JP6753274B2 - 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、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などの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。

特許文献１には、定着温度への立ち上がりが早い薄肉で可撓性を有する無端状のベルト部材の内部にニップ形成ユニットを設け、ベルト部材と加圧ローラとの間に、ニップ形成ユニットと加圧ローラとの当接圧によってニップを形成する定着装置が開示されている。ベルト部材の内部には、ベルト部材の長手方向（用紙幅方向）で配光分布が異なる複数のハロゲンヒータが設けられている。

ベルト部材の長手方向の両端部には、ベルト部材の回転方向におけるニップの上流側の位置に大サイズの用紙に対応可能な端部ヒータが、ベルト部材の内面または外面に接触するように部分的に設けられている。端部ヒータを部分的に設ける構成とすることにより、大サイズ専用のハロゲンヒータを追加することなく簡単な構成で大サイズの用紙にも対応可能となる。

しかし、特許文献１に記載された構成では端部ヒータとベルトの接触状態によって、端部ヒータの熱の伝わり方にムラが生じ、端部ヒータの加熱効果が悪い。

そこで、本発明は、ベルトの長手方向両端部を加熱する接触伝熱型熱源の加熱効率の良い定着装置の提供をその主な目的とする。

前記課題は、可撓性を有する無端状のベルトと、前記ベルトの外側に設けられ、前記ベルトに対向する加圧部材と、前記ベルトの内部に設けられ、長手方向に異なる配光分布を有する複数の輻射型熱源と、前記ベルトの内側に設けられ、前記ベルトと前記加圧部材との間に定着ニップを形成するニップ形成部材と、前記ニップ形成部材のそれぞれの端部に設けられ、前記ベルトの長手方向端部をそれぞれ加熱する複数の接触伝熱型熱源と、前記ニップ形成部材及び前記複数の接触伝熱型熱源の、前記ベルトに対向するそれぞれ面を覆い、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定着装置において、前記熱移動補助部材の前記複数の接触伝熱型熱源と向かい合う側は、少なくとも前記複数の接触伝熱型熱源の発熱部を覆うことを特徴とする定着装置によって解決される。

本発明の定着装置は、複数の接触伝熱型熱源の発熱部が熱移動補助部材に覆われているので、発熱部の熱が熱移動補助部材に伝わりやすく、加熱効率を向上できる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置を示す模式図である。 定着装置の一実施形態を示す概略的な断面構成図である。 ニップ形成ユニットの基本構成を示す斜視図である。 ニップ形成ユニット及びハロゲンヒータの構成を示す斜視図である。 ハロゲンヒータ及び端部ヒータの発熱部の配置を示す模式図である。 ハロゲンヒータ及び端部ヒータの各発熱部の位置関係を示す模式図である。 第２ハロゲンヒータの加熱出力を示すグラフ（第１パターン）である。 中央寄りに発熱部を有するハロゲンヒータと端部寄りに発熱部を有するハロゲンヒータの各加熱出力の状態を示すグラフである。 第１、第２ハロゲンヒータの加熱出力を示すグラフ（第２パターン）である。 第１、第２ハロゲンヒータの加熱出力の別例を示すグラフ（第３パターン）である。 端部ヒータのために設けられる温度検知部の位置を説明する図である。 端部ヒータの構成と、端部ヒータと熱移動補助部材の配置（第１の形態）を示す図である。 端部ヒータの構成と、端部ヒータと熱移動補助部材の配置（第１の形態）の変形例を示す図である。 端部ヒータの構成と、端部ヒータと熱移動補助部材の配置（第２の形態）を示す図である。 端部ヒータの構成と、端部ヒータと熱移動補助部材の配置（第３の形態）を示す図である。 抵抗発熱体の発熱パターンの変形例を示す模式図である。

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、本発明の一実施形態に係る画像形成装置を示す模式図である。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、同じ構成である。

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などを備えている。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、反射ミラーなどを有し、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などが設けられている。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など）、トレーシングペーパ、ＯＨＰシートなどが含まれる。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）に配された複数の定着熱源としてのハロゲンヒータ２３Ａ、２３Ｂ（以下、第１ハロゲンヒータ２３Ａ、第２ハロゲンヒータ２３Ｂともいう）の輻射熱によって加熱される。なお、ハロゲンヒータは、主たる熱源である定着熱源としての、輻射型熱源を代表するものである。

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を支持するステー部材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、ステー部材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、ステー部材２５やハロゲンヒータ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２６ａ、２６ｂが一体に取り付けられている。端部ヒータとしては、一般的に、セラミックセータのような抵抗発熱体である接触伝熱型熱源が用いられる。

定着ベルトの長手方向における温度勾配を緩く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、例えば銅やアルミニウムなどで形成されている。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、例えば定着ニップのベルト回転方向上流側には、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４１が配されている。さらに、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などの金属材料やポリイミドなど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）など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など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字状のステー部材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ハロゲンヒータ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。ハロゲンヒータ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部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部を有するものである。ハロゲンヒータ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２９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、ステー部材２５とハロゲンヒータ２３Ａ、２３Ｂの間には反射部材２８Ａ、２８Ｂが配されている。これにより、ハロゲンヒータ２３Ａ、２３Ｂの定着ベルト２１に対する加熱効率を上げると共に、ハロゲンヒータ２３Ａ、２３Ｂからの輻射熱によりステー部材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できる。反射部材２８Ａ、２８Ｂを備える代わりに、ステー部材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できる。

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などから成る弾性層と、弾性層の表面に設けられたＰＦＡやＰＴＦＥなどから成る離型層によって構成されている。バネなどの加圧手段により加圧ローラ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が形成される。加圧ローラ２２は、プリンタ本体に設けられたモータなどの駆動源によって回転駆動する。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。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側板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など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。

図３は、ニップ形成ユニットの基本構成を示す斜視図である。図３に示すように、ニップ形成ユニットは、ニップ形成部材２４、ステー部材２５、熱移動補助部材２７、端部ヒータ２６ａ、２６ｂによって構成される。ニップ形成ユニットでは、ニップ形成部材２４の、定着ニップＮ側と反対側の面が、ステー部材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の一体構成は爪などを設けて噛み合わせればよいが、接着などを用いてもよい。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。これら端部ヒータ２６ａ、２６ｂとハロゲンヒータ２３Ａ、２３Ｂの位置関係については、後述する。

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。

ところで、特許文献１に記載された構成では、ニップ部よりもベルト走行方向上流側の位置においてベルト部材の端部を端部ヒータで加熱しており、ベルト部材は走行時にその端部がばたついて端部ヒータとの接触が不確実であることから、ベルト端部と端部ヒータとを所定の圧接力で圧接させている。このため、ニップ部の他の箇所でもベルト部材に対して圧力が作用するので、ベルト部材の走行不良が生じる虞があった。

また、定着ニップで記録材に定着されなかった定着ベルト上の残留トナーが、端部ヒータの位置で再溶融され、これが固着トナーとして残るといった品質低下の問題もあった。

それらに対し、本実施形態では、端部ヒータ２６ａ、２６ｂを、定着ニップを形成するために必要なニップ形成部材２４に一体に設ける構成としている。また、端部ヒータ２６ａ、２６ｂの定着ベルト２１の内面に対向する面と、ニップ形成部材２４の定着ベルト２１に対向する面とは同一高さ（同一平面上）に位置する。したがって、加圧ローラによる十分な加圧力が熱移動補助部材２７を介して与えられる。

これにより、定着ベルト２１は、端部ヒータ２６ａ、２６ｂと間接的に密着した状態であるので、安定したベルト走行ができる。また、定着ベルト２１と端部ヒータ２６ａ、２６ｂは、十分な接触圧で接しており、良好な加熱が維持される。これらの構成より、定着装置２０の信頼性が向上する。

さらに、端部ヒータ２６ａ、２６ｂによる定着ベルト２１の加熱部位は、ニップ領域内ある。そのため、特許文献１のように定着ニップＮとは異なる部位で加熱することによる未定着残留トナーの再溶融の問題（品質低下）を生じない。

図４は、ニップ形成ユニット及びハロゲンヒータの構成を示す斜視図である。図４に示すように、ステー部材２５は、断面が略Ｌ型の、第１部材２５Ａと第２部材２５Ｂとからなり、断面が略Ｔ型に構成されている。そのため、剛性が高く、ニップ形成部材２４が加圧ローラ２２からの応力によって撓むことを防止できる。また、ステー部材２５（第１部材２５Ａ及び第２部材２５Ｂ）は、ニップ形成部材２４の長手方向に直線的に延在し、ニップ形成部材２４に固定されている。したがって、定着ニップＮの長手方向全域に亘り、良好なニップ形成面を保つことができる。

起立部２５ａの短手方向両側には、それぞれ第１ハロゲンヒータ２３Ａ、第２ハロゲンヒータ２３Ｂが配置されている。すなわち、第１、第２ハロゲンヒータ２３Ａ、２３Ｂは、起立部２５ａにより相互に遮られている。そのため、ヒータ点灯時に互いのガラス管を加熱しないので、加熱効率が下がらない。また、第１、第２ハロゲンヒータ２３Ａ、２３Ｂは、ステー部材２５に囲まれていない（各ハロゲンヒータ２３の中心はステー部材２５が囲む空間の外側にある）ため、照射角α、β（図２参照）が鈍角となり、加熱効率を向上できる。

なお、ステー部材２５の断面形状は、略Ｔ型に限定されない。第１、第２ハロゲンヒータ２３Ａ、２３Ｂを、起立部２５ａを挟み相互に仕切るような配置であればよく、第１部材２５Ａ及び第２部材２５Ｂをハロゲンヒータの長手方向に曲線的に延在してもよい。また、第１部材２５Ａ及び第２部材２５Ｂをニップ形成部材２４のニップ形成面に対し、斜め方向に起立させてもよい。

続いて、Ａ３ノビなどの特殊サイズの記録材に対応できる熱源の配置構成について説明する。図５は、ハロゲンヒータ及び端部ヒータの発熱部の配置を示す模式図である。図５に示すように、長手方向における中央部の配光分布が密である第１ハロゲンヒータ２３Ａと、長手方向における両端部の配光分布が密である第２ハロゲンヒータ２３Ｂが、配置されている。すなわち、第１ハロゲンヒータ２３Ａは、定着ベルト２１の中央範囲を加熱し、第２ハロゲンヒータ２３Ｂは、定着ベルト２１の側部範囲を加熱する。

第１ハロゲンヒータ２３Ａの発熱部４０Ａは、例えばＡ４タテサイズなどの小サイズの記録材に対応し、第２ハロゲンヒータ２３Ｂの発熱部４０Ｂは、第１ハロゲンヒータ２３ＡでカバーできないＡ３タテサイズなどの使用可能な最大定形サイズの記録材の側部範囲をカバーする。すなわち、両ハロゲンヒータの発熱部４０Ａ、４０Ｂからなる発熱部４０は、最大定形サイズの紙幅に対応し、最大定形サイズより大きいノビサイズの紙幅をカバーしていない。

一方、端部ヒータ２６ａ、２６ｂは、第２ハロゲンヒータ２３Ｂの長手方向両端部に対応する位置にあり、最大定形サイズより大きいノビサイズ紙幅の両端部を加熱する発熱部４２ａ、４２ｂを有する。また、端部ヒータ２６ａ、２６ｂの発熱部４２ａ、４２ｂの一部は、ハロゲンヒータ２３Ｂの発熱部４０Ｂと重なる。これにより、定着装置２０は、最大定形サイズより大きいノビサイズ紙幅の両端にも対応できる。

ここで、ハロゲンヒータ及び端部ヒータの実際に出力する熱量（加熱出力）について説明する。図６は、第２ハロゲンヒータ２３Ｂ及び端部ヒータ２６ｂの各発熱部の位置関係と各ヒータの加熱出力の様子を示す模式図である。図６の上部は、第２ハロゲンヒータ２３Ｂの発熱部の右側端部の状態を、図６の下部は、端部ヒータ２６ｂの発熱部の左側の状態を示している。

一般に、ハロゲンヒータは、発熱部（フィラメントを螺旋状に巻いた部分）の長手方向端部において加熱出力が低下する。これは、フィラメントの巻き密度によっても変わり、巻く密度が疎であるとより低下しやすい。図６の上部に示すように、第２ハロゲンヒータ２３Ｂの発熱部４０Ｂは、所定の加熱出力を１００（％）出力する部分から、熱量のダレが生じて加熱出力が５０％になる部分までと例えば定義できる。

また、端部ヒータ２６ｂも、図６の下部に示すように、発熱部４２ｂ（後述する抵抗発熱体のパターン（発熱パターン３７）が形成された領域）の長手方向端部において加熱出力が低下する。すわなち、端部において所定の加熱出力に対して１００％の出力がされず、加熱出力のダレが生じる。

このため、第２ハロゲンヒータ２３Ｂ及び端部ヒータ２６ｂの端部で加熱出力の落ち込み（ダレ）が生じると、特に最大定形サイズよりも大きいノビサイズの記録材の端部で、良好な定着が行われないおそれがある。

そこで本実施形態では、図６に示すように、第２ハロゲンヒータ２３Ｂの発熱部４０Ｂにおける加熱出力が低減し始める境界Ｂｈと、端部ヒータ２６ｂの発熱部４２ｂにおける加熱出力が低減し始める境界Ｂｃとを合致する。実際の装置では、第２ハロゲンヒータ２３Ｂと端部ヒータ２６ｂは、空間上離れて配置されているので、投影する状態で、長手方向において互いの境界Ｂｈ、Ｂｃが合致することである。なお、もう一方の端部ヒータ２６ａも同様である。

これにより、ハロゲンヒータ２３Ｂと両端部ヒータ２６ａ、２６ｂの重なる領域において、加熱出力が低下せず、所定の加熱出力の１００％を維持できる。したがって、特に最大定形サイズよりも大きいノビサイズの記録材の両端部においても、良好な定着が保証できる。

このように本実施形態では、第２ハロゲンヒータ２３Ｂの境界Ｂｈと、端部ヒータ２６ｂの境界Ｂｃが合致することとしている。しかし、上述したように、ニップ形成ユニットは熱伝導率のよい熱移動補助部材２７を有するので、ある程度の加熱出力の落ち込みを均すことができる。そのため、両端部ヒータ２６ａ、２６ｂの加熱出力が低減し始める境界の配置に所定の許容範囲を設けてもよい。

次に、端部ヒータの中央寄り発熱部端部（加熱出力が低減し始める境界Ｂｃ）をどのように設定するかについて、加熱出力のグラフを用いて、３つのパターンで説明する。境界Ｂｃを設定する位置は所定の許容範囲を有している。

（第１パターン）
図７は、第２ハロゲンヒータの加熱出力を示すグラフである。グラフの描写は、説明の都合上、一方の端における出力を示している。図７において、縦軸は所定の加熱出力に対する出力割合（％）であり、横軸は第２ハロゲンヒータ２３Ｂの長手方向の位置である。加熱出力のグラフは長手方向に凸状のピークを有する曲線を描いている。

図７に示す加熱出力の場合、端部ヒータ２６の境界Ｂｃ（発熱部４２ｂにおける長手方向中央寄りの加熱出力が低減し始める境界）は、第２ハロゲンヒータにおいて加熱出力が長手方向端部寄りに位置する、ピークの加熱出力の４０％になる箇所から、長手方向中央寄りに位置する、ピークの加熱出力の８０％になる箇所までの範囲（図中Ａで示す範囲）に設定される。端部ヒータ２６の境界Ｂｃをこのような範囲に設定すれば、端部ヒータ２６と第２ハロゲンヒータ２３Ｂの端部における加熱出力を許容範囲内にできる。

（第２パターン）
図８は、中央範囲に発熱部を有するハロゲンヒータと、側部範囲に発熱部を有するハロゲンヒータのそれぞれの加熱出力の状態を示すグラフである。第１ハロゲンヒータ２３Ａに該当する中央範囲に発熱部を有するハロゲンヒータの加熱出力を破線のグラフで示し、第２ハロゲンヒータ２３Ｂに該当する側部範囲に発熱部を有するハロゲンヒータの加熱出力を実線で示す。長手方向に異なる配光分布を有し、したがってそれぞれ異なる加熱出力パターンを有する複数のハロゲンヒータによって、トータル的な加熱出力のパターンも異なる状態となり得る。

図９は、第１、第２ハロゲンヒータの合算状態の加熱出力を示すグラフである。図９に示すように、加熱出力のグラフは、両端部近傍において出力割合が１００％まで立ち上がり、長手方向中央領域においてもほぼ１００％でなだらかとなっている。

ここで、加熱出力がほぼ１００％の範囲を長さ（Ｂ）とし、出力割合がほぼ１００％から４０％になる範囲を長さ（Ｃ）とする。このとき、端部ヒータ２６の境界Ｂｃは、出力割合が加熱出力の４０％になる箇所から、長手方向中央に向けて（Ｃ＋Ｂ×１／１０）を満たす長さＤまでの範囲に配置される。端部ヒータ２６の境界Ｂｃをこのような範囲に配置すれば、端部ヒータ２６と第２ハロゲンヒータ２３Ｂの端部における加熱出力を許容範囲内にできる。

（第３パターン）
図１０は、第１、第２ハロゲンヒータの加熱出力の別例を示すグラフである。図１０に示すように、グラフの中央領域はなだらかであるが、その両端部では、中央領域と比較して高くなっている。第２ハロゲンヒータ２３Ｂの発熱部のフィラメントが、第１ハロゲンヒータ２３Ａの発熱部のフィラメントよりも密に巻かれていると、このような形となる。

ここで、加熱出力がほぼ１００％である両端で挟まれる範囲を長さ（Ｂ’）とし、出力割合がほぼ１００％から４０％になる範囲を長さ（Ｃ）とする。このとき、端部ヒータ２６の境界Ｂｃは、出力割合が加熱出力の４０％になる箇所から、長手方向中央に向けて（Ｃ＋Ｂ’×１／１０）を満たす長さＤ’までの範囲内に配置される。端部ヒータ２６の境界Ｂｃをこのような範囲に配置すれば、端部ヒータ２６と第２ハロゲンヒータ２３Ｂの端部における加熱出力を許容範囲内にできる。

続いて、本発明の定着装置において、有利な構成について説明する。
熱移動補助部材２７は定着ベルト２１の内面と摺接しているため、銅やアルミニウムなどの金属材料をそのまま用いると摩擦係数が大きくなる。摩擦係数が大きいと、ユニットトルクが大きくなり、装置の寿命が短くなるなどの問題を生じる。

そのため、熱移動補助部材２７の定着ベルト２１との対向する（接する）ベルト摺接面２７ａ（図３参照）は平滑であり、更に低摩擦処理が施されていることが望ましい。具体的には、ＰＦＡやＰＴＦＥのようなフッ素系の塗装やコーティングを施すことにより、熱移動補助部材２７と定着ベルト２１内面の間の摩擦を低減する。また、熱移動補助部材２７と定着ベルト２１内面の間にフッ素グリースやシリコーンオイルなどの潤滑剤を塗布することも望ましく、摩擦を更に低減できる。

次に端部ヒータ２６によって加熱された定着ベルト２１の温度を検知する、図２で示した温度センサ２９とは別の温度検知部について説明する。定着ベルト２１の温度検知に接触方式のセンサ（例えば、サーミスタなど）を用いることは、安価で高精度という利点がある。しかし、接触位置に微細な摺接跡が発生したり、対応する位置の画像に微小な光沢ムラなどが発生したりするおそれがある。そのため、特にカラー画像出力機においては、定型サイズの紙幅内には接触式センサを用いないことが主流になっている。

ところで、ノビサイズの記録材において、ノビ部は、最大定形サイズの紙端部直前まで作像する場合の耳部や、印刷位置合わせに使われるトンボと呼ばれる線画像、又は色確認のための小面積のベタパッチが作像される部分として使われる。そして、最終的には切断されることが多い。したがって、接触式の温度検知部によって接触跡が発生したとしても、微小な光沢ムラなどは異常画像として顕在化しないといえる。

そこで、本実施形態では、図１１に示すように、定着ベルト２１の端部ヒータ２６ａ、２６ｂにより加熱された箇所の温度を検知する温度検知部４５ａ、４５ｂ（４５ａは反対側端部に設けられるので、描写を省略する）を、定着ベルト２１の外側であって、かつ、定着ベルト２１の長手方向において、最大定形サイズの紙幅より外側で、最大定形サイズよりも大きいノビサイズの紙幅より内側に設ける。これにより、微小な光沢ムラなどの異常画像を顕在化することなく、安価で精度良く温度検知できる。

定着ベルト２１の端部ヒータ２６ａ、２６ｂにより加熱された箇所の温度を検知する構成について説明したが、端部ヒータ自体の一部の温度を検知するセンサを設け、その検知結果に基づき端部ヒータを制御する方法も適用可能である。

続いて、端部ヒータの構成と、端部ヒータと熱移動補助部材の配置について、３つの形態を説明する。

（第１の形態）
図１２は、端部ヒータの構成と、端部ヒータと熱移動補助部材の配置（第１の形態）を示す図であり、（ａ）は同断面図、（ｂ）は同正面図、（ｃ）は同側面図である。ここで、（ａ）は、（ｂ）のＡ−Ａ線上で切断した断面を用紙搬送方向から見た図である。なお、説明の都合上、図１２では一方の端（端部ヒータ２６ｂ）のみを示すが、端部ヒータ２６ａも同じ構成である。

図１２（ａ）に示すように、端部ヒータ２６ｂは、セラミックなどで形成された基材５０と、基材５０の上に、例えば略Ｕ字状に形成された抵抗発熱体５１と、抵抗発熱体５１に電力を供給する複数の電極５２とを有する。抵抗発熱体５１へ給電するための電極５２の結合方法は、ろう付け、はんだ付けが一般的である。これらの結合方法の耐熱性自体が低いため、電極の耐熱性も低い。耐熱性向上を狙って、高温はんだや銀が用いられてもよい。

図１２（ｂ）に示すように、電極５２は端部ヒータ２６ｂの発熱部４２ｂの外側に配置され、抵抗発熱体５１の両端部に接続されている。よって、電極５２に電力が供給されると抵抗発熱体５１が発熱し、抵抗発熱体５１が配置された発熱部４２ｂが高温となる。発熱部４２ｂは熱移動補助部材２７の長手方向に広がる領域であり、熱移動補助部材２７の幅方向には抵抗発熱体５１が配置されている幅４３を有する。発熱部４２ｂの幅４３は熱移動補助部材２７の幅よりも小さい。

熱移動補助部材２７は、端部ヒータ２６ｂの基材５０と向かい合い、端部ヒータ２６ｂの発熱部４２ｂを覆うように設けられている。また、図１２（ｃ）において熱移動補助部材２７は概念的に描かれており、熱移動補助部材２７は、ニップ出口部近傍のベルト回転方向上流側で加圧ローラ２２の方向に突出した形状としてもよい。これによりニップ出口部での用紙Ｐの離型性が改善される。これらの特徴は、端部ヒータ２６ａにおいても同様であり、熱移動補助部材２７は、端部ヒータ２６ａ、２６ｂの基材５０と向かい合い、端部ヒータ２６ａ、２６ｂの発熱部４２ｂを覆うように設けられている。

端部ヒータ２６ａ、２６ｂの熱は熱移動補助部材２７を介して定着ベルト２１に伝えられる。端部ヒータ２６ａ、２６ｂの発熱部４２ｂの一部が熱移動補助部材２７で覆われない場合、その部分の熱は定着ベルト２１に伝わりにくく、加熱効率が悪化する。少なくとも端部ヒータ２６ａ、２６ｂのそれぞれの発熱部全体を熱移動補助部材２７で覆うことで、加熱効率を向上できる。

また、端部ヒータ２６ｂを使用しないサイズの通紙を行う場合、端部ヒータの発熱部４２ｂと通紙される用紙Ｐとの関係で（ヒータの発熱部より狭いサイズを通紙する場合）、定着ベルト２１の端部が非通紙部となって温度上昇する場合がある。端部ヒータの電極５２の耐熱性は低いので、電極５２をヒータ発熱部の外側に配置することで、電極の過昇温を防止できる。

図１３は、端部ヒータの構成と、端部ヒータと熱移動補助部材の配置（第１の形態）の変形例を示す図であり、（ａ）は同平面図、（ｂ）は同正面図、（ｃ）は同側面図である。第１の形態と異なるのは熱移動補助部材２７の構成である。すなわち、図１３に示すように、熱移動補助部材２７の厚さ（定着ベルト２１の内周面に対向する面と端部ヒータ２６に向かう面の間の長さ）を大きくし、熱移動補助部材２７の剛性を高めてもよい。定着ニップに作用する圧力を大きくできるので、画像の定着性を向上できる。

（第２の形態）
図１４は、端部ヒータの構成と、端部ヒータと熱移動補助部材の配置（第２の形態）を示す図であり、（ａ）は同断面図、（ｂ）は同正面図、（ｃ）は同側面図である。ここで、（ａ）は、（ｂ）のＡ−Ａ線上で切断した断面を用紙搬送方向から見た図である。図１４において、図１２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１４（ａ）、（ｃ）に示すように、熱移動補助部材２７の端部ヒータ２６ｂと向かい合う側は、端部ヒータ２６ｂの発熱部４２ｂと接触して設けられている。すなわち、接触範囲５５は端部ヒータ２６ｂの発熱部４２ｂと同じかそれよりも大きい。これは、端部ヒータ２６ａも同様である。熱移動補助部材２７が発熱部４２ｂと接触しない部分は、熱伝達が悪くなる。熱移動補助部材２７が、少なくとも端部ヒータ２６ａ、２６ｂのそれぞれの発熱部全体と接触することで、加熱効率を向上できる。

（第３の形態）
図１５は、端部ヒータの構成と、端部ヒータと熱移動補助部材の配置（第３の形態）を示す図であり、（ａ）は同断面図、（ｂ）は同正面図、（ｃ）は同側面図である。ここで、（ａ）は、（ｂ）のＡ−Ａ線上で切断した断面を用紙搬送方向から見た図である。図１５において、図１２、図１４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１５（ａ）、図１５（ｂ）に示すように、端部ヒータ２６ｂは一般にフラットな板状部材であるが、図１５（ｃ）に示すように、ニップ出口部での用紙Ｐの離型性改善などのために、基材５０に向かい合う熱移動補助部材２７の面はフラット面だけでなく屈曲部も有する。熱移動補助部材２７の端部ヒータ２６ｂと向かい合う側において、フラット面が狭い場合、端部ヒータ２６ｂの発熱部４２ｂと熱移動補助部材２７が重複する部分が減少してしまう。そこで、本形態では、図１５（ｃ）に示すように、熱移動補助部材２７と端部ヒータ２６ｂの間に中間部材５３を設けている。

熱移動補助部材２７と向かい合う中間部材５３の側は、熱移動補助部材２７と対応する（組み合う）形状であり、端部ヒータ２６ｂと向かい合う中間部材５３の側は、端部ヒータ２６ｂと対応する（組み合う）形状である。これは、端部ヒータ２６ａも同様である。熱移動補助部材２７と端部ヒータ２６ｂの間に、それぞれが接触する中間部材５３を配置することで、端部ヒータ２６ｂの発熱部４２ｂと熱移動補助部材２７が重複する部分を増加できるので、加熱効率を向上できる。

また、中間部材５３は、例えば銅系やアルミニウム系などで形成され、熱伝導率が熱移動補助部材２７と同じか、それよりも大きい材質であることが望ましい。中間部材５３の熱伝導率が低いと、端部ヒータ２６ｂから熱移動補助部材２７への熱移動が悪くなる（熱損失が増える）ところ、中間部材５３の熱伝導率を高めることで、熱効率低下を防止できる。

ところで、上記第１〜３の形態（図１２〜１５）では、正面から見てＵ字型に形成された抵抗発熱体（発熱パターン）を例示したが、これに限定されない。所望の加熱出力や温度分布を得るために、発熱パターンを調整可能である。例えば、図１６に示すように、抵抗発熱体５１を基材５０の面上を複数回にわたり往復して形成し、抵抗発熱体５１の形成される長さをより長くしてもよい。この発熱パターンの場合、端部ヒータ２６の熱出力を上げることができる。

また、熱移動補助部材と接触伝熱型熱源の配置関係において、少なくとも接触伝熱型熱源の発熱部が熱移動補助部材に覆われていればよい。図１２〜１５では、熱移動補助部材２７が電極５２を半分以上覆っていることが示されているが、これに限定されない。少なくとも抵抗発熱体５１が設けられている発熱パターン３７部分が覆われていればよい。

以上、本発明を実施形態に基づいて説明した。本発明は実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で適宜変更可能である。また、本発明の定着装置を備える画像形成装置としては複写機あるいはプリンタに限らず、ファクシミリや複数の機能を備える複合機であってもよい。

１ 画像形成装置
２ ボトル収容部
２Ｃ、２Ｋ、２Ｍ、２Ｙ トナーボトル
３ 転写装置
４Ｃ、４Ｋ、４Ｍ、４Ｙ 作像部
５ 感光体
６ 帯電装置
７ 現像装置
８ クリーニング装置
９ 露光装置
１０ 給紙トレイ
１１ 給紙ローラ
１２ レジストローラ
１３ 排紙ローラ
１４ 排紙トレイ
２０ 定着装置
２１、６０ 定着ベルト
２２ 加圧ローラ
２３Ａ、２３Ｂ ハロゲンヒータ
２４ ニップ形成部材
２４ａ、２４ｂ 凹部
２４ｃ 面
２５ ステー部材
２５Ａ 第１部材
２５Ｂ 第２部材
２５ａ 起立部
２６ａ、２６ｂ 端部ヒータ
２７ 熱移動補助部材
２７ａ ニップ形成面
２８Ａ、２８Ｂ 反射部材
２９ 温度センサ
３０ 中間転写ベルト
３１ 一次転写ローラ
３２ 二次転写バックアップローラ
３３ クリーニングバックアップローラ
３４ テンションローラ
３５ ベルトクリーニング装置
３６ 二次転写ローラ
３７ 発熱パターン
４１ 分離部材
４０Ａ、４０Ｂ、４２ａ、４２ｂ 発熱部
４３ （発熱部の）幅
４５ａ、４５ｂ 温度検知部
５０ 基材
５１ 抵抗発熱体
５２ 電極
５３ 中間部材
５５ 接触範囲
Ｂｃ、Ｂｈ 境界
Ｎ 定着ニップ
Ｐ 用紙
α β 照射角

特開２０１４−１７８３７０号公報

Claims (7)

1. 可撓性を有する無端状のベルトと、
   前記ベルトの外側に設けられ、前記ベルトに対向する加圧部材と、
   前記ベルトの内部に設けられ、長手方向に異なる配光分布を有する複数の輻射型熱源と、
   前記ベルトの内側に設けられ、前記ベルトと前記加圧部材との間に定着ニップを形成するニップ形成部材と、
   前記ニップ形成部材のそれぞれの端部に設けられ、前記ベルトの長手方向端部をそれぞれ加熱する複数の接触伝熱型熱源と、
   前記ニップ形成部材及び前記複数の接触伝熱型熱源の、前記ベルトに対向するそれぞれの面を覆い、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
   を有する定着装置において、
   前記熱移動補助部材の前記複数の接触伝熱型熱源と向かい合う側は、少なくとも前記複数の接触伝熱型熱源の発熱部を覆うことを特徴とする定着装置。
2. 前記熱移動補助部材の前記複数の接触伝熱型熱源と向かい合う側は、少なくとも前記複数の接触伝熱型熱源の発熱部と接触することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記熱移動補助部材と前記複数の接触伝熱型熱源のそれぞれの間に配置された中間部材を備え、
   前記中間部材の前記熱移動補助部材と向かい合う側は、前記熱移動補助部材と対応する形状であり、前記中間部材の前記複数の接触伝熱型熱源と向かい合うそれぞれの側は、前記複数の接触伝熱型熱源とそれぞれ対応する形状であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
4. 前記中間部材は、熱伝導率が前記熱移動補助部材と同じか、それよりも大きい材質であることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
5. 前記ニップ形成部材を支持すると共に、前記複数の輻射型熱源を相互に仕切るステー部材を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の定着装置。
6. 前記ステー部材は、前記ニップ形成部材より起立して、前記複数の輻射型熱源を相互に仕切る起立部を有し、前記複数の輻射型熱源からの輻射熱をそれぞれ反射する反射部を備えることを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
7. 請求項１乃至６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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