JP2016090674A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ベルトへの給電が安定した定着装置を提供することを目的とする。【解決手段】 抵抗発熱層（１０２）を備えたベルト（１００）と、ベルトを回転させる加圧ローラ（１１０）と、ベルトの端部に取り付けられた給電リング（１１９）と、給電リングに摺動可能に当接してリング状部材と電気的に接続するブラシ（８１）と、ブラシを給電リングにむけて押圧する板バネ（８２）と、抵抗発熱層に給電すべくブラシに電気的に接続された電源回路（７９）と、を有する定着装置において、ブラシの、当接面の中央部分（Ｘ１）と、対向面の対向部分（Ｘ２）は、板バネが自然状態となった場合に給電リングの外周面によって囲まれた領域とオーバーラップする位置関係（Ｘ１’、Ｘ２’）となることを特徴とする。【選択図】 図６

Description

本発明は、シート上に画像を定着する定着装置に関する。この定着装置は、例えば、複写機、プリンタ、ファックス、及びこれらの機能を複数備えた複合機等の画像形成装置に用いられる。

電子写真装置、静電記録装置などの画像形成装置では、シート上にトナーの画像を形成して、これを定着装置（画像加熱装置）により加熱、加圧することでシートに画像を定着させている。このようにして用いられる定着装置において、通電によって発熱する抵抗発熱層を備えた定着ベルトを用いる定着装置が提案されている（特許文献１）。このような構成の定着装置は、定着ベルト自体が発熱するため、シート上の画像に効率よく熱を供給することができ、省エネルギー性に優れている。

特許文献１に記載の定着装置は、抵抗発熱層に電気的に接続する電極層を定着ベルトの端部に設けており、この電極層から通電を行っている。詳細には、電源に接続された給電部材を電極層に摺動可能に接触させることで、回転する定着ベルトに対して通電を行っている。給電部材は、導電性を有するカーボンチップ等からなるブラシと、ブラシを電極層の外周面に押し付ける板バネから構成されている。

特許文献１に記載の定着装置は、上述した構成により定着ベルトに通電を行い、定着ベルトを加熱することができる。

特開２０１１−２５３０８５号公報

しかしながら、特許文献１の定着装置には次のような課題がある。それは、定着装置を利用するにつれてブラシが磨耗してしまった場合に、ベルトへの給電が不安定となり定着不良を生じ得るという課題である。詳細には次のようにして課題が生じる。

板バネは、自由状態からたわむことによって、自由状態に戻ろうとするバネ荷重を生じる。そのため、板バネをたわませた状態でブラシを電極層に当接させることでブラシを電極層に押し付けることができる。しかしながら、電極層と摺動することでブラシが磨耗してその厚みが減少した場合、板バネのたわみが減少して、ブラシを電極層に押し付けるバネ荷重が減少してしまう。そのため、板バネがブラシを電極層に十分に押し付けることが出来なくなり、ブラシと電極層の間の電気的な接続が不安定となる。このようして、ベルトへの給電が不良となった場合、ベルトが十分に加熱されず、定着不良を生じる虞がある。

したがって、本発明は、ベルトへの給電が安定した定着装置を提供することを目的とする。

第１発明は、定着装置において、通電により発熱する発熱層を備えシート上の画像を加熱する無端状のベルトと、ベルトを回転駆動させる駆動手段と、ベルトの外周面側で且つ長手方向の一端側に取り付けられ発熱層と電気的に接続するリング状部材と、リング状部材の外周面に摺動可能に当接してリング状部材と電気的に接続する当接パッドと、リング状部材の外周面に向けて当接パッドを弾性力で押圧する弾性部材と発熱層に給電すべく当接パッドと電気的に接続する給電手段と、を有し、当接パッドのリング状部材と当接する当接面のうちリング状部材の周方向に沿った方向の中央部分と当接面と対向する面のうち中央部分と対向する対向部分は、弾性部材が自然状態となった場合にリング状部材の外周面によって囲まれた領域とオーバーラップする位置関係となることを特徴とするものである。

第２発明は、定着装置において、通電により発熱する発熱層と発熱層の長手方向の一端側に設けられ発熱層と電気的に接続する電極層とを備えシート上の画像を加熱する無端状のベルトと、ベルトを回転駆動させる駆動手段と、電極層の外周面に摺動可能に当接して電極層と電気的に接続する当接パッドと、電極層の外周面に向けて当接パッドを弾性力で押圧する弾性部材と発熱層に給電すべく当接パッドと電気的に接続する給電手段と、を有し、当接パッドの電極層と当接する当接面のうち電極層の周方向に沿った方向の中央部分と当接面と対向する面のうち中央部分と対向する対向部分は、弾性部材が自然状態となった場合に電極層の外周面によって囲まれた領域とオーバーラップする位置関係となることを特徴とする定着装置。

本発明によれば、ベルトへの給電が安定した定着装置を提供することができる。

実施例の定着装置を用いた画像形成装置を説明する図である。 実施例の定着装置の短手断面の図である。 実施例の定着装置の長手断面の図である。 実施例の定着ベルトの端部構成を説明する図である。 実施例の電極部の構成を説明する図である。 実施例の給電器の耐久所期の構成を説明する図である。 実施例の給電器の耐久末期の構成を説明する図である。 その他の実施例の給電器の構成を説明する図である。 その他の実施例の給電器の構成を説明する図である。

以下、本発明に係る実施の形態について、実施例を挙げて詳細に説明する。なお、以下の実施例では、画像形成装置について、電子写真プロセスを利用したレーザービームプリンタを例に説明する。以降の説明において、このレーザービームプリンタをプリンタ１と呼ぶ。

（実施例）
［画像形成部］
図１は、プリンタ１の断面図である。プリンタ１は、画像形成部１０において感光ドラム１１に形成したトナー画像ＴをシートＰに転写して、定着装置４０でシートＰに画像Ｔを定着させて、シートＰに画像Ｔを形成する画像形成装置である。以下、図１を用いてその構成を詳細に説明する。

図１に示すように、プリンタ１は、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂｋ（ブラック）の各色のトナー画像を形成する画像形成部（画像形成ステーション）１０を備えている。画像形成部１０は図１の左側から順にＹ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋの各色に対応した４つの感光ドラム１１（１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｂｋ）を備えている。また、各感光ドラム１１の周囲には同様の構成として以下が配置されている。帯電器１２（１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｂｋ）。露光装置１３（１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｂｋ）。現像装置１４（１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｂｋ）。一次転写ブレード１７（１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｂｋ）。クリーナ１５（１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｂｋ）。以後、Ｂｋ色のトナー画像を形成する構成について代表して説明し、他色に対応した構成については同一の記号を用いて記載してその説明を省略する。したがって、特に区別のない場合には上述した構成を次のように表記する。つまり、単に感光ドラム１１、帯電器１２、露光装置１３、現像装置１４、一次転写ブレード１７、クリーナ１５と称する。

電子写真感光体としての感光ドラム１１は駆動源（不図示）によって矢印方向（反時計回り方向、図１）に回転駆動する。感光ドラム１１の周囲には、その回転方向に沿って順に、帯電器１２、露光装置１３、現像装置１４、一次転写ブレード１７、クリーナ１５が配置されている。

感光ドラム１１は、帯電器１２によってその表面をあらかじめ帯電される。その後、感光ドラム１１は、画像情報に応じてレーザ光を照射する露光装置１３によって露光され、静電潜像を形成される。この静電潜像は、現像装置１４によってＢｋ色のトナー画像になる。このとき他の色についても同様の工程がおこなわれる。そして、各感光ドラム１１上のトナー画像は、一次転写ブレード１７によって、中間転写ベルト３１に順次一次転写される。一次転写後、感光ドラム１１に転写されず残ったトナーは、クリーナ１５によって除去される。こうして、感光ドラム１１の表面は清浄になり、次の画像形成が可能な状態となる。

一方、給送カセット２０又はマルチ給送トレイ２５に置かれたシートＰは、給送機構（不図示）によって１枚ずつ送り出されてレジストローラ対２３に送り込まれる。シートＰとは、その表面に画像が形成される部材である。シートＰの具体例として、普通紙、厚紙、樹脂製のシート状部材、オーバーヘッドプロジェクター用フィルムなどがある。レジストローラ対２３は、シートＰを一旦止めて、シートＰが搬送方向に対して斜行している場合はその向きを真っ直ぐに直す。そして、レジストローラ対２３は、中間転写ベルト３１上のトナー画像と同期を取って、シートＰを中間転写ベルト３１と二次転写ローラ３５との間に送り込む。二次転写ローラ３５は、中間転写ベルト３１上のカラーのトナー画像をシートＰに転写する。本実施例では、このようにして画像が形成される。その後、シートＰは定着装置４０に向かって送り込まれる。そして、定着装置４０は、シートＰ上のトナー画像Ｔを加熱、加圧してシートＰに定着する。

［定着装置］
次に、プリンタ１に用いられる画像加熱装置である定着装置４０について説明する。図２は、定着装置４０の短手断面の図である。図３は、定着装置４０の長手断面の図である。ここで、定着装置４０若しくはその構成部材に関して、正面側とは装置のシート入口側から見た面（図３）、背面側とはその反対側の面（シート出口側）である。左右とは装置を正面側から見て左（図３の左側、図２の手前側）または右（図３の右側、図２の奥側）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という意味である。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Ｐの搬送方向に直交する方向（左右方向、図３）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Ｐの搬送方向（左右方向、図２）に実質平行な方向である。

定着装置４０は、通電によって発熱する抵抗発熱層１０２（以後、発熱層１０２と呼ぶ）を備えた定着ベルト１００（以後、ベルト１００と呼ぶ）を用いる画像加熱装置である。定着装置４０は、通電によりベルト１００自体が発熱するため、シートＰ上の画像Ｔに効率よく熱を供給することができ、省エネルギー性に優れている。

図２に示すように、ベルト１００がニップパッド１１３と加圧ローラ１１０（以後、ローラ１１０と呼ぶ）に挟持されるとニップ部Ｎが形成される。そして、ベルト１００は矢印方向（時計回り）に、ローラ１１０は矢印方向（反時計回り、図２）に回転して、ニップ部Ｎに給送されたシートＰを挟持して搬送する。このとき、給電器８０からの給電によりベルト１００が発熱しているため、シートＰ上の未定着のトナー画像Ｔは加熱・加圧されてシートＰに定着される。本実施例では、上述のようにして定着処理が行われる。以下、定着装置４０の構成について図面を用いて詳細に説明する。

ベルト１００は、通電によるジュール熱で発熱し、シート上の画像をニップ部Ｎにて加熱する円筒状（無端状、エンドレス状）のベルト（フィルム）である。本実施例のベルトの幅方向（長手方向）の長さＷ１００は３４０ｍｍであり、径はφ２４ｍｍである。図２に示すように、ベルト１００の長手方向の左側端部には給電リング１１９ｃが、右側端部には１１９ｄが取り付けられている。そして、給電リング１１９ｃを介して給電器８０ｃがベルト１００に電気的に接続し、給電リング１１９ｄを介して給電器８０ｄがベルト１００に電気的に接続することで、ベルト１００に給電が行われる。以後、特に区別のない場合は、給電リング１１９ｃ、１１９ｄをリング１１９と呼び、給電器８０ｃ、８０ｄを給電器８０と呼ぶ。ベルト１００、リング１１９、給電器８０については詳細を後述する。

ニップパッド１１３は、ベルト１００を内面側からローラ１１０に向けて押圧する押圧部材である。ニップパッド１１３は図２の奥手前方向を長手方向とし、その長さはローラ１１０の長さＷ１１０（図３）と同様である。

支持ステー１１２は、パッド１１３を支持する部材である。支持ステー１１２は高い圧力を掛けられても撓みにくい材質であることが望ましく、本実施例においてはＳＵＳ３０４（ステンレス鋼）を用いている。支持ステー１１２は、その長手方向の両端部において、左右のフランジ１１１ｃ、１１１ｄに支持されている。フランジ１１１ｃ、１１１ｄは、ベルト１００の長手方向の移動、および周方向の形状を規制する部材である。

また、定着装置４０では、図３に示すように、フランジ１１１ｃと加圧アーム１１４ｃの間に加圧バネ１１５ｃが縮設されている。フランジ１１１ｄと加圧アーム１１４ｄの間に加圧バネ１１５ｄが縮設されている。これにより、フランジ１１１ｃ、１１１ｄ、支持ステー１１２ｃ、１１２ｄ、ニップパッド１１３を介してベルト１００がローラ１１０の上面に対して所定の押圧力で加圧され、所定幅の定着ニップＮが形成される。本実施例に於ける加圧力は一端側が１５６．８Ｎ（１６ｋｇｆ）、総加圧力が３１３．６Ｎ（３２ｋｇｆ）である。

駆動手段としてのローラ１１０は、ベルト１００に当接することでベルト１００と協働してニップ部Ｎを形成する部材である。ローラ１１０は、ステンレス製のφ１８ｍｍの芯金１１０ａ上に、厚み３ｍｍの導電性の弾性層１１０ｂ、厚み５０μｍの離型層１１０ｃが順に積層した多層構造の部材である。芯金１１０ａ、弾性層１１０ｂ、離型層１１０ｃはシリコーン樹脂から成る接着剤により強固に接着されている。

また、本実施例では、ローラ１１０の芯金１１０ａ上に弾性層１１０ｂ及び離型層１１０ｃを有する領域の長さＷ１１０は３２０ｍｍである。これは、ベルト１００の発熱領域の長さに対応しており、定着装置４０はシートＰの最大幅Ｗｍａｘ（本実施例ではＡ３）サイズまでのシートＰに定着処理を施すことができる。

芯金１１０ａは、手前側板５１Ｌと奥側板５１Ｒの間において軸受部材５２Ｌ、５２Ｒにより回転可能に保持されている。また、芯金１１０ａの長手方向一端にはギアＧが取り付けられており、モータＭの駆動がローラ１１０に伝達される。そのため、ローラ１１０は矢印方向（反時計周り、図２）の方向に所定の周速度で回転駆動される。また、ベルト１００はローラ１１０と圧接した状態であるため、ローラ１１０の駆動が伝達して従動回転する。

なお、ベルト１００の内面にはグリスが塗布されており、ニップパッド１１３とベルト１００内面の摩擦が抑制されている。

サーミスタ１１８はベルト１００の温度を検知するセンサである。本実施例では、サーミスタ１１８は、ベルト１００の内面に弾性的に接触するように支持ステー１１２から延びるステンレス製のアームの先端に取り付けられている。サーミスタ１１８にはポリイミドテープが巻かれており、ベルト１００との絶縁性が保たれている。

電源回路７９は、図４に示すように給電器８０を介してベルト１００に電力を供給する回路である。電源回路７９は、給電器８０ｃ、８０ｄにそれぞれ電気的に接続しており、給電時は、この間に実効値約１００［Ｖ］の交流電圧を印加する。以後、特に区別の無い場合、給電器８０ｃ、８０ｄを給電器８０と呼ぶ。なお、電源回路７９が発熱層１０２に印加する電圧は一定電圧（直流）でもよいが、発熱層１０２の発熱効率から、交流電圧を印加することが望ましい。

制御回路１２１は、各種制御に伴う演算を行うＣＰＵと、各種プログラムを記憶したＲＯＭ等の不揮発媒体を備えた回路である。このＲＯＭにはプログラムが記憶されており、ＣＰＵがこれを読みだして実行することで、各種制御を実行する。なお、制御回路１２１としては、同様の機能を果たせばＡＳＩＣ等の集積回路などでもよい。制御回路１２１は、サーミスタ１１８が検知した温度情報を取得するため、サーミスタ１１８と電気的に接続している。

制御回路１２１は、モータＭの駆動を制御する為、モータＭと電気的に接続している。制御回路１２１は、電源回路７９によるベルト１００への通電を制御するため、電源回路７９と電気的に接続している。

制御回路１２１は、上述した構成により、サーミスタ１１８の検知温度に応じて、電源回路７９によるベルト１００への通電を制御する。つまり、制御回路１２１は、ベルト１００が所定の温度となるようにその発熱を制御している。制御回路１２１は、具体的には次のような制御をおこなう。

例えば、外部情報端末２００から送信された定着動作開始の信号を制御回路１２１が受け付けると、制御回路１２１は、電源回路７９を作動させて給電器８０に給電を開始する。そして、制御回路１２１は、ベルト１００内面に配置されたサーミスタ１１８の検知温度が所定の目標温度Ｕ１（本実施例では、１６０℃）に達するまで、給電器８０に給電しつづける。サーミスタ１１８の検知温度が目標温度Ｕ１に到達したら、制御回路１２１は、モータＭを駆動させる。こうして、モータＭの駆動によりローラ１１０が回転駆動され、それに伴ってベルト１００が従動回転する。電源回路７９による給電を給電器８０に更に続けて、サーミスタ１１８の検知温度が目標温度Ｕ２（本実施例では、１６５℃）に達すると、制御回路１２１は未定着のトナー画像Ｔを担持したシートＰをニップ部Ｎに導入する。こうして、制御回路１２１は、定着装置４０によるシートＰの定着処理を制御する。他のシートＰに続けて定着処理を施す場合、制御回路１２１は、サーミスタ１１８の検知温度に応じて電源回路７９の供給電力を制御して、ベルト１００を目標温度Ｕ２の近傍で安定させる。なお、本実施例では、電源回路７９の供給電力の調整を波数制御によって行っている。定着動作の終了条件に達すると、制御回路１２１は、電源回路７９によるベルト１００への供給電力を停止させ、モータＭの駆動を停止させる。

［定着ベルト］
次に、ベルト１００の構成について詳細に説明する。図４はベルト１００の層構成を説明する図であり、矢印a方向がベルト１００の内周方向である。図５は給電部の構成を説明する図である。本実施例におけるベルト１００は、内周側から外周側へ順に、基層１０１、発熱層１０２、離型層１０４を備えた３層複合構造である。また、ベルト１００の長手方向において、左側端部には基層１０１上の全周に沿って電極層１０５ｃが設けられ、右側端部には基層１０１上の全周に沿って電極層１０５ｄが設けられている。更に、本実施例では、ベルト１００と後述する給電器８０との電気的な接続を安定させるため、定着装置４０の構成を次のようにしている。それは、ベルト１００の長手方向において、左側端部にリング１１９ｃとバックアップ部材１２０ｃを取り付け、右側端部にリング１１９ｄとバックアップ部材１２０ｄを取り付ける構成である。以後、特に区別のない場合は、電極層１０５ｃ、１０５ｄを電極層１０５と呼び、バックアップ部材１２０ｃ、１２０ｄをバックアップ部材１２０と呼ぶ。なお、ベルト１００がシートＰの凹凸に追従しやすくなるように絶縁層１０４と発熱層１０２の間にゴム等で出来た弾性層を設けてもよい。以下、図を用いて詳細に説明する。

基層１０１はベルト１００のベースとなる層であり、ベルト１００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する。基層１０１はポリイミド、ポリイミドアミド、ＰＥＥＫ、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等の耐熱性材料を用いた樹脂ベルトが利用できる。なお、ＰＥＥＫとはポリエーテルエーテルケトンであり、ＰＴＦＥとはポリテトラフルオロエチレンであり、ＰＦＡとはパーフルオロアルコキシアルカンであり、ＦＥＰとはパーフルオロエチレンプロペンコポリマーである。基層１０１は、熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、厚さとして１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上であることが望ましい。本実施例では、厚さが３０μｍ、直径が２４ｍｍの円筒状のポリイミドベルトを用いた。

離型層１０４はシートＰ及びトナーとの離型性に優れた層である。離型層としては、必要な厚さ、機械的及び電気的強度に応じてＰＦＡチューブとＰＦＡコートを使い分けることが出来る。本実施例では厚さ２０μｍのＰＦＡチューブを用いた。離型層１０４はシリコーン樹脂から成る接着剤により発熱層１０２と接着されている。

発熱層１０２は、通電によってジュール熱を生じる層である。本実施例では、導電粒子としてのカーボン粒子を含有したポリイミド樹脂ペーストを基層１０１上に均一な厚さで塗布することで発熱層１０２を形成している。発熱層１０２の総抵抗値は１０．０Ωであるため、１００Ｖの交流電源を通電する際に発生する電力は１０００Ｗである。尚、発熱層１０２の抵抗は、定着装置４０の仕様によって適宜決定すればよく、カーボンの混合比率を変えることで適宜調整することができる。また、発熱層１０２は所望の抵抗値で作製できればそれで良く、発熱層１０２の材料としては上記以外の単一材料や複合材料であってもよい。

電極層１０５は、発熱層１０２の全周にムラなく通電する為の層である。本実施例では、発熱層１０２の長手方向の両端部に接続するように、ベルト１００の長手方向の一端側と他端側のそれぞれにおいて基層１０１上の全周に電極層１０５を形成している。電極層１０５は発熱層１０２よりも十分に抵抗率が小さいことが望ましく、本実施例では銀・パラジウムを含んだ導電特性を有する材料を用いている。

リング１１９は、ベルト１００の回転時においてベルト１００と給電器８０との電気的な接続を安定させる為の、真円に近い形状のリング状部材である。リング１１９は、ベルト１００の外周面側から電極層１０５に接触して電気的に接続するようにベルト１００の長手方向の両端部に設けられる。本実施例では、リング１１９として、厚さ１ｍｍの銅板をプレス加工した部材を用いている。また、本実施例のリング１１９は、その内径がベルトの外径と略同じである。

バックアップ部材１２０は、電極層１０５とリング１１９の密着性を向上させるように、リング１１９と協働してベルト１００を挟持するリング状の部材である。バックアップ部材１２０は、ベルト１００を介してリング１１９と対向するように、ベルト１００の内周面側に設けられる。

本実施例では、バックアップ部材１２０として、厚さ１ｍｍの銅板をプレス加工した部材を用いている。また、本実施例のバックアップ部材１２０は、その外径がベルト１００の内径と略同じである。

リング１１９及びバックアップ部材１２０をそれぞれベルト１００に固定する固定手段として、本実施例ではシリコーン樹脂から成る接着剤を用いている。しかしながら、固定手段は他の方法を用いても構わない。例えば、リング１１９とバックアップ部材１２０にタップ穴加工を施し、固定ビス等で締結してもよい。こうして、電極層１０５、リング１１９、バックアップ部材１２０は、給電器８０からの給電を受けるための電極部として機能する。

また、本実施例ではリング１１９及びバックアップ部材１２０を用いているが、必ずしもこれらを用いなくてもよい。電極層１０５が所望の耐久性能を有していれば、給電器８０と電極層１０５を直に接触させることで両者を電気的に接続してもよい。

［給電器］
次に給電器８０について詳細に説明する。図６は給電器８０の耐久初期の構成を示す図である。図７は給電器８０の耐久後期の構成を示す図である。定着装置４０は、回転するベルト１００に対して給電を行うために給電器８０を用いている。給電器８０は、回転するリング１１９と電気的に接続できるように、リング１１９の外周面に摺動可能に当接する導電性のブラシ８１ｃａ、８１ｃｂ、８１ｄａ、８１ｄｂを備えている。以後、特に区別のない場合ブラシ８１ｃａ、８１ｃｂ、８１ｄａ、８１ｄｂをブラシ８１と呼ぶ。ブラシ８１は、定着装置４０の使用に伴い摩耗するため、そのままではリング１１９から浮いて接触が不安定となってしまう。しかしながら、給電器８０は板バネ８２ｃａ、８２ｃｂ、８２ｄａ、８２ｄｂによってブラシ８１をリング１１９に向けて弾性的に押圧しているため、ブラシ８１は摩耗が進んでもベルト１００と電気的に接続できる。以後、特に区別のない場合、板バネ８２ｃａ、８２ｃｂ、８２ｄａ、８２ｄｂを板バネ８２と呼ぶ。特に本実施例では、ブラシ８１をできるだけ長期の間利用できるように、板バネ８２の撓みを調整している。詳細には、ブラシ８１のリング１１９と当接し得る領域が、板バネ８２の自然状態を仮定した場合に、リング１１９の外周面で囲まれた領域内に位置するように定着装置４０を設計している。ここで、板バネ８２の自然状態とは、給電器８０がリング１１９に当接せずに、板バネ８２に弾性力が生じない仮定の状態のことである。以下、給電器８０について図面を用いて詳細に説明する。

給電器８０は、電源回路７９と電気的に接続されており、リング１１９に接触して、ベルト１００に給電をおこなう。ベルト長手方向の左側に設けられた給電器８０ｃは、板バネ８２ｃａ、８２ｃｂとブラシ８１ｃａ、８１ｃｂとを備えている。ベルト長手方向の右側に設けられた給電器８０ｄは、板バネ８２ｄａ、８２ｄｂとブラシ８１ｄａ、８１ｄｂとを備えている。

ブラシ８１は、摺動性および導電性を有し、リング１１９に当接する当接パッドである。ブラシ８１としては、例えば、摺動性および導電性に優れた黒鉛質材料の部材（カーボンブラシ）を用いることができる。なお、ブラシ８１は、リング１１９との摩擦を低減するための潤滑剤を含有してもよい。ブラシ８１が潤滑剤を含有する場合、その剛性が低下して磨耗が進行しやすいが、ブラシ８１とリング１１９の間の摺動性が向上するためブラシ８１とリング１１９の電気的な接続を安定させることができる。本実施例のブラシ８１はカーボンと銀と銅が混合された金属黒鉛質の直方体状のブロックであり、ベルト１００の周方向における長さが１０ｍｍ、ベルト１００の幅方向における長さが５ｍｍ、厚みが５ｍｍである。

板バネ８２は、弾性力によってブラシ８１をリング１１９の外周面に押し付ける弾性部材（付勢手段）である。また、板バネ８２は、ブラシ８１と電源回路７９を電気的に接続するための給電経路である。このとき、電源回路７９及び板バネ８２は、発熱層１０２に給電すべくブラシ８１と電気的に接続する給電手段として機能する。

板バネ８２ｃａは、導電性および弾性を有するステンレス等からなる矩形の部材であって、一方の端部が支持部材８３ｃに固定されており、他方の端部が導電性を有する接着剤などでブラシ８１ｃａに接合されている。つまり、板バネ８２ｃａは、ブラシ８１ｃａに接合する板金部分８２ｃａ_２と、これからブラシ８１の外側に延長して支持部材８３に固定された延長部分（バネ部分）８２ｃａ_１を一体に備える。同様に、板バネ８２ｃｂは、板金部分８２ｃｂ_２と延長部分８２ｃｂ_１を一体に備える。板バネ８２ｄａは、板金部分８２ｄａ_２と延長部分８２ｄａ_１を一体に備える。板バネ８２ｄｂは、板金部分８２ｄｂ_２と延長部分８２ｄｂ_１を一体に備える。

本実施例の板バネ８２ｃａ、８２ｃｂは、長手長さ７５ｍｍ、幅５ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのステンレスの板金をコの字にプレス加工して形成される。そして、板金の一端側が板バネ８２ｃａ、他端側が板バネ８２ｃｂとして用いられる。また、板金の長手方向の中央部分は、支持部材８３ｃに固定される固定板８２ｃｃとして用いられる。固定板８２ｃｃをねじＢによって支持部材８３ｃに固定されている。また、固定板８２ｃｃは配線（不図示）によって電源回路７９に電気的に接続されている。なお、板バネ８２ｃａ、８２ｃｂ、固定板８２ｃｃの長手長さはそれぞれ２５ｍｍである。同様に、本実施例の板バネ８２ｄａ、８２ｄｂは、ステンレスの板金をコの字にプレス加工して形成される。そして、板金の一端側が板バネ８２ｄａ、他端側が板バネ８２ｄｂとして用いられる。また、板金の長手方向の中央部分は、支持部材８３ｄに固定される固定板８２ｄｃとして用いられる。固定板８２ｄｃをねじＢによって支持部材８３ｄに固定されている。また、固定板８２ｄｃは配線（不図示）によって電源回路７９に電気的に接続されている。板バネ８２ｄａ、８２ｄｂ、固定板８２ｄｃの長手長さはそれぞれ２５ｍｍである。

本実施例では、板バネ８２を、ブラシ８１に電気的に接続する給電経路及びブラシ８１をリング１１９に向けて付勢する付勢手段として用いている。しかしながら給電器８０の構成はこれのみには限られない。例えば、給電器８０は、ブラシ８１と電源回路７９を電気的に接続するリード線（不図示）と、ブラシ８１をリング１１９に向けて付勢する絶縁性の板バネ（不図示）をそれぞれ有する構成であってよい。

また、本実施例の給電器８０ｃは、リング１１９ｃへの給電を安定させるため、２つの板バネ（８２ｃａ、８２ｃｂ）及び２つのブラシ（８１ｃａ、８１ｃｂ）を供えている。しかしながら、給電器８０ｃは上述した構成には限られず、例えば、１つの板バネ（８２ｃａ）と１つのブラシ（８１ｃａ）のみを備えた構成であっても十分に実用的である。これは、給電器８０ｄにおいても同様である。

図５に示すように、製造後未使用（耐久初期）の板バネ８２は、θ１が９０°のときに弾性力（バネ荷重）が働かない自然状態となる。この状態からブラシ８１ａと８１ｂの間を押し広げるようにリング１１９を配置すると、板バネ８２はＬ１だけ撓んで弾性力を生じる。本実施例では、ブラシ８１ａ、８１ｂの付け根部分とリング１１９の径中心の距離が４０ｍｍとなるように配置している。つまり、固定板８２とリング１１９の最短距離が８ｍｍとなるように配置している。そして、板バネ８２はブラシ８１をリング１１９の外周面に向けてバネ荷重Ｐ１で付勢する。本実施例に於けるバネ荷重Ｐ１は１００ｇｆである。また、撓みＬ１によるブラシ８１の移動距離は、ブラシの厚みＴ１よりも大きい。したがって、板バネ８２はブラシ８１をその厚さに関わらずリング１１９に押し付けることができる。

ここで、ブラシ８１のリング１１９と当接する面領域のうちベルト周方向の中央部分を点Ｘ１とする。また、ブラシ８１の当接面と対向する面（板バネ８２との接着面）のうち、点Ｘ１と対向する対向部分を点Ｘ２とする。板バネ８２が自然状態であると仮定した場合の、ブラシ８１の点Ｘ１に相当する部分を点Ｘ１’と呼び、点Ｘ２に相当する部分を及び点Ｘ２’と呼ぶ。点Ｘ１’及び点Ｘ２’はリング１１９の外周面で囲まれた領域の内側に位置（オーバーラップ）する位置関係であることが望ましい。この関係を満たすことで、板バネ８２はブラシ８１をその厚さに関わらずリング１１９に押し付けることができる。より望ましくは、板バネ８２が自然状態であると仮定した場合、ブラシ８１の全体はリング１１９の外周面で囲まれた領域の内側に位置（オーバーラップ）する位置関係であることが望ましい。この関係を満たすことで、定着装置４０は、ブラシ８１を最後まで消費（磨耗）させることができる。

また、リング１１９を用いずにブラシ８１を電極層１０５に直に接触させる場合は、点Ｘ１’及び点Ｘ２’やブラシ８１の全体は電極層１０５の外周面で囲まれた領域の内側に位置（オーバーラップ）する位置関係であることが望ましい。

上述したようにブラシ８１は、板バネ８２のバネ荷重により、回転するリング１１９に長時間にわたり押し付けられ摺動するため磨耗していく。そのため、図５に示す耐久初期から図６に示す耐久後期のようにブラシ８１の厚さは減少していく。このとき、耐久後期のブラシの厚さｔ２は例えば１ｍｍである。また、ブラシ８１を長時間においてリング１１９に押し付けることで板バネ８２は塑性変形する虞がある。つまり、板バネ８２の付け根の角度は、耐久初期のθ１（９０°）から耐久後期のθ２（例えば９２°）のように大きくなってしまう虞がある。しかしながら、本実施例では、耐久後期においても、撓みＬ２によるブラシ８１の移動距離は、ブラシの厚みＴ２よりも大きい。板バネ８２はブラシ８１をリング１１９に向けて十分な強さで付勢することができる。本実施例では、耐久後期のバネ荷重Ｐ２は５０ｇｆである。したがって、板バネ８２はブラシ８１をその厚さに関わらずリング１１９に押し付けることができる。

また、耐久後期の板バネ８２が自然状態であると仮定した場合、ブラシ８１の点Ｘ１’及び点Ｘ２’はリング１１９の外周面で囲まれた領域の内側に位置（オーバーラップ）する位置関係であることが望ましい。この関係を満たすことで、板バネ８２は耐久後期であってもブラシ８１をその厚さに関わらずリング１１９に押し付けることができる。より望ましくは、耐久後期の板バネ８２が自然状態であると仮定した場合、ブラシ８１の全体はリング１１９の外周面で囲まれた領域の内側に位置（オーバーラップ）することが望ましい。この関係を満たすことで、定着装置４０は、板バネ８２が塑性変形した場合であってもブラシ８１を最後まで消費（磨耗）させることができる。

また、リング１１９を用いずにブラシ８１を電極層１０５に直に接触させる場合は、点Ｘ１’及び点Ｘ２’やブラシ８１は電極層１０５の外周面で囲まれた領域の内側に位置（オーバーラップ）する位置関係であることが望ましい。

なお、ブラシ８１（ａ、ｂ）が最後まで消費（磨耗）すると、板バネ８２とリング１１９の間にブラシ８１が無い状態となる。この場合、リング１１９と板バネ８２が直に接触する。上述したように、本実施例では、板バネ８２に導電性の部材を使用し、ブラシ８１と電源回路７９を電気的に接続するための給電経路として用いている。そのため、定着装置４０は板バネ８２とリング１１９の間にブラシ８１が無い状態であってもベルト１００に給電を行うことができる。つまり、ベルト１００と電源回路７９の電気的接続は、ブラシ８１の磨耗が進行しても突然に切断されることはない。しかしながら、給電安定性を考慮するとリング１１９と板バネ８２にはブラシ８１があることが望ましい。そのため、リング１１９と板バネ８２が直接的に接触する状態となったら、これを検知することが望ましい。リング１１９と板バネ８２の直接的な接触状態を検知する方法としては、例えば、板バネ８２が角度θを検知するセンサ（不図示）を用いるとよい。そして、板バネ８２の角度θが所定の値（例えば１００°）よりも小さくなった場合に、給電器８０の交換を促す報知を行うとよい。つまり、定着装置４０はブラシ８１の寿命を検知して安全に定着動作を停止することができる。上述した構成によれば、ブラシ８１の磨耗の進行にともない、電源回路７９からベルト１００への給電が突然停止することがない。したがって、ベルト１００の発熱が突然低下して、未定着のトナーの画像Ｔがプリンタ１の外部に排出されるといった虞がない。

本実施例によれば、板バネ８２のたわみを十分に設けることでブラシ８１を最後まで消費することが出来る。また、本実施例によれば、電源回路７９に電気的に接続された板バネ８２を、ブラシ８１の当接面との対向面に接合することで、ブラシ８１が最後まで磨耗した場合でも給電器８０からベルト１００への給電を継続することができる。

（その他の実施例）
以上、本発明を適用することができる実施例について説明したが、実施例で例示した寸法等の数値は一例であって、この数値に限定されるものではない。発明を適用できる範囲において、数値は適宜選択できる。また、発明を適用できる範囲において実施例に記載の構成を適宜変更してもよい。

上述した実施例では、ブラシ８１を給電リング１１９にむけて付勢する弾性部材として導電性および弾性を有する金属製の板バネ８２を用いていたが、給電器８０の構成はこれのみには限られない。図８は、その他の実施例の給電器８０の構成を説明する図である。図９は、その他の実施例の給電器８０の構成を説明する図である。例えば、図８のように、導電性および弾性を有する金属製の線形の圧縮バネを弾性部材（付勢手段）として用いてもよい。この構成は、圧縮バネの塑性変形のし難い点とブラシ８１への圧力Ｐを大きくできる点において上述した実施例よりも好ましい。詳細には、ブラシ８１ｃａ（８１ｃｂ、８１ｄｂ、８１ｄｂ）の対向面に板金８４ｃａ（８４ｃｂ、８４ｄａ、８４ｄｂ）を接合する。そして、板金８４ｃａ（８４ｃｂ、８４ｄａ、８４ｄｂ）と、支持部材８３ｃａ（８３ｃｂ、８３ｄａ、８３ｄｂ）の間に縮んだ状態の圧縮バネ８５ｃａ（８５ｃｂ、８５ｄａ、８５ｄｂ）を配置するとよい。なお、金属製の圧縮バネ８５ｃａ（８５ｃｂ、８５ｄａ、８５ｄｂ）と同様の機能を果たせば、導電性および弾性を有する樹脂からなる導電ゴムを弾性部材（付勢手段）として用いてもよい。または、図９のように、導電性および弾性を有する線形のねじりコイルバネを弾性部材（付勢手段）として用いてもよい。この構成は、ねじりコイルバネの塑性変形がし難い点とブラシ８１への圧力Ｐを大きくできる点において上述した実施例よりも好ましい。詳細には、ブラシ８１ｃａ（８１ｃｂ、８１ｄa、８１ｄｂ）の対向面に板金８４ｃａ、８４ｃｂ（８４ｄａ、８４ｄｂ）を接合する。そして、板金８４ｃａ、８４ｃｂ（８４ｄａ、８４ｄｂ）と支持部材８３ｃ（８３ｄ）の間に所定のねじれ角で撓んだ状態のねじりコイルバネ８６ｃａ、８６ｃｂ（８６ｄａ、８６ｄｂ）を配置するとよい。上述した構成であっても、弾性部材が自然状態の場合の、点Ｘ１’及び点Ｘ２’やブラシ８１の全体がリング１１９の外周面で囲まれた領域の内側に位置（オーバーラップ）する位置関係であれば、ブラシ８１を最後まで消費（摩耗）することができる。しかしながら、給電器８０の構成を簡易に出来る点において上述した実施例の構成を用いることが望ましい。

ベルト１００とニップ部Ｎを形成するものは、ローラ１１０のようなローラ部材には限られない。例えば、複数のローラにベルトを架け渡した加圧ベルトユニットを用いてもよい。

ベルト１００を回転駆動させる方法は、ローラ１１０からの駆動の伝達のみには限られない。例えば、ベルト１００自体にギア等を設けて直接的に回転駆動してもよい。しかしながら、ベルト１００の熱容量を低減できるにおいて実施例で挙げた構成が望ましい。

プリンタ１を例に説明した画像形成装置は、フルカラーの画像を形成する画像形成装置に限られず、モノクロの画像を形成する画像形成装置でもよい。また画像形成装置は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、複写機、ＦＡＸ、及び、これらの機能を複数備えた複合機等、種々の用途で実施できる。

以上の説明における定着装置は、未定着のトナー画像をシートＰに定着する装置のみには限られない。例えば、半定着済みのトナー画像をシートＰに定着させる装置や、定着済みの画像に対して加熱処理を施す装置であってもよい。したがって、定着装置は、例えば、画像の光沢や表面性を調節する表面加熱装置として用いられてもよい。

１００ 定着ベルト（ベルト）
１０２ 抵抗発熱層（発熱層）
１０５ 電極層
１１０ 加圧ローラ（駆動手段）
７９ 電源回路（給電手段）
８０ 給電器
８１ ブラシ（当接パッド）
８２ 板バネ（弾性部材、板金）
８３ 支持部材
８４ 板金
８５ 圧縮バネ（弾性部材）
８６ ねじりコイルばね（弾性部材）
１１９ 給電リング（リング状部材）
Ｐ シート
Ｘ１ 中央部分
Ｘ２ 対向部分

Claims (14)

1. 通電により発熱する発熱層を備え、シート上の画像を加熱する無端状のベルトと、
   前記ベルトを回転駆動させる駆動手段と、
   前記ベルトの外周面側で且つ長手方向の一端側に取り付けられ前記発熱層と電気的に接続するリング状部材と、
   前記リング状部材の外周面に摺動可能に当接して前記リング状部材と電気的に接続する当接パッドと、
   前記リング状部材の外周面に向けて前記当接パッドを弾性力で押圧する弾性部材と
   前記発熱層に給電すべく前記当接パッドと電気的に接続する給電手段と、を有し、
   前記当接パッドの、前記リング状部材と当接する当接面のうち前記リング状部材の周方向に沿った方向の中央部分と、前記当接面と対向する面のうち前記中央部分と対向する対向部分は、前記弾性部材が自然状態となった場合に前記リング状部材の外周面によって囲まれた領域とオーバーラップする位置関係となることを特徴とする。
2. 前記当接パッドの全体は、前記弾性部材が自然状態となった場合に前記リング状部材の外周面によって囲まれた領域とオーバーラップする位置関係となることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記給電手段は、前記当接パッドの前記対向する面に接合して前記当接パッドと電気的に接続する板金を備えることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. 前記弾性部材は前記板金と一体に構成された板バネであることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
5. 前記当接パッドはカーボンブラシであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の定着装置。
6. 前記当接パッドは潤滑剤を含有していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の定着装置。
7. 前記ベルトの外周面側で且つ長手方向の他端側に取り付けられ前記発熱層と電気的に接続する別のリング状部材と、
   前記リング状部材の外周面に摺動可能に当接して前記リング状部材と電気的に接続する当接パッドと、
   前記別のリング状部材の外周面に向けて前記別の当接パッドを弾性力で押圧する別の弾性部材であって、前記発熱層に給電すべく前記給電手段と電気的に接続された別の弾性部材と、を有し、
   前記別の当接パッドの、前記リング状部材と当接する別の当接面のうち前記リング状部材の周方向に沿った方向の別の中央部分と、前記別の当接面と対向する面のうち前記別の中央部分と対向する別の対向部分は、前記弾性部材が自然状態となった場合に前記別のリング状部材の外周面によって囲まれた領域とオーバーラップする位置関係となることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の定着装置。
8. 通電により発熱する発熱層と、前記発熱層の長手方向の一端側に設けられ前記発熱層と電気的に接続する電極層と、を備え、シート上の画像を加熱する無端状のベルトと、
   前記ベルトを回転駆動させる駆動手段と、
   前記電極層の外周面に摺動可能に当接して前記電極層と電気的に接続する当接パッドと、
   前記電極層の外周面に向けて前記当接パッドを弾性力で押圧する弾性部材と
   前記発熱層に給電すべく前記当接パッドと電気的に接続する給電手段と、を有し、
   前記当接パッドの、前記電極層と当接する当接面のうち前記電極層の周方向に沿った方向の中央部分と、前記当接面と対向する面のうち前記中央部分と対向する対向部分は、前記弾性部材が自然状態となった場合に電極層の外周面によって囲まれた領域とオーバーラップする位置関係となることを特徴とする定着装置。
9. 前記当接パッドの全体は、前記弾性部材が自然状態となった場合に電極層の外周面によって囲まれた領域とオーバーラップする位置関係となることを特徴とする請求項８に記載の定着装置。
10. 前記給電手段は、前記当接パッドの前記対向する面に接合して前記当接パッドと電気的に接続する板金を備えることを特徴とする請求項９に記載の定着装置。
11. 前記弾性部材は前記板金と一体に構成された板バネであることを特徴とする請求項１０に記載。
12. 前記当接パッドはカーボンブラシであることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の定着装置。
13. 前記当接パッドは潤滑剤を含有していることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の定着装置。
14. 前記ベルトは、前記発熱層の長手方向の他端側に設けられ前記発熱層と電気的に接続する別の電極層を備え、
    前記別の電極層の外周面に摺動可能に当接して前記別の電極層と電気的に接続する別の当接パッドと、前記別の電極層の外周面に向けて前記別の当接パッドを弾性力で押圧する別の弾性部材であって、前記発熱層に給電すべく前記給電手段と電気的に接続された別の弾性部材と、を有し、
    前記別の当接パッドの、前記別の電極層と当接する別の当接面のうち前記別の電極層の周方向に沿った方向の別の中央部分と、前記別の当接面と対向する面のうち前記別の中央部分と対向する別の対向部分は、前記別の弾性部材が自然状態となった場合に前記別の電極層の外周面によって囲まれた領域とオーバーラップする位置関係となることを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の定着装置。

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