JP2005242113A - 像加熱装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スピニング加工法によって製造された金属フィルム内面のスパイラル形状によって、潤滑剤が定着ベルト端部よりはみ出すことによる、画像品質の悪化を防止した像加熱装置を提供する。
【解決手段】摺動部材２３と、摺動部材を支持する支持部材２２と、摺動部材に沿って回転するベルト２０と、ベルトを介して摺動部材とニップＮを形成する加圧体２１と、を有し、ニップに記録材Ｐを通し記録材上の画像を加熱する像加熱装置において、ベルト２０は内面にスパイラル状の溝を有し、また、ベルトと摺動部材間に潤滑剤が塗布されており、少なくともニップのベルト回転方向上流側にベルトと摺動部材と支持部材間に空間５０を有する構成において、空間５０の断面積が長手方向中央部と端部で異なり、空間５０の断面積が最大画像幅外で小さくなるようにする。
【選択図】図２

Description

本発明は、加熱部材と加圧部材の圧接ニップ部に記録材を通紙して挟持搬送させて記録材に担持された画像を加熱する像加熱装置に関し、特に、複写機やプリンター等の画像形成装置に画像加熱定着装置として搭載するのに好適な像加熱装置に関する。

より詳しくは、フィルム状（ベルト状）の回転体と、該回転体を導くガイド部材と、該ガイド部材に対し該回転体の回転と共に該ニップ内を搬送される記録材を加熱する加熱手段とを有する像加熱装置、及び該像加熱装置を画像の加熱定着装置として備えた画像形成装置に関するものである。

電子写真複写機やプリンター等の画像形成装置において、電子写真プロセス等の適宜の画像形成プロセス手段で記録材（用紙）に間接（転写）あるいは直接に形成担持させた未定着トナー画像を記録材面に永久固着画像として加熱定着させる像加熱装置としての定着装置としては、従来より熱ローラ方式の加熱定着装置が広く用いられている。

近年では、クイックスタートや省エネルギーの観点からフィルム加熱方式の定着装置が実用化されている。また、金属からなるフィルム自身を発熱させる電磁誘導加熱方式の加熱装置も提案されている。

ａ）フィルム式定着装置
フィルム加熱方式の定着装置は、例えば特許文献１〜４等に提案されている。図１５にフィルム式定着装置の図を示す。支持部材２２に支持させた加熱体としてのセラミックヒーター２３と、加圧部材としての加圧ローラ２１との間に耐熱性フィルム２０（以下、定着ベルト）を挟ませて圧接ニップＮ（以下、定着ニップ部）を形成させ、該定着ニップ部Ｎの定着ベルト２０と加圧ローラ２１との間に未定着トナー画像ｔを形成担持させた記録材Ｐを導入して定着ベルト２０と一緒に挟持搬送させることで、定着ベルト２０を介してセラミックヒーター２３の熱を与えながら定着ニップ部Ｎの加圧力で未定着トナー画像ｔを記録材Ｐ面に定着させるものである。

このフィルム加熱方式の定着装置は、セラミックヒーター２３及び定着ベルト２０に低熱容量の部材を用いてオンデマンドタイプの装置を構成することができ、画像形成実行時のみ熱源のセラミックヒーター２３に通電して所定の定着温度に発熱させれば良く、画像形成装置の電源オンから画像形成実行可能状態までの待ち時間が短く、スタンバイ時の消費電力も大幅に小さい等の利点がある。

ｂ）金属フィルム（定着ベルト）を用いた定着装置
近年、画像形成装置の高速化、カラー化に伴い、フィルム加熱方式の定着装置において、定着ベルト２０として、ＳＵＳやニッケル等の金属フィルムを用いたり、更に、金属フィルム上に弾性層を設けたベルト状部材を用いた定着装置が提案されている。

従来、定着ベルト２０の基材としては、耐熱性樹脂等が用いられてきたが、画像形成装置の高速化に伴い、定着ベルト２０の熱伝導率を高くし、セラミックヒーター２３の熱をより効率的に転写材に伝える必要が生じた。このため、定着ベルト基材としては、樹脂よりも熱伝導率の高い金属を用いることが好ましい。このような金属製定着ベルトを用いた定着装置は、長寿命の加熱定着装置を構成するために充分な強度を持ち、耐久性に優れた金属製スリーブとして、厚さ２０μｍ以上１００μｍ以下が最適である。詳細については、特許文献５や６等に開示されている。

また、画像形成装置のカラー化に伴い、定着ベルトの基材上に、弾性層を設ける必要が生じた。このような定着ベルト及び画像形成装置の例は、特許文献７や８等に開示されている。

これは、トナー画像が定着ニップ部を通過する際に、従来のフィルム定着装置では、カラー画像の多重に転写されたトナー像の形状に定着ベルト表面が追随することが出来ず、部分的に定着性のムラが生じるためである。定着性のムラは、画像の光沢ムラとして現れたり、ＯＨＴ（オーバーヘッドプロジェクタ用透明シート）においては、透過性のムラとなり、投影した際に、透過性のムラが画像欠陥として現れる、という問題点があった。

定着ベルト上に弾性層を設けることにより、弾性層がトナー層に沿って変形することで、画像上不均一に載っているトナーが弾性層によって包み込まれ、均一に熱を与えることにより、均一な定着が達成される。

しかしながら、弾性層を設ける分、定着ベルトとしての熱伝導性は劣るため、その分の熱量を余計に与える必要がある。とりわけ、定着装置のオンデマンド性を確保するためには、定着装置を速やかに所定温度に立ち上げる必要があるため、通常の定着ベルトより、基材を金属ベルトとすることにより、熱伝導率を向上させた定着ベルトの使用が有利である。

ｃ）電磁誘導加熱方式の定着装置
特許文献９には、磁束により定着ベルトの金属層（発熱層）に渦電流を誘導させて、そのジュール熱で発熱させる誘導過熱定着装置が開示されている。これは、誘導電流の発生を利用することで直接定着ベルトを発熱させることができ、ハロゲンランプを熱源とする熱ローラ方式の定着装置よりも高効率の定着プロセスを達成している。

このような電磁誘導タイプの加熱定着装置は、定着ベルトとして、５０μｍ程度の薄い金属を用いている。更に、カラー画像形成装置に電磁誘導加熱方式の定着装置を適用する場合は、金属層上に弾性層を設けた、定着ベルトを使用している。

ｄ）金属フィルム
上記のように、フィルム状の金属薄肉回転体を含む定着ベルトは、例えばステンレスのような熱伝導性や耐久性の高い金属材料を用いており、回転塑性加工法であるスピニング加工法によって製造される。また、その肉厚は２０〜１００μｍと薄いため、機械的強度及び、円筒状形状を満足するために、以下に示すような種々の製造法による問題点を鑑みてなされたものである。詳細は特許文献１０に開示されている。

ニッケルを用いた金属フィルについては、従来より、電鋳法で作られているものの、電鋳法を用いたフィルムの製造法には種々の問題点があった。

電鋳法はニッケルイオンを電界析出させてつくらせるため、その金属組織は柱状晶組織となり、機械的な繰り返し応力に対して弱いという欠点を有する。また、電鋳法によれば、単一金属組成の金属イオンの電界析出は容易であるが、ステンレスのような合金の電界析出は不可能に近い。

金属円筒フィルムを作る別の方法として、極薄肉板を丸めて円筒状に溶接し、金属フィルムに加工する製法もある。しかしながら、この方法においては、溶接部のビート処理や、溶接部が金属組織的な欠陥を有することに起因して、機械的強度の不足や円筒形状の不均一という問題があり、実用化されていない。
特開昭６３−３１３１８２号 特開平２−１５７８７８号 特開平４−４４０７５号 特開平４−２０４９８０号 特開２００３−０４５６１５号 特開２００３−１５６９５４号 特開平１０−１０８９３号 特開平１１−１５３０３号 実開昭５１−１０９７３９号 特開２００１−２２５１３４号

上記スピニング加工法により製造された金属フィルムは、フィルム内面にスピニング加工時にできたスパイラル状の溝ａができてしまう。この金属フィルム内面にできたスパイラル状の溝の例を図１６に示す。

また、上記のような金属フィルムを用いた加熱装置においては、ヒーターまたは摺動部材とフィルムの間との相対移動を円滑化するため、グリス等の潤滑剤を塗布することが行われている。これらの潤滑剤は金属フィルムの回転運動とヒーターからの熱を受けることにより、定着ベルトとヒーターの摺動部に供給され摺動を安定させることができる。

しかし同時に、金属フィルム内面のスパイラル状の溝ａによって、ヒーターとの摺動部に供給されたグリスが、フィルム回転運動によって搬送力を有し、グリスを次第に長手方向に流動し、定着ベルト端部にはみ出してしまう。これにより、本来適量を塗布したはずのグリス量が少なくなってしまい、金属フィルムとヒーターとの摺動部のトルクが上がってしまい、スリップ等の問題がおきてしまう。また、このはみ出したグリスは、さらに定着ベルト表面に回り込み、ニップ内に侵入する。その結果、トナーの離型性を低下させたり、紙端部にグリス跡を付けたりして画像品位を低下させてしまう。

また、特にカラー画像形成装置においては、白黒画像形成装置と比較して、定着ニップ部の圧力を大きくする必要がある。これは、複数色のトナーを重ねることによりカラー画像を形成するため、白黒画像形成装置よりもトナー像高さが高くなり、定着部において、均一に平滑な画像を得るためには、より高い圧力が必要となるためである。これにより、定着ニップ部の圧力を大きくした場合、グリスが長手方向に寄る力も大きくなるため、白黒画像形成装置に比べ、より顕著に本問題がおきてしまう。

本発明は上記のような、スピニング加工法によって製造された金属フィルム内面のスパイラル形状によって、潤滑剤が定着ベルト端部よりはみ出すことによる、画像品質の悪化を防止した像加熱装置を提供することを目的とする。

本発明では、ベルト（金属フィルム）と摺動部材（ヒーター）との摺動部に介在した潤滑剤がベルト端部よりはみ出さないよう、潤滑剤をベルト内側に保持するための手段を設ける。

具体的な一例は、摺動部材と、摺動部材を支持する支持部材と、摺動部材に沿って回転するベルトと、ベルトを介して摺動部材とニップを形成する加圧体と、を有し、ニップに記録材を通し記録材上の画像を加熱する像加熱装置において、前記ベルトは内面にスパイラル状の溝を有し、また、前記ベルトと前記摺動部材間に潤滑剤が塗布されており、少なくともニップのベルト回転方向上流側に前記ベルトと前記摺動部材と前記支持部材間に空間を有する構成において、前記空間の断面積が長手方向中央部と端部で異なり、前記空間の断面積が最大画像幅外で小さくなることを特徴とする像加熱装置である。また、前記ベルトは金属から成るベルト基材上に弾性層を有してもよい。

他の実施例は、摺動部材と、摺動部材を支持する支持部材と、摺動部材に沿って回転するベルトと、ベルトを介して摺動部材とニップを形成する加圧体と、を有し、ニップに記録材を通し記録材上の画像を加熱する像加熱装置において、前記ベルトと前記摺動部材間に潤滑剤が塗布されており、また、前記ベルトは内面にスパイラル状の溝を有し、少なくともベルト状の金属層上に弾性層を形成してなり、前記ベルトの軸方向端部の端部は前記弾性層が前記金属層よりも軸方向に突出していることを特徴とする像加熱装置である。

他の実施例は、前記ベルトの軸方向端部は、回転自在に支持された規制部材によって規制されることを特徴とする像加熱装置である。

以上説明したように、本発明による像加熱装置では、ベルト（金属フィルム）内面のスパイラル状の溝によって、摺動部材（ヒーター）との摺動部に供給された潤滑剤（グリス）が、ベルト回転運動によって搬送力を有し、潤滑剤を次第に長手方向に流動し、ベルト端部よりはみ出してしまうのを防止することができる。その結果、このはみ出した潤滑剤が、さらにベルト表面に回り込み、ニップ内に侵入することにより、トナーの離型性を低下させたり、記録材端部に潤滑剤跡を付けたりして画像品位を低下させてしまうのを防止することができる。

また、本来適量を塗布したはずの潤滑剤量が少なくなってしまい、ベルトと摺動部材との摺動部のトルクが上がってしまい、スリップ等の問題がおきてしまうのを防止することができる。

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成装置の仕様、部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（１）画像形成装置例
図１は、本発明の像加熱装置を画像加熱定着装置として備えた画像形成装置例の概略構成図である。

本例の画像形成装置は、電子写真方式を用いて、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの４色のトナー像を重ね合わせることでフルカラー画像を得る装置あり、プロセススピードは９０ｍｍ／ｓｅｃ、一分間の印字枚数はＵＳレターサイズ紙で１６枚である。また、一枚目プリント(First Page Out)までの時間（ＦＰＯＴ）は約１５秒である。

Ｙ・Ｃ・Ｍ・Ｋはそれぞれイエロー・シアン・マゼンタ・ブラックの色トナー像を形成する４つのプロセスカートリッジであり、下から上に順に配列してある。各プロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋは、それぞれ、像担持体たる感光体ドラム１、帯電手段たる帯電ローラ２、静電潜像を顕像化するための現像手段３、感光体ドラムのクリーニング手段４等をひとつの容器にまとめた、いわゆるオールインワンカートリッジを使用している。

イエローのプロセスカートリッジＹの現像手段３にはイエロートナーを、シアンのプロセスカートリッジＣの現像手段３にはシアントナーを、マゼンタのプロセスカートリッジＭの現像手段３にはマゼンタトナーを、ブラックのプロセスカートリッジＫの現像手段３にはブラックトナーを、それぞれ充填してある。

感光体ドラム１に露光を行うことにより静電潜像を形成する光学系５が上記４色のプロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋに対応して設けられている。光学系５としてはレーザー走査露光光学系を用いている。

各プロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋにおいて、光学系５より、画像データに基づいた走査露光が、帯電手段２により一様に負帯電された感光体ドラム１上になされることにより、感光体ドラム表面に走査露光画像に対応する静電潜像が形成される。不図示のバイアス電源より現像手段３の現像ローラに印加される現像バイアスを、帯電電位と潜像（露後部）電位の間の適切な値に設定することで、負の極性に帯電されたトナーが感光体ドラム１上の静電潜像に選択的に付着して反転現像が行われる。

すなわち、イエローのプロセスカートリッジＹの感光体ドラム１にはイエロートナー像が、シアンのプロセスカートリッジＣの感光体ドラム１にはシアントナー像が、マゼンタのプロセスカートリッジＭの感光体ドラム１にはマゼンタトナー像が、ブラックのプロセスカートリッジＫの感光体ドラム１にはブラックトナー像が、それぞれ形成される。

各プロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋの感光体ドラム１上に現像形成された上記の色トナー画像は各感光体ドラム１の回転と同期して、略等速で回転する中間転写体６上へ所定の位置合わせ状態で順に重畳されて一次転写されることで、中間転写体６上にフルカラートナー画像が合成形成される。

本実施例においては、中間転写体６として、エンドレスの中間転写ベルトを用いており、駆動ローラ７、二次転写ローラ対向ローラ１４、テンションローラ８の３本のローラに懸回して張架してあり、駆動ローラ７によって駆動される。

各プロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋの感光体ドラム１上から中間転写ベルト６上へのトナー像の一次転写手段としては、一次転写ローラ９を用いている。一次転写ローラ９に対して、不図示のバイアス電源より、トナーと逆極性の一次転写バイアスを印加することにより、各プロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋの感光体ドラム１上から中間転写ベルト６に対して、トナー像が一次転写される。

各プロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋにおいて感光体ドラム１上から中間転写ベルト６への一次転写後、感光体ドラム１上に転写残として残ったトナーは、クリーニング手段４により除去される。本実施例においては、クリーニング手段４として、ウレタンブレードによるブレードクリーニングを用いている。

上記工程を中間転写ベルト６の回転に同調して、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のプロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋにおいて行なわせて、中間転写ベルト６上に、各色の一次転写トナー画像を順次重ねて形成していく。単色のみの画像形成（単色モード）時には、上記工程は、目的の色についてのみ行われる。

一方、転写材供給部となる転写材カセット１０にセットされた記録媒体としての転写材Ｐは、給送ローラ１１により給送され、レジストローラ１２により所定の制御タイミングで、二次転写ローラ対向ローラ１４に懸回されている中間転写ベルト６部分と二次転写手段としての二次転写ローラ１３とのニップ部に搬送される。

中間転写ベルト６上に形成された一次転写トナー像は、二次転写手段たる二次転写ローラ１３に不図示のバイアス印加手段より印加されるトナーと逆極性のバイアスにより、転写材Ｐ上に一括転写される。

二次転写後に中間転写ベルト６上に残った二次転写残トナーは中間転写ベルトクリーニング手段１５により除去される。本実施例においては、感光体ドラム１のクリーニング手段４と同様、ウレタンブレードによる中間転写体クリーニングを行っている。

転写材Ｐ上に二次転写されたトナー画像は、定着手段たる定着装置Ｆを通過することで、転写材Ｐ上に溶融定着（混色）され、排紙パス３１を通って排紙トレイ３２に送り出されて画像形成装置の出力画像となる。

（２）定着装置Ｆ
１）定着装置Ｆの全体的な概略構成
図２は本実施例における定着装置Ｆの拡大横断面模型図、図３は中間部分省略の正面模型図、図４は中間部分省略の縦断面模型図である。この定着装置Ｆは基本的には特開平４−４４０７５〜４４０８３、４−２０４９８０〜２０４９８４号公報等に開示の、定着フィルム（ベルト）加熱方式、加圧用回転体駆動方式（テンションレスタイプ）の像加熱装置である。ここで本発明の像加熱装置において、構成部材・部分の長手方向とは回転体であるベルトの軸方向に並行な方向とする。また短手方向は通紙方向とする。

２０は第一の回転体（第一の定着部材）としての定着ベルトであり、金属製の基層上に弾性層、離型性層を形成してなる。この定着ベルト構成については、後に詳述する。

２１は第二の回転体（第二の定着部材、加圧体）としての弾性加圧ローラである。加圧ローラ２１は、ステンレス製の芯金２１ａに、射出成形により、厚み約３ｍｍのシリコーンゴム層２１ｂを形成し、その上に厚み約４０μｍのＰＦＡ樹脂チューブ２１ｃを被覆してなる。

この加圧ローラ２１は芯金２１ａの両端部を不図示の装置フレームの奥側と手前側の側板間に回転自由に軸受保持させて配設してある。

２２は加熱体支持部材としての、横断面略半円弧状樋型の耐熱性・剛性を有するヒーターホルダである。ヒーターホルダ２２は、耐熱性の高い液晶ポリマー樹脂で形成し、摺動部材（加熱体）としての定着ヒーター２３を保持し、定着ベルト２０をガイドする役割を果たす。本実施例においては、液晶ポリマーとして、デュポン社のゼナイト７７５５（商品名）を使用した。ゼナイト７７５５の最大使用可能温度は、約２７０℃である。定着ベルト２０はこのヒーターホルダ２２にルーズに外嵌させてある。

定着ヒーター２３は、ヒーターホルダ２２の下面に該ホルダの長手に沿って配設してある。本実施例では、窒化アルミの基板上に、銀・パラジウム合金を含んだ導電ペーストをスクリーン印刷法によって均一な厚さの膜状に塗布することで抵抗発熱体を形成した上に耐圧ガラスによるガラスコートを施した、セラミックヒーターを使用している。

２６は横断面下向きＵ字形の定着ステー（加圧ステー）であり、ヒーターホルダ２２の内側に配設してある。２５はこの定着ステー２６の両端部の外方突出腕部２６ａにそれぞれ嵌着した端部ホルダ、２４はこの端部端部ホルダ２５と一体の定着フランジ部である。

加圧ローラ２１の上側に、上記の定着ベルト２０・ヒーターホルダ２２・定着ヒーター２３・定着ステー２６・端部ホルダ２５の組立て体（加熱アセンブリ）を、定着ヒーター２３側を下向にして加圧ローラ２１に並行に配列し、左右の端部ホルダ２５と左右の固定のばね受け部材２７との間に加圧ばね２８を縮設することで定着ステー２６に押し下げ力を作用させている。これにより、ヒーターホルダ２２の下面の定着ヒーター２３が定着ベルト２０を挟んで加圧ローラ２１に弾性層２１ｂの弾性に抗して圧接して定着ベルト２０と加圧ローラ２１との間に所定幅のニップ（定着ニップ部）Ｎが形成される。

図２において、加圧ローラ２１は駆動手段Ｍにより矢示の反時計方向に回転駆動される。この加圧ローラ２１の回転駆動による該加圧ローラ２１と定着ベルト２０の外面との定着ニップ部Ｎにおける摩擦力で円筒状の定着ベルト２０に回転力が作用する。その結果、該定着ベルト２０が内面を定着ニップ部Ｎにおいて定着ヒーター２３の下面に密着して摺動しながら矢示の時計方向にヒーターホルダ２２の外回りを回転する（加圧ローラ駆動方式）。定着ベルト２０は、加圧ローラ２１の回転周速度にほぼ対応した周速度をもった回転状態となる。左右の定着フランジ２４は、回転する定着ベルト２０がヒーターホルダ２２の長手に沿って左方または右方に寄り移動したとき寄り移動側の定着ベルト端部を受け止めて定着ベルトの寄り移動を規制する役目をしている。

定着ベルト２０の内面には潤滑剤として、フッ素系のグリスが塗布され、ヒーターホルダ２２と定着ベルト２０内面との摺動性を確保している。フッ素系のグリスを使用している理由は、定着ヒーター２３が定着ベルト２０に接する面の温度が定着時に２００℃前後の高温になるためであり、フッ素系のグリスは高温でも変質せず、耐熱性が高い。

プリントスタート信号に基づいて、加圧ローラ２１が回転駆動され、それに伴って円筒状の定着ベルト２０が従動回転状態になり、また定着ヒーター２３に通電がなされ、該定着ヒーター２３が昇温して所定の温度に立ち上げ温調された状態で、定着ベルト２０と加圧ローラ２１との間の定着ニップ部Ｎに未定着トナー像ｔを担持した記録材Ｐが導入され、定着ニップ部Ｎにおいて記録材Ｐのトナー像担持面側が定着ベルト２０の外面に密着して定着ベルト２０と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。

この挟持搬送過程において、定着ヒーター２３の熱が定着ベルト２０を介して記録材Ｐに付与され、記録材Ｐ上の未定着トナー像ｔが記録材Ｐ上に加熱・加圧されて溶融定着される。定着ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは定着ベルト２０から曲率分離され、不図示の定着排紙ローラで排出される。

２）定着ベルト２０
定着ベルト２０は、ＳＵＳを、回転塑性加工法であるスピニング加工法によって厚さ５０μｍの厚みのベルト状（フィルム状）に形成した金属ベルト（金属フィルム）上に、シリコーンゴム層を、リングコート法により形成した上に、離型性層として、厚み３０μｍのＰＦＡ樹脂チューブを被覆してなる。

上記方法により製造されたＳＵＳベルトは、ベルト内面に加工時に出来たスパイラル状の溝ができる。このスパイラル状の溝の例を図Ｂに示す。図のように定着ベルト回転方向に沿ってスパイラル状に溝ａが形成されている。また、スピニング条件によって異なるが、本実施例における定着ベルトＳＵＳ内面のスパイラル状の溝は、周期が０．２ｍｍ、溝の深さが１μｍ程度となっている。

シリコーンゴム層には、極力熱伝導率の高い材質を用い、定着ベルト２０の熱容量を小さくすることが、温度立ち上げの観点からは望ましい。本実施例においては、熱伝導率が約４．２×１０⁻¹Ｗ／ｍ・Ｋと、シリコーンゴムとしては、熱伝導率が高い部類に属する材質を用いた。

一方、ＯＨＴ透過性や、画像上の「す」（微小なグロスムラ）といった、画質の観点からは、定着ベルト２０のシリコーンゴム層を極力厚くすることが望ましい。満足のいくレベルの画質を得るためには、２００μｍ以上のゴム厚みが必要である。

本実施例におけるシリコーンゴム層は、厚み２５０μｍとした。また、本実施例における定着ベルト２０の内径は２４ｍｍとした。

この定着ベルト２０の熱容量を測定したところ、１．２×１０^３J／ｍ^２Ｋ（）であった。一般に、定着ベルト２０の熱容量が４．２×１０^４J／ｍ^２Ｋ以上となると、温度立ち上がりが鈍くなり、オンデマンド性が損なわれる。また、逆に４．２×１０^２J／ｍ^２Ｋ以下にしようとすると、定着ベルト２０のゴム層が極端に薄くせざるを得なくなり、ＯＨＴ透過性や「す」のレベル等、画質を維持するために必要なゴム層の厚みを確保できない。このため、オンデマンド性と、画質の両方を満足する定着ベルト２０の熱容量は、４．２×１０^２J／ｍ^２Ｋ以上４．２×１０^４Ｊ／ｍ^２Ｋ以下の範囲に含まれることが分かる。

さらに、定着ベルト２０表面にフッ素樹脂層を設けることで、表面の離型性を向上し、定着ベルト２０表面にトナーが一旦付着し、再度転写材Ｐに移動することで発生するオフセット現象を防止することができる。

また、定着ベルト２０表面の離型性層を、ＰＦＡチューブとすることで、より簡便に、均一な離型性層を形成することが可能となる。

３）潤滑剤保持手段構成
図５は定着ニップ部Ｎ周辺の拡大図である。本実施例におけるヒーターホルダ２２は以下に挙げる２つの目的の為に、図５に示すような断面形状をしており、定着ニップ部Ｎの定着ベルト回転方向上流側に、定着ベルト２０と、摺動部材支持部材としてのヒーターホルダ２２と、摺動部材としての定着ヒーター２３の間に符号５０で示される略三角柱形状の空間が生じている。

１つ目の目的は、定着ベルト２０の内面と定着ヒーター２３の上面の接触面積を広くし、熱伝達の効率を上昇させ、定着性を向上させることであり、その為に、定着ニップ部Ｎより上流側で定着ベルト２０の内面と接触する符号５１で示されるヒーターホルダの段差（上流段差）を定着ヒーター２３の上流側エッジから約６ｍｍ離した構成となっている。仮に前記上流段差５１を定着ヒーター２３の上流エッジに近づける構成とした場合、定着ベルト２０の内面は定着ベルト２０の持つ剛性の為に、定着ヒーター２３の上面から離れるように力を受け、その結果、定着ニップ部Ｎは狭まってしまう。

２つ目の目的は、定着ベルト２０と定着ヒーター２３の接触抵抗を低減させ、安定して摺動させる事であり、その為に、ヒーターホルダ２２の定着ニップ部Ｎの定着ベルト回転方向上流側にグリス溜りを設けた構成となっていて、その結果、グリスが定着ベルト２０の裏面と接触する面積が増え、定着ベルト２０とヒーターホルダ２２の摺動部に十分なグリスの供給が可能になっている。仮にグリス溜りを設置しない構成とした場合、安定して十分なグリスを定着ベルト２０と定着ヒーター２３の摺動部に供給出来ず、スムーズな摺動は得られなくなり、耐久性も確保されない。

以上の２つの目的を達成するために、符号５０で示される略三角柱形状の空間が形成される。尚、図５の符号５２で示す、定着ヒーター２３と平行に長手方向に伸びた突起部材は定着ベルト２０が回転するに従い、グリスがグリス溜りの下流側、つまり、ヒーターエッジ部にのみに溜るのを防止し、均一にグリスを分布させる働きをしている。

しかしながら、前述したように、金属ベルト内面のスパイラル状の溝ａ（図１６）によって、ヒーター２３との摺動部に供給されたグリスが、定着ベルト回転運動によって搬送力を有し、グリスを次第に空間５０の長手方向に流動し、定着ベルト端部にはみ出してしまう。これにより、本来適量を塗布したはずのグリス量が少なくなってしまい、金属ベルトとヒーターとの摺動部のトルクが上がってしまい、スリップ等の問題がおきてしまう。また、このはみ出したグリスは、さらに定着ベルト表面に回り込み、定着ニップ部内に侵入する。その結果、トナーの離型性を低下させたり、記録材端部（紙端部）にグリス跡を付けたりして画像品位を低下させてしまう。

また、特にカラー画像形成装置においては、白黒画像形成装置と比較して、定着ニップ部Ｎの圧力を大きくする必要がある。これは、複数色のトナーを重ねることによりカラー画像を形成するため、白黒画像形成装置よりもトナー像高さが高くなり、定着ニップ部において、均一に平滑な画像を得るためには、より高い圧力が必要となるためである。これにより、定着ニップ部Ｎの圧力を大きくした場合、グリスが長手方向に寄る力も大きくなるため、白黒画像形成装置に比べ、より顕著に本問題がおきてしまう。

以上のように、スピニング加工法によって製造された金属ベルト内面のスパイラル形状によって、潤滑剤が定着ベルト端部よりはみ出すことにより、ユーザーに最適な画像を提供できなくなってしまう。

上述より理解されるように、ヒーターホルダ２２上の前記空間（グリス溜り）５０の一部を埋める、すなわち、少なくとも定着ニップ部Ｎの定着ベルト回転方向上流側に定着ベルト２０と摺動部材としての定着ヒーター２３と摺動部材支持部材としてのヒーターホルダ２２間に空間（グリス溜り）５０を有する構成において、前記空間５０の断面積が長手方向中央部と端部で異ならせることにより、空間５０の長手に沿うグリスの流動を阻止させる。これにより潤滑剤が定着ベルト端部よりはみ出すことによる画像品質の悪化を防止した定着加熱装置を提供できるようになる。

本実施例における定着加熱装置では、上述した認識に基づき、前記空間５０の長手方向端部側において、前記突起部材５２と定着ヒーター２３の間の空間を埋めるように縦０．３ｍｍ、横１．２ｍｍ、長手方向５ｍｍの直方体形状のヒーターホルダ２２と同様な液晶ポリマー樹脂からなる凸状部材６０ａをヒーターホルダ２２より突起させることにより、前記空間５０の断面積を長手方向中央部よりも端部側で小さくして定着ベルト端部からの潤滑剤のはみ出しを防止するように構成させる。

以下、本発明の大きな特徴であるヒーターホルダ２２の構成について図６及び図７を参照して説明する。図６は本実施形態を示す断面図であり、図７は本実施形態を示す斜視図である。６０ａは上記の凸状部材を表わしている。

この構成により、定着ベルト２０が回転状態になり、定着ヒーター２３によりグリスに熱供給され、グリスの流動性が高まり余剰グリスが次第に空間５０内を図７の矢印Ｘで示す長手方向に流動しても、余剰グリスの大部分は凸状部材６０ａにより塞き止められ、定着ベルト２０の端部からのグリスのはみ出し量は大幅に削減され、グリスは定着ニップ部Ｎには、ほとんど侵入しない。その結果、トナーの離型性が悪くなったり、紙端部にグリス跡が付いたりして画像品位が低下することもほとんどなくなる。

また、前記凸状部材６０ａを画像幅内のヒーターホルダ２２上に突起させる場合には、前記凸状部材６０ａの上を通過する定着ベルト２０の表面が局所的に他の部分と温度差を持ってしまい、その結果として縦スジ上の画像不良が発生してしまうが、前記凸状部材６０ａを最大画像幅外（記録材Ｐの最大通紙幅外）のヒーターホルダ２２上で突起させることにより、前記縦スジ状の画像不良の発生を防止出来る。

前記構成によるグリスのはみ出し防止の効果を検証する為に空回転治具を用いて、実験を行った。

定着ベルト２０の表面温度は実際の温調温度に近い１９５℃に保ち、プロセススピードを１３０ｍｍ／ｓとし、連続で５時間空回転させ、定着ベルト端部からのグリスのはみ出しを観察した。ここで、グリスはみ出し量はおよそ５時間で飽和することがこれまでの検討により、確認されている。

表１に実験結果を示す。評価方法は定着ベルト端部からのグリスのはみ出しが観察されなかった場合を○、定着ベルト端部からのグリスのはみ出しが観察された場合をランク○△、グリスが加圧ローラまで到達した場合をランク△、グリスが画像幅内まで侵入した場合にはランク×とし、１時間ごとに観察を行った。表１中、横軸は時間を表している。尚、同様な実験を３回行い、平均をもってして結果とした。

表１に示すように、従来の定着器では空回転１時間経過後よりグリスのはみ出しが観察され、２時間経過後以降はグリスが加圧ローラまで達し、３時間経過後にはグリスは画像幅内まで侵入した。一方、本実施例１では２時間経過後にグリスのはみ出しが観察されたものの、以降も、グリスのはみ出しの状態は変わらずに、グリスは加圧ローラまでは達しなかった。

以上、本実施例における大きな特徴である、ヒーターホルダ２２の構成について説明をした。

本実施例の大きな特徴は、上述した認識に基づき、前記突起部材５２と定着ヒーター２３の間の空間を埋めるように縦０．３ｍｍ、横１．２ｍｍ、長手方向５ｍｍの直方体形状のヒーターホルダ２２と同様な液晶ポリマー樹脂からなる部材をヒーターホルダ２２より突起させることにより、定着ベルト端部からの潤滑剤のはみ出しを防止することである。これにより、スピニング加工法によって製造された金属フィルム内面のスパイラル形状によって、定着ベルト端部からの潤滑剤のはみ出しを防止し、上記問題による画像品質の悪化を防止した定着加熱装置を提供できるようになる。

本実施例は先に説明をした実施例１に関する他の例であり、画像形成装置の構成等は実施例１におけるものと同様である。

実施例１では、ヒーターホルダ２２に突起６０ａをつけることにより、スピニング加工法によって製造された金属ベルト内面のスパイラル形状によって、定着ベルト端部からの潤滑剤のはみ出しを防止した。本実施例の大きな特徴は、定着ベルト２０の構成を規定することにより、潤滑剤のはみ出しを防止することである。

図８は、本実施形態を示す、定着ベルト２０、端部ホルダ２５、定着フランジ２４の部分拡大断面図である。実施例１で説明したように、定着ベルト２０は、回転塑性加工法であるスピニング加工法によって厚さ５０μｍの厚みのベルト状に形成したＳＵＳベルト２０ａ上に、シリコーンゴム層２０ｂを、リングコート法により形成し、離型性層２０ｃとして、厚み３０μｍのＰＦＡ樹脂チューブを被覆してなる。

また、左右の定着フランジ２４は本実施形態ではそれぞれ左右の端部ホルダ２５に一体に具備させてあり、回転する定着ベルト２０がヒーターホルダ２２の長手に沿って左方または右方に寄り移動したとき、寄り移動側の定着ベルト端部を受け止めて定着ベルトの寄り移動を規制する役目をしている。

本実施形態に係る定着ベルト２０は、前記ＳＵＳベルト部２０ａよりも前記シリコーンゴム部２０ｂが軸方向（長手方向）に突出するように、すなわちＳＵＳベルト部２０ａよりもシリコーンゴム部２０ｂが端部ホルダ２５側に長くなるようにしている。

このような形態の定着ベルト２０の製法について説明する。ＳＵＳベルト部２０ａにシリコーンゴム部２０ｂを接着した後の定着ベルト２０を所定の長さにカットする。このカット時にはＳＵＳベルト部２０ａの長手方向端部に小さなバリや段差ができてしまう。このバリや段差を排除するために、カット後の定着ベルト２０の長手方向端部をヤスリにて全周研磨する。このヤスリによる研磨では、ＳＵＳベルト部２０ａの端部のバリや段差を落とすと共に、シリコーンゴム部２０ｂの端部はヤスリとの摺擦時にも押圧力に対して端部のつぶれがあるためにＳＵＳベルト部２０ａの端部よりも削り落とされる量が少ない。よって定着スリーブ２０の長手方向端部において、シリコーンゴム部２０ｂはＳＵＳベルト部２０ａよりも長さｄだけ定着フランジ２４側に長くすることが可能である。具体的には前記製法によってシリコーンゴム部２０ｂをＳＵＳベルト部２０ａよりも約３０μｍ程度長くすることが可能である。

上記定着ベルト２０を用いることによって、ＳＵＳベルト部の端部と、定着ベルト端部規制部材である端部ホルダ部２５と一体の定着フランジ２４との間に生じる隙間を埋めることができ、潤滑剤が定着ベルト端部よりはみ出すことによる画像品質の悪化を防止した定着加熱装置を提供できるようになる。

例えば、図８に示す断面図において、定着ベルト２０の端部と定着フランジ２４との接触面において、ＳＵＳベルト２０ａが先に端部ホルダ２５と接触してしまうと、ＳＵＳが硬くまた、表面が粗い為に、接触面に隙間が生じてしまい、定着ベルト端部より、潤滑剤がはみ出してしまう。しかし、本実施例のような定着ベルト２０の構成をとることにより、ＳＵＳベルト部２０ａよりもシリコーンゴム部２０ｂが先に定着フランジ２４と接触するため、シリコーンゴムの弾性によって端部ホルダと定着ベルト間の隙間を無くすことができ、定着フランジ２４が密閉された蓋のようになり、潤滑剤のはみ出しを防止することができる。

また、上記のような形態の定着ベルト２０の製法は前述した実施形態に限定されるものでなく、例えば、所定長さのＳＵＳベルト部に該ＳＵＳベルト部の長手方向の長さよりも長いシリコーンゴム部を接着することでも製造可能であり、シリコーンゴム部がＳＵＳベルト部よりも端部ホルダ側に長くなる製法であればその他の製法であってもよく、同様の効果が得られることは言うまでも無い。

実施例２では定着ベルト２０において、シリコーンゴム部２０ｂをＳＵＳ部２０ａよりも突出することにより、潤滑剤のはみ出しを防止した。

しかしながら、定着加熱装置の構成上、定着ベルト２０と定着フランジ２４間には隙間が生じてしまう。また、ＳＵＳの熱膨張を考慮に入れると、ある程度の隙間は必要である。これにより、定着ベルト２０が寄る方向は、圧バランス等、定着器構成の公差によって様々であるものの、仮に、ＳＵＳベルト内面の、スパイラル状の溝と反対方向に寄ってしまった場合には、定着ベルト２０が寄った方向と反対側からグリスがはみ出してしまうことになる。

本実施例では、上述した問題点を解決すべく、定着ベルト端部に規制部材を設けることを特徴とする。

まず、本実施例に関わる定着加熱装置の、端部ホルダについて、図９〜１４を用いて説明をする。図１０は、定着フランジ２４、定着ベルト２０、加圧ローラ２１、端部ホルダ２５を、記録剤材搬送方向の下流側から見た斜視図であり、図１１は、図１０において定着ベルト２０を取り外した斜視図である。図１１において、２２はヒーター２３を保持し、定着ベルト２０をガイドするヒーターホルダである。また、２６は定着ステーであり、ヒーターホルダ２２と端部ホルダ２５と一体的に移動可能に支持され、不図示の加圧機構により、端部ホルダ２５の２５ｂ部が１９６Ｎ（２０ｋｇｆ、片側１０ｋｇｆ）の力で加圧ローラ２１方向へ加圧される。また、図１２は、定着フランジ２４と端部ホルダ２５の斜視図であり、端部ホルダ２５のボス部２５ａはフランジ２４を回転支持するともに、定着フランジ２４の動きを規制している。図１３は分解斜視図である。

図９は、定着フランジ２４、定着ベルト２０、加圧ローラ２１、端部ホルダ２５を、同方向から見た断面図である。図９に示すように、定着フランジ２４は、定着ベルト２０の外径より大きな内径（Φ２５．５）を持ち、加圧ローラ２１により変形を受けた定着ベルト２０が定着フランジ２４に内接することで摩擦力を生じ、定着ベルト２０と定着フランジ２４が共に回転するような構成をとっている。また、定着フランジ２４は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂により形成されている。

上記のような、定着ベルト規制部材である定着フランジ２４を用いることによって、より確実にＳＵＳベルト部の端部と端部ホルダ部との間に生じる隙間を埋めることができ、潤滑剤が定着ベルト端部よりはみ出すことによる画像品質の悪化を防止した定着加熱装置を提供できるようになる。

例えば、図１４に示す断面図において、定着ベルト２０の端部と定着フランジ２４との接触面において、定着ベルト２０の寄り方向がどちらであっても、定着ベルト両端において定着フランジ２４が密閉された蓋のような役割をし、より確実に潤滑剤のはみ出しを防止することができる。

実施例１（請求項１〜３）と、実施例２（請求項４）または実施例３（請求項５）との組み合わせ構成も有効である。

以上、本実施例１〜３について説明をした。前述した実施例では、フィルム式定着装置に特化して例示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、電磁誘導加熱方式の定着装置であっても良く、該画像形成装置における定着装置に本発明を適用することにより同様の効果を得ることができる。

また、前述した実施例では、カラー画像形成が可能な画像形成装置を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、モノクロ画像形成が可能な画像形成装置であっても良く、該画像形成装置における定着装置に本発明を適用することにより同様の効果を得ることができる。

また前述した実施形態では、画像形成装置としてプリンターを例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば複写機、ファクシミリ装置等の他の画像形成装置や、或いはこれらの機能を組み合わせた複合機等の他の画像形成装置や、記録材担持体を使用し、該記録材担持体に担持された記録材に各色のトナー像を順次重ねて転写する画像形成装置であっても良く、該画像形成装置における定着装置に本発明を適用することにより同様の効果を得ることができる。

本発明の像加熱装置は、実施例の画像加熱定着装置としての使用に限られず、未定着画像を記録材に仮定させる仮定着装置、定着画像を担持した記録材を再加熱してつや等の画像表面性を改質する表面改質装置等としても使用できる。

摺動部材としての加熱体は実施例のセラミックヒーターに限られない。たとえば、ニクロム線等を用いた接触加熱体等や、鉄板片等の電磁誘導発熱性部材等であってもよい。摺動部材は加熱体でなくともよい。加熱体は必ずしも定着ニップ部（圧接ニップ部）に位置していなくてもよい。加熱用回転体としてのベルトを外部加熱する構成にすることもできる。またベルト自体を電磁誘導発熱させる加熱構成にすることもできる。

加圧体はローラ体に限られず、回動するエンドレスベルト体にすることも出来る。

実施例１に係る画像形成装置の概略構成図である。 実施例１に係る定着加熱装置の断面図である。 実施例１に係る定着加熱装置の中間部分省略の正面模型図である。 実施例１に係る定着加熱装置の中間部分省略の縦断面模型図である。 実施例１に係る定着加熱装置のニップ部周辺の断面図（その１）である。 実施例１に係る定着加熱装置のニップ部周辺の断面図（その２）である。 実施例１に係る定着加熱装置のニップ部周辺の斜視図である。 実施例２に係る定着加熱装置の要部の断面拡大図である。 実施例３に係る定着加熱装置の端部断面図である。 実施例３に係る定着加熱装置の詳細斜視図（その１）である。 実施例３に係る定着加熱装置の詳細斜視図（その２）である。 実施例３に係る定着フランジ及び端部ホルダの詳細斜視図である。 実施例３に係る定着加熱装置の要部の分解斜視図である。 実施例３に係る定着加熱装置の要部の断面拡大図である。 フィルム式定着装置の概略図である。 内面にスパイラル状の溝のある定着ベルトの模式図である。

符号の説明

Ｎ …定着ニップ部
Ｆ …定着加熱装置
Ｐ …記録材
ｔ …トナー像
１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｋ…感光体ドラム
２Ｙ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｋ…現像手段
３Ｙ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｋ…帯電手段
４Ｙ，４Ｃ，４Ｍ，４Ｋ…クリーニング手段
５…光学系
６…中間転写ベルト
７…駆動ローラ
８…テンションローラ
９Ｙ，９Ｃ，９Ｍ，９Ｋ…一次転写ローラ
１０…記録材カセット
１１…給送ローラ
１２…レジストローラ
１３…二次転写ローラ
１４…二次転写ローラ対向ローラ
１５…中間転写ベルトクリーニング手段
２０…定着ベルト（フィルム状の回転体）
２０ａ…ＳＵＳベルト部（金属層）
２０ｂ…シリコーンゴム部（弾性層）
２０ｃ…離型層
２１…加圧ローラ
２２…ヒーターホルダ（ガイド部材）
２３…ヒーター（加熱手段）
２４…定着フランジ
２５…端部ホルダ
２５ａ…端部ホルダボス部
２５ｂ…端部ホルダ加圧部
５０…略三角形状の空間
５１…ヒーターホルダ上流段差
５２…突起部材
６０ａ…凸状部材

Claims (6)

1. 摺動部材と、摺動部材を支持する支持部材と、摺動部材に沿って回転するベルトと、ベルトを介して摺動部材とニップを形成する加圧体と、を有し、ニップに記録材を通し記録材上の画像を加熱する像加熱装置において、
   前記ベルトは内面にスパイラル状の溝を有し、また、前記ベルトと前記摺動部材間に潤滑剤が塗布されており、少なくともニップのベルト回転方向上流側に前記ベルトと前記摺動部材と前記支持部材間に空間を有する構成において、前記空間の断面積が長手方向中央部と端部で異なることを特徴とする像加熱装置。
2. 前記空間の断面積が最大画像幅外で小さくなることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
3. 前記ベルトは金属から成るベルト基材上に弾性層を有することを特徴とする請求項２に記載の像加熱装置。
4. 摺動部材と、摺動部材を支持する支持部材と、摺動部材に沿って回転するベルトと、ベルトを介して摺動部材とニップを形成する加圧体と、を有し、ニップに記録材を通し記録材上の画像を加熱する像加熱装置において、
   前記ベルトと前記摺動部材間に潤滑剤が塗布されており、また、前記ベルトは内面にスパイラル状の溝を有し、少なくともベルト状の金属層上に弾性層を形成してなり、前記ベルトの軸方向端部は前記弾性層が前記金属層よりも軸方向に突出していることを特徴とする像加熱装置。
5. 前記ベルトの軸方向端部は、回転自在に支持された規制部材によって規制されることを特徴とする請求項４に記載の像加熱装置。
6. 記録材に像を形成する画像形成装置において、記録材上に形成された像を加熱定着する定着装置として、請求項１乃至５のいずれかに記載の像加熱装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。