(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像剤像が形成された記録材をニップ部で加熱する像加熱装置に用いられるヒータであって、
前記ヒータに対して摺動する可撓性スリーブを介して加圧ローラとともに前記ニップ部を構成するヒータにおいて、
前記可撓性スリーブと摺動する面の表層には、前記加圧ローラの軸方向における中央部と両端部とで異なった材料で構成された摺動層が被覆され、
前記中央部の摺動層は、前記可撓性スリーブとの摩擦により、前記可撓性スリーブによって磨耗される材料で構成されており、
前記両端部の摺動層は、前記可撓性スリーブとの摩擦により、前記可撓性スリーブを磨耗させる材料で構成されていることを特徴とするヒータ。
【請求項２】
金属製の可撓性スリーブに対応するため、前記中央部の摺動層はイミド系樹脂で構成されており、前記両端部の摺動層はガラスで構成されていることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項３】
前記中央部の摺動層と前記両端部の摺動層との境界は、前記ニップ部で加熱される記録材の前記軸方向における両端と同じ位置か、前記両端よりも内側に位置するように設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のヒータ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のヒータと、
前記ヒータに摺動する可撓性スリーブと、
前記可撓性スリーブを介して前記ヒータとニップ部を構成する加圧ローラと、
を備え、
現像剤像が形成された記録材を前記ニップ部で加熱することを特徴とする像加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート等の記録媒体上に画像を形成する機能を備えた、例えば、複写機、プリンタなどの画像形成装置に適用される像加熱装置に関し、特にヒータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式を採用する画像形成装置においては、図８に示すような加熱定着装置が広く知られている。図８に示す装置は、未定着トナー像を担持した記録材を、互いに圧接して回転する定着ローラ１１０と加圧ローラ１２０とで形成されるニップ部を通過させることで加熱定着させる、いわゆる熱ローラ方式の加熱定着装置である。
【０００３】
熱ローラ方式の熱源としては、定着ローラの金属中空芯金の内部に設けたハロゲンランプ１１１が一般的であり、その輻射熱を利用して、芯金内部から伝わる熱を利用し記録材上のトナーを溶融させる。定着ローラの中空芯金に機械的強度を持たせるたには肉厚が０．５ｍｍ〜４．０ｍｍ程度必要であり、大きな熱容量を有する。そのため、スタンバイ時でもハロゲンランプに電力を供給し、定着ローラを予備加熱しておく必要がある。
【０００４】
一方で、近年ではスタンバイ時に加熱定着装置に電力を供給せず、消費電力を極力低く抑えたフィルム加熱方式の加熱定着装置（像加熱装置）が実用化されている（図９参照）。フィルム加熱方式の加熱装置は、例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４等に提案されている。
【０００５】
ここで、フィルム加熱方式の加熱定着装置について図９を用いて説明する。
【０００６】
フィルム加熱方式で用いられる熱源としては平板のセラミックヒータ１３１が一般的である。図９に示す装置においては、そのセラミックヒータ１３１と加圧ローラ１２０との間に耐熱性樹脂フィルム（定着フィルム、可撓性スリーブ）１４０を挟ませて定着ニップ部Ｆを形成する。そして、その定着フィルム１４０と加圧ローラ１２０との間に未定着トナー画像を荷担させた記録材を通過させることにより加熱定着を行うものである。
【０００７】
この平板のセラミックヒータとしては、例えば特許文献５に提案されている。このヒータはアルミナや窒化アルミなどの平板細長形状をした高絶縁性基板の一面に抵抗発熱体を形成したものであり、その抵抗発熱体はガラス膜で保護されている。定着フィルムはこの保護ガラス膜と摺動するように用いられているか、あるいは、セラミック基板のもう一方の面にガラス膜が形成され、そのガラス膜と定着フィルムが摺動するように用いられる。従って抵抗発熱体の熱はガラス膜を介して定着フィルムに伝達される。
【０００８】
このようなフィルム加熱方式の定着装置を用いたプリンタ、複写機などの各種画像形成装置は、従来の熱ローラなどを用いて加熱定着させる方式に比べて多くの利点を有している。その利点としては、加熱効率の高さや立ち上がりの速さによる、待機中の予備加熱の不要化や、ウエイトタイムの短縮化などを例示することができる。
【０００９】
さらに、昨今の複写機・プリンタなどの高速化に伴い、加熱定着装置においては従来よりも瞬時の加熱により、記録材上の未定着トナーを定着する必要がある。その為に、例えば特許文献６に開示されるように、定着フィルムの基材として、耐熱性樹脂の代わりに良熱伝導性の薄肉金属スリーブを用いることで、記録材への熱伝達効率を向上させている。
【００１０】
また、このような薄肉金属スリーブを用いたフィルム加熱方式の定着装置に適したセラ
ミックヒータの例が提案されている。例えば特許文献７に開示されるように、ヒータの金属スリーブとの摺動面に、厚みが３μｍ〜１０μｍのイミド系樹脂の摺動層を塗布している。イミド系樹脂は、金属スリーブとの摺擦でイミド系樹脂自身が削れるが、削れる量としては非常に微量である。これにより高熱伝導性を維持したままで、耐久を通じて摺動性を良好に維持することができるため、金属スリーブを潤滑に回転させることが可能となり、金属スリーブ内面の削れやそれに伴うトルクアップを防止している。
【特許文献１】特開昭６３−３１３１８２号公報
【特許文献２】特開平２−１５７８７８号公報
【特許文献３】特開平４−４４０７５号公報
【特許文献４】特開平４−２０４９８０号公報
【特許文献５】特開平６−５３５６号公報
【特許文献６】特開平１０−３１９７５３号公報
【特許文献７】特開２００３−５７９７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述したフィルム加熱方式の加熱定着装置に用いられている従来の加熱ヒータには、以下に述べるような課題がある。
【００１２】
画像形成装置の高速化に伴い、記録材への高熱伝導を達成する為には、薄肉の金属性スリーブを用いることが好ましいが、金属スリーブを滑らかに長時間回転させる為には、ヒータの摺動面には高摺動性と耐磨耗性の両方を兼ね備える摺動層を設ける必要がある。
【００１３】
摺動層としてガラスを用いた場合では、ガラスは金属スリーブとの耐磨耗性に非常に優れているために、長時間の耐久を通じても摺動層が削れるようなことは無い。しかし逆に、金属スリーブ内面が耐久を通じてガラスとの摺擦によって徐々に磨耗してしまう。
【００１４】
金属スリーブ内面が磨耗すると磨耗により生じた削り粉が、摺動層と金属スリーブの間に塗布された摺動性グリスと交じり合ってしまい、所望の粘度、潤滑性を失うことで摩擦抵抗を徐々に増大させトルクアップの原因になる。摺動層と金属スリーブの間の摩擦抵抗が大きくなると金属スリーブを滑らかに従動搬送することが困難となり、記録材の搬送不良（スリップ）を発生してしまう。極端な場合では金属スリーブが回転不能になることもある。
【００１５】
また、加熱ヒータと金属スリーブ内面の摩擦抵抗が非常に大きくなると、金属スリーブの長手方向への寄り力も大きくなる。金属スリーブは、その回転を支持しているフランジに強い力で突き当てられつづけることになるため、場合によっては金属スリーブの不具合につながる可能性もある。
【００１６】
上記のガラスの代わりに摺動層として用いられるポリイミド等のイミド系樹脂は、金属スリーブとの摺擦によりイミド系樹脂自身が微量に削れることで金属スリーブ内面を磨耗することは無い。そのため金属スリーブとの摺動性に優れており、金属スリーブを滑らかに回転させることができる。しかし高摺動性の反面、条件によっては金属スリーブとの摺擦により磨耗しやすい。特に加熱ヒータ長手方向両端部は、記録材の連続通紙により長手中央部よりも高温になりやすく（非通紙領域昇温）、両端部の摺動層は磨耗しやすくなっている。耐久を通じて摺動層が磨耗して無くならないようにするためには、ある程度の厚みが必要である。
【００１７】
しかし、画像形成装置の高速化を進める上では、摺動層の厚みを増加させることは熱抵抗を高めることにもなるため、定着性を満足させるためにはあまり厚みを持たせることは
できない。その一方で、高速化により非通紙領域昇温はより高くなるために、加熱ヒータ長手方向両端部での摺動層がより削れやすくなってしまう。
【００１８】
摺動層の磨耗が進み、基材部が露出してしまうと、金属スリーブと加熱ヒータの基材部が直接接触してしまうので、摺動層が残っている部分と比べると熱伝導性が高くなってしまう。すると、ヒータ基材と直接接触した金属スリーブ表面の離型層は、非常に高温になってしまう。フッ素樹脂などの離型層が非常に高温になると、紙との摺擦で磨耗しやすくなり、また紙紛やトナーが付着しやすくなるために離型性が低下してしまい、画像不良が発生する可能性がある。また、加熱ヒータ基材が露出すると、その部分だけ摩擦抵抗が急激に上昇し、金属スリーブにねじれの力が加わり、金属スリーブの不具合につながる可能性もある。
【００１９】
このように、ヒータ基材部の摺動層としてイミド系樹脂を用いた加熱定着装置の場合には、イミド系樹脂は優れた摺動性の為に、耐久を通じてトルクアップを防ぐことができる。しかし、画像形成装置の高速化に伴い、非通紙領域昇温による摺動層の磨耗が発生しやすくなってしまい、その結果、画像不良や金属スリーブの不具合などが生じてしまう可能性がある。
【００２０】
また、摺動層にガラスを用いた加熱定着装置の場合では、加熱ヒータ長手方向両端部での摺動層の削れは防ぐことができる。しかし、高速化すると共に長寿命化する画像形成装置においては、金属スリーブ内面の削れ粉が徐々にトルクアップを招き、記録材搬送不良や金属スリーブの不具合に至る可能性が出てしまうことも考えられる。
【００２１】
本発明は上記したような事情に鑑みてなされたものであり、ヒータと可撓性スリーブとの摺動状態を良好とすることにより、画像不良、記録材搬送不良、可撓性スリーブの不具合を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成するために本発明にあっては、
現像剤像が形成された記録材をニップ部で加熱する像加熱装置に用いられるヒータであって、
前記ヒータに対して摺動する可撓性スリーブを介して加圧ローラとともに前記ニップ部を構成するヒータにおいて、
前記可撓性スリーブと摺動する面の表層には、前記加圧ローラの軸方向における中央部と両端部とで異なった材料で構成された摺動層が被覆され、
前記中央部の摺動層は、前記可撓性スリーブとの摩擦により、前記可撓性スリーブによって磨耗される材料で構成されており、
前記両端部の摺動層は、前記可撓性スリーブとの摩擦により、前記可撓性スリーブを磨耗させる材料で構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ヒータと可撓性スリーブとの摺動状態を良好とすることにより、画像不良、記録材搬送不良、可撓性スリーブの不具合を防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。
【００２５】
本発明は、例えば、電子写真方式・静電記録方式等の作像プロセスを採用した画像形成装置に適用される像加熱装置に関するものである。特に、作像プロセス部で記録材（転写材、印字用紙、感光紙、静電記録紙等）に転写方式あるいは直接方式で形成担持させた画像情報の未定着トナー画像を固着像として熱定着処理する像加熱装置に関する。
【実施例１】
【００２６】
以下に、本発明の実施例１について説明する。
【００２７】
図２は、本実施例に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。
【００２８】
この画像形成装置は給送トレイ８１、シート積載台８２、給送ローラ８３からなるシート給送装置を備えている。給送トレイ８１内のシート積載台８２に積載された記録材Ｐは、給送ローラ８３により最上位の記録材から一枚ずつピックアップされ、搬送ローラ８４、搬送コロ８５によってレジスト部へと送られる。記録材Ｐはレジストローラ８６とレジストコロ８７からなるレジスト部で搬送方向を揃えられた後、画像形成部へと給送される。
【００２９】
画像形成部には、像担持体としての感光ドラム８８、感光ドラム８８を帯電させる帯電器、感光ドラム８８上の潜像をトナーで現像する現像器、感光ドラム８８上の残留トナーを除去して収容するクリーナ等が設けられている。そして、これらの構成部材が一体となりトナーカートリッジ８９としてユニット化されて構成されている。
【００３０】
レーザスキャナユニット９０は、多面体ミラー９１、多面体ミラー回転用モータ、レーザユニット等がユニット化されて構成されている。
【００３１】
レーザスキャナユニット９０から画像情報に基づくレーザ光Ｌが照射され、感光ドラム８８上に露光し、感光ドラム上８８には画像情報に基づいた潜像画像が電子写真方式で形成される。この潜像は現像手段により現像剤としてのトナーにより現像され、この現像されたトナー像（現像剤像）は転写ローラ９２により、感光ドラム８８上から搬送される記録材Ｐに転写される。
【００３２】
トナー像の転写を終えた記録材Ｐは加熱手段（加熱ユニット）３０、定着フィルム４０と加圧ローラ２０からなる像加熱装置としての加熱定着装置５０に搬送され、ここで転写されたトナー像が加熱定着される。その後、記録材Ｐは中間排出ローラ９３、排出ローラ９４等からなる排出ユニットにより排出トレイ９５上に排出される。
【００３３】
また、画像形成装置本体の側面には、機内の画像形成部、電装基板等の昇温箇所を冷却するための冷却ファン９６が取り付けられており、適宜ファンを回転することで外気を機内に取り込むことで機内の昇温箇所を冷却している。また、冷却ファン９６の近傍には、サーミスタ等の温度検知手段９７が取り付けられている。そして、冷却ファン９６によって機外の空気を取り込んだ際に、画像形成装置が設置されている環境の温度を検知し、その検知結果に基づいて加熱定着装置５０の温度制御シーケンスにフィードバックしている。
【００３４】
以上のような画像形成装置において、記録材上の未定着トナー画像を永久画像として記録材上に加熱定着する加熱定着装置５０の構成を次に説明する。
【００３５】
図３は、定着フィルム４０の概略構成を示す断面図である。
【００３６】
本実施例における加熱定着装置５０は、図３に示す、円筒状の薄肉金属の基層上４１に、プライマー層４２を介し、離型層４３が形成された定着フィルム４０を用いたフィルム加熱方式の加熱定着装置であり、概略構成を図７に示す。
【００３７】
図７は、本実施例の加熱定着装置５０の概略構成を示す断面図である。
【００３８】
記録材Ｐは前述したように感光ドラム・転写ローラなどからなる画像形成部にてトナー画像を現像・転写されたあと、加熱定着部へと送られ、記録材Ｐの先端は定着フィルム４０と加圧ローラ２０とで形成される定着ニップ部Ｆへと導かれる。定着ニップ部Ｆで加熱定着が行われ、上述の排出ユニットへと搬送される。
【００３９】
４０は円筒状の定着フィルム、２０は加圧部材としての加圧ローラ、３１は加熱手段３０を構成するヒータ（以下、加熱ヒータ）、３５は金属製の横断面下向Ｕ字型の合成加圧ステー、３２は横断面略半円弧状樋型の耐熱性・剛性を有するヒータホルダである。
【００４０】
定着フィルム４０には、その基層４１としては熱伝導率の高いＳＵＳ（ステンレス鋼）、Ｎｉ等の薄肉金属を用いており、薄肉の可撓性を有する無端状のエンドレスベルトを形成している。以下、定着フィルム４０を金属スリーブ４０という。
【００４１】
基層外表面にはプライマー層４２を形成し、このプライマー層は厚さ５μｍ、表面抵抗１０６Ω／□の接着層である。
【００４２】
上記に述べたプライマー層４２の上には、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂に導電性カーボンをブレンドしたチューブあるいはコーティングからなる離型性層４３が形成されている。ここで、ＰＦＡはパープルアロアルコキシ樹脂、ＰＴＦＥはポリテトラフルオロエチレン樹脂、ＦＥＰはテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン樹脂である。離型層４３はチューブを被覆させたものの方が耐久性に優れる。
【００４３】
加圧ローラ２０においては、芯軸部２３はアルミ、鉄製にて形成されている。ここで、芯軸部２３に高強度、低熱容量で断熱効果の高いセラミック多孔質体を用いても良い。
【００４４】
芯軸部２３の外側は、シリコーンゴムで形成された弾性層２２（ソリッドゴム層）にて形成されている。ここで、弾性層２２は、断熱効果をもたせるためにシリコーンゴムを発泡して形成された弾性層（スポンジ層）であってもよい。また、弾性層２２は、より断熱効果を持たせるためにシリコーンゴム層内に中空フィラー又は、吸水性ポリマー及び水を添加することで形成された多孔質を有する弾性層（気泡ゴム層）であってもよい。
【００４５】
ここで、加圧ローラ２０の熱容量が大きく、また熱伝導率が少しでも大きいと、金属スリーブ表面から熱を吸収しやすくなり、金属スリーブ表面温度が上昇しにくくなる。できるだけ低熱容量で熱伝導率が低く、断熱効果の高い材質の方が、金属スリーブ表面温度の立ち上がり時間に有利である。
【００４６】
本実施例では、高速の画像形成装置で使用するために、定着ニップ部Ｆの適正な幅が形成でき、かつ熱容量をある程度確保する必要があることから、肉厚が３ｍｍのソリッドゴムを用いて弾性層２２を形成し、外径がφ３０ｍｍの加圧ローラ２０を使用した。
【００４７】
本実施例に使用される加熱手段３０は、金属スリーブ４０の内面に摺動しながら急速加熱する板状発熱体を備える。
【００４８】
図１は本実施例に係るヒータとして、加熱ヒータ（裏面発熱タイプのセラミックヒータ）３１を示す詳細図であって、（ａ）は表面図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。ここで、以下の説明において長手方向とは、図１（ａ）において示すＹ方向であって、加圧ローラ２０の回転軸の軸方向であり、搬送される記録材の記録材搬送方向Ｘに対して実質的に直交する方向をいう。
【００４９】
３１ａは加熱ヒータ３１の基板（以下、ヒータ基板）で、アルミナや窒化アルミ等の絶縁性のセラミック基板やポリイミド、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂基板などが用いられている。
【００５０】
ここで、特に高速画像形性装置などでの非通紙領域昇温を緩和するためには、良熱伝導性のセラミック基板を用いることが好ましい。そこで、ヒータ基板３１ａの厚みは、熱容量を小さくするために約０．５〜１．０ｍｍの厚さが適当であり、本実施例では、幅約１０ｍｍ、長さ約３００ｍｍの長方形に形成されている。
【００５１】
図１（ｂ）に示すセラミック基板裏面には、長手方向に沿って通電発熱抵抗層３１ｂが形成されている。通電発熱抵抗層３１ｂは、Ａｇ／Ｐｄ合金、Ｒｕ／Ｏ２合金、Ｎｉ／Ｓｎ合金等を主成分とするものであり、スクリーン印刷等により、厚み１０μｍ程度、幅１〜５ｍｍ程度の線状又は細帯状に塗工した後、焼成工程を経て成型される。ここで、Ａｇ／Ｐｄ合金は銀パラジウム合金であり、Ｒｕ／Ｏ２合金は酸化ルテニウム合金であり、Ｎｉ／Ｓｎ合金はニッケル錫合金である。
【００５２】
パターンの形状としては、図１（ｂ）のように２本の通電発熱抵抗層を折り返したパターンの他に、長手方向に１本の通電発熱抵抗層を持つパターンや、複数の通電発熱抵抗層を並列に併せ持つパターンでも良い。
【００５３】
３１ｃは通電発熱抵抗層３１ｂに給電を行う給電電極部、３１ｄは給電電極部と通電発熱抵抗層を接続する導電パターンであり、それぞれＡｇやＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）で形成されている。
【００５４】
通電発熱抵抗層３１ｂは、絶縁の保護ガラスコート層３１ｅによりオーバーコートされる。この保護ガラスコート層３１ｅは通電発熱抵抗層３１ｂと外部導電性部材との絶縁性を確保するほか、酸化などによる抵抗値変化を防ぐための耐食機能、さらに機械的な損傷を防止する役割などを持つ。厚みとしては２０〜１００μｍ程度が適当である。
【００５５】
本実施例の加熱ヒータ３１は裏面発熱タイプであり、ヒータ基板３１ａであるセラミック基板の上記通電発熱抵抗層３１ｂを具備させた側がヒータ裏面側（図１（ｂ）参照）であり、その反対側が図１（ａ）に示すヒータ表面側である。ヒータ表面側が金属スリーブ４０の内面に対向して接触摺動する。
【００５６】
摺動層３１ｆは、金属スリーブとの摺動を滑らかにするために、ヒータ表面側の最表層に設けられている。本実施例の特徴としては、摺動層３１ｆの材質（材料）を全域同じにするものではなく、ヒータ表面の領域（部分）によっては異なったものとしている。
【００５７】
すなわち、摺動層３１ｆの長手方向中央部には摺動層３１ｇとして、金属スリーブ４０との摺動性が優れた材質を用いている。摺動層３１ｇは、金属スリーブ４０との摩擦により、金属スリーブ４０によって磨耗される材料で構成されると好ましい。摺動層３１ｇの材質としては、ポリイミド、ポリアミドイミドなどのイミド系樹脂、ＰＦＡ、ＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂、二硫化モリブデン、グラファイトなどの乾性被膜潤滑剤を例示することができる。
【００５８】
また、摺動層３１ｇの両端側（摺動層３１ｆの長手方向両端部）には摺動層３１ｈとして、金属スリーブ４０との摩擦により、金属スリーブ４０を磨耗させる材料で構成されることが好ましく、金属スリーブとの耐磨耗性の優れるガラスなどを塗工している。
【００５９】
具体的な構成としては、加熱ヒータ３１の基板長２８５ｍｍに対して、摺動層３１ｆを
２４４ｍｍ幅で塗工している。
【００６０】
そして、長手方向で摺動層３１ｆの材料が異なっており、一般的に良く使われる記録材のサイズであるＡ４サイズの縦送りの通紙領域である２１０ｍｍ（中心基準両側１０５ｍｍ）の範囲を摺動層３１ｇとし、摺動性に優れるポリイミド８μｍを塗工している。そして、Ａ４サイズの記録材の非通紙領域に相当する摺動層両端１７ｍｍを摺動層３１ｈとして、ガラス層を８μｍ塗工している。
【００６１】
本実施例では、Ａ４サイズの記録材に合わせて摺動層３１ｇ及び摺動層３１ｈの塗工範囲（摺動層３１ｇと摺動層３１ｈとの境界）を調整しているが、これに限るものではない。摺動層３１ｆの長手方向中央部には摺動層３１ｇが、Ａ４サイズの記録材の通紙領域（長手方向における記録材の両端）よりも内側に設けられるものであってもよい。また、ＬＴＲやＢ５など通常使う記録材のサイズや、通電発熱抵抗層の長さや、非通紙領域昇温の度合や範囲などに応じて、摺動層３１ｇ及び摺動層３１ｈの塗工範囲を適宜設定すればよい。
【００６２】
摺動層３１ｆの塗工の方法としては、スプレーによる塗装やスクリーン印刷によるコーティングなどがあり、その後、焼成工程を得て形成される。本実施例での摺動層３１ｆは長手方向で複数の摺動材料をコーティングすることから、位置精度を出しやすいスクリーン印刷を採用している。
【００６３】
３２は加熱ヒータ３１を保持する断熱のヒータホルダであり、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等の耐熱性樹脂により形成され、熱伝導率が低いほど金属スリーブ内面の加熱に際する熱効率が高くなる。よって、樹脂層の中に中空のフィラー、例えばガラスバルーン、シリカバルーン等を内包するものであっても良い。
【００６４】
加熱ヒータ３１裏面には、加熱ヒータ裏面温度を検知するためのサーミスタ等の温度検知手段３３が設けられている。そして、不図示の通電制御回路により、温度検知手段３３で検知される加熱ヒータ裏面温度が一定になるように加熱ヒータ３１の通電発熱抵抗層３１ｂに印加される電圧のデューティー比や波数などが適切に制御されている。
【００６５】
ここで、温度検知手段３３の設置位置は、加熱ヒータ裏面に限るものではなく、温度検知手段３３は、ＳＵＳなどの板バネなどでフィルム内面に弾性的に当接するように設けられるものであってもよい。
【００６６】
また、加熱ヒータ３１の裏面には、サーモスイッチ、温度ヒューズ等のサーモプロテクタ３４が配置されており、サーモプロテクタ３４は不図示の通電回路により通電発熱抵抗層３１ｂと直列接続されている。これにより、加熱ヒータ３１が温度検知手段３３の故障等により不具合が生じた場合に、加熱ヒータ３１の異常昇温をサーモプロテクタ３４が検出し、通電発熱抵抗層３１ｂへの通電をシャットダウンする構成となっている。
【００６７】
以上説明した部材により構成される加熱手段３０と、金属スリーブ４０をヒータホルダ３２にルーズに外嵌させてなる定着フィルムユニットとを、加熱ヒータ３１表面が加圧ローラ２０側に対向するようにして加圧ローラ２０に略平行に配置している。
【００６８】
ここで、定着フィルムユニットにおいては、図７に示すようにヒータホルダ３２の内側に金属製の横断面下向Ｕ字型の合成加圧ステー３５が挿通されている。そして、合成加圧ステー３５の両端部を不図示の加圧手段によって加圧ローラ２０の軸線方向に沿って、加圧ローラ２０に向けて付勢している。このことで、加熱ヒータ３１の表面を、金属スリー
ブ４０を介して加圧ローラ２０に圧接させ、その加圧力により金属スリーブ４０と加圧ローラ２０の間に加熱定着に必要な所定幅の定着ニップ部Ｆを形成している。
【００６９】
加圧ローラ２０の芯軸部２３は長手方向両端において、不図示のベアリング等によって回転自在に保持されており、かつ加圧ローラ２０の長手方向一端の芯軸部先端には駆動ギアが配置されている。そして、不図示の駆動伝達機構からの駆動により加圧ローラ２０が回転駆動されることで、加圧手段により圧接状態にある金属スリーブ４０は従動回転する。
【００７０】
以上説明したように、加熱定着部では、金属スリーブ４０を加熱手段３０より加熱した状態で、金属スリーブ４０と加圧ローラ２０の間で形成される定着ニップ部Ｆに、未定着トナー画像が形成された記録材Ｐが導入される。このことで、定着ニップ部Ｆ内で与えられる圧力及び熱によってトナー画像が記録材Ｐ上で固着状態となる。
【００７１】
本実施例では、上述したように加熱ヒータ表面の摺動層３１ｆは２種類のコーティングが長手方向で塗工されている。記録材として一般的に良く使われるＡ４サイズ紙の通紙領域に塗工されている摺動層３１ｇでは、金属スリーブ４０との摺動性に優れるポリイミドを塗工している。そして、Ａ４サイズ紙の非通紙領域である摺動層３１ｈでは、金属スリーブ４０との耐磨耗性を有するガラスを塗工している。
【００７２】
非通紙領域の摺動層３１ｈをガラスにすることで、非通紙領域昇温がより高温になる高速画像形成装置でのＡ４サイズの記録材の連続通紙においても、摺動層３１ｈが激しく磨耗し、ヒータ基板が露出するようなことが起きることはない。
【００７３】
また、摺動層の大部分を占める通紙域は、摺動性の高いポリイミドを摺動層３１ｇとして用いているため、長寿命の加熱定着装置においても、トルクは初期状態と比べて激しく上昇するようなことが起きることはない。
【００７４】
その結果、高速・長寿命の画像形成装置においても、大幅なトルクアップによる記録材搬送不良、金属スリーブの不具合を防止することができる。また、異常な非通紙領域昇温も発生しないため、金属スリーブ表層端部での離型性低下による画像不良も防止することが可能となる。
【００７５】
上記のことを確認するために、本実施例の加熱定着装置と、比較例として従来例の加熱定着装置とにおいて、４０万枚の通紙耐久を行い、１０万枚ごとに加熱定着装置の駆動トルクと定着後の画像について比較評価を行った。
【００７６】
従来例１の加熱定着装置は加熱ヒータ３１の摺動層に８μｍのガラスを用いており、従来例２の加熱定着装置は加熱ヒータ３１の摺動層に８μｍのポリイミドを用いている。摺動層以外の構成は、本実施例と従来例で同一のものを使用している。また、通紙耐久は、プロセススピード３１１ｍｍ／ｓｅｃ、１分間当り５２枚の印字枚数（以下、５２ｐｐｍと記す）の画像形成装置を用い、記録材は普通紙としてＥｘｔｒａ８０ｇ（Ａ４サイズ、坪量８０ｇ／ｍ２）を用いた。
【００７７】
本実施例と従来例における通紙耐久での駆動トルク変化を表１に、画像レベルを表２に示す。表２において、符号の意味は次のとおりである。
すなわち、画像レベルとして、
○：オフセットは発生せず、良好な画像である。
△：オフセットは発生するが、許容レベルであり実用上可である。
×：オフセットが悪いレベルで発生しており、ＮＧである。
【００７８】
【表１】
0005159283.tif 000002
【表２】
0005159283.tif 000003
【００７９】
表１に示すように、従来例１の初期駆動トルクは他の２つに比べて若干高い値を示している。その後、通紙耐久を進めると駆動トルクは比例的に上昇していき、３５万枚目付近で金属スリーブ４０が回転できずに記録材を搬送することができなくなり、記録材搬送不良が発生してしまった。
【００８０】
これらの原因は、金属スリーブ内面（ＳＵＳ）が耐久を通じてガラスとの摺擦によって徐々に磨耗してしまうために発生する。金属スリーブ４０が摺動層３１ｆのガラスと磨耗することで生じた金属の削り粉が、摺動層３１ｆと金属スリーブ４０の間に塗布された摺動性グリスと交じり合ってしまい、所望の粘度、潤滑性を失うことで摩擦抵抗を徐々に増大させトルクアップさせてしまった。その結果、金属スリーブ４０とガラスとの摩擦抵抗が高すぎるために、金属スリーブ４０は加圧ローラ２０と従動回転することができなくなり、記録材Ｐの搬送不良（スリップ）が発生してしまった。
【００８１】
従来例２では、初期トルクが他の２つに比べて低い水準を推移しており、２０万枚目付近までは大きなトルク上昇も発生していなかった。しかし３０万枚目以降から駆動トルクは大幅に上昇してしまった。また、画像レベルを見てみても、３０万枚目付近から△レベルのオフセットが発生してしまっており、４０万枚目に達するころには×レベルのオフセットが発生してしまった。
【００８２】
摺動層３１ｆとして用いられるポリイミドは、摺動性に優れており、金属スリーブ４０を滑らかに回転させることができるために駆動トルクは比較的安定的に推移する。しかし高摺動性の反面、金属スリーブ４０との摺擦により磨耗しやすい。特に、本比較実験で用いた画像形成装置のような高速機での非通紙領域の摺動層３１ｆは、通紙領域よりも非常に高い温度になりやすく（非通紙領域昇温）、磨耗しやすくなっている。３０万枚目に達するころに非通紙領域の摺動層３１ｆは磨耗が顕著に進み、加熱ヒータ３１の基材部であるヒータ基板３１ａが露出を始めてしまった。
【００８３】
そのために、非通紙領域での加熱ヒータ３１から金属スリーブ４０への熱伝導度が上昇してしまうために、非通紙領域近辺では金属スリーブ表層のＰＦＡコーティングの離型性が悪化し始め、紙紛やトナーが付着し始めてしまった。そのため、記録材端部ではわずかながら薄い画像不良（オフセット）が発生し始めてしまった。耐久が４０万枚目に達することには、摺動層３１ｆの非通紙領域では完全にヒータ基板３１ａが露出してしまっているためにトルクが急上昇してしまった。そのため、加熱ヒータ３１から金属スリーブ４０への熱伝導度が更に上昇することで、金属スリーブ表層の離型性は更に悪化してしまい、×レベルのオフセットが発生してしまった。
【００８４】
一方で、本実施例では、通紙耐久初期から４０万枚目まで駆動トルクは徐々に上昇はしているものの、駆動トルクが大幅に上昇するようなことは無く、また画像も耐久を通じて良好であった。これは非通紙領域の摺動層３１ｈには、金属スリーブ４０との耐磨耗性に優れるガラスを用い、摺動層の大部分を占める通紙領域の摺動層３１ｇでは、金属スリーブ４０との摺動性に優れるポリイミドを用いているためである。
【００８５】
非通紙領域の摺動層３１ｈでは、金属スリーブ４０がガラスによって磨耗し、削り粉が摺動性グリスの潤滑性を失わせてしまうことで、駆動トルクは上昇するが、ガラス層の割合は摺動層全体の中で１４％でしかなく、トルクの上昇分は大きくはない。しかし、ガラスは耐磨耗性に強いため、非通紙領域昇温によってヒータ基材が露出するような激しい磨耗は発生しない。
【００８６】
通紙領域では、摺動性に優れるポリイミドが摺動層３１ｇとして塗工されているために、耐久を通じてそれほど大きな駆動トルクの上昇は発生しなかった。
【００８７】
本実施例においては、１分間当り５２枚の印字枚数という高速の画像形成装置で、４０万枚の長時間の通紙耐久においても、従来例１，２のように、大幅なトルクアップによる記録材搬送不良や、非通紙領域昇温による画像不良が発生しないことが確認された。
【００８８】
以上説明したように、本実施例によれば、加熱ヒータ３１の摺動層３１ｆは長手方向の中央部と両端部で異なった材料を用いることにより、耐久による摺動層の磨耗を抑制することができる。
【００８９】
具体的には、非通紙領域昇温により熱エネルギーが高いために摺動層が磨耗しやすい加熱ヒータ長手方向両端部では、金属スリーブ４０に削られにくい材料を摺動層３１ｈとして用いている。そして、磨耗しにくい長手方向中央部では金属スリーブ４０と摺動性の高い材料を摺動層３１ｇに用いている。
【００９０】
その結果、高速・長寿命の画像形成装置などにおいても、ヒータ基層が露出するほど摺動層が磨耗することを防止することができるので、大幅なトルクアップによる記録材搬送不良、金属スリーブ４０の不具合を防止することができる。また、異常な非通紙領域昇温も発生しないため、金属スリーブ表層端部での離型性低下による画像不良も防止することが可能となる。
【実施例２】
【００９１】
以下に、本発明の実施例２について説明する。本実施例に係る画像形成装置全体の構成及び加熱定着装置全体の構成は、それぞれ実施例１で説明した図２，７と同様であるため、本実施例では実施例１に対して異なる構成部分について述べることとし、実施例１と同様の構成部分については、その説明を省略する。
【００９２】
図４は、本実施例の加熱ヒータ３１を示す詳細図であって、（ａ）は長手方向に沿って断面をとった場合の断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図４（ａ）においては、加熱ヒータ３１の長手方向の中央部をＣで示し、端部をＤで示している。
【００９３】
本実施例では、図４（ｂ）に示すように加熱ヒータ３１は表面発熱タイプの板状のセラミックヒータである。すなわち、加熱ヒータ３１の通電発熱抵抗層３１ｂをヒータ基板３１ａの定着ニップ部Ｆ側に設け、その通電発熱抵抗層３１ｂを保護するための保護ガラスコート層３１ｅを設ける。更にその上から金属スリーブ４０との摺動性を向上させるための摺動層３１ｇを設ける構成とした。
【００９４】
保護ガラスコート層３１ｅとしてのガラスコートの厚みは、摺動層３１ｇが磨耗した場合でも、通電発熱抵抗層３１ｂと金属スリーブ４０の絶縁性を完全に確保する必要があるため、３０μｍ以上の厚みが必要である。逆に厚すぎると、金属スリーブ４０への熱伝導性を損なうことになるため１００μｍ以下の厚みが適当である。従って、保護ガラスコート層３１ｅの厚みとしては３０μｍ以上１００μｍ以下の厚みが適当である。
【００９５】
摺動層３１ｇは、保護ガラスコート層３１ｅを焼成後、保護ガラスコート層３１ｅの上にイミド樹脂、フッ素系樹脂、乾性被膜潤滑剤をスクリーン印刷などによって塗工する。ここで、イミド樹脂としては、ポリイミドやポリアミドイミドなどを例示することができる。また、フッ素系樹脂としては、ＰＦＡ、ＰＴＦＥなどを例示することができる。また、乾性被膜潤滑剤としては、二硫化モリブデン、グラファイトなどを例示することができる。摺動層３１ｇの塗工範囲は、加熱ヒータ長手方向で非通紙領域昇温がほとんど発生しない中央部の保護ガラスコート層上に塗工する。
【００９６】
このように加熱ヒータ３１の長手方向の中央部にのみ、摺動層３１ｇを塗工することにより、摺動層３１ｇが塗工されない長手方向両端部の保護ガラスコート層３１ｅが摺動層３１ｈとして機能することにより、前記実施例１と同等の効果を得ることができる。
【００９７】
保護ガラスコート層３１ｅの中央部に摺動層３１ｇを塗工しない場合には、前記実施例１の比較実験で用いた従来例１のように、金属スリーブ内面が耐久を通じてガラスとの摺擦によって徐々に磨耗してしまうことが懸念される。長時間通紙耐久を実施すると、金属スリーブ４０と保護ガラスコート層３１ｅとの摩擦抵抗が初期状態よりも大幅に上昇してしまい、金属スリーブ４０は加圧ローラ２０と従動回転することができなくなり、記録材Ｐの搬送不良（スリップ）が発生する場合がある。
【００９８】
また、摺動層３１ｇを保護ガラスコート層３１ｅの全面に塗工する場合も考えられる。
【００９９】
この場合には、本実施例よりも通紙耐久を通じて駆動トルクを若干小さく抑えることができるが、大差は無い。保護ガラスコート層全面に摺動層３１ｆを設ける場合よりも、本実施例のように長手方向中央部にのみ摺動層３１ｇを塗工する場合の方が、摺動層３１ｇの塗工面積が狭い分コストメリットがある。
【０１００】
摺動層３１ｇを保護ガラスコート層３１ｅの全面に塗工する加熱ヒータの形態では、耐久が進み、両端部での摺動層３１ｆが磨耗しきった場合には、保護ガラスコート層が露出してしまうことが懸念される。表面発熱タイプの加熱ヒータの保護ガラスコート層は、通電発熱抵抗層の電気的絶縁を確保することが目的で金属スリーブとの摺動性が良くないことが懸念される。これは本実施例でも同様である。
【０１０１】
そこで、本実施例の発展形態を示す。図５は、本実施例の発展形態を示す詳細図であって、長手方向に沿って断面をとった場合の断面図である。
【０１０２】
これらは、それぞれ、ヒータ表面側に形成する保護ガラスコート層３１ｅを、加熱ヒータ長手方向で中央部と両端部で厚みを変化させたものである。長手方向中央部の保護ガラスコート層３１ｅが薄い部分に摺動層３１ｇをスクリーン印刷することで、保護ガラスコート層３１ｅと摺動層３１ｇの総厚みを、加熱ヒータ長手方向で略同等にしている。
【０１０３】
本形態では、ガラスコートの印刷工程を複数回繰り返すことでガラスコートの厚みを長手方向中央部の厚みに対して、両端部の厚みを厚く変化させている。両端部の保護ガラスコートの最表層には、金属スリーブとの摺動性が保護ガラスよりも優れる摺動ガラスを塗工している。
【０１０４】
これにより、ガラスコート層両端部での金属スリーブの削れを軽減することが可能となる。その後、中央部の保護ガラスコート層３１ｅが薄い部分に、摺動層３１ｇをスクリーン印刷している。
【０１０５】
このような加熱ヒータの形態にすることにより、実施例１で説明した加熱ヒータよりも、定着駆動トルクの上昇を抑制することが可能となる。
【０１０６】
また、保護ガラスコート層３１ｅ及び摺動層３１ｇの総厚みが長手方向で略同等であるため、保護ガラスコート層３１ｅ、摺動層３１ｇのどちらか一方に極端に偏った加圧力が加わるようなことは無い。このため、加熱ヒータ３１において、長手方向での圧分布が均一化し、定着ニップ部Ｆで圧抜けするようなことを防止することが可能である。
【実施例３】
【０１０７】
以下に、本発明の実施例３について説明する。
【０１０８】
本実施例は、Ａ３サイズの記録材が通紙可能な加熱定着装置に関するものである。本実施例に係る画像形成装置全体の構成及び加熱定着装置全体の構成は、それぞれ実施例１で説明した図２，７と同様であるため、本実施例では実施例１に対して異なる構成部分について述べることとし、実施例１と同様の構成部分については、その説明を省略する。
【０１０９】
図６は本実施例の加熱ヒータ３１の詳細を示す表面図であって、図６（ａ）〜（ｃ）には、本実施例の加熱ヒータ３１の異なる形態がそれぞれ示されている。
【０１１０】
Ａ３機では、通常使用される記録材幅サイズはＡ３サイズ（２９７ｍｍ）以下であるが、稀に使用されるＡ３のびサイズ（３１２ｍｍ，３２０ｍｍ）に対応するため、加熱ヒータ３１幅が広く設計されており、Ａ３サイズ記録材に対する非通紙領域は広くなっている。
【０１１１】
そのため、Ａ３サイズ記録材の通紙領域内にのみ摺動層３１ｇを塗工したのでは、摺動層全体に対する摺動層３１ｈの割合がＡ４機での割合よりも大きくなってしまい、定着駆動トルクの上昇が懸念される。
【０１１２】
そこで本実施例では、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すようにＡ３サイズ記録材の通紙域内は摺動層３１ｇを全域に塗工し、Ａ３サイズからＡ３のびサイズの範囲では摺動層３１ｇと摺動層３１ｈを織り交ぜて塗工している。
【０１１３】
このような加熱ヒータ３１の形態にすることで、一般的にＡ３サイズの記録材が使われ、稀にＡ３のびサイズの記録材が使用されるような状況においても、次のような効果を得ることができる。すなわち、耐久を通じてのトルク上昇を抑制しつつ、Ａ３サイズ記録材
を通紙する際の非通紙領域昇温による諸所の弊害も軽減することが可能となる。
【０１１４】
なお、本実施例では、摺動層３１ｇと摺動層３１ｈの塗工パターンを３通り示したが、これに限るものではない。すなわち、Ａ３サイズ記録材の通紙域内は摺動層３１ｇが全域に塗工され、Ａ３サイズからＡ３のびサイズの範囲は摺動層３１ｇと摺動層３１ｈが織り交ぜて塗工されるパターンであればよい。
【０１１５】
また、加熱ヒータ３１に関する有効な寸法は、上述した実施例１〜３に記載のものに限られるものではなく、装置の仕様に応じて適宜設定されるとよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の実施例１に係るヒータを示す詳細図であり、（ａ）は表面図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図。
【図３】本発明の実施例１の定着フィルムの概略構成を示す断面図。
【図４】本発明の実施例２に係るヒータを示す詳細図であり、（ａ）は長手方向に沿って断面をとった場合の断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図。
【図５】本発明の実施例２の発展形態のヒータの詳細図であり、長手方向に沿って断面をとった場合の断面図。
【図６】本発明の実施例３に係るヒータの詳細を示す表面図。
【図７】本発明の実施例に係る像加熱装置の概略構成を示す断面図。
【図８】従来例の加熱定着装置の概略断面図。
【図９】従来例の加熱定着装置の概略断面図。
【符号の説明】
【０１１７】
２０  加圧ローラ
３１  加熱ヒータ
３１ａ  加熱ヒータ基材
３１ｆ  摺動層
３１ｇ  摺動層
３１ｈ  摺動層
４０  定着フィルム（金属スリーブ）
５０  加熱定着装置
Ｆ  定着ニップ部
【図１】
0005159283.tif 000004
【図２】
0005159283.tif 000005
【図３】
0005159283.tif 000006
【図４】
0005159283.tif 000007
【図５】
0005159283.tif 000008
【図６】
0005159283.tif 000009
【図７】
0005159283.tif 000010
【図８】
0005159283.tif 000011
【図９】
0005159283.tif 000012