JP5408553B2 - 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、２参照。）。

詳しくは、特許文献１、２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（加熱手段）、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。
なお、このような定着装置では、定着ベルトと金属部材との摺動抵抗を低減するために、定着ベルトと金属部材との間に潤滑剤が介在されている。

上述した特許文献１、２等の定着装置において、定着ベルトや金属部材の加熱効率をさらに向上させるために金属部材に複数の貫通穴を形成して金属部材を低熱容量化しようとした場合に、定着ベルトと金属部材との間に塗布した潤滑剤が貫通穴を介して金属部材の内部に入り込んで、定着ベルトと金属部材との間に介在された潤滑剤が不足してしまう不具合や、金属部材に内設されたヒータに潤滑剤が付着する不具合が生じる可能性があった。そして、そのような不具合が生じてしまうと、定着ベルトと金属部材との摺動抵抗が高くなってしまったり、ヒータによる加熱効率が低下してしまったりすることになる。

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、定着画像に定着ムラ等の定着不良が生じることなく、金属部材に複数の貫通穴を設けて金属部材を低熱容量化した場合であっても、定着ベルトと金属部材との間に介在された潤滑剤が不足してしまう不具合や、金属部材に内設されたヒータに潤滑剤が付着する不具合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、内部に設置されたヒータによって加熱されるパイプ状の金属部材と、を備え、前記金属部材は、少なくとも前記ヒータに対向する対向面に複数の貫通穴が形成されるとともに、フッ素を含む高分子材料で形成されたチューブ材が外周面に覆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、前記チューブ材は、放射率が小さく透明性が高い材料で形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、前記チューブ材は、前記複数の貫通穴の位置で前記金属部材の内部に向けて窪むように当該金属部材の外周面に覆設されたものである。

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、前記複数の貫通穴は、前記定着ベルトの走行方向に対して千鳥状に配列されたものである。

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、前記定着ベルトと前記チューブ材との間に潤滑剤が介在されたものである。

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、前記金属部材は、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、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補強部材をさらに備えたものである。

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、固定部材や金属部材や補強部材が「固設」された状態とは、固定部材や金属部材や補強部材が回転駆動されることなく非回転で保持されている状態であるものと定義する。したがって、例えば、固定部材がスプリング等の付勢部材によってニップ部に向けて付勢されている場合であっても固定部材が非回転で保持されていれば、固定部材が「固設」された状態となる。

本発明は、複数の貫通穴が形成された金属部材の外周面に、フッ素を含む高分子材料で形成されたチューブ材が覆設されているため、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、定着画像に定着ムラ等の定着不良が生じることなく、定着ベルトと金属部材との間に介在された潤滑剤が不足してしまう不具合や、金属部材に内設されたヒータに潤滑剤が付着する不具合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１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。 金属部材の近傍を示す拡大図である。 金属部材を示す斜視図である。 この発明の実施の形態２における定着装置の一部を示す拡大図である。

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。

実施の形態１．
図１〜図６にて、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。
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１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６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等を参照して、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、加熱手段としてのヒータ２５（熱源）、加圧回転体としての加圧ローラ３１、温度センサ４０、断熱部材２７、ステー部材２８、等で構成される。

ここで、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。なお、本実施の形態１では、定着ベルト２１の弾性層として、層厚が２００μｍのシリコーンゴムを用いている。
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１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、ヒータ（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。また、図示は省略するが、定着ベルト２１と金属部材２２（チューブ材２４）との間には、潤滑剤が介在（塗布）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に固定支持されている。また、金属部材２２の両端には、定着ベルト２１の寄り（幅方向の移動である。）を制限するためのフランジ２９が挿設されている。
そして、略パイプ状に形成された金属部材２２は、ヒータ２５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２５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２５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１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０．１〜０．２ｍｍに設定している。

ここで、本実施の形態１における金属部材２２は、図５を参照して、ヒータ２５に対向する対向面に複数の貫通穴２２ｂ（図２では、図示を省略している。）が形成されている。さらに、金属部材２２の外周面には、フッ素を含む高分子材料で形成されたチューブ材２４（図２では、図示を省略している。）が覆設されている。この貫通穴２２ｂやチューブ材２４については、後で詳しく説明する。

ヒータ２５は、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２５（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２５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４０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２５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。

このように、本実施の形態１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（より具体的には、図５に示す定着ベルト２１とチューブ材２４との間である。）には、フッ素グリスやシリコーンオイル等の潤滑剤が塗布されている。
なお、本実施の形態１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。

ここで、本実施の形態１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１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。なお、本実施の形態１では、補強部材２３の材料として、板厚が１．５〜２ｍｍ程度のＳＵＳ３０４（又は、ＳＵＳ４３０）を用いている。
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、外径が３０ｍｍであって、中空構造の芯金３２上に弾性層３３（層厚が３ｍｍ程度である。）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１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。
なお、定着ベルト２１の加熱効率をさらに向上させるために、加圧ローラ３１を直接的に加熱する熱源（例えば、加圧ローラ３１の芯金内部に設置するヒータである。）を設けることもできる。

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１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で形成されている。なお、本実施の形態１では、ベース層２６ｂの材料として、厚さが１．５ｍｍ程度のアルミニウムを用いている。
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１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、固定部材２６の表面層２６ａは、フッ素ゴム等の低摩擦弾性材料で形成されている。このような表面層２６ａを設けることにより、固定部材２６と定着ベルト２１との摺接によって双方の部材２１、２６が磨耗する不具合が軽減されるとともに、双方の部材２１、２６の間に所望のニップ部が形成されることになる。なお、本実施の形態１では、表面層２６ａの厚さが１．５〜２ｍｍ程度に設定されている。
また、固定部材２６の表面層２６ａに、予め潤滑剤を含浸させることもできる。これにより、固定部材２６は、定着ベルト２１に当接する面に潤滑剤が保持された状態になり、双方の部材２１、２６が磨耗する不具合がさらに軽減される。

また、本実施の形態１では、固定部材２６とヒータ２５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１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１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１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１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１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２２ａ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、０．１〜０．２ｍｍ厚のステンレスからなる平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１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２２ａ（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２２ａ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１では、薄肉の金属部材２２に凹部２２ａ（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２５に電力が供給されるとともに、不図示の駆動モータから駆動力が伝達されて加圧ローラ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２５）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１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５及び図６を参照して、本実施の形態１における定着装置２０は、金属部材２２の一部（ヒータ２５に対向する対向面であって、図５において一点鎖線で示す領域である。）に、複数の貫通穴２２ｂ（開口穴）が形成されている。このように、金属部材２２に複数の貫通穴２２ｂを形成することで、金属部材２２の全体の面積が小さくなって熱容量が低下するため、ヒータ２５による金属部材２２の加熱効率がさらに向上することになる。なお、本実施の形態１では、加工性の観点から、貫通穴２２ｂの形状を略円形（穴径が２〜４ｍｍ程度である。）としている。

ここで、本実施の形態１では、図６に示すように、複数の貫通穴２２ｂが、定着ベルト２１の走行方向に対して、格子状ではなく、千鳥状に配列されている。このように複数の貫通穴２２ｂを千鳥状に配列することで、幅方向（図５の紙面垂直方向である。）における金属部材２２の温度分布を均一化することができる。これにより、定着ベルト２１においても幅方向の温度ムラ（定着温度ムラ）が生じにくくなって、定着画像上に定着ムラが生じる不具合が抑止される。これに対して、複数の貫通穴２２ｂを格子状に配列してしまうと、幅方向でみたときに貫通穴２２ｂが形成されている部分と形成されていない部分とが明確に分かれてしまうため、幅方向における金属部材２２の温度分布が不均一になってしまうことになる。

さらに、本実施の形態１では、複数の貫通穴２２ｂが形成された金属部材２２の外周面に、フッ素を含む高分子材料で形成されたチューブ材２４（フッ素チューブ）が覆設されている。
詳しくは、チューブ材２４は、厚さが３０μｍ以下の薄いＰＦＡ、ＰＴＦＥ等の耐熱性・低摩擦材料で形成されていて、プライマーにより金属部材２２の外周面上に接着されている。

このように、複数の貫通穴２２ｂが形成された金属部材２２の外周面をチューブ材２４（フッ素チューブ）で覆うことで、定着ベルト２１と金属部材２２（チューブ材２４）との間に塗布した潤滑剤が貫通穴２２ｂを介して金属部材２２の内部に入り込んで、定着ベルト２１と金属部材２２との間に介在された潤滑剤が不足してしまう不具合や、金属部材２２に内設されたヒータ２５に潤滑剤が付着する不具合が抑止される。
また、チューブ材２４は、厚さが３０μｍ以下の薄膜材料で形成されているため、金属部材２２による定着ベルト２１の加熱（熱移動）をほとんど低下させることはない。
さらに、チューブ材２４は、フッ素を含有した低摩擦材料で形成されているために、定着ベルト２１の内周面に塗布された潤滑剤が枯渇してしまった場合であっても、定着ベルト２１と金属部材２２との摺動抵抗を低減することができる。

さらに、本実施の形態１におけるチューブ材２４は、放射率が小さく透明性が高い材料で形成されている。詳しくは、チューブ材２４の材料として、透明性が高く、添加剤を含まずに放射率の低い、フッ素系高分子材料が用いられている。
放射率が低いチューブ材２４を用いることで、金属部材２２から定着ベルト２１へ向けて移動する熱がチューブ材２４に吸収されにくくなるため、定着ベルト２１の加熱効率の低下を抑止することができる。
また、透明性（光透過性）の高いチューブ材２４を用いることで、ヒータ２５から射出された赤外線（輻射熱）が貫通穴２２ｂ及びチューブ材２４を介して定着ベルト２１に直接的に達することになるため、定着ベルト２１がヒータ２５によって直接的に輻射加熱されて、定着ベルト２１の加熱効率がさらに高められる。特に、本実施の形態１では、金属部材２２においてヒータ２５との対向面（図５において一点鎖線で示す領域である。）にのみ複数の貫通穴２２ｂを形成しているため、上述したヒータ２５によって定着ベルト２１を直接的に加熱する効果が効率的に発揮されることになる。

以上説明したように、本実施の形態１においては、複数の貫通穴２２ｂが形成された金属部材２２の外周面に、フッ素を含む高分子材料で形成されたチューブ材２４が覆設されているため、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、定着画像に定着ムラ等の定着不良が生じることなく、定着ベルト２１と金属部材２２との間に介在された潤滑剤が不足してしまう不具合や、金属部材２２に内設されたヒータ２５に潤滑剤が付着する不具合を抑止することができる。

なお、本実施の形態１では、金属部材２２において、ヒータ２５に対向する対向面（図５において一点鎖線で示す領域である。）にのみ、複数の貫通穴２２ｂを形成した。これに対して、金属部材２２の全部（全域）に、複数の貫通穴２２ｂを形成することもできる。このような場合にも、金属部材２２の全体の熱容量が低下するため金属部材２２の加熱効率が高められ、チューブ材２４によって潤滑剤が貫通穴２２ｂを介して金属部材２２の内部に進入する不具合が抑止されることになる。特に、本実施の形態１では補強部材２３によって金属部材２２の一部がヒータ２５に対向しないような構成になっているが、そのような構成をとらない場合（例えば、補強部材２３が設置されていない場合や、長さの短い補強部材２３を用いる場合等である。）には、透明性の高いチューブ材２４と複数の貫通穴２２ｂとを介してヒータ２５によって、ニップ部を除く定着ベルト２１のほぼ全域が直接的に輻射加熱されることになるため、定着ベルト２１の加熱効率がさらに高められることになる。

実施の形態２．
図７にて、この発明の実施の形態２について詳細に説明する。
図７は、実施の形態２における定着装置の一部を示す拡大図であって、前記実施の形態１における図５に相当する図である。本実施の形態２における定着装置は、複数の貫通穴２２ｂの位置でチューブ材２４が金属部材２２の内部に向けて窪むように配設されている点が、前記実施の形態１のものとは相違する。

図７を参照して、本実施の形態２における定着装置２０も、前記実施の形態１のものと同様に、定着ベルト２１、固定部材２６、略パイプ状の金属部材２２、補強部材２３、断熱部材２７、加圧ローラ３１（加熱回転体）、温度センサ４０、等で構成される。また、本実施の形態２における金属部材２２も、前記実施の形態１のものと同様に、ヒータ２５に対向する対向面に複数の貫通穴２２ｂが形成され、その外周面にチューブ材２４（フッ素チューブ）が覆設されている。

ここで、図７に示すように、本実施の形態２における金属部材２２は、チューブ材２４が、複数の貫通穴２２ｂの位置で金属部材２２の内部に向けて窪むように、金属部材２２の外周面に覆設されている。
詳しくは、チューブ材２４が外装された状態の金属部材２２を外周面側からみると、複数の貫通穴２２ｂに相当する位置に、半球状のディンプル２４ａ（窪み）が形成されている。このように金属部材２２に覆設されたチューブ材２４に複数のディンプル２４ａが形成されることで、定着ベルト２１とチューブ材２４（金属部材２２）との間に介在された潤滑剤が、定着ベルト２１の走行に沿って走行方向の下流側に流動して滞留することなく、適量な潤滑剤が複数のディンプル２４ａに保持（滞留）されやすくなる。そのため、潤滑剤によって定着ベルト２１とチューブ材２４（金属部材２２）との摺動抵抗を低減する効果が、経時においても安定的に維持されることになる。

なお、このようなチューブ材２４における複数のディンプル２４ａは、熱収縮性を有するチューブ材２４を複数の貫通穴２２ｂが形成された金属部材２２に外挿した後に、チューブ材２４に熱をかけて熱収縮させることで形成することができる。また、図５に示すようにチューブ材２４が覆設された状態の金属部材２２に対して、複数の貫通穴２２ｂにチューブ材２４の上からピン形状の加工治具を押し込むことによっても、上述した複数のディンプル２４ａを形成することができる。

以上説明したように、本実施の形態２においても、前記各実施の形態と同様に、複数の貫通穴２２ｂが形成された金属部材２２の外周面に、フッ素を含む高分子材料で形成されたチューブ材２４が覆設されているため、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、定着画像に定着ムラ等の定着不良が生じることなく、定着ベルト２１と金属部材２２との間に介在された潤滑剤が不足してしまう不具合や、金属部材２２に内設されたヒータ２５に潤滑剤が付着する不具合を抑止することができる。

なお、前記各実施の形態では、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、前記各実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明が前記各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、前記各実施の形態の中で示唆した以外にも、前記各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、形状等は前記各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）、
２２ｂ 貫通穴、
２３ 補強部材、
２４ チューブ材、
２４ａ ディンプル（窪み）、
２５ ヒータ（加熱手段）、
２６ 固定部材、
３１ 加圧ローラ（加圧回転体）、 Ｐ 記録媒体。

特許２００８−１５８４８２号公報 特許２００７−３３４２０５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、内部に設置されたヒータによって加熱されるパイプ状の金属部材と、
   を備え、
   前記金属部材は、少なくとも前記ヒータに対向する対向面に複数の貫通穴が形成されるとともに、フッ素を含む高分子材料で形成されたチューブ材が外周面に覆設されたことを特徴とする定着装置。
2. 前記チューブ材は、放射率が小さく透明性が高い材料で形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. 前記チューブ材は、前記複数の貫通穴の位置で前記金属部材の内部に向けて窪むように当該金属部材の外周面に覆設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. 前記複数の貫通穴は、前記定着ベルトの走行方向に対して千鳥状に配列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. 前記定着ベルトと前記チューブ材との間に潤滑剤が介在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. 前記金属部材は、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、
   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補強部材をさらに備え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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