JP6237577B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、用紙等の記録媒体に像を定着させる定着装置、およびこのような定着装置を備えた複写機、プリンタ、ファクシミリ、複合機等の画像形成装置に関する。

近年、電子写真方式の画像形成装置の分野において、金属層および樹脂層を有する薄肉の材料から形成された無端状の定着ベルトを加圧ローラーと共に回転させるベルト方式の定着装置が普及しつつある（下記の特許文献１参照）。ベルト方式の定着装置は、低熱容量の定着ベルトを用いることにより、従来の熱ローラー方式の定着装置と比較してウォームアップ時間の短縮を図ることができる。

特開２０１３−１４５２８８号公報

ベルト方式の定着装置において、定着ベルトの内側には、例えばハロゲンヒーター等の熱源体が設けられ、熱源体から放射される輻射熱により定着ベルトが加熱される。また、定着ベルトの軸方向の長さは、定着ベルトと加圧ローラとの間のニップ部を通過する用紙の最大幅よりも長く設定され、熱源体の軸方向の長さもこれとほぼ同等の長さに設定されている。

画像形成装置において長時間連続して印刷動作を行う場合、熱源体により定着ベルトが長時間連続して加熱される。この場合、ニップ部において用紙が通過する領域である通紙領域においては、ニップ部を通過する用紙に熱が吸収されるが、ニップ部において通紙領域の軸方向外側の非通紙領域においては、用紙に熱が吸収されることがない。このため、非通紙領域において定着ベルトが過昇温な状態となることがある。

このような非通紙領域における定着ベルトの過昇温を防止するために、非通紙領域内に位置する熱源体の端部をカバーで覆ったベルト方式の定着装置が開発されている。しかしながら、このカバーには次のような問題がある。すなわち、カバーは単なる無孔の金属板であるため、熱源体の端部において熱源体から放射される輻射熱がカバーの内面に多量に反射し、その結果、熱源体の端部（例えばハロゲンヒーターの封止部またはバルブの端部等）の表面温度が過大となって熱源体の端部の表面限界温度を超えるおそれがある。

また、ベルト方式の定着装置において、定着ベルトの温度を制御するために、定着ベルトの外周側に例えばサーミスターを用いた温度センサーが設けられている。温度センサーは複数設けられ、例えば定着ベルトの軸方向中央部および端部にそれぞれ配置されている。これらの温度センサーのうち、定着ベルトの端部に配置された温度センサーについて次のような問題がある。すなわち、長時間の連続印刷動作により非通紙領域において定着ベルトが過昇温な状態になると、非通紙領域内に位置する定着ベルトの端部の温度が、温度センサーの有する温度の検知可能範囲の上限を超えてしまい、定着ベルトの端部の温度を正確に検知することができなくなるおそれがある。

本発明は例えば上述したような問題に鑑みなされたものであり、本発明の第１の課題は、記録媒体がニップ部を通過しない非通過領域における定着ベルトの過昇温を防止することができると共に、熱源体の端部の表面温度が過大となるのを防止することができる定着装置および画像形成装置を提供することにある。

また、本発明の第２の課題は、定着ベルトの端部における温度検知を正確に行うことができる定着装置および画像形成装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の定着装置は、記録媒体に像を定着させる定着装置であって、第１の回転軸周りを回転可能に設けられた無端状の定着ベルトと、前記第１の回転軸と平行な第２の回転軸周りを回転可能に設けられ、前記定着ベルトとの間に前記記録媒体を加圧しつつ通過させるニップ部を形成する加圧ローラーと、前記定着ベルトの内側に設けられ、前記第１の回転軸と略平行に伸長する長尺な形状を有し、輻射熱を放射して前記定着ベルトを加熱する熱源体と、前記定着ベルトと前記熱源体との間に設けられ、前記熱源体を覆うカバー部材とを備え、前記ニップ部において前記記録媒体が通過する領域を通過領域といい、前記ニップ部において前記通過領域の軸方向外側の領域を非通過領域というとすると、前記カバー部材は前記熱源体において前記非通過領域に対応する部分を覆い、前記カバー部材には前記熱源体の表面温度を調整するための複数の貫通孔が形成されていることを特徴とする。

本発明による定着装置によれば、定着ベルトの内側において、カバー部材により、熱源体において非通過領域に対応する部分を覆うことによって、定着ベルトにおいて非通過領域に対応する部分が過昇温の状態となるのを防止することができる。また、カバー部材に貫通孔を形成することにより、定着ベルトにおいて非通過領域に対応する部分が過昇温の状態となることを防止しつつ、熱源体におけて非通過領域に対応する部分の表面温度がその限界温度を超えることを防止することができる。

また、上述した本発明の定着装置のカバー部材において、前記貫通孔の大きさまたは個数は、定着動作時において前記熱源体の表面温度が前記熱源体の表面限界温度以下を維持するように設定されていることが望ましい。

これにより、定着ベルトにおいて非通過領域に対応する部分が過昇温の状態となることを防止する効果と、熱源体におけて非通過領域に対応する部分の表面温度がその限界温度を超えることを防止する効果とを容易に両立させることができると共に、これら双方の効果を高めることができる。

また、上述した本発明の定着装置のカバー部材において、前記定着ベルトの軸方向中央に近い側の端部は前記通過領域と前記非通過領域との境界線と略一致する位置に配置されていることが望ましい。

これにより、定着ベルトにおいて非通過領域に対応する部分の過昇温を防止する効果を高めることができる。

また、上述した本発明の定着装置において、前記ニップ部において最大幅の前記記録媒体が通過する領域を最大通過領域といい、前記ニップ部において前記最大通過領域の軸方向外側の領域を最小非通過領域というとすると、前記カバー部材において前記定着ベルトの軸方向中央に近い側の端部は前記最大通過領域と前記最小非通過領域との境界線と略一致する位置に配置されていることが望ましい。

これにより、定着ベルトにおいて最小非通過領域に対応する部分の過昇温を防止する効果を高めることができる。

また、上述した本発明の定着装置において、前記定着ベルトの軸方向端側の外周側に配置され、前記定着ベルトの温度を検知する温度検知部を備え、前記カバー部材は前記熱源体において前記温度検知部と径方向に対向する部分を覆っていることが望ましい。

これにより、熱源体から、定着ベルトの軸方向端側に配置された温度検知部に伝わる熱量が過大となることを防止することができ、当該温度検知部の周囲の温度が、当該温度検知部の有する温度の検知可能範囲の上限を超えることを防止することができる。

上記課題を解決するために、本発明の画像形成装置は、上述した本発明の定着装置を備えている。

本発明の画像形成装置によれば、定着装置において、定着ベルトの非通過領域に対応する部分が過昇温の状態となることを防止することができると共に、熱源体の非通過領域に対応する部分の表面温度がその限界温度を超えることを防止することができる。

本発明によれば、記録媒体がニップ部を通過しない非通過領域における定着ベルトの過昇温を防止することができると共に、熱源体の端部の表面温度が過大となるのを防止することができる。また、本発明によれば、定着ベルトの端部における温度検知を正確に行うことができる。

本発明の実施形態による画像形成装置を示す説明図である。 本発明の実施形態による定着装置を示す説明図である。 図２中の矢示ＩＩＩ−ＩＩＩ方向から見た本発明の実施形態による定着装置の定着ベルトユニットおよび加圧ローラーを示す断面図である。 本発明の実施形態による定着ベルトユニットの端部を拡大して示す説明図である。 本発明の実施形態によるハロゲンヒーターによる加熱範囲を示す説明図である。 本発明の実施形態による定着装置におけるカバー部材を示す斜視図である。 本発明の実施形態による定着装置におけるカバー部材に形成される貫通孔のいくつかの態様を示す説明図である。 定着ベルトの軸方向の位置と定着ベルトの温度との関係を示すグラフである。 カバー部材の被覆率とハロゲンヒーターの表面温度との関係を示すグラフである。 定着ベルトユニットの比較例を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照しながら説明する。

（画像形成装置）
図１は本発明の実施形態による画像形成装置を示している。図１において、本発明の実施形態による画像形成装置１は電子写真方式の画像形成装置であり、例えばプリンターである。画像形成装置１は略箱型の筐体２を備え、筐体２の下部には給紙カセット３が設けられている。給紙カセット３には記録媒体としての用紙が収容される。また、筐体２の上部には排紙トレイ４が設けられている。さらに、筐体２の上部にはトナーコンテナ５を収容する収容部が設けられ、筐体２にはこの収容部を開閉する蓋部６が設けられている。

筐体２内には、給紙カセット３に収容された用紙を排紙トレイ４に向けて搬送する搬送経路７が形成されている。搬送経路７の上流側には給紙ローラー８が設けられ、その下流側には搬送ローラー９が設けられている。搬送ローラー９の下流側には画像形成部１０が設けられている。画像形成部１０は、感光体ドラム１１、帯電器１２、現像器１３、転写ローラー１４およびクリーニング装置１５を有している。また、画像形成部１０の上方には露光器１６が設けられている。また、搬送経路７において、画像形成部１０の下流側には、本発明の実施形態による定着装置２１が設けられている。定着装置２１は、後述するように、定着ベルト２５、加圧ローラー３２、および定着ベルト２５を加熱する熱源体としてのハロゲンヒーター２８等を備えている。また、定着装置２１の下流側には搬送ローラー１８が設けられ、搬送ローラー１８の下流側であって排紙トレイ４の近傍には排紙ローラー１９が設けられている。

また、図示しないが、画像形成装置１には、半導体記憶素子を有し、例えばパーソナルコンピュータ等の外部装置から受け取った画像データを一時的に記憶する記憶部と、演算処理装置を有し、露光器１６、画像形成部１０、定着装置２１等を制御する制御部と、画像形成装置１を稼働させるための電力の供給を制御する電源回路とが設けられている。

このような構成を有する画像形成装置１の印刷動作は次の通りである。すなわち、用紙に印刷すべき画像のデータが画像形成装置１に入力されると、帯電器１２により感光体ドラム１１の表面が帯電され、画像データに対応したレーザー光Ｌが露光器１６から感光体ドラム１１へ照射され、感光体ドラム１１の表面に静電潜像が形成される。さらに、現像器１３により静電潜像に対応したトナー像が感光体ドラム１１の表面に形成される。一方、給紙カセット３に収容された用紙が給紙ローラー８および搬送ローラー９により搬送され、感光体ドラム１１と転写ローラー１４との間を通過する。このとき、感光体ドラム１１の表面に形成されたトナー像が用紙の表面に転写される。トナー像が転写された後、感光体ドラム１１の表面に残留したトナーはクリーニング装置１５により回収される。続いて、トナー像が転写された用紙は、定着装置２１の定着ベルト２５と加圧ローラー３２との間を通過する。このとき、ハロゲンヒーター２８により加熱された定着ベルト２５の熱により、トナー像が溶融して用紙に定着される。トナー像が定着された用紙は、搬送ローラー１８および排紙ローラー１９により搬送され、排紙トレイ４に排出される。

（定着装置）
図２は図１中の矢示ＩＩ−ＩＩ方向から見た定着装置２１を示している。図３は図２中の矢示ＩＩＩ−ＩＩＩ方向から見た定着ベルトユニット２３および加圧ローラー３２等の断面を示している。図４は図２中の定着ベルトユニット２３の一方の端部を示している。図２において、定着装置２１は、その外枠を構成する、例えば金属板により形成されたフレーム部２２を備えており、フレーム部２２の内側には、定着ベルトユニット２３と加圧ローラー３２とが取り付けられている。定着ベルトユニット２３には、ステー２４、定着ベルト２５、一対の取付部材２６、一対の規制リング２７、ハロゲンヒーター２８、ニップ形成部材２９、一対のカバー部材４１等が設けられている。なお、ニップ形成部材２９およびカバー部材４１は、図３および図４に示し、図２においては図示を省略している。

定着ベルトユニット２３には、図２に示すように、用紙の搬送方向に対して直交する方向に伸長する回転軸Ａ−Ａが設定されている。ステー２４は、回転軸Ａ−Ａに平行な方向（軸方向）に伸長する長尺な棒状または筒状の部材であり、定着ベルトユニット２３の骨格を構成する。

定着ベルト２５はステー２４の周囲に設けられている。定着ベルト２５は無端状のベルトであり、軸方向に長い筒状に形成されている。また、定着ベルト２５は薄肉であり、可撓性を有している。定着ベルト２５は、基材層を離型層で被覆することにより形成されている。基材層は、例えばステンレス鋼等の金属またはポリイミド等の樹脂等により形成され、離型層は、例えばペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）などの樹脂により形成されている。定着ベルト２５は回転軸Ａ−Ａの周りを回転することができる。なお、定着ベルト２５の基材層および離型層からなる構造については図示を省略している。

取付部材２６は、ステー２４をフレーム部２２の内側に不動に固定し、定着ベルト２５をフレーム部２２に対して回転可能に支持し、また、ハロゲンヒーター２８およびニップ形成部材２９等をフレーム部２２に不動に固定する部材である。取付部材２６は定着ベルト２５の両端側にそれぞれ設けられている。例えば、各取付部材２６にはステー２４の端部を固定するためのステー取付孔（図示せず）が形成されている。ステー２４は、その各端部に形成された係合部を取付部材２６の当該ステー取付孔に係合することにより、取付部材２６に固定されている。

また、各取付部材２６には、図４に示すように、その軸方向中央に向いた面から軸方向中央に向けて突出する円弧状の突条部２６Ａが形成されている。定着ベルト２５の各端部は、突条部２６Ａの外周側に装着されている。定着ベルト２５は、図２に示すように、その両端部が一対の取付部材２６に狭持されることにより、その軸方向の移動が規制されている。一方、定着ベルト２５の各端部は取付部材２６の突条部２６Ａの外周面上を移動することができる。これにより、定着ベルト２５は回転軸Ａ−Ａを中心に回転することができる。

規制リング２７は、図２に示すように、定着ベルト２５の両端側にそれぞれ設けられている。規制リング２７は、図４に示すように、環状の部材であり、定着ベルト２５の端部と取付部材２６との間に位置し、取付部材２６の突条部２６Ａに回転可能に取り付けられている。規制リング２７は、定着ベルト２５の回転時の蛇行を抑制して定着ベルト２５の回転を安定させる機能を有している。

ハロゲンヒーター２８は、輻射熱を放射して定着ベルト２５を加熱する熱源体であり、図２に示すように、定着ベルト２５の内側に設けられている。ハロゲンヒーター２８は、回転軸Ａ−Ａと略平行に伸長する長尺な形状を有し、定着ベルト２５の軸方向における長さとほぼ同じ長さを有している。また、ハロゲンヒーター２８は、図４に示すように、輻射熱を放射するバルブ部２８Ａと、バルブ部２８Ａの両端側にそれぞれ設けられた封止部２８Ｂとを備えている。ハロゲンヒーター２８はその両端部が取付部材２６にそれぞれ固定されている。

また、ハロゲンヒーター２８は、図３に示すように、定着ベルト２５の内側において、ステー２４と定着ベルト２５との間に位置し、また、回転軸Ａ−Ａよりも上方に位置している。この結果、ハロゲンヒーター２８は、回転軸Ａ−Ａを中心とした定着ベルト２５の回転軌道のうち、その上部の領域に最も接近している。それゆえ、ハロゲンヒーター２８はこの領域を通過する定着ベルト２５の各部分を主に加熱する。なお、印刷動作中、定着ベルト２５は回転軸Ａ−Ａの周りを回転し続けるので、定着ベルト２５はその全周に亘ってハロゲンヒーター２８により加熱されることとなる。ここで、図５は定着ベルト２５の回転軌道Ｔにおいてハロゲンヒーター２８により加熱される領域（加熱領域）Ｒを示している。すなわち、図５においてハッチングを付した部分が加熱領域Ｒである。

ニップ形成部材２９は、図３に示すように、定着ベルト２５の内側に設けられ、ステー２４の下方であって、加圧ローラー３２と対向する位置に配置されている。ニップ形成部材２９は、軸方向に伸長する長尺な部材であり、定着ベルト２５の軸方向長さとほぼ同じ長さを有している。また、ニップ形成部材２９は、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等の耐熱性樹脂により形成され、ステー２４または各取付部材２６に固定されている。ニップ形成部材２９は、定着ベルト２５を間に挟んで加圧ローラー３２と互いに押し合い、定着ベルト２５と加圧ローラー３２との間にニップ部３１を形成する。

定着ベルトユニット２３には、以上説明した部品ないし部材に加え、ハロゲンヒーター２８から放射される輻射熱を加熱領域Ｒに向けて反射する反射部材等が設けられているが、これについては図示および説明を省略する。また、定着ベルトユニット２３には、図４に示すように、ハロゲンヒーター２８の両端側を覆う一対のカバー部材４１が設けられているが、これについては後述する。

一方、定着装置２１において、加圧ローラー３２は、図２に示すように、定着ベルト２５の下方において定着ベルト２５と隣接している。加圧ローラー３２は、軸方向に長尺な円柱状のローラであり、図３に示すように、芯材３３と、その周囲に設けられた弾性層３４と、弾性層３４の外周面を被覆する離型層（図示せず）とを備えている。また、加圧ローラー３２の両端部はフレーム部２２に回転可能に取り付けられている。加圧ローラー３２は、図２に示すように、動力伝達機構３５を介してモーター（図示せず）に接続されており、モーターの駆動により、回転軸Ａ−Ａと平行な回転軸Ｂ−Ｂ周りを回転する。加圧ローラー３２の外周面は、定着ベルト２５を介してニップ形成部材２９に押し付けられており、これにより、加圧ローラー３２と定着ベルト２５との間には、用紙を加圧しつつ通過させるニップ部３１が形成されている。また、加圧ローラー３２の外周面が定着ベルト２５を介してニップ形成部材２９に押し付けられているため、モーターの駆動により加圧ローラー３２が回転すると、定着ベルト２５が回転する。

また、定着装置２１には、図２に示すように、例えば２つの温度センサー３６、３７が設けられている。一方の温度センサ３６は、定着ベルト２５の軸方向中央部に配置され、他方の温度センサー３７は定着ベルト２５の軸方向端側に配置されている。各温度センサ３６、３７は例えばサーミスタを備えている。また、各温度センサ３６、３７は、サーミスタが配置された先端側が定着ベルト２５の外周面に接触し、基端側がフレーム部２２に固定されている。これら温度センサ３６、３７は、定着ベルト２５の軸方向中央部および端側の温度をそれぞれ検知し、これらの検知結果を示す検知信号を制御部へ出力する。制御部は、定着ベルト２５の温度を例えば所定の設定温度に維持するように、温度センサ３６、３７から出力された検知信号に基づいてハロゲンヒーター２８を制御する。なお、温度センサー３７は温度検知部の具体例である。

また、定着装置２１のフレーム部２２にはサーモスタット３８が設けられている。サーモスタット３８は、定着ベルト２５の外周面から所定距離離れた位置（外周面に接触していないが外周面にかなり接近した位置）に配置され、定着ベルト２５の外周面に臨むようにフレーム部２２に固定されている。上述した温度センサ３６、３７は正常稼働時にハロゲンヒーター２８を制御して定着ベルト２５の温度制御を行うための温度検知手段であるのに対し、サーモスタット３８は、例えばハロゲンヒーター２８の熱暴走等により定着ベルト２５の温度が異常な高温となるおそれがあるときに、ハロゲンヒーター２８を強制的に消灯させ、事故や定着装置２１の損傷を未然に防ぐための温度検知手段である。サーモスタット３８の電気的構成について説明すると、サーモスタット３８は、ハロゲンヒーター２８を点灯させるための電力を供給する電気経路の途中に接続され、定着ベルト２５の温度が、異常な温度上昇を検出するために設定された所定の閾値以下である間は当該電気経路を接続しているが、定着ベルト２５の温度が当該閾値を超えたときには当該電気経路を遮断する。

（カバー部材）
図６はカバー部材４１を示している。カバー部材４１は、図４に示すように、ハロゲンヒーター２８の端側を覆う部材である。図４は、ハロゲンヒーター２８の一方の端側を覆うカバー部材４１のみを示しているが、定着ベルトユニット２３には、一対のカバー部材４１が設けられ、これら一対のカバー部材４１はハロゲンヒーター２８の両端側をそれぞれ覆っている。これら一対のカバー部材４１は、左右対称であり、同等の構成を有するので、以下、図４に示す一方のカバー部材４１についてのみ説明する。

カバー部材４１は、図４に示すように、定着ベルト２５の内側に配置され、ハロゲンヒーター２８の端部の外周側を覆っている。この結果、定着ベルト２５の端部とハロゲンヒーター２８の端部との間にはカバー部材４１が介在している。

また、カバー部材４１は、ハロゲンヒーター２８において最小非通紙領域に対応する部分を覆っている。すなわち、カバー部材４１が覆っているハロゲンヒーター２８の端部とは、最小非通紙領域に対応する部分である。定着ベルト２５と加圧ローラー３２との間に形成されたニップ部３１において、幅寸法（定着ベルト２５の軸方向の長さに対応する長さ寸法）が最大の用紙が通過する領域を「最大通紙領域」といい、ニップ部３１において最大通紙領域の軸方向外側において最大通紙領域と隣接する領域を「最小非通紙領域」という。カバー部材４１は、この最小非通紙領域に対応する領域に配置され、ハロゲンヒーター２８において最小非通紙領域に対応する部分を覆っている。別言すると、カバー部材４１は、ハロゲンヒーター２８において最大通紙領域に対応する部分は覆っていない。

カバー部材４１は、図６に示すように、例えばステンレス鋼等の金属板を、略コ字状に折り曲げることにより形成され、上側の上板部４１Ａおよびその両側の横板部４１Ｂを備えている。図３に示すように、上板部４１Ａはハロゲンヒーター２８において最小非通紙領域に対応する部分を上方から覆い、各横板部４１Ｂはハロゲンヒーター２８において最小非通紙領域に対応する部分を側方から覆っている。また、カバー部材４１は、図３に示すように、例えばビス４２を用いて、ステー２４に固定されている。

また、図４に示すように、カバー部材４１において、定着ベルト２５の軸方向中央に近い側の端部は、最大通過領域と最小非通過領域との境界線と略一致する位置に配置されている。また、カバー部材４１において、定着ベルト２５の軸方向中央から遠い側の端部は、ハロゲンヒーター２８の軸方向末端部と略一致する位置に配置されている。すなわち、カバー部材４１は、最大通過領域と最小非通過領域との境界線と略一致する位置からハロゲンヒーター２８の末端部までの間において、ハロゲンヒーター２８を覆っている。

また、カバー部材４１の上板部４１Ａには、ハロゲンヒーター２８の表面温度を調整するための複数の貫通孔４３が形成されている。図６に示すカバー部材４１においては、各貫通孔４３の形状は軸方向に伸長するスリット状であり、貫通孔４３は上板部４１Ａに５つ形成されている。

ここで、貫通孔４３の形状、大きさおよび個数は、定着動作時においてハロゲンヒーター２８の表面温度がハロゲンヒーター２８の表面限界温度以下を維持するように設定されている。すなわち、図６に示すカバー部材４１において頂点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３およびＰ４に囲まれた部分が上板部４１Ａの範囲である。このような範囲を有する上板部４１Ａの表面において、貫通孔４３が形成されていない部分を被覆面といい、上板部４１Ａの表面全体の面積に対する被覆面の割合を、カバー部材４１の被覆率という。カバー部材４１の被覆率は、定着動作時においてハロゲンヒーター２８の表面温度がハロゲンヒーター２８の表面限界温度以下を維持するように設定されている。なお、ハロゲンヒーター２８の表面限界温度は、ハロゲンヒーターの種類や個々の製品ごとに異なるが、一例をあげれば、バルブ部２８Ａについては８００度、封止部２８Ｂについては３５０度である。

また、ハロゲンヒーター２８の表面温度は、ハロゲンヒーター２８の稼働状態や稼働環境、例えば、画像形成装置１における単位時間当たりの印刷枚数、または画像形成装置１の消費電力等に応じて異なるので、カバー部材４１の被覆率は、このようなハロゲンヒーター２８の稼働状態や稼働環境を考慮して設定されている。

図７は、カバー部材の上板部に形成する貫通孔の様々な態様を示している。図７（１）に示す第１の態様のカバー部材４１は、図６に示すものと同じであり、各貫通孔４３の形状は軸方向に長いスリット状であり、各貫通孔４３の大きさは大きく、貫通孔４３の個数は５つである。図７（２）に示す第２の態様のカバー部材５１においては、各貫通孔５３の形状および大きさは図７（１）に示すものと同じであるが、貫通孔５３の個数が図７（１）に示すものよりも少ない。図７（２）に示すカバー部材５１の方が、図７（１）に示すカバー部材４１よりも被覆率が高い。図７（３）に示す第３の態様のカバー部材６１においては、各貫通孔６３の形状が軸方向と直交する方向に長いスリット状であり、各貫通孔６３の大きさが比較的小さいが、各貫通孔６３の個数が比較的多い。図７（４）に示す第４の態様のカバー部材７１においては、各貫通孔７３の形状が斜め方向に伸長するスリット状であり、各貫通孔７３の大きさが比較的小さいが、各貫通孔７３の個数が比較的多い。図７（３）および（４）に示すカバー部材６１および７１はいずれも、図７（２）に示すカバー部材５１と比較して被覆率が低い。図７（５）に示す第５の態様のカバー部材８１においては、各貫通孔８３の形状が円形であり、各貫通孔８３の大きさが比較的小さく、貫通孔８３の個数が多くない。図７（５）に示すカバー部材８１は被覆率が比較的高い。

一方、上述したように、定着ベルト２５の軸方向端側には温度センサー３７が配置されているが、厳密には、この温度センサー３７は、図４に示すように、最小非通紙領域に対応する部分に配置されている。カバー部材４１は、ハロゲンヒーター２８において当該端側の温度センサー３７と径方向に対向する部分を覆っている。すなわち、当該端側の温度センサー３７とハロゲンヒーター２８との間には、カバー部材４１の上板部４１Ａが介在している。また、本実施形態においては、カバー部材４１の上板部４１Ａにおいて温度センサー３７と径方向に対向する部分には貫通孔４３が形成されている。そして、貫通孔４３の形状、大きさおよび個数、すなわち、カバー部材４１の被覆率は、定着動作時においてハロゲンヒーター２８の表面温度がハロゲンヒーター２８の限界温度以下を維持するだけでなく、温度センサー３７の実際の検知温度が、当該温度センサー３７の有する温度の検知可能範囲の上限を超えないように設定されている。

以上説明したように、本実施形態による定着装置２１によれば、定着ベルト２５の内側において、カバー部材４１により、ハロゲンヒーター２８において最小非通紙領域に対応する部分を覆うことによって、定着ベルト２５の端部、すなわち最小非通紙領域に対応する部分が過昇温の状態となるのを防止することができる。すなわち、画像形成装置１において長時間連続して印刷動作を行う場合、ハロゲンヒーター２８により定着ベルト２５が長時間連続して加熱される。この場合、最大通紙領域においては、ニップ部３１を通過する用紙に熱が吸収されるが、最小非通紙領域においては、用紙に熱が吸収されることがないため、最大通紙領域と比較して最小非通紙領域においては定着ベルト２５の温度が上昇し易い。なお、最大幅ではない用紙がニップ部３１を通過する場合には、非通紙領域が、最小非通紙領域よりも軸方向中央寄りの領域を含む、より広い領域となり、その広い非通紙領域において定着ベルト２５の温度が上昇し易くなる。しかしながら、本実施形態における画像形成装置１においては、最大幅の用紙（例えばＡ４サイズの用紙）に対する長時間の連続印刷が行われる頻度が高いため、最小非通紙領域において定着ベルト２５の温度上昇が問題となる場合が多く、それゆえ、最小非通紙領域における定着ベルト２５の過昇温の防止措置が重要である。

また、カバー部材４１において軸方向中央に近い側の端部を最大通紙領域と最小非通紙領域との境界線とほぼ一致する位置に配置し、最大通過領域と最小非通過領域との境界線と略一致する位置からハロゲンヒーター２８の末端部に至るまでの間においてハロゲンヒーター２８を覆うことにより、定着ベルト２５において最小非通紙領域に対応する部分の過昇温を防止する効果を高めることができる。

また、カバー部材４１に貫通孔４３を形成し、貫通孔４３の形状、大きさ、または個数を適宜設定して、カバー部材４１の被覆率を適切に調整することにより、定着ベルト２５において最小非通紙領域に対応する部分が過昇温の状態となることを防止しつつ、ハロゲンヒーター２８において最小非通紙領域に対応する部分の表面温度がその限界温度にかなり接近し、またはその限界温度を超えることを防止することができる。

ここで、図８は、長時間連続印刷時における定着ベルト２５の軸方向の位置（軸方向中央からの距離）（横軸）と定着ベルト２５の温度（縦軸）との関係を示している。図８において、実線の特性線はカバー部材の被覆率が０％の場合における定着ベルト２５の位置と温度との関係を示している。被覆率０％とは、カバー部材を設けていないことを意味する。この実線の特性線を見るとわかる通り、カバー部材を設けない場合には、最小非通紙領域における定着ベルト２５の温度が、最大通紙領域における温度と比較して大きく上昇している。また、二点鎖線の特性線はカバー部材の被覆率が５０％の場合における定着ベルト２５の位置と温度との関係を示している。被覆率５０％は、カバー部材の貫通孔の形状、大きさおよび個数により設定されている。この二点鎖線の特性線と実線の特性線とを比較するとわかる通り、被覆率５０％のカバー部材を設けることで、カバー部材を設けない場合よりも、最小非通紙領域における定着ベルト２５の温度の上昇が抑制されている。また、点線の特性線はカバー部材の被覆率が１００％の場合における定着ベルト２５の位置と温度との関係を示している。被覆率１００％とは、貫通孔が全く形成されていない無孔のカバー部材を設けたことを意味する。この点線の特性線と二点鎖線の特性線とを比較するとわかる通り、無孔のカバー部材を設けることで、被覆率５０％のカバー部材を設けた場合よりも、最小非通紙領域における定着ベルト２５の温度の上昇が一層抑制されている。このように、図８から、被覆率の高いカバー部材を設けるほど、最小非通紙領域における定着ベルト２５の温度上昇の抑制効果を高めることができることがわかる。

一方、図９は、定着ベルト２５の回転速度が３０ＰＰＭ（１分間当たりの印刷枚数）であり、電力消費量が８００Ｗである場合において、カバー部材の被覆率（横軸）とハロゲンヒーター２８のバルブ部２８Ａの表面温度（縦軸）との関係、およびカバー部材の被覆率（横軸）とハロゲンヒーター２８の封止部２８Ｂの表面温度（縦軸）との関係を示している。図９において、破線はハロゲンヒーター２８のバルブ部２８Ａの限界温度を示し、二点鎖線はハロゲンヒーター２８の封止部２８Ｂの限界温度を示している。図９を見るとわかる通り、カバー部材の被覆率が１００％の場合（無孔のカバー部材を設けた場合）には、バルブ部２８Ａの表面温度がその限界温度にかなり接近しており、かつ封止部２８Ｂの表面温度がその限界温度を超えている。このように、図９から、被覆率が高く、１００％に近いカバー部材を設けるとハロゲンヒーター２８のバルブ部２８Ａまたは封止部２８Ｂの表面温度がその限界温度にかなり接近し、またはその限界温度を超える場合があることがわかる。

図８および図９を合わせて検討すると、カバー部材４１の被覆率は、定着ベルトの過昇温を防止するためには高く設定した方がよいが、ハロゲンヒーター２８の表面温度をその限界温度以下に維持するためには１００％未満、例えば約７０％以下に設定することがよいと考えられる。したがって、カバー部材４１に形成する貫通孔４３の形状、大きさ、および個数を調整し、カバー部材４１の被覆率が例えば３０％以上７０％以下となるように設定することにより、最小非通紙領域における定着ベルト２５の過昇温を防止することと、ハロゲンヒーター２８における最小非通紙領域に対応する部分の表面温度をその限界温度以下に維持することとを同時に実現することができる。これにより、定着ベルト２５の劣化ないし消耗を抑制することができると共に、ハロゲンヒーター２８の故障を防止することができる。

また、本実施形態による定着装置２１によれば、ハロゲンヒーター２８において温度センサー３７と径方向に対向する部分をカバー部材４１で覆うことにより、長時間連続印刷時に、最小非通紙領域に対応する領域において、ハロゲンヒーター２８から温度センサー３７へ伝わる熱量が過大となることを防止することができる。これにより、温度センサー３７の周囲の温度が、温度センサー３７の有する温度の検知可能範囲の上限を超えることを防止することができる。したがって、長時間の連続印刷時においても、温度センサー３７により、定着ベルト２５の端部の温度を正確に検知することができ、ハロゲンヒーター２８の制御を確実かつ高精度に行うことができる。

ここで、図１０は定着ベルトユニットの比較例を示している。図１０に示す定着ベルトユニット１０１は、ハロゲンヒーター２８において温度センサー３７と径方向に対向する部分がカバー部材１０２で覆われていない構成を有している。このような構成では、長時間の連続印刷時に、温度センサー３７の周囲の温度が、温度センサー３７の有する温度の検知可能範囲の上限を超えてしまうおそれがある。図４に示す本発明の実施形態による定着ベルトユニット２３では、カバー部材４１が、ハロゲンヒーター２８において温度センサー３７と径方向に対向する部分を覆っているので、長時間の連続印刷時に、温度センサー３７の周囲の温度を、温度センサー３７の有する温度の検知可能範囲内に止めることができる。

なお、上述した実施形態では、ハロゲンヒーター２８において最小非通紙領域に対応する部分をカバー部材４１で覆う場合を例にあげたが、本発明はこれに限らない。例えば、画像形成装置において、印刷頻度の高い用紙の幅が、当該画像形成装置が取り扱う用紙の最大幅でない場合、長時間連続印刷時において、その印刷頻度の高い用紙の幅に対応する通紙領域の軸方向外側に位置する非通紙領域（最小非通紙領域よりも広い領域）が過昇温となるおそれがある。この場合には、ハロゲンヒーター２８において当該非通紙領域に対応する部分をカバー部材で覆ってもよい。

また、上述した実施形態では、カバー部材４１において定着ベルト２５の軸方向中央に近い側の端部を、最大通過領域と最小非通過領域との境界線と略一致する位置に配置する場合を例にあげたが、本発明はこれに限らない。このカバー部材４１の端部の位置は、長時間連続印刷時に定着ベルトにおいて実際に過昇温となる領域に応じて適宜調整することができる。もっとも、図８によれば、最大通過領域と最小非通過領域との境界で定着ベルトの温度が急激に上昇することが確認されている。このような場合には、カバー部材４１において定着ベルト２５の軸方向中央に近い側の端部を、最大通過領域と最小非通過領域との境界線と略一致する位置に配置することにより、定着ベルト２５の端部の過昇温を効果的に防止することができる。

また、上述した実施形態では、カバー部材４１に形成する貫通孔４３のいくつかの態様を図７に示して説明したが、貫通孔４３の態様はこれらに限定されない。例えば、上板部４１Ａの端部に凹状の切り欠きを設けて径方向に貫通する空間を形成した場合、その切り欠きも貫通孔の一態様に含まれる。

また、上述した実施形態では、熱源体としてハロゲンヒーター２８を例にあげたが、熱源体はこれに限らず、例えばセラミックヒーター等の他の熱源体でもよい。

また、上述した実施形態では、画像形成装置としてプリンタを例にあげたが、本発明はこれに限らず、複写機、ファクシミリ、複合機等にも適用することができる。

また、本発明は、請求の範囲および明細書全体から読み取ることのできる発明の要旨または思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う定着装置および画像形成装置もまた本発明の技術思想に含まれる。

１ 画像形成装置
２１ 定着装置
２２ フレーム部
２３ 定着ベルトユニット
２４ ステー
２５ 定着ベルト
２６ 取付部材
２６Ａ 突条部
２７ 規制リング
２８ ハロゲンヒーター（熱源体）
２８Ａ バルブ部
２８Ｂ 封止部
２９ ニップ形成部材
３１ ニップ部
３２ 加圧ローラー
３５ 動力伝達機構
３６、３７ 温度センサ（温度検知部）
３８ サーモスタット
４１ カバー部材
４１Ａ 上板部
４１Ｂ 横板部
４３ 貫通孔

Claims (5)

1. 記録媒体に像を定着させる定着装置であって、
   第１の回転軸周りを回転可能に設けられた無端状の定着ベルトと、
   前記第１の回転軸と平行な第２の回転軸周りを回転可能に設けられ、前記定着ベルトとの間に前記記録媒体を加圧しつつ通過させるニップ部を形成する加圧ローラーと、
   前記定着ベルトの内側に設けられ、前記第１の回転軸と略平行に伸長する長尺な形状を有し、輻射熱を放射して前記定着ベルトを加熱する熱源体と、
   前記定着ベルトと前記熱源体との間に設けられ、前記熱源体を覆うカバー部材とを備え、
   前記熱源体は前記定着ベルトにおいて当該定着ベルトの回転軌道における加熱領域を加熱し、
   前記ニップ部において最大幅の前記記録媒体が通過する領域を最大通過領域といい、前記ニップ部において前記最大通過領域の軸方向外側の領域を最小非通過領域というとすると、前記カバー部材は前記熱源体において前記加熱領域に対応し、かつ前記最小非通過領域に対応する部分を覆い、
   前記カバー部材には前記熱源体の表面温度を調整するための複数の貫通孔が形成され、
   前記複数の貫通孔は、前記カバー部材において前記加熱領域に対応し、かつ前記最小非通過領域に対応する部分に配置されていることを特徴とする定着装置。
2. 前記カバー部材において前記貫通孔の大きさまたは個数は、定着動作時において前記熱源体の表面温度が前記熱源体の表面限界温度以下を維持するように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記カバー部材において前記定着ベルトの軸方向中央に近い側の端部は前記最大通過領域と前記最小非通過領域との境界線と略一致する位置に配置されてい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. 前記定着ベルトの軸方向端側の外周側に配置され、前記定着ベルトの温度を検知する温度検知部を備え、
   前記カバー部材は前記熱源体において前記温度検知部と径方向に対向する部分を覆っていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の定着装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の定着装置を備えた画像形成装置。

Images