JP7292603B2 - 定着装置、画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置および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、未定着画像が形成された用紙などの記録媒体を、定着装置の定着ベルトと加圧部材との間に形成される定着ニップに搬送し、記録媒体を加圧および加熱することにより、記録媒体の表面に画像を定着させる。

そして定着装置には、定着ベルトの内側に、定着ベルトを介して加圧部材に当接して、定着ニップを形成するニップ形成部材と、ニップ形成部材を支持する支持部材が設けられる。

この種の定着装置では、定着ベルトの内側に、定着ベルトを介して加圧部材に当接して、定着ニップを形成するニップ形成部材が設けられる。ニップ形成部材により、定着ベルトがその背面側から支持されることにより、定着ベルトが加圧部材との間で定着ニップを形成することができ、定着ニップに運ばれてきた記録媒体の表面に適切な圧力を加えることができる。

例えば特許文献１（特許第６１６４０１７号公報）の定着装置では、板状のニップ板に設けられた平板状のベース部が定着ベルトの背面側に当接して設けられることにより、平坦な定着ニップが形成される。また、このニップ板は、定着ベルトとは反対側からステーによって支持されている。

上記のようなニップ形成部材は、加圧ローラからの加圧力によって撓みが生じ、定着ニップにおけるニップ圧が不均一になるという問題があった。

上記の課題を解決するため、本発明は、無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトの外周面を加圧する加圧部材と、前記定着ベルトの内側に設けられ、当該定着ベルトを介して前記加圧部材に当接して定着ニップを形成するニップ形成部材と、前記定着ベルトの内側に設けられ、前記定着ベルトを加熱するための加熱部材と、記ニップ形成部材を支持する支持部材とを備えた、熱により記録媒体に画像を定着させる定着装置を備えた画像形成装置であって、前記ニップ形成部材は、前記定着ニップを形成するニップ形成面とは反対側で、記録媒体搬送方向端部と異なる位置に、複数の凸部を有し、前記凸部は前記支持部材に支持されず、前記記録媒体が前記定着ニップを通過する方向に平行な方向を前記記録媒体の搬送方向とすると、複数の前記凸部は、前記記録媒体の搬送方向に並んで設けられ、複数の前記凸部のうち、高さが最も高い凸部が前記記録媒体の搬送方向の下流側に設けられることを特徴とする。

本発明によれば、ニップ形成部材に凸部を設けることにより、ニップ形成部材の加圧部材の圧接力に対する剛性を高めて、ニップ形成部材の撓みを抑制できる。

画像形成装置の概略構成図である。 本発明の第一実施形態に係る定着装置の側面断面図である。 上記実施形態の定着装置の斜視断面図である。 上記実施形態の定着装置の正面断面図である。 ベルト支持部材の斜視図である。 ベルト支持部材の変形例を示す斜視図である。 上記実施形態のニップ形成部材の斜視図である。 本発明の第二実施形態に係る定着装置の側面断面図である。 第二実施形態のニップ形成部材の斜視図である。 第二実施形態のニップ形成部材の側面断面図である。 本発明の第三実施形態に係る定着装置の側面断面図である。 本発明の第四実施形態に係る定着装置の側面断面図である。 本発明の第五実施形態に係る定着装置の側面断面図である。 本発明の第六実施形態に係る定着装置の側面断面図である。 本発明の第七実施形態に係る定着装置の側面断面図である。 本発明の第八実施形態に係る定着装置に設けられたニップ形成部材の斜視図である。 本発明の第九実施形態に係る定着装置の側面断面図である。 本発明の第十実施形態に係る定着装置に設けられたニップ形成部材の側面断面図である。 図１８のニップ形成部材の変形例を示す図である。 （Ａ）～（Ｃ）は、ニップ形成部材に設けられた各凸部の延在方向の変形例を示す平面図である。 （Ａ）～（Ｄ）は、ニップ形成部材に設けられた凸部形状の変形例を示す側面断面図である。 本発明の第十一実施形態に係る定着装置の側面断面図である。 図２２のニップ形成部材の変形例を示す図である。

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を有する現像装置１２等を備えている。

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。

画像形成部２の上方には転写部４が配置されている。転写部４は、駆動ローラ１４及び従動ローラ１５に周回走行可能に張架されている無端状の中間転写ベルト１６、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等で構成されている。各一次転写ローラ１７はそれぞれの位置で中間転写ベルト１６の内周面を押圧しており、中間転写ベルト１６の押圧された部分と各感光体ドラム１０とが接触する箇所に一次転写ニップが形成されている。

また、中間転写ベルト１６の駆動ローラ１４と、中間転写ベルト１６を挟んで駆動ローラ１４に対向した位置には二次転写ローラ１８が配設されている。二次転写ローラ１８は中間転写ベルト１６の外周面を押圧しており、二次転写ローラ１８と中間転写ベルト１６とが接触する箇所に二次転写ニップが形成されている。

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ベルト２２、その定着ベルト２２を加圧可能な加圧ローラ（加圧部材）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。

画像形成装置１の上部には、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２９Ｙ，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２９Ｙ，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。

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、駆動ローラ１４の回転駆動により中間転写ベルト１６が図の矢印Ａ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と駆動ローラ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、本発明の第一実施形態に係る定着装置７は、定着ベルト２２と、加圧ローラ２３と、加熱部材としてのハロゲンヒータ３１と、ニップ形成部材３２と、支持部材としてのステー３３と、反射部材３４等を備えている。なお、以下の説明では、定着ベルト２２の幅方向（図２の紙面と直交する方向）を単に幅方向とも呼ぶ。

定着ベルト２２は、用紙Ｐに未定着画像Ｔを定着させる筒状の定着部材であり、用紙Ｐの未定着画像担持面側に配置される。本実施形態では、定着ベルト２２が、ニッケルやＳＵＳ等の金属材料やポリイミドなどの樹脂材料で形成された内周側の基材と、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）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などで形成された外周側の離型層と、を有する無端状のベルト（フィルムも含む。）で構成されている。また、基材と離型層との間に、シリコーンゴム、発泡シリコーンゴム、あるいはフッ素ゴムなどのゴム材料で形成された弾性層を介在させてもよい。この弾性層の厚さを１００μｍ程度にすれば、未定着画像（未定着トナー）を押し潰して定着させるときに弾性層の弾性変形により、ベルト表面の微小な凹凸を吸収でき、光沢ムラの発生を回避できる。また、本実施形態では、定着ベルト２２の低熱容量化の観点から、定着ベルト２２として、薄肉で小径のベルトを採用している。具体的には、定着ベルト２２を構成する基材、離型層のそれぞれの厚さを、２０～５０μｍ、１０～５０μｍの範囲に設定し、定着ベルト２２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２２が弾性層を有する場合は、弾性層の厚さを、１００～３００μｍに設定するとよい。さらに低熱容量化を図るには、定着ベルト２２全体としての厚さを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、本実施形態では、定着ベルト２２の直径が、２０～４０ｍｍに設定されており、望ましくは、直径を３０ｍｍ以下とするのがよい。

加圧ローラ２３は、定着ベルト２２の外周側に対向するように配置された対向部材である。本実施形態では、加圧ローラ２３が、芯金と、芯金の表面に設けられた発泡性シリコーンゴムやフッ素ゴムなどから成る弾性層と、弾性層の表面に設けられたＰＦＡやＰＴＦＥなどから成る離型層と、で構成されている。また、本実施形態では、加圧ローラ２３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。中空ローラの場合、加圧ローラ２３の内部にハロゲンヒータなどの加熱部材を配置することも可能である。また、加圧ローラ２３の弾性層は、ソリッドゴムでもよいが、内部に加熱部材が配置されていない場合は、弾性層にスポンジゴムを用いて加圧ローラ２３の断熱性を高めることが望ましい。これにより、定着ベルト２２の熱が加圧ローラ２３に奪われにくくなり、定着ベルト２２の熱効率が向上する。

また、加圧ローラ２３は、画像形成装置本体に設けられた駆動源によって図２中の矢印Ａで示す方向に回転駆動するように構成されている。一方、定着ベルト２２は、加圧ローラ２３が回転駆動することにより、これに伴って図２中の矢印Ｂ方向に従動回転する。定着ベルト２２と加圧ローラ２３との間の定着ニップＮに未定着画像Ｔが転写された用紙Ｐが搬送されると、回転する定着ベルト２２と加圧ローラ２３とによって用紙Ｐが搬送されて定着ニップＮを通過する。このとき、用紙Ｐに対して熱と圧力が付与されることで、未定着画像Ｔが用紙Ｐに定着される。

また、加圧ローラ２３と定着ベルト２２は、互いに接近離間するように構成されている。万が一、定着ニップＮに用紙が詰まった場合は、加圧ローラ２３と定着ベルト２２を互いに離間させ、定着ニップＮを開放することで、詰まった用紙のジャム処理などのメンテナンス作業を行うことが可能である。加圧ローラ２３と定着ベルト２２とは、いずれか一方に対して他方を動かして接近離間させるように構成されていてもよいし、両方を動かすことで接近離間させる構成であってもよい。

ハロゲンヒータ３１は、定着ベルト２２の内周側に配置され、赤外線光を放射することで、定着ベルト２２を輻射熱により内周側から加熱する加熱部材である。加熱部材として、ハロゲンヒータ３１以外に、カーボンヒータやセラミックヒータなどを用いることも可能である。本実施形態では、定着ベルト２２内にハロゲンヒータ３１が１本だけ配置されているが、用紙の幅サイズに応じて異なる発熱領域を有する複数のハロゲンヒータ３１を用いてもよい。

ニップ形成部材３２は、加圧ローラ２３との間で定着ベルト２２を挟んで定着ニップＮを形成するものである。詳しくは、ニップ形成部材３２は、定着ベルト２２の内周側で幅方向に渡って長手状に配置されており、定着ベルト２２の内周面に接触する平面状のニップ形成面３２ａ１を有するニップ形成部３２ａと、ニップ形成部３２ａのベルト回転方向両端から加圧ローラ２３側とは反対側に屈曲する部分円弧状の屈曲部３２ｂとを有している。また、ニップ形成部３２ａの用紙搬送方向（図の矢印Ｃ参照）の中央側には、複数の凸部３２ｃが設けられる（詳しくは後述する）。加圧ローラ２３の幅方向両端側がバネなどの加圧手段によってニップ形成部材３２側に加圧される（図４の矢印Ｈ参照）ことで、加圧ローラ２３と定着ベルト２２とが接触し、これらの間に定着ニップＮが形成される。

図２に示すように、ニップ形成面３２ａ１は、定着ベルト２２の内周面に対して直接接触しており、定着ベルト２２が回転したとき、定着ベルト２２はニップ形成面３２ａ１に対して摺動する。このため、ニップ形成面３２ａ１の耐摩耗性や摺動性を向上させるために、ニップ形成面３２ａ１にアルマイト処理やフッ素樹脂系材料の塗布することが好ましい。また、経時的な摺動性の確保のために、ニップ形成面３２ａ１にフッ素系グリース等の潤滑剤を塗布してもよい。本実施形態では、ニップ形成面３２ａ１が、平坦面状となっているが、凹形状やその他の形状であってもよい。ニップ形成面３２ａ１を平坦面状とすることで、平坦面状に定着ニップＮを形成し、用紙Ｐに均一な圧力を付与することができる。

また、ニップ形成部材３２は、ステー３３よりも熱伝導率が大きい材料で形成されている。例えば、ニップ形成部材３２の材料として、銅（熱伝導率：３９８Ｗ／ｍｋ）やアルミニウム（熱伝導率：２３６Ｗ／ｍｋ）などが好ましい。このように、ニップ形成部材３２が熱伝導率の大きい材料で形成されていることで、ハロゲンヒータ３１からの輻射熱はニップ形成部材３２によって吸収され定着ベルト２２へ効率良く伝達される。例えば、ニップ形成部材３２の厚みを１ｍｍ以下に設定することで、ニップ形成部材３２から定着ベルト２２への熱伝達時間を短くすることができるため、定着装置７の立ち上がり速度を速める点において有利である。また、ニップ形成部材３２の厚みを１ｍｍより大きく５ｍｍ以下に設定した場合は、ニップ形成部材３２の蓄熱性を高めることができる。

ステー３３は、加圧ローラ２３の加圧力に抗してニップ形成部材３２を支持する支持部材である。ステー３３は、ニップ形成部材３２と同様、定着ベルト２２の内周側でベルト幅方向に渡って長手状に配置されている。本実施形態では、ステー３３が、一対の側壁部３３ａと、これらを連結する底壁部３３ｂと、一対の側壁部３３ａのうち、用紙搬送方向上流側の側壁部３３ａの端部から、用紙搬送方向上流側へ折り曲げられた屈曲部３３ｃとを有する。本実施形態では、一対の側壁部３３ａのうち、用紙搬送方向下流側の側壁部３３ａが、上流側の側壁部３３ａよりもその長さが長く設けられている。なお、用紙搬送方向の上流側および下流側とは、ニップ形成部材３２の短手方向中央を境にした上流側および下流側のことをそれぞれ指しており、以下、用紙搬送方向の上流側および下流側（図の右側及び左側）を単に上流側、下流側とも呼ぶ。

ステー３３は、屈曲部３３ｃでニップ形成部材３２の上流側の屈曲部３２ｂを支持すると共に、下流側の側壁部３３ａでニップ形成部３２ａの下流側部分を支持している。ステー３３がニップ形成部材３２をその背面側から支持することにより、加圧方向の剛性が高まり、加圧ローラ２３の加圧力によるニップ形成部３２ａの撓みが抑制される。特に下流側では、加圧ローラ２３の加圧方向（図２における上下方向）に延在する下流側の側壁部３３ａが、ニップ形成部３２ａの下流側部分を支持することで、ニップ形成部材３２の剛性を高めることができる。ステー３３は、その剛性を確保するため、ＳＵＳやＳＥＣＣなどの鉄系金属材料によって形成されることが好ましい。

反射部材３４は、定着ベルト２２の内周側でハロゲンヒータ３１と対向するように配置されており、ハロゲンヒータ３１から放射される輻射熱（赤外線光）をニップ形成部材３２側へ反射するものである。本実施形態では、反射部材３４が、ハロゲンヒータ３１の周りを覆うようにして設けられる断面略台形状の反射部３４ａと、反射部３４ａのベルト回転方向Ｂの両端部から互いに離れる方向で、用紙搬送方向と平行な方向へ屈曲する一対の屈曲部３４ｂとを有している。本実施形態では、各屈曲部３４ｂが設けられる高さが異なっており、上流側の屈曲部３４ｂが下流側の屈曲部３４ｂよりも高い位置（図の上側の位置）に設けられている。反射部材３４は、各屈曲部３４ｂがステー３３とニップ形成部材３２との間に挟まれることで保持されている。

反射部３４ａは、各面がニップ形成部材３２側へ向くように配置されていることで、ハロゲンヒータ３１からの輻射熱をニップ形成部材３２側へ反射する。すなわち、ニップ形成部材３２は、ハロゲンヒータ３１から直接照射される赤外線光に加えて、反射部３４ａによって反射された赤外線光の熱も照射されるため、効果的に加熱される。

また、反射部３４ａは、ハロゲンヒータ３１とステー３３との間に介在していることで、ハロゲンヒータ３１からステー３３への赤外線光の照射を遮断する機能も兼ねる。これにより、ステー３３が加熱されることによる無駄な熱エネルギーの消費が抑制される。さらに、本実施形態では、ステー３３と反射部３４ａとの間に空気層（隙間）が介在していることで、この空気層の断熱効果によってステー３３への熱伝達がより一層抑制される。

以上のように、本実施形態では、ハロゲンヒータ３１を覆うようにして反射部材３４が設けられ、反射部材３４の開口側、つまり、ニップ形成部材３２の側に、ハロゲンヒータ３１からの輻射熱および反射部材３４からの反射熱が効率良く集熱されるようになっている。そして、加熱されたニップ形成部材３２が、定着ニップＮにおいて、定着ベルト２２を効率良く加熱することができる。また、反射部材３４の外周側を覆うようにステー３３が設けられ、このステー３３の外周側に、定着ベルト２２が設けられる。言い換えると、定着ベルト２２は、その周方向において、定着ニップＮの部分では、ニップ形成部材３２を介してハロゲンヒータ３１に対向し、定着ニップＮ以外の部分では、反射部材３４およびステー３３を介して、ハロゲンヒータ３１に対向する。

反射部材３４（反射部３４ａ）のハロゲンヒータ３１側の面は、反射率を高くするような鏡面処理や表面処理がなされている。本実施形態では、反射率を分光光度計（日立ハイテクサイエンス社製の紫外可視赤外分光光度計ＵＨ４１５０）を用いて測定し、測定時の入射角は５°である。一般的に、ハロゲンヒータは用途により色温度が異なるが、定着装置の加熱用としては色温度が２５００Ｋ程度のものが用いられている。本実施形態で用いられる反射部材３４の反射率は、発光強度の高いハロゲンヒータ３１の波長、具体的には９００～１６００ｎｍの波長、より好ましくは１０００～１３００ｎｍの波長に対して７０％以上であるのがよい。

また、反射部材３４の反射と断熱の機能を、ステー３３に持たせてもよい。例えば、ステー３３の内面（ハロゲンヒータ３１側の面）に断熱処理又は鏡面処理を施すことで、ステー３３が反射部材３４の機能を兼ねるように構成することができる。この場合、ステー３３とは別体の反射部材３４を省略することが可能である。また、ステー３３を鏡面処理した場合のステー３３の反射率は、上記反射部材３４の反射率と同等であることが望ましい。

温度センサ２８は、定着ベルト２２の外周側に配置され、定着ベルト２２の温度を検知するものである。本実施形態では、温度センサ２８を、定着ベルト２２に対してベルト幅方向の中央部と一端部側との２箇所に配置している。温度センサ２８による定着ベルト２２の表面温度の検知結果に基づいてハロゲンヒータ３１の出力制御が行われる。これにより、定着ベルト２２の温度が所望の温度（定着温度）となるように制御される。また、温度センサ２８は、接触型又は非接触型のいずれでもよい。温度センサ２８としては、例えばサーモパイル、サーモスタット、サーミスタ、ＮＣセンサなど、公知の温度センサを適用可能である。

図４に示すように、定着ベルト２２は、その両端部に挿入された一対のベルト支持部材３５によって回転可能に支持されている。このように、定着ベルト２２の内周にベルト支持部材３５が挿入されることによって、定着ベルト２２は非回転状態では基本的に周方向の張力が付与されない状態、いわゆるフリーベルト方式で支持されている。

図３～図５に示すように、ベルト支持部材３５は、定着ベルト２２の内周に挿入されて定着ベルト２２を支持するＣ字状の支持部３５ａと、定着ベルト２２の端面に接触して定着ベルト２２の幅方向移動（片寄り）を規制するフランジ状の規制部３５ｂとを有している。支持部３５ａは、図６に示す例のように、全周に渡って連続する筒状であってもよい。各ベルト支持部材３５は、定着装置７を構成するフレームである一対の側板３６（図４参照）に固定されている。また、ベルト支持部材３５には、開口部３５ｃ（図５参照）が設けられており、この開口部３５ｃを通してハロゲンヒータ３１やステー３３の両端部が各側板３６に固定されている。ハロゲンヒータ３１やステー３３は、ベルト支持部材３５に固定されてもよい。

次に、図２および図７を用いて、本実施形態に係るニップ形成部材３２に設けられた凸部３２ｃについて、より詳細に説明する。

図２に示すように、ニップ形成部３２ａの用紙搬送方向の中央側に複数の（本実施形態では５つの）凸部３２ｃが用紙搬送方向に並んで設けられる。図７に示すように、各凸部３２ｃは、定着ベルト等の幅方向に延在し、用紙搬送方向と交差する方向（本実施形態では略直交する方向）で、加圧ローラ２３とは反対側へ突出しており、各凸部３２ｃは略同じ高さに設けられる。

各凸部３２ｃは、ニップ形成部３２ａと同一の材質により形成され、例えば、押し出し加工によりニップ形成部３２ａと一体的に成形される。ただし、溶接加工等により、別途凸部３２ｃを形成してもよい。つまりこの場合、ニップ形成部材３２を板材で形成するとすると、ニップ形成部３２ａおよび屈曲部３２ｂは、例えば平板を曲げ成形する等して形成するのに対して、凸部３２ｃは、後加工により設けられる。また、以下で示す実施形態についても、これらの方法により凸部を形成することができる。

本実施形態のように、凸部３２ｃを設けることで、ニップ形成部材３２の剛性を高めることができる。つまり、ニップ形成部３２ａのニップ形成面３２ａ１とは反対側に、加圧ローラ２３と反対側へ突出する凸部３２ｃを設けることで、加圧ローラ２３が定着ベルト２２を介してニップ形成部材３２に圧接した際に、ニップ形成部３２ａの撓み（主に定着ベルトの幅方向の撓み）を抑制することができる。従って、ニップ形成部材３２が、加圧ローラ２３との間で凹凸の少ない平坦状の定着ニップＮを形成することができる。これにより、定着ニップＮに通紙される用紙Ｐに対して、場所による圧力偏差を極力小さくすることができる。このような圧力偏差が生じた場合、用紙Ｐのシワや跳ね上がり、またこれに起因する画像のこすれや搬送不良が生じたり、定着ニップＮの場所ごとに用紙Ｐに与える熱量が不均一になり、部分的に定着不良（コールドオフセット）や過熱によるホットオフセット等の画像不良を生じてしまうが、本実施形態では、上記の凸部３２ｃにより、これらの不具合を防止できる。

特に本実施形態では、加圧ローラ２３からの加圧力が最も大きい箇所、つまり、ニップ形成部３２ａの用紙搬送方向中央側に凸部３２ｃを設けることで、ニップ形成部３２ａの撓みを効果的に抑制することができる。

また、凸部３２ｃを設けることで、ニップ形成部３２ａのニップ形成面３２ａ１とは反対側、つまり、ハロゲンヒータ３１に対向する側の表面積を大きくすることができる。これにより、ニップ形成部材３２の加熱効率を向上させることができる。

以下、上記の第一実施形態と異なる実施形態の定着装置７、特にニップ形成部材３２に設けられる凸部３２ｃの構成が異なる複数の形態の定着装置７について、順に説明する。上記実施形態と同様の構成については適宜省略し、上記実施形態と異なる構成を中心に説明する。

図８に示すように、第二実施形態の定着装置７では、凸部３２ｃが設けられる範囲が第一実施形態と異なる。具体的には、第一実施形態ではニップ形成部３２ａの用紙搬送方向中央側に凸部３２ｃが設けられる（図２参照）のに対して、本実施形態では、ニップ形成部３２ａの用紙搬送方向上流側から下流側に渡って凸部３２ｃが設けられる。

用紙搬送方向の両端には、それぞれ屈曲部３２ｂが設けられる。各屈曲部３２ｂは、ステー３３の側壁部３３ａに支持されると共に、側壁部３３ａとの間で、反射部材３４の屈曲部３４ｂを挟持する部分である。本実施形態では、屈曲部３２ｂは、用紙搬送方向に対して垂直な方向へ突出しており、その高さは両端側で等しく、凸部３２ｃと略同じ高さに設けられる。また本実施形態では、ステー３３および反射部材３４が図の左右方向に対して略対称の形状をなしており、ステー３３の一対の側壁部３３ａが同じ長さで設けられ、反射部材３４の搬送方向両側に同じ高さの屈曲部３４ｂが設けられる。

図９に示すように、前述の実施形態と同様、各凸部３２ｃは、定着ベルト等の幅方向に延在し、各凸部３２ｃの高さは略同じに設けられる。

このように、用紙搬送方向上流側から下流側に渡って凸部３２ｃを設けることにより、定着ニップＮの上流側から下流側に渡って、ニップ形成部３２ａの剛性を高めることができ、定着ニップＮ全域を平坦化することができる。

図１０に示すように、ニップ形成部材３２の凸部３２ｃ側の表面には、熱吸収性の材料によるコーティングを施した被覆面３２ｄが設けられる。このような熱吸収性の材料によるコーティングの具体例としては、熱伝導性や熱吸収性に優れたセラミック材を凸部３２ｃ側の表面に塗装したり、グラファイトシート等の熱伝導性に優れたシート材を薄膜化して凸部３２ｃ側の表面に形成することができる。また熱伝導性の観点からは、ダイヤモンドを微粉化して塗装することが最も好ましい。このような被覆面３２ｄを設けることにより、ニップ形成部材３２のハロゲンヒータ側の面の熱吸収性を向上させ、ニップ形成部材３２がハロゲンヒータ３１からの熱をより効率良く吸収することができる。なお、ニップ形成面３２ａ１にはコーティングは施されていない。

また、ニップ形成部材３２の凸部３２ｃ側の表面にサンドブラスト等の加工を施してニップ形成面３２ａ１よりもその表面粗さを大きくし、その表面積を大きくしてもよい。これにより、ニップ形成部材３２の熱吸収効率を向上させることができる。

図１１に示すように、本発明の第三実施形態に係る定着装置７は、第二実施形態と同様、ニップ形成部３２ａの用紙搬送方向上流側から下流側に渡って凸部３２ｃが設けられる。第二実施形態と異なる点として、本実施形態では、屈曲部３２ｂに加えて、各凸部３２ｃのうち、最も上流側および下流側の凸部３２ｃ１、３２ｃ６が、それぞれステー３３の側壁部３３ａに支持されると共に、側壁部３３ａとの間で、反射部材３４の屈曲部３４ｂを挟持している。

前述のように、ニップ形成部３２ａに各凸部３２ｃを設けることで、加圧ローラの圧接力に対するニップ形成部材３２の剛性を大きくすることができる。そして、このように剛性を大きくすることにより、ステー３３および反射部材３４によって支持されるニップ形成部材３２の支持位置を、よりニップ形成部材３２の内側に配置することが可能になる。つまり、ステー３３および反射部材３４のニップ形成部材３２に対する当接位置を、紙搬送方向の両端に設けられた各屈曲部３２ｂよりも内側の凸部３２ｃ１、３２ｃ６に配置しても、ニップ形成部材３２の剛性を一定以上確保することが可能になる。従って、ステー３３や反射部材３４の用紙搬送方向の幅を従来よりも小さくすることができる。これにより、定着ベルト２２の径も小さくし、定着装置７全体を小型化することが可能になる。例えば、従来の定着ベルト２２を図の点線部とすると、本実施形態の定着ベルト２２を図の実線部のように小さくすることができる。

図１２に示すように、本発明の第四実施形態に係る定着装置７では、ニップ形成部材３２に設けられた各凸部３２ｃ１～３２ｃ６が、その用紙搬送方向上流側から下流側へ向けて、その高さが高くなっている。つまり、凸部３２ｃ１がその高さが最も低く、凸部３２ｃ６が最も高くなっている。

前述のように、ニップ形成部材３２のハロゲンヒータ３１側の表面積を大きくすることで、ニップ形成部材３２が受け取る熱量を大きくすることができる。この点、第四実施形態では、用紙搬送方向下流側へ向かうほど、凸部の表面積が大きくなっており、その蓄熱効果が高くなる。従って、定着ニップＮの入口側から出口側に至るまで高温状態を維持することができ、定着ニップＮを通紙される用紙Ｐに対して継続して一定以上の熱量を与えることができる。これにより、光沢の高い良好な状態で、用紙Ｐ表面に画像を定着させることができる。

図１３に示すように、本発明の第五実施形態に係る定着装置７では、第四実施形態とは逆に、ニップ形成部材３２に設けられた各凸部３２ｃ１～３２ｃ６が、その用紙搬送方向上流側から下流側へ向けて、その高さが低くなっている。つまり、凸部３２ｃ１がその高さが最も高く、凸部３２ｃ６が最も低くなっている。

本実施形態では、第四実施形態と比較すると、ニップ出口側でニップ形成部材３２が受け取る熱量が相対的に小さくなり、定着ニップＮ（定着ベルト２２）が相対的に低温になる。これにより、定着ニップＮの出口側において、用紙Ｐが定着ベルト２２に巻き付くことを防止し、用紙Ｐの定着ベルト２２からの分離性を向上させることができる。

図１４に示すように、本発明の第六実施形態に係る定着装置７では、ニップ形成部材３２に設けられた各凸部３２ｃ１～３２ｃ６のうち、用紙搬送方向中央側の凸部３２ｃ３、３２ｃ４の高さが高く、端部側の凸部３２ｃ１、３２ｃ６の高さが低くなっている。

本実施形態では、ニップ形成部材３２の用紙搬送方向中央側の剛性を特に大きくすることができる。加圧ローラからのニップ形成部材に対する面圧はその用紙搬送方向中央側で最も大きくなる。従って、本実施形態の構成により、加圧ローラからの圧接力によるニップ形成部材３２の撓みを抑制でき、用紙搬送方向中央側における定着ニップＮの幅を一定以上確保できる。また、用紙搬送方向端部側に凸部を設けることで、ニップ形成部３２ａの剛性を端部側においても高めることができると共に、その高さを相対的に低くすることで、ニップ形成部材３２の熱容量を小さく抑えることができる。

図１５に示すように、本発明の第七実施形態に係る定着装置７では、第六実施形態とは逆に、ニップ形成部材３２に設けられた各凸部３２ｃ１～３２ｃ６のうち、用紙搬送方向中央側の凸部３２ｃ３、３２ｃ４の高さが低く、端部側の凸部３２ｃ１、３２ｃ６の高さが高くなっている。

本実施形態では、定着ニップＮの入口側および出口側で、ニップ形成部材３２の表面積を確保すると共に、ハロゲンヒータ３１から最も遠い距離にある端部側で、凸部３２ｃ１，３２ｃ６をハロゲンヒータ３１に近づけることができる。従って、定着ニップＮの用紙搬送方向上流端側および下流端側において、定着ニップＮの温度落ち込みが生じやすい箇所、具体的には、定着ベルト２２の幅方向の端部側における温度落ち込みを抑制できる。

図１６に示すように、本発明の第八実施形態に係る定着装置に設けられたニップ形成部材３２では、凸部３２ｃが、その高さが定着ベルト２２等の幅方向に対して変化した、幅方向に円弧状をなしている。具体的には、凸部３２ｃの幅方向中央側の高さＨ２が最も高く、端部側の高さＨ１，Ｈ３が相対的に小さくなっている。なお、各凸部３２ｃ同士を比較すると、その高さは略等しくなっている。

本実施形態では、ニップ形成部材３２の幅方向の中央側における剛性を特に高めることができ、加圧ローラ２３のニップ形成部材３２に対する圧接時の、ニップ形成部材３２の撓みを効果的に抑制することができる。

図１７に示すように、本発明の第九実施形態に係る定着装置に設けられたニップ形成部材３２では、各凸部３２ｃ１～３２ｃ６が、ハロゲンヒータ３１の側を向くような傾斜面になっている。例えば、図１７の拡大図に示すように、凸部３２ｃ３、３２ｃ４のハロゲンヒータ３１側の端面３２ｃａが、ハロゲンヒータ３１の側を向いた傾斜面に形成されている。これにより、ニップ形成部材３２の熱吸収効率を向上させることができる。

図１８（Ａ）に示すように、本発明の第十実施形態に係る定着装置に設けられるニップ形成部材３２は、第一ニップ板（第一ニップ部材）３２１と、第一ニップ板３２１に重ね合わせされ、その内側に設けられる第二ニップ板（第二ニップ部材）３２２とからなる。

第一ニップ板３２１は、平坦状の銅板からなり、用紙搬送方向両端が垂直方向に屈曲した形状をしている。第二ニップ板３２２は、アルミ材あるいは銅板からなり、第一ニップ板３２１側が平坦面状に形成され、その反対側に複数の凸部を有している。

図１８（Ｂ）に示すように、第一ニップ板３２１の内側に第二ニップ板３２２が一体的に設けられ、ニップ形成部材３２が構成される。第一ニップ板３２１の板状部分と第二ニップ板３２２とが重ね合わせされてニップ形成部３２ａを構成している。第一ニップ板３２１の板状部分のうち、第二ニップ板３２２と反対側の面が、ニップ形成面３２ａ１となる。また、第二ニップ板３２２に設けられた複数の凸部が、ニップ形成部材３２の凸部３２ｃとして機能する。

第一ニップ板３２１を銅板で構成した場合には、定着ニップ側でのニップ形成部材３２の剛性や熱伝導性を高めることができる。また、凸部３２ｃを含む第二ニップ板３２２の側をアルミ材で構成することにより、凸部３２ｃを前述した押し出し加工等により容易に形成することができ、その成形性が向上する。以上のように、成形性と剛性や熱伝導性等の機能性を兼ね備えたニップ形成部材３２を実現することができる。

また図１９に示すように、第二ニップ板３２２を金属材によって構成し、ヘミング曲げによって各凸部３２２ｃを形成することもできる。

以上の実施形態では、図７等に示すように、定着ベルト等の幅方向に延在する凸部３２ｃが用紙搬送方向に複数並んで配置される場合を示した。しかしこれとは逆に、用紙搬送方向に延在する凸部３２ｃが、幅方向に複数並んで配置されるような構成であってもよい。例えば、図２０（Ａ）に示すように、各凸部３２ｃを用紙搬送方向（図の矢印Ｃ参照）に略平行な方向へ延在するように設けてもよいし、図２０（Ｂ）、図２０（Ｃ）に示すように、用紙搬送方向に対して傾斜させて設けてもよい。図２０（Ｂ）では、用紙搬送方向上流側から下流側へ向けて、凸部３２ｃがニップ形成部材３２の幅方向（図の左右方向）の内側から外側へ向いている。ただし、これとは逆に、用紙搬送方向上流側から下流側へ向けて、凸部３２ｃがニップ形成部材３２の幅方向の外側から内側へ向いていてもよい。また、図２０（Ｃ）では、用紙搬送方向上流側から下流側へ向けて、凸部３２ｃが幅方向の一方側へ傾斜している。図７等の幅方向に延在する凸部３２ｃが、ニップ形成部材３２の、主に当該幅方向における撓みを抑制するのに効果があるのに対して、図２０に示すように、用紙搬送方向に延在する凸部３２ｃは主に当該搬送方向の撓みを抑制するのに効果的である。

また、ニップ形成部材３２に設けられる凸部３２ｃのハロゲンヒータ３１側の端面の形状は、図２に示すような平坦面や図１７に示すような傾斜面に限らない。例えば、図２１（Ａ）に示すように、端面側にＲを設けた曲面状としてもよいし、図２１（Ｂ）に示すように、凸部３２ｃの先端を尖らせることもできる。さらに、図２１（Ｃ）に示すように、凸部３２ｃ全体を曲面状、特に断面半円弧状とすることもでるし、図２１（Ｄ）に示すように、各凸部３２ｃの高さを不規則に設けてもよい。

また、ニップ形成部材をベルト幅方向と直交する断面が中空環状の複層構成とすることもできる。例えば、図２２に示す本発明の第十実施形態の定着装置のように、ニップ形成部材４２は、ニップ形成面４２１ａを有する第一層４２１と、ハロゲンヒータ３１側の第二層４２２とを有する。第一層４２１と第二層４２２との間には隙間が設けられ、二つの層は用紙搬送方向の両側で連続した環状をなし、幅方向（図の紙面直交方向）に延在した筒状体である。また、ニップ形成部材４２を四角筒状（中空の矩形状がベルト幅方向に延在する形状）とすることもできる。

ニップ形成部材４２には、第一層４２１と第二層４２２との間を橋架された補強部４２３、４２３が設けられる。補強部４２３は、幅方向に複数設けられてもよいし、幅方向に延在した長手状の部分であってもよい。ただし、ニップ形成部材４２の剛性によっては補強部４２３を設けない構成とすることもできる。

図２２の拡大図に示すように、第二層４２２には図の上下方向に貫通する貫通孔４２２ａが設けられる。貫通孔４２２ａにより、ハロゲンヒータ３１の熱を定着ベルト２２の側へ伝達しやすくすることができる。貫通孔４２２ａは幅方向や用紙搬送方向に複数設けられてもよいし、幅方向に延在した長手状の孔であってもよい。

本実施形態のようにニップ形成部材４２を複層構成とし、各層が幅方向に延在する形状とすることで、ニップ形成部材４２の剛性を高め、主にニップ形成部材４２の定着ベルト幅方向における撓みを抑制することができる。

なお、図２３に示すように、Ｌ字状の第一部材４３と第二部材４４とを重ね合わせることで、図２２と同じ形状のニップ形成部材４２を形成することもできる。この場合、例えば２枚の金属板を折り曲げ成形してそれぞれＬ状に形成した後、両者を接合することにより、ニップ形成部材４２を成形することができる。

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、凸部３２ｃが用紙搬送方向と略直交する方向へ設けられるものとしたが、これに限らず、多少の傾斜があってもよい。加圧ローラ２３と反対側へ突出する凸部を設けることにより、前述のように、ニップ形成部材３２の加圧ローラ２３の圧接力に対する剛性を高めることができる。

１ 画像形成装置
７ 定着装置
２２ 定着ベルト
２３ 加圧ローラ（加圧部材）
３１ ハロゲンヒータ（加熱部材）
３２ ニップ形成部材
３２ａ ニップ形成部
３２ａ１ ニップ形成面
３２ｂ 屈曲部
３２ｃ 凸部
３２ｃ１～３２ｃ６ 凸部
３２ｄ 被覆面
３２１ 第一ニップ板（第一ニップ部材）
３２２ 第二ニップ板（第二ニップ部材）
３３ ステー（支持部材）
３４ 反射部材
４２ ニップ形成部材
４２１ 第一層
４２２ 第二層
Ｎ 定着ニップ
Ｐ 用紙（記録媒体）

特許第６１６４０１７号公報

Claims (15)

1. 無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトの外周面を加圧する加圧部材と、
   前記定着ベルトの内側に設けられ、当該定着ベルトを介して前記加圧部材に当接して定着ニップを形成するニップ形成部材と、
   前記定着ベルトの内側に設けられ、前記定着ベルトを加熱するための加熱部材と、
   前記ニップ形成部材を支持する支持部材とを備えた、熱により記録媒体に画像を定着させる定着装置を備えた画像形成装置であって、
   前記ニップ形成部材は、前記定着ニップを形成するニップ形成面とは反対側で、記録媒体搬送方向端部と異なる位置に、複数の凸部を有し、
   前記凸部は前記支持部材に支持されず、
   前記記録媒体が前記定着ニップを通過する方向に平行な方向を前記記録媒体の搬送方向とすると、
   複数の前記凸部は、前記記録媒体の搬送方向に並んで設けられ、
   複数の前記凸部のうち、高さが最も高い凸部が前記記録媒体の搬送方向の下流側に設けられることを特徴とする画像形成装置。
2. 無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトの外周面を加圧する加圧部材と、
   前記定着ベルトの内側に設けられ、当該定着ベルトを介して前記加圧部材に当接して定着ニップを形成するニップ形成部材と、
   前記定着ベルトの内側に設けられ、前記定着ベルトを加熱するための加熱部材と、
   前記ニップ形成部材を支持する支持部材とを備えた定着装置であって、
   前記ニップ形成部材は、前記定着ニップを形成するニップ形成面とは反対側で、記録媒体搬送方向端部と異なる位置に、複数の凸部を有し、
   前記凸部は前記支持部材に支持されず、
   前記記録媒体が前記定着ニップを通過する方向に平行な方向を前記記録媒体の搬送方向とすると、
   複数の前記凸部は、前記記録媒体の搬送方向に並んで設けられ、
   前記加熱部材は、前記ニップ形成部材の前記記録媒体搬送方向の中央側に対向する位置に配置され、
   前記ニップ形成部材の前記記録媒体搬送方向の両端部側の前記凸部の高さが、当該凸部よりも中央側の前記凸部の高さよりも高いことを特徴とする定着装置。
3. 無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトの外周面を加圧する加圧部材と、
   前記定着ベルトの内側に設けられ、当該定着ベルトを介して前記加圧部材に当接して定着ニップを形成するニップ形成部材と、
   前記定着ベルトの内側に設けられ、前記定着ベルトを加熱するための加熱部材と、
   前記ニップ形成部材を支持する支持部材とを備えた定着装置であって、
   前記記録媒体が前記定着ニップを通過する方向に平行な方向を前記記録媒体の搬送方向とすると、
   前記ニップ形成部材は、前記定着ニップを形成するニップ形成面とは反対側で、記録媒体搬送方向端部と異なる位置に、凸部を有し、
   前記凸部は前記支持部材に支持されず、
   前記凸部は、前記定着ベルトの幅方向に延在し、当該幅方向の中央側の高さが、端部側の高さよりも高いことを特徴とする定着装置。
4. 前記凸部が複数設けられ、
   複数の前記凸部は、前記記録媒体の搬送方向に並んで設けられ、
   前記ニップ形成部材の前記記録媒体搬送方向の中央側の前記凸部の高さが当該凸部よりも端部側の前記凸部の高さよりも高い請求項３記載の定着装置。
5. 前記凸部は、前記定着ベルトの幅方向に延在し、当該幅方向の中央側の高さが、端部側の高さよりも高い請求項２記載の定着装置。
6. 前記凸部は、前記ニップ形成部材の記録媒体搬送方向中央側に設けられる請求項２から５いずれか１項に記載の定着装置。
7. 前記ニップ形成面が略平面をなす請求項２から６いずれか１項に記載の定着装置。
8. 前記凸部は、前記ニップ形成面を有するニップ形成部と一体成形される請求項２から７いずれか１項に記載の定着装置。
9. 前記ニップ形成部材は、前記ニップ形成面を有する第一ニップ部材と、前記凸部を有する第二ニップ部材とを有する請求項２から７いずれか１項に記載の定着装置。
10. 前記凸部を含む前記反対側の面に、熱吸収性の材料によるコーティングが施されている請求項２から９いずれか１項に記載の定着装置。
11. 前記反対側の面は、その表面粗さが前記ニップ形成面よりも大きい請求項２から１０いずれか１項に記載の定着装置。
12. 前記凸部が前記記録媒体搬送方向に複数設けられ、
    前記ニップ形成部材は、前記記録媒体搬送方向の上流側端部あるいは下流側端部に、前記支持部材側へ突出し、前記支持部材に支持される第１の被支持部と、前記記録媒体搬送方向の上流側端部の第１の被支持部の記録媒体搬送方向下流側に隣接、あるいは、前記記録媒体搬送方向の下流側端部の第１の被支持部の記録媒体搬送方向上流側に隣接し、前記支持部材側へ突出して前記支持部材に支持される第２の被支持部とを有する請求項２から１１いずれか１項に記載の定着装置。
13. 前記凸部の突出方向の端面に、前記加熱部材の側を向いた傾斜面が形成されている請求項２から１０いずれか１項に記載の定着装置。
14. 請求項２から１３いずれか１項に記載の定着装置を備えた画像形成装置。
15. 前記凸部が複数設けられ、
    複数の前記凸部は、前記記録媒体の搬送方向に並んで設けられ、
    複数の前記凸部のうち、高さが最も高い凸部が上流側に設けられる請求項３に係る定着装置を備えた請求項１４記載の画像形成装置。

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