JP2011186468A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着ベルトの幅方向の温度が部分的に低下した場合であっても、すぐに全体が一様な温度に復帰するよう、定着ベルトの幅方向の熱の均一性を常に維持することができる定着装置を提供する。が要望されている。
【解決手段】実施形態に係る定着装置は、第１のローラと、第１のローラとの間にニップを形成し、ニップを通過する用紙を第１のローラに対して加圧する第２のローラと、第１及び第２のローラと平行に配設される第３のローラと、第１のローラと第３のローラに掛け渡される定着ベルトと、定着ベルトを、定着ベルトの幅の方向に均一に加熱するヒータと、第３のローラに内蔵される軸状の均熱化部材であって、その長軸方向の有効長は所定の最大用紙の幅と同じ又はより大きく設定され、第３のローラに接する定着ベルトの熱を長軸方向に均一に分散させる、均熱化部材と、を備える。
【選択図】 図３

Description

本発明の実施形態は定着装置に関する。

電子写真方式を用いる複写機、プリンタ、複合機（ＭＦＰ（Multi-Functional Peripheral））等の画像形成装置では、用紙に転写されたトナーを定着させるために定着装置が使用される。

定着装置は、例えば、２つのローラで形成されるニップを通過する間に、用紙を加熱し加圧することでトナーを用紙に定着する。２つのローラのうち、用紙への加熱を主に行うローラを定着ローラ（又は加熱ローラ）と呼び、用紙への加圧を主の行うローラを加圧ローラと呼ぶ。また、定着ローラとは別個に定着ベルトと呼ばれるベルトを設け、定着ローラと加圧ローラのニップに定着ベルトを介在させる構成も多くある（特許文献１等）。この構成では、定着しようとする用紙は、定着ベルトと加圧ローラとの間のニップを通過する。

特開２００９−２１７２６４号公報

定着ベルトを有する構成では、ヒータで直接加熱するのは定着ローラではなく、定着ベルトである。加熱した定着ベルトの熱を用紙に伝熱することで、トナーが用紙に定着する。定着時には、定着ベルトの熱が用紙に奪われるため、用紙と接触した部分の定着ベルトの温度は一時的に低下する。

定着される用紙のサイズは常に一定とは限らない。種々のサイズの用紙が混在しうる。例えば、Ａ４サイズの用紙を定着した後にすぐにＡ３サイズの用紙を定着する場合がある。この場合、Ａ４用紙の定着の直後は、定着ローラの回転軸方向、即ち、定着ベルトの幅方向では、Ａ４サイズの幅に相当する領域の温度が下がるものの、その両側の領域の温度は高いままである。つまり、定着ベルトの幅方向の温度の不均一が生じる。したがって、このままの状態で後続するＡ３サイズの用紙の定着を行うと、中央部は低い温度で、逆に両端部は高い温度で定着されることになり、定着状態は用紙の幅方向（搬送方向と直交する方向）で不均一となる。

そこで、このような問題に対処するため、定着ベルトの幅方向の温度が部分的に低下した場合であっても、すぐに全体が一様な温度に復帰するよう、定着ベルトの幅方向の熱の均一性を常に維持することができる定着装置が要望されている。

実施形態に係る定着装置は、第１のローラと、前記第１のローラとの間にニップを形成し、前記ニップを通過する用紙を前記第１のローラに対して加圧する第２のローラと、前記第１及び第２のローラと平行に配設される第３のローラと、前記第１のローラと前記第３のローラに掛け渡される定着ベルトと、前記定着ベルトを、前記定着ベルトの幅の方向に均一に加熱するヒータと、前記第３のローラに内蔵される軸状の均熱化部材であって、その長軸方向の有効長は所定の最大用紙の幅と同じ又はより大きく設定され、前記第３のローラに接する前記定着ベルトの熱を前記長軸方向に均一に分散させる、均熱化部材と、を備える。

実施形態の定着装置を具備する画像形成装置の外観例を示す斜視図。 画像形成装置の内部構成例を示す断面図。 第１の実施形態に係る定着装置の構成例を示す断面図。 第１の実施形態に係る定着装置の構成例を示す長軸方向の展開図。 均熱化ローラの構成例を示す長軸方向の断面図。 定着装置の各構成品の長軸方向の長さ、及び用紙の幅の大小関係を説明する図。 （Ａ）は、第１の実施形態の定着装置で使用する均熱化ローラの断面図、（Ｂ）は、その端部の拡大図。 （Ａ）は、第２の実施形態の定着装置で使用する均熱化ローラの断面図、（Ｂ）は、その端部の拡大図。 （Ａ）は、第２の実施形態の定着装置の評価試験の説明図、（Ｂ）は、評価試験結果を示す表。 第３の実施形態の定着装置で使用する均熱化ローラの説明図。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

（１）画像形成装置
図１は、本実施形態に係る定着装置４０を具備する画像形成装置１００の典型例としての複写機（或いはＭＦＰ:Multi-Function Peripheral）の外観例を示す図である。

画像形成装置１００は、画像読取装置２、画像形成部３、給紙部４、操作部５等を有している。

画像読取装置２では、原稿台に載置された原稿やＡＤＦ６（Auto Document Feeder）に入力された原稿を光学的に読み取って画像データを生成している。

画像形成部３では、給紙部４から供給される用紙に電子写真方式を用いて画像データを印刷している。印刷された用紙は、排紙トレイ７に排紙されて積載される。

操作部５には、ユーザインターフェースとしての表示部や各種操作ボタンが設けられている。

図２は、画像形成装置１００の内部構成例を示す模式的な断面図である。画像形成装置１００は、例えばタンデム型の電子写真方式によってカラー印刷が可能な構成になっている。

図２に示したように、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色に対応する４つの感光体ドラム１０ａ〜１０ｄが転写ベルト３０の搬送方向に沿って並列に配設されておいる。各感光体ドラム１０の周囲には、帯電装置１１ａ〜１１ｄ、現像装置１２ａ〜１２ｄ、転写ローラ１３ａ〜１３ｄ、クリーナ１４ａ〜１４ｄ等が回転の上流から下流に向けて順にそれぞれ配設されている。ここで、上記各構成品の参照番号に付したａ、ｂ、ｃ、及びｄの各英文字は、印刷色のＹ、Ｍ、Ｃ、及びＫに夫々対応している。

帯電装置１１ａ〜１１ｄによって、各感光体ドラム１０ａ〜１０ｄの表面は所定の電位に一様に帯電される。その後、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色の画像データのレベルに応じてパルス幅変調されたレーザ光１５ａ〜１５ｄが各色用の感光体ドラム１０ａ〜１０ｄの表面に照射される。レーザ光１５ａ〜１５ｄが照射されるとその部分の電位が低下し、感光体ドラム１０ａ〜１０ｄの表面に静電潜像が形成される。

現像装置１２ａ〜１２ｄは、各色に応じたトナーによってそれぞれの感光体ドラム１０ａ〜１０ｄに静電潜像を現像している。この現像により、各感光体ドラム１０ａ〜１０ｄにはＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色のトナー画像が形成される。

一方、転写ベルト３０は、駆動ローラ１０１と２次転写対向ローラ１０２とにループ状に掛け渡されており、駆動ローラ１０１駆動によって図示矢印の方向に連続回転する。

転写ベルト３０が感光体ドラム１０ａ〜１０ｄと転写ローラ１３ａ〜１３ｄとで構成される各ニップを通過する間に、転写ベルト３０の外周面にＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色のトナー画像が順次転写されていく。

まず、Ｙ用の感光体ドラム１０ａとＹ用の転写ローラ１３ａが対向する位置（Ｙの転写位置）にてＹトナー画像が感光体ドラム１０ａから転写ベルト３０に転写される。

次に、Ｍ用の感光体ドラム１０ｂとＭ用の転写ローラ１３ｂが対向する位置（Ｍの転写位置）にて、Ｍトナー画像が感光体ドラム１０ｂから転写ベルト３０に転写される。このとき、転写ベルト３０の外周面に既に転写されているＹトナー画像と位置が重なるようにＭトナー画像は転写される。

以下、同様にして、Ｃトナー画像とＫトナー画像が転写ベルト３０の外周面に順次重ねられて転写され、フルカラーのトナー画像が転写ベルト３０の上に形成される。このフルカラーのトナー画像は転写ベルト３０の移動により、２次転写ローラ１０３と２次転写対向ローラ１０２とで形成されるニップ（２次転写位置）へ到る。

一方、給紙部４の給紙カセット４Ａ、４Ｂ、４Ｃのうちの１つのカセットからピックアップされた用紙は上記の２次転写位置まで搬送される。そして、この２次転写位置にて、転写ベルト３０上のフルカラーのトナー画像が用紙に転写される。フルカラーのトナー画像は定着装置４０にて加熱、加圧され用紙に定着される。その後、排紙ローラ３４によって排紙トレイ７に排出される。

転写ベルト３０への転写が終わった各感光体ドラム１０ａ〜１０ｄでは、クリーナ１４ａ〜１４ｄによって表面に残留しているトナーが除去され、次の用紙の印刷に備える。以上の処理を繰り返すことにより、連続したフルカラー印刷を行うことができる。

一方、モノクロ印刷を行う場合には、Ｋ用の感光体ドラム１０ｄと転写ローラ１３ｄのみによってＫトナー画像が転写ベルト３０に転写され、Ｙ、Ｍ、Ｃ用の感光体ドラム１０ａ〜１０ｃ、及び転写ローラ１３ａ〜１３ｃは使用されない。

（２）第１の実施形態に係る定着装置
図３は、画像形成装置１００に用いられる定着装置４０の全体構成例を示す模式的な断面図である。図４は、定着装置４０の長手方向を示した概略展開図である。

定着装置４０は、定着ローラ５０（第１のローラ）、加圧ローラ６０（第２のローラ）、均熱化ローラ７０（第３のローラ）、定着ベルト８０、及びヒータ９０を有する。定着ローラ５０は例えば、直径がφ４８．５ｍｍであり、加圧ローラ６０は例えば、直径がφ５０ｍｍであり、均熱化ローラ７０は例えば、直径がφ１７ｍｍのローラである。

加圧ローラ６０は、駆動モータ（図示せず）により矢印方向に駆動される。定着ローラ５０、均熱化ローラ７０、および定着ベルト８０は、加圧ローラ６０に従動して、それぞれ矢印方向に回転する。また、加圧ローラ６０は，加圧機構６１によって定着ローラ５０に対して圧接されており、定着ローラ５０との間で所定のニップ幅を持つように維持されている。定着ベルト８０は、テンション機構によって、定着ローラ５０と均熱化ローラ７０との間で所定の張力で張られている。

定着ローラ５０は、内側から、芯金５０ａ、発泡ゴム（スポンジ）５０ｂの２層構造となっている。本実施形態では、例えば、芯金５０ａの厚さは２ｍｍ、発泡ゴム５０ｂの厚さは、８．５ｍｍである。

定着ベルト８０は、内側から、金属導電層８０a、ソリッドゴム層８０b、離型層８０cの３層構造になっている。本実施形態では、金属導電層８０ａの材質としては、厚さ４０μｍのニッケルを用いている。金属導電層８０aの材料としては、ニッケルの他、ステンレス鋼、アルミ、ステンレス鋼とアルミの複合材等でも良い。また、本実施形態では、ソリッドゴム層８０ｂは厚さ２００μｍのシリコンゴムを使用し、離型層８０cは、厚さ３０μｍのＰＦＡ（tetrafluoroethylene-perfluoroalkylvinyl ether copolymer）チューブを使用している。

加圧ローラ６０は、芯金の周囲にシリコンゴム、フツ素ゴム等を被覆して構成されている。また、加圧ローラ６０はハロゲンランプ６４を内蔵する。

均熱化ローラ７０は、金属パイプ（ローラ本体）７１と、金属パイプ７１に内蔵される軸状の均熱化部材を有している。均熱化部材は好ましくはヒートパイプ７２である。また、金属パイプ７１の表面には離型層が形成されている。金属パイプ７１の材料として本実施形態は鉄を用いているが、アルミ、銅、ステンレス等でもよい。

定着駆動モータ（図示せず）は、駆動ギヤ６２を介して、加圧ローラ６０の軸端部に配設されたギヤ６３を駆動し、加圧ローラ６０を駆動するする。加圧ローラ６０は、ニップを介して接触する定着ベルト８０及び定着ローラ５０をさらに駆動する。

定着ローラ５０と加圧ローラ６０との間のニップを、定着ベルト８０を介して用紙Ｐが通過するとき、定着ベルト８０の熱と、加圧ローラ６０によって印加される圧力により、用紙Ｐに転写されているトナーが溶融圧着され、用紙Ｐにトナーが定着される。

定着ベルト８０のニップの下流側には、用紙Ｐを定着ローラ５０から剥離させる剥離プレート５２が設けられている。剥離プレート５２は、定着ベルト８０と非接触で用紙Ｐを剥離するために、所定の間隙をもつように位置が調整されている。また、定着ベルト８０のニップの下流側には、用紙Ｐを加圧ローラ６０から剥離するための剥離プレート６５も設けられている。

定着ベルト８０の長手方向の所定の位置には、温度検知手段としての非接触温度センサ８１が配置されている。非接触センサ８１は、例えば赤外線を検知するサーモパイルで構成される。非接触センサ８１により、定着ベルト８０の温度を検知し、定着ベルト８０の温度をコントロールする。

ヒータ９０は、定着ベルト８０の外周の所定位置に配置され、定着ベルト８０を誘導加熱する。ヒータ９０は、磁性体コア９１と、磁性体コア９１の周囲に巻き付けられたコイル９２を備えて構成される。

磁性体コア９１を有することにより、少ない巻き数のコイル９２でも十分な磁束を発生することができる。また、磁性体コア９１は、定着ローラ５０の円弧形状に沿って中央部で折り曲げた形状となっている。この形状により、定着ローラ５０上の定着ベルト８０に磁束を集中させることができ、定着ベルト８０ベルトの金属導電層８０ａ（ニッケル層）を局部的に集中して誘導加熱することができる。ヒータ９０によって誘導加熱された定着ベルト８０は、定着ローラ５０と加圧ローラ６０との間のニップにおいて、用紙Ｐに熱を印加する。

一方、加圧ローラ６０にはハロゲンランプ６４が内蔵されており、このハロゲンランプ６４により、加圧ローラ６０を内側から加熱する。用紙Ｐは、加熱された加圧ローラ６０によっても熱を印加される。加圧ローラ６０の外周には、温度制御用の温度検出素子６６が配置される。温度検出素子６６は、例えば、非接触サーミスタで構成される。

均熱化ローラ７０の端部には、図４に示すように回転検知用の３分割された羽根７４が取り付けられている。また、羽根７４を臨んで反射式センサ７５が配置されている。反射式センサ７５は、羽根７４が１回転するたびに３回オンオフする。定着ベルト８０が停止すると（即ち、均熱化ローラ７０の回転が停止すると）、定着ベルト８０の１箇所が集中的に過度に加熱されるため、反射式センサ７５によって均熱化ローラ７０の回転停止を検出し、定着ベルト８０に対する異常加熱を事前に防止している。

図５は、均熱化ローラ７０の長軸方向の断面図である。均熱化ローラ７０は、鉄製の金属パイプ７１の内部にヒートパイプ７２が配置され、両端部には閉塞部材７３ａ、７３ｂが圧入されている。ヒートパイプ７２は銅製の外管の内部に作動液（純水）が含まれ、減圧後密封された構造となっている。

ヒートパイプ７２を金属パイプ７１に挿入した後、閉塞部材７３ａ、７３ｂを圧入する。その後、３００〜３５０℃で３０〜６０分間、金属パイプ７１とヒートパイプ７２を加熱することにより、ヒートパイプ７２は熱膨張による塑性変形を受けて、金属パイプ７１の内周面に焼きバメ固定される。

その後、金属パイプ７１の外形寸法が所定の値となるように研磨加工し、さらにその表面に離型層７６（図７（Ｂ）参照）を形成する。

図６は、本実施形態における定着ベルト幅Ｗ_Ｂ、ヒートパイプ有効長Ｌ_ＨＰ、加熱幅Ｗ_Ｈ、最大用紙幅Ｗ_{MAX SH}、及び最大印字幅Ｗ_{MAX P}の大小関係を示す図である。定着ベルト幅Ｗ_Ｂは、定着ベルト８０の幅（定着ベルト８０の移動方向と直交する方向の長さ）である。ヒートパイプ有効長Ｌ_ＨＰは、均熱化性能が有効なヒートパイプ７２の長さである。具体的には、図６に示すように、ヒートパイプ有効長Ｌ_ＨＰは、ヒートパイプ７２の外周面が金属パイプ７１の内周面と接する領域の長さである。加熱幅Ｗ_Ｈは、定着ベルト８０の幅方向におけるヒータ９０の加熱範囲であり、ヒータ９０の長軸方向におけるコイル９１の長さである。最大用紙幅Ｗ_{MAX SH}、は、本定着装置４０で取り扱う最大サイズの用紙幅（用紙の搬送方向と直交する方向の幅）である。最大印字幅Ｗ_{MAX P}は、最大サイズの用紙に対する最大印字幅である。通常、印刷用紙の上下左右には、所定の幅（例えば５ｍｍ）の余白が設けられるため、最大印字幅はその用紙幅よりも小さく設定される。

前述したように、ヒータ９０は定着ベルト８０を加熱し、定着ベルト８０は用紙Ｐ上のトナーを加熱してトナーを用紙Ｐに定着する。定着直後の定着ベルト８０は、用紙Ｐによって熱を奪われるため、定着ベルト８０の幅方向では、用紙Ｐの幅に対応する領域の温度が低下する一方、用紙Ｐの幅の外側の領域では熱が奪われないため高温のままとなる。このため、定着ベルト８０の幅方向の温度分布は不均一となる。ヒートパイプ７２は、この不均一な温度分布を短時間で均一化するための均熱化手段として用いられる。即ち、定着ベルト８０の高温部（幅方向における外側の領域）の熱を、低温部（用紙Ｐが通過した領域）に瞬時に移動させることにより、定着ベルト８０の幅方向の均熱化を図っている。この均熱化により、幅の狭い用紙を定着した直後に幅の広い用紙を定着する場合であっても、幅方向に均一に定着することができる。

定着ベルト幅Ｗ_Ｂ、ヒートパイプ有効長Ｌ_ＨＰ、加熱幅Ｗ_Ｈ、最大用紙幅Ｗ_{MAX SH}、及び最大印字幅Ｗ_{MAX P}の大小関係は、上記のような熱の伝達において、熱を確実に伝達するという観点、及び均一な定着性能を得るという観点から非常に重要である。

他方、ヒータ９０の消費電力は、画像形成装置１００全体の消費電力に対して大きな比率を占める。このため、省電力の観点から、ヒータ９０による無駄な加熱は極力避ける必要がある。このような観点から、本実施形態に係る定着装置４０では、定着ベルト幅Ｗ_Ｂ、ヒートパイプ有効長Ｌ_ＨＰ、加熱幅Ｗ_Ｈ、最大用紙幅Ｗ_{MAX SH}、及び最大印字幅Ｗ_{MAX P}の大小関係を以下のように設定している。

（ａ）均熱化の観点から、ヒートパイプ有効長Ｌ_ＨＰを、最大用紙幅Ｗ_{MAX SH}、と同じ、又はより大きく設定する。ヒートパイプ有効長Ｌ_ＨＰが最大用紙幅Ｗ_{MAX SH}、より小さいと、最大用紙幅Ｗ_{MAX SH}、の両端近傍が高温となったとき、高温部の熱を中央の低温部に移動させることができず、定着ベルト８０の熱分布が不均一となり、最大用紙幅Ｗ_{MAX SH}、を持つ用紙に対する定着性能が劣化するからである。

（ｂ）均熱化の観点から、ヒートパイプ有効長Ｌ_ＨＰを、ヒータ９０の加熱幅Ｗ_Ｈと同じ、又はより大きく設定する。後述するように、省電力の観点から、定着ベルト幅Ｗ_Ｂは、ヒータ９０の加熱幅Ｗ_Ｈはよりも大きく設定される。このため、定着ベルト８０は、ヒータ９０の加熱幅Ｗ_Ｈに相当する領域が加熱される。もし、ヒートパイプ有効長Ｌ_ＨＰがヒータ９０の加熱幅Ｗ_Ｈより小さいと、ヒータ９０によって加熱された定着ベルト８０の両端部の熱を中央に移動させることができず、熱の均一化に支障をきたす。

（ｃ）省電力の観点から、ヒートパイプ有効長Ｌ_ＨＰを、定着ベルト幅Ｗ_Ｂ、と同じ、または小さく設定する。もし、ヒートパイプ有効長Ｌ_ＨＰが定着ベルト幅Ｗ_Ｂよりも大きいと、定着ベルト８０の外側のヒートパイプ７２の両端部にまで定着ベルト８０の熱が移動するため、定着ベルト８０の温度が幅方向にほぼ一様に低下する。このため、この温度低下を補償するため、ヒータ９０による余分な加熱が必要となる。

（ｄ）省電力の観点から、ヒータ９０の加熱幅Ｗ_Ｈを、定着ベルト幅Ｗ_Ｂ、と同じ、または小さく設定する（逆にいうと、定着ベルト幅Ｗ_Ｂを、加熱幅Ｗ_Ｈよりも大きく設定する）。ヒータ９０の加熱幅Ｗ_Ｈが定着ベルト幅Ｗ_Ｂよりも大きいと、定着ベルト８０の加熱に寄与しない両端領域がヒータ９０に存在することになり、ヒータ９０で無駄な電力を消費することになるからである。

（ｅ）トナーを確実に用紙に定着するという観点から、ヒータ９０の加熱幅Ｗ_Ｈを、最大印字幅Ｗ_{MAX P}と同じ、または大きく設定する。上記のように、定着ベルト幅Ｗ_Ｂは加熱幅Ｗ_Ｈよりも大きく、定着ベルト８０のうちの加熱幅Ｗ_Ｈに相当する領域が定着可能領域である。このため、ヒータ９０の加熱幅Ｗ_Ｈが最大印字幅Ｗ_{MAX P}より小さいと、加熱できない印字領域が残ることになり、定着性能の劣化が生じる。

（ｆ）用紙の品質確保の観点から、定着ベルト幅Ｗ_Ｂを、最大用紙幅Ｗ_{MAX SH}、よりも大きく設定する。定着ベルト幅Ｗ_Ｂが最大用紙幅Ｗ_{MAX SH}、よりも小さいと、ニップ通過時に、用紙Ｐに定着ベルト８０と定着ローラ５０との段差に起因する変形が生じるからである。

本実施形態に係る定着装置４０では、各構成品の寸法に上記の大小関係を規定することにより、良好な定着性能と省電力を両立させることが可能となる。

（３）第２の実施形態に係る定着装置
上述したように、均熱化ローラ７０は、金属パイプ７１にヒートパイプ７２を焼きバメ固定した後、金属パイプ７１の外形寸法が所定の値となるように研磨加工し、さらにその表面に離型層７６を形成する。離型層７６は、定着ベルト８０と金属パイプ７１との間の摩擦を低減し、定着ベルト８０に不要なしわが発生することを防止する。

図７（Ａ）は、第２の実施形態との比較例として、第１の実施形態における均熱化ローラ７０の長軸断面と、均熱化ローラ７０に接する定着ベルト８０を示す図である。また、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の楕円部（均熱化ローラ７０の金属パイプ７１、離型層７６、及び定着ベルト８０）を拡大した図である。

均熱化ローラ７０の均熱性能を向上させるためには、定着ベルト８０の熱をヒートパイプ７２に効率よく伝熱しなければならない。このため、熱伝導率が高い材質で離型層７６を構成する必要がある。また、高い熱伝導率を実現するために、離型層７６を薄くする必要がある。一方、離型層７６は定着ベルト８０の金属導電層８０aと接触するため、耐摩耗性も必要となる。

第１の実施形態における均熱化ローラ７０では、耐摩耗性を重視して、厚さ５０μｍ程度のＰＦＡチューブを用いている。内側に接着剤を塗布したＰＦＡチューブに金属パイプ７１を挿入することによって、ＰＦＡチューブによる離型層７６を形成している。ＰＦＡチューブによる離型層７６は耐摩耗性の観点からは優れるものの、ＰＦＡチューブ自体の熱伝導率が低いため、均熱性能の観点からは改善の余地がある。

図８（Ａ）は、第２の実施形態における均熱化ローラ７０ａの長軸断面と、均熱化ローラ７０ａに接する定着ベルト８０を示す図である。また、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）の楕円部（均熱化ローラ７０ａの金属パイプ７１ａ、離型層７６ａ、及び定着ベルト８０）を拡大した図である。

第２の実施形態に係る定着装置４０では、熱伝導率を高めると共に、耐摩耗性にも優れる離型層７６ａを、以下のようにして形成している。

第１に、チューブに金属パイプ７１を挿入するのではなく、フッ素樹脂を金属パイプ７１上に焼成してフッ素樹脂コーティング層を形成することで、従来よりも薄い、例えば１０μｍ程度の離型層７６ａを得ている。離型層７６ａを薄くすることにより、従来に比べて高い熱伝導性能を実現することができる。

第２に、フッ素樹脂コーティングの場合、フッ素樹脂の中にカーボンファイバー等のフィラーを充填することが可能であり、このフィラーの充填により、コーティング層（離型層７６ａ）の熱伝導率を高めることが可能となる。

第３に、フィラーの充填率を標準の充填率より高くする、例えば標準量の３倍程度高くすることにより、コーティング層（離型層７６ａ）の熱伝導率をより一層高めることができる。

従来、通常の製品に対してフッ素樹脂コーティング層を形成する際には、４００℃程度の温度で焼成加工するのが一般的であった。しかしながら、均熱化ローラ７０は、ヒートパイプ７２を内蔵した状態で焼成加工しなければならないという特殊性がある。４００℃以上の温度を保持すると、ヒートパイプ７２の内圧が大きくなり、銅製の外管が破壊する恐れがある。したがって、第２の実施形態に使用するフッ素樹脂コーティング材としては、３００℃以下の温度で焼成できる材料が好ましい。

第２の実施形態に係る均熱化ローラ７０ａの有効性を検証するための評価試験を実施した。評価試験は、印刷速度が速い条件下実施した。また、均熱化の観点からは厳しい条件の用紙（用紙幅が小さく、かつ、坪量の大きい用紙）を用いて試験を実施した。具体的には、印刷速度を７５ｃｐｍ（copies per minute）に設定し、１０５ｇ／ｍ^２の坪量をもつ幅の狭いＳＴＲサイズ（STATEMENT Rサイズ：用紙幅１３９．７ｍｍ）の用紙を使用した。そして、この用紙を１０００枚通紙した時の、定着ベルト８０の非通紙部分の温度と、通紙部分の温度とを測定した。図９（Ａ）に、定着ベルト８０の幅と、試験に用いた用紙幅の関係を示す。

また、１０００枚通紙期間中におけるwait回数と、高温異常による動作停止の有無も併せて評価した。

定着ベルト８０の所定の位置の温度が、所定の閾値（例えば、２００℃）を超えると、ヒータ９０の加熱を一時的に停止し、定着ベルト８０の温度が下がるのを待ち、温度が有る程度下がるとヒータ９０の加熱を再開し、これを繰り返す。このヒータ９０の一時的な停止の回数がwait回数である。

一方、定着ベルト８０の所定の位置の温度が、より高い閾値（例えば、２３０℃）を超えると、高温異常が発生したと判定し、画像形成装置１００の動作を停止する。この場合には、メインテナンス要員を呼んで、異常の復旧を行うことになる。

評価試験は、
（試験Ａ）ヒートパイプを内蔵しない均熱化ローラ（離型層：５０μｍ厚のＰＦＡチューブ）、
（試験Ｂ）ヒートパイプを内蔵した均熱化ローラ（離型層：５０μｍ厚のＰＦＡチューブ付）、
（試験Ｃ）ヒートパイプを内蔵した均熱化ローラ（離型層：標準量のフィラー充填をした１０μｍ厚のフッ素樹脂コーティング）、
（試験Ｄ）ヒートパイプを内蔵した均熱化ローラ７０ａ（離型層：標準量の３倍のフィラーを充填した、１０μｍ厚のフッ素樹脂コーティング）、
に対して行った。図９（Ｂ）は、評価結果を示す表である。

ヒートパイプ７２を内蔵しない均熱化ローラを用いた（試験Ａ）では、非通紙部の温度が２８０℃の異常値にまで上昇し、画像形成装置１００が高温異常と判定し動作停止した。ヒートパイプ７２を金属パイプ７１に挿入することにより、高温異常による画像形成装置１００の動作停止は発生しないことが判った（（試験Ｂ）−（試験Ｄ））。

しかしながら、離型層として従来のPFAチューブを用いた（試験Ｂ）では、非通紙部である端部の温度が高くなり、waitが５０回と多発した。

これに対して標準量のフィラーを充填したフッ素樹脂コーティングで、離型層を形成した均熱化ローラを用いた（試験Ｃ）では、wait回数が（試験Ｂ）の１／６程度の３回まで減少した。

さらに、フィラー充填量を標準量の３倍程度にした（試験Ｄ）では、端部温度も低下して、wait発生もなくなることがわかった。

このように、フッ素樹脂コーティングで離型層７６ａを形成し、さらに、カーボンファイバー等のフィラーを充填すると共に、その充填率を標準的な値よりも大きくすることにより、均熱化ローラ７０ａの均熱性能が向上し、定着ベルト８０の非通紙部分の温度上昇が抑制されることが確認できた。また、その結果、wait回数がゼロ、又は大幅に減少することが確認できた。

ところで、一般に、フッ素樹脂コーティングは、従来のPFAチューブに比べて耐摩耗性の点で劣るといわれている。しかしながら、上記の評価試験の結果、定着ベルト８０のエッジとフッ素樹脂コーティング層との接触部では若干の磨耗が見られたが、定着ベルト８０のエッジ以外の領域では磨耗はほとんど発生しないことがわかった。

また、定着ベルト８０のエッジにおける磨耗発生は、均熱化ローラ７０が定着ベルト８０のテンション荷重により撓み、この結果、定着ベルト８０のエッジに応力集中が発生することによって生じるものであることがわかった。また、定着ベルト８０に１００Ｎ程度のテンションをかけたとき、その撓み量は０．３mm程度であった。

そこで、本実施形態に係る均熱化ローラ７０ａでは、定着ベルト８０のエッジの裏面と均熱化ローラ７０ａの表面とが離隔するように、定着ベルト８０の端部が臨む領域にテーパ形状を形成するようにしている（図８（Ｂ）参照）。具体的には、０．１度程度、好ましくは０．０５度以上のテーパ角をもつテーパ形状を金属パイプ７１の端部に形成する。このテーパ形状により、定着ベルト８０のエッジと離型層７６ａとの接触を回避、或いは低減し、定着ベルト８０による離型層７６ａの磨耗を防止することができる。

また、均熱化ローラ７０ａのテーパ形状の領域と定着ベルト８０の端部とがオーバーラップする領域の、均熱化ローラ７０ａの回転軸方向における長さ（図８（Ｂ）におけるオーバーラップ長）は、定着ベルト８０の回転軸方向への最大滑り長さ（横ズレ許容量）よりも長く形成することが好ましい。例えば、テーパ角度を０．１度とした場合、オーバーラップ長は、１０ｍｍ程度である。

上記のように、第２の実施形態に係る定着装置４０の均熱化ローラ７０ａは、その離型層７６ａをフィラーを充填したフッ素樹脂コーティングで形成することにより、高い熱伝導率を実現することができ、均熱性能を向上させることができる。また、均熱化ローラ７０ａの端部をテーパ形状とすることにより、定着ベルト８０が幅方向に滑った場合でも、定着ベルト８０の端部と均熱化ローラ７０ａとの間に隙間を確保することができ、均熱化ローラ７０の離型層７６ａの磨耗を防ぐことができる。

（４）第３の実施形態に係る定着装置
前述したように、ヒートパイプ有効長Ｌ_ＨＰは、均熱化性能が有効なヒートパイプ７２の長さである。第１の実施形態では、ヒートパイプ７２の外周面が金属パイプ７１の内周面と接する領域の長さをヒートパイプ有効長Ｌ_ＨＰとしている（図６等参照）。ヒートパイプ７２の製造工程上の制約等により、ヒートパイプ７２の両端はテーパ形状となる。このため、ヒートパイプ７２の両端では、ヒートパイプ７２と接触しない金属パイプ７１のみの領域が存在する。この領域は、ヒートパイプ有効長Ｌ_ＨＰの範囲の領域に比べて熱容量が小さいため、定着ベルト８０の温度が低下する領域、即ち、非有効領域である。

非有効領域を低減するには、この部分の金属パイプ７１の厚みを増加させて熱容量を増やす手法も考えられるが、この手法では、ヒートパイプ７２を金属パイプ７１に挿入することができない。

そこで、第３の実施形態では、ヒートパイプ７２と金属パイプ７１は第１の実施形態と同じものを使用しつつ、金属パイプ７１の両端に圧入する閉塞部材の形状を工夫して、ヒートパイプ有効長Ｌ_ＨＰを増加させている。

図１０（Ａ）、１０（Ｃ）は、第３の実施形態に係る均熱化ローラ７０ｂの構造例を示す図である。図１０（Ｂ）は、比較のため、第１の実施形態に係る均熱化ローラ７０の構造例を示す図である。

第３の実施形態では、図１０（Ｃ）に示すように、閉塞部材を、ヒートパイプ７２のテーパ形状の領域と金属パイプ７１の内面との間に形成される空間を充填する熱伝導性部材７８を有する閉塞部材７７として構成している。熱伝導部材７８は、閉塞部材７７全体と同じ材料でよく、鉄やアルミニウム等の熱伝導性の高い金属である。

第３の実施形態では、第１の実施形態におけるヒートパイプ７２の両端の空間を、熱伝導性部材７８が金属パイプ７１の内面に接するように充填する。この結果、この熱伝導性部材７８に接する金属パイプ７１の厚さを見かけ上厚くし、熱容量を実質的に高めることができる。このため、均熱化ローラ７０の両端部を通過する定着ベルト８０の温度の低下を防止することが可能となる。

閉塞部材７７は、均熱化ローラ７０ｂをその両端で回転可能に支持する軸部７９を有するが、軸部７９の形状や、金属パイプ７１の端面から軸部７９の先端までの距離は、第１の実施形態と同じである。このため、均熱化ローラ７０ｂを支持する軸受け部の形状や構造、或いは均熱化ローラ７０ｂの周囲の機構は、第１の実施形態と同じものを使用することができ、何ら変更を必要としない。また、前述したように、ヒートパイプ７２や金属パイプ７１自体は第１の実施形態と同じものを使用している。つまり、第３の実施形態は、第１の実施形態に対して、閉塞部材７７の一部の形状を変更するのみである。このため、極めて低コストで、均熱化ローラ７０ｂの両端部における温度低下を防止することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

４０ 定着装置
５０ 第１のローラ
６０ 第２のローラ
７０ 第３のローラ
７２ 均熱化部材
８０ 定着ベルト
９０ ヒータ

Claims (10)

1. 第１のローラと、
   前記第１のローラとの間にニップを形成し、前記ニップを通過する用紙を前記第１のローラに対して加圧する第２のローラと、
   前記第１及び第２のローラと平行に配設される第３のローラと、
   前記第１のローラと前記第３のローラに掛け渡される定着ベルトと、
   前記定着ベルトを、前記定着ベルトの幅の方向に均一に加熱するヒータと、
   前記第３のローラに内蔵される軸状の均熱化部材であって、その長軸方向の有効長は所定の最大用紙の幅と同じ又はより大きく設定され、前記第３のローラに接する前記定着ベルトの熱を前記長軸方向に均一に分散させる、均熱化部材と、
   を備える定着装置。
2. 前記均熱化部材はヒートパイプであり、前記有効長は、前記ヒートパイプの外周面が前記第３のローラの内周面と接する領域の長さである、
   請求項１に記載の定着装置。
3. 前記均熱化部材の前記有効長は、前記ヒータの前記定着ベルトの前記幅に沿った方向の加熱範囲と同じまたはより大きい、
   請求項２に記載の定着装置。
4. 第１のローラと、
   前記第１のローラとの間にニップを形成し、前記ニップを通過する用紙を前記第１のローラに対して加圧する第２のローラと、
   一方の端が前記第１のローラに掛け渡される定着ベルトと、
   前記定着ベルトの他方の端が掛け渡される第３のローラであって、前記第３のローラの表面と前記定着ベルトの端部の裏面とが離隔するように、前記定着ベルトの端部が臨む領域がテーパ形状に形成される第３のローラと、
   を備える定着装置。
5. 前記定着ベルトを、前記定着ベルトの幅の方向に均一に加熱するヒータと、
   前記第３のローラに内蔵され、前記第３のローラに接する前記定着ベルトの熱を前記長軸方向に均一に分散させるヒートパイプと、
   をさらに備える請求項４に記載の定着装置。
6. 前記第３のローラの表面はフッ素樹脂でコーティングされている、
   請求項４に記載の定着装置。
7. 前記テーパ形状の領域と前記定着ベルトの前記端部とがオーバーラップする領域の、前記第３のローラの回転軸方向における長さは、前記定着ベルトの前記回転軸方向への最大滑り長さよりも長く形成される、
   請求項４に記載の定着装置。
8. 第１のローラと、
   前記第１のローラとの間にニップを形成し、前記ニップを通過する用紙を前記第１のローラに対して加圧する第２のローラと、
   一方の端が前記第１のローラに掛け渡される定着ベルトと、
   前記定着ベルトの他方の端が掛け渡される第３のローラであって、
   管状のローラ本体と、
   前記ローラ本体に収納され、その端部がテーパ形状に形成されるヒートパイプと、
   前記ヒートパイプが収納された前記ローラ本体の両端を塞ぐ閉塞部材であって、前記ヒートパイプの前記テーパ形状の領域と前記ローラ本体の内面との間に形成される空間を、前記ローラ本体の内面に接するように充填する熱伝導性部材を有する閉塞部材と、
   を具備する第３のローラと、
   を備える定着装置。
9. 前記定着ベルトを、前記定着ベルトの幅の方向に均一に加熱するヒータ、
   をさらに備える請求項８に記載の定着装置。
10. 前記閉塞部材は、前記第３のローラをその両端で回転可能に支持する軸部を有する、
    請求項８に記載の定着装置。

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