JP2014115514A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ニップ形成部材と接触しつつ回転する筒状の回転部材の長手方向の温度ムラを解消して安定した定着性能が得られるようにした定着装置の提供。
【解決手段】ニップ形成部材５５と、前記ニップ形成部材と接触しつつ回転する筒状の回転部材５１と、前記回転部材を前記回転部材の内周面側から輻射熱により加熱する発熱体６３と、前記ニップ形成部材と共に前記回転部材を介してニップ部Ｎを形成するバックアップ部材５２と、を有し、前記ニップ部で未定着トナー画像Ｔを担持する記録材Ｐを挟持搬送しつつ記録材に未定着トナー画像を加熱定着する定着装置において、前記ニップ形成部材は、前記回転部材との接触面側の記録材搬送方向と直交する長手方向の面５５ａの断面形状が、前記ニップ形成部材の長手方向両端部から長手方向中央部にかけて滑らかに凸形状となる湾曲断面に形成されていることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、電子写真複写機、電子写真プリンタなどの画像形成装置に搭載する定着装置（定着器）に関する。

電子写真式の複写機やプリンタに搭載される定着装置（定着器）として、スリーブ加熱方式の定着装置が知られている。特許文献１にはこのタイプの定着装置が記載されている。このタイプの定着装置は、ニップ形成ユニットと、ニップ形成ユニットと接触しつつ回転する定着スリーブを有している。更に、定着スリーブを介してニップ形成ユニットとニップ部を形成する加圧ローラと、定着スリーブを定着スリーブの内周面側から加熱するハロゲンランプを有している。未定着トナー画像を担持する記録材は定着装置のニップ部で挟持搬送されつつ加熱され、これにより未定着トナー画像は記録材に定着される。

特開２００９−９３１４１号公報

スリーブ加熱方式の定着装置が搭載された電子写真式の複写機やプリンタにおいて省エネルギー化を図るには、最も電力を要する定着装置を小型化することが有効である。

定着装置の小型化を図ると、細長い四角形に形成されたニップ形成ユニットも必然的に小型化することになる。小型化されたニップ形成ユニットは、ニップ形成ユニットの長手方向両端部が加圧ローラ側に加圧されることで、ニップ形成ユニットの長手方向両端部から長手方向中央部にかけてニップ部側とは反対側に滑らかな凸形状となる撓みが生じ易くなる。

ニップ形成ユニットに上記のような撓みが生じると、ニップ形成ユニットによる定着スリーブの長手方向両端部の加圧力が長手方向中央部よりも大きくなる。すると、定着スリーブの長手方向両端部が長手方向中央部よりも大きい加圧力で加圧ローラに加圧されるため、加圧ローラの回転に追従して回転する定着スリーブは定着スリーブの長手方向両端部の周速度が長手方向中央部よりも大きくなる。その結果、定着スリーブには、定着スリーブのニップ部以外の領域で定着スリーブの長手方向両端部から長手方向中央部にかけて漸近的に膨らむような撓みが生じることになる。一方、ハロゲンランプは撓むことはない。その結果、課題として以下に述べることが生じる。

図１１は従来のスリーブ加熱方式の定着装置において定着スリーブに撓みが生じた場合と撓みが生じていない場合を表わす説明図である。図１１において、５１，（５１）は定着スリーブ、５２は加圧ローラ、５３はハロゲンランプ、５５は定着ニップ形成ユニットである。破線にて示す定着スリーブ（５１）は撓みが生じていない状態を表わし、実線にて示す定着スリーブ５１は撓みが生じている状態を表わしている。

図１１に示されるように、撓みが生じていない状態の定着スリーブ５１の内周面（内面）とハロゲンランプ５３との間の距離は、定着スリーブ５１の長手方向両端部から長手方向中央部にかけて約４．３ｍｍと一定となっている。これに対し、撓みが生じている状態の定着スリーブ（５１）内面とハロゲンランプ５３との間の距離は、定着スリーブ（５１）の長手方向両端部から長手方向中央部にかけて徐々に大きくなっている。

上記のように撓みが生じている状態の定着スリーブ（５１）内面とハロゲンランプ５３との間の距離が定着スリーブ（５１）の長手方向おいて異なる。このため、定着スリーブ（５１）内面がハロゲンランプ５３から受ける輻射熱は定着スリーブ（５１）の長手方向で異なる。ハロゲンランプ５３の長手方向の単位長さ当たりの発熱分布は同等であり、定着スリーブ（５１）内面の単位面積当たりの吸熱効率も同等である。

その結果、定着スリーブ（５１）の長手方向において定着スリーブ（５１）への蓄熱に差が生じ、定着スリーブ（５１）の外周面（表面）の温度が定着スリーブ（５１）の長手方向で異なることになる。つまり、定着スリーブ（５１）の長手方向両端部から長手方向中央部にかけて定着スリーブ（５１）表面の温度は低くなる。

その結果、定着スリーブ（５１）の長手方向における定着性能に差異が生じることになる。具体的には、記録材が担持する未定着トナー画像において定着スリーブ（５１）の長手方向中央部に対応する領域に在る未定着トナー画像が定着不良気味となる。

本発明の目的は、ニップ形成部材と接触しつつ回転する筒状の回転部材の長手方向の温度ムラを解消して安定した定着性能が得られるようにした定着装置を提供することにある。

上記課題を達成するための本発明に係る定着装置の構成は、ニップ形成部材と、前記ニップ形成部材と接触しつつ回転する筒状の回転部材と、前記回転部材を前記回転部材の内周面側から輻射熱により加熱する発熱体と、前記ニップ形成部材と共に前記回転部材を介してニップ部を形成するバックアップ部材と、を有し、前記ニップ部で未定着トナー画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ記録材に未定着トナー画像を加熱定着する定着装置において、前記ニップ形成部材は、前記回転部材との接触面側の記録材搬送方向と直交する長手方向の面の断面形状が、前記ニップ形成部材の長手方向両端部から長手方向中央部にかけて滑らかに凸形状となる湾曲断面に形成されていることを特徴とする。

上記課題を達成するための本発明に係る定着装置の他の構成は、ニップ形成部材と、前記ニップ形成部材と接触しつつ回転する筒状の回転部材と、前記回転部材を前記回転部材の内周面側から輻射熱により加熱する発熱体と、前記ニップ形成部材と共に前記回転部材を介してニップ部を形成するバックアップ部材と、を有し、前記ニップ部で未定着トナー画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ記録材に未定着トナー画像を加熱定着する定着装置において、前記発熱体は、記録材搬送方向と直交する長手方向の輻射熱の熱勾配が、前記発熱体の長手方向両端部から長手方向中央部にかけて滑らかに大きくなる発熱体であることを特徴とする。

上記課題を達成するための本発明に係る定着装置の他の構成は、ニップ形成部材と、前記ニップ形成部材と接触しつつ回転する筒状の回転部材と、前記回転部材を前記回転部材の内周面側から輻射熱により加熱する発熱体と、前記ニップ形成部材と共に前記回転部材を介してニップ部を形成するバックアップ部材と、を有し、前記ニップ部で未定着トナー画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ記録材に未定着トナー画像を加熱定着する定着装置において、前記回転部材は、前記発熱体の輻射熱による記録材搬送方向と直交する長手方向の吸熱効率が、前記発熱体の長手方向両端部から長手方向中央部にかけて滑らかに大きくなる回転部材であることを特徴とする。

本発明によれば、ニップ形成部材と接触しつつ回転する筒状の回転部材の長手方向の温度ムラを解消して安定した定着性能が得られるようにした定着装置の提供を実現できる。

画像形成装置の一例の概略構成を表わす横断面図 実施例１に係る定着装置の概略構成を表わす横断面図 （ａ）は実施例１に係る定着装置の記録材導入側からの外観図、（ｂ）は定着スリーブに撓みが生じた場合と撓みが生じていない場合の定着スリーブの長手方向における寸法差を表わす図 実施例１に係る定着装置のニップ形成ユニットの説明図であって、（ａ）はニップ形成ユニットの短手方向の横断面図、（ｂ）は長手方向の縦断面図 従来のニップ形成ユニットの説明図であって、ニップ形成ユニットの短手方向の横断面図 定着スリーブが長手方向で撓んでいる場合の定着スリーブ内面が受ける輻射エネルギーの損失を表わす説明図 実施例１のニップ形成ユニットを備える定着装置の定着スリーブの表面温度と、比較例のニップ形成ユニットを備える定着装置の定着スリーブの表面温度を測定した結果を表わす図 実施例２に係る定着装置の記録材導入側からの外観図 実施例２のハロゲンランプを備える定着装置の定着スリーブの表面温度と、比較例のハロゲンランプを備える定着装置の定着スリーブの表面温度を測定した結果を表わす図 実施例３の定着スリーブを備える定着装置の定着スリーブの表面温度と、比較例の定着スリーブを備える定着装置の定着スリーブの表面温度を測定した結果を表わす図 従来のスリーブ加熱方式の定着装置において定着スリーブに撓みが生じた場合の説明図

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。

［実施例１］
（１）画像形成装置
図１は画像形成装置の一例の概略構成を表わす横断面図である。この画像形成装置は、インライン方式のフルカラーレーザープリンタであり、Ａ４サイズの記録紙などの記録材Ｐを毎分１７枚出力できるものである。

本実施例に示す画像形成装置は、イエロー色の画像を形成する画像形成部ＳＹと、マゼンタ色の画像を形成する画像形成部ＭＹと、シアン色の画像を形成する画像形成部ＣＹと、ブラック色の画像を形成する画像形成部ＫＹなどを有している。これらの４つの画像形成部ＳＹ，ＭＹ，ＣＹ，ＫＹは所定の間隔をおいて一列に配置されている。

本実施例の画像形成装置は、ホストコンピュータなどの外部装置（不図示）からのプリント指令に基づき、所定のモータ（不図示）が回転駆動される。これにより各画像形成部ＳＹ，ＭＹ，ＣＹ，ＫＹに設けられた感光ドラム（像担持体）２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋが所定の周速度（プロセススピード）で時計回り方向へ回転される。また、駆動ローラ３３ａと、二次転写対向ローラ３３ｂと、テンションローラ３３ｃに巻き掛けられた中間転写ベルト３０が所定の周速度（プロセススピード）で反時計回り方向へ回転される。

画像形成部ＳＹにおいて、帯電ローラ２３は感光ドラム２２の外周面（表面）を所定の極性・電位に一様に帯電する（帯電工程）。次に感光ドラム２２表面の帯電面に対し、露光装置２４から発射されたレーザビームによる走査露光が施され（露光工程）、感光ドラム２２表面の帯電面に静電潜像が形成される。この静電潜像は現像装置２６でイエロートナーを用いて現像され（現像工程）、感光ドラム２２表面にイエロートナー画像が形成される。

画像形成部ＭＹ，ＣＹ，ＫＹにおいても同様の帯電工程、露光工程、現像工程の画像形成プロセスが行われる。これにより、画像形成部ＭＹの感光ドラム２２表面にマゼンタトナー画像が、画像形成部ＣＹの感光ドラム２２表面にシアントナー画像が、画像形成部ＫＹの感光ドラム２２表面にブラックトナー画像が、それぞれ、形成される。画像形成部ＳＹ，ＭＹ，ＣＹ，ＫＹにおいて、各現像装置２６にはトナーカセット２５より対応する各色のトナーが供給されるようになっている。

感光ドラム２２表面のイエロートナー画像は、感光ドラム２２表面と中間転写ベルト３０の外周面（表面）とで形成された一次転写ニップ部Ｔｎ１で、一次転写ローラ３１に印加される所定の電圧によって中間転写ベルト３０表面に転写される（一次転写工程）。同様に、感光ドラム２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋ表面の各色のトナー画像は、対応する一次転写ニップ部Ｔｎ１で、一次転写ローラ３１に印加される所定の電圧によって中間転写ベルト３０表面に重ね転写される。これにより、中間転写ベルト３０表面には４色のフルカラーの未定着トナー画像が形成される。

一方、給紙カセット２１に積載収納されている記録材Ｐは、給紙ローラ２８によって給紙カセット２１から１枚ずつ分離給紙されレジストローラ２９に給送される。レジストローラ２９は給送された記録材Ｐを中間転写ベルト３０表面と二次転写ローラ３２の外周面（表面）とで形成された二次転写ニップ部Ｔｎ２に送り出す。この記録材Ｐは二次転写ニップ部Ｔｎ２で中間転写ベルト３０表面と二次転写ローラ３２表面とで挟持されその状態に搬送（挟持搬送）される。そしてその搬送過程において二次転写ローラ３２に所定の電圧が印加され、これにより、中間転写ベルト３０表面の４色のフルカラーの未定着トナー画像は記録材Ｐに転写される（二次転写工程）。

未定着トナー画像を担持する記録材Ｐは定着装置５０に導入される。そして定着装置５０を通過する際に熱と圧力を受けることによって未定着トナー画像は記録材上に定着される。定着装置５０を出た記録材Ｐは排紙ローラ６０により搬送されて排出トレー上６１に排出される。

（２）定着装置５０
以下の説明において、定着装置及び定着装置を構成する部材に関し、長手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と直交する方向をいう。短手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と平行な方向をいう。長手幅とは長手方向の寸法をいう。短手幅とは短手方向の寸法をいう。

（２−１）定着装置５０の構成
図２は本実施例に係る定着装置５０の概略構成を表わす横断面図である。図３の（ａ）は本実施例に係る定着装置５０の記録材導入側からの外観図、図３の（ｂ）は定着スリーブ５１に撓みが生じた場合と撓みが生じていない場合の定着スリーブの長手方向における寸法差を表わす図である。図３（ａ）では、説明の都合上、撓みが生じている状態の定着スリーブ５１を実線にて表わし、撓みが生じていない状態の定着スリーブ（５１）を破線にて表わしている。また、定着スリーブ５１の内側に配設されたハロゲンランプ５３と、ニップ形成ユニット５５を実線にて表わしている。

本実施例に示す定着装置５０は、省エネルギー化とウォームアップ時間の短縮化（オンデマンド性がある）を図れる熱容量の小さい薄肉の定着スリーブ５１を輻射加熱方式によって加熱するスリーブ加熱方式の定着装置である。この定着装置５０は、定着スリーブ（筒状の回転部材）５１と、加圧ローラ（バックアップ部材）５２と、ニップ形成ユニット（ニップ形成部材）５５と、ハロゲンランプ（発熱体）５３などを有している。定着スリーブ５１と、加圧ローラ５２と、ニップ形成ユニット５５と、ハロゲンランプ５３は、何れも長手方向に長い部材である。

定着装置５０において、ニップ形成ユニット５５とハロゲンランプ５３は定着スリーブ５１の径方向で対向するように定着スリーブ５１の内側に配設されている。そして加圧ローラ５２は定着スリーブ５１の内側に配設されたニップ形成ユニット５５と定着スリーブ５１を介して対向するように配設されている。

ニップ形成ユニット５５は、ニップ形成ユニット５５の長手方向両端部が加圧支持部材（不図示）を介して定着装置５０の装置フレーム（不図示）に支持されている。ハロゲンランプ５３は、ハロゲンランプ５３の長手方向両端部が上記加圧支持部にニップ形成ユニット５５と平行になるように支持され、ハロゲンランプ５３の導電部と電気的に接続されたコネクタ（不図示）より給電されるようになっている。加圧ローラ５２は、後述の芯金５２ａの長手方向両端部の軸部が軸受（不図示）を介して装置フレームに回転可能に支持されている。

ニップ形成ユニット５５の長手方向両端部側の加圧支持部材は、それぞれ、加圧ばね（加圧部材）で加圧ローラ５２の母線方向と直交する垂直方向に加圧されている。ニップ形成ユニット５５は、その加圧ばねによる加圧力で定着スリーブ５１の外周面（表面）を加圧ローラ５２の外周面（表面）に押し付ける。これにより加圧ローラ５２の後述する弾性層５２ｂを弾性変形させて定着スリーブ５１表面と加圧ローラ５２表面とで所定幅の定着ニップ部Ｎを形成している。

（２−２）定着スリーブ５１
定着スリーブ５１は、薄肉のスリーブ状基材５１ａに弾性層５１ｂを設けてなる円筒状（エンドレススリーブ状）の部材である。具体的には、厚み４０ｕｍの薄肉のステンレス鋼（ＳＵＳ−３０４ＳやＳＵＳ−３０４Ｌなど）をスリーブ状基材５１ａとし、そのスリーブ状基材５１ａの外周面上に弾性層５１ｂとして厚み約３００ｕｍのシリコンゴム層を形成している。更に、その弾性層５１ｂの外周面上に離型層５１ｃとしての役割を担う最外層として厚み３０ｕｍのフッ素樹脂層が形成されている。定着スリーブ５１の外径は約２１ｍｍである。

弾性層５１ｂは、記録材Ｐが担持する未定着トナー画像Ｔを溶融するための熱エネルギーを蓄熱する役割に加えて、記録材Ｐ表面（記録材Ｐが担持する未定着トナー画像の担持面）の凹凸に追従してトナーを記録材Ｐに密着させる役割を担っている。

離型層５１ｃとしてのフッ素樹脂層は、絶縁の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）樹脂をチューブ状に成型したものをシリコンゴム層の外周面上に被覆して形成したものである。

定着スリーブ５１の内周面（スリーブ状基材５１ａの内周面）には、ハロゲンランプ５３からの輻射熱を効率良く吸熱する手段として、黒色の耐熱塗料（以下、黒色塗料と記す）５４を塗工している。黒色塗料５４として、例えば、オキツモ（登録商標）を塗工してある。オキツモ以外にテツゾール（登録商標）やセルモブラック（登録商標）なども黒色塗料として用いることができる。これにより定着スリーブ５１は、定着スリーブ５１内面に塗工された黒色塗料５４で輻射熱を効率良く吸熱し蓄熱するようになっている。

（２−３）加圧ローラ５２
加圧ローラ５２は、金属製の芯金５２ａと、芯金５２ａの長手方向両端部の軸部間の外周面上に形成された弾性層５２ｂと、弾性層５２ｂの外周面上に形成された離型層５２ｃと、を有している。弾性層５２ｂは、約３．５ｍｍの肉厚の導電シリコンゴム層（１×１０^４〜１×１０^６Ω／□程度）を射出成型により形成したものである。離型層５２ｃとしての役割を担う最外層として、厚み４０ｕｍ程度のフッ素樹脂層を弾性層５２ｂの外周面上に形成した。

芯金５２ａは外径１３ｍｍの快削鋼鋼材（ＳＵＭ２３またはＳＵＭ２４など）を用いている。フッ素樹脂層は、体積抵抗値１×１０^４〜１×１０^７Ω／□程度の導電性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）樹脂をチューブ状に成型したものを弾性層５２ｂの外周面に被覆して形成したものである。加圧ローラ５２の外径は約２０ｍｍ、加圧ローラ５２の製品硬度はＡｓｋｅｒ−Ｃ硬度（９．８Ｎ荷重）で約５６°である。

離型層５２ｃの材料に導電性ＰＦＡ樹脂を用いた理由は次の通りである。乾式トナーを用いた電子写真式のプリンタでは一般的なオフセット現象を回避するものであり、定着スリーブ５１と加圧ローラ５２が接触回転することで、その定着スリーブ５１表面と加圧ローラ５２表面が帯電することを抑制したものである。オフセット抑制手段としては、定着スリーブ５１や加圧ローラ５２に電位差（電界）を設けることでオフセット現象を回避する手段もある。

本実施例では、定着スリーブ５１、加圧ローラ５２何れのフッ素樹脂層においても、チューブ状に成型、被覆したものを用いているが、フッ素樹脂塗料を塗布（コーティング）した後、焼成することでフッ素樹脂層を形成するものを用いる手段もある。

（２−４）ニップ形成ユニット５５
図４はニップ形成ユニット５５の説明図であって、（ａ）はニップ形成ユニット５５を長手方向中央で切断したときの短手方向の横断面図、（ｂ）はニップ形成ユニット５５を短手方向中央で切断したときの長手方向の縦断面図である。図５は従来のニップ形成ユニット５５Ａの説明図であって、ニップ形成ユニット５５Ａを長手方向中央で切断したときの短手方向の横断面図である。

横断面略四角形の剛性・耐熱性を有するニップ形成ユニット５５は、ニップ形成ユニット５５の長手方向両端部が加圧された状態でも、ニップ形成ユニット５５の長手方向において撓まない剛性を維持するステー（補強部材）５６を主に構成される。

ステー５６は剛性を得る必要性から、鋼材で形成することになるため、そのステー５６の熱容量は大きくなってしまう。一方、省エネルギーやオンデマンド性を得るには、ステー５６の熱容量を小さくすることは必須である。

本実施例では、優れた剛性と熱容量の低減を両立するためニップ形成ユニット５５の小型化を図っている。即ち、図４（ａ）に示されるように、肉厚１．４ｍｍのコの字型の鋼材をステー５６として用いることにより、短手幅約９ｍｍ×高さ約４ｍｍ程度のニップ形成ユニット５５を構成している。

従来のニップ形成ユニット５５Ａは、図５に示されるように、肉厚２ｍｍのコの字型の２つの鋼材をステー５６Ａとして用いて組合せることで強剛性を得る短手幅約２０ｍｍ×高さ約８ｍｍ程度の大型のニップ形成ユニットとなっていた。図５において、符号５７Ａは断熱部材であり、本実施例の断熱部材５７と対応する部材である。符号５８Ａは反射部材であり、本実施例の反射部材５８と対応する部材である。符号５９Ａは摺動部材であり、本実施例の摺動部材５９と対応する部材である。

従来のニップ形成ユニット５５Ａを備える定着装置では、定着スリーブ５１の定着ニップ部Ｎ形成相当領域に定着ニップ形成ユニット５５Ａを設置するために、定着スリーブ５１の外径も大きくせざるを得なくなる。例えば、定着スリーブ５１として外径約３０ｍｍの定着スリーブを用いており、省エネルギー化やオンデマンド性の観点での改善が望まれていた。

また、定着ニップ部Ｎにおいて、定着スリーブ５１に蓄熱した熱エネルギーを未定着トナー画像の定着に有効活用するには、定着スリーブ５１に蓄熱した熱エネルギーを記録材Ｐにのみ伝熱するのが有効である。反対に定着スリーブ５１からニップ形成ユニット５５への伝熱は好ましくない。

そこで、ニップ形成ユニット５５において、定着スリーブ５１とステー５６の間に、断熱性と耐熱性を備える液晶ポリマー（ＬＣＰ）などの高耐熱性樹脂材料から成る断熱部材５７を介在させて、定着スリーブ５１とステー５６の間を断熱する構成としている。これにより定着スリーブ５１に蓄熱した熱エネルギーを記録材Ｐにのみ伝熱することが可能となる。このように定着スリーブ５１に蓄熱した熱エネルギーを有効活用することで省電力化を図っている。断熱部材５７は、ステー５６と略同じ厚みの高耐熱性樹脂材料でステー５６のコ字型と嵌合可能なコ字型に形成され、ステー５６の外側でステー５６に嵌合させてある（図４（ａ）参照）。

また、ニップ形成ユニット５５において、ハロゲンランプ５３からの輻射熱を定着スリーブ５１内面へのみ反射させて輻射熱エネルギーを有効に活用する構成とするため、ハロゲンランプ５３側に輻射熱を反射するための反射部材５８を設けている。反射部材５８は、耐熱性と熱導電性を備える所定の金属材料からなる反射板を用いてステー５６に嵌合させた断熱部材５７のコ字型と嵌合可能なコ字型に形成されている。そしてこの反射部材５８は、断熱部材５７の外側に配置されてステー５６のハロゲンランプ５３側の表面５６ａと断熱部材５７の短手方向の外側面５７ｂを覆っている（図４（ａ）参照）。

また、ニップ形成ユニット５５において、定着スリーブ５１の回転走行をガイドし、かつニップ形成ユニット５５との間の搬送抵抗を低減させることを目的として、定着スリーブ５１摺動側に摺動部材５９として設けている。摺動部材５９は、所定の金属材料からなる摺動板を用いて断熱部材５７のコ字型と嵌合可能なコ字型に形成されている。そしてこの摺動部材５９は、断熱部材５７と反射部材５８の間に配置されて断熱部材５７の定着スリーブ５１側の面５７ａを覆っている（図４（ａ）参照）。

本実施例では、加圧ローラ５２に対して定着スリーブ５１をニップ形成ユニット５５を用いて１６０Ｎの圧力で圧接させることにより、記録材Ｐが担持する未定着トナー画像Ｔの定着に必要な短手幅約７ｍｍの定着ニップ部Ｎを形成している。

（２−５）ハロゲンランプ５３
ハロゲンランプ５３は、ハロゲンガスが充填されたΦ７ｍｍの石英ガラス管５３ａ内に７５０Ｗ出力（定格１１５Ｖ）のフィラメントが内封されたハロゲンランプを用いている。このハロゲンランプ５３は、加圧支持部材により定着スリーブ５１の横断面中央近傍に設置されることで、定着スリーブ５１の内周面側からニップ形成ユニット５５と接触する領域を除く全領域の定着スリーブ５１内面に対して輻射熱を放射する。このハロゲンランプ５３の長手方向の単位長さ当たりの発熱分布は同等である。ハロゲンランプ５３の石英ガラス管５３ａの外周面（ハロゲンランプ５３表面）から定着スリーブ５１内面までの距離は、図２、図３（ａ）に示したように４．３ｍｍに設置されている。

（３）定着装置５０の動作
本実施例の定着装置５０は、定着スリーブ５１表面の長手方向中央部の温度を温度検知素子（温度検知部材（不図示））で検知し、温度検知素子からの出力信号をＣＰＵとＲＯＭやＲＡＭなどのメモリからなる温調制御部（不図示）が取り込むようになっている。

この温調制御部は、定着ニップ部Ｎに通紙（導入）される記録材Ｐのサイズや坪量（厚さ）に応じて、それぞれ適切な温度に維持されるようハロゲンランプ５３への通電を制御するようになっている。例えば、Ａ４サイズで坪量が８０ｇ／ｍ^２の普通紙を通紙する場合、温度検知素子の検知温度が所定の定着温度（目標温度）になるようにハロゲンランプ５３への通電制御を行う。本実施例では、定着スリーブ５１の表面温度が略１７５℃になるようにハロゲンランプ５３への通電を制御している。

本実施例の定着装置５０では、プリント指令に基づき、モータ（不図示）が回転駆動されると、このモータによって加圧ローラ５２が所定の周速度（プロセススピード）で矢印方向（図２参照）へ回転される。加圧ローラ５２の回転は定着ニップ部Ｎにおいて加圧ローラ５２表面と定着スリーブ５１表面との摩擦力によって定着スリーブ５１に伝達される。これによって定着スリーブ５１は定着スリーブ５１内面がニップ形成ユニット５５の摺動部材５９と接触しつつ加圧ローラ５２の回転に追従して矢印方向へ回転する。

また、プリント指令に基づき、通電制御回路（不図示）が立ち上がる。通電制御回路の立ち上げによって交流電源（不図示）からハロゲンランプ５３に通電される。これによりハロゲンランプ５３が点灯して輻射熱を放射し定着スリーブ５１内面を加熱する。この定着スリーブ５１は、黒色塗料５４が塗工された定着スリーブ５１内面においてニップ形成ユニット５５と接触する領域を除く全領域でハロゲンランプ５３からの輻射熱を吸収して蓄熱することにより昇温する。

この定着スリーブ５１の表面温度を検知した温度検知素子からの出力信号を温調制御部が取り込む。そしてこの温調制御部は、温度検知素子からの出力信号に基づきハロゲンランプ５３に印加する電圧のデューティー比や波数などを決定し適切に通電制御回路を制御して定着スリーブ５１内面の温度を所定の定着温度（目標温度）に維持する。

モータが回転駆動され、かつハロゲンランプ５３に通電している状態において、未定着トナー画像Ｔを担持した記録材Ｐが定着ニップ部Ｎに通紙（導入）される。この記録材Ｐは定着ニップ部Ｎで定着スリーブ５１表面と加圧ローラ５２表面とで挟持されその状態に搬送（挟持搬送）される。この搬送過程において記録材Ｐが担持する未定着トナー画像Ｔは定着スリーブ５１により加熱されて溶融すると共に定着ニップ部Ｎのニップ圧を受けて記録材上に加熱定着される。未定着トナー画像Ｔが定着された記録材Ｐは定着スリーブ５１表面から分離して定着装置１３から排出される。

本実施例では７５０Ｗ出力のハロゲンランプ５３を１系統として用いたが、ハロゲンランプ５３はこれに限らない。例えば２系統に分割したハロゲンランプ（例えば３００Ｗ＋４５０Ｗ）を独立に通電制御することで、通紙する記録材Ｐのサイズに合わせた適切な点灯比率で２系統のハロゲンランプを動作させる制御を用いることも望ましい。

（４）ニップ形成ユニット５５の長手方向の断面形状の説明
本実施例の定着装置５０における特徴を以下に説明する。本実施例では、前述の［発明が解決しようとする課題］の項で述べたように定着装置の小型化を図った場合において、ニップ形成ユニット５５の長手方向での撓みによる定着スリーブ５１の長手方向の温度ムラを解消する手段を具現化したものである。

具体的には、ニップ形成ユニット５５の長手方向の断面形状を、ニップ形成ユニット５５の長手方向両端部から長手方向中央部にかけて滑らかに凸形状となる湾曲断面に形成することで、定着スリーブ５１の長手方向の温度ムラの解消を実現するものである。

本実施例の定着装置５０において、定着スリーブ５１の定着ニップ部Ｎとは反対側の撓みを定着スリーブ５１の外周面において測定すると、定着スリーブ５１の長手方向両端部に対して長手方向中央部は約０．４ｍｍ程度撓んでいる（図３（ｂ）参照）。

図３の（ａ）、（ｂ）において、破線（５１）で示したものが撓みがない状態での定着スリーブであり、実線５１で示したものが撓んだ状態での定着スリーブである。図３の（ｂ）に示されるように、実線５１の定着スリーブと破線（５１）の定着スリーブの長手方向中央部での差が約０．４ｍｍとなっている。

本実施例の定着装置５０では、ハロゲンランプ５３表面から定着スリーブ５１内面までの距離を長手方向において約４．３ｍｍに設定している。定着スリーブ５１が撓んだ場合、その定着スリーブ５１の長手方向中央部におけるハロゲンランプ５３表面から定着スリーブ５１内面までの距離は約４．７ｍｍ（＝４．３＋０．４）と推測できる。

ハロゲンランプ５３の輻射熱エネルギー（以下、輻射エネルギーと記す）について説明する。

ある面が輻射熱として受ける熱エネルギー（以下、輻射エネルギーと記す）は、光源からの距離の２乗に反比例する特性がある。そのため、距離４．３ｍｍの場合に受ける輻射エネルギーを１００％とすると、定着スリーブ５１の長手方向中央部にて距離４．７ｍｍとなった場合は受ける輻射エネルギーを約１１％失うことになる。

１００−（（（１／（０．００４．７＊０．００４７））／（１／（０．００４３＊０．００４３））＊１００）＝１５３（％）
同様に、ハロゲンランプ５３表面と定着スリーブ５１内面までの距離が０．１ｍｍの位置では約４．５％の損失、０．２ｍｍの位置では約８．７％の損失、０．３ｍｍの位置では約１２．６％の損失となる。

この定着スリーブ５１内面が受ける輻射エネルギーの損失を、定着スリーブ５１内面とハロゲンランプ５３表面からの距離との関係を、定着スリーブ５１の長手方向で示すと図６のようになる。

本実施例では、上記１１％の輻射エネルギーの損失を解消するために、定着スリーブ５１の長手方向の温度ムラを解消する手段としてニップ形成ユニット５５を用いることにより、定着スリーブ５１の長手方向の撓みを解消する構成とした。

上述したように、加圧された状態での定着スリーブ５１の長手方向の撓みは、その定着スリーブ５１の長手方向両端部に対して長手方向中央部が０．４ｍｍ程度撓んでいる状態である。

この定着スリーブ５１の撓み分を矯正するため、ニップ形成ユニット５５の定着スリーブ５１内面との接触面側の面５５ａ（図４（ｂ）参照）の長手方向の断面形状を次のような断面形状とすることで具現化している。即ち、ニップ形成ユニット５５の長手方向両端部から長手方向中央部にかけて滑らかな凸形状を付与した湾曲断面とした。

具体的には、定着ニップ形成ユニット５５の構成部品である断熱部材５７の定着スリーブ５１内面側の面５７ａに、断熱部材５７の長手方向両端部から長手方向中央部にかけて約０．５ｍｍの凸形状を滑らかに付与することにより具現化している。そしてこの断熱部材５７の定着スリーブ５１内面側の面５７ａに摺動部材５９を密着させることにより、ニップ形成ユニット５５の上記面５５ａの長手方向の断面形状を凸形状の湾曲断面とした。

次に、上記ニップ形成ユニット５５の効果を検証するために、比較例のニップ形成ユニットを備える定着装置と、本実施例のニップ形成ユニット５５を備える定着装置５０と、で比較検証を行った結果を説明する。

比較例のニップ形成ユニットは、断熱部材の定着スリーブとの接触面側の面の長手方向の断面形状がフラットな断面形状となっている。比較検証では、比較例のニップ形成ユニットを備える定着装置と、本実施例のニップ形成ユニット５５を備える定着装置を、それぞれ、同一性能のプリンタに搭載して、記録材が担持する未定着トナー画像の定着過不足現象と定着過多現象を評価した。定着過不足現象は定着性にて評価し、定着過多現象は高温オフセットにて評価した。

定着性は坪量の大きな９０ｇ／ｍ^２にハーフトーンのパッチ画像を形成し、擦り試験を行い、その擦り前後のハーフトーン濃度を用いて数値化した。高温オフセットは坪量の小さな６０ｇ／ｍ^２にハーフトーン画像を形成し官能評価を行った。

結果を表１に示す。

表１に示した記号に関して説明する。
定着性の「○」は、定着が良好であり、画像の擦れが発生しないレベル
定着性の「▲」は、定着性が弱く、画像の擦れが認識できるレベル
高温オフセット「○」は、高温オフセットが認識できないレベル
、としている。

表１に記したように、比較例のニップ形成ユニットを用いた場合は、定着スリーブの長手方向での撓みによる温度ムラに伴う定着不良が確認できる。

一方、本実施例のニップ形成ユニット５５を用いた場合は、前述の［発明が解決しようとする課題］の項で述べた、定着装置の小型化に伴う定着スリーブの撓みを矯正することが可能であり、安定した定着性が得られることが分かる。

次に、表１に示した本実施例のニップ形成ユニット５５を備える定着装置５０の定着スリーブ５１の表面温度と、比較例のニップ形成ユニットを備える定着装置の定着スリーブの表面温度を測定した結果を図７に示す。夫々の定着装置における定着スリーブの表面温度は赤外線サーモグラフィ装置（ＮＥＣ製サーモトレーサＴＨ９１００）で測定した。

図７のグラフの横軸は定着スリーブ５１の長手方向の位置（長手位置）を示しており、縦軸は定着スリーブ５１の表面温度を示している。

本実施例のニップ形成ユニット５５を備える定着装置、及び比較例のニップ形成ユニットを備える定着装置は、Ａ４サイズの記録材の場合、定着スリーブの表面温度が１７５℃となるように温度制御されるものである。従って、夫々の定着装置は、測定される定着スリーブの表面温度は略１７５℃となるものである。

比較例の定着装置では、図７のグラフで破線にて示したように、定着スリーブの表面温度において、長手方向両端部から長手方向中央部にかけて約１６５℃と温度の低下が観測され、定着性の低下が発生している。これは、定着スリーブの表面温度においても、上記の定着性能と一致する傾向、すなわち定着スリーブに撓みが生じたことに起因する現象である。

一方、本実施例の定着装置５０では、図７のグラフで実線にて示したように、定着スリーブ５１の表面温度において、長手方向中央部の温度低下は防止され約１７５℃を維持しており、先の表１の結果にも示したように良好な定着性が得られた。

以上説明したように、本実施例の定着装置５０は、省エネルギー性を達成する手段として定着装置の小型化を図った場合に生じてしまうニップ形成ユニット５５の長手方向における撓みをニップ形成ユニット５５自体で矯正することができる。これにより、定着スリーブ５１の長手方向における撓みの発生を防止できて温度ムラを解消することができ、安定した定着性能を得ることが可能となる。

［実施例２］
本実施例に係る定着装置５０の特徴を以下に説明する。

図８は本実施例に係る定着装置５０の記録材導入側からの外観図である。図８では、説明の都合上、撓みが生じている状態の定着スリーブ５１を実線にて表わし、撓みが生じていない状態の定着スリーブ（５１）を破線にて表わしている。また、定着スリーブ５１の内側に配設されたハロゲンランプ５３と、ニップ形成ユニット５５を実線にて表わしている。

本実施例では、前述の［発明が解決しようとする課題］の項で述べたように、小型化を図った定着装置５０において、定着スリーブ５１の長手方向の撓みによる定着スリーブ５１の長手方向の温度ムラを解消する手段を具現化したものである。

具体的には、ハロゲンランプ５３として、ハロゲンランプの長手方向の輻射熱の熱勾配が、ハロゲンランプの長手方向両端部から長手方向中央部にかけて滑らかに大きくなるものを用いることで、定着スリーブ５１の長手方向の温度ムラの解消を実現した。

本実施例では、ハロゲンランプ５３の輻射熱の熱勾配を、ハロゲンランプ５３の長手方向両端部から長手方向中央部にかけて滑らかに大きくするために、ハロゲンランプ５３を以下のような構成とした。即ち、図８に模式的に示したように、ハロゲンランプ５３の単位長さ当たりのフィラメント５３ｆの巻きピッチを長手方向両端部から長手方向中央部にかけて滑らかに多くしている。これによってハロゲンランプ５３の長手方向中央部の発熱量を長手方向両端部よりも多くしている。

実施例１で説明したように、ある面が輻射熱として受ける輻射エネルギーは距離の２乗に反比例して減衰するので、この減衰分を補うために本実施例ではハロゲンランプ５３を以下のような構成とした。具体的には、ハロゲンランプ５３の長手方向中央部における発熱量を約１６％程度多くするために、図８に模式的に示したように、フィラメントの巻きピッチを長手方向両端部から長手方向中央部にかけて滑らかに密にすることで発熱量の適正化を実現している。

次に、上記ハロゲンランプ５３の効果を検証するために、比較例のハロゲンランプを備える定着装置と、本実施例のハロゲンランプ５３を備える定着装置５０と、で比較検証を行った結果を説明する。

比較例のハロゲンランプは、ハロゲンランプの長手方向の単位長さ当たりの発熱分布が同等である。比較検証では、比較例のハロゲンランプを備える定着装置と、本実施例のハロゲンランプ５３を備える定着装置を、それぞれ、同一性能のプリンタに搭載して、記録材が担持する未定着トナー画像の定着過不足現象と定着過多現象を評価した。評価内容は、実施例１と同様である。

その結果を表２に示した。表中の記号は実施例１と同様である。

表２に示したように、定着装置５０の小型化を図ったことで定着スリーブ５１に撓みが生じてしまう場合、比較例のハロゲンランプを用いると定着性が低下してしまう。これに対し、本実施例のハロゲンランプ５３を用いれば定着スリーブ５１の撓みによる熱的損失を補うことが可能であり、良好な定着性能を得られることが分かる。

次に、表２に示した本実施例のハロゲンランプ５３を備える定着装置５０の定着スリーブ５１の表面温度と、比較例のハロゲンランプを備える定着装置の定着スリーブ５１の表面温度を測定した結果を図９に示す。夫々の定着装置における定着スリーブの表面温度は赤外線サーモグラフィ装置（ＮＥＣ製サーモトレーサＴＨ９１００）で測定した。

図９に示したグラフの横軸は定着スリーブ５１の長手方向の位置（長手位置）を示しており、縦軸は定着スリーブ５１の表面温度を示している。

本実施例のハロゲンランプ５３を備える定着装置、及び比較例のハロゲンランプを備える定着装置は、Ａ４サイズの記録材の場合、定着スリーブの表面温度が１７５℃となるように温度制御されるものである。従って、夫々の定着装置は、測定される定着スリーブの表面温度は略１７５℃となるものである。

比較例の定着装置では、図９のグラフで破線にて示すように、定着スリーブ５１の表面温度において、長手方向両端部から長手方向中央部にかけて約１６８℃と温度の低下が観測され、定着性の低下が発生している。これは、定着スリーブ５１の表面温度においても、上記の定着性能と一致する傾向、すなわち比較例における定着スリーブに撓みが生じたことに起因する現象である。

一方、本実施例の定着装置では、図９のグラフで実線にて示したように、定着スリーブ５１の長手方向中央部の温度低下は防止され約１７５℃を維持しており、先の表２の結果にも示したように良好な定着性が得られた。

以上説明したように、本実施例の定着装置５０は、省エネルギー性を達成する手段として定着装置の小型化を図った場合に生じてしまう定着スリーブ５１の撓みによる熱的損失をハロゲンランプ６３で補うことができる。これにより、定着スリーブ５１の長手方向における撓みの発生を防止できて温度ムラを解消することができ、安定した定着性能を得ることが可能となる。

［実施例３］
本実施例に係る定着装置５０の特徴を以下に説明する。

本実施例では、前述の［発明が解決しようとする課題］の項で述べたように、定着装置５０の小型化を図った場合において、定着スリーブ５１の長手方向の撓みによる定着スリーブ５１の長手方向の温度ムラを解消する手段を具現化したものである。

実施例１で説明したように、定着スリーブ５１が長手方向に撓んだ場合に、ハロゲンランプ５３表面から定着スリーブ５１内面への距離が長手方向において異なってしまう。ハロゲンランプ５３の長手方向において上記距離が異なることを是正するために、本実施例では、定着スリーブ５１の長手方向における吸熱効率が、定着スリーブ５１の長手方向両端部よりも長手方向中央部が滑らかに大きい定着スリーブ５１を用いる構成とした。具体的には、定着スリーブ５１内面の黒色塗料５４の濃さを長手方向両端部から長手方向中央部にかけて滑らかに連続的に濃くすることで、定着スリーブ５１の長手方向の温度ムラの解消を実現するものである。

次に、上記定着スリーブ５１の効果を検証するために、比較例の定着スリーブを備える定着装置と、本実施例の定着スリーブ５１を備える定着装置５０と、で比較検証を行った結果を説明する。

比較例の定着スリーブは、定着スリーブ内面に塗工している黒色塗料の濃さを、長手において均一に塗工したものである。比較例の定着スリーブでは、黒色塗料の濃さを１．２〜１．４程度にした黒色塗料が長手方向に均一に塗布形成してある。

一方、本実施例の定着スリーブ５１では、黒色塗料５４の濃さを長手方向両端部で０．７〜０．９程度と薄くし、長手方向中央部に向かって１．３〜１．４と滑らかに連続的に濃くした黒色塗料５４を長手方向に塗布形成してある。これによって本実施例の定着スリーブ５１では定着スリーブ５１内面の吸熱効率を変化させている。

黒色塗料５４の濃さとしては、色濃度計にて測定しており、具体的にはエックスライト株式会社製のＸ−Ｒｉｔｅ ５０４分光濃度計を用いて測定した。

比較検証では、比較例の定着スリーブを備える定着装置と、本実施例の定着スリーブ５１を備える定着装置５０を、それぞれ、同一性能のプリンタに搭載して、記録材が担持する未定着トナー画像の定着過不足現象と定着過多現象を評価した。評価内容は、実施例１と同様である。

結果を表３に示す。表中の記号は先の第１の実施例と同様であり、定着性の「×」は、定着が低下し、画像の擦れがはっきりと認識できるレベルである。

表３に示したように、定着装置５０の小型化を図ったことで定着スリーブ５１に撓みが生じてしまう場合、比較例の定着スリーブを用いると定着性が低下してしまう。これに対し、本実施例の定着スリーブ５１を用いれば定着スリーブ５１の撓みによる熱的損失を補うことが可能であり、良好な定着性能が得られることが分かる。

次に、表３に示した本実施例の定着スリーブ５１を備える定着装置５０の定着スリーブ５１の表面温度と、比較例の定着スリーブを備える定着装置の定着スリーブの表面温度を測定した結果を図１０に示す。夫々の定着装置における定着スリーブの表面温度は赤外線サーモグラフィ装置（ＮＥＣ製サーモトレーサＴＨ９１００）で測定した。

図１０に示したグラフの横軸は定着スリーブ５１の長手方向の位置（長手位置）を示しており、縦軸は定着スリーブ５１の表面温度を示している。

本実施例の定着スリーブ５１を備える定着装置、及び比較例の定着スリーブを備える定着装置は、Ａ４サイズの記録材の場合、定着スリーブの表面温度が１７５℃となるように温度制御されるものである。従って、夫々の定着装置は、測定される定着スリーブの表面温度は略１７５℃となるものである。

比較例の定着装置では、図１０のグラフで破線にて示すように、定着スリーブ５１の表面温度において、長手方向両端部から長手方向中央部にかけて約１６３℃と温度の低下が観測され、定着性も大きく低下している。これは、定着スリーブ５１の表面温度においても、上記の定着性能と一致する傾向、すなわち比較例における定着スリーブに撓みが生じたことに起因する現象である。

一方、本実施例の定着装置では、図１０のグラフで実線にて示したように、定着スリーブ５１の長手方向中央部の温度低下は防止され約１７５℃を維持しており、先の表３の結果にも示したように良好な定着性が得られた。

以上説明したように、本実施例の定着装置５０は、省エネルギー性を達成する手段として定着装置の小型化を図った場合に生じてしまう定着スリーブ５１の撓みによる熱的損失を定着スリーブ５１で補うことができる。これにより、定着スリーブ５１の長手方向の温度ムラを解消することができ、安定した定着性能を得ることが可能となる。

［他の実施例］
実施例１乃至実施例３で説明したように、ニップ形成ユニット５５、ハロゲンランプ６３、定着スリーブ５１を、それぞれ単独で用いても定着スリーブ５１の長手方向の温度ムラを解消することができる。しかしながら、ニップ形成ユニット５５、ハロゲンランプ６３、定着スリーブ５１を、それぞれ必要に応じて適宜組合せて用いても、同様の作用効果を得ることができる。

５０‥‥定着装置、５１‥‥定着スリーブ、５２‥‥加圧ローラ、５３‥‥ハロゲンランプ、５４‥‥黒色の耐熱塗料、５５‥‥ニップ形成ユニット、Ｎ‥‥定着ニップ部、Ｐ‥‥記録材、Ｔ‥‥未定着トナー画像

Claims (4)

1. ニップ形成部材と、前記ニップ形成部材と接触しつつ回転する筒状の回転部材と、前記回転部材を前記回転部材の内周面側から輻射熱により加熱する発熱体と、前記ニップ形成部材と共に前記回転部材を介してニップ部を形成するバックアップ部材と、を有し、前記ニップ部で未定着トナー画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ記録材に未定着トナー画像を加熱定着する定着装置において、
   前記ニップ形成部材は、前記回転部材との接触面側の記録材搬送方向と直交する長手方向の面の断面形状が、前記ニップ形成部材の長手方向両端部から長手方向中央部にかけて滑らかに凸形状となる湾曲断面に形成されていることを特徴とする定着装置。
2. ニップ形成部材と、前記ニップ形成部材と接触しつつ回転する筒状の回転部材と、前記回転部材を前記回転部材の内周面側から輻射熱により加熱する発熱体と、前記ニップ形成部材と共に前記回転部材を介してニップ部を形成するバックアップ部材と、を有し、前記ニップ部で未定着トナー画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ記録材に未定着トナー画像を加熱定着する定着装置において、
   前記発熱体は、記録材搬送方向と直交する長手方向の輻射熱の熱勾配が、前記発熱体の長手方向両端部から長手方向中央部にかけて滑らかに大きくなる発熱体であることを特徴とする定着装置。
3. ニップ形成部材と、前記ニップ形成部材と接触しつつ回転する筒状の回転部材と、前記回転部材を前記回転部材の内周面側から輻射熱により加熱する発熱体と、前記ニップ形成部材と共に前記回転部材を介してニップ部を形成するバックアップ部材と、を有し、前記ニップ部で未定着トナー画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ記録材に未定着トナー画像を加熱定着する定着装置において、
   前記回転部材は、前記発熱体の輻射熱による記録材搬送方向と直交する長手方向の吸熱効率が、前記発熱体の長手方向両端部から長手方向中央部にかけて滑らかに大きくなる回転部材であることを特徴とする定着装置。
4. 前記回転部材の内周面には、前記ニップ形成部材と接触する領域を除く全領域で前記発熱体の輻射熱を吸熱して蓄熱することにより昇温する黒色塗料が塗工されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の定着装置。