JP2017116713A - 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】定着ベルト１４の内部には、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は、ステー部材２６とステー部材に固定されたニップ形成部材２２とを有し、ニップ形成部材の定着ベルトにおける長手方向の端部に対応する位置には端部ヒータ２４が配置されている。端部ヒータの定着ベルトの内面に対向する面と、ニップ形成部材の定着ベルトの内面に対向する面は、端部ヒータの熱を定着ベルトの長手方向に移動させる熱移動補助部材２５で覆われている。端部ヒータはニップ形成部材に形成された開口部にニップ形成部材とは異なる支持部材で支持され、支持部材は熱移動補助部材２５側へコイルバネで付勢されている。【選択図】図２

Description

本発明は、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記録媒体として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ノビと称されるサイズ（以下、「Ａ３Ｎサイズ」という）や１３インチサイズ（以下、「１３ＩＮサイズ」という）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で筒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、ベルト部材の軸方向又は用紙幅方向（以下、「長手方向」という）で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、ベルト部材の内面または外面に接触するように部分的に設けられている。
端部熱源を部分的に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。
また、端部熱源がニップから離れているため、部熱源の加熱効率が低下することを避けられない。
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端部熱源の加熱効率を向上させることができ、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定着装置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、本発明の定着装置は、可撓性を有し回転可能に支持された無端状で筒状の定着部材と、前記定着部材の外部に配置され、該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ためのニップ形成部材と、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、前記定着部材と前記端部熱源とに接触する熱移動補助部材と、を備え、前記端部熱源は、前記ニップ形成部材の前記熱移動補助部材に対向する面内において、前記熱移動補助部材に押し当てられる方向に変位可能に付勢されている。

本発明によれば、定着部材の安定な走行を維持しながら端部熱源の加熱効率を向上させることができ、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定着装置を提供できる。

本発明の一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。 定着装置のニップ部位の概要断面図である。 従来における定着装置のニップ部位の概要断面図である。 本実施形態のニップ形成ユニットを一方向から見た斜視図である。 同ニップ形成ユニットの分解斜視図である。 同ニップ形成ユニットを図４とは反対側から見た要部斜視図である。 ニップ形成ユニットを長手方向の端部側から見た概要断面図で、（ａ）は端部熱源の高さが低い場合の図、（ｂ）は端部熱源の高さが理想的な場合の図、（ｃ）は端部熱源の高さが高すぎる場合の図である。 図７（ｃ）の場合の不具合を示す長手方向の図である。 本実施形態におけるニップ形成ユニットを長手方向の端部側から見た概要断面図である。 本実施形態の変形例におけるニップ形成ユニットを長手方向の端部側から見た概要断面図である。 大サイズ用紙対応の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。 ハロゲンヒータの配熱出力の落ち込みと端部熱源による落ち込み部分の補完との関係を示す図である。 従来のハロゲンヒータの配光分布とその問題点を説明するための図である。

以下、図を参照して本発明の実施形態を説明する。
まず、本実施形態を説明する前に従来の構成及びその問題点について詳細に説明する。
用紙がＢ５等の小サイズの場合は、図１３（ａ）に示すように、中央部の配光分布が密なハロゲンヒータ２８ａのみを点灯し、Ａ３サイズ等の大サイズの場合にはハロゲンヒータ２８ａと、端部付近の配光分布が密なハロゲンヒータ２８ｂとを一緒に、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、用紙全体に対する使用頻度はごく少ないが、Ａ３Ｎサイズや１３ＩＮサイズといったＡ３幅よりも大サイズの用紙対応性も要求されている。

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の用紙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範囲を長くしたハロゲンヒータを用いざるを得ない。
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、このような加熱幅が必要なときに上記発光幅の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ーが無駄になる。
さらには、Ａ３またはＡ４横サイズでの通紙時に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に記載の定着装置が提案されている。

ハロゲンヒータにて加熱する方式の場合、長手方向におけるヒータの最端部は配熱出力が台形の波形状に低下するというハロゲンヒータ特有の加熱特性となる。
このため、長手方向最端部まで必要十分に加熱するためには、図１３（ｂ）に破線で示すように、端部付近の配光分布が密なハロゲンヒータ２８ｂの発光部長さを用紙幅よりも長くする必要がある。
しかしながら、実際の用紙幅はＡ３であるのに対し、加熱幅はこれよりも広いＡ３’となり、結果として連続通紙した場合に非通紙部の温度上昇を来たすこととなる。
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ーを要していることとなり、省エネルギーの観点からも望ましくない。

上述した特許文献１の問題点及びハロゲンヒータ特有の加熱特性に基づく問題を解消できる本発明の一実施形態を説明する。
まず、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などを装備している。
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。

以下に定着装置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、薄肉で可撓性を有し回転可能に支持された定着部材としての定着ベルト１４と、定着ベルト１４の外部において定着ベルト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は無端状で筒状（円筒状）に形成されている。
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、定着ベルト１４の軸方向である長手方向に延びるニップ形成部材２２と、ニップ形成部材２２の長手方向の両端部にそれぞれ設けられ、定着ベルト１４の長手方向における端部の内面を加熱する端部熱源としての端部ヒータ２４と、ニップ形成部材２２と端部ヒータ２４の定着ベルト１４の内面に対向する面を覆うように設けられ、定着ベルト１４と各端部ヒータ２４に接触する熱移動補助部材２５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、熱移動補助部材２５を介して定着ベルト１４の内面と間接的に摺動する。用紙Ｓ上のトナー像はニップＮにおいて、加熱・加圧により定着される。
本実施形態では、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側に凸となる形状やその他の形状であってもよい。
ニップＮの形状は、定着ベルト１４側が凹む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の定着ベルト１４に対向する面を凹状とし、熱移動補助部材２５を薄肉としてこれに沿わせるように形成してもよい。
ニップ形成部材２２、熱移動補助部材２５及びステー部材２６は、何れも定着ベルト１４の上記長手方向に延びる長さを有している。

熱移動補助部材２５は、端部ヒータ２４の熱が局所的に留まることを防止し、積極的に熱を拡散移動させて端部ヒータ２４の加熱による温度不均一性を低減するために設けられている。
このため、熱移動補助部材２５は短時間で熱移動が可能な材料であることが望ましく、熱伝導率の高い銅やアルミニウム、銀といった部材であることが望ましい。コスト、入手性、熱伝導率特性、加工性を総合的に考慮すると、銅を用いることが最も望ましい。
熱移動補助部材２５の定着ベルト１４の内面に対向する面は、定着ベルト１４に直接接触する面であり、ニップ形成面となる。

定着ベルト１４は、ニッケルやＳＵＳ（ステンレス）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またはフィルムで構成される。定着ベルト１４の表層には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）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。
定着ベルト１４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された弾性層があっても良い。シリコーンゴム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光沢ムラが残るという不具合が生じ得る。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光沢ムラが改善する。

ステー部材２６はニップＮ側と反対側が起立した起立部を有した形状となっており、起立部で隔てられて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、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。
ステー部材２６の支持により、加圧ローラ１６により圧力を受けるニップ形成部材２２の撓みが防止され、長手向で均一なニップ幅が得られるようになっている。
ステー部材２６は長手方向両端部で保持部材としてのフランジに保持固定され、位置決めされている。ハロゲンヒータ２８ａ、２８ｂとステー部材２６との間には反射部材３１が備えられ、ハロゲンヒータ２８ａ、２８ｂからの輻射熱などによりステー部材２６が加熱されてしまうことによる無駄なエネルギー消費を抑制している。
反射部材３１を備える代わりに、ステー部材２６の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が可能となる。

加圧ローラ１６は、芯金１６ａの外面に弾性ゴム層１６ｂを被覆した構成を有し、弾性ゴム層１６ｂの表面には離型性を得るためにＰＦＡまたはＰＴＦＥ層からなる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１６は、スプリングなどにより定着ベルト１４側に押し付けられており、弾性ゴム層１６ｂが押し潰されて変形することにより、所定のニップ幅が得られる。
加圧ローラ１６は中空のローラであっても良く、内部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１６ｂはソリッドゴムでも良いが、加圧ローラ１６の内部にヒータが無い場合は、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１４は加圧ローラ１６により連れ回り回転する。本実施形態では、加圧ローラ１６が駆動源により回転し、ニップＮで駆動力が伝達されることにより定着ベルト１４が回転する。定着ベルト１４はニップＮで挟み込まれて回転し、ニップ以外では両端部で図示していないフランジにガイドされて走行する。
上記のような構成により、安価で、ウォームアップ時間が短い定着装置を実現することが可能となる。

図３に基づいて、２本のハロゲンヒータを上記のように部材で隔てることなく同じ領域に配置することの問題点について説明する。
図３に示すような構成は従来でも知られているが、２本のハロゲンヒータ２８ａ、２８ｂが反射部材９０に囲まれているため、反射による輻射の減衰や、双方向矢印で示すように照射角が狭められることによって、加熱効率が低下する。図３において、符号９１はステー部材を、９２はニップ形成部材を示している。
照射角はハロゲンヒータからの輻射が定着ベルト１４に直接当たる角度である。上記のように、一方のハロゲンヒータ２８ａは、定着ベルト１４長手方向中央部を加熱するヒータであり、他方のハロゲンヒータ２８ｂは、定着ベルト１４の長手方向端部を加熱するヒータである。

Ａ３Ｎサイズ等の大サイズまでの用紙幅での定着性が求められる場合には、長手方向端部を加熱するハロゲンヒータ２８ｂの発熱幅を大サイズに対応するように伸ばす必要があり、その場合、Ａ３サイズ等の定型サイズの用紙に対しては定着ベルト１４の端部の過昇温が発生する。
これを防止するためには回転可能な遮蔽部材等を設けるなどの対策が必要であり、コスト上昇を招いてしまう。

この問題を解消すべく、本実施形態では、図２に示すように、ハロゲンヒータ２８ａ、２８ｂをステー部材２６で隔てている。
図２に示すように、ステー部材２６は、断面がそれぞれ略Ｌ字型の第１のステー部材２６Ａと第２のステー部材２６Ｂとからなる。第１のステー部材２６Ａ及び第２のステー部材２６Ｂは、２本のハロゲンヒータ２８ａ、２８ｂを仕切っており、ニップ形成部材２２に固定されている。

具体的に説明すると、第１のステー部材２６Ａは、通紙方向に略平行な垂直片２６Ａ−１と、通紙方向に略垂直な水平片２６Ａ−２とからなっている。第２のステー部材２６Ｂも同様に、通紙方向に略平行な垂直片２６Ｂ−１と、通紙方向に略垂直な水平片２６Ｂ−２とからなっている。なお、ここでの垂直、水平は図中の状態を便宜的に表現したものであり、方向性を限定するものではない。
ステー部材２６は、第１のステー部材２６Ａと第２のステー部材２６Ｂとを互いの水平片を背中合わせ状態で結合して一体化されている。
図４に示すように、第１のステー部材２６Ａと第２のステー部材２６Ｂは共に長手方向に直線的に伸びており、ステー部材２６の断面は略Ｔ字型に構成されている。

このように、２本のハロゲンヒータ２８ａ、２８ｂをステー部材２６を挟んだ上下の別々な領域に配置したことで、図３に記載の構成のように、ヒータ点灯時に互いのガラス管を加熱することがないため、加熱効率が下がらない。
また、ハロゲンヒータ２８ａ、２８ｂとステー部材２６との間に反射部材３１を備えているので、ハロゲンヒータ２８ａ、２８ｂからの輻射熱などによりステー部材２６が加熱されてしまうことによる無駄なエネルギー消費を抑制可能となる。

図５及び図６に基づいて、ニップ形成部材２２、端部ヒータ２４、ステー部材２６及び熱移動補助部材２５の組み付け構成を説明する。
図５に示すように、ニップ形成部材２２の加圧ローラ１６側と反対側の面（裏面）がステー部材２６の加圧ローラ１６側の面（表面）と接触した状態で、ステー部材２６とニップ形成部材２２とが一体化される。ニップ形成部材２２の裏面にはピン状の凸部３２が複数形成されており（図６参照）、これに対応してステー部材２６の表面である垂直片には嵌合穴２６ｃ（図６参照）が複数形成されている。凸部３２と嵌合穴２６ｃによる嵌合構成は、ニップ形成部材２２とステー部材２６との間で相対的に形成される。
ニップ形成部材２２とステー部材２６との間の組み付け構成（嵌合構成）はこれに限定されない。

図５に示すように、ニップ形成部材２２の長手方向の両端部には開口部３４が設けられており、開口部３４には端部ヒータ２４とこれを支持する支持部材３６が挿入されている。支持部材３６の裏面側（ステー部材側）には付勢部材としてのコイルバネ３８が長手方向に間隔をおいて二つ設けられており、ステー部材２６の垂直片の表面側（加圧ローラ側）はコイルバネ３８の受け面となっている。
すなわち、端部ヒータ２４は、ニップ形成部材２２とは独立に動くことが可能な支持部材３６によって支持されている。これにより、端部ヒータ２４は、ニップ形成部材２２の熱移動補助部材２５に対向する面内において、熱移動補助部材２５に押し当てられる方向にコイルバネ３８の付勢力で変位可能となっている。
ニップ形成部材２２の長手方向における他方の端部においても同様の構成となっている。

本実施形態の端部ヒータ２４は、厚みが１ｍｍのセラミックヒータで、ＬＣＰ（液晶ポリマー）等の耐熱樹脂製の支持部材３６によって支持されている。
上記のように、コイルバネ３８はステー部材２６の加圧ローラ１６側の面と接触し、熱移動補助部材２５が取り付けられる前の状態では、ニップ形成部材２２から端部ヒータ２４の上面が飛び出した状態となる。
熱移動補助部材２５は端部ヒータ２４を押し下げながらニップ形成部材２２と接触するところで固定される。熱移動補助部材２５とニップ形成部材２２との一体化は、爪などを設けて噛み合わせれば良いが、接着等の手段を用いても良い。

図７乃至図９に基づいて、本発明の作用効果を説明する。
図７はニップ形成部材２２によって端部ヒータ２４を支持している例である。狙いとしては図７（ｂ）に示すように、ニップ形成部材２２と端部ヒータ２４が熱移動補助部材２５に向かって同一高さになり、熱移動補助部材２５と接触する状態であるが、当然ニップ形成部材２２と端部ヒータ２４には寸法公差があるため、高さがずれてしまう。
図７（ａ）は、端部ヒータ２４がニップ形成部材２２よりも低い場合であるが、熱移動補助部材２５と端部ヒータ２４との間には隙間ができるため、端部ヒータ２４と熱移動補助部材２５の伝熱は急激に悪化し、隙間の程度によっては熱移動が少ないため端部ヒータ２４が過昇温で破損してしまう。

図７（ｃ）は図７（ａ）とは逆のケースを示している。この場合は端部ヒータ２４により熱移動補助部材２５を押し上げてしまう。その場合、長手方向で見ると図８のようになり、両端部だけ熱移動補助部材２５が盛り上がった状態になる。
熱移動補助部材２５と加圧ローラ１６とを圧接してニップ幅を形成しているため、加圧ローラ１６に対して両端部だけ多く食い込む状態となり、両端部のニップ幅が増加してしまう。これにより両端部のみ用紙に与える熱量が過多になり、トナーの定着ベルト１４への再転移転や用紙カールなどの不具合が発生してしまう。
図７（ｃ）のケースでは端部ヒータ２４に掛かる荷重が多くなるため、ヒータの厚み、強度によっては端部ヒータ２４の破損が起きることもある。

これに対し、本実施形態では、図９に示すように、端部ヒータ２４がニップ形成部材２２とは別体の支持部材３６で支持されており、コイルバネ３８で熱移動補助部材２５に向けて付勢されるため、寸法公差が吸収されて安定して接触させることができる。端部ヒータ２４に掛かる荷重はコイルバネ３８のバネ定数で決まるため、端部ヒータ２４の破損が起こらず、ヒータの厚みも自由に選択することができる。省エネルギー性の面から考えると、端部ヒータ２４の厚みは薄いほうが熱容量小さくなり望ましい。
支持部材３６は、端部ヒータ２４の、定着ベルト１４の長手方向と交差（直交）する短手方向の両端部を支持するとともに、端部ヒータ２４と接触しない部分を有している。すなわち、端部ヒータ２４を短手方向の両端部で支持し、中央部を浮かす構成となっている。

これは端部ヒータ２４の熱を熱移動補助部材２５に効率よく伝えるためで、端部ヒータ２４と支持部材３６との接触面積を減らすことで、裏（支持部材側）に逃げる熱を減らすことができる。
端部ヒータ２４に掛かる荷重が大きい場合には、中央部の浮き部分で端部ヒータ２４が破損することがあるため、コイルバネ３８の付勢力下で支持し端部ヒータ２４に過度な荷重がかからない本構成が望ましい。
図１０に示すように、端部ヒータ２４と熱移動補助部材２５との間には、熱伝導体としての良熱伝導層４２が設けられている。製造精度上、端部ヒータ２４や熱移動補助部材２５の粗さやうねり、反りなどにより部分的に隙間ができるため伝熱効率が低下する。良熱伝導層４２を設けることにより隙間を埋めることができ、伝熱効率が上昇する。
良熱伝導層４２としては、端部ヒータ２４と熱移動補助部材２５との間を気密状態に埋める性状を有する伝熱グリースや、シート状をなすグラファイトシートを用いることができる。

熱移動補助部材２５の定着ベルト１４との接触面には、摩擦係数の低い摺動コーティングを施すことで加圧ローラ１６に掛かるトルクを下げることができる。
摺動コーティングとしては、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等のガラスコーティングやＰＴＦＥなどが考えられるが、熱移動補助部材２５と定着ベルト１４との伝熱効率を悪くしないために、約５０μｍ以下の薄膜であることが望ましい。

図１１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通紙領域の中央部の配光分布が密なＡ４縦サイズ等の小サイズ用紙対応のハロゲンヒータである。
ハロゲンヒータ２８ｂは、長手方向における通紙領域の両端部の配光分布が密なＡ３サイズ等の用紙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、長手方向端部の非通紙部が無駄に加熱されることや、連続通紙による端部の過昇温が防止される。
端部ヒータ２４ａ、２４ｂは、長手方向における加熱範囲の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されている。換言すれば、端部ヒータ２４ａ、２４ｂは、ハロゲンヒータ２８ｂの用紙幅の最端部に対応する位置の配熱出力の低下を補完するように配置されている。

ハロゲンヒータ２８及び端部ヒータ２４の配熱出力の詳細について図１２を用いて説明する。
通常、ハロゲンヒータ２８はフィラメントの最端部まで、狙いの配熱量に対して１００％の配熱出力はなされておらず、端部については熱量の落ち込みで配熱出力が５０％となるところまでを発熱部と定義するのが一般的である。
端部ヒータ２４もヒータ端部までは狙いの配熱量に対して１００％の配熱出力はなされておらず、配線部の長手方向端部は配熱出力の落ち込みが発生する。
このため、ハロゲンヒータ２８及び端部ヒータ２４の長手方向の境界部で配熱出力の落ち込みが発生すると、特にＡ３Ｎサイズ等の定形サイズより幅が広い用紙の端部で定着不良が発生する可能性があるため、ハロゲンヒータ２８及び端部ヒータ２４の配熱出力が１００％となる端部同士を長手方向の境界位置とすることが望ましい。

前述したように、熱移動補助部材２５は銅やアルミニウムなどの熱伝導率の高い材料を用い、ハロゲンヒータ２８及び端部ヒータ２４の熱が局所的に留まることを防止し、積極的に長手方向に熱を移動させて長手方向の温度不均一性を低減している。
しかしながら、熱移動補助部材２５と定着ベルト１４の内面とは摺動しており、金属材料をそのまま定着ベルト１４の内面と摺擦するようにすると、摩擦係数が大きく、ユニットトルクが上昇する等の不具合がある。
このため、熱移動補助部材２５の定着ベルト１４に対向する対向面２５ａ（図５参照）は平滑であることが望ましく、更に摺動性を高めるために摩擦係数を低減するような施しを行うことが望ましい。
具体的には、ＰＦＡやＰＴＦＥのようなフッ素系の塗装やコーティングを施すことにより、熱移動補助部材２５と定着ベルト１４の内面との摺動を良好に維持することが可能となる。
熱移動補助部材２５と定着ベルト１４の内面との間にフッ素グリースやシリコーンオイルなどの潤滑剤を塗布することでも摺動トルクを低減することができる。

次に端部ヒータ２４の温度を制御する温度検知手段について図１１を用いて説明する。
定着ベルト１４の温度検知手段は接触方式のものが安価で精度が良いという利点があるが、接触位置に微細な摺動跡が発生し、対応する位置の画像に微小な光沢ムラ等の異常が発生することがある。特にカラー画像形成装置では定型サイズ幅内には接触式センサを用いないというユニット構成が主流になっている。
しかしながら本実施形態の構成では、端部ヒータ２４ａ、２４ｂは定型最大サイズ紙の端部を加熱するハロゲンヒータ２８ｂの更に外側を加熱するための加熱部材である。
特殊サイズ領域は、定型最大サイズ用紙の端部ぎりぎりまで作像したい場合の耳部であったり、印刷位置合わせに使われるトンボと呼ばれる線画像や、色確認のための小面積のトナーパターンが作像される部分として使われる。

上記特殊サイズ領域は最終的には切断される部分であることが多いために、接触式の温度検知手段の接触跡に発生する微小な光沢ムラ等は異常画像として顕在化しない。
従って、端部ヒータ２４ａ、２４ｂの温度を制御する温度検知手段による摺動跡は最終画像として残る可能性が少ない。
このため、長手方向の定型最大サイズより外側で且つ特殊サイズ用紙の最大幅より内側（図１１中にＷで示した幅）に設けることにより、精度良く温度検知が可能となると共に、安価で高精度な接触式サーミスタ（温度検知手段）を用いることが可能となる。

上記実施形態では、製造精度上生じる寸法公差を、ニップ形成部材２２とは別の支持部材３６で端部ヒータ２４を変位可能に支持して吸収する構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えばニップ形成部材２２に凹部ないし段差部を形成し、そこに付勢部材（弾性部材）と端部ヒータ２４を収容して熱移動補助部材２５に押し当てられる方向に端部ヒータ２４を変位可能に設ける構成としてもよい。
また、本発明に係る定着装置は、図１に示すカラープリンタに限らず、モノクロ画像形成装置や、その他のプリンタ、複写機、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機に搭載することが可能であり、搭載することで省エネルギー性に優れた画像形成装置を提供できる。

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 定着部材としての定着ベルト
１６ 対向部材としての加圧ローラ
２２ ニップ形成部材
２４ａ、２４ｂ 端部熱源としての端部ヒータ
２５ 熱移動補助部材
２８ａ、２８ｂ 定着熱源としてのハロゲンヒータ
３６ 支持部材
３８ 付勢部材としてのコイルバネ
４２ 熱伝導体としての良熱伝導層
１００ 画像形成装置
１５０ 定着装置
Ｓ 記録媒体としての用紙

特開２０１４−１７８３７０号公報

Claims (8)

1. 可撓性を有し回転可能に支持された無端状で筒状の定着部材と、
   前記定着部材の外部に配置され、該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ためのニップ形成部材と、
   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、
   前記定着部材と前記端部熱源とに接触する熱移動補助部材と、
   を備え、
   前記端部熱源は、前記ニップ形成部材の前記熱移動補助部材に対向する面内において、前記熱移動補助部材に押し当てられる方向に変位可能に付勢されている定着装置。
2. 請求項１に記載の定着装置において、
   前記端部熱源は、前記ニップ形成部材とは独立に動くことが可能な支持部材によって支持され、前記支持部材は、前記端部熱源が前記熱移動補助部材に押し当てられる方向に付勢部材で付勢されている定着装置。
3. 請求項２に記載の定着装置において、
   前記付勢部材がバネである定着装置。
4. 請求項２又は３に記載の定着装置において、
   前記支持部材は、前記端部熱源の前記長手方向と交差する短手方向の両端部を支持するとともに、前記端部熱源と接触しない部分を有している定着装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の定着装置において、
   前記端部熱源と前記熱移動補助部材との間に熱伝導体が設けられている定着装置。
6. 請求項５に記載の定着装置において、
   前記熱伝導体が、前記端部熱源と前記熱移動補助部材との間を気密状態に埋める性状を有している定着装置。
7. 請求項５に記載の定着装置において、
   前記熱伝導体がシート状をなす定着装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１つに記載の定着装置を有する画像形成装置。

Images