JP2008070737A - 定着装置及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】寿命が長く、かつ、エネルギー効率が高い定着装置及びこれを搭載する画像得形成装置を提供する。
【解決手段】本発明の定着装置は、円弧形状の基板上に設けられる抵抗発熱体とこの抵抗発熱体上に形成される保護層とからなるヒータ３００と、このヒータ３００とニップ部材１７０とに張架されるベルト１３０と、ベルト１３０を介して該ニップ部材１７０と対向し回転駆動される加圧ローラ１００と、ヒータ３００に対向しベルト１３０を介して紙搬送領域全体を押圧する対向ローラ６００とを具備してなり、ベルト３００内面の熱伝導率は、ベルト３００外面及び対向ローラ６００表面の熱伝導率より大きく設定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、記録紙上の未定着トナーを、その通過中に融着し、かつこれを記録紙側に押圧し定着させる定着装置及びそれを用いた画像形成装置に関するものである。

複写機やプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に搭載され記録紙上の未定着トナー像を接触加熱定着する定着装置として、従来、円弧ヒータとニップ部材とに張架したベルト、加圧ローラとから構成されるものが知られている。このような定着装置としては、例えば、特許文献１（特開２００３−２８７９６９号公報）には、加熱電力を供給することにより発熱する面状の抵抗発熱体部と定着ベルトの裏側が摺接するための曲面を備えた加熱パネル、定着ベルトの裏側が摺接する弾性部を有する加圧パッド、上記加熱パネルと上記加圧パッドとの間に張力をかけて掛け渡された定着ベルト、及び、上記定着ベルトを挟んで上記加圧パッドとの間で相互に向かい合う加圧力が付与され、一定方向に回転駆動される加圧ローラを備えており、上記定着ベルトと上記加圧ローラとで形成されるニップ部にトナーが吸着された記録紙が導かれることを特徴とするベルト式定着装置が記載されている。
特開２００３−２８７９６９号公報

従来技術においては、円弧ヒータとニップ部材とでベルトを張架するようにして構成されているが、円弧ヒータからベルトへと熱を効率的に伝達させるべく円弧ヒータとベルトの接触圧をかせぐために、ベルトにある程度の張力を持たせるようにしなければならなかった。ところが、このようにベルトに上記のようなある程度の張力をかけると、円弧ヒータもしくはニップ部材の角、縁におけるベルトの曲率が大きく変化する箇所において、ベルトに大きな負担がかかってしまう。すなわち、ベルト回転に伴い、円弧ヒータ、もしくは、ニップ部材の角、縁でベルト内面が擦られ磨耗劣化、ベルト破断、もしくは、弾性変形を超えたせん断力がベルトにかかり、機械的疲労によりベルトに亀裂が入る、などの現象が発生し、定着装置自体としての寿命が短くなってしまう、という問題があった。

上記のような問題の一方で次のような問題も従来技術は内包している。すなわち、従来技術においてはベルトを安定回転駆動させるために、（ベルト内面と円弧ヒータ表面の摩擦力）＋（ベルト内面とニップ部材表面の摩擦力）＜（ベルト外面と加圧ローラ表面の摩擦力）になるように設計されているが、ベルト外面と加圧ローラ表面との摩擦力が過大となるとベルト外面や加圧ローラ表面の摩耗が激しくなってしまう関係から、摩擦力をある程度制限しなくてはならない。ところが、この摩擦力を制限すると、今度は円弧ヒータのベルトとの当接力が弱くなってしまい、円弧ヒータからベルトへの伝熱効率が悪くなってしまう。その結果、定着装置としての消費電力が大きくなってしまう、という問題があった。

本発明は上記の各課題を解決するために、請求項１に係る発明は、円弧形状の基板上に設けられる抵抗発熱体と該抵抗発熱体上に形成される保護層とからなるヒータと、該ヒータとニップ部材とに張架されるベルトと、該ベルトを介して該ニップ部材と対向し回転駆動される加圧ローラと、該ヒータに対向し該ベルトを介して紙搬送領域全体を押圧する押圧部材と、を具備し、該ベルト内面の熱伝導率は、ベルト外面及び押圧部材表面の熱伝導率より大きく設定されることを特徴とする定着装置である。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の定着装置であって、該ベルト基材は金属、該ベルト外面及び該押圧部材表面は樹脂で形成されることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の定着装置であって、該押圧部材はローラ形状であることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の定着装置であって、該押圧部材の材質は発泡シリコーンゴムであることを特徴とする。

また、請求項５に係る発明は、請求項３又は請求項４に記載の定着装置であって、該押圧部材を駆動することを特徴とする。

また、請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の定着装置であって、該押圧部材は該抵抗発熱体の対向領域に設けることを特徴とする。

また、請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の定着装置であって、該保護層はＰＴＦＥ含有ポリイミドであることを特徴とする。

また、請求項８に係る発明は、請求項１乃至請求項７いずれかに記載の定着装置であって、該ベルト内面に耐熱潤滑剤を塗布することを特徴とする。

また、請求項９に係る発明は、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の定着装置を用いたことを特徴とする画像形成装置である。

このような本発明によれば、押圧部材を設けることによって、円弧ヒータとニップ部材でベルトを張架するときにおいて過大な張力をベルトに負担させることなく、円弧ヒータとベルトとの当接力をかせぐことができるようになるので、円弧ヒータ、もしくは、ニップ部材の角、縁におけるベルト変形は弾性変形にとどまり、ベルト破壊に結びつくような塑性変形をなくすことができる。また、円弧ヒータ、もしくは、ニップ部材の角、縁でベルト内面が強く擦られることがなくなる。そして、その結果、ベルトの寿命、ひいては定着装置としての寿命を延ばすことができる。

また、本発明によれば、押圧部材を設けることによって、円弧ヒータとベルトとの当接力が増大するので、円弧ヒータからベルトへの伝熱効率が向上し、定着装置としてのエネルギー効率を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る定着装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る定着装置の断面を示す図であり、図２は、本発明の実施の形態に係る定着装置の斜視図であり、図３は、本発明の実施の形態に係る定着装置の画像形成装置本体に対する取り付け部の構造を示す図である。

図１乃至図３において、１００は加圧ローラ、１０１は芯金、１０２はシリコーンゴム中間層、１０３はＰＦＡ表層、１２０は未定着画像、１２１は記録紙、１２２は未定着トナー、１３０はベルト、１３３はベルト温度センサー、１５１は円弧ヒータ温度センサー、１６０はたわみ防止シャフト、１７０はニップ部材、１７１はリブ、２００はベルトユニット、３００は円弧ヒータ、４００は支持部材（胴当て部材）、５０１はベルトユニット取り付け側板、５０２は加圧ローラ取り付け側板、５０３は対向ローラ取り付け側板、５０４は対向ローラ軸受け、６００は対向ローラ、６０１は対向ローラ芯金、６０２は対向ローラ弾性層をそれぞれ示している。

本発明の実施の形態に係る定着装置は、矢印ｂ方向から進入する記録紙１２１上の未定着トナー１２２を、その通過中に融着し、かつこれを記録紙１２１側に押圧し定着させることによって、記録紙１２１上の未定着画像１２０を永久可視像へと変換する画像形成装置の一工程を担うものである。

図１乃至図３において、矢印ａは加圧ローラ１００の回転駆動方向、矢印ｂは未定着画像１２０進入方向、矢印ｃはベルト１３０の回転方向をそれぞれ示しており、各部がこのよう方向に動作することによって、上述するように未定着画像１２０が矢印ｂ方向で定着装置を通過する。また、図１乃至図３において、矢印ｄは対向ローラ６００回転方向、矢印ｅは円弧ヒータ３００のベルト１３０への当接方向、矢印ｆはニップ部材１７０のベルト１３０当接方向をそれぞれ示している。

加圧ローラ１００は、ステンレス製の芯金１０１の周囲にシリコーンゴムからなるシリコーンゴム中間層１０２を配し、さらに表面に熱可塑性フッ素樹脂からなるＰＦＡ表層１０３を施したものである。この加圧ローラ１００は、不図示の動力機構によって矢印ａ方向に回転することによって、ベルト１３０とのニップ部における摩擦でベルト１３０を回動させる。

ベルト１３０は円弧ヒータ３００とニップ部材１７０に張架されて、矢印ｃ方向に回動することによって、記録紙１２１をベルト１３０−加圧ローラ１００間のニップ部を通過させると共に、円弧ヒータ３００からの熱を伝達して当該ニップ部を通過する未定着トナー１２２を加熱する。

ベルト温度センサー１３３はベルト１３０の温度を不図示の制御部がモニターするために設けられた温度検出手段であり、また、円弧ヒータ温度センサー１５１は円弧ヒータ３００の温度を不図示の制御部がモニターするために設けられた温度検出手段である。

ニップ部材１７０は、ベルト１３０を張架する部材の一つであると共に、加圧ローラ１００との間に未定着画像１２０を通過させるニップ部を形成する部材であり、材料としては耐熱性に優れたエンジニアリングプラスチックであるポリフェニレンスルフィド(ＰＰＳ)が用いられる。

なお、ニップ部材１７０はエンジニアリングプラスチック製であり、比較的強度にも優れてはいるが、ベルト１３０を介して、加圧ローラ１００に押しつけられるとたわむ可能性があるために、それを防止するためリブ１７１を介して、たわみ防止用シャフト１６０が設けられている。そして、たわみ防止用シャフト１６０両端と加圧ローラ１００両端の間に不図示の加圧バネを設け、ニップ部材１７０をベルト１３０を介して加圧ローラ１００に加圧する。

円弧ヒータ３００は概略剛性基板３０１上に印刷された抵抗発熱体３２０とそれを保護する保護層３３０からなる。抵抗発熱体３２０は通電されることによって発熱し、当該円弧ヒータ３００が熱せられ、この熱がベルト１３０へと伝達する。

支持部材（胴当て部材）４００には、斜視図に示すように円弧ヒータ３００を支持する凹部（溝）が形成されており、不図示の圧接バネにより円弧ヒータ３００をベルト１３０に押し付けるように構成される。また、支持部材（胴当て部材）４００は、ベルト１３０が軸方向一方端への寄りを規制する寄り止めとしても機能する。

対向ローラ６００は対向ローラ芯金６０１に２０ｍｍφのステンレスシャフトからなり、まわりに厚さ７ｍｍ発泡シリコーンゴム層を対向ローラ弾性層６０２として設けている。この発泡シリコーンゴムの熱伝導率は０．１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。ベルト１３０幅は最大サイズ紙幅以上に設定しているので、対向ローラ６００は紙搬送領域全体を常に押圧することになる。本実施形態において、対向ローラ６００はベルト１３０を円弧ヒータ３００側に押圧する押圧部材として機能する。

本実施形態においては、後述するようにベルト１３０の内周面には金属材料などの熱伝導率の高い材料が用いられるのに対して、対向ローラ６００の表層部である対向ローラ弾性層６０２には、発泡シリコーンゴムなどの熱伝導率の低い材料が用いられる。これは、定着において必要となる熱をベルト１３０から対向ローラ６００が奪ってしまわないようにするためである。

なお、不図示であるが、対向ローラ６００は円弧ヒータ３００の抵抗発熱体３２０が全て、対向ローラ６００とベルト１３０のニップ内領域に入るように構成されている。対向ローラ芯金６０１は図示していないモータにギアで結合され、矢印ｄ方向に回転駆動される。

一方、ニップ部材１７０は樹脂製で、背面のたわみ防止用シャフト１６０両端に荷重をかけ、ベルト１３０を介し、加圧ローラ１００に矢印ｆ方向に圧接する。以上、説明したベルト１３０、円弧ヒータ３００、たわみ防止用シャフト１６０、ニップ部材１７０、リブ１７１でベルトユニット２００を形成する。ベルトユニット２００は、図示するようにベルトユニット取り付け側板５０１で支持されている。このとき、たわみ防止シャフト１６０をベルトユニット取り付け側板５０１に固定支持し、円弧ヒータ３００は図１の矢印ｅ方向に移動可能なように支持される。

対向ローラ６００は対向ローラ軸受け５０４を介して、対向ローラ取り付け側板５０３に回転可能に固定支持される。また、支持部材４００と対向ローラ取り付け側板５０３間に図示していない圧接バネを設け、円弧ヒータ３００はベルト１３０を介し、対向ローラ６００に押し付けられている。よって、圧接バネ荷重が円弧ヒータ３００のベルト１３０への圧接力になる（図１の矢印ｅ方向）。

加圧ローラ１００は回転可能に加圧ローラ取り付け側板５０２に固定支持される。そして、たわみ防止シャフト１６０はベルトユニット取り付け側板５０１を介して、図示していない加圧バネにより、加圧ローラ取り付け側板５０２に押し付けられている。
したがって、たわみ防止シャフト１６０がニップ部材１７０、ベルト１３０を介して加圧ローラ１００に押し付けられる形になる。

よって、加圧バネ荷重がニップ部材１７０のベルト１３０を介した加圧ローラ１００への加圧荷重になる（図１の矢印ｆ方向）。

次に、本発明の実施の形態に係る定着装置における円弧ヒータ３００についてより詳しく説明する。まず円弧ヒータ３００の構造について詳しく説明する。図４は、本発明の実施の形態に係る定着装置に用いる円弧ヒータ３００の電気的な配線構造を斜視的に示す図であり、図５は、本発明の定着装置に用いる円弧ヒータ３００に剛性基板として金属製基板を用いた場合の断面構造を示す図であり、図６は、本発明の定着装置に用いる円弧ヒータ３００に剛性基板として絶縁性基板を用いた場合の断面構造を示す図である。

図４において、３０１は剛性基板、３１０は電極、３１１は板バネ電極、３１２は円弧ヒータ用電源コード、３２０は抵抗発熱体をそれぞれ示している。
また、図５において、１３０はベルト、３０２は金属製剛性基板、３４０は絶縁層、３２０は抵抗発熱体、３３０は保護層、６００は対向ローラ、６０１は対向ローラ芯金、６０２は対向ローラ弾性層をそれぞれ示している。また、図６において、１３０はベルト、３０３は絶縁性剛性基板、３２０は抵抗発熱体、３３０は保護層、６００は対向ローラ、６０１は対向ローラ芯金、６０２は対向ローラ弾性層をそれぞれ示している。

円弧ヒータ３００の構造における基礎となる剛性基板３０１には金属製の基板と、絶縁性の基板との２種類の材料の基板を用いることができる。図５及び図６に円弧ヒータ３００の層構成がわかるように概略断面図が示されている。図５は剛性基板として金属製剛性基板３０２が用いられる場合であり、この場合、抵抗発熱体３２０と、金属製剛性基板３０２の間に絶縁層３４０を設ける。図６に示すものは剛性基板として絶縁性剛性基板３０３が用いられる場合であり、この場合は、抵抗発熱体３２０を絶縁性剛性基板３０３上に直接形成している。本実施形態では、この絶縁性剛性基板３０３には、アルミナセラミックを用い、厚みは１ｍｍとしている。

抵抗発熱体３２０は銀タングステン、銀パラジウムなどを用い、幅３ｍｍ、長さ３００ｍｍで円弧ヒータ３００の頂点付近に間隔１．４ｍｍをとって２本設けた。この２本の抵抗発熱体３２０は、対向ローラ６００と円弧ヒータ３００とが形成するニップ領域の範囲内に配置されるように構成する。抵抗発熱体３２０の両端には銀電極３１０を設け、その部分は保護層３３０を被覆しないようにして、板バネ電極３１１を圧接し、導通をとるように構成している。板バネ電極３１１には円弧ヒータ用電源コード３１２が接続され、電力が供給される。円弧ヒータ３００消費電力はＡＣ１００Ｖ印加時に１０００Ｗとなるように構成する。なお、図５のように、剛性基板として金属製剛性基板３０２を用いる場合は、絶縁層３４０として、ガラスまたはポリイミド樹脂などの耐熱性のある絶縁材料が適している。

次に、本発明の実施の形態に係る定着装置におけるベルト１３０の構造についてより詳しく説明する。図７は、本発明の実施の形態に係る定着装置に用いるベルト１３０の断面構造を示す図である。図７において、１３４はベルト基材、１３５は弾性層、１３６は剥離層をそれぞれ示している。

弾性層１３５は紙の繊維凹凸にベルト１３０表面を倣わせ、トナー層に均一圧力がかかるようにして、光沢ムラの発生を防止するために設けられている。また、剥離層１３６は加熱溶融トナーが粘着し、紙がベルト１３０に張り付くのを防止するための層である。弾性層１３５には２００μｍ厚シリコーンゴム、剥離層１３６には２０μｍ厚ＰＦＡ樹脂を用いた。なお、ＰＦＡの熱伝導率は０．２４Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。また、ベルト基材１３４は、ベルト周長伸縮を抑える他に、円弧ヒータ３００表面、及び、ニップ部材１７０との摺擦に対してベルト強度を保つためにニッケルが用いられる。ニッケルの熱伝導率は９０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。なお、ベルト基材１３４としてはニッケルの他に、ステンレスなども用い得るし、弾性層１３５、剥離層１３６の材質も上記のような目的にかなうものであれば他の材料を用いても構わない。

本実施形態においては、後述するようにベルト１３０の内周面には金属材料などの熱伝導率の高い材料が用いられるのに対して、ベルト１３０の外周面にはＰＦＡ樹脂などの熱伝導率の低い材料が用いられる。これは、ベルト１３０から対向ローラ６００への熱伝導を減らして、定着において必要となる熱を逃がさないようにするためである。

次に、本発明の実施の形態に係る定着装置と比較例に係る定着装置について説明する。本発明の実施の形態に係る定着装置の構成部品の条件一覧を表１に示す。なお、耐熱潤滑剤には協同油脂株式会社製の商品名「マルテンプ」フッ素グリースを用いた。

次に、本実施形態に係る定着装置・比較例に係る定着装置の性能評価方法について説明する。
＜円弧ヒータ３００のベルト１３０への当接力の設定方法＞
本実施形態・比較例において、圧接バネ荷重を両端２本合わせて、５〜２５ｋｇの範囲、１ｋｇ刻みで変化させる。 そのときのベルト１３０がすべらない、最大圧接バネ荷重を円弧ヒータ３００のベルト１３０を介した対向ローラ６００への上限当接力とする。なお、ベルト１３０すべりは、非通紙時、上質紙通紙時、厚紙通紙時、未定着トナー画像のある上質紙、未定着トナー画像のある厚紙の５水準の状態で調べた。
＜定着装置搭載画像形成装置の消費電力の評価方法＞
本実施形態・比較例において、各々の円弧ヒータ３００のベルト１３０を介した対向ローラ６００への上限当接力における定着の消費電力を比較した。消費電力は、本実施形態及び比較例の定着装置を画像形成装置に搭載し、画像形成装置のＡＣ１００Ｖ電源部に積算電力計（日置電機株式会社製、モデル３３３２）を接続し測定した。１時間毎に連続４０枚の印字を行い、電源投入から８時間経過までにおける１時間当たりの平均エネルギー消費量（Ｗｈ／ｈ）を消費電力とした。
＜定着装置の寿命評価方法＞
本実施形態・比較例の定着装置を搭載した画像形成装置で洋型４号封筒の連続通紙を行い、定期的にべた画像印字を行い、その画質を目視観察することにより、寿命を評価した。 洋型４号封筒１００枚通紙毎にＡ３普通紙に黒べた画像を印字し、画像の濃淡ムラ、光沢ムラが著しくなった時点を寿命と判断した。もしくは、洋型４号封筒１００枚通紙毎に画像形成装置の扉を開け、定着装置の外観を目視観察し、ベルト１３０に亀裂が入った場合も寿命と判断した。封筒のような厚紙で段差のあるものを通紙することが最もベルト１３０に損傷を与え、寿命判定の加速試験になる。

次に、本実施形態に係る定着装置・比較例に係る定着装置の比較について説明する。
（押圧部材（対向ローラ６００）の有無について）
比較例１の定着装置の概略断面図を図８示す。比較例１の定着装置が、本実施形態に係る定着装置と異なる点は、押圧部材としての対向ローラ６００を有さない点である。図８において、本実施形態に係る定着装置と同一の部材には同一の番号を付している。
図８に示すように、比較例１の定着装置では、円弧ヒータ３００に対向する押圧部材である対向ローラ６００が存在しないため、円弧ヒータ３００とニップ部材１７０でベルト１３０を矢印ｇ方向に張架することにより、円弧ヒータ３００のベルト１３０への当接力を得ている。

表２に比較例１の性能評価結果を示す。比較例１の定着装置では圧接力６ｋｇ、本実施形態の定着装置は圧接力２１ｋｇでベルト１３０すべりが発生した。これは、本実施形態の定着装置は対向ローラ６００を矢印ｄ方向に回転駆動させており、円弧ヒータ３００とベルト１３０の摩擦力が増加しても安定にベルト回転が行えるからである。したがって、円弧ヒータ３００のベルト１３０への圧接力は本実施形態の定着装置のほうが大きく、円弧ヒータ３００からベルト１３０への伝熱効率が向上し、消費電力を低減することが出来た。さらに、本実施形態の定着装置の方が比較例１よりも寿命封筒通紙枚数が増加した。これは、比較例１は円弧ヒータ３００とニップ部材１７０でベルト１３０を張架しているため、図８の範囲ＥＤにおいて、ベルト回転に伴い、円弧ヒータの角、縁でベルト内面が強く擦られ磨耗劣化、もしくは、弾性変形を超えたせん断力がベルトにかかり、その結果、早期に機械的疲労によりベルトに亀裂が入ったためである。

次に、比較例２として、図１の対向ローラ６００を、紙搬送領域全体ではなく部分的に押圧する対向ローラに変えた。図９に比較例２に係る定着装置を示す。図９において、６０３は部分対向ローラ、６０４は部分対向ローラ芯金、６０５は部分対向ローラ弾性層、またＲＬは部分対向ローラ６０３のローラ長さをそれぞれ示している。また、図９において、本実施形態に係る定着装置と同一の部材には同一の番号を付している。

図９の部分対向ローラ６０３の長さＲＬは最大紙サイズ幅Ａ３、３００ｍｍよりも５ｍｍ短い２９５ｍｍとしてある。このような定着装置を用いて、印字評価を行うと、Ａ３普通紙が少しずれて搬送された場合に、べた画像の端部に低光沢部分が現れ、光沢ムラとなる場合があった。これは、対向ローラの存在しない紙搬送領域端部では、円弧ヒータ３００からベルト１３０への圧接力が低下し、伝熱効率が低下した結果、ベルト１３０温度が下がったためである。
（ベルト１３０、対向ローラ６００の材質について）
比較例３の定着装置として、表１の本実施形態の条件のうちベルト基材１３４をポリイミド樹脂（熱伝導率０．１７Ｗ／（ｍ・Ｋ））に変更した。表２に比較例３の性能評価結果を示す。

比較例３の定着装置では、ベルト１３０内面、外面、対向ローラ６００の熱伝導率が同程度に低いため、円弧ヒータ３００からベルト１３０への伝熱効率が小さく、消費電力が増加した。

比較例４の定着装置として表１の本実施形態の条件のうち対向ローラ６００材質をアルミ（熱伝導率２２２Ｗ／（ｍ・Ｋ））に変更した。表２に比較例４の性能評価結果を示す。

比較例４の定着装置では、ベルト１３０内面の熱伝導率、ベルト１３０外面の熱伝導率＜対向ローラ６００の熱伝導率であるため、ベルト１３０から対向ローラ６００への熱の逃げが増加し、結果として、消費電力が増加した。
（押圧部材の形状について）
比較例５の定着装置の概略断面図を図１０に示す。比較例５の定着装置が、本実施形態に係る定着装置と異なる点は、対向ローラ６００を固定押圧部材６１０に変更した点である。図１０において、６１０は固定押圧部材、６１１は剛性基板、６１２は弾性部、６１３はすべり表層をそれぞれ示している。また、図１０において、本実施形態に係る定着装置と同一の部材には同一の番号を付している。

比較例５の定着装置は、剛性基板６１１上に弾性層６１２を設け、さらにその上に、摩擦力低減のためにすべり表層６１３を設けた構成となっている。比較例５の定着装置では、剛性基板６１１の材質はステンレス、弾性層６１２の材質は発泡シリコーンゴム、すべり表層６１３材質はＰＴＦＥ３０％含有ポリイミドとした。

表２に比較例５の定着装置の性能評価結果を示す。比較例５では圧接力６ｋｇでベルト１３０すべりが発生した。これは、固定押圧部材６１０がベルト１３０に摺擦する構成のため、固定押圧部材６１０または円弧ヒータ３００とベルト１３０の摩擦力が増加したためである。したがって、円弧ヒータ３００からベルト１３０への伝熱効率は小さく、消費電力は従来技術（比較例１）と同程度となった。

また、封筒通紙枚数４６００枚の時点でＡ３黒べた画像の印字を行うと、縦スジ状の光沢ムラが発生した。これは、固定押圧部材６１０がベルト１３０に摺擦する構成のため、ベルト１３０の外面に磨耗傷が入ったことが原因である。しかし、円弧ヒータ３００とニップ部材１７０でベルト１３０を張架しないため、従来技術（比較例１）よりは寿命封筒通紙枚数が延びた。
（対向ローラ６００の材質について）
比較例６の定着装置として、表１の本実施形態の条件のうち対向ローラ６００材質を稠密なシリコーンゴム（熱伝導率０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ））に変更した。

表２に比較例６の定着装置の性能評価結果を示す。比較例６の定着装置では、対向ローラ６００の熱伝導率が増加したため、ベルト１３０から対向ローラ６００への熱の逃げが増加し、結果として、消費電力が若干増加した。
（対向ローラ６００の駆動・非駆動について）
比較例７の定着装置として、表１の本実施形態の条件のうち対向ローラ６００動作を従動に変更した。このために、対向ローラ芯金６０１に結合されているギア、モータを取り外し、ベルト１３０の回転に応じて連れ回りするようにした。

表１に比較例７の定着装置の性能評価結果を示す。比較例７の定着装置では圧接力６ｋｇでベルト１３０すべりが発生した。これは、対向ローラ６００がベルト１３０に連れ回る構造なので、円弧ヒータ３００とベルト１３０の摩擦力が図１５で示す従来技術（比較例１）と同程度になるためである。したがって、円弧ヒータ３００からベルト１３０への伝熱効率は小さく、消費電力は従来技術（比較例１）と同程度となった。

一方、封筒通紙枚数５１００枚でＡ３黒べた画像の印字を行うと、縦スジ状の光沢ムラが発生した。これは、対向ローラ６００の回転速度がベルト１３０よりも時々遅くなるために、対向ローラ６００とベルト１３０が摺擦し、ベルト１３０外面に磨耗傷が入るからである。しかし、円弧ヒータ３００とニップ部材１７０でベルト１３０を張架しないため、従来技術（比較例１）よりは寿命封筒通紙枚数が延びた。
（抵抗発熱体のレイアウトについて）
図１１に比較例８の定着装置の概略断面図を示す。比較例８の定着装置では、円弧ヒータ３００と対向ローラ６００のベルト１３０を介したニップよりも外側に抵抗発熱体３２０を設けた。

表２に比較例８の定着装置の性能評価結果を示す。円弧ヒータ３００と対向ローラ６００のベルト１３０を介したニップの外側においては、円弧ヒータ３００のベルト１３０への当接力が低減する。したがって、抵抗発熱体３２０をニップ外に設けると、円弧ヒータ３００からベルト１３０への伝熱効率が減少し、消費電力が増加した。
（保護層３３０の材質について）
表１の本実施形態における条件のうち円弧ヒータ保護層３３０材質を表３に示す比較例９〜比較例１１の材質に変更した。表２に実施例、比較例９〜比較例１１の性能評価結果を示す。

比較例９のガラス、比較例１１のポリイミドは、摩擦係数が大きいため、圧接力１０ｋｇ、または、１５ｋｇでベルト１３０すべりが発生した。よって、円弧ヒータ３００からベルト１３０への伝熱効率は小さく、消費電力が増加した。

また、比較例１０はＰＴＦＥが柔らかいため磨耗劣化が激しく、封筒通紙枚数２２００枚で、円弧ヒータ保護層３３０が一部除去され、摩擦力が増加し、ベルト１３０すべりが発生した。よって、低摩擦なＰＴＦＥと硬くて磨耗しにくいポリイミドを混合したＰＴＦＥ含有ポリイミドが最も優れた円弧ヒータ保護層３３０材質である。
（ベルト内面に耐熱潤滑剤を塗布する作用について）
比較例１２として、表１の本実施形態の条件のうち耐熱潤滑剤ベルト内面塗布なしを評価した。表２に実施例、比較例１２の性能評価結果を示す。

耐熱潤滑剤をベルト内面に塗布しないと、円弧ヒータ３００とベルト基材１３１の摩擦力が増加するため、圧接力１９ｋｇでベルト１３０すべりが発生した。よって、円弧ヒータ３００からベルト１３０への伝熱効率は小さく、消費電力が増加した。また、ベルト内面の磨耗劣化が増加するために、若干、寿命封筒通紙枚数が小さくなる。

次に、本発明の実施の形態に係る定着装置の動作について説明する。定着装置の動作は、図示していないステッピングモータの回転駆動力が図示していないギアを介して加圧ローラ１００に伝達され、矢印ａ方向に回転駆動を開始される。

同時に、別の図示していないステッピングモータの回転駆動力が図示していないギアを介して対向ローラ６００に伝達され、矢印ｄ方向に回転駆動を開始する。加圧ローラ１００、及び、対向ローラ６００とベルト１３０の摩擦力により、ベルト１３０が矢印ｃ方向に回転する。

円弧ヒータ３００には、電力が供給され、ベルト１３０が加熱される。ベルト１３０上にベルト温度センサー１３３が設置され、ベルト温度が定着温度になるように円弧ヒータ３００への供給電力が制御される。

さらに、円弧ヒータ３００背面に円弧ヒータ温度センサー１５１が設置され、円弧ヒータ３００がある上限温度を超えた場合は強制的に円弧ヒータ３００への電力供給が中止される。

図１２は、本発明の実施の形態に係る定着装置の温度制御フローチャートを示す図である。なお、図１２のフローチャートに示す定着装置の温度制御は、種々考えられる温度制御のあくまで一例を示すものである。また、図１２において、
（定着温度）＜（円弧ヒータ下限温度）＜（円弧ヒータ上限温度）
である。定着温度に制御された定着装置に矢印ｂ方向に未定着画像１２０が進入し、定着が行われる。

次に、以上のような定着装置が搭載される画像形成装置について説明する。図１３は、本実施形態に係る定着装置を搭載した画像形成装置の構成を示す図である。図１３において、１１は露光装置、１２は定着装置、１３は感光体、１４は帯電装置、１５は現像装置、１６は一次転写装置、１７は中間転写ベルト、１８は現像ロータリー、１９は清掃装置、２０は給紙カセット、２１は二次転写装置をそれぞれ示している。

以上のように構成される画像形成装置の動作の概要について説明する。まず、不図示のパーソナルコンピュータなどから、画像形成装置に対して印字命令が出されると、立ち上がりに時間を要する露光装置１１、定着装置１２が最初に立ち上がり開始される。次に、感光体１３が矢印Ｐ方向に回転を開始すると共に、同時に中間転写ベルト１７が矢印Ｍ方向に回転開始する。次に、帯電装置１４、現像装置１５、一次転写装置１６、二次転写装置２１が立ち上がりが始まる。

帯電装置１４で感光体１３を帯電し、露光装置１１からレーザー光を矢印Ｌ方向に照射され、感光体１３上に静電潜像が形成される。次に、現像装置１５で静電潜像をトナー画像に顕像化し、一次転写装置１６でこれらトナー画像を感光体１３から中間転写ベルト１７に転写する。清掃装置１９では、感光体１３上の転写残りトナーを清掃回収する
現像ロータリー１８が矢印Ｒ方向に回転、別色現像装置１５を感光体１３に対向させる。なお、現像ロータリー１８には現像装置１５と同様の現像装置が４台設置されているが、現像装置１５以外は図示していない。そして、各々、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの色トナーを内包している。

シアン、マゼンダ、イエロー、ブラック各色について、帯電装置１４での感光体１３を帯電、感光体１３上の静電潜像の形成、現像装置１５による静電潜像のトナー画像の顕像化、一次転写装置１６でのトナー画像を感光体１３から中間転写ベルト１７への転写を繰り返し、中間転写ベルト１７上にフルカラートナー画像を形成
給紙カセット２０からは、記録紙が給紙され、二次転写装置２１により、フルカラートナー画像が中間転写ベルト１７から記録紙へ転写される。この記録紙上のフルカラートナー画像は、本実施形態の定着装置１２を通過して定着される。なお、記録紙は矢印Ｋで示す搬送経路を通る。また、所定印字枚数の印字終了まで、上記の工程が繰り返し行われる
印字終了後、現像ロータリー１８の動作停止、感光体１３の回転停止、露光装置１１、定着装置１２、帯電装置１４、現像装置１５、一次転写装置１６、二次転写装置２１が立ち下がる。

以上、本発明によれば、押圧部材を設けることによって、円弧ヒータとニップ部材でベルトを張架するときにおいて過大な張力をベルトに負担させることなく、円弧ヒータとベルトとの当接力をかせぐことができるようになるので、円弧ヒータ、もしくは、ニップ部材の角、縁におけるベルト変形は弾性変形にとどまり、ベルト破壊に結びつくような塑性変形をなくすことができる。また、円弧ヒータ、もしくは、ニップ部材の角、縁でベルト内面が強く擦られることがなくなる。そして、その結果、ベルトの寿命、ひいては定着装置としての寿命を延ばすことができる。

また、本発明によれば、押圧部材を設けることによって、円弧ヒータとベルトとの当接力が増大するので、円弧ヒータからベルトへの伝熱効率が向上し、定着装置としてのエネルギー効率を高めることができる。

本発明の実施の形態に係る定着装置の断面を示す図である。 本発明の実施の形態に係る定着装置の斜視図である。 本発明の実施の形態に係る定着装置の画像形成装置本体に対する取り付け部の構造を示す図である。 本発明の実施の形態に係る定着装置に用いる円弧ヒータ３００の電気的な配線構造を斜視的に示す図である。 本発明の定着装置に用いる円弧ヒータ３００に剛性基板として金属製基板を用いた場合の断面構造を示す図である。 本発明の定着装置に用いる円弧ヒータ３００に剛性基板として絶縁性基板を用いた場合の断面構造を示す図である。 本発明の実施の形態に係る定着装置に用いるベルト１３０の断面構造を示す図である。 比較例に係る定着装置を示す図である。 比較例に係る定着装置を示す図である。 比較例に係る定着装置を示す図である。 比較例に係る定着装置を示す図である。 本発明の実施の形態に係る定着装置の温度制御フローチャートを示す図である。 本実施形態に係る定着装置を搭載した画像形成装置の構成を示す図である。

符号の説明

１１・・・露光装置、１２・・・定着装置、１３・・・感光体、１４・・・帯電装置、１５・・・現像装置、１６・・・一次転写装置、１７・・・中間転写ベルト、１８・・・現像ロータリー、１９・・・清掃装置、２０・・・給紙カセット、２１・・・二次転写装置、１００・・・加圧ローラ、１０１・・・芯金、１０２・・・シリコーンゴム中間層、１０３・・・ＰＦＡ表層、１２０・・・未定着画像、１２１・・・記録紙、１２２・・・未定着トナー、１３０・・・ベルト、１３４・・・ベルト基材、１３５・・・弾性層、１３６・・・剥離層、１３３・・・ベルト温度センサー、１５１・・・円弧ヒータ温度センサー、１６０・・・たわみ防止シャフト、１７０・・・ニップ部材、１７１・・・リブ、２００・・・ベルトユニット、３００・・・円弧ヒータ、３０１・・・剛性基板、３０２・・・金属製剛性基板、３０３・・・絶縁性剛性基板、３１０・・・電極、３１１・・・板バネ電極、３１２・・・円弧ヒータ用電源コード、３２０・・・抵抗発熱体、３３０・・・保護層、３４０・・・絶縁層、４００・・・支持部材（胴当て部材）、５０１・・・ベルトユニット取り付け側板、５０２・・・加圧ローラ取り付け側板、５０３・・・対向ローラ取り付け側板、５０４・・・対向ローラ軸受け、６００・・・対向ローラ、６０１・・・対向ローラ芯金、６０２・・・対向ローラ弾性層、６０３・・・部分対向ローラ、６０４・・・部分対向ローラ芯金、６０５・・・部分対向ローラ弾性層、６１０・・・固定押圧部材、６１１・・・剛性基板、６１２・・・弾性部、６１３・・・すべり表層

Claims (9)

1. 円弧形状の基板上に設けられる抵抗発熱体と該抵抗発熱体上に形成される保護層とからなるヒータと、
   該ヒータとニップ部材とに張架されるベルトと、
   該ベルトを介して該ニップ部材と対向し回転駆動される加圧ローラと、
   該ヒータに対向し該ベルトを介して紙搬送領域全体を押圧する押圧部材と、
   を具備し、
   該ベルト内面の熱伝導率は、ベルト外面及び押圧部材表面の熱伝導率より大きく設定されることを特徴とする定着装置。
2. 該ベルト基材は金属、該ベルト外面及び該押圧部材表面は樹脂で形成されることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 該押圧部材はローラ形状であ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。
4. 該押圧部材の材質は発泡シリコーンゴムであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の定着装置。
5. 該押圧部材を駆動することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の定着装置。
6. 該押圧部材は該抵抗発熱体の対向領域に設けることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の定着装置。
7. 該保護層はＰＴＦＥ含有ポリイミドであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の定着装置。
8. 該ベルト内面に耐熱潤滑剤を塗布することを特徴とする請求項１乃至請求項７いずれかに記載の定着装置。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の定着装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。

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