JP6497147B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置及び定着装置を備える画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置では、画像情報に基づいて像担持体上にトナー像を形成し、このトナー像を用紙やＯＨＰシートなどの記録材上に転写する。そして、トナー像を担持した記録材を定着装置に通して熱と圧力により記録材上にトナー像を定着する。

省エネルギーを実現する定着装置として、フィルム加熱定着が提案されている。これは、セラミックスやガラス基板に抵抗発熱体を形成した抵抗ヒータによって、薄いベルト又はフィルムを加熱する技術である。

例えば、特許文献１には、薄肉円筒状の耐熱性フィルムに接触する板状加熱体と加圧ローラとで記録材を密着させるように挟み込み、熱エネルギーを記録材に与える構成が開示されている。フィルムが約１００μｍ程度と薄いため、装置の立ち上げ時間は、実質的に熱容量の小さい板状加熱体の温度を上昇させる時間となる。そのため、立ち上げ時間を短縮でき、予熱電力を削減できる。

特許文献２には、金属基板上に絶縁層（セラミックス、ガラスなど）、抵抗発熱体を順に形成し、薄肉円筒状の耐熱性フィルムを、金属基板を介して加熱する構成が開示されている。従来、板状加熱体により薄いフィルムを直接加熱する構成では、非通紙部のフィルム温度が過昇温しやすく、フィルムの耐熱性と摩耗が問題となっていた。本構成では、抵抗発熱体の熱が金属基板の長手方向に均熱化されるので、非通紙部のフィルム温度の過昇温を防止できる。

しかしながら、従来のフィルム加熱定着、すなわち加熱部材と加圧部材とでフィルム状定着部材と記録材とを挟み込んで熱と圧力を与える方法では、次のような問題がある。冷間から加熱する場合、加熱部材から記録材に熱が伝わる前に、定着部材がニップ部を通過してしまうため、エネルギーロスが発生する。そのため、トナーの定着温度に到達するまでの時間（ウォームアップ時間）の増加や定着装置の消費電力の増加といった問題が生じる。

本発明は、加熱部材と加圧部材で定着部材と記録材を挟み込んで加熱する定着装置において、ウォームアップ時間の短縮や消費電力量を低減できる定着装置の提供を目的とする。

上記課題は、発熱する加熱部材と、前記加熱部材と接触しながら回転する定着部材と、前記定着部材を介して前記加熱部材と定着ニップ部を形成する加圧部材とを有し、前記定着ニップ部に未定着画像を担持した記録材を通して定着を行う定着装置であって、前記加熱部材は、絶縁性の基板と、前記基板上に形成された抵抗発熱層とを具備し、前記抵抗発熱層は、前記基板と分離可能な熱伝導部材を介して前記定着部材に接触し、前記熱伝導部材の熱伝導率は、前記基板の熱伝導率よりも高い定着装置において、前記熱伝導部材は、前記定着ニップ部の長手方向に亘って一体に延在する金属板であり、前記定着ニップ部において厚さがほぼ一定に形成され、前記熱伝導部材の記録材搬送方向の幅は、前記定着ニップ部の記録材搬送方向の幅よりも広く、前記熱伝導部材は、前記定着ニップ部よりも記録材搬送方向の上流部において、搬送される前記記録材から離間する方向に傾斜し、前記抵抗発熱層は、前記定着ニップ部よりも記録材搬送方向の上流部にある前記熱伝導部材に配置され、前記熱伝導部材の長手方向に沿って前記熱伝導部材と密着、あるいは熱伝導補助部材を介して密着し、前記定着部材は、前記定着ニップ部よりも記録材搬送方向の上流部において前記熱伝導部材と接触する一方、搬送される前記記録材から離間していることを特徴とする定着装置によって、解決される。

本発明の定着装置によれば、抵抗発熱層が、前記定着ニップ部の記録材搬送方向の中央よりも上流側に形成されているので、定着部材、記録材及びトナーの加熱時間を長くできる。したがって、トナーへ伝わる熱量を多くでき、ウォームアップ時間の短縮や消費電力量を低減できる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置であるモノクロプリンタを示す模式図である。 第１の実施形態に係る定着装置を示す模式図である。 定着ベルト表面の設定温度とニップ出口部におけるトナー表面温度の関係を示すグラフである。 第１の実施形態に係る定着装置の定着ニップ部を拡大して示す模式図である。 第２の実施形態に係る定着装置の定着ニップ部を拡大して示す模式図である。 定着ニップ部の圧力分布を示すグラフである。 第２の実施形態の加熱部材の変形例（その１）である。 第２の実施形態の加熱部材の変形例（その２）である。 第２の実施形態の加熱部材の変形例（その３）である。 第３の実施形態に係る定着装置の定着ニップ部を拡大して示す模式図である。 第４の実施形態に係る定着装置を示す模式図である。 第４の実施形態に係るニップ形成部材と熱伝導部材Ａの詳細を示す模式図である。 定着ニップ部を通過する用紙のサイズ（幅）を示す模式図である。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置であるモノクロプリンタを示す模式図である。本発明は、公知のカラー画像形成装置についても同様に適用可能である。

図１に示すように、モノクロプリンタは、像担持体としての感光体８と、帯電手段としての帯電ローラ１８と、露光手段を構成するミラー２０と、現像手段としての現像ローラ２２ａを備えた現像装置２２と、転写装置１０とを備える。また、モノクロプリンタは、クリーニングブレード２４ａを備えたクリーニング装置２４などを備える。

帯電ローラ１８と現像装置２２の間において、ミラー２０を介して感光体８上の露光部２６に露光光Ｌｂが照射され、走査される。プリンタの下部には、給紙手段４が配され、画像形成部への用紙搬送路の途中にはレジストローラ対６が設けられている。また、用紙搬送路の終わりには、定着ベルト３８と加圧ローラ３０とを主構成部材とする定着装置１２が設けられている。

給紙手段４は、記録材としての用紙Ｐが積載状態で収容される給紙トレイ１４と、給紙トレイ１４に収容された用紙Ｐを最上のものから順に１枚ずつ分離して送り出す給紙コロ１６などを有する。給紙コロ１６によって送り出された用紙Ｐは、レジストローラ対６で一旦停止される。そして、姿勢ずれを矯正された後、感光体８の回転に同期するタイミングで、すなわち、感光体８上に形成されたトナー像の先端と用紙Ｐの搬送方向先端部の所定位置とが一致するタイミングでレジストローラ対６により転写部位Ｎへ送られる。

本プリンタにおける画像形成動作は従来と同様に行われる。まず、感光体８が回転を始めると、感光体８の表面が帯電ローラ１８により均一に帯電される。そして、画像情報に基づいて露光光Ｌｂが露光部２６に照射、走査されて作成すべき画像に対応した静電潜像が形成される。この静電潜像は、感光体８の回転により現像装置２２の対向位置へ移動し、ここでトナーが供給されて可視像化され、トナー像が形成される。

感光体８上に形成されたトナー像は、所定のタイミングで転写部位Ｎに進入してきた用紙Ｐ上に、転写装置１０の転写バイアス印加により転写される。次いで、未定着画像であるトナー像を担持した用紙Ｐは定着装置１２へ向けて搬送され、定着装置１２で定着された後、機外の排紙トレイへ排出・スタックされる。

転写部位Ｎで転写されずに感光体８上に残った残留トナーは、感光体８の回転に伴ってクリーニング装置２４に至り、このクリーニング装置２４を通過する間にクリーニングブレード２４ａにより掻き落とされて清掃される。その後、感光体８上の残留電位が既知の除電手段により除去され、次の作像工程に備えられる。

図２は、第１の実施形態に係る定着装置を示す模式図である。図２に示すように、定着装置１２は、発熱する加熱部材５０と、加熱部材５０と接触しながら回転する定着部材である定着ベルト３８と、定着ベルト３８を介して、加熱部材５０と定着ニップ部ＳＮを形成する加圧部材である加圧ローラ３０とを備える。また、定着装置１２は、温度検出手段である温度センサ３４と、温度センサ３４の検出温度に基づいて加熱部材５０への通電を制御する加熱制御手段などを備える。

定着ベルト３８は、薄肉で可撓性を有する無端状のベルト部材で構成されている。定着ベルト３８は、例えば外径が３０ｍｍで厚みが１０〜７０μｍのニッケル（Ｎｉ）製の薄膜基体と、この基体表面に被覆された弾性層とを有している。弾性層は、例えばシリコーンゴムやフッ素ゴムなどの耐熱性弾性体で形成されており、厚みは５０〜１５０μｍである。定着ベルト３８の最表層には、耐久性を高め、トナーとの離型性を確保するために、例えばＰＦＡやＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂による厚みが５〜５０μｍの離型層が形成される。なお、定着ベルト３８の基体はニッケルに限らず，ＳＵＳなどの金属基体又はポリイミド（ＰＩ）などの耐熱性樹脂であってもよい。

加圧ローラ３０は、回転自在なローラ部材であり、中空の鉄製の芯金３０ａと、この芯金３０ａの表面に形成された弾性層３０ｂと、離型層３０ｃとで形成されている。加圧ローラ３０の外径は、例えば３０ｍｍである。弾性層３０ｂは、シリコーンゴムで形成されており、厚みは、例えば５ｍｍである。弾性層３０ｂの表面には、離型性を高めるために離型層３０ｃとして、厚みが４０μｍ程度のフッ素樹脂層を形成するのが望ましい。加圧ローラ３０は、スプリングなどの付勢手段により定着ベルト３８に圧接されている。

定着ベルト３８の定着ニップ部ＳＮの下流には、定着ベルト３８の温度を検出するサーミスタなどの温度センサ３４が設けられている。温度センサ３４が検出した定着ベルト３８の温度に基づいて、加熱制御手段は加熱部材５０に供給する電力を制御し、定着ベルト３８を所望の温度にする。なお、加熱制御手段は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏなどを包含するコンピュータで構成されている。

加熱部材５０は、セラミックス又はガラス板といった絶縁性の基板５０ｂの上に抵抗発熱層５０ａがスクリーン印刷などで形成され、その上にオーバーコート（ＯＣ）層が形成された構成となっている。また、加熱部材５０は、基板５０ｂとは別体で分離可能な、熱伝導部材Ａ５０ｄと熱伝導部材Ｂ５０ｃとを有する構成がより好ましい。

基板５０ｂの熱伝導率は、セラミックス（アルミナ）で３２Ｗ／ｍ・Ｋ程度であり、ガラスで１．３〜１．６Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。熱伝導部材Ａ５０ｄは、銅又はアルミなどの高熱伝導材料からなり、熱伝導率は、銅で４００Ｗ／ｍ・Ｋ程度であり、アルミで２４０Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。加熱部材５０として定着ニップ部ＳＮに熱を効率よく伝えるためには、熱伝導率の差が生じるように、基板５０ｂにはガラスを用いることが好ましい。

抵抗発熱層５０ａは、図２に示すように、熱伝導部材Ａ５０ｄと熱伝導部材Ｂ５０ｃを介して定着ベルト３８に接触している。また、熱伝導部材Ａ５０ｄは、定着ニップ部ＳＮの長手方向（図２の紙面垂直方向）に亘って一体に延在している。そのため、定着ニップ部ＳＮの長手方向への熱伝導性向上にも寄与し、定着ベルト３８の長手方向における温度の偏りを低減できる。

熱伝導部材Ａ５０ｄと定着ベルト３８は常に摺動接触し、熱伝導部材Ａ５０ｄは常に同じ位置が擦られるため磨耗が激しい。上述したように、熱伝導部材Ａ５０ｄは基板５０ｂとは別体であるため、分離・交換可能である。その際、高価な基板５０ｂや抵抗発熱層５０ａはそのまま使うことができるため、ランニングコストを低減することができる。

他にも、摺動トルクの低減と定着ベルト３８の磨耗低減のために、熱伝導部材Ａ５０ｄの接触面には、低摩擦のコーティング層を形成してもよい。例えば、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）やＰＴＦＥなどの材料は摩擦係数が低く、適している。熱伝導部材Ａ５０ｄの伝熱効率を考えると、コーティング層は薄いほうがよく、２〜５０μｍ程度が望ましい。また、低摩擦化のためにシリコンオイルなどの潤滑剤を染み込ませた繊維状のシートを介在させてもよい。

基板５０ｂと熱伝導部材Ａ５０ｄは、剛性が高く、表面粗さ、ソリ及び／又はうねりの影響で、お互いを長手方向全域で均一に接触させることは難しい。そのため、両部材の表面形状に密着するような弾性の熱伝導部材Ｂ５０ｃを間に介在させている。熱伝導部材Ｂ５０ｃとしては、熱伝導グリスや熱伝導シート（ＴＩＭ：Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ）などを用いることができる。なお、熱伝導部材Ｂ５０ｃは、熱伝導補助部材の一例である。

また、熱伝導部材Ｂ５０ｃは異方性の熱伝導率を持つグラファイトシートのような素材であっても良い。これらは、熱伝導率が厚み方向より平面方向の方が高く、薄く構成することでニップ表面を急速に加熱できる。また、通紙時に定着ニップ部ＳＮの長手方向で温度が不均一となった場合でも、迅速に温度を均一化できる。

あるいは、熱伝導部材Ｂ５０ｃに、酸化亜鉛などの金属粒子を添加したシリコーングリスなどを用いれば、熱伝導性を確保しながら熱伝導部材Ａ５０ｄと、熱伝導部材Ｂ５０ｃとの密着性を高めることができる。

ヒータホルダ５３は、加熱部材５０を支持する部材である。ヒータホルダ５３は、加熱部材５０の熱を受けて高温になりやすい。そのため、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＰＳ（ポニフェニレンサルファイド）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＩ（ポリイミド）又はＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）など耐熱性が高い樹脂で形成される。このように、より熱伝導率の低い樹脂で形成することで断熱性を高めることができる。

また、ヒータホルダ５３は、図２に示すように、基板５０ｂ上の抵抗発熱層５０ａが形成されていない領域の背面を複数の凸部で支持しており、ヒータホルダ５３と基板５０ｂの接触面積を小さくしている。そのため、加熱部材５０からヒータホルダ５３へ流れる熱量を減らすことができ、熱伝導部材Ａ５０ｄ、熱伝導部材Ｂ５０ｃ及び定着ベルト３８を効率的に加熱できる。

ステー６１は、ヒータホルダ５３を支持する部材である。ステー６１は定着装置１２内にある両側板によって支持されており、加圧ローラ３０の押圧力を受けとめる。

続いて、本発明の特徴部分について説明する。

ニップ幅や記録材の搬送速度は、画質や生産性の目標により適宜調整される。例えば、ニップ幅が１０ｍｍ、搬送速度が２５０ｍｍ／ｓであった場合、ニップ時間は０．０４ｓｅｃである。このようにニップ時間は短時間であるため、定着ニップ部ＳＮの中央（記録材搬送方向での中央）に抵抗発熱層５０ａを配置して加熱すると、ニップ出口までに記録材が十分に加熱されず、伝熱効率が落ちる。

そこで、本実施形態では、抵抗発熱層５０ａが、その記録材搬送方向の幅を定着ニップ部ＳＮの幅よりも小さくし、定着ニップ部ＳＮの中央よりも搬送方向の上流側に配置されている。これは、抵抗発熱層５０ａが定着ニップ部ＳＮの中央又は搬送方向の下流側に配置にされている場合に比べて、トナーへ伝わる熱量を多くできる。

図３は、定着ベルト表面の設定温度とニップ出口部におけるトナー表面温度の関係を示すグラフである。横軸は定着ベルト表面の設定温度（℃）であり、縦軸はニップ出口部におけるトナー温度（℃）である。グラフには、従来例による結果と本実施形態による結果の２つをプロットした。

ここで、従来例は、抵抗発熱層５０ａが定着ニップ部ＳＮの中央に配置にされている以外は本実施形態と同じ構成である。グラフに示すように、トナーが十分定着するトナー表面温度を１１５℃とすると、従来例では定着ベルト表面の設定温度を１４５℃とする必要があるが、本実施形態では１４０℃で達成できる。すなわち、本実施形態では従来例よりも定着ベルト表面設定温度を５℃低減できる。これにより、ウォームアップ時間の短縮や消費電力量を低減できる。

図４は、第１の実施形態に係る定着装置の定着ニップ部を拡大して示す模式図である。熱伝導部材Ａ５０ｄは断面形状がＵ字型になっており、基板５０ｂとヒータホルダ５３の短手方向にある隙間に差し込まれている。これにより、基板５０ｂはヒータホルダ５３と熱伝導部材Ａ５０ｄとに閉じ込められた構造になるため、万一基板５０ｂが破損しても、破片の飛散を防止できる。また、熱伝導部材Ｂ５０ｃとして伝熱グリスを用いた場合には、加熱時に粘度が下がり加熱部材５０から流出するおそれがあるが、熱伝導部材Ａ５０ｄでフタをすることで、伝熱グリスの流出を防止できる。なお、熱伝導部材Ａ５０ｄは押し出成型などにより、薄い銅板を用いて安く製造することができる。

熱伝導部材Ａ５０ｄは、図４に示すように、記録材搬送方向の下流側が、加圧ローラ３０側に突き出た凸形状となっている。これにより、紙は加圧ローラ３０側に導かれ、定着ベルト３８と記録材の剥離性を高めることができる。この凸形状は、定着ニップ部ＳＮよりも下流部にかけて突き出ているため、ニップ部ＳＮの圧力は凸形状でない平板の場合とほぼ同等である。

このように、本実施形態の定着装置１２は、抵抗発熱層５０ａが、前記定着ニップ部ＳＮの記録材搬送方向の中央よりも上流側に形成されているので、トナーへ伝わる熱量を多くでき、ウォームアップ時間の短縮や消費電力量を低減できる。

また、本実施形態の定着装置１２は、熱伝導部材Ａ５０ｄ及び熱伝導部材Ｂ５０ｃが分離・交換可能なので、高価な基板５０ｂ及び抵抗発熱層５０ａと別に交換できる。そのため、ランニングコストを低減できる。

さらに、本実施形態の定着装置１２は、熱伝導部材Ａ５０ｄが定着ニップ部ＳＮの長手方向に亘って一体に延在する金属板であるため、定着ニップ部ＳＮの長手方向に亘って均熱化され、非通紙部分の過昇温を低減できる。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係る定着装置の定着ニップ部を拡大して示す模式図である。図５において、図４と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

本実施形態に係る定着装置１２は、第１の実施形態に係る定着装置１２と比べて加熱部材５０の形状が異なる。すなわち、熱伝導部材Ａ５０ｄが、定着ニップ部ＳＮにおいて記録材搬送方向上流から下流部に向かって加圧ローラ３０側に傾斜又は突出している。これにより定着ニップ部ＳＮに作用する圧力は、ニップ入口部よりも出口部の方が大きくなる。

図６は、定着ニップ部の圧力分布を示すグラフである。グラフの横軸は、定着ニップ部ＳＮの記録材搬送方向位置であり、縦軸は定着ニップ部ＳＮの面圧である。グラフには、２つのデータ（ａ）、（ｂ）をプロットしている。データ（ａ）は、従来の構成（定着ニップ部ＳＮが平面）での圧力分布であり、データ（ｂ）は、本実施形態の構成での圧力分布である。

データ（ａ）の場合、加圧ローラ３０の形状に合わせて、面圧が定着ニップ部ＳＮの中央で大きく、ニップ部入り口及び出口で小さくなっている。一方、データ（ｂ）の場合、ニップ部の入口側よりも出口側の方で面圧が大きい。すなわち、圧力分布は、記録材搬送方向の下流側に偏っている。

図５に戻り、説明を続ける。熱伝導部材Ａ５０ｄは熱伝導率が高い金属板であるが、ウォームアップ時間の短縮や消費電力の低減のためには、低熱容量であることが好ましい。そのため、図５に示すように、熱伝導部材Ａ５０ｄは、厚さがほぼ一定の薄い板状を保ったまま成型されている。

抵抗発熱層５０ａは定着ニップ部ＳＮの上流部を直接加熱するように、熱伝導部材Ａ５０ｄの長手方向に沿って密着又は熱伝導部材Ｂ５０ｃを介してほぼ密着して配置される。抵抗発熱層５０ａからの熱量により定着ニップ部ＳＮは加熱されるが、定着ベルト３８が移動しているため定着ニップ部ＳＮの下流部が高い温度になる。

このように、ニップ入り口部分よりもニップ出口部分での圧力を高くした場合、定着ニップ部ＳＮの中央で加圧する場合よりもトナーがより軟化する温度で高圧力を加えることができるため、定着性が向上する。特に定着ニップ部ＳＮの上流部で加熱する構成では、定着ニップ部ＳＮの中央部で加熱する構成よりも定着ニップ部ＳＮの下流部での温度が高くなるため、その効果が大きい。

図７は、本実施形態の加熱部材の変形例（その１）である。図７に示すように、基板５０ｂを熱伝導部材Ａ５０ｄの形状に沿うように成型し、ほぼすきまのない構成としてもよい。この場合、定着ニップ部ＳＮの下流部分の強度が確保できる。また、熱伝導率の低い基板５０ｂ側へは熱が伝わりにくいため、記録材への伝熱効率が向上する。

図８は、本実施形態の加熱部材の変形例（その２）である。図８に示すように、基板５０ｂを抵抗発熱層５０ａ周辺のみの形状とし、定着ニップ部ＳＮの下流部分には耐熱性の支持部材６０を配置してもよい。この場合、基板５０ｂよりも安価な材料を用いることでコストダウンでき、また基板５０ｂよりも熱伝導率の低い部材を用いることで記録材への伝熱効率を更に向上できる。

図９は、本実施形態の加熱部材の変形例（その３）である。図９に示すように、基板５０ｂを抵抗発熱層５０ａ周辺のみの形状とし、定着ニップ部ＳＮの下流部分には、凸部を有するヒータホルダ５３により熱伝導部材Ａ５０ｄを支持する構成としてもよい。その際、ヒータホルダ５３は、複数の凸部で熱伝導部材Ａ５０ｄを支持することで、空隙部分を形成してもよい。この場合、熱伝導部材Ａ５０ｄの突出部（傾斜部）の強度を確保しつつ、抵抗発熱層５０ａから熱伝導部材Ａ５０ｄへ伝わった熱が再び抵抗発熱層５０ａ側へ流れることを防止できる。そのため、記録材への伝熱効率を更に向上できる。

なお、熱伝導部材Ａ５０ｄの突出部（傾斜部）を支持するヒータホルダ５３の凸部には、低熱伝導部材を配置してもよい。

（第３の実施形態）
図１０は、第３の実施形態に係る定着装置の定着ニップ部を拡大して示す模式図である。図１０において、図４と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

図１０に示すように、本実施形態に係る定着装置は、熱伝導部材Ａ５０ｄの記録材搬送方向の幅が定着ニップ部ＳＮよりも広い。そして、定着ニップ部ＳＮよりも記録材搬送方向の上流部にある熱伝導部材Ａ５０ｄに抵抗発熱層５０ａが配置されている。そのため、定着ニップ部ＳＮの直前から定着ベルト３８を加熱することができ、定着ベルト３８が高速で移動しても定着ニップ部ＳＮ中で記録材に十分な熱量を伝えることができる。したがって、加熱部材５０で定着ニップ部ＳＮを加圧しつつ、記録材への伝熱効率を更に向上させることができ、ウォームアップ時間の短縮や消費電力量を低減できる。

なお、熱伝導部材Ａ５０ｄは、第２の実施形態のように定着ニップ部ＳＮの記録材搬送方向の下流において加圧ローラ３０側に傾斜又は突出してもよい。（図５参照）

（第４の実施形態）
一般に、プリンタ用として流通している用紙はＡ３サイズまでが多いが、Ａ３ノビというＡ３よりもやや大きなサイズの用紙が用いられる場合がある。ここで、定着装置を、常時Ａ３ノビに対応できる加熱構成とすると、Ａ３用紙の加熱時に無駄なエネルギーを消費することになる。本実施形態では、無駄なエネルギーを消費せずに、使用頻度は多くないが要望のある大きなサイズの用紙を加熱できる定着装置について説明する。

図１１は、第４の実施形態に係る定着装置を示す模式図である。図１１において、図２と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

定着装置１２は、図１１に示すように、定着ベルト３８と、加圧ローラ３０と、熱源であるハロゲンヒータ３３と、両端に加熱部材５０が形成されたニップ形成部材５１と、ニップ形成部材５１に配設された熱伝導部材Ａ５０ｄなどを備える。

ハロゲンヒータ３３は、定着ベルト３８をその内周側から加熱する熱源である。ハロゲンヒータ３３は、定着ベルト３８の中央部に対し配光分布が密である第１ハロゲンヒータ３３ａと、定着ベルト３８の端部に対し配光分布が密である第２ハロゲンヒータ３３ｂとから構成されている。

ニップ形成部材５１は、熱伝導部材Ａ５０ｄと端部まで一体であってもよく、その両端は加熱部材５０を形成している。また、ニップ形成部材５１は、一方の面がヒータホルダ５３に保持され、熱伝導部材Ａ５０ｄを介して加圧ローラ３０による圧力を受けている。さらに、ヒータホルダ５３は、加圧ステー２１によって支持されている。ニップ形成部材５１の詳細な説明は後述する。

加圧ステー２１は、加圧されるニップ形成部材５１を支持するために、十分な撓み強度を備える。材質としては、ステンレス又は鉄といった金属材料や、セラミックスなどの金属酸化物が用いられる。また、加圧ステー２１の軸方向両端部は、定着装置１２の側板に固定され、位置決めされている。

加圧ステー２１の内周面には、反射板が設けられている。反射板は金属材料の表面を鏡面状に研磨したものであり、熱源（第１、第２ハロゲンヒータ３３ａ、３３ｂ）から放出されるふく射熱を反射することで加圧ステー２１に流入する熱量を減らし、効率よく定着ベルト３８を加熱できる。なお、反射板を設ける代わりに、加圧ステー２１の内周面に断熱処理又は鏡面処理を施しても同様の効果を得ることができる。

図１２は、本実施形態に係るニップ形成部材と熱伝導部材Ａの詳細を示す模式図である。図１２に示すように、ニップ形成部材５１の両端には、基板５０ｂ、抵抗発熱層５０ａが形成されている。すなわち、定着ニップ部ＳＮの長手方向両端部分に発熱領域（基板５０ｂ及び抵抗発熱層５０ａ）が形成される。

この抵抗発熱層５０ａは、記録材搬送方向の幅が定着ニップ部ＳＮの幅よりも小さく、定着ニップ部ＳＮの中央よりも搬送方向の上流側に配置されている。また、ニップ形成部材５１と熱伝導部材Ａ５０ｄが一体化した場合、熱伝導部材Ａ５０ｄは、ニップ形成部材５１の中央部と端部の基板５０ｂの境界にあるわずかな段差や温度を緩和する役割を持つ。

なお、抵抗発熱層５０ａと熱伝導部材Ａ５０ｄの間には、抵抗発熱層５０ａの伝熱を補助するために熱伝導部材Ｂ５０ｃを設けてもよい。

ニップ形成部材５１の両端に形成された加熱部材５０の寸法について説明する。用紙幅において、Ａ３サイズ（＝Ａ４Ｙ）と、Ａ３ノビ（３２９ｍｍ）及び１３インチ（３３０ｍｍ）の差は３２〜３３ｍｍである。したがって、ニップ形成部材５１の両端に形成された加熱部材５０は、用紙の両縁である１６〜１６．５ｍｍの幅だけ加熱できれば、Ａ３サイズから１３インチへのＡ３ノビ用紙まで対応できる。よって、加熱部材５０は、長さ２０ｍｍ程度の大きさでよい。

図１３は、定着ニップ部を通過する用紙のサイズ（幅）を示す模式図である。図１３に示すように、用紙Ａは、一般に使用されるＡ３サイズまでの用紙を示し、用紙Ｂは、Ａ３ノビなどのＡ３サイズよりもやや大きいサイズの用紙を示す。

図１３を用いて、本実施形態に係る定着装置による用紙の加熱方法を説明する。

まず、Ａ３サイズの用紙Ａを通紙する場合には、第１、第２ハロゲンヒータ３３ａ、３３ｂを用いて加熱する。また、Ａ３サイズよりも幅が小さい用紙を通紙する場合には、定着ベルト３８の中央部に対して配光分布が密である第１ハロゲンヒータ３３ａのみで加熱する。すなわち、定着ベルト３８の中央部分であるＡ３サイズの幅に対応する領域は、第１、第２ハロゲンヒータ３３ａ、３３ｂにより加熱される。

一方、Ａ３ノビや１３インチなどの大サイズの用紙を通紙する場合には、第１、第２ハロゲンヒータ３３ａ、３３ｂに加えて、定着ニップ部ＳＮの長手方向両端部にある抵抗発熱層５０ａに通電し、ハロゲンヒータ３３で加熱できない用紙の端部分を加熱する。すなわち、Ａ３ノビや１３インチといった大サイズの用紙の両端部分は、両端部にある抵抗発熱層５０ａで加熱される。

このように、本実施形態に係る定着装置は、用紙のサイズに応じて第２ハロゲンヒータ３３ｂと、ニップ形成部材５１の両端に形成された抵抗発熱層５０ａとを点灯又は消灯する。そのため、定着ベルト３８の非通紙部の加熱による無駄なエネルギーを消費することなく、使用頻度の低い大サイズの用紙を加熱できる。

以上、実施形態を挙げて本発明について説明したが、これらの実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更、（第１〜４の実施形態を組み合わすなど）して使用してもよい。例えば、第４実施形態において、ハロゲンヒータ３３は２つのハロゲンヒータを有しているが、ヒータ１つだけでもよいし、３つ以上あってもよい。

４ 給紙手段
６ レジストローラ対
８ 感光体
１０ 転写装置
１２ 定着装置
１４ 給紙トレイ
１６ 給紙コロ
１８ 帯電ローラ
２０ ミラー
２２ 現像装置
２２ａ 現像ローラ
２４ クリーニング装置
２４ａ クリーニングブレード
２６ 露光部
３０ 加圧ローラ
３０ａ 芯金
３０ｂ 弾性層
３０ｃ 離型層
３３ ハロゲンヒータ
３３ａ 第１ハロゲンヒータ
３３ｂ 第２ハロゲンヒータ
３４ 温度センサ
３８ 定着ベルト
５０ 加熱部材
５０ａ 抵抗発熱層
５０ｂ 基板
５０ｃ 熱伝導部材Ｂ
５０ｄ 熱伝導部材Ａ
５３ ヒータホルダ
６１ ステー

特開平０６−９５５４０号公報 特許第３３７６１６０号公報

Claims (4)

1. 発熱する加熱部材と、
   前記加熱部材と接触しながら回転する定着部材と、
   前記定着部材を介して前記加熱部材と定着ニップ部を形成する加圧部材とを有し、
   前記定着ニップ部に未定着画像を担持した記録材を通して定着を行う定着装置であって、
   前記加熱部材は、絶縁性の基板と、前記基板上に形成された抵抗発熱層とを具備し、
   前記抵抗発熱層は、前記基板と分離可能な熱伝導部材を介して前記定着部材に接触し、前記熱伝導部材の熱伝導率は、前記基板の熱伝導率よりも高い定着装置において、
   前記熱伝導部材は、前記定着ニップ部の長手方向に亘って一体に延在する金属板であり、前記定着ニップ部において厚さがほぼ一定に形成され、
   前記熱伝導部材の記録材搬送方向の幅は、前記定着ニップ部の記録材搬送方向の幅よりも広く、
   前記熱伝導部材は、前記定着ニップ部よりも記録材搬送方向の上流部において、搬送される前記記録材から離間する方向に傾斜し、
   前記抵抗発熱層は、前記定着ニップ部よりも記録材搬送方向の上流部にある前記熱伝導部材に配置され、前記熱伝導部材の長手方向に沿って前記熱伝導部材と密着、あるいは熱伝導補助部材を介して密着し、
   前記定着部材は、前記定着ニップ部よりも記録材搬送方向の上流部において前記熱伝導部材と接触する一方、搬送される前記記録材から離間していることを特徴とする定着装置。
2. 前記熱伝導部材が、前記定着ニップ部において記録材搬送方向上流から下流部に向かって前記加圧部材側に傾斜又は突出していることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 更に、前記定着部材を加熱する熱源を備え、
   前記加熱部材の発熱領域は、前記定着ニップ部の長手方向両端部分に形成され、
   前記熱源が、前記定着ニップ部の中央部分を加熱し、
   前記加熱部材が、前記定着ニップ部の両端部分を加熱することを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の定着装置を備える画像形成装置。

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