JP2014085499A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数および組付工数を削減することにより、ウォームアップ時間を短縮できるとともに、省エネに資することができ、かつ固定部材の耐久性が低下することを防止できる定着装置を提供すること。
【解決手段】断熱部材２７は、ヒータ２５と非金属の耐熱樹脂性である固定部材２６との間に単一の部材で設けられており、補強部材２３に固定されている。断熱部材２７は、赤外線反射率９０％以上の材質によって形成されており、ヒータ２５と対向する反射面が、ヒータ２５から発せられる熱を加熱部材２２に向けて反射する。これにより、断熱部材２７は、ヒータ２５の輻射熱が補強部材２３および固定部材２６に伝熱することを防止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、記録媒体に画像を定着させる定着装置に関し、特に、プリンタや複写機等の画像形成装置に搭載される定着装置に関する。

従来から、プリンタや複写機等の画像形成装置に使用される定着装置として熱ローラ定着装置が知られている。熱ローラ定着装置では、内部にハロゲンヒータ等の熱源を備え、加熱されながら互いに押付けられて回転する２本の回転体(定着ローラ、加圧ローラ)の接触ニップ部（定着ニップ部）に、未定着トナー像を載せた転写材を通過させ、そこでトナー像を溶融し転写材上に定着させている。

一方、近年装置の省エネ化や、ウェイトタイム短縮に対する要求が高まりから、加熱ローラの代わりにベルトや薄膜フィルム等、無端状のベルト部材を用いた加熱装置を採用することで、定着装置の低熱容量化を実現し、また記録媒体への熱伝達効率の改善を図り、加熱に要する待ち時間(ウォームアップ時間やファーストプリント時間)を大幅に短縮した、いわゆるオンデマンドタイプの定着装置が広く採用されている。

この種の定着装置には、加熱手段から直接ベルト材を加熱する構成が考えられるが、温度上昇速度の上昇による暴走時の安全性を確保することおよびスリーブを均一過熱することが困難となる。そこで、このような定着装置には、ベルト材の内側に金属の加熱部材を搭載することで、間接的にベルト材に熱を伝える構成が既に知られている。

例えば、特許文献１には、ベルト部材の内周面に対向して設けられベルト部材を加熱する加熱部材と、加熱部材の内部に設けられ加熱部材を加熱するヒータと、ベルト部材の内周面側に設けられ、ベルト部材を介して加圧回転体に加圧接触してトナー像が転写されている記録媒体を挟み込むニップ部を形成する固定部材と、ヒータから固定部材に向けて発せられる熱を遮断する２つの断熱部材を備える定着装置に関する技術が開示されている。

この技術によって、加熱部材の加熱効率が低下することを防ぐとともに、ヒータからの輻射熱によって固定部材の耐久性が低下することを防止することができる。

しかしながら、上述のような定着装置においては、ヒータから固定部材に向けて発せられる熱を断熱する断熱部材が複数の部品から構成されている。このため、複数の部品から構成される断熱部材を設けることで、部品点数および組付時における工数が増加し、コストアップしてしまう。

また、部品点数が増加することで、上述のような定着装置は、断熱部材の熱容量が大きく、結果として加熱部材に加えられる熱が減り加熱効率が悪くなり、ウォームアップ時間が長くなるとともに、省エネに反するといった課題が残されていた。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、部品点数および組付工数を削減することにより、ウォームアップ時間を短縮できるとともに、省エネに資することができ、かつ固定部材の耐久性が低下することを防止できる定着装置を提供することを目的とする。

本発明に係る定着装置は、上記目的達成のため、回転可能で可撓性を有する無端状のベルト部材と、前記ベルト部材の内周側に設けられ、前記ベルト部材を介して加圧回転体に加圧接触してトナー像が転写されている記録媒体を挟み込むニップ部を形成する固定部材と、を備えた定着装置であって、前記ベルト部材の内周面に対向するように設けられ、前記ベルト部材を加熱する加熱部材と、前記加熱部材の内周側に設けられ、前記加熱部材を加熱する加熱手段と、前記加熱部材の内周側に設けられ、前記加圧回転体が前記ベルト部材と前記固定部材とに押付けられる際に前記固定部材をその後方から支持する補強部材と、を備え、前記加熱手段と前記固定部材および前記補強部材との間に、前記加熱手段から輻射される輻射熱を遮断する断熱部材を設けるとともに、前記断熱部材が単一の部材から構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、部品点数および組付工数を削減することにより、ウォームアップ時間を短縮できるとともに、省エネに資することができ、かつ固定部材の耐久性が低下することを防止できる定着装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る定着装置を備えたタンデム型カラープリンタの概略斜視図である。 本発明の実施形態に係る定着装置の概略断面図である。 本発明の実施形態に係る定着装置の概略正面図である。 本発明の実施形態に係る断熱部材の概略斜視図である。 本発明の実施形態に係る加熱部材の概略斜視図である。 （ａ）は、本発明の実施形態に係る加熱部材に固定部材を組付ける前の状態を示す概略斜視図、（ｂ）は、加熱部材に固定部材を組付けた状態を示す概略斜視図である。 本発明の実施形態に係る加熱部材に固定部材を組付けた状態を示す概略断面図である。 （ａ）は、本発明の実施形態に係る常温時における定着ベルトと加熱部材とを示す模式図、（ｂ）は、加熱時における定着ベルトと加熱部材とを示す模式図である。 本発明の実施形態に係る加熱部材の加熱による変形の仕方を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る加熱部材に生じる変形について硬度と温度の関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１〜図１０は、本発明に係る定着装置および画像形成装置の一実施の形態を示す図であり、画像形成装置をタンデム型カラープリンタに適用した例を示している。

図１は、画像形成装置の構成を示す図である。図１において、画像形成装置１は、各色（イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ））に対応した作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋと、給紙部１２と、定着装置２０と、中間転写ユニット８５と、ボトル収容部１０１とを備えている。

ボトル収容部１０１は、画像形成装置１の上方に設けられており、ボトル収容部１０１内には、各色に対応した４つのトナーボトル１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｋが着脱自在に設置されている。

中間転写ユニット８５は、ボトル収容部１０１の下方に設けられており、中間転写ベルト７８と、４つの１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋと、中間転写クリーニング部８０と、２次転写バックアップローラ８２とを備えている。また、中間転写ユニット８５は、クリーニングバックアップローラ８３と、テンションローラ８４とを備えている。

作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋは、それぞれ中間転写ベルト７８に対向するように並んで設けられている。作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋは、それぞれ感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋと、帯電部７５Ｙ、７５Ｍ、７５Ｃ、７５Ｋと、現像部７６Ｙ、７６Ｍ、７６Ｃ、７６Ｋと、クリーニング部７７Ｙ、７７Ｍ、７７Ｃ、７７Ｋと、除電部（不図示）とを備えている。

感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは、駆動モータ（不図示）によって図１中時計方向に回転駆動される。感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上では、帯電工程と、露光工程と、現像工程と、転写工程と、クリーニング工程との作像プロセスが実行される。

まず、帯電工程において、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは、帯電部７５Ｙ、７５Ｍ、７５Ｃ、７５Ｋの位置で、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上に一様に帯電される。

次に、露光工程において、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは、露光部３から発せられるレーザ光Ｌｙ、Ｌｍ、Ｌｃ、Ｌｋの照射位置で、露光走査により感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上に各色に対応した静電潜像が形成される。

次に、現像工程において、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは、現像装置７６Ｙ、７６Ｍ、７６Ｃ、７６Ｋとの対向位置で、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上の静電潜像が現像される。これにより、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上には、各色のトナー像が形成される。

次に、１次転写工程において、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは、中間転写ベルト７８および第１転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋとの対向位置で、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上のトナー像が中間転写ベルト７８上に転写される。このとき、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上には、わずかではあるが未転写トナーが残る。

次に、クリーニング工程において、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは、クリーニング部７７Ｙ、７７Ｍ、７７Ｃ、７７Ｋとの対向位置で、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上に残った未転写トナーがクリーニング部７７Ｙ、７７Ｍ、７７Ｃ、７７Ｋのクリーニングブレードによって機械的に回収される。

そして、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは、除電部との対向位置で、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上の残留電位が除去される。

以上の作像プロセスを経ることにより、各色のトナー像が、中間転写ベルト７８上に形成される。

中間転写ベルト７８は、２次転写バックアップローラ８２と、クリーニングバックアップローラ８３と、テンションローラ８４とによって張力を有した状態で支持される。

４つの１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋは、それぞれ、中間転写ベルト７８を感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋとの間に挟み込んで１次転写ニップを形成している。また、１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋには、トナーの極性とは逆の転写バイアスが印加される。

中間転写ベルト７８は、２次転写バックアップローラ８２の回転駆動によって図１中の矢印方向に移動され、各１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋの１次転写ニップを順次通過する。

これにより、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上の各色のトナー像は、中間転写ベルト７８上に重ねて１次転写される。その後、各色のトナー像が重ねて転写された中間転写ベルト７８は、２次転写ローラ８９との対向位置に達する。

中間転写ベルト７８上に形成された４色のトナー像は、２次転写バックアップローラ８２と２次転写ローラ８９との間に中間転写ベルト７８を挟み込んで形成された２次転写ニップの位置に搬送された記録媒体Ｐ上に転写される。

そして、中間転写ベルト７８は、中間転写クリーニング部８０の位置に達し、中間転写ベルト７８上に残る記録媒体Ｐに転写されなかった未転写トナーが回収される。

給紙部１２は、画像形成装置１の下方に設けられており、給紙部１２には、転写紙等の記録媒体Ｐが複数枚重ねて収納されている。

次に、給紙部１２から記録媒体Ｐを搬送するプロセスについて説明する。

まず、給紙部１２に収納された中で一番上に位置する記録媒体Ｐは、給紙ローラ９７が図１中反時計方向に回転駆動することにより、レジストローラ９８ａ、９８ｂの間に向けて搬送される。

次に、記録媒体Ｐは、レジストローラ９８ａ、９８ｂの間に設けられたローラニップの位置で一旦停止する。

そして、記録媒体Ｐは、中間転写ベルト７８上のトナー像がくるタイミングに合わせて、レジストローラ９８ａ、９８ｂが回転駆動することで、２次転写ニップに向けて搬送される。これにより、記録媒体Ｐ上には、トナー像が転写される。

２次転写ニップの位置でトナー像が転写された記録媒体Ｐは、定着装置２０の位置に搬送される。そして、記録媒体Ｐ上に転写されたトナー像は、ベルト部材としての定着ベルト２１および加圧回転体としての加圧ローラ３１による熱と圧力によって記録媒体Ｐ上に定着され、これによりカラー画像が記録媒体Ｐに定着する。

カラー画像が定着した記録媒体Ｐは、排紙ローラ９９ａ、９９ｂの間を経て、画像形成装置１の外に排出され、出力画像として、スタック部１００上にスタックされる。以上で、画像形成装置１における、一連の画像形成プロセスが完了する。

図２、図３は、定着装置２０の構成について説明する図である。
図２に示すように、定着装置２０は、定着ベルト２１と、加熱部材２２と、補強部材２３と、加熱手段としてのヒータ２５と、固定部材２６と、断熱部材２７と、低摩擦シート２８と、加圧ローラ３１と、温度センサ４０と、加圧機構５０とを備える。

定着ベルト２１は、薄肉で可撓性を有する無端状ベルトであり、図２中の矢印方向に回転する。ここで、無端状とは、ベルトの両端部を接合しかつつなぎ目が存在しない状態をいう。

定着ベルト２１は、内周面側から、基材層、弾性層、離型層が順次積層されていて、その全体の厚さが１ｍｍ以下に設定されている。定着ベルト２１の基材層は、層厚が３０〜１００μｍであって、ニッケル、ステンレス等の金属材料やポリイミド等の樹脂材料で形成されている。なお、これは例示であって、本発明は、これに限定されるものではない。また、基材とは、基礎となる材料を意味する。

本実施の形態に係る定着ベルト２１の基材層においては、定着ベルト２１とヒータ２５との間に金属製の加熱部材２２を配置しているため、ヒータ２５の熱が直接定着ベルト２１に向けて発せられず、耐熱性の問題が生じない。そのため、定着ベルト２１の基材層には、安価な樹脂材料が採用されている。

定着ベルト２１の弾性層は、層厚が１００〜３００μｍであって、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、フッ素ゴム、等のゴム材料で形成されている。なお、これは例示であって、本発明は、これに限定されるものではない。

弾性層を設けることで、定着ベルト２１と加圧ローラ３１との間に形成されるニップ部において記録媒体Ｐにカラー画像を定着する場合に、定着ベルト２１の表面の微小な凹凸が形成されなくなり、記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔに均一に熱が伝わる。

これにより、定着装置２０は、記録媒体Ｐに柚子肌画像が発生することを抑止することができる。ここで、柚子肌画像とは、表面に多数の微小な凹凸が形成された画像のことを意味する。

定着ベルト２１の離型層は、層厚が１０〜５０μｍであって、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン‐パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ＰＥＳ（ポリエーテルサルファイド）、等の材料で形成されている。なお、これは例示であって、本発明は、これに限定されるものではない。

離型層を設けることで、定着ベルト２１は、記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔに対する離型性が確保される。また、定着ベルト２１の直径は１５〜１２０ｍｍになるように設定されている。なお、本実施の形態では、定着ベルト２１の直径が３０ｍｍ程度に設定されている。また、これは例示であって、本発明は、これに限定されるものではない。また、離型とは、接着している物体同士が剥離することを意味し、離型性とは、物体同士の剥離しやすさを意味する。

また、ニップ部の位置で定着ベルト２１の外周面に接触する加圧ローラ３１は、直径が３０〜４０ｍｍ程度であって、中空構造の芯金３２上に弾性層３３を形成したものである。なお、これは例示であって、本発明は、これに限定されるものではない。加圧ローラ３１は、定着ベルト２１に押付けられ、双方の部材間に所望のニップ部を形成する。

固定部材２６は、液晶ポリマー等の耐熱樹脂材料等で構成され、加圧ローラ３１側の面が加圧ローラ３１の曲率にならうように断面形状が凹形状に形成されている。これにより、記録媒体Ｐは、加圧ローラ３１の曲率にならうようにニップ部から送り出されるために、定着工程後の記録媒体Ｐが定着ベルト２１に吸着して分離しない、というような不具合を抑止することができる。

また、図３に示すように、固定部材２６は、その幅方向両端部が定着装置２０の側板４３に固定支持されている。固定部材２６は、側板４３に固定支持されることにより、少なくとも記録媒体Ｐの搬送方向の位置決めがなされている。

低摩擦シート２８は、固定部材２６と定着ベルト２１との間に設けられ、定着ベルト２１が固定部材２６と接触しながら動く際に生じる摩擦抵抗を軽減する。低摩擦シート２８は、摩擦係数が小さく、耐摩耗性、耐熱性に優れた多孔質のフッ素樹脂等の材質で、矩形形状に形成される。

加熱部材２２は、その幅方向両端部が定着装置２０の側板４３に固定支持されており、肉厚が０．２ｍｍ以下のパイプ状部材である。なお、これは例示であって、本発明は、これに限定されるものではない。加熱部材２２の材料としては、アルミニウム、鉄、ステンレス等の熱伝導性を有する金属を用いることができる。

加熱部材２２の肉厚を０．２ｍｍ以下に設定することで、定着装置２０は、定着ベルト２１の加熱効率を向上することができる。なお、本実施の形態に係る加熱部材２２は、肉厚が０．１ｍｍのステンレスで形成されているが、これは例示であって、本発明は、これに限定されるものではない。

加熱部材２２は、ニップ部を除く位置で定着ベルト２１の内周面に近接もしくは接触するように形成され、ニップ部の位置では、内部に凹形状が形成されるとともに、開口部２２ａが形成された曲げ部が設けられている。

ここで、常温時にニップ部を除く位置における定着ベルト２１と加熱部材２２とのクリアランス量Ａは、０ｍｍより大きく１ｍｍ以下とすることが好ましい。なお、これは例示であって、本発明は、これに限定されるものではない。これにより、定着装置２０は、加熱部材２２と定着ベルト２１とが滑る状態で接触する面積が大きくなり定着ベルト２１の摩耗が加速する不具合を抑止することができる。

また、定着装置２０は、加熱部材２２と定着ベルト２１とが離れ過ぎて定着ベルト２１の加熱効率が低下する不具合を抑止することができる。さらに、定着装置２０は、加熱部材２２が定着ベルト２１の近くに設けられることで、可撓性を有する定着ベルト２１の円形姿勢がある程度維持されるため、定着ベルト２１の変形による劣化を軽減することができる。

また、定着装置２０は、加熱部材２２と定着ベルト２１とが滑りながら動く際の摩擦抵抗を低下させるために、定着ベルト２１および加熱部材２２の間には潤滑剤としてフッ素グリスが塗布されている。

加熱部材２２は、薄肉の金属材料によって構成され、定着装置２０の側板４３に固定されたヒータ２５の輻射熱により加熱され、加えられた熱を定着ベルト２１に伝熱して定着ベルト２１を加熱する。

すなわち、定着装置２０は、加熱部材２２がヒータ２５によって直接的に加熱されて、加熱部材２２を介して定着ベルト２１がヒータ２５によって間接的に加熱され、加熱された定着ベルト２１の表面から記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔに熱を加える構成となっている。

ヒータ２５は、ハロゲンヒータやカーボンヒータなどによって構成される。ヒータ２５の出力制御は、定着ベルト２１の表面に対向するサーミスタ等の温度センサ４０による定着ベルト２１の表面温度の検知結果に基づいて行われる。また、このようなヒータ２５の出力制御によって、記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔを定着させる定着ベルト２１の定着温度を所望の温度に設定することができる。

このように、定着装置２０は、定着ベルト２１の一部のみが局所的に加熱されるのではなく、加熱部材２２によって定着ベルト２１が周方向にわたってほぼ全体的に加熱される構成となっている。これにより、定着装置２０は、装置を高速化した場合であっても、定着ベルト２１が充分に加熱されて定着不良の発生を抑止することができる。

補強部材２３は、ニップ部を形成する固定部材２６を補強、支持するためのもので、定着ベルト２１の内周面側に設けられている。補強部材２３は、その幅方向両端部が定着装置２０の側板４３に固定支持されている。

補強部材２３は、固定部材２６および定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１に接触することで、ニップ部において固定部材２６が加圧ローラ３１の加圧力を受けて大きく変形する不具合の発生を抑止している。

なお、補強部材２３は、上述した機能を満足するために、ステンレスや鉄合金等の機械的強度が高い金属材料で形成することが好ましい。

ところで、従来は、加熱手段と固定部材との間に断熱部材が設けられていなかった。本実施の形態において、断熱部材２７を設けていない場合、ヒータ２５が、加熱部材２２だけではなく補強部材２３および固定部材２６も加熱してしまい、定着ベルト２１を効率よく加熱できないといった問題がある。特に、補強部材２３は、定着装置２０の側板４３に固定支持されていることから、補強部材２３から側板４３に熱が伝わり非効率となってしまう。

また、非金属性である固定部材２６や突起形状の規制部２６ａが、ヒータ２５に直接加熱されてしまい、耐久性が低下することが懸念される。

そこで、本実施の形態に係る定着装置２０では、上記問題を解決すべく、定着ベルト２１の内周面側に断熱部材２７を設ける構成とした。

より詳しくは、断熱部材２７は、ヒータ２５と固定部材２６との間に単一の部材で設けられており、補強部材２３に固定されている。断熱部材２７は、赤外線反射率９０％以上の材質によって形成されており、ヒータ２５の輻射熱が補強部材２３および固定部材２６に伝熱することを防止する。

図４に示すように、断熱部材２７は、ヒータ２５と対向する二つの反射面２７ａおよび２７ｂが円弧形状の反射面２７ｃによって接続されている。これにより、断熱部材２７は、ヒータ２５の輻射熱を反射面２７ａ、２７ｂ、２７ｃによって加熱部材２２に向けて反射するため、加熱部材２２を効率よく加熱することができる。

断熱部材２７は、厚さ０．５ｍｍの高輝アルミによって形成されている。なお、これは例示であって、本発明は、これに限定されるものではない。

加圧ローラ３１には不図示の駆動機構の駆動ギヤに噛合するギヤが設置されていて、加圧ローラ３１は、図２中の矢印方向に回転駆動される。また、加圧ローラ３１は、その幅方向両端部が定着装置２０の側板４３に軸受４２を介して回転自在に支持されており、図２中破線矢印で表す加圧方向が、補強部材２３と対向する位置になるように位置決めされている。

弾性層３３は、発泡性シリコーンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の材料で形成されている。なお、弾性層３３の表層にＰＦＡ、ＰＴＦＥ等からなる薄肉の離型層を設けることもできる。

また、弾性層３３を発泡性シリコーンゴム等のスポンジ状の材料で形成した場合には、ニップ部に作用する加圧力を減ずることができるために、固定部材２６に生じる撓みを軽減することができる。この場合、定着ベルト２１の熱が加圧ローラ３１側に移動しにくくなるために、定着ベルト２１の加熱効率が向上する。

定着装置２０には、定着ベルト２１に対して加圧ローラ３１を接触および離隔する加圧機構５０が設けられている。加圧機構５０は、加圧レバー５１と、偏心カム５２と、加圧スプリング５３とを備える。

加圧レバー５１は、一端側に設けられた支軸５１ａを中心として定着装置２０の側板４３に回転自在に支持されている。加圧レバー５１の中央部は、側板４３に形成された長穴に移動可能に保持されている加圧ローラ３１の軸受４２に接触している。

また、加圧レバー５１の他端側には、加圧スプリング５３が接続されている。加圧スプリング５３は、その保持板に偏心カム５２が取付けられている。偏心カム５２は、不図示の駆動モータによって回転可能に構成されている。

このような構成により、加圧レバー５１は、通常の定着動作時において、偏心カム５２の回転により支軸５１ａを中心にして回転し、偏心カム５２の姿勢が図２に示す状態となることで、加圧ローラ３１が定着ベルト２１を加圧して所望のニップ部を形成する。

これに対して、ジャム処理時等、通常の定着動作時以外の場合において、偏心カム５２が図２に示す状態から１８０度回転し、加圧ローラ３１は、定着ベルト２１から離脱、または、定着ベルト２１を減圧する。

図５は、本実施の形態に係る加熱部材２２の構造を説明する図である。
加熱部材２２は、加工が容易な０．１ｍｍ厚のステンレス板に曲げ加工を施し、パイプ状に形成される。なお、これは例示であり、本発明は、これに限定されるものではない。

ステンレス板は、曲げ加工によって加熱部材２２の開口部２２ａを図５に示す略パイプ形状に加工しようとすると、自身のスプリングバックによって開口部２２ａが図中矢印方向に開いてしまう。

そこで、本実施の形態に係る加熱部材２２は、開口部２２ａに図５に示す形状の曲げ部を設け、この曲げ部に規制穴２２ｂを設けた構成としている。そして、加熱部材２２は、規制穴２２ｂに固定部材２６の突起形状である規制部２６ａが挿入され、加熱部材２２に固定部材２６が取付けられることにより、加熱部材２２のスプリングバックが固定部材２６により規制され、所望の形状を形成することができる。

図６は、本実施の形態に係る加熱部材２２と固定部材２６との組付け方法について説明する図である。また、図７は、本実施の形態に係る加熱部材２２と固定部材２６とを組付けた際の断面図である。

図６（ａ）に示すように、加熱部材２２の曲げ部には、規制穴２２ｂが長手方向に複数個所設けられている。また、固定部材２６に設けられている突起形状の規制部２６ａは、規制穴２２ｂに対応するように長手方向に複数個所設けられている。

加熱部材２２と固定部材２６とは、固定部材２６を加熱部材２２の開口部２２ａに挿入することで、規制穴２２ｂに規制部２６ａが挿入され、図６（ｂ）に示すように組付けられる。

加熱部材２２と固定部材２６とは、図７に示すように、規制穴２２ｂの規制面２２ｃと、規制部２６ａの規制面２６ｂとが接触することで、加熱部材２２の開口部２２ａが、加熱部材２２のスプリングバックにより開くのを防止している。

これにより、加熱部材２２と固定部材２６とは、規制穴２２ｂの規制面２２ｃと、規制部２６ａの規制面２６ｂとが長手方向の複数個所で接触しているため、長手方向における部分的な変形や開きを防止することができる。

したがって、加熱部材２２は、長手方向の一部分が開いたり変形したりして、加熱部材２２と定着ベルト２１とが接触する面積が大きくなり定着ベルト２１の摩耗が加速する、といった不具合を抑制することができる。

固定部材２６は、補強部材２３に突き当てる突き当て部２６ｃを備え、加圧ローラ３１からの圧力を長手方向の全面で受けている。

固定部材２６は、突き当て部２６ｃで補強部材２３と部分的に突き当てた状態で構成されると、突き当ててない部分で加圧ローラ３１からの加圧力を十分に受けることができず、面圧低下に起因する画質不良が発生するといった課題を有している。

そこで、本実施の形態に係る固定部材２６は、突き当て部２６ｃと補強部材２３とが、少なくとも最大用紙サイズ幅以上の全面で突き当たるように構成されている。

また、固定部材２６は、加圧ローラ３１から定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１の回転動作による摩擦力を受けるが、側板４３に固定支持されている補強部材２３と突き当て部２６ｃが長手方向全域で突き当たっているため、摩擦力による変形が生じない。

ところで、上述した通り、加熱部材２２は、金属板を曲げ加工することにより形成された略パイプ形状である。加熱部材２２は、肉厚を薄く形成することで、定着装置２０のウォームアップ時間を短縮することができる。

しかしながら、加熱部材２２には、肉厚を薄く成形すると、剛性が小さくなり、加圧ローラ３１の加圧力が作用することで、その加圧力に抗しきれず、撓みや変形を生じてしまうといった問題がある。加熱部材２２が変形すると、定着装置２０は、所望のニップ幅を得ることができず、記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔの定着性が低下してしまう。

そこで、本実施の形態に係る加熱部材２２は、図７に示す通り、加熱部材２２の開口部２２ａと固定部材２６との間に一定のクリアランスを設けて組付けられている。これにより、加熱部材２２は、加圧ローラ３１による加圧力を受けることがなく、加圧力によって変形することが防止される。

次に、上述のように構成された定着装置２０の、通常時の動作について簡単に説明する。

画像形成装置１の電源スイッチが投入されると、ヒータ２５に電力が供給されるとともに、加圧ローラ３１の図２中の矢印方向の回転駆動が開始される。

これにより、加圧ローラ３１との摩擦力によって、定着ベルト２１も図２中の矢印方向に従動回転する。その後、給紙部１２から記録媒体Ｐが給送されて、２次転写ローラ８９の位置で、記録媒体Ｐ上に未定着のトナー像Ｔが転写される。

未定着のトナー像Ｔが転写された記録媒体Ｐは、不図示のガイド板に案内されながら図２の矢印Ｙ１０方向に搬送されて、押付けられた状態にある定着ベルト２１および加圧ローラ３１のニップ部に搬入される。

そして、加熱部材２２を介してヒータ２５によって加熱された定着ベルト２１による加熱と、補強部材２３によって補強された固定部材２６および加圧ローラ３１による押付ける力とによって、記録媒体Ｐの表面のトナー像Ｔは、記録媒体Ｐに定着される。
その後、ニップ部から送り出された記録媒体Ｐは、矢印Ｙ１１方向に搬送される。

図８は、加熱部材２２と定着ベルト２１とを幅方向に見た図であって、加熱部材２２の加熱変形の状態を示す模式図である。
図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、加熱部材２２は、常温状態から加熱されることにより加熱変形が生じて撓むことになる。

したがって、常温時に加熱部材２２と定着ベルト２１との間に設けられていたクリアランス量Ａは、加熱時における加熱部材２２の径方向の撓み量である変形量Ｂに応じて減ぜられることになる。

そして、可逆変化が生じる条件で加熱、冷却が行われる場合、加熱部材２２は、加熱状態から冷却されて常温状態になると、クリアランス量Ａが常温時のものに戻ることになる。

ここで、ヒータ２５によって加熱部材２２が常温状態から加熱されたときに生じる加熱部材２２の変形量Ｂの変動について説明する。

まず、ウォーミングアップ時等において、常温状態またはそれに近い状態にある加熱部材２２は、ヒータ２５により加熱が開始される。このときの加熱は、定着ベルト２１の目標の定着温度まで温度を上昇させるためのものであり、比較的急激な加熱である。

したがって、加熱部材２２の温度分布は、特に加熱開始直後に、ヒータ２５から遠い外周面側の温度が、ヒータ２５に近い内周面側の温度に比べて低く、また肉厚方向に比較的大きな温度勾配が生じるといった全体的に不均質なものになる。

これにより、加熱部材２２は、部分的に熱膨張差が生じて、加熱部材２２に熱変形による撓みが生じる。このときに、加熱部材２２に生じる最大の変形量をＢｍａｘとする。

定着工程を実行する準備が完了し、定着ベルト２１の定着温度が目標値近傍に安定すると、加熱部材２２の温度は、肉厚方向の温度勾配も小さくなり全体的に均質化される。これにより、加熱部材２２の変形量Ｂは、加熱開始直後よりも小さくなり安定的な変形量であるＢａｖｅが維持される。

定着ベルト２１と加熱部材２２との間のクリアランス量Ａは、Ｂｍａｘ≧Ａ＞Ｂａｖｅとなるように、定着ベルト２１の内径と、加熱部材２２の外径と、加熱部材２２の材料と、加熱部材２２の厚さと、定着温度等の定着条件と、加熱手段の種類とが設定される。

本実施の形態においては、定着ベルト２１の内径は３０ｍｍであり、加熱部材２２の外径は２９．５ｍｍである。これにより、クリアランス量Ａは０．５ｍｍとなる。なお、これは例示であり、本発明は、これに限定されるものではない。

加熱部材２２は、材料として厚さ０．１ｍｍのＳＵＳ４３０を用いており、加熱手段としてヒータ２５が用いられ、目標とする定着温度は１８０℃に設定される。なお、これは例示であり、本発明は、これに限定されるものではない。

これにより、加熱部材２２に生じる最大の変形量であるＢｍａｘは、１．３ｍｍとなり、また安定時の変形量であるＢａｖｅは０．４ｍｍとなり、クリアランス量ＡとＢｍａｘ、Ｂａｖｅは上記関係式を満足する。なお、これは例示であり、本発明は、これに限定されるものではない。

加熱部材２２に生じる最大の変形量であるＢｍａｘがクリアランス量Ａ以上であることにより、定着ベルト２１が静止状態にあるウォーミングアップ時において、定着ベルト２１の内周面は、加熱部材２２と強く接触することになる。

これにより、定着ベルト２１は、加熱部材２２からの熱伝導が、空気を介することなく積極的に行われるため、定着ベルト２１の加熱効率が向上することになる。

また、加熱部材２２に生じる安定時の変形量Ｂａｖｅがクリアランス量Ａ未満であることにより、定着工程時において、定着ベルト２１の内周面は、加熱部材２２に対して微小なクリアランスをあけて対向し、接触しても極めて弱い力で接触することになる。

これにより、定着装置２０は、定着ベルト２１や加熱部材２２の摩耗を低減しつつ、定着ベルト２１を効率的に加熱することができる。

図９は、加熱部材２２が加熱変形した際の変形の様子を説明する図である。
加熱部材２２は、加熱されることにより撓みを生じる加熱変形をする。加熱変形は、加熱量が増えるにつれて、冷却して常温になった時に元の形状に戻る可逆変化から、元の形状に戻らない不可逆変化となる。

加熱変形が不可逆変化となると、加熱部材２２には、撓みが常温時に元通りにならず塑性変形として残る折れ現象が生じる。加熱部材２２に折れ現象が生じると、定着装置２０は、ニップ部に記録媒体Ｐが通過する際に、定着ベルト２１の内周面に加熱部材２２が局所的に強く接触してしまう。これにより、定着装置２０は、定着ベルト２１の内周面が削れたり、定着ベルト２１の表面温度にむらが生じて出力画像に定着不良や光沢むらが発生したりする恐れがある。

加熱部材２２の折れ現象は、加熱部材２２の硬度を最適化することで防止することができる。一般に、加熱部材２２は、硬度が高すぎると加熱変形に抗しきれず折れ現象を生じる一方で、硬度が比較的低い場合には、加熱変形しても弾性的に復元する余地があり、可逆的な加熱変形となる傾向にある。

図１０は、加熱部材２２のビッカース硬度（Ｈｖ）と、加熱部材２２に折れ現象が生じる温度との関係を示す図である。

図１０は、ビッカース硬度の異なる種々の金属部材（いずれも厚さ０．１ｍｍのものである。）の表面に定着ベルト（金属部材側から、ニッケル層３５μｍ、シリコーンゴム層２００μｍ、ＰＦＡ層１５μｍが順次積層されたものである。）を貼り付けた実験ピースをいくつか作製して、金属部材を急激に所定温度まで加熱したときに折れ現象が生じるかを判定した結果を示している。

図１０において、横軸は、金属部材のビッカース硬度を示し、縦軸は、定着ベルトの表面温度（ＰＦＡ層側の温度である。）を示す。また、図１０において、「●」は、折れ現象が生じなかった結果を示し、「×」は、折れ現象が生じた結果を示すものである。

例えば、ビッカース硬度が約３００Ｈｖの金属材料からなる加熱部材２２は、定着ベルトの温度が約１９０℃になるように急激に加熱した場合には折れ現象が発生することはなかったことが、図１０より明らかである。

しかし、ビッカース硬度が約３００Ｈｖの金属材料からなる加熱部材２２は、定着ベルトの温度が約２１０℃になるように急激に加熱した場合には折れ現象が発生したことが、図１０より明らかである。

また、図１０より、ビッカース硬度が２８０Ｈｖ以下の金属材料からなる加熱部材２２は、定着温度の設定値に関わらず、折れ現象が生じないことがわかる。また、ビッカース硬度が３４０Ｈｖ以下の金属材料からなる加熱部材２２であっても、定着温度を１８０℃以下に設定すれば、加熱部材２２に折れ現象が生じないことがわかる。

図１０より、本実施の形態に係る定着装置２０では、加熱部材２２の厚さを０．１ｍｍ以下に設定して、ビッカース硬度が２８０Ｈｖ以下となる金属材料にて加熱部材２２を形成している。なお、これは例示であり、本発明は、これに限定されるものではない。

本実施の形態に係る加熱部材２２は、その材料として、単位体積の熱容量比が比較的小さなフェライト系ステンレス鋼であるＳＵＳ４３０（密度：７．７３×１０^-3ｋｇ／ｍ³、比熱：０．４６ｋＪ／ｋｇ℃、ヤング率：２０６Ｇｐａ、ビッカース硬度：２５０Ｈｖ、単位体積の熱容量比：３．５６）を用いている。なお、これは例示であり、本発明は、これに限定されるものではない。

これにより、定着装置２０は、加熱部材２２の加熱効率が高く、加熱部材２２に折れ現象が生じる不具合を抑止することができる。

なお、ニッケルの特性値は、密度：８．９×１０^-3ｋｇ／ｍ³、比熱：０．４３９ｋＪ／ｋｇ℃、ヤング率：２１０Ｇｐａ、ビッカース硬度：９６Ｈｖ、単位体積の熱容量比：３．９１である。

また、ＳＵＳ３０４‐１／２Ｈの特性値は、密度：７．９３×１０^-3ｋｇ／ｍ³、比熱：０．５０２ｋＪ／ｋｇ℃、ヤング率：１９７Ｇｐａ、ビッカース硬度：２５０Ｈｖ、単位体積の熱容量比：３．９８である。

したがって、本実施の形態に係る定着装置２０においては、定着ベルト２１の内部に設置する加熱部材２２が、加熱開始されるウォームアップ時には最大の変形量Ｂｍａｘにて変形して、通紙時には比較的小さな変形量Ｂａｖｅにて安定的な変形状態を維持する性質を利用して、加熱部材２２と定着ベルト２１とのクリアランス量Ａを最適化している。

これにより、定着装置２０は、ウォームアップ時間やファーストプリント時間が短くて、高速化した場合であっても定着不良等が生じることなく、定着ベルト２１の加熱効率が充分に高くて、稼動時に定着ベルト２１が加熱部材２２に接触して動き摩耗する不具合を軽減することができる。

以上のように、本実施の形態に係る定着装置２０は、回転可能で可撓性を有する無端状の定着ベルト２１と、定着ベルト２１の内周側に設けられ、定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１に加圧接触してトナー像Ｔが転写されている記録媒体Ｐを挟み込むニップ部を形成する固定部材２６とを備えている。

そして、本実施の形態に係る定着装置２０は、定着ベルト２１の内周面に対向するように設けられ、定着ベルト２１を加熱する加熱部材２２と、加熱部材２２の内周側に設けられ、加熱部材２２を加熱するヒータ２５と、加熱部材２２の内周側に設けられ、加圧ローラ３１が定着ベルト２１と固定部材２６とに押付けられる際に固定部材２６をその後方から支持する補強部材２３とを備え、ヒータ２５と固定部材２６および補強部材２３との間に、ヒータ２５から輻射される輻射熱を遮断する断熱部材２７を設けるとともに、断熱部材２７が単一の部材から構成されている。

このため、定着装置２０は、ヒータ２５の輻射熱により非金属性の固定部材２６が直接加熱されるのを防止することができ、ヒータ２５の輻射熱により固定部材２６の耐久性が低下するのを防ぐことができる。

また、定着装置２０は、断熱部材２７が単一の部材によって構成されていることから、組立工数を抑えることができるとともに、構成部品の熱容量が小さく、ウォームアップ時間が短縮し、省エネを実現することができる。

また、本実施の形態に係る定着装置２０は、ヒータ２５が、赤外線ヒータによって構成されている。

このため、定着装置２０は、汎用性が高く、構成が簡単で低コストなヒータ２５を設けることができる。

また、本実施の形態に係る定着装置２０は、断熱部材２７が、ヒータ２５の輻射熱を反射する赤外線反射板によって構成されている。

また、本実施の形態に係る定着装置２０は、断熱部材２７が、赤外線反射率９０％以上の高輝度アルミによって形成されている。

このため、定着装置２０は、ヒータ２５から補強部材２３および固定部材２６に向かう熱を、加熱部材２２の加熱に用いることができ、定着ベルト２１の加熱効率がさらに向上し、ウォームアップ時間の短縮や省エネを実現することができる。

また、本実施の形態に係る定着装置２０は、断熱部材２７が、補強部材２３に支持されて固定され、ヒータ２５から固定部材２６へ向けて発せられる熱を断熱するように構成されている。

また、本実施の形態に係る定着装置２０は、固定部材２６が、耐熱性樹脂で構成されている。

このため、定着装置２０は、断熱部材２７によりヒータ２５から固定部材２６に向けて発せられる熱を断熱することができ、非金属性の耐熱樹脂材料で構成されている固定部材２６の耐久性が低下することを防ぐことができる。

また、本実施の形態に係る定着装置２０は、定着ベルト２１が、基材が耐熱性樹脂によって構成されている。

また、本実施の形態に係る定着装置２０は、加熱部材２２が、加圧ローラ３１に対向する位置に開口部２２ａを有するとともに、開口部２２ａに固定部材２６が設けられている。

このため、定着装置２０は、熱容量が小さくかつ安定した形状を有する加熱部材２２を定着ベルト２１の内周側に有することから、定着ベルト２１がヒータ２５によって直接加熱されず、かつ効率よく均一に定着ベルト２１全体を加熱することができる。

また、定着装置２０は、定着ベルト２１がヒータ２５によって直接加熱されないことから、定着ベルト２１の基材として安価な耐熱樹脂を利用することができ、低コストで定着ベルト２１を形成することができる。

なお、本実施の形態に係る断熱部材２７は、図４に示す形状によって構成されているが、これに限らず、例えば、反射面２７ａと反射面２７ｂとが円弧形状の反射面２７ｃを介さず直接結ばれていたり、または反射面２７ｃを平面形状としてもよい。

これにより、断熱部材２７は、プレス加工のみによって構成することが可能となり、製造コストを削減することができる。

また、本実施の形態に係る断熱部材２７は、表面反射率に優れた素材により構成されているが、これに限らず、断熱部材２７の表面に反射率の優れた材料を塗布したり、真空蒸着して表面反射率を高めたりしてもよい。

また、本実施の形態に係る断熱部材２７は、補強部材２３に固定されているが、これに限らず、定着装置２０の側板４３に固定支持されていてもよい。

また、図２において、ニップ部を形成する固定部材２６の断面形状を凹形状に形成したが、これに限らず、ニップ部を形成する固定部材２６の形状を平面状に形成することもできる。

これにより、固定部材２６は、記録媒体にシワが発生するのを防止する効果がある。さらに、ニップ部の出口側における定着ベルト２１の曲率が大きくなるために、定着装置２０は、ニップ部から送り出された記録媒体を定着ベルト２１から容易に分離することができる。

また、本実施の形態に係る定着装置２０は、加熱部材２２と定着ベルト２１との間に潤滑剤としてフッ素グリスを塗布しているが、これに限らず、加熱部材２２が定着ベルト２１と接触する面を摩擦係数の低い材料で形成してもよい。また、定着装置２０は、定着ベルト２１の内周面２１ａにフッ素を含む材料からなる表面層を形成してもよい。

また、本実施の形態において、加熱部材２２の断面形状は、ほぼ円形になるように形成したが、これに限らず、多角形になるように形成されてもよい。

また、本実施の形態において、加圧ローラ３１の内部には芯金３２のみを有する構成となっているが、これに限らず、加圧ローラ３１の内部には、ハロゲンヒータ等の熱源を設けてもよい。

また、本実施の形態において、定着ベルト２１の直径は、加圧ローラ３１の直径と同等になるように形成したが、これに限らず、定着ベルト２１の直径が加圧ローラ３１の直径よりも小さくなるように形成してもよい。

この場合、ニップ部における定着ベルト２１の曲率は、加圧ローラ３１の曲率よりも小さくなるため、ニップ部から送出される記録媒体Ｐが定着ベルト２１から分離されやすくなる。

また、定着ベルト２１の直径が加圧ローラ３１の直径よりも大きくなるように形成することもできる。
ここで、本実施の形態に係る定着装置２０においては、定着ベルト２１の直径と加圧ローラ３１の直径との関係によらず、加圧ローラ３１の加圧力は、加熱部材２２に作用しないように構成されている。

１ 画像形成装置
２０ 定着装置
２１ 定着ベルト（ベルト部材）
２２ 加熱部材
２３ 補強部材
２５ ヒータ（加熱手段）
２６ 固定部材
２７ 断熱部材
３１ 加圧ローラ（加圧回転体）
Ｐ 記録媒体
Ｔ トナー像

特開２０１０−０９６７８２号公報

Claims (9)

1. 回転可能で可撓性を有する無端状のベルト部材と、
   前記ベルト部材の内周側に設けられ、前記ベルト部材を介して加圧回転体に加圧接触してトナー像が転写されている記録媒体を挟み込むニップ部を形成する固定部材とを備えた定着装置であって、
   前記ベルト部材の内周面に対向するように設けられ、前記ベルト部材を加熱する加熱部材と、
   前記加熱部材の内周側に設けられ、前記加熱部材を加熱する加熱手段と、
   前記加熱部材の内周側に設けられ、前記加圧回転体が前記ベルト部材と前記固定部材とに押付けられる際に前記固定部材をその後方から支持する補強部材とを備え、
   前記加熱手段と前記固定部材および前記補強部材との間に、前記加熱手段から輻射される輻射熱を遮断する断熱部材を設けるとともに、
   前記断熱部材が単一の部材から構成されていることを特徴とする定着装置。
2. 前記加熱手段は、赤外線ヒータであることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記断熱部材は、前記加熱手段の輻射熱を反射する赤外線反射板であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の定着装置。
4. 前記赤外線反射板は、赤外線反射率９０％以上の高輝度アルミによって形成されていることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
5. 前記断熱部材は、前記補強部材に支持されて固定され、前記加熱手段から前記固定部材へ向けて発せられる熱を断熱することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置。
6. 前記固定部材は、耐熱性樹脂で構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の定着装置。
7. 前記ベルト部材は、基材が耐熱性樹脂によって構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の定着装置。
8. 前記加熱部材は、前記加圧回転体に対向する位置に開口部を有するとともに、前記開口部に前記固定部材が設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の定着装置。
9. 請求項１〜請求項８のいずれか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。

Images