【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、表面に弾性体を被覆して加熱源を内蔵した加熱ローラと、該加熱ローラに押圧する加圧ローラと、該加圧ローラの外周に捲着され前記加熱ローラとの間に挟持されて移動するベルトと、該ベルトを張架する張架部材とを備え、シート材上に形成した未定着トナー像を定着する定着装置及び画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機やプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置において、転写材上に未定着のトナー像を接触加熱定着する加熱ローラ型定着装置として、表面に弾性体が被覆され加熱源を内蔵して回転可能な熱定着ローラと、複数の支持ローラによって張架された耐熱ベルトと、耐熱ベルトを熱定着ローラの廻りに所定角度だけ巻き付けてニップ領域を形成させると共にそのニップ領域の出口に他の部分よりも大きな圧力を局部的に加えて熱定着ローラ表面の弾性体に歪みを生じさせる圧力手段とを設け、ニップ部からのシート材の排出を容易にした定着装置が提案（特許第３０８４６９２号参照）されている。
【０００３】
この従来の定着装置では、圧力手段が存在することにより、予め熱定着ローラの表面に歪みを有しているので、ニップ領域の出口で、熱定着ローラの表面上にトナーが接触している状態からその表面歪みを瞬間的に開放する。そのため、シート材がニップ部から排出される時に、トナーと熱定着ローラとの付着力を減少させてシート材が熱定着ローラに巻き付くことを抑制し、腰の弱い記録紙でもベルトニップの出口において容易に剥離できる。上記装置は、このことによって、従来必要とされてきた剥離爪を不要にしている。
【０００４】
また、ローラ間に設定した圧力によってローラを撓ませてローラに接するニップ長を形成し、このニップ間に未定着トナー像を担持したシート材を通過させて定着させ、シート材の特性に合わせローラの駆動速度として、第１の速度か第２の速度かを選択して駆動する定着装置（特公平６−４０２３５号公報参照）が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の定着装置の構造では、複数の支持ローラに張架されて移動可能な耐熱ベルトを圧力手段でニップ形成可能な角度だけ熱定着ローラに巻き付けると共に、ニップ領域の出口に局部的に大きな圧力を加えて駆動するので、複数の支持ローラとその回転軸受が必要である。さらに、耐熱ベルトの周長が長くなり、定着装置が複雑で大型化するだけでなく、高価にする。定着装置の複雑、大型化、高価な構成は、必然的に当該定着装置を搭載した画像形成装置を複雑、大型化、高価にする。
【０００６】
しかも、耐熱ベルトは、加熱源を内蔵して回転可能な熱定着ローラとのニップ部で加熱されるが、複数の支持ローラで張架し周長が長くなるという構成では、所定の経路で移動する時に、複数の支持ローラによって熱エネルギーが奪われ、また、周長の長さに応じて自然放熱が増える。そのため、所定の温度に到達するまでの時間が多く必要になり、電源オン時から定着可能になるまでの所謂ウォーミングアップ時間を長く要することになり、好ましくない。
【０００７】
さらに、熱定着ローラに対して耐熱ベルトをニップ形成可能な角度だけ巻き付けてニップ部出口で他の部分より大きな圧力を局部的に加え熱定着ローラの弾性層に歪みを形成させる構成では、シート材が熱定着ローラに巻き付くのを抑制するには好適であるが、弾性層の歪みに沿って排出されるシート材は、この歪みに倣ってカールしたり、局部的な高圧力のために皺発生などの変形をもたらす。
【０００８】
また、シート材特性に合わせてローラの駆動速度を第１の速度か第２の速度に選択する装置では、ローラの熱容量が大きくてウォーミングアップ時間を長く要して好ましくないばかりでなく、圧力によってローラを撓ませて形成した長ニップ間を通過するシート材は、前者の装置と同様、この圧力によるストレスが大きくてカールや皺などのシート材変形を引き起こす。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであって、熱ローラ型定着装置の構造の単純化、小型化、コスト低減を可能にし、ウォーミングアップ時間を短縮でき、シート材へのストレスを小さくしてカールや皺発生など排出されるシート材の変形を抑制できるようにするものである。
【００１０】
そのために本発明は、加熱ローラと、該加熱ローラにベルトを介して押圧する加圧ローラとを備えた定着装置において、前記ベルトは、前記加圧ローラと張架部材により張架され、前記張架部材は、前記加熱ローラと前記加圧ローラとの押圧部の接線より前記ベルトが前記加熱ローラ側に巻き付く位置に前記加熱ローラに非接触で配置したことを特徴とする。
【００１１】
前記張架部材は、前記押圧部より前記ベルトの移動方向上流側または移動方向下流側に配置し、摺動部材や、半月状部材、ローラ部材であり、前記加圧ローラ又は前記張架部材を駆動し、前記加圧ローラと前記ベルトとの摩擦係数を前記張架部材と前記ベルトとの摩擦係数より大きく、前記加圧ローラに前記ベルトが巻き付く角を前記張架部材に前記ベルトが巻き付く角より大きく、前記加圧ローラの径を前記張架部材の径より大きくしたことを特徴とする。
【００１２】
前記加圧ローラを駆動し、前記加熱ローラは、前記加圧ローラにより前記ベルトを介して従動されるようにし、前記張架部材の位置をシート材特性に応じて切り換えることにより前記ベルトが前記加熱ローラ側に巻き付く角度を変えるようにし、前記加熱ローラおよび前記加圧ローラを駆動する駆動手段として、複数の回転速度を有し、シート材特性に応じて前記回転速度を選択して駆動することを特徴とし、前記シート材特性を検知する検知手段を有し、前記未定着トナー像を担持したシート材の進行過程でシート材特性を検知して、前記シート材特性に応じ前記回転速度を選択して駆動し、シート材特性に応じて選択情報が設定される設定手段を有し、前記未定着トナー像を担持したシート材の定着指令過程で前記シート材特性に応じた設定を行い、該設定内容に基づき前記回転速度を選択して駆動することを特徴とする。
【００１３】
前記張架部材は、一端または両端に前記ベルトが当接して位置規制する凸部を有し、前記ベルトの内周面に摺接して前記加圧ローラと前記張架部材との間にクリーニング部材を配置し、前記加圧ローラは、前記加熱ローラの表面に被覆した弾性体より硬質な表面を有することを特徴とし、前記加熱ローラは、外径６０ｍｍ以下、肉厚２ｍｍ以下のパイプ材の外周に２ｍｍ以下の弾性体を被覆して形成し、加圧ローラは、外径６０ｍｍ以下、肉厚２ｍｍ以下のパイプ材で形成したことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る定着装置の実施の形態を示す図、図２は張架部材の位置とニップ領域との関係を説明するための図、図３はニップ通過位置と定着圧力の変化を示す図である。図中、１は加熱ローラ、１ａはハロゲンランプ、１ｂはローラ基材、１ｃは弾性体、２は加圧ローラ、２ａは回転軸、３はベルト、４は張架部材、４ａは凸部、４ｂはガイド部、４ｃは張力付与部、５はシート材、５ａは未定着トナー像、６はクリーニング部材、７はフレーム、７ａはガイト孔、７ｂは軸受、８は張架支持部材、８ａは張力付与バネ、Ｌは押圧部接線を示す。
【００１５】
図１において、加熱ローラ１は、外径６０ｍｍ以下、肉厚２ｍｍ以下のパイプ材をローラ基材１ｂとして、その外周に２ｍｍ以下の弾性体１ｃを被覆して形成し、ローラ基材１ｂの内部に加熱源としてハロゲンランプ１ａを内蔵して回転可能にした熱定着ローラである。加圧ローラ２は、外径６０ｍｍ以下、肉厚２ｍｍ以下のパイプ材で形成し、加熱ローラ１に対向して配置しその回転軸２ａをフレーム７の軸受７ｂに回転可能に支持したものであり、ベルト３を介して加熱ローラ１に所定の圧力Ｆで押圧している。
【００１６】
ベルト３は、例えば０．０３ｍｍ以上の厚みを有するステンレス管やニッケル電鋳管等の金属管、ポリイミドやシリコン等の耐熱樹脂管等で構成されたエンドレスの耐熱ベルトであり、加圧ローラ２の外周に移動可能に捲着されて加圧ローラ２と張架部材４との間に張架される。そして、ベルト３は、加熱ローラ１と加圧ローラ２との間に挟持されて加熱ローラ１との間にニップを形成する。
【００１７】
張架部材４は、例えば半月状のベルト摺動部材であり、ベルト３の内周に嵌挿して加圧ローラ２と協働してベルト３を張架しベルト３に張力ｆを付与すると共に、ベルト３を加熱ローラ１に巻き付けてニップを形成する位置に配置される。つまり、張架部材４は、ベルト３が加熱ローラ１と加圧ローラ２の押圧部接線Ｌより加熱ローラ１側に巻き付く位置に配置される。張架部材４は、ベルト３が一方に寄った場合に当接して寄り規制を行うため、その一端または両端に凸部４ａを設けている。また、張架部材４は、ベルト３の内周に嵌挿してベルト３に張力を付与するため、その両端にガイド部４ｂ、張力付与部４ｃを設けている。ガイド部４ｂは、例えばピン状に回転軸２ａと平行な方向に突出してフレーム７のガイト孔７ａとスライド可能な状態に嵌合するものであり、張力付与部４ｃは、ベルト３を張架する内側、つまり加圧ローラ２側に延設して張力付与バネ８ａにより加圧ローラ２から離れる方向に付勢されるものである。
【００１８】
フレーム７は、軸受７ｂやガイト孔７ａを有し定着装置を取り付け支持する部材であり、その軸受７ｂで加圧ローラ２の回転軸２ａを回転可能に支持し、ガイト孔７ａで張架部材４をガイドしている。張架支持部材８は、加圧ローラ２の回転軸２ａが貫通してその回転軸２ａに摺動回転自在に支持され、穴部に張力付与バネ８ａを収容している。張架部材４は、ベルト３の内周に嵌挿された状態で、ガイド部４ｂがフレーム７のガイト孔７ａでガイドされ、張力付与部４ｃが張架支持部材８の穴部に嵌挿されて張力付与バネ８ａにより加圧ローラ２の回転軸２ａから離れる方向に付勢され張力ｆが付与される。
【００１９】
クリーニング部材６は、加圧ローラ２と張架部材４との間に配置され、ベルト３の内周面に摺接してベルト３の内周面の異物や摩耗粉等をクリーニングするものであり、異物や摩耗粉等をクリーニングすることでベルト３をリフレッシュして不安定要因を除去している。半月状の張架部材４では、図示のように凹部を設けることができ、クリーニング部材６により除去した異物や摩耗粉等をこの凹部に収納させるようにしてもよい。
【００２０】
シート材５は、ベルト３と加熱ローラ１との間を通過することで未定着トナー像５ａが定着され、加熱ローラ１に加圧ローラ２が押圧する位置をニップ終了位置として押圧部接線Ｌの方向に排出される。このようにニップは、加熱ローラ１の接線状態で開始位置及び終了位置が形成され、しかも加熱ローラ１と加圧ローラ２との押圧部接線Ｌよりベルト３が加熱ローラ１側に巻き付く位置に張架部材４を配置することによりニップ領域を長くしているので、大きな圧力をかけなくてもニップをかせぎ未定着トナー像５ａを充分に加熱溶融させ定着させることができる。
【００２１】
図示のように加熱ローラ１にベルト３を介して所定の圧力Ｆで押圧する加圧ローラ２に対し、本発明に係る定着装置では、ベルト３を張架する張架部材４の配置を、加熱ローラ１と加圧ローラ２との押圧部接線Ｌよりベルト３が加熱ローラ１側に巻き付く位置になっている。その位置を決めているのがフレーム７のガイト孔７ａであり、ガイト孔７ａは、張架部材４のスライドを許容する方向、加圧ローラ２の回転軸２ａを支持する軸受７ｂから外方向に長円形状を有し、加熱ローラ１に接近・離間する方向には移動しないように規制している。これに対応して、張力付与部４ｃは、張架支持部材８の溝部に嵌挿してその中に収容された張力付与バネ８ａにより加圧ローラ２の回転軸２ａを中心として外方向に付勢される。張力ｆの付与方向は、長円の向きにより加圧ローラ２と張架部材４の軸を結ぶ図示Ａ−Ａ線上に規制されているが、長円の軸をこのＡ−Ａ線に対して、加熱ローラ１に接近する方向に、あるいは離れる方向に傾けるようにしてもよい。
【００２２】
ベルト３を加圧ローラ２と張架部材４により張架して加圧ローラ２で安定して駆動するには、加圧ローラ２とベルト３との摩擦係数を張架部材４とベルト３との摩擦係数より大きく設定するとよいが、摩擦係数に関しては異物の侵入や摩耗などによって不安定になる場合がある。これに対し、加圧ローラ２にベルト３が巻き付く角より張架部材４にベルト３が巻き付く角が小さくなるように、また、加圧ローラ２の径より張架部材４の径が小さくなるように設定すると、ベルト３が張架部材４を摺動する長さが短くなり、経時変化や外乱などに対する不安定要因から回避できベルト３を加圧ローラ２で安定して駆動することができる。
【００２３】
本発明に係る定着装置では、上記のようにベルト３を張架する張架部材４の配置する位置の設定により、加熱ローラ１と加圧ローラ２との押圧部接線Ｌよりベルト３が加熱ローラ１側に巻き付くようにしているので、図２に示すようにその配置する位置を変えることによりニップの長さを自由に変えることができる。例えば図２に示す実線から、張架部材４を加熱ローラ１から離し、Ｌ上で点線の位置に張架部材４を配置すると、ベルト３が加熱ローラ１に巻き付く角度が小さくなってニップ長が短くなり、逆に張架部材４を加熱ローラ１に近づけて、Ｈ上で２点鎖線の位置、張架部材４を加熱ローラ１に軽押圧する位置に配置すると、ベルト３が加熱ローラ１に巻き付く角度が大きくなってニップ長が長くなる。
【００２４】
シート材５は、張架部材４が加熱ローラ１に軽押圧する位置をニップ初期位置としてベルト３と加熱ローラ１との間を通過することで未定着トナー像５ａが定着され、加熱ローラ１に加圧ローラ２が押圧する位置をニップ終了位置として押圧部接線Ｌの方向に排出される。このようにニップは、加熱ローラ１の接線状態で初期位置及び終了位置が形成され、所望のニップ長さを確保することにより、ニップの初期位置から一定の定着圧力で定着を開始し、プロセス速度を落とすことなくニップをかせぎトナーを溶かす時間を長くすることができる。そして、ニップの終了位置で加圧ローラ２によりベルト３を介して加熱ローラ１との間に所望の圧力をかけてトナー表面を平滑にすることで、シート材変形をなくしながらより良好な定着を実現することができる。
【００２５】
また、加圧ローラ２で駆動して張架部材４を摺動させる場合、張架部材４を加熱ローラ１に対して接近、離間する方向に自由揺動可能に支持してもよい。張架部材４を揺動可能に構成すると、加圧ローラ２の回転駆動によって駆動されるベルト３と張架部材４との摩擦力によって、ベルト３と張架部材４は、加熱ローラ１の方向に揺動して上記摩擦力から生じる揺動力とベルト３が加熱ローラ１に圧接する圧接力のバランス状態で停止する。
【００２６】
即ち、揺動機構を付与することで、未定着トナー像５ａを担持したシート材５が加熱ローラ１とベルト３との間を通過する状態であっても、またはシート材５が通過しない状態であっても、さらには、シート材の厚みが厚くてもまたは薄くてもベルト３と加熱ローラ１の圧接する圧接力は均一になり、通過するシート材５へのストレスが均一になる。そのため、未定着トナー像５ａの定着後に排出されるシート材に皺発生などのシート材変形をなくすことができる。しかも、張架部材４の配置によりベルト３を加熱ローラ１に巻き付けるようにするので、ベルト３と加熱ローラ１との間では、ベルト１と張架部材４との摩擦力により圧接力が変わり、摩擦力の設定によって適正な圧接力を得ることができる。
【００２７】
例えばシート材の種類に応じて定着圧力に差が生じるが、張架部材４の位置を切り換えてニップ長を変えることにより定着圧力を調整することができる。例えば図２において、張架部材４の位置を加熱ローラ１から離した、非接触となる位置に配置を変えると、ベルト３が加熱ローラ１に巻き付く角度は小さくなって、ニップの長さは短くなり、張架部材４の位置を加圧ローラ２からさらに離し（図示下方にずらし）加熱ローラ１寄りの位置にかえると、ベルト３が加熱ローラ１に巻き付く角度は小さくなって、ニップの長さは短くなる。図示の状態では、張架部材４を加熱ローラ１に軽く押し当てた（軽押圧した）状態でもある。
【００２８】
特に、厚めのシート材、例えばＯＨＰシートにカラー画像のトナー像を定着するような場合には、各色のトナーが充分に溶融定着されていないと、シート上で直接見たときには所望のカラー画像であっても、それを透過投影したカラー画像は、ＯＨＰシート上で直接見たときと異なり、所望のカラー画像が再現されなくなる。そのため、カラー画像をこのような不具合のないように定着させるには、定着時の圧力を大きくしたり、トナーを加熱、溶融する時間を長くするなどの対応が必要である。しかし、定着圧力を大きくしすぎると、シートに皺やカールができるなどのシート材変形が生じやすくなる。また、トナーを加熱、溶融するための時間を長くするために定着プロセスの速度を落とすと、画像形成のスループットが落ちてしまう。これは、定着プロセスは、最終プロセスであるため、その速度を落とすと、それ以前の現像プロセスから全てのプロセススピードも落とさなければならなくなるからである。
【００２９】
本実施の形態では、いずれにしても、ベルト３が加熱ローラ１に巻き付く位置に張架部材４を配置するので、その配置する位置により、プロセス速度を落とすことなく所望のニップをかせぎトナーを加熱し溶かす充分な時間を確保することができ、簡単な構造で小型化した定着装置が実現できる。しかも、加熱ローラ１に押圧する加圧ローラ２において、シート上のトナー表面を平滑にするのに必要な適度な押圧力を加えるだけで、従来装置のように大きな押圧力により押圧部での変形を大きくしてニップを確保しなくてもよいので、定着プロセスでの皺発生などシート変形を防ぐことができる。
【００３０】
図３（ａ）は張架部材４を固定にした場合の厚めのシート材（点線）、標準厚のシート材（実線）、薄めのシート材（２点鎖線）の定着圧力の変化の様子を示している。厚めのシート材では、張架部材４を軽押圧することによりニップ初期位置での定着圧力がアップし、全体としてシート材厚によって定着圧力に差が生じている。張架部材４を加熱ローラ１とは非接触となる位置、つまり加熱ローラ１から離間して配置した構成の場合には、ニップ領域において、ニップ初期位置から一定の定着圧力になり、ニップ終了位置で加圧ローラ２による押圧で定着圧力が高くなる。図３（ｂ）は張架部材４を揺動可能にした場合の厚めのシート材（点線）、標準厚のシート材（実線）、薄めのシート材（２点鎖線）の定着圧力の変化を示している。この場合にはシート材厚にかかわらず所定の定着圧力になっている。図３（ｃ）は張架部材４の位置を切り換えベルトが加熱ローラに巻き付く角度（ニップ領域）を変えるようにした場合の厚めのシート材（点線）、標準厚のシート材（実線）、薄めのシート材（２点鎖線）の定着圧力の変化を示している。この場合には、ニップ開始位置が切り替わるので、圧力差は生じるがその差は小さくなっている。
【００３１】
図４は張架部材をベルトの移動方向下流側に設けた本発明に係る定着装置の他の実施の形態を示す図、図５は張架部材をベルトの移動方向下流側に配置した定着装置のニップ通過位置と定着圧力の変化を示す図、図６は張架部材の下流側位置とニップ領域との関係を説明するための図である。
【００３２】
上記実施の形態では、張架部材４をベルト３の移動方向上流側に配置したが、逆にベルト３の移動方向下流側に配置した他の実施の形態を示したのが図４である。加熱ローラ１の弾性体１ｃの表面とベルト３の表面は、同一の周速度で移動してシート材５の上に形成した未定着トナー像５ａを定着するものであるが、ベルト３の表面やシート材５の先端部がウェーブ状になっていると、定着開始状態が不安定になる場合がある。本実施の形態では、ニップの初期位置で加熱ローラ１にベルトを介して加圧ローラ２が押圧するので、ベルト３の表面やシート材５の先端部がウェーブ状になっていても双方の合流状態が安定し、極めて安定した未定着トナー像の定着が可能になる。
【００３３】
本実施の形態におけるニップ通過位置と定着圧力の変化の様子を示したのが図５であり、図５（ａ）は張架部材４を固定にした場合の厚めのシート材（点線）、標準厚のシート材（実線）、薄めのシート材（２点鎖線）の定着圧力の変化の様子を示している。この場合には、全体としてシート材厚によって定着圧力に差が生じるが小さく、張架部材４を軽押圧している場合には、厚めのシート材の場合ニップ終了位置で定着圧力がややアップするが、張架部材４を離間させ接線ニップにすると、図示のようにニップ終了位置でのアップ部はない。図５（ｂ）は張架部材の位置を切り換えるようにした場合のニップ通過位置での定着圧力の変化を示し、例えば厚めのシート材（点線）、標準厚のシート材（実線）、薄めのシート材（２点鎖線）に対応して図６に示すように張架部材４の位置を切り換えている。この場合には、ニップ終了位置が切り替わるので、圧力差は生じるがその差は小さくなっている。
【００３４】
上記各実施の形態においては、張架部材４として、ベルト摺動部材を使用したので、回転部材ではなく軸受等が不要であり、支持構造が簡単になる。加えて張架部材４を半月状とすることにより、加圧ローラ２側にその半月欠方向を向けて配置し、加圧ローラ２に対して極限まで接近した配置が可能になる。このことによりまた、ベルト３の周長を短縮して構成することが可能になる。したがって、熱ローラ型定着装置を簡単な構造にして小型で安価にすることができる。
【００３５】
さらに、ベルト３が必要最小限の経路で移動するので、ベルト３は、加熱源を内蔵して回転可能な加熱ローラ１とのニップ部で加熱され、所定の経路で移動する時に奪われる熱エネルギーを最小限に抑えることができると共に、周長が短いので、自然放熱による温度低下も少なく、電源オン時から所望の温度に到達して定着可能になるまでの所謂ウォーミング時間の短縮が可能である。
【００３６】
図７は張架部材としてロール部材を用いてベルトの移動方向上流側に配置した本発明に係る定着装置の他の実施の形態を示す図、図８は張架部材としてロール部材を用いてベルトの移動方向下流側に配置した本発明に係る定着装置の他の実施の形態を示す図、図９は張架部材を加圧ローラの両側に配置した本発明に係る定着装置の他の実施の形態を示す図である。
【００３７】
図７において、張架部材４′は、上記実施の形態のように半月状の張架部材４ではなく、ローラ部材を使用してベルト３の移動方向上流側に配置したものである。これに対し、逆にベルト３の移動方向下流側に配置した実施の形態を示したのが図８である。張架部材４′は、ローラ部材であるので、摺動部材としてもよいが、回転させることもできる。張架部材４′を回転自在に支持することにより、加圧ローラ２とベルト３との摩擦係数を張架部材４′とベルト３との摩擦係数より大きく設定して、ベルト３を加圧ローラ２と張架部材４により張架して加圧ローラ２で安定して駆動することができる。
【００３８】
また、ローラ部材を用いた張架部材４′では、ベルト３を駆動する駆動ローラとしてもよい。張架部材４′の回転軸４ｂ′に取り付けた入力歯車４ｃ′は、駆動歯車に連結するものであり、そのため、回転軸４ｂ′が貫通する中間支持部材９で回転軸４ｂ′を摺動回転自在に支持している。そして、その中間支持部材９にガイド部９ａを設けてフレーム７のガイト孔７ａで規制して、中間支持部材９を張力付与バネ８ａにより加圧ローラ２から離れる方向に付勢する。
【００３９】
これら実施の形態において、張架部材４′は、加熱ローラ１から離し非接触となる位置に配置している。つまり、張架部材４′は、ニップ初期位置よりさらにベルト３の移動方向上流側に配置され、配置を加熱ローラ１寄りに移動させると、ニップ開始位置が上流側に移動するので、ニップ長を長くすることができる。また、逆にその配置を加熱ローラ１から離れるように移動させると、ニップ開始位置が上流側に移動するので、ニップ長を短くすることができる。張架部材４′を加熱ローラ１に軽押圧してもよい。
【００４０】
また、上記各実施の形態は、張架部材４、４′を加圧ローラ２に対して、ベルト３の移動方向上流側又は下流側のいずれかに配置する構成を示したが、図９に示すように上下流の両側に配置する構成としてもよい。このように構成することにより、張架部材４、４′のいずれか又は双方を加熱ローラ１に軽押圧し、加圧ローラ２で加熱ローラ１に適宜所望の押圧力を与えながら、他のニップ領域では均一な定着圧力を与えることができる。また、張架部材４、４′の一方を加熱ローラ１に軽押圧し、他方を加熱ローラ１から離して非接触となるように配置することにより、実線、２点鎖線で示すように非接触側の加熱ローラ１からの距離を切り換えてニップ長さを変えられるようにすることもできる。
【００４１】
シート材５の上に形成した未定着トナー像５ａを安定して定着するには、未定着トナー像５ａを十分に溶融して定着することが必須であり、所望の温度と溶融時間を必要とするが、本実施の形態では、ニップ長を長く構成することができるために加熱ローラ１の表面に被覆した弾性体１ｃを大きく歪ませてニップ長を長くするような手段は必要ないので、弾性体１ｃの厚みは薄く構成可能である。しかも、加圧ローラ２の押圧力を大きく設定して弾性体１ｃを歪ませなくても、充分にニップをかせぐことができ、未定着トナー像５ａを担持したシート材５が加熱ローラ１とベルト３の間を通過するときに通過するシート材５へのストレスが小さいので、未定着トナー像５ａの定着後に排出されるシート材５にカールや皺発生などのシート材変形を抑制することができる。
【００４２】
したがって、熱ローラ型定着装置の機械的剛性アップは不要であるばかりでなく、加熱ローラ１の薄肉厚化が可能であり、加熱源からベルト３を加熱する加熱速度が向上する。また、加圧ローラ２も同様に薄肉厚化が可能であり、熱容量を小さく構成できるので、ベルト３からの熱エネルギー吸収が小さく、電源オン時から所望の温度に到達して定着可能になるまでの所謂ウォーミングアップ時間の短縮が可能である。
【００４３】
ベルト３の周長を短縮し、ベルト３が奪われる熱エネルギーを最小限に抑え、自然放熱による温度低下も少なくするための構成は、ベルト３が加圧ローラ２に巻き付く長さよりベルト３が張架部材４、４′に巻き付く長さを短くすることである。このことはまた、ベルト３が加圧ローラ２に巻き付く角よりベルト３が張架部材４、４′に巻き付く角を小さくすることであり、また、加圧ローラ２の径より張架部材４、４′の径を小さくすることである。先に述べたようにベルト３の周長を短縮して構成し、ベルト３を必要最小限の経路で移動する構成にすると、熱ローラ型定着装置を簡単な構造にして小型で安価にし、加熱ローラ１とのニップ部で加熱されたベルト３が所定の経路で移動する時に奪われる熱エネルギーを最小限に抑えることができ、自然放熱による温度低下も少なく、電源オン時から所望の温度に到達して定着可能になるまでの所謂ウォーミング時間の短縮が可能になるなど、多くの効果が期待できる。
【００４４】
次に、駆動手段として、加熱ローラ１及び加圧ローラ２を駆動するために複数の回転速度、少なくとも２つの回転速度を有し、シート材特性に応じて加熱ローラ１及び加圧ローラ２を第１の回転速度とそれより遅い第２の回転速度で選択駆動する定着装置の制御について説明する。この回転速度は、シート材特性を検知する検知手段を配置すると共に、予めシート材特性に応じた回転速度などの選択情報を設定する設定手段を設け、未定着トナー像５ａを担持したシート材５の進行過程でシート材特性を検知すると、未定着トナー像５ａを担持したシート材５の定着指令過程でシート材特性に応じた設定をして、その設定内容に応じ回転速度が選択され駆動される。設定手段としては、定着指令に先立って熱ローラ型定着装置に連動する部位をマニュアル操作したり、電気的な信号等によって遠隔操作してもよい。同様にして、シート材の種類に応じ先に図２、図６で説明した張架部材４、４′の位置の切り換えを行うようにしてもよい。
【００４５】
未定着トナー像５ａを担持したシート材５は、紙等の一般的なシート材、熱容量の大きな厚めのシート材、透明なシート材（ＯＨＰシート材）等の多様な用途への適用が必須である。一般的なシート材に比べて、特に、熱容量の大きな厚めのシート材や封筒等の積層されたシート材、透明なシート材（ＯＨＰシート材）等においては、未定着トナー像５ａを十分溶融してシート材に定着するために、所望の溶融時間を要する。このような場合、シート材特性に応じて加熱ローラ１及び加圧ローラ２を第１の回転速度とそれより遅い第２の回転速度で選択駆動することにより、未定着トナー像５ａの溶融が適正化され、所望の定着が達成できる。
【００４６】
そして、第１の回転速度または第２の回転速度で選択的に駆動しても、未定着トナー像５ａを担持したシート材５が加熱ローラ１とベルト３の間を通過するときに通過するシート材５へのストレスには変化がなくて小さいので、未定着トナー像５ａの定着後に排出されるシート材５に対し皺発生などのシート材変形が抑制される。したがって、熱ローラ型定着装置の機械的剛性アップは不要であるばかりでなく、加熱ローラ薄肉厚化が可能であり、加熱源からベルトを加熱する加熱速度が向上する。また、加圧ローラ２も同様に薄肉厚化が可能であり、熱容量が小さく達成できるので、ベルト３からの熱エネルギー吸収が小さく、電源オン時から所望の温度に到達して定着可能になるまでの所謂ウォーミングアップ時間の短縮が可能である。なお、回転速度を選択的に変えて駆動する手段としては、例えば駆動モータの回転数を選択的に可変する等の手段が好適である。
【００４７】
本実施の形態では、加熱ローラ１の外形φ２５、肉厚０．７ｍｍ、弾性体１ｃの厚み０．５ｍｍ、加圧ローラ２の外形φ２５、肉厚０．７ｍｍ、加熱ローラ１と加圧ローラ２の圧接力を１０ｋｇ以下の構成でニップ長を１０ｍｍ構成し、加熱源として１０００Ｗの柱状ハロゲンランプ１ａを内蔵してウォーミングアップ時間は３０ｓｅｃを達成した。
【００４８】
加熱ローラ及び加圧ローラの外形をφ２５の小径に構成したが、通常のトナー像を定着した後のシート材が加熱ローラまたはベルトに巻き付くこともなく、強制的にシート材を剥がすための剥離手段を不要にしている。また、カラーの画像形成では、４色のトナー像を重ね合わせて画像を形成するので、写真画像等の場合には、トナー層が厚い未定着トナー像になり、定着後のシート材が加熱ローラに巻き付け易くなる。しかし、本実施例では、定着後のシート材が加熱ローラに巻き付きが生じた場合、シート材を介してベルトを加熱ローラ側に引き寄せるように作用するが、ベルトは、加圧ローラと張架部材によりニップ終了位置で加熱ローラから離れる方向に張架されているので、この相反する挙動によって定着後のシート材が加熱ローラに巻き付くことを防止している。
【００４９】
本実施形態による構成の定着装置では、加熱ローラまたは加圧ローラが駆動ローラとなるが、この場合、安定な駆動を実現するには、硬い方のローラを駆動側とし、柔らかい方のローラを従動側とするのが好適である。加圧ローラ２は、その外周にベルト３を捲着して加熱ローラ１の表面に被覆した弾性体１ｃに対してベルト３を圧接して駆動し、加熱ローラ１は従動する構成となる。加圧ローラ２は、ベルト３、即ち、未定着トナー像５ａを担持したシート材５の搬送スピードを決定付けるので、少なくとも加熱ローラ１の表面に被覆した弾性体１ｃより硬質な表面を有した構成とする。このことにより変形することなく搬送スピードを安定して駆動することができる。
【００５０】
加圧ローラ２と張架部材４によって張架されて駆動されるベルト３は、加圧ローラ２と張架部材４の平行度やベルト３の軸方向周長差などの誤差要因によって蛇行しながら駆動される場合が多い。張架部材４の端部に設けた凸部４ａは、ベルト３を当接させてこの寄り規制を行うものであるので、ベルト３の端面にストレスが発生する。ベルト３を例えばステンレス管やニッケル電鋳管等の金属管で構成すると、その厚みは０．０３ｍｍ以上、ポリイミドやシリコン等の耐熱樹脂管で構成すると、その厚みは０．０５ｍｍ以上で構成すると十分な耐力が得られる。
【００５１】
凸部４ａを張架部材４の一端部に設ける場合には、加圧ローラ２と張架部材４の関係をベルト３が一方側へ寄る配置にしてもよいし、ベルト３の他方側にベルト３を一方側へアシストする手段を設けてもよい。また、凸部４ａを張架部材４の両端部に設ける場合には、両端部の凸部間隔の中でベルト３の蛇行が生じるが、両端部の凸部間隔とベルト３の幅を適正な関係に構成すれば実用上問題はない。
【００５２】
図１０は本発明に係る画像形成装置の１実施の形態を示す全体構成の模式的断面図である。図中、１０は画像形成装置、１０ａはハウジング、１０ｂは扉体、１１は紙搬送ユニット、１５はクリーニング手段、１７は像担持体、１８は画像転写搬送手段、２０は現像手段、２１はスキャナ手段、２１ｂは回転多面鏡、２９は転写ベルトユニット、３０は給紙ユニット、４０は定着手段、Ｗは露光ユニット、Ｄは画像形成ユニットを示す。
【００５３】
図１０において、本実施形態の画像形成装置１０は、ハウジング１０ａと、ハウジング１０ａの上部に形成された排紙トレイ１０ｃと、ハウジング１０ａの前面に開閉自在に装着された扉体１０ｂを有し、ハウジング１０ａ内には、露光ユニット（露光手段）Ｗ、画像形成ユニットＤ、画像転写搬送手段を有する転写ベルトユニット２９、給紙ユニット３０が配設され、扉体１０ｂ内には紙搬送ユニット１１が配設されている。各ユニットは、本体に対して着脱可能な構成であり、メンテナンス時等には一体的に取り外して修理または交換を行うことが可能な構成になっている。
【００５４】
画像形成ユニットＤは、複数（本実施形態では４つ）の異なる色の画像を形成する画像形成ステーションＹ（イェロー用），Ｍ（マゼンタ用），Ｃ（シアン用），Ｋ（ブラック用）を備えている。そして、各画像形成ステーションＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋには、それぞれ、感光ドラムからなる像担持体１７と、像担持体１７の周囲に配設された、コロナ帯電手段からなる帯電手段１９および現像手段２０を有する。これら各画像形成ステーションＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、転写ベルトユニット２９の下側に斜めアーチ状のラインに沿って像担持体１７が上向きになるように並列配置されている。なお、各画像形成ステーションＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの配置順序は任意である。
【００５５】
転写ベルトユニット２９は、ハウジング１０ａの下側に配設され図示しない駆動源により回転駆動される駆動ローラ１２と、駆動ローラ１２の斜め上方に配設される従動ローラ１３と、バックアップローラ（テンションローラ）１４と、これら３本、少なくとも２本のローラ間に張架されて図示矢印方向（反時計方向Ｘ）へ循環駆動される中間転写ベルトからなる画像転写搬送手段１８と、画像転写搬送手段１８の表面に当接するクリーニング手段１５とを備えている。従動ローラ１３、バックアップローラ１４および画像転写搬送手段１８は、駆動ローラ１２に対して図で左側に傾斜する方向に配設され、これにより画像転写搬送手段１８駆動時のベルト搬送方向Ｘが下向きになるベルト面１８ａが下方に位置し、搬送方向が上向きになるベルト面１８ｂが上方に位置するようにされている。
【００５６】
したがって、各画像形成ステーションＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋも駆動ローラ１２に対して図で左側に傾斜する方向に配設されることになる。そして、像担持体１７は、アーチ状のラインに沿って画像転写搬送手段１８の搬送方向下向きのベルト面１８ａに接触し、図示矢印に示すように画像転写搬送手段１８の搬送方向に回転駆動される。可撓性を有する無端スリーブ状の画像転写搬送手段１８は、像担持体１７に対して上側から被せるように略同一の巻き付く角度で接触させるため、像担持体１７と画像転写搬送手段１８との間の接触圧やニップ幅は、テンションローラ１４により画像転写搬送手段１８に付与される張力、像担持体１７の配置間隔、巻き付き角度（アーチの曲率）などを制御することにより調整することができる。
【００５７】
駆動ローラ１２は、２次転写ローラ３９のバックアップローラを兼ねている。駆動ローラ１２の周面には、例えば厚さ３ｍｍ程度、体積抵抗率が１０５Ω・ｃｍ以下のゴム層が形成されており、金属製の軸を介して接地することにより、２次転写ローラ３９を介して供給される２次転写バイアスの導電経路としている。このように駆動ローラ１２に高摩擦かつ衝撃吸収性を有するゴム層を設けることにより、２次転写部へ記録媒体が進入する際の衝撃が画像転写搬送手段１８に伝達しにくく、画質の劣化を防止することができる。また、駆動ローラ１２は、その径を従動ローラ１３、バックアップローラ１４の径より小さくすることにより、２次転写後の記録紙が記録紙自身の弾性力で剥離し易くすることができる。また、従動ローラ１３を後述するクリーニング手段１５のバックアップローラとして兼用させている。
【００５８】
なお、画像転写搬送手段１８を駆動ローラ１２に対して図で右側に傾斜する方向に配設し、これに対応して各画像形成ステーションＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋも駆動ローラ１２に対して図で右側に傾斜する方向に斜めアーチ状に沿って、つまり、図１０と左右対象に配設してもよい。
【００５９】
画像転写搬送手段の好適な素材としては、ＰＣ樹脂、ＰＥＴ樹脂、ポリイミド樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリエステル樹脂等があり、当然のことながら、導電性や剛性等、または表面粗度、摩擦係数等を所望の特性に設定する目的で、対応する添加剤などを添加することもよい、また、剛性に関しては、厚さの設定によって所望の剛性に設定することもできる。
【００６０】
実施例では、比較的剛性が小さくて永久歪み、クリープを残さないウレタン樹脂及びポリエーテル樹脂によって画像転写搬送手段を形成し、ローラの付勢力Ｆにより張力Ｐを４０Ｎ、像担持体の巻き付け角度αを４°に設定してニップ部に作用する接触圧ｆを約２．８Ｎ（＝４０Ｎ×ｓｉｎ４°）として安定した転写条件を設定した。しかし、上記の素材を勘案すると、ローラの付勢力Ｆにより張力Ｐを１０Ｎ〜１００Ｎ、像担持体の巻き付け角度αを０．５°〜１５°のそれぞれの組み合わせを設定すれば、所望の転写条件の設定が可能であることが確認された。
【００６１】
１次転写部材１６は、トナー像を順次重ねて転写して画像を形成する転写バイアス印加手段として、画像転写搬送手段の内側に接する位置に配置しているが、上記のような接触圧ｆの付与により、転写ニップを形成するための押圧力の付与は必要ない。単に画像転写搬送手段への通電を確保可能な手段として接すればよいので、例えば画像転写搬送手段に接して従動回転する導電性ローラやリジッドな接触子、あるいは板バネ等の導電性弾性部材、樹脂等の繊維群によって形成した導電性ブラシ等でも構成可能になる。したがって、画像転写搬送手段との摺動抵抗が少なく、互いの寿命が向上できるばかりでなく、安価に構成できる。
【００６２】
上記のように本実施形態の画像形成装置では、複数の像担持体１７を並列配置し、各像担持体１７に対して略同一の巻き付け角度を有する姿勢で可撓性を有する無端スリーブ状の画像転写搬送手段１８を接触配置して少なくとも２本のローラ１２、１３に張架して回転駆動し、画像転写搬送手段１８には、いずれかのローラ１２、１３によって張力を付与して像担持体１７のトナー像を順次重ねて転写する構造に構成する。このようにすると、略同一の巻き付け角度に応じて像担持体１７と画像転写搬送手段１８との接触部には、容易に略同一のニップが形成され、その接触部の接触圧力も略同一に構成される。
【００６３】
一方、像担持体１７とそれに接触して駆動される画像転写搬送手段１８において、接触部の移動周速度は双方一致しているのが好ましい状態であるが、量産形態の中では、像担持体１７の外径や偏心または駆動手段の偏心等のバラツキ、画像転写搬送手段１８の駆動ローラ１２径、あるいは駆動手段等のバラツキによって完全に等速に設定することは現実的ではない。
【００６４】
そこで、これらのバラツキを勘案したとき、像担持体１７の移動速度に対して画像転写搬送手段１８の移動速度が相対的に速くなったり遅くなったりしてバラツクことになり、転写諸条件を設定する上で好ましくない。むしろ、相対速度は、像担持体１７に対していずれか一方にシフトした相対速度差を設けることが好ましい。しかしながら、極端な速度差を設けると、像担持体１７によって搬送されるトナー像が画像転写搬送手段１８に転写される時にこのトナー像の位置にズレが生じて画像乱れが発生するので、極力小さな速度差を設けることが好ましい。
【００６５】
上記の内容によって生じる速度差を、複数の像担持体１７に対していずれか一方にシフトした相対速度差に設定する場合に量産上からの実力及び画像乱れの限界を勘案すると、その速度差は、像担持体１７の移動速度に対する画像転写搬送手段１８の速度は、±（方向）３±（バラツキ）２％程度に構成することが好ましい。
【００６６】
また、像担持体１７の移動速度と画像転写搬送手段１８の移動速度が等速の場合は、トナー像は転写バイアスの電気エネルギー作用によって転写されるが、上記の速度差を設けた場合には、電気エネルギー作用に加えて機械的なかきとり作用も付加されて転写効率が向上するので、像担持体１７の転写残りトナーをクリーニングする工程を廃止または簡略化することが可能となる。
【００６７】
さらに、像担持体１７の移動速度と画像転写搬送手段１８の移動速度に相対的な速度差を設けると、可撓性を有する画像転写搬送手段１８の駆動ローラ１２間または像担持体１７への当接ニップ間に弛みが発生して好ましくない。そこで、像担持体１７に対して画像転写搬送手段１８の速度を速い方向にシフトする場合には、画像転写搬送手段１８の駆動ローラ１２を下流側に配置し、像担持体１７に対して画像転写搬送手段１８の速度を遅い方向にシフトする場合には画像転写搬送手段１８の駆動ローラ１２を上流側に配置して構成すると、上記弛み発生が防止可能になり、好ましい転写条件設定ができる。
【００６８】
クリーニング手段１５は、搬送方向下向きのベルト面１８ａ側に設けられ、二次転写後に画像転写搬送手段１８の表面に残留しているトナーを除去するクリーニングブレード１５ａと、回収したトナーを搬送するトナー搬送部材１５ｂを備えている。クリーニングブレード１５ａは、従動ローラ１３への画像転写搬送手段１８の巻きかけ部において画像転写搬送手段１８に当接されている。また、画像転写搬送手段１８の裏面には、後述する各画像形成ステーションＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの像担持体１７に対向して１次転写部材１６が当接され、１次転写部材１６には転写バイアスが印加されている。
【００６９】
露光手段Ｗは、斜め方向に配設された画像形成ユニットＤの斜め下方に形成された空間に配設されている。また、露光手段Ｗの下部でハウジング１０ａの底部には給紙ユニット３０が配設されている。露光手段Ｗは、全体がケースに収納され、ケースは、搬送方向下向きのベルト面の斜め下方に形成される空間に配設されている。ケースの底部には、ポリゴンミラーモータ２１ａ、ポリゴンミラー（回転多面鏡）２１ｂからなる単一のスキャナ手段２１を水平に配設されるとともに、各色の画像信号により変調される複数のレーザ光源２３からのレーザビームをポリゴンミラー２１ｂで反射させ各像担持体上に偏向走査する光学系Ｂには、単一のｆ−θレンズ２２および各色の走査光路が像担持体１７にそれぞれ非平行になって折り返すように複数の反射ミラー２４が配設されている。
【００７０】
上記構成からなる露光手段Ｗにおいては、ポリゴンミラー２１ｂから各色に対応した画像信号が、共通のデータクロック周波数に基づいて変調形成されたレーザビームで射出され、ｆ−θレンズ２２、反射ミラー２４を経て、各画像形成ステーションＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの像担持体１７に照射され、潜像が形成される。反射ミラー２４を設けることにより走査光路を屈曲させ、ケースの高さを低くすることが可能となり光学系Ｂのコンパクト化が可能となる。しかも、各画像形成ステーションＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの像担持体１７への走査光路長は同一の長さになるように反射ミラー２４が配置されている。このように各画像形成ユニットＤに対する露光手段Ｗのポリゴンミラー２１ｂから像担持体１７までの光路の長さ（光路長）が略同一の長さになるように構成することにより、各光路で走査された光ビームの走査幅も略同一になり、画像信号の形成にも特別な構成を必要としない。したがって、レーザ光源２３は、それぞれ異なる画像信号によってそれぞれ異なった色の画像に対応して変調されるにも関わらず、共通のデータクロック周波数に基づいて変調形成可能であり、共通の反射面を用いるため副走査方向の相対差から生じる色ずれを防止し、構造が簡単で安価なカラー画像形成装置を構成できる。
【００７１】
また、本実施形態においては、装置下方に走査光学系Ｂを配置することにより、画像形成手段の駆動系が装置を支持するフレームへ与える振動による走査光学系Ｂの振動を最小限にすることができ、画質の劣化を防止することができる。とくに、スキャナ手段２１をケースの底部に配置することにより、ポリゴンモータ２１ａ自身がケース全体に与える振動を最小限にすることができ、画質の劣化を防止することができる。また、振動源であるポリゴンモータ２１ａの数を一つにすることによりケース全体に与える振動を最小限にすることができる。
【００７２】
本実施形態においては、各画像ステーションＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋが斜め方向に配設され、かつ像担持体１７が斜めアーチ状のラインに沿って上向きに並列配置されて、画像転写搬送手段１８の搬送方向下向きのベルト面１８ａに接触される関係上、トナー貯留容器２６を斜め下方に傾斜して配置している。
【００７３】
給紙ユニット３０は、記録媒体が積層保持されている給紙カセット３５と、給紙カセット３５から記録媒体を一枚ずつ給送するピックアップローラ３６を備えている。紙搬送ユニット１１は、二次転写部への記録媒体の給紙タイミングを規定するゲートローラ対３７（一方のローラはハウジング１０ａ側に設けられている）と、駆動ローラ１２および画像転写搬送手段１８に圧接される二次転写手段としての二次転写ローラ３９と、主記録媒体搬送路３８と、定着手段４０と、排紙ローラ対４１と、両面プリント用搬送路４２を備えている。
【００７４】
シート材に２次転写された２次画像（未定着トナー像）は、定着手段４０の形成するニップ部で所定の温度で定着される。本実施形態においては、転写ベルトの搬送方向上向きのベルト面１８ｂの斜め上方に形成される空間、換言すれば、転写ベルトに対して画像形成ステーションと反対側の空間に定着手段４０を配設することが可能になり、露光手段Ｗ、画像転写搬送手段１８、画像形成手段への熱伝達を低減することができ、各色の色ずれ補正動作を行う頻度を少なくすることができる。特に、露光手段Ｗは、定着手段４０から最も離れた位置にあり、走査光学系部品の熱による変位を最小限にすることができ、色ズレを防ぐことができる。
【００７５】
本実施形態においては、画像転写搬送手段１８を駆動ローラ１２に対して傾斜する方向に配設しているため、図で右側空間に広いスペースが生じその空間に定着手段４０を配設することができ、コンパクト化を実現することができると共に、定着手段４０で発生する熱が、左側に位置する露光ユニットＷ、画像転写搬送手段１８および各画像形成ステーションＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋへ伝達されるのを防止することができる。また、画像形成ユニットＤの左側下部の空間に露光ユニットＷを配置することができるため、画像形成手段の駆動系がハウジング１０ａへ与える振動による、露光ユニットＷの走査光学系Ｂの振動を最小限に抑えることができ、画質の劣化を防止することができる。
【００７６】
また、本実施形態においては、球形化されたトナーを用いることにより、１次転写効率を高め（略１００％）、各像担持体１７には、１次転写残りトナーを回収するクリーニング手段を設置していない。これにより、３０ｍｍ径以下の感光体ドラムからなる各像担持体１７を近接して配置することが可能となり、装置を小型化することができる。
【００７７】
また、クリーニング手段を設置しないことに伴い、帯電手段としてはコロナ帯電手段１９を採用している。帯電手段がローラである場合は、微量ではあるが像担持体１７上に存在する１次転写残りトナーがローラ上に堆積して帯電不良が発生するが、非接触帯電手段であるコロナ帯電手段１９はトナーが付着しにくく、帯電不良の発生を防ぐことができる。
【００７８】
また、上記実施形態では、中間転写ベルトを画像転写搬送手段１８として像担持体１７に接触させる構成としたが、表面にシート材を吸着して搬送移動し、該シート材の表面にトナー像を順次重ねて転写して画像を形成搬送するシート材搬送ベルトを画像転写搬送手段１８として像担持体１７に接触させる構成としてもよい。この場合、上記各実施形態と異なるのは、画像転写搬送手段１８であるシート材搬送ベルトのベルト搬送方向が像担持体１７に接触する下面で逆方向の上向きになることである。
【００７９】
以上のような画像形成装置全体の作動の概要は次の通りである。
（１）図示しないホストコンピュータ等（パーソナルコンピュータ等）からの印字指令信号（画像形成信号）が画像形成装置１０の制御ユニットに入力されると、各画像形成ステーションＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの像担持体１７、現像手段２０の各ローラ、および画像転写搬送手段１８が回転駆動される。
（２）像担持体１７の外周面が帯電手段１９によって一様に帯電される。
（３）各画像形成ステーションＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋにおいて一様に帯電した像担持体１７の外周面に、露光ユニットＷによって各色の画像情報に応じた選択的な露光がなされ、各色用の静電潜像が形成される。
（４）それぞれの像担持体１７に形成された静電潜像が現像手段２０によりトナー像が現像される。
（５）画像転写搬送手段１８の１次転写部材１６には、トナーの帯電極性と逆極性の一次転写電圧が印加され、像担持体１７上に形成されたトナー像が一次転写部において画像転写搬送手段１８の移動に伴って順次、画像転写搬送手段１８上に重ねて転写される。
（７）この１次画像を１次転写した画像転写搬送手段１８の移動に同期して、給紙カセット３５に収納された記録媒体が、レジストローラ対３７を経て２次転写ローラ３９に給送される。
（８）１次転写画像は、２次転写部位で記録媒体と同期合流し、図示省略した押圧機構によって画像転写搬送手段１８の駆動ローラ１２に向かって押圧された２次転写ローラ３９で、１次転写画像とは逆極性のバイアスが印加され、画像転写搬送手段１８上に形成された１次転写画像は、同期給送された記録媒体に２次転写される。
（９）２次転写に於ける転写残りのトナーは、従動ローラ１３方向へと搬送されて、このローラ１３に対向して配置したクリーニング手段１５によって掻き取られ、そして、画像転写搬送手段１８はリフレッシュされて再び上記サイクルの繰り返しを可能にされる。
（１０）記録媒体が定着手段４０を通過することによって記録媒体上のトナー像が定着し、その後、記録媒体が所定の位置に向け（両面印刷でない場合には排紙トレイ１０ｃに向け、両面印刷の場合には両面プリント用搬送路４２に向け）搬送される。
【００８０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、従来公知または周知の技術を必要に応じて置換または付加することが可能である。
【００８１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ベルトは、加圧ローラと張架部材の協働によって張力が付与されて加熱ローラに巻き付けてニップを形成しているので、容易にニップ長を長く構成することができ、構造が簡単になり小型で安価にすることができる。また、張架部材として、ベルト摺動部材を使用することにより軸受等が不要になり、支持構造が簡単になる。加えて張架部材を半月状とすることにより、加圧ローラ側にその半月欠方向を向けて配置し、加圧ローラに対して極限まで接近した配置が可能になる。このことによりまた、ベルトの周長を短縮して構成することが可能になる。したがって、熱ローラ型定着装置を簡単な構造にして小型で安価にすることができる。さらに、ベルトが必要最小限の経路で移動するので、加熱源を内蔵して回転可能な加熱ローラとのニップ部で加熱されたベルトは、所定の経路で移動する時に奪われる熱エネルギーを最小限に抑えることができると共に、周長が短いので、自然放熱による温度低下も少なく、電源オン時から所望の温度に到達して定着可能になるまでの所謂ウォーミング時間の短縮が可能である。
【００８２】
また、シート材の上に形成した未定着トナー像を安定して定着するには、未定着トナー像を十分に溶融して定着することが必須であり、所望の温度と溶融時間を必要とするが、本発明による構成では、ニップ長を長く構成するために加熱ローラの表面に被覆した弾性体を大きく歪ませてニップ長を長くするような手段は必要ないので、弾性体の厚みは薄く構成可能である。しかも、弾性体を歪ませるために加圧ローラの圧接圧力を大きく設定する必要もなく、未定着トナー像を担持したシート材が加熱ローラとベルトの間を通過するときに通過するシート材へのストレスが小さいので、未定着トナー像の定着後に排出されるシート材に皺発生などのシート材変形が抑制される。
【００８３】
したがって、熱ローラ型定着装置の機械的剛性アップは不要であるばかりでなく、加熱ローラの薄肉厚化が可能であり、加熱源からベルトを加熱する加熱速度が向上する。また、加圧ローラも同様に薄肉厚化が可能であり、熱容量を小さく構成できるので、ベルトからの熱エネルギー吸収が小さく、電源オン時から所望の温度に到達して定着可能になるまでの所謂ウォーミングアップ時間の短縮が可能である。
【００８４】
ベルトが加圧ローラに巻き付く角よりベルトが張架部材に巻き付く角を小さくし、また、加圧ローラの径より張架部材の径を小さくすることにより、ベルトが加圧ローラに巻き付く長さよりベルトが張架部材に巻き付く長さを短くし、ベルトの周長を短縮して構成し、ベルトを必要最小限の経路で移動する構成にするので、熱ローラ型定着装置を簡単な構造にして小型で安価にし、加熱ローラとのニップ部で加熱されたベルトが所定の経路で移動する時に奪われる熱エネルギーを最小限に抑えることができ、自然放熱による温度低下も少なく、電源オン時から所望の温度に到達して定着可能になるまでの所謂ウォーミング時間の短縮が可能になるなど、多くの効果が期待できる。
【００８５】
また、シート材特性に応じて加熱ローラ及び加圧ローラを第１の回転速度とそれより遅い第２の回転速度で選択駆動することにより、未定着トナー像の溶融が適正化され、所望の定着が達成できる。そして、第１の回転速度または第２の回転速度で選択的に駆動しても、未定着トナー像を担持したシート材が加熱ローラとベルトの間を通過するときに通過するシート材へのストレスには変化がなくて小さいので、未定着トナー像の定着後に排出されるシート材に皺発生などのシート材変形が抑制される。したがって、熱ローラ型定着装置の機械的剛性アップは不要であるばかりでなく、加熱ローラ薄肉厚化が可能であり、加熱源からベルトを加熱する加熱速度が向上する。また、加圧ローラも同様に薄肉厚化が可能であり、熱容量が小さく達成できるので、ベルトからの熱エネルギー吸収が小さく、電源オン時から所望の温度に到達して定着可能になるまでの所謂ウォーミングアップ時間の短縮が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る定着装置の実施の形態を示す図である。
【図２】張架部材の位置とニップ領域との関係を説明するための図である。
【図３】ニップ通過位置と定着圧力の変化を示す図である。
【図４】張架部材をベルトの移動方向下流側に設けた本発明に係る定着装置の他の実施の形態を示す図である。
【図５】張架部材をベルトの移動方向下流側に配置した定着装置のニップ通過位置と定着圧力の変化を示す図である。
【図６】張架部材の下流側位置とニップ領域との関係を説明するための図である。
【図７】張架部材としてロール部材を用いてベルトの移動方向上流側に配置した本発明に係る定着装置の他の実施の形態を示す図である。
【図８】張架部材としてロール部材を用いてベルトの移動方向下流側に配置した本発明に係る定着装置の他の実施の形態を示す図である。
【図９】張架部材を加圧ローラの両側に配置した本発明に係る定着装置の他の実施の形態を示す図である。
【図１０】本発明に係る画像形成装置の１実施の形態を示す全体構成の模式的断面図である。
【符号の説明】
１…加熱ローラ、１ａ…ハロゲンランプ、１ｂ…ローラ基材、１ｃ…弾性体、２…加圧ローラ、２ａ…回転軸、３…ベルト、４…張架部材、４ａ…凸部、４ｂ…ガイド部、４ｃ…張力付与部、５…シート材、５ａ…未定着トナー像、６…クリーニング部材、７…フレーム、７ａ…ガイト孔、７ｂ…軸受、８…張架支持部材、８ａ…張力付与バネ、Ｌ…押圧部接線[0001]
[Industrial applications]
The present invention provides a heating roller having a heating source built in with a surface covered with an elastic body, a pressing roller pressing against the heating roller, and being sandwiched between the heating roller wound around the outer periphery of the pressing roller. The present invention relates to a fixing device and an image forming apparatus that include a belt that moves by being moved and a stretching member that stretches the belt, and that fixes an unfixed toner image formed on a sheet material.
[0002]
[Prior art]
In image forming apparatuses such as copiers, printers, and facsimile machines, as a heating roller type fixing device that contacts and fixes an unfixed toner image on a transfer material, an elastic body is coated on the surface, and a built-in heating source is rotatable. A heat-fixing roller, a heat-resistant belt stretched by a plurality of support rollers, and a heat-resistant belt wound around the heat-fixing roller by a predetermined angle to form a nip area and a larger nip area at the exit of the nip area than other parts. A fixing device has been proposed (see Japanese Patent No. 3084692), which is provided with a pressure means for locally applying pressure to generate a distortion in the elastic body on the surface of the heat fixing roller, thereby facilitating discharge of the sheet material from the nip portion. I have.
[0003]
In this conventional fixing device, since the surface of the heat fixing roller is previously distorted due to the presence of the pressure means, the toner is in contact with the surface of the heat fixing roller at the exit of the nip area. Instantaneously releases its surface distortion. Therefore, when the sheet material is discharged from the nip portion, the adhesive force between the toner and the heat fixing roller is reduced so that the sheet material is prevented from winding around the heat fixing roller. Can be easily peeled off. The above-mentioned device eliminates the need for a conventionally required peeling claw.
[0004]
In addition, the roller is bent by the pressure set between the rollers to form a nip length in contact with the roller, and a sheet material carrying an unfixed toner image is passed between the nips to be fixed. There has been proposed a fixing device (see Japanese Patent Publication No. 6-40235) in which a first speed or a second speed is selected and driven as the driving speed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the structure of the above-described conventional fixing device, a heat-resistant belt that is movable by being stretched around a plurality of support rollers is wound around the heat fixing roller by an angle capable of forming a nip by a pressure unit, and is locally provided at an exit of the nip region. Since driving is performed by applying a large pressure, a plurality of support rollers and a rotary bearing thereof are required. Further, the peripheral length of the heat-resistant belt becomes longer, so that the fixing device is not only complicated and large, but also expensive. The complicated, large, and expensive configuration of the fixing device inevitably makes the image forming apparatus equipped with the fixing device complicated, large, and expensive.
[0006]
In addition, the heat-resistant belt is heated at a nip portion between the heat-fixing roller and a rotatable heat-fixing roller with a built-in heating source. In this case, thermal energy is taken away by the plurality of support rollers, and natural heat radiation increases according to the length of the circumference. Therefore, it takes a long time to reach a predetermined temperature, and a so-called warming-up time from when the power is turned on to when the fixing can be performed is long, which is not preferable.
[0007]
Further, in a configuration in which the heat-resistant belt is wound around the heat-fixing roller by an angle capable of forming a nip and a pressure greater than other portions is locally applied at the exit of the nip to form distortion in the elastic layer of the heat-fixing roller, However, the sheet material discharged along the distortion of the elastic layer may curl according to the distortion, or may wrinkle due to local high pressure. It causes deformation such as occurrence.
[0008]
Further, in an apparatus in which the driving speed of the roller is selected to be the first speed or the second speed in accordance with the sheet material characteristics, not only is the heat capacity of the roller large and a long warm-up time is required, but also the The sheet material that passes between the long nips formed by bending the sheet is greatly stressed by this pressure and causes deformation of the sheet material such as curl and wrinkles, similarly to the former device.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and enables simplification, downsizing, and cost reduction of the structure of a heat roller type fixing device, shortens warm-up time, and reduces stress on a sheet material. Thus, deformation of the discharged sheet material such as curling or wrinkling can be suppressed.
[0010]
For this purpose, the present invention provides a fixing device including a heating roller and a pressure roller that presses the heating roller via a belt, wherein the belt is stretched by the pressure roller and a stretching member; The bridging member is arranged at a position where the belt is wound around the heating roller side from a tangent line of a pressing portion between the heating roller and the pressing roller, and is arranged in a non-contact manner with the heating roller.
[0011]
The stretching member is disposed upstream or downstream in the moving direction of the belt from the pressing portion, a sliding member, a half-moon-shaped member, a roller member, the pressure roller or the stretching member Driving, the friction coefficient between the pressure roller and the belt is larger than the friction coefficient between the tension member and the belt, and the angle at which the belt is wound around the pressure roller is such that the belt is wound around the tension member. The diameter of the pressure roller is greater than the diameter of the tension member, and the diameter of the pressure roller is greater than the diameter of the tension member.
[0012]
The pressure roller is driven, the heating roller is driven by the pressure roller via the belt, and the belt is heated by switching the position of the stretching member according to sheet material characteristics. An angle wound around a roller side is changed, and a plurality of rotation speeds are provided as driving means for driving the heating roller and the pressure roller, and the rotation speed is selected and driven according to sheet material characteristics. And a detecting means for detecting the sheet material characteristics, detecting the sheet material characteristics in the course of the progress of the sheet material carrying the unfixed toner image, and selecting the rotation speed according to the sheet material characteristics. And setting means for setting the selection information according to the sheet material characteristics, and according to the sheet material characteristics in a fixing instruction process of the sheet material carrying the unfixed toner image. It was treated with constant, and drives by selecting the rotational speed on the basis of the set contents.
[0013]
The tension member has a convex portion at one end or both ends for regulating the position of the belt in contact with the belt, and a sliding member that slides on an inner peripheral surface of the belt and is disposed between the pressure roller and the tension member. Wherein the pressure roller has a harder surface than an elastic body coated on the surface of the heating roller, and the heating roller has an outer diameter of 60 mm or less and an outer periphery of a pipe material having a thickness of 2 mm or less. And a pressure roller formed of a pipe material having an outer diameter of 60 mm or less and a wall thickness of 2 mm or less.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a fixing device according to the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining a relationship between a position of a stretching member and a nip region, and FIG. 3 is a diagram showing a change in a nip passage position and a fixing pressure. FIG. In the figure, 1 is a heating roller, 1a is a halogen lamp, 1b is a roller substrate, 1c is an elastic body, 2 is a pressing roller, 2a is a rotating shaft, 3 is a belt, 4 is a stretching member, 4a is a convex portion, 4b is a guide portion, 4c is a tension applying portion, 5 is a sheet material, 5a is an unfixed toner image, 6 is a cleaning member, 7 is a frame, 7a is a guide hole, 7b is a bearing, 8 is a stretch supporting member, and 8a is a stretch supporting member. A tension applying spring, L indicates a tangent to the pressing portion.
[0015]
In FIG. 1, a heating roller 1 is formed by coating a pipe material having an outer diameter of 60 mm or less and a wall thickness of 2 mm or less as a roller substrate 1b, and covering an outer periphery thereof with an elastic body 1c of 2 mm or less. And a rotatable heat fixing roller incorporating a halogen lamp 1a as a heating source. The pressure roller 2 is formed of a pipe material having an outer diameter of 60 mm or less and a wall thickness of 2 mm or less, is arranged to face the heating roller 1, and has its rotating shaft 2 a rotatably supported by a bearing 7 b of a frame 7. , And is pressed against the heating roller 1 with a predetermined pressure F via the belt 3.
[0016]
The belt 3 is an endless heat-resistant belt made of a metal pipe such as a stainless steel pipe or a nickel electroformed pipe having a thickness of 0.03 mm or more, or a heat-resistant resin pipe made of polyimide or silicon. It is movably wound around the outer periphery and is stretched between the pressure roller 2 and the stretching member 4. The belt 3 is sandwiched between the heating roller 1 and the pressure roller 2 to form a nip with the heating roller 1.
[0017]
The tension member 4 is, for example, a half-moon-shaped belt sliding member. The tension member 4 is fitted into the inner periphery of the belt 3 to cooperate with the pressure roller 2 to stretch the belt 3 to apply a tension f to the belt 3. The belt 3 is disposed at a position where the nip is formed by winding the belt 3 around the heating roller 1. That is, the stretching member 4 is disposed at a position where the belt 3 is wound around the heating roller 1 side from the pressing portion tangent L of the heating roller 1 and the pressure roller 2. The tension member 4 is provided with a convex portion 4a at one or both ends thereof in order to abut when the belt 3 leans to one side and to control the bias. Further, the tension member 4 is provided with a guide portion 4b and a tension applying portion 4c at both ends thereof so as to be inserted into the inner periphery of the belt 3 to apply tension to the belt 3. The guide portion 4b protrudes in a direction parallel to the rotation shaft 2a in a pin shape, for example, and fits slidably with the guide hole 7a of the frame 7, and the tension applying portion 4c stretches the belt 3. It extends toward the inside of the pressure roller 2 and is urged in a direction away from the pressure roller 2 by a tension applying spring 8a.
[0018]
The frame 7 is a member having a bearing 7b and a guide hole 7a for mounting and supporting the fixing device. The bearing 7b supports the rotation shaft 2a of the pressure roller 2 so as to be rotatable. Guide. The tension support member 8 has the rotation shaft 2a of the pressure roller 2 penetrated therethrough and is slidably supported by the rotation shaft 2a, and accommodates a tension applying spring 8a in a hole. The guide member 4b is guided by the guide hole 7a of the frame 7 while the tension member 4 is inserted into the inner periphery of the belt 3, and the tension applying portion 4c is inserted into the hole of the tension support member 8. As a result, the tension f is applied by the tension applying spring 8a in a direction away from the rotation shaft 2a of the pressure roller 2.
[0019]
The cleaning member 6 is disposed between the pressure roller 2 and the tension member 4 and slides on the inner peripheral surface of the belt 3 to clean foreign matter, abrasion powder, and the like on the inner peripheral surface of the belt 3. The belt 3 is refreshed by removing foreign matter, abrasion powder, and the like, and the cause of instability is removed. In the crescent-shaped stretching member 4, a concave portion can be provided as shown in the figure, and foreign matter or abrasion powder removed by the cleaning member 6 may be stored in the concave portion.
[0020]
When the sheet material 5 passes between the belt 3 and the heating roller 1, the unfixed toner image 5 a is fixed, and the position where the pressure roller 2 presses the heating roller 1 is defined as the nip end position, and Discharged in the direction. In this manner, the nip is formed at the position where the start position and the end position are formed in the tangential state of the heating roller 1, and at the position where the belt 3 is wound around the heating roller 1 from the pressing portion tangent L between the heating roller 1 and the pressure roller 2. Since the nip area is lengthened by disposing the stretching member 4, the nip can be secured without applying a large pressure, and the unfixed toner image 5a can be sufficiently heated and melted and fixed.
[0021]
In the fixing device according to the present invention, the tension member 4 that stretches the belt 3 is disposed on the heating roller 1 by pressing the heating roller 1 with a predetermined pressure F via the belt 3 as shown in FIG. The belt 3 is located at a position where the belt 3 is wound around the heating roller 1 from a pressing portion tangent line L between the roller 1 and the pressure roller 2. It is the guide hole 7a of the frame 7 that determines its position, and the guide hole 7a extends outward from the bearing 7b that supports the rotating shaft 2a of the pressure roller 2 in a direction that allows the tension member 4 to slide. It has an oval shape and regulates it so that it does not move in the direction approaching or leaving the heating roller 1. Correspondingly, the tension applying portion 4c is fitted in the groove of the tension support member 8 and urges outward about the rotation shaft 2a of the pressure roller 2 by a tension applying spring 8a housed therein. Is done. The direction in which the tension f is applied is regulated by the direction of the ellipse on the line AA shown connecting the axis of the pressure roller 2 and the tension member 4, but the axis of the ellipse with respect to the line AA. Alternatively, the heating roller 1 may be inclined in a direction approaching or away from the heating roller 1.
[0022]
In order to stretch the belt 3 by the pressure roller 2 and the tension member 4 and to drive the belt 3 stably, the friction coefficient between the pressure roller 2 and the belt 3 is determined by the tension member 4 and the belt 3. May be set to be larger than the coefficient of friction, but the coefficient of friction may become unstable due to invasion of foreign matter, wear, and the like. In contrast, the angle at which the belt 3 is wound around the tension member 4 is smaller than the angle at which the belt 3 is wound around the pressure roller 2, and the diameter of the tension member 4 is smaller than the diameter of the pressure roller 2. With this setting, the length of the belt 3 sliding on the tension member 4 is shortened, so that the belt 3 can be driven by the pressure roller 2 stably by avoiding unstable factors such as aging and disturbance. it can.
[0023]
In the fixing device according to the present invention, by setting the position where the stretching member 4 that stretches the belt 3 is disposed as described above, the belt 3 is heated by the pressing portion tangent L between the heating roller 1 and the pressure roller 2. Since it is wound around one side, the length of the nip can be freely changed by changing the arrangement position as shown in FIG. For example, when the stretching member 4 is separated from the heating roller 1 from the solid line shown in FIG. 2 and the stretching member 4 is arranged at a position indicated by a dotted line on L, the angle at which the belt 3 winds around the heating roller 1 is reduced, and the nip length is reduced. When the stretching member 4 is moved closer to the heating roller 1 and the stretching member 4 is arranged at a position indicated by a two-dot chain line on H and a position where the stretching member 4 is slightly pressed against the heating roller 1, the belt 3 is heated. And the nip length becomes longer.
[0024]
The unfixed toner image 5a is fixed on the sheet material 5 by passing between the belt 3 and the heating roller 1 with the position where the stretching member 4 slightly presses the heating roller 1 as a nip initial position, and the sheet material 5 is fixed to the heating roller 1. The sheet is discharged in the direction of the tangent L of the pressing portion, with the position pressed by the pressure roller 2 as the nip end position. In this manner, the nip is formed with the initial position and the end position in the tangential state of the heating roller 1, and by fixing a desired nip length, fixing is started at a fixed fixing pressure from the initial position of the nip, and the process speed is increased. The nip can be squeezed without dropping the toner and the time for melting the toner can be extended. Then, a desired pressure is applied between the pressure roller 2 and the heating roller 1 via the belt 3 by the pressure roller 2 at the end position of the nip to smooth the toner surface, thereby improving the fixing while eliminating the sheet material deformation. Can be realized.
[0025]
When the tension member 4 is slid by being driven by the pressure roller 2, the tension member 4 may be supported so as to be freely swingable in a direction to approach or separate from the heating roller 1. When the tension member 4 is configured to be swingable, the belt 3 and the tension member 4 are moved in the direction of the heating roller 1 by the frictional force between the belt 3 and the tension member 4 driven by the rotational driving of the pressure roller 2. The belt 3 is stopped in a state of balance between the oscillating power generated from the frictional force and the pressing force of pressing the belt 3 against the heating roller 1.
[0026]
That is, by providing the swinging mechanism, the sheet material 5 carrying the unfixed toner image 5a can be passed between the heating roller 1 and the belt 3 or in a state where the sheet material 5 does not pass. Even if the thickness of the sheet material is large or small, the pressing force of pressing the belt 3 and the heating roller 1 is uniform, and the stress on the passing sheet material 5 is uniform. Therefore, the sheet material discharged after fixing the unfixed toner image 5a can be prevented from being deformed such as wrinkles. In addition, since the belt 3 is wound around the heating roller 1 by the arrangement of the tension member 4, the pressure contact force between the belt 3 and the heating roller 1 changes due to the frictional force between the belt 1 and the tension member 4, An appropriate pressing force can be obtained by setting the frictional force.
[0027]
For example, there is a difference in the fixing pressure depending on the type of the sheet material, but the fixing pressure can be adjusted by switching the position of the stretching member 4 and changing the nip length. For example, in FIG. 2, if the position of the tension member 4 is changed to a non-contact position away from the heating roller 1, the angle at which the belt 3 winds around the heating roller 1 is reduced, and the length of the nip is reduced. When the tension member 4 becomes shorter, and the position of the tension member 4 is further moved away from the pressure roller 2 (shifted downward in the figure) to a position closer to the heating roller 1, the angle at which the belt 3 winds around the heating roller 1 becomes smaller, and the nip The length becomes shorter. In the illustrated state, the stretching member 4 is also lightly pressed against the heating roller 1 (lightly pressed).
[0028]
In particular, when a toner image of a color image is fixed on a thick sheet material, for example, an OHP sheet, if the toner of each color is not sufficiently fused and fixed, a desired color image is not obtained when viewed directly on the sheet. Even if there is, a desired color image cannot be reproduced in a color image which is transmitted and projected, unlike when viewed directly on an OHP sheet. Therefore, in order to fix a color image without such a problem, it is necessary to take measures such as increasing the pressure at the time of fixing and increasing the time for heating and melting the toner. However, if the fixing pressure is too high, sheet material deformation such as wrinkling or curling of the sheet tends to occur. Further, if the speed of the fixing process is reduced in order to increase the time for heating and melting the toner, the throughput of image formation is reduced. This is because, since the fixing process is the final process, if the speed is reduced, all process speeds must be reduced from the previous developing process.
[0029]
In any case, in the present embodiment, the tension member 4 is disposed at a position where the belt 3 is wound around the heating roller 1. Sufficient time for heating and melting can be secured, and a compact fixing device with a simple structure can be realized. Moreover, the pressing roller 2, which presses against the heating roller 1, applies only an appropriate pressing force necessary for smoothing the toner surface on the sheet. It is not necessary to secure the nip by increasing the size of the sheet, so that the sheet deformation such as the generation of wrinkles in the fixing process can be prevented.
[0030]
FIG. 3A shows how the fixing pressure of the thick sheet material (dotted line), the standard thickness sheet material (solid line), and the thin sheet material (two-dot chain line) when the tension member 4 is fixed is changed. Is shown. With a thicker sheet material, the fixing pressure at the nip initial position is increased by lightly pressing the tension member 4, and a difference in the fixing pressure occurs depending on the sheet material thickness as a whole. In the case where the tension member 4 is not in contact with the heating roller 1, that is, in a configuration in which the stretching member 4 is separated from the heating roller 1, the fixing pressure becomes constant from the nip initial position in the nip region, and the nip end position , The fixing pressure is increased by the pressing by the pressure roller 2. FIG. 3B shows changes in the fixing pressure of a thick sheet material (dotted line), a standard thickness sheet material (solid line), and a thin sheet material (two-dot chain line) when the stretching member 4 is made to be swingable. Is shown. In this case, a predetermined fixing pressure is obtained regardless of the sheet material thickness. FIG. 3C shows a thick sheet material (dotted line), a standard thickness sheet material (solid line) when the position of the tension member 4 is switched to change the angle (nip area) around which the belt is wound around the heating roller, The change in the fixing pressure of a thin sheet material (two-dot chain line) is shown. In this case, since the nip start position is switched, a pressure difference occurs, but the difference is small.
[0031]
FIG. 4 is a view showing another embodiment of the fixing device according to the present invention in which the tension member is provided on the downstream side in the belt moving direction. FIG. 5 is a fixing device in which the tension member is arranged on the downstream side in the belt moving direction. And FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship between the position on the downstream side of the tension member and the nip area.
[0032]
In the above-described embodiment, the stretching member 4 is arranged on the upstream side in the moving direction of the belt 3, but on the contrary, FIG. 4 shows another embodiment in which the stretching member 4 is arranged on the downstream side in the moving direction of the belt 3. The surface of the elastic body 1 c of the heating roller 1 and the surface of the belt 3 move at the same peripheral speed to fix the unfixed toner image 5 a formed on the sheet material 5. If the leading end of the sheet material 5 has a wavy shape, the fixing start state may be unstable. In the present embodiment, the pressing roller 2 presses the heating roller 1 via the belt at the initial position of the nip, so that even if the surface of the belt 3 or the leading end of the sheet material 5 is in a wave shape, the two meet. The state is stable, and an extremely stable unfixed toner image can be fixed.
[0033]
FIG. 5 shows the nip passage position and the change in the fixing pressure in the present embodiment. FIG. 5A shows a thick sheet material (dotted line) when the tension member 4 is fixed, The change of the fixing pressure of a thick sheet material (solid line) and a thin sheet material (two-dot chain line) are shown. In this case, a difference in the fixing pressure occurs depending on the sheet material thickness as a whole, but when the tension member 4 is lightly pressed, the fixing pressure slightly increases at the nip end position in the case of a thicker sheet material. However, if the tension member 4 is separated to form a tangential nip, there is no up portion at the nip end position as shown in the figure. FIG. 5B shows a change in the fixing pressure at the nip passing position when the position of the stretching member is switched, for example, a thick sheet material (dotted line), a standard thickness sheet material (solid line), and a thin sheet material. The position of the stretching member 4 is switched as shown in FIG. 6 corresponding to the sheet material (two-dot chain line). In this case, since the nip end position is switched, a pressure difference occurs, but the difference is small.
[0034]
In each of the above embodiments, since the belt sliding member is used as the stretching member 4, a bearing or the like is not required instead of the rotating member, and the support structure is simplified. In addition, by making the stretching member 4 half-moon-shaped, it is possible to arrange the semi-lunar direction on the pressure roller 2 side and to arrange the tension member 4 as close as possible to the pressure roller 2. This also makes it possible to reduce the circumference of the belt 3. Therefore, the heat roller type fixing device can be made simple and small in size and inexpensive.
[0035]
Further, since the belt 3 moves along a minimum necessary route, the belt 3 is heated at a nip portion between the heating roller 1 and a rotatable heating roller 1 having a built-in heating source. And the circumference is short, so that the temperature drop due to natural heat radiation is also small, and the so-called warming time from when the power is turned on to when the desired temperature is reached and fixation is possible can be shortened. is there.
[0036]
FIG. 7 is a view showing another embodiment of the fixing device according to the present invention, which is arranged on the upstream side in the moving direction of the belt using a roll member as a stretching member, and FIG. 8 is a belt using a roll member as a stretching member. FIG. 9 is a view showing another embodiment of the fixing device according to the present invention disposed on the downstream side in the moving direction of FIG. 9. FIG. 9 is another embodiment of the fixing device according to the present invention in which the stretching members are disposed on both sides of the pressure roller. It is a figure showing a form.
[0037]
In FIG. 7, the stretching member 4 'is not the half-moon shaped stretching member 4 as in the above-described embodiment, but is arranged on the upstream side in the moving direction of the belt 3 using a roller member. On the contrary, FIG. 8 shows an embodiment in which the belt 3 is disposed on the downstream side in the moving direction of the belt 3. Since the tension member 4 'is a roller member, it may be a sliding member, but can also be rotated. By supporting the tension member 4 ′ rotatably, the friction coefficient between the pressure roller 2 and the belt 3 is set to be larger than the friction coefficient between the tension member 4 ′ and the belt 3, and the belt 3 is It can be stably driven by the pressure roller 2 by being stretched by the tension member 2 and the stretching member 4.
[0038]
In the stretching member 4 ′ using a roller member, a driving roller for driving the belt 3 may be used. The input gear 4c 'attached to the rotating shaft 4b' of the tension member 4 'is connected to the driving gear. Therefore, the rotating shaft 4b' is slidably rotated by the intermediate support member 9 through which the rotating shaft 4b 'passes. It is freely supported. Then, a guide portion 9a is provided on the intermediate support member 9 and regulated by a guide hole 7a of the frame 7, and the intermediate support member 9 is urged in a direction away from the pressure roller 2 by a tension applying spring 8a.
[0039]
In these embodiments, the stretching member 4 ′ is arranged at a position separated from the heating roller 1 and in a non-contact state. That is, the tension member 4 ′ is arranged further upstream in the moving direction of the belt 3 than the nip initial position, and when the arrangement is moved toward the heating roller 1, the nip start position moves upstream, so that the nip length is reduced. Can be longer. Conversely, when the arrangement is moved away from the heating roller 1, the nip start position moves upstream, so that the nip length can be shortened. The tension member 4 ′ may be slightly pressed against the heating roller 1.
[0040]
In each of the above embodiments, the tension members 4 and 4 ′ are arranged on the upstream side or the downstream side in the moving direction of the belt 3 with respect to the pressure roller 2. As shown in the figure, it may be arranged on both sides of the upstream and downstream. With this configuration, one or both of the tension members 4 and 4 ′ are lightly pressed against the heating roller 1, and while the pressing roller 2 appropriately applies a desired pressing force to the heating roller 1, the other nip In the region, a uniform fixing pressure can be given. Also, one of the tension members 4, 4 'is lightly pressed against the heating roller 1 and the other is separated from the heating roller 1 so as to be in a non-contact state, so as to be in a non-contact state as shown by a solid line and a two-dot chain line. The nip length can be changed by switching the distance from the side heating roller 1.
[0041]
In order to stably fix the unfixed toner image 5a formed on the sheet material 5, it is essential to sufficiently melt and fix the unfixed toner image 5a, and a desired temperature and melting time are required. However, in the present embodiment, since the nip length can be made long, there is no need for a means for greatly distorting the elastic body 1c coated on the surface of the heating roller 1 to increase the nip length. The thickness of the body 1c can be made thin. In addition, the nip can be sufficiently increased without setting the pressing force of the pressure roller 2 to be large and distorting the elastic body 1c, and the sheet material 5 carrying the unfixed toner image 5a is Since the stress on the sheet material 5 that passes when the sheet material passes through the area 3 is small, deformation of the sheet material 5 such as curling or wrinkling of the sheet material 5 discharged after the fixing of the unfixed toner image 5a can be suppressed. .
[0042]
Therefore, not only is it unnecessary to increase the mechanical rigidity of the heat roller type fixing device, but also the thickness of the heat roller 1 can be reduced, and the heating speed for heating the belt 3 from the heat source is improved. Also, the pressure roller 2 can be similarly made thinner and can be configured to have a small heat capacity, so that heat energy absorption from the belt 3 is small, and the pressure roller 2 reaches a desired temperature from power-on and can be fixed. The so-called warm-up time can be shortened.
[0043]
The configuration for shortening the circumference of the belt 3, minimizing the heat energy taken away by the belt 3, and reducing the temperature decrease due to natural heat radiation is based on the length of the belt 3 wound around the pressure roller 2. This is to shorten the length wound around the tension members 4, 4 '. This means that the angle at which the belt 3 wraps around the tension members 4 and 4 'is smaller than the angle at which the belt 3 wraps around the pressure roller 2, and the tension member is larger than the diameter of the pressure roller 2. 4 and 4 '. As described above, if the belt 3 is configured to have a shorter circumferential length and the belt 3 is configured to move along a minimum necessary path, the heat roller-type fixing device has a simple structure, is small in size and inexpensive, and is heated. When the belt 3 heated in the nip portion with the roller 1 moves along a predetermined path, the heat energy taken away can be minimized, the temperature drop due to natural heat radiation is small, and the desired temperature is reached from when the power is turned on. Many effects can be expected, such as shortening of the so-called warming time until fixing becomes possible.
[0044]
Next, a plurality of rotation speeds and at least two rotation speeds for driving the heating roller 1 and the pressure roller 2 are provided as driving means, and the heating roller 1 and the pressure roller 2 are moved in accordance with sheet material characteristics. Control of the fixing device selectively driven at the first rotation speed and the second rotation speed lower than that will be described. The rotation speed is determined by arranging detection means for detecting sheet material characteristics, and setting means for setting selection information such as rotation speed in advance according to the sheet material characteristics. When the sheet material characteristic is detected in the course of progress, the setting according to the sheet material characteristic is performed in the fixing command process of the sheet material 5 carrying the unfixed toner image 5a, and the rotation speed is selected and driven according to the set content. You. As the setting means, a portion linked to the heat roller type fixing device may be manually operated prior to the fixing instruction, or may be remotely controlled by an electric signal or the like. Similarly, the positions of the stretching members 4, 4 'described with reference to FIGS. 2 and 6 may be switched according to the type of the sheet material.
[0045]
The sheet material 5 carrying the unfixed toner image 5a must be applied to various uses such as a general sheet material such as paper, a thick sheet material having a large heat capacity, and a transparent sheet material (OHP sheet material). is there. Compared with a general sheet material, especially in a thick sheet material having a large heat capacity, a laminated sheet material such as an envelope, and a transparent sheet material (OHP sheet material), the unfixed toner image 5a is sufficiently melted. In order to fix the sheet to the sheet material, a desired melting time is required. In such a case, by selectively driving the heating roller 1 and the pressure roller 2 at the first rotation speed and the second rotation speed lower than the first rotation speed in accordance with the sheet material characteristics, the unfixed toner image 5a is appropriately melted. And a desired fixing can be achieved.
[0046]
Then, even when the sheet material 5 carrying the unfixed toner image 5 a passes between the heating roller 1 and the belt 3 even when selectively driven at the first rotation speed or the second rotation speed, Since there is no change in the stress on the material 5 and the stress is small, deformation of the sheet material 5 such as generation of wrinkles on the sheet material 5 discharged after fixing the unfixed toner image 5a is suppressed. Therefore, not only is it unnecessary to increase the mechanical rigidity of the heat roller type fixing device, but also the thickness of the heat roller can be reduced, and the heating speed for heating the belt from the heat source is improved. Similarly, the pressure roller 2 can also be made thinner and has a smaller heat capacity, so that it absorbs less heat energy from the belt 3 and reaches a desired temperature from power-on until fixing can be performed. The so-called warm-up time can be shortened. As means for selectively changing the rotation speed to drive, for example, means for selectively varying the number of rotations of the drive motor is preferable.
[0047]
In the present embodiment, the outer diameter φ of the heating roller 1 is 0.7 mm, the thickness of the elastic body 1 c is 0.5 mm, the outer diameter φ of the pressure roller 2 is 0.7 mm, the thickness of the heating roller 1 is The nip length was 10 mm with a pressure contact force of 10 kg or less, and a 1000 W columnar halogen lamp 1a was built in as a heating source to achieve a warm-up time of 30 sec.
[0048]
Although the outer shape of the heating roller and the pressure roller is configured to have a small diameter of φ25, the sheet material after fixing the normal toner image does not wind around the heating roller or the belt, and peeling for forcibly peeling the sheet material No means are required. In addition, in color image formation, an image is formed by superimposing toner images of four colors. In the case of a photographic image or the like, an unfixed toner image having a thick toner layer is formed. It becomes easy to wind around. However, in this embodiment, when the sheet material after fixing is wound around the heating roller, the belt acts to draw the belt toward the heating roller via the sheet material. As a result, the sheet material is stretched in a direction away from the heating roller at the nip end position, so that the sheet material after fixing is prevented from being wound around the heating roller due to the conflicting behavior.
[0049]
In the fixing device according to the present embodiment, the heating roller or the pressure roller is the driving roller.In this case, in order to realize stable driving, the hard roller is set as the driving side and the soft roller is driven. It is preferred to be on the side. The pressure roller 2 has a configuration in which the belt 3 is wound around the outer periphery thereof, and the belt 3 is pressed against the elastic body 1 c covering the surface of the heating roller 1 to be driven, and the heating roller 1 is driven. The pressure roller 2 has a surface that is harder than the elastic body 1c that covers at least the surface of the heating roller 1 because the pressure roller 2 determines the conveyance speed of the belt 3, that is, the sheet material 5 carrying the unfixed toner image 5a. And Thereby, the transport speed can be driven stably without deformation.
[0050]
The belt 3, which is stretched and driven by the pressure roller 2 and the tension member 4, meanders due to error factors such as the parallelism between the pressure roller 2 and the tension member 4 and the difference in the circumferential length of the belt 3 in the axial direction. It is often driven. The convex portion 4 a provided at the end of the tension member 4 is used to restrict the deviation by bringing the belt 3 into contact with the belt 3, so that stress is generated on the end surface of the belt 3. If the belt 3 is made of a metal tube such as a stainless steel tube or a nickel electroformed tube, the thickness is 0.03 mm or more. If the belt 3 is made of a heat-resistant resin tube such as polyimide or silicon, the thickness is 0.05 mm or more. High yield strength.
[0051]
When the convex portion 4a is provided at one end of the tension member 4, the relationship between the pressure roller 2 and the tension member 4 may be such that the belt 3 is shifted toward one side, or the belt 3 may be shifted toward the other side of the belt 3. 3 may be provided with a means for assisting one side. In the case where the protrusions 4a are provided at both ends of the tension member 4, the belt 3 meanders in the space between the protrusions at both ends, but the distance between the protrusions at both ends and the width of the belt 3 are properly adjusted. There is no practical problem if the relationship is configured.
[0052]
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the overall configuration showing an embodiment of the image forming apparatus according to the present invention. In the figure, 10 is an image forming apparatus, 10a is a housing, 10b is a door, 11 is a paper transport unit, 15 is a cleaning unit, 17 is an image carrier, 18 is an image transfer and transport unit, 20 is a developing unit, and 21 is a scanner. Means, 21b a rotating polygon mirror, 29 a transfer belt unit, 30 a paper feed unit, 40 a fixing means, W an exposure unit, and D an image forming unit.
[0053]
In FIG. 10, the image forming apparatus 10 of the present embodiment includes a housing 10a, a paper discharge tray 10c formed on an upper part of the housing 10a, and a door body 10b mounted on the front surface of the housing 10a so as to be openable and closable. An exposure unit (exposure unit) W, an image forming unit D, a transfer belt unit 29 having an image transfer / conveyance unit, and a paper feed unit 30 are provided in the housing 10a, and a paper conveyance unit 11 is provided in the door 10b. It is arranged. Each unit is configured to be detachable from the main body, and is configured to be integrally detachable for repair or replacement during maintenance or the like.
[0054]
The image forming unit D includes a plurality of (four in the present embodiment) image forming stations Y (for yellow), M (for magenta), C (for cyan), and K (for black) that form images of different colors. Have. In each of the image forming stations Y, M, C, and K, an image carrier 17 composed of a photosensitive drum, a charging unit 19 composed of a corona charging unit, and a developing device are provided around the image carrier 17. Means 20 are provided. These image forming stations Y, M, C, and K are arranged in parallel below the transfer belt unit 29 so that the image carrier 17 faces upward along a diagonally arched line. The order of arrangement of the image forming stations Y, M, C, K is arbitrary.
[0055]
The transfer belt unit 29 includes a drive roller 12 disposed below the housing 10a and rotated by a drive source (not shown), a driven roller 13 disposed diagonally above the drive roller 12, and a backup roller (tension roller). ) 14, an image transfer / conveying means 18 comprising an intermediate transfer belt stretched between these three or at least two rollers and driven to circulate in the direction indicated by the arrow (counterclockwise X). And cleaning means 15 that comes into contact with the surface. The driven roller 13, the backup roller 14, and the image transfer / conveyance unit 18 are disposed in a direction inclined leftward in the figure with respect to the drive roller 12, whereby the belt conveyance direction X when the image transfer / conveyance unit 18 is driven is directed downward. The belt surface 18a is located below, and the belt surface 18b whose transport direction is upward is located above.
[0056]
Therefore, each of the image forming stations Y, M, C, and K is also disposed in a direction inclined leftward in FIG. The image carrier 17 contacts the downwardly facing belt surface 18a of the image transfer / conveying means 18 along the arched line, and is driven to rotate in the conveying direction of the image transfer / conveying means 18 as shown by the arrow in the figure. You. The image transfer / conveying means 18 in the form of an endless sleeve having flexibility is brought into contact with the image carrier 17 at substantially the same winding angle so as to cover the image carrier 17 from above. The contact pressure and the nip width during the period can be adjusted by controlling the tension applied to the image transfer / conveying means 18 by the tension roller 14, the arrangement interval of the image carrier 17, the winding angle (curvature of the arch), and the like. it can.
[0057]
The drive roller 12 also serves as a backup roller for the secondary transfer roller 39. On the peripheral surface of the drive roller 12, for example, a thickness of about 3 mm and a volume resistivity of 10 5 A rubber layer of Ω · cm or less is formed, and is grounded via a metal shaft to provide a conductive path for a secondary transfer bias supplied via a secondary transfer roller 39. By providing the rubber layer having high friction and shock absorption to the drive roller 12 as described above, it is difficult for the shock when the recording medium enters the secondary transfer section to be transmitted to the image transfer / conveying means 18, and the image quality is deteriorated. Can be prevented. Further, by making the diameter of the drive roller 12 smaller than the diameter of the driven roller 13 and the backup roller 14, the recording paper after the secondary transfer can be easily separated by the elastic force of the recording paper itself. In addition, the driven roller 13 is also used as a backup roller of the cleaning unit 15 described later.
[0058]
Note that the image transfer / conveying means 18 is disposed in a direction inclined rightward in FIG. May be arranged along the diagonal arch in the direction inclined to the right side, that is, in the left-right direction with respect to FIG.
[0059]
Suitable materials for the image transfer / transporting means include PC resin, PET resin, polyimide resin, urethane resin, silicon resin, polyether resin, polyester resin, and the like. For the purpose of setting the degree, the coefficient of friction, and the like to desired characteristics, a corresponding additive may be added, and the rigidity can be set to a desired rigidity by setting the thickness.
[0060]
In the embodiment, the image transfer / conveying means is formed of urethane resin and polyether resin having relatively small rigidity and permanent deformation and leaving no creep. Was set to 4 °, and the contact pressure f acting on the nip portion was set to about 2.8 N (= 40 N × sin 4 °) to set stable transfer conditions. However, in consideration of the above-described materials, if the tension P is set to 10N to 100N by the urging force F of the roller and the winding angle α of the image carrier is set to 0.5 ° to 15 °, the desired transfer condition can be obtained. Has been confirmed to be possible.
[0061]
The primary transfer member 16 is disposed at a position in contact with the inside of the image transfer / conveying means as a transfer bias applying means for forming an image by sequentially superimposing and transferring the toner images. By the application, it is not necessary to apply the pressing force for forming the transfer nip. It is only necessary to make contact with the image transfer / conveying means as a means capable of securing the power supply to the image transfer / conveying means. A conductive brush or the like formed by a group of fibers such as the above can also be used. Therefore, the sliding resistance with the image transfer / conveying means is small, not only the life of each other can be improved, but also the configuration can be made inexpensively.
[0062]
As described above, in the image forming apparatus of the present embodiment, a plurality of image carriers 17 are arranged in parallel, and an endless sleeve having flexibility is provided in a posture having substantially the same winding angle with respect to each image carrier 17. The image transfer / conveying means 18 is stretched around at least two rollers 12 and 13 and is driven to rotate by rotating the image transfer / conveying means 18. The toner image on the body 17 is sequentially superimposed and transferred. By doing so, substantially the same nip is easily formed at the contact portion between the image carrier 17 and the image transfer / conveying means 18 according to the substantially same winding angle, and the contact pressure at the contact portion is also substantially the same. Be composed.
[0063]
On the other hand, in the image carrier 17 and the image transfer / conveying means 18 driven in contact with the image carrier 17, it is preferable that the moving peripheral velocities of the contact portions coincide with each other. It is not realistic to set the speed to be completely constant due to variations in the outer diameter and eccentricity of the drive unit 17 or the eccentricity of the drive unit, the diameter of the drive roller 12 of the image transfer / conveyance unit 18 and the drive unit.
[0064]
Therefore, when these variations are taken into consideration, the moving speed of the image transfer / conveying means 18 becomes relatively faster or slower than the moving speed of the image carrier 17, resulting in variations. It is not preferable in doing. Rather, it is preferable to provide a relative speed difference shifted to one of the image carriers 17 with respect to the image carrier 17. However, when an extreme speed difference is provided, when the toner image conveyed by the image carrier 17 is transferred to the image transfer / conveyance unit 18, the position of the toner image is displaced and the image is disturbed. It is preferable to provide a speed difference.
[0065]
When the speed difference caused by the above contents is set to a relative speed difference shifted to any one of the plurality of image carriers 17, considering the ability from mass production and the limit of image disorder, the speed difference is The speed of the image transfer / conveying means 18 with respect to the moving speed of the image carrier 17 is preferably set to about ± (direction) 3 ± (variation) 2%.
[0066]
Further, when the moving speed of the image carrier 17 and the moving speed of the image transfer / conveying means 18 are constant, the toner image is transferred by the action of the electric energy of the transfer bias. Since the transfer efficiency is improved by adding a mechanical scraping action in addition to the electric energy action, the step of cleaning the transfer residual toner on the image carrier 17 can be eliminated or simplified.
[0067]
Further, when a relative speed difference is provided between the moving speed of the image carrier 17 and the moving speed of the image transfer / conveying means 18, the flexible image transfer / conveying means 18 can be moved between the drive rollers 12 or to the image carrier 17. It is not preferable because slack occurs between the contact nips. Therefore, when the speed of the image transfer / conveyance means 18 is shifted in a direction faster with respect to the image carrier 17, the drive roller 12 of the image transfer / conveyance means 18 is arranged on the downstream side, and the image is conveyed to the image carrier 17. In the case where the speed of the transfer / transport unit 18 is shifted in a slower direction, if the drive roller 12 of the image transfer / transport unit 18 is arranged on the upstream side, the occurrence of the slack can be prevented, and preferable transfer conditions can be set.
[0068]
The cleaning unit 15 is provided on the belt surface 18a facing downward in the transport direction, and removes toner remaining on the surface of the image transfer transport unit 18 after the secondary transfer, and a toner transport unit that transports the collected toner. A member 15b is provided. The cleaning blade 15a is in contact with the image transfer / conveyance means 18 at a portion where the image transfer / conveyance means 18 is wound around the driven roller 13. Further, a primary transfer member 16 is brought into contact with the back surface of the image transfer / conveying means 18 so as to face an image carrier 17 of each of the image forming stations Y, M, C, and K, which will be described later. Is applied with a transfer bias.
[0069]
The exposure unit W is disposed in a space formed obliquely below the image forming unit D disposed obliquely. Further, a sheet feeding unit 30 is disposed below the exposure means W and at the bottom of the housing 10a. The exposure means W is entirely housed in a case, and the case is disposed in a space formed obliquely below the belt surface facing downward in the transport direction. At the bottom of the case, a single scanner means 21 composed of a polygon mirror motor 21a and a polygon mirror (rotating polygon mirror) 21b is horizontally disposed, and a plurality of laser light sources 23 modulated by image signals of respective colors are provided. In the optical system B for reflecting the laser beam by the polygon mirror 21b and deflecting and scanning the image on each image carrier, a single f-θ lens 22 and a scanning optical path for each color are non-parallel to the image carrier 17 respectively. A plurality of reflection mirrors 24 are provided so as to be folded.
[0070]
In the exposure means W having the above configuration, image signals corresponding to each color are emitted from the polygon mirror 21b with a laser beam modulated and formed based on a common data clock frequency, and the f-θ lens 22 and the reflection mirror 24 are emitted. After that, the image is irradiated on the image carriers 17 of the image forming stations Y, M, C, and K to form latent images. By providing the reflection mirror 24, the scanning optical path can be bent, the height of the case can be reduced, and the optical system B can be made compact. In addition, the reflection mirror 24 is arranged so that the scanning optical path length to the image carrier 17 of each of the image forming stations Y, M, C, and K has the same length. In this way, by configuring the optical path length (optical path length) from the polygon mirror 21b of the exposure unit W to the image carrier 17 for each image forming unit D to be substantially the same, scanning in each optical path is performed. The scanning width of the light beam thus obtained becomes substantially the same, and a special configuration is not required for forming an image signal. Therefore, the laser light source 23 can be modulated based on a common data clock frequency and uses a common reflection surface, even though the laser light source 23 is modulated corresponding to images of different colors by different image signals. Therefore, it is possible to prevent color misregistration caused by a relative difference in the sub-scanning direction, and to configure a low-cost color image forming apparatus with a simple structure.
[0071]
In the present embodiment, by disposing the scanning optical system B below the apparatus, it is possible to minimize the vibration of the scanning optical system B due to the vibration applied to the frame supporting the apparatus by the driving system of the image forming unit. The image quality can be prevented from deteriorating. In particular, by arranging the scanner means 21 at the bottom of the case, the vibration applied to the entire case by the polygon motor 21a itself can be minimized, and the image quality can be prevented from deteriorating. Further, by reducing the number of polygon motors 21a, which are vibration sources, to one, vibration applied to the entire case can be minimized.
[0072]
In the present embodiment, each of the image stations Y, M, C, and K is arranged in an oblique direction, and the image carriers 17 are arranged in parallel in an upward direction along an oblique arch-shaped line. The toner storage container 26 is arranged to be inclined obliquely downward because the toner storage container 26 is in contact with the belt surface 18a facing downward in the transport direction.
[0073]
The paper feeding unit 30 includes a paper feeding cassette 35 on which recording media are stacked and held, and a pickup roller 36 for feeding the recording media one by one from the paper feeding cassette 35. The paper transport unit 11 includes a pair of gate rollers 37 (one roller is provided on the side of the housing 10a) that regulates the timing of feeding the recording medium to the secondary transfer unit, the drive roller 12, and the image transfer transport unit 18. A secondary transfer roller 39 as a secondary transfer unit pressed against the recording medium, a main recording medium conveying path 38, a fixing unit 40, a discharge roller pair 41, and a double-sided printing conveying path 42 are provided.
[0074]
The secondary image (unfixed toner image) secondarily transferred to the sheet material is fixed at a predetermined temperature in a nip formed by the fixing unit 40. In the present embodiment, the fixing unit 40 is disposed in a space formed obliquely above the belt surface 18b facing upward in the transport direction of the transfer belt, in other words, in a space opposite to the image forming station with respect to the transfer belt. As a result, heat transfer to the exposure unit W, the image transfer / conveyance unit 18, and the image forming unit can be reduced, and the frequency of performing the color misregistration correction operation for each color can be reduced. In particular, the exposing unit W is located farthest from the fixing unit 40, so that the displacement of the scanning optical system component due to heat can be minimized, and color shift can be prevented.
[0075]
In the present embodiment, since the image transfer / conveying means 18 is disposed in a direction inclined with respect to the drive roller 12, a large space is generated in the right space in the drawing, and the fixing means 40 may be disposed in the space. The heat generated by the fixing unit 40 is transmitted to the exposure unit W, the image transfer / conveying unit 18 and the image forming stations Y, M, C, and K located on the left side. Can be prevented. Further, since the exposure unit W can be arranged in the lower left space of the image forming unit D, the vibration of the scanning optical system B of the exposure unit W due to the vibration applied to the housing 10a by the drive system of the image forming unit is minimized. , And deterioration of image quality can be prevented.
[0076]
Further, in the present embodiment, the primary transfer efficiency is increased (approximately 100%) by using the spherical toner, and a cleaning unit for collecting the primary transfer residual toner is provided in each image carrier 17. I haven't. This makes it possible to arrange the image carriers 17 each formed of a photosensitive drum having a diameter of 30 mm or less in close proximity, and to reduce the size of the apparatus.
[0077]
Since no cleaning means is provided, a corona charging means 19 is employed as the charging means. When the charging means is a roller, a small amount of the primary transfer residual toner present on the image bearing member 17 is deposited on the roller to cause charging failure. Is less likely to adhere toner and can prevent the occurrence of charging failure.
[0078]
In the above-described embodiment, the intermediate transfer belt is configured to be in contact with the image carrier 17 as the image transfer / conveyance unit 18. However, the sheet material is adsorbed on the surface and conveyed, and the toner image is formed on the surface of the sheet material. It is also possible to adopt a configuration in which a sheet material conveying belt for forming and conveying an image by sequentially superimposing and transferring images is brought into contact with the image carrier 17 as the image transfer and conveying means 18. In this case, the difference from the above embodiments is that the belt transport direction of the sheet material transport belt, which is the image transfer / transport unit 18, is upward in the opposite direction on the lower surface in contact with the image carrier 17.
[0079]
The outline of the operation of the entire image forming apparatus as described above is as follows.
(1) When a print command signal (image forming signal) from a host computer or the like (not shown) (personal computer or the like) is input to the control unit of the image forming apparatus 10, the image of each of the image forming stations Y, M, C and K is obtained. The carrier 17, the rollers of the developing unit 20, and the image transfer / conveying unit 18 are driven to rotate.
(2) The outer peripheral surface of the image carrier 17 is uniformly charged by the charging means 19.
(3) In the image forming stations Y, M, C, and K, the outer peripheral surface of the uniformly charged image carrier 17 is selectively exposed according to the image information of each color by the exposure unit W, and is used for each color. An electrostatic latent image is formed.
(4) The developing unit 20 develops the toner images of the electrostatic latent images formed on the respective image carriers 17.
(5) The primary transfer member 16 of the image transfer / conveying means 18 is applied with a primary transfer voltage having a polarity opposite to the charge polarity of the toner, and the toner image formed on the image carrier 17 is transferred to the primary transfer unit at the primary transfer unit. The images are sequentially transferred onto the image transfer / transportation means 18 in a superimposed manner as the conveyance means 18 moves.
(7) The recording medium stored in the paper feed cassette 35 is fed to the secondary transfer roller 39 via the registration roller pair 37 in synchronization with the movement of the image transfer / conveying means 18 which has primarily transferred the primary image. Is done.
(8) The primary transfer image is synchronously merged with the recording medium at the secondary transfer portion, and is pressed by the pressing mechanism (not shown) toward the driving roller 12 of the image transfer / conveying means 18 to form the primary transfer image. A bias having a polarity opposite to that of the next transfer image is applied, and the primary transfer image formed on the image transfer / conveying means 18 is secondarily transferred to a synchronously fed recording medium.
(9) The toner remaining after the transfer in the secondary transfer is conveyed in the direction of the driven roller 13 and is scraped off by the cleaning means 15 arranged opposite to the roller 13. It is refreshed and allowed to repeat the cycle again.
(10) The toner image on the recording medium is fixed by passing the recording medium through the fixing unit 40, and thereafter, the recording medium is directed to a predetermined position (or, in the case of non-double-sided printing, toward the paper discharge tray 10c to perform double-sided printing). In this case, the sheet is conveyed toward the conveyance path 42 for double-sided printing.
[0080]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and conventionally known or well-known techniques can be replaced or added as necessary.
[0081]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, the belt is tensioned by the cooperation of the pressure roller and the tension member, and is wound around the heating roller to form the nip. The length can be made long, the structure can be simplified, and the size can be reduced and the cost can be reduced. Further, by using a belt sliding member as the tension member, a bearing or the like becomes unnecessary, and the support structure is simplified. In addition, by making the stretching member half-moon-shaped, it is possible to arrange the semi-lunar portion on the pressure roller side so as to be as close as possible to the pressure roller. This also makes it possible to reduce the circumference of the belt. Therefore, the heat roller type fixing device can be made simple and small in size and inexpensive. Furthermore, since the belt moves along the minimum necessary route, the belt heated at the nip with the rotatable heating roller with a built-in heating source minimizes the heat energy lost when moving along the predetermined route. In addition, since the circumference is short, the temperature decrease due to natural heat radiation is small, and the so-called warming time from when the power is turned on to when a desired temperature is reached and fixing can be performed can be shortened.
[0082]
Further, in order to stably fix the unfixed toner image formed on the sheet material, it is essential to sufficiently melt and fix the unfixed toner image, and a desired temperature and melting time are required. However, in the configuration according to the present invention, there is no need to provide a means for extending the nip length by greatly distorting the elastic body coated on the surface of the heating roller in order to configure the nip length to be long. It is possible. In addition, there is no need to set the pressure contact pressure of the pressure roller large in order to distort the elastic body, and the sheet material carrying the unfixed toner image passes through the heating roller and the belt. Since the stress is small, deformation of the sheet material such as generation of wrinkles on the sheet material discharged after fixing of the unfixed toner image is suppressed.
[0083]
Therefore, it is not necessary to increase the mechanical rigidity of the heat roller type fixing device, and it is also possible to reduce the thickness of the heat roller, and to increase the heating speed of heating the belt from a heat source. Similarly, the pressure roller can also be made thinner and thinner so that the heat capacity can be reduced, so that the heat energy absorption from the belt is small, and so-called from when the power is turned on to when the desired temperature is reached and fixation is possible. The warm-up time can be reduced.
[0084]
By making the angle at which the belt winds around the tension member smaller than the angle at which the belt winds around the pressure roller, and by making the diameter of the tension member smaller than the diameter of the pressure roller, the belt winds around the pressure roller. The heat roller-type fixing device is simple because the length of the belt wound around the tension member is shorter than the length, the belt is configured to have a shorter circumference, and the belt is moved along the minimum necessary route. The structure is small and inexpensive, the heat energy taken when the belt heated at the nip with the heating roller moves along a predetermined path can be minimized, the temperature drop due to natural heat radiation is small, and the power is turned on. Many effects can be expected, such as shortening of the so-called warming time from when the temperature reaches a desired temperature to when fixing is possible.
[0085]
Further, by selectively driving the heating roller and the pressure roller at the first rotation speed and the second rotation speed lower than the first rotation speed according to the sheet material characteristics, the melting of the unfixed toner image is optimized, and the desired fixing is achieved. Can be achieved. Even when the sheet material carrying the unfixed toner image passes between the heating roller and the belt, even if the sheet material is selectively driven at the first rotation speed or the second rotation speed, a stress is applied to the sheet material passing therethrough. Since there is no change in the sheet material, deformation of the sheet material such as generation of wrinkles in the sheet material discharged after fixing of the unfixed toner image is suppressed. Therefore, not only is it unnecessary to increase the mechanical rigidity of the heat roller type fixing device, but also the thickness of the heat roller can be reduced, and the heating speed for heating the belt from the heat source is improved. Similarly, the pressure roller can be made thinner and has a smaller heat capacity. Therefore, heat energy absorption from the belt is small, and so-called a process from when the power is turned on to when a desired temperature is reached and fixing is possible. The warm-up time can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a fixing device according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a relationship between a position of a stretching member and a nip region.
FIG. 3 is a diagram illustrating a change in a nip passage position and a fixing pressure.
FIG. 4 is a view showing another embodiment of the fixing device according to the present invention in which a tension member is provided on the downstream side in the moving direction of the belt.
FIG. 5 is a diagram illustrating a change in a nip passage position and a fixing pressure of a fixing device in which a stretching member is arranged on a downstream side in a movement direction of a belt.
FIG. 6 is a diagram for explaining a relationship between a downstream position of the stretching member and a nip region.
FIG. 7 is a diagram illustrating another embodiment of the fixing device according to the present invention, which is arranged on the upstream side in the moving direction of the belt using a roll member as a stretching member.
FIG. 8 is a view showing another embodiment of the fixing device according to the present invention, in which a roll member is used as a stretching member and arranged on the downstream side in the movement direction of the belt.
FIG. 9 is a view showing another embodiment of the fixing device according to the present invention in which a stretching member is disposed on both sides of a pressure roller.
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of an overall configuration showing an embodiment of an image forming apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Heating roller, 1a ... Halogen lamp, 1b ... Roller base material, 1c ... Elastic body, 2 ... Pressure roller, 2a ... Rotating shaft, 3 ... Belt, 4 ... Stretching member, 4a ... Convex part, 4b ... Guide Section, 4c: tension applying section, 5: sheet material, 5a: unfixed toner image, 6: cleaning member, 7: frame, 7a: guide hole, 7b: bearing, 8: tension support member, 8a: tension applying spring , L ... tangent to the pressing part
