JP6888319B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置及び画像形成装置に関する。

画像形成装置では、電子写真記録、静電記録、磁気記録など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、静電記録紙など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、電磁誘導加熱方式など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。
（課題１）電源投入時などの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（ウォームアップ時間）や、印刷要求を受けた後、印刷準備を経て印字動作を行い、排紙が完了するまでの時間（ファーストプリント時間）のさらなる短縮化。
（課題２）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。特に連続印刷の始めに熱量が不足する、いわゆる温度落ち込みの解消。

これら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、定着熱源により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ている（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回転部材と定着ベルトの内部（ループ内）に固定配置された支持部材（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。

さらに、特許文献１に記載の定着装置では、支持部材が、その表面に複数の断熱溝を有するので熱伝導率が低くなっており、定着熱源によって加熱された定着ベルトの熱が支持部材に移動しにくい。したがって消費電力を低減できる。

上述した低熱容量の無端ベルトを用いる定着装置は、熱効率に優れたものであるが、通紙時に無端ベルトの長手方向の温度分布を均一に保ちにくいという問題がある。

すなわち、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奪われるが、一方、記録材が通過しない領域（非通紙領域）では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する。それにより、この非通紙領域のニップ部温度が、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り易い。また、特許文献１に記載の定着装置は、ニップ形成部材の熱伝導性が低くなるように構成されているので、定着ベルトや加圧ローラに一層熱が溜まり易い。したがって、定着画像ムラや、定着ベルト及び加圧ローラ表層の早期劣化を発生するおそれがある。

そこで本発明は、通紙時に定着ベルトの長手方向の温度分布を均一にするとともに、定着ベルトからニップ形成部材への熱移動量を減らして消費電力量を削減する定着装置の提供を目的とする。

上記課題は、可撓性を有する無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトを加熱する定着熱源と、前記定着ベルトの外側に設けられ、前記定着ベルトに対向する加圧部材と、前記定着ベルトの内側に設けられ、前記定着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を支持するステー部材と、前記ニップ形成部材の前記定着ベルトに対向する面を覆い、前記定着ベルトの長手方向に熱を移動する熱移動補助部材とを備え、前記ニップ形成部材は、前記定着ベルトに対向する面に前記熱移動補助部材との非接触領域を形成する開口部を少なくとも１つ有する定着装置において、前記ステー部材と前記ニップ形成部材は凸状の接触部により接続され、前記接触部の接触領域は前記ニップ形成部材の前記定着ベルトに対向する面からみて、前記非接触領域内にあることを特徴とする定着装置によって、解決される。
また、上記課題は、可撓性を有する無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトを加熱する定着熱源と、前記定着ベルトの外側に設けられ、前記定着ベルトに対向する加圧部材と、前記定着ベルトの内側に設けられ、前記定着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を支持するステー部材と、前記ニップ形成部材の前記定着ベルトに対向する面を覆い、前記定着ベルトの長手方向に熱を移動する熱移動補助部材とを備え、前記ニップ形成部材は、前記定着ベルトに対向する面に前記熱移動補助部材との非接触領域を形成する開口部を少なくとも１つ有する定着装置において、前記開口部は、前記熱移動補助部材の両端部よりも内側に形成されていることを特徴とする定着装置によっても解決される。

本発明の定着装置は、ニップ形成部材の定着ベルトに対向する面を覆う熱移動補助部材を備えるので、通紙時に定着ベルトの長手方向の温度分布を均一にできる。また、ニップ形成部材の定着ベルトと対向する面に、熱移動補助部材と接触しない領域を形成する開口部が設けられているため、定着ベルトからニップ形成部材への熱移動量を減らして消費電力量を削減できる。

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、熱移動補助部材及び端部ヒータを示す分解斜視図である。 ニップ形成部材の第１の形態を示す斜視図である。 （ａ）は開口部を含まない位置でのニップ形成部材の断面図であり、（ｂ）は開口部を含む位置でのニップ形成部材の断面図である。 ニップ形成部材の第２の形態を示す斜視図である。 ニップ形成部材の第３の形態を示す斜視図である。 異なる寸法の２つの開口部を有するニップ形成部材の短手方向における断面図である。 熱移動補助部材及びニップ形成部材の構成部分を示す断面図である。 （ａ）はニップ形成部材とステー部材の短手方向における断面図であり、（ｂ）は熱の移動経路を説明する図である。 熱移動補助部材及びニップ形成部材の構成部分を示す断面図である。 ニップ形成部材の変形例を示す、短手方向における断面図である。 熱移動補助部材及びニップ形成部材の構成部分を示す断面図である。 ニップ形成部材の変形例を示す、短手方向における断面図（その２）である。 ニップ形成部材に熱移動補助部材を取り付けた状態を示す斜視図である。 端部ヒータを備えない定着装置の概略断面図である。 図１７に示す定着装置が備えるニップ形成ユニットの分解斜視図である。

以下、添付の図面に基づき、本発明の実施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。さらに、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。さらに、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１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、カーボンヒータなどであってもよい。

さらに定着ベルト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Ｎ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２１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Ｎ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４０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。さら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、さらに望ましくは、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、定着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ともに、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など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、定着装置２０の一方の端部を示す概略的な斜視図である。定着ベルト２１の両端には、フランジ４５が設けられる。図３はその片側を示す。

フランジ４５は、軸方向両側を開口させた中空形状をなし、軸方向に延びる受け部４６と、受け部４６から半径方向に突出する顎部４７とを一体に有する。受け部４６は、周方向の一部領域に切り欠き４８を有する部分円筒状に形成されている。この切り欠き４８で形成された空間に、ニップ形成部材２４及び熱移動補助部材２７が挿入されている。

受け部４６は、定着ベルト２１の長手方向にベルト寄りが発生した際、定着ベルト２１の端部と接触し、定着ベルト２１の長手方向への移動を規制する。顎部４７は、定着装置２０の本体側板に固定される。また、定着ベルト２１の端部と受け部４６との間に定着ベルト２１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４は、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、熱移動補助部材及び端部ヒータを示す分解斜視図である。

図４に示すように、ニップ形成部材２４の定着ニップ側に配された熱移動補助部材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。ニップ形成部材２４の定着ニップと反対側の面は、ステー部材２５の定着ニップ側の面に支持される。この際、接触する面にボスとピンのような凸形状を形成し、ニップ形成部材２４とステー部材２５の接触領域を小さくすることが望ましい。

上述したように、本実施形態に係る定着装置は、熱移動補助部材２７を備えるので、通紙時の定着ベルトの長手方向における温度分布を均一にできる。しかし、定着ベルト２１の熱が熱移動補助部材２７に伝わることで、そこからさらにニップ形成部材２４へと熱が移動する。熱移動補助部材２７からニップ形成部材２４へ移動する熱はトナーの定着には寄与しないので、無駄な熱エネルギーとなる。つまり、定着に用いられる消費電力量を増加させる要因となる。そこで、そのような定着に寄与しない熱量を抑制することが定着装置の、ひいては画像形成装置の省エネルギー化となる。

以下より、定着に寄与しない熱量を抑制する形態（構成）について説明する。

（第１の形態）
図５は、ニップ形成部材の第１の形態を示す斜視図である。なお、分かり易くするため、図４で示した端部ヒータ２６ａ、２６ｂと凹部２４ａ、２４ｂを省略している。

ニップ形成部材５０は、加圧ローラ２２に対向する面５０ｃ（ニップ面ともいう）に、開口部５２ａ、５２ｂ、５２ｃを有しており、熱移動補助部材２７と接触しない非接触領域５６ａ、５６ｂ、５６ｃが形成されている。各開口部５２ａ、５２ｂ、５２ｃは、ニップ形成部材５０と熱移動補助部材２７の実接触領域を減らすとともに、内部に空気層を生成するため、熱移動補助部材２７からニップ形成部材５０へ移動する熱を減らすことができる。また、これら開口部５２を、それぞれ広範囲かつ深く形成すれば、ニップ形成部材５０自体の体積が減り、熱容量を小さくできる。これらより、ニップ形成部材５０は、定着に寄与しない熱移動補助部材２７からの熱量の移動を抑制できるので、定着装置の消費電力量を削減できる。

また、別の観点からこの形態（構成）の利点について説明する。上述したように、熱移動補助部材２７はその長手方向に熱を移動するだけでなく、ニップ形成部材５０に向かう方向にも熱を移動する。しかし、ニップ形成部材５０のように熱伝導性を低く構成することで、熱移動補助部材２７の熱量は積極的にその長手方向に移動することになる。したがって、ニップ形成部材５０は、熱移動補助部材２７の均熱作用をより一層高めるという相乗効果を奏する。

（第２の形態）
第１の形態において、ニップ形成部材５０の長手方向の任意の位置での断面形状は、開口部を含まない位置での断面（図６（ａ））と、開口部を含む位置での断面（図６（ｂ））となる。よって定着ベルトから記録材側、ニップ形成部材側への伝熱状態は、長手方向の両者断面形状となる位置で異なる。それに加え、定着ニップは、長手方向において開口部を含まない位置ではニップ形成部材５０により支持され、開口部を含む位置では熱移動補助部材２７により支持され、両者は剛性が異なるので、長手方向の各位置でニップ状態が異なる。上記２つの理由から、定着ムラを生じるおそれがある。

図７は、ニップ形成部材の第２の形態を示す斜視図である。図７において、図５との差異について詳細に説明する。

ニップ形成部材６０は単一の開口部６２を有し、開口部６２はニップ形成部材６０の短手方向における寸法（ｄ）が、ニップ形成部材６０の長手方向における所定位置まで一定である。すなわち、開口部６２は、ニップ形成部材の長手方向における所定の長さまで、同一幅で連続して形成されている。そのため、ニップ形成部材６０の長手方向の任意の位置において、断面形状が同じになり、定着ムラを生じない。ただし、加圧ローラ２２の加重は、熱移動補助部材２７で支持することになるので、熱移動補助部材２７のたわみ量を考慮した上で、開口部６２の寸法（形状）を決めることが望ましい。

（第３の形態）
図８は、ニップ形成部材の第３の形態を示す斜視図である。図８において、図５及び７との差異について詳細に説明する。

図８に示すように、ニップ形成部材７０は、短手方向に並列した２つの開口部７２ａ、７２ｂを有しており、熱移動補助部材２７と接触しない非接触領域７４ａ、７４ｂが形成されている。また、短手方向中央部に熱移動補助部材２７と接触する接触領域７６（ハッチングした領域）が形成されている。第３の形態に係るニップ形成部材７０は、長手方向の任意の位置において、断面形状が同じであるので、定着ムラを生じない。また、接触領域７６が熱移動補助部材２７を支持するため、熱移動補助部材２７のたわみ量を、図７に示した第２の形態と比べて大幅に小さくすることができる。

ニップ面がフラットな場合、ニップ面における加圧ローラ２２の加重が最大となる位置は、加圧ローラ２２の中心位置からニップ面に向けて垂直に伸ばした線とニップ面との交点である。その交点が接触領域７６に含まれるように、各開口部７２ａ、７２ｂを形成すれば、最もたわみ量を低減できる。また、ニップ面に凹部又は凸部がある場合も、ニップ面において加重が最大となる位置が接触領域７６に含まれるようにすれば、同様にたわみ量を低減できる。

例えば、図９に示すように、開口部７２ａの短手方向の開口寸法（Ｌ１）を、開口部７２ｂの短手方向の開口寸法（Ｌ２）よりも小さくし（Ｌ１＜Ｌ２）、接触領域７６を記録材搬送方向（図中の矢印方向）の下流に配置する。この場合、記録材搬送方向の上流側において、ニップ面は低面圧かつ高断熱となり、下流側において高面圧となる。これにより、定着時に記録材のトナーをまず溶融させ、液体状態で記録材に圧着させることができるので、低い定着温度で定着ができる。このように、開口部の寸法と個数は、ニップ面が所望の面圧となるように定めることが望ましい。

ここで補足として、熱移動補助部材及びニップ形成部材の構成部分について名称を付けておく。図１０は、熱移動補助部材及びニップ形成部材の構成部分を示す断面図である。

熱移動補助部材２７は、基部２７ｂと、立ち上がり部２７ｃとを有する。立ち上がり部２７ｃは、基部２７ｂからステー側に延びている。また、ニップ形成部材２４は、熱移動補助部材２７の立ち上がり部２７ｃに面する部分２４ｆと、熱移動補助部材側部分２４ｇと、ステー側部分２４ｈと、突出部２４ｉとを有する。

ここで、ニップ形成部材の熱移動補助部材側部分２４ｇは、熱移動補助部材に対向する面を形成している。ステー側部分２４ｈは、一方の立ち上がり部２７ｃのステー側先端付近から、他方の立ち上がり部２７ｃのステー側先端付近まで延び、ステーに対向する面を形成している。また、熱移動補助部材の基部２７ｂとほぼ平行である。なお、立ち上がり部２７ｃの先端とステー側部分２４ｈは、図では同一平面上にあるが、どちらかが高くあっても（段差があっても）よい。

ニップ形成部材の突出部２４ｉは、ステー側部分２４ｈからステーに向かって延び、先端がステーと接する。あるいは、その先端とステーの間に別部材を介して接してもよい。突出部２４ｉのステーと接する箇所は、熱移動補助部材の立ち上がり部２７ｃの先端よりも押圧方向にステー側に高くなるように突出している。言い換えると、熱移動補助部材の基部２７ｂと立ち上がり部２７ｃとで形成される凹形状の中に、ステーは入り込んでいない。

続いて、ニップ形成部材とステー部材の接触状態について説明する。図１１（ａ）はニップ形成部材とステー部材の短手方向における断面図であり、図１１（ｂ）は熱の移動経路を説明する図である。

図１１（ａ）に示すように、ニップ形成部材７０は、ステー部材２５により支持されている。ここで、ニップ形成部材７０は、凸状の接触部７５ａ、７５ｂによってステー部材２５に支持され、その接触部７５ａ、７５ｂがステー部材２５と接触する接触領域７６ａ、７６ｂは、ニップ形成部材７０のニップ面からみて、それぞれ非接触領域７４ａ、７４ｂに対応する範囲内にあることが望ましい。

この場合、図１１（ｂ）に示すように、熱移動補助部材２７からニップ形成部材７０を介してステー部材２５に達する熱の移動経路（伝熱経路）は、それぞれ距離Ｌ１〜Ｌ４の分迂回することになる。したがって、ニップ形成部材７０のステー部材２５に対する断熱効果を向上できる。なお、凸状の接触部７５ａ、７５ｂは、ニップ形成部材７０に形成しても、ステー部材２５に形成してもよい。

定着装置の仕様によっては、加圧ローラ２２の加重を支えるために、ステー部材２５とニップ形成部材７０の接触領域７６を非接触領域７４内に配置できない場合も考えられる。その場合は、できる限り接触領域７６が非接触領域７４内に含まれるように、開口部と接触部の位置関係や、それぞれの個数を定めることが望ましい。また、接触部７５は、単一であってもよいし、２つ以上であってもよい。

補足として図１２に、熱移動補助部材２７及びニップ形成部材７０の構成部分を示す断面図を示す。各構成部分についての名称は、図１０における添え字符号と同じ添え字符号を付すことで、その説明を省略する。

（変形例）
図１３は、ニップ形成部材の変形例を示す、短手方向における断面図である。図１３において、図８との差異について詳細に説明する。

図１３に示すように、ニップ形成部材８０は、短手方向に並列した３つの開口部８２ａ、８２ｂ、８２ｃを有しており、短手方向中央部に熱移動補助部材２７と接触する接触領域８４ａ、８４ｂが形成されている。このように、開口部を複数形成する場合は、ニップ形成部材８０の短手方向に並列する。熱移動補助部材２７との接触領域が増えるため、ニップ形成部材８０は、図８で示したニップ形成部材７０よりも、熱移動補助部材２７のたわみ量を低減できる。しかし、開口部の数を増やすことで、短手方向において熱移動補助部材２７からニップ形成部材８０を介してステー部材２５までの伝熱経路は短くなる。そのため、熱移動補助部材２７のたわみが許容値に収まる範囲で可能な限り伝熱経路が長くなるように、開口部の位置や個数を調整することが望ましい。

補足として図１４に、熱移動補助部材２７及びニップ形成部材８０の構成部分を示す断面図を示す。各構成部分についての名称は、図１０における添え字符号と同じ添え字符号を付すことで、その説明を省略する。

図１５は、ニップ形成部材の変形例を示す、短手方向における断面図（その２）である。図１５に示すように、熱移動補助部材３７を、定着ベルト２１との摺動摩擦の低減と、記録媒体の搬送性及び分離性の向上を考慮した形状とすることはよく行われる。すなわち、熱移動補助部材３７は、記録媒体の搬送方向上流において、定着ベルト２１が破損しない曲率とし、記録媒体の搬送方向下流において、加圧ローラ２２に向かって傾斜又は突出させる。また、ニップ形成部材９０は、熱移動補助部材３７の形状に合わせた形状とする。このような場合によっても、開口部の位置や個数を調整することが好ましい。

なお、各構成部分についての名称は、図１０における添え字符号と同じ添え字符号を付すことで、その説明を省略する。

図１６は、ニップ形成部材に熱移動補助部材を取り付けた状態を示す斜視図である。なお、分かり易くするため、図４で示した端部ヒータ２６ａ、２６ｂと凹部２４ａ、２４ｂを省略している。

ニップ形成部材６０の開口部６２は、長手方向において、熱移動補助部材２７の長さよりも短い。つまり、熱移動補助部材２７は、長手方向両端部がニップ形成部材６０の両端部に支持されており（熱移動補助部材２７の長手方向長さＬ５＞開口部６２の長手方向長さＬ６）、ニップ面に垂直な方向の加重が作用した際のたわみ量を低減できる。

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１７に、端部ヒータを備えない定着装置を概略断面で示す。また、図１８に、図１７に示す定着装置が備えるニップ形成ユニットの分解斜視図を示す。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が異なるだけであるので、各部材に参照符号を付すことで、その説明は省略する。

以上、実施形態を用いて本発明を詳細に説明した。この実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して使用できる。

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 加圧ローラ
２３、２３Ａ、２３Ｂ ヒータ
２４、５０、６０、７０、８０、９０ ニップ形成部材
２４ａ、２４ｂ 凹部
２４ｃ 面
２４ｆ、７０ｆ、８０ｆ 面する部分
２４ｇ、７０ｇ、８０ｇ 熱移動補助部材側部分
２４ｈ、７０ｈ、８０ｈ ステー側部分
２４ｉ、７０ｉ、８０ｉ 突出部
２５ ステー部材
２５ａ 起立部
２５ｂ 接触面
２６ａ、２６ｂ 端部ヒータ
２７、３７ 熱移動補助部材
２７ａ ベルト摺接面
２７ｂ 基部
２７ｃ 立ち上がり部
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
４０ 分離部材
４５ フランジ
４６ 受け部
４７ 顎部
４８ 切り欠き
７５ 接触部
５２、６２、７２、８２ 開口部
５６、７４ 非接触領域
７６、８４ 接触領域
Ｎ 定着ニップ
Ｐ 用紙

米国特許出願公開第２０１５／００３０３６２号明細書

Claims (10)

1. 可撓性を有する無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトを加熱する定着熱源と、
   前記定着ベルトの外側に設けられ、前記定着ベルトに対向する加圧部材と、
   前記定着ベルトの内側に設けられ、前記定着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を支持するステー部材と、
   前記ニップ形成部材の前記定着ベルトに対向する面を覆い、前記定着ベルトの長手方向に熱を移動する熱移動補助部材と
   を備え、
   前記ニップ形成部材は、前記定着ベルトに対向する面に前記熱移動補助部材との非接触領域を形成する開口部を少なくとも１つ有する定着装置において、
   前記ステー部材と前記ニップ形成部材は凸状の接触部により接続され、前記接触部の接触領域は前記ニップ形成部材の前記定着ベルトに対向する面からみて、前記非接触領域内にあることを特徴とする定着装置。
2. 可撓性を有する無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトを加熱する定着熱源と、
   前記定着ベルトの外側に設けられ、前記定着ベルトに対向する加圧部材と、
   前記定着ベルトの内側に設けられ、前記定着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を支持するステー部材と、
   前記ニップ形成部材の前記定着ベルトに対向する面を覆い、前記定着ベルトの長手方向に熱を移動する熱移動補助部材と
   を備え、
   前記ニップ形成部材は、前記定着ベルトに対向する面に前記熱移動補助部材との非接触領域を形成する開口部を少なくとも１つ有する定着装置において、
   前記開口部は、前記熱移動補助部材の両端部よりも内側に形成されていることを特徴とする定着装置。
3. 前記ステー部材と前記ニップ形成部材の接触領域は、前記ニップ形成部材の前記定着ベルトに対向する面からみて、前記非接触領域内に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。
4. 前記開口部は、前記ニップ形成部材の長手方向における所定の長さまで、同一幅で連続して形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の定着装置。
5. 前記開口部は、複数形成される場合、前記ニップ形成部材の短手方向に並列して形成されることを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
6. 前記ニップ形成部材と前記熱移動補助部材の接触領域は、少なくともニップ面における加重が最大となる位置を含む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。
7. 前記開口部の寸法と個数は、ニップ面が所望の面圧となるように定め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。
8. 前記ニップ形成部材は、記録材搬送方向の上流側における非接触領域を、下流側における非接触領域よりも広く形成する前記開口部を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の定着装置。
9. 前記ニップ形成部材の長手方向両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乃至８のいずれか一項に記載の定着装置。
10. 請求項１乃至９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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