(57)【要約】【課題】  抵抗発熱体を有する加熱部材が備えられるベルト定着装置において、抵抗発熱体の厚みにバラツキがあっても、断線、剥離等によって耐久性が低下することなく、非通紙部昇温にも対応することができ、高効率の伝熱効率で均一な定着性を達成可能な定着装置を提供することを課題とする。【解決手段】  本発明は、抵抗発熱体を有する加熱部材が備えられるベルト定着装置において、加熱部材は、放熱部材と通電によって発熱する抵抗発熱体より構成され、抵抗発熱体は、放熱部材の内面に配設され、発熱領域と発熱領域内に形成された複数の非発熱領域を有することで、上記課題を解決する。【選択図】図４
2012027355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着部材と加熱部材との間に張架された無端状の定着ベルトと、
前記定着ベルトを介して前記定着部材に対向圧接する位置に加圧部材を備え、
前記加圧部材と前記定着ベルトとで形成される定着ニップ部において、記録媒体上に担持されているトナー像を前記記録媒体上に加熱加圧して定着する定着装置であって、
前記加熱部材は、放熱部材と通電によって発熱する抵抗発熱体より構成され、
前記抵抗発熱体は、発熱領域と前記発熱領域内に形成された複数の非発熱領域を有し、前記放熱部材の内側に配設されていることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記抵抗発熱体は、前記定着ベルトが摺動する方向の両端に電極対が配設され、前記発熱領域は、前記電極対にて、通電されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記非発熱領域の面積は、前記定着ベルトが摺動する方向の中央部に配設された前記非発熱領域より、両端部に配設された前記非発熱領域の方が大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記電極対は、前記両端以外にも配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
【請求項５】
前記放熱部材は、略円弧状を有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の定着装置。
【請求項６】
前記加熱部材は、押圧部材により前記定着ベルトに押圧されるように固定されることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の定着装置。
【請求項７】
前記無端状の定着ベルトは、前記定着部材と従動部材との間に張架され、前記加熱部材は、前記定着ベルトの内側から前記定着ベルトに押圧されるように固定され、前記従動部材と異なる位置に配設されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の定着装置。
【請求項８】
前記抵抗発熱体は、通電を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記定着ベルト表面の温度を検出する検出部と、前記検出部によって検出されたベルト表面温度が所定の温度範囲内になるように前記抵抗発熱体への通電を制御する通電制御部を備えることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の定着装置。
【請求項９】
前記放熱部材は、前記定着ベルトが摺動する表面にフッ素を含有するＰＴＦＥ樹脂とＰＦＡ樹脂との少なくとも何れか１つからなるコーティングがされていることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の定着装置。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか１項に記載の定着装置を備え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、加熱部材が備えられる定着装置及び該定着装置を備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱容量の小さなベルト定着方式の定着装置を用いたプリンタ等の各種画像形成装置において、定着装置を大小さまざまなサイズの記録紙に対応させながら高速対応させる場合には、非通紙部昇温と呼ばれる問題が発生する。これは、定着装置の加熱部材の長手方向に対して、小さな幅の小サイズの記録紙を連続通紙させる時に、記録紙を通紙しない領域である非通紙部における定着ニップ部の温度が過剰に上昇し、周辺部材の耐熱温度を上回って定着装置に熱変形の損傷が生じたり、加圧ローラの局所的な膨張を招いて、次に通常サイズの記録紙を通紙した場合に、加熱部材の長手方向に定着ムラが生じたり、記録紙の搬送ムラによるシワの発生を招くものである。特に、ウォームアップ時間を短縮するために定着ローラを低熱容量化すると、紙幅方向の熱伝導性が低下するため、この課題がより顕著となる。
【０００３】
このような非通紙部昇温に対しては、小サイズの記録紙を通紙する場合のみプロセス速度を落とす、或いは、スループット即ち、記録紙の給紙間隔を長くする、もしくは印字を一時休止して冷却する等で対処することができるが、いずれの場合も、小サイズの記録紙に対するプリント生産性が低下することになる。また、熱源がハロゲンランプである定着装置では、非通紙部昇温に対して、紙幅に対応した複数のランプを使い分けて対処することになるが、これには装置が複雑になると言う欠点を有する。
【０００４】
非通紙部昇温の問題を解決する加熱装置として、特許文献１の方法がある。
【０００５】
図１１は、特許文献１の加熱装置を示す図である。基板１００上に抵抗発熱体１０１、１０２を複数本設けることで、基板１００の短手方向に任意の温度勾配を持たせることができ、定着性向上が図られ、更に、抵抗発熱体１０１、１０２の幅を絞ることで、発熱量を多くするができ、両端部の温度低下を防ぐものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２３３３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１では、抵抗発熱体の厚みバラツキによって、発熱量にムラが発生していた。発熱量の大きい部分は厚みが薄く、抵抗発熱体の単位面積あたりの電流量が大きくなり、抵抗発熱体の断線、剥離が生じていた。
【０００８】
そこで、発熱体をセラミック内部に埋設したセラミックヒータを加熱部材に設置して定着ベルトを加熱する方法が考えられる。しかし、このセラミックヒータを用いた場合、１個のセラミックヒータ内にパターン化するには同一平面状に形成する方法が挙げられるが、パターンを同一平面上に形成しようとすると、発熱体の設置面積を広く取る必要があり、望ましくない。
【０００９】
本願は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、抵抗発熱体を有する加熱部材が備えられるベルト定着装置において、抵抗発熱体の厚みにバラツキがあっても、断線、剥離等によって耐久性が低下することなく、ウォームアップ時間が短く、高速印字時での定着ローラの温度追従性が良好で、非通紙部昇温に対応することができ、加熱ムラと伝熱効率の低下が発生するのを抑制して、高効率の伝熱効率で均一な定着性を達成可能な定着装置を提供することである。
【００１０】
また、本発明の別の目的は、該定着装置を備えた画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、定着部材と加熱部材との間に張架された無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトを介して前記定着部材に対向圧接する位置に加圧部材を備え、前記加圧部材と前記定着ベルトとで形成される定着ニップ部において、記録媒体上に担持されているトナー像を前記記録媒体上に加熱加圧して定着する定着装置であって、前記加熱部材は、放熱部材と通電によって発熱する抵抗発熱体より構成され、前記抵抗発熱体は、発熱領域と前記発熱領域内に形成された複数の非発熱領域を有し、前記放熱部材の内側に配設されていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明は、前記抵抗発熱体は、前記定着ベルトが摺動する方向の両端に電極対が配設され、前記発熱領域は、前記電極対にて、通電されていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明は、前記非発熱領域の面積は、前記定着ベルトが摺動する方向の両端に配設された前記非発熱領域の面積のほうが大きいことを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明は、前記電極対は、前記両端以外にも配設されていることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明は、前記放熱部材は、略円弧状を有することが好ましい。
【００１６】
また、本発明は、前記加熱部材は、押圧部材により前記定着ベルトに押圧されるように固定されることが好ましい。
【００１７】
また、本発明は、前記無端状の定着ベルトは、前記定着部材と従動部材との間に張架され、前記加熱部材は、前記定着ベルトの内側から前記定着ベルトに押圧されるように固定され、前記従動部材と異なる位置に配設されていることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明は、前記抵抗発熱体は、通電を制御する制御装置は前記定着ベルト表面の温度を検出する検出部と前記検出部によって検出されたベルト表面温度が所定の温度範囲内になるように前記抵抗発熱体への通電を制御する通電制御部を備えることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明は、前記放熱部材は、前記定着ベルトが摺動する表面にフッ素を含有するＰＴＦＥ樹脂とＰＦＡ樹脂との少なくとも何れか１つからなるコーティングがされていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の抵抗発熱体によれば、非発熱領域があることで、厚みが薄い部分でも、単位面積あたりの電流量が下がって、発熱量が下がるため、厚みにバラツキがあっても、抵抗発熱体が断線、剥離等を引き起こすことがない。更に、抵抗発熱体は、発熱領域と非発熱領域が複数形成されて発熱制御されるため、より細やかな温度制御が可能となる。
【００２１】
更に、抵抗発熱体は、定着ベルトが摺動する方向の両端に電極対が配設され、発熱領域は、前記電極対にて、通電されているため、発熱領域を高効率に温度制御できる。
【００２２】
本発明の抵抗発熱体によれば、定着ベルトが摺動する方向の両端の非発熱領域の面積のほうを大きくしたため、両端の発熱量が増え、両端の温度低下の補償が可能となり、発熱量の調整も容易となる。
【００２３】
本発明の抵抗発熱体には、定着ベルトが摺動する方向の両端以外にも、サイズの小さな紙の幅に対応した、発熱領域に通電する電極対が配設されているため、端部を独立して温度制御できることとなり、過度の温度上昇を抑制でき、定着ベルト及び加熱部材の耐久性を確保することができる。
【００２４】
更に、略円弧状を有する放熱部材とすることで、定着ベルトを円滑に摺動させることができるため、定着ベルトと放熱部材表面の密着性が上がり、定着ベルトへの伝熱効率が向上する。
【００２５】
更に、加熱部材は、押圧部材により定着ベルトに押圧されているため、定着ベルトの張力を一定に制御することが可能となり、定着ベルトと放熱部材表面の密着性が更に上がり、定着ベルトへの伝熱効率が向上する。更に、定着ベルト表面温度が均一となり、定着ベルトの摺動する面圧も均一化されることから定着ベルトの蛇行を抑制することが可能となり、定着ベルト及び放熱部材表面の耐久性も向上することができる。
【００２６】
更に、無端状の定着ベルトは、定着部材と従動部材との間に張架され、加熱部材は、定着ベルトの内側から定着ベルトに押圧されるように固定されていて、従動部材と異なる位置に配設されている、即ち定着ベルトの屈曲の少ない部分に、加熱部材が配置されているため、加熱部材にかかる荷重が少なくなって、抵抗発熱体の剛性を保つための部材が簡略化でき、抵抗発熱体の熱容量の低減につながり、高効率の伝熱効率を達成できる。
【００２７】
更に、抵抗発熱体への通電を制御する通電制御部を備えているため、加熱ムラを抑制して即応性が良好な高精度の温度制御が可能となり、画像欠陥の無い良好な画像を提供することができる。
【００２８】
更に、放熱部材は、定着ベルトが摺動する表面にフッ素を含有するＰＴＦＥ樹脂とＰＦＡ樹脂との少なくとも何れか１つからなるコーティングをすることで、定着ベルトと放熱部材との摺動抵抗を低下させ、定着ベルト及び放熱部材の耐久性を向上することができる。
【００２９】
また更に、本発明によれば、画像形成装置は、定着装置を備えることによって、ウォームアップ時間が短く、高速印字に対応でき定着ムラのない画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態である定着ユニットを備えた画像形成装置の構成を示す概略断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態である定着ユニットの構成を示す概略断面図である。
【図３】定着ユニットの電気的構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態である加熱部材が有する抵抗発熱体の構成を示す概略図である。（ａ）放熱部材の長手方向から見た概略図である。（ｂ）断面の構成を示す概略図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態である加熱部材が有する抵抗発熱体の構成を示す概略図である。
【図６】本発明の実施の形態である定着ユニットが有する加熱部材の構成を示す概略図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態である加熱部材が有する抵抗発熱体を、放熱部材の長手方向から見た概略図である。
【図８】本発明の実施の形態である抵抗発熱体の構成を示す概略図である。（ａ）上面から見た概略図である。（ｂ）等価回路を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態に対する参考例となる抵抗発熱体の構成を示す概略図である。（ａ）上面から見た概略図である。（ｂ）等価回路を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態である加熱部材が有する抵抗発熱体を、放熱部材の長手方向から見た概略図である。
【図１１】本発明の実施の形態に対する従来例となる抵抗発熱体の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１は、本発明の実施の形態である定着ユニット２を備えた画像形成装置１の構成を示す概略断面図の一例である。画像形成装置１は、読み取った原稿の画像データやネットワーク等を介して送信された画像データに基づいて記録紙に対して多色及び単色の画像を形成する装置である。画像形成装置１は、第１〜第４可視画像形成ユニット５１，５２，５３，５４、中間転写ベルト５５、２次転写ユニット５６、定着ユニット２、内部給紙ユニット５７及び手差し給紙ユニット５８を備える。第１〜第４可視像形成ユニット５１，５２，５３，５４、中間転写ベルト５５及び２次転写ユニット５６により、トナー像が形成される。
【００３２】
第１可視画像形成ユニット５１は、感光体５９と、帯電ユニット６０と、光学系ユニットＥと、現像ユニット６１と、１次転写ユニット６２とを有する。静電潜像担持体となる感光体５９の周囲には、帯電ユニット６０、現像ユニット６１及びクリーニングユニット６３が配置される。
【００３３】
これらのユニットにより、感光体５９にトナー像が形成され、トナー像が中間転写ベルト５５に転写される。光学系ユニットＥでは、光源６４からのデータが４組の感光体５９，６５，６６，６７に届くように配置される。１次転写ユニット６２は、中間転写ベルト５５を介して第１可視画像形成ユニット５１に圧接して配置される。
【００３４】
他の第２〜第４可視画像形成ユニット５２，５３，５４は、第１可視画像形成ユニット５１と同様の構成である。各ユニット５１，５２，５３，５４の現像ユニット６１には、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナーが収容される。
【００３５】
中間転写ベルト５５では、各色のトナー像が転写され、カラートナー像が形成される。中間転写ベルト５５は、テンションローラ６８，６９によって回動される。また、中間転写ベルト５５は、厚さ１００〜１５０μｍ程度のフィルムで形成されている。
【００３６】
廃トナーボックス７０は、テンションローラ６９側に、中間転写ベルト５５に当接して配置される。
【００３７】
２次転写ユニット５６は、中間転写ベルト５５上に形成されたカラートナー像を記録紙に転写する。２次転写ユニット５６は、テンションローラ６８側に、中間転写ベルト５５に当接して配置される。
【００３８】
定着ユニット２は、本発明の定着装置である。定着ユニット２は、２次転写ユニット５６の下流側に配置される。定着ユニット２は、定着部材３、加圧部材４から構成され、加圧部材４は、図示しない加圧機構により定着部材３に所定の圧力で圧接される。
【００３９】
次に、画像形成装置１における画像形成の工程を説明する。感光体５９の表面を帯電ユニット６０で一様に帯電した後、光学系ユニットＥにより感光体５９の表面を画像データに応じてレーザ露光し、感光体５９の表面に静電潜像を形成する。帯電ユニット６０としては、感光体５９の表面を一様に、且つオゾンを極力発生させることなく帯電するために、帯電ローラ方式を採用する。その後、現像ユニット６１により、感光体５９上の静電潜像を現像し、トナー像を顕像化する。
【００４０】
更に、トナーとは逆極性のバイアス電圧が印加された１次転写ユニット６２によって、顕像化されたトナー像を中間転写ベルト５５上に転写する。他の第２〜第４可視画像形成ユニット５２，５３，５４も同様に動作し、順次、中間転写ベルト５５上にトナー像を転写する。１次転写ユニット６２は、直径８〜１０ｍｍのステンレス等の金属を基材とする軸の表面を導電性の弾性材、例えば、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエン共重合ゴム）、発泡ウレタン等によって被覆して構成された転写ローラである。中間転写ベルト５５上のトナー像は２次転写ユニット５６まで搬送される。
【００４１】
そして、内部給紙ユニット５７の給紙ローラ７３又は手差し給紙ユニット５８の給紙ローラ７４から供給された記録紙に、トナーとは逆極性のバイアス電圧が印加された２次転写ユニット５６によって、トナー像が記録紙に転写される。
【００４２】
トナー像を担持した記録紙は、定着ユニット２に搬送され、定着部材３及び加圧部材４によって充分に加熱されて、トナー像が記録紙に融着し、外部へ排出される。記録紙のサイズは最大Ａ３サイズまで対応し、定着ユニット２による加熱幅はＡ４横サイズに対応している。
【００４３】
次に、本発明の実施の形態である定着ユニット２の構成について説明する。
【００４４】
図２は、本発明の第１の実施の形態である定着ユニット２の構成を示す概略断面図である。
【００４５】
定着ユニット２は、定着部材３としての定着ローラ３と、加圧部材４としての加圧ローラ４と、無端状の定着ベルト５と、定着ベルト５を加熱するための加熱部材６とを備えている。定着ベルト５は、定着ローラ３と加熱部材６との間に張架されている。加熱部材６は固定され、定着ベルト５の内面と摺動する。
【００４６】
加圧ローラ４は、定着ベルト５を介して定着ローラ３に対向圧接するように配置されている。そして、定着ローラ３と加熱部材６とは、定着ローラ３の軸線方向において、略平行となるように配置されている。
【００４７】
そのため、定着ローラ３と加熱部材６との間に張架される定着ベルト５が摺動するとき、蛇行するのを防止して、定着ベルト５の耐久性を高く維持することができる。
【００４８】
定着ユニット２は、加熱部材６が定着ベルト５と接触して定着ベルト５を加熱し、定着ベルト５と加圧ローラ４とで形成する定着ニップ部１７を所定の定着速度もしくは複写速度で、記録紙８０が進行方向Ｙ０方向に通過したとき、記録紙８０上に担持されている未定着のトナー像８１を記録紙８０上に加熱加圧して定着する装置である。
【００４９】
なお、未定着のトナー像８１は、例えば、非磁性一成分現像剤（非磁性トナー）、非磁性二成分現像剤（非磁性トナー及びキャリア）、磁性現像剤（磁性トナー）等の現像剤（トナー）によって形成される。また、定着速度とはプロセス速度のことであり、複写速度とは１分当たりの複写枚数のことである。また、記録紙８０が定着ニップ部１７を通過するときには、定着ベルト５は、記録紙８０のトナー像担持面に当接するようになっている。
【００５０】
加熱部材６には抵抗発熱部７を備え、加圧ローラ４はヒータランプ８を内装している。定着ベルト５及び加圧ローラ４の温度を検出する検出部としては、温度センサとして、それぞれ第１サーミスタ１０、第２サーミスタ１１が設けられる。
【００５１】
第１サーミスタ１０によって検出された定着ベルト５の表面温度に基づいて、抵抗発熱部７に対する通電が制御される。本実施の形態における第１サーミスタ１０は、非接触式の温度検出手段であり、赤外線検知型の温度センサである。接触式の温度検出手段を定着ベルト５に接触して配置する構成では、定着ベルト５と接触する界面において、接触式温度検出手段が定着ベルト５の表面離型層を磨耗させる場合がある。このようにして、定着ベルト５の表面離型層が損傷、劣化した場合には、出力画像に影響を及ぼす。また、第２サーミスタ１１によって検出された加圧ローラ４の表面温度に基づいて、ヒータランプ８に対する通電が制御される。
【００５２】
定着ローラ３は、略円筒形の形状とされ、略円筒形の中心から外周に向かって芯金１２及び弾性層１３が形成される２層構造である。芯金には、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム又は銅等の金属、或いはそれらの合金等が用いられる。弾性層１３には、シリコーンゴム又はフッ素ゴム等の耐熱性を有するゴム材料が適している。本実施形態においては、定着ローラ３の直径は３０ｍｍである。芯金１２には、直径２０ｍｍのステンレス鋼が用いられ、弾性層１３には、厚さ５ｍｍのシリコーンスポンジゴムが用いられる。また、定着ローラ３は、定着ベルト５が搬送される方向に従動して、回転方向Ｙ１方向に回転する。なお、定着ローラ３が定着ベルト５を介して加圧ローラ４に対向圧接するときの力は、２１６Ｎ程度である。
【００５３】
加圧ローラ４は、略円筒形の形状とされ、略円筒形の中心から外周に向かって芯金１４、弾性層１５及び離型層１６が形成される３層構造である。芯金１４には、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム銅等の金属、或いはそれらの合金等が用いられる。弾性層１５には、シリコーンゴム又はフッ素ゴム等の耐熱性を有するゴム材料が適している。離型層１６には、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体）又はＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂が適している。本実施形態においては、加圧ローラ４の直径は３０ｍｍである。芯金１４には、直径２６ｍｍ、肉厚１ｍｍのＳＴＫＭ（機械構造用炭素鋼鋼管）の鉄が用いられ、弾性層１５には、厚さ１ｍｍのシリコーンソリッドゴムが用いられ、離型層１６には、厚さ５０μｍのＰＦＡチューブが用いられる。
【００５４】
加圧ローラ４は、回転方向Ｙ２方向に回転駆動することによって、定着ベルト５を搬送する。加圧ローラ４の内部には、加圧ローラ４を加熱するヒータランプ８が配置されている。第２サーミスタ１１によって検出された加圧ローラ４の表面温度に基づいて、ヒータランプ８に電力を供給、即ち通電させることによって、ヒータランプ８が発光し、ヒータランプ８から赤外線が放射される。これによって、加圧ローラ４の内周面が赤外線を吸収して加熱され、加圧ローラ４全体が加熱される。本実施形態では、定格電力３００Ｗのヒータランプ８が使用される。
【００５５】
一方、加熱部材６には、第１サーミスタ１０によって検出された定着ベルト５の表面温度に基づいて、基板１８上の抵抗発熱部７に、電力を供給、即ち通電する。抵抗発熱部７がジュール熱によって発熱し、放熱部材１９に熱を伝え、更に定着ベルト５に熱を伝える。本実施形態では、定格電力１２００Ｗの抵抗発熱部が使用される。
【００５６】
放熱部材１９は、アルミニウム等の金属製で、抵抗発熱部７と基板１８が密着した面と反対側の断面略円弧状の外周を有する面が定着ベルト５に当接する。基板１８は、セラミック、ガラス、そして、ポリイミド、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の耐熱樹脂の絶縁基板、或いはＳＵＳ（ステンレス鋼）、アルミニウム等の金属基板にガラスやセラミック、ポリイミド等の絶縁層を形成したものが用いられ、基板１８上の抵抗発熱部７はカーボンや半導体酸化物、銀やアルミニウムを含有した金属ペーストが使用できる。
【００５７】
放熱部材１９はアルミニウム等の金属の他に、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の高熱伝導セラミックが使用できる。また、放熱部材１９を配設せずに基板１８を直接、定着ベルト５に当接しても良い。その場合には、定着ベルト５と当接する部分には非晶質ガラスや、フッ素樹脂をコーティングし、定着ベルト５との摺動性を向上させるのが望ましい。
【００５８】
定着ベルト５は、直径が５０ｍｍの長さである。定着ベルト５は、基材、弾性層及び離型層の３層構成である。基材は、ポリイミド等の耐熱樹脂、又は、ステンレス及びニッケル等の金属材料により、中空円筒状に形成される。基材の表面には、耐熱性及び弾性に優れた、例えばシリコーンゴム等のエラストマー材料からなる弾性層が形成される。弾性層の表面には、耐熱性及び離型性に優れた、例えばＰＦＡ又はＰＴＦＥ等のフッ素樹脂である合成樹脂材料からなる離型層が形成される。本実施形態においては、基材として、厚さ５０μｍのポリイミドが用いられ、弾性層として、厚さ１５０μｍのシリコーンゴムが用いられ、離型層として、厚さ３０μｍのＰＦＡチューブが用いられる。
【００５９】
定着ベルト５は、加熱部材６によって所定の温度に加熱され、定着ニップ部１７を通過する未定着のトナー像８１及び記録紙８０を加熱する。定着ベルト５は、加熱部材６と定着ローラ３によって張架されている。定着ベルト５は、定着ローラ３の回転時には、定着ローラ３に従動して回転方向Ｙ１方向に回転するようになっている。また、基材のポリイミドにフッ素樹脂を内添しても良い。これによって、加熱部材６との摺動負荷を低減することができる。
【００６０】
図３は、図２で示す定着ユニット２の電気的構成を示すブロック図である。定着ユニット２では、第１サーミスタ１０及び第２サーミスタ１１によって検出された温度データ、後述のサーマルプロテクタ９１によって検出された図２に示す定着ベルト５の異常昇温データに基づいて、温度制御手段としての制御回路９２が通電を制御する。また、制御回路９２は、駆動モータ９４を制御して、図２に示す定着ローラ３を回転軸周りに回転させて、定着ベルト５を回転させる。そして、制御回路９２及び通電制御部である電源回路９３は、定着ユニット２の全動作を制御する制御装置であるＣＰＵ９５によって統括的に制御される。なお、定着ベルト５の周面近傍には、定着ベルト５の異常昇温を検知して所定の温度以上になると電源回路９３を切断するサーモスタット又はサーマルプロテクタ９１が配設されている。
【００６１】
具体的には、ＣＰＵ９５は、画像形成指示の入力を受けると、電源回路９３に電力供給を指示する制御信号を出力する。ここで、画像形成指示は、画像形成装置１の鉛直方向上面に設けられる不図示の操作パネル又は画像形成装置に接続されるコンピュータ等の外部機器から入力される指示であり、この画像形成指示が入力されることによって、定着ユニット２は定着処理動作を開始する。
【００６２】
ＣＰＵ９５から制御信号が入力された電源回路９３は、電力制御手段９６を介して、ヒータランプ８に電力を供給して定着ベルト５を加熱させ、抵抗発熱部７に電力を供給して、図２に示す加圧ローラ４を加熱する。なお、電力制御手段９６は、抵抗発熱部７に対する投入電力を、所定の一定値に制御する役割も兼ねている。
【００６３】
制御回路９２は、入力された信号に基づいて、定着ベルト５及び加圧ローラ４の表面温度が所定の定着温度になったと判断すると、図２に示す定着ニップ部１７に、未定着のトナー像８１が形成された記録紙８０が搬送される。このとき、図２に示す記録紙８０は、未定着のトナー像８１を担持した面を定着ベルト５側に向けて搬送される。そして、記録紙８０上の未定着のトナー像８１が定着ベルト５の外周面に密着したまま、挟持搬送されていくことにより、定着ベルト５から熱が付与され、更に加圧力を受けて記録紙８０の表面に定着される。
【００６４】
図４は、本発明の第１の実施の形態である図２に示す加熱部材６が有する抵抗発熱部７の構成を示す概略図である。図４（ａ）は、抵抗発熱部７を、図２に示す放熱部材１９の長手方向から見た概略図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ’断面の構成を示す概略図である。
【００６５】
図４（ａ）に示すように、抵抗発熱体７７は、発熱領域３１と発熱領域３１内に形成された複数の非発熱領域３２より構成される。図４（ａ）、（ｂ）を参考にして抵抗発熱部７の形成方法を説明する。まず、ＳＵＳからなる平面状の基板１８上にガラスの絶縁層２１を形成させ、その上に、銀・パラジウムを主成分とするペーストをスクリーン印刷で塗布し、発熱領域３１と非発熱領域３２のパターンを形成する。そして、銀を主成分とする電極対２０を、基板１８の放熱部材１９の長手方向の両端に形成し、最後に、ガラスの保護層２２をその上に形成する。なお、それぞれの層は、それぞれの層を形成する過程で適時焼成を行うことで、形成される。基板１８は長手方向の長さ３６０ｍｍ、Ａ−Ａ’断面の幅２０ｍｍ、厚み１ｍｍで、抵抗発熱体７７は、長手方向の長さ３２０ｍｍ、Ａ−Ａ’断面の幅１６ｍｍ、厚み３０μｍである。非発熱領域３２では、基板１８側のガラスの絶縁層２１と最も上側のガラスの保護層２２は密着する構成となる。
【００６６】
なお、図４に示す例では、抵抗発熱体７７の非発熱領域３２は、抵抗発熱体７７の長手方向に複数形成されているが、図５に示すように、抵抗発熱体７７の幅方向に、非発熱領域３２が複数形成されて発熱制御されても良く、その場合、更に、より細やかな温度制御が可能となる。
【００６７】
図６は、本発明の実施の形態である定着ユニット２が有する加熱部材６の構成を示す概略図である。加熱部材６は、定着ベルト５に接触して定着ベルト５を所定の温度に加熱するための部材であり、抵抗発熱体７７、基板１８等以外に、放熱部材１９、押圧部材３３を含んで構成される。
【００６８】
図６に示すように、放熱部材１９は、断面略円弧状とすることで、定着ベルト５を円滑に摺動させることができるため、定着ベルト５と放熱部材１９の表面の密着性が上がり、定着ベルト５への伝熱効率が向上する。その結果、ウォームアップ時間も短く、高速印字時での定着ローラ３の温度追従性が良好な定着ユニット２とすることができる。
【００６９】
放熱部材１９の内側には、加熱部材６が有する抵抗発熱体７７が放熱部材１９の長手方向に対応するように配置されて、抵抗発熱体７７で発生する熱は定着ベルト５に伝達される。そのため、放熱部材１９は、高い熱伝導性を有する材料から形成する必要がある。放熱部材１９を構成する材料としては、アルミニウム等の金属とした。なお、定着ベルト５と摺動する面の曲率は１００ｍｍとした。
【００７０】
また、放熱部材１９の表面には、定着ベルト５との間の摩擦力を低減可能なトップコート層が形成されるのが好ましい。トップコート層を構成する材料としては、ＰＴＦＥ樹脂とＰＦＡ樹脂との少なくともいずれか１つの材料を挙げることができる。これによって、放熱部材１９と定着ベルト５との間の摩擦力を低減することができ、定着ベルト５が磨耗するのも防止でき、定着ベルト５の高い耐久性を確保することができる。更に、定着ベルト５を駆動する図２に示す定着ローラ３及び加圧ローラ４への負荷も低減することができるので、低電力で駆動することが可能となり、定着ローラ３及び加圧ローラ４の耐久性も確保できる。
【００７１】
更に、図６に示すように、放熱部材１９は、押圧部材３３によって、定着ベルト５に押圧されているので、基板１８を抵抗発熱体７７に密着させられるとともに、基板１８及び抵抗発熱体７７が撓むのを抑制できる。
【００７２】
このように、押圧部材３３によって、放熱部材１９が、定着ベルト５に押圧されると、定着ベルト５の張力を一定に制御することも可能となり、定着ベルト５と放熱部材１９の表面の密着性が上がり、定着ベルト５への伝熱効率が向上するので、消費電力の増大を抑えて省エネルギー化が達成できる。更に、定着ベルト５の表面温度が均一となり、定着ベルト５の摺動する面圧も均一化されることから、定着ベルト５の蛇行を抑制することが可能となる。その結果、定着ベルト５及び放熱部材１９の表面の耐久性も向上することができる。
【００７３】
図７は、本発明の第２の実施の形態である図２に示す加熱部材６が有する抵抗発熱体７を、図２に示す放熱部材１９の長手方向から見た概略図である。
【００７４】
図７に示すように、図４と異なり、基板１８の長手方向の両端に備えた電極対２０の間に、更に、もう一対の電極対４０を備える。このことで、電極対４０の間に通電することによって、電極対２０の間よりも狭い幅の領域を加熱できる。即ち、電極対４０が配設されずに、電極対２０しか配設されない状態で、小サイズ紙を通紙した場合、長手方向の端部の温度が上昇してしまっていたが、これを抑えることができる。なお、抵抗発熱体７７の発熱領域Ｓの長手方向の幅は３２０ｍｍで、電圧１００Ｖ印加時の発熱量は１２００Ｗであった。発熱領域ＳＳの長手方向の幅は２００ｍｍで、電圧１００Ｖ印加時の発熱量は、発熱領域ＳＳの発熱時に、電圧、或いは電流を制御して絞ることが望ましい。
【００７５】
以上のように、抵抗発熱体７７の長手方向における発熱量を、通電状態を切替えることによって調整することができ、放熱部材１９及び定着ベルト５の表面における温度分布が所望の温度分布となるように調整することができる。従って、より細やかな温度制御が可能となり、画像欠陥のない良好な画像を提供することが可能となる。
【００７６】
抵抗発熱体７７の長手方向の幅が、図２で示す記録紙８０の最大通紙幅とほぼ同じになるように、発熱領域Ｓの長手方向の幅を設定する。これによって、図２に示す定着ユニット２に通紙される記録紙８０は、両端と中央とで温度差がなく、通紙幅全領域にわたって温度分布の均一化が図られた状態で通紙される。
【００７７】
従って、サイズの異なる紙への対応が可能となり、小サイズ紙を連続で印字した場合、紙が通過していない両端が、過度の温度上昇が発生してしまうことはない。
【００７８】
図８、図９を用いて抵抗発熱体７７に流れる電流量及び発熱量について説明する。どちらの場合も、抵抗発熱体７７の抵抗は、全体として１５Ωとしている。
【００７９】
図８（ａ）は、本発明の実施の形態である発熱領域３１と非発熱領域３２のパターンが複数形成されて発熱制御される抵抗発熱体７７の構成を示す概略図である。図８（ｂ）に、図８（ａ）の等価回路を示す。
【００８０】
一方、図９（ａ）は、本発明の実施の形態に対する参考例となる発熱領域３１のパターンが複数形成されて発熱制御される抵抗発熱体７７の構成を示す概略図である。図９（ｂ）に、図９（ａ）の等価回路を示す。
【００８１】
一般に、発熱領域３１には、厚みのバラツキができ、抵抗値にして、±１０％程度のバラツキが生じる。例えば、図８（ｂ）、図９（ｂ）に示す抵抗Ｒ１とＲ２に相当する発熱領域３１に厚みのバラツキが生じたとして、各発熱領域、即ち、図８（ｂ）では、抵抗Ｒ１〜Ｒ８、及び電極対２０間、図９（ｂ）では、抵抗Ｒ１〜Ｒ６及び電極対２０間の電流量と発熱量を試算してみた。
【００８２】
【表１】
2012027355.tif 000003
【００８３】
【表２】
2012027355.tif 000004
【００８４】
表１、表２に、各発熱領域、即ち、表１では、本発明の抵抗Ｒ１〜Ｒ８及び電極対２０間、表２では、参考例の抵抗Ｒ１〜Ｒ６及び電極対２０間の各発熱領域に相当する抵抗値と電流量、発熱量の試算結果を示す。
【００８５】
表１は、図８（ｂ）に示す抵抗Ｒ１とＲ２に相当する発熱領域３１に厚みのバラツキが生じたとして、各発熱領域に相当する抵抗値と電流量、発熱量の試算結果を示したもので、表２は、図９（ｂ）に示す抵抗Ｒ１とＲ２に相当する発熱領域３１に厚みのバラツキが生じたとして、各発熱領域に相当する抵抗値と電流量、発熱量の試算結果を示したものである。
【００８６】
これは、どちらも、抵抗Ｒ１の発熱領域３１が薄く、抵抗Ｒ２の発熱領域３１が厚くなったと仮定した場合である。
【００８７】
これによれば、図８（ａ）に示すような発熱領域３１のパターンの場合、非発熱領域３２のパターンが形成されているため、表１に示す通り、抵抗Ｒ７に電流が流れることで、厚みが薄くなった抵抗Ｒ１の発熱領域３１の電流量は小さくなる。
【００８８】
一方、図９（ａ）に示すような発熱領域３１のパターンの場合、表２に示す通り、厚みが薄くなった抵抗Ｒ１の発熱領域３１の電流量は、表１に示す抵抗Ｒ７がないため、表１のそれより大きくなってしまう。
【００８９】
一般に、発熱領域３１の厚みが薄い部分に大きな電流が流れると、発熱領域３１の断線や剥離が生じやすくなってしまう。
【００９０】
即ち、発熱領域３１の厚みが薄い部分の電流は、大きくならずに、小さくなる本発明のような発熱領域３１のパターンであれば、発熱領域３１の厚みにバラツキができても、これに起因する発熱領域３１の断線や剥離は生じにくくなる。
【００９１】
図１０に、本発明の別形態の抵抗発熱体７７について説明する。図１０は、本発明の第３の実施の形態である図２に示す加熱部材６が有する抵抗発熱体７７を、図２に示す放熱部材１９の長手方向から見た概略図である。
【００９２】
図１０に示すように、基板１８両端の電極対２０側に位置する非発熱領域３２を長手方向に拡げると、発熱領域３１は狭くなるため、単位面積あたりの電流量が大きくなって、基板１８両端の発熱量が大きくなる。
【００９３】
一般に、長手方向の温度の均一化を図るためには、両端の熱逃げを補償しなければならず、両端の発熱量を増やすことで対応する。
【００９４】
このようにして、基板１８両端の発熱量が増え、基板１８両端の温度低下の補償が可能となり、長手方向の抵抗発熱体７７の発熱量の調整も容易となる。
【００９５】
このようにして、図２に示す放熱部材１９及び定着ベルト５の表面における温度分布が所望の温度分布となるように調整することができる。従って、より細やかな温度制御が可能となり、画像欠陥のない良好な画像を提供することが可能となる。
【００９６】
また、抵抗発熱体７７の長手方向の幅が、図２で示す記録紙８０の最大通紙幅とほぼ同じになるように設定する。これによって、図２に示す定着ユニット２に通紙される記録紙８０は、両端と中央とで温度差がなく、通紙幅全領域にわたって温度分布の均一化が図られた状態で通紙される。
【００９７】
従って、サイズの異なる紙への対応が可能となり、小サイズ紙を連続で印字した場合、紙が通過していない両端が、過度の温度上昇が発生してしまうことはない。
【００９８】
本実施例では、基板１８両端での非発熱領域３２の面積を増やすことで、両端の発熱量を増やしている。なお、抵抗発熱体７７の非発熱領域３２は、長手方向以外、即ち幅方向に複数形成されていても良い。
【００９９】
このように、非発熱領域３２の形状、面積によって、抵抗発熱体７７の発熱量を自在にコントロールできるので、発熱量の分布の自由度が高く、特に精度の高い非発熱領域３２のパターン配置も必要とされない。
【０１００】
また、発熱量が大きい部分は、結果として、非発熱量領域３２の面積も大きくなるので、非発熱量領域３２への放熱効果が期待でき、温度上昇による抵抗発熱体７７の断線、剥離等を防ぐことができる。
【符号の説明】
【０１０１】
Ｅ          光学系ユニット
Ｓ、ＳＳ    発熱領域
Ｙ０        進行方向
Ｙ１、Ｙ２  回転方向
Ｒ１        抵抗（Ｒ２〜Ｒ８）
１          画像形成装置
２          定着ユニット
３          定着ローラ
４          加圧ローラ
５          定着ベルト
６          加熱部材
７          抵抗発熱部
８          ヒータランプ
１０        第１サーミスタ
１１        第２サーミスタ
１２、１４  芯金
１３、１５  弾性層
１６        離型層
１７        定着ニップ部
１８        基板
１９        放熱部材
２０        電極対
２１        絶縁層
２２        保護層
３０        テンションローラ
３１        発熱領域
３２        非発熱領域
３３        押圧部材
４０        電極対
５１        可視画像形成ユニット（５２〜５４）
５５        中間転写ベルト
５６        ２次転写ユニット
５７        内部給紙ユニット
５８        手差し給紙ユニット
５９        感光体
６０        帯電ユニット
６１        現像ユニット
６２        １次転写ユニット
６３        クリーニングユニット
６４        光源
６８、６９  テンションローラ
７０        廃トナーボックス
７３        給紙ローラ
７４        給紙ローラ
７７        抵抗発熱体
８０        記録紙
８１        未定着のトナー像
９１        サーマルプロテクタ
９２        制御回路
９３        電源回路
９４        駆動モータ
９５        ＣＰＵ
９６        電力制御手段
【図１】
2012027355.tif 000005
【図２】
2012027355.tif 000006
【図３】
2012027355.tif 000007
【図４】
2012027355.tif 000008
【図５】
2012027355.tif 000009
【図６】
2012027355.tif 000010
【図７】
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【図８】
2012027355.tif 000012
【図９】
2012027355.tif 000013
【図１０】
2012027355.tif 000014
【図１１】
2012027355.tif 000015