JP7087501B2 - 加熱装置、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、加熱装置、定着装置及び画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置で使用される定着装置は種々の型式が知られている。その１つに、低熱容量の薄肉定着ベルトを、基材と面状抵抗発熱体で構成されたヒータで加熱する型式がある。面状抵抗発熱体は、例えば特許文献１（特開２００８－１４０７０１号公報）に記載のように、定着ベルトの内側でベルト幅方向に配置された基材上に配設され、定着ニップを通過する定着ベルトの内面を加熱する。定着ベルトの内周面は回転安定性を高めるためにガイドリブに摺接する。また定着ベルトの表面には温度測定用の温度センサ等が摺接する。

定着ベルトはクイックスタート性と省エネ性のため薄肉化・低熱容量化されており、ガイドリブや温度センサに摺接する部分は奪熱によって他の部分に比べて温度低下が顕著である。この局所的な温度の落ち込みによってヒータ長手方向で温度ムラが生じ、この温度ムラによって定着不良や画像光沢ムラが発生しやすい。

特許文献１（特開２００８－１４０７０１号公報）の定着装置は、ヒータ長手方向における温度の落ち込みを抑制するために、定着ベルトの回転方向に２種類のガイドリブを設けている。そして各々のガイドリブが長手方向の位置で重ならないようにしたり、ガイドリブの接触面に窪みを形成してベルト接触面積を低減したりすることで、定着ベルトの温度ムラを改善するようにしている。

しかしながら、特許文献１の技術は温度の局所的落ち込みを積極的に戻すものではないので、定着ベルトの温度ムラを十分に解消できない。特に、室温からの目標温度への加熱直後はガイドリブの温度がまだ低いため温度差が発生しやすく、ベルト接触面積の低減だけでは定着不良や画像光沢ムラを防止することができない。

また、接触面積低減のためにガイドリブに窪みを加工すると、ガイドリブの構造が複雑化してその金型コストが高騰する。また、定着ベルトの回転方向に２種類のガイドリブを設けると、同一部品の使用が困難になって部品点数の増大やコストアップになる。

本発明の目的は、ガイドリブや温度センサのように加熱ベルトに接触することで局所的な温度の落ち込みが予測される箇所を積極的に加熱することで加熱ベルトの温度ムラを抑制することにある。

前記課題を解決するため、本発明の加熱装置は、駆動手段で回転する加熱ベルトと、当該加熱ベルトを接触加熱する抵抗発熱体とを有する加熱装置において、前記抵抗発熱体を前記加熱ベルトの幅方向に配設すると共に、当該加熱ベルトの幅方向における温度の落ち込み予測箇所と対応する前記抵抗発熱体の領域の発熱量を、当該領域以外の前記抵抗発熱体の発熱量より高くしたことを特徴とする。

本発明によれば、局所的に温度の落ち込みが予測される箇所と対応する抵抗発熱体の領域の発熱量を当該領域以外の抵抗発熱体の発熱量に比べて高くすることで、加熱ベルトの温度ムラを抑制することができる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 本発明の実施形態に係る画像形成装置の原理図である。 本発明の実施形態に係る第１の定着装置の断面図である。 本発明の実施形態に係る第２の定着装置の断面図である。 本発明の実施形態に係る第３の定着装置の断面図である。 本発明の実施形態に係る第４の定着装置の断面図である。 （ａ）は本発明の実施形態で使用するヒータの平面図、（ａ）’は従来のヒータの平面図、（ｂ）はヒータの断面図である。 ヒータ、電力供給回路及び電力制御部を示す図である。 ヒータ支持部材とヒータの斜視図である。 ヒータ支持部材とヒータの分解斜視図である。 ヒータ支持部材とヒータの分解斜視図である。 定着ベルトにヒータ支持部材を挿入した状態の斜視図である。 従来のヒータ支持部材とヒータの正面図である。 別の従来のヒータ支持部材とヒータの正面図である。 従来のヒータのベルト表面温度の低下を説明する図であって、（ａ）は図５Ｅと同様の図、（ｂ）はベルト表面温度を示すグラフである。 本発明の第１実施形態を示すもので、（ａ）はヒータ支持部材とヒータの正面図、（ｂ）はヒータの発熱部材の拡大斜視図、（ｃ）はヒータ表面温度のグラフ、（ｄ）はベルト表面温度のグラフである。 本発明の第２実施形態を示すヒータ支持部材とヒータの正面図である。 本発明の第３実施形態を示すヒータ支持部材とヒータの正面図である。 本発明の第４実施形態を示すもので、（ａ）はヒータ支持部材とヒータの正面図、（ｂ）はヒータの発熱部材の拡大斜視図である。 本発明の第５実施形態を示すもので、（ａ）はヒータ支持部材とヒータの正面図、（ｂ）はヒータの発熱部材の拡大斜視図である。 温度センサの取り付け状態を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態に係る加熱装置と、当該加熱装置を使用した定着装置及び画像形成装置（レーザプリンタ）について図面を参照して説明する。レーザプリンタは画像形成装置の一例であり、当該画像形成装置はレーザプリンタに限定されないことは勿論である。すなわち、画像形成装置は複写機、ファクシミリ、プリンタ、印刷機、及びインクジェット記録装置のいずれか一つ、またはこれらの少なくとも２つ以上を組み合わせた複合機として構成することも可能である。

なお、各図中の同一または相当する部分には同一の符号を付し、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。また各構成部品の説明にある寸法、材質、形状、その相対配置などは例示であって、特に特定的な記載がない限りこの発明の範囲をそれらに限定する趣旨ではない。

以下の実施形態では「記録媒体」を「用紙」として説明するが、「記録媒体」は紙（用紙）に限定されない。「記録媒体」は紙（用紙）だけでなくＯＨＰシートや布帛、金属シート、プラスチックフィルム、或いは炭素繊維にあらかじめ樹脂を含浸させたプリプレグシートなども含む。

現像剤やインクを付着させることができる媒体、記録紙、記録シートと称されるものも、すべて「記録媒体」に含まれる。また「用紙」には、普通紙以外に、厚紙、はがき、封筒、薄紙、塗工紙（コート紙やアート紙等）、トレーシングペーパ等も含まれる。

また、以下の説明で使用する「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与することも意味する。

（レーザプリンタの構成）
図１Ａは、本発明の定着装置３００を備えた画像形成装置１００の一実施形態としてのカラーレーザプリンタの構成を概略的に示す構成図である。また図１Ｂは当該カラーレーザプリンタの原理を単純化して図示する。

画像形成装置１００は、画像形成手段としての４つのプロセスユニット１Ｋ、１Ｙ、１Ｍ、１Ｃを備える。これらプロセスユニットは、カラー画像の色分解成分に対応するブラック（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の各色の現像剤によって画像を形成する。

各プロセスユニット１Ｋ、１Ｙ、１Ｍ、１Ｃは、互いに異なる色の未使用トナーを収容したトナーボトル６Ｋ、６Ｙ、６Ｍ、６Ｃを有する以外は、同様の構成となっている。このため、１つのプロセスユニット１Ｋの構成を以下に説明し、他のプロセスユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃの説明を省略する。

プロセスユニット１Ｋは、像担持体２Ｋ（例えば感光体ドラム）と、ドラムクリーニング装置３Ｋと、除電装置を有している。プロセスユニット１Ｋはさらに、像担持体の表面を一様帯電する帯電手段としての帯電装置４Ｋと、像担持体上に形成された静電潜像の可視像処理を行う現像手段としての現像装置５Ｋ等を有している。そして、プロセスユニット１Ｋは、画像形成装置１００の本体に対して着脱自在に装着され、消耗部品を同時に交換可能となっている。

露光器７は、この画像形成装置１００に設置された各プロセスユニット１Ｋ、１Ｙ、１Ｍ、１Ｃの上方に配設されている。そして、この露光器７は、画像情報に応じた書き込み走査、すなわち、画像データに基づいてレーザダイオードからレーザ光Ｌをミラー７ａで反射して像担持体２Ｋに照射するように構成されている。

転写装置１５は、この実施形態では各プロセスユニット１Ｋ、１Ｙ、１Ｍ、１Ｃの下方に配設されている。この転写装置１５は図１Ｂの転写手段ＴＭに対応する。一次転写ローラ１９Ｋ、１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃは、各像担持体２Ｋ、２Ｙ、２Ｍ、２Ｃに対向して中間転写ベルト１６に当接して配置されている。

中間転写ベルト１６は、各一次転写ローラ１９Ｋ、１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃ、駆動ローラ１８、従動ローラ１７に掛け渡された状態で循環走行するようになっている。二次転写ローラ２０は、駆動ローラ１８に対向し中間転写ベルト１６に当接して配置されている。なお、像担持体２Ｋ、２Ｙ、２Ｍ、２Ｃが各色の第１の像担持体とすれば、中間転写ベルト１６はそれらの像を合成した第２の像担持体である。

ベルトクリーニング装置２１は、中間転写ベルト１６の走行方向において、二次転写ローラ２０より下流側に設置されている。また、クリーニングバックアップローラが中間転写ベルト１６に対してベルトクリーニング装置２１と反対側に設置されている。

用紙Ｐを積載するトレイを有する用紙給送装置２００は、画像形成装置１００の下方に設置されている。この用紙給送装置２００は記録媒体供給部を構成するもので、記録媒体としての多数枚の用紙Ｐを束状で収容可能であり、用紙Ｐの搬送手段としての給紙ローラ６０やローラ対２１０と共にユニット化されている。

用紙給送装置２００は用紙の補給等のために、画像形成装置１００の本体に対して挿脱可能とされている。給紙ローラ６０とローラ対２１０は用紙給送装置２００の上方に配置され、用紙給送装置２００の最上位の用紙Ｐを給紙路３２に向けて搬送するようになっている。

分離搬送手段としてのレジストローラ対２５０は、二次転写ローラ２０の搬送方向直近上流側に配置され、用紙給送装置２００から給紙された用紙Ｐを一旦停止させることができる。この一旦停止により用紙Ｐの先端側に弛みが形成されて用紙Ｐの斜行（スキュー）が修正される。

レジストローラ対２５０の搬送方向直近上流側にはレジストセンサ３１が配設され、このレジストセンサ３１によって用紙先端部分の通過が検知されるようになっている。レジストセンサ３１が用紙先端部分の通過を検知した後、所定時間が経過すると、当該用紙はレジストローラ対２５０に突き当てられて一旦停止する。

用紙給送装置２００の下流端には、ローラ対２１０から右側に搬送された用紙を上方に向けて搬送するための搬送ローラ２４０が配設されている。図１Ａに示すように、搬送ローラ２４０は用紙を上方のレジストローラ対２５０へ向けて搬送する。

ローラ対２１０は上下一対のローラで構成されている。当該ローラ対２１０はＦＲＲ分離方式またはＦＲ分離方式とすることができる。ＦＲＲ分離方式は、駆動軸によりトルクリミッタを介して反給紙方向に一定量のトルクを印加された分離ローラ（戻しローラ）を給送ローラに圧接させてローラ間のニップで用紙を分離する。ＦＲ分離方式は、トルクリミッタを介して固定軸に支持された分離ローラ（摩擦ローラ）を給送ローラに圧接させてローラ間のニップで用紙を分離する。

この実施形態ではローラ対２１０をＦＲＲ分離方式で構成している。すなわち、ローラ対２１０は、用紙をマシン内部に搬送する上側の給送ローラ２２０と、この給送ローラ２２０と逆方向にトルクリミッタを介して駆動軸により駆動力を与えられる下側の分離ローラ２３０で構成されている。

分離ローラ２３０は給送ローラ２２０に向けてバネ等の付勢手段で付勢されている。なお、前記給紙ローラ６０は、給送ローラ２２０の駆動力をクラッチ手段を介して伝達することで図１Ａで左回転するようになっている。

レジストローラ対２５０に突き当てられて先端部に弛みが形成された用紙Ｐは、中間転写ベルト１６上に形成されたトナー像が好適に転写されるタイミングに合わせ、二次転写ローラ２０と駆動ローラ１８との二次転写ニップ（図１Ｂでは転写ニップＮ）に送り出される。そして、送り出された用紙Ｐは、二次転写ニップにおいて印加されたバイアスによって、中間転写ベルト１６上に形成されたトナー像が所望の転写位置に高精度に静電的に転写されるようになっている。

転写後搬送路３３は、二次転写ローラ２０と駆動ローラ１８の二次転写ニップの上方に配設されている。定着装置３００は、転写後搬送路３３の上端近傍に設置されている。この定着装置３００は、後述の図２Ａ（第１の定着装置）に示すように、加熱ベルトとしての定着ベルト３１０と、この定着ベルト３１０に対して所定の圧力で当接しながら回転する加圧部材としての加圧ローラ３２０を備える。加圧ローラ３２０は定着ベルト３１０を回転駆動する駆動手段を構成する。なお、定着装置３００は後述する図２Ｂ～図２Ｄの構成（第２～第４の定着装置）も可能である。

定着後搬送路３５は、図１Ａのように定着装置３００の上方に配設され、定着後搬送路３５の上端で、排紙路３６と反転搬送路４１に分岐している。この分岐部に切り替え部材４２が配置され、切り替え部材４２はその揺動軸４２ａを軸として揺動するようになっている。また排紙路３６の開口端近傍には排紙ローラ対３７が配設されている。

反転搬送路４１は、分岐部と反対側の他端で給紙路３２に合流している。そして、反転搬送路４１の途中には、反転搬送ローラ対４３が配設されている。排紙トレイ４４は、画像形成装置１００の上部に、画像形成装置１００の内側方向に凹形状を形成して、設置されている。

粉体収容器１０（例えばトナー収容器）は、転写装置１５と用紙給送装置２００の間に配置されている。そして、粉体収容器１０は、画像形成装置１００の本体に対して着脱自在に装着されている。

本実施形態の画像形成装置１００は、転写紙搬送の関係により、給紙ローラ６０から二次転写ローラ２０までの所定の距離が必要である。そして、この距離に生じたデッドスペースに粉体収容器１０を設置し、レーザプリンタ全体の小型化を図っている。

転写カバー８は、用紙給送装置２００の上部で、用紙給送装置２００の引出方向正面に設置されている。そして、この転写カバー８を開くことで、画像形成装置１００の内部を点検可能にしている。転写カバー８には、手差し給紙用の手差し給紙ローラ４５、及び手差し給紙用の手差しトレイ４６が設置されている。

（定着装置の他の構成）
定着装置３００は図２Ａの第１の定着装置３００に限定されない。以下、図２Ｂ～図２Ｄを参照して第２～第４の定着装置３００について説明する。第２の定着装置３００は、図２Ｂに示すように、加圧ローラ３２０と反対側に押圧ローラ３９０を有し、当該押圧ローラ３９０とヒータ３５０との間で定着ベルト３１０を挟んで加熱する。

定着ベルト３１０の内側に前述したヒータ３５０が配設されてる。ステー３３０の片側に補助ステー３３１が取り付けられ、反対側にニップ形成部材３３２が取り付けられている。ヒータ３５０はこの補助ステー３３１に保持されている。ニップ形成部材３３２は定着ベルト３１０を介して加圧ローラ３２０と当接して定着ニップＳＮを形成している。

第３の定着装置３００は、図２Ｃに示すように、定着ベルト３１０の内側にヒータ３５０が配設されてる。このヒータ３５０は、前述した押圧ローラ３９０を省略する代わりに、定着ベルト３１０との周方向接触長さを長くするため、定着ベルト３１０の曲率に合わせて基材３５２と絶縁層３７０の横断面を円弧状に形成している。抵抗発熱体としての発熱部材３６０は、円弧状の基材３５２の中央に配置されている。その他は図２Ｂの第２の定着装置３００と同じである。

第４の定着装置３００は、図２Ｄに示すように、加熱ニップＨＮと定着ニップＳＮに分けて構成している。すなわち、加圧ローラ３２０の定着ベルト３１０とは反対側に、ニップ形成部材３３２と、金属製のチャンネル材で構成されたステー３３３を配置し、これらニップ形成部材３３２とステー３３３を内包するように加圧ベルト３３４を周回可能に配設している。そして当該加圧ベルト３３４と加圧ローラ３２０との間の定着ニップＳＮに用紙Ｐを通紙して加熱・定着する。その他は図２Ａの第１の定着装置３００と同じである。

また、安全補償用の第２温度センサＴＨ２は、図２Ａの破線にて示すように、温度制御用の第１温度センサＴＨ１が検知する定着ベルト３１０の内周面に、付勢手段により圧着するように配置してもよい。第２温度センサＴＨ２を前記のように配設することで、温度センサの配設スペース確保の困難性を緩和することができる。

（レーザプリンタの作動）
次に、本実施形態に係るレーザプリンタの基本的動作について図１Ａを参照して以下に説明する。最初に、片面印刷を行う場合について説明する。

給紙ローラ６０は、図１Ａに示すように、画像形成装置１００の制御部からの給紙信号によって回転する。そして、給紙ローラ６０は、用紙給送装置２００に積載された束状用紙Ｐの最上位の用紙のみを分離し、給紙路３２へ送り出す。

給紙ローラ６０及びローラ対２１０によって送り出された用紙Ｐは、その先端がレジストローラ対２５０のニップに到達すると、弛みを形成し、その状態で待機する。そして、中間転写ベルト１６上に形成されたトナー画像をこの用紙Ｐに転写する最適なタイミング（同期）を図ると共に、用紙Ｐの先端スキューを補正する。

手差しによる給紙の場合は、手差しトレイ４６に積載された束状用紙が、最上位の用紙から一枚ずつ手差し給紙ローラ４５によって反転搬送路４１の一部を通り、レジストローラ対２５０のニップまで搬送される。以後の動作は用紙給送装置２００からの給紙と同一である。

ここで、作像動作については、１つのプロセスユニット１Ｋを説明し、他のプロセスユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃについてのその説明を省略する。まず、帯電装置４Ｋは、像担持体２Ｋの表面を高電位に均一に帯電する。そして、露光器７は、画像データに基づいたレーザ光Ｌを像担持体２Ｋの表面に照射する。

レーザ光Ｌが照射された像担持体２Ｋの表面は、照射された部分の電位が低下して、静電潜像を形成する。現像装置５Ｋは、トナーを含む現像剤を担持する現像剤担持体を有し、トナーボトル６Ｋから供給された未使用のブラックトナーを、現像剤担持体を介して、静電潜像が形成された像担持体２Ｋの表面部分に転移させる。

トナーが転移した像担持体２Ｋは、その表面にブラックトナー画像を形成（現像）する。そして、像担持体２Ｋ上に形成されたトナー画像を中間転写ベルト１６に転写する。

ドラムクリーニング装置３Ｋは、中間転写行程を経た後の像担持体２Ｋの表面に付着している残留トナーを除去する。除去された残留トナーは、廃トナー搬送手段によって、プロセスユニット１Ｋ内にある廃トナー収容部へ送られ回収される。また、除電装置は、クリーニング装置３Ｋによって残留トナーが除去された像担持体２Ｋの残留電荷を除電する。

各色のプロセスユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃにおいても、同様にして像担持体２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ上にトナー画像を形成し、各色トナー画像が重なり合うように中間転写ベルト１６に転写する。

各色トナー画像が重なり合うように転写された中間転写ベルト１６は、二次転写ローラ２０と駆動ローラ１８の二次転写ニップまで走行する。一方、レジストローラ対２５０は、それに突き当てられた用紙を所定のタイミングで挟み込んで回転し、中間転写ベルト１６上に重畳転写して形成されたトナー像が好適に転写されるタイミングに合わせて、二次転写ローラ２０の二次転写ニップまで搬送する。このようにして、中間転写ベルト１６上のトナー画像をレジストローラ対２５０によって送り出された用紙Ｐに転写する。

トナー画像が転写された用紙Ｐは、転写後搬送路３３を通って定着装置３００へと搬送される。そして、定着装置３００に搬送された用紙Ｐは、定着ベルト３１０と加圧ローラ３２０によって挟まれ、加熱・加圧することで未定着トナー画像が用紙Ｐに定着される。トナー画像が定着された用紙Ｐは、定着装置３００から定着後搬送路３５へ送り出される。

切り替え部材４２は、定着装置３００から用紙Ｐが送り出されたタイミングでは、図１Ａの実線で示すように定着後搬送路３５の上端近傍を開放している位置にある。そして、定着装置３００から送り出された用紙Ｐは、定着後搬送路３５を経由して排紙路３６へ送り出される。排紙ローラ対３７は、排紙路３６へ送り出された用紙Ｐを挟み込み、回転駆動することで排紙トレイ４４に排出することで片面印刷を終了する。

次に、両面印刷を行う場合について説明する。片面印刷の場合と同様に、定着装置３００は用紙Ｐを排紙路３６へ送り出す。そして、両面印刷を行う場合、排紙ローラ対３７は、回転駆動によって用紙Ｐの一部を画像形成装置１００外に搬送する。

そして、用紙Ｐの後端が、排紙路３６を通過すると、切り替え部材４２は、図１Ａの点線で示すように揺動軸４２ａを軸として揺動し、定着後搬送路３５の上端を閉鎖する。この定着後搬送路３５の上端の閉鎖とほぼ同時に、排紙ローラ対３７は、用紙Ｐを画像形成装置１００外へ搬送する方向と逆の方向に回転し、反転搬送路４１へ用紙Ｐを送り出す。

反転搬送路４１へ送り出された用紙Ｐは、反転搬送ローラ対４３を経て、レジストローラ対２５０に至る。そして、レジストローラ対２５０は、中間転写ベルト１６上に形成されたトナー画像を用紙Ｐのトナー画像未転写面に転写する最適なタイミング（同期）を図り、用紙Ｐを二次転写ニップへ送り出す。

そして、二次転写ローラ２０と駆動ローラ１８は、用紙Ｐが二次転写ニップを通過する際に用紙Ｐのトナー画像未転写面（裏面）にトナー画像を転写する。そして、トナー画像が転写された用紙Ｐは、転写後搬送路３３を通って定着装置３００へと搬送される。

定着装置３００は、定着ベルト３１０と加圧ローラ３２０によって、搬送された用紙Ｐを挟み、加熱・加圧することで未定着トナー画像を用紙Ｐの裏面に定着する。このようにして、表裏両面にトナー画像が定着された用紙Ｐは、定着装置３００から定着後搬送路３５へ送り出される。

切り替え部材４２は、定着装置３００から用紙Ｐが送り出されたタイミングでは、図１Ａの実線で示すように定着後搬送路３５の上端近傍を開放している位置にある。そして、定着装置３００から送り出された用紙Ｐは、定着搬送路を経由して排紙路３６へ送り出される。排紙ローラ対３７は、排紙路３６へ送り出された用紙Ｐを挟み、回転駆動し排紙トレイ４４に排出することで両面印刷を終了する。

中間転写ベルト１６上のトナー画像を用紙Ｐに転写した後、中間転写ベルト１６上には残留トナーが付着している。ベルトクリーニング装置２１は、この残留トナーを中間転写ベルト１６から除去する。また、中間転写ベルト１６から除去されたトナーは、廃トナー搬送手段によって、粉体収容器１０へと搬送され、粉体収容器１０内に回収される。

（定着装置の詳細）
次に、本発明の実施形態に係るヒータ３５０と定着装置３００について、図２Ａの第１の定着装置３００を参照して以下さらに説明する。第１の定着装置３００は図２Ａに示すように、低熱容量の薄肉の定着ベルト３１０と加圧ローラ３２０で構成されている。定着ベルト３１０は、例えば外径が２５ｍｍで厚みが４０～１２０μｍのポリイミド（ＰＩ）製の筒状基体を有している。

定着ベルト３１０の最表層には、耐久性を高めて離型性を確保するために、ＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂による厚みが５～５０μｍの離型層が形成される。基体と離型層の間に厚さ５０～５００μｍのゴム等からなる弾性層を設けてもよい。

また、定着ベルト３１０の基体はポリイミドに限らず、ＰＥＥＫなどの耐熱性樹脂やニッケル（Ｎｉ）、ＳＵＳなどの金属基体であってもよい。定着ベルト３１０の内周面に摺動層としてポリイミドやＰＴＦＥなどをコートしてもよい。

加圧ローラ３２０は、例えば外径が２５ｍｍであり、中実の鉄製芯金３２１と、この芯金３２１の表面に形成された弾性層３２２と、弾性層３２２の外側に形成された離型層３２３とで構成されている。弾性層３２２はシリコーンゴムで形成されており、厚みは例えば３．５ｍｍである。弾性層３２２の表面は離型性を高めるために、厚みが例えば４０μｍ程度のフッ素樹脂層による離型層３２３を形成するのが望ましい。定着ベルト３１０に対して加圧ローラ３２０が付勢手段により圧接している。

（ヒータフォルダ）
定着ベルト３１０の内側に、ステー３３０及びヒータフォルダ３４０が軸線方向に配設されている。ステー３３０は金属製のチャンネル材で構成され、その両端部分が定着装置の両側板に支持されている。ステー３３０は加圧ローラ３２０の押圧力を確実に受けとめて定着ニップＳＮを安定的に形成する。

ヒータフォルダ３４０はヒータ３５０の基材３５２を保持するためのもので、ステー３３０によって支持されている。ヒータフォルダ３４０は好ましくはＬＣＰなどの低熱伝導性の耐熱性樹脂で形成することができ、これによりヒータフォルダ３４０への熱伝達が減って効率的に定着ベルト３１０を加熱することができる。

ヒータフォルダ３４０の形状は、基材３５２の高温部との接触を回避するために、基材３５２の短手方向両端部付近の各２箇所のみを支持する形状にしている。これにより、ヒータフォルダ３４０へ流れる熱量をさらに低減して効率的に定着ベルト３１０を加熱することができる。

ヒータフォルダ３４０は、図５Ａ～図５Ｆに示すように、定着ベルト３１０の幅方向に延びた断面矩形状の長尺材である。ヒータフォルダ３４０の前面にヒータ３５０が取り付けられている。また、ヒータフォルダ３４０の上下両面に、定着ベルト３１０と摺接して定着ベルト３１０の回転をガイドする複数のガイドリブ３４０ａ、３４０ｂが形成されている。

これらガイドリブ３４０ａ、３４０ｂは、定着ベルト３１０の内周面の曲率半径に対応した円弧状の摺接縁を有し、ヒータフォルダ３４０の長手方向に等間隔で複数（図示例では１７個）配設されている。これにより、定着ベルト３１０が略円筒形状を維持して安定回転する。後述するヒータ３５０の発熱部材３６０の切欠き部３６０ａ、３６０ｂは、このガイドリブ３４０ａ、３４０ｂの位置に対応している。すなわち、ガイドリブ３４０ｂの下流側（ガイドリブ３４０ａの上流側）に発熱部材３６０の各切欠き部３６０ａが形成されている。

ガイドリブ３４０ａ、３４０ｂは、図５Ｅのようにヒータ３５０の上流側と下流側（ヒータフォルダ３４０の上面と下面）にそれぞれ同じ長手方向位置で形成したものと、図５Ｆのようにヒータ３５０の上流側と下流側（ヒータフォルダ３４０の上面と下面）で異なる位置に形成したものがある。後者（図５Ｆ）は、ガイドリブ３４０ａ、３４０ｂを長手方向で千鳥配置にすることで、定着ベルト３１０の周回走行安定性を高める。

（ヒータ）
定着ベルト３１０の内側には、加圧ローラ３２０と対向する位置で定着ベルト３１０を内側から加熱するヒータ３５０が配設されている。ヒータ３５０の基材３５２の短手方向中央に、抵抗発熱体としての発熱部材３６０が配置されている。この発熱部材３６０は、図３に示すように、細長の金属製薄板部材を絶縁材料で被覆した基材３５２の上に形成されている。なお、図３（ａ）は本実施形態のヒータ３５０、（ａ）’は従来のヒータ３５０、（ｂ）は両ヒータ３５０の縦断面図である。

基材３５２の材料としては低コストなアルミやステンレスなどが好ましい。基材３５２は金属製に限定されたものではなく、アルミナや窒化アルミなどのセラミックや、ガラス、マイカなどの耐熱性と絶縁性に優れた非金属材料で構成することも可能である。

ヒータの均熱性を向上し画像品位を高めるため、基材３５２を銅、グラファイト、グラフェンなどの高熱伝導率の材料で構成してもよい。本実施形態では、短手幅８ｍｍ、長手幅２７０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍのアルミナ基材を使用している。

図３の発熱部材３６０は、詳しくは基材３５２の長手方向に平行二列で直列線状に形成されている。二列の発熱部材３６０の一端部は、基材３５２の一端側で長手方向に形成された小抵抗値の給電線３６９ａ、３６９ｃを介して、給電用の電極３６０ｃ、３６０ｄにそれぞれ接続されている。この電極３６０ｃ、３６０ｄは、図４のように交流電源４１０を含む電力供給手段に接続される。

発熱部材３６０の他端部は、基材３５２の他端側で短手方向に形成された小抵抗値の給電線３６９ｂを介して、基材３５２の長手方向反対側に向けて折り返す形で接続されている。発熱部材３６０、電極３６０ｃ、３６０ｄ及び給電線３６９ａ～３６９ｃは、スクリーン印刷によって所定の線幅・厚みで形成されている。

発熱部材３６０の材料は、銀（Ａｇ）もしくは銀パラジウム（ＡｇＰｄ）やガラス粉末などを調合したペーストをスクリーン印刷等により塗工し、その後の焼成によって形成することができる。発熱部材３６０の抵抗値は例えば常温で１０Ωとすることができる。発熱部材３６０の抵抗材料はこの他に、銀合金（ＡｇＰｔ）や酸化ルテニウム（ＲｕＯ２）などを使用することもできる。

発熱部材３６０と給電線３６９ａ～３６９ｃの表面は、薄いオーバーコート層ないし絶縁層３７０で覆われている。当該絶縁層３７０によって、定着ベルト３１０の摺動性が確保されると共に、定着ベルト３１０と発熱部材３６０、給電線３６９ａ～３６９ｃとの間の絶縁性が確保される。

この絶縁層３７０の材料は、例えば厚さ７５μｍの耐熱性ガラスを用いることができる。発熱部材３６０は絶縁層３７０側に接触する定着ベルト３１０を伝熱により加熱してその温度を上昇させ、定着ニップＳＮに搬送される用紙Ｐの未定着画像を加熱して定着する。

（電力供給回路）
図４は、ヒータに電力を供給する電力供給回路を示している。ヒータ３５０の下方に、発熱部材３６０に電力を供給する電力供給回路を示している。

この電力供給回路は、電力制御手段としての電力制御部４００、交流電源４１０、トライアック４２０、ヒータリレー４４０で構成されている。交流電源４１０と、トライアック４２０と、ヒータリレー４４０が、電極３６０ｃ、３６０ｄの間に直列に配置されている。電力制御部４００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェース等を包含するマイクロコンピュータで構成することができる。

第１温度センサＴＨ１と第２温度センサＴＨ２で検知された温度Ｔ_４、Ｔ_８は、電力制御部４００に入力される。電力制御部４００は、第１温度センサＴＨ１から得られた温度Ｔ_４に基いて、発熱部材３６０が所定目標温度になるように、トライアック４２０により電極３６０ｃ、３６０ｄに対する供給電流をデューティ制御する。

具体的には、第１温度センサＴＨ１の現在温度Ｔ_４と目標温度の温度差に応じたデューティ比で、トライアック４２０が発熱部材３６０に流れる電流をデューティ制御する。デューティ比０％で電流がゼロになり、デューティ比１００％で電流が最大になる。なお、通紙時などでは上記現在温度Ｔ_４とは別に、通紙による抜熱分を考慮して、追加電力を適切に投入することで、定着ベルト３１０の温度を所望の温度に制御する。

（本発明の実施形態）
前述したヒータ３５０を、図５Ａのようにガイドリブ３４０ａ、３４０ｂを有するヒータフォルダ３４０に取り付け、これを図２Ａの定着装置３００に装着して定着ベルト３１０を回転させる。定着ベルト３１０はガイドリブ３４０ａ、３４０ｂでガイドされながら加圧ローラ３２０によって回転駆動され、回転をしながらヒータ３５０によって加熱される。

このときの定着ベルト３１０の表面温度を図６（ｂ）に示す。定着ベルト３１０の表面温度は、ヒータ３５０の両端部に対応する位置で温度低下している他、ヒータ３５０の長手方向中間部でも複数箇所で温度低下している。この温度低下部分は、定着ベルト３１０とガイドリブ３４０ａ、３４０ｂとの摺接による奪熱によるものであり、当該温度低下部分はガイドリブ３４０ａ、３４０ｂの位置と完全に又は略一致している。多少の位置ズレ量があっても、それは定着ベルト３１０の蛇行誤差等によるものでごく僅かである。

そこで本発明の第１実施形態では、発熱部材３６０の線幅をガイドリブ３４０ａ、３４０ｂと対応する領域で図７（ａ）のように局所的に幅狭にした。すなわち、ガイドリブ３４０ａ、３４０ｂと対応する位置に矩形状の切欠き部３６０ａを形成している。

この切欠き部３６０ａにより、発熱部材３６０の線幅が他の部分の例えば約２／３に低減された幅狭部となっている。このため、当該幅狭部の導電抵抗は他の部分よりも約５０％高くなり、その分だけ電流密度が大きくなって発熱量が約５０％高くなる。

切欠き部３６０ａは、ガイドリブ３４０ａ、３４０ｂと同じ長手方向ピッチで形成され、図７（ａ）のＢ－Ｂ断面におけるヒータ３５０の表面温度は、図７（ｃ）のように一定間隔で高温ピークが立つ波形になる。図７（ｄ）はベルト表面温度を示すもので、破線が図６（ｂ）の温度波形を表し、実線が発熱部材３６０の前記幅狭部による発熱量増大分が加わったベルト表面温度を示す。なお、ベルト表面温度は、ベルト回転方向のニップ入口近傍をサーモビュアーで測定したものである。

図７（ｄ）の温度波形から分かるように、ヒータ３５０の幅狭部による局所的な発熱量の増大により、ベルト表面温度の落ち込みが補償されて長手方向の温度ムラがほぽ解消され、定着ベルト３１０の表面温度が長手方向で均一化することが分かる。これにより定着不良や光沢ムラ等の不具合を防止することができる。図７（ｄ）の温度波形で試験的にリコー製ＭｙｐａｐｅｒＡ４縦を印刷した所、良好な画像が得られた。

従来の発熱部材３６０の線幅は、図３（ａ）’に示すように長手方向にわたって均一・一定であり、発熱量は長手方向のどの領域でも一定である。このため、定着ベルト３１０の奪熱が仮に長手方向で一定であれば、ヒータ３５０ないしニップ部を通過した定着ベルト３１０の温度は一定になり、定着不良や画像光沢ムラの問題は発生しない。しかし、前述したようにガイドリブ３４０ａ、３４０ｂと接触した定着ベルト３１０の内周面は、ガイドリブ３４０ａ、３４０ｂとの摺接によって奪熱されるため、当該摺接部分で局所的な温度の落ち込みが発生し定着不良等が発生する。

なお、図７の切欠き部３６０ａ、３６０ｂは発熱部材３６０の片側に形成しているが両側に形成してもよい。また切欠き部３６０ａ、３６０ｂは図７のように上下で反対側に形成してもよいし、図３（ａ）のように同じ側に形成してもよい。また切欠き部３６０ａ、３６０ｂの短手方向幅または長手方向幅はガイドリブ３４０ａ、３４０ｂによる温度の落ち込み幅に対応して適宜増減してよい。

（第２実施形態）
図８Ａは第２実施形態を示すもので、ガイドリブ３４０ｂ、３４０ｃが、定着ニップの上流側と下流側で異なる位置に配設されている。すなわち、ガイドリブ３４０ｂ、３４０ｃを長手方向で千鳥配置にすることで、定着ベルト３１０の回転安定性を高めている。この場合は、切欠き部３６０ａ、３６０ｂもガイドリブ３４０ｂ、３４０ｃの位置に対応して千鳥状に形成する。

なお、定着ベルト３１０は、図７（ａ）及び図８Ａで矢印Ａ方向で上から下に移動する。したがって、定着ベルト３１０は上側（定着ニップ入口側）のガイドリブ３４０ｂに強い力で摺接し、下側（定着ニップ出口側）のガイドリブ３４０ｃにはそれよりも軽い力で摺接する。この結果、定着ベルト３１０は上側のガイドリブ３４０ｂでより多く奪熱されることになる。そこで、上側の切欠き部３６０ａを下側の切欠き部３６０ｂに比べてより大きく形成し、切欠き部３６０ａによる幅狭部の方でより高い発熱量が得られようにしてもよい。

（第３実施形態）
図８Ｂは第３実施形態を示すものである。この第３実施形態も前記第２実施形態と同様にガイドリブ３４０ｂ、３４０ｃが長手方向で千鳥状に形成されている。下側のガイドリブ３４０ｃは定着ニップの下流側にあるので、前述したように上側のガイドリブ３４０ｂに比べると下側のガイドリブ３４０ｃは奪熱量が少なく、定着不良や画像光沢ムラに対する影響は限定的である。

そこで図８Ｂのように、上流側のガイドリブ３４０ｂに対応した切欠き部３６０ａだけを形成した。切欠き部３６０ａだけでも実質的に十分な温度ムラ低減効果が得られる。下流側のガイドリブ３４０ｃに対応した切欠き部は省略することが可能である。

なお、図８Ｂの切欠き部３６０ａは下流側（図８Ｂ下段）の発熱部材３６０に形成することも可能であるが、上流側（図８Ｂ上段）の発熱部材３６０に形成するのが望ましい。定着ニップ入口側で幅狭部による発熱量増大分を付与することで温度ムラを速やかに解消することができる。

（第４実施形態）
図９は第４実施形態を示すもので、発熱部材３６０の厚みを、ガイドリブ３４０ａ、３４０ｂに対応する領域で薄くしたものである。すなわち、ガイドリブ３４０ａ、３４０ｂに対応する領域で、発熱部材３６０の厚さが他の領域に比べて薄い薄層部を形成している。

この薄層部は、基材３５２上にダミーパターンとしてガラス等の絶縁体３６１を予め印刷形成し、その上に発熱部材３６０を形成（配線）することで形成する。絶縁体３６１の上に発熱部材３６０を一様厚さで印刷形成することで、絶縁体３６１上の発熱部材３６０の膜厚が局所的に薄くなる。このため、絶縁体３６１の部分で導電抵抗が上がることで電流密度が大きくなり、発熱量が増加する。

（第５実施形態）
図１０は第５実施形態を示すもので、発熱部材３６０の他に追加の発熱部材３６２を形成（配線）したものである。この追加の発熱部材３６２は、発熱部材３６０に隣接して発熱部材３６０と平行に形成される。発熱部材３６０が第１の抵抗発熱体であり、発熱部材３６２が第２の抵抗発熱体である。これら２つの発熱部材３６０、３６２は、独立に通電制御可能に構成される。

当該発熱部材３６２を形成する際、前述と同様に、絶縁体３６３をダミーパターンとして基材３５２の表面に予め印刷により形成し、当該絶縁体３６３の上に一様厚みで発熱部材３６２を形成する。これにより、絶縁体３６３の箇所で発熱部材３６２の膜厚が薄い薄層部が形成され、この薄層部で発熱量が増大する。

他の発熱部材３６０は、前述した切欠き部３６０ａ、３６０ｂを省略してもよいし、ガイドリブ３４０ａ、３４０ｂによる定着ベルト３１０の奪熱量に対応して、図７のように切欠き部３６０ａ、３６０ｂを残したまま前記薄層部と共に発熱量を稼ぐようにしてもよい。

図１０のように２つの発熱部材３６０、３６２を形成することで、室温からの目標温度への加熱直後等の場合に、第１の発熱部材３６０と第２の発熱部材３６２を必要に応じて別々に発熱制御することで、定着ベルト３１０の温度ムラをより少なくすることができる。

以上のように、本実施形態ではガイドリブ３４０ａ～３４０ｃに対応する位置で発熱部材３６０（３６２）の幅や厚みを局所的に低減することで、幅狭部又は薄層部による局所的な発熱量の増大領域を形成し、定着ベルト３１０の温度の落ち込みを補償する。

（定着ベルトの他の温度落ち込み予測箇所）
定着ベルト３１０の幅方向における温度の落ち込み予測箇所は、前述したガイドリブ３４０ａ～３４０ｃに限られない。図１１は、定着ベルト３１０の外周面に摺接する温度センサＴＨの配設状態を示したものである。温度センサＴＨはヒータ３５０の下流側で定着ベルト３１０の外周面に摺接してその温度を検出する。検出した温度は図４の電力制御部４００に入力される。

温度センサＴＨが摺接する定着ベルト３１０の外周面は当該摺接によって奪熱されるため、定着ベルト３１０の温度ムラの原因となる。そこで、当該温度センサＴＨに対応する発熱部材３６０（３６２）の領域に、前述した幅狭部や薄層部を形成する。これにより温度センサＴＨによる奪熱で低下した定着ベルト３１０の温度を、当該幅狭部や薄層部の発熱量増大によって補償することができ、温度ムラによる定着不良や光沢ムラを防止することができる。

図１１は温度センサＴＨが定着ベルト３１０の外周面に摺接しているが、図２Ａのように定着ベルト３１０の内周面に温度センサＴＨ２が摺接する場合も、同様に幅狭部や薄層部を形成することにより当該幅狭部や薄層部の発熱量増大によって温度センサＴＨ２による奪熱温度低下分を補償することができ、温度ムラによる定着不良や光沢ムラを防止することができる。

以上、本発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば前記実施形態では加熱装置を定着用に使用したが、本発明の加熱装置は乾燥用など定着以外の用途にも使用可能である。また発熱部材３６０に形成する切欠き部の形状は、矩形状のほかＶ字状や円弧状等の様々な形状が可能である。

また、定着ベルト３１０の幅方向における温度の落ち込み予測箇所は、前述したガイドリブや温度センサに限られない。用紙が定着ニップを通過した後に定着ベルト３１０から安定して離間するための分離爪等も当該温度の落ち込み予測箇所になり得る。したがって、分離爪の位置に対応して発熱部材３６０（３６２）に前述した幅狭部や薄層部を形成してもよい。

また、発熱部材３６０（３６２）の発熱量を局所的に増大させる方法は、前述した幅狭部や薄層部に限定されない。またヒータ３５０の配線パターンも前述したように直線状に限定されない。ヒータ３５０は長手方向に複数分割されたものでもよい。例えば、ヒータ３５０はＰＴＣ（正の温度抵抗係数）特性を有する複数の発熱部材を並列接続したものでもよい。その場合は温度の落ち込み予測箇所に対応する発熱部材を個別にデューティ制御することで発熱量を局所的に増大することも可能である

ＳＮ：定着ニップ ＨＮ：加熱ニップ
Ｌ：レーザ光 Ｐ：用紙
ＴＭ：転写手段 ＴＨ１：第１温度センサ
ＴＨ２：第２温度センサ ＴＨ：温度センサ
1K,1Y,1M,1C：プロセスユニット 2K,2Y,2M,2C：像担持体
3K,3Y,3M,3C：ドラムクリーニング装置 4K,4Y,4M,4C：帯電装置
5K,5Y,5M,5C：現像装置（作像部） 6K,6Y,6M,6C：トナーボトル
７：露光器 ７ａ：ミラー
８：転写カバー １０：粉体収容器
１５：転写装置 １６：中間転写ベルト
１７：従動ローラ １８：駆動ローラ
19K,19Y,19M,19C：一次転写ローラ ２０：二次転写ローラ
２１：ベルトクリーニング装置 ３１：レジストセンサ
３２：給紙路 ３３：転写後搬送路
３５：定着後搬送路 ３６：排紙路
３７：排紙ローラ対 ４１：反転搬送路
４２：部材 ４２ａ：揺動軸
４３：反転搬送ローラ対 ４４：排紙トレイ
４５、６０：給紙ローラ ４６：トレイ
１００：プリンタ １０１：側面カバー
２００：用紙給送装置（記録媒体供給部） ２１０：ローラ対
２２０：給送ローラ ２３０：分離ローラ
２４０：搬送ローラ ２５０：レジストローラ対
３００：定着装置 ３１０：定着ベルト
３２０：加圧ローラ ３２１：芯金
３２２：弾性層 ３２３：離型層
３３０、３３３：ステー ３３１：補助ステー
３３２：ニップ形成部材 ３３４：加圧ベルト
３４０：ヒータフォルダ ３５０：ヒータ（加熱装置）
３５２：基材 ３６０、３６２：発熱部材
３６０ａ、３６０ｂ：給電線 ３６０ｃ、３６０ｄ：電極
３６１、３６３：絶縁体 ３７０：絶縁層
３９０：押圧ローラ ４００：電力制御部
４１０：交流電源 ４２０：トライアック
４３０：電流検出手段 ４４０：ヒータリレー
４５０：電圧検出手段 ４６０：検知手段

特開２００８－１４０７０１号公報

Claims (6)

1. 駆動手段で回転する加熱ベルトと、前記加熱ベルトの幅方向に配設され当該加熱ベルトを接触加熱する抵抗発熱体と、前記加熱ベルトの回転方向において前記抵抗発熱体の両側に形成されて前記加熱ベルトの内周面に摺接する複数のガイドリブとを有する加熱装置において、
   前記複数のガイドリブを前記抵抗発熱体の両側で千鳥状に形成すると共に、前記加熱ベルトの幅方向における温度の落ち込み予測箇所となる前記複数のガイドリブのうち、前記加熱ベルトの回転方向上流側に配設されたガイドリブと対応する前記抵抗発熱体の上流側領域に当該上流側領域以外の前記抵抗発熱体の幅よりも狭い上流側幅狭部を形成することにより、当該上流側領域の発熱量を当該上流側領域以外の前記抵抗発熱体の発熱量より高くし、かつ、
   前記複数のガイドリブのうち、前記加熱ベルトの回転方向下流側に配設されたガイドリブと対応する前記抵抗発熱体の下流側領域に、当該下流側領域以外の前記抵抗発熱体の幅よりも狭く前記上流側幅狭部よりも広い下流側幅狭部を形成することにより、当該下流側領域の発熱量を当該下流側領域以外の前記抵抗発熱体の発熱量より高く、かつ、前記上流側領域の発熱量よりも低くした、
   ことを特徴とする加熱装置。
2. 前記温度の落ち込み予測箇所と対応する前記抵抗発熱体の領域に、当該領域の前記抵抗発熱体の厚さが、当該領域以外の前記抵抗発熱体の厚さよりも薄い薄層部を形成したことを特徴とする請求項１の加熱装置。
3. 前記加熱ベルトの幅方向における温度の落ち込み予測箇所が、前記加熱ベルトの外周面に摺接する温度センサであることを特徴とする請求項１又は２の加熱装置。
4. 前記抵抗発熱体を、別々に発熱制御可能な第１の抵抗発熱体と第２の抵抗発熱体で構成し、当該第１の抵抗発熱体と第２の抵抗発熱体のいずれか一方に、前記幅狭部または薄層部を形成したことを特徴とする請求項１又は２の加熱装置。
5. 請求項１から４の加熱装置を備えたことを特徴とする定着装置。
6. 請求項５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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