JP5532973B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置および画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ等の画像形成装置に用いられる定着装置として、複数のロールによって張架されたベルト部材（定着ベルト）によって構成された加熱部材を備えたものが知られている。
特許文献１には、定着ローラと加熱ローラ間に定着ベルトが掛け回されており、定着ベルトを介して定着ローラに加圧ローラが圧接されてニップＮが形成され、そして定着ローラの加圧ローラと略対向する位置には定着ベルトをクリーニングするクリーニングローラが設けられ、その内部には立ち上げ用熱源としてのハロゲンヒータが設けられている定着装置が記載されている。

特開２００７−５８２４９号公報

ここで一般に、ニップ部において定着ベルトにより与えられる熱と圧力により未定着のトナー像が用紙に定着される。ところが、定着ベルトにおいて用紙と接触した部分と接触しなかった部分とで温度差が生じ、そのため定着したトナー像の光沢度にムラが生じて画像の品質が低下する場合があった。
本発明は、定着ベルト表面の温度差を小さくすることができ、定着したトナー像の光沢度のムラを抑制して画像の品質を確保することができる定着装置等を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、記録材にトナー像を定着する定着部材と、前記定着部材の外周面に圧接することで当該定着部材との間に未定着トナー像を保持した記録材が通過するための定着加圧部を形成する加圧部材と、前記定着部材に定着に必要な熱を供給する熱供給手段と、前記定着部材に接触することで、当該定着部材表面の熱を拡散する熱拡散部材と、を備え、前記熱拡散部材は、前記定着部材の移動に従って回転する回転体であり、当該回転体は、当該定着部材の前記記録材の搬送方向で熱を拡散させ当該定着部材の温度勾配を緩和するために、前記定着加圧部に当該記録材が供給される間隔より外周長が長いことを特徴とする定着装置である。

請求項２に記載の発明は、前記熱拡散部材は、前記定着部材の外周面に接触して配されることを特徴とする請求項１に記載の定着装置である。
請求項３に記載の発明は、前記熱拡散部材は、前記定着加圧部に隣接する位置に配されることを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置である。
請求項４に記載の発明は、前記熱拡散部材は、内部に空洞部を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の定着装置である。
請求項５に記載の発明は、前記熱拡散部材は、表面が金属からなることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の定着装置である。

請求項６に記載の発明は、記録材にトナー像を定着する定着部材と、前記定着部材の外周面に圧接することで当該定着部材との間に未定着トナー像を保持した記録材が通過するための定着加圧部を形成する加圧部材と、前記定着部材に定着のために必要な熱を供給する熱供給手段と、前記定着部材に接触することで、前記トナー像を定着した後に生じる前記記録材の搬送方向の当該定着部材の温度勾配を緩和する温度勾配緩和手段と、を備え、前記温度勾配緩和手段は、前記定着部材の移動に従って回転する回転体であり、当該回転体は、当該定着部材の前記記録材の搬送方向で熱を拡散させ当該定着部材の温度勾配を緩和するために、前記定着加圧部に当該記録材が供給される間隔より外周長が長いことを特徴とする定着装置である。

請求項７に記載の発明は、トナー像を形成するトナー像形成手段と、前記トナー像形成手段によって形成された前記トナー像を記録材上に転写する転写手段と、記録材にトナー像を定着する定着部材と、当該定着部材の外周面に圧接することで当該定着部材との間に未定着トナー像を保持した記録材が通過するための定着加圧部を形成する加圧部材と、当該定着部材に定着に必要な熱を供給する熱供給手段と、当該定着部材に接触することで当該定着部材表面の熱を拡散する熱拡散部材と、を備える定着手段と、を備え、前記定着手段の前記熱拡散部材は、前記定着部材の移動に従って回転する回転体であり、当該回転体は、当該定着部材の前記記録材の搬送方向で熱を拡散させ当該定着部材の温度勾配を緩和するために、前記定着加圧部に当該記録材が供給される間隔より外周長が長いことを特徴とする画像形成装置である。

請求項１の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、定着部材表面の温度差を小さくすることができ、定着したトナー像の光沢度のムラを抑制して画像の品質を確保することができる定着装置を提供することができる。また本発明を採用しない場合に比べ、熱拡散部材と定着部材との間に生じる摺動抵抗を小さくすることができる。さらに本発明を採用しない場合に比べ、熱拡散部材の温度をより安定させやすくなる。
請求項２の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、定着部材の記録材と接触する側の面の温度差をより小さくすることができる。
請求項３の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、定着部材表面の温度差をより小さくすることができる。
請求項４の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、より迅速に熱拡散部材の温度を予め定められた温度にすることができる。
請求項５の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、熱拡散部材の表面温度の変動を抑制することができる。
請求項６の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、定着ベルト表面の温度勾配を緩和することができ、定着したトナー像の光沢度のムラを抑制して画像の品質を確保することができる定着装置を提供することができる。また本発明を採用しない場合に比べ、温度勾配緩和手段と定着部材との間に生じる摺動抵抗を小さくすることができる。さらに本発明を採用しない場合に比べ、温度勾配緩和手段の温度をより安定させやすくなる。
請求項７の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べ、より良好な画質を得ることができる画像形成装置が提供できる。また本発明を採用しない場合に比べ、熱拡散部材と定着部材との間に生じる摺動抵抗を小さくすることができる。さらに本発明を採用しない場合に比べ、熱拡散部材の温度をより安定させやすくなる。

本実施の形態に係る定着ユニットが適用される画像形成装置の構成例を示した図である。 本実施の形態の定着ユニットの構成を説明するための断面構成図である。 温度ムラが生じた定着ベルトにより定着を行なった際の光沢ムラについて説明した概念図である。 熱拡散ロールの配置の例について説明した図である。 熱拡散ロールの配置位置と定着ベルトの温度ムラとの関係を説明した図である。 定着ベルトの熱拡散ロールへの巻き付き長さと定着ベルトの温度ムラとの関係を説明した図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
＜画像形成装置の説明＞
図１は本実施の形態に係る定着ユニット（定着器）６０が適用される画像形成装置１の構成例を示した図である。図１に示す画像形成装置１は、所謂「タンデム型」のカラープリンタであり、画像データに基づき画像形成を行う画像形成部１０と、画像形成装置１全体の動作制御や例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等との通信、画像データに対して行う画像処理等を実行する主制御部５０と、ユーザからの操作入力の受付やユーザに対する各種情報の表示を行うユーザインターフェース（ＵＩ）部９０と、を備えている。

＜画像形成部の説明＞
画像形成部１０は、例えば電子写真方式により画像を形成する機能部であって、並列的に配置されるトナー像形成手段の一例としての６つの画像形成ユニット１１Ｃ,１１Ｍ,１１ＨＣ,１１ＨＭ,１１Ｙ,１１Ｋ（以下、「画像形成ユニット１１」）を備えている。各画像形成ユニット１１は、機能部材として、例えば、静電潜像が形成され、その後に各色トナー像が形成される感光体ドラム１２と、感光体ドラム１２の表面を予め定められた電位で帯電する帯電器１３と、帯電器１３により帯電された感光体ドラム１２を画像データに基づいて露光する露光器１４と、感光体ドラム１２上に形成された静電潜像を各色トナーにより現像する現像器１５と、転写後の感光体ドラム１２表面を清掃するクリーナ１６と、を備えている。
各画像形成ユニット１１の現像器１５各々は、各色トナーを貯蔵するトナー容器１７Ｃ,１７Ｍ,１７ＨＣ,１７ＨＭ,１７Ｙ,１７Ｋ（以下、「トナー容器１７」）とトナー搬送路（不図示）で連結されている。そして、トナー搬送路中に設けられた補給用スクリュー（不図示）によりトナー容器１７から現像器１５に各色トナーが補給されるように構成されている。

画像形成ユニット１１各々は、現像器１５に収容されるトナーを除いて略同様に構成され、それぞれがＣ（シアン）色、Ｍ（マゼンタ）色、ＨＣ（高彩度シアン）色、ＨＭ（高彩度マゼンタ）色、Ｙ（イエロー）色、Ｋ（ブラック）色のトナー像を形成する。ここでのＨＣ色は、シアン色系の色相を有し、Ｃ色よりも色調が明るく彩度が相対的に高いシアン色であり、ＨＭ色は、マゼンタ色系の色相を有し、Ｍ色よりも色調が明るく彩度が相対的に高いマゼンタ色である。

また、画像形成部１０は、各画像形成ユニット１１の感光体ドラム１２に形成された各色トナー像が転写される中間転写ベルト２０と、各画像形成ユニット１１にて形成された各色トナー像を中間転写ベルト２０に転写（一次転写）する一次転写ロール２１と、を備えている。さらに、中間転写ベルト２０上に重畳して転写された各色トナー像を記録材（記録紙）である用紙に一括転写（二次転写）する二次転写ロール２２と、二次転写された各色トナー像を用紙上に定着させる定着手段（定着装置）の一例としての定着ユニット６０と、を備えている。
加えて、画像形成部１０は、定着ユニット６０にて用紙上に定着された各色トナー像を冷却し、用紙上への各色トナー像の定着を促進する冷却ユニット８０と、用紙の曲がり（カール）を矯正するカール矯正ユニット８５と、を備えている。
なお、本実施の形態の画像形成装置１では、中間転写ベルト２０、一次転写ロール２１、および二次転写ロール２２により転写手段が構成される。また、二次転写ロール２２が配置され、中間転写ベルト２０上の各色トナー像が用紙に二次転写される領域を、以下、「二次転写領域Ｔｒ」という。

＜用紙搬送系の説明＞
また、画像形成部１０は、用紙搬送系として、用紙を収容する複数（本実施の形態では２個）の用紙収容容器４０Ａ,４０Ｂと、この用紙収容容器４０Ａ,４０Ｂに収容された用紙を繰り出して搬送する繰出しロール４１Ａ,４１Ｂと、用紙収容容器４０Ａからの用紙を搬送する第１搬送路Ｒ１と、用紙収容容器４０Ｂからの用紙を搬送する第２搬送路Ｒ２と、を備えている。さらに、画像形成部１０は、用紙収容容器４０Ａおよび用紙収容容器４０Ｂからの用紙を二次転写領域Ｔｒに向けて搬送する第３搬送路Ｒ３と、を備えている。加えて、画像形成部１０は、二次転写領域Ｔｒにて各色トナー像が転写された用紙を定着ユニット６０、冷却ユニット８０、およびカール矯正ユニット８５を通過するように搬送する第４搬送路Ｒ４と、カール矯正ユニット８５からの用紙を画像形成装置１の排出部に設けられた用紙積載部４４に向けて搬送する第５搬送路Ｒ５と、を備えている。
第１搬送路Ｒ１から第５搬送路Ｒ５は、それぞれに沿って搬送ロールや搬送ベルトが配置され、送られてくる用紙を順次、搬送する。

＜両面搬送系の説明＞
また、画像形成部１０は、両面搬送系として、定着ユニット６０で第１面に各色トナー像が定着された用紙を一旦保持する中間用紙収容容器４２と、カール矯正ユニット８５からの用紙を中間用紙収容容器４２に向けて搬送する第６搬送路Ｒ６と、中間用紙収容容器４２に収容された用紙を上記の第３搬送路Ｒ３に向けて搬送する第７搬送路Ｒ７と、を備えている。さらに、画像形成部１０は、カール矯正ユニット８５の用紙搬送方向下流側に配置され、用紙を用紙積載部４４に向けて搬送する第５搬送路Ｒ５と中間用紙収容容器４２に搬送する第６搬送路Ｒ６とに選択的に振り分ける振分機構部４３と、中間用紙収容容器４２に収容された用紙を繰り出して第７搬送路Ｒ７に向けて搬送する繰出しロール４５と、を備えている。

＜画像形成動作の説明＞
次に、本実施の形態に係る画像形成装置１での基本的な画像形成動作について説明する。
画像形成部１０の画像形成ユニット１１各々は、上記の機能部材を用いた電子写真プロセスによりＣ色,Ｍ色,ＨＣ色,ＨＭ色,Ｙ色,Ｋ色の各色トナー像を形成する。各画像形成ユニット１１にて形成された各色トナー像は、一次転写ロール２１により中間転写ベルト２０上に順に一次転写され、各色トナーが重畳された合成トナー像を形成する。中間転写ベルト２０上の合成トナー像は、中間転写ベルト２０の移動（矢印方向）に伴って二次転写ロール２２が配置された二次転写領域Ｔｒに搬送される。

一方、用紙搬送系では、各画像形成ユニット１１での画像形成の開始タイミングに合わせて繰出しロール４１Ａ,４１Ｂが回転動作し、用紙収容容器４０Ａおよび用紙収容容器４０Ｂの中から例えばＵＩ部９０にて指定された方の用紙が繰出しロール４１Ａ,４１Ｂにより繰り出される。繰出しロール４１Ａ,４１Ｂにより繰り出された用紙は、第１搬送路Ｒ１または第２搬送路Ｒ２と、第３搬送路Ｒ３とに沿って搬送され、二次転写領域Ｔｒに到達する。
二次転写領域Ｔｒでは、二次転写ロール２２により形成された転写電界によって、中間転写ベルト２０上に保持された合成トナー像が用紙に一括して二次転写される。

その後、合成トナー像が転写された用紙は、中間転写ベルト２０から分離され、第４搬送路Ｒ４に沿って定着ユニット６０に搬送される。定着ユニット６０に搬送された用紙上の合成トナー像は、定着ユニット６０によって定着処理を受けて用紙上に定着される。そして、定着画像が形成された用紙は、冷却ユニット８０にて冷却され、カール矯正ユニット８５にて用紙の曲がりが矯正される。その後、カール矯正ユニット８５を通過した用紙は、振分機構部４３により、片面印刷時には第５搬送路Ｒ５に導かれて、用紙積載部４４に向けて搬送される。
なお、一次転写後に感光体ドラム１２に付着しているトナー（一次転写残トナー）、および二次転写後に中間転写ベルト２０に付着しているトナー（二次転写残トナー）は、それぞれクリーナ１６、およびベルトクリーナ２６によって除去される。

一方、両面印刷時には、上述した過程によって用紙の第１面上に定着画像が形成された用紙は、カール矯正ユニット８５を通過した後、振分機構部４３により第６搬送路Ｒ６に導かれ、第６搬送路Ｒ６を中間用紙収容容器４２に向けて搬送される。そして再び、各画像形成ユニット１１による第２面の画像形成の開始タイミングに合わせて繰出しロール４５が回転し、中間用紙収容容器４２から用紙が繰り出される。繰出しロール４５により繰り出された用紙は、第７搬送路Ｒ７および第３搬送路Ｒ３に沿って搬送され、二次転写領域Ｔｒに到達する。
二次転写領域Ｔｒでは、第１面の場合と同様にして、二次転写ロール２２により形成された転写電界によって、中間転写ベルト２０上に保持された第２面の各色トナー像が用紙に一括して二次転写される。

そして、両面にトナー像が転写された用紙は、第１面の場合と同様に定着ユニット６０にて定着され、冷却ユニット８０にて冷却され、さらにはカール矯正ユニット８５にて用紙の曲がりが矯正される。その後、カール矯正ユニット８５を通過した用紙は、振分機構部４３により第５搬送路Ｒ５に導かれて、用紙積載部４４に向けて搬送される。
このようにして、画像形成装置１での画像形成処理がプリント枚数分のサイクルだけ繰り返し実行される。

＜定着ユニットの構成の説明＞
次に、本実施の形態の画像形成装置１に用いられる定着ユニット６０について説明する。
図２は、本実施の形態の定着ユニット６０の構成を説明するための断面構成図である。この定着ユニット６０は、定着ベルトモジュール６１と、定着ベルトモジュール６１に対して接離自在に構成される加圧部材の一例としての加圧ロール６２とで主要部が構成されている。

定着ベルトモジュール６１は、用紙Ｐにトナー像を定着する定着部材の一例としての定着ベルト６１０と、定着ベルト６１０を挟み加圧ロール６２と対向して配され、定着ベルト６１０を張架しながら回転動作する張架部材の１つであって、定着ベルトモジュール６１と加圧ロール６２とが圧接（互いに押圧されながら接触）する領域であるニップ部（定着加圧部）Ｎにて定着ベルト６１０を内側から加熱する定着ロール６１１と、定着ベルト６１０を内側から張架しながら定着ベルト６１０を加熱する内部加熱手段の一例としての内部加熱ロール６１２、定着ベルト６１０を外側から張架しながら定着ベルト６１０を加熱する外部加熱手段の一例としての外部加熱ロール６１３と、を備えている。また、定着ベルトモジュール６１は、定着ロール６１１と内部加熱ロール６１２との間（ニップ部Ｎの上流側）で定着ベルト６１０を張架する張架ロール６１４と、ニップ部Ｎの下流側領域であって定着ロール６１１に隣接する位置に配される剥離部材の一例としての剥離パッド６４と、ニップ部Ｎの下流側において定着ベルト６１０を張架する張架ロール６１５と、詳しくは後述するが熱拡散部材の一例であると共に温度勾配緩和手段の一例である熱拡散ロール６１６と、を備えている。

定着ベルト６１０は、例えば、ポリイミド樹脂で形成されたベース層と、ベース層の表面側（外周面側）に積層されたシリコーンゴムからなる弾性体層と、さらに弾性体層上に被覆されたＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−ペルフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂）からなる離型層とで構成されている。ここでは、弾性体層は、特にカラー画像に対する画質向上のために設けられたものである。すなわち、定着対象となる用紙Ｐに保持されるトナー像は、粉体である各色トナーが積層して形成されている。そのため、ニップ部Ｎにおいてトナー像の全体に均一に熱を供給するには、用紙Ｐ上のトナー像の凹凸に倣って定着ベルト６１０表面が変形することが好ましいからである。
定着ロール６１１は、例えばアルミニウムやＳＵＳからなる内部が中空の円筒状ロールを基体として、ＰＦＡが被覆されたロールであり、図示しない駆動モータからの回転駆動力を受けて、図中矢印方向に回転する。そして、定着ロール６１１の内部に配置された加熱源としての例えば３本のハロゲンヒータ７１により、定着ロール６１１は予め定められた温度（例えば、１５０℃）に加熱される。

内部加熱ロール６１２は、例えばアルミニウムやＳＵＳで形成された円筒状ロールである。そして、内部に配置された加熱源としての例えば４本のハロゲンヒータ７２により、内部加熱ロール６１２は予め定められた温度（例えば、１９０℃）に加熱される。
また、内部加熱ロール６１２は、その両端部に定着ベルト６１０を内側から外側に向けて押圧するバネ部材（不図示）が配置され、定着ベルト６１０全体の張力を例えば１５ｋｇｆに設定している。
さらには、内部加熱ロール６１２には、定着ベルト６１０の蛇行（ベルトウォーク）を制御するための機構が設けられている。すなわち、内部加熱ロール６１２の近傍には、定着ベルト６１０の端部位置（エッジ位置）を検知するベルトエッジ位置検知機構（不図示）が配置されている。また、内部加熱ロール６１２には、内部加熱ロール６１２の一方の端部を内部加熱ロール６１２の軸方向と直行する方向に変位させる変位機構（不図示）が設けられている。そして、この変位機構は、ベルトエッジ位置検知機構の検知結果に応じて内部加熱ロール６１２の一方の端部を変位させることで定着ベルト６１０を内部加熱ロール６１２の軸方向に変位させる。それにより、定着ベルト６１０のベルトウォークを制御している。

外部加熱ロール６１３は、例えばアルミニウムやＳＵＳで形成された円筒状ロールである。そして、内部に配置された加熱源としての例えば３本のハロゲンヒータ７３により、外部加熱ロール６１３は予め定められた温度（例えば、１９０℃）に加熱される。
このように、本実施の形態の定着ユニット６０では、定着ロール６１１と内部加熱ロール６１２と外部加熱ロール６１３とによって定着ベルト６１０が加熱される構成を採用している。即ち、定着ロール６１１、内部加熱ロール６１２、外部加熱ロール６１３は、定着ベルト６１０に定着に必要な熱を供給する熱供給手段として把握することができる。

剥離パッド６４は、例えばＳＵＳ等の金属や樹脂等の剛体で構成された、断面が略円弧形状のブロック部材である。そして、加圧ロール６２が定着ベルト６１０を介して定着ロール６１１に圧接される領域（以下、「ロールニップ部Ｎ１」）の下流側近傍位置にて、定着ロール６１１の軸方向全域に亘って固定配置されている。そして、剥離パッド６４は、定着ベルト６１０を介して加圧ロール６２を予め定められた幅領域（例えば、定着ベルト６１０の進行方向に沿って５ｍｍのニップ幅）に亘って予め定められた荷重（例えば、平均１０ｋｇｆ）で均一に押圧するように設置され、ロールニップ部Ｎ１に連なる「剥離パッドニップ部Ｎ２」を形成している。

加圧ロール６２は、定着ベルト６１０の外周面に圧接することで、定着ベルト６１０との間に未定着トナー像を保持した用紙Ｐが通過するためのニップ部Ｎを形成する部材である。加圧ロール６２は、例えば、アルミニウムやＳＵＳからなる内部が中空の円筒状ロールを基体として、基体側から順に、シリコーンゴムからなる弾性層と、ＰＦＡチューブからなる離型層とが積層されて構成されている。そして、加圧ロール６２は、定着ベルトモジュール６１に接離するように配置され、定着ベルトモジュール６１を押圧しながら接触（圧接）するように設定された場合には、定着ベルトモジュール６１の定着ロール６１１が矢印方向へ回転するのに伴い、定着ロール６１１に従動して矢印方向に回転する。

＜定着ユニットでの定着動作についての説明＞
次に、本実施の形態の定着ユニット６０での定着動作について説明する。
画像形成装置１の二次転写領域Ｔｒ（図１参照）において合成トナー像（未定着トナー像）が静電転写された用紙Ｐは、第４搬送路Ｒ４（図１参照）に沿って定着ユニット６０のニップ部Ｎ（図２参照）に向けて搬送される。そして、ニップ部Ｎを通過する用紙Ｐ表面の未定着トナー像は、主としてロールニップ部Ｎ１に作用する圧力と熱とにより用紙Ｐに定着される。

すなわち、本実施の形態の定着ユニット６０では、ロールニップ部Ｎ１に作用する熱は主に定着ベルト６１０によって供給される。定着ベルト６１０は、定着ロール６１１の内部に配置されたハロゲンヒータ７１から定着ロール６１１を介して供給される熱と、内部加熱ロール６１２の内部に配置されたハロゲンヒータ７２から内部加熱ロール６１２を介して供給される熱と、外部加熱ロール６１３の内部に配置されたハロゲンヒータ７３から外部加熱ロール６１３を介して供給される熱とによって加熱される。それにより、定着ロール６１１だけでなく、内部加熱ロール６１２および外部加熱ロール６１３からも熱エネルギーが補給されるので、ロールニップ部Ｎ１においては、プロセススピードが高速であっても充分な熱量が確保される。

本実施の形態の定着ユニット６０では、直接的な加熱部材として機能する定着ベルト６１０は、極めて熱容量を小さく構成することができる。加えて、定着ベルト６１０は、熱供給部材である定着ロール６１１と、内部加熱ロール６１２および外部加熱ロール６１３のそれぞれにおいて広いラップ面積（大きなラップ角度）で接触するように構成されている。そのため、定着ベルト６１０が１回転する短い期間に、定着ロール６１１や内部加熱ロール６１２および外部加熱ロール６１３から充分な熱量が供給されるので、定着ベルト６１０を必要な定着温度に短時間で復帰させることが可能となる。それにより、ロールニップ部Ｎ１においては、予め定められた定着温度が維持される。
その結果、本実施の形態の定着ユニット６０では、高速で連続通紙されても定着温度が略一定に維持される。また、高速での定着動作の開始時に定着温度が落ち込む現象（所謂「温度ドループ現象」）の発生が抑制される。特に、熱容量の大きな厚紙等に対する定着においても、定着温度の維持および温度ドループ現象の発生が抑制され、さらには、紙種に対応させて定着温度を途中で切り替える（定着温度のアップおよびダウンの双方を含む。）必要がある場合にも、定着ベルト６１０は熱容量が小さいので、ハロゲンヒータ７１、さらにはハロゲンヒータ７２、ハロゲンヒータ７３の出力調整により、温度の切り替えを容易としている。

また、本実施の形態の定着ユニット６０は、定着ロール６１１がアルミニウムやＳＵＳ等で形成されたハードロールであり、加圧ロール６２が弾性層を被覆したソフトロールである。そのため、ロールニップ部Ｎ１では、定着ロール６１１は殆ど撓まず、加圧ロール６２表面が撓むことによって定着ベルト６１０の進行方向に幅を持ったニップ領域が形成されている。このように、ロールニップ部Ｎ１においては、定着ベルト６１０がラップされている側の定着ロール６１１が殆ど変形しない。そのため、定着ベルト６１０は移動速度を略一定に維持しながらロールニップ部Ｎ１を通過する。それにより、ロールニップ部Ｎ１において定着ベルト６１０にシワや歪みが生じることが抑制されるので、良質の定着画像が安定的に提供される。

引き続いて、ロールニップ部Ｎ１を通過した後には、用紙Ｐは剥離パッドニップ部Ｎ２に搬送される。剥離パッドニップ部Ｎ２は、加圧ロール６２に剥離パッド６４が押圧されて、定着ベルト６１０が加圧ロール６２に圧接するように構成されている。したがって、ロールニップ部Ｎ１は定着ロール６１１の曲率によって下に凸である湾曲した形状を有するのに対し、剥離パッドニップ部Ｎ２は、略平面に加工された剥離パッド６４の定着ベルト６１０との接触面形状に沿った形状を有している。
そのため、ロールニップ部Ｎ１において定着ロール６１１の曲率のもとで加熱加圧された用紙Ｐは、剥離パッドニップ部Ｎ２において加圧ロール６２による相反する方向に向いた曲率に進行方向が変化させられる。その際に、用紙Ｐ上のトナー像と定着ベルト６１０表面との間で微小なマイクロスリップが生じる。それによって、トナー像と定着ベルト６１０との付着力が弱められ、用紙Ｐは定着ベルト６１０から剥離され易い状態が形成される。このように、剥離パッドニップ部Ｎ２は、最終の剥離工程で確実に剥離が行なわれるための準備工程にも位置付けられる。

そして、剥離パッドニップ部Ｎ２の出口では、定着ベルト６１０は剥離パッド６４に巻き付くように搬送されるので、定着ベルト６１０の搬送方向はそこで急激に変化する。すなわち、定着ベルト６１０は剥離パッド６４の外側面に沿って移動するため、定着ベルト６１０の屈曲は大きなものとなる。そのため、剥離パッドニップ部Ｎ２内において定着ベルト６１０との付着力が予め弱められた用紙Ｐは、用紙Ｐ自身が有している紙の弾性によって定着ベルト６１０から分離する。

そして、定着ベルト６１０から分離された用紙Ｐは、剥離パッドニップ部Ｎ２の下流側に配置された剥離案内板６９により、その進行方向が導かれる。剥離案内板６９により案内された用紙Ｐは、その後、排紙ガイド７８、および排紙ベルト７９によって冷却ユニット８０(図１参照)に向けて搬送される。即ち、剥離案内板６９は、定着ベルト６１０から剥離した用紙Ｐを、完全に定着ベルト６１０から分離し、用紙Ｐの進行方向を規定するための部材である。そして排紙ガイド７８および排紙ベルト７９は、剥離案内板６９により進行方向が規定された用紙Ｐを円滑に冷却ユニット８０に誘導するための部材である。
以上述べた動作により定着ユニット６０での定着処理が完了する。

＜熱拡散ロールについての説明＞
上述したようにニップ部Ｎにおいて、定着ロール６１１、内部加熱ロール６１２、外部加熱ロール６１３により定着ベルト６１０に供給された熱、および加圧ロール６２により与えられる圧力により未定着トナー像が用紙Ｐに定着される。そしてこの際、定着ベルト６１０に貯えられた熱が、用紙Ｐに伝熱し奪われる。そのため定着ベルト６１０表面において用紙Ｐと接触した部分は、部分的に温度が低下する。一方、定着ベルト６１０表面において、用紙Ｐと接触しなかった部分は、用紙Ｐにより熱が奪われないため温度が維持される。これは用紙Ｐを１枚のみ供給して定着を行なう場合に限らず、用紙Ｐを連続給紙する場合にも生ずる。即ち、用紙Ｐを連続給紙する際に、隙間なく連続して定着を行なうことは困難である。そのため用紙Ｐは、予め定められた間隔で定着ユニット６０に供給される。その結果、定着ベルト６１０に用紙Ｐが接触する部分と接触しない部分が交互に生じる。結局、定着ベルト６１０表面は、温度が低下した部分（低温部）と温度が維持された部分（高温部）とが交互に発生し、温度差が生じることになる。なお本実施の形態において定着ベルト６１０に生じたこのような温度差を温度ムラまたは温度勾配と言うことがある。

定着ベルト６１０にこのような温度ムラが生じ、定着ベルト６１０の回転によりこの部分が再びニップ部Ｎに達するまでの間にこの温度ムラが解消しない場合は、１枚の用紙Ｐに温度差が生じた高温部および低温部の双方が接触して定着を行なう場合が生じる。この定着ベルト６１０の温度ムラは、定着後のトナー像の光沢度に影響を及ぼす。即ち、定着ベルト６１０の高温部により定着が行なわれた場合は、定着後のトナー像の光沢度は高くなる。一方、定着ベルト６１０の低温部により定着が行なわれた場合は、定着後のトナー像の光沢度は低くなる。そのため１枚の用紙Ｐに光沢度の高い部分と低い部分とが混在することになり、光沢度の差（光沢ムラ）が生ずる。

図３は、温度ムラが生じた定着ベルト６１０により定着を行なった際の光沢ムラについて説明した概念図である。
図３に示す用紙Ｐは、最初に定着ベルト６１０の低温部により定着が行なわれ、途中から定着ベルト６１０の高温部により定着が行なわれた場合を示している。この場合、用紙ＰのＰ１として示した領域は、光沢度が低く、Ｐ２として示した領域は、光沢度が高くなる。つまり、用紙Ｐの定着を行なう際に途中から光沢度に変化が生じる。そして用紙Ｐ中で、Ｐ１の領域とＰ２の領域で光沢度が異なるため、これが光沢ムラとして認識される。

この温度ムラは、上述したようなハロゲンヒータ７１、さらにはハロゲンヒータ７２、ハロゲンヒータ７３の出力調整では、抑制が困難である。即ち、ハロゲンヒータ７１、さらにはハロゲンヒータ７２、ハロゲンヒータ７３の出力調整をしても、この影響が定着ロール６１１、内部加熱ロール６１２、外部加熱ロール６１３に伝わり、更に定着ベルト６１０に伝わるには数秒の時間を要する。一方、定着ベルト６１０は高速で回転を行なっている。そのため定着ベルト６１０表面の温度ムラを抑制する制御を行なうのは時間的な問題から困難である。

そこで本実施の形態では、この光沢ムラを抑制するため熱拡散ロール６１６を設けている。図２に示すように本実施の形態において、熱拡散ロール６１６は、用紙Ｐの挿入側であってニップ部Ｎに隣接する位置に配される。そしてこの位置において定着ベルト６１０に接触し、定着ベルト６１０の移動に従って回転する。そしてこれにより定着ベルト６１０表面の熱を拡散する。その結果、定着ベルト６１０表面に生じた温度差が小さくなり、温度ムラを抑制することができる。また定着したトナー像の光沢ムラを抑制して画像の品質を確保することができる。なおこの熱拡散ロール６１６は、定着ベルト６１０に接触することで、トナー像を定着した後に生じる定着ベルト６１０の温度勾配を緩和する温度勾配緩和手段として捉えることもできる。

本実施の形態において、熱拡散ロール６１６が定着ベルト６１０に接触する形態を採ることで、より迅速に熱拡散を生じさせることができる。なおこの観点から、熱拡散ロール６１６と定着ベルト６１０とが接触する面積は大きい方が好ましい。よって熱拡散ロール６１６に定着ベルト６１０が巻き付く所謂巻き付き長さは大きい方がより好ましい。

また本実施の形態において、熱拡散ロール６１６の表面温度は、定着ベルト６１０表面の高温部の温度と低温部の温度の中間の温度（中間温度）になることが好ましい。これにより定着ベルト６１０表面の高温部からは、熱を吸収し、低温部には熱を供給することで、熱拡散がより効率よく行なわれる。そのためより迅速に熱拡散ロール６１６をこの中間温度にすることが好ましい。本実施の形態では、これを実現するため熱拡散ロール６１６は、内部に空洞部を有する構成としている。即ち、空洞部を設けることで、熱拡散ロール６１６全体の熱容量が小さくなり、熱拡散ロール６１６の表面温度がより迅速に中間温度に達するようになる。

また同様の観点から熱拡散ロール６１６は、表面が金属などの高い熱伝導率を有する材料で作成することが好ましい。具体的には、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ステンレスなどが挙げられる。

更に熱拡散ロール６１６は、ニップ部Ｎに用紙Ｐが供給される間隔（用紙Ｐ同士の用紙間隔）より外周長が長いことが好ましい。即ち、熱拡散ロール６１６の外周長がニップ部Ｎに用紙Ｐが供給される間隔以下である場合は、定着ベルト６１０のうち用紙Ｐに接触しなかった部分が熱拡散ロール６１６の全周にわたり接触することが起こりうる。この部分は、上述した通り、定着ベルト６１０表面の高温部である。そのため熱拡散ロール６１６の表面が全周にわたり加熱され、好ましい表面温度である中間温度より上昇しやすくなる。結局、熱拡散ロール６１６の表面は、温度変動が生じやすくなり、定着ベルト６１０の熱拡散が効率的に行なわれにくくなる。
一方、ニップ部Ｎに用紙Ｐが供給される間隔より外周長が長い場合は、熱拡散ロール６１６の表面は、定着ベルト６１０の高温部と低温部の双方が接触することになる。この場合、熱拡散ロール６１６の温度変動が生じにくくなる。

更に本実施の形態において熱拡散ロール６１６は、定着ベルト６１０が用紙Ｐと接触する側の面（外周面）に接触して配されることが好ましい。つまり、このように熱拡散ロール６１６を配置することで、用紙Ｐと接触する側の面の熱拡散がより効率的に行なわれる。一方、この面に対し反対側の面である定着ベルト６１０の定着ロール６１１に接触する側の面（内周面）に熱拡散ロール６１６を配した場合は、この面において温度ムラが抑制できたとしても定着ベルト６１０の外周面の温度ムラが抑制できないことがある。即ち、定着ベルト６１０には厚さがあるため、用紙Ｐと接触する部分である定着ベルト６１０の外周面の熱拡散までは行なわれず、その結果、温度ムラが抑制できないことになる。

なお熱拡散ロール６１６を２つ設け、定着ベルト６１０の外周面と内周面の両面に配置して定着ベルト６１０を挟み込むようにしてもよい。

なお上述した例では、熱拡散部材（温度勾配緩和手段）は、回転体である熱拡散ロール６１６であったがこれに限られるものではなく、回転体でなくてもかまわない。ただし熱拡散部材と定着ベルト６１０との摺動抵抗を低下させるという観点から、定着ベルト６１０の移動に従って回転する回転体である方がより好ましい。

また上述した例では、熱拡散ロール６１６は、用紙Ｐの排出側であってニップ部Ｎに隣接する位置に配されていたがこれに限られるものではない。
図４は、熱拡散ロール６１６の配置の例について説明した図である。
図４で示したＡ位置は、熱拡散ロール６１６を用紙Ｐの排出側であってニップ部Ｎに隣接する箇所に配置する例である。このＡ位置は、定着ロール６１１と張架ロール６１５の間の位置と言い換えることもできる。同様に図４で示したＢ位置は、張架ロール６１５と外部加熱ロール６１３の間の位置である。更に図４で示したＣ位置は、外部加熱ロール６１３と内部加熱ロール６１２の間の位置であり、図４で示したＤ位置は、内部加熱ロール６１２と張架ロール６１４の間の位置である。そして図４で示したＥ位置は、図２で示した熱拡散ロール６１６の位置と同様であって、張架ロール６１４と定着ロール６１１の間の位置である。このＥ位置は、用紙Ｐの挿入側であってニップ部Ｎに隣接する位置として把握することもできる。なお図４においては、熱拡散ロール６１６を配置する位置として、Ｅ位置であって、定着ベルト６１０の外周面に接触して配置する場合を点線で例示している。

これらＡ位置〜Ｅ位置のうち、熱拡散ロール６１６は、Ａ位置またはＥ位置に配置することが好ましい。Ａ位置に熱拡散ロール６１６を配置した場合、定着ベルト６１０がニップ部Ｎを通過した直後であり、定着ベルト６１０表面に生じた温度ムラが最も大きく生じている。そのためこの段階で、熱拡散ロール６１６により定着ベルト６１０表面において熱拡散を生じさせることにより、温度ムラ抑制の効果が大きくなるものと考えられる。

またＥ位置に熱拡散ロール６１６を配置した場合、熱拡散を行なった定着ベルト６１０の部分がニップ部Ｎに入る直前である。そしてこの箇所で熱拡散ロール６１６により定着ベルト６１０表面において熱拡散を生じさせることで、熱拡散の効果が薄れないうちに定着ベルト６１０がニップ部Ｎに到達する。そのためより温度ムラ抑制の効果が大きいものと考えられる。即ち、熱拡散ロール６１６により定着ベルト６１０表面での温度ムラが抑制されても、定着ベルト６１０には厚さがあるため、定着ベルト６１０内部の温度ムラは残存することがある。このとき時間の経過により、いったん抑制した定着ベルト６１０表面の温度ムラが、定着ベルト６１０内部からの伝熱により再び生じることになる。よって、他の位置であるＢ位置、Ｃ位置、Ｄ位置よりもＥ位置の方が、ニップ部Ｎに近いため、熱拡散ロール６１６により温度ムラを抑制した部分が、より短時間でニップ部Ｎに入ることになる。そのため上記の定着ベルト６１０内部の温度ムラの影響を受けにくい。

（１）熱拡散ロール６１６の配置位置と温度ムラとの関係
〔定着ユニット６０の形態〕
（実施例１）
図２に示す定着ユニット６０を用いて、定着動作を行なった。
この定着ユニット６０において、定着ベルト６１０には、周長が５２５ｍｍであって、ポリイミド樹脂からなるベース層（厚さ８０μｍ）と、シリコーンゴムからなる弾性体層（厚さ４００μｍ）と、ＰＦＡからなる離型層（厚さ３０μｍ）とで構成されるものを使用した。また定着ロール６１１には、直径が６５ｍｍであって、アルミニウム（厚さ１０ｍｍ）からなる内部が中空の円筒状ロールを基体として、これにＰＦＡ（厚さ５００μｍ）を被覆したものを用いた。更に加圧ロール６２には、直径が１００ｍｍであって、アルミニウム（厚さ１０ｍｍ）からなる内部が中空の円筒状ロールを基体として、これにシリコーンゴムからなる弾性層（厚さ１０ｍｍ）およびＰＦＡからなる離型層（厚さ１５０μｍ）をアルミニウム／シリコーンゴム／ＰＦＡの順序で積層したものを用いた。また熱拡散ロール６１６には、直径４０ｍｍであって、厚さが３ｍｍのアルミニウムからなり、内部は空洞であるものを用いた。熱拡散ロール６１６は、ニップ部Ｎから定着ベルト６１０に沿って２５ｍｍ離れた位置（即ち、図４でＡ位置として図示した位置）であって、定着ベルト６１０が定着ロール６１１と接触する側の面（内周面）に接触するように配置した。このとき定着ベルト６１０の熱拡散ロール６１６への巻き付き長さは１５ｍｍであった。

そして、用紙Ｐとして富士ゼロックス株式会社製Ｊ紙（Ａ３、坪量８２ｇ／ｍ^２）を用い、用紙Ｐ間の搬送距離を１１４ｍｍとして、プロセススピード４４５ｍｍ／ｓにて定着ユニット６０の連続運転を行なった。またこのとき定着ベルト６１０の表面温度を１５０℃、加圧ロール６２の表面温度を７０℃に制御した。

（実施例２）
熱拡散ロール６１６を、定着ベルト６１０が用紙Ｐと接触する側の面（外周面）に接触するように配置したこと以外は、実施例１と同様にして定着ユニット６０の運転を行なった。

（実施例３）
熱拡散ロール６１６を２つ用意し、この２つの熱拡散ロール６１６を、定着ベルト６１０を挟むようにして外周面と内周面の両面に配置したこと以外は、実施例１と同様にして定着ユニット６０の運転を行なった。

（実施例４〜６）
熱拡散ロール６１６を、図４でＢ位置として図示した位置に配置したこと以外は、それぞれ実施例１〜３と同様にして定着ユニット６０の運転を行なった。

（実施例７〜９）
熱拡散ロール６１６を、図４でＣ位置として図示した位置に配置したこと以外は、それぞれ実施例１〜３と同様にして定着ユニット６０の運転を行なった。

（実施例１０〜１２）
熱拡散ロール６１６を、図４でＤ位置として図示した位置に配置したこと以外は、それぞれ実施例１〜３と同様にして定着ユニット６０の運転を行なった。

（実施例１３〜１５）
熱拡散ロール６１６を、図４でＥ位置として図示した位置に配置したこと以外は、それぞれ実施例１〜３と同様にして定着ユニット６０の運転を行なった。
（比較例１）
熱拡散ロール６１６を配置しなかったこと以外は、実施例１と同様にして定着ユニット６０の運転を行なった。

〔温度ムラの評価〕
定着ユニット６０の運転を、用紙Ｐを１０枚定着するまで行ない、定着ベルト６１０の外周面の各部分の温度を測定した。そして最高温度と最低温度の差を温度ムラの値とした。このときこの値が小さいほど温度ムラが少なく、定着ベルト６１０の温度ムラが抑制されていることを意味する。

〔評価結果〕
実施例１〜１５、および比較例１における温度ムラの値を表１に示す。なお表１における数値の単位は、（℃）である。また表１の結果をグラフにしたものを図５に示す。

図５に示すように比較例１の温度ムラの値は、約２．３℃であった。これに対し、実施例１〜１５の温度ムラの値は、これより小さくなっており、定着ベルト６１０の温度ムラが抑制されていることがわかる。
実施例１〜１５を相互に比較すると、熱拡散ロール６１６を、定着ベルト６１０の内周面に接触して配置するより定着ベルト６１０の外周面に接触して配置する方が温度ムラの値は大きく減少することがわかる。また２つの熱拡散ロール６１６を、定着ベルト６１０の両面に配置すると更に温度ムラの値は小さくなる。

なお本実施の形態では、熱拡散ロール６１６を、定着ベルト６１０の内周面に接触して配置する場合は、熱拡散ロール６１６を設けなかった比較例１に対して、温度ムラの値があまり小さくなっていない場合がある。これは、熱拡散ロール６１６と定着ベルト６１０との接触時間が短かったためと考えられる。この場合は、定着ユニット６０のプロセススピードを遅くすることや、定着ベルト６１０の熱拡散ロール６１６への巻き付き長さを長くすることで、定着ベルト６１０の温度ムラの抑制が可能である。

また本実施の形態において、熱拡散ロール６１６を、定着ベルト６１０の外周面および両面に接触して配置する場合は、Ａ位置およびＥ位置に配置する場合が、他の位置に配置するより温度ムラの値が小さくなっていることがわかる。

（２）定着ベルト６１０の熱拡散ロール６１６への巻き付き長さと温度ムラとの関係
〔温度ムラの評価〕
実施例１１において熱拡散ロール６１６の位置を変更することで、定着ベルト６１０の熱拡散ロール６１６への巻き付き長さを変更して、温度ムラの値の変化を調べた。

〔評価結果〕
結果を図６に示す。
図６に示すように定着ベルト６１０の熱拡散ロール６１６への巻き付き長さが増加するほど温度ムラの値は減少する。つまり巻き付き長さが大きい方が、定着ベルト６１０の温度ムラを抑制することができる。

１…画像形成装置、６０…定着ユニット、６１…定着ベルトモジュール、６２…加圧ロール、６４…剥離パッド、６１０…定着ベルト、６１１…定着ロール、６１２…内部加熱ロール、６１３…外部加熱ロール、６１６…熱拡散ロール、Ｎ…ニップ部、Ｐ…用紙

Claims (7)

1. 記録材にトナー像を定着する定着部材と、
   前記定着部材の外周面に圧接することで当該定着部材との間に未定着トナー像を保持した記録材が通過するための定着加圧部を形成する加圧部材と、
   前記定着部材に定着に必要な熱を供給する熱供給手段と、
   前記定着部材に接触することで、当該定着部材表面の熱を拡散する熱拡散部材と、
   を備え、
   前記熱拡散部材は、前記定着部材の移動に従って回転する回転体であり、当該回転体は、当該定着部材の前記記録材の搬送方向で熱を拡散させ当該定着部材の温度勾配を緩和するために、前記定着加圧部に当該記録材が供給される間隔より外周長が長いことを特徴とする定着装置。
2. 前記熱拡散部材は、前記定着部材の外周面に接触して配されることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記熱拡散部材は、前記定着加圧部に隣接する位置に配されることを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
4. 前記熱拡散部材は、内部に空洞部を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の定着装置。
5. 前記熱拡散部材は、表面が金属からなることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の定着装置。
6. 記録材にトナー像を定着する定着部材と、
   前記定着部材の外周面に圧接することで当該定着部材との間に未定着トナー像を保持した記録材が通過するための定着加圧部を形成する加圧部材と、
   前記定着部材に定着のために必要な熱を供給する熱供給手段と、
   前記定着部材に接触することで、前記トナー像を定着した後に生じる前記記録材の搬送方向の当該定着部材の温度勾配を緩和する温度勾配緩和手段と、
   を備え、
   前記温度勾配緩和手段は、前記定着部材の移動に従って回転する回転体であり、当該回転体は、当該定着部材の前記記録材の搬送方向で熱を拡散させ当該定着部材の温度勾配を緩和するために、前記定着加圧部に当該記録材が供給される間隔より外周長が長いことを特徴とする定着装置。
7. トナー像を形成するトナー像形成手段と、
   前記トナー像形成手段によって形成された前記トナー像を記録材上に転写する転写手段と、
   記録材にトナー像を定着する定着部材と、当該定着部材の外周面に圧接することで当該定着部材との間に未定着トナー像を保持した記録材が通過するための定着加圧部を形成する加圧部材と、当該定着部材に定着に必要な熱を供給する熱供給手段と、当該定着部材に接触することで当該定着部材表面の熱を拡散する熱拡散部材と、を備える定着手段と、
   を備え、
   前記定着手段の前記熱拡散部材は、前記定着部材の移動に従って回転する回転体であり、当該回転体は、当該定着部材の前記記録材の搬送方向で熱を拡散させ当該定着部材の温度勾配を緩和するために、前記定着加圧部に当該記録材が供給される間隔より外周長が長いことを特徴とする画像形成装置。

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