(57)【要約】【課題】本発明の目的は、加圧部材に加圧される弾性変形可能な発熱体を支持部材で支持する構成において、電力の無駄使いや電力アップをすることなく、さらなる省エネと定着性を確保すること。【解決手段】加熱部材とこれに圧接する加圧ローラとの圧接ニップ部にて記録媒体に形成された画像を定着する定着装置であって、加熱部材は、弾性変形可能なヒータ１１ａを耐熱樹脂シート１１ｄで挟んだ構造からなる、弾性変形可能な無端状のフレキシブルヒータ１１と、圧接ニップ部Ｎにて加圧ローラ１３により外側から加圧されるフレキシブルヒータ１１を内側から支持する支持部材１２とを有し、支持部材１２は、長手方向の長さがヒータ１１ａの同方向の長さと比べ同等以上であり、かつ支持部材１２の加圧ローラ１３によりヒータ１１ａが加圧される部分の熱伝導率が、ヒータ及び耐熱樹脂シート１１ｄの熱伝導率に比べ低い材料を使用する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱部材とこれに圧接する加圧部材との圧接ニップ部にて記録媒体に形成された画像を定着するべく記録媒体を挟持搬送する定着装置であって、
前記加熱部材は、弾性変形可能な発熱体を耐熱樹脂シートで挟んだ構造からなる、弾性変形可能な無端状の面状発熱体と、前記圧接ニップ部にて前記加圧部材によって外側から加圧される前記面状発熱体を内側から支持する支持部材と、を有し、
前記支持部材は、記録媒体の搬送方向と直交する幅方向の長さが前記発熱体の同方向の長さと比べ同等以上であり、かつ前記支持部材の前記加圧部材によって前記発熱体が加圧される部分の熱伝導率が、前記発熱体及び前記耐熱樹脂シートの熱伝導率に比べ低い材料を使用することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記面状発熱体は、前記耐熱樹脂シートの外側に、フッ素樹脂に導電剤を添加したコート層を有す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】
前記無端状の面状発熱体は、複数の発熱体を周方向に一定間隔毎に設けるとともに、各発熱体の幅方向の両端に耐熱樹脂シートに被覆されていない電極を設けて、
前記支持部材は、前記圧接ニップ部において、前記各発熱体の電極に対向する位置に、前記各発熱体の電極に接触して給電するための給電部材を設けて、
前記無端状の面状発熱体は、前記圧接ニップ部において、前記発熱体の電極が前記支持部材に設けた給電部材に接触することで給電が行われることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱部材とこれに圧接する加圧部材との圧接ニップ部にて記録媒体に形成された画像を定着するべく記録媒体を挟持搬送する定着装置に関し、特に複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等の画像形成装置に用いられる定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、加熱部材と加圧部材の圧接ニップ部にて記録媒体に形成された画像を定着するべく記録媒体を挟持搬送する定着装置は種々提案されている。例えば、特許文献１には、耐熱ゴム等と比べて熱膨張率が低く、熱伝導性が良い円筒状金属ローラを前記加圧部材として用いた定着装置が開示されている。
【０００３】
上記特許文献１に開示されている定着装置では、加圧ローラがフッ素皮膜を被せたアルミ製の円筒金属ローラから成る。さらに定着装置を構成する加熱部材として、以下の構成が例示されている。半円弧状のガイドステーに、弾性を持たせた線状の加熱体が固定支持され、この加熱体を含むガイドステーの外周に円筒状の耐熱性フィルムが設けられて、加熱部材が構成されている。
【０００４】
そして、無端状の耐熱性フィルムを介して、ガイドステーに支持された加熱体に対して、加圧ローラが圧接されて、所定幅の圧接ニップ部（定着ニップ部）を形成している。加圧ローラは、ギアを介してモータによって回転駆動され、耐熱性フィルムを摺動搬送する。
【０００５】
かかる構成を備えた定着装置は、電源から電極やリード線を介して加熱体に通電して加熱部材を加熱している。そして、定着装置は、トナー画像を載せた記録媒体が前記圧接ニップ部に導入されると、加熱体による加熱と加圧ローラによる加圧力でトナー画像を記録媒体に定着させている。
【０００６】
尚、加熱体への通電は、温度検知手段で検知される温度に応じてＯＮ／ＯＦＦされ、前記圧接ニップ部付近の温度を所定温度を保つように制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−５７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１に開示されている定着装置は、前述した加熱体が弾性（弾性層）を有するため、加圧ローラの形状にならって弾性変形し、加圧ローラとの圧接ニップ部の幅を広くとることができる。このように圧接ニップ部の幅を広くとれることから、上記特許文献１に開示されている定着装置は、省エネをねらった定着装置である。
【０００９】
しかしながら、上記定着装置が、さらに省エネで定着性を確保するためには、ニップ部以外でヒータの熱が奪われないために、圧接ニップ部のみフィルム内面から加圧部材に向かって支持部材で加熱体に力をかける構成に変更する必要がある。しかし、単に支持部材で加熱体に力をかけると、加熱体に圧接（密着）した支持部材が、加熱体から熱をうばってしまい、電力を無駄に使ってしまうおそれがある。
【００１０】
一方、前述の問題を解決するために、支持部材のサイズを小さくすると、加熱体に十分な加圧力を加えることができず、また保温効果が弱まるため、電力アップにより対応する必要が生ずる。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、加圧部材に加圧される弾性変形可能なフレキシブルヒータを用いることにより圧接ニップ部のみ発熱体を支持部材で支持する構成が可能となり、電力の無駄使いや電力アップをすることなく、さらなる省エネと定着性を確保することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明は、加熱部材とこれに圧接する加圧部材との圧接ニップ部にて記録媒体に形成された画像を定着するべく記録媒体を挟持搬送する定着装置であって、前記加熱部材は、弾性変形可能な発熱体を耐熱樹脂シートではさんだ構造からなる、弾性変形可能な無端状の面状発熱体と、前記圧接ニップ部にて前記加圧部材によって外側から加圧される前記面状発熱体を内側から支持する支持部材と、を有し、前記支持部材は、記録媒体の搬送方向と直交する幅方向の長さが前記発熱体の同方向の長さと比べ同等以上であり、かつ前記支持部材の前記加圧部材によって前記発熱体が加圧される部分の熱伝導率が、前記発熱体及び前記耐熱樹脂シートの熱伝導率に比べ低い材料を使用することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、加圧部材に加圧される弾性変形可能な発熱体を支持部材が支持する構成において、電力の無駄使いや電力アップをすることなく、さらなる省エネと定着性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は定着装置の概略構成を示す側面図、（ｂ）は定着装置の斜視図である。
【図２】（ａ）は定着装置におけるフレキシブルヒータの断面図、（ｂ）はフレキシブルヒータの正面図、（ｃ）は定着装置における支持部材の側面図、（ｄ）は支持部材の正面図である。
【図３】（ａ）は比較例を用いた本実施例の消費電力と定着性を表す表図、（ｂ）はニップ幅のみのヒータ点灯と、ヒータの全点灯とを比較した消費電力と定着性を表す表図である。
【図４】定着装置におけるヒータと支持部材の長さによる定着性の関係を示すグラフ図である。
【図５】（ａ）は定着装置の他の概略構成を示す側面図、（ｂ）は定着装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施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、本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る。従って、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１６】
〔第１実施形態〕
図１及び図２を用いて、第１実施形態に係る定着装置について説明する。本実施形態における定着装置は、加圧部材駆動型のフィルム加熱方式を採用した加熱装置により構成されたものである。
【００１７】
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る定着装置１０は、フレキシブルヒータ１１と、支持部材１２と、加圧ローラ１３と、を有している。
【００１８】
図２（ａ）に示すように、フレキシブルヒータ１１は、弾性変形可能な無端状の面状発熱体であり、弾性変形可能な発熱体としてのヒータ１１ａを耐熱樹脂シート１１ｄで挟んだ構造からなる。
【００１９】
フレキシブルヒータ１１は、前記耐熱樹脂シート１１ｄの外側に、約１０μｍのＰＴＦＥ、ＰＦＡ等のフッ素樹脂に導電剤を添加したコート層（表層１１ｃ）が被着された構成なっている。フレキシブルヒータ１１のヒータ１１ａは、ここではＡｇ／ｐｇからなる。このヒータ１１ａを挟む耐熱樹脂シート１１ｄは、熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために膜厚が総厚で約５０μｍのポリイミド樹脂シートからなる。
【００２０】
上述したように、フレキシブルヒータ１１は、ヒータ１１ａをＰＩなどの耐熱樹脂シート１１ｄで挟んで筒状した無端状の構造である。フレキシブルヒータ１１は、支持部材１２によって記録媒体の搬送方向に回転移動可能に支持されている。
【００２１】
また、フレキシブルヒータ１１は、図２（ｂ）に示すように、長手方向（記録媒体の搬送方向と直交する幅方向）の中央部に発熱体としてのヒータ１１ａを備え、その両端に電極１１ｂを備える構造である。
【００２２】
フレキシブルヒータ１１は、周方向に一定間隔毎に複数のヒータ１１ａが設けられ、なおかつ、各ヒータ１１ａの両端に耐熱樹脂シート１１ｄに被覆されていない電極１１ｂが設けられている。
【００２３】
フレキシブルヒータの製法としては筒状の金型の外周上に、円周方向に一定間隔でヒータをセットし、ディッピング塗装で、ポリイミド樹脂を塗装し、乾燥させヒータを内周にもった筒状のポリイミドフィルムを形成する。その後、ポリフィルム内側の両端の電極部のみマスキングし、内周は小さなノズルを使った吹き付け塗装にてポリイミド樹脂を塗装し焼成する。さらに外周は吹き付け塗装にてフッ素樹脂を塗装し焼成する。このような製法により厚みがNIP部20μｍ、電極部50μｍフレキシブルヒータを作成する。
【００２４】
図１に示すように、支持部材１２は、加圧ローラ１３によって外側から加圧されるフレキシブルヒータ１１を内側から支持している。支持部材１２は、フレキシブルヒータ１１に圧接する加圧ローラ１３とともに圧接ニップ部としての定着ニップ部Ｎを形成している。以下、この支持部材１２の、フレキシブルヒータ１１を加圧する面は、平面または加圧ローラ１３の周面と同様の形状をしている。この支持部材１２のフレキシブルヒータ１１を加圧する面を、ニップ面１２ｃ（図３参照）という。
【００２５】
支持部材１２は、回転するフレキシブルヒータ１１を案内するガイド部１２ｂを有している。このガイド部１２ｂは、図３に示すように半円弧状の形状をしている。
【００２６】
支持部材１２は、前記ニップ面１２ｃに、低熱伝導部１２ａを有している。低熱伝導部１２ａは、支持部材１２において、加圧ローラ１３によってヒータ１１ａが加圧される部分である。支持部材１２の低熱伝導部１２ａは、フレキシブルヒータ１１のヒータ１１ａ及び耐熱樹脂シート１１ｄに比べ、熱伝導率の低い材料（熱伝導率１ｗ／ｍｋ以下）で、耐熱性の優れた材料（耐熱温度２５０℃以上）を使用している。具体的には、例えば、液晶ポリマーやシリコンゴムなどを用いている。
【００２７】
支持部材１２はフレキシブルヒータ１１を加圧ローラ１３へ所定の圧力（ここでは総圧５ｋｇの圧）で加圧する。図２に示すように、支持部材１２の軸方向（記録媒体の搬送方向と直交する幅方向）の長さＬ１は、フレキシブルヒータ１１のヒータ１１ａの軸方向（同方向）長さＬ２と同等以上となっている（Ｌ１≧Ｌ２）。これにより、フレキシブルヒータ１１のヒータ１１ａと加圧ローラ１３との定着ニップ部を軸方向全域にわたって確保でき、熱を蓄積することができ、省エネを行うことができる。
【００２８】
加圧ローラ１３は、前記支持部材１２のニップ面１２ｃに向けて前記フレキシブルヒータ１１を外側から加圧する加圧部材である。
【００２９】
上述した加圧ローラ１３は、支持部材１２に支持されたフレキシブルヒータ１１を加圧しながら、支持部材１２のガイド部１２ｂに沿って移動させる回転駆動体を構成する加圧部材である。
【００３０】
この加圧ローラ１３は、加熱部材を構成する支持部材１２に支持されたフレキシブルヒータ１１に当接して圧接ニップ部である定着ニップ部Ｎ（ここではニップ幅２０ｍｍとする）を形成する。そして、加圧ローラ１３は、前記フレキシブルヒータ１１のニップ面（加熱面）に対して、支持部材１２により所定の圧力で当接されている。
【００３１】
加圧ローラ１３は、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス等からなる金属芯軸と、その金属芯軸に外装された、ＡＳＫＥＲ／Ｃ硬度（ここでは５３度）の離型性の良い導電性シリコンゴム等の耐熱ゴム弾性体からなるローラ部とを有している。本実施形態では直径が５０ｍｍ（φ）の加圧ローラが用いられている。
【００３２】
さらに、加圧ローラ１３の表面部分には、記録媒体に対する搬送性、並びにトナーの汚れ防止等の理由から、高離型性層を有する表層が設けられている。例えば、加圧ローラ１３の表面部分には、フッ素樹脂を分散させたコート層（表層）として約５０μｍのＰＦＡチューブが装着されている。
【００３３】
このような加圧ローラ１３の金属芯軸の軸方向一端部は、定着装置駆動用モータ（不図示）に適宜のギアを介して連結されており、加圧ローラ１３が回転駆動されるように構成されている。そして、加圧ローラ１３の回転駆動によって、支持部材１２によって内面が支持されたフレキシブルヒータ１１が、ニップ面１２ｃで密着摺動しながら、支持部材１２のガイド部１２ｂに案内されつつ従動して回転する。これにより定着ニップ部Ｎにて記録媒体が挟持して搬送されるようになっている。
【００３４】
この定着装置では、支持部材１２に支持されたフレキシブルヒータ１１と加圧ローラ１３の定着ニップ部（圧接ニップ部）Ｎ内に、入口ガイド１４を通してシート状の記録媒体が案内される。シート状の記録媒体は定着ニップ部Ｎにて、挟持搬送されつつ画像（トナー像）の定着が行われる。
【００３５】
さらに支持部材１２について詳しく説明する。前述したように、支持部材１２は、記録媒体の搬送方向と直交する幅方向の長さが前記ヒータ１１ａの同方向の長さと比べ同等以上となっている。さらに支持部材１２は、加圧ローラ１３によってヒータ１１ａが加圧された部分である低熱伝導部１２ａの熱伝導率が、ヒータ１１ａ及び耐熱樹脂シート１１ｄの熱伝導率に比べ低い材料を使用して形成されている。
【００３６】
ここで、比較例を用いて、上述した本実施例の支持部材について説明する。ここでは、支持部材なし、支持部材ありで熱伝導率が高いもの、支持部材ありで熱伝導率が低いものを比較している。本実施例は、支持部材ありで熱伝導率が低いものである。支持部材なし、支持部材ありで熱伝導率が高いものは、比較例である。
【００３７】
規定の定着性を満足するために必要な電力を比較した。すると、図３（ａ）に示すように支持部材なしでは１２００Ｗ、支持部材が熱伝導率の高い金属（ＡＬ；２３６ｗ／ｍｋ）では１１００Ｗ、支持部材が熱伝導率の低いもの（液晶ポリマー；０．５Ｗ／ｍｋ）だと７８０Ｗであった。これにより、支持部材ありで熱伝導率が低い材料を使用することで省エネを実現できることがわかった。
【００３８】
また、定着ニップ部Ｎの軸方向の定着性を見ると、図４に示すとおり、支持部材１２の長さがフレキシブルヒータ１１のヒータ１１ａの長さより短い場合は、両端の定着性が２５〜３０％と中央部の定着性に比べて５〜１０％変化してしまった。
【００３９】
これに対し、支持部材１２の低熱伝導部１２ａの長さがフレキシブルヒータ１１のヒータ１１ａの長さに比べて同等以上の場合、軸方向での定着性が変化することなく、全域で２０％以下の定着性を確保することができた。
【００４０】
上述したように、フレキシブルヒータ１１のヒータ１１ａの配列は、複数の帯状のヒータ１１ａが周方向に一定間隔毎に配列されている。このフレキシブルヒータ１１の各ヒータ１１ａの長手方向両端は、耐熱樹脂シート１１ｄに被覆されていない電極１１ｂを設けている。
【００４１】
そして、支持部材１２は、定着ニップ部Ｎにおいて、前記ヒータ１１ａの電極１１ｂに対向する位置に、各ヒータ１１ａの電極１１ｂに接触して給電するための給電部材１２ｄを設けている。
【００４２】
すなわち、支持部材１２のうち、ニップ面１２ｃのヒータ１１ａの領域は、ほぼ全域が低熱伝導部１２ａであるが、その長手方向両端のフレキシブルヒータ１１の電極１１ｂに対向する位置には、電極を接着して給電部材１２ｄを設けている。この給電部材１２ｄは、定着装置本体側の電極と電気的に接続された構造となっており、ヒータへの給電を行う。
【００４３】
これにより、周方向に回転するフレキシブルヒータ１１は、定着ニップ部Ｎの位置でのみ、ヒータ１１ａの電極１１ｂが前記支持部材１２に設けた給電部材１２ｄに接触して給電が行われる。すなわち、定着ニップ部Ｎのニップ幅位置でのみ局所的な給電が可能となり、省エネにつながる。
【００４４】
なお、ここでは、フレキシブルヒータ１１の各ヒータ１１ａの幅は一定の幅（ここでは１．００ｍｍ）、各ヒータの間隔は一定間隔（ここでは０．６ｍｍ）とする。ヒータの幅や間隔は、これに限定されるものではなく、必要に応じて適宜設定すればよい。
【００４５】
また、各ヒータ１１ａの両端の電極１１ｂは、ＳＵＳ等の電極で長さ５ｍｍとしているが、これに限定されるものではない。
【００４６】
また、支持部材１２のうち、ニップ面１２ｃのヒータ１１ａの領域は、ほぼ全域が低熱伝導部１２ａであるが、その長手方向両端のフレキシブルヒータ１１の電極１１ｂに対向する位置には、電極を接着して給電部材１２ｄを設けている。この給電部材１２ｄは、定着装置本体側の電極と電気的に接続された構造となっている（不図示）。
【００４７】
また、上述のニップ幅位置のみヒータが点灯する構成と、周方向のヒータの全てが点灯する構成とで、規定の定着性を満足するために必要な電力を比較した。すると、図３（ｂ）に示すように全点灯だと７８０Ｗ、ニップ部のみ点灯する場合だと５８０Ｗとなり、ニップ幅のみ点灯する構成とすることで、省エネを実現できることがわかった。
【００４８】
上述したように、本実施例によれば、支持部材１２が、長手方向の長さがヒータ１１ａの同方向の長さと比べ同等以上であり、かつ加圧ローラ１３によりヒータ１１ａが加圧される部分の熱伝導率が、ヒータ及び耐熱樹脂シートの熱伝導率に比べ低い材料を使用する。これにより、加圧ローラ１３に加圧される弾性変形可能なヒータ１１ａを支持部材１２が支持する構成において、電力の無駄使いや電力アップをすることなく、さらなる省エネと定着性を確保することができる。
【００４９】
なお、上述した実施例では、図１及び図３に示すように、ニップ面１２ｃにおいて支持部材１２のヒータ１１ａを支持する部分（低熱伝導部１２ａ）が平面又は加圧ローラの周面と同様の形状をもつ構成を例示したが、これに限定されるものではない。
【００５０】
例えば、図５に示すように、ニップ面１２ｃにおいて支持部材１２のヒータ１１ａを支持する部分（低熱伝導部１２ａ）が、円柱状で回転可能な構造をもつ構成としてもよい。これにより、前述の効果に加えて、フレキシブルヒータ１１の内面との摺擦を低減することが可能となる。
【００５１】
さらに、前記回転可能な低熱伝導部１２ａを回転駆動させる構成としてもよい。これにより、給電を行いつつ、加圧ローラ１３の膨張による速度変動を防止することが可能となる。
【００５２】
なお、前述した実施例では、無端状のフレキシブルヒータをフィルムに内包する構成を例示したが、フレキシブルヒータがフィルム自身が発熱する構造でも同様の効果が得られる。
【００５３】
前述した実施例では、定着装置として、記録媒体に形成された未定着画像を加熱・加圧して定着する定着装置を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、記録媒体に定着された画像を加熱することにより画像の光沢を増大させる光沢増大化装置であっても本発明は有効である。例えば、支持部材の記録媒体の進行方向の位置を変更することでで、記録媒体に光沢のありなしをつけることが可能となる。
【符号の説明】
【００５４】
Ｎ    …定着ニップ部
１０  …定着装置
１１  …フレキシブルヒータ
１１ａ …ヒータ
１１ｂ …電極
１１ｄ …耐熱樹脂シート
１２  …支持部材
１２ａ …低熱伝導部
１２ｂ …ガイド部
１２ｃ …ニップ面
１２ｄ …給電部材
１３  …加圧ローラ
１４  …入口ガイド
【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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