JP6874357B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置、画像形成装置に関する。

プリンタ、複写機、ファクシミリ、あるい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おいては、近年、省エネルギー化、高速化の市場要求が高まってきている。

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おり、例えば、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知られている（例えば特許文献１）。この特許文献１に記載された定着装置では、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。

一方、様々なサイズの記録材が用いられる画像形成装置では、様々なサイズの記録材に対応するため、定着装置の定着熱源（ヒータ）の長さを記録材の最大サイズに合わせると、小サイズの記録材を定着する場合に非通紙部である定着ベルト／ローラ端部の温度が上昇する。連続通紙時には端部が過昇温となるため、例えば記録材の搬送速度を遅くして生産性を落とすなどの対応が取られている。

これに対処すべく、定着ベルト／ローラの内部に、例えばＡ４縦通紙幅（２１０ｍｍ）に対応するように中央部の配光分布が密なハロゲンヒータと、Ａ３縦通紙幅のうちＡ４縦通紙幅に相当する部分を除く（即ち、２９７ｍｍ幅のうち中央の２１０ｍｍ部分を除く）端部付近の配光分布が密なハロゲンヒータとを備える定着装置が知られている。この定着装置は、小サイズの記録材の場合、中央部の配光分布が密なハロゲンヒータのみを点灯し、小サイズよりも大きい記録材の場合、両方のハロゲンヒータを点灯して定着を行う。

このような複数の熱源を用いる定着装置には、次のような問題がある。図１９は、熱源として２本のハロゲンヒータを備える定着装置の一例を示す模式図である。ハロゲンヒータ５０Ａは、定着ベルト６０の長手方向中央部を加熱する中央ヒータであり、ハロゲンヒータ５０Ｂは、定着ベルト６０の長手方向両側部を加熱する側部ヒータである。図１９に示すように、２本のハロゲンヒータ５０（Ａ，Ｂ）は並列に配置されているため、一方のハロゲンヒータの輻射熱が他方のハロゲンヒータを加熱してしまい、加熱効率が低下してしまう。特に定着装置の小型化に伴って無端の定着ベルトも小径化し、定着装置の横断面におけるハロゲンヒータ間の距離が短くなる時には、そのような問題が深刻である。また、２本のヒータが小径化した定着ベルトの内部で支持部材の表面に配された反射部材７０に囲まれるように配置されているため、各ヒータの定着ベルトへの照射角が狭められていて、その点でも加熱効率が低下する。

これに対し、例えば特許文献２には、複数のハロゲンヒータをリフレクタで挟んだ両側に配置することで、複数のハロゲンヒータが互いに加熱し合う熱干渉を防止する構成が開示されている。

しかしながら、このように省エネルギー化やファーストプリントタイムの向上を実現するために部材の低熱容量化を進めると、新たな課題が発生した。定着装置においては、定着ベルトを加熱する熱源の加熱幅よりも幅の狭い記録材（小サイズ紙）を通紙する際に、定着ベルトの幅方向（用紙搬送方向と直交する方向）の温度において、通紙範囲外にあたる領域の温度上昇が著しくなる、いわゆる端部温度上昇が発生する。これは定着ベルトの薄肉化によって、定着ベルトの幅方向における熱移動が阻害されるためである。また、加圧ローラ／ベルトのような定着装置を構成する部材が、耐熱温度以上にまで達してしまう場合があり、部材保護するために通紙範囲外領域の温度を抑制しなければならず、通紙の生産性を落とさなければならないといった課題（ＣＰＭダウン）があった。また、端部温度上昇により、記録材の端部付近（幅方向における端部付近）でトナーがホットオフセットするという課題もある。この課題に対応するために、例えば特許文献３等で、定着ニップに良熱伝導部材を配置して、定着ニップで軸方向（幅方向）における温度勾配を緩和させる構成が提案されている。

定着ニップで軸方向温度均一性を高めるためには、熱移動補助部材として銅やアルミニウムなどの良熱伝導部材を用いるのが好ましいが、室温からのウォームアップ時に良熱伝導率であるが故に熱移動補助部材全体に定着ベルトの熱が吸収され、定着ベルトの昇温が遅れ、ウォームアップタイムが遅延する問題があった。前述の端部温度上昇は時間軸としてウォームアップタイムより長いものであるため、熱移動補助部材表面に薄膜の熱抵抗層を備えれば、大幅なウォームアップタイムの遅延を防止できるが、定着ニップでの軸方向温度の均一性確保にはマイナス要因となってしまう。

また、定着ニップは加圧力により記録材にトナーを固定する部位であり、定着ベルトと熱移動補助部材の間で摺動抵抗が発生するため、低摩擦化する必要がある。その手段として従来は薄膜でフッ素などの素材からなる摺接シートを熱移動補助部材の表面に設けることが行われている。このような手段は、摺動抵抗を下げることができるが、熱移動補助部材との密着性が悪いと温度勾配緩和機能が損なわれる場合があった。更に、薄膜摺接シートとして、多孔質や繊維質の摺接素材に潤滑剤を保持させて長期にわたって低トルクを維持できるものが知られているが、潤滑剤保持性が高い反面、空孔率が高いので熱伝導が悪かった。一方で非多孔質素材は潤滑剤の保持性が悪く、潤滑剤が定着ベルト端面から流出して経時で駆動トルクが上昇してしまう問題があった。

これらの問題のうち、密着性の問題は、熱移動補助部材に低摩擦材をコーティングすることで解決できるが、潤滑剤の保持性については別途、潤滑剤供給部材を備えるなどが必要であり、更に、低粘度の潤滑剤では定着ベルト端面から流出し易く、高粘度の潤滑剤では潤滑剤供給部材から流出が安定しない問題もある。また、定着ニップでの摺接面は経時で摩耗粉が発生し易く、潤滑剤と摩耗粉が混合することにより、その粘度が上昇し駆動トルクの上昇を招いてしまう問題があった。

また、熱移動補助部材はどのような構成でも必要な物ではなく、例えば低生産性（低ｐｐｍ）の機種では軸方向の熱移動は定着ベルト内で達成可能となるので、高熱伝導の熱移動補助部材を備えないでニップ形成部材のみの構成でも良い。

発明は、上記のような従来の問題に鑑み、定着ベルトとニップ形成部材の摺擦により発生する摩耗粉が混入して粘度上昇による潤滑機能が損なわれることを防ぎ、定着ベルトを駆動回転させる際に発生するトルクが上昇する現象を長期に渡って抑制することのできる定着装置および画像形成装置を提供することを課題とする。

この課題を解決するため、本発明は、回転可能な定着部材と、前記定着部材を加熱する加熱源と、前記定着部材の外側に設けられ前記定着部材に対向する加圧部材と、前記定着部材の内部に配置され前記定着部材を介して前記加圧部材に当接して定着ニップを形成するニップ形成部材とを備える定着装置であって、前記ニップ形成部材の前記定着部材との接触面に、複数の凹部が連続された形状の連続凹部が形成されており、前記連続凹部は、少なくとも前記ニップ形成部材が前記定着部材と接触して前記加圧部材に押圧される範囲内に設けられている定着装置において、前記ニップ形成部材の前記定着部材との前記接触面が、複数の多角形形状に設けられ、前記多角形形状の周囲に設けられた前記連続凹部が、定着部材移動方向の下流に向かって分岐と合流を繰り返すように設けられ、前記多角形形状の角部が、それぞれ前記定着部材移動方向及び前記定着部材移動方向に直交する方向を向いて配置され、前記定着部材移動方向から見て、前記定着部材の中央方向に延びる前記連続凹部の幅は、前記定着部材の端部方向に延びる前記連続凹部の幅よりも広いことを特徴とする。

本発明によれば、定着ベルト内部に付着している潤滑剤の液体分を複数の凹部が連続された形状の連続凹部を経て流動させ、定着ベルト内部を循環させることで、経時でのトルク上昇を抑制することができる。

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。 ２本のハロゲンヒータの発熱部の配置を示す模式図である。 潤滑剤に含まれる摩耗粉の重量割合と定着ベルトの駆動回転トルクの関係を示すグラフである。 ニップ形成部材もしくは熱移動補助部材のベルト接触面に設けた凹部形状を示す構成図である。 ニップ形成部材もしくは熱移動補助部材ベルト接触面に設けた凹部形状の別形態を示す図である。 その凹部形状の特徴を説明する部分拡大図である。 ニップ形成部材もしくは熱移動補助部材ベルト接触面に設けた凹部形状の更に別の形態を示す図である。 ニップ形成部材もしくは熱移動補助部材ベルト接触面に設けた凹部形状の更に別の形態を示す図である。 その凹部形状の特徴を説明する部分拡大図である。 ベルト接触面に設けた凹部形状の全体を示す図である。 図７または図８の構成における、ニップ形成部材の正面断面図である。 凹部形状の上流側に設けた傾斜面を示す断面図である。 ニップ形成部材もしくは熱移動補助部材ベルト接触面に設けた凹部形状の更に別の形態を示す図である。 ニップ形成部材もしくは熱移動補助部材ベルト接触面に設けた凹部形状の更に別の形態を示す図である。 ニップ形成部材もしくは熱移動補助部材ベルト接触面に設けた凹部形状の更に別の形態を示す図である。 熱源として２本のハロゲンヒータを備える定着装置の一例を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
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）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）に配された複数の定着熱源（加熱源）としてのハロゲンヒータ２３Ａ、２３Ｂ（以下、第１のハロゲンヒータ２３Ａ、第２のハロゲンヒータ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、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、液晶ポリマー（ＬＣＰ）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。

本実施例では定着ベルトの長手方向における温度勾配を緩和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のベルト内周面に対向する面を覆うように配されており、小サイズ紙通紙時に定着ベルト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。

断面が略Ｌ型の、第１部材２５Ａと第２部材２５Ｂとから構成され全体として断面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、定着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て、仕切り部材としても機能している。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。周知のように、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。

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。尚、ニップ形成する目的だけであれば熱移動補助手段２７は必ずしも必要とせず省略する事もできる。

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に示し、また図２に関して既述したように、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のハロゲンヒータ２３Ａ、第２のハロゲンヒータ２３Ｂが配置されている。即ち、第１のハロゲンヒータ２３Ａ、第２のハロゲンヒータ２３Ｂは、起立部２５ａにより相互に遮られている。そのため、図１９に示した定着装置のように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のハロゲンヒータ２３Ａ、第２のハロゲンヒータ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。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。尚、本構成は一実施形態であり、ハロゲンヒータ、２３Ａ、２４Ｂの配置、ステー部材２５の形状は限定されない。

また、図４、図５から分かるように、第１のハロゲンヒータ２３Ａは、長手方向中央部に発熱部（フィラメントを螺旋状に巻いた部分であって配光分布が密）を有し、定着ベルト２１の中央範囲を加熱し、例えばＡ４縦サイズなどの小サイズ紙に対応するものである。一方、第２のハロゲンヒータ２３Ｂは、長手方向両端部に発熱部を有し、定着ベルト２１の側部範囲を加熱する。そして、例えばＡ３縦サイズなどの大サイズ紙を通紙する場合には、第１のハロゲンヒータ２３Ａだけでなく、第２のハロゲンヒータ２３Ｂも点灯して、大サイズ紙に対応させる。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。

このように２本のハロゲンヒータ２３Ａ、２３Ｂによって異なるサイズの用紙に対応させているが、更に異なるサイズの用紙が用いられる場合には、通紙領域では用紙により奪熱される一方、非通紙領域では奪熱されずに無駄に加熱されて、過昇温の問題も発生し得るところ、本実施形態では、熱伝導性の高い材料で形成された熱移動補助部材２７によって、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ている。

しかしながら、熱移動補助部材２７は定着ベルト２１の内周面と摺接しているため、銅やアルミニウムなどの熱伝導性の高い材料をそのまま定着ベルト２１の内周面と摺接させると摩擦係数が大きく、ユニットトルクが大きくなって、装置の寿命が短くなるなどの不具合がある。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、低摩擦処理が施されていることも望ましい。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。

更に、熱移動補助部材２７と定着ベルト２１内周面の間に潤滑剤を介在させて、摺動抵抗を低減させている。つまり、図２に示すように、潤滑剤２４０が定着ベルト２１の内周面に付着しており、定着ベルト２１が加圧ローラ２２の回転によって連れ回されることで、熱移動補助部材２７の表面にも付着する。この潤滑剤として、基油をポリテトラフルオロエチレンのようなフッ素オイルやシリコーンオイル、添加剤、増ちょう剤として、固体潤滑剤、ＰＴＦＥ等を含有したグリースを用いるが、本例では基油をフッ素オイルとしている。ちょう度が００〜０号程度の半流動状若しくは極めて軟いグリースを用いることで低トルクを維持している。基油としてフッ素オイルを用いた構成であるとシリコーンオイルを用いる場合よりも耐熱性が高く化学的に安定しているため定着ベルト２１内に熱源があっても揮発減量、変質を抑制することができる。

図６は、潤滑剤内に含まれる摩耗粉の重量割合（ｗｔ％）と定着ベルト２１駆動回転トルクの関係を示したものである。摩耗粉混入割合が高くなるほど粘度が上昇し駆動回転トルクが上昇してしまう。これは液状である基油と固体である増ちょう成分に加えて摩耗粉が加わることにより、より固体分が増えて増粘するためである。

図７は、ニップ形成部材２４若しくは熱移動補助部材２７の、定着ベルト２１との接触面（以下、ベルト接触面とも記す）をニップ方向から見た図である。図の「Ｃ」は、ベルト搬送方向（図の上下方向）に直交する方向（ベルト幅方向）の中心（搬送中心）である。

ニップ形成部材２４、または熱移動補助部材２７のベルト接触面は、ベルト搬送方向に延在する複数の凹部（搬送方向凹部）５１と、夫々の搬送方向凹部５１を繋ぐ非搬送方向凹部５２（連絡凹部）により形成される連続的な凹部形状（連続凹部）を有している。凹部底面はニップ形成部材２４または熱移動補助部材２７のベルト接触面２４ｃ、２７ａよりも０．０５〜０．５ｍｍ程度低く（ベルト接触面から凹むように）構成し、定着ベルト２１と直接接触しない構成となっている。凹部５１，５２は予めニップ形成部材２４若しくは熱移動補助部材２７にプレス加工等で、樹脂の場合には型に凹凸面を形成後に摺動層を塗装等で付与しても良いし、摺動層を付与後にプレス加工で凹凸加工を付与しても良い。

前述したように、定着ベルト２１内部に付着している潤滑剤２４０はニップ形成部材２４若しくは熱移動補助部材２７との接触摩擦抵抗を低減させると共に両部材から発生する摩耗を抑制している。しかしながら、長期間の接触摩擦により部材の摩耗は完全には防止できずに摩耗粉が発生して定着ベルト２１内部（内周面）を循環すると同時に潤滑剤２４０と混合する。混合され増粘した潤滑剤２４０は前述の搬送方向凹部５１に侵入すると蓄積するが、定着ベルト２１からの熱により基油である液体分は流動し易く摺動部の低摩擦は液体分の寄与により維持できる。さらに定着ベルト２１内部で発生する摩耗は長手方向で一律ではなく、例えばニップ部の荷重が高く摩耗量が多い箇所、通紙用紙サイズ、紙厚により負荷が掛かる場所では摩耗が発生しやすい。摩耗発生場所はユーザーによる装置の使い方、環境、条件により特定されるものではないので摩耗粉が堆積する箇所も予測し難い。そのため、摩耗粉が堆積した箇所の潤滑剤を再流出させるために、非搬送方向凹部（連絡凹部）５２で潤滑剤２４０の液体分を長手方向（ベルト幅方向）に流動させるようにしている。これにより、潤滑剤を定着ベルト内部で循環させることができ、経時でのトルク上昇を抑制できる。

図８は、ニップ形成部材２４または熱移動補助部材２７のベルト接触面に設けた凹部形状の別形態を示す図である。この形態は、縦方向凹部５１Ｂを、搬送中心Ｃを中心に対称形で傾斜させた（斜め配置した）例である。複数の凹部（縦方向凹部５１Ｂ）を連絡凹部５２で連絡し、連続凹部を形成している。

縦方向凹部５１Ｂの傾斜角度は、図９に示すように縦方向凹部幅をｄ、凹部間隔をｅ、凹部搬送方向長さをｆ、凹部の搬送方向に対する傾斜角をθとした時、ｔａｎθ＞（ｄ＋ｅ）／ｆとすることにより、ベルト搬送方向で必ず縦方向凹部５１Ｂを定着ベルト２１内面が通過することにより、特定箇所のみの摩耗粉を回収することがなく、また、潤滑剤２４０も特定箇所が不足して部分的に摩耗が加速されないような構成となっている。また、定着ベルト２１とニップ形成部材２４若しくは熱移動補助部材２７との搬送方向接触幅ｇよりも搬送方向長さｆを大きくすることにより潤滑剤２４０が奥部に流入し易く低摩擦状態とすることができる。

ニップ形成部材２４または熱移動補助部材２７のベルト接触面の更に別の形態を図１０及び図１１に示す。この形態では、ニップ形成部材２４または熱移動補助部材２７のベルト接触面２４ｃ、２７ａは複数の多角形形状、本例では多角形の一例である菱形形状となっており、そのベルト接触面２４ｃ、２７ａを囲むように連続凹部５３が連続した凹面で構成されている。なお、本例では、菱形形状のベルト接触面２４ｃ、２７ａは、菱形の角部がそれぞれベルト移動方向およびベルト移動方向に直交する方向を向いて配置されている。本形態では、連続凹部５３を構成する複数の凹部がベルト移動方向の下流に向かって分岐と合流を繰り返すように斜め方向に延びる形状である。

凹部５３のベルト搬送方向に対する傾斜角は、図１０の構成におけるθ１よりも図１１の構成におけるθ２が小さく、定着ベルト搬送方向に対する接触角度が小さい分、図１１の構成の方が摺動抵抗を小さすることが出来るので望ましい。また、図１０の構成であると潤滑剤は長手方向（定着ベルト２１幅方向）に流動しやすいため、定着ベルト２１の外部に潤滑剤２４０が流出しやすい。

そのため、図１２のように搬送中心に向かう側の凹部幅ｊを搬送中心外側に向かう凹部幅ｋよりも広くして、潤滑剤２４０が外部に流れ難い構成にしても良い。図中の太線の矢印は、縦方向の凹部に沿った潤滑剤の移動方向を示すものである。なお、図１２では図１１の構成で示したが、図１０の構成も同様である。

また、長手方向（定着ベルト２１幅方向）全体を図１３に示す。図１３から分かるように、長手方向全体では、搬送中心Ｃを中心に対称形となっている。なお、図１３では図１０の構成で示したが、図１１の構成も同様である。

図１４は、図７または図８の構成における、ニップ形成部材２４の搬送方向凹部５１，縦方向凹部５１Ｂを含む正面断面図である。定着ベルト２１はニップ形成部材２４に圧力が掛かりながら接触搬送する。その際、凹部の長さ（ベルト搬送方向または縦方向の凹部の大きさを長さとする）と凹部の幅（長さと直角な方向の大きさを幅とする）の関係により定着ベルト２１が凹部に入り込むと、長さ方向における凹部の角部と定着ベルト２１が接触しやすくなる場合があり、摩擦抵抗が大きくなるだけでなく、摩耗粉も増大してしまう。そこで、図１５に示すように、凹部の長さ方向の下流側部分に傾斜面５４を設けることで摩擦抵抗の増大を防止できる。これにより、低摩擦係数維持と摩耗粉の増大抑制を図ることができる。

ニップ形成部材２４または熱移動補助部材２７のベルト接触面の更に別の形態を図１６及び図１７に示す。
図１６に示す形態では、ニップ形成部材２４または熱移動補助部材２７のベルト接触面２４ｃ、２７ａは多角形形状となっており、そのベルト接触面２４ｃ、２７ａを囲むように連続凹部５３が連続した凹面で構成されている。多角形形状は、正方形や長方形の四角形状でもよいし、その他の多角形、例えば五角形や六角形でもよい。本例では多角形形状のベルト接触面２４ｃ、２７ａが定着ベルト移動方向および定着ベルト移動方向に直交する方向に並んで配置された形態となっている。

図１７に示す形態では、ニップ形成部材２４または熱移動補助部材２７のベルト接触面２４ｃ、２７ａは円形形状となっており、そのベルト接触面２４ｃ、２７ａを囲むように連続凹部５３が連続した凹面で構成されている。なお、ベルト接触面２４ｃ、２７ａは円形に限らず、楕円形でもよい。楕円形の場合は斜めに配置してもよい。本例では円形形状または楕円形形状のベルト接触面２４ｃ、２７ａが定着ベルト移動方向および定着ベルト移動方向に直交する方向に並んで配置された形態となっている。

図１８は、ニップ形成部材２４または熱移動補助部材２７のベルト接触面の更に別の形態を示す図である。この形態では、ニップ形成部材２４または熱移動補助部材２７のベルト接触面２４ｃ、２７ａは円形形状となっており、そのベルト接触面２４ｃ、２７ａの位置は、ベルト搬送方向と直交する方向（幅方向）にはまっすぐ並ぶように配置し、かつベルト搬送方向と直交する方向（幅方向）では横に（幅方向に）ずらして配置した構成となっている。ベルト接触面２４ｃ、２７ａをベルト搬送方向と直交する方向にずらし量ｈ，ｉを設けて配置し、潤滑剤２４０が外部に流れ難い構成にしている。なお、ベルト接触面２４ｃ、２７ａを楕円形状としてもよい。

なお、図１６に示した多角形形状のベルト接触面２４ｃ、２７ａを有する構成において、図１８のように、ベルト接触面２４ｃ、２７ａをベルト搬送方向と直交する方向（幅方向）にずらして配置した構成とすることも可能である。

上記説明した各形態において、連続凹部５３は、ニップ形成部材２４または熱移動補助部材２７が定着ベルト２１と接触して加圧ローラ２２に押圧される範囲内に少なくとも設けられるものとする（定着ベルト２１と接触して加圧ローラ２２に押圧される範囲の外側に設けられていてもよい）。

また、連続凹部５３の定着ベルト移動方向上流側は、ニップ形成部材２４または熱移動補助部材２７が定着ベルト２１と接触する範囲よりも上流側まで設けられていてもよい。
なお、熱移動補助部材２７を備える場合は、上記の各凹部は、ニップ形成部材２４ではなく、熱移動補助部材２７の表面（定着ベルト接触面側の表面）に設けられるものとする。

このように、本発明においては、ニップ形成部材または熱移動補助部材の定着部材との接触面に連続凹部が形成されており、その連続凹部が少なくともニップ形成部材が定着部材と接触して加圧部材に押圧される範囲内に設けられていることで、定着部材とニップ形成部材または熱移動補助部材との摺擦により発生する摩耗粉混入を原因とする粘度上昇による潤滑性低下を防ぎ、定着部材を駆動するトルクの上昇を長期的に抑制することができる。

以上、本発明を図示例に基づき説明したが、本発明はこれ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、定着装置及び画像形成装置としては、本発明を適用可能であれば任意な構成を採用可能である。例えば定着装置の加熱源は、ハロゲンヒータに限らず、適宜な加熱手段を採用可能である。また、画像形成装置としてはプリンタに限らず、複写機やファクシミリあるいは複数の機能を備える複合機であっても良い。

１ 画像形成装置
４Ｃ、４Ｋ、４Ｍ、４Ｙ 作像部
２０ 定着装置
２１ 定着ベルト（定着部材）
２２ 加圧ローラ（加圧部材）
２３ ハロゲンヒータ（加熱源）
２４ ニップ形成部材
２４ｃ 定着ベルト接触面
２５ ステー部材
２７ 熱移動補助部材
２７ 定着ベルト接触面
２８ 反射部材
５１ 搬送方向凹部
５１Ｂ 縦方向凹部
５２ 非搬送方向凹部（連絡凹部）
５３ 連続凹部
５４ 傾斜面
Ｃ 搬送中心
Ｎ 定着ニップ
Ｐ 用紙（記録材）
θ、θ１、θ２ 傾斜角

特開２０１０−３２６３１号公報 特開２０１０−７８８３９号公報 特開２０１５−９９３５２号公報

Claims (6)

1. 回転可能な定着部材と、前記定着部材を加熱する加熱源と、前記定着部材の外側に設けられ前記定着部材に対向する加圧部材と、前記定着部材の内部に配置され前記定着部材を介して前記加圧部材に当接して定着ニップを形成するニップ形成部材とを備える定着装置であって、
   前記ニップ形成部材の前記定着部材との接触面に、複数の凹部が連続された形状の連続凹部が形成されており、
   前記連続凹部は、少なくとも前記ニップ形成部材が前記定着部材と接触して前記加圧部材に押圧される範囲内に設けられている定着装置において、
   前記ニップ形成部材の前記定着部材との前記接触面が、複数の多角形形状に設けられ、
   前記多角形形状の周囲に設けられた前記連続凹部が、定着部材移動方向の下流に向かって分岐と合流を繰り返すように設けられ、
   前記多角形形状の角部が、それぞれ前記定着部材移動方向及び前記定着部材移動方向に直交する方向を向いて配置され、
   前記定着部材移動方向から見て、前記定着部材の中央方向に延びる前記連続凹部の幅は、前記定着部材の端部方向に延びる前記連続凹部の幅よりも広いことを特徴とする定着装置。
2. 前記多角形形状は、菱形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。
3. 前記ニップ形成部材の表面形状は、前記定着部材移動方向に直交する方向の中央部に対し、対称形となってい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. 前記連続凹部の前記定着部材移動方向の上流側は、前記ニップ形成部材が前記定着部材と接触する範囲よりも上流側まで設けられていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 前記ニップ形成部材の前記定着部材との接触面側に高熱伝導率の熱移動補助部材を備える場合は、前記凹部は、前記ニップ形成部材ではなく前記熱移動補助部材の前記定着部材との接触面側の表面に設けられることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１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。

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