(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性を有する無端状のベルト部材と、
前記ベルト部材と対向配置された加圧部材と、
前記ベルト部材と前記加圧部材との間に記録媒体を挟持して搬送するニップ部を形成するためのニップ形成部材と、
前記ベルト部材の幅方向における通紙領域を加熱する、前記通紙領域の中央部における配光分布が密な第１の熱源と、前記通紙領域の両端部における配光分布が密な第２の熱源とを有する熱源と、
前記ニップ形成部材に設けられ、前記ベルト部材の幅方向における前記第２の熱源よりも外側に位置する前記ベルト部材の内面を加熱する複数の端部熱源とを有し、
前記各端部熱源は前記第２の熱源に対してそれぞれ直列に電気接続され、前記第１の熱源は前記第２の熱源及び前記各端部熱源に対して並列に電気接続されている定着装置。
【請求項２】
請求項１記載の定着装置において、
前記内面に接触するニップ形成面を有し、該ニップ形成面は前記端部熱源の前記内面を加熱する面と同一高さに設けられていることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１記載の定着装置において、
前記内面に接触するニップ形成面を有し、前記ベルト部材と対向する面は長手方向端部から第１の端部熱源、前記ニップ形成面、第２の端部熱源の順に並ぶように構成されていることを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項２記載の定着装置において、
前記ニップ形成面は摺動シートを介して前記内面に接触することを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項２記載の定着装置において、
前記各端部熱源は前記ベルト部材の内面にそれぞれ接触可能であり、前記各端部熱源の前記内面と接触する面は前記ニップ形成面を前記ベルト部材の幅方向に延長した延長面内にそれぞれ配設されていることを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れか一つに記載の定着装置おいて、
前記各端部熱源が作動する際には、その温度上昇に合わせて前記熱源を加熱制御することを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れか一つに記載の定着装置を有す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、定着装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機やプリンタ等の画像形成装置はヒータを備えた定着装置を具備しており、画像形成には様々なサイズの用紙が用いられる。このため、定着装置のヒータ長さを最大サイズの用紙に対応した長さとすると、小サイズの用紙を通紙した際に非通紙部である端部の温度上昇が大きくなるため、用紙の搬送速度を落として生産性を下げる必要がある。この問題点に対処すべく、定着ローラの内部に中央部の配光分布が密な第１のハロゲンヒータと端部付近の配光分布が密な第２のハロゲンヒータとを配設し、小サイズの用紙を用いる場合には第１のハロゲンヒータのみを点灯させる定着装置が知られている。
【０００３】
また、用紙全体における使用頻度はごく少ないものの、Ａ３サイズよりも一回り大きいＡ３ノビや１３インチといった特殊な大サイズの用紙が使用される場合がある。このような大サイズの用紙に対応した配光分布を有するハロゲンヒータを別途設けようとしても、小型化に基づいた定着ローラの直径サイズが制約されているために困難であるという問題点がある。
【０００４】
そこで、定着温度への立ち上がりが早い薄肉で可撓性を有する無端状のベルト部材の内部にニップ形成ユニットを設け、ベルト部材とこれを加圧する加圧ローラとニップ形成ユニットとの当接圧によってニップを形成する定着装置が知られている（例えば「特許文献１」参照）。この定着装置では、ベルト部材の内部に配光分布が異なる複数のハロゲンヒータが配設され、ベルト部材の幅方向両端部であってベルト部材の回転方向におけるニップ上流側の位置には、大サイズの用紙に対応可能な端部熱源が、ベルト部材の内面または外面に接触する態様で配置されている。この端部熱源を配置することにより、大サイズ専用のハロゲンヒータを追加することなく、簡単な構成で大サイズの用紙にも対応することが可能となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
「特許文献１」に記載された構成において、端部熱源はベルト部材の幅方向両端部と対応する位置に配置されているため、各端部熱源を同時にオンオフ制御する必要があり、その制御回路が複雑になってしまうという問題点がある。また、各端部熱源の一方が故障した際に他方には通電がなされており、電気的な不具合が生じ易いという問題点もある。
本発明は、上述した問題点を解決し、電気制御を簡易化することが可能な各端部熱源を有する定着装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、可撓性を有する無端状のベルト部材と、前記ベルト部材と対向配置された加圧部材と、前記ベルト部材と前記加圧部材との間に記録媒体を挟持して搬送するニップ部を形成するためのニップ形成部材と、前記ベルト部材の幅方向における通紙領域を加熱する、前記通紙領域の中央部における配光分布が密な第１の熱源と、前記通紙領域の両端部における配光分布が密な第２の熱源とを有する熱源と、前記ニップ形成部材に設けられ、前記ベルト部材の幅方向における前記第２の熱源よりも外側に位置する前記ベルト部材の内面を加熱する複数の端部熱源とを有し、前記各端部熱源は前記第２の熱源に対してそれぞれ直列に電気接続され、前記第１の熱源は前記第２の熱源及び前記各端部熱源に対して並列に電気接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、各端部熱源を個別にオンオフする構成に比べて電気制御を簡易化することができ、また何れか一方の端部熱源が故障したときに両者の電気接続を同時に断つことができるので安全性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に用いられる定着装置の概略図である。
【図３】本発明の一実施形態に用いられる定着装置のニップ部近傍における概略図である。
【図４】本発明の一実施形態に用いられる定着ベルトの支持構造を説明する概略図である。
【図５】本発明の一実施形態に用いられるハロゲンヒータの配光分布及び端部ヒータの位置関係を示す概略図である。
【図６】本発明の一実施形態に用いられるニップ形成ユニットを示す概略図である。
【図７】本発明の一実施形態に用いられる端部ヒータ及びニップ形成部材と定着ベルトとの接触状態を説明する概略図である。
【図８】本発明の一実施形態に用いられる端部ヒータ及びニップ形成部材と定着ベルトとの接触状態の他の例を説明する概略図である。
【図９】本発明の一実施形態に用いられる端部ヒータ及びニップ形成部材と定着ベルトとの接触状態のさらに他の例を説明する概略図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態を適用したハロゲンヒータ及び端部ヒータの回路構成図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態を適用したハロゲンヒータ及び端部ヒータの回路構成図である。
【図１２】本発明の一実施形態に用いられるハロゲンヒータ及び端部ヒータの昇温特性を示す線図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態を適用したハロゲンヒータ及び端部ヒータの回路構成図である。
【図１４】各実施形態に用いられる摺動シートを説明する図である。
【図１５】各実施形態に用いられる端部ヒータを説明する図である。
【図１６】各実施形態に用いられる抵抗発熱体と定着ベルトとの位置関係を説明する図である。
【図１７】各実施形態の変形例に用いられるニップ形成ユニットを示す図である。
【図１８】各実施形態に用いられる金属製の定着ベルトを説明する図である。
【図１９】第２の実施形態の変形例におけるハロゲンヒータの配光分布と端部ヒータとの位置関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図を参照して本発明の実施形態を説明する。先ず、本実施形態を説明する前に従来の構成及び問題点について説明する。記録媒体が小サイズの場合は中央部の配光分布が密なハロゲンヒータを点灯させ、大サイズの場合は端部付近の配光分布が密なハロゲンヒータを一緒にかつ適当なオンオフ配分で点灯させることで、様々なサイズの用紙に対応している。
【００１０】
ここで用紙サイズと使用頻度について言及すると、通常使用される用紙は最大Ａ３サイズまでがほとんどであり、Ａ３サイズの用紙は縦方向に通紙される。特に使用頻度が高いＡ４またはＬＴサイズの用紙に関しても、生産性を上げるため横方向に通紙されることが多い。このことから、定着装置の加熱幅として約３００ｍｍを確保しておけば、ほとんどの場合、機種によっては９９％以上の記録媒体を網羅することができる。一方で、全体に対する使用頻度はごく少ないが、Ａ３ノビや１３インチといったＡ３幅よりも大サイズの用紙対応が要求されている。
【００１１】
ハロゲンヒータによる加熱方式の場合、直径３０ｍｍ程度の定着ローラ内部に小サイズ用紙に対応した複数のヒータを設けるため、ヒータ本数を容易に増やすことができない。このため、Ａ３幅よりも大サイズの用紙幅に合わせて端部配光分布が密なハロゲンヒータを長くせざるを得ない。上述のように、使用頻度で考えると３００ｍｍ幅程度の加熱が圧倒的に多いが、上述の長いハロゲンヒータを用いた場合には３３０ｍｍ幅近辺まで加熱されてしまい、差分の消費エネルギが無駄になる。さらには、Ａ３またはＡ４横（Ａ４Ｙ）サイズでの通紙時において３３０ｍｍ幅の端部付近が温度上昇してしまい、これを冷やすために生産性を落としたり、またはファンを設けたりする必要があった。反射板を設けた場合には、ヒータ端部が異常に温度上昇するといった不具合も発生していた。このような問題に対処すべく、特許文献１に記載の装置が提案された経緯となっている。
【００１２】
以下に、上述した特許文献１の問題点を解消することが可能な本発明の第１の実施形態を説明する。先ず、図１に基づいて、本実施形態を適用可能な画像形成装置の構成の概要を説明する。画像形成装置１００は、複数の色画像を形成する作像部が中間転写ベルトの移動方向に沿って並設されたタンデム方式のカラープリンタである。
【００１３】
画像形成装置１００は、イエロ（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色に分解された色にそれぞれ対応する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を有している。各感光体ドラム２０に形成された可視像としてのトナー像は、各感光体ドラム２０に対向しつつ矢印Ａ１方向に走行移動可能な中間転写体としての中間転写ベルト１１に重ね合わせて１次転写される。その後、記録媒体としての用紙Ｓに対して２次転写工程により一括転写される。各感光体ドラム２０の周囲には、各感光体ドラム２０の回転に従い画像形成処理を行うための装置が配置されている。
【００１４】
ブラック画像の形成を行う感光体ドラム２０Ｂｋを代表して、画像形成処理を行うための装置を説明する。感光体ドラム２０Ｂｋの周囲には、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が順に配置されている。帯電装置３０Ｂｋによる帯電後、光書込装置８により感光体ドラム２０Ｂｋの表面に対して画像情報に基づいた光書き込みが行われて静電潜像が形成される。静電潜像は現像装置４０Ｂｋによりトナー像として可視化される。
【００１５】
各感光体ドラム２０に形成されたトナー像は、中間転写ベルト１１がＡ１方向に移動する過程において、中間転写ベルト１１の同じ位置に重ねて１次転写される。この１次転写は、中間転写ベルト１１を挟んで各感光体ドラム２０に対向して配設された各１次転写ローラ１２による電圧印加により、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、中間転写ベルト１１の移動方向の上流側からこの色順で並んでいる。各感光体ドラム２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋは、イエロ、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。
【００１６】
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２０の上方に対向して配設され、中間転写ベルト１１及び各１次転写ローラ１２Ｙ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｂｋを備えた中間転写ベルトユニット１０とを有している。また画像形成装置１００は、中間転写ベルト１１に対向して配設され中間転写ベルト１１に従動して連れ回りする２次転写手段としての２次転写ローラ５を有している。また画像形成装置１００は、中間転写ベルト１１に対向して配設され中間転写ベルト１１上をクリーニングする中間転写ベルトクリーニング装置１３を有している。光書込装置８は、これらに対向して４つの画像ステーションの下方に配設されている。
【００１７】
光書込装置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向手段としての回転多面鏡などを装備している。光書込装置８は、各感光体ドラム２０に対して色毎に対応した書き込み光Ｌｂを出射し、各感光体ドラム２０上に静電潜像を形成する。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書き込み光に符号Ｌｂを付けているが、その他の画像ステーションにおいても同様である。
【００１８】
画像形成装置１００の下部には、各感光体ドラム２０と中間転写ベルト１１との間に向けて搬送される用紙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。シート給送装置６１から搬送されてきた用紙Ｓは、レジストローラ対４により、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、中間転写ベルト１１と２次転写ローラ５との間の２次転写部に向けて繰り出される。用紙Ｓの先端がレジストローラ対４に到達したことは、図示しないセンサによって検知される。
【００１９】
トナー像が転写された用紙Ｓは定着装置１５０に送られ、ここで熱と圧力を加えられて用紙Ｓ上にトナー像が定着される。定着済みの用紙Ｓは排紙ローラ対７により排紙トレイとしての画像形成装置本体の上面に排出される。画像形成装置本体の上面の下方には、イエロ、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。
【００２０】
中間転写ベルトユニット１０は、中間転写ベルト１１、各１次転写ローラ１２の他に、中間転写ベルト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、中間転写ベルト１１に対する張力付与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、バネ等を用いた付勢手段が設けられている。中間転写ベルトユニット１０と、各１次転写ローラ１２と、２次転写ローラ５と、中間転写ベルトクリーニング装置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、最上位の用紙Ｓの上面に当接する給送ローラ３を有しており、給送ローラ３が反時計回り方向に回転駆動されることにより、最上位の用紙Ｓをレジストローラ対４に向けて給送する。
【００２１】
転写装置７１に装備されている中間転写ベルトクリーニング装置１３は、中間転写ベルト１１に対向及び当接すべく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。中間転写ベルトクリーニング装置１３は、中間転写ベルト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って除去する。中間転写ベルトクリーニング装置１３はまた、中間転写ベルト１１から除去した残留トナーを搬出して廃棄するための図示しない排出手段を有している。
【００２２】
図２に示すように定着装置１５０は、薄肉で可撓性を有する無端状のベルト部材としての定着ベルト８０と、定着ベルト８０に対向して配置された加圧部材としての加圧ローラ８４とを有している。定着ベルト８０の内部には、定着ベルト８０と加圧ローラ８４との間に記録媒体である用紙Ｓを挟持して搬送するニップ部Ｎを形成するためのニップ形成ユニット８６が設けられている。ニップ形成ユニット８６は、加圧ローラ８４に対向して定着ベルト８０の内側に配置されたニップ形成部材８８と、ニップ形成部材８８を加圧ローラ８４からの加圧力に対抗して保持するステー部材９０とを有している。ニップ形成部材８８は、図１４に示すように摺動シートとしての低摩擦シート６を介して定着ベルト８０の内面と摺動する。また、低摩擦シート６にフッ素グリースやシリコーンオイル等の潤滑剤を塗布することで、摺動トルクを低減することができる。さらに、低摩擦シート６を設けることなく、ニップ形成部材８８が定着ベルト８０の内面に直接接触する構成としてもよい。
【００２３】
ステー部材９０はニップ部Ｎ側とは反対側が開口されたボックス形状を呈しており、その内部には熱源としてのハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂが配置されている。定着ベルト８０は、ステー部材９０の開口側において、ハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂにより内面側から輻射熱で直接加熱される。ハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂによる加熱効率を上げるため、ステー部材９０の内面には、ハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂから放射される光を定着ベルト８０へ反射させる板状の反射部材９４が設けられている。反射部材９４は、ハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂからの輻射熱等によりステー部材９０が加熱されてしまうことによる無駄なエネルギ消費を抑制すべく設けられている。反射部材９４に代えて、ステー部材９０の内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できる。
【００２４】
加圧ローラ８４は、図３に示すように、中空の金属ローラ８４ａにシリコーンのゴム層８４ｂを設けた構成を有している。離型性を得るためにゴム層８４ｂの表面には、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂）またはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）からなる層厚５〜５０μｍの離型層が設けられている。加圧ローラ８４は、画像形成装置に設けられたモータ等の駆動源からギヤを介して駆動力が伝達されて回転する。また、加圧ローラ８４はスプリング等により定着ベルト８０側に押圧されており、ゴム層８４ｂが押し潰されて変形することにより用紙搬送方向に所定のニップ幅Ｎｗが形成される。加圧ローラ８４は中実のローラであってもよいが、中空の方が熱容量は少なくより好ましい。加圧ローラ８４は内部にハロゲンヒータ等の加熱源を有していてもよい。ゴム層８４ｂはソリッドゴムでもよいが、加圧ローラ内部にヒータがない場合に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８０の熱が奪われにくくなるので、より好ましい。
【００２５】
定着ベルト８０は、層厚が３０〜５０μｍのニッケルやＳＵＳ等の金属ベルトやポリイミド等の樹脂材料を用いた無端ベルト、もしくはフィルムである。ベルトの表層はＰＦＡまたはＰＴＦＥ層等の離型層を有し、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またはＰＴＦＥ層との間には、他にシリコーンゴムの層等で形成された弾性層を有していてもよい。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するときにベルト表面の微妙な凹凸が画像に転写されて画像のベタ部に定着ムラ（光沢ムラ）が残るという不具合が生じる。
【００２６】
上述の不具合を改善するには、シリコーンゴム層を１００μｍ以上設ける必要がある。これにより、シリコーンゴム層が変形することで微妙な凹凸が吸収されて定着ムラが改善される。定着ベルト８０は、加圧ローラ８４の回転により接触摩擦で連れ回りする。定着ベルト８０はニップ部Ｎで挟み込まれて回転するが、ニップ部Ｎ以外では両端部を円筒状のまま保持されており、定着ベルト８０の断面形状は安定的に円形状に維持される。また図２に示すように、ニップ部Ｎの用紙搬送方向下流側には、定着ベルト８０から用紙Ｓを分離する分離部材３２が設けられている。
【００２７】
本実施形態では、図１及び図３に示すようにニップ部Ｎの形状を平坦状にしているが、加圧ローラ８４側から見て定着ベルト８０側に凸となる凹形状やその他の形状であってもよい。ニップ部Ｎの形状は、凹形状の方が用紙先端の排出方向が加圧ローラ８４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。この場合、ニップ形成部材８８のニップ形成面が凹形状に形成されるが、この場合にはニップ形成部材８８と一体に設けられた後述する端部熱源である端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの接触面もニップ形成面に沿った形状としてもよい。
【００２８】
ステー部材９０の働きにより、加圧ローラ８４から圧力を受けるニップ形成部材８８の撓みを防止し、定着ベルト８０の幅方向で均一なニップ幅を得ることができる。本実施形態では、加圧ローラ８４を定着ベルト８０側へ押圧してニップ部Ｎを形成する構成としたが、ニップ形成ユニット８６を加圧ローラ８４側へ押圧してニップ部Ｎを形成する構成としてもよい。ステー部材９０は、ニップ形成部材８８を支持するために十分な撓み強度を備えている。材質としては、ステンレスや鉄といった金属材料、セラミックス等の金属酸化物等が挙げられる。
【００２９】
図４に示すように定着ベルト８０は、幅方向における両端側を、側板３４から幅方向に突出する支持部材としてのフランジ３６により回転可能に支持されている。図４では定着ベルト８０の幅方向における一方側の支持構成を示しているが、他方側も同様の構成である。定着ベルト８０の両端部をガイドするフランジ３６は、定着ベルト８０の内径とほぼ同等の外径を有し、定着ベルト８０の両端から内側に５〜１０ｍｍ入り込む長さを有している。定着ベルト８０はフランジ３６によってガイドされることにより、走行中（回転中）においてもその断面形状を円形状に維持される。フランジ３６のニップ部Ｎに対応する部分は、ニップ形成ユニット８６を所定の位置に配置するために開口されている。ステー部材９０は定着ベルト８０の幅方向全体にわたって延びる長さを有しており、その両側を側板３４にそれぞれ固定されて位置決めされた状態で支持されている。
【００３０】
図５に示すように、第１の熱源であるハロゲンヒータ８２ａは定着ベルト８０の幅方向における中央部の配光分布が密な小サイズの用紙Ｓに対応したハロゲンヒータである。第２の熱源であるハロゲンヒータ８２ｂは、同幅方向における両端部の配光分布が密なＡ３サイズ等の用紙Ｓに対応したハロゲンヒータである。用紙Ｓが小サイズのときはハロゲンヒータ２８ａのみが点灯され、非通紙部が無駄に加熱されることが防止される。
【００３１】
Ａ３サイズの幅やＡ４サイズを横向きにしたＡ４Ｙの幅と、Ａ３ノビ（３２９ｍｍ）及び１３インチ（３３０ｍｍ）との差は３２〜３３ｍｍである。従って、定着ベルト８０の幅方向両端部のみを加熱する方式であれば、上記の半分である１６〜１６．５ｍｍの幅だけ両端部をそれぞれ加熱できれば、図５に示すように、Ａ３サイズからＡ３ノビ等へと用紙対応幅を広げることができる。換言すれば、ハロゲンヒータ８２ｂの両端部における配光分布が密でない部分をそれぞれ加熱できれば、Ａ３ノビ等の大サイズの用紙Ｓにも対応可能となる。従って端部熱源として用いられる端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂとしては、定着ベルト８０の幅方向長さが２０ｍｍ程度の小型なヒータで済むこととなる。
【００３２】
Ａ３ノビや１３インチ等の大サイズの用紙Ｓを通紙する場合には、ハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂ及び端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂに通電する。Ａ３サイズ以下の用紙を通紙する場合には、ハロゲンヒータ８２ａ及び８２ｂ、あるいはハロゲンヒータ８２ａのみ通電し、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂには通電しない。ハロゲンヒータ８２ｂをＡ３ノビ等の大サイズの用紙Ｓに対応可能な加熱構成とすると、大サイズの用紙Ｓを通紙しない場合にもその部分を加熱することになって無駄なエネルギを消費することになる。本実施形態の構成によれば、定着ベルト８０の両端部ないし両端近傍に端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂを追加するという簡単な構成の付加によって上記問題を解消することができる。
【００３３】
また本実施形態において、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂとしては共にＰＴＣ特性を有していてもよい。ＰＴＣ特性を有していれば、設定温度以上で抵抗値が増加するため設定温度以上に昇温することがなく、燃焼やベルト破損の虞がない安全な定着装置を実現することができる。さらに本実施形態では、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂを定着ベルト８０の内方に設ける構成としたので、定着ベルト８０の走行移動を妨げることがなく内側からベルト端部を加熱することができる。そして、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂのベルト接触面を滑らかな材料からなる別部材で構成することにより、摺動抵抗を低減してベルト走行を安定化させることができる。
【００３４】
図６に示すように、ステー部材９０の加圧ローラ８４側の側面９０ａには定着ベルト８０の幅方向に延びる２つの凸条９０ｂ，９０ｃが形成されている。定着ベルト８０の幅方向が長い直方体状のニップ形成部材８８は、凸条９０ｂ，９０ｃ間に収容されて位置決めされ、接着等の手段により側面９０ａに固定されている。ニップ形成部材８８の長手方向の両端部には、段差部としての凹部８８ａ，８８ｂが形成され、これらには端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂがそれぞれ収容されて接着等の手段によりそれぞれ固定されている。ニップ形成部材８８の加圧ローラ８４に対向する面はニップ形成面８８ｃを形成している。
【００３５】
ここで端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂについて説明する。本実施形態に用いられる端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂはそれぞれ同じものであり、図１５に端部ヒータ１１２ａを代表して示す。
端部ヒータ１１２ａは、外形が１０ｍｍ×２０ｍｍ程度のセラミック基材５１に発熱部材である抵抗発熱体５２をパターニングし、その上に薄膜のガラス層による絶縁層５３を積層して構成されている。端部ヒータ１１２ａの端部には、電源及びスイッチング素子と接続される端子５４が設けられている。
【００３６】
上述のように、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂはその一方の面側に抵抗発熱体５２を有しており、抵抗発熱体５２を有する一方の面側が主に発熱して他方の面側にはあまり熱が届かないように構成されている。本実施形態に用いられる端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂは、凹部８８ａ，８８ｂと接する側に抵抗発熱体５２を有しており、その面側にそれぞれ端子５４が設けられている。
端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂは、図１６に示すように、定着ベルト８０と接しない側に抵抗発熱体５２を配置することにより、万が一絶縁層５３が破損しても供給される電力が定着ベルト８０に到達しないように構成されている。特に定着ベルト８０が後述のように金属で構成されている場合には、定着ベルト内の金属を通じて画像形成装置内の他の部品、一例として公知の定着ベルトに対する接触サーミスタに悪影響が及ぶ可能性が高まる。従って、定着ベルト８０と抵抗発熱体５２との沿面距離確保のために、上述した構成がより好適となる。
【００３７】
図７（ａ）に示すように、定着ベルト８０の内面に接触する端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの面とニップ形成面８８ｃとは、定着ベルト８０の内面を押す方向である矢印Ｆ方向（抗力方向）の高さが同一となるように構成されている。換言すれば、定着ベルト８０の内面に接触する端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの面は、ニップ形成面８８ｃの長手方向における延長面となるように構成されている。本実施形態では、ニップを形成するために必要なニップ形成部材８８に対して端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂを一体的に設ける構成としたので、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂを定着ベルト８０の内側に配置でき省スペース化を図ることができる。
【００３８】
また、定着ベルト８０の内面に接触する端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの面とニップ形成面８８ｃとは同一高さ（同一平面上）に位置するので、加圧ローラ８４による充分な加圧力が定着ベルト８０と端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂとの間に加えられる。これにより、定着ベルト８０と端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂとが密着した状態でのベルト走行が実現でき、伝熱性の向上によって端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂによる良好な加熱効率を維持できる。また、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂによる定着ベルト８０に対する加熱部位がニップ領域内に存在するので、特許文献１のようにニップ部Ｎとは異なる部位で加熱することによる未転写トナーの再溶融の問題も生じない。さらに、伝熱性を向上させるために端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂと定着ベルト８０とを密着させるための付勢手段を加圧ローラ８４が兼ねるので、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂのみを加圧する構成が不要となり従来に比して構成を簡易化できる。換言すれば、ニップ部Ｎを形成するための加圧力を利用して端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂと定着ベルト８０とを密着させているので、特許文献１に開示された構成における走行性と伝熱不良とのトレードオフの問題も生じない。
【００３９】
本実施形態では、ニップ形成部材８８に形成する凹部の形状を、ニップ形成部材８８の長手方向の端部が開放された形状としたが、図７（ｂ）に示すように、四方が囲まれた凹部８８ａ，８８ｂとしてもよい。また、前記長手方向の前後が塞がれ、前記長手方向と直交する両側が開放された構成としてもよい。
【００４０】
また、図８に示すように、凹部８８ａ，８８ｂにおいて端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂを弾性部材３８で支持する構成としてもよい。図８（ａ）に示すように、加圧ローラ８４による加圧力が掛かっていない状態では定着ベルト８０の内面に接触する端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの面とニップ形成面８８ｃとは同一の高さにない。しかし、図８（ｂ）に示すように、加圧ローラ８４による加圧力が掛かってニップ部Ｎが形成されると、弾性部材３８が変形して定着ベルト１４の内面に接触する端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの面がニップ形成面８８ｃと同一の高さとなる。弾性部材３８としては、ゴム系のものやバネを採用することができる。
【００４１】
上述のように、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂは別部材であるニップ形成部材８８に固定して位置決めされるため、定着ベルト８０の内面に対する端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの接触面とニップ形成面８８ｃの高さとが組み付け段階でずれる可能性がある。このような場合でも端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂが弾性部材３８で支持されている構成とすれば、製造誤差を吸収してニップ形成時に面高さを同一にすることができる。
【００４２】
本実施形態では、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂをニップ形成ユニット８６に一体的に設ける構成としたが、本発明はこれに限定されない。図９に示すように、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂをニップ形成ユニット８６とは独立してニップ領域に設けてもよい。例えば、側板３４に固定された支持部材４２ａ，４２ｂに固定する構成を採用できる。この場合にも定着ベルト８０の内面に接触する端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの面とニップ形成面８８ｃとは同一高さに設定される。本例においても端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂが弾性部材３８によって変位する構成としてもよい。
【００４３】
また本実施形態では、ニップ形成ユニット８６としてステー部材９０やハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂを一体に備えた構成としたが、ニップ形成部材８８と端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂとの一体構成からなる単品も本発明に係るニップ形成ユニットである。
【００４４】
また、図１９に示すように、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの長さを、ハロゲンヒータ８２ｂの最端部における配熱出力の低下部分を補完し、かつＡ３ノビ等のサイズの用紙にも対応できる大きさとしてもよい。また、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂについては両端１対の配置構成にとどまらず、例えば様々な用紙サイズに応じて複数対設けられていてもよい。
端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂは、ハロゲンヒータ８２ｂよりもさらに定着ベルト８０の幅方向外側に配置されていてもよい。このような場合にはより多くの用紙サイズに対応することができ、また高精度に加熱することが可能となり、より望ましい。
【００４５】
端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂとしてＰＴＣ特性を有するヒータを用いた場合には、通常、ハロゲンヒータを用いた場合に比べ昇温時間が長くかかる。このため、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂとハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂとを同じタイミングで加熱すると中央部側の内側だけ先に加熱されてしまい、無駄なエネルギを消費することになる。また、通紙により熱が奪われると、ＰＴＣの特性上、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂはハロゲンヒータよりも目標温度に復帰するための加熱時間が長くかかる。
【００４６】
このため、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの加熱サイクルに合わせて生産性を落として対応することで、中央部と端部とで温度バラツキのない加熱制御を行うことができるようになる。すなわち、定着ベルト８０の両端部ないし両端近傍を加熱する端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂを使用するときは、端部の温度上昇に合わせてその他の通常サイズ紙に対応したハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂを加熱制御する。これにより、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの発熱量が低い場合、通常サイズ紙に対応したヒータ加熱部のみ先に昇温されてしまい、必要以上にエネルギが消費されることを防ぐことができる。また、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂを使用するサイズの用紙Ｓを搬送する場合の搬送速度を、それ以外のサイズの用紙Ｓの搬送速度よりも遅くする。このようにして使用頻度の低い大サイズの用紙Ｓの生産性を落とすことで、両端部の加熱ヒータ（端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂ）を簡略化及び低コスト化でき効率化を図ることができる。
本実施形態では、定着熱源としてのハロゲンヒータを２本有する構成を示したが、本発明はこれに限定されず、小サイズ紙対応のための３本以上のハロゲンヒータを有する構成でもよい。
【００４７】
図１７は、ニップ形成ユニットの変形例を示している。
ニップ形成ユニット６３は、ニップ形成部材８８と、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂと、ニップ形成部材８８を加圧ローラ１６からの加圧力に対抗して保持するステー部材６４とを有している。
ステー部材６４は、ニップ形成部材８８を受けるべくステー部材９０と同様に構成された受け部６４ａと、ほぼ三角形の断面形状を呈した脚部６４ｂとを一体的に有している。脚部６４ｂと定着ベルト１４との間には、輻射熱により定着ベルト１４をその内面側から直接加熱する定着熱源としてのハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂが配置されている。
ハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂによる加熱効率を上げるため、ハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂから放射される光を定着ベルト８０へ反射する円弧形状の板材からなる反射部材６５が、脚部６４ｂとハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂとの間に設けられている。
【００４８】
上述のニップ形成ユニット６３をニップ形成ユニット８６に代えて用いても、上述した実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
なお、反射部材６５を設ける代わりに、脚部６４ｂの外面に断熱もしくは鏡面処理を行ってもよい。この場合は、反射部材６５を設ける場合に比して加熱効率が若干低下することとなる。
【００４９】
ここで、金属製の定着ベルトについて説明する。図２、図１４、図１６、図１７に示した定着ベルト８０は、その外周面に接する加圧ローラ８４の回転に従動回転して熱源からの熱をニップＮに向けて搬送する。このような構成の定着装置では定着ベルト８０に掛かる負荷が大きく、ポリイミド等の樹脂材料では強度が不足する場合がある。
このため、強度に優れたステンレス、ニッケル、アルミニウム、銅等の金属材料が定着ベルト８０の基材材料として用いられる場合が多い。
【００５０】
図１８にモデル的に示すように、金属材料を含む基材４６を用い、その外周面に弾性層４７を、さらにその外周面に離型層４８を周知の方法によって形成し、本実施形態で示した定着ベルト１４を構成することができる。
ここで基材４６に求められる性能としては、定着ベルト８０を構成した際の耐久性、柔軟性、及び定着温度での使用に耐え得る耐熱性が挙げられ、弾性層４７、離型層４８もこれ等の性能を満足するように形成する。
さらに、定着ベルト８０の基材４６としては、ステンレスよりもニッケルの方が適している。これは、強度が高く、耐久性にも優れ、また電鋳プロセスにより無端状ベルトの製造が容易であるためである。
【００５１】
上記各実施形態におけるハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂ及び端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの電気的接続構成を、第１の実施形態として図１０に、第２の実施形態として図１１にそれぞれ示す。用紙Ｓをセンタ基準で搬送する場合、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂは常に同時に駆動するので、第１の実施形態において端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂは電源１２０に対してそれぞれ直列に電気接続されている。このような接続構成とすることで、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂを個別にオンオフする構成に比べて電気制御を簡易化することができる。また、片側の端部ヒータ１１２ａまたは１１２ｂが故障したときとき、両者の電気接続を同時に絶つことができるので安全性を確保することができる。ハロゲンヒータ８２ａはスイッチ１２０ａにより、ハロゲンヒータ８２ｂはスイッチ１２０ｂにより、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂはスイッチ１２０ｃにより通電をオンオフされる。
【００５２】
端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂによる加熱は、Ａ３サイズより大きいサイズの用紙Ｓを通紙する場合であり、そのときは両端部を加熱するハロゲンヒータ８２ｂが同時に点灯される。従って第２の実施形態では、ハロゲンヒータ８２ｂを端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂと直列に繋ぐ配線を施し、スイッチ１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃによって経路を切り替えながら電力供給を制御している。この構成により、制御装置をさらに簡素化しつつ第１の実施形態と同様の作用効果を発揮することができる。ここでは、ハロゲンヒータ８２ｂと端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂとは温度特性が異なるので、経路の切り替えにより両者の温度を調整している。
【００５３】
小サイズの用紙Ｓを通紙する場合には、スイッチ１２０ａ，１２１ａがオンされてハロゲンヒータ８２ａのみが駆動される。Ａ３サイズまでの大サイズの用紙Ｓを通紙する場合には、スイッチ１２０ａ，１２１ａ，１２０ｂ，１２１ｂがオンされてハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂが共に駆動される。Ａ３サイズより大きいサイズの用紙を通紙する場合には、スイッチ１２０ａ，１２１ａ，１２０ｂ，１２１ｂがそれぞれオンされると共に、スイッチ１２０ｃ，１２１ｃがそれぞれオンオフ制御される。これにより、ハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂが駆動されると共に、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂが適宜オンオフ駆動される。図１０に示した電気接続の場合には、ハロゲンヒータ８２ａ，８２ｂと端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂとがそれぞれ並列に接続されているため、スイッチ１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃによって三者を独立してオンオフ制御することができる。
【００５４】
各実施形態で示した回路構成に基づいた加熱動作は、定着ベルト８０の外側近傍に配設された温度センサ１２５（図２参照）によって温度制御される。従って、温度センサ１２５が故障した際に暴走することを防止するため、サーモスタット１２６（図２参照）等の安全装置を定着ベルト８０の外側近傍に配設する必要がある。第２の実施形態では、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂは常にハロゲンヒータ８２ｂと同時に駆動される。このため、ハロゲンヒータ８２ｂ近傍の定着ベルト８０の外側近傍にサーモスタット１２６を配設しておけば、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの異常も同時に検知することができ、安全装置を簡略化することができる。
【００５５】
一方、第２の実施形態では、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂを独立して駆動することができない。このため、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの加熱性能がハロゲンヒータ８２ｂよりも劣っている場合には、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂによって加熱される領域がハロゲンヒータ８２ｂによって加熱される領域よりも温度が低くなってしまう。そして、発生した温度差を解消する制御を行うことができないという問題点がある。
【００５６】
このため第２の実施形態では、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの加熱性能がハロゲンヒータ８２ｂよりも高くなるように各ヒータを選択する必要がある。具体的には、図１２に示す各ヒータの昇温特性カーブにおいて、実線で示す端部ヒータの特性カーブが破線で示すハロゲンヒータの特性カーブよりも時間当たりの昇温速度が速くなるように各ヒータを選択する。この条件でスイッチ１２１ｃをオンさせると、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂによって加熱される領域の方がハロゲンヒータ８２ｂによって加熱される領域よりも早く目標温度に到達し、高いベルト温度を維持することができる。この温度差を均すため、スイッチ１２１ｃをオフしてスイッチ１２１ｂをオンさせればハロゲンヒータ８２ｂの加熱領域のみを昇温できるので、先に加熱された領域と同じ温度に温度制御を行うことができる。
【００５７】
第１の実施形態では、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂを独立してオンオフ制御できるのでこの限りではなく、端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂとハロゲンヒータ８２ｂとの加熱性能はどちらが優位であっても構わない。従って第１の実施形態では、第２の実施形態に比して端部ヒータ１１２ａ，１１２ｂの選択の自由度が向上する。
【００５８】
上述したように本発明によれば、第１の実施形態により、端部ヒータ１１２の加熱力がハロゲンヒータ８２の加熱力より劣っている場合であっても端部ヒータ１１２のみを独立して加熱駆動することができる。これにより、端部ヒータ１１２による加熱温度をハロゲンヒータ８２による加熱温度と同じ温度に制御することができ、ヒータ選択の自由度を向上することができる。また、第２の実施形態により、温度センサ１２５が故障した際の暴走を防止するためサーモスタット１２６等の安全装置をハロゲンヒータ８２に設けておけば、端部ヒータ１１２の異常も同時に防止することができ、安全装置を簡略化することができる。
【００５９】
定着装置を有する複写機や複合機等の画像形成装置において、通常は生産性（ＣＰＭやＰＰＭ）に応じて線速や定着温度、定着圧力等を変えてシリーズ機の対応を行っている。このとき、第１の実施形態で示した回路構成と第２の実施形態で示した回路構成とを使い分ける必要が生じる場合がある。図１３は、第１の実施形態で示した回路構成と第２の実施形態で示した回路構成との共通配線部分を抜き出した本発明の第３の実施形態における回路構成である。図１３において、直列に接続された端部ヒータ１１２ｂから出ている接続部１を、接点Ａに接続させるか接点Ｂに接続させるかによって、第１の実施形態で示した回路構成と第２の実施形態で示した回路構成とを簡単に切り替えることができる。接続部１を接点Ａに接続させることにより第１の実施形態で示した回路構成が、接続部１を接点Ｂに接続させることにより第２の実施形態で示した回路構成がそれぞれ構成される。
【００６０】
この構成により、図１３に示した状態で定着装置を構成しておき、接続部１を接点Ａまたは接点Ｂに選択的に接続させることにより、回路構成を簡単に使い分けることができる。これにより、端部ヒータ１１２の応答性能や線速、生産性に応じてシリーズ機を分ける際に、共通の定着装置を用いることができ生産性を向上することができる。
【００６１】
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定しない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を例示したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００６２】
８０  ベルト部材（定着ベルト）
８４  加圧部材（加圧ローラ）
８２ａ，８２ｂ  熱源（ハロゲンヒータ）
８８  ニップ形成部材
１００  画像形成装置
１１２ａ，１１２ｂ  端部熱源（端部ヒータ）
１５０  定着装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６３】
【特許文献１】特開２０１４−１７８３７０号公報
【図１】
0006686409.tif 000002
【図２】
0006686409.tif 000003
【図３】
0006686409.tif 000004
【図４】
0006686409.tif 000005
【図５】
0006686409.tif 000006
【図６】
0006686409.tif 000007
【図７】
0006686409.tif 000008
【図８】
0006686409.tif 000009
【図９】
0006686409.tif 000010
【図１０】
0006686409.tif 000011
【図１１】
0006686409.tif 000012
【図１２】
0006686409.tif 000013
【図１３】
0006686409.tif 000014
【図１４】
0006686409.tif 000015
【図１５】
0006686409.tif 000016
【図１６】
0006686409.tif 000017
【図１７】
0006686409.tif 000018
【図１８】
0006686409.tif 000019
【図１９】
0006686409.tif 000020