JP4768775B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置及び画像形成装置に関するものである。

従来、白黒やカラーの画像を形成するプリンタ、複写機、ファクシミリ機、複合機等の画像形成装置で使用されている定着装置においては、定着ローラに張架された定着ベルトの内面に面状発熱体が配設されている。そして、前記定着ローラと、該定着ローラに圧接しながら回転して印刷媒体を加圧する加圧ローラとによって、表面に現像剤像が転写された印刷媒体を加熱及び加圧しながら搬送することにより、前記現像剤像を印刷媒体上に定着させるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００７−３２２８８８号公報

しかしながら、前記従来の定着装置においては、面状発熱体の発熱面の面積が小さいため、定着ベルトへの熱伝達効率が低かった。

本発明は、前記従来の定着装置の問題点を解決して、定着ベルトを加熱する加熱部において面状発熱体を定着ベルトの走行方向の下流側の端部に配設することによって、定着ベルトへの熱伝達効率が向上し、定着ベルトを所定温度にまで短時間で加熱することができ、定着を開始する際の立ち上がり時間を短縮することができる定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

そのために、本発明の定着装置においては、無端状の定着ベルトと、該定着ベルト内に配設された第１の回転体と、前記定着ベルトの内面に対向して配設され、前記定着ベルトを加熱し、かつ、前記第１の回転体とともに前記定着ベルトを張架する加熱部と、前記定着ベルトを介して前記第１の回転体に圧接される第２の回転体とを有し、前記加熱部は、面状発熱体と金属製の支持部とを備え、前記面状発熱体は、前記加熱部における前記定着ベルトの走行方向の下流側の端部にのみ配設されて前記定着ベルトに接触し、前記加熱部における前記面状発熱体よりも前記定着ベルトの走行方向の上流側では前記金属製の支持部が前記定着ベルトに接触する定着装置であって、前記加熱部は、前記面状発熱体が、前記第１の回転体が圧接される点より記録媒体の搬送方向上流側で、記録媒体の有無にかかわらず、前記定着ベルトを介して前記第２の回転体に圧接され、前記記録媒体は、現像剤像の転写された面が前記定着ベルトを介して前記面状発熱体に圧接されるように前記定着ベルトと第２の回転体とに挟まれて搬送される。

本発明によれば、定着装置においては、定着ベルトを加熱する加熱部において面状発熱体を定着ベルトの走行方向の下流側の端部に配設する。これにより、定着ベルトへの熱伝達効率が向上し、定着ベルトを所定温度にまで短時間で加熱することができ、定着を開始する際の立ち上がり時間を短縮することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図２は本発明の第１の実施の形態における定着装置を備えた画像形成装置を示す概略側面図である。なお、図において、（ａ）は画像形成装置全体を示す側面図、（ｂ）は現像装置を示す側面図である。

図において、１００は本実施の形態における画像形成装置である。ここで、該画像形成装置１００は、例えば、プリンタ、ファクシミリ機、複写機等であり、電子写真方式によって、印刷用紙、封筒、ＯＨＰ（Ｏｖｅｒ Ｈｅａｄ Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ）シート等の記録媒体１９上に白黒（モノクロ）やカラーの画像を形成するようになっている。なお、前記画像形成装置１００は、モノクロ画像を形成するものであってもよく、カラー画像を形成するものであってもよいが、ここでは、前記画像形成装置１００がカラー画像を形成するカラープリンタ、カラーファクシミリ機、カラー複写機等である場合について説明する。

そして、画像形成装置１００は、記録媒体１９の搬送方向に沿って配列され、記録媒体１９上に２色以上のトナー像、すなわち、ブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの４色のトナー像を形成する現像装置２０を有する。なお、該現像装置２０の各々は、各色のトナー像を担持する感光体ドラム、感光体ベルト等の像担持体２１、該像担持体２１の表面に電荷を供給して帯電させる帯電部材２２、前記像担持体２１の表面を露光して静電潜像を形成するための露光手段としての潜像形成手段２３、及び、前記像担持体２１上に形成された静電潜像に現像剤としてのトナー１８を付着させてトナー像を形成する現像手段２４を有する。そして、該現像手段２４で形成されたトナー像は、転写部材２５によって記録媒体１９に転写される。

そして、前記像担持体２１上を帯電部材２２によって帯電させ、潜像形成手段２３により静電潜像を形成して、この静電潜像を現像手段２４によって現像することでトナー像とし、該トナー像を転写部材２５によって像担持体２１上から記録媒体１９上に転写する。

また、該記録媒体１９の搬送方向における現像装置２０の下流側には定着装置１０が配設されている。記録媒体１９上に転写されたトナー像は、定着装置１０によって被定着材としての記録媒体１９に定着させられる。

次に、前記定着装置１０の構成について詳細に説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態における定着装置の断面図である。

図に示されるように、定着装置１０は、第１の回転体である定着部材としての定着ローラ１１、第２の回転体である加圧部材としての加圧ローラ１６、定着ベルト１２及び加熱部１５を備え、記録媒体１９上に転写されたトナー像のトナー１８を加熱及び加圧して記録媒体１９に定着させる。また、前記加熱部１５は、面状発熱体１４、及び、該面状発熱体１４と一体化して面状発熱体１４を支持する支持体１３を備える。そして、前記定着ベルト１２は、定着ローラ１１と支持体１３とによって張架される。

なお、前記面状発熱体１４は、前記支持体１３とともに定着ベルト１２の内面に押圧されるように配設されている。この場合、定着ベルト１２に対する支持体１３の押圧加重は、支持体１３と定着ベルト１２との摺（しゅう）動性を悪化させないため、最大でも２〔ｋｇ・ｆ〕程度である。

また、前記加圧ローラ１６は、定着ベルト１２を介して定着ローラ１１に圧接される。さらに、図示されない温度検知手段が定着ベルト１２の外面又は内面に配設される。前記温度検知手段は、定着ベルト１２に当接するものであってもよいし、定着ベルト１２との間に微小なギャップを設けた非接触のものであってもよい。

次に、前記定着ローラ１１及び加圧ローラ１６の構成について詳細に説明する。

図３は本発明の第１の実施の形態における定着ローラ及び加圧ローラの断面図である。なお、図において、（ａ）は定着ローラ及び加圧ローラの層構造を示す図、（ｂ）は加圧ローラの層構造の変形例を示す図である。

定着ローラ１１及び加圧ローラ１６は、図３（ａ）に示されるように、円筒状又は円柱状の芯（しん）金３１及び該芯金３１の周囲に形成された弾性層３２を備える。なお、前記加圧ローラ１６は、図３（ｂ）に示されるように、弾性層３２の周囲に更に離型層３３を形成したものであってもよい。

前記芯金３１は、一定の剛性を保つために、アルミニウム、鉄、ステンレス等の金属製の中実又は中空シャフトから成る。また、前記弾性層３２は、通常、シリコーンゴム、スポンジ状シリコーンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性の高いゴム材料から成る。

そして、前記加圧ローラ１６は、図示されないモータ等からの駆動力を受けて、図１において矢印で示される方向に回転駆動される。また、前記定着ベルト１２は、加圧ローラ１６との摩擦によって従動することで、図１において矢印で示される方向に回転駆動される。さらに、前記定着ローラ１１は、定着ベルト１２との摩擦によって従動することで、図１において矢印で示される方向に回転駆動される。

次に、前記定着ベルト１２の構成について詳細に説明する。

図４は本発明の第１の実施の形態における定着ベルトの断面図である。なお、図において、（ａ）は定着ベルトの層構造を示す図、（ｂ）は定着ベルトの層構造の変形例を示す図である。

定着ベルト１２は、図４（ａ）に示されるように、薄い基体３４ａ、該基体３４ａ上に形成された弾性層３４ｂ、及び、該弾性層３４ｂの上に形成された離型層３４ｃを備える積層体である。なお、定着ベルト１２は、図４（ｂ）に示されるように、薄い基体３４ａ及び該基体３４ａ上に直接形成された離型層３４ｃから成る積層体であってもよい。そして、前記定着ベルト１２は、定着ローラ１１及び支持体１３に対して離型層３４ｃが外側になるように張架される。

ここで、前記基体３４ａは、ニッケル、ポリイミド、ステンレス等から成り、強度と可撓（とう）性とを両立させるため、厚さを３０〜１５０〔μｍ〕程度とすることが好ましい。

また、前記弾性層３４ｂは、シリコーンゴム又はフッ素樹脂から成る。シリコーンゴムから成る場合、低硬度と高熱伝導性とを両立させるため、厚さを５０〜３００〔μｍ〕程度とすることが好ましい。また、フッ素樹脂から成る場合、磨耗による減肉と高熱伝導性とを両立させるため、厚さを１０〜５０〔μｍ〕程度とすることが好ましい。

さらに、前記離型層３４ｃは、前記加圧ローラ１６の離型層３３と同様に、耐熱性が高く、かつ、成形後の表面自由エネルギーが低い樹脂、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）、ＦＥＰ（パーフルオロエチレン−プロペンコポリマー）等の代表的なフッ素系樹脂から成り、厚さを１０〜５０〔μｍ〕程度とすることが好ましい。

次に、前記加熱部１５の構成について詳細に説明する。

図５は本発明の第１の実施の形態における加熱部の断面図、図６は本発明の第１の実施の形態における面状発熱体の分解斜視図、図７は本発明の第１の実施の形態における面状発熱体の側面図、図８は本発明の第１の実施の形態における加熱部の斜視図、図９は本発明の第１の実施の形態における定着装置の変形例を示す断面図である。なお、図５において、（ａ）は面状発熱体の位置を示す図、（ｂ）は第１の比較例における面状発熱体の位置を示す図、（ｃ）は第２の比較例における面状発熱体の位置を示す図であり、図６において、（ａ）は面状発熱体の層構造を示す図、（ｂ）は面状発熱体の第１の変形例の層構造を示す図、（ｃ）は面状発熱体の第２の変形例の層構造を示す図、図７において、（ａ）は面状発熱体の角部の形状を示す図、（ｂ）は面状発熱体の変形例の角部の形状を示す図である。

支持体１３は、アルミニウム、銅等の熱伝導性及び加工性の高い金属、若しくは、これらを主成分とする合金、又は、耐熱性及び剛性の高い鉄若しくは鉄系の合金類、ステンレス等から成る。なお、支持体１３と面状発熱体１４とは、特に接着することなしに、支持体１３を定着ベルト１２を介して加圧ローラ１６に押圧することで一体化されている。また、面状発熱体１４は、図５（ａ）に示されるように、定着ベルト１２の回転方向、すなわち、走行方向において、支持体１３の下流側端部に配設されている。

ここで、面状発熱体１４が支持体１３の端部に配設されるということは、図５（ａ）及び（ｃ）に示される例のように、面状発熱体１４の側面が支持体１３によって３面以上を囲まれていないということであり、面状発熱体１４の１つの側面が加熱部１５の端面となるということである。ちなみに、図５（ｂ）に示される例では、面状発熱体１４は、支持体１３の端部に配設されておらず、面状発熱体１４の３つの側面が支持体１３によって囲まれている。

なお、前記支持体１３及び面状発熱体１４は、固定部材であり、定着ベルト１２の回転駆動に対して相対的に摺動する。

本実施の形態においては、前記支持体１３が熱伝導性が良好な金属から成るので、面状発熱体１４の熱によって支持体１３が加熱され、定着ベルト１２を面状発熱体１４及び支持体１３の両方で加熱することができる。これに対し、前記支持体１３が断熱性部材から成るものである場合には、面状発熱体１４の熱によって支持体１３が加熱されないので、定着ベルト１２を面状発熱体１４のみで加熱することとなる。本実施の形態のように、定着ベルト１２を面状発熱体１４及び支持体１３の両方で加熱する方が、定着ベルト１２を加熱するための熱を伝達する面積が広いので、より熱伝達効率が高くなる。また、熱を伝達する面積が広いので、同じ電力を投入しても、見かけ上の電力密度が低く、より低温で定着ベルト１２を加熱することができる。

そして、前記面状発熱体１４は、いわゆるセラミックヒータ、ステンレスヒータ等であり、定着ベルト１２の内面と接触する面が平面状又は円弧状になっている。

前記定着ベルト１２の内面と接触する面が平板状である場合、面状発熱体１４は、図６（ａ）に示されるように、下面が平面状の基板４１、該基板４１上に形成される電気絶縁層４２、該電気絶縁層４２上に形成される抵抗発熱体４３及び電極４４、並びに、前記抵抗発熱体４３及び電極４４に形成される保護層４５を備える。

ここで、前記基板４１は、ＳＵＳ４３０等の金属から成る。また、前記電気絶縁層４２は、薄く形成されたガラス膜である。さらに、前記抵抗発熱体４３は、ニッケル−クロム合金又は銀−パラジウム合金の粉末をペースト状にしたものを電気絶縁層４２上にスクリーン印刷することによって形成される。さらに、前記電極４４は、銀等の化学的に安定した電気抵抗の低い金属又はタングステン等の高融点金属から成り、抵抗発熱体４３の端部に形成される。さらに、前記保護層４５は、ガラス、又は、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等の代表的なフッ素系樹脂から成り、電気絶縁層４２、抵抗発熱体４３及び電極４４を保護する。

なお、図６（ａ）に示される面状発熱体１４の場合、定着ベルト１２の内面に接触する面は、基板４１の下面であってもよいし、保護層４５の形成された面であってもよい。

また、定着ベルト１２の内面と接触する面が円弧状である場合、面状発熱体１４は、図６（ｂ）に示されるように、下面が凸状に湾曲した曲面状の基板４１を備える。なお、電気絶縁層４２、抵抗発熱体４３、電極４４及び保護層４５は、図６（ａ）に示される面状発熱体１４の場合と同様である。図６（ｂ）に示される面状発熱体１４の場合、定着ベルト１２の内面に接触する面は、基板４１の下面である。

さらに、定着ベルト１２の内面と接触する面が円弧状である場合、面状発熱体１４は、図６（ｃ）に示されるように、下面が凹状に湾曲した曲面状の基板４１を備えるものであってもよい。なお、電気絶縁層４２、抵抗発熱体４３、電極４４及び保護層４５は、図６（ａ）に示される面状発熱体１４の場合と同様である。図６（ｃ）に示される面状発熱体１４の場合、定着ベルト１２の内面に接触する面は、基板４１の下面である。

また、図７（ａ）又は（ｂ）に示されるように、面状発熱体１４の定着ベルト１２の内面と接触する面における定着ベルト１２の回転方向下流側の端部に、面取り部又は湾曲部を形成してもよい。これにより、定着ベルト１２の磨耗を抑制することができる。

ここで、図８に示されるように、面状発熱体１４は、発熱領域１４ａと両端の電極部１４ｂとを備える。そして、支持体１３の面状発熱体１４との接触長さＬ１（〔ｍｍ〕）と、面状発熱体１４の発熱領域１４ａの長さＬ２（〔ｍｍ〕）とは、Ｌ１≦Ｌ２の関係となっている。また、面状発熱体１４の発熱領域１４ａの長さＬ２（〔ｍｍ〕）と、両端の電極部１４ｂを含む面状発熱体１４全体の長さＬ３（〔ｍｍ〕）とは、Ｌ２＜Ｌ３の関係となっている。

前記電極部１４ｂは、図６に示されるように、発熱領域１４ａに電力を投入するための電極４４を配設する領域であって、前記電極４４に接続される図示されないコネクタが高温にならないように、発熱領域１４ａから離れている。つまり、電極部１４ｂが高温にならないようにＬ２＜Ｌ３としている。したがって、発熱領域１４ａで発生した熱が電極部１４ｂに逃げるため、発熱領域１４ａの温度は中央部が高く、電極部１４ｂ側が低くなってしまう。ここで、Ｌ１≦Ｌ２とした場合、発熱領域１４ａにおける電極部１４ｂ側の熱が支持体１３に伝達されないようにＬ１を調整することで、発熱領域１４ａの温度むらを抑制することができる。

なお、定着ベルト１２は、薄くて可撓性が高いため、回転駆動されたときに支持体１３及び面状発熱体１４との接触が不安定になり、前記支持体１３及び面状発熱体１４から定着ベルト１２へ熱が十分に伝達されずに、該定着ベルト１２の加熱が不十分になる場合が考えられる。そこで、図９に示されるように、圧接部材としての補助ローラ１７を、定着ベルト１２を挟んで面状発熱体１４に対向する位置に配設し、前記補助ローラ１７によって定着ベルト１２を面状発熱体１４に押圧し、定着ベルト１２を高温になる面状発熱体１４に安定的に接触させることがより好ましい。

前記補助ローラ１７は、定着ローラ１１及び加圧ローラ１６と同様に、円筒状又は円柱状の芯金及び該芯金の周囲に形成された弾性層を備える。なお、弾性層の周囲に更に離型層を形成したものであってもよい。

前記芯金は、一定の剛性を保つために、アルミニウム、鉄、ステンレス等の金属製の中実又は中空シャフトから成る。また、前記弾性層は、シリコーンゴム、スポンジ状シリコーンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性の高いゴム材料から成る。さらに、前記離型層は、例えば、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等の代表的なフッ素系樹脂から成り、厚さを１０〜５０〔μｍ〕程度とすることが好ましい。なお、前記弾性層に代えて、シリコンオイル、フッ素オイル等の離型剤を塗布するためのスポンジ材又はフェルトを芯金の周囲に形成することもできる。

また、前記トナー１８に用いる結着樹脂は、例えば、ポリスチレン、スチレン／プロピレン共重合体、スチレン／ビニルナフタレン共重合体、スチレン／アクリル酸メチル共重合体、ポリエステル系重合体、ポリウレタン系重合体、エポキシ系重合体、脂肪族又は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂等である。これらの樹脂を単独又は混合して用いることができる。

なお、トナー１８に対し、定着時のオフセットを防止する目的でワックスを含有させる場合があるが、該ワックスは、例えば、ポリエチレンワックス、プロピレンワックス、カルナウバワックス、各種エステル系等のワックス類である。

次に、前記構成の定着装置１０の動作について説明する。

図１に示されるように、定着ベルト１２は、支持体１３及び面状発熱体１４に対して摺動しながら、加圧ローラ１６によって矢印の方向に回転駆動される。そして、面状発熱体１４に電力が供給されると、定着ベルト１２における支持体１３及び面状発熱体１４との接触部分が加熱される。

図示されない温度検知手段が定着ベルト１２の表面温度を検知すると、図示されない制御部は、温度検知手段が検知した表面温度に基づいて面状発熱体１４への供給電力を制御し、定着ベルト１２の表面を適正温度に維持する。

また、加圧ローラ１６は、定着ベルト１２を挟んで定着ローラ１１に押圧され、ニップ部を形成する。そして、トナー１８が転写された記録媒体１９は定着ベルト１２と加圧ローラ１６とのニップ部を通して搬送される。これにより、記録媒体１９上のトナー１８は、定着ベルト１２及び加圧ローラ１６によって加熱及び加圧され、記録媒体１９に定着される。

図５（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示される例は、面状発熱体１４が支持体１３の定着ベルト１２の走行方向における下流側端部に配設されている例、面状発熱体１４が支持体１３の定着ベルト１２の走行方向における中央部に配設されている例、及び、面状発熱体１４が支持体１３の定着ベルト１２の走行方向における上流側端部に配設されている例である。

このような３種類の構成の加熱部１５を備えるＡ４サイズ縦送り用定着装置を使用して、立ち上がり時間を以下の評価条件のもとで計測したところ、図５（ａ）に示される例では２５秒、図５（ｂ）に示される例では３１秒、及び、図５（ｃ）に示される例では３５秒であった。

評価条件
定着ベルト ： 内径４５〔ｍｍ〕、ポリイミド９０〔μｍ〕、シリコーンゴム２００ 〔μｍ〕、ＰＦＡ３０〔μｍ〕
定着ローラ ： φ３０ 弾性層シリコーンスポンジ８〔ｍｍ〕 ＡＳＫＥＲＣ硬度 ３５度
加圧ローラ ： φ３０ 離型層 ３０〔μｍ〕ＰＦＡ 弾性層シリコーンスポンジ８ 〔ｍｍ〕 ＡＳＫＥＲＣ硬度３５度
加圧力 ： １２〔ｋｇ・ｆ〕
面状発熱体 ： ステンレスヒータ 幅１２〔ｍｍ〕 ８００〔Ｗ〕 押圧荷重 １． ０〔ｋｇ・ｆ〕
支持体 ： アルミニウム 厚さ１．５〔ｍｍ〕 接触長さ ３０〔ｍｍ〕（面状発熱 体含む）３種とも体積、熱容量は等しい
目標温度 ： ２０〔℃〕 → １６０〔℃〕
ニップ幅 ： ９〔ｍｍ〕
周速度 ： ２００〔ｍｍ／ｓ〕
このように、本実施の形態においては、加熱部１５の構成を図５（ａ）に示されるようにした場合、すなわち、面状発熱体１４を支持体１３の定着ベルト１２の走行方向における下流側端部に配設した場合に、特に、立ち上がり時間が短くなった。

前記３種類の構成の加熱部１５において、支持体１３の熱容量及び接触面積が変わらないにもかかわらず、立ち上がり時間にこのような違いが現れたことについては、以下の理由が考えられる。

電力を供給された面状発熱体１４は高温であり、支持体１３は面状発熱体１４から遠いところほど低温になる。そのため、図５（ｃ）に示される例では、定着ベルト１２は、まず、面状発熱体１４と接触することで急激に温度が上昇するが、該面状発熱体１４を通過した後、支持体１３の表面温度が低くなっていくため、支持体１３と定着ベルト１２との温度差が縮まり、定着ベルト１２が受ける熱流束は次第に小さくなる。また、図５（ａ）に示される例では、定着ベルト１２は、まず、支持体１３の低温部と接触する。そして、面状発熱体１４に近付くにつれて次第に支持体１３の温度が高くなっていくため、支持体１３と定着ベルト１２との温度差は縮まらず、定着ベルト１２が受ける熱流束は小さくならない。さらに、図５（ｂ）に示される例では、図５（ａ）及び（ｃ）に示される例のほぼ中間の立ち上がり時間となる。

以上のことから、支持体１３上での定着ベルト１２の回転方向、すなわち走行方向において、面状発熱体１４が下流側端部に位置する場合、定着ベルト１２への熱伝達効率が最も高いと言える。熱伝達効率が高いと、加熱する対象に投入する電力量が同一でも、より大きな熱量を伝達することができる。したがって、同一時間で比較すると、加熱する対象をより高温にすることができ、また、加熱する対象をより短時間で目標温度まで昇温させることができる。図５（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示される例においては、図５（ａ）に示される加熱部１５の構成において、定着ベルト１２に対して最も熱伝達効率が高いので、同一の投入電力量で、立ち上がり時間が最も短くなる。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構成を有するものについては、同じ符号を付与することによって、その説明を省略する。また、前記第１の実施の形態と同じ動作及び効果についても、その説明を省略する。

図１０は本発明の第２の実施の形態における定着装置の断面図、図１１は本発明の第２の実施の形態における定着装置の変形例を示す断面図、図１２は本発明の第２の実施の形態における加熱部の斜視図である。

本実施の形態における定着装置１０は、図１０に示されるように、定着ローラ１１、加圧ローラ１６、定着ベルト１２及び加熱部１５を備える。また、該加熱部１５は、面状発熱体１４、及び、該面状発熱体１４と一体化して面状発熱体１４を支持する支持体１３を備える。そして、前記定着ベルト１２は、定着ローラ１１と支持体１３とによって張架される。この場合、定着ベルト１２に対する支持体１３の押圧加重は、支持体１３と定着ベルト１２との摺動性を悪化させないため、最大でも２〔ｋｇ・ｆ〕程度である。

そして、面状発熱体１４は、支持体１３と一体化した状態で定着ベルト１２を介し、定着ローラ１１とともに、加圧ローラ１６に圧接されてニップ部を形成する。なお、前記支持体１３の一部も、面状発熱体１４とともにニップ部を形成していてもよい。図１０及び１１に示される例においては、支持体１３の一部と面状発熱体１４とがともにニップ部を形成している。

さらに、図示されない温度検知手段が定着ベルト１２の外面又は内面に配設される。前記温度検知手段は、定着ベルト１２に当接するものであってもよいし、定着ベルト１２との間に微小なギャップを設けた非接触のものであってもよい。

そして、トナー１８が転写された記録媒体１９は、定着ベルト１２と加圧ローラ１６とのニップ部を通して搬送される。これにより、記録媒体１９上のトナー１８は、定着ベルト１２及び加圧ローラ１６によって加熱及び加圧され、記録媒体１９に定着される。

本実施の形態における定着ローラ１１及び加圧ローラ１６は、前記第１の実施の形態と同様に、図３（ａ）に示されるように、円筒状又は円柱状の芯金３１及び該芯金３１の周囲に形成された弾性層３２を備える。なお、前記加圧ローラ１６は、図３（ｂ）に示されるように、弾性層３２の周囲に更に離型層３３を形成したものであってもよい。

前記芯金３１は、一定の剛性を保つために、アルミニウム、鉄、ステンレス等の金属製の中実又は中空シャフトから成る。また、前記弾性層３２は、通常、シリコーンゴム、スポンジ状シリコーンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性の高いゴム材料から成る。

そして、前記加圧ローラ１６は、図示されないモータ等からの駆動力を受けて、図１０及び１１において矢印で示される方向に回転駆動される。また、前記定着ベルト１２は、加圧ローラ１６との摩擦によって従動することで、図１０及び１１において矢印で示される方向に回転駆動される。さらに、前記定着ローラ１１は、定着ベルト１２との摩擦によって従動することで、図１０及び１１において矢印で示される方向に回転駆動される。

本実施の形態における定着ベルト１２は、前記第１の実施の形態と同様に、図４（ａ）に示されるように、薄い基体３４ａ、該基体３４ａ上に形成された弾性層３４ｂ、及び、該弾性層３４ｂの上に形成された離型層３４ｃを備える積層体である。なお、定着ベルト１２は、図４（ｂ）に示されるように、薄い基体３４ａ及び該基体３４ａ上に直接形成された離型層３４ｃから成る積層体であってもよい。そして、前記定着ベルト１２は、定着ローラ１１及び支持体１３に対して離型層３４ｃが外側になるように張架される。

ここで、前記基体３４ａは、ニッケル、ポリイミド、ステンレス等から成り、強度と可撓性とを両立させるため、厚さを３０〜１５０〔μｍ〕程度とすることが好ましい。

また、前記弾性層３４ｂは、シリコーンゴム又はフッ素樹脂から成る。シリコーンゴムから成る場合、低硬度と高熱伝導性とを両立させるため、厚さを５０〜３００〔μｍ〕程度とすることが好ましい。また、フッ素樹脂から成る場合、磨耗による減肉と高熱伝導性とを両立させるため、厚さを１０〜５０〔μｍ〕程度とすることが好ましい。

さらに、前記離型層３４ｃは、前記加圧ローラ１６の離型層３３と同様に、耐熱性が高く、かつ、成形後の表面自由エネルギーが低い樹脂、例えば、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等の代表的なフッ素系樹脂から成り、厚さを１０〜５０〔μｍ〕程度とすることが好ましい。

また、加熱部１５の支持体１３は、アルミニウム、銅等の熱伝導性及び加工性の高い金属、若しくは、これらを主成分とする合金、又は、耐熱性及び剛性の高い鉄若しくは鉄系の合金類、ステンレス等から成る。なお、支持体１３と面状発熱体１４とは、特に接着することなしに、支持体１３を定着ベルト１２を介して加圧ローラ１６に押圧することで一体化されている。また、面状発熱体１４は、図１０及び１１に示されるように、定着ベルト１２の回転方向、すなわち、走行方向において、支持体１３の下流側端部に配設されている。

ここで、面状発熱体１４が支持体１３の端部に配設されるということは、前記第１の実施の形態と同様に、図５（ａ）及び（ｃ）に示される例のように、面状発熱体１４の側面が支持体１３によって３面以上を囲まれていないということであり、面状発熱体１４の１つの側面が加熱部１５の端面となるということである。ちなみに、図５（ｂ）に示される例では、面状発熱体１４は、支持体１３の端部に配設されておらず、面状発熱体１４の３つの側面が支持体１３によって囲まれている。

そして、前記面状発熱体１４は、いわゆるセラミックヒータ、ステンレスヒータ等であり、定着ベルト１２の内面と接触する面が平面状又は円弧状になっている。

前記第１の実施の形態と同様に、定着ベルト１２の内面と接触する面が平板状である場合、面状発熱体１４は、図６（ａ）に示されるように、下面が平面状の基板４１、該基板４１上に形成される電気絶縁層４２、該電気絶縁層４２上に形成される抵抗発熱体４３及び電極４４、並びに、前記抵抗発熱体４３及び電極４４に形成される保護層４５を備える。

そして、前記基板４１は、ＳＵＳ４３０等の金属から成る。また、前記電気絶縁層４２は、薄く形成されたガラス膜である。さらに、前記抵抗発熱体４３は、ニッケル−クロム合金又は銀−パラジウム合金の粉末をペースト状にしたものを電気絶縁層４２上にスクリーン印刷することによって形成される。さらに、前記電極４４は、銀等の化学的に安定した電気抵抗の低い金属又はタングステン等の高融点金属から成り、抵抗発熱体４３の端部に形成される。さらに、前記保護層４５は、ガラス、又は、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等の代表的なフッ素系樹脂から成り、電気絶縁層４２、抵抗発熱体４３及び電極４４を保護する。

なお、図６（ａ）に示される面状発熱体１４の場合、定着ベルト１２の内面に接触する面は、基板４１の下面であってもよいし、保護層４５の形成された面であってもよい。

また、定着ベルト１２の内面と接触する面が円弧状である場合、面状発熱体１４は、図６（ｂ）に示されるように、下面が凸状に湾曲した曲面状の基板４１を備える。なお、電気絶縁層４２、抵抗発熱体４３、電極４４及び保護層４５は、図６（ａ）に示される面状発熱体１４の場合と同様である。図６（ｂ）に示される面状発熱体１４の場合、定着ベルト１２の内面に接触する面は、基板４１の下面である。

さらに、定着ベルト１２の内面と接触する面が円弧状である場合、面状発熱体１４は、図６（ｃ）に示されるように、下面が凹状に湾曲した曲面状の基板４１を備えるものであってもよい。なお、電気絶縁層４２、抵抗発熱体４３、電極４４及び保護層４５は、図６（ａ）に示される面状発熱体１４の場合と同様である。図６（ｃ）に示される面状発熱体１４の場合、定着ベルト１２の内面に接触する面は、基板４１の下面である。

また、前記第１の実施の形態と同様に、図７（ａ）又は（ｂ）に示されるように、面状発熱体１４の定着ベルト１２の内面と接触する面における定着ベルト１２の回転方向下流側の端部に、面取り部又は湾曲部を形成してもよい。これにより、定着ベルト１２の磨耗を抑制することができる。

ここで、図１２に示されるように、面状発熱体１４は、発熱領域１４ａと両端の電極部１４ｂとを備える。そして、支持体１３の面状発熱体１４との接触長さＬ１（〔ｍｍ〕）と、面状発熱体１４の発熱領域１４ａの長さＬ２（〔ｍｍ〕）とは、Ｌ１≦Ｌ２の関係となっている。また、面状発熱体１４の発熱領域１４ａの長さＬ２（〔ｍｍ〕）と、両端の電極部１４ｂを含む面状発熱体１４全体の長さＬ３（〔ｍｍ〕）とは、Ｌ２＜Ｌ３の関係となっている。

図１０に示されるような構成では、ニップ部の入口において定着ベルト１２の移動方向が急激に変わるため、回転駆動されたときに定着ベルト１２と支持体１３との接触が不安定になり、前記定着ベルト１２の表面温度にむらが発生することが考えられる。そこで、図１１に示されるように、補助ローラ１７を、定着ベルト１２を挟んで支持体１３に押圧し、前記定着ベルト１２に対して支持体１３を安定的に接触させることがより好ましい。

前記補助ローラ１７の表面は、定着ローラ１１及び加圧ローラ１６と同様に、芯金及び弾性層を備える。なお、弾性層の周囲に更に離型層を形成したものであってもよい。

前記芯金は、一定の剛性を保つために、アルミニウム、鉄、ステンレス等の金属製の中実又は中空シャフトから成る。また、前記弾性層は、シリコーンゴム、スポンジ状シリコーンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性の高いゴム材料から成る。さらに、前記離型層は、例えば、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等の代表的なフッ素系樹脂から成る。なお、前記弾性層に代えて、シリコンオイル、フッ素オイル等の離型剤を塗布するためのスポンジ材又はフェルトを芯金の周囲に形成することもできる。

また、前記トナー１８に用いる結着樹脂は、例えば、ポリスチレン、スチレン／プロピレン共重合体、スチレン／ビニルナフタレン共重合体、スチレン／アクリル酸メチル共重合体、ポリエステル系重合体、ポリウレタン系重合体、エポキシ系重合体、脂肪族又は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂等である。これらの樹脂を単独又は混合して用いることができる。

なお、トナー１８に対し、定着時のオフセットを防止する目的でワックスを含有させる場合があるが、該ワックスは、例えば、ポリエチレンワックス、プロピレンワックス、カルナウバワックス、各種エステル系等のワックス類である。

なお、画像形成装置１００の構成については、前記第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。

次に、本実施の形態の定着装置１０の動作について説明する。

図１０に示されるように、定着ベルト１２は、支持体１３及び面状発熱体１４に対して摺動しながら、加圧ローラ１６によって矢印の方向に回転駆動される。そして、面状発熱体１４に電力が供給されると、定着ベルト１２における支持体１３及び面状発熱体１４との接触部分が加熱される。

図示されない温度検知手段が定着ベルト１２の表面温度を検知すると、図示されない制御部は、温度検知手段が検知した表面温度に基づいて面状発熱体１４への供給電力を制御し、定着ベルト１２の表面を適正温度に維持する。

また、面状発熱体１４又は該面状発熱体１４及び支持体１３の一部は、定着ベルト１２を介し、定着ローラ１１とともに、加圧ローラ１６に圧接されてニップ部を形成する。そして、トナー１８が転写された記録媒体１９は定着ベルト１２と加圧ローラ１６とのニップ部を通して搬送される。これにより、記録媒体１９上のトナー１８は、定着ベルト１２及び加圧ローラ１６によって加熱及び加圧され、記録媒体１９に定着される。

前記構成の加熱部１５を備えるＡ４サイズ縦送り用定着装置を使用して、立ち上がり時間を以下の評価条件のもとで計測したところ、１８秒であった。

評価条件
定着ベルト ： 内径４５〔ｍｍ〕、ポリイミド９０〔μｍ〕、シリコーンゴム２００ 〔μｍ〕、ＰＦＡ３０〔μｍ〕
定着ローラ ： φ２４ 弾性層シリコーンスポンジ５〔ｍｍ〕 ＡＳＫＥＲＣ硬度 ３５度
加圧ローラ ： φ３０ 離型層 ３０〔μｍ〕ＰＦＡ 弾性層シリコーンスポンジ８ 〔ｍｍ〕 ＡＳＫＥＲＣ硬度３５度
加圧力 ： １２〔ｋｇ・ｆ〕
面状発熱体 ： ステンレスヒータ 幅８〔ｍｍ〕 ８００〔Ｗ〕 押圧荷重 １．０ 〔ｋｇ・ｆ〕
支持体 ： アルミニウム 厚さ２．０〔ｍｍ〕 接触長さ ２５〔ｍｍ〕（面状発熱 体含む）
目標温度 ： ２０〔℃〕 → １６０〔℃〕
ニップ幅 ： １２〔ｍｍ〕
周速度 ： ２００〔ｍｍ／ｓ〕
このように、本実施の形態においては、前記第１の実施の形態と比較して、加圧ローラ１６は同様であり、支持体１３の熱容量はやや増えているが、ニップ幅を広く、かつ、定着ローラ１１を小径化することができた。したがって、大幅に立ち上がり時間を短縮することができた。

前記第１の実施の形態では、９〔ｍｍ〕のニップ幅を定着ローラ１１によって形成している。これに対し、本実施の形態では、全体のニップ幅１２〔ｍｍ〕から、面状発熱体１４の幅８〔ｍｍ〕と、定着ローラ１１と加熱部１５との隙（すき）間とを差し引いた残り４〔ｍｍ〕弱のニップ幅を定着ローラ１１によって形成している。したがって、本実施の形態における構成の方が、より小径の定着ローラ１１を使用することができる。

前記第１の実施の形態と本実施の形態とでは、支持体１３の熱容量は、板厚と接触長さとが相殺され、あまり違いがないが、定着ローラ１１については、φ３０からφ２４に小径化することによって本実施の形態の方が熱容量が激減している。したがって、本実施の形態においては、定着装置１０全体の熱容量がより小さくなるので、立ち上がり時間をより短縮することができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の第１の実施の形態における定着装置の断面図である。 本発明の第１の実施の形態における定着装置を備えた画像形成装置を示す概略側面図である。 本発明の第１の実施の形態における定着ローラ及び加圧ローラの断面図である。 本発明の第１の実施の形態における定着ベルトの断面図である。 本発明の第１の実施の形態における加熱部の断面図である。 本発明の第１の実施の形態における面状発熱体の分解斜視図である。 本発明の第１の実施の形態における面状発熱体の側面図である。 本発明の第１の実施の形態における加熱部の斜視図である。 本発明の第１の実施の形態における定着装置の変形例を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態における定着装置の断面図である。 本発明の第２の実施の形態における定着装置の変形例を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態における加熱部の斜視図である。

符号の説明

１０ 定着装置
１１ 定着ローラ
１２ 定着ベルト
１３ 支持体
１４ 面状発熱体
１５ 加熱部
１６ 加圧ローラ
１７ 補助ローラ
１００ 画像形成装置

Claims (5)

1. （ａ）無端状の定着ベルトと、
   （ｂ）該定着ベルト内に配設された第１の回転体と、
   （ｃ）前記定着ベルトの内面に対向して配設され、前記定着ベルトを加熱し、かつ、前記第１の回転体とともに前記定着ベルトを張架する加熱部と、
   （ｄ）前記定着ベルトを介して前記第１の回転体に圧接される第２の回転体とを有し、
   （ｅ）前記加熱部は、面状発熱体と金属製の支持部とを備え、
   （ｆ）前記面状発熱体は、前記加熱部における前記定着ベルトの走行方向の下流側の端部にのみ配設されて前記定着ベルトに接触し、前記加熱部における前記面状発熱体よりも前記定着ベルトの走行方向の上流側では前記金属製の支持部が前記定着ベルトに接触する定着装置であって、
   （ｇ）前記加熱部は、前記面状発熱体が、前記第１の回転体が圧接される点より記録媒体の搬送方向上流側で、記録媒体の有無にかかわらず、前記定着ベルトを介して前記第２の回転体に圧接され、
   （ｈ）前記記録媒体は、現像剤像の転写された面が前記定着ベルトを介して前記面状発熱体に圧接されるように前記定着ベルトと第２の回転体とに挟まれて搬送されることを特徴とする定着装置。
2. 前記面状発熱体の側面の１つは、前記加熱部の前記下流側の端面である請求項１に記載の定着装置。
3. 前記定着ベルトを介して前記加熱部における前記金属製の支持部に圧接される圧接部材を有する請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記面状発熱体は、発熱領域と該発熱領域の両端の電極部とを備え、前記発熱領域の幅は前記金属製の支持部の幅以上である請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。

Images