JP2000066539A - 定着装置、定着用ベルトヒータ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安全性が高く、安定した定着特性を発揮でき
る定着用ベルトヒータ及びその好適な製造方法及び画像
形成装置における該定着用ベルトヒータを有する好適な
定着装置を提供する。 【解決手段】 定着用ベルトヒータを、均一に分布する
電気抵抗を有する面状発熱体５と、該面状発熱体の一方
の面を被覆するポリイミド６とから構成することによ
り、ベルト面の面方向における発熱量が均一となり、安
定した定着特性を奏する。また、上記面状発熱体に流れ
込んだ電流は、ポリイミドの絶縁特性により、定着用ベ
ルトヒータ周辺の部材にリークすることはないので、安
全性が高い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、ファクシ
ミリ、プリンター等の画像形成装置に用いる定着装置並
びにこれに用いる定着用ベルトヒータ及びその製造方法
に係り、詳しくは、被転写物に転写された画像を加熱に
より定着する熱定着方式の定着装置並びにこれに用いる
定着用ベルトヒータ及びその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】画像形成装置においては、印刷・複写プ
ロセスの最終段階で記録紙上に転写されたトナーを該記
録紙上に定着させる工程を行う。例えば、電子写真複写
機では、一般的に、感光体上に像露光を行って静電潜像
を形成する工程と、該静電潜像にトナーを付着させて可
視像（粉体像）を形成する工程と、該粉体像を記録紙上
に転写して感光体から記録紙を分離する工程と、該記録
紙上に転写された未定着の粉体像を定着させる工程（以
下、定着工程という。）とを経て複写が行われる。上記
定着工程で用いる定着方法としては、従来から熱定着方
式が一般的に利用されており、この熱定着方式の中でも
ヒートローラ方式を利用した定着装置が汎用されてい
る。このような定着装置は、図４に示すごとく、内部に
配設された電熱ヒータ２２と該電熱ヒータの外周を被覆
する離型性のよいゴム又は樹脂２３とからなるヒートロ
ーラ２１と、加圧ローラ３とからなる一対のローラを有
し、両ローラ間に粉体像を形成するトナー１が付着した
記録紙２を挟んで加熱及び加圧することによってトナー
１を記録紙２上に融着する。しかしながら、上記のよう
なヒートローラ方式を利用した従来の定着装置では、ヒ
ートローラ２１が金属製であるため重く、軽量化、コン
パクト化が図りにくい傾向にある。また、熱容量が大き
いため所定温度まで加熱するのに時間がかかり、このた
めスイッチ入力をしてから定着可能な温度まで昇温する
まで時間（ウォームアップ時間）が長くなるので、定着
のスピードアップが困難であった。そのため、従来の定
着装置ではヒータ２２を常時通電して置くことにより定
着のスピードアップを図っていたが、この場合使用電力
が多くなるという問題があった。

【０００３】このような問題点を解決すべく、熱容量が
小さく、ウォームアップ時間の短縮が可能であり、使用
電力を低減できる定着方法として、特開平６−２０２５
１３に有機高分子材料からなるシームレスベルトヒータ
が開示されている。この公報では、上記問題点を解決す
るのに適した態様として、有機高分子材料に導電性フィ
ラーを分散せしめた導電性材料からなるシームレスベル
トヒータを提案し、有機高分子材料の重量に対して１０
〜３０重量％の導電性フィラーを配合することで上記問
題点を解決している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述のよう
に有機高分子材料中に導電性フィラーを配合した場合、
有機高分子材料中の導電性フィラーの分散状態によって
電気抵抗が変化するので、電気抵抗を調整するのが困難
となる。また、上述した導電性フィラーの分散状態によ
ってシームレスベルトヒータ内の電気抵抗にバラツキが
生じるので、加熱対象との接触面上の発熱量分布にもバ
ラツキが生じ、安定した定着特性を得ることができな
い。また、上記導電性フィラーとしてカーボンを使用し
た場合、局部的な電流のリークが発生する恐れがあり、
このリークした電流は制御系のノイズとなって誤作動を
生じさせることがある。更に、このリークした電流によ
り感電の危険性もあるので、定着装置としての安全性に
も欠ける。

【０００５】本発明は以上の問題点に鑑みなされたもの
であり、その第１の目的は、従来のヒートローラ方式を
利用した定着装置と比べて、定着のスピードを速くで
き、かつ、使用電力を低減できる上、安全性が高く、安
定した定着特性を発揮できる定着用ベルトヒータを提供
することである。また、第２の目的は上記定着用ベルト
ヒータの好適な製造方法を提供することである。また、
第３の目的は上記第１の目的を達成し得る定着用ベルト
ヒータを利用して、画像形成装置に用いる好適な定着装
置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、請求項１の発明は、画像形成装置における定
着部に用いる継ぎ目のない無端状の定着用ベルトヒータ
において、均一に分布する電気抵抗を有する面状発熱体
と、該面状発熱体の一方の面を被覆する耐熱性を有する
絶縁性材料とを有することを特徴とするものである。こ
の定着用ベルトヒータにおいては、面状発熱体の電気抵
抗が均一に分布しているので、この面状発熱体に電流が
通電した場合には該面状発熱体の面方向における発熱量
が均一となる。また、該発熱体の一方の面、すなわち、
画像形成装置の定着装置として用いる際にベルトの外側
となる面に絶縁性部材が被覆しているので、発熱体に流
れ込んだ電流が上記定着用ベルトヒータ周辺の部材にリ
ークすることはない。

【０００７】また、請求項２の発明は、請求項１の定着
用ベルトヒータにおいて、上記絶縁性材料がポリイミド
であることを特徴とするものである。この定着用ベルト
ヒータにおいて使用するポリイミドは、一般的に定着用
ベルトに要求される他の特性、すなわち、難燃性、耐熱
性、ヤング率、機械的強度などにも優れた特性を有する
絶縁性材料であるため、好適な定着装置を実現させるこ
とが可能な定着用ベルトヒータを提供することができ
る。

【０００８】上記第２の目的を達成するために、請求項
３の発明は、請求項１又は２の定着用ベルトヒータの製
造方法であって、遠心成形法により上記絶縁性材料を円
筒状に成形し、該円筒状の絶縁性材料の内面と上記面状
発熱体とを接着することを特徴とするものである。この
製造方法においては、請求項１又は２の定着用ベルトヒ
ータの絶縁性材料を成形する際に遠心成型法を用いるの
で、容易かつ好適に無端状の定着用ベルトヒータを製造
することができる。

【０００９】また、請求項４の発明は、請求項２の定着
用ベルトヒータの製造方法であって、上記面状発熱体の
一方の面に上記ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸
からなるフィルムを重ね合わせた後、該フィルムをイミ
ド閉環させることを特徴とするものである。この製造方
法においては、ポリイミドがイミド閉環前のポリアミド
酸の状態の時に面状発熱体と重ね合わせてイミド閉環を
行うことにより接着するため、接着剤等の接着手段を必
要としない。

【００１０】上記第３の目的を達成するために、請求項
５の発明は、画像形成装置に用いる熱定着方式の定着装
置において、請求項１又は２の定着用ベルトヒータと、
該定着用ベルトヒータに給電するための給電手段とを有
することを特徴とするものである。この定着装置におい
ては、従来のヒートローラ方式等の定着装置と異なり、
ヒータを内蔵した金属ローラ、セラミックヒータ等を用
いるのではなく、請求項１又は２の定着用ベルトヒータ
を用いるので、熱容量が小さく、ウォームアップ時間を
短縮でき、最小限の熱量で定着を行うことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る定着装置及び
定着用ベルトヒータを画像形成装置の定着装置として使
用する場合の一実施形態について説明する。図１は本実
施形態に係る継ぎ目のない無端状の定着用ベルトヒータ
（以下、シームレスベルトヒータという。）を有する定
着装置の主要部の概略構成を示す正面図であり、図２は
図１に対応する右側面図である。図１に示す定着装置は
面状発熱体５と絶縁性材料６とを備えたシームレスベル
トヒータ４と、該シームレスベルトヒータを駆動させる
と共に電流を給電するための給電ローラ７とを備えてい
る。更に、図示の例では、上記給電ローラにシームレス
ベルトヒータ４を介して当接し、かつ、トナー１が転写
された記録紙２を挟み込み加圧するための加圧ローラ３
も具備している。このシームレスベルトヒータ４は、図
１に示すように、面状発熱体５と絶縁性材料６とを接着
させた二層構造をとっている。この二層構造は面状発熱
体５が内側に、絶縁性材料６が外側になるように構成さ
れており、該面状発熱体５側が給電ローラ７に接触する
ように定着装置内に配設される。

【００１２】上記シームレスベルトヒータにおける面状
発熱体５は、均一に分布する電気抵抗を有し、かつ、ベ
ルトとしての機能を発揮できる材料から形成し、特にＳ
ＵＳ系材料のような単一材料から形成するのが好まし
い。上記絶縁性材料６は、少なくともトナー融解温度に
耐えうる耐熱性を有する。このような絶縁性材料６とし
ては、一般的に定着用ベルトに要求される難燃性、耐熱
性、ヤング率、機械的強度などに優れた特性をも有する
材料を選択することが望ましく、具体的にはポリイミド
が好ましい。

【００１３】上記給電ローラ７は、両端に導電部８，８
を、中央部分に絶縁部９を有しているが、これ以外の方
法で面状発熱体に給電する手段を用いてもかまわない。
この給電ローラ７は、例えば、金属製のロール表面に絶
縁層を被覆して、その両端部分に導電性塗料を塗布した
り、導電性テープを貼り付けたりして形成することがで
きる。上記給電ローラ７の各導電部８はそれぞれブラシ
電極１０に接続しており、このブラシ電極１０は図示さ
れていない電源に接続している。これにより、電源から
の電流が上記ブラシ電極１０及び導電部８を通って面上
発熱体５に流れ、面状発熱体が発熱する。そして、この
発熱した熱は絶縁性材料６内を伝搬し、トナー１が転写
された記録紙２がシームレスベルトヒータ４と加圧ロー
ラ３との間を通過する際に、該トナーを溶解し、トナー
が記録紙に定着する。上記加圧ローラ３は、従来の定着
装置に用いられていたものと同様のものが利用できるの
で、定着装置の使用用途等により適宜選択して使用すれ
ばよい。また、必要であれば、上記シームレスベルトヒ
ータ４を適度に引張するためのテンションローラを設け
ても良い。

【００１４】次に、本発明に係る定着用ベルトヒータの
製造方法の一実施形態について説明する。本実施形態で
は、上記定着用ベルトヒータの絶縁性材料としてポリイ
ミドを使用し、該ポリイミドの前駆体であるポリアミド
酸を遠心成形法によって円筒状に成形する工程と、これ
により成形された円筒状ポリアミド酸フィルムを面状発
熱体に重ね合わせる工程と、上記ポリアミド酸フィルム
をイミド閉環反応させてポリイミドに変化させる工程と
を経てシームレスベルトヒータを得る製造方法を例示す
る。尚、本発明に係る定着用ベルトヒータを製造するに
あたっては、面状発熱体の一方の面に絶縁性材料を被覆
した状態の定着用ベルトヒータを提供できればよく、例
示した以外の他の製造方法を用いてもかまわない。

【００１５】上記ポリアミド酸は、熱又は触媒によって
イミド閉環する性質を有し、また特定の溶剤によって溶
解する性質を有している。本実施形態では、まず、溶剤
を用いてポリアミド酸を溶解し、ポリアミド酸溶液を調
製する。この溶剤に特に限定はないが、ＤＭＡＣ（Ｎ，
Ｎ−ジメチルアセトアミド）が好適である。次に、上記
ポリアミド酸溶液を遠心成形機内へ注入する注入作業を
行う。この注入作業は遠心成形機をゆっくりと回転させ
ながら、所定量のポリアミド酸溶液を遠心成形機の内部
に注入して行う。また、上記遠心成形機内の注型金型は
その内面を可能な限り高精度での鏡面仕上げ加工したも
のであるのが好ましく、その内径及び軸方向長は必要と
するシームレスベルトヒータの寸法に従って決めればよ
い。

【００１６】この注入作業が終了したら、上記遠心成形
機の回転速度を徐々に上げて所定速度まで到達させ、こ
の回転速度で所定時間維持する。このように遠心成形機
を回転させることによって、上記ポリアミド酸溶液は上
記注型金型の内面に沿って均一に流延する。この遠心成
形機を回転させている間に、ポリアミド酸溶液を固体化
して上記ポリアミド酸を円筒状フィルム形状に成形す
る。この場合、例えば上記ポリアミド酸溶液中の溶媒を
蒸発させて固体化する方法をとることができる。尚、上
記方法によりポリアミド酸溶液を固体化させる場合、常
温で行うことも可能であるが、短時間に効率的に蒸発さ
せるために加熱雰囲気中で行うのが好適である。

【００１７】上述した工程で得られたポリアミド酸フィ
ルムは、この状態では耐熱性、耐薬品性、機械的諸特性
等が不十分であるため、更に加熱してイミド閉環する作
業を行う。このとき、該ポリアミド酸フィルムの内側に
面状発熱体を重ね合わせてイミド閉環反応を行うことに
より、面状発熱体の接着作業も同時に行うことができる
ので、非常に好適である。もちろん、面状発熱体との接
着作業をイミド閉環後に接着剤等の接着手段を用いて行
ってもよい。本実施形態では、面状発熱体を接着するた
めに遠心成形機の回転を一旦停止させる。このとき、上
記ポリアミド酸フィルムは回転を停止してもフィルム形
状が崩れない程度に溶剤が揮発し、また、面状発熱体と
の接着のためにイミド閉環反応が完了していない状態で
ある。このポリアミド酸フィルムに面状発熱体を重ね合
わせた後、再び遠心成形機を回転させてイミド閉環反応
を完了させる。本実施形態では、このポリアミド酸フィ
ルムを加熱によりイミド閉環反応をさせ、該ポリアミド
酸フィルムに残存する溶剤を完全に蒸発除去している
が、他の方法でイミド閉環反応させてもかまわない。最
後に、イミド閉環してポリイミドと面状発熱体とが接着
された二層構造の円筒状フィルムを遠心成形機から取り
出すことにより、シームレスベルトヒータを得ることが
できる。

【００１８】また、他の実施形態を例示すると、先に面
状発熱体を円筒状のイミド化型の外周面上に置き、フィ
ルム形状が崩れない程度に溶剤が揮発しかつイミド閉環
反応が完了していない状態のポリアミド酸フィルムを該
面状発熱体の上に被覆する。これを熱風等の加熱手段に
よって加熱してイミド閉環反応させることにより、シー
ムレスベルトヒータを得ることができる。

【００１９】

【実施例】図３を用いて、本発明に係る定着用ベルトヒ
ータの製造方法の実施例について説明する。本実施例で
は、溶剤としてＤＭＡＣ（Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミ
ド）を使用してポリアミド酸を溶解させ、２０重量％に
調製したポリアミド酸溶液を用いた。遠心成形機の円筒
型は内径φ１００mm、長さ３６０mmのものを用いた。こ
の遠心成形機をポリアミド酸溶液の注入時には１０rpm
で回転させ、注入終了後にはその回転数を１０００rpm
まで上げた。そして、この遠心成形機の外側にシート状
ヒータを取り付け、該遠心成形機の温度を徐々に上昇さ
せて１００℃に保持した。本実施例では加熱手段として
シート状ヒータを利用したが、遠心成形機の加熱方法は
これに限定されるものではない。その後、ポリアミド酸
溶液中の溶媒をポリアミド酸のフィルム形状が崩れない
程度に揮発させた後、遠心成形機の回転を一旦停止して
ポリアミド酸フィルムの内側に面状発熱体を重ね合わせ
た。そして、再び遠心成形機を５００rpmで回転させな
がら円筒型の温度を１００℃に保持し、ポリアミド酸フ
ィルムに含まれた溶剤を十分に揮発させた。その後、更
に円筒型の温度を３００℃に上げてポリアミド酸フィル
ムをイミド閉環させた。このようにして得られたポリイ
ミドと面状発熱体とからなる円筒状フィルムを遠心成形
機から取り出し、シームレスベルトヒータを得た。

【００２０】次に上記実施例により得られたシームレス
ベルトヒータをプリンターの定着装置に使用した実験例
を説明する。本実験例では、上記定着装置について、ウ
ォームアップ時間及びシームレスベルトヒータの表面温
度のバラツキを測定した。ヒータの設定温度を１８５℃
にしたところ、電源を入れてから該設定温度までのウォ
ームアップ時間は７秒であり、上記シームレスベルトヒ
ータの表面温度のバラツキ幅は１６℃であった。また、
実際に画像をプリントアウトした際、画像を形成するト
ナーは完全に溶解して記録紙に定着しており、高品質の
印刷物を得ることができた。

【００２１】

【発明の効果】請求項１の定着用ベルトヒータによれ
ば、発熱量のバラツキが少ないため、安定した定着特性
を発揮できるという優れた効果がある。また、ヒータ用
電源からの電流が供給される面状発熱体は周辺部材と絶
縁されているので、安全性が高いという効果もある。

【００２２】特に、請求項２の定着用ベルトヒータによ
れば、絶縁特性以外の定着用ベルトに要求される諸特性
も有するため、更に安定した定着特性を発揮できるとい
う効果がある。

【００２３】請求項３の製造方法によれば、請求項１又
は２の定着用ベルトヒータを容易に製造することができ
るという優れた効果がある。

【００２４】特に、請求項４の製造方法によれば、ポリ
イミドと面状発熱体との接着工程を省くことができるの
で、請求項２の定着用ベルトヒータを容易かつ迅速に製
造することができるという優れた効果がある。

【００２５】また、請求項５の定着装置によれば、従来
のヒートローラ方式を利用した定着装置に比べて熱容量
が小さいので、ウォームアップ時間を短縮することがで
きるという優れた効果がある。また、請求項１又は２の
定着用ベルトヒータの一部を構成する面状発熱体自体が
ヒータであるため、軽量でコンパクトな定着装置を提供
できるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係る定着用ベルトヒータを有する定
着装置の主要部の概略構成を示す正面図。

【図２】図１に対応する右側面図。

【図３】実施例に係る定着用ベルトヒータの製造方法の
説明図。

【図４】ヒートローラ方式による従来の定着装置の概略
構成図。

【符号の説明】

１ トナー ２ 記録紙 ３ 加圧ローラ ４ シームレスベルトヒータ ５ 面状発熱体 ６ ポリイミド ７ 給電ローラ ８ 導電部 ９ 絶縁部 １０ ブラシ電極 １１ 遠心成形機 ２１ ヒートローラ ２２ 電熱ヒータ ２３ ゴム又は樹脂

フロントページの続き (72)発明者 田中 亜希子 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 Ｆターム(参考） 2H033 AA42 BA11 BA26 BA34 3K034 AA02 AA20 BB08 BB13 BC03 BC12 BC29 CA02 CA29 CA32 CA35 HA01 HA10 JA01 4F213 AA29 AG16 AH81 WA03 WA15 WA53 WA83 WA92 WA97 WB01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】画像形成装置における定着部に用いる継ぎ
   目のない無端状の定着用ベルトヒータにおいて、均一に
   分布する電気抵抗を有する面状発熱体と、該面状発熱体
   の一方の面を被覆する耐熱性を有する絶縁性材料とを有
   することを特徴とする定着用ベルトヒータ。
2. 【請求項２】請求項１の定着用ベルトヒータにおいて、
   上記絶縁性材料がポリイミドであることを特徴とする定
   着用ベルトヒータ。
3. 【請求項３】請求項１又は２の定着用ベルトヒータの製
   造方法であって、遠心成形法により上記絶縁性材料を円
   筒状に成形し、該円筒状の絶縁性材料の内面と上記面状
   発熱体とを接着することを特徴とする定着用ベルトヒー
   タの製造方法。
4. 【請求項４】請求項２の定着用ベルトヒータの製造方法
   であって、上記面状発熱体の一方の面に上記ポリイミド
   の前駆体であるポリアミド酸からなるフィルムを重ね合
   わせた後、該フィルムをイミド閉環させることを特徴と
   する定着用ベルトヒータの製造方法。
5. 【請求項５】画像形成装置に用いる熱定着方式の定着装
   置において、請求項１又は２の定着用ベルトヒータと、
   該定着用ベルトヒータに給電するための給電手段とを有
   することを特徴とする定着装置。