JP5617208B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着部材と加圧部材間のニップ部において記録媒体を加熱加圧することによって記録媒体上の形成画像に対する定着を行う定着装置、および該定着装置を備える画像形成装置に関する。

複写機やファクシミリあるいはプリンタさらには印刷機などの画像形成装置において、記録媒体である記録紙上に転写された未定着画像を加熱定着することにより、複写物や記録物を得る構成になっている。

定着に際しては、未定着画像を担持している記録紙を搬送しながら未定着画像に対して加熱加圧することにより、未定着画像中に含まれる現像剤、特にトナーに対する溶融軟化、および記録媒体である記録紙への浸透を行わせることによって、記録紙へのトナーの定着が行われる。

定着装置の種類には種々のものがあり、特許文献１に記載されているフィルム加熱方式の定着装置は、発熱体としてのセラミックヒータと、加圧部材としての加圧ローラとの間に耐熱性フィルム（定着フィルム）を挟ませて定着ニップを形成し、この定着ニップに画像定着すべき未定着トナー画像が形成されている記録媒体を導入して、この記録媒体を定着フィルムと共に搬送させることにより、定着ニップにおいてセラミックヒータの熱を定着フィルムを介して記録媒体に与え、かつ加圧することにより未定着トナー画像を記録媒体面に熱圧定着させるものである。

前記フィルム加熱方式の定着装置によれば、セラミックヒータおよび定着フィルムとして低熱容量の部材を用い、オンデマンドタイプの装置を構成することができるため、画像形成装置の画像形成実行時のみ熱源としてのセラミックヒータに通電して、所定の定着温度に発熱させた状態にすればよく、画像形成装置の電源オンから画像形成実行可能状態までの待ち時間が短く（クイックスタート性）、スタンバイ時の消費電力も大幅に小さい（省電力）などの利点がある。

また、特許文献２には、定着ベルトあるいは定着フィルムなどの無端状の定着部材の内周面に対向するようにパイプ状の金属熱伝導部材を設置して、この金属熱伝導部材を直接的または間接的に加熱し、定着部材の全体を充分かつ均一に加熱する構成が提案されている。この構成によれば、定着部材と金属熱伝導部材を薄肉化することで、ウォームアップ時間を短くすることができる。

しかしながら、前記従来技術において、定着フィルムなどの薄肉の定着部材を用いているために、定着部材の幅方向（軸方向）の熱伝導性が悪くなってしまう。

すなわち、封筒などの小サイズ紙を通紙した場合には、非通紙部分の温度が上昇してトナーオフセット領域に入ってしまい、封筒連続通紙直後に封筒よりも幅の広い被記録材の未定着トナー像を定着した場合に、封筒通紙時の非通紙部に相当する部分のトナーが定着部材にオフセットしてしまう。

また、過度に定着部材の非通紙部の温度が上昇することによって、定着部材自体を損傷させてしまうことがあり、従来では非通紙部の過度の温度上昇を避けるために、定着装置のスループットを落とさなければならなかった。

そこで、特許文献３では、前記加熱上の問題を解決するため、定着部材に対して、幅方向の加熱温度の均一化（熱均化）を目的として、定着部材よりも熱伝導率の大きな良熱伝導部材を当接する構成が提案されている。

しかしながら、前記従来技術では、前述したように、定着部材は薄肉化されているため熱容量が小さく、良熱伝導部材と接触することにより大幅に温度が低下してしまう。これは良熱伝導部材と定着部材の温度差が大きいときには不可避である。

このため、良熱伝導部材の温度をある程度高く保つ必要となる。特に、待機（スタンバイ）状態では、ユーザーはすぐに印刷できることを期待しており、良熱伝導部材は高い温度である必要がある。

しかし、熱源により加熱可能な位置に良熱伝導部材を配置することは、熱供給量の一部が良熱伝導部材に伝わり、ウォームアップ中に定着部材への熱供給量を減少させることになる。このため、定着部材に対するウォームアップ時間を大幅に長くする必要が生じる。

そこで本発明は、前記従来技術の課題を解決し、定着部材における加熱温度の均一化と共に熱エネルギーの有効利用を図ることを可能にした定着装置、および該定着装置を備える画像形成装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、定着部材と、前記定着部材の内側に設けられる熱伝導部材と、前記熱伝導部材の内部に設けられ前記熱伝導部材を加熱する加熱部材と、前記定着部材を介して加圧部材に対向設置されて前記定着部材と前記加圧部材間に定着ニップを形成するニップ形成部材と、前記熱伝導部材の内部に設けられ前記ニップ形成部材を支持する支持部材と、前記熱伝導部材の内部における前記支持部材によって分けられた領域のうち前記加熱部材が配置される領域とは異なる領域にて前記熱伝導部材の内面に接していて、前記定着部材の軸方向における温度の不均一を抑制すべく配置された熱均化部材とを備えたことを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、定着部材と、前記定着部材の内側に設けられる熱伝導部材と、前記熱伝導部材の内部に設けられ前記熱伝導部材を加熱する加熱部材と、前記定着部材を介して加圧部材に対向設置されて前記定着部材と前記加圧部材間に定着ニップを形成するニップ形成部材と、前記熱伝導部材の内部に設けられ前記ニップ形成部材を支持する支持部材と、前記熱伝導部材の内部における前記支持部材によって分けられた領域のうち前記加熱部材が配置される領域とは異なる領域にて前記熱伝導部材の内面に接していると共に、前記定着部材の軸方向全長に亘って延びている熱均化部材とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る定着装置によれば、定着部材における加熱温度の均一化と共に熱エネルギーの有効利用を図ることが可能になる。

また、本発明に係る定着装置を搭載した画像形成装置によれば、良好な定着処理による高品位な画像形成が実現する。

実施形態を説明するための画像形成装置全体の概略構成図 本発明の定着装置の実施形態１における要部を示す正面断面図 本発明の定着装置の実施形態１における支持構造を示す側面図 実施形態１において封筒を連続通紙した場合の定着ベルトの長手方向温度分布を示す説明図 実施形態１において定着装置のウォームアップが終了して待機状態に移行してからの時間と熱均化部材の温度の変化について示す図 本発明の定着装置の実施形態２における要部を示す正面断面図 実施形態２において封筒を連続通紙した場合の定着ベルトの長手方向温度分布を示す説明図 本発明の定着装置の実施形態３における要部を示す正面断面図 図８に示す実施形態３における保持部材における問題点の説明図

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施形態を説明するための画像形成装置全体の概略構成図である。

図１において、１は画像形成装置としての電子写真方式の複写機の装置本体、２は原稿Ｄの画像情報を光学的に読み込む原稿読込部、３は原稿読込部２において読み込んだ画像情報に基いた露光光Ｌを感光体ドラム５上に照射して潜像を形成する露光部、４は感光体ドラム５上にトナー像を現像して顕像化する現像部、７は感光体ドラム５上に形成されたトナー像を記録媒体Ｐに転写する転写部、１０は原稿セット台１１に積載された原稿Ｄを原稿読込部２に搬送する原稿搬送部、１２〜１４は転写紙などの記録媒体Ｐが収納された給紙部である。

また、２０は記録媒体Ｐ上の未定着トナー像に対する定着を行う定着装置、２１は定着装置２０に設けられた定着部材としての定着ベルト、３１は定着装置２０に設けられた加圧部材としての加圧ローラである。

次に、前記構成の画像形成装置における通常の画像形成時の動作について説明する。

まず、原稿Ｄは、原稿搬送部１０の搬送ローラによって、原稿セット台１１から図中の矢印方向に搬送されて原稿読込部２上を通過する。このとき、原稿読込部２において上方を通過する原稿Ｄの画像情報が光学的に読み取られる。

原稿読込部２において読み取られた光学的な画像情報は、電気信号に変換された後に、露光部３に送信される。露光部３は、送信された電気信号の画像情報に基づいて変調されたレーザの露光光Ｌを、感光体ドラム５に向けて出射することにより、感光体ドラム５表面に潜像を形成する。

感光体ドラム５は、図中の時計方向に回転しており、現像部４において表面の潜像が現像されてトナー像として顕像化される。その後、感光体ドラム５上のトナー像は、転写部７において、レジストローラ９によりタイミングが取られて搬送される記録媒体Ｐ上に転写される。

前記記録媒体Ｐに対する搬送動作について説明する。まず、装置本体１の複数の給紙部１２，１３，１４のうち、１つの給紙部が自動または手動で選択される。

例えば、給紙部１２が選択されたとすると、給紙部１２に収納された記録媒体Ｐの最上位の１枚が、搬送経路Ｋの位置に向けて搬送ローラにより搬送される。搬送された記録媒体Ｐが搬送経路Ｋを通過してレジストローラ９の位置に達すると、記録媒体Ｐは、レジストローラ９において、感光体ドラム５上に形成された画像と位置合わせをするために、一旦停止した後、タイミングを合わせて転写部７に向けて搬送される。

トナー像が転写された後の記録媒体Ｐは、転写部７を通過した後に定着装置２０へ送られる。定着装置２０に達した記録媒体Ｐは、定着ベルト２１と加圧ローラ３１間の定着ニップＮに送入されて、定着ニップＮにおいて、内部に加熱部材を有する定着ベルト２１から受ける熱と、定着ベルト２１と加圧ローラ３１から受ける圧力とによって加熱加圧されてトナー像が定着される。

定着処理を受けた記録媒体Ｐは、定着ニップＮから送り出された後に、装置本体１から排出される。

このようにして、一連の画像形成プロセスが完了する。

次に、本発明に係る画像形成装置に設置される定着装置の実施形態１の構成・動作について詳述する。

図２は定着装置の実施形態１における要部を示す正面断面図、図３は定着装置の実施形態１における支持構造を示す側面図である。

図２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と、熱伝導部材２２と、ニップ形成部材２３と、熱遮蔽部材を兼ねる補強部材２４と、加熱部材であるヒータ２５と、熱均化部材２６と、加圧部材としての加圧ローラ３１と、記録媒体Ｐのガイド板３５，３７と、温度センサ４０などにより構成されている。

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（時計方向）に回転移動する。定着ベルト２１は、基材上に弾性層と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の基材は、層厚が３０〜５０μｍであって、ニッケル，ステンレスなどの金属材料やポリイミド樹脂など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，フッ素ゴムなどのゴム材料で形成されている。この弾性層を設けることによって、定着ニップＮにおける定着ベルト２１の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、所謂、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（４フッ化エチレンバーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂），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）などの樹脂材料で形成されている。この離型層を設けることによって、記録媒体Ｐ上のトナー（トナー像Ｔ）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、本実施形態１では、定着ベルト２１の直径を３０ｍｍに設定している。定着ベルト２１の内部（内周面側）には、熱伝導部材２２と、ニップ形成部材２３と、補強部材２４と、ヒータ２５とが設置されている。

ニップ形成部材２３は、定着ベルト２１の内周面側に接するように設けられ、定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１に当接して定着ニップＮを形成する。図３に示すように、ニップ形成部材２３は、その幅方向（長手方向）の両端部が、定着装置２０を構成する側板４３に支持部材４１を介して固定支持されている。

図２に示すように、ニップ形成部材２３は、加圧ローラ３１との対向面の曲率が、加圧ローラ３１の曲率に倣うように形成されている。これにより、記録媒体Ｐは加圧ローラ３１の曲率に倣うように定着ニップＮから送り出されるために、定着処理後の記録媒体Ｐが定着ベルト２１に吸着されて、分離しないという不具合を抑止することができる。

なお、ニップ形成部材２３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、ニップ形成部２３の摺接面を摩擦係数の低い材料で形成することが好ましい。

補強部材２４は、定着ニップＮにおけるニップ形成部材２３を支持することで当該ニップ形成部材２３の強度を補強する支持部材としての機能と、ヒータ２５の熱を吸収かつ遮蔽する熱遮蔽部材としての機能を有し、端部がニップ形成部材２３に接し、かつ定着ベルト２１の内部中央部に延在するように設置されている。

図３に示すように、補強部材２４は、幅方向の長さがニップ形成部材２３と略同じに形成されていて、その幅方向両端部が定着装置２０の側板４３に支持部材４１を介して固定支持されている。

そして、補強部材２４がニップ形成部材２３、および定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１に当接することにより、定着ニップＮにおいてニップ形成部材２３が加圧ローラ３１の加圧力を受けて変形する（撓む）ことを抑止している。

なお、補強部材２４は、上述した機能を満足するために、ステンレスや鉄など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。さらには、加圧ローラ３１による加圧方向に沿って横長の断面を有するように、補強部材２４を形成することによって、断面係数を大きくすることにより、補強部材２４の機械的強度を高めることができる。

ヒータ２５は、ハロゲンヒータやカーボンヒータからなり、その両端部が定着装置２０の側板４３に固定されている。

そして、装置本体１に設置されている電源部により出力制御されたヒータ２５の輻射熱によって熱伝導部材２２が加熱される。熱伝導部材２２によって定着ベルト２１が全体的に加熱され、定着ニップＮにおいて、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の表面に対向するサーミスタなどの温度センサ４０によるベルト表面温度の検知結果に基いて行われる。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。

熱伝導部材２２は、本例では、定着ニップＮを除く位置で定着ベルト２１の内周面に対向するように設置され、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（熱伝達）する。金属熱伝導体２２の材料としては、アルミニウム，鉄，ステンレスなどの熱伝導性を有する金属製のパイプ材を用いることができる。図３に示すように、熱伝導部材２２は、その幅方向の両端部が定着装置２０の側板４３に支持部材４１を介して固定支持されている。

熱伝導部材２２によって、定着ベルト２１の一部のみが局所的に加熱されることなく、定着ベルト２１が周方向広範囲にわたって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、定着不良の発生を抑止することができる。

さらに、定着ベルト２１の加熱効率を向上させるために、熱伝導部材２２を薄肉化した場合であっても、熱伝導部材２２は加圧ローラ３１から加圧力を受けるニップ形成部材２３とは別に設けられているために、熱伝導部材２２が撓んで定着ベルト２１の内周面が強く擦れるような不具合や、熱伝導部材２２が撓んで定着ベルト２１の駆動トルクが増加するような不具合などが抑止される。

このように、実施形態１の定着装置２０によれば、定着ベルト２１が内周の広範囲にわたって加熱されるため、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。よって、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共に、装置の小型化が達成される。

なお、定着ベルト２１と熱伝導部材２２との外径差は、１ｍｍ以内とすることが好ましい。これにより、熱伝導部材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の磨耗が増大するような不具合を抑止すると共に、熱伝導部材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、熱伝導部材２２が定着ベルト２１に近接して配設されることにより、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、熱伝導部材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、熱伝導部材２２の摺接面を摩擦係数の低い材料で形成することも考えられる。

加圧ローラ３１は、本例では直径が３０ｍｍであって、定着ベルト２１に圧接して、加圧ローラ３１と定着ベルト２１間に所望の定着ニップＮを形成する。

また、加圧ローラ３１は、中空構造の芯金３２上に弾性層３３を形成した構成になっている。加圧ローラ３１の弾性層３３は、発泡性シリコーンゴム，シリコーンゴム，フッ素ゴムなどの材料で形成されている。なお、弾性層３３の表層にＰＦＡ，ＰＴＦＥなどの樹脂材からなる薄肉の離型層を設けることもできる。

また、加圧ローラ３１の弾性層３３を発泡性シリコーンゴムなどのスポンジ状の材料で形成した場合には、定着ニップＮに作用する加圧力を減ずることができるために、熱伝導部材２２に生じる撓みをさらに軽減することができる。

加圧ローラ３１は、図３に示すように、その幅方向の両端部が定着装置２０の側板４３に軸受４２を介して回転自在に支持され、加圧ローラ３１の端部には図示しない駆動機構の駆動ギアに噛合するギア４５が設けられて、図２中の矢印方向（反時計方向）に回転駆動される。

また、加圧ローラ３１の内部にハロゲンヒータなどの熱源を設けることもできる。

なお、実施形態１では、定着ベルト２１の直径を加圧ローラ３１の直径と同等になるようにしたが、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することもできる。その場合、定着ニップＮ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、定着ニップＮから送り出される記録媒体Ｐが定着ベルト２１から分離され易くなる。

熱均化部材２６は、熱伝導部材２２の内周面で、かつ補強部材２４が介在するようにしてヒータ２５と対向する位置に設置され、図３に示すように、その両端部が定着装置２０の側板４３に固定されている。

実施形態１では、蒸発・凝縮の潜熱を利用して僅かな温度差にもかかわらず大量の熱エネルギの輸送を急速に行うことができるヒートパイプを、熱均化部材２６として用いている。ヒートパイプは、パイプの中に作動液を封入した熱伝導素子であって、熱伝導率が高い銅と比して、数百倍の熱伝導率を有する良熱伝導体である。

熱均化部材２６が熱伝導部材２２に対向設置される面の形状は、熱伝導部材２２の側面に沿う形状になっており、熱伝導部材２２と熱均化部材２６との接触面積を大きくすることによって、良好な熱伝導性を得ている。

図２において、定着ニップＮの記録媒体搬送方向の上流側と下流側には、ガイド板３５，３７が設けられている。上流側には、定着ニップＮに向けて搬送される記録媒体Ｐを案内するガイド板３５（入口ガイド板）が配設され、下流側には、定着ニップＮから送り出される記録媒体Ｐを案内するガイド板３７（出口ガイド板）が配設されている。両ガイド板３５，３７は、いずれも定着装置２０の側板４３に固設されている。

次に、前記構成の定着装置の動作について説明する。

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共に、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、加圧ローラ３１との摩擦力によって、定着ベルト２１が図２中の矢印方向に従動（回転）する。

その後、前述したように給紙部１２〜１４から記録媒体Ｐが給送されて、現像部４にて記録媒体Ｐ上にトナー像が現像される。トナー像Ｔが形成された記録媒体Ｐは、ガイド板３５に案内されて図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と加圧ローラ３１間の定着ニップＮに送入される。

定着ニップＮでは、熱伝導部材２２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２４によって支持補強されたニップ形成部材２３と加圧ローラ３１との加圧とによって、記録媒体Ｐの表面にトナー像Ｔが定着される。その後、記録媒体Ｐは、定着ニップＮから送り出されて、矢印Ｙ１１方向に搬送される。

従来の定着装置では、前述した定着動作時において、記録媒体として、特に、封筒やＡ４縦，レター縦サイズの被記録材が連続で通紙された場合、定着ベルト２１の非通紙部における温度が過度に上昇し、記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔが定着ベルト２１にオフセットしてしまい良好な定着画像を得られない。さらに、定着ベルト２１の非通紙部温度が過度に上昇すると、定着ベルト２１の温度分布に局所的に大きな温度勾配が発生して、定着ベルト２１を破損させてしまうという問題が発生するため、定着装置のスループットを低下させる必要があった。

そこで、実施形態１では、前記問題を解決するために、記録媒体として小サイズ被記録材の連続通紙時における定着ベルト２１における非通紙部の温度が過度に上昇することを抑える目的で、図２に示すように、熱均化部材２６を熱伝導部材２２に対向設置するようにしている。

図４は実施形態１において封筒を連続通紙した場合の定着ベルトの長手方向（軸方向）の温度分布を示す説明図である。

図４において、熱伝導を補助するための熱均化部材２６を設けていない場合、定着ベルト２１の温度分布は図４の曲線Ａに示すようになり、非通紙部分の温度が上昇してトナーオフセット領域に入ってしまい、封筒連続通紙の直後に封筒よりも幅の広い被記録材、例えばＡ３サイズやレターサイズの用紙上の未定着トナー像を定着した場合に、封筒通紙時の非通紙部に相当する部分のトナーが定着ベルト２１にオフセットしてしまう。

また、過度に定着ベルト２１の非通紙部の温度が上昇することによって、定着ベルト２１自体を損傷させてしまうことがある。

このため、従来の定着装置では、非通紙部の過度の温度上昇を避けるために、定着装置のスループットを落とさなければならなかった。

一方、本実施形態の定着装置のように、熱均化部材２６を熱伝導部材２２の内面に対向設置した場合には、封筒の連続通紙により定着ベルト２１の非通紙部温度が上昇し始めても、熱均化部材２６によって非通紙部の温度上昇による熱を、通紙域へ伝熱させることができることにより、図４の曲線Ｂに示す温度分布のように、非通紙部の温度がトナーオフセット領域にまで達することを防止することができる。

このため、封筒連続通紙直後にＡ３サイズやレターサイズなどの大サイズ紙を通紙しても、トナーオフセットは発生せず、同時に過度の温度上昇による定着装置の損傷を防ぐことができる。

ところで、熱均化部材２６が低い温度になっていると、熱伝導部材２２を通して定着ベルト２１から熱を奪うことになるため、定着ベルト２１の昇温が遅くなってしまう。このため、画像形成装置においては、待機状態から速やかに画像形成（印刷）を行う必要がある場合にも、熱均化部材２６の温度が低くなっているときには、定着ベルト２１の温度が下がってしまい、画像不良もしくは定着ベルト２１の温度が上がるまでの待ち時間が発生してしまうことになる。

ここで待機状態（スタンバイ状態）とは、ユーザーが速やかに印刷できるように定着装置を部分的に暖めて保持している状態を意味する。

一般的に、待機状態中の定着ベルト２１を回転させたままでいると、定着ベルト２１の寿命を大きく損ねるため、定着ベルト２１を回転停止状態で保持される。よって、待機状態すなわち定着ベルト２１を回転させていない状態であっても、熱均化部材２６を高い温度に保つ必要がある。

図２に示すように、熱均化部材２６は、熱伝導部材２２の内周面に対向接触するように設置されており、熱伝導部材２２との間に空隙，別部材がないため熱抵抗が少なく、熱伝導部材２２からの熱伝導により熱均化部材２６の温度が上昇する。

また、補強部材２４はヒータ２５の熱を吸収して温度が上昇するため、補強部材２４からの輻射熱、および補強部材２４によって暖められた空気の対流伝熱によっても熱均化部材２６の温度は上昇する。

また、熱伝導部材２２は、定着ベルト２１の内側に微少な空隙を持って設置されており、熱伝導部材２２と定着ベルト２１との間に挟まれた空気の対流は制限されるため、熱伝導部材２２の外周面の放熱量は少なく保たれる。よって、熱伝導部材２２の全周の温度を高く保つことができる。以上のことにより、待機状態でも熱均化部材２６の温度を高く保つことができる。

ここで、熱均化部材２６を、熱伝導部材２２の内周面で、かつヒータ２５から直接加熱される位置に設置した場合には、ウォームアップ時間が大幅に長くなってしまう。すなわち、ヒータ２５から発生した熱が熱均化部材２６の温度上昇にそのまま使用されるため、熱伝導部材２２の被加熱面の昇温が遅くなる。

よって、熱均化部材２６を設置することによるウォームアップ時間の遅延を最小限に止めるためには、熱伝導部材２２の内周面で、かつヒータ２５から直接加熱されない位置に熱均化部材２６を設置する必要がある。ヒータ２５から直接加熱されない位置であっても、熱伝導部材２２からの熱伝導と補強部材２４からの輻射熱と対流伝熱とにより、前述したように、待機状態時にはゆっくりと温度が上昇する。

また、前述したように、定着ベルト２１は、記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔに均一に熱を伝えユズ肌画像の発生を抑止するために弾性層を形成する必要がある。この弾性層はゴム材料で形成され、熱伝導性が金属に比べ大幅に悪い。また、熱伝導性を高めるために厚くすると、定着ベルト２１の熱容量が増えてウォームアップ時間が長くなってしまうため厚くできない。さらに、定着ベルト２１の外周面は空気への放熱量が大きく、加熱源から離れるごとに大幅に温度が低下する。よって、待機状態に、定着ベルト２１からの熱伝導によって熱均化部材２６を暖める効果は期待できない。

図５に定着装置のウォームアップが終了して待機状態に移行してからの時間と熱均化部材の温度の変化について示す。

熱均化部材２６を定着ベルト２１に当接した場合には、図５の曲線Ａに示すように、待機状態に移行してからの時間に伴い熱均化部材２６の温度は低下してしまう。熱均化部材２６を熱伝導部材２２の内周面に固設した場合には、図５の曲線Ｂに示すように、待機状態に移行してからの時間に伴い熱均化部材２６の温度は上昇し、定着ベルト２１の温度を低下させないために必要な温度を保つことができる。

以上のことより、熱均化部材２６を備えながら、待機状態（スタンバイ状態）からでも速やかに良好な定着可能状態にして、印刷することが可能になる。

また、実施形態１では、補強部材２４はステンレス，鉄などの金属熱伝導体で形成されているために、補強部材２４がプリント動作時にヒータ２５による熱を蓄熱することになる。これにより、プリント動作が終了してヒータ２５がオフされたときでも、熱伝導部材２２および熱均化部材２６は、補強部材２４に蓄熱された熱を受けて、熱伝導部材２２および熱均化部材２６の温度低下が鈍化するために、プリント動作を再開したときのウォームアップ時間を短縮化することができる。

より具体的には、本実施形態では、熱伝導部材２２の内部に、ヒータ２５からの熱を遮蔽してヒータ２５の加熱方向に指向性を持たせる補強部材２４と、ヒータ２５から直接加熱されない領域に設けられて、熱伝導部材２２よりも熱伝導率が大きな材質からなる熱均化部材２６とを備えたことによって、熱均化部材２６をヒータ２５から直接加熱されない領域に設けることにより、熱均化部材２６にてヒータ２５からの熱が過剰に奪われることを防止できると共に、熱均化部材２６による熱伝導部材２２に対する加熱状態の均一化が良好に行われ、ウォームアップ時間が短く、かつスタンバイ状態からの定着処理を早く実行することが可能となる。

図６は定着装置の実施形態２における要部を示す正面断面図である。

なお、以下の説明において、図２にて説明した実施形態１における部材に対応する部材には同一符号を付して詳しい説明は省略する。

実施形態２における定着装置では、熱均化部材２６としてシート状部材２７と硬磁性部材２８の複合体を用いている点が実施形態１の構成と異なる。

本例では、シート状部材２７としてグラファイトシートを用いている。グラファイトシートは、黒鉛をシート状に加工したものであって、面内の熱伝導率が極めて高く、また比重が軽く熱容量が小さいため、熱均化部材として適している。さらに、柔軟性があるため、熱伝導部材２２の内周面に沿う形で貼り付けることが可能であって、接触面積を大きくとることができる。

また、硬磁性部材２８としては安価で成型の容易なフェライト磁石を用い、硬磁性部材２８に対向する定着ベルト２１の基材には軟磁性材料であるニッケルを用いている。

図６に示すように、硬磁性材料２８から発生する磁力が、定着ベルト２１を構成する軟磁性材料に作用することによりって定着ベルト２１は熱伝導部材２２の方へ引き寄せられる。よって、定着ベルト２１と熱伝導部材２２が常に安定して接触する状態が得られ、定着ベルト２１の熱が熱伝導部材２２を通してシート状部材２７に伝わりやすくなり、熱均化の効果を高めることができる。

図７は実施形態２において封筒を連続通紙した場合の定着ベルトの長手方向温度分布を示す説明図である。

実施形態２の硬磁性材料２８を設けていない場合、定着ベルト２１の温度分布は、図７に示す曲線Ａのようになり、非通紙部分の温度が上昇してトナーオフセット領域に入ってしまう。

一方、硬磁性材料２８を設けた場合には、シート状部材２７による熱均化の効果が高まり、図７に示す曲線Ｂのようになって、非通紙部の温度がトナーオフセット領域にまで達することを防止できる。

図８は定着装置の実施形態３における要部を示す正面断面図である。

実施形態３における定着装置は、定着ニップＮ部分における熱伝導部材２２に内側に凹状になる凹部２２ａを形成し、凹部２２ａ内に断熱部材２９を介してニップ形成部材２３を設置した点と、補強部材２４の端部を、凹部２２ａと断熱部材２９を介してニップ形成部材２３を押圧し、かつ定着ベルト２１の内部中央部に延在するように設置した点が実施形態１の構成と異なる。

実施形態３の構成の定着装置においても、前記実施形態の熱均化部材２６を設置することにより、同様の作用効果を得ることができる。

なお、実施形態３において、定着ベルト２１の内周面に接触あるいは対向し、定着ベルト２１を保持すると共に加熱する熱伝導部材２２を、薄肉の金属板を曲げ加工してパイプ状に形成している。これにより、製造コストが比較的安価であって、定着ベルト２１の加熱効率が高くなり、ウォームアップ時間やファーストプリント時間が短く、装置を高速化した場合であっても定着不良などが生じることを抑止することができる。

しかし、前記熱伝導部材２２において、図８に示すように、曲げ加工後の凹部２２ａ部分における側端部分２２ｂを開放したままであると、図９の説明図のように、スプリングバックが生じて側端部分２２ｂが開き傾向になり、定着ベルト２１との間に接触ムラや接触圧のムラを生じさせてしまう。

そこで、熱伝導部材２２の側端部分２２ｂについては、熱伝導部材２２の幅方向（軸方向）の少なくとも一部を接合状態にしてスプリングバックにより側端部分２２ｂが開くことがないようにする必要がある。例えば、側端部分２２ｂに溶接を施して接合することが考えられる。

また、図８に示す熱伝導部材２２では、凹部２２ａにおける角部２２ｃおよびその近傍が、定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１に接触すると、熱伝導部材２２に変形が生じ（特に加圧ローラ３１との圧接状態にて生じやすい）、定着ベルト２１と熱伝導部材２２との間に接触ムラを生じさせてしまう。

そこで、本例では、熱伝導部材２２を、その角部２２ｃを含めて定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１には接触しない構成にしている。具体的には、加圧ローラ３１に対して、ニップ部Ｎ近傍より離れて熱伝導部材２２の角部２２ｃが位置するように設定されている。

なお、本実施形態において、加圧部材として加圧ローラ３１を用いた定着装置に対して本発明を適用したが、加圧部材として加圧ベルトや加圧パッドを用いた定着装置に対しても本発明を適用することができる。そして、その場合にも、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本実施形態では、熱伝導部材２２の断面形状が略円形になるように形成したが、熱伝導部材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、熱伝導部材２２の周面にスリットを設けることもできる。

また、本実施形態では、定着部材として複層構造の定着ベルト２１を用いたが、定着部材としてポリイミド樹脂，ポリアミド樹脂，フッ素樹脂，金属など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、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

本発明は、トナー像の定着を行う定着装置、および該定着装置を備える複写機，プリンタ，ファクシミリ装置、およびこれらの複合機などの画像形成装置における定着部に適用可能である。

１ 画像形成装置本体
２０ 定着装置
２１ 定着ベルト（定着部材）
２２ 熱伝導部材
２３ ニップ形成部材
２４ 補強部材（支持部材）
２５ ヒータ（加熱部材）
２６ 熱均化部材
３１ 加圧ローラ（加圧部材）
Ｎ 定着ニップ

特開平４−４４０７５号公報 特開２００８−１５８４８２号公報 特開２００１−６６９３３号公報

Claims (11)

1. 定着部材と、前記定着部材の内側に設けられる熱伝導部材と、前記熱伝導部材の内部に設けられ前記熱伝導部材を加熱する加熱部材と、前記定着部材を介して加圧部材に対向設置されて前記定着部材と前記加圧部材間に定着ニップを形成するニップ形成部材と、前記熱伝導部材の内部に設けられ前記ニップ形成部材を支持する支持部材と、前記熱伝導部材の内部における前記支持部材によって分けられた領域のうち前記加熱部材が配置される領域とは異なる領域にて前記熱伝導部材の内面に接していて、前記定着部材の軸方向における温度の不均一を抑制すべく配置された熱均化部材とを備えたことを特徴とする定着装置。
2. 定着部材と、前記定着部材の内側に設けられる熱伝導部材と、前記熱伝導部材の内部に設けられ前記熱伝導部材を加熱する加熱部材と、前記定着部材を介して加圧部材に対向設置されて前記定着部材と前記加圧部材間に定着ニップを形成するニップ形成部材と、前記熱伝導部材の内部に設けられ前記ニップ形成部材を支持する支持部材と、前記熱伝導部材の内部における前記支持部材によって分けられた領域のうち前記加熱部材が配置される領域とは異なる領域にて前記熱伝導部材の内面に接していると共に、前記定着部材の軸方向全長に亘って延びている熱均化部材とを備えたことを特徴とする定着装置。
3. 前記熱均化部材は前記熱伝導部材よりも熱伝導率が大きな材質からなる部材であることを特徴とする請求項１または２記載の定着装置。
4. 前記支持部材は前記加熱部材からの熱を遮断して前記加熱部材の加熱方向に指向性をもたせる部材であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の定着装置。
5. 前記熱伝導部材が金属製のパイプ材からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の定着装置。
6. 前記熱均化部材における前記熱伝導部材に対向する側の曲率が、前記熱伝導部材の内周面の曲率に略等しく設定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の定着装置。
7. 前記熱均化部材が、シート状部材と、硬質磁性材料より成る硬磁性部材との複合体により構成され、前記定着部材が軟質磁性材料を含む部材で構成されていて、前記硬磁性部材から発生する磁力が、前記定着部材を構成する軟磁性材料に作用することによって、前記定着部材を前記熱伝導部材の方へ引き寄せて、該定着部材と熱伝導部材を常に安定して接触させるように構成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の定着装置。
8. 前記シート状部材がグラファイトシートを含む部材で構成されていることを特徴とする請求項７記載の定着装置。
9. 前記熱均化部材がヒートパイプを含む部材で構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の定着装置。
10. 前記定着部材が可撓性を有する無端状のベルト状部材からなることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載の定着装置。
11. 記録媒体に対して画像を形成する画像形成部と、該画像形成部にて画像が形成された記録媒体に対して定着処理を行う定着部とを備えた画像形成装置において、前記定着部が請求項１〜１０のいずれか１項記載の定着装置であることを特徴とする画像形成装置。

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