(57)【要約】【課題】ウォームアップタイム中に定着フィルムから熱を奪われることが無くなるため、ウォームアップ時間が短縮でき、また、定着画像にグロスむらを生じることのない定着装置を提供すること。【解決手段】可撓性を有する絶縁体からなる無端ベルト状の基材の上に、抵抗発熱層、離型層が形成され、外周面両端部には導電性の電極部が抵抗発熱層に導通するよう設けられた、円筒形状のフィルムを定着部材とし、定着部材に接離可能に取り付けられた加圧回転体と、加圧回転体を回転駆動する駆動手段を備えた定着装置において、定着部材は、両端部内周に挿入されたガイド部材により保持され、電極部は、定着部材にガイド部材が挿入された範囲より広く形成され、加圧回転体が定着部材から離間しているとき、定着部材の内面には、ガイド部材以外に接触する部材は無いことを特徴とする。【選択図】図１
2016048323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性を有する絶縁体からなる無端ベルト状の基材の上に、抵抗発熱層、離型層が形成され、外周面両端部には導電性の電極部が抵抗発熱層に導通するよう設けられた、円筒形状のフィルムを定着部材とし、
前記定着部材に接離可能に取り付けられた加圧回転体と、
前記加圧回転体を回転駆動する駆動手段
を備えた定着装置において、
前記定着部材は、両端部内周に挿入されたガイド部材により保持され、
前記電極部は、前記定着部材に前記ガイド部材が挿入された範囲より広く形成され、
前記加圧回転体が前記定着部材から離間しているとき、
前記定着部材の内面には、前記ガイド部材以外に接触する部材は無いことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記電極部に当接して給電する給電部材を備え、
前記給電部材は、前記定着部材内面に前記ガイド部材が挿入された範囲で
前記給電部に接触給電することを特徴とする請求項１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、複合機、複写機、プリンタ、ファックス等の記録材上に画像形成可能な電子写真方式の定着装置、および定着回転体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機等の電子写真方式を利用した画像形成装置内の定着装置においては、トナー像を担持した記録材を加熱、加圧して、トナー像を定着させる定着装置が用いられる。近年では省エネルギー推進の観点から、熱伝達効率が高く、装置の立ち上がりが速いオンデマンド方式として、熱容量の小さい定着フィルムを介して加熱するフィルム加熱方式の定着装置、すなわちフィルム定着装置が提案されている。
【０００３】
フィルム定着装置は、固定支持された加熱体としての例えばセラミックヒータ（以下、ヒータと記す）と、該ヒータと摺動する伝熱部材としての例えば耐熱性樹脂フィルム（以下、定着フィルムと記す）と、該定着フィルムを介して前記ヒータに圧接してトナー像加熱定着領域としての定着ニップ部を形成する加圧部材としての弾性加圧ローラを有し、定着ニップ部の定着フィルムと加圧ローラとの間で未定着トナー像を担持した記録材を挟持搬送させて定着フィルムを介したヒータからの熱により未定着トナー像を記録材上に加熱溶融定着させるものである。
【０００４】
上記のようなフィルム定着装置は、定着フィルムは、薄肉で熱容量が小さく、かつ熱応答性が良いため、ヒータの熱応答をほぼそのまま定着ニップ部内に反映する事ができる。よって、ヒータ−オン時より短時間の定着温度到達が達成され（オンデマンド方式）、これに伴う省電力が実現される。
【０００５】
フィルム定着装置としては、定着フィルムの搬送に専用の搬送ローラと従動ローラとを用いてテンションを加えながら、加圧ローラとの間で定着フィルムを搬送する方法と、円筒形の定着フィルムを加圧ローラの搬送力で駆動させる方法とがあり、前者は定着フィルムの搬送性を高くできる利点を有し、後者は装置構成を簡略化して低コストの定着装置を実現できる利点がある。
【０００６】
また、このフィルムに発熱層を配することで更なる省エネルギー化を達成する技術も多数提案されている（特許文献1〜2参照）。
【０００７】
これらの発明によると、定着フィルムは、基層、抵抗体発熱層、弾性層、表層からなる構成をもち、定着部材自体が全周で発熱するため、定着部材を回転駆動しなくても、全周を均一に加熱することができる。従来のセラミックヒータを用いるオンデマンド方式の定着装置に比べて、定着部材を加熱する際に加圧部材を当接する必要がなく、熱容量の小さな定着部材のみが発熱するため、ウォームアップタイムが短く、省エネルギー性に優れている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２８１１２３号公報
【特許文献２】特開２００３−０５０５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記に示すような定着部材の場合、以下のような問題がある。無端ベルト状の定着フィルムの内側には、加圧ローラに対向する位置に、定着ニップを形成するためのパッド部材が配置されているのをはじめとして、定着ベルト内面に接する部品が配置されている。加圧ローラが定着フィルムに加圧されていないスタンバイ時に定着フィルムに給電して発熱する際、内面に接触している部材に熱量が奪われることにより、ウォームアップ時間が増加してしまう。また、部分的に熱が奪われることにより、フィルム面内の温度ムラを生じ、定着された画像にグロスムラを生じる原因となってしまう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の定着装置は、可撓性を有する絶縁体からなる無端ベルト状の基材の上に、抵抗発熱層、離型層が形成され、外周面両端部には導電性の電極部が抵抗発熱層に導通するよう設けられた、円筒形状のフィルムを定着部材とし、
前記定着部材に接離可能に取り付けられた加圧回転体と、
前記加圧回転体を回転駆動する駆動手段
を備えた定着装置において、
前記定着部材は、両端部内周に挿入されたガイド部材により保持され、
前記電極部は、前記定着部材に前記ガイド部材が挿入された範囲より広く形成され、
前記加圧回転体が前記定着部材から離間しているとき、
前記定着部材の内面には、前記ガイド部材以外に接触する部材は無い
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の定着装置によれば、ウォームアップタイム中に定着フィルムから熱を奪われることが無くなるため、ウォームアップ時間が短縮でき、また、定着画像にグロスむらを生じることのない定着装置が提供される。また、発熱定着ベルトへの、安定した接触給電が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の定着装置を用いた画像形成装置の断面図
【図２（ａ）】本発明の定着装置の横面概略図
【図２（ｂ）】本発明の定着装置の横面断面図
【図３】本発明の定着装置の正面断面図
【図４（ａ）】本発明の定着装置のフランジ部材付近の横断面図
【図４（ｂ）】本発明の定着装置のフランジ部材付近の横断面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
［実施例１］
（画像形成装置）
図１は、本実施形態の定着装置を用いた画像形成装置の一例であるカラー電子写真プリンタの断面概略図であり、シートの搬送方向に沿った断面図である。本実施形態では、カラー電子写真プリンタを単に「プリンタ」という。
【００１５】
記録材としてのシートは、トナー像が形成されるものである。シートの具体例として、普通紙、普通紙の代用品である樹脂製のシート状のもの、厚紙、オーバーヘッドプロジェクター用などがある。
【００１６】
図１に示すプリンタは、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂｋ（ブラック）の各色の画像形成部１０を備えている。感光ドラム１１は、帯電器１２によってあらかじめ帯電される。その後、感光ドラム１１は、レーザスキャナ１３によって、潜像を形成されている。潜像は、現像器１４によってトナー像になる。感光ドラム１１のトナー像は、一次転写ブレード１７によって、像担持体である例えば中間転写ベルト３１に順次転写される。転写後、感光ドラム１１に残ったトナーは、クリーナ１５によって除去される。この結果、感光ドラム１１の表面は、清浄になり、次の画像形成に備える。
【００１７】
一方、シートＰは、給紙カセット２０、又はマルチ給紙トレイ２５から、１枚ずつ送り出されてレジストローラ対２３に送り込まれる。レジストローラ対２３は、シートＰをローラニップで受け止めて、シートの斜行を修正する。そして、レジストローラ対２３は、中間転写ベルト３１上のトナー像と同期を取って、シートを中間転写ベルト３１と二次転写ローラ３５との間に送り込む。中間転写ベルト上のカラーのトナー像は、転写体である例えば二次転写ローラ３５によってシートＰに転写される。その後、シートのトナー像は、シートが定着装置４０によって、加熱加圧されることでシートに定着される。
【００１８】
（定着装置）
次に、本実施例における定着装置について説明する。定着装置４０は本発明に従う抵抗発熱体を用いた像加熱装置である。図２（a）は定着装置４０の横面概略図、図２（ｂ）は、図２（a）の定着装置４０の横断面概略図である。図３は定着装置４０の正面断面図である。
【００１９】
４２は発熱体（加熱部材）としての円筒状の発熱定着ベルト、４５は加圧部材としての弾性の加圧ローラであり、両者４２・４５を上下に並行に配列して、且つ圧接させて定着ニップ部（加熱ニップ部）Ｎを形成させている。
【００２０】
発熱定着ベルト４２は定着装置の奥側と手前側の側板（不図示）間にフランジ部材１２２に支持させて配設してある。発熱定着ベルト４２の両端部には、フランジ部材１２２のガイド部１２３が嵌合し、発熱定着ベルト４２はガイド部１２３に形状を保持された状態で回動自在となっている。
【００２１】
加圧ローラ４５は、上記発熱定着ベルト４２の下側において発熱定着ベルト４２に並行に配列して、奥側と手前側の端部を定着装置の奥側と手前側の側板間に回転自在に支持させて配設してある。
【００２２】
ニップパッド１０３は発熱定着ベルト４２のフランジ部材１２２によって支持される。またフランジ部材１２２は側板に対して加圧ローラ４５に向かう方向に移動可能に配設してあり、このフランジ部材１２２は加圧バネ１０４の付勢手段で押し下げ付勢した状態にされる。フランジ部材１２２が付勢されることで、加圧ステイ１０６を介してニップパッド１０３を押し下げ付勢し、発熱定着ベルト４２を所定の押圧力Ｆをもって加圧ローラ４５の上面部に圧接させ図３の断面において所定幅の定着ニップ部Ｎを形成させている。
【００２３】
Ｇは加圧ローラ４５の奥側端部に配設した加圧ローラ駆動ギアである。このギアＧに駆動源Ｍ側から駆動力が伝達されることで、加圧ローラ４５が図３において反時計方向に所定の周速度にて回転駆動される。この加圧ローラ４５の回転駆動に伴い、定着ニップ部Ｎにおいて摩擦力が作用して発熱定着ベルト４２に回転トルクが作用することで発熱定着ベルト４２は時計方向に従動回転する。
【００２４】
ニップパッド１０３は、耐熱性および発熱定着ベルト４２内面との摺動性が求められ、発熱定着ベルト４２のニップ近傍部における軌道を規制するガイドとしての役割を有する。加圧パッド１０３の材料として、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂やセラミックス、SUS等の金属を用いることができる。また、ニップ部には摺動性に優れたSUS等の材料を用いて、ガイド部には加工性の優れた液晶ポリマー等の耐熱性樹脂を用いても良い。また、発熱定着ベルト４２との摺動面には耐熱性グリスを塗布しても良い。
【００２５】
図４に定着ベルト４２の発熱領域における断面概略図を示す。また、図5に定着装置４０の手前側のフランジ部材１２２付近の横断面図を示す。本実施例における発熱定着ベルト４２は、少なくとも外周面から順に絶縁層４２ａ、抵抗発熱層４２ｂ、円筒状絶縁基材４２ｃの３層複合構造を有する。
【００２６】
円筒状絶縁基材４２ｃは発熱定着ベルト４２の強度を維持するとともに周方向において変形可能な可撓性を有し、一方で絶縁性を有する。薄すぎると破損しやすく、厚すぎると変形しにくいため、厚さ２０μｍ以上１００μｍ以下のポリイミドなどの耐熱性樹脂材料を使用できる。本実施例では、厚さ５０μｍ、直径が３０ｍｍの円筒状のポリイミドベルトを用いた。
【００２７】
抵抗発熱層４２bは円筒状絶縁基材４２a上に形成されて通電により発熱する。材料としては、ポリイミド等の耐熱性樹脂に導電性カーボンや金属粉体を分散した材料などが使用できる。本実施例では、カーボンを分散させたポリイミドからなる厚み２５μｍの抵抗発熱体のコート層を用いており、発熱定着ベルト４２両端の電極層４２ｄ間の抵抗値が常温時において１０Ωとなるようにカーボン分散量などを調整している。これにより、１００V印加時に抵抗発熱層４２ｂは約１０００W程度の電力により発熱する。
【００２８】
絶縁層４２ａは抵抗発熱層４２ｂおよび電極層４２ｄの一部の上に形成されて発熱定着ベルト４２以外に電流が流れるのを防ぐとともにトナー付着等による汚れを防止する。絶縁層４２aはトナーとの離型性が求められ、電極層４２ｄや抵抗発熱層４２ｂと接しているため電流が流れないよう絶縁性も求められることから、絶縁性を有するフッ素樹脂材料、例えばPFA、PTFEなどを用いることができる。また、薄すぎると紙や加圧ローラとの摩擦による摩耗により短寿命となり、厚すぎると熱容量が増大し熱伝達が低下することにより省エネ性を損なうため、１０〜５０μｍのフッ素樹脂材料を使用するのが望ましい。本実施例では、厚さ２０μｍの絶縁性ＰＦＡ樹脂チューブを用いた。
【００２９】
発熱定着ベルト４２は、必ずしも3層構造である必要は無く、例えば、カラー画像を形成する場合に良好な画質を得るためには、発熱定着ベルト４２の表面をシート表面形状に追従させやすくするように、絶縁層４２aおよび抵抗発熱層４２ｂの間に、シリコーンゴムなどからなる弾性層を設けた方が良い。また、絶縁層４２aまたは弾性層が直接抵抗発熱層４２ｂに加熱されることで熱劣化等が生じるのを防ぐために、絶縁層４２aまたは弾性層と抵抗発熱層４２ｂの間に中間層を設けても良い。また、発熱定着ベルト４２の各層間の接着強度を高めるために、接着層を設けても良い。更に、絶縁層４２aの上に別途離型層を設けても良く、この場合は離型層に導電性材料を使用することが出来る。
【００３０】
発熱定着ベルト４２の両端部には、抵抗発熱層４２ｂへ給電するための電極層４２ｄが形成されている。電極層４２ｄは、ポリイミド等の耐熱性樹脂に導電性粒子などを分散した材料が使用できる。また、抵抗発熱層４２ｂに比べて抵抗が十分小さくなるよう抵抗値を調整することで、電極層４２ｄにおける発熱を抑えることができる。本実施例では、導電性粒子を分散したポリイミドを７５μｍ厚に形成したものを使用した。
【００３１】
発熱定着ベルト４２の電極層４２ｄには、給電部材５０が当接している。給電部材５０は、電極層４２ｄと接触して安定して電極層４２ｄおよび抵抗発熱層４２ｂに通電することができるように、金属ブラシやカーボンチップを用いたもの、または回転するローラタイプなどの中から選択するのが良い。給電部材５０はAC電源に接続されて、制御回路により通電制御される。サーミスタ検知温度に基づいて通電制御パターンが決定され、決定した通電制御パターンに応じて位相制御/波数制御などにより抵抗発熱層４２ｂに電力を供給できる。給電部材５０は、フランジ部材１２２にＳＵＳ等の板バネを介して固定されている。フランジ部材１２２は、樹脂製で電気的に絶縁されている。
【００３２】
４５は加圧ローラであり、金属材料からなる芯金と、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴム、あるいはシリコーンゴムの発泡体からなる弾性層と、フッ素樹脂などからなる絶縁層からなり、芯金の両端部を回転自由に軸受け支持させて配設してある。また、加圧ローラ４５の弾性層はシートをシワなどが発生することなく安定的に搬送するために、外径形状を逆クラウン形状としている。
【００３３】
定着装置４０には、上記の部材や機構の他に、発熱定着ベルトと加圧ローラが圧接された状態の時に加圧ローラを回転させる不図示の加圧ローラ駆動機構、および発熱定着ベルト４２と加圧ローラ４５の圧接状態と離間状態を切り替えられる加圧状態制御機構を有している。
【００３４】
次に、本発明の特徴である、フランジ部材１２２に設けられたガイド部１２３の形状と、定着ニップ形成時およびスタンバイ時の発熱定着ベルト４２の形状について説明する。
【００３５】
図３は、定着装置４０の正面断面図である。図３(a)は発熱定着ベルト４２が加圧ローラ４５から離間した状態を、図３(b)は発熱定着ベルト４２が加圧ローラ４５に当接した状態を示している。
【００３６】
図４は、定着装置４０横断面図であり、発熱定着ベルト４２にフランジ部材１２２に設けられたガイド部１２３が嵌合する部分の詳細図である。図４(a)は発熱定着ベルト４２が加圧ローラ４５から離間した状態を、図４(b)は発熱定着ベルト４２が加圧ローラ４５に当接した状態を示している。
【００３７】
図３(a)、図４(a)に示すように、発熱定着ベルト４２が加圧ローラ４５から離間しているとき、発熱定着ベルト４２の断面形状は、ガイド部１２３の断面形状に倣っている。定着装置４０のウォームアップ動作は、この状態で給電部材５０から発熱定着ベルト４２の電極層４２ｄに給電することにより行われる。図４(a)に示すように、電極層４２ｄは、ガイド部１２３が発熱定着ベルト４２に嵌合する範囲より広く形成されている。電極層４２ｄは抵抗発熱層４２ｂに比べて電気抵抗が十分小さいため、電極層４２ｄが形成されている範囲では抵抗発熱層４２ｂは発熱しない。このため、ウォームアップ動作中に抵抗発熱層４２ｂにおいて発生した熱量は、他の部材へ接触熱伝導により奪われることが無く、短時間で定着動作に必要な温度を得ることができる。
【００３８】
画像形成装置が画像形成動作を開始し、シートＰが定着装置４０に到達する直前に、フランジ部材１２２が加圧バネ１０４により下方に押圧され、図３(b)、図４(b)に示す加圧状態に移行する。すなわち、ニップパッド１０３が発熱定着ベルト４２を介して加圧ローラ４５に押圧され、定着ニップＮが形成される。このとき、ガイド部１２３の断面形状に対して、加圧ローラ４５の断面形状が侵入するが、図４(b)に示すように、ガイド部１２３と加圧ローラ４５は、軸方向で重ならない配置となっている。発熱定着ベルト４２は可撓性を有するため、ガイド部１２３に形状を規制される部分と、定着ニップＮを形成する部分の間で、断面形状の変化が吸収される。
【００３９】
定着動作中も、給電部材５０から発熱定着ベルト４２の電極層４２ｄへの給電が行われる。図４(b)に示すように給電部材５０からの給電は、発熱定着ベルト４２にガイド部１２３が嵌合している範囲内で行われるため、給電部材５０の接触圧が変動することはなく、安定した給電が可能となる。
【００４０】
上記の構成により、発熱定着ベルト４２の電極層４２ｄを形成した部分の内面にガイド部１２３を嵌合させて発熱定着ベルト４２を保持し、発生した熱量が接触熱伝導により他の部材に奪われることがないため、定着装置のウォームアップ時間が短縮され、グロスムラの無い高品位な定着画像を得ることが可能となった。また、電極層４２ｄへの給電は、ガイド部１２３が嵌合した範囲に給電部材５０を当接させて行うため、接触圧が安定し、安定した給電が可能となった。
【符号の説明】
【００４１】
１０  画像形成部、１１  感光ドラム、１２  帯電器、１３  レーザスキャナ、
１４  現像器、１５  クリーナ、１７  一次転写ブレード、２０  給紙カセット、
２３  レジストローラ対、２５  マルチ給紙トレイ、３１  中間転写ベルト、
３５  二次転写ローラ、４０  定着装置、４２  発熱定着ベルト、４２ａ  絶縁層、
４２ｂ  抵抗発熱層、４２ｃ  円筒状絶縁基材、４２ｄ  電極層、４５  加圧ローラ、
５０  給電部材、１０３  ニップパッド、１０４  加圧バネ、１０６  加圧ステイ、
１２２  フランジ部材、１２３  ガイド部、Ｇ  加圧ローラ駆動ギア、Ｍ  モータ、
Ｎ  定着ニップ部、Ｐ  シート
【図１】
2016048323.tif 000003
【図２（ａ）】
2016048323.tif 000004
【図２（ｂ）】
2016048323.tif 000005
【図３】
2016048323.tif 000006
【図４（ａ）】
2016048323.tif 000007
【図４（ｂ）】
2016048323.tif 000008