(57)【要約】【課題】  定着装置の無端ベルトに張力を与える手段を別途設けることなく、加熱定着ローラへの加圧機能と無端ベルトへの張力を与える機能を同時に実現させることにより、画像形成装置の定着装置の構造を簡素化させ、装置の部品数の削減を図る【解決手段】  加圧定着ローラ１２を加熱定着ローラ１１の中心に対し転写材の搬送方向下流側に傾けて無端ベルト１５を加熱定着ローラ１１に圧接させるように設置している。したがって、加圧定着ローラ１２から無端ベルト１５への圧接力Ｆのうち、転写材の搬送方向下流側に傾けた角度に対応する分力Ｆｔが無端ベルト１５の張力となる。この張力Ｆｔにより無端ベルト１５と加熱定着ローラ１１との間にニップ部を形成する部分ａは、加熱定着ローラ１１に押しつけられ、無端ベルト１５の張力による転写材を加熱定着ローラ１１方向に押しつける圧接力Ｆｓとなる。【選択図】      図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー画像を転写材に加熱定着させる画像形成装置の定着装置において、
加熱源を内蔵する加熱定着ローラと、
前記加熱定着ローラとの間に転写材を挟んで搬送するための無端ベルトと、
前記無端ベルトを挟んで前記加熱定着ローラに圧接して設けられた加圧定着ローラと、
前記加圧定着ローラを前記加熱定着ローラの中心に対して転写材の搬送方向下流側に所定角度傾けて加圧する加圧手段と、
を備えた画像形成装置の定着装置。
【請求項２】
前記加圧定着ローラは、ローラ本体と、前記ローラ本体の軸方向両端に設けられた軸受部とを有し、
前記加圧手段は、前記軸受部に対して前記加熱定着ローラとは逆側から当接する圧接部材と、
前記圧接部材を介して前記加圧定着ローラを前記加熱定着ローラ側に付勢する付勢部材と、
を備えた請求項１に記載の画像形成装置の定着装置。
【請求項３】
前記所定角度は、２０°以上４０°以下である、請求項１または２に記載の画像形成装置の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置、特に、画像形成部で形成されたトナー画像を転写材に加熱定着させる画像形成装置の定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機やプリンタ等の画像形成装置には、複数色のトナーを重ね合わせて転写材上にカラー画像を形成するものが存在する。例えば、フルカラー複写機は、原稿画像を読み取る画像読取部と、読み取った原稿画像をシアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの４つの色成分に分解する画像処理部とを有している。そして、各色成分毎の静電潜像が露光手段によって感光体ドラム周面に形成され、感光体ドラム上に形成された静電潜像は４つの現像装置によって対応する色に現像化される。感光体ドラム上に形成されたトナー画像は、転写ベルト上に順次転写されて積層したカラートナー画像が形成される。この転写ベルトに転写されたカラートナー画像は２次転写ローラによって転写材上に転写され、定着装置によって転写材上のカラートナー画像が加熱され溶融定着される。定着装置には、ヒータを内蔵する加熱ローラと加熱定着ローラに圧接する加圧定着ローラとが設けられている。
【０００３】
近年、画像形成装置の高速化が要望されており、この高速化に伴って転写材の搬送速度も高くなっている。転写材の搬送速度が高くなると、転写材が定着装置を通過する時間が短くなるが、確実な定着処理のためには、転写材が定着装置の両ローラ間に挟まれている定着時間を確保する必要がある。
そこで、特許３３２２０９５号公報に記載された装置では、無端ベルトを加圧定着ローラにより加熱定着ローラに圧接することにより、加熱定着ローラと無端ベルトとの間に所定範囲のニップ部を形成するようにしている。このようないわゆるベルトニップ方式では、無端ベルトと加熱定着ローラとが接触しているニップ部の長さ分だけ転写材が加熱定着ローラと接触するため、ベルトを使用せずに加熱定着ローラに加圧定着ローラを圧接するニップ方式に比べて、転写材と加熱定着ローラと接触する時間が長くなる。したがって、転写材の搬送速度が高い場合でも充分な定着時間を確保することが可能である。また、ベルトニップ方式では、ベルトを使用しない方式に比べて、転写材に対する加熱時間も長くなるため、カラー画像形成装置のように、多層のトナーを定着させる必要がある場合でも対応できる。また、特許３３２２０９５号公報に記載された装置では、無端ベルトの加熱定着ローラへの圧接を強化するために、加圧補助ローラを設けている。
【特許文献１】特許３３２２０９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された構成では、ベルトニップ方式を採用しているために、定着時間を確保することができる。しかし、無端ベルトを使用する場合は、ベルトに対して常に適正な張力を与える手段が必要である。このため、装置の構成が複雑になるとともに、コストが高くなるという問題点がある。
本発明の目的は、定着装置の無端ベルトに張力を与える手段を別途設けることなく、加熱定着ローラへの加圧機能と無端ベルトへの張力を与える機能を同時に実現させることにより、画像形成装置の定着装置の構造を簡素化させ、装置の部品数の削減を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る画像形成装置の定着装置は、トナー画像を転写材に加熱定着させるものであって、加熱定着ローラと、無端ベルトと、加圧定着ローラと、加圧手段とを備えている。ここで、加熱定着ローラは、加熱源を内蔵しており、加熱源の熱量により転写材に転写されたトナーを溶融させるためのものである。無端ベルトは、耐熱性材料で構成されている。この無端ベルトは、加熱定着ローラとの間に転写材を挟んで搬送するためのものである。加圧定着ローラは、無端ベルトを加熱定着ローラに圧接させるためのものである。加圧手段は、加圧定着ローラを加熱定着ローラの中心に対し転写材の搬送方向下流側に所定角度傾けて加圧するためのものである。
【０００６】
この装置では、トナー画像が転写された転写材が定着装置の無端ベルト上に搬送されてくると、転写材は加熱定着ローラと無端ベルトとのニップ部に挟持される。そこで、加熱定着ローラに内蔵されている加熱源から発生する熱によりトナーが溶融される。このとき、加圧定着ローラにより無端ベルトが加熱定着ローラに圧接されるので、溶融されたトナーが転写材に定着される。その後、無端ベルトの回転に伴い、トナー画像が定着された転写材は加熱定着ローラと無端ベルトとのニップ部から搬送される。
【０００７】
ここでは、加熱定着ローラと無端ベルトとのニップ部に転写材が挟持されるいわゆるベルトニップ方式を採用しているため、無端ベルトが加熱定着ローラに接触しているニップ部の長さ分だけ転写材が加熱定着ローラと接触する時間が長くなり、転写材に対する加熱時間も長くなる。したがって、転写材の搬送速度が高い場合でも充分な定着時間を確保することが可能であり、カラー画像形成装置のように、多層のトナーを定着させる必要がある場合でも対応可能である。
【０００８】
さらに、ここでは、加圧手段により加圧定着ローラを加熱定着ローラの中心に対し転写材の搬送方向下流側に所定角度傾けて加圧している。したがって、加圧定着ローラが無端ベルトを挟んで加熱定着ローラを圧接する圧接力のうち、転写材の搬送方向下流側に傾けた角度に対応する分力が発生し、この転写材の搬送方向下流側への分力が無端ベルトの張力となる。無端ベルトのうち加熱定着ローラとの間にニップ部を形成する部分は、この張力により加熱定着ローラに押しつけられる。したがって、従来のように無断ベルトに張力を与えるための手段を別途設ける必要がなくなり、画像形成装置の定着装置の構造を簡素化させ、装置の部品数の削減を図ることである。
【０００９】
請求項２に係る画像形成装置の定着装置は、請求項１の装置において、加圧手段は、圧接部材と付勢部材とを備えている。ここで、加圧定着ローラは、ローラ本体と、ローラ本体の軸方向両端に設けられた軸受部とを有している。また、圧接部材は、加圧定着ローラの軸受部に対して、加熱定着ローラとは逆側から当接するためのものである。付勢部材は、圧接部材を介して加圧定着ローラを加熱定着ローラ側に付勢するためのものである。
【００１０】
請求項３に係る画像形成装置の定着装置は、請求項１または２に記載の装置において、所定角度は、２０°以上４０°以下である。
この装置では、加圧定着ローラを加熱定着ローラの中心に対し転写材の搬送方向下流側に傾けて圧接させている。ここで、傾斜角度が２０°を下回る場合、加圧定着ローラからの圧接力のうち張力に寄与する分力が小さくなるので、無端ベルトへの一定の張力を確保するためには、加圧定着ローラからの圧接力を大きく設定する必要がある。加圧定着ローラからの圧接力が大きすぎると、溶融定着したトナーと加熱定着ローラとの付着力が大きくなり、ニップ部の出口において転写材の剥離が難しくなる。一方、傾斜角度が４０°を超える場合、加圧定着ローラの加熱定着ローラ中心に対する圧接力が小さくなり、トナーの良好な溶融定着が実現できなくなる。ここでは、所定角度を２０°以上４０°以下に設定することにより、上記問題点を回避している。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の画像形成装置の定着装置では、無端ベルトと加熱定着ローラとの間にいわゆるベルトニップ採用しているため、無転写材が加熱定着ローラと接触する時間が長くなり、転写材に対する加熱時間も長くなる。したがって、転写材の搬送速度が高い場合でも充分な定着時間を確保することが可能であり、カラー画像形成装置のように、多層のトナーを定着させる必要がある場合でも対応可能である。
【００１２】
また、加圧手段により加圧定着ローラを加熱定着ローラの中心に対し転写材の搬送方向下流側に所定角度傾けて加圧している。したがって、加圧定着ローラが無端ベルトを挟んで加熱定着ローラを圧接する圧接力のうち、転写材の搬送方向下流側に傾けた角度に対応する分力が発生し、この転写材の搬送方向下流側への分力が無端ベルトの張力となる。無端ベルトのうち加熱定着ローラとの間にニップ部を形成する部分は、この張力により加熱定着ローラに押しつけられる。したがって、従来のように無断ベルトに張力を与えるための手段を別途設ける必要がなくなり、画像形成装置の定着装置の構造を簡素化させ、装置の部品数の削減を図ることである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態が採用されたタンデム型カラープリンター１の本体の主要部の構成を示す図である。このカラープリンター１は、カラー画像形成のための画像形成部２と、画像形成部２で形成されたトナー画像を転写材に転写する転写部３と、転写材を供給する給紙部４と、転写材の搬送と画像形成を同期させるためのレジストローラ部５と、レジストローラ部５に到達した転写材を転写位置にガイドする転写材搬送ガイド機構６と、転写材に転写されたトナー画像を定着させる定着部１０と、転写材を排出する排紙部８とを有している。
【００１４】
画像形成部２は、カラープリンターのほぼ中央に位置しており、ブラック、イエロー、シアン、マゼンダの４色に対応して設けられ、それぞれが表面に静電潜像が形成される感光体ドラム２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄを含む４つのプロセスユニット２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄを有している。また、この画像形成部２は、感光体ドラム２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄに対向して配置され感光体ドラムの表面に形成されたトナー画像を転写する一次転写ローラ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄと、像担持体としての転写ベルト２４とを含んでいる。そして、図２に示すように、ブラックプロセスユニット２１ａの感光体ドラム２２ａの周囲には、帯電装置１０１ａ、露光装置１０２ａ、現像装置１０３ａ、クリーニング装置１０４ａ、除電装置１０５ａが配置されている。なお、ブラック、イエロー、シアン、マゼンダの４色に対応する４つのプロセスユニットの内部構成は同様であるため、他のプロセスユニットの構成の説明は省略する。
【００１５】
転写ベルト２４は、図１に示すように、各感光体ドラム２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄの上方に配置されており、駆動ローラ２５ａと駆動ローラ２５ａから離間して配置される従動ローラ２８との間に張設され循環駆動されている。駆動ローラ２５ａは図示しないモータなどの駆動手段により回転駆動されるようになっている。また、駆動ローラ２５ａと従動ローラ２８との間にはテンションローラ２５ｂが設けられている。テンションローラ２５ｂは、図示しないテンション調整機構により、転写ベルト２４のテンションを維持している。一次転写ローラ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄは、転写ベルト２４を介してそれぞれ感光体ドラム２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄに圧接するように付勢されており、このことにより転写ベルト２４は感光体ドラム２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄに圧接されている。また、従動ローラ２８と対向する位置には転写ベルト２４に付着したトナーなどをクリーニングするための中間転写クリーニング装置２６が設けられている。
【００１６】
給紙部４は、画像形成部２の下方に設けられており、転写材を収納するカセット４１と、収納されている用紙を取り出すためのピックアップローラ４２，４３と、用紙を１枚ずつ搬送路に送り出すための給紙ローラ対４４，４５とが設けられている。給紙部４から搬送された転写材は縦搬送路４６を通して転写位置に搬送される。この縦搬送路４６の搬送方向下流側にはレジストローラ対５ａ，５ｂが設けられており、レジストローラ対５ａ，５ｂは、給紙部４から搬送されてきた転写材を待機させ、転写ベルト２４における画像形成との同期を図って転写位置Ａに送り出す。
【００１７】
排紙部８は、定着装置１０の上方に設けられている。具体的には、転写材の排出口に排出ローラ８１ａ，８１ｂが設けられており、トナー画像が形成された転写材は、排出ローラ８１ａ，８１ｂを介してカラープリンターの最上部に設けられている排紙部８に排出される。
定着装置１０は、図１に示すように、転写部３の上方に設けられ、転写材上に転写されたトナーを溶融定着するためのものである。図３に示すように、定着装置１０は、加熱源を内蔵する加熱定着ローラ１１と、加圧定着ローラ１２と、無端ベルト１５と、加圧定着ローラ１２を加熱定着ローラ１１に加圧する加圧機構２００とを有している。そして、これらの各部材は、枠体１０１に支持されている。また、定着装置１０は、図５に示すように、全体が画像形成装置本体に対して引き出し及び挿入（装着）が可能なユニットを構成している。
【００１８】
加熱定着ローラ１１の軸心部には、加熱定着ローラ１１を加熱するためのヒータランプ１１１が設けられている。加熱定着ローラ１１は、アルミニウム合金からなる直径約４１ｍｍの略円筒形状の筒をチューブ状のシリコンゴム（厚みが約２ｍｍ）で覆うようにして形成されており、転写材のトナー画像が転写されている面に対して回転しつつ圧接されてトナー画像を溶解定着させる。一方、加圧定着ローラ１２は、加熱定着ローラ１１と対向して配置されており、図４に示すように、ローラ本体１２１と、軸受部１２２を有している。
【００１９】
加圧機構２００は、圧接部材１６と、付勢部材であるスプリングコイル１７と、取付部材１８とで構成されている。圧接部材１６は、加圧定着ローラ１２の両端部の軸受部に対し、加熱定着ローラ１１とは逆側から当接するためのものである。この圧接部材１６は、支点１６１を中心に揺動可能に支持されており、その一端部１６２は加圧定着ローラ１２の軸受部１２ａにあたり、他端部１６３はコイルスプリング１７により引っ張られ、スプリング１７の付勢力により、圧接部材１６を加圧定着ローラ１２の軸受部１２ａに圧接するようになっている。コイルスプリング１７は、圧接部材１６を介して加圧定着ローラ１２を加熱定着ローラ１１側に付勢するためのものであり、図３に示す取付部１８に取り付けられている。ここでは、圧接部材１６により加圧定着ローラ１２を転写材の搬送方向下流側に３０°傾けて圧接するように設置している。
【００２０】
無端ベルト１５は、図３及び図６に示すように、加圧定着ローラ１２、支持ローラ１３及び支持ローラ１４に張架され、加圧定着ローラ１２により加熱定着ローラ１１に圧接されており、無端ベルト１５は、加熱定着ローラ１１の外周面との間にニップ部を形成している。この実施例では、無端ベルト１５と加熱定着ローラ１１とが接続するベルトニップ幅は、加熱定着ローラ１１の外周の３８．２°となっている。
【００２１】
次に画像形成動作について説明する。まず、カラープリンターに電源が投入されると、各種パラメーターが初期化され、定着部の温度設定を行うなどの初期設定を実行する。図示しない画像データ入力部によりネットワークなどによって接続されたパーソナルコンピュータなどから画像データが受け取られる。ここで受け取られた画像データは、画像形成部２に送られる。
【００２２】
画像形成部２の各プロセスユニット２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄにおいては受け取った画像データに基づいてトナー画像が形成されるが、ここではブラックプロセスユニット２１ａを例として画像形成動作を説明する。まず、帯電装置１０１ａにより感光体ドラム２２ａが帯電され、露光装置１０２ａによりブラックの画像データに対応した露光が行われ、ブラックの画像データに対応した静電潜像が感光体ドラム２２ａの表面に形成される。この静電潜像は、ブラック現像装置１０３ａでトナー画像化され、一次転写ローラ２３ａに印加された転写バイアスによって転写ベルト２４上に転写される。なお、感光体ドラム２２ａに残留した残留現像剤は、クリーニング装置１０４ａによりクリーニングされて、図示しない廃トナーコンテナに廃棄される。さらに、除電装置１０５ａにより感光体ドラム２２ａの除電が行われる。このような動作が他の色、マゼンタプロセスユニット２１ｂ、シアンプロセスユニット２１ｃ、イエロープロセスユニット２１ｄに関しても行われて、転写ベルト２４上にフルカラーのトナー像が形成される。
【００２３】
同時に、給紙部４において、給紙カセット４１から転写材がピックアップローラ４２，４３により取り出され、給紙ローラ対４４，４５を介して縦搬送路４６に送り出される。その後、レジストローラ対５ａ，５ｂから転写ベルト２４上の画像形成にタイミングを合わせて搬送された転写材は、転写材搬送ガイド機構６により転写部３に案内される。転写部３において、二次転写ローラ３１は転写ベルト２４に当接し、二次転写ローラ３１に印加された二次転写バイアスにより、転写ベルト２４上に形成されたフルカラーのトナー像が転写材に転写される。さらに転写材に転写されたフルカラーのトナー像は定着装置１０において、加熱・加圧によって転写材に定着され、フルカラーのトナー像が形成された転写材は排紙部８に排出される。また、転写ベルト２４に残留したトナーは、中間転写クリーニング装置２６によってクリーニングされ、図示しない廃トナーコンテナに廃棄される。
【００２４】
次に定着装置１０における動作を説明する。画像形成が行われ、転写部３においてトナー画像が転写された転写材が定着装置１０の無端ベルト１５上に搬送されると、転写材は加熱定着ローラ１１と無端ベルト１５とのニップ部に挟持される。ここで、加熱定着ローラ１１に内蔵されているヒートランプ１１１から発生する熱によりトナーが溶融される。そして、加圧定着ローラ１２により無端ベルト１５が加熱定着ローラ１１に圧接され、溶融されたトナーが転写材に定着される。その後、無端ベルト１５の回転に伴い、トナー画像が溶融定着された転写材は加熱定着ローラ１１と無端ベルト１５とのニップ部から離間される。
【００２５】
ここで、加圧定着ローラ１２を加熱定着ローラ１１の中心に対し無端ベルト１５の進行方向に３０°傾けて無端ベルト１５を加熱定着ローラ１１に圧接させるように設置している。したがって、加圧定着ローラ１２から無端ベルト１５への圧接力Ｆのうち、無端ベルト１５の進行方向に傾けた角度に対応する分力Ｆｔが発生する。この無端ベルト１５進行方向への分力Ｆｔが無端ベルト１５の張力となる。加熱定着ローラ１１に巻き付けられ、ニップ部を形成する無端ベルト１５の巻き付け部分ａは、この張力Ｆｔにより無端ベルト１５が加熱定着ローラ１１に押しつけられ、無端ベルト１５の張力による転写材を加熱定着ローラ１１方向に押しつける圧接力Ｆｓとなる。すなわち、無端ベルト１５と加熱定着ローラ１１との間にニップ部を形成する部分の長さ分だけ転写材が加熱定着ローラ１１と接触する時間が長くなり、転写材に対する加熱時間も長くなる。したがって、転写材の搬送速度が大きい場合でも充分な定着時間を確保することが可能であり、カラー画像形成装置のように、多層のトナーを定着させる必要がある場合でも対応可能である。また、無断ベルト１５に張力を与えるための手段を別途設ける必要がない。
【００２６】
さらに、この装置では、加圧定着ローラ１２を加熱定着ローラ１１の中心に対し無端ベルト１５の進行方向に２０°以上４０°以下に傾けて圧接させている。ここで、傾斜角度が２０°を下回る場合、無端ベルト１５への一定の張力を確保するためには、加圧定着ローラ１２への圧接力Ｆを大きく設定する必要がある。加圧定着ローラ１２の圧接力Ｆが大きすぎると、溶融定着したトナーと加熱定着ローラ１１との付着力が大きくなり、ニップ部の出口において転写材の剥離が難しくなる。一方、傾斜角度が４０°を超える場合、加圧定着ローラ１２から加熱定着ローラ１１中心への圧接力Ｆｐが低くなり、トナーの良好な溶融定着が実現できなくなる。ここでは、所定角度を２０°以上４０°以下に設定することにより、上記問題点を回避している。
［本実施例の効果］
本実施例では、加圧定着ローラ１２を加熱定着ローラ１１の中心に対し転写材の搬送方向下流側に２０°以上４０°以下に傾けて無端ベルト１５を加熱定着ローラ１１に圧接させるように設置している。したがって、加圧定着ローラ１２から無端ベルト１５への圧接力Ｆのうち、転写材の搬送方向下流側に傾けた角度に対応する分力Ｆｔが無端ベルト１５の張力となる。この張力Ｆｔにより無端ベルト１５と加熱定着ローラ１１との間にニップ部を形成する部分ａは、加熱定着ローラ１１に押しつけられ、無端ベルト１５の張力による転写材を加熱定着ローラ１１方向に押しつける圧接力Ｆｓとなる。すなわち、無端ベルト１５と加熱定着ローラ１１との間にニップ部を形成する部分の長さ分だけ転写材が加熱定着ローラ１１と接触する時間が長くなり、転写材に対する加熱時間も長くなる。したがって、転写材の搬送速度が大きい場合でも充分な定着時間を確保することが可能であり、カラー画像形成装置のように、多層のトナーを定着させる必要がある場合でも対応可能である。また、無断ベルト１５に張力を与えるための手段を別途設ける必要がなく、画像形成装置の定着装置の構造を簡素化させ、装置の部品数の削減を図ることである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】カラープリンターの主要部の構成図。
【図２】ブラックプロセスユニットの拡大図。
【図３】定着装置の概略図。
【図４】定着装置の分解図。
【図５】定着装置の斜視図。
【図６】圧接力の説明図。
【符号の説明】
【００２８】
１  画像形成装置
１０  定着装置
１１  加熱定着ローラ
１２  加圧定着ローラ
１３  支持ローラ
１４  支持ローラ
１５  無端ベルト
１６  圧接部材
１７  スプリングコイル
１２１  加圧定着ローラ本体
１２２  加圧定着ローラの軸受
Ｆ  圧接力
Ｆｔ  転写材の搬送方向下流側方向の分力
Ｆｓ  無端ベルトによる圧接力
Ｆｐ  加熱定着ローラへの圧接力
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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