【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、加熱源を内蔵した熱定着ロールと、該熱定着ロールに押圧する加圧ロールと、該加圧ロールの外周に捲着され前記熱定着ロールとの間に挟持されて移動する耐熱ベルトと、該耐熱ベルトを張架するベルト張架部材とを備え、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およ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ル型定着装置として、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ルと、複数の支持ロール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ル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ル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されている（特許第３０８４６９２号参照）。
【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、予め熱定着ロールの表面に歪みを有しているので、ニップ領域の出口で、熱定着ロール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ルとの付着力を減少させてシート材が熱定着ロール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、これにより従来必要とされてきた剥離爪を不要にしている。
【０００４】
また、表面に弾性体を被覆し加熱源を内蔵して回転する熱定着ロールに対して、接触した状態で走行するエンドレスベルトを張架し、このエンドレスベルトの内側に非回転状態で配置してエンドレスベルトを熱定着ロールに圧接させて定着ニップをを形成するとともに、熱定着ロールの表面弾性層を変形させる圧力パッドを配置して熱定着ロールとエンドレスベルトの間に未定着トナー像を形成したシート材を通過させてトナーをシート材に熱定着させる定着装置が提案されている（特開平６−２６２９０３号公報参照）。この装置によれば、圧力パッドは非回転状態で配置されているので、熱定着ロールから伝達される熱が発散されにくく、熱定着ロールから奪う熱量が少なくいという利点を有している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許第３０８４６９２号の定着装置の構造では、複数の支持ロール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ル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、複数の支持ロール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ルとのニップ部で加熱されるが、複数の支持ロール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、複数の支持ロール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、熱定着ロール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ル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ル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、上記特開平６−２６２９０３号公報の装置は、圧力パッドを非回転状態で配置して熱定着ロールから伝達される熱が発散されにくくし、熱定着ロールから奪う熱量を少なくして経済的な定着装置としているが、ウォーミングアップ時に熱定着ロールからエンドレスベルトを介して圧力パッドに熱が伝達されてしまい、ウォーミングアップ時間が長くなるという問題を有している。また、ベルトを走行させるためのローラが３つ以上必要となり装置が大型化してしまうという問題を有している。
【０００９】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであって、熱ロール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の発生や皺発生など排出されるシート材の変形を抑制することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そのために本発明の定着装置および画像形成装置は、加熱源を内蔵した熱定着ロールと、該熱定着ロールに押圧される加圧ロールと、該加圧ロールの外周に捲着され前記熱定着ロールとの間に挟持されて移動する耐熱ベルトと、該耐熱ベルトを張架するベルト張架部材とを備え、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において、前記ベルト張架部材は、前記熱定着ロールと前記加圧ロールとの押圧部より前記耐熱ベルトの移動方向上流側に揺動可能に配設され、耐熱ベルトを熱定着ロールに巻き付けて定着ニップを形成するとともに、ニップ初期位置での押圧力をＰ１、加圧ロールが熱定着ロールを押圧する押圧部位での押圧力をＰ３、前記ニップ初期位置と押圧部位との間での押圧力をＰ２としたとき、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３の関係を有することを特徴とする。
【００１１】
また、加熱源を内蔵した熱定着ロールと、該熱定着ロールに押圧される加圧ロールと、該加圧ロールの外周に捲着され前記熱定着ロールとの間に挟持されて移動する耐熱ベルトと、該耐熱ベルトを張架するベルト張架部材とを備え、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において、前記ベルト張架部材は、前記熱定着ロールと前記加圧ロールとの押圧部より前記耐熱ベルトの移動方向下流側に揺動可能に配設され、耐熱ベルトを熱定着ロールに巻き付けて定着ニップを形成するとともに、ニップ終了位置での押圧力をＰ１’、加圧ロールが熱定着ロールを押圧する押圧部位での押圧力をＰ３、前記ニップ終了位置と押圧部位との間での押圧力をＰ２としたとき、Ｐ１’＜Ｐ２＜Ｐ３の関係を有することを特徴とする。
【００１２】
また、シート材の非通過時に前記ベルト張架部材と耐熱ベルトとの間にギャップを形成し、シート材の通過時にはベルト張架部材をシート材を介して熱定着ロールに押圧するように構成したことを特徴とする。
また、前記ベルト張架部材は、熱定着ロール方向に付勢する揺動付勢手段によって揺動付勢されることを特徴とする。
また、前記ベルト張架部材は、前記耐熱ベルトの幅方向外側において熱定着ロールに摺接されることを特徴とする。
また、前記ベルト張架部材は、前記加圧ロールの回転軸に揺動可能に支持されていることを特徴とする。
また、前記ベルト張架部材は、前記加圧ロールの回転軸とは異なる軸に揺動可能に支持されていることを特徴とする。
また、前記ベルト張架部材は、ロール状部材であることを特徴とする。
また、前記ベルト張架部材は、半月状部材であることを特徴とする。
【００１３】
また、前記加圧ロールと前記耐熱ベルトとの摩擦係数を前記ベルト張架部材と前記耐熱ベルトとの摩擦係数より大きくしたことを特徴とする。
また、前記加圧ロールと前記耐熱ベルトの巻き付き角より前記ベルト張架部材と前記耐熱ベルトの巻き付き角を小さくしたことを特徴とする。
また、前記加圧ロールの径より前記ベルト張架部材の径を小さくしたことを特徴とする。
また、前記熱定着ロールと前記耐熱ベルトとの当接圧力分布は、前記熱定着ロールと前記加圧ロールが圧接する部分で最高圧になることを特徴とする。
また、前記熱定着ロールおよび加圧ロールは、表面に弾性層を備え、熱定着ロールと加圧ロールの押圧部位では双方の弾性層が略均等に弾性変形されることを特徴とする。
また、前記加圧ロールを駆動し、前記熱定着ロールは前記耐熱ベルトを介して従動されることを特徴とする。
【００１４】
また、前記熱定着ロールおよび前記加圧ロールを駆動する駆動手段として、第１の回転速度と該第１の回転速度より遅い第２の回転速度を有し、前記シート材特性に応じて選択駆動することを特徴とする。
また、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て選択駆動することを特徴とする。
また、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、該設定内容に基づいて選択駆動することを特徴とする。
前記ベルト張架部材は、一端または両端に前記耐熱ベルトが当接して位置規制する突壁を有することを特徴とする。
また、前記耐熱ベルトの内周面に摺接して前記加圧ロールと前記ベルト張架部材との間にクリーニング部材を配置したことを特徴とする。
【００１５】
【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、本発明の定着装置の１実施形態を示し、図１（Ａ）は断面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＹ−Ｙ線に沿って矢印方向に見た断面図であり、装置の右半分は省略している。図中、１は熱定着ロール、１ａはハロゲンランプ、１ｂはロール基材、１ｃは弾性体、２は加圧ロール、２ａは回転軸、２ｂはロール基材、２ｃは弾性体、３は耐熱ベルト、４はベルト張架部材、４ａは突壁、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、９はスプリング、Ｌは押圧部接線を示す。
【００１６】
図１において、熱定着ロール１は、外径２５ｍｍ程度、肉厚０．７ｍｍ程度のパイプ材をロール基材１ｂとして、その外周に厚み０．４ｍｍ程度の弾性体１ｃを被覆して形成し、ロール基材１ｂの内部に加熱源として１０５０Ｗ、２本の柱状ハロゲンランプ１ａを内蔵して回転可能にしたものである。加圧ロール２は、外径２５ｍｍ程度、肉厚０．７ｍｍ程度のパイプ材をロール基材２ｂとして、その外周に厚み０．２ｍｍ程度の弾性体２ｃを被覆して形成し、熱定着ロール１と加圧ロール２の圧接力を１０ｋｇ以下、ニップ長を１０ｍｍ程度で構成し、熱定着ロール１に対向して配置し、図示矢印方向に回転可能にした構造になっている。
【００１７】
本実施形態によれば、熱定着ロール１および加圧ロール２の外径を２５ｍｍ程度の小径に構成しているため、定着後のシート材が熱定着ロール１または耐熱ベルト３に巻き付くこともないので、シート材を強制的に剥がすための手段を不要にしている。また、熱定着ロール１の弾性体１ｃの表層には約３０μｍのＰＦＡ層を設ければ、その分だけ剛性が向上して弾性体１ｃ、２ｃの厚みは異なるが、略均一な弾性変形をして所謂水平ニップが形成されて熱定着ロール１の周速に対して耐熱ベルト３またはシート材５の搬送速度に差異が生じることもなく、極めて安定した画像定着が可能となる。
【００１８】
本実施形態においては、熱定着ロール１の内部に２本の加熱源１ａを内蔵しており、このハロゲンランプの発熱エレメントを異なった配置に構成して選択的に点灯すると、後述する耐熱ベルト３が熱定着ロール１に巻き付いた定着ニップ部位とベルト張架部材４が熱定着ロール１に摺接する部位のような異なった条件や、幅の広いシート材と幅の狭いシート材とのように異なった条件下での温度コントロールを容易に行うことができる。
【００１９】
耐熱ベルト３は、熱定着ロール１と加圧ロール２との間に挟持されて加圧ロール２とベルト張架部材４の外周に張架され移動可能になったエンドレスのベルトであり、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等管で構成される。
【００２０】
ベルト張架部材４は、熱定着ロール１と加圧ロール２のニップ部よりもシート材５搬送方向上流側に配設されるとともに、加圧ロール２の回転軸２ａを中心として矢印Ｐ方向に揺動可能に配設されている。ベルト張架部材４は、シート材５が定着ニップを非通過の状態において耐熱ベルト３を熱定着ロール１の接線方向に張架する構成にしている。シート材が定着ニップに進入する初期位置で定着圧力が大きいと進入がスムーズに行われなくて、シート材先端に折れた状態で定着される場合があるが、耐熱ベルト３を熱定着ロール１の接線方向に張架する構成にすると、シート材の進入がスムーズに成される導入口部が形成でき、安定したシート材の進入を可能にする。
【００２１】
このベルト張架部材４は、耐熱ベルト３の内周に嵌挿して加圧ロール２と協働して耐熱ベルト３に張力ｆを付与すると共に、耐熱ベルト３を熱定着ロール１に巻き付けてニップを形成する位置に配置した、略半月状のベルト摺動部材（耐熱ベルト３はベルト張架部材４上を摺動する）である。ベルト張架部材４は、耐熱ベルト３が熱定着ロール１と加圧ロール２との押圧部接線Ｌより熱定着ロール１側に巻き付けてニップを形成する位置に配置される。突壁４ａは、ベルト張架部材４の一端または両端に突設され、耐熱ベルト３が一方に寄った場合にこの突壁４ａに当接して寄り規制を行うためのものである。突壁４ａの熱定着ロール１と反対側端部とフレーム間にスプリング９が配設され、ベルト張架部材４の突壁４ａは熱定着ロール１に軽押圧され、ベルト張架部材４が熱定着ロール１に摺接して位置決めされる。
【００２２】
耐熱ベルト３を加圧ロール２とベルト張架部材４により張架して加圧ロール２で安定して駆動するには、加圧ロール２と耐熱ベルト３との摩擦係数をベルト張架部材４と耐熱ベルト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、加圧ロール２と耐熱ベルト３の巻き付け角よりベルト張架部材４と耐熱ベルト３の巻き付け角が小さくなるように、また、加圧ロール２の径よりベルト張架部材４の径が小さくなるように設定すると、耐熱ベルト３がベルト張架部材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耐熱ベルト３を加圧ロールで安定して駆動することができる。
【００２３】
クリーニング部材６は、加圧ロール２とベルト張架部材４との間に配置して、耐熱ベルト３の内周面に摺接して耐熱ベルト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、このような異物や摩耗粉等をクリーニングすることで耐熱ベルト３をリフレッシュして不安定要因を除去している。また、ベルト張架部材４に設けた凹部４ｆは、この除去した異物や摩耗粉等の収納に好適である。
【００２４】
シート材５は、ベルト張架部材４が熱定着ロール１に軽押圧される位置をニップ初期位置として耐熱ベルト３と熱定着ロール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、熱定着ロール１に加圧ロール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。
【００２５】
次に、加圧ロール２とベルト張架部材４の支持構造について説明する。加圧ロール２の両端の回転軸２ａは、左右のフレーム７に軸受７ａを介して回転自在に支持されている。加圧ロール２の回転軸２ａの両側には、揺動アーム４ｂが回転自在に嵌合され、この揺動アーム４ｂのベルト張架部材４側にはガイド溝４ｃが形成されている。一方、ベルト張架部材４の両端には、加圧ロール２側に延設されたガイド部４ｄが形成されており、このガイド部４ｄがスプリング４ｅを介して前記揺動アーム４ｂのガイド溝４ｃ内に嵌挿されている。これにより、ベルト張架部材４は、スプリング４ｅにより加圧ロール２から離れる方向に付勢され耐熱ベルト３に張力ｆが付与される構造になっている。
【００２６】
本実施形態においては、ベルト張架部材４として、耐熱ベルト３を摺動させる非回転部材として使用し、回転部材ではないので軸受等が不要であり、支持構造が簡単になる。加えてベルト張架部材４を略半月状とすることにより、加圧ロール２側にその半月欠方向を向けて配置し、加圧ロール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、耐熱ベルト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、熱ロール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。
【００２７】
また、耐熱ベルト３が必要最小限の経路で移動するので、耐熱ベルト３は、加熱源を内蔵して回転可能な熱定着ロール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アップ時間の短縮が可能である。
【００２８】
また、耐熱ベルトは、加圧ロールとベルト張架部材の協働によって張力が付与されて熱定着ロール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。さらに、耐熱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熱定着ロールとのニップ部で加熱された耐熱ベルトは、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アップ時間の短縮が可能である。
【００２９】
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熱定着ロール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ル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熱定着ロールと耐熱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。
【００３０】
したがって、熱ロール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、熱定着ロールの薄肉厚化が可能であり、加熱源から耐熱ベルトを加熱する加熱速度が向上する。また、加圧ロール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、耐熱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。
【００３１】
図２〜図５は、図１の詳細構造を示し、図２は図１（Ａ）のＸ−Ｘ線で切断し矢印方向に見た断面図、図３は、図１（Ａ）で耐熱ベルトを除去した一部拡大断面図、図４は図３で耐熱ベルト３を装着した図、図５は図４でシート材の通過時の状態を示す図である。
【００３２】
図２および図３において、ベルト張架部材４の突壁４ａは熱定着ロール１に摺接面４ｇで摺接し位置決めされている。ベルト張架部材４の摺接面４ｇと耐熱ベルト３を押圧してシート材を熱定着ロール１に押圧する押圧面４ｈとの間に、耐熱ベルト３の厚みより大きなギャップ（段差）Ｇを設け、押圧面４ｈは定着ロール１と同心円状に形成されている。具体的には、ギャップは１１０μｍ程度の段差で構成し、耐熱ベルト３は８０μｍ程度の厚みで構成し、これにより３０μｍ程度の空隙を確保し、６０μｍ程度の厚みを有するシート材でも安定した定着を可能にしている。
【００３３】
図４は耐熱ベルト３を装着した図であり、耐熱ベルト３は、熱定着ロール１と加圧ロール２間のニップ部に圧接されるとともに、その上流側で熱定着ロール１に巻き付けてニップ初期位置で耐熱ベルト３を熱定着ロール１に押圧している。定着工程の前工程でシート材上に未定着トナー像を形成するプロセス工程の速度と、定着工程の速度を完全に一致させることは、量産上の種々の部品寸法のバラツキを考慮すると現実的ではない。そこで、このバラツキを考慮してシート材上に未定着トナー像を形成プロセス工程の速度に比較して定着工程の速度を早くするか遅くするか、いずれか一方側に設定して前後工程の速度バランスを構築するが、定着ニップにシート材が進入する初期位置でシート材を確実にグリップしてシート材の進入速度を明確にする必要があり、上記のように構成すると、この目的が達成される。
また、ロールの弾性体表面と耐熱ベルト表面は同一の周速度で移動してシート材上に形成した未定着トナー像を定着するものであるが、耐熱ベルト表面がウエーブ状になっていたりシート材先端部がウエーブ状になっていたりすると、定着開始状態が不安定になる場合がある。そこで、ニップ初期位置で耐熱ベルト３を熱定着ロール１に押圧する構成にすると、双方の合流状態が安定するので、極めて安定した未定着トナー像の定着が可能になる。
そして、本実施形態においては、シート材５が非通過のこの状態では、耐熱ベルト３とベルト張架部材４との間にギャップＧが形成されている。従って、ウオーミングアップ時には、前記ギャップＧの空隙が断熱層となって熱定着ロール１から耐熱ベルト３を介して奪い取る熱量が小さくなるので、熱ロスが減少し、ウオーミングアップ時間の短縮を図ることができる。
【００３４】
一方、シート材５が定着ニップを通過する時は、図５に示すように、ベルト張架部材４の突壁４ａは熱定着ロール１から離間され、耐熱ベルト３とベルト張架部材４との間のギャップＧはなくなって、シート材５は定着ニップ部において耐熱ベルト３に押圧され、熱定着ロール１に押圧されるので、この押圧力をスプリング９（図１）により所望の圧力に調節すれば、適正な定着を達成することができる。
【００３５】
また、ギャップＧの存在のため、ベルト張架部材４が熱定着ロール１から加熱されて蓄熱する熱量が少ないので、シート材５が定着ニップに進入したときにシート材５上に形成された未定着トナー像５ａの反対側の面は、熱容量の小さな耐熱ベルト３を冷却するが、ベルト張架部材４側から加熱される熱量は少ない構成となっている。そのため、シート材５上の第１面に形成した未定着トナー像を定着した後に再び反対側の第２面に未定着トナー像を定着する両面画像定着の場合には、第２面を定着するときに先に定着した第１面の画像を必要以上に加熱して画像を乱すことがない。
【００３６】
本実施形態においては、図１（Ａ）に示すように、揺動付勢手段としてアシストするスプリング９をベルト張架部材４の揺動支点から離れた熱定着ロール１と加圧ロール２との押圧部より耐熱ベルト３の移動方向上流側に配置している。熱定着ロール１または加圧ロール２の一方を駆動すると耐熱ベルト３が駆動され、この駆動力と耐熱ベルト３とベルト張架部材４の摺動摩擦力によってベルト張架部材４は熱定着ロール１方向に揺動するが、この揺動移動力のみではシート材５上に形成した未定着トナー像を定着する定着圧力が不足する場合がある。そこで、この揺動移動力をアシストして所望の定着圧力に設定すると極めて安定した未定着トナー像の定着が可能となる。
【００３７】
図６は、本実施形態の特徴を説明するための図であり、図６（Ａ）は断面図、図６（Ｂ）はニップ通過位置における定着圧力を示す図である。本実施形態においては、揺動付勢手段であるスプリング９をベルト張架部材４の揺動支点から離れた熱定着ロール１と加圧ロール２との押圧部より耐熱ベルト３の移動方向上流側に配置しているため、テコのメカニズムにより図６（Ｂ）に示すように、ニップ初期位置から熱定着ロール１と加圧ロール２との押圧部に向かって連続的に加圧力を高めることが可能であり、シート材に変曲点のあるストレスを付与しないので、定着画像に定着ムラ等が発生せず、極めて安定した未定着トナー像の定着が可能になるばかりでなく、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を抑制することができる。
【００３８】
このとき、ニップ初期位置での押圧力をＰ１、加圧ロール２が熱定着ロール１を押圧する押圧部位での押圧力をＰ３、ニップ初期位置と押圧部位との間での押圧力をＰ２としたとき、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３の関係となり、加圧ロール２が熱定着ロール１を押圧する押圧部位での押圧力Ｐ３が最高圧になる。例えばシート材の表面に凹凸があったり、ＯＨＰシートなどのように表面が極めて平滑で気密性に富んだ材質で溶融したトナー像が浸透しにくい場合には、シート材がニップを通過する最後の段階で溶融したトナーに対して溶融段階より高い圧力を付与するので、溶融したトナーの表面をより平滑にならしめるとともに、シート材への浸透作用を促進して定着画像をさらに安定させることができる。
【００３９】
図７は、図１の定着装置の変形例を示し、図７（Ａ）は断面図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）のＹ−Ｙ線に沿って矢印方向に見た断面図である。なお、以下の説明において、前述の実施形態と同一の構成については同一番号を付して説明を省略する。
本例が図１の実施形態と比較して相違する点は、図１の実施形態においては、ベルト張架部材４を加圧ロール２の回転軸２ａと共通の軸で所定の角度分、揺動可能に構成しているのに対して、本例においては、ベルト張架部材４を加圧ロール２の回転軸２ａとは異なる軸７ｂで所定の角度分、揺動可能に構成している点である。
【００４０】
すなわち、回転軸２ａの軸心とは異なる位置に配置した軸７ｂの両側には、揺動アーム４ｂが回転自在に嵌合され、この揺動アーム４ｂのベルト張架部材４側にはガイド溝４ｃが形成されている。一方、ベルト張架部材４の両端には、加圧ロール２側に延設されたガイド部４ｄが形成されており、このガイド部４ｄがスプリング４ｅを介して前記揺動アーム４ｂのガイド溝４ｃ内に嵌挿されている。これにより、ベルト張架部材４は、スプリング４ｅにより加圧ロール２から離れる方向に付勢され耐熱ベルト３に張力ｆが付与される構造になっている。
【００４１】
これにより、ベルト張架部材４に作用する回転モーメントを変化させることができ（図７の例では回転モーメントを大きくさせる）、軸７ｂの位置により耐熱ベルト３と熱定着ロール１の圧接する圧接力を調整することができる。なお、本例においても、図２に示すように、ベルト張架部材４の摺接面４ｇと耐熱ベルト３を押圧してシート材を熱定着ロール１に押圧する押圧面４ｈとの間に、耐熱ベルト３の厚みより大きなギャップ（段差）Ｇを設けている。
【００４２】
図８は、図１の定着装置の変形例を示す断面図である。本例においては、ベルト張架部材４をロール状の非回転部材としている。なお、本例においても、図２に示すように、ベルト張架部材４の摺接面４ｇと耐熱ベルト３を押圧してシート材を熱定着ロール１に押圧する押圧面４ｈとの間に、耐熱ベルト３の厚みより大きなギャップ（段差）Ｇを設けている。
【００４３】
図９〜図１０は、本発明の定着装置の他の実施形態を示し、図９（Ａ）は断面図、図９（Ｂ）は図９（Ａ）のＹ−Ｙ線に沿って矢印方向に見た断面図、図１０はシート材非通過時の状態を示し、図１０（Ａ）は図９（Ａ）の一部拡大断面図、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）のＸ−Ｘ線で切断し矢印方向に見た断面図、図１１はシート材通過時の状態を示し、図１１（Ａ）は図９（Ａ）の一部拡大断面図、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）のＸ−Ｘ線で切断し矢印方向に見た断面図である。なお、前記実施形態と同一の構成については同一番号を付けて説明を省略する。
【００４４】
前記実施形態がベルト張架部材４を熱定着ロール１と加圧ロール２の押圧部よりもシート材５搬送方向上流側に配設したのに対して、本実施形態は、図９に示すように、ベルト張架部材４は、熱定着ロール１と加圧ロール２の押圧部よりもシート材５搬送方向下流側に配設され、加圧ロール２の回転軸２ａを中心として矢印Ｐ方向に揺動可能に配設されている。このベルト張架部材４は、耐熱ベルト３の内周に嵌挿して加圧ロール２と協働して耐熱ベルト３に張力ｆを付与すると共に、耐熱ベルト３を熱定着ロール１に巻き付けてニップを形成する位置に配置した、半月状のベルト摺動部材である。ベルト張架部材４は、耐熱ベルト３を熱定着ロール１に巻き付けてニップを形成するニップ終了位置で熱定着ロール１の接線Ｌに接する位置に配置される。
【００４５】
シート材５は、ベルト張架部材４が熱定着ロール１に圧接する位置をニップ初期位置として耐熱ベルト３と熱定着ロール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、ニップ終了位置で押圧部接線Ｌの方向に排出される。
【００４６】
図１０に示すように、ベルト張架部材４の突壁４ａは熱定着ロール１に摺接面４ｇで摺接し位置決めされている。ベルト張架部材４の摺接面４ｇと耐熱ベルト３を押圧してシート材を熱定着ロール１に押圧する押圧面４ｈとの間に、耐熱ベルト３の厚みより大きなギャップ（段差）Ｇを設け、押圧面４ｈは定着ロール１と同心円状に形成されている。具体的には、ギャップは１１０μｍ程度の段差で構成し、耐熱ベルト３は８０μｍ程度の厚みで構成し、これにより３０μｍ程度の空隙を確保し、６０μｍ程度の厚みを有するシート材でも安定した定着を可能にしている。
【００４７】
耐熱ベルト３は、熱定着ロール１と加圧ロール２間のニップ部に圧接されるとともに、その下流側で熱定着ロール１に巻き付けてニップ終了位置で耐熱ベルト３を熱定着ロール１に押圧している。
そして、本実施形態においては、シート材５が非通過のこの状態では、耐熱ベルト３とベルト張架部材４との間にギャップＧが形成されている。従って、ウオーミングアップ時には、前記ギャップＧの空隙が断熱層となって熱定着ロール１から耐熱ベルト３を介して奪い取る熱量が小さくなるので、熱ロスが減少し、ウオーミングアップ時間の短縮を図ることができる。
【００４８】
一方、シート材５が定着ニップを通過する時は、図１１に示すように、ベルト張架部材４の突壁４ａは熱定着ロール１から離間され、耐熱ベルト３とベルト張架部材４との間のギャップＧはなくなって、シート材５は定着ニップ部において耐熱ベルト３に押圧され、熱定着ロール１に押圧されるので、この押圧力をスプリング９（図１）により所望の圧力に調節すれば、適正な定着を達成することができる。
【００４９】
また、ギャップＧの存在のため、ベルト張架部材４が熱定着ロール１から加熱されて蓄熱する熱量が少ないので、シート材５が定着ニップに進入したときにシート材５上に形成された未定着トナー像５ａの反対側の面は、熱容量の小さな耐熱ベルト３を冷却するが、ベルト張架部材４側から加熱される熱量は少ない構成となっている。そのため、シート材５上の第１面に形成した未定着トナー像を定着した後に再び反対側の第２面に未定着トナー像を定着する両面画像定着の場合には、第２面を定着するときに先に定着した第１面の画像を必要以上に加熱して画像を乱すことがない。
【００５０】
熱定着ロール１または加圧ロール２の一方を駆動すると耐熱ベルト３が駆動され、この駆動力と耐熱ベルト３とベルト張架部材４の摺動摩擦力によってベルト張架部材４は熱定着ロール１から離れる方向に揺動移動するが、この揺動移動力に打ち勝ってベルト張架部材４を所望の付勢力で熱定着ロール１方向に付勢して、所望の定着圧力を設定すると極めて安定した未定着トナー像の定着が可能になる。
そこで、本実施形態においては、揺動付勢手段としてアシストするスプリング９をベルト張架部材４の揺動支点から離れた熱定着ロール１と加圧ロール２との押圧部より耐熱ベルト３の移動方向下流側に配置している。
【００５１】
図１２はベルト張架部材４の揺動移動力をアシストした場合の定着圧力を示している。本実施形態においては、スプリング９をベルト張架部材４の揺動支点から離れた熱定着ロール１と加圧ロール２との押圧部より耐熱ベルト３の移動方向下流側に配置しているため、テコのメカニズムにより図１２に示すように、熱定着ロール１と加圧ロール２との押圧部位から連続的に加圧力を低減して付与することが可能であり、シート材に変曲点のあるストレスを付与しないので、定着画像に定着ムラ等が発生せず、極めて安定した未定着トナー像の定着が可能になるばかりでなく、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を抑制することができる。
【００５２】
このとき、ニップ終了位置での押圧力をＰ１’、加圧ロール２が熱定着ロール１を押圧する押圧部位での押圧力をＰ３、前記ニップ終了位置と押圧部位との間での押圧力をＰ２としたとき、Ｐ１’＜Ｐ２＜Ｐ３の関係となり、加圧ロール２が熱定着ロール１を押圧する押圧部位での押圧力Ｐ３が最高圧になる。
【００５３】
図１３は、図９の実施形態の変形例を示し、図１３（Ａ）は断面図、図１３（Ｂ）は図１３（Ａ）のＹ−Ｙ線に沿って矢印方向に見た断面図である。
本実施形態が図９の実施形態と比較して相違する点は、前記実施形態においては、ベルト張架部材４を加圧ロール２の回転軸２ａと共通の軸で所定の角度分、揺動可能に構成しているのに対して、本実施形態においては、ベルト張架部材４を加圧ロール２の回転軸２ａとは異なる軸７ｂで所定の角度分、揺動可能に構成している点である。
【００５４】
すなわち、回転軸２ａの軸心とは異なる位置に配置した軸７ｂの両側には、揺動アーム４ｂが回転自在に嵌合され、この揺動アーム４ｂのベルト張架部材４側にはガイド溝４ｃが形成されている。一方、ベルト張架部材４の両端には、加圧ロール２側に延設されたガイド部４ｄが形成されており、このガイド部４ｄがスプリング４ｅを介して前記揺動アーム４ｂのガイド溝４ｃ内に嵌挿されている。これにより、ベルト張架部材４は、スプリング４ｅにより加圧ロール２から離れる方向に付勢され耐熱ベルト３に張力ｆが付与される構造になっている。
これにより、ベルト張架部材４に作用する回転モーメントを変化させることができ（図１３の例では回転モーメントを大きくさせる）、耐熱ベルト３と熱定着ロール１の圧接する圧接力を調整することができる。
【００５５】
本発明においては、熱定着ロールまたは加圧ロールが駆動ロールとなるが、この場合、安定な駆動を実現するには、硬い方のロールを駆動側とし、柔らかい方のロールを従動側とするのが好適である。加圧ロール２は、その外周に耐熱ベルト３を捲着して熱定着ロール１の表面に被覆した弾性体１ｃに対して耐熱ベルト３を圧接して駆動し、熱定着ロール１は従動する構成となる。加圧ロール２は、耐熱ベルト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、少なくとも熱定着ロール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。
【００５６】
本発明においては、上記した構造に加えて、回転速度の選択を組み合わせることもできる。その駆動速度の制御について説明する。駆動手段は、熱定着ロール１及び加圧ロール２を駆動するために２つの回転速度を有し、シート材特性に応じて熱定着ロール１及び加圧ロール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６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ル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。
【００５７】
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熱定着ロール１及び加圧ロール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。
【００５８】
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が熱定着ロール１と耐熱ベルト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、熱ロール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、熱定着ロール薄肉厚化が可能であり、加熱源から耐熱ベルトを加熱する加熱速度が向上する。また、加圧ロール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、耐熱ベルト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、選択的に駆動する選択手段としては、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。
【００５９】
図１４は、本発明の画像形成装置の１実施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、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。
【００６０】
図１４において、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１８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。
【００６１】
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。
【００６２】
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ル１２と、駆動ロール１２の斜め上方に配設される従動ロール１３と、テンションロール１４と、これら３本、少なくとも２本のロール間に張架されて図示矢印方向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。従動ロール１３、テンションロール１４および画像転写搬送手段１８は、駆動ロール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。
【００６３】
したがって、各画像形成ステーションＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋも駆動ロール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に接触され、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け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、テンションロール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、巻き付け角度（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。
【００６４】
駆動ロール１２は、２次転写ロール３９のバックアップロールを兼ねている。駆動ロール１２の周面には、例えば厚さ３ｍｍ程度、体積抵抗率が１０５ Ω・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次転写ロール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ル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次転写部へシート材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、駆動ロール１２は、その径を従動ロール１３、バックアップロール１４の径より小さくすることにより、２次転写後のシート材がシート材自身の弾性力で剥離し易くすることができる。また、従動ロール１３を後述するクリーニング手段１５のバックアップロールとして兼用させている。
【００６５】
なお、画像転写搬送手段１８を駆動ロール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も駆動ロール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配設してもよい。
【００６６】
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、従動ロール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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
また、本実施形態においては、装置下方に走査光学系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。
【００７０】
給紙ユニット３０は、シート材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からシート材を一枚ずつ給送するピックアップロール３６を備えている。紙搬送ユニット１１は、二次転写部へのシート材の給紙タイミングを規定するゲートロール対３７（一方のロールはハウジング１０ａ側に設けられている）と、駆動ロール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ル３９と、主記録媒体搬送路３８と、定着手段４０と、排紙ロール対４１と、両面プリント用搬送路４２を備えている。
【００７１】
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。本例においては、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。
【００７２】
本実施形態においては、画像転写搬送手段１８を駆動ロール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。
【００７３】
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。帯電手段がロールである場合は、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ル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。
【００７４】
また、本実施形態では、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、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。
【００７５】
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の各ロール、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に収納されたシート材が、レジストロール対３７を経て２次転写ロール３９に給送される。
（８）１次転写画像は、２次転写部位でシート材と同期合流し、図示省略した押圧機構によって画像転写搬送手段１８の駆動ロール１２に向かって押圧された２次転写ロール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、同期給送されたシート材に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、従動ロール１３方向へと搬送されて、このロール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）シート材が定着手段４０を通過することによってシート材上のトナー像が定着し、その後、シート材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。
【００７６】
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。
【００７７】
【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、ニップ初期位置から熱定着ロールと加圧ロールとの押圧部に向かって、熱定着ロールと加圧ロールとの押圧部からニップ終了位置に向かって連続的に圧力を増加または減少させるため、シート材に変曲点のあるストレスを付与しないので、定着画像に定着ムラ等が発生せず、極めて安定した未定着トナー像の定着が可能になるばかりでなく、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を抑制することができる。
【００７８】
また、シート材が非通過の状態では、耐熱ベルトとベルト張架部材との間にギャップを形成する場合には、ウオーミングアップ時には、前記ギャップの空隙が断熱層となって熱定着ロールから耐熱ベルトを介して奪い取る熱量が小さくなるので、熱ロスが減少し、ウオーミングアップ時間の短縮を図ることができる。一方、シート材が定着ニップを通過する時は、耐熱ベルトとベルト張架部材との間のギャップＧはなくなって、シート材は定着ニップ部において耐熱ベルトに押圧され、熱定着ロールに押圧されるので、安定した定着が可能となる。このとき、押圧力を揺動付勢手段により所望の圧力に調節すれば、適正な定着を達成することができる。
【００７９】
また、耐熱ベルトは、加圧ロールとベルト張架部材の協働によって張力が付与されて熱定着ロール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、ベルト張架部材として、耐熱ベルト摺動部材を使用する場合には、軸受等が不要になり、支持構造が簡単になる。加えてベルト張架部材を半月状とする場合には、加圧ロール側にその半月欠方向を向けて配置し、加圧ロール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、耐熱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、熱ロール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、耐熱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熱定着ロールとのニップ部で加熱された耐熱ベルトは、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。
【００８０】
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熱定着ロール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ル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熱定着ロールと耐熱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。
【００８１】
したがって、熱ロール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、熱定着ロールの薄肉厚化が可能であり、加熱源から耐熱ベルトを加熱する加熱速度が向上する。また、加圧ロール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、耐熱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。
【００８２】
また、耐熱ベルトと加圧ロールの巻き付き角より耐熱ベルトとベルト張架部材の巻き付き角を小さくし、また、加圧ロールの径よりベルト張架部材の径を小さくすることにより、耐熱ベルトと加圧ロールの巻き付き長さより耐熱ベルトとベルト張架部材の巻き付き長さを短くし、耐熱ベルトの周長を短縮して構成し、耐熱ベルトを必要最小限の経路で移動する構成にするので、熱ロール型定着装置を簡単な構造にして小型で安価にし、熱定着ロールとのニップ部で加熱された耐熱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。
【００８３】
また、シート材特性に応じて熱定着ロール及び加圧ロールを第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熱定着ロールと耐熱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、熱ロール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、熱定着ロール薄肉厚化が可能であり、加熱源から耐熱ベルトを加熱する加熱速度が向上する。また、加圧ロール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、耐熱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】本発明に係わる定着装置の１実施形態を示し、図１（Ａ）は断面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＹ−Ｙ線に沿って矢印方向に見た断面図である。
【図２】図１の詳細構造を示し、図１（Ａ）のＸ−Ｘ線で切断し矢印方向に見た断面図である。
【図３】図１（Ａ）で耐熱ベルトを除去した一部拡大断面図である。
【図４】図３で耐熱ベルト３を装着した図である。
【図５】図４でシート材の通過時の状態を示す図である。
【図６】ニップ通過位置に応じて変化する定着圧力の例を示す図である。
【図７】図１の定着装置の変形例を示し、図７（Ａ）は断面図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）のＹ−Ｙ線に沿って矢印方向に見た断面図である。
【図８】図１の定着装置の変形例を示す断面図である。
【図９】本発明の定着装置の他の実施形態を示し、図９（Ａ）は断面図、図９（Ｂ）は図９（Ａ）のＹ−Ｙ線に沿って矢印方向に見た断面図である。
【図１０】図９においてシート材非通過時の状態を示し、図１０（Ａ）は図９（Ａ）の一部拡大断面図、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）のＸ−Ｘ線で切断し矢印方向に見た断面図である。
【図１１】図９においてシート材通過時の状態を示し、図１１（Ａ）は図９（Ａ）の一部拡大断面図、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）のＸ−Ｘ線で切断し矢印方向に見た断面図である。
【図１２】図１１においてニップ通過位置に応じて変化する定着圧力の例を示す図である。
【図１３】図９の実施形態の変形例を示し、図１３（Ａ）は断面図、図１３（Ｂ）は図１３（Ａ）のＹ−Ｙ線に沿って矢印方向に見た断面図である。
【図１４】本発明の画像形成装置の１実施形態を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１…熱定着ロール
１ａ…加熱源
２…加圧ロール
２ａ…回転軸
３…耐熱ベルト
４…ベルト張架部材
５…シート材
７ｂ…異なる軸
９…揺動付勢手段
Ｇ…ギャップ[0001]
[Industrial applications]
The present invention provides a heat-fixing roll having a built-in heating source, a pressure roll for pressing the heat-fixing roll, and a heat-resistant coil that is wound around the outer periphery of the pressure roll and moves while being sandwiched between the heat-fixing roll. The present invention relates to a fixing device that includes a belt and a belt stretching member that stretches the heat-resistant belt, and that fixes an unfixed toner image formed on a sheet material, and an image forming apparatus.
[0002]
[Prior art]
In image forming apparatuses such as copiers, printers, and facsimile machines, as a heated roll 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 roll, a heat-resistant belt stretched by a plurality of support rolls, and a heat-resistant belt wound around the heat-fixing roll 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 in which a pressure unit for locally applying pressure to generate a distortion in an elastic body on the surface of a heat fixing roll is provided to facilitate discharge of a sheet material from a nip portion (see Japanese Patent No. 3084692). ).
[0003]
In this conventional fixing device, since the surface of the heat fixing roll is previously distorted due to the presence of the pressure means, the toner is in contact with the surface of the heat fixing roll 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 roll is reduced to prevent the sheet material from being wound around the heat fixing roll. In this case, the peeling claw which has been conventionally required is unnecessary.
[0004]
In addition, an endless belt running in a contact state is stretched over a heat fixing roll that rotates by incorporating a heating source with a surface covered with an elastic body, and is disposed inside the endless belt in a non-rotating state. An endless belt was pressed against the heat fixing roll to form a fixing nip, and a pressure pad for deforming the surface elastic layer of the heat fixing roll was arranged to form an unfixed toner image between the heat fixing roll and the endless belt. There has been proposed a fixing device in which toner is thermally fixed to a sheet material by passing the sheet material (see Japanese Patent Application Laid-Open No. H6-262903). According to this device, since the pressure pad is arranged in a non-rotating state, there is an advantage that the heat transmitted from the heat fixing roll is hardly dissipated, and the amount of heat taken from the heat fixing roll is small.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the structure of the fixing device disclosed in Japanese Patent No. 3084692, the heat-resistant belt that is stretched and movable on a plurality of support rolls is wound around the heat fixing roll by an angle capable of forming a nip by a pressure unit, and is provided at the exit of the nip area. Since the driving is performed by applying a large pressure locally, a plurality of supporting rolls 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]
Moreover, the heat-resistant belt is heated at a nip portion between the rotatable heat-fixing roll and a built-in heat source. In this case, the heat energy is deprived by the plurality of support rolls, and the natural heat dissipation 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 a heat-resistant belt is wound around the heat fixing roll by an angle capable of forming a nip, and a pressure greater than other parts is locally applied at an outlet of the nip to form a strain in the elastic layer of the heat fixing roll, 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 the apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H6-262903, the pressure pad is arranged in a non-rotating state so that heat transmitted from the heat fixing roll is hardly dissipated, and the amount of heat taken from the heat fixing roll is reduced. However, heat is transferred from the heat fixing roll to the pressure pad via the endless belt at the time of warming up, and the warming up time is prolonged. In addition, there is a problem that three or more rollers for running the belt are required, and the apparatus becomes large.
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and enables simplification, miniaturization, and cost reduction of the structure of a hot roll type fixing device, shortens warming-up time, and reduces stress on a sheet material. It is an object of the present invention to suppress deformation of the discharged sheet material such as curling and wrinkling.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, a fixing device and an image forming apparatus according to the present invention include a heat fixing roll having a built-in heating source, a pressure roll pressed by the heat fixing roll, and the heat fixing roll wound around the outer periphery of the pressure roll. A heat-resistant belt that is sandwiched and moved between the belt and a belt-stretching member that stretches the heat-resistant belt, wherein the belt-stretching member fixes an unfixed toner image formed on a sheet material. Is disposed so as to be swingable upstream of the direction of movement of the heat-resistant belt from a pressing portion between the heat-fixing roll and the pressure roll, and forms a fixing nip by winding the heat-resistant belt around the heat-fixing roll. When the pressing force at the initial position is P1, the pressing force at the pressing portion where the pressing roll presses the heat fixing roll is P3, and the pressing force between the nip initial position and the pressing portion is P2, P1 < P2 <P Characterized in that it has a relationship.
[0011]
A heat-fixing roll having a built-in heat source; a pressure roll pressed against the heat-fixing roll; and a heat-resistant belt wound around the pressure roll and nipped and moved between the heat-fixing roll. A fixing device for fixing an unfixed toner image formed on a sheet material, wherein the belt fixing member includes the heat fixing roll and the pressure roll. The heat-resistant belt is swingably disposed downstream of the heat-resistant belt in the direction of movement of the heat-resistant belt. The heat-resistant belt is wound around a heat fixing roll to form a fixing nip, and the pressing force at the nip end position is P1 ′. When a pressing force at a pressing portion where the pressure roll presses the heat fixing roll is P3, and a pressing force between the nip end position and the pressing portion is P2, a relationship of P1 ′ <P2 <P3 is satisfied. Features.
[0012]
Further, a gap is formed between the belt stretching member and the heat resistant belt when the sheet material does not pass, and the belt stretching member is pressed against the heat fixing roll via the sheet material when the sheet material passes. It is characterized by the following.
Further, the belt tension member is swing-biased by swing biasing means for biasing in the direction of the heat fixing roll.
Further, the belt tension member is slidably contacted with a heat fixing roll on the outer side in the width direction of the heat resistant belt.
Further, the belt stretching member is swingably supported by a rotation shaft of the pressure roll.
Further, the belt stretching member is swingably supported on an axis different from the rotation axis of the pressure roll.
The belt tension member is a roll-shaped member.
The belt tension member is a half-moon-shaped member.
[0013]
Further, the friction coefficient between the pressure roll and the heat-resistant belt is made larger than the friction coefficient between the belt tension member and the heat-resistant belt.
Further, the winding angle between the belt tension member and the heat-resistant belt is smaller than the winding angle between the pressure roll and the heat-resistant belt.
Further, a diameter of the belt tension member is smaller than a diameter of the pressure roll.
Further, the contact pressure distribution between the heat fixing roll and the heat resistant belt has a maximum pressure at a portion where the heat fixing roll and the pressure roll are pressed against each other.
Further, the heat fixing roll and the pressure roll are provided with an elastic layer on the surface, and at the pressing portion of the heat fixing roll and the pressure roll, both elastic layers are substantially uniformly elastically deformed.
Further, the pressure roll is driven, and the heat fixing roll is driven by the heat-resistant belt.
[0014]
Further, the driving means for driving the heat fixing roll and the pressure roll has a first rotation speed and a second rotation speed lower than the first rotation speed, and selectively drives according to the sheet material characteristics. It is characterized by doing.
In addition, the apparatus further includes a detecting unit that detects the sheet material characteristic, detects the sheet material characteristic in the course of the sheet material carrying the unfixed toner image, and selectively drives the sheet material according to the sheet material characteristic. And
The image forming apparatus further includes setting means for setting selection information in accordance with sheet material characteristics, and performs setting according to the sheet material characteristics in a fixing instruction process of the sheet material carrying the unfixed toner image. It is characterized in that it is selectively driven based on this.
The belt tension member has a protruding wall at one end or both ends thereof for regulating the position by contacting the heat-resistant belt.
Further, a cleaning member is disposed between the pressure roll and the belt tension member in sliding contact with the inner peripheral surface of the heat resistant belt.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1A and 1B show a fixing device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a cross-sectional view, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along a line YY in FIG. In the figure, the right half of the device is omitted. In the figure, 1 is a heat fixing roll, 1a is a halogen lamp, 1b is a roll base, 1c is an elastic body, 2 is a pressure roll, 2a is a rotating shaft, 2b is a roll base, 2c is an elastic body, and 3 is heat resistant. A belt 4, a belt stretching member, 4 a is a projecting wall, 5 is a sheet material, 5 a is an unfixed toner image, 6 is a cleaning member, 7 is a frame, 9 is a spring, and L is a tangent to a pressing portion.
[0016]
In FIG. 1, a heat fixing roll 1 is formed by covering a pipe material having an outer diameter of about 25 mm and a wall thickness of about 0.7 mm as a roll base 1b, and covering an outer periphery thereof with an elastic body 1c having a thickness of about 0.4 mm. 1050 W as a heating source and two columnar halogen lamps 1a are built in the roll base material 1b so as to be rotatable. The pressure roll 2 is formed by coating a pipe material having an outer diameter of about 25 mm and a wall thickness of about 0.7 mm as a roll base material 2b and coating an outer periphery thereof with an elastic body 2c having a thickness of about 0.2 mm. And the pressure roller 2 have a pressure contact force of 10 kg or less and a nip length of about 10 mm. The nip length is arranged to face the heat fixing roller 1 and is rotatable in the direction of the arrow shown in the figure.
[0017]
According to this embodiment, since the outer diameter of the heat fixing roll 1 and the pressure roll 2 is configured to be a small diameter of about 25 mm, the sheet material after fixing may be wound around the heat fixing roll 1 or the heat resistant belt 3. Since there is no sheet, there is no need for a means for forcibly peeling off the sheet material. If a PFA layer of about 30 μm is provided on the surface of the elastic body 1 c of the heat fixing roll 1, the rigidity is improved by that amount and the thickness of the elastic bodies 1 c and 2 c is different, but substantially uniform elastic deformation occurs. Thus, a so-called horizontal nip is formed, and there is no difference in the conveying speed of the heat-resistant belt 3 or the sheet material 5 with respect to the peripheral speed of the heat fixing roll 1, and extremely stable image fixing can be performed.
[0018]
In the present embodiment, two heat sources 1a are built in the heat fixing roll 1, and when the heating elements of the halogen lamp are arranged in different arrangements and selectively turned on, a heat resistant belt 3 described later is used. Are different conditions such as a fixing nip portion wound around the heat fixing roll 1 and a portion where the belt stretching member 4 is in sliding contact with the heat fixing roll 1, or different between a wide sheet material and a narrow sheet material. Temperature can be easily controlled under the conditions.
[0019]
The heat-resistant belt 3 is an endless belt which is sandwiched between the heat fixing roll 1 and the pressure roll 2 and stretches around the outer circumference of the pressure roll 2 and the belt stretching member 4 so as to be movable. It is composed of a metal tube such as a stainless steel tube or a nickel electroformed tube having a thickness of 03 mm or more, or a tube made of a heat-resistant resin such as polyimide or silicon.
[0020]
The belt tensioning member 4 is disposed upstream of the nip portion between the heat fixing roll 1 and the pressure roll 2 in the sheet material 5 transport direction, and moves in a direction indicated by an arrow P around the rotation shaft 2 a of the pressure roll 2. It is arranged to be swingable. The belt stretching member 4 stretches the heat-resistant belt 3 in the tangential direction of the heat fixing roll 1 in a state where the sheet material 5 does not pass through the fixing nip. If the fixing pressure is high at the initial position where the sheet material enters the fixing nip, the sheet material may not enter smoothly and may be fixed in a state of being folded at the leading end of the sheet material. With a configuration in which the sheet material is stretched in the tangential direction, it is possible to form an introduction port through which the sheet material can be smoothly entered, thereby enabling the stable entry of the sheet material.
[0021]
The belt tension member 4 is inserted into the inner periphery of the heat-resistant belt 3 to apply tension f to the heat-resistant belt 3 in cooperation with the pressure roller 2 and to wind the heat-resistant belt 3 around the heat fixing roller 1 to nip the nip. (A heat-resistant belt 3 slides on a belt tension member 4). The belt stretching member 4 is disposed at a position where the heat-resistant belt 3 is wound around the heat fixing roll 1 side from a pressing portion tangent L between the heat fixing roll 1 and the pressure roll 2 to form a nip. The protruding wall 4a is provided to protrude from one end or both ends of the belt stretching member 4, and is for abutting against the protruding wall 4a when the heat-resistant belt 3 is shifted to one side to restrict the shift. A spring 9 is provided between the end of the protruding wall 4a opposite to the heat fixing roll 1 and the frame, the protruding wall 4a of the belt stretching member 4 is slightly pressed by the heat fixing roll 1, and the belt stretching member 4 is heated. It is positioned in sliding contact with the fixing roll 1.
[0022]
In order to stretch the heat-resistant belt 3 by the pressure roll 2 and the belt stretching member 4 and to drive the heat-resistant belt 3 stably, the friction coefficient between the pressure roll 2 and the heat-resistant belt 3 is determined by the belt stretching member 4. It is preferable that the friction coefficient is set to be larger than the friction coefficient between the belt and the heat-resistant belt 3. On the other hand, the winding angle between the belt tension member 4 and the heat resistant belt 3 is smaller than the winding angle between the pressure roll 2 and the heat resistant belt 3, and the diameter of the belt tension member 4 is larger than the diameter of the pressure roller 2. Is set to be small, the length of the heat-resistant belt 3 sliding on the belt tension member 4 becomes short, and the heat-resistant belt 3 can be avoided from instability due to aging or disturbance, and the heat-resistant belt 3 can be stably held by the pressure roll. Can be driven.
[0023]
The cleaning member 6 is disposed between the pressure roll 2 and the belt tension member 4, and slides on the inner peripheral surface of the heat resistant belt 3 to clean foreign matter, abrasion powder, and the like on the inner peripheral surface of the heat resistant belt 3. The heat-resistant belt 3 is refreshed by removing such foreign matter and abrasion powder to remove the cause of instability. The recess 4f provided in the belt tension member 4 is suitable for storing the removed foreign matter, abrasion powder, and the like.
[0024]
The unfixed toner image 5a is fixed on the sheet material 5 by passing between the heat-resistant belt 3 and the heat fixing roll 1 with the position where the belt stretching member 4 is slightly pressed by the heat fixing roll 1 as a nip initial position. The sheet is discharged in the direction of the tangential line L of the pressing portion, with the position where the pressure roll 2 presses the heat fixing roll 1 as the nip end position.
[0025]
Next, a support structure of the pressure roll 2 and the belt stretching member 4 will be described. The rotating shafts 2a at both ends of the pressure roll 2 are rotatably supported by left and right frames 7 via bearings 7a. A swing arm 4b is rotatably fitted on both sides of the rotating shaft 2a of the pressure roll 2, and a guide groove 4c is formed on the belt stretching member 4 side of the swing arm 4b. On the other hand, at both ends of the belt tension member 4, a guide portion 4d extending toward the pressure roll 2 is formed, and this guide portion 4d is guided by a guide groove 4c of the swing arm 4b via a spring 4e. It is inserted inside. As a result, the belt tension member 4 has a structure in which the tension f is applied to the heat-resistant belt 3 by being urged in a direction away from the pressure roll 2 by the spring 4e.
[0026]
In the present embodiment, the belt tension member 4 is used as a non-rotating member that slides the heat-resistant belt 3, and is not a rotating member, so that a bearing or the like is not required, and the support structure is simplified. In addition, by forming the belt tension member 4 in a substantially half-moon shape, the belt tension member 4 can be arranged with the semi-lunar direction facing the pressure roll 2 side, and can be arranged as close as possible to the pressure roll 2. This also makes it possible to reduce the circumference of the heat-resistant belt 3. Therefore, the heat roll type fixing device can be made simple and small in size and inexpensive.
[0027]
In addition, since the heat-resistant belt 3 moves along a minimum necessary route, the heat-resistant belt 3 is heated at a nip portion between the heat fixing belt 1 and a rotatable heat fixing roll 1 having a built-in heating source, and is robbed when moving along a predetermined route. Heat energy can be minimized, and the circumference is short, so there is little temperature decrease due to natural heat radiation, and the so-called warming-up time from when the power is turned on to when the desired temperature is reached and fixing is possible can be shortened. It is possible.
[0028]
In addition, the heat-resistant belt is tensioned by the cooperation of the pressure roll and the belt stretching member and is wound around the heat fixing roll to form a nip, so that the nip length can be easily configured to be long. Can be simplified, and can be reduced in size and cost. Further, since the heat-resistant belt moves along the minimum necessary route, the heat-resistant belt heated at the nip portion between the rotatable heat fixing roll and the built-in heat source is heated by the heat energy lost when moving along the predetermined route. In addition, since the circumference is short, the temperature drop due to spontaneous heat radiation is small, and the so-called warming-up time from when the power is turned on to when a desired temperature is reached and fixing can be performed can be shortened. .
[0029]
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, in order to configure the nip length to be long, there is no need for a means for greatly distorting the elastic body coated on the surface of the heat fixing roll to increase the nip length. Configurable. In addition, there is no need to set a large pressing pressure of the pressure roll to distort the elastic member, and the sheet material that passes when the sheet material carrying the unfixed toner image passes between the heat fixing roll and the heat resistant belt. Therefore, deformation of the sheet material such as wrinkling of the sheet material discharged after fixing the unfixed toner image is suppressed.
[0030]
Therefore, not only is it unnecessary to increase the mechanical rigidity of the heat roll type fixing device, but also the thickness of the heat fixing roll can be reduced, and the heating speed for heating the heat-resistant belt from a heat source is improved. Similarly, the pressure roll can also be made thinner and can have a smaller heat capacity, so it absorbs less heat energy from the heat-resistant belt, and reaches a desired temperature from when the power is turned on until it can be fixed. The so-called warm-up time can be reduced.
[0031]
2 to 5 show the detailed structure of FIG. 1, FIG. 2 is a sectional view taken along line XX of FIG. 1 (A) and viewed in the direction of the arrow, and FIG. 3 is heat resistant in FIG. 1 (A). FIG. 4 is a partially enlarged cross-sectional view with the belt removed, FIG. 4 is a view in which the heat-resistant belt 3 is mounted in FIG. 3, and FIG. 5 is a view in FIG.
[0032]
2 and 3, the protruding wall 4a of the belt stretching member 4 is positioned in sliding contact with the heat fixing roll 1 on a sliding contact surface 4g. A gap (step) G larger than the thickness of the heat-resistant belt 3 is provided between the sliding surface 4g of the belt tension member 4 and the pressing surface 4h that presses the heat-resistant belt 3 to press the sheet material against the heat fixing roll 1. The pressing surface 4 h is formed concentrically with the fixing roll 1. Specifically, the gap is formed with a step of about 110 μm, and the heat-resistant belt 3 is formed with a thickness of about 80 μm, thereby securing a gap of about 30 μm and stably fixing even a sheet material having a thickness of about 60 μm. Making it possible.
[0033]
FIG. 4 is a view showing a state in which the heat-resistant belt 3 is mounted. The heat-resistant belt 3 is pressed against a nip portion between the heat fixing roll 1 and the pressure roll 2, and is wound around the heat fixing roll 1 on the upstream side thereof, thereby forming an initial nip. The heat-resistant belt 3 is pressed against the heat fixing roll 1 at the position. It is not realistic to completely match the speed of the process step of forming an unfixed toner image on a sheet material in the preceding step of the fixing step with the speed of the fixing step in consideration of variations in various component dimensions in mass production. Absent. Therefore, in consideration of this variation, the speed of the fixing process is set to be faster or slower than the speed of the forming process for forming the unfixed toner image on the sheet material. Although it is necessary to establish a balance, it is necessary to clearly grip the sheet material at the initial position where the sheet material enters the fixing nip to clarify the speed at which the sheet material enters, and when configured as described above, this object is achieved. You.
In addition, the surface of the elastic body of the roll and the surface of the heat-resistant belt move at the same peripheral speed to fix the unfixed toner image formed on the sheet material. If the tip is wave-shaped, the fixing start state may become unstable. Therefore, if the heat-resistant belt 3 is pressed against the heat fixing roll 1 at the nip initial position, the merged state of both is stabilized, so that an extremely stable unfixed toner image can be fixed.
In this embodiment, a gap G is formed between the heat-resistant belt 3 and the belt tension member 4 in this state where the sheet material 5 does not pass. Therefore, at the time of warming-up, the gap G serves as a heat insulating layer to reduce the amount of heat taken from the heat fixing roll 1 via the heat-resistant belt 3, thereby reducing heat loss and shortening the warming-up time.
[0034]
On the other hand, when the sheet material 5 passes through the fixing nip, the protruding wall 4a of the belt stretching member 4 is separated from the heat fixing roll 1 as shown in FIG. Since the gap G between them disappears and the sheet material 5 is pressed by the heat-resistant belt 3 at the fixing nip portion and pressed by the heat fixing roll 1, the pressing force is adjusted to a desired pressure by the spring 9 (FIG. 1). If so, proper fixing can be achieved.
[0035]
In addition, since the belt stretch member 4 is heated by the heat fixing roll 1 and stores a small amount of heat due to the existence of the gap G, an undetermined amount formed on the sheet material 5 when the sheet material 5 enters the fixing nip is determined. The surface on the opposite side of the toner image 5a cools the heat-resistant belt 3 having a small heat capacity, but the amount of heat heated from the belt stretching member 4 side is small. Therefore, in the case of double-sided image fixing in which the unfixed toner image formed on the first surface of the sheet material 5 is fixed and then the unfixed toner image is fixed again on the second surface on the opposite side, the second surface is fixed. Occasionally, the image of the first surface that has been fixed earlier is heated more than necessary and does not disturb the image.
[0036]
In the present embodiment, as shown in FIG. 1A, a spring 9 assisting as a swing urging means is provided between the heat fixing roll 1 and the pressure roll 2 which are separated from the swing fulcrum of the belt stretching member 4. It is arranged on the upstream side in the moving direction of the heat resistant belt 3 from the pressing portion. When one of the heat fixing roll 1 and the pressure roll 2 is driven, the heat resistant belt 3 is driven, and the belt tension member 4 is moved in the direction of the heat fixing roll 1 by the driving force and the sliding frictional force between the heat resistant belt 3 and the belt tension member 4. However, there is a case where the fixing pressure for fixing the unfixed toner image formed on the sheet material 5 is insufficient with only the swinging movement force. Therefore, if the swinging moving force is assisted and set to a desired fixing pressure, extremely stable fixing of the unfixed toner image can be achieved.
[0037]
6A and 6B are diagrams for explaining the features of the present embodiment. FIG. 6A is a cross-sectional view, and FIG. 6B is a diagram illustrating a fixing pressure at a nip passing position. In the present embodiment, the spring 9 serving as the swing urging means is located on the upstream side in the moving direction of the heat-resistant belt 3 from the pressing portion between the heat fixing roll 1 and the pressing roll 2 distant from the swing fulcrum of the belt stretching member 4. 6 (B), the pressing force can be continuously increased from the nip initial position toward the pressing portion between the heat fixing roll 1 and the pressing roll 2 by the lever mechanism. It is possible to apply a stress having an inflection point to the sheet material, so that a fixed image does not have fixing unevenness and the like, and not only an extremely stable fixing of an unfixed toner image is possible, but also an unfixed toner image Sheet material deformation such as wrinkling of the sheet material discharged after fixing can be suppressed.
[0038]
At this time, the pressing force at the nip initial position is P1, the pressing force at the pressing portion where the pressure roll 2 presses the heat fixing roll 1 is P3, and the pressing force between the nip initial position and the pressing portion is P2. Then, the relationship of P1 <P2 <P3 is established, and the pressing force P3 at the pressing position where the pressing roll 2 presses the heat fixing roll 1 becomes the maximum pressure. For example, if the surface of the sheet material has irregularities, or if the fused toner image is difficult to penetrate with a very smooth and airtight material such as an OHP sheet, the last time the sheet material passes through the nip Since a higher pressure is applied to the toner melted at the stage than at the melting stage, the surface of the melted toner can be made smoother, and the penetration of the sheet material can be promoted to further stabilize the fixed image. .
[0039]
7A and 7B show a modification of the fixing device of FIG. 1, FIG. 7A is a cross-sectional view, and FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line YY of FIG. It is. In the following description, the same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
This embodiment is different from the embodiment of FIG. 1 in that, in the embodiment of FIG. 1, the belt tension member 4 is swung by a predetermined angle about a common axis with the rotating shaft 2 a of the pressure roll 2. In contrast to the configuration in which the belt tension member 4 is configured to be movable, the belt stretching member 4 is configured to be capable of swinging by a predetermined angle on a shaft 7 b different from the rotation shaft 2 a of the pressure roll 2. Is a point.
[0040]
That is, a swing arm 4b is rotatably fitted on both sides of a shaft 7b arranged at a position different from the axis of the rotary shaft 2a, and a guide groove is formed in the swing arm 4b on the belt stretching member 4 side. 4c is formed. On the other hand, at both ends of the belt tension member 4, a guide portion 4d extending toward the pressure roll 2 is formed, and this guide portion 4d is guided by a guide groove 4c of the swing arm 4b via a spring 4e. It is inserted inside. As a result, the belt tension member 4 has a structure in which the tension f is applied to the heat-resistant belt 3 by being urged in a direction away from the pressure roll 2 by the spring 4e.
[0041]
Thereby, the rotational moment acting on the belt tension member 4 can be changed (in the example of FIG. 7, the rotational moment is increased), and the pressure contact force for pressing the heat-resistant belt 3 and the heat fixing roll 1 depending on the position of the shaft 7 b. Can be adjusted. In this example, as shown in FIG. 2, between the sliding surface 4 g of the belt tension member 4 and the pressing surface 4 h that presses the heat-resistant belt 3 to press the sheet material against the heat fixing roll 1. A gap (step) G larger than the thickness of the heat-resistant belt 3 is provided.
[0042]
FIG. 8 is a sectional view showing a modification of the fixing device of FIG. In this example, the belt stretching member 4 is a roll-shaped non-rotating member. In this example, as shown in FIG. 2, between the sliding surface 4 g of the belt tension member 4 and the pressing surface 4 h that presses the heat-resistant belt 3 to press the sheet material against the heat fixing roll 1. A gap (step) G larger than the thickness of the heat-resistant belt 3 is provided.
[0043]
9 and 10 show another embodiment of the fixing device of the present invention. FIG. 9 (A) is a sectional view, and FIG. 9 (B) is a direction indicated by an arrow along the line YY in FIG. 9 (A). 10A and 10B show a state when the sheet material is not passed. FIG. 10A is a partially enlarged sectional view of FIG. 9A, and FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the X-ray and viewed in the direction of the arrow, FIG. 11 shows a state when the sheet material passes, FIG. 11 (A) is a partially enlarged cross-sectional view of FIG. 9 (A), and FIG. It is sectional drawing cut | disconnected by XX of FIG.11 (A) and seen in the arrow direction. Note that the same components as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0044]
In the above-described embodiment, the belt stretching member 4 is disposed on the upstream side of the pressing portion of the heat fixing roll 1 and the pressing roll 2 in the sheet material 5 conveyance direction, whereas in the present embodiment, as shown in FIG. The belt stretching member 4 is disposed downstream of the pressing portion of the heat fixing roll 1 and the pressing roll 2 in the conveying direction of the sheet material 5, and is arranged in the direction of arrow P around the rotation shaft 2 a of the pressing roll 2. It is arranged to be swingable. The belt tension member 4 is inserted into the inner periphery of the heat-resistant belt 3 to apply tension f to the heat-resistant belt 3 in cooperation with the pressure roller 2 and to wind the heat-resistant belt 3 around the heat fixing roller 1 to nip the nip. Is a half-moon-shaped belt sliding member arranged at a position where a is formed. The belt stretching member 4 is arranged at a nip end position where the heat resistant belt 3 is wound around the heat fixing roll 1 to form a nip, at a position in contact with a tangent L of the heat fixing roll 1.
[0045]
The unfixed toner image 5a is fixed on the sheet material 5 by passing between the heat-resistant belt 3 and the heat fixing roll 1 with the position where the belt stretching member 4 is pressed against the heat fixing roll 1 as a nip initial position. At the end position, the sheet is discharged in the direction of the tangent line L of the pressing portion.
[0046]
As shown in FIG. 10, the protruding wall 4 a of the belt stretching member 4 slides on the heat fixing roll 1 on the sliding contact surface 4 g and is positioned. A gap (step) G larger than the thickness of the heat-resistant belt 3 is provided between the sliding surface 4g of the belt tension member 4 and the pressing surface 4h that presses the heat-resistant belt 3 to press the sheet material against the heat fixing roll 1. The pressing surface 4 h is formed concentrically with the fixing roll 1. Specifically, the gap is formed with a step of about 110 μm, and the heat-resistant belt 3 is formed with a thickness of about 80 μm, thereby securing a gap of about 30 μm and stably fixing even a sheet material having a thickness of about 60 μm. Making it possible.
[0047]
The heat-resistant belt 3 is pressed against a nip portion between the heat-fixing roll 1 and the pressure roll 2, and is wrapped around the heat-fixing roll 1 on the downstream side, and presses the heat-resistant belt 3 against the heat-fixing roll 1 at the nip end position. ing.
In this embodiment, a gap G is formed between the heat-resistant belt 3 and the belt tension member 4 in this state where the sheet material 5 does not pass. Therefore, at the time of warming-up, the gap G serves as a heat insulating layer to reduce the amount of heat taken from the heat fixing roll 1 via the heat-resistant belt 3, thereby reducing heat loss and shortening the warming-up time.
[0048]
On the other hand, when the sheet material 5 passes through the fixing nip, the projecting wall 4a of the belt stretching member 4 is separated from the heat fixing roll 1 as shown in FIG. Since the gap G between them disappears and the sheet material 5 is pressed by the heat-resistant belt 3 at the fixing nip portion and pressed by the heat fixing roll 1, the pressing force is adjusted to a desired pressure by the spring 9 (FIG. 1). If so, proper fixing can be achieved.
[0049]
In addition, since the belt stretch member 4 is heated by the heat fixing roll 1 and stores a small amount of heat due to the existence of the gap G, an undetermined amount formed on the sheet material 5 when the sheet material 5 enters the fixing nip is determined. The surface on the opposite side of the toner image 5a cools the heat-resistant belt 3 having a small heat capacity, but the amount of heat heated from the belt stretching member 4 side is small. Therefore, in the case of double-sided image fixing in which the unfixed toner image formed on the first surface of the sheet material 5 is fixed and then the unfixed toner image is fixed again on the second surface on the opposite side, the second surface is fixed. Occasionally, the image of the first surface that has been fixed earlier is heated more than necessary and does not disturb the image.
[0050]
When one of the heat fixing roll 1 and the pressure roll 2 is driven, the heat resistant belt 3 is driven, and the belt tension member 4 is separated from the heat fixing roll 1 by the driving force and the sliding friction force between the heat resistant belt 3 and the belt tension member 4. When the belt tension member 4 is urged in the direction of the heat fixing roll 1 with a desired urging force by overcoming the oscillating movement force and a desired fixing pressure is set, the rocking movement becomes extremely stable. Fixing of the applied toner image becomes possible.
Therefore, in the present embodiment, the heat-resistant belt 3 is moved from the pressing portion between the heat fixing roll 1 and the pressure roll 2 which is separated from the swing fulcrum of the belt stretching member 4 by the spring 9 which assists as the swing urging means. It is located downstream in the direction.
[0051]
FIG. 12 shows the fixing pressure when the swinging movement of the belt stretching member 4 is assisted. In the present embodiment, the spring 9 is disposed downstream of the pressing portion between the heat fixing roll 1 and the pressure roll 2 in the moving direction of the heat-resistant belt 3 away from the fulcrum of the belt tension member 4. As shown in FIG. 12, it is possible to continuously apply a reduced pressing force from the pressing portion between the heat fixing roll 1 and the pressing roll 2 by the lever mechanism, and the sheet material has an inflection point. Since no stress is applied, the fixed image does not have fixing unevenness and the like, and not only can an extremely stable fixing of the unfixed toner image be possible, but also wrinkles occur on a sheet material discharged after fixing the unfixed toner image. Of the sheet material can be suppressed.
[0052]
At this time, the pressing force at the nip end position is P1 ′, the pressing force at the pressing portion where the pressure roll 2 presses the heat fixing roll 1 is P3, and the pressing force between the nip end position and the pressing portion is P1 ′. When P2 is satisfied, the relationship of P1 ′ <P2 <P3 holds, and the pressing force P3 at the pressing portion where the pressing roll 2 presses the heat fixing roll 1 becomes the maximum pressure.
[0053]
13 shows a modification of the embodiment of FIG. 9, FIG. 13 (A) is a cross-sectional view, and FIG. 13 (B) is a cross-sectional view taken along the line YY of FIG. It is.
This embodiment is different from the embodiment of FIG. 9 in that, in the embodiment, the belt tension member 4 is swung by a predetermined angle about a common axis with the rotating shaft 2 a of the pressure roll 2. In contrast to this, in the present embodiment, the belt stretching member 4 is configured to be swingable by a predetermined angle on a shaft 7b different from the rotation shaft 2a of the pressure roll 2 in the present embodiment. Is a point.
[0054]
That is, a swing arm 4b is rotatably fitted on both sides of a shaft 7b arranged at a position different from the axis of the rotary shaft 2a, and a guide groove is formed in the swing arm 4b on the belt stretching member 4 side. 4c is formed. On the other hand, at both ends of the belt tension member 4, a guide portion 4d extending toward the pressure roll 2 is formed, and this guide portion 4d is guided by a guide groove 4c of the swing arm 4b via a spring 4e. It is inserted inside. As a result, the belt tension member 4 has a structure in which the tension f is applied to the heat-resistant belt 3 by being urged in a direction away from the pressure roll 2 by the spring 4e.
Thereby, the rotational moment acting on the belt tension member 4 can be changed (in the example of FIG. 13, the rotational moment is increased), and the pressure contact force between the heat resistant belt 3 and the heat fixing roll 1 can be adjusted. it can.
[0055]
In the present invention, the heat fixing roll or the pressure roll is the driving roll. In this case, in order to realize stable driving, the hard roll is set as the driving side and the soft roll is set as the driven side. Is preferred. The pressure roller 2 is configured such that the heat-resistant belt 3 is wound around the outer circumference thereof, and the heat-resistant belt 3 is driven by pressing the heat-resistant belt 3 against the elastic body 1 c covering the surface of the heat fixing roll 1. It becomes. Since the pressure roller 2 determines the conveyance speed of the heat-resistant belt 3, that is, the sheet material 5 carrying the unfixed toner image 5a, the pressure roller 2 has a surface harder than at least the elastic body 1c coated on the surface of the heat fixing roller 1. Configuration. Thereby, the transport speed can be driven stably without deformation.
[0056]
In the present invention, in addition to the above-described structure, the selection of the rotation speed can be combined. The control of the driving speed will be described. The driving unit has two rotation speeds for driving the heat fixing roll 1 and the pressure roll 2, and drives the heat fixing roll 1 and the pressure roll 2 at a first rotation speed according to the sheet material characteristics. Selective driving is performed at a slow second rotation speed. This rotational speed is provided with a detecting means for detecting the sheet material characteristic, and a setting means for setting selection information such as a rotational speed according to the sheet material characteristic in advance, and the sheet material 6 carrying the unfixed toner image 5a is provided. 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, prior to the fixing instruction, a portion linked to the heat roll type fixing device may be manually operated, or may be remotely operated by an electric signal or the like.
[0057]
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, the unfixed toner image 5a is melted by selectively driving the heat fixing roll 1 and the pressure roll 2 at a first rotation speed and a second rotation speed lower than the rotation speed in accordance with the sheet material characteristics. It is optimized and the desired fixing can be achieved.
[0058]
Even when selectively driven at the first rotation speed or the second rotation speed, the sheet material 5 carrying the unfixed toner image 5a passes when passing between the heat fixing roll 1 and the heat resistant belt 3. Since the stress applied to the sheet material 5 does not change and is small, deformation of the sheet material 5 such as generation of wrinkles on the sheet material 5 discharged after the fixing of the unfixed toner image 5a is suppressed. Therefore, not only is it unnecessary to increase the mechanical rigidity of the heat roll type fixing device, but also the thickness of the heat fixing roll can be reduced, and the heating speed for heating the heat-resistant belt from a heat source is improved. Similarly, the pressure roll 2 can also be made thinner and can achieve a small heat capacity, so that heat energy absorption from the heat-resistant belt 3 is small and a desired temperature can be reached from the time of power-on, and fixing can be performed. So-called warm-up time can be reduced. As the selection means for selectively driving, for example, means for selectively varying the rotation speed of the drive motor is preferable.
[0059]
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of the overall configuration showing one embodiment of the image forming apparatus of 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. A unit 30, a sheet feeding unit, a fixing unit 40, an exposure unit W, and an image forming unit D.
[0060]
In FIG. 14, the image forming apparatus 10 includes a housing 10a, a paper discharge tray 10c formed on an upper portion of the housing 10a, and a door 10b mounted on the front surface of the housing 10a so as to be openable and closable. Is provided with an exposure unit (exposure unit) W, an image forming unit D, a transfer belt unit 29 having an image transfer / conveyance unit 18, and a paper supply unit 30, and a paper conveyance unit 11 is disposed in the door body 10b. ing. 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.
[0061]
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.
[0062]
The transfer belt unit 29 includes a drive roll 12 disposed below the housing 10a and rotated by a drive source (not shown), a driven roll 13 disposed diagonally above the drive roll 12, a tension roll 14, An image transfer / conveying unit 18 composed of an intermediate transfer belt stretched between these three or at least two rolls and driven to circulate in the direction of the arrow in the figure, and a cleaning unit 15 in contact with the surface of the image transfer / conveying unit 18 Have. The driven roll 13, the tension roll 14, and the image transfer / conveyance unit 18 are disposed in a direction inclined leftward in the drawing with respect to the drive roll 12, whereby the belt conveyance direction 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.
[0063]
Accordingly, each of the image forming stations Y, M, C, and K is also disposed in a direction inclined leftward in FIG. Then, the image carrier 17 is brought into contact with the downwardly facing belt surface 18a of the image transfer / conveyance means 18 along the arched line, and is rotated in the conveyance direction of the image transfer / conveyance means 18 as shown by the arrow in the figure. You. The flexible endless sleeve-shaped image transfer / conveying means 18 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 therebetween can be adjusted by controlling the tension applied to the image transfer / conveying means 18 by the tension roll 14, the arrangement interval of the image carriers 17, the winding angle (curvature of the arch), and the like. .
[0064]
The drive roll 12 also serves as a backup roll for the secondary transfer roll 39. 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 serve as a conductive path for a secondary transfer bias supplied via a secondary transfer roll 39. By providing the driving roll 12 with the rubber layer having high friction and shock absorption, the impact when the sheet material enters the secondary transfer unit is not easily transmitted to the image transfer / conveying unit 18, and the image quality is deteriorated. Can be prevented. Further, by making the diameter of the drive roll 12 smaller than the diameter of the driven roll 13 and the backup roll 14, the sheet material after the secondary transfer can be easily separated by the elastic force of the sheet material itself. In addition, the driven roll 13 is also used as a backup roll of the cleaning unit 15 described later.
[0065]
The image transfer / conveying means 18 is disposed in the direction inclined rightward in the figure with respect to the drive roll 12, and correspondingly, the image forming stations Y, M, C, and K are also arranged with respect to the drive roll 12. And may be arranged along an oblique arch shape in a direction inclining rightward.
[0066]
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 15 a 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 roll 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.
[0067]
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.
[0068]
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 and the height of the case can be reduced, and the optical system 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 sources can be modulated based on a common data clock frequency and modulated using a common reflection surface, even though the laser light sources are modulated corresponding to images of different colors by different image signals. A color misregistration caused by a relative difference in the sub-scanning direction can be prevented, and an inexpensive color image forming apparatus having a simple structure can be configured.
[0069]
Further, in the present embodiment, by arranging the scanning optical system below the apparatus, it is possible to minimize the vibration of the scanning optical system due to the vibration applied to the frame supporting the apparatus by the drive system of the image forming unit, It is possible to prevent the image quality 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.
[0070]
The paper supply unit 30 includes a paper supply cassette 35 in which sheet materials are stacked and held, and a pickup roll 36 that feeds the sheet materials from the paper supply cassette 35 one by one. The paper transport unit 11 includes a gate roll pair 37 (one of the rolls is provided on the housing 10a side) that regulates the timing of feeding the sheet material to the secondary transfer unit, the drive roll 12, and the image transfer transport unit 18. A secondary transfer roll 39 as a secondary transfer unit that is pressed against the recording medium, a main recording medium conveyance path 38, a fixing unit 40, a discharge roll pair 41, and a conveyance path 42 for double-sided printing.
[0071]
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 provided 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. The 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.
[0072]
In the present embodiment, since the image transfer / conveying means 18 is disposed in a direction inclined with respect to the drive roll 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 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. Thus, the image quality can be prevented from deteriorating.
[0073]
Since no cleaning means is provided, a corona charging means 19 is employed as the charging means. When the charging means is a roll, a small amount of the primary transfer residual toner present on the image carrier 17 is deposited on the roll to cause a charging failure. However, the corona charging means 19 which is a non-contact charging means is used. The toner hardly adheres to the toner, and the occurrence of poor charging can be prevented.
[0074]
Further, in the present embodiment, the intermediate transfer belt is configured to be in contact with the image carrier 17 as the image transfer / conveyance unit 18. It is also possible to adopt a configuration in which a sheet material conveying belt for forming and conveying an image by sequentially overlapping and transferring images is brought into contact with the image carrier 17 as an image transfer and conveying means 18. In this case, the belt conveyance direction of the sheet material conveyance belt serving as the image transfer conveyance means 18 is upward in the opposite direction on the lower surface in contact with the image carrier 17.
[0075]
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 rolls 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 sheet material stored in the paper feed cassette 35 is fed to the secondary transfer roll 39 via the registration roll 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 sheet material at the secondary transfer portion, and is pressed by the secondary transfer roll 39 toward the drive roll 12 of the image transfer / conveying means 18 by a pressing mechanism (not shown). 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 sheet material.
(9) The transfer residual toner in the secondary transfer is conveyed in the direction of the driven roll 13 and is scraped off by the cleaning unit 15 arranged opposite to the roll 13. It is refreshed and allowed to repeat the cycle again.
(10) The toner image on the sheet material is fixed by passing the sheet material through the fixing unit 40, and thereafter, the sheet material is directed to a predetermined position (or, in the case of non-double-sided printing, toward the discharge tray 10c, and the duplex printing is performed). In this case, the sheet is conveyed toward the conveyance path 42 for double-sided printing.
[0076]
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.
[0077]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, from the nip initial position toward the pressing portion between the heat fixing roll and the pressure roll, from the pressing portion between the heat fixing roll and the pressing roll to the nip end position Since the pressure is continuously increased or decreased toward the sheet material, a stress having an inflection point is not applied to the sheet material, so that a fixed image does not have fixing unevenness or the like, and an extremely stable unfixed toner image can be fixed. In addition, it is possible to suppress sheet material deformation such as wrinkling of the sheet material discharged after fixing of the unfixed toner image.
[0078]
Further, in a state where the sheet material is not passed, when a gap is formed between the heat-resistant belt and the belt tension member, at the time of warming-up, the gap of the gap serves as a heat insulating layer, and the heat-resistant belt is removed from the heat fixing roll. Since the amount of heat taken away via the heat exchanger becomes small, the heat loss is reduced, and the warm-up time can be shortened. On the other hand, when the sheet material passes through the fixing nip, the gap G between the heat-resistant belt and the belt tension member disappears, and the sheet material is pressed by the heat-resistant belt at the fixing nip portion and pressed by the heat fixing roll. Therefore, stable fixing becomes possible. At this time, if the pressing force is adjusted to a desired pressure by the swing urging means, appropriate fixing can be achieved.
[0079]
In addition, the heat-resistant belt is tensioned by the cooperation of the pressure roll and the belt stretching member and is wound around the heat fixing roll to form a nip, so that the nip length can be easily configured to be long. Can be simplified, and can be reduced in size and cost. When a heat-resistant belt sliding member is used as the belt tension member, a bearing or the like is not required, and the support structure is simplified. In addition, when the belt tension member is formed in a half-moon shape, the belt-stretching member is arranged with the half-moon-cutting direction facing the pressure roll side, and can be arranged as close as possible to the pressure roll. This also makes it possible to reduce the circumference of the heat-resistant belt. Therefore, the heat roll type fixing device can be made simple and small in size and inexpensive. Further, since the heat-resistant belt moves along the minimum necessary route, the heat-resistant belt heated at the nip portion between the rotatable heat fixing roll and the built-in heat source is heated by the heat energy lost when moving along the predetermined route. 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.
[0080]
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, in order to configure the nip length to be long, there is no need for a means for greatly distorting the elastic body coated on the surface of the heat fixing roll to increase the nip length. Configurable. In addition, there is no need to set a large pressing pressure of the pressure roll to distort the elastic member, and the sheet material that passes when the sheet material carrying the unfixed toner image passes between the heat fixing roll and the heat resistant belt. Therefore, deformation of the sheet material such as wrinkling of the sheet material discharged after fixing the unfixed toner image is suppressed.
[0081]
Therefore, not only is it unnecessary to increase the mechanical rigidity of the heat roll type fixing device, but also the thickness of the heat fixing roll can be reduced, and the heating speed for heating the heat-resistant belt from a heat source is improved. Similarly, the pressure roll can also be made thinner and can have a smaller heat capacity, so it absorbs less heat energy from the heat-resistant belt, and reaches a desired temperature from when the power is turned on until it can be fixed. The so-called warm-up time can be reduced.
[0082]
In addition, the winding angle between the heat-resistant belt and the belt tension member is made smaller than the winding angle between the heat-resistant belt and the pressure roll, and the diameter of the belt tension member is made smaller than the diameter of the pressure roll, so that the heat-resistant belt and the heating belt can be heated. Since the length of the heat-resistant belt and the belt tension member is shorter than the length of the pressure roll and the circumference of the heat-resistant belt is shortened, and the heat-resistant belt is moved along the minimum necessary route, The roll-type fixing device has a simple structure, is small and inexpensive, and minimizes the heat energy taken off when the heat-resistant belt heated at the nip with the heat fixing roll moves along a predetermined path. Many effects can be expected, such as a decrease in temperature due to heat radiation and a reduction in the so-called warming time from when the power is turned on to when a desired temperature is reached and fixing is possible.
[0083]
In addition, by selectively driving the heat fixing roll and the pressure roll at the first rotation speed and the second rotation speed lower than the first rotation speed in accordance with the sheet material characteristics, the melting of the unfixed toner image is optimized, and the desired rotation is achieved. Fixing can be achieved. Then, even if the sheet material carrying the unfixed toner image passes through the space between the heat-fixing roll and the heat-resistant belt, even if the sheet material is selectively driven at the first rotation speed or the second rotation speed, Since the stress is small without any change, sheet material deformation such as wrinkling of 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 roll type fixing device, but also the thickness of the heat fixing roll can be reduced, and the heating speed for heating the heat-resistant belt from a heat source is improved. Similarly, the pressure roll can also be made thinner and has a smaller heat capacity, so it absorbs less heat energy from the heat-resistant belt, and reaches a desired temperature from when the power is turned on until it can be fixed. The so-called warm-up time can be reduced.
[Brief description of the drawings]
1 shows an embodiment of a fixing device according to the present invention, FIG. 1 (A) is a sectional view, and FIG. 1 (B) is viewed in the direction of the arrow along the line YY in FIG. 1 (A). It is sectional drawing.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the detailed structure of FIG. 1, taken along line XX of FIG.
FIG. 3 is a partially enlarged sectional view of FIG. 1A from which a heat-resistant belt is removed.
FIG. 4 is a view in which a heat resistant belt 3 is mounted in FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a state when a sheet material passes in FIG. 4;
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a fixing pressure that changes according to a nip passage position.
7A and 7B show a modified example of the fixing device of FIG. 1; FIG. 7A is a cross-sectional view, and FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line YY of FIG. It is.
FIG. 8 is a sectional view showing a modification of the fixing device of FIG.
9A and 9B show another embodiment of the fixing device of the present invention. FIG. 9A is a cross-sectional view, and FIG. 9B is a view taken in the direction of the arrow along the line YY in FIG. 9A. It is sectional drawing.
10 shows a state when the sheet material does not pass through in FIG. 9, FIG. 10 (A) is a partially enlarged sectional view of FIG. 9 (A), and FIG. 10 (B) is XX of FIG. 10 (A). It is sectional drawing cut | disconnected by the line and seen in the arrow direction.
11 shows a state when the sheet material passes through in FIG. 9, FIG. 11 (A) is a partially enlarged sectional view of FIG. 9 (A), and FIG. 11 (B) is a line XX of FIG. 11 (A). FIG. 4 is a cross-sectional view taken along a line in FIG.
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a fixing pressure that changes according to a nip passage position in FIG. 11;
13A and 13B show a modification of the embodiment of FIG. 9; FIG. 13A is a cross-sectional view, and FIG. 13B is a cross-sectional view taken along line YY of FIG. It is.
FIG. 14 is a schematic sectional view showing an embodiment of the image forming apparatus of the present invention.
[Explanation of symbols]
1: Heat fixing roll
1a ... heating source
2 ... Pressurized roll
2a ... Rotary axis
3. Heat resistant belt
4 ... Belt tension member
5 ... Sheet material
7b ... different axes
9: swing urging means
G… Gap
