JP6016071B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、記録媒体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。

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の各種画像形成装置に用いられる定着装置として、金属基材と弾性ゴム層などから成る薄肉の定着ベルトを備えるものが知られている。このように、低熱容量化された薄肉の定着ベルトを備えることで、定着ベルトの加熱に必要なエネルギーを大幅に低減することができ、ウォームアップ時間（電源供給時など、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）の短縮化を図れる。

従来、この種の定着装置には、図１１に示すように、無端ベルト（定着ベルト）１００と、無端ベルト１００の内部に配設されたパイプ状の金属熱伝導体２００と、金属熱伝導体２００内に配設された熱源３００と、無端ベルト１００を介して金属熱伝導体２００に当接してニップ部Ｎを形成する加圧ローラ４００を備えているものがある（特許文献１参照）。この場合、加圧ローラ４００の回転により無端ベルト１００は連れ回りし、このとき、金属熱伝導体２００は無端ベルト１００の移動をガイドする。また、金属熱伝導体２００内の熱源３００により金属熱伝導体２００を介して無端ベルト１００が加熱されることで、無端ベルト１００全体を温めることを可能にしている。これにより、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。

また、さらなる省エネ性及びファーストプリントタイム向上のために、無端ベルトを（金属熱伝導体を介さずに）直接加熱する定着装置が提案されている（特許文献２参照）。

図１２に示す例では、無端ベルト１００の内側から上記パイプ状の金属熱伝導体を取り除き、代わりに、加圧ローラ４００と対向する位置に板状のニップ形成部材５００を設けている。この場合、ニップ形成部材５００を配設した箇所以外で無端ベルト１００を熱源３００によって直接加熱することができるので、伝熱効率が大幅に向上し消費電力が低減する。このため、加熱待機時からのファーストプリントタイムをさらに短縮することが可能となる。また、金属熱伝導体を設けないことによるコストダウンも期待できる。

また、特許文献３には、加熱源の周囲の熱を逃げにくくし、熱効率を向上させるために、加熱源の周囲に断熱空間層を形成した定着装置が開示されている。ここでは、断熱空間層を形成する部材の一部を透明部材とすることで、その透明部材を介して加熱源から発せられる光が定着ベルトへと照射されるようになっている。

また、特許文献４には、外部からの衝撃による加熱源の破損を防止するため、透明又は半透明の素材から成る光透過部材によって熱源を内包してした定着装置が開示されている。この場合も、加熱源からの光は、光透過部材を介して加熱ベルトに照射されるようになっている。

上記のように、無端ベルトを直接加熱する構成とすることで、省エネ性及びファーストプリントタイムのさらなる向上が可能となるが、他方で、無端ベルトが加熱されやすくなることにより、ベルトが熱応力で変形してしまうといった新たな問題が生じた。つまり、印刷を行った直後に無端ベルトの回転を停止すると、熱源が保有する熱が無端ベルトに伝達されることで、無端ベルトが局部的に加熱されて変形してしまうことがある。特に、低熱容量化のために薄くかつ小径の無端ベルトを用いた結果、熱源を無端ベルトの内周面近傍に配設した構成においては、無端ベルトが局部的に加熱されやすくなるため、上記熱応力によるベルトの変形が発生しやすくなる。

本発明は、斯かる事情に鑑み、印刷動作終了後のベルトの局部的な加熱を抑制することが可能な定着装置、及びその定着装置を備えた画像形成装置を提供しようとするものである。

上記課題を解決するため、請求項１に係る本発明は、回転可能な無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトと当接することによりニップ部を形成する対向回転体と、前記定着ベルト内の前記ニップ部側とは反対側寄りに配設されて定着ベルトを加熱する加熱源と、前記ニップ部とは反対側に開口する凹状に形成されると共に、当該凹状に形成された部分の内側に前記加熱源を収容する包囲部材とを備えた定着装置において、前記加熱源は、通電により発光するフィラメントを光透過性材料から成る発光管内に配設したヒータランプを有し、前記ヒータランプと前記定着ベルトの前記ニップ部側とは反対側の内周面との間に、前記ヒータランプからの光を透過し、かつ、前記ヒータランプ周辺の加熱空気が前記定着ベルト側へ移動するのを抑制する熱気遮蔽部材を、前記定着ベルトの前記ニップ部側とは反対側の内周面に対して接触しないように配設したことを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、加熱源周辺の加熱空気によって定着ベルトが局部的に加熱されるのを抑制することができるので、定着ベルトの熱による変形や損傷、劣化を抑制することができる。また、定着ベルトの過剰な温度上昇を抑制できるので、安全性も向上する。

本発明に係る画像形成装置の実施の一形態を示す概略構成図である。 前記画像形成装置に搭載された定着装置の概略構成図である。 定着ベルトの端部の構成を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は定着ベルトの回転軸方向から見た側面図である。 （ａ）は印刷動作前後における定着ベルトの温度変化を示し、（ｂ）はそのときのハロゲンランプへの供給電力を示す図である。 本発明の実施の一形態に係る定着装置の概略構成図である。 本発明の他の実施形態に係る定着装置の概略構成図である。 本発明の別の実施形態に係る定着装置の概略構成図である。 本発明のさらに別の実施形態に係る定着装置の概略構成図である。 本発明を適用可能な他の定着装置の概略構成図である。 本発明を適用可能な別の定着装置の概略構成図である。 定着ベルトを用いた従来の定着装置の概略構成図である。 定着ベルトを直接加熱するように構成した従来の定着装置の概略構成図である。

以下、添付の図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の実施の形態を説明するための各図面において、同一の機能もしくは形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すことにより一度説明した後ではその説明を省略する。

まず、図１を参照して、本発明の実施の一形態に係る画像形成装置の全体構成及び動作について説明する。
図１に示す画像形成装置１は、カラーレーザープリンタであり、その装置本体の中央には、４つの作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋが設けられている。各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ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。

具体的に、各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、潜像担持体としてのドラム状の感光体５と、感光体５の表面を帯電させる帯電装置６と、感光体５の表面にトナーを供給する現像装置７と、感光体５の表面をクリーニングするクリーニング装置８などを備える。なお、図１では、ブラックの作像部４Ｋが備える感光体５、帯電装置６、現像装置７、クリーニング装置８のみに符号を付しており、その他の作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃにおいては符号を省略している。

各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋの下方には、感光体５の表面を露光する露光装置９が配設されている。露光装置９は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラー等を有し、画像データに基づいて各感光体５の表面へレーザー光を照射するようになっている。

各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋの上方には、転写装置３が配設されている。転写装置３は、転写体としての中間転写ベルト３０と、一次転写手段としての４つの一次転写ローラ３１と、二次転写手段としての二次転写ローラ３６と、二次転写バックアップローラ３２と、クリーニングバックアップローラ３３と、テンションローラ３４、ベルトクリーニング装置３５を備える。

中間転写ベルト３０は、無端状のベルトであり、二次転写バックアップローラ３２、クリーニングバックアップローラ３３及びテンションローラ３４によって張架されている。ここでは、二次転写バックアップローラ３２が回転駆動することによって、中間転写ベルト３０は図の矢印で示す方向に周回走行（回転）するようになっている。

４つの一次転写ローラ３１は、それぞれ、各感光体５との間で中間転写ベルト３０を挟み込んで一次転写ニップを形成している。また、各一次転写ローラ３１には、図示しない電源が接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が各一次転写ローラ３１に印加されるようになっている。

二次転写ローラ３６は、二次転写バックアップローラ３２との間で中間転写ベルト３０を挟み込んで二次転写ニップを形成している。また、一次転写ローラ３１と同様に、二次転写ローラ３６にも図示しない電源が接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が二次転写ローラ３６に印加されるようになっている。

ベルトクリーニング装置３５は、中間転写ベルト３０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を有する。このベルトクリーニング装置３５から伸びた図示しない廃トナー移送ホースは、図示しない廃トナー収容器の入り口部に接続されている。

プリンタ本体の上部には、ボトル収容部２が設けられており、ボトル収容部２には補給用のトナーを収容した４つのトナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋが着脱可能に装着されている。各トナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋと上記各現像装置７との間には、図示しない補給路が設けてあり、この補給路を介して各トナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋから各現像装置７へトナーが補給されるようになっている。

一方、プリンタ本体の下部には、記録媒体としての用紙Ｐを収容した給紙トレイ１０や、給紙トレイ１０から用紙Ｐを搬出する給紙ローラ１１等が設けてある。ここで、記録媒体には、普通紙以外に、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シート等が含まれる。また、図示しないが、手差し給紙機構が設けてあってもよい。

プリンタ本体内には、用紙Ｐを給紙トレイ１０から二次転写ニップを通過させて装置外へ排出するための搬送路Ｒが配設されている。搬送路Ｒにおいて、二次転写ローラ３６の位置よりも用紙搬送方向上流側には、二次転写ニップへ用紙Ｐを搬送する搬送手段としての一対のレジストローラ１２が配設されている。

また、二次転写ローラ３６の位置よりも用紙搬送方向下流側には、用紙Ｐに転写された未定着画像を定着するための定着装置２０が配設されている。さらに、定着装置２０よりも搬送路Ｒの用紙搬送方向下流側には、用紙を装置外へ排出するための一対の排紙ローラ１３が設けられている。また、プリンタ本体の上面部には、装置外に排出された用紙をストックするための排紙トレイ１４が設けてある。

続いて、図１を参照して、本実施形態に係るプリンタの基本的動作について説明する。
作像動作が開始されると、各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋにおける各感光体５が図示しない駆動装置によって図の時計回りに回転駆動され、各感光体５の表面が帯電装置６によって所定の極性に一様に帯電される。帯電された各感光体５の表面には、露光装置９からレーザー光がそれぞれ照射されて、各感光体５の表面に静電潜像が形成される。このとき、各感光体５に露光する画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、マゼンタ、シアン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。このように各感光体５上に形成された静電潜像に、各現像装置７によってトナーが供給されることにより、静電潜像はトナー画像として顕像化（可視像化）される。

また、作像動作が開始されると、二次転写バックアップローラ３２が図の反時計回りに回転駆動し、中間転写ベルト３０を図の矢印で示す方向に周回走行させる。そして、各一次転写ローラ３１に、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、各一次転写ローラ３１と各感光体５との間の一次転写ニップにおいて転写電界が形成される。

その後、各感光体５の回転に伴い、感光体５上の各色のトナー画像が一次転写ニップに達したときに、上記一次転写ニップにおいて形成された転写電界によって、各感光体５上のトナー画像が中間転写ベルト３０上に順次重ね合わせて転写される。かくして中間転写ベルト３０の表面にフルカラーのトナー画像が担持される。また、中間転写ベルト３０に転写しきれなかった各感光体５上のトナーは、クリーニング装置８によって除去される。その後、図示しない除電装置によって各感光体５の表面が除電され、表面電位が初期化される。

画像形成装置の下部では、給紙ローラ１１が回転駆動を開始し、給紙トレイ１０から用紙Ｐが搬送路Ｒに送り出される。搬送路Ｒに送り出された用紙Ｐは、レジストローラ１２によってタイミングを計られて、二次転写ローラ３６と二次転写バックアップローラ３２との間の二次転写ニップに送られる。このとき二次転写ローラ３６には、中間転写ベルト３０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、これにより、二次転写ニップに転写電界が形成されている。

その後、中間転写ベルト３０の周回走行に伴って、中間転写ベルト３０上のトナー画像が二次転写ニップに達したときに、上記二次転写ニップにおいて形成された転写電界によって、中間転写ベルト３０上のトナー画像が用紙Ｐ上に一括して転写される。また、このとき用紙Ｐに転写しきれなかった中間転写ベルト３０上の残留トナーは、ベルトクリーニング装置３５によって除去され、除去されたトナーは図示しない廃トナー収容器へと搬送され回収される。

その後、用紙Ｐは定着装置２０へと搬送され、定着装置２０によって用紙Ｐ上のトナー画像が当該用紙Ｐに定着される。そして、用紙Ｐは、排紙ローラ１３によって装置外へ排出され、排紙トレイ１４上にストックされる。

以上の説明は、用紙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つの作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ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つの作像部を使用して、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２０の基本構成について説明する。
図２に示すように、定着装置２０は、回転可能な定着回転体としての定着ベルト２１と、定着ベルト２１に対向して回転可能に設けられた対向回転体としての加圧ローラ２２と、定着ベルト２１を輻射熱で加熱する加熱源としての２本のハロゲンランプ（ヒータランプ）２３を有するヒータと、定着ベルト２１の内側に配設されたニップ形成部材２４と、ニップ形成部材２４を支持する支持部材としてのステー２５と、各ハロゲンランプ２３から放射される光（輻射熱）を定着ベルト２１へ反射する反射部材２６と、定着ベルト２１の温度を検知する温度検知手段としてのサーモパイル２７と、加圧ローラ２２の温度を検知する温度検知手段としてのサーミスタ２９と、定着ベルト２１から用紙を分離する分離部材２８と、加圧ローラ２２を定着ベルト２１へ加圧する図示しない加圧手段等を備えている。

上記定着ベルト２１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２１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２２は、芯金２２ａと、芯金２２ａ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２２ｂと、弾性層２２の表面に設けられたＰＦＡ又はＰＴＦＥ等から成る離型層２２ｃによって構成されている。加圧ローラ２２は、図示しない加圧手段によって定着ベルト２１側へ加圧され定着ベルト２１を介してニップ形成部材２４に当接している。この加圧ローラ２２と定着ベルト２１とが圧接する箇所では、加圧ローラ２２の弾性層２２ｂが押しつぶされることで、所定の幅のニップ部Ｎが形成されている。また、加圧ローラ２２は、プリンタ本体に設けられた図示しない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２２が回転駆動すると、その駆動力がニップ部Ｎで定着ベルト２１に伝達され、定着ベルト２１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２２を中空のローラとしているが、中実のローラであってもよい。また、加圧ローラ２２の内部にハロゲンランプ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２２ｂはソリッドゴムでもよいが、加圧ローラ２２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２１の熱が奪われにくくなるのでより望ましい。また、定着回転体と対向回転体は、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。

上記各ハロゲンランプ２３は、発光管２３０と、発光管２３０内に配設されたフィラメント２３１等で構成される。発光管２３０は、例えば、石英ガラス等の光透過性材料で構成されており、内部に不活性ガスが封入されている。フィラメント２３１は、タングステン素線等を螺旋状に巻回したものである。フィラメント２３１の両端には図示しない電極棒が接続されており、この電極棒間に電圧を印加し、フィラメント２３１に通電することによって、フィラメント２３１が発光するようになっている。

本実施形態では、各ハロゲンランプ２３の両端部は定着装置２０の側板（不図示）に固定されている。各ハロゲンランプ２３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、上記サーモパイル２７による定着ベルト２１の表面温度の検知結果に基づいて行われる。このようなハロゲンランプ２３の出力制御によって、定着ベルト２１の温度（定着温度）を所望の温度に設定できるようになっている。

上記ニップ形成部材２４は、ベースパッド２４１と、ベースパッド２４１の表面に設けられた摺動シート（低摩擦シート）２４０とを有する。ベースパッド２４１は、定着ベルト２１の軸方向又は加圧ローラ２２の軸方向に渡って連続して長手状に配設されており、加圧ローラ２２の加圧力を受けてニップ部Ｎの形状を決めるものである。また、ベースパッド２４１は、ステー２５によって固定支持されている。これにより、加圧ローラ２２による圧力でニップ形成部材２４に撓みが生じるのを防止し、加圧ローラ２２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。なお、ステー２５は、ニップ形成部材２４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。また、ベースパッド２４１も、強度確保のためにある程度硬い材料で構成されていることが望ましい。ベースパッド２４１の材料としては、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等の樹脂や、金属、あるいはセラミックなどを適用することができる。

また、ベースパッド２４１は、耐熱温度２００℃以上の耐熱性部材で構成されている。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２４の変形を防止し、安定したニップ部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２４１には、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を用いることが可能である。

摺動シート２４０は、ベースパッド２４１の少なくとも定着ベルト２１と対向する表面に配設されていればよい。これにより、定着ベルト２１が回転する際、この低摩擦シートに対し定着ベルト２１が摺動することで、定着ベルト２１に生じる駆動トルクが低減され、定着ベルト２１への摩擦力による負荷が軽減される。なお、摺動シートを有しない構成とすることも可能である。

上記反射部材２６は、ステー２５とハロゲンランプ２３との間に配設されている。反射部材２６の材料としては、アルミニウムやステンレス等が挙げられる。このように反射部材２６を配設していることにより、ハロゲンランプ２３からステー２５側に放射された光が定着ベルト２１へ反射される。これにより、定着ベルト２１に照射される光量を多くすることができ、定着ベルト２１を効率良く加熱することが可能となる。また、ハロゲンランプ２３からの輻射熱がステー２５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。

また、本実施形態に係る定着装置２０は、さらなる省エネ性及びファーストプリントタイムなどの向上のために、種々の構成上の工夫が施されている。
その１つとして、定着ベルト２１を薄くかつ小径化し、定着ベルト２１の低熱容量化を図っている。具体的には、定着ベルト２１を構成する基材、弾性層、離型層のそれぞれの厚さを、２０〜５０μｍ、１００〜３００μｍ、１０〜５０μｍの範囲に設定し、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２１の直径は、２０〜４０ｍｍに設定している。さらに低熱容量化を図るためには、望ましくは、定着ベルト２１全体の厚さを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、定着ベルト２１の直径は、３０ｍｍ以下とするのが望ましい。

なお、本実施形態では、加圧ローラ２２の直径を２０〜４０ｍｍに設定しており、定着ベルト２１の直径と加圧ローラ２２の直径を同等となるように構成している。ただし、この構成に限定されるものではない。例えば、定着ベルト２１の直径が加圧ローラ２２の直径よりも小さくなるように形成してもよい。その場合、ニップ部Ｎにおける定着ベルト２１の曲率が加圧ローラ２２の曲率よりも小さくなるため、ニップ部Ｎから排出される記録媒体が定着ベルト２１から分離されやすくなる。

また、上記のように、定着ベルト２１を小径化した結果、定着ベルト２１の内側のスペースが小さくなるが、本実施形態では、ステー２５を両端側において折り曲げられた凹状に形成し、その凹状に形成した部分の内側にハロゲンランプ２３を収容することで、小さいスペース内でもステー２５やハロゲンランプ２３の配設を可能にしている。

また、小さいスペース内でもステー２５をできるだけ大きく配設するために、ニップ形成部材２４を反対にコンパクトに形成している。具体的には、ベースパッド２４１の用紙搬送方向の幅を、ステー２５の用紙搬送方向の幅よりも小さく形成している。さらに、図２において、ベースパッド２４１の用紙搬送方向上流側端部２４ａ及び下流側端部２４ｂにおけるそれぞれのニップ部Ｎ（又はその仮想延長線Ｅ）に対する高さをｈ１，ｈ２とし、上流側端部２４ａ及び下流側端部２４ｂ以外のベースパッド２４１の部分におけるニップ部Ｎ（又はその仮想延長線Ｅ）に対する最大高さをｈ３とすると、ｈ１≦ｈ３、ｈ２≦ｈ３となるように構成している。このように構成することで、ベースパッド２４１の上流側端部２４ａと下流側端部２４ｂは、ステー２５の用紙搬送方向上流側及び下流側の各折り曲げ部と定着ベルト２１との間に介在しないので、各折り曲げ部を定着ベルト２１の内周面に近づけて配設することができる。これにより、定着ベルト２１内の限られたスペース内でステー２５をできるだけ大きく配設できるようになり、ステー２５の強度を確保することができるようになる。その結果、加圧ローラ２２によるニップ形成部材２４の撓みを防止でき、定着性の向上を図れる。

さらにステー２５の強度を確保するために、本実施形態では、ステー２５が、ニップ形成部材２４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２５ａと、そのベース部２５ａ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２２の当接方向（図２の左側）に向かって延びる立ち上がり部２５ｂとを有するように構成している。すなわち、ステー２５に立ち上がり部２５ｂを設けることで、ステー２５が加圧ローラ２２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２５の機械的強度を向上させることが可能となる。

また、立ち上がり部２５ｂを加圧ローラ２２の当接方向により長く形成する方が、ステー２５の強度が向上する。従って、立ち上がり部２５ｂの先端は、定着ベルト２１の内周面に対し、できる限り近接していることが望ましい。しかし、回転中、定着ベルト２１には大小なりとも振れ（挙動の乱れ）が生じるので、立ち上がり部２５ｂの先端を定着ベルト２１の内周面に近づけすぎると、定着ベルト２１が立ち上がり部２５ｂの先端に接触する虞がある。特に、本実施形態のように、薄い定着ベルト２１を用いている構成においては、定着ベルト２１の振れ幅が大きいので、立ち上がり部２５ｂの先端の位置設定には注意が必要である。

具体的に、本実施形態の場合、立ち上がり部２５ｂの先端と定着ベルト２１の内周面との加圧ローラ２２の当接方向の距離ｄは、少なくとも２．０ｍｍ、望ましくは３．０ｍｍ以上に設定するのが好ましい。一方、定着ベルト２１にある程度厚みがあって振れがほとんど無い場合は、上記距離ｄは０．０２ｍｍに設定することが可能である。

このように、立ち上がり部２５ｂの先端を定着ベルト２１の内周面に対し可能な限り近接するように配設することで、立ち上がり部２５ｂを加圧ローラ２２の当接方向に長く配設することができる。これにより、小径の定着ベルト２１を用いた構成においても、ステー２５の機械的強度を向上させることが可能となる。

図３は、定着ベルトの端部の構成を示す図である。同図中、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は定着ベルトの回転軸方向から見た側面図を示す。なお、図３の（ａ）〜（ｃ）では、片側の端部の構成のみを図示しているが、反対側の端部も同様の構成となっているので、以下、図３に基づき片側の端部の構成についてのみ説明する。

図３の（ａ）又は（ｂ）に示すように、定着ベルト２１の端部にはベルト保持部材４０が挿入されており、このベルト保持部材４０によって定着ベルト２１の端部は回転可能に保持されている。図３の（ｃ）に示すように、ベルト保持部材４０はニップ部の位置（ニップ形成部材２４を配設した位置）で開口したＣ字形に形成されている。また、上記ステー２５の端部は、このベルト保持部材４０に固定され位置決めされている。

また、図３の（ａ）又は（ｂ）に示すように、定着ベルト２１の端面とそれに対向するベルト保持部材４０の対向面との間には、定着ベルト２１の端部を保護する保護部材としてのスリップリング４１が設けられている。これにより、定着ベルト２１に軸方向の寄りが生じた場合に、定着ベルト２１の端部がベルト保持部材４０に直接当接するのを防止することができ、端部の摩耗や破損を防ぐことができる。また、スリップリング４１は、ベルト保持部材４０に外周に対し余裕を持って嵌められている。このため、定着ベルト２１の端部がスリップリング４１に接触した際に、スリップリング４１は定着ベルト２１と連れ回り可能となっているが、スリップリング４１が連れ回りせず、静止していても構わない。スリップリング４１の材料としては、耐熱性に優れたいわゆるスーパーエンプラ、例えば、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ、ＰＡＩ、ＰＴＦＥ等を適用することが好ましい。

なお、図示省略するが、定着ベルト２１の軸方向両端部には、定着ベルト２１と各ハロゲンランプ２３との間に、ハロゲンランプ２３からの熱を遮蔽する端部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、ハロゲンランプ２３に電力が供給されると共に、加圧ローラ２２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２１は、加圧ローラ２２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３７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２１及び加圧ローラ２２のニップ部Ｎに送入される。そして、ハロゲンランプ２３によって加熱された定着ベルト２１による熱と、定着ベルト２１と加圧ローラ２２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、ニップ部Ｎから図２中の矢印Ａ２方向に搬出される。このとき、用紙Ｐの先端が分離部材２８の先端に接触することにより、用紙Ｐが定着ベルト２１から分離される。その後、分離された用紙Ｐは、上述のように、排紙ローラによって機外に排出され、排紙トレイにストックされる。

ここで、図４を参照しつつ、定着装置の温度制御の一例について説明する。
図４において、（ａ）は印刷動作前後における定着ベルトの温度変化を示し、（ｂ）はそのときのハロゲンランプへの供給電力を示している。
ユーザーから印刷要求を受けると、図４（ｂ）に示すように、ハロゲンランプへの電力供給が開始され、ウォームアップ動作が開始される。これにより、図４（ａ）に示すように、定着ベルトの温度が上昇する。サーモパイルにより検知された定着ベルトの温度が、図４（ａ）に示す印刷目標温度に到達し、しばらく経過すると、未定着画像を担持した用紙がニップ部へ搬送され、熱と圧力によって未定着画像の定着が行われる。ここで、用紙がニップ部へ進入すると、用紙によって定着ベルトの熱が奪われるため、定着ベルトの温度が低下する。これを抑えるために、サーモパイルの検知温度と目標温度の情報に基づいてハロゲンランプへの供給電力を調整し、一定の温度となるように制御するようにしている。また、印刷目標温度は、用紙の坪量や環境の温度・湿度などにより適切に定着されるように調整されている。例えば、用紙の坪量が７０ｇ／ｍ²、温度２３℃、湿度５０％の場合は、印刷目標温度を１６０℃に設定し、用紙の坪量が１００ｇ／ｍ²、温度１０℃、湿度３０％の場合は、印刷目標温度を１８０℃などに設定する。

印刷が終了し、最終の用紙がニップ部から排出された後は、定着装置の駆動を停止し、次の印刷に備えて保温過熱状態となる、いわゆる待機状態に移行する。この待機状態での定着ベルトの目標温度を図４（ａ）に示す待機目標温度とし、待機目標温度は印刷目標温度よりも低く設定されていることが多い。さらに、近年は、省エネ性を向上させるために、所定時間経過しても次の印刷の要求が無かった場合に完全にハロゲンランプへの通電を切る、いわゆるスリープ状態へ移行することもある。

印刷動作が終了すると、ハロゲンランプへの通電は停止される。しかしながら、ハロゲンランプ周辺の加熱空気の熱が定着ベルトに伝達されることで、図４（ａ）に示すように、印刷終了後に定着ベルトの温度が大きく上昇するオーバーシュートが発生することがある。

このオーバーシュートについて詳しく説明すると、印刷動作中は、定着ベルトの熱が用紙に伝達されるため、ハロゲンランプから供給される熱と用紙に消費される熱とのバランスが保たれている。しかし、印刷動作が終了すると、用紙に消費される熱が不要になるので、過剰となった熱の逃げ場が少なくなり、定着ベルト内に熱が集中する。加えて、定着ベルト２１内にハロゲンランプ２３があるので、ハロゲンランプ２３周辺の加熱空気が外部に拡散しにくく、ベルトの内周面が加熱されやすい状況にある。このため、印刷動作が終了し、定着ベルトの回転が停止されると、ハロゲンランプ周辺の加熱空気によって定着ベルトが局部的に加熱される。その結果、定着ベルトの温度が大きく上昇するオーバーシュートが発生する。

特に、本実施形態のように、凹状に形成された反射部材２６の内側にハロゲンランプ２３を配設することによって、反射部材２６の開口部側に輻射熱を集中させる構成では、印刷終了時にハロゲンランプ２３自身の保有する熱量が開口部から対流放出されるため、定着ベルト２１が局部的に温度上昇しやすい。

そして、このような定着ベルトの局部的な温度上昇が生じると、定着ベルトが熱応力により変形したり、定着ベルトの温度が耐熱温度を超えて破損したりする虞がある。また、定着ベルトの温度が耐熱温度を超えないまでも、局部的な加熱による変形が繰り返し生じることにより、定着ベルトの寿命を縮めることになってしまう。

このオーバーシュートを回避する方法としては、印刷終了後、ハロゲンランプへの通電を停止した状態で、定着ベルトの回転駆動をしばらくの間継続させることにより、定着ベルトの放熱や熱拡散を行う方法がある。しかし、この方法では、定着ベルトの回転駆動を継続させることによる騒音の問題や、余計な消費電力を発生させるといった問題がある。さらに、定着ベルトの駆動時間が増えることで、定着ベルトの摩耗が促進され、定着ベルトの寿命を縮めることにもなる。
そこで、本実施形態では、以下のようにして、オーバーシュートを抑制するようにしている。

以下、図５を参照しつつ、本実施形態の特徴部分について説明する。
図５に示すように、本実施形態では、凹状に形成されたステー２５及び反射部材２６の開口側と定着ベルト２１の内周面との間に、熱気遮蔽部材６０を配設している。熱気遮蔽部材６０には、ハロゲンランプ２３からの光を透過する透明又は半透明の部材が用いられるが、特に、光透過率の高い透明な石英ガラスなどを用いるのが望ましい。

本実施形態では、熱気遮蔽部材６０を、定着ベルト２１の軸方向に連続する長手状に形成している。すなわち、熱気遮蔽部材６０は、少なくとも、ハロゲンランプ２３の発熱部が配設された範囲と定着ベルト２１の内周面との間に介在するように配設されている。また、熱気遮蔽部材６０は、その長手方向の両端部が定着装置２０の側板等（不図示）に取り付けられ固定されている。また、熱気遮蔽部材６０は、少なくとも、ハロゲンランプ２３からの光が照射される定着ベルト２１の領域Ｑに対向するように配設されている。本実施形態では、熱気遮蔽部材６０を定着ベルト２１の内周面に沿った円弧状断面に形成しているが、他の断面形状であってもよい。

上記のように、本実施形態では、ハロゲンランプ２３と定着ベルト２１の内周面との間に熱気遮蔽部材６０を配設しているので、ハロゲンランプ２３周辺の加熱空気Ｈが定着ベルト２１側へ移動するのを抑制することができる。これにより、加熱空気Ｈが定着ベルト２１に直接当たるのを軽減することができ、印刷動作が終了後に（ハロゲンランプの加熱停止後に）、定着ベルト２１が加熱空気Ｈによって加熱されることによる局部的な温度上昇を抑制することができるようになる。その結果、定着ベルトの変形や損傷、劣化を抑制することが可能となる。

一方、ハロゲンランプ２３から発せられる光は、熱気遮蔽部材６０を通過できるので、定着ベルト２１を十分に加熱することができ、良好な定着性を得ることができる。

さらに、本実施形態の場合、ハロゲンヒータ２３の周囲を包囲するステー２５及び反射部材２６によって、加熱空気Ｈが上方へ向かうのを阻止することができる。これにより、より確実に定着ベルト２１の加熱を抑制することができる。なお、ここでは、反射部材２６とステー２５とが、ハロゲンヒータ２３の周囲を三方（ニップ部Ｎ側と図５における上下方向）に渡って包囲する包囲部材として設けられているが、反射部材２６を設けずに、ステー２５のみによってハロゲンヒータ２３を包囲してもよい。その場合も同様に、加熱空気Ｈが上方へ向かうのを阻止することができる。また、ステー２５が高温となるのを抑制するためには、ステー２５を熱容量の大きい金属部材（例えば、ＳＵＳ等）で構成することが望ましい。

図６は、本発明の他の実施形態に係る定着装置の概略構成図である。
図６に示す実施形態では、熱気遮蔽部材６０を円筒状に形成している。熱気遮蔽部材６０内には、２本のハロゲンランプ２３と反射部材２６とが配設されている。反射部材２６は、円弧状断面に形成されており、その開口部はニップ部Ｎとは反対側を向くように配設されている。なお、反射部材２６は他の形状でもよい。また、ハロゲンランプ２３は、反射部材２６と熱気遮蔽部材６０とで囲まれた空間内に配設されている。

また、この実施形態では、熱気遮蔽部材６０に対し加圧ローラ２２が定着ベルト２１を介して接触することで、ニップ部Ｎを形成している。すなわち、ここでは、上記実施形態のようなニップ形成部材２４を別途設けていない。また、熱気遮蔽部材６０は定着装置２０の図示しない側板等に固定されている。このため、加圧ローラ２２が回転すると、熱気遮蔽部材６０は回転せず、定着ベルト２１だけが従動回転するようになっている。

この場合、ハロゲンランプ２３が発光すると、上記実施形態と同様に、光は熱気遮蔽部材６０を通過し、定着ベルト２１に照射される。一方、ハロゲンランプ２３周辺の加熱空気Ｈは、熱気遮蔽部材６０によって、定着ベルト２１側へ移動するのが抑制される。特に、この場合は、熱気遮蔽部材６０が、定着ベルト２１の周方向全体に渡って対向する筒状に形成されているので、加熱空気Ｈが定着ベルト２１に接触しにくくなる。これにより、印刷動作終了後に、定着ベルト２１が加熱空気Ｈによって加熱されることによる局部的な温度上昇をより効果的に抑制できるようになる。

図７は、本発明の別の実施形態に係る定着装置の概略構成図である。
図７に示す実施形態では、熱気遮蔽部材６０によって、２本のハロゲンランプ２３を定着ベルト２１の周方向全体に渡って囲んでいる。それ以外は、上記図５に示す実施形態と同様の構成となっている。

この場合、熱気遮蔽部材６０によって、２本のハロゲンランプ２３を定着ベルト２１の周方向全体に渡って囲んでいるので、ハロゲンランプ２３周辺の加熱空気Ｈが定着ベルト２１に接触しにくくなる。これにより、印刷動作終了後に、定着ベルト２１が加熱空気Ｈによって加熱されることによる局部的な温度上昇をより効果的に抑制することができるようになる。また、ハロゲンランプ２３の両端部を含めて熱気遮蔽部材６０で囲んだ場合は、加熱空気Ｈをより確実に熱気遮蔽部材６０内に留めておくことができ、加熱空気Ｈによる定着ベルト２１の加熱を抑制することが可能である。なお、この場合も、ハロゲンランプ２３からの光は熱気遮蔽部材６０を通過し、定着ベルト２１に照射されるので、上記各実施形態と同様に、定着ベルト２１を十分に加熱することができ、良好な定着性を得ることができる。

図８は、本発明のさらに別の実施形態に係る定着装置の概略構成図である。
図８に示す実施形態では、２本のフィラメント２３１を１つの発光管２３０内に配設してハロゲンランプ２３を構成している。このように、複数のフィラメント２３１を１つの発光管２３０内に配設することで、発光管２３０が外気に触れる表面積が小さくなるので、ハロゲンランプ２３周辺の加熱空気Ｈの量が減る。これにより、印刷動作終了後、定着ベルト２１に直接当たる加熱空気Ｈの量を軽減することができ、定着ベルト２１が加熱空気Ｈによって加熱されることによる局部的な温度上昇を抑制することができるようになる。

図８に示す例では、定着ベルト２１内に熱気遮蔽部材６０を設けていないが、この構成に、上記各実施形態で説明した種々の熱気遮蔽部材６０を設けることも可能である。その場合、さらに熱気遮蔽部材６０によって定着ベルト２１への加熱空気Ｈの接触を抑制することができるので、定着ベルト２１の局部的な温度上昇をより効果的に抑制できるようになる。

また、上記各実施形態において、熱気遮蔽部材６０の熱抵抗を定着ベルト２１の熱抵抗よりも大きくすることで、熱気遮蔽部材６０の加熱を抑制することができる。すなわち、ハロゲンランプ２３周辺の加熱空気Ｈにより熱気遮蔽部材６０が加熱される場合でも、熱気遮蔽部材６０に熱が伝わりにくくなるので、熱気遮蔽部材６０内部での温度降下が大きくなる。これにより、定着ベルト２１の内周面温度に比べて、熱気遮蔽部材６０の表面温度が低くなるので、定着ベルト２１の異常な加熱をより効果的に抑制すること可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、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。
例えば、上述の実施形態では、加熱源としてハロゲンランプを用いた構成を例に説明したが、ハロゲンランプ以外の赤外線ヒータを加熱源として用いることも可能である。さらに、赤外線以外の光を照射する加熱源を用いることも可能である。

また、本発明の構成は、図２に示す構成の定着装置に限らず、例えば、図９に示すような１本のハロゲンランプ２３を有する定着装置や、図１０に示すような３本あるいは４本以上のハロゲンランプ２３を有する定着装置などにも適用可能である。また、本発明に係る定着装置は、図１に示すカラーレーザープリンタ以外に、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、あるいはこれらの複合機等に搭載することも可能である。

以上のように、本発明によれば、印刷動作の終了後（加熱源の加熱停止後）、定着ベルトが静止した状態で、加熱源周辺の加熱空気によって定着ベルトが局部的に加熱されるのを抑制することができるので、定着ベルトの熱による変形や損傷、劣化を抑制することができる。これにより、定着ベルトの寿命を延ばし、その機能を良好に維持することができるようになるので、定着品質を長期に亘って確保することが可能となる。また、定着ベルトの過剰な温度上昇を抑制できるので、安全性も向上する。

特に、上記本発明の実施形態のように、低熱容量化のために、定着ベルトを薄くかつ小径化し、定着ベルトの内周面に接触する部材をベルト保持部材とニップ形成部材のみにし、さらに、定着ベルトの内周面を近傍から局部的に加熱する構成においては、印刷終了後、定着ベルトの温度が局部的に上昇しやすい。そのため、このような構成の定着装置に本発明を適用することにより、より大きな効果を期待できる。

２０ 定着装置
２１ 定着ベルト
２２ 加圧ローラ（対向回転体）
２３ ハロゲンランプ（加熱源）
２４ ニップ形成部材
２５ ステー（支持部材）
２６ 反射部材
６０ 熱気遮蔽部材
２３０ 発光管
２３１ フィラメント
Ｈ 加熱空気
Ｎ ニップ部
Ｐ 用紙（記録媒体）

特開２００７−３３４２０５号公報 特開２００７−２３３０１１号公報 特開２００４−１７０６９２号公報 特開２００８−６４９３０号公報

Claims (6)

1. 回転可能な無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトと当接することによりニップ部を形成する対向回転体と、
   前記定着ベルト内の前記ニップ部側とは反対側寄りに配設されて定着ベルトを加熱する加熱源と、
   前記ニップ部とは反対側に開口する凹状に形成されると共に、当該凹状に形成された部分の内側に前記加熱源を収容する包囲部材とを備えた定着装置において、
   前記加熱源は、通電により発光するフィラメントを光透過性材料から成る発光管内に配設したヒータランプを有し、
   前記ヒータランプと前記定着ベルトの前記ニップ部側とは反対側の内周面との間に、前記ヒータランプからの光を透過し、かつ、前記ヒータランプ周辺の加熱空気が前記定着ベルト側へ移動するのを抑制する熱気遮蔽部材を、前記定着ベルトの前記ニップ部側とは反対側の内周面に対して接触しないように配設したことを特徴とする定着装置。
2. 前記熱気遮蔽部材によって、前記ヒータランプを前記定着ベルトの周方向全体に渡って囲んだ請求項１に記載の定着装置。
3. 前記熱気遮蔽部材を、石英ガラスで構成した請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記熱気遮蔽部材の熱抵抗を、前記定着ベルトの熱抵抗よりも大きくした請求項１から３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 前記フィラメントを１つの前記発光管内に複数配設した請求項１から４のいずれか１項に記載の定着装置。
6. 請求項１から５のいずれか１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。

Images