JP6855879B2

JP6855879B2 - 定着装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JP6855879B2
Application number: JP2017065509A
Authority: JP
Inventors: 一平藤本; 吉永　洋; 洋吉永; 石井　賢治; 賢治石井; 島田　浩幸; 浩幸島田; 瀬戸　隆; 隆瀬戸; 関　貴之; 貴之関; 憲成澤田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2017-03-29
Publication date: 2021-04-07
Anticipated expiration: 2037-03-29
Also published as: JP2018169467A

Description

本発明は、定着装置及び画像形成装置に関する。

プリンタ・複写機・ファクシミリ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高まってきている。

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、画像転写方式または直接方式により未定着トナー画像が記録材シート・印刷紙・感光紙・静電記録紙などの記録材に形成される。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の一例として、ベルト方式の定着装置（例えば特許文献１）やセラミックヒータを用いた定着装置（例えば特許文献２）、定着ベルトをハロゲンヒータで直接加熱することで省エネルギー化される定着装置（例えば特許文献３）が公開されている。また、特許文献３には、ニップ形成部材と、その定着ベルトと摺動する側にニップ形成部材より熱伝導の良い熱移動補助支持部材を有し、熱移動補助部材により長手方向に熱を均すことで、小サイズ紙を通紙した際に生じる非通紙部過昇温を防止する点が記載されている。

しかしながら、定着ベルトと摺動する熱移動補助部材を配置する構成にすると、熱源により生じた熱が熱移動補助部材の長手方向の端部へ散逸し、熱移動補助部材と接触伝熱する定着ベルトの端部温度も下がる。その結果、記録媒体の端部の定着性が悪くなる。

上記課題を解決するために、請求項１にかかる発明は、回転可能な無端状の定着部材と、前記定着部材を加熱する加熱部材と、前記定着部材の内側に設けられたニップ部材と、前記ニップ部材との間に前記定着部材を挟んで前記定着部材との間にニップ部を形成する加圧回転体とを有し、前記ニップ部で記録媒体にトナー像を定着する定着装置であって、前記ニップ部材は、前記定着部材の内面と接触する熱移動補助部材と、前記熱移動補助部材に前記定着部材の反対側から支持するニップ形成部材とを有し、前記加熱部材は、前記定着部材の長手方向端部領域を加熱する端部加熱部材を有し、前記定着装置は、前記端部加熱部材が加熱した前記定着部材の温度を検知する端部温度検知部材を有するとともに、前記熱移動補助部材は、前記ニップ形成部材の前記ニップ部側を長手方向に覆うニップ形成部と、前記ニップ形成部から直角方向に屈曲した屈曲部と、前記屈曲部の長手方向中央領域において、長手方向に垂直な方向に突出する延長部とを有し、前記延長部を、少なくとも前記端部温度検知部材が検知する長手方向位置を含む第一の領域に設けることを特徴とする定着装置である。

本発明によると、記録媒体の幅方向端部まで定着性の良好な定着装置を提供することができる。

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。定着装置の第一の実施形態を示す概略的な断面構成図である。定着装置を制御する制御ブロック図である。定着装置の第二の実施形態を示す概略的な断面構成図である。定着装置の一方の端部を示す概略的な斜視図である。ニップ部材を構成するニップ形成部材及び熱移動補助部材の第一の実施形態を示す分解斜視図である。熱移動補助部材を展開した図である。ニップ部材を構成するニップ形成部材及び熱移動補助部材の第二の実施形態を示す分解斜視図である。加熱部材の発熱領域とセンサの位置関係を示す模式図である。加熱部材からの熱が定着部材を介して熱移動補助部材へ伝わる模式図である。定着部材の長手方向の温度分布を表すグラフである。

以下に、図１を用いて本発明の実施形態にかかる画像形成装置の構成を説明する。図１に示した画像形成装置１００は、複数の色画像を形成する作像部が回転ベルトの回転方向に沿って並べて配置された、タンデム方式と呼ばれるカラープリンタである。

画像形成装置１００は、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色に分解された色にそれぞれ対応する像としての画像を形成可能な像担持体としての感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋを並べて配置したタンデム構造が採用されている。

画像形成装置の一例としてタンデム方式のカラープリンタを説明したが、本発明はこの方式に限られない。また、プリンタだけではなく複写機やファクシミリ装置などを対象とすることも可能である。

画像形成装置１００では、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋに形成された可視像が、各感光体ドラムに対峙しながら矢印Ａ１方向に移動可能な無端ベルトである中間転写体（以下、転写ベルトという）１１に対して１次転写される。この１次転写工程の実行によってそれぞれの色の画像が重畳転写され、その後、記録シートなどが用いられる、記録媒体としての記録材Ｓに対して２次転写工程を実行することで一括転写される。

各感光体ドラムの周囲には、感光体ドラムの回転に従い画像形成処理するための装置が配置され、作像ユニットを構成している。作像ユニットは、ブラック画像形成を行う感光体ドラム２０Ｂｋを代表として説明すると、感光体ドラム２０Ｂｋの回転方向に沿って画像形成処理を行う帯電装置３０Ｂｋ、現像装置４０Ｂｋ、１次転写ローラ１２Ｂｋおよびクリーニング装置５０Ｂｋが配置されている。帯電後に行われる書き込み光Ｌｂを用いた書き込みには、光書き込み装置８が用いられる。

転写ベルト１１に対する重畳転写では、転写ベルト１１がＡ１方向に移動する過程において、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋに形成された可視像が、転写ベルト１１の同じ位置に重ねて転写される。このために、転写は、転写ベルト１１を挟んで各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋに対向して配設された１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｂｋによる電圧印加によって、Ａ１方向上流側から下流側に向けてタイミングをずらして行われる。

各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋは、Ａ１方向の上流側からこの順で並んでいる。各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋは、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの画像をそれぞれ形成するための作像ユニットに備えられている。

画像形成装置１００は、色毎の画像形成処理を行う４つの作像ユニットと、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋの上方に対向して配設され、転写ベルト１１及び１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｂｋを備えた転写ベルトユニット１０と、転写ベルト１１に対向して配設され転写ベルト１１に従動し、連れ回りする２次転写ローラ５と、転写ベルト１１に対向して配設され転写ベルト１１をクリーニングするベルトクリーニング装置１３と、これら４つの作像ユニットの下方に対向して配設された光書き込み装置８とを有している。

光書き込み装置８は、光源としての半導体レーザ、カップリングレンズ、ｆθレンズ、トロイダルレンズ、折り返しミラーおよび偏光手段としての回転多面鏡などを装備している。光書き込み装置８は、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋに対して色毎に対応した書き込み光Ｌｂを出射して感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋに静電潜像を形成するよう構成されている。書き込み光Ｌｂは、図１では、便宜上、ブラック画像の作像ユニットのみを対象として符号が付けてあるが、その他の作像ユニットも同様である。

画像形成装置１００には、２次転写ローラ５と転写ベルト１１との間に向けて搬送される記録材Ｓを積載した給紙カセットとしてのシート給送装置６１が設けられている。また、シート給送装置６１から搬送されてきた記録材Ｓを、作像ユニットによるトナー像の形成タイミングに合わせた所定のタイミングで、２次転写ローラ５と転写ベルト１１との間の転写部に向けて繰り出すレジストローラ対４が設けられている。記録材Ｓの先端がレジストローラ対４に到達したことは周知のセンサで検知される。

また、画像形成装置１００には、トナー像が転写された記録材Ｓにトナー像を定着させるためのローラ定着方式の定着ユニットとしての定着装置２００と、定着済みの記録材Ｓを画像形成装置１００の本体外部に排出する排出ローラ７が備えられている。また、画像形成装置１００の本体上部には、排出ローラ対７により画像形成装置１００の本体外部に排出された記録材Ｓを積載する排紙トレイ１７が備えられている。また、排紙トレイ１７の下側には、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナーを充填されたトナーボトル９Ｙ、９Ｃ、９Ｍ、９Ｂｋが備えられている。

転写ベルトユニット１０は、転写ベルト１１、１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｂｋの他に、転写ベルト１１が掛け回されている駆動ローラ７２及び従動ローラ７３を有している。

従動ローラ７３は、転写ベルト１１に対する張力付勢手段としての機能も備えており、このため、従動ローラ７３には、バネなどを用いた付勢手段が設けられている。このような転写ベルトユニット１０と、１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｂｋと、２次転写ローラ５と、ベルトクリーニング装置１３とで転写装置７１が構成されている。

シート給送装置６１は、画像形成装置１００の本体下部に配設されており、最上位の記録材Ｓの上面に当接する給送ローラ３を有している。給送ローラ３が図中反時計回りに回転駆動されることにより、最上位の記録材Ｓをレジストローラ対４に向けて給送する。

転写装置７１に装備されているベルトクリーニング装置１３は、転写ベルト１１に対向、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とを有している。ベルトクリーニング装置１３は、転写ベルト１１上の残留トナー等の異物をクリーニングブラシとクリーニングブレードとにより掻き取り、除去して、転写ベルト１１をクリーニングする。

ベルトクリーニング装置１３はまた、転写ベルト１１から除去した残留トナーを搬出し廃棄するための排出手段を有している。

図２は、本実施形態にかかる定着装置を示す概略構成図である。定着装置２００は、回転可能な定着部材の一例としての定着ベルト２０１と、これに対向配置されて回転可能な加圧部材の一例としての加圧ローラ２０３とを有する。定着ベルト２０１および加圧ローラ２０３はいずれも、回転軸対し垂直、つまり図２において紙面に対し垂直方向に、記録材Ｓの幅より長く延びた形状を有し、その間に記録材Ｓを挟んで搬送できる。また、定着装置２００は、加熱部材の一例としてのヒータ２０２を有する。ヒータ２０２は、中央部ヒータ２０２Ａ、および端部ヒータ２０２Ｂを有し、それぞれが定着ベルト２０１を内周側から輻射熱により直接加熱する。後述するようにそれぞれが定着ベルト２０１回転軸方向で互いに異なる発熱領域を有し、定着ベルト２０1のそれぞれ異なる領域を加熱する。ヒータ２０２としては一例としてハロゲンヒータが用いられるがこれに限られず、定着部材に接触させて加熱するセラミックヒータや、電磁誘導を利用して定着部材内部から加熱するＩＨ（ＩｎｄｕｃｔｉｏｎＨｅａｔｉｎｇ）ヒータでもよい。

さらに定着装置２００は、定着ベルト２０１の温度を検知するため、温度検知部材の一例としての温度センサ２３０を有する。温度センサ２３０としては一例として非接触サーモパイルが用いられるがこれに限られない。温度センサ２３０は後述するようにそれぞれが定着ベルト２０１回転軸方向で検知位置の異なる二つの温度センサである中央部温度センサ２３０Ａ、端部温度センサ２３０Ｂを有し、定着ベルト２０１の外表面温度を検知している。制御部１８は、後述のように、温度センサ２３０の検知温度に応じてヒータ２０２の点灯率を制御し、定着ベルト２０１の温度を所望の温度に制御する。

このとき、図２の定着ベルト２０１の内側には、ニップ形成部材２０６と熱移動補助部材２１６とからなるニップ部材が設けられている。ニップ部材は定着ベルト２０１を介して加圧ローラ２０３との間でニップ部（図２に示すＮ）を形成する。つまり、ニップ部材と加圧ローラ２０３とで定着ベルト２０１を挟み、定着ベルト２０１と加圧ローラ２０３との間にニップ部を形成している。このニップ部において、記録材Ｓ上のトナー像は定着に十分な熱と圧を加えられ、記録材に定着される。ニップ形成部材２０６は熱移動補助部材２１６に接触し、熱移動補助部材２１６のニップ形成部材２０６と接触する面の反対側の面は、定着ベルト２０１の内面に接触している。定着ベルト２０１は図中矢印の向きに熱移動補助部材２１６と接触しながら回転する。

図３は、前述の温度制御の制御ブロック図である。制御部１８はＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ−ＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等を有する周知のマイクロコンピュータからなる。制御部１８は、温度センサ２３０からの温度検知結果に基づき、ヒータ２０２への通電を制御できる。すなわち、中央部温度センサ２３０Ａ、端部温度センサ２３０Ｂそれぞれからの温度情報に基づき、周知のトライアック等を介してハロゲンヒータである中央部ヒータ２０２Ａおよび端部ヒータ２０２Ｂそれぞれに対する通電制御を行うことで点灯率を調整する、いわゆるフィードバック制御を行う。制御部１８は一例として画像形成装置１００の装置本体に設けられ、画像形成装置１００内の定着装置２００以外の部材の制御や、画像形成装置と外部との通信制御を行うことも可能である。制御部１８は定着装置２００に設けてもよいし、画像形成装置１００外部に設けてもよい。

図２に示されるように、熱移動補助部材２１６の加圧ローラ２０３側の面は平坦状である。その面は平坦状でなくとも、加圧ローラ２０３の外周面に沿った凹形状やその他の形状であっても良い。ニップ部が凹形状である場合には、記録材Ｓの先端が排出される方向が加圧ローラ寄りになるため、分離性が向上し、ジャムの発生が抑制される。

定着ベルト２０１の内側には加圧ローラ２０３に対向して配置されたニップ形成部材２０６と、ニップ形成部材２０６の定着ベルト２０１の内面に対向する面を覆う熱移動補助部材２１６と、ニップ形成部材２０６を加圧ローラ２０３からの加圧力に対抗して保持するステー部材２０７とを有している。ニップ形成部材２０６、熱移動補助部材２１６及びステー部材２０７は、いずれも定着ベルト２０１の回転軸方向に延びる長さを有している（以下「長手方向」という場合がある）。そして、この回転軸に対し略直角に記録材Ｓが搬送される方向には、ニップ部を形成するのに必要な長さをそれぞれ有している（以下「短手方向」という場合がある）。

熱移動補助部材２１６は、定着ベルト２０１の熱が局所的に留まることを防止し、積極的に長手方向に熱を移動させて長手方向の温度不均一性を低減するために設けられている。このため、熱移動補助部材２１６は短時間で熱移動が可能な材料であることが望ましく、例えば熱伝導率の高い銅やアルミニウム、銀といった金属材料であることが望ましい。コスト、入手容易性、熱伝導率特性、加工性を総合的に考慮すると、銅を用いることが最も望ましい。

本実施形態では、熱移動補助部材２１６の定着ベルト２０１の内面に対向する面は、少なくともその一部が定着ベルト２０１内面に直接接触する面であり、ニップ形成面となる。

定着ベルト２０１は、例えばニッケルやＳＵＳ（ステンレス鋼）などの金属やポリイミドなどの樹脂材料を用いた、無端ベルトまたはフィルムで構成される。定着ベルト２０１の表層は、トナーが付着しないように、ＰＦＡ（ポリ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）またはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）層などで形成される。定着ベルト２０１の基材とＰＦＡまたはＰＴＦＥ層の間にはシリコーンゴムの層などで形成された弾性層があっても良い。弾性層を設けないと熱容量が小さくなり、定着性は向上するが、未定着画像を押し潰して定着させるときにベルト表面の微小な凹凸が画像に転写されて画像のベタ部に光沢ムラが残るという不具合が生じ得る。これを改善するには弾性層を１００［μｍ］以上設ける必要がある。弾性層の変形により、微小な凹凸が吸収され画像の光沢ムラが改善する。

ステー部材２０７はニップＮ側と反対側に起立した起立部を有する。起立部は、定着熱源としての中央部ヒータ２０２Ａ、端部ヒータ２０２Ｂのそれぞれを隔てる位置に配置されている。定着ベルト２０１は、中央部ヒータ２０２Ａ、端部ヒータ２０２Ｂにより内面側から輻射熱により直接加熱される。

定着ベルト２０１の内部にはニップ形成部材２０６とニップ部Ｎを支持するための支持部材としてのステー部材２０７を設け、加圧ローラ２０３により圧力を受けるニップ形成部材２０６の撓みを防止し、長手方向で均一なニップ幅を得られるようにしている。ニップ形成部材２０６のステー部材２０７側には、突起部２０６ａを有している。突起部２０６ａは長手方向に二列に並んでおり、図２においては端部の二つが示されている。ステー部材２０７とニップ形成部材２０６が面同士で接触すると熱がこもり、ニップ形成部材２０６が変形するなどの可能性もある。本実施の形態では、両者が突起部２０６ａにおいて接触しているため、熱のこもりを防いでいる。さらにニップ形成部材２０６はボス２０６ｂを有している。ステー部材２０７に設けられたボス穴でニップ形成部材２０６とステー部材２０７が互いの位置を決めることができる。

ニップ形成部材２０６は、機械的強度が高く、２００℃以上の耐熱性のある材料として例えば耐熱性樹脂が好ましい。耐熱性樹脂の例として、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂等が挙げられ、それらをガラス繊維で強化したものを用いることができる。

ステー部材２０７は両端部で、後述する保持部材としてのフランジ２０９に保持され位置決めされている。また、ヒータ２０２とステー部材２０７との間には、反射部材２０８が設けられている。これにより、ヒータ２０２からの輻射熱によりステー部材２０７が加熱されることによって生じる無駄なエネルギー消費を抑制している。ここで反射部材２０８を備える代わりに、ステー部材２０７の表面に断熱も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。ステー部材２０７はニップ形成部材２０６を支持してニップ形成部材２０６の撓みを防止する為に、機械的強度が高い材料を用いるとよい。例えばステンレスや鉄などの金属材料が好ましいが、樹脂製であってもよい。

加圧ローラ２０３は芯金２０５の周りに弾性ゴム層２０４が形成されている。そして、弾性ゴム２０４の表面には、離型性を得るために離型層（例えば、ＰＦＡまたはＰＴＦＥ層）が設けられている。加圧ローラ２０３は、画像形成装置に設けられたモータなどの駆動源からギヤを介して駆動力が伝達され回転する。また、加圧ローラ２０３は、スプリングなどにより定着ベルト２０１側に押し付けられており、弾性ゴム層２０４が押し潰されて変形することにより、所定のニップ幅を維持している。加圧ローラ２０３は中空のローラであっても良く、加圧ローラ２０３にハロゲンヒータなどの加熱源を有していても良い。弾性ゴム層２０４はソリッドゴムでも良いが、加圧ローラ２０３内部にヒータが無い場合は、スポンジゴムを用いても良い。スポンジゴムの方が、断熱性が高まり定着ベルト２０１の熱が奪われにくくなるので、より望ましい。

定着ベルト２０１は加圧ローラ２０３により連れ回り回転する。図２の場合は加圧ローラ２０３が駆動源により回転し、ニップ部Ｎで定着ベルト２０１に駆動力が伝達されることにより定着ベルト２０１が回転する。定着ベルト２０１はニップ部Ｎで挟み込まれて回転し、ニップ部以外では両端部で後述するフランジ２０９にガイドされ、走行する。

上記のような構成により安価で、ウォームアップが早い定着装置を実現することが可能となる。

ここで図２の定着装置における熱移動補助部材２１６の軸方向長さについて述べる。加圧ローラ２０３の長手方向の長さは、本定着装置の最大通紙幅（一例として３２０ｍｍ幅）に対し、ユーザーの用紙セット位置のずれを加味して長く設計されている。また、加圧ローラ２０３に対し、熱移動補助部材２１６はさらに長手方向に長く設計されている。これは熱移動補助部材２１６が加圧ローラ２０３よりも短いと、ニップ部で定着ベルト２０１が熱移動補助部材２１６の長手方向端部で屈曲し定着ベルト２０１に破損の可能性があるからである。その為、各部材の製造公差が生じることや、組み立てに必要なあそびを設けることを考慮した上で加圧ローラ２０３よりも熱移動補助部材２１６の方が長くなるように設計する。その結果、熱移動補助部材２１６は、本定着装置の最大通紙幅よりもかなり長く設計されており、一例として両側それぞれにおいて約２０ｍｍ長く設計されている。

図４は、第二の実施形態にかかる定着装置２００の構成を示している。図２と同じ構成には同じ符号を付している。図２では中央部ヒータ２０２Ａ、端部ヒータ２０２Ｂがステー部材２０７を挟む位置に配置された構成であったが、本実施の形態では、二つのヒータをどちらも、ニップ部の定着ベルト２０１回転方向上流側に配置している。

図２に示されるようにステー部材２０７を挟んだ構成では、二つのハロゲンヒータからの放射熱がステー部材２０７で遮られるため、一方のハロゲンヒータから放射した熱が他方のハロゲンヒータを構成するガラス管等の部材に吸収されることによって生じるエネルギーロスが少ない。図４に示されるようにハロゲンヒータがニップ部の上流側にある構成であれば、ハロゲンヒータにより加熱した部分が定着ベルト２０１の熱が回転に伴ってニップ部まで移動する間に放熱されるエネルギーロスを少なくすることが可能である。このように定着装置は種々の変形が可能である。

図５は、定着装置２００の長手方向の一方の端部を示す概略的な斜視図である。定着ベルト２０１の両端には、フランジ２０９が設けられる。図５はその片側を示す。

フランジ２０９は、長手方向両側を開口させた中空形状をなし、長手方向に延びる受け部２０９ａと、受け部２０９ａから半径方向に突出する顎部２０９ｂとを一体に有する。受け部２０９ａは、周方向の一部領域に切り欠き２０９ｃを有する部分円筒状に形成されている。この切り欠き２０９ｃで形成された空間に、ニップ形成部材２０６及び熱移動補助部材２１６が挿入されている。

受け部２０９ａは、定着ベルト２０１の長手方向にベルト寄りが発生した際、定着ベルト２０１の端部と接触し、定着ベルト２０１の長手方向への移動を規制する。顎部２０９ｂは、定着装置２００の本体側板に保持される。また、定着ベルト２０１の端部と受け部２０９ａとの間に定着ベルト２０１に対して摺動性の良い材質のリング状プレートをさらに設けてもよい。

図６はニップ部材を構成するニップ形成部材及び熱移動補助部材の第一の実施形態を示す分解斜視図である。一点鎖線はそれぞれ中央部温度センサ２３０Ａ、端部温度センサ２３０Ｂが定着ベルト２０１表面の温度を検知する定着ベルト２０１長手方向（回転軸方向）の位置を示している。

詳述すると、ニップ形成部材２０６及び熱移動補助部材２１６が定着装置２００に組み付けられ定着装置２００が動作した際には、図２、図４に示されるように、定着ベルト２０１の回転に伴い定着ベルト２０１内周面は熱移動補助部材２１６と接触することとなる。図６中の熱移動補助部材２１６上の一点鎖線は、各温度センサ２３０Ａ，２３０Ｂが検知する定着ベルト２０１表面の裏面にあたる部分が、定着ベルト２０１の回転に伴って通過しつつ接触する熱移動補助部材２１６上の長手方向位置を示している。

ここで中央部温度センサ２３０Ａ、端部温度センサ２３０Ｂが一例として図中丸で示される領域Ａ、領域Ｂの検知範囲を有する場合、定着ベルト２０１の回転に伴いそれぞれ一点鎖線を中心として点線の幅内の定着ベルト２０１表面が検知され、定着ベルト２０１の回転に伴いその幅に対応する裏面が、熱移動補助部材２１６と接触することとなる。なお図中の一点鎖線は前述の通り、各温度センサの長手方向検知位置を示しているのに対し、設置位置は必ずしも一点鎖線と一致していなくてもよい。特に非接触センサであれば、例えば装置内レイアウトの都合上、検知位置とはずれた位置に設置することも可能である。

熱移動補助部材２１６は、ニップ形成部２１６ａと屈曲部２１６ｂを有し、ニップ形成部材２０６のニップ部側を長手方向に覆うように形成される。ニップ形成部２１６ａは、図２、図４に示されるような長手方向に垂直な断面でみたときに、ニップ形成部材２０６の外面に沿うように形成され、ニップ形成部材２０６のニップ部に面する側に接する部分である。ニップ形成部２１６ａのニップ形成部材２０６と接する面と反対側の面は定着ベルト２０１と接している。

屈曲部２１６ｂはそのニップ形成部２１６ａから略直角に屈曲している。定着ベルト２０１の回転に伴って、定着ベルト２０１と熱移動補助部材２１６との間に生じる摩擦により、ニップ形成部材２０６と熱移動補助部材２１６との間で記録材Ｓ搬送方向にずれを生じさせる力が働くことがある。その際には、ニップ形成部材２０６と屈曲部２１６ｂとが接触する事で、ニップ形成部材２０６と熱移動補助部材２１６との記録材Ｓ搬送方向の位置がずれるのを防止し、互いの位置を維持することができる。

熱移動補助部材２１６はさらに、第一の延長部２１６ｃと第二の延長部２１６ｄを有する。第一の延長部２１６ｃと第二の延長部２１６ｄは、屈曲部２１６ｂの長手方向中央領域において、長手方向に垂直な方向に突出する凸部を構成する。第一の延長部２１６ｃと第二の延長部２１６ｄは、図７に示すように熱移動補助部材２１６を平坦な状態に展開したときに屈曲部２１６ｂの長手方向中央領域において短手方向に突出する凸部を構成するということもできる。

本実施の形態における第一の延長部２１６ｃと第二の延長部２１６ｄは長手方向に同一幅を有し、端部温度センサ２３０Ｂが検知する長手方向の位置を含む領域から突出している。凸部は、熱移動補助部材２１６の長手方向中央から端部温度センサ２３０Ｂが設置されている側の端部に向かって、端部温度センサ２３０Ｂが検知する長手方向位置を含む領域が、その領域のさらに端部側領域よりも熱容量が大きくなるように設けられている。一例として、端部温度センサ２３０Ｂが設置されている位置（一点鎖線）から、端部に１０ｍｍ離れた位置まで凸部が設けられている。一方、反対側の端部に向かっては、端部温度センサ２３０Ｂが検知する位置を含む領域の長手方向に定着ベルト２０１の長手方向の中心に対し略対称の領域が、その領域のさらに端部側領域よりも熱容量が大きくなるように幅広に設けられている。一例として熱移動補助部材２１６が、熱移動補助部材２１６の長手方向中心に略対称となる位置まで凸部が設けられている。

上述したように、ニップ形成部材２０６に熱移動補助部材２１６を被せて定着装置２００に取り付けた状態において、熱移動補助部材２１６の長手方向に垂直な断面の外周長さは、第一の延長部２１６ｃと第二の延長部２１６ｄを合わせた分だけ端部近傍に比べて中央部近傍が長くなっている。言い換えると、熱移動補助部材２１６は、長手方向端部がそれ以外の領域に比べて長手方向に対し垂直断面の外周長さが短くなるように延長部の延長方向に切欠かれた形状に設計されている。

ここで、長手方向に垂直な断面の外周長さを長くするには、板状である熱移動補助部材２１６の厚さを厚くすることでも可能である。つまり本実施の形態においては熱移動補助部材２１６の厚さがほぼ一定であるため、延長部の延長方向長さを長くするとその分だけ外周長さが長くなり、断面積が大きくなる。したがって長手方向の単位長さあたりの体積が大きくなる結果、熱容量が大きくなっている。また、板状である熱移動補助部材２１６の厚さを厚くしても断面積は大きくなる。したがって別の実施の形態として、板状である熱移動補助部材２１６の厚みを長手方向位置によって異ならせることによっても、長手方向の位置によって熱容量を変えることが可能である。

第一の延長部２１６ｃは、ニップ形成部材２０６に沿ってニップ部、又は定着ベルトを介しニップ部を形成している加圧ローラ２０３と反対に向かい折れ曲がり延びている。第二の延長部２１６ｄは、第一の延長部２１６ｃからさらに内側に折れ曲がり、ニップ形成部材２０６のニップＮを形成する面と略平行つまり、略短手方向に伸びている。このとき、第二の延長部２１６ｄは、突起部２０６ａと接する程度まで延びている。第一の延長部２１６ｃおよび第二の延長部２１６ｄによって熱移動補助部材２１６はニップ形成部材２０６を覆って、その背面、言い換えるとニップ部を形成する面と反対側の面を係止できる形状となっている。

図８はニップ部材を構成するニップ形成部材及び熱移動補助部材の第二の実施形態を示す分解斜視図である。図６と同じ部材には同じ符号を付している。本実施形態ではニップ形成部材２０６に熱移動補助部材２１６を被せて取り付けた状態において、長手方向に端部温度センサ２３０Ｂが設置されている位置を中心に両側１０ｍｍの範囲で第一の延長部２１６ｃ、第二の延長部２１６ｄを設けて熱移動補助部材２１６の長手方向垂直断面の長さを長くすることで、他の部分に比べて熱容量を大きくしている。反対側の端部は端部センサが設けられていないが、長手方向に対称になるように第一の延長部２１６ｃ、第二の延長部２１６ｄを設け、端部とそれ以外の箇所とで長手方向に対し垂直断面の外周長さを異ならせている。

第一の実施形態と比較して熱移動補助部材２１６の長手方向中央部分が、第一の延長部２１６ｃ、第二の延長部２１６ｄを形成した部分より短くなっている。こうすることで中央部が短い分熱移動補助部材２１６の熱容量はより小さくなるため、熱移動補助部材２１６全体の温まりは早く、ウォームアップ時間を短くすることができる。また、第一の実施形態と比較して、第二の延長部２１６ｄの長さは、より長く延長されている。それにともない、図８に示されているように、２１６ｄが延長される部分については突起部２０６ａを設けない構成に変形することも可能である。突起部２０６ａを設けたまま、突起部２０６ａを避けるように延長する事も可能である。

図８を用いて上述の熱容量の比較の第一の例について述べる。端部温度センサ２３０Ｂ位置から両側１０ｍｍの範囲、つまり延長部２１６ｃ、２１６ｄが形成されている長手方向に２０ｍｍの範囲の略長方形を、端部温度センサ２３０Ｂを含む長手方向領域として第一の領域とする。それより長手方向端部で、第一の領域と同じ２０ｍｍの範囲を抽出して第二の領域とすると、第一の領域は延長部２１６ｃ、２１６ｄ分、第二の領域よりも熱容量が大きい。

図８を用いた熱容量の大きさの比較の他の例について述べる。端部温度センサ２３０Ｂ位置から両側５ｍｍの範囲、つまり長手方向に１０ｍｍの範囲を、端部温度センサ２３０Ｂを含む長手方向領域として第一の領域とする。それより長手方向端部側で、第一の領域と同じ１０ｍｍの範囲を抽出して第二の領域とすると、第二の領域には延長部２１６ｃ、２１６ｄ分形成されていない分、第一の領域の熱容量の方が大きくなる。第二の領域としての１０ｍｍの範囲は、第一の領域より長手方向端部側領域内で長手方向に連続的に選択可能であるが、延長部２１６ｃ、２１６ｄ分が無い部分を含んで抽出可能な限り、その分やはり第一の領域の熱容量の方が大きくなり、本実施形態の効果を得られる。

図６、図８に記載の実施形態では、凸部が検知領域Ｂの長手方向全体をカバーするように長手方向の長さにわたって形成されているがこれに限られず、検知領域Ｂの一部をカバーするものでもよい。また、ニップ部の上流側、下流側両方に延長部２１６ｃ、２１６ｄを設けてもよいし、片側のみ設けることもできる。

また、熱移動補助部材２１６端部と比べて端部温度センサ２３０Ｂの周辺の熱移動補助部材２１６の延長部の長さを変えているが、前述のように熱移動補助部材２１６の厚みを部分的に変えたり、また、部分的に孔を設けることでも長手方向位置に応じて熱容量を変えることができる。すなわち、熱移動補助部材２１６の端部にのみ孔を設けたり、端部と端部温度センサ２３０Ｂの周辺の双方に穴を設けるが、その密度や大きさを、端部の方が大きくなるようにする。

また、長手方向で熱容量を大きくしたい領域、つまりここでは端部温度センサ２３０Ｂの周辺領域に、別部材を貼ってその分熱容量を大きくすることができる。この別部材を貼る方法では互いの表面の接触状態によって熱の移動速度が変わってしまう可能性があるが、同一部材で厚みや長さを変える方法は安定的に熱の移動が期待でき、加工精度、組付精度等によって定着装置毎に画質にばらつきが出る事少ない。

図６、図８のそれぞれに一例として示されるニップ部材による効果を、図９、図１０、図１１を用いて説明する。

図９は、加熱部材の発熱領域と温度センサの位置関係を示す模式図である。中央部加熱部材、端部加熱部材の一例としての中央部ヒータ２０２Ａ、端部ヒータ２０２Ｂ、および中央部温度検知部材、端部温度検知部材の一例としての中央部温度センサ２０３Ａ、端部温度センサ２０３Ｂの位置関係を示している。定着ベルト２０１の長手方向が図９紙面の左右方向であり、各ヒータ２０２Ａ，２０２Ｂは、定着ベルト２０１の長手方向に延びる形状を有している。各ヒータ２０２Ａ、２０２Ｂの発熱領域は、図中波状部により示されている。波状部は、通電により発熱するフィラメントが、他部分より密に巻かれた状態を表している。密に巻かれている部分は他部分より発熱量が大きくなっており、その部分が発熱領域として機能する。この粗密に巻かれたフィラメントを円筒状の透明ガラス管内にハロゲンガスとともに封入したハロゲンヒータを加熱部材として用いている。なお、各ヒータと各温度センサとの位置関係をわかりやすくする為、定着ベルト２０１は示していない。

中央部加熱部材、端部加熱部材の一例としての中央部ヒータ２０２Ａ、端部ヒータ２０２Ｂについて述べる。中央部ヒータ２０２Ａは紙サイズでＡ４Ｔ（Ａ４縦）幅２１０ｍｍに合わせた領域が発熱する。端部ヒータ２０２Ｂは２０２Ａの発熱領域に加えることで、紙サイズでＡ３ノビ幅３２０ｍｍに合わせた領域が発熱するよう設計される。中央部ヒータ２０２Ａと端部ヒータ２０２Ｂで加熱することにより最大通紙幅であるＡ３ノビ幅に対応する加熱領域となっている。中央部ヒータ２０２Ａは中央部に発熱領域を有し、定着ベルト２０１の長手方向中央部を加熱するように定着装置２００内に設けられる。それに対し端部ヒータ２０２Ｂは、両端部に発熱領域を有し、両端部の発熱領域が定着ベルト２０１の中央に対し略対称になるよう、定着装置２００内に設けられる。

中央部温度検知部材、端部温度検知部材の一例としての中央部温度センサ２３０Ａ、端部温度センサ２３０Ｂについて述べる。中央部温度センサ２３０ＡはＡ４Ｔ幅の略中央に当たる定着ベルト２０１の表面を検知する位置に設置されている。端部温度センサ２３０ＢはＡ４Ｔ幅端とＡ３ノビ幅端との略中央を検知するように設置されている。

図１０は端部ヒータ２０２Ｂから定着ベルト２０１を介し熱移動補助部材２１６へ伝わる熱の流れを、図８のニップ部材を一例として示す。説明を分かりやすくする為、定着ベルト２０１は示していない。またニップ形成部材２０６と熱移動補助部材２１６は長手方向に略同じ長さであるが、どちらかが長くてもよい。

端部ヒータ２０２Ｂから放射された熱は定着ベルト２０１を介して、熱移動補助部材２１６に伝わる。熱移動補助部材２１６は、前述した通り、最大通紙幅（中央部ヒータ２０２Ａと端部ヒータ２０２Ｂを点灯させた発熱領域に略対応する）よりも長く作られている。この時図１０中、Ｑ１であらわされる最大通紙幅より外側まで伝わったエネルギーは定着に使われることなく散逸することとなる。よって最大通紙幅の端部は熱移動補助部材２１６の最端部まで散逸するエネルギーＱ１分だけ、定着ベルト２０１の端部温度が下がることになる。

このとき、端部温度センサ２３０Ｂの検知位置に対応する定着ベルト２０１の領域では、目標温度を維持するように、フィードバック制御されるため十分な定着温度を維持することが可能である。その一方で端部温度センサ２３０Ｂの検知位置より外側の領域では、温度が低下したとしても端部温度センサ２３０Ｂによっては検知できないため、目標温度を維持するようにフィードバック制御はされない。その結果、端部温度センサ２３０Ｂの検知位置では十分な定着温度に達していても、そこから端部に行くにつれ紙の加熱定着に使われることなく熱移動補助部材２１６を伝って散逸してしまうエネルギーＱ１分、最大通紙幅内の端部位置の温度も低下し、定着不良が生じる。

図６及び図８の熱移動補助部材２１６においては、長手方向にみて端部温度センサ２３０Ｂの検出位置周辺は、熱移動補助部材２１６の長手方向垂直断面の外周長さを長くし、その分熱容量を大きくしている。したがって熱移動補助部材２１６の延長部２１６ｃ、２１６ｄにエネルギーＱ２だけ熱が移動し、加熱定着に使われることなくニップ形成部材２０６を伝って散逸する。その結果、その位置での温度はエネルギーＱ２奪われる分だけ、奪われないときに比べ低下する。ここで、端部温度センサ２３０Ｂの位置の定着ベルト２０１の温度を検知して端部ヒータ２０２Ｂの点灯率を調整しているので、目標温度を維持するために、エネルギーＱ２が存在しない時に比べ多く点灯することになる。その結果、端部温度センサ２３０Ｂの検知位置より端部側においても、端部ヒータ２０２Ｂからの加熱をより多く受けることになる。

したがって、図１０におけるエネルギーＱ１とエネルギーＱ２とを調整することにより、定着ベルト２０１から奪うエネルギーを長手方向で略同じにし、定着ベルト２０１の温度の均一性を高め、端部温度の低下を防ぐことができる。すなわち熱移動補助部材２１６の長手方向端部からを伝って散逸する分と、端部温度センサ２３０Ｂ位置で熱移動補助部材２１６の延長部へ散逸する分を調整することで、定着ベルト２０１の長手方向温度を調整する。これにより図１１に示すように、端部温度センサ２３０Ｂの検知結果に基づく制御により所望の温度になった時点で、最大通紙幅Ｗ端部位置の温度は従来よりも高くなり、本実施形態のように最大紙の端部まで定着強度を確保することができる。

また、端部ヒータ２０２Ｂは長手方向反対側の端部にも発熱領域を有しており、端部ヒータ２０２Ｂの両端部と中央部ヒータ２０２Ａを発熱し、記録材Ｓを、定着ベルト２０１の長手方向略中心と記録材Ｓの略中心とを合わせてニップ部に搬送することで定着可能である。このとき熱移動補助部材２１６の、端部温度センサ２３０Ｂが設けられていない側の端部も、定着ベルト２０１の長手方向略中心に対し対称となるように延長部を設けている。つまり端部温度センサ２３０Ｂが検知する位置を含む領域と同様に、端部温度センサ２３０Ｂが検知する位置を含む領域の定着ベルト２０１の長手方向に中心に対し略対称の領域も、当該略対称の領域の端部側領域よりも熱容量が大きくなるように、熱移動補助部材２１６の長手方向垂直断面の外周長さを長くしている。したがって、両端部において上述のエネルギーの調整が略同等に行われることとなり、最大紙の両側端部まで定着強度を確保することができる。

以上説明したように、定着ベルト２０１に熱移動補助部材２１６を接触させる構成にすると、定着ベルト２０１の保有する熱は接触伝熱により良熱伝導材料から成る熱移動補助部材２１６へ散逸し、さらに熱移動補助部材２１６と接触伝熱するニップ形成部材２０６へ散逸する。定着ベルト２０１の端部は、熱移動補助部材２１６の最端部へ熱が散逸する分だけ余計に熱を奪われてしまい温度低下する。

すなわち、熱移動補助部材２１６の長手方向の長さは、種々ばらつきを考慮して、その定着装置２００で通紙可能な最大通紙幅よりも長く設計せざるをえない。特に定着装置２００全体の温度が低く、温度が散逸しやすいウォームアップ直後は、熱源により生じたエネルギーが、熱移動補助部材２１６の長手方向の端部へ散逸しやすく、熱移動補助部材２１６と接触伝熱する定着ベルト２０１の端部温度も下がる。よって、長手方向端部の定着性が悪くなり、オフセット等異常画像が発生の原因となる。

それに対し、本実施の形態では、一例として定着部材の長手方向に垂直な断面の外周長さを、端部温度センサ２３０Ｂのある長手方向位置周辺で長く、定着ベルト２０１端部周辺で短くすることにより、熱移動補助部材２１６の熱容量を長手方向で異ならせ、熱移動補助部材２１６の最端部へ散逸するエネルギーとつりあうように構成している。

こうすることで、熱移動補助部材２１６の最端部へ散逸するエネルギーと、熱容量を増やした部分へ散逸するエネルギーを同じにし、結果として定着ベルト２０１のエネルギーを長手方向で揃えることで、ウォームアップ直後の定着ベルト２０１の端部まで温度を揃え、端部温度低下を防止することができる。

１００画像形成装置
２００定着装置
２０１定着ベルト
２０２ヒータ
２０２Ａ中央部ヒータ
２０２Ｂ端部ヒータ
２０３加圧ローラ
２０６ニップ形成部材
２１６熱移動補助部材
２１６ａニップ形成部
２１６ｂ屈曲部
２１６ｃ第一の延長部
２１６ｄ第二の延長部
２３０Ａ中央部温度センサ
２３０Ｂ端部温度センサ
Ｗ最大通紙幅

特開２００４−２８６９２２号公報特許第２８６１２８０号公報特開２０１５−０９９３５２号公報

Claims

回転可能な無端状の定着部材と、
前記定着部材を加熱する加熱部材と、
前記定着部材の内側に設けられたニップ部材と、
前記ニップ部材との間に前記定着部材を挟んで前記定着部材との間にニップ部を形成する加圧回転体とを有し、
前記ニップ部で記録媒体にトナー像を定着する定着装置であって、
前記ニップ部材は、
前記定着部材の内面と接触する熱移動補助部材と、
前記熱移動補助部材に前記定着部材の反対側から支持するニップ形成部材とを有し、
前記加熱部材は、
前記定着部材の長手方向端部領域を加熱する端部加熱部材を有し、
前記定着装置は、
前記端部加熱部材が加熱した前記定着部材の温度を検知する端部温度検知部材を有するとともに、
前記熱移動補助部材は、
前記ニップ形成部材の前記ニップ部側を長手方向に覆うニップ形成部と、
前記ニップ形成部から直角方向に屈曲した屈曲部と、
前記屈曲部の長手方向中央領域において、長手方向に垂直な方向に突出する延長部と
を有し、
前記延長部を、少なくとも前記端部温度検知部材が検知する長手方向位置を含む第一の領域に設ける
ことを特徴とする定着装置。
前記熱移動補助部材の長手方向に対し垂直方向の断面積は、前記第一の領域が当該第一の領域よりも長手方向端部側である第二の領域よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記熱移動補助部材の長手方向に対し垂直方向の断面の外周長さは、前記第一の領域が当該第一の領域よりも長手方向端部側である第二の領域よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記端部加熱部材は、さらに、前記定着部材の長手方向中央に対し対称である他方の端部領域を加熱し、
前記熱移動補助部材の長手方向の熱容量は、
前記他方の端部領域が当該他方の端部領域よりも長手方向端部側である領域に比べて大きいことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一項に記載の定着装置。
前記熱移動補助部材の長手方向に対し垂直方向の断面の外周長さは、
前記他方の端部領域が当該他方の端部領域よりも長手方向端部側である領域に比べて長いことを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
前記加熱部材は、前記端部加熱部材に加えて、前記定着部材の長手方向中央部を加熱する中央部加熱部材を有し、前記中央部加熱部材の加熱領域の少なくとも一部で、前記熱移動補助部材の長手方向に対し垂直方向の断面の外周長さが前記第一の領域および前記他方の端部領域よりも短いことを特徴とする請求項４または５に記載の定着装置。
前記中央部加熱部材と、前記端部加熱部材が加熱する領域を合わせた領域の長手方向の幅が、前記定着装置が複数種類の紙幅の通紙が可能な場合の長手方向最大通紙幅に対応することを特徴とする請求項６に記載の定着装置。
前記ニップ形成部材は樹脂であることを特徴とする請求項１ないし７いずれか一項に記載の定着装置。
前記熱移動補助部材は金属板であることを特徴とする請求項１ないし８いずれか一項に記載の定着装置。
請求項１ないし９いずれか一項に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。