JP2015064560A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】用紙の定着の際に定着ベルトの端部温度上昇を抑えると同時に、省エネルギー性低下、ウォームアップ時間の延長、温度落ち込み等の副作用を防ぐ。
【解決手段】定着回転体２１と、対向回転体２２と、定着回転体を加熱する加熱源２３と、定着回転体２１の内側に配設されたニップ形成部材２４と、ニップ形成部材２４を支持する支持部材２５と、を備え、定着回転体２１と対向回転体２２で形成されるニップ部Ｎにおいて記録媒体Ｐ上の未定着画像を定着させる定着装置２０において、ニップ形成部材２４は、熱伝導率の異なる複数材質の部材から構成され、ニップ形成部材の厚さ方向における熱伝導率が大きな高熱伝導部と熱伝導率が小さい低熱伝導部とを有しており、高熱伝導部は定着回転体の端部温度上昇の発生位置に対応している。
【選択図】図９

Description

本発明は、記録媒体に画像を定着する定着装置及び定着装置を備えた画像形成装置に関する。

プリンタ・複写機・ファクシミリ等の画像形成装置に対し、近年、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、画像転写方式又は直接方式によって未定着トナー画像が記録媒体シート・印刷紙・感光紙・静電記録紙等の記録媒体に形成される。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、熱ローラ方式、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。

定着装置の近年の課題として以下のものがある。
・ウォームアップ時間（電源投入時等に、定着装置が常温状態から印刷可能な所定の温度（リロード温度）まで昇温するのに要する時間）や、ファーストプリント時間（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時間）の短縮化が望まれている（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、特に連続印刷の初めに熱量が不足する、いわゆる温度落ち込みが問題となっている（課題２）。

以上のような課題を解決するために、低熱容量の無端ベルトを金属熱伝導体を介さずに直接加熱する構成において、高生産の画像形成装置に搭載されても、良好な定着性を得ることができるようにした定着装置が提案され、既に知られている。

しかし、上記のように低熱容量の無端ベルトを用いた定着装置の場合、通紙時の長手方向の温度分布を均一に保つことが難しかった。すなわち、小サイズの記録媒体が通過する領域（通紙部）では、記録媒体及び記録体上の未定着トナーの加熱のために熱が消費されるが、非通紙部では記録媒体により熱が奪われない。そのため、熱は加熱ローラ（定着ローラ）とベルトに蓄積し、この非通紙部のニップ部の温度が、所定温度に維持管理される通紙部のニップ部の温度よりも高くなる、いわゆる端部温度上昇が生じることが既に知られている。

特許文献１には、フィルム加熱方式の加熱定着装置における小サイズ通紙時の非通紙部昇温の防止目的で、定着ヒータ下流にヒートパイプ等の伝熱部材を配設し、伝熱部材を定着フィルムを介して加圧ローラに圧接させる構成が開示されている。

しかし、通紙部等での吸熱による省エネルギー性や定着性の低下や、均熱部材の当接により生じる温度落ち込みや省エネルギー性低下等の問題は残存している。

そこで、本発明は、用紙定着の際に定着ベルトの端部温度上昇を抑えると同時に、省エネルギー性低下、ウォームアップ時間の延長、温度落ち込み等の副作用を防ぐことを目的とする。

この課題を解決するため、本発明は、定着回転体と、該定着回転体に対向して設けられた対向回転体と、該定着回転体を加熱する加熱源と、該定着回転体の内側に配設されたニップ形成部材と、該ニップ形成部材を支持する支持部材と、を備え、該定着回転体と該対向回転体で形成されるニップ部において記録媒体上の未定着画像を定着させる定着装置において、前記ニップ形成部材は、熱伝導率の異なる複数材質の部材から構成され、該ニップ形成部材の厚さ方向における熱伝導率が大きな高熱伝導部と熱伝導率が小さい低熱伝導部とを有しており、前記高熱伝導部は前記定着回転体の端部温度上昇の発生位置に対応していることを特徴とする定着装置を提案する。

記録媒体の定着の際にエネルギーを浪費せずに定着ベルトの端部温度上昇を抑えると同時に、省エネルギー性低下、ウォームアップ時間の延長、温度落ち込み等の副作用を防ぐことできる。

実施形態に係る画像形成装置全体の概略構成図である。 定着装置の概略構成図である。 別の実施形態に係る定着装置を示す概略構成図である。 従来の定着装置の概略側面断面図である。 従来の定着装置内のニップ部構成と端部温度上昇を示す概略図である。 参考例に係る定着装置の概略側面断面図である。 参考例に係る定着装置内のニップ部構成と端部温度上昇を示す概略図である。 実施形態１に係る定着装置の概略側面断面図である。 実施形態１に係る定着装置内のニップ部構成と端部温度上昇を示す概略図である。 実施形態２に係る定着装置の概略側面断面図である。 実施形態２に係る定着装置内のニップ部構成と端部温度上昇を示す概略図である。 実施形態２に係るニップ部構成の概略分解斜視図である。 軸方向に見たニップ部出口部分の概略断面図である。 実施形態３に係るニップ部構成の概略分解斜視図である。 実施形態４に係るニップ部側から見たニップ部構成の概略分解斜視図である。 実施形態４に係るステー側から見たニップ部構成の概略分解斜視図である。

まず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係る画像形成装置の全体構成及び動作について説明する。
図１に示す画像形成装置１は、カラーレーザープリンタであり、その装置本体の中央には、４つの作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋが設けられている。各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の異なる色の現像剤を収容している以外は同様の構成となっている。

具体的に、各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、潜像担持体としてのドラム状の感光体５と、感光体５の表面を帯電させる帯電装置６と、感光体５の表面にトナーを供給する現像装置７と、感光体５の表面をクリーニングするクリーニング装置８等を備える。なお、図１では、ブラックの作像部４Ｋが備える感光体５、帯電装置６、現像装置７、クリーニング装置８のみに符号を付しており、その他の作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃにおいては符号を省略している。

各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋの下方には、感光体５の表面を露光する露光装置９が配設されている。露光装置９は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラー等を有し、画像データに基づいて各感光体５の表面へレーザー光を照射するようになっている。

各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋの上方には、転写装置３が配設されている。転写装置３は、転写体としての中間転写ベルト３０と、一次転写手段としての４つの一次転写ローラ３１と、二次転写手段としての二次転写ローラ３６と、二次転写バックアップローラ３２と、クリーニングバックアップローラ３３と、テンションローラ３４、ベルトクリーニング装置３５を備える。

中間転写ベルト３０は、無端状のベルトであり、二次転写バックアップローラ３２、クリーニングバックアップローラ３３及びテンションローラ３４によって張架されている。ここでは、二次転写バックアップローラ３２が回転駆動することによって、中間転写ベルト３０は図の矢印で示す方向に周回走行（回転）するようになっている。

４つの一次転写ローラ３１は、それぞれ、各感光体５との間で中間転写ベルト３０を挟み込んで一次転写ニップを形成している。また、各一次転写ローラ３１には、図示しない電源が接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が各一次転写ローラ３１に印加されるようになっている。

二次転写ローラ３６は、二次転写バックアップローラ３２との間で中間転写ベルト３０を挟み込んで二次転写ニップを形成している。また、一次転写ローラ３１と同様に、二次転写ローラ３６にも図示しない電源が接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が二次転写ローラ３６に印加されるようになっている。

ベルトクリーニング装置３５は、中間転写ベルト３０に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を有する。このベルトクリーニング装置３５から伸びた図示しない廃トナー移送ホースは、図示しない廃トナー収容器の入り口部に接続されている。

プリンタ本体の上部には、ボトル収容部２が設けられており、ボトル収容部２には補給用のトナーを収容した４つのトナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋが着脱可能に装着されている。各トナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋと上記各現像装置７との間には、図示しない補給路が設けてあり、この補給路を介して各トナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋから各現像装置７へトナーが補給されるようになっている。

一方、プリンタ本体の下部には、記録媒体としての用紙Ｐを収容した給紙トレイ１０や、給紙トレイ１０から用紙Ｐを搬出する給紙ローラ１１等が設けてある。ここで、記録媒体には、普通紙以外に、厚紙、はがき、封筒、薄紙、塗工紙（コート紙やアート紙等）、トレーシングペーパ、ＯＨＰシート等が含まれる。また、図示しないが、手差し給紙機構が設けてあってもよい。

プリンタ本体内には、用紙Ｐを給紙トレイ１０から二次転写ニップを通過させて装置外へ排出するための搬送路Ｒが配設されている。搬送路Ｒにおいて、二次転写ローラ３６の位置よりも用紙搬送方向上流側には、二次転写ニップへ用紙Ｐを搬送する搬送手段としての一対のレジストローラ１２が配設されている。

また、二次転写ローラ３６の位置よりも用紙搬送方向下流側には、用紙Ｐに転写された未定着画像を定着するための定着装置２０が配設されている。さらに、定着装置２０よりも搬送路Ｒの用紙搬送方向下流側には、用紙を装置外へ排出するための一対の排紙ローラ１３が設けられている。また、プリンタ本体の上面部には、装置外に排出された用紙をストックするための排紙トレイ１４が設けてある。

続いて、図１を参照して、本実施形態に係るプリンタの基本的動作について説明する。
作像動作が開始されると、各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋにおける各感光体５が図示しない駆動装置によって図の時計回りに回転駆動され、各感光体５の表面が帯電装置６によって所定の極性に一様に帯電される。帯電された各感光体５の表面には、露光装置９からレーザー光がそれぞれ照射されて、各感光体５の表面に静電潜像が形成される。このとき、各感光体５に露光する画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの色情報に分解した単色の画像情報である。このように各感光体５上に形成された静電潜像に、各現像装置７によってトナーが供給されることにより、静電潜像はトナー画像として顕像化（可視像化）される。

また、作像動作が開始されると、二次転写バックアップローラ３２が図の反時計回りに回転駆動し、中間転写ベルト３０を図の矢印で示す方向に周回走行させる。そして、各一次転写ローラ３１に、トナーの帯電極性と逆極性の定電圧又は定電流制御された電圧が印加される。これにより、各一次転写ローラ３１と各感光体５との間の一次転写ニップにおいて転写電界が形成される。

その後、各感光体５の回転に伴い、感光体５上の各色のトナー画像が一次転写ニップに達したときに、上記一次転写ニップにおいて形成された転写電界によって、各感光体５上のトナー画像が中間転写ベルト３０上に順次重ね合わせて転写される。かくして中間転写ベルト３０の表面にフルカラーのトナー画像が担持される。また、中間転写ベルト３０に転写しきれなかった各感光体５上のトナーは、クリーニング装置８によって除去される。その後、図示しない除電装置によって各感光体５の表面が除電され、表面電位が初期化される。

画像形成装置の下部では、給紙ローラ１１が回転駆動を開始し、給紙トレイ１０から用紙Ｐが搬送路Ｒに送り出される。搬送路Ｒに送り出された用紙Ｐは、レジストローラ１２によってタイミングを計られて、二次転写ローラ３６と二次転写バックアップローラ３２との間の二次転写ニップに送られる。このとき二次転写ローラ３６には、中間転写ベルト３０上のトナー画像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加されており、これにより、二次転写ニップに転写電界が形成されている。

その後、中間転写ベルト３０の周回走行に伴って、中間転写ベルト３０上のトナー画像が二次転写ニップに達したときに、上記二次転写ニップにおいて形成された転写電界によって、中間転写ベルト３０上のトナー画像が用紙Ｐ上に一括して転写される。また、このとき用紙Ｐに転写しきれなかった中間転写ベルト３０上の残留トナーは、ベルトクリーニング装置３５によって除去され、除去されたトナーは図示しない廃トナー収容器へと搬送され回収される。

その後、用紙Ｐは定着装置２０へと搬送され、定着装置２０によって用紙Ｐ上のトナー画像が当該用紙Ｐに定着される。そして、用紙Ｐは、排紙ローラ１３によって装置外へ排出され、排紙トレイ１４上にストックされる。

以上の説明は、用紙上にフルカラー画像を形成するときの画像形成動作であるが、４つの作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋのいずれか１つを使用して単色画像を形成したり、２つ又は３つの作像部を使用して、２色又は３色の画像を形成したりすることも可能である。

次に、図２を用いて、上記定着装置２０の前提構成について説明する。
図２に示すように、定着装置２０は、回転可能な定着回転体としての定着ベルト２１と、定着ベルト２１に対向して回転可能に設けられた対向回転体としての加圧ローラ２２と、定着ベルト２１を加熱する加熱源としての１本のハロゲンヒータ２３と、定着ベルト２１の内側に配設されたニップ形成部材２４と、ニップ形成部材２４を支持する支持部材としてのステー２５と、ハロゲンヒータ２３から放射される光を定着ベルト２１へ反射する反射部材２６と、定着ベルト２１の温度を検知する温度検知手段としての温度センサ２７と、定着ベルト２１から用紙を分離する分離部材２８と、加圧ローラ２２を定着ベルト２１へ加圧する図示しない加圧手段等を備えている。

上記定着ベルト２１は、薄肉で可撓性を有する無端状のベルト部材（フィルムも含む）で構成されている。詳しくは、定着ベルト２１は、ニッケルもしくはＳＵＳ等の金属材料又はポリイミド（ＰＩ）等の樹脂材料で形成された内周側の基材と、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（ＰＦＡ）又はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等で形成された外周側の離型層によって構成されている。また、基材と離型層との間に、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、又はフッ素ゴム等のゴム材料で形成された弾性層を介在させてもよい。

上記加圧ローラ２２は、芯金２２ａと、芯金２２ａの表面に設けられた発泡性シリコーンゴム、シリコーンゴム、又はフッ素ゴム等から成る弾性層２２ｂと、弾性層２２ｂの表面に設けられたＰＦＡ又はＰＴＦＥ等から成る離型層２２ｃによって構成されている。加圧ローラ２２は、図示しない加圧手段によって定着ベルト２１側へ加圧され定着ベルト２１を介してニップ形成部材２４に当接している。この加圧ローラ２２と定着ベルト２１とが圧接する箇所では、加圧ローラ２２の弾性層２２ｂが押しつぶされることで、所定の幅のニップ部Ｎが形成されている。また、加圧ローラ２２は、プリンタ本体に設けられた図示しないモータ等の駆動源によって回転駆動するように構成されている。加圧ローラ２２が回転駆動すると、その駆動力がニップ部Ｎで定着ベルト２１に伝達され、定着ベルト２１が従動回転するようになっている。

本実施形態では、加圧ローラ２２を中実のローラとしているが、中空のローラであってもよい。その場合、加圧ローラ２２の内部にハロゲンヒータ等の加熱源を配設してもよい。また、弾性層が無い場合は、熱容量が小さくなり定着性が向上するが、未定着トナーを押しつぶ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光沢ムラが生じる可能性がある。これを防止するには、厚さ１００μｍ以上の弾性層を設けることが望ましい。厚さ１００μｍ以上の弾性層を設けることで、弾性層の弾性変形により微小な凹凸を吸収することができるので、光沢ムラの発生を回避することができるようになる。弾性層２２ｂはソリッドゴムでもよいが、加圧ローラ２２の内部に加熱源が無い場合は、スポンジゴムを用いてもよい。スポンジゴムの方が、断熱性が高まり定着ベルト２１の熱が奪われにくくなるのでより望ましい。また、定着回転体と対向回転体は、互いに圧接する場合に限らず、加圧を行わず単に接触させるだけの構成とすることも可能である。

上記各ハロゲンヒータ２３は、それぞれの両端部が定着装置２０の側板（不図示）に固定されている。各ハロゲンヒータ２３は、プリンタ本体に設けられた電源部により出力制御されて発熱するように構成されており、その出力制御は、上記温度センサ２７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。このようなヒータ２３の出力制御によって、定着ベルト２１の温度（定着温度）を所望の温度に設定できるようになっている。また、定着ベルト２１を加熱する加熱源として、ハロゲンヒータ以外に、ＩＨヒータ、抵抗発熱体、又はカーボンヒータ等を用いてもよい。

上記ニップ形成部材２４は、定着ベルト２１の軸方向又は加圧ローラ２２の軸方向に渡って長手状に配設され、ステー２５によって固定支持されている。これにより、加圧ローラ２２による圧力でニップ形成部材２４に撓みが生じるのを防止し、加圧ローラ２２の軸方向に渡って均一なニップ幅が得られるようにしている。なお、ステー２５は、ニップ形成部材２４の撓み防止機能を満足するために、ステンレスや鉄等の機械的強度が高い金属材料で形成することが望ましいが、ステー２５を樹脂製とすることも可能である。

また、ニップ形成部材２４は、耐熱温度２００℃以上の耐熱性部材で構成されている。これにより、トナー定着温度域で、熱によるニップ形成部材２４の変形を防止し、安定したニップ部Ｎの状態を確保して、出力画質の安定化を図っている。ニップ形成部材２４には、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の一般的な耐熱性樹脂を用いることが可能である。本実施形態では、ＬＣＰである東レ社製のＴＩ−８０００を用いている。

また、ニップ形成部材２４は、その表面に図示しない低摩擦シートを有している。定着ベルト２１が回転する際、この低摩擦シートに対し定着ベルト２１が摺動することで、定着ベルト２１に生じる駆動トルクが低減され、定着ベルト２１への摩擦力による負荷が軽減される。低摩擦シートの素材としては、例えば、東レ社製のトヨフロン（登録商標）４０１等が好ましい。

上記反射部材２６は、ステー２５とハロゲンヒータ２３との間に配設されている。本実施形態では、反射部材２６をステー２５に固定している。また、反射部材２６は、ハロゲンヒータ２３によって直接加熱されるため、高融点の金属材料等で形成されることが望ましい。このように反射部材２６を配設していることにより、ハロゲンヒータ２３からステー２５側に放射された光が定着ベルト２１へ反射される。これにより、定着ベルト２１に照射される光量を多くすることができ、定着ベルト２１を効率良く加熱することが可能となる。また、ハロゲンヒータ２３からの輻射熱がステー２５等に伝達されるのを抑制することができるので、省エネルギー化も図れる。

また、本実施形態のような反射部材２６を設けずに、ステー２５のハロゲンヒータ２３側の面を研磨又は塗装等の鏡面処理をし、反射面を形成してもよい。また、上記反射部材２６又はステー２５の反射面の反射率は、９０％以上であることが望ましい。

ただ、ステー２５はその強度を確保するために形状や材質が自由に選択できないため、本実施形態のように反射部材２６を別途設けた方が、形状や材質の選択の自重度が広がり、反射部材２６とステー２５はそれぞれの機能に特化することができる。また、反射部材２６をハロゲンヒータ２３とステー２５との間に設けることにより、ハロゲンヒータ２３に対する反射部材２６の位置が近くなるので、定着ベルト２１を効率良く加熱することが可能となる。

また、本実施形態に係る定着装置２０は、さらなる省エネルギー性及びファーストプリント時間等の向上のために、種々の構成上の工夫が施されている。
具体的には、ハロゲンヒータ２３によって定着ベルト２１をニップ部Ｎ以外の箇所において直接加熱できるようにしている（直接加熱方式）。本実施形態では、ハロゲンヒータ２３と定着ベルト２１の図２の左側の部分の間に何も介在させないようにし、その部分においてハロゲンヒータ２３からの輻射熱を定着ベルト２１に直接与えるようにしている。

また、定着ベルト２１の低熱容量化を図るために、定着ベルト２１を薄くかつ小径化している。具体的には、定着ベルト２１を構成する基材、弾性層、離型層のそれぞれの厚さを、２０〜５０μｍ、１００〜３００μｍ、１０〜５０μｍの範囲に設定し、全体としての厚さを１ｍｍ以下に設定している。また、定着ベルト２１の直径は、２０〜４０ｍｍに設定している。さらに低熱容量化を図るためには、望ましくは、定着ベルト２１全体の厚さを０．２ｍｍ以下にするのがよく、さらに望ましくは、０．１６ｍｍ以下の厚さとするのがよい。また、定着ベルト２１の直径は、３０ｍｍ以下とするのが望ましい。

なお、本実施形態では、加圧ローラ２２の直径を２０〜４０ｍｍに設定しており、定着ベルト２１の直径と加圧ローラ２２の直径を同等となるように構成している。ただし、この構成に限定されるものではない。例えば、定着ベルト２１の直径が加圧ローラ２２の直径よりも小さくなるように形成してもよい。その場合、ニップ部Ｎにおける定着ベルト２１の曲率が加圧ローラ２２の曲率よりも小さくなるため、ニップ部Ｎから排出される記録媒体が定着ベルト２１から分離されやすくなる。
また、ニップ形成部材２４のニップ出口側には突出部４５が形成されている。突出部４５は定着ベルト２１を介して加圧ローラ２２と接触しておらず、加圧ローラ２２との接触により形成されたものではない。突出部４５によって、ニップ部Ｎでの定着後の用紙Ｐを定着ベルト２１から浮かすことができ、分離性が高められる。

図３は、別の実施形態に係る定着装置を示す概略構成図である。
この定着装置２０では、定着ベルト２１内には加熱源として２本のハロゲンヒータ２３が備えられ、これにより定着ベルト２１が内周側から輻射熱で直接加熱される。本実施形態でも、ニップ形成部材２４のニップ出口側には突出部４５が形成されている。突出部４５は定着ベルト２１を介して加圧ローラ２２と接触しておらず、加圧ローラ２２との接触により形成されたものではない。突出部４５によって、ニップ部Ｎでの定着後の用紙Ｐを定着ベルト２１から浮かすことができ、分離性が高められる。

次に、図４、図５を用いて従来の定着装置で生じる端部温度上昇を説明する。
図４は、従来の定着装置の概略側面断面図である。従来の定着装置では、ハロゲンヒータ２３から定着ベルト２１に与えられた熱は、主にニップ部Ｎにおいて定着ベルト外側と接触する用紙Ｐ、トナー、加圧ローラ２２、また定着ベルト内側で接触するニップ形成部材２４に伝達される。このとき、ニップ形成部材２４には熱伝導率の低い樹脂が用いられており、伝熱量が少ないため、用紙Ｐやトナーへの伝熱が行われない非通紙部では連続通紙によって定着ベルトへ熱が蓄積される。そのため、定着ベルト２１では、端部温度上昇は、ヒータの発光長Ｈより通紙幅の狭い用紙を連続通紙する際に非通紙部で生じる。

図５（ａ）は、図４のＡ−Ａ矢視断面図（長手方向中央から端部までの片側のみであって、左が中央、右が端部）を示す。図５（ｂ）は、ヒータ発光長Ｈと用紙Ｐ（通紙幅Ａ〜Ｄ）の長手方向での位置関係を示す。ここでは、軸方向に延在する一本のヒータを想定している。図５（ｃ）は、通紙幅Ａ〜Ｄの用紙を通紙した際の定着ベルト２１の非通紙部における端部温度Ｔ_Ａ〜Ｔ_Ｃと、通紙部での温度ｔ_Ａ〜ｔ_Ｄを示す。例えば、最小の通紙幅Ａの用紙を連続通紙した場合、非通紙部では端部温度上昇が生じる（Ｔ_Ａ）。しかし、ヒータはその中央部では高温となるが、端部ではやや低温になる傾向があるため、端部温度Ｔ_Ａは通紙幅Ａの外側でピークを有し、端部に向かって滑らかに下降する。また、最大の通紙幅Ｄを有する用紙は非通紙部を有しないため、端部温度上昇は殆ど発生しない。

また、定着ベルト２１や加圧ローラ２２の径、線速、生産性等が固定されている場合、ヒータ発光長Ｈと通紙幅の差分である非通紙部が大きい程、定着ベルト２１に蓄積する熱が増え、端部温度上昇が大きくなる（Ｔ_Ａ＞Ｔ_Ｂ＞Ｔ_Ｃ）。また、端部温度上昇の結果、端部温度Ｔ_Ａ、Ｔ_Ｂのように定着ベルト２１の温度がその目標上限温度を超える場合と、Ｔ_Ｃのように温度が目標上限温度に達しない場合がある。

一方、図５（ｃ）に示すｔ_Ａ〜ｔ_Ｄは、ニップ部Ｎに到達する前の定着ベルト２１の通紙部の温度である。ニップ形成部材２４には熱伝導率の小さい樹脂を用いており、ニップ形成部材２４で過度の吸熱が生じないため、通紙部において定着時の温度落ち込みは生じない。よって、ｔ_Ａ〜ｔ_Ｄは定着温度に略等しい。

次に、図６、図７を用いて定着装置の参考例を説明する。
図６は、定着装置２０の概略側面断面図である。従来の定着装置では、定着ベルト２１に基材である樹脂で形成されるニップ形成部材２４が当接し、ニップ形成部材２４は表面に低摩擦シートを有する。一方、本例では、定着ベルト２１の非通紙部に過剰に蓄積する熱を吸熱し、長手方向へ熱を移動させるため、ニップ形成部材２４は、基材５１に加えて、基材５１より熱伝導率の大きい材料から成り長手方向に延在する均熱部材４１を有する。第１熱伝導部材としての均熱部材４１は基材５１のニップ部側に設けている。また、本例では、定着ベルト２１からの吸熱効果を高めるためにニップ形成部材表面に低摩擦シートを設けていない。ただし、均熱部材４１が定着ベルト２１から熱を吸収しすぎたり、定着ベルト２１のトルクに難が生じたりする場合は、低摩擦シートを設けてもよい。均熱部材４１で吸収された熱は、通紙により熱を奪われ、比較的低温となっている中央部、あるいは端部温度上昇が発生する端部側の低温側へと移動する。

図７は、図６のＡ−Ａ矢視断面図（長手方向中央から端部までの片側のみであって、左が中央、右が端部）を示す。
均熱部材４１は、ニップ部Ｎ側でハロゲンヒータ２３の長手方向全体に延在しているため（図７（ａ））、通紙する用紙幅に関わらず端部温度上昇を抑制することができる（図７（ｃ））。これによれば、軸方向の熱移動効果が高まって吸熱量が増え、端部温度上昇に対する抑制効果が高まる。ここで、均熱部材４１は、最小の通紙幅Ａ以外の領域にのみ、ハロゲンヒータ２３の長手方向に延在してもよい。均熱部材４１より内側に位置する基材５１も熱伝導率のより大きい部材に置き換えて、均熱部材４１の熱容量を増やし、端部温度上昇の抑制能力を高めることも可能である。定着ベルト２１と直接接する均熱部材４１の熱容量を調節することで、均熱部材４１が定着ベルト２１の熱を過剰に吸収することを防止できる。均熱部材４１による過剰な吸熱が生じないように、均熱部材４１の厚みや紙面垂直方向における幅又は材質（例えば、鉄や銅）を選択すればよい。均熱部材４１を配置することで、特に通紙幅Ｂや通紙幅Ｃでの端部温度Ｔ_Ｂ、Ｔ_Ｃを定着ベルト２１の目標上限温度以内に抑制することができた。

均熱部材４１には銅等の金属部材を用いることが望ましいが、端部温度上昇の大きさに合わせ樹脂を用いることも可能である。

次に、図８、図９を用いて定着装置の実施形態１を説明する。
図８は、定着装置２０の概略側面断面図である。本実施形態１では、基材５１より熱伝導率の大きい材料から成り長手方向に延在する第１熱伝導部材としての均熱部材４１が、基材５１のニップ部側に設けられている。また、基材５１より熱伝導率の大きい材料から成り長手方向に延在する第３熱伝導部材としての吸熱部材４２が、基材５１より内側に配置され、基材５１に当接している。さらに、図９（ａ）に示すように、基材５１より熱伝導率の大きい材料から成り長手方向に部分的に延在する第２熱伝導部材としての吸熱部材４３が、均熱部材４１と吸熱部材４２の間であって均熱部材４１のニップ部と反対側に配置されている。特に、吸熱部材４３は定着ベルト２１の端部温度上昇（Ｔ_Ａ）の発生位置に対応して設けられる。よって、本例では、ニップ形成部材２４は、基材５１、均熱部材４１、吸熱部材４２及び吸熱部材４３を有する。

吸熱部材４３が設けられている個所においては、ニップ形成部材２４は、均熱部材４１と吸熱部材４３と吸熱部材４２の複数の素材からなる。吸熱部材４３が設けられていない個所においては、ニップ形成部材２４は、均熱部材４１と基材５１と吸熱部材４２の複数の素材からなる。基材５１と、均熱部材４１及び吸熱部材４２，４３とは熱伝導率が異なっており、均熱部材４１及び吸熱部材４２，４３は基材５１よりも熱伝導率が大きい素材である。ニップ形成部材２４は、厚さ方向において熱伝導率の異なる複数材料から構成されている。

そして、熱伝導率の大きい吸熱部材４３が設けられている個所では、ニップ形成部材２４の厚さ方向（図９（ａ）の上下方向）全体での熱伝導率は、吸熱部材４３が設けられていない他の部分（低熱伝導部）よりも熱伝導率が高い高熱伝導部となっている。このため、吸熱部材４３が設けられている高熱伝導部では定着ベルト２１から吸熱し易い構成となっている。従って、この部分で定着ベルト２１に大きな温度上昇が生じた場合でも、ニップ形成部材２４の厚さ方向（この場合は図の上向きの方向）に熱が吸収され、定着ベルト２１の温度上昇が抑制される。また、低熱伝導部は通紙幅内に位置している。

均熱部材４１がその軸方向への熱移動を促進して、定着ベルト２１を均熱化し、端部温度上昇を抑える機能を有するのに対し、吸熱部材４２，４３は厚み方向への熱移動を促進して熱を吸収する役割を有する。図９（ａ），（ｃ）から分かるように、吸熱部材４３は、通紙幅Ａでの大きい端部温度上昇（Ｔ_Ａ）の発生位置に対応して設けられ、吸収した熱を吸熱部材４３に当接している吸熱部材４２に伝達する。従って、吸熱部材４２，４３は均熱部材４１の熱容量不足を補うことができ、特に吸熱部材４２は大きい熱容量を有し又は放熱量を高めるために大きい表面積を有することが望ましい。しかしながら、均熱部材も厚みを有している以上厚み方向への吸熱の効果を有し、吸熱部材も軸方向に幅がある以上軸方向の均熱効果を有するものであり、それぞれの作用・効果が均熱、吸熱に限定されるものではない。

本実施形態１では、定着ベルト２１内の限られた空間内での設置となるため、吸熱部材４２を、樹脂層である基材５１とステー２５の間に長手方向に延在させている。だが、空間的余裕がある場合、熱容量を増やすために、吸熱部材４２を、定着ベルト２１の長手方向（図９（ａ））又は周方向（図８）に突出させても構わない。また、吸熱部材４２をステー２５と当接させることで、吸熱部材４２の見掛けの熱容量を増やしてもよい。この場合、ステー２５が吸熱部材４２よりも低温であることが条件であるので、ハロゲンヒータ２３の輻射熱により高温となっている反射部材２６からステー２５への熱移動を最小限に抑えるために、反射部材２６とステー２５の間に空気層又は断熱部材からなる断熱層を設けることが望ましい。また、吸熱部材４２を設ける代わりに、熱容量の大きいステー２５を吸熱部材４３と当接させ、ステー２５に吸熱部材４２の機能を持たせてもよい。

図９（ｃ）に示すように、吸熱部材４２，４３を設けることにより端部温度上昇の大きい通紙幅Ａの場合にも、定着ベルトの端部温度Ｔ_Ａの過度の昇温を抑制することが可能となる。

吸熱部材４２，４３には銅等の金属部材を用いることが望ましいが、端部温度上昇の大きさに合わせ樹脂を用いることも可能である。

以下に、均熱部材及び吸熱部材の材質例と熱伝導率を示す。
材質 熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）
カーボンナノチューブ ３０００〜５５００
グラファイトシート ７００〜１７５０
銀 ４２０
銅 ３９８
アルミニウム ２３６

以下に、基材の材質例と熱伝導率を示す。
材質（耐熱性樹脂） 熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）
ＰＰＳ ０．２
ＰＡＩ ０．２９〜０．６
ＰＥＥＫ ０．２６
ＰＥＫ ０．２９
ＬＣＰ ０．３８〜０．５６

次に、図１０、図１１、図１２を用いて定着装置の実施形態２を説明する。
図１０は定着装置２０の概略側面断面図、図１１（ａ）は図１０のＡ−Ａ矢視断面図（長手方向中央から端部までの片側のみであって、左が中央、右が端部）、図１２はニップ部構成の概略分解斜視図である。本実施形態２では、実施形態１と同様の構成に加えて、均熱部材４１と吸熱部材４３の間に樹脂層４４を設けている。よって、本例では、ニップ形成部材２４は、基材５１、均熱部材４１、吸熱部材４２、吸熱部材４３及び樹脂層４４を有する。樹脂層４４には第２熱伝導部材である吸熱部材４３よりも熱伝導率の低い部材を用いるのが望ましい。吸熱部材４２に接触する吸熱部材４３と均熱部材４１の間に樹脂層４４を設けることにより、均熱部材４１から吸熱部材４３を介する吸熱部材４２への熱移動量を減らすことができる。これにより、端部温度Ｔ_Ａを目標上限温度未満に抑制しつつ、定着ベルト２１の温度落ち込み（ｔ_Ｂ〜ｔ_Ｄ）も低減し、消費電力の増大を防ぐことができる（図１１（ｃ））。

一方で、樹脂層４４を厚くしすぎると、定着ベルト２１に蓄積された熱が吸熱部材４２に移動しなくなるため、本実施形態は吸熱部材４２と吸熱部材４３の無い参考例の構成に近づき、端部温度上昇が発生し易くなる。樹脂層４４の厚みや長さは、発生する端部温度上昇の大きさに応じて最適化する必要があるが、その厚みは参考例の基材５１の厚みより小さい。均熱部材４１で抑制できない端部温度上昇が離れた複数箇所で生じる場合、それら複数箇所に吸熱部材４３を設けることが望ましい。その際、それぞれの端部温度上昇に応じて樹脂層４４の厚みや長さを設定すればよい。吸熱部材４３と樹脂層４４の厚みの和は基材５１の厚みに略等しく、よって吸熱部材４２と吸熱部材４３は面接触して互いの熱伝達は良好に行われる。

本実施形態２では実施形態１と同様に、吸熱部材４３が設けられている個所においては、ニップ形成部材２４は、均熱部材４１と樹脂層４４と吸熱部材４３と吸熱部材４２の複数の素材からなる。吸熱部材４３が設けられていない個所においては、ニップ形成部材２４は、均熱部材４１と基材５１と吸熱部材４２の複数の素材からなる。基材５１及び樹脂層４４と、均熱部材４１及び吸熱部材４２，４３とは熱伝導率が異なっており、均熱部材４１及び吸熱部材４２，４３は基材５１及び樹脂層４４よりも熱伝導率が大きい素材である。ニップ形成部材２４は、厚さ方向において熱伝導率の異なる複数材料から構成されている。

そして、熱伝導率の大きい吸熱部材４３が設けられている個所では、ニップ形成部材２４の厚さ方向（図１１（ａ）の上下方向）全体での熱伝導率は、吸熱部材４３が設けられていない他の部分（低熱伝導部）よりも熱伝導率が高い高熱伝導部となっている。このため、吸熱部材４３が設けられている高熱伝導部では定着ベルト２１から吸熱し易い構成となっている。従って、この部分で定着ベルト２１に大きな温度上昇が生じた場合でも、ニップ形成部材２４の厚さ方向（この場合は図の上向きの方向）に熱が吸収され、定着ベルト２１の温度上昇が抑制される。また、低熱伝導部は通紙幅内に位置している。

また、図１２には示していないが、均熱部材４１の通紙方向両端部には上方へ突出する枠部が軸方向にわたって形成されていてもよい。これにより、均熱部材４１の断面はＵ字状となり、均熱部材４１上に載置される基材５１、樹脂層４４、吸熱部材４２、吸熱部材４３を確実に受容することができる。また、均熱部材４１の上面に突起を形成し、基材５１、樹脂層４４、吸熱部材４３等に該突起が嵌合する穴部を形成してもよい。

このとき、吸熱部材４２と吸熱部材４３を１つの部材として製造せず、別個に製造することでコストの削減になる。これを１つの部材として製造する場合、基材５１を受容するための凹部を削り加工により形成する必要があるからである。

また、ニップ形成部材２４を構成する各素材の厚みとしては、ニップ幅１０ｍｍ程度の時に、均熱部材４１は０．２〜０．６ｍｍ、吸熱部材４２は１．８〜６ｍｍ、吸熱部材４３は１〜２ｍｍ、樹脂層４４は０．５〜１．５ｍｍ、基材５１は１．５〜３．５ｍｍであると好ましい。しかし、これらの範囲に限られない。

図１３は、軸方向に見たニップ部出口部分の概略断面図である。
図１３（ａ）の例では、ニップ形成部材２４の基材５１のニップ部側に設けられた均熱部材４１のニップ出口側に、下方に突出した突出部４５が形成されている。このように突出部４５を形成することで、ニップ部Ｎでの定着後の用紙Ｐを定着ベルト２１から浮かすことができ、分離性が高められる。また、ニップ形成部材２４の周囲には低摩擦シート５９が巻きつけられており、具体的には、低摩擦シート５９は均熱部材４１、基材５１及び吸熱部材４２を覆っている。
図１３（ｂ）の例では、均熱部材４１のニップ出口側に下方に突出した突出部４５が形成され、突出部４５の上部４６はニップ形成部材２４の基材５１の側面に沿って上方に延在している。これにより、定着ベルト２１や用紙Ｐから一定の力を受ける均熱部材４１が周方向へずれ難くなる。また、ニップ形成部材２４の周囲には低摩擦シート５９が巻きつけられており、具体的には、低摩擦シート５９は均熱部材４１を覆っており、その端部は基材５１と上部４６の間に挟まれ、固定されている。

次に、図１４を用いて定着装置の実施形態３を説明する。図１４はニップ部構成の概略分解斜視図である。
本実施形態３では、実施形態１，２と同様の長手方向位置に、均熱部材４１と吸熱部材４２の間に吸熱部材４３を設けているが、吸熱部材４３は基材５１に形成された凹部５２に嵌めこまれている。よって、本例では、ニップ形成部材２４は、基材５１、均熱部材４１、吸熱部材４２及び吸熱部材４３を有する。凹部５２は基材５１を貫通しておらず、凹部５２の厚みは凹部が形成されていない基材５１の部分の厚みより薄い。均熱部材４１から吸熱部材４３を介する吸熱部材４２への熱移動量を調節するため、凹部５２の厚みは適宜選択することができる。さらに、吸熱すべき熱量の大きさに応じて凹部５２の通紙方向の幅も適宜選択することができる。吸熱すべき熱量が大きい場合には凹部５２の通紙方向の幅を大きく、吸熱すべき熱量が小さい場合には凹部５２の通紙方向の幅を小さくすればよい。吸熱部材４３と基材５１の上面は面一になっている。図示しないが、凹部５２は基材５１を貫通していて、凹部５２の厚みは凹部が形成されていない基材５１の部分の厚みと等しくてもよい。以上の構成により、端部温度Ｔ_Ａを目標上限温度未満に抑制しつつ、定着ベルト２１の温度落ち込み（ｔ_Ｂ〜ｔ_Ｄ）も低減し、消費電力の増大を防ぐことができる（図１１（ｃ）参照）。

次に、図１５，１６を用いて定着装置の実施形態４を説明する。図１５は、ニップ部側から見たニップ部構成の概略分解斜視図、図１６は、ステー側から見たニップ部構成の概略分解斜視図である。
以下では主に、本実施形態４の他の実施形態と異なる部分を説明する。先ず、均熱部材４１の断面がＵ字状になるように均熱部材４１の通紙方向両端部が上方に折り曲げられている。これにより、均熱部材４１上に載置される基材５１、樹脂層４４、吸熱部材４２、吸熱部材４３を確実に受容することができる。また、均熱部材４１の通紙方向両端部の上部は鋸歯状部５６を有する。鋸歯状部５６は長手方向に連続的に形成されておらず、鋸歯状部の無い平坦部が所要の間隔で形成されている。組み立てられたニップ形成部材２４の周面に巻きつけられる低摩擦シートは鋸歯状部５６によって確実に保持され、定着ベルト２１の回転に伴いずれにくくなる。平坦部は低摩擦シートを取り付けるためのジグ（不図示）が当接する箇所である。図示の例では、均熱部材４１の通紙方向両端部の上部に鋸歯状部５６が形成されているが、鋸歯状部５６はニップ入口部（図中下方の端部）にのみ形成されてもよい。定着ベルト２１はニップ入口部からニップ出口部に向かって回転するため、低摩擦シートがニップ入口部側でしっかり固定されていればニップ出口部は必ずしも鋸歯状部５６で固定される必要がないからである。

また、吸熱部材４２，４３に穴５３，５４，５５が形成され、基材５１及び樹脂層４４はその内面にこれら穴に挿入される突起５７，５８（図１６）を備えている。穴５３は、樹脂層４４の突起５７が挿入して吸熱部材４３を保持するためのものであり、穴５４は、基材５１の突起５７が挿入して吸熱部材４２を保持するためのものである。穴５５には基材５１の突起５８が挿入して吸熱部材４２が保持されるだけでなく、該突起５８は他の突起５７より長く形成されており、ステー２５の嵌合穴（不図示）に嵌合し、ニップ形成部材２４全体をステー２５に固定する機能を有する。

均熱部材４１のニップ出口側には下方に突出した突出部４５が形成されている。具体的には、均熱部材４１は、１枚の銅板で形成され、ニップ入口側からニップ出口側にかけて（図中下方から上方に）平坦な形状を有するが、均熱部材４１はニップ出口側では加圧ローラ２２側に屈曲され、屈曲部が突出部４５として形成されている。

以上のように、本発明によれば、定着ベルトに圧接する基材の面に均熱部材を設けるため、新たな駆動機構や把持機構を設ける必要がない。一方で、均熱部材を設けることで厚み方向に吸熱される熱量を調節することができる。よって、適度な熱移動・吸熱を実現して定着ベルトの端部温度上昇を抑え、エネルギー浪費を防止すると同時に、ウォームアップ時間の大幅な延長や温度落ち込み等の副作用を防ぐことができる。

２０ 定着装置
２１ 定着ベルト（定着回転体）
２２ 加圧ローラ（対向回転体）
２３ ハロゲンヒータ（加熱源）
２４ ニップ形成部材
２５ ステー（支持部材）
４１ 均熱部材（第１熱伝導部材）
４３ 吸熱部材（第２熱伝導部材）
５１ 基材
Ｎ ニップ部
Ｐ 用紙（記録媒体）

特開２００４−２３５００１号公報

Claims (13)

1. 定着回転体と、該定着回転体に対向して設けられた対向回転体と、該定着回転体を加熱する加熱源と、該定着回転体の内側に配設されたニップ形成部材と、該ニップ形成部材を支持する支持部材と、を備え、該定着回転体と該対向回転体で形成されるニップ部において記録媒体上の未定着画像を定着させる定着装置において、
   前記ニップ形成部材は、熱伝導率の異なる複数材質の部材から構成され、該ニップ形成部材の厚さ方向における熱伝導率が大きな高熱伝導部と熱伝導率が小さい低熱伝導部とを有しており、
   前記高熱伝導部は前記定着回転体の端部温度上昇の発生位置に対応していることを特徴とする定着装置。
2. 前記ニップ形成部材は、基材と、該基材の該ニップ部側に、該基材より大きい熱伝導率を有する第１熱伝導部材とを有し、
   前記基材より大きい熱伝導率を有する第２熱伝導部材が、前記高熱伝導部において、前記第１熱伝導部材の前記ニップ部と反対側に設けられることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記加熱源は、ハロゲンヒータ又はカーボンヒータであることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. 前記第１熱伝導部材のニップ出口側に、下方に突出した突出部が形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の定着装置。
5. 前記第１熱伝導部材は、最小の通紙幅以外の領域にのみ、前記加熱源の長手方向に延在することを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の定着装置。
6. 前記第１熱伝導部材は、前記加熱源の長手方向全体に延在することを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の定着装置。
7. 前記基材より大きい熱容量又は熱伝導率を有する第３熱伝導部材又は前記支持部材が、前記第２熱伝導部材に当接していることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載の定着装置。
8. 前記第１熱伝導部材、前記第３熱伝導部材及び前記第２熱伝導部材は金属部材からなることを特徴とする請求項７に記載の定着装置。
9. 樹脂層が前記第１熱伝導部材と前記第２熱伝導部材の間に設けられることを特徴とする請求項７又は８に記載の定着装置。
10. 前記樹脂層は前記第２熱伝導部材より低い熱伝導率を有することを特徴とする請求項９に記載の定着装置。
11. 前記第３熱伝導部材及び前記第２熱伝導部材は別個に製造されることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載の定着装置。
12. 前記第１熱伝導部材のニップ出口側の上部が前記基材の側面に沿って上方に延在していることを特徴とする請求項２〜１１のいずれか一項に記載の定着装置。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。
    

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