JP6772602B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents
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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。
画像形成装置のなかでも定着装置は消費電力量が多く、省エネルギー化の余地が大きいため、様々な提案がなされている。例えば、ベルト方式の定着装置（例えば、特許文献１参照）やセラミックヒータを用いたサーフ定着（フィルム定着）の定着装置（例えば、特許文献２参照）が知られている。
ベルト方式の定着装置では、近年、電源投入時など常温状態から印刷可能な所定の温度（リロード温度）までに要する時間、すなわちウォームアップ時間の更なる短縮化が望まれている。また、印刷要求を受けた後、印刷準備を経て印字動作を行い排紙完了するまでの時間（ファーストプリント時間）の短縮化も望まれている（課題１）。さらに、画像形成装置の高速化に伴い、単位時間あたりの通紙枚数が増え、必要熱量が増大しているため、特に連続印刷の初めに熱量が不足する、いわゆる温度落ち込みが問題となっている（課題２）。
前記課題１の問題を解決する方法として、セラミックヒータを用いたサーフ定着が提案されている。この方式により、ベルト方式の定着装置に比べ、低熱容量化や小型化が可能となった。しかし、ニップ部のみを局所加熱する構成のため、その他の部分は加熱されず、ニップ部入口においてベルトは最も冷えた状態にあり、定着不良が発生しやすくなるという問題がある。特に、高速機においては、ベルトの回転が速く、ニップ部以外でのベルトの放熱が多くなるため、より定着不良が発生しやすくなるという問題がある（課題３）。
これら課題１〜３を解決するために、低熱容量の定着ベルト全体を直接加熱し、伝熱効率を大幅に向上させる構成の定着装置が考案された。この定着装置では、ウォームアップ時間及びファーストプリント時間の更なる短縮化とともに、連続印刷時の熱量不足を解消し、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。
本発明は、熱移動補助部材の長手方向端部の縁と定着部材内周面の摺擦などによる定着部材（ベルト）の破損や破断を防止し、耐久性の高い定着装置を提供することを課題とする。
前記課題は、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た輻射型熱源と、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両端部に配置され、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の前記ベルトに対向する面を覆い、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、前記定着ニップにおける前記加圧部材の長手方向幅が、前記熱移動補助部材の長手方向幅の範囲内にあること、及び、前記複数の接触伝熱型熱源の前記熱移動補助部材に対向するそれぞれの面は、前記ニップ形成部材の前記熱移動補助部材に対向する面よりも前記熱移動補助部材側に位置することを特徴とする定着装置によって解決される。
本発明の定着装置は、定着ニップにおける加圧部材の長手方向幅が、熱移動補助部材の長手方向幅の範囲内にあるので、ベルト端部は、熱移動補助部材の端において屈曲しない。また、ベルト内周面は、熱移動補助部材の端部の縁にほとんど接触しないので、回転時でも摺擦し続けない。したがって、ベルト内周面からの破損や破断を防止することができ、耐久性を高めることができる。
以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。
画像形成装置では、様々なサイズの記録材が用いられるが、Ａ３縦通紙幅（２９７ｍｍ）よりも紙幅が広い転写紙（いわゆるノビ紙）にも作像を行いたいという市場ニーズがある。上記の定着装置では、定着ベルトを加熱するヒータの輻射幅をノビ紙に合わせると、Ａ３縦通紙以下の転写紙に作像する場合には、連続通紙時に定着部材の非通紙部が過昇温となるため、生産性の調整などが必要になる（課題４）。
この課題４を解決するために、本発明者らは、無端状の定着部材と、定着部材に対向する加圧部材と、定着部材を加熱する熱源と、定着ニップを形成するニップ形成部材と、ニップ形成部材の定着部材に対向する面を覆い、定着部材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を提案している。
この定着装置は、熱移動補助部材（均熱部材とも称される）により、積極的に定着部材の幅方向（長手方向）に熱を移動させ、小サイズ紙通紙時に定着部材の端部領域に熱が留まることを防止し、長手方向の温度不均一を解消することができる。
しかし、この熱移動補助部材は、定着部材の内周面に対向する面が定着部材に直接接触し、定着部材の回転時は摺擦する構成であり、その材質は、短時間で熱移動を可能とする熱伝導率の高い材料、例えば銅やアルミニウムなどの金属材料である。そのため、熱移動補助部材の長手方向端部の縁（エッジ）が、定着部材内周面を削ったり傷つけたりしてしまい、定着部材の破損や破断を招くというおそれがある。
以下の実施形態では、熱移動補助部材の長手方向端部の縁と定着部材内周面の摺擦などによる定着部材（ベルト）の破損や破断を防止し、耐久性の高い定着装置について説明する。
（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。
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。
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。
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。端部熱源により、Ａ３ノビ紙などのＡ３縦通紙幅より幅が広い記録材の端部を加熱定着することができる。端部ヒータとしては、一般的に、セラミックヒ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、例えば銅（３９８Ｗ／ｍｋ）やアルミニウム（２３６Ｗ／ｍｋ）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ともに、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。
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。
このように、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たので、端部ヒータ２６ａ、２６ｂを定着ベルト２１の内側に省スペースで配置できる。
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）に位置するので、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。
このように、本実施形態の定着装置２０は、定着ベルト２１の長手方向端部をそれぞれ加熱する複数の端部ヒータ２６ａ、２６ｂにより、Ａ３ノビ紙などのＡ３縦通紙幅より幅が広い記録材の端部を加熱定着することができる。また、熱移動補助部材２７により、積極的に定着ベルト２１の幅方向（長手方向）に熱を移動させ、長手方向の温度不均一を解消することができる。
次に、本発明の特徴的構成について説明する。
図４は、ニップ形成ユニットを組み付けた斜視図である。また、図５（ａ）は図４のＡ−Ａ断面における加圧ローラ、定着ベルト及びニップ形成ユニットの断面図であり、図５（ｂ）は破線で囲んだ部分の拡大図である。図５を参照しながら、この構成の問題点を説明する。
図５（ａ）に示すように、定着ニップにおける加圧ローラ２２の長手方向幅は、熱移動補助部材２７の長手方向幅よりも広くなっている。定着時に加圧ローラ２２は、定着ベルト２１を熱移動補助部材２７の方向に強く押し付けながら回転するので、加圧ローラ２２表面の弾性層は変形し、また定着ベルト２１と熱移動補助部材２７は互いに摺擦する。
ここで、図５（ｂ）に示すように、定着ベルト２１は、熱移動補助部材２７の端部（特に、縁）において、加圧ローラ２２の弾性層の変形により屈曲し、局所的に応力が増大する。同時に、熱移動補助部材２７の長手方向端部の縁が、定着ベルト２１の内周面（点Ｘ付近）に強く押し付けられ、回転時には摺擦し続けることになる。したがって、点Ｘ付近を起点として定着ベルト２１の内周面から破損や破断が発生するおそれがある。
図６（ａ）は第１の実施形態に係る加圧ローラ、定着ベルト及びニップ形成ユニットの断面構成図であり、図６（ｂ）は破線で囲んだ部分の拡大図である。図６において、図５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６（ａ）に示すように、本実施形態では、定着ニップにおける加圧ローラ４２の長手方向幅は、熱移動補助部材２７の長手方向幅の範囲内にあることを特徴とする。この場合、図６（ｂ）に示すように、定着ベルト２１の端部に加圧ローラ４２の弾性層が作用しないので、定着ベルト２１の端部は、熱移動補助部材２７に向けて変形しない。また、定着ベルト２１の内周面は、熱移動補助部材２７の端部の縁（図中Ｙ付近）に接触しないか、軽接触となるので、定着時（回転時）でも摺擦し続けることがない。したがって、本実施形態の定着装置は、定着ベルト２１の内周面からの破損や破断を防止することができ、耐久性を高めることができる。
（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態に係る加圧ローラ、定着ベルト及びニップ形成ユニットの断面構成図である。図７において、図５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７は、第２の実施形態に係る加圧ローラ、定着ベルト及びニップ形成ユニットの断面構成図である。図７において、図５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。
本実施形態では、図７に示すように、熱移動補助部材４３の長手方向端部が、端部先端に向けて下り勾配ｇを有することを特徴とする。熱移動補助部材４３の端部の厚みを次第に薄くすることで、熱移動補助部材４３の端部の縁は、定着ベルト２１の内周とより接触しにくくなる。したがって、本実施形態の定着装置は、定着ベルト２１の破損や破断をより確実に防止することができる。
（第３の実施形態）
図８は、第３の実施形態に係る加圧ローラ、定着ベルト及びニップ形成ユニットの断面構成図である。図８において、図５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８は、第３の実施形態に係る加圧ローラ、定着ベルト及びニップ形成ユニットの断面構成図である。図８において、図５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。
本実施形態では、図８に示すように、定着ニップＮの外側において、定着ベルト２１が熱移動補助部材２７から離間することを特徴とする。すなわち、定着ベルト２１の加圧ローラ２２に対向する面は、加圧ローラ２２の長手方向端部よりも熱移動補助部材２７の長手方向端部において、加圧ローラ２２の回転軸方向に近づける。これを実施するためには、例えば、定着ベルト２１の両端部に、定着ベルト２１の端部を回転可能に、かつ加圧ローラ２２の回転軸方向に近くなるように支持する支持部材４４を備えればよい。これにより定着ベルト２１の内周は熱移動補助部材２７と離間して接触しにくくなり、定着ベルト２１の破損や破断が防止できる。
この場合、定着ベルト２１を加圧ローラ２２側に押し付けすぎると定着ベルト２１に対して接触とは別のストレスがかかり、ベルト破損の原因となる可能性がある。このため、定着ベルト端部の加圧ローラ２２の回転軸方向への移動量は、定着ベルト２１の直径の５％以下とすることが望ましい。
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。
図９は、ニップ形成ユニットの端部における熱移動補助部材と端部ヒータの位置関係を示す断面構成図である。説明の都合上、ニップ形成ユニットの一方の端のみを示すが、他端も同様である。
ニップ形成部材２４の端部ヒータ２６ｂが配置される部分の深さ寸法と、端部ヒータ２６ｂの厚み寸法によっては、端部ヒータ２６ｂが熱移動補助部材２７に接触せず、端部ヒータ２６ｂと熱移動補助部材２７の間に空隙Ｚが生じることがある。空隙Ｚが生じると、端部ヒータ２６ｂの非接触部分は著しく高温となり、端部ヒータ２６ｂが破損するおそれがある。また、その裏面が高温となって他の構成部材に熱による損傷を与えるおそれもある。
これを防止するため、図１０に示すように、端部ヒータ２６ｂの熱移動補助部材２７に対向する面Ｓ１は、ニップ形成部材２４の熱移動補助部材２７に対向する面Ｓ２よりも熱移動補助部材２７側に位置することが望ましい。これより端部ヒータ２６ｂの面Ｓ１は全面で熱移動補助部材２７と接触できる。したがって、端部ヒータ２６ｂの熱は熱移動補助部材２７に移動できるので、端部ヒータ２６ｂの破損や構成部材に熱による損傷を与えることを防止できる。
なお、熱移動補助部材２７とニップ形成部材２４の間で、端部ヒータ２６ｂよりも長手方向内側において、微小な空隙４５が生じる場合がある。しかし、定着時には、熱移動補助部材２７に加圧ローラ２２から十分に大きいニップ圧を付与されるため、定着性に影響しない。
また、変形例として図１１に示すように、例えばシリコーンゴムのような非導電性の弾性体４６を端部ヒータ２６ｂと熱移動補助部材２７の間に挟持させてもよい。この構成では、弾性体４６によりニップ形成部材２４及び／又は端部ヒータ２６ｂの製造誤差などを吸収できるので有利である。なお、弾性体４６は、端部ヒータ２６の熱伝導を妨げない程度の厚さとする。
上記の弾性体４６に替えて、グリスを用いてもよい。この場合、ニップ形成部材２４の端部ヒータ２６が配置される部分は、グリスを収容・保持する形状であることが望ましい。例えば、図１２に示すように、一面が開口した箱形の収納部４７をニップ形成部材２４に設け、端部ヒータ２６ｂを収納部４７に収納する。なお、端部ヒータ２６ｂからの配線４８は重力方向上側に経路を設けるなどして、グリスの流出を防止する。以上の構成は、他端（端部ヒータ２６ａ側）にも同様に用いる。
以上、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明した。本発明は実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることも可能である。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。搭載することで省エネ性に優れた画像形成装置を提供できる。
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 定着ベルト
２２、４２ 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 起立部
２６ａ、２６ｂ 端部ヒータ
２７、４３ 熱移動補助部材
２７ａ ベルト摺接面
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
４１ 分離部材
４４ 支持部材
４５、Ｚ 空隙
４６ 弾性体
４７ 収納部
４８ 配線
Ｎ 定着ニップ
Ｐ 用紙
Ｒ 搬送路
Ｓ１ 面
Ｓ２ 面
Ｔ 断面
ｇ 勾配
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 定着ベルト
２２、４２ 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 起立部
２６ａ、２６ｂ 端部ヒータ
２７、４３ 熱移動補助部材
２７ａ ベルト摺接面
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
４１ 分離部材
４４ 支持部材
４５、Ｚ 空隙
４６ 弾性体
４７ 収納部
４８ 配線
Ｎ 定着ニップ
Ｐ 用紙
Ｒ 搬送路
Ｓ１ 面
Ｓ２ 面
Ｔ 断面
ｇ 勾配
Claims (8)
- 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た輻射型熱源と、
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両端部に配置され、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の前記ベルトに対向する面を覆い、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、
前記定着ニップにおける前記加圧部材の長手方向幅が、前記熱移動補助部材の長手方向幅の範囲内にあること、及び、
前記複数の接触伝熱型熱源の前記熱移動補助部材に対向するそれぞれの面は、前記ニップ形成部材の前記熱移動補助部材に対向する面よりも前記熱移動補助部材側に位置することを特徴とする定着装置。 - 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た輻射型熱源と、
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両端部に配置され、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の前記ベルトに対向する面を覆い、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、
前記定着ニップにおける前記加圧部材の長手方向幅が、前記熱移動補助部材の長手方向幅の範囲内にあること、及び、
前記複数の接触伝熱型熱源と前記熱移動補助部材のそれぞれ対向する面の間に、非導電性の弾性体を備えることを特徴とする定着装置。 - 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た輻射型熱源と、
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両端部に配置され、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の前記ベルトに対向する面を覆い、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、
前記定着ニップにおける前記加圧部材の長手方向幅が、前記熱移動補助部材の長手方向幅の範囲内にあること、及び、
前記複数の接触伝熱型熱源と前記熱移動補助部材のそれぞれ対向する面の間に、グリスを備えることを特徴とする定着装置。 - 前記ニップ形成部材の前記複数の接触伝熱型熱源が配置される部分は、前記グリスを収容・保持する形状であることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
- 前記熱移動補助部材のそれぞれの長手方向端部は、端部先端に向けて厚みが次第に薄くな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。
- 前記ベルトの前記加圧部材に対向する面は、前記加圧部材の長手方向端部よりも前記熱移動補助部材の長手方向端部において、前記加圧部材の回転軸方向に近づくことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の定着装置。
- 前記ベルトの両端に支持部材を備え、
前記支持部材は、前記ベルトの前記加圧部材に対向する面が、前記加圧部材の長手方向端部よりも前記熱移動補助部材の長手方向端部において、前記加圧部材の回転軸方向に近くなるように前記ベルトの両端を支持することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の定着装置。 - 請求項１乃至７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。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016134882A JP6772602B2 (ja) | 2016-07-07 | 2016-07-07 | 定着装置及び画像形成装置 |
| US15/627,693 US10295939B2 (en) | 2016-07-07 | 2017-06-20 | Fixing device including a pressure rotator and a thermal conduction aid, and image forming apparatus including the fixing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016134882A JP6772602B2 (ja) | 2016-07-07 | 2016-07-07 | 定着装置及び画像形成装置 |
Publications (2)
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