JP2016138969A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 効率的に定着部材への伝熱ができ、経時にわたり、省エネルギー化及び定着動作の高速化を実現できる定着装置を提供する。
【解決手段】 回転する無端状ベルトの定着部材と、定着部材の内周側に配置され、定着部材を加熱する加熱部材と、定着部材を介して加熱部材に対向して配置され、定着部材との間にニップ部を形成する加圧部材と、を有し、ニップ部に未定着トナー像を担持した記録媒体を搬送して、未定着トナー像を記録媒体に定着する定着装置において、加熱部材は、基体と、基体の定着部材側に発熱体と、発熱体で発生する熱を定着部材に伝達する伝熱層と、を有し、加熱部材からの熱を定着部材に伝達する伝熱部材を、加熱部材と定着部材との間に有し、伝熱層の記録媒体搬送方向の幅は、発熱体の記録媒体搬送方向の幅以上で、伝熱部材の記録媒体搬送方向の幅未満とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ又はそれらの複合機等の画像形成装置に設置される定着装置及びこれを備える画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置においては、あらかじめ一様に帯電された感光体等の像担持体上に光学的な画像情報を形成することによって得た静電潜像を、現像装置からのトナーによって可視化し、この可視像を転写紙等の記録媒体上に直接又は中間転写ベルト等の中間転写体を介して転写し、圧力や熱等を用いる定着装置によって記録媒体上の未定着トナー像を定着することによって画像形成を行っている。

定着装置においては、熱によって記録媒体上のトナーを加熱融解し、トナー画像を記録媒体へ定着させる方法が一般的に用いられている。定着装置には、画像を定着させる定着部材や、ヒータ等の加熱部材、及び加熱部材による熱を定着部材に伝達する伝熱部材等が配置されている。

このような定着装置は、加熱部材で発生した熱を定着部材に効率的に伝達することにより、装置の省エネルギー化や定着動作の高速化が課題となる。

このような課題を解決すべく、断熱部材を有する加熱部材を有する定着装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、図１１（ａ）に示すように、加圧ローラ５００とフィルム５０１の間に、記録媒体が案内され、加熱融解及び加圧されることにより、記録媒体上にトナー画像が定着される。フィルム５０１は、耐熱性のフィルムで構成され、ステー５０２によって張架されている。加熱体５０３は、ヒータ基盤５０３ａ、発熱体５０３ｂ、表面保護層５０３ｃ等からなる。表面保護層５０３ｃは、フィルム５０１に当接し、発熱体５０３ｂによる熱をフィルム５０１へ伝達する。加熱体５０３の周囲及び加熱体５０３の上部には、断熱部材５０４が配置されており、加熱体５０３の熱を周囲に伝達しにくくし、フィルム５０１への熱伝達性を向上させている。

また、定着ベルトとヒータとの間に凸面を有す保持部材を備える定着装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。具体的には、図１２に示すように、定着ベルトの内周面との接触面が湾曲した凸面を有する保持部材を備える。この凸面の反対側の面は、平坦面となっている。そして、保持部材６０１を介して、保持部材６０１の平坦面に設けられたセラミックヒータ６０２の熱が、定着ベルトに伝達され、ウォームアップ時間の短縮化が図れるようになっている。また、セラミックヒータ６０２が定着ベルトと直接摺動しないため、セラミックヒータ６０２のライフを向上させている。

しかしながら、特許文献１に記載の定着装置は、表面保護層５０３ｃとフィルム５０１が加熱体５０３の幅方向（図１１ａの左右方向）の全面に亘って当接している。そのため、図１１ｃに示すように、フィルム５０１に当接する表面保護層５０３ｃの面Ｃには、その表面温度に大きな差が生じる。すなわち、面Ｃの発熱体５０３ｂに対応する範囲Ｂ及びその周辺で温度が高く、範囲Ｂから離れるほど温度が低くなる。

そのため、発熱体５０３ｂによる発熱が表面保護層５０３ｃからフィルム５０１に伝達されて、フィルム５０１が高温になると、面Ｃの表面温度の低い部分で、熱の逆流が生じる。そうすると、フィルム５０１から表面保護層５０３ｃに熱が伝達してしまう。その結果、フィルム５０１の加熱が阻害され、定着動作の効率が低下するという問題があった。

特許文献２に記載の定着装置は、発熱体６０２で発生した熱をヒータ保持部材６０１に一度伝熱、蓄熱させる構成であるところ、熱容量が大きくなることから、ウォームアップ時間が長くなってしまう問題が生じる。また、ヒータ保持部材６０１の平坦面の精度管理が困難なところ、ヒータ保持部材６０１と発熱体６０２が均一に接触しないことから、熱が均一に伝わらずニップ内で温度ムラが発生する虞があった。

ヒータ保持部材と発熱体との接触性を向上させるために、グリスや比較的熱伝導率の高い弾性体をヒータ保持部材と発熱体の間に配置することが考えられる。

しかしながら、発熱体の温度は、２５０℃以上の高温になることがあることから、グリス等、例えばシリコーングリス等の耐熱性が高い材料であっても長時間の使用で熱劣化する。そのため、経時で安定して伝熱性能を維持できない問題がある。また、弾性部材は、一般的に熱伝導率が低く、伝熱性能をさらに向上させることが困難であった。発熱体に窒化アルミ等の熱伝導率の高い材料を使用することも考えられるが、材料コストが高額になるという問題がある。

本発明は、効率的に定着部材へ伝熱でき、経時にわたり、省エネルギー化及び定着動作の高速化を実現できる定着装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の定着装置は、
回転する無端状ベルトの定着部材と、
前記定着部材の内周側に配置され、該定着部材を加熱する加熱部材と、
前記定着部材を介して前記加熱部材に対向して配置され、前記定着部材との間にニップ部を形成する加圧部材と、を有し、
前記ニップ部に未定着トナー像を担持した記録媒体を搬送して、該未定着トナー像を記録媒体に定着する定着装置において、
前記加熱部材は、基体と、該基体の前記定着部材側に発熱体と、該発熱体で発生する熱を前記定着部材に伝達する伝熱層と、を有し、
前記加熱部材からの熱を前記定着部材に伝達する伝熱部材を、該加熱部材と該定着部材との間に有し、
前記伝熱層の記録媒体搬送方向の幅は、前記発熱体の記録媒体搬送方向の幅以上で、前記伝熱部材の記録媒体搬送方向の幅未満であることを特徴とする。

本発明によると、効率的に定着部材へ伝熱でき、経時にわたり、省エネルギー化及び定着動作の高速化を実現できる定着装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る画像形成装置を概略的に示す構成図である。 図１に示した画像形成装置の定着装置を概略的に示す概略図である。 図１に示した画像形成装置の加熱部材を説明する説明図である。 図１に示した画像形成装置の加熱部材を説明する説明図である。 図１に示した画像形成装置の定着装置を説明する説明図である。 図１に示した画像形成装置の加熱部材を説明する説明図である。 図１に示した画像形成装置の加熱部材を説明する説明図である。 本発明の第２実施形態に係る定着装置を概略的に示す構成図である。 本発明の第３実施形態に係る定着装置を概略的に示す構成図である。 図９に示した定着装置の変形例を示す構成図である。 従来の定着装置を説明する説明図である。 従来の定着装置を説明する説明図である。

（画像形成装置の説明）
先ず、本発明の第１実施形態に係る定着装置を搭載する画像形成装置の全体構成及び動作を図１により説明する。画像形成装置１は、タンデム型カラーレーザープリンタである。当然のことではあるが、本発明に係る画像形成装置は、この方式に限られるものではなく、また複写機やファクシミリ等も対象に含まれる。

図１において、プリンタの装置本体の中央には、４つの作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋが設けられている。各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の異なる色の現像剤を収容している以外は同じ構成となっているので、ブラックの作像部４Ｋに関してのみ構成説明する。その他の作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃでは符号表示を省略する。

作像部４Ｋは、潜像担持体としてのドラム状の感光体５と、感光体５の表面を帯電させる帯電装置６と、感光体５の表面にトナーを供給する現像装置７と、感光体５の表面をクリーニングするクリーニング装置８等を備えている。

各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋの下方には、感光体５の表面を露光する露光装置９が配設されている。露光装置９は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラー等を有し、画像データに基づいて各感光体５の表面へレーザー光を照射するようになっている。

各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋの上方には、転写装置３が配設されている。転写装置３は、転写体としての中間転写ベルト３０と、一次転写手段としての４つの一次転写ローラ３１と、二次転写手段としての二次転写ローラ３６と、二次転写バックアップローラ３２とを備えている。さらに、クリーニングバックアップローラ３３や、テンションローラ３４や、ベルトクリーニング装置３５も備えている。

中間転写ベルト３０は、無端状のベルトであり、二次転写バックアップローラ３２、クリーニングバックアップローラ３３及びテンションローラ３４によって張架されている。ここでは、二次転写バックアップローラ３２が回転駆動することによって、中間転写ベルト３０は図の矢印で示す方向に周回走行（回転）するようになっている。

４つの一次転写ローラ３１は夫々、各感光体５との間で中間転写ベルト３０を挟み込んで一次転写ニップを形成している。また、各一次転写ローラ３１には、電源が接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が各一次転写ローラ３１に印加されるようになっている。

二次転写ローラ３６は、二次転写バックアップローラ３２との間で中間転写ベルト３０を挟み込んで二次転写ニップを形成している。また、一次転写ローラ３１と同様、二次転写ローラ３６にも電源が接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が二次転写ローラ３６に印加されるようになっている。

ベルトクリーニング装置３５は、中間転写ベルト３０に当接するように配設されたクリーニングブラシとクリーニングブレードを有する。このベルトクリーニング装置３５から延在する廃トナー移送ホースは、廃トナー収容器の入り口部に接続されている。

プリンタ本体の上部には、ボトル収容部２が設けられており、ボトル収容部２には補給用のトナーを収容した４つのトナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋが着脱可能に装着されている。各トナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋと各現像装置７との間には、補給路が設けられ、この補給路を介して各トナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋから各現像装置７へトナーが補給されるようになっている。

一方、プリンタ本体の下部には、記録媒体としての用紙Ｐを収容した給紙トレイ１０や、給紙トレイ１０から用紙Ｐを搬出する給紙ローラ１１等が設けられている。ここで、記録媒体の概念には、普通紙以外に、厚紙、はがき、封筒、薄紙、塗工紙（コート紙やアート紙等）、トレーシングペーパ、ＯＨＰシート等が含まれる。なお、手差し給紙機構が設けられていてもよい。

プリンタ本体内には、用紙Ｐを給紙トレイ１０から二次転写ニップを通過させて装置外へ排出するための搬送路Ｒが配設されている。搬送路Ｒにおいて、二次転写ローラ３６よりも用紙搬送方向上流側には、二次転写ニップへ用紙Ｐを搬送する搬送手段としての一対のレジストローラと称されるタイミング合わせローラ１２が配設されている。

また、二次転写ローラ３６よりも用紙搬送方向下流側には、定着装置２０が配設されている。さらに、定着装置２０よりも搬送路Ｒの用紙搬送方向下流側には、用紙を装置外へ排出するための一対の排紙ローラ１３が設けられている。また、プリンタ本体の上面部には、装置外に排出された用紙をストックするための排紙トレイ１４が設けられている。

続いて、本例に係るプリンタの基本的動作について説明する。作像動作が開始されると、各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋにおける各感光体５が駆動装置によって図の時計回りに回転駆動され、各感光体５の表面が帯電装置６によって所定の極性に一様に帯電される。帯電された各感光体５の表面には、露光装置９からレーザー光が夫々照射されて、各感光体５の表面に静電潜像が形成される。このとき、各感光体５に露光する画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの色情報に分解した単色の画像情報である。このように各感光体５上に形成された静電潜像に、各現像装置７によってトナーが供給されることにより、静電潜像はトナー画像として顕像化（可視像化）される。

また、作像動作が開始されると、二次転写バックアップローラ３２が図の反時計回りに回転駆動し、中間転写ベルト３０を図の矢印で示す方向に周回走行させる。そして、各一次転写ローラ３１に、トナーの帯電極性と逆極性の定電圧又は定電流制御された電圧が印加される。これにより、各一次転写ローラ３１と各感光体５との間の一次転写ニップにおいて転写電界が形成される。

その後、各感光体５の回転に伴い、感光体５上の各色のトナー画像が一次転写ニップに達したときに、この一次転写ニップにおいて形成された転写電界によって、各感光体５上のトナー画像が中間転写ベルト３０上に順次重ね合わされ転写される。かくして、中間転写ベルト３０の表面にフルカラーのトナー画像が担持される。また、中間転写ベルト３０に転写されなかった各感光体５上のトナーは、クリーニング装置８によって除去される。その後、除電装置によって各感光体５の表面が除電され、表面電位が初期化される。

画像形成装置の下部では、給紙ローラ１１が回転駆動を開始し、給紙トレイ１０から用紙Ｐが搬送路Ｒに送り出される。搬送路Ｒに送り出された用紙Ｐは、レジストローラ１２によってタイミングを計られて、二次転写ローラ３６と二次転写バックアップローラ３２との間の二次転写ニップに送られる。このとき、二次転写ローラ３６には、中間転写ベルト３０上のトナー画像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加されており、これにより、二次転写ニップに転写電界が形成されている。

その後、中間転写ベルト３０の周回走行に伴って、中間転写ベルト３０上のトナー画像が二次転写ニップに達したときに、この二次転写ニップにおいて形成された転写電界によって、中間転写ベルト３０上のトナー画像が用紙Ｐ上に一括して転写される。また、このとき用紙Ｐに転写されなかった中間転写ベルト３０上の残トナーは、ベルトクリーニング装置３５によって除去され、除去されたトナーは不図示の廃トナー収容器へと搬送され回収される。

その後、用紙Ｐは，定着装置２０へと搬送され、定着装置２０によって用紙Ｐ上のトナー画像が用紙Ｐに定着される。そして、用紙Ｐは、排紙ローラ１３によって装置外へ排出され、排紙トレイ１４上にストックされる。

以上の説明は、用紙上にフルカラー画像を形成するときの画像形成動作であるが、４つの作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋの何れか１つを使用して単色画像を形成したり、２つ又は３つの作像部を使用して２色又は３色の画像を形成したりすることも当然可能である。

（定着装置の説明）
次に、定着装置２０の構成について図２を参照して説明する。
定着装置２０は、図２に示すように、加熱部材７１、定着部材としての定着ベルト７２、加圧手段としての加圧ローラ７３、伝熱部材としての曲面部材８１、曲面部材８１の回転軸８２、加圧部材８３、スプリング８４、ステー８５、ニップ形成部材８６、温度センサー８７等からなる。

定着ベルト７２は、無端状のベルトであり、外径が３０ｍｍで厚みが４０μｍのＳＵＳ又はニッケル製の基体と、この基体の表面に被覆された弾性層を有している。弾性層は、シリコーンゴムで形成されており厚みは１００μｍである。さらに、弾性層の表面には、耐久性を高めて離型性を確保するために、ＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂による厚みが５〜５０μｍの離型層が形成されている。定着ベルト７２の基体はポリイミドとしてもよい。

加圧ローラ７３は、外径が３０ｍｍで厚みが２ｍｍの鉄製の芯金と、この芯金の表面に被覆された弾性層を有している。弾性層は、シリコーンゴムで形成されており、厚みは５ｍｍである。弾性層の表面には、離型性を高めるために厚みが３０μｍ程度のフッ素樹脂層を形成するのが望ましい。

加圧ローラ７３は、加圧手段によって定着ベルト７２の側へ加圧され、定着ベルト７２を介してニップ形成部材８６に当接している。この加圧ローラ７３と定着ベルト７２とが圧接する箇所では、所定の幅のニップ部Ｎが形成されている。また、加圧ローラ７３は、画像形成装置本体に設けられたモータ等の駆動源によって回転駆動するように構成されている。加圧ローラ７３が回転駆動すると、その駆動力がニップ部Ｎで定着ベルト７２に伝達され、定着ベルト７２が従動回転するようになっている。

後述する加熱部材７１の発熱体７１ａで発生した熱を伝達された定着ベルト７２は、ニップ部Ｎへ運ばれてきた記録用紙Ｐを加圧ローラ７３との間で加圧及び加熱することにより、記録用紙Ｐの表面上のトナー画像を定着させる。

ステー８５は、回転軸８２を一端側に保持している。また、ステー８５は、回転軸８２を保持する側とは反対側の端部においてニップ形成部材８６を保持している。曲面部材８１は、回転軸８２を中心に回転可能に構成されている。そして、曲面部材８１及びニップ形成部材８６は、定着ベルト７２を張架している。スプリング８４は、一端をステー８５に固定し、他端を加圧部材８３に固定して加圧部材８３を加熱部材７１及び定着ベルト７２の側へ押圧している。

加熱部材７１は、定着ベルト７２の内周側に配置され、図３に示すように、発熱体７１ａと、発熱体７１ａの周囲を囲うように配置される基体７１ｂとからなる。発熱体７１ａは、例えば、抵抗発熱体で構成され、基体７１ｂの用紙搬送方向（短手方向）の中央部で定着ベルト７２側に配置される。発熱体７１ａの用紙搬送方向の幅（図３の左右方向の長さ）は、基体７１ｂの用紙搬送方向の幅より狭く構成される。例えば、発熱体７１ａの用紙搬送方向の幅が３ｍｍに対して、基体７１ｂの用紙搬送方向の幅が１０ｍｍとする。発熱体７１ａは、絶縁部材として、ガラス等による絶縁層（オーバーコート層）７１ｃを備え、周囲から電気的に絶縁されている。

基体７１ｂは、熱伝導性の低いガラス材からなり、発熱体７１ａが曲面部材８１と対向する面以外の発熱体７１ａの面を覆うように形成されている。そのため、発熱体７１ａで発生した熱を、加圧部材８３より曲面部材８１に伝達し易くでき、曲面部材８１へ効率的に伝熱できる。

加圧部材８３は、基体７１ｂに対し、発熱体７１ａが配置される側面と反対側面から、基体７１ｂを保持している。加圧部材８３は、発熱体７１ａに対応する位置に、隙間８３ａを有する。加圧部材８３と基板７１ａとの間に隙間８３ａを設けることにより、加熱部材７１と部分的に非接触することから、発熱体７１ａで発生した熱の加圧部材８３への伝達を抑制できる。また、発熱体７１ａと対応する位置に隙間８３ａを設けることで、発熱体７１ａから加圧部材８３への伝熱経路を長くできることから、発熱体７１ａで発生した熱の加圧部材８３への伝達を抑制できる。

スプリング８４は、図２に示すように、加圧部材８３を介して加熱部材７１を押圧する。加圧部材８３と基体７１ｂは、面接触していることから、押圧方向を安定させることができる。

加圧部材８３は、発熱体７１ａで発生した熱がスプリング８４を経てステー８５に伝達するのを防止するために、熱伝導性の低い樹脂部材により構成することが望ましい。

加熱部材７１は、スプリング８４の付勢によって、曲面部材８１に向かう方向へ押圧される。曲面部材８１は、加熱部材７１に押圧されて定着ベルト７２に当接する。発熱体７１ａで発生した熱は、曲面部材８１を介して定着ベルト７２に伝達される。

曲面部材８１は、ステー８５に固定された回転軸８２を中心に回転可能に構成される。曲面部材８１は、スプリング８４から付勢されることで、定着ベルト７２に当接する方向に回転しようとする力が働くところ、定着ベルト７２を押圧することから、定着ベルト７２を張架する。

このように、スプリング８４の付勢力は、発熱体７１ａで発生した熱を伝達するための伝熱部材として機能すると共に、定着ベルト７２を張架するための押圧部材として機能する。

定着ベルト７２の内周面上には、温度センサー８７が設けられている。温度センサー８７は、定着ベルト７２の表面温度を検知する。温度センサー８７によって検知された温度情報は、温度センサー８７に接続された制御手段８８に伝えられる。

制御手段８８は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏインターフェース等を包含するマイクロコンピュータによって構成される。制御手段８８は、発熱体７１ａの電源８９に接続され、温度センサー８７によって検知された定着ベルト７２の表面温度に基づいて、発熱体７１ａの発熱の有無を切り換え、定着ベルト７２の表面温度を調整する。

加熱部材７１は、図４に示すように、加圧ローラ７３の軸方向において、定着ベルト７２の内周面に複数配置されても良い。加熱部材７１が複数配置されることで、加熱部材７１は、画像が形成される記録用紙Ｐの大きさや形成される画像範囲に応じて、定着ベルト７２を軸方向において部分的に加熱できる。そのため、省エネルギー化を図れる。

ところで、幅の狭い記録用紙Ｐが連続的に画像形成される場合には、図５に示すように、定着ベルト７２の軸方向の被加熱領域Ｅに対して、記録用紙Ｐが通過しない定着ベルト７２の被加熱領域Ｅの両端部７２ｆが生じる。両端部７２ｆでは、記録用紙Ｐへの熱の伝達が行われない。そのため、定着ベルト７２の軸方向の表面温度は、両端部７２ｆの部分だけ周囲に比べて高温になる虞がある。

本実施形態では、曲面部材８１を熱伝導性のよい部材で構成する。そのため、両端部７２ｆの熱は、曲面部材８１へ逆流し易くなる。その結果、定着ベルト７２が部分的に高温になることを抑制できる。

ところで、定着装置においては、装置全体の省エネルギー化及び定着動作の高速化のために、加熱部材７１の熱を定着ベルト７２へ効率的に伝達することが一つの課題となる。そして、加熱部材７１の熱を定着ベルト７２へ効率に伝達するには、発熱体７１ａと曲面部材８１間で効率良く熱の伝達が行われることが必要である。さらに、基体７１ｂ自体も低熱伝導化し、ニップ面側以外への伝熱を低減することも省エネルギー化に効果的である。

そこで、基体７１ｂを熱伝導率の低いガラス構成とし、発熱体７１ａと曲面部材８１の間に、熱伝導性の良いグリス等の塗布剤を塗布する構成が考えられる。グリスを塗布することにより、発熱体７１ａと曲面部材８１の間の密着性が上がり、熱の伝達がされやすくなり、定着ベルト７２へ効率的に熱を伝達できる。

しかしながら、グリス等の塗布剤を塗布する構成では、グリスの塗布具合にムラがあると、塗布が薄い部分で密着性が低下し熱伝達が十分に行われない。また、グリスの塗布が薄い部分は、その部分で発熱体７１ａが局所的に高温になり、グリスの耐熱温度を越えて油分が流出し固化する。グリスが固化すると、グリスの粘弾性が低下するため、発熱体７１ａと曲面部材８１の間の密着性が低下し、熱伝達性能が低下する。

また、発熱体７１ａによってグリスが加熱されることで、グリスから揮発性有機化合物（Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）やサブミクロン（０．１μｍ）以下の超微粒子（Ｕｌｔｒａ Ｆｉｎｅ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）が発生する可能性がある。比較的耐熱温度が高いフッ素グリスを使用する方法もあるが、一定温度以上（約４００℃）を越えると毒性のあるフッ化水素が発生する虞があることから、定着部制御温度が制限され、制約が多く実用的ではなかった。

一方で、非グリス系の固体熱伝導体であるグラファイトシート、アルミ箔等を使用することも考えられる。しかしながら、物体間の接触状態は、形状や表面粗さ、うねり等の様々な要因によって、密着性を安定的に保てない問題がある。２箇所で接触状態、すなわち加熱部材７１と固体熱伝導対体、曲面部材８１と固体熱伝導体とを接触状態に保つ必要があることから、さらに接触状態を安定的に維持できない問題がある。

本実施形態の定着装置は、図３示すように、発熱体７１ａと曲面部材８１との間の熱伝導を向上させるために、加熱部材７１の発熱体７１ａ側に絶縁層７１ｃと、その上層に高熱伝導の薄膜金属からなる伝熱層７１ｄとを備える。

伝熱層７１ｄは、熱伝導率の高いアルミ、銅等の金属素材が好ましい。伝熱層７１ｄは、図３，図６に示すように、基体７１ｂの用紙搬送方向の中央部で、発熱体７１ａに対して、基体７１ｂの厚み方向で、定着ベルト７２に近接する側に配置される。伝熱層７１ｄの用紙搬送方向の幅は、発熱体７１ａの用紙搬送方向の幅と略同じ又は発熱体７１ａの用紙搬送方向の幅より広く、曲面部材８１の用紙搬送方向の幅より狭く構成される。また、伝熱層７１ｄは、メッキ、スクリーン印刷等によって絶縁層７１ｃ上に密着させ一体化する。すなわち、抵抗発熱体である発熱体７１ａと伝熱層７１ｄの間には、絶縁層７１ｃを有する。

伝熱層７１ｄの用紙搬送方向の幅を、発熱体７１ａの用紙搬送方向の幅と略同じ又は発熱体７１ａの用紙搬送方向の幅より広く、曲面部材８１の用紙搬送方向の幅より狭い構成とすることで、加熱部材７１内で熱の平面方向の拡散を抑制できる。そのため、曲面部材８１のうち、伝熱層７１ｄと接触する部分で、伝熱できる。その結果、曲面部材８１を急速に加熱できる。さらに、伝熱層７１ｄと曲面部材８１とが接触するところ、伝熱層７１ｄ及び曲面部材８１は、グリスや弾性体より熱伝導率が高いことから、曲面部材８１に効率良く伝熱できる。また、金属素材の伝熱層７１ｄは、長時間の使用で熱劣化することもないことから、経時で安定して伝熱性能を維持できる。

次に、伝熱について説明する。
発熱体７１ａで発生する熱の移動量は、発熱体７１ａの近傍の部材の熱伝導率及びこれらの部材との温度差に基づく。発熱体７１ａで発生した熱の全てが曲面部材８１に移動することが理想である。本実施形態では、ガラス材の基体７１ｂと、アルミ製又は銅製等の伝熱層７１ｄとが発熱体７１ａの近傍に設置されている。ガラスの熱伝導率は１．３〜１．６Ｗ／ｍ・Ｋであるのに対し、アルミの熱伝導率は２４０Ｗ／ｍ・Ｋであり、銅の熱伝導率は４００Ｗ／ｍ・Ｋである。そのため、発熱体７１ａで発生した熱は、基体７１ｂ側より、定着ベルト７２側に伝熱され易い。なお、伝熱層７１ｄの熱伝導率が基体７１ｂの熱伝導率よりも低い場合には、発熱体７１ａで発生した熱は、定着ベルト７２側に伝熱され難く、定着ベルト７２への熱伝達効率が低下する。

伝熱層７１ｄと絶縁層７１ｃは、メッキや印刷等で一体化された構成であるところ、接触熱抵抗は、物体間を接触させる場合よりも低いことから、発熱体７１ａで発生した熱は、曲面部材８１側に伝熱し易い。

伝熱層７１ｄは、厚さが３μｍ以上１００μｍ以下の薄膜金属層とする。伝熱層７１ｄの厚さを３μｍ以上１００μｍ以下の薄膜金属層とすることで、伝熱層７１ｄの熱容量を低下させることができることから、ウォームアップ時間の遅延させることもない。

伝熱層７１ｄの表面粗さは、Ｒａ０μｍ以上Ｒａ１０μｍ以下、又はＲａ０μｍより大きくＲａ１０μｍ以下とする。これにより、曲面部材８１との接触面積を増加できることから、良好な伝熱を達成できる。

続いて、本発明の第２実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、第１実施形態に係る画像形成装置と共通する構成については対応する符号を付して詳細な説明を省略し、異なる構成について図面に基づき詳細に説明する。

第２実施形態では、伝熱層の形状が異なる点で第１実施形態と相違する。以下、具体的に説明する。

ところで、加圧ローラ７３とニップ形成部材８６は、加圧ローラ７３の長手方向（軸方向）において撓む。そのため、長手方向中央部分のニップ部Ｎの加圧ローラ７３とニップ形成部材８６との距離は、長手方向端部分のニップ部Ｎに対して狭くなる。そのため、ニップ部Ｎを形成する形状は、所謂クラウン形状となる。

ニップ部Ｎを通過する用紙は、ニップ幅に比例して、受ける熱量が変化する。例えば、加圧ローラ７３の長手方向中央のニップ幅が狭くなる部分では、用紙に供給される熱量が少ない。一方、加圧ローラ７３の長手方向端部部分は、長手方向中央部分よりニップ幅が広くなり、用紙に供給される熱量も多くなる。

ニップ部Ｎの形状がクラウン形状となると、加圧ローラ７３の長手方向の熱量が不均一となるところ、ニップ部Ｎを通過する用紙に異常画像が発生しやすい。異常画像には、例えば、熱量過多の場合にはホットオフセット、熱量不足の場合にはトナーが溶けきれず発生するコールドオフセット等がある。

そこで、発熱体の温度を、加圧ローラ７３の長手方向中央部分と長手方向端部分とで、変えることで、用紙に供給する熱量を一定化することが考えられる。しかしながら、ニップ部のニップ幅は漸次的であるところ、ニップ部に供給する熱量も漸次的であることから、制御では対応できない問題がある。

また、加圧ローラの長手方向で、発熱体が供給する熱量分布を、設計段階で変えることも考えられる。しかしながら、発熱体が供給する熱量分布の変更は、抵抗体材料の抵抗値の変更や、発熱体の塗布範囲の変更等があるところ、伝熱層の変更に比べ、困難である問題がある。

本実施形態の伝熱層１７１ｄの用紙搬送方向の幅は、図７に示すように、発熱体７１ａの長手方向の位置によって、変化する構成となっている。例えば、伝熱層１７１ｄの用紙搬送方向の幅は、発熱体７１ａの長手方向において、中央領域より端部領域の方が狭い構成とする。発熱体７１ａの長手方向の位置によって、伝熱層１７１ｄの用紙搬送方向の幅を変えることで、曲面部材８１への熱量を任意にコントロールできる。

続いて、本発明の第３実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、第１実施形態に係る画像形成装置と共通する構成については対応する符号を付して詳細な説明を省略し、異なる構成について図面に基づき詳細に説明する。

第３実施形態では、加熱部材をニップ部に配置した点で第１実施形態と相違する。以下、具体的に説明する。

加熱部材７１は、図８，図９に示すように、伝熱部材２５０を介して定着ベルト７２に接触する。伝熱部材２５０は、銅又はアルミ等の良熱伝導材料から構成され、加熱部材７１で発生した熱を定着ベルト７２に効率的に伝熱する。そのため、定着ベルト７２の長手方向におけるニップ部の温度ムラを低減し、定着ベルト７２の長手方向の温度偏差を低減できる。

加熱部材７１は、ヒータホルダ２６０によって支持される。

ところで、ヒータホルダ２６０は、発熱体７１ａの熱を受けて高温になり易く、破損する虞がある。そのため、ヒータホルダ２６０を、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＰＳ（ポニフェニレンサルファイド）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等の耐熱性の高い樹脂で形成する。その結果、ヒータホルダ２６０の破損を防げる。また、ヒータホルダ２６０は、熱伝導率の低い樹脂で形成されることで、断熱性能の向上を図れる。

さらに、ヒータホルダ２６０は、発熱体７１ａと基材７１ｂを介して隣り合わせにならない位置であって、２箇所で接触することで、発熱体７１ａからヒータホルダ２６０に流れる熱量を減らし、熱を高熱伝導側の伝熱部材２５０に、ひいては定着ベルト７２に効率的に伝えることができる。なお、ヒータホルダ２６０が発熱体７１ａに接触する箇所は、２箇所の態様に限定されない。

加熱部材７１は、伝熱部材２５０を介して定着ベルト７２を加熱し、定着ベルト７２の温度を上昇させ、ニップ部Ｎに搬送される未定着画像を加熱して定着できる。

伝熱部材２５０は、定着ベルト７２と接触摺動し、定着ベルト７２が摩耗する。そのため、伝熱部材２５０のうち、定着ベルト７２と摺動接触する部分に、摺動部材として、低摩擦性のコーティング等の表面処理を施す。その結果、定着ベルト７２の摩耗を軽減できる。表面処理の材料としては、低摩擦係数を有するＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やＰＦＡ等のフッ素系樹脂や低摩擦係数を有するＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）が適している。伝熱部材２５０から定着ベルト７２への伝熱性能を考慮すると、表面処理層は、１〜５０μｍ程度の薄い層が望ましい。なお、表面処理をする部分は、定着ベルト７２と摺動接触する部分に限定されない。

なお、加熱部材７１は、図１０に示すように、伝熱部材を有しない構成としても良い。この場合、伝熱層７１ｄに上述の表面処理を施すことが望ましい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。また、少なくとも２つ以上の実施形態を適用可能な範囲で組み合わせて実施することも可能である。

なお、上述の実施形態で紹介した各構成の材質、寸法はあくまで一例であり、本発明の作用を発揮し得る範囲内で様々な材質や寸法を選択可能であることは言うまでもない。

７１ 加熱部材
７１ａ 発熱体
７１ｂ 基体
７１ｃ 絶縁層（絶縁部材の一例）
７１ｄ 伝熱層
７３ 加圧ローラ（加圧部材の一例）
８１ 曲面部材（伝熱部材の一例）

特許第２８６１２８０号公報 特開２０１１−４８２７１号公報

Claims (9)

1. 回転する無端状ベルトの定着部材と、
   前記定着部材の内周側に配置され、該定着部材を加熱する加熱部材と、
   前記定着部材を介して前記加熱部材に対向して配置され、前記定着部材との間にニップ部を形成する加圧部材と、を有し、
   前記ニップ部に未定着トナー像を担持した記録媒体を搬送して、該未定着トナー像を記録媒体に定着する定着装置において、
   前記加熱部材は、基体と、該基体の前記定着部材側に発熱体と、該発熱体で発生する熱を前記定着部材に伝達する伝熱層と、を有し、
   前記加熱部材からの熱を前記定着部材に伝達する伝熱部材を、該加熱部材と該定着部材との間に有し、
   前記伝熱層の記録媒体搬送方向の幅は、前記発熱体の記録媒体搬送方向の幅以上で、前記伝熱部材の記録媒体搬送方向の幅未満であることを特徴とする、定着装置。
2. 前記伝熱層は、前記発熱体に対して、前記基体の厚み方向で、前記定着部材に近接する側に備えることを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
3. 前記発熱体は、抵抗発熱体であり、
   前記抵抗発熱体と前記伝熱層の間には、絶縁部材を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記伝熱層は、厚さが３μｍ以上１００μｍ以下とすることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の定着装置。
5. 前記伝熱層は、表面粗さがＲａ０μｍ以上Ｒａ１０μｍ以下とすることを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の定着装置。
6. 前記伝熱層は、金属層であることを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載の定着装置。
7. 前記伝熱層の記録媒体搬送方向の幅は、前記発熱体の長手方向の位置によって、変化することを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載の定着装置。
8. 前記伝熱層の記録媒体搬送方向の幅は、前記発熱体の長手方向において、中央領域より端部領域の方が狭いことを特徴とする、請求項１〜７の何れか一項に記載の定着装置。
9. 請求項１〜８の何れか一項に記載の定着装置を備える画像形成装置。

Images