JP5822088B2 - 定着装置、及び、画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、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と、そこに設置される定着装置と、に関するものである。

従来から、複写機、プリンタ等の画像形成装置において、ウォームアップ時間やファーストプリント時間が短くて、装置を高速化した場合であっても定着不良が生じにくい定着装置として、定着ベルトの内周面に対向するように抵抗発熱体を設置する技術が知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。

詳しくは、特許文献１、２等の定着装置は、定着部材としての定着ベルト、定着ベルトの内周面に対向するように固設された略円筒状の発熱部材（抵抗発熱体）、加圧ローラ（加圧回転体）、定着ベルトを介して加圧ローラに圧接してニップ部を形成する当接部材（固定部材）、等で構成されている。
そして、定着ベルトが抵抗発熱体（発熱部材）によって加熱されて、ニップ部に向けて搬送された記録媒体上のトナー像がニップ部にて熱と圧力とを受けて記録媒体上に定着されることになる。

上述した特許文献１、２等の定着装置は、ウォームアップ時間やファーストプリント時間が短くて、装置を高速化した場合であっても定着不良が充分に生じにくい装置であるものの、定着ベルトの走行時においてニップ部に記録媒体が通過することによって定着ベルトに電荷が徐々に蓄積されていって定着画像に静電オフセット画像やチリ画像等の異常画像が生じてしまうことがあった。

このような問題は、定着ベルトの内周面に対向するように設置された発熱部材を、ヒータや励磁コイルによって加熱される金属部材で形成した場合にも、共通して生じうるものである。しかし、特に、定着ベルトの内周面に対向するように設置された発熱部材を抵抗発熱体で形成した場合には、抵抗発熱体に絶縁層が設けられているために、走行時の定着ベルトが発熱部材に当接しても帯電状態にある定着ベルトが除電されにくく、無視できない問題になっていた。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ウォームアップ時間やファーストプリント時間が短くて、定着画像に静電オフセット画像やチリ画像等の異常画像が生じにくい、定着装置、及び、画像形成装置を提供することにある。

この発明の請求項１記載の発明にかかる定着装置は、所定方向に走行してトナー像を加熱して溶融するとともに、可撓性を有する無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトの内周面側に固設されて、当該定着ベルトを介して加圧回転体に圧接して記録媒体が搬送されるニップ部を形成する固定部材と、前記ニップ部とは異なる位置で前記定着ベルトの内周面に当接又は対向するように前記定着ベルトの周方向に沿って固設されるとともに、前記定着ベルトを加熱する発熱部材と、を備え、前記発熱部材は、前記定着ベルトに対向する対向面の一部に導電性を有する薄層を具備し、前記薄層が直接的又は間接的に接地され、前記薄層は、走行時の前記定着ベルトが前記発熱部材に当接する範囲を含む範囲であって前記ニップ部に対して前記定着ベルトの走行方向上流側にのみ形成されたものである。

なお、本願において、固定部材や補強部材が「固設」された状態とは、固定部材や補強部材が回転駆動されることなく非回転で保持されている状態であるものと定義する。したがって、例えば、固定部材がスプリング等の付勢部材によってニップ部に向けて付勢されている場合であっても固定部材が非回転で保持されていれば、固定部材が「固設」された状態となる。

本発明は、ニップ部とは異なる位置で定着ベルトの内周面に対向する発熱部材の対向面に、導電性を有する薄層を形成して、その薄層を接地しているため、ウォームアップ時間やファーストプリント時間が短くて、定着画像に静電オフセット画像やチリ画像等の異常画像が生じにくい、定着装置、及び、画像形成装置を提供することができる。

この発明の実施の形態における画像形成装置を示す全体構成図である。 図１の画像形成装置に設置された定着装置を示す構成図である。 図２の定着装置を幅方向にみた図である。 ニップ部の近傍を示す拡大図である。 走行時における定着ベルトの帯電状態を示すグラフである。 発熱部材を保持するフランジが設置された幅方向端部を示す断面図である。 別形態の定着装置を示す図である。

実施の形態．
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

まず、図１にて、画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
図１に示すように、本実施の形態における画像形成装置１は、タンデム型カラープリンタである。画像形成装置本体１の上方にあるボトル収容部１０１には、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した４つのトナーボトル１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｋが着脱自在（交換自在）に設置されている。
ボトル収容部１０１の下方には中間転写ユニット８５が配設されている。その中間転写ユニット８５の中間転写ベルト７８に対向するように、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋが並設されている。

各作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋには、それぞれ、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋが配設されている。また、各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの周囲には、それぞれ、帯電部７５、現像部７６、クリーニング部７７、除電部（不図示である。）等が配設されている。そして、各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上で、作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程）がおこなわれて、各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上に各色の画像が形成されることになる。

感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは、不図示の駆動モータによって図１中の時計方向に回転駆動される。そして、帯電部７５の位置で、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面が一様に帯電される（帯電工程である。）。
その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、露光部３から発せられたレーザ光Ｌの照射位置に達して、この位置での露光走査によって各色に対応した静電潜像が形成される（露光工程である。）。

その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、現像装置７６との対向位置に達して、この位置で静電潜像が現像されて、各色のトナー像が形成される（現像工程である。）。
その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、中間転写ベルト７８及び第１転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋとの対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上のトナー像が中間転写ベルト７８上に転写される（１次転写工程である。）。このとき、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上には、僅かながら未転写トナーが残存する。

その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、クリーニング部７７との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上に残存した未転写トナーがクリーニング部７７のクリーニングブレードによって機械的に回収される（クリーニング工程である。）。
最後に、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、不図示の除電部との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上の残留電位が除去される。
こうして、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上でおこなわれる、一連の作像プロセスが終了する。

その後、現像工程を経て各感光体ドラム上に形成した各色のトナー像を、中間転写ベルト７８上に重ねて転写する。こうして、中間転写ベルト７８上にカラー画像が形成される。
ここで、中間転写ユニット８５は、中間転写ベルト７８、４つの１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋ、２次転写バックアップローラ８２、クリーニングバックアップローラ８３、テンションローラ８４、中間転写クリーニング部８０、等で構成される。中間転写ベルト７８は、３つのローラ８２〜８４によって張架・支持されるとともに、１つのローラ８２の回転駆動によって図１中の矢印方向に無端移動される。

４つの１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋは、それぞれ、中間転写ベルト７８を感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋとの間に挟み込んで１次転写ニップを形成している。そして、１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋに、トナーの極性とは逆の転写バイアスが印加される。
そして、中間転写ベルト７８は、矢印方向に走行して、各１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋの１次転写ニップを順次通過する。こうして、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上の各色のトナー像が、中間転写ベルト７８上に重ねて１次転写される。

その後、各色のトナー像が重ねて転写された中間転写ベルト７８は、２次転写ローラ８９との対向位置に達する。この位置では、２次転写バックアップローラ８２が、２次転写ローラ８９との間に中間転写ベルト７８を挟み込んで２次転写ニップを形成している。そして、中間転写ベルト７８上に形成された４色のトナー像は、この２次転写ニップの位置に搬送された記録媒体Ｐ上に転写される。このとき、中間転写ベルト７８には、記録媒体Ｐに転写されなかった未転写トナーが残存する。
その後、中間転写ベルト７８は、中間転写クリーニング部８０の位置に達する。そして、この位置で、中間転写ベルト７８上の未転写トナーが回収される。
こうして、中間転写ベルト７８上でおこなわれる、一連の転写プロセスが終了する。

ここで、２次転写ニップの位置に搬送された記録媒体Ｐは、装置本体１の下方に配設された給紙部１２から、給紙ローラ９７やレジストローラ対９８等を経由して搬送されたものである。
詳しくは、給紙部１２には、転写紙等の記録媒体Ｐが複数枚重ねて収納されている。そして、給紙ローラ９７が図１中の反時計方向に回転駆動されると、一番上の記録媒体Ｐがレジストローラ対９８のローラ間に向けて給送される。

レジストローラ対９８に搬送された記録媒体Ｐは、回転駆動を停止したレジストローラ対９８のローラニップの位置で一旦停止する。そして、中間転写ベルト７８上のカラー画像にタイミングを合わせて、レジストローラ対９８が回転駆動されて、記録媒体Ｐが２次転写ニップに向けて搬送される。こうして、記録媒体Ｐ上に、所望のカラー画像が転写される。

その後、２次転写ニップの位置でカラー画像が転写された記録媒体Ｐは、定着部２０の位置に搬送される。そして、この位置で、定着ベルト２１及び加圧ローラ３１による熱と圧力とにより、表面に転写されたカラー画像が記録媒体Ｐ上に定着される。
その後、記録媒体Ｐは、排紙ローラ対９９のローラ間を経て、装置外へと排出される。排紙ローラ対９９によって装置外に排出された被転写Ｐは、出力画像として、スタック部１００上に順次スタックされる。
こうして、画像形成装置における、一連の画像形成プロセスが完了する。

次に、図２〜図４等を用いて、画像形成装置本体１に設置される定着装置２０の構成・動作について詳述する。
図２〜図４に示すように、定着装置２０は、定着部材としての定着ベルト２１（ベルト部材）、固定部材２６、発熱部材２２（抵抗発熱体）、金属部材２４（金属熱伝導体）、補強部材２３、加圧回転体としての加圧ローラ３１、温度検知手段としての温度センサ４０、等で構成される。

ここで、定着ベルト２１は、薄肉で可撓性を有する無端状ベルトであって、図２中の矢印方向（反時計方向）に回転（走行）する。定着ベルト２１は、内周面２１ａ（固定部材２６との摺接面である。）側から、基材層、弾性層、離型層が順次積層されていて、その全体の厚さが１ｍｍ以下に設定されている。
定着ベルト２１の基材層は、層厚が３０〜５０μｍであって、ニッケル、ステンレス等の金属材料やポリイミド等の樹脂材料で形成されている。
定着ベルト２１の弾性層は、層厚が１００〜３００μｍであって、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、フッ素ゴム、等のゴム材料で形成されている。弾性層を設けることで、ニップ部における定着ベルト２１表面の微小な凹凸が形成されなくなり、記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔに均一に熱が伝わりユズ肌画像の発生が抑止される。なお、本実施の形態では、定着ベルト２１の弾性層として、層厚が２００μｍのシリコーンゴムを用いている。
定着ベルト２１の離型層は、層厚が１０〜５０μｍであって、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共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ＰＥＳ（ポリエーテルサルファイド）、等の材料で形成されている。離型層を設けることで、トナーＴ（トナー像）に対する離型性（剥離性）が担保される。

また、定着ベルト２１の直径は１５〜１２０ｍｍになるように設定されている。なお、本実施の形態では、定着ベルト２１の内径が３０ｍｍに設定されている。
定着ベルト２１の内部（内周面側）には、固定部材２６、発熱部材２２、金属部材２４、補強部材２３、等が固設されている。
ここで、固定部材２６は、定着ベルト２１の内周面２１ａに摺接するように固定されている。そして、固定部材２６が定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１に圧接することで、記録媒体Ｐが搬送されるニップ部が形成される。図３を参照して、固定部材２６は、その幅方向両端部が定着装置２０の側板４３に固定支持されている。

図２を参照して、発熱部材２２は、ニップ部とは異なる位置で定着ベルト２１の内周面に対向（又は、軽接触）するように、定着ベルト２１の周方向に沿って固設されている。
図３を参照して、発熱部材２２は、その幅方向両端部がフランジ２９を介して定着装置２０の側板４３に固定支持されている。また、このフランジ２９は、定着ベルト２１の寄り（幅方向の移動である。）を制限するための機能も有している。さらに、フランジ２９は、発熱部材２２の外周面に形成された薄層２２ａを接地するための機能も有しているが、これについては後で詳しく説明する。

ここで、発熱部材２２は、その一部に抵抗発熱体からなる発熱層が形成されている。図示は省略するが、発熱部材２２は、内周面側から、基材層、発熱層、電極層、保護層（絶縁層）、薄層２２ａ（導電層）が順次積層されている。
発熱部材２２の基材層は、酸化アルミニウム（アルミナ）や窒化アルミニウム等の絶縁材料からなる。
発熱部材２２の発熱層は、抵抗発熱体からなる。抵抗発熱体としては、セラミック等からなる面状発熱体を用いることもできる。
発熱部材２２の電極層は、その幅方向両端部に電源部（不図示である。）が接続されている。そして、発熱部材２２の電極層に電圧が印加されると、発熱層（抵抗発熱体）に電流が流れて、発熱層（抵抗発熱体）自身の電気抵抗によって発熱層（抵抗発熱体）が昇温して、当接（又は、対向）する定着ベルト２１を加熱する。なお、発熱層（抵抗発熱体）は、適度に抵抗値を調整した金属分散樹脂等のように発熱機能を有するデバイスであれば、本実施の形態のものに限定されることなくそれらを用いることができる。
発熱部材２２の保護層（絶縁層）は、ガラス等の絶縁材料からなり、発熱部材２２に印加された電流が定着ベルト２１に流れるのを防止している。
ここで、本実施の形態における発熱部材２２には、保護層の表面（定着ベルト２１に対向する対向面である。）にさらに導電性を有する薄層２２ａ（導電層）が積層されていて、その薄層２２ａが接地されているが、これについては後で詳しく説明する。

また、本実施の形態では、発熱部材２２の強度を補強するために、発熱部材２２の内周面に当接する略パイプ状の金属部材２４を設置している。金属部材２４の材料としては、肉厚が０．１〜１．０ｍｍ程度のステンレス鋼を用いることができる。
なお、本実施の形態では金属部材２２を設置したが、発熱部材２２の強度を充分に確保できる場合には、その設置を省くことができる。

そして、本実施の形態では、発熱部材２２が自ら発熱して、伝熱により定着ベルト２１を加熱することになる。そして、加熱された定着ベルト２１の表面から記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔに熱が加えられることになる。
なお、発熱部材２２に電流を印加する電源（不図示である。）の出力制御は、定着ベルト２１表面に対向するサーミスタ、サーモパイル等の温度センサ４０（温度検知手段）によるベルト表面温度の検知結果に基いておこなわれる。また、このような電源の出力制御によって、定着ベルト２１の温度（定着温度）を所望の温度に設定することができる。温度センサ４０（温度検知手段）は、図３に示すように、通紙可能な最小サイズの記録媒体Ｐの通紙領域に対応する位置に配設されている。
なお、本実施の形態では、発熱部材２２を多層構造体として、その一部に発熱層（抵抗発熱体）を形成した。これに対して、発熱部材２２における薄層２２ａ以外の部分を、単層構造体として、その全部を発熱層（抵抗発熱体）として形成することもできる。

このように、本実施の形態における定着装置２０は、定着ベルト２１の一部のみが局所的に加熱されるのではなく、発熱部材２２によって定着ベルト２１が周方向にわたってほぼ全体的に加熱されることになるために、装置を高速化した場合であっても定着ベルト２１が充分に加熱されて定着不良の発生を抑止することができる。すなわち、比較的簡易な構成で効率よく定着ベルト２１を加熱できるために、ウォームアップ時間やファーストプリント時間が短縮化されるとともに、装置の小型化が達成される。

ここで、発熱部材２２は、装置が停止した状態（定着ベルト２１が走行していない状態）において、定着ベルト２１の内周面（ニップ部を除く位置である。）にクリアランスをあけて対向するように固設されている。定着ベルト２１と発熱部材２２とのクリアランス量δ（ニップ部を除く位置のギャップである。）は、０ｍｍより大きく１ｍｍ以下になるように設定されている（０ｍｍ＜δ≦１ｍｍである。）。これにより、装置が稼動したとき（定着ベルト２１が走行しているとき）に、発熱部材２２と定着ベルト２１とが摺接する面積が大きくなって定着ベルト２１の磨耗が加速する不具合を抑止するとともに、発熱部材２２と定着ベルト２１とが離れ過ぎて定着ベルト２１の加熱効率が低下する不具合を抑止することができる。さらに、発熱部材２２が定着ベルト２１に近設されることで、可撓性を有する定着ベルト２１の円形姿勢がある程度維持されるため、定着ベルト２１の変形による劣化・破損を軽減することができる。
また、発熱部材２２と定着ベルト２１とが摺接しても定着ベルト２１の磨耗が軽減されるように、定着ベルト２１の内周面にフッ素グリスやシリコーンオイル等の潤滑剤を塗布することもできる。

なお、装置が停止した状態（定着ベルト２１が走行していない状態）においては、定着ベルト２１にテンションがかからないために、定着ベルト２１と発熱部材２２とのギャップ（クリアランス量δ）は、ニップ部入口側とニップ部出口側とでほとんど変わらない。しかし、装置が駆動した状態（定着ベルト２１が走行している状態）においては、ニップ部入口側が定着ベルト２１の張り側（ベルトテンションが大きい側）となるために、図４に示すように、定着ベルト２１と発熱部材２２とのギャップ（クリアランス量δ）は、ニップ部入口側がニップ部出口側に比べて小さくなる。具体的に、ニップ部出口側では発熱部材２２に対して定着ベルト２１が離間した状態であるのに対して、ニップ部入口側では発熱部材２２に対して定着ベルト２１が接触した状態になる。

ここで、本実施の形態では、ニップ部を形成する固定部材２６の強度を補強する補強部材２３が、定着ベルト２１の内周面側に固設されている。図３を参照して、補強部材２３は、幅方向（図３の左右方向であって、図２の紙面垂直方向である。）の長さが固定部材２６と同等になるように形成されていて、その幅方向両端部が定着装置２０の側板４３に固定支持されている。そして、補強部材２３が固定部材２６及び定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１に当接することで、ニップ部において固定部材２６が加圧ローラ３１の加圧力を受けて大きく変形する不具合を抑止している。
この補強部材２３は、上述した機能を満足するために、ステンレスや鉄等の機械的強度が高い金属材料で形成することが好ましい。

図２を参照して、ニップ部の位置で定着ベルト２１の外周面に当接する加圧回転体としての加圧ローラ３１は、外径が２５ｍｍ程度であって、中空構造の芯金３２上に弾性層３３（層厚が３ｍｍ程度である。）を形成したものである。加圧ローラ３１（加圧回転体）の弾性層３３は、発泡性シリコーンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の材料で形成されている。なお、弾性層３３の表層にＰＦＡ、ＰＴＦＥ等からなる薄肉の離型層を設けることもできる。加圧ローラ３１は定着ベルト２１に圧接して、双方の部材間に所望のニップ部を形成する。また、図３を参照して、加圧ローラ３１には不図示の駆動機構の駆動ギアに噛合するギア４５が設置されていて、加圧ローラ３１は図２中の矢印方向（時計方向）に回転駆動される。また、加圧ローラ３１は、その幅方向両端部が定着装置２０の側板４３に軸受４２を介して回転自在に支持されている。

なお、加圧ローラ３１の弾性層３３を発泡性シリコーンゴム等のスポンジ状の材料で形成した場合には、ニップ部に作用する加圧力を減ずることができるために、固定部材２６に生じる撓みをさらに軽減することができる。さらに、加圧ローラ３１の断熱性が高められて、定着ベルト２１の熱が加圧ローラ３１側に移動しにくくなるために、定着ベルト２１の加熱効率が向上する。
なお、本実施の形態において、定着ベルト２１の直径と加圧ローラ３１の直径とをほぼ同等になるように形成することもできる。

図４を参照して、定着ベルト２１の内周面２１ａに摺接する固定部材２６は、ベース層上に表面層が形成されたものである。固定部材２６は、幅方向に直交する断面でみたときに、加圧ローラ３１との対向面の曲率（ニップ部における曲率）が、加圧ローラ３１の曲率よりも小さくなるように凹状に形成されている。さらに、固定部材２６における定着ベルト２１の走行方向に沿った範囲Ｍが、ニップ部における定着ベルト２１の走行方向に沿った範囲Ｎを含むように形成されている。このような構成により、記録媒体Ｐは加圧ローラ３１の曲率にならうようにニップ部から送出されるために、定着工程後の記録媒体Ｐが定着ベルト２１に吸着して分離しないような不具合を抑止することができる。
なお、本実施の形態では、ニップ部を形成する固定部材２６の形状を凹状に形成したが、ニップ部を形成する固定部材２６の形状を平面状に形成することもできる。すなわち、固定部材２６の摺接面（加圧ローラ３１に対向する面である。）が平面形状になるように形成することができる。これにより、ニップ部の形状が記録媒体Ｐの画像面に対して略平行になって、定着ベルト２１と記録媒体Ｐとの密着性が高まるために定着性が向上する。さらに、ニップ部の出口側における定着ベルト２１の曲率が大きくなるために、ニップ部から送出された記録媒体Ｐを定着ベルト２１から容易に分離することができる。

また、固定部材２６のベース層を形成する材料としては、加圧ローラ３１による加圧力を受けても大きく撓むことがないように、ある程度剛性のある材料で形成されている。ベース層としては、セラミック、ガラス、絶縁性樹脂材料等の不導体を用いることができる。
また、固定部材２６の表面層は、フッ素ゴム等の低摩擦弾性材料で形成されている。このような表面層を設けることにより、固定部材２６と定着ベルト２１との摺接によって双方の部材２１、２６が磨耗する不具合が軽減されるとともに、双方の部材２１、２６の間に所望のニップ部が形成されることになる。また、固定部材２６の表面層に、予め潤滑剤を含浸させることもできる。これにより、固定部材２６は、定着ベルト２１に当接する面に潤滑剤が保持された状態になり、双方の部材２１、２６が磨耗する不具合がさらに軽減される。
このように、本実施の形態において、固定部材２６は、全体として、非導電性材料（不導体）で形成されている。

以下、上述のように構成された定着装置２０の通常時の動作について簡単に説明する。
装置本体１の電源スイッチが投入されると、発熱部材２２（抵抗発熱体）に電力が供給されるとともに、不図示の駆動モータから駆動力が伝達されて加圧ローラ３１の図２中の矢印方向の回転駆動が開始される。これにより、ニップ部における加圧ローラ３１との摩擦力によって、定着ベルト２１も図２中の矢印方向に従動（回転）する。
その後、給紙部１２から記録媒体Ｐが給送されて、２次転写ローラ８９の位置で、記録媒体Ｐ上に未定着のカラー画像が担持（転写）される。未定着画像Ｔ（トナー像）が担持された記録媒体Ｐは、不図示のガイド板に案内されながら図２の矢印Ｙ１０方向に搬送されて、圧接状態にある定着ベルト２１及び加圧ローラ３１のニップ部に送入される。
そして、発熱部材２２（抵抗発熱体）によって加熱された定着ベルト２１による加熱と、補強部材２３によって補強された固定部材２６と加圧ローラ３１との押圧力とによって、記録媒体Ｐの表面にトナー像Ｔが定着される。その後、ニップ部から送出された記録媒体Ｐは、矢印Ｙ１１方向に搬送される。

以下、本実施の形態における定着装置２０において特徴的な構成・動作について、詳しく説明する。
図２及び図４を参照して、本実施の形態における定着装置２０において、定着ベルト２１の内周面に内接又は対向する発熱部材２２（抵抗発熱体）は、ニップ部を除き、定着ベルト２１の周方向に沿って固設されている。
そして、図４に示すように、発熱部材２２には、定着ベルト２１に対向する対向面の全部に、導電性を有する薄層２２ａ（導電層）が形成されている。さらに、この薄層２２ａは、接地（アース）されている。

詳しくは、薄層２２ａ（導電層）は、発熱部材２２の対向面（外周面）に積層された銅等の良導電性の金属薄膜（銅層）であって、層厚が０．０３ｍｍ程度になるように発熱部材２２の外周面の全域にわたって形成されている。発熱部材２２上に薄層２２ａを形成する製造方法としては、薄板をプライマ等を介して接着する方法や、蒸着する方法、等の種々の方法を用いることができる。
そして、外周面に薄層２２ａ（導電層）が形成された状態の略パイプ状の発熱部材２２が、図３及び図６（Ａ）に示すように、導電性材料からなるフランジ２９を介して、定着装置２０の側板４３（導電性金属材料からなり装置本体１において接地されている。）に保持されることで、薄層２２ａが接地されている。
なお、図６は、図３の定着装置２０の一部をＡ視方向からみた図である。

このような構成により、定着ベルト２１の走行時においてニップ部に記録媒体Ｐが通過することによって定着ベルト２１に電荷が蓄積されて帯電状態になることなく、定着ベルト２１に蓄積される電荷が薄層２２ａを介して除去（除電）されるために、定着画像に静電オフセット画像やチリ画像等の異常画像が生じてしまう不具合が確実に軽減される。

詳しくは、ニップ部を通過する記録媒体Ｐ上に担持されたトナー像（未定着画像）の極性に対して、定着ベルト２１が逆極性で帯電してしまった場合には、図５中のグラフＳ０に示すように、定着ベルト２１の走行時間が増加するにつれて定着ベルト２１の帯電量が増加して、やがて定着画像に静電オフセットと呼ばれる残像が生じてしまうことになる。また、ニップ部を通過する記録媒体Ｐ上に担持されたトナー像（未定着画像）の極性に対して、定着ベルト２１が同極性で帯電してしまった場合には、図５中のグラフＲ０に示すように、定着ベルト２１の走行時間が増加するにつれて定着ベルト２１の帯電量が増加して、やがて定着画像にチリ画像と呼ばれる異常放電による異常画像が生じてしまうことになる。本願発明者が実験により確認したところ、従来の定着装置（発熱部材２２に薄層２２ａが設けられていないものである。）は、走行時に定着ベルト２１の帯電電位が＋１０００Ｖ（又は、−１０００Ｖ）程度まで上昇するのを確認した。
これに対して、本実施の形態では、走行時の定着ベルト２１の内周面の一部に摺接する薄層２２ａを積極的に接地しているため、走行時に定着ベルト２１の帯電量が上昇するのを抑えることができる。本願発明者が実験により確認したところ、本実施の形態における定着装置（発熱部材２２に薄層２２ａが設けられているものである。）は、走行時における定着ベルト２１の帯電電位の上昇を＋３５０Ｖ（又は、−３５０Ｖ）程度までに抑えることができて、静電オフセット画像（又は、チリ画像）の発生が抑止されることを確認した。

なお、本実施の形態では、発熱部材２２の薄層２２ａを金属薄膜で形成したが、発熱部材２２の薄層２２ａを発熱部材２２の対向面（外周面）に導電性材料をコーティングすることで形成することもできる。具体的には、発熱部材２２の外周面に、カーボン粒子を分散したＰＦＡ等の低摩擦材料（体積抵抗が１０×１０⁺⁵〜１０×１０⁺¹⁰Ωｃｍ程度である。）を厚さ１０μｍ程度でコーティングして導電性の薄層２２ａを形成する。このような場合には、薄層２２ａと定着ベルト２１との摩擦抵抗も低下させることができるため、定着ベルト２１の帯電量が軽減されるとともに、定着ベルト２１や薄層２２ａの磨耗劣化も軽減される。

また、発熱部材２２の薄層２２ａは、その層厚がなるべく均一になるように形成されることが好ましい。これは、薄層２２ａの層厚が不均一になると、定着ベルト２１に当接する薄層２２ａとの間に所々で空気層が形成されてしまい、発熱部材２２から伝熱されて昇温する定着ベルト２１に温度ムラが生じやすくなってしまうためである。すなわち、薄層２２ａの層厚を均一化することで、定着ベルト２１の温度分布を均一化することができて、定着画像に定着ムラが生じにくくなる。

なお、本実施の形態では、先に図４を用いて説明したように、固定部材２６が非導電性材料（不導体）で形成されている。本実施の形態では、定着ベルト２１を積極的に除電するために発熱部材２２に薄層２２ａ（導電層）を設けている。固定部材２６を導電性材料で形成してしまうと、それを積極的に接地でもしない限り、定着ベルト２１に蓄積された電荷が固定部材２６にも蓄積されてしまい、薄層２２ａ（導電層）による定着ベルト２１の除電効率が低下してしまう可能性がある。これに対して、本実施の形態では、固定部材２６が非導電性材料で形成されているために、そのような不具合が生じにくくなる。
また、同じような理由から、補強部材２３についても、非導電性材料（不導体）で形成することが好ましいことになる。すなわち、補強部材２３を非導電性材料で形成することで、定着ベルト２１に蓄積された電荷が固定部材２６を介して補強部材２３に蓄積されることがないため、薄層２２ａ（導電層）による定着ベルト２１の除電効率が低下する不具合が生じにくくなる。
また、このように固定部材２６や補強部材２３を非導電性材料で形成するときには、その材料として成形性の高い樹脂材料を選択することができるために、それらの形状の自由度を高めることができる。

なお、本実施の形態では、図６（Ａ）に示すように、外周面に薄層２２ａ（導電層）が形成された状態の略パイプ状の発熱部材２２が、導電性材料からなるフランジ２９を介して、定着装置２０の側板４３（導電性金属材料からなり装置本体１において接地されている。）に保持されることで、薄層２２ａが間接的に接地されるように構成している。
これに対して、図６（Ｂ）に示すように、外周面に薄層２２ａが形成された発熱部材２２が、フランジ２９を介して定着装置２０の側板４３（導電性金属材料からなり装置本体１において接地されている。）に保持されるとともに、薄層２２ａが側板４３の一部（フランジ２９に形成した切欠部に嵌合する突出部４３ａである。）に接触して薄層２２ａが直接的に接地されるように構成することもできる。このような場合には、フランジ２９の導電性の有無に関わらず、薄層２２ａが接地されることになるため、フランジ２９に対する材料選択の自由度が高められることになる。

また、本実施の形態では、定着ベルト２１に対向する発熱部材２３の対向面（外周面）の全部に薄層２２ａ（導電層）を形成した。
これに対して、図７に示すように、定着ベルト２１に対向する発熱部材２３の対向面の一部にのみ薄層２２ａ（導電層）を形成することもできる。その場合に、薄層２２ａは、ニップ部に対して上流側（定着ベルト２１の走行方向上流側である。）であって走行時の定着ベルト２１が発熱部材２２に当接する範囲（図７の一点鎖線で示した範囲である。）に形成することが好ましい。これは、先に図４を用いて説明したように、上述した範囲が、走行時に定着ベルト２１の張り側（ベルトテンションが大きい側）となって、定着ベルト２１が発熱部材２２（薄層２２ａ）に確実に接触するためである。これにより、薄層２２ａが形成される範囲が小さくなって材料費を軽減することができるとともに、定着ベルト２１の除電を確実におこなうことができる。具体的に、図７における定着装置２０では、発熱部材２２の対向面の周方向の範囲をニップ部上流側とニップ部下流側とに２分割して、そのニップ部上流側の範囲にのみ薄層２２ａを形成している。

以上説明したように、本実施の形態においては、ニップ部とは異なる位置で定着ベルト２１の内周面に対向する発熱部材２２の対向面に、導電性を有する薄層２２ａを形成して、その薄層２２ａを接地しているため、ウォームアップ時間やファーストプリント時間が短くて、定着画像に静電オフセット画像やチリ画像等の異常画像が生じにくくなる。

なお、本実施の形態では、定着ベルトとして複層構造の定着ベルト２１を用いたが、定着ベルトとしてポリイミド、ポリアミド、フッ素樹脂、金属等からなる無端状の定着フィルムを用いることもできる。そして、その場合にも、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
また、本実施の形態では、加圧回転体として加圧ローラを用いた定着装置に対して本発明を適用したが、加圧回転体として加圧ベルト等を用いた定着装置に対しても本発明を適用することができる。そして、この場合にも、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明が本実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、本実施の形態の中で示唆した以外にも、本実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、前記構成部材の数、位置、形状等は本実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。

１ 画像形成装置本体（装置本体）、
２０ 定着装置、
２１ 定着ベルト（定着部材）、
２２ 発熱部材（抵抗発熱体）、
２３ 補強部材、
２３ａ 薄層（導電層）、
２４ 金属部材、
２６ 固定部材、
２７ 断熱部材、
２９ フランジ、
３１ 加圧ローラ（加圧回転体）、
４０ 温度センサ、 Ｐ 記録媒体。

特許２００８−２１６９２８号公報 特許２００８−１５８４８２号公報

Claims (8)

1. 所定方向に走行してトナー像を加熱して溶融するとともに、可撓性を有する無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトの内周面側に固設されて、当該定着ベルトを介して加圧回転体に圧接して記録媒体が搬送されるニップ部を形成する固定部材と、
   前記ニップ部とは異なる位置で前記定着ベルトの内周面に当接又は対向するように前記定着ベルトの周方向に沿って固設されるとともに、前記定着ベルトを加熱する発熱部材と、
   を備え、
   前記発熱部材は、前記定着ベルトに対向する対向面の一部に導電性を有する薄層を具備し、前記薄層が直接的又は間接的に接地され、
   前記薄層は、走行時の前記定着ベルトが前記発熱部材に当接する範囲を含む範囲であって前記ニップ部に対して前記定着ベルトの走行方向上流側にのみ形成されたことを特徴とする定着装置。
2. 前記薄層は、前記発熱部材の前記対向面に積層された金属薄膜、又は、前記発熱部材の前記対向面にコーティングされた導電性材料であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記発熱部材は、その幅方向端部がフランジを介して当該定着装置の側板に固定支持され、
   前記側板は、導電性材料からなるとともに接地されて、その一部に前記フランジに形成された切欠部に嵌合して前記薄層に接触する突出部が形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
4. 前記薄層は、その層厚が均一になるように形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の定着装置。
5. 前記固定部材は、非導電性材料で形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の定着装置。
6. 前記発熱部材の内周面側に固設されて前記固定部材に当接して当該固定部材を補強する補強部材をさらに備え、
   前記補強部材は、非導電性材料で形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の定着装置。
7. 前記発熱部材は、少なくとも、抵抗発熱体からなる発熱層と、電極層と、絶縁層と、を備え、その外周面の一部に前記薄層が形成されたものであることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の定着装置。
8. 請求項１〜請求項７のいずれかに記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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