JP5669010B2 - 定着装置及びその定着装置を備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、記録媒体上に形成されたトナー像を定着させる定着装置、及びその定着装置を備えたＦＡＸ、プリンタ、複写機などの画像形成装置に関するものである。

この種の画像形成装置として、像担持体である感光体ドラムの表面に静電潜像を形成し、感光体ドラム上の静電潜像をトナーなどの現像剤によって現像して顕像化し、このトナー像を転写装置により転写紙（記録媒体）に転写する電子写真方式の画像形成装置が知られている。この画像形成装置では、トナー像が転写された転写紙に対して熱及び圧力を加えることにより、転写紙上のトナー像が定着される。

従来、上記定着装置として、可撓性を有する回転可能な定着ベルトの内周面に摺接する加熱部材としての加熱パイプを備えた定着装置が知られている（特許文献１参照）。この定着装置は、定着ベルトに対向するように設けられ定着ベルトの外周面に対して加圧されることにより定着ニップ部を形成する回転駆動可能な加圧ローラを備え、上記加熱パイプは、定着ベルトを介して加圧ローラに対向するように定着ベルトの内部に設けられ、ハロゲンヒータ等の熱源の熱を定着ベルトに伝達して加熱する。また、この定着装置では、定着ベルトと加熱パイプとが摺接する面にシリコーンオイルやフッ素グリスなどの潤滑剤が塗布され、定着ベルトの回転によって定着ベルトと加熱パイプとの間に潤滑剤の循環経路が形成される。これにより、加熱パイプと定着ベルトの摺動抵抗が低減され、それらの部材の磨耗が軽減されている。

しかしながら、上記特許文献１の定着装置では、加熱パイプの過昇温という問題がある。これは、定着ベルトと加熱パイプとの隙間が大きな箇所において、加熱パイプから定着ベルトへの伝熱が阻害され、加熱パイプの温度が、摺動性向上コート剤や潤滑剤の耐熱温度を超えて昇温してしまうという問題である。

上記加熱パイプの過昇温を抑制するため、定着ベルトと加熱パイプとの隙間を減らすことが考えられるが、この隙間を減らすと、定着ベルトと加熱パイプとの摺接面積が拡大し、回転駆動された加圧ローラによって定着ベルトを連れ回すための力が増大するので、結果的に定着装置に必要なトルクが増大してしまう。

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、トルクの増大を抑制しつつ、加熱部材の過昇温を抑制することができる定着装置及びその定着装置を備えた画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、可撓性を有する無端状の回転可能な定着部材と、前記定着部材に対向するように設けられ該定着部材の外周面に対して加圧されることにより、記録媒体が通過する定着ニップ部を形成する回転駆動可能な加圧部材と、前記定着部材を加熱する熱を発生する熱源と、前記定着部材を介して前記加圧部材に対向するように該定着部材の内部に設けられ前記熱源の熱を該定着部材に伝達して加熱する加熱部材と、を備えた定着装置であって、前記加熱部材は、前記定着ニップ部の記録媒体通過方向と交差する幅方向において前記熱源によって加熱される加熱範囲と該加熱範囲以外の範囲とを有し、前記加熱部材の加熱範囲と前記定着部材の内周面との間隙が、該加熱部材の加熱範囲以外の範囲と該定着部材の内周面との間隙よりも小さいことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の定着装置において、前記加熱部材の加熱範囲と前記定着部材の内周面との接触面積が、該加熱部材の加熱範囲以外の範囲と該定着部材の内周面との接触面積よりも広いことを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、可撓性を有する無端状の回転可能な定着部材と、前記定着部材に対向するように設けられ該定着部材の外周面に対して加圧されることにより、記録媒体が通過する定着ニップ部を形成する回転駆動可能な加圧部材と、前記定着部材を加熱する熱を発生する熱源と、前記定着部材を介して前記加圧部材に対向するように該定着部材の内部に設けられ前記熱源の熱を該定着部材に伝達して加熱する加熱部材と、を備えた定着装置であって、前記加熱部材は、前記定着ニップ部の記録媒体通過方向と交差する幅方向において前記熱源によって加熱される加熱範囲と該加熱範囲以外の範囲とを有し、前記加熱部材の加熱範囲と前記定着部材の内周面との接触面積が、該加熱部材の加熱範囲以外の範囲と該定着部材の内周面との接触面積よりも広いことを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、可撓性を有する無端状の回転可能な定着部材と、前記定着部材に対向するように設けられ該定着部材の外周面に対して加圧されることにより、記録媒体が通過する定着ニップ部を形成する回転駆動可能な加圧部材と、前記定着部材を加熱する熱を発生する熱源と、前記定着部材を介して前記加圧部材に対向するように該定着部材の内部に設けられ前記熱源の熱を該定着部材に伝達して加熱する加熱部材と、を備えた定着装置であって、前記加熱部材は、前記定着ニップ部の記録媒体通過方向と交差する幅方向において前記熱源によって加熱される加熱範囲と該加熱範囲以外の範囲とを有し、前記加熱部材は、前記幅方向と直交する断面における外形が略円形であり、前記加熱範囲以外の範囲の直径が前記加熱範囲の直径よりも小さいことを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、可撓性を有する無端状の回転可能な定着部材と、前記定着部材に対向するように設けられ該定着部材の外周面に対して加圧されることにより、記録媒体が通過する定着ニップ部を形成する回転駆動可能な加圧部材と、前記定着部材を加熱する熱を発生する熱源と、前記定着部材を介して前記加圧部材に対向するように該定着部材の内部に設けられ前記熱源の熱を該定着部材に伝達して加熱する加熱部材と、を備えた定着装置であって、前記加熱部材は、前記定着ニップ部の記録媒体通過方向と交差する幅方向において前記熱源によって加熱される加熱範囲と該加熱範囲以外の範囲とを有し、前記加熱部材は、前記加熱範囲以外の範囲において前記定着部材の内周面に対向する表面に、前記幅方向と略平行な少なくとも一つ以上の溝を有することを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項１、２、３又は５のいずれかの定着装置において、前記加熱部材は、前記幅方向と直交する断面における外形が略円形であり、前記加熱範囲以外の範囲の直径が前記加熱範囲の直径よりも小さいことを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項１乃至４のいずれかの定着装置において、前記加熱部材は、前記加熱範囲以外の範囲において前記定着部材の内周面に対向する表面に、前記幅方向と略平行な少なくとも一つ以上の溝を有することを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、請求項１乃至７のいずれかの定着装置において、前記加熱部材は、前記幅方向における中央部に前記加熱範囲を有し、前記加圧部材は、前記幅方向における両端から前記加熱部材の加熱範囲の少なくとも一部に達するまでの両端部に、前記定着部材との摩擦力を高めたグリップ部を有することを特徴とするものである。
また、請求項９の発明は、可撓性を有する無端状の回転可能な定着部材と、前記定着部材に対向するように設けられ該定着部材の外周面に対して加圧されることにより、記録媒体が通過する定着ニップ部を形成する回転駆動可能な加圧部材と、前記定着部材を加熱する熱を発生する熱源と、前記定着部材を介して前記加圧部材に対向するように該定着部材の内部に設けられ前記熱源の熱を該定着部材に伝達して加熱する加熱部材と、を備えた定着装置であって、前記加熱部材は、前記定着ニップ部の記録媒体通過方向と交差する幅方向において前記熱源によって加熱される加熱範囲を有し、前記加熱部材は、前記幅方向の長さが前記加圧部材よりも短く、前記定着ニップ部に対向する位置で前記加熱部材を保持するように前記定着部材の内部に設けられた加熱部材保持部材と、前記定着部材の内周面側に設けられ、前記定着部材を介して前記加圧部材からの加圧を受けることにより前記定着ニップ部を形成する固定部材とを、更に備えたことを特徴とするものである。
また、請求項１０の発明は、記録媒体に画像を形成する画像形成部と、前記画像形成部にて画像が形成された記録媒体に対して定着処理を行う定着部と、を備えた画像形成装置において、前記定着部として、請求項１乃至９のいずれかの定着装置を用いたことを特徴とするものである。

本発明によれば、定着部材を介して加圧部材に対向するように定着部材の内部に設けられ熱源の熱を定着部材に伝達して加熱する加熱部材を備え、その加熱部材は、定着ニップ部の記録媒体通過方向と交差する幅方向において熱源によって加熱される加熱範囲と、その加熱範囲以外の範囲とを有する。そして、前記加熱部材の加熱範囲と加熱範囲以外の範囲との間で、定着部材の内周面との間隙又は定着部材の内周面との接触面積が異なるように構成される。これにより、前記加熱部材の加熱範囲では、定着部材の内周面との間隙を狭く又は定着部材の内周面との接触面積を広くすることにより、熱源で加熱された加熱部材から定着部材への熱の伝達効率を高めることができるので、加熱部材の過昇温を抑制することができる。そして、前記加熱部材の加熱範囲以外の範囲では、定着部材の内周面との間隙を広く又は定着部材の内周面との接触面積を狭くすることにより、加熱部材と定着部材との摩擦を低減することができるため、加圧部材によって定着部材を回転させるためのトルクを低減することができる。従って、定着装置で必要となるトルクの増大を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る定着装置を備えた画像形成装置の概略構成図。 同定着装置の幅方向における中央部に位置する加熱範囲での断面図。 同定着装置の幅方向における両端部に位置する加熱範囲外での断面図。 同定着装置の上面図。 （ａ）は、加熱範囲外の表面上に幅方向と平行な溝を設けた加熱部材の斜視図。（ｂ）は図５（ａ）中の矢視Ｃ−Ｃ断面図。 溝を設けた加熱部材を備えた定着装置の上面図。 本発明の他の実施形態に係る定着装置の幅方向における中央部に位置する加熱範囲での断面図。 同定着装置の幅方向における両端部に位置する加熱範囲外での断面図。 同定着装置の上面図。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
［実施形態１］
図１は、本発明の一実施形態に係る定着装置を備えた画像形成装置の概略構成図である。図１に示すように、本実施形態における画像形成装置１はタンデム型の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（交換自在）に設置されている。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の中間転写体としての中間転写ベルト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。これらの作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ及び中間転写ユニット８５、並びに後述の露光部３、第１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及び２次転写ローラ８９等により、記録媒体Ｐ上のトナー像を形成するトナー像形成手段が構成される。

各作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋには、それぞれ、像担持体としての感光体ドラム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、帯電手段としての帯電部７５、現像手段としての現像部７６、像担持体クリーニング手段としてのクリーニング部７７、除電手段としての除電部（不図示）等が配設されている。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）が行われることにより、各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上に各色の画像（トナー像）が形成される。

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）。その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、露光手段としての露光部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）。静電潜像が形成された感光体ドラム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）。トナー像が形成された感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、中間転写ベルト７８及び一次転写手段としての第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（１次転写工程）。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）。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。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は、中間転写ベルト７８上に重ねて転写される。以上により、中間転写ベルト７８上にカラー画像が形成される。

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、中間転写体クリーニング手段としての中間転写クリーニング部８０、等で構成される。中間転写ベルト７８は、３つのローラ８２〜８４によって張架・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。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用紙（転写紙）等の記録媒体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。

２次転写ニップの位置に搬送された記録媒体Ｐは、画像形成装置本体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等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、用紙（転写紙）等の記録媒体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による定着位置に搬送される。そして、この位置で、定着ベルト２１及び加圧ローラ３１による熱と圧力とにより、感光体ドラムから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記録媒体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。

次に、図２〜図４に基づいて、画像形成装置本体１に設置される定着装置２０の構成・動作について詳述する。
図２は、本実施形態１に係る定着装置２０の幅方向（長手方向）における中央部に位置する加熱範囲での断面図であり、図３は、定着装置２０の幅方向における両端部に位置する加熱範囲以外の範囲（以下、「加熱範囲外」という。）での断面図であり、図４は、定着装置２０の上面図である。図２は、図４中の矢視Ａ−Ａ断面図に対応し、図３は、図４中の矢視Ｂ−Ｂ断面図に対応する。

図２に示すように、定着装置２０は、定着部材としての定着ベルト２１、加熱部材２２、熱源としてのヒータ２５、加圧部材としての加圧ローラ３１、温度検知手段としての温度センサ４０等を備える。ヒータ２５は定着ベルト２１を加熱する熱を発生し、加熱部材２２は、定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１に対向するように定着ベルト２１の内部に設けられヒータ２５の熱を定着ベルト２１に伝達して加熱する。加圧ローラ３１は、回転駆動可能なローラであり、定着ベルト２１に対向するように設けられ定着ベルト２１の外周面に対して加圧されることにより定着ニップ部Ｎを形成する。

定着ベルト２１は、薄肉で可撓性を有する無端状ベルトであって、図２中の矢印方向（反時計方向）に回転（走行）することができる。定着ベルト２１は、例えば、基材上に弾性層、離型層が順次積層されていて、その全体の厚さが所定厚さ以下（例えば、１ｍｍ以下）に設定されている。

定着ベルト２１の基材は、例えば、層厚が２０〜７０μｍであって、ニッケル、ステンレス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２１の弾性層は、例えば、層厚が１００〜３００μｍであって、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、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、定着ニップ部における定着ベルト２１表面の微小な凹凸が形成されなくなり、記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔ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２１の離型層は、層厚が１０〜５０μｍであって、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、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）、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Ｔ（トナー像）に対する離型性（剥離性）が担保される。

また、定着ベルト２１の直径は例えば１５〜１２０ｍｍの範囲内に設定される。なお、本実施形態では、定着ベルト２１の直径が３０ｍｍに設定されている。

定着ベルト２１の内部（内周面側）には、ヒータ２５及び加熱部材２２等が固設されている。定着ベルト２１は、加熱部材２２に押圧されて加圧ローラ３１との間に定着ニップ部Ｎを形成する。

加熱部材２２は、定着ベルト２１の内周面に対向するように固設されていて、定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１に当接して定着ニップ部Ｎを形成する。この加熱部材２２は、図４に示すように、その幅方向の両端部が定着装置２０の側板４３に固定支持されている。

また、加熱部材２２は、定着ニップ部Ｎに対応する位置が平面状になるように形成されている。すなわち、定着ニップ部Ｎにおける加熱部材２２の加圧ローラ３１に対向している対向面を平面形状になるように形成している。これにより、定着ニップ部Ｎの形状が記録媒体Ｐの画像面に対して略平行になって定着ベルト２１と記録媒体Ｐとの密着性が高まるため、定着性が向上する。さらに、定着ニップ部Ｎの出口側における定着ベルト２１の曲率が大きく（曲率半径が小さく）なるため、定着ニップ部Ｎから記録媒体Ｐが送出されるときに記録媒体Ｐを定着ベルト２１から容易に分離することができる。

なお、本実施形態では、定着ニップ部Ｎにおける加熱部材２２の形状を平面状に形成したが、定着ニップ部Ｎにおける加熱部材２２の形状を凹状に形成することもできる。すなわち、加熱部材２２における加圧ローラ３１との対向面を、加圧ローラ３１の表面の曲率にならうように形成することもできる。この場合にも、記録媒体Ｐは加圧ローラ３１の曲率にならうように定着ニップ部Ｎから送出されるために、定着工程後の記録媒体Ｐが定着ベルト２１に吸着して分離しない不具合を抑止することができる。

ヒータ２５は、例えばハロゲンヒータやカーボンヒータ等の赤外線ヒータであって、その両端部が定着装置２０の側板４３に固定されている（図４参照）。そして、画像形成装置１の本体の電源部により出力制御されたヒータ２５の輻射熱によって加熱部材２２が加熱される。さらに、加熱部材２２によって定着ベルト２１が全体的に加熱され、加熱された定着ベルト２１の表面から記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔに熱が加えられる。

なお、ヒータ２５の出力制御は、定着ベルト２１表面に対向するサーミスタ等の温度センサ４０によるベルト表面温度の検知結果に基づいて行われる。また、このようなヒータ２５の出力制御によって、定着ベルト２１の温度（定着温度）を所望の目標温度に設定することができる。

加熱部材２２は、図４に示すように、定着ニップ部Ｎの位置を含む定着ベルト２１の内周面に対向するように固設されていて、ヒータ２５の輻射熱により加熱され、その熱を定着ベルト２１に伝達して加熱する。加熱部材２２の材料としては、アルミニウム、鉄、ステンレス等の金属熱伝導体（熱伝導性を有する金属である。）を用いることができる。なお、加熱部材２２の加熱は、外部コイルからの電磁誘導加熱でもよい。このときの加熱部材２２の材料としては、磁性金属を用いればよい。

また、加熱部材２２の幅方向（長手方向）においてヒータ２５によって加熱される加熱範囲は、一般には、画像形成装置１が対応する最大記録媒体Ｐの幅とほぼ一致する。この加熱範囲における定着ベルト２１と加熱部材２２とのギャップδ（定着ニップ部Ｎを除く位置のギャップ）は、０ｍｍより大きく０．２ｍｍ以下（０ｍｍ＜δ≦０．２ｍｍ）とすることが好ましい。

また、加熱部材２２と定着ベルト２１とが摺接しても定着ベルト２１の磨耗が軽減されるように、上記ギャップにシリコーンオイルやフッ素グリス等の潤滑剤を塗布してもよい。

また、上記ギャップδの範囲においては加熱部材２２の過昇温が抑制できることがわかっている。加熱部材２２の幅方向の加熱範囲内では、加熱範囲内のパイプが熱膨張し、内周長としては剛性のある定着ベルト２１とのギャップが最小限になるからである。

次に、本実施形態に係る加熱部材２２の幅方向（長手方向）の形状について説明する。
図２に示すように、加熱部材２２の加熱範囲内では、加熱部材２２は断面形状において定着ベルト２１に略沿う形状になっている。これにより、定着ベルト２１との伝熱性を高め、加熱部材２２自体の過昇温を抑制させることができる。

一方、図３に示すように、加熱部材２２の加熱範囲外においては、定着ニップ部Ｎ以外は定着ベルト２１との接触面積が小さいことが望ましく、例えば加熱範囲内の形状よりも小径になっている。このとき、熱伝導により加熱範囲外の加熱部材２２の温度も潤滑剤粘度が低下する温度まで上昇するので、摺動性が向上する。

図２に示すように、加圧ローラ３１は、例えば直径が３０ｍｍであって、中空構造の芯金３２上に弾性層３３を形成したものである。加圧ローラ３１の弾性層３３は、発泡性シリコーンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の材料で形成されている。なお、弾性層３３の表層に前述のＰＦＡ、ＰＴＦＥ等からなる薄肉の離型層を設けることもできる。加圧ローラ３１は定着ベルト２１に圧接して、双方の部材間に所望の定着ニップ部Ｎを形成する。

また、図４に示すように、加圧ローラ３１には不図示の駆動機構の駆動ギアに噛合するギア４５が設置されていて、加圧ローラ３１は図２中の矢印方向（時計方向）に回転駆動される。また、加圧ローラ３１は、その幅方向両端部が定着装置２０の側板４３に軸受４２を介して回転自在に支持されている。なお、加圧ローラ３１の内部に、ハロゲンヒータ等の熱源を設けることもできる。

加圧ローラ３１は、加熱部材２２の加熱範囲外の領域に対向した位置にグリップ部３３ａが形成されている。グリップ部３３ａの機能としては、記録媒体Ｐの通過如何に関わらず、常に定着ベルト２１と圧接して連れ回すことである。離型性を高めるため、一般に記録媒体Ｐの通過領域内にはＰＦＡ等の材料が設けられるが、グリップ部３３ａは記録媒体Ｐが通過しないため、例えば、離型層を設けずに弾性層３３のゴム層を露出させて、定着ベルト２１との摩擦力を向上させることもできる。このグリップ部３３ａを設けることにより、比較的小さなニップ面圧においても摩擦力を確保することができる。

なお、本実施形態では、定着ベルト２１の直径が加圧ローラ３１の直径と同等になるように形成したが、定着ベルト２１の直径が加圧ローラ３１の直径よりも小さくなるように形成することもできる。この場合、定着ニップ部Ｎにおける定着ベルト２１の曲率が加圧ローラ３１の曲率よりも大きくなる（定着ベルト２１の曲率半径が加圧ローラ３１の曲率半径よりも小さくなる）ために、定着ニップ部Ｎから送出される記録媒体Ｐが定着ベルト２１から分離され易くなる。

次に、上記構成の定着装置２０の動作について簡単に説明する。
まず、画像形成装置１の本体の電源スイッチが投入されると、ヒータ２５に電力が供給されるとともに、加圧ローラ３１の図２中の矢印方向の回転駆動が開始される。これにより、加圧ローラ３１との摩擦力によって、定着ベルト２１も図２中の矢印方向に従動（回転）する。このとき、加熱部材２２の加熱範囲内（一般には、対応する最大記録媒体Ｐの幅とほぼ一致する。）では、加熱部材２２と定着ベルト２１とのギャップが小さいため、加熱部材２２から定着ベルト２１への伝熱が効率よく行われるが、摺動抵抗が大きくなっている。この部分の定着ベルト２１の表面に加圧ローラ３１のグリップ部３３ａを一部当接することで、定着ベルト２１の回転をスムーズにすることができる。一方、加熱部材２２の加熱範囲外では、定着ベルト２１と加熱部材２２との接触面積が小さいため、定着ベルト２１を連れ回すためのトルクを小さくすることができる。更に、加圧ローラ３１のグリップ部３３ａにより、定着ベルト２１を連れ回すための摩擦力を大きく働かせられる。

その後、給紙部１２から記録媒体Ｐが給送され、２次転写ローラ８９の位置で、記録媒体Ｐ上に未定着のカラー画像が担持（転写）される。未定着画像Ｔ（トナー像）が担持された記録媒体Ｐは、不図示のガイド板に案内されながら図２の矢印Ｙ１０方向に搬送されて、圧接状態にある定着ベルト２１及び加圧ローラ３１の定着ニップ部Ｎに送入される。そして、ヒータ２５からの熱を伝達する加熱部材２２によって加熱された定着ベルト２１による加熱と、加熱部材２２と加圧ローラ３１との押圧力とによって、記録媒体Ｐの表面にトナー像Ｔが定着される。その後、定着ニップ部Ｎから送出された記録媒体Ｐは、図中矢印Ｙ１１方向に搬送される。

なお、上記加熱部材２２の幅方向の形状は、上述したような加熱範囲外の外径が加熱範囲内の外径に比べて小さい構成に限らず、加熱範囲外の加熱部材２２の表面上に、幅方向と平行な溝などを設けてもよい。

図５（ａ）は、加熱範囲外の表面上に幅方向と平行な溝を設けた加熱部材２２の斜視図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）中の矢視Ｃ−Ｃ断面図である。また、図６はこの加熱部材２２を備えた定着装置２０の上面図である。図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、加熱部材２２の幅方向の両端部側における加熱範囲外の表面上に、幅方向と平行に複数の溝２２ａが形成されている。この加熱部材２２を備えた定着装置では、図６に示すように、加熱部材２２の複数の溝２２ａにより、定着ベルト２１との接触面積が減り、磨耗が軽減される。

なお、上記複数の溝２２ａにシリコーンオイルやフッ素グリス等の潤滑剤を保持させて、潤滑剤溜まりとしての機能を兼ねさせてもよい。この場合、熱伝導により加熱範囲外の加熱部材２２の温度も潤滑剤粘度が低下する温度まで上昇するので、加熱部材２２と定着ベルト２１との摺動性が向上する。

［実施形態２］
上記実施形態１では、加熱部材２２が定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１に当接して定着ニップ部Ｎを形成する構成について説明したが、本発明の他の実施形態（実施形態２）では、定着ベルト２１の内周面側に固設されて定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１に当接して定着ニップ部Ｎを形成する固定部材（ニップ部形成部材）を、加熱部材２２とは別に設けてもよい。

図７は、本実施形態２に係る定着装置２０の幅方向（長手方向）における中央部に位置する加熱範囲での断面図であり、図８は、定着装置２０の幅方向における両端部に位置する加熱範囲外での断面図であり、図９は、定着装置２０の上面図である。図７は、図９中の矢視Ａ−Ａ断面図に対応し、図８は、図９中の矢視Ｂ−Ｂ断面図に対応する。本実施形態の定着装置２０は、上記実施形態１の構成とは異なり、定着ベルト２１の内周面側から定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１に圧接して定着ニップ部Ｎを形成する固定部材２６と、加熱部材２２を保持する加熱部材保持部材２３とを備えている。

図７に示すように、本実施形態２における定着装置２０には、定着ベルト２１の内周面側に固設されて定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１に当接して定着ニップ部Ｎを形成する固定部材２６（ニップ部形成部材）が、加熱部材２２とは別に設置されている。そして、加熱部材２２は、定着ニップ部Ｎを除く位置で定着ベルト２１の内周面に対向するように形成され、定着ニップ部Ｎの位置では固定部材２６を保持するように形成されている。また、加熱部材２２の固定部材２６を保持する部分の内側には、加熱部材２２を保持する加熱部材保持部材２３が設けられている。

固定部材２６を形成する材料としては、加圧ローラ３１による加圧力を受けても大きく撓むことがないように、ある程度剛性のある材料（例えば、高剛性の金属やセラミック等である。）で形成されている。また、固定部材２６は、その幅方向の両端部が定着装置２０の側板４３に、ネジやスナップフィット等によって着脱自在に固定されている。

加熱部材保持部材２３は、その幅方向の両端部が定着装置２０の側板４３に固定支持されている。この加圧部材保持部材２３は、ステンレスや鉄等の金属材料で形成することが好ましい。

上記構成の定着装置２０では、固定部材２６が定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１に当接するので、加熱部材２２を加圧ローラ３１に圧接する必要がなく、加熱部材２２の幅方向（長手方向）の長さは、加熱範囲内の長さ程度、すなわち、対応する最大記録媒体Ｐの幅とほぼ一致する程度の長さを有していればよく、加熱範囲外には加熱部材２２がなくてもよい（図９参照）。なお、定着ベルト２１を介して固定部材２６と加圧ローラ３１とは圧接されており、この固定部材２６が加圧ローラ３１のグリップ部３３ａに対向する位置にも固設されているので、グリップ部３３ａによるベルト連れ回し効果は保たれる。

以上、本実施形態によれば、定着部材としての定着ベルト２１を介して加圧部材としての加圧ローラ３１に対向するように定着ベルト２１の内部に設けられ熱源としてのヒータ２５の熱を定着ベルト２１に伝達して加熱する加熱部材２２を備え、その加熱部材２２は、定着ニップ部Ｎの記録媒体通過方向と交差する幅方向においてヒータ２５によって加熱される加熱範囲と、その加熱範囲以外の範囲（加熱範囲外）とを有する。そして、加熱部材２２の加熱範囲と加熱範囲外との間で、定着ベルト２１の内周面との間隙又は定着ベルト２１の内周面との接触面積が異なるように構成される。これにより、加熱部材２２の加熱範囲では、定着ベルト２１の内周面との間隙を狭く又は定着ベルト２１の内周面との接触面積を広くすることにより、ヒータ２５で加熱された加熱部材２２から定着ベルト２１への熱の伝達効率を高めることができるので、加熱部材２２の過昇温を抑制することができる。そして、加熱部材２２の加熱範囲外では、定着ベルト２１の内周面との間隙を広く又は定着ベルト２１の内周面との接触面積を狭くすることにより、加熱部材２２と定着ベルト２１との摩擦を低減することができるため、加圧ローラ３１によって定着ベルト２１を（従動）回転させるためのトルクを低減することができる。従って、定着装置２０で必要となるトルクの増大を抑制することができる。更に、定着ベルト２１と加圧ローラ３１との間の摩擦力を大きくするために定着ベルト２１に対する加圧ローラ３１の加圧力を高める必要がないため、定着ニップ部Ｎにおけるニップ面圧がトナー定着に必要な圧力よりも大きくならないので、部品の高寿命化は図ることができる。しかも、加熱部材２２と定着ベルト２１との摩擦を低減できるため、部品のバラツキがあっても定着ベルト２１の（従動）回転が阻止されにくくなるので、定着ベルト２１のスリップの発生を抑制できるため、良好な定着性能を維持することができる。
また、本実施形態によれば、加熱部材２２は、幅方向における中央部に加熱範囲を有し、加圧ローラ３１は、幅方向における両端から加熱部材２２の加熱範囲の少なくとも一部に達するまでの両端部に、定着ベルト２１との摩擦力を高めたグリップ部３３ａを有する。これにより、定着ベルト２１の加熱範囲外で、定着ベルト２１を連れ回すための力が加圧ローラ３１から確実に伝達され、ベルトスリップなどの不具合をより確実に防止することができる。
また、本実施形態によれば、加熱部材２２は、幅方向と直交する断面における外形が略円形であり、加熱範囲外の直径が加熱範囲の直径よりも小さい。このように加熱部材２２の加熱範囲外の形状を加熱範囲内の形状より小径化することにより、加熱部材２２と定着ベルト２１との接触面積が減り、定着ベルト２１を回転させるためのトルクを小さくすることができる。また、定着ベルト２１を装着する組立時のベルト挿入性を向上させることができる。
また、本実施形態によれば、加熱部材２２は、加熱範囲外において定着ベルト２１の内周面に対向する表面に、幅方向と略平行な少なくとも一つ以上の溝２２ａを有する。このように加熱範囲外の加熱部材２２表面に幅方向と平行な溝２２ａがあることにより、加熱部材２２と定着ベルト２１との接触面積が減り、さらに、溝２２ａに潤滑剤を保持することもできる。加熱範囲内からの伝熱加熱により、溝２２ａ内の潤滑剤の粘度が小さくなり、溝２２ａのある領域では摺動性が向上し、定着ベルト２１を回転させるためのトルクを更に小さくすることができる。
また、本実施形態によれば、加熱部材２２は、幅方向の長さが加圧ローラ３１よりも短い。これにより、幅方向（長手方向）の両端部において定着ベルト２１と加熱部材２２とが接触することがなくなり、定着ベルト２１を回転させるためのトルクを更に小さくすることができる。
また、本実施形態によれば、定着ニップ部Ｎに対向する位置で加熱部材２２を保持するように定着ベルト２１の内部に設けられた加熱部材保持部材２３を更に備える。このように定着ニップ部Ｎに対向する位置で加熱部材２２を加熱部材保持部材２３で保持することにより、加熱部材２２を加圧ローラ３１に圧接する必要がなくなるため、加熱範囲外の加熱部材２２は不要になる。
また、本実施形態によれば、定着ベルト２１の内周面側に設けられ、定着ベルト２１を介して加圧ローラからの加圧を受けることにより定着ニップ部Ｎを形成する固定部材（ニップ形成部材）２６を更に備える。この固定部材２６により、定着ベルト２１と加圧ローラ３１との間に定着ニップ部を安定して形成できる。

以上、本発明を好適な実施形態に基づき説明したが、本発明は上記実施形態で説明したものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

１ 画像形成装置
２０ 定着装置
２１ 定着ベルト
２２ 加熱部材
２２ａ 溝
２３ 加熱部材保持部材
２５ ヒータ
２６ 固定部材
３１ 加圧ローラ
Ｐ 記録媒体。

特開２００９−３４１０号公報

Claims (10)

1. 可撓性を有する無端状の回転可能な定着部材と、
   前記定着部材に対向するように設けられ該定着部材の外周面に対して加圧されることにより、記録媒体が通過する定着ニップ部を形成する回転駆動可能な加圧部材と、
   前記定着部材を加熱する熱を発生する熱源と、
   前記定着部材を介して前記加圧部材に対向するように該定着部材の内部に設けられ前記熱源の熱を該定着部材に伝達して加熱する加熱部材と、を備えた定着装置であって、
   前記加熱部材は、前記定着ニップ部の記録媒体通過方向と交差する幅方向において前記熱源によって加熱される加熱範囲と該加熱範囲以外の範囲とを有し、
   前記加熱部材の加熱範囲と前記定着部材の内周面との間隙が、該加熱部材の加熱範囲以外の範囲と該定着部材の内周面との間隙よりも小さいことを特徴とする定着装置。
2. 請求項１の定着装置において、
   前記加熱部材の加熱範囲と前記定着部材の内周面との接触面積が、該加熱部材の加熱範囲以外の範囲と該定着部材の内周面との接触面積よりも広いことを特徴とする定着装置。
3. 可撓性を有する無端状の回転可能な定着部材と、
   前記定着部材に対向するように設けられ該定着部材の外周面に対して加圧されることにより、記録媒体が通過する定着ニップ部を形成する回転駆動可能な加圧部材と、
   前記定着部材を加熱する熱を発生する熱源と、
   前記定着部材を介して前記加圧部材に対向するように該定着部材の内部に設けられ前記熱源の熱を該定着部材に伝達して加熱する加熱部材と、を備えた定着装置であって、
   前記加熱部材は、前記定着ニップ部の記録媒体通過方向と交差する幅方向において前記熱源によって加熱される加熱範囲と該加熱範囲以外の範囲とを有し、
   前記加熱部材の加熱範囲と前記定着部材の内周面との接触面積が、該加熱部材の加熱範囲以外の範囲と該定着部材の内周面との接触面積よりも広いことを特徴とする定着装置。
4. 可撓性を有する無端状の回転可能な定着部材と、
   前記定着部材に対向するように設けられ該定着部材の外周面に対して加圧されることにより、記録媒体が通過する定着ニップ部を形成する回転駆動可能な加圧部材と、
   前記定着部材を加熱する熱を発生する熱源と、
   前記定着部材を介して前記加圧部材に対向するように該定着部材の内部に設けられ前記熱源の熱を該定着部材に伝達して加熱する加熱部材と、を備えた定着装置であって、
   前記加熱部材は、前記定着ニップ部の記録媒体通過方向と交差する幅方向において前記熱源によって加熱される加熱範囲と該加熱範囲以外の範囲とを有し、
   前記加熱部材は、前記幅方向と直交する断面における外形が略円形であり、前記加熱範囲以外の範囲の直径が前記加熱範囲の直径よりも小さいことを特徴とする定着装置。
5. 可撓性を有する無端状の回転可能な定着部材と、
   前記定着部材に対向するように設けられ該定着部材の外周面に対して加圧されることにより、記録媒体が通過する定着ニップ部を形成する回転駆動可能な加圧部材と、
   前記定着部材を加熱する熱を発生する熱源と、
   前記定着部材を介して前記加圧部材に対向するように該定着部材の内部に設けられ前記熱源の熱を該定着部材に伝達して加熱する加熱部材と、を備えた定着装置であって、
   前記加熱部材は、前記定着ニップ部の記録媒体通過方向と交差する幅方向において前記熱源によって加熱される加熱範囲と該加熱範囲以外の範囲とを有し、
   前記加熱部材は、前記加熱範囲以外の範囲において前記定着部材の内周面に対向する表面に、前記幅方向と略平行な少なくとも一つ以上の溝を有することを特徴とする定着装置。
6. 請求項１、２、３又は５のいずれかの定着装置において、
   前記加熱部材は、前記幅方向と直交する断面における外形が略円形であり、前記加熱範囲以外の範囲の直径が前記加熱範囲の直径よりも小さいことを特徴とする定着装置。
7. 請求項１乃至４のいずれかの定着装置において、
   前記加熱部材は、前記加熱範囲以外の範囲において前記定着部材の内周面に対向する表面に、前記幅方向と略平行な少なくとも一つ以上の溝を有することを特徴とする定着装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかの定着装置において、
   前記加熱部材は、前記幅方向における中央部に前記加熱範囲を有し、
   前記加圧部材は、前記幅方向における両端から前記加熱部材の加熱範囲の少なくとも一部に達するまでの両端部に、前記定着部材との摩擦力を高めたグリップ部を有することを特徴とする定着装置。
9. 可撓性を有する無端状の回転可能な定着部材と、
   前記定着部材に対向するように設けられ該定着部材の外周面に対して加圧されることにより、記録媒体が通過する定着ニップ部を形成する回転駆動可能な加圧部材と、
   前記定着部材を加熱する熱を発生する熱源と、
   前記定着部材を介して前記加圧部材に対向するように該定着部材の内部に設けられ前記熱源の熱を該定着部材に伝達して加熱する加熱部材と、を備えた定着装置であって、
   前記加熱部材は、前記定着ニップ部の記録媒体通過方向と交差する幅方向において前記熱源によって加熱される加熱範囲を有し、
   前記加熱部材は、前記幅方向の長さが前記加圧部材よりも短く、
   前記定着ニップ部に対向する位置で前記加熱部材を保持するように前記定着部材の内部に設けられた加熱部材保持部材と、
   前記定着部材の内周面側に設けられ、前記定着部材を介して前記加圧部材からの加圧を受けることにより前記定着ニップ部を形成する固定部材とを、更に備えたことを特徴とする定着装置。
10. 記録媒体に画像を形成する画像形成部と、前記画像形成部にて画像が形成された記録媒体に対して定着処理を行う定着部と、を備えた画像形成装置において、
    前記定着部として、請求項１乃至９のいずれか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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