JP7377430B2

JP7377430B2 - 定着装置及び画像形成装置

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Publication number: JP7377430B2
Application number: JP2019044742A
Authority: JP
Inventors: 洋吉永
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2019-03-12
Filing date: 2019-03-12
Publication date: 2023-11-10
Anticipated expiration: 2039-03-12
Also published as: EP3709094A1; JP2020148850A

Description

本発明は、定着装置、及びこれを備える画像形成装置に関する。

複写機やプリンタなどの電子写真方式の画像形成装置において、未定着画像が形成された用紙などの記録媒体を、互いに対向するローラやベルトなどの部材の間（ニップ部）に搬送し、記録媒体に熱を付与して未定着画像を定着する定着装置が知られている。

このような定着装置として、例えば、下記特許文献１（特許第６１６４０１４号公報）には、無端状の定着ベルトと、定着ベルトの内側に配置される発熱体と、定着ベルトの内面に接触するニップ部材と、ニップ部材との間に定着ベルトを挟むことで定着ベルトとの間にニップ部を形成するバックアップ部材（加圧ローラ）と、ニップ部材を支持するステーなどを備える定着装置が開示されている。

ところで、ステーなどの支持部材が加熱部材（発熱体）の周囲に配置されている構成においては、加熱部材周辺の放熱が支持部材によって妨げられる。このため、加熱部材を続けて発熱させた場合に、加熱部材周辺の雰囲気温度が高くなって、加熱部材が過剰に温度上昇する虞がある。

上記課題を解決するため、本発明は、筒状の定着部材と、前記定着部材の外周面に対向するように配置された対向部材と、前記定着部材の内側に配置された加熱部材と、前記定着部材の内側に配置され前記対向部材との間で前記定着部材を挟んでニップ部を形成するニップ形成部材と、前記定着部材の内側に配置され前記ニップ形成部材を支持する支持部材と、
を備え、前記加熱部材は、内部に発熱体が収容され封止部が形成された管を有し、前記加熱部材が、前記ニップ形成部材と前記支持部材との間に配置される定着装置であって、前記封止部の少なくとも一部が、前記支持部材から露出し、前記加熱部材が有する発熱体は、その定着部材長手方向の外側端部側に最も発熱量の大きい最大発熱領域を有し、前記封止部の定着部材長手方向の外側端部よりも定着部材長手方向の内側に配置される前記支持部材の定着部材長手方向の端部は、前記最大発熱領域の定着部材長手方向の外側端部よりも定着部材長手方向の内側に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、加熱部材の過剰な温度上昇を抑制できるようになる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。定着装置の側面断面図である。定着装置の斜視断面図である。定着装置の正面断面図である。ベルト支持部材の斜視図である。ベルト支持部材の変形例を示す斜視図である。ハロゲンヒータの概略構成図である。ステー及び反射部材の斜視図である。定着装置の端部側の構成を示す要部正面断面図である。本発明の他の実施形態に係る定着装置の端部側の構成を示す要部正面断面図である。本発明の別の実施形態に係る定着装置の端部側の構成を示す要部正面断面図である。長手方向の端部側よりも中央部側で発熱量を大きくしたフィラメントの発熱分布を示すグラフである。長手方向の中央部側よりも端部側で発熱量を大きくしたフィラメントの発熱分布を示すグラフである。本発明のさらに他の実施形態に係る定着装置の端部側の構成を示す要部正面断面図である。本発明のさらに別の実施形態に係る定着装置の端部側の構成を示す要部正面断面図である。本発明の実施形態と比較例との通紙範囲外での定着ベルトの温度上昇を比較して示すグラフである。開口部に対応しない位置と、開口部に対応する位置と、のそれぞれにおいて温度センサによって検知された定着ベルトの温度推移を示すグラフである。定着ベルトの温度を検知する位置を示す図である。配線の這い回し方を示す図である。配線の這い回し方の具体例を示す図である。配線の這い回し方の他の具体例を示す図である。ステー及び反射部材の変形例を示す図である。ステー及び反射部材の他の変形例を示す図である。用紙を垂直方向に搬送する定着装置の例を示す図である。比較例に係るステー及び反射部材の斜視図である。比較例に係る定着装置の端部側の構成を示す要部正面断面図である。

以下、添付の図面に基づき、本発明について説明する。なお、本発明を説明するための各図面において、同一の機能もしくは形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すことにより一度説明した後ではその説明を省略する。

図１は、本発明の実施の一形態に係る画像形成装置の概略構成図である。まず、図１を参照して、画像形成装置の全体構成及び動作について説明する。

図１に示す画像形成装置１は、電子写真方式のモノクロレーザプリンタである。なお、本発明は、プリンタのほか、複写機、ファクシミリ、あるいは、これらのいずれか２つ又は３つの機能を備える複合機であってもよい。また、モノクロ画像形成装置に限らず、カラー画像形成装置であってもよい。

図１に示すように、画像形成装置１には、画像を形成する画像形成部２と、記録媒体としての用紙Ｐを供給する記録媒体供給部３と、供給された用紙Ｐに画像を転写する転写部４と、用紙Ｐに転写された画像を定着する定着装置５と、画像が定着された用紙Ｐを装置外に排出する排出部６と、が設けられている。

画像形成部２は、ドラム状の感光体７と、感光体７の表面を帯電させる帯電手段としての帯電ローラ８と、感光体７の表面を露光して潜像を形成する潜像形成手段としての露光装置９と、感光体７の表面にトナー（現像剤）を供給して潜像を可視画像化する現像手段としての現像ローラ１０と、感光体７の表面をクリーニングするクリーニング手段としてのクリーニングブレード１１と、を備えている。

印刷動作開始の指示があると、画像形成部２において、感光体７が回転を開始し、帯電ローラ８によって感光体７の表面が均一な高電位に帯電される。次いで、原稿読取装置によって読み取られた原稿の画像情報、あるいは端末からプリント指示されたプリント情報に基づいて、露光装置９が感光体７の表面を露光することで、露光された部分の電位が低下して静電潜像が形成される。そして、この静電潜像に対して現像ローラ１０からトナーが供給され、感光体７上にトナー画像が形成される。

感光体７上に形成されたトナー画像は、転写部４に配置された転写ローラ１５と感光体７との間の転写ニップにおいて用紙Ｐに転写される。この用紙Ｐは、記録媒体供給部３から供給されたものである。記録媒体供給部３では、給紙カセット１２に収容されている用紙Ｐが給紙ローラ１３によって１枚ずつ送り出される。送り出された用紙Ｐは、タイミングローラ対１４によって感光体７上のトナー画像とタイミングを合わせて転写ニップへ搬送される。そして、転写ニップにおいて、感光体７上のトナー画像が用紙Ｐに転写される。また、トナー画像の転写が行われた後、感光体７上に残留するトナーは、クリーニングブレード１１によって除去される。

トナー画像が転写された用紙Ｐは、定着装置５へ搬送される。そして、定着装置５において、用紙Ｐが定着ベルト２１と加圧ローラ２２との間を通過する際に加熱及び加圧されることで、トナー画像が用紙Ｐに定着される。その後、用紙Ｐは、排出部６に搬送され、排紙ローラ対１６によって装置外に排出されて、一連の印刷動作が完了する。

次に、図２～図６に基づき、本発明の実施形態に係る定着装置の構成について詳しく説明する。

図２は、定着装置の側面断面図、図３は、定着装置の斜視断面図、図４は、定着装置の正面断面図である。また、図５は、定着ベルトを支持するベルト支持部材の斜視図、図６は、ベルト支持部材の変形例を示す斜視図である。

図２に示すように、定着装置５は、定着ベルト２１と、加圧ローラ２２と、ハロゲンヒータ２３と、ニップ形成部材２４と、ステー２５と、反射部材２６と、ガイド部材２７と、温度センサ２８と、を備えている。

定着ベルト２１は、用紙Ｐに未定着画像Ｔを定着させる筒状の定着部材であり、用紙Ｐの未定着画像担持面側に配置される。本実施形態では、定着ベルト２１が、ニッケルやＳＵＳ等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と、を有する無端状のベルト（フィルムも含む。）で構成されている。また、基材と離型層との間に、シリコーンゴム、発泡シリコーンゴム、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、未定着画像（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。また、本実施形態では、定着ベルト２１の低熱容量化の観点から、定着ベルト２１として、薄肉で小径のベルトを採用している。具体的には、定着ベルト２１を構成する基材、離型層のそれぞれの厚さを、２０～５０μｍ、１０～５０μｍの範囲に設定し、定着ベルト２１全体としての厚さを１ｍｍ以下に設定している。また、定着ベルト２１が弾性層を有する場合は、弾性層の厚さを、１００～３００μｍに設定するとよい。さらに低熱容量化を図るには、定着ベルト２１全体としての厚さが０．２ｍｍ以下であることが望ましく、０．１６ｍｍ以下がより望ましい。また、本実施形態では、定着ベルト２１の直径が、２０～４０ｍｍに設定されている。定着ベルト２１の直径は、３０ｍｍ以下であることが望ましい。

加圧ローラ２２は、定着ベルト２１の外周面に対向するように配置された対向部材である。本実施形態では、加圧ローラ２２が、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と、で構成されている。また、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。中空ローラの場合、加圧ローラ２２の内部にハロゲンヒータなどの加熱部材を配置することも可能である。また、加圧ローラ２２の弾性層は、ソリッドゴムでもよいが、内部に加熱部材が配置されていない場合は、弾性層にスポンジゴムを用いて加圧ローラ２２の断熱性を高めることが望ましい。これにより、定着ベルト２１の熱が加圧ローラ２２に奪われにくくなり、定着ベルト２１の熱効率が向上する。

また、加圧ローラ２２は、画像形成装置本体に設けられた駆動源によって図２中の矢印Ａで示す方向に回転駆動するように構成されている。一方、定着ベルト２１は、加圧ローラ２２が回転駆動することにより、これに伴って図２中の矢印Ｂ方向に従動回転する。定着ベルト２１と加圧ローラ２２との間（ニップ部Ｎ）に未定着画像Ｔが転写された用紙Ｐが搬送されると、回転する定着ベルト２１と加圧ローラ２２とによって用紙Ｐが搬送されニップ部Ｎを通過する。このとき、用紙Ｐに対して熱と圧力が付与されることで、未定着画像Ｔが用紙Ｐに定着される。

また、加圧ローラ２２と定着ベルト２１は、互いに接近離間するように構成されている。万が一、ニップ部Ｎに用紙が詰まった場合は、加圧ローラ２２と定着ベルト２１を互いに離間させ、ニップ部Ｎを開放することで、詰まった用紙のジャム処理などのメンテナンス作業を行うことが可能である。加圧ローラ２２と定着ベルト２１とは、いずれか一方に対して他方を動かして接近離間させるように構成されていてもよいし、両方を動かすことで接近離間させる構成であってもよい。

ハロゲンヒータ２３は、定着ベルト２１の内側に配置され、赤外線光を放射することで、輻射熱によりニップ形成部材２４を介して定着ベルト２１を加熱する加熱部材である。加熱部材として、ハロゲンヒータ２３以外に、カーボンヒータやセラミックヒータなどを用いることも可能である。

ニップ形成部材２４は、加圧ローラ２２との間で定着ベルト２１を挟んでニップ部Ｎを形成するものである。詳しくは、ニップ形成部材２４は、定着ベルト２１の内側でその回転軸方向でもある長手方向（以下、「ベルト長手方向」という。）に渡って長手状に配置されており、定着ベルト２１の内周面に接触する平板状のニップ形成部２４ａと、ニップ形成部２４ａのベルト回転方向Ｂの両端部から加圧ローラ２２側とは反対側に屈曲する一対の屈曲部２４ｂと、を有している。加圧ローラ２２がバネなどの加圧手段によってニップ形成部材２４側に加圧されることで、加圧ローラ２２と定着ベルト２１とが接触し、これらの間にニップ部Ｎが形成される。

ニップ形成部２４ａは、定着ベルト２１が回転したときの耐摩耗性や摺動性を向上させるために、その定着ベルト２１側の面（ニップ形成面２４ｃ）にアルマイト処理やフッ素樹脂系材料が塗布されていてもよい。さらに、経時的な摺動性の確保のため、ニップ形成部２４ａの定着ベルト２１側の面に、フッ素系グリース等の潤滑剤を塗布してもよい。本実施形態では、ニップ形成部材２４が平板状となっているが、その他の形状であってもよい。例えば、ニップ形成部材２４を加圧ローラ２２側とは反対側へ凹んだ凹形状とすることで、ニップ部Ｎの出口部が加圧ローラ２２寄りになり、定着ベルト２１に対する用紙の分離性が向上する。

また、ニップ形成部材２４は、ステー２５よりも熱伝導率が大きい材料で形成されている。例えば、ニップ形成部材２４の材料として、銅（熱伝導率：３９８Ｗ／ｍｋ）やアルミニウム（熱伝導率：２３６Ｗ／ｍｋ）などが好ましい。このように、ニップ形成部材２４が熱伝導率の大きい材料で形成されていることで、ハロゲンヒータ２３からの輻射熱はニップ形成部材２４によって吸収され定着ベルト２１へ効率良く伝達される。例えば、ニップ形成部材２４の厚みを１ｍｍ以下に設定することで、ニップ形成部材２４から定着ベルト２１への熱伝達時間を短くすることができ、定着装置５の立ち上がり速度を速めることができる。反対に、ニップ形成部材２４の厚みを１ｍｍより大きく５ｍｍ以下に設定した場合は、ニップ形成部材２４の蓄熱性を高めることが可能である。

ステー２５は、加圧ローラ２２の加圧力に抗してニップ形成部材２４を支持する支持部材である。本実施形態では、ステー２５が、加圧ローラ２２の加圧方向（図２における上下方向）に伸びて互いに平行に配置された一対の側壁部２５ａと、各側壁部２５ａと交差して各側壁部２５ａの加圧ローラ２２側とは反対側の端部同士を繋ぐ底壁部２５ｂと、で構成されている。ステー２５の各側壁部２５ａが、反射部材２６を介してニップ形成部材２４のベルト回転方向Ｂの両端部側に接触していることで、ニップ形成部材２４がステー２５によって支持されている。また、各側壁部２５ａは、加圧ローラ２２の加圧方向に延在しているため、加圧方向の剛性が高まり、加圧ローラ２２の加圧力によるニップ形成部２４の撓みが抑制される。これにより、長手方向に渡って均一な幅及び圧力のニップ部Ｎを形成することが可能である。ステー２５は、その剛性を確保するため、ＳＵＳやＳＥＣＣなどの鉄系金属材料によって形成されることが好ましい。

反射部材２６は、定着ベルト２１の内側でハロゲンヒータ２３と対向するように配置されており、ハロゲンヒータ２３から放射される赤外線光又は輻射熱をニップ形成部材２４側へ反射するものである。本実施形態では、反射部材２６が、楕円状の断面に形成された反射部２６ａと、反射部２６ａのベルト回転方向Ｂの両端部から互いに離れる方向に屈曲する一対の屈曲部２６ｂと、を有している。反射部材２６は、各屈曲部２６ｂがステー２５の各側壁部２５ａとニップ形成部材２４のニップ形成部２４ａとの間に挟まれることで保持されている。

反射部材２６によって反射された赤外線光は、ニップ形成部材２４に照射されることで、ニップ形成部材２４が加熱される。このように、ニップ形成部材２４に対しては、ハロゲンヒータ２３から直接照射される赤外線光に加えて、反射部材２６によって反射された赤外線光も照射されるため、ニップ形成部材２４は効果的に加熱される。また、反射部材２６は、ハロゲンヒータ２３とステー２５との間に介在し、ステー２５への赤外線光の照射を遮断する機能も兼ねる。これにより、ステー２５が加熱されることによる無駄な熱エネルギーの消費が抑制される。さらに、本実施形態では、ステー２５と反射部材２６との間に空気層（隙間）が介在していることで、この空気層の断熱効果によってステー２５への熱伝達がより一層抑制される。

反射部材２６のハロゲンヒータ２３側の面は、反射率を高くするような鏡面処理や表面処理がなされている。本実施形態では、反射率を分光光度計（日立ハイテクサイエンス社製の紫外可視赤外分光光度計ＵＨ４１５０）を用いて測定し、測定時の入射角は５°である。一般的に、ハロゲンヒータは用途により色温度が異なるが、定着装置の加熱用としては色温度が２５００Ｋ程度のものが用いられている。反射部材２６の反射率は、発光強度の高いハロゲンヒータ２３の波長、具体的には９００～１６００ｎｍの波長、より好ましくは１０００～１３００ｎｍの波長に対して７０％以上であるのがよい。

また、反射部材２６の反射と断熱の機能を、ステー２５に持たせてもよい。例えば、ステー２５の内面（ハロゲンヒータ２３側の面）に断熱処理又は鏡面処理を施すことで、ステー２５が反射部材２６の機能を兼ねるように構成することができる。この場合、ステー２５とは別体の反射部材２６を省略することが可能である。また、ステー２５を鏡面処理した場合のステー２５の反射率は、上記反射部材２６の反射率と同等であることが望ましい。

ガイド部材２７は、回転する定着ベルト２１の内周面に対して接触し、定着ベルト２１をガイドするものである。本実施形態では、ガイド部材２７が、ニップ部Ｎに対してベルト回転方向Ｂの上流側と下流側の両方に設けられている。ガイド部材２７は、ステー２５などに固定される取付部２７ａと、定着ベルト２１の内周面に接触する曲面状のガイド部２７ｂと、を有している。図３に示すように、ガイド部２７ｂの定着ベルト２１側の面（ガイド面）には、ベルト長手方向に渡って複数のリブ（突起）２７ｃが等間隔に設けられている。この複数のリブ２７ｃを有するガイド面に沿って定着ベルト２１がガイドされることで、定着ベルト２１は大きな変形を伴うことなく円滑に回転することができる。

温度センサ２８は、定着ベルト２１の外周面に対向して配置され、定着ベルト２１の温度を検知する温度検知部材である。本実施形態では、温度センサ２８を、定着ベルト２１に対してベルト長手方向の中央部と一端部側との２箇所に配置している。温度センサ２８によって定着ベルト２１の表面温度が検知され、その検知結果に基づいてハロゲンヒータ２３の出力制御が行われることで、定着ベルト２１の温度が所望の温度（定着温度）となるように制御される。また、温度センサ２８は、接触型又は非接触型のいずれでもよい。温度センサ２８としては、例えばサーモパイル、サーモスタット、サーミスタ、ＮＣセンサなど、公知の温度センサを適用可能である。

図４に示すように、定着ベルト２１の両端部側には、それぞれ定着ベルト２１の端部側を支持する定着部材支持部材としての筒状のベルト支持部材３０が挿入されている。このように、定着ベルト２１の両端部にベルト支持部材３０が挿入されていることで、定着ベルト２１は、非回転時においては基本的に定着ベルト２１に対して周方向の張力は生じない、いわゆるフリーベルト方式で支持されている。

図３～図５に示すように、ベルト支持部材３０は、定着ベルト２１の内側に挿入されて定着ベルト２１を支持するＣ字状の支持部３０ａと、定着ベルト２１の端面に接触して定着ベルト２１の長手方向への移動（片寄り）を規制するフランジ状の規制部３０ｂと、を有している。また、支持部３０ａは、図６に示す例のように、全周に渡って連続する筒状であってもよい。各ベルト支持部材３０は、定着装置５を構成するフレーム部材である一対の側板３１（図４参照）に固定されている。また、ベルト支持部材３０には、開口部３０ｃ（図５参照）が設けられており、この開口部３０ｃを通してハロゲンヒータ２３やステー２５の両端部が各側板３１に支持されている。ハロゲンヒータ２３やステー２５は、ベルト支持部材３０に支持されてもよい。

続いて、図７に基づき、本発明の実施形態に係るハロゲンヒータの構成について説明する。

図７に示すように、ハロゲンヒータ２３は、石英ガラスなどで形成された円筒状の管であるバルブ４０と、バルブ４０内に収容された発熱体としてのフィラメント４１と、モリブデンなどから成る薄い金属箔４２と、内部リード線４３及び外部リード線４４と、を有する。

フィラメント４１は、タングステンなどの金属線をコイル状に形成されており、バルブ４０内にその長手方向に渡って収容されている。また、バルブ４０内には、ハロゲン物質及び不活性ガスが封入されている。バルブ４０の長手方向の両端部には、内部のガスが漏れ出ないように、扁平状に潰された封止部４０ａが形成されている。各封止部４０ａ内には、金属箔４２が配置され、各金属箔４２は、内部リード線４３を介してフィラメント４１の両端部に接続されている。また、金属箔４２の内部リード線４３が接続されている側とは反対側には、外部リード線４４が接続されている。外部リード線４４の一部は、封止部４０ａから外部に露出しており、外部に露出する外部リード線４４の端部は、ハーネス又は口金などの端子を介して電源と接続されている。このように、フィラメント４１が、外部リード線４４や金属箔４２、内部リード線４３を介して電源に接続されていることで、電源から給電された際に、フィラメント４１は赤外線光を放出して発熱する。なお、金属箔４２、内部リード線４３及び外部リード線４４においては、通電してもほとんど発熱することはない。

ところで、ハロゲンヒータ２３に用いられるバルブ４０は、一般的に耐熱性を有する材料で構成されているが、特に封止部４０ａにおいてはその構造上、高温になった場合に亀裂（マイクロクラック）が発生する虞がある。すなわち、フィラメント４１の発熱によって封止部４０ａが高温になると、金属箔４２が酸化して体積膨張し、この金属箔４２の体積膨張により封止部４０ａが内部から押し広げられる力が発生するため、この力に対して封止部４０ａが耐えられなくなった場合に、封止部４０に亀裂が発生する。ハロゲンヒータ２３の構成や仕様によって差異はあるが、例えば、封止部４０ａの温度が３５０℃を超えた場合に、封止部４０ａに亀裂が発生する虞がある。

さらに、封止部４０ａの周囲にステー２５や反射部材２６などが配置されている場合は、これらによって封止部４０ａからの放熱が妨げられるため、封止部４０ａが高温環境に曝されやすくなる。特に、図２５に示す例のように、ステー２５や反射部材２６が長手方向に渡って連続して断面略Ｕ字状に形成されている場合は、図２６に示すように、ステー２５や反射部材２６の内側にハロゲンヒータ２３が配置されると、封止部４０ａの周囲三方向（図２６における上方向と紙面に直交する二方向）がステー２５と反射部材２６とによって囲まれた状態となる。このため、封止部４０ａの周囲の熱気がステー２５及び反射部材２６に遮られて外部に放出されにくくなり、封止部４０ａは高温環境に曝されやすい状況となる。

そこで、本発明に係る実施形態においては、ハロゲンヒータ２３の長手方向端部側、特に封止部４０ａの過剰な温度上昇を抑制するため、以下のような構成を採用している。

図８は、本発明の実施形態に係るステー２５及び反射部材２６の斜視図である。

図８に示すように、本発明の実施形態においては、ステー２５の長手方向（ベルト長手方向Ｅ）の両端部側に、図の上方に開口する開口部２５ｅを設けている。また、ステー２５と同様、反射部材２６においても、その長手方向（ベルト長手方向Ｅ）の両端部側で図の上方に開口する開口部２６ｅを設けている。

図９に示すように、本実施形態に係るステー２５及び反射部材２６を定着ベルト２１内に配置した状態では、ステー２５及び反射部材２６の各開口部２５ｅ，２６ｅは、ベルト幅方向の端部側でハロゲンヒータ２３に対してニップ形成部材２４側とは反対側に配置される。このように各開口部２５ｅ，２６ｅが配置されることで、封止部４０ａの上方（ニップ形成部材２４側とは反対側）及びその近傍の上方が開放される。なお、図９では、定着装置の一端部側の構成を示しているが、これとは反対側の端部も同様に構成されている。

このように、本発明の実施形態においては、ステー２５及び反射部材２６の長手方向の両端部側に開口部２５ｅ，２６ｅが設けられていることで、封止部４０ａの周囲の一方向（ハロゲンヒータ２３に対してニップ形成部材２４側とは反対側）が開放される。詳しくは、封止部４０ａの少なくとも一部（ベルト長手方向の外側端部４０１側の部分）が、ステー２５を構成する一対の側壁部２５ａ及び底壁部２５ｂにおけるそれぞれの長手方向の端部のうち、その一部である底壁部２５ｂの長手方向の端部２５０よりもベルト長手方向Ｅの外側（図９における左側）に配置されていることで、封止部４０ａの周方向のうちステー２５の底壁部２５ａ側が開放されている。また、反射部材２６においては、Ｕ字状の反射部２６ａの長手方向の端部のうち、その一部の端部２６０が他の部分に比べて長手方向の内側に切り欠かれていることで、封止部４０ａの少なくとも一部が、反射部材２６の切り欠かれた長手方向の端部２６０よりもベルト長手方向Ｅの外側に配置されている。このように構成されていることで、封止部４０ａの周囲の空気が各開口部２５ｅ，２６ｅを通して外部に放出されやすくなる。すなわち、封止部４０ａの少なくとも一部が、ステー２５や反射部材２６から露出していることで、ハロゲンヒータ２３の封止部４０ａ側での放熱がステー２５や反射部材２６によって妨げられにくくなり、上述の図２５及び図２６に示す比較例に比べて、封止部４０ａにおける放熱が促進されるので、封止部４０ａの温度上昇を抑制することができるようになる。

具体的に、図２５及び図２６に示す比較例の定着装置を用いて、用紙を５００枚連続通紙して定着処理を行った場合は、封止部４０ａの温度が、封止部４０ａに亀裂が生じる可能性のある３５０℃を超え、用紙を１０００枚連続通紙して定着処理した場合は、封止部４０ａの温度が３８０℃まで達した。これに対して、本発明の実施形態に係る定着装置を用いて同様に定着処理した場合は、連続通紙枚数が５００枚であっても１０００枚であっても封止部４０ａの温度は約３２０℃に維持され、封止部４０ａに亀裂が生じる可能性のある３５０℃には達しなかった。

このように、本発明の実施形態に係る構成によれば、封止部４０ａにおける過剰な温度上昇を抑制することができるので、封止部４０ａの温度上昇に起因する亀裂や断線の発生を防止できるようになり、ハロゲンヒータ２３の信頼性を向上させることができる。特に、本発明の実施形態に係る構成は、オフィスなどで使用される小型の画像形成装置に搭載される定着装置に好適である。一般的に、オフィスなどで使用される小型の画像形成装置は、１回の印刷ジョブあたりの出力枚数が少ないことを想定して設計されているため、出力枚数が大量となった場合の装置内の温度上昇を抑制する送風ファンなどは搭載されていない場合がほとんどである。そのため、このような定着装置に対して本発明の実施形態に係る構成を適用することで、送風ファンなどを設けなくても、ハロゲンヒータ２３の温度上昇を抑制することができるようになり、小型で信頼性の高い定着装置を提供することができるようになる。

また、開口部２５ｅ，２６ｅを有しない比較例においては、封止部４０ａの温度上昇を抑制するために、封止部４０ａを、ベルト支持部材３０のベルト長手方向Ｅの外側端部３０１（図２６参照）よりもベルト長手方向Ｅの外側の、放熱されやすい箇所に配置しなければならない場合も考えられるが、本発明の実施形態によれば、このような対策をしなくても封止部４０ａの温度上昇を抑制することが可能である。すなわち、本発明の実施形態によれば、封止部４０ａを、ベルト支持部材３０のベルト長手方向Ｅの外側端部３０１（図９参照）よりもベルト長手方向Ｅの外側に配置しなくても、開口部２５ｅ，２６ｅを通して封止部４０ａ周辺の放熱が行われやすくすることができる。このため、本発明の実施形態においては、図９に示すように、封止部４０ａをベルト支持部材３０の外側端部３０１よりもベルト長手方向Ｅの内側に配置することができるようになり、定着装置の小型化を図れるようになる。また、このような小型化を図るには、少なくとも封止部４０ａのベルト長手方向Ｅの外側端部４０１が、ベルト支持部材３０の外側端部３０１よりもベルト長手方向Ｅの内側に配置されればよい。なお、図９では、封止部４０ａの一部が、ベルト長手方向Ｅにおいて、ベルト支持部材３０内側端部３０２よりも内側に配置されているが、定着装置の構成や仕様によっては、封止部４０ａの全体を、ベルト支持部材３０の内側端部３０２よりも内側に配置してより一層の小型化を図ることも可能である。

図９に示すように、開口部２５ｅ，２６ｅの少なくとも一部は、ベルト長手方向Ｅにおいて、ベルト支持部材３０に対して重ならないように、ベルト支持部材３０よりも内側に配置されていることが望ましい。すなわち、開口部２５ｅ，２６ｅのベルト長手方向Ｅの内側端部２５０，２６０は、ベルト支持部材３０のベルト長手方向Ｅの内側端部３０２よりもベルト長手方向Ｅの内側に配置されていることが望ましい。このように、開口部２５ｅ，２６ｅの少なくとも一部が、ベルト長手方向Ｅにおいて、ベルト支持部材３０に対して重ならないように配置されていることで、開口部２５ｅ，２６ｅからの放熱がベルト支持部材３０によって妨げられるのを回避することができ、開口部２５ｅ，２６ｅを介しての放熱が行われやすくなる。

要するに、開口部２５ｅ，２６ｅからの放熱を行いやすくし、封止部４０ａの温度上昇を効果的に抑制するには、開口部２５ｅ，２６ｅが、封止部４０ａに対応し、かつ、ベルト支持部材３０を重ならない領域（図９中の符号Ｃで示す領域）を有することが望ましい。また、反射部材２６は、ステー２５の開口部２５ｅからの放熱を妨げないように、ステー２５の開口部２５ｅに対応する箇所で開口していることが望ましい。図８及び図９に示す実施形態では、反射部材２６の開口部２６ｅが、ステー２５の開口部２５ｅ全体に渡って重ならないように形成されているため、封止部４０ａの温度上昇を効果的に抑制することが可能である。

また、熱効率の観点から、開口部２５ｅ，２６ｅを介して放出される熱は、なるべく定着ベルト２１に付与される方が好ましい。そのため、図９に示すように、開口部２５ｅ，２６ｅのベルト長手方向Ｅの内側端部２５０，２６０は、定着ベルト２１のその長手方向Ｅにおける範囲内に位置することが好ましい。このように開口部２５ｅ，２６ｅを配置することで、開口部２５ｅ，２６ｅを介して放出される熱が定着ベルト２１に付与されやすくなり、他の部材に熱が付与されることによる無駄な熱エネルギーの消費を低減することができる。

図１０は、図９に示す例よりも、開口部２５ｅ，２６ｅをベルト長手方向Ｅの内側（図の右側）へ広げた例を示す図である。

図１０に示す例では、開口部２５ｅ，２６ｅのベルト長手方向Ｅの内側端部２５０，２６０が、封止部４０ａのベルト長手方向Ｅの内側端部４０２に対応して配置されている。この場合、各開口部２５ｅ，２６ｅが、封止部４０ａ全体に対応するように配置されるので、封止部４０ａ周辺の熱気が開口部２５ｅ，２６ｅを介してより一層放出されやすくなり、封止部４０ａの温度上昇をより効果的に抑制できるようになる。

図１１は、開口部２５ｅ，２６ｅをさらにベルト長手方向Ｅの内側へ広げた例を示す図である。

図１１に示す例では、開口部２５ｅ，２６ｅのベルト長手方向Ｅの内側端部２５０，２６０が、フィラメント４１の端部４１０（内側端部と外側端部とがある場合は、外側端部）に対応して配置されている。フィラメント４１から発せられる赤外線光はベルト長手方向Ｅにも広がるので、フィラメント４１の端部４１０から発せられた赤外線光は、開口部２５ｅ，２６ｅを通過して定着ベルト２１の内周面に直接照射される。このように、赤外線光が開口部２５ｅ，２６ｅを通して定着ベルト２１の内周面に直接照射されることで、特に定着ベルト２１の長手方向Ｅの端部側において昇温速度を速くすることができるようになる。これにより、加熱待機時から定着可能な状態となるまでの加熱時間（ファーストプリントタイム）の短縮や、高速回転時の熱量不足も解消することができるようになる。

ここで、ハロゲンヒータにおいては、フィラメントの発熱量を長手方向に渡って均一にせず、例えば、長手方向の中央部側と端部側とで発熱量が異なるように設定されている場合がある。図１２に示す例は、フィラメントの長手方向の端部側よりも中央部側で発熱量を大きくしたタイプであり、反対に、図１３に示す例は、フィラメントの長手方向の中央部側よりも端部側で発熱量を大きくしたタイプである。図１２及び図１３において、符号Ｄで示す範囲は、フィラメントの最も発熱量の大きい最大発熱領域を示し、符号Ｗで示す範囲は、画像形成装置で用いられる用紙のうち、最大幅の用紙がニップ部を通過する際の最大通過幅を示す。

多くの画像を連続して定着処理すると、用紙によって熱が奪われにくい通紙範囲外においては、熱が蓄積し、過剰に温度上昇する可能性がある。その場合は、図１２に示す例のように、端部側の発熱量の小さいハロゲンヒータを用いることで、通紙範囲外における熱の蓄積を低減し、過剰な温度上昇を抑制することが可能である。一方、図１３に示す例は、通紙範囲の端部側で熱量が不足しがちな場合に適用することで、端部側の温度低下を防止することが可能である。

上記のような発熱量の分布が長手方向に渡って異なるハロゲンヒータを用いる場合は、それぞれの発熱量の分布に応じて、開口部２５ｅ，２６ｅの範囲を決定してもよい。例えば、図１３に示すような端部側での発熱量の大きいハロゲンヒータを用いる場合は、図１４に示すように、開口部２５ｅ，２６ｅを、フィラメント４１の端部側の最大発熱領域Ｄに対応する位置まで広げるとよい。すなわち、開口部２５ｅ，２６ｅのベルト長手方向Ｅの内側端部２５０，２６０を、最大発熱領域Ｄのベルト長手方向Ｅの外側端部ｄ１よりもベルト長手方向Ｅの内側に配置する。これにより、定着ベルト２１の長手方向Ｅの端部側で定着ベルト２１に対して赤外線光が直接照射される範囲を広く確保することができるようになり、定着ベルト２１の長手方向Ｅの端部側での温度低下を効果的に防止できるようになる。また、開口部２５ｅ，２６ｅがフィラメント４１の最大発熱領域Ｄに対応する位置まで広げられていることで、フィラメント４１の端部側での発熱量が大きくても、開口部２５ｅ，２６ｅを介してその周囲の熱気を放出しやすくなり、封止部４０ａへの熱の影響を低減することができる。なお、図１４では、ベルト長手方向Ｅにおいて、開口部２５ｅ，２６ｅが、フィラメント４１の最大発熱領域Ｄ全体に対応するように配置されているが（開口部２５ｅ，２６ｅのベルト長手方向Ｅの内側端部２５０，２６０が、最大発熱領域Ｄのベルト長手方向Ｅの内側端部ｄ２と同じ位置かそれよりもベルト長手方向Ｅの内側に配置されているが）、開口部２５ｅ，２６ｅは、フィラメント４１の最大発熱領域Ｄの一部に対応して配置されていてもよい。

また、図１５に示す例のように、開口部２５ｅ，２６ｅの範囲を、用紙の最大通過幅Ｗに基づいて決定してもよい。図１５に示す例では、開口部２５ｅ，２６ｅのベルト長手方向Ｅの内側端部２５０，２６０が、最大の用紙がニップ部Ｎを通過する最大通過領域Ｗのベルト長手方向Ｅの端部に対応するように配置されている。この場合、開口部２５ｅ，２６ｅが用紙の最大通過領域Ｗの端部に達する位置まで広がっていることで、通紙範囲外における放熱が効果的に行われるようになり、通紙範囲外でのハロゲンヒータ２３や定着ベルト２１などの温度上昇を効果的に抑制できるようになる。

従って、図１５に示す本発明の実施形態の場合は、図１６に示す温度Ｈのように、通紙範囲外での温度上昇を抑制でき、制御温度近傍で温度を維持することができるようになる。一方、開口部２５ｅ，２６ｅを有しない比較例の場合は、図１６に示す温度Ｇのように、通紙範囲外での温度が連続通紙開始後に目標とする制御温度を越えて徐々に上昇しやすい。このように、開口部２５ｅ，２６ｅの範囲を、用紙の最大通過領域Ｗに基づいて決定することで、通紙範囲外での温度上昇を抑制することができるようになり、ひいては、通紙範囲外の温度上昇に伴う封止部４０ａの温度上昇も抑制でき、封止部４０ａの亀裂や断線の発生を防止できるようになる。

また、上記温度センサ２８の配置は、開口部２５ｅ，２６ｅの位置を考慮して決定することが望ましい。図１７に示すＴｘ及びＴｙは、それぞれ異なる位置で温度センサ２８によって検知された定着ベルト２１の温度を示す。具体的に、温度Ｔｘは、図１８に示す開口部２５ｅ，２６ｅに対応しない端部側の位置Ｘで検知された温度であり、温度Ｔｙは、開口部２５ｅ，２６ｅに対応する位置Ｙで検知された温度である。図１７に示すように、開口部２５ｅ，２６ｅに対応しない位置Ｘで検知された温度Ｔｘは、目標とする制御温度付近で安定して推移するのに対して、開口部２５ｅ，２６ｅに対応する位置Ｙで検知された温度Ｔｙは、制御温度から大きくずれて変動する結果となった。これは、薄く熱容量の小さい定着ベルト２１は、そもそも温度変化しやすいことに加え、開口部２５ｅ，２６ｅに対応する箇所では、定着ベルト２１に対して赤外線光が開口部２５ｅ，２６ｅを通して直接照射されるため、ハロゲンヒータ２３のＯＮとＯＦＦのタイミングに伴って温度変化が大きくなったものと考えられる。この結果からすれば、定着ベルト２１の温度制御を行うために用いる温度センサ２８は、誤検知を防止するため、温度変化の大きい開口部２５ｅ，２６ｅに対応する部分よりは、比較的温度が安定する開口部２５ｅ，２６ｅに対応しない部分の温度を検知するように配置されることが望ましい。さらに言えば、温度センサ２８によって温度が検知される定着ベルト２１の部分は、定着ベルト２１に対して赤外線光が直接照射されない箇所であることが望ましい。従って、温度センサ２８よって温度検知される部分は、開口部２５ｅ，２６ｅのベルト長手方向Ｅの内側端部２５０，２６０よりも定着ベルト２１のその長手方向Ｅの内側の部分であることが望ましい。また、温度センサ２８は、ニップ入口側又はニップ出口側に配置することができるが、ニップ出口側では用紙によって定着ベルト２１の熱が奪われた後の温度を検知することになるため、好ましくは、用紙に熱が奪われる前の温度を検知できるニップ入口側に温度センサ２８を配置するのがよい。

また、開口部２５ｅ，２６ｅを通して定着ベルト２１に赤外線光が直接照射される場合は、定着ベルト２１を回転させている状態で、ハロゲンヒータ２３を発熱させることが望ましい。定着ベルト２１の回転を停止した状態でハロゲンヒータ２３を発熱させると、赤外線光が直接照射される部分とそれ以外の部分とで温度差が大きくなり、定着ベルト２１に熱膨張による歪が発生する可能性がある。そのため、ハロゲンヒータ２３の発熱を定着ベルト２１の回転動作中にのみ行うようにすることで、赤外線光の直接照射による加熱部位をベルト回転方向に分散させることができるようになり、定着ベルト２１の熱膨張による歪が抑制され、定着ベルト２１の変形や座屈破壊（キンク）などが生じにくくなる。

また、図１９に示す例のように、ハロゲンヒータ２３の両端部に接続されるハーネス等の配線４５は、ハロゲンヒータ２３の熱による劣化や損傷を回避するため、ステー２５や反射部材２６の図の上方に向かって開口する開口部２５ｅ，２６ｅを通らずに、ベルト長手方向Ｅに向かって開口する開口部２５ｆ，２６ｆを通るように配置されることが望ましい。なお、各配線４５のハロゲンヒータ２３に接続される端部とは反対側の端部は、それぞれＡＣ電源に接続される。また、ステー２５の側壁部２５ａの外側を通る配線４５は、高温になるステー２５の熱の影響を抑制するため、ステー２５から離れた位置（非接触の位置）、具体的には、例えば図２０中の符号４５Ａ又は４５Ｂに示す位置に配置されていることが望ましい。反対に、反射部材２６の内側の位置は、ハロゲンヒータ２３及び反射部材２６による熱の影響を受けるので、このような位置（図２０中の符号４５Ｃに示す位置）には配線４５を配置しない方が望ましい。また、図２１に示す例のように、ステー２５の外側に樹脂製のカバー（あるいはガイド部材）５０が設けられている場合は、配線４５をカバー５０の外側に配置することで、ステー２５から配線４５への熱の影響を抑制できる。また、この例のように、カバー５０に段差部５０ａがある場合は、段差部５０ａに配線４５を配置するとよい。さらに望ましくは、カバー５０の熱の影響も抑制できるように、配線４５を段差部５０ａ近傍の平面部５０ｂに接触させて配置するよりは、カバー５０に設けられた複数のリブ（突起）５０ｃに配線４５を接触させ、配線４５とカバー５０との接触面積を少なくする方がよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

上述の実施形態では、封止部４０ａの放熱を促進するための開口部２５ｅ，２６ｅを、ステー２５の底壁部２５ｂやこれに対応する反射部材２６の部分に設けているが（図８参照）、図２２に示すように、上述と同様の効果を奏する開口部２５ｅ，２６ｅを、ステー２５の側壁部２５ａやこれに対応する反射部材２６の部分に設けてもよい。

また、図２３に示す例のように、ステー２５の側壁部２５ａや底壁部２５ｂをベルト長手方向Ｅに短くして、封止部４０ａの少なくとも一部がステー２５や反射部材２６のベルト長手方向Ｅの端部２５１，２６１全体よりもベルト長手方向Ｅの外側へ露出するようにしてもよい。このようにすることで、封止部４０ａの放熱がより一層促進され、封止部４０ａの過剰な温度上昇を効果的防止できるようになる。

上述の実施形態では、定着ベルト２１内にハロゲンヒータ２３が１本だけ配置されているが、複数のヒータを用いてもよい。複数のヒータを用いる構成においては、特にベルト長手方向Ｅにおいて最も内側に封止部４０ａを有するヒータに対して、上述のように開口部２５ｅ，２６ｅを配置することが望ましい。また、ステー２５や反射部材２６の形状は、上述の実施形態に限定されるものではなく、適宜変更可能である。

また、本発明は、反射部材２６を備えない構成においても適用可能である。さらに、本発明に係る定着装置は、図１に示すような用紙を水平方向に搬送する定着装置５に限らない。定着装置５の設置方向は、適宜変更可能であり、本発明は、図２４に示すような用紙を垂直方向に搬送する定着装置５にも適用可能である。

また、本発明は、封止部を有するハロゲンヒータに適用する場合に限らない。例えば、封止部を有するカーボンヒータにも本発明は適用可能である。

１画像形成装置
２画像形成部
５定着装置
２１定着ベルト（定着部材）
２２加圧ローラ（対向部材）
２３ハロゲンヒータ（加熱部材）
２４ニップ形成部材
２５ステー（支持部材）
２５ｅ開口部
２６反射部材
２６ｅ開口部
２８温度センサ（温度検知部材）
３０ベルト支持部材（定着部材支持部材）
４０バルブ（管）
４０ａ封止部
４１フィラメント（発熱体）
Ｄ最大発熱領域
Ｅベルト長手方向
Ｐ用紙（記録媒体）
Ｗ最大通過領域

特許第６１６４０１４号公報

Claims

筒状の定着部材と、
前記定着部材の外周面に対向するように配置された対向部材と、
前記定着部材の内側に配置された加熱部材と、
前記定着部材の内側に配置され前記対向部材との間で前記定着部材を挟んでニップ部を形成するニップ形成部材と、
前記定着部材の内側に配置され前記ニップ形成部材を支持する支持部材と、
を備え、
前記加熱部材は、内部に発熱体が収容され封止部が形成された管を有し、
前記加熱部材が、前記ニップ形成部材と前記支持部材との間に配置される定着装置であって、
前記封止部の少なくとも一部が、前記支持部材から露出し、
前記加熱部材が有する発熱体は、その定着部材長手方向の外側端部側に最も発熱量の大きい最大発熱領域を有し、
前記封止部の定着部材長手方向の外側端部よりも定着部材長手方向の内側に配置される前記支持部材の定着部材長手方向の端部は、前記最大発熱領域の定着部材長手方向の外側端部よりも定着部材長手方向の内側に配置されていることを特徴とする定着装置。
筒状の定着部材と、
前記定着部材の外周面に対向するように配置された対向部材と、
前記定着部材の内側に配置された加熱部材と、
前記定着部材の内側に配置され前記対向部材との間で前記定着部材を挟んでニップ部を形成するニップ形成部材と、
前記定着部材の内側に配置され前記ニップ形成部材を支持する支持部材と、
前記定着部材を支持する定着部材支持部材と、
を備え、
前記加熱部材は、内部に発熱体が収容され封止部が形成された管を有し、
前記加熱部材が、前記ニップ形成部材と前記支持部材との間に配置される定着装置であって、
前記封止部の少なくとも一部が、前記支持部材から露出し、
前記封止部の定着部材長手方向の外側端部よりも定着部材長手方向の内側に配置される前記支持部材の定着部材長手方向の端部は、前記定着部材支持部材の定着部材長手方向の内側端部よりも定着部材長手方向の内側に配置されていることを特徴とする定着装置。
筒状の定着部材と、
前記定着部材の外周面に対向するように配置された対向部材と、
前記定着部材の内側に配置された加熱部材と、
前記定着部材の内側に配置され前記対向部材との間で前記定着部材を挟んでニップ部を形成するニップ形成部材と、
前記定着部材の内側に配置され前記ニップ形成部材を支持する支持部材と、
前記支持部材と前記加熱部材との間に配置され前記加熱部材からの光又は熱を反射する反射部材と、
を備え、
前記加熱部材は、内部に発熱体が収容され封止部が形成された管を有し、
前記加熱部材が、前記ニップ形成部材と前記支持部材との間に配置される定着装置であって、
前記封止部の少なくとも一部が、前記支持部材から露出し、
前記封止部の少なくとも一部が、前記反射部材から露出していることを特徴とする定着装置。
記録媒体に画像を形成する画像形成部と、
前記画像形成部によって形成された画像を前記記録媒体に定着させる定着装置と、
を備える画像形成装置において、
前記定着装置として、請求項１から３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。