JP2003337489A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ベルト方式の定着装置の場合に発生しがちな
画像擦れ、転写ずれを防止し、安定した画質を確保する
定着装置を有した画像形成装置を提供すること。 【解決手段】 加熱された定着ベルトを挟んで、当該定
着ベルトの内側のベルト支持ローラと外側に設置された
加圧ローラにより、前記定着ベルトと転写材に圧力を加
え、転写材上のトナーを定着するベルト式定着装置を有
する画像形成装置において、ニップ部での主加圧領域
と、その上流もしくは下流に副加圧領域とが形成され、
転写材進行方向で前記副加圧領域の長さを可変する長さ
調整機構を有するとともに、転写材の加熱、加圧時に主
加圧領域を形成する前記ベルト支持ローラと加圧ローラ
との軸間距離を一定に維持する軸間距離規定機構を有す
ることを特徴とする画像形成装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ベルト式定着装置
を有する複写機、プリンタ等の画像形成装置に係わる。

【０００２】

【従来の技術】所定の温度範囲に維持された無端状の定
着ベルトの表面に対して、トナー像面側が向くように、
未定着のトナー像を保持する転写材を送り込むととも
に、当該定着ベルトを挟んで対向配置せしめたベルト支
持ローラ、加圧ローラで前記転写材を前記定着ベルトに
押圧せしめ、前記定着ベルトと前記ベルト支持ローラ、
加圧ローラとによる加熱、加圧作用を介して、前記トナ
ー像を転写材上に定着させるように構成した、複写機、
プリンタ等の電子写真方式を利用した画像形成装置は公
知として一般化されている。

【０００３】しかしながら、定着ベルトを用いた定着装
置の場合、図８で説明するような欠点がある。

【０００４】図８は定着装置のベルト支持ローラ、定着
ベルト、加圧ローラ、加熱ローラの配置を示す図であ
る。

【０００５】図において、弾性層を被覆したベルト支持
ローラと加圧ローラは定着ベルトを挟んで加圧バネで互
いに加圧してベルト支持ローラは弾性変形により主加圧
領域ａを形成している。定着処理は前記定着ベルトを挟
んで対向せしめて配置したベルト支持ローラと加圧ロー
ラの中心を結ぶ直線（法線）Ａのローラ接触面近傍の主
加圧領域ａで行なわれているが、光沢度や定着性能を向
上する一つの手段として、前記加圧ローラを定着ベルト
の張力に抗してＤ方向にずらすことによって加圧ローラ
とベルト支持ローラの接触部であるニップ部（以下、主
加圧領域ａという）以外の定着ベルトと加圧ローラが接
触する巻付き領域である副加圧領域ｂを増やす方法が行
われている。

【０００６】しかしながら、この方法では、確かに巻付
き量である副加圧領域ｂが増大する反面、加圧ローラを
押し戻そうとする定着ベルトの抗力が矢印方向に働き、
加圧ローラはベルト支持ローラから遠ざけられ、主加圧
領域ａが小さくなる点線に示す位置（法線Ａ１の位置）
に押し返されることになり、主加圧領域ａにおける荷重
変化（弾性層の変形量）に伴いベルト速度が変動し、紙
がたるみ、定着ベルト等に接触による画像擦れ等の問題
が発生する場合がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
を解決すべくなされたもので、簡単な工夫により、画像
擦れや転写ずれのない、安定した画像ができる画像形成
装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】加熱された定着ベルトを
挟んで、当該定着ベルトの内側のベルト支持ローラと外
側に設置された加圧ローラにより、前記定着ベルトと転
写材に圧力を加え、転写材上のトナーを定着するベルト
式定着装置を有する画像形成装置において、ニップ部で
の主加圧領域と、その上流もしくは下流に副加圧領域と
が形成され、転写材進行方向で前記副加圧領域の長さを
可変する長さ調整機構を有するとともに、転写材の加
熱、加圧時に主加圧領域を形成する前記ベルト支持ロー
ラと加圧ローラとの軸間距離を一定に維持する軸間距離
規定機構を有することを特徴とする画像形成装置。

【０００９】

【発明の実施の形態】はじめに、本発明の画像形成装置
について説明する。

【００１０】本発明の実施の形態における説明では、本
明細書に用いる用語により本発明の技術範囲が限定され
ることはない。

【００１１】図１は画像形成装置の全体構成の一例を示
す模式図である。図において、１０は感光体、１１は帯
電手段であるスコロトロン帯電器、１２は画像書き込み
手段である書き込み装置、１３は現像手段である現像
器、１４は感光体１０の表面を清掃するためのクリーニ
ング装置、１５はクリーニングブレード、１６は現像ス
リーブ、２０は中間転写ベルトを示す。画像形成手段１
は感光体１０、スコロトロン帯電器１１、現像器１３、
およびクリーニング装置１４等からなっており、各色毎
の画像形成手段１の機械的な構成は同じであるので、図
ではＹ（イエロー）系列のみの構成について参照符号を
付けており、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）およびＫ
（黒）の構成要素については参照符号を省略した。

【００１２】各色毎の画像形成手段１の配置は中間転写
ベルト２０の走行方向に対して、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの順に
なっており、各感光体１０は中間転写ベルト２０の張設
面に接触し、接触点で中間転写ベルト２０の走行方向と
同方向、かつ、同線速度で回転する。

【００１３】中間転写ベルト２０は駆動ローラ２１、ア
ースローラ２２、テンションローラ２３、除電ローラ２
７、従動ローラ２４に張架され、これらのローラと中間
転写ベルト２０、転写器２５、クリーニング装置２８等
でベルトユニット３を構成する。

【００１４】中間転写ベルト２０の走行は不図示の駆動
モータによる駆動ローラ２１の回転によって行われる。

【００１５】感光体１０は、例えばアルミ材によって形
成される円筒状の金属基体の外周に導電層、ａ−Ｓｉ層
あるいは有機感光体（ＯＰＣ）等の感光層を形成したも
のであり、導電層を接地した状態で図の矢印で示す反時
計方向に回転する。

【００１６】読み取り装置８０からの画像データに対応
する電気信号は画像形成レーザで光信号に変換され、書
き込み装置１２によって感光体１０上に投光される。

【００１７】現像器１３は、感光体１０の周面に対し所
定の間隔を保ち、感光体１０の回転方向と最接近位置に
おいて同方向に回転する円筒状の非磁性ステンレスある
いはアルミ材で形成された現像スリーブ１６を有してい
る。

【００１８】中間転写ベルト２０は、体積抵抗率１０⁶
〜１０¹²Ω・ｃｍの無端ベルトであり、例えば変性ポリ
イミド、熱硬化ポリイミド、エチレンテトラフルオロエ
チレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ナイロンアロ
イ等のエンジニアリングプラスチックに導電材料を分散
した、厚さ０．１〜１．０ｍｍの半導電性フィルム基体
の外側に、好ましくはトナーフィルミング防止層として
厚さ５〜５０μｍのフッ素コーティングを行った、２層
構成のシームレスベルトである。ベルトの基体として
は、この他に、シリコンゴム或いはウレタンゴム等に導
電材料を分散した厚さ０．５〜２．０ｍｍの半導電性ゴ
ムベルトを使用することもできる。

【００１９】２５は転写器で、トナーと反対極性の直流
が印加され、感光体１０上に形成されたトナー像を中間
転写ベルト２０上に転写させる機能を有する。転写器２
５としてはコロナ放電器の他に転写ローラを用いること
もできる。

【００２０】２６はアースローラ２２から当接解除可能
な転写ローラで、中間転写ベルト２０上に形成されたト
ナー像を転写材Ｐに再転写する。

【００２１】２８はクリーニング装置で、中間転写ベル
ト２０を挟んで従動ローラ２４に対向して設けられてい
る。トナー像を転写材Ｐに転写後、中間転写ベルト２０
は、トナーと同極性または逆極性の直流電圧を重畳した
交流電圧が印加された除電ローラ２７で残留トナーの電
荷が弱められ、クリーニングブレード２９によって周面
上に残ったトナーが清掃される。

【００２２】４は定着装置であって、金属の基体とシリ
コンゴムをベルト状に成型した定着ベルト４０とこれを
支持搬送するベルト支持ローラ４１、加熱ローラ４２お
よび前記定着ベルト４０と転写材Ｐとを挟んで加圧、加
熱定着する加圧ローラ４３、不図示のベルト清掃用のウ
ェブ等からなり、前記加熱ローラ４２は薄手のアルミか
ら形成された円筒状のもので、内側から所定の温度まで
加熱するハロゲンヒータ４７等を有し、外側表面に密着
して巻かれた前記定着ベルト４０はその伝導熱によって
加熱される。その温度は、前記加熱ローラ４２に設置さ
れた接触温度センサ４８により検出され、コントロール
部Ｂ１で温度制御される。加熱ローラ４２は不図示の軸
受を介して、バネ４２１（図３参照）により矢印Ｆ方向
にスライド可能となっており、定着ベルト４０に張力を
付勢している。

【００２３】また、ベルト支持ローラ４１は、鉄から成
形された円筒状の芯金４１０（図３参照）に弾性体であ
るシリコーン系の弾性層４１１（図３参照）が焼き付け
られ、不図示の本体側駆動装置から動力を得て、図示し
た時計方向に回転する。従って、駆動伝達経路は、
（１）本体側駆動源、（２）ベルト支持ローラ４１、
（３）定着ベルト４０、（４）加熱ローラ４２となる。

【００２４】７０は紙送り出しローラ、７１はタイミン
グローラ、７２は紙カセット、７３は搬送ローラであ
る。

【００２５】次に、従来のベルト式定着装置の構造にお
ける問題点について説明する。図２は加圧ローラによる
ベルト支持ローラの弾性層の変形量を示す図である。

【００２６】図において、ベルト支持ローラ４１と加圧
ローラ４３は加圧バネ４２５によって互いに加圧されベ
ルト支持ローラ４１は弾性変形をきたしている。主加圧
領域ａ以外の弾性層４１１の厚みはｔ１とし、主加圧領
域ａではｔ２まで変形したとすると、弾性層４１１は押
しつぶされた状態で狭い間隙を矢印方向に押し流される
ことになり、主加圧領域ａで、基準より変形量が小さい
（厚みｔ２が基準より大きい）ときは押し流される速度
は小さくなり、逆に変形量が大きいときは速度は大きく
なる。

【００２７】いま、加圧ローラ４３をＤ方向にずらすこ
とによって、副加圧領域ｂを大きくすると定着ベルト４
０に押し返され主加圧領域ａが小さくなる方向に力が働
く構造を考えた場合、基準の転写材の搬送速度が、副加
圧領域ｂが小さいときに合わされていたとすると、副加
圧領域ｂが大きくなると定着の搬送速度が相対的に小さ
くなり、転写材が搬送路４９（図３参照）で大きくたわ
み、定着ベルト４０や搬送路４９のガイド部材４５等に
接触して画像擦れを起こすことになる。逆に、副加圧領
域ｂが小さくなったときは定着の搬送速度が大きくなり
転写材を引っ張る状態となって転写領域Ｓで転写ずれが
発生することになる。

【００２８】本発明は、上記の原因で起きる画像擦れや
転写ずれを防止することを目的とするものである。

【００２９】図３は本発明のベルト方式の定着装置の断
面を示す略図である。図において、本定着装置の構成で
は、加圧ローラ４３とベルト支持ローラ４１の回転軸４
３４、４１４の軸間距離を一定にするためベルト支持ロ
ーラ４１と同軸で回動する軸間距離規定の揺動レバー４
３１を設け、ローラ弾性層４１１の変形量を常に一定に
し、その結果、主加圧領域が一定に保たれる構造を特徴
としている。因みに、当該揺動レバー４３１は加圧ロー
ラ４３を断熱スリーブ４３２（図４参照）を介して支持
している。

【００３０】上記構成において、転写材上のトナーの光
沢を高めるためには、転写材Ｐの定着ベルト４０との接
触距離（接触時間）を長くする必要がある。そのために
加圧ローラ４３を矢印Ｈ方向等にずらすことができる副
加圧領域の長さを可変する長さ調整機構が設けられてい
る。すなわち、カム軸４３６に係止されているカム４３
５を回動することにより副加圧領域ｂを大きくすること
ができる。しかしながら、巻付き角度を大きくすると定
着ベルト４０の経路が変化するため、加熱ローラ４２が
Ｆと反対方向に移動し、バネ４２１が引き伸ばされて定
着ベルト４０にかかる張力は高くなり、当該加圧ローラ
４３を押し返そうとする力が強くなり、ベルト支持ロー
ラ４１と加圧ローラ４３による定着圧力が小さくなる方
向に力が働くが、前記ベルト支持ローラ４１と加圧ロー
ラ４３の軸間距離が、軸間距離規定機構である揺動レバ
ー４３１により一定になっているため、定着の搬送速度
は一定に保たれることになる。

【００３１】図４は加圧ローラとベルト支持ローラの加
圧部の断面図である。図において、ベルト支持ローラ４
１は両端で断熱スリーブ４１３を介して定着装置枠体
（以下、単に枠体という）５０に支持されている。加圧
ローラ４３は両端で断熱スリーブ４３２を介して前記揺
動レバー４３１に支持されており、当該揺動レバー４３
１は、ベルト支持ローラ４１と同軸に支持され、加圧ロ
ーラ４３と所定の軸間距離を保つことにより一定の加圧
力（弾性変形）を保つようにしている。前述したよう
に、副加圧領域ｂを変更するためには、長さ調整機構の
カム４３５を所定の角度だけ回動すると前記動揺レバー
４３１はベルト支持ローラ４１を中心に回動、移動し、
この移動により加圧ローラ４３と定着ベルト４０との副
加圧領域ｂの巾を変更することができる。

【００３２】本発明では、加圧ローラ４３は前記揺動レ
バー４３１に支持されているため、カム４３５により加
圧ローラ４３を揺動レバー４３１を介して定着ベルト４
０側に圧着して副加圧領域ｂを大きくしても軸間隔は一
定のため、弾性層４１１の変形量は一定となっており、
定着ベルト４０の加圧ローラ４３への巻付き角によら
ず、一定の定着圧力、すなわち、一定の定着搬送速度が
得られる。

【００３３】また、もう一つの実施の形態を図５、６に
示す。図５は軸間スペーサによる加圧ローラとベルト支
持ローラの加圧部を示す図である。

【００３４】図６は加圧ローラとベルト支持ローラとの
軸間隔を規制する機構を示す断面図である。

【００３５】図５、６において、加圧ローラ４３は断熱
スリーブ４３２を介して揺動レバー４３１に支持され、
当該断熱スリーブ４３２は揺動レバー４３１に設けられ
た溝４２４に沿って矢印方向にスライドできる。また、
当該揺動レバー４３１はベルト支持ローラ４１の回転軸
４１４と同軸で回動する。前記ベルト支持ローラ４１と
加圧ローラ４３の回転軸４１４、４３４はバネ掛け４２
１、４２３を介して加圧バネ４２２が掛けられ、両ロー
ラの接触面では押圧による弾性変形をしているが軸間ス
ペーサ４２０が回転軸４１４側に設けられているため、
定着ベルト４０の張力の押し返しが加圧力より小さい限
り軸間スペーサ４２０による軸間距離で弾性層４１１の
変形量が決まるので、定着ベルト４０の加圧ローラ４３
への巻付き角によらず、一定の定着圧力、すなわち、一
定の定着搬送速度が得られることになる。

【００３６】なお、本実施の形態では、ベルト支持ロー
ラ４１の回転軸側に軸間スペーサを設けたが、ベルト支
持ローラ４１の回転軸側でなく、加圧ローラ４３の回転
軸側に設けても、双方の軸に軸間スペーサを設けても一
定の軸間距離を保つような構成にすることができる。ま
た、本実施の形態では、加圧ローラ４３の移動をベルト
支持ローラ４１と同軸に支持された揺動レバー４３１で
行ったが、この他に加圧ローラ４３の軸をガイドに沿っ
てスライドさせたり、リンクによって移動させるなど種
々の機構を適用することが可能であることは勿論であ
る。

【００３７】通常、定着加重は１００〜７００Ｎ、定着
ベルトの張力は１０〜６０Ｎ程度であるので、軸間スペ
ーサ方式でも軸間距離は一定に保たれる。また、この範
囲外であっても、定着ベルト４０が加圧ローラ４３を押
し返す力よりも、定着加重（加圧バネ４２２の引張り荷
重）の方が大きくなる条件であれば、同様の効果を発揮
する。

【００３８】以上、本発明により、加圧ローラ４３とベ
ルト支持ローラ４１の軸間距離を一定に保つことが出き
るため、定着ベルト４０の速度変化がなくなり、画像擦
れ、画像ずれを防止できる。

【００３９】また、弾性層４１１の硬度変化に起因する
速度変動や、加工精度不足に起因する速度バラツキによ
る画像擦れや画像ずれも回避できる。

【００４０】なお、図７は副加圧領域が主加圧領域の下
流にある構造の定着装置の略図であるが、前述した副加
圧領域ｂが主加圧領域ａの上流側にある場合の定着ベル
ト４０と加圧ローラ４３の関係と同様のことがいえるの
で説明を省略する。

【００４１】次に、図１に基づいて画像形成プロセスを
説明する。画像記録のスタートと同時に不図示の感光体
駆動モータの始動により色信号Ｙの感光体１０は矢印で
示す反時計方向に回転され、同時にスコロトロン帯電器
１１の帯電作用により感光体１０に電位の付与が開始さ
れる。

【００４２】感光体１０は電位を付与されたあと、書き
込み装置１２によってＹの画像データに対応する画像の
書き込みが開始され、感光体１０の表面に原稿画像のＹ
の画像に対応する静電潜像が形成される。

【００４３】前記の静電潜像はＹの現像器１３により非
接触の状態で反転現像され、感光体１０の回転に応じＹ
のトナー像が感光体１０上に形成される。

【００４４】当該感光体１０上に形成されたＹのトナー
像は、Ｙの転写器２５の作用により、中間転写ベルト２
０上に転写される。

【００４５】その後、前記感光体１０はクリーニング装
置１４によって清掃され、次の画像形成サイクルにはい
る（以下、Ｍ、Ｃ、Ｋのクリーニングプロセスにても同
様故、説明を省略する）。

【００４６】次いで、書き込み装置１２によってＭ（マ
ゼンタ）の色信号すなわちＭの画像データに対応する画
像書き込みが行われ、感光体１０の表面に原稿画像のＭ
の画像に対応する静電潜像が形成される。当該静電潜像
は、Ｍの現像器１３により感光体１０上にＭのトナー像
となり、Ｍの転写器２５において、中間転写ベルト２０
上の前記Ｙのトナー像と同期が取られ、前記Ｙのトナー
像の上に重ね合わされる。

【００４７】同様のプロセスにより、Ｙ、Ｍの重ね合わ
せトナー像と同期が取られ、Ｃ（シアン）のトナー像
が、Ｃの転写器２５において、前記のＹ、Ｍの重ね合わ
せトナー像上へ重ね合わされ、更にＹ、Ｍ、Ｃの重ね合
わせトナー像と同期が取られ、Ｋ（黒）のトナー像が、
Ｋの転写器２５において、前記のＹ、Ｍ、Ｃの重ね合わ
せトナー像上へ重ね合わされ、中間転写ベルト２０上に
Ｙ、Ｍ、ＣおよびＫの重ね合わせトナー像が形成され
る。

【００４８】重ね合わせトナー像が担持されている中間
転写ベルト２０は矢印のように時計方向に送られ、転写
材Ｐが紙カセット７２より、紙送り出しローラ７０によ
って送り出され、搬送ローラ７３を経て、タイミングロ
ーラ７１へ搬送され、当該タイミングローラ７１の駆動
によって、中間転写ベルト２０上の重ね合わせトナー像
と同期がとられて、トナーと反対極性の直流電圧が印加
されている転写ローラ２６（中間転写ベルト２０に当接
状態にある）の転写領域Ｓに給送され、中間転写ベルト
２０上の重ね合わせトナー像が転写材Ｐに転写される。

【００４９】その後、中間転写ベルト２０は走行し、除
電ローラ２７で残留トナーの電荷が弱められ、当該中間
転写ベルト２０に当接したクリーニングブレード２９に
より清掃され、次の画像形成サイクルに入る。

【００５０】重ね合わせトナー像が転写された転写材Ｐ
は、更に定着装置４へと送られ、定着ベルト４０を介し
てベルト支持ローラ４１と加圧ローラ４３に挟持、加圧
され定着される。トナー像が溶融定着された転写材Ｐは
排紙ローラ８１によって排紙皿８２へ搬送される。

【００５１】

【発明の効果】加圧ローラとベルト支持ローラの軸間隔
を一定に保つことにより、定着搬送速度の変動を防止
し、搬送速度変動による画像擦れや転写ずれを回避でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】画像形成装置の全体構成の一例を示す模式図で
ある。

【図２】加圧ローラによるベルト支持ローラの弾性層の
変形量を示す図である。

【図３】本発明のベルト方式の定着装置の断面を示す略
図である。

【図４】加圧ローラとベルト支持ローラの加圧部の断面
図である。

【図５】軸間スペーサによる加圧ローラとベルト支持ロ
ーラの加圧部を示す図である。

【図６】加圧ローラとベルト支持ローラとの軸間隔を規
制する機構を示す断面図である。

【図７】副加圧領域が主加圧領域の下流にある構造の定
着装置の略図である。

【図８】定着装置のベルト支持ローラ、定着ベルト、加
圧ローラ、加熱ローラの配置を示す図である。

【符号の説明】

１ 画像形成手段 ３ ベルトユニット ４ 定着装置 ４０ 定着ベルト ４１ ベルト支持ローラ ４３ 加圧ローラ ４２０ 軸間スペーサ ４２２ 加圧バネ ４３１ 揺動レバー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱された定着ベルトを挟んで、当該定
   着ベルトの内側のベルト支持ローラと外側に設置された
   加圧ローラにより、前記定着ベルトと転写材に圧力を加
   え、転写材上のトナーを定着するベルト式定着装置を有
   する画像形成装置において、ニップ部での主加圧領域
   と、その上流もしくは下流に副加圧領域とが形成され、
   転写材進行方向で前記副加圧領域の長さを可変する長さ
   調整機構を有するとともに、転写材の加熱、加圧時に主
   加圧領域を形成する前記ベルト支持ローラと加圧ローラ
   との軸間距離を一定に維持する軸間距離規定機構を有す
   ることを特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 前記副加圧領域は、前記加圧ローラとこ
   れに巻き付けられたベルトにより構成されることを特徴
   とする請求項１に記載の画像形成装置。