JP2017116922A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低熱容量でフィルム状に薄い無端ベルトとニップ形成部材の間に高熱伝導性部材が介在する構成の定着装置において、ニップ形成部材への熱移動量を減らし、消費電力量を削減する。【解決手段】可撓性を有する無端状のベルトと、該ベルトを加熱する定着熱源と、前記ベルトの内部に配設され、ニップ形成部材と前記ベルトの内周面と摺接してその長手方向に熱を移動する熱移動補助部材とを有するニップ形成ユニットと、前記ベルトを挟んで前記ニップ形成ユニットに圧接して定着ニップを形成する加圧部材とを備え、未定着画像を担持する記録材を前記定着ニップに通過させることにより記録材上の未定着画像を定着させる定着装置において、前記熱移動補助部材の定着ニップ側と反対側に配された前記ニップ形成部材が、中空フィラーを混在した耐熱性樹脂で形成されている。【選択図】図４

Description

本発明は、記録材に画像を定着する定着装置、及び該定着装置を搭載した複写機、プリンタ、ファクシミリ、又はそれらのうちの少なくとも２つの機能を有する複合機等の画像形成装置に関するものである。

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、未定着トナー画像を、画像転写方式若しくは直接方式により記録用紙、印刷紙、感光紙、静電記録紙等の記録材に形成する。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における近年の課題としては以下のようなものがある。
・電源投入時等に常温状態から印刷可能な所定の温度（リロード温度）に達するまでに要する時間であるウォームアップ時間や、印刷要求を受けた後に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であるファーストプリント時間の更なる短縮化（課題１）。
・画像形成装置の高速化に伴い、単位時間当たりの通紙枚数が増え、必要熱量が増大しているため、特に連続印刷の始めに熱量が不足する、所謂温度落ち込みの問題（課題２）。

以上のような課題を解決するために、低熱容量でフィルム状に薄い無端ベルトを、支持体を兼ねる金属熱伝導体を介することなく、直接加熱する構成とし、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定着装置が提案された（例えば特許文献１）。この定着装置では、無端状の定着ベルトの外周側に配置された加圧ローラと定着ベルトの内部（ループ内）に固定配置されたニップ形成部材とが定着ベルトを介して圧接することによって定着ニップを形成している。

内部に支持体を兼ねる金属熱伝導体を備えずに、低熱容量の無端ベルトを用いる定着構成は、非常に熱効率が優れたものであるが、通紙時の長手方向の温度分布を均一に保つ困難性を内包している。即ち、小サイズの記録材が通過する領域（通紙領域）では、記録材やこれに載る未定着トナーを加熱するために熱が消費されるが、非通紙領域では記録材等により熱が奪われないため、定着ベルトや加圧ローラに熱が蓄積し、この非通紙領域のニップ部の温度が、所定温度に維持管理される通紙領域のニップ部温度よりも高くなってしまう、所謂端部温度上昇が発生する。

このような端部温度上昇の問題に対して、定着ベルトに圧接するニップ形成部材の定着ニップ側に高熱伝導性材料からなる部材を取り付けて、新たな駆動機構や把持機構を設けることなく、熱移動、吸熱能力を高めて、端部温度上昇の防止を図ることが提案されている（例えば特許文献２）。これは、定着ベルトの幅方向、即ち、ニップ形成部材の長手方向／軸方向における熱移動を高熱伝導性材料によって容易にすることで通紙により奪熱されず加熱されるままの端部領域の熱を長手方向に移動させて温度分布をできるだけ滑らかにするものである。

しかしながら、このような低熱容量の無端ベルトを用いた方式で、ニップ部に高熱伝導性部材を用いて定着ベルトと高荷重下で摺接させる構成では、ニップ形成部材と定着ベルトの間に高熱伝導性部材を介在させることにより、定着ベルトからニップ形成部材へ定着に寄与しない熱の移動量が増えてしまい、消費電力量に無駄が生じている。

そこで本発明は、低熱容量でフィルム状に薄い無端ベルトとニップ形成部材の間に高熱伝導性部材が介在する構成の定着装置において、ニップ形成部材への熱移動量を減らし、消費電力量を削減することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、可撓性を有する無端状のベルトと、該ベルトを加熱する定着熱源と、前記ベルトの内部に配設され、ニップ形成部材と前記ベルトの内周面と摺接してその長手方向に熱を移動する熱移動補助部材とを有するニップ形成ユニットと、前記ベルトを挟んで前記ニップ形成ユニットに圧接して定着ニップを形成する加圧部材とを備え、未定着画像を担持する記録材を前記定着ニップに通過させることにより記録材上の未定着画像を定着させる定着装置において、前記熱移動補助部材の定着ニップ側と反対側に配された前記ニップ形成部材が、中空フィラーを混在した耐熱性樹脂で形成されている。

本発明によれば、前記熱移動補助部材の定着ニップ側と反対側に配された前記ニップ形成部材が、中空フィラーを混在した耐熱性樹脂で形成されているので、ニップ形成部材の熱伝導率が下がり、定着に寄与しないニップ形成部材への熱移動量が減り、定着装置での消費電力量が削減できる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の全体構成を示す概略図である。 定着装置の一実施形態を示す断面図である。 ニップ形成ユニットを構成するニップ形成部材、支持部材、熱移動補助部材、端部ヒータの基本的な位置関係を示す分解斜視図である。 中空フィラー入りニップ形成部材と熱移動補助部材の断面図である。 別の構成例に係る中空フィラー入りニップ形成部材と熱移動補助部材の断面図である。 更に別の構成例に係るニップ形成部材と熱移動補助部材の断面図であり、端部ヒータを支持するニップ形成部材の端部位置での断面図である。 各形態に係るニップ形成部材を用いることができる定着装置の別の実施形態を示す断面図である。

以下、添付の図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の一形態に係る画像形成装置の全体構成を示す概略図である。
この画像形成装置１は、カラーレーザープリンタであり、そのプリンタ本体の中央には、中間転写ベルト３０の展張方向に沿って４つの作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋが並置して設けられている。各作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋは、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の異なる色の現像剤を収容する以外は、同じ構成となっている。

具体的に、それぞれ画像ステーションを構成する各作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、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等を備えている。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のみに色用符号を付し、その他の作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍにおいては符号を省略している。

作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、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。

作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、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とを備える。更に、転写装置３は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、テンションローラ３４、及びベルトクリーニング装置３５を備えている。

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、プリンタ本体の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にもプリンタ本体の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。
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、２Ｃ、２Ｍ、２Ｋが着脱可能に装着されている。各トナーボトル２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｋと各現像装置７との間には、周知のように補給路が設けられ、この補給路を介して各トナーボトル２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、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、記録材としての用紙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等が設けられている。ここで、記録材には、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、周知のように、手差し給紙機構が設けられていてもよい。

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。更に、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が設けられている。

本実施形態に係るプリンタの基本的動作は次のようである。作像動作が開始されると、各作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋにおける各感光体５が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、シアン、マゼンタ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、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。各感光体５の表面は、その後、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、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、その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プリンタ本体内に置かれた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、４Ｃ、４Ｍ、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。

図２は、定着装置２０の一実施形態を示す概略的な断面構成図である。
定着装置２０は、薄肉で可撓性を有する筒状の定着部材である無端状の定着ベルト２１と、この定着ベルト２１の外周側から当接する加圧部材である加圧ローラ２２とを有している。定着ベルト２１は、その内部（ループ内）に配された複数の熱源としてのヒータ２３Ａ、２３Ｂの輻射熱によって加熱される。熱源としては、ハロゲンヒータが一般的であるが、誘導加熱装置であってもよいし、抵抗発熱体、カーボンヒータ等であってもよい。

更に定着ベルト２１の内部には、定着ベルト２１を介して加圧ローラ２２とで定着ニップＮを形成するニップ形成部材２４と、ニップ形成部材２４を支持するステー２５（支持部材）とが配されている。定着ベルト２１の幅方向に渡って配されたニップ形成部材２４が、ステー２５によって固定支持されることで、加圧ローラ２２からの圧力によってニップ形成部材２４に撓みが生じることを防止し、加圧ローラ２２の軸方向（長手方向）に渡って均一なニップ幅が得られるようになっている。なお、ニップ形成部材２４は、機械的強度が高く耐熱温度２００℃以上の耐熱性部材、特に耐熱性樹脂、例えばポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、それらをガラス繊維で強化したもので構成されている。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、安定した定着ニップの状態を確保し、出力画質の安定化を図っている。また、ステー２５やヒータ２３Ａ、２３Ｂは、その長手方向両端を、定着装置２０の側板あるいは別途設けられたホルダに固定保持されている。ニップ形成部材２４の長手方向両端部には、主たる熱源（定着熱源）とは別の端部熱源としての端部ヒータ２６が一体に取り付けられている。端部熱源としては、一般的に、セラミックセータのような接触伝熱型ヒータである。

定着ベルトの長手方向における熱移動を容易にする均熱部材とも称される熱移動補助部材２７が、ニップ形成部材２４と端部ヒータ２６それぞれの定着ベルト２１の内周面に対向する各面を覆うように配されており、小サイズ紙通紙時や端部ヒータ２６点灯時に定着ベルト２１の端部領域に熱が留まることを防止して、積極的に定着ベルト２１の幅方向、即ち、熱移動補助部材２７の長手方向に熱を移動させて、長手方向の温度不均一を解消させる。そのため、熱移動補助部材２７は短時間で熱移動が可能となる熱伝導率の高い材料で形成されており、銅やアルミニウムが想定される。図２の描写では、熱移動補助部材２７の定着ベルト２１の内周面に対向する面が定着ベルト２１に直接接触する面であり、ニップ形成面となっており、平坦状に形成されているが、凹形状やその他の形状であってもよい。凹形状のニップ形成面であると、用紙先端の排出方向が加圧ローラ寄りになり、分離性が向上してジャムの発生が抑制される。

周知のように、定着ベルト２１の外周側の適切な位置には、ベルト温度を検知する温度センサ２９が設けられており、定着装置２０の用紙搬送方向下流側には、定着ベルト２１から用紙Ｐを分離する分離部材４０が配されていて、加圧ローラ２２を定着ベルト２１へ加圧する解除可能な加圧手段も設けられている。

低熱容量化を図るため、フィルムのように薄肉で小径化した無端状の定着ベルト２１は、ニッケルやＳＵＳ等の金属材料やポリイミド等の樹脂材料で形成された内周側の基材と、ＰＦＡ（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）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）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。基材と離型層の間に、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、あるい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。この弾性層の厚さを１００μｍ程度にすれば、未定着トナーを押し潰して定着させるときに弾性層の弾性変形により、ベルト表面の微小な凹凸を吸収でき、光沢ムラの発生を回避できる。低熱容量化の観点から、定着ベルト２１は、全体として厚さ１ｍｍ以下に、直径２０〜４０ｍｍに設定されている。そして、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は、２０〜５０μｍ、１００〜３００μｍ、１０〜５０μｍの範囲に設定されている。更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、更に望ましくは、０．１６ｍｍ以下の厚さとするのがよく、直径は３０ｍｍ以下とするのが望ましい。

断面Ｔ字状のステー２５は定着ニップＮ側と反対側が起立した起立部２５ａを有しており、定着熱源としてのヒータ２３Ａ、２３Ｂが起立部２５ａによって隔てられるように配置されている。ヒータ２３Ａ、２３Ｂは、一方が小サイズ紙に対応した長手方向中央部に発熱領域を有するものであり、他方が大サイズ紙に対応して長手方向両端部に発熱領域を有するものである。ヒータ２３Ａ、２３Ｂ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、定着ベルト２１の外周に設けられた温度センサによるベルト表面の温度検知結果に基づいて行われる。このようなヒータ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、ステー２５とヒータ２３Ａ、２３Ｂの間には反射部材２８Ａ、２８Ｂが配され、ヒータ２３Ａ、２３Ｂの定着ベルト２１に対する加熱効率を上げると共に、ヒータ２３Ａ、２３Ｂからの輻射熱によりステー２５が加熱される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２８Ａ、２８Ｂを備える代わりに、ステー２５表面に断熱若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２２は、芯金と、芯金の表面に設けられた発泡性シリコーンゴムやフッ素ゴム等から成る弾性層と、弾性層の表面に設けられたＰＦＡやＰＴＦＥ等から成る離型層によって構成されている。加圧手段のバネにより加圧ローラ２２が定着ベルト２１に押し付けられ定着ベルト２１と圧接する箇所では、加圧ローラ２２の弾性層が押し潰されることで、所定幅の定着ニップＮが形成されている。加圧ローラ２２は、プリンタ本体に設けられた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、その駆動力が定着ニップ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。定着ベルト２１は定着ニップＮで挟み込まれて回転し、定着ニップＮ以外では両端部に配された側板フランジにガイドされ、走行する。

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熱源を配設してもよい。弾性層はソリッドゴムでもよいが、加圧ローラの内部に熱源が無い場合は、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。

ニップ形成部材２４、ステー２５、熱移動補助部材２７、端部ヒータ２６によって構成されるニップ形成ユニットでは、その基本構成を示す図３から分かるように、ニップ形成部材２４の、定着ニップＮ側と反対側の面が、ステー２５の定着ニップＮ側の平面と一体化される。この際、それぞれの面にボスとピンのような凹凸形状を形成させて、これらを形状拘束的に嵌め合わせるようにしてもよい。ニップ形成部材２４の定着ニップ側に配された熱移動補助部材２７は略直方体状のニップ形成部材２４の、定着ベルト２１の内周面に対向する面を覆うように嵌め合わされて一体化される。熱移動補助部材２７とニップ形成部材２４の一体構成は爪等を設けて噛み合わせればよいが、接着等を用いてもよい。ニップ形成部材２４の長手方向の両端部には、段差部としての凹部２４ａ、２４ｂが形成され、これらの箇所には端部ヒータ２６ａ、２６ｂが収容され、固定されている。熱移動補助部材２７の定着ベルト２１の内周面に対向する面はベルト摺接面２７ａとして構成されるが、機械的強度上、実質的にニップ形成面となるのはニップ形成部材２４の加圧ローラ２２に対向する面２４ｃである。

既述のように、熱移動補助部材２７は、その長手方向に熱を移動させて、長手方向の温度不均一を解消させる目的を有し、銅やアルミニウム等、熱伝導率の高い材料で形成されている。しかしながら、定着ベルト２１の熱が熱移動補助部材２７に伝わることで、そこから更にニップ形成部材２４へ伝わる熱量も増加する。熱移動補助部材２７からニップ形成部材２４へ移動する熱はトナーの定着には寄与しないので、無駄な熱エネルギーとなる。つまり、定着に用いられる消費電力量を増加させてしまうこととなる。そこで、そのような定着に寄与しない熱量を抑制することが定着装置の、ひいては画像形成装置の省エネルギー化となる。

そのための構成の一例を図４に示す。図４に示すニップ形成部材２４は、その樹脂材内部に中空フィラー２４ｄを混在させている。中空フィラー２４ｄは内部が空気であり、熱伝導率が非常に低いため、ニップ形成部材２４全体の熱伝導率は、中空フィラーが混在していないニップ形成部材に比べ格段に低くなる。そのため、熱移動補助部材２７へ伝わった熱のニップ形成部材へ伝わる熱量を減らすことができ、消費電力量を減らすことができる。中空フィラー２４ｄの混在程度は、ニップ形成部材２４の強度や加熱の程度、即ち、耐熱条件に合わせて設定される。

なお、熱移動補助部材２７の立ち上がり部２７ｄは基部２７ｃからステー２５側に延びている。中空フィラー２４ｄを混在するニップ形成部材２４は、熱移動補助部材の立ち上がり部２７ｄに面する部分２４ｆと、熱移動補助部材２７に対向する面を形成する熱移動補助部材側部分２４ｇと、ステー２５に対向する面を形成し、熱移動補助部材２７の基部２７ｃとほぼ平行なステー側部分２４ｈと、ステー２５に対向するステー側部分２４ｈからステー２５に向かって延び、先端がステー２５と接している突出部２４ｉとを有している。ニップ形成部材２４のステー側部分２４ｈは、ニップ形成部材２４の一方の端部に位置する立ち上がり部２４ｆのステー側先端付近から他方の端部に位置する立ち上がり部２４ｆの先端付近まで延びている。立ち上がり部２４ｆとステー側部分２４ｈは、図では同じ高さになっているが、どちらかが高くなっていてもよい。突出部２４ｉの先端とステー２５の間に別部材を介在させて接触するようになっていてもよい。突出部２４ｉのステーと接する箇所は、熱移動補助部材の立ち上がり部２４ｄの先端よりも押圧方向にステー側に高くなるように突出している。言い換えると、熱移動補助部材の基部２７ｃと立ち上がり部２７ｄとで形成される凹形状の中に、ステー２５は入り込んでいない。

ここで、中空フィラーの意義について詳述する。加圧パッドとしての機能を果たす樹脂製のニップ形成部材と定着ベルトとの間に熱移動補助部材を介在させ、熱移動補助部材をベルトに直接摺擦させる構成においては、樹脂製のニップ形成部材と定着ベルトを摺擦させる従来構成や熱移動補助部材と定着ベルトの間に摺動シートを介在させた従来構成に比べて、長手方向の均熱性能を大幅に向上させる反面、均熱板である熱移動補助部材の厚み方向への吸熱性も増大しているため、ウォームアップタイムの増加や省エネルギー性能の低下といった課題も生じ、長手方向の均熱性と厚み方向の急熱性がトレードオフになってしまう。そのため、熱移動補助部材の裏面に存在するニップ形成部材の断熱性能を向上させることが、熱移動補助部材による均熱性能を維持したまま、吸熱性の増加を抑えウォームアップタイムの増加や省エネルギー性能の低下を最小限に抑えることにとって絶大な効果を発揮できる。従来のように、熱移動補助部材が無い、若しくは熱伝導性の悪い摺動シートが熱移動補助部材と定着ベルト間に介在している場合は、そもそもの吸熱性能が著しく少ないため、ニップ形成部材の断熱性能の向上によるウォームアップタイムや省エネルギー性能の改善効果は殆ど得られない。特に、ウォームアップタイムに関しては短時間での吸熱性能が大きく影響するため、摺動シートを介在した時点で熱移動補助部材に充分な熱が伝わり始める前に定着ベルトが所定の温度まで達し全く意味を成さない。ゆえに、熱移動補助部材との組み合わせにおいて、ニップ形成部材の断熱化が大きな効果を発揮できる。ここで、ニップ形成部材の断熱化方法として、中空フィラーを樹脂材料に混合させることで、単に熱伝導率を下げるだけでなく、ニップ形成部材の熱容量も下げ、より一層の断熱効果を得ることができる。

またニップ形成部材の樹脂材に中空フィラーを混ぜて熱容量を下げることは、ニップ形成部材の剛性を低下させ、本来の機能である加圧力を低下させてしまう。しかし、熱移動補助部材を嵌合させる構成においては、熱移動補助部材が金属材であることから熱移動補助部材自体の剛性が高く、ニップ形成部材と熱移動補助部材を複合させた剛性が加圧力の機能を充分に果たすことができる。つまり、熱移動補助部材に均熱性能と加圧力の両方の機能を持たせ、ニップ形成部材は足りない強度を補いつつ、最大限まで中空フィラーを混入して断熱化すればよい。このように、熱移動補助部材と中空フィラーを混入したニップ形成部材との組み合わせを活用すれば、均熱性能と断熱性能、加圧力を最適化することが可能である。

この中空フィラー２４ｄは、ガラス材でできたガラスバルーンあるいはガラスビーズと称されるガラス製微小中空体を使用することが望ましい。それは、ガラスバルーンが高硬度であり、かつ耐熱性にも優れているからである。ガラスバルーンは、ガラスの膜厚、粒径のコントロールにより、高強度と低熱伝導率を両立できるが、例えば３５μｍ〜１３５μｍ程度のサイズのものが、ニップ形成部材２４の内部に混在される。ニップ形成部材２４は、荷重たわみ温度が３００℃以上、また曲げ強度は一例として９０Ｍｐａ（２３℃）以上程度となる。

図５に、ニップ形成部材の別の構成例を示す。このニップ形成部材２４’は、中空フィラー２４’ｄを混在した樹脂材を用いることに加え、熱移動補助部材２７と接する側の表面、即ち、定着ニップ側の表面に、長手方向に延在する複数の大きめの溝２４’ｅを形成している。溝２４’ｅは、ニップ形成部材２４が熱移動補助部材２７と対向する長手方向の範囲に設けられている。溝２４’ｅはニップ形成部材２４’の長手方向に平行に形成されるが、その長手方向に対し斜めに形成されていてもよい。このように溝２４’ｅを形成して、熱移動補助部材２７とニップ形成部材２４’の接触面を減らしながら、空気層を設けることにより、ニップ形成部材へ伝わる熱量を更に減少することができる。熱移動補助部材２７は、銅やアルミニウム等、金属材であるため、樹脂に比べて剛性が高く、ニップ形成部材と非接触の領域、つまりニップ形成部材に支えられていない領域に荷重がかかっても、自身の強度でニップ形成を維持できるように構成されている。この熱移動補助部材２７の非接触領域の数や面積は、熱移動補助部材２７に接触しない領域に荷重がかかることで生じるたわみ量の許容値から判断すればよい。なお、熱移動補助部材２７、ニップ形成部材２４’の基本形状は、溝２４’ｅを除いて同じであり、図４における添え字符号と同じ添え字符号を付すことで、それらの説明は省略する。

図６に、ニップ形成部材の更に別の構成例を示す。この図は、端部ヒータを支持するニップ形成部材の端部位置での断面を示している。図６において、端部ヒータ２６は、長手方向の両端部位置にニップ形成部材２４”に嵌め込まれた状態でヒータ裏面を支持され、ヒータ表面が熱移動補助部材２７の裏面と接触している。端部ヒータ２６の発熱領域２６ｃはヒータ裏面に存在し、発熱領域２６ｃの熱がヒータの表面、熱移動補助部材２７へと伝わっていく。一方、発熱領域２６ｃの熱はヒータを支持するニップ形成部材２４”へも伝わるが、このニップ形成部材２４”が中空フィラー入りの樹脂材で構成されていることで、熱伝導率が低くなっているため、端部ヒータ２６による定着ベルトの加熱効率を高めることができる。なお、熱移動補助部材２７、ニップ形成部材２４”の基本形状は、端部ヒータ２６の箇所を除いて同じであり、図４における添え字符号と同じ添え字符号を付すことで、それらの説明は省略する。また、図６の端部ヒータ２６の在る箇所以外は、ニップ形成部材２４“の長手方向の一部を図４の構成とし、一部に図５のように溝を設けることも可能である。

なお、上記した各形態に係る熱移動補助部材及びニップ形成部材は、ニップ形成部材に端部ヒータを備えた定着装置に適用され得るだけでなく、当然ながら、端部ヒータを備えない公知の定着装置にも適用され得るものである。図７に、端部ヒータを備えない定着装置８０を概略断面で示す。この定着装置は、図２に示したニップ形成部材２４に端部ヒータ２６を備えた定着装置２０と基本的に端部ヒータの有無、定着熱源の数が異なるだけであるので、各部材に参照符号をふすことで、その説明は省略する。この構成の場合、ニップ形成部材端部に上述した図６の構成はなく、端部まで図４の構成にすることが可能である。また図５のような溝を設ける場合も端部ヒータ２６が無い分、溝の長さ形状を更に自由に設定可能である。ニップ形成部材断面の一部を図４、別の一部を図５のように溝を設ける構成とすることも可能である。

２０ 定着装置
２１ 定着ベルト
２２ 加圧ローラ
２３ ヒータ
２４ ニップ形成部材
２５ ステー
２６ 端部ヒータ
２７ 熱移動補助部材

特開２０１０−３２６３１号公報 特開２０１５−６４５６１号公報

Claims (5)

1. 可撓性を有する無端状のベルトと、該ベルトを加熱する定着熱源と、前記ベルトの内部に配設され、ニップ形成部材と前記ベルトの内周面と摺接してその長手方向に熱を移動する熱移動補助部材とを有するニップ形成ユニットと、前記ベルトを挟んで前記ニップ形成ユニットに圧接して定着ニップを形成する加圧部材とを備え、未定着画像を担持する記録材を前記定着ニップに通過させることにより記録材上の未定着画像を定着させる定着装置において、
   前記熱移動補助部材の定着ニップ側と反対側に配された前記ニップ形成部材が、中空フィラーを混在した耐熱性樹脂で形成されていることを特徴とする定着装置。
2. 前記中空フィラーがガラスバルーンであることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記ニップ形成部材の定着ニップ側の表面に長手方向にわたる溝が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記ニップ形成部材の長手方向端部に接触伝熱型の端部熱源が配されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の定着装置を有する画像形成装置。

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