JP5381746B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の画像形成装置と、そこに設置される定着装置と、に関するものである。

従来から、複写機、プリンタ等の画像形成装置において、ウォームアップ時間やファーストプリント時間が短くて、装置を高速化した場合であっても定着不良が生じにくい定着装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

詳しくは、特許文献１等の定着装置は、定着部材としての定着ベルト、定着ベルトの内周面の一部又は全部に対向するように固設された略円筒状の金属部材（対向部材）、金属部材を加熱するために金属部材に内設されたヒータ、定着ベルトに圧接してニップ部を形成する加圧回転体としての加圧ローラ、等で構成されている。
そして、定着ベルトがヒータによって加熱された金属部材によって加熱されて、ニップ部に向けて搬送された記録媒体上のトナー像がニップ部にて熱と圧力とを受けて記録媒体上に定着されることになる。

一方、特許文献１には、定着ベルトを介して加圧ローラに圧接してニップ部を形成する固定部材（第１対向部材）や、固定部材を補強する補強部材が、設置された定着装置が開示されている。

上述した特許文献１等の定着装置は、ウォームアップ時間を短縮化するために金属部材を薄肉化するほど、加熱時に金属部材の熱変形が生じやすくなっていた。そして、金属部材の熱変形が局所的なものであったり比較的大きなものであったりしたときには、定着ベルトと金属部材とのクリアランスが局所的又は全体的に変動して、定着ベルトの加熱ムラや加熱不良にともない、出力画像上に定着ムラ等の定着不良が生じてしまう可能性があった。
特に、特許文献１の図８等の定着装置のように、定着ベルトを介して加圧ローラに圧接してニップ部を形成する固定部材が設置され、金属部材がニップ部を除く位置で定着ベルトを加熱するように構成されている場合には、金属部材においてニップ部の近傍では熱分散が生じにくくニップ部から離れた部分では熱分散が生じやすくなり、金属部材の局所的な変形が生じやすいため、無視できない問題になっていた。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ウォームアップ時間やファーストプリント時間が短くて、定着ベルトを加熱する金属部材の熱変形によって出力画像上に定着ムラ等の定着不良が生じることのない、定着装置及び画像形成装置を提供することにある。

この発明の請求項１記載の発明にかかる定着装置は、所定方向に走行してトナー像を加熱して溶融するとともに、可撓性を有する無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトの内周面側に固設されて、当該定着ベルトを介して加圧回転体に圧接して記録媒体が搬送されるニップ部を形成する固定部材と、前記ニップ部を除く位置で前記定着ベルトの内周面に対向するように固設されて前記定着ベルトを加熱するとともに、その内周面側に固設された加熱手段によって加熱されるパイプ状の金属部材と、前記金属部材における幅方向端部の内周面に当接して当該金属部材を補強するフランジ部材と、を備え、前記加熱手段は、前記金属部材の幅方向中央部を加熱する第１ヒータと、前記金属部材の幅方向端部を加熱する第２ヒータと、を前記金属部材の内周面に対向する位置に具備し、前記第１ヒータは、前記第２ヒータよりも、前記ニップ部から遠い位置に配設されたものである。

また、請求項２記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１に記載の発明において、前記フランジ部材は、前記定着ベルトの幅方向端部に当接して前記定着ベルトの幅方向の移動を制限するように構成されたものである。

また、請求項３記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記フランジ部材は、前記金属部材に接着されずに設置されたものである。

また、請求項４記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発明において、前記フランジ部材は、前記金属部材と同じ材料で形成されたものである。

また、請求項５記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発明において、前記第１ヒータの単位面積当りの発熱量が、前記第２ヒータの単位面積当りの発熱量に対して、同等以下になるように構成されたものである。

また、請求項６記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項５のいずれかに記載の発明において、前記金属部材の内周面側に固設されて前記固定部材に当接して当該固定部材を補強するとともに、前記金属部材の内部を２つの空間に分けるように配設された補強部材をさらに備え、前記第１ヒータ及び前記第２ヒータは、前記２つの空間のうち、前記ニップ部に対して前記定着ベルトの走行方向上流側に位置する空間に配設されたものである。

また、この発明の請求項７記載の発明にかかる画像形成装置は、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の定着装置を備えたものである。

なお、本願において、「通紙領域」とは、画像形成装置にて通紙される記録媒体の幅方向（通紙方向に直交する方向である。）の範囲であるものと定義し、「非通紙領域」とは「通紙領域」の範囲外の領域であるものと定義する。
また、本願において、「幅方向」とは、記録媒体の通紙方向に対して直交する方向であるものと定義する。

本発明は、端部にフランジ部材が設置された金属部材の内周面に対向するように、ニップ部から離れた位置に金属部材の幅方向中央部を加熱する第１ヒータを配設して、ニップ部に近い位置に金属部材の幅方向端部を加熱する第２ヒータを配設している。これにより、ウォームアップ時間やファーストプリント時間が短くて、定着ベルトを加熱する金属部材の熱変形によって出力画像上に定着ムラ等の定着不良が生じることのない、定着装置及び画像形成装置を提供することができる。

この発明の実施の形態における画像形成装置を示す全体構成図である。 図１の画像形成装置に設置された定着装置を示す構成図である。 図２の定着装置を幅方向にみた図である。 ニップ部の近傍を示す拡大図である。 金属部材に内設された第１ヒータ及び第２ヒータの配光を示す拡大図である。 （Ａ）第１ヒータを幅方向にみた図と、（Ｂ）第２ヒータを幅方向にみた図と、である。 フランジ部材の近傍を幅方向に示す拡大図である。 別の定着装置における金属部材に内設された第１ヒータ及び第２ヒータの配光を示す拡大図である。 さらに別の定着装置におけるフランジ部材の近傍を幅方向に示す拡大図である。

実施の形態．
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

まず、図１にて、画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
図１に示すように、本実施の形態における画像形成装置１は、タンデム型カラープリンタである。画像形成装置本体１の上方にあるボトル収容部１０１には、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した４つのトナーボトル１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｋが着脱自在（交換自在）に設置されている。
ボトル収容部１０１の下方には中間転写ユニット８５が配設されている。その中間転写ユニット８５の中間転写ベルト７８に対向するように、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋが並設されている。

各作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋには、それぞれ、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋが配設されている。また、各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの周囲には、それぞれ、帯電部７５、現像部７６、クリーニング部７７、除電部（不図示である。）等が配設されている。そして、各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上で、作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程）がおこなわれて、各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上に各色の画像が形成されることになる。

感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは、不図示の駆動モータによって図１中の時計方向に回転駆動される。そして、帯電部７５の位置で、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面が一様に帯電される（帯電工程である。）。
その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、露光部３から発せられたレーザ光Ｌの照射位置に達して、この位置での露光走査によって各色に対応した静電潜像が形成される（露光工程である。）。

その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、現像装置７６との対向位置に達して、この位置で静電潜像が現像されて、各色のトナー像が形成される（現像工程である。）。
その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、中間転写ベルト７８及び第１転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋとの対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上のトナー像が中間転写ベルト７８上に転写される（１次転写工程である。）。このとき、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上には、僅かながら未転写トナーが残存する。

その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、クリーニング部７７との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上に残存した未転写トナーがクリーニング部７７のクリーニングブレードによって機械的に回収される（クリーニング工程である。）。
最後に、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、不図示の除電部との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上の残留電位が除去される。
こうして、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上でおこなわれる、一連の作像プロセスが終了する。

その後、現像工程を経て各感光体ドラム上に形成した各色のトナー像を、中間転写ベルト７８上に重ねて転写する。こうして、中間転写ベルト７８上にカラー画像が形成される。
ここで、中間転写ユニット８５は、中間転写ベルト７８、４つの１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋ、２次転写バックアップローラ８２、クリーニングバックアップローラ８３、テンションローラ８４、中間転写クリーニング部８０、等で構成される。中間転写ベルト７８は、３つのローラ８２〜８４によって張架・支持されるとともに、１つのローラ８２の回転駆動によって図１中の矢印方向に無端移動される。

４つの１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋは、それぞれ、中間転写ベルト７８を感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋとの間に挟み込んで１次転写ニップを形成している。そして、１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋに、トナーの極性とは逆の転写バイアスが印加される。
そして、中間転写ベルト７８は、矢印方向に走行して、各１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋの１次転写ニップを順次通過する。こうして、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上の各色のトナー像が、中間転写ベルト７８上に重ねて１次転写される。

その後、各色のトナー像が重ねて転写された中間転写ベルト７８は、２次転写ローラ８９との対向位置に達する。この位置では、２次転写バックアップローラ８２が、２次転写ローラ８９との間に中間転写ベルト７８を挟み込んで２次転写ニップを形成している。そして、中間転写ベルト７８上に形成された４色のトナー像は、この２次転写ニップの位置に搬送された記録媒体Ｐ上に転写される。このとき、中間転写ベルト７８には、記録媒体Ｐに転写されなかった未転写トナーが残存する。
その後、中間転写ベルト７８は、中間転写クリーニング部８０の位置に達する。そして、この位置で、中間転写ベルト７８上の未転写トナーが回収される。
こうして、中間転写ベルト７８上でおこなわれる、一連の転写プロセスが終了する。

ここで、２次転写ニップの位置に搬送された記録媒体Ｐは、装置本体１の下方に配設された給紙部１２から、給紙ローラ９７やレジストローラ対９８等を経由して搬送されたものである。
詳しくは、給紙部１２には、転写紙等の記録媒体Ｐが複数枚重ねて収納されている。そして、給紙ローラ９７が図１中の反時計方向に回転駆動されると、一番上の記録媒体Ｐがレジストローラ対９８のローラ間に向けて給送される。

レジストローラ対９８に搬送された記録媒体Ｐは、回転駆動を停止したレジストローラ対９８のローラニップの位置で一旦停止する。そして、中間転写ベルト７８上のカラー画像にタイミングを合わせて、レジストローラ対９８が回転駆動されて、記録媒体Ｐが２次転写ニップに向けて搬送される。こうして、記録媒体Ｐ上に、所望のカラー画像が転写される。

その後、２次転写ニップの位置でカラー画像が転写された記録媒体Ｐは、定着部２０の位置に搬送される。そして、この位置で、定着ベルト２１及び加圧ローラ３１による熱と圧力とにより、表面に転写されたカラー画像が記録媒体Ｐ上に定着される。
その後、記録媒体Ｐは、排紙ローラ対９９のローラ間を経て、装置外へと排出される。排紙ローラ対９９によって装置外に排出された被転写Ｐは、出力画像として、スタック部１００上に順次スタックされる。
こうして、画像形成装置における、一連の画像形成プロセスが完了する。

次に、図２〜図７にて、画像形成装置本体１に設置される定着装置２０の構成・動作について詳述する。
図２〜図４に示すように、定着装置２０は、定着部材としての定着ベルト２１（ベルト部材）、固定部材２６、金属部材２２（加熱部材）、補強部材２３、加熱手段としての第１ヒータ２５Ａ及び第２ヒータ２５Ｂ（熱源）、加圧回転体としての加圧ローラ３１、フランジ部材２９、温度センサ４０Ａ、４０Ｂ、断熱部材２７、ステー部材２８、等で構成される。

ここで、定着部材としての定着ベルト２１は、薄肉で可撓性を有する無端状ベルトであって、図２中の矢印方向（反時計方向）に回転（走行）する。定着ベルト２１は、内周面２１ａ（固定部材２６との摺接面である。）側から、基材層、弾性層、離型層が順次積層されていて、その全体の厚さが１ｍｍ以下に設定されている。
定着ベルト２１の基材層は、層厚が３０〜５０μｍであって、ニッケル、ステンレス等の金属材料やポリイミド等の樹脂材料で形成されている。
定着ベルト２１の弾性層は、層厚が１００〜３００μｍであって、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、フッ素ゴム、等のゴム材料で形成されている。弾性層を設けることで、ニップ部における定着ベルト２１表面の微小な凹凸が形成されなくなり、記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔに均一に熱が伝わりユズ肌画像の発生が抑止される。
定着ベルト２１の離型層は、層厚が１０〜５０μｍであって、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）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ＰＥＳ（ポリエーテルサルファイド）、等の材料で形成されている。離型層を設けることで、トナーＴ（トナー像）に対する離型性（剥離性）が担保される。

また、定着ベルト２１の直径は１５〜１２０ｍｍになるように設定されている。なお、本実施の形態では、定着ベルト２１の内径が３０ｍｍに設定されている。
定着ベルト２１の内部（内周面側）には、固定部材２６、２つのヒータ２５Ａ、２５Ｂ（加熱手段）、金属部材２２、補強部材２３、断熱部材２７、ステー部材２８、等が固設されている。
ここで、固定部材２６は、定着ベルト２１の内周面２１ａに摺接するように固定されている。そして、固定部材２６が定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１に圧接することで、記録媒体Ｐが搬送されるニップ部が形成される。図３を参照して、固定部材２６は、その幅方向両端部が定着装置２０の側板４３に固定支持されている。なお、固定部材２６の構成については、後でさらに詳しく説明する。

図２を参照して、金属部材２２（加熱部材）は、ニップ部を除く位置で定着ベルト２１の内周面に対向するように形成され、ニップ部の位置では断熱部材２７を介して固定部材２６を保持するように形成された略円筒体である。図３を参照して、金属部材２２は、その幅方向両端部が定着装置２０の側板４３にフランジ部材２９を介して固定支持されている。また、金属部材２２の両端部には、金属部材２２を補強するとともに、定着ベルト２１の寄り（幅方向の移動である。）を制限するフランジ部材２９が挿設されている。なお、このフランジ部材２９については、後で詳しく説明する。
そして、略パイプ状に形成された金属部材２２は、ヒータ２５Ａ、２５Ｂの輻射熱により加熱されて定着ベルト２１を加熱する（熱を伝える。）。すなわち、金属部材２２がヒータ２５Ａ、２５Ｂによって直接的に加熱されて、金属部材２２を介して定着ベルト２１がヒータ２５Ａ、２５Ｂによって間接的に加熱されることになる。定着ベルト２１の加熱効率を良好に維持するためには、金属部材２２の厚さを０．１ｍｍ以下に設定することが好ましい。
金属部材２２の材料としては、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム、鉄、等の金属熱伝導体（熱伝導性を有する金属である。）を用いることができるが、その中でも単位体積の熱容量比（密度×比熱である。）が比較的小さいフェライト系ステンレス鋼が好適である。本実施の形態では、金属部材２２の材料として、フェライト系ステンレス鋼であるＳＵＳ４３０を用いている。また、金属部材２２の厚さを０．１ｍｍに設定している。

第１ヒータ２５Ａと第２ヒータ２５Ｂは、それぞれ、ハロゲンヒータ（又はカーボンヒータ）であって、その両端部が定着装置２０の側板４３に固定されている（図３を参照できる。）。そして、装置本体１の電源部により出力制御されたヒータ２５Ａ、２５Ｂ（加熱手段）の輻射熱によって、金属部材２２が加熱される。さらに、金属部材２２によって定着ベルト２１がニップ部を除く位置で全体的に加熱されて、加熱された定着ベルト２１の表面から記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔに熱が加えられる。なお、ヒータ２５Ａ、２５Ｂの出力制御は、定着ベルト２１表面に対向するサーミスタ等の温度センサ４０Ａ、４０Ｂによるベルト表面温度の検知結果に基いておこなわれる。また、このようなヒータ２５Ａ、２５Ｂ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することができる。なお、第１温度センサ４０Ａは定着ベルト２１の幅方向中央部の表面温度（定着温度）を検知するように構成され、第２温度センサ４０Ｂは定着ベルト２１の幅方向端部の表面温度（定着温度）を検知するように構成されている。
なお、本実施の形態１において、第１ヒータ２５Ａは金属部材２２の幅方向中央部を加熱するように構成され、第２ヒータ２５Ｂは金属部材２２の幅方向両端部を加熱するように構成されている。この２つのヒータ２５Ａ、２５Ｂは、金属部材２２の内周面に対向する位置に配設されている。さらに、第１ヒータ２５Ａは、第２ヒータ２５Ｂよりも、ニップ部から遠い位置に配設されている。この２つのヒータ２５Ａ、２５Ｂ（加熱手段）については、さらに後で詳しく説明する。

このように、本実施の形態における定着装置２０は、定着ベルト２１の一部のみが局所的に加熱されるのではなく、金属部材２２によって定着ベルト２１が周方向にわたってほぼ全体的に加熱されることになるために、装置を高速化した場合であっても定着ベルト２１が充分に加熱されて定着不良の発生を抑止することができる。すなわち、比較的簡易な構成で効率よく定着ベルト２１を加熱できるために、ウォームアップ時間やファーストプリント時間が短縮化されるとともに、装置の小型化が達成される。

ここで、略パイプ状の金属部材２２は、定着ベルト２１の内周面（ニップ部を除く位置である。）にクリアランスをあけて対向するように固設されている。定着ベルト２１と金属部材２２とのクリアランス量δ（ニップ部を除く位置のギャップである。）は、０ｍｍより大きく１ｍｍ以下に設定されている（０ｍｍ＜δ≦１ｍｍである。）。これにより、金属部材２２と定着ベルト２１とが摺接する面積が大きくなって定着ベルト２１の磨耗が加速する不具合を抑止するとともに、金属部材２２と定着ベルト２１とが離れ過ぎて定着ベルト２１の加熱効率が低下する不具合を抑止することができる。さらに、金属部材２２が定着ベルト２１に近設されることで、可撓性を有する定着ベルト２１の円形姿勢がある程度維持されるため、定着ベルト２１の変形による劣化・破損を軽減することができる。
また、金属部材２２と定着ベルト２１とが摺接しても定着ベルト２１の磨耗が軽減されるように、定着ベルト２１の内周面には、双方の部材２１、２２の間にはフッ素グリス等の潤滑剤が塗布されている。
なお、本実施の形態では、金属部材２２の断面形状が略円形になるように形成したが、金属部材２２の断面形状が多角形になるように形成することもできるし、金属部材２２の周面にスリットを設けることもできる。

ここで、本実施の形態では、ニップ部を形成する固定部材２６の強度を補強する補強部材２３が、定着ベルト２１の内周面側に固設されている。図３を参照して、補強部材２３は、幅方向の長さが固定部材２６と同等になるように形成されていて、その幅方向両端部が定着装置２０の側板４３に固定支持されている。そして、補強部材２３が固定部材２６及び定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１に当接することで、ニップ部において固定部材２６が加圧ローラ３１の加圧力を受けて大きく変形する不具合を抑止している。なお、本実施の形態において、補強部材２３は、金属部材２２の内部を概ね２つの空間に分けるように配設された板状部材である。

この補強部材２３は、上述した機能を満足するために、ステンレスや鉄等の機械的強度が高い金属材料で形成することが好ましい。
また、補強部材２３における、ヒータ２５に対向する面の一部又は全部に、断熱部材を設けたり、鏡面処理を施したりすることもできる。これにより、ヒータ２５から補強部材２３に向かう熱（補強部材２３を加熱する熱）が金属部材２２の加熱に用いられることになるために、定着ベルト２１（金属部材２２）の加熱効率がさらに向上することになる。

図２を参照して、ニップ部の位置で定着ベルト２１の外周面に当接する加圧回転体としての加圧ローラ３１は、直径が３０ｍｍであって、中空構造の芯金３２上に弾性層３３を形成したものである。加圧ローラ３１（加圧回転体）の弾性層３３は、発泡性シリコーンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の材料で形成されている。なお、弾性層３３の表層にＰＦＡ、ＰＴＦＥ等からなる薄肉の離型層を設けることもできる。加圧ローラ３１は定着ベルト２１に圧接して、双方の部材間に所望のニップ部を形成する。また、図３を参照して、加圧ローラ３１には不図示の駆動機構の駆動ギアに噛合するギア４５が設置されていて、加圧ローラ３１は図２中の矢印方向（時計方向）に回転駆動される。また、加圧ローラ３１は、その幅方向両端部が定着装置２０の側板４３に軸受４２を介して回転自在に支持されている。なお、加圧ローラ３１の内部に、ハロゲンヒータ等の熱源を設けることもできる。

なお、加圧ローラ３１の弾性層３３を発泡性シリコーンゴム等のスポンジ状の材料で形成した場合には、ニップ部に作用する加圧力を減ずることができるために、金属部材２２に生じる撓みをさらに軽減することができる。さらに、加圧ローラ３１の断熱性が高められて、定着ベルト２１の熱が加圧ローラ３１側に移動しにくくなるために、定着ベルト２１の加熱効率が向上する。
また、本実施の形態では、定着ベルト２１の直径が加圧ローラ３１の直径とほぼ同等になるように形成したが、定着ベルト２１の直径が加圧ローラ３１の直径よりも小さくなるように形成することもできる。その場合、ニップ部における定着ベルト２１の曲率が加圧ローラ３１の曲率よりも小さくなるために、ニップ部から送出される記録媒体Ｐが定着ベルト２１から分離され易くなる。

図４を参照して、定着ベルト２１の内周面２１ａに摺接する固定部材２６は、ベース層２６ｂ上に表面層２６ａが形成されたものである。固定部材２６は、加圧ローラ３１との対向面（摺接面）が、加圧ローラ３１の曲率にならうように凹状に形成されている。これにより、記録媒体Ｐは加圧ローラ３１の曲率にならうようにニップ部から送出されるために、定着工程後の記録媒体Ｐが定着ベルト２１に吸着して分離しないような不具合を抑止することができる。
なお、本実施の形態では、ニップ部を形成する固定部材２６の形状を凹状に形成したが、ニップ部を形成する固定部材２６の形状を平面状に形成することもできる。すなわち、固定部材２６の摺接面（加圧ローラ３１に対向する面である。）が平面形状になるように形成することができる。これにより、ニップ部の形状が記録媒体Ｐの画像面に対して略平行になって、定着ベルト２１と記録媒体Ｐとの密着性が高まるために定着性が向上する。さらに、ニップ部の出口側における定着ベルト２１の曲率が大きくなるために、ニップ部から送出された記録媒体Ｐを定着ベルト２１から容易に分離することができる。

また、固定部材２６のベース層２６ｂを形成する材料としては、加圧ローラ３１による加圧力を受けても大きく撓むことがないように、ある程度剛性のある材料（例えば、高剛性の金属やセラミック等である。）で形成されている。
金属板を曲げ加工することにより形成する略パイプ状の金属部材２２は、その肉厚を薄くすることができるために、ウォームアップ時間を短縮することができる。しかし、金属部材２２自身の剛性は小さくなっているため、加圧ローラ３１の加圧力に抗しきれずに、撓んだり、変形することがある。パイプ状の金属部材２２が変形してしまうと所望のニップ幅が得られずに、定着性が低下するという問題が生じる。これに対して、本実施の形態では、薄肉の金属部材２２とは別に高剛性の固定部材２６を設置してニップ部を形成しているために、そのような問題が生じるのを未然に防止することができる。

また、本実施の形態では、固定部材２６とヒータ２５Ａ、２５Ｂ（加熱手段）との間に断熱部材２７を設置している。詳しくは、固定部材２６と金属部材２２との間であって、固定部材２６の摺接面を除く面を覆うように断熱部材２７が設置されている。断熱部材２７の材料としては、断熱性に優れたスポンジゴムや、空包を有するセラミック、等を用いることができる。
本実施の形態では、定着ベルト２１と金属部材２２とがほぼ全周にわたって近接しているため、加熱待機時（プリント動作待機時）においても定着ベルト２１を周方向に温度ムラなく加熱できる。したがって、プリント要求を受けた後、速やかにプリント動作をおこなうことができる。このとき、従来のオンデマンド方式の定着装置（例えば、特許第２８８４７１４号公報参照。）では、ニップ部で加熱待機時に加圧ローラを変形させたまま熱を与えてしまうと、加圧ローラのゴムの材質によっては、熱劣化を起こして加圧ローラの寿命が短くなってしまったり、加圧ローラに圧縮永久ひずみが発生してしまったりする（ゴムの圧縮永久ひずみは、ゴムの変形に加熱が加わることにより増大する。）。そして、加圧ローラに圧縮永久ひずみが発生すると、加圧ローラの一部が凹んだ状態になり、所望のニップ幅が得られないため、定着不良が発生したり、回転時に異音が生じたりする。
これに対して、本実施の形態では、固定部材２６と金属部材２２との間に断熱部材２７が設置されているために、加熱待機時に金属部材２２の熱が固定部材２６に達しにくくなる。したがって、加熱待機時に加圧ローラ３１が変形した状態で高温加熱される不具合が軽減されて、上述の問題が生じるのを抑止することができる。

さらに、固定部材２６と定着ベルト２１との摩擦抵抗を低減するために双方の部材間に塗布された潤滑剤は、ニップ部における高圧条件に加えて高温条件による使用によって劣化して、定着ベルト２１のスリップ等の不具合が生じてしまう可能性がある。
これに対して、本実施の形態では、固定部材２６と金属部材２２との間に断熱部材２７が設置されているために、金属部材２２の熱がニップ部の潤滑剤に達しにくくなる。したがって、潤滑剤の高温による劣化が軽減されて、上述の問題が生じるのを抑止することができる。

また、本実施の形態では、固定部材２６と金属部材２２との間に断熱部材２７が設置されているために、固定部材２６が断熱されて、ニップ部では積極的に定着ベルト２１は加熱されないことになる。そのため、ニップ部に送入された記録媒体Ｐの温度がニップ部から送出されるときには低くなる。すなわち、ニップ部出口では、記録媒体Ｐ上に定着されたトナー像の温度が低くなって、トナーの粘性が低下して、定着ベルト２１に対するトナー接着力が小さくなった状態で、記録媒体Ｐは定着ベルト２１から分離される。したがって、定着工程直後の記録媒体Ｐが定着ベルト２１に巻き付いてジャムになる不具合が防止されるとともに、定着ベルト２１に対するトナー固着も抑制される。

また、本実施の形態では、図４を参照して、固定部材２６が挿設された金属部材２２の凹部を内周面側から保持するステー部材２８が設置されている。
略パイプ状の金属部材２２は、０．１ｍｍ厚のステンレス板に曲げ加工を施して形成したものである。したがって、ステンレス板を曲げ加工によって所望のパイプ形状に加工しようとしても、そのままでは、スプリングバックによって径が大きくなる方向に開いてしまい所望のパイプ形状を形成することができない。そして、金属部材２２がスプリングバックによって開いてしまうと、定着ベルト２１の内周面に接触してしまい定着ベルト２１を傷つけたり、定着ベルト２１との接触ムラによる定着ベルト２１の加熱ムラが生じたりしてしまう。本実施の形態では、このような不具合が生じるのを抑止するために、金属部材２２の開口部が形成された凹部（曲げ部）をステー部材２８で固定することによって、金属部材２２のスプリングバックによる変形を抑止している。具体的には、スプリングバック力に抗するように曲げ加工が施された金属部材２２の形状を保持しながら、金属部材２２の内周面側からステー部材２８を凹部に圧入する。

ここで、金属部材２２の加熱効率を高くするためには、金属部材２２の肉厚は０．２ｍｍ以下に設定することが好ましい。
上述したように、金属板を曲げ加工することにより形成する略パイプ状の金属部材２２は、その肉厚を薄くすることができるために、ウォームアップ時間を短縮することができる。しかし、金属部材２２自身の剛性は小さくなっているため、加圧ローラ３１の加圧力が金属部材２２に作用すると、その加圧力に抗しきれずに、撓んだり、変形してしまう。そして、パイプ状の金属部材２２が変形してしまうと所望のニップ幅が得られずに、定着性が低下するという問題が生じてしまう。これに対して、本実施の形態では、薄肉の金属部材２２に凹部（固定部材２６が挿設されている部分である。）をニップ部から離れるように設けて、加圧ローラ３１の加圧力が金属部材２２に直接的に作用しないように構成しているために、そのような問題が生じるのを未然に防止することができる。

以下、上述のように構成された定着装置２０の通常時の動作について簡単に説明する。
装置本体１の電源スイッチが投入されると、ヒータ２５Ａ、２５Ｂに電力が供給されるとともに、加圧ローラ３１の図２中の矢印方向の回転駆動が開始される。これにより、ニップ部の位置における加圧ローラ３１との摩擦力によって、定着ベルト２１も図２中の矢印方向に従動（回転）する。
その後、給紙部１２から記録媒体Ｐが給送されて、２次転写ローラ８９の位置で、記録媒体Ｐ上に未定着のカラー画像が担持（転写）される。未定着画像Ｔ（トナー像）が担持された記録媒体Ｐは、不図示のガイド板に案内されながら図２の矢印Ｙ１０方向に搬送されて、圧接状態にある定着ベルト２１及び加圧ローラ３１のニップ部に送入される。
そして、金属部材２２（ヒータ２５Ａ、２５Ｂ）によって加熱された定着ベルト２１による加熱と、補強部材２３によって補強された固定部材２６と加圧ローラ３１との押圧力とによって、記録媒体Ｐの表面にトナー像Ｔが定着される。その後、ニップ部から送出された記録媒体Ｐは、矢印Ｙ１１方向に搬送される。

以下、本実施の形態における定着装置２０において特徴的な構成・動作について、詳しく説明する。
図３及び図７を参照して、本実施の形態１における定着装置２０の両端には、それぞれ、金属部材２２における幅方向端部の内周面に当接して金属部材２２を補強するフランジ部材２９が設置されている。詳しくは、フランジ部材２９は、金属部材２２と同じ材料（本実施の形態の場合、ＳＵＳ４３０である。）で形成されていて、外径が小さな円柱状の補強部２９ａと、外径が大きな円柱状のベルト寄止め部２９ｂ（座部）と、で構成されている。そして、フランジ部材２９の補強部２９ａは、金属部材２２の両端部の内周面に、ほぼ全域にわたって、比較的小さな圧接力で接触するように挿設されている。また、図７に示すように、フランジ部材２９のベルト寄止め部２９ｂは、その外径が定着ベルト２１の外径よりも大きくなるように形成されている。さらに、定着ベルト２１は、その幅方向（図３の左右方向である。）の長さが金属部材２２の幅方向長さよりも長く形成され、その幅方向の範囲が金属ベルト２２の幅方向の範囲を含むように形成されている。また、ベルト寄止め部２９ｂと定着ベルト２１（又は、金属部材２２）との間には、幅方向に数ｍｍ程度のクリアランスが設けられている。
本実施の形態１では、金属部材２２の両端部がフランジ部材２９（補強部２９ａ）に保持されているために、薄肉の金属部材２２に熱変形が生じにくくなる。特に、フランジ部材２９によって直接的に補強された金属部材２２の幅方向両端部は、幅方向中央部に比べて、熱変形が生じにくくなる。

図２、図５、図６を参照して、本実施の形態における定着装置２０には、加熱手段として、２つのヒータ（第１ヒータ２５Ａと第２ヒータ２５Ｂとである。）が金属部材２２の内周面に対向する位置に設けられている。
第１ヒータ２５Ａは、その主部（ヒータ部）が金属部材２２の内周面の幅方向中央部Ｍに対向するように構成されていて、金属部材２２の幅方向中央部Ｍを加熱する。これに対して、第２ヒータ２５Ｂは、その主部（ヒータ部）が金属部材２２の内周面の幅方向両端部Ｎに対向するように構成されていて、金属部材２２の幅方向両端部Ｎを加熱する。ここで、第１ヒータ２５Ａと第２ヒータ２５Ｂとは、金属部材２２の内周面に対向するように内周面に沿って並設されているが、第１ヒータ２５Ａはニップ部から遠い位置に配設され、第２ヒータ２５Ｂはニップ部に近い位置に配設されている。そして、図５を参照して、第２ヒータ２５Ｂは、ニップ部に近い金属部材２２の内周面の領域Ｂを主に加熱するように、配光の調整がされている（図５中の矢印にてヒータの配光を簡単に示している。）。これに対して、第１ヒータ２５Ａは、ニップ部から遠い金属部材２２の内周面の領域Ａを主に加熱するように、配光の調整がされている（図５中の矢印にてヒータの配光を簡単に示している。）。なお、このようなヒータ２５Ａ、２５Ｂの配光の調整は、ヒータのガラス管の一部に鏡面加工（又は、遮蔽加工）を施すことによって達成できる。

このような構成によって、金属部材２２の両端部Ｎは、ニップ部に比較的近い位置で第２ヒータ２５Ｂによって加熱されるため、熱分散が生じにくくて熱変形の発生に対して不利になるものの、それを相殺するようにフランジ部材２９（補強部２９ａ）によって直接的に補強されているので、熱変形はほとんど生じないことになる。また、金属部材２２の中央部Ｍは、フランジ部材２９（補強部２９ａ）によって直接的に補強されていないため、熱変形の発生に対して不利になるものの、それを相殺するようにニップ部から比較的遠い位置（熱分散が活発な位置である。）で第１ヒータ２５Ａによって加熱されるので、熱変形はほとんど生じないことになる。このように、本実施の形態では、金属部材２２の全体にわたって局所的な変形が生じにくくなるため、定着ベルト２１と金属部材２２とのクリアランスが局所的又は全体的に変動しにくくなって、定着ベルト２１の加熱ムラや加熱不良にともない出力画像上に定着ムラ等の定着不良が生じる不具合も生じにくくなる。
また、フランジ部材２９が挿設された金属部材２２の両端部Ｎでは、金属部材２２の熱がフランジ部材２９側に移動してしまうため、そのままでは中央部Ｍに比べて加熱効率が低下しやすい。しかし、本実施の形態では、金属部材２２の両端部Ｎを加熱する第２ヒータ２５Ｂをニップ部に近い位置に設置して、金属部材２２の中央部Ｍを加熱する第１ヒータ２５Ａをニップ部から遠い位置に設置しているため、金属部材２２の加熱効率が幅方向にわたってバランスよく設定されることになり、ニップ部の位置に走行される定着ベルト２１の幅方向の加熱ムラが生じにくくなる。なお、フランジ部材２９の補強部２９ａの幅方向の長さは、上述した加熱効率の低下というデメリットと、金属部材２２の補強というメリットと、のバランスをとって最適化することが好ましい。

なお、２つのヒータ２５Ａ、２５Ｂの制御は、定着ベルト１２の幅方向中央部の温度を検知する第１温度センサ４０Ａと幅方向端部の温度を検知する第２温度センサ４０Ｂとの検知結果に基づいて、適宜にオン・オフ制御がおこなわれる。第１温度センサ４０Ａと第２温度センサ４０Ｂとがバランスよく所望の温度（定着温度）を検知するように、２つのヒータ２５Ａ、２５Ｂのオン・オフ制御が別々におこなわれることになる。

また、図６を参照して、本実施の形態では、第１ヒータ２５Ａと金属部材２２の内周面との対向距離Ｗと、第２ヒータ２５Ｂと金属部材２２の内周面との対向距離Ｗと、が等しくなるように形成されている。詳しくは、第１ヒータ２５Ａと第２ヒータ２５Ｂとは、金属部材２２の内周面の軌跡に対して同心円上に並設されている。これにより、第１ヒータ２５Ａによって加熱される金属部材２２の幅方向中央部と、第２ヒータ２５Ｂによって加熱される金属部材２２の幅方向両端部と、の温度制御が容易になる。

なお、本実施の形態では、第１ヒータ２５Ａと金属部材２２の内周面との対向距離Ｗと、第２ヒータ２５Ｂと金属部材２２の内周面との対向距離Ｗと、が等しくなるように形成したが、図８（Ａ）に示すように、第１ヒータ２５Ａと金属部材２２の内周面との対向距離と、第２ヒータ２５Ｂと金属部材２２の内周面との対向距離と、が異なるように形成することもできる。
さらには、図８（Ｂ）に示すように、補強部材２３の形状を可変することにより、第１ヒータ２５Ａによって加熱される金属部材２２の領域Ａを広げることもできる。

ここで、本実施の形態において、第１ヒータ２５Ａの単位面積当りの発熱量が、第２ヒータ２５Ｂの単位面積当りの発熱量に対して、同等以下になるように構成することが好ましい。例えば、第１ヒータ２５Ａとして出力定格が６４０Ｗのものを用い、第２ヒータ２５Ｂとして出力定格が８００Ｗのものを用いる。これにより、金属部材２２の中央部Ｍにおいて第１ヒータ２５Ａの加熱による熱変形に対する余裕度を向上させることができるとともに、金属部材２２の両端部Ｎにおいて金属部材２２の熱がフランジ部材２９側に移動して加熱効率が低下する不具合に対する余裕度を向上させることができる。
なお、ヒータの「単位面積当りの発熱量」は、単純に出力定格の大小だけでは定まらずに、ヒータを点灯するデューティも関係する。具体的に、同じ出力定格のヒータを用いる場合には、時間平均の点灯率が大きいほうが「単位面積当りの発熱量」が大きいことになる。
また、出力定格が８００Ｗのヒータを時間平均の点灯率を８０％で用いた場合と、出力定格が６４０Ｗのヒータを時間平均の点灯率を１００％で用いた場合と、を比較すると、両者とも最終的な発熱量は同じになるが、前者の方が瞬間的な発熱量が大きくなるため、金属部材２２の熱変形には不利な条件となる。

また、図２及び図５を参照して、本実施の形態では、補強部材２３は、金属部材２２の内部をほぼ２つの空間に分けるように配設されている。そして、第１ヒータ２５Ａと第２ヒータ２５Ｂとは、補強部材２３によって分けられた２つの空間のうち、ニップ部上流側（ニップ部に対して定着ベルト２１の走行方向上流側である。）に位置する空間に配設されている。
ニップ部上流側は定着ベルト２１の張り側（張力が大きい側である。）になるため、ニップ部下流側に比べて、定着ベルト２１と金属部材２２とのクリアランス量が比較的小さくなる（全体的に小さく設定されているクリアランス量がさらに小さくなる。）。そのため、金属部材２２の熱を定着ベルト２１に効率的に伝達しやすくなるので、ヒータ２５Ａ、２５Ｂをニップ部上流側の空間に設置している。
また、ニップ部上流側にヒータ２５Ａ、２５Ｂを設置した場合には、ニップ部下流側に設置する場合に比べて、定着ベルト２１のベルト表面がニップ部に達するまでの温度低下が生じにくくなるために、定着温度制御が容易になる。

また、本実施の形態では、フランジ部材２９が、金属部材２２と同じ材料で形成されている。これにより、フランジ部材２９と金属部材２２との熱膨張率が同等になるため、加熱時に熱膨張率の違いによって、双方の部材２２、２９に隙間が生じてフランジ部材２９が金属部材２２を補強する機能が低下する不具合や、双方の部材２２、２９が強固に圧接してフランジ部材２９や金属部材２２に変形やダメージが生じる不具合が軽減される。

また、本実施の形態では、フランジ部材２９が、金属部材２２に接着（接着剤による接着の他に、溶着や圧入等による接合も含むものとする。）されずに設置されている。これにより、加熱時に金属部材２２やフランジ部材２９が熱膨張しても、双方の部材２２、２９同士がその膨張の範囲を規制しにくくなるため、双方の部材２２、２９が変形して破損する不具合が軽減される。

また、本実施の形態では、フランジ部材２９が、定着ベルト２１の幅方向端部に当接して定着ベルト２１の幅方向の移動を制限するように構成されている。
詳しくは、図７に示すように、フランジ部材２９には、定着ベルト２１の外径よりも大きな外径を有するベルト寄止め部２９ｂが形成されている。これにより、定着ベルト２１の走行中にベルト寄り（図７の左右方向の移動である。）が生じても、定着ベルト２１の端部が図７の破線丸部で示す位置でベルト寄止め部２９ｂに当接するため、定着ベルト２１にそれ以上の大きなベルト寄りが生じる不具合が抑止されることになる。
なお、本実施の形態では、ベルト寄止め部２９ｂをフランジ部材２９に形成して定着ベルト２１のベルト寄りを制限したが、図９に示すように、ベルト寄止め部２１ｂを定着ベルト２１に形成して定着ベルト２１のベルト寄りを制限することもできる。詳しくは、図９に示すように、定着ベルト２１の両端部の内周面に内側に向かって突起するベルト寄止め部２１ｂを形成する。そして、定着ベルト２１の走行中にベルト寄りが生じたときに、定着ベルト２１のベルト寄止め部２１ｂを図９の破線丸部で示す位置でフランジ部材２９に当接させて、定着ベルト２１に大きなベルト寄りが生じる不具合を抑止する。

以上説明したように、本実施の形態においては、端部にフランジ部材２９が設置された金属部材２２の内周面に対向するように、ニップ部から離れた位置に金属部材２２の幅方向中央部を加熱する第１ヒータ２５Ａを配設して、ニップ部に近い位置に金属部材２２の幅方向端部を加熱する第２ヒータ２５Ｂを配設している。これにより、ウォームアップ時間やファーストプリント時間が短くて、定着ベルト２１を加熱する金属部材２２の熱変形によって出力画像上に定着ムラ等の定着不良が生じる不具合を抑止することができる。

なお、本実施の形態では、定着ベルトとして複層構造の定着ベルト２１を用いたが、定着ベルトとしてポリイミド、ポリアミド、フッ素樹脂、金属等からなる無端状の定着フィルムを用いることもできる。そして、その場合にも、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態では、温度検知手段として接触型の温度センサ４０Ａ、４０Ｂ（サーミスタ）を用いたが、温度検知手段として非接触型の温度センサ（サーモパイル）を用いることもできる。また、これらの温度センサ４０Ａ、４０Ｂの設置位置を、図２等に示す位置に対して、定着ベルト２１の走行方向上流側又は下流側にすることもできる。
そして、そのような場合にも、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明が本実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、本実施の形態の中で示唆した以外にも、本実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、前記構成部材の数、位置、形状等は本実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。

１ 画像形成装置本体（装置本体）、
２０ 定着装置、
２１ 定着ベルト（定着部材）、
２２ 金属部材（加熱部材）、
２３ 補強部材、
２５Ａ 第１ヒータ（加熱手段）、 ２５Ｂ 第２ヒータ（加熱手段）、
２６ 固定部材、
２９ フランジ部材、
２９ａ 補強部、 ２９ｂ ベルト寄止め部、
３１ 加圧ローラ（加圧回転体）、 Ｐ 記録媒体。

特許２００８−１５８４８２号公報

Claims (7)

1. 所定方向に走行してトナー像を加熱して溶融するとともに、可撓性を有する無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトの内周面側に固設されて、当該定着ベルトを介して加圧回転体に圧接して記録媒体が搬送されるニップ部を形成する固定部材と、
   前記ニップ部を除く位置で前記定着ベルトの内周面に対向するように固設されて前記定着ベルトを加熱するとともに、その内周面側に固設された加熱手段によって加熱されるパイプ状の金属部材と、
   前記金属部材における幅方向端部の内周面に当接して当該金属部材を補強するフランジ部材と、
   を備え、
   前記加熱手段は、前記金属部材の幅方向中央部を加熱する第１ヒータと、前記金属部材の幅方向端部を加熱する第２ヒータと、を前記金属部材の内周面に対向する位置に具備し、
   前記第１ヒータは、前記第２ヒータよりも、前記ニップ部から遠い位置に配設されたことを特徴とする定着装置。
2. 前記フランジ部材は、前記定着ベルトの幅方向端部に当接して前記定着ベルトの幅方向の移動を制限するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記フランジ部材は、前記金属部材に接着されずに設置されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
4. 前記フランジ部材は、前記金属部材と同じ材料で形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の定着装置。
5. 前記第１ヒータの単位面積当りの発熱量が、前記第２ヒータの単位面積当りの発熱量に対して、同等以下になるように構成されたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の定着装置。
6. 前記金属部材の内周面側に固設されて前記固定部材に当接して当該固定部材を補強するとともに、前記金属部材の内部を２つの空間に分けるように配設された補強部材をさらに備え、
   前記第１ヒータ及び前記第２ヒータは、前記２つの空間のうち、前記ニップ部に対して前記定着ベルトの走行方向上流側に位置する空間に配設されたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の定着装置。
7. 請求項１〜請求項６のいずれかに記載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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