JP2016218434A

JP2016218434A - 定着装置及び画像形成装置

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Publication number: JP2016218434A
Application number: JP2016065865A
Authority: JP
Inventors: 翔太小橋川; Shota Kobashigawa; 石井　賢治; Kenji Ishii; 賢治石井; 岸　和人; Kazuto Kishi; 和人岸; 関　貴之; Takayuki Seki; 貴之関; 吉永　洋; Hiroshi Yoshinaga; 洋吉永; 瀬戸　隆; Takashi Seto; 隆瀬戸; 高木　啓正; Hirotada Takagi; 啓正高木
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2015-05-15
Filing date: 2016-03-29
Publication date: 2016-12-22

Abstract

【課題】用紙ニップ部で発熱する第２の熱源を有すると共に、定着不良や画像品質低下といった不具合の発生を防止することが可能な定着装置を提供する。
【解決手段】可撓性を有する無端状のベルト部材８０と、ベルト部材８０と対向配置され加圧によりニップ部Ｎを形成する加圧部材８４と、ベルト部材８０の軸方向中央寄りをニップ部Ｎ以外で加熱する第１の熱源８２ａ，８２ｂと、ベルト部材８０の軸方向両端近傍をニップ部Ｎにて加熱する第２の熱源１１２ａ，１１２ｂとを有し、ベルト部材８０は第１の熱源８２ａ，８２ｂ及び第２の熱源１１２ａ，１１２ｂの双方によって加熱される双加熱領域を有し、第２の熱源１１２ａ，１１２ｂの発熱量は、第２の熱源１１２ａ，１１２ｂのみにより加熱される単加熱領域に比して双加熱領域の方が小さく設定されている定着装置１５０。
【選択図】図１１

Description

本発明は、定着装置及び画像形成装置に関する。

複写機やプリンタ等の画像形成装置はヒータを備えた定着装置を具備しており、画像形成には様々なサイズの用紙が用いられる。このため、定着装置のヒータ長さを最大サイズの用紙に対応した長さとすると、小サイズの用紙を通紙した際に非通紙部である端部の温度上昇が大きくなるため、用紙の搬送速度を落として生産性を下げる必要がある。この問題点に対処すべく、定着ローラの内部に中央部の配光分布が密な第１のハロゲンヒータと端部付近の配光分布が密な第２のハロゲンヒータとを配設し、小サイズの用紙を用いる場合には第１のハロゲンヒータのみを点灯させる定着装置が知られている。

また、用紙全体における使用頻度はごく少ないものの、Ａ３サイズよりも一回り大きいＡ３ノビや１３インチといった特殊な大サイズの用紙が使用される場合がある。このような大サイズの用紙に対応した配光分布を有するハロゲンヒータを別途設けようとしても、小型化に基づいた定着ローラの直径サイズが制約されているために困難であるという問題点がある。

そこで、定着温度への立ち上がりが早い薄肉で可撓性を有する無端状のベルト部材の内部にニップ形成ユニットを設け、ベルト部材とこれを加圧する加圧ローラとニップ形成ユニットとの当接圧によってニップを形成する定着装置が知られている（例えば「特許文献１」参照）。この定着装置では、ベルト部材の内部に配光分布が異なる複数のハロゲンヒータが配設され、ベルト部材の幅方向両端部であってベルト部材の回転方向におけるニップ上流側の位置には、大サイズの用紙に対応可能な端部熱源が、ベルト部材の内面または外面に接触する態様で配置されている。この端部熱源を配置することにより、大サイズ専用のハロゲンヒータを追加することなく、簡単な構成で大サイズの用紙にも対応することが可能となる。

用紙対応と同時に、昨今の省エネ要求の高まりから装置待機中に定着熱源を予熱状態とすることは、消費電力の増大を招くためにほとんど行われなくなってきている。このため、近年では省エネモードからの復帰時間を短縮する技術が考えられており、方向性としては定着ベルトのような被加熱部材の低熱容量化、つまり薄肉化が基本技術となっている。しかし、薄肉化により定着ベルトの軸方向における単位時間当たりの熱移動量が減少してしまうという問題点がある。つまり、定着ベルト内の通紙部と非通紙部とにおいて、非通紙部では通紙中に用紙によって熱が奪われないことから過度の定着ベルト温度上昇が生じるのに対し、用紙により熱が奪われる通紙部では非通紙部との間での熱の移動量が減少してしまう。これにより定着ベルト内の軸方向における温度を均一に保つことができず、非通紙部での過剰な温度上昇を招き易く、生産速度を落として加熱源の投入エネルギを減少させて温度上昇を防止しなければならず、ユーザの要求を満たすことができなかった。

そこで、このような問題点を解決すべく、第１の熱源である複数のハロゲンヒータを有すると共に、用紙ニップ部の大サイズ用紙端部と対応する位置に第２の熱源である面状発熱体を設ける構成が提案されている。しかしこの構成では、ハロゲンヒータの端部では発熱出力が低下するという特性を有しているのに対し、面状発熱体ではこのような性質を有していない。そのため、これ等を組み合わせた際に、ハロゲンヒータと面状発熱体との加熱領域がオーバラップする双加熱領域において定着ベルトへの供給熱量にムラが生じてしまう。これにより、コールドオフセットやホットオフセット等の定着不良、光沢ムラ等の画像品質低下が発生してしまうという問題点がある。

本発明は、上述した問題点を解決し、用紙ニップ部で発熱する第２の熱源を有すると共に、定着不良や画像品質低下といった不具合の発生を防止することが可能な定着装置の提供を目的とする。

本発明は、可撓性を有する無端状のベルト部材と、前記ベルト部材と対向配置され加圧によりニップ部を形成する加圧部材と、前記ベルト部材の軸方向中央寄りを前記ニップ部以外で加熱する第１の熱源と、前記ベルト部材の軸方向両端近傍を前記ニップ部にて加熱する第２の熱源とを有し、前記ベルト部材は第１の熱源及び第２の熱源の双方によって加熱される双加熱領域を有し、第２の熱源の発熱量は、第２の熱源のみにより加熱される単加熱領域に比して前記双加熱領域の方が小さく設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、第１の熱源の端部ダレを補完するように第２の熱源の発熱量分布を与えることにより、ベルト部材の温度を均一化させることができる。この均一化によりベルト部材の軸方向におけるムラの発生を低減でき、定着不良の発生を防止して安定した品質の画像形成を行うことができる。

本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置の概略図である。本発明の一実施形態に用いられる定着装置の概略図である。本発明の一実施形態に用いられる定着装置のニップ部近傍における概略図である。本発明の一実施形態に用いられる定着ベルトの支持構造を説明する概略図である。本発明の一実施形態に用いられるハロゲンヒータの配光分布及び端部ヒータの位置関係を示す概略図である。本発明の一実施形態に用いられるニップ形成ユニットを示す概略図である。本発明の第１の実施形態に適用可能な端部ヒータを説明する概略図である。本発明の一実施形態に用いられる端部ヒータ及びニップ形成部材と定着ベルトとの接触状態を説明する概略図である。本発明の一実施形態におけるハロゲンヒータ及び端部ヒータの回路構成図である。本発明の第１の実施形態に用いられる抵抗発熱体を説明する概略図である。本発明の一実施形態における各ヒータの発熱量と長手方向位置との関係を示す線図である。本発明の第２の実施形態に用いられる端部ヒータを説明する概略図である。

以下、図を参照して本発明の実施形態を説明する。先ず、本実施形態を説明する前に従来の構成及び問題点について説明する。記録媒体が小サイズの場合は中央部の配光分布が密なハロゲンヒータを点灯させ、大サイズの場合は端部付近の配光分布が密なハロゲンヒータを一緒にかつ適当なオンオフ配分で点灯させることで、様々なサイズの用紙に対応している。

ここで用紙サイズと使用頻度について言及すると、通常使用される用紙は最大Ａ３サイズまでがほとんどであり、Ａ３サイズの用紙は縦方向に通紙される。特に使用頻度が高いＡ４またはＬＴサイズの用紙に関しても、生産性を上げるため横方向に通紙されることが多い。このことから、定着装置の加熱幅として約３００ｍｍを確保しておけば、ほとんどの場合、機種によっては９９％以上の記録媒体を網羅することができる。一方で、全体に対する使用頻度はごく少ないが、Ａ３ノビや１３インチといったＡ３幅よりも大サイズの用紙対応が要求されている。

ハロゲンヒータによる加熱方式の場合、直径３０ｍｍ程度の定着ローラ内部に小サイズ用紙に対応した複数のヒータを設けるため、ヒータ本数を容易に増やすことができない。このため、Ａ３幅よりも大サイズの用紙幅に合わせて端部配光分布が密なハロゲンヒータを長くせざるを得ない。上述のように、使用頻度で考えると３００ｍｍ幅程度の加熱が圧倒的に多いが、上述の長いハロゲンヒータを用いた場合には３３０ｍｍ幅近辺まで加熱されてしまい、差分の消費エネルギが無駄になる。さらには、Ａ３またはＡ４横（Ａ４Ｙ）サイズでの通紙時において３３０ｍｍ幅の端部付近が温度上昇してしまい、これを冷やすために生産性を落としたり、またはファンを設けたりする必要があった。反射板を設けた場合には、ヒータ端部が異常に温度上昇するといった不具合も発生していた。このような問題に対処すべく、特許文献１に記載の装置が提案された経緯となっている。

以下に、上述した特許文献１の問題点を解消することが可能な本発明の第１の実施形態を説明する。先ず、図１に基づいて、本実施形態を適用可能な画像形成装置の構成の概要を説明する。画像形成装置１００は、複数の色画像を形成する作像部が中間転写ベルトの移動方向に沿って並設されたタンデム方式のカラープリンタである。

画像形成装置１００は、イエロ（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色に分解された色にそれぞれ対応する像を形成可能な像担持体としての感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋを有している。各感光体ドラム２０に形成された可視像としてのトナー像は、各感光体ドラム２０に対向しつつ矢印Ａ１方向に走行移動可能な中間転写体としての中間転写ベルト１１に重ね合わせて１次転写される。その後、記録媒体としての用紙Ｓに対して２次転写工程により一括転写される。各感光体ドラム２０の周囲には、各感光体ドラム２０の回転に従い画像形成処理を行うための装置が配置されている。

ブラック画像の形成を行う感光体ドラム２０Ｂｋを代表して、画像形成処理を行うための装置を説明する。感光体ドラム２０Ｂｋの周囲には、感光体ドラム２０Ｂｋの回転方向に沿って、画像形成処理を行う帯電装置３０Ｂｋ、現像装置４０Ｂｋ、１次転写ローラ１２Ｂｋ及びクリーニング装置５０Ｂｋが順に配置されている。帯電装置３０Ｂｋによる帯電後、光書込装置８により感光体ドラム２０Ｂｋの表面に対して画像情報に基づいた光書き込みが行われて静電潜像が形成される。静電潜像は現像装置４０Ｂｋによりトナー像として可視化される。

各感光体ドラム２０に形成されたトナー像は、中間転写ベルト１１がＡ１方向に移動する過程において、中間転写ベルト１１の同じ位置に重ねて１次転写される。この１次転写は、中間転写ベルト１１を挟んで各感光体ドラム２０に対向して配設された各１次転写ローラ１２による電圧印加により、Ａ１方向上流側から下流側に向けてタイミングをずらして行われる。各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋは、中間転写ベルト１１の移動方向の上流側からこの色順で並んでいる。各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋは、イエロ、シアン、マゼンタ、ブラックの画像をそれぞれ形成するための画像ステーションに備えられている。

画像形成装置１００は、色毎の画像形成処理を行う４つの画像ステーションと、各感光体ドラム２０の上方に対向して配設され、中間転写ベルト１１及び各１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｂｋを備えた中間転写ベルトユニット１０とを有している。また画像形成装置１００は、中間転写ベルト１１に対向して配設され中間転写ベルト１１に従動して連れ回りする２次転写手段としての２次転写ローラ５を有している。また画像形成装置１００は、中間転写ベルト１１に対向して配設され中間転写ベルト１１上をクリーニングする中間転写ベルトクリーニング装置１３を有している。光書込装置８は、これらに対向して４つの画像ステーションの下方に配設されている。

光書込装置８は、光源としての半導体レーザ、カップリングレンズ、ｆθレンズ、トロイダルレンズ、折り返しミラー及び偏向手段としての回転多面鏡などを装備している。光書込装置８は、各感光体ドラム２０に対して色毎に対応した書き込み光Ｌｂを出射し、各感光体ドラム２０上に静電潜像を形成する。図１では、便宜上、ブラック画像の画像ステーションのみを対象として書き込み光に符号Ｌｂを付けているが、その他の画像ステーションにおいても同様である。

画像形成装置１００の下部には、各感光体ドラム２０と中間転写ベルト１１との間に向けて搬送される用紙Ｓを積載した給紙カセットとしてのシート給送装置６１が設けられている。シート給送装置６１から搬送されてきた用紙Ｓは、レジストローラ対４により、画像ステーションによるトナー像の形成タイミングに合わせた所定のタイミングで、中間転写ベルト１１と２次転写ローラ５との間の２次転写部に向けて繰り出される。用紙Ｓの先端がレジストローラ対４に到達したことは、図示しないセンサによって検知される。

トナー像が転写された用紙Ｓは定着装置１５０に送られ、ここで熱と圧力を加えられて用紙Ｓ上にトナー像が定着される。定着済みの用紙Ｓは排紙ローラ対７により排紙トレイとしての画像形成装置本体の上面に排出される。画像形成装置本体の上面の下方には、イエロ、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナーを充填されたトナーボトル９Ｙ、９Ｃ、９Ｍ、９Ｂｋが備えられている。

中間転写ベルトユニット１０は、中間転写ベルト１１、各１次転写ローラ１２の他に、中間転写ベルト１１が掛け回されている駆動ローラ７２及び従動ローラ７３を有している。従動ローラ７３は、中間転写ベルト１１に対する張力付与手段としての機能も備えており、このため従動ローラ７３には、バネ等を用いた付勢手段が設けられている。中間転写ベルトユニット１０と、各１次転写ローラ１２と、２次転写ローラ５と、中間転写ベルトクリーニング装置１３とで転写装置７１が構成されている。
シート給送装置６１は、最上位の用紙Ｓの上面に当接する給送ローラ３を有しており、給送ローラ３が反時計回り方向に回転駆動されることにより、最上位の用紙Ｓをレジストローラ対４に向けて給送する。

転写装置７１に装備されている中間転写ベルトクリーニング装置１３は、中間転写ベルト１１に対向及び当接すべく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とを有している。中間転写ベルトクリーニング装置１３は、中間転写ベルト１１上の残留トナー等の異物をクリーニングブラシとクリーニングブレードとにより掻き取って除去する。中間転写ベルトクリーニング装置１３はまた、中間転写ベルト１１から除去した残留トナーを搬出して廃棄するための図示しない排出手段を有している。

図２に示すように定着装置１５０は、薄肉で可撓性を有する無端状のベルト部材としての定着ベルト８０と、定着ベルト８０に対向して配置された加圧部材としての加圧ローラ８４とを有している。定着ベルト８０の内部には、定着ベルト８０と加圧ローラ８４との間に記録媒体である用紙Ｓを挟持して搬送するニップ部Ｎを形成するためのニップ形成ユニット８６が設けられている。ニップ形成ユニット８６は、加圧ローラ８４に対向して定着ベルト８０の内側に配置されたニップ形成部材８８と、ニップ形成部材８８を加圧ローラ８４からの加圧力に対抗して保持するステー部材９０とを有している。

ステー部材９０はニップ部Ｎ側とは反対側が開口されたボックス形状を呈しており、その内部には第１の熱源としてのハロゲンヒータ８２ａ、８２ｂが配置されている。定着ベルト８０は、ステー部材９０の開口側において、ハロゲンヒータ８２ａ、８２ｂにより内面側から輻射熱で直接加熱される。ハロゲンヒータ８２ａ、８２ｂによる加熱効率を上げるため、ステー部材９０の内面には、ハロゲンヒータ８２ａ、８２ｂから放射される光を定着ベルト８０へ反射させる板状の反射部材９４が設けられている。反射部材９４は、ハロゲンヒータ８２ａ、８２ｂからの輻射熱等によりステー部材９０が加熱されてしまうことによる無駄なエネルギ消費を抑制すべく設けられている。反射部材９４に代えて、ステー部材９０の内面に断熱も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８４は、図３に示すように、中空の金属ローラ８４ａにシリコーンのゴム層８４ｂを設けた構成を有している。離型性を得るためにゴム層８４ｂの表面には、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂）またはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）からなる層厚５〜５０μｍの離型層が設けられている。加圧ローラ８４は、画像形成装置に設けられたモータ等の駆動源からギヤを介して駆動力が伝達されて回転する。また、加圧ローラ８４はスプリング等により定着ベルト８０側に押圧されており、ゴム層８４ｂが押し潰されて変形することにより用紙搬送方向に所定のニップ幅Ｎｗが形成される。加圧ローラ８４は中実のローラであってもよいが、中空の方が熱容量は少なくより好ましい。加圧ローラ８４は内部にハロゲンヒータ等の加熱源を有していてもよい。ゴム層８４ｂはソリッドゴムでもよいが、加圧ローラ内部にヒータがない場合に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８０の熱が奪われにくくなるので、より好ましい。

定着ベルト８０は、層厚が３０〜５０μｍのニッケルやＳＵＳなどの金属ベルトやポリイミド等の樹脂材料を用いた無端ベルト、もしくはフィルムである。ベルトの表層はＰＦＡまたはＰＴＦＥ層等の離型層を有し、トナーが付着しないように離型性を持たせている。ベルトの基材とＰＦＡまたはＰＴＦＥ層との間には、他にシリコーンゴムの層等で形成された弾性層を有していてもよい。シリコーンゴム層がない場合は熱容量が小さくなり定着性が向上するが、未定着画像を押し潰して定着するときにベルト表面の微妙な凹凸が画像に転写されて画像のベタ部に定着ムラ（光沢ムラ）が残るという不具合が生じる。

上述の不具合を改善するには、シリコーンゴム層を１００μｍ以上設ける必要がある。これにより、シリコーンゴム層が変形することで微妙な凹凸が吸収されて定着ムラが改善される。定着ベルト８０は、加圧ローラ８４の回転により接触摩擦で連れ回りする。定着ベルト８０はニップ部Ｎで挟み込まれて回転するが、ニップ部Ｎ以外では両端部を円筒状のまま保持されており、定着ベルト８０の断面形状は安定的に円形状に維持される。また図２に示すように、ニップ部Ｎの用紙搬送方向下流側には、定着ベルト８０から用紙Ｓを分離する分離部材３２が設けられている。

本実施形態では、図２及び図３に示すようにニップ部Ｎの形状を平坦状にしているが、加圧ローラ８４側から見て定着ベルト８０側に凸となる凹形状やその他の形状であってもよい。ニップ部Ｎの形状は、凹形状の方が用紙先端の排出方向が加圧ローラ８４寄りになり、分離性が向上するのでジャムの発生が抑制される。この場合、ニップ形成部材８８のニップ形成面が凹形状に形成されるが、この場合にはニップ形成部材８８と一体に設けられた後述する第２の熱源である端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの接触面もニップ形成面に沿った形状としてもよい。

ステー部材９０の働きにより、加圧ローラ８４から圧力を受けるニップ形成部材８８の撓みを防止し、軸方向で均一なニップ幅を得ることができる。本実施形態では、加圧ローラ８４を定着ベルト８０側へ押圧してニップ部Ｎを形成する構成としたが、ニップ形成ユニット８６を加圧ローラ８４側へ押圧してニップ部Ｎを形成する構成としてもよい。ステー部材９０は、ニップ形成部材８８を支持するために十分な撓み強度を備えている。材質としては、ステンレスや鉄といった金属材料、セラミックス等の金属酸化物等が挙げられる。

図４に示すように定着ベルト８０は、軸方向における両端側を、側板３４から軸方向に突出する支持部材としてのフランジ３６により回転可能に支持されている。図４では定着ベルト８０の軸方向における一方側の支持構成を示しているが、他方側も同様の構成である。定着ベルト８０の両端部をガイドするフランジ３６は、定着ベルト８０の内径とほぼ同等の外径を有し、定着ベルト８０の両端から内側に５〜１０ｍｍ入り込む長さを有している。定着ベルト８０はフランジ３６によってガイドされることにより、走行中（回転中）においてもその断面形状を円形状に維持される。フランジ３６のニップ部Ｎに対応する部分は、ニップ形成ユニット８６を所定の位置に配置するために開口されている。ステー部材９０は定着ベルト８０の軸方向全体にわたって延びる長さを有しており、その両側を側板３４にそれぞれ固定されて位置決めされた状態で支持されている。

図５に示すように、ハロゲンヒータ８２ａは定着ベルト８０の長手方向における中央部の配光分布が密な小サイズの用紙Ｓに対応したハロゲンヒータである。ハロゲンヒータ８２ｂは、同長手方向における両端部の配光分布が密なＡ３サイズ等の用紙Ｓに対応したハロゲンヒータである。用紙Ｓが小サイズのときはハロゲンヒータ２８ａのみが点灯され、非通紙部が無駄に過熱されることが防止される。

Ａ３サイズの幅やＡ４サイズを横向きにしたＡ４Ｙの幅と、Ａ３ノビ（３２９ｍｍ）及び１３インチ（３３０ｍｍ）との差は３２〜３３ｍｍである。従って、定着ベルト８０の軸方向両端部のみを加熱する方式であれば、上記の半分である１６〜１６．５ｍｍの幅だけ両端部をそれぞれ加熱できれば、図５に示すように、Ａ３サイズからＡ３ノビ等へと用紙対応幅を広げることができる。換言すれば、ハロゲンヒータ８２ｂの両端部における配光分布が密でない部分をそれぞれ加熱できれば、Ａ３ノビ等の大サイズの用紙Ｓにも対応可能となる。従って端部熱源として用いられる端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂとしては、その軸方向長さが２０ｍｍ程度の小型なヒータで済むこととなる。

Ａ３ノビや１３インチ等の大サイズの用紙Ｓを通紙する場合には、ハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂ及び端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂに通電する。Ａ３サイズ以下の用紙を通紙する場合には、ハロゲンヒータ８２ａ及び８２ｂ、あるいはハロゲンヒータ８２ａのみ通電し、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂには通電しない。ハロゲンヒータ８２ｂをＡ３ノビ等の大サイズの用紙Ｓに対応可能な加熱構成とすると、大サイズの用紙Ｓを通紙しない場合にもその部分を加熱することになって無駄なエネルギを消費することになる。本実施形態の構成によれば、定着ベルト８０の両端部ないし両端近傍に端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂを追加するという簡単な構成の付加によって上記問題を解消することができる。

図６に示すように、ステー部材９０の加圧ローラ８４側の側面９０ａには定着ベルト８０の長手方向に延びる２つの凸条９０ｂ，９０ｃが形成されている。直方体状のニップ形成部材８８は、凸条９０ｂ，９０ｃ間に収容されて位置決めされ、接着等の手段により側面９０ａに固定されている。ニップ形成部材８８の長手方向の両端部には、段差部としての凹部８８ａ，８８ｂが形成され、これらには端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂがそれぞれ収容されて接着等の手段によりそれぞれ固定されている。ニップ形成部材８８の加圧ローラ８４に対向する面はニップ形成面８８ｃを形成している。

ニップ形成部材８８のニップ部Ｎ側には、熱移動補助手段としての金属板８９が、ニップ形成部材８８を覆うように設けられている。金属板８９としては、定着ベルト８０の長手方向における温度不均一性を低減するために短時間で熱移動が可能な材料であることが望ましく、熱伝導率が高い、例えば銅、アルミニウム、銀等が望ましい。中でも、コスト、入手性、熱伝導率特性、加工性の総合面から銅が最も望ましい。金属板８９は、図示しない摺動シートとしての低摩擦シートを介して定着ベルト８０の内面と摺動し、摺動シートにフッ素グリースやシリコーンオイル等の潤滑剤を塗布することにより摺動トルクを低減することができる。なお、摺動シートを用いずに定着ベルト８０の内面に金属板８９を直に接触させる構成としてもよい。その場合には、金属板８９の表面に定着ベルト８０との摩擦力を低減させる樹脂等のコーティングを施すことが望ましい。

上述した実施形態では金属板８９を設けた構成を示したが、定着装置の熱容量を低減させてウォームアップタイムや消費電力量を改善するためには金属板８９を設けない構成としてもよく、この場合にはニップ形成部材８８と定着ベルト８０とが摺動する。この構成の場合、金属板８９を設けた場合と同様に摺動シートを間に介装してもよいし、摺動シートを介装させずにニップ形成部材８８の表面にコーティングを施してもよい。

図７は、本発明の第１の実施形態に用いられる端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂを示している。同図において端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂは、外形１０ｍｍ×２０ｍｍ程度のセラミック基材１１３に抵抗発熱体１１４及び薄膜のガラス層からなる絶縁層１１５を積層して構成されている。ここで、セラミック基体１１３の外周辺部まで抵抗発熱体１１４を備えない構成とすることにより、外周辺部の発熱量が中央部よりも低くなるように構成されている。そして、外周辺部に凹部８８ａ（８８ｂ）を当接させることにより、熱の放散を極力防止する構成を呈している。各凹部８８ａ，８８ｂとの接触面はセラミック基材１１３側でも絶縁層１１５側でもよいが、薄膜ガラス層で構成される絶縁層１１５側で各凹部８８ａ，８８ｂと接触させると、昇温速度が速く効率的である。なお、図７（ａ）において抵抗発熱体１１４の回路が折り返す側（図の左側）が長手方向における中央側、抵抗発熱体１１４に電力を入力する側（図の右側）が長手方向における端部側である。

図８（ａ）に示すように、定着ベルト８０の内面に接触する端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの面とニップ形成面８８ｃとは、定着ベルト８０の内面を押す方向である矢印Ｆ方向（抗力方向）の高さが同一となるように構成されている。換言すれば、定着ベルト８０の内面に接触する端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの面は、ニップ形成面８８ｃの長手方向における延長面となるように構成されている。本実施形態では、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂを、ニップを形成するために必要なニップ形成部材８８に対して一体的に設ける構成としたので、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂを定着ベルト８０の内側に配置でき省スペース化を図ることができる。

また、定着ベルト８０の内面に接触する端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの面とニップ形成面８８ｃとは同一高さ（同一平面上）に位置するので、加圧ローラ８４による充分な加圧力が定着ベルト８０と端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂとの間に加えられる。これにより、定着ベルト８０と端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂとが密着した状態でのベルト走行が実現でき、伝熱性の向上によって端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂによる良好な加熱効率を維持できる。また、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂによる定着ベルト８０に対する加熱部位がニップ領域内に存在するので、特許文献１のようにニップ部Ｎとは異なる部位で加熱することによる未転写トナーの再溶融の問題も生じない。さらに、伝熱性を向上させるために端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂと定着ベルト８０とを密着させるための付勢手段を加圧ローラ８４が兼ねるので、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂのみを加圧する構成が不要となり従来に比して構成を簡易化できる。換言すれば、ニップ部Ｎを形成するための加圧力を利用して端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂと定着ベルト８０とを密着させているので、特許文献１に開示された構成における走行性と伝熱不良とのトレードオフの問題も生じない。

本実施形態では、ニップ形成部材８８に形成する凹部の形状を軸方向の端部が開放された形状としたが、図８（ｂ）に示すように、四方が囲まれた凹部８８ａ，８８ｂとしてもよい。また、軸方向の前後が塞がれ、軸方向と直交する両側が開放された構成としてもよい。また本実施形態では、ニップ形成ユニット８６としてステー部材９０やハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂを一体に備えた構成としたが、ニップ形成部材８８と端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂとの一体構成からなる単品も本発明に係るニップ形成ユニットである。

定着ベルト８０や加圧ローラ８４がまだ十分に温まっていないウォームアップ直後の連続通紙時における最初のある程度の時間には、ハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂ及び端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂに通電後、通紙時には温度制御により電力量が制御される。ハロゲンヒータ８２ｂの最端部における発熱出力低下（端部ダレ）を回避するためにはハロゲンヒータ８２ｂの発熱部長さを長くする必要があり、これは連続通紙時での非通紙部温度上昇という問題を引き起こす。また、不必要部分まで加熱する必要があることから、無駄なエネルギを消費することとなる。

また本実施形態において、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂとしては共にＰＴＣ特性を有していてもよい。ＰＴＣ特性を有していれば、設定温度以上で抵抗値が増加するため設定温度以上に昇温することがなく、燃焼やベルト破損の虞がない安全な定着装置を実現することができる。さらに本実施形態では、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂを定着ベルト８０の内方に設ける構成としたので、定着ベルト８０の走行移動を妨げることがなく内側からベルト端部を加熱することができる。

また、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂを保持する各凹部８８ａ，８８ｂをニップ形成部材８８に一体形成したので、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂを定着ベルト８０の内側に省スペースで配置することができる。さらに、ニップ形成部材８８と同一高さに端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂを配設してその上に金属板８９を配設したので、金属板８９の高熱伝導率特性を活用して定着ベルト８０の温度をより均一に保持することができる。

本実施形態では、定着熱源としてのハロゲンヒータを２本有する構成を示したが、本発明はこれに限定されず、小サイズ紙対応のための３本以上のハロゲンヒータを有する構成でもよい。また、ハロゲンヒータを１本のみ有して、端部ヒータが端部を加熱するハロゲンヒータ８２ｂの機能を兼ねる構成としてもよい。

上記各実施形態におけるハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂ及び端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの電気的接続構成を図９に示す。用紙Ｓをセンタ基準で搬送する場合、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂは常に同時に駆動するので、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂは電源１２０に対してそれぞれ直列に電気接続されている。このような接続構成とすることで、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂを個別にオンオフする構成に比べて電気制御を簡易化することができる。また、片側の端部ヒータ１１２ａまたは１１２ｂが故障したとき、両者の電気接続を同時に絶つことができるので安全性を確保することができる。ハロゲンヒータ８２ａはスイッチ１２０ａにより、ハロゲンヒータ８２ｂはスイッチ１２０ｂにより、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂはスイッチ１２０ｃにより通電をオンオフされる。

端部ヒータ１１２は、上記実施形態で示したように左右両端に１対で設ける構成に限られず、例えば様々な用紙サイズに応じて複数対設けてもよく、またハロゲンヒータ８２ｂよりもさらに外側に配設してもよい。このような場合にはより多くのサイズの用紙に対応することができ、より高精度な加熱が可能となり、より望ましい。

上記実施形態で示した回路構成に基づいた加熱動作は、定着ベルト８０の外側近傍に配設された温度センサ１２５（図２参照）によって温度制御される。従って、温度センサ１２５が故障した際に暴走することを防止するため、サーモスタット１２６（図２参照）等の安全装置を定着ベルト８０の外側近傍に配設する必要がある。

上述したように本発明によれば、端部ヒータ１１２の加熱力がハロゲンヒータ８２の加熱力より劣っている場合であっても端部ヒータ１１２のみを独立して加熱駆動することができる。これにより、端部ヒータ１１２による加熱温度をハロゲンヒータ８２による加熱温度と同じ温度に制御することができ、ヒータ選択の自由度を向上することができる。

次に、本発明の特徴部である、端部ヒータ１１２の発熱分布に関して説明する。図１０は、端部ヒータ１１２の抵抗発熱体１１４の回路が折り返す部分、すなわち長手方向における中央側を示している。抵抗発熱体１１４は、その直線部分１１４ａに対して折り返し部分１１４ｂはＵ字形状であり、直線部分１１４ａの断面積Ｓａに比して折り返し部分１１４ｂの断面積Ｓｂが大きくなるように形成されている。この構成より、導線の抵抗値は断面積に反比例することから、抵抗発熱体１１４に電力を投入した際に、直線部分１１４ａに比して折り返し部分１１４ｂの長手方向における単位長さ当たりの発熱量を小さくすることができる。

なお、本実施形態では抵抗発熱体１１４の断面積を変化させて抵抗値を変更することにより電力量を調整したが、導線を電気抵抗率の異なる材料をつなぎ合わせて抵抗値を変更することにより、または回路を並列回路等に変更することにより調整を行ってもよい。また、上記実施形態では折り返し部分１１４ｂにおいて断面積を大きく形成したが、直線部分１１４ａにおいて断面積を変更して発熱量を調整してもよい。

上述した構成による効果を説明する。図１１は、長手方向におけるハロゲンヒータ８２及び端部ヒータ１１２における定着ベルト８０に対する各発熱量の分布を示している。図１１（ａ）は従来の構成であって抵抗発熱体の断面積が均一の場合を、図１１（ｂ）は図１０に示した抵抗発熱体１１４を有する端部ヒータ１１２を用いた場合をそれぞれ示している。

ハロゲンヒータ８２の発熱特性から、両端部の発熱出力が中央部よりも低下する、いわゆる端部ダレが発生してしまう。このため、図１１（ａ）では端部のハロゲンヒータ８２ｂの発熱と端部ヒータ１１２の発熱とがオーバラップする領域（以下、双加熱領域という）では他の領域に比して熱量過多となる。一方、端部ヒータ１１２によって加熱していない領域では、端部ダレによって熱量が不足している領域も存在する。従って従来の構成では、Ａ３ノビサイズ等の大サイズ用紙を通紙すべく全てのヒータをオンさせた際に双加熱領域付近でベルト温度が不均一となり、光沢ムラ等の画像不良や低温部分での定着強度不足等の品質低下が発生してしまう。

これに対し本実施形態で示した端部ヒータ１１２では、端部ヒータ１１２のみによって加熱される領域（以下、単加熱領域という）に比して双加熱領域の抵抗値を小さくすることで、単加熱領域よりも双加熱領域の発熱量を小さくしている。これにより長手方向における発熱量の傾きを緩やかにすることができ、ハロゲンヒータ８２ｂの端部ダレを補完するように端部ヒータ１１２の発熱量分布を与えることにより、定着ベルト８０の温度を均一化させることができる。この均一化により定着ベルト８０の軸方向におけるムラの発生を低減でき、定着不良の発生を防止して安定した品質の画像形成を行うことができる。

また、本実施形態では抵抗発熱体１１４の抵抗値を単加熱領域に比して双加熱領域の方を小さくしているので、上述の構成を簡単に達成することができる。また、本実施形態では抵抗発熱体１１４の断面積を単加熱領域に比して双加熱領域の方を小さくしているので、従来の回路構成を大きく変えることなく上述の構成を達成することができる。

図１２は、本発明の第２の実施形態に用いられる第２の熱源としての端部ヒータ１１６ａ，１１６ｂを示しており、端部ヒータ１１６ａ，１１６ｂは端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂに代えて用いられる。端部ヒータ１１６は、端部ヒータ１１２と比較すると、長方形を呈したセラミック基材１１３及び絶縁層１１５に代えて、長方形における中央側よりの一頂点周辺が切り取られた形状のセラミック基材１１７及び絶縁層１１９が用いられている。また、これに伴い抵抗発熱体１１４に代えて、上述の形状に合わせて配線された抵抗発熱体１１８が用いられる。

上述の構成により、抵抗発熱体１１８の一部が切り取られた部分１１８ａは切り取られていない部分１１８ｂに対してその長手方向における長さ当たりの配線密度が小さく、かつ長手方向における定着ベルト８０との接触面積が小さくなる。これにより発熱量を小さくすることができるので、第１の実施形態と同様に双加熱領域における発熱量の傾きを緩やかにすることができる。これによりハロゲンヒータ８２ｂの端部ダレを補完するように発熱量の分布を与えることで、定着ベルト８０の温度を均一化させることができる。

上述の構成により、双加熱領域における抵抗発熱体１１８の配線密度を小さくすることにより抵抗発熱体１１８の発熱量を小さくすることができ、第１の実施形態と同様の作用効果を簡単に得ることができる。また、双加熱領域における定着ベルト８０に対する抵抗発熱体１１８の接触面積を小さくすることにより抵抗発熱体１１８の発熱量を小さくすることができ、第１の実施形態と同様の作用効果を簡単に得ることができる。

上記実施形態では、第１の熱源としてハロゲンヒータを用いているが、発熱量が長手方向において中央部よりも端部が低下する熱源であれば同様の作用効果を得ることができる。例えば、ＩＨコイル等の電磁誘導でベルト表面を非接触で加熱した場合でも、電磁誘導によって引き起こされる磁場の特性から端部ダレが生じるので、上記実施形態と同様の作用効果を期待できる。また、本実施形態では定着ベルトはハロゲンヒータによって直接加熱されているが、ハロゲンヒータと定着ベルトとの間にスリーブ部材等を設け、これを介して定着ベルトを加熱してもよい。また、別途加熱ローラを設け、定着ベルトを巻き付けることでハロゲンヒータが加熱ローラを加熱し、これを介して定着ベルトを加熱する構成としてもよい。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定しない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を例示したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

８０ベルト部材（定着ベルト）
８２ａ，８２ｂ第１の熱源（ハロゲンヒータ）
８４加圧部材（加圧ローラ）
８８ニップ形成部材
８９熱移動補助手段（金属板）
１００画像形成装置
１１２ａ，１１２ｂ，１１６ａ，１１６ｂ第２の熱源（端部ヒータ）
１１４，１１８抵抗発熱体
１５０定着装置
Ｎニップ部

特開２０１４−１７８３７０号公報

Claims

可撓性を有する無端状のベルト部材と、
前記ベルト部材と対向配置され加圧によりニップ部を形成する加圧部材と、
前記ベルト部材の軸方向中央寄りを前記ニップ部以外で加熱する第１の熱源と、
前記ベルト部材の軸方向両端近傍を前記ニップ部にて加熱する第２の熱源とを有し、
前記ベルト部材は第１の熱源及び第２の熱源の双方によって加熱される双加熱領域を有し、第２の熱源の発熱量は、第２の熱源のみにより加熱される単加熱領域に比して前記双加熱領域の方が小さく設定されている定着装置。
請求項１記載の定着装置において、
第２の熱源は抵抗発熱体を有し、前記抵抗発熱体の抵抗値は前記単加熱領域に比して前記双加熱領域の方が小さいことを特徴とする定着装置。
請求項２記載の定着装置において、
前記抵抗発熱体の断面積は前記単加熱領域に比して前記双加熱領域の方が大きいことを特徴とする定着装置。
請求項１ないし３の何れか一つに記載の定着装置において、
第２の熱源は抵抗発熱体を有し、前記抵抗発熱体の前記軸方向における配線密度は前記単加熱領域に比して前記双加熱領域の方が小さいことを特徴とする定着装置。
請求項１ないし４の何れか一つに記載の定着装置において、
第２の熱源は抵抗発熱体を有し、前記抵抗発熱体の前記軸方向における前記ベルト部材との接触面積は前記単加熱領域に比して前記双加熱領域の方が小さいことを特徴とする定着装置。
請求項１ないし５の何れか一つに記載の定着装置において、
前記ベルト部材の温度均一化を図る熱移動補助手段を有することを特徴とする定着装置。
請求項１ないし６の何れか一つに記載の定着装置において、
第２の熱源は直列に電気接続されていることを特徴とする定着装置。
請求項１ないし７の何れか一つに記載の定着装置において、
第２の熱源は第１の熱源とは独立して温度制御されることを特徴とする定着装置。
請求項１ないし８の何れか一つに記載の定着装置において、
前記ベルト部材を介し前記加圧部材で加圧されることにより前記ニップ部を形成するニップ形成部材を有し、第２の熱源は前記ニップ形成部材とほぼ同一平面上に設けられていることを特徴とする定着装置。
請求項１ないし９の何れか一つに記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。