JP2016090987A - 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。
【解決手段】 シート上に画像を定着する定着装置において、通電によって発熱する発熱層（３１ｂ）を備えた可撓性を有するベルト（３１）と、ベルトの長手方向の一端側においてベルトの外面に当接して発熱層と電気的に接続する外リング（４６）と、ベルトの長手方向の一端側においてベルトを介して外リングに対向するようにベルトの内面に当接する内リング（４７）と、発熱層に給電すべく外リングに電気的に接続する電源回路（１０１）と、を有し、定着処理時の温度のときの内リングの径から常温のときの内リングの径を引いた差は、定着処理時の温度のときの外リングの径から常温のときの外リングの径を引いた差以上である。
【選択図】 図７

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。

従来、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、シートにトナーの画像（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。近年では、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装置として、抵抗発熱層を備えた加熱ベルトを用いる方式の定着装置が提案されている（特許文献１）。この方式では、抵抗発熱層への通電により発熱ベルト自体が発熱するため、ベルトの熱を効率よくシートに伝えて定着することができる。

また、特許文献１に記載されている定着装置では、通電により発熱する抵抗発熱層と、抵抗発熱層の幅方向両端側に接続する電極層と、が円筒状絶縁基材上に積層された加熱ベルトを採用している。そして、この定着装置は、電極層に摺動しながら当接する給電部材によって加熱ベルトに給電を行うことで、抵抗発熱層を発熱させ、加熱ベルトを加熱している。

特開２００９−９２７８５号公報

ところで、特許文献１に記載の加熱ベルトは可撓性を有している。したがって、加熱ベルトの表面は真円とは異なる不規則な回転軌跡を描く。そのため、電極層の表面位置に対して給電部材が追従困難となり、給電部材と電極層の当接が不安定となった場合に、定着装置は加熱ベルトへの給電が不安定となる虞がある。そこで、上述した課題を解決する方法として、剛性の高いリング状の部材を介して給電部材と電極層を電気的に接続する方法を考案することができる。

詳細には、ベルトの表裏を挟み込んで電極層に電気的に接続するリング状部材対を加熱ベルトの長手方向の両端部に取り付ける。そして、リング状部材対のうち外側のリング状部材の外周面に当接するように給電部材を配置する。この構成では、リング状部材の外周面が真円に近い形状であるため、給電部材は回転するリング状部材に対して安定して当接することができる。

しかしながら、加熱ベルトの表裏を挟み込むようにリング状部材対を単純に配置しただけでは、定着処理の実行に伴い外側のリング状部材と加熱ベルトの接触が不安定となる虞がある。なぜならば、定着処理の実行に伴い外側のリング状部材が温度上昇した場合、外側のリング状部材が熱膨張してその内径が広がるためである。そして、外側のリング状部材と、電極層の接触が不安定となると加熱ベルトへの給電が不安定となってしまう。

そのため、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。

本発明は、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で且つ可撓性のベルトと、ベルトを回転駆動させる駆動手段と、ベルトの長手方向の一端側においてベルトの外面に当接して発熱層と電気的に接続する第１のリング状部材と、ベルトの長手方向の一端側においてベルトを介して第１のリング状部材に対向するようにベルトの内面に当接する第２のリング状部材と、発熱層に給電すべく第１のリング状部材に電気的に接続する給電手段と、を有し、所定の温度よりも高い更なる温度のときの第２のリング状部材の径から所定の温度のときの第２のリング状部材の径を引いた差は、更なる温度のときの第１のリング状部材の径から所定の温度のときの第１のリング状部材の径を引いた差以上であることを特徴とするものである。

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出来る。

実施例における画像形成装置の構成図である。 実施例における定着装置の正面図である。 図２における（４）−（４）矢視の図である。 実施例におけるベルトユニットを分解した様子を示す斜視図である。 実施例におけるベルトの層構成を説明する図である。 実施例における給電リングの構成を説明する図である。 実施例における定着装置の部分断面の図である。 実施例の効果を説明する図である。 実施例の外リング−内リング間の隙間と温度の関係を示す図である。

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、画像形成装置としてのプリンタ１の構成図である。図２は、定着装置Ｆの正面図である。このプリンタ１は、外部のホスト装置２００（図２）から制御回路１００に入力される画像情報に応じてシートＰ上に画像を形成する。制御回路１００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１００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。

シートＰは画像形成装置によって画像が形成される媒体であり、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、ＯＨＰ用フィルム、光沢紙等が挙げられる。

画像形成部２は、シートＰ上にトナーの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。

ステーション３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋで形成されたトナー像は、中間転写ベルト１１上に重畳されて合成トナー像としての画像ｔが一次転写される。

一方、給送カセット１９、２０又はマルチ給送トレイ２１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。そして、レジストローラ対２３は、中間転写ベルト１１上の合成トナー像と同期を取って、シートＰを中間転写ベルト１１と二次転写ローラ１２との間に送り込む。こうして、中間転写ベルト１１上の画像ｔがシートＰに転写される。その後、シートＰは定着装置（画像加熱装置）Ｆに向かって送り込まれる。そして、定着装置Ｆは、シートＰ上の画像ｔを加熱、加圧してシートＰに定着させる。

［定着装置］
次に、定着装置Ｆについて説明する。図３は、図２における（４）−（４）矢視の図である。図４は、実施例１におけるベルトユニットを分解した様子を示す斜視図である。

定着装置Ｆは、ベルトユニット３０（以後、ユニット３０と呼ぶ）と加圧ローラ４０（以後、ローラ４０と呼ぶ）によってシート上の画像を加熱する画像加熱装置である。定着装置Ｆは、通電により発熱する定着ベルト３１（以後、ベルト３１と呼ぶ）をユニット３０に用いる発熱定着ベルト方式であり、シートＰに効率よく熱を伝えることが出来る。また、定着装置Ｆは、駆動手段としてのローラ４０によってユニット３０を回転させる加圧ローラ駆動方式（テンションレスタイプ）である。そのため、ユニット３０を低熱容量に構成することができ、定着開始時の立ち上げ性能に優れている。

図２に示すように、ユニット３０とローラ４０が当接することによってその間にニップ部Ｎが形成される。そして、図３に示すように、ローラ４０が矢印Ｒ４０方向に回転して、ベルト３１が矢印Ｒ３１方向に回転することで、ニップ部Ｎに給送されたシートＰが矢印Ｘ方向に搬送される。このとき、ユニット３０の熱がシートＰに付与されるため、シートＰ上の画像ｔはニップ部Ｎにて加熱・加圧されてシートＰに定着される。ニップ部Ｎを通過したシートＰはベルト３１から分離されて排出される。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Ｆの構成について図面を用いて詳細に説明する。

ここで、本実施例の定着装置Ｆ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２）、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２の左側、図３の手前側）または右（図２の右側、図３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２）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３）に実質平行な方向である。

図３に示すように、ユニット３０は、通電により発熱する無端状（エンドレス状）のベルト３１と、ベルト３１の内側に配置された加圧パッド３２と、パッド保持部材としての加圧ステイを有する。図４に示すように、ベルト３１の長手方向の一端側には電極部としての給電リング３８Ｌが、他端側には給電リング３８Ｒが取り付けられており、給電リング３８Ｌ・３８Ｒからの給電によりベルト３１が発熱する。ベルト３１及び給電リング３８Ｌ・３８Ｒの詳細は後述する。加圧パッド３２（ニップパッド：以下、パッド３２と記す）は、横断面がほぼ矩形で左右方向に長い断熱性部材である。加圧ステイ３３（以後、ステイ３３と記す）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（ステンレス）の型材である。パッド３２とステイ３３は上下に平行に配列されており、ステイ３３の脚部に対してパッド３２が接合されている。パッド３２は、ニップ部Ｎにおいてベルト３１の内面に摺動して接触し、ベルト３１を内側からローラ４０に向けて押圧する押圧部材である。パッド３２はニップ部Ｎの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いるため、耐熱性およびベルト内面との摺動性が求められる。

図４に示すように、パッド３２の材料としては、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。ニップ部Ｎに対応した部分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。

ステイ３３の長手方向のほぼ中央部には、図４に示すように板ばねなどの弾性部材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は上記のパッド３２、ステイ３３、弾性部材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。このとき、サーミスタＴＨは弾性部材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内面に対して弾性的に所定の押圧力で接する。

ユニット３０は、上記の組立体の両端部側にそれぞれ装着される端末部材３５Ｌ・３５Ｒを有する。端末部材３５Ｌ・３５Ｒは、ベルト３１の幅方向への移動を規制するとともに、回転するベルト３１の両端部の内周面をガイドする役目をする。端末部材３５Ｌ・３５Ｒは耐熱性・電気絶縁性樹脂による成形部材であり、ベルトの両端部に左右対称に配置される。

図４に示すように、端末部材３５Ｌ・３５Ｒはそれぞれ給電リング３８Ｌ・３８Ｒの端面を内面側の突き当て面３５ｂで受け止める為の、フランジ部（鍔座部）３５ａを有する。

また、フランジ部３５ａから、ベルト長手方向の中央側に向けてガイド部３５ｃが突出している。ガイド部３５ｃは、給電リング３８Ｌ・３８Ｒに内嵌して給電リング３８Ｌ・３８Ｒの内周面を円形状にガイドする。ガイド部３５ｃから、ベルト長手方向の中央側に向けてさらに円形状部３５ｄが突出している。円形状部３５ｄはガイド部３５ｃとほぼ同軸でガイド部３５ｃよりも小外径となっている。

端末部材３５Ｌ・３５Ｒのガイド部３５ｃとそれと一連の小外径円形状部３５ｄの内部には穴部３５ｅが設けられている。穴部３５ｅには、ステイ３３の左右の端部３３ａがそれぞれ差し込まれる。また、フランジ部３５ａからは、ベルト長手方向の外側に向けて受圧ブロック部３５ｆが突出している。受圧ブロック部３５ｆには縦溝部３５ｇ（図２、図３）が設けられており、端末部材３５Ｌ・３５Ｒはそれぞれ側板５１Ｌ・５１Ｒに係合される。

ステイ３３の左右の端部３３ａは、端末部材３５Ｌ・３５Ｒの穴部３５ｅにそれぞれ差し込まれる為、ステイ３３の長手中央側の部分よりも脚部が短脚となっている。パッド３２はステイ３３の長手中央側の部分の脚部に対して接合されて保持されている。

穴部３５ｅに対してステイ３３の端部３３ａが十分に嵌入されて係合されることで、端末部材３５Ｌ・３５Ｒはユニット３０の一部として装着された状態になる。このとき、ガイド部３５ｃは、ユニット３０の給電リング３８Ｌ・３８Ｒの内径部に内嵌する状態となる。

図４に示すように、端末部材３５Ｌ・３５Ｒのフランジ部３５ａの頂部にはそれぞれＳＵＳ等の板ばね６１を介して給電部材６０Ｌ・６０Ｒが配設されている。給電部材６０Ｌ・６０Ｒはそれぞれベルト３１の左右両端部の給電リング３８Ｌ・３８Ｒの外径面に対して板ばね６１のばね力で弾性的に当接する。即ち、給電部材６０Ｌ・６０Ｒはそれぞれベルト３１の左右の給電リング３８Ｌ・３８Ｒの外径面に対して接触して電気的に導通している。給電部材６０と給電リング３８との間に１２Ａの電流が流れるため、給電部材６０と給電リング３８の接触面積は１０ｍｍ^２以上であることが望ましい。本実施例では給電部材の長手方向の幅を６ｍｍ、短手方向の幅を２ｍｍとした。

なお、本実施例では給電部材６０Ｌ・６０Ｒとして金属ブラシを用いている。また、金属ブラシの代わりに、金属ブロック、カーボンチップ等の導電性の部材を用いてもよい。

ローラ４０は、ユニット３０（ベルト３１）と協働してその間にニップ部Ｎを形成するニップ形成部材である。図３に示すように、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と良い。ニップ部ＮにおいてシートＰにシワなどを発生させることなく安定的に搬送するために、本実施例のローラ４０の弾性層４２は、その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。

図２に示すようにローラ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１００で制御されるモータＭ（駆動源）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、ローラ４０は駆動回転体として矢印Ｒ４０の方向（反時計方向、図３）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がベルト３１を介してローラ４０と当接するように、ローラ４０の上側にローラ４０に対して実質平行に配設されている。より詳しくは、ユニット３０の左右の端末部材３５Ｌ・３５Ｒにそれぞれ設けられた縦溝部３５ｇ（図２、図３）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）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。即ち、ユニット３０が左右の側板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。

図２に示すように、左右の端末部材３５Ｌ・３５Ｒの受圧ブロック部３５ｆとその上方に配設されている固定のばね受座７１との間にはそれぞれ加圧ばね（付勢手段）７０Ｌ・７０Ｒが縮設されている。加圧ばね７０Ｌ・７０Ｒは自由状態において、端末部材３５Ｌ・３５Ｒの受圧ブロック部３５ｆを左右側でほぼ均等の所定の加圧力で下方に押圧している。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。

これにより、ステイ３３とパッド３２を介してベルト３１がローラ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（加圧状態）。そのため、ユニット３０（ベルト３１）とローラ４０との間に短手方向（シート搬送方向）において所定幅のニップ部Ｎが形成される。

また、定着装置Ｆは、左右の端末部材３５Ｌ・３５Ｒをそれぞれ加圧ばね７０Ｌ・７０Ｒの加圧力に抗して持ち上げてベルト３１のローラ４０に対する加圧状態を解除する圧解除機構７２Ｌ・７２Ｒを有する。詳細には、圧解除機構７２Ｌ・７２Ｒは、制御回路１００からの指示に応じてリフタ７３を移動させて、端末部材３５Ｌ・３５Ｒの保持位置を決定する。

端末部材３５Ｌ・３５Ｒが所定の持ち上げ位置に移動されることで、ユニット３０の全体がローラ４０から離れる方向に移動してベルト３１がローラ４０から離間して圧解除状態に保持される。また、この圧解除状態からリフタ７３が下降することで端末部材３５Ｌ・３５Ｒが持ち下げられる。そして、リフタ７３が端末部材３５Ｌ・３５Ｒに対して非作用位置である所定の下降位置に移動することで、再び加圧状態となる。

圧解除機構７２Ｌ・７２Ｒの具体的な構成は図には省略したが、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。また、圧解除機構は左右の端末部材３５Ｌ・３５Ｒに対して共通の機構構成にすることもできる。

図２において、ベルト３１の全幅を幅Ｗ３１で示し、ローラ４０の幅（小径軸部４１ａは除く）をＷ４０で示す。ローラ４０の幅Ｗ４０はベルト３１の全幅Ｗ３１よりも所定幅短い。ステイ３３の左右の端部３３ａの部分を除く長さはローラ４０の幅Ｗ４０と実質同じである。パッド３２の長さはローラ４０の幅Ｗ４０と実質同じである。ニップ部Ｎの幅（長手方向）はローラ４０の幅Ｗ４０と同じである。本実施例では、Ｗ３１は３２０ｍｍであり、Ｗ４０は３４０ｍｍである。

ベルト３１の左右の給電リング３８Ｌ・３８Ｒはそれぞれローラ４０の端部（ニップ部Ｎの端部）よりも長手方向の外側に位置している。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。ベルト３１の抵抗発熱層３１ｂの幅（ベルト３１の有効発熱領域の幅）は、本実施例においては、シート搬送領域幅Ｗｍａｘより大きく、ニップ部Ｎの幅Ｗ４０よりも小さい。

図３に示すように、定着装置Ｆは、上面カバー板５３、正面カバー板５４、入口側ガイド板５５、背面カバー板５６、出口側ガイド板５７、定着排出ローラ対５８を備える。定着排出ローラ対５８はローラ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６０Ｌ・６０Ｒの導電性の弾性支持部材６１はそれぞれ配線１０２を介して電源回路１０１（ＡＣ電源）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１００に電気的に接続されている。

［定着動作］
定着装置Ｆにおいて、制御回路１００はプリントジョブのスタート信号が入力されると、電源回路１０１を制御してベルト３１の抵抗発熱層３１ｂ（以後、発熱層３１ｂと呼ぶ）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６０Ｌ・６０Ｒを介して左右の給電リング３８Ｌ・３８Ｒに電圧が印加される。これにより、給電リング３８Ｌ・３８Ｒとそれぞれ電気的に導通している後述する電極層３１ｄ（図５）を介して発熱層３１ｂに対して通電がなされる。そして、通電による発熱層３１ｂの発熱によりベルト３１が有効発熱領域幅において全周的に加熱される。

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１００に入力されると、制御回路１００はベルト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回路１０１を位相制御／波数制御などにより制御して発熱層３１ｂに適切な電力を供給する。

また、制御回路１００はモータＭを起動して駆動回転体としてのローラ４０の回転駆動を開始する。

ローラ４０は図３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。ローラ４０が回転駆動すると、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に回転トルクが作用する。これにより、ベルト３１は、ローラ４０の回転周速度にほぼ対応した周速度で矢印Ｒ３１方向（時計方向、図３）に従動回転する。

回転するベルト３１は、パッド３２の長手に沿って左方または右方に寄り移動するが、これは左右の端末部材３５Ｌ・３５Ｒのフランジ部３５ａによって所定の範囲に規制される。詳細には、左右の端末部材３５Ｌ・３５Ｒのフランジ部３５ａは、ベルト３１と一緒に回転する給電リング３８Ｌ・３８Ｒの移動を受けとめる。また、ガイド部３５ｃはベルト３１と一緒に回転する給電リング３８Ｌ・３８Ｒの内周面をガイドする。制御回路１００は、その後、サーミスタＴＨが前記第１の温度（待機温度）よりも高い第２の温度（ジョブ開始温度）を検知すると、画像形成部の画像形成動作を開始する。そして、画像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回路１０１から発熱層３１ｂに対する通電制御が行われる。

画像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は入口側ガイド板５５にガイドされてニップ部Ｎに進入して挟持搬送される。これにより、画像ｔおよびシートＰが加熱加圧されることで画像ｔはシートＰに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が、これのみには限られず、所謂片側基準であってもよい。ニップ部Ｎを出たシートＰはベルト３１から分離して出口側ガイド板５７にガイドされて定着排出ローラ対５８のニップ部Ｎに進入して排出搬送される。

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１００はベルト３１の発熱層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。この状態において、制御回路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を待機状態にする。

［ベルトの構成］
図５の（ａ）は、ベルト３１の発熱領域における横断面の模式図、である。図５の（ｂ）はベルト３１の左側端部の層構成を示す断面の模式図である。ベルト３１は長手方向において左右対称に構成させるため、ベルト３１の右側端部の層構成も図（ｂ）と同様である。

ベルト３１は全体的に可撓性を有する無端状の部材（エンドレス状のベルト）である。ベルト３１は、長手方向の両端部に給電リング３８が取り付け可能となるように、ローラ４０よりも長い幅を有する。ベルト３１は図５に示すように、外側から内側に順に、少なくとも、絶縁層３１ａ、給電されて発熱する発熱層３１ｂ、円筒状絶縁基材３１ｃ（以後、基材３１ｃと呼ぶ）が積層された３層複合構造を有する。本実施例では、定着性を向上させるため、絶縁層３１ａと発熱層３１ｂの間に弾性層３１ｅを設けている。発熱層３１ｂの長手方向の両端部には、その外面の全周に沿って導電層としての電極層３１ｄが設けられている。本実施例では、ベルト３１の長手方向の両端部の１５ｍｍの領域にそれぞれ電極層３１ｄが設けられている。

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、そして、絶縁性を有する部材である。基材３１ｃの材料としては例えば、ポリイミド、ポリイミドアミド、ＰＥＥＫ、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等の樹脂ベルト、更にはＳＵＳ、ニッケルなどの金属ベルトを使用できる。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。しかしながら、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用いることが望ましい。本実施例では、厚さ５０μｍ、内径が２４ｍｍの円筒状のポリイミドベルトを用いた。

弾性層３１ｅは、シートＰの凹凸にベルト３１を追従し易くして、定着性を向上させるための層である。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４００μｍ以下、かつ高熱伝導性のシリコーンゴム、フッ素ゴム材料を使用している。

発熱層３１ｂは基材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、ベルト両端部側の左右の電極層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印加時に発熱層３１ｂは約１０００Ｗ程度の電力により発熱する。

絶縁層３１ａは発熱層３１ｂの全体および電極層３１ｄの発熱層３１ｂ側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恐れがあるため、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。

電極層３１ｄは発熱層の全周にムラなく通電する為の層である。電極層３１ｄは、発熱層３１ｂ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おり、その厚さは１０μｍである。

なお、給電リング３８とベルト３１の密着性が良好であり、通電ムラが抑制されていれば必ずしも電極層３１ｄを設けなくてもよい。

なお、本実施例では、発熱層３１ｂ上に電極層３１ｄを設けているが、ベルト３１はこの構成のみには限られない。例えば、基材３１ｃ上の発熱層３１ｂと電極層３１ｄを並べて設けてもよい。

［給電リング］
次に、給電リング３８Ｌ、３８Ｒの詳細に構成について説明する。図６は、本実施例の給電リング３８Ｌの構成を説明するための図である。図７は、本実施例における定着装置の部分断面図である。

本実施例の定着装置Ｆは、ベルト３１の長手方向の一端部に給電リング３８Ｌが設けられ、他端部に給電リング３８Ｒが設けられた左右対称な構造である。そのため、以後の説明では、給電リング３８Ｌを例として用いる。給電リング３８Ｌは、第１のリング状部材としての外リング４６Ｌと、第２のリング状部材としての内リング４７Ｌと、固定部材（リング状保持部材）としての固定リング４８Ｌ（４８Ｒ）とを備える。給電リング３８Ｒは、第３のリング状部材としての外リング４６Ｒと、第４のリング状部材としての内リング４７Ｒと、別の固定部材（リング状保持部材）としての固定リング４８Ｒとを備える。以後、給電リング３８Ｌ（３８Ｒ）を給電リング３８と総称する。外リング４６Ｌ（４６Ｒ）を外リング４６と総称する。内リング４７Ｌ（４７Ｒ）を内リング４７と総称する。固定リング４８Ｌ（４８Ｒ）を固定リング４８と総称する。給電部材６０Ｌ（６０Ｒ）を給電部材６０と総称する。

給電リング３８は、上述した部材を組み合わせることによってベルト３１の端部に接合し、ベルト３１と一体的に回動可能な電極部として機能する。給電リング３８は剛性があり撓みにくいため、表面の回転軌道が真円に近い。そのため、給電部材６０との当接状態を良好に保つことができる。つまり、給電リング３８を用いずにベルト３１の電極層に直接的に給電部材を当接させる従来の方法では、電極が振動して給電部材との間に導通不良が生じるという課題があるが、本実施例ではそれが解決されている。また、本実施例では、従来の方法と異なり、給電部材６０が電極層３１ｄに対して直接に接触しない。そのため、電極層表面が摩耗して剥がれることも防止でき、ベルト３１を長寿命化させることが可能である。

さらに本実施例では、給電リング３８とベルト３１の間の密着性が外リング４６の熱膨張によって低下しないように給電リング３８に工夫を施している。詳細には、内リング４７の線膨張率が外リング４６の線膨張率よりも大きくなるようにそれぞれの材料の選定をおこなっている。このような構成では、熱膨張による外リング４６の内径の変化量よりも熱膨張による内リング４７の外径の変化量が大きくなるため、給電リング３８の温度に関わらず給電リング３８とベルト３１を密着させることができる。以下、図面を用いて詳細に説明する。

外リング４６は、ベルト端部の外周面側の環状の電極層３１ｄに外嵌し電気的に接続する導電性の部材である。外リング４６は、電源回路１０１とベルト３１を電気的に接続する通電経路として用いられるため、電気抵抗の低い金属を用いることが望ましい。また、給電部材６０が安定して当接可能となるように、形状を真円に近い状態で維持可能な剛性の高い部材であることが望ましい。本実施例では外リング４６として、厚さ１ｍｍの銅板をプレス加工することで作られたリング状の部材を用いた。また、外リング４６の片側端部には突起部４６ｄが設けられている。なお、外リング４６は、給電部材６０と摺動可能に当接して電気的な接続を行う。

内リング４７は、ベルト３１を介しては外リング４６に対向配置された部材である。本実施例の内リング４７は、厚さ１ｍｍのアルミニウム板をプレス加工することで作られたリング状の部材である。内リング４７はベルト端部の内周面側に挿入される環状部４７ａとベルト径よりも大径であるフランジ部４７ｂを有する。内リング４７の詳細については後述する。

固定リング４８は内リング４７と外リング４６を互いに固定するリング状の部材である。固定リング４８は、内リング４７の内面に挿入される環状部４８ａと、端部の爪部４８ｂから成る。本実施例では、固定リング４８には耐熱性に優れたＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルファイド樹脂）を材料として用いている。なお、各リングの内径及び外径について後述するが、これは各リングの環状部の寸法を指す。

そして、ベルトの端部の表裏を挟み込むように外リング４６と内リング４７を配置し、固定リング４８がこれらを固定することで給電リング３８が形成される。

詳細には、固定リング４８の爪部４８ｂに突起部４６ｄが引っ掛かることで、外リング４６は、ベルト３１の長手方向における位置が端部に固定される。また、固定リング４８と外リング４６にフランジ部４７ｂが挟まれることで、内リング４７はベルトの長手方向における位置が端部に固定される。つまり、固定リング４８は、外リング４６の外側端部を保持して且つ内リング４７の外側端部を保持して、外リング４６と内リング４７を一体に固定する。そして、内リング４７及び外リング４６がベルト３１に密着することで給電リング３８はベルト３１に対して一体的に回動可能となる。

なお、本実施例では、内リング４７と外リング４６を固定リング４８によって固定しているが、固定方法はこれのみには限られない。例えば、内リング４７及び外リング４６においてそれぞれの対応した位置に穴を空け、ネジ等によって両者を締結することで固定してもよい。

ところで、上述にように発熱するベルト３１に取り付けられた給電リング３８は、定着処理の進行に伴いしだいに加熱されてしまう。そのため、金属（本実施例では銅）を材料とする外リング４６は、温度上昇に伴って膨張し、その径が拡大してしまう。そして、外リング４６の径が拡大すると、外リング４６の内周面と、ベルト３１の外周面（本実施例では電極層３１ｄ）との密着性が低下して、両者の接触面積が減少する。そのため、ベルト３１への給電が不安定となりベルト３１が発熱不良を起こす虞があった。また、外リング４６からベルト３１への局所的な電流の流入に起因する部分発熱や、外リング４６とベルト３１間の放電によりベルト３１の寿命を低下させる虞があった。

そこで、本実施例では、上述した課題を解決するため、内リング４７に用いる材料として上述のようにアルミニウムを用いている。詳細には、次のように内リング４７に用いる材料の検討をおこなった。

円筒部材の常温（２５℃）時の直径をＤ_０、円筒部材の線膨張係数をα、円筒部材の温度変化量をΔＴとすると、熱膨張する円筒部材の直径Ｄは次の式で表される。
Ｄ＝Ｄ_０（１＋αΔＴ） （１）
したがって、外リング４６の内径と内リング４７の外径の差である隙間Ｘは次の式で表される。
Ｘ＝Ｄ_１（１＋α_１ΔＴ）−Ｄ_２（１＋α_２ΔＴ） （２）
ここで、常温時の外リング４６の内径をＤ_１、外リング４６の線膨張係数をα_１、常温状態での内リング４７の外径をＤ_２、内リング４７の線膨張係数をα_２とする。

式（１）からわかるように、円筒の直径の変化量はＤ_０αΔＴである。つまり、αΔＴが一定の場合、直径Ｄ_０が大きいほど円筒の直径の変化量は大きい。したがって、内リング４７の直径＜外リング４６の直径であることから、外リング４６と内リング４７に同一材料を用いて同一の温度環境下に置いた場合、環境温度が高いほど両者の直径に差が生じることがわかる。つまり、外リング４６と内リング４７に同一材料を用いた場合、温度が上昇するにつれて両者間の隙間Ｘが拡大してしまい、ベルト３１を挟み込む力が低下してしまう。そこで、外リング４６の材料とは異なる材料を内リング４７に用いることが考えられる。表１に代表的な金属材料の線膨張係数（線膨張率［×１０^−６／℃］）を示す。

表１に示すように、本実施例で外リング４６に用いる銅の線膨張係数は１６［×１０^−６／℃］である。そのため、本実施例ではこれよりも線膨張係数が大きいアルミニウム（線膨張係数：２３．９［×１０^−６／℃］）を内リング４７の材料として選定した。

次に、給電リング３８の構成について詳細に説明する。本実施例の給電リング３８は、ベルト３１のうち厚さ８０μｍ（基材３１ｃが５０μｍ、発熱層３１ｂが２５μｍ、電極層３１ｄが５μｍ）の領域を挟持する。また、給電リング３８のベルト３１への組み付け容易性を考慮して、外リング４６の内径と内リング４７の外径にはそれぞれ１０μｍの交差を設ける。したがって、外リング４６の内径は４０．０９ｍｍ、内リング４７の外径は３９．９９ｍｍに設計される。上述した内容に基づき、式（２）から隙間Ｘの大きさを求める。

図９は、給電リング３８の温度と隙間Ｘの関係を示す図である。図９に示すように、給電リング３８の温度が上昇するにつれて、隙間Ｘは小さくなっていることがわかる。具体的には、定着装置Ｆにおいて定着処理を継続して行い、給電リング３８が１５０℃となったとき、隙間Ｘは７７μｍとなる。これは、ベルト３１の挟持部分（基材３１ｃ＋発熱層３１ｂ＋電極層３１ｄ）の厚さ（８０μｍ）よりも小さい。このように本実施例では、ベルト３１が加熱された際に外リング４６に比べて内リング４７をより大きく熱膨張させている。換言すると、常温（２５℃）よりも高い定着時温度（１５０℃）のときの外リング４６の径から常温のときの外リング４６の径を引いた差は、定着時温度のときの外リング４６の径から常温のときの外リング４６の径を引いた差以上にしている。そのため、給電リング３８は、図９に示すように、温度が高くなるほど隙間Ｘの大きさが狭くなる。換言すると、外リング４７の内径から内リング４６の外径を引いた差は、給電リング３８が常温のときよりも、給電リング３８が定着時温度であるときの方が小さい。そのため、給電リング３８はベルト３１を強固に挟み込むことができる。

［本実施例による効果］
本実施例の定着装置Ｆは上述した構成により、ベルト３１と給電リング３８の電気的な接続を安定させている。詳細には、ベルト３１が加熱された際に外リング４６に比べて内リング４７をより大きく熱膨張させて、ベルト３１を外リング４６に向けて内リング４７で押し付けることで電極層３１ｄと外リング４６の密着性を高めている。図８は、本実施例の効果を説明する図である。

外リング４６は少なからず表面粗さを持つため、外リング４６の内周面には少なからず凹凸が存在する。そのため、図８（ａ）に示すように、外リング４６と電極層３１ｄが軽微な力で接触している場合には、外リング４６と電極層３１ｄの接触面積は低い状態となっている。そのため、この状態では、外リング４６からベルト３１への局所的な電流の流入に起因する部分発熱や、外リング４６とベルト３１間の微小隙間で生じる放電により、ベルト３１の寿命が低下する虞がある。本実施例では、内リング４７がベルト３１を外リング４６に向けて押しつけるため、外リング４６の内周面と電極層３１ｄの関係を図８（ｂ）の状態にすることができる。つまり、外リング４６Ｒの内周面の凹凸を電極層３１ｄに食い込ませるため、外リング４６と電極層３１ｄの接触面積を高い状態にすることができる。そのため、本実施例では図８（ａ）で説明したような課題の発生が抑制されている。

本実施例の効果について検証するため、本実施例の定着装置Ｆ及び比較例の定着装置Ｆに対して耐久試験を行った。なお、比較例の定着装置Ｆは、内リング４７の材料に銅を用いており、それ以外の構成については本実施例と同様である。そして、上述した２つの定着装置Ｆに対して、Ａ４サイズのシートＰを２００ｋ（枚）まで連続処理する試験を行い、その結果を表２に示す。表２は、電極層の焦げの発生に関しての本時実施例と比較例を比較した表である。

表２に示すように、比較例では、シートＰを１５０ｋ（枚）処理したあたりで電極層３１ｄの表面に焦げが確認されたが、本実施例では確認されなかった。確認のため、本実施例の定着装置Ｆにおいて、２００ｋ（枚）のシートＰを処理するまで耐久試験を行ったが、それでも電極層３１の焦げは確認されなかった。このように、本実施例では、外リング４６の内周面と電極層３１ｄの電気的な接続が安定していることを確認できた。

なお、本実施例では外リング４６の材料に銅を用いて、内リング４７の材料にアルミニウムを用いたが、材料の組み合わせはこれのみには限られない。外リング４６の線膨張係数＜内リング４７の線膨張係数の関係を満たせば他の材料の組み合わせてあってもよい。

また、本実施例に、定着処理の実行時に給電リング３８がベルト３１に強固に固定される。そのため、定着装置Ｆの組み立て時に給電リング３８をベルト３１に容易に組み付けられるように、外リング４６と内リング４７に十分な大きさの交差を設けることができる。

（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、各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。

ベルト３１は、パッド３２によってその内面を支持され、ローラ４０によって駆動される構成に限られない。例えば、複数のローラに架け渡され、複数のローラのいずれかによって駆動されるベルトユニット方式のベルトであってもよい。しかしながら、低熱容量化の観点から実施例のような構成が望ましい。

ニップ形成部材を形成するものは、ローラ４０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。

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。

３１ 定着ベルト（ベルト）
３１ｂ 抵抗発熱層（発熱層）
３１ｄ 電極層
４０ 加圧ローラ（駆動手段）
４６Ｌ・４６Ｒ 外リング（第１のリング状部材、第３のリング状部材）
４７Ｌ・４７Ｒ 内リング（第２のリング状部材、第４のリング状部材）
６０Ｌ・６０Ｒ 給電部材
１０１ 電源回路（給電手段）

Claims (5)

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で且つ可撓性のベルトと、
   前記ベルトを回転駆動させる駆動手段と、
   前記ベルトの長手方向の一端側において前記ベルトの外面に当接して前記発熱層と電気的に接続する第１のリング状部材と、
   前記ベルトの長手方向の一端側において前記ベルトを介して前記第１のリング状部材に対向するように前記ベルトの内面に当接する第２のリング状部材と、
   前記発熱層に給電すべく前記第１のリング状部材に電気的に接続する給電手段と、を有し、
   所定の温度よりも高い更なる温度のときの第２のリング状部材の径から前記所定の温度のときの第２のリング状部材の径を引いた差は、前記更なる温度のときの第１のリング状部材の径から前記所定の温度のときの第１のリング状部材の径を引いた差以上であることを特徴とする定着装置。
2. 前記第１のリング状部材の内径から前記第２のリング状部材の外径を引いた差は、前記第１のリング状部材及び前記第２のリング状部材が前記所定の温度であるときよりも、前記第１のリング状部材及び前記第２のリング状部材が前記更なる温度であるときの方が小さいことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記第２のリング状部材の線膨張率は前記第１のリング状部材の線膨張率よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記ベルトは、前記発熱層よりも抵抗率が低くて且つ前記発熱層に電気的に接続された電極層を前記ベルトの長手方向の一端側に備え、前記第１のリング状部材は前記電極層に当接して電気的に接続することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 前記ベルトの長手方向の他端側において前記ベルトの外面に当接して前記発熱層と電気的に接続する第３のリング状部材であって、前記発熱層に給電すべく前記給電手段に電気的に接続された第３のリング状部材と、
   前記ベルトの長手方向の他端側において前記ベルトを介して前記第３のリング状部材に対向するように前記ベルトの内面に当接する第４のリング状部材と、を有し、
   所定の温度よりも高い更なる温度のときの第４のリング状部材の径から前記所定の温度のときの第４のリング状部材の径を引いた差は、前記更なる温度のときの第３のリング状部材の径から前記所定の温度のときの第３のリング状部材の径を引いた差以上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。

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