JP5655535B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱と圧力により記録媒体にトナーを定着させる定着装置及び該定着装置を備える電子写真方式、静電記録方式等を利用したＦＡＸ、プリンタ、複写機またはそれらの複合機等の画像形成装置に関するものである。

従来から、複写機、プリンタ等の画像形成装置として、電子写真方式を利用した画像形成装置が種々考案されており公知技術となっている。その画像形成プロセスは、像担持体である感光ドラムの表面に静電潜像を形成し、感光ドラム上の静電潜像を現像剤であるトナー等によって現像して可視像化し、現像された画像を転写装置により記録紙に転写して画像を担持させ、圧力や熱等を用いる定着装置によって記録紙上のトナー画像を定着する過程により成立している。

この定着装置では、対向するローラもしくはベルトもしくはそれらの組み合わせにより構成された定着部材及び加圧部材が当接してニップ部を形成するように配置されており、該ニップ部に記録紙を挟みこみ、熱および圧力を加え前記トナー像を記録紙上に定着することを行っている。

前記定着装置の一例を挙げると、複数のローラ部材に張架された定着ベルトを定着部材として用いる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このような定着ベルトを用いた装置は、定着部材としての定着ベルト（無端状ベルト）２０４、定着ベルト２０４を張架・支持する複数のローラ部材、複数のローラ部材２０２，２０３のうち１つのローラ部材２０２に内設されたヒータ２０１、加圧ローラ（加圧部材）２０５、等で構成されている（図１４）。ヒータは、ローラ部材を介して定着ベルトを加熱する。そして、定着ベルトと加圧ローラとの間に形成されたニップ部に向けて搬送された記録媒体上のトナー像は、ニップ部にて熱と圧力とを受けて記録媒体上に定着される（ベルト定着方式）。

また、上述した画像形成装置に用いられる定着装置において、回転体である定着部材の内面に摺接する固定部材を有している定着装置がある。
例えば、特許文献２では、発熱体としてのセラミックヒータ２１１と、加圧部材としての加圧ローラ２１２との間に耐熱性フィルム（定着フィルム）２１３を挟ませて定着ニップ部Ｎを形成させ、前記定着ニップ部Ｎのフィルム２１３と加圧ローラ２１２との間に画像定着すべき未定着トナー画像を形成担持させた被記録材を導入して、フィルム２１３と一緒に挟持搬送させることで、ニップ部Ｎにおいてセラミックヒータ２１１の熱がフィルム２１３を介して被記録材に与えられ、また定着ニップ部Ｎの加圧力にて未定着トナー画像を被記録材面に熱圧定着させるフィルム加熱方式の定着装置が開示されている（図１５）。

このフィルム加熱方式の定着装置は、セラミックヒータ及びフィルムとして低熱容量の部材を用いてオンデマンドタイプの装置を構成することができるとともに、画像形成装置の画像形成実行時のみ熱源としてのセラミックヒータに通電して所定の定着温度に発熱させた状態にすればよく、画像形成装置の電源オンから画像形成実行可能状態までの待ち時間が短く（クイックスタート性）、スタンバイ時の消費電力も大幅に小さい（省電力）等の利点がある。

また、特許文献３，４では、表面が弾性変形する回転可能な加熱定着ロールと、前記加熱定着ロールに接触したまま走行可能なエンドレスベルト（加圧ベルト）と、前記エンドレスベルトの内側に非回転状態で配置されて、前記エンドレスベルトを前記加熱定着ロールに圧接させ、前記エンドレスベルトと前記加熱定着ロールとの間に記録紙が通過させられるベルトニップを設けると共に、前記加熱定着ロールの表面を弾性変形させる加圧パッドとを具備してなる加圧ベルト方式の画像定着装置が提案されている。この定着方式によれば、下の加圧部材をベルトにし、用紙とロールの接触面積を広げることで熱伝導効率を大幅に向上させ、エネルギー消費を抑制すると同時に小型化を実現することが可能となっている。

しかしながら、上述した特許文献１記載の定着装置は、定着ローラを用いた装置に比べて装置の高速化に適しているものの、ウォームアップ時間（プリント可能な温度に達するまでに要する時間である。）やファーストプリント時間（プリント要求を受けた後にプリント準備を経てプリント動作をおこない排紙が完了するまでの時間である。）の短縮化に限界があった。

これに対して、特許文献２記載の定着装置は、低熱容量化によりウォームアップ時間やファーストプリント時間の短縮化が可能になるとともに、装置の小型化も可能になる。しかし、特許文献２記載の定着装置では、耐久性の問題と、ベルト温度安定性の問題があった。すなわち、熱源であるセラミックヒータとベルト内面の摺動による耐磨耗性が不十分であり、長時間運転すると連続摩擦を繰り返す面が荒れて摩擦抵抗が増大し、ベルトの走行が不安定になる、もしくは定着装置の駆動トルクが増大する等の現象が生じ、その結果、画像を形成する転写紙のスリップが生じ画像のずれが生じる、または駆動ギヤに係る応力が増大し、ギヤの破損を引き起こすという不具合が発生した（課題１）。
また、フィルム加熱方式の定着装置では、ベルトをニップ部で局所的に加熱しているため回転するベルトがニップ入り口に戻ってくる際に、ベルト温度は最も冷えた状態になり、（特に高速回転を行うと）定着不良が出やすいという問題があった（課題２）。

一方、特許文献３では、圧力パッドの表層に低摩擦シート（シート状摺動材）としてＰＴＦＥを含浸させたガラス繊維シート（ＰＴＦＥ含浸ガラスクロス）を用い、ベルト内面と固定部材の摺動性の問題を改善する手段が開示されている。しかし、このような加圧ベルト方式の定着装置（特許文献３，４）では、定着ローラの熱容量が大きく、昇温が遅いため、ウォームアップにかかる時間が長いという問題があった。（課題３）。

以上のような課題１〜３に対して、特許文献５では、無端状の定着ベルトの内周側に配置される略パイプ状の対向部材（金属熱伝導体、支持部材）と、前記対向部材の内周側に配置され該対向部材を加熱するセラミックヒータ等の抵抗発熱体とを設けることにより、定着ベルト全体を温めることを可能にし、ウォームアップ時間やファーストプリント時間を短縮することができ、かつ高速回転時の熱量不足を解消することのできる定着装置が提案されている。

しかしながら、特許文献５記載の定着装置では、定着ベルト側に加圧部材である加圧ローラを押圧して形成するニップ部を金属熱伝導体で支持する構成であるため、ニップ部におけるニップ幅、圧力などが不安定なものとなっていた。

そこで、特許文献６では、定着ベルトと加圧ローラとによるニップ部やパイプ状の加熱部材の状態、形状、位置などを保持して安定させるため、ニップ部が形成される部位に対応させてニップ形成部材（当接部材、固定部材）及び補強部材などを設ける構成が提案されている。

しかしながら、上記特許文献６のように、パイプ状金属体の内部にニップ形成部材と、当該ニップ形成部材の撓み防止のために補強部材を備える構成において、補強部材が加熱手段（熱源）により過度に加熱されるおそれがあった。

そこで本発明は、補強部材の加熱手段に面する側に、反射板を所定のギャップを設けて配置することにより、加熱手段からの輻射熱を反射させて、補強部材への伝熱を抑制し、パイプ状金属体を効率的に加熱することができる定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、請求項１に記載の定着装置は、回転可能な無端状ベルトの定着部材と、定着部材の外周側に該定着部材と圧接可能に配置される加圧部材と、定着部材の内周側に配置され、定着部材を介して加圧部材と圧接してニップ部を形成するニップ形成部材と、定着部材の内径部に固設され、ニップ形成部材をニップ部とは反対側から支持する補強部材と、定着部材の内周側に固設され、外周面が該定着部材の内周面と摺接して定着部材の回転を支持する略円筒状の支持部材と、支持部材を加熱する加熱手段と、備え、支持部材は、ニップ形成部材を収容するニップ凹部を有し、補強部材は、本体とニップ形成部材に当接する受け突起とを有し、補強部材の加熱手段に面する側の面に反射板を有し、該反射板は、補強部材の本体と受け突起の少なくとも一部に沿った形状を有するとともに、支持部材のニップ凹部の少なくとも一部に沿った形状を有し、補強部材と反射板とは、０．５ｍｍ〜２ｍｍのギャップを有して設けられるものである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の定着装置において、反射板は、補強部材側の面に、該補強部材側に凸形状を有するビード部を有し、該ビード部が補強部材に突き当てられるものである。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の定着装置において、反射板は、長手方向両端部に爪部を有し、該爪部を補強部材に引っ掛けるものである。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１から３までのいずれかに記載の定着装置において、補強部材の加熱手段に面する側の面を含む全面に、反射板を所定のギャップを有するように設けたものである。

また、請求項５に記載の画像形成装置は、請求項１から４までのいずれかに記載の定着装置を備えるものである。

本発明によれば、補強部材への伝熱を抑制し、パイプ状金属体を効率的に加熱することができる。

本発明の実施の形態に係る定着装置を搭載した画像形成装置を示す概略の構成図である。 本発明の実施の形態に係る定着装置の中央縦断面図である。 本発明の実施の形態に係る定着装置の支持部材、外保持部材および内保持部材を分解した状態を示す中央縦断面図である。 本発明の実施の形態に係る定着装置の支持部材を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る定着装置の支持部材の寸法を示す概略の正面図である。 本発明の実施の形態に係る定着装置のニップ形成部材を取り外した状態を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る定着装置のニップ形成部材の裏側を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る定着装置の補強部材を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る定着装置のフランジを示す斜視図である。 面状発熱体からなる加熱手段を示す断面図である。 図５に示す支持部材と直径３０ｍｍの定着ベルトを利用した場合の周長差と摩擦力および温度との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係る定着装置の支持部材とフランジと側板とを示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る定着装置の反射板を示す斜視図である。 従来のベルト定着方式の定着装置を示す概略構成図である。 従来のフィルム加熱方式の定着装置を示す概略構成図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（画像形成装置の構成）
まず、図１を参照して本発明の実施の形態に係る画像形成装置１について説明する。
図１に示すように、画像形成装置１は、タンデム型カラープリンタである。画像形成装置本体１の上方にあるボトル収容部１０１には、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した４つのトナーボトル１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｋが着脱自在に設置されている。このため、これらの４つのトナーボトル１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｋは、ユーザなどによって交換自在になっている。
ボトル収容部１０１の下方には中間転写ユニット８５が配設されている。その中間転写ユニット８５の中間転写ベルト７８に対向するように、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋが並設されている。

各作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋには、それぞれ、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋが配設されている。また、各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの周囲には、それぞれ、帯電部７５、現像部７６、クリーニング部７７、不図示の除電部などが配設されている。そして、各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上で、作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程）が行われて、各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上に各色の画像が形成されることになる。

感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは、不図示の駆動モータによって図１中の時計方向に回転駆動される。そして、帯電部７５の位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面が一様に帯電される（帯電工程である。）。その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、露光部３から発せられたレーザ光Ｌの照射位置に達して、この位置での露光走査によって各色に対応した静電潜像が形成される（露光工程である。）。

その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、現像装置７６との対向位置に達して、この位置で静電潜像が現像されて、各色のトナー像が形成される（現像工程である。）。その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、中間転写ベルト７８および第１転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋとの対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上のトナー像が中間転写ベルト７８上に転写される（第１転写工程である。）。このとき、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上には、僅かながら未転写トナーが残存する。

その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、クリーニング部７７との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上に残存した未転写トナーがクリーニング部７７のクリーニングブレードによって機械的に回収される（クリーニング工程である。）。
最後に、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、不図示の除電部との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上の残留電位が除去される。こうして、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上で行われる一連の作像プロセスが終了する。

その後、現像工程を経て各感光体ドラム上に形成した各色のトナー像を、中間転写ベルト７８上に重ねて転写する。こうして、中間転写ベルト７８上にカラー画像が形成される。ここで、中間転写ユニット８５は、中間転写ベルト７８、４つの１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋ、２次転写バックアップローラ８２、クリーニングバックアップローラ８３、テンションローラ８４、中間転写クリーニング部８０、などで構成される。中間転写ベルト７８は、３つのローラ８２〜８４によって張架および支持されるとともに、１つのローラ８２の回転駆動によって図１中の矢印方向に無端移動される。

４つの１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋは、それぞれ、中間転写ベルト７８を感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋとの間に挟み込んで１次転写ニップを形成している。そして、１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋに、トナーの極性とは逆の転写バイアスが印加される。そして、中間転写ベルト７８は、矢印方向に走行して、各１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋの１次転写ニップを順次通過する。こうして、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上の各色のトナー像が、中間転写ベルト７８上に重ねて１次転写される。

その後、各色のトナー像が重ねて転写された中間転写ベルト７８は、２次転写ローラ８９との対向位置に達する。この位置では、２次転写バックアップローラ８２が、２次転写ローラ８９との間に中間転写ベルト７８を挟み込んで２次転写ニップを形成している。そして、中間転写ベルト７８上に形成された４色のトナー像は、この２次転写ニップの位置に搬送された記録媒体Ｐ上に転写される。このとき、中間転写ベルト７８には、記録媒体Ｐに転写されなかった未転写トナーが残存する。その後、中間転写ベルト７８は、中間転写クリーニング部８０の位置に達する。そして、この位置で、中間転写ベルト７８上の未転写トナーが回収される。こうして、中間転写ベルト７８上で行われる一連の転写プロセスが終了する。

ここで、２次転写ニップの位置に搬送された記録媒体Ｐは、装置本体１の下方に配設された給紙部１２から、給紙ローラ９７やレジストローラ対９８などを経由して搬送されたものである。詳しくは、給紙部１２には、転写紙などの記録媒体Ｐが複数枚重ねて収納されている。そして、給紙ローラ９７が図１中の反時計方向に回転駆動されると、一番上の記録媒体Ｐがレジストローラ対９８のローラ間に向けて給送される。

レジストローラ対９８に搬送された記録媒体Ｐは、回転駆動を停止したレジストローラ対９８のローラニップの位置で一旦停止する。そして、中間転写ベルト７８上のカラー画像にタイミングを合わせて、レジストローラ対９８が回転駆動されて、記録媒体Ｐが２次転写ニップに向けて搬送される。こうして、記録媒体Ｐ上に、所望のカラー画像が転写される。

その後、２次転写ニップの位置でカラー画像が転写された記録媒体Ｐは、定着装置２０の位置に搬送される。そして、この位置で、定着スリーブ２１および加圧ローラ３１による熱と圧力とにより、表面に転写されたカラー画像が記録媒体Ｐ上に定着される。その後、記録媒体Ｐは、排紙ローラ対９９のローラ間を経て、装置外へと排出される。排紙ローラ対９９によって装置外に排出された被転写Ｐは、出力画像として、スタック部１００上に順次スタックされる。こうして、画像形成装置１における一連の画像形成プロセスが完了する。

（定着装置の構成）
次に、本実施の形態に係る定着装置２０の構成について説明する。
図２に示すように、定着装置２０は、回転可能で可撓性を有する無端状の定着ベルト２１と、定着ベルト２１の径方向外側に設けられるとともに定着ベルト２１を径方向内側に押圧する加圧部材３１と、定着ベルト２１の径方向内側に設けられるとともに定着ベルト２１を挟んで加圧部材３１と互いに押圧するニップ形成部材２６と、定着ベルト２１および加圧部材３１の間にトナー像Ｔを担持した記録媒体Ｐを挟み込むニップ部２７と、定着ベルト２１の内周側に設けられるとともに定着ベルト２１を回転可能に支持する管状の支持部材６０と、支持部材６０を加熱して定着ベルト２１に伝熱させる加熱手段２５と、支持部材６０を画像形成装置１に支持させる補強部材（ステー）２３と、定着装置２０の長手方向の両端部に設けられたフランジ２８と、両端部に設けられたフランジ２８をそれぞれ支持する図１２に示す側板４２とを備えている。

定着ベルト２１は、内径３０ｍｍの筒状で、厚さ３０〜５０μｍの鉄製の基材２１ａと、その表面側に形成された離型層２１ｂと、基材２１ａの裏面側に形成された塗膜２１ｃとを備えている。基材２１ａを形成する材料としては、鉄に限られず、コバルト、ニッケル、ステンレス、あるいはこれらの合金などの伝熱性のよい金属材料、もしくはポリイミドなどの合成樹脂材料を用いることができる。

離型層２１ｂは、記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔに対して離型性を高めるために設けられている。離型層２１ｂは、厚さ１０〜５０μｍのＰＦＡ（４フッ化エチレンバーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂）製としている。離型層２１ｂを形成する材料としては、ＰＦＡに限られず、ＰＴＦＥ（４フッ化エチレン樹脂）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ＰＥＳ（ポリエーテルサルファイド）などを用いることができる。離型層２１ｂを設けることで、トナー像Ｔに対する離型性が担保される。

塗膜２１ｃは、支持部材６０との摩擦抵抗を小さくするために設けられている。塗膜２１ｃは、テフロン（登録商標）のコーティングとしている。塗膜を形成する材料としては、テフロン（登録商標）に限られず、メッキ、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）、ガラスコートなどの表面コートを用いることができる。

支持部材６０は、図３〜図５に示すように、厚さ０．１〜１ｍｍの鉄製の断面略Ｃ字形状のパイプとされている。支持部材６０は、ニップ形成部材２６を収容してニップ部２７の一部を形成するニップ凹部６１と、ニップ凹部６１の定着ベルト２１の回転方向上流側に連続して設けられる導入領域６２と、この導入領域６２に連続して設けられる加熱領域６３と、ニップ凹部６１の定着ベルト２１の回転方向下流側に形成される分離領域６４と、この分離領域６４に連続して設けられる平坦な逃げ領域６５と、この逃げ領域６５の回転方向下流側に連続して形成されるとともに加熱領域６３に連続する中間領域６６とを備えている。支持部材６０はプレス成型により形成される。

加熱領域６３は、ニップ凹部６１の回転方向上流側から連続する半径１４．５ｍｍの断面円弧形状であって、加熱手段２５により加熱される領域としている。また、加熱領域６３の円弧中心６３ａは、ニップ形成部材２６の記録媒体搬送方向（図２中、白抜き矢印で示す）の中心線２６ｃに対して記録媒体搬送方向上流側に３．４ｍｍ離隔するようにしている。これにより、定着ベルト２１は記録媒体搬送方向下流側に引っ張られることから、定着ベルト２１が加熱領域６３から離れ難くなる。また、支持部材６０の内面、特に加熱領域６３は黒色塗装されている。これにより、加熱手段２５からの輻射熱の輻射率が向上する。

導入領域６２は、断面形状として加熱領域６３の円弧中心６３ａからの距離が加熱領域６３の半径１４．５ｍｍより小さくなるようにして形成されている。すなわち、導入領域６２は曲率の小さい平坦な形状であって、ニップ凹部６１と加熱領域６３とを連続するようにしている。これにより、ニップ部２７の近傍における定着ベルト２１の支持部材６０からの浮き上がりを抑制できる。

分離領域６４は、断面形状として加熱領域６３の半径１４．５ｍｍよりも小さい半径１３ｍｍの円弧形状であり、ニップ部２７を抜けた記録媒体Ｐから定着ベルト２１を急激に引き離すことで記録媒体Ｐが定着ベルト２１から分離される領域となっている。また、分離領域６４の円弧中心６４ａは、加熱領域６３の円弧中心６３ａに対して記録媒体搬送方向下流側に２．７ｍｍかつニップ部２７側に２ｍｍ離隔するようにしている。これにより、加熱領域６３と分離領域６４との各円弧中心６３ａ、６４ａを結ぶ最大外径１８が支持部材６０の最大外径となるとともに、この最大外径１８は３０．８６ｍｍとなって定着ベルト２１の内径３０ｍｍより大きくなる。これにより、定着ベルト２１は加熱領域６３と分離領域６４との間で引っ張られるようになり、定着ベルト２１が加熱領域６３から離れ難くなる。さらに、ニップ形成部材２６を組み付けた支持部材６０の外周長をＬ１、定着ベルト２１の内周長をＬ２とすると、周長差Ｌ２−Ｌ１が０．７ｍｍであるようにしている。

中間領域６６は、断面形状として加熱領域６３と同一半径および同一中心６３ａの円弧形状となっている。これにより、加熱領域６３と中間領域６６とを同じ曲率で形成することができるので、支持部材６０の加工が容易に行われる。

逃げ領域６５は、分離領域６４の円弧中心６４ａから記録媒体搬送方向下流側に１１．５ｍｍ離れた平面で、中間領域６６と分離領域６４との間に形成されている。これにより、逃げ領域６５において支持部材６０と定着ベルト２１とが非接触になるので、摩擦抵抗が低減される。

図２に示すように、支持部材６０の外面は塗膜６０ａでコートされている。塗膜６０ａは、定着ベルト２１との摩擦抵抗を小さくするために設けられている。塗膜６０ａは、テフロン（登録商標）のコーティングとしている。塗膜６０ａを形成する材料としては、テフロン（登録商標）に限られず、メッキ、ＤＬＣ、ガラスコートなどの表面コートを用いることができる。また、支持部材６０と定着ベルト２１との間にはグリスが塗布されている。これにより、支持部材６０と定着ベルト２１との摩擦抵抗が小さくなる。

図３に示すように、ニップ凹部６１は、支持部材６０の内側に向けて平行に延びる一対の側壁６７と、各側壁６７の先端を結ぶ底壁６８と、底壁６８に形成された開口６９とを備えている。ニップ凹部６１には、ニップ凹部６１の外側、すなわち支持部材６０の内側に設けられた略コ字形状の外保持部材７０と、ニップ凹部６１の内側、すなわち支持部材６０の外側に設けられた略コ字形状の内保持部材７１とが装着されている。これら外保持部材７０と内保持部材７１とは、支持部材６０のニップ凹部６１の側壁６７および底壁６８を挟持してねじ止めされている。これら外保持部材７０と内保持部材７１との装着により、ニップ凹部６１の形状が維持される。また、外保持部材７０の長手方向の両端部には取付部７０ａが形成されている。取付部７０ａは、フランジ２８により支持部材６０に対して固定されている。

図２、図６、図７に示すように、ニップ形成部材２６は、内保持部材７１の内側に設けられている。ニップ形成部材２６は、ＬＣＰ（液晶ポリマー）や、ポリイミド樹脂、ＰＡＩ（ポリアミドイミド樹脂）などの耐熱性を有する樹脂部材であり、支持部材６０の長手方向に沿った略角棒状としている。このニップ形成部材２６は、加圧部材３１に対向する本体２６ａと、本体２６ａの背面で補強部材２３に当接して支持される支持突起２６ｂと、本体２６ａの周囲に設けられた膜部材２９とを備えている。

本体２６ａが加圧部材３１により押圧された際は、支持突起２６ｂが補強部材２３に当接して支持されることで、加圧部材３１により押し込まれることが防止される。このニップ形成部材２６の加圧部材３１側の面は平面状に形成されている。なお、加圧部材３１の表面に沿うような凹形状としても良い。

膜部材２９は、ＰＴＦＥ繊維の織物からなり、定着ベルト２１との摩擦抵抗を低減している。膜部材２９は、本体２６ａに巻かれ、支持突起２６ｂの近傍にねじ止めされた止着部材１９と本体２６ａとに挟まれて固定されている。ニップ形成部材２６は、フランジ２８により支持部材６０に対して固定されている。

図２および図８に示すように、補強部材２３は、支持部材６０の長手方向に沿った金属製の略角棒状で、高い剛性を有する本体２３ａと、ニップ形成部材２６の支持突起２６ｂに当接する受け突起２３ｂとを備えている。受け突起２３ｂは、ニップ形成部材２６の支持突起２６ｂに当接し、加圧部材３１により押圧されたニップ形成部材２６を背後から支持する。補強部材２３は、フランジ２８により支持部材６０に対して固定されている。

また、図２に示すように、補強部材２３の加熱手段２５に面する側の面に反射板２２が設けられている。反射板２２は、加熱手段２５からの輻射熱を反射して、補強部材２３の加熱防止、すなわち、本体２３ａに逃げてしまう熱量を低減している。

補強部材２３は、装置加圧駆動時のニップ形成部材２６の撓みを防止するため、３〜６ｍｍ程度の厚みを有しており、熱容量が大きい。しかしながら、定着装置２０は、支持部材６０介して定着ベルト２１を加熱することを目的とするため、補強部材２３を加熱させる必要はない。

そこで、定着装置２０は、補強部材２３の加熱手段２５に面する面に反射板（リフレクタ）２２を有するものである。また、反射板２２は、補強部材２３との間に所定のギャップ（図２中、ｇで示す）を設けて配置される。また、このギャップは、例えば、０．５〜２ｍｍであることが好ましい。また、反射板２２は、補強部材２３の加熱手段２５に面する面全域に設けることが好ましい。

反射板２２は、その反射面が、例えばアルミに反射性の良い銀を蒸着させた構成となっており、板厚０．５ｍｍ程度を有する。この反射板２２を補強部材２３の加熱手段２５に面した表面に配置することで加熱手段２５からの輻射熱を反射させることが可能となり、補強部材２３への伝熱を抑制し、支持部材６０をさらに効率的に加熱することができる。

また、補強部材２３と反射板２２とのギャップを０．５〜２ｍｍ程度設けることにより、補強部材２３と反射板２２との間に空気層が形成されるので、補強部材２３への伝熱をさらに抑制することが可能となる。

ここで、反射板２２は、板厚が０．５ｍｍ程度の薄いものであるため、長手方向（軸方向）で補強部材２３全域を覆うためには、Ａ３対応機で３５０ｍｍ程度、Ａ４対応機で２７０ｍｍ程度の長さが必要となる。このため、部品精度を保つのが難しい。また、加熱手段２５に面する位置に設けられ、高温となるため、熱による変形も考慮して、補強部材２３とのギャップを一定に保つ必要がある。

そこで、図２に示すように、反射板２２と補強部材２３とのギャップを一定に保つために、反射板２２に補強部材２３側に凸形状を有するビード部２２ａを設けることが好ましい。このビード部２２ａは、例えば、長手方向全域に形成され、ビード部２２ａを補強部材２３に突き当てることにより、突き当て部分を除く部分のギャップを一定に保つことができる。

なお、ビード部２２ａの凸高さは、加工精度上０．５ｍｍ程度よりも小さくすることが難しいため、上記ギャップの下限は０．５ｍｍとしている。また、ギャップを大きくしすぎると加熱手段２５と反射板２２近づくこととなるため、ギャップの上限は２ｍｍ程度であることが好ましい。

次に、反射板２２の取付例について説明する。反射板２２は、図１３に示すように、長手方向両端部に爪部２２ｂを有し、爪部２２ｂを補強部材２３の本体２３ａの長手方向両端部に引っ掛けることにより、補強部材２３が反射板２２を保持するようにしている。

このように補強部材２３が反射板２２を保持することにより、補強部材２３と反射板２２との接触部を最小限に抑えることができる。また、フランジ２８等の他の部品により反射板２２を保持するようにした場合に比して、ギャップ管理が他の部品に依存しないため、ギャップ管理が容易となる。また、引っ掛ける方式とすることにより、締結部品等が不要となり、組立性も容易にすることができる。

また、図２では、加熱手段２５に面した補強部材２３の表面全域に反射板２２を設けた構成を例に示したが、補強部材２３の全面を反射板２２により覆うようにすることも好ましい。全面を覆うことで、さらに補強部材２３への伝熱を抑制し、支持部材６０をより効率的に加熱することができる。また、この場合も全面に所定のギャップを設けることで空気層が形成し、補強部材２３への伝熱をさらに抑制することができる。

加熱手段２５は、支持部材６０の長手方向に沿って内部に設けられる線状発熱体であり、本実施の形態ではハロゲンヒータとしている。加熱手段２５は、加熱領域６３の内側に設置されている。このため、加熱領域６３は、加熱手段２５からの熱が補強部材２３に遮られずに輻射される輻射領域となる。また、加熱領域６３の適宜位置には、定着ベルト２１の温度を検出する温度センサが設けられている。

図９に示すように、フランジ２８は、支持部材６０の両端部に固定されるとともに、ニップ形成部材２６、外保持部材７０、補強部材２３、加熱手段２５をそれぞれ保持して固定している。また、フランジ２８は、定着ベルト２１の軸方向への移動を規制している。

加圧部材３１は、外径が３０ｍｍのローラであって、金属製のパイプ状の中心軸３２と、その周囲に設けられた耐熱性のシリコーンゴムからなる弾性層３３と、表面に形成されたＰＦＡ製の離型層３４とを備えている。弾性層３３は、厚さ２〜３ｍｍとなっている。離型層３４は、厚さ５０μｍのＰＦＡチューブを被覆して形成されている。また、中心軸３２には必要に応じてハロゲンヒータなどの発熱体を内蔵してもよい。

また、加圧部材３１は、図示しない加圧機構によりニップ形成部材２６に向けて定着ベルト２１を介して押し当てられている。加圧部材３１が定着ベルト２１を介してニップ形成部材２６に押圧されることにより、ニップ部２７が形成される。加圧部材３１は、定着ベルト２１を押圧した状態で図示しない駆動機構により回転される（図２中、矢印方向）。この回転に伴って、定着ベルト２１が回転するとともに、ニップ部２７で記録媒体Ｐが加圧されつつ搬送される。

（作用）
次に、作用について説明する。
ユーザが操作パネルあるいはコンピュータなどを操作して印刷要求を出す。この印刷要求により画像形成装置が出力信号を受けると、駆動機構によって加圧部材３１が回転され、定着ベルト２１も連れ回りする。

ここで、加熱領域６３の円弧中心６３ａはニップ形成部材２６の記録媒体搬送方向の中心線に対して記録媒体搬送方向上流側に位置するので、定着ベルト２１は記録媒体搬送方向下流側、すなわち加熱領域６３と反対側に引っ張られることから、加熱領域６３における支持部材６０と定着ベルト２１との密着性が高まるとともに、定着ベルト２１が支持部材６０から離れ難くなる。また、加熱領域６３は断面形状として定着ベルト２１の半径１５ｍｍと略同一の半径１４．５ｍｍの円弧形状であるので、加熱領域６３では定着ベルト２１に変形力が殆ど作用することなく支持部材６０に密着するようになり、支持部材６０と定着ベルト２１との密着性が高まる。さらに、加熱領域６３と分離領域６４との間の最大外径１８の３０．８６ｍｍが定着ベルト２１の内径３０ｍｍより大きいので、定着ベルト２１は加熱領域６３と分離領域６４との間で引っ張られるようになり、加熱領域６３における支持部材６０と定着ベルト２１との密着性が高まるとともに、定着ベルト２１が支持部材６０から離れ難くなる。これらの理由から、加熱領域６３において定着ベルト２１が支持部材６０に密着して摺動するようになる。

一方、加圧部材３１の回転と同期して、加熱手段２５が通電されて発熱する。加熱手段２５の熱は加熱領域６３に輻射されて、加熱領域６３が急激に加熱される。なお、加圧部材３１の回転と加熱手段２５による加熱は必ずしも同時に開始する必要はなく、適宜時間差を設けても良い。そして、温度センサにより定着ベルト２１の温度が検出され、ニップ部２７が定着に必要な温度まで昇温された後、温度を保持したまま記録媒体Ｐの通紙が開始される。ニップ部２７を通過した記録媒体Ｐでは、記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔがニップ部２７の圧力と熱により定着される。

以上のように、本実施の形態に係る画像形成装置によれば、加熱領域６３における支持部材６０と定着ベルト２１との密着性がより高まるとともに定着ベルト２１が支持部材６０から離れ難くなるので、支持部材６０から定着ベルト２１への熱伝導率が高くなって、支持部材６０が過熱することを抑制して、塗膜６０ａ、２１ｃの劣化を防止できるようになる。また、支持部材６０と定着ベルト２１との密着性がより高まることにより、ウォームアップ時間やファーストプリント時間を短縮することができ、省エネ性を向上することができる。

そして、本実施の形態によれば、分離領域６４は断面形状として加熱領域６３の半径よりも小さい半径の円弧形状であるので、定着ベルト２１が記録媒体Ｐから急激に引き離される。よって、ニップ部２７を通過した後の記録媒体Ｐでの定着ベルト２１からの分離性を向上することができる。

また、本実施の形態によれば、ニップ形成部材２６を組み付けた支持部材６０の外周長をＬ１、定着ベルト２１の内周長をＬ２とすると、周長差Ｌ２−Ｌ１が０．５〜０．９ｍｍであるようにしている。ここで、周長差が０．９ｍｍを超える場合は、定着ベルト２１は支持部材６０に対して緩く巻かれるので、定着ベルト２１が浮き上がって支持部材６０の一部に過熱部分が生じて塗膜の耐久性が劣化しやすくなる。また、周長差が０．５ｍｍ未満の場合は、定着ベルト２１は支持部材６０に対してきつく巻かれるので、定着ベルト２１と支持部材６０との摩擦力が大きくなって定着ベルト２１が回転し難くなり、加圧部材３１および記録媒体Ｐが定着ベルト２１に対してスリップしやすくなる。このため、本実施の形態のように周長差Ｌ２−Ｌ１が０．５〜０．９ｍｍであると、定着ベルト２１が支持部材６０から浮き上がることが無く支持部材６０の過熱を防止できるとともに、定着ベルト２１の支持部材６０への巻き付きがきつすぎずに記録媒体Ｐのスリップを抑制できるようになる。

また、本実施の形態によれば、定着ベルト２１は加熱領域６３と分離領域６４との間で引っ張られるので、定着ベルト２１の停止時であっても加熱領域６３において支持部材６０と定着ベルト２１との密着性が高まる。これにより、停止していた定着装置２０を起動して定着ベルト２１を静止加熱する際に、支持部材６０を過熱することなく定着ベルト２１を効率的に加熱できるようになる。

さらに、本実施の形態によれば、加熱手段２５は支持部材６０の長手方向に沿って内部に設けられる線状発熱体であるので、線状発熱体は組み付け構造が簡易であることから、定着装置２０の構成を簡素化することができる。しかも、支持部材６０の内面は黒色塗装されているので、支持部材６０での輻射率が向上して、ウォームアップ時間やファーストプリント時間を短縮することができ、省エネ性を向上することができる。

また、本実施の形態によれば、加熱領域６３とニップ形成部材２６の間に、断面形状として加熱領域６３の円弧中心６３ａからの距離が加熱領域６３の半径１４．５ｍｍより小さい導入領域６２が設けられているので、導入領域６２において定着ベルト２１が支持部材６０の外周面から浮き上がってしまうのを抑制することができ、支持部材６０が過熱することを防止できるようになる。

そして、本実施の形態によれば、中間領域６６は、断面形状として加熱領域６３と同一半径および同一中心６３ａの円弧形状であるので、加熱領域６３と中間領域６６とを同じ曲率で形成することができる。したがって、支持部材６０の加工を容易にすることができ、製造コストを低減することができる。

また、本実施の形態によれば、中間領域６６と分離領域６４との間に、平坦な逃げ領域６５が設けられているので、逃げ領域６５において支持部材６０と定着ベルト２１とが非接触となり、これらの間の摩擦抵抗が減少して定着ベルト２１と記録媒体Ｐとの間の摩擦抵抗より更に小さくなり、定着ベルト２１に対する記録媒体Ｐのスリップを抑制することができる。また、支持部材６０を形成するための材料を短くすることができるので、材料コストを低減することができる。

さらに、本実施の形態によれば、定着ベルト２１の内面と支持部材６０の外面とがいずれも塗膜２１ｃ、６０ａでコートされているとともに、これらの間にグリスが塗布されているので、支持部材６０と定着ベルト２１との間の摺動部分の摩擦抵抗が低減して定着ベルト２１と記録媒体Ｐとの間の摩擦抵抗より小さくなるので、定着ベルト２１に対する記録媒体Ｐのスリップを抑制することができる。

なお、本実施の形態に係る画像形成装置においては、本発明における定着装置２０のニップ形成部材２６を組み付けた支持部材６０の外周長をＬ１、定着ベルト２１の内周長をＬ２とすると、周長差Ｌ２−Ｌ１を０．７ｍｍとしたが、これに限定されるものではない。

すなわち、定着ベルト２１の内周長と支持部材６０の外周長との差が０．９ｍｍを超える場合は、定着ベルト２１は支持部材６０に対して緩く巻かれるので、定着ベルト２１が浮き上がって支持部材６０の一部に過熱部分が生じて塗膜の耐久性が劣化することがある。また、定着ベルト２１の内周長と支持部材６０の外周長との差が０．５ｍｍ未満の場合は、定着ベルト２１は支持部材６０に対してきつく巻かれるので、定着ベルト２１と支持部材６０との摩擦力が大きくなって定着ベルト２１が回転し難くなり、加圧部材３１および記録媒体Ｐが定着ベルト２１に対してスリップしやすくなる。

このため、定着ベルト２１の内周長と支持部材６０の外周長との周長差としては、０．５〜０．９ｍｍであればよく、より好ましくは０．６〜０．８ｍｍであり、最も好ましくは０．７ｍｍであり、これらの範囲であれば、支持部材６０の過熱を防止しつつ、記録媒体Ｐのスリップを抑制することができるようになる。なお、塗膜２１ｃ、６０ａやグリスの有無、あるいは、各部の形状や寸法により、周長差は０．５〜０．９ｍｍにも限られず、適宜設定することができる。

また、本実施の形態に係る画像形成装置においては、本発明における定着装置２０の支持部材６０の中間領域６６は断面形状として加熱領域６３と同一半径および同一中心６３ａの円弧形状であるものとしたが、これに限定されるものではなく、例えば補強部材２３と干渉しなければ、断面形状として加熱領域６３の円弧中心６３ａからの距離が加熱領域６３の半径より小さいものとしてもよい。この場合、中間領域６６では支持部材６０と定着ベルト２１とが非接触になるので、これらの間の摩擦抵抗が減少して定着ベルト２１と記録媒体Ｐとの間の摩擦抵抗より更に小さくなり、定着ベルト２１に対する記録媒体Ｐのスリップを抑制することができる。また、支持部材６０を形成するための材料を短くすることができるので、材料コストを低減することができる。

また、本実施の形態に係る画像形成装置においては、本発明における定着装置２０の定着ベルト２１は直径３０ｍｍのものとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、直径１５〜１２０ｍｍ、特に２５ｍｍとしてもよい。

さらに、本実施の形態に係る画像形成装置においては、本発明における定着装置２０の加熱手段２５をハロゲンヒータなどの線状発熱体としたが、これに限定されるものではなく、例えば、図２に想像線で示すように、加熱手段２５は支持部材６０の長手方向に沿って内周面に接して設けられる面状発熱体であるようにしてもよい。

面状発熱体は、例えば、図１０に示すように、定着ベルト２１の軸方向および周方向に対応して所定の幅及び長さをもち可撓性のある発熱シート５２ｓを備えている。この発熱シート５２ｓは、絶縁性を有する基層５２ａと、耐熱性樹脂中に導電性粒子が分散されてなる抵抗発熱層５２ｂと、この抵抗発熱層５２ｂに電力を供給する電極層５２ｃとを備えている。基層５２ａ上には、抵抗発熱層５２ｂと隣接する別の給電系統の電極層５２ｃとの間や発熱シート５２ｓの縁部分と外部との間を絶縁する絶縁層５２ｄが設けられている。また、この面状発熱体は、発熱シート５２ｓの端部で電極層５２ｃに接続され、給電線から供給される電力を電極層５２ｃに供給する電極端子を備えている。なお、面状発熱体としては、上述の構成に限られず、他の構成であってもよい。

面状発熱体を適用するとともに線状発熱体を省略することで、加熱領域６３は面状発熱体からなる加熱手段２５からの熱が伝導される接触領域となる。これによれば、面状発熱体は支持部材６０を効率よく加熱することができるので、ウォームアップ時間やファーストプリント時間を短縮することができ、省エネ性を向上させることができる。

あるいは、加熱手段２５は、支持部材６０の外部または内部に設けられて支持部材６０に対して誘導加熱を行う誘導コイルであるようにしてもよい。この場合、加熱領域６３は、加熱手段２５に対向して誘導加熱される対向領域となる。これによれば、誘導加熱では支持部材６０以外は直接加熱されないので、線状発熱体のように支持部材６０以外に例えば補強部材２３まで加熱されることはなく、支持部材６０を効率的に加熱することができる。

なお、これまで本発明を図面に示した実施形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

１ 画像形成装置
２０ 定着装置
２１ 定着ベルト
２２ 反射板
２２ａ ビード部
２２ｂ 爪部
２３ 補強部材
２５ 加熱手段
２６ ニップ形成部材
２７ ニップ部
３１ 加圧部材
６０ 支持部材
Ｐ 記録媒体
Ｔ トナー像

特開平１１−２９８２号公報 特開平４−４４０７５号公報 特開平８−２６２９０３号公報 特開平１０−２１３９８４号公報 特開２００７−３３４２０５号公報 特開２０１０−９６７８２号公報

Claims (5)

1. 回転可能な無端状ベルトの定着部材と、
   前記定着部材の外周側に該定着部材と圧接可能に配置される加圧部材と、
   前記定着部材の内周側に配置され、前記定着部材を介して前記加圧部材と圧接してニップ部を形成するニップ形成部材と、
   前記定着部材の内径部に固設され、前記ニップ形成部材を前記ニップ部とは反対側から支持する補強部材と、
   前記定着部材の内周側に固設され、外周面が該定着部材の内周面と摺接して前記定着部材の回転を支持する略円筒状の支持部材と、
   前記支持部材を加熱する加熱手段と、
   を備え、
   前記支持部材は、前記ニップ形成部材を収容するニップ凹部を有し、
   前記補強部材は、本体と前記ニップ形成部材に当接する受け突起とを有し、
   前記補強部材の前記加熱手段に面する側の面に反射板を有し、
   該反射板は、前記補強部材の前記本体と前記受け突起の少なくとも一部に沿った形状を有するとともに、前記支持部材の前記ニップ凹部の少なくとも一部に沿った形状を有し、
   前記補強部材と前記反射板とは、０．５ｍｍ〜２ｍｍのギャップを有して設けられることを特徴とする定着装置。
2. 前記反射板は、前記補強部材側の面に、該補強部材側に凸形状を有するビード部を有し、該ビード部が前記補強部材に突き当てられることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記反射板は、長手方向両端部に爪部を有し、該爪部を前記補強部材に引っ掛けることを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
4. 前記補強部材の前記加熱手段に面する側の面を含む全面に、前記反射板を所定のギャップを有するように設けたことを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の定着装置。
5. 請求項１から４までのいずれか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。
   

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