JP6645684B2 - 加熱装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真式のプリンタや複写機等の画像形成装置に搭載される加熱装置に関する。

電子写真プリンタや電子写真複写機等に搭載される加熱装置として外部加熱方式の定着装置が知られている。外部加熱方式の定着装置では、記録材上の画像と接触して加熱する定着ローラと、筒状のベルトからなる加圧フィルムと、該加圧フィルムの内周面と接触して該加圧フィルムを介して定着ローラと定着ニップ部を形成するニップ部形成部材を有しているものがある。未定着トナー画像を担持した記録材は、定着ニップ部で挟持搬送されつつ加熱され、これにより未定着トナー画像は記録材上に定着される。

このような定着装置では、小サイズの記録材を高速で連続的に定着処理する場合がある。その場合は、定着ローラ及び加圧フィルムの記録材が通過しない領域（非通過領域）が過度に昇温する。いわゆる記録材の非通過部の昇温が発生する。これにより定着ローラ及び加圧フィルムが熱で損傷する場合がある。

一方、ニップ部形成部材に摺動層を設けないと、該ニップ部形成部材と加圧フィルムの内周面との間の摺動性が低く、該ニップ部形成部材や加圧フィルムが摩耗して削れ粉が発生し、ますます摺動性が低下することがある。その結果、定着ローラの駆動トルクが増大したり、スティックスリップ現象により異音が発生する場合がある。

尚、スティックスリップ現象とは、摩擦係数が滑り速度の増加とともに低下する摺動速度による摩擦係数の変化や、静摩擦から動摩擦に移るときの不連続な摩擦低下が生ずる場合等に発生する。接触滑り面の潤滑状態の変化等により滑り面で発生する振動現象をいう。

特許文献１の定着装置では、ニップ部形成部材の基材としてアルミニウムを用い、前記加圧フィルムの内周面と接触する面にアルマイト処理により酸化被膜層を形成している。ニップ部形成部材の基材に熱伝導率の高いアルミニウムを用いることにより、記録材の非通過部の昇温による熱を長手方向に均す作用（均熱効果）が得られ、また前記加圧フィルムとの摺動層として酸化被膜層を形成することで、摺動性を確保している。

特開２０１４−３８３１１号公報

しかしながら、特許文献１のように記録材のトナー画像面の裏側から加圧するニップ部形成部材を有する定着装置では、以下の通りである。基材となるアルミニウムと摺動層となる酸化被膜層との熱膨張量の違いによりニップ部形成部材が変形し、回転体（定着ローラ）に記録材が巻き付くという問題があった。

ニップ部形成部材は、平面を成しながら加圧フィルムを介して定着ローラと圧接して定着ニップ部を形成する。記録材の上に形成された未定着トナー画像は、加熱された定着ローラに接触して加熱され、ニップ部形成部材に加圧されることで、記録材上に熱定着する。

印刷が繰り返されると、ニップ部形成部材を含む加圧フィルム内部の部材は高温となり、ニップ部形成部材は熱膨張する。このとき、アルミニウムで形成された層に対して、酸化膜で形成された摺動層の熱膨張係数が小さいためニップ部形成部材は熱膨張係数が小さい摺動面が凹面となるよう湾曲する。

ニップ部形成部材の摺動面が凹面に湾曲すると、定着ニップ部はトナー画像に接触する定着ローラの表面を覆うような形状となる。そのため、記録材の排出角度が定着ローラ側に傾き、定着ニップ部の出口で定着ローラにトナー画像が貼り付くことで、定着ローラへの巻き付きが発生する。

本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、ニップ部形成部材の湾曲を抑制し、回転体への記録材の巻き付きを防止する加熱装置を提供するものである。

前記目的を達成するための本発明に係る加熱装置の代表的な構成は、ニップ部でトナー画像を担持した記録材を搬送しながら該トナー画像を加熱する加熱装置であって、前記トナー画像と接触する回転体と、前記回転体に従動回転する無端状ベルトと、前記無端状ベルトを回転可能に支持する支持体と、前記支持体に支持されると共に、前記無端状ベルトの内周面に接触し、前記回転体と共に前記無端状ベルトを介して前記ニップ部を形成するニップ部形成部材と、を有し、記録材搬送方向の下流に向いている前記ニップ部形成部材の端面と前記支持体の間に、前記ニップ部形成部材の前記記録材搬送方向の下流に向いている前記端面が接触し前記ニップ部形成部材の前記記録材搬送方向への移動を規制する突起部が設けられており、前記突起部は、前記記録材搬送方向に対して直交する前記支持体の長手方向に関して前記支持体の両端のみに設けられており、前記ニップ部形成部材は、前記無端状ベルトの内周面と接触する摺動面、及び該摺動面とは反対側の裏面に耐摩耗層を有し、前記耐摩耗層は、アルマイト処理により形成された酸化膜であり、前記ニップ部形成部材の前記摺動面の耐摩耗層及び前記反対面の耐摩耗層の熱膨張量は略等しく、且つ前記ニップ部形成部材のアルミニウムの基層の熱膨張量よりも小さく、前記記録材の搬送方向における端面には、耐摩耗層が設けられていないことを特徴とする。

本発明によれば、ニップ部形成部材の湾曲を抑制し、回転体への記録材の巻き付きを防止する。

本発明に係る加熱装置を備えた画像形成装置の構成を示す断面説明図である。 本発明に係る加熱装置の第１実施形態の構成を長手方向と直交する方向に切断した断面説明図である。 第１実施形態の加熱装置の構成を示す正面説明図である。 （ａ）は第１実施形態の加熱装置の構成を示す部分断面説明図である。（ｂ）は第１実施形態の加熱装置により記録材上のトナー画像を熱定着する様子を示す部分断面説明図である。 （ａ）は比較例の加熱装置の構成を示す部分断面説明図である。（ｂ）は比較例の加熱装置により記録材上のトナー画像を熱定着する様子を示す部分断面説明図である。 （ａ）は第１実施形態の加熱装置のニップ部形成部材の構成を示す斜視説明図である。（ｂ）は第１実施形態の加熱装置において、回転する無端状ベルトの内周面がニップ部形成部材に摺動する際に作用する力によりニップ部形成部材が歪む様子を示す斜視説明図である。 （ａ）はアルマイト処理により形成された酸化膜と、純アルミニウムの熱膨張係数を示す図である。（ｂ）は第１実施形態の加熱装置と、比較例の加熱装置とをそれぞれ使用した画像形成装置において、回転体の表面に記録材が巻き付いて搬送不良が発生する回数をトナー画像が無い場合と、トナー画像が有る場合とで比較した図である。 本発明に係る加熱装置の第２実施形態の構成を示す部分断面説明図である。 ガラスと、銅の熱膨張係数を示す図である。

図により本発明に係る加熱装置を備えた画像形成装置の一実施形態を具体的に説明する。

先ず、図１〜図７を用いて本発明に係る加熱装置を定着装置として備えた画像形成装置の第１実施形態の構成について説明する。

＜画像形成装置＞
図１は本発明に係る加熱装置を定着装置として備えた画像形成装置の第１実施形態の構成を示す断面説明図である。図１に示す画像形成装置１は、インライン方式のフルカラーのレーザープリンタの一例である。

本実施形態の画像形成装置１は、記録材Ｐの表面上に未定着のトナー画像ｔを形成する画像形成手段となる画像形成部１０と、記録材Ｐの表面上に形成した未定着のトナー画像ｔを熱定着する加熱装置としての定着装置５０とを有する。

画像形成部１０において、中間転写体としての中間転写ベルト３０の図１の矢印ａ方向で示す回転方向に沿って上流から下流に亘って四つの画像形成ステーションＳＹ，ＳＭ，ＳＣ，ＳＫが配設されている。各画像形成ステーションＳＹ，ＳＭ，ＳＣ，ＳＫでは、上流から順に、イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＫの各色のトナー画像を形成する。尚、説明の都合上、各画像形成ステーションＳＹ，ＳＭ，ＳＣ，ＳＫを代表して単に画像形成ステーションＳを用いて説明する場合もある。他の画像形成プロセス手段についても同様である。

各画像形成ステーションＳＹ，ＳＭ，ＳＣ，ＳＫにおいて、２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋは、像担持体としての感光ドラムである。各感光ドラム２２は、図示しない駆動源となる駆動モータの回転駆動力が伝達されて図１の反時計回り方向に回転する。

各感光ドラム２２の周囲には、それぞれ該感光ドラム２２の回転方向に沿って帯電手段となる帯電ローラ２３Ｙ，２３Ｍ，２３Ｃ，２３Ｋと、像露光手段となるレーザスキャナ２４Ｙ，２４Ｍ，２４Ｃ，２４Ｋとが設けられている。更に、各感光ドラム２２の周囲には、それぞれ現像手段となる現像装置２６Ｙ，２６Ｍ，２６Ｃ，２６Ｋと、一次転写手段となる一次転写装置３１Ｙ，３１Ｍ，３１Ｃ，３１Ｋが設けられている。更に、クリーニング手段となるクリーニング装置２７Ｙ，２７Ｍ，２７Ｃ，２７Ｋ等が設けられている。

更に、各現像装置２６の上方には、該現像装置２６の内部に各色のトナーを供給するためのトナーカートリッジ２５Ｙ，２５Ｍ，２５Ｃ，２５Ｋが設けられている。

中間転写ベルト３０は、樹脂製の無端状ベルトで構成されている。この中間転写ベルト３０は、駆動ローラ３４ａと、二次転写対向ローラ３４ｂと、テンションローラ３４ｃとからなる三つの回転可能な支持部材により回転可能に張架されている。

中間転写ベルト３０の外周面を各感光ドラム２２の外周面に接触させることにより該中間転写ベルト３０の外周面と、各感光ドラム２２の表面とにより一次転写ニップ部Ｔｎ１を形成している。中間転写ベルト３０を張架する駆動ローラ３４ａには図示しない駆動源となる駆動モータの回転駆動力が伝達されて該駆動ローラ３４ａは図１の矢印ａ方向に回転する。

二次転写手段となる二次転写ローラ３２は、中間転写ベルト３０を介して二次転写対向ローラ３４ｂと対向するように設けられている。該二次転写ローラ３２の表面を中間転写ベルト３０の外周面と接触させることにより二次転写ニップ部Ｔｎ２を形成している。

制御手段となる制御部４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit；中央演算装置）を有する。更に、ＲＡＭ（Randon Access Memory；ランダムアクセスメモリ）やＲＯＭ（Read Only Memory；リードオンリメモリ）等の記憶手段となるメモリを有する。

メモリには、画像形成動作を実行するための制御シーケンス等のプログラムソフトウエアが記憶されている。制御部４０は、図示しないホストコンピュータ等の外部装置から出力される印刷指令に応じて画像形成動作を行なうための制御シーケンスを実行して画像形成部１０と定着装置５０等の動作を制御する。

本実施形態の画像形成装置１は、画像形成動作を行なう制御シーケンスが実行されると、図１に示す画像形成ステーションＳＹでは、感光ドラム２２Ｙが図１の反時計回り方向に回転駆動される。

図１の反時計回り方向に回転駆動される感光ドラム２２Ｙの表面は、帯電バイアス電圧が印加される帯電ローラ２３Ｙにより所定の極性・電位に一様に帯電される（帯電工程）。レーザスキャナ２４Ｙは、一様に帯電された感光ドラム２２Ｙの帯電面に外部装置から入力された画像データに応じたレーザ光２４ａを照射する。これにより感光ドラム２２Ｙの表面に静電潜像が形成される（露光工程）。

現像装置２６Ｙは、感光ドラム２２Ｙの表面に形成された静電潜像にイエローＹのトナーを供給してトナー画像として顕像化する（現像工程）。これにより感光ドラム２２Ｙの表面にトナー画像が形成される。

他の画像形成ステーションＳＭ，ＳＣ，ＳＫにおいてもイエローＹの画像形成ステーションＳＹと同様の帯電工程、露光工程、現像工程等の画像形成プロセスが行なわれ、各感光ドラム２２の表面に各色のトナー画像が形成される。

感光ドラム２２Ｙの表面上に形成されたイエローＹのトナー画像は、一次転写ニップ部Ｔｎ１で一次転写装置３１Ｙに印加される一次転写バイアス電圧によって中間転写ベルト３０の外周面上に転写される（一次転写工程）。同様に、他の感光ドラム２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋの各色のトナー画像は以下の通りである。それぞれの一次転写ニップ部Ｔｎ１で一次転写装置３１Ｍ，３１Ｃ，３１Ｋにそれぞれ印加される一次転写バイアス電圧によって中間転写ベルト３０の外周面上に重ねて一次転写される（一次転写工程）。これにより中間転写ベルト３０の外周面上には四色のフルカラーの未定着のトナー画像ｔが形成される。

一次転写工程後に各感光ドラム２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋの表面に残った転写残トナーは、各クリーニング装置２７Ｙ，２７Ｍ，２７Ｃ，２７Ｋによってそれぞれ除去され、各感光ドラム２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋは次の画像形成に供される。

一方、中間転写ベルト３０の下方に設けられた給送カセット２０に積載収納されている記録材Ｐは、給送ローラ２１とリタードローラ２８とにより給送カセット２０から一枚ずつ分離給送されて一旦停止しているレジストローラ２９に給送される。記録材Ｐの先端部が一旦停止しているレジストローラ２９のニップ部に当接して該記録材Ｐの腰の強さにより斜行が補正される。

レジストローラ２９は、所定のタイミングで回転駆動され、記録材Ｐを挟持搬送して二次転写ニップ部Ｔｎ２に送り出す。記録材Ｐは、二次転写ニップ部Ｔｎ２で中間転写ベルト３０と二次転写ローラ３２とにより挟持搬送される。二次転写ニップ部Ｔｎ２における搬送過程で該二次転写ローラ３２に二次転写バイアス電圧が印加され、これにより中間転写ベルト３０の外周面上の未定着のトナー画像ｔが記録材Ｐに二次転写される（二次転写工程）。

未定着のトナー画像ｔが形成された記録材Ｐは、定着装置５０に導入される。そして、定着装置５０を通過する際に加熱及び加圧されて未定着のトナー画像ｔが記録材Ｐの表面上に熱定着される。定着装置５０を出た記録材Ｐは、排出ローラ５４，５５により搬送されて排出トレー５６上に排出される。

二次転写後に中間転写ベルト３０の外周面上に残った転写残トナーは、帯電ローラ３３によって画像形成時の極性とは逆極性に帯電される。そして、各一次転写装置３１によって中間転写ベルト３０の外周面上から各感光ドラム２２の表面上に静電気力によって転写された後、各クリーニング装置２７によって回収される。

＜加熱装置＞
次に、図２及び図３を用いて加熱装置としての定着装置５０の構成について説明する。加熱装置となる定着装置５０は、回転体となる定着ローラ５１と、加圧ユニット５３に設けられた無端状ベルトとなる加圧フィルム６６とにより定着ニップ部Ｎ（ニップ部）が形成される。該定着ニップ部Ｎで未定着のトナー画像ｔを担持した記録材Ｐを搬送しながら該未定着のトナー画像ｔを加熱及び加圧することにより記録材Ｐにトナー画像を熱定着する。

尚、以下の説明において、定着装置５０及び該定着装置５０を構成する各部材に関して、長手方向とは、記録材Ｐの搬送方向ｂに対して直交する方向をいう。短手方向とは、記録材Ｐの搬送方向ｂに対して平行な方向をいう。また、長手方向の幅とは、長手方向の寸法をいう。短手方向の幅とは、短手方向の寸法をいう。また、記録材Ｐの短手方向とは、該記録材Ｐの面において記録材Ｐの搬送方向ｂに対して平行な方向をいう。記録材Ｐの短手方向の幅とは、記録材Ｐの短手方向の寸法をいう。

図２は本実施形態の定着装置５０を軸方向と直交する方向に切断した断面説明図である。図３は図２に示す定着装置５０の記録材Ｐの導入側（図２の右側）から見た正面説明図である。図２及び図３に示す定着装置５０は、外部加熱方式の定着装置５０として構成された一例である。

図２及び図３に示すように、本実施形態の定着装置５０は、記録材Ｐの表面上に転写された未定着のトナー画像ｔと接触して加熱する回転体としての定着ローラ５１を有する。更に、熱源となるセラミックヒータ６３を備えた加熱ユニット５２と、加圧ユニット５３とを有して構成される。

＜回転体＞
回転体としての定着ローラ５１は、鉄、ステンレス（ＳＵＳ）、アルミニウム等の金属材料からなる断面円形状（丸軸状）の芯金６０を有している。該芯金６０の外周面上には、シリコーンゴム等を主成分とする弾性層６１が形成されている。

該弾性層６１の外周面上には、最表層としての離型層６２が形成されている。離型層６２は、ＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylene；ポリテトラフルオロエチレン）を主成分とする。或いは、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）を主成分とする。或いは、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）等を主成分とする。

図３に示すように、定着ローラ５１は、長手方向（図３の左右方向）に長尺状で構成され、芯金６０の長手方向（図３の左右方向）の両端部が定着装置５０の図示しない装置フレームに回転可能に支持されている。

＜加熱ユニット＞
図２に示すように、加熱ユニット５２は、支持部材としてのガイド部材６５と、該ガイド部材６５の下部に設けられた凹部６５ａ内に収納されたセラミックヒータ６３を有する。更に、該ガイド部材６５の外周を該ガイド部材６５の外周面に摺動しつつガイドされて回転可能な筒状の加熱ベルトからなる加熱フィルム６４を有する。

図３に示すように、セラミックヒータ６３と、加熱フィルム６４と、ガイド部材６５とは、何れも長手方向（図３の左右方向）に長尺状で構成される。

図２に示すガイド部材６５は、耐熱性を有する樹脂材料を用いて軸方向と直交する方向の断面（横断面）が略樋型形状に成形されている。該ガイド部材６５の下部に長手方向に沿って形成された凹部６５ａ内にセラミックヒータ６３が嵌入されて支持されている。

ガイド部材６５の外周には、筒状の加熱フィルム６４がルーズに嵌装されている。加熱フィルム６４は、ポリイミド樹脂で形成された基層と、該基層の外周面に設けられた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）等のフッ素樹脂で形成された離型層とを有して構成される。

ガイド部材６５の長手方向（図３の左右方向）の両端部は、定着装置５０の図示しない装置フレームに移動可能に支持されている。更に、ガイド部材６５は、図示しない付勢手段となる加圧バネにより定着ローラ５１に対して該定着ローラ５１の軸方向（図３の左右方向）と直交する方向（垂直方向）に加圧されている。

これによりセラミックヒータ６３を加熱フィルム６４を介して定着ローラ５１に押圧して弾性層６１をセラミックヒータ６３の長手方向（図３の左右方向）に沿って弾性変形させる。これにより定着ローラ５１の表面と、加熱フィルム６４の外周面との間に所定の幅の加熱圧接部Ｎｋを形成している。

セラミックヒータ６３は、断面長方形状で長尺状のセラミック製の基板６３ａを有している。該基板６３ａの加熱圧接部Ｎｋ側の表面には、該基板６３ａの長手方向（図３の左右方向）に沿って、Ａｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）等の発熱抵抗体６３ｂがスクリーン印刷で形成されている。また、基板６３ａの表面には、保護層６３ｃが発熱抵抗体６３ｂを覆うように形成してある。発熱抵抗体６３ｂは通電されて発熱する。

＜加圧ユニット＞
加圧ユニット５３は、回転体となる定着ローラ５１の表面に直接、或いは、記録材Ｐを介して圧接されて、図示しない駆動源により回転駆動される定着ローラ５１に従動回転する無端状ベルトとなる筒状の加圧フィルム６６を有する。更に、加圧フィルム６６を回転可能に支持する支持体となるガイド部材６７を有する。更に、ガイド部材６７の定着ローラ５１側の表面に形成された凹部６７ａ内に嵌入して支持されるニップ部形成部材６８を有する。ニップ部形成部材６８は、加圧フィルム６６の内周面に接触し、定着ローラ５１と共に該加圧フィルム６６を介して定着ニップ部Ｎを形成する。

ニップ部形成部材６８と、加圧フィルム６６と、ガイド部材６７とは、何れも長手方向（図３の左右方向）に長尺状で構成されている。

ニップ部形成部材６８は、断面が長方形で構成されている。ガイド部材６７は、耐熱性の樹脂材料で断面が略逆樋型形状に成形されている。ガイド部材６７には、長手方向（図３の左右方向）に沿って凹部６７ａが形成されている。凹部６７ａ内にはニップ部形成部材６８が嵌入されて支持されている。

ガイド部材６７の外周には、加圧フィルム６６がルーズに嵌装されている。加圧フィルム６６は、ポリイミド樹脂で形成された基層と、該基層の外周面上に設けられた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）等のフッ素樹脂で形成された離型層と、を有して構成されている。加圧フィルム６６の基層は、ニップ部形成部材６８と接触して配置される。

ガイド部材６７の長手方向（図３の左右方向）の両端部は、定着装置５０の図示しない装置フレームに移動可能に支持される。そして、図示しない付勢手段となる加圧バネにより定着ローラ５１に対して該定着ローラ５１の軸方向（図３の左右方向）と直交する方向（垂直方向）に押圧されている。

これによりニップ部形成部材６８が加圧フィルム６６を介して定着ローラ５１に押圧されて、弾性層６１が該ニップ部形成部材６８の長手方向（図３の左右方向）に沿って弾性変形する。これにより定着ニップ部Ｎが形成される。

加熱フィルム６４と加圧フィルム６６とのそれぞれの内周面には、該加熱フィルム６４と加圧フィルム６６とのそれぞれの回転トルクを低減するために潤滑剤としてフッ素系グリスが塗布されている。

本実施形態の定着装置５０は、印刷指令に応じて、駆動源となる図示しないモータが回転駆動され、該モータの出力軸の回転が図示しない所定の駆動伝達ギア列を介して定着ローラ５１の芯金６０に伝達される。これにより定着ローラ５１は、図２の矢印ｄ方向に回転駆動される。

定着ローラ５１の回転駆動力は、加熱圧接部Ｎｋにおいて該定着ローラ５１の表面と、加熱フィルム６４の外周面との間に生じる摩擦力により該加熱フィルム６４に伝達される。これにより加熱フィルム６４は、定着ローラ５１の回転に従動してセラミックヒータ６３の保護層６３ｃと接触しながら図２の反時計回り方向に回転する。

また、定着ローラ５１の回転駆動力は、定着ニップ部Ｎにおいて該定着ローラ５１の表面と、加圧フィルム６６の外周面との間に生じる摩擦力により該加圧フィルム６６に伝達される。これにより加圧フィルム６６は、定着ローラ５１の回転に追従してニップ部形成部材６８と接触しながら図２の矢印ｅ方向に回転する。

更に、印刷指令に応じて双方向サイリスタ（Thyristor）としてのトライアック（TRIAC）がセラミックヒータ６３への給電を開始する。セラミックヒータ６３は、発熱抵抗体６３ｂに通電されることにより急速に発熱して加熱フィルム６４の内周面を加熱し、その加熱フィルム６４が定着ローラ５１の表面を加熱する。

セラミックヒータ６３の温度は、基板６３ａの加熱圧接部Ｎｋと反対側の裏面に設けられた温度検知素子としてのサーミスタ２により検知される。制御手段となる制御部４０は、サーミスタ２からの検知信号（出力信号）を取り込む。そして、サーミスタ２からの検知信号に基づいてトライアックが発熱抵抗体６３ｂに印加する電圧のデューティー比や波数等を制御してセラミックヒータ６３の検知温度を定着温度（目標温度）に保つ。

定着ローラ５１を回転駆動し、且つ、セラミックヒータ６３を定着温度に維持した状態において、図２に示すように未定着のトナー画像ｔが形成された記録材Ｐが該未定着のトナー画像ｔが形成された面を定着ローラ５１側にして定着ニップ部Ｎに導入される。

記録材Ｐは、定着ニップ部Ｎにおいて図２の矢印ｄ方向に回転する定着ローラ５１と、図２の矢印ｅ方向に従動回転する加圧フィルム６６とにより挟持搬送される。そして、記録材Ｐの表面上の未定着のトナー画像ｔがセラミックヒータ６３により加熱された定着ローラ５１の熱と、該定着ローラ５１と加圧フィルム６６とにより圧接される圧力を受けて該記録材Ｐの表面上に熱定着される。未定着のトナー画像ｔが定着された記録材Ｐは、定着ローラ５１と、加圧フィルム６６とにより挟持搬送されて定着ニップ部Ｎから排出される。

＜ニップ部形成部材＞
次に、図４を用いて本実施形態におけるニップ部形成部材６８の構成について説明する。図４（ａ）は本実施形態におけるニップ部形成部材６８と、加圧フィルム６６との接触領域を示す断面説明図である。

ニップ部形成部材６８は、加圧フィルム６６の内周面と接触し、該加圧フィルム６６を定着ローラ５１側（図４（ａ）の上方）に押圧している。ニップ部形成部材６８は、長手方向（図３の左右方向）における温度ムラを均一にするための熱伝熱層となる基層６８ｂを有する。更に、該基層６８ｂよりも加圧フィルム６６側に設けられ、該加圧フィルム６６の内周面と摺動する摺動層６８ａを有する。更に、該基層６８ｂよりもガイド部材６７側に設けられる裏面層６８ｃを有する。ニップ部形成部材６８は、摺動層６８ａと、基層６８ｂと、裏面層６８ｃとの三層構造により構成される。

ニップ部形成部材６８は、基層６８ｂに熱伝導率が高い部材を用いる。これによりニップ部形成部材６８の長手方向（図３の左右方向）の温度ムラを均一化する効果が得られる。この温度ムラを均一する作用により記録材Ｐの非通過部の昇温を抑制できる。

更に、小サイズの記録材Ｐであっても大サイズの記録材Ｐの場合と同等、或いは、それに近い生産性で連続的に画像形成することができる。

基層６８ｂの断面積を増やすことでもニップ部形成部材６８の長手方向（図３の左右方向）の温度ムラを均一化する効果は向上する。しかし、基層６８ｂの断面積を増やすと、ニップ部形成部材６８の熱容量が大きくなる。このため定着ローラ５１の温度が上がり難くなる。

このため定着ローラ５１が定着温度に達するまでの時間が長くなり、特に一枚目の記録材Ｐに印刷画像を出力するまでの時間（ＦＰＯＴ：First Print Out Time）が長くなるという課題がある。

従って、ニップ部形成部材６８は、基層６８ｂに熱伝導率がより高い材質を用い、また、定着ニップ部Ｎを形成するために必要な幅を有する板状で構成することが好ましい。

アルミニウムは、金属の中でも、熱伝導率が高く、表面仕上げがし易い点でニップ部形成部材６８の材質として適している。アルミニウムの含有率が９９．０ｗｔ％（重量％）以上の純アルミニウムの熱伝導率は約２３５Ｗ／ｍ・Ｋである。

熱伝導率は、京都電子工業株式会社製のレーザーフラッシュ法熱物性測定装置（ＬＦＡ−５０２）により熱拡散率と比熱を測定し、電子天秤精密比重計（アズワン）で密度を測定し、測定した熱拡散率と比熱と比重とにより計算した。尚、熱伝導率の測定結果には、測定誤差が±１０％程度存在する。

本実施形態では、ニップ部形成部材６８の基層６８ｂとして、アルミニウムの含有率が９９．０ｗｔ％（重量％）以上の純アルミニウム（Ａ１０５０）を用いた。そして、基層６８ｂをアルミニウムの陽極酸化処理であるアルマイト処理を行うことによって、加圧フィルム６６の内周面と摺動する側に摺動層６８ａを形成し、ガイド部材６７側に裏面層６８ｃを形成している。

本実施形態のニップ部形成部材６８は、加圧フィルム６６の内周面と接触する摺動面に耐摩耗層としてアルマイト処理により形成される酸化膜により構成された摺動層６８ａが設けられる。更に、該摺動面とは反対側の裏面に耐摩耗層としてアルマイト処理により形成される酸化膜により構成された裏面層６８ｃが設けられる。

アルマイト処理とは、硫酸や蓚酸等の電解液を用いて、アルミニウムの表面を電気化学的に酸化させ、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３；アルミナ）の皮膜を生成させる方法である。酸化膜（酸化被膜層）からなる摺動層６８ａは、加圧フィルム６６の内周面が摺動することにより傷つき易いニップ部形成部材６８の表面を保護する保護層（耐摩耗層）として作用する。

本実施形態のニップ部形成部材６８は、記録材Ｐの搬送方向（図４（ｂ）の左右方向）の幅が１０ｍｍ、基層６８ｂの厚さが０．８ｍｍ、摺動層６８ａ及び裏面層６８ｃの厚さがそれぞれ１５μｍであった。

ニップ部形成部材６８を構成する摺動層６８ａ、基層６８ｂ及び裏面層６８ｃの各層の熱膨張係数（単位温度当りに物体の長さが熱膨張する割合）は異なる。図７（ａ）にアルマイト処理膜と純アルミニウムとのそれぞれの熱膨張係数を示す。図７（ａ）に示す熱膨張係数の値は、株式会社オジックテクノロジーズのＵＲＬ＜http://www.ogic.ne.jp/high.html＞により提供されたデータを参照したものである。

加圧ユニット５３は、印刷時において、加熱ユニット５２に設けられたセラミックヒータ６３により発熱した熱が加熱フィルム６４、定着ローラ５１を介して伝えられて１００℃〜１５０℃の高温状態に保たれる。

加圧ユニット５３が１００℃〜１５０℃の高温状態において、アルミニウムからなる基層６８ｂと、アルマイト処理膜からなる摺動層６８ａとの熱膨張量が異なる。これによりニップ部形成部材６８に歪みが生じて該ニップ部形成部材６８を変形させようとする力が働く。このとき、ニップ部形成部材６８の表裏を構成する摺動層６８ａと裏面層６８ｃにおける熱膨張量が異なると、ニップ部形成部材６８は湾曲する。

本実施形態では、ニップ部形成部材６８の裏面を構成する裏面層６８ｃもアルマイト処理により形成される酸化膜（酸化被膜層）により構成される。これによりニップ部形成部材６８の表裏を構成する摺動層６８ａと裏面層６８ｃにおける熱膨張量を均等にすることでニップ部形成部材６８の湾曲を防止している。

＜ニップ部形成部材の作用＞
次に、図４及び図５を用いて本実施形態のニップ部形成部材６８の作用について説明する。図４（ｂ）は、印刷時における本実施形態の定着装置５０のニップ部形成部材６８の構成を示す断面説明図である。図５（ａ）は比較例におけるニップ部形成部材６８と、加圧フィルム６６の内周面との接触領域を示す断面説明図である。図５（ｂ）は印刷時における比較例の定着装置５０のニップ部形成部材６８の構成を示す断面説明図である。

図４（ａ），（ｂ）に示して前述したように、本実施形態の定着装置５０のニップ部形成部材６８の表裏を構成する摺動層６８ａ及び裏面層６８ｃは以下の通りである。アルマイト処理により酸化膜を形成して構成される。そして、基層６８ｂ、摺動層６８ａ及び裏面層６８ｃの三層により構成したものである。

ニップ部形成部材６８が高温状態に保たれる印刷時において以下の通りである。ニップ部形成部材６８の摺動層６８ａ側には、基層６８ｂよりも熱膨張量が小さい該摺動層６８ａの張力により該摺動層６８ａの表面である摺動面が凹面に湾曲するような力が働く（図５（ｂ）参照）。

一方、ニップ部形成部材６８の裏面層６８ｃ側にも同様に、基層６８ｂよりも熱膨張量が小さい該裏面層６８ｃの張力により該裏面層６８ｃの裏面（図４（ｂ）の下面）が凹面に湾曲するような力が働く。

本実施形態では、摺動層６８ａ及び裏面層６８ｃの熱膨張量が略等しく設定されている。このため該摺動層６８ａ及び裏面層６８ｃに作用する互いに逆向きの力の大きさは等しく働く。このため該摺動層６８ａ及び裏面層６８ｃが凹面に湾曲する力は相殺され、高温状態においてもニップ部形成部材６８の摺動層６８ａの摺動面（図４（ｂ）の上面）は平面を保つことができる。

実際に１５０℃に保たれた本実施形態におけるニップ部形成部材６８の摺動層６８ａの摺動面（図４（ｂ）の上面）の平面度を公知の測定器により測定したところ、ニップ部形成部材６８の摺動層６８ａの摺動面（図４（ｂ）の上面）は平面形状を維持していた。

このとき形成される定着ニップ部Ｎは、図４（ｂ）に示すように、平面となり、記録材Ｐは定着ニップ部Ｎから本来の搬送方向ｂ（図４（ｂ）の左方向）に排出される。

図５（ａ），（ｂ）に示す比較例の定着装置５０のニップ部形成部材６８は、基層６８ｂの加圧フィルム６６の内周面側のみにアルマイト処理により酸化膜を形成して、基層６８ｂと摺動層６８ａとの二層により構成したものである。図５（ａ），（ｂ）に示す比較例のニップ部形成部材６８の搬送方向（図５（ａ）の左右方向）の幅は１０ｍｍ、基層６８ｂの厚さは０．８ｍｍ、摺動層６８ａの厚さは１５μｍであった。

図５（ｂ）は、印刷時における比較例の定着装置５０のニップ部形成部材６８の状態を示す断面説明図である。ニップ部形成部材６８が高温状態に保たれる印刷時において、該ニップ部形成部材６８は、図５（ｂ）に示すように、熱膨張量が小さい摺動層６８ａの摺動面側が凹面になるように湾曲する。

実際に１５０℃に保たれた比較例におけるニップ部形成部材６８の摺動層６８ａの摺動面（図５（ｂ）の上面）の平面度を公知の測定器により測定した。その結果、該摺動層６８ａの摺動面（図５（ｂ）の上面）の記録材Ｐの搬送方向（図５（ｂ）の左右方向）の中央部に対して記録材Ｐの搬送方向の両端部の高さが７０μｍ程度高くなっていた。

図５（ｂ）に示すように、ニップ部形成部材６８が下に凸に湾曲した状態で形成される定着ニップ部Ｎは、定着ローラ５１の表面を覆うような凹形状となる。これにより記録材Ｐは、定着ニップ部Ｎから破線で示す本来の搬送方向ｂに対して所定の排出角度θだけ定着ローラ５１側に傾いた排出方向ｃに排出される。

図５（ｂ）に示す比較例では、定着ニップ部Ｎから排出される記録材Ｐの排出角度θが定着ローラ５１側に傾く。これにより定着ニップ部Ｎから排出された記録材Ｐの表面上のトナー画像が定着ローラ５１の熱により更に加熱されて再溶融し、定着ニップ部Ｎの出口近傍で定着ローラ５１の表面に貼り付き易くなる。これにより定着ニップ部Ｎから排出される記録材Ｐが定着ローラ５１に巻き付くことによる搬送不良が発生する。

＜搬送性の比較＞
図７（ｂ）は、本実施形態の定着装置５０と、比較例の定着装置５０とで記録材Ｐの搬送性を比較した結果を示す。図４（ｂ）に示す本実施形態の定着装置５０と、図５（ｂ）に示す比較例の定着装置５０とをそれぞれ備えた画像形成装置１を用いて記録材Ｐに印刷した。

図７（ｂ）に示すように、トナー画像を形成しない５０００枚の記録材Ｐが図４（ｂ）に示す本実施形態の定着装置５０と、図５（ｂ）に示す比較例の定着装置５０とをそれぞれ通過する。その結果、何れの定着装置５０においても記録材Ｐの搬送不良は発生しなかった。

一方、トナー画像を表面上に形成した５０００枚の記録材Ｐが図４（ｂ）に示す本実施形態の定着装置５０と、図５（ｂ）に示す比較例の定着装置５０とをそれぞれ通過した結果は以下の通りである。図４（ｂ）に示す本実施形態の定着装置５０では、記録材Ｐの搬送不良が発生しなかった。これに対して、図５（ｂ）に示す比較例の定着装置５０では、記録材Ｐが定着ローラ５１の表面に巻き付くことによる搬送不良が３回発生した。

図７（ｂ）に示すように、図４（ｂ）に示す本実施形態の定着装置５０のニップ部形成部材６８は、記録材Ｐが定着ローラ５１の表面に巻き付く搬送不良を抑制する効果があることが分かる。

図４（ｂ）に示すように、本実施形態のニップ部形成部材６８は、記録材Ｐの搬送方向（図４（ｂ）の左右方向）における両方の端面６８ｄ，６８ｅには、アルマイト処理による酸化膜からなる耐摩耗層を形成しない。その目的について図６（ａ），（ｂ）を用いて以下に説明する。

図６（ａ）は本実施形態におけるガイド部材６７及びニップ部形成部材６８の構成を示す斜視説明図である。印刷中におけるニップ部形成部材６８は、図４（ｂ）の矢印ｄ方向に回転する定着ローラ５１に従動して図４（ｂ）の矢印ｅ方向に搬送される加圧フィルム６６の内周面と摺動する。

これによりニップ部形成部材６８は、記録材Ｐの搬送方向ｂに向かって図６（ｂ）に示す力Ｆを受ける。この力Ｆによりガイド部材６７に対するニップ部形成部材６８の位置変化を防止する必要がある。本実施形態では、図６（ａ）に示すように、ガイド部材６７の凹部６７ａ内の該凹部６７ａの長手方向の両端部にニップ部形成部材６８の記録材Ｐの搬送方向（図４（ｂ）左右方向）の位置を規制する突起部６７ｂ，６７ｃを設けている。

図６（ａ）に示す突起部６７ｂ，６７ｃの大きさは同じであることが理想的である。しかしながら、ガイド部材６７の製造上の寸法公差を考慮すると、突起部６７ｂ，６７ｃの大きさが異なる場合がある。この場合、ガイド部材６７の凹部６７ａ内の該凹部６７ａの長手方向に対してニップ部形成部材６８の長手方向を平行に配置することができない場合がある。

図６（ａ）に示す突起部６７ｂ，６７ｃの寸法公差の影響を最小限にするためには、突起部６７ｂと突起部６７ｃとの凹部６７ａの長手方向における離間間隔を大きく設定することが好ましい。本実施形態では、図６（ａ）に示すように、ガイド部材６７の凹部６７ａの長手方向における両端部のみに突起部６７ｂ，６７ｃを設けている。

ガイド部材６７の凹部６７ａの長手方向における両端部のみに設けた突起部６７ｂと突起部６７ｃとの間には、新たな突起部を設けない。或いは、突起部６７ｂ，６７ｃの寸法公差を考慮してガイド部材６７の凹部６７ａの長手方向における両端部に設けた突起部６７ｂと突起部６７ｃとの間にニップ部形成部材６８に接触しない図示しない突起部を配置することも出来る。

図６（ｂ）は本実施形態における定着装置５０を備えた画像形成装置１を用いて記録材Ｐに印刷を繰り返した際のニップ部形成部材６８の状態を説明する斜視説明図である。

本実施形態の定着装置５０を備えた画像形成装置１を用いて記録材Ｐに印刷を繰り返すと、ニップ部形成部材６８は図４（ｂ）の矢印ｅ方向に回転する加圧フィルム６６の内周面に摺動して記録材Ｐの搬送方向ｂに向かって力Ｆを受け続ける。これにより図６（ｂ）に示すように、突起部６７ｂ，６７ｃにより規制されていないニップ部形成部材６８の長手方向中央部が記録材Ｐの搬送方向ｂに向かって凸形状になるよう湾曲する。

ニップ部形成部材６８の記録材Ｐの搬送方向（図４（ｂ）の左右方向）の端面６８ｄ，６８ｅを含む該ニップ部形成部材６８の全表面にアルマイト処理により形成される酸化膜（酸化被膜層）を形成する。その場合、陽極酸化処理中の電流が該ニップ部形成部材６８の端部に集中して流れるために発生する欠陥皮膜、いわゆる焼けが発生することがある。この焼けが発生したニップ部形成部材６８の端面は、正常に形成された酸化膜に対して硬度や耐摩耗性が低下してしまう。

このためニップ部形成部材６８の全表面にアルマイト処理により形成される酸化膜（酸化被膜層）を形成した場合、図６（ｂ）に示すように、ニップ部形成部材６８の長手方向中央部が記録材Ｐの搬送方向ｂに向かって凸形状になるような湾曲が発生する。すると、ニップ部形成部材６８の記録材Ｐの搬送方向ｂの下流側の端面６８ｅには引っ張りによるストレスが作用し、ニップ部形成部材６８の記録材Ｐの搬送方向ｂの上流側の端面６８ｄには凝縮によるストレスが作用する。

これらのストレスによりニップ部形成部材６８の記録材Ｐの搬送方向ｂの上下流側の端面６８ｄ，６８ｅに形成された酸化被膜層が剥がれ落ちる場合がある。この剥がれ落ちた酸化被膜層がニップ部形成部材６８の摺動層６８ａの摺動面と、加圧フィルム６６の内周面との間に混入する。すると、加圧フィルム６６の内周面を著しく磨耗させて画像不良を引き起こす場合がある。

このようにニップ部形成部材６８の記録材Ｐの搬送方向ｂの上下流側の端面６８ｄ，６８ｅに形成された酸化被膜層の剥がれ落ちによる画像不良を回避する必要がある。このため本実施形態では、ニップ部形成部材６８の記録材Ｐの搬送方向ｂの上下流側の端面６８ｄ，６８ｅには、耐摩耗層となるアルマイト処理により形成される酸化膜（酸化被膜層）を形成しない。

本実施形態では、ニップ部形成部材６８の表面に対してアルマイト処理により形成される酸化膜（酸化被膜層）を摺動層６８ａと裏面層６８ｃにのみ形成した。更に、記録材Ｐの搬送方向ｂの上下流側の端面６８ｄ，６８ｅには、アルマイト処理により形成される酸化膜（酸化被膜層）を形成しなかった。

本実施形態によれば、ニップ部形成部材６８の表面に対してアルマイト処理により形成した酸化被膜層の剥がれによる画像不良を起こすことがない。更に、図５（ｂ）の比較例で示すニップ部形成部材６８の湾曲による定着ローラ５１の表面に対する記録材Ｐの巻き付きが発生しない定着装置５０（加熱装置）を提供できる。

次に、図８及び図９を用いて本発明に係る加熱装置を備えた画像形成装置の第２実施形態の構成について説明する。尚、前記第１実施形態と同様に構成したものは同一の符号、或いは符号が異なっても同一の部材名を付して説明を省略する。

前記第１実施形態では、ニップ部形成部材６８の基層６８ｂは純アルミニウムを用いた。更に、ニップ部形成部材６８と、加圧フィルム６６の内周面との摺動性を確保するためにニップ部形成部材６８の加圧フィルム６６の内周面側にアルマイト処理により形成した酸化膜（酸化被膜層）からなる耐摩耗層としての摺動層６８ａを設けて構成した。

本実施形態は、ニップ部形成部材６８の基層６８ｂは銅を用いた。更に、ニップ部形成部材６８の加圧フィルム６６の内周面側に設けた耐摩耗層となる摺動層６８ａと、ニップ部形成部材６８のガイド部材６７側に設けた耐摩耗層となる裏面層６８ｃとはガラス材を用いて構成した。

尚、他の構成及び動作は、前述した第１実施形態と同様であるため、以下には前述した第１実施形態とは異なる点についてのみ説明し、前述した第１実施形態と重複する説明は省略する。

図８は本実施形態の定着装置５０における加圧ユニット５３の構成を示す断面説明図である。前記第１実施形態では、ニップ部形成部材６８の基層６８ｂの材料として純アルミニウムを用いた一例であった。これに対して、本実施形態ではニップ部形成部材６８の基層６８ｂの材料として銅を用いている。銅の熱伝導率は約４００Ｗ／ｍ・Ｋである。このため純アルミニウムの熱伝導率（約２３５Ｗ／ｍ・Ｋ）よりも高い。これにより前記第１実施形態よりも記録材Ｐの非通過部の昇温を抑制する効果が得られる。

本実施形態においても前記第１実施形態と同様にニップ部形成部材６８には、加圧フィルム６６の内周面との摺動性を確保するために該加圧フィルム６６の内周面側に摺動層６８ａを設けている。本実施形態では、摺動層６８ａとして基層６８ｂ上にガラス材からなるガラスコート層を設けて該加圧フィルム６６の内周面との間で摺動性を確保している。

本実施形態のニップ部形成部材６８の基層６８ｂに用いる銅の熱膨張係数と、摺動層６８ａに用いるガラス材の熱膨張係数とは異なる。図９にガラス材と銅の熱膨張係数を示す。これらの熱膨張係数の違いにより図５（ｂ）に示す比較例と同様に基層６８ｂの加圧フィルム６６の内周面側のみに摺動層６８ａを設けた場合には以下の通りである。印刷時におけるニップ部形成部材６８の湾曲により記録材Ｐが定着ローラ５１の表面に巻き付くという課題が発生する。

そこで、本実施形態では、ニップ部形成部材６８の基層６８ｂの加圧フィルム６６の内周面側にガラスコート層からなる摺動層６８ａを設け、更に、該基層６８ｂのガイド部材６７側にもガラスコート層からなる裏面層６８ｃを設けて構成した。

これによりニップ部形成部材６８の熱膨張時における基層６８ｂの表裏となる摺動層６８ａと裏面層６８ｃとの張力を均等にする。これにより図５（ｂ）の比較例で示したようなニップ部形成部材６８の湾曲を防止している。ニップ部形成部材６８の湾曲を防止することで、記録材Ｐが定着ローラ５１の表面に巻き付くことを防止することができる。

本実施形態の定着装置５０のニップ部形成部材６８の基層６８ｂの材料として、前記第１実施形態の定着装置５０のニップ部形成部材６８の基層６８ｂの材料として用いた純アルミニウムよりも熱伝導率が高い銅を用いて構成した。これにより前記第１実施形態の定着装置５０よりも更に記録材Ｐの非通過部の昇温を抑制することが出来る。

更に、本実施形態では、ニップ部形成部材６８の基層６８ｂの加圧フィルム６６の内周面側にガラスコート層からなる摺動層６８ａを設け、更に、該基層６８ｂのガイド部材６７側にもガラスコート層からなる裏面層６８ｃを設けて構成した。これにより該ニップ部形成部材６８の湾曲を防止して、記録材Ｐが定着ローラ５１の表面に巻き付くことを防止することができる。他の構成は前記第１実施形態と同様に構成され、同様の効果を得ることが出来る。

Ｎ…定着ニップ部（ニップ部）
Ｐ…記録材
５０…定着装置（加熱装置）
５１…定着ローラ（回転体）
６６…加圧フィルム（無端状ベルト）
６７…ガイド部材（支持体）
６８…ニップ部形成部材
６８ａ…摺動層
６８ｃ…裏面層

Claims (2)

1. ニップ部でトナー画像を担持した記録材を搬送しながら該トナー画像を加熱する加熱装置であって、
   前記トナー画像と接触する回転体と、
   前記回転体に従動回転する無端状ベルトと、
   前記無端状ベルトを回転可能に支持する支持体と、
   前記支持体に支持されると共に、前記無端状ベルトの内周面に接触し、前記回転体と共に前記無端状ベルトを介して前記ニップ部を形成するニップ部形成部材と、
   を有し、
   記録材搬送方向の下流に向いている前記ニップ部形成部材の端面と前記支持体の間に、前記ニップ部形成部材の前記記録材搬送方向の下流に向いている前記端面が接触し前記ニップ部形成部材の前記記録材搬送方向への移動を規制する突起部が設けられており、前記突起部は、前記記録材搬送方向に対して直交する前記支持体の長手方向に関して前記支持体の両端のみに設けられており、
   前記ニップ部形成部材は、
   前記無端状ベルトの内周面と接触する摺動面、及び該摺動面とは反対側の裏面に耐摩耗層を有し、
   前記耐摩耗層は、アルマイト処理により形成された酸化膜であり、
   前記ニップ部形成部材の前記摺動面の耐摩耗層及び前記反対面の耐摩耗層の熱膨張量は略等しく、且つ前記ニップ部形成部材のアルミニウムの基層の熱膨張量よりも小さく、
   前記記録材の搬送方向における端面には、耐摩耗層が設けられていないことを特徴とする加熱装置。
2. 請求項１に記載の加熱装置と、
   記録材にトナー画像を形成する画像形成手段と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。

Images