JP2017021238A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着ベルトの温度の均熱化を図った定着装置を提供する。【解決手段】トナー画像を加熱融解する回転可能な筒状の定着ベルトと、定着ベルトの軸方向に沿って対向配置し定着ベルトとともに回転して記録媒体を搬送する加圧回転部材と、定着ベルト内に配置され、定着ベルトを内周部から加圧回転部材の方向に押圧してニップ部を形成する加圧部材と、加圧部材を支持する支持部材と、支持部材と加圧部材の間に配置され、空気中の水分を吸収するとともに温度上昇に応じて吸収した水分を放出する吸湿層と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、用紙等の記録媒体にトナー画像を定着させる定着装置、及び定着装置を使用して記録媒体に画像を形成する画像形成装置に関する。

従来、印刷対象物である記録媒体（例えば用紙）に画像を形成する画像形成装置が知られている。画像形成装置は、転写部でトナー画像を形成するとともに、転写部に供給された用紙にトナー画像を転写し、さらに定着部で用紙を加熱・加圧してトナー画像を定着するようにしている（例えば特許文献１）。

定着部は、熱源を含む定着ベルトと、定着ベルトと対向し用紙に圧力を付与する加圧ローラとを有する。定着部は、定着ベルトと加圧ローラとの間に用紙を挟み、熱と圧力を付与してトナーを融解し、トナー画像を用紙に定着させる。

通常、定着ベルトの幅は、用紙の幅よりも大きい。このため、定着ベルトの中央部には、用紙と接触する接触領域が存在し、定着ベルトの端部には、用紙と接触しない非接触領域が存在する。したがって、定着ベルトの軸方向の中央部は用紙と接触することで熱が用紙に移動するのに対し、定着ベルトの軸方向の両端部は用紙に接触しないため熱が上昇し、定着ベルトに温度ムラが生じる。

定着ベルトの温度ムラが発生した場合、定着不良や、異常発熱を招き、定着ベルト自身や周辺部材が発火・破損する恐れがある。また非接触領域の温度を冷却するには、定着動作を止める必要がある。

特許文献１の画像形成装置では、潜熱を蓄積し、蓄積した潜熱を定着ベルトと加圧ローラのニップ部に供給する相変化部を備えた定着器が開示されている。しかしながら、相変化部は相変化により体積変化が起こるため、ニップ幅の形状が変形するという不具合があった。また体積変化を防止するために相変化材料を強度のある筐体内に収納する必要があり、定着ベルトの熱が筐体に奪われるという問題や、筐体が大型化するという問題がある。また筐体から相変化材料が漏れ出す可能性もある。

特開２００８−１４６０６７号公報

発明が解決しようとする課題は、定着ベルトの温度の均熱化を図った定着装置及び画像形成装置を提供することにある。

実施形態に係る定着装置は、記録媒体上に形成されたトナー画像を前記記録媒体上に定着させる定着装置であって、トナー画像を加熱融解する回転可能な筒状の定着ベルトと、前記定着ベルトの軸方向に沿って対向配置し前記定着ベルトとともに回転して前記記録媒体を搬送する加圧回転部材と、前記定着ベルト内に配置され、前記定着ベルトを内周部から前記加圧回転部材の方向に押圧してニップ部を形成する加圧部材と、前記加圧部材を支持する支持部材と、前記支持部材と前記加圧部材の間に配置され、空気中の水分を吸収するとともに温度上昇に応じて吸収した水分を放出する吸湿層と、を備える。

一実施形態に係る画像形成装置を示す構成図。 一実施形態に係る定着装置を側面から見た概略構成図。 一実施形態に係る定着装置を長手方向から見た概略構成図。 一実施形態における定着装置の主要部の構成を拡大して示す側面図。 一実施形態における定着装置の主要部の他の構成を拡大して示す側面図。 一実施形態においてフレームに形成された開口の配置を示す説明図。 一実施形態においてフレームに形成された開口の他の配置を示す説明図。 第２の実施形態に係る定着装置を側面から見た概略構成図。 第２の実施形態における定着装置の主要部の構成を拡大して示す側面図。 第２の実施形態における定着ベルトの均熱効果と起動時間の評価結果を示す説明図。

以下、発明を実施するための実施形態について、図面を参照して説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付す。

（第１の実施形態）
図１は、一実施形態に係る画像形成装置を示す構成図である。図１において、画像形成装置１０は、例えば複合機であるＭＦＰ（Multi-Function Peripherals）や、プリンタ、複写機、ファクシミリ等である。以下の説明ではＭＦＰを例に説明する。

ＭＦＰ１０の本体１１の上部には透明ガラスの原稿台１２があり、原稿台１２上には自動原稿搬送部（ＡＤＦ）１３を開閉自在に設けている。また本体１１の上部には操作パネル１４を設けている。操作パネル１４は、各種のキーとタッチパネル式の表示部を有している。

本体１１内のＡＤＦ１３の下部には、画像読取部であるスキャナ部１５を設けている。スキャナ部１５は、ＡＤＦ１３によって送られる原稿または原稿台上に置かれた原稿を読み取って画像データを生成するもので、イメージセンサ１６を備えている。イメージセンサ１６は、主走査方向（図１では奥行方向）に配置されている。

さらに本体１１内の中央部には画像形成部を構成するプリンタ部１７を有し、本体１１の下部には、各種サイズの用紙を収容する複数のカセット１８を備えている。プリンタ部１７は、感光体ドラムと露光部等を有する。露光部は発光素子であるＬＥＤを含む走査ヘッド１９を有し、走査ヘッド１９からの光線によって感光体ドラムを走査して画像を生成する。

プリンタ部１７は、スキャナ部１５で読み取った画像データや、ＰＣ（Personal Computer）などで作成された画像データを処理して印刷対象物である記録媒体に画像を形成する。以下の説明では、記録媒体として用紙Ｓを用いる場合を例に述べるが、ＯＨＰシート等を用いることもできる。

プリンタ部１７は、例えばタンデム方式によるカラーレーザプリンタであり、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像形成ステーション２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋを含む。画像形成ステーション２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋは、中間転写ベルト２１の下側に、上流から下流側に沿って並列に配置している。また、走査ヘッド１９も画像形成ステーション２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋに対応して複数の走査ヘッド１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃ、１９Ｋを主走査方向に設けている。

画像形成ステーション２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋは同じ構成であるため、画像形成ステーション２０Ｋを代表に説明する。画像形成ステーション２０Ｋは、像担持体である感光体ドラム２２Ｋを有する。感光体ドラム２２Ｋの周囲には、回転方向ｔに沿って帯電チャージャ２３Ｋ、現像器２４Ｋ、１次転写ローラ２５Ｋ、クリーナ２６Ｋ等を配置している。感光体ドラム２２Ｋの露光位置には、走査ヘッド１９Ｋから光を照射し、感光体ドラム２２Ｋ上に静電潜像を担持する。

帯電チャージャ２３Ｋは、感光体ドラム２２Ｋの表面を一様に全面帯電する。現像器２４Ｋは、現像バイアスが印加される現像ローラによりブラックのトナー及びキャリアを含む二成分現像剤を感光体ドラム２２Ｋに供給し、感光体ドラム２２Ｋ上にトナー画像を形成する。クリーナ２６Ｋは、感光体ドラム２２Ｋの表面の残留トナーを除去する。

また、画像形成ステーション２０Ｙ〜２０Ｋの上部には、現像器２４Ｙ〜２４Ｋにトナーを供給するトナーカートリッジ２７を設けている。トナーカートリッジ２７は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナーカートリッジ２７Ｙ、２７Ｍ、２７Ｃ、２７Ｋを含む。

中間転写ベルト２１は、駆動ローラ３１及び従動ローラ３２に張架され循環的に移動する。また中間転写ベルト２１は感光体ドラム２２Ｙ〜２２Ｋに対向して接触している。中間転写ベルト２１の感光体ドラム２２Ｋに対向する位置には、１次転写ローラ２５Ｋにより１次転写電圧が印加され、感光体ドラム２２Ｋ上のトナー画像を中間転写ベルト２１に１次転写する。

中間転写ベルト２１を張架する駆動ローラ３１には、２次転写ローラ３３を対向して配置している。駆動ローラ３１と２次転写ローラ３３間を用紙Ｓが通過する際に、２次転写ローラ３３により２次転写電圧が用紙Ｓに印加される。そして中間転写ベルト２１上のトナー画像を用紙Ｓに２次転写する。中間転写ベルト２１の従動ローラ３２付近には、ベルトクリーナ３４を設けている。

また走査ヘッド１９Ｋは、感光体ドラム２２Ｋと対向し露光部として機能する。感光体ドラム２２Ｋは、予め設定した回転速度で回転し、表面に電荷を蓄えることができ、走査ヘッド１９Ｋからの光を感光体ドラム２２Ｋに照射して露光し、感光体ドラム２２Ｋの表面に静電潜像を形成する。また走査ヘッド１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃは、同様にして対応する画像形成ステーション２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃの感光体ドラムの表面に静電潜像を形成する。

なお、感光体ドラム２２の露光部としては、走査ヘッド１９に変えて、半導体レーザ素子から出射されたレーザビームを、ポリゴンミラーを用いて感光体ドラム２２Ｋ〜２２Ｃの主走査方向に走査するレーザ露光装置を用いてもよい。

また図１で示すように、給紙カセット１８から２次転写ローラ３３に至る間には、給紙カセット１８内から取り出した用紙Ｓを搬送する搬送ローラ３５を設けている。さらに２次転写ローラ３３の下流には定着装置３６を設けている。定着装置３６は、後述するように熱源を含む定着ベルトと、定着ベルトと対向し用紙Ｓに圧力を付与する加圧ローラとを有する。定着装置３６は、定着ベルトと加圧ローラとの間に用紙Ｓを挟み、熱と圧力を付与してトナーを融解し、トナー画像を用紙Ｓに定着させる。

また定着装置３６の下流には搬送ローラ３７を設けている。搬送ローラ３７は用紙Ｓを排紙部３８に排出する。さらに、定着装置３６の下流には、反転搬送路３９を設けている。反転搬送路３９は、搬送ローラ３７を逆回転することにより、排紙部３８側に搬送される用紙Ｓをスイッチバックし、用紙Ｓを反転させて２次転写ローラ３３の方向に導くもので、両面印刷を行う際に使用する。

尚、画像形成装置１０のプリンタ部は、タンデム方式に限られるものではなく、他の方式のものでもよい。また現像器２４の数も４つに限るものではない。

次に図２、図３を参照して、実施形態に係る定着装置３６について説明する。図２は、定着装置３６を側面から見た概略構成図である。図３は、定着装置３６を長手方向から見た概略構成図であり、一部（定着ベルト）を断面で示している。

図２に示すように、定着装置３６は、導電層を含むエンドレスの筒状の定着ベルト４１と、加圧回転部材である加圧ローラ４２及び電磁誘導加熱コイルユニット４３（以下、ＩＨコイルユニット４３と称する）を備える。加圧ローラ４２は、図３に示す回転軸４２３を中心にして回転する。

定着ベルト４１は、ＩＨコイルユニット４３の磁界により誘導発熱する層、例えば、鉄、ニッケル、銅などの導電物質から成る導電層を有している。或いは、ニッケル層の上に銅層が積層されても良い。また導電層の表面にはシリコンゴムなどの弾性体からなる弾性層と、弾性層の表面にＰＦＡなどのトナーとの剥離性の良い剥離層を有している。

加圧ローラ４２は、金属製の芯材４２１の周囲に、耐熱性のゴム層等の弾性層４２２を有し、さらに表面にフッ素系樹脂等からなる離型層を有している。加圧ローラ４２は、定着ベルト４１の軸方向に沿って対向配置し、互いに周上で対向し、定着ベルト４１とともに回転して用紙Ｓを搬送する。

ＩＨコイルユニット４３は、定着ベルト４１の外周に配置され、コイル４３１と、コイル４３１の外周を覆ってコイル４３１の磁束を規制するコア４３２を備えている。また定着ベルト４１の内側にはＩＨコイルユニット４３に対して磁性部材４４を配置している。ＩＨコイルユニット４３は、コイル４３１に高周波電流を流して、磁束を定着ベルト４１の方向に発生する。ＩＨコイルユニット４３からの磁束により、定着ベルト４１の導電層は渦電流を発生して発熱し、定着ベルト４１を加熱する。

また定着ベルト４１の内部には、加圧部材である加圧パッド４６と、加圧パッド４６を支持する支持部材であるフレーム４５を備え、加圧パッド４６とフレーム４５の間に吸湿層４７を設けている。また磁性部材４４に対向してシールド４８を配置しており、シールド４８とフレーム４５の間には、圧力付与部材であるバネ４９を設けている。バネ４９の弾性力により、フレーム４５は加圧パッド４６を定着ベルト４１に押し付ける。

加圧パッド４６は、定着ベルト４１内に配置され、定着ベルト４１を挟んで加圧ローラ４２と対向する位置にある。加圧パッド４６により定着ベルト４１を内周部から加圧ローラ４２の方向に押圧して、定着ベルト４１と加圧ローラ４２の間にニップ部５０を形成する。

加圧パッド４６は、アルミ部材、コーティングを施した金属部材、または耐熱性の樹脂製（例えばＰＥＥＫ材、フェノール樹脂製）で成り、バネ４９の圧力により定着ベルト４１と加圧ローラ４２間に圧力が付与されたときに、ニップ部５０が形成される。なお、図示していないが、加圧パッド４６と定着ベルト４１間の摺動性がよくなるように、両者の間に低摩擦シートを配置しても良い。

吸湿層４７は、空気中の水分を吸収し、温度上昇に応じて吸収した水分を放出する。吸湿層４７は、気温２５℃、相対湿度１０％以上で単位体積あたり５０〜８００mg/m^３の水分を吸収する。また加熱することで水分（水蒸気）を放出し、吸収量が減少する特徴を有する。具体的には、ゼオライト、シリカゲル、塩化カルシウム，塩化リチウムなどの無機吸湿材料、およびポリウレタン、アクリルなどの有機系吸湿材料を、セルロース、カーボン多孔体、金属多孔体などの多孔質性を有する基材に担持もしくは基材内に混ぜ込む（含浸させる）ことで吸湿層４７を形成する。加熱時の蒸気放出温度は７０℃〜１５０℃の範囲が好ましい。

吸湿層４７の厚さは１〜２ｍｍ程度あり、加圧パッド４６の厚さは１０ｍｍ程度である。吸湿層４７は、加圧パッド４６をフレーム４５に取り付ける際に、加圧パッド４６とフレーム４５の間にサンドイッチ式に挟まれて固定される。尚、加圧パッド４６をフレーム４５に取り付けるため、加圧パッド４６に形成した爪をフレーム４５に引っ掛けて固定する構造など、任意の固定方法を用いることができる。

定着装置３６は、モータにより加圧ローラ４２の回転軸４２３（図３）を回転駆動することで、定着ベルト４１は加圧ローラ４２に従動して回転する。もちろん、定着ベルト自身が駆動されてもよい。例えば、加圧ローラ４２が図２の矢印Ａ方向に回転すると、定着ベルト４１は、矢印Ｂ方向に回転し、定着ベルト４１と加圧ローラ４２の間のニップ部５０に用紙Ｓを挟んで、用紙Ｓを矢印Ｃ方向に搬送する。これにより、用紙Ｓに熱と圧力を付与してトナーを融解し、トナー画像を用紙Ｓに定着させる。

定着ベルト４１の軸方向の中間領域は、フリーであり無張力状態である。定着ベルト４１の軸方向の中間領域は、加圧パッド４６の位置で加圧ローラ４２に接触し、加圧されて変形する。

図３に示すように、定着装置３６は、長手方向における定着ベルト４１の幅をＷ１としたとき、加圧パッド４６の幅Ｗ２、及び加圧ローラ４２の幅Ｗ３は、
Ｗ１＞Ｗ２＞Ｗ３
である。ここで、長手方向とは、用紙Ｓの搬送方向と直交する方向、つまり定着ベルトの軸方向と平行な方向である。

即ち、定着装置３６には、各種のサイズ、例えばＬＴサイズ、Ａ４サイズ、Ａ４−Ｒサイズ、ＬＴ−Ｒサイズ、ＳＴ−Ｒサイズなど、様々な幅を有する用紙Ｓが供給される。このため、定着ベルト４１の幅Ｗ１は、用紙Ｓの幅よりも広く設計される。

ところで、定着動作中に定着ベルト４１の軸方向中央部は、用紙Ｓと接触するため、この接触領域では用紙Ｓによって熱が奪われる。これに対し、定着ベルト４１の軸方向両端部は、用紙Ｓと非接触であるため、この非接触領域では用紙Ｓによって熱が奪われないため、定着ベルト４１の温度が上昇してしまう。

非接触領域に対応する定着ベルト４１の温度が上昇し続けると、温度上昇した領域に用紙Ｓが供給された場合に、定着不良を招くことがある。また異常発熱となり、定着ベルト４１自身やその周辺部材が発火・破損する恐れがある。一方、非接触領域の温度を冷却するには、ＩＨコイルユニット４３のコイル４３１への通電を停止し、定着動作を止めなければならならない。

そこで、第１の実施形態では、フレーム４５と加圧パッド４６との間に吸湿層４７を設けている。

図４は、定着装置３６の主要部の構成を拡大して示す側面図であり、定着装置３６のフレーム４５と加圧パッド４６と吸湿層４７の部分を示している。フレーム４５には、吸湿層４７から定着ベルト４１の内部へ通じ、水分（水蒸気）を吸収・放出するための開口５１、５２を設けている。

開口５１、５２は、フレーム４５の側面に長手方向に沿って複数個並べて設けている。図４に示すように、開口５１は、Ｌ時形に屈曲して円筒状を成し、吸湿層４７からフレーム４５の一方の側面に向かって貫通する。開口５２は、吸湿層４７からフレーム４５の他方の側面に向かって貫通するように開口５１と対称的に形成している。

吸湿層４７は、定着装置３６が動作を停止している常温状態では、定着ベルト４１内の水分を、開口５１，５２を介して吸収する。これにより定着ベルト４１内の湿度が下がり、定着ベルト４１外との水分濃度勾配により定着ベルト４１外の水分は定着ベルト４１内へと拡散する。

また吸湿層４７は、加熱されることで吸収した水分を水蒸気（気化熱）として放出する。放出された水蒸気はフレーム４５内の開口５１，５２を介して定着ベルト４１内に放出される。さらに定着ベルト４１内の水蒸気は定着ベルト４１の軸方向の両端から放出され、定着ベルト４１が過熱状態にあるときに温度を下げる。

開口５１，５２を介して行われる水分の吸収と放出は、図４のラインＬ１を介して行われ、定着ベルト４１の軸方向の両端からの水蒸気の放出は、図３のラインＬ２を介して行われる。

したがって、定着ベルト４１が加熱されたとき、定着ベルト４１の用紙Ｓとの非接触領域では、中央部よりも温度が上昇するが、定着ベルト４１内の水蒸気が軸方向の両端から、つまりラインＬ２を介して定着ベルト４１の外へと放出される。これにより定着ベルト１内の湿度が下がる。ラインＬ２は、定着ベルト４１の用紙Ｓとの非接触領域に近いため、非接触領域の温度が上昇したとき効率よく温度を下げることができる。

図５は、定着装置３６の主要部の他の構成を拡大して示す側面図であり、加圧パッド４６に開口５１、５２を設けた例を示している。図５において、開口５１は、Ｌ時形に屈曲して円筒状を成し、吸湿層４７から加圧パッド４６の一方の側面に向かって貫通している。開口５２は、吸湿層４７から加圧パッド４６の他方の側面に向かって貫通するように開口５１と対称的に形成している。

図５では、吸湿層４７が加熱された場合、吸湿層４７はラインＬ１を介して水蒸気が定着ベルト４１内に放出される。さらに定着ベルト４１内の水蒸気は、定着ベルト４１の両端部からラインＬ２を介して定着ベルト４１外へと放出される。ラインＬ２は、定着ベルト４１の用紙Ｓとの非接触領域に近いため、非接触領域の温度が上昇したとき効率よく温度を下げることができる。

尚、開口５１，５２は、フレーム４５と加圧パッド４６にそれぞれ設けても良い。また開口５１，５２は、フレーム４５又は加圧パッド４６を成形する際に、型を用いて形成するとよい。開口５１，５２の直径は１ｍｍ〜２ｍｍ程度の大きさである。開口５１，５２の直径をあまり大きくするとフレーム４５や加圧パッド４６の強度が低下する。このため、開口５１，５２の径や個数等はフレーム４５や加圧パッド４６の強度を考慮して設定するのが良い。

図６は、フレーム４５に形成された開口５１の配置を示す説明図であり、フレーム４５の長手方向から見た図（図４の矢印Ｄ方向から見た）である。図６に示すように、開口５１はフレーム４５の長手方向に並べて配列しているが、フレーム４５の長手方向の両端部では開口５１を密に並べて配置し、中央部では開口５１を疎に並べて配置している。つまり水分の吸収と放出が、加圧パッド４６の中央部よりも両端部で多く行われるようにしている。

図７は、フレーム４５に形成された開口５１の他の配置を示す説明図であり、フレーム４５の長手方向から見た図である。図７で示すように、開口５１はフレーム４５の長手方向に沿って並べて配列しているが、開口５１は、フレーム４５の長手方向の両端部のみに設け、中央部には設けていない。図７の例でも、水分の放出と吸収が、吸湿層４７の中央部よりも両端部で多く行われることになる。したがって、定着ベルト４１の温度が上昇したとき、用紙Ｓとの非接触領域の温度上昇を効率よく低下することができる。

つまり、図６、図７から分かるように、開口５１は、フレーム４５の長手方向の中央部よりも両端部に多く形成している。尚、図６、図７はフレーム４５の一方の側面に形成した開口５１の配置について説明したが、フレーム４５の他方の側面に形成した開口５２についても同様に、フレーム４５の長手方向の両端部では密に並べて配置し、中央部では、疎に並べて配置するか又は配置しないようにしている。また図５に示すように加圧パッド４６に開口５１，５２を形成した場合も同様に、加圧パッド４６の長手方向の両端部では密に並べて配置し、中央部では、疎に並べて配置するか又は配置しないようにしている。

次に定着装置３６の運転方法について説明する。用紙Ｓを定着させる命令を受けると、ＩＨコイルユニット４３のコイル４３１への通電が行わる。定着ベルト４１は、誘導発熱によって加熱され、定着ベルト４１が予め定められた温度に到達する。定着ベルト４１は、バネ４９の付勢力を強くすることで加圧ローラ４２側に押圧され、定着ベルト４１と加圧ローラ４２の間にニップ部５０が形成される。定着ベルト４１の温度が安定した状態でニップ部が形成されると、起動モードが終了する。

そして、ニップ部５０にトナーが転写された用紙Ｓが供給されると、用紙Ｓには熱と圧力が付与され、トナー画像が用紙Ｓ上に定着される。定着動作中、用紙Ｓへの定着条件が安定するように、定着ベルト４１は用紙Ｓとの接触領域の温度が制御される。用紙Ｓへの定着が終了すると、バネ４９による付勢力を操作して定着ベルト４１が加圧ローラ４２から離間され、コイル４３１への通電が停止される。

また定着装置３６を停止している期間では、定着ベルト４１は加熱されないため、定着ベルト４１の温度は室温近傍まで低下している。画像形成装置１０が利用されるオフィスなどの空間は、建築物環境衛生管理基準により空間の相対湿度を４０％以上７０％以下に保つよう決められているため、停止時に温度が下がった吸湿層４７は、開口５１，５２を通して空気中の水分を吸収することができる。

一方、定着動作が行われ、定着ベルト４１が加熱され、吸湿層４７の温度が上昇すると、吸湿層４７から開口５１，５２を介して水蒸気が放出される。水蒸気を放出する際に、吸湿層４７は吸熱するため、吸湿層４７に接する加圧パッド４６が冷却される。この結果、定着ベルト４１の温度上昇を抑制することができる。

実施形態では、水蒸気を気化熱として冷却に利用するため、定着ベルト４１の軸方向の均熱化を図ることができる。また均熱化のための部材は、定着ベルト４１内に配置可能であるため、省スペースで実現することができる。また、ニップ部５０の幅や形状の変形を低減することができ、画像形成の信頼性を高めることができる。

さらに、高温高湿度環境で画像形成装置１０を運転させた場合に、用紙Ｓに予め含まれる水分が定着装置３６内に蓄積され、動作停止中に結露が生じる可能性があるが、吸湿層４７の停止する前（前回運転時）に水分を放出しておけば、動作停止中に内部に水分が蓄積されても吸湿層４７が水分を吸収するため、結露を低減することができる。

したがって、第１の実施形態によれば、定着装置３６での過熱を防止し均熱化を図ることができる。

（第２の実施形態）
次に、図８、図９を参照して第２実施形態に係る定着装置について説明する。図８は、定着装置３６を側面から見た概略構成図である。図９は、定着装置３６の主要部の構成を拡大して示す側面図である。

図８の定着装置３６において、図２の構成と異なるのは、吸湿層４７に代えて断熱材と吸湿材料にて形成された断熱性の吸湿層６１（以下、断熱吸湿層と呼ぶ）を配置し、加圧パッド４６と断熱吸湿層６１の間にヒートパイプ６２を配置した点にある。

その他の定着ベルト４１、加圧ローラ４２、ＩＨコイルユニット４３、磁性部材４４、フレーム４５、シールド４８、バネ４９の構成は、図２の第１の実施形態と同様であるため詳細な説明は省略する。

断熱吸湿層６１は、例えば、気温２５℃、相対湿度１０％以上で単位体積あたり５０〜８００ｍｇ／ｍ^３の水分を吸着する。また断熱吸湿層６１は、加熱することで水分（水蒸気）を放出し、水分吸着量が減少する特徴を有する。さらに断熱吸湿層６１は、ヒートパイプ６２からフレーム４５の方向への熱伝導率λが
λ＝０．０１Ｗ／ｍ／Ｋ〜１．０Ｗ／ｍ／Ｋ
となる特徴を有する。

断熱吸湿層６１は、セラミックペーパー、グラスウール、セルロースファイバーなどの断熱材の繊維間に、ゼオライト、シリカゲルなどの無機吸湿材料、およびポリウレタン、アクリルなどの有機系吸湿材料を充填することで形成される。断熱材の熱伝導率は、０．０１Ｗ／ｍ／Ｋ〜０．２Ｗ／ｍ／Ｋであるのに対し、上記した吸湿材料の熱伝導率は０．２Ｗ／ｍ／Ｋ〜１．０Ｗ／ｍ／Ｋのため、吸湿材料の断熱材への充填率を調整することで、ヒートパイプ６２からフレーム４５の方向への熱伝導率を変えることができる。

吸湿材料の充填率を下げると吸着可能な最大水分吸着量は下がるが、熱伝導率を下げられる。逆に吸湿材料の充填率を上げると熱伝導率は上がるが、吸着可能な最大水分吸着量を増やすことができる。

ヒートパイプ６２は、加圧パッド４６と断熱吸湿層６１の間に配置され、定着ベルト４１の軸方向に連通しており、例えば厚さが２ｍｍ程度で、長手方向に直交する方向の幅が６ｍｍ程度であり、軸方向に高い伝熱性を有する。なお、加圧パッド４６の内部に凹部４６１を形成し、この凹部４６１にヒートパイプ６２を組み込んでも良い。また、ヒートパイプ６２は、軸方向に複数個分割して配置しても良い。定着ベルト４１の熱は加圧パッド４６からヒートパイプ６２へと伝わり、軸方向に均熱化がなされる。

定着装置３６による定着速度を高速化すると、定着ベルト４１の用紙Ｓとの非接触領域の温度上昇がより顕著となる。これに対し、ヒートパイプ６２を利用することで定着ベルト４１の軸方向の熱伝導性を高め、均熱化を促進することが可能となる。

一方、ヒートパイプ６２は高温になると内圧が上昇し、伝熱性が低下してしまう可能性がある。また、高温によりヒートパイプ６２の内圧が上昇すると破裂の危険性が生じる。しかしながら、第２の実施形態では、断熱吸湿層６１が水蒸気を放出する際に吸熱反応を起こすため、断熱吸湿層６１に接するヒートパイプ６２が断熱吸湿層６１によって冷却され、最終的に定着ベルト４１の温度上昇を抑制することができる。したがって、定着装置３６の信頼性を高めることができる。

また、ヒートパイプ６２は、加圧パッド４６からフレーム４５方向にも熱を伝えようとするが、断熱吸湿層６１によってフレーム４５の方向への伝熱を抑制することができる。したがって、定着ベルト４１の熱がフレーム４５へ逃げるのを抑制することで、定着装置３６の起動時間を高速化することができる。

図１０は、図８の定着装置３６を用いたときの、定着ベルト４１の均熱効果と起動時間の評価を行った評価結果を示す説明図である。評価は、市販の東芝テック製の複合機「ｅ−ＳＴＵＤＩＯ（登録商標）５０５５Ｃ」の定着器をベースに、アルミで作製した加圧パッドとフレームの間にヒートパイプと断熱吸湿層を配置したものを用いた。

ヒートパイプは２ｍｍ厚、長さ１５０ｃｍの偏平型銅−水ヒートパイプを２本、軸方向に直列配置して使用した。断熱吸湿層は、セルロースファイバーにゼオライト粒子を吸着材料として混ぜ込んだものを使用し、厚さ１ｍｍ、幅３４０ｍｍ、高さ１０ｍｍの断熱吸湿層をヒートパイプとフレームの間に設置した。

このようにして作製した断熱吸湿層は、温度２５℃、相対湿度４０％の環境で０．３４ｇの吸湿能力を得た。印刷速度５０枚／分で連続印刷を行い、積算印刷枚数が２５０枚に達した時点の定着ベルトの端部温度と中心部温度の温度差ΔＴ（℃）を均熱化の評価指標とした。

また、定着装置の停止状態から定着ベルト温度が設定温度に到達し、印刷可能になるまでの起動時間Ｎ（秒）を起動性能の評価指標とした。また本実施形態に対する比較例として、断熱吸湿層がなく、ヒートパイプとフレームが直接接触する定着装置を比較例とした。

評価結果を図１０（ａ）に示す。図１０（ａ）に示すように、第２の実施形態の定着装置は、定着ベルトの温度差ΔＴおよび起動時間Ｎともに、比較例に対して低減し、均熱化を図り、かつ起動の高速化が可能であることが確認された。

図１０（ｂ）は、第２の実施形態での定着ベルトの軸方向の温度状態を示し、図１０（ｃ）は、比較例の定着ベルトの軸方向の温度状態を示している。即ち、第２の実施形態では、定着ベルトの用紙との接触領域の温度が１５０℃になったとき、用紙との非接触部分の温度は２０５℃であり、その差ΔＴは５５℃であった。これに対して比較例では、定着ベルトの用紙との接触領域の温度が１５０℃になったとき、用紙との非接触部分の温度は２１５℃であり、その差ΔＴは６５℃であり、温度差が大きいことが分かる。

また定着ベルトの温度が常温（２５℃）から定着可能温度に達するまでの時間を起動時間とすると、第２の実施形態では、３４秒であったのに対して、比較例では、４２秒であった。したがって、第２の実施形態の方が起動時間を約８秒短縮することができた。

以上説明したように第２の実施形態に係る定着装置では、定着ベルトの均熱化を図り、かつ起動時の高速化を実現することができる。

尚、本発明のいくつかの実施形態を述べたが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…画像形成装置
１７…プリンタ部（画像形成部）
３６…定着装置
４１…定着ベルト
４２…加圧ローラ（加圧回転部材）
４５…フレーム（支持部材）
４６…加圧パッド（加圧部材）
４７…吸湿層
５１，５２…開口
６１…断熱吸湿層
６２…ヒートパイプ

実施形態に係る定着装置は、記録媒体上に形成されたトナー画像を前記記録媒体上に定着させる定着装置であって、トナー画像を加熱融解する回転可能な筒状の定着ベルトと、前記定着ベルトの軸方向に沿って対向配置し前記定着ベルトとともに回転して前記記録媒体を搬送する加圧回転部材と、前記定着ベルト内に配置され、前記定着ベルトを内周部から前記加圧回転部材の方向に押圧してニップ部を形成する加圧部材と、前記加圧部材を支持する支持部材と、前記支持部材と前記加圧部材の間に配置され、多孔質性を有する基材に吸湿材料が担持され、もしくは多孔質性を有する基材内に吸湿材料が混ぜ込まれて形成され、空気中の水分を常温（２５℃）で単位体積あたり５０〜８００ｍｇ／ｍ ^３ 吸収するとともに温度上昇に応じて吸収した水分を放出する吸湿層と、を備える。

Claims (6)

1. 記録媒体上に形成されたトナー画像を前記記録媒体上に定着させる定着装置であって、
   トナー画像を加熱融解する回転可能な筒状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトの軸方向に沿って対向配置し前記定着ベルトとともに回転して前記記録媒体を搬送する加圧回転部材と、
   前記定着ベルト内に配置され、前記定着ベルトを内周部から前記加圧回転部材の方向に押圧してニップ部を形成する加圧部材と、
   前記加圧部材を支持する支持部材と、
   前記支持部材と前記加圧部材の間に配置され、空気中の水分を吸収するとともに温度上昇に応じて吸収した水分を放出する吸湿層と、
   を備える定着装置。
2. 前記支持部材及び前記加圧部材の少なくとも一方に、長手方向に沿って形成した複数の開口を有する請求項１記載の定着装置。
3. 前記支持部材及び前記加圧部材の少なくとも一方に形成した前記複数の開口は、前記長手方向の中央部よりも両端部に多く形成した請求項２記載の定着装置。
4. 記録媒体上に形成されたトナー画像を前記記録媒体上に定着させる定着装置であって、
   トナー画像を加熱融解する回転可能な筒状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトの軸方向に沿って対向配置し前記定着ベルトとともに回転して前記記録媒体を搬送する加圧回転部材と、
   前記定着ベルト内に配置され、前記定着ベルトを内周部から前記加圧回転部材の方向に押圧してニップ部を形成する加圧部材と
   前記加圧部材を支持する支持部材と、
   前記加圧部材の前記定着ベルトと反対側の位置に取り付けたヒートパイプと、
   前記ヒートパイプと接触するように前記加圧部材に固定され、空気中の水分を吸収するとともに温度上昇に応じて吸収した水分を放出し予め設定した熱伝導率を有する断熱性の吸湿層と、
   を備える定着装置。
5. 前記断熱性の吸湿層の前記熱伝導率λが、
   λ＝０．０１Ｗ／ｍ／Ｋ〜１．０Ｗ／ｍ／Ｋ
   であることを特徴とする請求項４記載の定着装置．
6. 記録媒体にトナー画像を形成する画像形成部と、
   前記トナー画像を前記記録媒体に定着する請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の定着装置と、
   を備える画像形成装置。

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