JP2016126323A - ニップ形成ユニット、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着部材の安定な走行を維持しながら良好な加熱効率を得ることができ、残留トナーの再溶融による固着問題の解消にも寄与するニップ形成ユニットを提供する。【解決手段】可撓性を有し回転可能に支持された無端状の定着部材１４の内部に設けられ、定着部材１４と定着部材１４に対向する対向部材１６との間に記録媒体Ｓを挟持して搬送するニップを形成するためのニップ形成部材２２と、定着部材１４の長手方向における通紙領域の少なくとも中央部を加熱する定着熱源２８と、ニップ形成部材２２に設けられ、定着部材１４の長手方向における端部の内面を加熱する端部熱源２４とを有するニップ形成ユニット１８。【選択図】図２

Description

本発明は、ニップ形成ユニット、定着装置及び画像形成装置に関する。

複写機やプリンタ等の画像形成装置では様々なサイズの用紙が用いられている。
定着装置のヒータの長さを最大サイズの用紙に対応したものにすると、小サイズの用紙を通紙した場合、端部（非通紙部）の温度上昇が大きくなるため用紙の搬送速度を遅くして生産性を落とす必要がある。
この問題に対処すべく、定着ローラの内部に中央部の配光分布が密なハロゲンヒータと、端部付近の配光分布が密なハロゲンヒータとを設け、小サイズの用紙のときは中央部の配光分布が密なハロゲンヒータのみを点灯する定着装置が知られている。
用紙全体における使用頻度はごく少ないものの、Ａ３サイズよりも一回り大きいＡ３ノビや１３インチといった大サイズ（特殊サイズ）の用紙も使用される場合がある。
このような大サイズの用紙に対応した配光分布を有するハロゲンヒータを別途設けようとしても、小型化に基づく定着ローラの径サイズの制約があり困難である。

特許文献１には、定着温度への立ち上がりが早い薄肉で可撓性を有する無端状のベルト部材の内部にニップ形成ユニットを設け、ベルト部材と加圧ローラとの間に、ニップ形成ユニットと加圧ローラとの当接圧によってニップを形成する定着装置が開示されている。
ベルト部材の内部には、配光分布が異なる複数のハロゲンヒータが設けられている。
定着ローラとしてのベルト部材の長手方向の両端部には、ベルト部材の回転方向におけるニップの上流側の位置に大サイズの用紙に対応可能な端部熱源が設けられている。
端部熱源は、ベルト部材の内面または外面に接触するように設けられている。
端部熱源を設ける構成とすることにより、大サイズ専用のハロゲンヒータを追加することなく簡単な構成で大サイズの用紙にも対応可能となる。

特許文献１に記載された構成では、ニップ部よりもベルト走行方向上流側の位置において定着ベルトの端部を端部ヒータで加熱しており、定着ベルトは走行時にその端部がばたついて端部ヒータとの接触が不確実であることから、ベルト端部と端部ヒータとを所定の圧接力で圧接させる構成を採用している。このため、ニップ部の他の箇所でも定着ベルトに対して圧力が作用する構成であることから、定着ベルトが走行不良となる虞が高いという問題点がある。
さらに、搬送される用紙に定着されなかった残留トナーが端部熱源の位置のベルト部材上で再溶融され、これが固着トナーとして残るといった不具合も発生していた。

本発明は、このような現状に鑑みてなされたものであり、定着部材の安定な走行を維持しながら良好な加熱効率を得ることができ、残留トナーの再溶融による固着問題の解消にも寄与するニップ形成ユニットの提供をその主な目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のニップ形成ユニットは、可撓性を有し回転可能に支持された無端状の定着部材の内部に設けられ、前記定着部材と該定着部材に対向する対向部材との間に記録媒体を挟持して搬送するニップを形成するためのニップ形成部材と、前記定着部材の長手方向における通紙領域の少なくとも中央部を加熱する定着熱源と、前記ニップ形成部材に設けられ、前記定着部材の長手方向における端部の内面を加熱する端部熱源とを有することを特徴とする。

本発明によれば、定着部材の安定な走行を維持しながら良好な加熱効率を得ることができ、残留トナーの再溶融による固着問題の解消にも寄与するニップ形成ユニットを提供できる。また、定着部材が圧力を受けるニップに端部熱源が設けられていることから定着部材が圧力を受ける箇所を１箇所とすることができ、定着部材が走行不良となる虞を低減することが可能なニップ形成ユニットを提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置としてのカラープリンタの概要構成図である。 ニップ部位の概要断面図である。 ニップ幅を示すニップ部位の概要断面図である。 定着ベルトの支持構成を示す要部斜視図である。 ハロゲンヒータの配光分布と端部ヒータとの位置関係を示す図である。 ニップ形成ユニットの分解斜視図である。 端部ヒータ及びニップ形成部材と定着ベルトとの接触状態を示す要部断面図で、（ａ）は第１の実施形態の図、（ｂ）は変形例の図である。 他の変形例における端部ヒータ及びニップ形成部材と定着ベルトとの接触状態を示す要部断面図で、（ａ）はニップ形成前の状態を示す図、（ｂ）はニップ形成時の状態を示す図である。 さらに他の変形例における端部ヒータ及びニップ形成部材と定着ベルトとの接触状態を示す要部断面図である。 第２の実施形態おけるハロゲンヒータの配熱出力を示す図で、（ａ）は従来のハロゲンヒータの端部の温度低下を説明するための図、（ｂ）は第２の実施形態による効果を示す図である。 第２の実施形態おけるハロゲンヒータの配光分布と端部ヒータとの位置関係を示す図である。 第２の実施形態の変形例におけるハロゲンヒータの配光分布と端部ヒータとの位置関係を示す図である。 各実施形態におけるハロゲンヒータと端部ヒータの通電構成を示す図である。 図１３の通電構成における通電パターンを示す図である。 各実施形態におけるハロゲンヒータと端部ヒータの通電構成の変形例を示す図である。 図１５の通電構成における通電パターンを示す図である。 各実施形態に用いられる摺動シートを説明する図である。 各実施形態に用いられる端部ヒータを説明する図である。 各実施形態に用いられる抵抗発熱体と定着ベルトとの位置関係を説明する図である。 各実施形態の変形例に用いられるニップ形成ユニットを示す図である。 各実施形態の他の変形例に用いられるハロゲンヒータと端部ヒータの通電構成を示す図である。 各実施形態に用いられる金属製の定着ベルトを説明する図である。

以下、図を参照して本発明の実施形態を説明する。
先ず、本実施形態を説明する前に従来の構成及び問題点について説明する。
小サイズ用紙を定着する場合は中央部の配光分布が密なハロゲンヒータを点灯し、大サイズ用紙を定着する場合は端部付近の配光分布が密なハロゲンヒータを一緒に、かつ適当なオン・オフ配分で点灯することで様々なサイズの用紙に対応している。

ここで用紙サイズと使用頻度について言及すると、通常使用される用紙は最大Ａ３サイズまでがほとんどであり、Ａ３サイズの用紙は縦方向に通紙される。
特に使用頻度が高いＡ４またはＬＴサイズの用紙に関しても生産性を上げるべく横方向に通紙されることが多い。
このため定着の加熱幅としては、約３００ｍｍを確保しておけばほとんどの場合、機種によっては９９％以上を網羅することができる。
一方で、全体に対する使用頻度はごく少ないがＡ３ノビや１３インチといったＡ３幅よりも大サイズの用紙対応が要求されている。

ハロゲンヒータによる加熱方式の場合、直径３０ｍｍ程度の定着ローラ内部に小サイズに対応した複数のヒータを設けるため、ヒータ本数を容易に増やせない。このため、Ａ３幅よりも大サイズの用紙幅に合わせて端部配光分布が密なハロゲンヒータを長くせざるを得ない。
上述のように、使用頻度で考えると３００ｍｍ幅程度の加熱が圧倒的に多いが、上記長いハロゲンヒータを用いた場合には３３０ｍｍ幅近辺まで加熱されてしまい、差分の消費エネルギが無駄になる。
さらには、Ａ３またはＡ４横（Ａ４Ｙ）サイズでの通紙時の３３０ｍｍ幅の端部付近が温度上昇してしまい、これを冷やすために生産性を落としたりファンを設けたりする必要があった。
反射板を設けた場合には、ヒータ端部が異常に温度上昇するといった不具合も発生していた。
このような問題に対処すべく、特許文献１に記載の装置が提案された経緯となっている。

図１ないし図９に基づいて、上述した特許文献１の問題点を解消する本発明の第１の実施形態を説明する。
先ず、図１に基づいて本実施形態に係る画像形成装置の構成の概要を説明する。
画像形成装置１００は、複数の色画像を形成する作像部が中間転写ベルトの移動方向に沿って並置されたタンデム方式のカラープリンタである。

画像形成装置１００は、イエロ（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色に分解された色にそれぞれ対応する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を有している。
各感光体ドラム２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋに形成された可視像としてのトナー像は、各感光体ドラムに対向しながら矢印Ａ１方向に移動可能な中間転写体としての中間転写ベルト１１に重ね合わせて１次転写される。
その後、記録媒体としての用紙Ｓに対して２次転写工程によりトナー像が一括転写される。
各感光体ドラム２０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。

ブラック画像の形成を行う感光体ドラム２０Ｂｋを代表して、画像形成処理するための装置を説明する。
感光体ドラム２０Ｂｋの周囲には、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が順に配置されている。
帯電装置３０Ｂｋによる帯電後、感光体ドラム２０Ｂｋの表面に光書込装置８により画像情報に基づく光書き込みが行われ、静電潜像が形成される。
静電潜像は現像装置４０Ｂｋによりトナー像として可視化される。

各感光体ドラム２０に形成されたトナー像は、中間転写ベルト１１がＡ１方向に移動する過程において、中間転写ベルト１１の同じ位置に重ねて転写される。
上記１次転写は、中間転写ベルト１１を挟んで各感光体ドラム２０に対向して配設された１次転写ローラ１２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、中間転写ベルト１１の移動方向の上流側からこの色順で並んでいる。
各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋは、イエロ、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２０の上方に対向して配設され、中間転写ベルト１１及び１次転写ローラ１２Ｙ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｂｋを備えた中間転写ベルトユニット１０とを有している。
また、画像形成装置１００は、中間転写ベルト１１に対向して配設され中間転写ベルト１１に従動して連れ回りする２次転写手段としての２次転写ローラ５を有している。
また、画像形成装置１００は、中間転写ベルト１１に対向して配設され中間転写ベルト１１上をクリーニングする中間転写ベルトクリーニング装置１３を有している。
光書込装置８は、４つの画像ステーションの下方に、これらに対向して配設されている。

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等を装備している。
光書込装置８は、各感光体ドラム２０に対して、色毎に対応した書き込み光Ｌｂを出射して各感光体ドラム２０に静電潜像を形成する。
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書き込み光に符号Ｌｂを付けているが、その他の画像ステーションにおいても同様である。

画像形成装置１００の下部には、各感光体ドラム２０と中間転写ベルト１１との間に向けて搬送される用紙Ｓを積載した給紙カセットとしてのシート給送装置６１が設けられている。
シート給送装置６１から搬送されてきた用紙Ｓは、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、レジストローラ対４により中間転写ベルト１１と２次転写ローラ５との間の２次転写部に向けて繰り出される。
用紙Ｓの先端がレジストローラ対４に到達したことは、図示しないセンサによって検知される。

トナー像が転写された用紙Ｓは定着装置１５０に送られ、ここで熱と圧力を加えられてトナー像を定着される。
定着済みの用紙Ｓは、排紙ローラ対７により排紙トレイとしての画像形成装置本体の上面に排出される。
画像形成装置本体の上面の下方には、イエロ、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が備えられている。

中間転写ベルトユニット１０は、中間転写ベルト１１、１次転写ローラ１２Ｙ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｂｋの他に、中間転写ベルト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、中間転写ベルト１１に対する張力付勢手段としての機能も備えており、このため従動ローラ７３にはバネ等を用いた付勢手段が設けられている。
中間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、中間転写ベルトクリーニング装置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、最上位の用紙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が反時計回り方向に回転駆動されることにより、最上位の用紙Ｓをレジストローラ対４に向けて給送する。

転写装置７１に装備されている中間転写ベルトクリーニング装置１３は、中間転写ベルト１１に対向及び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。
中間転写ベルトクリーニング装置１３は、中間転写ベルト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って除去する。
中間転写ベルトクリーニング装置１３はまた、中間転写ベルト１１から除去した残留トナーを搬出し廃棄するための排出手段を有している。

図２ないし図９に基づいて、定着装置１５０の構成を詳細に説明する。
図２に示すように、定着装置１５０は、薄肉で可撓性を有する無端状の定着部材としての定着ベルト１４と、定着ベルト１４に対向して配置された対向部材としての加圧ローラ１６とを有している。
定着ベルト１４の内部には、定着ベルト１４と加圧ローラ１６との間に用紙Ｓを挟持して搬送するニップＮを形成するためのニップ形成ユニット１８が設けられている。
ニップ形成ユニット１８は、加圧ローラ１６に対向して定着ベルト１４の内側に配置されたニップ形成部材２２と、ニップ形成部材２２の両端部に一体に設けられた端部熱源としての端部ヒータ２４と、ニップ形成部材２２を加圧ローラ１６からの加圧力に対抗して保持するステー部材２６とを有している。

ニップ形成部材２２は、図１７に示すように摺動シートとしての低摩擦シート６を介して定着ベルト１４の内面と摺動する。
低摩擦シート６にフッ素グリースやシリコーンオイル等の潤滑剤を塗布することで、摺動トルクを低減することができる。
低摩擦シート６を設けることなく、ニップ形成部材２２が定着ベルト１４の内面に直に接触する構成としてもよい。

ステー部材２６は、ニップＮ側と反対側が開口されたボックス形状を有し、その内部には定着熱源としてのハロゲンヒータ２８ａ，２８ｂが配置されている。
定着ベルト１４は、ステー部材２６の開口側において、ハロゲンヒータ２８ａ，２８ｂにより内面側から輻射熱で直接加熱される。

ハロゲンヒータ２８ａ，２８ｂによる加熱効率を上げるために、ステー部材２６の内面には、ハロゲンヒータ２８ａ，２８ｂから放射される光を定着ベルト１４へ反射する板状の反射部材３１が設けられている。
反射部材３１は、ハロゲンヒータ２８ａ，２８ｂからの輻射熱等によりステー部材２６が加熱されてしまうことによる無駄なエネルギ消費を抑制するために設けられている。
反射部材３１を設ける代わりに、ステー部材２６の内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ができる。

加圧ローラ１６は、図３に示すように、中空の金属ローラ１６ａにシリコーンのゴム層１６ｂを設けた構成を有している。
離型性を得るためにゴム層１６ｂの表面には、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂）またはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）からなる層厚５〜５０μｍの離型層が設けてある。
加圧ローラ１６は、画像形成装置に設けられたモータ等の駆動源からギヤを介して駆動力が伝達されて回転する。
また、加圧ローラ１６はスプリング等により定着ベルト１４側に押し付けられており、加圧ローラ１６のゴム層１６ｂが押し潰されて変形することにより、用紙搬送方向に所定のニップ幅Ｎｗが形成される。

加圧ローラ１６は中実のローラであってもよいが、中空のほうが熱容量は少なくてよい。加圧ローラ１６は内部にハロゲンヒータ等の加熱源を有していてもよい。
ゴム層１６ｂはソリッドゴムでもよいが、加圧ローラ内部にヒータ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１４の熱が奪われにくくなるのでより望ましい。

定着ベルト１４は、層厚３０〜５０μｍのニッケルやＳＵＳ等の金属ベルトやポリイミド等の樹脂材料を用いた無端ベルト、もしくはフィルムである。
ベルトの表層はＰＦＡまたはＰＴＦＥ層等の離型層を有し、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層との間には、他にシリコーンゴムの層等で形成する弾性層があってもよい。
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するときにベルト表面の微妙な凹凸が画像に転写されて画像のベタ部に含む定着ムラ（光沢ムラ）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１００μｍ以上設ける必要がある。シリコーンゴム層の変形により、微妙な凹凸が吸収され定着ムラが改善する。
定着ベルト１４は、加圧ローラ１６の回転により接触摩擦で連れ回り回転する。
定着ベルト１４はニップＮで挟み込まれて回転するが、ニップＮ以外では両端部を円筒状のまま保持されており、定着ベルト１４の断面形状は安定的に円形状に維持される。
また、図２に示すようにニップＮの用紙搬送方向下流側には、定着ベルト１４から用紙Ｓを分離する分離部材３２が設けられている。

本実施形態では、図１、図３に示すようにニップＮの形状を平坦状にしているが、加圧ローラ１６側から見て定着ベルト１４側に凸となる凹形状やその他の形状であってもよい。
ニップＮの形状は、凹形状の方が用紙先端の排出方向が加圧ローラ１６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。
この場合、ニップ形成部材２２のニップ形成面が凹形状に形成されるが、この場合にはニップ形成部材２２に一体に設けられた端部ヒータ２４ａ，２４ｂの接触面もニップ形成面に沿った形状としてもよい。

ステー部材２６は、加圧ローラ１６から圧力を受けるニップ形成部材２２の撓みを防止し、軸方向で均一なニップ幅が得られる働きをしている。
本実施形態では、加圧ローラ１６を定着ベルト１４側へ押圧してニップＮを形成する構成としたが、ニップ形成ユニット１８を加圧ローラ１６側へ押圧してニップＮを形成する構成としてもよい。
ステー部材２６は、ニップ形成部材２２を支持するために十分な撓み強度を備えており、材質としてはステンレスや鉄といった金属材料、セラミックス等の金属酸化物が用いられる。

図４に示すように、定着ベルト１４はその軸方向における両端側を、側板３４から軸方向に突出する支持部材としてのフランジ３６により回転可能に支持されている。図４では定着ベルト１４の軸方向における一方側の支持構成を示しているが、他方側も同様に構成されている。
定着ベルト１４の両端部をガイドするフランジ３６は、定着ベルト１４の内径とほぼ同等の外径を有し、定着ベルト１４の両端から内側に５〜１０ｍｍ入り込む長さを有している。
定着ベルト１４は、フランジ３６によりガイドされることにより、走行中（回転中）においてもその断面形状を円形状に維持される。
フランジ３６のニップＮに対応する部分は、ニップ形成ユニット１８を所定の位置に配置するために開口されている。
ステー部材２６は、定着ベルト１４の軸方向全体にわたって延びる長さを有し、両側を側板３４に固定され位置決めされた状態で支持されている。

図５に示すように、ハロゲンヒータ２８ａは定着ベルト１４の長手方向における中央部の配光分布が密な小サイズ対応のハロゲンヒータである。
ハロゲンヒータ２８ｂは、長手方向における両端部の配光分布が密なＡ３サイズ等のサイズに対応したハロゲンヒータである。
用紙Ｓが小サイズのときはハロゲンヒータ２８ａのみが点灯され、非通紙部が無駄に加熱されることが防止される。

Ａ３サイズの幅やＡ４サイズを横向きにしたＡ４Ｙの幅と、Ａ３ノビ（３２９ｍｍ）及び１３インチ（３３０ｍｍ）との差は３２〜３３ｍｍである。
従って、定着ベルト１４の軸方向両端部のみを加熱する方式であれば、上記の半分である１６〜１６．５ｍｍの幅だけ端部を加熱できれば、図５に示すようにＡ３サイズからＡ３ノビ等へと用紙対応幅が広がる。
換言すれば、ハロゲンヒータ２８ｂの端部における配光分布が密でない部分を加熱できれば、Ａ３ノビ等の大サイズの用紙にも対応可能となる。
よって、端部ヒータ２４ａ，２４ｂの軸方向の長さは２０ｍｍ程度の小型なヒータで済む。

Ａ３ノビや１３インチ等の大サイズの用紙を通紙する場合には、ハロゲンヒータ２８ａ，２８ｂ及び端部ヒータ２４ａ，２４ｂに通電する。
Ａ３サイズ以下の用紙を通紙する場合には、ハロゲンヒータ２８ａ及び２８ｂ、あるいはハロゲンヒータ２８ａのみ通電し、端部ヒータ２４ａ，２４ｂには通電しない。
ハロゲンヒータ２８ｂをＡ３ノビ等の大サイズの用紙に対応可能な加熱構成とすると、大サイズの用紙を通紙しない場合にもその部分を加熱することになって無駄なエネルギを消費することになる。
本実施形態の構成によれば、定着ベルト１４の両端部ないし両端近傍に端部ヒータ２４ａ，２４ｂを追加するという簡単な構成の付加によって上記問題を解消することができる。

図６に示すように、ステー部材２６の加圧ローラ１６側の側面２６ａには定着ベルト１４の長手方向に延びる２つの突条２６ｂ，２６ｃが形成されている。
直方体状のニップ形成部材２２は、突条２６ｂ，２６ｃ間に収容されて位置決めされ、接着等の手段により側面２６ａに固定されている。
ニップ形成部材２２の長手方向の両端部には、段差部としての凹部２２ａ，２２ｂが形成され、これらには端部ヒータ２４ａ，２４ｂが収容されて接着等の手段により固定されている。
ニップ形成部材２２の加圧ローラ１６に対向する面はニップ形成面２２ｃとしてなる。

ここで端部ヒータ２４ａ，２４ｂについて説明する。本実施形態に用いられる端部ヒータ２４ａ，２４ｂはそれぞれ同じものであり、図１８に端部ヒータ２４ａを代表して示す。
端部ヒータ２４ａは、外形が１０ｍｍ×２０ｍｍ程度のセラミック基材５１に発熱部材である抵抗発熱体５２をパターニングし、その上に薄膜のガラス層による絶縁層５３を積層して構成されている。端部ヒータ２４ａの端部には、電源及びスイッチング素子と接続される端子５４が設けられている。

上述のように、端部ヒータ２４ａ，２４ｂはその一方の面側に抵抗発熱体５２を有しており、抵抗発熱体５２を有する一方の面側が主に発熱して他方の面側にはあまり熱が届かないように構成されている。
本実施形態に用いられる端部ヒータ２４ａ，２４ｂは、凹部２２ａ，２２ｂと接する側に抵抗発熱体５２を有しており、その面側にそれぞれ端子５４が設けられている。
端部ヒータ２４ａ，２４ｂは、図１９に示すように、定着ベルト１４と接しない側に抵抗発熱体５２を配置することにより、万が一絶縁層５３が破損しても供給される電力が定着ベルト１４に到達しないように構成されている。特に定着ベルト１４が後述のように金属で構成されている場合には、定着ベルト内の金属を通じて画像形成装置内の他の部品、一例として公知の定着ベルトに対する接触サーミスタに悪影響が及ぶ可能性が高まる。従って、定着ベルト１４と抵抗発熱体５２との沿面距離確保のために、上述した構成がより好適となる。

図７（ａ）に示すように、端部ヒータ２４ａ，２４ｂの定着ベルト１４の内面に接触する面とニップ形成面２２ｃとは、定着ベルト１４の内面を押す方向である矢印Ｆ方向（抗力方向）の高さが同一となっている。
換言すれば、端部ヒータ２４ａ，２４ｂの定着ベルト１４の内面に接触する面は、ニップ形成面２２ｃの長手方向の延長面としてなる。
本実施形態では、ニップを形成するために必要なニップ形成部材２２に端部ヒータ２４ａ，２４ｂを一体に設ける構成としたので、端部ヒータ２４ａ，２４ｂを定着ベルト１４の内側に省スペースで配置できる。

また、端部ヒータ２４ａ，２４ｂの定着ベルト１４の内面に接触する面と、ニップ形成面２２ｃとは同一高さ（同一平面上）に位置するので、加圧ローラ１６による充分な加圧力が定着ベルト１４と端部ヒータ２４ａ，２４ｂとの間に加えられる。
これにより、定着ベルト１４と端部ヒータ２４ａ，２４ｂとが密着した状態でのベルト走行が得られ、伝熱性の向上によって端部ヒータ２４ａ，２４ｂによる良好な加熱効率を維持できる。
端部ヒータ２４ａ，２４ｂによる定着ベルト１４に対する加熱部位がニップ領域内に存在するので、特許文献１のようにニップとは異なる部位で加熱することによる未転写トナーの再溶融の問題も生じない。

また、伝熱性を向上させるために端部ヒータ２４ａ，２４ｂと定着ベルト１４とを密着させるための付勢手段を加圧ローラ１６が兼ねる構成であるので、端部ヒータのみを加圧する構成が不要となり、特許文献１の構成に比べて構成が簡易となる。
換言すれば、ニップを形成するための加圧力を利用して端部ヒータ２４ａ，２４ｂと定着ベルト１４とを密着させているので、特許文献１のような構成における走行性と伝熱不良とのトレードオフの問題も生じない。

本実施形態では、ニップ形成部材２２に形成する凹部の形状を軸方向の端部が開放された形状としたが、図７（ｂ）に示すように、四方が囲まれた凹部２２ａ，２２ｂとしてもよい。さらに、軸方向の前後が塞がれ、軸方向と直交する両側が開放された構成としてもよい。

図８に示すように、ニップ形成部材２２の凹部２２ａ，２２ｂにおいて、端部ヒータ２４ａ、２４ｂを弾性部材３８で支持する構成としてもよい。
この構成では図８（ａ）に示すように、加圧ローラ１６による加圧力が掛かっていない状態では、端部ヒータ２４ａ，２４ｂの定着ベルト１４の内面に接触する面とニップ形成面２２ｃとは同一の高さにない。
しかし、図８（ｂ）に示すように加圧ローラ１６による加圧力が掛かってニップが形成されると、弾性部材３８が変形して端部ヒータ２４ａ，２４ｂの定着ベルト１４の内面に接触する面がニップ形成面２２ｃと同一の高さとなる。
弾性部材３８としては、ゴム系のものやバネを採用することができる。

上記のように、端部ヒータ２４ａ，２４ｂは別部材としてのニップ形成部材２２に固定して位置決めされるため、定着ベルト１４の内面に対する端部ヒータ２４ａ，２４ｂの接触面とニップ形成面２２ｃの高さが組み付け段階でずれる可能性がある。
このような場合でも、端部ヒータ２４ａ，２４ｂが弾性部材で支持されている構成とすれば、製造誤差を吸収してニップ形成時に面高さを同一にすることができる。

本実施形態では、端部ヒータ２４ａ，２４ｂをニップ形成ユニット１８に一体に設ける構成としたが、本発明はこれに限定されない。
図９に示すように、端部ヒータ２４ａ，２４ｂをニップ形成ユニットとは独立してニップ領域に設けてもよい。
例えば側板３４に固定された支持部材４２ａ，４２ｂに固定する構成を採用できる。
この場合にも、端部ヒータ２４ａ，２４ｂの定着ベルト１４の内面に接触する面とニップ形成面２２ｃとは同一高さに設定される。
本例においても、端部ヒータ２４ａ，２４ｂが弾性部材によって変位する構成としてもよい。

また本実施形態では、ニップ形成ユニットとしてステー部材２６やハロゲンヒータ２８ａ，２８ｂを一体に備えた構成を示したが、ニップ形成部材２２と端部ヒータ２４ａ，２４ｂとの一体構成からなる単品も本発明に係るニップ形成ユニットである。

本実施形態における端部ヒータ２４ａ，２４ｂはＰＴＣ特性を有していてもよい。ＰＴＣ特性を有していれば、設定温度以上で抵抗値が増加するため設定温度以上に上がることがない。これにより、燃焼やベルト破損の虞がなく安全な定着装置を実現できる。
また本実施形態では、端部ヒータ２４ａ，２４ｂを定着ベルト１４の内方に設ける構成としたので、定着ベルト１４の回転を妨げることなく内側からベルト端部を加熱することができる。
さらに、端部ヒータ２４ａ，２４ｂの定着ベルト１４の内面に接触する部分を別な滑らかな材料で構成すれば、摺動抵抗を低く抑えることができベルト走行を安定に保つことができる。

上述の構成によれば、定着ベルト１４の内部に設けられたニップ形成ユニット１８がニップ形成部材２２と定着ベルト１４の長手方向における通紙領域の少なくとも中央部を加熱するハロゲンヒータ２８ａ，２８ｂとを有し、ニップ形成部材２２が定着ベルト１４の長手方向端部の内面を加熱する端部ヒータ２４ａ，２４ｂを有している。
この構成により、定着ベルト１４が圧力を受けるニップＮに端部ヒータ２４ａ，２４ｂが設けられていることから定着ベルト１４が圧力を受ける箇所を１箇所とすることができ、定着ベルトが走行不良となる虞を低減することが可能なニップ形成ユニットを提供することができる。これにより良好な画像形成動作を継続して行うことが可能な定着装置、及びこれを備えた画像形成装置を提供することができる。

図１０ないし図１２に基づいて第２の実施形態を説明する。上記実施形態と同一部分は同一符号で示し、既出の構成上及び機能上の説明は適宜省略する。
ハロゲンヒータにて加熱する方式の場合、図１０（ａ）に示すように、長手方向におけるヒータの最端部は配熱出力が低下する。
ハロゲンヒータ２８ａの配熱出力についてみると、両端部の配熱出力は台形状となっており最端部は出力が低下している。これは、最端部には配光分布が密な部分と疎な部分との境界が存在するからであり、ハロゲンヒータ特有の特性である。
このため、Ａ３サイズの用紙では端部を十分に加熱できず、定着不良を来たす場合があった。

用紙幅の長手方向最端部まで必要十分に加熱するためには、ハロゲンヒータの発光部（配光分布が密な部分）の長さを用紙幅よりも長くする必要がある。
しかしながら、そのようにした場合には連続通紙したときに非通紙部の温度上昇が避けられない。
この課題解決のために、非通紙部にハロゲンヒータの長くした部分から発光される余分な光を遮光するための部材を設ける対策等も見られるが、連続通紙中に遮光部材の過度の温度上昇が発生する問題がある。
また、非通紙部までハロゲンヒータを発光させなければならないことは、必要以上にエネルギを要していることとなり、省エネの観点からも望ましくない。

本実施形態では上記問題を解消すべく、図１１に示すように、端部ヒータ２４ａ，２４ｂを、その長手方向における加熱範囲の少なくとも一部がハロゲンヒータ２８ｂの加熱範囲の同方向における端部と重なるように配置している。
換言すれば、ハロゲンヒータ２８ｂの配熱出力の低下部分を補完するように端部ヒータ２４ａ，２４ｂを配置している。
この構成によれば、図１０（ｂ）にハッチングで示すように、ハロゲンヒータ２８ｂの配熱出力の低下部分が端部ヒータ２４ａ，２４ｂの加熱で補完される。
端部ヒータ２４ａ，２４ｂは、ハロゲンヒータ２８ｂの最端部における配熱出力の低下部分を補完するためのヒータであるため、その長さは２０ｍｍ程度の小型なヒータで済む。
本実施形態の構成によれば、定着ベルト１４の両端部ないし端部近傍に端部ヒータ２４ａ，２４ｂを追加するという簡単な構成の付加によって上記問題を解消することができる。

定着ベルト１４や加圧ローラ１６がまだ十分に温まっていないような、ウォームアップ直後の連続通紙における最初のある程度の時間には、ハロゲンヒータ２８ａ，２８ｂ及び端部ヒータ２４ａ，２４ｂに通電する。
定着ベルト１４及び加圧ローラ１６が十分温まり、端部の温度低下が減少してきた場合には、ハロゲンヒータ２８ａ及び２８ｂ、あるいはハロゲンヒータ２８ａのみ通電し、端部ヒータ２４ａ，２４ｂには通電しない。
このように加熱制御することで、非通紙部における温度上昇現象を最小限にすることができ、必要以上に定着ベルトを加熱することがないので効率的で省エネとなる。

図１２に示すように、端部ヒータ２４ａ，２４ｂの長さを、ハロゲンヒータ２８ｂの最端部における配熱出力の低下部分を補完し、かつＡ３ノビ等のサイズの用紙にも対応できる大きさとしてもよい。
また、端部ヒータ２４ａ，２４ｂについては、両端１対の配置構成にとどまらず、例えば様々な紙サイズに応じて複数対あってもよい。
端部ヒータ２４ａ，２４ｂはハロゲンヒータ２８ｂよりもさらに軸方向外側に設けてもよい。このような場合にはより多くの紙サイズに対応することができ、また高精度に加熱することが可能となり、より望ましい。

端部ヒータ２４ａ，２４ｂとしてＰＴＣ特性を有するヒータを用いた場合には、通常、ハロゲンヒータを用いた場合に比べ昇温時間が長くかかる。
このため、端部ヒータ２４ａ，２４ｂとハロゲンヒータ２８ａ，２８ｂとを一緒のタイミングで加熱すると中央部側の内側だけ先に加熱されてしまい、無駄なエネルギを消費することになる。
また、通紙により熱が奪われると、ＰＴＣの特性上、目標温度に復帰するための加熱時間が端部ヒータ２４ａ，２４ｂはハロゲンヒータよりも長くかかる。

このため、端部ヒータ２４ａ，２４ｂの加熱サイクルに合わせて生産性を落として対応することで、中央部と端部とで温度バラツキのない加熱制御を行うことができる。
すなわち、定着ベルト１４の両端部ないし両端近傍を加熱する端部ヒータ２４ａ，２４ｂを使用するときは、端部の温度上昇に合わせてその他の通常サイズ紙に対応したハロゲンヒータ２８ａ，２８ｂを加熱制御する。
これにより、端部ヒータ２４ａ，２４ｂの発熱量が低い場合、通常サイズ紙に対応したヒータ加熱部のみが先に昇温されてしまい、必要以上にエネルギが消費されることを防ぐことができる。
また、端部ヒータを使用するサイズの用紙を搬送する場合の搬送速度を、それ以外のサイズの用紙の搬送速度よりも遅くする。
このようにして使用頻度の低い大サイズの用紙の生産性を落とすことで、両端部の加熱ヒータ（端部ヒータ２４ａ、２４ｂ）を簡略化ないし低コスト化でき、効率的となる。

本実施形態では、定着熱源としてのハロゲンヒータを二本有する構成を示したが、これに限定される趣旨ではなく、小サイズ紙対応のための三本以上のハロゲンヒータを有する構成でも構わない。

図２０は、ニップ形成ユニットの変形例を示している。
ニップ形成ユニット６３は、ニップ形成部材２２と、端部ヒータ２４ａ，２４ｂと、ニップ形成部材２２を加圧ローラ１６からの加圧力に対抗して保持するステー部材６４とを有している。
ステー部材６４は、ニップ形成部材２２を受けるべくステー部材２６と同様に構成された受け部６４ａと、ほぼ三角形の断面形状を呈した脚部６４ｂとを一体的に有している。
脚部６４ｂと定着ベルト１４との間には、輻射熱により定着ベルト１４をその内面側から直接加熱する定着熱源としてのハロゲンヒータ２８ａ，２８ｂが配置されている。
ハロゲンヒータ２８ａ，２８ｂによる加熱効率を上げるため、ハロゲンヒータ２８ａ，２８ｂから放射される光を定着ベルト１４へ反射する円弧形状の板材からなる反射部材６５が、脚部６４ｂとハロゲンヒータ２８ａ，２８ｂとの間に設けられている。

上述のニップ形成ユニット６３をニップ形成ユニット１８に代えて用いても、上述した実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
なお、反射部材６５を設ける代わりに、脚部６４ｂの外面に断熱もしくは鏡面処理を行ってもよい。この場合は、反射部材６５を設ける場合に比して加熱効率が若干低下することとなる。

ここで、金属製の定着ベルトについて説明する。図２、図１７、図１９、図２０に示した定着ベルト１４は、その外周面に接する加圧ローラ１６の回転に従動回転して熱源からの熱をニップＮに向けて搬送する。このような構成の定着装置では定着ベルト１４に掛かる負荷が大きく、ポリイミド等の樹脂材料では強度が不足する場合がある。
このため、強度に優れたステンレス、ニッケル、アルミニウム、銅等の金属材料が定着ベルト１４の基材材料として用いられる場合が多い。

図２２にモデル的に示すように、金属材料を含む基材４６を用い、その外周面に弾性層４７を、さらにその外周面に離型層４８を周知の方法によって形成し、本実施形態で示した定着ベルト１４を構成することができる。
ここで基材４６に求められる性能としては、定着ベルト１４を構成した際の耐久性、柔軟性、及び定着温度での使用に耐え得る耐熱性が挙げられ、弾性層４７、離型層４８もこれ等の性能を満足するように形成する。
さらに、定着ベルト１４の基材４６としては、ステンレスよりもニッケルの方が適している。これは、強度が高く、耐久性にも優れ、また電鋳プロセスにより無端状ベルトの製造が容易であるためである。

上記各実施形態におけるハロゲンヒータ２８と端部ヒータ２４の電気的接続構成を図１３ないし図１６に示す。
用紙をセンター基準で搬送する場合、端部ヒータ２４ａ，２４ｂは常に同時に通電するので、図１３に示すように、端部ヒータ２４ａ，２４ｂは電源４４に直列に電気接続されている。
このような接続構成とすることで、端部ヒータ２４ａ，２４ｂを個別にオン・オフする構成に比べて電気制御が簡単になる。
また、片側の端部ヒータが故障したときとき、両者の電気接続を同時に絶つことができて安全性を確保できる。
ハロゲンヒータ２８ａはスイッチＳＷ１により、ハロゲンヒータ２８ｂはスイッチＳＷ２により、端部ヒータ２４ａ，２４ｂはスイッチＳＷ３により通電をオン・オフされる。

小サイズの用紙を通紙する場合には、図１４（ａ）に示すようにハロゲンヒータ２８ａのみが通電される。Ａ３サイズの用紙を通紙する場合には、図１４（ｂ）に示すようにハロゲンヒータ２８ａ，２８ｂが共に通電される。
Ａ３サイズより大きいサイズの用紙を通紙する場合には、図１４（ｃ）に示すようにハロゲンヒータ２８ａ，２８ｂ及び端部ヒータ２４ａ，２４ｂが同時に通電される。

ニップ部の反対側を加熱する非ニップ部の熱源としてのハロゲンヒータ２８ａ，２８ｂと、端部ヒータ２４ａ，２４ｂとを独立に加熱制御することで、長手方向の最端部の温度制御をより高精度に行うことができる。
また、非通紙部の温度上昇も回避することが可能となる。

端部ヒータ２４ａ，２４ｂによる加熱は、Ａ３サイズより大きいサイズの用紙を通紙する場合であり、そのときは両端部を加熱するハロゲンヒータ２８ｂが同時に点灯される。
従って、図１５に示すように、ハロゲンヒータ２８ｂを端部ヒータ２４ａ，２４ｂと直列に繋ぐ配線を施し、スイッチＳＷ１，ＳＷ４によって経路を切り換えながら電力供給を制御しても同様の効果を発揮することができる。
このようにすれば制御装置をさらに簡素化することができる。
ここでは、ハロゲンヒータ２８ｂと端部ヒータ２４ａ，２４ｂとは温度特性が異なるので、経路の切り換えで両者の温度を調整している。

小サイズの用紙を通紙する場合には、図１６（ａ）に示すようにハロゲンヒータ２８ａのみが通電される。この場合、スイッチＳＷ４はハロゲンヒータ２８ｂと端部ヒータ２４ａ，２４ｂの何れの端子にも接触しない位置に設定される。
Ａ３サイズの用紙を通紙する場合には、図１６（ｂ）に示すようにハロゲンヒータ２８ａ，２８ｂが共に通電される。
Ａ３サイズより大きいサイズの用紙を通紙する場合には、図１６（ｃ）に示すようにハロゲンヒータ２８ａ，２８ｂ及び端部ヒータ２４ａ，２４ｂが同時に通電される。
図１３、図１５において、ハロゲンヒータ２８ｂと端部ヒータ２４とを直列に繋ぐ配線を例示したが、大サイズの用紙のときはハロゲンヒータ２８aも同時に点灯しているので、ハロゲンヒータ２８aと端部ヒータ２４とを直列に繋ぐ配線でも同様の効果を発揮できる。

図２１は、上記実施形態の他の変形例に用いられるハロゲンヒータ２８と端部ヒータ２４の電気的接続構成を示す回路図である。
図２１に示した構成では、端部ヒータ２４ａと端部ヒータ２４ｂとは並列に接続されている。このため、スイッチＳＷ３がオフの場合、端部ヒータ２４ａ，２４ｂにはマイナス電極のみが接続されているので電流は流れない。
スイッチＳＷ３をオンに切り替えると端部ヒータ２４ａ，２４ｂにはプラス電極がそれぞれ接続され、電源４４からの電力が端部ヒータ２４ａ，２４ｂにそれぞれ供給されて端部ヒータ２４ａ，２４ｂが発熱する。
このような構成とすれば、一方の端部ヒータがショートした場合には、図示しないヒューズを加えることによって過電流による熱暴走を阻止することができ、安全性を向上することができる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定しない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を例示したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１４ 定着部材（定着ベルト）
１６ 対向部材（加圧ローラ）
１８ ニップ形成ユニット
２２ ニップ形成部材
２２ｃ ニップ形成面
２４ａ、２４ｂ 端部熱源（端部ヒータ）
２８ａ、２８ｂ 定着熱源（ハロゲンヒータ）
１００ 画像形成装置
１５０ 定着装置
Ｓ 記録媒体（用紙）

特開２０１４−１７８３７０号公報

Claims (17)

1. 可撓性を有し回転可能に支持された無端状の定着部材の内部に設けられ、前記定着部材と該定着部材に対向する対向部材との間に記録媒体を挟持して搬送するニップを形成するためのニップ形成部材と、
   前記定着部材の長手方向における通紙領域の少なくとも中央部を加熱する定着熱源と、
   前記ニップ形成部材に設けられ、前記定着部材の前記長手方向における端部の内面を加熱する端部熱源とを有するニップ形成ユニット。
2. 請求項１記載のニップ形成ユニットにおいて、
   前記内面に接触するニップ形成面を有し、該ニップ形成面は前記端部熱源の前記内面を加熱する面と同一高さに設けられていることを特徴とするニップ形成ユニット。
3. 請求項１記載のニップ形成ユニットにおいて、
   前記内面に接触するニップ形成面と、複数の前記端部熱源とを有し、前記定着部材と対向する面は長手方向端部から第１の端部熱源、前記ニップ形成面、第２の端部熱源の順に並ぶように構成されていることを特徴とするニップ形成ユニット。
4. 請求項２記載のニップ形成ユニットにおいて、
   前記ニップ形成面は摺動シートを介して前記内面に接触することを特徴とするニップ形成ユニット。
5. 請求項２記載のニップ形成ユニットにおいて、
   前記端部熱源は前記定着部材の内面に接触可能であり、前記端部熱源の前記内面と接触する面は前記ニップ形成面の延長面内に配設されていることを特徴とするニップ形成ユニット。
6. 請求項２記載のニップ形成ユニットにおいて、
   前記ニップ形成面はニップ形成時に前記端部熱源の前記内面を加熱する面と同一高さに設けられていることを特徴とするニップ形成ユニット。
7. 請求項１ないし３の何れか一つに記載のニップ形成ユニットにおいて、
   前記ニップ形成部材が段差部を有し、前記段差部に前記端部熱源が取り付けられていることを特徴とするニップ形成ユニット。
8. 請求項１ないし７の何れか一つに記載のニップ形成ユニットにおいて、
   前記端部熱源は、前記長手方向における加熱範囲の少なくとも一部が前記定着熱源の加熱範囲の同方向における端部と重なるように配置されていることを特徴とするニップ形成ユニット。
9. 請求項１ないし７の何れか一つに記載のニップ形成ユニットにおいて、
   前記端部熱源は、前記長手方向における加熱範囲の少なくとも一部が前記定着熱源の配熱出力の低下部分と重なるように配置されていることを特徴とするニップ形成ユニット。
10. 可撓性を有し回転可能に支持された無端状の定着部材と、
    前記定着部材に対向する対向部材と、
    前記定着部材の長手方向における通紙領域の少なくとも中央部を加熱する定着熱源と、前記定着部材の長手方向における端部の内面を加熱する端部熱源とを有し、前記定着部材の内部に設けられ前記定着部材と前記対向部材との間に記録媒体を挟持して搬送するニップを形成するニップ形成ユニットと
    を有する定着装置。
11. 請求項１０記載の定着装置において、
    前記ニップ形成ユニットは前記内面に接触するニップ形成面を有し、該ニップ形成面は前記端部熱源の前記内面を加熱する面と同一高さに設けられていることを特徴とする定着装置。
12. 請求項１０記載の定着装置において、
    前記ニップ形成面はニップ形成時に前記端部熱源の前記内面を加熱する面と同一高さに設けられていることを特徴とする定着装置。
13. 可撓性を有し回転可能に支持された無端状の定着部材と、
    前記定着部材に対向する対向部材と、
    前記定着部材の長手方向における通紙領域の少なくとも中央部を加熱する定着熱源と、前記長手方向における端部の内面を加熱する端部熱源とを有し、前記定着部材の内部に設けられ前記定着部材と前記対向部材との間に記録媒体を挟持して搬送するニップを形成するニップ形成ユニットとを有し、
    前記ニップ形成ユニットとして請求項１ないし５のいずれか１つに記載のものが用いられることを特徴とする定着装置。
14. 請求項１０ないし１３の何れか一つ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。
15. 請求項１４に記載の画像形成装置において、
    前記記録媒体のサイズが前記端部熱源を使用する大きさであるときは、前記定着部材の端部の温度上昇に合わせて前記定着熱源による加熱制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
16. 請求項１４に記載の画像形成装置において、
    前記記録媒体のサイズが前記端部熱源を使用する大きさであるときは、該記録媒体の搬送速度を該記録媒体よりも小さいサイズの記録媒体のときよりも遅くすることを特徴とする画像形成装置。
17. 請求項１４に記載の画像形成装置において、
    前記端部熱源と前記定着熱源とは独立して加熱制御されることを特徴とする画像形成装置。

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