JP6922452B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置及び該定着装を備えた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、さらなるウォームアップ時間（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）や、ファーストプリント時間（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）の短縮化が望まれている（第一の課題）。

また、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、特に連続印刷のはじめに熱量が不足すること（所謂、温度落ち込み）が問題となっている（第二の課題）。

一方、セラミックヒータを用いたサーフ定着による定着装置では、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が、ニップ部のみを局所加熱するため、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（第三の課題）。

上述の第一から第三の課題を解決すべく、無端ベルト全体を温めることを可能にし、ファーストプリントタイムを短縮でき、かつ高速回転時の熱量不足を解消して、高生産の画像形成装置に搭載されても良好な定着性が得られる定着装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特許文献３の定着装置では、無端ベルトの内部に、パイプ状の金属熱伝導体が無端ベルトの移動をガイド可能に固定され、金属熱伝導体内の熱源により金属熱伝導体を介して無端ベルトが加熱される。さらに無端ベルトを介して金属熱伝導体に接してニップ部を形成する加圧ローラを備え、該加圧ローラの回転に連れ回りするようにして無端ベルトを周方向に移動させる（特許文献３の図１参照）。
この構成により、定着装置を構成する無端ベルト全体を温めることが可能となり、加熱待機時からのファーストプリントタイムを短縮することができ、かつ高速回転時の熱量不足を解消することが可能となっている。

一方、更なる省エネルギー性およびファーストプリントタイム向上のためには熱効率を更に向上させる必要がある。そこで、金属熱伝導体を介して無端ベルトを間接的に加熱する構成から、金属熱伝導体を介さずに無端ベルトを直接加熱する構成が提案されている（例えば、特許文献４参照）。

特許文献４の定着装置は、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であるため、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。また、金属熱伝導体がないためコストダウンが可能となる。

なお、特許文献４の定着装置では、ベースパッドの少なくとも定着ベルトに対向する表面に摺動シートを配設することにより、良好な摺動性を保持する構成となっている。摺動シートにはシリコンオイルのような潤滑剤を含ませておくことで更に摺動性を向上させることができ、定着ユニットの耐久性も更に向上する。

ところで、特許文献４の定着装置のように、摺動シートをベースパッド端部付近まで配設すると、定着ニップ部を形成する加圧ローラの加圧力等により潤滑剤がベースパッド端部に移動し、定着ユニット内に漏れてしまうという不具合が生じることがある。
これを防止するために、摺動シート２６を配設する範囲をベースパッド端部より内側の領域として、潤滑剤が漏れても定着ベルト１２１の範囲内に戻るような構成とすることが考えられる（図１２（ａ）及び（ｂ）参照）。
しかしながら、従来の摺動シート２６をベースパッド端部まで配設する構成（図１３（ａ）及び（ｂ）参照）と比べ、図１２（ａ）の破線の円内に示すように、摺動シート２６端部が定着ベルト１２１内周に当接し、摺擦により定着ベルト１２１の破損が発生しやすくなるという課題がある。一方、図１３（ａ）の例では、摺動シート２６はベースパッド端部付近（支持部材４４とオーバーラップする位置）まで配設され、摺動シート２６端部は定着ベルト１２１内周に当接していない。

また、摺動シートが耐熱性の高い糸が布状に織り上げられた部材からなる場合、部材内は空隙を含むため、加圧ローラで押圧されることにより圧縮されて厚みが変化する。加圧ローラで押圧されない摺動シート端部は、押圧されている領域よりも厚みがあり、定着ベルト内周と当接しやすくなる。すなわち、定着ベルト内周が摺動シート端部によって摺擦され、損傷しやすくなるという課題がある。

これに対し、加圧ローラの押圧により厚みが変化しない部材（アルミニウム板などから形成されたニップ板：例えば、特許文献５参照）をニップ部材として適用する構成も知られている。しかしながら、このようなニップ部材の熱伝導率は大きいため、該ニップ部材を定着ベルトの端部まで配設することにより、定着ニップ部において記録材に伝えられるべき熱量がニップ部材と接続した別の部材（例えば、フランジ等）へ伝わってしまい、省エネルギー性が損なわれるという課題がある。

そこで本発明は、定着部材の長手方向端部の温度低下を防止すると共に、定着ニップ部を形成する部材との摺擦による経時破損を防止することができ、長寿命で省エネルギー性の高い定着装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、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源と、前記定着部材の内側に配設されたニップ形成ユニットと、前記定着部材を介して前記ニップ形成ユニットとの間に定着ニップ部を形成する対向回転体とを備え、前記ニップ形成ユニットは、前記定着部材の内周面と当接し、前記対向回転体の押圧によって厚みが変化せず、かつ熱移動を行うニップ部材を少なくとも有し、前記対向回転体は、長手方向の長さが前記ニップ部材よりも短く、該ニップ部材と対向する領域内に配置され、前記ニップ部材の長手方向の端部領域は、前記対向回転体の端部より長手方向外側を起点に、中央側から端部側に向かって厚みが漸減する形状であることを特徴とする定着装置である。

本発明によれば、定着部材の長手方向端部の温度低下を防止すると共に、定着ニップ部を形成する部材との摺擦による経時破損を防止することができ、長寿命で省エネルギー性の高い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を示す模式図である。 従来の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。 従来の定着装置の一実施形態を示す斜視図である。 図３の定着装置の一方端部の側面を模式的に示した図である。 本発明の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。 （ａ）は本発明の定着装置のニップ形成ユニットの基本構成を示す斜視図であり、（ｂ）及び（ｃ）はベース部材の変形例を示す図である。 本発明の定着装置のニップ形成ユニットの基本構成(組付時)を示す斜視図である。 定着ベルト内周面がニップ部材と接触した状態を模式的に示した図であり、（ｂ）は（ａ）の一方端部の拡大図である。 定着ベルト内周面がニップ部材と接触していない状態を模式的に示した図であり、（ｂ）は（ａ）の一方端部の拡大図である。 本発明の定着装置の一実施形態における一方端部の側面を模式的に示した図である。 本発明の定着装置の一実施形態における一方端部の側面を模式的に示した図である。 従来の定着装置における摺動シートの端部位置と定着部材との位置関係の一例を示す説明図であり、（ａ）は側面模式図、（ｂ）は斜視図である。 従来の定着装置における摺動シートの端部位置と定着部材との位置関係の一例示す説明図であり、（ａ）は側面模式図、（ｂ）は斜視図である。

以下、本発明に係る定着装置及び画像形成装置について、図面を参照して説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

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。

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。

次に、本実施形態に係るプリンタの基本的動作を、図１に基づき説明する。
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（もしくは１２０）へと搬送され、定着装置２０（もしくは１２０）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。

次に、図２〜４に基づき、従来の定着装置１２０の構成について説明する。
図２は従来の定着装置１２０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１２０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１２１と、定着ベルト１２１の外周側から当接する加圧部材である加圧ローラ１２２と、定着ベルト１２１を加熱する加熱源１２３とを備えている。有している。加熱源１２３としては、例えばハロゲンヒータを用いることができるが、これに限定されない。図２の例では、定着ベルト１２１は、内部（ループ内）に配されたハロゲンヒータの輻射熱によって加熱される。

図２の定着ベルト１２１の内側には、ニップ部材１２７と、ニップ部材１２７を固定支持するステー部材１２５とが配されている。ニップ部材１２７は定着ベルト１２１を介して加圧ローラ１２２との間で定着ニップ部（図２に示すＮ）を形成する。つまり、ニップ部材１２７と加圧ローラ１２２とで定着ベルト１２１を挟み、定着ベルト１２１と加圧ローラ１２２との間に定着ニップ部Ｎを形成している。この定着ニップ部Ｎにおいて、記録材（用紙）Ｐ上のトナー像は定着に十分な熱と圧を加えられ、定着される。

定着ベルト１２１の幅方向に渡って配されたニップ部材１２７が、ステー部材１２５によって固定支持されることで、加圧ローラ１２２からの圧力によりニップ部材１２７に撓みが生じることを防止し、加圧ローラ１２２の軸方向（長手方向）に渡って均一なニップ幅が得られる。なお、ニップ部材１２７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ことが好ましい。

ステー部材１２５と加熱源（ハロゲンヒータ）１２３との間には反射部材１２８が設けられている。反射部材１２８を設けることにより、ハロゲンヒータ１２３のニップ部材１２７に対する加熱効率を向上させると共に、ハロゲンヒータ１２３からの輻射熱によりステー部材１２５が加熱されることに起因した無駄なエネルギー消費を抑制することができる。

ステー部材１２５及びハロゲンヒータ１２３は、その長手方向両端が、定着装置１２０の側板あるいは別途設けられたホルダによって固定保持されている。

図３は図２に示した定着装置の斜視図であり、図４は図２の定着装置を構成する各部材の長手方向端部の位置関係を示した図である。

ニップ部材１２７は長手方向において定着ベルト１２１よりも長く、その端部は定着ベルト１２１の外側に位置している。このため、ニップ部材１２７端部の接触による定着ベルト１２１の破損を防止することができる。
一方で、ニップ部材１２７の端部、及び同様に定着ベルト１２１の外側に突出したステー部材１２５の端部からは、ハロゲンヒータ１２３の熱が外部へ伝熱されることとなり、エネルギーのロスが発生してしまうという課題がある。

図５は、本発明の定着装置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、回転可能な無端状の定着部材（以下、「定着ベルト」ともいう）２１と、定着部材２１を加熱する加熱源２３（２３Ａ、２３Ｂ）と、定着部材２１の内側に配設されたニップ形成ユニットと、定着部材２１を介してニップ形成ユニットとの間に定着ニップ部Ｎを形成する対向回転体（以下、「加圧ローラ」ともいう）２２とを備えている。
定着ベルト２１および加圧ローラ２２はいずれも、回転軸に対し垂直、つまり図５において紙面に対し垂直方向に、記録材Ｐの幅より長く延びた形状を有し、その間に記録材Ｐを挟んで搬送できる。

定着ベルト２１は、内部（ループ内）に設けられた複数の加熱源２３（２３Ａ、２３Ｂ）としてのハロゲンヒータの輻射熱によって加熱される。なお、加熱源２３としてはハロゲンヒータに限定されない。

定着ベルト２１の内部には、ニップ形成ユニットが配設されている。
ニップ形成ユニットは、定着ベルト２１の内周面と当接し、加圧ローラ２２の押圧によって厚みが変化せず、かつ熱移動を行うニップ部材２７を少なくとも有し、さらにニップ部材２７の定着ベルト２１との当接面の反対側の面に、ベース部材２４と、ベース部材２４を補強するステー部材２５とを備えている。
定着ベルト２１の幅方向に渡って配設されたベース部材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ベース部材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。

ベース部材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ることが好ましい。これにより、トナー定着温度域で、熱によるベース部材２４の変形が防止され、安定した定着ニップ部Ｎの状態が確保され、出力画質の安定化が図られる。
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。

ニップ形成ユニットの一例を図６に示す。図６（ａ）はニップ形成ユニットの分解斜視図であり、図６（ｂ）及び（ｃ）はベース部材の斜視図である。
ニップ部材２７は、ベース部材２４を覆うように設けられ、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機能を有する。サイズの小さい記録材Ｐの通紙時には、定着ベルト２１の端部領域に熱が留まることを防止し、積極的に定着ベルト２１の幅方向、即ち、ニップ部材２７の長手方向に熱を移動させ、長手方向の温度不均一を解消させる。そのため、ニップ部材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）などからなることが好ましい。

ベース部材２４の機械的な強度を向上させることにより、ニップ部材２７を薄く構成することができ、均熱機能も向上させることができる。
また、ベース部材２４は、ニップ部材２７への伝熱を低減するために図６(ｂ)及び(ｃ)に示すようなニップ部材２７との非接触領域を設けた構造とすることができる。

図５に示す例では、ニップ部材２７と定着ベルト２１の内周面とが直接接触する対向面がニップ形成面となっており、該ニップ形成面は平坦状となっている。ニップ形成面は平坦な形状に限定されず、凹形状やその他の形状であってもよい。ニップ形成面が凹形状であると、記録材Ｐの先端の排出方向が加圧ローラ２２寄りとなるため、分離性が向上し、ジャムの発生が抑制される。

また、ニップ部材２７の表面には、定着ベルト２１の内周面との摺動性を向上させるために、例えば、摺動性の高い樹脂材料を１０〜７０μｍ程度の厚みで塗布することができる。

さらに、定着ベルト２１の経時破断を防止するために、ニップ部材２７の表面平滑度（表面粗さ）を適切に設定することが好ましく、ニップ部材２７と定着ベルト２１の内周面との間の動摩擦係数（μ’）の値を０．２０以下とすることが好ましい。動摩擦係数（μ’）の値は０．１３〜０．１４以下となるように設定することが好ましく、０．１０程度とすることがより好ましい。これにより、定着ベルト２１の経時破損を防止することが可能となり、長寿命で省エネルギー性の高い定着装置を提供することが可能となる。

図５に示すように、定着ベルト２１の外周側の適切な位置、例えば定着ニップ部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が設けられている。
また、定着装置２０の記録材Ｐ搬送方向の下流側には、定着ベルト２１から記録材Ｐを分離する分離部材４０が設けられている。

定着ベルト２１は、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部材であり、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は、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。弾性層の厚さは、１００μｍ程度とすることにより、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。

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の範囲とすることが好ましい。
低熱容量化の観点から、定着ベルト２１は、全体の厚さを１ｍｍ以下、直径を２０〜４０ｍｍとすることが好ましい。
さらに低熱容量化を図るためには、定着ベルト２１全体の厚さを０．２ｍｍ以下とすることが好ましく、０．１６ｍｍ以下とすることがより好ましい。また、直径は３０ｍｍ以下とすることが好ましい。

ステー部材２５は断面Ｔ字状の形状の部材であり、定着ニップ部Ｎと反対側の面に起立部２５ａを有する。図５に示すように、主たる加熱源としてのハロゲンヒータ２３Ａ、２３Ｂは、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、一方が小サイズの記録材Ｐ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、他方が大サイズの記録材Ｐ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いる。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することができる。

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が設けられている。反射部材２８Ａ、２８Ｂによって、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向上させるとともに、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することができる。
反射部材２８Ａ、２８Ｂを設ける代わりに、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る。
加圧ローラ２２は、バネなどの加圧手段により押圧され、定着ベルト２１と圧接する。定着ベルト２１と圧接する部位において、加圧ローラ２２の弾性層が押し潰され、所定幅の定着ニップ部Ｎが形成される。加圧手段は、加圧及び加圧の解除が可能な手段であることが好ましい。

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部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は定着ニップ部Ｎで挟み込まれて回転し、定着ニップ部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。

本実施形態の定着装置では、加圧ローラ２２は中実のローラであるが、中空のローラであってもよい。加圧ローラ２２が中空のローラの場合、内部にハロゲンヒータなどの熱源を配設してもよい。また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７は、図６（ａ）に示したニップ形成ユニットの各構成部材を組み合わせた状態を示した斜視図である。ニップ形成ユニットは、上述のとおりベース部材２４、ステー部材２５、ニップ部材２７によって構成される。
ニップ形成ユニットは、ベース部材２４の定着ニップ部Ｎ側と反対側の面が、ステー部材２５の定着ニップ部Ｎ側の平面と一体化される。ベース部材２４とステー部材２５とは、それぞれの面にボスとピンのような凹凸形状を形成し、これらを形状拘束的に嵌め合わせるようにしてもよい。
ニップ部材２７は、略直方体状のベース部材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、一体化される。ニップ部材２７とベース部材２４との一体化は、係合する部材（例えば、爪など）を設けて噛み合わせるものであってもよく、接着によるものであってもよい。

ニップ部材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となる。なお、機械的強度上の観点からは、実質的にニップ形成面となるのはベース部材２４の加圧ローラ２２と対向する面である。

本実施形態の定着装置の構成を図９に基づき説明する。なお、図８は比較例を示したものである。図８（ａ）及び図９（ａ）は長手方向の側面図であり、図８（ｂ）及び図９（ｂ）は、長手方向端部における部分拡大図であって、図７に示したニップ形成ユニットのＡ−Ａ断面と定着ベルト２１、加圧ローラ２２の関係を示したものである。

図８(ａ)に示す形態は、本実施形態とは異なり、加圧ローラ２２の長手方向の長さがニップ部材２７よりも長く、加圧ローラ２２がニップ部材２７と対向する領域外にも配置されている。
加圧ローラ２２は、芯金の表面に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が設けられているため、定着ベルト２１をニップ部材２７の方向に強く押し付けると、図８（ｂ）に示すように、定着ベルト２１の内周面がニップ部材２７の端部（特に、Ｘで示す当接する部位）に強く押しつけられることとなる。この状態で回転し、摺擦される状態が続くことで、Ｘ付近を起点として定着ベルト２１の破損、破断が発生する原因となる。

一方、本実施形態の定着装置である図９（ａ）は、加圧ローラ２２の長手方向の長さがニップ部材２７よりも短く、加圧ローラ２２はニップ部材２７と対向する領域内に配置されている。
この場合、加圧ローラ２２が定着ベルト２１をニップ部材２７の端部に強く押しつけることがない。また、本実施形態のニップ部材２７は、加圧ローラの押圧によって厚みが変化しないため、端部が定着ベルト２１の内周面に強く当接することもない。すなわち、図９（ｂ）に示すように、定着ベルト２１の内周面がニップ部材２７の端部（特に、Ｙで示す部位）において当接しないか、加圧されない状態で軽く接触した状態で回転するため、摺擦によって経時破損や破断が発生することがない。

図９に示す構成、すなわち定着ニップ形成部Ｎにおいて、加圧ローラ２２の長手方向の長さ（幅）をニップ部材２７の長手方向の長さ（幅）よりも短く（狭く）することにより、また加圧ローラ２２がニップ部材２７の端部を跨がないように、対向する領域内に配置することにより、ニップ部材２７の長手方向端部が定着ベルト２１内周面と摺擦することを防止することができ、定着ベルト２１の破損や破断を防止することができる。
なお、経時破断を防止するために、ニップ部材２７の表面平滑度（表面粗さ）を適切に設定することが好ましい。またニップ部材２７と定着ベルト２１の内周面との間の動摩擦係数（μ’）の値は０．１０程度とすることが好ましい。

次に定着ベルト２１とニップ部材２７との長手方向の長さの関係について説明する。
図２〜４に示した従来の定着装置１２０の例のように、ニップ部材１２７の端部を定着ベルト１２１端部の外側まで延長すると、ニップ部材１２７の端部から定着ニップ部Ｎ以外の部分に熱が伝わり、エネルギーのロスが発生する。
これを防止するために、図９に示す本実施形態の構成では、ニップ部材２７は、長手方向の長さが定着ベルト２１部材よりも短く、定着ベルト２１の内周面は、ニップ部材２７と当接しない領域を両端部に有することが好ましい。

また、本実施形態ではベース部材２４が機械的な強度を有するため、ニップ部材２７は従来例よりも薄い部材とすることができ、均熱機能を向上させることができる。

図１０は他の実施形態について、図９（ｂ）と同様に長手方向端部における部分拡大図を示したものである。
本実施形態では、ニップ部材２７の長手方向の端部領域の厚みが、中央側から端部側に向かって漸減している。このような端部形状とすることにより、ニップ部材２７の端部と定着ベルト２１の内周面との当接を防止することができ、摺擦による破損や破断の発生をより確実に防止することができる。

図１１は他の実施形態について、長手方向端部における部分拡大図を示したものである。
本実施形態では、定着ベルト２１の加圧ローラ２２と当接しない端部領域において、加圧ローラ２２と対向する面が該加圧ローラ２２側へ近接する方向へ傾斜し、内周面がニップ部材２７端部と離間している。

このような構成は、定着ベルト２１を支持する支持部材（フランジ）４４を備えることにより実現可能である。
すなわち、定着ベルト２１を長手方向の両端部で支持する支持部材４４を備える態様において、支持部材４４は、定着ベルト２１が加圧ローラ２２と当接していない領域において、加圧ローラ２２と対向する面が該加圧ローラ２２側へ近接する方向への傾斜を形成し、内周面がニップ部材２７端部と離間するように定着ベルト２１を支持する。
このような構成により、定着ベルト２１の内周面をニップ部材２７と離間させることができ、摺擦による定着ベルト２１の破損や破断を防止することができる。

なお、定着ベルト２１と加圧ローラ２２との圧接が過剰である場合も、定着ベルト２１の経時破損の原因となることがある。そこで、定着ベルト２１端部の加圧ローラ２２側への回転軸方向への移動量は、定着ベルト２１の直径の５％以下とすることが好ましい。

上述の本発明に係る定着装置を備える画像形成装置としては、図１に示したカラーレーザープリンタに限らず、モノクロレーザプリンタや、その他のプリンタ、複写機、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機に搭載することが可能である。本発明の定着装置を搭載することにより、長寿命で省エネルギー性の高い画像形成装置を提供することができる。

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、１２０ 定着装置
２１、１２１ 定着部材（定着ベルト）
２２、１２２ 対向回転体（加圧ローラ）
２２ａ、１２２ａ 芯金
２３Ａ、２３Ｂ、１２３ 加熱源（ハロゲンヒータ）
２４、１２４ ベース部材
２５、１２５ ステー部材
２６ 摺動シート
２７、１２７ ニップ部材
２８Ａ、２８Ｂ、１２８ 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
４４ 支持部材（フランジ）
Ｎ 定着ニップ部
Ｐ 記録材（用紙）

特開２００４−２８６９２２号公報 特許第２８６１２８０号公報 特開２００７−３３４２０５号公報 特許第５９２８７８３号公報 特開２０１７−３２７７０号公報

Claims (7)

1. 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源と、
   前記定着部材の内側に配設されたニップ形成ユニットと、
   前記定着部材を介して前記ニップ形成ユニットとの間に定着ニップ部を形成する対向回転体とを備え、
   前記ニップ形成ユニットは、前記定着部材の内周面と当接し、前記対向回転体の押圧によって厚みが変化せず、かつ熱移動を行うニップ部材を少なくとも有し、
   前記対向回転体は、長手方向の長さが前記ニップ部材よりも短く、該ニップ部材と対向する領域内に配置され、
   前記ニップ部材の長手方向の端部領域は、前記対向回転体の端部より長手方向外側を起点に、中央側から端部側に向かって厚みが漸減する形状であることを特徴とする定着装置。
2. 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源と、
   前記定着部材の内側に配設されたニップ形成ユニットと、
   前記定着部材を介して前記ニップ形成ユニットとの間に定着ニップ部を形成する対向回転体とを備え、
   前記ニップ形成ユニットは、前記定着部材の内周面と当接し、前記対向回転体の押圧によって厚みが変化せず、かつ熱移動を行うニップ部材を少なくとも有し、
   前記対向回転体は、長手方向の長さが前記ニップ部材よりも短く、該ニップ部材と対向する領域内に配置され、
   前記定着部材は、前記対向回転体と当接しない端部領域において、前記対向回転体と対向する面が該対向回転体側へ近接する方向へ傾斜し、内周面が前記ニップ部材端部と離間していることを特徴とする定着装置。
3. 前記ニップ部材は、長手方向の長さが前記定着部材よりも短く、
   前記定着部材の内周面は、前記ニップ部材と当接しない領域を両端部に有することを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
4. 前記ニップ形成ユニットは、前記ニップ部材の前記定着部材との当接面の反対側の面に、ベース部材と、前記ベース部材を補強するステー部材とをさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の定着装置。
5. 前記定着部材は、前記対向回転体と当接しない端部領域において、前記対向回転体と対向する面が該対向回転体側へ近接する方向へ傾斜し、内周面が前記ニップ部材端部と離間していることを特徴とする請求項１、３、４のいずれかに記載の定着装置。
6. 前記定着部材を長手方向の両端部で支持する支持部材を備え、
   前記支持部材は、前記定着部材の前記対向回転体と当接していない領域において、前記定着部材の前記対向回転体と対向する面が該対向回転体側へ近接する方向への傾斜を形成し、内周面が前記ニップ部材端部と離間するように前記定着部材を支持することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の定着装置。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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