(57)【要約】      （修正有）【課題】面状ヒーターの軸方向端部の発熱量を増やさなくても、定着ベルトの軸方向端部の温度低下を抑制することができる画像形成装置を提供する。【解決手段】定着装置は、無端の定着ベルト２１と、定着ベルト２１を加熱する面状ヒーター２３と、面状ヒーター２３を定着ベルト２１の内周面に接触するように保持するホルダー２５と、面状ヒーター２３との間に定着ベルト２１を挟持し、定着ベルト２１との間に、用紙が挟持搬送される加圧領域を形成する加圧ローラー２７と、を備え、ホルダー２５は、加圧ローラー２７の軸方向Ｘにおける定着ベルト２１の端部に対応する範囲に、面状ヒーター２３における定着ベルト２１と反対側の面との間に空隙Ｇ２５２を形成する第２凹部２５２を有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無端の定着ベルトと、
前記定着ベルトを加熱する面状ヒーターと、
前記面状ヒーターを前記定着ベルトの内周面に接触するように保持するホルダーと、
前記面状ヒーターとの間に前記定着ベルトを挟持し、前記定着ベルトとの間に、用紙が挟持搬送される加圧領域を形成する加圧ローラーと、を備え、
前記ホルダーは、前記加圧ローラーの軸方向における前記定着ベルトの端部に対応する範囲に、前記面状ヒーターにおける前記定着ベルトと反対側の面との間に空隙を形成する凹部を有することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記範囲は、前記加圧ローラーの軸方向における前記定着ベルトの端部に対応する、定着動作中に前記定着ベルトの温度低下が発生する範囲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】
前記範囲は、前記加圧ローラーの軸方向における前記用紙の端部の位置を含むことを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記用紙にトナー像を形成する画像形成部と、
前記トナー像を前記用紙に定着する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の定着装置と、を備え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、用紙にトナー像を定着させる定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
定着装置の定着ベルトを加熱する方式の一つとして、面状ヒーターを用いた方式が知られている。一例を示すと、可撓性を有する無端の定着ベルトが、面状ヒーターと加圧ローラーとで挟持され、定着ベルトと加圧ローラーとの間に形成される加圧領域における摩擦力によって回転させられる。トナーが転写された用紙は、加熱された定着ベルトと加圧ローラーとに挟持されて搬送され、トナーが用紙に定着される。
【０００３】
従来、面状ヒーターを用いた加熱方式に関して、定着ベルトの加熱効率を向上させる技術の検討が行われている。例えば、特許文献１に記載された定着装置は、面状ヒーターを保持するホルダーと面状ヒーターとの間に空隙を形成することで、面状ヒーターからホルダーへの熱伝導を抑制するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１５４００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
加圧ローラーの軸方向における定着ベルトの両端部では、両端部の間の部分と比べて温度が低下しやすいという問題がある。この問題を解決するために、従来、面状ヒーターの軸方向両端部の発熱量を両端部の間の部分よりも多くする制御が行われていた。
【０００６】
一方で、小サイズの用紙が通過する軸方向中央部では、それより外側の部分と比べて使用頻度が高いために熱の消費量が多くなることから、定着ベルトの温度が低下しやすいという問題がある。この問題を解決するために、従来、軸方向中央部におけるホルダーと面状ヒーターとの間の空隙の厚みをそれより外側の部分と比べて大きくすることが行われていた。
【０００７】
しかし、面状ヒーターの発熱量の軸方向の分布を制御することは、技術的に難易度が高い。また、面状ヒーターの軸方向両端部の発熱量を両端部の間の部分よりも多くする制御は、発熱量の総量が増加するため、電力消費量が増加してしまう。また、空隙の厚みを軸方向中央部で大きくすることは、定着ベルトの軸方向両端部の温度低下の抑制には寄与しない。
【０００８】
本発明は、上記事情を考慮し、面状ヒーターの軸方向端部の発熱量を増やさなくても、定着ベルトの軸方向端部の温度低下を抑制することのできる定着装置及び画像形成装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明に係る定着装置は、無端の定着ベルトと、前記定着ベルトを加熱する面状ヒーターと、前記面状ヒーターを前記定着ベルトの内周面に接触するように保持するホルダーと、前記面状ヒーターとの間に前記定着ベルトを挟持し、前記定着ベルトとの間に、用紙が挟持搬送される加圧領域を形成する加圧ローラーと、を備え、前記ホルダーは、前記加圧ローラーの軸方向における前記定着ベルトの端部に対応する範囲に、前記面状ヒーターにおける前記定着ベルトと反対側の面との間に空隙を形成する凹部を有することを特徴とする。
【００１０】
上記の定着装置において、前記範囲は、前記加圧ローラーの軸方向における前記定着ベルトの端部に対応する、定着動作中に前記定着ベルトの温度低下が発生する範囲であることを特徴としても良い。
【００１１】
上記の定着装置において、前記範囲は、前記加圧ローラーの軸方向における前記用紙の端部の位置を含むことを特徴としても良い。
【００１２】
また、本発明に係る画像形成装置は、前記用紙にトナー像を形成する画像形成部と、前記トナー像を前記用紙に定着する上記のいずれかの定着装置と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、面状ヒーターの軸方向端部の発熱量を増やさなくても、定着ベルトの軸方向端部の温度低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るプリンターの内部構成を模式的に示す正面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る定着装置を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るホルダーとその周辺を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るホルダーとその周辺を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るホルダーの端部とその周辺を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るヒーター発熱量の分布を定性的に示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るホルダーとその周辺を示す断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るホルダーとその周辺を示す断面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るホルダーの端部とその周辺を示す断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係るホルダーの端部とその周辺を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ本発明の画像形成装置及び定着装置について説明する。
【００１６】
まず、図１を用いて、画像形成装置としてのプリンターの全体の構成について説明する。図１はプリンター１の内部構成を模式的に示す正面図である。以下、図１における紙面手前側をプリンター１の正面側（前側）とし、左右の向きはプリンター１を正面から見た方向を基準として説明する。各図において、Ｕ、Ｌｏ、Ｌ、Ｒ、Ｆｒ、Ｒｒは、それぞれ上、下、左、右、前、後を示す。
【００１７】
プリンター１の装置本体２には、用紙Ｓが収容される給紙カセット３と、給紙カセット３から用紙Ｓを送り出す給紙装置５と、用紙Ｓにトナー像を形成する画像形成部７と、トナー像を用紙Ｓに定着する定着装置９と、用紙Ｓを排紙する排紙装置１１と、排紙された用紙Ｓが受け止められる排紙トレイ１３と、が備えられている。さらに、装置本体２には、給紙装置５から、画像形成部７と定着装置９とを通って排紙装置１１に向かう用紙Ｓの搬送経路１５が形成されている。
【００１８】
給紙装置５によって給紙カセット３から給紙された用紙Ｓは、搬送経路１５に沿って画像形成部７に搬送され、用紙Ｓにトナー像が形成される。用紙Ｓは搬送経路１５に沿って定着装置９に送られ、トナー像が用紙Ｓに定着される。トナー像が定着された用紙Ｓは排紙装置１１から排紙トレイ１３に排出される。
【００１９】
次に、定着装置９について、図面を参照して説明する。図２は定着装置９の断面図、図３及び図４はホルダー２５とその周辺の断面図、図５はホルダー２５の端部とその周辺の断面図である。なお、図４、図５は、図３に示すＩＶ−ＩＶ断面の図であり、図２、図３は、図４に示すＶ−Ｖ断面の図である。図５では、図４における右側の端部周辺だけが示されているが、左側の端部も、左右反転される以外は右側の端部と同様に構成されている。
【００２０】
図２に示されるように、定着装置９は、定着ベルト２１と、定着ベルト２１を加熱する面状ヒーター２３と、面状ヒーター２３を保持するホルダー２５と、定着ベルト２１との間に加圧領域Ｎを形成する加圧ローラー２７と、を備えている。以下の説明において、「軸方向Ｘ」とは、加圧ローラー２７の軸方向（Ｆｒ−Ｒｒ方向）を指す。
【００２１】
定着ベルト２１は、所定の内径を有し、用紙Ｓの幅よりも長い幅を有する無端ベルトであり、軸方向Ｘを長手方向とする円筒状に形成されている。定着ベルト２１は、可撓性を有する材料で形成され、基材層と、基材層の外周面に設けられる弾性層と、弾性層の外周面に設けられる離型層と、を有している。基材層は、ステンレス鋼やニッケル合金等の金属で形成される。弾性層は、シリコンゴム等で形成される。離型層は、ＰＦＡチューブ等で形成される。基材層の内周面に摺動層が形成される場合もある。摺動層は、ポリイミドアミドやＰＴＦＥ等で形成される。
【００２２】
定着ベルト２１の中空部には、ステー２４が貫通しており、ステー２４の両端はハウジング（図示省略）に固定されている。ステー２４は、加圧ローラー２７側が開口した溝形の部材であり、ステンレス鋼やアルミニウム合金等の金属で形成される。定着ベルト２１は、ステー２４に支持された円弧状のベルトガイド（図示省略）に支持され、ベルトガイドに沿って回転可能である。
【００２３】
面状ヒーター２３は、軸方向Ｘを長手方向とする概ね矩形の板状に形成されている。面状ヒーター２３は、基材と、断熱層と、発熱接触部と、を含み、各部は、基材、断熱層、発熱接触部の順に積層されている。
【００２４】
ホルダー２５は、定着ベルト２１の幅と同等の長さを有する部材であり、ステー２４に固定されている。ホルダー２５は、例えば、液晶ポリマー等の耐熱性の樹脂で形成されている。
【００２５】
図３に示されるように、ホルダー２５における加圧ローラー２７に対向する部位には、軸方向Ｘに延伸する第１凹部２５１が形成されている。面状ヒーター２３は、発熱接触部が露出するように、第１凹部２５１に嵌め込まれている。ホルダー２５は、面状ヒーター２３の発熱接触部を定着ベルト２１の内周面に接触するように保持する。ホルダー２５は、定着ベルト２１の曲率よりもやや大きい曲率の湾曲部２５９を有し、湾曲部２５９と面状ヒーター２３とにより、定着ベルト２１の内周面に沿う滑らかな面が形成される。
【００２６】
図３に示されるように、ホルダー２５の第１凹部２５１の底部には、第２凹部２５２が形成されている。第２凹部２５２は、第１凹部２５１に嵌め込まれた面状ヒーター２３における定着ベルト２１と反対側の面との間に空隙Ｇ２５２を形成する凹部の一例である。図４に示されるように、軸方向Ｘにおいて、第２凹部２５２は、加圧ローラー２７の軸方向Ｘにおける定着ベルト２１の両端部に対応する範囲（一方の端部に対応する範囲及び他方の端部に対応する範囲）に形成されている。具体的には、加圧ローラー２７の軸方向Ｘにおける定着ベルト２１の両端部に対応する範囲とは、定着動作中に定着ベルトの温度低下が発生する範囲である。実施にあたっては、定着動作中の定着ベルト２１の表面温度を軸方向Ｘの複数の位置で計測し、温度低下が発生する範囲を計測結果から特定し、特定された範囲に第２凹部２５２を形成することが望ましい。また、図５に示されるように、第２凹部２５２は、軸方向Ｘにおける用紙Ｓの端部の位置を含む範囲に形成されていることがさらに望ましい。軸方向Ｘにおける用紙Ｓの端部の位置とは、プリンター１で使用可能な用紙サイズのうち軸方向Ｘのサイズが最大の用紙の端部の位置を指す。この例では、第２凹部２５２は、ＪＩＳ  Ａ４用紙の短辺の端部から用紙の外側及び内側にそれぞれ２５ｍｍの範囲に形成されている。
【００２７】
加圧ローラー２７は、芯金と、芯金の外周面に設けられる弾性層と、弾性層の外周面に設けられる離型層と、を有している。弾性層は、シリコンゴム等で形成される。離型層は、ＰＦＡチューブ等で形成される。加圧ローラー２７は、定着ベルト２１を介して、面状ヒーター２３に押し当てられるように支持される。すなわち、加圧ローラー２７は、面状ヒーター２３との間に定着ベルト２１を挟持し、定着ベルト２１との間に加圧領域Ｎを形成する。加圧ローラー２７は、モーター２８により駆動される。
【００２８】
上記構成を有する定着装置９の定着動作を説明する。まず、加圧ローラー２３が駆動されて回転し、定着ベルト２１が加圧ローラー２３の回転方向と反対の方向に従動回転する。同時に、面状ヒーター２３が駆動されて定着ベルト２１を加熱する。定着ベルト２１は、所定の制御温度（例えば、１６０℃）となるまで加熱される。このように定着ベルト２１が加熱された後、トナー像が転写された用紙Ｓが、加圧領域Ｎに搬送される。加圧領域Ｎにおいて、用紙Ｓは定着ベルト２１と加圧ローラー２３とに挟持されて決められた搬送方向Ｙに搬送される。このとき、定着ベルト２１によって用紙Ｓが加熱されると共に加圧ローラー２３と定着ベルト２１とによって加圧されて、トナー像が用紙Ｓに定着される。トナー像が定着された用紙Ｓは、定着ベルト２１から分離されて、搬送経路１５に沿って搬送される。
【００２９】
図６は、ヒーター発熱量の分布を定性的に示す図である。横軸は面状ヒーター２３における軸方向Ｘの位置、縦軸は面状ヒーター２３の発熱量である。実線は本実施形態に係る実施例、破線は比較例である。ホルダー２５と面状ヒーター２３との間に空隙Ｇ２５２が形成されていない場合、定着ベルト２１の軸方向Ｘ両端部で温度低下が発生する。図６に示される比較例は、この温度低下を抑制するために、面状ヒーター２３の軸方向Ｘ両端部の発熱量を両端部の間の部分よりも多くする制御を行った例である。これに対して、本実施形態では、ホルダー２５と面状ヒーター２３との間に空隙Ｇ２５２が形成されているから、空隙Ｇ２５２の断熱効果により、軸方向Ｘにおける定着ベルト２１の端部の温度低下が抑制される。従って、本実施形態では、面状ヒーター２３の軸方向Ｘ両端部の発熱量を両端部の間の部分よりも多くする制御は不要である。その結果、図６の実施例に示されるように、面状ヒーター２３の発熱量は、軸方向Ｘにほぼ一定となる。
【００３０】
以上、説明したとおり、本実施形態によれば、本発明によれば、面状ヒーター２３の軸方向Ｘ端部の発熱量を増やさなくても、定着ベルト２１の軸方向Ｘ端部の温度低下を抑制することができる。また、本実施形態によれば、定着動作中に定着ベルトの温度低下が発生する範囲の温度低下を抑制することができる。また、本実施形態によれば、定着ベルトの温度が特に低下しやすい用紙の軸方向Ｘ端部における温度低下を抑制することができる。
【００３１】
なお、空隙が以下のように構成されていても良い。例えば、図７に示される例は、２つの第２凹部２５２の間に、軸方向Ｘに延伸する第３凹部２５３が形成された例である。第３凹部２５３の厚みは、第２凹部２５２の厚みよりも小さい。この例では、２つの第２凹部２５２と第３凹部２５３が連続しているため、２つの空隙Ｇ２５２と空隙Ｇ２５３とにより空間的に連続した１つの空隙が形成されている。この構成によれば、上記実施形態の効果に加えて、定着ベルト２１全体の加熱効率が向上する。
【００３２】
図８に示される例は、２つの第２凹部２５２の間に、軸方向Ｘに延伸する第４凹部２５４が形成された例である。第４凹部２５４の厚みは、第２凹部２５２の厚みよりも小さい。この例では、２つの第２凹部２５２と第４凹部２５４が連続していないため、２つの空隙Ｇ２５２と空隙Ｇ２５４とは空間的に連続していない。この構成によっても、上記実施形態の効果に加えて、定着ベルト２１全体の加熱効率が向上する。
【００３３】
なお、上記実施形態では、第２凹部２５２が軸方向Ｘにおける用紙Ｓの端部の位置を含む範囲に形成されている例を示したが、第２凹部２５２が軸方向Ｘにおける用紙Ｓの端部よりも内側（図９参照）又は外側（図１０参照）に形成されていても良い。要するに、本発明に係る軸方向Ｘにおける定着ベルト２１の端部に対応する範囲とは、軸方向Ｘにおける用紙Ｓの端部の位置を含む範囲、又は、軸方向Ｘにおける用紙Ｓの端部よりも内側若しくは外側の範囲である。
【００３４】
また、上記実施形態では、軸方向Ｘにおいて、第２凹部２５２が、加圧ローラー２７の軸方向Ｘにおける定着ベルト２１の両端部に対応する範囲に形成されている例を示したが、軸方向Ｘにおける定着ベルト２１のいずれか一方の端部に対応する範囲に第２凹部２５２が形成されていても良い。
【００３５】
上記した本発明の実施形態の説明は、本発明に係る定着装置及び画像形成装置における好適な実施の形態を説明しているため、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。すなわち、上記した本発明の実施の形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能であり、上記した本発明の実施の形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
【符号の説明】
【００３６】
１  プリンター（画像形成装置）
７  画像形成部
９  定着装置
２１  定着ベルト
２３  面状ヒーター
２５  ホルダー
２７  加圧ローラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019158916.tif 000009
【図８】
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【図９】
2019158916.tif 000011
【図１０】
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