(57)【要約】【課題】移動部材２０として金属製フィルム（ベルト）を用いたフィルム加熱方式の加熱装置において、ヒーター１６の裏面温度上昇、これに起因の問題の発生を防止する。【解決手段】移動部材２０が加圧部材２２によりヒーター１６に押圧されることにより、移動部材２０とヒーター１６との間に形成されるニップ部Ｍの幅ＷＭが、加圧部材２２と移動部材２０との間に形成されるニップ部Ｎの幅ＷＮより小さく、移動部材２０とヒーター１６との間に形成されるニップ部Ｍの幅ＷＭがヒーター１６の線状発熱体１６ｂの幅Ｗｂと同等もしくは広い関係構成にすることで、ヒーター１６の線状発熱体１６ｂから供給される熱を効率的に移動部材２０に伝達し、装置の部品損傷や、装置の使用によるトルク上昇によるスリップを防止することが可能となった。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱体と、前記加熱体を固定保持する加熱体保持部材と、前記加熱体と摺動する可撓性の移動部材と、前記移動部材を介して前記加熱体とニップ部を形成する加圧部材とを有し、被加熱部材は前記ニップ部で挟持搬送されると同時に、前記移動部材を介して前記加熱体からの熱により加熱される加熱装置において、
前記移動部材は、少なくとも２０μｍ以上の厚みを持つ金属よりなる層を含み、
前記加熱体は、少なくとも基板上に線状発熱体を形成してなるヒーターであり、
前記移動部材が前記加圧部材により前記ヒーターに押圧されることにより、前記移動部材と前記ヒーターとの間に形成されるニップ部の幅が、前記加圧部材と前記移動部材との間に形成されるニップ部の幅より小さく、
前記移動部材と前記ヒーターとの間に形成されるニップ部の幅が、前記線状発熱体の幅と同等もしくは広いことを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
前記移動部材が、少なくとも２０μｍ以上の厚みを持つステンレスよりなる層を含むことを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】
前記移動部材が、少なくとも２０μｍ以上の厚みを持つニッケルよりなる層を含むことを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
【請求項４】
前記移動部材が、金属層に加えて、弾性層を有することを特徴とする請求項１ないし３の何れか１つに記載の加熱装置。
【請求項５】
前記移動部材が、スリーブであることを特徴とする請求項１ないし４の何れか１つに記載の加熱装置。
【請求項６】
前記ヒーターの発熱体基板が、セラミックよりなることを特徴とする請求項１ないし５の何れか１つに記載の加熱装置。
【請求項７】
前記ヒーターの発熱体基板が、アルミナよりなることを特徴とする請求項１ないし５の何れか１つに記載の加熱装置。
【請求項８】
前記ヒーターの発熱体基板が、窒化アルミよりなることを特徴とする請求項１ないし５の何れか１つに記載の加熱装置。
【請求項９】
前記被加熱部材が画像を担持した記録媒体であることを特徴とする請求項１から８の何れか１つに記載の加熱装置。
【請求項１０】
前記装置は、記録媒体に形成された未定着画像を加熱定着する定着装置であることを特徴とする請求項１から９の何れか１つに記載の加熱装置。
【請求項１１】
記録媒体に未定着画像を形成担持させる画像形成手段と、前記記録媒体の未定着画像を加熱定着させる定着手段と、を有する画像形成装置において、前記定着手段が請求項１から１０の何れか１つに記載の加熱装置である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、複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置におけるトナー画像定着装置として用いて好適な加熱装置および該加熱装置を定着装置として備えた画像形成装置に関する。
【０００２】
さらに詳しくは、電子写真、静電記録、磁気記録等の適宜の画像形成プロセス手段により、加熱溶融性の樹脂等よりなるトナーを用いて、記録媒体（紙、印刷紙、転写材シート、ＯＨＴシート、光沢紙、光沢フィルム等）の面に直接方式もしくは間接（転写）方式で目的の画像情報に対応した未定着トナー画像を形成担持させ、該未定着トナー画像を、該画像を担持している記録媒体の面上に永久固着画像として加熱定着処理する方式の定着装置として用いて好適な加熱装置および該加熱装置を定着装置として備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
レーザービームプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に使用される定着装置として、ウォームアップタイムが短く、安価な、フィルム加熱方式の加熱装置が良く知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
このようなフィルム加熱方式の定着装置の一例を図９に示す。この定着装置では、支持部材１１５に固定支持させたヒーター１１２と、弾性加圧ローラ１１４との間に薄肉の定着フィルム１１１をはさませて定着ニップ部Ｎを形成させ、定着フィルム１１１をヒーター１１２の面に摺動移動させ、定着ニップ部Ｎの定着フィルム１１１と加圧ローラ１１４の間でトナー画像ｔを担持させた記録媒体Ｐを挟持搬送して定着フィルム１１１を介したヒーター１１２からの熱により記録媒体上のトナー画像を加熱する構成である。記録媒体Ｐ上の未定着トナー画像ｔは定着ニップ部Ｎを通過する際に熱と圧力を受けて記録媒体Ｐ上に完成定着画像（永久固着画像）として定着される。
【０００５】
定着フィルム１１１は、例えば厚さ５０μｍ程度の耐熱樹脂製のエンドレスフィルムを用い、その表面に厚さ１０μｍ程度の離型性層（フッ素樹脂コーティング層など）を形成したものである。ヒーター１１２はセラミック基板上に線状の抵抗発熱体を形成したものである。ヒーター１１２に温度検知手段１１３が当接され、ヒーター１１２の温度が検知され、不図示の制御手段によりヒーター１１２の温度が所望の温度になるように温調制御される。
【０００６】
このような構成の定着装置では、定着フィルム１１１の熱容量が非常に小さくなっているので、ヒーター１１２に電力を投入した後、短時間で定着ニップ部Ｎをトナー画像の定着可能温度まで昇温させることが可能である。
【０００７】
図１０を用いて、このようなフィルム定着装置に用いられるヒーター１１２の一例について詳述する。
【０００８】
図１０の（ａ）はヒーター表面側の途中部分省略の平面模型図、（ｂ）はヒーター裏面側の途中部分省略の平面模型図、（ｃ）はヒーターの拡大横断面模型図である。このヒーター１１２は、ヒーター基板１１２ａ、抵抗発熱体１１２ｂ、電極部１１２ｃより構成される。抵抗発熱体１１２ｂは、電極部１１２ｃからヒーター基板１１２ａの長手方向に加圧ローラ１１４と定着フィルム１１１との間に形成される定着ニップ部Ｎ内に収まるよう、往復パターンとして形成される。定着ニップ部Ｎ内のなるべく広い範囲に抵抗発熱体１１２ｂを形成することにより、定着ニップ部Ｎ内において記録媒体Ｐが加熱される区間を増し、定着性を向上するよう構成されている。また、抵抗発熱体１１２ｂを保護するための耐圧ガラス層１１２ｄが、抵抗発熱体１１２ｂの上に設けられている。
【０００９】
上記のヒーター１１２は表面側を下向きに露呈させて支持部材１１５に固定して支持させてある。
【００１０】
上記定着ヒーター１１２の電極部１１２ｃ側には給電用コネクタ２７が装着される。ヒーター駆動回路部２８から上記の給電用コネクタ２７を介して電極部１１２ｃに給電されることで抵抗発熱体１１２ｂが発熱してヒーター１１２が迅速に昇温する。ヒーター駆動回路部２８は制御回路部（ＣＰＵ）２１により制御される。
【００１１】
通常使用においては、加圧ローラ１１４の回転開始とともに、定着フィルム１１１の従動回転が開始し、ヒーター１１２の温度の上昇とともに、定着フィルム１１１の内面温度も上昇していく。このヒーター１１２の温度が裏面に配設したサーミスタ１１３により検知され、この検知温度情報が制御回路部２１へ入力してヒーター１１２の温度が所定の定着温度に温調されるようにヒーター１１２への通電が制御される。
【００１２】
近年、画像形成装置の高速化・カラー化が進んでおり、フィルム加熱方式の定着装置の低価格、ウォームアップが不要である、というメリットを維持したまま、定着装置を高速で駆動し、あるいはカラー画像形成装置に対応することに対する要望が強い。
【００１３】
高速化に際しては、定着フィルム１１１の伝熱性が問題となる。ヒーター１１２の熱をすばやく記録媒体Ｐに伝えるため、定着フィルム１１１の材質として、極力熱伝導率の高い材料を使用することが必要である。
【００１４】
カラー化に際しては、定着フィルム１１１に弾性層を設ける必要がある。定着フィルム１１１に弾性層を設けることにより、トナー画像が定着ニップ部を通過する際に、弾性層がトナー層に沿って変形することで、画像上不均一に載っているトナーが弾性層によって包み込まれ、均一に熱を与えられることにより、均一な定着が達成される（例えば特許文献２、３参照）。
【００１５】
このように均一に定着された画像は、光沢ムラがなく、特にＯＨＴ（オーバーヘッドプロジェクター用透明シート）を定着した際に、画像の光透過性が優れるという特徴をもつ。
【００１６】
しかしながら、このような弾性層を有する定着フィルム１１１は、弾性層の熱容量が大きく、定着フィルム１１１の表面を定着に必要な温度に昇温させるために必要な時間が長くなってしまい、ウォームアップが不要である、という、フィルム定着装置のメリットを損なってしまう。
【００１７】
上記のような、高速化、カラー化に対応する手段として、定着フィルム１１１の基層材質として、従来の樹脂ではなく、金属を用いた定着フィルムを用いた定着装置が提案されている（例えば特許文献４、５参照）。ステンレス、ニッケル等の金属は、従来の耐熱性樹脂より熱容量が小さく、熱伝導性が大きいため、高速化、カラー化に際して有利である。
【特許文献１】特開平４−４４０７５号公報
【特許文献２】特開平１０−１０８９３号公報
【特許文献３】特開平１１−１５３０３号公報
【特許文献４】特開２００３−０４５６１５号公報
【特許文献５】特開２００３−１５６９５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、こうした金属製定着フィルムを用いたフィルム加熱方式の定着装置においては、ヒーター裏面の温度が、従来の樹脂製定着フィルムを用いたフィルム加熱方式の定着装置に比べて高くなることが、本発明者らの検討により明らかになった。
【００１９】
その理由を図１１・図１２を用いて説明する。図１１に示すように、定着フィルム１１１として従来の耐熱樹脂製フィルムを用いた定着装置においては、その定着フィルム１１１と加圧ローラ１１４との間で形成される定着ニップ部Ｎの幅ＷＮ（フィルム移動方向の寸法、以下同じ）と、定着フィルム１１１とヒーター１１２により形成されるニップ部Ｍ（以後、「内面ニップ部」と呼ぶ）の幅ＷＭとがほぼ同じ幅で形成される。なお、Ｗａはヒーター１１２の基板１１２ａの幅、Ｗｂはヒーター１１２の抵抗発熱体１１２ｂの幅である。
【００２０】
これに対して、定着フィルム１１１として金属製定着フィルムを用いた定着装置においては、図１２に示すように、定着ニップ部Ｎの幅ＷＮに比べて、内面ニップ部Ｍの幅ＷＭが大幅に狭くなっている。これは、金属の剛性が樹脂より大きいため、金属製定着フィルム１１１が加圧ローラ１１４により加圧された状態においても、定着フィルム１１１が撓むことにより、ヒーター１１２と定着フィルム１１１の間に空隙αが生じるためである。
【００２１】
この状態においては、ヒーター１１２の抵抗発熱体１１２ｂの幅Ｗｂに対して、内面ニップ部Ｍの幅ＷＭが狭い状態であるため、抵抗発熱体１１２ｂが定着フィルム１１１を効率的に加熱することができず、内面ニップ部Ｍの幅ＷＭからはみ出した発熱体部分からの熱が、定着フィルム１１１ではなく、ヒーターホルダ（加熱体保持部材）１１５等の周辺の部材の温度を上げてしまう。
【００２２】
このため、従来の、定着フィルムとして耐熱樹脂製フィルムを用いたフィルム加熱方式の定着装置にそのまま定着フィルムとして金属製定着フィルムを適用した場合には、ヒーター裏面の昇温が大きくなってしまう。
【００２３】
ヒーター裏面の昇温が大きい状態で定着装置を使用すると、与えられたエネルギーが効率的に使用されないため、従来の定着装置と同じ定着性を得るために必要なエネルギーが、大きくなる。
【００２４】
また、周囲の部品や、定着フィルム１１１とヒーター１１２の摺動性確保のために塗布しているグリスの劣化が著しく、部品が損傷したり、定着装置のトルクが大きくなることにより、記録媒体Ｐを搬送できなくなるスリップ現象が発生する、という問題があった。
【００２５】
本発明は、この種のフィルム加熱方式の加熱装置において、移動部材としてのフィルム（ベルト）として金属製フィルムを用いた場合における上記のようなヒーター裏面温度上昇、これに起因の問題の発生を防止するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明は下記の構成を特徴とする加熱装置および画像形成装置である。
【００２７】
（１）加熱体と、前記加熱体を固定保持する加熱体保持部材と、前記加熱体と摺動する可撓性の移動部材と、前記移動部材を介して前記加熱体とニップ部を形成する加圧部材とを有し、被加熱部材は前記ニップ部で挟持搬送されると同時に、前記移動部材を介して前記加熱体からの熱により加熱される加熱装置において、
前記移動部材は、少なくとも２０μｍ以上の厚みを持つ金属よりなる層を含み、
前記加熱体は、少なくとも基板上に線状発熱体を形成してなるヒーターであり、
前記移動部材が前記加圧部材により前記ヒーターに押圧されることにより、前記移動部材と前記ヒーターとの間に形成されるニップ部の幅が、前記加圧部材と前記移動部材との間に形成されるニップ部の幅より小さく、
前記移動部材と前記ヒーターとの間に形成されるニップ部の幅が、前記線状発熱体の幅と同等もしくは広いことを特徴とする加熱装置。
【００２８】
（２）前記移動部材が、少なくとも２０μｍ以上の厚みを持つステンレスよりなる層を含むことを特徴とする（１）に記載の加熱装置。
【００２９】
（３）前記移動部材が、少なくとも２０μｍ以上の厚みを持つニッケルよりなる層を含むことを特徴とする（１）に記載の加熱装置。
【００３０】
（４）前記移動部材が、金属層に加えて、弾性層を有することを特徴とする（１）ないし（３）の何れか１つに記載の加熱装置。
【００３１】
（５）前記移動部材が、スリーブであることを特徴とする（１）ないし（４）の何れか１つに記載の加熱装置。
【００３２】
（６）前記ヒーターの発熱体基板が、セラミックよりなることを特徴とする（１）ないし（５）の何れか１つに記載の加熱装置。
【００３３】
（７）前記ヒーターの発熱体基板が、アルミナよりなることを特徴とする（１）ないし（５）の何れか１つに記載の加熱装置。
【００３４】
（８）前記ヒーターの発熱体基板が、窒化アルミよりなることを特徴とする（１）ないし（５）の何れか１つに記載の加熱装置。
【００３５】
（９）前記被加熱部材が画像を担持した記録媒体であることを特徴とする（１）から（８）の何れか１つに記載の加熱装置。
【００３６】
（１０）前記装置は、記録媒体に形成された未定着画像を加熱定着する定着装置であることを特徴とする（１）から（９）の何れか１つに記載の加熱装置。
【００３７】
（１１）記録媒体に未定着画像を形成担持させる画像形成手段と、前記記録媒体の未定着画像を加熱定着させる定着手段と、を有する画像形成装置において、前記定着手段が（１）から（１０）の何れか１つに記載の加熱装置であることを特徴とする画像形成装置。
【発明の効果】
【００３８】
移動部材として金属製フィルム（ベルト）を用いたフィルム加熱方式の加熱装置において、移動部材が加圧部材によりヒーターに押圧されることにより、移動部材とヒーターとの間に形成されるニップ部の幅が、加圧部材と移動部材との間に形成されるニップ部の幅より小さく、移動部材と前記ヒーターとの間に形成されるニップ部の幅が線状発熱体の幅と同等もしくは広い関係構成にすることで、ヒーターの線状発熱体から供給される熱を効率的に移動部材に伝達し、装置の部品損傷や、装置の使用によるトルク上昇によるスリップを防止することが可能となった。
【００３９】
また装置の部品損傷や、装置の使用によるトルク上昇によるスリップを防止することが可能となると同時に、該装置を定着手段として用いたカラー画像形成装置においても、良質の画像を得ることが可能となった。また、耐久性に優れた画像形成装置を提供することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
【実施例１】
【００４１】
（１）画像形成装置例
図１に、本発明の実施例であるカラー画像形成装置の概略構成図を示す。本例のカラー画像形成装置は、電子写真方式を用いて、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの４色のトナー像を重ね合わせることでフルカラー画像を得る装置あり、プロセススピードは９０ｍｍ／ｓｅｃ、一分間の印字枚数はＵＳレターサイズ紙で１６枚である。また、一枚目プリント(First Page Out)までの時間（ＦＰＯＴ）は約１５秒である。
【００４２】
Ｙ・Ｃ・Ｍ・Ｋはそれぞれイエロー・シアン・マゼンタ・ブラックの色トナー像を形成する４つのプロセスカートリッジであり、下から上に順に配列してある。各プロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋは、それぞれ、像担持体たる感光体ドラム１、帯電手段たる帯電ローラ２、静電潜像を顕像化するための現像手段３、感光体ドラムのクリーニング手段４等をひとつの容器にまとめた、いわゆるオールインワンカートリッジを使用している。イエローのプロセスカートリッジＹの現像手段３にはイエロートナーを、シアンのプロセスカートリッジＣの現像手段３にはシアントナーを、マゼンタのプロセスカートリッジＭの現像手段３にはマゼンタトナーを、ブラックのプロセスカートリッジＫの現像手段３にはブラックトナーを、それぞれ充填してある。
【００４３】
感光体ドラム１に露光を行うことにより静電潜像を形成する光学系５が上記４色のプロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋに対応して設けられている。光学系５としてはレーザー走査露光光学系を用いている。
【００４４】
各プロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋにおいて、光学系５より、画像データに基づいた走査露光が、帯電手段２により一様に負帯電された感光体ドラム１上になされることにより、感光体ドラム表面に走査露光画像に対応する静電潜像が形成される。不図示のバイアス電源より現像手段３の現像ローラに印加される現像バイアスを、帯電電位と潜像（露後部）電位の間の適切な値に設定することで、負の極性に帯電されたトナーが感光体ドラム１上の静電潜像に選択的に付着して反転現像が行われる。
【００４５】
すなわち、イエローのプロセスカートリッジＹの感光体ドラム１にはイエロートナー像が、シアンのプロセスカートリッジＣの感光体ドラム１にはシアントナー像が、マゼンタのプロセスカートリッジＭの感光体ドラム１にはマゼンタトナー像が、ブラックのプロセスカートリッジＫの感光体ドラム１にはブラックトナー像が、それぞれ形成される。
【００４６】
各プロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋの感光体ドラム１上に現像形成された上記の色トナー画像は各感光体ドラム１の回転と同期して、略等速で回転する中間転写体６上へ所定の位置合わせ状態で順に重畳されて一次転写されることで、中間転写体６上にフルカラートナー画像が合成形成される。
【００４７】
本実施例においては、中間転写体６として、エンドレスの中間転写ベルトを用いており、駆動ローラ７、二次転写ローラ対向ローラ１４、テンションローラ８の３本のローラに懸回して張架してあり、駆動ローラ７によって駆動される。
【００４８】
各プロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋの感光体ドラム１上から中間転写ベルト６上へのトナー像の一次転写手段としては、一次転写ローラ９を用いている。一次転写ローラ９に対して、不図示のバイアス電源より、トナーと逆極性の一次転写バイアスを印加することにより、各プロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋの感光体ドラム１上から中間転写ベルト６に対して、トナー像が一次転写される。
【００４９】
各プロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋにおいて感光体ドラム１上から中間転写ベルト６への一次転写後、感光体ドラム１上に転写残として残ったトナーは、クリーニング手段４により除去される。本実施例においては、クリーニング手段４として、ウレタンブレードによるブレードクリーニングを用いている。
【００５０】
上記工程を中間転写ベルト６の回転に同調して、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のプロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋにおいて行なわせて、中間転写ベルト６上に、各色の一次転写トナー画像を順次重ねて形成していく。単色のみの画像形成（単色モード）時には、上記工程は、目的の色についてのみ行われる。
【００５１】
一方、転写材供給部となる転写材カセット１０にセットされた記録媒体としての転写材Ｐは、給送ローラ１１により給送され、レジストローラ１２により所定の制御タイミングで、二次転写ローラ対向ローラ１４に懸回されている中間転写ベルト６部分と二次転写手段としての二次転写ローラ１３とのニップ部に搬送される。
【００５２】
中間転写ベルト６上に形成された一次転写トナー像は、二次転写手段たる二次転写ローラ１３に不図示のバイアス印加手段より印加されるトナーと逆極性のバイアスにより、転写材Ｐ上に一括転写される。
【００５３】
二次転写後に中間転写ベルト６上に残った二次転写残トナーは中間転写ベルトクリーニング手段１５により除去される。本実施例においては、感光体ドラム１のクリーニング手段４と同様、ウレタンブレードによる中間転写体クリーニングを行っている。
【００５４】
転写材Ｐ上に二次転写されたトナー画像は、定着手段たる定着装置Ｆを通過することで、転写材Ｐ上に溶融定着され、排紙パス３１を通って排紙トレイ３２に送り出されて画像形成装置の出力画像となる。
【００５５】
（２）定着装置Ｆ
図２は定着装置Ｆの概略構成模型図である。本例の定着装置Ｆは、定着フィルム（移動部材）として金属製フィルムを用いたフィルム加熱方式、加圧用回転体駆動方式（テンションレスタイプ）の加熱装置である。
【００５６】
１）装置Ｆの全体的構成
２０は定着フィルムとしての金属製フィルム（以下、定着ベルトと記す）であり、弾性層を設けてなるスリーブである。このスリーブ状の定着ベルト２０は次の２）項で詳述する。２２は加圧部材としての加圧ローラである。１７は横断面略半円弧状樋型の耐熱性・剛性を有するヒーターホルダ（加熱体保持部材）、１６は加熱体としての定着ヒーターであり、ヒーターホルダ１７の下面に該ホルダの長手に沿って配設してある。定着ベルト２０はこのヒーターホルダ１７にルーズに外嵌させてある。定着ヒーター１６は本実施例では後記３）項で詳述するようなセラミックヒーターである。
【００５７】
ヒーターホルダ１７は、耐熱性の高い液晶ポリマー樹脂で形成し、定着ヒーター１６を保持し、定着ベルト２０をガイドする役割を果たす。本実施例においては、液晶ポリマーとして、デュポン社のゼナイト７７５５（商品名）を使用した。ゼナイト７７５５の最大使用可能温度は約２７０℃である。
【００５８】
加圧ローラ２２は、ステンレス製の芯金に、射出成形により、厚み約３ｍｍのシリコーンゴム層を形成し、その上に厚み約４０μｍのＰＦＡ樹脂チューブを被覆してなる。この加圧ローラ２２は芯金の両端部を装置フレーム２４の不図示の奥側と手前側の側板間に回転自由に軸受保持させて配設してある。この加圧ローラ２２の上側に、前記のヒーター１６・ヒーターホルダ１７・定着ベルト２０等から成る加熱アセンブリをヒーター１６側を下向きにして加圧ローラ２２に並行に配置し、ヒーターホルダ１７の両端部を不図示の加圧機構により片側９８Ｎ（１０ｋｇｆ）、総圧１９６Ｎ（２０ｋｇｆ）の力で加圧ローラ２２の軸線方向に附勢することで、定着ヒーター１６の下向き面を定着ベルト２０を介して加圧ローラ２２の弾性層に該弾性層の弾性に抗して所定の押圧力をもって圧接させ、加熱定着に必要な所定幅の定着ニップ部Ｎを形成させてある。加圧機構は、圧解除機構を有し、ジャム処理時等に、加圧を解除し、転写材Ｐの除去が容易な構成となっている。
【００５９】
１８と１９は第一と第二の温度検知手段としてのメインとサブの２つのサーミスタである。第一の温度検知手段としてのメインサーミスタ１８は定着ヒーター１６に非接触に配置され、本実施例ではヒーターホルダ１７の上方において定着ベルト２０の内面に弾性的に接触させてあり、定着ベルト２０の内面の温度を検知する。第二の温度検知手段としてのサブサーミスタ１９はメインサーミスタ１８よりも熱源である定着ヒーター１６に近い場所に配置され、本実施例では定着ヒーター１６の裏面に接触させてあり、定着ヒーター裏面の温度を検知する。
【００６０】
メインサーミスタ１８は、ヒーターホルダ１７に固定支持させたステンレス製のアーム２５の先端にサーミスタ素子が取り付けられ、アーム２５が弾性揺動することにより、定着ベルト２０の内面の動きが不安定になった状態においても、サーミスタ素子が定着ベルト２０の内面に常に接する状態に保たれる。
【００６１】
図３に、定着ヒーター１６、メインサーミスタ１８、サブサーミスタ１９の位置関係をあらわす斜視模型図を示す。メインサーミスタ１８、サブサーミスタ１９とも、定着ベルト２０、定着ヒーター１６の長手中央付近に配設され、それぞれ定着ベルト２０の内面、定着ヒーター１６の裏面に接触するよう配置されている。
【００６２】
メインサーミスタ１８、及びサブサーミスタ１９は、制御回路部（ＣＰＵ）２１に接続され、制御回路部２１は、メインサーミスタ１８、サブサーミスタ１９の出力をもとに、定着ヒーター１６の温調制御内容を決定し、ヒーター駆動回路部２８（図５）によって定着ヒーター１６への通電を制御する。
【００６３】
２３と２６は装置フレーム２４に組付けた入り口ガイドと定着排紙ローラである。入り口ガイド２３は、二次転写ニップを抜けた転写材Ｐが、定着ニップ部Ｎに正確にガイドされるよう、転写材を導く役割を果たす。本実施例の入り口ガイド２３は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂により形成されている。
【００６４】
加圧ローラ２２は駆動手段ＭＴにより矢印の反時計方向に所定の周速度で回転駆動される。この加圧ローラ２２の回転駆動による該加圧ローラ２２の外面と定着ベルト２０との、定着ニップ部Ｎにおける圧接摩擦力により円筒状の定着ベルト２０に回転力が作用して該定着ベルト２０がその内面側が定着ヒーター１６の下向き面に密着して摺動しながらヒーターホルダ１７の外回りを矢印の時計方向に従動回転状態になる。定着ベルト２０内面にはグリスが塗布され、ヒーターホルダ１７と定着ベルト２０内面との摺動性を確保している。
【００６５】
加圧ローラ２２が回転駆動され、それに伴って円筒状の定着ベルト２０が従動回転状態になり、また定着ヒーター１６に通電がなされ、該定着ヒーター１６が昇温して所定の温度に立ち上がり温調された状態において、定着ニップ部Ｎの定着ベルト２０と加圧ローラ２２との間に未定着トナー像を担持させた記録媒体としての転写材Ｐが入り口ガイド２３に沿って案内されて導入され、定着ニップ部Ｎにおいて転写材Ｐのトナー像担持面側が定着ベルト２０の外面に密着して定着ベルト２０と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。この挟持搬送過程において、定着ヒーター１６の熱が定着ベルト２０を介して転写材Ｐに付与され、転写材Ｐ上の未定着トナー像が転写材Ｐ上に加熱・加圧されて溶融定着される。定着ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは定着ベルト２０から曲率分離され、定着排紙ローラ２６で排出される。
【００６６】
２）定着ベルト２０
図４は定着ベルト２０の層構成模型図である。本実施例における定着ベルト２０は、ベース層２０ａとして、ＳＵＳの素管を引き抜き加工により厚さ５０μｍの厚みのシームレスベルト状部材に形成したＳＵＳベルトを用い、これに、弾性層２０ｂとしてシリコーンゴム層をリングコート法により形成した上に、表面層２０ｃとして厚み３０μｍのＰＦＡ樹脂チューブを被覆してなる。
【００６７】
シリコーンゴム層２０ｂには、極力熱伝導率の高い材質を用い、定着ベルト２０の熱容量を小さくすることが、温度立上げの観点からは望ましい。本実施例においては、熱伝導率が約４．１９×１０−３Ｊ／ｓｅｃ・ｃｍ・Ｋと、シリコーンゴムとしては、熱伝導率が高い部類に属する材質を用いた。
【００６８】
一方、ＯＨＴ透過性や、画像上の「す」（微小なグロスムラ）といった、画質の観点からは、定着ベルト２０のゴム層２０ｂを極力厚くすることが望ましい。本発明者らの検討によれば、満足のいくレベルの画質を得るためには、２００μｍ以上のゴム厚みが必要であることが分かっている。本実施例におけるシリコーンゴム層２０ｂは、厚み２５０μｍとした。
【００６９】
こうして形成した定着ベルト２０の熱容量を測定したところ、４．１９Ｊ／ｃｍ２・Ｋ（定着ベルト１ｃｍ２あたりの熱容量）であった。一般に、定着ベルト２０の熱容量が４．１９Ｊ／ｃｍ２以上となると、温度立ち上がりが鈍くなり、オンデマンド性が損なわれる。また、逆に４．１９×１０−２Ｊ／ｃｍ２以下にしようとすると、定着ベルト２０のゴム層が極端に薄くせざるを得なくなり、ＯＨＴ透過性や「す」のレベル等、画質を維持するために必要なゴム層の厚みを確保できない。このため、オンデマンド性と、画質の両方を満足する定着ベルト２０の熱容量は、４．１９×１０−２Ｊ／ｃｍ２以上４．１９Ｊ／ｃｍ２以下の範囲に含まれることが分かる。
【００７０】
さらに、定着ベルト２０の表面にフッ素樹脂層２０ｃを設けることで、表面の離型性を向上し、定着ベルト２０ｎｏ表面にトナーが一旦付着し、再度転写材Ｐに移動することで発生するオフセット現象を防止することができる。
【００７１】
また、定着ベルト２０表面のフッ素樹脂層２０ｃをＰＦＡチューブとすることで、より簡便に、均一なフッ素樹脂層を形成することが可能となる。
【００７２】
２）定着ヒーター１６
図５の（ａ）は定着ヒーター１６の表面側の途中部分省略の平面模型図、（ｂ）は定着ヒーター１６の裏面側の途中部分省略の平面模型図、（ｃ）はヒーターの拡大横断面模型図である。本実施例における定着ヒーター１６はヒータ基板として窒化アルミ（ＡｌＮ）を用いた裏面加熱タイプのセラミックヒーターである。
【００７３】
すなわちこの定着ヒーター１６は、ヒーター基板１６ａとしての窒化アルミ基板の一方の面に、該基板面の中央部長手に沿って往復パターンとして形成した線状抵抗発熱体１６ｂと、この線状抵抗発熱体１６ｂに対する給電用の電極部１６ｃと、線状抵抗発熱体１６ｂを覆わせて形成した保護層としての耐熱ガラスによるカラスコート層１６ｄ等で構成してある。線状抵抗発熱体１６ｂは銀・パラジウム合金を含んだ導電ペーストをスクリーン印刷法によって均一な厚さの膜状に塗布することで形成してある。本実施例において、ヒーター基板１６ａの幅Ｗａは８ｍｍ、線状発熱体１６ｂの幅Ｗｂは４ｍｍとしてある。
【００７４】
ヒーター基板１６ａとしての窒化アルミ基板は、耐圧ガラスより熱伝導率が高いため、本実施例の定着ヒーター１６は裏面加熱タイプのヒーターとして、窒化アルミ基板１６ａの線状抵抗発熱体１６ｂを設けた側とは反対側の面をヒーター表面側として、そのヒーター表面側が定着ベルト２０の内面に接触する構成をとっている。すなわち、上記の定着ヒーター１６ａは上記の表面側を下向きに露呈させてヒーターホルダ１７に固定して支持させてある。サブサーミスタ１９は上記定着ヒーター１６の裏面側に接触させて配設してある。
【００７５】
上記定着ヒーター１６の電極部１６ｃ側には給電用コネクタ２７が装着される。ヒーター駆動回路部２８から上記の給電用コネクタ２７を介して電極部１６ｃに給電されることで線状発熱体１６ｂが発熱してヒーター１６が迅速に昇温する。ヒーター駆動回路部２８は制御回路部（ＣＰＵ）２１により制御される。
【００７６】
本実施例の定着装置を、通常使用時の温度で回転させ、そのときの加圧ローラトルクを測定したところ、１９６Ｎ・ｃｍ（２．０ｋｇｆ・ｃｍ）であった。
【００７７】
通常使用においては、定着装置の回転開始とともに、定着ベルト２０の従動回転が開始し、定着ヒーター１６の温度の上昇とともに、定着ベルト２０内面温度も上昇していく。定着ヒーター１６への通電は、ＰＩＤ制御によりコントロールされ、定着ベルト２０の内面温度、すなわち、メインサーミスタ１８の検知温度が１９５℃になるように、入力電力が制御される。
【００７８】
本実施例において、ＦＰＯＴ１５秒を満たすためには、定着ニップ部Ｎに転写材Ｐが突入する以前に、定着ニップ部Ｎが所定の温度に立ち上がっている必要がある。本実施例における画像形成装置を用いた場合、１１秒以内に定着装置温度が立ち上がることで、ＦＰＯＴに影響を与えず、オンデマンド性の高い定着装置を提供することが可能となる。本実施例の定着装置において、１１秒で定着装置が立ち上がる時の入力電力を測定したところ、７００Ｗであった。
【００７９】
３）定着ニップ部、内面ニップ部、線状発熱体の幅関係
本実施例においては、図６の模型図のように、移動部材である定着ベルト２０が加圧部材である加圧ローラ２２により定着ヒーター１６に押圧されることにより定着ベルト２０と定着ヒーター１６との間に形成されるニップ部（内面ニップ部）Ｍの幅ＷＭ（定着ベルト移動方向の寸法、以下同じ）が、加圧ローラ２２と定着ベルト２０との間に形成される定着ニップ部Ｎの幅ＷＮより小さく、前記内面ニップ部Ｍの幅ＷＭの幅が加熱体としての定着ヒーター１６の線状抵抗発熱体１６ｂの幅Ｗｂと同等もしくは広い設定にしてある。
【００８０】
具体的に本実施例では、定着ニップ部Ｎの幅ＷＮは６．５ｍｍ、内面ニップ部の幅ＷＭは線状抵抗発熱体１６ｂの幅Ｗｂと同等の４ｍｍの設定にしてある。
【００８１】
本実施例における定着ニップ部Ｎの幅ＷＮの測定方法および内面ニップ部Ｍの幅ＷＭの測定方法は以下のとおりである。
【００８２】
ａ：定着ニップ部Ｎの幅ＷＮの測定方法は、定着装置Ｆに、あらかじめ別の画像形成装置で作成したべた黒画像を通紙途中に、定着装置を強制停止し、１０秒間停止させた後に、べた黒画像を引き抜くとべた黒画像上に、定着ニップ部Ｎの幅で光沢部分ができる。この光沢部分の幅を測定することにより、定着ニップ部Ｎの幅ＷＮを知ることができる。
【００８３】
ｂ：内面ニップ部Ｍの幅ＷＭの測定方法は、定着ヒーター１６の表面に光明丹を塗布し、定着装置を加圧状態にする。そのまま、定着装置を駆動せずに、定着装置を分解し、定着ヒーター１６の表面を見ると、光明丹が剥がれる部分を観察することができる。この幅が内面ニップ部Ｍの幅ＷＭと等しくなる。
【００８４】
本実施例において上記のようにして測定した定着ニップ部Ｎの幅ＷＮは６．５ｍｍであり、内面ニップ部Ｍの幅ＷＭは４ｍｍであった。
【００８５】
なお、上記の定着ベルト２０の変わりに、従来の耐熱樹脂製定着フィルム１１１（図１１）を用いた定着装置に関して、同様に、定着ニップ部Ｎの幅ＷＮと内面ニップ部Ｍの幅ＷＭを測定したところ、定着ニップ部Ｎの幅ＷＮは６．５ｍｍで同じであったが、内面ニップ部Ｍの幅ＷＭは６ｍｍと大幅に大きかった。
【００８６】
本実施例において、ＦＰＯＴ１５秒を満たすためには、定着ニップ部Ｎに転写材Ｐが突入する以前に、定着ニップ部Ｎが所定の温度に立ち上がっている必要がある。本実施例における画像形成装置を用いた場合、１１秒以内に定着装置温度が立ち上がることで、ＦＰＯＴに影響を与えず、オンデマンド性の高い定着装置を提供することが可能となる。本実施例の定着装置Ｆにおいて、１１秒で定着装置Ｆが立ち上がる時の入力電力を測定したところ、７００Ｗであった。
【００８７】
本実施例の定着装置Ｆにおいて、定着ヒーター１６の裏面温度が最も上昇するのは、室温から定着温度まで、定着装置を立ち上げる際のオーバーシュートが生じるときである。このことを図７を用いて説明する。
【００８８】
図７において、実線は室温から定着装置を立ち上げた際の定着ヒーター１６の温度上昇カーブ、破線は定着ベルト２０の温度上昇カーブを表す。室温から定着ヒーター１６に電力を投入し、定着ベルト２０の温度を上昇させる際、定着ヒーター１６と定着ベルト２０の温度差は、最も大きくなる。また、最初の定着装置の立ち上げの際は、定着装置の系全体が冷えているため、より高温での定着が必要になる。このため、立ち上げ後の一枚目の転写材Ｐを定着する際の温度は、通常の連続使用時より高く設定されている。このため、定着ヒーター１６裏面温度は、室温からの立ち上げの時が最も高く、連続使用により、徐々に定着ベルト２０裏面の温度に近づいていく。本実施例において、定着装置立ち上げの際のオーバーシュートのピーク温度を測定したところ、２５０℃であった。
【００８９】
本実施例の上記構成の定着装置を用いて、室温からの立ち上げを１００回繰り返したところ、定着装置に特に異常は生じなかった。
【００９０】
また、本実施例の定着装置を用いて、ＵＳレターサイズの用紙を１０万枚連続通紙する耐久試験を行った後も、定着装置の加圧ローラトルクに特に変化はなく、問題なく使用できた。
【００９１】
本実施例においては、カラー画像形成装置およびカラー画像形成装置に適用される、金属層をベース層２０ａとする定着ベルトにゴムによる弾性層２０ｂを設けた定着ベルト２０を用いた定着装置について言及したが、定着ベルトのベース層２０ａとして金属層を用いているものであれば、白黒画像形成装置や、定着ベルト２０に弾性層２０ｂを持たない構成の定着装置についても、同様に本発明を適用することができることは言うまでもない。
【００９２】
また、本実施例においては、定着ヒーター１６のヒーター基板１６ａの材質として、窒化アルミを使用したが、アルミナやその他のセラミック、またはＳＵＳ等の金属を定着ヒーター１６基板として用いても差し支えない。さらに、定着ヒーター１６上の抵抗発熱体１６ｂについても、材質は問わない。
【００９３】
また、線状抵抗発熱体１６ｂを形成する側についても、ヒーター基板１６ａに対して、図６のように非画像面側（裏面加熱タイプ）でも、図８のように画像面側（表面加熱タイプ）、いずれに形成してもよい。
【００９４】
上記の実施例のように、金属スリーブ（定着ベルト）２０＋セラミックヒーター（加熱体）１６系の定着装置において、ヒーター１６の発熱体１６ｂの幅Ｗｂをヒーター１６とスリーブ２０の内面とで形成される内面ニップ部Ｍの幅ＷＭと同等もしくは小さくすることにより、ヒーター１６からスリーブ２０に効率よく熱を伝え、ヒーター裏面温度上昇を防止することができる。
【比較例】
【００９５】
本比較例における定着装置構成は、実施例１における定着装置とほぼ同様だが、定着ヒーター１６の線状抵抗発熱体１６ｂとして幅Ｗｂ＝５．５ｍｍのものを用いていることが異なる。この幅Ｗｂ＝５．５ｍｍは内面ニップ部Ｍの幅ＷＭ＝４ｍｍよりも大きく、前述図１２の従来例装置と同様の関係にある。
【００９６】
本比較例の定着装置を用いて、１１秒で、定着ベルト２０の温度が１９５℃に上昇するために必要な電力を測定したところ、８００Ｗであった。
【００９７】
このときの、室温から定着装置を立ち上げた際のオーバーシュートのピーク温度を測定したところ、２９０℃であった。
【００９８】
本実施例の定着装置を用いて、室温からの立ち上げを１００回繰り返したところ、ヒーターホルダ１７が一部溶け出し、変形していた。
【００９９】
また、本実施例の定着装置を用いて、ＵＳレターサイズの用紙を１０万枚連続通紙する耐久試験を行った後も、定着装置の加圧ローラトルクは３９．２Ｎ・ｃｍ（４．０ｋｇｆ・ｃｍ）まで上昇した。これは、定着ヒーター１６の温度が実施例１の定着装置に比べて異常に上昇したために、定着ベルト２０と定着ヒーター１６やヒーターホルダ１７との摺動性を確保するためのグリスが劣化したためである。このとき、通紙中に転写材Ｐが定着ニップ部Ｎ内で停止し、ジャムとなる現象が多発した。これは、定着ベルト２０を駆動するためのトルクが重くなったため、転写材Ｐを搬送することができず、加圧ローラ２２がスリップするためである。
【実施例２】
【０１００】
本実施例は、実施例１と同様、カラー画像形成装置における、定着ベルト２０として、ベース層としての金属層に弾性層を設けたタイプの定着ベルトを用いた定着装置であるが、ベース層に、ＳＵＳでなく、ニッケルを使用したことが異なる。
【０１０１】
本実施例における定着ベルト２０の構成は、概略実施例１と同様だが、ベース層２０ａは、実施例１の引き抜きではなく、電鋳法にてニッケルのシームレスベルトを形成していることが異なる。電鋳法を用いることにより、実施例１の定着ベルト２０に対して、さらに薄く、４０μｍの厚みのベース層２０ａとしての金属ベルトを得ることができた。
【０１０２】
実施例１と同様に、本実施例の定着ベルト２０を使用した定着装置において、定着ニップ部Ｎの幅ＷＮと内面ニップ部Ｍの幅ＷＭを測定したところ、定着ニップ部Ｎの幅ＷＮ６．５ｍｍに対し、内面ニップ部Ｍの幅ＷＭは５ｍｍであり、これは線状抵抗発熱体１６ｂの４ｍｍの幅Ｗｂよりも大きい。
【０１０３】
実施例１の定着装置と同様、本実施例の定着装置を用いて、室温からの立ち上げを１００回繰り返したところ、定着装置に特に異常は生じなかった。
【０１０４】
また、本実施例の定着装置を用いて、ＵＳレターサイズの用紙を１０万枚連続通紙する耐久試験を行った後も、定着装置の加圧ローラトルクに特に変化はなく、問題なく使用できた。
【０１０５】
［その他］
１）実施例では可撓性の移動部材２０を円筒状部材（スリーブ）にして、これを加圧ローラ駆動による従動回転としているが、移動部材２０を可撓性のエンドレスベルト状部材にしての内部に駆動ローラとテンションローラを設け駆動ローラを回転駆動することによりベルトを回転させるなど、任意の回転駆動手段にすることが出来る。また可撓性の移動部材２０をロール巻きにした長尺の有端ウエブ状部材にしてこれを加熱体を経由させて繰り出し走行移動させる装置構成にすることもできる。
【０１０６】
２）加圧部材２２はローラ体に限られず、回動するエンドレスベルト体にすることもできる。
【０１０７】
３）本発明の加熱装置は実施例の画像加熱定着装置としての使用に限られず、未定着画像を記録材に仮に定着せしめる仮定着装置、定着画像を担持した記録材を再加熱してつや等の画像表面性を改質する表面改質装置等の像加熱装置としても有効である。またその他、例えば、紙幣等のシワ除去用の熱プレス装置、熱ラミネート装置、紙等の含水分を蒸発させる加熱乾燥装置、インクジェットプリンタ等に用いられる乾燥用の加熱装置など、被加熱部材を加熱処理する加熱装置等として用いても有効であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】実施例１における画像形成装置の概略構成模型図である。
【図２】実施例１における定着装置の概略構成模型図である。
【図３】サーミスタの配置構成を説明するための斜視図である。
【図４】定着ベルトの層構成模型図である。
【図５】ヒーターの構成を説明するための模式図である。
【図６】定着ニップ部、内面ニップ部、線状発熱体の幅関係を説明するための模式図（その１）である。
【図７】定着立ち上げ時の、定着ヒーター裏面と定着ベルト裏面の温度関係を表す模式図である。
【図８】定着ニップ部、内面ニップ部、線状発熱体の幅関係を説明するための模式図（その２）である。
【図９】従来のフィルム加熱方式の定着装置の概略構成模型図である。
【図１０】ヒーターの構成を説明するための模式図である。
【図１１】従来の定着装置における、定着ニップ部、内面ニップ部の関係を説明するための模式図である。
【図１２】金属ベルトを使用した定着装置における、定着ニップ部、内面ニップ部の関係を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１６：定着ヒーター（加熱体）、１６ｂ：線状抵抗発熱体、Ｗｂ：線状抵抗発熱体幅、１７：ヒーターホルダ（加熱体保持部材）、２０：定着ベルト（移動部材）、２２：加圧ローラ（加圧部材）、Ｎ：定着ニップ部、Ｍ：内面ニップ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005149952.tif 000009
【図８】
2005149952.tif 000010
【図９】
2005149952.tif 000011
【図１０】
2005149952.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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