JP2024079221A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】連続印刷時の定着部材の温度低下を抑制しつつ、ウォームアップ時の定着部材の昇温スピードの低下を抑制することができる定着装置および画像形成装置を提供する。【解決手段】定着装置は、定着ニップ部材たる均熱部材を補助するニップ補助部材たる樹脂パッドを有している。また、反射部材たるリフレクタは、均熱部材の加圧部材たる加圧ローラの加圧力を受ける部分（ニップ部に対応する部分）に接触している。そして、熱源４３の発熱領域の定着部材たる定着ベルトの幅方向の長さが、リフレクタの熱源４３の熱を反射する反射部４８ａの幅方向の長さよりもｄ２ｍｍ短くなっている。【選択図】図８

Description

本発明は、定着装置及び画像形成装置に関するものである。

従来、回転する定着部材と、定着部材の外周面に当接して形成されたニップ部を通過する記録材を加圧する加圧部材と、加圧部材の加圧力を、定着部材を介して受ける定着ニップ部材と、定着部材の内側に配置された熱源と、熱源から放射される輻射熱を定着部材の内周面に向かって反射する反射部材とを備えた定着装置が知られている。

特許文献１には、上記定着装置として、板状の定着ニップ部材たるニップ形成部材の記録材の搬送方向の両側に、ニップ形成部材を支持する一対のステーが設けられており、反射部材の一端をニップ形成部材とステーとで挟んで、反射部材を支持するものが記載されている。

しかしながら、連続印刷時の定着部材の温度低下を抑制しつつ、ウォームアップ時の定着部材の昇温スピードの低下を抑制することができなかった。

上述した課題を解決するために、本発明は、回転する定着部材と、前記定着部材の外周面に当接して形成されたニップ部を通過する記録材を加圧する加圧部材と、前記加圧部材の加圧力を、前記定着部材を介して受ける定着ニップ部材と、前記定着部材の内側に配置された熱源と、前記熱源から放射される輻射熱を前記定着部材の内周面に向かって反射する反射部材とを備えた定着装置において、前記定着ニップ部材を補助するニップ補助部材を有し、前記反射部材は、定着ニップ部材の前記加圧部材の加圧力を受ける部分に接触しており、前記熱源の発熱領域の前記定着部材の幅方向長さを、前記反射部材の前記熱源の熱を反射する反射部の前記幅方向長さよりも短くしたことを特徴とするものである。

本発明によれば、連続印刷時の定着部材の温度低下を抑制しつつ、ウォームアップ時の定着部材の昇温スピードの低下を抑制することができる。

本実施形態の画像形成装置の概略構成図。 本実施形態における定着装置の概略構成図。 リフレクタとニップ形成部材と定着ステーとを示す斜視図。 従来の定着装置の概略構成図。 樹脂パッドの一例を示す図。 樹脂パッドの他の例を示す図。 ウォームアップ時の定着ベルトの温度変化を示したグラフ。 本実施形態のリフレクタと熱源の発熱領域との関係を示す図。 熱源の発熱領域をリフレクタの反射部の幅方向長さよりも短くした本実施形態のウォームアップ時の定着ベルトの温度変化を示したグラフ。 熱源の発熱領域をリフレクタの反射部の幅方向長さよりも短くした場合のウォームアップ動作終了時の定着ベルトの温度分布。 リフレクタの長さに対する発熱領域の端部からリフレクタの端部までの距離の割合と、ウォームアップ終了時の定着ベルトの温度分布との関係を示す図。 加圧受け部の幅方向長さの一例を示す図。

以下、本発明を、電子写真式の画像形成装置であるレーザープリンタ（以下、「プリンタ」という。）に適用した実施形態について説明する。図１は本実施形態の画像形成装置１の概略構成図である。この画像形成装置１は、記録材である用紙Ｐ上に画像を形成する画像形成部１００を備えている。画像形成部１００は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の色ごとの作像部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋが中間転写体としての中間転写ベルト２０の回転方向に沿って配列されたタンデム型の画像形成装置である。各作像部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋは、それぞれ、潜像担持体としての感光体１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋを備えている。

また、各作像部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋは、感光体１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋの周囲に、帯電手段としての帯電装置と、静電潜像形成手段としての光書込装置９と、現像手段としての現像装置とを備えている。さらに、感光体１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋの周囲には、一次転写手段としての一次転写装置と、クリーニング手段としてのクリーニング装置も備えている。帯電装置は、感光体表面を一様に所定電位に帯電するものであり、光書込装置９は、帯電装置によって一様に帯電された感光体表面上に画像情報に応じて露光して静電潜像を書き込むものである。現像装置は、感光体上の静電潜像にそれぞれの色（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）のトナーを付着させる現像処理によりトナー像を作成するものである。一次転写装置は、感光体上のトナー像を中間転写ベルト２０上に転写するものであり、クリーニング装置は、感光体上の転写残トナーを除去してクリーニングするものである。

各感光体１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋ上に形成された各色トナー像は、一次転写装置によって、中間転写ベルト２０上に互いに重なり合うように一次転写され、中間転写ベルト２０上にカラートナー像が形成される。中間転写ベルト２０上のカラートナー像は、中間転写ベルト２０の回転に伴って二次転写装置３０との対向領域（二次転写領域）へと搬送される。

一方、画像形成部１００の下部には、保持する用紙Ｐを給送する給送部としての給紙カセット６０が配置されている。給紙カセット６０からピックアップローラ６１により用紙Ｐが１枚ずつ給紙される。そして、搬送経路に沿って、レジストローラ対６２により二次転写領域へと用紙Ｐが搬送される。

中間転写ベルト２０上のカラートナー像は、二次転写領域において、所定のタイミングでレジストローラ対６２により搬送されてくる用紙Ｐ上に、二次転写装置３０により二次転写される。カラートナー像が形成された用紙Ｐは、その後、定着手段としての定着装置４０へと搬送され、熱と圧力の作用により、カラートナー像が用紙Ｐ上に定着される。定着後の用紙Ｐは、搬送経路に沿って搬送され、排紙ローラ６３により排紙トレイ５０へと排出される。

図２は、本実施形態における定着装置４０の概略構成図である。
定着装置４０は、加圧部材たる加圧ローラ４１と定着部材たる定着ベルト４２と、熱源４３（図の例ではハロゲンヒータ）とを備え、加熱加圧によって定着を行う。
定着ベルト４２内には、ステー部材たる定着ステー４４によって保持されたニップ形成部材４５が配置されている。

ニップ形成部材４５は、ニップ面に配置される摺動部材であり熱移動部材である定着ニップ部材たる均熱部材４５ａと、これを支持する定着ニップ補助部材たる樹脂パッド４５ｂとで構成されている。樹脂パッド４５ｂの役割のひとつは、断熱であり、ニップ形成部材４５を介した定着ステー４４への定着ベルト４２の熱吸収を抑制してウォームアップタイムやＴＥＣ（Typical Electricity Consumption（標準的な電力消費））値の増加を抑制する。また、樹脂パッド４５ｂの別の役割としては、加圧ローラ４１の加圧力を受けて、均熱部材４５ａの変形を抑制する。均熱部材４５ａは定着ベルト４２の幅方向に延在する例えばパット形状である。この均熱部材４５ａは定着ベルトの軸方向の温度を平均化するために配置される。すなわち、定着ベルト４２の温度が高い箇所から熱を奪い、奪った熱を定着ベルト４２の温度の低い箇所へ移動させて定着ベルト４２の軸方向の温度を均一化する。

図２の構成ではニップ部Ｎの形状は平坦であるが、凹形状やその他の形状であってもよい。凹形状のニップを形成することで、用紙先端の排出方向がより加圧ローラ寄りになり、用紙の定着ベルト４２に対する分離性が向上するのでジャムの発生が抑制される。

均熱部材４５ａは、熱伝導率が５０［Ｗ/ｍ・Ｋ］以上の熱伝導性の高いアルミや銅などの金属部材であり、均熱部材４５ａの表面に摺動性能に優れたコーティングが施されている。コーティングの材料としては、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、または飽和ポリエステル樹脂などの樹脂ベースのものが挙げられる。または、このような樹脂ベースのコーティング材に、ガラス繊維，カーボン，グラファイト，フッ化グラファイト，炭素繊維，二硫化モリブデン，フッ素樹脂など混合してもよい。

また、コーティングの材料として、金属ベースのものも用いることができる。金属ベースのコーティング材としては、二硫化モリブデン，ニッケル，ニッケルとフッ素樹脂の複合めっきなどが挙げられる。また、金属ベースのコーティング材としては、アルマイトもしくはアルマイトに樹脂や金属を含浸したものも挙げられる。また、コーティング材としてセラミックを用いることもできる。コーティング材として用いるセラミックとしては、炭化ケイ素セラミック、室化ケイ素セラミック、アルミナセラミックおよびそれらと二硫化モリブデン、フッ素樹脂など混合したものを挙げることができる。

また、アルミニウムもしくはアルミニウム合金にて形成された均熱部材４５ａの表層にアルマイト層を形成し、そのアルマイト層の微細孔に二次電解にて生成した二硫化モリブデンを微細孔の最深部から最表層に亘って充填したものなども有効である。

本実施形態における高い熱伝導率を有する均熱部材４５ａは、アルミニウムの熱伝導率以上の熱伝導率を有する材料より作られ、上記のように処理される。こうして、高い熱伝導率を有する均熱部材４５ａが作られる。

加圧ローラ４１は金属ローラの外周にシリコーンゴム層が設けられており、離型性を得るためにシリコーンゴム層の表面に離型層（ＰＦＡまたはＰＴＦＥ層）が設けてある。また、加圧ローラ４１はスプリングなどにより定着ベルト側に押し付けられており、ゴム層が押しつぶされて変形することにより、所定のニップ幅を有している。

加圧ローラ４１は画像形成装置に設けられたモータなどの駆動源からギヤを介して駆動力が伝達され回転する。定着ベルト４２は、ニップ部で加圧ローラ４１から駆動力が伝達されることにより連れ回り回転する。

加圧ローラ４１は中実のローラであってもよいが、中空のほうが熱容量は少ないため好ましい。また、加圧ローラ４１にハロゲンヒータなどの加熱源を有していてもよい。シリコーンゴム層はソリッドゴムでもよいが、加圧ローラ内部にヒータが無い場合は、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の熱が奪われにくくなるので、より望ましい。

定着ベルト４２は、ニッケルやＳＵＳなどの金属ベルトやポリイミドなどの樹脂材料を基材とする無端ベルト（もしくはフィルム）である。定着ベルト４２の表層はＰＦＡまたはＰＴＦＥ層などの離型層を有し、トナーが付着しないように離型性をもたせている。

定着ベルト４２の基材と離型層の間にはシリコーンゴムの層などで形成する弾性層があってもよい。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、未定着画像を押しつぶ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ユズ肌状の跡が残るという不具合が生じる。これ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。シリコーンゴム層の変形により、微妙な凹凸が吸収されユズ肌画像が改善する。

定着ステー４４は、中空のパイプ状金属体であり、アルミ、又は鉄、ステンレスなどの金属からなる。本実施形態では、定着ステー４４は、角型であるが、その他の断面形状であってもよい。加圧ローラ４１により圧力を受けるニップ形成部材４５の撓みを防止し、軸方向で均一なニップ幅が得られるようにしている。

定着ベルト４２を昇温させる熱源４３は、定着ベルト４２の内部に配置された２つのヒータで構成されている。本実施形態では熱源４３の２つのヒータは、ハロゲンヒータであり、定着ベルト４２は、内周側から熱源４３の輻射熱で直接加熱される。ここで、熱源４３は、定着ベルト４２を加熱できればよく、ＩＨコイルであっても良いし、抵抗発熱体、カーボンヒータ等であってもよい。

また、定着ベルト４２内には、熱源４３からの輻射熱のロスをできるかぎり低減するために、定着ベルト側へ熱を反射させる反射部材としてのリフレクタ４８が配置されている。リフレクタ４８には金属部材としての高純度のアルミ材をベースとして高反射率、たとえば反射率９５％以上を得られるようにした表層に複数の増反射膜や保護膜を形成した高輝度アルミなどが用いられる。また構成によってはアルミ板の上に銀を蒸着させて、さらに反射率を向上させたものなどを用いてもよい。

本実施形態のリフレクタ４８は、輻射熱を定着ベルト側へ熱を反射させる反射部４８ａと、均熱部材４５ａの加圧ローラ４１の加圧力を受ける部分である加圧ローラ４１の加圧方向に直交する面部に接触する接触部としての加圧受け部４８ｂとを有している。反射部４８ａは、熱源４３と定着ステー４４との間に配置されている。加圧受け部４８ｂは、摺動部材たる均熱部材４５ａと樹脂パッド４５ｂとに挟まれる形で配設されている。加圧受け部４８ｂは、ニップ部Ｎの一端から他端まで延びている。

図３は、リフレクタ４８とニップ形成部材４５と、定着ステー４４とを示す斜視図である。
図３に示すように、リフレクタ４８は、加圧受け部４８ｂが均熱部材４５ａと樹脂パッド４５ｂとに挟まれることで保持され、この加圧受け部４８ｂ以外は、他の部材と非接触となっている。

図４は、従来の定着装置の概略構成図である。
図４に示すように、従来においては、リフレクタ１４８は、加圧受け部４８ｂを有していない構成であった。
リフレクタ１４８の反射率は、約９５～９８％であり、熱源１４３の輻射熱を１００％反射できるわけでなく、リフレクタ自身もわずかに輻射熱を吸収するため、次第に温度上昇していく。特に、大量の連続通紙を行った場合などは、図４に示す従来の定着装置においては、３００℃～４００℃程度までリフレクタ１４８が温度上昇していた。リフレクタ１４８にある一定以上の熱負荷が加えられるとリフレクタ１４８のアルミや銀層が変色を起こしてしまう。そうなると反射率が低下して本来の性能を出せないだけでなく、最悪の場合は安全性問題に発展する。よって従来はその温度域まで到達しないような生産性までしか出すことはできず、マシンの生産性向上に対してはボトルネックとなっていた。

これに対し、本実施形態では、図２、図３を用いて説明したように、リフレクタ４８は、均熱部材４５ａと樹脂パッド４５ｂとの間で、加圧ローラ４１からの加圧力を受ける領域に延在された加圧受け部４８ｂを有している。リフレクタ４８は、上述したように熱伝導性の良い金属部材としてのアルミで構成されているため、反射部４８ａで吸収された熱は、すばやく部品全体に伝導する。そして、均熱部材４５ａと接触している加圧受け部４８ｂから、均熱部材４５ａへリフレクタ４８の熱が移動し、リフレクタ４８の温度上昇を抑制することができる。また、この均熱部材４５ａへ移動したリフレクタ４８の熱は、均熱部材４５ａを通して定着ベルト４２に伝わり、トナー溶融に利用される。これにより、リフレクタ４８の熱を定着ステー４４などの他の部材へ排熱する場合に比べて、リフレクタ４８の熱を有効利用でき、熱源４３の点灯時間の短縮化を図ることができ、消費電力の低減を図ることができる。

また、加圧受け部４８ｂは、均熱部材４５ａの加圧ローラ４１の加圧力を受ける部分に当接している。これにより、均熱部材４５ａと加圧受け部４８ｂとの密着性が上がり、熱の伝達性を向上させることができ、リフレクタ４８の排熱効率を高めることができる。さらに、均熱部材４５ａおよびリフレクタ４８は、熱伝導性が良好な金属部材であるため、リフレクタ４８の熱を効率よく、定着ベルト４２に排熱することができる。

また、加圧受け部４８ｂは、ニップ部の用紙搬送方向一端から他端まで延びており、用紙搬送方向において、均熱部材４５ａの加圧ローラ４１の加圧力受ける部分（ニップ部に対応する領域）と半分以上、当接している。これにより、加圧受け部４８ｂの均熱部材４５ａに密着する密着面積を十分に確保することができ、リフレクタ４８の排熱効率をより一層高めることができる。

また、図２、図３に示すように、リフレクタ４８は、均熱部材４５ａの曲げ部分、および、定着ステー４４とは、クリアランスを設けて、非接触となっている。これによって、熱の有効利用の観点では不要となる、リフレクタ４８から均熱部材４５ａの曲げ部分や定着ステーへの熱伝達を防止することができる。

以上の構成により、リフレクタ４８の温度上昇を防止し、かつ、リフレクタ４８の熱を有効利用でき、電力消費も抑えることができる定着装置を得ることができる。

また、均熱部材４５ａは、上述したように摺動性能に優れたコーティングを施しており、加圧受け部４８ｂ表面の定着ベルト４２の内周面に対する摩擦係数より、定着ベルト４２の内周面に対する摩擦係数が低くなるようにしている。これにより、リフレクタ４８の加圧受け部４８ｂを定着ベルト４２の内周面に接触させてリフレクタ４８の熱を、均熱部材４５ａを介さずに定着ベルト４２に排熱する場合に比べて、定着ベルトの摺動抵抗を低減できる。これにより、定着ベルト４２を回転させるためのトルクの上昇を抑制することができ、かつ、定着ベルト４２の内周面の摩耗も抑制できる。

なお、リフレクタ４８の加圧受け部４８ｂに摺動性能に優れたコーティングを施して、加圧受け部４８ｂを定着ベルト４２の内周面に接触させるようにした場合は、以下の不具合が予測される。すなわち、上記摺動性能に優れたコーティング材が、リフレクタ４８の反射部４８ａに付着すると、反射率が低下するおそれがある。そのため、例えば、反射部４８ａにマスキング等を施すなどして、反射部４８ａに摺動性能に優れたコーティング材が付着しないようにする必要がある。反射部４８ａにマスキングを施す場合は、マスキングを施す工程、マスキングを剥がす工程、反射部４８ａに付着したマスキングの粘着剤を除去する工程等が必要となる。また、これらの工程を機械等で行うには、難易度が高く、できたとしても高コストになるという不具合が予想される。

一方、本実施形態のように、リフレクタ４８の熱を、均熱部材４５ａを介して、定着ベルト４２に伝達することで、リフレクタ４８に定着ベルト４２の内周面に対する良好な摺動性を有する機能を備える必要が無くなる。これにより、加圧受け部４８ｂに摺動性能に優れたコーティングを施す必要がなり、製作難度およびコストの増加を抑制できる。

図５（ａ）は、樹脂パッド４５ｂを示す概略斜視図であり、図５（ｂ）は、ニップ形成部材４５の概略図である。
樹脂パッド４５ｂの均熱部材４５ａに対向する部分には、矩形状の凹部１４５が形成されている。これにより、図５（ｂ）に示すように、均熱部材４５ａと樹脂パッド４５ｂとの間に断熱の大きい空気層Ｋが形成され、ニップ形成部材４５を介した定着ステー４４への定着ベルト４２の熱吸収を良好に抑制することができる。これにより、ウォームアップタイムやＴＥＣ値の増加を良好に抑制することができる。なお、樹脂パッド４５ｂは、図５に示す構成に限らず、例えば、図６に示すように、用紙搬送方向の中央に用紙幅方向（樹脂パッドの長手方向）に延びる区画壁を設けて、複数の凹部１４５を有するような構成でもよい。図６に示す構成とすることで、図５に示す構成に比べて、加圧ローラ４１の加圧力に対する耐圧性を高めることができる。また、図６に示す構成に対して、さらに用紙搬送方向（樹脂パッドの短手方向）に延びる区画壁を設けて、凹部１４５の数をさらに増やした構成でもよい。

図７は、ウォームアップ時の定着ベルト４２の温度変化を示したグラフである。
破線が、図４に示したリフレクタ４８に加圧受け部４８ｂを有していない従来例の定着ベルト４２の温度変化を示しており、実線がリフレクタ４８に加圧受け部４８ｂを設けた定着ベルト４２の温度変化を示している。

図７からわかるように、リフレクタ４８に加圧受け部４８ｂを有する構成では、加圧受け部４８ｂを有していない構成に比べて、ウォームアップ時の定着ベルト４２の昇温スピードが遅いことがわかる。これは、画像形成装置が電源ＯＦＦからＯＮにして装置を立ち上げるときに行われるウォームアップ動作時は、リフレクタ４８の温度が低い状態である。そのため、リフレクタ４８に加圧受け部４８ｂを有する構成においては、定着ベルト４２および均熱部材４５ａの熱がリフレクタ４８に奪われてしまう。その結果、リフレクタ４８に加圧受け部４８ｂを設けていない構成に比べて、ウォームアップ時の定着ベルト４２の昇温スピードが低下したと考えられる。

このような昇温スピードの低下の課題を解決するために出力高い熱源４３（定格電力の高いヒータ）を用い、熱源４３に印加する電力を上げることが考えられる。しかしながら、画像形成装置全体で使用可能電力が決まっており、熱源４３の出力上げには制限がある。

そこで、本実施形態では、図８に示すように、熱源４３の発熱領域をリフレクタ４８の反射部４８ａの幅方向長さよりも短くした。本実施形態では、熱源４３の発熱領域の幅方向最端部を反射部４８ａの幅方向最端部位置に対して幅方向でｄ（ｍｍ）中央側に位置させ、反射部４８ａの幅方向長さに対して、２ｄ（ｍｍ）短くした。

かかる構成とすることで、熱源４３のワット密度を高めることができる。ワット密度を高めることで、熱源４３に印加する電力の上昇を抑えて、単位面積当たりの発熱量を増やすことができる。なお、熱源４３の発熱領域は、熱源４３を構成する２つのヒータを合わせた発熱領域である。

図９は、熱源４３の発熱領域をリフレクタ４８の反射部４８ａの幅方向長さよりも短くした本実施形態のウォームアップ時の定着ベルト４２の温度変化を示したグラフである。
本実施形態では、熱源４３の発熱領域をリフレクタ４８の反射部４８ａの幅方向長さよりも短くし、熱源４３の単位面積当たりの発熱量を増やしている。また、熱源４３の発熱領域をリフレクタ４８の反射部４８ａの幅方向長さよりも短くすることで、定着ベルト以外の部材に熱源４３の輻射熱や、反射部４８ａを反射した輻射熱が照射されるのを抑制することができ、熱源４３の熱エネルギーの無駄な消費が低減される。これにより、効率的に定着ベルト４２を加熱することができ、図９に示すように、ウォームアップ時の定着ベルト４２の昇温スピードをリフレクタ４８に加圧受け部４８ｂを設けていない図４に示す従来構成とほぼ同一にすることができた。

図１０は、熱源４３の発熱領域をリフレクタ４８の反射部４８ａの幅方向長さよりも短くし場合のウォームアップ動作終了時の定着ベルトの温度分布である。
図１０の破線は、図４に示したリフレクタ４８に加圧受け部４８ｂを有していない従来例の定着ベルト４２の温度分布であり、実線が、本実施形態の定着ベルト４２の温度分布である。

図中Ａは、本装置が通紙可能な最大サイズ幅（ＳＲＡ３縦サイズ（３２０ｍｍ））の紙端部位置である。また、図中Ｂは、定着ベルト４２の端部位置であり、定着ベルト４２の幅方向長さは、３５０ｍｍである。リフレクタ４８の反射部４８ａの幅方向長さは、定着ベルト４２の幅方向長さと同一の３５０ｍｍである。熱源４３の発熱領域の幅方向長さは、３３３ｍｍである。

熱源４３の発熱領域をリフレクタ４８の反射部４８ａの幅方向長さよりも短くすることで、定着ベルト４２の端部に直接、または、反射部４８ａの反射により付与される熱源４３の熱量が低下する。よって、熱源４３の発熱領域をリフレクタ４８の反射部４８ａの幅方向長さよりも短くし、熱源４３の熱エネルギーの無駄な消費を抑制して熱源４３の定着ベルト４２に対する加熱効率を高めた構成とした場合に、加圧受け部４８ｂを有さない従来構成においては、図１０の破線に示すように、端部温度ダレが発生する。これは、熱源４３の発熱領域を短くすることで、熱源４３から定着ベルトの端部に直接照射される輻射熱や、リフレクタ４８から定着ベルト４２の端部に照射される輻射熱が減る。その結果、ウォームアップ終了時点で、定着ベルト４２の端部温度が中央よりも低い端部温度ダレが発生する。

一方、本実施形態では、リフレクタ４８に加圧受け部４８ｂを有しており、均熱部材４５ａを介してリフレクタ４８の熱を定着ベルト４２の端部付近に付与できる。ウォームアップ初期時は、リフレクタ４８の温度が定着ベルト４２の温度よりも低いため、均熱部材４５ａを介してリフレクタ４８が定着ベルト４２の熱を奪うが、ウォームアップ動作が進むと、リフレクタ４８の温度が、定着ベルト４２の端部温度を上回る。リフレクタ４８の温度が、定着ベルト４２の端部温度を上回ると、リフレクタ４８の熱が均熱部材４５ａを介して定着ベルト４２の端部に付与される。これにより、熱源４３の発熱領域をリフレクタ４８の反射部４８ａの幅方向長さよりも短くして定着ベルト４２の端部に直接、または、反射部４８ａの反射により付与される熱源４３の熱量が低下しても、図１０の実線に示すように、ウォームアップ終了時点での端部温度ダレを良好に抑制できる。このように、本実施形態では、熱源４３の発熱領域をリフレクタ４８よりも短くし、熱源４３の熱エネルギーの無駄な消費を抑え、加熱効率を高めても端部温度ダレを抑制できる。これにより、ウォームアップ時の昇温スピードの低下を抑制し、かつ、ウォームアップ終了時点での端部温度ダレを良好に抑制できる。

次に、発明者らが行った検証試験について、説明する。
本発明者らは、上記距離ｄを互いに異ならせて、ウォームアップ動作を行い、ウォームアップ動作終了時の定着ベルト４２の幅方向の温度分布を測定し、最適な上記距離ｄを調べた。具体的には、発熱領域が互いに異なる複数の熱源４３を用意し、定着ベルト４２、リフレクタ４８の反射部４８ａの幅方向長さが３５０ｍｍ、加圧受け部４８ｂの幅方向長さが３４０ｍｍの定着装置４０に熱源４３をセットする。そして、常温常湿（２３°、５０％）の環境下で、熱源４３に印加する電力を規定電力とし、ウォームアップ動作を行った。そして、ウォームアップ動作終了後の定着ベルト４２の幅方向の温度分布を調べた。ウォームアップ動作は、図１１に示すように、定着ベルト４２の幅方向中央に対向配置した温度センサ１２１と、この温度センサ１２１から幅方向に１２０ｍｍ離れた温度センサ１２２とで定着ベルト４２の温度を計測する。そして、これら温度センサが規定温度に達したら、ウォームアップ動作終了とした。

図１１は、調べた結果を示すグラフである。なお、図１１に示すファーストプリントに影響しない端部温度ダレ温度とは、ウォームアップ直後に通紙可能な最大サイズ幅でプリントが行われた場合でも、用紙の幅方向端部の画像にコールドオフセットが生じず、良好にプリントが行われる温度のことである（以下、通紙初期の端部目標温度という）。

図１１の線分Ａに示すように、反射部４８ａの幅方向長さに対する上記距離ｄの割合が０．８６％未満のものは、通紙可能な最大サイズ幅（ＳＲＡ３縦サイズ）の紙端部位置の定着ベルト４２の温度が、上記通紙初期の端部目標温度を下回った。これは、定着ベルト以外の部材に熱源４３の熱が照射され、熱源４３の熱エネルギーの無駄な消費があり、加熱効率が不十分である。その結果、リフレクタ４８の温度が定着ベルト４２の端部より高くなった後に、リフレクタ４８から定着ベルト４２の端部へ移動する熱量が不十分であり、ウォームアップ終了時の紙端部位置の定着ベルト４２の温度が、上記通紙初期の端部目標温度を下回ったと考えらえる。

また、線分Ｃに示すように、リフレクタ４８の反射部４８ａの幅方向長さに対する上記距離ｄの割合が、４．０３％を越えたものも、ウォームアップ終了時の紙端部位置の定着ベルト４２の温度が、上記通紙初期の端部目標温度を下回った。これは、発熱領域が短く、加熱効率は高いが、熱源４３の輻射熱およびリフレクタ４８に反射した熱源４３の輻射熱が、定着ベルト４２の端部に十分に届かなかったと考えられる。その結果、ウォームアップ終了時の紙端部位置の定着ベルト４２の温度が、上記通紙初期の端部目標温度を下回ったと考えらえる。

一方、リフレクタ４８の反射部４８ａの幅方向長さに対する上記距離ｄの割合が、０．８６％～４．０３％のものは、ウォームアップ終了時の紙端部位置の定着ベルト４２の温度を、上記通紙初期の端部目標温度以上にできた。よって、ウォームアップ直後に通紙可能な最大サイズ幅でプリントが行われた場合でも、用紙の幅方向端部の画像にコールドオフセットが生じず、良好にプリントが行うことができる。

また、通紙可能な最大サイズ幅がＡ４縦サイズ（２１０ｍｍ）の所謂Ａ４機についても、同様な実験を行い、リフレクタ４８の反射部４８ａの幅方向長さに対する上記距離ｄの割合を調べた。下記表１は、Ａ３機と、Ａ４機のリフレクタ４８の反射部４８ａの幅方向長さに対する上記距離ｄの割合の最適値をまとめたものである。

表１に示すように、Ａ４機においては、リフレクタ４８の反射部４８ａの幅方向長さに対する上記距離ｄの割合を、０％～２．６１％に設定することで、ウォームアップ終了時の通紙可能な最大サイズ幅の紙端部位置の定着ベルト４２の温度を、上記通紙初期の端部目標温度以上にできた。これにより、ウォームアップ直後に通紙可能な最大サイズ幅でプリントが行われた場合でも、用紙の幅方向端部の画像にコールドオフセットが生じず、良好にプリントが行うことができる。

次に、リフレクタ４８の加圧受け部４８ｂの幅方向長さｄ２と、上記距離ｄとの関係を調べた検証試験について説明する。
加圧受け部４８ｂの長さｄ２が、３３０ｍｍ，３４０ｍｍ，３５０ｍｍとした３つのリフレクタ４８それぞれについて、ウォームアップ動作終了時の定着ベルト４２の幅方向の温度分布に基づいて、最適な上記距離ｄを調べた。その結果を、表２、表３に示す。

上記表２に示すように、Ａ３機においては、加圧受け部４８ｂの幅方向長さｄ２を反射部４８ａの幅方向長さと同一の３５０ｍｍとしたものは、リフレクタ４８の反射部４８ａの幅方向長さに対する上記距離ｄの割合を、０．８９％以上にしないと、ウォームアップ動作終了時の定着ベルト４２の最大サイズ幅の紙端部位置の温度が上記通紙初期の端部目標温度を下回ってしまう。これは、加圧受け部４８ｂの幅方向長さｄ２が長いほど、リフレクタ４８の温度上昇に必要な熱量が、ｄ２が短い場合に比べて増えてしまう。その結果、ｄ２が３５０ｍｍの場合は、上記距離ｄの割合を、０．８９％以上にして加熱効率を３３０ｍｍ、３４０ｍｍよりも高めないと、リフレクタ４８の温度が定着ベルト４２の端部の温度を上回るまで時間がかかる。その結果、ウォームアップ動作中において、定着ベルト４２の端部温度上昇に利用されるリフレクタ４８の熱が不十分となり、ウォームアップ動作終了時の定着ベルトの最大サイズ幅の紙端部位置の温度が、上記通紙初期の端部目標温度を下回ったと考えられる。

一方、加圧受け部４８ｂの幅方向長さｄ２が３３０ｍｍのときは、リフレクタ４８の反射部４８ａの幅方向長さに対する上記距離ｄの割合が、０．８３％以上で、ウォームアップ動作終了時の定着ベルトの最大サイズ幅の紙端部位置の温度を、上記通紙初期の端部目標温度以上にできた。これは、加圧受け部４８ｂの幅方向長さｄ２が短いため、リフレクタ４８の温度上昇に必要な熱量が減少し、リフレクタ４８の反射部４８ａの幅方向長さに対する上記距離ｄが、０．８３％でも、すばやく、リフレクタ４８の温度を定着ベルト４２の端部温度よりも高くできる。これにより、ウォームアップ動作中において、定着ベルト４２の端部に、リフレクタ４８の熱を十分に与えることができ、ウォームアップ動作終了時の定着ベルト４２の最大サイズ幅の紙端部位置の温度を上記通紙初期の端部目標温度以上にできたと考えられる。

Ａ４機についても、加圧受け部４８ｂの幅方向長さｄ２を反射部４８ａの幅方向長さと同一の２４０ｍｍとしたものは、リフレクタ４８の反射部４８ａの幅方向長さに対する上記距離ｄの割合を、０．１１％以上にしないと、ウォームアップ動作終了時の定着ベルトの最大サイズ幅の紙端部位置の温度が上記通紙初期の端部目標温度を下回ってしまう。

表３からわかるように、加圧受け部４８ｂの長さｄ２が長い方が、上記距離ｄの割合の上限値を大きくできる。これは、ウォームアップ動作時に、リフレクタ４８の温度が定着ベルト４２の端部温度を超えたときに、リフレクタ４８の熱を均熱部材４５ａを介して良好に、定着ベルト４２の端部に付与することができる。これにより、上記距離ｄの割合が大きく、定着ベルト４２の端部に直接照射される熱源４３の輻射熱や、リフレクタ４８から端部に照射される輻射熱が少なくても、定着ベルト４２の端部の温度低下が抑制され、ウォームアップ動作終了時の定着ベルト４２の最大サイズ幅の紙端部位置の温度を上記通紙初期の端部目標温度にできたと考えられる。

Ａ４機も同様に、加圧受け部４８ｂの長さｄ２を、反射部４８ａの幅方向長さ（２４０ｍｍ）と同一にすることで、上記距離ｄの割合の上限値を大きくできた。

以上、表２、表３から、加圧受け部４８ｂの幅方向長さによって、ウォームアップ動作終了時の定着ベルトの最大サイズ幅の紙端部位置の温度を上記通紙初期の端部目標温度にできる最適なｄの割合が異なることがわかった。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は係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ていない限り、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。

以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様１）
回転する定着ベルト４２などの定着部材と、定着部材の外周面に当接して形成されたニップ部を通過する記録材を加圧する加圧ローラ４１などの加圧部材と、加圧部材の加圧力を、定着部材を介して受ける均熱部材４５ａたる定着ニップ部材と、定着部材の内側に配置された熱源４３と、熱源４３から放射される輻射熱を定着部材の内周面に向かって反射するリフレクタ４８などの反射部材とを備えた定着装置４０において、定着ニップ部材を補助する樹脂パッド４５ｂなどのニップ補助部材を有し、反射部材は、定着ニップ部材の加圧部材の加圧力を受ける部分（ニップ部に対応する部分）に接触しており、熱源４３の発熱領域の前記記録材の幅方向長さが、反射部材の熱源の熱を反射する反射部４８ａの幅方向長さ以下である。
特許文献１では、記録材の搬送方向両側しかステーで支持されていないため、加圧部材の加圧力で、ニップ形成部材の記録材の搬送方向の中央側が撓むおそれがあった。また、ニップ形成部材の熱や反射部材の熱がステーに移動してしまい、ウォームアップ時の定着部材の昇温スピードが遅くなってしまうおそれがある。
態様１では、ニップ補助部材を設けているので、定着ニップ部材にかかる加圧部材の加圧力をニップ補助部材で受けることができる。これにより、特許文献１に比べて、定着ニップ部材の変形を抑制することができる。さらに、ニップ補助部材を定着ニップ部材よりも断熱性の高い材料で構成すれば、定着ニップ部材からステーへの熱移動を抑制することができ、ウォームアップ時の定着部材の昇温スピードの低下を抑制することができる。
また、態様１では、反射部材を、定着ニップ部材の加圧部材の加圧力を受ける部分に接触させることで、加圧部材の加圧力により反射部材を定着ニップ部材に密着させることができる。これにより、反射部材が高温の場合に反射部材の熱を定着ニップ部材へ良好に移動させることができる。よって、連続印刷時に反射部材が高温となったときにその反射部材の熱を、定着ニップ部材を介して良好に定着ベルトに移動させることができる。これにより、連続印刷時の定着部材の温度低下を抑制することができ、定着部材の温度を規定温度に維持するための熱源の点灯時間の短縮化を図ることができ、省エネルギー化を図ることができる。
しかしながら、定着ニップ部材の加圧部材の加圧力を受ける部分に反射部材を接触させて、連続印刷時の定着部材の温度低下を抑制することで、以下の課題が発生した。すなわち、ウォームアップ動作時は、反射部材の温度が低く、定着部材および定着ニップ部材の熱が反射部材に移動し、反射部材が定着ニップ部材に接触していない構成に比べて、ウォームアップ動作時の定着部材の昇温速度が遅くなってしまうという課題である。
上記課題に対して、定格電力の高く、高出力の熱源を用いることが考えられるが、画像形成装置全体で使用可能電力が予め決まっており、熱源の出力アップには限度がある。
そこで、態様１では、熱源の発熱領域の定着部材の幅方向長さを、反射部材の前記熱源の熱を反射する反射部の幅方向長さよりも短くした。これにより、発熱領域が、反射部材の幅方向長さ以上にしたものに比べて、熱源の単位表面積あたりの電気容量であるワット密度を高めることができる。また、定着部材や反射部以外のステーなどの部材に照射され、定着部材の加熱に用いられない無駄なエネルギーを低減することができる。これにより、熱源の定着部材の加熱効率を高めることができ、ウォームアップ時の定着部材の昇温スピードの低下を抑制することができる。

（態様２）
態様１において、樹脂パッド４５ｂなどのニップ補助部材は、均熱部材４５ａなどの定着ニップ部材より断熱性が高い断熱部材である。
これによれば、実施形態で説明したように、定着ステー４４への定着ベルト４２のなどの定着部材の熱吸収を抑制でき、ウォームアップタイムやＴＥＣ（Typical Electricity Consumption（標準的な電力消費））値の増加を抑制することができる。

（態様３）
態様１または２において、樹脂パッド４５ｂなどのニップ補助部材は、加圧ローラ４１などの加圧部材の加圧力を、均熱部材４５ａなどの定着ニップ部材を介して受ける。
これによれば、実施形態で説明したように、均熱部材４５ａたる定着ニップ部材の変形を抑制することができる。

（態様４）
態様１乃至３いずれかにおいて、リフレクタ４８などの反射部材の均熱部材４５ａなどの定着ニップ部材の加圧ローラ４１などの加圧部材の加圧力を受ける部分（ニップ部に対応する部分）に接触する加圧受け部４８ｂなどの接触部は、用紙などの記録材の移動方向で、定着ニップ部材の加圧部材の加圧力を受ける部分の半分以上と接触している。
これによれば、実施形態で説明したように、加圧受け部４８ｂたる接触部の均熱部材４５ａたる定着ニップ部材との接触面積を十分に確保することができり、リフレクタ４８など反射部材の排熱効率を高めることができる。

（態様５）
態様１乃至４いずれかにおいて、発熱領域の幅方向の端部は、反射部４８ａの幅方向端部よりも内側に位置する。
これによれば、熱源４３の発熱領域の幅方向を短くしつつ、定着ベルト４２などの定着部材の端部を良好に加熱することが可能となる。これにより、ワット密度を高めてウォームアップ時の定着部材の昇温スピードを高め、かつ、ウォームアップ終了時の端部温度ダレを抑制することができる。

（態様６）
態様１乃至５いずれかにおいて、通紙可能な記録材の最大規格サイズが、ＳＲＡ３縦サイズであり、反射部４８ａの幅方向長さに対する発熱領域の幅方向端部から反射部４８ａの幅方向端部までの距離の割合が、０．８６％以上、４．０３％以下である。
これによれば、表１を用いて説明したように、ウォームアップ時の定着部材の昇温スピードを高め、かつ、ウォームアップ終了時の端部温度ダレを抑制することができる。

（態様７）
態様６において、リフレクタ４８などの反射部材の均熱部材４５ａなどの定着ニップ部材の加圧ローラ４１などの加圧部材の加圧力を受ける部分に接触する加圧受け部４８ｂなどの接触部の幅方向の長さｄ２が、反射部４８ａの幅方向の長さと同一のとき、反射部４８ａの幅方向長さに対する発熱領域の幅方向端部から反射部４８ａの幅方向端部までの距離ｄの割合が、０．８９％以上となっている。
これによれば、表２を用いて説明したように、ウォームアップ終了時の端部温度ダレを抑制することができる。

（態様８）
態様６または７において、リフレクタ４８などの反射部材の均熱部材４５ａなどの定着ニップ部材の加圧ローラ４１などの加圧部材の加圧力を受ける部分に接触する加圧受け部４８ｂなどの接触部の幅方向の長さｄ２が、反射部４８ａの幅方向の長さよりも短いときは、反射部４８ａの幅方向の長さに対する発熱領域の幅方向の端部から反射部４８ａの幅方向端部までの距離の割合が、３．９１％未満となっている。
これによれば、表３を用いて説明したように、ウォームアップ終了時の端部温度ダレを抑制することができる。

（態様９）
態様１乃至８いずれかにおいて、通紙可能な記録材の最大規格サイズが、ＳＲＡ４縦サイズであり、反射部４８ａの幅方向の長さに対する発熱領域の幅方向端部から反射部４８ａの幅方向端部までの距離ｄの割合が、２．６１％以下である。
これによれば、表１を用いて説明したように、ウォームアップ時の定着部材の昇温スピードを高め、かつ、ウォームアップ終了時の端部温度ダレを抑制することができる。

（態様１０）
態様９において、リフレクタ４８などの反射部材の均熱部材４５ａなどの定着ニップ部材の加圧ローラ４１などの加圧部材の加圧力を受ける部分に接触する加圧受け部４８ｂなどの接触部の幅方向の長さｄ２が、反射部４８ａの幅方向の長さと同一のとき、反射部４８ａの幅方向の長さに対する発熱領域の幅方向端部から反射部４８ａの幅方向端部までの距離ｄの割合が、０．１１％以上である。
これによれば、表２で説明したように、ウォームアップ終了時の端部温度ダレを抑制することができる。

（態様１１）
態様９または１０において、リフレクタ４８などの反射部材の均熱部材４５ａなどの定着ニップ部材の加圧ローラ４１などの加圧部材の加圧力を受ける部分に接触する加圧受け部４８ｂなどの接触部の幅方向の長さｄ２が、反射部４８ａの幅方向の長さよりも短いとき、反射部４８ａの幅方向の長さに対する発熱領域の幅方向端部から反射部４８ａの幅方向端部までの距離ｄの割合が、２．５０％未満である。
これによれば、表３を用いて説明したように、ウォームアップ終了時の端部温度ダレを抑制することができる。

（態様１２）
用紙などの記録材に画像を形成する画像形成部と、記録材に形成された画像を記録材に定着させる定着装置とを備えた画像形成装置において、定着装置として、態様１乃至１１いずれかの定着装置を用いた。
これによれば、消費電力を増加を抑制しつつ、良好な画像を得ることができる。

４０ ：定着装置
４１ ：加圧ローラ
４２ ：定着ベルト
４３ ：熱源
４４ ：定着ステー
４５ ：ニップ形成部材
４５ａ ：均熱部材（定着ニップ部材）
４５ｂ ：樹脂パッド（ニップ補助部材）
４８ ：リフレクタ（反射部材）
４８ａ ：反射部
４８ｂ ：加圧受け部（接触部）
１００ ：画像形成部
Ｋ ：空気層
Ｎ ：ニップ部
Ｐ ：用紙
ｄ ：発熱領域の幅方向端部から反射部の幅方向端部までの距離
ｄ２ ：加圧受け部の幅方向長さ

特開２０２０－１２６２１２号公報

Claims (12)

1. 回転する定着部材と、
   前記定着部材の外周面に当接して形成されたニップ部を通過する記録材を加圧する加圧部材と、
   前記加圧部材の加圧力を、前記定着部材を介して受ける定着ニップ部材と、
   前記定着部材の内側に配置された熱源と、
   前記熱源から放射される輻射熱を前記定着部材の内周面に向かって反射する反射部材とを備えた定着装置において、
   前記定着ニップ部材を補助するニップ補助部材を有し、
   前記反射部材は、前記定着ニップ部材の前記加圧部材の加圧力を受ける部分に接触しており、
   前記熱源の発熱領域の前記記録材の幅方向長さを、前記反射部材の前記熱源の熱を反射する反射部の前記幅方向の長さよりも短くしたことを特徴とする定着装置。
2. 請求項１に記載の定着装置において、
   前記ニップ補助部材は、前記定着ニップ部材より断熱性が高い断熱部材であることを特徴とする定着装置。
3. 請求項１に記載の定着装置において、
   前記ニップ補助部材は、前記加圧部材の加圧力を、前記定着ニップ部材を介して受けることを特徴とする定着装置。
4. 請求項１に記載の定着装置において、
   前記反射部材の前記定着ニップ部材の前記加圧部材の加圧力を受ける部分に接触する接触部は、前記記録材の移動方向で、前記定着ニップ部材の前記加圧部材の加圧力を受ける部分の半分以上と接触していることを特徴とする定着装置。
5. 請求項１に記載の定着装置において、
   前記発熱領域の前記幅方向の端部は、前記反射部の前記幅方向の端部よりも内側に位置することを特徴とする定着装置。
6. 請求項１に記載の定着装置において、
   通紙可能な記録材の最大規格サイズが、ＳＲＡ３縦サイズであり、
   前記反射部の前記幅方向の長さに対する前記発熱領域の前記幅方向の端部から前記反射部の前記幅方向の端部までの距離の割合が、０．８６％以上、４．０３％以下であることを特徴とする定着装置。
7. 請求項６に記載の定着装置において、
   前記反射部材の前記定着ニップ部材の前記加圧部材の加圧力を受ける部分に接触する接触部の前記幅方向の長さが、前記反射部の前記幅方向の長さと同一のとき、
   前記反射部の前記幅方向の長さに対する前記発熱領域の前記幅方向の端部から前記反射部の前記幅方向の端部までの距離の割合が、０．８９％以上となっていることを特徴とする定着装置。
8. 請求項６に記載の定着装置において、
   前記反射部材の前記定着ニップ部材の前記加圧部材の加圧力を受ける部分に接触する接触部の前記幅方向の長さが、前記反射部の前記幅方向の長さよりも短いときは、
   前記反射部の前記幅方向の長さに対する前記発熱領域の前記幅方向の端部から前記反射部の前記幅方向の端部までの距離の割合が、３．９１％未満となっていることを特徴とする定着装置。
9. 請求項１に記載の定着装置において、
   通紙可能な記録材の最大規格サイズが、Ａ４縦サイズであり、
   前記反射部の前記幅方向の長さに対する前記発熱領域の前記幅方向の端部から前記反射部の前記幅方向の端部までの距離の割合が、２．６１％以下であることを特徴とする定着装置。
10. 請求項９に記載の定着装置において、
    前記反射部材の前記定着ニップ部材の前記加圧部材の加圧力を受ける部分に接触する接触部の前記幅方向の長さが、前記反射部の前記幅方向の長さと同一のとき、
    前記反射部の前記幅方向の長さに対する前記発熱領域の前記幅方向の端部から前記反射部の前記幅方向の端部までの距離の割合が、０．１１％以上であることを特徴とする定着装置。
11. 請求項９に記載の定着装置において、
    前記反射部材の前記定着ニップ部材の前記加圧部材の加圧力を受ける部分に接触する接触部の前記幅方向の長さが、前記反射部の前記幅方向の長さよりも短いとき、
    前記反射部の前記幅方向の長さに対する前記発熱領域の前記幅方向の端部から前記反射部の前記幅方向の端部までの距離の割合が、２．５０％未満であることを特徴とする定着装置。
12. 記録材に画像を形成する画像形成部と、
    前記記録材に形成された画像を前記記録材に定着させる定着装置とを備えた画像形成装置において、
    前記定着装置として、請求項１に記載の定着装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。

Images