(57)【要約】      （修正有）【課題】ヒータを加熱ベルトに押し付けるための弾性部材の、片側を固定して片側を自由端とした加熱装置において、弾性部材の振動、および振動抑制部材による熱の流出を抑制する。【解決手段】加熱ベルト１４と加熱ヒータ５１との摺動による振動を抑制するための押圧部材６１の押圧面積を最小限にして熱を逃がしにくくすることで、加熱ベルト１４と加熱ヒータ５１との摺動による振動の抑制と熱効率を両立する。【選択図】図２
2020067480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自由に回転する無端状のベルト部材と、
前記ベルト部材の回転方向において固定端側が固定部材に固定され、固定されていない自由端側の領域において前記ベルト部材の内面に面状に接触し、前記ベルト部材の、固定端側から自由端側への回転移動によって前記ベルト部材と摺動する摺動部材と、
前記摺動部材と同一、もしくは別体で設けられ、前記ベルト部材の回転方向において固定端側が固定され、前記ベルト部材を内側から押し付ける弾性力を保持している弾性部材と、
前記ベルト部材を加熱するための加熱部材と、を備えた加熱装置であって、
前記固定端から前記弾性部材に沿って測った周長における第１の位置ｐ（ｍｍ）を含む領域を、前記弾性部材の前記加熱ベルトと反対側の面から、前記弾性部材を押圧する第１押圧部材を備えたことを特徴とする加熱装置。
ただし、
前記弾性部材の固定端から自由端までの周長をＬ（ｍｍ）、
前記弾性部材に沿って固定端から測った第１の位置をｐ（ｍｍ）、
ｎ＝５、７、９、１１、１３
ａ＝３、４、５、７、８、９、１１、１２、としたときに、
【数１】
2020067480.tif 000007
かつ、
【数２】
2020067480.tif 000008
【請求項２】
前記弾性部材の最低共振周波数をＦ（Ｈｚ）、前記第１押圧部材の最低共振周波数をＧ（Ｈｚ）としたとき、
【数３】
2020067480.tif 000009
を満たすような請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】
前記固定端から前記弾性部材に沿って測った周長における第２の位置ｑ（ｍｍ）を含む領域を、前記弾性部材の前記加熱ベルトと反対側の面から、前記弾性部材を押圧する第２押圧部材を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の加熱装置。
ただし、ｑ≠ｐ、かつ、
【数４】
2020067480.tif 000010
【請求項４】
ｍを５以上の奇数、
ｂを、４で割って２余る自然数を除いた自然数
（ｍ，ｂ）≠（ｎ，ａ）としたときに、
第２の位置ｑ（ｍｍ）：固定端から測って
【数５】
2020067480.tif 000011
であるような請求項３に記載の加熱装置。
【請求項５】
第２押圧部材の最低共振周波数をＨ（Ｈｚ）としたとき、
【数６】
2020067480.tif 000012
を満たすような請求項３または４に記載の加熱装置。
【請求項６】
前記第１押圧部材、前記第２押圧部材のいずれか一方が、前記固定部材に支持されていて、他方を支持しているような請求項３ないし５の何れか一項の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は転写材上のトナー像を加熱して定着画像を形成するための加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、無端状の加熱ベルトの内周面に密着するように、一部が固定され、加熱ベルトに接触する自由端側の接触領域に発熱部を有する面状の加熱部材を備えた加熱装置の例である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１８０８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術では、加熱ベルトと、その内周面に密着する面状の部材が摺動するため、スティックスリップによる振動が発生する。そして、加熱ベルト内部の、片側が自由端となっている弾性部材が、スティックスリップを起因として、弾性部材自体の固有振動数で振動する場合があった。これは、弦楽器などの筐体を叩いたりこすったりすると、弦が弦自体の固有振動数で振動する現象と類似している。
【０００５】
一方、振動する物体に別部材を当接させて振動を減衰させる方法は公知と思われる。しかし、特許文献１のような面状の発熱部を備えた加熱装置において適切な配置を示したものはなく、特に高次振動を抑制する効果が明らかではない。高次振動の抑制には広い面積で部材を当接することが知られているが、特許文献１の構成では広い面積で当接するがゆえにその部材に熱が逃げてしまう。
【０００６】
これらの事情を鑑み、本発明の目的は、特許文献１に類した構成の加熱装置において、振動の減衰と、熱損失の抑制を両立することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は請求項１乃至６に記載の加熱装置によって達成される。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１によれば、数式で定められた点において、弾性部材を第１の押圧部材で押圧することで、振動を効率よく抑制することができる。かつ、弾性部材を押圧する部分が最低限ですむため、熱が逃げにくく、本発明の目的が達成できる。
【０００９】
請求項２によれば、弾性部材の最低共振周波数Ｆ（Ｈｚ）と、第１押圧部材の最低共振周波数をＧ（Ｈｚ）とし、
Ｇ＜Ｆ／√２
であれば振動の抑制が効率よく達成される。
【００１０】
請求項３によれば、弾性部材を所定範囲の点で追加的に第２の押圧部材で押圧することで、振動をより効率よく抑制することができる。
【００１１】
請求項４によれば、弾性部材を第２の押圧部材で押圧することで、振動をより効率よく抑制することができる。
【００１２】
請求項５によれば、第２押圧部材の最低共振周波数をＨ（Ｈｚ）としたとき、
Ｈ＜Ｆ／√２
であれば振動の抑制が効率よく達成される。
【００１３】
請求項６によれば、第１押圧部材、第２押圧部材のいずれか一方が、弾性部材を固定する固定部材に支持されていて、他方を支持しているようにすれば、簡略かつ熱の逃げにくい構成で本発明の目的が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１の加熱装置が用いられる画像形成装置を説明する図
【図２】実施例１の加熱装置を説明する図
【図３】実施例１の加熱ヒータ５１を説明する断面図
【図４】実施例１の指示部材５６の振動を表す模式図
【図５】実施例１の数式の示す範囲と高次振動の節の関係を説明する図
【図６】実施例２の加熱装置を説明する図
【図７】実施例３の加熱装置を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１６】
（プリンタ部）
図１は本発明を適用することができる画像形成装置の、画像形成手段であるプリンタ部の断面図である。図１において、プリンタ部は、中間転写体としての中間転写ベルト１７の回転方向（時計回り）に沿って上流側から下流側にかけて４個の画像形成部Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋが配設されている。各画像形成部Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、この順に、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナー像を形成する画像形成部であり、それぞれ像担持体として感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋを備えている。以下の説明で各画像形成部に共通なものはＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの符号を省略して表記する。
【００１７】
感光ドラム１は、それぞれ図１中の反時計回りに回転駆動されるようになっている。各感光ドラム１の周囲には、その回転方向に沿って順に、帯電ローラ２、露光装置３、現像器４、１次転写ローラ５、ドラムクリーナ６が配設されている。また、中間転写ベルト１７の下方には、転写搬送ベルト１８が配設されて、記録材Ｓの搬送方向の下流側に加熱装置１６が配設されている。
【００１８】
感光ドラム１表面は帯電ローラによって所定の電位に帯電され、露光装置３によって走査露光されることで感光ドラム１上に静電潜像が形成される。感光ドラム１上に形成された静電潜像は、各色の現像器４によって各色のトナー像として現像される。これら４色のトナー像は、１次転写ローラ５によって中間転写ベルト１７上に順次転写され、４色のトナー像が中間転写ベルト１７上で重ね合わされる。１次転写時に、中間転写ベルト１７に転写されないで感光ドラム１上に残ったトナーは、ドラムクリーナ６によって除去される。中間転写ベルト１７上で重ね合わされた４色のトナー像Ｔは、２次転写外ローラ１８および２次転写内ローラ１９によって記録材Ｓに２次転写される。転写されないで中間転写ベルト１７上に残ったトナーは、ベルトクリーナ１０によって除去される。トナー像Ｔが２次転写された記録材Ｓは、加熱装置１６によって加圧および加熱を受け、定着画像を得る。
【００１９】
（トナー）
トナーは、スチレン系樹脂やポリエステル樹脂等の結着樹脂、カーボンブラック、マグネタイトや染料、顔料等の着色剤、ワックス等の離型剤、荷電制御剤等を適当量用いることにより構成される。このような非磁性トナーは、粉砕法や重合法などの方法により製造することができる。トナーの粒径は、特に限定する必要はないが、粒状性や階調性の良好な画像を得るという観点から４μｍ以上８μｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
（加熱装置）
図２によって本実施例の加熱装置１６の概略構成を説明する。本実施の形態では、加熱装置１６として回転自在な加熱ベルト１４と、加熱ベルト１４の下方から当接された加圧ローラ１５を有している。加熱ベルト１４の内部には加圧パッド３９が、ステー４０の下面に長手に沿って固定されており、加熱ベルト１４とその下面が摺動可能な構成になっている。
【００２１】
ステー４０はＳＵＭ（硫黄及び硫黄複合快削鋼鋼材）製で、図２の表裏方向に沿って２か所にわたって曲げ加工が入っている。
【００２２】
ステー４０の不図示の加圧機構により加圧ローラ１５方向に付勢されている。その結果、加圧パッド３９の下面を、加熱ベルト１４を介して加圧ローラ１５の弾性層に抗して所定の押圧力をもって圧接させ、加熱に必要な所定幅の加熱ニップＮが形成されている。
【００２３】
（加熱ベルト）
加熱ベルト１４は、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等の耐熱性樹脂、あるいは耐熱性、高熱伝導性を有するＳＵＳ（ステンレス鋼）、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等の純金属、あるいは合金を基層として形成されている。樹脂製の基層の場合は熱伝導性を向上させるために、ＢＮ、アルミナ、Ａｌ等の高熱伝導性粉末を混入してあってもよい。さらに表層には、トナーのオフセット防止や記録材の分離性の確保のために離形層が備えられている。離形層の材料としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、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）のようなフッ素樹脂、シリコーン樹脂等が混合ないし単独で用いられる。
【００２４】
本実施例における加熱ベルト１４は３層構造となっており、基材は厚さ８０μｍ、内径３０ｍｍのポリイミド、中間層として基材の外周面にシリコーンゴムを厚さ２００μｍで重ね、さらにその外周面に離型層として厚さ３０μｍのＰＦＡチューブを重ねる構成になっている。
【００２５】
（加圧ローラ）
加圧ローラ１５は、ＳＵＳ、ＳＵＭ、Ａｌ等の金属製芯金３７の外側に、弾性ソリッドゴム層、弾性スポンジゴム層、あるいは弾性気泡ゴム層等の弾性層３８からなる弾性ローラである。ここで、弾性ソリッドゴム層は、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴムで形成したものである。また、弾性スポンジゴム層は、より断熱効果を持たせるためにシリコーンゴムを発泡して形成したものである。また、弾性気泡ゴム層は、シリコーンゴム層内に中空のフィラー（マイクロバルーン等）を分散させ、硬化物内に気体部分を持たせて断熱効果を高めたものである。この上にＰＦＡ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂等の離型層を形成してあってもよい。本実施例における加圧ローラ１５は、芯金３７にＳＵＳを、弾性層３８に弾性ソリッドシリコーンゴム層を用い、外径２５ｍｍとしたものを使用している。
【００２６】
（加熱装置の駆動）
加熱ベルト１４は図２の手前側と奥側に不図示の駆動ギアをそれぞれ備えていて、不図示の駆動手段によって直接駆動され、図２の矢印Ａの方向に回転する。加熱ベルト１４の回転に伴い、加圧ローラ１５は摩擦力によって従動回転する。
【００２７】
（加熱ヒータ）
図２において、加熱ヒータ５１は、その左下方向端をステー４０に略固定されている。その形状は、加熱ベルト１４のない状態では加熱ベルト１４を示す輪郭線よりも大きく外側に広がっている。即ち、加熱ヒータ５１は、加熱ベルト１４によってその形状を規制され、加熱ベルト１４に接触する。加熱ヒータ５１には曲げ加工が入っていて、その部分がステー４０に係合されており、加熱ヒータの固定端となる。
【００２８】
図３は、加熱ヒータ５１の詳細構成を示す断面図であって、視点の方向は図２と同じである。加熱ヒータ５１の図３の上側の層は、熱伝導層５２であって、材質はＳＵＳからなり、厚みは３０μｍである。材質としてはＳＵＳのほかに、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等の純金属、あるいは合金を用いることができる。熱伝導層５２の図３での上面は、加熱ベルト１４の内面と接触して後述の発熱体５４からの熱を加熱ベルト１４に伝達する。熱伝導層５２の内側には厚さ２５μｍのポリイミドからなる絶縁層５３が接触している。絶縁層５３の下側には厚さ３０μｍのＳＵＳからなる発熱体５４、およびこの発熱体５４を絶縁層５３とともに挟み込むための、厚さ２５μｍのポリイミドからなる絶縁層５５が備えられている。さらに、絶縁層５５の下面に接触し、加熱ヒータ５１全体を支持するための、厚み３０μｍのＳＵＳからなる支持層５６が配置されている。支持層５６の材質も、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等の純金属、あるいは合金とすることができる。支持層５６の、ステー４０に固定されていない部分の長さ、すなわち自由長は６０．０ｍｍである。
【００２９】
（本発明の特徴的な部分）
図２に示したように、本実施例では第１押圧部材６１が支持層５６に当接している。第１押圧部材が当接する点Ｐは、自由長Ｌ＝６０．０ｍｍに対し固定端から周長３６．０ｍｍの点で、支持層５６の固有振動に対し５次の振動をしたときの、図２の右から１番目の節と２番目の腹の中間点に相当する。この点は５次より低次の１次振動、３次振動をしたときにも、その節から十分遠い位置であり、振動抑制効果がある。また高次の振動に対しては、３１次振動までは節に接近しない。このようにして、加熱ベルト１４と熱伝導層５２のスティックスリップに起因した支持層５６の固有振動を抑制することができる。また、支持層５６への部材の押圧面積が少ないので、熱の流出が少なく、加熱装置としての性能を維持することができる。
【００３０】
ここで、自由長Ｌ（ｍｍ）に対する点Ｐの位置ｐ（ｍｍ）について説明する。以下の説明では、加熱装置が画像形成動作を行っている場合を想定して、加熱ベルト１４表面が１５０〜２５０℃の環境下においてＬ（ｍｍ）、ｐ（ｍｍ）となっている状態で考える。また、特許文献１のように自由端に曲げが入っているものについては、実質的に振動する長さ、すなわち曲げの入った部分を除いた長さをＬとして考える。
【００３１】
まず請求項の数式（１）から説明する。Ｌ（ｍｍ）を支持層５６の自由長とすると、ｐ（ｍｍ）は０．５×Ｌより大きいことが好ましい。ｐ（ｍｍ）が０．５×Ｌ以下であると、支持層５６の点Ｐより右の部分が左の部分より長くなり、点Ｐを固定端とする奇数次振動が新たに生じるおそれがある。またｐ（ｍｍ）は０．８×Ｌより大きいことが好ましい。これについて図４を用いて説明する。図４は支持層５６の振動の様子を模式的に表したものである。０≦ｘ≦Ｌの範囲で、２次振動、３次振動の様子は、
２次振動：ｙ＝｜ｓｉｎ（πｘ／Ｌ）｜        …（１１）
３次振動：ｙ＝｜ｓｉｎ（３πｘ／２Ｌ）｜    …（１２）
で模式的に表わされ、左から右へ見ていくとｘ＝０．８Ｌのときに２次と３次の大小関係が入れ替わり、３次振動への制振効果のかわりに２次振動が大きくなる可能性がある。別の表現をすれば、点Ｐが自由端の側に近づいていき、最終的には支持層５６の右端に達すると、この状態では本発明の前提である「右端が自由端」の条件が崩れてしまう。実際、奇数次の振動は抑制できるものの、偶数次の振動を抑制する効果が弱くなる。
【００３２】
次に請求項の数式（２）を説明する。抑制したい振動数の次数をｎ（＝奇数）、所定の整数をａとすると、
【００３３】
【数１】
2020067480.tif 000003
【００３４】
の部分は、ａが４の倍数のときにｎ次振動の腹を、ｎが４で割ると２余る偶数のときには節を示す。ａが奇数の時には腹と節の中間点を表す。ｎ次振動を抑制するためには節以外の部分を押圧することが重要であるから、本発明の目的に鑑みてａは４の倍数、または奇数とする。続いて、
【００３５】
【数２】
2020067480.tif 000004
【００３６】
の部分は、点Ｐの許容範囲を示す。この範囲を超えて点Ｐの位置がずれると、特にａが奇数の時に隣接する節に近づく恐れがある。
【００３７】
具体的なｎ、ａの値に対して数式（２）その範囲を示したものが図５（ａ）（ｂ）である。図５の横軸がｎ、縦軸はｐ／Ｌで、黒い太線が所定のａのときの数式（２）に基づいたｐ／Ｌの範囲を示している。また図５（ａ）には１５次までの、図５（ｂ）には３１次までの奇数振動の節の位置を横点線で示している。傾向としては、ｎが小さい側は図５（ｂ）において高次の節を押圧してしまうが、ｎが大きい側を見ると高次の節を避けられるということがわかる。しかしｎがある程度より大きい場合、数式（１４）から第１押圧部材６１の位置精度がより厳しくなることがわかる。
【００３８】
これらの状況を鑑みて、本発明では、
ｎ＝５、７、９、１１、１３
ａ＝３、４、５、７、８、９、１１、１２
に限定することとした。本実施例では（ｎ，ａ）＝（５，４）としたもので、この構成によって、少なくとも１〜１５次振動までを抑制することができる。
【００３９】
押圧部材は制振効果を求められているので、その最低共振周波数は支持層５６の共振周波数の１／√２倍よりも小さいとよい。この関係にすることで、一般に振動伝達率と呼ばれる値を１より小さくすることができる（参考：特開２００４−１２８８１の段落［００２３］以降）。このため、支持層５６の最低共振周波数をＦ（Ｈｚ）、第１押圧部材６１の最低共振周波数をＧ（Ｈｚ）としたとき、
【００４０】
【数３】
2020067480.tif 000005
【００４１】
を満たすことが好ましい。支持層５６の最低共振周波数については、加熱ベルト１４を外した状態で一部を押さえて円筒形状を保持しつつ、工具などで軽くたたいた振動を電気信号に変換して解析すれば求められる。第１押圧部材に対しては、支持層５６を開放した状態で同様にして求められる。なお最低共振周波数の測定は、１５０〜２５０℃環境下で行うものとする。
【００４２】
上記のような制振性を損なわない範囲において、第１押圧部材６１は、熱抵抗を大きくすることが好ましい。たとえば図２における加熱ベルト１４回転方向の第１押圧部材６１の厚みは小さいほうが熱抵抗としては高くなる。また、押圧面積でも熱抵抗を下げることができ、たとえば第１押圧部材６１の支持層５６側をナイフエッジ形状にする等が考えられる。また第１押圧部材６１の形状は、加熱ベルト回転軸方向に均一である必要もなく、鋸歯状などにすれば押圧面積を減じ、熱抵抗を高くすることができる。材質としては耐熱性が求められることはもちろんであるが、熱伝導率の低いセラミック、樹脂、ゴムなどの非金属材料が好ましい。たとえば強度を上げる目的で金属板を用いたい場合は押圧部分やステー４０への支持部分に熱抵抗の高い材質を組み合わせるなどして熱抵抗を上げることが好ましい。
【００４３】
加熱ヒータ５１の層構成についても、本実施例の記載に限られることはない。定着ベルト１４と摺擦してスティックスリップを生じる可能性のある層があって、これが定着ベルト１４の形状を保持する支持層５６そのものであっても、本発明の制振の対象である。また支持層５６と押圧部材との間に単数あるいは複数の層がある構成でもよい。
【実施例２】
【００４４】
図６は実施例２を説明する図である。本実施例は、数式（１３）において（ｎ，ａ）＝（５，３）、すなわちｐ＝４２．０ｍｍとし、さらに、固定端から測ってｑ＝３１．３ｍｍとなる点Ｑで支持層５６に押圧される第２押圧部材６２を追加したものである。この構成は、点Ｐのみの支持では抑制が不十分な２３次振動の腹を点Ｑで押圧するものである。
【００４５】
第１押圧部材によって１５次振動までは抑制できているので、第２押圧部材６２の位置ｑ（ｍｍ）は０．５×Ｌ＜ｑ＜０．８×Ｌの範囲であればよく、１５次以下の振動数における節の近傍で当接してもかまわない。好ましくは、ｍを５以上の奇数、ｂを、４で割って２余る自然数を除いた自然数、ただし（ｍ，ｂ）≠（ｎ，ａ）としたときに
【００４６】
【数４】
2020067480.tif 000006
【００４７】
であることが好ましい。式（１７）でいうと、本実施例の（ｍ，ｂ）＝（１７，１６）としたときの中心値３１．８ｍｍに対する誤差範囲±０．５ｍｍの範囲にｑ＝３１．３ｍｍが含まれる。
【００４８】
なお、複数の押圧部材を用いるため、材料としては実施例１よりも熱伝導率の低いものを用いることが好ましい。
【実施例３】
【００４９】
図７は実施例３を説明する図である。本実施例の点Ｐ、点Ｑは実施例２と同様であるが、この２点で支持層５６を押圧する共通押圧部材６３は一体となっている。この構成は実施例２より簡易で、実施例２並みの制振効果があり、かつ熱抵抗が実施例１とほぼ同等となる。
【００５０】
なお共通押圧部材６３は点Ｐ、点Ｑの長手全域で支持層５６を押圧している必要はなく、たとえば数ｍｍおきに点Ｐ、点Ｑと交互に押圧するような構成でもよく、制振性を保持しつつ熱抵抗を上げることができて好ましい。
【符号の説明】
【００５１】
１４  加熱ベルト、１６  加熱装置、４０  ステー、５１  加熱ヒータ、
５６  支持層、６１  第１押圧部材、６２  第２押圧部材、６３  共通押圧部材
【図１】
2020067480.tif 000013
【図２】
2020067480.tif 000014
【図３】
2020067480.tif 000015
【図４】
2020067480.tif 000016
【図５】
2020067480.tif 000017
【図６】
2020067480.tif 000018
【図７】
2020067480.tif 000019