(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
未定着像を担持した記録材を挟持搬送し未定着像を記録材上に加熱定着する一対の回転体と、前記一対の回転体のうち一方の回転体を支持しており他方の回転体に対して揺動可能な支持部材と、前記一対の回転体間に圧力を掛けるために前記支持部材を付勢する弾性部材と、前記弾性部材による付勢力に対抗するように前記支持部材に当接する当接部を有し前記当接部の当接状態を切換えて前記一対の回転体間に掛かる圧力を第１の圧力と前記第１の圧力よりも弱い第２の圧力に切換える当接圧切換え手段と、を有し、前記第１の圧力下及び前記第２の圧力下で定着処理できる定着装置において、
前記弾性部材が前記支持部材を付勢する位置を力点、前記一対の回転体のニップ部位置を作用点、とすると、前記第１の圧力が設定されている場合の前記支持部材の揺動支点が、前記作用点を境にして前記力点とは反対側にあり、前記第２の圧力が設定されている場合の前記支持部材の揺動支点が、前記当接部が前記支持部材に当接する当接位置であり且つ前記力点を境にして前記作用点とは反対側の位置に切換るように、前記第１の圧力が設定されている場合の前記支持部材の前記揺動支点となる部分が、前記第２の圧力が設定されている場合に前記当接位置を中心に揺動できる構造となっており、且つ前記当接位置が前記力点よりも前記作用点から離れた位置に設定されていることを特徴とする定着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録材に転写された未定着トナー像を加熱して定着させる定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置は、画像形成時には電子写真感光体表面を帯電装置によって一様に帯電し、帯電された電子写真感光体表面を露光装置によって露光して静電潜像を形成する。そして、この静電潜像を現像装置で現像してトナー像を形成し、このトナー像を転写装置によって用紙などの記録材に転写した後、定着装置によりトナー像を記録材上に永久固着画像として定着して、出力する。
【０００３】
前記定着装置は、例えば本発明の実施の形態として示す図8に示す画像形成装置の概略図において、像担持体としての感光ドラム２と転写ローラ５間の転写ニップでトナー像が転写された用紙などの記録材Ｐを、搬送ガイド９を介して定着装置７の加熱ローラ１２と加圧ローラ１３間に形成される定着ニップで挟持搬送し、加熱ローラ１２内に設けた加熱体（ハロゲンヒータ）１４による加熱と前記定着ニップでの加圧により、未定着トナー像を記録材Ｐ上に永久固着画像として溶融定着する。なお、画像形成装置１の他の構成要素の説明は後述する発明の実施の形態において行なう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成の画像形成装置で、封筒を記録材として搬送した場合、定着装置で加熱しながら挟持搬送するとシワが発生してしまう問題があった。封筒は、一枚の紙を折って重ねて糊付けされたものである。表面と裏面の紙の縮み方向に違いがあると、加熱して収縮した時の歪みの逃げ場が無くなるためシワが発生し易い。シワの発生を防ぐために、加圧ローラの当接圧を減らすための加圧手段を用いた方法が一般的に用いられている。
【０００５】
例えば、図6に示すような定着装置7の加圧手段が知られている。内部に加熱体14（ハロゲンヒータ）を有する加熱ローラ12と、その加熱ローラ12に当接する加圧ローラ13、及びそれらを支持するフレーム52で構成されている。加熱ローラ12の両端部は図示しない軸受を介してフレーム52に回転可能に支持されている。また、加熱ローラ12の一端には図示しないギヤが備えられ駆動源から伝達された駆動力によって駆動回転される。加圧ローラ13は支持部材15によってその両端を図示しない軸受を介して回転可能に支持されている。16は当接圧切換え手段である回動レバーであり、フレーム52の両側に設けられた支軸52aに回動可能に支持されている。回動レバー16には操作部16aと前記支持部材15に当接する当接部16bと回動レバーの回り止め部16cが形成されている。60は支持部材１５を付勢するコイルバネである弾性部材であり、フレーム52と支持部材15の間に設けられている。支持部材15には回動支点をなす軸孔15aが形成されており、フレーム52の両側に設けられた支軸52bに回動可能に支持されている。また、支持部材15の自由端側には前記弾性部材60の支持部と前記回動レバー16の当接部を兼ねる曲げ部15bが形成されている。
【０００６】
封筒を搬送する場合、図7に示すように、まず回動レバー16を図中時計方向に回動させる。回動レバー16の当接部16bが支持部材15の当接部である曲げ部15bに接触し、回動レバー16は支持部材15によって図７中矢印で示す方向（支軸52aの中心方向）に付勢されるため、回動レバー16には弾性部材60の付勢力によるモーメントが作用せず、図7に示すような位置で係止され、支持部材15は弾性部材60の付勢力に抗して下方に押し下げられた状態を保つ。
【０００７】
また、回動レバー16には回り止め部16cがあるため、必要以上に回動しないように構成されている。回動レバー16の操作によって支持部材15は回動支点の軸孔15aを中心に下方に押し下げられる。支持部材15に支持された加圧ローラ13は、加熱ローラ12から所定量離れた位置に保たれている。
【０００８】
加圧ローラ13は、芯金13aの表面に加熱ローラ12に当接してニップ幅を得るためのゴム層13bが形成されている。ゴムは熱膨張係数が大きく、また熱伝導率が小さいため、画像形成装置1の稼働時間に応じて加圧ローラ13が徐々に昇温し、加圧ローラ13の外径が徐々に大きくなる（図7の加圧ローラ１３の破線部分）。
【０００９】
弾性部材60の付勢力は極めて大きいため加圧ローラ13の外径が多少大きくなってもゴム層13bがつぶれて加圧ローラ13は容易に下方に移動できない。このような構成であるため、加圧ローラ13の加熱ローラ12への当接圧が増大するか又はニップ幅が増えてしまい、封筒にシワが発生してしまうという不具合があった。
【００１０】
一方、シワが発生しないように、熱膨張による加圧ローラ13の外径変化を考慮して回動レバー16の押し下げ量（加圧ローラ13と加熱ローラ12との距離）を設定すると、加圧ローラ13が充分に昇温して外径が一定になり所定圧が得られるまで未定着トナー像が充分に溶融定着されない。特に、加圧ローラ13の熱膨張が大きい場合には、加熱ローラ12と加圧ローラ13とが当接せずに離間した状態に設定することになり、加圧ローラ13が加熱ローラ12から熱を伝達されなくなるため、加圧ローラ13側にも発熱体14を備える必要性が生じてしまう。
【００１１】
すなわち、封筒のシワと未定着トナー像の溶融定着は相反する関係があり、両方を満足するためには画像形成装置1の定着装置7が充分に暖まるまで長時間待機しなければならないという問題があった。
【００１２】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、封筒搬送時の定着性を損なわずにシワの発生を防止できる定着装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するための本発明は、未定着像を担持した記録材を挟持搬送し未定着像を記録材上に加熱定着する一対の回転体と、前記一対の回転体のうち一方の回転体を支持しており他方の回転体に対して揺動可能な支持部材と、前記一対の回転体間に圧力を掛けるために前記支持部材を付勢する弾性部材と、前記弾性部材による付勢力に対抗するように前記支持部材に当接する当接部を有し前記当接部の当接状態を切換えて前記一対の回転体間に掛かる圧力を第１の圧力と前記第１の圧力よりも弱い第２の圧力に切換える当接圧切換え手段と、を有し、前記第１の圧力下及び前記第２の圧力下で定着処理できる定着装置において、前記弾性部材が前記支持部材を付勢する位置を力点、前記一対の回転体のニップ部位置を作用点、とすると、前記第１の圧力が設定されている場合の前記支持部材の揺動支点が、前記作用点を境にして前記力点とは反対側にあり、前記第２の圧力が設定されている場合の前記支持部材の揺動支点が、前記当接部が前記支持部材に当接する当接位置であり且つ前記力点を境にして前記作用点とは反対側の位置に切換るように、前記第１の圧力が設定されている場合の前記支持部材の前記揺動支点となる部分が、前記第２の圧力が設定されている場合に前記当接位置を中心に揺動できる構造となっており、且つ前記当接位置が前記力点よりも前記作用点から離れた位置に設定されていることを特徴とする。
【００２５】
上記構成にあっては、上記力点及び上記揺動支点間の距離が上記関係を満たすように、第１の圧力が設定されている場合と第２の圧力が設定されている場合で当接部の当接状態が切換わることによって支持部材の揺動支点の位置が移動するようにしているため、他方の回転体（加熱ローラ）に対する一方の回転体の当接圧を軽減すると同時に、一方の回転体（加圧ローラ）が熱膨張した際に一方の回転体（加圧ローラ）が支持部材の揺動支点を支点として回動するため、一対の回転体における当接圧が一定に保たれる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図８は、本発明の実施の形態１に係る定着装置を備えた画像形成装置（本実施の形態では電子写真方式のレーザビームプリンタ）を示す概略構成図である。
【００２７】
本画像形成装置１は、像担持体としての感光ドラム２を備えている。感光ドラム2の周囲には、帯電ローラ３、現像装置４、転写ローラ５が配設されており、感光ドラム２と現像装置４間の上方には露光装置６が配設され、画像形成部を構成している。また、感光ドラム2と転写ローラ５間に形成される転写ニップの記録材搬送方向の下流側には、搬送ガイド９を介して定着装置７が配設されている。感光ドラム２、帯電ローラ３及び現像装置４は、一体的にカートリッジ化されてプロセスカートリッジ８を形成し、画像形成装置本体４０に着脱自在に装着されている。
【００２８】
感光ドラム２は、本実施の形態では負帯電の有機感光体で、アルミニウム製のドラム基体上に感光体層を有しており、駆動手段（不図示）により所定の周速（プロセススピード）で矢印方向（時計方向）に回転駆動され、その回転過程において接触する帯電ローラ３により負極性の一様な帯電を受ける。
【００２９】
接触帯電手段としての帯電ローラ３は、感光ドラム２表面に所定の押圧力で当接して回転駆動され、帯電バイアス電源（不図示）から印加される帯電バイアスによって感光ドラム２を所定の極性、電位に均一に帯電する。
【００３０】
現像装置４は、現像部にて感光ドラム２表面と略当接する回転自在な現像スリーブ４ａを備えており、現像部にて感光ドラム２上の静電潜像にトナーを付着させてトナー像として顕像化する。
【００３１】
転写手段としての転写ローラ５は、感光ドラム２表面に所定の押圧力で接触して転写ニップを形成し、転写バイアス電源（不図示）から印加される転写バイアスにより、感光ドラム２と転写ローラ５間の転写ニップにて感光ドラム２表面のトナー像を用紙などの記録材Ｐに転写する。
【００３２】
露光装置６は、パーソナルコンピュータ（不図示）などから入力される画像情報の時系列電気デジタル画像信号に対応して変調されたレーザ光（露光ビーム）がレーザ出力部（不図示）から出力され、帯電された感光ドラム２表面を走査露光Ｌすることにより、画像情報に対応した静電潜像を形成する。
【００３３】
定着装置７は、内部に加熱体（ハロゲンヒータ）１４を備えた加熱ローラ１２と加圧ローラ１３を有しており、加熱ローラ１２と加圧ローラ１３間の定着ニップにて記録材Ｐを挟持搬送しながら、記録材Ｐの表面に転写されたトナー像を加熱加圧して熱定着させる。加圧ローラ１３は、駆動手段（不図示）により回転駆動される加熱ローラ１２の回転によって従動回転する。また、定着装置７の詳細については後述する。
次に、上記した画像形成装置による画像形成動作について説明する。
【００３４】
画像形成時には、感光ドラム２は駆動手段（不図示）により時計方向に所定の周速で回転駆動され、帯電バイアスが印加された帯電ローラ３により一様に所定電位に帯電される。そして、帯電された感光ドラム２上に露光装置６からレーザ光による走査露光Ｌが与えられることにより、感光ドラム２上の電位は走査露光Ｌされた部分の電位が低下して、パーソナルコンピュータ（不図示）などから入力される画像情報に応じた静電潜像が形成される。
【００３５】
そして、現像部にて感光ドラム２の帯電極性（負極性）と同極性の現像バイアスが印加された現像装置４の現像スリーブ４ａにより、感光ドラム２上に形成された静電潜像にトナーを付着させて、反転現像によりトナー像として顕像化する。
【００３６】
一方、カセット２１内の用紙などの記録材Ｐは、ピックアップローラ２２により給紙され、給紙ローラ２３、リタードローラ２４、給紙搬送ローラ２５によって、感光ドラム２上でのトナー像の形成と同期してレジストローラ対２６まで搬送される。そして、感光ドラム２上のトナー像が感光ドラム２と転写ローラ５間の転写ニップに到達すると、このタイミングに合わせて記録材Ｐがレジストローラ対２６によって転写ニップに搬送される。
【００３７】
そして、前記トナーと逆極性（正極性）の転写バイアスが印加された転写ローラ５により、転写ニップに搬送された記録材Ｐに感光ドラム２と転写ローラ５間に発生する静電力によって、感光ドラム２上のトナー像が転写される。そして、トナー像が転写された記録材Ｐは、搬送ガイド９を介して定着装置７に搬送され、発熱体１４が内部に設けられた加熱ローラ１２と加圧ローラ１３間の定着ニップにてトナー像を記録材Ｐに加熱、加圧して熱定着する。トナー像が定着された記録材Ｐは、搬送ローラ対２７、排紙ローラ対２８を介して排紙トレイ２９上に排紙され、一連の画像形成動作を終了する。
【００３８】
また、上記転写後に感光ドラム２に残留している転写残トナーは、クリーニング装置（不図示）によって除去されて回収される。
【００３９】
次に、上記定着装置７に備えられた加圧手段の構成について説明する。
【００４０】
図1及び図2に示すように、本実施の形態では、内部に加熱体14（ハロゲンヒータ）を有する加熱ローラ12とその加熱ローラ12に当接する加圧ローラ13、及びそれらを支持するフレーム52で構成されている。加熱ローラ12の両端部は一対の軸受51を介してフレーム52に回転可能に支持されている。
【００４１】
また、加熱ローラ12の一端にはギヤ53が備えられ駆動源から伝達された駆動力によって駆動回転される。加熱ローラ12の両端は一対のリング54によって係止されている。
【００４２】
加圧ローラ13は、支持部材55によって芯金部13aの両端を一対の軸受56を介して回転可能に支持され、一対のリング57によって係止されている。
【００４３】
58は当接圧切換え手段である回動レバーであり、フレーム52の両側に設けられた支軸52aに回動可能に支持されており、リング59によって係止されている。
【００４４】
回動レバー58には、操作部58aと前記支持部材55に当接する当接部58bと回動レバー58の回り止め部58cが形成されている。
【００４５】
60は支持部材55を付勢するコイルバネである弾性部材であり、フレーム52と支持部材55の間に設けられており、加圧ローラ13が加熱ローラ12を所定圧で付勢するようにその位置と加圧力が設定されている。
【００４６】
支持部材55には、前記弾性部材60の付勢方向と略同方向に延びた丸長穴の支点穴55aが形成されており、フレーム52の両側に設けられた支軸52bに揺動可能に支持されている。また、支持部材55の自由端側には前記弾性部材60の支持部と前記回動レバー58の当接部を兼ねる曲げ部55bが形成されている。
【００４７】
次に図1、図3、図4、図5において動作の説明をする。
【００４８】
支持部材55は弾性部材60によって図1中矢印方向に付勢されているため、加圧ローラ13は加熱ローラ12に図1中矢印方向に圧接している。従って、支持部材55の揺動支点となる支軸５２ｂには図中矢印方向の反力が作用し、フレーム52の支軸52bに支持部材55の支点穴55aの上部が当接した位置で保持される。
【００４９】
この時の加圧ローラ13の圧接力F1を模式的に図3において説明する。支点Pは支持部材55の揺動支点である支軸52b、作用点Qは加圧ローラ13と加熱ローラ12のニップ部、力点Rは支持部材55（曲げ部55b）における弾性部材60との当接部を表す。
【００５０】
弾性部材60による付勢力をP1、弾性部材60との当接部からニップ部までの距離QRをl1とし、揺動支点の支軸52bからニップ部までの距離PQをl2とすると、
Ｆ1＝Ｐ1・(ｌ1＋ｌ2)／ｌ2・・・・・・・・・・（1）
と表せる。
【００５１】
従って、未定着トナー画像が転写された用紙Pが定着装置7に搬入されると、この圧接力F1によって加圧されるとともに、加熱ローラ12によってトナーが加熱溶融されるので用紙Pにトナー像が定着されて搬送される。
【００５２】
次に、封筒を搬送する場合について説明する。
【００５３】
まず、回動レバー58の操作部58aを掴み、支軸52aを中心に図1中時計方向に弾性部材60の付勢力に抗しながら回動させる。すると、図4に示すように回動レバー58の当接部58bが支持部材55の当接面の曲げ部55bに接触し、回動レバー58は支持部材55によって図4中矢印方向（支軸52aの中心方向）に付勢されるため、回動レバー58は弾性部材60の抗力によるモーメントが作用せず、図4に示すような位置で係止され、支持部材55は弾性部材60の付勢力に抗して下方に押し下げられた状態を保つ。なお、回動レバー58には回り止め部58cがあるため、必要以上に回動しないように構成されている。
【００５４】
押し下げられた支持部材55は、弾性部材60の付勢力によって回動レバー58の当接部58bが揺動支点となって支持部材55の支点穴55aがフレーム52の支軸52bに沿うように移動する。従って、支持部材55の支点穴55aは、当接部58bを中心とする円弧状の長穴形状であると支持部材55はスムーズに移動できる。
【００５５】
この時の加圧ローラ13の圧接力F2を模式的に図5において説明する。
【００５６】
回動レバー58と支持部材55の当接部が支点Sになるため、弾性部材60による付勢力をP2、回動レバー58の当接部58bから弾性部材60との当接部分までの距離RSをl3とすると、
Ｆ2＝Ｐ2・ｌ3／(ｌ1+ｌ3)・・・・・・・・・・(2)
と表せる。
ここで例えばｌ1＝ｌ2、ｌ3＝ｌ1／5と設定すると、（1）式及び（2）式は、
F1=P1(l1+l2)/ l2=2P1・・・・・・・・・・（1´）
F2= P2l3/(l1+l3)=P2/6・・・・・・・・・・（2´）
と表せる。
【００５７】
弾性部材60は支持部材55によって押し下げられるため、撓み量が増してP1<P2となるが、微少の撓みなのでP1=P2とすると、（1´）式と（2´）式とから
Ｆ1＝12Ｆ2
となる。
【００５８】
従って、封筒搬送時には、軽減された圧接力Ｆ2＝(Ｆ1/12)によって加圧され、加熱ローラ12によってトナーが加熱溶融されるので封筒にシワが発生することなくトナー像が定着されて搬送される。
【００５９】
次に、長時間プリントを行なうと、加圧ローラ13が加熱ローラ12から熱を付与され加圧ローラ13が昇温する。すると加圧ローラ13のゴム部13bが膨張して外径が増す。
【００６０】
しかし、上記構成によれば、加圧ローラ13が熱膨張しても当接圧が小さいため支持部材55は図4及び図5に示すように回動レバー58の当接部である支点Sを中心に時計方向に容易に回動可能であるため、当接圧Ｆ2はほとんど変化しない。また上記構成によると、圧軽減時にも加熱ローラ12と加圧ローラ13とが当接しているため、加圧ローラ13に加熱ローラ12からの熱が伝達され易い。
【００６１】
すなわち、定着性を確保するために加圧ローラ13を暖める時間が少なくて済み、電源投入後から画像形成装置1がプリント可能となるまでの時間が短くなる。
【００６２】
なお、本実施の形態の定着装置7は、加熱ローラ12を有するローラ定着器を用いたが、これに限らずフィルムを用いたサーフ定着器や誘導加熱体を用いた定着器でも良い。ここで、サーフ定着器としては、例えば加圧ローラと、前記加圧ローラに対向してヒータを設けたヒータ支持体と、前記ヒータ支持体の外周に回転可能に外装した筒状のフィルムとにより構成され、記録材上の未定着トナー画像を前記定着フィルムの外周面側に接触させて、前記定着フィルムと前記加圧ローラとの間の定着ニップに記録材を前記定着フィルムとともに通過させ、加熱・加圧によりトナー像を定着させるようにしたものである。
【００６３】
また、回動レバー５８で加圧ローラ１３を下げ、定着ニップ部に詰まった記録材を取り除く用紙分離のためにも用いることができる。
【００６４】
（実施の形態２）
図９は本発明の実施の形態２を示す。
【００６５】
上記した実施の形態１では、支持部材５５に設けた上下に延びる長孔としての支点穴５５ａに支軸５２ｂを通しているが、本実施の形態では、支持部材55の支点穴55aを図9に示すように、下方が開放したU字状の切り欠き穴に形成したものである。
【００６６】
この構成の場合、支持部材55をフレーム52の支軸52bへ上方から落とし込むことによって容易に組み付けを行なうことが可能となる。
【００６７】
（実施の形態3）
図１０は本発明の実施の形態３を示す。
【００６８】
実施の形態1において当接圧切換え手段として回動レバー58を用いたが、本実施の形態では、図10に示すように、ステッピングモータ等の駆動制御可能な駆動源Mから伝達される駆動力によって回転可能な支軸61に固着されたカム部材62とそのカム部材62の位置を検出する図示しない検知手段を用いて自動的に支持部材55を押し下げるようにしている。なお、62ｂは当接部、62ｃは回り止め部である。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、圧軽減時に加圧ローラ等の回転体の熱膨張の影響を受けることが無いため圧接力を一定に保持することができ、挟持搬送される封筒等の被搬送体にシワが発生するのを軽減することが可能となる。
【００７７】
また、圧軽減時に例えば一対の回転体としての加熱ローラと加圧ローラとが常時当接しているため、加熱ローラの昇温が早まりプリントが可能となる時間が短くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態１の定着装置を示す概略縦断面図
【図２】  図１の定着装置の右側面図
【図３】  図１の状態での力の作用を示す図
【図４】  本発明の実施の形態１の動作を説明する図
【図５】  図４の状態での力の作用を示す図
【図６】  従来の定着装置を示す概略縦断面図
【図７】  図６の定着装置の動作を説明する図
【図８】  本発明の実施形態１に係る定着装置を備えた画像形成装置を示す概略構成図
【図９】  本発明の実施形態２における定着装置の部分図
【図１０】  本発明の実施形態３における定着装置の部分図
【符号の説明】
１２  加熱ローラ
１３  加圧ローラ
１４  発熱体
５５  支持部材
５８  回動レバー
６０  弾性部材
【図１】
0004724290.tif 000002
【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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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図８】
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