JP5494870B1 - 定着装置、加熱部材、画像形成装置および加熱部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱部材と定着部材との密着性の低下を抑制することを目的とする。
【解決手段】定着ユニットは、記録材にトナー像を定着する定着ベルトと、定着ベルトとともに、未定着トナー像を保持した記録材が通過するためのニップ部を形成する加圧ロールと、通電により発熱する発熱層８１１と、発熱層８１１を挟み、発熱層を電気的に絶縁する絶縁層８１２とを含み、外力を受けない状態で定着ベルトの内周面に沿うように湾曲した形状を有し、加圧ロールの内周面に接するヒータ８１とを備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、定着装置、加熱装置、画像形成装置および加熱装置の製造方法に関する。

従来技術として、トナー像が形成された記録材に対して、定着部材を介して熱を加えて、トナー像を記録材に定着させる定着装置が知られている。
特許文献１には、無端状の定着ベルトを、抵抗発熱層のパターンが形成された面状発熱体からなる加熱部材により加熱する技術が開示されている。

特開２００２−３３３７８８号公報

本発明は、加熱部材と定着部材との密着性の低下を抑制することを目的とする。

請求項１に係る発明は、記録材にトナー像を定着する定着部材と、前記定着部材とともに、未定着トナー像を保持した記録材が通過するための加圧部を形成する加圧部材と、通電により発熱する発熱層と、当該発熱層を挟み、当該発熱層を電気的に絶縁する絶縁層とを含み、外力を受けない状態で前記定着部材の内周面に沿うように湾曲した形状を有し、当該定着部材の内周面に接するフィルム状の加熱部材とを備える定着装置である。
請求項２に係る発明は、フィルム状の前記加熱部材において、前記発熱層と前記絶縁層との界面は、外力を受けない状態で前記定着部材の内周面に応じた曲面で構成されることを特徴とする請求項１記載の定着装置である。
請求項３に係る発明は、フィルム状の前記加熱部材は、前記絶縁層により前記発熱層に接着され、当該発熱層からの熱を拡散して前記定着部材に伝導する熱拡散層をさらに備え、前記熱拡散層と前記絶縁層との界面は、外力を受けない状態で前記定着部材の内周面に応じた曲面で構成されることを特徴とする請求項１記載の定着装置である。
請求項４に係る発明は、通電により発熱し、記録材にトナー像を定着する定着部材を加熱する発熱層と、前記発熱層を挟み、当該発熱層を電気的に絶縁する絶縁層とを備え、前記絶縁層は、外力を受けない状態で前記定着部材の内周面に応じて湾曲した形状を有することを特徴とするフィルム状の加熱部材である。
請求項５に係る発明は、前記発熱層と前記絶縁層との界面は、外力を受けない状態で前記定着部材の内周面に応じた曲面により構成されることを特徴とする請求項４記載の加熱部材である。
請求項６に係る発明は、前記絶縁層により前記発熱層に接着され、当該発熱層からの熱を拡散して前記定着部材に伝導する熱拡散層をさらに備え、前記熱拡散層と前記絶縁層との界面は、外力を受けない状態で前記定着部材の内周面に応じた曲面で構成されることを特徴とする請求項５記載の加熱部材である。
請求項７に係る発明は、トナー像を形成するトナー像形成手段と、前記トナー像を記録材に転写する転写手段と、記録材に前記トナー像を定着する定着部材と、前記定着部材とともに、未定着トナー像を保持した記録材が通過するための加圧部を形成する加圧部材と、通電により発熱する発熱層と、当該発熱層を挟み、当該発熱層を電気的に絶縁する絶縁層とを含み、外力を受けない状態で前記定着部材の内周面に沿うように湾曲した形状を有し、当該定着部材の内周面に接するフィルム状の加熱部材とを備える画像形成装置である。
請求項８に係る発明は、通電により発熱する発熱層と、加熱により流動性が変化する材料から構成され、当該発熱層を挟み、当該発熱層を電気的に絶縁する絶縁層とを積層した状態で加熱してフィルム状の積層体を得る加熱工程と、前記積層体を湾曲した形状に支持する支持工程と、前記積層体を、湾曲した形状を維持したまま加熱する再加熱工程とを含むフィルム状の加熱部材の製造方法である。
請求項９に係る発明は、前記絶縁層は、ガラス転移点を有する樹脂材料により構成され、前記再加熱工程では、前記積層体を、前記絶縁層のガラス転移点以上の温度に加熱することを特徴とする請求項８記載の加熱部材の製造方法である。
請求項１０に係る発明は、前記加熱工程では、前記発熱層から発生した熱を拡散する熱拡散層を、前記絶縁層上に積層した状態で加熱して、フィルム状の前記積層体を得、前記支持工程では、前記熱拡散層が外周側となるように、前記積層体を支持することを特徴とする請求項８記載の加熱部材の製造方法である。

請求項１に係る発明によれば、加熱部材と定着部材との密着性の低下を抑制することができる。
請求項２に係る発明によれば、定着部材を加熱した場合に、発熱層が絶縁層から剥がれるのを抑制することができる。
請求項３に係る発明によれば、定着部材を加熱した場合に、加熱部材の凹みの発生を抑制することができる。
請求項４に係る発明によれば、加熱部材と定着部材との密着性の低下を抑制することができる。
請求項５に係る発明によれば、定着部材を加熱した場合に、発熱層が絶縁層から剥がれるのを抑制することができる。
請求項６に係る発明によれば、定着部材を加熱した場合に、加熱部材の凹みの発生を抑制することができる。
請求項７に係る発明によれば、加熱部材と定着部材との密着性の低下を抑制することができる。
請求項８に係る発明によれば、加熱部材と定着部材との密着性の低下を抑制することができる。
請求項９に係る発明によれば、絶縁層内での内部応力の発生を抑制することができる。
請求項１０に係る発明によれば、発熱層からの熱の伝導を良好に行うことが可能になる。

本実施の形態の定着装置が適用される画像形成装置の構成例を示した図である。 本実施の形態の定着ユニットの構成を示す図である。 図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 定着ベルトの断面層構成図である。 （ａ）〜（ｂ）は、本実施の形態のヒータユニットの構成を示す図である。 （ａ）〜（ｂ）は、ヒータの構造について説明した図である。 本実施の形態のヒータと、従来のヒータとの違いを説明するための図である。 本実施の形態のヒータの製造方法について示したフローチャートである。 （ａ）〜（ｂ）は、ヒータの製造方法について説明するための図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
＜画像形成装置の説明＞
図１は、本実施の形態の定着装置が適用される画像形成装置の構成例を示した図である。図１に示す画像形成装置１は、所謂タンデム型のカラープリンタであり、画像データに基づき画像形成を行う画像形成部１０、画像形成装置１全体の動作を制御する制御部３１を備えている。さらには、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）３や画像読取装置（スキャナ）４等との通信を行って画像データを受信する通信部３２、通信部３２にて受信された画像データに対し予め定めた画像処理を施す画像処理部３３を備えている。

画像形成部１０は、一定の間隔を置いて並列的に配置されるトナー像形成手段の一例である４つの画像形成ユニット１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ（「画像形成ユニット１１」とも総称する）を備えている。各画像形成ユニット１１は、静電潜像を形成してトナー像を保持する感光体ドラム１２、感光体ドラム１２の表面を予め定めた電位で帯電する帯電器１３、帯電器１３によって帯電された感光体ドラム１２を各色画像データに基づき露光するＬＥＤ（Light Emitting Diode）プリントヘッド１４、感光体ドラム１２上に形成された静電潜像を現像する現像器１５、転写後の感光体ドラム１２表面を清掃するドラムクリーナ１６を備えている。
画像形成ユニット１１各々は、現像器１５に収納されるトナーを除いてほぼ同様に構成され、それぞれがイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）のトナー像を形成する。

また、画像形成部１０は、各画像形成ユニット１１の感光体ドラム１２にて形成された各色トナー像が多重転写される中間転写ベルト２０、各画像形成ユニット１１にて形成された各色トナー像を中間転写ベルト２０に順次転写（一次転写）する一次転写ロール２１を備えている。さらに、中間転写ベルト２０上に重畳して転写された各色トナー像を記録材（記録紙）である用紙Ｐに一括転写（二次転写）する二次転写ロール２２、二次転写された各色トナー像を用紙Ｐ上に定着させる定着装置の一例としての定着ユニット６０を備えている。なお、本実施の形態の画像形成装置１では、中間転写ベルト２０、一次転写ロール２１、および二次転写ロール２２により転写手段が構成される。

本実施の形態の画像形成装置１では、制御部３１による動作制御の下で、次のようなプロセスによる画像形成処理が行われる。すなわち、ＰＣ３やスキャナ４からの画像データは、通信部３２にて受信され、画像処理部３３により予め定めた画像処理が施された後、各色毎の画像データとなって各画像形成ユニット１１に送られる。そして、例えば黒（Ｋ）色トナー像を形成する画像形成ユニット１１Ｋでは、感光体ドラム１２が矢印Ａ方向に回転しながら帯電器１３により予め定めた電位で帯電され、画像処理部３３から送信されたＫ色画像データに基づきＬＥＤプリントヘッド１４が感光体ドラム１２を走査露光する。それにより、感光体ドラム１２上にはＫ色画像に関する静電潜像が形成される。感光体ドラム１２上に形成されたＫ色静電潜像は、現像器１５により現像され、感光体ドラム１２上にＫ色トナー像が形成される。同様に、画像形成ユニット１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃにおいても、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の各色トナー像が形成される。

各画像形成ユニット１１の感光体ドラム１２に形成された各色トナー像は、一次転写ロール２１により矢印Ｂ方向に移動する中間転写ベルト２０上に順次静電転写（一次転写）され、各色トナーが重畳された重畳トナー像が形成される。中間転写ベルト２０上の重畳トナー像は、中間転写ベルト２０の移動に伴って二次転写ロール２２が配置された領域（二次転写部Ｔ）に搬送される。重畳トナー像が二次転写部Ｔに搬送されると、そのタイミングに合わせて用紙保持部４０から用紙Ｐが二次転写部Ｔに供給される。そして、重畳トナー像は、二次転写部Ｔにて二次転写ロール２２が形成する転写電界により、搬送されてきた用紙Ｐ上に一括して静電転写（二次転写）される。

その後、重畳トナー像が静電転写された用紙Ｐは、定着ユニット６０まで搬送される。定着ユニット６０に搬送された用紙Ｐ上のトナー像は、定着ユニット６０によって熱および圧力を受け、用紙Ｐ上に定着される。そして、定着画像が形成された用紙Ｐは、画像形成装置１の排出部に設けられた用紙積載部４５に搬送される。
一方、一次転写後に感光体ドラム１２に付着しているトナー（一次転写残トナー）、および二次転写後に中間転写ベルト２０に付着しているトナー（二次転写残トナー）は、それぞれドラムクリーナ１６、およびベルトクリーナ２５によって除去される。
このようにして、画像形成装置１での画像形成処理がプリント枚数分のサイクルだけ繰り返し実行される。

＜定着ユニットの構成の説明＞
次に、本実施の形態の定着ユニット６０について説明する。
図２および図３は本実施の形態の定着ユニット６０の構成を示す図であり、図２は正面図、図３は図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
まず、断面図である図３に示すように、定着ユニット６０は、加熱源としてのヒータユニット８０と、ヒータユニット８０により加熱されることでトナー像を定着する定着部材の一例としての定着ベルト６１と、定着ベルト６１に対向するように配置された加圧部材の一例としての加圧ロール６２と、定着ベルト６１を介して加圧ロール６２から押圧される押圧パッド６３とを備えている。
さらに、定着ユニット６０は、押圧パッド６３等の構成部材を支持するフレーム６４と、定着ベルト６１の内周面と接触して定着ベルト６１の温度を測定する温度センサ６５と、定着ベルト６１からの用紙Ｐの剥離を補助する剥離補助部材７０とを備えている。

＜定着ベルトの説明＞
定着ベルト６１は、原形が円筒形状の無端のベルト部材で構成され、例えば原形（円筒形状）時の直径が３０ｍｍ、幅方向長が３００ｍｍに形成されている。また、図４（定着ベルト６１の断面層構成図）に示したように、定着ベルト６１は、基材層６１１と、基材層６１１の上に被覆された離型層６１２からなる構造のベルト部材である。

基材層６１１は、定着ベルト６１全体としての機械的強度を形成する耐熱性のシート状部材で構成される。
基材層６１１としては、例えば、ポリイミド樹脂からなる厚さ６０μｍ〜２００μｍのシートが用いられる。また定着ベルト６１の温度分布をより均一化するために酸化アルミニウム等からなる熱伝導フィラーをポリイミド樹脂シート中に含有させてもよい。

離型層６１２は、用紙Ｐ上に保持された未定着トナー像と直接接触するため、離型性の高い材質が使用される。例えば、ＰＦＡ(テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル重合体)、ＰＴＦＥ(ポリテトラフルオロエチレン)、シリコーン共重合体、またはこれらの複合層等が用いられる。離型層６１２の厚さとしては、薄すぎると、耐摩耗性の面で充分でなく、定着ベルト６１の寿命を短くする。その一方で、厚すぎると、定着ベルト６１の熱容量が大きくなりすぎ、ウォームアップタイムが長くなる。そこで、離型層６１２の厚さとして、耐摩耗性と熱容量とのバランスを考慮し、１μｍ〜５０μｍが好適である。

また、画像形成部１０（図１参照）においてカラー画像の形成を行う場合には、定着ベルト６１の基材層６１１と離型層６１２との間に、例えばシリコーンゴム等の耐熱性の弾性体で構成される弾性層を設けることが好ましい。定着ベルト６１においてこのような弾性層を設けることで、本構成を採用しない場合と比較して、カラー画像の定着性を向上させることが可能になる。

＜定着ベルトの駆動機構の説明＞
次に、定着ベルト６１の駆動機構について説明する。
正面図である図２に示したように、フレーム６４（図３参照）の軸方向両端部には、定着ベルト６１の両端部の断面形状を円形に維持しながら定着ベルト６１を周方向に回転駆動するエンドキャップ部材６７が固定されている。そして、定着ベルト６１は、両端部からエンドキャップ部材６７を介した回転駆動力を直接的に受けて、例えば１４０ｍｍ／ｓのプロセススピードで図３の矢印Ｃ方向に回転移動する。
エンドキャップ部材６７を構成する材質としては、機械的強度や耐熱性の高い所謂エンジニアリングプラスチックスが用いられる。例えば、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＬＣＰ樹脂等が適する。

そして、図２に示すように、定着ユニット６０では、駆動モータ９０からの回転駆動力が伝達ギヤ９１、９２を介してシャフト９３に伝達され、シャフト９３に結合された伝達ギヤ９４、９５から両エンドキャップ部材６７に伝達される。それによって、エンドキャップ部材６７から定着ベルト６１に回転駆動力が伝わり、エンドキャップ部材６７と定着ベルト６１とが一体となって回転駆動される。
このように、定着ベルト６１が定着ベルト６１の両端部から駆動力を直接受けて回転するので、定着ベルト６１は安定して回転する。

＜加圧ロールの説明＞
図３に戻り、加圧ロール６２は、定着ベルト６１に対向するように配置され、定着ベルト６１に従動して図３の矢印Ｄ方向に、例えば１４０ｍｍ／ｓのプロセススピードで回転する。そして、加圧ロール６２と押圧パッド６３とにより定着ベルト６１を挟持した状態でニップ部Ｎを形成し、このニップ部Ｎに未定着トナー像を保持した用紙Ｐを通過させることで、熱および圧力を加えて未定着トナー像を用紙Ｐに定着する。
加圧ロール６２は、例えば直径１８ｍｍの中実のアルミニウム製コア（円柱状芯金）６２１と、コア６２１の外周面に被覆された例えば厚さ５ｍｍのシリコーンスポンジ等の耐熱性弾性体層６２２と、さらに例えば厚さ５０μｍのカーボン配合のＰＦＡ等の耐熱性樹脂被覆または耐熱性ゴム被覆による離型層６２３とが積層されて構成される。そして、押圧バネ６８（図２参照）により例えば２５ｋｇｆの荷重で定着ベルト６１を介して押圧パッド６３を押圧している。

＜押圧パッドの説明＞
押圧パッド６３は、例えばシリコーンゴムやフッ素ゴム等の剛体で構成された、断面が略円弧形状のブロック部材であり、定着ベルト６１の内側においてフレーム６４に支持されている。そして、加圧ロール６２が定着ベルト６１を圧接する領域にて、軸方向全域に亘って固定配置されている。そして、押圧パッド６３は、定着ベルト６１を介して加圧ロール６２を予め定められた幅領域に亘って予め定められた荷重（例えば、平均１０ｋｇｆ）で均一に押圧するように設置され、ニップ部Ｎを形成している。

＜温度センサの説明＞
温度センサ６５は、例えば、サーミスタ式の温度センサであり、温度の変化により抵抗値が変化する材料であるサーミスタを有する温度検知部を備える。

温度検知部に使用されるサーミスタとしては、例えば、温度の上昇に対して抵抗が減少するＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）サーミスタ、温度の上昇に対して抵抗が増加するＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）サーミスタ、温度の上昇に対して抵抗が減少するが特定の温度範囲で感度が良好となるＣＴＲ（Critical Temperature Resistor）サーミスタ等の種々のサーミスタを使用することができる。

温度センサ６５により検知された温度の情報は、例えば、制御部３１に送られる。制御部３１では、この温度の情報に基づき、ヒータユニット８０を制御し、定着ベルト６１の温度が、予め定められた範囲内となるようにする。

＜ヒータユニットの構成の説明＞
図５（ａ）〜（ｂ）は、本実施の形態のヒータユニット８０の構成を示す図である。
ここで図５（ａ）は、ヒータユニット８０の斜視図である。また、図５（ｂ）は、ヒータユニット８０を図５（ａ）におけるＶｂ方向から見た図である。
図示するヒータユニット８０は、熱発生源であるヒータ８１と、ヒータ８１の形状をアーチ状に規定するガイド８２と、ヒータ８１およびガイド８２を取り付ける取り付け部８３と、ヒータ８１を取り付け部８３に固定するボルト８４と、ヒータユニット８０を定着ベルト６１に押圧するための押圧部材８５とを備える。

本実施の形態では、ヒータ８１は、定着ベルト６１（図３参照）の内周面に接触することで定着ベルト６１を加熱する加熱部材の一例として機能する。
図６（ａ）〜（ｂ）は、ヒータ８１の構造について説明した図である。図６（ａ）は、ガイド８２および取り付け部８３から取り外した状態のヒータ８１を示した斜視図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示したヒータ８１のＶＩｂ−ＶＩｂ断面図である。
詳細については後段にて説明するが、本実施の形態のヒータ８１は、図６（ａ）〜（ｂ）に示したように、ガイド８２および取り付け部８３から取り外した状態においても、円弧状に曲がったアーチ状の形状を維持している。

図６（ｂ）に示すように、ヒータ８１は、発熱層８１１が、絶縁層８１２に挟み込まれた構造を採る。またヒータ８１は、定着ベルト６１と接触する側に熱拡散層８１３を備える。

発熱層８１１は、本実施の形態では、配線が予め定められたパターンを描く加熱部の一例として機能する。
発熱層８１１は、導電性の発熱材料からなり、通電することにより発熱する。本実施の形態では、発熱層８１１は、例えば、厚さ３０μｍのステンレス箔からなる。また、発熱層８１１は、予め定められたパターンを描くことで、より均一に発熱を行うようにしている。本実施の形態の発熱層８１１は、ヒータ８１の短手方向を往復するように形成された基本パターンが、ヒータ８１の長手方向に複数接続された波状のパターンを描いている（後述する図９（ａ）も参照）。

絶縁層８１２は、発熱層８１１を絶縁するとともに、発熱層８１１に折り曲がり等が生じないように保護するための層である。本実施の形態では、絶縁層８１２は、絶縁層８１２ａと絶縁層８１２ｂの二層構造を採る。そして絶縁層８１２ａと絶縁層８１２ｂとで発熱層８１１を挟み込み、熱圧着を行うことで絶縁層８１２内部に発熱層８１１が内包される構造としている。よって絶縁層８１２ａと絶縁層８１２ｂとは、この場合、接着し一体化している。
絶縁層８１２ａ、８１２ｂは、絶縁性を有するとともに、耐熱性に優れた材料からなることが必要である。本実施の形態では、絶縁層８１２ａとして、例えば、厚さ２５μｍ〜５０μｍの熱硬化性ポリイミドが使用される。そして絶縁層８１２ｂとして、例えば、厚さ２５μｍ〜５０μｍの熱可塑性ポリイミドが使用される。
また、絶縁層８１２は、発熱層８１１と熱拡散層８１３とを接着するための接着層の一例として機能する。

熱拡散層８１３は、発熱層８１１から発生した熱を拡散し、定着ベルト６１に伝熱させるための層である。熱拡散層８１３により定着ベルト６１は、より均一に加熱され、定着ベルト６１に温度分布のむらが生じることが抑制される。また、熱拡散層８１３は、発熱層８１１を支持する支持層の一例として機能する。
熱拡散層８１３は、伝熱性に優れるとともに、耐熱性に優れた材料からなることが必要である。実施の形態では、熱拡散層８１３として、例えば、厚さ３０μｍ〜５０μｍのステンレス箔を使用する。
熱拡散層８１３は、絶縁層８１２ｂと接合している。詳細については後述するが、実際には、上述した絶縁層８１２ａと絶縁層８１２ｂとで発熱層８１１を挟み込み、熱圧着を行うときに、併せて熱拡散層８１３と絶縁層８１２ｂとを接着させる。

図５（ａ）〜（ｂ）に戻り、本実施形態のヒータ８１は、実際の使用状態においては、定着ベルト６１の内周面に接触させるため、定着ベルト６１の内周面に沿うように円弧状に曲げられたアーチ状に取り付けられる。
ガイド８２は、ヒータ８１の長手方向両端部（ヒータ８１の短辺側端部）にそれぞれ配置され、ヒータ８１の形状を、定着ベルト６１の内周面に接触するアーチ状に規定するための部材である。
ガイド８２は、耐熱性に優れるとともに、加工性にも優れることが必要とされる。本実施の形態では、ガイド８２を形成する材料として、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂が使用される。

取り付け部８３は、ヒータ８１の長手方向に沿って配置される。取り付け部８３は、例えばステンレス板等を曲げ加工することにより形成される。本実施の形態では、取り付け部８３は、長手方向両端部にガイド８２がそれぞれ取り付けられるとともに、ヒータ８１の長辺側端部が、ボルト８４により長手方向に沿って固定されている。

また本実施の形態では、ガイド８２や取り付け部８３と接触する箇所においては、ヒータ８１の発熱層８１１は、設けられていない。つまり発熱層８１１は、軸方向においては、ヒータ８１の短辺側端部に設けられるガイド８２の間の領域に設けられる。さらに発熱層８１１は、定着ベルト６１の回転方向においては、ヒータ８１の長辺側端部において取り付け部８３とリジット固定される箇所の間の領域に設けられる。よってヒータ８１の発熱層８１１が設けられる領域においては、ヒータ８１は、定着ベルト６１以外の他の部材とは、接触がない。即ち、例えば、図５（ａ）〜（ｂ）においてヒータ８１の上面は、定着ベルト６１と接触を行うが、ヒータ８１の下面は、発熱層８１１が設けられる領域においては他の部材と接触がなく、ヒータ８１の下方は、空洞の状態となっている。これにより定着ベルト６１以外の他の部材への熱伝導を抑制することができ、さらにヒータ８１は、フィルム状であるため、ヒータ８１の熱容量を小さくすることができる。そのため画像形成装置１（図１参照）の電源がＯＮとなり、定着ユニット６０（図１参照）を立ち上げるときなどに、より速やかに定着ベルト６１を昇温させることが可能となる。その結果、定着ベルト６１を定着可能温度まで上昇させる時間（ウォームアップタイム）が短縮される。

押圧部材８５は、例えば、コイルバネであり、ヒータユニット８０の軸方向に複数配置される。本実施の形態では、ヒータユニット８０の軸方向両端部に２個ずつ、計４個の押圧部材８５が設けられる。押圧部材８５は、その一端が、ヒータユニット８０に固定されている。また他端は、フレーム６４（図３参照）と接触する。即ち、押圧部材８５は、フレーム６４とヒータユニット８０との間に位置し、押圧部材８５により発生する押圧力によりヒータユニット８０を定着ベルト６１に対し押しつける。これによりヒータユニット８０のヒータ８１は、定着ベルト６１との接触を保つことができる。

＜ヒータの構成の説明＞
続いて、図６（ａ）〜（ｂ）を用いて、ガイド８２および取り付け部８３から取り外された状態のヒータ８１について説明する。上述したように、本実施の形態のヒータ８１は、ガイド８２および取り付け部８３（ともに図５（ａ）〜（ｂ）参照）から取り外された状態においても、アーチ状の形状を維持した状態となっている。
具体的には、図６（ａ）〜（ｂ）に示すように、ヒータ８１は、ガイド８２および取り付け部８３から取り外された状態においても、定着ベルト６１（図３参照）の内周面の形状に倣うように、少なくとも発熱層８１１が形成される部位が湾曲した形状となっている。

本実施の形態では、ヒータ８１が、ガイド８２および取り付け部８３から取り外された状態で湾曲した形状を有することにより、ヒータ８１を定着ベルト６１の加熱に使用する際においてもヒータ８１にひずみや内部応力が生じるのを抑制している。
そして、本実施の形態では、ヒータ８１に生じるひずみ等を抑制することで、定着ベルト６１に対するヒータ８１の密着性を良好に保つことが可能になる。

図７（ａ）〜（ｂ）は、本実施の形態のヒータ８１と、従来のヒータ８１との違いを説明するための図である。図７（ａ）は、本実施の形態のヒータ８１を示しており、図７（ｂ）は、従来のヒータ８１を示している。なお、図７（ａ）〜（ｂ）においては、説明を分かりやすくするため、ヒータ８１の構成を簡略化して記載している。

＜従来のヒータで生じる不具合の説明＞
図７（ｂ）に示すように、従来は、平面状の状態でひずみ等が生じていないヒータ８１を、定着ベルト６１の内周面の曲率に合わせて湾曲させ、そのまま定着ベルト６１に接触させて使用している。

ここで通常、ヒータ８１は、平面状の発熱層８１１を絶縁層８１２ａと絶縁層８１２ｂとで挟み、これに平面状の熱拡散層８１３を重ねた積層体を加熱して熱圧着させることにより形成する。
したがって、ヒータ８１は、図７（ｂ）左側に示す平面状の状態において、発熱層８１１と絶縁層８１２ａとの界面、発熱層８１１と絶縁層８１２ｂとの界面、および絶縁層８１２ｂと熱拡散層８１３との界面にひずみがほとんど発生していない状態となっている。そして、この例においてヒータ８１の絶縁層８１２には、平面状の状態では、内部応力がほとんど生じていない。

そして、このように平面状の状態においてひずみ等が生じていないヒータ８１を、図７（ｂ）において図中右側に示すように湾曲させた場合には、ヒータ８１にひずみ等が生じることになる。
具体的には、平面状のヒータ８１を湾曲させた場合には、ヒータ８１のうち湾曲の外周側になる熱拡散層８１３層側に対して引っ張り方向の力が働き、ヒータ８１のうち湾曲の内周側になる絶縁層８１２ａ側に対して圧縮方向の力が働く。そして、図７（ｂ）に示すように、湾曲量に応じて、絶縁層８１２ｂと熱拡散層８１３との界面Ｓ１、発熱層８１１と絶縁層８１２ｂとの界面Ｓ２、および発熱層８１１と絶縁層８１２ａとの界面Ｓ３にひずみが発生する。
この結果、ヒータ８１には、図７（ｂ）中矢印Ｅで示す方向に、湾曲した形状から平面形状へと戻ろうとする内部応力が生じる。

ここで、発熱層８１１や熱拡散層８１３は、例えばステンレス箔等から構成され、絶縁層８１２は、ポリイミド等から構成される。すなわち、発熱層８１１や熱拡散層８１３と絶縁層８１２とは、異なる材料により構成される。このため、ヒータ８１では、発熱層８１１や熱拡散層８１３と絶縁層８１２とで、剛性が異なっている。また、上述したように、発熱層８１１は、長方形状を有するヒータ８１の全面に亘って形成されているのではなく、予め定められたパターンを描くように、ヒータ８１に対して部分的に形成されている。
この結果、ヒータ８１において、発熱層８１１が存在する領域と発熱層８１１が存在しない領域とでは、剛性が不連続に変化している。

そして、ヒータ８１を湾曲させてヒータ８１内部にひずみや内部応力が生じた場合には、例えば剛性が不連続な、発熱層８１１が存在する領域と発熱層８１１が存在しない領域との境界部Ｓ４にてヒータ８１に折れ等が生じる場合がある。
これにより、ヒータ８１を湾曲させた場合に、ヒータ８１の曲率がヒータ８１の短手方向に沿って変化することになり、ヒータ８１を定着ベルト６１の内周面に沿った連続した円弧形状とすることが困難になる場合がある。

また、ヒータ８１を湾曲させヒータ８１内に内部応力が生じた状態でヒータ８１を発熱させた場合には、ヒータ８１が熱膨張することにより、例えばヒータ８１の長手方向中央部において応力が集中する場合がある。そして、ヒータ８１の長手方向中央部にて応力が集中した場合、応力によって、例えば熱拡散層８１３が凹むように変形したり、変形が大きい場合には熱拡散層８１３に座屈が生じたりする場合がある。

また、ヒータ８１を湾曲させヒータ８１内に内部応力が生じた状態でヒータ８１を発熱させた場合には、例えば発熱層８１１と絶縁層８１２ａおよび絶縁層８１２ｂとの熱膨張量の差により、発熱層８１１が変形する場合がある。そして、発熱層８１１が大きく変形した場合、発熱層８１１が絶縁層８１２ａ、絶縁層８１２ｂから剥がれる懸念がある。
同様に、ヒータ８１内に内部応力が生じた状態でヒータ８１を発熱させた場合には、熱拡散層８１３についても、絶縁層８１２ｂから剥がれるおそれがある。

特に、この例では、定着ベルト６１のウォームアップ時間を短縮させるために、ヒータ８１は、低熱容量のフィルム状の構成を有しているため、定着ベルト６１の加熱を行う際には、ヒータ８１の温度は急激に上昇しやすい。
そして、ヒータ８１を短時間に温度上昇させた場合には、ヒータ８１内において発熱層８１１、絶縁層８１２ａ、絶縁層８１２ｂおよび熱拡散層８１３が急激に熱膨張することになるため、ヒータ８１内において各層の熱膨張による変形や応力集中が生じやすくなる。
この結果、上述したヒータ８１表面の凹凸や熱拡散層８１３の座屈、発熱層８１１および熱拡散層８１３の絶縁層８１２からの剥がれ等が発生しやすくなる。

そして、上述したような、ヒータ８１表面の凹凸や熱拡散層８１３の座屈、発熱層８１１および熱拡散層８１３の絶縁層８１２からの剥がれ等が生じた場合には、定着ベルト６１の内周面に対するヒータ８１の密着性が低下する場合がある。
この結果、ヒータ８１から定着ベルト６１へ伝導される熱量が減少し、ヒータ８１に熱が溜まりやすくなる。上述したように、ヒータ８１は、熱容量が小さいため、定着ベルト６１への熱伝導量が低下した場合には、ヒータ８１の温度が過度に上昇しやすい。このような場合には、ヒータ８１において例えば発火や発煙等が起こる懸念がある。

＜本実施の形態のヒータの構成の説明＞
これに対し、本実施の形態では、上述したように、ガイド８２および取り付け部８３（ともに図５（ａ）〜（ｂ）参照）から取り外した状態においても、湾曲形状を有している。すなわち、本実施の形態のヒータ８１では、発熱層８１１、絶縁層８１２ａ、絶縁層８１２ｂおよび熱拡散層８１３が、それぞれ、外力を受けない状態で、湾曲形状を有している。この結果、本実施の形態のヒータ８１では、発熱層８１１と絶縁層８１２ａ、発熱層８１１と絶縁層８１２ｂ、および絶縁層８１２ｂと熱拡散層８１３とが、定着ベルト６１の内周面の形状に対応した曲面で接触した状態となっている。

このため、実際の使用形態において定着ベルト６１の内周面に沿わせた状態とした場合でも、図７（ａ）に示すように、ヒータ８１の形状はほとんど変化しない。したがって、本実施の形態のヒータ８１では、上述した図７（ｂ）に示したような、平面形状に戻るような方向に向かう応力がほとんど生じない。
これにより、本実施の形態のヒータ８１では、発熱層８１１と絶縁層８１２ａとの界面、発熱層８１１と絶縁層８１２ｂとの界面、および絶縁層８１２ｂと熱拡散層８１３との界面にひずみが生じにくくなっている。

このような構成を有することにより、本実施の形態では、定着ベルト６１を加熱するに際してヒータ８１を発熱させた場合であっても、ヒータ８１の熱拡散層８１３に凹みや座屈が生じるのを抑制できる。また、ヒータ８１において、発熱層８１１や熱拡散層８１３が変形するのを抑制でき、絶縁層８１２ａ、８１２ｂから発熱層８１１や熱拡散層８１３が剥がれるのを抑制することができる。

この結果、本実施の形態では、定着ベルト６１の内周面に対するヒータ８１の密着性が低下するのを抑制でき、ヒータ８１から定着ベルト６１への熱伝導量の低下を抑制することが可能になる。そして、ヒータ８１における過度の温度上昇を抑制でき、ヒータ８１において発火や発煙等の問題が生じるのを抑制することができる。
また、ヒータ８１から定着ベルト６１への熱伝導量の低下を抑制できることで、本構成を採用しない場合と比較して、定着ベルト６１のウォームアップ時間を短くすることが可能になる。

＜ヒータの製造方法について＞
続いて、本実施の形態のヒータ８１の製造方法について説明する。
図８は、本実施の形態のヒータ８１の製造方法について示したフローチャートである。また、図９（ａ）〜（ｂ）は、ヒータ８１の製造方法について説明するための図である。
本実施の形態のヒータ８１を製造するには、まず、絶縁層８１２ａと絶縁層８１２ｂとにより平面状の発熱層８１１を挟むとともに、絶縁層８１２ｂ側に平面状の熱拡散層８１３を重ねた積層体を、押圧しながら加熱する（加熱工程；ステップ１０１）。これにより、図９（ａ）に示すように、平面状のヒータ８１を得る。
ここで、ステップ１０１では、平面状の発熱層８１１および平面状の熱拡散層８１３を用いているため、ステップ１０１で得られるヒータ８１では、平面状の状態でひずみ等が発生していない状態となっている。

続いて、平面状のヒータ８１を湾曲させて変形させ、湾曲した状態で支持する（支持工程；ステップ１０２）。この場合、ヒータ８１を、定着ベルト６１（図３参照）の内周面の曲率に合わせた形状に湾曲させることが好ましい。
ステップ１０１にて形成されるヒータ８１は、平面状の状態でひずみ等が発生していない状態となっているため、ステップ１０２において湾曲させることで、ヒータ８１には、発熱層８１１と絶縁層８１２ａとの界面、発熱層８１１と絶縁層８１２ｂとの界面、および絶縁層８１２ｂと熱拡散層８１３との界面に、ひずみが生じることになる。

ステップ１０２では、ヒータ８１を湾曲した状態で支持できれば、支持の方法については特には限定されない。本実施の形態では、例えば図９（ｂ）に示すように、予め定められた曲率を有する円筒部材Ｓにヒータ８１を巻き付けて変形させるとともに、円筒部材Ｓに巻き付けた状態でヒータ８１を支持している。この場合、ヒータ８１の発熱層８１１や熱拡散層８１３に折れ曲がり等が生じないよう、ヒータ８１の内周面（絶縁層８１２ａ）を円筒部材Ｓの外周面に密着させた状態で支持することが好ましい。

続いて、ヒータ８１を湾曲させた状態で、再び加熱する（再加熱工程；ステップ１０３）。この際の加熱温度は、絶縁層８１２を構成する材料のガラス転移温度以上にする。本実施の形態では、絶縁層８１２としてガラス転移温度が約２４０℃のポリイミドを用いているため、ヒータ８１を２４０℃以上の温度、例えば３００℃に加熱する。
また、ヒータ８１を加熱する時間は特に限られないが、本実施の形態では、例えば４時間程度加熱する。

このように、ステップ１０３において、ヒータ８１を、絶縁層８１２のガラス転移温度以上の温度に加熱することで、絶縁層８１２ａ、絶縁層８１２ｂを構成する樹脂等（この例ではポリイミド）の流動性が上昇する。
この結果、ステップ１０２においてヒータ８１を湾曲させた際に生じた、発熱層８１１と絶縁層８１２ａとの界面、発熱層８１１と絶縁層８１２ｂとの界面、および絶縁層８１２ｂと熱拡散層８１３との界面のひずみが解消されることになる。

次いで、加熱後のヒータ８１を、湾曲形状を維持した状態で自然冷却する（冷却工程；ステップ１０４）。本実施の形態では、ヒータ８１を円筒部材Ｓに巻き付けたままで、ヒータ８１を冷却する。この例では、冷却時間として例えば２時間程度かけて、常温まで徐々に冷却する。
これにより、発熱層８１１、絶縁層８１２および熱拡散層８１３が湾曲された形状を維持したまま硬化される。この際、発熱層８１１と絶縁層８１２ａとの界面、発熱層８１１と絶縁層８１２ｂとの界面、および絶縁層８１２ｂと熱拡散層８１３との界面のひずみが解消された状態で、発熱層８１１、絶縁層８１２および熱拡散層８１３は硬化されることになる。

以上の工程により、図６（ａ）に示したヒータ８１が得られる。具体的には、外力を受けない状態で湾曲した形状を有し、発熱層８１１と絶縁層８１２ａとの界面、発熱層８１１と絶縁層８１２ｂとの界面、および絶縁層８１２ｂと熱拡散層８１３との界面に、ひずみがほとんど生じていないヒータ８１を得ることができる。

そして、上述した工程により形成されたヒータ８１は、図５（ａ）〜（ｂ）に示したように、長手方向両端部をガイド８２により支持するとともに取り付け部８３に取り付け、定着ベルト６１の加熱に使用される。

以上説明したように、本実施の形態のヒータ８１は、外力を受けない状態で湾曲した形状を有している。そして、このような構成を有することで、本実施の形態のヒータ８１では、発熱層８１１と絶縁層８１２ａとの界面、発熱層８１１と絶縁層８１２ｂとの界面、および絶縁層８１２ｂと熱拡散層８１３との界面に、ひずみがほとんど生じていない。
このようなヒータ８１を定着ベルト６１等の加熱に用いることで、ヒータ８１表面の凹凸や熱拡散層８１３の座屈、絶縁層８１２からの発熱層８１１や熱拡散層８１３の剥がれ等の発生を抑制することができる。この結果、定着ベルト６１等に対するヒータ８１の密着性の低下を抑制することができる。
また、これにより、ヒータ８１による定着ベルト６１の加熱を短時間で行うことが可能になり、本構成を採用しない場合と比較して、定着ユニット６０のウォームアップ時間等を短縮させることが可能になる。

なお、本実施の形態では、ヒータ８１は、ガイド８２および取り付け部８３から取り外した状態において、定着ベルト６１の内周面に沿った形状を有するものとした。しかし、ヒータ８１は、必ずしも、定着ベルト６１の内周面と等しい曲率を有している必要はなく、外力を受けない状態で熱拡散層８１３が外周側となるように湾曲した形状を有していれば、ヒータ８１の曲率が例えば定着ベルト６１の内周面の曲率と異なって形成されていても構わない。

１…画像形成装置、６０…定着ユニット、６１…定着ベルト、６２…加圧ロール、８０…ヒータユニット、８１…ヒータ、８２…ガイド、８３…取り付け部、８１１…発熱層、８１２…絶縁層、８１３…熱拡散層

Claims (10)

1. 記録材にトナー像を定着する定着部材と、
   前記定着部材とともに、未定着トナー像を保持した記録材が通過するための加圧部を形成する加圧部材と、
   通電により発熱する発熱層と、当該発熱層を挟み、当該発熱層を電気的に絶縁する絶縁層とを含み、外力を受けない状態で前記定着部材の内周面に沿うように湾曲した形状を有し、当該定着部材の内周面に接するフィルム状の加熱部材と
   を備える定着装置。
2. フィルム状の前記加熱部材において、前記発熱層と前記絶縁層との界面は、外力を受けない状態で前記定着部材の内周面に応じた曲面で構成されることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. フィルム状の前記加熱部材は、前記絶縁層により前記発熱層に接着され、当該発熱層からの熱を拡散して前記定着部材に伝導する熱拡散層をさらに備え、
   前記熱拡散層と前記絶縁層との界面は、外力を受けない状態で前記定着部材の内周面に応じた曲面で構成されることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
4. 通電により発熱し、記録材にトナー像を定着する定着部材を加熱する発熱層と、
   前記発熱層を挟み、当該発熱層を電気的に絶縁する絶縁層とを備え、
   前記絶縁層は、外力を受けない状態で前記定着部材の内周面に応じて湾曲した形状を有することを特徴とするフィルム状の加熱部材。
5. 前記発熱層と前記絶縁層との界面は、外力を受けない状態で前記定着部材の内周面に応じた曲面により構成されることを特徴とする請求項４記載の加熱部材。
6. 前記絶縁層により前記発熱層に接着され、当該発熱層からの熱を拡散して前記定着部材に伝導する熱拡散層をさらに備え、
   前記熱拡散層と前記絶縁層との界面は、外力を受けない状態で前記定着部材の内周面に応じた曲面で構成されることを特徴とする請求項５記載の加熱部材。
7. トナー像を形成するトナー像形成手段と、
   前記トナー像を記録材に転写する転写手段と、
   記録材に前記トナー像を定着する定着部材と、
   前記定着部材とともに、未定着トナー像を保持した記録材が通過するための加圧部を形成する加圧部材と、
   通電により発熱する発熱層と、当該発熱層を挟み、当該発熱層を電気的に絶縁する絶縁層とを含み、外力を受けない状態で前記定着部材の内周面に沿うように湾曲した形状を有し、当該定着部材の内周面に接するフィルム状の加熱部材と
   を備える画像形成装置。
8. 通電により発熱する発熱層と、加熱により流動性が変化する材料から構成され、当該発熱層を挟み、当該発熱層を電気的に絶縁する絶縁層とを積層した状態で加熱してフィルム状の積層体を得る加熱工程と、
   前記積層体を湾曲した形状に支持する支持工程と、
   前記積層体を、湾曲した形状を維持したまま加熱する再加熱工程と
   を含むフィルム状の加熱部材の製造方法。
9. 前記絶縁層は、ガラス転移点を有する樹脂材料により構成され、
   前記再加熱工程では、前記積層体を、前記絶縁層のガラス転移点以上の温度に加熱することを特徴とする請求項８記載の加熱部材の製造方法。
10. 前記加熱工程では、前記発熱層から発生した熱を拡散する熱拡散層を、前記絶縁層上に積層した状態で加熱して、フィルム状の前記積層体を得、
    前記支持工程では、前記熱拡散層が外周側となるように、前記積層体を支持することを特徴とする請求項８記載の加熱部材の製造方法。

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