JP6578754B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、記録材に画像を定着する定着装置、及び定着装置を備えた画像形成装置に関する。

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタなどの静電記録式画像形成装置に使用される定着装置、より具体的には無端状の定着部材と加圧部材間にニップ部を形成し、該ニップ部を通る記録材に対し定着処理を行う定着装置に関する。また本発明は、その定着装置を搭載した画像形成装置に関する。

プリンタ・複写機・ファクシミリなどの画像形成装置に対し、近年、省エネルギー化・高速化についての市場要求が高まってきている。
画像形成装置では、電子写真記録・静電記録・磁気記録等の画像形成プロセスにより、画像転写方式又は直接方式により未定着トナー画像が記録材シート・印刷紙・感光紙・静電記録紙などの記録材に形成される。未定着トナー画像を定着させるための定着装置としては、熱ローラ方式、フィルム加熱方式、電磁誘導加熱方式等の接触加熱方式の定着装置が広く採用されている。

このような定着装置の一例として、ベルト方式の定着装置（例えば特許文献１）やセラミックヒータを用いたサーフ定着（フィルム定着）の定着装置（例えば特許文献２）が知られている。

ベルト方式の定着装置では、近年、さらなるウォームアップ時間（電源投入時など、常温状態から印刷可能な所定の温度（リロード温度）までに要する時間）や、ファーストプリント時間（印刷要求を受けた後、印刷準備を経て印字動作を行い排紙が完了するまでの時間）の短縮化が望まれている（課題１）。また、画像形成装置の高速化に伴い、単位時間あたりの通紙枚数が増え、必要熱量が増大しているため、特に連続印刷のはじめに熱量が不足すること（所謂、温度落ち込み）が問題となっている（課題２）。

前記課題１の問題を解決する方法として、セラミックヒータを用いたサーフ定着が提案されている。この方式により、ベルト方式の定着装置に比べ、低熱容量化や小型化が可能となったが、ニップ部のみを局所加熱するため、その他の部分は加熱されず、ニップ部入口においてベルトは最も冷えた状態にあり、定着不良が発生しやすくなるという問題がある。特に、高速機においては、ベルトの回転が速く、ニップ部以外でのベルトの放熱が多くなるため、より定着不良が発生しやすくなるという問題がある（課題３）。

前記課題１〜３を解決すべく、無端ベルト全体を温めることを可能にし、ファーストプリントタイムを短縮でき、かつ高速回転時の熱量不足を解消して、高生産の画像形成装置に搭載されても、良好な定着性が得られる定着装置が提案されている（特許文献３）。

特許文献３の図１に示す定着装置では、無端ベルト１の内部にパイプ状の金属熱伝導体２を、無端ベルト１の移動をガイドすることが可能に固定し、金属熱伝導体２内の熱源３により金属熱伝導体２を介して無端ベルト１を加熱する。さらに無端ベルト１を介して金属熱伝導体２に接してニップ部Ｎを形成する加圧ローラ４を備え、該加圧ローラ４の回転に連れ回りするようにして無端ベルト１を周方向に移動させる。この構成により、定着装置を構成する無端ベルト全体を温めることを可能にし、加熱待機時からのファーストプリントタイムを短縮することができ、かつ高速回転時の熱量不足を解消することが可能となっている。

しかしながら、更なる省エネルギー性及びファーストプリントタイム向上のためには熱効率を更に向上させる必要があり、金属熱伝導体を介して無端ベルトを間接的に加熱する構成から、金属熱伝導体を介さずに無端ベルトを直接加熱する構成が考案された。この構成では、伝熱効率を大幅に向上させて消費電力を低減すると共に、ファーストプリントタイムを更に短縮することができる。また、金属熱伝導体がないためコストダウンが可能となる。

ところで、このような定着装置では、各サイズの記録材にトナー像を定着させるために、異なった配熱分布（配光分布）を有するハロゲンヒータを複数本用いることが一般的である。例えば、定着装置は、Ａ４縦通紙幅（２１０ｍｍ）に対応する配熱分布を持つヒータと、Ａ４縦通紙幅とＡ３縦通紙幅間（２１０ｍｍ〜２９７ｍｍ）の配熱分布を持つヒータを有する。

一方で、定着装置の小型化に伴い、無端ベルトが小径化され、定着装置の横断面におけるハロゲンヒータ間の距離が短くなってきている。例えば、異なった配熱分布を有する２本のハロゲンヒータを並列して用いた場合、一方のハロゲンヒータの輻射熱が他方のハロゲンヒータを加熱してしまい、輻射効率が低下してしまう。

そこで、複数あるハロゲンヒータを反射部材を挟んだ両側に配置することで、複数のハロゲンヒータが互いに加熱し合うことなく、加熱ローラを効率良く加熱してウォームアップタイムを短縮することができる定着装置が提案されている（特許文献４）。しかし、さらなる加熱効率向上の要求がある。

そこで、本発明では、異なった配熱分布（配光分布）を有する複数の熱源を用いる定着装置において、従来よりもさらに加熱効率を向上させ、ファーストプリントタイムの短縮と良好な定着性を得ることを課題とする。

この課題を解決するため、回転可能な定着部材と、前記定着部材に対向配置されて回転可能な加圧部材を備え、前記定着部材の内側に、前記定着部材を加熱する複数の熱源と、前記定着部材を介して前記加圧部材との間で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が配置された、記録材上のトナー像を前記ニップ部において定着する定着装置において、前記複数の熱源は、長手方向に異なる分布の配熱部をそれぞれ有し、長手方向における断面で見て前記支持部材により分けられた第１領域と第２領域に配置され、前記第１領域は前記第２領域よりも広く、前記複数の熱源のうち発熱量の少ない熱源は、前記ニップ部から見て前記定着部材の回転方向上流側に位置する前記第１領域に配置され、発熱量の多い熱源は、前記ニップ部から見て前記定着部材の回転方向下流側に位置する前記第２領域に配置され、前記発熱量の少ない熱源からの輻射が前記定着部材に直接当たる角度である照射角は、前記発熱量の多い熱源からの輻射が前記定着部材に直接当たる角度である照射角よりも大きいことを特徴とする定着装置を提案する。

異なった配熱パターンを有する複数の熱源を用いる場合でも、一方のハロゲンヒータの輻射熱が他方のハロゲンヒータを加熱し、輻射の効率が低下してしまうことがない。複数の熱源を単に支持部材を挟んで配置するよりも、さらなる加熱効率の向上が実現される。

本発明の実施形態にかかる画像形成装置の概略構成図である。 第１実施形態にかかる定着装置の概略断面図である。 従来構成の定着装置の一例を示す概略断面図である。 図２の定着装置の定着ベルト内部の概略斜視図である。 図４の定着装置を上下逆さまにしたときの概略斜視図である。 第２実施形態にかかる定着装置における回転停止時と回転時の定着ベルト位置を示す概略断面図である。 第３実施形態にかかる定着装置の概略構成図である。

以下に、図１を用いて本発明の実施形態にかかる画像形成装置の構成を説明する。
図１に示した画像形成装置１００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のカラープリンタある。だが、本発明はこの方式に限られず、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。

画像形成装置１００は、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色に分解された色にそれぞれ対応する像としての画像を形成可能な像担持体としての感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋを並設したタンデム構造が採用されている。

画像形成装置１００では、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋに形成された可視像が、各感光体ドラムに対峙しながら矢印Ａ１方向に移動可能な無端ベルトである中間転写体（以下、転写ベルトという）１１に対して１次転写される。この１次転写行程の実行によってそれぞれの色の画像が重畳転写され、その後、記録シートなどが用いられる記録材Ｓに対して２次転写行程を実行することで一括転写される。

各感光体ドラムの周囲には、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を代表として説明すると、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及びクリーニング装置５０Ｂｋが配置されている。帯電後に行われる書き込み光Ｌｂを用いた書き込みには、光書き込み装置８が用いられる。

転写ベルト１１に対する重畳転写では、転写ベルト１１がＡ１方向に移動する過程において、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋに形成された可視像が、転写ベルト１１の同じ位置に重ねて転写される。このために、転写は、転写ベルト１１を挟んで各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋに対向して配設された１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｂｋによる電圧印加によって、Ａ１方向上流側から下流側に向けてタイミングをずらして行われる。

各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋは、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ための画像ステーションに備えられている。

画像形成装置１００は、色毎の画像形成処理を行う４つの画像ステーションと、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋの上方に対向して配設され、転写ベルト１１及び１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｂｋを備えた転写ベルトユニット１０と、転写ベルト１１に対向して配設され転写ベルト１１に従動し、連れ回りする２次転写ローラ５と、転写ベルト１１に対向して配設され転写ベルト１１をクリーニングするクリーニング装置１３と、これら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８とを有している。

光書き込み装置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、折り返しミラー及び偏光手段としての回転多面鏡などを装備している。光書き込み装置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よう構成されている。書き込み光Ｌｂは、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。

画像形成装置１００には、感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋと転写ベルト１１との間に向けて搬送される記録材Ｓを積載した給紙カセットとしてのシート給送装置６１が設けられている。また、シート給送装置６１から搬送されてきた記録材Ｓを、画像ステーションによるトナー像の形成タイミングに合わせた所定のタイミングで、各感光体ドラムと転写ベルト１１との間の転写部に向けて繰り出すレジストローラ対４が設けられている。また、記録材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が設けられている。

また、画像形成装置１００には、トナー像が転写された記録材Ｓにトナー像を定着させるためのローラ定着方式の定着ユニットとしての定着装置２００と、定着済みの記録材Ｓを画像形成装置１００の本体外部に排出する排出ローラ７が備えられている。また、画像形成装置１００の本体上部には、排出ローラ７により画像形成装置１００の本体外部に排出された記録材Ｓを積載する排紙トレイ１７が備えられている。また、排紙トレイ１７の下側には、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナーを充填されたトナーボトル９Ｙ、９Ｃ、９Ｍ、９Ｂｋが備えられている。

転写ベルトユニット１０は、転写ベルト１１、１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｂｋの他に、転写ベルト１１が掛け回されている駆動ローラ７２及び従動ローラ７３を有している。

従動ローラ７３は、転写ベルト１１に対する張力付勢手段としての機能も備えており、このため、従動ローラ７３には、バネなどを用いた付勢手段が設けられている。このような転写ベルトユニット１０と、１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｂｋと、２次転写ローラ５と、クリーニング装置１３とで転写装置７１が構成されている。

シート給送装置６１は、画像形成装置１００の本体下部に配設されており、最上位の記録材Ｓの上面に当接する給送ローラ３を有している。給送ローラ３が図中反時計回りに回転駆動されることにより、最上位の記録材Ｓをレジストローラ対４に向けて給送するようになっている。

転写装置７１に装備されているクリーニング装置１３は、詳細な図示を省略するが、転写ベルト１１に対向、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ている。クリーニング装置１３は、転写ベルト１１上の残留トナー等の異物をクリーニングブラシとクリーニングブレードとにより掻き取り、除去して、転写ベルト１１をクリーニングするようになっている。

クリーニング装置１３はまた、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している。

図２は、第１実施形態にかかる定着装置を示す概略構成図である。
定着装置２００は、回転可能な定着部材としての定着ベルト２０１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２０３とを有し、複数の熱源としてのハロゲンヒータ２０２Ａ，２０２Ｂにより定着ベルト２０１が内周側から輻射熱で直接加熱される。このとき、図２の定着ベルト２０１内には、定着ベルト２０１を介して加圧ローラ２０３との間でニップ部を形成するニップ形成部材２０６があり、定着ベルト内面と直接又は摺動シートを介して間接的に摺動するようになっている。記録材Ｓ上のトナー像はニップ部において加熱・加圧により定着される。

図２ではニップ部の形状が平坦状であるが、凹形状やその他の形状であっても良い。凹形状のニップ部の場合、記録材先端の排出方向が加圧ローラ寄りになり、分離性が向上するのでジャムの発生が抑制される。

定着ベルト２０１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又はフィルムで構成される。ベルトの表層はＰＦＡ又は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。ベルトの基材とＰＦＡ又は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。シリコーンゴム層がない場合は熱容量が小さくなり、定着性が向上するが、未定着画像を押し潰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ユズ肌状の光沢ムラ（ユズ肌画像）が残るという不具合が生じ得る。これを改善するにはシリコーンゴム層を１００［μｍ］以上設ける必要がある。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。

定着ベルト２０１の内部にはニップ形成部材２０６とニップ部Ｎを支持するための支持部材としてのステー２０７を設け、加圧ローラ２０３により圧力を受けるニップ形成部材２０６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。このステー２０７は両端部で保持部材としてのフランジに保持固定され位置決めされている。また、ハロゲンヒータ２０２とステー２０７の間に反射部材２０９を備え、ハロゲンヒータ２０２からの輻射熱などによりステー２０７が加熱されてしまうことによる無駄なエネルギー消費を抑制している。ここで反射部材２０９を備える代わりに、ステー２０７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。

加圧ローラ２０３は芯金２０５に弾性ゴム層２０４があり、離型性を得るために表面に離型層（ＰＦＡ又はＰＴＦＥ層）が設けてある。加圧ローラ２０３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２０３は、スプリングなどにより定着ベルト２０１側に押し付けられており、弾性ゴム層２０４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２０３は中空のローラであっても良く、加圧ローラ２０３にハロゲンヒータなどの加熱源を有していても良い。弾性ゴム層２０４はソリッドゴムでも良いが、加圧ローラ２０３内部にヒータが無い場合は、スポンジゴムを用いても良い。スポンジゴムの方が、断熱性が高まり定着ベルトの熱が奪われにくくなるので、より望ましい。

定着ベルト２０１は加圧ローラ２０３により連れ回り回転する。図２の場合は加圧ローラ２０３が駆動源により回転し、ニップ部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２０１が回転する。定着ベルト２０１はニップ部Ｎで挟み込まれて回転し、ニップ部以外では両端部で図示していないフランジ２０８にガイドされ、走行する。
上記のような構成により安価で、ウォームアップが速い定着装置を実現することが可能となる。

ここで、従来構成の定着装置について説明する。
従来から、ハロゲンヒータ３本構成の定着装置（例えば特許文献５の図２６）やハロゲンヒータ２本構成の定着装置（例えば特許文献５の図２，３）が知られている。前者では、３本のヒータをまとめてステーの内側に配置したため、ヒータ点灯時に互いのガラス管が加熱されて、輻射熱が定着ベルトに直接当たらなくなる分、加熱効率が下がる。さらに、３本のヒータが反射部材に囲まれているため、反射による輻射の減衰や狭められた照射角によって加熱効率が低下する。

後者では、２本のヒータをまとめてステーの下側に配置したため、ヒータ点灯時に互いのガラス管が加熱されて、輻射熱が定着ベルトに直接当たらなくなる分、加熱効率が下がる。

図３は、ハロゲンヒータ２本構成の定着装置の概略断面図である。このような定着装置は例えば特許文献６から知られている。２本のハロゲンヒータ２０２が反射部材に囲まれているため、反射による輻射の減衰や、双方向矢印で示すように照射角が狭められることによって、加熱効率が低下する。ここで、照射角はハロゲンヒータ２０２からの輻射が定着ベルト２０１に直接当たる角度である。例えば、ハロゲンヒータ２０２の一方は、定着ベルトの長手方向中央部を加熱する中央ヒータであり、他方は、定着ベルトの長手方向端部を加熱する端部ヒータである。

また、別なハロゲンヒータ２本構成の定着装置が例えば特許文献４から知られている。この定着装置７は、定着ベルト２１と、定着ヒータ２３と、加圧ローラ２５と、リフレクタ２７と、を備えている。リフレクタ２７は、略垂直に配置された支持部２７ａと、定着ベルト２１を挟んで加圧ローラ２５と当接する当接部２７ｂと、定着ベルト２１に対する定着ヒータ２３からの輻射光の照射時間をベルト幅方向に可変するための照射規制部２７ｃと、を有している。リフレクタ２７により定着ベルト２１内の領域は左右均等に分けられ、２本の定着ヒータ２３をリフレクタ２７の左右に分割して配置したため、ヒータ点灯時に互いのガラス管を加熱することがないので、加熱効率は下がらない。また、２本の定着ヒータ２３は同じ大きさの領域に均等に分割配置されているため、ヒータからの輻射が定着ベルト２１に直接当たる照射角の大きさも左右で同じである。しかし、加熱効率向上の点で改良の余地がある。

そこで、本発明では以下のように定着装置を構成した。
図２を参照して、ステー２０７は、断面がそれぞれ略Ｌ字型の第１部材２０７Ａと第２部材２０７Ｂからなる。第１部材２０７Ａは、２本のハロゲンヒータ２０２Ａ，２０２Ｂを仕切るための第１仕切り部２０７ｃと、ニップ形成部材２０６を固定するための第１固定部２０７ｄを有する。第２部材２０７Ｂは、２本のハロゲンヒータ２０２Ａ，２０２Ｂを仕切るための第２仕切り部２０７ｅと、ニップ形成部材２０６を固定するための第２固定部２０７ｆを有する。長手方向（紙面垂直方向）全体にわたり、第１仕切り部２０７ｃと第２仕切り部２０７ｅは略同じ長さを有するが、第１固定部２０７ｄは第２固定部２０７ｆよりも長い。第１仕切り部２０７ｃと第２仕切り部２０７ｅはヒータの長手方向に直線的に延在している。よって、第１仕切り部２０７ｃと第２仕切り部２０７ｅが接触することで、ステー２０７の断面は略Ｔ字型に構成されるが、定着ベルト２０１内では第１領域２１１が第２領域２１２よりも広くなっている（図４）。このように２本のハロゲンヒータ２０２Ａ，２０２Ｂをステー２０７を挟んだ上下の別々な領域に配置したことで、図３に記載の構成のようにヒータ点灯時に互いのガラス管を加熱することがないため、加熱効率が下がらない。

ここで、定着ベルト２０１の内側にハロゲンヒータ２０２Ａ，２０２Ｂは配設されている。また、発熱量の少ないハロゲンヒータ２０２Ａを定着ベルト２０１の回転方向上流側に位置する第１領域２１１に配置し、発熱量の多いハロゲンヒータ２０２Ｂを定着ベルト２０１の回転方向下流側に位置する第２領域２１２に配置している。

図２において、発熱量の少ないハロゲンヒータ２０２Ａからの輻射が定着ベルト２０１に直接当たる角度である照射角αは、発熱量の多いハロゲンヒータ２０２Ｂからの輻射が定着ベルト２０１に直接当たる角度である照射角βよりも大きい。大きめの照射角αにより、定着ベルト２０１の長手方向端部が端部ヒータによって加熱される時間は、定着ベルト２０１の長手方向中央部が中央ヒータによって加熱される時間より長くなる。大きめの照射角αは、第２領域２１２の移動中における定着ベルト２０１の長手方向端部からの放熱量の低減に寄与する。よって、発熱量の少ないハロゲンヒータ２０２Ａを用いても、定着ベルト２０１の長手方向端部の熱量不足による定着不良は生じない。

第１領域２１１で熱せられた定着ベルト２０１は、第２領域２１２に移動する間及び第２領域２１２を移動している間に微量ながら放熱しており、放熱量は定着ベルトの長手方向の幅に比例する。このため、回転方向上流側で加熱される定着ベルト２０１の長手方向の幅が広いほど、放熱により無駄になる熱量が多くなる。換言すれば、回転方向上流側に配置されたハロゲンヒータの配熱部・配熱分布の幅が広いほど、無駄になるヒータ熱量が多くなる。一方、第２領域２１２で熱せられた定着ベルト２０１は間もなくニップ部Ｎに突入するため、放熱量も少なくて済む。

本定着装置２００においては、Ａ４縦通紙幅（２１０ｍｍ）に対応する配熱部・配熱分布を持つヒータと、Ａ４縦通紙幅とＡ３縦通紙幅間（２１０ｍｍ〜２９７ｍｍ）の配熱部・配熱分布を持つヒータを備えている。そのため、Ａ４縦通紙幅とＡ３縦通紙幅間（２１０ｍｍ〜２９７ｍｍ）の配熱部・配熱分布を持つヒータを第１領域２１１に、長手方向の放熱幅が広いＡ４縦通紙幅（２１０ｍｍ）に対応する配熱部・配熱分布を持つヒータを第２領域２１２に配置する。言い換えれば、発熱量の少ないハロゲンヒータ２０２Ａを、ニップ部Ｎから見て定着ベルトの回転方向上流側（第１領域２１１）又はニップ出口側に配置し、発熱量の多いハロゲンヒータ２０２Ｂを、ニップ部Ｎから見て定着ベルトの回転方向下流側（第２領域２１２）又はニップ入口側に配置する。この配置により、定着ベルト移動中の定着ベルトの放熱量が少なくなり、定着装置としての熱効率が向上して省エネルギー性に有利な構成となる。

図４は図２の定着装置の定着ベルト内部の概略斜視図、図５は図４を上下逆さまにしたときの概略斜視図である。
特に図４に示すように、第１領域２１１に配置されたハロゲンヒータ２０２Ａは、定着ベルト２０１の長手方向端部を加熱する端部ヒータであり、通電時に加熱する配熱部２０２ｄを長手方向端部に有する。特に図５に示すように、第２領域２１２に配置されたハロゲンヒータ２０２Ｂは、定着ベルト２０１の長手方向中央部を加熱する中央ヒータであり、通電時に加熱する配熱部２０２ｃを長手方向中央部に有する。

配熱部２０２ｃ，２０２ｄ以外の部分（非配熱部）は通電時に加熱しない。ハロゲンヒータ２０２Ａ，２０２Ｂは長手方向に異なる分布の配熱部をそれぞれ有し、配熱部２０２ｃと配熱部２０２ｄは長手方向において重ならないように配置されている。ハロゲンヒータ２０２Ａ，２０２Ｂの配熱部２０２ｃ，２０２ｄとステー２０７の間には反射部材２０９が備えられている。

例えば、中央部の配熱部２０２ｃは２１７ｍｍの長さであってハロゲンヒータ２０２Ｂは７７０Ｗの電力量を有し、両端部の配熱部２０２ｄはそれぞれ６３ｍｍ（合計１２６ｍｍ）の長さであってハロゲンヒータ２０２Ａは４４０Ｗの電力量を有する。よって、Ａ４横やＡ３縦（２９７ｍｍ）を印刷する際は、ハロゲンヒータ２０２Ａとハロゲンヒータ２０２Ｂの両方を点灯する必要がある。

このように、ハロゲンヒータ２０２Ａ，２０２Ｂは異なる発熱量・電力量を有し、中央ヒータの発熱量・電力量は端部ヒータの発熱量・電力量より大きい。ただし、ハロゲンヒータ２０２Ａ，２０２Ｂの単位長さ当たりの発熱量・電力量はどちらも、例えば３．５Ｗ／ｍｍである。これは、記録材上のトナーの定着性や画像の光沢度を一定に保つために、トナーや記録材に与える熱量を一定にするためである。

以上のように、本実施形態によればＡ４縦通紙幅とＡ３縦通紙幅間（２１０ｍｍ〜２９７ｍｍ）の配熱分布を持つヒータを第１領域２１１に、長手方向の放熱幅が広いＡ４縦通紙幅（２１０ｍｍ）に対応する配熱分布を持つヒータを第２領域２１２に配置する。これにより、定着ベルト２０１の移動中の放熱量が少なくなり、定着ベルトは加熱された温度を保ったままニップ部Ｎに突入するため、定着装置としての熱効率が向上して省エネルギー性に有利な構成となる。

前述したように、ハロゲンヒータ２０２Ａ，２０２Ｂの単位長さ当たりの発熱量・電力量はどちらも３．５Ｗ／ｍｍとしている。これは、記録材上のトナーの定着性や画像の光沢度を一定に保つために、トナーや記録材に与える熱量を一定にするためである。だが、ハロゲンヒータの２０２Ａ，２０２Ｂの単位長さ当たりの発熱量・電力量を揃えても、定着ベルト２０１に対して付与される熱量が一定にならなければ記録材上のトナーの所望の均一な定着性や画像の光沢度を得ることが出来ない。

また、図６の実線で示される定着ベルト２０１は定着ベルトの回転時の軌跡を示し、停止時の軌跡（点線で示される定着ベルト２０１Ｂ）よりもニップ出口側に膨らんだ軌跡となる。このように、定着ベルト２０１の軌跡は停止時と回転時では異なる。そのため、定着ベルト２０１が作像動作時に所定の線速で安定的に回転しているときに定着ベルトに対して一定の熱量が付与されるように、ハロゲンヒータをレイアウトする必要がある。具体的には、定着ベルト２０１が所定の線速で回転しているときにハロゲンヒータ２０２Ａ，２０２Ｂの配熱部２０２ｄ，２０２ｃのそれぞれが定着ベルトに対して照射する軸方向の単位長さ当たりの熱量が等しくなるように、ハロゲンヒータを配置する。

なお、図６は第２実施形態にかかる定着装置２００を示しており、ハロゲンヒータ２０２Ａ，２０２Ｂはステー２０７に対して対称的に配置されておらず、非対称に配置されている。各ヒータの配熱部は、図２，４，５に示すものと同様に構成されている。
また、ステー２０７は、断面がそれぞれ略Ｌ字型の第１部材２０７Ａと第２部材２０７Ｂからなる。同形状の第１部材２０７Ａ及び第２部材２０７Ｂは、２本のハロゲンヒータ２０２Ａ，２０２Ｂを仕切っており、ニップ形成部材２０６に固定されている。第１部材２０７Ａ及び第２部材２０７Ｂはヒータの長手方向に直線的に延在しており、ステー２０７の断面は略Ｔ字型に構成されている（図６）。第１領域２１１と第２領域２１２は同じ大きさに形成されている。このように２本のハロゲンヒータ２０２Ａ，２０２Ｂをステー２０７を挟んだ上下の別々な領域に配置したことで、図３に記載の構成のようにヒータ点灯時に互いのガラス管を加熱することがないため、加熱効率が下がらない。

上述したように、定着装置として熱効率を向上させるためには、定着ベルト２０１が作像動作時に所定の線速で安定的に回転しているときに定着ベルトに対して一定の熱量が付与されるように、ハロゲンヒータをレイアウトする必要がある。ここで、定着ベルト２０１の内周とハロゲンヒータ２０２Ａ，２０２Ｂが接触すると、定着ベルト２０１とハロゲンヒータの２０２Ａ，２０２Ｂは摺擦によって損傷を受け、これが定着装置２００の破損の原因となり得る。このため図６に示すように、定着ベルト２０１が、停止時においても回転時においてもハロゲンヒータ２０２Ａ，２０２Ｂとは接触しないように、ハロゲンヒータをレイアウトする必要がある。

また、定着ベルト２０１とハロゲンヒータの２０２Ａ，２０２Ｂが接触しなくても、非常に近接する位置にレイアウトされた場合には、ヒータの点灯時に定着ベルト２０１は局所的に急激に加熱されることになる。すると、定着ベルト２０１の局所的な熱膨張が生じ、その結果、直接加熱されていない部分との膨張差によって定着ベルトが変形する「キンク」と称される熱変形が起こることがある。特に、近年の省エネルギー性及びファーストプリントタイム向上のために薄く形成された定着ベルトを用いた構成においては、定着ベルトが加熱されやすくなるため、キンクが発生しやすい。キンクを発生することにより、異常画像が生じたり、場合によっては定着ベルトが破損したりする。

定着ベルト２０１の停止状態では、加熱されない部分と加熱される部分の膨張差が生じ易くなってキンク発生のリスクが更に高まる。だが、ベルト停止状態でのキンク防止のためには、定着ベルト２０１とハロゲンヒータ２０２Ａ，２０２Ｂの距離を非常に大きくする必要があり、これは定着装置２００の熱効率を悪化させる原因となる。そのため、定着ベルト２０１の停止状態では、ハロゲンヒータの２０２Ａ，２０２Ｂが点灯しないように制御を行うことでキンクの発生を防止することができる。さらに、ハロゲンヒータの２０２Ａ，２０２Ｂは、定着ベルト２０１の回転状態でキンクが発生しないような位置に具備されることが必要となる。つまり、定着ベルト２０１の停止時を除く回転時においてハロゲンヒータ２０２Ａ，２０２Ｂが固有の最大熱量を定着ベルト２０１に照射しても定着ベルトの局所的な熱膨張が発生しない位置に、ハロゲンヒータは配設されると好ましい。なお、回転状態でキンクが発生しないような位置は定着ベルト２０１の構成や定着装置２００のレイアウトにより固有のものである。

図７は、第３実施形態にかかる定着装置の概略構成図である。
本実施形態では、ハロゲンヒータ２０２Ａは、小サイズ用紙幅に対応する領域に配された配熱部２０２ｅを有し、ハロゲンヒータ２０２Ｂは、大サイズ用紙幅に対応する領域に配された配熱部２０２ｆを有している。大サイズ用紙幅は例えばＡ４横又はＡ３縦に対応し、小サイズ用紙幅は例えばＡ４縦やＢ５縦に対応する。

本実施形態でも定着装置２００は、異なる分布の配熱部２０２ｅ，２０２ｆをそれぞれ有する２本のハロゲンヒータ２０２Ａ，２０２Ｂを有する。２本のヒータ２０２Ａ，２０２Ｂをステー２０７を挟んだ上下の別々な領域に配置したことで、ヒータ点灯時に互いのガラス管を加熱することがないため、加熱効率が下がらない。また、発熱量の少ないハロゲンヒータ２０２Ａは、ニップ部Ｎから見て定着ベルトの回転方向上流側（第１領域２１１）又はニップ出口側に配置され、発熱量の多いハロゲンヒータ２０２Ｂは、ニップ部Ｎから見て定着ベルトの回転方向下流側（第２領域２１２）又はニップ入口側に配置される。この配置により、定着ベルト移動中の定着ベルトの放熱量が少なくなり、定着装置としての熱効率が向上して省エネルギー性に有利な構成となる。

ステー２０７は、図２に示すものと同様に形成されている。すなわち、長手方向全体にわたり、ステー２０７の第１部材２０７Ａの第１仕切り部２０７ｃと、ステー２０７の第２部材２０７Ｂの第２仕切り部２０７ｅは略同じ長さを有するが、第１固定部２０７ｄは第２固定部２０７ｆよりも長い。第１仕切り部２０７ｃと第２仕切り部２０７ｅはヒータの長手方向に直線的に延在している。長手方向中央部の断面は図２と同様である。ただし、図７では反射部材の図示を省略している。

また、本発明の実施形態に係る定着装置は、図１に示すカラーレーザープリンタに限らず、モノクロ画像形成装置や、その他のプリンタ、複写機、ファクシミリ又はこれらの複合機に搭載でき、搭載によって省エネルギー性に優れた画像形成装置が得られる。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることも可能である。

２００ 定着装置
２０１ 定着ベルト（定着部材）
２０２Ａ，２０２Ｂ ハロゲンヒータ（熱源）
２０２ｃ，２０２ｄ，２０２ｅ，２０２ｆ 配熱部
２０３ 加圧ローラ（加圧部材）
２０６ ニップ形成部材
２０７ 支持部材
Ｎ ニップ部
Ｓ 記録材

特開２００４−２８６９２２号公報 特許第２８６１２８０号公報 特開２００７−３３４２０５号公報 特開２０１０−７８８３９号公報 特開２０１４−２４０９５２号公報 特開２０１４−０５６２０３号公報

Claims (6)

1. 回転可能な定着部材と、前記定着部材に対向配置されて回転可能な加圧部材を備え、
   前記定着部材の内側に、前記定着部材を加熱する複数の熱源と、前記定着部材を介して前記加圧部材との間で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が配置された、
   記録材上のトナー像を前記ニップ部において定着する定着装置において、
   前記複数の熱源は、長手方向に異なる分布の配熱部をそれぞれ有し、長手方向における断面で見て前記支持部材により分けられた第１領域と第２領域に配置され、前記第１領域は前記第２領域よりも広く、
   前記複数の熱源のうち発熱量の少ない熱源は、前記ニップ部から見て前記定着部材の回転方向上流側に位置する前記第１領域に配置され、発熱量の多い熱源は、前記ニップ部から見て前記定着部材の回転方向下流側に位置する前記第２領域に配置され、
   前記発熱量の少ない熱源からの輻射が前記定着部材に直接当たる角度である照射角は、前記発熱量の多い熱源からの輻射が前記定着部材に直接当たる角度である照射角よりも大きいことを特徴とする定着装置。
2. 前記定着部材が所定の線速で回転しているときに前記複数の熱源の配熱部のそれぞれが前記定着部材に対して照射する軸方向の単位長さ当たりの熱量が等しくなるように、前記複数の熱源が配置されることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記定着部材が、停止時においても回転時においても前記複数の熱源とは接触しないことを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記定着部材の回転時において前記複数の熱源が固有の最大熱量を前記定着部材に照射しても前記定着部材の局所的な熱膨張が発生しない位置に、前記複数の熱源は配設されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着装置。
5. 前記第１領域に配置された前記発熱量の少ない熱源は前記定着部材の長手方向端部を加熱し、前記第２領域に配置された前記発熱量の多い熱源は前記定着部材の長手方向中央部を加熱することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の定着装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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