JP7435112B2 - 加熱装置、画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、加熱装置および画像形成装置に関する。

加熱装置として、プリンタなどの画像形成装置に設けられた定着装置が存在する。定着装置は、ベルト部材としての定着ベルトを備え、定着ベルトの内側に、定着ベルトを加熱する加熱部材や加圧ローラとの間に定着ニップを形成するためのニップ形成部材が設けられる。

そして、定着装置には、ニップ形成部材をその背面側から支持する支持部材が設けられる。支持部材がニップ形成部材を支持することで、加圧ローラからの加圧力によるニップ形成部材の撓みを抑制し、定着ベルトと加圧ローラとの間に均一な幅のニップ部を形成することができる。

しかし、支持部材が長手方向両側で定着装置のフレーム部分などに支持される構成の場合、長手方向中央部で支持部材が撓みやすく、中央部で十分なニップ幅を形成できないという問題があった。

これに対して、特許文献１（特開２０１６－１８１６０号公報）の定着装置では、ステーのニップ形成部材に対する支持面である剪断面が、ステーの長手方向に断続的に設けられている。この剪断面は、長手方向端部から中央へ向けて、ニップ形成部材側に突出した凸形状をなしている。これにより、ステーの撓みによるニップの偏差を相殺して均一なニップを得ることができる。

ところで、このような定着装置では、その長手方向中央部で支持部材からニップ形成部材への接触面圧が大きくなることで、支持部材からニップ形成部材への伝熱が大きくなり、ニップ形成部材が熱変形するおそれがあった。

長手方向中央部における支持部材からニップ形成部材への面圧が大きいという課題があった。

上記の課題を解決するため、本発明は、無端状のベルト部材と、前記ベルト部材に対向する対向部材と、前記ベルト部材の内側に設けられ、前記ベルト部材を介して前記対向部材との間にニップ部を形成するニップ形成部材と、前記ニップ形成部材を支持する支持部材と、前記ベルト部材を加熱する加熱部材とを備えた加熱装置であって、前記支持部材と前記ニップ形成部材とは、その長手方向中央部の接触面積が端部よりも大きく、前記ニップ形成部材は、前記支持部材側へ突出し、前記支持部材に接触する突出部を有し、前記突出部の前記支持部材側への突出高さは、前記長手方向中央部が端部よりも大きいことを特徴とする。

本発明の加熱装置は、長手方向中央部における支持部材からニップ形成部材への面圧を小さくできる。

画像形成装置の概略構成図である。 定着装置の概略構成図である。 定着装置内の各部材の配置を示す模式図である。 図３において、加圧ローラが定着ベルトに圧接された状態の図である。 ニップ形成部材の各突出部の、ステーに接触する接触面を示す図である。 突出部の変形例を示す図である。 下流側に凸部を有する構成のニップ形成部材を示す図である。 図２と異なる形態の定着装置の概略構成図である。 さらに異なる形態の定着装置の概略構成図である。 遮光部材の展開図である。 遮光部材の配置例を示し、上段は斜視図であり、下段は断面構成図である。 図２と異なる実施形態のニップ形成部材の分解斜視図である。 突出部のさらに変形例を示す図である。 ステー側に突出部を設けた構成の定着装置の模式図である。

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。以下、各実施形態の説明において、加熱装置として、トナーを熱により定着させる定着装置として説明する。

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，９Ｋ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，９Ｋ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（Ｋ）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および従動ローラ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１３等で構成されている。各一次転写ローラ１３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１７が配設されている。二次転写ローラ１７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１７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。駆動ローラ１４、中間転写ベルト１６、そして、二次転写ローラ１７は、画像を用紙に転写する画像転写部として機能する。

給紙部５は、画像形成装置１の下部に位置しており、記録媒体あるいは被加熱物としての用紙Ｐを収容した給紙カセット１８や、給紙カセット１８から用紙Ｐを搬出する給紙ローラ１９等からなっている。

搬送路７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２０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７の途中に適宜配置されている。

定着装置６は、加熱部材によって加熱される定着ベルト３１、その定着ベルト３１を加圧可能な加圧ローラ３２等を有している。

排紙部８は、画像形成装置１の搬送路７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２１と、排出された用紙Ｐをストックするための排紙トレイ２２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２３Ｙ，Ｍ，Ｃ，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２３Ｙ，Ｍ，Ｃ，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，９Ｍ，９Ｃ，９Ｋ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、マゼンタおよ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が図の矢印の方向に走行駆動される。また、各一次転写ローラ１３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１９が回転駆動することによって、給紙カセット１８に収容された用紙Ｐが搬送路７に送り出される。搬送路７に送り出された用紙Ｐは、レジストローラ２０によってタイミングを計られて、二次転写ローラ１７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６へと搬送され、定着ベルト３１と加圧ローラ３２とによって用紙Ｐが加熱およ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３１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２１によって排紙トレイ２２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，９Ｍ，９Ｃ，９Ｋ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。

次に、図２に基づき、上記定着装置６の構成について説明する。
図２に示すように、定着装置６は、回転可能な定着部材あるいはベルト部材としての定着ベルト３１と、定着ベルト３１に対向して回転可能に設けられた対向部材あるいは加圧部材としての加圧ローラ３２と、定着ベルト３１を加熱する加熱部材としてのヒータ３３と、定着ベルト３１の内側に配設されたニップ形成部材３４と、ニップ形成部材３４を支持する支持部材としてのステー３５と、ヒータ３３から放射される光を定着ベルト３１へ反射する反射部材３６と、定着ベルト３１の温度を検知する温度検知手段としての温度センサ３７と、定着ベルト３１から用紙を分離する分離部材３８と、加圧ローラ３２を定着ベルト３１へ加圧する加圧手段等を備えている。定着ベルト３１、加圧ローラ３２、ヒータ３３、ニップ形成部材３４、ステー３５、および、反射部材３６は、図２の紙面に直交する方向（図３の両矢印Ｄ方向参照。加圧ローラ３２の軸方向、あるいは、用紙の幅方向でもある）に延在しており、以下、この方向を各部材の長手方向、あるいは、定着装置６の長手方向と呼ぶ。

上記定着ベルト３１は、薄肉で可撓性を有する無端状のベルト部材（フィルムも含む）で構成されている。詳しくは、定着ベルト３１は、ニッケルもしくはＳＵＳ等の金属材料又はポリイミド（ＰＩ）などの樹脂材料で形成された内周側の基材と、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（ＰＦＡ）又はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などで形成された外周側の離型層によって構成されている。また、基材と離型層との間に、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、又はフッ素ゴム等のゴム材料で形成された弾性層を介在させてもよい。

上記加圧ローラ３２は、芯金３２ａと、芯金３２ａの表面に設けられた発泡性シリコーンゴム、シリコーンゴム、又はフッ素ゴム等から成る弾性層３２ｂと、弾性層３２の表面に設けられたＰＦＡ又はＰＴＦＥ等から成る離型層３２ｃによって構成されている。加圧ローラ３２は、加圧手段によって定着ベルト３１側へ加圧され定着ベルト３１を介してニップ形成部材３４に当接している。この加圧ローラ３２と定着ベルト３１とが圧接する箇所では、加圧ローラ３２の弾性層３２ｂが押しつぶされることで、所定の幅の定着ニップＮ（ニップ部Ｎ）が形成されている。また、加圧ローラ３２は、モータ等の駆動源によって回転駆動するように構成されている。加圧ローラ３２が回転駆動すると、その駆動力が定着ニップＮで定着ベルト３１に伝達され、定着ベルト３１が従動回転するようになっている。

本実施形態では、加圧ローラ３２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。その場合、加圧ローラ３２の内部にハロゲンヒータ等の加熱源を配設してもよい。また、弾性層が無い場合は、熱容量が小さくなり定着性が向上するが、未定着トナーを押しつぶして定着させるときにベルト表面の微小な凹凸が画像に転写されて画像のベタ部に光沢ムラが生じる可能性がある。これを防止するには、厚さ１００μｍ以上の弾性層を設けることが望ましい。厚さ１００μｍ以上の弾性層を設けることで、弾性層の弾性変形により微小な凹凸を吸収することができるので、光沢ムラの発生を回避することができるようになる。弾性層３２ｂはソリッドゴムでもよいが、加圧ローラ３２の内部に加熱源が無い場合は、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３１の熱が奪われにくくなるのでより望ましい。また、定着ベルト３１と加圧ローラ３２は、互いに圧接する場合に限らず、加圧を行わず単に接触させるだけの構成とすることも可能である。

本実施形態では、ヒータ３３はハロゲンヒータである。各ヒータ３３は、それぞれの両端部が定着装置６の側板に固定されている。各ヒータ３３は、プリンタ本体に設けられた電源部により出力制御されて発熱するように構成されており、その出力制御は、上記温度センサ３７による定着ベルト３１の表面温度の検知結果に基づいて行われる。このようなヒータ３３の出力制御によって、定着ベルト３１の温度（定着温度）を所望の温度に設定できるようになっている。また、定着ベルト３１を加熱する加熱部材として、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。

上記ニップ形成部材３４は、ベースパッド３４１と、ベースパッド３４１の表面に設けられた摺動シート（低摩擦シート）３４０とを有する。ベースパッド３４１は、定着ベルト３１の長手方向に渡って配設されており、加圧ローラ３２の加圧力を受けて定着ニップＮの形状を決めるものである。また、ベースパッド３４１は、ステー３５によって固定支持されている。これにより、加圧ローラ３２による圧力でニップ形成部材３４に撓みが生じるのを防止し、加圧ローラ３２の軸方向に渡って均一なニップ幅が得られるようにしている。

また、ベースパッド３４１は、強度確保のためにある程度硬い材料で、かつ耐熱温度２００℃以上の耐熱性材料で構成されている。これにより、トナー定着温度域で、熱によるニップ形成部材３４の変形を防止し、安定した定着ニップＮの状態を確保して、出力画質の安定化を図っている。ベースパッド３４１の材料としては、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの一般的な耐熱性樹脂の他、金属、あるいはセラミックなどを使用することが可能である。

摺動シート３４０は、ベースパッド３４１の少なくとも定着ベルト３１と対向する表面に配設される。これにより、ベースパッド３４１が摺動シート３４０を介して間接的に定着ベルト３１と接触する。定着ベルト３１の回転中は、この摺動シート３４０に対して定着ベルト３１が摺動するため、定着ベルト３１に生じる摩擦力が軽減され、定着ベルト３１の駆動トルクが低減される。なお、摺動シート３４０を有しない構成とすることも可能である。

定着装置６には、ニップ形成部材３４を支持する部材が設けられる。つまり、 加圧ローラ３２の加圧方向（図の左右方向）に幅を有する部分を有した部材を、ニップ形成部材３４に対して、加圧ローラ３２と反対側（図の左側）から当接させることで、ニップ形成部材３４を支持する。これにより、加圧ローラ３２からの加圧力によるニップ形成部材３４の撓み（本実施形態では、特に長手方向の撓み）を抑制することができる。本実施形態では、支持部材としてのステー３５が、加圧ローラ３２の加圧方向に延在する一対の立ち上がり部３５ｂを有する。

ステー３５は、ニップ形成部材３４の撓み防止機能を満足するために、ステンレスや鉄等の機械的強度が高い金属材料で形成することが望ましい。本実施形態では、ベースパッド３４１の加圧ローラ３２との対向面が平坦面状に形成されており、そのために定着ニップＮはストレート形状になっている。定着ニップＮをストレート形状にすることで、加圧ローラ３２による加圧力を軽減することができる。

さらにステー３５の強度を確保するために、本実施形態では、ステー３５が、ニップ形成部材３４と接触し用紙搬送方向（図２の上下方向）に延在するベース部３５ａと、ベース部３５ａの用紙搬送方向上流側と下流側の各端部から加圧ローラ３２の当接方向（図２の左側）に向かって延びる立ち上がり部３５ｂとを有するように構成している。すなわち、ステー３５に立ち上がり部３５ｂを設けることで、ステー３５が加圧ローラ３２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、ステー３５の機械的強度を向上させることが可能となる。

上記反射部材３６は、ステー３５とヒータ３３との間に配設されている。本実施形態では、反射部材３６をステー３５に固定している。反射部材３６の材料としては、アルミニウムやステンレス等を使用することができる。このように反射部材３６を配設していることにより、ヒータ３３からステー３５側に放射された光が定着ベルト３１へ反射される。これにより、定着ベルト３１に照射される光量を多くすることができ、定着ベルト３１を効率良く加熱することが可能となる。また、ヒータ３３からの輻射熱がステー３５等に伝達されるのを抑制することができるので、省エネルギー化も図れる。

なお、定着ベルト３１の長手方向両端部には、定着ベルト３１とヒータ３３との間に、ヒータ３３からの熱を遮蔽する遮蔽部材を配設している。これにより、特に、連続通紙時の定着ベルトの非通紙領域における過剰な温度上昇を抑制することができ、定着ベルトの熱による劣化や損傷を防止することができる。

以下、図２を参照しつつ、本実施形態に係る定着装置の基本動作について説明する。
プリンタ本体の電源スイッチが投入されると、ヒータ３３に電力が供給されると共に、加圧ローラ３２が図２中の時計回りに回転駆動を開始する。これにより、定着ベルト３１は、加圧ローラ３２との摩擦力によって、図２中の反時計回りに従動回転する。

その後、上述の画像形成工程により未定着のトナー画像Ｔが担持された用紙Ｐが、ガイド板に案内されながら図２の矢印Ａ１方向に搬送されて、圧接状態にある定着ベルト３１及び加圧ローラ３２の定着ニップＮに送入される。用紙Ｐの未定着画像Ｔが担持された側を定着ベルト３１が加熱し、ヒータ３３による熱と、定着ベルト３１と加圧ローラ３２との間の加圧力とによって、用紙Ｐの表面にトナー画像Ｔが定着される。

トナー画像Ｔが定着された用紙Ｐは、定着ニップＮから図２中の矢印Ａ２方向に搬出される。定着ニップＮの出口近傍に配置された分離部材３８によって分離され、さらに下流側へ搬送される。

図３に示すように、ニップ形成部材３４に、ステー３５の側へ突出する突出部３４ａを設ける。突出部３４ａは、長手方向に断続的に複数設けられる。また、長手方向に複数設けられた突出部３４ａの列が、用紙搬送方向に２列設けられる（図５参照）。図３に示すように、突出部３４ａは、定着ベルト３１と加圧ローラ３２とが圧接された際に、ニップ形成部材３４がステー３５に当接する部分である。突出部３４ａを長手方向に断続的に設けることで、ニップ形成部材３４とステー３５との接触面積を減らすことができ、ニップ形成部材３４とステー３５との間の伝熱量を減らすことができる。

また、加圧ローラ３２の軸部には、その長手方向一方側（より詳しくは加圧ローラ３２の長手方向の中央位置よりも一方側で図の右側。以下、単に駆動側とも呼ぶ）に、駆動伝達部材としての駆動ギア３９が設けられる。加圧ローラ３２は、駆動ギア３９を介して、モータなどの駆動源から駆動力を伝達されて回転する。なお図３では、突出部３４ａのステー３５に対する当接関係を始めとして、図の上下方向（加圧ローラ３２の加圧方向）に対する各部材の配置を模式的に示すものであり、各部材の形状を適宜簡略化して表示している。また、反射部材３６（図２参照）の記載を省略している。

ステー３５は、その長手方向両端部を側板によって保持される構成のため、加圧ローラ３２からの加圧力を受けると、長手方向中央部が撓む。この撓みにより、長手方向中央部で十分な幅の定着ニップＮを形成できなくなるおそれがある。

そこで本実施形態では、図３に示すように、長手方向端部側から中央部へ向かうに従って、複数の突出部３４ａの突出高さ（図の上下方向の長さで、加圧ローラ３２の加圧方向の長さでもある）が大きくなるように設定している。つまり、ステー３５が撓みに応じて突出部３４ａの突出高さが高くなるように設定されている。これにより、長手方向中央部でステー３５をニップ形成部材３４に十分に当接させることができ、長手方向に均一な幅の定着ニップＮを形成することができる。

しかし一方で、このようにニップ形成部材３４とステー３５が長手方向中央部で当接することにより、ニップ形成部材３４が長手方向中央部で高温になることが問題になる。つまり、図４に示すように、加圧ローラ３２が定着ベルト３１を介してニップ形成部材３４やステー３５に加圧力Ｆを加えると、前述のようにステー３５は長手方向中央部がヒータ３３側へ撓む。つまり、長手方向中央部で、ステー３５がヒータ３３に接近する。

ステー３５とヒータ３３との間には反射部材３６（図２参照）が設けられており、ヒータ３３からステー３５の側への輻射熱は反射される。しかし、定着装置６に連続通紙された場合等には、定着装置６内全体が暖まるため、ステー３５も加熱されて高温になる。特に、金属製で熱伝導率の高いステー３５は高温になりやすい。従って、上記のようにステー３５の長手方向中央部がヒータ３３に接近すると、この部分が特に高温になりやすくなる。また、ステー３５の長手方向端部側は、定着装置６の外側へ放熱することができる（図４の矢印Ｂ参照）が、長手方向中央部では熱が逃げにくく、この観点でもステー３５の長手方向中央部は高温になりやすい。

そして前述のように、本実施形態では、突出部３４ａの長手方向中央部の突出高さを高くすることで、長手方向中央部においてニップ形成部材３４とステー３５とを十分に接触させている。従って、ステー３５の長手方向中央部が高温になると、ステー３５に接触するニップ形成部材３４が加熱されて、ニップ形成部材３４の特に長手方向中央部が高温になる。これにより、ニップ形成部材３４が熱変形してしまうおそれがある。そして、ニップ形成部材３４の熱変形により、定着装置の駆動時に定着ベルト３１の摺動負荷の増大や用紙の搬送不良、ステー３５からニップ形成部材３４への面圧の低下による定着性の悪化等の不具合を生じてしまう。このような不具合に対して、ニップ形成部材３４をより耐熱性の高い材料で形成することも可能であるが、ニップ形成部材３４の材料の選択肢を狭めたり、ニップ形成部材３４のコストアップになってしまうという別の問題が生じてしまう。

上記のような課題に対して、本実施形態では、ニップ形成部材３４とステー３５との接触面積を、その長手方向にわたって変化させる。つまり、ニップ形成部材３４の突出部３４ａのステー３５側の端面であり、ステー３５に接触する接触面３４ａ１の面積を長手方向に変化させる。

具体的には、図５に示すように、接触面３４ａ１の長手方向中央の用紙搬送方向（図の矢印Ａ１参照）の幅である幅Ｌ３を、端部の接触面３４ａ１の幅Ｌ１，Ｌ２よりも大きくする。また、両端部側の接触面３４ａ１のうち、駆動側（駆動ギア３９が設けられる側で、長手方向一方側。図３参照）の接触面３４ａ１の幅Ｌ１が、その反対側の接触面３４ａ１の幅Ｌ２よりも大きい。なお、ここでいう中央部とは、ニップ形成部材３４をその長手方向に３等分した場合の中央の領域を指し、その両側の領域を端部あるいは端部側とする。ただしこれに限らず、定着ベルト３１や加圧ローラ３２、ステー３５、あるいは、定着装置６に通紙される用紙の画像形成領域の中央部や定着ニップＮを長手方向に３等分した場合の中央部であってもよい。

長手方向中央部の接触面３４ａ１の幅Ｌ３を幅Ｌ１，Ｌ２よりも大きくすることで、中央部での突出部３４ａとステー３５との接触面積を相対的に大きくし、ステー３５が突出部３４ａに加える面圧を小さくすることができる。これにより、長手方向中央部で、ステー３５からニップ形成部材３４への伝熱を抑制でき、ニップ形成部材３４の熱変形を抑制できる。従って、突出部３４ａの高さを、長手方向端部側から中央部へ向けて高くなるようにして、定着ニップＮの面圧を均一化する効果を得ると共に、上記のニップ形成部材３４の熱変形を抑制でき、これに起因した上記の用紙搬送不良等の不具合を防止できる。

また、駆動時の引き込み力により、加圧ローラ３２の駆動ギア３９側の加圧力は大きくなる。つまり、モータの駆動力を、駆動ギア３９を介して加圧ローラ３２に伝達して加圧ローラ３２を回転させる際に、定着ベルト３１に対する加圧方向の荷重が駆動ギア３９から加圧ローラ３２に加えられる。従って、上記のように駆動側の接触面３４ａ１の幅Ｌ１をその反対側の接触面３４ａ１の幅Ｌ２よりも大きくすることで、駆動側におけるステー３５からニップ形成部材３４への面圧を小さくし、長手方向の一端側と他端側との面圧の差を小さくすることができる。従って、ステー３５からニップ形成部材３４への面圧を、その長手方向に対してより均一化することができる。ただし、幅Ｌ１と幅Ｌ２を同じにしてもよい。

図５と接触面３４ａ１の用紙搬送方向の幅が異なる変形例を図６に示す。
図６に示すように、本実施形態では、長手方向中央部の接触面３４ａ１の用紙搬送方向の幅Ｌ４が端部側の幅Ｌ５よりも、中央部の幅Ｌ６が端部側の幅Ｌ７よりも、それぞれ大きく設けられる。これにより、前述した実施形態と同様、長手方向中央部でのステー３５からニップ形成部材３４への伝熱を抑制でき、ニップ形成部材３４の熱変形を抑制できる。

また本実施形態では、幅Ｌ４は幅Ｌ６よりも大きく、幅Ｌ５は幅Ｌ７よりも大きく設けられる。つまり、本実施形態では、接触面３４ａ１の長手方向中央部の幅を端部側よりも大きくするのに加えて、用紙搬送方向の下流側の幅Ｌ４、Ｌ６を用紙搬送方向上流側の幅Ｌ５、Ｌ７よりも大きくしている。これにより、下流側のステー３５からニップ形成部材３４への面圧を小さくすることができる。用紙搬送方向の上流側は定着ニップＮの入口側、下流側は出口側でもある。以下の説明では、この用紙搬送方向の上流側あるいは下流側を、単に、上流側あるいは下流側とも呼ぶ。

上記のニップ形成部材３４を適用する構成の一例を、図７を用いて説明する。
図７に示すように、ベースパッド３４１の用紙搬送方向下流側に、加圧ローラ３２側へ突出した凸部３４１ａが設けられる。凸部３４１ａを設けることで、用紙Ｐの定着ニップＮからの分離性を高めることができるが一方で、用紙搬送方向下流側でのステー３５からニップ形成部材３４への面圧が、上流側よりも大きくなる。

このような構成の定着装置に対して、上記のように接触面３４ａ１の下流側の幅を上流側よりも大きくすることで、下流側におけるステー３５からニップ形成部材３４への面圧を小さくし、用紙搬送方向の上流側と下流側との面圧の差を小さくすることができる。従って、ステー３５からニップ形成部材３４への面圧を、用紙搬送方向に対してより均一化することができる。

以上のように、ステー３５がニップ形成部材３４に加える面圧の分布に応じて、各接触面３４ａ１の面積を最適化することで、それぞれの位置におけるステー３５からニップ形成部材３４への面圧を均一化することができる。

なお、長手方向中央部の全ての接触面３４ａ１の面積を端部の接触面３４ａ１の面積よりも大きくする必要はなく、その一部だけであってもよい。また、加圧ローラ３２の駆動側の接触面３４ａ１の一部の面積を、駆動側と反対側の接触面３４ａ１の面積よりも大きくしてもよいし、用紙搬送方向の下流側の接触面３４ａ１の一部の面積を、下流側の接触面３４ａ１の面積よりも大きくしてもよい。さらに、長手方向端部側から中央部へ向けて、徐々に接触面３４ａ１の面積が大きくなってもよい。

次に、本発明を適用する定着装置として、前述した図２の定着装置と異なる構成の定着装置について、順に説明する。以下、図２の定着装置と同一の構成については適宜その説明を省略し、異なる点を中心に説明する。

図８に、定着装置６の他の実施形態を示す。本実施形態の定着装置６は、加熱部材としてのヒータ３３を３本備えている。この場合、ヒータ３３ごとに発熱領域を異ならせることで、種々の幅の用紙幅に対応した範囲で定着ベルト３１を加熱することが可能となっている。従って、定着装置６の省エネルギー化を図ることができる。また、ニップ形成部材３４を囲むように板金４１が設けられており、板金４１を介してニップ形成部材３４がステー３５に支持されている。

図９に示す定着装置６は、図８の定着装置６に遮光部材４０を加えた構成である。遮光部材４０は、図１０に示すように段付きの形状を有し、用紙Ｐの各サイズに応じた遮光領域を有する。具体的には、小サイズ（例えばハガキサイズ）の用紙Ｐ１の幅Ｈ１、中サイズ（例えばＡ４サイズ）の用紙Ｐ２の幅Ｈ２、大サイズ（例えばＡ３サイズ）の用紙Ｐ３の幅Ｈ３にそれぞれ対応した遮光領域を有する。

図１１は遮光部材の配置例を示し、上段は斜視図であり、下段は断面構成図である。また（ａ）図は大サイズ（例えばＡ３サイズ）の用紙Ｐが通紙される例であり、（ｂ）は小サイズ（例えばハガキサイズ）の用紙Ｐが通紙される例である。遮光部材４０は、定着ベルト３１の内側に沿って非接触で各紙幅に対応した位置に回動し、加熱に不必要な領域を遮光する。

遮光部材４０を用いて非通紙領域を遮光することにより、紙幅の狭い用紙Ｐを連続通紙した場合でも、非通紙領域が過昇温状態にならない。また、過昇温を抑えるために生産性を落とさなくてもよい。上記の非通紙領域とは、定着装置６に通紙された用紙外の領域であり、通紙される用紙のサイズによってもその領域は変化する。また、遮光部材４０を設けることにより、ヒータ３３の本数を減らすことができる。

また、上記と異なる定着装置６として、上記の遮光部材４０に代えて、ニップ形成部材３４の構成により、非通紙領域の過昇温を抑制する構成について説明する。

図１２に示すように、本実施形態のニップ形成部材３４は、熱移動手段としての均熱部材３４２と、この均熱部材３４２に備わる摺動シート３４０と、第１断熱部材３４３と、第２断熱部材３４４と、第１吸熱部材３４５と、第２吸熱部材３４６とを有する。ニップ形成部材３４は、ヒータ３３の加熱領域Ｈに対応した幅で設けられる。図１２に通紙される小サイズの用紙Ｐ１は、例えばＡ６サイズの用紙である。

均熱部材３４２は、熱伝導率の高い材料、例えば銅からなり、定着ベルト３１の長手方向にわたって形成される。そして、定着ベルト３１の非通紙部に過剰に蓄積する熱を吸熱し、長手方向へ熱を移動させることができる。

均熱部材３４２は、摺動シート３４０を介して定着ベルト３１に当接する当接部３４２ａと、用紙Ｐの搬送方向で定着ニップＮの入口側にある曲げ部３４２ｂと、定着ニップＮの出口側にある曲げ部３４２ｃとを有する。曲げ部３４２ｂ、３４２ｃは、それぞれ定着ベルト３１の内側に延在して形成されている。

曲げ部３４２ｂの先端は鋭利な形状を有している。定着ベルト３１が回転した際、摺動シート３４０が摺動方向に引っ張られたとしても、保持部３４２ｄが摺動シート３４０を保持する。定着ベルト３１が逆回転する構成の場合は、曲げ部３４２ｃの先端にも同様に鋭利な形状を設けることが有効である。

第１断熱部材３４３は、均熱部材３４２より熱伝導率の低い、例えば樹脂からなる。第１断熱部材３４３は、長手方向に延在し、長手方向に複数設けられる。具体的には、断熱部材３４３は、均熱部材３４２と第２吸熱部材３４６との間で、長手方向において、第１吸熱部材３４５が存しない位置に配置されている。第１断熱部材３４３を有することで、ニップ形成部材３４が、定着ベルト３１の熱を過剰に吸収することを回避する。その結果、通紙領域での温度落ち込みを防げる。また、ウォームアップ時間の短縮や消費電力の削減を図れる。

第２断熱部材３４４は、均熱部材３４２より熱伝導率の低い、例えば樹脂からなり、均熱部材３４２と第１吸熱部材３４５との間に設けられる。第２断熱部材３４４を設けることにより、均熱部材３４２から第１吸熱部材３４５を介する第２吸熱部材３４６への熱移動量を減らすことができる。

第２吸熱部材３４６は、第１断熱部材３４３及び第２断熱部材３４４よりも熱伝導率の大きい材料からなり、定着ベルト３１の長手方向に延在し、第１断熱部材３４３及び第１吸熱部材３４５に当接して配置されている。

第１吸熱部材３４５は、第１断熱部材３４３及び第２断熱部材３４４よりも熱伝導率の大きい材料からなる。第１吸熱部材３４５は、長手方向に延在し、長手方向に複数設けられる。具体的には、第１吸熱部材３４５は、第２断熱部材３４４と第２吸熱部材３４６との間に配置されている。特に、第１吸熱部材３４５は、定着ベルト３１の中央領域以外に対応する位置、すなわち、定着ベルト３１の非通紙部温度上昇の発生位置に対応して設けられる。

本実施形態のニップ形成部材３４により、長手方向に伝熱を促進し、定着ベルト３１の温度を長手方向により均一化することができる。従って、上記のように通紙領域での温度落ち込みを防止したり、非通紙領域での過昇温を抑制できる。つまり、前述した定着装置６の遮光部材４０に代えて非通紙領域での過昇温を抑制でき、遮光部材４０およびそれを駆動させる駆動部が不要となり、定着装置６の大幅なコスト削減ができる。

これらの定着装置６においても、例えば図３で示したように、ニップ形成部材３４に、ステー３５の側へ突出し、ステー３５に当接する突出部３４ａを複数設け、長手方向中央部の突出部３４ａの突出高さを端部側の突出部３４ａよりも大きくすることができる。これにより、長手方向に均一な幅の定着ニップＮを形成することができる。また、長手方向中央部の突出部３４ａの用紙搬送方向の幅を端部側の幅よりも大きく設ける。これにより、前述した実施形態と同様、長手方向中央部でのステー３５からニップ形成部材３４への伝熱を抑制でき、ニップ形成部材３４の熱変形を抑制できる。また、前述した実施形態と同様、加圧ローラの駆動ギア側の突出部の幅を大きくしたり、用紙搬送方向下流側の突出部の幅を上流側よりも大きくしたりすることができる。このようにニップ形成部材３４の接触面３４ａ１の面積を最適化することで、ステー３５からニップ形成部材３４への面圧を均一化することができる。

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。

以上の実施形態では、ニップ形成部材に設けられた接触面３４ａ１の用紙搬送方向の幅（図５の上下方向の幅）を変更するものとしたが、長手方向の幅（図５の左右方向の幅）を変更するものとしてもよい。例えば、図１３に示すように、長手方向中央部の接触面３４ａ１の長手方向の幅Ｗ１を端部側の接触面３４ａ１の長手方向の幅Ｗ２よりも大きく設ける。これにより、前述した実施形態と同様、長手方向中央部でのステー３５からニップ形成部材３４への伝熱を抑制でき、ニップ形成部材３４の熱変形を抑制できる。

以上の実施形態では、ニップ形成部材３４に突出部３４ａを設ける場合を示したが、ステー３５の側に突出部を設けてもよい。例えば、図１４に示すように、ステー３５は長手方向に複数の突出部３５ｃを有する。そして、各突出部３５ｃのニップ形成部材３４側への突出高さは、その長手方向中央部が端部側よりも大きい。これにより、長手方向に均一な幅の定着ニップＮを形成することができる。また、長手方向中央部の突出部３５ｃに形成された接触面３５ｃ１の用紙搬送方向の幅を端部側の幅よりも大きく設ける。これにより、前述した実施形態と同様、長手方向中央部でのステー３５からニップ形成部材３４への伝熱を抑制でき、ニップ形成部材３４の熱変形を抑制できる。また、前述した実施形態と同様、加圧ローラの駆動ギア側の接触面３５ｃ１の幅を大きくしたり、用紙搬送方向下流側の接触面３５ｃ１の幅を上流側よりも大きくしたりすることができる。これにより、ステー３５からニップ形成部材３４への面圧を均一化することができる。従って、ニップ形成部材３４の熱変形を抑制できる。

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。

また、本発明は、上記の実施形態で説明したような定着装置に限らず、用紙に塗布された液体などのインクを乾燥させる乾燥装置にも適用可能である。この乾燥装置に本発明を適用することにより、つまり、長手方向中央部での支持部材とニップ形成部材との接触面積を端部よりも大きくすることによりベルト部材に当接するニップ形成部材の熱変形を抑制することができる。また、各接触面（支持部材あるいはニップ形成部材のもう一方に対する接触面）の面積を最適化することで、それぞれの位置における支持部材からニップ形成部材への面圧を均一化することができる。

１ 画像形成装置
６ 定着装置（加熱装置）
３１ 定着ベルト（定着部材あるいはベルト部材）
３２ 加圧ローラ（加圧部材あるいは対向部材）
３３ ハロゲンヒータ（加熱部材）
３４ ニップ形成部材
３４ａ 突出部
３５ ステー（支持部材）
３９ 駆動ギア（駆動伝達部材）
Ａ１ 用紙搬送方向
Ｄ 長手方向
Ｎ 定着ニップ（ニップ部）
Ｐ 用紙（記録媒体あるいは被加熱物）

特開２０１６－１８１６０号公報

Claims (8)

1. 無端状のベルト部材と、
   前記ベルト部材に対向する対向部材と、
   前記ベルト部材の内側に設けられ、前記ベルト部材を介して前記対向部材との間にニップ部を形成するニップ形成部材と、
   前記ニップ形成部材を支持する支持部材と、
   前記ベルト部材を加熱する加熱部材とを備えた加熱装置であって、
   前記支持部材と前記ニップ形成部材とは、その長手方向中央部の接触面積が端部よりも大きく、
   前記ニップ形成部材は、前記支持部材側へ突出し、前記支持部材に接触する突出部を有し、
   前記突出部の前記支持部材側への突出高さは、前記長手方向中央部が端部よりも大きいことを特徴とする加熱装置。
2. 前記突出部の前記支持部材側の端面である接触面は、その長手方向中央部の面積が、端部の面積よりも大きい請求項１記載の加熱装置。
3. 無端状のベルト部材と、
   前記ベルト部材に対向する対向部材と、
   前記ベルト部材の内側に設けられ、前記ベルト部材を介して前記対向部材との間にニップ部を形成するニップ形成部材と、
   前記ニップ形成部材を支持する支持部材と、
   前記ベルト部材を加熱する加熱部材とを備えた加熱装置であって、
   前記支持部材と前記ニップ形成部材とは、その長手方向中央部の接触面積が端部よりも大きく、
   前記支持部材は、前記ニップ形成部材側へ突出し、前記ニップ形成部材に接触する突出部を有し、
   前記突出部の前記ニップ形成部材側への突出高さは、前記長手方向中央部が端部よりも大きいことを特徴とする加熱装置。
4. 前記突出部の前記ニップ形成部材側の端面である接触面は、その長手方向中央部の面積が、端部の面積よりも大きい請求項３記載の加熱装置。
5. 前記対向部材の長手方向中央位置よりも一方側に、前記対向部材に駆動力を伝達する駆動伝達部材が設けられ、
   前記支持部材と前記ニップ形成部材とは、その長手方向一方の端部側の接触面積が他方の端部側よりも大きい請求項１から４いずれか１項に記載の加熱装置。
6. 前記支持部材と前記ニップ形成部材とは、その被加熱物搬送方向下流側の接触面積が上流側よりも大きい請求項１から５いずれか１項に記載の加熱装置。
7. 記録媒体上のトナーを熱により定着させる定着装置である請求項１から６いずれか１項に記載の加熱装置。
8. 請求項１から７いずれか１項に記載の加熱装置を備えた画像形成装置。

Images