JP2014206672A - 画像加熱装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱定着ベルト（チューブヒータ）を用いた画像加熱装置におけるベルトの電極層の摩耗を防いで長寿命化を図る装置の提供。【解決手段】ベルトの電極層３１ｄの縁端部の一方をニップ部Ｎに配置し、他方をニップ部の外側に配置する。これとともに、絶縁層３１ａの縁端部をニップ部Ｎの外側に配置して給電部材を電極層３１ｄの露出している部分に当接させている。このことから、ベルト３１の長寿命化を実現するとともに、加圧ローラ４０へ電流が流れることなく消費電力の増大を防止する。【選択図】図７

Description

本発明は、画像加熱装置およびそれを搭載した画像形成装置に関する。

画像加熱装置としては、用紙などのシート（記録材）に形成された未定着トナー像を固着画像として定着する定着装置を挙げることができる。また、シートに半定着又は定着済みのトナー像を再加熱することにより画像の表面光沢を調整する光沢度調整装置（画像改質装置）を挙げることができる。

画像形成装置は、例えば、電子写真画像形成プロセス、静電記録画像形成プロセス、磁気記録画像形成プロセスなどの転写式または直接式の画像形成プロセスを用いてシートに画像を形成するものである。例えば、複写機、プリンタ（レーザービームプリンタ、ＬＥＤプリンタなど）、ファクシミリ、それらの複合機能機、ワードプロセッサなどが含まれる。

シートは画像形成装置によって画像が形成される部材であり、例えば、定型或いは不定型の普通紙、厚紙、封筒、葉書、シール、樹脂製シート、ＯＨＴシート、光沢紙等が含まれる。

電子写真装置、静電記録装置などの画像形成装置においては、シートにトナー像（顕画剤画像）を形成し、これを画像加熱装置としての定着装置により加熱、加圧することで画像の定着を行っている。従来、このような定着装置として、定着部材の内部に設けられた加熱源であるハロゲンヒータによって定着部材を加熱して、定着部材がトナー像の熱定着を行う間接加熱方式が採用されている。

ところで近年、省エネルギーの観点から、熱伝達効率が高く、装置の立ち上がりが速い定着方式として、定着部材自体に加熱源として抵抗発熱体を設け、通電により抵抗発熱体を直接加熱する方式が採用されている。抵抗発熱体を定着部材の表面近傍に設けることによって、加熱源に所定の電力を印加した場合において上記間接加熱方式に対して、定着部材の表面が設定温度に達するまでの立ち上げ時間を短くすることが可能である。

特許文献１に記載されている定着装置においては、第１絶縁層である円筒状絶縁基材上に加熱源である抵抗発熱層を形成し、第２絶縁層および絶縁層の長手方向の両端部に電極層を形成した発熱定着ベルトを採用している。発熱定着ベルトは、給電端子から発熱定着ベルトの電極層へと給電することにより、抵抗発熱体が発熱し、発熱定着ベルト全体が加熱される。

発熱定着ベルトの内側に配置されたベルト支持体および発熱定着ベルトの外側に配置された加圧ローラにより発熱定着ベルトが挟まれて発熱定着ベルトと加圧ローラとの間に形成されたニップ部において、未定着トナー像が転写されたシートを挟持搬送する。これによって、加熱された発熱定着ベルトの熱とニップ部の圧力でトナー像をシートに定着させることが出来る。

このような、発熱定着ベルト方式の定着装置は、定着部材である発熱定着ベルトが薄肉で熱容量が小さく、投入電力に対する発熱量の熱変換効率にも優れており、短時間で定着可能温度まで発熱定着ベルトを温度上昇させることが可能である。そのため、電源投入からの待機時間が非常に短くクイックスタートが可能であり、消費電力を抑えた省エネルギー化を実現できる。

特開２００９−９２７８５号公報

しかしながら、特許文献１のような従来の発熱定着ベルト方式の定着装置においては、以下のような問題が発生してしまう。

発熱定着ベルトに給電するために、発熱定着ベルトの両端部には電極層または抵抗発熱層が表面に露出している領域が必要となる。一方で、電極層または抵抗発熱層の露出部において、加圧ローラが電極層または抵抗発熱層に直接接触している。

また、加圧ローラはシート搬送時におけるシートシワ（紙シワ）などの現象を防止するために、長手方向において外径形状を逆クラウン形状にするなどストレート形状では無い場合が多い。このため、電極層または抵抗発熱層と加圧ローラ端部の間には微小な速度差による摺擦が生じており、ベルト支持体と加圧ローラにより加圧された状態で摺擦され続けることにより、長期間に亘る使用中に電極層または抵抗発熱層には摩耗が生じてしまう。

この結果、耐久により両端部の抵抗値が増大して温度ムラが生じたり、通電不良により定着不良が発生したりするために、発熱定着ベルトの交換頻度が多くなってしまう、という問題が発生していた。

また、発熱定着ベルト表層や加圧ローラ表層がシート搬送などにより帯電することで、トナーが発熱定着ベルト表層に静電的に付着して画像を乱してしまう静電オフセットという現象が発生することがある。この現象を防止するために、加圧ローラ表層や弾性層に導電性材料を用いる場合があるが、このときに、発熱定着ベルトに給電すると加圧ローラ表層や弾性層側にも電流が流れてしまい、抵抗発熱層に流れる電流が減少する。そのため、抵抗発熱層の発熱量が減少して定着装置の待機時間が長くなるという問題が発生していた。

本発明はかかる従来技術の課題を解決するためになされたものである。その目的とするところは、電極層または抵抗発熱層の摩耗を防いで装置の長寿命化を図ることにある。また、抵抗発熱層に流れる電流の減少を防いで装置の待機時間の短縮化を図ることにある。

上記の目的を達成するための本発明に係る画像加熱装置の代表的な構成は、内側から外側に順に少なくとも絶縁基材と給電されて発熱する抵抗発熱層と絶縁層とが積層されており、両端部側の外周面にそれぞれ前記抵抗発熱層に給電するための環状の電極層を備えた第１の回転体と、前記第１の回転体と協働して画像を担持したシートを挟持搬送して加熱するニップ部を形成する第２の回転体と、前記電極層に接する給電部材と、を有し、前記ニップ部の長手方向において、前記電極層の一方の縁端部は前記ニップ部の内側にあり、他方の縁端部は前記ニップ部の外側にあり、前記絶縁層は前記電極層を部分的に覆い縁端部が前記ニップ部の外側にあり、前記絶縁層の外側において前記給電部材から前記電極層に給電されることを特徴とする。

本発明によれば、電極層または抵抗発熱層の摩耗を防いで装置の長寿命化を図ることができる。また、抵抗発熱層に流れる電流の減少を防いで装置の待機時間の短縮化を図ることができる。

画像形成装置の一例の構成略図である。 定着装置の途中部分省略の正面模式図である。 定着装置の途中部分省略の縦断正面模式図である。 図２における（４）−（４）矢視の拡大横断右側面模式図である。 ベルトユニットの分解斜視図である。 ベルトの発熱領域における拡大横断面模式図である。 ベルトの各構成層、パッド、加圧ローラの長手位置関係を説明するための、ニップ部近傍部の途中部分省略の長手方向断面模式図である。 実施例２における、ベルトの各構成層、パッド、加圧ローラの長手位置関係を説明するための、ニップ部近傍部の途中部分省略の長手方向断面模式図である。 ベルトの層構成の各種バリエーションの模式図である。

［実施例１］
（１）画像形成部
図１は本発明に従う画像加熱装置を定着装置Ｆとして搭載した画像形成装置１の一例の構成略図である。この画像形成装置１は、ホスト装置２００（図２）から制御回路部１００に入力する画像情報に対応した画像を電子写真技術を用いてシートＰに形成することができるカラープリンタである。

２は画像形成部であり、カセット１９または２０、もしくはマルチ給送トレイ２１から搬送されて、レジストローラ対２２ａを含む搬送機構２２により搬送されたシートＰに画像を形成するための４つの画像形成ステーション３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋを有する。各ステーションは、回転ドラム型の感光体４、帯電部材５、レーザースキャナ６、現像器７、転写部材８、感光体クリーナ９を有する。ステーション３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋは、それぞれ、イエロー色、マゼンタ色、シアン色、ブラック色のトナー像を形成する。

更に、画像形成部２は中間転写ベルトユニット１０を有し、ステーション３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋから中間転写ベルト１１に一次転写されたトナー像を二次転写ローラ１２によりシートＰに二次転写する。以上の画像形成部２の動作や画像形成プロセスは周知であるので詳細な説明は割愛する。

画像形成部２で未定着トナー像が転写されたシートＰは定着装置Ｆに送られ、トナー像はシートＰに加熱定着される。定着装置Ｆを出たシートＰは予めのモード選択に応じてフラッパ１３により第１経路１４側または第２経路１５側に進路切り替えされる。第１経路１４に導入されたシートＰは装置上面側のフェイスダウントレイ１６に排出される。第２経路１５に導入されたシートＰは装置側面側のフェイスアップトレイ１７に排出される。

両面画像形成モードの場合は定着装置Ｆを出た第１面画像形成済みのシートＰは一旦第１経路１４に導入されてからスイッチバック搬送されて第３の経路１８に導入される。そして、再び搬送機構２２を経由して画像形成部２に対して表裏反転された状態で再搬送される。

（２）定着装置
（２−１）装置構成
本実施例の定着装置Ｆは、加圧ローラ駆動方式（テンションレスタイプ）の発熱定着ベルト方式の定着装置である。図２は定着装置Ｆの途中部分省略の正面模式図である。ただし、図４における正面カバー板５４と入口側ガイド板５５は省かれている。図３は定着装置Ｆの途中部分省略の縦断正面模式図である。図４は図２における（４）−（４）矢視の拡大横断右側面模式図である。

ここで、本実施例の定着装置Ｆ若しくは構成部材に関して、正面側とはシート入口側から見た面、背面側とはその反対側の面（シート出口側）、左右とは装置を正面側から見て左または右である。上流側と下流側はシート搬送方向に関して上流側と下流側である。また、長手方向（幅方向）やシート幅方向とは、シート搬送路面において、シートの搬送方向に直交する方向に実質平行な方向である。短手方向とはシート搬送路面において、シートの搬送方向に実質平行な方向である。

この定着装置Ｆは、第１の回転体としての発熱定着ベルト（以下、ベルトと記す）３１を有する。ベルト３１の構成の詳細は後述するが、通電により発熱する抵抗発熱層３１ｂ（図６、図７）を備えた円筒状（エンドレスベルト状）の自己発熱ベルト（チューブヒータ）である。また、このベルト３１と協働して画像を担持したシートＰを挟持搬送して加熱するニップ部Ｎを形成する第２の回転体としての弾性を有する加圧ローラ４０を有する。

また、この定着装置Ｆは、ベルト支持体（バックアップ部材）としての加圧パッド（以下、パッドと記す）３２と、加圧パッド保持部材としてのステー３３を有する。パッド３２は横断面が下向きのかまぼこ型で左右方向に長い断熱性部材である。ステー３３は横断面が下向きコの字型で左右方向に長い剛性部材であり、高い圧力を掛けられても撓みにくい部材であることが望ましく、例えばＳＵＳ３０４製の型材である。

パッド３２とステー３３の長さはほぼ同じであり、ベルト３１の幅Ｗ３１よりも所定に長い。パッド３２とステー３３は上下に平行に配列されており、ステー３３の脚部とパッド３２の平面側とが接合されてパッド３２がステー３３に保持されている。

パッド３２は、後述するように、ニップ部Ｎにおいて凸曲面部にベルト３１の内面が接して摺動する部材であり、ニップ部近傍部におけるベルト３１の回転軌道を規制するガイドとしての役割を有しており、耐熱性およびベルト内面との摺動性が求められる。材料として、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂やセラミックス、ＳＵＳ等の金属を用いることができる。また、ニップ部には摺動性に優れたＳＵＳ等の材料を用いて、ガイド部には加工性に優れた液晶ポリマー等の耐熱性樹脂を用いても良い。また、ベルト３１との摺動面には耐熱性グリスを塗布しても良い。

パッド３２またはステー３３の長手方向のほぼ中央部には、板ばねなどの弾性支持部材（付勢部材）３４を介して温度センサとしてのサーミスタＴＨが配設されている。ベルト３１は上記の加圧パッド３２、ステー３３、弾性支持部材３４、サーミスタＴＨの組立体に対してルーズに外嵌されている。パッド３２およびステー３３の左右の両端部はそれぞれ外方延長部としてベルト３１の左右の開口部から外方に突出している。その左右の外方延長部に対してそれぞれ端末部材３５Ｌ・３５Ｒが嵌着されている。

端末部材３５Ｌ・３５Ｒはそれぞれパッド３２およびステー３３に対してルーズに外嵌されているベルト３１の幅方向への移動を規制するとともに、ベルト両端部の周方向の形状を規制する役目をしており、左右対称形状の耐熱材料の成形部材である。

端末部材３５Ｌ・３５Ｒはそれぞれベルト３１の端面を受け止めるためのフランジ部（鍔座部）３５ａを有する。フランジ部３５ａは内面側にベルト３１の端部の内周面をガイドするガイド部材３５ｂを有する。ガイド部材３５ｂは円筒状のベルト３１の内径にほぼ対応する外径を有する短筒形状（円環形状）であり、パッド３２（ニップ部）に対応する部分は切り欠かれている（図４、図５）。ガイド部材３５ｂは、半円弧状、それよりも短い円弧状、断続的な複数の半円弧状の形態で具備させることもできる。

また、フランジ部３５ａは外面側に受圧ブロック部３５ｃを有する。フランジ部３５ａのガイド部材３５ｂの内側部分および受圧ブロック部３５ｃの内部にはステー３３とパッド３２の外方延長部（端部）に対して嵌合する空洞部３５ｄを有する。受圧ブロック部３５ｃの正面側と背面側にはそれぞれフランジ部３５ａとの会合部分において縦溝部３５ｅ（図２、図５）を有する。

また、端末部材３５Ｌ・３５Ｒのフランジ部３５ａの頂部にはそれぞれ板ばねなどの導電性の弾性支持部材（付勢部材）３６を介して左右一対の給電部材３７Ｌ・３７Ｒが配設されている。給電部材３７Ｌ・３７Ｒはそれぞれフランジ部３５ａの内側においてガイド部材３５ｂの頂部に対応して位置している。

端末部材３５Ｌ・３５Ｒはそれぞれパッド３２およびステー３３の左右の外方延長部に対して空洞部３５ｄが係合されて嵌着されている。この嵌着状態において、フランジ部３５ａの内面側のガイド部材３５ｂはそれぞれベルト３１の端部の内側に嵌り込んでいる。左右の給電部材３７Ｌ・３７Ｒはそれぞれガイド部材３５ｂの頂部において、ガイド部材３５ｂが内嵌しているベルト３１の端部の外面に対して弾性支持部材３６の弾性力で弾性的に所定の押圧力で接している。

ベルト３１の左右の端部にはそれぞれ後述するようにベルト３１の抵抗発熱層３１ｂへ通電するための電極層３１ｄがベルト３１の外周面に環状（リング状）に配設されている。給電部材３７Ｌ・３７Ｒはそれぞれベルト３１の左右の端部の外面の電極層３１ｄに対して安定に接触して電気的に導通している。給電部材３７Ｌ・３７Ｒは電極層３１ｄに接して安定して電極層３１ｄおよび抵抗発熱層３１ｂに通電することができるように、金属ブロック、金属ブラシ、あるいはカーボンチップを用いたもの、または回転するローラタイプなどの中から選択するのが良い。

また、サーミスタＴＨは弾性支持部材３４の弾性力でベルト３１の長手方向のほぼ中央部においてベルト３１の内面に対して弾性的に所定の押圧力で接している。

図５は、上述した、ベルト３１、パッド３２およびステー３３、弾性支持部材３４およびサーミスタＴＨ、左右の端末部材３５Ｌ・３５Ｒ、左右の弾性支持部材３６および給電部材３７Ｌ・３７Ｒ、の分解斜視模式図である。ただし、ベルト３１、パッド３２およびステー３３は途中部分を省略している。これらの部材の組立体をベルトユニット３０と記す。

加圧ローラ４０は、金属材料からなる芯金４１の外周に同心一体にローラ状に形成された弾性層４２と、更にその弾性層４２の外周面に形成されたフッ素樹脂などの絶縁層４３と、を有する弾性ローラである。弾性層４２の材料は、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴム、或いはシリコーンゴムの発泡体などの中から選択するのが良い。加圧ローラ４０の弾性層４２はニップ部ＮにおいてシートＰをシワなどが発生ことなく安定的に搬送するために、外径形状を逆クラウン形状としている。芯金４１の左右の両端部には、それぞれ、芯金４１と同心一体に小径軸部４１ａが設けられている。

Ｗ４０は加圧ローラ４０の幅（長さ寸法：小径軸部４１ａ部分は除く）であり、ベルト３１の幅Ｗ３１よりも所定に小さい。

加圧ローラ４０は左右の小径軸部４１ａが、それぞれ、装置フレーム５０の左右の側板５１Ｌ・５１Ｒ間に軸受部材５２Ｌ・５２Ｒを介して回転可能に保持されて配設されている。右側の小径軸部４１ａの端部にはドライブギアＧが同心一体に配設されている。このギアＧに対して制御回路部１００で制御されるモータ（駆動源）Ｍの駆動力が動力伝達機構（不図示）を介して伝達される。これにより、加圧ローラ４０は駆動回転体として図４において矢印Ｒ４０の反時計方向に所定の周速度にて回転駆動される。

一方、ベルトユニット３０は、パッド３２側を下向きにして、加圧ローラ３５の上側に加圧ローラ３５に平行に配列して、装置フレーム５０の左右の側板５１Ｌ・５１Ｒ間に配設されている。より詳しくは、ベルトユニット３０の左右の端末部材３５Ｌ・３５Ｒにそれぞれ設けられている縦溝部３５ｅが左右の側板５１Ｌ・５１Ｒにそれぞれ設けられた縦ガイドスリット５１ａ（図３、図４）の縦縁部に係合している。これにより、左右の端末部材３５Ｌ・３５Ｒは、それぞれ、左右の側板５１Ｌ・５１Ｒに対して上下方向にスライド移動可能に保持されている。

定着装置Ｆの左右両側にはそれぞれ左右の端末部材３５Ｌ・３５Ｒに対する左右対称構成の加圧機構６０Ｌ・６０Ｒが配設されている。この加圧機構６０Ｌ・６０Ｒはベルト３１と加圧ローラ４０とを所定の押圧力で圧接させて短手方向（シート搬送方向Ｘ）に関して所定幅のニップ部（定着ニップ部）Ｎを形成させる機構である。各機構６０Ｌ・６０Ｒは、それぞれ、端末部材３５Ｌ・３５Ｒの受圧ブロック部３５ｃの上面に当接する加圧レバー６１と、加圧レバー６１の上方の固定のばね受座６３と、加圧レバー６１とばね受座６３との間に縮設された加圧ばね６２と、を有する。

加圧機構６０Ｌ・６０Ｒの加圧レバー６１はそれぞれ自由状態において端末部材３５Ｌ・３５Ｒの受圧ブロック部３５ｃの上面に当接して加圧ばね６２の加圧力で端末部材３５Ｌ・３５Ｒを下方に押圧している（加圧状態）。これにより、ステー３３とパッド３２を介してベルト３１が加圧ローラ４０の上面に対して弾性層４２の弾性に抗して所定の押圧力で圧接する。この圧接により、ベルト３１と加圧ローラ４０との間に短手方向において所定幅のニップ部Ｎが形成される。ニップ部Ｎの長手方向の幅は加圧ローラ４０の幅Ｗ４０と同じである。

また、上記の加圧機構６０Ｌ・６０Ｒの加圧状態をそれぞれ解除する加圧解除機構６４Ｌ・６４Ｒを有する。この加圧解除機構６４Ｌ・６４Ｒは加圧機構６０Ｌ・６０Ｒの加圧レバー６１を加圧ばね６２の付勢力に抗して端末部材３５Ｌ・３５Ｒの受圧ブロック部３５ｃの上面から所定に持ち上げた退避位置に移動して保持する機構であり、制御回路部１００で制御される。加圧レバー６１が退避位置に移動されて保持されることで加圧機構６０Ｌ・６０Ｒの加圧状態が解除される。

この加圧解除状態は、ベルト３１と加圧ローラ４０とが所定に離間している状態であってもよいし、ベルト３１と加圧ローラ４０とは接しているけれども所定の加圧力よりも減圧されている状態であってもよい。

加圧解除機構６４Ｌ・６４Ｒの具体的な構成は図には省略したけれども、例えば電磁ソレノイドを用いた機構、カムとモータを用いた機構などを採択することができる。加圧解除機構は左右の加圧機構６０Ｌ・６０Ｒに対して共通の機構構成にすることもできる。

制御回路部１００は常時は加圧機構６０Ｌ・６０Ｒの加圧レバー６１を加圧解除機構６４Ｌ・６４Ｒにより退避位置に位置させて加圧機構６０Ｌ・６０Ｒを加圧解除状態に保持している。

図４において、５３は定着装置Ｆの上面カバー板、５４は正面カバー板、５５は入口側ガイド板、５６は背面カバー板、５７は出口側ガイド板、５８は定着排出ローラ対である。定着排出ローラ対５８は加圧ローラ４０の駆動力が連動機構（不図示）を介して伝達されて所定の方向と周速度をもって回転駆動される。左右の給電部材３７Ｌ・３７Ｒの導電性の弾性支持部材３６はそれぞれ配線１０２を介して電源部（ＡＣ電源）１０１に電気的に接続されている。また、サーミスタＴＨは配線（不図示）を介して制御回路部１００に電気的に接続されている。

（２−２）定着動作
定着装置Ｆは、待機時には、加圧機構６０Ｌ・６０Ｒが加圧解除機構６４Ｌ・６４Ｒにより加圧解除状態に保持されている。即ち、ベルト３１と加圧ローラ４０との圧接が解除されている。加圧ローラ４０の回転は停止されている。左右の給電部材３７Ｌ・３７Ｒに対する給電は停止されている。

制御回路部１００にプリントジョブのスタート信号が入力すると、制御回路部１０１は電源部１０１を制御してベルト３１の抵抗発熱層３１ｂに対する通電を所定の通電制御パターンで開始する。即ち、左右の給電部材３７Ｌ・３７Ｒを介してベルト３１の左右端部の電極層３１ｄ間に電圧が印加される。これによりベルト３１の電極層３１ｄ間の抵抗発熱層３１ｂが通電により発熱してベルト３１が全周的に加熱される。そして、ベルト３１の温度に関する電気的情報がサーミスタＴＨから制御回路部１００に入力する。

制御回路部１００はサーミスタＴＨから入力するベルト３１の検知温度に基づいて通電制御パターンを決定する。そして、決定した通電制御パターンに応じて電源部１０１を位相制御／波数制御などにより制御して抵抗発熱層３１ｂに適切な電力を供給する。

より具体的には、制御回路部１００はサーミスタＴＨがベルト３１の温度として第１の所定温度を検知すると、加圧解除機構６４Ｌ・６４Ｒを制御して加圧機構６０Ｌ・６０Ｒを加圧解除状態から加圧状態に切替える。これにより、ベルト３１が加圧ローラ４０に圧接して両者間に短手方向において所定幅のニップ部Ｎが形成される。また、制御回路部１００はモータＭを起動して駆動回転体としての加圧ローラ４０の回転駆動を開始する。

加圧ローラ４０は図４において矢印Ｒ４０の反時計方向に所定の周速度で回転する。また、この加圧ローラ４０の回転駆動による加圧ローラ４０とベルト３１の外面とのニップ部Ｎにおける摩擦力でベルト３１に回転力（回転トルク）が作用する。これにより、ベルト３１が、その内面がニップ部Ｎにおいてパッド３２の表面に密着して摺動しつつ図４の矢印Ｒ３１の時計方向に加圧ローラ４０の回転周速度にほぼ対応した周速度で従動回転する。

左右の端末部材３５Ｌ・３５Ｒのフランジ部４５ａは回転するベルト３１がパッド３２の長手に沿って左方または右方に寄り移動したときの寄り移動側のベルト端部を受け止めて寄り移動を規制する。また、フランジ部３５ａの内面側のガイド部材３５ｂはベルト３１が加圧ローラ４０に従動回転する際のベルト３１の両端部の周方向の形状が規制されるようにベルト３１の両端部側の内周面をガイドする。

制御回路部１００は、その後、サーミスタＴＨが前記の第１の所定温度よりも高い第２の所定温度を検知すると、画像形成部の画像形成を開始する。そして、トナー像ｔが転写されたシートＰが定着装置Ｆへと搬送される。一方、制御回路部１００はサーミスタＴＨが前記の第２の所定温度よりも高い第３の所定温度（定着温度）を検知すると、ベルト３１の抵抗発熱層３１ｂに対する通電を温調制御状態にする。温調制御状態では、ベルト３１の温度が定着温度である第３の所定温度にほぼ一定に維持されるように、ＰＩ制御などを用いて電源部１０１から抵抗発熱層３１ｂに対する通電制御が行われる。

トナー像ｔが転写されたシートＰが定着装置Ｆに搬送されると、シートＰは加圧ローラ４０の回転に伴い定着装置Ｆのニップ部Ｎへ送り込まれて挟持搬送される。これにより、トナー像ｔおよびシートＰが加熱加圧されることでトナー像ｔはシートＰへ固着画像として定着される。定着装置Ｆに対するシートＰの導入は本実施例においてはシート幅中心を基準とする所謂中央基準である。所謂片側基準であってもよい。Ｗｍａｘは定着装置Ｆに使用可能な最大幅サイズのシート搬送領域幅（シートの最大通過幅）であり、ニップ部Ｎの幅Ｗ４０よりも所定に小さい。

所定の一枚或いは連続複数枚のプリントジョブが終了すると、制御回路部１０１はベルト３１の抵抗発熱層３１ｂに対する通電を停止する。また、モータＭの駆動を停止する。また、加圧解除機構６４Ｌ・６４Ｒを制御して加圧機構６０Ｌ・６０Ｒを加圧状態から加圧解除状態に切替える。この状態において、制御回路部１００は次のプリントジョブのスタート信号が入力するまで定着装置Ｆを待機状態に保持する。

（２−３）ベルト３１の構成
図６はベルト３１の発熱領域における拡大横断面模式図である。本実施例におけるベルト３１は全体的に可撓性を有する円筒状部材である。ベルト３１の外側から内側に順に、少なくとも、絶縁層３１ａと、給電されて発熱する抵抗発熱層３１ｂと、円筒状の絶縁基材３１ｃとが積層されている。また、両端部側の外面に周に沿ってそれぞれ抵抗発熱層３１ｂに給電するための環状の電極層３１ｄを備えている。

円筒状絶縁基材３１ｃはベルト３１の強度を維持するとともに周方向において変形可能な可撓性を有し、一方で絶縁性を有する。薄すぎると破損しやすく、厚すぎると変形しにくいため、厚さ２０μｍ以上１００μｍ以下のポリイミドなどの耐熱性樹脂材料を使用できる。本実施例では、厚さ５０μｍ、直径が３０ｍｍの円筒状のポリイミドベルトを用いた。

抵抗発熱層３１ｂは円筒状絶縁基材３１ｃの外周面に形成されて通電により発熱する層である。材料としては、ポリイミド等の耐熱性樹脂に導電性カーボンや金属粉体を分散した材料などが使用できる。本実施例では、カーボンを分散させたポリイミドからなる厚み２５μｍの抵抗発熱体のコート層を用いており、ベルト両端部の電極層３１ｄ間の抵抗値が常温時において１０Ωとなるようにカーボン分散量などを調整している。これにより、１００Ｖ印加時に抵抗発熱層３１ｂは約１０００Ｗ程度の電力により発熱する。

絶縁層３１ａは抵抗発熱層３１ｂおよび電極層３１ｄの一部の上に形成されて、ベルト３１以外に電流が流れるのを防ぐとともにトナー付着等による汚れを防止する。絶縁層３１ａはトナーとの離型性が求められ、電極層３１ｄや抵抗発熱層３１ｂと接しているため電流が流れないよう絶縁性も求められることから、絶縁性を有するフッ素樹脂材料、例えばＰＦＡ、ＰＴＦＥなどを用いることができる。

絶縁層３１ａは、薄すぎるとシートＰや加圧ローラ４０との摩擦による摩耗により短寿命となり、厚すぎると熱容量が増大し熱伝達が低下することにより省エネ性を損なうため、１０〜５０μｍのフッ素樹脂材料を使用するのが望ましい。本実施例では、厚さ２０μｍの絶縁性ＰＦＡ樹脂チューブを用いた。

ベルト３１は、必ずしも３層構造である必要は無い。例えば、カラー画像を形成する場合に良好な画質を得るためには、ベルト３１の表面をシートＰの表面形状に追従させやすくするのが良い。そのために、絶縁層３１ａおよび抵抗発熱層３１ｂの間に、シリコーンゴムなどからなる弾性層３１ｅ（図９の（ａ））を存在させた方が良い。

また、絶縁層３１ａまたは弾性層３１ｅが直接抵抗発熱層３１ｂに加熱されることで熱劣化等が生じるのを防ぐために、絶縁層３１ａまたは弾性層３１ｅと抵抗発熱層３１ｂの間に中間層３１ｆ（図９の（ｂ）、（ｃ））を設けても良い。また、ベルト３１の各層間の接着強度を高めるために、接着層３１ｇ（図９の（ｄ））を設けても良い。更に、絶縁層３１ａの上に別途離型層３１ｈ（図９の（ｅ））を設けても良く、この場合は離型層３１ｈに導電性材料を使用することが出来る。また、図９の（ａ）〜（ｅ）の層構成の各種組み合わせが可能である。

ベルト３１の両端部には、抵抗発熱層３１ｂへ給電するための電極層３１ｄがベルト３１の外周面に沿って環状に配設されている。電極層３１ｄは、ポリイミド等の耐熱性樹脂に導電性粒子などを分散した材料が使用できる。また、抵抗発熱層３１ｂに比べて抵抗が十分小さくなるよう抵抗値を調整することで、電極層３１ｄにおける発熱を抑えることができる。本実施例では、導電性粒子を分散したポリイミドを７５μｍ厚に形成したものを使用した。

図７は、ベルト３１の各構成層、パッド３２、加圧ローラ４０の長手位置関係を説明するための、ニップ部近傍部の途中部分省略の長手方向断面模式図である。

ベルト３１の左右の電極層３１ｄは、長手方向における中央に近い側の縁端部ｂ，ｃが、加圧パッド３２でバックアップされたベルトと加圧ローラ４０により形成されるニップ部Ｎの長手方向における内側に配置されている。

抵抗発熱層３１ｂは電極層３１ｄが形成されていないｂ−ｃ間において発熱する。そのため、ｂ，ｃ位置がニップ部Ｎの長手方向における外側に配置された場合にはニップ部Ｎの外側においても抵抗発熱層３１ｂが発熱してしまい、ニップ部外側の領域でベルト３１が過昇温しやすくなるとともに無駄な電力を消費してしまう。これを防ぐために、前述したとおり左右の電極層３１ｄの縁端部ｂ，ｃは、ニップ部Ｎの長手方向における内側に配置することが必要となる。また、プリンタにて使用する最大画像幅がｂ−ｃ間に入るように設定することで、加熱不足による画像不良を防止することができる。

ここで、最大画像幅は装置に使用可能な最大幅サイズのシートの最大通過幅Ｗｍａｘと同じ幅か、それよりは所定に小さい幅である。

また、電極層３１ｄの他方の縁端部ａ，ｄはニップ部Ｎの長手方向における外側に配置されている。左右の電極層３１ｄにはそれぞれ給電部材３７Ｌ・３７Ｒが当接している。そのため、給電部材当接部のベルト３１の温度は電極層３１ｄや給電部材３７Ｌ・３７Ｒの摩耗を考慮してできるだけ低いことが望ましい。

給電部材３７Ｌ・３７Ｒの縁端部ａ，ｄがニップ部の長手方向における内側に配置されていた場合、連続使用などにより加圧ローラ４０が熱くなった際に給電部材３７Ｌ・３７Ｒの位置の温度も上昇してしまう。これを防ぐために、電極層３１ｄの縁端部ａ，ｄはニップ部Ｎの長手方向における外側に配置することが必要となる。

更に、絶縁層３１ａの縁端部ｅ，ｆは長手方向におけるニップ部Ｎの外側に配置されている。加圧ローラ４０は外径が逆クラウン形状であるため、回転駆動時に長手方向において周速差が生じる。このため、加圧ローラ４０とベルト３１との間にも速度差が生じる領域がある。また、速度差は加圧ローラ４０が逆クラウン形状であるため両端部ほど大きくなる。

絶縁層３１ａの縁端部ｅ，ｆが、ニップ部Ｎの長手方向における内側に配置された場合には、電極層３１ｄが直接加圧ローラ４０と接触し摺擦されることになる。加圧ローラ４０との摺擦により電極層３１ｄが摩耗すると、抵抗発熱層３１ｂへの給電が不安定となりベルト３１の温度低下を招いたり、電極層３１ｄが薄くなることで部分抵抗が上昇して本来発熱しない領域で過昇温してしまう。

また、前述した静電オフセット対策として加圧ローラ４０の絶縁層４３や弾性層４２にカーボン添加したＰＦＡチューブやシリコーンゴムなどの導電性材料を用いた場合、電極層３１ｄから加圧ローラ４０にも電流が流れてしまう。そのため、プリンタとしての消費電力が増大してしまう。このため、絶縁層３１ａの縁端部ｅ，ｆはニップ部Ｎの長手方向における外側に配置する必要がある。

また、絶縁層３１ａの縁端部ｅ，ｆがニップ部Ｎの長手方向における外側に配置されるため、左右の給電部材３７Ｌ・３７Ｒは絶縁層３１ａの長手方向における外側領域であるａ−ｅ間およびｆ−ｄ間において電極層３１ｄに当接するように配置される。

上記をまとめると次のとおりである。ニップ部Ｎの長手方向において、電極層３１ｄの一方の縁端部ｂ，ｃはニップ部Ｎの内側にあり、他方の縁端部ａ，ｄはニップ部Ｎの外側にある。絶縁層３１ｃは電極層３１ｄを部分的に覆い縁端部ｅ，ｆがニップ部Ｎの外側にあり、絶縁層３１ｃの外側において給電部材３７ｌ・３７Ｒから電極層３１ｄに給電される。また、電極層３１ｄの前記一方の縁端部ｂ，ｃはニップ部ＮにおけるシートＰの最大通過幅（最大画像幅）Ｗｍａｘの領域の外側にある。

本発明の効果を示すために、絶縁層３１ａの縁端部ｅ，ｆをニップ部Ｎの長手方向における内側に配置した場合、及び、長手方向における外側に配置した場合における耐久プリント試験の結果を、表１に示す。

絶縁層３１ａの縁端部ｅ，ｆをニップ部内側に配置した場合、耐久プリント枚数１０万枚の時点で電極層３１ｄの摩耗により抵抗発熱層３１ｂへの給電不良が発生し、ベルト３１が使用不能状態となった。

一方、絶縁層３１ａの縁端部ｅ，ｆをニップ部外側に配置した場合、電極層３１ｄは絶縁層３１ａに被覆されているために問題は発生せず、耐久プリント枚数が３０万枚に達しても給電不良などの問題は発生しなかった。

更に本発明の効果を示すために、電極層３１ｄの厚さを７５μｍで形成した場合、及び、２００μｍで形成した場合における耐久プリント試験の結果を、表２に示す。

電極層４２ｄを７５μｍ厚に形成した場合、十分な可撓性を有するため耐久枚数が３０万枚に達しても問題は発生しなかった。一方、電極層３１ｄを２００μｍ厚に形成した場合、電極層３１ｄにクラックが生じてベルト４２が破損して使用不能状態となった。

以上説明したように、本実施例によれば発熱定着ベルト方式の定着装置において、電極層３１ｄの縁端部の一方をニップ部Ｎに配置し他方をニップ部の外側に配置する。これとともに、絶縁層３１ａの縁端部をニップ部Ｎの外側に配置して給電部材３７Ｌ・３７Ｒを電極層３１ｄの露出している部分に当接させている。このことから、ベルト３１の長寿命化を実現するとともに、加圧ローラ４０へ電流が流れることなく消費電力の増大を防止することが出来た。

［実施例２］
図８は本実施例２における定着装置の、ベルト３１の各構成層、パッド３２、加圧ローラ４０の長手位置関係を説明するための、ニップ部近傍部の途中部分省略の長手方向断面模式図である。実施例１の定着装置と共通する構成部材・部分には同一の符号を付して再度の説明を省略する。

本実施例２においては、実施例１の図７の構成において、パッド３２の両端部においてパッド形状を加圧ローラ４０から遠ざかる方向に変化させている。このことにより、ニップ部Ｎの両端部における絶縁層３１ａと加圧ローラ４０の圧力を低減している。即ち、ニップ部Ｎの長手方向の圧分布に関して、ニップ部ＮにおけるシートＰの最大通過幅（最大画像幅）Ｗｍａｘの領域の内側に比べてニップ部両端部が小さくなるように構成されている。

なお、図８ではパッド３２の形状を誇張して記載しているため、ニップ部Ｎ内でパッド３２と円筒状絶縁基材３１ｃが離れているが、実際には加圧ローラ４０が弾性層４２を有するためにパッド３２と円筒状基材３１ｃは接触している。

このようにパッド３２の端部形状を変更することで、ニップ部Ｎにおける絶縁層３１ａにかかる圧力をシートＰの最大通過幅（最大画像幅）Ｗｍａｘの領域の範囲内に比べてニップ部両端部において小さくすることが可能となる。また、長手方向において圧力低減できる範囲は、定着性能を満たすためにシートＰの最大通過幅（最大画像幅）Ｗｍａｘの領域の範囲外で、かつ、ニップ部内に設定する必要がある。このようにすることで、絶縁層３１ａのニップ部両端部における摩耗量を低減することが可能となり、ベルト３１を更に長寿命化することができた。

また、本実施例においてはパッド３２の形状によりニップ部両端部にかかる圧力を低減しているが、加圧パッド保持部材３３の形状や加圧ローラ４０の弾性層４２または芯金４１の形状を変更することでも、同様の効果を得ることができる。

［その他の事項］
以上、本発明に係る実施例について詳述したが、本発明の思想の範囲内において種々の構成の他の公知の構成に置き換えることは可能である。

１）例えば、実施例では、第１の回転体３１として、駆動回転体としての第２の回転体４０の回転駆動で従動回転する円筒状のベルトを用いた装置で説明した。これに限定されず、第１の回転体３１は、複数の懸架部材に掛回張設されて回転駆動される可撓性を有する無端ベルト体であってもよい。また第１の回転体３１は剛性を有する回転可能なローラ体の形態にすることもできる。

２）第２の回転体４０を回転可能な無端ベルト体の形態にすることもできる。

３）本発明の画像加熱装置は実施例のようにシートに担持された未定着トナー像を加熱加圧して固着画像として加熱定着する定着装置としての使用に限定されない。シートに一旦定着された或いは仮定着された画像（定着済み画像又は半定着画像）を加熱加圧して光沢度を向上させるなどの画像の表面性を調整する加熱処理装置としても有効である。

４）画像形成装置の画像形成部は電子写真方式に限られない。静電記録方式や磁気記録奉仕貴の画像形成部であってもよい。また、転写方式に限られず、シートに対して直接方式で未定着画像を形成する構成のものであってもよい。インクジェット方式でシートに画像を形成して加熱乾燥定着する方式ものであってもよい。

３１・・第１の回転体、３１ａ・・絶縁基材、３１ｂ・・抵抗発熱層、３１ｃ・・絶縁層、ｅ，ｆ・・絶縁層３１ｃの縁端部、３１ｄ・・電極層、ｂ，ｃ・・電極層３１ｄの一方の縁端部、ａ，ｄ・・電極層３１ｄの他方の縁端部、３７ｌ・３７Ｒ・・給電部材、４０・・第２の回転体、Ｎ・・ニップ部

Claims (10)

1. 内側から外側に順に少なくとも絶縁基材と給電されて発熱する抵抗発熱層と絶縁層とが積層されており、両端部側の外周面にそれぞれ前記抵抗発熱層に給電するための環状の電極層を備えた第１の回転体と、
   前記第１の回転体と協働して画像を担持したシートを挟持搬送して加熱するニップ部を形成する第２の回転体と、
   前記電極層に接する給電部材と、
   を有し、前記ニップ部の長手方向において、前記電極層の一方の縁端部は前記ニップ部の内側にあり、他方の縁端部は前記ニップ部の外側にあり、前記絶縁層は前記電極層を部分的に覆い縁端部が前記ニップ部の外側にあり、前記絶縁層の外側において前記給電部材から前記電極層に給電されることを特徴とする画像加熱装置。
2. 前記電極層の前記一方の縁端部は前記ニップ部におけるシートの最大通過幅の領域の外側にあることを特徴とする請求項１に記載の画像加熱装置。
3. 前記ニップ部の長手方向の圧分布に関して、前記ニップ部におけるシートの最大通過幅の領域の内側に比べてニップ部両端部が小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の画像加熱装置。
4. 前記抵抗発熱層と前記絶縁層との間に弾性層が存在することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の画像加熱装置。
5. 前記第２の回転体は外径形状が逆クラウン形状であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の画像加熱装置。
6. 前記絶縁基材は円筒状であり、前記第１の回転体は周方向に可撓性を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の画像加熱装置。
7. 前記第１の回転体の内側にあり、前記第２の回転体と協働して前記第１の回転体を挟んで押圧するバックアップ部材を有することを特徴とする請求項６に記載の画像加熱装置。
8. 前記第２の回転体が前記第１の回転体を回転駆動する駆動回転体であることを特徴とする請求項６または７に記載の画像加熱装置。
9. 前記第１の回転体の両端部側に配置され、前記第２の回転体に従動回転する際の前記第１の回転体の両端部の周方向の形状が規制されるように前記第１の回転体の両端部側の内面をガイドするガイド部材を有することを特徴とする請求項８に記載の画像加熱装置。
10. シートにトナー像を形成する画像形成部と、前記画像形成部によりシートに形成されたトナー像を加熱する請求項１ないし９のいずれか一項に記載の画像加熱装置と、を有することを特徴とする画像形成装置。