加熱部材による加熱作用によって記録媒体上のトナーが溶融されると同時に、溶融したトナー像に対して加圧部材から加圧作用が付与されることによって記録媒体に対してトナー像の定着が行われるようになっている。
【０００３】
通常、加熱部材として、円筒状芯金の内部にハロゲンランプ等の発熱体が配置され、芯金の表面に弾性層及び離型層が設けられているローラー型のものや、耐熱性を有する無端状ベルトが張架され、該無端状ベルトを加熱する定着ベルト型のもの等が用いられている。近年、画像形成装置の電源のオン状態からすぐに画像形成を開始することができるように、また、画像形成装置の待機状態では何時でも画像形成動作を実行することができるように、定着ベルト型がよく用いられている。定着ベルトは薄肉の熱伝導性の良好な材質からなり熱容量が小さいため、短時間でウォーミングアップを行なうことができる。
【０００４】
定着ベルト型の定着装置としては、例えば特許文献１及び特許文献２に開示されるものがある。特許文献１の定着装置は、無端状の定着ベルトと、定着ベルトを加熱する加熱ローラーと、加熱ローラーとともに定着ベルトを張架する押圧部材と、定着ベルトを挟んで押圧部材と対向する位置に配置されている加圧ローラーとを備える。押圧部材には、ニップ部の中央部分に位置する耐熱弾性部材と耐熱性弾性部材の両側でこれを保持する支持部材が設けられる。支持部材のニップ部上流部分及びニップ部下流部分は異なる曲率で形成され、ニップ部上流部分はニップ部下流部分に対して曲率半径が大きく形成されることで、ニップ部上流部分では、定着ベルトがニップ部に進入する際、定着ベルトへの摺動負荷抵抗の増加や接触面積の変化をきたすことがなく、定着ベルトのスリップ現象が抑止され、また、ニップ部下流部分では、溶融トナーの粘着力による記録媒体の貼り付きを抑制して記録媒体が押圧部材から分離しやすくなっている。
【０００５】
また、特許文献２の定着装置は、加熱される無端状の定着ベルトと、定着ベルトの内側に回転不能に固定配置されたニップ形成部材と、定着ベルトの内側においてニップ形成部材の直近に隣接配置された回転駆動可能な駆動ローラーと、ニップ形成部材および駆動ローラーに対して定着ベルトを挟んで圧接され、定着ベルトとの接触部がニップ部になっている回転可能な加圧ローラーとを備える。駆動ローラーが回転駆動すると、これに伴って定着ベルトがニップ形成部材の表面を摺動しながら移動して回転するが、定着ベルトの内側に駆動ローラーを配置していることで、ニップ部に記録媒体が導入された場合、定着ベルトはスリップを生じることなく安定して回転する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１８４４４６号公報（段落［００３９］、［００５３］〜［００５６］、第２図）
【特許文献２】特開２００４−２８６９２１公報（段落［００１６］〜［００２０］、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した特許文献１では、定着ベルトと押圧部材との摩擦抵抗により、定着ベルトが安定して回転駆動することがなく、記録媒体の皺やジャムが発生するという不都合があった。また、特許文献２では、ニップ形成部材と駆動ローラーとの離間した部分のニップ圧が不安定になり画像乱れが発生するという不都合があった。また、加熱部材がローラー型である定着装置では、加圧ローラーと押圧される加熱ローラーとの一方のローラーが回転駆動することで他方のローラーが従動回転するが、ニップ部で未定着トナー像を溶融定着する際の離型性を向上させているために、ローラー表面に離型層等が設けられ、離型層によってローラーとともに記録媒体がスリップするおそれがあり、像乱れが発生するという不都合があった。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ニップ部に挟持される記録媒体が円滑に搬送され、定着処理による画像の乱れや記録媒体の皺、或いはジャムを防ぐ定着装置及びそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために第１の発明の定着装置は、記録媒体上に担持された未定着トナー像を加熱する加熱部材と、該加熱部材に所定の圧力で当接しながら回転する加圧ローラーと、該加圧ローラーの回転軸と前記加熱部材若しくは前記加熱部材を駆動する駆動ローラーの回転軸とにクロス掛けされ、前記加熱部材若しくは前記駆動ローラーと前記加圧ローラーとの間で回転力を伝達する伝動ベルトと、を備え、前記加熱部材と前記加圧ローラーとが圧接するニップ部にて記録媒体上に担持された未定着トナー像を加熱及び加圧して記録媒体にトナー像を定着させることを特徴としている。
【００１０】
また、第２の発明では、上記の定着装置において、前記加熱部材は回動可能な無端状の定着ベルトであり、前記駆動ローラーは、前記定着ベルトの内周面に圧接された状態で回転駆動することで前記定着ベルトを回転させるものであり、前記定着ベルトの内周面にて前記定着ベルトを介して前記加圧ローラーに所定の圧力で当接する押圧部材を更に備え、前記伝動ベルトは、前記駆動ローラー及び加圧ローラーの各軸方向端部にてクロス掛けされ前記駆動ローラーから前記加圧ローラーに回転力を伝達することを特徴としている。
【００１１】
また、第３の発明では、上記の定着装置において、前記定着ベルトの導電層内に生じる渦電流で該導電層を発熱させる誘導加熱部を更に備え、前記誘導加熱部は、前記定着ベルトの前記駆動ローラーに当接する部分に対向して配設されることを特徴としている。
【００１２】
また、第４の発明では、上記の定着装置において、前記加熱部材は回転可能な加熱ローラーであり、前記加圧ローラーの軸方向端部に設けられ前記加圧ローラーより小さい外周径を有する第１ベルト掛け部と、前記加熱ローラーの軸方向端部に設けられ前記加熱ローラーより小さい外周径を有する第２ベルト掛け部と、を備え、前記伝動ベルトは、前記第１ベルト掛け部と第２ベルト掛け部との間にクロス掛けされ前記加圧ローラー及び加熱ローラーの一方から他方のローラーに回転力を伝達するとともに、前記加圧ローラーに対する前記第１ベルト掛け部の外周径の比率は、前記加熱ローラーに対する前記第２ベルト掛け部の外周径の比率と略同じであることを特徴としている。
【００１３】
また、第５の発明では、上記の定着装置において、前記加圧ローラーの外周には弾性層が設けられ、前記第１ベルト掛け部の熱膨張係数は前記弾性層の熱膨張係数と略同じであることを特徴としている。
【００１４】
また、第６の発明では、上記の構成の定着装置を備えた画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１５】
第１の発明によれば、クロス掛けされた伝動ベルトの回転によって、ニップ部において加熱部材及び加圧ローラーは同じ線速度で他方向に回転する。これによって、ニップ部に挟持される記録媒体は円滑に搬送され、定着処理による画像の乱れ、記録媒体の皺や擦れ、或いはジャムを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る定着装置を備えた画像形成装置の概略構成を示す図
【図２】第１実施形態に係る定着装置を示す側面断面図
【図３】第１実施形態に係る定着装置を示す平面断面図
【図４】第１実施形態に係る定着装置の加圧ローラーと駆動ローラーに架け渡された伝動ベルトを示す側面図
【図５】第２実施形態に係る定着装置を示す平面断面図
【図６】第２実施形態に係る定着装置の加圧ローラーと加熱ローラーに架け渡された伝動ベルトを示す側面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、本発明は、この実施形態に限定されない。また発明の用途やここで示す用語等はこれに限定されるものではない。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係る定着装置を備えた画像形成装置の概略構成を示す図である。画像形成装置１は、その下部に配設された給紙部２と、この給紙部２の側方に配設された用紙搬送部３と、この用紙搬送部３の上方に配設された画像形成部４と、この画像形成部４よりも排出側に配設された定着装置５と、画像形成部４及び定着装置５の上方に配設された画像読取部６とを備えている。
【００１９】
給紙部２は、記録媒体である用紙９を収容する複数の給紙カセット７を備えており、給紙ローラー８の回転により、複数の給紙カセット７のうち選択された給紙カセット７から用紙９を１枚ずつ用紙搬送部３に送り出す。
【００２０】
用紙搬送部３に送られた用紙９は、用紙搬送経路１０を経由して画像形成部４に向けて搬送される。画像形成部４は、電子写真プロセスによって、用紙９にトナー像を形成するものであり、図１の矢印方向に回転可能に支持された感光体１１と、この感光体１１の周囲にその回転方向に沿って、帯電部１２、露光部１３、現像部１４、転写部１５、クリーニング部１６、及び除電部１７を備えている。
【００２１】
帯電部１２は、高電圧を印加される帯電ワイヤーを備えており、この帯電ワイヤーからのコロナ放電によって感光体１１表面に所定電位を与えると、感光体１１表面が一様に帯電させられる。そして、画像読取部６によって読み取られた原稿の画像データに基づく光が、露光部１３により感光体１１に照射されると、感光体１１の表面電位が選択的に減衰され、感光体１１表面に静電潜像が形成される。
【００２２】
次いで、現像部１４が感光体１１表面の静電潜像を現像し、感光体１１表面にトナー像が形成される。このトナー像が転写部１５によって感光体１１と転写部１５との間に供給される用紙９に転写される。
【００２３】
トナー像が転写された用紙９は、画像形成部４の用紙搬送方向の下流側に配置された定着装置５に向けて搬送される。定着装置５では用紙９が加熱加圧され、用紙９上にトナー像が溶融定着される。次いで、トナー像が定着された用紙９は、排出ローラー対２０によって排出トレイ２１上に排出される。
【００２４】
転写部１５による用紙９へのトナー像の転写後、感光体１１表面に残留しているトナーは、クリーニング部１６により除去され、また感光体１１表面の残留電荷は除電部１７により除去される。そして、感光体１１は帯電部１２によって再び帯電され、以下同様にして画像形成が行われる。
【００２５】
定着装置５は図２〜図４のように構成される。図２は定着装置を示す側面断面図であり、図３は定着装置の一端を軸方向に切断した平面断面図であり、図４は定着装置の加圧ローラーと駆動ローラーに架け渡された伝動ベルトを示す側面図である。尚、図４では誘導加熱部を省いて定着装置を示している。
【００２６】
図２に示すように、定着装置５は、電磁誘導加熱方式の熱源を用いた定着方式であり、加熱部材である定着ベルト２６と、加圧ローラー１９と、押圧部材５５と、定着ベルト２６を加熱する誘導加熱部３０と、駆動ローラー２８と、サーミスター２５と、を備える。加圧ローラー１９及び駆動ローラー２８は定着装置５の装置本体（図略）の長手方向（軸方向）に回転可能に支持され、誘導加熱部３０と押圧部材５５及びサーミスター２５は装置本体に固定支持される。
【００２７】
定着ベルト２６は、無端状の耐熱ベルトであり、内周側から順に、導電層２６ａと、シリコンゴム等からなる弾性層２６ｂと、フッ素樹脂等からなりニップ部Ｎで未定着トナー像を溶融定着する際の離型性を向上させる離型層２６ｃと、が積層されて構成される。さらに、導電層２６ａの内周面側にポリイミド樹脂等の薄膜をコーティングして、押圧部材５５に対して滑らかに摺動するようにしてもよい。
【００２８】
押圧部材５５は、定着ベルト２６の内周面に当接して設けられ、また、定着ベルト２６を介して加圧ローラー１９の外周面に対向し、定着ベルト２６を加圧ローラー１９側に押圧する。押圧部材５５の定着ベルト２６に当接する面には、フッ素樹脂やポリイミド樹脂等の低摩擦材にて摺動部を設けてもよい。
【００２９】
駆動ローラー２８は、定着ベルト２６の内周面に当接して設けられ、押圧部材５５とともに定着ベルト２６を回転可能に張架している。また、駆動ローラー２８は図示しないモーター等の駆動源によって矢印Ａ方向に回転駆動させられ、駆動ローラー２８の回転駆動によって、定着ベルト２６は駆動ローラー２８の外周面と押圧部材５５に沿って矢印Ａ方向に移動（回転）する。
【００３０】
加圧ローラー１９は、円筒型の芯金１９ａと、芯金１９ａ上に形成されるシリコンゴム等からなる弾性層１９ｂと、を備える。さらに弾性層１９ｂの表面を覆う肉薄のフッ素樹脂チューブからなる離型層を設けて、ニップ部Ｎで未定着トナー像を溶融定着する際の用紙９の離型性を向上させるようにしてもよい。加圧ローラー１９と定着ベルト２６との当接する部分にニップ部Ｎが形成され、ニップ部Ｎでは、搬送される用紙９上の未定着トナー像を加熱及び加圧し用紙９上にトナー像を定着する。
【００３１】
図３に示すように、駆動ローラー２８と加圧ローラー１９との各軸方向の端部、詳しくは、駆動ローラー２８の定着ベルト２６が掛かっていない部分と、加圧ローラー１９の定着ベルト２６が当接しない部分との各ローラー端部の外周面には、伝動ベルト５４が張架されている。
【００３２】
図４に示すように、伝動ベルト５４は、駆動ローラー２８及び加圧ローラー１９との間でベルトが交差する十字状に掛けられる（クロス掛けされる）。回転軸として駆動ローラー２８が矢印Ａ方向に回転駆動すると、駆動ローラー２８の回転駆動によって伝動ベルト５４が回転する。クロス掛けされた伝動ベルト５４の回転によって、回転軸として加圧ローラー１９は定着ベルト２６の回転方向（Ａ方向）とは逆のＢ方向に回転する。また、駆動ローラー２８の同じ外周面にて、定着ベルト２６と伝動ベルト５４とが回転することで、定着ベルト２６と、伝動ベルト５４によって回転させられる加圧ローラー１９とは、ニップ部Ｎにおける単位時間当たりの移動距離（線速度）が同じになる。これによって、ニップ部Ｎに挟持される用紙９は円滑に搬送され、定着処理による画像の乱れ、用紙９の皺、或いはジャムを防ぐことができる。
【００３３】
図２に戻り、誘導加熱部３０は、励磁コイル３７とボビン３８とコア３９とを備え、電磁誘導により定着ベルト２６を加熱するものである。誘導加熱部３０は、長手方向（図２の紙面の表面から裏面方向）に延びて、駆動ローラー２８に当接する部分の定着ベルト２６の外周を囲うように定着ベルト２６に対向して配設される。
【００３４】
銅線等からなる励磁コイル３７は、ボビン３８に巻回され、コア３９の中央部の周りを長手方向に周回するように、誘導加熱部３０に対向する定着ベルト２６に対応させて渦巻状に配設されている。また励磁コイル３７は、図示しない電源に接続されていて、電源から供給される高周波電流により磁束を発生させる。誘導加熱部３０から発せられる磁束は、図２の紙面に平行な方向に発せられ、定着ベルト２６の導電層２６ａを貫通する。導電層２６ａの磁束の周りには渦電流が生じ、渦電流が流れると、導電層２６ａ内の電気抵抗によってジュール熱が発生して、導電層２６ａが発熱することになる。
【００３５】
サーミスター２５は、定着ベルト２６の外周面において長手方向の中央部及び両端部に対向するように配置され、夫々の領域の温度を検知する。サーミスター２５の検知する温度に基づいて、定着ベルト２６が誘導加熱部３０によって所定の温度となるように制御される。
【００３６】
そして、定着ベルト２６が加熱され所定の温度に昇温すると、ニップ部Ｎで挟持された用紙９が加熱されるとともに、加圧ローラー１９にて加圧されることにより、用紙９上の粉体状態のトナーが溶融定着される。このように、定着ベルト２６は薄肉の熱伝導性の良好な材質からなり熱容量が小さいため、短時間でウォーミングアップを行なうことができ、画像形成が迅速に開始される。
【００３７】
尚、上記実施形態では、定着ベルト２６を加熱するために、誘導加熱部３０を用いる構成を示したが、本発明はこれに限らず、駆動ローラー２８が金属円筒管からなり、ハロゲンヒーター等の熱源を駆動ローラー２８に内蔵する構成とし、この熱源によって定着ベルト２６を加熱するようにしてもよい。この場合も上記実施形態と同様の効果を奏する。
【００３８】
（第２実施形態）
図５、図６はローラー型の定着装置の構成を示す。図５は定着装置の一端を軸方向に切断した平面断面図であり、図６は定着装置の加圧ローラーと加熱ローラーに架け渡された伝動ベルトを示す側面図である。第１実施形態と異なる、伝動ベルトの掛け方について主に説明し、以降、第１実施形態と同じ部分の説明を省略する。
【００３９】
図５示すように、定着装置５は、加熱部材である加熱ローラー１８と、加圧ローラー１９と、伝動ベルト５４と、第１ベルト掛け部５６と、第２ベルト掛け部５７とを備える。加熱ローラー１８と、加圧ローラー１９は装置本体に回転可能に支持される。
【００４０】
加圧ローラー１９は、円筒型の芯金１９ａと、芯金１９ａ上に形成されるシリコンゴム等からなる弾性層１９ｂと、を備える。さらに弾性層１９ｂの表面を覆う肉薄のフッ素樹脂チューブからなる離型層を設けて、ニップ部Ｎで未定着トナー像を溶融定着する際の用紙９の離型性を向上させるようにしてもよい。
【００４１】
加圧ローラー１９の軸方向端部には回転軸として第１ベルト掛け部５６が設けられる。第１ベルト掛け部５６は、伝動ベルト５４の一端部を掛け渡すものであり、加圧ローラー１９の芯金１９ａの端部に固着され、また、加圧ローラー１９の弾性層１９ｂと略同じ線膨張係数を有する材料、例えばシリコンゴム等にて加圧ローラー１９の外周より小さい外径に形成される。
【００４２】
加熱ローラー１８は、熱伝導性に優れたアルミや鉄等の金属からなる円筒形状の芯金上に、フッ素樹脂のコーティングやチューブを被覆したものが用いられる。加熱ローラー１８を加熱するために、加熱ローラー１８の芯金内部にハロゲンランプやキセノンランプ等のヒーター２４が設けられている。
【００４３】
加熱ローラー１８の軸方向端部には回転軸として第２ベルト掛け部５７が設けられる。第２ベルト掛け部５７は、伝動ベルト５４の他端部を掛け渡すものであり、加熱ローラー１８の端部を絞り加工によって形成される。加熱ローラー１８に絞り加工を施す際に、第２ベルト掛け部５７の外周は、加熱ローラー１８の外周に対して所定の比率で小さい外径となるように形成される。尚、第２ベルト掛け部５７は、アルミ等の金属材料を旋盤加工によって形成してもよく、また加熱ローラー１８の線膨張係数と略同じ材料を加熱ローラー１８の端面に取り付けるようにしてもよい。
【００４４】
図６に示すように、伝動ベルト５４は、第１ベルト掛け部５６及び第２ベルト掛け部５７との間でベルトが交差する十字状に掛けられる（クロス掛けされる）。ここで、第１ベルト掛け部５６の外周径をＣ１、加圧ローラー１９の外周径をＤ１とし、また、第２ベルト掛け部５７の外周径をＣ２、加熱ローラー１８の外周径をＤ２とした場合、加圧ローラー１９に対する第１ベルト掛け部５６の外周径の比率Ｃ１／Ｄ１（加圧側の径比率）は、加熱ローラー１８に対する第２ベルト掛け部５７の外周径の比率Ｃ２／Ｄ２（加熱側の径比率）と略同じになるように構成される。
【００４５】
この構成によって、加圧ローラー１９が図示しないモーター等の駆動源によって矢印Ｂ方向に回転駆動させられると、第１ベルト掛け部５６と第２ベルト掛け部５７との間で張架された伝動ベルト５４が回転する。クロス掛けされた伝動ベルト５４の回転によって、加熱ローラー１８は、加圧ローラー１９の回転方向（Ｂ方向）とは逆の矢印Ａ方向に回転する。また、加熱側の径比率が加圧側の径比率と略同じであることによって、加熱ローラー１８はニップ部Ｎにおいて加圧ローラー１９と同じ線速度で回転する。これによって、ニップ部Ｎに挟持される用紙９は円滑に搬送され、定着処理による画像の乱れ、用紙９の皺、或いはジャムを防ぐことができる。尚、加圧ローラー１９をモーター等で回転駆動させる替わりに、加熱ローラー１８を回転駆動させ、加熱ローラー１８の回転力を伝導ベルト５４によって加圧ローラー１９に伝達するようにしてもよい。
【００４６】
また、加圧ローラー１９の外周に弾性層１９ｂが設けられる場合、第１ベルト掛け部５６は弾性層１９ｂの熱膨張係数と略同じであるように構成される。この構成によれば、加熱ローラー１８からの熱伝導によって加圧ローラー１９の弾性層１９ｂが熱膨張するとき、第１ベルト掛け部５６が弾性層１９ｂと同じように熱膨張することで、加圧側の径比率が略一定値を保持するために、加熱ローラー１８はニップ部Ｎにおいて加圧ローラー１９と同じ線速度で回転する。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、複写機、プリンター、ファクシミリ、それらの複合機等に用いる定着装置及びそれを備えた画像形成装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１    画像形成装置
５    定着装置
１８    加熱ローラー（加熱部材、回転軸）
１９    加圧ローラー（回転軸）
１９ａ    芯金
１９ｂ    弾性層
２４    ヒーター
２５    サーミスター
２６    定着ベルト（加熱部材）
２６ａ    導電層
２６ｂ    弾性層
２６ｃ    離型層
２８    駆動ローラー
３０    誘導加熱部
５４    伝動ベルト
５５    押圧部材
５６    第１ベルト掛け部（回転軸）
５７    第２ベルト掛け部（回転軸）
Ｎ    ニップ部
【図１】
0005542102.tif 000002
【図２】
0005542102.tif 000003
【図３】
0005542102.tif 000004
【図４】
0005542102.tif 000005
【図５】
0005542102.tif 000006
【図６】
0005542102.tif 000007