(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
転写材上に形成されたトナー像を、加熱された定着ベルトにより加熱定着する定着装置において、
前記定着ベルトを回動可能に支持する複数の支持ローラのうち、少なくとも１本の支持ローラを、回転軸と、該回転軸の両端部に固定した２個のフランジ部材と、該フランジ部材間に平行架設されてかご型をなす複数本のワイヤと、から構成したことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記ワイヤは、１本の連続するワイヤから成り、前記２個のフランジ部材間を往復状に架設されて円筒母線状に形成され、両端部が前記フランジ部材に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記フランジ部材の少なくとも一方にバネ部材を設け、前記ワイヤの端部がバネ部材により付勢されて伸張されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記ワイヤが、樹脂繊維材であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の定着装置。
【請求項５】
前記樹脂繊維材が、芳香族ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリアリレートから選ばれる高分子繊維より成ることを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
【請求項６】
前記バネ部材が、少なくとも２本のワイヤに独立して張力を与えるように構成されたことを特徴とする請求項１又は３に記載の定着装置。
【請求項７】
前記請求項１〜６の何れか１項に記載の支持ローラ、定着ベルトから成る定着装置と、感光体、現像器、転写手段を備えて成ることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置、及び複合機能を有する画像形成装置に用いられるベルト式定着装置及び該定着装置を備えた画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真式画像形成装置に用いられている定着装置は、所定の温度に維持された加熱ローラと、弾性層を有してその加熱ローラに圧接する加圧ローラとによって、未定着のトナー画像が形成された記録材を挟持搬送しつつ加熱する熱ローラ定着方式が多用されている。
【０００３】
しかしながら、この種の装置では、加熱ローラの熱容量が大きくなりウォーミングアップ時間が長くなるとともに、弾性層内側の温度が高くなり、ローラの寿命を短くしていた。
【０００４】
また、カラー画像ではベタ面積が大きい画像が多く、そのベタ画像も黒以外ののものが多くて光沢むらなどが目立つ。上記の加熱及び加圧ローラにハードローラを用いる場合は、紙やトナー層の凹凸に応じた光沢のむらが生じるため、画像品位が低下するという問題点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記問題点を解決するために、ゴムローラやゴムベルトを用いた定着方式が提案されている。
【０００６】
ゴムローラを用いると良好な画像品位を得ることができるが、ウォーミングアップに時間がかかり、ローラの寿命が短いなどの不具合があり、この不具合は複写機やプリンタの高速化に伴って、ますます顕著になってきている。
【０００７】
定着ベルトを用いた定着装置には以下の課題がある。
複数本の支持ローラの外周に巻回して回動する無端状の定着ベルトと、トナー像を担持する転写材とを、重ねた状態で挟持搬送して加圧定着する２本の加圧ローラを有する定着ベルト方式の定着装置においては、定着ベルトを支持する従来の支持ローラは、定着ベルトから余分な熱容量を奪い、ウォーミングアップ時間が長くなるなど、熱効率を低下させるため、連続高速定着処理ができなかった。
【０００８】
本発明の目的は、上記の各課題を解決し、長期間にわたって安定した定着性能を発揮し、かつ、加熱源の加熱効率の向上による省電力化を達成する定着装置及び定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の定着装置は、転写材上に形成されたトナー像を、加熱された定着ベルトにより加熱定着する定着装置において、前記定着ベルトを回動可能に支持する複数の支持ローラのうち、少なくとも１本の支持ローラを、回転軸と、該回転軸の両端部に固定した２個のフランジ部材と、該フランジ部材間に平行架設されてかご型をなす複数本のワイヤと、から構成したことを特徴とするものである（請求項１）。
【００１０】
本発明の画像形成装置は、前記支持ローラ、定着ベルトから成る定着装置と、感光体、現像器、転写手段を備えて成ることを特徴とするものである（請求項７）。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の定着装置及び該定着装置を備えた画像形成装置を図面によって説明する。
【００１２】
図１は、本発明の定着装置を備えた画像形成装置であるカラープリンタを示す構成図である。
【００１３】
このカラープリンタは、像担持体である可撓性の無端ベルト状の感光体（以下、感光体と称す）１の周囲に、４組のスコロトロン帯電器（以下、帯電器と称す）２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ、４組の像露光装置３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ、４組の現像器４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋとから成る画像形成ユニット（図示の４組）を縦列に配設したものである。なお、図示の像露光装置３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋは、レーザビーム走査光学装置を使用したものである。
【００１４】
感光体１は、駆動ローラ１１及び下ローラ１２、上ローラ１３に張架され、テンションローラ１４の作用により緊張状態にされ、内周面に設けられたバックアップ部材１５により局部的に当接しながら、図示の時計方向に回動する。バックアップ部材１５は、感光体１の内側に当接して、現像器４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋの各現像剤担持体４１Ｙ，４１Ｍ，４１Ｃ，４１Ｋの現像領域及び像露光装置３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋの結像位置に感光体１を規制している。
【００１５】
画像記録のスタートにより、駆動モータ（図示せず）が回動して駆動ローラ１１を介して感光体１は図示の時計方向へと回動し、帯電器２Ｙの帯電作用により感光体１への電位の付与が開始される。感光体１は電位を付与されたあと、像露光装置３Ｙにおいて第１の色信号すなわちイエロー（Ｙ）の画像信号に対応する電気信号による露光が開始され、感光体１の回動（副走査）によってその表面の感光層に現像画像のイエロー（Ｙ）の画像に対応する静電潜像を形成する。この潜像は現像器４Ｙにより現像剤担持体４１Ｙ上に付着搬送された現像剤が、現像領域において非接触の状態で反転現像され、イエロー（Ｙ）のトナー像となる。
【００１６】
次いで感光体１はイエロー（Ｙ）のトナー像の上にさらに帯電器２Ｍの帯電作用により電位が付与され、像露光装置３Ｍの第２の色信号すなわちマゼンタ（Ｍ）の画像信号に対応する電気信号による露光が行われ、現像器４Ｍによる非接触の反転現像によって前記のイエロー（Ｙ）のトナー像の上にマゼンタ（Ｍ）のトナー像が重ね合わせて形成される。
【００１７】
同様のプロセスにより帯電器２Ｃ、像露光装置３Ｃ及び現像器４Ｃによってさらに第３の色信号に対応するシアン（Ｃ）のトナー像が形成される。さらに帯電器２Ｋ、像露光装置３Ｋ及び現像器４Ｋによって第４の色信号に対応する黒色（Ｋ）のトナー像が順次重ね合わせて形成され、感光体１の一回転以内にその周面上にカラーのトナー像が形成される。
【００１８】
感光体１の周面上に形成されたカラーのトナー像は、帯電器２Ｆによって付着トナーの電位が揃えられたのち転写領域に至る。給紙装置５の給紙カセット５１或いは手差し給紙台５３から、それぞれ給紙手段５２，５４により送り出され、レジストローラ５５へと搬送された転写材Ｐは、レジストローラ５５の駆動によって感光体１上のトナー像領域通過と同期して給紙され、駆動ローラ１１の下部に対向して配置された転写手段６によりトナー像が転写される。
【００１９】
トナー像が転写された転写材Ｐは、感光体１の周面より曲率分離されたのち、搬送ガイド５６を経て、定着装置７へ搬送される。定着装置７によりトナー像は熔融され、転写材Ｐに定着される。定着処理終了後の転写材Ｐは、排紙ローラ８１，８２，８３により搬送されて、上部に設けられた排紙トレイ８４に排出される。
【００２０】
一方、転写材Ｐを分離した感光体１は、クリーニング装置９のクリーニングブレード９１によって残留トナーを除去し、清掃される。なお、次の原稿画像のトナー像の形成が続いて行われるときは、帯電前除電器９２による感光体１の感光体面への露光が行われて前歴の電荷の除去がなされる。
【００２１】
図２は、本発明の定着装置の実施の形態を示す断面図、図３は定着装置の平面図である。
【００２２】
これらの図において、７１，７２は相対的に接離可能な一対の加圧ローラ、７３は無端ベルト状の定着ベルトである。支持ローラ７４，７５は定着ベルト７３を架設、支持する一対の支持ローラである。７６は加熱源であるハロゲンヒータ、７７は反射板、７８は定着ベルト７３の温度を検知する温度センサである。
【００２３】
一対の加圧ローラ７１，７２は、その少なくとも一方は回転軸位置が可動になっている。非定着時には、図２（ａ）に示すように、加圧ローラ７２は圧接力に抗して矢印方向に移動し、加圧ローラ７１から離間して間隙を形成する。定着時には、図２（ｂ）に示すように、定着ベルト７３と転写材Ｐとを挟持圧着して搬送する。
【００２４】
定着ベルト７３は、中央の金属基体、外周面側の外側層、内周面側の内側層等から構成されている。定着ベルト７３の金属基体は、例えば、電鋳加工により形成されたエンドレスベルト状のニッケル金属層から成る。
【００２５】
金属基体の外周面上には、シリコーンゴムが塗布された外側層が形成されている。外側層は、加圧ローラ７１，７２のニップ位置において、トナー像ｔを担持した転写材Ｐと重ねた状態で移動して加熱、加圧されるから、耐熱性とトナー離型性を両立させている。
【００２６】
転写材Ｐ上のトナー像ｔには、定着ベルト７３のシリコーンゴムから成る外側層が当接するが、シリコーンゴムの弾性により転写材Ｐやトナー像ｔの凹凸に追随して、均一に接触し、ハロゲンヒータ７６によって加熱された定着ベルト７３の熱と、加圧ローラ７１，７２による加圧とにより、光沢むらなどのない均一な定着が行われる。
【００２７】
定着ベルト７３の金属基体の内周面には、内側層が形成されている。内側層は、カーボンを分散させたシリコーンゴムを、金属基体の内周面上に塗布して形成したもので、ハロゲンヒータ７６の照射光を高効率で吸収し、機器周辺に漏出する照射光を最小限に抑えている。即ち、定着ベルト７３の内側層は、赤外線吸収材料であるカーボンを分散させたシリコーンゴムによりコーティングされていて、照射光の吸収率が高く、ハロゲンヒータ７６による加熱により、短時間で所定温度（例えば１９０℃）まで温度上昇する。
【００２８】
内側層を形成するシリコーンゴムは柔軟性を有しているから、通常の耐熱性塗料と異なり、定着ベルト７３の回動時の屈曲により剥離することはない。
【００２９】
定着ベルト７３は、支持ローラ７４と支持ローラ７５との間に０．５ｋｇ／ｃｍ以下、更に好ましくは０．２ｋｇ／ｃｍ以下のごく弱い張力で張架されている。或いは張力ゼロの緩みをもった状態でも良い。
【００３０】
定着ベルト７３は、定着処理時以外の時には、支持ローラの回転により回動される。定着処理時の定着ベルト７３は、加圧ローラ７１，７２の圧接駆動により挟持されて回動される。定着ベルト７３の回動速度は、転写材Ｐの搬送速度と同一である。
【００３１】
支持ローラ７４は、駆動源により駆動回転される回転軸７４２、回転軸７４２の両端部付近に固定された固定部材７４６，７４７、固定部材７４６と一体に固定されたフランジ部材７４３、固定部材７４７と一体に固定されたフランジ部材７４４、対向配置されたフランジ部材７４３，７４４間に架設されたワイヤ７４１、回転軸７４２の一方の軸端に固定され駆動源に接続する歯車７４５、から構成されている。
【００３２】
支持ローラ７５は支持ローラ７４と同形状をなし、ワイヤ７５１、回転軸７５２、フランジ部材７５３，７５４等から構成されている。以下、支持ローラ７４，７５のうち、支持ローラ７４を代表として説明する。
【００３３】
図４（ａ）は支持ローラ７４の断面図、図４（ｂ）は支持ローラ７４のＡ−Ａ断面図、図４（ｃ）は支持ローラ７４のＢ−Ｂ断面図である。図５は支持ローラ７４の斜視図である。
【００３４】
ワイヤ７４１は１本の連続するワイヤから成り、前記２個のフランジ部材７４３，７４４間を平行した往復状に架設されてかご型形状に形成され、両端部が前記フランジ部材７４３，７４４の何れかに固定されている。
【００３５】
例えば、ワイヤ７４１の一端はフランジ部材７４３の一部に係止、固定されている。ワイヤ７４１はフランジ部材７４３，７４４間を平行に往復状に複数回架設された後、ワイヤ７４１の他端は回転軸７４２の外周にきつく巻き付けられた後、ネジ部材７４８により係止、固定される。
【００３６】
回転軸７４２の両端に対向配置されたフランジ部材７４３、７４４間に、複数本のワイヤを張り渡して支持ローラ７４を構成することにより、支持ローラ７４と定着ベルト７３との折衝面積を僅少にするとともに、熱容量も極めて小さくすることができる。
【００３７】
ワイヤ７４１は、鋼線等の金属ワイヤでも、本発明の効果は得られるが、高強度、高耐熱性、低熱伝導率、低比熱、低伸張度の樹脂繊維材を使用すれば、更に高い効果が得られる。これに好適な樹脂繊維材としては、芳香族ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリアリレート等の高分子繊維が好ましく、例えば、芳香族ポリアミド繊維のケブラー（商品名、米国デュポン社製）や、ポリアリレート繊維のベクトラン（商品名、クラレ社製）等があげられる。
【００３８】
これら高機能性繊維は、多種開発されており、また、これからも新規に登場されることが予想されるから、本発明のワイヤ７４１は、これらに限定されるものではない。
【００３９】
ワイヤ７４１の架設本数は、熱的には少ない方が良いが、定着ベルト７３の駆動精度を高くするためには、多い方が良い。ワイヤ７４１の太さは、熱的には細い方が良いが、機械的強度からは太い方が良い。ワイヤ７４１の張力は、機械的精度を得るためには、大きい方が良いが、大きすぎるとワイヤ７４１を支持するフランジ部材７４３の強度を高めなければならず、重量、駆動トルク、製造コスト等が上昇する問題がある。
【００４０】
これらの数値は、ワイヤ７４１の線径、定着ベルト７３の張力、支持ローラ７４の直径、製造コスト等により適宜選択する。
【００４１】
ワイヤ７４１の架設本数は８〜３０本、ワイヤ７４１の太さは１００〜１０００デニール、ワイヤ７４１の張力は１０〜５０Ｎ（ニュートン）が適当である。
【００４２】
また、１本のワイヤ７４１を必要回数往復させて、張り回しても良いし、複数本のワイヤ７４１を個別にフランジ部材７４３、７４４間にそれぞれ張っても良い。
【００４３】
ワイヤ７４１の一実施例を以下に示す。
周長５００ｍｍ、幅３２０ｍｍ、張力３０Ｎ以下の定着ベルト７３に対して、４００デニールの芳香族ポリアミド繊維を用い、架設本数１６本のワイヤ７４１にそれぞれ２０〜３０Ｎの張力をかけて固定し、直径５０ｍｍ相当の支持ローラ７４を構成した。
【００４４】
支持ローラ７４は画像形成装置本体の動力装置によって矢示した時計方向に駆動回転される。支持ローラ７４の駆動回転に伴い、定着ベルト７３及び支持ローラ７５は時計方向に従動回転される。定着ベルト７３の駆動速度の設計値は転写材Ｐの搬送速度と同一である。加圧ローラ７１，７２の周速度は定着ベルト７３の駆動速度と同一になるよう駆動される。
【００４５】
加圧ローラ７１と、定着ベルト７３の搬送方向上流側の支持ローラ７４との間の定着ベルト７３の内側には、棒状のハロゲンヒータ７６が配置されている。ハロゲンヒータ７６は加圧ローラ７１の上流側の定着ベルト７３の閉ループの内側を照射して所定の温度まで加熱する。
【００４６】
定着ベルト７３の閉ループの内側であって、駆動側の支持ローラ７４の近傍に、反射板７７を配置した。反射板７７は、ハロゲンヒータ７６の照射光のうち、支持ローラ７４に至る照射光を反射して遮断する。
【００４７】
反射板７７により反射された照射反射光は、定着ベルト７３の内面を照射して定着ベルト７３を無駄なく効率的に加熱する。また、反射板７７は、ワイヤ７４１がハロゲンヒータ７６の照射光により、過剰に加熱されることも防止する。
【００４８】
トナー像ｔを担持した転写材Ｐがガイド板７０１を経て定着領域に搬送されてくるのに合わせて又はこれに先立って、定着ベルト７３の外側に配置された加圧ローラ７２が上昇して、転写材Ｐと定着ベルト７３を挟んで加圧する。定着ベルト７３の熱による加熱と加圧ローラ７１，７２による挟持と加圧とによって転写材Ｐ上のトナー像ｔは転写材Ｐに定着される。
【００４９】
加圧ローラ７２の両端の支持軸には、図示しないバネ部材によって挟持時には加圧ローラ７１に向かって所定の荷重が作用し、加圧ローラ７１，７２の圧着部に一定の圧力が作用するようになっている。
【００５０】
加圧ローラ７１，７２の何れか一方又は両方は、駆動手段に接続して駆動回転するから、転写材Ｐの搬送及び加圧ローラ７１，７２の駆動は、定着ベルト７３の駆動力を必要とせず、定着ベルト７３と転写材Ｐとを挟持搬送することによる負荷は生じない。
【００５１】
即ち、加圧ローラ７１もしくは加圧ローラ７２は、その周速度が定着ベルト７３の移動速度と同一の速度で駆動されるので、定着ベルト７３や転写材Ｐには無理な力が加わらないようになっている。また、定着後は加圧ローラ７１，７２の圧着を解除し、定着ベルト７３と加圧ローラ７１，７２の微小な速度差による歪や片寄りを解消すると共に、定着ベルト７３から加圧ローラ７１，７２への熱の流出を防止する。
【００５２】
定着された転写材Ｐは、定着ベルト７３を支持する支持ローラ７５の曲率によって分離される。定着された転写材Ｐは、定着ベルト７３の加圧ローラ７１，７２によるニップ部から出ると外気により冷却されるため、分離時のオフセットや分離不良が回避される。確実な分離性能を得るために、支持ローラ７５の直径を小さくするか、支持ローラ７５とは別に小径の分離ローラを定着ベルト７３の内側に配置してもよい。
【００５３】
図６（ａ）は、本発明の定着装置による他の実施の形態を示す断面図、図６（ｂ）は支持ローラ７４のＡ−Ａ断面図、図６（ｃ）は支持ローラ７４のＢ−Ｂ断面図である。なお、これらの図面に使用されている符号について、前記の図４〜図５に示す実施の形態と同じ機能を有する部分には、同符号を付している。また、前記の実施の形態と異なる点を説明する。
【００５４】
支持ローラ７５は支持ローラ７４と同形状の構成をなすから、以下、支持ローラ７４，７５のうち、支持ローラ７４を代表として説明する。
【００５５】
支持ローラ７４のフランジ部材７４４の背面側（図示の右側）には、バネ部材７４９が押さえ部材７４９Ａを介してネジ部材７４８により固定されている。
【００５６】
バネ部材７４９は外径部周辺に花びら形状の複数のワイヤ支持部７４９Ｂを形成している。バネ部材７４９は、板状の弾性材料より成る。複数のワイヤ支持部７４９Ｂのそれぞれにワイヤ７４１の一方の端部が係止されている。ワイヤ７４１の他方の端部は、フランジ部材７４４に対向配置されたフランジ部材７４３に係止されている。
【００５７】
このように、バネ部材７４９を花びら状にする事により、ワイヤ７４１の一本一本に確実に張力が付与される。ワイヤ７４１が複数本架設された部材をまとめてバネで引っ張る場合には、ワイヤ７４１の長さのばらつきによって、張力が強すぎたり、逆に張力が不足するものがでてくる可能性がある。
【００５８】
複数のワイヤ支持部７４９Ｂは、フランジ部材７４３との間にワイヤ７４１を張架することにより弾性変形し、ワイヤ７４１に張力を付与する。なお、複数のワイヤ支持部７４９Ｂは、一体に形成されたバネ部材７４９としても良いし、複数の部材により構成して、フランジ部材７４４に固定しても良い。
【００５９】
複数のワイヤ支持部７４９Ｂを有するバネ部材７４９に平行架設状に支持されたワイヤ７４１は、それぞれ弛みがなく直線状に張架され、ほぼ円筒形状の外周を形成し、かご型となる。
【００６０】
ワイヤ７４１は、ハロゲンヒータ７６により加熱された定着ベルト７３に接触して温度上昇し、膨張して長さ方向に延伸する。延伸したワイヤ７４１は、バネ部材７４９の複数のワイヤ支持部７４９Ｂの弾性により延伸量が吸収される。従って、ワイヤ７４１は、温度変化に関係なく、常に弛緩なく直線状に張架される。
【００６１】
なお、複数のワイヤ支持部７４９Ｂを有するバネ部材７４９と同形状のバネ部材を、対向するフランジ部材７４３にも取り付けて、ワイヤ７４１の両端に張力を付与しても良い。また、バネ部材７４９に代えて、ワイヤ７４１の端部をコイル状のバネに接続して張力を付与しても良い。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によるときは、以上説明した構成により、以下の効果が奏せられる。
（１）本発明の定着装置は、複数の支持ローラを巻回して回動する定着ベルトと加圧ローラとから成り、前記支持ローラを、回転軸と、該回転軸の両端部に固定した２個のフランジ部材と、該フランジ部材間にかご型に平行架設した複数本のワイヤと、から構成したことにより、定着ベルトに接触する面積を最小限となし、低熱容量と低熱伝導率の支持ローラが得られるから、支持ローラに逃げる熱容量が僅少となり、熱効率が向上する。
（２）本発明の加圧ローラ、支持ローラ、定着ベルト、加熱源から成る定着装置を備えた画像形成装置により、高効率の熱供給が実現され、熱効率向上による省電力化と、ウォーミングアップ時間の短縮と、高速定着及び高画質の定着、安定化と、耐用寿命の長いメンテナンス性に優れた画像形成装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の定着装置を備えた画像形成装置であるカラープリンタを示す構成図。
【図２】本発明の定着装置の断面図。
【図３】上記定着装置の平面図。
【図４】支持ローラの断面図、Ａ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図。
【図５】支持ローラの斜視図。
【図６】支持ローラの他の実施の形態を示す断面図、Ａ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図。
【符号の説明】
７  定着装置
７１，７２  加圧ローラ
７３  定着ベルト
７４，７５  支持ローラ
７４１，７５１  ワイヤ
７４２，７５２  回転軸
７４３，７４４，７５３，７５４  フランジ部材
７４６，７４７  固定部材
７４８  ネジ部材
７４９  バネ部材
７４９Ａ  押さえ部材
７４９Ｂ  ワイヤ支持部
７６  ハロゲンヒータ（加熱源）
７７  反射板
７８  温度センサ
９２  帯電前除電器
Ｐ  転写材
ｔ  トナー像
【図１】
0003738626.tif 000002
【図２】
0003738626.tif 000003
【図３】
0003738626.tif 000004
【図４】
0003738626.tif 000005
【図５】
0003738626.tif 000006
【図６】
0003738626.tif 000007