JP7435015B2 - 均熱化構造、当該均熱化構造を有する加熱装置、定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、長手方向を有する形状の高温部材に高熱伝導性の均熱材を接触配置した均熱化構造と、当該均熱化構造を有する加熱装置、定着装置および画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置で使用される定着装置は種々の型式が知られている。その１つに、低熱容量の薄肉定着ベルトをハロゲンヒータや面状ヒータで加熱する型式がある。定着ベルトの外側には加圧部材としての加圧ローラが配設され、この加圧ローラを定着ベルトを挟んでニップ形成部材に圧着することで定着ニップを形成する。

ニップ形成部材の材料は、通紙時の長手方向の温度ムラを抑制するため熱伝導率のよい金属材料で構成される。ニップ形成部材の両端は支持部材（ステー）で支持されるが、ニップ形成部材は長尺のため加圧ローラによる大きな加圧力で中央部が撓みやすい。そこで、支持部材やニップ形成部材の中央部を加圧ローラ側に凸形状にして中央部の撓みを抑制することが行われている（特許文献１参照）。

一方、用紙を連続通紙すると、定着ベルトの幅方向両側の用紙が接触しない非通紙領域で過昇温が発生しやすくなる。そこで、ニップ形成部材の熱抵抗を端部側で小さくして非通紙領域の熱エネルギーを端部側に放出（熱移動）して非通紙領域の過昇温を抑制することが行われている。

しかし、熱抵抗を端部側で小さくすると、ニップ形成部材から支持部材（ステー）に向けた熱移動が生じやすくなるので、ニップ形成部材の温度を適切に維持するために昇温時間が増えてしまうという課題が生じる。

本発明は斯かる事情に鑑みなされたものであって、高温部材（ニップ形成部材）の熱エネルギーロスを少なくすると共に長手方向の温度のばらつきを抑制することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の均熱化構造は、長手方向を有する形状の高温部材に、当該高温部材よりも高熱伝導性の均熱材を接触配置した均熱化構造において、前記均熱材の前記長手方向における熱抵抗を、前記長手方向端部側よりも長手方向中央側で小さくしたことを特徴とする。

本発明によれば、高温部材の熱エネルギーロスを少なくしつつ長手方向の温度のばらつきを抑制することができる。

本発明に係る画像形成装置の実施の一形態を示す概略構成図である。 前記画像形成装置に搭載された定着装置の概略断面図である。 遮蔽部材の形状とハロゲンヒータの発熱部と用紙サイズとの関係を示す図である。 遮蔽部材を遮蔽位置へ移動させた状態を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る定着装置のニップ形成部材の分解斜視図である。 均熱材の平面図である。 別の均熱材の平面図である。 本発明の第２実施形態に係る定着装置のニップ形成部材の分解斜視図である。 均熱材の平面図である。 別の均熱材の平面図である。 本発明の第３実施形態に係る定着装置のニップ形成部材の分解斜視図である。 均熱材の平面図である。 本発明の第４実施形態に係る定着装置の概略断面図である。 同定着装置のニップ形成部材の分解斜視図である。 本発明の第５実施形態に係る定着装置の概略断面図である。 同定着装置のニップ形成部材の分解斜視図である。 本発明の実施形態の均熱材を配置した、面状ヒータによる複数のヒートブロックを有するニップ形成部材の平面図である。 本発明の実施形態の均熱材を配置した、線状往復ヒータを有するニップ形成部材の平面図である。

以下、添付の図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の実施の形態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。

（画像形成装置）
まず、図１を参照して、本発明の実施の一形態に係る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、カラーレーザープリンタであり、その装置本体の中央には、４つの作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋが設けられている。各作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋは、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の異なる色の現像剤を収容している以外は同様の構成となっている。

具体的に、各作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、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のみに符号を付しており、その他の作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃにおいては符号を省略している。

各作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、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、反射ミラー等を
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。

また、各作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、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、中間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、二次転写バックアップローラ３２と、クリーニングバックアップローラ３３と、テンションローラ３４、ベルトクリーニング装置３５を備える。

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、図示しない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、上記一次転写ローラ３１と同様に、二次転写ローラ３６にも図示しない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。このベルトクリーニング装置３５から伸びた図示しない廃トナー移送ホースは、図示しない廃トナー収容器の入り口部に接続されている。

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する４つのトナーボトル２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋが着脱可能に装着されている。各トナーボトル２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋと上記各現像装置７との間には、図示しない補給路が設けてあり、この補給路を介して各トナーボトル２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、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、記録媒体としての用紙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等が設けてある。なお、記録媒体には、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等）、トレーシングペーパ、ＯＨＰシート等が含まれる。また、図示しないが、手差し給紙機構が設けてあってもよい。

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、搬送タイミングを計って用紙Ｐを二次転写ニップへ搬送するタイミングローラ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が設けてある。

続いて、図１を参照して、本実施形態に係るプリンタの基本的動作について説明する。作像動作が開始されると、各作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋにおける各感光体５が図示しない駆動装置によって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、マゼンタ、シアン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。また、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とによって、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、上記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。そして、各感光体５の表面が図示しない除電装置によって除電され、表面電位が初期化される。

プリンタの下部では、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によって搬送が一旦停止される。その後、所定のタイミングでレジストローラ１２の回転駆動を開始し、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するタイミングに合わせて、用紙Ｐを二次転写ニップへ搬送する。

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。そして、この転写電界によって、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図示しない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、４Ｍ、４Ｃ、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２Ａは、本実施形態の定着装置の概略断面図である。以下、図２Ａに基づき、定着装置２０の構成について説明する。図２Ａに示すように、定着装置２０は、定着部材としての定着ベルト２１と、定着ベルト２１の外周面に当接する対向部材としての加圧ローラ２２と、定着ベルト２１を加熱する加熱源としてのハロゲンヒータ２３と、定着ベルト２１の内周側から加圧ローラ２２に当接してニップ部Ｎを形成する高温部材としてのニップ形成部材２４と、ニップ形成部材２４を支持する支持部材としてのステー２５と、ハロゲンヒータ２３からの熱を定着ベルト２１へ反射する反射部材２６と、ハロゲンヒータ２３からの熱を遮蔽する遮蔽部材２７と、定着ベルト２１の温度を検知する温度検知手段としての温度センサ２８等を備える。

ニップ形成部材２４を構成する材料は、耐熱性で熱伝導率の高い次のような材料（良熱伝導体）である。
材料 熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）
カーボンナノチューブ ３，０００～５，５００
グラファイトシート ７００～１，７５０
銀 ４２０
銅 ３９８
アルミニウム ２３６

上記定着ベルト２１は、薄肉で可撓性を有する無端状のベルト部材（フィルムも含む）で構成されている。詳しくは、定着ベルト２１は、ニッケルもしくはＳＵＳ等の金属材料又はポリイミド（ＰＩ）などの樹脂材料で形成された内周側の基材と、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（ＰＦＡ）又はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）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。また、基材と離型層との間に、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、又はフッ素ゴム等のゴム材料で形成された弾性層を介在させてもよい。

また、弾性層が無い場合は、熱容量が小さくなり定着性が向上するが、未定着トナーを押しつぶして定着させるときにベルト表面の微小な凹凸が画像に転写されて画像のベタ部に光沢ムラが生じる可能性がある。これを防止するには、厚さ１００μｍ以上の弾性層を設けることが望ましい。厚さ１００μｍ以上の弾性層を設けることで、弾性層の弾性変形により微小な凹凸を吸収することができるので、光沢ムラの発生を回避することができるようになる。

本実施形態では、定着ベルト２１の低熱容量化を図るために、定着ベルト２１を薄くかつ小径化している。具体的には、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を、２０～５０μｍ、１００～３００μｍ、１０～５０μｍの範囲に設定し、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の直径は、２０～４０ｍｍに設定している。

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い。また、定着ベルト２１の直径は、３０ｍｍ以下とするのが望ましい。

上記加圧ローラ２２は、芯金２２ａと、芯金２２ａの表面に設けられた発泡性シリコーンゴム、シリコーンゴム、又はフッ素ゴム等から成る弾性層２２ｂと、弾性層２２ｂの表面に設けられたＰＦＡ又はＰＴＦＥ等から成る離型層２２ｃによって構成されている。加圧ローラ２２は、図示しない加圧手段によって定着ベルト２１側へ加圧され定着ベルト２１を介してニップ形成部材２４に当接している。

この加圧ローラ２２と定着ベルト２１とが圧接する箇所では、加圧ローラ２２の弾性層２２ｂが押しつぶされることで、所定の幅のニップ部Ｎが形成されている。ニップ形成部材２４は定着ベルト２１内面と直接摺動するようになっている。加圧ローラ２２の加圧力を受けることで、ニップ部Ｎの形状が決まる。本実施形態では、ニップ部Ｎの形状が平坦状であるが、凹形状やその他の形状としてもよい。なお、定着ベルト２１と加圧ローラ２２は、互いに圧接する場合に限らず、加圧を行わず単に接触させるだけの構成とすることも可能である。

また、加圧ローラ２２は、プリンタ本体に設けられた図示しないモータ等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が従動回転するようになっている。

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等の加熱源を配設してもよい。また、弾性層２２ｂはソリッドゴムでもよいが、加圧ローラ２２の内部に加熱源が無い場合は、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。

上記ハロゲンヒータ２３は、定着ベルト２１の内周側で、かつ、ニップ部Ｎの用紙搬送方向の上流側に配設されている。詳しくは、図２Ａにおいて、ニップ部Ｎの用紙搬送方向の中央Ｑと、加圧ローラ２２の回転中心Ｏを通る仮想直線をＬとすると、ハロゲンヒータ２３はこの仮想直線Ｌよりも用紙搬送方向の上流側（図２Ａの下側）に配設されている。

ハロゲンヒータ２３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、上記温度センサ２８による定着ベルト２１の表面温度の検知結果に基づいて行われる。このようなヒータ２３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。なお、定着ベルト２１の温度を検知する温度センサの代わりに、加圧ローラ２２の温度を検知する温度センサ（図示省略）を設け、その温度センサで検知した温度により、定着ベルト２１の温度を予測するようにしてもよい。

本実施形態では、ハロゲンヒータ２３は２本設けられているが、プリンタで使用する用紙のサイズ等に応じて、ハロゲンヒータ２３の本数を１本又は３本以上としてもよい。また、定着ベルト２１を加熱する加熱源として、ハロゲンヒータ以外に、抵抗発熱体、又はカーボンヒータ等を用いることも可能である。

上記反射部材２６は、ハロゲンヒータ２３と対向するようにステー２５に固定支持されている。この反射部材２６によって、ハロゲンヒータ２３から放射された熱（又は光）を定着ベルト２１へ反射することで、熱がステー２５等に伝達されるのを抑制し、定着ベルト２１を効率良く加熱すると共に省エネルギー化を図っている。

反射部材２６の材料としては、アルミニウムやステンレス等が用いられる。特に、アルミニウム製の基材に輻射率の低い（反射率の高い）銀を蒸着したものを用いた場合、定着ベルト２１の加熱効率を向上させることが可能である。

上記遮蔽部材２７は、厚さ０．１ｍｍ～１．０ｍｍの金属板を、定着ベルト２１の内周面に沿った円弧状の断面形状に形成して構成されている。また、遮蔽部材２７は、必要に応じて定着ベルト２１の周方向に移動可能となっている。

本実施形態では、定着ベルト２１の周方向領域において、ハロゲンヒータ２３が定着ベルト２１に直接対向して加熱する直接加熱領域と、ハロゲンヒータ２３と定着ベルト２１との間に遮蔽部材２７以外の他部材（反射部材２６、ステー２５、ニップ形成部材２４等）が介在する非直接加熱領域とがある。熱遮蔽する必要がある場合は、図２Ａに示すように、遮蔽部材２７を直接加熱領域側の遮蔽位置に配設する。

一方、熱遮蔽の必要がない場合は、図３に示すように、遮蔽部材２７を非直接加熱領域側の退避位置へ移動させ、遮蔽部材２７を反射部材２６やステー２５の裏側へ退避させることが可能となっている。また、遮蔽部材２７は耐熱性を要するため、その素材には、アルミニウム、鉄、ステンレス等の金属材料、又はセラミックを用いることが好ましい。

上記ステー２５は、図２Ａに示すようにニップ形成部材２４を切断面で支えることにより、ニップ形成部材２４とステー２５が線接触となる。このため、ステー２５に向けた熱移動が生じにくくなる。また、ステー２５の断面形を加圧ローラ２２側に弧状に膨らんだ凸形状とすることで、加圧ローラ２２の荷重がかかったときにステー２５の撓みをキャンセルして中央部ニップの幅減少を防ぐ効果を付与することができる。

（遮蔽部材）
図２Ｂは、遮蔽部材の形状とハロゲンヒータの発熱部と用紙サイズとの関係を示す図である。図２Ｂに示すように、本実施形態の遮蔽部材２７は、ハロゲンヒータ２３からの熱を遮蔽するために両端部に設けられた一対の遮蔽部４８と、遮蔽部４８同士を連結する連結部４９とを有する。また、両遮蔽部４８の間は、ハロゲンヒータ２３からの熱を遮蔽せずに放出する開口部５０となっている。

また、各遮蔽部４８の互いに対向する内縁には、遮蔽部材２７の回転方向に対して平行なストレート部５１と、その回転方向に対して傾斜する傾斜部５２とが形成されている。図２Ｂにおいて、遮蔽部材２７が遮蔽位置へ回転移動する側を遮蔽側Ｙとすると、各傾斜部５２はストレート部５１の遮蔽部側Ｙに連続して設けられており、互いに遮蔽側Ｙに向かって離れるように傾斜している。これにより、開口部５０は、その遮蔽側Ｙに向かって、ストレート部５１間で同じ幅に形成され、傾斜部５２間では幅が広がるように形成されている。

次に、図２Ｃを参照してハロゲンヒータの発熱部と用紙サイズとの関係について説明する。本実施形態では、用紙サイズに応じて加熱領域を変更するため、各ハロゲンヒータ２３の発熱部の長さや配設位置を異ならせている。

２本のハロゲンヒータ２３のうち、一方（図の下側）のハロゲンヒータ２３の発熱部２３ａは、長手方向中央部側に配設される。他方（図の上側）のハロゲンヒータ２３の発熱部２３ｂは、長手方向両端部側にそれぞれ配設される。

この例では、中央部側の発熱部２３ａは、中サイズの通紙幅Ｗ２に対応した範囲に配設されており、両端部側の発熱部２３ｂは、中サイズの通紙幅Ｗ２以上で、大サイズ及び特大サイズの通紙幅Ｗ３、Ｗ４を含む範囲に配設されている。また、遮蔽部材２７の形状と用紙サイズとの関係では、各ストレート部５１が、大サイズの通紙幅Ｗ３の端部に対して幅方向内側近傍に配設され、各傾斜部５２が、大サイズの通紙幅Ｗ３の端部を跨ぐ位置に配設されている。

なお、本実施形態における用紙サイズの例としては、例えば、中サイズがレターサイズ（通紙幅２１５．９ｍｍ）又はＡ４サイズ（通紙幅２１０ｍｍ）、大サイズがダブルレターサイズ（通紙幅２７９．４ｍｍ）又はＡ３サイズ（通紙幅２９７ｍｍ）、特大サイズがＡ３ノビ（通紙幅３２９ｍｍ）などが挙げられる。ただし、用紙サイズの例はこれに限定されるものではない。また、ここでいう、中サイズ、大サイズ、特大サイズは、各サイズの相対的な関係を示すものであり、小サイズ、中サイズ、大サイズなどであっても構わない。

（定着装置の基本動作）
以下、図２Ａを参照しつつ、本実施形態に係る定着装置の基本動作について説明する。プリンタ本体の電源スイッチが投入されると、ハロゲンヒータ２３に電力が供給されると共に、加圧ローラ２２が図２Ａ中の時計回りに回転駆動を開始する。これにより、定着ベルト２１は、加圧ローラ２２との摩擦力によって、図２Ａ中の反時計回りに従動回転する。

その後、上述の画像形成工程により未定着のトナー画像Ｔが担持された用紙Ｐが、不図示のガイド板に案内されながら図２Ａの矢印Ａ１方向に搬送されて、圧接状態にある定着ベルト２１及び加圧ローラ２２のニップ部Ｎに送入される。そして、ハロゲンヒータ２３によって加熱された定着ベルト２１による熱と、定着ベルト２１と加圧ローラ２２との間の加圧力とによって、用紙Ｐの表面にトナー画像Ｔが定着される。

トナー画像Ｔが定着された用紙Ｐは、ニップ部Ｎから図２Ａ中の矢印Ａ２方向に搬出される。このとき、用紙Ｐの先端が図示しない分離部材の先端に接触することにより、用紙Ｐが定着ベルト２１から分離される。その後、分離された用紙Ｐは、上述のように、排紙ローラによって機外に排出され、排紙トレイにストックされる。

特に、本実施形態では、定着ベルト２１が上述のように低熱容量化されており、かつ、加圧ローラ２２は弾性層２２ｂの断熱効果によって薄い離型層２２ｃが効果的に暖まる構成となっているので、必要最小限の熱量で用紙へのトナーの定着を行うことが可能である。

（ハロゲンヒータと遮蔽部材の制御）
次に、用紙サイズごとのハロゲンヒータの制御と遮蔽部材の制御について説明する。まず、図２Ｂに示す中サイズ用紙Ｐ２を通紙する場合は、中央部側の発熱部２３ａのみを発熱させることにより、中サイズの通紙幅Ｗ２に対応した範囲のみを加熱する。また、特大サイズ用紙Ｐ４を通紙する場合は、中央部側の発熱部２３ａに加え、両端部側の発熱部２３ｂも発熱させ、特大サイズの通紙幅Ｗ４に対応した範囲を加熱する。

ところが、本実施形態では、ハロゲンヒータ２３の加熱範囲は中サイズの通紙幅Ｗ２と特大サイズの通紙幅Ｗ４にしか対応していない。このため、大サイズ用紙Ｐ３を通紙する場合、中央部側の発熱部２３ａのみを発熱させると、必要な範囲が加熱されない。

また中央部側と両端部側の各発熱部２３ａ、２３ｂを発熱させると、加熱される範囲が大サイズの通紙幅Ｗ３を超えてしまう。仮に、中央部側の両端部側の各発熱部２３ａ、２３ｂを発熱させた状態で、そのまま大サイズ用紙Ｐ３を通紙すると、大サイズの通紙幅Ｗ３よりも外側の非通紙領域において定着ベルト２１の温度が過度に上昇するといった問題がある。

そこで、本実施形態では、大サイズ用紙Ｐ３を通紙する際、図２Ｃに示すように、遮蔽部材２７を遮蔽位置へ移動させる。これにより、両端部側の遮蔽部４８によって大サイズの通紙幅Ｗ３の端部近傍から外側の範囲を覆うことができるので、非通紙領域において定着ベルト２１の温度上昇を抑えることができる。

また、定着処理を終えた場合、又は、定着ベルト２１の非通紙領域の温度が所定の閾値以下になった場合など、熱遮蔽する必要がなくなった場合は、遮蔽部材２７を退避位置へ戻す。このように、必要に応じて遮蔽部材２７を遮蔽位置に移動させることで、通紙速度を落としたりすることなく良好な定着を行うことができる。

また、本実施形態では、遮蔽部４８に傾斜部５２を設けているので、遮蔽部材２７の回転位置を変更することにより、遮蔽部４８によって発熱部２３ｂを覆う範囲を調整することが可能である。例えば、通紙枚数や通紙時間が増えると、非通紙領域における定着ベルト２１の温度が上昇しやすい傾向にあるので、通紙枚数が所定枚数に達した際、又は通紙時間が所定時間に達した際に、両端部側の発熱部２３ｂを覆い隠す方向に遮蔽部材２７を回転させることで、より高度に温度上昇を抑制することが可能となる。

なお、定着ベルト２１の温度を検知する温度センサ２８は、定着ベルト２１の軸方向における温度上昇が顕著な領域に配設することが望ましい。本実施形態の場合は、特に、大サイズの通紙幅Ｗ３よりも外側の領域において温度上昇しやすいので、大サイズの通紙幅Ｗ３よりも外側に温度センサ２８を配設することが望ましい（図２Ｂ参照）。

また、本実施形態では、２本のハロゲンヒータ２３のうち、上記温度上昇に大きく起因するのは、両端部側に発熱部２３ｂを有するハロゲンヒータ２３である。したがって、このハロゲンヒータ２３の発熱部２３ｂと対向する位置に温度センサ２８を配設することが望ましい。

（高熱伝導部）
以下、本発明の均熱材としての高熱伝導部の第１～第５実施形態を、図面を参照して順次説明する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態では、図２Ａ、図３Ａに示すように、従来の構成に加えて、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２５との間に、均熱材としての４つの高熱伝導部２９０を配設している。この高熱伝導部２９０の幅は、ニップ形成部材２４の長手方向の位置に応じて変化することが主要な特徴である。高熱伝導部２９０の材料は、ニップ形成部材２４のよりも熱伝導率がよい材料で構成する。ニップ形成部材２４を例えばアルミニウム（２３６Ｗ／ｍＫ）で構成した場合、例えば銅（３９８Ｗ／ｍＫ）やグラファイトシート（７００～１，７５０Ｗ／ｍＫ）で高熱伝導部２９０を構成することができる。

詳しくは、各高熱伝導部２９０は平面視で台形状をなし、ニップ形成部材２４と同じ長さで長手方向に延びたシート状の断熱部材２９２の上に間欠配置されている。各高熱伝導部２９０は断熱部材２９２の長手方向中央部に関して左右対称に配置され、各高熱伝導部２９０の台形の長辺を中央側、短辺を端部側に向けて配置されている。

したがって、断熱部材２９２の短手方向における各高熱伝導部２９０の幅は、ニップ形成部材２４の長手方向中央側にいくにつれて漸増する。すなわち、高熱伝導部２９０の熱抵抗が、ニップ形成部材２４の長手方向中央側にいくにつれて次第に小さくなる。これにより、各高熱伝導部２９０において、ニップ形成部材２４の長手方向中央側に向けた熱移動が生じやすくなる。

ここで「熱抵抗」とは、熱の伝わりやすさを表す物理量であって、厚さがｄ（ｍ）で厚さ方向と直交する面の面積がＳ（ｍ^２）である直方体を考えたときに、その直方体の厚さ方向の熱抵抗Ｒ（Ｋ／Ｗ）は以下の式で定義される。λは直方体の厚さ方向の熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）である。
Ｒ＝ｄ／（λ・Ｓ）

図３Ｂは第１実施形態のニップ形成部材２４のニップ面の概要図と温度分布図である。図３Ｂから分かるように、非通紙部の過昇温で生じた熱を無駄にステー２５側に排出することなく、中央側の通紙範囲に移動して有効利用することができる。そして、立ち上がり時間、ファーストプリントタイムの遅れなく、非通紙領域の温度上昇を低減することができる。

高熱伝導部２９０は、図３Ｂのように、各発熱部２３ａ、２３ｂの長手方向端部から所定用紙サイズの端部よりも所定距離だけ用紙搬送基準に近い範囲まで配設する。こうすることで、中央側に向けた熱移動がいっそう生じやすくなる。具体的には、中央の発熱部２３ａのみ定着ベルト２１を加熱する用紙サイズ通紙時に、ニップ形成部材２４の非通紙領域に向けた熱移動（熱逃げ）が生じにくくなる。このため、定着ベルト２１の適切な定着温度を維持するための消費電力を低減することができる。

また、図３Ｃのように４つの高熱伝導部２９０を長手方向に連続した場合、ニップ形成部材２４の長手方向の均熱性をいっそう向上させることができる。すなわち、４つの高熱伝導部２９０（２９０ａ、２９０ｂ）を中間高熱伝導部２９１ａ、２９１ｂで連続することで、図３Ｂに比べて長手方向の均熱性を向上させることができる。

中間高熱伝導部２９１ａの短手方向幅は、高熱伝導部２９０ａの用紙搬送基準側の長さｌａ以下で配設する。また中間高熱伝導部２９１ｂの短手方向幅は、高熱伝導部２９０ａの用紙搬送基準とは反対側の長さｌｂ以下で配設する。こうすることで、ニップ形成部材２４の中央側への熱移動が生じやすい関係を保ったまま、ニップ形成部材２４の長手方向の均熱性を向上させることができる。

高熱伝導部２９０の材料として、面方向のみ熱伝導率が高いグラファイトシート（７００－１５００Ｗ／ｍＫ）を使用することができる。また、ニップ形成部材２４とステー２５との間で、高熱伝導部２９０が配設されていない位置には、断熱部材２９２を配設する。こうすることで、ステー２５に流れる熱を抑制しつつ、ニップ形成部材２４を均熱することができる。

以上説明したように、加熱源としてのハロゲンヒータ２３による定着ベルト２１の加熱をする際に、加熱の必要のない非通紙領域に熱が移動するのを抑制し、ニップ形成部材２４からステー２５への熱移動を抑制することができる。このため、定着ベルト２１の温度を適切に維持するための昇温時間を維持したまま、端部温度上昇を低減することが可能となる。

［第２実施形態］
図４Ａは第２実施形態に係る定着装置のニップ形成部材２４を示す斜視図である。図４Ｂは当該第２実施形態のニップ形成部材２４のニップ面の概要図と温度分布図である。高熱伝導部２４１は前記第１実施形態と異なりニップ形成部材２４に予め一体化しているので、定着装置２０の組付作業が容易になる。

ニップ形成部材２４の各発熱部２３ａ、２３ｂの発熱領域の長手方向端部から所定の紙サイズの端部よりも所定距離だけ用紙搬送基準に近い範囲において、通常部２４０よりも高熱伝導率で熱抵抗が小さく、当該熱抵抗が長手方向の位置に応じて異なる高熱伝導部２４１が配設される。

所定の紙サイズ（例えばＡ６）を通紙するため中央発熱部２３ａが点灯して定着ベルト２１の中央部を加熱するとき（端部発熱部２３ｂは消灯）、中央高熱伝導部２４１ａの用紙搬送基準側が紙サイズ（例えばＡ６）の端部に所定長さで重なる。これにより、Ａ６用紙の外側の非通紙領域の熱が中央高熱伝導部２４１ａによって中央側に熱移動されやすくなる。このため、加熱する必要のないニップ形成部材２４の端部には熱移動が生じにくくなり、定着ベルト２１の適切な定着温度を維持するための消費電力を低減させることができる。

また、中央発熱部２３ａと端部発熱部２３ｂの両方が定着ベルト２１の加熱をする用紙サイズの通紙時でも、中央発熱部２３ａによる熱は中央高熱伝導部２４１ａによって、端部発熱部２３ｂによる熱は端部高熱伝導部２４１ｂによって、それぞれ熱移動がされやすくなる。このため、各発熱部２３ａ、２３ｂによる定着ベルト２１の加熱制御を、中央・端部で独立制御しやすくなる。

また、図４Ｂのように、ニップ形成部材２４の長手方向において各発熱部２３ａ、２３ｂの端部から中央に向かうにしたがって、各高熱伝導部２４１の熱抵抗が小さくなるようにすることで、中央側への熱が移動しやすくなる。これにより、非通紙領域で無駄（熱エネルギーロス）になってしまう熱を中央側の通紙領域に送って有効利用することができるため、立ち上がり時間、ファーストプリントタイムの遅れなく非通紙領域の温度上昇を低減することができる。

図４Ｃは、前述した図３Ｃと同様にニップ形成部材２４の均熱性を全体的に向上させるニップ面の概要図である。図４Ｃのように、中央高熱伝導部２４１ａの相互間に、熱抵抗が中央高熱伝導部２４１ａの近接する部分の熱抵抗以下の中央中間高熱伝導部２４２ａを配設する。

また、中央高熱伝導部２４１ａと端部高熱伝導部２４１ｂの間に、熱抵抗が端部高熱伝導部２４１ｂの近接する部分の熱抵抗以上の端部中間高熱伝導部２４２ｂを配設する。こうすることで、ニップ形成部材２４の端部から中央側への熱移動が生じやすい関係を保ったまま、ニップ形成部材２４の長手方向の均熱性を全体的に向上させることができる。

［第３実施形態］
図５Ａは第３実施形態に係る定着装置のニップ形成部材２４を示す斜視図である。この第３実施形態は、ニップ形成部材２４を熱伝導率の異なる複数の材料で構成することを示している。すなわち、例えば図５Ａのように、通常部２４０は材料Ａで構成し、高熱伝導部２４１は材料Ｂで構成する。熱伝導率は材料Ｂ＞材料Ａである。

通常部２４０に比べて高熱伝導部２４１の熱抵抗が小さくなるため、高熱伝導部２４１内での熱移動が促進される。また、高熱伝導部２４１内の端部から中央に向かって熱伝導率を漸次増大していくと、熱抵抗は端部から中央に向かって漸次小さくなっていくため、端部から中央側への熱移動が促進される。

ニップ形成部材２４における通常部２４０と高熱伝導部２４１、また高熱伝導部２４１内での熱抵抗の変化の方法であるが、熱伝導率の異なる材料に変える構成だけでなく、次のような方法もあげられる。すなわち、ニップ形成部材２４の短手方向における断面形状をニップ形成部材２４の長手方向で変更する。

図５Ｂで説明すると、高熱伝導部２４１の厚さ（ｔ０－ｔ２）や短手方向幅（ｗ１、ｗ２）を、ニップ形成部材２４の長手方向で変更する。要するに、高熱伝導部２４１の熱抵抗を小さくしたい部分では厚さや短手方向幅を大きくする。ニップ形成部材２４の所望の熱移動量に応じて、前述のように、ニップ形成部材２４の材料を熱伝導率の異なる材料に変えたり、断面形状を変えたり、熱抵抗を小さくしたい部分の表面に熱伝導率の高い高熱伝導部を接触配置するなど、複数の方法を組み合わせることも可能である。

［第４実施形態］
図６Ａは第４実施形態に係る定着装置の概略断面図、図６Ｂはニップ形成部材２４の斜視図である。図６Ｂのように、ニップ形成部材２４の長手方向の位置に応じて、高熱伝導部２９１ａ、２９１ｂの形状を決定してニップ形成部材２４の裏面に接触配置する。

［第５実施形態］
図７Ａは第５実施形態に係る定着装置の概略断面図、図７Ｂはニップ形成部材２４の斜視図である。図７Ａ、図７Ｂに示すように、ニップ形成部材２４とステー２５との間に断熱部材２９２を配設する。

前述した実施形態のように、高熱伝導部２４１をニップ形成部材２４に接触配置すると、ニップ形成部材２４の熱が主として高熱伝導部２４１からステー２５に向けて熱移動しやすくなるおそれがある。そこで図７Ａ、図７Ｂのように、ニップ形成部材２４とステー２５との間に断熱部材２９２を配設する。こうすることで、ニップ形成部材２４からステー２５へ向かう熱移動を抑制することができる。

（面状ヒータを有するニップ形成部材）
図８Ａは、通電によって発熱する蛇行状の抵抗パターン２４５ａ、２４５ｂを有する面状ヒータを配設したニップ形成部材２４を示す図である。高温部材としてのニップ形成部材２４の長手方向中央部分に、５つの抵抗パターン２４５ａが長手方向に沿って配設されている。またニップ形成部材２４の長手方向両端部分に、各１つの抵抗パターン２４５ｂが配設されている。ニップ形成部材２４の裏面には前述した高熱伝導部２４１（２４１ａ、２４１ｂ）が配設されている。

小サイズ用紙（例えばＡ６）を通紙するときは中央部分の抵抗パターン２４５ａのみ通電し、大サイズ用紙（例えばＢ４）を通紙するときは全部の抵抗パターン２４５ａ、２４５ｂに通電する。本実施形態の高熱伝導部２４１（２４１ａ、２４１ｂ）によって、非通紙領域の過昇温抑制を図りつつ、非通紙領域の定着ベルト２１の熱を中央側の通紙領域に移動させて有効利用することができる。

一方、図８Ｂは、通電によって発熱する直線状の抵抗パターン２４６ａ、２４６ｂを有する面状ヒータを配設したニップ形成部材２４を示す図である。このニップ形成部材２４は、用紙サイズを区別せずにニップ形成部材２４の長手方向全体が抵抗パターン２４６ａ、２４６ｂで加熱されるので、特に小サイズ用紙を通紙するときの非通紙領域が大きくなり、熱の無駄が発生しやすい（熱エネルギーロス大）。本実施形態の高熱伝導部２４１（２４１ａ、２４１ｂ）によって、非通紙領域の過昇温抑制を図りつつ、非通紙領域の定着ベルト２１の熱を中央側の通紙領域に移動させて有効利用することができる。

以上により、定着ベルト２１の加熱の必要のない非通紙領域への熱移動や過昇温を防ぎ、ニップ形成部材２４からステー２５への熱の移動を防ぐことができるため、定着ベルト２１の温度を適切に維持するための昇温時間を維持したまま、端部温度上昇を低減することが可能となる。

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らず、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。例えば、画像形成装置は図１に示すようなプリンタに限らず、複写機、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等とすることが可能である。

また本発明に係る均熱化構造を有する加熱装置は定着装置にのみ適用されるものではなく、用紙に塗布されたインクを乾燥させるために、インクジェット方式の画像形成装置に搭載される乾燥装置にも適用可能である。さらに、本発明に係る加熱装置は、ベルト部材によって用紙などのシートを搬送しながら、そのシートの表面に被覆部材としてのフィルムを熱圧着する被覆装置（ラミネータ）にも適用可能である。また、本発明に係る加熱装置は、ベルト部材を加熱するベルト加熱装置に限らず、ベルト部材を備えていない加熱装置にも適用可能である。

１：画像形成装置 ２：ボトル収容部
2Y、2M、2C、2K：トナーボトル ３：転写装置
4Y、4M、4C、4K：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
２２ａ：芯金 ２２ｂ：弾性層
２２ｃ：離型層 ２３：ハロゲンヒータ
２３ａ：中央発熱部 ２３ｂ：端部発熱部
２４：ニップ形成部材 ２５：ステー（支持部材）
２６：反射部材 ２７：遮蔽部材
２８：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
４８：遮蔽部 ４９：連結部
５０：開口部 ５１：ストレート部
５２：傾斜部 ２４０：通常部
２４１：高熱伝導部（均熱材） ２４１ａ：中央高熱伝導部（均熱材）
２４１ｂ：端部高熱伝導部（均熱材） ２４２ａ：中央中間高熱伝導部（均熱材）
２４２ｂ：端部中間高熱伝導部（均熱材） ２４５ａ、２４５ｂ：抵抗パターン
２４６ａ、２４６ｂ：抵抗パターン ２９０：高熱伝導部（均熱材）
２９０ａ：高熱伝導部（均熱材） ２９１：高熱伝導部（均熱材）
291a、291b：中間高熱伝導部（均熱材） ２９２：断熱部材
Ｔ：トナー画像 Ｗ２－Ｗ４：通紙幅
Ｐ：用紙（記録媒体）

特開２０１９－１５９１７６号公報 特開２０１４－１８６２１１号公報

Claims (10)

1. 長手方向を有する形状の高温部材に、当該高温部材よりも高熱伝導性の板状の均熱材を接触配置した均熱化構造において、前記均熱材の前記長手方向における熱抵抗を、前記長手方向端部側から長手方向中央側に近づくにつれて漸次小さくなるようにしたことを特徴とする均熱化構造。
2. 前記均熱材が前記長手方向に沿って複数配置されている請求項１の均熱化構造。
3. 前記複数の均熱材が前記長手方向で連続すると共に、当該連続部分で熱抵抗が増加するように構成された請求項２の均熱化構造。
4. 前記均熱材の厚さ又は前記長手方向と直交する短手方向の幅を、前記長手方向で異ならせることで前記均熱材の熱抵抗を変化させる請求項１から３のいずれか１項の均熱化構造。
5. 前記高温部材が加熱源によって直接又は間接に加熱されると共に、当該高温部材の前記長手方向の温度が請求項１から４の均熱化構造によって均熱化される加熱装置。
6. 前記加熱源が前記長手方向に延びたハロゲンヒータである請求項５の加熱装置。
7. 前記加熱源が、前記高温部材の表面に接触して配設され通電によって発熱する抵抗パターンを有する面状ヒータである請求項５の加熱装置。
8. 可撓性を有するスリーブ状の回転部材であって、請求項６又は７の加熱装置によって加熱される回転部材と、
   請求項６又は７の加熱装置の前記高温部材で構成されると共に前記回転部材の内周に摺接するニップ形成部材と、
   前記回転部材を挟んで前記ニップ形成部材と圧接して前記回転部材との間にニップ部を形成する加圧部材とを有し、
   前記ニップ部で用紙を挟持搬送する際に前記加熱源の熱を前記用紙に付与することを特徴とする定着装置。
9. 前記ニップ部において前記用紙が通過しない非通紙領域に、前記均熱材の熱抵抗が前記長手方向に変化する部分を配置した請求項８の定着装置。
10. 給紙装置、画像形成部、転写装置および請求項８又は９の定着装置を備えた画像形成装置。

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