(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性の無端ベルトと、該無端ベルトの内部に固定配置された金属熱伝導体と、熱源と、前記無端ベルトを介して前記金属熱伝導体に接してニップ部を形成する加圧部材とを具備し、前記ニップ部を通る被定着材に対し加熱加圧して定着処理を行う定着装置であって、前記熱源は、中空パイプ状の前記金属熱伝導体の内部に設けられて該金属熱伝導体を加熱するハロゲンヒータであり、前記金属熱伝導体は、前記無端ベルトの内周面に摺接して前記無端ベルトを加熱すると共に、前記無端ベルトの移動を案内し、前記金属熱伝導体の前記ニップ部を形成する面が前記加圧部材の外面に沿うような凹形状に形成され、前記無端ベルトの内周面と中空パイプ状の前記金属熱伝導体の外周面とのクリアランスが、無端ベルトの内周面のいかなる位置においても２mm以下となるように、当該無端ベルトと金属熱伝導体が近接配置されていることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
可撓性の無端ベルトと、該無端ベルトの内部に固定配置された金属熱伝導体と、熱源と、前記無端ベルトを介して前記金属熱伝導体に接してニップ部を形成する加圧部材とを具備し、前記ニップ部を通る被定着材に対し加熱加圧して定着処理を行う定着装置であって、前記熱源は、前記無端ベルトの外部に設けられて中空パイプ状の前記金属熱伝導体を誘導加熱する誘導加熱装置であり、前記金属熱伝導体は、前記無端ベルトの内周面に摺接して前記無端ベルトを加熱すると共に、前記無端ベルトの移動を案内し、前記金属熱伝導体の前記ニップ部を形成する面が前記加圧部材の外面に沿うような凹形状に形成され、前記無端ベルトの内周面と中空パイプ状の前記金属熱伝導体の外周面とのクリアランスが、無端ベルトの内周面のいかなる位置においても２mm以下となるように、当該無端ベルトと金属熱伝導体が近接配置されていることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
可撓性の無端ベルトと、該無端ベルトの内部に固定配置された金属熱伝導体と、熱源と、前記無端ベルトを介して前記金属熱伝導体に接してニップ部を形成する加圧部材とを具備し、前記ニップ部を通る被定着材に対し加熱加圧して定着処理を行う定着装置であって、前記熱源は、中空パイプ状の前記金属熱伝導体の内部に設けられて該金属熱伝導体を加熱するハロゲンヒータであり、前記金属熱伝導体は、前記無端ベルトの内周面に摺接して前記無端ベルトを加熱すると共に、前記無端ベルトの移動を案内し、前記金属熱伝導体の前記ニップ部を形成する面が前記加圧部材の外面に沿うような凹形状に形成され、前記無端ベルトと前記金属熱伝導体とを、全周にわたって接触させたことを特徴とする定着装置。
【請求項４】
可撓性の無端ベルトと、該無端ベルトの内部に固定配置された金属熱伝導体と、熱源と、前記無端ベルトを介して前記金属熱伝導体に接してニップ部を形成する加圧部材とを具備し、前記ニップ部を通る被定着材に対し加熱加圧して定着処理を行う定着装置であって、前記熱源は、前記無端ベルトの外部に設けられて中空パイプ状の前記金属熱伝導体を誘導加熱する誘導加熱装置であり、前記金属熱伝導体は、前記無端ベルトの内周面に摺接して前記無端ベルトを加熱すると共に、前記無端ベルトの移動を案内し、前記金属熱伝導体の前記ニップ部を形成する面が前記加圧部材の外面に沿うような凹形状に形成され、前記無端ベルトと前記金属熱伝導体とを、全周にわたって接触させたことを特徴とする定着装置。
【請求項５】
前記無端ベルトの内部に、前記金属熱伝導体と前記熱源のみを設置したことを特徴とする請求項１又は３に記載の定着装置。
【請求項６】
前記無端ベルトの内部に、前記金属熱伝導体のみを設置したことを特徴とする請求項２又は４に記載の定着装置。
【請求項７】
前記金属熱伝導体の前記ニップ部を形成する部分または前記ニップ部における被定着材通過方向の上流側の部分を、前記熱源によって局所加熱することを特徴とする請求項１、３又は５に記載の定着装置。
【請求項８】
前記金属熱伝導体における前記ニップ部を形成する部分または前記ニップ部における被定着材通過方向の上流側の部分において、前記ハロゲンヒータの輻射熱を受ける部分を黒体面としたことを特徴とする請求項１、３、５又は７に記載の定着装置。
【請求項９】
前記金属熱伝導体における前記ニップ部を形成する部分または前記ニップ部における被定着材通過方向の上流側の部分以外で、前記ハロゲンヒータの輻射熱を受ける部分を鏡面としたことを特徴とする請求項７又は８に記載の定着装置。
【請求項１０】
前記金属熱伝導体における前記ニップ部を形成する部分または前記ニップ部における被定着材通過方向の上流側の部分を、他の部分よりも肉厚を薄くしたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の定着装置。
【請求項１１】
前記無端ベルトと前記金属熱伝導体との間に、潤滑剤を介在させたことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の定着装置。
【請求項１２】
前記無端ベルトと前記金属熱伝導体との間に、潤滑剤を塗布したシートを介在させたことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の定着装置。
【請求項１３】
前記金属熱伝導体における前記無端ベルトに接する部分に、ＰＦＡ樹脂またはＰＴＦＥ樹脂をコーティングしたことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の定着装置。
【請求項１４】
前記金属熱伝導体における前記ニップ部の一部に凸部を設けたことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の定着装置。
【請求項１５】
前記金属熱伝導体の前記凸部を前記ニップ部における被定着材通過方向の下流側に設けたことを特徴とする請求項１４に記載の定着装置。
【請求項１６】
前記金属熱伝導体と前記無端ベルト間に、異常な加熱を検知した場合に前記熱源への電力供給を遮断する安全装置を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
【請求項１７】
前記金属熱伝導体と前記無端ベルト間に温度検知素子を備えたことを特徴とする請求項１、２又は１６に記載の定着装置。
【請求項１８】
前記無端ベルトの外部より該無端ベルトの温度を検知する非接触温度検知素子を備えたことを特徴とする請求項１乃至１７のいずれかに記載の定着装置。
【請求項１９】
前記無端ベルトの外部に該無端ベルトを移動駆動するローラ状のベルト駆動部材を設置し、前記無端ベルトに対して前記ニップにおける被定着材通過方向の下流側から前記ベルト駆動部材までの間で張力を作用させることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれかに記載の定着装置。
【請求項２０】
前記無端ベルトとして、基材の外周に１００μｍ以上の厚さの弾性層を有する複層構造のベルトを用いたことを特徴とする請求項１乃至１９のいずれかに記載の定着装置。
【請求項２１】
前記金属熱伝導体における前記ニップを形成する部分と前記無端ベルトとの間に耐熱弾性層を設けたことを特徴とする請求項１乃至２０のいずれかに記載の定着装置。
【請求項２２】
記録媒体に対して画像を形成する画像形成部と、該画像形成部にて画像が形成された記録媒体に対して定着処理を行う定着部とを備えた画像形成装置において、前記定着部として請求項１乃至２１のいずれかに記載の定着装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無端ベルトを介して金属熱伝導体と加圧部材間にニップ部を形成し、該ニップ部を通る被定着材に対し定着処理を行う定着装置、およびその定着装置を搭載した画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置では、像担持体である感光体ドラムの表面に静電潜像を形成し、感光体ドラム上の静電潜像をトナーなどの現像剤によって現像して顕像化し、このトナー像を転写装置により記録紙に転写して、転写後の記録紙に対して定着装置にて加熱加圧を加えることによって、記録紙上のトナー画像を定着し、定着された記録紙を装置外に排紙する構成になっている。
【０００３】
前記定着装置では、通常、対向する加熱ローラと加圧ローラからなるローラ対、あるいは定着ベルト、あるいはそれらの組み合わせによりなる構成になっており、搬送されてきた記録紙を加熱ローラと加圧ローラ間のニップで挟み込み、このニップを記録紙が通過中に熱および圧力を加え、トナー像を記録紙上に定着する。
【０００４】
例えば、図２１に示すような構成からなるベルト方式の定着装置（特許文献１参照）が知られている。
【０００５】
図２１において、１０１は加圧ローラ、１０２は、加圧ローラ１０１に定着ベルト１０３を介して圧接する定着ローラ、１０４は、内部にヒータ１０５を有し、定着ローラ１０２との間に定着ベルト１０３を架設して加熱する加熱ローラ、１０６は定着後の記録紙Ｐを定着ベルト１０３から剥離させる分離爪、１０７は、スプリング１０８とローラ１０９とからなり、定着ローラ１０２と加熱ローラ１０４間の定着ベルト１０３にテンションを与えるテンション付与部、１１０は加熱ローラ１０４側の定着ベルト１０３における温度を検知するサーミスタである。
【０００６】
また、図２２に示すような構成からなるセラミックヒータを用いたサーフ定着（フィルム定着）の定着装置（特許文献２参照）も知られている。
【０００７】
図２２において、１１１は加圧ローラ、１１２は無端構成の定着ベルト、１１３は定着ベルト１１２を介して加圧ローラ１１１に圧接するセラミックヒータ、１１４はセラミックヒータ１１３のホルダ、１１５は支持部材である。
【０００８】
また、サーフ定着の加熱部をヒータとニップ形成部材に置き換えた定着装置も提案されている（特許文献３参照）。
【０００９】
さらに、構成のシンプルなものとして、図２３に示すような薄肉のローラを用いた構成の定着装置がある（特許文献４参照）。
【００１０】
図２３において、１２１は加圧ローラ、１２２は、内部にヒータ１２３を有し、加圧ローラ１２１に圧接する薄肉構造の定着ローラである。
【特許文献１】特開２００４−２８６９２２号公報
【特許文献２】特許第２８６１２８０号公報
【特許文献３】特許第３４７２３７１号公報
【特許文献４】特開平４−１５６５７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前記従来の技術において、ベルト方式の定着装置では、近年、さらなるウォームアップ時間（電源投入時など、常温状態から印刷可能な所定の温度（リロード温度）までに要する時間）や、ファーストプリント時間（印刷要求を受けた後、印刷準備を経て印字動作を行い排紙が完了するまでの時間）の短縮化が望まれている（課題（１））。
【００１２】
また、画像形成装置の高速化に伴い、単位時間あたりの通紙枚数が増え、必要熱量が増大しているため、特に連続印刷のはじめに熱量が不足する（所謂、温度落ち込み）が問題となっている（課題（２））。
【００１３】
前記課題（１）の問題を解決する方法として、図２２に示すようなセラミックヒータを用いたサーフ定着が提案されている。この方式により、図２１に示すようなベルト方式の定着装置に比べ、低熱容量化，小型化が可能となったが、ニップ部のみを局所加熱しているため、その他の部分では加熱されておらず、ニップの用紙などの入口においてベルトは最も冷えた状態にあり、定着不良が発生しやすくなるという問題がある。
【００１４】
特に、高速機においては（ベルトの回転が速いため、ニップ部以外でのベルトの放熱が多くなり）、より定着不良が発生しやすくなるという問題がある（課題（３））。
【００１５】
ベルト（もしくはフィルム）を用いた定着方式では、ベルトが回転中にスラスト方向に移動し、スラスト止めを乗り越えたり、スラスト止めに衝突して座屈したりすることによって破損することがある。時には、定着部での紙ジャムを除去しようとした際に、ベルトに局所的な力が働き、ベルトが折れて微小なキンク跡が残る。このような跡が原因となってベルトが破損することがある。また、大きなキンク跡は画像に転写されるため、画像不良となる（課題（４））。
【００１６】
また、サーフ定着においては、ベルト内部にセラミックヒータを保持する樹脂ホルダや、それらが撓まないように支持する金属ステーを有するものがあり、ベルト内の熱容量が大きく、熱がそれらの部材に吸収されるため、熱変換効率が悪い（省エネルギの妨げになる）という問題がある。また、サーフ定着のようにベルトが加熱体（発熱体）から離れて回動すると、ベルトが強制対流により冷却されるため、熱損失が増えて熱変換効率を悪くする（課題（５））。
【００１７】
特許文献３に記載されているように、サーフ定着の加熱装置をヒータとニップ形成部材に置き換えた定着装置が提案されているが、この方式もサーフ定着同様に前記課題（１）〜（５）の問題を有している。また、特許文献３に記載の構成では、ベルト内部からベルトを張架するためのガイドローラがあり、このような接触物があると、加熱されたベルトの熱が奪われるため前記課題（１）の問題を助長する。また、ニップ部とガイドローラの平行度が僅かにでも狂うと、ベルトの回転抵抗に（軸方向で）左右偏差が生じ、いわゆるベルト寄りが発生するとう問題もある（課題（４）と同じ）。
【００１８】
そこで、構成をシンプルにして熱容量を下げるには、図２３に示すような薄肉の定着ローラを用いた構成が望ましいが、このような構成の定着装置では、ニップの断面形状において曲率中心が画像面側に存在するため、定着ローラ側（画像面側）に転写紙がトナーを介してくっ付き、巻き付いてしまうという問題がある。この“巻付き”を防止するために、分離爪あるいは分離板などの分離部材を用いることがあるが、定着ローラに強く巻き付いているため、それを引き剥がすための力も大きく、そのため分離部材が画像面を擦った跡が残り、画像に不具合を生じる場合がある（課題（６））。
【００１９】
本発明の目的は、前記従来の技術の課題を解決し、無端ベルトを用いる構成において、そのベルト全体を温めることを可能にし、加熱待機時からのファーストプリントタイムを短縮することができ、かつ高速回転時の熱量不足を解消して、高生産の画像形成装置に搭載されても、良好な定着性を得ることができるようにした定着装置を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、可撓性の無端ベルトと、該無端ベルトの内部に固定配置された金属熱伝導体と、熱源と、前記無端ベルトを介して前記金属熱伝導体に接してニップ部を形成する加圧部材とを具備し、前記ニップ部を通る被定着材に対し加熱加圧して定着処理を行う定着装置であって、前記熱源は、中空パイプ状の前記金属熱伝導体の内部に設けられて該金属熱伝導体を加熱するハロゲンヒータであり、前記金属熱伝導体は、前記無端ベルトの内周面に摺接して前記無端ベルトを加熱すると共に、前記無端ベルトの移動を案内し、前記金属熱伝導体の前記ニップ部を形成する面が前記加圧部材の外面に沿うような凹形状に形成され、前記無端ベルトの内周面と中空パイプ状の前記金属熱伝導体の外周面とのクリアランスが、無端ベルトの内周面のいかなる位置においても２mm以下となるように、当該無端ベルトと金属熱伝導体が近接配置されていることを特徴とし、請求項２に記載の発明は、可撓性の無端ベルトと、該無端ベルトの内部に固定配置された金属熱伝導体と、熱源と、前記無端ベルトを介して前記金属熱伝導体に接してニップ部を形成する加圧部材とを具備し、前記ニップ部を通る被定着材に対し加熱加圧して定着処理を行う定着装置であって、前記熱源は、前記無端ベルトの外部に設けられて中空パイプ状の前記金属熱伝導体を誘導加熱する誘導加熱装置であり、前記金属熱伝導体は、前記無端ベルトの内周面に摺接して前記無端ベルトを加熱すると共に、前記無端ベルトの移動を案内し、前記金属熱伝導体の前記ニップ部を形成する面が前記加圧部材の外面に沿うような凹形状に形成され、前記無端ベルトの内周面と中空パイプ状の前記金属熱伝導体の外周面とのクリアランスが、無端ベルトの内周面のいかなる位置においても２mm以下となるように、当該無端ベルトと金属熱伝導体が近接配置されていることを特徴とする。また、請求項３に記載の発明は、可撓性の無端ベルトと、該無端ベルトの内部に固定配置された金属熱伝導体と、熱源と、前記無端ベルトを介して前記金属熱伝導体に接してニップ部を形成する加圧部材とを具備し、前記ニップ部を通る被定着材に対し加熱加圧して定着処理を行う定着装置であって、前記熱源は、中空パイプ状の前記金属熱伝導体の内部に設けられて該金属熱伝導体を加熱するハロゲンヒータであり、前記金属熱伝導体は、前記無端ベルトの内周面に摺接して前記無端ベルトを加熱すると共に、前記無端ベルトの移動を案内し、前記金属熱伝導体の前記ニップ部を形成する面が前記加圧部材の外面に沿うような凹形状に形成され、前記無端ベルトと前記金属熱伝導体とを、全周にわたって接触させたことを特徴とし、請求項４に記載の発明は、可撓性の無端ベルトと、該無端ベルトの内部に固定配置された金属熱伝導体と、熱源と、前記無端ベルトを介して前記金属熱伝導体に接してニップ部を形成する加圧部材とを具備し、前記ニップ部を通る被定着材に対し加熱加圧して定着処理を行う定着装置であって、前記熱源は、前記無端ベルトの外部に設けられて中空パイプ状の前記金属熱伝導体を誘導加熱する誘導加熱装置であり、前記金属熱伝導体は、前記無端ベルトの内周面に摺接して前記無端ベルトを加熱すると共に、前記無端ベルト��移動を案内し、前記金属熱伝導体の前記ニップ部を形成する面が前記加圧部材の外面に沿うような凹形状に形成され、前記無端ベルトと前記金属熱伝導体とを、全周にわたって接触させたことを特徴とする。これらの構成によって、被加熱部材が無端ベルトとパイプ状の金属熱伝導体となるため、加熱時の温度上昇が早く、ウォームアップ時間を短縮することができる。また、良熱伝導体の金属熱伝導体がニップ部を形成しているため、印刷時に熱源からの熱供給が不足しても、金属熱伝導体に蓄積された熱が熱量不足を補うように供給されるため、温度落ち込みを防止することができ、さらに、蓄熱部材としての金属熱伝導体は無端ベルト内部で固定されているので、回転体である場合に比べて、気流による冷却を受けることがないため、効率よく熱量を保持することができ、温度落ち込みを防止する効果が得られる。
【００２１】
また、上記各発明によれば、金属熱伝導体が熱源により直接または間接的に温められ、その結果、無端ベルトと金属熱伝導体の間の空気層で対流、あるいは金属熱伝導体からの輻射熱、あるいは金属熱伝導体とベルトの熱伝導などにより、ベルト全体が温められることになり、無端ベルトの周方向における温度ムラが少なく、その結果、ニップでの温度ムラ（＝温度リップル）が小さくなるので安定した定着性を得ることができ、搬送スピードが速い高速機に適用される。しかも、無端ベルトのガイド面は金属熱伝導体であってガイド自体が高温度であるため、摩擦抵抗を低減する作用が働き、したがって、無端ベルトとの接触において良好な滑り性を得ることができる。さらに、上記各発明によれば、金属熱伝導体におけるニップ部を形成する部分の形状を凹形状に形成して、ニップ形状を凹形状にしたため、例えば、トナーの粘着性を介して付いている被定着材である転写紙と無端ベルトとは、ニップ出口において、転写紙の進行方向と無端ベルトの進行方向が分かれ、良好なる転写紙の分離が行われる。
また、請求項１又は３に記載の発明によれば、ハロゲンヒータより成る熱源を金属熱伝導体に内設したので、熱源にて金属熱伝導体を加熱する熱変換効率が高くなり、しかも熱源として、ハロゲンヒータを用いたので、誘導加熱のようにコイルやコアを使用することがないため、部品点数が少なくなり、熱源の熱容量とコストを低減できる。
【００２２】
さらに、請求項１又は２に記載の発明によれば、パイプ状の金属熱伝導体が無端ベルトと近接していることにより、無端ベルトの周方向における温度ムラがより低減され、温度安定性が高まる。また、金属熱伝導体と無端ベルトとのクリアランスが略同一に保たれているため、無端ベルトへの熱伝達量を、周方向に対して等しくすることができ、ベルト表面の温度が均一化され、温度ムラを防止できる。
【００２３】
また、請求項３又は４に記載の発明によれば、無端ベルトと金属熱伝導体とを、全周にわたって接触させたので、無端ベルトと金属熱伝導体の間に遊びをなくすことができ、無端ベルトとニップの平行度が保たれ、無端ベルトの蛇行を防止することができ、かつ、無端ベルトの裏面に何も接していない部分がなくなり、少なくとも内面側が熱伝導体に接しており、気流により冷却されないため、熱変換効率を向上させることができる。しかも、ベルト外部からの外力が加わった場合においても、内面が金属熱伝導体に接しているため、折れて破損することを防止することができる。
【００２４】
請求項５に記載の発明は、請求項１又は３に記載の定着装置において、無端ベルトの内部に、金属熱伝導体と熱源のみを設置したことを特徴とし、この構成によって、ベルト内部の熱容量を低減することができ、余分な部材を加熱しないため、熱変換効率が高くなる。
請求項６に記載の発明は、請求項２又は４に記載の定着装置において、無端ベルトの内部に、金属熱伝導体のみを設置したことを特徴とし、この構成によって、ベルト内部の熱容量を低減することができ、余分な部材を加熱しないため、熱変換効率が高くなる。
【００２７】
請求項７に記載の発明は、請求項１、３又は５に記載の定着装置において、金属熱伝導体のニップ部を形成する部分またはニップ部における被定着材通過方向の上流側の部分を、熱源によって局所加熱することを特徴とし、この構成によって、ニップ部での温度が安定し、その結果、安定した定着性を得ることができる。
【００３０】
請求項８に記載の発明は、請求項１、３、５又は７に記載の定着装置において、金属熱伝導体におけるニップ部を形成する部分またはニップ部における被定着材通過方向の上流側の部分において、ハロゲンヒータの輻射熱を受ける部分を黒体面としたことを特徴とし、この構成によって、ハロゲンヒータから発せられる輻射熱がニップ部分で多く吸収されるため、局部加熱が可能となり、被定着材通過時にニップ部分で奪われた熱を速やかに供給することができ、定着性を向上させることができる。
【００３１】
請求項９に記載の発明は、請求項７又は８に記載の定着装置において、金属熱伝導
体におけるニップ部を形成する部分またはニップ部における被定着材通過方向の上流側の部分以外で、ハロゲンヒータの輻射熱を受ける部分を鏡面としたことを特徴とし、この構成によって、ハロゲンヒータから発せられる輻射熱がニップ部以外では反射するため、その結果、ニップ部分を集中的に局部加熱することが可能となり、被定着材通過時にニップ部で奪われた熱を速やかに供給することができ、定着性を向上させることができる。
【００３２】
請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至９のいずれかに記載の定着装置において、金属熱伝導体におけるニップを形成する部分またはニップにおける被定着材通過方向の上流側の部分を、他の部分よりも肉厚を薄くしたことを特徴とし、この構成によって、薄肉部分の存在により熱容量を局部的に小さくして熱し易くすることにより、無端ベルトに熱を伝え易くなり、被定着材通過時にニップ部で奪われた熱を速やかに供給することができ、定着性を向上させることができる。
【００３３】
請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれかに記載の定着装置において、無端ベルトと金属熱伝導体との間に、潤滑剤を介在させたことを特徴とし、この構成によって、摩擦力が低減し、無端ベルトの磨耗を防止することができる。
【００３４】
請求項１２に記載の発明は、請求項１乃至１１のいずれかに記載の定着装置において、無端ベルトと金属熱伝導体との間に、潤滑剤を塗布したシートを介在させたことを特徴とし、この構成によって、潤滑剤が界面に供給され続けるため、長期にわたって摩擦力を低減させることができ、無端ベルトの磨耗を防止することができる。
【００３５】
請求項１３に記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれかに記載の定着装置において、金属熱伝導体における無端ベルトに接する部分に、ＰＦＡ樹脂またはＰＴＦＥ樹脂をコーティングしたことを特徴とし、この構成によって、表面の摩擦係数が低減するため、グリス塗布などに比べて、長期にわたって摩擦力を低減することができ、無端ベルトの磨耗を防止することができる。
【００３６】
請求項１４に記載の発明は、請求項１乃至１３のいずれかに記載の定着装置において、金属熱伝導体におけるニップ部の一部に凸部を設けたことを特徴とし、この構成によって、凸部部分の押し圧力が高まるため、画像の定着性が向上し、また、無端ベルトと加圧ローラとの接触圧が高まるため、無端ベルトを駆動する際の摩擦力が向上し、無端ベルトのスリップを防止することができる。
【００３７】
請求項１５に記載の発明は、請求項１４記載の定着装置において、金属熱伝導体の凸部をニップ部における被定着材通過方向の下流側に設けたことを特徴とし、この構成によって、ニップ部の下流側（被転写材出口側）に設けることにより、局所的に曲率が高くなるため、被転写材の分離時に自然分離がしやすくなるため、被転写材の巻き付きによる不具合を防止することができる。
【００３８】
請求項１６に記載の発明は、請求項１又は２に記載の定着装置において、金属熱伝導体と無端ベルト間に、異常な加熱を検知した場合に熱源への電力供給を遮断する安全装置を備えたことを特徴とし、この構成によって、無端ベルトの外側に温度ヒューズやサーモスタットを配置した場合よりも早く異常を検知することができる。
【００３９】
請求項１７に記載の発明は、請求項１、２又は１６に記載の定着装置において、金属熱伝導体と無端ベルト間に温度検知素子を備えたことを特徴とし、この構成によって、無端ベルトを介した温度検知よりもより高応答でヒータによる温度増減を検知することができるため、精度よく温度を制御することができ、温度リップルを低減することができる。
【００４０】
請求項１８に記載の発明は、請求項１乃至１７のいずれかに記載の定着装置において、無端ベルトの外部より該無端ベルトの温度を検知する非接触温度検知素子を備えたことを特徴とし、この構成によって、無端ベルトの温度を検知することにより、被定着材により奪われた熱の大きさを予測することができ、その結果を温度制御としてフィードバックすることにより、定着温度を補正することができる。
【００４１】
請求項１９に記載の発明は、請求項１乃至１８のいずれかに記載の定着装置において、無端ベルトの外部に該無端ベルトを移動駆動するローラ状のベルト駆動部材を設置し、無端ベルトに対してニップにおける被定着材通過方向の下流側からベルト駆動部材までの間で張力を作用させることを特徴とし、この構成によって、ベルト駆動用のローラにより、例えばトナーなどの付着物が回収されるため、無端ベルト上の残留物の固着を防止することができる。また、外部のローラにより無端ベルトが搬送駆動され、テンションが加わるため無端ベルトのスリップを防止することもできる。
【００４２】
請求項２０に記載の発明は、請求項１乃至１９のいずれかに記載の定着装置において、無端ベルトとして、基材の外周に１００μｍ以上の厚さの弾性層を有する複層構造のベルトを用いたことを特徴とし、この構成によって、無端ベルトの弾性層が被定着材に形成された未定着画像に対し、微妙な凹凸を吸収して接触するため、均一に熱量を与えることができ、いわゆる、ユズ肌状の画像ムラが抑制され、定着された画像の画質を向上させることができる。
【００４３】
請求項２１に記載の発明は、請求項１乃至２０のいずれかに記載の定着装置において、金属熱伝導体におけるニップ部を形成する部分と無端ベルトとの間に耐熱弾性層を設けたことを特徴とし、この構成によって、無端ベルトと金属熱伝導体の間に弾性層を介在させたことにより、被定着材と無端ベルトの密着度が増し、さらに、前記と同様に良好な画像が得られる。
【００４４】
請求項２２に記載の発明は、記録媒体に対して画像を形成する画像形成部と、該画像形成部にて画像が形成された記録媒体に対して定着処理を行う定着部とを備えた画像形成装置において、前記定着部として請求項１乃至２１のいずれかに記載の定着装置を搭載したことを特徴とし、この構成によって、本発明に係る定着装置を搭載することにより安定した定着が行われるため、高品位の画像形成が行われる画像形成装置が実現する。
【発明の効果】
【００４５】
本発明に係る定着装置によれば、被加熱部材が定着ベルトとパイプ状の金属熱伝導体となるため、加熱時の温度上昇が早く、ウォームアップ時間を短縮することができる。また、良熱伝導体の金属熱伝導体がニップ部を形成しているため、定着時に熱源からの熱供給が不足しても、無端ベルトへは金属熱伝導体に蓄積された熱が熱量不足を補うように供給されるため、温度落ち込みを防止することができ、さらに、金属熱伝導体は、蓄熱部材として機能し、無端ベルト内部で固定されているため、回転体である場合に比べて、気流による冷却を受けることがないため、効率よく熱量を保持することができ、温度落ち込みを防止する効果が得られる。
【００４６】
また、金属熱伝導体が熱源により直接または間接的に温められ、その結果、無端ベルトと金属熱伝導体の間の空気層で対流、あるいは金属熱伝導体からの輻射熱、あるいは金属熱伝導体とベルトの熱伝導などにより、ベルト全体が温められることになり、無端ベルトの周方向における温度ムラが少なく、その結果、ニップでの温度ムラ（＝温度リップル）が小さくなるので安定した定着性を得ることができ、搬送スピードが速い高速機に適用される。しかも、無端ベルトのガイド面は金属熱伝導体であってガイド自体が高温度であるため、摩擦抵抗を低減する作用が働き、したがって、無端ベルトとの接触において良好な滑り性を得ることができる。
【００４７】
本発明に係る定着装置を搭載した画像形成装置によれば、安定した定着が行われるため、高品位の画像形成が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００４９】
図１は本発明に係る定着装置の実施形態１の概略構成を示す断面図、図２は実施形態１における側面図であり、１は可撓性を有する無端ベルト、２は、無端ベルト１内に固定され、中空パイプ状の金属熱伝導体、３は金属熱伝導体２内に配設されたヒータからなる熱源、４は中空の金属ローラ５の外周に弾性層６が設けられている加圧部材である加圧ローラであって、図２に示すように、加圧ローラ４は、長手方向において無端ベルト１よりも短く、弾性層６が無端ベルト１に圧接している。
【００５０】
金属熱伝導体２は、無端ベルト１を介して加圧ローラ４に圧接することになり、図１に示すように、無端ベルト１と加圧ローラ４との接触部が平坦部になって、ニップ部Ｎを形成する構造になっている。金属熱伝導体２における中空パイプ状として、図１では円筒形のものを示したが、図３に示すような多角形の中空体、あるいは板状の金属を丸めたような形状（円筒体の長手方向にスリットが入っているような形状）のものも採用することができる。
【００５１】
加圧ローラ４は、金属ローラ５の外周に弾性層６であるシリコーンゴム層が設けられ、その表面に離型性を得るために表面にフッ素系樹脂であるＰＦＡ樹脂層あるいはＰＴＦＥ樹脂層が設けられているものである。加圧ローラ４は、当該定着装置が搭載される画像形成装置に設けられたモータなどの駆動源からギヤなどを介して駆動力が伝達されて回転する。
【００５２】
また、加圧ローラ４は、図２に示す矢印方向Ｆに、スプリングなどの加圧手段によって無端ベルト１側に押し付けられて圧接しており、弾性層６が押し潰されて変形することにより、ニップ部Ｎに所定のニップ幅が形成されるようになっている。
【００５３】
加圧ローラ４は、中実のローラであってもよいが、中空の方が熱容量が少ないためよい。また、加圧ローラ４にも、ハロゲンヒータなどの加熱源を具備させるようにしてもよい。
【００５４】
無端ベルト１は、ニッケルやステンレス（ＳＵＳ）などの金属ベルトや、ポリイミドなどの樹脂などの材料を用いたエンドレスのループ状のベルトからなる。無端ベルト１の表層には、ＰＦＡ樹脂層あるいはＰＴＦＥ樹脂層などからなる離型層を形成し、被定着材である転写紙上のトナーが付着しないように、離型性をもたせている。
【００５５】
無端ベルト１の基材と前記離型層との間には、シリコーンゴムの層などで形成される弾性層を介在させてもよい。このシリコーンゴム層がない場合は熱容量が小さくなり、定着性が向上するが、未定着画像を押し潰して定着するときに、ベルト表面の微妙な凹凸が画像に転写されて画像のベタ部にユズ肌状の跡が残るという不具合が生じる。これを改善するには、シリコーンゴム層を１００μｍ以上設ける必要がある。シリコーンゴム層の変形により、微妙な凹凸が吸収されてユズ肌画像が改善する。ただし、このときニップ部での熱伝導率が低くなるため、定着性は劣る。
【００５６】
金属熱伝導体２である中空のパイプ状体の材料としては、アルミニウム，鉄，ステンレスなどの金属を用いる。図示した金属熱伝導体は断面が円形であるが、角型であっても、また、その他の断面形状であってもよく、金属熱伝導体２の表層のニップ部Ｎは平面あるいは凹形状であれば、転写紙などの被定着材の分離性が向上する。この平面あるいは凹形状をなすパイプ状の金属熱伝導体のニップ部Ｎは、切削またはプレス加工により成型することができる。また、所定の断面形状をなすように金属材を押し出し加工することにより成型することも可能である。
【００５７】
また、無端ベルト１と金属熱伝導体２とを加熱して昇温させる熱源３としては、図１，図２に示すようなハロゲンヒータでもよいが、図４に示すように、パイプ状の金属熱伝導体２の内周部に抵抗発熱体７を設けることも考えられる。
また、図５に示すように、無端ベルト１の外周に対向させて、ＩＨ（電磁加熱）装置８を設置することも考えられる。この場合には、無端ベルト１を介して金属熱伝導体２を加熱し、かつ金属熱伝導体２を加温することになる。このように、無端ベルト１の外部に設けられて、金属熱伝導体２を誘導加熱する誘導加熱装置を熱源として用いることができるのである。
【００５８】
無端ベルト１は外部のローラにより連れ回って周方向へ移動する。例えば、図１に示す実施形態の場合は、加圧ローラ４が図示しない駆動源により回転駆動され、ニップ部Ｎで無端ベルト１に駆動力が伝達されることにより無端ベルト１が回転する。無端ベルト１は、ニップ部Ｎで挟み込まれて移動するが、ニップ部Ｎ以外では金属熱伝導体２にガイドされており、一定の距離以上に無端ベルト１が金属熱伝導体２から離れてしまわないように案内される。このように、金属熱伝導体２は、無端ベルト１の内周面に摺接して、その無端ベルト１を加熱すると共に、その無端ベルト１の移動を案内する用をなす。
【００５９】
本実施形態１としては、金属熱伝導体２としては、例えば無端ベルト１の内部に多角形のパイプ状金属熱伝導体のものが内設されるようにしてもよいが、無端ベルト１と相似形状の円筒形をなす金属熱伝導体を構成し、無端ベルト１と金属熱伝導体２とのクリアランスを０〜２ｍｍ程度に近接させることにより、無端ベルト１の温度ムラを低減することができる。このように、無端ベルト１の内周面と中空パイプ状の金属熱伝導体２の外周面とのクリアランスが、無端ベルト１の内周面のいかなる位置においても２mm以下となるように、無端ベルト１と金属熱伝導体２を近接配置させることができるのである。
【００６０】
また、実施形態１では、無端ベルト１と加圧ローラ４とのニップ部Ｎが平坦部となっているが、図６に示す本発明の実施形態２のように、金属熱伝導体２のニップ部分を凹状にして、金属熱伝導体２のニップ部Ｎを形成する面を、加圧部材の外面に沿うような凹形状に形成してもよい。
【００６１】
また、本実施形態では、無端ベルト１と金属熱伝導体２とを、軸方向の断面を相似形にし、互いに近接させること、あるいは図７に示すように、無端ベルト１と金属熱伝導体２とを、全周において接触させるようにしてもよい。この場合、無端ベルト１と金属熱伝導体２とのクリアランスをゼロ（実際には無端ベルト１が回動しなければならないので、緩みバメ程度の嵌合状態、または加熱して金属熱伝導体２が熱膨張したときに緩みバメ程度の嵌合状態）としてもよい。
【００６２】
実施形態１，２のように、無端ベルト１の内部に、金属熱伝導体２と熱源３のみを設置する構成とすることにより、従来のような樹脂のガイド部材、あるいはゴム弾性体などをなくすことにより、熱容量を小さくすることができる。ただし、後述するサーミスタやサーモスタット、あるいはグリスなどは、低熱容量であり耐熱性があるので、無端ベルト１の内部にあっても、前記加熱上の作用効果は得られる。
【００６３】
このように実施形態１，２では、被加熱部材は、無端ベルト１とパイプ状の金属熱伝導体２だけであり、従来のように無端ベルト内部に複数本のローラがあったり、無端ベルト外部にテンションローラが接触していたり、無端ベルト内部に樹脂のガイドあるいは金属の支持ステーがある構成のものよりも、部品点数が少なくなるため、低熱容量化と小型化が実現する。このため、加熱時の温度上昇が早く、ウォームアップ時間を短縮することができる。また、余熱待機時は、無端ベルト１を全体的に温めるので、従来の定着方式と異なり、定着実行が要求された際には、既に無端ベルト１全体が略均一に温まっているため、直ぐに定着を実行することができ、搭載された画像形成装置などにおけるファーストプリントタイムを早くすることが可能となる。
【００６４】
また、本実施形態では、金属熱伝導体２である良熱伝導体がニップ部Ｎを形成しているため、定着時に熱源３からの熱供給が不足しても、金属熱伝導体２に蓄積された熱が熱量不足を補うように供給されるため、温度落ち込みを防止することができる。ニップ部Ｎに熱供給する金属熱伝導体２は、パイプ状であってニップ部Ｎとニップ部以外に存在するため、ニップ部Ｎで熱供給された場合は、金属熱伝導体２全体が良熱伝導性であるため、ニップ部以外に蓄積された熱がニップを形成している金属熱伝導体２の部分に向って流れる。
【００６５】
このとき、蓄熱部材としての金属熱伝導体２は、無端ベルト１内部で固定されているため、従来のように加熱ローラが回転するものである場合に比べて、気流による冷却を受けることがないため、効率よく熱量を保持することができる。また、この作用はサーミスタなどの温度検知手段を介さずに物理的に機能するため、温度検知のタイムラグや、制御の遅れにより、温度落ち込みが増大することがない。
【００６６】
さらに、本実施形態では、金属熱伝導体２が熱源３により直接または間接的に温められ、その結果、無端ベルト１と金属熱伝導体２間の空気層における対流、あるいは金属熱伝導体２からの輻射熱、あるいは金属熱伝導体２と無端ベルト１の熱伝導などにより、無端ベルト１全体が温められることになり、無端ベルト１の周方向における温度ムラが、既述したサーフ定着や、ベルト定着よりも小さく、その結果、ニップ部での温度ムラ（＝温度リップル）が小さくなるため、安定した定着性を得ることができる。
【００６７】
また、本実施形態が搭載される画像形成装置が高速機の場合、搬送スピードが速いため、無端ベルト１の移動も速くなる。サーフ定着の場合は、主にニップだけで温度を上昇させるため、ベルトは、ニップを出た後、ニップに再度到達するまで加熱されることがなく、そのためニップ入り口のベルト温度が最も低くなってしまう。そして高速回転（移動）になると、特にニップの被定着材入口部分では温度が低くなり過ぎ、定着不良を発生するという問題がある。それに比べて本実施形態の定着装置では、無端ベルト全体を温めるため、ベルト移動中も加熱が十分に行われることにより、係る問題を解決することができる。
【００６８】
また、ベルト移動時は、サーフ定着のようにベルトの挙動が安定するようにガイドを設ける場合がある。このとき、ガイド面とベルトが接触することがあるが、この接触摩擦抵抗が大きいとベルトの回転（移動）駆動負荷が増大してベルトの移動できなくなる。
【００６９】
しかし、本実施形態によれば、無端ベルト１のガイド面は金属熱伝導体２であり、ガイド部自体が高温度である。このため、図８のグラフに示すように、アルミニウムなどの金属熱伝導体と樹脂部材とには、高温で摩擦係数が低下することが確認されているため、本実施形態のように、金属熱伝導体２と無端ベルト１表面の樹脂部材とには摩擦抵抗を低減する作用が働くことになる。したがって、無端ベルト１と金属熱伝導体２との接触において、良好な滑り性を得ることができることになり、前記問題を防止することができる。
【００７０】
また、本実施形態では、パイプ状の金属熱伝導体２が無端ベルト１と近接していることにより、無端ベルト１の周方向における温度ムラがより低減され、温度安定性が高まる。さらに金属熱伝導体２と無端ベルト１とが近接し、かつ相似形であることにより、金属熱伝導体２と無端ベルト１間のクリアランスが略同一に保たれるため、無端ベルト１への熱伝達量を（周方向に対して）等しくすることができ、無端ベルト表面の温度が均一化され、温度ムラを防止することができる。
【００７１】
しかも、無端ベルト１の温度は、金属熱伝導体２の接触熱伝導により昇温されるので、無端ベルト１全体が均一な温度になり、ニップ部Ｎにおけるベルト温度が安定する（温度リップルが少ない）。そして加熱待機時は無端ベルトが移動しなくても、ベルト全体がすでに温まっているため、定着実行の要求に応じてすぐに対応することが可能である。
【００７２】
前記のように近接させずに、図３に示す構成例のように、無端ベルト１と金属熱伝導体２を全周にわたって接触させると、両者間に遊びがないため、無端ベルト１とニップ部Ｎの平行度が保たれ、無端ベルト１の蛇行を防止することができる。また、ベルト外部から外力が加わった場合においても、内面が金属熱伝導体２に接しているため折れて破損することが防止される。従来のサーフ定着やベルト定着方式などは、無端ベルトの裏面に何も接していない部分があり、すなわちベルトが移動する際に、ベルトの表裏で強制冷却される部分が生じ、熱変換効率を悪くしているが、本例によれば、少なくとも内面側が熱伝導体である金属熱伝導体２に接しており、気流により冷却されないため、熱変換効率を向上させることができる。
【００７３】
しかし、前記のように無端ベルト１と金属熱伝導体２とが、近接してクリアランスを保っている方が、ベルト回転移動時の負荷トルクが軽くなり、ベルトの動作を円滑にすることができる。
【００７４】
また、本実施形態では、従来のサーフ定着やベルト定着方式に比べ、無端ベルト内部の熱容量を低減することができ（余分な部材を加熱しないため）、熱変換効率が高くなる。また、何らかのトラブルにより熱源３が暴走し、連続加熱状態になった場合を想定した場合に、無端ベルト１内部には耐熱性の熱源３か、あるいは高融点の金属熱伝導体２しかないため、サーフ定着のように暴走時に樹脂部材が変形したり、公知のベルト定着装置のようにシリコーンゴムが破壊されることがなくなる。
【００７５】
図９（ａ）に示すように、金属熱伝導体２と無端ベルト１の間に熱源３を設けた場合には、ベルトの挙動により、熱源３に無端ベルト１が近づき異常に加熱されることがある。また、無端ベルト１の位置が安定していたとしても、このような構成の場合、熱容量の小さい無端ベルト１は急激に温度上昇するので、ベルト全体に温度ムラが発生しやすい。また、図９（ｂ）に示すように、無端ベルト１の外に熱源３を設けた場合では、熱源３の熱は外部に放射されるため、熱変換効率が悪い。よって、熱源３は金属熱伝導体２内部に設けることが望ましい。
【００７６】
また、本実施形態では、金属熱伝導体２が固定されており、ニップ部Ｎが平坦もしくは凹形状をなしているため、無端ベルト１と被定着材がトナーが転写された用紙である場合には、トナーの粘着性を介してくっ付いている用紙は、図１０に示すように、ニップ出口（用紙搬送方向下流側）において、用紙の搬送方向Ａが無端ベルト１の進行方向Ｂに対して分かれる。すなわち、無端ベルト１の進行方向Ｂは無端ベルト１をガイドしている金属熱伝導体２の外周方向に規制され、また、用紙の進行方向Ａはニップ出口のニップ形状曲率における接線方向となるような分力が生じる。したがって、この分離力の作用により、トナーの粘着性に抗して用紙は無端ベルト１と分離する。
【００７７】
また、実施形態１，２では、熱源３としてハロゲンヒータを用い、熱源３を金属熱伝導体２の略中央に配置しており、かつ金属熱伝導体２の内面は、黒体面になるように全周に黒塗装されている。このようにすることにより、金属熱伝導体２は全体的に温まり、無端ベルト１はニップ部Ｎにおいて金属熱伝導体２を介して接触しているため、熱伝導により温められ，またニップ部以外の部分は金属熱伝導体２の輻射熱と空気層とを介した熱伝達により温められる。このような状態でも定着機能を満足することが可能であるが、ニップ部Ｎでの熱供給を増やすことで、より定着性を向上させる必要がある場合にはニップ部を局所加熱するとよい。
【００７８】
ニップ部Ｎを局所加熱することにより、被定着材である用紙で奪われた熱を補うように供給される熱量が増えるため、高速の定着（画像形成）においても定着性を満足することが可能となる。ニップ入口（用紙搬送方向上流側）では、用紙との温度差が最大であるため、最も熱量を多く供給する必要がある。したがって、ニップ部Ｎの用紙搬送方向上流側を局所加熱するとよい。
【００７９】
なお、ニップ部Ｎを局所加熱しても、金属熱伝導体２において、ニップ部Ｎはニップ部以外の部分と同じ金属熱伝導体で構成されているため、用紙に供給する熱量が過剰な場合は、ニップ部以外に熱が伝わり、ひいては無端ベルト１を温め、安定した温度を保つことができるため、定着性や光沢度に対してムラのない画像を得ることができる。
【００８０】
図１１〜図１３は前記局部加熱の構成例を示す本発明に係る定着装置の実施形態３〜５の概略構成を示す断面図であり、図１１（ａ），（ｂ）に示す実施形態３のように、ニップ部Ｎを局部加熱する方法として、熱源３であるハロゲンヒータをニップ部に近づけるようにしており、図１１（ａ）に示す例ではハロゲンヒータをニップ部Ｎの中央部分に接近させ、また、図１１（ｂ）に示す例ではハロゲンヒータをニップ部Ｎの用紙搬送方向上流側に近接させて、ニップ部Ｎを局部加熱している。
【００８１】
また、前記ハロゲンヒータとして、ガラス管の半面が鏡面加工されている指向性を持ったハロゲンヒータを使う方法、セラミックヒータをニップ部に近接して配置する方法も考えられる。また、図１２に示す実施形態４のように、コイル１０をコア１１に巻回してなる誘導加熱装置１２を用い、ニップ部Ｎを局部的に加熱することも考えられる。
【００８２】
本実施形態１，２において、無端ベルト１のニップ部Ｎと、ニップ部以外の部分を両方加熱することにより、サーフ定着などよりも安定した熱量供給を可能にしたと説明した。前記実施形態３〜５においても、ニップ部Ｎを局所加熱しているものの、ニップ部のみを加熱して温めることが目的ではなく、ニップ部を先に温めて、その後、熱伝導によりその他の部分を暖めることができる。
【００８３】
実施形態３，４のように構成することにより、最も熱が急速に奪われるニップ部Ｎにおいて、即座に熱を補うことが可能になる。また、余分な熱が発生した場合には、金属熱伝導体２のニップ部Ｎとその他の部分に温度勾配が発生するため、自然にローラ全周に熱が拡散する。すなわち、用紙によって急激に温度が下がることがなく、また加熱量が多過ぎても自然に他の部分に熱が伝わっていくため、ニップ部Ｎにおける温度が安定し、その結果、安定した定着性を得ることができることになる。
【００８４】
実施形態４にて採用した誘導加熱装置１２は、コイル１０の巻き方により発熱する部分を限定することができるため、局部加熱が可能であり、通紙時にニップ部Ｎで奪われた熱を速やかに供給することができ、定着性を向上させることができる。
【００８５】
前記のように熱源３をハロゲンヒータとすることにより、誘導加熱のようにコイルやコアを使用する必要がないため、部品点数が少なくなり、熱源３の熱容量とコストを低減することができる。また、セラミックヒータなどよりも、簡単な構造で端部温度の設定を変えることができるため、安価な構成にすることができる。
【００８６】
しかしながら、レイアウトの制約があってヒータをニップ部Ｎの近くに配置できない場合がある。また、鏡面処理されたハロゲンヒータや誘導加熱はコストアップを伴うという不具合がある。
【００８７】
そこで、図１３に示す本発明に係る定着装置の実施形態６の概略構成を示す断面図のように、熱源３としてハロゲンヒータを用い、金属熱伝導体２の内周におけるニップ部Ｎ部分のみを黒体面１３としている。このようにすることで、熱源３であるハロゲンヒータを中央に配置したまま、ニップ部Ｎを局所加熱することが可能となる。また、ニップ部以外の部分は鏡面加工して鏡面１４とすることにより、ハロゲンヒータの光（熱）が反射し、その結果、ニップ部Ｎの黒体面１３を局所加熱することができる。
【００８８】
さらに、金属熱伝導体２におけるニップ部Ｎ部分を他の部分に対して薄肉２ａにすることにより、用紙への熱伝導率がさらに高まり、良好な定着性を得ることが可能となる。
【００８９】
実施形態６のように、金属熱伝導体２のニップ部Ｎに対応する内面のみを黒体面１３とすることにより、ハロゲンヒータから発せられる輻射熱がニップ部Ｎで多く吸収されるため、局部加熱が可能となり、また、金属熱伝導体２のニップ部以外の内面を鏡面１４とすることにより、ハロゲンヒータから発せられる輻射熱がニップ部以外では反射するため、その結果、ニップ部Ｎを集中的に局部加熱することが可能となり、さらに、ニップ部Ｎのみを薄肉にすることにより、熱容量を局部的に小さくすることができ、昇温し易く無端ベルト１に熱を伝えやすい（熱伝導が早い）ため、被定着材通過時にニップ部Ｎで奪われた熱を速やかに供給することができ、定着性を向上させることができる。金属熱伝導体２におけるニップ部Ｎを形成する部分またはニップ部Ｎにおける被定着材通過方向の上流側の部分を、他の部分よりも肉厚を薄くするのである。
【００９０】
なお、本実施形態の構成では、固定された金属熱伝導体２に対して無端ベルト１が移動し、ニップ部Ｎで摺接しており、当該界面での摩擦力が強いと経時で無端ベルト１が削れ、破損することがある。そこで、図１４（ａ）に示すように、金属熱伝導体２と無端ベルト１との界面に、グリスあるいはオイルなどの潤滑剤１５を塗布するとよい。このようにすることにより、摩擦力を低減することが可能になるため、前記摩擦の問題を改善することができる。
【００９１】
しかしながら、前記潤滑剤１５は無端ベルト１の回転により連れ回ってしまうため、肝心なニップ部Ｎ部分の潤滑剤１５が減ってしまったり、なくなってしまうことがある。そこで、図１４（ｂ）に示すように、常に、ニップ部Ｎに潤滑剤が供給されるように金属熱伝導体２と無端ベルト１間に、潤滑剤を含浸させた潤滑シート１６を介在させ、界面で挟み込むことも考えられる。該潤滑シート１６は、金属熱伝導体２に対して固定し、常にニップ部Ｎの界面に存在させるようにする。このようにすることにより、潤滑シート１６には、潤滑剤が含浸されているため、経時にわたって潤滑性を維持することができるようになる。
【００９２】
しかし、図１４（ｂ）に示す構成であると、金属熱伝導体２と無端ベルト１間に潤滑シート１６が挟み込まれ、熱抵抗となるため定着性が劣ることがある。
【００９３】
そこで、図１５に示すように、金属熱伝導体２における無端ベルト１に接する部分を、フッ素系樹脂であるＰＦＡ樹脂またはＰＴＦＥ樹脂にてコーティングして樹脂コート層１７を形成するようにしてもよい。このように樹脂コート層１７を形成する方法であれば、コート層の厚さを数十μｍ程度にすることができるため、熱抵抗が問題とならない程度に小さいため定着性を保ちつつ（コート層の表面摩擦係数が小さいため）、潤滑剤を塗布する場合に比べて長期にわたって、潤滑性を維持することができる。
【００９４】
図１６は本発明に係る定着装置の実施形態７の概略構成を示す断面図であり、実施形態７が図１３に示す実施形態６と異なる点は、金属熱伝導体２におけるニップ部Ｎに対応する部分の一部に凸部１８を形成した構成にある。本実施形態では、凸部１８での押し圧が高くなり、トナーが転写された用紙を定着する際の押し付け力が大きくなるため、トナー像の定着性が向上する。
【００９５】
特に、ニップ出口（用紙通過方向下流側）に凸部１８を設けた場合は、凸部１８での曲率が局所的に小さくなるため、用紙の分離時の自然分離がしやすくなるため、用紙の巻きつきによるジャムを防止することができるなど、用紙の分離性が向上する。
【００９６】
また、ニップ部Ｎの一部に凸部１８を形成することにより、無端ベルト１と加圧ローラ２との接触圧が高まるため、無端ベルト１を駆動する際の摩擦力が向上し、無端ベルト１のスリップを防止することができる。
【００９７】
ところで、従来、定着装置における熱源の近傍には、温度コントロールが暴走した場合に対応するため安全装置を設けている。安全装置としては、温度ヒューズやサーモスタットがよく使用されている。
【００９８】
本実施形態では、構成上、ニップ部Ｎが最も熱くなり、それ以外の部分はニップ部Ｎよりも緩やかに温められているため、温度コントロールが暴走した場合には無端ベルトの外側に安全装置を設けると昇温が遅いため、安全装置が作動するタイミングが遅くなり、ヒータの出力の大きさや、構成する部材の熱容量の大きさによっては、発煙あるいは発火する場合がある。
【００９９】
そこで、図１７に示すように、極力早く、前記暴走時の温度を検知できるように、無端ベルト１と金属熱伝導体２の間に安全装置（例えば温度ヒューズ１９あるいはサーモスタット）を設けることが望ましい。
【０１００】
また、ニップ部Ｎの温度をコントロールするために、所定の温度検知手段（サーミスタ２０や熱電対など）が必要である。ニップ部以外の部分では、無端ベルト１よりも金属熱伝導体２の方が早く昇温するため、熱源３の発熱に対する応答を検知するためには無端ベルト１ではなく、金属熱伝導体２の温度を直接検知する方がよい。そのため、無端ベルト１と金属熱伝導体２の間にサーミスタ２０などの温度検知素子を設け、金属部の温度を測定する。そして、この検知温度に基づいて所定の目標温度になるように熱源３の制御を行うようにする。
【０１０１】
しかしながら、ニップ部Ｎで奪われる熱は、用紙，転写材などの被定着材の種類や、温度により異なるため、ニップ部Ｎを通過した後の無端ベルトの温度が、どのくらい低下したかを知るには、無端ベルト１の温度を検知しなければなならい。
【０１０２】
そこで、無端ベルト１の外部よりその無端ベルト１の温度を検知する非接触温度検知素子を使用するとよい。接触式の温度検知素子を使用すると、無端ベルト１に付着した僅かなトナーなどが温度検知素子面に堆積し、温度検知精度を悪化させると共に無端ベルト１を傷つけ、ひいては画像にスジ上の跡が残るという不具合が生じてしまう。図１７には、一例としてサーモパイル２１を非接触温度検知素子として使用した場合を示している。
【０１０３】
前記サーミスタ２０とサーモパイル２１との２つの温度検知素子を用い、基本的な温度制御はサーミスタ２０の温度検知に基づき所定の目標温度にコントロールし、環境あるいは被定着材の違いによる温度誤差をサーモパイル２１にて検知するようにし、図示しない演算処理部に対してフィードバックすることにより、目標温度を補正することが可能になる。
【０１０４】
なお、無端ベルト１が金属熱伝導体２に近接していたり、接触している場合には、無端ベルト１への温度伝達速度が速いため、無端ベルト１の外に安全装置や温度検知素子を設けても問題はない。
【０１０５】
図１８は本定着装置におけるローラ駆動系の構造の一例を示す断面図であり、駆動ローラ２２はベルト駆動部材であって、駆動ローラ２２は、例えば、ローラ軸端部にモータなどの駆動源からの駆動力を伝達するギヤ（図示せず）が設けられ、かつ無端ベルト１と接触する表面に表面摩擦係数の高いシリコーンゴム層が設けられる構成にし、駆動ローラ２２に接する無端ベルト１に回転駆動力を伝達する。
【０１０６】
また、駆動ローラ２２の表面を、ＰＦＡ樹脂またはＰＴＦＥ樹脂などの離型層とし、さらに、駆動ローラ２２の表面にクリーニングローラ２３を当接させるとよい。該クリーニングローラ２３は、表層が無垢の金属，シリコーンゴム，フェルト材などからなっており、トナーなどの付着物を回収することができるように構成する。このように構成することにより、駆動力は前記シリコーンゴム層のローラよりも減じられるが、駆動ローラ２２からの付着物の落下を防止することができる。
【０１０７】
前記無端ベルト１に対してニップ部Ｎにおける被定着材出口から駆動ローラ２２までの間で張力Ｔを作用させることで、ベルト移動時のスリップを防止することができる。
【０１０８】
また、本実施形態では、図１９に示すように、無端ベルト１として、ポリイミド樹脂またはニッケルなどのベルト基材２４に、シリコーンゴムなどの弾性層２５を備えた複層ベルトの構成のものを使用する。
【０１０９】
なお、被定着材がトナー画像が転写された用紙である場合には、弾性層２５の表層（画像接触面）はＰＦＡ樹脂またはＰＴＦＥ樹脂などの離型層を設けることが望ましい。例えば、ポリイミド樹脂のベルト基材にシリコーンゴムを１００〜５００μｍ、ＰＦＡ樹脂の離型層を１０〜５０μｍ有した複層ベルトなどが用いられる。
【０１１０】
このようにすることにより、無端ベルト１の弾性層２５が、用紙に形成された未定着トナー画像に対し、ミクロ的な微妙な凹凸を吸収して接触することになるため、均一に熱量を与えることができ、ユズ肌状の画像ムラが抑制され、定着された画像の画質を向上させることができる。
【０１１１】
また、本実施形態では、図１９に示すように、金属熱伝導体２のニップ部Ｎと無端ベルト１の間にシリコーンゴムまたは耐熱性のフェルト材のパッドで形成される耐熱弾性層２６を設けている。シリコーンゴムの場合は、断熱性を高めるためにスポンジ状のシリコーンゴムを使用する方が、ニップ部Ｎでの熱吸収が少なくて済むため、定着不良の発生を抑制することができる。
【０１１２】
また、前記シリコーンゴムやフェルト材にはシリコンオイルなどの潤滑材を含浸させておくことにより、ニップ部でのベルトの摺動性が向上する。
【０１１３】
このように耐熱弾性層２６を設けることにより、前記と同様に、未定着トナーが転写されている用紙と無端ベルト１とのミクロ的な密着度が増し、良好な定着が行われて高画質の画像が得られることになる。
【０１１４】
図２０は前記実施形態の定着装置を用いる本発明に係る画像形成装置の実施形態であるカラープリンタの概略構成図であり、３０は、ブラック用感光体ドラム３１，マゼンタ用感光体ドラム３２，シアン用感光体ドラム３３，イエロー用感光体ドラム３４、および各感光体ドラム３１〜３４にそれぞれ対応して設置された公知のトナー現像部、転写部などが設置されている電子写真方式の画像形成部である。本例では、外部から入力された画像データに基づいて、光学系ユニット３５にて各色に対応してそれぞれの感光体ドラム３１〜３４を露光して潜像を形成し、それぞれトナー現像部で顕像化し、各トナー像を中間転写ベルト３６に転写することでカラートナー画像とし、さらに転写部３７で搬送されてくる記録媒体としての用紙に転写する。
【０１１５】
用紙は、給紙カセット３８から給紙ローラ３９にて給紙され、レジストローラ４０にてタイミングが図られて転写部３７においてカラートナー画像が転写され、定着部４１に送られる。定着部４１で転写後の用紙は加熱加圧してトナー像の定着処理を受ける。定着後の用紙は、排紙ローラ４２にて装置外部の排紙トレイ４３へ排出される。
【０１１６】
本カラープリンタでは、定着部４１において、図１〜図１９の各実施形態にて説明した無端ベルト１，金属熱伝導体２，熱源３，加圧ローラ４などからなる構成の定着装置を用いており、したがって、安定した定着が行われるため、高品位の画像形成が行われる。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明は、電子写真方式のプリンタ，ファクシミリ装置，複写機などの画像形成装置に搭載される定着装置に適用され、特に用紙などの記録媒体に担持されている未定着トナー画像に対して加熱かつ加圧して定着を行う熱定着方式の定着装置、およびその定着装置を備える画像形成装置に実施して有効である。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明に係る定着装置の実施形態１の概略構成を示す断面図
【図２】図１に示す実施形態１の側面図
【図３】本実施形態における金属熱伝導体の変形例を示す断面図
【図４】本実施形態における熱源として抵抗発熱体を用いた例を示す断面図
【図５】本実施形態における熱源としてＩＨ（電磁加熱）装置を用いた例を示す断面図
【図６】本実施形態において金属熱伝導体におけるニップ部分を凹状にした構成を示す断面図
【図７】本実施形態における無端ベルトと金属熱伝導体とを全周において接触させた構成を示す断面図
【図８】金属熱伝導体（アルミニウム製）と樹脂部材とにおける温度と摩擦係数との関係を示す図
【図９】（ａ），（ｂ）は本実施形態における金属熱伝導体および無端ベルトと熱源との配置関係を示す断面図
【図１０】本実施形態のニップ出口（用紙搬送方向下流側）における用紙の搬送方向と無端ベルトの進行方向とを説明するための説明図
【図１１】（ａ），（ｂ）は本発明に係る定着装置の実施形態３である局部加熱の構成例を示す断面図
【図１２】本発明に係る定着装置の実施形態４である局部加熱の構成例を示す断面図
【図１３】本発明に係る定着装置の実施形態５である局部加熱の構成例を示す断面図
【図１４】（ａ），（ｂ）は本実施形態における金属熱伝導体と無端ベルトとの界面に潤滑部材を設けた構成例を示す断面図
【図１５】本実施形態における金属熱伝導体と無端ベルトとの接触部分に樹脂コート層を設けた構成例を示す断面図
【図１６】本発明に係る定着装置の実施形態７の概略構成を示す断面図
【図１７】本実施形態における温度検知に係る構成を示す断面図
【図１８】本実施形態におけるローラ駆動系の構造の一例を示す断面図
【図１９】本実施形態における複層の無端ベルトの構成を示す断面図
【図２０】本発明に係る画像形成装置の実施形態であるカラープリンタの概略構成図
【図２１】従来のベルト方式の定着装置の構成を示す断面図
【図２２】従来のサーフ定着の定着装置の構成を示す断面図
【図２３】従来の薄肉のローラを用いた定着装置の構成を示す断面図
【符号の説明】
【０１１９】
１  無端ベルト
２  金属熱伝導体
３  熱源
１３  黒体面
１４  鏡面
１５  潤滑剤
１６  シート
１８  凸部
２４  基材
２５  弾性層
２６  耐熱弾性層
３０  画像形成部
４１  定着部
Ｎ  ニップ部
【図１】
0004818826.tif 000002
【図２】
0004818826.tif 000003
【図３】
0004818826.tif 000004
【図４】
0004818826.tif 000005
【図５】
0004818826.tif 000006
【図６】
0004818826.tif 000007
【図７】
0004818826.tif 000008
【図８】
0004818826.tif 000009
【図９】
0004818826.tif 000010
【図１０】
0004818826.tif 000011
【図１１】
0004818826.tif 000012
【図１２】
0004818826.tif 000013
【図１３】
0004818826.tif 000014
【図１４】
0004818826.tif 000015
【図１５】
0004818826.tif 000016
【図１６】
0004818826.tif 000017
【図１７】
0004818826.tif 000018
【図１８】
0004818826.tif 000019
【図１９】
0004818826.tif 000020
【図２０】
0004818826.tif 000021
【図２１】
0004818826.tif 000022
【図２２】
0004818826.tif 000023
【図２３】
0004818826.tif 000024