(57)【要約】【課題】均熱部材による加熱回転体の非通過部昇温の抑制と画像不良の抑制を両立可能な定着装置、及びその定着装置を提供すること。【解決手段】加熱回転体３０と、筒状のフィルム４１と、前記フィルムの内周面側に設けられ、前記フィルムを前記加熱回転体に加圧して定着ニップ部Ｎ１を形成する加圧部材４２と、を有し、前記定着ニップ部で画像Ｔを担持する記録材Ｐを搬送しつつ加熱して前記画像を前記記録材に定着する定着装置において、前記加圧部材は、前記定着ニップ部を形成するニップ形成部４２Ａを有し、前記ニップ形成部には前記ニップ形成部と共に前記定着ニップ部を形成する均熱部材４３が設けられており、前記均熱部材の熱伝導率は前記ニップ形成部の熱伝導率よりも大きく、前記均熱部材の重心Ｇは前記記録材の搬送方向において前記定着ニップ部の中心ＣＬ２より上流側にあることを特徴とする。【選択図】図２
2018013610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱回転体と、筒状のフィルムと、前記フィルムの内周面側に設けられ、前記フィルムを前記加熱回転体に加圧して定着ニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記定着ニップ部で画像を担持する記録材を搬送しつつ加熱して前記画像を前記記録材に定着する定着装置において、
前記加圧部材は、前記定着ニップ部を形成するニップ形成部を有し、前記ニップ形成部には前記ニップ形成部と共に前記定着ニップ部を形成する均熱部材が設けられており、前記均熱部材の熱伝導率は前記ニップ形成部の熱伝導率よりも大きく、前記均熱部材の重心は前記記録材の搬送方向において前記定着ニップ部の中心より上流側にあることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記均熱部材が金属材料であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
記録材に画像を形成する画像形成部と、前記画像を前記記録材に定着する定着部と、を有する画像形成装置であって、前記定着部が請求項１又は請求項２に記載の定着装置であることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真複写機、電子写真プリンタなどの画像形成装置に搭載する定着装置、及びその定着装置を有する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真式の複写機やプリンタに搭載する定着装置として、外部加熱方式の装置が知られている。このタイプの定着装置は、定着ローラと、定着ローラに筒状のフィルムを加圧して加熱ニップ部を形成するヒータと、定着ローラに筒状のフィルムを加圧して定着ニップ部を形成する加圧部材と、を有する。定着ローラは加熱ニップ部でフィルムを介してヒータにより加熱される。未定着のトナー画像を担持する記録材は定着ニップ部で搬送されつつ加熱され、これによってトナー画像は記録材上に定着される。
【０００３】
ところで、上記の定着装置を搭載するプリンタで小サイズの記録材を大サイズの記録材と同じプリント間隔で連続プリントすると、定着ローラの記録材が通過しない領域（非通過部）が過度に昇温することが知られている。
【０００４】
特許文献１には、定着ローラの非通過部昇温を抑制するために、加圧部材として熱伝導性の金属材料からなる均熱部材を用いることによって、定着ローラの長手方向に対して均熱効果を得る構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−３５０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１では、記録材の搬送方向において、定着ニップ部の上流端から下流端までの領域に均熱部材を配置しているため、記録材上のトナー画像と定着ローラが高温のまま定着ニップ部の下流端で分離することになる。その結果、トナー画像のトナーの定着ローラへのオフセットや、トナー画像のグロスの低下といった画像不良に対する温度マージンが減少する。
【０００７】
本発明は、均熱部材による加熱回転体の非通過部昇温の抑制と画像不良の抑制を両立可能な定着装置、及びその定着装置を有する画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明に係る定着装置は、
加熱回転体と、筒状のフィルムと、前記フィルムの内周面側に設けられ、前記フィルムを前記加熱回転体に加圧して定着ニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記定着ニップ部で画像を担持する記録材を搬送しつつ加熱して前記画像を前記記録材に定着する定着装置において、
前記加圧部材は、前記定着ニップ部を形成するニップ形成部を有し、前記ニップ形成部には前記ニップ形成部と共に前記定着ニップ部を形成する均熱部材が設けられており、前記均熱部材の熱伝導率は前記ニップ形成部の熱伝導率よりも大きく、前記均熱部材の重心は前記記録材の搬送方向において前記定着ニップ部の中心より上流側にあることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、均熱部材による加熱回転体の非通過部昇温の抑制と画像不良の抑制を両立可能な定着装置、及びその定着装置を有する画像形成装置の提供を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】画像形成装置の概略構成を表す断面図
【図２】実施例１に係る定着装置の概略構成を表す断面図
【図３】定着装置を記録材の搬送方向の上流側から見たときの正面図
【図４】ヒータの構成を説明するための図
【図５】ヒータの通電制御系を表すブロック図
【図６】実施例１に係る均熱部材を説明するための図
【図７】均熱部材の重心位置とトナーオフセット濃度との相関を示す図
【図８】実施例２に係る均熱部材を説明するための図
【図９】実施例３に係る定着装置の加圧ユニットの概略構成を示す断面図
【図１０】図９に示す加圧ユニットのフィルムを取り除いたときの斜視図
【図１１】実施例４に係る均熱部材を説明するための図
【図１２】比較例１に係る均熱部材を説明するための図
【図１３】比較例３に係る均熱部材を説明するための図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を図面に基づいて詳しく説明する。本発明の好適な実施形態は、本発明における最良の実施形態の一例ではあるものの、本発明は以下の実施例により限定されるものではなく、本発明の思想の範囲内において種々の構成を他の公知の構成に置き換えることは可能である。
【００１２】
＜実施例１＞
（１）画像形成装置１００
図１は本発明の実施例に係る定着装置（定着部）１０２を搭載する画像形成装置（フルカラープリンタ）１００の概略構成を示す断面図である。
【００１３】
画像形成装置１００において、記録材Ｐにトナー画像を形成する画像形成部１０１は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４つの画像形成ステーションＰａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｂを有する。各画像形成ステーションは、像担持体としての筒状の感光体１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄと、帯電部材２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと、レーザースキャナ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと、現像器４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを有する。更に各画像形成ステーションは、感光体をクリーニングするクリーナ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄと、転写部材６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを有する。
【００１４】
更に各画像形成ステーションは、転写部材で感光体から転写したトナー画像を担持しつつ搬送するベルト７と、ベルトから記録材Ｐへトナー画像を転写する二次転写部材８などを有する。以上の画像形成部１０１の動作は周知であるので詳細な説明は割愛する。
【００１５】
カセット９に収納された記録材Ｐはローラ１０によって１枚ずつ繰り出される。その記録材Ｐはローラ１１によってベルト７と二次転写部材８とで形成された二次転写ニップ部に搬送される。二次転写ニップ部でトナー画像が転写された記録材Ｐは定着装置１０２に送られ、トナー画像は定着装置で記録材に加熱定着される。定着装置１０２を出た記録材Ｐはローラ１２によって排出部１３に排出される。
【００１６】
（２）定着装置１０２
図２は定着装置１０２の概略構成を表す断面図である。図３は定着装置１０２を記録材Ｐの搬送方向の上流側から見たときの正面図である。図４の（ａ）はヒータの概略構成を表す断面図、（ｂ）はヒータ２１をフィルム非摺動面側からの見たときの平面図、（ｃ）はヒータ２１をフィルム摺動面側からの見たときの平面図である。図５はヒータ２１の通電制御系を表すブロック図である。
【００１７】
定着装置１０２は、加圧ユニット４０と、定着ローラ３０（加熱回転体）と、加熱ユニット２０と、を有する。
【００１８】
（２−１）定着ローラ３０
定着ローラ３０は、鉄、ＳＵＳ、アルミニウム等の金属材料からなる芯金３０Ａを有する。記録材Ｐの搬送方向Ｘに直交する長手方向Ｙについて、芯金３０Ａの両端部の軸部間の外周面上には、シリコーンゴムなどを主成分とする弾性層３０Ｂが設けられている。そしてこの弾性層３０Ｂの外周面上には、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ又はＦＥＰなどを主成分とする離型層３０Ｃが設けられている。芯金３０Ａの両端部の軸部は定着装置１０２のフレームＦ（図３参照）に回転可能に支持されている。この芯金３０Ａの端部にはモータ１Ｍによって回転されるギア１Ｇ（図３参照）が取り付けてある。
【００１９】
（２−２）加熱ユニット２０
加熱ユニット２０は、セラミックヒータ（以下、ヒータと記す）２１と、筒状のフィルム２２と、フィルムガイド２４と、を有する。
【００２０】
フィルム２２の内周面（内面）側に設けられたフィルムガイド２４は、耐熱性の樹脂材料である液晶ポリマーを用いて横断面略凹字形状に形成されている。記録材Ｐの搬送方向Ｘにおいて、フィルムガイド２４は定着ローラ３０側の平坦面に溝２４Ａを有する。この溝２４Ａは記録材Ｐの搬送方向Ｘに直交する長手方向Ｙに沿って設けてある。そしてこの溝２４Ａにヒータ２１を支持させている。
【００２１】
図４の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、ヒータ２１は、アルミナ、窒化アルミ等のセラミックを主成分とする薄板状の細長い基板２１Ａを有する。基板２１Ａのフィルム摺動面側の基板面には、基板の長手方向に沿って銀、パラジウム等を主成分とした通電発熱抵抗体２１Ｂと、通電発熱抵抗体と電気的に接続された導電部２１Ｅと、導電部に通電するための電極２１Ｆがパターン印刷されている。またその基板面には、ガラス又はフッ素樹脂、ポリイミド等の耐熱樹脂を主成分とする保護層２１Ｃが通電発熱抵抗体２１Ｂを覆うように設けてある。
【００２２】
一方、基板２１Ａのフィルム非摺動面側の基板面には、大サイズの記録材或いは幅の狭い小サイズの記録材をプリントする際にそれらの記録材が必ず通過する基板の長手方向中央又はその近傍の領域にメインサーミスタ２３Ａを当接させている。このメインサーミスタ２３Ａによってヒータ２１の記録材通過領域の温度を検出している。
【００２３】
また、小サイズの記録材をプリントする際或いは大サイズの記録材を基板の長手方向端部側に片寄せしてプリントする際にそれらの記録材が通過しない基板の長手方向端部側の非通過領域にサブサーミスタ２３Ｂを当接させている。これらのサブサーミスタ２３Ｂによってヒータ２１の記録材非通過領域の温度を検出している。
【００２４】
フィルム２２は、フィルムの内周長がフィルムガイド２４の外周長より所定長だけ長くなるように筒状に形成され、フィルムガイドに無張力にてルーズに外嵌されている。フィルム２２の層構成として、ポリイミドを主成分とする筒状のフィルム基層の外周面を、ＰＦＡを主成分とする筒状の表面層により被覆するという二層構造が採用されている。
【００２５】
定着ローラ３０の上方で定着ローラと並列に配置された加熱ユニット２０は、記録材Ｐの搬送方向Ｘに直交する長手方向Ｙにおいて、フィルムガイド２４の両端部が定着装置１０２のフレームＦに支持されている。そしてこの加熱ユニット２０のフィルムガイド２４の両端部を加圧バネＳ１によって定着ローラ３０の母線方向と直交する垂直方向へ付勢して、ヒータ２１をフィルム２２を介して定着ローラの外周面（表面）に加圧している。
【００２６】
これにより定着ローラ３０の弾性層３０Ｂをヒータ２１に対応する位置で潰して弾性変形させ、定着ローラ表面とフィルム２２の外周面（表面）とで所定幅の加熱ニップ部Ｎ２を形成している。
【００２７】
（２−３）加圧ユニット４０
加圧ユニット４０は、筒状のフィルム４１と、フィルムガイド（加圧部材）４２と、均熱部材４３と、を有する。フィルム４１は、フィルムの内周長がフィルムガイド４２の外周長より所定長だけ長くなるように筒状に形成され、フィルムガイドに無張力にてルーズに外嵌されている。フィルム４１の層構成として、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を主成分とする筒状のフィルム基層の外周面を、ＰＦＡを主成分とする筒状の表面層により被覆するという二層構造が採用されている。
【００２８】
フィルム４１の内周面側に設けられたフィルムガイド４２は、耐熱性の樹脂材料である液晶ポリマーを用いて横断面略凹字形状に形成されている。記録材Ｐの搬送方向Ｘにおいて、このフィルムガイド４２は定着ローラ３０側に平坦なニップ形成部４２Ｂを有する。ニップ形成部４２Ｂには、記録材Ｐの搬送方向Ｘに直交する長手方向Ｙに沿って溝４２Ａ（図２参照）が設けてある。
【００２９】
溝４２Ａは、記録材Ｐの搬送方向Ｘ、及び記録材の搬送方向と直交する長手方向Ｙに対して直交する記録材の厚さ方向Ｚについて、ニップ形成部４２Ｂからの深さが異なる２つの溝４２Ａ１，４２Ａ２を有する。記録材Ｐの搬送方向Ｘについて、定着ニップ部Ｎ１の上流側に設けた第１の溝４２Ａ１の深さは、定着ニップ部の下流側に設けた第２の溝４２Ａ２よりも深くなっている。つまり、記録材Ｐの搬送方向Ｘにおいて、溝４２ＡはＬ字形状をしている。この溝４２Ａには、ニップ形成部４２Ｂと共に定着ニップ部Ｎ１を形成するための均熱部材４３が支持されている。
【００３０】
均熱部材４３は溝４２Ａに嵌合する形状に形成してある。溝４２Ａに嵌合された均熱部材４３は、均熱部材のフィルム４１内面側に設けた平坦なニップ形成部４３Ａがフィルムガイド４２のニップ形成部４２Ｂと面一になっている。
【００３１】
均熱部材４３の材料としては、記録材Ｐの搬送方向Ｘに直交する長手方向Ｙにおいて、フィルム４１を介して定着ニップ部Ｎ１の温度を均一化させるために、熱伝導性に優れた材料が望ましい。且つ必要以上の熱を奪わない様に適度な熱容量を持ち、さらに定着ニップ部Ｎ１について均一なニップ形状となる機械的強度も必要である。そこで本実施例では、均熱部材４３の材料としてアルミニウムを使用した。
【００３２】
定着ローラ３０と並列に配置された加圧ユニット４０は、記録材Ｐの搬送方向Ｘに直交する長手方向Ｙにおいて、フィルムガイド４２の両端部がフレームＦに支持されている。そしてこの加圧ユニット４０のフィルムガイド４２の両端部を加圧バネＳ２によって定着ローラ３０の母線方向と直交する垂直方向へ付勢して、均熱部材４３とフィルムガイド４２のニップ形成部４３Ａ，４２Ｂをフィルム４１を介して定着ローラ表面に加圧している。
【００３３】
これにより定着ローラ３０の弾性層３０Ｂを均熱部材４３のニップ形成部４３Ａ、及びフィルムガイド４２のニップ形成部４２Ｂに対応する位置で潰して弾性変形させ、定着ローラ３０表面とフィルム４１表面とで所定幅の定着ニップ部Ｎ１を形成している。
【００３４】
（２−４）定着装置１０２の加熱定着処理動作
図２を参照して、定着装置１０２の加熱定着処理動作を説明する。
【００３５】
ＣＰＵとＲＯＭやＲＡＭなどのメモリからなる制御部５０はプリント信号に応じてモータ１Ｍを回転駆動して、定着ローラ３０を矢印方向へ回転させる。この定着ローラ３０の回転に追従して加圧ユニット４０のフィルム４１は、フィルム内面が均熱部材４３のニップ形成部４３Ａ、及びフィルムガイド４２のニップ形成部４２Ｂに摺動しながら矢印方向へ回転する。また定着ローラ３０の回転に追従して加熱ユニット２０のフィルム２２は、フィルム内面がヒータ２１の保護層２１Ｃに摺動しながら矢印方向へ回転する。
【００３６】
ヒータ２１の電極２１Ｆには商用電源５１（図５参照）からトライアック５２を介して給電される。通電発熱抵抗体２１Ｂは電極２１Ｆから導電部２１Ｅを介して通電されることによって発熱し、これによってヒータ２１は急速に昇温し加熱ニップ部Ｎ２でフィルム２２を介して定着ローラ３０表面を加熱する。
【００３７】
制御部５０は、ヒータ２１の温度をモニタするメインサーミスタ２３Ａの検出温度をＡ／Ｄ変換回路５３を介して取り込む。そして制御部５０は、ヒータ２１が所定の定着温度（目標温度）を維持するようにトライアック５２のＯＮ／ＯＦＦをコントロールしてヒータ２１へ供給する通電量を制御する。
【００３８】
未定着のトナー画像Ｔを担持する記録材Ｐは定着ニップ部Ｎ１で定着ローラ３０表面と加圧フィルム４１表面とで搬送されつつ加熱され、これによってトナー画像は記録材上に定着される。
【００３９】
（３）定着装置１０２の非通過部の過昇温の対策
（３−１）非通過部の過昇温とその対策
定着装置１０２において、定着ローラ３０の熱が加圧ユニット４０のフィルム４１を介して均熱部材４３に伝達されると、均熱部材は熱平衡状態を保とうとして内部の熱を均一化させようとする。この現象の速度は均熱部材４３の熱伝導率に依存しており、熱伝導率が大きいほど急速に熱の均一化が行われる。また、均熱部材４３の熱伝導率が大きいと、均熱部材はフィルム４１を介して定着ニップ部Ｎ１中で定着ローラ３０と積極的に熱交換を行う。
【００４０】
そのため、記録材Ｐの搬送方向Ｘと直交する長手方向Ｙについて、例え定着ローラ３０に温度差が生じていたとしても、均熱部材４３によってその温度差を小さくすることが出来る。従って、記録材Ｐの搬送方向Ｘと直交する長手方向Ｙについて、定着ローラ３０の記録材が通過しない領域（非通過部）に非通過部昇温が発生するような場合でも、均熱部材４３が定着ローラの記録材が通過する領域（通過部）と非通過部の温度差を小さくする。これによって定着ローラの非通過部が著しく昇温することを防止することが出来る。
【００４１】
以上のことを踏まえ、均熱部材４３の材料として、ＳＵＳやアルミ、アルミ合金、銅、銀、金、鉄、炭素鋼、グラファイト合金といった熱伝導率の高い金属材料が使用できる。或いは、窒化アルミニウムや炭化ケイ素、アルミナ、窒化ケイ素、窒化ホウ素等のセラミックス材料、グラファイトシート等のカーボン材料といった熱伝導率の高い材料が使用できる。
【００４２】
（３−２）熱伝導率測定
均熱部材４３と加圧ユニット４０のフィルムガイド４２の熱伝導率の測定には、非定常熱線法を用いた。具体的には、測定装置ＱＴＭ−５００（京都電子工業社製）による非定常熱線法（プローブ法）により測定した。
【００４３】
また、プローブにはＰＤ−１３を使用した。熱伝導率λは下記の式（１）で与えられる。
【００４４】
【数１】
2018013610.tif 000003
【００４５】
ただし、Ｑは熱線の単位長さ・単位時間当たりの放出熱量、時間ｔ１の時の熱線の温度をＴ１、時間ｔ２の時の熱線の温度をＴ２とする。このことより、時間ｔの対数を横軸に、温度上昇ΔＴを縦軸にとってプロットすると直線が得られ、この勾配から熱伝導率が求められる。均熱部材４３とフィルムガイド４２の熱伝導率を表１に示す。
【００４６】
【表１】
2018013610.tif 000004
【００４７】
（４）トナーの加熱ユニット２０のフィルム２２へのオフセット、トナー画像Ｔのグロス低下対策
定着ローラ３０の非通過部の過昇温の対策として加圧ユニット４０に均熱部材４３を用いることは有効である。
【００４８】
しかし、記録材Ｐの搬送方向Ｘにおいて、金属材料等の比熱が大きい材料を定着ニップ部Ｎ１の下流端付近にまで配置するという構成は、トナーのフィルム２２へのオフセットや、トナー画像Ｔのグロスの低下といった画像不良に対する温度マージンを減少させる。これは、連続プリント時等のように十分に蓄熱された状態において、記録材Ｐは十分に熱せられた均熱部材４３からも熱を与えられることになるためである。
【００４９】
これを避けるには、記録材Ｐの搬送方向Ｘにおいて、定着ニップ部Ｎ１の下流端付近に比熱の大きな部材を配置しない構成が有効である。この構成は定着ニップ部Ｎ１の下流端付近において記録材Ｐの温度を下げることが出来る。
【００５０】
図６の（ａ）は均熱部材の形状を表す断面図、（ｂ）は定着ニップ部Ｎ１に対する均熱部材の位置を表す断面図である。
【００５１】
本実施例の定着装置１０２は、記録材Ｐの搬送方向Ｘにおいて、フィルムガイド４２のニップ形成部４２Ｂに均熱部材４３を下記の如く配置した点に特徴がある。
【００５２】
図６の（ａ）に示すように、均熱部材４３は、記録材Ｐの搬送方向Ｘにおいて、断面形状がＬ字形をしている。均熱部材４３の記録材Ｐの搬送方向Ｘに沿うニップ形成部４３Ａの寸法は６．０ｍｍである。記録材Ｐの搬送方向Ｘについて、均熱部材４３の定着ニップ部Ｎ１の上流側の外側面４３Ｂと下流側の外側面４３Ｄとの間の内側面４３Ｃまでの寸法は２ｍｍである。そして、外側面４３Ｂから内側面４３Ｃまでの部位における記録材Ｐの厚み方向Ｚの寸法は３ｍｍである。また、その内側面４３Ｃから外側面４３Ｄまでの部位における記録材Ｐの厚み方向Ｚの寸法は０．３８ｍｍである。
【００５３】
図６の（ｂ）に示すように、均熱部材４３の中心線（中心）ＣＬ１は、記録材Ｐの搬送方向Ｘにおいて、均熱部材の外側面４３Ｂから３．０ｍｍの地点を通っている。この均熱部材４３の中心線ＣＬ１は、記録材Ｐの搬送方向Ｘにおいて、定着ニップ部Ｎ１の中心線（中心）ＣＬ２から下流側に０．５ｍｍずれている。そして均熱部材４３の重心Ｇは、記録材Ｐの搬送方向Ｘにおいて、定着ニップ部Ｎ１の中心線ＣＬ２よりも上流側に位置している。
【００５４】
ここで、均熱部材４３の重心Ｇとは、図６の（ｂ）に示されるように、記録材Ｐの搬送方向Ｘについて、均熱部材に対して垂直な均熱部材の断面（記録材の搬送方向と直交する長手方向Ｙの断面）における重心の位置を表す。
【００５５】
ニップ形成部４２Ｂを有するフィルムガイド４２の材料は液晶ポリマーであり、トナーと定着ローラ３０との冷却・分離に有利である。これは、アルミニウムで出来た均熱部材４３の比熱よりも、液晶ポリマーで出来たフィルムガイド４２のニップ形成部４２Ｂの比熱の方が小さいことに起因する。
【００５６】
非通過部の過昇温の抑制のための均熱効果と、トナーオフセットの抑制のための冷却・分離効果と、を両立させるためには、フィルムガイド４２よりも熱伝導率の高い均熱部材４３を下記のように配置する必要がある。つまり、記録材Ｐの搬送方向Ｘにおいて、均熱部材４３の重心Ｇが定着ニップ部Ｎ１の中心線ＣＬ２より上流側に来るように均熱部材を配置する必要がある。さらに、均熱部材４３に用いる材料はフィルムガイド４２の材料よりも高い熱伝導率を有することが望ましい。
【００５７】
本発明者らは鋭意検討の結果、定着ローラ３０の非通過部の過昇温を抑制するための均熱部材４３を上述のように配置することで、トナーオフセットの抑制に有効であることを見出した。この検討結果を受け、均熱部材４３の重心Ｇを定着ニップ部Ｎ１の中心線ＣＬに対して定着ニップ部の上流側と下流側に振って検証を行った。図７に、その検証結果を示す。
【００５８】
図７は均熱部材４３の重心位置とトナーオフセット濃度との相関を示す図である。
【００５９】
図７から明らかなように、均熱部材４３の重心が定着ニップ部Ｎ１の中心線ＣＬより上流側に来るように均熱部材を配置した場合にのみトナーオフセット濃度を実用可能なレベルに維持できる。
【００６０】
本実施例の定着装置１０２は、記録材Ｐの搬送方向Ｘにおいて、均熱部材４３を定着ニップ部Ｎ１の上流側と下流側に分けた際、必ず均熱部材の定着ニップ部の下流側の体積の方が小さくなる。そのため、トナーと定着ローラ３０との冷却・分離に有利である。
【００６１】
均熱部材４３の体積そのものを小さくすることにより、均熱部材の定着ニップ部Ｎ１の下流側でのトナーと定着ローラ３０との冷却・分離を有利にする方法も考えられるが、これでは均熱部材の均熱効果が減少し定着ローラの非通過部昇温を抑制できない。これは均熱効果の大小に応じて用いる均熱部材４３の体積に依存するためであり、同じ均熱効果（つまり同じ体積）で比較した場合、均熱部材の重心が定着ニップ部Ｎ１の中心線ＣＬよりも上流側に位置する構成の方が均熱効果と冷却・分離の両立に有利である。
【００６２】
（５）画像評価
定着ローラ３０の非通過部の過昇温による画像不良と、トナーの定着ローラ３０へのオフセットを、本実施例の定着装置１０２を搭載した画像形成装置１００を用いて検証した。画像形成装置１００のプロセススピードは１５０ｍｍ／秒であり、定着温度はヒータ２１の温度で１８０℃に設定してある。加熱ユニット２０と加圧ユニット５０の定着ローラ３０への加圧力は各９８Ｎ（１０ｋｇｆ）で、両ユニットが定着ローラ３０と形成する加熱ニップ部Ｎ２の幅と定着ニップ部Ｎ１の幅はそれぞれ１０ｍｍとなるように設定してある。
【００６３】
定着ローラ３０の非通過部の過昇温による画像不良の検証は以下の手順にて行った。気温１５℃、湿度１５％の環境下において、一般的なＬＢＰ印刷用紙、坪量８０ｇ／ｍ２、Ａ５（幅１４８ｍｍ、縦２１０ｍｍ）サイズ紙を用い、印字率５％の文字画像を１００枚プリントした。この直後に、Ａ５サイズ紙より幅広で、Ａ５サイズ紙搬送時には非通過部になる定着ローラ３０の領域が通過部になるＬＥＴＴＥＲ（幅２１５．９ｍｍ、縦２７９．４ｍｍ）サイズ紙を搬送することで、非通過部昇温による画質不良が発生するかどうかを確認した。
【００６４】
具体的には、ＬＥＴＴＥＲサイズ紙に紙先端から１００ｍｍまでベタ黒、１００ｍｍ以降はベタ白となる画像を出力した。そしてＡ５サイズ紙搬送時に非通過部となり、ＬＥＴＴＥＲサイズ紙搬送時は通過部となるベタ白部分の反射率Ｄ１（％）と、同一サイズ紙上の未使用部分の反射率Ｄ２（％）を白色光度計を用いてそれぞれ５点測定し平均値を算出した。ここで、白色光度計としてＴＣ−６ＤＳ／Ａ（東京電色社製）を用いた。
【００６５】
そして、Ｄ１平均値−Ｄ２平均値の値を非通過部昇温汚れとし、下記のような基準で判断した。
Ａ：非常に良好（非通過部昇温汚れが１．０％未満）
Ｂ：良好（非通過部昇温汚れが１．０％以上１．５％未満）
Ｃ：実用可（非通過部昇温汚れが１．５％以上２．０％未満）
Ｄ：劣る（非通過部昇温汚れが２．０％以上）
非通過部昇温汚れが１．５％未満であれば、非通過部の過昇温が良好であると判断した。
【００６６】
トナーの加熱ユニット２０のフィルム２２へのオフセットによる画像不良の検証についても、基本的には非通過部の過昇温による画像不良の検証と同じ手順で行った。気温１５℃、湿度１５％の環境下において、坪量１５０ｇ／ｍ２、ＬＥＴＴＥＲサイズ紙に紙先端から１００ｍｍまでベタ黒、１００ｍｍ以降はベタ白となる画像を出力した。そしてベタ白部分の反射率Ｄ１（％）と、同一サイズ紙上の未使用部分の反射率Ｄ２（％）を白色光度計ＴＣ−６ＤＳ／Ａを用いてそれぞれ５点測定し平均値を算出した。
【００６７】
そして、Ｄ１平均値−Ｄ２平均値の値をトナーオフセット濃度とし、下記のような基準で判断した。
Ａ：非常に良好（トナーオフセット濃度が１．０％未満）
Ｂ：良好（トナーオフセット濃度が１．０％以上１．５％未満）
Ｃ：実用可（トナーオフセット濃度が１．５％以上２．０％未満）
Ｄ：劣る（トナーオフセット濃度が２．０％以上）
トナーオフセット濃度が１．５％未満であれば、トナーオフセットが良好であると判断した。
【００６８】
本実施例における定着装置１０２を搭載した画像形成装置１００では、非通過部昇温評価及びトナーオフセット評価共に良好な結果であった（表１参照）。
【００６９】
＜実施例２＞
本実施例の定着装置１０２は、実施例１の定着装置１０２と加熱ユニット４０のフィルムガイド４２の溝４２Ａの形状、及び均熱部材４３の形状と配置が異なる点を除いて同じ構成としてある。
【００７０】
図８の（ａ）は均熱部材の形状を表す断面図、（ｂ）は定着ニップ部Ｎ１に対する均熱部材の位置を表す断面図である。
【００７１】
図８の（ａ）に示すように、均熱部材４３は、記録材Ｐの搬送方向Ｘにおいて、断面形状が長方形をしている。均熱部材４３の記録材Ｐの搬送方向Ｘに沿うニップ形成部４３Ａの寸法は４．７ｍｍである。そして、記録材Ｐの搬送方向Ｘについて、均熱部材４３の定着ニップ部Ｎ１の上流側の外側面４３Ｂから下流側の外側面４３Ｄまでの部位における記録材Ｐの厚み方向Ｚの寸法は１．６ｍｍである。
【００７２】
図８の（ｂ）に示すように、均熱部材４３の中心線ＣＬ１（＝均熱部材の重心Ｇ）は、記録材Ｐの搬送方向Ｘにおいて、均熱部材の外側端面４３Ｂから２．３５ｍｍの地点を通っている。この均熱部材４３の中心線ＣＬ１は、記録材Ｐの搬送方向Ｘにおいて、定着ニップ部Ｎ１の中心線ＣＬ２から上流側に２．３５ｍｍずれている。このように均熱部材４３は、均熱部材の重心Ｇが記録材Ｐの搬送方向Ｘにおいて定着ニップ部Ｎ１の中心線ＣＬ２より上流側に来るようにフィルムガイド４２の溝４２Ａに配置されている。ここで、溝４２Ａは、均熱部材４３が嵌合する形状になっている。
【００７３】
本実施例の定着装置１０２は、記録材Ｐの搬送方向Ｘにおいて、均熱部材４３が定着ニップ部Ｎ１の中心線ＣＬ２から上流側にのみ存在する構成になっているため、定着ニップ部の下流端付近においてより記録材Ｐ温度を下げることが出来る。
【００７４】
＜実施例３＞
本実施例の定着装置１０２は、実施例２の定着装置１０２と加圧ユニット４０のフィルムガイド４２のニップ形成部４２Ｂの形状が異なる点を除いて同じ構成としてある。
【００７５】
図９は加圧ユニット４０の概略構成を示す断面図である。図１０はフィルム４１を取り除いた加圧ユニット４０をフィルムガイド４２のニップ形成部４２Ｂ側から見たときの斜視図である。
【００７６】
図９に示すように、記録材Ｐの搬送方向Ｘにおいて、フィルムガイド４２のニップ形成部４２Ｂを、定着ニップ部Ｎ１の下流側に向かうに従って定着ローラ３０側に高さが増大する形状とする。
【００７７】
その結果、定着ローラ３０の歪が大きくなり、定着ニップ部Ｎ１が大きくなる。すなわち、記録材Ｐの搬送方向Ｘにおいて、均熱部材４３の定着ニップ部Ｎ１の下流側の外側面４３Ｄから定着ニップ部の下流端までの距離が実施例２の定着装置１０２よりも長くなって定着ニップ部の下流端付近において記録材Ｐ温度をより下げることが出来る。
【００７８】
＜実施例４＞
本実施例の定着装置１０２は、実施例１の定着装置１０２と当該定着装置の加熱ユニット２０を取り除くと共に定着ローラ３０に代えて加熱ローラ（加熱回転体）７０を用いた点を除いて同じ構成としてある。
【００７９】
図１１は本実施例の定着装置１０２の概略構成を示す断面図である。
【００８０】
加熱ローラ７０は、筒状の芯金７１の内側にハロゲンヒータ７４を内包し、芯金の外周面に弾性層７２を設け、弾性層の外周面に最外層としてＰＴＦＥ、ＰＦＡ等などのフッ素樹脂で形成された離型層７３を設けたものである。
【００８１】
本実施例の定着装置１０２においても、実施例１の定着装置と同じ作用効果を得ることができる。また、本実施例の定着装置１０２の加熱ユニット４０に代えて実施例２の加熱ユニット４０を用いることによって実施例２と同じ作用、効果を得ることができる。また、本実施例の定着装置１０２の加熱ユニット４０に代えて実施例３の加熱ユニット４０を用いることによって実施例３と同じ作用、効果を得ることができる。
【００８２】
＜比較例１＞
比較例１の定着装置１０２は、実施例１の定着装置１０２と加熱ユニット４０のフィルムガイド４２の溝４２Ａの形状、及び均熱部材４３の形状と配置が異なる点を除いて同じ構成としてある。
【００８３】
図１２の（ａ）は均熱部材の形状を表す断面図、（ｂ）は定着ニップ部Ｎ１に対する均熱部材の位置を表す断面図である。
【００８４】
図１２の（ａ）に示すように、均熱部材４３は、記録材Ｐの搬送方向Ｘにおいて、断面形状が長方形をしている。均熱部材４３の記録材Ｐの搬送方向Ｘに沿うニップ形成部４３Ａの寸法は９．４ｍｍである。そして、記録材Ｐの搬送方向Ｘについて、均熱部材４３の定着ニップ部Ｎ１の上流側の外側面４３Ｂから下流側の外側面４３Ｄまでの部位における記録材Ｐの厚み方向Ｚの寸法は０．８ｍｍである。
【００８５】
図１２の（ｂ）に示すように、均熱部材４３の中心線ＣＬ１（＝均熱部材の重心Ｇ）は、記録材Ｐの搬送方向Ｘにおいて、均熱部材の外側面４３Ｂから４．７ｍｍの地点を通っている。この均熱部材４３の中心線ＣＬ１は、記録材Ｐの搬送方向Ｘにおいて、定着ニップ部Ｎ１の中心線ＣＬ２の位置と一致している。このように均熱部材４３は、均熱部材の重心Ｇが記録材Ｐの搬送方向Ｘにおいて定着ニップ部Ｎ１の中心線ＣＬ２と一致するようにフィルムガイド４２の溝４２Ａに配置されている。ここで、溝４２Ａは、均熱部材４３が嵌合する形状になっている。
【００８６】
比較例１の定着装置１０２は、記録材Ｐの搬送方向Ｘについて、均熱部材４３が定着ニップ部Ｎ１全域に渡って存在している。つまり、記録材Ｐの搬送方向Ｘについて、定着ニップＮ１部の中心線ＣＬ２から下流端まで均熱部材４３が存在するため、トナーオフセット抑制のための冷却・分離効果が得られない。
【００８７】
＜比較例２＞
比較例２の定着装置１０２は、実施例１の定着装置１０２と均熱部材４３の材料が異なる点を除いて同じ構成としてある。
【００８８】
比較例２の定着装置１０２は、均熱部材４３の材料として、液晶ポリマーを用いている。均熱部材４３の材料を熱伝導率の小さい液晶ポリマーに置き換えるため、十分な均熱効果を得られず、定着ローラ３０の非通過部昇温による画像不良を抑制することが出来ない。
【００８９】
＜比較例３＞
比較例３の定着装置１０２は、実施例１の定着装置１０２と加熱ユニット４０のフィルムガイド４２の溝４２Ａの形状、及び均熱部材４３の形状と配置が異なる点を除いて同じ構成としてある。
【００９０】
図１３の（ａ）は均熱部材の形状を表す断面図、（ｂ）は定着ニップ部Ｎ１に対する均熱部材の位置を表す断面図である。
【００９１】
図１３の（ａ）に示すように、均熱部材４３は、記録材Ｐの搬送方向Ｘにおいて、断面形状が長方形をしている。均熱部材４３の記録材Ｐの搬送方向Ｘに沿うニップ形成部４３Ａの寸法は２．０ｍｍである。そして、記録材Ｐの搬送方向Ｘについて、均熱部材４３の定着ニップ部Ｎ１の上流側の外側面４３Ｂから下流側の外側面４３Ｄまでの部位における記録材Ｐの厚み方向Ｚの寸法は３．７６ｍｍである。
【００９２】
図１３の（ｂ）に示すように、均熱部材４３の中心線ＣＬ１（＝均熱部材の重心Ｇ）は、記録材Ｐの搬送方向Ｘにおいて、均熱部材の外側面４３Ｂから１ｍｍの地点を通っている。この均熱部材４３の中心線ＣＬ１は、記録材Ｐの搬送方向Ｘにおいて、定着ニップ部Ｎ１の中心線ＣＬ２から下流側に３．０ｍｍずれている。このように均熱部材４３は、均熱部材の重心Ｇが記録材Ｐの搬送方向Ｘにおいて定着ニップ部Ｎ１の中心線ＣＬ２より下流側に来るようにフィルムガイド４２の溝４２Ａに配置されている。ここで、溝４２Ａは、均熱部材４３が嵌合する形状になっている。
【００９３】
比較例３の定着装置１０２は、記録材Ｐの搬送方向Ｘにおいて、均熱部材４３の重心Ｇが定着ニップ部Ｎ１の中心線ＣＬ２から上流側に来ていないため、トナーオフセット抑制のための冷却・分離効果が得られない。
【００９４】
上記の実施例１乃至実施例３、及び比較例１乃至比較例３の各々の定着装置１０２を用い、定着ローラ３０の非通過部昇温による画像不良とトナーの加熱フィルム側へのオフセットを評価した結果を表２に示す。また、上記の実施例３の定着装置１０２を用い、加熱ローラ７０の非通過部昇温による画像不良とトナーの加熱フィルム側へのオフセットを評価した結果も表２に示す。ただし、いずれの均熱部材４３も同一体積である。
【００９５】
【表２】
2018013610.tif 000005
【００９６】
実施例１は、フィルムガイド（加圧フィルムガイド）４２よりも熱伝導率の高い均熱部材４３を、その均熱部材の重心Ｇが定着ニップ部Ｎ１の中心線ＣＬよりも記録材Ｐの搬送方向Ｘの上流側に来るように配置した構成である。実施例１では、定着ローラ３０の非通過部昇温の抑制のための均熱効果と、トナーオフセットの抑制のための冷却・分離効果と、を両立出来ている。
【００９７】
実施例２は、均熱部材４３の記録材Ｐの搬送方向Ｘの下流側の外側面４３Ｄが定着ニップ部Ｎ１の中心線ＣＬと一致している。つまり、記録材Ｐの搬送方向Ｘにおいて、均熱部材４３は定着ニップ部Ｎ１の中心線ＣＬ２から上流側にのみ存在する。これにより、記録材Ｐの搬送方向Ｘにおいて、定着ニップ部Ｎ１の下流端付近において記録材Ｐ温度をより下げることが出来る。実施例２でも、定着ローラ３０の非通過部昇温の抑制のための均熱効果と、トナーオフセットの抑制のための冷却・分離効果と、を両立出来ている。
【００９８】
実施例３は、実施例２の均熱部材４３の配置に加え、フィルムガイド４２のニップ形成部４２Ｂを曲率Ｒ２０の滑らかな曲面形状にしている。これにより、記録材Ｐの搬送方向Ｘにおいて、均熱部材４３の定着ニップ部Ｎ１の下流側の外側面４３Ｄから定着ニップ部の下流端までの距離が伸び、定着ニップ部の下流端付近において記録材Ｐ温度をより下げることが出来る。実施例３でも、定着ローラ３０の非通過部昇温の抑制のための均熱効果と、トナーオフセットの抑制のための冷却・分離効果と、を両立出来ている。
【００９９】
実施例４は、加熱ユニット７０としてハロゲンヒータ７４を内包する加熱ローラ７０を具備する構成を採っており、加圧ユニット４０は実施例１と同じ構成のものを採用している。実施例４でも、定着ローラ３０の非通過部昇温の抑制のための均熱効果と、トナーオフセットの抑制のための冷却・分離効果と、を両立出来ている。
【０１００】
比較例１は、記録材Ｐの搬送方向Ｘにおいて、定着ニップ部Ｎ１の下流側に熱容量の大きい均熱部材４３を配置する構成を採っているため、トナーオフセット抑制のための冷却・分離効果が得られていない。
【０１０１】
比較例２は均熱部材４３として液晶ポリマーを用いているため、均熱部材の熱伝導率がフィルムガイド４２の熱伝導率よりも大きくなっていない。そのため、十分な均熱効果を得られず、非通過部昇温による画像不良を抑制することが出来ていない。
【０１０２】
比較例３は、記録材Ｐの搬送方向Ｘにおいて、均熱部材４３の重心Ｇが定着ニップ部Ｎ１の中心線ＣＬ１よりも上流側に来ていないため、トナーオフセット抑制のための冷却・分離効果が得られていない。
【符号の説明】
【０１０３】
３０  定着ローラ、４１  筒状のフィルム、４２  フィルムガイド、４２Ａ  ニップ形成部、４３  均熱部材、１００  画像形成装置、１０１  画像形成部、１０２  定着装置（定着部）、ＣＬ２  定着ニップ中心線、Ｇ  均熱部材の重心、Ｎ１  定着ニップ部、Ｐ  記録材、Ｔ  未定着のトナー画像
【図１】
2018013610.tif 000006
【図２】
2018013610.tif 000007
【図３】
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【図４】
2018013610.tif 000009
【図５】
2018013610.tif 000010
【図６】
2018013610.tif 000011
【図７】
2018013610.tif 000012
【図８】
2018013610.tif 000013
【図９】
2018013610.tif 000014
【図１０】
2018013610.tif 000015
【図１１】
2018013610.tif 000016
【図１２】
2018013610.tif 000017
【図１３】
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