(57)【要約】【課題】  ベルトが掛け回されている加圧ローラを支持するための支持部材の構成と、支持位置との工夫により、加圧ローラの小径化を実現して、加圧ローラの低熱容量化を達成し、高速の画像形成装置にも適用できる定着性能の高い低熱容量の定着手段を提供すること。【解決手段】  用紙上に形成されたトナー画像を加圧加熱して用紙に固定する定着手段を有する画像形成装置であって、前記定着手段は、前記用紙を加圧加熱する弾性層を有するベルトと、前記ベルトおよび前記用紙を挟んで対峙して前記ベルトと前記用紙とを加圧する第１と第２の加圧ローラとを有し、前記第１の加圧ローラは、外周に弾性層を有せず、前記ベルトの内側に配置され、前記第１の加圧ローラを支持する支持部材の支持点が、通過する用紙の幅よりも内側にあることを特徴とする画像形成装置。【選択図】        図３
2005141047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
用紙上に形成されたトナー画像を加圧加熱して用紙に固定する定着手段を有する画像形成装置であって、
前記定着手段は、前記用紙を加圧加熱する弾性層を有するベルトと、
前記ベルトおよび前記用紙を挟んで対峙して前記ベルトと前記用紙とを加圧する第１と第２の加圧ローラとを有し、
前記第１の加圧ローラは、外周に弾性層を有せず、前記ベルトの内側に配置され、
前記第１の加圧ローラを支持する支持部材の支持点が、通過する用紙の幅よりも内側にあることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
用紙上に形成されたトナー画像を加圧加熱して用紙に固定する定着手段を有する画像形成装置であって、
前記定着手段は、前記用紙を加圧加熱する弾性層を有するベルトと、
前記ベルトおよび前記用紙を挟んで対峙して前記ベルトと前記用紙とを加圧する第１と第２の加圧ローラとを有し、
前記第１の加圧ローラは、外周に弾性層を有せず、前記ベルトの内側に配置され、
複数のローラ対を有する支持部材によって、複数の支持点にて支持されていることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真技術により画像形成を行う複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子写真技術による画像形成装置においては、感光体上にトナー画像を形成し、このトナー画像を用紙等の転写材に転写する。次に、転写されたトナー画像を担持した用紙を定着手段に導き、定着手段にて加圧加熱することにより、トナー画像を用紙に定着する。
【０００３】
定着手段における加圧加熱方法としては、内部に熱源を有し表面に弾性層を有する加熱ローラと、これに対向して、所定の圧力で加熱ローラを押圧する加圧ローラとを設けて、トナー画像を担持した用紙をこれら二つのローラの間に挟み、加圧加熱しながら搬送する、いわゆる熱ローラ定着方式と呼ばれるものが多く採用されてきた。
【０００４】
上記の熱ローラ定着方式の定着手段は、近年のウォーミングアップ時間の短縮、消費電力の低減等の要求に対応するために、低熱容量化を進めなければならない状況となった。その結果、加熱ローラの芯金の薄肉化を図らねばならないことになったが、薄肉化を図ると、加熱ローラの機械的強度が低下し、ローラの長手方向のたわみや、断面の変形等の新たな問題に直面することとなった。
【０００５】
この新たな問題への対応として、加熱ローラの外周に複数箇所で接する複数の小ローラを有する補強部材を設けるという提案（例えば、特許文献１参照。）もある。しかしながら、薄肉であるために、押圧ローラによる押圧はごく小さな範囲に限定されるという制限がある。
【０００６】
一方、ウォーミングアップ時間の短縮、消費電力の低減という目的だけでなく、カラー化への対応として、加熱ローラと加圧ローラに掛け回した弾性層を有するベルトと、このベルトの外側からベルトを挟んで前記加圧ローラを押圧する第２の加圧ローラとを設けて、トナー画像を担持した用紙を、ベルトと前記第２の加圧ローラとにより形成されるニップにて加圧加熱するベルト定着方式の定着手段も一般的になってきた。
【０００７】
ところが、ベルト定着方式の定着手段にて加熱部材として用いられるベルトそのものは、熱ローラ定着方式で用いられる加熱ローラに比較して、大幅な低熱容量化が実現できているものの、ベルトを挟んで前記第２の加圧ローラと対峙する加圧ローラには、押圧に対応できる充分な強度を確保するための肉厚と外径を持たせる必要がある。その結果として、熱容量の大きな部材がベルトに接することとなり、低熱容量化への一つの障害となっている。実際には、前記加圧ローラも加熱しなければならない状況も生じ、ベルトの採用による低熱容量化の効果が大きく減ぜられるという問題が生じた。
【０００８】
この問題への対応として、前記加圧ローラの代わりに摺動パッドを用いることにより、熱容量の増加を防止する方法も提案され、実際にこの方法による定着手段を採用した画像形成装置も市場に提供されている。しかしながら、高速度化への対応や、耐久性向上が困難という新たな問題を抱えることとなった。
【特許文献１】特開２００１−２９６７７０号公報（第１ー２頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述のような状況に鑑みてなされたもので、その目的は、ベルトが掛け回されている加圧ローラを支持するための支持部材の構成と、支持位置との工夫により、加圧ローラの小径化を実現することによって、支持ローラの低熱容量化を達成し、高速の画像形成装置にも適用できる定着性能の高い低熱容量の定着手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題は、以下の手段により達成される。
【００１１】
（１）用紙上に形成されたトナー画像を加圧加熱して用紙に固定する定着手段を有する画像形成装置であって、
前記定着手段は、前記用紙を加圧加熱する弾性層を有するベルトと、
前記ベルトおよび前記用紙を挟んで対峙して前記ベルトと前記用紙とを加圧する第１と第２の加圧ローラとを有し、
前記第１の加圧ローラは、外周に弾性層を有せず、前記ベルトの内側に配置され、
前記第１の加圧ローラを支持する支持部材の支持点が、通過する用紙の幅よりも内側にあることを特徴とする画像形成装置。
【００１２】
（２）用紙上に形成されたトナー画像を加圧加熱して用紙に固定する定着手段を有する画像形成装置であって、
前記定着手段は、前記用紙を加圧加熱する弾性層を有するベルトと、
前記ベルトおよび前記用紙を挟んで対峙して前記ベルトと前記用紙とを加圧する第１と第２の加圧ローラとを有し、
前記第１の加圧ローラは、外周に弾性層を有せず、前記ベルトの内側に配置され、
複数のローラ対を有する支持部材によって、複数の支持点にて支持されていることを特徴とする画像形成装置。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明により、ベルトを用いた定着手段において、ベルトが掛け回される第１の加圧ローラの小径化に伴うたわみが防止され、低熱容量化が実現されると共に、トナー画像を担持した用紙に均一で、且つ充分な押圧力を付与することができるので、より望ましい画像定着がなされる。また、画像定着された用紙のベルトからの分離性を向上させることができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明により、ベルトを用いた定着手段において、ベルトが掛け回される第１の加熱ローラの小径化を、簡便な方法にて実現するための加熱ローラ支持手段が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図を基に説明する。
【００１６】
図１は本発明による画像形成装置を説明するための模式図である。
【００１７】
画像形成装置ＧＳは、その上部に自動原稿送り装置ＡＤＦを備えている。
【００１８】
自動原稿送り装置ＡＤＦの原稿載置台１０１に載置された原稿Ｄは、一枚ずつに分離され原稿搬送路に送り出され、搬送ドラム１０２により搬送される。搬送されている原稿Ｄの原稿画像は原稿画像読み取り位置ＲＰにて原稿読み取り手段１により、読み取りがなされる。読み取りが終了した原稿Ｄは第１搬送ガイドＧ１、および原稿排出ローラ１０５により原稿排紙台１０７に排出される。
【００１９】
原稿Ｄの裏面の原稿画像も読み取る場合には、表面（第１面）の読み取りを終えた原稿Ｄを第１搬送ガイドＧ１により原稿反転ローラ１０６に導き、原稿Ｄの後端を挟持した状態から反転する前記原稿反転ローラ１０６によって、第１搬送ガイドＧ１、第２搬送ガイドＧ２を経由して、再度、原稿搬送路に送り出す。反転して送り出された原稿Ｄの裏面（第２面）は、表面（第１面）と同様に読み取りがなされた後、原稿排紙台１０７に排出される。
【００２０】
画像形成装置ＧＳは、原稿読取り手段１、画像書込み手段２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ、画像形成手段３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ、画像転写手段４、定着手段５、反転排紙手段６、再給紙手段７、給紙手段８、制御手段Ｃ１等から構成される。
【００２１】
原稿読取り位置ＲＰにて原稿画像はランプＬにて照射され、その反射光は第１ミラーユニット１１、第２ミラーユニット１２、レンズ１３によって導かれ、撮像素子ＣＣＤの受光面に結像される。撮像素子ＣＣＤにより光電変換された画像信号は、画像読み取り制御部１４にてＡ／Ｄ変換、シェーディング補正、圧縮等の処理がなされ、制御手段Ｃ１のメモリＭ１に原稿画像データとしてストアされる。
【００２２】
メモリＭ１にストアされた前記原稿画像データには、ユーザの指定により、もしくは設定されている条件により適宜な画像処理がなされて、出力画像データが作成される。
【００２３】
前記出力画像データを基に、レーザ光源、ポリゴンミラー、複数のレンズからなる画像書込み手段２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋのレーザビームによる、画像形成手段３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋの構成要素である感光体３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋの表面への走査がなされて、感光体３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋには潜像が形成される。
【００２４】
感光体３１Ｙの周辺には、帯電手段３２Ｙ、現像手段３３Ｙ、第１転写ローラ３４Ｙ、クリーニング手段３５Ｙが配置されている。感光体３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋについても同様である。これらの構成は、電子写真方式のカラー画像形成装置に採用されている公知の技術からなる。
【００２５】
感光体３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋ上の潜像は、対応する現像手段３３Ｙ、３３Ｍ、３３Ｃ、３３Ｋにより現像されて、各感光体上にはトナー画像が形成される。感光体３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋ上に形成された前記トナー画像は画像転写手段４の第１転写ローラ３５Ｙ、３５Ｍ、３５Ｃ、３５Ｋにより、転写ベルト４１上の所定位置に逐次転写される。
【００２６】
画像転写手段４の転写ベルト４１上に転写された前記トナー画像は、給紙手段８から給紙され、給紙ローラ８１によって給紙のタイミングが取られて給送されてきた転写材である用紙Ｐに、第２転写ローラ４２によって転写される。
【００２７】
トナー画像の用紙Ｐへの転写を終えた転写ベルト４１はクリーニング手段４３により、表面が清掃され、次の画像転写に供される。
【００２８】
一方、トナー画像を担持した用紙Ｐは、後に詳細な説明をする定着手段５に送られ、加圧加熱されることによって、トナー画像が用紙Ｐへ定着される。
【００２９】
定着手段５による定着処理を終えた用紙Ｐは排紙反転手段６により搬送され、排紙台６１に排紙される。用紙Ｐを表裏反転して排紙する場合には、排紙ガイド６２にて、一旦、用紙Ｐを下方に導き、排紙反転ローラ６３に用紙Ｐの後端を挟持させた後、これを逆転をさせ、排紙ガイド６２により排紙ローラ６４に導き排紙する。
【００３０】
なお、用紙Ｐの裏面にも画像形成を行う場合には、表面の画像定着を終えた用紙Ｐを排紙ガイド６２により下方にある再給紙手段７に搬送し、再給紙反転ローラ７１により後端を挟持させた後、逆送することによって用紙Ｐを反転させて、再給紙搬送路７２に送り出し、裏面への画像形成に供する。
【００３１】
図２は、画像形成装置の制御関係を示すブロック図である。
【００３２】
画像形成装置ＧＳにある制御手段Ｃ１は、ＣＰＵ（ＣＰＵ１）、メモリＭ１、Ｉ／Ｏポート、通信用インターフェイス、各手段を駆動制御するための回路を有するコンピュータシステムである。また、自動原稿送り装置ＡＤＦにある制御手段Ｃ２も、規模は小さいが同様のコンピュータシステムである。上記の制御手段Ｃ１と制御手段Ｃ２とは、シリアル通信手段Ｃ３にて接続されている。なお、本図では、本発明の説明に直接関係しないブロックについては記載が省略されている。
【００３３】
図３は、定着手段１０を説明するための模式図である。
【００３４】
図に示すように、弾性層を有するベルトＢは、加熱ローラ５１と、小径の第１加圧ローラ５２に掛け回され、矢印ｂの方向に回転している。また、ベルトＢの張力調整は、加熱ローラ５１を矢印ｔの方向に引っ張る一般的な張力調整手段（不図示）によりなされる。なお、ベルトＢは、ガイドローラ５３、もしくは摺動部材等を用いて、図中の点線で示すように掛け回されても良い。
【００３５】
ベルトＢ、第１加圧ローラ５２、加熱ローラ５１は、定着駆動手段ＴＤ（不図示）により駆動される第２加圧ローラ５５により従動回転する。ベルトＢの加熱は、ヒータＨを内蔵して、定着ベルトＢを支持しながら従動回転している加熱ローラ５１により行われる。加熱ローラ５１の表面温度は温度センサＴＳによって周期的に計測され、測定結果が制御手段Ｃ１に取り込まれ、所定の温度を維持するようにヒータＨが制御されている。
【００３６】
低熱容量化のために小径化された弾性層を有しない第１加圧ローラ５２は、弾性層を有しない支持ローラ対５０２を複数有する支持部材５００と、ベルトＢとにより支持され、ベルトＢにより従動回転している。なお、第１加圧ローラ５２の軸方向の動きを規制する規制部材については、本発明に直接の関係はないので、説明を省略する。
【００３７】
なお、また、本実施の形態における前記支持部材５００は、ローラ対を有するものであるが、このようなローラ対の代わりに、定熱伝導率、高強度の耐熱樹脂部材（例えば、ポリイミド等）に、耐摩耗性を向上させたフッ素樹脂シートを被覆した摺動パッドを用いても良い。前記フッ素樹脂シートとしては、ＰＴＦＥに架橋構造を付加したものや、耐摩耗性向上のための有機、もしくは無機の微粒子を付加したものが好適である。また、被覆シートを省略して、前記耐熱樹脂部材にグリスを塗布しても良い。但し、この場合には、第１加圧ローラ５２も駆動回転させることが望ましい。
【００３８】
未定着のトナー画像を担持した用紙Ｐは、進入ガイド５４に導かれてベルトＢと、第２加圧ローラ５５とで形成されているニップＮに進行する。用紙Ｐ上のトナー画像は、先ず定着ベルトＢとの接触により加熱され、さらに第１加圧ローラ５２と、ベルトＢと、第２加圧ローラ５５とにより形成されるニップＮにて、加圧加熱されて、用紙Ｐに定着される。画像定着終了後の用紙Ｐは排出ガイド５６に導かれて、排出ローラ５７により、既に説明した排紙反転手段９に送られる。
【００３９】
図４は、支持部材５００を説明するための模式図であり、（ａ）は正面図で、（ｂ）は側面図である。
【００４０】
支持部材５００は、支持基材５０１、支持ローラ対５０２、ローラ対保持部材５０３等から構成される。支持基材５０１はたわみに対し充分な強度を有し、定着手段５の主構造体に取り付けられている。
【００４１】
支持ローラ対５０２は、弾性層を持たない２個のローラであり、ローラ対保持部材５０３によって支持基材５０１に固定されている。
【００４２】
図の点線にて示すように、第１加圧ローラ５２は、ベルトＢの張力により支持ローラ対５０２に押しつけられることにより、一定の回転中心を維持して回転する。また、第１加圧ローラ５２を支持する支持ローラ対５０２の支持点は、定着処理される用紙Ｐの幅よりも内側の位置に設けられており、用紙Ｐの通過時に、径を小さくしたことにより発生し易くなった第１加圧ローラ５２のたわみを防止している。また、第１加圧ローラ５２，および支持ローラ対５０２は、共に表面に弾性層を有せず、且つ、断面の変形が発生しない程度の肉厚を有することから、剛体同士の接触となり、その結果、第１加圧ローラ５２は複数の支持ローラ対５０２によって、常に望ましい直線状態が維持されながら回転する。
【００４３】
このような構成により、弾性層を有するベルトＢは、たわみが生じないように支持された弾性層を有しない小径の第１加圧ローラ５２により、第２加圧ローラ５５との間に、用紙Ｐの幅方向全域にわたって均一な幅と、充分な圧力を有するニップ部を形成するので、低熱容量で、且つ、良好な定着性を有する定着手段が実現される。
【００４４】
また、第１加圧ローラ５２の小径化によって、分離点におけるベルトＢと用紙Ｐとの界面の曲率が大きくなるため、定着後の用紙Ｐが安定してベルトＢから分離する効果も生まれる。
【００４５】
なお、実施例を以下に記す。
加熱ローラ：外径φ５０ｍｍ、肉厚１．５ｍｍアルミニウム、
ＰＦＡコーティング２０μｍ
ベルト：φ８０ｍｍ、ｔ＝１００μｍポリイミド、ｔ＝２００シリコンゴム、
ｔ＝３０μｍＰＦＡの層構成からなるエンドレスベルト
支持ローラ対：使用ローラ
外径φ１１ｍｍ、幅４ｍｍ
動定荷重９６０Ｎの耐熱ローラベアリング
第１加圧ローラ：外径φ１５ｍｍ、肉厚４ｍｍ、鉄
第２加圧ローラ：外径φ４０〜６０ｍｍ
芯金にｔ＝３〜８ｍｍの２０〜３０°ＪＩＳＡのシリコンゴムを被覆
押圧力５００〜１０００Ｎ
以上の条件にて、４〜６ｍｍの比較的小さいニップ幅と、４００ｋＰａ以上の大きな加圧力が形成され、良好な定着結果が得られた。
【００４６】
なお、上記実施例では、第１加圧ローラ軸を移動可能とし、第２加圧ローラ５５を駆動ローラとしたが、第１加圧ローラ軸を固定して、第１加圧ローラ５２を駆動ローラとしてもよい。但し、この場合には、定着手段５の組み立て段階において、支持ローラ対５０２は、第１加圧ローラ５２にの周面に接するように、もしくは第１加圧ローラ５２にたわみが発生しても支障が無い程度（本実施例では、０．０５〜０．１ｍｍ）の間隙を持つように組み立てられ、第２加圧ローラ５５の加圧により第１加圧ローラ５２と支持ローラ対５０２が所定位置で密着する。
【００４７】
第１加圧ローラ５２と、第２加圧ローラ５５の両方を駆動する場合も、同様であり、説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】画像形成装置の模式図である。
【図２】画像形成装置の制御関係を示すブロック図である。
【図３】定着手段の模式図である。
【図４】支持部材を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  原稿読取り手段
２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ  画像書込み手段
３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ  画像形成手段
４  画像転写手段
５  定着手段
６  排紙反転手段
７  再給紙手段
８  給紙手段
５１  加熱ローラ
５２  第１加圧ローラ
５５  第２加圧ローラ
５００  支持部材
５０１  支持基材
５０２  支持ローラ対
５０３  ローラ対保持部材
Ｂ  ベルト
Ｐ  用紙
Ｃ１  制御手段
ＡＤＦ  自動原稿送り装置
ＧＳ  画像形成装置
【図１】
2005141047.tif 000003
【図２】
2005141047.tif 000004
【図３】
2005141047.tif 000005
【図４】
2005141047.tif 000006