JP2005037645A - 定着装置およびそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 記録媒体の種類（特に厚さ）が変わっても、定着温度を変えることなく、トナーの定着性や、得られる画像の画質を一定に保ち得る定着装置および画像形成装置を提供すること。
【解決手段】 少なくとも２つのロール（１８〜２０）に張架された加圧ベルト２１からなる加圧ベルトモジュール１６と、定着ロール１とを含み、加圧ベルト２１の２つのロール１８，１９に張架された間が、定着ロール１の外周に押圧され巻き付けられてニップ部Ｎを形成し、２つのロール１８，１９のうち、定着ロール１の回転方向（矢印Ａ方向）下流のロール１９が、加圧ベルト２１を介して定着ロール１表面に付勢される加圧ロール１９であり、定着ロール１の回転方向（矢印Ａ方向）上流のロール１８が、加圧ベルト２１の定着ロール１への巻き付け角度が変化するように変位（矢印Ｄ方向ないしその逆方向）し得る変位ロールである定着装置、およびそれを用いた画像形成装置である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複写機、プリンター、ファクシミリ等の画像情報記録装置において、記録媒体表面の未定着トナー画像を接触加熱定着する定着装置、とりわけベルトニップ方式の定着装置に関するものである。また、本発明は、かかる定着装置を用いた画像形成装置に関するものである。

従来の定着装置としては、一対の加熱されたロール間の圧接領域に未定着トナー画像を通過させることにより定着を行ういわゆる加熱加圧ロール型定着装置が多用されている（以下、これを「ロールニップ方式」と言う）。かかるロールニップ方式の定着装置の模式断面図を図５に示す。図５において、１０１は矢印Ｆ方向に回転する定着ロールであり、１０６は、定着ロール１０１に従動して矢印Ｇ方向に回転する加圧ロールである。

定着ロール１０１は、アルミニウム等の熱伝導率の高い金属の中空ロール１０５の表面に、弾性層１０４としてシリコーンゴムが被覆され、更にその上に離型性を有するテフロン（Ｒ）の被覆層１０３が形成されたものであり、中空ロール１０５の内部には加熱源としてハロゲンランプ１０２が配置される。定着ロール１０１表面に設けられた温度センサ１０８の信号をもとに、図示しない温度制御回路によってハロゲンランプ１０２がオン・オフ制御され、定着ロール１０１表面が所望の一定温度に調整される。

一方加圧ロール１０６は、芯金ロール１０９にシリコーンゴム等の比較的厚い耐熱弾性体層１１０が被覆されたものである。この耐熱弾性体層１１０の弾性変形によって定着ロール１０１と加圧ロール１０６との圧接部（ニップ部）Ｎ’が形成される。

未定着トナー画像Ｔが表面に形成された用紙Ｐは、矢印Ｈ方向に進行してニップ部Ｎに挿通され、圧力と熱エネルギーの作用により未定着トナー画像Ｔが定着される。ニップ部Ｎを通過した用紙Ｐは、トナーの粘着性のため定着ロール１０１に巻きついてくるので、それを剥がすための剥離爪１０７が設けられており、これにより定着後の用紙Ｐが定着ロール１０１から剥離され、装置外に排出される。

しかし、前記定着方式を用いて、より高速に定着しようとした場合、未定着トナー画像Ｔと用紙Ｐとに、定着に十分なだけの熱エネルギーと圧力とを与えなければならない。そのためにはニップ部Ｎ’の幅（ニップ幅）を定着速度に比例して広くする必要がある。ニップ幅を広くするのに、両ロール１０１−１０６間の荷重を大きくする方法、または弾性層１０４や耐熱弾性体層１１０の弾性体層の厚さを厚くする方法、両ロール１０１，１０６のロール径を大きくする方法等がある。

上記両ロール間の荷重を大きくする方法や、上記弾性体層の厚さを大きくする方法では、ロールの撓みに起因するニップ幅の形状がロール軸に沿って不均一になったり、定着むらや紙しわが発生し易くなるため、おのずと限界がある。また上記ロール径を大きくする方法は、前記のような品質上の問題点はないが、装置が大型になり、また定着ロール１０１を室温から定着可能温度まで上昇させるまでの時間（一般に、「ウォームアップタイム」と称される。）が長くなってしまうという問題点を有する。

これらの問題点を解決し、より高速化に対応できるようにするため、特許文献１における図２に示されるような、ベルトを用いた方式が提案されている。（以下、このようにニップ部の形成にベルトを用いた方式を「ベルトニップ方式」と称する。）。かかるベルトニップ方式の定着装置の模式断面図を図６に示す。

図６において、１２１は矢印Ｊ方向に回転する定着ロールであり、１２５は、定着ロール１２１に当接して矢印Ｋ方向に回転するエンドレスベルトである。エンドレスベルト１２５は、駆動ロール１２２と、張架ロール１２３および１２４とに張架され、駆動ロール１２２−張架ロール１２４間が定着ロール１２１に巻き付くように当接してニップ部を形成している。当該ニップ部のエンドレスベルト１２５回転方向最下流では、加圧ロール１２８が圧縮コイルスプリング１２９により、エンドレスベルト１２５を介して定着ロール１２１表面に付勢され、前記ニップ部の終端を形成している。

図６に示されたベルトニップ方式の定着装置は、前記ニップ部に、未定着トナー画像１２６が表面に形成された用紙１２７が挿通され、当該ニップ部における圧力と熱エネルギーとによって定着を行うものである。このような構成にすることで、エンドレスベルト１２５と定着ロール１２１とのニップ幅を、従来のロールニップ方式によるニップ幅よりも容易に大きくとることができる（ワイドニップを形成することができる）ので、高速化対応が可能となる。また同じ定着速度で比較した場合には、ロールニップ方式の定着装置よりも小型化を図ることができる。

形成されたワイドニップを形成する前記ニップ部は、入口側の低圧部分（エンドレスベルト１２５が巻き付いている部分）と、出口側の加圧ロール１２８により付勢されている高圧部分との少なくとも２つの圧力部分から構成されている。前記低圧部分は、用紙１２７と、その表面に形成された未定着トナー画像１２６とに熱を与える部分であり、この部分の圧力を大きくしても熱の伝達量は変らないので、敢えて圧力を大きくする意味はなく、総荷重を抑えるため低圧になっている。なお、ここで言う「低圧」とは、その圧力が２．９×１０⁴〜２．０×１０⁵Ｐａ（およそ０．３〜２．０ｋｇｆ／ｃｍ²）の範囲のことである。熱の伝達量は、当該低圧部分の長さによって決まってくる。

出口側の加圧ロール１２８に付勢されている高圧部分は、前記ニップ部の前半で与えられた熱によって、溶融した未定着トナー画像１２６にしっかり圧力を加えて用紙１２７に押付けて定着性を確保するとともに、トナー層内の空気を追い出しトナーを凝集させトナー表面を定着ロールに密着させることによりトナー画像表面を狙いの表面性に仕上げることにある。トナーが十分に溶融した前記ニップ部の出口付近の圧力がもっとも大きいため、圧力の効果が大きく現れる。このようなベルトニップ方式は、ニップ部の全体を高圧にするより総荷重を抑制しながら、圧力の効果を十分に生かすことができる優れた方式であるということができる。

また、前記ニップ部の出口における高圧力で、定着ロール１２１の弾性体層を歪ませることにより、用紙１２７にセルフストリッピング性が付与され、容易に定着ロール１２１から用紙１２７を剥離することができるという、優れた効果も有する。
これら高圧部分における狙いの機能を発現させるのに望まれる圧力は、１．５×１０⁵〜７．８×１０⁵Ｐａ（およそ１．５〜８．０ｋｇｆ／ｃｍ²）の範囲内である。

ところで、このベルトニップ方式の定着装置は、ワイドニップを形成することができるので、高速定着を可能とするものであるが、定着すべき用紙の種類によっては、同じ定着温度で定着させた場合に定着性が異なるといった現象を有している。この現象は、ベルトニップ方式に限ったものでなく、従来のロールニップ方式の定着装置に関しても、全く同様のことが言える。

つまり用紙の厚みが薄く熱容量が小さい場合には、同じ定着温度で定着した場合に、用紙上のトナーが過剰に溶融してしまいオフセットが発生したり、定着ロールに用紙が巻き付いたりするといった不具合が生じることがある。また、トナーの過剰溶融はトナー画像の表面を粗したりして、要求通りの画像が得られなくなる。

これを解決するために、従来のロールニップ方式の定着装置では、例えば、標準紙より薄く熱容量が小さい用紙が定着装置に搬送された時に、定着ロールの設定温度を低くして、薄い用紙の場合でも標準紙と同等のトナー溶融状態が得られるようにしている。しかし、既に標準の設定温度まで熱せられた定着ロールの温度を低くするには、定着ロールの表面から放熱して温度が低下するまでの数分間待たなければならない。また、その後標準紙に戻す場合には、今度は設定温度に戻るまで、また数分間待たなければならない。

このように、従来では用紙の厚みが変わった場合に、同じトナー溶融状態で同じ定着性を得るべく定着ロールの温度を変更する場合に、設定した温度になるまでの時間待たなければならないという問題を有している。

ロールニップ方式の定着装置で、設定温度を変えずにニップ幅を狭くして、薄紙でも標準紙と同じトナー溶融状態を得ようとした場合には、定着圧力が低下してしまうので、トナーの凝集が不十分となり狙い通りの画質が得られなくなる。さらに大きな問題は、低圧化に伴って定着ロールの弾性体の歪量が低下して、用紙を定着ロールから剥離するのが困難になってしまう。このような問題が発生してしまうので、これまではロールニップ方式の定着装置では、用紙の厚さ等に関わらず一定の定着性や画質を得るためには、結局、用紙の厚さ等に応じて定着温度を変えるしか方法が無かった。

特開平５−１５０６７９号公報

本発明は、以上の問題点を解決することを目的とするものである。詳しくは、定着しようとする記録媒体（用紙、ＯＨＰ紙等）の種類（特に厚さ）が変わっても、定着温度を変えることなく、つまりは定着温度が所定の温度まで変化するのを待つ必要がなく、トナーの定着性や、得られる画像の画質を一定に保つことができる定着装置を提供することを目的とする。また、本発明は、かかる定着装置を用いた画像形成装置を提供することを他の目的とする。

上記目的は、以下の本発明により達成される。すなわち本発明の定着装置は、少なくとも２つのロールに張架された加圧ベルトからなる加圧ベルトモジュールと、表面が加熱されて回転する定着ロールとを含み、前記加圧ベルトの２つのロールに張架された間が、前記定着ロールの外周に押圧され巻き付けられて、定着用のニップ部を形成してなる定着装置であって、
前記加圧ベルトにおける前記定着ロールの外周に巻き付けられた部分の両端に位置する２つのロールのうち、前記定着ロールの回転方向下流のロールが、前記加圧ベルトを介して前記定着ロール表面に付勢される加圧ロールであり、前記定着ロールの回転方向上流のロールが、前記加圧ベルトの前記定着ロールへの巻き付け角度が変化するように変位し得る変位ロールであることを特徴とする。

既述の如く、ロールニップ方式の定着装置では、上記課題を解決する、すなわち、待ち時間無く、記録媒体の種類（特に厚さ）に対応することは困難であったが、ベルトニップ方式の定着装置においては、形成されるニップ部が、ニップ入口側の低圧部分と出口側の高圧部分との少なくとも２つの圧力部分を有するため、前者の低圧部分の長さを変えることでニップ幅を変えることができれば、上記課題を解決することが可能となる。

そして、本発明の定着装置では、低圧部分のニップ部形成を担う加圧ベルトを、高圧部分のニップ部形成を担う加圧ロールとともに張架する変位ロールを、前記加圧ベルトの前記定着ロールへの巻き付け角度が変化するように変位可能に構成することで、ニップ入口の低圧部分のニップ幅を可変としている。このように構成することで、本発明の定着装置は、定着ロールの表面温度変化を伴わずに、記録媒体の種類（特に厚さ）に対応することができる。

例えば、標準紙より薄い用紙を記録媒体とする場合には、出口側の加圧ロールと接触している高圧部分の各部材の位置関係を変えることなく、入口側の低圧部分のニップ幅を狭くすることによって画質や用紙の剥離性を確保しつつ定着性を一定にすることができる。
また変位ロールを変位させる操作は、物理的な位置関係を変更させるだけであるので温度が変化するまで待つ時のように長い時間待機する必要はない。

ここで、本発明において「巻き付け角度」とは、前記加圧ベルトが前記定着ロールに巻き付いて当接している部分の円弧の、前記定着ロールにおける円周角を指し、一般に「ラップ角度」と称されることもある。したがって「巻き付け角度」が大きければ円弧が長く、すなわちニップ幅が長くなり、逆に「巻き付け角度」が小さければニップ幅が短くなる。

前記変位ロールの変位としては、前記加圧ベルトを介して前記加圧ロールが付勢される部位における前記定着ロール表面の接線と、前記変位ロールおよび前記加圧ロールの中心点を結ぶ直線と、の成す角が増減する方向への変位とすることができる。

前記加圧ベルトを介して前記加圧ロールが付勢される部位における前記定着ロール表面の接線に対して前記定着ロール側に、前記変位ロールの少なくともいずれかの部位が位置すれば、前記加圧ベルトは前記定着ロールに巻き付いた状態を有する。そして、より前記定着ロール側に近づけると、前記定着ロールに巻き付く長さ、すなわち、巻き付け角度が大きくなる。したがって、前記接線と、前記変位ロールおよび前記加圧ロールの中心点を結ぶ直線と、の成す角が増減する方向へ変位ロールを変位させることで、前記加圧ベルトの前記定着ロールへの巻き付け角度を変化させることができる。

本発明の定着装置においては、前記加圧ベルトモジュールが、前記加圧ロールの、前記加圧ベルトの従動回転方向上流であって、前記加圧ベルトの内周から、前記加圧ベルトを介して前記定着ロール表面に付勢される押圧部材を含むことが好ましい。前記低圧部分の加圧力不足を、当該押圧部材により補うことができ、定着性をより向上させることができる。また、低圧部分での前記加圧ベルトの前記定着ロール表面からの浮きを防止することができ、定着不良や画像流れ、搬送不良といった不具合が生ずる可能性を防止することができる。
前記押圧部材としては、ロール状でもパッド状でもいずれであっても構わないが、パッド状に成型されてなることが好ましい。

一方、本発明の画像形成装置は、少なくとも、記録媒体表面にトナーを像様に担持させて、未定着トナー画像を形成する未定着トナー画像形成手段と、記録媒体表面に担持された未定着トナー画像を、加熱および加圧することにより定着する定着手段と、を備える画像形成装置であって、
前記定着手段が、上記本発明の定着装置であることを特徴とする。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、定着ロールと加圧ベルトモジュールとでワイドなニップ部が形成されるベルトニップ方式の定着装置において、定着しようとする記録媒体の種類（特に厚さ）に応じて、定着ロール表面を最適温度に変化させるために必要とされた長い時間の待機が解消され、ニップ部の入口側の低圧部分の幅を可変とすることにより、即時に、最適な定着条件で定着することが可能で、トナーの定着性や、得られる画像の画質を一定に保つことができる定着装置、およびそれを用いた画像形成装置を提供することができる。

以下、本発明について、好ましい実施形態を挙げて詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１に、本発明の例示的一態様である実施形態の定着装置の模式断面図を示す。本実施形態の定着装置は、矢印Ａ方向に回転する定着ロール１と、加圧ベルトモジュール１６と、剥離案内板７および排紙機構（１１，１２）とで構成されている。

定着ロール１における、ニップ部Ｎよりも定着ロール１の回転方向Ａ下流側には、定着ロール１表面近傍に、一辺が近接し、かつ、定着ロール１の回転方向Ａに寝かせられた状態で剥離案内板７が配されている。

定着ロール１は、アルミニウム製で厚さ５ｍｍのコア５の表面に、厚さ１．５ｍｍの弾性層４が被覆され、さらにその上に厚さ３０μｍの表面層３が被覆されてなり、内部に熱源としてハロゲンランプ２が配されている。本実施形態では、弾性層４としてゴム硬度２５〜４５°のシリコーンＬＳＲ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｓｉｌｉｃｏｎｅ Ｒｕｂｂｅｒ）ゴムが用いられている。また、表面層３としてはＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−ペルフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）チューブが用いられている。なお、本実施形態において、定着ロール１は、外径６５ｍｍφ、長さ３５０ｍｍのソフトロールである。

なお、弾性層４の材質としては、シリコーンゴムに限定されず、従来公知の各種材質のものを採用することができ、例えば、フッ素ゴムを用いることができ、シリコーンゴムおよびフッ素ゴムからなる複数層積層された弾性層を用いてもよい。また、定着ロールとしては、弾性層のない、いわゆるハードロールを用いてもよい。定着ロール１は、毎秒４００ｍｍの表面速度で矢印Ａ方向に回転する。定着ロール１の内部には１０００Ｗのハロゲンランプ２が挿入され、不図示の温度センサと温度コントロールとによって、定着ロール１の表面が１７０℃にコントロールされる。本実施形態の定着装置のプロセススピードは、４００ｍｍ／ｓｅｃとした。

加圧ベルトモジュール１６は、リードロール（変位ロール）１８、加圧ロール１９および張架ロール２０の３本のロールにより張架されたエンドレスベルト（加圧ベルト）２１と、これを介して定着ロール１に押圧される圧力パッド（押圧部材）１７とで主要部が構成されている。

エンドレスベルト２１は、定着ロール１に対し所定の角度巻き付けられるように接触し、ニップ部Ｎを形成している。エンドレスベルト２１の内側には、圧力パッド１７がエンドレスベルト２１を介して定着ロール１に押圧される状態で配置されている。本実施形態において、このエンドレスベルト２１の定着ロール１に対する巻き付け角度（ラップ角度）は、標準状態では、４５度（ニップ部Ｎ全体のニップ幅は２６ｍｍ）となっている。

エンドレスベルト２１は、ベース層とその表面（定着ロール１と接する面、または両面）に被覆された離型層とから構成されることが好ましい。ベース層はポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド等から選ばれ、その厚さは、好ましくは５０〜１２５μｍ程度、より好ましくは７５〜１００μｍ程度である。ベース層の表面に形成される離型層としては、前述の如きフッ素樹脂、例えばＰＦＡ等が５〜２０μｍの厚さでコーティングされたものが好ましい。

本実施形態においては、エンドレスベルト２１として、厚み７５μｍ、幅３００ｍｍ、周長２１３ｍｍのポイリミドフィルムのベース層のみで構成されるものを用いた。エンドレスベルト２１は、３個のステンレス製のロール、すなわちリードロール１８、加圧ロール１９および張架ロール２０により、１０ｋｇの張力で張架されている。それぞれのロールの直径は、２２ｍｍ、２０ｍｍおよび２０ｍｍである。

押圧部材としての圧力パッド１７は、例えば、幅の広いニップ部Ｎを確保するための弾性体部材と、該弾性体部材のエンドレスベルト２１の内周面と接触する面に低摩擦層とが設けられ、金属製等のホルダーに保持されている。低摩擦層を表面に有する弾性体部材は、ほぼ定着ロール１の外周面に倣う凹形になっており、定着ロール１に対して押圧されてニップ部Ｎを形成している。

圧力パッド１７における弾性体部材としては、シリコーンゴム、フッ素ゴム等耐熱性の高い弾性体や、板バネ等を用いることができる。弾性体部材上に形成される低摩擦層は、エンドレスベルト２１内周面と圧力パッド１７との摺動抵抗を小さくするために設けられ、摩擦係数が小さく、耐摩耗性のあるものが望ましい。具体的には、テフロン（Ｒ）を含浸させたガラス繊維シート、フッ素樹脂シート、フッ素樹脂塗膜等を用いることができる。

なお、押圧部材としては、本実施形態のようにパッド状に成型されてなるものの他、例えば、ロール状に成型されてなるものを用い、エンドレスベルト２１を介して定着ロール１表面に付勢させて従動回転させても構わない。勿論、本実施形態のようにパッド状に成型されてなる押圧部材の方が、当接するニップ部全域に、広く均一にニップ圧を付与することができるため、好ましい。

また、圧力パッド１７の、用紙Ｐ搬送方向（矢印Ｃ方向）下流の加圧ロール１９は、加圧手段としての圧縮コイルスプリング（不図示）によって、エンドレスベルト２１を介して定着ロール１の中心に向かって付勢されており、定着ロール１の当該箇所に一定の歪み量を生じさせている。すなわち、定着ロール１の表面の弾性層４が弾性変形し、その表面に歪みが与えられる。この定着ロール１の歪みを低荷重で効率良く与えるために、加圧ロール１９は定着ロール１より小径で、その表面は硬質である方が望ましい。したがって、ニップ部Ｎの出口では、この定着ロール１の歪みにより、用紙Ｐの剥離性が確保されている。

エンドレスベルト２１は、定着ロール１の矢印Ａ方向の回転により、従動して矢印Ｂ方向に周動する。
未定着トナー画像Ｔが表面に形成された用紙Ｐは、図１における左側からニップ部に向けて（矢印Ｃ方向）搬送されてくる。ニップ部に挿通させられた用紙Ｐ表面の未定着トナー画像Ｔは、ニップ部Ｎに作用する圧力と、ハロゲンランプ２により定着ロール１を通じて与えられる熱と、により定着させられる。本実施形態の定着装置により定着を行えば、ニップ部を広く取ることができるため、安定した定着性能を確保することができる。

既述の如く、ニップ部Ｎの出口において加圧ロール１９が定着ロール１に押圧され、定着ロール１の弾性層４に歪みを与えている。このような構成により、ニップ部Ｎが確保されるとともに、ニップ部Ｎの出口付近において定着ロール１の歪みが局所的に大きくなるようにしている。

本実施形態の定着装置によれば、ニップ部Ｎの出口付近における定着ロール１の歪み量を比較的大きく取ることができる。このように該歪み量を大きく採れば、用紙Ｐ自身のコシにより良好に定着ロール１表面から剥離する（セルフストリッピングする）ことが可能となり、離型剤（オイル）を使用することなく高い離型性能が得られる。勿論、さらに高い離型性を得るためにオイルを使用してもよい。オイルを使用する場合には、適宜、定着ロールおよびベルトの表面層の材質を変更してもよい。
定着ロール１の表面から剥離された用紙Ｐは、剥離案内板７により分離され、排出ガイド１１に案内されて、排出ロール１２により装置外に排出される。

ところで、本実施形態の定着装置は、以上説明した態様では、用紙Ｐとして、一般的な厚さの普通紙（以下、単に「標準紙」という場合がある。）を定着するに適した状態となっている。しかし、本実施形態の定着装置は、リードロール１８および張架ロール２０が、それぞれ矢印ＤおよびＥに示される方向ないし範囲で、変位可能に構成されている。すなわち、リードロール１８および張架ロール２０を適切に変位させることで、ニップ部Ｎのニップ幅を変更することができ、一般的な厚さの普通紙よりも薄紙であっても、対応可能に構成されている。

図２および図３は、本実施形態の定着装置におけるニップ部Ｎおよびその周辺のみを拡大して示す拡大断面図であり、図２は標準紙を定着するに適した通常の状態（以上説明した態様）で、図３は薄紙を定着するためにリードロール１８および張架ロール２０を矢印ＤおよびＥに示される方向に変位させた状態である。

リードロール１８の変位について説明する。図４は、本実施形態の定着装置におけるリードロール１８（１８’）の変位を説明するための、図１〜図３と同一方向から見た、定着ロール１、リードロール１８（１８’）、加圧ロール１９およびエンドレスベルト２１（２１’）の位置関係のみを示す説明図である。リードロール１８（１８’）は、矢印Ｄ，Ｄ’に示される方向・範囲で変位するように構成されている。

図４中には、エンドレスベルト２１（２１’）を介して加圧ロール１９が付勢される部位（ニップ部の高圧部分Ｎｈ）における定着ロール１表面の接線Ｓと、図２の状態におけるリードロール１８および加圧ロール１９の中心点を結ぶ直線Ｔと、図３の状態におけるリードロール１８’および加圧ロール１９’の中心点を結ぶ直線Ｔと、が描かれている。

接線Ｓに対する直線Ｔの成す角δは、接線Ｓに対する直線Ｕの成す角σよりも大きい。このように、エンドレスベルト２１（２１’）を張架する２つロール間の中心点を結ぶ直線の、接線Ｓに対する成す角が増減する方向へ、リードロール１８（１８’）を変位させることで、エンドレスベルト２１（２１’）の定着ロール１への巻き付け角度を変化させることができる。

なお、エンドレスベルト２１（２１’）を張架する２つロール間の中心点を結ぶ線分が、点Ｖを中心とする円の半径となっていることは要件とされない。張架ロール２０の変位の仕方によって、前記線分の長さを変化させることができるためである。
一方、張架ロール２０の変位は、リードロール１８の変位に追従するかたちで、エンドレスベルト２１が所定の張力で張架される位置に移動すればよい。

用紙Ｐとして、標準紙を定着しようとする通常の状態では、形成されるニップ部Ｎは、加圧ロール１９による高圧部分Ｎｈと、エンドレスベルト２１が定着ロール１に巻き付いた低圧部分Ｎｌ−１およびＮｌ−２との合計となっている。本実施形態では、高圧部分Ｎｈが６ｍｍ、低圧部分Ｎｌ−１およびＮｌ−２が２０ｍｍで、合計２６ｍｍとなっている。巻き付け角度（ラップ角度）は、ニップ部Ｎに相当する円弧の円周角なので、α＋β＋γで表され、既述の如く４５度である。

なお、高圧部分Ｎｈでは平均５．８８×１０⁵Ｐａ（６．０ｋｇｆ／ｃｍ²）の圧力が、低圧部分Ｎｌ−１では１．１８×１０⁵Ｐａ（１．２ｋｇｆ／ｃｍ²）の圧力が、それぞれかけられている。

用紙Ｐとして、薄紙を定着しようとする場合には、リードロール１８および張架ロール２０を矢印ＤおよびＥに示される方向に変位させて図３に示す状態（図１における点線で描かれている状態）、すなわちそれぞれ１８’および２０’で示される状態にする。すると、それに連れてエンドレスベルトも図中の２１’で示される状態となる。図３を見れば明らかなように、エンドレスベルト２１’の定着ロール１に対する巻き付が少なくなり、形成されるニップ部Ｎは、加圧ロール１９による高圧部分Ｎｈと、エンドレスベルト２１が定着ロール１に巻き付いた低圧部分Ｎｌ−１との合計となっている。つまり、上記通常の状態に比して、低圧部分Ｎｌ−２分だけ短くなっている。本実施形態では、高圧部分Ｎｈはそのまま６ｍｍで、低圧部分Ｎｌ−１が１５ｍｍで、合計２１ｍｍとなっている。巻き付け角度（ラップ角度）は、α＋βで表され、具体的には３７度である。

このように本実施形態の定着装置は、図２の状態と図３の状態とで、リードロール１８（さらには、張架ロール２０）を適切に変位させることで、ニップ部入口の低圧部分（Ｎｌ−１，Ｎｌ−２）のニップ幅を可変とし、定着ロール１の表面温度変化を伴わずに、用紙Ｐの種類（特に厚さ）に対応することを可能としている。

一般的な厚さの普通紙が用紙Ｐとして搬送されてきた場合に、本実施形態の定着装置は、図２の状態を取り、高圧部分Ｎｈと、低圧部分Ｎｌ−１およびＮｌ−２からなる長いニップ幅を使って、用紙Ｐ表面に形成された未定着トナー画像Ｔを加熱溶融し、圧力とともに定着する。

その後、薄紙が用紙Ｐとして搬送されてきた場合に、リードロール１８および張架ロール２０を矢印ＤおよびＥに示される方向に変位させて図３に示す状態（図１における点線で描かれている状態）を取り、高圧部分Ｎｈおよび低圧部分Ｎｌ−１からなる、相対的に短いニップ幅で、用紙Ｐ表面に形成された未定着トナー画像Ｔを加熱溶融し、圧力とともに定着する。

再度一般的な厚さの普通紙が用紙Ｐとして搬送されてきた場合に、図３において、リードロール１８’および張架ロール２０’を矢印Ｄ’およびＥ’に示される方向に変位させて図２に示す状態（図１における実線で描かれている状態）に戻される。

本実施形態において、リードロール１８’および張架ロール２０’の変位は、図２の状態と図３の状態の２つの状態のみの間で択一的に行われているが、使用する用紙Ｐの厚さや種類等に応じて、変位させる場所を段階的に、あるいは無段階（連続的）に制御することもできる。

本実施形態において、以上の動作は、不図示のモータにより、使用者が用紙の厚さ、種類等を考慮して入力した信号を下に行われる。勿論、本発明においては、例えば、用紙Ｐの厚みセンサを配置して、その検出信号から自動的に変位させたり、用紙の種類と連動させた制御装置を予め組み込んでおき、用紙の種類を入力するだけで、後は自動的に変位させたり等、自動での動作とすることもできる。

以上のように、本発明の一例である本実施形態の定着装置によれば、定着しようとする用紙Ｐの種類（特に厚さ）が変わっても、定着温度を変えることなく、つまりは定着温度が所定の温度まで変化するのを待つ必要がなく、トナーの定着性や画質を一定に保つことができる。また、低圧部分のニップ幅を変えても、高圧部分のニップ幅とニップ圧が不変であるため、得られる画質や、定着ロール１からの用紙剥離性が変化することもない。

＜評価試験＞
ここで、実際に未定着トナー画像が形成された用紙を用いて、図1に示す本実施形態の定着装置により、定着する試験を行った。
まず、用紙Ｐには、標準紙として富士ゼロックス（株）製Ｊ紙（坪量８２ｇ／ｍ²）および薄紙として富士ゼロックス（株）製Ｓ紙（坪量５６ｇ／ｍ²）を用意した。これらの用紙に、富士ゼロックス（株）製 ＤＣＣ４００用トナーを用い、一辺が１００ｍｍの正方形であるソリッド画像を３色（サイアン、イエロー、マジェンタ）トナーで合計１２．５ｇ／ｍ²になるように形成した未定着トナー画像Ｔを形成し、これを供試材とした。

標準紙を定着するに適した通常の状態（図２の状態）で、上記供試材のうち標準紙（Ｊ紙）の方を定着させたところ、定着性は目標レベルを満足し、トナー画像はオフセットすること無く、目標レベルの画像光沢の画像が得られた。

その直後、リードロール１８および加圧ロール１９を矢印Ｄ方向に変位させて、薄紙を定着するに適した通常の状態（図３の状態）とした、すると、ニップ部Ｎのニップ幅は、高圧部分Ｎｈは６ｍｍのまま変わらないものの、低圧部分は、（Ｎｌ−１）および（Ｎｌ−２）の合計である２０ｍｍから（Ｎｌ−１）のみの１５ｍｍと狭くなった。この変位に要する時間は数秒であり、温度設定を変える如き長い時間待機することはなかった。

この状態でその他の条件（定着温度１７０℃、プロセススピード４００ｍｍ／ｓｅｃ等）を変えることなく、今度は、上記供試材のうち薄紙（Ｓ紙）の方を定着させた。すると、上記標準紙を定着させた時と、ほぼ同等の定着性で、かつほぼ同等の画像光沢の画像が得られた。また、低圧部分のニップ幅は変化しているものの、高圧部分のニップ幅とニップ圧が不変であるため、得られる画質や、定着ロール１からの用紙剥離性が変化することもなかった。

比較のため、標準紙を定着するに適した通常の状態（図２の状態）のまま、上記供試材のうち薄紙（Ｓ紙）の方を定着させた。すると、未定着トナー画像Ｔのトナーが過剰に溶融し、トナーがオフセットを発生するまでには至らなかったものの、用紙Ｐの繊維中に染み込んでしまい、得られた画像は、その表面に粗さが目立ち、許容できる画質とはならなかった。

また、標準紙を定着するに適した通常の状態（図２の状態）のまま、ハロゲンランプ２の電源を切って、定着ロール１の表面温度を、放冷により徐々に落としつつ、上記供試材のうち薄紙（Ｓ紙）の方を順次定着させて、上記標準紙を定着させた時と、ほぼ同等の定着性で、かつほぼ同等の画像光沢の画像が得られる温度条件を見出した。結果は、定着温度を１７０℃から１５３℃に低下すればよいことがわかった。

次に、ハロゲンランプ２の電源を入れ、定着ロール１の表面温度を元の１７０℃に上げるのに要する時間を計測した。結果は、約１分の時間を要した。さらに、ハロゲンランプ２の電源を切って、放冷により１５３℃まで低下するまでの時間を計測した。結果は、約３分２０秒の時間を要した。これら、温度上昇あるいは温度下降に要する時間は、実用上大きな障害となり得るものである。
このように、本発明によれば、定着温度を変えること無く、低圧部分のニップ幅を変えるだけで、様々な種類の記録媒体に対応可能であることがわかる。

以上、好ましい実施形態を挙げて本発明の定着装置を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、各部材の形状、材質、寸法や、温度・速度等の各種条件は、あくまでも一つの例示であり、本発明の構成を具備することを条件として、当業者は、従来公知の知見により、あるいは本発明のために適した条件設定の検討等により、如何なる変更を加えることもできる。

また、上記実施形態においては、加圧ベルト（エンドレスベルト２１）を張架するロールとして、変位ロール（リードロール１８）、加圧ロール（１９）および張架ロール（２０）の３本のロールを用いる態様を挙げているが、これらロールの数は３本に限られるものではなく、加圧ベルトを張架し得る態様であれば、２本でも４本以上でも構わない。いずれにしても、複数本のロールのうち２本が既述の変位ロールおよび加圧ロールの機能を有することが要求される。また、変位すべきロールは、少なくとも前記変位ロールであり、また、前記加圧ロールは、定着ロールに対して相対的に固定され、前記加圧ベルトを張架するその他のロールがある場合、それらロールは、その構造に応じて適宜変位ロールと追従して変位しても構わないし、固定されていても構わない。

さらに、上記実施形態においては、本発明で必須の構成として規定されるもの（加圧ベルトと、それを張架する２つのロールとからなる加圧ベルトモジュール、定着ロール、およびこれらの位置関係（変位を含む））を除く各種態様は、いずれも付随的要素であり、本発明においては、それら付随的要素を省略ないし変更することができる。省略等が可能な付随的要素としては、例えば、押圧部材、張架ロール、剥離案内板、排出機構等が挙げられる。勿論、これらが含まれることが好ましい。

以上のような構成の定着装置は、従来公知の電子写真等の方式による画像形成装置に用いることができる。即ち、電子写真等の方式により、少なくとも、記録媒体表面にトナーを像様に担持させて、未定着トナー画像を形成する未定着トナー画像形成手段と、記録媒体表面に担持された未定着トナー画像を、加熱および加圧することにより定着する定着手段と、を備える画像形成装置であって、定着手段として上記本発明の構成の定着装置を用いることにより、画像形成しようとする記録媒体（用紙、ＯＨＰ紙等）の種類（特に厚さ）が変わっても、定着温度を変えることなく、つまりは定着温度が所定の温度まで変化するのを待つ必要がなく、トナーの定着性や画質を一定に保つことができる画像形成装置を提供することができる。

上記未定着トナー画像形成手段としては、例えば、静電潜像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、該静電潜像をトナーにより現像する現像手段と、得られた未定着トナー画像をシート状の記録媒体に転写する転写手段と、を含むものが挙げられる。
なお、定着装置以外の構成は、従来公知のいずれの構成であっても、本発明の目的に反しない限り用いることができる。さらに、定着装置以外の構成要素に、本発明の剥離装置を適用しても勿論構わない。

本発明の例示的一態様である実施形態の定着装置の模式断面図である。 図１の定着装置における、標準紙を定着するに適した通常の状態の、ニップ部およびその周辺のみを拡大して示す拡大断面図である。 図１の定着装置における、薄紙を定着するに適した通常の状態の、ニップ部およびその周辺のみを拡大して示す拡大断面図である。 図１の定着装置におけるリードロールの変位を説明するための、図１〜図３と同一方向から見た、定着ロール、リードロール、加圧ロールおよびエンドレスベルトの位置関係のみを示す説明図である。 従来のロールニップ方式の定着装置の模式断面図である。 従来のベルトニップ方式の定着装置の模式断面図である。

符号の説明

１，１０１，１２１：定着ロール、 ２，１０２：ハロゲンランプ、 ３：表面層、 ４，１０４：弾性層、 ５：コア、 ７：剥離案内板、
１１：排出ガイド、 １２：排出ロール、 １６：加圧ベルトモジュール、 １７：圧力パッド（押圧部材）、 １８，１８’：リードロール（変位ロール）、 １９，１９’，１０６，１２８：加圧ロール、 ２０，１２３，１２４：張架ロール、 ２１，２１’，１２５：エンドレスベルト（加圧ベルト）、 １０３：被覆層、 １０５：中空ロール、 １０７：剥離爪、 １０８：温度センサ、 １０９：芯金ロール、 １１０：耐熱弾性体層、 １２２：駆動ロール、 １２９：圧縮コイルスプリング、 Ｎ，Ｎ’：ニップ部、 Ｐ，１２７：用紙、 Ｔ，１２６：未定着トナー画像

Claims (5)

1. 少なくとも２つのロールに張架された加圧ベルトからなる加圧ベルトモジュールと、表面が加熱されて回転する定着ロールとを含み、前記加圧ベルトの２つのロールに張架された間が、前記定着ロールの外周に押圧され巻き付けられて、定着用のニップ部を形成してなる定着装置であって、
   前記加圧ベルトにおける前記定着ロールの外周に巻き付けられた部分の両端に位置する２つのロールのうち、前記定着ロールの回転方向下流のロールが、前記加圧ベルトを介して前記定着ロール表面に付勢される加圧ロールであり、前記定着ロールの回転方向上流のロールが、前記加圧ベルトの前記定着ロールへの巻き付け角度が変化するように変位し得る変位ロールであることを特徴とする定着装置。
2. 前記変位ロールの変位が、前記加圧ベルトを介して前記加圧ロールが付勢される部位における前記定着ロール表面の接線と、前記変位ロールおよび前記加圧ロールの中心点を結ぶ直線と、の成す角が増減する方向への変位であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記加圧ベルトモジュールが、前記加圧ロールの、前記加圧ベルトの従動回転方向上流であって、前記加圧ベルトの内周から、前記加圧ベルトを介して前記定着ロール表面に付勢される押圧部材を含むことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
4. 前記押圧部材が、パッド状に成型されてなることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
5. 少なくとも、記録媒体表面にトナーを像様に担持させて、未定着トナー画像を形成する未定着トナー画像形成手段と、記録媒体表面に担持された未定着トナー画像を、加熱および加圧することにより定着する定着手段と、を備える画像形成装置であって、
   前記定着手段が、請求項１に記載の定着装置であることを特徴とする画像形成装置。
   

Images