JP2023172474A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着部材の端部が、所定の異常温度以上となる前に第一および第二加熱源への電力供給を遮断でき、かつ、最大サイズ幅の記録材の幅方向端部の画像を良好に定着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】サブヒータなどの第二加熱源の両側の最も発熱量が多い最大発熱箇所の中央の発熱量に対する発熱量の比率（最大発熱比率Ｒｐ）が１５０％以下であり、第二加熱源の最大サイズ幅の幅方向端部に対応する箇所の中央の発熱量に対する発熱量の比率（端部発熱比率Ｒｑ）が、１３０％以上である。また、第二加熱源の両側の発熱量が中央の発熱量よりも高い端部領域の半値幅が６５ｍｍ以下である。【選択図】図３

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、定着部材と、互いに発熱分布の異なる定着部材加熱用の複数の加熱源と、定着部材の幅方向の中央付近に対向配置され、定着部材の温度が所定の異常温度以上となる前に、各加熱源への電力供給を遮断する電力遮断手段とを備える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、第一加熱源と、第二加熱源とを備え、第二加熱源は、幅方向両側の発熱量が中央の発熱量よりも多い発熱分布を有し、かつ、第二加熱源の両側の最も発熱量が多い最大発熱箇所の中央の発熱量に対する発熱量の比率が１２５％であるものが記載されている。

しかしながら、最大サイズ幅の記録材を通紙したときに、記録材の幅方向端部の画像を良好に定着できないおそれがあった。

上述した課題を解決するために、本発明は、定着部材と、互いに発熱分布の異なる定着部材加熱用の複数の加熱源と、前記定着部材の幅方向の中央付近に対向配置され、前記定着部材の温度が所定の異常温度以上となる前に、各加熱源への電力供給を遮断する電力遮断手段とを備える定着装置において、通紙可能な記録材の最大サイズ幅内で幅方向均一な発熱分布を有する第一加熱源と、前記最大サイズ幅の幅方向両側に対応する発熱量が中央の発熱量よりも高い発熱分布を有する第二加熱源とを備え、前記第二加熱源の両側の最も発熱量が多い最大発熱箇所の中央の発熱量に対する発熱量の比率が１５０％以下であり、前記第二加熱源の前記最大サイズ幅の幅方向端部に対応する箇所の中央の発熱量に対する発熱量の比率が、１３０％以上であり、前記第二加熱源の両側の発熱量が中央の発熱量よりも高い領域の半値幅が６５ｍｍ以下であることを特徴とするものである。

本発明によれば、定着部材の端部が、所定の異常温度以上となる前に第一および第二加熱源への電力供給を遮断することができ、かつ、最大サイズ幅の記録材の幅方向端部の画像を良好に定着することができる。

実施形態に係るプリンタの構成を示す概略構成図。 定着装置の概略構成図。 サブヒータの幅方向端部の発熱分布を示す図。 実施例１の定着装置を用いた熱暴走試験時の定着ベルトの昇温プロファイル。 実施例１の定着装置における冷間立ち上げ時の定着ベルトの端部と中央の昇温プロファイル。 比較例１の定着装置における熱暴走試験時の定着ベルトの昇温プロファイル。 （ａ）は、比較例２の定着装置における冷間立ち上げ時の定着ベルトの端部と中央の昇温プロファイルであり、（ｂ）は、比較例２の定着装置における冷間立ち上げ時の定着ベルトの端部と中央の昇温プロファイル。 実施例１の定着装置用いた第二熱暴走試験時の定着ベルトの昇温プロファイル。 比較例１の定着装置用いた第二熱暴走試験時の定着ベルトの昇温プロファイル。

以下、本発明を適用した画像形成装置として、電子写真方式のプリンタ（以下、単にプリンタという。）の一実施形態について説明する。まず、プリンタの概略構成について説明する。図１は、本プリンタの構成を示す概略構成図である。プリンタ２００は、複数の色画像を形成する作像部がベルトの展張方向に沿って並置されたタンデム方式を用いるカラープリンタあるが、本発明はこの方式に限ることはなく、またプリンタだけではなく複写機やファクシミリ装置などを対象とすることも可能である。

プリンタ２００は、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋを備えた作像部としての４つの画像ステーションと、４つの画像ステーションの下方に対向して配設された光書き込み装置としての光書込装置８を有する。またプリンタ２００は、４つの画像ステーションの上方に対向して配設された中間転写ベルトユニット１０を有する。

４つの画像ステーションは、感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋが、Ａ１方向の上流側からこの順で並んでいる。各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋは、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの画像をそれぞれ形成するものである。各感光体ドラムの周囲に、感光体ドラムの回転に従い画像形成処理するための装置が配置されている。ブラック画像形成を行う感光体ドラム２０Ｂｋを対象として説明すると、感光体ドラム２０Ｂｋの回転方向に沿って画像形成処理を行う帯電装置３０Ｂｋ，現像装置４０Ｂｋ、１次転写ローラ１２Ｂｋおよびクリーニング装置５０Ｂｋが配置されている。

光書込装置８は、光源としての半導体レーザ、カップリングレンズ、ｆθレンズ、トロイダルレンズ、折り返しミラーおよび偏向手段としての回転多面鏡などを装備している。光書込装置８は、各感光体ドラム２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋに対して色毎に対応した書き込み光Ｌｂを出射して感光体ドラム２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋに静電潜像を形成する。図１では、便宜上、ブラック画像の画像ステーションのみを対象として符号が付けてあるが、その他の画像ステーションも同様である。

中間転写ベルトユニット１０は、無端ベルトである中間転写体である中間転写ベルト１１、１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｂｋの他に、中間転写ベルト１１が掛け回されている弾性ローラ７２及び従動ローラ７３を有している。従動ローラ７３は、バネなどを用いた付勢手段を備え、中間転写ベルト１１に対する張力付勢手段としても機能する。

また、プリンタ２００は、転写部材としての転写ローラである二次転写ローラ５と、中間転写クリーニング装置１３とを有する。二次転写ローラ５は、中間転写ベルト１１に対向して配設され中間転写ベルト１１に従動し、連れ回りする。中間転写クリーニング装置１３は、中間転写ベルト１１に対向して配設され中間転写ベルト１１上をクリーニングする。

中間転写クリーニング装置１３は、中間転写ベルト１１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とを有し、これらにより、中間転写ベルト１１上の残留トナー等の異物を掻き取って除去し、中間転写ベルト１１をクリーニングする。中間転写クリーニング装置１３は中間転写ベルト１１から除去した残留トナーを搬出し廃棄するための排出手段を有する。

以上の中間転写ベルトユニット１０と、１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｂｋと、二次転写ローラ５と、中間転写クリーニング装置１３とで転写装置７１が構成されている。

プリンタ２００は、用紙Ｓを積載したシート給送装置６１を本体下部に備えている。シート給送装置６１は、最上位の用紙Ｓの上面に当接する給送ローラ３を有しており、給送ローラ３が反時計回り方向に回転駆動されることにより、最上位の用紙Ｓをレジストローラ対４に向けて給送する。

レジストローラ対４は、シート給送装置６１から搬送されてきた用紙Ｓを、中間転写ベルト上のトナー像が、二次転写ニップに到達するタイミングに合わせた所定のタイミングで、二次転写ニップに向けて繰り出す。プリンタ２００は、用紙Ｓの先端がレジストローラ対４に到達したことを検知するセンサも備える。

プリンタ２００は、トナー像が転写された用紙Ｓ（定着対象）上にトナー像を定着させるための定着ユニットとしての接触加熱方式の定着装置１００を有する。また、プリンタ２００は、定着済みの用紙Ｓをプリンタ２００の本体外部に排出する排紙ローラ７と、プリンタ２００の本体上部に配設されて排紙ローラ７によりプリンタ２００の本体外部に排出された用紙Ｓを積載する排紙トレイ１７とを有する。また、プリンタ２００は、排紙トレイ１７の下側に、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナーを収容したトナーボトル９Ｙ、９Ｃ、９Ｍ、９Ｂｋを有する。

プリンタ２００の画像形成動作は次のとおりである。４つの画像形成ステーションで各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋに可視像を形成する。各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋに形成された可視像は、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋに対峙しながら矢印Ａ１方向に移動する中間転写ベルト１１に対し１次転写行程を実行してそれぞれの画像が重畳転写される。中間転写ベルト１１に重畳転写された可視像は、用紙Ｓに対して二次転写ローラ５で二次転写行程を実行することで一括転写される。トナー像が一括転写された用紙Ｓは定着装置１００でトナー像が定着され、定着済みの用紙Ｓは排紙ローラ７によりプリンタ２００の本体外部に排出される。

図２は、定着装置１００の概略構成図である。定着装置１００は、回転可能な定着部材としての無端状の定着ベルト１０１と、これに対向配置されて回転可能な加圧部材としての加圧ローラ１０３とを有している。定着装置１００は、定着ベルト１０１の内側に、第一加熱源たるメインヒータ１０２ａ、第二加熱源たるサブヒータ１０２ｂ、ニップ形成部材としてのパッド１０６および支持部材１０７を有する。また、定着装置１００は、定着ベルト１０１の内側に、反射板であるリフレクタ１０９と、摺動部材１１６を有する。これら、定着ベルト１０１の内側に配置されているメインヒータ１０２ａ、サブヒータ１０２ｂ、パッド１０６、摺動部材１１６及び支持部材１０７は、いずれも定着ベルト１０１の幅方向長さ以上の長さを有している。図中、用紙Ｓは下方から上方に向けて搬送され、定着ベルト１０１の移動方向は図中反時計回りである。

定着ベルト１０１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用いた無端ベルトまたはフィルムで構成される。ベルトの表層は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持たせている。ニッケルやＳＵＳなどからなるベルトの基材とＰＦＡまたはＰＴＦＥ層の間にはシリコーンゴムの層などで形成された弾性層があっても良い。シリコーンゴム層の変形により、微小な凹凸が吸収されユズ肌画像が改善する。さらには、ベルトの基材と弾性層との間に銅やニッケルなどの高熱伝導性で形成された金属層としての高熱伝導層があってもよい。高熱伝導層を設けることで、高熱伝導層により幅方向に定着ベルトの熱を移動することができ、定着ベルトの幅方向の温度の均一化を図ることができる。

加圧ローラ１０３は芯金１０５に弾性ゴム層１０４があり、離型性を得るために表面に離型層（ＰＦＡまたはＰＴＦＥ層）１０３ａが設けてある。加圧ローラ１０３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。また、加圧ローラ１０３は、スプリングなどにより定着ベルト１０１側に押し付けられており、弾性ゴム層１０４が押し潰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１０３は中空のローラであっても良く、加圧ローラ１０３にハロゲンヒータなどの加熱源を有していても良い。

定着ベルト１０１の内側に配置されたニップ形成部材としてのパッド１０６は、定着ベルト１０１を介して加圧ローラ１０３との間で定着部である定着ニップＮを形成する。パッド１０６は、定着ベルト内面と摺動する摺動部材１１６が設けられている。このパッド１０６は、支持部材１０７に支持されている。支持部材１０７は、加圧ローラ１０３により圧力を受けるパッド１０６の撓みを防止し、軸方向で均一なニップ幅を得られるようにしている。

メインヒータ１０２ａおよびサブヒータ１０２ｂは、ハロゲンヒータであり、定着ベルト１０１は、内周側からこれらヒータ１０２ａ，１０２ｂの輻射熱で直接加熱される。ここで、各ヒータ１０２ａ，１０２ｂは、定着ベルト１０１を加熱できればよく、ＩＨ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良い。

メインヒータ１０２ａは、本プリンタが通紙可能な最大サイズの幅で発熱量が均一な発熱分布を有している。一方、サブヒータ１０２ｂは、幅方向両端の発熱量が、中央の発熱量よりも多い発熱分布を有している。

また、本実施形態では、各ヒータ１０２ａ，１０２ｂと支持部材１０７との間にリフレクタ１０９が設けられている。リフレクタ１０９を備える代わりに、支持部材１０７の表面に断熱もしくは鏡面処理を行っても同様の効果を得ることが可能となる。

定着ベルト１０１の外部には、定着ベルト１０１の表面温度を検出する温度検知手段である温度検知センサ１１０が設けられている。温度検知センサ１１０としては、サーモパイルなど温度応答性の高い温度センサが用いられる。温度検知センサ１１０は、定着ベルト１０１の幅方向中央部の温度を検知する。

また、定着ベルト１０１の外部には、定着ベルト１０１の表面温度の異常を検知してヒータへの電力供給を停止させる電力遮断手段たる電力遮断装置１１１が配置されている。電力遮断装置１１１としては、サーモスタットまたは温度ヒューズが挙げられる。また、電力遮断装置１１１としては、温度検知センサ１１０よりも温度応答性が悪い安価な温度検知センサを設け、その温度検知センサの検知結果に基づいて、ヒータへの電力を遮断するものでもよい。電力遮断装置１１１は、定着ベルト１０１の幅方向略中央部に配置されている。

定着ベルト１０１は加圧ローラ１０３により連れ回り回転する。図２の場合は加圧ローラ１０３が駆動源により回転し、定着ニップＮでベルトに駆動力が伝達されることにより定着ベルト１０１が回転する。用紙上の画像たるトナー像は定着ニップＮにおいて加熱・加圧により定着される。

定着ベルト１０１の温度を規定温度（定着温度または待機温度）にまで上昇させるウォームアップ時は、サブヒータ１０２ｂとメインヒータ１０２ａの両方を点灯して、端部の発熱量を中央よりも多くする。これは、ウォームアップ時は、定着ベルトの内周面の幅方向端部に接触して定着ベルトをガイドするガイド部材等により定着ベルトの熱が奪われ、定着ベルトの端部の温度が、定着ベルトの中央の温度よりも低くなる所謂温度ダレが生じやすいからである。

よって、本実施形態では、ウォームアップ時は、サブヒータ１０２ｂとメインヒータ１０２ａの両方を点灯して、端部の発熱量を中央よりも多くし、定着ベルト１０１端部の温度ダレを抑制する。これにより、定着ベルト１０１の幅方向端部を、中央と同等に規定温度（定着温度または待機温度）にすばやく上げることができる。これにより、ウォームアップ時間の短縮化を図ることができ、ファーストプリントタイムの短縮化を図ることができる。また、ウォームアップ終了後の最初の画像形成時の用紙の端部の定着性の確保を図ることができる。

定着ニップに通紙される用紙サイズが大サイズのときは、まず、サブヒータ１０２ｂとメインヒータ１０２ａとを両方点灯させる。このように、サブヒータ１０２ｂとメインヒータ１０２ａとを両方点灯させることで、端部温度ダレ生じた状態で、定着動作が行われるのを抑制でき、トナー像の幅方向端部の定着不良の発生を抑制することができる。なお、本実施形態では、Ｂ４縦（幅サイズ：２５７ｍｍ）以上のサイズを大サイズとし、Ｂ４縦未満のサイズを小サイズとしているが、これに限らず、装置の構成によって、適宜、大サイズ、小サイズを設定すればよい。

そして、通紙開始（定着動作開始）から所定時間経過し、ガイド部材が定着温度近くまで昇温し、定着ベルト１０１の端部からガイド部材への熱移動が少なり端部温度ダレが発生しない条件となったら、サブヒータ１０２ｂの点灯を停止する。そして、メインヒータ１０２ａのみ、温度検知センサ１１０の検知結果に基づいて点灯制御を行って、定着ベルト１０１を定着温度に維持する。

メインヒータ１０２ａのみの点灯となると、幅方向にほぼ均一な発熱量となり、定着ベルト１０１がほぼ均一に加熱される。従って、端部温度ダレが発生しない条件となった後は、幅方向中央に配置した温度検知センサ１１０が検知した定着ベルト１０１の温度に基づいてメインヒータ１０２ａの点灯制御を行う。これにより、定着ベルト１０１の温度を幅方向でほぼ定着温度に維持することができ、幅方向端部の定着不良の発生を抑制できる。

通紙される用紙が小サイズのときは、メインヒータ１０２ａのみを温度検知センサ１１０の検知結果に基づいて点灯制御を行って、定着ベルト１０１を定着温度に維持する。

このように、本実施形態では、メインヒータ１０２ａを、本プリンタが通紙可能な最大サイズの幅で均一な発熱量とすることで、定着ベルトの端部を定着温度に維持するためのサブヒータ１０２ｂの点灯制御用の端部温度検知センサを無くすことができる。これにより、部品点数の削減を図ることができ、装置のコストダウンを図ることができる。

ごく稀に制御部の誤作動等により、メインヒータ１０２ａおよびサブヒータ１０２ｂへの通電制御が制御不能となり、定着ベルトが異常加熱される所謂熱暴走が生じることがある。従来は、メインヒータ１０２ａの熱暴走に対応した電力遮断装置を定着ベルトの中央に対向配置し、サブヒータ１０２ｂの熱暴走に対応した電力遮断装置を定着ベルトの端部に対向配置していた。しかしながら、従来では、複数の電力遮断装置を備えるため、部品点数の増加による装置のコストアップや装置の大型化が生じするおそれがあった。

本実施形態では、サブヒータ１０２ｂの発熱分布を適切な発熱分布にすることで、サブヒータ１０２ｂの熱暴走により定着ベルトの端部温度が異常温度以上となる前に定着ベルトの幅方向略中央に配置した電力遮断装置によりサブヒータ１０２ｂへの電力を遮断できるようにした。以下、図面を用いて、具体的に説明する。

図３は、サブヒータ１０２ｂの幅方向端部の発熱分布を示す図である。
図３に示す発熱分布は、次のようにして求めた。すなわち、サブヒータ１０２ｂに一定電圧（例えば５０Ｖ）を印可して１分待機した後、サブヒータ１０２ｂの幅方向全域を一端から他端まで約２０秒で光センサを走査し、光センサによりサブヒータ１０２ｂの幅方向各位置の赤外光量を検知することで求めた。赤外光量が、ヒータの各位置の発熱量に対応する。

本実施形態のサブヒータ１０２ｂは、幅方向端部の最大発熱箇所の中央に対する発熱比率である最大発熱比率Ｒｐを１５０％としている。また、本プリンタが通紙可能な最大サイズ（本実施形態では、ＳＲＡ３サイズ（幅：３２０ｍｍ×縦：４５０ｍｍ））の端部の中央に対する発熱比率である端部発熱比率Ｒｑを１３０％としている。さらに、本実施形態のサブヒータ１０２ｂの中央よりも発熱量が多い端部領域の半値幅Ｌを６５ｍｍとしている。なお、上記半値は、最大発熱比率Ｒｐ１５０％の中央発熱比率（１００％）に対する半値（１２５％）である。

図４は、図３に示した発熱分布を有するサブヒータ１０２ｂを備えた実施例１の定着装置を用いて意図的に熱暴走させた熱暴走試験時の定着ベルト１０１の昇温プロファイルである。図４（ａ）は、冷間立ち上げ熱暴走試験における定着ベルト１０１の昇温プロファイルであり、図４（ｂ）は、通紙後熱暴走試験における定着ベルト１０１の昇温プロファイルである。通紙後熱暴走試験は、通紙後に想定外の故障が起き、定着ベルト１０１の端部側表面温度が２４０℃付近で飽和した状態で、定着ベルト停止状態からメインヒータ１０２ａとサブヒータ１０２ｂとが同時に熱暴走した状態を想定したものである。

冷間立ち上げ熱暴走試験は、定着ベルト１０１を停止した状態で冷間状態からメインヒータ１０２ａおよびサブヒータ１０２ｂを点灯させて行った。通紙後熱暴走試験は、Ａ４縦サイズを１００枚連続通紙後に、定着ベルト１０１を停止した状態でメインヒータ１０２ａおよびサブヒータ１０２ｂを点灯させて行った。具体的には、温度検知センサ１１０で、メインヒータ１０２ａのみで定着ベルト表面を１３８℃で温度制御しながら、線速１５０ｍｍ／ｓで、Ａ４縦サイズ紙(リコー複写印刷用紙９０Ｋ、坪量１０５ｇ／ｍ^２)を連続１００枚通紙した。その後、定着ベルト停止状態からメインヒータ１０２ａとサブヒータ１０２ｂとを同時に点灯させて行った。

図４に示す昇温プロファイルは、定着ベルト１０１の表面温度が回転方向で最も高くなる定着ニップ前の図２に示すＱの位置の表面温度（以下、ニップ前温度という）の昇温プロファイルである。図２に示すＱの位置に幅方向に熱電対を複数配置し、これら熱電対により定着ベルト１０１の幅方向でニップ前温度を測定して、図４に示す昇温プロファイルを得た。Ｔｃは定着ベルト１０１の幅方向中央の昇温プロファイルであり、Ｔｅは、定着ベルトの幅方向中央から幅方向で約１３０ｍｍ離れた箇所における昇温プロファイルである。

以下、各熱暴走試験に用いた実施例１の定着装置の諸元を示す。
・メインヒータ１０２ａ：通紙可能な最大サイズ（ＳＲＡ３サイズ）幅で均一な発熱分布のハロゲンヒータ
・サブヒータ１０２ｂ：図３に示す端部発熱分布を有するハロゲンヒータ
・温度検知センサ１１０：サーモパイル、定着ベルトの幅方向中央に配置
・電力遮断装置１１１：サーモスタット、定着ベルトの幅方向中央から４０ｍｍの位置に配置し、定着ベルトとのギャップは約３ｍｍ。
・摺動部材１１６：材質ＰＴＦＥ
・加圧ローラ１０３:外径３２ｍｍ、幅方向（軸方向）長さ３４０ｍｍ
芯金１０５：φ１２ｍｍ
弾性ゴム層１０４：厚み４ｍｍの発泡ゴム
離型層１０３ａ：５０μｍのＰＦＡチューブ
・定着ベルト１０１：外径３０ｍｍ、幅方向（軸方向）長さ３６０ｍｍで、内側から厚み１０μｍの内面コート層、厚み３０μｍのニッケルからなる基材、厚み１０μｍの銅からなる高熱伝導層、厚み１２０μｍのシリコーンゴム層、厚み７μｍのＰＦＡコートを有する。
・ニップ荷重:２５Ｋｇｆ
・定着ニップ幅:中央部１０ｍｍ，端部１０．５ｍｍ

各熱暴走試験のヒータ点灯条件は、以下の通りである。
・入力電圧(最大)：２７４Ｖ(定格電圧上限+１０%)
・メインヒータ入力電力:８１０Ｗ(定格電力上限+１０％)
・サブヒータ入力電力:５２０Ｗ（定格電圧上限+１０％）
・定着ベルト１０１の異常温度：４００℃

幅方向端部が図３に示す発熱分布を有するサブヒータ１０２ｂが搭載された実施例１の定着装置においては、図４（ａ）に示すように、冷間立ち上げ時に熱暴走が発生したときは、定着ベルト１０１の中央が端部よりも早く昇温することがわかる。これにより、定着ベルトの表面温度が、異常温度（４００℃）を超える前に、略中央に配置したサーモスタットが作動して、各ヒータへの電力を遮断することができる。

図４（ｂ）に示すように、実施例１の定着装置は、定着ベルト１０１の端部側のニップ前温度Ｔｅが中央のニップ前温度Ｔｃよりも高い状態で、メインヒータ１０２ａとサブヒータ１０２ｂが熱暴走しても、端部側のニップ前温度Ｔｅが異常温度（４００℃）に到る前に、中央のニップ前温度Ｔｃが端部側のニップ前温度Ｔｅより高くなる。よって、通紙後など、定着ベルト１０１の端部側のニップ前温度Ｔｅが中央のニップ前温度Ｔｃよりも高い状態で熱暴走が発生しても、定着ベルト１０１の端部側が異常温度（４００℃）を超える前に略中央に配置したサーモスタットが作動し、各ヒータへのへの電力を遮断できる。

尚、昇温途中で定着ベルト中央のニップ前温度Ｔｃと端部側のニップ前温度Ｔｅとが逆転するのは、以下の理由と考えられる。すなわち、熱暴走開始初期は、定着ベルト１０１の端部側の温度が中央よりも高いため、定着ベルト１０１端部側の熱が、ベルト幅方向の熱伝導により中央部に熱供給される。特に、上述したように、定着ベルト１０１は、銅からなる厚み１０μｍの金属層たる高熱伝導層を有している。よって、ベルト幅方向の熱伝導性がよく、温度が高い定着ベルト端部側の熱を、良好にベルト幅方向中央へ移動させることができる。このように、定着ベルト端部側の熱が、中央部に移動することで、端部側と中央との温度差が無くなっていき、やがて定着ベルト１０１の幅方向の温度が均一化する。温度が均一化した後は、定着ベルト１０１の端部側の熱は、定着ベルト１０１の内周面の端部に接触するガイド部材などへ移動するが、幅方向中央部分の熱は定着ベルト１０１の端部側に比べて、熱の移動先が少ない。その結果、温度が均一化した後は、定着ベルト中央のニップ前温度Ｔｃが端部側のニップ前温度Ｔｅよりも高くなって、昇温途中で定着ベルト中央のニップ前温度Ｔｃと端部側のニップ前温度Ｔｅとが逆転すると考えられる。

図５は、実施例１の定着装置において、通紙可能な最大サイズ幅の端部に対応する定着ベルトの箇所と、中央箇所との冷間立ち上げ時のニップ前温度（図２のＱの位置温度）の昇温プロファイルである。
図５における目標ニップ前温度は、温度検知センサ１１０が検知した温度が１３８℃となるようにメインヒータ１０２ａを点灯制御したときのニップ前温度である。本実施形態では、目標ニップ前温度は、１５０℃である。
図５に示すように、実施例１の定着装置は、用紙が定着ニップＮに突入する前に、定着ベルトの通紙可能な最大サイズ（ＳＲＡ３サイズ）幅の端部に対応する定着ベルト１０１の箇所を、ほぼ目標ニップ前温度に立ち上げることができる。これにより、装置の電源ＯＮ後に最初に印刷する用紙サイズが、本プリンタの通紙可能な最大サイズ（ＳＲＡ３サイズ）幅であっても、用紙幅方向端部のトナー像を良好に用紙に定着することができる。

図６は、比較例１の定着装置における熱暴走試験時の定着ベルトの昇温プロファイルである。図６（ａ）は、冷間立ち上げ熱暴走試験における定着ベルト１０１の昇温プロファイルであり、図６（ｂ）は通紙後熱暴走試験における定着ベルト１０１の昇温プロファイルである。

比較例１の定着装置は、サブヒータ１０２ｂの最大発熱比率Ｒｐを１６０％とした以外は、実施例１と同一の構成である。そして、実施例１と同条件で熱暴走試験を行い、定着ベルトの端部側のニップ前温度Ｔｅと、中央のニップ前温度Ｔｃとを測定した。

比較例１の定着装置は、サブヒータ１０２ｂの最大発熱比率Ｒｐを１６０％とし、実施例１の定着装置よりもサブヒータ１０２ｂの最大発熱比率Ｒｐを１０％高くしている。そのため、定着ベルトの端部側に与える熱量が実施例１よりも多くなり、図６（ａ）に示すように、冷間立ち上げ時の熱暴走において、定着ベルト１０１の端部側が、中央よりも早く昇温する。そのため、略中央に配置されたサーモスタットが定着ベルトの中央の表面温度によって動作する前に、定着ベルト１０１の端部側が、異常温度（４００℃）に達してしまう。

図６（ｂ）に示すように、連続印刷通紙後の熱暴走においても、定着ベルト１０１の端部が、中央よりも早く異常温度（４００℃）に達してしまう。これは、以下の理由が考えられる。すなわち、サブヒータ１０２ｂの最大発熱比率Ｒｐを１６０％とし、実施例１の定着装置よりもサブヒータ１０２ｂの最大発熱比率Ｒｐが１０％高い。そのため、サブヒータ１０２ｂおよびメインヒータ１０２ａにより定着ベルト１０１の端部側に与えられる熱量が実施例１よりも多くなる。その結果、定着ベルト１０１の端部側からベルト中央やガイド部材へ移動する熱量よりも、定着ベルト１０１の端部側に与えられるヒータの熱量の方が多く、定着ベルト１０１の端部側のニップ前温度Ｔｅが、定着ベルトの中央のニップ前温度Ｔｃよりも高い状態のままになったと考えられる。よって、定着ベルト１０１の端部側が異常温度（４００℃）を超えた後にサーモスタットが定着ベルトの中央の表面温度によって動作することになったと考えられる。
このように、比較例１の定着装置では、熱暴走が発生すると、定着ベルト１０１の端部側が異常温度（４００℃）に達してしまい、定着装置が熱によって異常をきたすおそれがある。

下記表１は、実施例１の定着装置と、比較例１の定着装置について、光沢ムラ、端部温度ダレを評価した結果を示すものである。

冷間状態から立ち上げてＡ３サイズ紙（坪量１０５ｇ／ｍ^２）を連続通紙したときの定着ニップ手前の位置（図２のＱの位置）で熱電対により検知した定着ベルト１０１のニップ前温度と光沢ムラとの関係を事前評価した。その結果、定着ベルト１０１の端部側のニップ前温度が、目標ニップ前温度１５０℃に対して＋８℃（１５８℃）を超えると中央と幅方向端部側とで光沢が異なる光沢ムラが発生した。そのため、冷間状態から用紙が定着ニップＮに突入する前までに定着ベルトの端部側のニップ前温度が１５８℃を超える箇所があった場合は、光沢ムラを「×」判定とした。一方、定着ベルトの端部側のニップ前温度が、１５８℃以下の場合は、光沢ムラ判定を「〇」判定とした。

冷間状態から用紙が定着ニップＮに突入する前までに定着ベルト１０１の端部側のニップ前温度が、目標ニップ前温度１５０℃に対して－８℃未満（１４２℃未満）の場合、コールドオフセットが発生した。そのため、定着ベルト１０１の端部側のニップ前温度が、１４２℃未満の場合は、「×」判定とした。一方、定着ベルトの端部側のニップ前温度が、１４２℃以上の場合は、端部温度ダレ判定を「〇」判定とした。

比較例１、実施例１ともに、冷間状態から用紙が定着ニップＮに突入する前までに定着ベルトの端部側のニップ前温度を１５０℃±８℃の範囲に納めることができた。これにより、比較例１、実施例１ともに、装置の電源ＯＮ後に最初に印刷する用紙サイズが、大サイズ紙であっても、用紙幅方向端部と中央とで光沢の差を抑制できる。また、端部温度ダレによる用紙幅方向端部の定着不良（コールドオフセット）も抑制できる。

下記表２は、比較例２、比較例３の熱暴走試験の結果を示す表である。

比較例２の定着装置は、表２に示すように、サブヒータの端部発熱比率Ｒｑを、１２０％とし、実施例１に対してサブヒータの端部発熱比率Ｒｑを１０％低下させた以外は、実施例１と同一のものである。比較例３は、半値幅を７５ｍｍとし、実施例１に対してサブヒータの端部領域の半値幅Ｌを１０ｍｍ長くした以外は、実施例１と同一のものである。

比較例２、３では、実施例１と同様、冷間立ち上げ熱暴走試験、通紙後熱暴走試験いずれにおいても、端部側よりも先に定着ベルト１０１の中央が、異常温度４００℃に到達した。しかし、比較例２については、端部温度ダレの判定が「×」となり、比較例３については、光沢ムラが「×」判定となった。

図７（ａ）は、比較例２の定着装置において、通紙可能な最大サイズ幅の端部に対応する定着ベルトの箇所と、中央箇所との冷間立ち上げ時のニップ前温度（図２のＱの位置温度）の昇温プロファイルである。図７（ｂ）は、比較例３の定着装置において、定着ベルト幅方向中央から幅方向１０５ｍｍの箇所と、中央箇所とのニップ前温度（図２のＱの位置温度）の冷間立ち上げ時の昇温プロファイルである。

比較例２では、サブヒータの端部発熱比率Ｒｑを、１２０％とし、実施例１に対してサブヒータの端部発熱比率Ｒｑを１０％低下させている。その結果、図７（ａ）に示すように、定着ベルト１０１の最大サイズの端部に対応する箇所のニップ前温度が、１４２℃（目標ニップ前温度１５０℃に対して－８℃）を下回ってしまった。そのため、通紙可能な最大サイズ幅を通紙したときに、幅方向端部の画像にコールドオフセットが発生するおそれがあり、端部温度ダレの判定が「×」となった。

比較例３では、半値幅を７５ｍｍとし、実施例１に対してサブヒータの端部領域の半値幅Ｌを１０ｍｍ長くしている。そのため、発熱量が多い端部領域が実施例１よりも長くなる。このように、端部領域が長くなることで、定着ベルト１０１の端部側が過剰に加熱されてしまう。その結果、図７（ｂ）に示すように、定着ベルト１０１の端部側で、１５８℃（目標ニップ前温度１５０℃に対して＋８℃）を上回る箇所が生じた。そのため、比較例３では、通紙可能な最大サイズ幅を通紙したときに、幅方向端部側と中央側とで光沢が異なり、光沢ムラが発生するおそれがあり、光沢ムラの判定が「×」となった。

下記表３は、実施例２の熱暴走試験の結果を示す表である。

実施例２の定着装置は、表３に示すように、サブヒータの最大発熱比率Ｒｐを１４５％、端部発熱比率Ｒｑを１４０％、半値幅を６０ｍｍとした以外は、実施例１と同一のものである。この実施例２も、冷間立ち上げ熱暴走試験、通紙後熱暴走試験いずれも実施例１と同様、端部側よりも先に定着ベルト１０１の中央が、異常温度４００℃に到達し、熱暴走評価は「〇」判定であった。また、冷間状態から用紙が定着ニップＮに突入する前までに定着ベルトの端部側のニップ前温度を１５０℃±８℃の範囲に納めることができ、光沢ムラ評価、端部温度ダレ評価いずれも「〇」判定であった。

以上実施例１～２、比較例１～３の結果から以下のことがわかった。
すなわち、最大発熱比率Ｒｐを、１５０％以下とすることで、端部よりも先に定着ベルト１０１の中央を異常温度（４００℃）に到達させることができる。これにより、定着ベルト１０１の表面温度が異常温度（４００℃）を超える前に幅方向略中央に配置したサーモスタット等の電力遮断装置１１１によりサブヒータ１０２ｂおよびメインヒータ１０２ａへの電力を遮断することができる。よって、定着装置１００の異常高温による不具合の発生をひとつの電力遮断装置１１１により抑制することができる。その結果、定着ベルト１０１の幅方向端部と、中央とに電力遮断装置を配置するもの比べて部品点数の削減を図ることができ、装置のコストダウンおよび定着装置の小型化を図ることができる。

また、端部発熱比率Ｒｑを１３０％以上とすることで、端部温度ダレを抑制し、大サイズ通紙時の幅方向端部の定着不良（コールドオフセット）を抑制できる。さらには、サブヒータの端部領域の半値幅Ｌを６５ｍｍ以下とすることで、大サイズ通紙時の幅方向端部と中央との光沢ムラの発生を抑制できる。これにより、大サイズの幅方向端部のトナー像を良好に定着することができる。

図８は、実施例１の定着装置用いて意図的にサブヒータのみを５２０Ｗで熱暴走させた第二熱暴走試験時の定着ベルト１０１の昇温プロファイルである。図８（ａ）は、冷間立ち上げ第二熱暴走試験における昇温プロファイルであり、図８（ｂ）は、通紙後第二熱暴走試験における昇温プロファイルである。

図８（ａ），（ｂ）に示すように、サブヒータ１０２ｂのみの熱暴走では、定着ベルト中央のニップ前温度Ｔｃが、端部側のニップ前温度Ｔｅよりも高くなることはなかった。しかし、端部側のニップ前温度Ｔｅが４００℃を超える前に、サーモスタットが作動しサブヒータ１０２ｂへの電力が遮断された。冷間立ち上げ第二熱暴走試験においては、図８（ａ）に示すように、定着ベルト中央のニップ前温度Ｔｃが、約３６０℃でサーモスタットが動作した。また、通紙後第二熱暴走試験においては、図８（ｂ）に示すように、定着ベルト中央のニップ前温度Ｔｃが、約３５０℃でサーモスタットが動作した。

第二熱暴走試験は、サブヒータ１０２ｂのみ熱暴走させているため、サブヒータ１０２ｂとメインヒータ１０２ａの両方を熱暴走させた場合に比べて昇温スピードが遅い。そのため、定着ベルト１０１の端部側のニップ前温度Ｔｅが４００℃を超える前に、サーモスタット周辺の雰囲気温度がサーモスタットが作動する温度に到達し、サーモスタットが動作したと考えられる。

図９は、比較例１の定着装置用いた第二熱暴走試験時の定着ベルト１０１の昇温プロファイルである。図９（ａ）は、冷間立ち上げ第二熱暴走試験における昇温プロファイルであり、図９（ｂ）は、通紙後第二熱暴走試験における昇温プロファイルである。

図９（ａ）に示すように、比較例１についても、実施例１と同様に、冷間立ち上げ第二熱暴走試験では、定着ベルト中央のニップ前温度Ｔｃが約３６０℃でサーモスタットが動作した。また、図９（ｂ）に示すように、通紙後第二熱暴走試験においても実施例１と同様に、定着ベルト中央のニップ前温度Ｔｃが、約３５０℃でサーモスタットが動作した。

しかしながら、比較例１では、冷間立ち上げ第二熱暴走試験と通紙後第二熱暴走試験の両方で、サーモスタットが動作したときの定着ベルト端部側のニップ前温度Ｔｅが４００℃を越えてしまった。これは、比較例１は、サブヒータ１０２ｂの最大発熱比率Ｒｐを１６０％とし、実施例１の定着装置よりもサブヒータ１０２ｂの最大発熱比率Ｒｐを１０％高くしている。そのため、定着ベルト１０１の端部側に与える熱量が実施例１よりも多い。これにより、図８と図９の比較から明らかなように、定着ベルト端部側のニップ前温度Ｔｅの温度上昇が、実施例１よりも早くなる。そのため、略中央に配置されたサーモスタットが雰囲気温度によって作動する前に、定着ベルト端部側のニップ前温度Ｔｅが、異常温度の４００℃を越えてしまったと考えられる。

下記表４は、第二熱暴走試験の結果をまとめたものである。

第二熱暴走試験から、最大発熱比率Ｒｐを１５０％以下とすることで、サブヒータ１０２ｂのみ熱暴走した場合でも、定着ベルト１０１の端部側の表面温度が異常温度（４００℃）を超える前に幅方向略中央に配置したサーモスタット等の電力遮断装置１１１によりサブヒータへの電力を遮断できる。これにより、サブヒータ１０２ｂのみ熱暴走したときでも、定着装置の異常高温による不具合の発生をひとつの電力遮断装置１１１により抑制できる。

なお、メインヒータ１０２ａのみ熱暴走したときは、定着ベルト１０１の中央が端部側よりも温度が高くなる。これは、図４に示したように、メインヒータ１０２ａとサブヒータ１０２ｂの両方が熱暴走した際にベルト中央の方が高くなることから、メインヒータ１０２ａのみ熱暴走した場合は、定着ベルトの中央が端部側よりも温度が高くなるのは自明である。よって、メインヒータ１０２ａのみ熱暴走したときは、定着ベルト１０１の端部側の表面温度が異常温度（４００℃）を超える前に幅方向略中央に配置したサーモスタット等の電力遮断装置１１１によりサブヒータへの電力を遮断することができる。

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）
定着ベルト１０１などの定着部材と、互いに発熱分布の異なる定着部材加熱用の複数の加熱源と、定着部材の幅方向の中央付近に対向配置され、定着部材の温度が所定の異常温度以上となる前に、各加熱源への電力供給を遮断する電力遮断装置１１１などの電力遮断手段とを備える定着装置１００において、通紙可能な記録材の最大サイズ幅内で幅方向均一な発熱分布を有するメインヒータ１０２ａなどの第一加熱源と、最大サイズ幅の幅方向両側に対応する発熱量が中央の発熱量よりも高い発熱分布を有するサブヒータ１０２ｂなどの第二加熱源とを備え、第二加熱源の両側の最も発熱量が多い最大発熱箇所の中央の発熱量に対する発熱量の比率（最大発熱比率Ｒｐ）が１５０％以下であり、第二加熱源の最大サイズ幅の幅方向端部に対応する箇所の中央の発熱量に対する発熱量の比率（端部発熱比率Ｒｑ）が、１３０％以上であり、第二加熱源の端部領域などの両側の発熱量が中央の発熱量よりも高い領域の半値幅Ｌが６５ｍｍ以下である。
これによれば、上述した各熱暴走試験で説明したように、サブヒータ１０２ｂなどの第二加熱源の両側の最も発熱量が多い最大発熱箇所の中央の発熱量に対する発熱量の比率（最大発熱比率Ｒｐ）を１５０％以下とすることで、第二加熱源が熱暴走したとき、定着ベルト１０１などの定着部材の両側が所定の異常温度を超える前に幅方向中央付近に配置したサーモスタットなどの電力遮断手段が作動し、第二加熱源への電力供給を遮断することができる。
さらに、第二加熱源の最大サイズ幅の幅方向端部に対応する箇所の中央の発熱量に対する発熱量の比率（端部発熱比率Ｒｑ）を１３０％以上とし、第二加熱源の両側の発熱量が中央の発熱量よりも高い領域の半値幅Ｌを６５ｍｍ以下とすることで、最大サイズ幅の用紙などの記録材を通紙したときの定着部材の両側の表面温度を所定の温度範囲（１５０℃±8℃）に維持することができ、最大サイズ幅の記録材の幅方向端部のトナー像を良好に定着することができる。

（態様２）
態様１において、定着ベルト１０１などの定着部材は、高熱伝導層などの金属層を有する。
これによれば、実施形態で説明したように、定着部材の幅方向の熱伝導性がよくなる。その結果、定着部材の端部側の温度が中央よりも高い状態で熱暴走が発生した場合、端部側の熱を、良好にベルト幅方向中央へ移動させ、定着部材の幅方向の温度の均一化を図ることができる。これにより、定着部材の端部側が異常温度を超えてから、幅方向の中央に配置された電力遮断装置などの電力遮断手段が動作するのを抑制することができる。

（態様３）
態様２において、高熱伝導層などの金属層は、ニッケルまたは銅からなる。
これによれば、熱伝導率の高いニッケルまたは銅で高熱伝導層などの金属層を構成することで、良好に定着ベルトの温度の均一化を図ることができる。

（態様４）
態様１乃至３いずれかにおいて、定着部材は、無端状の定着ベルトである。
これによれば、

（態様５）
用紙などの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、定着装置として、態様１乃至４いずれかの定着装置を用いた。
これによれば、良好な画像を得ることができ、かつ、部品点数の削減を図ることができる。

１００ ：定着装置
１０１ ：定着ベルト
１０２ａ ：メインヒータ
１０２ｂ ：サブヒータ
１０３ ：加圧ローラ
１０３ａ ：離型層
１０４ ：弾性ゴム層
１０５ ：芯金
１０６ ：パッド
１０７ ：支持部材
１０９ ：リフレクタ
１１０ ：温度検知センサ
１１１ ：電力遮断装置
１１６ ：摺動部材
２００ ：プリンタ
Ｌ ：半値幅
Ｎ ：定着ニップ
Ｒｐ ：最大発熱比率
Ｒｑ ：端部発熱比率
Ｓ ：用紙
Ｔｃ ：定着ベルト中央のニップ前温度
Ｔｅ ：定着ベルト端部側のニップ前温度

２０１９－８６６１８号公報

Claims (5)

1. 定着部材と、
   互いに発熱分布の異なる定着部材加熱用の複数の加熱源と、
   前記定着部材の幅方向の中央付近に対向配置され、前記定着部材の温度が所定の異常温度以上となる前に、各加熱源への電力供給を遮断する電力遮断手段とを備える定着装置において、
   通紙可能な記録材の最大サイズ幅内で幅方向均一な発熱分布を有する第一加熱源と、
   前記最大サイズ幅の幅方向両側に対応する発熱量が中央の発熱量よりも高い発熱分布を有する第二加熱源とを備え、
   前記第二加熱源の両側の最も発熱量が多い最大発熱箇所の中央の発熱量に対する発熱量の比率が１５０％以下であり、
   前記第二加熱源の前記最大サイズ幅の幅方向端部に対応する箇所の中央の発熱量に対する発熱量の比率が、１３０％以上であり、前記第二加熱源の両側の発熱量が中央の発熱量よりも高い領域の半値幅が６５ｍｍ以下である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、
   前記定着部材は、金属層を有することを特徴とする定着装置。
3. 請求項２に記載の定着装置において、
   前記金属層は、ニッケルまたは銅からな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、
   前記定着部材は、無端状の定着ベルトであることを特徴とする定着装置。
5. 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。

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