JP2021184074A - 加熱装置、定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱部材の長手方向両端部のエア冷却で定着不良が発生しないようにすることができる加熱装置、定着装置および画像形成装置を提供する。【解決手段】長手方向を有すると共に互いに圧接してニップ部を形成する定着ベルト３１０（加熱部材）と加圧ローラ（加圧部材）が筐体４００内に収容され、ニップ部を通るシート部材に定着ベルト３１０から熱伝達する加熱装置である。筐体４００は定着ベルト３１０の長手方向両端部に対向して開口し、エアが通過する、一対の開口部４０３を有し、一対の開口部４０３間における筐体４００の内側に、定着ベルト３１０の外周面に対向する保温部材４５０を配設した。【選択図】図４Ａ

Description

本発明は加熱装置、定着装置および画像形成装置に係り、特に加熱部材と加圧部材を収容する筐体の内側に保温部材を配設した加熱装置と、当該加熱装置を備えた定着装置および画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置で使用される定着装置は種々の型式が知られており、その１つに省エネ性に優れウォームアップ時間も短いサーフ定着方式がある。このサーフ定着方式は低熱容量の薄肉定着ベルトを内側から面状ヒータで接触加熱し、定着ニップを通るシート部材を定着ベルトで加熱してシート部材に担持した未定着トナー画像を加熱定着する。

このような定着装置で小サイズ紙を連続印刷すると、定着ベルトの長手方向端部（非通紙部）が過度に温度上昇する場合がある。端部温度が過度に上昇すると、定着ベルトの破損のほか、小サイズ紙の印刷から大サイズ紙の印刷に移行したときに、端部の定着熱供給量過多による端部過昇温で（高温）オフセットや定着ベルトへの用紙巻き付きによるジャムなどの不具合が発生することがある。

本発明は加熱部材の長手方向両端部のエア冷却による悪影響を抑制することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の加熱装置は、長手方向を有すると共に互いに圧接してニップ部を形成する加熱部材と加圧部材が筐体内に収容され、前記ニップ部を通るシート部材に前記加熱部材から熱伝達する加熱装置において、前記筐体は前記加熱部材の長手方向両端部に対向して開口し、エアが通過する、一対の開口部を有し、当該一対の開口部間における前記筐体の内側に、前記加熱部材の外周面に対向する保温部材を配設したことを特徴とする。

本発明によれば、保温部材によって、加熱部材の長手方向両端部のエア冷却による悪影響を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 本発明の実施形態に係る画像形成装置の原理図である。 本発明の実施形態に係る第１の定着装置の断面図である。 本発明の実施形態に係る第２の定着装置の断面図である。 本発明の実施形態に係る第３の定着装置の断面図である。 本発明の実施形態に係る第４の定着装置の断面図である。 定着装置に使用する抵抗部材の平面図である。 第１実施形態に係る定着装置の筐体を外側から見た側面図である。 図４Ａの４Ｂ−４Ｂ線矢視断面図である。 図４Ａの４Ｃ−４Ｃ線矢視断面図である。 定着装置の筐体の長手方向端面図である。 定着装置の筐体を内側から見た斜視図である。 第２実施形態に係る定着装置の筐体を外側から見た側面図である。 図５Ａの５Ｂ−５Ｂ線矢視断面図である。 図５Ａの５Ｃ−５Ｃ線矢視断面図である。 定着装置の筐体の長手方向端面図である。 定着装置の筐体を内側から見た斜視図である。 保温部材の有無による定着ベルトの端部昇温の相違を示すグラフである。 定着ベルトの上方に保温部材を配置した（ａ）第１実施形態の断面図と（ｂ）第２実施形態の断面図である。

端部過昇温の抑制策として定着ベルトの長手方向端部（非通紙部）を送風ファンで冷却することが行われている（特許文献１−３）。しかしながら、非通紙部を送風ファンで冷却すると、当該非通紙部の長手方向内側に隣接する領域まで送風の影響で温度が低下することがある。そうすると、低温オフセットや定着強度不足による画像剥がれなどの定着不良が発生する。

定着ベルトの定着温度を維持するため、定着装置筐体や定着ベルト周囲に保温部材を設けることが特許文献３−５で提案されているが、前述した定着不良を効果的に防止するには至っていない。

以下、本発明の実施形態に係る加熱装置と、当該加熱装置を使用した定着装置及び画像形成装置（レーザプリンタ）について図面を参照して説明する。レーザプリンタは画像形成装置の一例であり、当該画像形成装置はレーザプリンタに限定されないことは勿論である。すなわち、画像形成装置は複写機、ファクシミリ、プリンタ、印刷機、及びインクジェット記録装置のいずれか一つ、またはこれらの少なくとも２つ以上を組み合わせた複合機として構成することも可能である。

なお、各図中の同一または相当する部分には同一の符号を付し、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。また各構成部品の説明にある寸法、材質、形状、その相対配置などは例示であって、特に特定的な記載がない限りこの発明の範囲をそれらに限定する趣旨ではない。

以下の実施形態では「記録媒体」を「用紙」として説明するが、「記録媒体」は紙（用紙）に限定されない。「記録媒体」は紙（用紙）だけでなくＯＨＰシートや布帛、金属シート、プラスチックフィルム、或いは炭素繊維にあらかじめ樹脂を含浸させたプリプレグシートなども含む。

現像剤やインクを付着させることができる媒体、記録紙、記録シートと称されるものも、すべて「記録媒体」に含まれる。また「用紙」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等も含まれる。

また、以下の説明で使用する「画像形成」とは、文字や図形等の画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の模様を媒体に付与することも意味する。

（レーザプリンタの構成）
図１Ａは、本発明の加熱装置ないし定着装置３００を備えた画像形成装置１００の一実施形態としてのカラーレーザプリンタの構成を概略的に示す構成図である。また図１Ｂは当該カラーレーザプリンタの原理を単純化して図示する。

画像形成装置１００は、画像形成手段としての４つのプロセスユニット１Ｋ、１Ｙ、１Ｍ、１Ｃを備える。これらプロセスユニットは、カラー画像の色分解成分に対応するブラック（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の各色の現像剤によって画像を形成する。

各プロセスユニット１Ｋ、１Ｙ、１Ｍ、１Ｃは、互いに異なる色の未使用トナーを収容したトナーボトル６Ｋ、６Ｙ、６Ｍ、６Ｃを有する以外は、同様の構成となっている。このため、１つのプロセスユニット１Ｋの構成を以下に説明し、他のプロセスユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃの説明を省略する。

プロセスユニット１Ｋは、像担持体２Ｋ（例えば感光体ドラム）と、ドラムクリーニング装置３Ｋと、除電装置を有している。プロセスユニット１Ｋはさらに、像担持体の表面を一様帯電する帯電手段としての帯電装置４Ｋと、像担持体上に形成された静電潜像の可視像処理を行う現像手段としての現像装置５Ｋ等を有している。そして、プロセスユニット１Ｋは、画像形成装置１００の本体に対して着脱自在に装着され、消耗部品を同時に交換可能となっている。

露光器７は、この画像形成装置１００に設置された各プロセスユニット１Ｋ、１Ｙ、１Ｍ、１Ｃの上方に配設されている。そして、この露光器７は、画像情報に応じた書き込み走査、すなわち、画像データに基づいてレーザダイオードからレーザ光Ｌをミラー７ａで反射して像担持体２Ｋに照射するように構成されている。

転写装置１５は、この実施形態では各プロセスユニット１Ｋ、１Ｙ、１Ｍ、１Ｃの下方に配設されている。この転写装置１５は図１Ｂの転写部ＴＭに対応する。一次転写ローラ１９Ｋ、１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃは、各像担持体２Ｋ、２Ｙ、２Ｍ、２Ｃに対向して中間転写ベルト１６に当接して配置されている。

中間転写ベルト１６は、各一次転写ローラ１９Ｋ、１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃ、駆動ローラ１８、従動ローラ１７に掛け渡された状態で循環走行するようになっている。二次転写ローラ２０は、駆動ローラ１８に対向し中間転写ベルト１６に当接して配置されている。なお、像担持体２Ｋ、２Ｙ、２Ｍ、２Ｃが各色の第１の像担持体とすれば、中間転写ベルト１６はそれらの像を合成した第２の像担持体である。

ベルトクリーニング装置２１は、中間転写ベルト１６の走行方向において、二次転写ローラ２０より下流側に設置されている。また、クリーニングバックアップローラが中間転写ベルト１６に対してベルトクリーニング装置２１と反対側に設置されている。

用紙Ｐを積載するトレイを有する用紙給送装置２００は、画像形成装置１００の下方に設置されている。この用紙給送装置２００は記録媒体供給部を構成するもので、記録媒体としての多数枚の用紙Ｐを束状で収容可能であり、用紙Ｐの搬送手段としての給紙ローラ６０やローラ対２１０と共にユニット化されている。

用紙給送装置２００は用紙の補給等のために、画像形成装置１００の本体に対して挿脱可能とされている。給紙ローラ６０とローラ対２１０は用紙給送装置２００の上方に配置され、用紙給送装置２００の最上位の用紙Ｐを給紙路３２に向けて搬送するようになっている。

分離搬送手段としてのレジストローラ対２５０は、二次転写ローラ２０の搬送方向直近上流側に配置され、用紙給送装置２００から給紙された用紙Ｐを一旦停止させることができる。この一旦停止により用紙Ｐの先端側に弛みが形成されて用紙Ｐの斜行（スキュー）が修正される。

レジストローラ対２５０の搬送方向直近上流側にはレジストセンサ３１が配設され、このレジストセンサ３１によって用紙先端部分の通過が検知されるようになっている。レジストセンサ３１が用紙先端部分の通過を検知した後、所定時間が経過すると、当該用紙はレジストローラ対２５０に突き当てられて一旦停止する。

用紙給送装置２００の下流端には、ローラ対２１０から右側に搬送された用紙を上方に向けて搬送するための搬送ローラ２４０が配設されている。図１Ａに示すように、搬送ローラ２４０は用紙を上方のレジストローラ対２５０へ向けて搬送する。

ローラ対２１０は上下一対のローラで構成されている。当該ローラ対２１０はＦＲＲ分離方式またはＦＲ分離方式とすることができる。

ＦＲＲ分離方式は、駆動軸によりトルクリミッタを介して反給紙方向に一定量のトルクを印加された分離ローラ（戻しローラ）を給送ローラに圧接させてローラ間のニップで用紙を分離する。ＦＲ分離方式は、トルクリミッタを介して固定軸に支持された分離ローラ（摩擦ローラ）を給送ローラに圧接させてローラ間のニップで用紙を分離する。

この実施形態ではローラ対２１０をＦＲＲ分離方式で構成している。すなわち、ローラ対２１０は、用紙をマシン内部に搬送する上側の給送ローラ２２０と、この給送ローラ２２０と逆方向にトルクリミッタを介して駆動軸により駆動力を与えられる下側の分離ローラ２３０で構成されている。

分離ローラ２３０は給送ローラ２２０に向けてバネ等の付勢手段で付勢されている。なお、前記給紙ローラ６０は、給送ローラ２２０の駆動力をクラッチ手段を介して伝達することで図１Ａで左回転するようになっている。

レジストローラ対２５０に突き当てられて先端部に弛みが形成された用紙Ｐは、中間転写ベルト１６上に形成されたトナー像が好適に転写されるタイミングに合わせ、二次転写ローラ２０と駆動ローラ１８との二次転写ニップ（図１Ｂでは転写ニップＮ）に送り出される。そして、送り出された用紙Ｐは、二次転写ニップにおいて印加されたバイアスによって、中間転写ベルト１６上に形成されたトナー像が所望の転写位置に高精度に静電的に転写されるようになっている。

転写後搬送路３３は、二次転写ローラ２０と駆動ローラ１８の二次転写ニップの上方に配設されている。定着装置３００は、転写後搬送路３３の上端近傍に設置されている。

定着装置３００は、発熱部材を内包する加熱部材としての定着ベルト３１０と、この定着ベルト３１０に対して所定の圧力で当接しながら回転する加圧部材としての加圧ローラ３２０を備えている。定着装置３００は後述する図２Ａ〜図２Ｄのように各種の型式が可能であるが、まず図２Ａの型式に沿って説明する。

定着後搬送路３５は、定着装置３００の上方に配設され、定着後搬送路３５の上端で、排紙路３６と反転搬送路４１に分岐している。この分岐部に切り替え部材４２が配置され、切り替え部材４２はその揺動軸４２ａを軸として揺動するようになっている。また排紙路３６の開口端近傍には排紙ローラ対３７が配設されている。

反転搬送路４１は、分岐部と反対側の他端で給紙路３２に合流している。そして、反転搬送路４１の途中には、反転搬送ローラ対４３が配設されている。排紙トレイ４４は、画像形成装置１００の上部に、画像形成装置１００の内側方向に凹形状を形成して、設置されている。

粉体収容器１０（例えばトナー収容器）は、転写装置１５と用紙給送装置２００の間に配置されている。そして、粉体収容器１０は、画像形成装置１００の本体に対して着脱自在に装着されている。

本実施形態の画像形成装置１００は、転写紙搬送の関係により、給紙ローラ６０から二次転写ローラ２０までの所定の距離が必要である。そして、この距離に生じたデッドスペースに粉体収容器１０を設置し、レーザプリンタ全体の小型化を図っている。

転写カバー８は、用紙給送装置２００の上部で、用紙給送装置２００の引出方向正面に設置されている。そして、この転写カバー８を開くことで、画像形成装置１００の内部を点検可能にしている。転写カバー８には、手差し給紙用の手差し給紙ローラ４５、及び手差し給紙用の手差しトレイ４６が設置されている。

（レーザプリンタの作動）
次に、本実施形態に係るレーザプリンタの基本的動作について図１Ａを参照して以下に説明する。最初に、片面印刷を行う場合について説明する。

給紙ローラ６０は、図１Ａに示すように、画像形成装置１００の制御部からの給紙信号によって回転する。そして、給紙ローラ６０は、用紙給送装置２００に積載された束状用紙Ｐの最上位の用紙のみを分離し、給紙路３２へ送り出す。

給紙ローラ６０およびローラ対２１０によって送り出された用紙Ｐは、その先端がレジストローラ対２５０のニップに到達すると、弛みを形成し、その状態で待機する。そして、中間転写ベルト１６上に形成されたトナー画像をこの用紙Ｐに転写する最適なタイミング（同期）を図ると共に、用紙Ｐの先端スキューを補正する。

手差しによる給紙の場合は、手差しトレイ４６に積載された束状用紙が、最上位の用紙から一枚ずつ手差し給紙ローラ４５によって反転搬送路４１の一部を通り、レジストローラ対２５０のニップまで搬送される。以後の動作は用紙給送装置２００からの給紙と同一である。

ここで、作像動作については、１つのプロセスユニット１Ｋを説明し、他のプロセスユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃについてのその説明を省略する。まず、帯電装置４Ｋは、像担持体２Ｋの表面を高電位に均一に帯電する。そして、露光器７は、画像データに基づいたレーザ光Ｌを像担持体２Ｋの表面に照射する。

レーザ光Ｌが照射された像担持体２Ｋの表面は、照射された部分の電位が低下して、静電潜像を形成する。現像装置５Ｋは、トナーを含む現像剤を担持する現像剤担持体を有し、トナーボトル６Ｋから供給された未使用のブラックトナーを、現像剤担持体を介して、静電潜像が形成された像担持体２Ｋの表面部分に転移させる。

トナーが転移した像担持体２Ｋは、その表面にブラックトナー画像を形成（現像）する。そして、像担持体２Ｋ上に形成されたトナー画像を中間転写ベルト１６に転写する。

ドラムクリーニング装置３Ｋは、中間転写行程を経た後の像担持体２Ｋの表面に付着している残留トナーを除去する。除去された残留トナーは、廃トナー搬送手段によって、プロセスユニット１Ｋ内にある廃トナー収容部へ送られ回収される。また、除電装置は、クリーニング装置３Ｋによって残留トナーが除去された像担持体２Ｋの残留電荷を除電する。

各色のプロセスユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃにおいても、同様にして像担持体２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ上にトナー画像を形成し、各色トナー画像が重なり合うように中間転写ベルト１６に転写する。

各色トナー画像が重なり合うように転写された中間転写ベルト１６は、二次転写ローラ２０と駆動ローラ１８の二次転写ニップまで走行する。一方、レジストローラ対２５０は、それに突き当てられた用紙を所定のタイミングで挟み込んで回転し、中間転写ベルト１６上に重畳転写して形成されたトナー像が好適に転写されるタイミングに合わせて、二次転写ローラ２０の二次転写ニップまで搬送する。このようにして、中間転写ベルト１６上のトナー画像をレジストローラ対２５０によって送り出された用紙Ｐに転写する。

トナー画像が転写された用紙Ｐは、転写後搬送路３３を通って定着装置３００へと搬送される。そして、定着装置３００に搬送された用紙Ｐは、定着ベルト３１０と加圧ローラ３２０によって挟まれ、加熱・加圧することで未定着トナー画像が用紙Ｐに定着される。トナー画像が定着された用紙Ｐは、定着装置３００から定着後搬送路３５へ送り出される。

切り替え部材４２は、定着装置３００から用紙Ｐが送り出されたタイミングでは、図１Ａの実線で示すように定着後搬送路３５の上端近傍を開放している位置にある。そして、定着装置３００から送り出された用紙Ｐは、定着後搬送路３５を経由して排紙路３６へ送り出される。排紙ローラ対３７は、排紙路３６へ送り出された用紙Ｐを挟み込み、回転駆動することで排紙トレイ４４に排出することで片面印刷を終了する。

次に、両面印刷を行う場合について説明する。片面印刷の場合と同様に、定着装置３００は用紙Ｐを排紙路３６へ送り出す。そして、両面印刷を行う場合、排紙ローラ対３７は、回転駆動によって用紙Ｐの一部を画像形成装置１００外に搬送する。

そして、用紙Ｐの後端が、排紙路３６を通過すると、切り替え部材４２は、図１Ａの点線で示すように揺動軸４２ａを軸として揺動し、定着後搬送路３５の上端を閉鎖する。この定着後搬送路３５の上端の閉鎖とほぼ同時に、排紙ローラ対３７は、用紙Ｐを画像形成装置１００外へ搬送する方向と逆の方向に回転し、反転搬送路４１へ用紙Ｐを送り出す。

反転搬送路４１へ送り出された用紙Ｐは、反転搬送ローラ対４３を経て、レジストローラ対２５０に至る。そして、レジストローラ対２５０は、中間転写ベルト１６上に形成されたトナー画像を用紙Ｐのトナー画像未転写面に転写する最適なタイミング（同期）を図り、用紙Ｐを二次転写ニップへ送り出す。

そして、二次転写ローラ２０と駆動ローラ１８は、用紙Ｐが二次転写ニップを通過する際に用紙Ｐのトナー画像未転写面（裏面）にトナー画像を転写する。そして、トナー画像が転写された用紙Ｐは、転写後搬送路３３を通って定着装置３００へと搬送される。

定着装置３００は、定着ベルト３１０と加圧ローラ３２０によって、搬送された用紙Ｐを挟み、加熱・加圧することで未定着トナー画像を用紙Ｐの裏面に定着する。このようにして、表裏両面にトナー画像が定着された用紙Ｐは、定着装置３００から定着後搬送路３５へ送り出される。

切り替え部材４２は、定着装置３００から用紙Ｐが送り出されたタイミングでは、図１Ａの実線で示すように定着後搬送路３５の上端近傍を開放している位置にある。そして、定着装置３００から送り出された用紙Ｐは、定着搬送路を経由して排紙路３６へ送り出される。排紙ローラ対３７は、排紙路３６へ送り出された用紙Ｐを挟み、回転駆動し排紙トレイ４４に排出することで両面印刷を終了する。

中間転写ベルト１６上のトナー画像を用紙Ｐに転写した後、中間転写ベルト１６上には残留トナーが付着している。ベルトクリーニング装置２１は、この残留トナーを中間転写ベルト１６から除去する。また、中間転写ベルト１６から除去されたトナーは、廃トナー搬送手段によって、粉体収容器１０へと搬送され、粉体収容器１０内に回収される。

（定着装置）
次に、本発明の実施形態に係る加熱装置と第１〜第４の定着装置３００について、以下さらに説明する。本実施形態の加熱装置は、定着装置３００の定着ベルト３１０の両端部を冷却するためのものである。

第１の定着装置は図２Ａに示すように、低熱容量の薄肉の定着ベルト３１０と加圧ローラ３２０で構成されている。定着ベルト３１０は、例えば外径が２５ｍｍで厚みが４０〜１２０μｍのポリイミド（ＰＩ）製の筒状基体を有している。

定着ベルト３１０の最表層には、耐久性を高めて離型性を確保するために、ＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂による厚みが５〜５０μｍの離型層が形成される。基体と離型層の間に厚さ５０〜５００μｍのゴム等からなる弾性層を設けてもよい。

また、定着ベルト３１０の基体はポリイミドに限らず、ＰＥＥＫなどの耐熱性樹脂やニッケル（Ｎｉ）、ＳＵＳなどの金属基体であってもよい。定着ベルト３１０の内周面に摺動層としてポリイミドやＰＴＦＥなどをコートしてもよい。

加圧ローラ３２０は、例えば外径が２５ｍｍであり、中実の鉄製芯金３２１と、この芯金３２１の表面に形成された弾性層３２２と、弾性層３２２の外側に形成された離型層３２３とで構成されている。弾性層３２２はシリコーンゴムで形成されており、厚みは例えば３．５ｍｍである。

弾性層３２２の表面は離型性を高めるために、厚みが例えば４０μｍ程度のフッ素樹脂層による離型層３２３を形成するのが望ましい。定着ベルト３１０に対して加圧ローラ３２０が付勢手段により圧接している。

定着ベルト３１０の内側に、ステー３５０及びヒータホルダ３４０が軸線方向に配設されている。ステー３５０は金属製のチャンネル材で構成され、その両端部分が定着装置３００の両側板に支持されている。ステー３５０は加圧ローラ３２０の押圧力を確実に受けとめて定着ニップＳＮを安定的に形成する。

ヒータホルダ３４０は定着装置３００の基材３４１を保持するためのもので、ステー３５０によって支持されている。ヒータホルダ３４０は好ましくはＬＣＰなどの低熱伝導性の耐熱性樹脂で形成することができ、これによりヒータホルダ３４０への熱伝達が減って効率的に定着ベルト３１０を加熱することができる。

ヒータホルダ３４０の形状は、基材３４１の高温部との接触を回避するために、基材３４１の短手方向両端部付近の各２箇所のみを支持する形状にしている。これにより、ヒータホルダ３４０へ流れる熱量をさらに低減して効率的に定着ベルト３１０を加熱することができる。

基材３４１の裏面に、後述する抵抗部材３７０の温度を検出するためサーミスタＴＨ１、ＴＨ２が配設されている。サーミスタＴＨ１、ＴＨ２はバネ３８７によって基材３４１の裏面に押圧され、これによって抵抗部材３７０の正確な温度を検出可能にしている。

一方のサーミスタＴＨ１は小サイズ用紙の幅方向中央部に配置されている。他方のサーミスタＴＨ２は、大サイズ用紙の幅方向外側の非通紙部に配置されている。両サーミスタＴＨ１、ＴＨ２からの温度情報に基づいて、抵抗部材３７０に供給される電力や、後述するシャッタ部材の駆動機構が制御される。

サーミスタＴＨ１又はＴＨ２は、加圧ローラ３２０の外周面に対向配置したサーミスタＴＨ３で代替することも可能である。サーミスタＴＨ３を定着ベルト３１０の外側に配設することで、サーミスタＴＨ３のメンテナンスが容易になる。

定着装置３００は各種の型式が可能であって、前述した図２Ａの第１の定着装置はその一例である。以下、図２Ｂ〜図２Ｄを参照して第２〜第４の定着装置３００について説明する。第２の定着装置３００は、図２Ｂに示すように、加圧ローラ３２０と反対側に押圧ローラ３９０を有し、当該押圧ローラ３９０と抵抗部材３７０との間で定着ベルト３１０を挟んで加熱する。

定着ベルト３１０の内側に前述した発熱部材が配設されている。ステー３５０の片側に補助ステー３５１が取り付けられ、反対側にニップ形成部材３８１が取り付けられている。発熱部材はこの補助ステー３５１に保持されている。ニップ形成部材３８１は定着ベルト３１０を介して加圧ローラ３２０と当接して定着ニップＳＮを形成している。

第３の定着装置３００は、図２Ｃに示すように、定着ベルト３１０の内側に発熱部材が配設されてる。この発熱部材は、前述した押圧ローラ３９０を省略する代わりに、定着ベルト３１０との周方向接触長さを長くするため、定着ベルト３１０の曲率に合わせて基材３４１と絶縁層３８５の横断面を円弧状に形成している。抵抗部材３７０は円弧状の基材３４１の中央に配置されている。その他は図２Ｂの第２定着装置と同じである。

第４の定着装置３００は、図２Ｄに示すように、加熱ニップＨＮと定着ニップＳＮに分けて構成している。すなわち、加圧ローラ３２０の定着ベルト３１０とは反対側に、ニップ形成部材３８１と、金属製のチャンネル材で構成されたステー３５２を配置し、これらニップ形成部材３８１とステー３５２を内包するように加圧ベルト３３４を周回可能に配設している。そして当該加圧ベルト３３４と加圧ローラ３２０との間の定着ニップＳＮに用紙Ｐを通紙して加熱・定着する。その他は図２Ａの第１の定着装置と同じである。

図２Ａ〜図２Ｄの定着装置３００は、抵抗発熱体（面状ヒータ）で構成された抵抗部材３７０を有する。この抵抗部材３７０は、図３（ａ）（ｂ）に一例を示す抵抗部材３３０のように、複数のタイプで形成することができる。いずれのタイプでも、抵抗部材３７０、３３０は細長の金属製薄板部材を絶縁材料で被覆した基材３４１の上に形成される。面状ヒータによって定着ニップＳＮを加熱する定着方式では、発熱体である抵抗部材を紙幅方向に複数に分割して個別に加熱制御することで、複数種類の紙幅を均一に加熱することができる。

基材３４１の材料としては低コストなアルミやステンレスなどが好ましい。基材３４１は金属製に限定されたものではなく、アルミナや窒化アルミなどのセラミックや、ガラス、マイカなどの耐熱性と絶縁性に優れた非金属材料で構成することも可能である。

抵抗部材３３０、３７０の均熱性を向上し画像品位を高めるため、基材３４１を銅、グラファイト、グラフェンなどの高熱伝導率の材料で構成してもよい。本実施形態では、短手幅８ｍｍ、長手幅２７０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍのアルミナ基材を使用している。

図３（ａ）（ｂ）に示すように、抵抗部材３３０は、ＰＴＣ素子３７１〜３７８を電気的に並列接続したマルチタイプで構成することができる。なお、図３（ａ）（ｂ）の両端の電極３７０ｃ、３７０ｄ間の抵抗値を１０Ωとすると、各ＰＴＣ素子３７１〜３７８の抵
抗値は並列接続のため８０Ωと大きくなる。

ＰＴＣ素子は、正の温度抵抗係数を有する材料で構成され、温度Ｔが上昇すると抵抗値が上昇する特徴がある（電流Ｉが低下してヒータ出力が低下）。温度抵抗係数（ＴＣＲ＝Temperature Coefficient of Resistance）は、例えば１５００ＰＰＭ（parts per million）とすることができる。

図３（ａ）（ｂ）のＰＴＣ素子３７１〜３７８は、基材３４１の長手方向で直線状かつ等間隔に配置されている。各ＰＴＣ素子３７１〜３７８の短手方向両側には小抵抗値の給電線３７０ａ、３７０ｂが直線状に互いに平行に配設され、この給電線３７０ａ、３７０ｂに各ＰＴＣ素子３７１〜３７８の両端が接続されている。そして、給電線３７０ａ、３７０ｂの各一端部に形成された電極３７０ｃ、３７０ｄに交流電源が供給される。

ＰＴＣ素子３７１〜３７８と給電線３７０ａ、３７０ｂは薄い絶縁層３８５で覆われている。この絶縁層３８５は例えば厚さ７５μｍの耐熱性ガラスで構成することができる。絶縁層３８５によってＰＴＣ素子３７１〜３７８と給電線３７０ａ、３７０ｂを絶縁・保護すると共に、定着ベルト３１０との摺動性を維持する。

ＰＴＣ素子３７１〜３７８は、例えば、銀パラジウム（ＡｇＰｄ）やガラス粉末などを調合したペーストをスクリーン印刷等により基材３４１に塗工し、その後、当該基材３４１を焼成することによって形成することができる。本実施形態では各ＰＴＣ素子３７１〜３７８の抵抗値を常温で８０Ωとした（総抵抗値は１０Ω）。

ＰＴＣ素子３７１〜３７８の材料は、前述したもの以外に、銀合金（ＡｇＰｔ）や酸化ルテニウム（ＲｕＯ₂）の抵抗材料を用いてもよい。給電線３７０ａ、３７０ｂや電極３７
０ｃ、３７０ｄの材料は、銀（Ａｇ）もしくは銀パラジウム（ＡｇＰｄ）をスクリーン印刷等で形成することができる。

ＰＴＣ素子３７１〜３７８の絶縁層３８５側が定着ベルト３１０と接触して加熱し、伝熱により定着ベルト３１０の温度を上昇させ、定着ニップＳＮに搬送される未定着画像を加熱して定着する。ＰＴＣ素子３７１〜３７８を使用することで、小サイズ通紙などで非通紙領域のＰＴＣ素子の温度が上昇した際に、抵抗発熱体の温度抵抗依存性により、当該ＰＴＣ素子の発熱量が低下し、温度上昇を抑制することができる。

この特徴により、例えばＰＴＣ素子３７１〜３７８の全幅よりも狭い紙（例えばＰＴＣ素子３７３〜３７６の幅内）を印刷した場合、紙幅より外側のＰＴＣ素子３７１、３７２、３７７、３７８は紙に熱を奪われないため温度が上昇する。するとそれらＰＴＣ素子３７１、３７２、３７７、３７８の抵抗値が上昇する。

ＰＴＣ素子３７１〜３７８にかかる電圧は一定なので、用紙幅より外側のＰＴＣ素子３７１、３７２、３７７、３７８の出力が相対的に低下し、端部温度上昇が抑制される。ＰＴＣ素子３７１〜３７８を電気的に直列に接続した場合、連続印刷において紙幅よりも外側の抵抗発熱体の温度上昇を抑制するには、印刷スピードを低下させる以外に方法がない。ＰＴＣ素子３７１〜３７８を電気的に並列接続することで、印刷スピードを維持したまま非通紙部温度上昇を抑制することができる。

ＰＴＣ素子３７１〜３７８の相互間に短手方向に続く隙間があると、当該隙間部分で発熱量低下が発生し、それによって定着ムラが発生しやすい。そこで、図３（ａ）（ｂ）ではＰＴＣ素子３７１〜３７８の端部同士を長手方向で互いにオーバーラップさせている。

図３（ａ）はＰＴＣ素子３７１〜３７８の端部にＬ字状の切り欠きによる段部を形成し、当該段部を隣接する抵抗発熱体の端部の段部とオーバーラップさせている。図３（ｂ）はＰＴＣ素子３７１〜３７８の端部に斜めの切り欠きによる傾斜部を形成し、当該傾斜部を隣接する抵抗発熱体の端部の傾斜部とオーバーラップさせている。このようにＰＴＣ素子３７１〜３７８の端部同士を互いにオーバーラップさせることで、抵抗発熱体間の隙間での発熱量低下の影響を抑制することができる。

また電極３７０ｃ、３７０ｄはＰＴＣ素子３７１〜３７８の両端に配置する他、ＰＴＣ素子３７１〜３７８の片側に配置することも可能である。このように電極３７０ｃ、３７０ｄを片側配置にすることで長手方向の省スペース化を図ることができる。

図３（ａ）（ｂ）の各ＰＴＣ素子３７１〜３７８は短冊状の面状発熱体で構成されているが、所望の出力（抵抗値）を得るために、線幅を細くして蛇行状に形成した複数のＰＴＣ素子を電気的に並列接続したもので構成することもできる。

（第１実施形態）
次に、図４Ａ−図４Ｅを参照して第１実施形態の定着装置３００を説明する。この定着装置３００は、前述した加熱部材としての定着ベルト３１０と、加圧部材としての加圧ローラ３２０を、図４Ｂ−図４Ｃのように筐体（カバー）４００内に収容している。

筐体４００の上下に、入口４０１と出口４０２が形成されている。入口４０１と出口４０２は、定着ベルト３１０の長手方向（紙面に垂直な軸線方向）を横断する方向（図４Ｂ−図４Ｃで上下方向）で互いに対向している。トナー画像を担持したシート部材が、入口４０１から入り、定着ニップＳＮを通って出口４０２から出ていく。

筐体４００の片側側面に一対の開口部４０３が形成されている。この開口部４０３は、図４Ａ、図４Ｂに示すように、定着ベルト３１０の長手方向両端部に対向して開口し、エアダクト５１０が接続されている。開口部４０３の外側のエアダクト５１０内には送風ファン５２０が配設されている。この送風ファン５２０によって、開口部４０３に冷却用エアが供給されるようになっている。

冷却用エアの供給量は、図４Ａ、図４Ｄのように、開口部４０３の外側に左右一対で配設されたシャッタ部材４１０の開度で調節可能に構成されている。このシャッタ部材４１０は、筐体４００の長手方向でスライド移動可能に配設され、ラック・アンド・ピニオン機構などの駆動機構によって長手方向にスライド移動する。ここで、ラック・アンド・ピニオン機構とは、ラックと呼ばれる円筒歯車の直径が無限大となった板状又は棒状の歯車と、ピニオンと呼ばれる小歯車（円筒歯車）を組み合わせたものである。

シャッタ部材４１０は、耐熱性板金のプレス成形品とすることができる。シャッタ部材４１０をプレス成形品とすることで、シャッタ部材の精度を向上させることができる。

シャッタ部材４１０の内面には、断熱性向上のため、フェルトやスポンジ等の保温部材（断熱部材）を取り付けることが望ましい。またシャッタ部材４１０を耐熱性樹脂で形成した場合でも、その裏面に保温部材（断熱部材）を取り付けることができる。

一対の開口部４０３の間における筐体４００内に、図４Ｃ、図４Ｄに示すように、保温部材４５０が配設されている。この保温部材４５０は、定着ベルト３１０の長手方向中央部左半分の外周に沿うように配設されている。保温部材４５０は、断面円弧状の例えばＳＵＳなどの耐熱性板金などによって構成したり、熱伝導率が低い耐熱性樹脂や発泡ゴムで構成したり、ロックウールやグラスウールなどの無機繊維を圧縮成形したもので構成したりすることができる。

保温部材４５０によって定着ベルト３１０の長手方向中央部の熱が外部に逃げにくくなるため、
１）定着ベルト３１０からの発熱量を低減することができる。
２）定着ベルト３１０の両端部の非通紙領域の温度上昇を抑制することができる。
３）定着装置３００のウォームアップ時間を短縮することができる。
４）端部温度上昇による生産性ダウン（印刷枚数制限やマシン休止時間）を抑制することができる。

保温部材４５０は、定着ベルト３１０側の内面を反射面とする耐熱性の反射板で構成することができる。反射板を使用することで定着ベルト３１０の保温効果をさらに高め、また定着装置３００全体の発熱量をさらに低減することができて、省エネ性の向上を図ることができる。このような反射板は、例えばアルミニウム製の基体と、この基体表面に塗布された銀ペーストと、最上層の酸化防止層とで構成することができる。

保温部材４５０の開口部４０３側の端部に、図４Ｅに示すように、筐体４００の内側方向すなわち定着ベルト３１０側にベルトの径方向で突出した仕切壁４５０ａを形成することができる。当該仕切壁４５０ａによって、エアダクト５１０から流入する冷却用エアが、保温部材４５０と対向する定着ベルト３１０の長手方向中央部の外周面に流入するのを抑制することができる。

仕切壁４５０ａによって、エアダクト５１０から流入する冷却用エアの一部が、定着ベルト３１０の長手方向中央部に向かって流れようとするのを抑制することで、定着ベルト３１０の定着温度の低下を防止し、定着不良の発生を防止することができる。また、定着ベルト３１０の長手方向中央部の定着温度低下を防止するための抵抗部材３７０の無駄な電力消費をなくすこともできる。

（第２実施形態）
次に、図５Ａ−図５Ｅを参照して第２実施形態の定着装置３００を説明する。この定着装置３００は、開口部４０３を開閉する一対のシャッタ部材４２０を筐体４００の内側に備えている。当該シャッタ部材４２０は図５Ｃのように、定着ベルト３１０の左半分の外周に沿うように、断面円弧状に形成されている。なお、シャッタ部材４２０を筐体４００の外側に配設することも可能である。シャッタ部材４２０は、耐熱性板金のプレス成形品とすることができる。シャッタ部材４２０をプレス成形品とすることで、シャッタ部材の精度を向上させることができる。

筐体４００の形状は、図４Ａ−４Ｅと異なり、筐体４００の左半分が円弧状断面で形成されている。この円弧状断面の内側に近接して、前述した断面円弧状のシャッタ部材４２０が配置されている。そして定着ベルト３１０に対向するシャッタ部材４２０の内面に、前述した素材の保温部材４５０が配設されている。

当該保温部材４５０により、
１）シャッタ部材４２０を開けた時に定着ベルト３１０の左半分が保温部材４５０で覆われるので、定着ベルト３１０からの発熱量を低減することができる。
２）定着ベルト３１０の両端部の非通紙領域の温度上昇を抑制することができる。
３）定着装置３００のウォームアップ時間を短縮することができる。
４）端部温度上昇による生産性ダウン（印刷枚数制限やマシン休止時間）を抑制することができる。

シャッタ部材４２０の開口部４０３側の端部に、図５Ｅに示すように、筐体４００の内側方向すなわち定着ベルト３１０側に突出した仕切壁４２０ａを形成することができる。当該仕切壁４２０ａによって、開口部４０３から吹き込まれる冷却用エアが、保温部材４５０と対向する定着ベルト３１０の外周面に流入するのを抑制することができる。またシャッタ部材４２０を閉めた時は、仕切壁４２０ａによって定着ベルト３１０の保温効果を高めることができる。

図５Ｅの仕切壁４２０ａはシャッタ部材４２０を延長する形で形成しているが、仕切壁４２０ａを保温部材４５０で形成することも可能である。保温部材４５０で形成した場合は、前述した冷却用エアの流入抑制だけでなく、定着ベルト３１０の保温効果をさらに高める効果も期待できる。

仕切壁４２０ａによって、開口部４０３から吹き込まれる冷却用エアの一部が、定着ベルト３１０の長手方向中央部に向かって流れようとするのを抑制することで、定着ベルト３１０の定着温度の低下を防止し、定着不良の発生を防止することができる。また、定着ベルト３１０の長手方向中央部の定着温度低下を防止するための抵抗部材３７０の無駄な電力消費をなくすこともできる。

図５Ａ−図５Ｅの第２実施形態は保温部材４５０をシャッタ部材４２０の内面に形成したものであるが、第１実施形態の保温部材４５０すなわち一対の開口部４０３の間における筐体４００内に配設された保温部材４５０を、第２の保温部材として第２実施形態に追加的に配設してもよい。この場合、シャッタ部材４２０のスライド移動の邪魔にならないように、一対の開口部４０３間の筐体４００内側面に保温部材４５０を直接形成する。

これにより、シャッタ部材４２０を閉じた時は筐体４００内側面の第２の保温部材４５０による定着ベルト３１０の保温効果が得られる。また、シャッタ部材４２０を開いた時はシャッタ部材４２０の保温部材４５０と筐体４００内側面の第２の保温部材４５０が二重になって定着ベルト３１０の保温効果が高まる。

（定着ベルトの温度変化）
次に、小サイズ用紙連続印刷時の定着ベルト３１０の温度変化について図６を参照して説明する。通紙領域の定着ベルト温度は１５０℃をやや上回る定着温度で安定的に推移する。一方、非通紙領域の定着ベルト温度は、従来のように保温部材を備えない定着装置の場合、実線で示すように、定着ベルト３１０の非通紙領域の温度が印刷開始から約６０秒で定着ベルト３１０の耐熱温度を超える。

これに対して、本発明の実施形態のように保温部材４５０を備えた定着装置３００の場合、破線で示すように、定着ベルト３１０の耐熱温度を超えるまでの時間を約２０秒遅らせることができる。これにより、生産性ダウン（印刷枚数制限やマシン休止時間）を抑制することができる。

図７（ａ）（ｂ）は前述した第１実施形態（図４Ａ−図４Ｅ）と第２実施形態（図５Ａ−図５Ｅ）の定着装置３００を縦型配置にしたものである。定着ベルト３１０から発生した熱量の大部分は上方に移動するため、前述した保温部材４５０は、定着ベルト３１０の上方位置に配置した方が保温効果を高めるうえで望ましい。

保温部材４５０を図７（ａ）（ｂ）のように定着ベルト３１０の上方位置に配置することで、熱が筐体４００の外部に逃げるのを効果的に抑制することができる。なお、図７（ａ）（ｂ）では筐体４００の入口４０１と出口４０２が筐体４００の左右に位置するので、用紙Ｐの通紙方向は水平方向となる。

以上、本発明を実施形態に基づき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば本発明の加熱装置は、前述した定着装置３００に使用するほか、インクジェットプリンタの用紙乾燥装置にも使用可能である。また定着ベルト３１０を加熱する発熱体は、抵抗部材３３０、３７０のほか、セラミックヒータなど他の発熱体も使用可能である。

1K、1Y、1M、1C：プロセスユニット 2K、2Y、2M、2C：像担持体
3K、3Y、3M、3C：ドラムクリーニング装置 4K、4Y、4M、4C：帯電装置
5K、5Y、5M、5C：現像装置 6K、6Y、6M、6C：トナーボトル
７：露光器 ７ａ：ミラー
８：転写カバー １０：粉体収容器
１５：転写装置 １６：中間転写ベルト
１７：従動ローラ １８：駆動ローラ
19K、19Y、19M、19C：一次転写ローラ ２０：二次転写ローラ
２１：ベルトクリーニング装置 ３１：レジストセンサ
３２：給紙路 ３３：転写後搬送路
３５：定着後搬送路 ３６：排紙路
３７：排紙ローラ対 ４１：反転搬送路
４２：切り替え部材 ４２ａ：揺動軸
４３：反転搬送ローラ対 ４４：排紙トレイ
４５：給紙ローラ ４６：トレイ
６０：給紙ローラ １００：画像形成装置
２００：用紙給送装置 ２１０：ローラ対
２２０：給送ローラ ２３０：分離ローラ
２４０：搬送ローラ ２５０：レジストローラ対
３００：定着装置 ３１０：定着ベルト
３２０：加圧ローラ ３２１：芯金
３２２：弾性層 ３２３：離型層
３３０：抵抗部材 ３３４：加圧ベルト
３４０：ヒータホルダ ３４１：基材
３５０：ステー ３５２：ステー
３５１：補助ステー ３７０：抵抗部材
３７０ｃ、３７０ｄ：電極 ３７０ａ、３７０ｂ：給電線
３７１〜３７８：ＰＴＣ素子 ３８１：ニップ形成部材
３８５：絶縁層 ３８７：バネ
３９０：押圧ローラ ４００：筐体
４０１：入口 ４０２：出口
４０３：開口部 ４１０、４２０：シャッタ部材
４２０ａ：仕切壁 ４５０：保温部材
４５０ａ：仕切壁 ５１０：エアダクト
５２０：送風ファン ＨＮ：加熱ニップ
Ｌ：レーザ光 Ｎ：転写ニップ
Ｐ：用紙（シート部材） ＳＮ：定着ニップ
ＴＨ１〜ＴＨ３：サーミスタ ＴＭ：転写部

特開昭６０−１３６７７９号公報 特開２０１３−００７７７７号公報 特開２００３−２９５６４３号公報 特許第６３３３５１１号公報 特開２０１５−０７２３８２号公報

Claims (10)

1. 長手方向を有すると共に互いに圧接してニップ部を形成する加熱部材と加圧部材が筐体内に収容され、前記ニップ部を通るシート部材に前記加熱部材から熱伝達する加熱装置において、
   前記筐体は前記加熱部材の長手方向両端部に対向して開口し、エアが通過する、一対の開口部を有し、当該一対の開口部間における前記筐体の内側に、前記加熱部材の外周面に対向する保温部材を配設したことを特徴とする加熱装置。
2. 前記加熱部材の長手方向に移動可能であって、前記一対の開口部を開閉可能な一対のシャッタ部材を有することを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
3. 長手方向を有すると共に互いに圧接してニップ部を形成する加熱部材と加圧部材が筐体内に収容され、前記ニップ部を通るシート部材に前記加熱部材から熱伝達する加熱装置において、
   前記筐体は前記加熱部材の長手方向両端部に対向して開口し、エアが通過する、一対の開口部を有し、当該一対の開口部は、前記加熱部材の長手方向に移動可能な一対のシャッタ部材によって開閉可能とされ、当該一対のシャッタ部材に前記加熱部材の外周面に対向する保温部材を配設したことを特徴とする加熱装置。
4. 前記一対の開口部間における前記筐体の内側に、前記加熱部材の外周面に対向する第２の保温部材を配設したことを特徴とする請求項３の加熱装置。
5. 前記保温部材が板金で構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項の加熱装置。
6. 前記保温部材が反射板で構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項の加熱装置。
7. 前記保温部材の前記開口部側の端部に、前記加熱部材側に突出した仕切壁を形成したことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項の加熱装置。
8. 前記保温部材を前記加熱部材の上方に配設したことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項の加熱装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項の加熱装置を備え、トナー画像を担持した前記シート部材を前記ニップ部に通して加熱定着することを特徴とする定着装置。
10. 請求項９の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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