JP6992286B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置および画像形成装置に関する。

一般に、電子写真プロセス技術を利用した画像形成装置（プリンター、複写機、ファクシミリ等）は、帯電した感光体ドラム（像担持体）に対して、画像データに基づくレーザー光を照射（露光）することにより静電潜像を形成する。そして、静電潜像が形成された感光体ドラムへ現像装置よりトナーを供給することにより静電潜像を可視化してトナー像を形成する。さらに、このトナー像を直接または間接的に用紙に転写させた後、定着ニップで加熱、加圧して定着させることにより用紙にトナー像を形成する。

近年において、省エネ性能向上およびコストダウンの観点から、画像形成装置、特に定着装置の小型化が進められている。定着装置の小型化が進められる中、定着装置の構成としては、固定パッド方式のものが主流になりつつある。しかしながら、固定パッド方式の定着装置においては、定着ベルトの内周面とパッド部材との間の摩擦抵抗に起因してトルクが高くなるという問題となる。

トルクが高くなると、駆動モーターの大型化や消費電力の増大という問題が発生する。また、回転駆動する加圧ローラーの表面や従動回転する定着ベルトの表面が摺擦することにより耐久が進み、加圧ローラーおよび定着ベルトの摩耗劣化が早まってしまうという問題も発生する。

上記のようなトルクが高くなる問題を解消するため、例えば定着ベルトの内面に潤滑剤を塗布する技術が開示されている。例えば、特許文献１には、定着ベルトの内面における潤滑剤の塗布量を制御する技術が開示されている。しかし、潤滑剤を定着ベルトに塗布する技術の場合、潤滑剤の塗布量を制御する機構が必要となるので、構成が複雑化する。

そのため、潤滑剤を用いずにトルクが高くなる問題を解消するため、特許文献２には、織布状の摺動シートを定着ベルトとパッド部材との間に配置する技術が開示されている。この技術では、低摩擦係数の摺動シートを用いることで、上記問題を解消できるので、構成を簡易化することができる。

しかし、摺動シートは、一般にフッ素系樹脂材料で構成されるため、伝熱性に劣るという欠点を有する。そのため、摺動シートでは、定着ニップにおける軸方向の熱移動量が極めて少ないので、例えば小サイズ紙が定着ニップを通紙された場合、定着ニップにおける非通紙領域の部分の温度上昇が顕著になるという問題が生じる。

そこで、例えば、特許文献３では、摺動シートの内側に均熱部材を配置することで、定着ニップにおける軸方向の熱伝導性を向上させる技術が開示されている。この構成は、固形のパッド部材と、固形の第１均熱部材と、弾性の第２均熱部材とを有する。第２均熱部材はパッド部材と第１均熱部材との間に設けられており、パッド部材と第１均熱部材との接触安定性を保たせている。

特開２０１６－８５３８４号公報 特開２０１６－１１００２０号公報 特開２０１６－１１４７４３号公報

しかしながら、定着ニップは高温となるため、特許文献３に記載の構成では、互いに固形で剛性が高いパッド部材及び第１均熱部材同士が固定されていると、互いの熱膨張量の差に起因してパッド部材及び第１均熱部材が変形する。パッド部材及び第１均熱部材が変形すると、定着ニップの形状が変わってしまい、ひいては定着ニップの幅が不均一になってしまうという問題が生じる。

本発明の目的は、定着ニップの幅を均一にしたまま、定着ニップにおける均熱性及び摺動性を向上させることが可能な定着装置および画像形成装置を提供することである。

本発明に係る定着装置は、
回転可能な無端状の定着ベルトと、
前記定着ベルトを加熱する加熱部材と、
前記定着ベルトを外側から押圧する回転可能な加圧部材と、
前記加圧部材との間で前記定着ベルトを挟むことで定着ニップを形成するパッド部材と、
前記パッド部材を支持する支持部材と、
前記定着ベルトと前記パッド部材との間に設けられ、前記定着ベルトとの摩擦を低減する摩擦低減シートと、
前記摩擦低減シートと前記パッド部材との間に設けられ、前記定着ニップにおける前記定着ベルトを、当該定着ニップに通紙される用紙の幅方向に均熱する均熱シートと、
を備え、
前記均熱シートは、前記定着ベルトの回転方向における前記定着ニップよりも上流側で前記パッド部材または前記支持部材に固定される固定端と、前記定着ニップよりも下流側で固定されない自由端とを有する。

本発明に係る画像形成装置は、
上記した定着装置を備える。

本発明によれば、定着ニップ幅を均一にしたまま、定着ニップにおける均熱性及び摺動性を向上させることができる。

本実施の形態に係る画像形成装置の全体構成を概略的に示す図である。 本実施の形態に係る画像形成装置の制御系の主要部を示す図である。 通紙幅と加熱幅との関係を示す図である。 定着部における定着ニップ部分を示す図である。 各部材の幅を比較するための図である。 凹形状のパッド部材のときにおける定着ニップ部分を示す図である。 パッド部材と、摩擦低減シート及び均熱シートとの固定部分の拡大図である。 変形例に係るパッド部材と、摩擦低減シート及び均熱シートとの固定部分の拡大図である。 均熱シートと摩擦低減シートとの間に伝熱部材が挿入された部分の拡大図である。 均熱シートと摩擦低減シートとの間に伝熱部材が挿入された構成における定着ニップ部分を簡易的に示す図である。 パッド部材の断熱性を考慮した変形例における定着ニップ部分を示す図である。 加熱ローラーを有する定着部を示す図である。 均熱シートの厚さに対する昇温時間の関係を示す図である。 均熱シートの熱伝導率に対する定着ベルトの端部温度の関係を示す図である。 均熱シートの熱伝導率に対する定着ベルトの端部温度の関係を示す図である。 均熱シートの熱伝導率に対する定着ベルトの端部温度の関係を示す図である。

以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る画像形成装置１の全体構成を概略的に示す図である。図２は、本実施の形態に係る画像形成装置１の制御系の主要部を示す図である。

図１に示すように、画像形成装置１は、電子写真プロセス技術を利用した中間転写方式のカラー画像形成装置である。すなわち、画像形成装置１は、感光体ドラム４１３上に形成されたＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各色トナー像を中間転写ベルト４２１に一次転写し、中間転写ベルト４２１上で４色のトナー像を重ね合わせた後、給紙トレイユニット５１ａ～５１ｃから送出された用紙Ｓに二次転写することにより、画像を形成する。

また、画像形成装置１には、ＹＭＣＫの４色に対応する感光体ドラム４１３を中間転写ベルト４２１の走行方向に直列配置し、中間転写ベルト４２１に一回の手順で各色トナー像を順次転写させるタンデム方式が採用されている。

図２に示すように、画像形成装置１は、画像読取部１０、操作表示部２０、画像処理部３０、画像形成部４０、用紙搬送部５０、定着部６０および制御部１０１を備える。定着部６０は、本発明の「定着装置」に対応する。

制御部１０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０２、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０３、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０４等を備える。ＣＰＵ１０２は、ＲＯＭ１０３から処理内容に応じたプログラムを読み出してＲＡＭ１０４に展開し、展開したプログラムと協働して画像形成装置１の各ブロック等の動作を集中制御する。このとき、記憶部７２に格納されている各種データが参照される。記憶部７２は、例えば不揮発性の半導体メモリ（いわゆるフラッシュメモリ）やハードディスクドライブで構成される。

制御部１０１は、通信部７１を介して、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＷＡＮ（Wide Area Network）等の通信ネットワークに接続された外部の装置（例えばパーソナルコンピューター）との間で各種データの送受信を行う。制御部１０１は、例えば、外部の装置から送信された画像データ（入力画像データ）を受信し、この画像データに基づいて用紙Ｓに画像を形成させる。通信部７１は、例えばＬＡＮカード等の通信制御カードで構成される。

図１に示すように、画像読取部１０は、ＡＤＦ（Auto Document Feeder）と称される自動原稿給紙装置１１および原稿画像走査装置１２（スキャナー）等を備えて構成される。

自動原稿給紙装置１１は、原稿トレイに載置された原稿Ｄを搬送機構により搬送して原稿画像走査装置１２へ送り出す。自動原稿給紙装置１１により、原稿トレイに載置された多数枚の原稿Ｄの画像（両面を含む）を連続して一挙に読み取ることが可能となる。

原稿画像走査装置１２は、自動原稿給紙装置１１からコンタクトガラス上に搬送された原稿又はコンタクトガラス上に載置された原稿を光学的に走査し、原稿からの反射光をＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサー１２ａの受光面上に結像させ、原稿画像を読み取る。画像読取部１０は、原稿画像走査装置１２による読取結果に基づいて入力画像データを生成する。この入力画像データには、画像処理部３０において所定の画像処理が施される。

図２に示すように、操作表示部２０は、例えばタッチパネル付の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）で構成され、表示部２１及び操作部２２として機能する。表示部２１は、制御部１０１から入力される表示制御信号に従って、各種操作画面、画像の状態、各機能の動作状況等の表示を行う。操作部２２は、テンキー、スタートキー等の各種操作キーを備え、ユーザーによる各種入力操作を受け付けて、操作信号を制御部１０１に出力する。

画像処理部３０は、入力画像データに対して、初期設定又はユーザー設定に応じたデジタル画像処理を行う回路等を備える。例えば、画像処理部３０は、制御部１０１の制御下で、階調補正データ（階調補正テーブル）に基づいて階調補正を行う。また、画像処理部３０は、入力画像データに対して、階調補正の他、色補正、シェーディング補正等の各種補正処理や、圧縮処理等を施す。これらの処理が施された画像データに基づいて、画像形成部４０が制御される。

図１に示すように、画像形成部４０は、入力画像データに基づいて、Ｙ成分、Ｍ成分、Ｃ成分、Ｋ成分の各有色トナーによる画像を形成するための画像形成ユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋ、中間転写ユニット４２等を備える。

Ｙ成分、Ｍ成分、Ｃ成分、Ｋ成分用の画像形成ユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋは、同様の構成を有する。図示及び説明の便宜上、共通する構成要素は同一の符号で示し、それぞれを区別する場合には符号にＹ、Ｍ、Ｃ、又はＫを添えて示すこととする。図１では、Ｙ成分用の画像形成ユニット４１Ｙの構成要素についてのみ符号が付され、その他の画像形成ユニット４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋの構成要素については符号が省略されている。

画像形成ユニット４１は、露光装置４１１、現像装置４１２、感光体ドラム４１３、帯電装置４１４、及びドラムクリーニング装置４１５等を備える。

感光体ドラム４１３は、例えばドラム状の金属基体の外周面に、有機光導電体を含有させた樹脂よりなる感光層が形成された有機感光体よりなる。

制御部１０１は、感光体ドラム４１３を回転させる駆動モーター（図示略）に供給される駆動電流を制御することにより、感光体ドラム４１３を一定の周速度で回転させる。

帯電装置４１４は、例えば帯電チャージャーであり、コロナ放電を発生させることにより、光導電性を有する感光体ドラム４１３の表面を一様に負極性に帯電させる。

露光装置４１１は、例えば半導体レーザーで構成され、感光体ドラム４１３に対して各色成分の画像に対応するレーザー光を照射する。その結果、感光体ドラム４１３の表面のうちレーザー光が照射された画像領域には、背景領域との電位差により各色成分の静電潜像が形成される。

現像装置４１２は、二成分逆転方式の現像装置であり、感光体ドラム４１３の表面に各色成分の現像剤を付着させることにより静電潜像を可視化してトナー像を形成する。

現像装置４１２には、例えば帯電装置４１４の帯電極性と同極性の直流現像バイアス、または交流電圧に帯電装置４１４の帯電極性と同極性の直流電圧が重畳された現像バイアスが印加される。その結果、露光装置４１１によって形成された静電潜像にトナーを付着させる反転現像が行われる。

ドラムクリーニング装置４１５は、感光体ドラム４１３の表面に当接され、弾性体よりなる平板状のドラムクリーニングブレード等を有し、中間転写ベルト４２１に転写されずに感光体ドラム４１３の表面に残留するトナーを除去する。

中間転写ユニット４２は、中間転写ベルト４２１、一次転写ローラー４２２、複数の支持ローラー４２３、二次転写ローラー４２４、及びベルトクリーニング装置４２６等を備える。

中間転写ベルト４２１は無端状ベルトで構成され、複数の支持ローラー４２３にループ状に張架される。複数の支持ローラー４２３のうちの少なくとも１つは駆動ローラーで構成され、その他は従動ローラーで構成される。例えば、Ｋ成分用の一次転写ローラー４２２よりもベルト走行方向下流側に配置されるローラー４２３Ａが駆動ローラーであることが好ましい。これにより、一次転写部におけるベルトの走行速度を一定に保持しやすくなる。駆動ローラー４２３Ａが回転することにより、中間転写ベルト４２１は矢印Ａ方向に一定速度で走行する。

中間転写ベルト４２１は、導電性および弾性を有するベルトであり、表面に高抵抗層を有する。中間転写ベルト４２１は、制御部１０１からの制御信号によって回転駆動される。

一次転写ローラー４２２は、各色成分の感光体ドラム４１３に対向して、中間転写ベルト４２１の内周面側に配置される。中間転写ベルト４２１を挟んで、一次転写ローラー４２２が感光体ドラム４１３に圧接されることにより、感光体ドラム４１３から中間転写ベルト４２１へトナー像を転写するための一次転写ニップが形成される。

二次転写ローラー４２４は、駆動ローラー４２３Ａのベルト走行方向下流側に配置されるバックアップローラー４２３Ｂに対向して、中間転写ベルト４２１の外周面側に配置される。中間転写ベルト４２１を挟んで、二次転写ローラー４２４がバックアップローラー４２３Ｂに圧接されることにより、中間転写ベルト４２１から用紙Ｓへトナー像を転写するための二次転写ニップが形成される。

一次転写ニップを中間転写ベルト４２１が通過する際、感光体ドラム４１３上のトナー像が中間転写ベルト４２１に順次重ねて一次転写される。具体的には、一次転写ローラー４２２に一次転写バイアスを印加し、中間転写ベルト４２１の裏面側、つまり一次転写ローラー４２２と当接する側にトナーと逆極性の電荷を付与することにより、トナー像は中間転写ベルト４２１に静電的に転写される。

その後、用紙Ｓが二次転写ニップを通過する際、中間転写ベルト４２１上のトナー像が用紙Ｓに二次転写される。具体的には、二次転写ローラー４２４に二次転写バイアスを印加し、用紙Ｓの裏面側、つまり二次転写ローラー４２４と当接する側にトナーと逆極性の電荷を付与することにより、トナー像は用紙Ｓに静電的に転写される。トナー像が転写された用紙Ｓは定着部６０に向けて搬送される。

ベルトクリーニング装置４２６は、二次転写後に中間転写ベルト４２１の表面に残留する転写残トナーを除去する。

定着部６０は、用紙Ｓの定着面、つまりトナー像が形成されている面側に配置される定着面側部材を有する上側定着部６０Ａ、および、用紙Ｓの裏面つまり定着面の反対の面側に配置される裏面側支持部材を有する下側定着部６０Ｂ等を備える。定着面側部材に裏面側支持部材が圧接されることにより、用紙Ｓを挟持して搬送する定着ニップが形成される。

定着部６０は、トナー像が二次転写され、搬送されてきた用紙Ｓを定着ニップで加熱、加圧することにより、用紙Ｓにトナー像を定着させる。定着部６０は、定着器Ｆ内にユニットとして配置される。

上側定着部６０Ａは、定着面側部材である無端状の定着ベルト６１、加熱源６２、パッド部材６３および支持部材６９等を有する。定着ベルト６１の内部には、加熱源６２、パッド部材６３および支持部材６９が位置する。

なお、定着ベルト６１としては、例えば、外径が３０ｍｍであり、ポリイミドで構成された基層、シリコンゴムで構成される弾性層、フッ素樹脂で構成される表層が積層され、その全厚が２５０μｍである。また、定着ベルト６１の面内方向の熱伝導率は例えば０．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。

加熱源６２は、定着ベルト６１の内部に配置されたハロゲンヒーターである。図３に示すように、加熱源６２の加熱幅は、画像形成装置１における最大通紙幅よりもやや広い。例えば、最大通紙幅が２９７ｍｍ（Ａ４Ｙサイズ）である場合、加熱幅は３４０ｍｍとなっており、両端部のそれぞれにおける通紙されない領域の幅である非通紙幅は、２１．５ｍｍとなる。また、小サイズの用紙Ｓ（例えば、Ａ５Ｔサイズで通紙幅（以下、「小サイズ通紙幅という」）が１４８．５ｍｍ）である場合、非通紙幅は、９５．７５ｍｍとなる。

図１に示すように、パッド部材６３は、定着ベルト６１を加圧ローラー６４に向けて押圧することで、加圧ローラー６４との間で定着ニップを形成する。なお、パッド部材６３は、例えば、幅１２ｍｍ、軸方向長さ３４０ｍｍのポリカーボネード材料で構成される。

支持部材６９は、パッド部材６３を支持し、加圧ローラー６４からの加圧力によるパッド部材６３の変形を防止する。支持部材６９は、金属製であり、定着器Ｆ内に固定されている。

下側定着部６０Ｂは、裏面側支持部材である加圧ローラー６４を有する。加圧ローラー６４は、定着ベルト６１との間で用紙Ｓを挟持して搬送する定着ニップを形成している。加圧ローラー６４は、本発明の「加圧部材」に対応する。

なお、加圧ローラー６４としては、外径が２５ｍｍ、硬度がＪＩＳ－Ａ硬度が５０°、シリコン材料の弾性層およびフッ素樹脂の表層の厚さが４ｍｍのものを用いることができる。また、加圧ローラー６４は、図示しないバネにより３００Ｎの力で定着ベルト６１を介してパッド部材６３に向けて押圧されて、弾性層および表層が潰れることで約８ｍｍの定着ニップが形成される。

用紙搬送部５０は、給紙部５１、排紙部５２、及び搬送経路部５３等を備える。給紙部５１を構成する３つの給紙トレイユニット５１ａ～５１ｃには、坪量やサイズ等に基づいて識別された用紙Ｓ（規格用紙、特殊用紙）が予め設定された種類毎に収容される。搬送経路部５３は、レジストローラー対５３ａを含む複数の搬送ローラー対を有する。レジストローラー対５３ａが配設されたレジストローラー部は、用紙Ｓの傾きおよび片寄りを補正する。

給紙トレイユニット５１ａ～５１ｃに収容されている用紙Ｓは、最上部から一枚ずつ送出され、搬送経路部５３により画像形成部４０に搬送される。画像形成部４０においては、中間転写ベルト４２１のトナー像が用紙Ｓの一方の面に一括して二次転写され、定着部６０において定着工程が施される。画像形成された用紙Ｓは、排紙ローラー５２ａを備えた排紙部５２により機外に排紙される。

また、本実施の形態では、図４に示すように、定着ベルト６１とパッド部材６３との間に、可撓性を有する摩擦低減シート６５および均熱シート６６が設けられる。

摩擦低減シート６５は、パッド部材６３と定着ベルト６１との間の摩擦抵抗を低減するための摺動シートである。摩擦低減シート６５としては、基材が織布構造を有するガラス繊維等であり、表層にＰＴＦＥ又はＰＦＡ等のフッ素系樹脂をコーティングしたものが用いられる。また、摩擦低減シート６５としては、基材がＰＴＦＥ製シートであって、表層にエンボス加工等の凹凸加工を施したものであっても良い。

固定パッド方式の定着部６０においては、定着ベルト６１の内周面とパッド部材６３との間の摩擦抵抗に起因してトルクが高くなるという問題がある。

トルクが高くなると、駆動モーターの大型化や消費電力の増大という問題が発生する。また、回転駆動する加圧ローラー６４の表面や従動回転する定着ベルト６１の表面が摺擦することにより耐久が進み、加圧ローラー６４および定着ベルト６１の摩耗劣化が早まってしまうという問題も発生する。

そのため、パッド部材６３と定着ベルト６１との間に、摩擦低減シート６５が設けられることにより、摩擦抵抗が緩和されて、上記のようなトルクが高くなる問題の発生を抑制することができる。

均熱シート６６は、摩擦低減シート６５とパッド部材６３との間に設けられ、定着ニップにおける定着ベルト６１を、当該定着ニップに通紙される用紙の幅方向に均一化する。

定着ニップにおける通紙領域内は、定着温度（約１６０℃）になるように制御されているが、定着ニップにおける非通紙領域は通過する用紙Ｓにより熱を奪われず、冷却されないので、定着温度よりも高くなる可能性がある。最大サイズの用紙Ｓが通紙された場合、非通紙領域の非通紙幅は前述の通り２１．５ｍｍと狭く、かつ、軸方向の最端部であるので放熱量も多くなる。そのため、定着ニップにおける非通紙領域の温度は、通紙領域の温度よりも例えば、５℃程度低くなり、非通紙領域の温度が上がりすぎることはない。

しかしながら、小サイズの用紙Ｓ（例えば、１４８．５ｍｍのＡ５Ｔサイズ）が通紙されると、非通紙領域の非通紙幅は９５．７５ｍｍとなる。この領域においては、最大サイズの用紙Ｓの場合の非通紙幅と比較して大幅に広くなるので、定着ニップにおける非通紙領域の温度上昇が発生しやすくなる。

また、摩擦低減シート６５は、一般にフッ素系樹脂材料で構成されるため、伝熱性に劣るという欠点を有する。摩擦低減シート６５が配置された場合、定着ニップにおける軸方向の熱移動量が極めて少ないので、例えば小サイズの用紙Ｓが定着ニップを通紙された場合、定着ニップにおける非通紙領域の部分の温度上昇が顕著になるという問題が生じる。具体的には、定着温度が１６０℃である場合、非通紙領域の温度が２５０℃を超えてしまう場合もある。これにより、定着ベルト６１等の各部材が熱により破壊されてしまう。

しかし、本実施の形態では、均熱シート６６により定着ニップ内の温度を均一化することにより、非通紙領域内の温度上昇に起因して各部材が破壊されることを抑制することができる。

均熱シート６６は、軸方向の幅が定着ベルト６１の回転方向において一定であり、厚さも全体に亘り一定となるように構成される。図５に示すように、均熱シート６６の幅は、加熱幅と同じ幅になるように設定される。これにより、定着ニップ全体を効果的に均熱することができる。

また、摩擦低減シート６５の幅は、均熱シート６６の幅よりも大きく、かつ、パッド部材６３および加圧ローラー６４の幅、つまり、定着ニップのニップ幅と同じになるように設定される。

これにより、荷重がかかる定着ニップの部分を摩擦低減シート６５によりカバーできるので、パッド部材６３と加圧ローラー６４との加圧による摩擦抵抗を効果的に低減できる。その結果、定着ベルト６１の回転駆動によるトルクを低く抑えることができる。なお、摩擦低減シート６５の幅は、パッド部材６３および加圧ローラー６４の幅よりも大きくても良い。

このように摩擦低減シート６５および均熱シート６６は、可撓性を有するため、パッド部材６３および加圧ローラー６４による加圧力に逆らうことなく、定着ニップの形状に倣う。定着ニップの形状は、定着ニップが高温となるため、摩擦低減シート６５、均熱シート６６およびパッド部材６３の熱膨張量に差が生じても、ねじれや曲げなどの変形を伴うことなく、定着ニップの形状に倣う。

パッド部材６３は、加圧ローラー６４の形状に倣うように、Ｒ面を有する場合があるので、図６に示すように、定着ニップの形状が凹形状となる場合が多い。このような定着ニップの形状に対して、例えば、固形の均熱部材を用いる場合、均熱部材をパッド部材６３の形状に合わせて配置することは困難であるので、定着ニップの形状が変動し、ひいては定着ニップの幅が不均一になってしまう。

しかし、可撓性のある均熱シート６６であれば、パッド部材６３の形状にスムーズに倣うので、定着ニップの幅を均一にすることができる。

また、摩擦低減シート６５および均熱シート６６の厚さは、シートのしなやかさを確実に維持する観点から、２００μｍ以下であることが望ましい。また、均熱シート６６として金属を用いる場合、均熱シート６６の厚さは１００μｍ以下であることが望ましい。

また、均熱シート６６の熱伝導率は、摩擦低減シート６５の熱伝導率よりも高くなっており、高い熱伝導の実現を考慮して、少なくとも２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが望ましい。このような均熱シート６６としては、例えば、炭素繊維、銅、グラファイト等が挙げられるが、最も高い熱伝導率を有する観点から、グラファイトを均熱シート６６の材料として用いることが望ましい。

グラファイトは熱伝導率が１０００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上のものもあるので、厚さが１００μｍ以下であっても、十分な均熱機能を果たすことができる。その結果、均熱シート６６としてのしなやかさを発揮でき、かつ、熱容量を低く保てるので、省エネも実現することができる。

また、グラファイトは、その厚さが薄いほど面内での熱伝導率が高くなるという特性を有する。そのため、高い熱伝導性を発揮させるためには、例えば１００μｍの厚さを有するグラファイトシートを１枚使うよりも、例えば２０μｍの厚さである薄いグラファイトシートを複数枚（例えば４枚）重ねて使用した方が面内方向の熱伝導性がより高くなる。従って、グラファイトの均熱シート６６を複数枚重ねて配置することで、均熱効果をさらに向上させることができる。

また、均熱シート６６を複数枚重ねる場合、互いに接し合う均熱シート６６は、例えば熱伝導率が２Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度の接着剤や厚さ１０μｍ程度の極薄の両面テープなどにより接着して１枚の積層グラファイトシートとして使用しても良い。

また、図７に示すように、摩擦低減シート６５および均熱シート６６は、定着ニップ以外の部分で固定されている。具体的には、摩擦低減シート６５および均熱シート６６は、パッド部材６３における定着ベルト６１の回転方向の上流側の側端部に固定されている。

摩擦低減シート６５および均熱シート６６の回転方向の上流側端部には、固定孔６５Ａ，６６Ａが形成されており、パッド部材６３の回転方向の上流側の側端部には、固定軸６３Ａが形成されている。固定孔６５Ａ，６６Ａおよび固定軸６３Ａは、軸方向に複数並んで形成されている。

この固定軸６３Ａに固定孔６５Ａ，６６Ａが通されることにより、摩擦低減シート６５および均熱シート６６は固定される。具体的には、固定軸６３Ａを挿通可能な固定部材６７により摩擦低減シート６５および均熱シート６６を上から押さえることで、摩擦低減シート６５および均熱シート６６が固定される。固定部材６７は、例えばネジ６７Ａにより止められる。

このように、摩擦低減シート６５および均熱シート６６が定着ニップ以外の部分に固定されることにより、摩擦低減シート６５および均熱シート６６が熱膨張したり、摺動摩擦によるせん断力により伸びが生じても、シワ等の不均一な部分ができることを低減することができる。

また、固定孔６５Ａ，６６Ａおよび固定軸６３Ａが複数設けられるため、摩擦低減シート６５および均熱シート６６に強いせん断力が働いても、摩擦低減シート６５および均熱シート６６がずれることを抑制することができる。

また、加圧ローラー６４の荷重が大きい場合（例えば、５００Ｎ）や、摩擦低減シート６５の摩擦係数が大きい場合（例えば、０．２５）のような、定着ニップにおける摩擦抵抗が大きくなる場合がある。この場合、定着ニップ部分で摩擦低減シート６５が引っ張られることにより固定孔６５Ａ，６６Ａが広がってしまい、結果として摩擦低減シート６５および均熱シート６６が破れてしまうおそれがある。

しかし、本実施の形態では、固定部材６７により摩擦低減シート６５および均熱シート６６が押さえられているので、固定孔６５Ａ，６６Ａが伸びたり、破れたりすることを抑制することができる。

また、摩擦低減シート６５および均熱シート６６の回転方向の下流側端部は、自由端としても良い。つまり、摩擦低減シート６５および均熱シート６６の少なくとも一方は、定着ベルト６１の回転方向における定着ニップよりも上流側で固定される固定端と、定着ニップよりも下流側で固定されない自由端とを有するようにしても良い。このようにすることで、摩擦低減シート６５および均熱シート６６の下流端が固定されないため、定着ベルト６１の回転にスムーズに倣いやすくすることができる。

ただし、組立性を勘案して下流側端部を固定する必要がある場合は、弾性のある部材を介して固定しても良いし、摩擦低減シート６５および均熱シート６６を弛ませて固定しても良い。

また、均熱シート６６は、定着ベルト６１と接触しないので、強いせん断力が加わらない。そのため、図８に示すように、均熱シート６６は、パッド部材６３の上流側の側端部に耐熱接着剤のみにより固定するようにしても良い。なお、図７および図８の構成において、固定部材６７を設けなくても良い。

ところで、図９に示すように、摩擦低減シート６５は、表面状態が凹凸形状となることにより摩擦係数が低くされている（例えば、μ≦０．１８程度）。それに対し、均熱シート６６は熱伝導率が高い銅やグラファイト等であるので、表面が概ね平滑であり、摩擦係数が摩擦低減シート６５よりも大きい。そのため、摩擦低減シート６５と均熱シート６６とが重なると、互いの接触部分には摩擦低減シート６５の凹凸形状の影響により隙間が残るので、均熱シート６６における伝熱を妨げてしまう。

そこで、均熱シート６６と摩擦低減シート６５との間に粘性又は弾性を有する伝熱部材６８を挿入すると良い。伝熱部材６８としては、熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、グリース材料、接着材料、ゴム材料、フェイズチェンジ材料等である。フェイズチェンジ材料の一例としては、信越化学工業株式会社製のフェイズチェンジマテリアル「ＰＣＳ－ＬＴ－３０」等が挙げられる。

このように粘性又は弾性を有する伝熱部材６８であれば、定着ニップにおける荷重により潰れて広がるので、小さな隙間にも行き渡り、隙間における空気層を除去することができる。空気層が除去されると、例えば、図１０に示すように、摩擦低減シート６５と均熱シート６６とが、伝熱部材６８を介して密着した状態となるので、摩擦低減シート６５と均熱シート６６との間の熱伝導が良好になり、均熱機能をさらに向上させることができる。

また、パッド部材６３は樹脂製の断熱材料で構成されたものを用いると良い。仮に、パッド部材６３の熱伝導率が高い場合（例えば、熱伝導率≧５０Ｗ／（ｍ・Ｋ））、定着ニップにおいて定着ベルト６１の熱がパッド部材６３に流れ込んでしまう。すなわち、定着ニップにおける熱容量が大きくなってしまうので、定着ニップでの定着ベルト６１の温度が上がりにくくなってしまう。そのため、パッド部材６３を断熱性能が優れた材料で構成する必要がある。また、強度を確保するため、高剛性の金属製の支持部材６９によりパッド部材６３を支持することにより、伝熱と強度とのバランスを取ることが可能である。

ただし、支持部材６９と均熱シート６６とが接触すると、結果的に、均熱シート６６を介して定着ベルト６１の熱が支持部材６９に伝熱するため、パッド部材６３の断熱性が発揮できなくなってしまう。そのため、支持部材６９と均熱シート６６とが非接触となるようにパッド部材６３を構成することが望ましい。例えば、図１１に示すように、均熱シート６６の固定部分をパッド部材６３にするようにすれば良い。

以上のように構成された本実施の形態によれば、摩擦低減シート６５と均熱シート６６とを定着ベルト６１とパッド部材６３との間に配置するので、定着ニップの幅を均一にしたまま、定着ニップにおける均熱性及び摺動性を向上させることができる。

また、摩擦低減シート６５および均熱シート６６がともにシートであるため、構成を簡易にすることができ、ひいては装置全体としての小型化、低コスト化、省エネ効果向上に寄与することができる。

なお、上記実施の形態では、加熱源６２が定着ベルト６１の内側に配置されていたが、本発明はこれに限定されず、定着ベルト６１の外側に配置されていても良い。ただし、定着ベルト６１の内周面側を外周面側よりも高温にした方が、均熱シート６６の均熱効果を高められる観点から、加熱源６２を定着ベルト６１の内側に配置することが望ましい。

また、上記実施の形態では、定着ベルト６１内に配置された加熱源６２（ハロゲンヒーター）を加熱部材として例示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、図１２に示すように、加熱部材を含み、パッド部材６３との間で定着ベルト６１を張架する加熱ローラー６２Ａを有する構成であっても良い。また、加熱方式は、ＩＨ方式、抵抗発熱体方式、ヒーターランプ方式の何れかであっても良い。

その他、上記実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

最後に、本実施の形態に係る定着部６０における評価実験について説明する。実験環境としては、温度２３℃、相対湿度６５％の環境下で行なった。また、定着部６０としては、定着ベルト６１の内周面の直径が３０ｍｍ、定着ベルト６１の全長が３５０ｍｍ、加熱域長が３００ｍｍに設定されたものを用いた。

また、摩擦低減シート６５としては、表面がフッ素コーティングされたガラス繊維のものを用いた。また、通紙条件としては、温調温度が１５０℃、用紙の坪量が９０ｇ／ｍ^２、搬送速度がＡ５Ｔサイズで分速２０枚に設定した。

まず、第１実験では、均熱シート６６の熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の材料で、かつ、厚さが２００μｍ以下であることの効果について確認した。

均熱シート６６としては、ステンレス、アルミ、銅、グラファイトのものを用いた。また、均熱シート６６の寸法としては、長さ３２０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さが１００μｍ、２００μｍ、４００μｍのものを用いた。

まず、定着部６０を回転駆動させた状態で、加熱源６２を全点灯として、温調温度（１５０℃）に到達するまでの昇温時間を計測した。実験方法としては、均熱シート６６をアルミとして、厚さ毎に２３℃から１５０℃に達するまでの昇温時間を測定した。

図１３は、均熱シート６６の厚さに対する昇温時間の関係を示す図である。図１３に示すように、均熱シート６６の厚さが２００μｍを超える辺りから昇温時間が増大することが確認できる。つまり、均熱シート６６の厚さが２００μｍより大きいと、熱容量が大きくなるため、昇温しにくくなるので、均熱シート６６の厚さが２００μｍ以下であることが望ましいことが確認できた。

次に、小サイズの用紙を通紙させる際において、サーモグラフィを用いて、定着ベルト６１の端部の温度が一定の温度に飽和したときの定着ベルト６１の表面温度を測定した。実験方法としては、均熱シート６６の熱伝導率および均熱シート６６の厚さを変動させたときの定着ベルト６１の端部の温度を測定した。

図１４は、均熱シート６６の熱伝導率に対する定着ベルト６１の端部温度の関係を示す図である。図１４に示すように、均熱シート６６の熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）より小さくなってくると、どの厚さの均熱シート６６においても、定着ベルト６１の端部の温度（以下、「端部温度」という）が急激に上昇することが確認できる。

それに対し、均熱シート６６の熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上となると、熱伝導率が大きくなるにつれ、定着ベルト６１の端部温度が緩やかに減少していくことが確認できる。つまり、定着ベルト６１の端部温度が上昇しすぎないことを考慮すれば、均熱シート６６の熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが望ましいことが確認できた。

なお、定着ベルト６１の温度を、定着ベルト６１の弾性層（シリコンゴム）の耐熱温度である約２３０℃未満に抑制するには、均熱シート６６の熱伝導率を大きくするか、均熱シート６６の厚さを大きくするかすれば良い。

次に、均熱シート６６の厚さを２００μｍとして均熱シート６６の材料をステンレス、アルミ、銅、グラファイトの間で変動させた場合の定着ベルト６１の端部温度を測定した。なお、ステンレスの熱伝導率は８４Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、アルミの熱伝導率は２３６Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、銅の熱伝導率は４００Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、グラファイトの熱伝導率は１５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。

図１５は、均熱シート６６の熱伝導率に対する定着ベルト６１の端部温度の関係を示す図である。図１５に示すように、均熱シート６６の材料がステンレスの場合、熱伝導率が８４Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるため、定着ベルト６１の端部の温度は２３０℃を超えるが、熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）を超えるアルミ、銅、グラファイトになると、定着ベルト６１の端部の温度が２３０℃未満に抑制できることが確認できる。つまり、均熱シート６６の熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、かつ、均熱シート６６の厚さが２００μｍ以下であることが望ましいことが確認できた。

なお、第１実験においては、均熱シート６６の材料がアルミであれば、昇温時間も端部温度も問題ないことが確認できたが、画像形成装置１が高速化するのに伴い、定着部６０における加熱源６２の電力が上がり、ひいては定着ベルト６１の端部温度がより高温になることが予測される。そのため、昇温時間を維持しつつ、端部温度の上昇を抑制するには、均熱シート６６の材料を銅やグラファイトにすることが望まれる。

次に、第２実験では、伝熱部材６８の熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることの効果について確認した。伝熱部材６８としては、熱伝導率が０．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）、１．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）、２．６Ｗ／（ｍ・Ｋ）、５．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）のものを用いた。

実験方法としては、伝熱部材６８の熱伝導率を変動させ、小サイズの用紙を通紙させた場合の、定着ベルト６１の端部温度を測定した。

図１６は、均熱シート６６の熱伝導率に対する定着ベルト６１の端部温度の関係を示す図である。図１６に示すように、伝熱部材６８の熱伝導率が０．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の場合、定着ベルト６１の端部の温度が２３０℃よりも高い温度に上昇することが確認できる。それに対し、伝熱部材６８の熱伝導率が１．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の場合、定着ベルト６１の端部温度が２３０℃未満になることが確認できる。つまり、伝熱部材６８の熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが望ましいことが確認できた。

１ 画像形成装置
６０ 定着部
６１ 定着ベルト
６２ 加熱源
６３ パッド部材
６４ 加圧ローラー
６５ 摩擦低減シート
６６ 均熱シート
６７ 固定部材
６８ 伝熱部材
６９ 支持部材

Claims (15)

1. 回転可能な無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトを加熱する加熱部材と、
   前記定着ベルトを外側から押圧する回転可能な加圧部材と、
   前記加圧部材との間で前記定着ベルトを挟むことで定着ニップを形成するパッド部材と、
   前記パッド部材を支持する支持部材と、
   前記定着ベルトと前記パッド部材との間に設けられ、前記定着ベルトとの摩擦を低減する摩擦低減シートと、
   前記摩擦低減シートと前記パッド部材との間に設けられ、前記定着ニップにおける前記定着ベルトを、当該定着ニップに通紙される用紙の幅方向に均熱する均熱シートと、
   を備え、
   前記均熱シートは、前記定着ベルトの回転方向における前記定着ニップよりも上流側で前記パッド部材または前記支持部材に固定される固定端と、前記定着ニップよりも下流側で固定されない自由端とを有する、
   定着装置。
2. 前記加熱部材は、前記定着ベルト内に位置する、
   請求項１に記載の定着装置。
3. 前記加熱部材を含み、前記パッド部材とともに前記定着ベルトを張架する加熱ローラーを備える、
   請求項１に記載の定着装置。
4. 前記摩擦低減シートは、前記定着ベルトの回転方向における前記定着ニップの上流側において、前記パッド部材または前記支持部材に固定されている、
   請求項１～３の何れか１項に記載の定着装置。
5. 前記摩擦低減シートは、前記定着ベルトの回転方向における前記定着ニップよりも上流側で固定される固定端と、前記定着ニップよりも下流側で固定されない自由端とを有する、
   請求項４に記載の定着装置。
6. 前記均熱シートは、熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、かつ、厚さが２００μｍ以下である、
   請求項１～５の何れか１項に記載の定着装置。
7. 前記均熱シートの材料は、グラファイトである、
   請求項６に記載の定着装置。
8. 前記均熱シートは、重ねて複数設けられている、
   請求項７に記載の定着装置。
9. 複数の前記均熱シートのうち、互いに接触する２つの均熱シートは、接着されている、
   請求項８に記載の定着装置。
10. 前記摩擦低減シートは、フッ素系樹脂がコーティングされた、織布構造を有する、又は、凹凸加工が施されている基材を含む、
    請求項１～９の何れか１項に記載の定着装置。
11. 前記摩擦低減シートと前記均熱シートの間には、弾性又は粘性を有する伝熱部材が挿入されている、
    請求項１０に記載の定着装置。
12. 前記伝熱部材の熱伝導率は、１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である、
    請求項１１に記載の定着装置。
13. 前記パッド部材は、樹脂材料で構成され、
    前記均熱シートは、前記支持部材と非接触である、
    請求項１～１２の何れか１項に記載の定着装置。
14. 前記均熱シートの摩擦係数は、前記摩擦低減シートの摩擦係数よりも大きく、
    前記均熱シートの熱伝導率は、前記摩擦低減シートの熱伝導率よりも大きい、
    請求項１～１３の何れか１項に記載の定着装置。
15. 請求項１～１４の何れか１項に記載の定着装置を備える、
    画像形成装置。

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