JP2016014867A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着部材を加熱源が直接加熱する構成において、伝熱効率を高めてエネルギーの無駄を抑え、更なる省エネ性およびファーストプリントタイムを向上させる。
【解決手段】定着ベルト２０１はハロゲンヒータ２０３により直接加熱される。定着ベルト２０１のループ内には、ハロゲンヒータ２０３の光を反射させる反射部材２０６が配設されている。ハロゲンヒータ２０３と定着ベルト２０１との最短距離をＬ１とし、ハロゲンヒータ２０３と反射部材２０６との最短距離をＬ２とするとき、Ｌ１がＬ２よりも小さい（Ｌ１＜Ｌ２）ことにより、定着ベルト２０１への直射光が増加し、反射部材２０６へ当たる光が少なくなって光損失が小さくなる。したがって、ハロゲンヒータ２０３からの光を効率よく定着ベルト２０１に照射して加熱することができる。
【選択図】図３

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。

このような定着装置の一例として、ベルト方式の定着装置（例えば特許文献１）やセラミックヒータを用いたサーフ定着（フィルム定着）の定着装置（例えば特許文献２）が知られている。

ベルト方式の定着装置における近年の課題としては、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）。

前記の課題１を解決する方法として、セラミックヒータを用いたサーフ定着が提案されており、この方式により、低熱容量化・小型化が可能となったが、ニップ部のみを局所加熱しているため、その他の部分では加熱されておらず、ニップ部の入口において定着部材（フィルム）が最も冷えた状態にあり、定着不良が発生しやすくなるという問題がある。特に、高速機においては（定着部材の回転が速く、ニップ部以外での定着部材の放熱が多くなるため）、より定着不良が発生しやすくなるという問題がある（課題３）。

以上のような課題１〜３を解決するために、定着部材として無端ベルトを用いる構成において、そのベルト全体を温めることを可能にし、加熱待機時からのファーストプリントタイムを短縮することができ、かつ高速回転時の熱量不足を解消して、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ている（特許文献３）。

図１３は特許文献３に記載された定着装置の概略図である。無端ベルト８１の内部にパイプ状の金属熱伝導体８２を、無端ベルトの移動をガイドすることが可能に固定し、金属熱伝導体内の熱源８３により金属熱伝導体を介して無端ベルトを加熱する。さらに無端ベルトを介して金属熱伝導体に接してニップ部Ｎを形成する加圧ローラ８４を備え、該加圧ローラの回転に連れ回りするようにして無端ベルトを周方向に移動させる。この構成により、定着装置を構成する無端ベルト全体を温めることを可能にし、加熱待機時からのファーストプリントタイムを短縮することができ、かつ高速回転時の熱量不足を解消することが可能となっている。

しかしながら、更なる省エネ性およびファーストプリントタイム向上のためには熱効率を更に向上させる必要があり、無端ベルトを金属熱伝導体を介して間接的に加熱する構成ではなく、無端ベルトを（金属熱伝導体を介さずに）直接加熱する構成が考案された。この構成では伝熱効率が大幅に向上することにより消費電力を低減できるとともに、加熱待機時からのファーストプリントタイムを更に短縮することが実現できる。また、金属熱伝導体が不要なことによるコストダウンが可能となる。

無端ベルト等の定着部材を直接加熱する構成では、熱源から金属パイプなどを介して定着部材を加熱する構成に比べ、伝熱効率が大幅に向上するが、従来の構成では定着部材全面を加熱する構成であるため、定着部材やニップ部以外の不必要な部分、例えば熱源を支持する支持部材（ステー）なども加熱することとなり、伝熱効率や消費電力の点で無駄が生じるという新たな問題が発生した。

そこで、本発明は、定着部材を加熱源が直接加熱する構成において、伝熱効率を高めてエネルギーの無駄を抑え、更なる省エネ性およびファーストプリントタイムを向上させることのできる定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

この課題を解決するため、本発明は、回転可能な定着部材と、前記定着部材を加熱する加熱源と、前記定着部材内部に配設されたニップ形成部材と、前記定着部材を挟んで前記ニップ形成部材に圧接されて定着ニップを形成する加圧部材と、前記定着部材内部に配設され前記加熱源からの熱を前記定着部材に反射させる反射部材とを備える定着装置において、前記加熱源と前記定着部材との最短距離をＬ１とし、前記加熱源と前記反射部材との最短距離をＬ２とするとき、Ｌ１がＬ２よりも小さいことを特徴とする。

本発明の定着装置によれば、定着部材への直射光が増加し、反射部材へ当たる光が少なくなって光損失が小さくなる。したがって、加熱源からの光を効率よく定着部材に照射して加熱することができる。そのため、伝熱効率を高めてエネルギーの無駄を抑え、更なる省エネ性およびファーストプリントタイムを向上させることができる。

本発明に係る定着装置を搭載する画像形成装置の一例を示す断面構成図である。 実施形態に係る定着装置の概略構成図である。 その定着装置の特徴的な構成を説明するための模式図である。 定着装置の実施例２における特徴的な構成を説明するための模式図である。 反射部材の形状について説明する図である。 反射部材の構成が異なる実施例３を示す模式図である。 定着装置の第２実施形態を示す断面構成図である。 第２実施形態の定着装置における特徴的な構成を説明する模式図である。 定着装置の第３実施形態を示す断面構成図である。 遮光部材の平面図である。 Ａ３用紙に対応する位置に遮光部材を回動させた状態を示す図である。 ハガキに対応する位置に遮光部材を回動させた状態を示す図である。 特許文献３に記載された定着装置の概略図である。

先ず、図１を用いて本発明に係る定着装置を搭載する画像形成装置の一例を説明する。
図示の画像形成装置は、複数の色画像を形成する作像部がベルトの展張方向に沿って並置されたタンデム方式を用いるカラープリンタであるが、本発明はこの方式に限られず、プリンタだけではなく複写機やファクシミリ装置などを対象とすることも可能である。

画像形成装置１００では、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色に色分解された色にそれぞれ対応する像としての画像を形成可能な像担持体としての感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋを並設したタンデム構造が採用されている。

図示の構成では、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋに形成された像が、１次転写行程の実行により、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋに対峙しながら矢印Ａ１方向に移動可能な無端ベルトが用いられる中間転写体（以下、転写ベルトという）１１に対して重畳転写される。その後、中間転写体上の画像は記録シートなどが用いられる記録材Ｓに対して２次転写行程の実行により一括転写される。

各感光体ドラムの周囲には、感光体ドラムの回転に従い画像形成処理するための装置が配置されている。ブラック画像形成を行う感光体ドラム２０Ｂｋを例として説明すると、感光体ドラム２０Ｂｋの回転方向に沿って、画像形成処理を行う帯電装置３０Ｂｋ、現像装置４０Ｂｋ、１次転写ローラ１２Ｂｋ及びクリーニング装置５０Ｂｋが配置されている。感光体ドラムの帯電後に行われる書き込みには、光書込装置８が用いられる。

転写ベルト１１に対する重畳転写は、転写ベルト１１がＡ１方向に移動する過程において、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋに形成された可視像が、転写ベルト１１の同じ位置に重ねて転写されるように、転写ベルト１１を挟んで各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋに対向して配設された１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｂｋによる電圧印加によって、Ａ１方向上流側から下流側に向けてタイミングをずらして行われる。

各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋは、Ａ１方向の上流側からこの順で並んでいる。各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋは、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの画像をそれぞれ形成するための画像ステーションに備えられている。

画像形成装置１００は、色毎の画像形成処理を行う４つの画像ステーションと、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋの上方に対向して配設され、転写ベルト１１及び１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｂｋを備えた転写ベルトユニット１０と、転写ベルト１１に対向して配設され転写ベルト１１に従動し、連れ回りする転写部材としての転写ローラである２次転写ローラ５と、転写ベルト１１に対向して配設され転写ベルト１１上をクリーニングするクリーニング装置１３と、これら４つの画像ステーションの下方に対向して配設された光書き込み装置としての光書込装置８とを有している。

光書込装置８は、光源としての半導体レーザ、カップリングレンズ、ｆθレンズ、トロイダルレンズ、折り返しミラー及び偏向手段としての回転多面鏡などを装備している。光書込装置８は、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋに対して色毎に対応した書き込み光Ｌｂを出射して感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋに静電潜像を形成するように構成されている。書き込み光Ｌｂに関して、図１では便宜上、ブラック画像の画像ステーションのみを対象として符号が付けてあるが、その他の画像ステーションも同様である。

画像形成装置１００には、２次転写ローラ５と転写ベルト１１との間に向けて搬送される記録材Ｓを積載した給紙カセットとしてのシート給送装置６１と、シート給送装置６１から搬送されてきた記録材Ｓを、画像ステーションによるトナー像の形成タイミングに合わせた所定のタイミングで、２次転写ローラ５と転写ベルト１１との間の転写部に向けて繰り出すレジストローラ対４と、記録材Ｓの先端がレジストローラ対４に到達したことを検知する図示しないセンサとが設けられている。

また、画像形成装置１００には、トナー像が転写された記録材Ｓにトナー像を定着させるための定着装置２００と、トナー像の定着済みの記録材Ｓを画像形成装置１００の本体外部に排出する排紙ローラ７と、画像形成装置１００の本体上部に配設されて排紙ローラ７により画像形成装置１００の本体外部に排出された記録材Ｓを積載する排紙トレイ１７と、排紙トレイ１７の下側に位置し、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナーを充填されたトナーボトル９Ｙ、９Ｃ、９Ｍ、９Ｂｋとが備えられている。

転写ベルトユニット１０は、転写ベルト１１、１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｂｋの他に、転写ベルト１１が掛け回されている駆動ローラ７２及び従動ローラ７３を有している。

従動ローラ７３は、転写ベルト１１に対する張力付勢手段としての機能も備えており、このために、従動ローラ７３にはスプリングなどを用いた付勢手段が設けられている。このような転写ベルトユニット１０と、１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｂｋと、２次転写ローラ５と、クリーニング装置１３とで、転写装置７１が構成されている。

シート給送装置６１は、画像形成装置１００の本体下部に配設され、最上位の記録材Ｓの上面に当接する給送ローラ３を有しており、給送ローラ３が反時計回りに回転駆動されることにより、最上位の記録材Ｓをレジストローラ対４に向けて給送する。

転写装置７１に装備されているクリーニング装置１３は、詳細な図示を省略するが、転写ベルト１１に対向、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とを有している。そして、転写ベルト１１上の残留トナー等の異物をクリーニングブラシとクリーニングブレードとにより掻き取り、除去して、転写ベルト１１をクリーニングするようになっている。クリーニング装置１３はまた、転写ベルト１１から除去した残留トナーを搬出し廃棄するための図示しない排出手段を有している。

図２は実施形態に係る定着装置を示す概略構成図である。
本実施形態の定着装置２００は、加圧回転体である加圧ローラ２０２と定着部材である定着ベルト２０１を有し、加熱源であるハロゲンヒータ２０３により定着ベルト２０１が内周側から輻射熱で直接加熱される。また、定着ベルト２０１の外周面に対向し定着ベルト２０１の温度を検知する温度センサ２０７を有する。

定着ベルト２０１のループ内（定着部材の内側）には、定着ベルトを介して対向する加圧ローラ２０２に圧接されてニップを形成するニップ形成部材２０４があり、定着ベルト内面と直接もしくは摺動シート２０８を介して間接的に摺動するようになっている。図２ではニップ部Ｎの形状が平坦状であるが、凹形状やその他の形状であっても良い。（ニップの形状は凹形状の方が、記録紙先端の排出方向が加圧ローラ寄りになり、分離性が向上するのでジャムの発生が抑制される）。

定着ベルト２０１はニッケルやＳＵＳなどの金属ベルトやポリイミドなどの樹脂材料を用いた無端ベルト（もしくはフィルム）とする。ベルトの表層はＰＦＡまたはＰＴＦＥ層などの離型層を有し、トナーが付着しないように離型性を持たせている。ベルトの基材とＰＦＡまたはＰＴＦＥ層の間にはシリコーンゴムの層などで形成する弾性層があっても良い。シリコーンゴム層がない場合は熱容量が小さくなり、定着性が向上するが、未定着画像を押し潰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ユズ肌状の光沢ムラ（ユズ肌画像）が残るという不具合が生じる。これを改善するにはシリコーンゴム層を１００［μｍ］以上設ける必要がある。シリコーンゴム層の変形により、微小な凹凸が吸収されユズ肌画像が改善する。

定着ベルト２０１の内部にはニップ形成部材２０４を支持するための支持部材２０５（ステー）を設け、加圧ローラ２０２により圧力を受けるニップ形成部材２０４の撓みを防止し、軸方向で均一なニップ幅を得られるようにしている。この支持部材２０５は両端部で保持部材であるフランジ（図示せず）に保持固定され位置決めされている。また、加熱源２０３と支持部材２０５の間に反射部材２０６を備え、熱源２０３からの輻射熱などにより支持部材２０５が加熱されてしまうことによる無駄なエネルギー消費を抑制している。ここで反射部材２０６を備える代わりに支持部材２０５表面に断熱もしくは鏡面処理を行っても同様の効果を得ることか可能となる。熱源２０３は、図示したハロゲンヒータでも良いが、誘導加熱装置であっても良いし、抵抗発熱体、カーボンヒータ等であっても良い。

加圧ローラ２０２は芯金２０２ａに弾性ゴム層２０２ｂがあり、離型性を得るために表面に離型層（ＰＦＡまたはＰＴＦＥ層）が設けてある。加圧ローラ２０２は画像形成装置に設けられたモータなどの駆動源からギヤを介して駆動力が伝達され回転する。また、加圧ローラ２０２はスプリングなどにより定着ベルト２０１側に押し付けられており、弾性ゴム層２０２ｂが押し潰されて変形することにより、所定のニップ幅を有している。加圧ローラ２０２は中空のローラであっても良く、加圧ローラ２０２にハロゲンヒータなどの加熱源を有していても良い。弾性ゴム層２０２ｂはソリッドゴムでも良いが、加圧ローラ２０２内部にヒータなどの加熱源が無い場合は、スポンジゴムを用いても良い。スポンジゴムの方が、断熱性が高まり定着ベルトの熱が奪われにくくなるので、より望ましい。

定着ベルト２０１は加圧ローラ２０２により連れ回り（従動）回転する。本実施形態（第一実施形態）の場合は、加圧ローラ２０２が図示しない駆動源により回転し、ニップ部Ｎでベルトに駆動力が伝達されることにより定着ベルト２０１が回転する。定着ベルト２０１はニップ部Ｎで挟み込まれて回転し、ニップ部以外では両端部で保持部材（フランジ）にガイドされ、走行する。

このような構成により安価で、ウォームアップが速い定着装置を実現することが可能となる。

図３は、本発明の定着装置の特徴的な構成を説明するための模式図である。
加熱源としてのハロゲンヒータ２０３は、回転可能な定着部材である定着ベルト２０１から最短距離でＬ１だけ離れた位置に設置されている（定着ベルト２０１と加熱源の表面の距離をＬ１とする）。ハロゲンヒータ２０３から光が入射する定着ベルト２０１の内周面の反射率は５％以下であり、ヒータから定着ベルトへ入射した光はほとんど反射せずに定着ベルトに吸収される。この吸収した光により定着ベルト２０１の温度は上昇する。

一方、反射部材２０６は、定着ベルト２０１の回動軸方向（用紙搬送方向と直交する方向）に一様な形状であり、回動軸に垂直な断面が（ａ）図のように複数の平面、または（ｂ）図のように曲面で構成されており、加熱源の側に反射面が形成されている。反射部材２０６の反射面の反射率は９５％程度である。ハロゲンヒータ２０３から反射部材２０６に入射した光はほとんど反射するが、５％程度反射部材に吸収されて、反射部材の温度を上昇させる。この吸収された光は定着ベルト２０１を温めるエネルギーとはならないため光損失となる。

また光が、加熱源であるハロゲンヒータ２０３のガラス管を透過する際にもガラス管に５％程度光が吸収される。この吸収された光も定着ベルト２０１を温めるエネルギーとはならないため光損失となる。例えば、ハロゲンヒータ２０３から出射した光が反射部材２０６に当って反射され再びハロゲンヒータ２０３を通ることによって発生する損失である。

反射部材２０６は、ハロゲンヒータ２０３から最短距離でＬ２だけ離れた位置に設置されており（反射部材２０６と加熱源の表面の距離をＬ２とする）、距離Ｌ１とＬ２の関係はＬ１＜Ｌ２となっている。

距離Ｌ１は定着ベルト２０１に接触しない範囲で近づけたほうが良く、これにより定着ベルト２０１への直射光が増加し、光損失が小さくなる。
反射部材２０６は定着ベルト２０１の中心：Ｏよりも加熱源（ハロゲンヒータ２０３）の側に配置され、加熱源との距離Ｌ２がなるべく大きくなるように設置される。なお、定着ベルト２０１の中心：Ｏは、定着ベルト２０１が回転する際の回転中心、または、定着ニップ部Ｎの中心と定着ベルトの頂点を結んだときの距離（Ｈ）の半分の距離（１／２Ｈ）の位置とする。

このような構成により、反射部材２０６へ当たる光が減少し、反射部材２０６での光損失を減らすことができる。
また、加熱源（ハロゲンヒータ２０３）から反射部材２０６に当たり反射した反射光が再び加熱源を透過する「加熱源への再入射光」を減らすことができる。また反射部材２０６に当たった反射光が定着ベルト２０１の広い範囲に反射されるため、加熱源からの光を効率よく、定着部材である定着ベルト２０１に照射して加熱する。

図４は、定着装置の実施例２における特徴的な構成を説明するための軸方向断面模式図である。
実施例２の定着装置が図３の実施例１と異なる点は、軸断面で見たときの反射部材２０６の底部が、定着ベルト２０１の中心：Ｏよりもニップ側（加熱源と反対の側）に配置されていることである。その他の構成は図３の実施例１と同じであり、図３（ｂ）のように反射部材を曲面で構成してもよい。

本実施例２の構成では、反射部材２０６（の底部）を定着ベルト２０１の中心：Ｏよりもニップ側に配置したことにより、反射部材２０６と加熱源（ハロゲンヒータ２０３）表面との最短距離Ｌ２が実施例１の場合よりも大きくなり、定着ベルト２０１への直射光がより増加し、反射部材２０６に当たる光は減少する。

また、加熱源（ハロゲンヒータ２０３）から反射部材２０６に当たり反射した反射光が再び加熱源を透過する「加熱源への再入射光」をより減らすことができる。また反射部材に当たった反射光が定着ベルト２０１のより広い範囲に反射されるため、加熱源からの光を効率よく、定着部材に照射して加熱することができる。

ここで、反射部材の形状について、図５を参照して説明する。
上記実施例１及び２において、反射部材２０６を、定着ベルト２０１の回動軸に垂直な断面形状が複数の平面で構成する場合、その複数の平面は加熱源（ハロゲンヒータ２０３）を取り囲むように凹形状に設けている。反射部材２０６は定着ベルト２０１の回動軸方向（用紙搬送方向と直交する方向）に一様な少なくとも３つの面ｍ１，ｍ２，ｍ３で構成されている。これらの面は加熱源（ハロゲンヒータ２０３）を取り囲むように構成されていれば良い。面の数は３つ以上で構成されているものとする。図では３面で構成されたものを示している。なお、図３（ｂ）のように反射部材を曲面で構成する場合も反射面が加熱源に対し凹形状とし、加熱源を取り囲むように構成する。

定着ベルト２０１と加熱源（ハロゲンヒータ２０３）表面は最短距離Ｌ１で設置されている。反射部材２０６と加熱源（ハロゲンヒータ２０３）表面との最短距離をＬ２とするとそれらの距離の関係はＬ１＜Ｌ２となっている。

面ｍ１とｍ２の成す角度をθ１、面ｍ２とｍ３の成す角度をθ２としたとき、θ１及びθ２は９０度より大きく１８０度未満（９０°＜θ１＜１８０°、９０°＜θ２＜１８０°）となっている。θ１及びθ２は反射面の角度とする。また、θ１及びθ２はなるべく１８０度に近い角度で設定されることが望ましい。

このような構成にすることで、加熱源（ハロゲンヒータ２０３）から反射部材２０６に当たり反射した反射光が再び反射部材２０６に当る「反射部材間での多重反射」を減らすことができ、加熱源からの光を効率よく、定着部材に照射して加熱することができる。

図６は、反射部材の構成が異なる実施例３を示す模式図である。
実施例３の定着装置が上記実施例１及び２と異なる点は、反射部材２０６が、加熱源（ハロゲンヒータ２０３）に対して凸面状に構成されていることである。その他の構成は上記した実施例１及び２と同様に構成可能であり、図３（ｂ）のように反射部材を曲面で構成してもよい。図６では反射部材２０６を複数の平面で構成した例を示している。

図６において、反射部材２０６は加熱源（ハロゲンヒータ２０３）に対して凸面状の形状で構成され、反射部材２０６は軸方向に一様な少なくとも３つの面、ｍ１，ｍ２，ｍ３で構成されている。面ｍ１とｍ２の成す角度θ１、および面ｍ２とｍ３の成す角度θ２は、それぞれ、１８０度より大きく、２７０度未満となっている。なお、θ１及びθ２は反射面側での角度とする。

このような構成にすることで、加熱源（ハロゲンヒータ２０３）から反射部材２０６に当たり反射した反射光が再び反射部材２０６に当る「反射部材間での多重反射」を無くすことができる。また反射部材２０６に当たった反射光が面ｍ１とｍ３により定着ベルト２０１の広い範囲に反射されるため、加熱源（ハロゲンヒータ２０３）から反射部材２０６に当たり反射した反射光が再び加熱源を透過する「加熱源への再入射光」を減らすことができ、加熱源からの光を効率よく、定着部材に照射して加熱することができる。

図７は、定着装置の第２実施形態を示す断面構成図である。
この図に示す定着装置は、加熱源の構成が先に説明した第１実施形態の定着装置とは異なっている。本第２実施形態では、加熱源であるハロゲンヒータ２０３は３本のヒータで構成されている。その他の構成は基本的に先に説明した第１実施形態の定着装置と同様である。

図８にも示すように、ハロゲンヒータ２０３は、２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ（図８ではａ，ｂ，ｃとして説明）の３本のヒータで構成されている。各ヒータは、様々な紙幅の用紙に対応するため、軸方向に異なる発熱領域（発光分布）を有しており、また、軸方向の発光長さ（発熱領域長）が異なり、紙幅によって点灯するヒータを変えることで効率よく定着ベルト２０１を加熱する。

ハロゲンヒータ２０３を構成する第１ヒータ２０３ａは、定着ベルト２０１の回転軸方向における中央の２１０ｍｍのＡ４縦の幅の紙を加熱するために定着ベルトの中央部分（幅方向の中央部分）を加熱するための中央加熱ヒータである。ハロゲンヒータ２０３を構成する第２ヒータ２０３ｂは、定着ベルトの回転軸方向における定着ベルトの中央の２１０ｍｍ幅を除いた全幅を加熱するための端部加熱ヒータである。また、ハロゲンヒータ２０３を構成する第３ヒータ２０３ｃは、定着ベルトの回転軸方向における中央の１４８ｍｍのＡ５縦の幅の用紙を加熱するために定着ベルトの中央を加熱するＡ５用ヒータである。

図８を参照して、第２実施形態の定着装置における特徴的な構成を説明する。
第１ヒータ２０３ａは、定着ベルト２０１とヒータ表面が最短距離Ｌ１ａで設置されている。また、第１ヒータ２０３ａ表面と反射部材２０６との最短距離はＬ２ａであり、それらの距離の関係はＬ１ａ＜Ｌ２ａとなっている。

同様に、第２ヒータ２０３ｂは、定着ベルト２０１とヒータ表面が最短距離Ｌ１ｂで設置されている。また、第２ヒータ２０３ｂ表面と反射部材２０６との最短距離はＬ２ｂであり、それらの距離の関係はＬ１ｂ＜Ｌ２ｂとなっている。

同様に、第３ヒータ２０３ｃは、定着ベルト２０１とヒータ表面が最短距離Ｌ１ｃで設置されている。また、第３ヒータ２０３ｃ表面と反射部材２０６との最短距離はＬ２ｃであり、それらの距離の関係はＬ１ｃ＜Ｌ２ｃとなっている。

このように、加熱源（ハロゲンヒータ２０３）を構成するそれぞれのヒータが、定着ベルト２０１及び反射部材２０６との距離の関係がＬ１＜Ｌ２になっており、この構成により、どの用紙を通紙する場合も光を効率よく定着部材に照射することができる。

なお、図示例のように、全てのハロゲンヒータがＬ１＜Ｌ２になっていなくてもよい。例えば使用頻度の高いＡ４の中央加熱ヒータ（第１ヒータ２０３ａ）だけがＬ１＜Ｌ２の関係になっていても、Ａ４通紙時に光を効率よく定着部材に照射することができる。

図９は、定着装置の第３実施形態を示す断面構成図である。
この図に示す定着装置は、加熱源の構成が先に説明した第１実施形態および第２実施形態の定着装置とは異なっている。本第３実施形態では、加熱源であるハロゲンヒータ２０３は２本のヒータで構成されている。さらに、端部温度上昇を防止するための可動式の遮光部材２１０を備えた構成となっている。

遮光部材２１０は、図１０に示すように、用紙サイズに応じた開口（非遮光部）を有する形状となっており、図１１及び図１２に示すように、定着ベルト２０１の内側に沿って、ベルトに非接触で回動するように設けられている。そして、遮光部材２１０を用紙幅に対応する位置に回動させることで、加熱に不必要な領域を遮光する。図１１は、Ａ３用紙に対応する位置に遮光部材２１０を回動させた状態を示している。また、図１２は、ハガキに対応する位置に遮光部材２１０を回動させた状態を示している。

遮光部材２１０を備えることにより、幅の狭い用紙を連続通紙した場合でも、非通紙領域が過昇温状態になることがなく、過昇温領域をキャンセルするために生産性を落とす等の制御を行う必要がない。またこれに伴い、ハロゲンヒータの本数は、図７の第２実施形態の３本から２本に低減することが可能となっている。

本第３実施形態の定着装置においても、図では示していないが、２本構成のハロゲンヒータ２０３の各ヒータは、定着ベルト２０１及び反射部材２０６との距離の関係（ヒータと定着ベルトとの距離Ｌ１、ヒータと反射部材との距離Ｌ２）が、Ｌ１＜Ｌ２になっており、この構成により、どの用紙を通紙する場合も光を効率よく定着部材に照射することができる。

次に、下記の表１を参照して、本発明による定着装置と従来の定着装置とを比較した実験について説明する。この実験では、定着動作時の消費電力を測定することで発明の効果を確認した。実験に使用した定着装置は、いずれも１分間に最高６０枚の定着を行えるものである。また、本発明によるものと、従来の装置において、加熱源（いずれもハロゲンヒータを使用した）と定着部材（無端状定着ベルト）及び反射部材間の位置関係以外は、全て同じ構成の定着装置である。定着ベルトの直径は３０ｍｍである。

（ａ）は従来の定着装置であり、加熱源２０３と定着ベルト２０１の最短距離Ｌ１＝４ｍｍで加熱源２０３と反射部材２０６の最短距離Ｌ２＝２．５ｍｍでＬ１＞Ｌ２となっている。

（ｂ）は本発明の構成を有する定着装置であり、加熱源２０３と定着ベルト２０１の最短距離Ｌ１＝２．５ｍｍで加熱源２０３と反射部材２０６の最短距離Ｌ２＝４ｍｍでＬ１＜Ｌ２となっている。

（ｃ）は本発明の構成を有する定着装置であり、加熱源２０３と定着ベルト２０１の最短距離Ｌ１＝２．５ｍｍで加熱源２０３と反射部材２０６の最短距離Ｌ２＝４ｍｍでＬ１＜Ｌ２となっており、なおかつ反射部材２０６の底部の位置が、定着ベルトの中心：Ｏよりもニップ部側に位置している。

（ｄ）は本発明の構成を有する定着装置であり、（ｂ）のものよりも反射部材２０６を構成する一面とその隣り合う面とで、その角度が大きく開いているものである。加熱源２０３と定着ベルト２０１の最短距離Ｌ１＝２．５ｍｍで加熱源２０３と反射部材２０６の最短距離Ｌ２＝４ｍｍでＬ１＜Ｌ２となっており、角度θ１及びθ２は１５０°とした。

（ｅ）は第１実施形態（実施例３）の定着装置であり、反射部材２０６が加熱源２０３に対して凸面形状となっているものである。加熱源２０３と定着ベルト２０１の最短距離Ｌ１＝２．５ｍｍで加熱源２０３と反射部材２０６の最短距離Ｌ２＝４ｍｍでＬ１＜Ｌ２となっており、角度θ１及びθ２は２１０°とした。

（ｆ）は本発明の構成を有する定着装置であり、加熱源２０３と定着ベルト２０１の最短距離Ｌ１＝２．５ｍｍで加熱源２０３と反射部材２０６の最短距離Ｌ２＝６ｍｍでＬ１＜Ｌ２となっており、角度θ１及びθ２は１５０°とした。なおかつ反射部材２０６の底部の位置が、定着ベルト２０１の中心：Ｏよりもニップ部側に位置している。

（ｇ）は本発明の構成を有する定着装置であり、加熱源２０３と定着ベルト２０１の最短距離Ｌ１＝２．５ｍｍで加熱源２０３と反射部材２０６の最短距離Ｌ２＝６ｍｍでＬ１＜Ｌ２となっており、角度θ１及びθ２は２１０°とした。なおかつ反射部材２０６の底部の位置が、定着ベルトの中心：Ｏよりもニップ部側に位置している。

図１に示した画像形成装置に、（ａ）〜（ｇ）の定着装置をそれぞれ搭載し、電源ＯＦＦ時から電源をＯＮにして、Ａ４用紙５０枚の画像を作成が完了するまでに定着装置が消費する電力を測定した結果を表１に示す。表１より、（ｂ）の構成では、従来のものより消費電力を３％削減する効果があることがわかった。また、（ｃ）〜（ｇ）の構成では、５％〜９％程度の消費電力を削減する効果があることが分かった。

このように、本発明による定着装置によれば、加熱源と定着部材との最短距離をＬ１とし、加熱源と反射部材との最短距離をＬ２とするとき、Ｌ１がＬ２よりも小さい（Ｌ１＜Ｌ２）ことにより、定着部材への直射光が増加し、反射部材へ当たる光が少なくなって光損失が小さくなる。したがって、加熱源からの光を効率よく定着部材に照射して加熱することができる。そのため、伝熱効率を高めてエネルギーの無駄を抑え、更なる省エネ性およびファーストプリントタイムを向上させることができる。

また、反射部材の底部が定着部材の回転中心よりもニップ側に位置することにより、加熱源と反射部材との距離を大きくし、その結果、定着部材への熱が増加し、反射部材の熱は低減する。また反射部材に反射した熱が再び加熱源を透過する「加熱源への再入射」を減らすことで、効率よく定着部材を加熱できる。これらにより反射部材と加熱源の設置が容易となり、省エネ性、伝熱効率を高くすることができ、従来の定着装置よりも消費電力を削減出来る。さらに加熱待機時からのファーストプリントタイムを短縮することが出来る。

また、反射部材は定着部材の回転軸に直交する方向の断面形状が加熱源に対して凹面状に設けられ、その反射部材が加熱源を取り囲むように連続する少なくとも３つの平面ｍ１，ｍ２，ｍ３で構成され、各平面ｍ１，ｍ２，ｍ３の隣接する面との成す角度（ただし加熱源に対向する面の成す角度）が９０°より大きく１８０°未満であることにより、加熱源と定着部材の最短距離を、反射部材と加熱源との最短距離よりも小さくすることが容易となり、さらに加熱源から反射部材に当たり反射した熱が再び反射部材に当る「反射部材間での多重反射」を減らすことが出来るので、熱を効率よく定着部材に照射して加熱することができる。これにより省エネ性、伝熱効率を高くすることができ、従来の定着装置よりも消費電力を削減出来る。さらに加熱待機時からのファーストプリントタイムを短縮することが出来る。

また、反射部材は定着部材の回転軸に直交する方向の断面形状が加熱源に対して凸面状に設けられ、その反射部材が連続する少なくとも３つの平面ｍ１，ｍ２，ｍ３で構成され、各平面ｍ１，ｍ２，ｍ３の隣接する面との成す角度（ただし加熱源に対向する面の成す角度）が１８０°より大きく２７０°未満であることにより、加熱源から反射部材に当たり反射した熱が再び反射部材に当る「反射部材間での多重反射」を無くすことができる。また、加熱源から反射部材に当たり反射した熱が定着部材の広い範囲に反射され、再び加熱源を透過する「加熱源への再入射」を減らすことができるので、加熱源からの熱を効率よく定着部材に照射して加熱することができる。これにより省エネ性、伝熱効率を高くすることができ、従来の定着装置よりも消費電力を削減出来る。さらに加熱待機時からのファーストプリントタイムを短縮することが出来る。

また、加熱源が複数のヒータから成り、そのヒータの全てにおいてＬ１がＬ２よりも小さいことにより、複数のヒータで加熱源を構成した場合であっても、加熱源からの光を効率よく定着部材に照射して加熱することができる。

また、加熱源からの熱を用紙サイズに応じて遮光可能な可動式遮光部材を備えることにより、用紙幅に対応して不必要な領域への熱を遮断することができる。そのため、小サイズ用紙を連続通紙した場合でも、非通紙領域の温度が過剰に高くなることを防いで、生産性の低下を抑制することができる。また、トナーのホットオフセットを防ぐことができる。

以上、本発明を図示例に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の範囲内で適宜変更可能なものである。例えば、定着装置の加熱源の数や配置場所などは本発明の範囲内で任意である。定着部材としてのベルトやフィルムの材質、あるいは加圧部材の構成等も適宜なものを採用可能である。

また、画像形成装置の構成も任意であり、４色トナーを用いるものに限らず、３色のトナーを用いるフルカラー機や、２色のトナーによる多色機、あるいはモノクロ装置にも本発明を適用することができる。もちろん、画像形成装置としてはプリンタに限らず、複写機やファクシミリ、あるいは複数の機能を備える複合機であっても良い。

２０ 感光体ドラム
１００ 画像形成装置
２００ 定着装置
２０１ 定着ベルト（定着部材）
２０２ 加圧ローラ（加圧部材）
２０３ ハロゲンヒータ（加熱源）
２０４ ニップ形成部材
２０５ ステー（支持部材）
２０６ 反射部材
２１０ 可動遮光板
Ｌ１ 加熱源と定着ベルトの最短距離
Ｌ２ 加熱源と反射部材の最短距離
Ｎ 定着ニップ
Ｏ 定着ベルトの中心

特開２００４−２８６９２２号公報 特許第２８６１２８０号公報 特開２００７−３３４２０５号公報

この課題を解決するため、本発明は、回転可能な定着部材と、前記定着部材を加熱する加熱源と、前記定着部材内部に配設されたニップ形成部材と、前記定着部材を挟んで前記ニップ形成部材に圧接されて定着ニップを形成する加圧部材と、前記定着部材内部に配設され前記加熱源からの光を前記定着部材に反射させる反射部材とを備える定着装置において、前記加熱源と前記定着部材との最短距離をＬ１とし、前記加熱源と前記反射部材との最短距離をＬ２とするとき、Ｌ１がＬ２よりも小さいことを特徴とする。

また、反射部材の底部が定着部材の回転中心よりもニップ側に位置することにより、加熱源と反射部材との距離を大きくし、その結果、定着部材への熱が増加し、反射部材の熱は低減する。また反射部材に反射した光が再び加熱源を透過する「加熱源への再入射」を減らすことで、効率よく定着部材を加熱できる。これらにより反射部材と加熱源の設置が容易となり、省エネ性、伝熱効率を高くすることができ、従来の定着装置よりも消費電力を削減出来る。さらに加熱待機時からのファーストプリントタイムを短縮することが出来る。

また、反射部材は定着部材の回転軸に直交する方向の断面形状が加熱源に対して凹面状に設けられ、その反射部材が加熱源を取り囲むように連続する少なくとも３つの平面ｍ１，ｍ２，ｍ３で構成され、各平面ｍ１，ｍ２，ｍ３の隣接する面との成す角度（ただし加熱源に対向する面の成す角度）が９０°より大きく１８０°未満であることにより、加熱源と定着部材の最短距離を、反射部材と加熱源との最短距離よりも小さくすることが容易となり、さらに加熱源から反射部材に当たり反射した光が再び反射部材に当る「反射部材間での多重反射」を減らすことが出来るので、光を効率よく定着部材に照射して加熱することができる。これにより省エネ性、伝熱効率を高くすることができ、従来の定着装置よりも消費電力を削減出来る。さらに加熱待機時からのファーストプリントタイムを短縮することが出来る。

また、反射部材は定着部材の回転軸に直交する方向の断面形状が加熱源に対して凸面状に設けられ、その反射部材が連続する少なくとも３つの平面ｍ１，ｍ２，ｍ３で構成され、各平面ｍ１，ｍ２，ｍ３の隣接する面との成す角度（ただし加熱源に対向する面の成す角度）が１８０°より大きく２７０°未満であることにより、加熱源から反射部材に当たり反射した光が再び反射部材に当る「反射部材間での多重反射」を無くすことができる。また、加熱源から反射部材に当たり反射した光が定着部材の広い範囲に反射され、再び加熱源を透過する「加熱源への再入射」を減らすことができるので、加熱源からの光を効率よく定着部材に照射して加熱することができる。これにより省エネ性、伝熱効率を高くすることができ、従来の定着装置よりも消費電力を削減出来る。さらに加熱待機時からのファーストプリントタイムを短縮することが出来る。

また、加熱源からの光を用紙サイズに応じて遮光可能な可動式遮光部材を備えることにより、用紙幅に対応して不必要な領域への熱を遮断することができる。そのため、小サイズ用紙を連続通紙した場合でも、非通紙領域の温度が過剰に高くなることを防いで、生産性の低下を抑制することができる。また、トナーのホットオフセットを防ぐことができる。

Claims (8)

1. 回転可能な定着部材と、前記定着部材を加熱する加熱源と、前記定着部材内部に配設されたニップ形成部材と、前記定着部材を挟んで前記ニップ形成部材に圧接されて定着ニップを形成する加圧部材と、前記定着部材内部に配設され前記加熱源からの熱を前記定着部材に反射させる反射部材とを備える定着装置において、
   前記加熱源と前記定着部材との最短距離をＬ１とし、前記加熱源と前記反射部材との最短距離をＬ２とするとき、Ｌ１がＬ２よりも小さいことを特徴とする定着装置。
2. 前記反射部材の少なくとも一部領域が、前記定着部材の回転中心よりも前記定着ニップ側に位置することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記少なくとも一部領域は、前記ニップ形成部材との距離で最短である反射部材の面を含むことを特徴とする、請求項２に記載の定着装置。
4. 前記反射部材は前記定着部材の回転軸に直交する方向の断面形状が前記加熱源に対して凹面状に設けられ、該反射部材が前記加熱源を取り囲むように連続する少なくとも３つの平面ｍ１，ｍ２，ｍ３で構成され、前記平面ｍ１，ｍ２，ｍ３の隣接する面との成す角度（ただし前記加熱源に対向する面の成す角度）が９０°より大きく１８０°未満であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 前記反射部材は前記定着部材の回転軸に直交する方向の断面形状が前記加熱源に対して凸面状に設けられ、該反射部材が連続する少なくとも３つの平面ｍ１，ｍ２，ｍ３で構成され、前記平面ｍ１，ｍ２，ｍ３の隣接する面との成す角度（ただし前記加熱源に対向する面の成す角度）が１８０°より大きく２７０°未満であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置。
6. 前記加熱源が複数のヒータから成り、ヒータごとに前記定着部材との最短距離をＬ１とし前記反射部材との最短距離をＬ２とするとき、前記複数のヒータの全てにおいてＬ１がＬ２よりも小さいことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の定着装置。
7. 前記加熱源からの熱を用紙サイズに応じて遮光可能な可動式遮光部材を備えることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の定着装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の定着装置を搭載することを特徴とする画像形成装置。
   
   

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