JP6766545B2 - 定着装置、画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置および定着装置を備えた複写機、プリンタ、ファクシミリ、またはそれらの複合機における画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ、またはそれらの複合機における画像形成装置においては、用紙等の記録媒体上に形成された画像を定着させる定着装置が設けられる。定着装置は、例えば、加熱部材によって加熱された定着部材が、記録媒体の表面を加熱および加圧することで、記録媒体上に画像を定着させることができる。

このような定着装置では、定着部材の温度が過剰に上昇すると、定着部材の劣化が早まったり、形成する画像の質に影響を与える等の課題が生じるため、定着部材の温度検出手段を設けて定着部材の温度を管理する等、種々の対策により定着部材の温度が所定以下に保たれている。

また、定着部材の温度が過剰に上昇する場合として、非通紙領域における過剰な温度上昇の問題がある。つまり、定着装置に小サイズの用紙が連続して通紙された場合には、定着部材の通紙領域では用紙や用紙上のトナー等を定着させるために熱が消費されるが、非通紙領域では、定着部材から熱が奪われないため、主に定着部材の幅方向端部における非通紙領域で定着部材の温度が過剰に上昇してしまう。特に近年では、画像形成動作の高速化や省エネルギー化の観点から、低熱容量の定着部材が使用されており、非通紙領域における定着部材の温度上昇が問題になりやすい。

この様な課題に対して、例えば、特許文献１（特開昭６３−２１８９８４号公報）では、最小サイズの用紙が所定枚数以上連続して通紙された場合には、その後一定時間、画像形成装置の画像形成動作を禁止し、定着装置の温度が過剰に上昇することを防止している。

非通紙領域における温度上昇は、前述した小サイズの用紙を定着装置に通紙した場合に限らず、加熱領域の位置ズレによっても生じる。つまり、加熱部材の熱膨張や寸法の誤差を考慮して、加熱部材は、その軸方向において、支持部材に対して一定のガタを設けて支持されている。このため、加熱部材は、このガタの範囲内でその位置が移動し、加熱領域もその分だけ位置ズレする。このような位置ズレにより、加熱領域内において非通紙領域が生じ、この非通紙領域に対応する位置で定着部材の温度が過剰に上昇してしまう。

この様な事情から、本発明では、加熱部材をその軸方向において精度良く位置決めすることのできる定着装置を提供することを課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明は、回転する定着部材と、前記定着部材に当接して回転する加圧部材と、発熱部材を有し、前記定着部材あるいは前記加圧部材を加熱する加熱部材と、前記加熱部材の軸方向一端側に設けられ、前記加熱部材を支持する第一支持部材と、前記加熱部材の軸方向他端側に設けられ、前記加熱部材を支持する第二支持部材と、前記加熱部材の軸方向他端側に当接し、前記加熱部材を軸方向一端側へ付勢する付勢部材と、前記発熱部材を導通させる導線と、を備えた定着装置であって、前記加熱部材の軸方向他方側端部は、前記第二支持部材よりも軸方向他方側に突出して設けられ、前記導線は、前記加熱部材の軸方向他方側端部から前記加熱部材に挿入されて前記発熱部材に接続され、前記付勢部材は、弾性変形可能な弾性部と、前記弾性部の一端側を覆い、前記加熱部材の軸方向他方側端部に当接する絶縁部材とを有することを特徴とする。

本発明では、加熱部材の軸方向他端側に当接する付勢部材が、加熱部材を軸方向一端側へ付勢している。この付勢力によって、加熱部材が軸方向にガタを設けて配置されたような場合であっても、加熱部材を軸方向の所定の位置に精度良く位置決めすることができる。

画像形成装置の概略構成図である。 定着装置の構成を示す断面図である。 ヒータおよびその周辺の構成を示す斜視図である。 ヒータの構成及び軸方向の定着ベルトの温度分布を示す図である。 ヒータの軸方向端部の詳細な構成を示す拡大図である。 ヒータの構成及び軸方向の定着ベルトの温度分布を示す図である。 本発明の第一実施形態の定着装置を示す断面図である。 本発明の第二実施形態の定着装置を示す断面図である。 本発明の第三実施形態の定着装置を示す断面図である。 本発明の第四実施形態の定着装置を示す断面図である。 上記実施形態において、ヒータの軸方向端部の詳細な構成を示す拡大図である。 本発明の第五実施形態の定着装置を示す断面図である。 異なる構成の定着装置を示す断面図である。

以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

図１に示すカラー画像形成装置１の中央には、４つのプロセスユニット９Ｙ，９Ｍ，９Ｃ，９Ｂｋが着脱可能に設けられた画像形成部２が配置されている。各プロセスユニット９Ｙ，９Ｍ，９Ｃ，９Ｂｋ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（Ｂｋ）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。

具体的な各プロセスユニット９としては、表面上に現像剤としてのトナーを担持可能なドラム状の回転体である感光体ドラム１０と、感光体ドラム１０の表面を一様に帯電させる帯電ローラ１１と、感光体ドラム１０の表面にトナーを供給する現像ローラ１３を有する現像装置１２等を備えている。なお、図１では、ブラックのプロセスユニット９Ｋが備える感光体ドラム１０、帯電ローラ１１、現像装置１２のみに符号を付しており、その他のプロセスユニット９Ｙ，９Ｍ，９Ｃにおいては符号を省略している。

プロセスユニット９の下方には、露光部３が配置されている。露光部３は、画像データに基づいて、レーザ光を発するように構成されている。

画像形成装置１の上部のボトル収容部２９には、イエロー、シアン、マゼンタ、黒の各色トナーが充填されたトナーボトル２６Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋが着脱可能に設けられている。そして、このトナーボトル２６Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋから各現像装置１２との間に設けた補給路を介して、各色の現像装置１２に各色トナーが補給される。

画像形成部２の上方には転写部４が配置されている。転写部４は、無端状の中間転写ベルト１６と、各プロセスユニット９の感光体ドラム１０に対して中間転写ベルト１６を挟んだ対向位置に配置されている一次転写ローラ１７と、二次転写ローラ１８と、二次転写バックアップローラ１４と、クリーニングバックアップローラ１５と、テンションローラ２７と、ベルトクリーニング装置２８とを備える。

中間転写ベルト１６は、無端状のベルトであり、二次転写バックアップローラ１４、クリーニングバックアップローラ１５及びテンションローラ２７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１４を回転駆動することによって、中間転写ベルト１６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１７は、それぞれ、各感光体ドラム１０との間で中間転写ベルト１６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１７には、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１７に印加されるようになっている。

二次転写ローラ１８は、二次転写バックアップローラ１４との間で中間転写ベルト１６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１７と同様に、二次転写ローラ１８にも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１８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２８は、中間転写ベルト１６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２８で回収された廃トナーは、廃トナー移送ホースを介して廃トナー収容器に収容される。

給紙部５は、画像形成装置１の下部に位置しており、記録媒体としての用紙Ｐを収容した給紙カセット１９や、給紙カセット１９から用紙Ｐを搬出する給紙ローラ２０等からなっている。

搬送路６は、給紙部５から搬出された用紙Ｐを搬送する搬送経路であり、一対のレジストローラ２１の他、後述する排紙部８に至るまで、搬送ローラ対が搬送路６の途中に適宜配置されている。

定着装置７は、加熱源によって加熱される定着部材としての定着ベルト２２、その定着ベルト２２を加圧可能な加圧部材としての加圧ローラ２３等を有している。

排紙部８は、画像形成装置１の搬送路６の最下流に設けられる。この排紙部８には、用紙Ｐを外部へ排出するための一対の排紙ローラ２４と、排出された用紙Ｐをストックするための排紙トレイ２５とが配設されている。

以下、図１を参照して上記画像形成装置１の基本的動作について説明する。

画像形成装置１において、画像形成動作が開始されると、各プロセスユニット９Ｙ，９Ｃ，９Ｍ，９Ｂｋの感光体ドラム１０の表面に静電潜像が形成される。各感光体ドラム１０に露光部３によって露光される画像情報は、所望のフルカラー画像をイエロー、シアン、マゼンタ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。各感光体ドラム１０上には静電潜像が形成され、各現像装置１２に蓄えられたトナーが、ドラム状の現像ローラ１３によって感光体ドラム１０に供給されることにより、静電潜像は顕像であるトナー画像（現像剤像）として可視像化される。

転写部４では、二次転写バックアップローラ１４の回転駆動により中間転写ベルト１６が図１の矢印の方向に走行駆動される。また、各一次転写ローラ１７には、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。これにより、一次転写ニップにおいて転写電界が形成され、各感光体ドラム１０に形成されたトナー画像は一次転写ニップにて中間転写ベルト１６上に順次重ね合わせて転写される。

一方、画像形成動作が開始されると、画像形成装置１の下部では、給紙部５の給紙ローラ２０が回転駆動することによって、給紙カセット１９に収容された用紙Ｐが搬送路６に送り出される。搬送路６に送り出された用紙Ｐは、レジストローラ２１によってタイミングを計られて、二次転写ローラ１８と二次転写バックアップローラ１４との間の二次転写ニップに送られる。このとき、中間転写ベルト１６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、二次転写ニップに転写電界が形成されている。二次転写ニップに形成された転写電界によって、中間転写ベルト１６上のトナー画像が用紙Ｐ上に一括して転写される。

トナー画像が転写された用紙Ｐは、定着装置７へと搬送され、定着ベルト２２と加圧ローラ２３とによって用紙Ｐが加熱及び加圧されてトナー画像が用紙Ｐに定着される。そして、トナー画像が定着された用紙Ｐは、定着ベルト２２から分離され、搬送ローラ対によって搬送され、排紙部８において排紙ローラ２４によって排紙トレイ２５へと排出される。

以上の説明は、用紙Ｐ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つのプロセスユニット９Ｙ，９Ｃ，９Ｍ，９Ｂｋ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つのプロセスユニット９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２に示すように、定着装置７は、ベルト状の定着ベルト２２、ニップ形成部材３０、伝熱部材３１、ニップ形成部材３０を支持する補強部材３２、及び、定着ベルト２２を加熱する加熱部材としてのヒータ３３を備えている。さらに、定着ベルト２２に対向して設けられた加圧ローラ２３、温度センサ４５、加圧ローラ２３を定着ベルト２２に対して接離させる接離機構３５、及び、定着ベルト２２から用紙Ｐを分離する分離板３６などを備えている。

定着ベルト２２は、薄肉で可撓性を有する無端状ベルトであって、図２中の矢印Ｂ１方向（反時計回り）に回転する。また、定着ベルト２２は、ニップ形成部材３０と摺接する面である内周面側から、基材層、弾性層、離型層が順次積層されていて、その全体の厚さが１［ｍｍ］以下に設定されている。

定着ベルト２２の基材層は、層厚が３０［μｍ］〜１００［μｍ］であって、ニッケル、ステンレス鋼等の金属材料やポリイミド等の樹脂材料で形成されている。定着ベルト２２の弾性層は、層厚が１００［μｍ］〜３００［μｍ］であって、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、及び、フッ素ゴム等のゴム材料で形成されている。弾性層を設けることで、定着ニップＮにおける定着ベルト２２表面の微小な凹凸が形成されなくなり、用紙Ｐ上のトナー像Ｄに均一に熱が伝わりユズ肌画像の発生が抑止される。定着ベルト２２の離型層は、層厚が１０［μｍ］〜５０［μｍ］である。また、この離型層は、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）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、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）等の材料で形成されている。離型層を設けることで、トナーに対する離型性（剥離性）が担保される。定着ベルト２２の直径は１５［ｍｍ］〜１２０［ｍｍ］の範囲で設定され、本実施形態では約３０[ｍｍ]に設定されている。

定着ベルト２２の内周面側には、ニップ形成部材３０、伝熱部材３１、補強部材３２、ヒータ３３、反射部材３４等が設けられている。

ヒータ３３の一例として、本実施形態ではハロゲンヒータが用いられるが、ハロゲンヒータ以外に、ＩＨ、抵抗発熱体、又はカーボンヒータ等を用いてもよい。

ニップ形成部材３０は、加圧ローラ２３側の面が加圧ローラ２３の曲率に沿って凹状に形成されている。これにより、用紙Ｐは、加圧ローラ２３の表面に倣うように定着ニップＮを通過し、定着動作後に、定着ベルト２２に吸着することなく容易に定着ベルト２２から分離される。

伝熱部材３１は、厚み０．１［ｍｍ］の板金を一端部と他端部とが対向するように略Ｃ形状に曲げた管状のパイプ状部材である。伝熱部材３１は、定着ベルト２２の定着ニップＮを除く位置で、その内周面に対向するように形成される。また、定着ニップＮに対向する部分は、定着ベルト２２の内径側へ向かって凹状に形成されるとともに、ニップ形成部材３０が配設される開口部が設けられている。

伝熱部材３１は、その幅方向両端部が第一支持部材３７および第二支持部材３８（図３参照）にそれぞれ固定支持されている。また、図２に示すように、伝熱部材３１はヒータ３３からの輻射熱（輻射光）を定着ベルト２２に伝達する。つまり、定着ベルト２２は、伝熱部材３１を介してヒータ３３から加熱される。

伝熱部材３１の材料は、アルミニウム、鉄、ステンレス鋼等の金属熱伝導体（熱伝導性を有する金属）を用いることができる。また、伝熱部材３１の厚みを０．２［ｍｍ］以下に設定することで、伝熱部材３１や定着ベルト２２の加熱効率を向上させることができる。本実施形態では、伝熱部材３１を厚みが０．１［ｍｍ］のステンレス鋼板で形成している。

ヒータ３３の輻射熱により、伝熱部材３１を介して定着ベルト２２が加熱される。そして、定着ニップＮにおいて、定着ベルト２２の熱が、用紙Ｐおよび用紙Ｐ上のトナー像Ｄに加えられる。なお、定着ベルト２２の表面には、サーミスタ等の温度センサ４５が対向して設けられ、温度センサ４５による定着ベルト２２表面温度の検知結果に基づいて、ヒータ３３の出力制御が行われる。このようなヒータ３３の出力制御によって、定着ベルト２２の温度（定着温度）を所望の温度に設定することができる。

伝熱部材３１は、ヒータ３３による輻射熱を定着ベルト２２の周方向に伝達し、定着ニップＮを除いて、定着ベルト２２の周方向全体に渡って熱を伝達することができる。このため、定着ベルト２２の加熱時間を短縮する等、装置を高速化した場合であっても、定着ベルト２２が充分に加熱されて定着不良の発生を抑止することができる。

また、伝熱部材３１が、その内周面の形状に沿って設けられることにより、定着ベルト２２を内側から支持することができ、可撓性を有する定着ベルト２２の周形状を維持することができる。伝熱部材３１と定着ベルト２２との摺動抵抗を低下させるために、定着ベルト２２の内周面と摺接する伝熱部材３１の摺接面の定着ベルト２２に対する摩擦係数が低い材料で、伝熱部材３１を形成してもよい。さらに、定着ベルト２２の内周面にフッ素を含む材料からなる表面層を形成してもよい。

補強部材３２は、ニップ形成部材３０を、定着ニップＮとは反対側から支持している。これにより、定着ニップＮにおいて、ニップ形成部材３０が加圧ローラ２３の加圧力を受けて大きく変形することを抑制できる。

補強部材３２は、上記の機能を満足するために、ステンレス鋼や鉄等の機械的強度が高い金属材料で形成することが好ましい。また、補強部材３２における、ヒータ３３に対向する面の一部又は全部に、断熱部材を設けたり、ＢＡ処理（光輝焼鈍処理）や鏡面研磨処理を施したりすることもできる。これにより、ヒータ３３の輻射熱が補強部材３２に吸収されにくくなり、より効率的に定着ベルト２２を加熱できる。

反射部材３４は、補強部材３２とヒータ３３の間に設けられている。反射部材３４は、ヒータ３３から補強部材３２の側へ照射される輻射熱の一部を定着ベルト２２へ反射し、定着ベルト２２を効率良く加熱することができる。反射部材３４の材料として、例えばアルミニウムやステンレス等を用いることができる。

加圧ローラ２３は、中空構造の芯金２３ａ上に弾性層２３ｂを形成してなる。本実施形態では、加圧ローラ２３の直径は約３０［ｍｍ］に設定される。弾性層２３ｂは、シリコーンゴムや発泡性シリコーンゴムやフッ素ゴム等の材料で形成されている。加圧ローラ２３の弾性層２３ｂを発泡性シリコーンゴム等のスポンジ状の材料で形成した場合には、定着ニップＮに作用する加圧力を減ずることができ、ニップ形成部材３０に生じる撓みを軽減できると共に、加圧ローラ２３の断熱性が高められて、定着ベルト２２の熱が加圧ローラ２３側に移動しにくくなるために、定着ベルト２２の加熱効率が向上する。なお、弾性層２３ｂの表層にＰＦＡやＰＴＦＥ等からなる薄肉の離型層を設けることもできる。また、芯金２３ａの内部に、ハロゲンヒータ等の加熱部材を設けることもできる。

加圧ローラ２３は、定着ベルト２２に圧接して、双方の部材間に所望の定着ニップＮを形成する。また、加圧ローラ２３には駆動機構の駆動ギヤに噛合するギヤが設けられている。加圧ローラ２３は、駆動機構から伝達される回転駆動力によって図２中の矢印Ｂ２方向（時計回り）に回転駆動する。

本実施形態では、定着ベルト２２と加圧ローラ２３の直径を同じ大きさに設定している。しかし、定着ベルト２２の直径を加圧ローラ２３の直径よりも小さく設定し、定着ニップＮにおいて、用紙Ｐが定着ベルト２２から分離しやすくすることもできる。

次に、上述のように構成された定着装置７の通常時の動作について簡単に説明する。

画像形成装置１に電源が投入されると、ヒータ３３に電力が供給されるとともに、加圧ローラ２３の図２中矢印Ｂ２方向への回転駆動が開始される。この加圧ローラ２３の回転により、加圧ローラ２３に圧接する定着ベルト２２が矢印Ｂ１方向へ従動回転する。従動回転する定着ベルト２２は、ヒータ３３の加熱により全周に亘って加熱される。

画像形成工程などを経て定着装置７へ搬送されてきた用紙Ｐは、図２の矢印Ｃ１方向へ搬送されて定着ニップＮへ案内される。そして、定着ニップＮにおいて、加熱および加圧されて、用紙Ｐの表面にトナー像Ｄが定着される。その後、定着ニップＮを通過した用紙Ｐは、矢印Ｃ２方向へ搬送され、分離板３６によって定着ベルト２２から分離され、さらに下流の工程へ搬送される。こうして、定着装置７における一連の定着プロセスが完了する。

次に、ヒータ３３およびその周辺の構成について、図３および図４を用いて具体的に説明する。なお、図３では、ヒータ３３およびその支持構造についてのみ記載し、定着ベルト２２や加圧ローラ２３等のその他の部材の記載を省略している。なお、図３に示すＹ方向がヒータ３３等の軸方向であり、以下、Ｙ方向を単に軸方向、Ｙ方向の紙面左側を軸方向一端側、Ｙ方向の紙面右側を軸方向他端側とそれぞれ呼ぶ。

図３に示すように、ヒータ３３の軸方向両端には、ヒータ３３の軸方向一端側を支持する第一支持部材３７、ヒータ３３の軸方向他端側を支持する第二支持部材３８、第一支持部材３７および第二支持部材３８が取り付けられる側板３９が設けられる。

側板３９は、第一支持部材３７が取り付けられる一端側垂直板３９ａと、第二支持部材３８が取り付けられる他端側垂直板３９ｂと、これら垂直板を軸方向に連結する連結部３９ｃからなる。第一支持部材３７と第二支持部材３８は、例えばネジなどによって一端側垂直板３９ａ、他端側垂直板３９ｂにそれぞれ取り付けられる。一端側垂直板３９ａには、定着ベルト２２、加圧ローラ２３（図２参照）の一端側が挿入される一端側挿入孔３９ｄ、３９ｅが設けられ、他端側垂直板３９ｂには、定着ベルト２２、加圧ローラ２３の他端側を挿入する他端側挿入孔３９ｆ、３９ｇが設けられる。定着ベルト２２および加圧ローラ２３は、その両端が側板３９の各挿入孔に挿入され、側板３９に支持されている。

図４に示すように、ヒータ３３は、ガラス管３３ａと、発熱部材３３ｂと、ガラス管３３ａの一端側に第一保持部材３３ｃと、ガラス管３３ａの他端側に保持部材としての第二保持部材３３ｅを備える。また、ヒータ３３の軸方向一端側にはリード線５０、軸方向他端側にはリード線５１がそれぞれ接続されている。第一保持部材３３ｃおよび第二保持部材３３ｅは、それぞれガラス管３３ａの軸方向一端側と軸方向他端側を覆うようにして保持し、ガラス管３３ａと一体的に設けられている。また、第一保持部材３３ｃおよび第二保持部材３３ｅの材料として、例えばセラミックを用いることができる。

第一支持部材３７の挿入孔３７ａにヒータ３３の軸方向一端が、第二支持部材３８の挿入孔３８ａにヒータ３３の軸方向他端がそれぞれ挿入され、各支持部材がヒータ３３の軸方向両端側をそれぞれ支持している。

第一支持部材３７および第二支持部材３８は、軸方向中央側（ヒータ３３の軸方向中央側）へ突出する筒状の突出部３７ｂ、３８ｂをそれぞれ有する。突出部３７ｂ、３８ｂは、伝熱部材３１（図２参照）の軸方向両端をその内周面側から支持し、伝熱部材３１の断面形状を維持している。

図５に示すように、ガラス管３３ａの端部には、金属箔３３ｇが埋設された封止部が形成される。第二保持部材３３ｅは、ガラス管３３ａの端部に設けられた封止部を覆うようにして保持するベース３３ｅ１と、前述の第二支持部材３８の挿入孔３８ａに挿入される挿入部３３ｅ２からなる。また、リード線５１は、導線５１ａが絶縁被覆５１ｂで覆われた構成をしている。なお、図５ではヒータ３３の他端側を例示しているが、ヒータ３３の一端側についても、同様の構成をしている。

発熱部材３３ｂの軸方向端部側には内部線３３ｂ１が伸びており、軸方向端部で金属箔３３ｇに接続されている。また、導線５１ａは、その一端で金属箔３３ｇに連結されている。発熱部材３３ｂは、内部線３３ｂ１、金属箔３３ｇを介して導線５１ａと導通している。

図４に示すように、ヒータ３３の各支持部材によって支持される支持領域（ヒータ３３の一端側のベース３３ｃ１から他端側のベース３３ｅ１までの範囲）の幅Ｈ１は、第一支持部材３７の内面と第二支持部材３８の内面との距離Ｈ２よりも距離Ｇ１だけ小さい。言い換えると、ヒータ３３は、これら二つの支持部材との間で距離Ｇ１だけのガタを設けられて、二つの支持部材に支持されている。このガタＧ１は、各部材の寸法誤差、発熱部材３３ｂの発熱によるヒータ３３の熱膨張等を考慮して設けられたものである。

ところで、定着ニップＮに通紙される用紙Ｐは、軸方向において、発熱部材３３ｂの発熱領域ＨＡに対応する位置に通紙され、ヒータ３３によって加熱された定着ベルト２２からその熱を伝達される。本実施形態では、ヒータ３３が図４の左側に寄せられ、第一保持部材３３ｃが第一支持部材３７に当接した位置で、ヒータ３３が第一支持部材３７に支持されている。この位置を基準位置とし、発熱領域ＨＡと通紙領域ＰＡが位置合わせされている。ただし、これに限らず、図の中央位置や右側に寄せた位置を基準とすることもできる。

図４の構成では、通紙範囲ＰＡに対してヒータ３３の発熱領域ＨＡをわずかに大きな範囲で設けているため、発熱領域ＨＡの両端に、非通紙領域ＰＢが生じる。

図４の下側には、軸方向における定着ベルト２２の温度Ｔの分布を示している。軸方向において、通紙領域ＰＡでは、用紙Ｐや用紙Ｐ上のトナー像Ｄによって定着ベルト２２の熱が奪われるため、温度Ｔは低下する。一方で、前述の領域ＰＢでは、用紙Ｐやトナー像Ｄによって定着ベルト２２の熱が奪われず、温度Ｔが上昇する。

図４のように、ヒータ３３が狙いの位置に配置され、領域ＰＢの範囲が小さい場合には、領域ＰＢにおける温度上昇の割合も小さく、安定的に温度を制御することが可能である。

しかし、ヒータ３３は、第一支持部材３７および第二支持部材３８の間で、前述のガタＧを有しているため、ヒータ３３が必ずしも狙いの位置に配置されるわけではない。例えば、図６に示すように、ヒータ３３が第二支持部材３８に当接する位置まで移動すると、発熱領域ＨＡと通紙領域ＰＡのズレが大きくなり、発熱領域ＨＡの軸方向他端側（図６の右側）に大きな範囲の領域ＰＢが形成される。この場合、領域ＰＢにおいて、定着ベルト２２の温度Ｔが局所的に過剰に上昇してしまう。そして、このように定着ベルト２２の温度が局所的に過剰に上昇すると、定着ベルト２２の劣化が早まったり、用紙Ｐに形成する画像の質に影響を与える等の問題を生じてしまう。さらに、通紙領域ＰＡの軸方向一方側端部の領域ＰＣでは、用紙Ｐが発熱領域ＨＡから外れてしまい、十分にトナー像Ｄが加熱されずに画像不良を生じてしまう。

特に近年では、画像形成動作の高速化や省エネルギー化の観点から、低熱容量の定着ベルト２２が使用されており、上記の様な問題が生じやすい。つまり、このような低熱容量の定着ベルト２２は、高温になりやすいだけでなく、部材内部の熱流束が小さいために熱が拡散しにくく、局所的な温度ムラが生じると、その解消に時間がかかるため、特に局所的な温度上昇が生じやすい。また、本実施形態のように、一つの発熱部材３３ｂにより定着ベルト２２を加熱する構成の場合、複数の発熱部材を備えた定着装置と比較して、発熱部材１つ当たりの発熱量が大きくなるため、特に上記の問題が生じやすい。

そこで、上記の課題を解決する本実施形態の定着装置として、図７に示すように、定着装置７は、ヒータ３３の軸方向他端側に当接する、付勢部材としてのバネ４０を備えている。なお、以下の説明では、前述した構成と異なる点について説明し、同様の構成については適宜省略する。

バネ４０は、その一端がヒータ３３の他端側のベース３３ｅ１に当接し、ヒータ３３を軸方向他端側（図の矢印方向）へ付勢している。また、バネ４０の他端は第二支持部材３８に固定されている。バネ４０の付勢力により、ヒータ３３は、軸方向一端側のベース３３ｃ１の一端側の側面が第一支持部材３７に当接しており、ヒータ３３を第一支持部材３７に対して位置決めすることができる。

このように、本実施形態では、バネ４０がヒータ３３に直接当接した構成している。また、第一支持部材３７は、ヒータ３３の一端側に設けられたベース３３ｅ１に当接し、ヒータ３３を支持している。

本実施形態では、バネ４０としてステンレス鋼のバネを用いている。バネ４０にステンレス鋼を用いることにより、比較的安価にバネ４０を構成することができる。また、ステンレス鋼は耐熱性に優れると共に経時的な耐久性にも優れ、バネ４０の付勢力の低下や破損が生じにくいという利点がある。また、バネ４０として、ニッケル合金を用いることもでき、例えばインコネル（登録商標）を用いることができる。バネ４０にニッケル合金を用いることで、ステンレス鋼よりも優れた耐熱性を有し、数百度の環境下でも付勢力を損なわないバネ４０を構成することができる。このように、付勢部材としてバネを用いることにより、耐熱性に優れた付勢部材を形成することができる。

ここで、ガラス管３３ａの軸方向の線膨張係数をα、軸方向と直交する断面の断面積をＡ、ヤング率をＥ，発熱部材３３ｂの発熱による上昇温度をΔＴとし、ヒータ３３が正規の位置に配置された状態のバネ４０のヒータ３３に対する付勢力をＦとすると、Ｆ＜αΔＴＡＥとなるように、バネ４０の付勢力Ｆが調整されている。これにより、ガラス管３３ａが発熱部材３３ｂの発熱により熱膨張しようとした場合には、バネ４０の付勢力に抗して軸方向他端側へ膨張することができる。なお、ヒータ３３の正規の位置にある状態とは、本実施形態においては、ヒータ３３のベース３３ｃ１が第一支持部材３７に当接した状態のことである。また、ベース３３ｃ１やベース３３ｅ１の軸方向の膨張によるバネ４０への押圧力が、ガラス管３３ａの軸方向の膨張による押圧力に対して無視できないほど大きい場合には、上記のαΔＴＡＥに加えて、ベース３３ｃ１，３３ｅ１の熱膨張による軸方向他端側への押圧力を考慮してもよい。

以上のように、本実施形態では、バネ４０によってヒータ３３を軸方向一端側へ付勢し、ヒータ３３を、ベース３３ｃ１が第一支持部材３７に当接する位置で位置決めしている。このため、ヒータ３３が、第一支持部材３７と第二支持部材３８の間で一定のガタＧを設けて支持された構成であっても、ヒータ３３を上記の位置で確実に位置決めすることができる。従って、図６のように、ヒータ３３がガタＧ１の範囲で位置ズレして領域ＰＢが大きくなり、定着ベルト２２の温度が局所的に過剰に上昇することを防止できる。また、ガタＧを設けると共に、前述のようにバネ４０の付勢力を調整することで、ヒータ３３を正確に位置決めできると共に、発熱部材３３ｂの発熱によるガラス管３３ａの熱膨張を許容することもできる。さらに、第一支持部材３７および第二支持部材３８は、定着ベルト２２および加圧ローラ２３の軸方向両端を支持する側板３９に取り付けられている。このため、ヒータ３３を第一支持部材３７や第二支持部材３８に対して位置決めすることで、側板３９に対して位置決めすることができ、側板３９に取り付けられた各部材との位置関係を定めることもできる。

本実施形態では、バネ４０が、ヒータ３３のうち、セラミックで形成されたベース３３ｅ１に当接し、ヒータ３３を軸方向一端側へ付勢している。これに対して、ガラス管３３ａにバネ４０を当接させてもよいが、この場合、バネ４０の付勢力によってガラス管３３ａが破損したり、バネ４０が、発熱部材３３ｂの発熱により高温になったガラス管３３ａから熱を伝達されて、バネ４０の劣化や破損につながるおそれがある。また、バネ４０をリード線５１に当接させると、バネ４０の付勢力によってリード線５１が断線するおそれがある。このため、本実施形態の構成がより好ましい。

図８は、本発明の第二実施形態について説明する図である。図８に示すように、本実施形態では、前述のバネ４０を第一付勢部材とすると、ヒータ３３の軸方向他端側に、第２付勢部材としてのバネ４１を備えている。

バネ４１は、その一端が第一支持部材３７に固定され、他端がヒータ３３の一端側のベース３３ｃ１に当接している。バネ４１は、ベース３３ｃ１に当接して、ヒータ３３を軸方向他端側へ付勢している。

本実施形態では、ヒータ３３が、軸方向両端で、それぞれのバネ４０，４１によって付勢されており、バネ４０，４１は同等の付勢力になるように調整されている。これにより、ヒータ３３は、ベース３３ｃ１と第一支持部材３７、および、ベース３３ｅ１と第二支持部材３８の間に、それぞれガタＧ２（例えば、ガタＧ２はガタＧ１の半分の距離）を有している。このように、両側から等しい力で付勢することにより、ヒータ３３を第一支持部材３７と第二支持部材３８の中央に位置決めすることができる。このため、前述した実施形態と同様、ヒータ３３がガタの範囲内で位置ズレして、定着ベルト２２の温度が局所的に過剰に上昇することを防止できる。また、この場合にも、ガラス管３３ａが膨張しようとする力（前述のαΔＴＡＥに相当する力）がバネ４０，４１からの付勢力を上回るように、バネ４０，４１の付勢力を調整することで、ガラス管３３ａの熱膨張を許容できる。

図９に示す第三実施形態の定着装置では、ヒータ３３を付勢する付勢部材として板バネ４２を用いている。図９に示すように、板バネ４２は、その一端がヒータ３３の他端側のベース３３ｅ１に当接し、他端が第二支持部材３８に固定されている。図示例では、板バネ４２の他端が第二支持部材３８を挟持している。板バネ４２は、本実施形態では弾性を有する金属材により構成される。

板バネ４２は、ベース３３ｅ１に当接する端部が、軸方向一端側へ弾性変形しようとする力（図の矢印方向の力）により、ヒータ３３を軸方向一端側へ付勢している。これにより、前述のバネ４０を用いた実施形態と同様に、ヒータ３３を軸方向一端側の第一支持部材３７に当接させ、ヒータ３３の第一支持部材３７に対する位置決めを行うことができる。

図１０に示すように、本発明の第四実施形態では、付勢部材としての板バネ４３を、第二支持部材３８よりも軸方向の外側（図の右側）に設けている。以下、ヒータ３３の軸方向中央側を軸方向内側、ヒータ３３の軸方向端部側を軸方向外側と呼ぶ。

板バネ４３は、弾性変形する弾性部４３ａと、弾性部４３ａの一端を覆う絶縁部材４３ｂからなる。

ヒータ３３は、軸方向他端側の挿入部３３ｅ２が第二支持部材３８に挿入され、挿入部３３ｅ２の一部は、第二支持部材３８よりも軸方向外側へ突出している。そして、板バネ４３の一端は、絶縁部材４３ｂを介して、この挿入部３３ｅ２の軸方向外側への突出部分に当接している。また、板バネ４３は、その他端が、ネジ４４によって第二支持部材３８の軸方向外側の側面に固定されている。板バネ４３は、挿入部３３ｅ２に当接する端部が、軸方向一端側（図の矢印方向）へ弾性変形しようとする力により、ヒータ３３を軸方向一端側へ付勢している。

本実施形態では、板バネ４３を第二支持部材３８よりも外側に設けられる挿入部３３ｅ２の軸方向の外側（図の右側）端部に当接させることにより、板バネ４３が発熱部材３３ｂの輻射熱をほとんど受けなくなり、熱的影響による板バネ４３の劣化や破損を防止できる。従って、板バネ４３を形成する材料として、より耐熱性の低いものを選択することができ、部材のコストダウンにつながる。

また、図１１に示すように、板バネ４３のヒータ３３に当接する側の端部を絶縁部材４３ｂによって覆うことにより、仮にリード線５１の絶縁被覆５１ｂが傷つき、導線５１ａが外部に露出することがあったとしても、弾性部４３ａが活電部である導線５１ａに接触することを防止でき、金属製の弾性部４３ａと導線５１ａの短絡を防止できる。なお、導線５１ａを保護する構成によって、適宜、絶縁部材４３ｂを省略することができる。

また、付勢部材の取り付け位置は、前述の支持部材に限らない。例えば、図１２に示すように、板バネ４３を、ネジ４４等の固定部材によって側板３９の軸方向外側の側面に固定してもよい。このように、付勢部材の固定位置は、付勢部材のヒータに対する付勢力や、各部材の寸法や、前述の発熱部材の熱的影響などを考慮して、適宜、最適な構成を選択することができる。

以上の実施形態では、付勢部材として、板バネを第二支持部材３８や側板３９よりも軸方向外側に設ける構成について説明したが、図７で例示したバネ４０を第二支持部材３８や側板３９よりも軸方向外側に設けてもよい。この場合、バネ４０の他端側（ヒータ３３に当接する一端側とは反対側の端部）を固定する部材を設ける必要がある。

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。

本発明の定着装置の構成としては、前述の実施形態で説明した図２の定着装置に限らず、例えば図１３に示す定着装置を本発明の構成として採用することもできる。

図１３に示す定着装置７は、図２の定着装置と同様に、薄肉で可撓性を有する無端状の定着ベルト２２と、定着ベルト２２を内周面側から加熱するヒータ３３が設けられる。また、図２の構成の定着装置と異なり、本実施形態の定着装置７には、ヒータ３３と定着ベルト２２の間に伝熱部材３１（図２参照）が設けられておらず、定着ベルト２２がヒータ３３によって直接加熱される。従って、本実施形態の定着装置７では、伝熱部材３１を介して定着ベルト２２が加熱される構成と比較すると、同じヒータ３３からの発熱量でも定着ベルト２２がより加熱されやすく、定着装置の省エネルギー化を実現できる一方で、前述した非通紙領域における定着ベルト２２の過剰な温度上昇が生じやすい。

また、図１３に示すように、定着装置７には、平面状のニップ形成面を備えたニップ形成部材３０が設けられる。ニップ形成部材３０は、ベースパッド３０１と、ベースパッド３０１の表面に設けられた低摩擦シート３０２とを有する。ニップ形成部材３０が平面状のニップ形成面を有することにより、定着ニップＮの形状が用紙Ｐの画像面に対して略平行になって、定着ベルト２２と用紙Ｐとの密着性が高まるので、定着性が向上する。さらに、定着ニップＮの出口側における定着ベルト２２の曲率が大きくなるため、定着動作後の用紙Ｐを定着ベルト２２から容易に分離させることができる。

図２の定着装置と同様、ニップ形成部材３０は、その後方から補強部材３２によって支持されている。補強部材３２は、用紙搬送方向に延在し、ニップ形成部材３０を支持するベース部３２ａと、ベース部３２ａの用紙搬送方向両端に、用紙搬送方向と直交する方へ延在する立ち上がり部３２ｂとを備えたＵ字状をしている。立ち上がり部３２ｂを設けることにより、補強部材３２が加圧ローラ２３の加圧方向に延在する横長の断面を有するようになり、断面係数が大きくなって、補強部材３２の機械的強度を向上させることが可能となる。

二つの立ち上がり部３２ｂの間には、ヒータ３３が設けられている。図２の定着装置と同様に、ヒータ３３と補強部材３２の間には反射部材３４が設けられ、ヒータ３３から補強部材３２へ放射される輻射熱を定着ベルト２２へ反射している。また、定着ベルト２２の表面には、サーミスタ等の温度センサ４５が対向して設けられている。

本発明に係る画像形成装置は、図１に示すカラー画像形成装置に限らず、モノクロ画像形成装置や、複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等であってもよい。

記録媒体としては、用紙Ｐ（普通紙）の他、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、プラスチックフィルム、プリプレグ、銅箔等が含まれる。

以上の実施形態では、ヒータ３３が一つの発熱部材３３ｂを有する構成について説明したが、複数の発熱部材３３ｂを有する構成であってもよい。また、ヒータ３３が定着ベルト２２の内周面側に設けられ、定着ベルト２２を加熱する構成を説明したが、ヒータ３３が加圧ローラ２３に設けられる構成であってもよい。

１ 画像形成装置
７ 定着装置
２２ 定着ベルト（定着部材）
２３ 加圧ローラ（加圧部材）
３３ ヒータ（加熱部材）
３３ａ ガラス管
３３ｂ 発熱部材
３３ｃ 第一保持部材
３３ｅ 第二保持部材（保持部材）
３７ 第一支持部材
３８ 第二支持部材
３９ 側板
４０ バネ（付勢部材あるいは第一付勢部材）
４１ バネ（第二付勢部材）
４２ 板バネ（付勢部材）
４３ 板バネ（付勢部材）
４３ａ 弾性部
４３ｂ 絶縁部材

特開昭６３−２１８９８４号公報

Claims (8)

1. 回転する定着部材と、
   前記定着部材に当接して回転する加圧部材と、
   発熱部材を有し、前記定着部材あるいは前記加圧部材を加熱する加熱部材と、
   前記加熱部材の軸方向一端側に設けられ、前記加熱部材を支持する第一支持部材と、
   前記加熱部材の軸方向他端側に設けられ、前記加熱部材を支持する第二支持部材と、
   前記加熱部材の軸方向他端側に当接し、前記加熱部材を軸方向一端側へ付勢する付勢部材と、
   前記発熱部材を導通させる導線と、を備えた定着装置であって、
   前記加熱部材の軸方向他方側端部は、前記第二支持部材よりも軸方向他方側に突出して設けられ、
   前記導線は、前記加熱部材の軸方向他方側端部から前記加熱部材に挿入されて前記発熱部材に接続され、
   前記付勢部材は、弾性変形可能な弾性部と、前記弾性部の一端側を覆い、前記加熱部材の軸方向他方側端部に当接する絶縁部材とを有することを特徴とする定着装置。
2. 前記加熱部材は、ガラス管と、前記ガラス管内部に設けられた発熱部材と、前記ガラス管の軸方向他端側を保持し、前記ガラス管と一体的に設けられた保持部材とを備え、
   前記加熱部材の軸方向他方側端部は、前記保持部材の軸方向他方側端部である請求項１記載の定着装置。
3. 前記加熱部材は、前記ガラス管の上昇温度をΔＴ、軸方向の線膨張係数をα、軸方向と直交する断面の断面積をＡ、ヤング率をＥとし、正規の位置に配置された状態の前記付勢部材の前記加熱部材に対する付勢力をＦとすると、
   Ｆ＜αΔＴＡＥの関係を満たす請求項２記載の定着装置。
4. 前記付勢部材を第一付勢部材とすると、
   前記加熱部材の軸方向一端側に当接し、前記加熱部材を軸方向他端側へ付勢する第二付勢部材をさらに備えた請求項１から３いずれか１項に記載の定着装置。
5. 前記定着部材および前記加圧部材を軸方向端部側から支持する側板をさらに備え、
   前記第二支持部材は前記側板に取り付けられる請求項１から４いずれか１項に記載の定着装置。
6. 前記加熱部材の軸方向中央側を軸方向内側とし、前記加熱部材の軸方向端部側を軸方向外側とすると、
   前記付勢部材は、前記側板よりも軸方向外側に設けられる請求項５記載の定着装置。
7. 前記加熱部材は、前記第二支持部材に設けられた挿入孔に挿入されて前記第二支持部材に支持され、
   前記付勢部材は、前記一端側とは反対側である他端側が、前記第二支持部材の前記軸方向他方側の面に固定される請求項１から６いずれか１項に記載の定着装置。
8. 請求項１から７いずれか１項に記載の定着装置を備えた画像形成装置。

Images