(57)【要約】【課題】ニップ長手搬送スピードに差をつけることなく記録材を両端部側に広げる力を生じさせ、これによって紙しわの発生を防ぐことが可能となる。【解決手段】駆動源を有する回転体と、回転体を加圧する加圧部材(４０４)と、該回転体に当接しニップ部を形成し摺動回転する無端状のベルト部材(４０２)と、前記ベルト部材を端部で保持する端部保持部材(４１０)と、該回転体または該ベルト部材の何れか乃至両方を加熱する発熱部材(４０３)を有し、該回転体を回転させることで該ベルト部材を従動回転させるとともに記録材をニップ部に挟持搬送し、記録材をニップ部で加熱加圧する加熱定着装置において、前記端部保持部材(４１０)における端部保持溝(４１１)に、前記ベルト回転軸に対して傾斜を設けることで、前記ベルト部材が回転するに従い、ベルト部材の表層乃至弾性部材乃至基材が、長手方向に伸縮することを特徴とする。【選択図】図１
2017009940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源を有する回転体と、回転体を加圧する加圧部材(４０４)と、該回転体に当接しニップ部を形成し摺動回転する無端状のベルト部材(４０２)と、前記ベルト部材を端部で保持する端部保持部材(４１０)と、該回転体または該ベルト部材の何れか乃至両方を加熱する発熱部材(４０３)を有し、該回転体を回転させることで該ベルト部材を従動回転させるとともに記録材をニップ部に挟持搬送し、記録材をニップ部で加熱加圧する加熱定着装置において、
前記端部保持部材(４１０)における端部保持溝(４１１)に、前記ベルト回転軸に対して傾斜を設けることで、前記ベルト部材が回転するに従い、ベルト部材の表層乃至弾性部材乃至基材が、長手方向に伸縮することを特徴とする加熱定着装置。
【請求項２】
前記端部保持部材(４１０)における端部保持溝(４１１)の傾斜は、ベルト部材(４０２)長手長さの3%以下であることを特徴とする請求項１に記載の加熱定着装置。
【請求項３】
前記ベルト部材は、ベルト端部における表層部材乃至弾性部材乃至基材にリブを設けることを特徴とする請求項１に記載の加熱定着装置。
【請求項４】
前記端部保持部材は、周方向位相に従って、長手方向の奥行きが異なることを特徴とする請求項１に記載の加熱定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナー画像を担持した記録材の加熱加圧処理を行う像加熱装置において紙シワの発生を抑制する像加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像形成プロセス手段（電子写真プロセス・静電記録プロセス・磁気記録プロセス等）で記録材（転写材シート・エレクトロファックスシート・静電記録紙・ＯＨＰシート・印刷用紙・フォーマット紙等）に転写方式或は直接方式にて形成担持させた画像情報の未定着トナー像を加熱・加圧によって該記録材面に永久固着させる定着装置として、熱ローラ方式或はフィルム加熱方式の加熱装置が広く用いられている。フィルム加熱方式の加熱装置は、特許文献１〜４等に提案されている。
【０００３】
さらに、近年の画像形成装置では、プリント速度の高速化に伴い、良好な定着性を確保するためにニップ部における加圧力を高める傾向にある。
【０００４】
しかしながら、フィルム加熱方式の加熱装置において、加圧力を増加させると、特に吸湿した記録材では、記録材がニップ部で挟持搬送されるときに紙しわが発生し易くなるという問題がある。
【０００５】
従来、フィルム加熱方式の加熱装置において、加圧ローラを逆クラウン形状にすることにより、ニップ長手方向における両端部での搬送スピードを中央部での搬送スピードよりも速くして、記録材を両端部側に広げる力を生じさせ、これによって紙しわの発生を防ぐ手法が用いられている（特許文献５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−３１３１８２号公報
【特許文献２】特開平２−１５７８７８号公報
【特許文献３】特開平４−０４４０７５号公報
【特許文献４】特開平４−２０４９８０号公報
【特許文献５】特開特開２０１０−１０７６２３号公報
【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、特許文献５ようにニップ長手方向における両端部での搬送スピードを中央部での搬送スピードよりも速くした加熱装置において、そのスピードの差によってフィルムに捩れが生ずる可能性がある。この現象は、特に、発熱体よりも紙幅の小さな記録紙（以下、小サイズ紙）を連続通紙したときに発生し易い。小サイズ通紙時、加圧ローラ両端の非通紙部は通紙部よりも温度が上昇（非通紙部昇温）して外形が太ることから、ニップ長手方向におけるフィルム搬送スピードの両端部と中央部での格差がさらに大きくなるためである。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、フィルム加熱方式の加熱装置を用いた画像形成装置を高速化する場合においても、紙しわの発生を防止し、且つ、フィルムの捩れの発生を防止することが可能な加熱装置及び画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る画像形成装置は、駆動源を有する回転体と、回転体を加圧する加圧部材と、該回転体に当接しニップ部を形成し摺動回転する無端状のベルト部材と、前記ベルト部材を端部で保持する端部保持部材と、該回転体または該ベルト部材の何れか乃至両方を加熱する発熱部材を有し、該回転体を回転させることで該ベルト部材を従動回転させるとともに記録材をニップ部に挟持搬送し、記録材をニップ部で加熱加圧する加熱定着装置において、
前記端部保持部材に、前記ベルト回転軸に対して傾斜を設けることで、前記ベルト部材が回転するに従い、ベルト部材の表層乃至弾性部材乃至基材が、長手方向に伸縮することを特徴とする。
前記端部保持部材の傾斜は、ベルト長手長さＬの2〜3%の範囲であることを特徴とする。 
前記ベルト部材は、ベルト端部における表層部材乃至弾性部材乃至基材にリブを設けることを特徴とする。
前記端部保持部材は、周方向位相に従って、長手方向の奥行きが異なることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る画像形成装置によれば、ニップ長手搬送スピードに差をつけることなく記録材を両端部側に広げる力を生じさせ、これによって紙しわの発生を防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例における画像形成装置の模式図である。
【図２】本発明の実施例における加熱定着装置の模式図である。
【図３】定着装置の加圧機構の説明図である。
【図４】本発明の実施例における定着フィルム部材の模式図である。
【図５】本発明の実施例における定着フィルム構成の模式図である。
【図６】本発明の実施例における定着フィルム端部保持部材の模式図である。
【図７】本発明の実施例における引っ張り応力の関係を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明は、加熱ニップの加圧を解除してフィルム部材を回転させて潤滑剤を移動させる限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。
【００１３】
本実施形態では、トナー像の形成／転写に係る主要部のみを説明するが、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途で実施できる。なお、特許文献１〜４に示される像加熱装置の一般的な事項については、図示を省略して重複する説明を省略する。
【００１４】
［画像形成装置例］
図１は画像形成装置の構成の説明図である。図１に示すように、画像形成装置１０は、中間転写ベルト３１に沿って画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋを配置したタンデム型フルカラープリンタである。
【００１５】
画像形成部１０Ｙでは、感光ドラム１１Ｙにイエロートナー像が形成されて、中間転写ベルト３１に一次転写される。画像形成部１０Ｍでは、感光ドラム１１Ｍにマゼンタトナー像が形成されて中間転写ベルト３１のイエロートナー像に重ねて一次転写される。画像形成部１０Ｃ、１０Ｋでは、感光ドラム１１Ｃ、１１Ｋにそれぞれシアントナー像、ブラックトナー像が形成されて、同様に中間転写ベルト３１のトナー像に重ねて順次一次転写される。
【００１６】
中間転写ベルト３１に担持された四色のトナー像は、二次転写部Ｔ２で記録材Ｐへ一括二次転写される。記録材カセット２０からピックアップローラ２１により引き出されて分離ローラで１枚ずつに分離された記録材Ｐは、レジストローラ２３で待機し、中間転写ベルト３１のトナー像にタイミングを合わせて、二次転写部Ｔ２へ送り出される。
【００１７】
二次転写部Ｔ２でトナー像を二次転写された記録材Ｐは、定着装置４０で加熱加圧を受けて、表面にトナー像を定着された後に、排出ローラ６３を通じて排出トレイ６４へ排出される。
【００１８】
画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋは、それぞれに付設された現像装置で用いるトナーの色がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと異なる以外は、ほぼ同一に構成される。以下では、画像形成部１０Ｙについて説明し、他の画像形成部１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋについては、説明中の符号末尾のＹを、Ｍ、Ｃ、Ｋに読み替えて説明されるものとする。
【００１９】
画像形成部１０Ｙは、感光ドラム１１Ｙの周囲に、コロナ帯電器１２Ｙ、露光装置１３Ｙ、現像装置１４Ｙ、転写ブレード１７Ｙ、クリーニング装置１５Ｙを配置している。感光ドラム１１Ｙは、帯電極性が負極性の感光層を形成した金属円筒で構成され、所定のプロセススピードで矢印方向に回転する。コロナ帯電器１２Ｙは、感光ドラム１１Ｙの表面を一様な負極性の電位に帯電させる。露光装置１３Ｙは、帯電した感光ドラム１１Ｙの表面に画像の静電像を書き込む。現像装置１４Ｙは、二成分現像剤を攪拌して帯電させ、負極性に帯電したトナーで感光ドラム１１Ｙの静電像を反転現像する。
【００２０】
転写ブレード１７Ｙは、中間転写ベルト３１の内側面を押圧して感光ドラム１１Ｙと中間転写ベルト３１との間に一次転写部を形成する。転写ブレード１７Ｙに正極性の直流電圧を印加することにより、感光ドラム１１Ｙに担持されたトナー像が中間転写ベルト３１に一次転写される。
【００２１】
二次転写ローラ３５は、対向ローラ３４との間に中間転写ベルト３１を挟み込んで、中間転写ベルト３１と二次転写ローラ３５との間に二次転写部Ｔ２を形成する。二次転写部Ｔ２は、トナー像を担持した中間転写ベルト３１に重ね合わせて記録材Ｐを挟持搬送し、二次転写ローラ３５に正極性の直流電圧を印加することで、中間転写ベルト３１から記録材Ｐへトナー像が二次転写される。
【００２２】
［本実施例１の定着装置］
以下に、本発明における第一の実施例の定着装置について述べる。図２は定着装置の構成の説明図である。図３は定着装置の加圧機構の説明図である。図４は本実施例における定着フィルムの説明図である。
【００２３】
図２に示すように、定着装置４０は、摺擦部材（４０４、４０３）によって内側面を支持されたフィルム部材（４０５）に、下方から駆動部材（４０２）を圧接して、記録材Ｐの加熱ニップ（Ｎ）を形成する。記録材Ｐが加熱ニップ（Ｎ）を通過する過程で、フィルム部材（４０５）を介して、抵抗加熱素子（４０３ｂ）から記録材Ｐに熱が供給されることにより、未定着トナー像ｔが軟化して記録材Ｐの表面に定着される。このような加圧ローラ駆動方式、テンションレスフィルム加熱方式の像加熱装置は、特開平４−４４０７５〜４４０８３号公報、特開平４−２０４９８０〜２０４９８４号公報等に開示されている。
【００２４】
フィルムガイド４０４、ヒータ４０３、ステイ４０６、定着フィルム４０５は、長手方向の両端に配置されたエンドキャップ（４２８：図３）によって相互の位置関係を定められて、定着フィルムユニット４０１を構成している。
【００２５】
摺擦部材の一例であるフィルムガイド４０４は、後述する弾性ヒータ４０３の支持部材と定着フィルム４０５の内側面のガイド部材とを兼ねており、断熱性、高耐熱性、剛性を有する高耐熱性樹脂等で構成される。フィルムガイド４０４は、図面に垂直方向を長手方向とする横長部材であり、その下面の長手方向に沿って設けた溝部にヒータ弾性４０３を嵌入させて、断熱・固定的に保持させてある。
【００２６】
加圧部材の一例であるステイ４０６は、フィルムガイド４０４を補強する金属製の断面コ字型の梁部材であって、定着フィルム４０５を長手方向に貫通して配置される。
【００２７】
ベルト部材の一例である定着フィルム４０５は、図４aに示すように、可撓性部材としての、耐熱性に優れた円筒状の樹脂フィルム材料で外径３０ｍｍに形成されている。定着フィルム４０５は、厚み３０μｍ〜１００μｍ程度の金属基層４１２の薄膜筒で、基層の上にプライマー層（接着層）を介して、シリコンゴムからなる弾性層４０８が配置され、軟化したトナーに対する離型性を付与するためのＰＦＡ、ＰＴＦＥ等のコート４１１が施されている。また、図４bに示すように、定着フィルム両端部には、フィルム周方向にポリイミド樹脂からなるリブ４０９が施されており、リブは弾性層４０８上に接着剤を介して配置される。
【００２８】
定着フィルム４０５の内周長は、フィルムガイド４０４、ヒータ４０３、ステイ４０６を含む集合体の外周長よりも大きくしてある。従って、定着フィルム４０５は、フィルムガイド４０４、ヒータ４０３、及びステイ４０６のアセンブリに対して周長が余裕を持つように、ルーズに外嵌している。
【００２９】
駆動部材の一例である加圧ローラ４０２は、定着フィルムユニット４０１のヒータ４０３及びステイ４０６の下面との間に定着フィルム４０５を挟み込む。加圧ローラ４０２は、金属軸４０２ａの外周面にシリコンゴムからなる弾性層４０２ｂを配置して直径３０ｍｍに形成されている。弾性層４０２ｂの表面には、プライマー層（接着層）を介して１０〜１００μｍ程度の厚みを有するＰＦＡ等の離型層４０２ｃが設けられている。
【００３０】
加圧ローラ４０２は、定着フィルム４０５に当接して、記録材Ｐの搬送方向である矢印Ｃ方向に、所定の周速度で回転駆動される。加圧ローラ４０２の回転に伴い、加熱ニップＮにおける加圧ローラ４０２と定着フィルム４０５の摩擦力で定着フィルム４０５に矢印Ｄ方向の回転力が作用する。これにより、定着フィルム４０５は、加熱ニップＮにおいて内側面がヒータ４０３の下向き面に密着して摺動させて、フィルムガイド４０４の回りを回転する。
【００３１】
定着フィルム４０５の周方向形状は、図５に示すように、定着フィルム長手両端部がフィルム形状保持部材（以下、フランジ４１０）によって保持されることによって規制される。
【００３２】
フランジ４１０には図５に示すように、定着フィルム端部に配置されたリブ４０９を保持する溝４１１が施されており、定着フィルム４０５が当接する加圧ローラ４０２の回転に従動回転して、ヒータ４０３が配置されたフィルムガイド４０４の加熱面に密着して摺擦しながら記録紙の搬送速度とほぼ同一の周速度で回転するのを保持する。
【００３３】
加圧ローラ４０２に回転駆動されて定着フィルム４０５の回転がなされ、通電によりヒータ４０３が昇温して所定の目標温度に温調された状態において、加熱ニップＮに記録材Ｐが導入される。定着フィルム４０５と加圧ローラ４０２との間に未定着トナー画像ｔを担持した記録材Ｐが導入され、記録材Ｐのトナー像担持面が定着フィルム４０５の外側面に密着して定着フィルム４０５と一緒に加熱ニップＮを通過する。このとき、ヒータ４０３の熱が定着フィルム４０５を介して記録材Ｐに付与され、未定着トナー像ｔが記録材Ｐの面に加熱定着される。加熱ニップＮを通った記録材Ｐは、定着フィルム４０５の面から曲率分離されて排出搬送される。
【００３４】
図３に示すように、ステイ４０６の長手方向の両端部に配置された加圧機構４２０は、像加熱時、可変の押圧力でステイ４０６を加圧ローラ４０２に向かって付勢する。これにより、加圧ローラ４０２の弾性層４０２ｂがフィルムガイド４０４とヒータ４０３の輪郭線に沿って弾性変形して定着装置４０に必要な加熱ニップＮを形成させる。加圧ローラ４０２に向かって加圧されたとき、ステイ４０６は、フィルムガイド４０４及びヒータ４０３の撓み変形を防止している。
【００３５】
定着フィルム４０５の長手方向の長さ３４０ｍｍに対して、フィルムガイド４０４は、長手方向の長さ３６０ｍｍ、加圧ローラ４０２は、ゴム（弾性層）長さ３３０ｍｍである。加圧ローラ４０２は、定着装置４０のフレームに固定されたベアリング４２６によって、金属軸４０２ａの両端が両持ち式かつ回転自在に支持されている。
【００３６】
加圧機構４２０は、駆動モータ４２１を作動させてカム軸４２３を回転させ、一対の加圧カム４２２を回転させて、加圧バネ４２７の一端を昇降させる。これにより、加圧バネ４２７がステイ４０６の両端を押圧する力が変化して、定着フィルム４０５に対する加圧力が変更可能である。
【００３７】
ここで、本発明における第一の実施例において、フランジ４１０の周方向に施された溝４１１は、図６aに示すように、定着フィルム４０５の回転軸に対して所定の傾斜を持って配置される。
【００３８】
具体的には、図６bに示すように、周位置の上部４１０aから下部４１０bに向けて、定着フィルム４０５の長手長さＬの１〜１．５％の範囲で、溝４１１は定着フィルム長手中央方向から遠ざかるように傾斜が施されており、それによって、定着ベルト４０５は、周位置上部４１０aの長手長さが最も短く、周位置下部４１０bの長手長さが最も長くなる構成となる。この時の、定着フィルム４０５における弾性層４０８の歪み(伸び)量をＹとすると、定着フィルムの回転角度に従って、周位置下部４１０bの領域において、定着フィルム４０５は最も長手方向外側に引っ張られることとなり、上述したようにＹの最大量は定着フィルム４０５の長手長さＬの１〜１．５％の範囲で構成されている。
【００３９】
上記フランジ４１０の傾斜は長手両端部のフランジに施されていることから、定着フィルム４０５の弾性層４０８は全体として、長手長さLの２〜３％長手方向外側に引っ張られることとなる。本実施例で用いる定着フィルム４０５は長手長さLが３４０ｍｍであるため、本実施例におけるフランジ４０５の周位置下部４１０bは周位置上部４１０aに比べて約３〜４ｍｍだけ長手中央方向から遠ざかるように傾斜が施される。
【００４０】
それによって、記録紙として薄紙や小サイズ紙が通紙された場合においても、記録紙は定着ニップに入る直前の周位置下部４１０bの領域において、長手方向外側に引っ張られる応力Ｆを受ける。図７に、本実施例を施した最に、定着フィルム４０５が回転角度における引っ張り応力Ｆの関係を示す。引っ張り応力Ｆは定着フィルムのシリコンゴム弾性層４０８のヤング率および、両端部フランジ４１０に施された傾斜による歪み（伸び）量から算出される。
【００４１】
図７に示すように、引っ張り応力Ｆは、周位置下部４１０bに向けて増加し、周位置下部４１０bにおいて最大の値Ｆmaxとなった後、周位置上部４１０aに向けて減少し、周位置上部４１０aにおいて最小の値0をとる。このとき引っ張り応力Ｆは長手位置に対して等しく加わるため、定着装置に搬送される記録紙の定着フィルム４０５との接触面は、定着フィルム４０５と同様に長手方向外側に引っ張る応力Ｆを受けることとなる。また、上記周位置下部４１０bは、記録紙が定着ニップに突入する直前の領域であり、記録紙が定着ニップ内にある位相においては、傾斜に変化をつけないものとする。
【００４２】
次に、上記フランジ４１０の傾斜について、以下に示す検証実験を行い、有効な範囲を決定した。（表１）
表１に、上記フランジ傾斜を長手長さＬに対して０．５〜３％の範囲に変化させ、検証に用いた定着フィルム長さを、１００ｍｍ、２００ｍｍ、３４０ｍｍ、４２０ｍｍのものを用いた検証結果を示す。本実験で用いた記録紙は坪量が６４ｇ、ヤング率が３０００MPaのものを使用した。
【００４３】
表１に示すように、上記フランジ４１０の傾斜が長手長さに対して１％以下の場合は、定着フィルムの長手長さに依らず、紙しわが発生する結果となった。また、定着フィルム長手長さが２００ｍｍ以下の場合では、上記フランジ傾斜が２％を超えると、定着フィルムの歪み(伸び)量が原因で、定着ニップを通過するトナー画像面にずれが発生した。
【００４４】
【表１】
2017009940.tif 000003
【００４５】
この現象は、定着フィルム長手長さが３４０ｍｍ以上では上記フランジ傾斜が２％の場合においても発生する結果となった。これは、紙しわを防止するために必要な引っ張り応力Ｆが、定着フィルムの弾性層ヤング率とフランジ傾斜による歪み(伸び)量Ｙ（％）によって決定される為であり、定着フィルムの長手長さに依存しないことを示している。
【００４６】
しかしながら、引っ張り応力Ｆが同じ状態、つまり歪み(伸び)量Ｙ（％）が同じ状態であっても、定着フィルム長さが異なる場合、実際に定着フィルムが伸縮する長さ(ｍｍ)は、定着フィルムの長手が長いほど大きくなる。それ故、定着フィルム長手長さが２００ｍｍ以下では、フランジ傾斜が２％の条件においては画像ずれが発生しなかったのに対し、同条件においても、定着フィルム長手長さが３４０ｍｍの場合では画像ずれが発生してしまう結果となった。
【００４７】
以上の検証結果および、今後定着装置が対応可能な最大用紙サイズ（Ａ３ヨコ：４２０ｍｍ）を鑑みて、定着フィルムの長手長さに依らず、安定的に紙シワが防止できる構成として、フランジ４１０における溝４１１は、周位置の上部４１０aから下部４１０bに向けて、定着フィルム４０５の長手長さＬの１〜１．５％の範囲で、定着フィルム長手中央方向から遠ざかるように傾斜が施されるものとする。
【００４８】
以上、本実施例を施すことによる鋭意検討の結果、定着ニップに突入する直前の領域において、記録紙は長手方向外側に引っ張る力を受けることで、紙シワの発生を防止することが確認されている。
【００４９】
なお、本実施例はフィルム定着方式の異なる構成においても、用いることが可能である。
【符号の説明】
【００５０】
Ｎ  ニップ、Ｐ  シート、Ｔ  トナー、１  加熱定着装置、１０  画像形成部、
１１  感光ドラム、１２  帯電器、１３  レーザスキャナ、１４  現像器、
１５  クリーナ、１７  一次転写ブレード、２０  給紙カセット、
２５  マルチ給紙トレイ、２３  レジストローラ、３０  転写装置、
３１  中間転写フィルム、３５  二次転写ローラ、４０  定着装置、
５５  定着搬送部材、４０１  定着フィルムユニット、４０５  定着フィルム部材、
４０６  支持ステー、４２０  加圧機構、４０２  加圧ローラ
【図７】
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【図１】
2017009940.tif 000005
【図２】
2017009940.tif 000006
【図３】
2017009940.tif 000007
【図４】
2017009940.tif 000008
【図５】
2017009940.tif 000009
【図６】
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