(57)【要約】【課題】ヒートパイプを備えていない定着装置と比較して、加圧部材の長手方向の温度差を低減した定着装置、および、その定着装置を備える画像形成装置を提供する。【解決手段】回転可能な定着ロール６１と、定着ロール６１に接触しながら移動可能な無端ベルト６２と、無端ベルト６２の内側に配置され、無端ベルト６２を介して定着ロール６１を加圧して定着ロール６１と無端ベルト６２との間に用紙Ｐが通過するニップ部Ｎを形成する圧力パッド６４と、圧力パッド６４の長手方向の異なる領域間で熱が移動するように配置されている複数のヒートパイプ８０とを備える、記録媒体に保持されたトナー像を定着する定着装置６０である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能な回転部材と、
前記回転部材に接触しながら移動可能な無端ベルトと、
前記無端ベルトの内側に配置され、前記無端ベルトを介して前記回転部材を加圧して前記回転部材と前記無端ベルトとの間に記録媒体が通過するニップ部を形成する加圧部材と、
前記加圧部材の長手方向の異なる領域間で熱が移動するように配置されている複数のヒートパイプと、
を備えることを特徴とする、記録媒体に保持されたトナー像を定着する定着装置。
【請求項２】
前記複数のヒートパイプが前記加圧部材の少なくとも一部を構成してい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】
前記複数のヒートパイプが、前記加圧部材を保持する保持部材の少なくとも一部を構成しているか、または、前記保持部材の外部に接触していることを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
【請求項４】
前記複数のヒートパイプのそれぞれが、前記加圧部材の長手方向中央部と長手方向端部の一方および他方との間で熱が移動するように配置されてい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。
【請求項５】
静電潜像保持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
前記静電潜像をトナーにより現像する現像手段と、
得られたトナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
転写された記録媒体上のトナー像を定着する定着手段と、を備え、
前記定着手段が請求項１〜４のいずれか一項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、定着装置および画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置では、例えばドラム状に形成された感光体（感光体ドラム）を帯電し、この感光体ドラムを画像情報に基づいて制御された光で露光して感光体ドラム上に静電潜像を形成する。そして、この静電潜像をトナーによって可視像（トナー像）とし、このトナー像を感光体ドラム上から用紙等の記録媒体に転写した後、定着装置によってこのトナー像を記録媒体に定着している。
【０００３】
このような画像形成装置に用いられる定着装置は、例えば、図７に示すように、円筒状のコア１１１の内部に加熱源１１４を備え、そのコア１１１に耐熱性弾性体層１１２と、その外周面に離型層１１３とが積層されて形成された定着ロール１１０、および、この定着ロール１１０を圧する状態で接触して配置され、コア１２１に耐熱性弾性体層１２２と、その外周面に離型層１２３とが積層されて形成された加圧ロール１２０で構成されている。そして、定着ロール１１０と加圧ロール１２０との間のニップ部に、未定着トナー像を保持した記録媒体を通過させて、未定着トナー像に対して加熱と加圧とを行うことによって、記録媒体にトナー像を定着している。このような定着装置は、ロールニップ方式、２ロール方式、または加熱ロール方式と呼ばれて、一般に広く利用されている。
【０００４】
ところで、ロールニップ方式の定着装置において高速化を図ろうとする場合には、トナーおよび記録媒体に充分な熱量が供給できるように、ニップ部の幅を定着速度に比例して広くすることが望まれる。
【０００５】
画像形成装置の高速化に対応した定着装置を実現するべく、表面が弾性変形する回転可能な定着ロールと、この定着ロールに接触したまま走行可能な無端ベルトと、この無端ベルトの内側に非回転状態で配置された圧力パッドと、圧力パッドと無端ベルトの間に摩擦抵抗の低いシート状の摺動部材とを具備し、圧力パッドによって、摺動部材を介して、定着ロールとの接触面が形成されるように無端ベルトを定着ロールに接触させ、無端ベルトと定着ロールとの間に用紙等の記録媒体を通過させることができるようにニップ部を設けるとともに、定着ロールの表面のうち、記録媒体の出口側のニップ部を局部的に弾性変形させるように構成した定着装置に関する技術が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００６】
特許文献１、特許文献２に記載したような定着装置（「フリーベルトニップ方式」という。）では、従来のロールニップ方式の定着装置における加圧ロールに代え、例えば、記録媒体の入口側の弾性材部および出口側の極圧部を含む複数の圧力部を設けた圧力パッドを用いて、無端ベルトを定着ロールに接触させている。このような構成を採用することにより、定着ロールと無端ベルトとによって形成されるニップ部の幅を従来の定着ロールと加圧ロールとのニップ部の幅より容易に大きくすることができるとともに、ニップ部において高いニップ圧を付与することができるので、高速化への対応が可能となり、しかも装置の小型化を図ることも容易となる。
【０００７】
さらには、定着ロールに接する無端ベルトの熱容量が小さく、加えて圧力パッドが非回転状態で配置されていることから、定着ロールから伝わる熱が外部に発散され難い構成を実現している。そのため、定着ロールの回転が開始されても、定着ロールから無端ベルト側に奪われる熱量は少なく、トナーの溶融に際しての熱効率を高めることができるとともに、ニップ部での温度低下量も小さいことから、トナーの定着性の向上を図ることができるという利点も有しており、小型高速対応省エネ型の定着装置として実用されてきている。
【０００８】
小型化および省エネ化が可能で、ベルト部材を用いながらも構造がシンプルであり、ニップ部の幅が確保できる定着装置として、例えば図３に示すような、コア６１１上に樹脂弾性体層を持たず、離型層６１３のみを持つハードロールである定着ロール６１を加熱側に備え、加圧側には無端ベルト６２と無端ベルト６２の内部にある圧力パッド６４とを備えるベルト定着方式も開発されている。
【０００９】
未定着トナーが接する定着側に無端ベルトを配した構成も実用化されており、例えば、図４に示すような、加圧側に加圧ロール９２を、加熱側に無端ベルト６２を用い、無端ベルト６２内の金属層をベルト外部の磁場発生ユニット９０からの電磁誘導によって加熱し、無端ベルト６２内にある加圧部材としてのプレニップ部材６４ａ及び剥離ニップ部材６４ｂと、対向する加圧ロール９２とでニップ部を形成してトナーを定着する構成の定着装置が、省エネ型の定着装置として挙げられる。
【００１０】
特許文献３には、加熱部材と、加圧部材との間に被加熱部材を導入して加熱部材の熱エネルギーを被加熱部材に付与する加熱装置において、前記加圧部材に放熱機構を設けた加熱装置、および、当該加熱装置を画像形成手段側からの被記録材上の画像を加熱処理する像加熱装置として備えた画像形成装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−１３３７７６号公報
【特許文献２】特開２００５−１４８６１８号公報
【特許文献３】特開平７−２５３７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、ヒートパイプを備えていない定着装置と比較して、加圧部材の長手方向の温度差を低減した定着装置、および、その定着装置を備える画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に係る発明は、回転可能な回転部材と、前記回転部材に接触しながら移動可能な無端ベルトと、前記無端ベルトの内側に配置され、前記無端ベルトを介して前記回転部材を加圧して前記回転部材と前記無端ベルトとの間に記録媒体が通過するニップ部を形成する加圧部材と、前記加圧部材の長手方向の異なる領域間で熱が移動するように配置されている複数のヒートパイプとを備える、記録媒体に保持されたトナー像を定着する定着装置である。
【００１４】
請求項２に係る発明は、前記複数のヒートパイプが前記加圧部材の少なくとも一部を構成している、請求項１に記載の定着装置である。
【００１５】
請求項３に係る発明は、前記複数のヒートパイプが、前記加圧部材を保持する保持部材の少なくとも一部を構成しているか、または、前記保持部材の外部に接触している、請求項１に記載の定着装置である。
【００１６】
請求項４に係る発明は、前記複数のヒートパイプのそれぞれが、前記加圧部材の長手方向中央部と長手方向端部の一方および他方との間で熱が移動するように配置されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着装置である。
【００１７】
請求項５に係る発明は、静電潜像保持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記静電潜像をトナーにより現像する現像手段と、得られたトナー像を記録媒体に転写する転写手段と、転写された記録媒体上のトナー像を定着する定着手段と、を備え、前記定着手段が請求項１〜４のいずれか一項に記載の定着装置である、画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に係る発明によれば、ヒートパイプを備えていない定着装置と比較して、加圧部材の長手方向の温度差を低減した定着装置が提供される。
【００１９】
請求項２に係る発明によれば、ヒートパイプが加圧部材とは別に配置されている構成と比較して、長手方向の温度差を低減した定着装置が提供される。
【００２０】
請求項３に係る発明によれば、ヒートパイプを加圧部材として使用する構成と比較して、加圧部材の弾性が確保された定着装置が提供される。
【００２１】
請求項４に係る発明によれば、複数のヒートパイプのそれぞれが加圧部材の長手方向中央部と長手方向端部の一方および他方との間で熱が移動するように配置されていない場合と比較して、加圧部材の長手方向中央部と長手方向両端部との温度差をより迅速に低減した定着装置が提供される。
【００２２】
請求項５に係る発明によれば、ヒートパイプを備えていない定着装置を備える画像形成装置と比較して、加圧部材の長手方向の温度差を低減した定着装置を備える画像形成装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係る定着装置が適用される画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る定着装置の一例の構成を示す側断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る定着装置の他の例の構成を示す側断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る定着装置の他の例の構成を示す側断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係るヒートパイプの一例の構成を示す側断面図である。
【図６】実施例１および比較例１について、小サイズ用紙の連続通紙後のニップ部の長手方向における温度分布を示す図である。
【図７】従来のロールニップ方式の定着装置の構成の一例を示す側断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００２５】
本明細書において、ニップ部および加圧部材等の「長手方向中央部」（以下、「中央部」ともいう。）とは、定着装置におけるニップ部および加圧部材等の長手方向の中央に相当する領域を含む領域であればよい。長手方向中央部は、例えば、ニップ部および加圧部材等の長手方向の中央の位置から、両端の各々に向かって、長手方向の長さの２０％以下の長さを占める領域、すなわち、ニップ部および加圧部材等の長手方向の中央の位置を含み、ニップ部および加圧部材等の長手方向の長さの４０％以下を占める領域である。
【００２６】
また、本明細書において、ニップ部および加圧部材等の「長手方向端部」（以下「端部」ともいう）とは、定着装置におけるニップ部および加圧部材等の長手方向の末端を含む領域であればよい。長手方向端部は、例えば、ニップ部および加圧部材等の長手方向の末端から中央に向かって、長手方向の長さの２０％以下の長さを占める領域である。「長手方向両端部」（以下「両端部」ともいう）とは、長手方向端部の両者である。
【００２７】
図１は、本実施形態に係る定着装置が適用される画像形成装置の一例を示す概略構成図である。図１に、一般にタンデム型と呼ばれる中間転写方式の画像形成装置を示す。図１に示す画像形成装置は、電子写真方式により各色成分（イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｂ））のトナー像が形成される複数の画像形成ユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋと、各画像形成ユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋにより形成された各色成分トナー像を中間転写ベルト１５に順次転写（一次転写）させる一次転写部１０と、中間転写ベルト１５上に転写された重畳トナー画像を用紙（記録媒体）Ｐに一括転写（二次転写）させる二次転写部２０と、二次転写された画像を用紙Ｐ上に定着させる定着装置６０と、を備えている。また、各装置（各部）の動作を制御する制御部４０を有している。
【００２８】
各画像形成ユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋは、矢印Ａ方向に回転する感光体ドラム１１の周囲に、感光体ドラム１１を帯電する帯電装置１２と、レーザ等で感光体ドラム１１上に静電潜像を書込む露光装置１３（図１中、露光ビームを符号Ｂｍで示す）と、各色成分トナーが収容されて感光体ドラム１１上の静電潜像をトナーにより可視像化する現像装置１４と、感光体ドラム１１上に形成された各色成分のトナー像を一次転写部１０にて中間転写ベルト１５に転写する一次転写ロール１６と、感光体ドラム１１上の残留トナーを除去するドラムクリーナ１７等の電子写真用デバイスが順次配置されている。これらの画像形成ユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋは、中間転写ベルト１５の上流側から、例えば、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の順に配置されている。
【００２９】
中間転写体である中間転写ベルト１５は、例えば、ポリイミドまたはポリアミド等の樹脂にカーボンブラック等の帯電防止剤を適当量含有させたフィルム状の無端ベルトで構成されている。そして、その体積抵抗率は、例えば、１０６Ωｃｍ以上１０１４Ωｃｍ以下となるように形成されており、その厚さは、例えば０．１ｍｍ程度に構成されている。中間転写ベルト１５は、各種ロールによって、図１に示すＢ方向に予め定めた速度で循環駆動（回転）されている。この各種ロールとして、定速性に優れたモータ（図示せず）により駆動されて中間転写ベルト１５を回転させる駆動ロール３１と、各感光体ドラム１１の配列方向に沿って延びる中間転写ベルト１５を支持する支持ロール３２と、中間転写ベルト１５に対して一定の張力を与えると共に中間転写ベルト１５の蛇行を防止する補正ロールとして機能するテンションロール３３と、二次転写部２０に設けられるバックアップロール２５と、中間転写ベルト１５上の残留トナーを掻き取るクリーニング部に設けられるクリーニングバックアップロール３４と、を有している。
【００３０】
一次転写部１０は、中間転写ベルト１５を挟んで感光体ドラム１１に対向して配置される一次転写ロール１６により構成されている。一次転写ロール１６は、例えば、シャフトと、シャフトの周囲に固着された弾性層としてのスポンジ層とで構成されている。シャフトは、例えば、鉄、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属で構成された円柱棒である。スポンジ層は、例えば、カーボンブラック等の導電剤を配合したアクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）とスチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）とエチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）とのブレンドゴム等を含んで形成され、体積抵抗率が例えば１０７Ωｃｍ以上１０９Ωｃｍ以下のスポンジ状の円筒ロールである。そして、一次転写ロール１６は、中間転写ベルト１５を挟んで感光体ドラム１１を押圧するように配置され、さらに一次転写ロール１６には、トナーの帯電極性（例えばマイナス極性とする。以下同様。）と逆極性の電圧（一次転写バイアス）が印加されるようになっている。これにより、各々の感光体ドラム１１上のトナー像が中間転写ベルト１５に順次、静電吸引され、中間転写ベルト１５上において重畳されたトナー像が形成されるようになっている。
【００３１】
二次転写部２０は、例えば、中間転写ベルト１５のトナー像保持面側に配置される二次転写ロール２２と、バックアップロール２５とによって構成される。バックアップロール２５は、例えば、ＥＰＤＭゴム等を含んでなる内層部と、カーボンを分散したＥＰＤＭおよびＮＢＲのブレンドゴム等を含んでなるチューブ状の表面層とから構成されている。そして、例えば、その表面抵抗率が１０７Ω／□以上１０１０Ω／□以下となるように形成され、硬度は、例えばアスカーＣ型ゴム硬度計による測定硬度で７０°に設定されている。このバックアップロール２５には、中間転写ベルト１５の裏面側に配置されて二次転写ロール２２の対向電極をなし、二次転写バイアスが安定的に印加される金属製の給電ロール２６が接触して配置されている。
【００３２】
一方、二次転写ロール２２は、例えば、シャフトと、シャフトの周囲に固着された弾性層としてのスポンジ層とで構成されている。シャフトは、例えば、鉄、ＳＵＳ等の金属で構成された円柱棒である。スポンジ層は、例えば、カーボンブラック等の導電剤を配合したＮＢＲとＳＢＲとＥＰＤＭとのブレンドゴム等を含んで形成され、体積抵抗率が１０７Ωｃｍ以上１０９Ωｃｍ以下のスポンジ状の円筒ロールである。そして、二次転写ロール２２は、中間転写ベルト１５を挟んでバックアップロール２５を押圧するように配置され、さらに二次転写ロール２２は接地されてバックアップロール２５との間に二次転写バイアスが形成され、二次転写部２０に搬送される用紙Ｐ上にトナー像が二次転写される。
【００３３】
中間転写ベルト１５の二次転写部２０の下流側には、二次転写後の中間転写ベルト１５上の残留トナーや紙粉を除去し、中間転写ベルト１５の表面をクリーニングする中間転写ベルトクリーナ３５が接離自在に設けられている。一方、イエローの画像形成ユニット１Ｙの上流側には、各画像形成ユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋにおける画像形成タイミングをとるための基準信号を発生する基準センサ（ホームポジションセンサ）４２が配置されている。また、黒の画像形成ユニット１Ｋの下流側には、画質調整を行うための画像濃度センサ４３が配置されている。この基準センサ４２は、中間転写ベルト１５の裏側に設けられた予め定めたマークを認識して基準信号を発生しており、この基準信号の認識に基づく制御部４０からの指示により、各画像形成ユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋは画像形成を開始するように構成されている。
【００３４】
また、図１に示す画像形成装置は、用紙搬送系として、記録媒体としての用紙Ｐを収容する給紙手段５０と、この給紙手段５０に集積された用紙Ｐを予め定めたタイミングで取り出して搬送するピックアップロール５１と、ピックアップロール５１により繰り出された用紙Ｐを搬送する搬送ロール５２と、搬送ロール５２により搬送された用紙Ｐを二次転写部２０へと送り込む用紙搬送路５３と、二次転写ロール２２により二次転写された後に搬送される用紙Ｐを定着装置６０へと搬送する搬送ベルト５５と、用紙Ｐを定着装置６０に導く定着入口ガイド５６とを備えている。
【００３５】
次に、本実施の形態に係る定着装置を用いた画像形成装置の基本的な作像プロセスについて説明する。
【００３６】
図１に示す画像形成装置では、画像読取装置（図示せず）やパーソナルコンピュータ（ＰＣ）（図示せず）等から出力される画像データは、画像処理装置（図示せず）により予め定めた画像処理が施された後、画像形成ユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋによって作像作業が実行される。画像処理装置では、入力された反射率データに対して、シェーディング補正、位置ズレ補正、明度／色空間変換、ガンマ補正、枠消しや色編集、移動編集等の各種画像編集等の予め定めた画像処理が施される。画像処理が施された画像データは、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの４色の色材階調データに変換され、露光装置１３に出力される。
【００３７】
露光装置１３では、入力された色材階調データに応じて、例えば、半導体レーザから出射された露光ビームＢｍを画像形成ユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの各々の感光体ドラム１１に照射する。画像形成ユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの各感光体ドラム１１では、帯電装置１２によって表面が帯電された後、この露光装置１３によって表面が走査露光され、静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、各々の画像形成ユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋによって、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色のトナー像として現像される。画像形成ユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの感光体ドラム１１上に形成されたトナー像は、各感光体ドラム１１と中間転写ベルト１５とが接する一次転写部１０において、中間転写ベルト１５上に転写される。より具体的には、一次転写部１０において、一次転写ロール１６により、中間転写ベルト１５の基材に対し、トナーの帯電極性（例えばマイナス極性）と逆極性の電圧（一次転写バイアス）が付加され、トナー像を中間転写ベルト１５の表面に順次重ね合わせて、一次転写が行われる。
【００３８】
トナー像が中間転写ベルト１５の表面に順次一次転写された後、中間転写ベルト１５は移動してトナー像が二次転写部２０に搬送される。トナー像が二次転写部２０に搬送されると、用紙搬送系では、トナー像が二次転写部２０に搬送されるタイミングに合わせてピックアップロール５１が回転し、給紙手段５０から予め定められたサイズの用紙Ｐが供給される。ピックアップロール５１により供給された用紙Ｐは、搬送ロール５２により搬送され、用紙搬送路５３を経て二次転写部２０に到達する。この二次転写部２０に到達する前に、用紙Ｐは一旦停止され、トナー像が保持された中間転写ベルト１５の移動タイミングに合わせてレジストロール（図示せず）が回転することで、用紙Ｐの位置とトナー像の位置との位置合わせがなされる。
【００３９】
二次転写部２０では、中間転写ベルト１５を介して、二次転写ロール２２がバックアップロール２５に押圧される。このとき、タイミングを合わせて搬送された用紙Ｐは、中間転写ベルト１５と二次転写ロール２２との間に挟み込まれる。その際に、給電ロール２６からトナーの帯電極性（例えばマイナス極性）と同極性の電圧（二次転写バイアス）が印加されると、二次転写ロール２２とバックアップロール２５との間に転写電界が形成される。そして、中間転写ベルト１５上に保持された未定着トナー像は、二次転写ロール２２とバックアップロール２５とによって押圧される二次転写部２０において、用紙Ｐ上に一括して静電転写される。
【００４０】
その後、トナー像が静電転写された用紙Ｐは、二次転写ロール２２によって中間転写ベルト１５から剥離された状態でそのまま搬送され、二次転写ロール２２の用紙搬送方向下流側に設けられた搬送ベルト５５へと搬送される。搬送ベルト５５では、定着装置６０における最適な搬送速度に合わせて、用紙Ｐが定着装置６０まで搬送される。定着装置６０に搬送された用紙Ｐ上の未定着トナー像は、定着装置６０によって熱および圧力で定着処理を受けることで用紙Ｐ上に定着される。そして定着画像が形成された用紙Ｐは、画像形成装置の排出部に設けられた排紙部に搬送される。
【００４１】
一方、用紙Ｐへの転写が終了した後、中間転写ベルト１５上に残った残留トナーは、中間転写ベルト１５の回転に伴ってクリーニング部まで搬送され、クリーニングバックアップロール３４および中間転写ベルトクリーナ３５によって中間転写ベルト１５上から除去される。
【００４２】
次に、本実施形態に係る定着装置について説明する。
【００４３】
図２は、本実施形態に係る定着装置の構成の一例を示す側断面図である。定着装置６０は、回転可能な回転部材の一例としての定着ロール６１と、定着ロール６１に接触しながら移動可能な無端ベルトの一例としての無端ベルト６２と、無端ベルト６２の内側に配置され、無端ベルト６２を介して定着ロール６１を加圧して定着ロール６１と無端ベルト６２との間に記録媒体としての用紙Ｐが通過するニップ部Ｎを形成する加圧部材の一例としての圧力パッド６４と、圧力パッド６４の長手方向の異なる領域間で熱が移動するように配置されている複数のヒートパイプ８０とにより主要部が構成されている。
【００４４】
定着ロール６１は、例えば、金属製のコア（円筒状芯金）６１１の周囲に耐熱性弾性体層６１２、および離型層６１３を積層して構成された円筒状ロールであり、回転自在に支持されて予め定めた表面速度（例えば、２５０ｍｍ／秒）で回転する。定着ロール６１は、例えば、外径が軸方向で略一様ないわゆるストレートロールで形成されている。
【００４５】
定着ロール６１の内部には、加熱源として、例えば、定格８００Ｗのハロゲンヒータ６６が配置されている。一方、定着ロール６１の表面には温度センサ６９が接触して配置されている。画像形成装置の制御部４０は、この温度センサ６９による温度計測値に基づいてハロゲンヒータ６６の点灯を制御し、定着ロール６１の表面温度が予め定めた設定温度（例えば、１７５℃）を維持するように調整している。
【００４６】
無端ベルト６２は、出力画像に継ぎ目に起因する欠陥が生じないように、原形が円筒形状等に形成された継ぎ目がないベルトである。無端ベルト６２は、無端ベルト６２の内部に配置された圧力パッド６４とベルトガイド部材６３と、さらには無端ベルト６２の両端部に配置されたエッジガイド部材（図示せず）とによって回転自在に支持されている。そして、ニップ部Ｎにおいて定着ロール６１と接して配置され、定着ロール６１に従って矢印Ｄ方向に回転（例えば、表面速度２５０ｍｍ／秒）する。
【００４７】
圧力パッド６４は、例えば、無端ベルト６２の内側において保持部材としての金属製のホルダ６５によって保持されている。そして、無端ベルト６２を介して定着ロール６１を加圧する状態で配置され、定着ロール６１と無端ベルト６２との間にニップ部Ｎを形成している。圧力パッド６４においては、例えば、ニップ部Ｎの入口側（上流側）に、ニップ部Ｎの幅を確保するためのプレニップ部材６４ａが配置され、ニップ部Ｎの出口側（下流側）には、定着ロール６１の表面を局所的に加圧することで、トナー像表面を平滑化して画像光沢を付与するとともに、定着ロール６１表面に歪み（凹み）を与えて用紙Ｐにダウンカールを形成するための剥離ニップ部材６４ｂが配置される。定着装置６０では、無端ベルト６２は、例えば、圧力パッド６４により定着ロール６１に約２７°の巻き付き角度で覆われ、約７ｍｍ幅のニップ部Ｎを形成している。
【００４８】
本実施形態に係る定着装置６０は、複数のヒートパイプ８０を備え、複数のヒートパイプ８０がいずれも圧力パッド６４の長手方向の異なる領域間で熱が移動するように配置されている。ヒートパイプ８０は、金属等の管状部材、および熱伝達媒体である作動液を少なくとも備える。ヒートパイプ８０は、高温部（蒸発部）において作動液が蒸発（気化）して熱を吸収し、低温部（凝縮部）において気化した作動液が凝縮して熱を放出する。この内部での作動液の相変化により、ヒートパイプ８０は、高温部に接触する部材から低温部に接触する部材に熱を輸送・伝達し、両部材の温度差を低減する機能（以下「均熱化」ともいう）を有する。
【００４９】
フリーベルトニップ方式等の定着装置においては、その定着装置において設定されている通紙幅の中で最も広い幅（以下「最大通紙幅」ともいう）よりも小さい幅の用紙等の記録媒体を通過させる場合、例えばＡ３サイズの用紙を通紙可能な定着装置でＡ４サイズの用紙を縦に通紙する場合やＢ５サイズの用紙を通紙する場合には、ニップ部の長手方向両端部は、用紙が通過しない領域（以下この領域を「非通紙領域」ともいう）となる。定着装置において設定されている最も狭い通紙幅（以下「最小通紙幅」ともいう）では、通紙可能に設定されている全てのサイズの用紙が通過して用紙による熱吸収が行われる一方で、非通紙領域では、用紙による熱吸収が行われないため、著しい温度上昇が生じることがある。非通紙領域において温度上昇が生じると、非通紙領域における加圧部材の熱膨張量がより増大するため、最大通紙幅よりも小さい幅の用紙等について連続通紙を行うと、ニップ部において非通紙領域の温度が上昇するのみならず、非通紙領域のニップ圧力も増大し、結果として、負荷トルクの増大や用紙搬送不良による紙しわ、画像のずれ等の問題が引き起こされる場合がある。
【００５０】
このように非通紙領域のニップ圧力が増大している状態で、最大通紙幅のＡ３サイズ等の用紙が通紙されると、非通紙領域にＡ３サイズ等の用紙が接触し、過大圧力により、トナーのホットオフセットが生じたり、定着後のトナー像において用紙幅方向の両端と中央とでグロス差が生じたり、用紙のカール量が増大する場合がある。また、両端部のニップ圧力の増大により、回転トルクが増大し、定着回転部材やその駆動機構、定着装置内の部品などの損傷につながることもある。
【００５１】
例えば、非通紙領域の温度が高くなりすぎた場合に、一時的に通紙定着動作を中断し、定着部材と加圧部材を空回転することで非通紙領域の温度を下げたり、通紙間隔を広げたり、通紙速度を落としたりして温度上昇を防ぐことが行われているが、いずれも生産性を落とす結果となり、使用者に不便を強いていた。
【００５２】
特許文献３に記載のように加圧部材の端部に放熱部材を設けることも考えられる。しかしながら、温度差低減がはかれたとしても、ニップ部の熱エネルギーを逐次放出する手段を設けることは、エネルギー効率の観点から採用することはできない。また、ニップ部の長手方向の温度差低減をはかる目的で、例えば、回転部材または無端ベルト等に金属製等の温度差低減部材を接触させる対策も考えられる。しかしながら、回転部材または無端ベルトの表面温度差が収束したとしても、加圧部材はある程度の熱容量を有しており、温度差低減の効果も間接的にしか得られず、また、温度差低減部材を接触させることにより、回転部材または無端ベルトの移動速度に影響が及ぶことも考えられる。
【００５３】
上記の理由から、加圧部材において長手方向の異なる領域間で顕著な温度差が生じた場合に、その温度差を低減すること、ひいてはニップ部の長手方向の圧力差を低減することは難しく、特に高画質を要求される軽印刷カラー市場向けの定着装置において、グロス差やカール量の増大が大きな課題となっていた。
【００５４】
本実施形態では、圧力パッド６４の長手方向の異なる領域間で熱が移動するように配置されている複数のヒートパイプ８０を備えることにより、ヒートパイプ８０を備えていない定着装置と比較して、圧力パッド６４の長手方向の温度差を低減した定着装置が提供される。圧力パッド６４の長手方向の温度差が低減されると、圧力パッド６４の不均一な熱膨張が抑えられ、ニップ部Ｎにおける長手方向の圧力差が低減されるため、非通紙領域のニップ圧力上昇により発生するホットオフセット、紙しわ、用紙カールといった印刷欠陥、および装置故障の不具合を改善し、生産性を落とさず、かつ、装置を大型化しなくても、高画質を要求するユーザに、実用可能で信頼性の高い、小型かつ低コストの定着装置および画像形成装置を提供することができる。また、本実施形態に係る定着装置６０は、複数のヒートパイプ８０を備えることにより、圧力パッド６４の温度上昇に伴う熱エネルギーを外部に放出することなく、圧力パッド６４内部のより低温である領域に移動することができるため、定着に伴うエネルギーの効率的な利用が可能となる。
【００５５】
本実施形態に係る定着装置６０につき、「圧力パッド６４の長手方向の異なる領域間で熱が移動するように配置されている」とは、ヒートパイプ８０が、圧力パッド６４の長手方向の位置が異なる少なくとも２つの領域と接触して、それらの領域間で均熱化が行われるように配置されていることをいう。そのように配置されているものであれば、ヒートパイプ８０の形状および配置等は限定されない。
【００５６】
本実施形態の定着装置６０は、複数のヒートパイプ８０として、２つまたは３つ以上のヒートパイプ８０を備えることができる。本実施形態に係る定着装置は、部品点数を少なくする観点から、２つのヒートパイプ８０を備えることが好ましい。これより以下、単に「ヒートパイプ８０」等と記載した場合、特に明示の無い限り、その記載内容は本実施形態の定着装置６０が備える複数のヒートパイプ８０の全てについて述べているものとする。
【００５７】
ヒートパイプ８０は、熱の移動を可能にするために圧力パッド６４と接触して配置されるが、例えば、圧力パッド６４におけるプレニップ部材６４ａまたは剥離ニップ部材６４ｂのいずれかに接触するように配置されていてもよいし、それらの両者に接触するように配置されていてもよい。ヒートパイプ８０は、少なくとも剥離ニップ部材６４ｂと接触するように配置されていることが好ましい。剥離ニップ部材６４ｂを形成する材料は、より大きい熱膨張係数を有している場合が多く、温度上昇によるニップ圧増大の影響が大きいためである。
【００５８】
ヒートパイプ８０は、例えば、圧力パッド６４の少なくとも一部を構成していてもよい。即ち、圧力パッド６４は、プレニップ部材６４ａと剥離ニップ部材６４ｂとヒートパイプ８０とで構成されていてもよい。また、圧力パッド６４は、プレニップ部材６４ａと、剥離ニップ部材６４ｂおよびヒートパイプ８０の機能を兼ね備える部材とで構成されていてもよい。圧力パッド６４の少なくとも一部を構成しているヒートパイプ８０は、ヒートパイプ８０が圧力パッド６４とは別に配置されている構成と比較して長手方向の温度差を低減できるため、好ましい。
【００５９】
ヒートパイプ８０が圧力パッド６４の少なくとも一部を構成している場合、図２に示すように、圧力パッド６４が無端ベルト６２を介して定着ロール６１と対向している面とは反対側の面でプレニップ部材６４ａおよび剥離ニップ部材６４ｂと接触して配置されていることが、より好ましい。プレニップ部材６４ａおよび剥離ニップ部材６４ｂの機能を阻害せず、また、要求される画質に応じた材料および構造等を有するプレニップ部材６４ａおよび剥離ニップ部材６４ｂを備えた定着装置６０を製造することができるためである。
【００６０】
ヒートパイプ８０は、例えば、圧力パッド６４を保持する保持部材の少なくとも一部を構成しているか、または、保持部材の外部に接していてもよい。図３および図４に、圧力パッド６４を保持する保持部材（ホルダ６５）の一部を構成しているヒートパイプ８０の一例を示す。圧力パッド６４を保持する保持部材の一部を構成しているか、または、保持部材の外部に接しているヒートパイプ８０は、圧力パッド自体をヒートパイプとして構成されている場合と比較して、圧力パッド６４の弾性を確保できるため、好ましい。
【００６１】
ヒートパイプ８０は、例えば、圧力パッド６４の長手方向に沿って延在する円筒状、角柱状または平板状の管状部材を備えていてもよい。また、ヒートパイプ８０は、作動液の循環流が安定し、熱の移動効率が向上する観点から、ヒートパイプ８０の両端部のそれぞれが高温部および低温部として機能する構成を有することが好ましい。
【００６２】
ヒートパイプ８０が備える管状部材としては、ヒートパイプの形成に通常用いられる材料が使用でき、熱伝導率および加工容易性の観点から、例えば、銅またはアルミニウム等の金属等で形成されていることが好ましい。ヒートパイプ８０に含まれる作動液は、圧力パッド６４から吸収した熱によって蒸発し、低温部において凝縮する液体であれば、いずれの液体も使用でき、定着装置６０の使用環境およびニップ部Ｎの設定温度等に基づいて選択される。作動液としては、５０〜１２０℃で揮発する液体が好ましく、例えば、水、アルコール、代替フロン等が挙げられる。
【００６３】
本実施形態の定着装置６０においては、例えば、複数のヒートパイプ８０が、圧力パッド６４の長手方向の中央を対称面として対称的に配置していてもよく、この場合、最大通紙幅よりも小さい幅の用紙等について連続通紙を行うと、圧力パッド６４の末端側で接触しているヒートパイプ８０の領域が高温部として機能し、圧力パッド６４の長手方向中央側で接触しているヒートパイプ８０の領域が低温部として機能すると考えられる。
【００６４】
定着装置６０は、複数のヒートパイプ８０としての２つのヒートパイプ８０が、圧力パッド６４の中央部と端部の一方および他方との間で熱が移動するように配置されていることが好ましい。この場合、圧力パッド６４の中央部と接する側が低温部となり、圧力パッド６４の各端部と接する側が高温部となる。複数のヒートパイプ８０のそれぞれが、圧力パッド６４の中央部と端部の一方および他方との間で熱が移動するように配置されている定着装置６０は、複数のヒートパイプ８０のそれぞれが圧力パッド６４の中央部と端部の一方および他方との間で熱が移動するように配置されていない場合と比較して、圧力パッド６４の中央部と両端部との温度差をより迅速に低減し、ニップ部における中央部に対する両端部のニップ圧力の増大をより抑制することができるためである。
【００６５】
図５（ａ）に、複数のヒートパイプ８０としての２つのヒートパイプ８０が圧力パッド６４の中央部と端部の一方および他方との間で熱が移動するように配置されている一例を、模式図で示す。図５（ａ）に示すヒートパイプ８０は、圧力パッド６４の長手方向に沿って延在し、圧力パッド６４の中央部および両端部のそれぞれとを跨ぐように配置されている。
【００６６】
また、複数のヒートパイプ８０としての２つのヒートパイプ８０を備える場合に、図５（ｂ）に示すように、圧力パッド６４の最小通紙幅に含まれる領域と端部の一方および他方との間で熱が移動するようにそれぞれ配置されていてもよい。そのように配置されていない場合と比較して、最小通紙幅に含まれる領域と端部側に出現する非通紙領域との温度差をより迅速に低減することが可能となり、最小通紙幅に含まれる領域に対する非通紙領域のニップ圧力の増大がより抑制された定着装置が得られるためである。
【００６７】
なお、ヒートパイプ８０の有する機能は均熱化であることから、熱の移動方向は一定ではなく、例えば、定着装置６０が稼動していない場合、または、最大通紙幅の用紙について連続通紙が行われている場合等においては、ヒートパイプ８０において熱の移動が起こらないこともありえる。
【００６８】
無端ベルト６２の内周面と圧力パッド６４との間には、無端ベルト６２の内周面と圧力パッド６４との摩擦抵抗を小さくするために、摺動部材の一例としての摺動シート６８が設けられている。摺動シート６８は、無端ベルト６２の回転方向に沿って、圧力パッド６４と無端ベルト６２内周面との間に挟持された状態で、ニップ部Ｎの全域にわたって配置されている。摺動シート６８は、例えば、ニップ部Ｎの上流側端部が摺動シート固定部材（図示せず）によってホルダ６５に固定される。摺動シート６８のニップ部Ｎの下流側は、摺動シート６８に歪みが生じないように、固定されず自由端（フリー）の状態に設定されている。摺動シート６８は、ニップ部Ｎにおいて圧力パッド６４と定着ロール６１との間に圧力が印加されている状態の下で、無端ベルト６２内周面と圧力パッド６４との摩擦抵抗（摺動抵抗）を低減している。
【００６９】
図２に示す構成において、定着ロール６１は、図示しない駆動モータに連結されて矢印Ｃ方向に回転し、この回転に従って無端ベルト６２も矢印Ｄ方向に回転する。図１に示した画像形成装置の二次転写部２０においてトナー像が静電転写された用紙Ｐは、定着入口ガイド５６によって導かれて、定着装置６０のニップ部Ｎに搬送される。用紙Ｐがニップ部Ｎを通過する際に、用紙Ｐ上のトナー像はニップ部Ｎに作用する圧力と、定着ロール６１から供給される熱とによって定着される。図２に示す定着装置６０では、プレニップ部材６４ａの定着ロール６１側の面が定着ロール６１の外周面に倣う凹形状であることにより、ニップ部Ｎの用紙搬送方向の幅が広くなり、安定した定着性能が確保される。
【００７０】
ニップ部Ｎの下流側には、剥離ニップ部材６４ｂによって定着ロール６１から剥離された用紙Ｐを定着ロール６１から分離し、画像形成装置の排出部へ向かう排紙通路に誘導するための剥離補助部材７０が配置されている。剥離補助部材７０は、剥離バッフル７１が定着ロール６１の回転方向と対向する向き（カウンタ方向）に定着ロール６１と近接する状態でバッフルホルダ７２によって保持されている。
【００７１】
次に、定着装置６０を構成する各部材について説明する。
【００７２】
定着ロール６１では、コア６１１は、例えば、鉄、アルミニウム（例えば、Ａ−５０５２材）、ＳＵＳ、銅等の熱伝導率の高い金属または合金、セラミックス、繊維強化金属（ＦＲＭ）等で形成された、例えば外径３０ｍｍ、肉厚１．８ｍｍ、長さ３６０ｍｍの円筒体で構成されている。
【００７３】
耐熱性弾性体層６１２は、耐熱性の高い弾性体で構成され、特に、ゴム硬度がＪＩＳ−Ａ硬度で１５°以上４５°以下程度のゴム、エラストマー等の弾性体を用いるのが好ましい。具体的には、シリコーンゴム、フッ素ゴム等が用いられる。なかでも、表面張力が小さく、弾性に優れる等の点でシリコーンゴムが好ましい。シリコーンゴムとしては、例えば、ＲＴＶ（ｒｏｏｍ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｖｕｌｃａｎｉｚａｔｉｏｎ：室温加硫）シリコーンゴム、ＨＴＶ（ｈｉｇｈ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｖｕｌｃａｎｉｚａｔｉｏｎ：高温加硫）シリコーンゴム等が挙げられ、具体的には、ポリジメチルシリコーンゴム（ＭＱ）、メチルビニルシリコーンゴム（ＶＭＱ）、メチルフェニルシリコーンゴム（ＰＭＱ）、フルオロシリコーンゴム（ＦＶＭＱ）等が挙げられる。定着装置６０では、例えば、ゴム硬度が３５°（ＪＩＳ−Ａ）のＨＴＶシリコーンゴムが耐熱性弾性体層６１２として６００μｍの厚さでコア６１１に被覆されている。耐熱性弾性体層６１２の厚さは、通常、３ｍｍ以下であり、好ましくは、０．１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲内である。耐熱性弾性体層６１２をコア６１１の表面に形成する方法としては、特に制限はなく、例えば、公知のコーティング法、成型等が採用される。
【００７４】
定着ロール６１の耐熱性弾性体層６１２の外周面に離型層６１３が形成されていることにより、トナー像のオフセットが効果的に防止され、安定した状態で定着装置６０が稼動される。離型層６１３の材質としては、トナー像に対し適度な離型性を示すものであれば特に制限はなく、例えば、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フッ素樹脂等が挙げられる。これらの材質の中でもフッ素樹脂が好適に挙げられる。フッ素樹脂としては、特に制限はなく、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）；テトラフルオロエチレン−パーフルオロメチルビニルエーテル共重合体（ＭＦＡ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロエチルビニルエーテル共重合体（ＥＦＡ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロプロピルビニルエーテル共重合体等の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）等が挙げられる。さらに、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリクロロ三フッ化エチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等が挙げられる。これらの中でも、特に耐熱性、機械特性等の面から、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、および、テトラフルオロエチレン−パーフルオロメチルビニルエーテル共重合体（ＭＦＡ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロエチルビニルエーテル共重合体（ＥＦＡ）等の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）が好適に用いられる。
【００７５】
離型層６１３の厚さは、通常、１０μｍ以上５０μｍ以下の範囲内であり、好ましくは１５μｍ以上３０μｍ以下の範囲内である。離型層６１３を形成する方法としては、特に制限はなく、例えば、上述したコーティング法、押出し成型によって形成されたチューブを被覆する方法等が挙げられる。定着装置６０では、例えば、離型層６１３として厚さ３０μｍのＰＦＡが被覆されている。
【００７６】
無端ベルト６２は、出力画像に継ぎ目に起因する欠陥が生じないように、原形が円筒形状等に形成された継ぎ目がないベルトである。無端ベルト６２は、基材層と、この基材層の定着ロール６１側の面（外周面）または両面に被覆された離型層（表面層）とを含んで構成されている。基材層は、熱硬化性ポリイミド樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂等から選ばれた一つまたは複数の混合体が、耐熱性、機械特性等の観点から好適に用いられる。
【００７７】
無端ベルト６２の基材層の表面に被覆される離型層（表面層）としては、例えば、フッ素樹脂が用いられる。ここで、フッ素樹脂としては、特に制限はなく、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）；テトラフルオロエチレン−パーフルオロメチルビニルエーテル共重合体（ＭＦＡ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロエチルビニルエーテル共重合体（ＥＦＡ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロプロピルビニルエーテル共重合体等の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）等が挙げられる。さらに、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリクロロ三フッ化エチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等が挙げられる。これらの中でも、特に耐熱性、機械特性等の面から、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、および、テトラフルオロエチレン−パーフルオロメチルビニルエーテル共重合体（ＭＦＡ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロエチルビニルエーテル共重合体（ＥＦＡ）等の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）が好適に用いられる。離型層（表面層）の厚さは、通常、５μｍ以上１００μｍ以下程度、好ましくは１０μｍ以上３０μｍ以下程度の範囲に設定される。
【００７８】
圧力パッド６４は、無端ベルト６２の内部（内周面側）に配置され、例えば、プレニップ部材６４ａと剥離ニップ部材６４ｂとを含んで構成される。圧力パッド６４は、バネや弾性体等によって、例えば３０ｋｇｆの荷重で定着ロール６１を押圧するようにホルダ６５に支持されている。
【００７９】
圧力パッド６４は、例えば、ゴム材料、硬質樹脂等の樹脂；鉄、アルミニウム、ＳＵＳ等の金属；シリカ、チタニア、アルミナ、ジルコニア等の金属酸化物（セラミック）等で形成される。加圧部材は、耐熱性を有する樹脂（ゴム材料、硬質樹脂等）で形成されていることが好ましく、例えば、荷重たわみ試験法（ＪＩＳ−Ｋ７１９１）で評価した耐熱性が１５０℃以上であることが好ましい。
【００８０】
本実施形態において「ゴム材料」とは、ゴム弾性を有する材料であって、例えば、ゴム硬度５°以上６０°以下（ＪＩＳ−Ａ）の弾性体である。「ゴム材料」は、天然ゴムのみならず、熱硬化性エラストマー、熱可塑性エラストマー等の合成ゴムを含み、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム等が具体例として挙げられる。本実施形態において「硬質樹脂」とは、ゴム弾性を有さない樹脂であれば特に限定されるものではなく、例えば、ポリフェニルスルフィド（ＰＰＳ）、ポリイミド、ポリエステル、ポリアミド、液晶ポリマー等がある。ここで「樹脂」とは高分子化合物を意味する。
【００８１】
圧力パッド６４は、ゴム材料、硬質樹脂等の樹脂に充填材が配合されたもので形成されてもよい。充填材は、例えば、シリカ、チタニア、カーボン、アルミナ、ジルコニア、およびこれらの混合物で形成される粉末である。充填材の配合量は、例えば、樹脂１００質量部に対して、２〜６０質量部である。充填材は１種単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００８２】
プレニップ部材６４ａは、プレニップ部材として要求される硬さの観点から、例えば、シリコーンゴムやフッ素ゴム等のゴム材料で形成されていることが好ましい。プレニップ部材６４ａの定着ロール６１側の面は、定着ロール６１の外周面に倣う凹状曲面や平面形状で形成されている。
【００８３】
剥離ニップ部材６４ｂは、剥離ニップ部材として要求される硬さの観点から、例えば、ＰＰＳ、ポリイミド、ポリエステル、ポリアミド等の硬質樹脂（より好ましくはガラス繊維（ＧＦ）等の充填材が配合されたもの）；鉄、アルミニウム、ＳＵＳ等の金属；金属酸化物等で形成されていることが好ましい。
【００８４】
ヒートパイプ８０は、例えば、銅またはアルミニウム等の金属製の管状部材の内壁に、毛細管現象に基づく作動液の流路となる金属製のメッシュやワイヤウィックが設けられ、その内側に気化した作動液の通路が設けられた断面構成を有するものが用いられる。管状部材の形状としては、例えば、円筒、角柱、平板状等が挙げられる。ヒートパイプ８０として、自励振動型ヒートパイプを使用してもよい。
【００８５】
保持部材としてのホルダ６５は、圧力パッド６４を保持し、圧力パッド６４が無端ベルト６２を介して定着ロール６１を加圧してニップ部Ｎを形成するための強度を付与する観点から、例えば、ＰＰＳ、ポリイミド、ポリエステル、ポリアミド等の硬質樹脂；鉄、アルミニウム、ＳＵＳ等の金属；金属酸化物等で形成されていることが好ましい。ヒートパイプ８０がホルダ６５の少なくとも一部を構成している場合、上記観点から、ヒートパイプ８０を構成する管状部材は、鉄、アルミニウム等の金属で形成されていることが好ましい。
【００８６】
無端ベルト６２の内周面と圧力パッド６４との摩擦抵抗（摺動抵抗）を低減する摺動部材としての摺動シート６８の材質は、摩擦係数が小さく、耐摩耗性および耐熱性に優れた材質が適している。具体的には、焼結成型（シンタード成型）されたＰＴＦＥ樹脂シート、変性ポリテトラフルオロエチレンを含浸させたガラス繊維シート、ガラス繊維にフッ素樹脂で形成されたシートを加熱融着した積層シート等が用いられる。
【００８７】
潤滑剤塗布部材として、定着装置６０の長手方向にわたって潤滑剤塗布部材６７が配置されている。潤滑剤塗布部材６７は、無端ベルト６２の内周面に対して接触するように配置され、潤滑剤を適量供給する。これにより、無端ベルト６２と摺動シート６８とが接する摺動部に潤滑剤を供給し、摺動シート６８を介した無端ベルト６２と圧力パッド６４との摩擦抵抗を低減して、無端ベルト６２の円滑な回転を図っている。
【００８８】
潤滑剤としては、定着温度環境下での長期使用に対する耐久性を有し、かつ、無端ベルト６２内周面との濡れ性を維持できるものが適している。例えば、シリコーンオイルやフッ素オイル等の液体状のオイルや、固形物質と液体とを混合させた合成潤滑油グリース等、さらにはこれらを組み合わせたものが用いられる。シリコーンオイルとして、ジメチルシリコーンオイル、有機金属塩添加ジメチルシリコーンオイル、ヒンダードアミン添加ジメチルシリコーンオイル、有機金属塩およびヒンダードアミン添加ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、アミノ変性シリコーンオイル、有機金属塩添加アミノ変性シリコーンオイル、ヒンダードアミン添加アミノ変性シリコーンオイル、カルボキシ変性シリコーンオイル、シラノール変性シリコーンオイル、スルホン酸変性シリコーンオイル等を用いてもよい。また、フッ素オイルとして、パーフルオロポリエーテルオイル、変性パーフルオロポリエーテルオイルを用いてもよい。定着装置６０では、例えば、粘度３００ｃＳｔのアミノ変性シリコーンオイル、（ＫＦ８００９Ａ：信越化学工業株式会社製）が用いられる。
【００８９】
本実施形態に係る定着装置としては、加熱側の定着ロールが樹脂弾性体層を有さないハードロールであり、加圧側の無端ベルト内の加圧部材として、樹脂弾性体で形成された圧力パッドを用いる構成であってもよい。加熱側の定着ロールが樹脂弾性体層を有さず、加圧側の無端ベルト内に樹脂弾性体で形成された圧力パッドを用いる構成の例として、例えば、図３に示す定着装置が挙げられる。
【００９０】
図３は、本実施形態に係る定着装置の構成の他の例を示す側断面図である。図３の定着装置６０は、回転可能な回転部材の一例としての定着ロール６１と、定着ロール６１に接触しながら移動可能な無端ベルト６２と、無端ベルト６２の内側に配置され、無端ベルト６２を介して定着ロール６１を加圧して定着ロール６１と無端ベルト６２との間に用紙Ｐが通過するニップ部Ｎを形成する加圧部材の一例としての圧力パッド６４と、圧力パッド６４の長手方向の異なる領域間で熱が移動するように配置されている複数のヒートパイプ８０とにより主要部が構成されている。図３の定着装置には、定着ロール６１、圧力パッド６４およびヒートパイプ８０が下記の構成であるものを除き、図２の定着装置において説明したものと同様の構成のものが用いられる。
【００９１】
定着ロール６１は、例えば、金属製のコア（円筒状芯金）６１１の周囲に離型層６１３を積層して構成され、樹脂弾性体層を有さない円筒状ロールであり、回転自在に支持されて予め定めた表面速度（例えば、２５０ｍｍ／秒）で回転する。定着ロール６１は、例えば、外径が軸方向で略一様ないわゆるストレートロールで形成されている。定着ロール６１の内部には、加熱源として、例えば、定格８００Ｗのハロゲンヒータ６６が配置されている。
【００９２】
圧力パッド６４は、例えば、無端ベルト６２の内側において、ヒートパイプ８０と金属製のホルダ６５とで構成されている保持部材によって支持されている。圧力パッド６４は、無端ベルト６２を介して定着ロール６１に押圧される状態で配置され、定着ロール６１との間でニップ部Ｎを形成している。
【００９３】
図３に示す定着装置６０では、圧力パッド６４の定着ロール６１側の面が定着ロール６１の外周面に倣う凹形状であることにより、ニップ部Ｎの用紙搬送方向の幅が広くなり、安定した定着性能が確保される。さらに、図３に示す定着装置６０は、ヒートパイプ８０が保持部材の一部を構成して、圧力パッド６４の長手方向の異なる領域間で熱が移動するように配置されていることにより、最大通紙幅よりも小さい幅の用紙の連続通紙後においても、圧力パッド６４からの熱の放出を抑制しながら、圧力パッド６４の長手方向の温度差を低減することが可能となる。
【００９４】
本実施形態に係る定着装置としては、無端ベルトがトナー像と接する加熱側の定着ベルトであり、ニップ部の無端ベルトの内面側に加熱源が存在せず、加圧側に加圧ロールを用いた構成であってもよい。加熱側に無端ベルトを用い、無端ベルトの内面側に加熱源が存在せず、加圧側に加圧ロールを用いた構成の例として、例えば、図４に示す定着装置が挙げられる。
【００９５】
図４は、本実施形態に係る定着装置６０の構成の他の例を示す側断面図である。定着装置６０は、回転可能な回転部材の一例としての加圧ロール９２と、加圧ロール９２に接触しながら移動可能な無端ベルト６２と、無端ベルト６２の内側に配置され、無端ベルト６２を介して加圧ロール９２を加圧して加圧ロール９２と無端ベルト６２との間に用紙Ｐが通過するニップ部Ｎを形成する加圧部材の一例としての圧力パッド６４と、圧力パッド６４の長手方向の異なる領域間で熱が移動するように配置されている複数のヒートパイプ８０と、加熱源の一例としての交流電流により生じる磁界によって無端ベルト６２を加熱する磁場発生ユニット９０とにより主要部が構成されている。図４の定着装置には、下記の構成であるものを除き、図２または図３の定着装置において説明したものと同様の構成のものが用いられる。
【００９６】
無端ベルト６２は、無端ベルト６２の内部に配置されている圧力パッド６４とベルトガイド部材６３と、さらには無端ベルト６２の両端部に配置されているエッジガイド部材（図示せず）とによって回転自在に支持されている。無端ベルト６２は、ニップ部Ｎにおいて圧力パッド６４により加圧ロール９２に押圧されるように配置され、矢印Ｄ方向に回転する加圧ロール９２に従って矢印Ｃ方向に回転する。このニップ部Ｎに未定着トナー像を保持した用紙Ｐを通過させ、熱および圧力を加えて未定着トナー像が用紙Ｐに定着される。
【００９７】
圧力パッド６４は、例えば、無端ベルト６２の内側において、ヒートパイプ８０と金属製のホルダ６５とで構成されている保持部材によって保持されている。無端ベルト６２の内周面と圧力パッド６４との間には、無端ベルト６２の内周面と圧力パッド６４との摺動抵抗を小さくするために、低摩擦のシート状の摺擦部材（図示せず）が設けられている。
【００９８】
加圧ロール９２は、例えば、中実の鉄製のコア（円柱状芯金）９２１と、コア９２１の外周面を被覆する、シリコーンスポンジ等の耐熱性弾性体層９２２と、ＰＦＡ等の耐熱性樹脂被覆または耐熱性ゴム被覆による離型層９２３とを有する。加圧ロール９２の製造方法としては、例えば、ＰＦＡチューブ（離型層９２３になる）の内周面に、接着用プライマーを塗布したフッ素樹脂チューブと中実シャフト（コア９２１になる）とを成形金型内にセットし、フッ素樹脂チューブと中実シャフトとの間に液状発泡シリコーンゴムを注入後、加熱処理によりシリコーンゴムを加硫、発泡させて耐熱性弾性体層９２２を形成する方法が挙げられる。
【００９９】
磁場発生ユニット９０は、断面が無端ベルト６２の形状に沿った曲線形状を有し、無端ベルト６２の外周表面と例えば０．５ｍｍから２ｍｍ程度の間隙で設置される。磁場発生ユニット９０は、磁界を発生させる励磁コイル９０１と、励磁コイル９０１を保持するコイル支持部材９０２と、励磁コイル９０１に電流を供給する励磁回路９０３とを有する。
【０１００】
励磁コイル９０１としては、例えば、相互に絶縁された例えば直径０．５ｍｍの銅線材を１６本から２０本程度束ねたリッツ線を、長円形状や楕円形状、長方形状等の閉環状に巻いて形成したものが用いられる。励磁コイル９０１に励磁回路９０３によって予め定められた周波数の交流電流を印加することにより、励磁コイル９０１の周囲に交流磁界Ｈが発生する。交流磁界Ｈが、無端ベルト６２の金属層を横切る際に、電磁誘導作用によってその交流磁界Ｈの変化を妨げる磁界を発生するように渦電流Ｉが生じる。励磁コイル９０１に印加する交流電流の周波数は、例えば、１０ｋＨｚから５０ｋＨｚに設定する。渦電流Ｉが無端ベルト６２の金属層を流れることによって、金属層の抵抗値Ｒに比例した電力Ｗ（Ｗ＝Ｉ２Ｒ）によるジュール熱が発生し、無端ベルト６２が加熱される。
【０１０１】
コイル支持部材９０２は、例えば、耐熱性を有する非磁性材料で構成される。非磁性材料としては、例えば、耐熱ガラス、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォン、ＰＰＳ等の耐熱性樹脂、またはこれらにガラス繊維を混合した耐熱性樹脂等が挙げられる。
【０１０２】
本実施形態では、無端ベルト６２を加熱する加熱源の一例として磁場発生ユニット９０を備える、電磁誘導加熱方式の定着装置６０について説明したが、加熱源としては、輻射ランプ発熱体、抵抗発熱体を採用してもよい。輻射ランプ発熱体としては、例えば、ハロゲンランプ等が挙げられる。抵抗発熱体としては、例えば、鉄−クロム−アルミ系、ニッケル−クロム系、白金、モリブデン、タンタル、タングステン、炭化珪素、モリブデン−シリサイド、カーボン等が挙げられる。
【０１０３】
図４に示す定着装置６０では、加圧ロール９２の矢印Ｄ方向への回転に伴い、無端ベルト６２が回転し、励磁コイル９０１により発生した磁界に曝される。この際、無端ベルト６２中の金属層に渦電流が発生し、無端ベルト６２の外周面が定着可能な温度まで加熱される。加熱された無端ベルト６２は、加圧ロール９２とのニップ部Ｎまで移動する。搬送手段により、未定着トナー像がその表面に設けられた用紙Ｐが定着入口ガイド５６を介して定着装置６０に搬入される。用紙Ｐが無端ベルト６２と加圧ロール９２とのニップ部Ｎを通過した際に、未定着トナー像は無端ベルト６２により加熱され用紙Ｐの表面に定着される。その後、画像が表面に形成された用紙Ｐは、搬送手段により搬送され、定着装置６０から排出される。ニップ部Ｎにおいて定着処理を終え、外周面の表面温度が低下した無端ベルト６２は、励磁コイル９０１方向へと回転し、次の定着処理に備えて再度加熱される。ニップ部Ｎの下流側には、無端ベルト６２から剥離された用紙Ｐを無端ベルト６２から分離し、画像形成装置の排出部へ向かう排紙通路に誘導するための剥離補助部材７０が配置されている。
【０１０４】
図４に示す定着装置６０は、ヒートパイプ８０が保持部材の一部を構成して、圧力パッド６４の長手方向の異なる領域間で熱が移動するように配置されていることにより、最大通紙幅よりも小さい幅の用紙の連続通紙後においても、圧力パッド６４からの熱の放出を抑制しながら、圧力パッド６４の長手方向の温度差を低減することが可能となる。
【０１０５】
本実施形態に係る定着装置の構成は、回転部材と無端ベルトと加圧部材と複数のヒートパイプとを備え、複数のヒートパイプが加圧部材の長手方向の異なる領域間で熱が移動するように配置されているものであれば、上記の構成に限定されない。
【実施例】
【０１０６】
以下、実施例に基づき、本実施の形態をさらに具体的に説明する。なお、本実施の形態は実施例に限定されるものではない。
【０１０７】
各実施例および比較例において、図２に示す定着装置を用いて評価を行った。定着装置の各構成部品の仕様は以下のとおりである。
【０１０８】
定着ロールは、外径２６ｍｍ、肉厚１．８ｍｍ、長さ３６０ｍｍである円筒状鉄製のコアの外周面に、厚さ６００μｍのシリコーンＨＴＶゴム（ゴム硬度３３度：ＪＩＳ−Ａ）の耐熱性弾性体層が設けられ、この耐熱性弾性体層の表面に、厚さ３０μｍの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）のチューブが離型層として被覆され、鏡面状態に近い表面に仕上げられているものを用いた。定着ロールのコアの内部には、加熱源としてハロゲンランプ（８００ｗ）が配置されている。定着ロールの表面温度は、加熱された定着ロールの表面に接した状態で配置された感温素子である温度センサーおよび温度コントローラーにより制御した。
【０１０９】
無端ベルトは、周長９４ｍｍ、厚さ８０μｍ、幅３４４ｍｍの熱硬化性ポリイミド樹脂を基材層とし、この基材層の外周面に、カーボンブラックを１０ｗｔ％配合した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）を厚さが３０μｍになるようにコーティングして離型層が形成されたものを用いた。
【０１１０】
無端ベルトを内側から加圧する圧力パッドとしては、シリコーンゴムを用いて幅６ｍｍ、厚さ５ｍｍ、長さ３４０ｍｍに形成されたプレニップ部材と、充填材としてガラス繊維（ＧＦ）が４０％配合されているポリフェニルスルフィド（ＰＰＳ）樹脂（東レ株式会社製「トレリナ」として入手可能）を用いて幅３ｍｍ、厚さ１０ｍｍ、長さ３４０ｍｍに形成された剥離ニップ部材とを備えるものを使用した。後述するように、実施例１においては、更に２つのヒートパイプを備える圧力パッドを使用した。
【０１１１】
加圧部材と無端ベルトの間には摺動シートが設けられ、摺動シートの表面には、予め潤滑剤として粘度３００ｃＳｔのアミノ変性シリコーンオイル（ＫＦ８００９Ａ：信越化学工業株式会社製）を０．５ｃｃ塗布した。摺動シートの大きさは、幅３４０ｍｍ、長さ７０ｍｍとし、圧力パッドは圧縮コイルスプリングにより無端ベルトを介して定着ロールを３０ｋｇの荷重で押圧した。
【０１１２】
定着ロールへの無端ベルトの巻き付け角度は約２７°であり、ニップ部の幅は約７ｍｍであった。モーターから定着ロールに伝達された駆動力により、定着ロールおよび無端ベルトは速度２５０ｍｍ／秒で回転した。
【０１１３】
＜実施例１＞
図２に示すように、プレニップ部材と、剥離ニップ部材と、プレニップ部材および剥離ニップ部材に接する２つのヒートパイプとを備える圧力パッドを用いた。２つのヒートパイプのそれぞれは、図４（ａ）に示すように、圧力パッドの中央部と端部の一方または他方との間で熱が移動するように対称的に配置した。ヒートパイプはいずれも、幅７ｍｍ、高さ１０ｍｍ、パイプ厚み１ｍｍの外側形状を有する銅製の角パイプであり、その内壁には金属メッシュが配置され、作動流体は純水であった。このヒートパイプを備える定着装置を画像形成装置（富士ゼロックス株式会社製：カラー複合機  ＤＣＩＶＣ４４０５）に搭載した。
【０１１４】
定着ロールの温度を１７５℃に制御し、坪量９０ｇｓｍのＡ４用紙を、Ａ４用紙の長辺が用紙搬送方向となるように、３５枚／分の速度で２００枚連続での印字定着を行った。印字定着に用いた印字パターンは５０％のハーフトーン画像であった。このＡ４用紙を２００枚連続で印字定着した後の定着ロールにおける非通紙領域と通紙領域との温度差は最大で１５Ｋであった。また、定着ロールにおける長手方向における温度分布は、図６において実線で示す相対的な温度分布を有するものであった。
【０１１５】
上記の通りＡ４用紙を２００枚連続で印字定着した後、引き続き坪量１４０ｇｓｍのＡ３用紙を、Ａ３用紙の長辺が用紙搬送方向となるように、２０枚／分の速度で３０枚連続で印字定着した。
【０１１６】
上記のようにして印字定着されたＡ３用紙について、Ａ４用紙の縦送り方向（ＳＥＦ）通紙幅より内側の領域に対する、Ａ４用紙のＳＥＦ通紙幅より外側の領域のグロス差（端部グロス上昇）は、６０度グロスメータ（グロスメータ（日本電色工業株式会社製、ＶＧ  ２０００）で６以下であり、Ａ３用紙に印字された画像はいずれも実用上問題ない画像であった。Ａ３用紙の３０枚連続での印字定着において、紙しわや定着不良は発生しなかった。印字定着されたＡ４用紙およびＡ３用紙はいずれもカール量が１５ｍｍ以下であった。目視の結果、印字定着されたＡ３用紙はいずれも、Ａ４用紙のＳＥＦ通紙幅より外側の領域であってもホットオフセットが見られなかった。
【０１１７】
上記のようにＡ４用紙２００枚の連続印字定着およびＡ３用紙３０枚の連続印字定着を繰り返して、Ａ４用紙およびＡ３用紙の合計で１０万枚の印字定着を行ったが、ロールやベルトの各層間の剥がれや、ロールの軸受け部や周辺部材の損傷もなく、ベルト摺動トルクの増大による紙しわや画像ズレも発生しなかった。
【０１１８】
＜比較例１＞
圧力パッドがヒートパイプを備えていないこと以外は実施例１と同じ構成を有する定着装置を画像形成装置に搭載して、実施例１と同様の評価を行った。
【０１１９】
実施例１と同様にＡ４用紙を２００枚連続で印字定着した後の定着ロールにおける非通紙領域と通紙領域との温度差は、最大で３５Ｋであった。また、定着ロールにおける長手方向における温度分布は、図６において破線で示す相対的な温度分布を有するものであった。
【０１２０】
実施例１と同様に、Ａ４用紙を２００枚連続で印字定着した後、Ａ３用紙を３０枚連続で印字定着したところ、Ａ３用紙における、Ａ４用紙のＳＥＦ通紙幅の内側領域に対する、Ａ４用紙のＳＥＦ通紙幅の外側領域のグロス差（端部グロス上昇）は、６０度グロスメータで１２以上となり、Ａ３用紙の端部の印字画像にグロスムラが発生していた。また、Ａ３用紙の３０枚連続での印字定着において、紙しわや定着不良は１０枚発生していた。印字定着されたＡ３用紙のカール量は最大で３０ｍｍであった。さらに、目視の結果、印字定着されたＡ３用紙３０枚のうち、Ａ４用紙からＡ３用紙に換えた直後の５枚において、Ａ４用紙のＳＥＦ通紙幅より外側の領域にホットオフセットが発生した。
【０１２１】
実施例１と同様に、Ａ４用紙２００枚の連続印字定着およびＡ３用紙３０枚の連続印字定着を繰り返して印字定着を行ったところ、両端部におけるニップ圧力の増大により、Ａ４用紙およびＡ３用紙の合計で４万枚を通紙したところで定着ロールの金属コアと弾性層の間での剥がれが発生し、各ロールの軸受け部が損傷したことを目視により確認した。また、５万枚通紙したところで、潤滑剤の熱劣化により、ベルト摺動トルクの増大が起き、それによる紙しわや画像ズレが発生したことを目視により確認した。
【０１２２】
上記のように、加圧部材の長手方向の異なる領域間で熱が移動するように配置されている２つのヒートパイプを備えた実施例１に係る定着装置を用いることにより、ヒートパイプを備えていない比較例１に係る定着装置と比較して、圧力パッドの長手方向の温度差が低減され、その結果、ニップ部の長手方向における圧力差が低減された。
【符号の説明】
【０１２３】
１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ  画像形成ユニット、１０  一次転写部、１１  感光体ドラム、１２  帯電装置、１３  露光装置、１４  現像装置、１５  中間転写ベルト、１６  一次転写ロール、１７  ドラムクリーナ、２０  二次転写部、２２  二次転写ロール、２５  バックアップロール、２６  給電ロール、３１  駆動ロール、３２  支持ロール、３３  テンションロール、３４  クリーニングバックアップロール、３５  中間転写ベルトクリーナ、４０  制御部、４２  基準センサ（ホームポジションセンサ）、４３  画像濃度センサ、５０  給紙手段、５１  ピックアップロール、５２  搬送ロール、５３  用紙搬送路、５５  搬送ベルト、５６  定着入口ガイド、６０  定着装置、６１，１１０  定着ロール、６１１，９２１，１１１，１２１  コア（円筒状芯金）、６１２，９２２，１１２，１２２  耐熱性弾性体層、６１３，９２３，１１３，１２３  離型層、６２  無端ベルト、６３  ベルトガイド部材、６４  加圧部材（圧力パッド）、６４ａ  プレニップ部材、６４ｂ  剥離ニップ部材、６５  保持部材（ホルダ）、６６，１１４  加熱源（ハロゲンヒータ）、６７  潤滑剤塗布部材、６８  摺動部材（摺動シート）、６９  温度センサ、７０  剥離補助部材、７１  剥離バッフル、７２  バッフルホルダ、８０  ヒートパイプ、９０  磁場発生ユニット、９０１  誘導発熱コイル、９０２  コイル支持部材、９０３  励磁回路、９２，１２０  加圧ロール。
【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】
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