JP7309124B2 - 加熱装置、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、無端状の回転部材とその内側に配設した加熱部材を使用した加熱装置、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つに例えば図１０の定着装置３００がある（特許文献１の図３参照）。この定着装置３００は、ローラ３０１、３０２に架け渡した低熱容量の薄肉定着ベルト３１０の内周面を、基材３５１と発熱パターン３６０で構成されたヒータ部材３５０で加熱する型式である。ヒータ部材３５０はステー５００で支持され、定着ベルト３１０と加圧ローラ３２０の間に形成されたニップ部をヒータ部材３５０で直接加熱するようにしている。

ヒータ部材３５０を使用した定着装置３００は、ヒータ部材３５０が平板状のためニップ部後半で溶融軟化したトナーに十分な加圧力を付与するのが難しい。特にカラー画像を定着する場合、加圧力が不十分であると混色不良、定着不良となる。

そこで、特許文献１の発明はニップ部後半に配設した弾性部材３７５によって十分な加圧力を維持するようにしている。弾性部材３７５の表面は定着ベルト３１０との摺動摩擦を低減するため摺動シート３７６で覆われているが、この摺動シート３７６は材料劣化しやすいため、装置寿命が短くなるという課題がある。そこで、摺動シート３７６と定着ベルト３１０の間に潤滑剤を付与することで摺動シート３７６の劣化を抑制することが行われている。

しかしながら、このように潤滑剤を付与すると、定着ベルト３１０の回転に引きずられる形で摺動シート３７６が回転下流側へ移動したとき、当該摺動シート３７６の移動に伴い弾性部材３７５が変形する。弾性部材３７５が変形すると、その変形によって摺動シート３７６の表側の潤滑剤が裏側に回り込み、ヒータ部材３５０と弾性部材３７５の隙間から浸入した潤滑剤の影響で弾性部材３７５の硬度特性が経時で変化し、安定した加圧が困難になるという課題があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、潤滑剤が浸透しても経時で硬度特性が変化せず、ニップ部の安定した加圧力を維持可能な加熱装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の加熱装置は、無端状の回転部材と、前記回転部材の内周面に接した状態で前記回転部材の幅方向に配設された加熱部材と、前記回転部材の内周面に接した状態で前記加熱部材よりも前記回転部材の回転方向下流側に配設された内側加圧部材と、前記加熱部材および前記内側加圧部材を保持する保持部材と、前記加熱部材および前記内側加圧部材と対向して配設され、前記回転部材との間に被加熱部材を通すためのニップ部を形成する外側加圧部材と、前記内側加圧部材を前記ニップ部に向けて付勢する弾性部材とを有することを特徴とする。

本発明の加熱装置によれば、ニップ部の安定した加圧力を維持することができる。

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定着装置の断面図である。 図２Ａの要部拡大断面図である。 ヒータ部材の（ａ）平面図と（ｂ）断面図である。 ばねの３通りの配置形態を示す図である。 加圧部材の底に受け部材を入れた他は図２Ａと同じ定着装置の断面図である。 図５Ａの要部拡大断面図である。 ヒータフォルダの長手方向端部の脱落防止部を示す斜視図である。 従来の定着装置の断面図である。

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、本発明の加熱装置ないし定着装置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ＴＮ）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。定着装置３００は、加熱装置を内包する回転部材としての無端状（筒状）の定着ベルト３１０と、この定着ベルト３１０の外周面に対して所定の圧力で当接しながらモータで回転する加圧ローラ３２０を備えている。

定着後搬送路３５は、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。

（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およびローラ対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）
次に、本発明の実施形態に係る加熱装置ないし定着装置３００について、図２Ａから図６を参照してさらに説明する。本実施形態の加熱装置（以下「ヒータ」ともいう）は、定着装置３００の定着ベルト３１０を加熱するためのものである。

定着装置３００は図２Ａ、図２Ｂに示すように、低熱容量の薄肉円筒状の定着ベルト３１０と外側加圧部材としての加圧ローラ３２０で構成されている。定着ニップＮに向けて矢印方向から用紙Ｐを通紙すると、定着ベルト３１０と加圧ローラ３２０との間で用紙Ｐが加熱されてトナー像が用紙Ｐに定着される。このとき、定着ベルト３１０は後述のヒータ部材３５０と摺動しつつヒータ部材３５０からの熱で加熱される。

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５～２０μｍの離型層が形成される。基体と離型層の間に厚さ１００～３００μｍ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。ＳＵＳによる筒状基体は厚み２０～４０μｍでも十分な強度が得られる。

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。

定着ベルト３１０の内側に、支持体としてのステー３３０と保持部材としてのフォルダ３４０が軸線方向に配設されている。フォルダ３４０の背面はステー３３０によって支持されている。ステー３３０は金属製のチャンネル材で構成され、その両端部分が加熱装置（ヒータ）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Ｎを安定的に形成する。

フォルダ３４０は後述のヒータ部材３５０と内側加圧部材３８０を保持するためのもので、フォルダ３４０の型式によって定着ベルト３１０のガイド部を定着ニップＮの入口側と出口側に備えることがある。フォルダ３４０の材質は、接触による定着ベルト３１０の温度低下（熱移動）防止と、定着ベルト３１０の効率的加熱のため、アルミのような金属材より、断熱効果の高いＬＣＰなどの低熱伝導性の耐熱性樹脂が好ましい。

フォルダ３４０の長手方向は定着ベルト３１０の幅より長い。また、フォルダ３４０はヒータ取付部３４１と、前壁部３４２と、収納溝３４３と、後壁部３４４を有する。ヒータ取付部３４１にヒータ部材３５０が配置され、収納溝３４３に内側加圧部材３８０が収納される。内側加圧部材３８０はヒータ部材３５０の下流側に隣接配置されている。

ヒータ部材３５０の前端部３５０ａはフォルダ３４０の前壁部３４２に当接し、またヒータ部材３５０の後端部３５０ｂは内側加圧部材３８０の前端部３８０ａに当接している。内側加圧部材３８０の後端部３８０ｂはフォルダ３４０の後壁部３４４に当接している。したがって、定着ベルト３１０の回転方向におけるヒータ部材３５０と内側加圧部材３８０の位置が、フォルダ３４０の前壁部３４２と後壁部３４４によって確実に規制される。

フォルダ３４０の前壁部３４２と後壁部３４４によって、定着ベルト３１０の回転方向におけるヒータ部材３５０と内側加圧部材３８０の位置規制が行われる。このため、後述のばね３８１の付勢力と相まってヒータ部材３５０と内側加圧部材３８０の間に隙間ができず、定着ベルト３１０の回転方向に定着ニップＮが連続的に形成されることで、定着ベルト３１０と用紙Ｐが定着ニップＮをスムーズに摺動・通過することができる。

なお、ヒータ部材３５０と内側加圧部材３８０の間に小さな隙間があっても実質的に問題はない。ヒータ部材３５０と内側加圧部材３８０の寸法公差を考慮すると、このような小さな隙間があった方が組み付けには都合がよい。ヒータ部材３５０は定着ベルト３１０との摺接で下流側に引っ張られるため、前記隙間を埋める形で下流側の内側加圧部材３８０に当接し、連続した定着ニップＮ（上流ニップＮ１＋下流ニップＮ２）が形成される。

（ヒータ部材）
加熱部材としてのヒータ部材３５０は、詳しくは図３（ａ）（ｂ）に示すように、抵抗発熱体で構成された発熱パターン３６０を有する。この発熱パターン３６０は、細長の金属製薄板部材を絶縁層３７０で被覆した基材３５１の上に形成されている。

基材３５１の長手方向中央の裏面には、温度検知手段としてのサーミスタＴＨがヒータ部材３５０と接触状態で配置されている。このサーミスタＴＨによってヒータ部材３５０の温度が検知される。この検知された温度に基づいて発熱パターン３６０に対する供給電力が加熱制御手段で制御され、ヒータ部材３５０の温度が所望温度に維持される。

加熱制御手段は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。通紙時などでは、サーミスタＴＨによる検知温度とは別に、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。

前記絶縁層３７０は、基材３５１上の発熱パターン３６０や後述の給電線３６９ａ～３６９ｃを覆うように形成されている。この絶縁層３７０によって、発熱パターン３６０や給電線３６９ａ～３６９ｃの絶縁性を確保するとともに、定着ベルト３１０の内面との間の摺動性を確保する。ヒータ部材３５０によって、絶縁層３７０側に接触する定着ベルト３１０の内面を伝熱により加熱して定着ベルト３１０の温度を上昇させ、定着ニップＮに搬送される未定着画像を担持した被加熱部材としての用紙Ｐを加熱して定着することができる。

基材３５１の材料としては、廉価なアルミやステンレスなどが好ましい。基材３５１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。

また、ヒータ部材３５０の均熱性を向上し画像品位を高めるため、基材３５１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。

（発熱パターン）
図３の発熱パターン３６０は、詳しくは基材３５１の長手方向に平行二列で直列線状に形成されている。二列の発熱パターン３６０の一端部は、基材３５１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、交流電源を含む電力供給手段に接続される。

発熱パターン３６０の他端部は、基材３５１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３５１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。発熱パターン３６０、電極３６０ｃ、３６０ｄおよび給電線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。

発熱パターン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。発熱パターン３６０の抵抗値は例えば常温で１０Ωとすることができる。発熱パターン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。

発熱パターン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と発熱パターン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。発熱パターン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Ｎに搬送される用紙Ｐの未定着画像を加熱して定着する。

（潤滑剤）
定着ベルト３１０の内周面には、ヒータ部材３５０との摺動性を良好にするために潤滑剤が付与されている。当該潤滑剤により、定着ベルト３１０の安定した摺動性を確保でき、定着ベルト３１０と摺動する各部材の経時劣化を抑制することができる。当該潤滑剤として、ここでは高温に耐性のあるフッ素グリスを使用する。

潤滑剤はフッ素グリスに限られるものではなく、耐熱性と所定の動粘度を有する例えばシリコーンオイルも使用可能であり、濡れ性に優れたアミノ変性シリコーンオイルや、耐熱性に優れたメチルフェニルシリコーンオイルを使用可能である。また耐熱性を向上させるためシリコーンオイル中に微量の酸化防止剤を添加することもできる。

潤滑剤として具体的に使用可能なものを列挙すると、グリス、ジメチルシリコーンオイル、有機金属塩添加ジメチルシリコーンオイル、ヒンダードアミン添加ジメチルシリコーンオイル、有機金属塩及びヒンダードアミン添加ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、有機金属塩添加アミノ変性シリコーンオイル、ヒンダードアミン添加アミノ変性シリコーンオイル、パーフルオロポリエーテルオイルなどが挙げられる。

（内側加圧部材）
ヒータ部材３５０の下流側に隣接配置された内側加圧部材３８０は、詳しくはアルミ等の金属製または樹脂製であって、ヒータ部材３５０と平行な棒状体で構成されている。内側加圧部材３８０は短手方向で円弧状の頭部３８０ｃと平らな底部３８０ｄを有し、フォルダ３４０の長手方向に形成された収納溝３４３に、図２Ｂで上下動可能に位置決め収容されている。

内側加圧部材３８０は金属製または樹脂製にすると、潤滑剤の浸透による物性変化がなく、それゆえ高価な摺動シートが不要であり、潤滑剤の付与と相まって定着ベルト３１０との安定した摺動性を低コストで安定維持することができる。内側加圧部材３８０の材質は、省エネの観点からアルミ等の金属製にするよりも、定着ベルト３１０と潤滑剤を短時間で目標温度に到達させるため、断熱効果が高い耐熱樹脂、例えばＬＣＰ材が好適である。

内側加圧部材３８０の底部３８０ｄと収納溝３４３の間に、弾性部材としてのコイル状のばね３８１が圧縮状態で収容されている。このばね３８１によって内側加圧部材３８０が加圧ローラ３２０側に付勢されている。コイル状のばね３８１に代えて板ばね、皿ばね、ねじりコイルばね等を使用することもできる。但し、耐熱や熱特性、潤滑剤による耐物性変化の点から金属性のばね、弾性部材が好適である。

一方、内側加圧部材３８０を保持するフォルダ３４０は、ステー３３０の両端に連結された加圧機構によって、定着ベルト３１０および加圧ローラ３２０に向けて押圧されている。これにより、定着ベルト３１０と加圧ローラ３２０の間に定着ニップＮが形成される。この際、内側加圧部材３８０のばね３８１は加圧機構によってさらに圧縮される。

前記定着ニップＮは、ヒータ部材３５０と加圧ローラ３２０の間に形成される上流ニップＮ１と、内側加圧部材３８０と加圧ローラ３２０の間に形成される下流ニップＮ２で構成される。上流ニップＮ１よりも下流ニップＮ２の方が、内側加圧部材３８０の円弧状の頭部３８０ｃによって加圧ローラ３２０側に突出し、かつ圧縮されたばね３８１で付勢されているので、下流ニップＮ２の方が上流ニップＮ１よりも面圧（Ｎ／ｃｍ^２）が高い。

（定着動作）
ヒータ部材３５０と内側加圧部材３８０は、定着ベルト３１０が回転すると定着ベルト３１０との摺動摩擦によって搬送方向下流側に力が作用する。図７のような従来の定着装置３００で摺動シート３７６の固定が不十分であると、摺動シート３７６が下流側に位置ずれして弾性部材３７５の上流側端部が盛り上がり変形したり、摺動シートが部分的に浮き上がってシワ変形したりする。そうすると当該変形部分でニップ圧が所期圧力よりも部分的に高くなり、定着ベルト３１０の内周面の摩耗増大や駆動トルク上昇を引き起こしたり、定着不良を発生したりする。

本発明の実施形態では、図７のような弾性部材３７５や摺動シート３７６を使用しないので、このような問題は起きない。また内側加圧部材３８０は金属製または樹脂製であるので、これに潤滑剤が浸透しても経時でその硬度特性が変化することがない。したがってニップ部Ｎの安定した加圧力を維持可能である。

面状ヒータを使用した定着装置では、ニップ部後半で溶融軟化したトナーに十分な加圧力を付与することが難しい。しかし、以上のように内側加圧部材３８０の頭部３８０ｃを加圧ローラ３２０側に突出させることで、定着ニップＮの下流ニップＮ２において定着ベルト３１０に対して上流ニップＮ１よりも大きな面圧（Ｎ／ｃｍ^２）を作用させることができる。これにより、定着不良やカラー画像定着時の加圧力不足による混色不良を防止することができる。

（内側加圧部材３８０の表面処理）
内側加圧部材３８０の頭部３８０ｃの表面は、素材（金属または樹脂）の地のままでもよいが、定着ベルト３１０の摺動性を向上して定着ベルト３１０の劣化を抑制するために、フッ素材をコートしてフッ素皮膜を形成するのがよい。コートに使用するフッ素材はＰＴＦＥよりもＰＩが好ましい。

図７の従来の定着装置３００で十分な加圧力を維持するため定着ニップ後半に弾性部材３７５を配設すると、弾性部材３７５とヒータ部材３５０の段差によって潤滑剤が堰き止められることがあった。そうすると定着ニップ後半で定着ベルト３１０の摺動性が低下するだけでなく、堰き止められた潤滑剤が弾性部材３７５の長手方向に移動して外部に漏出し、潤滑剤不足を引き起こすという問題があった。

本発明の実施形態では内側加圧部材３８０を弾性体ではなく金属または樹脂で構成するので、内側加圧部材３８０の頭部３８０ｃの表面に微小な凹凸を自在に形成可能である。このような微小な凹凸により、下流ニップＮ２で上流ニップＮ１よりも大きな面圧（Ｎ／ｃｍ^２）を作用させても、下流ニップＮ２に潤滑剤をむらなく行き渡らせることができる。したがって、従来のような潤滑剤の漏出や潤滑剤不足の問題を引き起こすことなく、定着ベルト３１０の摺動性を向上・安定させ、ひいては加圧ローラ３２０の駆動トルクを低減することができる。

微小な凹凸ないし表面粗さＲａの程度（微小凹凸レベル）は、定着ベルト３１０の剛性も加味して加圧ムラが発生しない範囲で、できるだけ大きい方がよい。ヒータ部材３５０の表面粗さが例えばＲａ＝０．１μｍであるとすると、内側加圧部材３８０の頭部３８０ｃの表面粗さは例えばＲａ＝３μｍが適当である。

（ばねの配置形態）
図４（ａ）（ｂ）（ｃ）は弾性体としてのばね３８１の３通りの配置形態を示したもので、図４（ａ）はフォルダ３４０の長手方向の両端と中央の３ヶ所にばね３８１を配置している。内側加圧部材３８０をばね３８１で付勢するとき、高温状態のため内側加圧部材３８０に若干のたわみが発生する場合がある。

フォルダ３４０の長手方向中央にもばね３８１を配置することで、例えば中央のみ両端よりもばね圧を高く設定して、前記たわみ発生などの諸条件も考慮して、たわみの影響がないように、内側加圧部材３８０に対して適正な加圧力を付与することできる。これにより定着不良を防止し、また線速差を抑制した安定した紙送りにより用紙シワの発生を防止することができる。

図４（ｂ）はフォルダ３４０の長手方向中央にのみ１つのばね３８１を配置している。フォルダ３４０がステー３３０からの押圧力で加圧ローラ３２０方向に加圧されると、内側加圧部材３８０が加圧ローラ３２０と接触後にステー３３０とばね３８１により付勢される。

この場合、加圧ローラ３２０からの反力を中央のばね３８１の左右両側でバランスをとりつつ、ばね３８１で内側加圧部材３８０を加圧することができる。また、高温状態のため内側加圧部材３８０に若干のたわみが発生しても、中央のばね３８１でたわみの影響がないように内側加圧部材３８０の長手方向中央の加圧力を高くすることができる。

図４（ｃ）はフォルダ３４０の長手方向の両端にばね３８１を配置している。この場合、高温状態での内側加圧部材３８０のたわみ（長手方向中央が凹）を考慮して、たわみの影響がないように内側加圧部材３８０の長手方向中央の加圧力を高めるため、内側加圧部材３８０の中央部を両端より加圧ローラ３２０側へ凸にする構成が可能である。内側加圧部材３８０を押圧する構成と、ばね３８１の配置状態を適宜選択することで、安定した加圧状態を得ることが可能になる。

（金属製の受け部材）
図５Ａ、図５Ｂは、内側加圧部材３８０の底部３８０ｄを金属製板状の受け部材３８２を介してばね３８１と接触させた状態を示している。内側加圧部材３８０を樹脂製にしたり、薄型または小断面にしたりする必要がある場合、内側加圧部材３８０の強度が課題となる。

そこで、内側加圧部材３８０の強度を補うため、金属製板状の受け部材３８２をばね３８１との間に配設する。これにより長手方向でムラのない安定した加圧（ニップ）が可能になる。また内側加圧部材３８０を樹脂製にすると、その断熱効果で短時間加熱が可能で省エネになる。

なお、受け部材３８２の上流側と下流側の端部を、ばね３８１の方向に直角に折り曲げて補強用の折曲部を形成してもよい。当該折曲部は、ばね３８１の位置決め用としても利用可能である。

（組み立て時・脱圧時の脱落防止対策）
本発明の実施形態は、内側加圧部材３８０を図２Ａ、図５Ａのようにばね３８１で付勢する構成にしたため、定着装置３００の組み立て時に、内側加圧部材３８０とばね３８１がフォルダ３４０から脱落する可能性がある。また、ヒータ部材３５０の加熱終了後に部材の変形防止のため、定着ベルト３１０を加圧ローラ３２０から離間させる脱圧時にも同様の問題がある。そこで図６のように、当該脱落を防止するために、フォルダ３４０の長手方向両端部に脱落防止部３４５、３４６を形成した。脱落防止部３４５、３４６は、フォルダ３４０と一体形成することで低コスト化が可能であるが、フォルダ３４０の長手方向両端部に別部材で取り付けてもよい。

一方の脱落防止部３４５は、ヒータ部材３５０の長手方向両端部を抱きかかえるように、前壁部３４２から水平方向に延びている。他方の脱落防止部３４６は、内側加圧部材３８０の長手方向両端部を抱きかかえるように、後壁部３４４から水平方向に延びている。

脱落防止部３４５、３４６は定着ベルト３１０および加圧ローラ３２０の端部より外側に位置し、それらの回転を阻害しないようにする。脱落防止部３４５、３４６で規制する規制位置は、定着ベルト３１０と加圧ローラ３２０で形成する定着ニップＮの位置よりも、若干加圧ローラ３２０寄りにする。

これにより、フォルダ３４０にヒータ部材３５０、内側加圧部材３８０およびばね３８１を組み付けた状態で、当該フォルダ３４０をステー３３０の加圧ローラ３２０側に配置するとき、フォルダ３４０からヒータ部材３５０、内側加圧部材３８０およびばね３８１が落下するのを防止することができる。ばね３８１は若干の圧縮余地を残しておくことにより、ばね３８１を内側加圧部材３８０で押し込みつつフォルダ３４０の収納溝３４３に容易に組み付けることができる。

以上、本発明を実施形態に基づき説明したが、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本発明の加熱装置を電子写真方式の画像形成装置の定着装置に適用したが、本発明は定着装置に限らず、インクジェットプリンタの記録媒体のカールを矯正するための加熱装置や、その他のシート部材の乾燥装置としても使用可能である。また前記発熱パターン３６０は、基材３５１の長手方向に平行二列の直列線状に形成する他、基材３５１の長手方向に並べた複数の面状発熱パターンを並列接続したものであってもよい。

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：切り替え部材 ４２ａ：揺動軸
４３：反転搬送ローラ対 ４４：排紙トレイ
４５：給紙ローラ ４６：トレイ
６０：給紙ローラ １００：画像形成装置
２００：用紙給送装置 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 ３０１：ローラ
３１０：定着ベルト ３１０：定着部材
３２０：加圧ローラ（外側加圧部材） ３２１：芯金
３２２：弾性層 ３２３：離型層
３３０：ステー（支持部材） ３３０：
３４０：フォルダ（保持部材） ３４１：ヒータ取付部
３４２：前壁部 ３４３：収納溝
３４４：後壁部 ３４５、３４６：脱落防止部
３５０：ヒータ部材（加熱部材） ３５０ａ：前端面
３５０ｂ：後端面 ３５１：基材
３６０：発熱パターン ３６０ｃ、３６０ｄ：電極
３６９ａ～３６９ｃ：給電線 ３７０：絶縁層
３７５：弾性体 ３７６：摺動シート
３８０：内側加圧部材 ３８０ａ：前端部
３８０ｂ：後端部 ３８０ｃ：頭部
３８０ｄ：底部 ３８２：受け部材
５００：ステー ３５０：ヒータ部材（）
３５１：基材 ３６０：発熱パターン
３６０ｃ、３６０ｄ：電極 ３６９ａ-３６９ｃ：給電線
３７０：絶縁層 ３７５：弾性体
３７６：摺動シート ３８１：ばね
５００：ステー Ｌ：レーザ光
ＴＮ：転写ニップ Ｐ：用紙
ＳＮ：定着ニップ ＴＭ：転写手段

特許第３５７６７６０号公報

Claims (9)

1. 無端状の回転部材と、
   前記回転部材の内周面に接した状態で前記回転部材の幅方向に配設された加熱部材と、
   前記回転部材の内周面に接した状態で前記加熱部材よりも前記回転部材の回転方向下流側に配設された内側加圧部材と、
   前記加熱部材および前記内側加圧部材を保持する保持部材と、
   前記加熱部材および前記内側加圧部材と対向して配設され、前記回転部材との間に被加熱部材を通すためのニップ部を形成する外側加圧部材と、
   前記内側加圧部材のみを前記ニップ部に向けて付勢する弾性部材と、
   を有することを特徴とする加熱装置。
2. 前記弾性部材が金属製であることを特徴とする請求項１の加熱装置。
3. 前記内側加圧部材を樹脂製にすると共に、当該樹脂製の内側加圧部材と前記弾性部材との間に金属製の受け部材を介在させることを特徴とする請求項１又は２の加熱装置。
4. 前記内側加圧部材と前記弾性部材が前記保持部材から脱落するのを規制する脱落防止部を前記保持部材に形成したことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項の加熱装置。
5. 前記ニップ部の長手方向中央部の圧力を、長手方向両端部の圧力より高くしたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項の加熱装置。
6. 前記内側加圧部材の表面にフッ素皮膜を形成したことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項の加熱装置。
7. 前記内側加圧部材の表面粗さを前記加熱部材の表面粗さよりも粗くしたことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項の加熱装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項の加熱装置を有し、前記ニップ部に現像剤を担持した記録媒体を通して前記現像剤を加熱・定着することを特徴とする定着装置。
9. 請求項８の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。

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