特許 5998565 定着装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5998565

(24)【登録日】2016年9月9日

(45)【発行日】2016年9月28日

(54)【発明の名称】定着装置

(51)【国際特許分類】

   G03G 15/20 20060101AFI20160915BHJP

【ＦＩ】

   G03G15/20 515

【請求項の数】8

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2012-71015(P2012-71015)

(22)【出願日】2012年3月27日

(65)【公開番号】特開2013-205445(P2013-205445A)

(43)【公開日】2013年10月7日

【審査請求日】2015年3月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005267

【氏名又は名称】ブラザー工業株式会社

(72)【発明者】

【氏名】前田 昌孝

【審査官】 飯野 修司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２３７５２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１２１４６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１８０５９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０３Ｇ １５／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シート状の記録媒体上に付着した現像剤による像を熱定着するように構成された、定着装置であって、
筒状に形成された無端ベルトである、定着ベルトと、
前記定着ベルトの外面と対向配置された、対向部材と、
前記定着ベルトの内面と接触することで、当該定着ベルトと前記対向部材とが前記記録媒体を挟んで互いに圧接する部分であるニップ部が形成されるように、前記定着ベルトの内側に配置された、ニップ部材と、
前記ニップ部を加熱するように、前記定着ベルトの内側に配置された、熱源装置と、
を備え、
前記ニップ部材は、
前記熱源装置に対向することで当該熱源装置から受熱する表面である受熱面と、前記ニップ部に対向しつつ前記定着ベルトの前記内面と接触することで当該ニップ部に向けて放熱する表面である放熱面と、を有し、前記熱源装置からの熱を前記受熱面から前記放熱面に伝達するように設けられた、伝熱部材を備え、
前記伝熱部材は、前記ニップ部を向く前記放熱面の面積が前記熱源装置を向く前記受熱面の面積よりも小さくなるように、側断面視にて台形状に形成された、ことを特徴とする、定着装置。

【請求項2】

シート状の記録媒体上に付着した現像剤による像を熱定着するように構成された、定着装置であって、
筒状に形成された無端ベルトである、定着ベルトと、
前記定着ベルトの外面と対向配置された、対向部材と、
前記定着ベルトの内面と接触することで、当該定着ベルトと前記対向部材とが前記記録媒体を挟んで互いに圧接する部分であるニップ部が形成されるように、前記定着ベルトの内側に配置された、ニップ部材と、
前記ニップ部を加熱するように、前記定着ベルトの内側に配置された、熱源装置と、
を備え、
前記ニップ部材は、
前記熱源装置に対向することで当該熱源装置から受熱する表面である受熱面と、前記ニップ部に対向しつつ前記定着ベルトの前記内面と接触することで当該ニップ部に向けて放熱する表面である放熱面と、を有し、前記熱源装置からの熱を前記受熱面から前記放熱面に伝達するように設けられた、伝熱部材を備え、
前記放熱面は、前記受熱面よりも面積が小さくなるように形成され、
前記伝熱部材は、側断面視にて台形状に形成され、
前記ニップ部材は、
前記伝熱部材の前記ニップ部に対向する表面における前記放熱面以外の部分と、前記定着ベルトの前記内面と、の間に配置されていて、前記伝熱部材よりも熱伝導率が低い材料によって形成された、断熱部材をさらに備えたことを特徴とする、定着装置。

【請求項3】

シート状の記録媒体上に付着した現像剤による像を熱定着するように構成された、定着装置であって、
筒状に形成された無端ベルトである、定着ベルトと、
前記定着ベルトの外面と対向配置された、対向部材と、
前記定着ベルトの内面と接触することで、当該定着ベルトと前記対向部材とが前記記録媒体を挟んで互いに圧接する部分であるニップ部が形成されるように、前記定着ベルトの内側に配置された、ニップ部材と、
前記ニップ部を加熱するように、前記定着ベルトの内側に配置された、熱源装置と、
を備え、
前記ニップ部材は、
前記熱源装置に対向することで当該熱源装置から受熱する表面である受熱面と、前記ニップ部に対向しつつ前記定着ベルトの前記内面と接触することで当該ニップ部に向けて放熱する表面である放熱面と、を有し、前記熱源装置からの熱を前記受熱面から前記放熱面に伝達するように設けられた、伝熱部材を備え、
前記放熱面は、前記受熱面よりも面積が小さくなるように形成され、
前記放熱面は、前記ニップ部の、前記記録媒体の搬送方向における上流側の部分に設けられたことを特徴とする、定着装置。

【請求項4】

請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載に記載の、定着装置であって、
前記ニップ部材は、平板状に形成されたことを特徴とする、定着装置。

【請求項5】

請求項２に記載の、定着装置であって、
前記伝熱部材と前記断熱部材との間には、空隙が設けられたことを特徴とする、定着装置。

【請求項6】

請求項１〜請求項５のうちのいずれか１項に記載の、定着装置であって、
前記熱源装置は、輻射熱を発生するヒータを備え、
前記ニップ部材は、前記受熱面が前記ヒータに面するように設けられたことを特徴とする、定着装置。

【請求項7】

請求項１〜請求項６のうちのいずれか１項に記載の、定着装置であって、
前記受熱面には黒体面が形成されていることを特徴とする、定着装置。

【請求項8】

請求項１又は請求項２に記載の、定着装置であって、
前記放熱面は、前記ニップ部の、前記記録媒体の搬送方向における上流側の部分に設けられたことを特徴とする、定着装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シート状の記録媒体上に付着した現像剤による像を熱定着するように構成された、定着装置に関する。

【背景技術】

【0002】

この種の装置として、省電力化やウォームアップ時間の短縮のために、加熱側の部材として、ヒータを内包した無端ベルト状の定着ベルトを用いたものが知られている（例えば、特開２００８−２５７９４６号公報、特開２０１１−９５５４０号公報、特開２０１１−９５５４９号公報、特開２０１１−２０３４０５号公報、等参照。）。

【発明の概要】

【0003】

この種の装置において、ヒータから発せられた熱を定着領域（前記現像剤を軟化あるいは溶融させて前記記録媒体上に固着させるために前記現像剤が静電的に付着した前記記録媒体を加熱及び加圧する領域）により効率よく伝達することで、よりいっそうの省電力化やウォームアップ時間の短縮が図られる。本発明は、かかる課題に対処するためになされたものである。

【0004】

＜構成＞
本発明の対象となる定着装置は、シート状の記録媒体上に付着した現像剤による像を熱定着するように構成されている。この定着装置は、定着ベルトと、対向部材と、ニップ部材と、熱源装置と、を備えている。

【0005】

前記定着ベルトは、いわゆる無端ベルトであって、筒状に形成されている。前記対向部材は、前記定着ベルトの外面と対向配置されている。前記ニップ部材は、前記定着ベルトの内面と接触することでニップ部が形成されるように、前記定着ベルトの内側に配置されている。ここで、前記ニップ部とは、上述の「定着領域」と同義であって、前記定着ベルトと前記対向部材とが前記記録媒体を挟んで互いに圧接する部分である。なお、前記ニップ部材は、平板状に形成されていてもよい。前記熱源装置は、前記ニップ部を加熱するように、前記定着ベルトの内側に配置されている。

【0006】

本発明の特徴は、前記ニップ部材が、以下のように構成されていることにある。

【0007】

前記ニップ部材は、伝熱部材を備えている。この伝熱部材は、受熱面と放熱面とを有している。前記受熱面は、前記熱源装置に対向することで当該熱源装置から受熱するように設けられた、前記伝熱部材の表面である。なお、前記受熱面には、黒体面が形成されていてもよい。前記放熱面は、前記ニップ部に対向しつつ前記定着ベルトの前記内面と接触することで当該ニップ部に向けて放熱するように設けられた、前記伝熱部材の表面である。そして、この伝熱部材は、前記熱源装置からの熱を前記受熱面から前記放熱面に伝達するように設けられている。

【0008】

ここで、前記放熱面は、前記受熱面よりも面積が小さくなるように形成されている。具体的には、例えば、前記伝熱部材は、側断面視にて台形状に形成され得る。また、前記放熱面は、前記ニップ部の、前記記録媒体の搬送方向における上流側の部分に設けられ得る。

【0009】

前記ニップ部材は、断熱部材をさらに備えていてもよい。この断熱部材は、前記伝熱部材よりも熱伝導率が低い材料によって形成されている。また、この断熱部材は、前記伝熱部材の前記ニップ部に対向する表面における前記放熱面以外の部分と、前記定着ベルトの前記内面と、の間に配置されている。この場合、前記伝熱部材と前記断熱部材との間には、空隙が設けられていてもよい。

【0010】

前記熱源装置は、輻射熱を発生するヒータを備えていてもよい。この場合、前記ニップ部材は、前記受熱面が前記ヒータに面するように設けられている。

【0011】

＜作用・効果＞
かかる構成を有する、本発明の前記定着装置においては、前記熱源装置から発せられた熱が、前記伝熱部材における前記受熱面にて受け取られる。かかる受熱面にて受け取られた熱は、前記伝熱部材における当該受熱面よりも小さな面積の前記放熱面から、前記ニップ部に放出される。これにより、前記ニップ部が加熱される。

【0012】

ここで、本発明においては、前記受熱面よりも前記放熱面の方が、面積が小さい。このため、比較的面積が広い前記受熱面にて受け取られた熱が、比較的面積が狭い前記放熱面（すなわち前記ニップ部の前記搬送方向における一部分）に集中する。このため、前記記録媒体上に担持された前記現像剤が短時間で集中的に加熱される一方で、前記記録媒体自体への伝熱が可及的に抑制される。したがって、本発明によれば、良好な定着強度及び定着効率が得られ、以てよりいっそうの省電力化やウォームアップ時間の短縮が図られる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態が適用された画像形成装置であるレーザープリンタの概略構成を示す側面図である。

【図2】図１に示されている、本実施形態の定着ユニットの概略構成を示す側断面図である。

【図3】計算機シミュレーションによって熱流（熱伝導）解析するための計算メッシュを示す図である。

【図4】図２に示されている本実施形態の構成における熱流（熱伝導）の様子を示す図である。

【図5】図２に示されているニップ板が一様な一枚のアルミニウム合金製である比較例の構成における熱流（熱伝導）の様子を示す図である。

【図6】図２に示されているニップ部の用紙搬送方向に沿った圧力分布を示すグラフである。

【図7】トナー粘度の温度依存性を示すグラフである。

【図8】図２に示されている本実施形態の構成における定着強度の計算のための、伝熱部材の形状についての条件を示す図である。

【図9】図８におけるｗの値を変化させたときの、定着強度Ｆ（計算結果）の変化の様子を示すグラフである。

【図10】図９におけるｗ＝７［ｍｍ］の場合に、受熱面への印加熱量を変化させたときの、定着強度Ｆ（計算結果）の変化の様子を示すグラフである。

【図11】図２に示されているニップ板の一変形例を示す側断面図である。

【図12】図２に示されている定着ユニットの一変形例を示す側断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態に関する記載は、法令で要求されている明細書の記載要件（記述要件・実施可能要件）を満たすために、本発明の具体化の単なる一例を、可能な範囲で具体的に記述しているものにすぎない。よって、後述するように、本発明が、以下に説明する実施形態の具体的構成に何ら限定されるものではないことは、全く当然である。本実施形態に対して施され得る各種の変更（変形例：modification）は、当該実施形態の説明中に挿入されると、一貫した実施形態の説明の理解が妨げられるので、末尾にまとめて記載されている。

【0015】

＜レーザープリンタの全体構成＞
図１は、本発明の一実施形態が適用された画像形成装置であるレーザープリンタ１の概略構成を示す側断面図である。このレーザープリンタ１は、その内部にて、シート状の記録媒体である用紙Ｐを用紙搬送経路ＰＰ（paper path）に沿って搬送しつつ、当該用紙Ｐ上に非磁性一成分現像剤（トナー）による像（以下、「トナー像」と称する。）を形成するように構成されている。

【0016】

なお、以下の説明では、図１における用紙搬送経路ＰＰに沿って用紙Ｐが搬送される方向（すなわち用紙搬送経路ＰＰの任意の位置における接線方向）を、「用紙搬送方向」と称する。また、図中右側（ｙ軸正方向側）を「後側」と称し、図中左側（ｙ軸負方向側）を「前側」と称する。よって、図１における左右方向がレーザープリンタ１の前後方向となる。さらに、図１における左右方向（上述の前後方向）及び上下方向（レーザープリンタ１の高さ方向：図中ｚ軸方向）と垂直な方向である、レーザープリンタ１の幅方向を、「用紙幅方向」と称する。この用紙幅方向（図中ｘ軸方向）は、用紙搬送方向及び用紙Ｐの厚さ方向と垂直な方向である。

【0017】

具体的には、このレーザープリンタ１は、本体部２と、用紙搬送部３と、プロセスカートリッジ４と、スキャナユニット５と、定着ユニット６と、を備えている。

【0018】

本体部２は、用紙搬送部３、プロセスカートリッジ４、スキャナユニット５、及び定着ユニット６を支持するための本体フレーム２１を備えている。本体フレーム２１は、外側カバー２２によって覆われている。外側カバー２２は、レーザープリンタ１のケーシングを構成する合成樹脂製の箱状部材である。

【0019】

外側カバー２２の天板を構成するトップカバー２３には、後側に向かうにつれて深くなるような形状の凹部が設けられている。排紙トレイ２４は、この凹部の底面によって形成されている。すなわち、排紙トレイ２４は、排紙口２５から排出された画像形成済みの用紙Ｐを受け止めて複数枚積載するために、トップカバー２３の前側から後側に向かって斜め下方向に向かう斜面を形成するように設けられている。排紙口２５は、外側カバー２２における、排紙トレイ２４の下端部（後端部）の上方に設けられた開口部であって、用紙幅方向に長手方向を有するスリット状に形成されている。

【0020】

用紙搬送部３は、用紙カセット３１と、給紙ローラ３２と、紙粉除去ローラ対３３と、レジストローラ対３４と、搬送ローラ３５と、排紙ローラ対３６と、を備えている。この用紙搬送部３は、用紙Ｐを用紙搬送経路ＰＰに沿って用紙カセット３１から排紙トレイ２４まで搬送するように構成されている。

【0021】

用紙カセット３１は、本体部２の下方に設けられていて、前後方向にスライドさせることで本体フレーム２１に対して着脱自在に（すなわち容易に着脱できるように）構成されている。また、用紙カセット３１は、その内側にシート状の用紙Ｐを積層状態にて多数枚収容し得るように構成されている。

【0022】

給紙ローラ３２は、本体部２の底部にて回転可能に支持されていて、用紙カセット３１内にて積層状態に収容された用紙Ｐにおける最上位のものの先端部と当接し得るように配置されている。この給紙ローラ３２は、回転駆動されることで、用紙Ｐを用紙カセット３１から１枚ずつピックアップして紙粉除去ローラ対３３に向けて搬送するように構成されている。

【0023】

紙粉除去ローラ対３３は、給紙ローラ３２よりも用紙搬送方向における下流側に設けられていて、給紙ローラ３２によってピックアップされた用紙Ｐ上の紙粉を除去しつつ、かかる用紙Ｐをレジストローラ対３４に向けて送出するようになっている。レジストローラ対３４は、後述する転写位置よりも用紙搬送方向における上流側であって、プロセスカートリッジ４の底部に対応する位置に配置されていて、用紙Ｐの向き及び搬送タイミングを調整するとともに、用紙Ｐを転写位置に向けて供給するように設けられている。

【0024】

定着ユニット６よりも用紙搬送方向における下流側には、当該定着ユニット６を経た用紙Ｐを排紙口２５に向けて送出するための搬送ローラ３５が設けられている。排紙ローラ対３６は、プロセスカートリッジ４及び定着ユニット６を経てトナー像が形成及び定着された用紙Ｐを排紙トレイ２４上に排出し得るように、排紙口２５の近傍に設けられている。

【0025】

本体部２内には、プロセスカートリッジ４が、着脱自在に収容されている。すなわち、プロセスカートリッジ４は、交換あるいはレーザープリンタ１の内部のメンテナンスのために、本体部２に対して容易に着脱できるようになっている。具体的には、プロセスカートリッジ４のケーシングの一部をなすプロセスケース４１は、本体フレーム２１に対して着脱自在に構成されている。このプロセスケース４１には、感光体ドラム４２と、帯電器４３と、転写ローラ４４と、トナーケース４５と、が装着されている。

【0026】

感光体ドラム４２は、その外周部に感光体層が形成された、円筒形状の部材であって、回転可能にプロセスケース４１によって支持されている。すなわち、感光体ドラム４２は、用紙幅方向と平行な軸を中心として回転駆動されることで、その周面である静電潜像担持面が用紙幅方向と直交する方向に移動するようなっている。帯電器４３は、この静電潜像担持面を一様に帯電させるために、当該静電潜像担持面と対向配置されている。

【0027】

転写ローラ４４は、転写位置にて用紙搬送経路ＰＰを挟んで静電潜像担持面と対向するように設けられている。ここで、転写位置とは、静電潜像担持面と帯電器４３とが対向する位置よりも、感光体ドラム４２の回転による静電潜像担持面の移動方向における下流側の位置である。この転写ローラ４４は、画像形成時に、感光体ドラム４２と連れ回る方向（すなわち感光体ドラム４２の回転方向とは反対方向）に回転するようになっている。また、この転写ローラ４４は、感光体ドラム４２との間に印加される所定の電圧によって、感光体ドラム４２の周面上に担持されたトナー像を用紙Ｐ上に転写するようになっている。

【0028】

また、プロセスカートリッジ４のケーシングの一部をなす（プロセスケース４１とともにプロセスカートリッジ４のケーシングをなす）トナーケース４５は、プロセスケース４１に対して着脱自在に構成されている。すなわち、トナーケース４５は、交換あるいはメンテナンスのために、プロセスケース４１に対して容易に着脱できるようになっている。このトナーケース４５は、絶縁性の合成樹脂製の箱状の部材であって、その内部の空間には粉末状の乾式現像剤であるトナーが収容されている。

【0029】

トナーケース４５における、プロセスケース４１に装着された際に感光体ドラム４２と対向する位置には、用紙幅方向に長手方向を有する開口部が形成されている。トナーケース４５における、この開口部の近傍の位置には、現像ローラ４６と、供給ローラ４７と、が設けられている。また、トナーケース４５の内部にてトナーを収容する空間内には、アジテータ４８が収容されている。現像ローラ４６、供給ローラ４７、及びアジテータ４８は、トナーケース４５によって、回転可能に支持されている。

【0030】

現像ローラ４６は、感光体ドラム４２の回転による静電潜像担持面の移動方向における、静電潜像担持面と帯電器４３とが対向する位置よりも下流側且つ転写位置よりも上流側の現像位置にて、静電潜像担持面と対向するように、感光体ドラム４２と平行に配置されている。また、現像ローラ４６は、平滑な円柱面状の周面上にてトナーの薄層を担持し得るように構成されている。この現像ローラ４６は、帯電したトナーを静電潜像担持面に供給するために、感光体ドラム４２の回転方向とは反対方向に（すなわち上述の現像位置にて現像ローラ４６の周面の移動方向が静電潜像担持面の移動方向と同じ方向となるような回転方向に）回転駆動されるようになっている。

【0031】

供給ローラ４７は、トナーケース４５の内部に収容されたトナーを現像ローラ４６の周面上に担持させるように、トナーケース４５の内部にてトナーを収容する空間と現像ローラ４６との間に配置されている。アジテータ４８は、回転駆動されることで、トナーケース４５の内部に収容されたトナーを攪拌しつつその一部を供給ローラ４７に向けて送出するように設けられている。

【0032】

スキャナユニット５は、プロセスカートリッジ４の上方に配置されている。このスキャナユニット５は、画像データに基づいて変調されたレーザービーム（図中一点鎖線参照）を生成するとともに、かかるレーザービームを、帯電器４３によって一様に帯電された静電潜像担持面上にて用紙幅方向に沿って走査することで、静電潜像担持面上に静電潜像を形成するように構成されている。

【0033】

具体的には、スキャナユニット５は、ポリゴンミラー５１と、レンズ５２及び５３と、反射鏡５４，５５及び５６と、を備えている。このスキャナユニット５は、図示しない発光部から出射された上述のレーザービームを、ポリゴンミラー５１によって用紙幅方向に沿って走査しつつ、レンズ５２、反射鏡５４、反射鏡５５、レンズ５３、及び反射鏡５６を経て、静電潜像担持面に照射するようになっている。

【0034】

本発明の定着装置に相当する定着ユニット６は、上述の転写位置（感光体ドラム４２と転写ローラ４４とが対向する位置）よりも用紙搬送方向における下流側に配置されている。この定着ユニット６は、トナー像を担持した（トナーが像様に静電的に付着した）用紙Ｐを加熱及び加圧（ニップ）することで、トナー像を用紙Ｐ上に熱定着するように構成されている。

【0035】

＜定着ユニットの構成の詳細＞
図２は、図１に示されている、本実施形態の定着ユニット６の概略構成を示す側断面図である。以下、図２を参照しつつ、本実施形態の定着ユニット６の構成の特徴について詳細に説明する。

【0036】

定着ユニット６は、定着ベルト６１と、加圧ローラ６２と、ニップ板６３と、ステイ６４と、熱源装置６５と、を備えている。

【0037】

定着ベルト６１は、筒状に形成された、いわゆる無端ベルトであって、耐熱性と可撓性とを有するように構成されている。この定着ベルト６１は、図示しないガイド部材によって、所定の位置に保持されつつ用紙幅方向と平行な軸を中心として回転可能に支持されている。

【0038】

本発明の対向部材に相当する加圧ローラ６２は、定着ベルト６１の外周面と対向配置されている。この加圧ローラ６２は、外周部に弾性変形可能な層であるゴム層を有するローラ状部材であって、用紙幅方向と平行な軸を中心として回転可能に支持されている。

【0039】

本発明のニップ部材に相当するニップ板６３は、平板状の部材であって、定着ベルト６１を挟んで加圧ローラ６２と対向配置されるように、定着ベルト６１の内側に収容されている。このニップ板６３は、加圧ローラ６２における上述のゴム層を弾性変形させるように定着ベルト６１の内周面と当接することで、ニップ部ＮＰを用紙搬送方向に沿って所定の幅をもって形成するように設けられている。

【0040】

ニップ板６３は、伝熱部材６３１と断熱部材６３２とを有している。伝熱部材６３１は、断熱部材６３２よりも熱伝導率が高い材質から構成されている。具体的には、本実施形態においては、伝熱部材６３１は、熱伝導率が高い金属であるアルミニウム（合金）によって形成されている。一方、断熱部材６３２は、熱伝導率が低く且つ耐熱性の高い合成樹脂材料によって形成されている。

【0041】

伝熱部材６３１は、受熱面６３１ａと放熱面６３１ｂとを有している。ここで、受熱面６３１ａは、熱源装置６５に対向することで当該熱源装置６５から受熱するように設けられた、伝熱部材６３１の表面である。また、放熱面６３１ｂは、ニップ部ＮＰに対向しつつ定着ベルト６１の内周面と接触することでニップ部ＮＰに向けて放熱するように設けられた、伝熱部材６３１の表面である。そして、この伝熱部材６３１は、熱源装置６５からの熱を受熱面６３１ａから放熱面６３１ｂに伝達するように設けられている。

【0042】

伝熱部材６３１は、放熱面６３１ｂが受熱面６３１ａよりも面積が小さくなるように、側断面視にて台形状に形成されている。具体的には、受熱面６３１ａは、ニップ板６３の上面（熱源装置６５側の表面）であって熱源装置６５と対向する部分におけるほぼ全面にわたって設けられている。一方、放熱面６３１ｂは、ニップ板６３の下面（ニップ部ＮＰ側の表面）の側面視における一部分であって、具体的にはニップ部ＮＰの用紙搬送方向における上流側の部分に設けられている。

【0043】

断熱部材６３２は、ニップ板６３における伝熱部材６３１以外の部分である。この断熱部材６３２は、伝熱部材６３１のニップ部ＮＰに対向する表面における放熱面６３１ｂ以外の部分と、定着ベルト６１の内周面と、の間に配置されている。また、この断熱部材６３２は、伝熱部材６３１の用紙幅方向における両端部に隣接する位置にも設けられている。

【0044】

ステイ６４は、側断面視にてニップ板６３に向けて開口する略“Ｕ”字状（図中では略逆“Ｕ”字状あるいは“ｎ”字状）の部材であって、ニップ板６３を支持するように、定着ベルト６１の内側に配置（収容）されている。ステイ６４は、熱伝導率が低く且つ耐熱性の高い合成樹脂材料によって形成されている。具体的には、ステイ６４は、ニップ板６３における断熱部材６３２と同じ材質によって形成されている。

【0045】

本実施形態においては、ステイ６４は、ニップ板６３と密着する（接合される）ことで、ニップ板６３の端部を支持しつつ、内部に略閉空間を形成するように設けられている。すなわち、ステイ６４の用紙幅方向における両端部には、用紙幅方向と直交する一対の側板が設けられている。

【0046】

熱源装置６５は、ニップ部ＮＰを加熱するように、定着ベルト６１の内側に配置されている。具体的には、熱源装置６５は、ニップ板６３とステイ６４とで囲まれる略閉空間内に収容されている。この熱源装置６５は、楕円鏡６５１と、ヒータ６５２と、を備えている。

【0047】

楕円鏡６５１は、アルミニウム（合金）板を曲げ加工することで形成された、側断面視にて半楕円形状の部材であって、ステイ６４によって外側から支持されている。楕円鏡６５１の内面には、ヒータから発せられる赤外線（遠赤外線を含む）の反射率が高くなるように、鏡面加工が施されている。この楕円鏡６５１は、側断面視にてニップ板６３に向けて開口することで、ヒータ６５２から発せられた輻射熱を伝熱部材６３１における受熱面６３１ａに照射するように設けられている。

【0048】

ヒータ６５２は、いわゆるハロゲンランプからなる発熱体であって、通電により輻射熱を発生するように構成されている。また、本実施形態においては、受熱面６３１ａには、黒色塗装からなる黒体面６５５が形成されている。

【0049】

＜実施形態の構成による作用・効果＞
かかる構成を有する、本実施形態の定着ユニット６においては、ヒータ６５２から発せられた輻射熱が、伝熱部材６３１における受熱面６３１ａにて受け取られる。かかる受熱面６３１ａにて受け取られた熱は、伝熱部材６３１における受熱面６３１ａよりも小さな面積の放熱面６３１ｂから、ニップ部ＮＰに放出される。これにより、ニップ部ＮＰが加熱される。

【0050】

ここで、本実施形態の構成においては、放熱面６３１ｂは、ニップ部ＮＰの用紙搬送方向における一部分に対応して設けられているとともに、受熱面６３１ａよりも面積が小さい。このため、比較的面積が広い受熱面６３１ａにて受け取られた熱が、比較的面積が狭い放熱面６３１ｂに集中し、これによりニップ部ＮＰの用紙搬送方向における一部分が集中的に加熱される。このため、用紙Ｐ上に担持されたトナーが短時間で集中的に加熱される一方で、用紙Ｐ自体への伝熱が可及的に抑制される。したがって、かかる構成によれば、良好な定着強度及び熱効率（定着効率）が得られ、以て画像形成速度の高速化が図られるとともに、よりいっそうの省電力化やウォームアップ時間の短縮が図られる。

【0051】

さらに、本実施形態の構成においては、ニップ部ＮＰにおける、伝熱部材６３１よりも用紙搬送方向における下流側の部分は、温度が相対的に低くなる。このため、当該部分におけるトナーの軟化あるいは溶融による、いわゆるホットオフセットの発生が抑制され、以て定着後の画像品質が向上する。

【0052】

以下、本実施形態の構成による効果を、数値計算によって確認した結果について説明する。最初に、本実施形態の構成における熱流（熱伝導）の状態について解析した結果を、比較例と比較しつつ示す。

【0053】

図３は、計算機シミュレーションによって熱流（熱伝導）解析するための計算メッシュを示す図である。かかる熱流解析は、有限要素法を用いた市販のコンピュータソフトウエアを用いて容易に実行され得るものであることは、本願の出願時において周知である。

【0054】

なお、図３においては、図示の都合上、ニップ板６３、定着ベルト６１、用紙Ｐ、及び加圧ローラ６２は、それぞれ離隔しているように示されている。しかしながら、計算においては、互いに熱的に接触するように設定がなされている。また、定着ベルト６１、用紙Ｐ、及び加圧ローラ６２は、それぞれ、画像形成速度（具体的にはＡ４規格用紙を長尺方向に搬送した場合の３０ｐｐｍ相当：ｐｐｍは「ｐａｇｅ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ」の略）に相当する移動が生じるように、計算上設定されている。

【0055】

代表的な境界条件は、以下の通りである：ニップ板６３の上面には、８００Ｗに相当する輻射熱が、均等に印加されている。加圧ローラ６２のステンレス製シャフトは、室温（２５℃）に固定されている。

【0056】

また、この計算においては、ニップ板６３における伝熱部材６３１（図２参照）はＡ５０５２アルミニウム合金製とし、断熱部材６３２（図２参照）はＰＦＡ（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）製であるものとし、定着ベルト６１はポリイミド製であるものとし、加圧ローラ６２はシリコーンゴムの表面をチューブ状のＰＦＡ樹脂で被覆したものであるものとする。

【0057】

図４は、図２に示されている本実施形態の構成における熱流（熱伝導）の様子を示す図である。図５は、図２に示されているニップ板６３が一様な一枚のアルミニウム合金（Ａ５０５２）製である比較例の構成における熱流（熱伝導）の様子を示す図である。なお、図４及び図５においては、熱流の様子が矢印（ベクトル）で示されている。

【0058】

図４に示されているように、本実施形態の構成においては、ニップ板６３の上面（図２における伝熱部材６３１の受熱面６３１ａ）に均一に印加された熱が、ニップ部における上流側の一部分に集中している。これに対し、図５に示されているように、比較例の構成においては、このような熱流の集中は発生していない。

【0059】

次に、本実施形態の構成による定着強度の評価計算を行った結果について説明する。なお、定着強度の計算法は、「電子写真技術の基礎と応用」（電子写真学会編、１９８８年コロナ社刊）に詳細に記載されているが、その一部を以下に抜粋して示す。

【0060】

定着強度Ｆは、ニップ部内の圧力Ｐと、トナー粘度μとから、下記の式（１）で示される。なお、下記の式（１）中、“ｔ_{ｄｗｅｌｌ}”は、ニップ部通過時間（用紙がニップ部を通過する所要時間）である。

【0061】

【数1】

【0062】

上記（１）式の通り、トナー粘度μは温度Ｔに依存する。そこで、用紙のニップ部通過時間ｔ_{ｄｗｅｌｌ}を微小時間Δｔで離散化し、用紙がニップ部を通過している間の時間ステップｉ毎に圧力Ｐｉと温度Ｔｉとからトナー粘度μｉを求め、下記の式（２）により定着強度Ｆを算出した。

【0063】

【数2】

【0064】

圧力Ｐについては、弾性ローラが平面に押し当てられているものとみなして、Ｈｅｌｔｚの接触理論に基づき、ニップ部における用紙搬送方向に沿った圧力分布を放物線状の分布とした（図６参照：図６中の「ｙ」は、図２に示されているニップ部ＮＰの用紙搬送方向における上流端からの距離を示し、ｙ＝０は当該上流端に相当するものとする。）。図６に示されている圧力分布グラフにおいては、圧力の最大値を０．１４ＭＰａとした。

【0065】

トナー粘度μについては、下記の式（３）で示されるＡｎｄｒａｄｅの式を用いた。なお、この式における係数Ａ及びＢは、測定値をフィッティングすることによって求めた（本計算にて用いた実際のトナー粘度μの温度依存性のグラフについては図７参照。）。

【0066】

【数3】

【0067】

図８は、図２に示されている本実施形態の構成における定着強度の計算のための、伝熱部材６３１の形状についての条件を示す図である。図中、ｗは、図２に示されている伝熱部材６３１の受熱面６３１ａの用紙搬送方向における下流端を基点とした、放熱面６３１ｂの用紙搬送方向における下流端の位置を示す。このｗの値が大きいほど、受熱面６３１ａから放熱面６３１ｂへの「絞り込み」が大きくなる。なお、かかる定着強度の計算においては、ニップ部の幅を８ｍｍとし、受熱面６３１ａの用紙幅方向の幅ｗ０＝８［ｍｍ］、伝熱部材６３１の厚さｔｈ０＝０．８［ｍｍ］、ｔｈ１＝０．２［ｍｍ］とした。

【0068】

図９は、図８におけるｗの値を変化させたときの、定着強度Ｆ（計算結果）の変化の様子を示すグラフである。図９に示されているように、受熱面６３１ａから放熱面６３１ｂへの「絞り込み」が大きくなるほど定着強度が上昇することが確認された。

【0069】

図１０は、図９におけるｗ＝７［ｍｍ］の場合に、受熱面６３１ａへの印加熱量を変化させたときの、定着強度Ｆ（計算結果）の変化の様子を示すグラフである。図１０の結果から、図５に示されている比較例の構成の場合に印加熱量が８００Ｗであるときの定着強度（図中破線参照）が、ｗ＝７［ｍｍ］の場合には５８６Ｗの印加熱量で得られることが確認された。

【0070】

＜変形例の例示列挙＞
なお、上述の実施形態は、出願人が取り敢えず本願の出願時点において最良であると考えた本発明の代表的な実施形態を、単に例示したものにすぎない。よって、本発明はもとより上述の実施形態に何ら限定されるものではない。したがって、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、上述の実施形態に対して種々の変更が施され得ることは、当然である。

【0071】

以下、代表的な変形例について、幾つか例示する。以下の変形例の説明において、上述の実施形態にて説明されている構成要素と同様の構成及び機能を有するものに対しては、上述の実施形態と同様の符号が用いられ得るものとする。そして、かかる部材の説明については、技術的に矛盾しない範囲内において、上述の実施形態における説明が援用され得るものとする。もっとも、言うまでもなく、変形例とて、以下に列挙されたもの限定されるものではない。また、複数の変形例が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、複合的に適用され得る。さらに、上述の実施形態の一部と、変形例の一部とが、適宜、複合的に適用され得る。

【0072】

本発明の適用対象は、単色のレーザープリンタに限定されない。例えば、本発明は、カラーのレーザープリンタや、単色及びカラーの複写機等の、いわゆる電子写真方式の画像形成装置に対して、好適に適用され得る。このとき、感光体の形状は、上述の実施形態のようなドラム状でなくてもよい。例えば、平板状や無端ベルト状等であってもよい。露光方式（アナログ又はデジタル）についても、特段の限定はない。

【0073】

また、本発明の適用対象は、非磁性一成分現像に限定されない。したがって、本発明は、例えば、磁性二成分現像方式の画像形成装置に対しても好適に適用され得る。あるいは、本発明は、感光体を用いない画像形成方式（例えば、マルチスタイラス電極やアパチャー電極によって電荷や現像剤の飛翔や付着を直接的に制御する画像形成方式）の画像形成装置に対しても好適に適用され得る。

【0074】

図１を参照すると、プロセスカートリッジ４におけるプロセスケース４１とトナーケース４５とは、分離不能であってもよい。あるいは、トナーケース４５のみが、本体フレーム２１に対して着脱自在であってもよい。

【0075】

本発明の「対向部材」は、ローラ状の部材に限定されない。例えば、本発明の「対向部材」として、板状の部材やベルト状の部材が用いられ得る。

【0076】

本発明の熱源装置における発熱体は、ハロゲンランプを用いたものに限定されない。具体的には、例えば、かかる発熱体として、面状ヒータが用いられ得る。この場合、面状ヒータは、図２における受熱面６３１ａに密着するように設けられる。また、この場合、黒体面６５５は不要である。

【0077】

図２を参照すると、伝熱部材６３１は、アルミニウム（合金）以外の熱伝導率が高い金属（銅等）によって形成され得る。また、断熱部材６３２は、ステンレス鋼等の熱伝導率が低い金属や、セラミックスや、熱伝導率が低く且つ耐熱性の高い合成樹脂材料（液晶ポリマー、ポリイミド、ポリアミドイミド、等。）によって形成され得る。

【0078】

断熱部材６３２は、ステイ６４と一体に形成されていてもよい。あるいは、断熱部材６３２は、ステイ６４とは異なる材質によって形成されていてもよい。

【0079】

上述の実施形態においては、受熱面６３１ａは、ニップ板６３の上面であって熱源装置６５と対向する部分におけるほぼ全面にわたって設けられているが、本発明は何らこれに限定されない。すなわち、ニップ板６３の上面であって熱源装置６５と対向する部分のうちの用紙搬送方向における下流側の一部に、受熱面６３１ａではない部分が設けられていてもよい。

【0080】

図１１は、図２に示されているニップ板６３の一変形例を示す側断面図である。図１１に示されているように、伝熱部材６３１と断熱部材６３２との間には、空隙Ｇが設けられていてもよい。これにより、熱エネルギーの収束効果がよりいっそう高められる。なお、この空隙Ｇ内は、空気であってもよい。あるいは、空隙Ｇ内には、断熱部材６３２よりも断熱性の高い（すなわち熱伝導率の低い）材料が充填されていてもよい。

【0081】

図１２は、図２に示されている定着ユニット６の一変形例を示す側断面図である。図１２に示されているように、ステイ６４は、上部が開放された形状（すなわち平面視にて略矩形状）に形成されていてもよい。

【0082】

また、図１２に示されているように、断熱部材は省略され得る。すなわち、伝熱部材６３１のニップ部ＮＰに対向する表面における放熱面６３１ｂ以外の部分と、定着ベルト６１の内周面と、の間には、空隙Ｇが設けられていてもよい。

【0083】

黒体面６５５は、黒色塗装に限定されない。例えば、黒体面６５５として、有機あるいは無機の赤外線吸収膜や、凹凸形状（溝形状）を形成してもよい。

【0084】

その他、特段に言及されていない変形例についても、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、本発明の技術的範囲に含まれることは当然である。また、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素は、上述の実施形態や変形例にて開示されている具体的構造の他、当該作用・機能を実現可能ないかなる構造をも含む。さらに、本明細書にて引用した他の出願や公報の内容（明細書及び図面を含む）は、本明細書の一部を構成するものとして、必要に応じて且つ技術的に矛盾しない範囲内において援用され得る。

【符号の説明】

【0085】

１…レーザープリンタ ２…本体部
２１…本体フレーム ２４…排紙トレイ ２５…排紙口
３…用紙搬送部
３１…用紙カセット ３２…給紙ローラ ３３…紙粉除去ローラ対
３４…レジストローラ対 ３５…搬送ローラ ３６…排紙ローラ対
４…プロセスカートリッジ ４１…プロセスケース ４２…感光体ドラム
４３…帯電器 ４４…転写ローラ ４５…トナーケース
４６…現像ローラ ４７…供給ローラ ４８…アジテータ
５…スキャナユニット
６…定着ユニット ６１…定着ベルト ６２…加圧ローラ
６３…ニップ板
６３１…伝熱部材 ６３１ａ…受熱面 ６３１ｂ…放熱面
６３２…断熱部材
６４…ステイ ６５…熱源装置
６５１…楕円鏡 ６５２…ヒータ ６５５…黒体面
Ｇ…空隙 ＮＰ…ニップ部
Ｐ…用紙 ＰＰ…用紙搬送経路

【先行技術文献】

【特許文献】

【0086】

【特許文献1】特開２００８−２５７９４６号公報

【特許文献2】特開２０１１−９５５４０号公報

【特許文献3】特開２０１１−９５５４９号公報

【特許文献4】特開２０１１−２０３４０５号公報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】