JP2019028271A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非通紙部昇温を防止し、かつ、樹脂材料で形成された軽量かつ低価格の基材を加圧ローラに使用できることから、軽量で低価格な定着装置を提供する。
【解決手段】定着部材と、前記定着部材に接触して前記定着部材を加熱する加熱部材と、前記定着部材に圧接された加圧ローラと、を有し、前記加熱部材により前記定着部材が加熱され、前記定着部材と前記加圧ローラとの接触部に挟持搬送される未定着画像が形成された記録材を加熱して前記記録材に定着する定着装置であって、前記加熱部材は、長手方向に沿った複数の発熱領域を備え、前記発熱領域を前記記録材の幅方向のサイズに応じて制御する制御部を有し、前記加圧ローラは少なくとも基体と弾性層を有し、前記基体の材質が樹脂である。
【選択図】図７

Description

本発明は、定着部材と加圧ローラとの圧接ニップ部に、被加熱材を挟持搬送して加熱する定着装置に関する

一般に、電子写真方式のプリンタや複写機に搭載する加熱装置（定着装置）として、セラミックス製の基板上に発熱抵抗体を有するヒータと、このヒータを内包接触しつつ移動する定着フィルムと、その定着フィルムと圧接してニップ部を形成する加圧ローラと、を有するフィルム加熱方式の加熱装置がある。これに用いられる加圧ローラには、軽量化や低価格化が求められている。加圧ローラは、基体とその外面に弾性層と離型層が形成されている。軽量化と低価格化の観点から、加圧ローラの基体に中空のパイプ材（円筒部材）を使用したものが多くなってきている。

ここで、特許文献１には、中空のパイプ材を基体として用いた加熱用ロールが提案されている。この加熱用ロールの基体は、中空のパイプ材からなるロール本体と、そのロール本体に内挿される中空状の軸部材（フランジ）からなり、軸部材の外周面がロール本体の内周面にかしめつけられているものである。

特開平３−１２６９７０号公報

特許文献１に記載の加熱用ロールの場合、パイプ材とはいえ金属製で、軸部材も金属を使用しているため、樹脂製の基体に対しては、軽量化で劣る。また、樹脂製の基体の場合、ロール本体とフランジ部を一体で射出成型が可能なため、製造が容易であり、低価格化が可能である。しかしながら樹脂性の芯軸を使用した場合には、軸の耐熱性、軸の変形が問題となる場合がある。また、加熱装置で小サイズ記録材を連続してニップ部に導入し加熱させた際に、ニップ部内の記録材が接しない領域の温度が上昇する（以下、非通紙部昇温と記す）。樹脂製の芯軸は熱伝導率が金属に対して低いため、非通紙部昇温が劣化するという課題がある。

本発明の目的は、非通紙部昇温を防止し、かつ、樹脂材料で形成された軽量かつ低価格の基材を加圧ローラに使用できることから、軽量で低価格な定着装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、定着部材と、前記定着部材に接触して前記定着部材を加熱する加熱部材と、前記定着部材に圧接された加圧ローラと、を有し、前記加熱部材により前記定着部材が加熱され、前記定着部材と前記加圧ローラとの接触部に挟持搬送される未定着画像が形成された記録材を加熱して前記記録材に定着する定着装置であって、前記加熱部材は、長手方向に沿った複数の発熱領域を備え、前記発熱領域を前記記録材の幅方向のサイズに応じて制御する制御部を有し、前記加圧ローラは少なくとも基体と弾性層を有し、前記基体の材質が樹脂であることを特徴とする。

本発明によれば、非通紙部昇温を防止し、かつ、樹脂材料で形成された軽量かつ低価格の基材を加圧ローラに使用できることから、軽量で低価格な定着装置を提供できる。

本発明の実施形態に係る加熱装置の概略構成模型図 本発明の実施形態に係る加熱装置の正面図 本発明の実施形態に係るヒータの構成図 コネクタについて説明する説明図 ハウジングについて説明する説明図 コンタクト端子について説明する説明図 本発明の実施形態に係る加圧ローラの構成図

以下、本発明の実施形態に係る加圧ローラを備えた定着装置を、具体的に説明する。

（１）加熱装置
定着装置としての加熱装置４０について、説明する。図１は、加熱装置４０の断面図である。図２は、加熱装置４０の正面図である。図３は、加熱装置４０の構成関係を説明する説明図である。

加熱装置４０は、ヒータユニット６０（以後、ユニット６０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。ユニット６０は、可撓性の薄肉の定着ベルト６０３を、ベルト６０３の内面に当接するヒータ６００によって加熱する低熱容量な構成となっている。そのため、ベルト６０３を効率よく加熱することができ、定着開始時の立ち上げ性能に優れている。図１に示すように、ベルト６０３がヒータ６００と加圧ローラ４に挟持されるとニップ部Ｎが形成される。

そして、ベルト６０３は矢印方向（時計回り）に、加圧ローラ４は矢印方向（反時計回り）に回転して、ニップ部Ｎに給送された記録材としてのシートＰを挟持して搬送する。このとき、ヒータ６００の熱がベルト６０３を介してシートＰに付与されるため、シートＰ上のトナー画像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。定着ニップ部Ｎを通過したシートＰは、ベルト６０３から分離され排出される。本実施形態では、上述のようにして定着処理が行われる。

以下、加熱装置４０の構成について図面を用いて詳細に説明する。ユニット６０は、シートＰ上の画像を加熱・加圧する為のユニットである。ユニット６０は、その長手方向が加圧ローラ４の長手方向と平行となるように設けられている。ユニット６０は、ヒータ６００と、ヒータホルダ６０１と、支持ステー６０２と、ベルト６０３を備えている。

ヒータ６００は、ベルト６０３の内面に摺動可能に当接してベルト６０３を加熱する加熱部材である。また、ヒータ６００は、ニップ部Ｎの幅が所望の幅となるように、ベルト６０３をその内面側から加圧ローラ４に向けて押圧する。ヒータ６００の形状は、幅（図１の左右方向長さ）５〜２０ｍｍ、長手方向長さ（図１の奥手前方向長さ）３５０〜４００ｍｍ、厚み０．５〜２ｍｍの板状の部材である。ヒータ６００はシートＰの搬送方向に直交する方向（シートＰの幅方向）を長手とする基板６１０と、抵抗発熱体６２０（以後、発熱体６２０と呼ぶ）を備えている。

ヒータ６００は、ヒータホルダ６０１の下面にヒータホルダ６０１の長手方向に沿って固定されている。なお、本実施形態では、基板６１０の裏面側（ベルト６０３と摺動しない面側）に発熱体６２０を設けているが、これを基板６１０の表面側（ベルト６０３と摺動する面側）に設けてもよい。しかしながら、発熱体６２０の非発熱部によってベルト６０３に与える熱にムラが生じないように、基板６１０の均熱効果が得られる基板６１０の裏面側に発熱体６２０を設ける構成が望ましい。ヒータ６００の詳細は後述する。

ベルト６０３は、シート上の画像をニップ部Ｎにて加熱する円筒状（エンドレス状）のベルト（フィルム）である。ベルト６０３としては、例えば、基材６０３ａ上に弾性層６０３ｂを設け、弾性層６０３ｂ上に離型層６０３ｃを設けたものが用いられる。基材６０３ａとしては、ステンレスやニッケル等の金属材料や、ポリイミド等の耐熱樹脂などが用いられる。弾性層６０３ｂとしては、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の弾性及び耐熱性を有する材料を用いることができる。離型層６０３ｃとしては、フッ素樹脂やシリコーン樹脂を用いることが出来る。

本実施形態のベルト６０３は、外径φ約３０ｍｍ、長手方向（幅方向、図１の奥手前方向）の長さは約３３０ｍｍ、厚み約３０μｍの円筒状のニッケル部材を基材６０３ａとして用いている。そして、この基材６０３ａ上に厚み約４００μｍのシリコーンゴムの弾性層６０３ｂを形成し、さらに、厚み約２０μｍのフッ素樹脂チューブ（離型層６０３ｃ）を弾性層６０３ｂ上に被覆している。

なお、ベルト６０３との接触面側の基板６１０には摺動層６０３ｄとして、厚さ約１０μｍのポリイミド層を設けてもよい。ポリイミド層を設けた場合、定着ベルト６０３とヒータ６００の間の摺擦抵抗を低減してベルト６０３内面の磨耗を抑制することができる。さらに摺動性を高める場合は、ベルト内面にグリス等の潤滑剤を塗布するとよい。

ヒータホルダ６０１（以後、ホルダ６０１と呼ぶ）は、ヒータ６００をベルト６０３の内面に向かって押圧した状態で保持する部材である。また、ホルダ６０１は、横断面（図２の面）が半円弧形状であり、ベルト６０３の回転軌道を規制する機能を備えている。ホルダ６０１には、耐熱性の樹脂等が用いられる。本例では、デュポン社のゼナイト７７５５（商品名）を使用した。

支持ステー６０２は、ホルダ６０１を介してヒータ６００を支持する。支持ステー６０２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、本実施形態においてはＳＵＳ３０４（ステンレス鋼）を使用した。

図２に示すように、支持ステー６０２は、その長手方向の両端部において、左右のフランジ４１１ａ、４１１ｂに支持されている。フランジ４１１ａ、４１１ｂを総称してフランジ４１１と呼ぶ。フランジ４１１は、ベルト６０３の長手方向の移動、および周方向の形状を規制している。フランジ４１１には耐熱性の樹脂等が用いられる。本実施形態ではＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）を使用した。

フランジ４１１ａと加圧アーム４１４ａとの間には、加圧バネ４１５ａが縮められた状態で設けられている。フランジ４１１ｂと加圧アーム４１４ｂとの間にも、加圧バネ４１５ｂが縮められた状態で設けられている。以後、加圧バネ４１５ａ、４１５ｂを総称して加圧バネ４１５と呼ぶ。このような構成により、フランジ４１１、支持ステー６０２を介して、加圧バネ４１５の弾性力がヒータ６００に伝わる。そして、ベルト６０３が加圧ローラ４の上面に対して所定の押圧力で加圧され、所定幅のニップ部Ｎが形成される。本実施形態に於ける加圧力は一端側が約１５６．８Ｎ、総加圧力が約３１３．６Ｎ（３２ｋｇｆ）である。

図４に示すように、コネクタ７００は、ヒータ６００に給電を行うためにヒータ６００と電気的に接続する給電部材である。コネクタ７００は、ヒータ６００の長手方向一端側に着脱可能に取り付けられる。コネクタ７００はヒータ６００に対して簡便に着脱可能に設けられているため、定着装置４０の組立や、ベルト６０３やヒータ６００が破損した際の交換を容易に行うことができ、メンテナンス性に優れている。コネクタ７００の詳細は後述する。

図１に示すように、加圧ローラ４は、ベルト６０３の外面に当接することでベルト６０３と協働してニップ部Ｎを形成するニップ形成部材である。

図３に示すように、サーミスタ６３０は、ヒータ６００の裏面側（摺動面とは反対側）に設置された温度センサである。サーミスタ６３０は、発熱体６２０とは絶縁された状態でヒータ６００に接着されている。サーミスタ６３０は、ヒータ６００の温度を検知する機能を担っている。図３に示すように、サーミスタ６３０は、Ａ／Ｄコンバータ（不図示）を介して制御回路１００に接続しており、検知した温度に応じた出力を制御回路１００に送信する。

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。

制御回路１００は、電源１１０の通電内容を制御するように電源１１０と電気的に接続されている。また、制御回路１００は、サーミスタ６３０の出力を取得するようにサーミスタ６３０に電気的に接続されている。

制御回路１００は、サーミスタ６３０から取得した温度情報を電源１１０の通電制御に反映させている。つまり、制御回路１００は、サーミスタ６３０の出力をもとに、電源１１０を介してヒータ６００へ供給する電力を制御している。本実施形態では、制御回路１００が電源１１０の出力の波数制御を行うことで、ヒータ６００の発熱量を調整する。このような制御をおこなうことで、ヒータ６００は定着を行う所定の温度（例えば、約１９０℃）で一定に維持される。

図２に示すように、加圧ローラ４の基体４ａは、側板４１の奥側と手前側の軸受け４１ａ、４１ｂを介して回転可能に保持されている。また、基体４ａの軸線方向の一方側の端部にはギアＧが設けられており、モータＭの駆動力を加圧ローラ４の基体４ａに伝達する。図１に示すように、モータＭからの駆動力が伝達された加圧ローラ４は矢印方向（時計回り）に回転駆動する。そして、ニップ部Ｎにて加圧ローラ４を介してベルト６０３に駆動力を伝達することで、ベルト６０３を矢印方向（反時計回り）に従動回転させる。

モータＭは、ギアＧを介して加圧ローラ４を駆動する駆動手段である。図８に示すように、制御回路１００はモータＭの通電を制御するためにモータＭに電気的に接続されている。制御回路１００によって通電が行われると、モータＭはギアＧの回転（駆動）を開始する。

制御回路１００はモータＭの回転制御を行っている。制御回路１００は、モータＭを介して加圧ローラ４とベルト６０３を所定の速度で回転させる。そして、定着処理の実行にともないニップ部Ｎにて狭持搬送するシートＰの速度が、所定のプロセススピード（例えば約２００［ｍｍ／ｓｅｃ］）となるように調整する。

［ヒータ］
次に、定着装置としての加熱装置４０に用いられるヒータ６００について、その構成を詳細に説明する。図４は、コネクタ７００について説明する説明図である。図３及び図４に示すように、ヒータ６００は、基板６１０と、基板６１０上の発熱体６２０（６２０ａ〜６２０ｃ）と導体のパターン（配線）と、発熱体６２０（６２０ａ〜６２０ｃ）と導体のパターン（配線）を覆う絶縁コート層６８０を備えている。

基板６１０は、ヒータ６００の寸法や形状を決定する部材であり、ベルト６０３の長手方向に沿って当接可能な部材である。基板６１０の材料には、耐熱性・熱伝導性・電気絶縁性などに優れたアルミナ・窒化アルミ等のセラミック材料が用いられる。本実施形態では長手方向長さが約４００ｍｍ、短手方向）長さ約１０ｍｍ、厚さ約１ｍｍのアルミナの板部材を用いている。

基板６１０の裏面上には、導電厚膜ペーストを用いて厚膜印刷法（スクリーン印刷法）によって発熱体６２０（６２０ａ〜６２０ｃ）と導体パターン（配線）が形成されている。本実施形態では、導体パターンには抵抗率が低くなるように銀ペーストが用いられており、発熱体６２０（６２０ａ〜６２０ｃ）には抵抗率が高くなるように銀−パラジウム合金のペーストが用いられている。また、発熱体６２０（６２０ａ〜６２０ｃ）と導体のパターンは、図４に示すように、耐熱性ガラスからなる絶縁コート層６８０によって被覆されており、リークやショートが生じないように電気的に保護されている。

発熱体６２０（６２０ａ〜６２０ｃ）は、通電によってジュール熱を生じる抵抗体である。発熱体６２０（６２０ａ〜６２０ｃ）は、基板６１０上にその長手方向に沿った発熱体として形成されている。発熱体６２０（６２０ａ〜６２０ｃ）は抵抗値が所望の値となるように、幅（基板６１０の短手方向長さ）１〜４ｍｍ、厚み５〜２０μｍに調整されている。本実施形態の発熱体６２０（６２０ａ〜６２０ｃ）は、幅約１ｍｍ、厚み約１０μｍである。本実施形態においては発熱体６２０ａの長手長さは２９７ｍｍ、発熱体６２０ｂの長手方向の長さは２５７ｍｍ、発熱体６２０ｃの長手方向長さは２１０ｍｍとしている。

ヒータ６００にコネクタ７００が接続されて、共通電極６４１と対向電極６５２（６５２ａ〜６５２ｃ）に電圧を印加することで、発熱体６２０（６２０ａ〜６２０ｃ）に電流が流れ、発熱体６２０（６２０ａ〜６２０ｃ）のそれぞれが発熱する。

［コネクタ］
次に、定着装置としての加熱装置４０に用いられるコネクタ７００についてその構成を詳細に説明する。図５は、ハウジング７５０ついて説明する説明図である。図６は、コンタクト端子７１０について説明する説明図である。本実施形態のコネクタ７００は、ヒータ６００に取り付けられることでヒータ６００に電気的に接続される。

詳細には、コネクタ７００は、共通電極６４１に接触して電気的に接続可能なコンタクト端子７１０と、対向電極６５２（６５２ａ〜６２５ｃ）に接触して電気的に接続可能なコンタクト端子７２０（７２０ａ〜７２０ｃ）を備えている。そして、コネクタ７００とベルト６０３が接触しないように、ヒータ６００のベルト６０３の長手方向から突出した領域の表裏をコネクタ７００が挟みこむことで、各コンタクト端子が各電気接点に接続する。

このような構成である本実施形態の定着装置４０では、コネクタと電気接点との接続に半田付け等を用いない。そのため、定着処理の実行に伴い温度上昇するヒータ６００とコネクタ７００との間の接続を高い信頼性で維持することができる。また、本実施形態の定着装置４０では、コネクタ７００がヒータ６００に対して着脱可能であるため、ベルト６０３やヒータ６００の交換を容易に行うことが出来る。以下、コネクタ７００の構成について図面を用いて詳細に説明する。

図４に示すように、金属製のコンタクト端子７１０、７２０ａ、７２０ｂ、７２０ｃを備えたコネクタ７００は、基板の一端側において基板６１０の短手方向からヒータ６００に取り付けられる。各コンタクト端子７１０、７２０ａ、７２０ｂ、７２０ｃについてコンタクト端子７２０ａを例に説明する。図６に示すように、コンタクト端子７２０ａは後述するＳＷ６４０ａを電気的につなぐ部材である。コンタクト端子７２０ａは対向電極６５２ａに接触するための電気接点７２１ａと、ＳＷ６４０に接続するためのケーブル７２２ａを備えている。

コンタクト端子７２０ａはコの字の形状をしており、図６の矢印方向に移動させることでコの字の形状の隙間にヒータ６００を差し込むことができる。コンタクト端子７２０ａの対向電極６５２ａと接触する個所には電気接点７２１ａが設けてあり、この電気接点７２１ａが対向電極６５２ａと接触することで対向電極６５２ａとコンタクト端子７２０ａが電気的に接続する。この電気接点７２０ａは板バネ性を有しているため、押圧しながら対向電極６５２ａと接触する。そのため、コンタクト端子７２０ａは、ヒータ６００の表裏を挟み込んでその位置を固定することが出来る。

同様に、コンタクト端子７１０は、共通電極６４１と電源１１０を電気的につなぐ部材である。コンタクト端子７１０は共通電極６４１に接触するための電気接点７１１不図示）と、電源１１０に接続するためのケーブル７１２（不図示）を備えている。

同様に、コンタクト端子７２０ｂは、対向電極６５２ｂと後述するＳＷ６４０ｂを電気的につなぐ部材である。コンタクト端子７２０ｂは対向電極６５２ｂに接触するための電気接点７２１ｂ（不図示）と、ＳＷ６４０ｂに接続するためのケーブル７２２ｂ（不図示）を備えている。

同様に、コンタクト端子７２０ｃは、対向電極６５２ｂと後述するＳＷ６４０ｃを電気的につなぐ部材である。コンタクト端子７２０ｃは対向電極６５２ｃに接触するための電気接点７２１ｃ（不図示）と、ＳＷ６４０ｃに接続するためのケーブル７２２ｂ（不図示）を備えている。

図５に示すように、金属製の各コンタクト端子７１０、７２０ａ、７２０ｂ、７２０ｃは樹脂製のハウジング７５０に一体に保持されている。各コンタクト端子７１０、７２０ａ、７２０ｂ、７２０ｃは、ヒータ６００にコネクタ７００を取り付ける際に電気接点６４１、６５２ａ、６５２ｂ、６５２ｃにそれぞれ接続可能にハウジング７５０内において間隔をあけて並べて配置されている。各コンタクト端子間には隔壁が設けられており、各コンタクト端子間の電気的な絶縁性が保たれている。

なお、上述した説明では、コネクタ７００を基板６１０の短手方向端部から取り付ける例について説明したが、コネクタ７００の基板６１０への取り付け方はこれのみには限られない。たとえば、コネクタ７００を基板の長手方向端部から取り付ける構成であってもよい。

［ヒータへの給電］
次に、ヒータ６００への給電方法について説明する。本実施形態の定着装置４０は、シートＰの幅サイズに応じてヒータ６００への給電を制御することで、ヒータ６００の発熱領域の幅サイズを変更可能である。このような構成により、シートＰに効率よく熱を供給することができる。なお、本実施形態の定着装置４０は、中央基準でシートＰを搬送するため、発熱領域も中央を基準して広がっている。以下、ヒータ６００への給電について図面３を用いて詳細に説明する。

電源１１０は、ヒータ６００に電力を供給する機能を有する回路である。本実施形態では、単相交流の実効値が約１００Ｖの商用電源（交流電源）を用いている。なお、ヒータ６００に電力を供給する機能を有していれば、電源１１０は直流電源であってもよい。

制御回路１００は、ＳＷ６４０ａ、ＳＷ６４０ｂ、ＳＷ６４０ｃをそれぞれ制御するためにＳＷ６４０ａ、ＳＷ６４０ｂ、ＳＷ６４０ｃにそれぞれ電気的に接続されている。ＳＷ６４０ａは、電源１１０と対向電極６５２（６５２ａ〜６５２ｃ）の間に設けられたスイッチ（リレー）である。ＳＷ６４０（６４０ａ〜６４０ｃ）は、制御回路１００からの指示に応じて、電源１１０と対向電極６５２（６５２ａ〜６５２ｃ）を接続するか否か（ＯＮ／ＯＦＦ）の切り替えを行う。

制御回路１００は、ジョブの実行指示の受信にともない、定着処理に使用されるシートＰの幅サイズ情報を取得する。そして、シートＰの幅サイズ情報に応じてＳＷ６４０（６４０ａ〜６４０ｃ）のＯＮ／ＯＦＦの組みあわせを制御し、発熱体６２０の発熱幅が、シートＰを加熱処理するのに適した発熱幅となるように制御する。このとき、制御回路１００、電源１１０、ＳＷ６４０（６４０ａ〜６４０ｃ）、コネクタ７００は、ヒータ６００に給電する給電手段として機能する。

シートＰが大サイズ（幅広、装置に使用可能な最大サイズ）の場合、たとえばＡ３サイズを縦送りするシートＰや、Ａ４サイズを横送りするシートＰの場合、シートＰの幅サイズは約２９７ｍｍとなる。そのため、制御回路１００は、発熱体６２０ａを発熱させる制御を行う。したがって、制御回路１００はＳＷ６４３ａをＯＮ状態とし、ＳＷ６４３ｂ、ＳＷ６４３ｃをＯＦＦ状態とする。その結果、ヒータ６００には電極６５２ａに給電が行われ、発熱体６２０ａが発熱する。このとき、ヒータ６００は、２９７ｍｍの領域が均一に発熱するので、約２９７ｍｍのシートＰを加熱するのに適している。

シートＰのサイズが小サイズ（装置に使用可能な最大サイズよりも幅狭なサイズ）の場合、例えばＡ４サイズを縦送りするシートＰや、Ａ５サイズを横送りするシートＰの場合、シートＰの幅サイズは約２１０ｍｍとなる。そのため、制御回路１００は、ＳＷ６４３ｃをＯＮ状態とし、ＳＷ６４３ａ、ＳＷ６４３ｂをＯＦＦ状態とする。その結果、ヒータ６００には電極６５２ｃに給電が行われ、発熱体６２０ｃが発熱する。このとき、ヒータ６００は、２１０ｍｍ領域が均一に発熱するので、２１０ｍｍのシートＰを加熱するのに適している。

（２）加圧ローラ
以下、加圧ローラ４の層構成を説明する。図７は、加圧ローラ４の俯瞰模型図である。図７において、基体４ａはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、エポキシ（ＥＰ）などの耐熱性の高い樹脂からなる基体、弾性層４ｂはシリコーンゴムからなる弾性層、離型層４ｃはフッ素樹脂等からなる離型層である。弾性層４ｂの厚みは所望の幅のニップ部を形成できれば特に限定されないが、２〜１０ｍｍが好ましい。離型層４ｃの厚さは電子写真用部材４に充分な離型性を付与することができ、本発明の特徴の範囲を超えない限りは、離型層４ｃの厚みを任意に設定することができる、一般的には２０〜５０μｍである。

次に、材質が樹脂である本実施形態の基体４ａについて詳細に説明する。通常、基体４ａは鉄やアルミニウム等の金属で形成される。これは金属が高い耐熱性と高い熱伝導率を有するからである。アルミニウムの耐熱温度は４００℃程度、鉄は１０００℃以上である。また熱伝導率はアルミニウムが２３６Ｗ／ｍ・ｋ、鉄が８４Ｗ／ｍ・ｋである。

本実施形態の定着装置としての加熱装置４０は、シートＰの幅サイズに応じてヒータ６００への給電を制御することで、ヒータ６００の発熱領域の幅サイズを変更可能である。この場合、通紙領域と発熱領域が一致する。しかしながら、発熱領域の幅サイズを変更できない定着装置では、小サイズのシートを通紙したときに、通紙領域と発熱領域が異なり、発熱領域の非通紙領域で熱がシートＰやシート上のトナーによって奪われることがないため、ニップ部の温度が上昇する非通紙部昇温が発生する。

非通紙部昇温は定着温度、通紙枚数、単位時間当たりの通紙枚数等によって変化するが、定着ベルト表面で３５０℃以上に容易に到達する。定着ベルト表面が３５０℃の状態では、加圧ローラの表面温度は３３０℃以上、加圧ローラの基体４ａは１９０℃以上になる場合がある。また、発熱分布の異なる複数の発熱体を有し、シートサイズに応じて複数の発熱体の通電比率を変化させ非通紙部昇温を低減させる定着装置もある。この場合でも非通紙領域で発熱はするため、定着温度、通紙枚数、単位時間当たりの通紙枚数等によっては定着ベルト表面が３００℃以上になり、加圧ローラの表面温度は２８０℃以上、加圧ローラの基体４ａは１６０℃以上になる場合がある。したがって、発熱領域の幅サイズを変更できない定着装置では、加圧ローラの基体４ａは耐熱温度が１３５℃以上の材質で形成する必要がある。

しかしながら、本実施形態のように非通紙領域では発熱を行わない定着装置では、非通紙部昇温は発生しない。したがって、非通紙領域の加圧ローラ表面温度が１２０℃を超えることがない。また、通紙領域もシートを介して加熱されるため、加圧ローラ表面温度は１２０℃を超えることがない。したがって加圧ローラの基体４ａは１００℃以上に達することはなく、耐熱温度が１００℃程度の材質で構成することが可能となる。このことから、耐熱温度が１００℃以上のポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ），ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリイミド樹脂（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリスルフォン（ＰＳＦ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等の樹脂材料の使用が可能となる。

また、加圧ローラの場合は加圧ベルトと違いニップ形成のためのバックアップ部材が配設することが困難であるため、加圧ローラの場合は、荷重を与えたときの長手方向の撓みを所定の範囲内にする必要がある。樹脂材料は、荷重与えた状態で加熱すると撓みが大きくなる傾向がある。撓みが大きくなると、特に長手方向中央領域の加圧力が低下することで、ニップ幅が減少する場合がある。ニップ幅が減少するとシートＰに与える熱量が減ってしまい定着不良が発生したり、圧分布が変化することでシートＰの搬送不良が発生する場合がある。

これを防止するには、加圧ローラの基体４ａが達する温度より、荷重撓み温度が十分に大きい樹脂材料を選択すればよい。荷重撓み温度は、加熱浴槽中で試験片に３点荷重によって１．８２ＭＰａ（１８．６ｋｇｆ／ｃｍ２）の荷重を加え，２℃／ｍｉｎで温度を上げていく。すると，一般に被測定材料の機械的強度が下がるので試験片は徐々にたわむ。この変位量が０．２５４ｍｍに達する温度を「荷重たわみ温度」とする。荷重撓み温度を向上させるため、ガラス繊維等で樹脂を強化しても良い。

また、従来の定着装置においては非通紙部昇温を緩和するのに、加圧ローラの基体４ａの熱伝導を利用していた。非通紙部昇温が大きくなったときに、金属製の基体は非常に熱伝導率が高いため、加圧ローラの長手方向で基体４ａを経路とした熱伝導が発生し、長手の温度差が緩和され、これに応じて定着部材表面の温度差も緩和される。しかしながら、本実施形態の定着装置では非通紙部昇温が発生しないため、基体４ａの熱伝導率は低くても問題ない。したがって、熱伝導率の低い樹脂で合っても加圧ローラの基体４ａとして使用可能である。

ここで、従来の定着装置に従来の加圧ローラ（比較例１）と従来の定着装置に本実施形態の加圧ローラ（比較例２）と本実施形態の定着装置に本実施形態の加圧ローラ４の比較を行った。

（比較例１）
発熱領域の幅サイズを変更できない定着装置に、Ａ４サイズのシートを縦送りで通紙を行った。発熱領域が３００ｍｍに対してシートＰの幅が２１０ｍｍであるため、４５ｍｍの非通紙発熱領域が発生する。加圧ローラの基体４ａは、鉄製の中空基体を使用した。鉄製の中空基体の重量は、３００ｇであった。また、同形状の鉄製の中実基体の重量は６００ｇであった。また、弾性層４ｂの厚みは２．５ｍｍ、離型層４ｃの厚さは５０μｍで、外径は３０ｍｍである。

（比較例２）
本比較例でも比較例１と同じ発熱領域の幅サイズを変更できない定着装置に、Ａ４サイズのシートを縦送りで通紙を行った。加圧ローラの基体４ａは、ポリカーボネート（ＰＣ）製の中実基体を使用した。ＰＣ製の中実基体の重量は９０ｇであった。比較例１の基体に対して、中実になっていることで体積は２倍になるが、密度が１／６以下であるため、重量はおよそ１／３になる。本比較例でも、弾性層４ｂの厚みは２．５ｍｍ、離型層４ｃの厚さは５０μｍで、外径は３０ｍｍである。

（本実施形態）
本実施形態の定着装置に、Ａ４サイズのシートを縦送りで通紙を行った。発熱領域２１０ｍｍに対してシートＰの幅が２１０ｍｍであるため、非通紙発熱領域は発生しない。加圧ローラは比較例２と同じ、基体４ａはポリカーボネート（ＰＣ）製の中実基体を使用した。ＰＣ製の中実基体の重量は、９０ｇであった。本比較例でも、弾性層４ｂの厚みは２．５ｍｍ、離型層４ｃの厚さは５０μｍで、外径は３０ｍｍである。

（部材評価）
非通紙部昇温は本実施形態の加熱装置４０を使用し、加熱装置４０に搭載された定着ベルト６０３の速度を２３４ｍｍ／ｓｅｃとなるように調整し、定着ベルトを１６０℃に設定した。加熱装置４０のニップＮにシートＰとして坪量が１０４ｇのＧＦ−Ｃ１０４のＡ４サイズを縦送りで、１分間当たりの通紙枚数を４０枚で連続２０００枚通紙した時の非通紙領域の定着ベルト表面の温度、及び加圧ローラの基体４ａ温度を測定した。基体４ａ温度は弾性層と基体４ａの間に超小型熱電対を挿入し測定した。

ニップ幅測定は予めべた黒画像がプリントされたシートを加熱状態の定着装置のニップ部に導入し、１０秒間停止させた後に排出させる。このシートの光沢の変化した領域の幅を、ニップ幅とする。ニップ幅の測定は、長手方向の中央で行った。非通紙部昇温が発生していないときのニップ幅は本実施形態、比較例１、比較例２のいずれも８ｍｍであった
非通紙加熱領域幅、各加圧ローラの基体材質、定着ベルト及び各加圧用ローラの基体の非通紙部温度、小サイズ通紙後のニップ幅、加圧ローラ重量の評価結果を、表１に示した。

比較例１の場合には非通紙部温度が非常に高くなったが、ニップ幅は確保できた。これは、加圧ローラの基体４ａに金属を使用したためである。しかしながら、金属の基体であることから、加圧ローラの軽量化は達成できていない。また、定着ベルトの温度が２６０℃に達していることから、定着ベルトの弾性層や表層は熱的ダメージを受けて、耐久性が劣化してしまう。

比較例２の場合には、加圧ローラの基体の熱伝導率が下がっているため、非通紙部昇温は比較例１より大きくなっている。これにより、加圧ローラの基体４ａの温度が１５０℃であり、ＰＣの荷重撓み温度の１３０℃を超えてしまっている。したがって加圧ローラは撓んでしまい、ニップ幅が減少してしまっている。この状態では、定着不良が発生し、紙搬送性も劣化してしまう。また、加圧ローラの基体４ａの温度が１５０℃であり、ＰＣの融点の１５０℃に近いため、この状態での使用は加圧ローラの破損や変形を起こしてしまう可能性がある。

本実施形態においては非通紙部昇温が発生しないため、加圧ローラの基体４ａの温度が７０℃までしか上がらず、ＰＣの荷重撓み温度の１３０℃に至っていないため、加圧ローラの撓みが小さいことで、充分なニップ幅が得られている。

ＰＣ基体であることから加圧ローラの重量は２１０ｇの軽量化がなされ、加圧ローラとしては鉄製の中空基体を使用した場合に比べて６２％の重量となっている。加圧ローラとして鉄製の中実基体を使用した場合と比べると、２６％の重量となる。

また、金属製中空基材の場合、パイプ材と軸部材をかしめることで接合する構造となっていたり、鉄の場合は錆防止のためにメッキをする必要があることから、製造の工程が多く高価格になりやすい。樹脂製の基材の場合、射出成型で基体全体を一体として成型可能なため、低価格化を実現しやすい。また本実施形態では、定着ベルトの温度が１００℃であることから、定着ベルトの弾性層や表層は熱的ダメージを受けないため、耐久性の劣化も発生しない。

本実施形態において、非通紙発熱領域は０ｍｍであるが、非通紙発熱領域は必ずしも０ｍｍでなくて良く、非通紙発熱領域が小さければ、非通紙部昇温が低くなるため、加圧ローラの基体４ａの耐熱温度以内に収まる程度の非通紙発熱領域であれば良い。

４０ 定着装置
６０ ヒータユニット
１００ 制御回路
１１０ 電源
１１０ａ、１１０ｂ 電源端子
６００ ヒータ
６０１ ヒータホルダ
６０２ 支持ステー
６０３ 定着ベルト
６１０ 基板
６２０ 抵抗発熱体
６４０ 共通配線
６５０、６６０ 対向配線
６４１、６５１、６６１ 電気接点
６４２ 共通電極
６５２、６６２ 対向電極
７００ コネクタ
４ 加圧ローラ
４ａ 基体
４ｂ 弾性層

Claims (1)

1. 定着部材と、
   前記定着部材に接触して前記定着部材を加熱する加熱部材と、
   前記定着部材に圧接された加圧ローラと、
   を有し、前記加熱部材により前記定着部材が加熱され、前記定着部材と前記加圧ローラとの接触部に挟持搬送される未定着画像が形成された記録材を加熱して前記記録材に定着する定着装置であって、
   前記加熱部材は、長手方向に沿った複数の発熱領域を備え、
   前記発熱領域を前記記録材の幅方向のサイズに応じて制御する制御部を有し、
   前記加圧ローラは少なくとも基体と弾性層を有し、前記基体の材質が樹脂であることを特徴とする定着装置。