JP6747252B2

JP6747252B2 - 定着装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JP6747252B2
Application number: JP2016217937A
Authority: JP
Inventors: 澤田憲成; 石井賢治; 岸和人; 関貴之; 藤本一平; 吉永洋; 瀬戸隆
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2016-11-08
Publication date: 2020-08-26
Anticipated expiration: 2036-11-08
Also published as: JP2017116921A

Description

本発明は、記録材に画像を定着する定着装置、及び該定着装置を搭載した複写機、プリンタ、ファクシミリ、又はそれらのうちの少なくとも２つの機能を有する複合機等の画像形成装置に関するものである。

画像形成装置に対し、近年、省エネルギー化、高速化についての市場要求が強くなってきている。
画像形成装置では、電子写真記録、静電記録、磁気記録等の画像形成プロセスにより、未定着トナー画像を、画像転写方式若しくは直接方式により記録用紙、印刷紙、感光紙、静電記録紙等の記録材に形成する。未定着トナー画像を定着させるための定着装置としては、熱ローラ方式、フィルム加熱方式、電磁誘導加熱方式等の接触加熱方式の定着装置が広く採用されている。

このような定着装置における近年の課題としては以下のようなものがある。
・電源投入時等に常温状態から印刷可能な所定の温度（リロード温度）に達するまでに要する時間であるウォームアップ時間や、印刷要求を受けた後に印刷準備を経て印字動作を行い排紙が完了するまでの時間であるファーストプリント時間の更なる短縮化（課題１）。
・画像形成装置の高速化に伴い、単位時間当たりの通紙枚数が増え、必要熱量が増大しているため、特に連続印刷の始めに熱量が不足する、所謂温度落ち込みの問題（課題２）。

以上のような課題を解決するために、低熱容量でフィルム状に薄い無端ベルトを、支持体を兼ねる金属熱伝導体を介することなく、直接加熱する構成とし、高生産の画像形成装置に搭載されても、良好な定着性を得ることができる定着装置が提案された（例えば特許文献１）。この定着装置では、無端状の定着ベルトの外周側に配置された加圧ローラと定着ベルトの内部（ループ内）に固定配置されたニップ形成部材とが定着ベルトを介して圧接することによって定着ニップを形成している。

このような低熱容量の無端ベルトを用いた定着構成の場合、通紙時の長手方向の温度分布を均一に保つ困難性を内包している。即ち、小サイズの記録材が通過する領域（通紙領域）では、記録材やこれに載る未定着トナーを加熱するために熱が消費されるが、非通紙領域では記録材等により熱が奪われないため、定着ベルトや加圧ローラに熱が蓄積し、この非通紙領域のニップ部の温度が、所定温度に維持管理される通紙領域のニップ部温度よりも高くなってしまう、所謂端部温度上昇が発生する。端部温度上昇の問題に対して、定着ベルトに圧接するニップ形成部材の定着ニップ側に高熱伝導性材料からなる部材を取り付けて、新たな駆動機構や把持機構を設けることなく、熱移動、吸熱能力を高めて、端部温度上昇の防止を図ることも提案されている（例えば特許文献２）。これは、定着ベルトの幅方向、即ち、ニップ形成部材の長手方向／軸方向における熱移動を高熱伝導性材料によって容易にすることで通紙により奪熱されず加熱されるままの端部領域の熱を長手方向に移動させて温度分布をできるだけ滑らかにするものである。

そのような低熱容量の無端ベルトを用いた構成では、加圧ローラの駆動回転に定着ベルトを追従移動させるようになっており、定着ベルトはループ内に固定されたニップ形成部材の定着ニップ側に取り付けられた高熱伝導性部材と摺擦する。その摺擦抵抗を下げるため、ニップ形成部材／高熱伝導性部材の定着ベルトとの摺擦面には低摩擦シートが配置されているのが一般的である。しかしながら、低摩擦シートは数百μｍの厚みがあり、熱エネルギーを可能な限り定着に用いる要請に照らせば、低摩擦シートを加熱するのに消費される熱エネルギーは無駄になるので、この低摩擦シートは取り除かれるべきである。ただ、低摩擦シートを取り除いて定着ベルトと高熱伝導性部材とが直接接する構成では、機能上、銅やアルミニウム等の熱伝導率の高い金属で形成される部材と定着ベルトとが高荷重下で摺擦するので、高熱伝導性部材の長手方向端部における角部や縁部のベルト内周面との点接触あるいは線接触が、ベルト内周面に高い負荷を与え、ベルトの削れやキンク（ベルトに形成される可塑性の凹み状の潰れ）、破損の原因となり、耐久性を低下させてしまう。

そこで本発明は、低熱容量でフィルム状に薄い無端ベルトに定着ニップで高熱伝導性部材が直接接触する構成の定着装置において、高熱伝導性部材の長手方向端部の角部や縁部がベルト内周面と点若しくは線接触してベルト内周面にかかる負荷を低減したり、なくすことを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、可撓性を有する無端状のベルトと、該ベルトを加熱する定着熱源と、前記ベルトの内部に配設され、ニップ形成部材と前記ベルトの長手方向に熱を移動する熱移動補助部材とを有するニップ形成ユニットと、前記ベルトを挟んで前記ニップ形成ユニットに圧接して定着ニップを形成する加圧部材とを備え、未定着画像を担持する記録材を前記定着ニップに通過させることにより記録材上の未定着画像を定着させる定着装置において、前記ニップ形成ユニットの、前記ベルトの内周面と摺接する前記熱移動補助部材の長手方向端部に、前記ベルトと非接触となる領域が形成され、この非接触領域が、前記ベルトの長手方向端部に向かうにつれて前記ベルトとの距離を大きくする。

本発明によれば、ニップ形成ユニットの、ベルト内周面と摺接する熱移動補助部材の長手方向端部に、ベルトと非接触となる領域を形成し、この非接触領域が、ベルトの長手方向端部に向かうにつれてベルトとの距離を大きくするので、熱移動補助部材のベルト摺接面の長手方向端部がベルト内周面と点接触も線接触もせず、ベルトの削れやキンク、破損を防止できる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の全体構成を示す概略図である。定着装置の一実施形態を示す断面図である。ニップ形成ユニットを構成するニップ形成部材、支持部材、熱移動補助部材、端部ヒータの基本的な位置関係を示す分解斜視図である。熱移動補助部材の基本的な断面構成を示す図である。断面が角ばったＵ形状をした熱移動補助部材の角部をなくした形態の斜視図である。定着ベルトの回転を規制する構成の概略図である。熱移動補助部材とベルト形状の関係図であり、図７ａは端部位置での関係、図７ｂは中央位置での関係を示している。端部逃げ面を追加した場合の熱移動補助部材とベルト形状の関係図である。断面が角ばったＵ形状をした熱移動補助部材の角部をなくした別の形態の斜視図である。逃げ面の長手方向開始位置がニップ入口側とニップ出口側でほぼ同じ位置である、図５に対応する斜視図である。逃げ面の長手方向開始位置がニップ入口側とニップ出口側でほぼ同じ位置である、図９に対応する斜視図である。端部逃げ面をニップ出口側のみに設けた構成である。板厚が厚い直方体形状の長尺体から長手方向両端を切削することによって熱移動補助部材とした例の図であり、図１３ａは斜視図、図１３ｂは側面図、図１３ｃは定着ニップ側の縁部全体を切削した例の斜視図である。板厚が厚い直方体形状の長尺体から長手方向両端を曲面状に切削することによって熱移動補助部材とした例の図であり、図１４ａは斜視図、図１４ｂは側面図である。各形態に係る熱移動補助部材を用いることができる定着装置の別の実施形態を示す断面図である。

以下、添付の図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の一形態に係る画像形成装置の全体構成を示す概略図である。
この画像形成装置１は、カラーレーザープリンタであり、そのプリンタ本体の中央には、中間転写ベルト３０の展張方向に沿って４つの作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋが並置して設けられている。各作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋは、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の異なる色の現像剤を収容する以外は、同じ構成となっている。

具体的に、それぞれ画像ステーションを構成する各作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋは、潜像担持体としてのドラム状の感光体５と、感光体５の表面を帯電させる帯電装置６と、感光体５の表面にトナーを供給する現像装置７と、感光体５の表面をクリーニングするクリーニング装置８等を備えている。なお、図１では、ブラックの作像部４Ｋが備える感光体５、帯電装置６、現像装置７、クリーニング装置８のみに色用符号を付し、その他の作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍにおいては符号を省略している。

作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋの下方には、感光体５の表面を露光する露光装置９が配設されている。露光装置９は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラー等を有し、画像データに基づいて各感光体５の表面へレーザー光を照射するようになっている。

作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋの上方には、転写装置３が配設されている。転写装置３は、転写体としての中間転写ベルト３０と、一次転写手段としての４つの一次転写ローラ３１と、二次転写手段としての二次転写ローラ３６とを備える。更に、転写装置３は二次転写バックアップローラ３２、クリーニングバックアップローラ３３、テンションローラ３４、及びベルトクリーニング装置３５を備えている。

中間転写ベルト３０は、無端状のベルトであり、二次転写バックアップローラ３２、クリーニングバックアップローラ３３及びテンションローラ３４によって張架されている。ここでは、二次転写バックアップローラ３２が回転駆動することによって、中間転写ベルト３０は図の矢印で示す方向に周回走行（回転）するようになっている。

４つの一次転写ローラ３１は、それぞれ、各感光体５との間で中間転写ベルト３０を挟み込んで一次転写ニップを形成している。また、各一次転写ローラ３１には、プリンタ本体の電源が接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が各一次転写ローラ３１に印加されるようになっている。

二次転写ローラ３６は、二次転写バックアップローラ３２との間で中間転写ベルト３０を挟み込んで二次転写ニップを形成している。また、一次転写ローラ３１と同様に、二次転写ローラ３６にもプリンタ本体の電源が接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が二次転写ローラ３６に印加されるようになっている。

ベルトクリーニング装置３５は、中間転写ベルト３０に当接するように配設されたクリーニングブラシとクリーニングブレードを有する。
プリンタ本体の上部には、ボトル収容部２が設けられており、ボトル収容部２には補給用のトナーを収容した４つのトナーボトル２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｋが着脱可能に装着されている。各トナーボトル２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｋと各現像装置７との間には、周知のように補給路が設けられ、この補給路を介して各トナーボトル２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｋから各現像装置７へトナーが補給されるようになっている。

一方、プリンタ本体の下部には、記録材としての用紙Ｐを収容した給紙トレイ１０や、給紙トレイ１０から用紙Ｐを搬出する給紙ローラ１１等が設けられている。ここで、記録材には、普通紙以外に、厚紙、はがき、封筒、薄紙、塗工紙（コート紙やアート紙等）、トレーシングペーパ、ＯＨＰシート等が含まれる。また、周知のように、手差し給紙機構が設けられていてもよい。

プリンタ本体内には、用紙Ｐを給紙トレイ１０から二次転写ニップを通過させて装置外へ排出するための搬送路Ｒが配設されている。搬送路Ｒにおいて、二次転写ローラ３６の位置よりも用紙搬送方向上流側には、二次転写ニップへ用紙Ｐを搬送する搬送手段としての一対のレジストローラ１２が配設されている。

また、二次転写ローラ３６の位置よりも用紙搬送方向下流側には、用紙Ｐに転写された未定着画像を定着するための定着装置２０が配設されている。更に、定着装置２０よりも搬送路Ｒの用紙搬送方向下流側には、用紙を装置外へ排出するための一対の排紙ローラ１３が設けられている。また、プリンタ本体の上面部には、装置外に排出された用紙をストックするための排紙トレイ１４が設けられている。

本実施形態に係るプリンタの基本的動作は次のようである。作像動作が開始されると、各作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋにおける各感光体５が図の時計回りに回転駆動され、各感光体５の表面が帯電装置６によって所定の極性に一様に帯電される。帯電された各感光体５の表面には、露光装置９からレーザー光がそれぞれ照射されて、各感光体５の表面に静電潜像が形成される。このとき、各感光体５に露光する画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、シアン、マゼンタ及びブラックの色情報に分解した単色の画像情報である。このように各感光体５上に形成された静電潜像に、各現像装置７によってトナーが供給されることにより、静電潜像はトナー画像として顕像化（可視像化）される。

また、作像動作が開始されると、二次転写バックアップローラ３２が図の反時計回りに回転駆動し、中間転写ベルト３０を図の矢印で示す方向に周回走行させる。そして、各一次転写ローラ３１に、トナーの帯電極性と逆極性の定電圧又は定電流制御された電圧が印加される。これにより、各一次転写ローラ３１と各感光体５との間の一次転写ニップにおいて転写電界が形成される。

その後、各感光体５の回転に伴い、感光体５上の各色のトナー画像が一次転写ニップに達したときに、一次転写ニップにおいて形成された転写電界によって、各感光体５上のトナー画像が中間転写ベルト３０上に順次重ね合わせて転写される。かくして中間転写ベルト３０の表面にフルカラーのトナー画像が担持される。また、中間転写ベルト３０に転写しきれなかった各感光体５上のトナーは、クリーニング装置８によって除去される。各感光体５の表面は、その後、除電され、表面電位が初期化される。

画像形成装置の下部では、給紙ローラ１１が回転駆動を開始し、給紙トレイ１０から用紙Ｐが搬送路Ｒに送り出される。搬送路Ｒに送り出された用紙Ｐは、レジストローラ１２によってタイミングを計られ、二次転写ローラ３６と二次転写バックアップローラ３２との間の二次転写ニップに送られる。このとき二次転写ローラ３６には、中間転写ベルト３０上のトナー画像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加されており、これにより、二次転写ニップに転写電界が形成されている。

その後、中間転写ベルト３０の周回走行に伴って、中間転写ベルト３０上のトナー画像が二次転写ニップに達したときに、そのニップにおいて形成された転写電界によって、中間転写ベルト３０上のトナー画像が用紙Ｐ上に一括して転写される。また、このとき用紙Ｐに転写しきれなかった中間転写ベルト３０上の残留トナーは、ベルトクリーニング装置３５によって除去され、除去されたトナーはプリンタ本体内に置かれた廃トナー収容器へと搬送され、回収される。

その後、用紙Ｐは定着装置２０へと搬送され、定着装置２０によって用紙Ｐ上のトナー画像が当該用紙Ｐに定着される。そして、用紙Ｐは、排紙ローラ１３によって装置外へ排出され、排紙トレイ１４上にストックされる。

以上の説明は、用紙上にフルカラー画像を形成するときの画像形成動作であるが、４つの作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋのいずれか１つを使用して単色画像を形成したり、２つ又は３つの作像部を使用して、２色又は３色の画像を形成したりすることも可能である。

図２は、定着装置２０の一実施形態を示す概略的な断面構成図である。
定着装置２０は、薄肉で可撓性を有する筒状の定着部材である無端状の定着ベルト２１と、この定着ベルト２１の外周側から当接する加圧部材である加圧ローラ２２とを有している。定着ベルト２１は、その内部（ループ内）に配された複数の熱源としてのヒータ２３Ａ、２３Ｂの輻射熱によって加熱される。熱源としては、ハロゲンヒータが一般的であるが、誘導加熱装置であってもよいし、抵抗発熱体、カーボンヒータ等であってもよい。

更に定着ベルト２１の内部には、定着ベルト２１を介して加圧ローラ２２とで定着ニップＮを形成するニップ形成部材２４と、ニップ形成部材２４を支持するステー２５（支持部材）とが配されている。定着ベルト２１の幅方向に渡って配されたニップ形成部材２４が、ステー２５によって固定支持されることで、加圧ローラ２２からの圧力によってニップ形成部材２４に撓みが生じることを防止し、加圧ローラ２２の軸方向（長手方向）に渡って均一なニップ幅が得られるようになっている。なお、ニップ形成部材２４は、機械的強度が高く耐熱温度２００℃以上の耐熱性部材、特に耐熱性樹脂、例えばポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、それらをガラス繊維で強化したもので構成されている。これにより、トナー定着温度域で、熱によるニップ形成部材２４の変形を防止し、安定した定着ニップの状態を確保し、出力画質の安定化を図っている。また、ステー２５やヒータ２３Ａ、２３Ｂは、その長手方向両端を、定着装置２０の側板あるいは別途設けられたホルダに固定保持されている。ニップ形成部材２４の長手方向両端部には、主たる熱源（定着熱源）とは別の端部熱源としての端部ヒータ２６が一体に取り付けられている。端部熱源としては、一般的に、セラミックセータのような接触伝熱型ヒータである。

定着ベルトの長手方向における熱移動を容易にする均熱部材とも称される熱移動補助部材２７が、ニップ形成部材２４と端部ヒータ２６それぞれの定着ベルト２１の内周面に対向する各面を覆うように配されており、小サイズ紙通紙時や端部ヒータ２６点灯時に定着ベルト２１の端部領域に熱が留まることを防止して、積極的に定着ベルト２１の幅方向、即ち、熱移動補助部材２７の長手方向に熱を移動させて、長手方向の温度不均一を解消させる。そのため、熱移動補助部材２７は短時間で熱移動が可能となる熱伝導率の高い材料で形成されている。図２の描写では、熱移動補助部材２７の定着ベルト２１の内周面に対向する面が定着ベルト２１に直接接触する面であり、ニップ形成面となっており、平坦状に形成されているが、凹形状やその他の形状であってもよい。凹形状のニップ形成面であると、用紙先端の排出方向が加圧ローラ寄りになり、分離性が向上してジャムの発生が抑制される。

周知のように、定着ベルト２１の外周側の適切な位置には、ベルト温度を検知する温度センサ２９が設けられており、定着装置２０の用紙搬送方向下流側には、定着ベルト２１から用紙Ｐを分離する分離部材４０が配されていて、加圧ローラ２２を定着ベルト２１へ加圧する解除可能な加圧手段も設けられている。

低熱容量化を図るため、フィルムのように薄肉で小径化した無端状の定着ベルト２１は、ニッケルやＳＵＳ等の金属材料やポリイミド等の樹脂材料で形成された内周側の基材と、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）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等で形成された外周側の離型層によって構成されている。基材と離型層の間に、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、あるいはフッ素ゴム等のゴム材料で形成された弾性層を介在させてもよい。この弾性層の厚さを１００μｍ程度にすれば、未定着トナーを押し潰して定着させるときに弾性層の弾性変形により、ベルト表面の微小な凹凸を吸収でき、光沢ムラの発生を回避できる。低熱容量化の観点から、定着ベルト２１は、全体として厚さ１ｍｍ以下に、直径２０〜４０ｍｍに設定されている。そして、定着ベルト２１を構成する基材、弾性層、離型層のそれぞれの厚さは、２０〜５０μｍ、１００〜３００μｍ、１０〜５０μｍの範囲に設定されている。更に低熱容量化を図るためには、望ましくは、定着ベルト２１全体の厚さを０．２ｍｍ以下にするのがよく、更に望ましくは、０．１６ｍｍ以下の厚さとするのがよく、直径は３０ｍｍ以下とするのが望ましい。

断面Ｔ字状のステー２５は定着ニップＮ側と反対側が起立した起立部２５ａを有しており、主たる熱源としてのヒータ２３Ａ、２３Ｂが起立部２５ａによって隔てられるように配置されている。ヒータ２３Ａ、２３Ｂは、一方が小サイズ紙に対応した長手方向中央部に発熱領域を有するものであり、他方が大サイズ紙に対応して長手方向両端部に発熱領域を有するものである。ヒータ２３Ａ、２３Ｂは、プリンタ本体に設けられた電源部により出力制御されて発熱するように構成されており、その出力制御は、定着ベルト２１の外周に設けられた温度センサによるベルト表面の温度検知結果に基づいて行われる。このようなヒータ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できるようになっている。

また、ステー２５とヒータ２３Ａ、２３Ｂの間には反射部材２８Ａ、２８Ｂが配され、ヒータ２３Ａ、２３Ｂの定着ベルト２１に対する加熱効率を上げると共に、ヒータ２３Ａ、２３Ｂからの輻射熱によりステー２５が加熱されることによる無駄なエネルギー消費を抑制している。反射部材２８Ａ、２８Ｂを備える代わりに、ステー２５表面に断熱若しくは鏡面処理を行っても同様の効果を得ることが可能となる。

加圧ローラ２２は、芯金と、芯金の表面に設けられた発泡性シリコーンゴムやフッ素ゴム等から成る弾性層と、弾性層の表面に設けられたＰＦＡやＰＴＦＥ等から成る離型層によって構成されている。加圧手段のバネにより加圧ローラ２２が定着ベルト２１に押し付けられ定着ベルト２１と圧接する箇所では、加圧ローラ２２の弾性層が押し潰されることで、所定幅の定着ニップＮが形成されている。加圧ローラ２２は、プリンタ本体に設けられたモータ等の駆動源によって回転駆動するように構成されている。加圧ローラ２２が回転駆動すると、その駆動力が定着ニップＮで定着ベルト２１に伝達され、定着ベルト２１が従動回転するようになっている。定着ベルト２１は定着ニップＮで挟み込まれて回転し、定着ニップＮ以外では両端部に配されたフランジにガイドされ、走行する。

本実施形態では、加圧ローラ２２を中実のローラとしているが、中空のローラであってもよい。その場合、加圧ローラ２２の内部にハロゲンヒータ等の熱源を配設してもよい。弾性層はソリッドゴムでもよいが、加圧ローラの内部に熱源が無い場合は、スポンジゴムを用いてもよい。スポンジゴムの方が、断熱性が高まり定着ベルト２１の熱が奪われにくくなるのでより望ましい。

ニップ形成部材２４、ステー２５、熱移動補助部材２７、端部ヒータ２６によって構成されるニップ形成ユニットでは、その基本構成を示す図３から分かるように、ニップ形成部材２４の、定着ニップＮ側と反対側の面が、ステー２５の定着ニップＮ側の平面と一体化される。この際、それぞれの面にボスとピンのような凹凸形状を形成させて、これらを形状拘束的に嵌め合わせるようにしてもよい。熱移動補助部材２７は略直方体状のニップ形成部材２４の、定着ベルト２１の内周面に対向する面を覆うように嵌め合わされて一体化される。熱移動補助部材２７とニップ形成部材２４の一体構成は爪等を設けて噛み合わせればよいが、接着等を用いてもよい。ニップ形成部材２４の長手方向の両端部には、段差部としての凹部２４ａ、２４ｂが形成され、これらの箇所には端部ヒータ２６ａ、２６ｂが収容され、固定されている。

熱移動補助部材２７の、定着ベルト２１の内周面に対向する面はベルト摺接面２７ａとして構成されるが、機械的強度上、実質的にニップ形成面となるのはニップ形成部材２４の、加圧ローラ２２に対向する面２４ｃである。この熱移動補助部材２７の断面は、図４でも示すように、基本的に角ばったＵ形状をしており、何らの処理もされないと、長手方向両端部のニップ入口側（用紙搬送方向上流側）、出口側（用紙搬送方向下流側）に角部２７ｂ、２７ｃが存在することになる。特に、用紙の分離性を向上させるため、ニップ出口が傾斜し、出口に向かうにつれて定着ベルト側へ凸になっている。そのため、出口側では、長手方向端部の角部２７ｂがベルト内周面に強く接触してベルト内周面に高負荷を与え、ベルト内周面の削れやキンク、破損を発生させてしまう。また入り口側においても、定着ベルト２１が定着ニップＮに引き込まれる過程で入口側の角部２７ｂとベルト内周面が強く接触し、同様にベルト内周面の削れやキンク、破損を発生させてしまう。

そこで本実施形態における熱移動補助部材２７では、図５に示すように、ベルト摺接面側の長手方向両端部のニップ入口側、出口側の角部２７ｂ、２７ｃを取る若しくは潰した形状とし、角部に相当する部分が定着ベルト２１と非接触となる領域となる。この非接触領域の面と定着ベルト２１との距離は、定着ベルト２１の幅方向における外方に向かうにつれて大きくなっている。熱移動補助部材２７の長手方向端部の角を取って形成された三角形状であって平坦な逃げ面２７ｄ、２７ｅにより、熱移動補助部材２７のベルト摺接面２７ａと定着ベルト２１が摺接する際、角部におけるベルト内周面への負荷が大幅に下げられ、ベルト内周面の削れやキンク、破損を防止することができる。接触伝熱型ヒータである端部ヒータ２６ａ、２６ｂの機能性を確保できるように、逃げ面２７ｄ、２７ｅは通紙方向に互いに隔たっている必要がある。即ち、端部ヒータ２６ａ、２６ｂは逃げ面２７ｄと逃げ面２７ｅの間のベルト摺接面２７ａの領域に存在することになる。

ここで、定着ベルト２１は、既述のように、定着ニップＮでは挟み込まれて回転し、定着ニップＮ以外では両端部に配されたフランジにガイドされ、走行するので、軸方向端部でフランジによってベルト回転軌跡を規制され、軸方向中央では、規制がなく定着ニップＮで押圧される構成である。図６に示すように、定着ベルト２１の端部にはベルト保持部材としてのフランジ４１が挿入されており、このフランジ４１によって定着ベルト２１の端部は回転可能に保持されている。詳しくは、フランジ４１は、定着ベルト端部内部に挿入される挿入部４１ａと、挿入部４１ａよりも大きい外径に形成された規制部４１ｂと、定着装置２０の図示しない筐体に固定される固定部４１ｃとを有する。規制部４１ｂは、少なくとも定着ベルト２１の外径よりも大きく形成されており、定着ベルト２１に軸方向の寄りが生じた場合にその寄り移動を規制している。また、ベルト保持部材であるフランジ４１は定着ニップＮの位置で開口した断面Ｃ字形に形成されている。なお、ステー２５の端部は、このベルト保持部材たるフランジ４１に固定され、位置決めされている。

また、定着ベルト２１の端面とそれに対向するフランジ４１の規制部４１ｂとの間には、定着ベルト２１の端部を保護する環状の保護部材としてのスリップリング４２が設けられている。したがって図７ａ、ｂに示すように、回転中のベルト軌跡はその幅方向において異なる。図７ａに示すように、端部ではフランジ４１に規制されることで定着ベルト２１は円に近い形状で回転する一方、中央に向かうに連れてフランジ規制の影響が減り、図７ｂに示すように、中央位置においてはフランジ規制の影響が殆どない自由な状態で存在できる。そのため中央に比べ端部では熱移動補助部材出入口との接触圧力が強く、特に入口側は定着ベルト２１が引き込まれるため更に強く接触してしまう。ゆえに、端部位置での熱移動補助部材の出口側角部２７ｃ、入口角部２７ｂでは、図８に示すように、フランジ規制の影響を受けたベルト形状との接触が生じないように逃げ面２７ｄ、２７ｅの逃げ量を設定し、長手方向の逃げ開始位置も、熱移動補助部材２７の出入口と定着ベルト２１の接触圧力がベルト内周面の削れやキンク、破損を生じないほど弱まる位置まで、フランジ４１から中央側へ遠ざけることが望ましい。言い換えると、定着ベルト２１の、端部でフランジにより規制されている箇所から中央の定着ニップへと架け渡されている形状に沿うように、逃げ面を形成することが望ましい。

ここで、逃げ面２７ｄ、２７ｅの逃げ量、及び長手方向開始位置、即ち、長手方向内側位置はニップ入口側、出口側で同じでなくてもよい。それは、熱移動補助部材２７の角部によるベルト内周面への負荷が低減されることが、発明が奏する効果だからである。

出入口の逃げ面２７ｄ、２７ｅは、ニップ領域２７ｆに逃げ面が踏み込まないように形成されている。ここでニップ領域とは、ベルト摺接面２７ａに加圧ローラ２２が所定の圧力以上で押圧した領域のことである。ニップ領域２７ｆに逃げ面が存在すると、加圧ローラ２２に所定の圧力で押圧される領域が一平面では無くなり、その平面の変局点でベルトに対しひずみを生じさせ、かつ加圧ローラも局所的に変形してしまい、定着ベルトや加圧ローラの破損に繋がることがある。ニップ領域２７ｆに逃げ面が踏み込まないように形成することで、それを防止できる。ここで、熱移動補助部材２７のベルト摺接面入口の長手方向幅２７ｇは、逃げ面２７ｄがニップ領域２７ｆに存在しない限り短くしてよい。つまり、ニップ入口側の逃げ面２７ｄの長手方向開始位置は定着ニップＮの長手方向端部位置より内側であってもよい。

また、ニップ出口側では、用紙の分離性を向上させるためにベルトを屈曲させる必要があり、図４に示すように、ベルト摺接面２７ａのニップ出口に向かうにつれて定着ベルト側へ凸になるよう傾斜している。そのためにベルト摺接面２７ａから定着ベルト２１が離れる時の傾斜角度を大きくすべく、ベルト摺接面２７ａの出口側は、ニップ領域に逃げ面２７ｅが存在しないことに加え、長手方向幅２７ｈは、通紙が想定される最大用紙の長手方向幅より大きくなっている。つまり、ニップ出口側の逃げ面２７ｅの長手方向開始位置は、用紙が通過する長手方向の領域での端部位置より外側である。

上述した入口側、出口側それぞれの条件を満たせば、逃げ面２７ｄ、２７ｅの長手方向開始位置は任意に設定可能である。
図９に、熱移動補助部材の別の構成例を示す。この熱移動補助部材４７では、図５の熱移動補助部材２７の平坦な逃げ面２７ｄ、２７ｅに代えて、湾曲した面である逃げ面４７ｄ、４７ｅを非接触領域の面としたものである。定着ベルト２１の回転中におけるニップ入口、出口の軌跡は曲線形状であるため、ベルト摺接部を曲面形状とすることで、定着ベルトへの負荷が更に軽減できる。

図１０、１１のように、逃げ面の長手方向開始位置が入口側、出口側でほぼ同じ位置にある構成でもよい。また入口側、出口側どちらか片方だけ逃げ面を設けてもよい。図１２は、出口側のみに逃げ面２７ｅを設けた構成である。

熱移動補助部材２７や変形例の熱移動補助部材４７に関わる実施形態では、熱移動補助部材は、ニップ形成部材２４を覆って位置決めされるので、長尺状の薄平板をＵ字形状に形成したものであり、この形状においては、角部を潰すために絞り加工を施すことで熱移動補助部材２７、４７の形状を実現できる。銅やアルミニウム等の熱伝導率の高い金属で形成された熱移動補助部材は、絞り加工等の曲げ加工も容易である。なお、熱移動補助部材は摺接面で摩耗粉が発生し、その摩耗粉が熱移動補助部材自体やベルト内周面を傷つけることも想定されるため、耐摩耗性に優れたステンレスを熱移動補助部材に用いることも望ましい。

図５、１０の熱移動補助部材２７や図９、１１の熱移動補助部材４７は、ニップ形成部材２４の、定着ベルト２１の内周面に対向する面を覆うように嵌め合わされ一体化される断面Ｕ形状の部材であるが、ニップ形成部材２４に接着固定されるものであったり、熱移動補助部材がニップ形成部材を兼ねるのであれば、断面Ｕ形状である必要はない。即ち、板厚が厚い直方体形状の長尺板を用いて、その長手方向両端の角部をとったものを熱移動補助部材として用いることができる。その一例としては、図１３ａ、ｂに示すように、肉厚の長尺板の長手方向両端の角部だけでなく縁部も含めて切削加工等の除去加工により逃げ面５７ｃ、５７ｄを形成して、熱移動補助部材５７とした構成である。

図５、１０の熱移動補助部材２７や図９、１１の熱移動補助部材４７の角部を潰す絞り加工は、金属を曲げて所望の形状を作るので、形状を大幅に変化させる場合には、隣接する他の部材の加工も考慮する必要がある。一方、切削加工は部材を除去することで形状を作り上げるものであり、所定の材料厚が必要であるが、大幅な形状変化が高精度で可能である。そのため、基本的に直方体形状の熱移動補助部材５７では、角部だけでなく端部縁も含めて切削加工することで熱移動補助部材５７の端部逃げ面５７ｃ、５７ｄを形成することができる。これにより、角部頂点の点接触、端部縁の接触によるベルト内周面への負荷を軽減できる。

また切削加工では、より微細な加工も可能であり、図１３ｃに示す熱移動補助部材６７のように、ベルト摺接面の各縁、頂点を円弧形状の曲面６７ｇに仕上げることができる。これにより、ベルト摺接面の角部頂点の点接触や縁の線接触による負荷自体を無くすことができる。

更に、図１４に示すように、肉厚の長尺板の端部逃げ面を湾曲状としてもよい。この熱移動補助部材７７はベルト摺接面７７ａの長手方向両端部を円弧形状の曲面７７ｃ、７７ｄとし、合わせてニップ入口側、出口側の縁も用紙分離性に影響しない範囲で曲面にしたものである。長手方向端部における角部と縁を曲面形状に逃がすこことで、角部頂点の点接触、縁の線接触による負荷を無くすだけでなく、ベルトの過度な屈曲も抑えることができ、ベルトの内周面摩耗を軽減できる。

また、ベルトの内周面摩耗を軽減するためには、熱移動補助部材のベルト摺接面に樹脂コーティングを施し、ベルト摺接面とベルト内周面の間のすべり性を向上させることも望ましい。特に、ＰＴＦＥ樹脂は非粘着性（離型性・撥水性）に優れているため、ベルト内周面とのすべり性が高く、ベルト内周面摩耗を軽減することができる。また、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）樹脂は、すべり性に加え、耐熱性・耐摩耗性も非常に高く、ＰＡＩ樹脂を含んだ樹脂コーティングをすることで、熱移動補助部材、ベルト内周面の双方の摩耗を軽減できる。更に、ベルト内周面と熱移動補助部材の摺接面の間に、潤滑剤を介在させることで、熱移動補助部材、ベルト双方の摩耗を飛躍的に軽減できる。特に、潤滑剤としては粘性の高い（流動性の低い）グリースを用いることで、熱移動補助部材とベルト内周面の間に常にグリースがとどまり、長い間潤滑性を保つことができる。グリースの基油としては耐熱性に優れたフッ素系が望ましい。

また、図４、６に示すように、熱移動補助部材２７の用紙搬送方向出口側には、通紙領域の長手方向にわたって、定着ニップを出てきた用紙の分離性を上げるために、凸形状部２７ｉが設けられている。更に、ニップ形成部材２４では、図６から分かるように、用紙搬送方向入口側、出口側で、熱移動補助部材逃げ面と対向する箇所が逃げ面に沿った形状に加工されている。またニップ形成部材２４は、熱移動補助部材出口側凸形状に対向する箇所については熱移動補助部材出口側凸形状に沿った形状に加工されている。

なお、上記した各形態に係る熱移動補助部材は、ニップ形成部材に端部ヒータを備えた定着装置に適用され得るだけでなく、当然ながら、端部ヒータを備えない公知の定着装置にも適用され得るものである。図１５に、端部ヒータを備えない定着装置８０を概略断面で示す。この定着装置は、図２に示したニップ形成部材２４に端部ヒータ２６を備えた定着装置２０と基本的に端部ヒータの有無、主たる熱源の数が異なるだけであるので、各部材に参照符号をふすことで、その説明は省略する。ニップ形成部材２４について図６を用いて説明すると、端部接触ヒータ２６ａがニップ形成部材２４に設けられた凹部２４ａに収容されている。端部ヒータを用いない定着装置の場合は、凹部２４ａを設けず、加圧ローラ２２に対向する平坦な面２４ｃが長手方向に一様に形成されることとなる。

２０定着装置
２１定着ベルト
２２加圧ローラ
２３ヒータ
２４ニップ形成部材
２５ステー
２６端部ヒータ
２７、４７、５７、６７、７７熱移動補助部材

特開２０１０−３２６３１号公報特開２０１５−６４５６１号公報

Claims

可撓性を有する無端状のベルトと、該ベルトを加熱する熱源と、前記ベルトの内部に配設され、ニップ形成部材と前記ベルトの長手方向に熱を移動する熱移動補助部材とを有するニップ形成ユニットと、前記ベルトを挟んで前記ニップ形成ユニットに圧接して定着ニップを形成する加圧部材とを備え、未定着画像を担持する記録材を前記定着ニップに通過させることにより記録材上の未定着画像を定着させる定着装置において、
前記ニップ形成ユニットの、前記ベルトの内周面と摺接する前記熱移動補助部材の長手方向端部に、前記ベルトと非接触となる領域が形成され、この非接触領域は、前記ベルトの長手方向端部に向かうにつれて前記ベルトとの距離を大きくすることを特徴とする定着装置。
前記非接触領域の長手方向内側位置は、前記定着ニップの記録材搬送方向上流側において、前記定着ニップの長手方向端部位置より外側であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記非接触領域の長手方向内側位置は、前記定着ニップの記録材搬送方向下流側において、通紙が想定される最大記録材の長手方向の領域での端部位置より外側であることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
前記非接触領域が平坦であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着装置。
前記非接触領域が湾曲していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着装置。
前記熱移動補助部材の定着ニップ側に、ベルト内周面摩耗を軽減するコーティングが施されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の定着装置。
前記熱移動補助部材の定着ニップ側とベルト内周面の間に潤滑剤が介在することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の定着装置。
前記ニップ形成部材の長手方向端部に接触伝熱型の端部熱源が配されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の定着装置。
請求項１〜８のいずれか一項に記載の定着装置を有する画像形成装置。