JP6098252B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、互いに当接して回転する回転体を用いて記録材への画像の定着を行う定着装置及び画像形成装置に関する。
なお、本明細書における記録材は、例えば普通紙、各種のコート紙、感光紙、静電記録紙、葉書等の厚紙、ＯＨＰフィルム等の各種フィルムなど、各種のシート状記録媒体を含むこととする。

近年、例えばプリンタ・複写機・ファクシミリなどの画像形成装置に対し、省エネルギー化・高速化についての市場要求が強くなってきている。
画像形成装置では、電子写真記録・静電記録・磁気記録等の画像形成プロセスにより、画像転写方式もしくは直接方式で未定着トナー画像が記録材に形成される。未定着トナー画像を定着させるための定着装置としては、定着部材の回転体としてローラを用いる熱ローラ方式、ベルトを用いるベルト方式、さらにフィルム加熱方式、電磁誘導加熱方式等の接触加熱方式の定着装置が広く採用されている。

こうした定着装置では、近年、電源投入時などの常温状態から印刷可能な所定の温度（リロード温度）となるまでに要するウォームアップ時間をさらに短縮化することが求められている。このウォームアップ時間は、印刷要求を受けた後、印刷準備を経て印字動作を行い排紙が完了するまでのファーストプリント時間にもかかわるものである（課題１）。

また、画像形成装置の高速化に伴い、単位時間あたりの通紙枚数が増え、必要熱量が増大しているため、特に連続印刷のはじめに熱量が不足する所謂、温度落ち込みが問題となっている（課題２）。

課題１の問題を解決する方法として、セラミックヒータを用いたサーフ定着が提案されており、この方式により、ベルト方式の定着装置に比べ、低熱容量化、小型化するようにしている。しかし、この方式ではニップ部のみを局所加熱しているため、その他の部分では加熱されておらず、ニップ部における用紙などの入口においてベルトは最も冷えた状態にあり、定着不良が発生しやすくなるという問題がある。特に、高速機においては、ベルトの回転が速く、ニップ部以外でのベルトの放熱が多くなるため、より定着不良が発生しやすくなるという問題がある（課題３）。

以上のような課題１〜３を解決するためのものとして、特許文献１がある。図１２は、特許文献１の定着装置の概略図である。
無端ベルト２０１の内部にパイプ状の金属熱伝導体２０２を、無端ベルト２０１の移動をガイドすることが可能に固定し、金属熱伝導体２０２内の熱源２０３により金属熱伝導体２０２を介して無端ベルト２０１を加熱する。さらに無端ベルト２０１を介して金属熱伝導体２０２に接してニップ部２０７を形成する加圧ローラ２０４を備え、該加圧ローラ２０４の回転に連れ回りするようにして無端ベルト２０１を周方向に移動させる。この構成により、定着装置を構成する無端ベルト２０１全体を温めることを可能にし、加熱待機時からのファーストプリントタイムを短縮することができ、かつ高速回転時の熱量不足を解消することが可能となっている。

また、更なる省エネ性およびファーストプリントタイム向上のためには熱効率を更に向上させる必要があり、このため、無端ベルト２０１を金属熱伝導体を介さず、直接加熱する構成も知られている。

上述した特許文献１や、さらにその無端ベルト２０１を金属熱伝導体を介さず、直接加熱する構成では、省エネ性を向上させ、加熱待機時からのファーストプリントタイムを更に短縮させることができる。しかし、こうした構成とすることで、無端ベルト２０１がニップ部２０７を摺動しながら通過することとなり、従来、一般的であったローラとローラを突き当てる構成に比べて、無端ベルト２０１を回転させるためのトルクが増大するという問題が現れた。

さらに、加圧ローラ２０４には弾性層２０６を有しているが、この弾性層２０６は、無端ベルト２０１の回転に従いせん断力を受けることになる。増大した回転トルクに弾性層２０６の強度がもつためには、この弾性層２０６のゴム硬度あるいはスポンジ硬度が高くなる傾向がある。さらに、熱効率を向上させるために、この弾性層２０６を薄くする必要がある。

こうした構成で記録材の搬送方向におけるニップ幅を確保するために、図９（ａ）に示すような突き当て方式がとられていた。この突き当て方式は、図９（ａ）に示すように、加圧ローラ２０４両端についているベアリング２０８を加圧スプリングによって押圧力Ｆ１で無端ベルト２０１の方向に付勢する。そしてベアリング２０８を、定着装置のフレームに固定された突き当て部材２２０に突き当てることで、加圧ローラ２０４の位置を確定させる。

しかし、こうした図９（ａ）に示すような構成例では、上述のように加圧ローラ２０４の弾性層２０６が高硬度化および薄肉化された場合、突き当て部材２２０の位置や、加圧ローラ２０４の直径のばらつきによるニップ幅の変動が大きくなる。また、この問題を解消するために、用いる各部品の高精度化をおこなうとコストが増大する。

一方、こうした問題を解消するために、図９（ｂ）に示すような荷重方式がとられている。これは、図９（ａ）に示す突き当て方式における突き当て部材２２０を設けず、ベアリング２０８を押圧力Ｆ１で付勢する加圧スプリングでの付勢力を調整することによって、ニップを調整するものである。
ニップを確保するために、定着装置は押圧力Ｆ１を調整する調整機構を有し、工場生産のときなどにニップ幅が確保されるよう、この調整機構で押圧力Ｆ１の調整を行う。

この図９（ｂ）に示す構成の問題を以下に説明する。
加圧ローラ２０４は、無端ベルト２０１に近づく方向および逆方向Ｄ１に移動可能に設けられている。これは、ジャムが発生した場合にユーザーが紙を取り除きやすくするためである。また、加圧ローラ２０４の軸端部には、同軸で回転する駆動ギヤ２１１が固定されている。

ここで、上述のように無端ベルト２０１がニップ部２０７を摺動しながら通過する構成で、無端ベルト２０１を回転させるためのトルクが増大すると、そのトルクが伝達される駆動ギヤ２１１におけるラジアル力が無視できなくなる。すなわち、駆動ギヤ２１１が回転トルクを伝達されることによる押圧力Ｆ３が大きくなると、ニップ部２０７における面圧となる押圧力Ｆ２でその影響との釣り合いをとることとなる。この駆動ギヤ２１１による押圧力Ｆ３は、加圧ローラ２０４の軸における一端から加えられるため、押圧力Ｆ３が大きくなると、ニップ部２０７を形成するための押圧力Ｆ２が場所によって均一でなくなり、ニップ部２０７の面圧偏差が生じる。

ニップ部２０７で面圧偏差が生じた場合、例えば下記の問題が発生するおそれがある。
（１） ニップ部２０７を形成する部材の偏磨耗
（２） 加圧ローラ２０４の弾性層２０６の破壊
（３） 記録材のスキュー

さらに、押圧力Ｆ３を大きくする要因である駆動ギヤ２１１の回転トルクは、経時で増大する傾向がある。このため、ニップ部２０７での面圧偏差も、経時で増大するおそれがある。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、回転トルクによるニップ面圧への影響を効果的に軽減することができる定着装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明に係る定着装置は、互いに当接して回転する回転体である定着部材と加圧部材とを備え、加熱された定着部材と加圧部材との間のニップ部により記録材に画像の定着を行う定着装置であって、加圧部材は、当該加圧部材に同軸で固定された加圧部材歯車にニップ部よりも記録材の搬送方向における上流側で咬合する伝達歯車、からの力を受けて回転駆動され、加圧部材を定着部材に向けて押圧する加圧部材用押圧手段と、加圧部材と同軸で回転するベアリングを加圧部材用押圧手段による押圧方向とは略逆方向に押圧する対向押圧手段と、を備えたことを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、回転トルクによるニップ面圧への影響を効果的に軽減することができる。

本発明の実施形態としての定着装置８０を用いた画像形成装置１００の構成例を示す図である。 本実施形態の定着装置８０の一構成例を示す図である。 本実施形態の定着装置８０の他の構成例を示す図である。 本実施形態の定着装置８０に押圧力を作用させる構成を概略的に示す図である。 図４における押圧力Ｆ１、Ｆ４を作用させる構成を加圧ローラ８３の軸方向から概略的に示す図である。 加圧ローラ８３の軸９７に回転駆動力を伝達する構成を概略的に示す図である。 加わる力の関係を、（ａ）本実施形態、（ｂ）従来の荷重方式について概略的に示す図である。 従来の定着装置の構成例を示す図である。 従来の定着装置に加わる力の関係を、（ａ）突き当て方式、（ｂ）荷重方式について概略的に示す図である。

次に、本発明に係る定着装置を適用した一実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
本実施形態は、例えば複写機やファクシミリ、プリンタなどの静電記録式画像形成装置に使用される定着装置に関する。より具体的には、回転体である無端状の定着部材と加圧部材間にニップ部を形成し、該ニップ部を通る被定着材に対し定着処理を行う定着装置、およびその定着装置を搭載した画像形成装置に関するものである。

図１に、本実施形態の画像形成装置１００の構成例を示す。
図１に示した画像形成装置は、複数の色画像を形成する作像部がベルトの展張方向に沿って並置されたタンデム方式を用いるカラープリンタあるが、本実施形態はこの方式に限定されるものではない。また、本実施形態はプリンタだけではなく、例えば複写機やファクシミリ装置など各種の画像形成装置に適用することができる。

図１に示すように、画像形成装置１００は、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色に色分解された色にそれぞれ対応する像としての画像を形成可能な像担持体としての感光体ドラム２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋを備える。こうして、本実施形態の画像形成装置１００では、これら感光体ドラム２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋが並設されたタンデム構造が採用されている。

図１に示す構成の画像形成装置１００は、各感光体ドラム２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋに形成された可視像が、各感光体ドラム２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋに対峙しながら中間転写体である転写ベルト１１に対して１次転写行程を実行する。転写ベルト１１は、矢印Ａ１方向に移動可能な無端ベルトが用いられる。こうして各色それぞれの画像が転写ベルト１１に重畳転写され、その後、記録シートなどが用いられる記録材Ｓに対して２次転写行程を実行することで一括転写されるようになっている。

各感光体ドラムの周囲には、感光体ドラムの回転に従い画像形成処理するための装置が配置されている。このため、ブラック画像形成を行う感光体ドラム２０Ｂｋを対象として説明すると、感光体ドラム２０Ｂｋの回転方向に沿って画像形成処理を行う帯電装置３０Ｂｋ、現像装置４０Ｂｋ、１次転写ローラ１２Ｂｋおよびクリーニング装置５０Ｂｋが配置されている。帯電後に行われる書き込みは、光書込装置８が用いられる。

転写ベルト１１に対する重畳転写は、転写ベルト１１が矢印Ａ１方向に移動する過程において、各感光体ドラム２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋに形成された可視像が、転写ベルト１１の同じ位置に重ねて転写される。この各色可視像の転写は、１次転写ローラ１２Ｙ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｂｋによる電圧印加によって行われ、矢印Ａ１方向の上流側から下流側に向けてタイミングをずらして行われる。１次転写ローラ１２Ｙ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｂｋは、転写される各色可視像が転写ベルト１１の同じ位置に重ねて転写されるよう、転写ベルト１１を挟んで各感光体ドラム２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋに対向して配設される。

各感光体ドラム感光体ドラム２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋは、矢印Ａ１方向の上流側からこの順で並んでいる。各感光体ドラム感光体ドラム２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋは、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの画像をそれぞれ形成するための画像ステーションに備えられている。

画像形成装置１００は、色毎の画像形成処理を行う４つの画像ステーションと、転写ベルトユニット１０と、２次転写ローラ５と、中間転写ベルトのクリーニング装置１３と、光書込装置８とを有している。

転写ベルトユニット１０は、各感光体ドラム２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋの上方に対向して配設され、転写ベルト１１及び１次転写ローラ１２Ｙ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｂｋを備える。

２次転写ローラ５は、転写ベルト１１に対向して配設され転写ベルト１１に従動し、連れ回りする転写部材としての転写ローラである。

クリーニング装置１３は、転写ベルト１１に対向して配設され転写ベルト１１表面をクリーニングする。

光書込装置８は、４つの画像ステーションの下方に対向して配設され、光源としての半導体レーザ、カップリングレンズ、ｆθレンズ、トロイダルレンズ、折り返しミラーおよび偏向手段としての回転多面鏡などを備える。こうした構成により、光書込装置８は、各感光体ドラム２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋに対して色毎に対応した書き込み光Ｌｂを出射して感光体ドラム２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋに静電潜像を形成する。なお、図１では、便宜上、ブラック画像の画像ステーションのみを対象として符号が付けてあるが、その他の画像ステーションも同様である。

画像形成装置１００は、さらにシート給送装置６１と、レジストローラ対４とを備える。
シート給送装置６１は、感光体ドラム２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋと転写ベルト１１との間に向けて搬送される記録材Ｓを積載した給紙カセットである。

レジストローラ対４は、シート給送装置６１から搬送されてきた記録材Ｓを、画像ステーションによるトナー像の形成タイミングに合わせた所定のタイミングで、各感光体ドラム２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋと転写ベルト１１との間の転写部に向けて繰り出す。
また、画像形成装置１００は、記録材Ｓの先端がレジストローラ対４に到達したことを検知する図示しないセンサを備える。

画像形成装置１００は、さらに定着装置８０と、排出ローラ７と、排紙トレイ１７と、トナーボトル９Ｙ，９Ｃ，９Ｍ，９Ｂｋとを備える。

定着装置８０は、トナー像が転写された記録材Ｓにそのトナー像を定着させる。
排出ローラ７は、定着済みの記録材Ｓを画像形成装置１００の本体外部に排出する。
排紙トレイ１７は、画像形成装置１００の本体上部に配設され、排出ローラ７により画像形成装置１００の本体外部に排出された記録材Ｓを積載する。
トナーボトル９Ｙ，９Ｃ，９Ｍ，９Ｂｋは、排紙トレイ１７の下側に配置され、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナーを充填されて格納する。

転写ベルトユニット１０は、転写ベルト１１、１次転写ローラ１２Ｙ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｂｋの他に、転写ベルト１１が掛け回されている駆動ローラ７２及び従動ローラ７３を有している。
従動ローラ７３は、転写ベルト１１に対する張力付勢手段としての機能も備えており、このため、従動ローラ７３には、バネなどを用いた付勢手段が設けられている。このような転写ベルトユニット１０と、１次転写ローラ１２Ｙ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｂｋと、２次転写ローラ５と、クリーニング装置１３とで転写装置７１が構成されている。

シート給送装置６１は、画像形成装置１００の本体下部に配設されており、最上位の記録材Ｓの上面に当接する給紙ローラとしての給送ローラ３を有する。そしてシート給送装置６１は、給送ローラ３が反時計回り方向に回転駆動されることにより、最上位の記録材Ｓをレジストローラ対４に向けて給送するようになっている。

転写装置７１に装備されているクリーニング装置１３は、詳細な図示を省略するが、転写ベルト１１に対向、当接するように配設されたクリーニングブラシとクリーニングブレードとを有する。こうした構成により、クリーニング装置１３は、転写ベルト１１上の残留トナー等の異物をクリーニングブラシとクリーニングブレードとにより掻き取り、除去して、転写ベルト１１をクリーニングするようになっている。クリーニング装置１３は、転写ベルト１１から除去した残留トナーを搬出し廃棄するための図示しない排出手段をさらに有する。

次に、本実施形態の定着装置８０の構成例について、図２を参照して説明する。
図２に示す定着装置８０は、互いに当接して回転する回転体としての加圧回転体と定着ベルト８１を有し、熱源８２により定着ベルト８１が内周側から輻射熱で直接加熱される構成となっている。図２の例では、加圧回転体として加圧ローラ８３を用い、熱源８２としてハロゲンヒータを用いた場合の構成例を示す。

図２の定着ベルト８１の内側には、定着ベルト８１を介して対向する加圧ローラ８３とニップ部Ｎを形成するニップ形成部材８６が設けられ、定着ベルト８１内面と直接、あるいは図示しない摺動シートを介して間接的に摺動するようになっている。こうして、互いに当接して回転する回転体である定着ベルト８１および加圧ローラ８３がそれぞれ平行な軸により回転可能に構成されることで、ニップ部Ｎが形成される。

図２の例ではニップ部Ｎの形状が平坦状であるが、凹形状やその他の形状であっても良い。ニップ部Ｎの形状は凹形状の方が、記録材先端の排出方向が加圧ローラ８３寄りになり、分離性が向上するのでジャムの発生が抑制される。

定着ベルト８１は、ニッケルやＳＵＳ（ステンレス鋼）などの金属ベルトやポリイミドなどの樹脂材料を用いた無端状のベルトもしくはフィルムにより構成される。ベルトの表層はＰＦＡまたはＰＴＦＥ層などの離型層を有し、トナーが付着しないように離型性を持たせている。ベルトの基材とＰＦＡまたはＰＴＦＥ層の間にはシリコーンゴムの層などで形成する弾性層があっても良い。シリコーンゴム層がない場合は熱容量が小さくなり、定着性が向上するが、未定着画像を押し潰して定着させるときにベルト表面の微小な凹凸が画像に転写されて画像のベタ部にユズ肌状の光沢ムラ（ユズ肌画像）が残るという不具合が生じる。これを改善するにはシリコーンゴム層を１００μｍ以上設ける必要がある。シリコーンゴム層の変形により、微小な凹凸が吸収されユズ肌画像が改善する。

定着ベルト８１の内部にはニップ部Ｎを支持するためのステーによる支持部材８７を設け、加圧ローラ８３により圧力を受けるニップ形成部材８６の撓みを防止し、記録材の搬送方向におけるニップ部Ｎの幅が軸方向で均一になるようにしている。この支持部材８７は両端部でフランジによる保持部材８８に保持固定され位置決めされている。また、熱源８２と支持部材８７の間に反射部材８９を備え、熱源８２からの輻射熱などにより支持部材８７が加熱されてしまうことによる無駄なエネルギー消費を抑制している。ここで反射部材８９を備える代わりに支持部材８７表面に断熱もしくは鏡面処理を行っても同様の効果を得ることか可能となる。

熱源８２は、図示したハロゲンヒータでも良いが、ＩＨであっても良いし、抵抗発熱体、カーボンヒータ等であっても良い。

加圧ローラ８３は、芯金８５の外周に弾性ゴムなどによる弾性層８４が設けられ、さらに離型性を得るために表面に離型層（ＰＦＡまたはＰＴＦＥ層）が設けてある。加圧ローラ８３は画像形成装置に設けられたモータなどの駆動源からギヤを介して駆動力が伝達され回転する。また、加圧ローラ８３は、後述する加圧スプリングなどにより定着ベルト８１側に押し付けられており、弾性層８４が押し潰されて変形することにより、所定のニップ幅を有している。

加圧ローラ８３は中空のローラであっても良く、加圧ローラ８３にハロゲンヒータなどによる他の熱源を有していても良い。弾性層８４を構成する弾性ゴムはソリッドゴムでも良いが、加圧ローラ８３内部にヒータが無い場合は、スポンジゴムを用いても良い。スポンジゴムの方が、断熱性が高まり定着ベルト８１の熱が奪われにくくなるので、より望ましい。

定着ベルト８１は加圧ローラ８３により連れ回り回転する。図２の場合は加圧ローラ８３が図示しない駆動源により回転し、ニップ部Ｎでベルトに駆動力が伝達されることにより定着ベルト８１が回転する。定着ベルト８１はニップ部Ｎで挟み込まれて回転し、ニップ部Ｎ以外では両端部で保持部材８８（フランジ）にガイドされ、走行する。

また、ニップ部Ｎよりも記録材の搬送方向における下流側に、分離対象の回転体である定着ベルト８１から記録材を分離させるための定着分離部材９０が設けられる。

本実施形態では、こうした構成により安価で、ウォームアップが速い定着装置８０を実現することが可能となる。

図３は、本実施形態の定着装置８０の別の構成例を示す図である。
図２の構成例では熱源８２がハロゲンヒータ１本で構成されているのに対し、図３の構成例は熱源８２がハロゲンヒータ３本で構成されている点が異なる。

次に、本実施形態の主たる特徴が含まれる加圧ローラ８３の軸９７周りの構成について、図４〜図６を参照して説明する。図４は、本実施形態の定着装置８０の構成を加圧ローラ８３の軸方向に垂直な方向から概略的に示す。図５は、加圧ローラ８３の軸９７に加える押圧力Ｆ１の調整機構を示し、図６は加圧ローラ８３の軸９７に回転駆動力を伝達する構成を示す。

本実施形態の加圧ローラ８３の軸９７には、同軸で回転するベアリング９１および駆動ギヤ９２が設けられる。ベアリング９１は、加圧ローラ８３に対して軸方向における両側に１つずつ配設される。駆動ギヤ９２は、加圧ローラ８３の軸９７の端部近傍に固定される。また、駆動ギヤ９２は、隣接して設けられる歯車であるアイドラギヤ１１１と咬合して回転駆動力の伝達を受け、加圧ローラ８３を回転させる加圧部材歯車である。

加圧ローラ８３は、定着ベルト８１に近づく方向および逆方向Ｄ１に移動可能に設けられている。これは、ジャムが発生した場合にユーザーが紙を取り除きやすくするためである。このため、加圧ローラ８３の軸９７は、定着装置８０のフレーム１１０に対して、回転可能、かつ定着ベルト８１に近づく方向および逆方向Ｄ１に移動可能であるよう取り付けられる。

また、ベアリング９１周りには、ベアリング９１を加圧ローラ８３から定着ベルト８１へと向かう方向に押圧力Ｆ１で押圧する加圧部材用押圧手段である調整機構と、その略逆方向へと押圧力Ｆ４で押圧する対向押圧手段と、が設けられる。押圧力Ｆ４で押圧する略逆方向とは、加圧部材用押圧手段による押圧方向と逆方向が最も好ましく、加圧ローラ８３と定着ベルト８１との間でニップ部Ｎを形成して押圧力のバランスを保持できる範囲であれば設計等に応じた方向であってもよい。

この加圧部材用押圧手段と対向押圧手段の構成について、図５を参照して説明する。
ベアリング９１は、ベアリングホルダ９３に保持され、軸９７をベアリングホルダ９３に回転可能に取り付ける。ベアリングホルダ９３は板金で構成される。また、加圧ローラ８３の軸方向両側に設けられたベアリング９１それぞれに対して設けられたベアリングホルダ９３は、板金で構成されるステー９４により固定されて一体化される。

このため、ベアリング９１を加圧ローラ８３から定着ベルト８１へと押圧する調整機構により、加圧ローラ８３の軸方向両側に設けられた２つのベアリング９１を同じ押圧力Ｆ１で押圧できるように構成される。このため、軸９７の軸方向全体に渡って均一な面圧で加圧ローラ８３から定着ベルト８１へと押圧し、ニップ部Ｎを形成できるようになっている。

ベアリングホルダ９３は、加圧ローラ８３の軸方向と平行な軸１０５回りに回転可能であるよう、定着装置８０のフレーム１１０に取り付けられる。また、加圧アーム１０４が、同じ軸１０５回りに回転可能であるよう、定着装置８０のフレーム１１０に取り付けられる。

加圧アーム１０４とベアリングホルダ９３との間には、調整ネジ１０１と、突き当て部材１０２とで復元力を調整される加圧スプリング９５が配設される。また、加圧アーム１０４におけるベアリングホルダ９３が配置される側の背面側には、回転可能な加圧カム１０６が配設される。加圧アーム１０４は、この加圧カム１０６の回転により、図５に示す軸１０５回りの回転方向Ｄ３における位置を調整されるよう構成される。

また、調整ネジ１０１を回転させて図５に示す方向Ｄ２における位置を調整することで、加圧アーム１０４からベアリングホルダ９３への加圧スプリング９５による付勢力が調整される。また、この調整機構では、加圧スプリング９５による付勢力をベアリングホルダ９３に作用させる位置の軸１０５からの距離よりも、ベアリングホルダ９３からベアリング９１を押圧する位置の軸１０５からの距離を短くするように配置する。このように配置することで、加圧スプリング９５による付勢力をより大きくした押圧力Ｆ１をベアリング９１に加えることができる。図５の例では、軸１０５から加圧スプリング９５の距離の半分の位置にベアリング９１を配置することにより、加圧スプリング９５の付勢力を２倍にして、ベアリング９１への押圧力Ｆ１とする構成例を示す。

こうした調整機構により、加圧ローラ８３から定着ベルト８１への向かう方向への押圧力Ｆ１をニップ部Ｎの形成に適するように微調整でき、また調整した一定の値に保持することができる。

また、図５に示すように、ベアリング９１に対してこの押圧力Ｆ１を加える調整機構と対向する側に、対向スプリング９６が設けられ、略逆方向への押圧力Ｆ４で押圧する構成となっている。対向スプリング９６は定着装置８０のフレーム１１０に固定され、加圧ローラ８３の軸９７が取り付けられると、ベアリング９１を付勢する構成となっている。また、上述の調整機構によりベアリング９１を加圧ローラ８３から定着ベルト８１へと向かう方向に押圧力Ｆ１で押圧することで、対向スプリング９６による押圧力Ｆ４がベアリング９１に作用する。

次に、加圧ローラ８３を回転させる歯車による伝達機構について、図６を参照して説明する。

加圧ローラ８３を回転させる加圧部材歯車である駆動ギヤ９２は、隣接して設けられる歯車であるアイドラギヤ１１１と咬合する。このアイドラギヤ１１１は、軸回りに回転可能、かつ軸位置が定着装置８０のフレーム１１０に対して固定されるよう、フレーム１１０に取り付けられる。

また、加圧ローラ８３は、上述のように定着ベルト８１に近づく方向および逆方向Ｄ１に移動可能に設けられている。このため、アイドラギヤ１１１は、正逆方向Ｄ１に移動可能な駆動ギヤ９２の可動範囲を避けるように、駆動ギヤ９２よりも記録材の搬送方向における上流側に配設される。そして、アイドラギヤ１１１は、画像形成装置１００本体に取り付けられる本体側ギヤ１１２からの回転駆動力を歯車の咬合により駆動ギヤ９２に伝達する伝達歯車として機能する。

駆動ギヤ９２の回転により加圧ローラ８３および定着ベルト８１が回転し、ニップ部Ｎで記録材を搬送するため、駆動ギヤ９２の回転方向は図６中で反時計方向となり、上流側で咬合するアイドラギヤ１１の回転方向は図６中で時計方向となる。
このため、駆動ギヤ９２を回転させる回転駆動力は、駆動ギヤ９２とアイドラギヤ１１との間で図６中の右方向、押圧力Ｆ３の方向に作用する。このため、駆動ギヤ９２を回転させるための回転トルクが大きくなると、駆動ギヤ９２に対して、加圧ローラ８３から定着ベルト８１に向かう方向に押圧力Ｆ３が大きく作用することとなる。

本実施形態が以上のように構成されることにより加わる力の関係について、図７を参照して説明する。図７（ａ）は本実施形態により加わる力の関係を示し、図７（ｂ）は、従来の荷重方式の構成により加わる力の関係を示す。

図７（ｂ）に示す従来の構成では、ニップ部２０７を形成するための加圧ローラ２０４の弾性層にかかる押圧力Ｆ２と、加圧ローラ２０４から無端ベルト２０１の方向にベアリング２０８を押圧する押圧力Ｆ１とがイコールの関係である。このため、駆動ギヤ２１１を回転させるための回転トルクが大きくなり、回転トルクにより駆動ギヤ２１１に作用する押圧力Ｆ３が大きくなると、この押圧力Ｆ３が加圧ローラ２０４の軸方向における一端から作用する。このため、ニップ部２０７を形成する押圧力Ｆ２が加圧ローラ２０４の軸方向に均一でなくなり、ニップ部２０７の面圧偏差が生じるおそれがあった。

これに対し、図７（ｂ）に示す本実施形態の構成では、加圧ローラ８３から定着ベルト８１の方向にベアリング９１を押圧する押圧力Ｆ１が、ニップ部Ｎを形成するための押圧力Ｆ２と、対向スプリング９６による押圧力Ｆ４との間で釣り合う。このため、駆動ギヤ９２を回転させるための回転トルクにより駆動ギヤ９２に作用する押圧力Ｆ３が大きくなった場合であっても、この押圧力Ｆ３による影響がニップ部Ｎの押圧力Ｆ２と、対向スプリング９６による押圧力Ｆ４とに分散される。このため、ニップ部Ｎを形成する押圧力Ｆ２に与える影響を小さくすることができる。

上述した図２、図３に示す構成にように、定着ベルト８１がニップ形成部材８６の表面を摺動しながら回転する構成では、従来、一般的であったローラとローラを突き当てる構成に比べて、定着ベルト８１を回転させるためのトルクが増大する傾向がある。本実施形態によれば、こうして駆動ギヤ９２を回転させるための回転トルクが大きくなった場合であっても、回転トルクによる押圧力Ｆ３の影響をニップ部Ｎの押圧力Ｆ２と、対向スプリング９６による押圧力Ｆ４とに分散することができる。このため、ニップ部Ｎを形成する押圧力Ｆ２に与える影響を小さくすることができる。このため、ニップ部Ｎを形成するための押圧力Ｆ２をニップ部Ｎの全体に渡って均一にでき、ニップ部Ｎの面圧偏差を防止することができる。

さらに、工場での製造の際に、ニップが出るように加圧力を調整することができる。下記に調整の一例を挙げる。

例えば加圧ローラ８３がφ２５、ゴム厚３．５ｍｍであり、ゴム材質が発泡シリコーンゴムとする。また、加圧スプリング９５のバネ乗数が８０Ｎ／ｍｍであり、ベアリングホルダ９３によるレバー機構でのレバー比が２で、押圧力Ｆ１が２倍に作用するとする。また、対向スプリング９６のバネ乗数が４０Ｎ／ｍｍであるとする。
この条件でのニップ形成の際には、おおむね以下のような力関係になる。
押圧力Ｆ１：押圧力Ｆ４＝２８０Ｎ：８０Ｎ

以上のように、上述した本実施形態の定着装置は、互いに当接して回転する回転体である定着部材と加圧部材と、定着部材を輻射熱によって直接加熱する加熱源と、定着部材内部で加圧部材と対向しニップを形成するニップ形成部材とを具備する。定着部材は、加圧部材との摩擦によって従動回転し、ニップ形成部材とは摺動する。
本実施形態の定着装置は、こうした構成に加え、加圧部材を定着部材に向けて付勢する加圧部材用押圧手段と、加圧部材を略逆方向に付勢する対向押圧手段と、を備える。

このため、定着部材である定着ベルト８１を回転させるための回転トルクが大きくなる場合であっても、回転トルクによるニップ面圧への影響を減らすことができる。

また、上述した本実施形態による定着装置を備えた画像形成装置によれば、上述した本実施形態の定着装置による各効果が得られる画像形成装置を提供することができる。

なお、上述した各実施形態は本発明の好適な実施形態であり、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々変形して実施することが可能である。

例えば、対向スプリング９６による対向押圧手段は、加圧ローラ８３を定着ベルト８１に向けて押圧する押圧力Ｆ１と略逆方向に押圧力Ｆ４を作用させることができれば構成は上述の実施形態に限定されない。
例えば、加圧ローラ８３の軸９７を押圧できれば、ベアリング９１の位置でなく、他の位置で押圧力Ｆ４を作用させるよう配設されてもよい。また、押圧力Ｆ４を調整する調整機構をさらに備えた構成であってもよい。

また、加圧スプリング９５により加圧ローラ８３を加圧する構成や、ベアリング９１への押圧力Ｆ１を調整する調整機構の構成についても、ニップ部Ｎを形成できるよう加圧できれば上述した実施形態の構成に限定されず、任意の構成であってよい。

１００ 画像形成装置
８０ 定着装置
８１ 定着ベルト
８２ 熱源
８３ 加圧ローラ
８４ 弾性層
８５ 芯金
８６ ニップ形成部材
８７ 支持部材
８８ 保持部材
８９ 反射部材
９０ 定着分離部材
９１ ベアリング
９２ 駆動ギヤ
９３ ベアリングホルダ
９４ ステー
９５ 加圧スプリング
９６ 対向スプリング
９７ 軸
１０１ 調整ネジ
１０２ 突き当て部材
１０４ 加圧アーム
１０５ 軸
１０６ 加圧カム
１１０ フレーム
１１１ アイドラギヤ
１１２ 本体側ギヤ
Ｎ ニップ部

特許第４８１８８２６号公報

Claims (4)

1. 互いに当接して回転する回転体である定着部材と加圧部材とを備え、加熱された前記定着部材と前記加圧部材との間のニップ部により記録材に画像の定着を行う定着装置であって、
   前記加圧部材は、当該加圧部材に同軸で固定された加圧部材歯車に前記ニップ部よりも記録材の搬送方向における上流側で咬合する伝達歯車、からの力を受けて回転駆動され、
   前記加圧部材を前記定着部材に向けて押圧する加圧部材用押圧手段と、
   前記加圧部材と同軸で回転するベアリングを前記加圧部材用押圧手段による押圧方向とは略逆方向に押圧する対向押圧手段と、を備えたことを特徴とする定着装置。
2. 前記加圧部材は、前記定着部材に近づく方向および逆方向に移動可能に設けられたことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記加圧部材用押圧手段は、前記加圧部材を前記定着部材に向けて押圧する力を調整する調整機構を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の定着装置。
4. 請求項１から３の何れか１項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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