JP2009169030A - 定着装置、及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウォームアップ時間が短い面状発熱ベルト定着方式の定着装置において、熱効率に優れ、消費電力が小さく、かつ、定着ベルトがスリップし難い構成を実現する。
【解決手段】面状発熱部材３３は、少なくとも軸方向に沿う両端部が、定着ローラ３０の周面に近接或いは接触しており、軸方向より見た上端部近傍の形状が、定着ローラ３０の周面に対してなだらかに形成されている。面状発熱部材３３と定着ローラ３０との間に巻回された定着ベルト３２は、その内周面の殆どの領域が、面状発熱部材３３或いは定着ローラ３０の何れか一方と接触し、かつ、加熱部材との接触部分にて形状が歪になるようなことなく自然な形状を呈している。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置及びこれを備えた画像形成装置に関するものである。

複写機、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置として、熱ローラ定着方式の定着装置が多用されている。熱ローラ定着方式の定着装置は、互いに圧接されたローラ対（定着ローラ及び加圧ローラ）を備え、このローラ対の両方或いは何れか一方の内部に配置されたハロゲンヒータ等からなる加熱手段によりローラ対を所定の温度（定着温度）に加熱した後、未定着トナー画像が形成された記録紙をローラ対の圧接部（定着ニップ部）に給紙し、圧接部を通過させることで熱と圧力によりトナー画像の定着を行うようになっている。

ところで、カラー画像形成装置に備えられる定着装置においては、定着ローラ表層にシリコンゴム等からなる弾性層を設けた弾性ローラを用いることが一般的である。定着ローラを弾性ローラとすることで、定着ローラ表面が、未定着トナー画像の凹凸に対応して弾性変形し、トナー画像面を覆い包むように接触するため、モノクロに比べてトナー量の多いカラーの未定着トナー画像に対して良好に加熱定着を行うことが可能となる。

また、定着ニップ部での弾性層の歪み解放効果により、モノクロに比べてオフセットしやすいカラートナーに対して離型性を向上することができる。

さらに、定着ニップ部のニップ形状が上（定着ローラ側）に凸（所謂、逆ニップ形状）となることから、用紙の剥離性能を向上させることができ、剥離爪等の剥離手段を用いずとも用紙の剥離が可能となり（セルフストリッピング）、剥離手段に起因する画像欠陥を解消することができる。

ところで、このようなカラー定着装置において、高速化に対応するには定着ニップ部のニップ幅を広くする必要がある。ニップ幅を広くする手段として、定着ローラの弾性層を厚くする方法と定着ローラ径を大きくする方法の２つがある。

しかしながら、弾性層の熱伝導性は非常に低いので、従来のように定着ローラ内部に加熱手段がある場合、厚い弾性層を有する定着ローラでは、プロセス速度を高速化した場合に定着ローラ温度が追従しなくなるといった問題がある。一方、定着ローラ径を大きくした場合には、ウォームアップ時間が長くなったり、消費電力が増大したりするといった問題がある。

このような問題を解決するために、近年、カラー定着装置においては、特許文献１に開示されているように、定着ローラと加熱ローラとの間に定着ベルトを掛け渡し、定着ベルトを介して定着ローラと加圧ローラを圧接させた構成のベルト定着方式が使用されるようになってきた。

このベルト定着装置では、熱容量が小さい定着ベルトを加熱するためウォームアップ時間が短く、また定着ローラにハロゲンランプ等の熱源を内蔵する必要がないので、スポンジゴム等からなる低硬度の弾性層を厚く設けることができ、広いニップ幅を確保することができる。

さらに、ベルト定着方式において、加熱手段を面状発熱体とした定着装置（面状発熱ベルト定着方式）が特許文献２等に開示されている。この面状発熱ベルト定着装置では、従来の加熱ローラに比べて、加熱手段の熱容量も小さくなると同時に、加熱手段としての面状発熱体が直接発熱することから、ハロゲンランプを用いて間接的に加熱ローラを加熱する従来方式に比べて熱応答性も向上し、ウォームアップ時間の更なる短縮や更なる省エネ化が達成できる。
特開平１０−３０７４９６号公報 特開２００２−３３３７８８号公報

しかしながら、このような従来の面状発熱ベルト定着装置においては、以下のような問題点を有している。

すなわち、特許文献２の構成では、軸方向から見て外形が略半円弧状をなす加熱部材と定着ローラとは離間して配設され、かつ、加熱部材の曲率半径は定着ローラの半径に比して大きく、幅も定着ローラの直径よりも大きいため、巻回されている定着ベルトは、加熱部材との接触部分にて形状が歪になっている。

そのため、特許文献２の構成では、定着ベルトの内周面における面状発熱体とも定着ローラとも接していない領域から雰囲気中へ放熱が生じ、熱効率が良くないといった問題がある。また、巻回されている定着ベルトの形状が歪であるため、加熱部材と摺動する際に定着ベルトに加わる摩擦力により定着ベルトがスリップしやすいといった問題もある。

さらに、定着ローラが回転を停止している待機中は、定着ベルトにおける加熱部材と接触している部分しか予熱できないため、待機直後に印字動作に移行した場合、定着ベルトの熱が定着ローラに急速に奪われ、アンダーシュートが大きくなる。その結果、定着ベルト温度が定着可能な温度に復帰するまでに時間を要し、ＦＣＯＴ（ファーストコピー時間）が長くなるといった問題もある。

なお、特許文献２においては、加熱部材を定着ローラの近傍に配置することで、放熱ロスを低減し、ベルト搬送性も向上すると記載されているが、加熱部材と定着ローラとが離れている構成では、熱ロスを低減し、ベルト搬送性を向上する効果は決して充分ではない。また、加熱部材を定着ローラの近傍に配置することで、輻射熱と対流により定着ローラが温められるとも記載されているが、加熱部材と定着ローラとが離れている構成では、熱容量の大きな定着ローラを予熱し得るとする効果も決して充分ではない。

本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、第１の目的は、ウォームアップ時間が短い面状発熱ベルト定着方式の定着装置において、熱効率に優れ、消費電力が小さく、かつ、定着ベルトがスリップし難い構成の定着装置を提供することであり、第２の目的は、さらにＦＣＯＴも短い構成の定着装置を提供することである。

本発明の定着装置は、上記課題を解決するために、定着ローラと、面状発熱体よりなる湾曲された加熱部材と、上記定着ローラ及び上記加熱部材の外周に巻回された無端状の定着ベルトとを有する定着部と、該定着部における定着ローラと上記定着ベルトを介して対向して配された、上記定着ローラを加圧する加圧部とを備えた定着装置において、上記加熱部材は、少なくとも軸方向に沿う両端部が、上記定着ローラの周面に近接或いは接触しており、軸方向より見た上記両端部近傍の形状が、上記定着ローラの周面に対してなだらかであることを特徴としている。

上記の構成によれば、加熱部材と定着ローラとの間に巻回された定着ベルトは、その内周面の殆どの領域が、加熱部材或いは定着ローラの何れか一方と接触し、雰囲気中に露出している領域が無い或いは殆ど無い構成とできるので、定着ベルト内面から空気中に放熱することによる熱損失を無くする或いは極力抑えて、熱効率を向上させることができる。

しかも、定着ベルトは、加熱部材との接触部分にて形状が歪になるようなことなく自然な形状を呈し、定着ベルトの摺動負荷が小さくなり、定着ベルトのスリップを抑制することができる。

具体的には、本発明の定着装置において、上記定着ベルトの内周面の１００％の領域が、上記加熱部材或いは上記定着ローラのいずれか一方と接触している構成とすることが最も好ましいが、内周面の８０％以上であれば、熱効率を従来の構成よりも向上させることができる。

本発明の定着装置においては、さらに、上記加熱部材は、上記定着ローラと同心をなす円弧状をなし、上記定着ローラに覆い被さるよう配置されており、上記定着ベルトは、軸方向より見た形状がほぼ円形の状態を保ちつつ上記加熱部材と摺動する構成とすることもできる。

上記構成によれば、定着ベルトの形状がほぼ円に近い形状となることから、定着ベルトの摺動負荷を効果的に小さくでき、定着ベルトのスリップをより一層、抑制することができる。

また加熱部材の内側の全領域に、定着ローラの周面が近接する位置関係となるので、定着ベルトを介することなく、加熱部材が直接、定着ローラを加熱する効果も高い。

本発明の定着装置においては、さらに、軸方向より見た上記加熱部材の幅が、軸方向より見た上記定着ローラの幅よりも狭い構成とすることが好ましい。

上記構成によれば、定着ベルトが定着ローラに１８０度以上で巻き掛かることになり、定着ローラによる定着ベルトの駆動力を十分確保することができ、定着ベルトのスリップを効果的に抑制することができる。

本発明の定着装置においては、さらに、上記加圧部の加圧力を解除する加圧解除機構を備えており、待機時、上記加圧解除機構にて上記加圧部の加圧力が解除されると共に、上記定着ローラは回転されて予熱される構成とすることもできる。

上記構成では、待機時も、定着ローラは回転され、加熱部材の熱にて均一に予熱されるので、待機直後に印字動作に移行しても、定着ベルトの熱が定着ローラに急速に奪われてアンダーシュートが大きくなるようなことはなく、ＦＣＯＴ（ファーストコピー時間）を短縮することができる。

しかも、加圧部の加圧力を解除した上で定着ローラを回転させるようになっているので、定着ベルトが定着ローラの回転に伴って回転することはなく、定着ベルトのライフが加熱部材や温度センサ等との摺動により短くなってしまうといった不具合も回避できる。

本発明の定着装置においては、さらに、上記加圧部が、上記定着部と同じ構成を有し、上記定着ローラに相当する加圧ローラと、上記定着ベルトに相当する加圧ベルトと、上記加熱部材に相当する加圧側加熱部材を有する構成とすることもできる。

従来の面状発熱ベルト定着方式の定着装置では、定着ベルトがスリップしやすいために定着部側か加圧部側のどちらか一方しか、ベルト構成が取れなかったが、本発明の構成では、ベルトの摺動負荷が小さくスリップしにくいために、両方共にベルト構成とすることが可能であり、加圧部側もベルト構成とすることで、面状発熱ベルト定着方式の利点である短いウォームアップ時間をより短くして、さらなる省エネ化、高速化を実現できる。

また、このように加圧部側もベルト構成とした場合、待機時、上記定着ローラと共に加圧ローラも回転されて予熱される構成とすることが好ましい。

これにより、待機時、定着ローラだけでなく加圧ローラも加熱部材の熱にて予熱されるので、待機直後に印字動作に移行した場合のアンダーシュートをより小さくして、ＦＣＯＴ（ファーストコピー時間）をより一層、短縮することができる。

本発明は、また、上記した本発明の定着装置を備えた画像形成装置もその範疇としている。

本発明の定着装置は、以上のように、上記加熱部材は、少なくとも軸方向に沿う両端部が、上記定着ローラの周面に近接或いは接触しており、軸方向より見た上記両端部近傍の形状が、上記定着ローラの周面に対してなだらかである構成であり、本発明の画像形成装置は、このような定着装置を備えている。

これによれば、定着ベルトの内周面の殆どの領域が、加熱部材或いは定着ローラの何れか一方と接触し、雰囲気中に露出している領域の無い構成とできるので、定着ベルト内面から空気中に放熱することによる熱損失を無くする或いは極力抑えて、熱効率を向上させることができる。しかも、定着ベルトの形状が、加熱部材との接触部分にて歪になるようなことなく、定着ベルトの摺動負荷が小さくなり、定着ベルトのスリップを抑制することができる。

これにより、ウォームアップ時間が短い面状発熱ベルト定着方式の定着装置において、より熱効率に優れ、消費電力が小さく、かつ、定着ベルトがスリップし難くできるという効果を奏する。

さらに、本発明の定着装置は、上記加圧部の加圧力を解除する加圧解除機構を備え、待機時、上記加圧解除機構にて上記加圧部の加圧力が解除されると共に、上記定着ローラは回転されて予熱される構成である。

上記構成では、待機時も、定着ローラは回転され、加熱部材の熱にて均一に予熱されるので、待機直後に印字動作に移行しても、定着ベルトの熱が定着ローラに急速に奪われてアンダーシュートが大きくなるようなことがない。これにより、ＦＣＯＴを短縮することができるという効果を併せて奏する。

〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について、図１ないし図４に基づいて説明すれば、以下の通りである。尚、本実施の形態では、本発明の定着装置、画像形成装置をカラー複合機に適用した場合であり、図１はカラー複合機に備えられた定着ユニット（定着装置）の構成を示す軸方向の断面図、図２はカラー複合機の概略構成図、図３は面状発熱体よりなる面状発熱部材の断面構成を示す拡大図、図４は加熱部材の正面図である。

本実施の形態に係るカラー複合機１００は、図２に示すように、光学系ユニットＥ、４組の可視像形成ユニットｐａ、ｐｂ、ｐｃ、ｐｄ、中間転写ベルト１１、二次転写ユニット１４、定着ユニット１５、内部給紙ユニット１６及び手差し給紙ユニット１７とを備えている。

可視画像形成ユニットｐａはトナー像担持体となる感光体１０１ａの周囲に、帯電ユニット１０３ａ、現像ユニット１０２ａ、クリーニングユニット１０４ａが配置している。一次転写ユニット１３ａは中間転写ベルト１１を介して配置している。他の３組の可視像形成ユニットｐｂ、ｐｃ、ｐｄは可視画像形成ユニットｐａと同様の構成であり、各ユニットの現像ユニットにはイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂ）の各色トナーが収容されている。

光学系ユニットＥは光源４からのデータを４組の感光体１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄに届くように配置されている。中間転写ベルト１１はテンションローラ１１ａ、１１ｂによりたわむことなく配置され、テンションローラ１１ｂ側に廃トナーＢＯＸ１２、テンションローラ１１ａ側に二次転写ユニット１４が当接して配置されている。

定着ユニット１５は、定着ローラ３０と加圧ローラ３１とが、図示していない加圧手段により所定の圧力で圧接されており、二次転写ユニット１４の下流に配置されている。本実施形態では、面状発熱ベルト定着方式の定着ユニット１５を備えており、詳細については後述する。

画像形成の工程は以下のようになる。感光体ドラム１０１ａ表面を帯電ユニット１０３ａで一様に帯電した後、光学系ユニットＥにより感光体ドラム１０１ａ表面を画像情報に応じてレーザー露光し静電潜像を形成する。帯電ユニット１０３ａとしては、感光体ドラム１０１ａ表面を一様に、また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している。その後、現像ユニット１０２ａにより感光体ドラム１０１ａ上の静電潜像に対しトナー像を現像し、この顕像化されたトナー画像をトナーとは逆極性のバイアス電圧が印加された一次転写ユニット１３ａにより中間転写ベルト１１上に転写する。

他の３組の可視像形成ユニットｐｂ、ｐｃ、ｐｄも同様に動作し順次中間転写ベルト１１上に転写するようになっている。中間転写ベルト１１上のトナー画像は二次転写ユニット１４まで搬送され、別途、内部給紙ユニット１６の給紙ローラ１６ａまたは手差し給紙ユニット１７の給紙ローラ１７ａから給紙された記録紙に、トナーとは逆極性のバイアス電圧が印加されて転写される。記録紙上のトナー画像は定着ユニットに搬送され、定着ユニット１５を通過するときに十分に加熱・加圧されて記録紙上に融着し、外部へ排出される。

次に、本実施形態の定着ユニット（定着装置）１５の構成について、図１、図３、図４を用いて説明する。定着ユニット１５は、記録紙（記録材）Ｐの表面に形成された未定着のトナー画像Ｔを、熱及び圧力によって記録紙上に定着させるものである。なお、この未定着のトナー画像Ｔ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。

図１に示すように、定着ユニット１５は、面状発熱ベルト定着方式であり、定着ローラ３０と、無端状の定着ベルト３２と、定着ベルト３２を懸架し加熱するための面状発熱部材（加熱部材）３３と、加圧ローラ３１と、加圧ローラ３１を熱するための熱源であるヒータランプ３４と、定着ベルト３２及び加圧ローラ３１各々の温度を検出する温度検出手段を構成する温度センサとしてのサーミスタ３５ａ，３５ｂと、加圧スプリング５３と、加圧解除機構５０とを備えている。なお、定着ローラ３０と、定着ベルト３２と、面状発熱部材３３とで定着部６０が構成され、加圧ローラ３１とヒータランプ３４とで加圧部６１が構成されている。

定着ローラ３０及び加圧ローラ３１は、加圧スプリング５３により、所定の荷重（例えば、本実施例１では２１６Ｎ）で互いに圧接され、両ローラ間に定着ニップ部（定着ローラと加圧ローラとが互いに当接する部分）Ｎを形成している。なお、本実施例１では、ニップ幅（定着ニップ部Ｎの記録紙搬送方向の幅）を７ｍｍとしている。

この定着ニップ部Ｎに未定着トナー画像Ｔを形成された記録紙Ｐを給紙し、定着ニップ部Ｎを通過させることで、記録紙Ｐにトナー画像Ｔが定着されるようになっている。記録紙Ｐが定着ニップ部Ｎを通過する時には、定着ベルト３２は記録紙Ｐのトナー画像形成面に当接する一方、加圧ローラ３１は記録紙Ｐにおけるトナー画像形成面とは反対側の面に当接するようになっている。

定着ローラ３０は、定着ベルト３２を介して、加圧ローラ３１に圧接することで定着ニップ部Ｎを形成すると同時に、回転駆動することにより定着ベルト３２を搬送する目的のものである。定着ローラ３０としては、例えば、内側から順に芯金３０ａ、弾性層３０ｂが形成された２層構造のものを用いることができる。芯金３０ａには、たとえば、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。また、弾性層３０ｂにはシリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性を有するゴム材料が適している。なお、本実施例１では、定着ローラ３０は、直径が３０ｍｍで、芯金３０ａに直径１５ｍｍの鉄、弾性層３０ｂに厚さ５ｍｍのシリコンスポンジゴムを用いている。

加圧ローラ３１としては、例えば、内側から順に芯金３１ａ、弾性層３１ｂ、離型層３１ｃが形成された３層構造のものを用いることができる。芯金３１ａには、たとえば、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。また、弾性層３１ｂにはシリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性を有するゴム材料等が用いられる。また、離型層３１ｃ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）や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。なお、本実施例１では、加圧ローラ３１は、直径は３０ｍｍで、芯金３１ａに直径２４ｍｍ、肉厚２ｍｍの鉄（ＳＴＫＭ）、弾性層３１ｂに厚さ３ｍｍのシリコンソリッドゴム、離型層３１ｃに厚さ３０μｍのＰＦＡチューブを用いている。

また、加圧ローラ３１の内部には、加圧ローラ３１を加熱するハロゲンランプ等からなるヒータランプ３４が配置されている。制御回路（図示せず）が電源回路（図示せず）からヒータランプ３４に電力を供給（通電）させることにより、ヒータランプ３４が発光し、ヒータランプ３４から赤外線が放射される。これにより、加圧ローラ３１の内周面が赤外線を吸収して加熱され、加圧ローラ３１全体が加熱される。なお、本実施例では、定格電力４００Ｗのヒータランプ３４を使用している。

定着ベルト３２は、面状発熱部材３３によって所定の温度に加熱され、定着ニップ部Ｎを通過する未定着トナー画像Ｔが形成された記録紙Ｐを加熱するためのものである。定着ベルト３２は、面状発熱部材３３と定着ローラ３０によって懸架され、定着ローラ３０に所定の巻き掛け角θで巻きかけられている。

この巻き掛け角θは、定着ベルト３２が定着ローラ３０と接触している部分の角度であり、定着ベルト３２が定着ローラ３０の表面から離れる両ポイントそれぞれに定着ローラ３０の回転中心より延ばした２本の線分の成す角度である。

そして、定着ベルト３２は、定着ローラ３０と面状発熱部材３３とに、定着ベルト３２の内面における８０％以上、より好ましくは９０％以上、最も好ましくは１００％の領域が、面状発熱部材３３或いは定着ローラ３０のいずれか一方と接触するよう設けられている。

定着ベルト３２は、定着ローラ３０の回転時には、定着ローラ３０に従動して回転するようになっている。定着ベルト３２としては、例えば、特に図示してはいないが、ポリイミド等の耐熱樹脂或いはステンレスやニッケル等の金属材料からなる中空円筒状の基材の表面に、弾性層として耐熱性及び弾性に優れたエラストマー材料（例えばシリコンゴム）が形成され、さらにその表面に離型層として耐熱性及び離型性に優れた合成樹脂材料（例えばＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素樹脂）が形成された３層構成のものを用いることができる。エラストマー材料及び離型層は、定着ベルト３２の外周側に形成される。さらに、基材にポリイミド等の耐熱樹脂を用いる場合、フッ素樹脂を内添することがより好ましい。こうすることで、面状発熱部材３３との摺動負荷をさらに低減することができる。

本実施例１では、定着ベルト３２は、直径３３ｍｍで、基材に厚さ７０μｍのポリイミド、弾性層に厚さ１５０μｍのシリコンゴム、離型層に厚さ３０μｍのＰＦＡチューブを用いており、巻き掛け角θ＝２６０°である。

面状発熱部材３３は、面状発熱体よりなり、定着ベルト３２と接して、定着ベルト３２を所定の温度に加熱する目的のものである。本実施形態の面状発熱部材３３は、少なくとも軸方向に沿う両端部が、定着ローラ３０の周面に近接或いは接触しており、軸方向より見た両端部近傍の形状が、定着ローラ３０の周面に対してなだらかになっている。

このような構成とすることで、面状発熱部材３３と定着ローラ３０との間に巻回された定着ベルト３２は、その内周面の殆どの領域が、面状発熱部材３３或いは定着ローラ３０の何れか一方と接触し、雰囲気中に露出している領域が無い或いは殆ど無い構成とできるので、定着ベルト３２の内周面から空気中に放熱することによる熱損失を無くする或いは極力抑えて、熱効率を向上させることができる。また、このような構成とすることで、定着ベルト３２は、面状発熱部材３３との接触部分にて形状が歪になるようなことなく自然な形状を呈し、定着ベルト３２の摺動負荷が小さくなり、定着ベルト３２のスリップを抑制することができる。

なお、面状発熱部材３３の端部を、定着ローラ３０に接触させる場合には、面状発熱部材３３の端部にフッ素樹脂コートを施す、或いは逆に定着ローラ３０の表層としてフッ素樹脂チューブを被せる等の手法を施して、定着ローラ３０のすべり性を向上させることが好ましい。

さらに、本実施形態における面状発熱部材３３は、軸方向より見た幅ｈが定着ローラ３０の径よりも小さく、軸方向から見た形状が弾頭状の形状となっている。

軸方向より見た面状発熱部材３３の幅ｈを、軸方向より見た定着ローラ３０の幅よりも狭くすることで、定着ベルト３２が定着ローラ３０に、巻き掛け角１８０度以上にて巻き掛かることができ、定着ローラ３０による定着ベルト３２の駆動力を十分確保することができ、定着ベルト３２のスリップを抑制することができる。

また、弾頭形状とすることで、軸方向より見た面状発熱部材３３の幅ｈを狭くしながら、定着ベルト３２との接触幅Ｍ（定着ベルト３２の回転方向寸法）を広く確保することができる。

本実施例１では、面状発熱部材３３は、幅（用紙搬送方向の寸法）ｈが定着ローラ３０の径よりも小さい２５ｍｍで、定着ベルト３２と接触する接触幅Ｍは３６ｍｍである。また、本実施例では、定着ベルト３２は、その内面における９０％の領域が、面状発熱部材３３或いは定着ローラ３０のいずれか一方と接触している。

また、面状発熱部材３３は、例えば図３に示すように、その内側から順に抵抗発熱層３３ａ、絶縁層３３ｂ、基材３３ｃ、コート層３３ｄが形成された４層構造とできる。本実施例１では、抵抗発熱層３３ａとして、厚さ１５μｍのステンレス（ＳＵＳ）箔、絶縁層３３ｂとして厚さ３０μｍのポリイミド、基材３３ｃとして厚さ１ｍｍのアルミ、コート層３３ｄとして厚さ２０μｍのＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）コートを用いている。

抵抗発熱層３３ａは、図４の正面図に示すように、両側に形成された給電部３７から、面状発熱部材３３の長手方向に一定幅で延びて折り返すことを繰り返す発熱パターンを有している。

本実施例１では、例えば、発熱パターンの線幅は２．４ｍｍ、隣り合う発熱パターンの間隔は２．４ｍｍ、折り返し長さは３２０ｍｍ、平行な発熱パターンの数は６本である。

さらに、給電部３７にはＡＣ電源（図示せず）が接続されており、例えば、抵抗発熱層３３ａにＡＣ１００Ｖが印加されることで、抵抗発熱層３３ａでは約１０００Ｗの熱エネルギーが発生する。

また、図１に示すように、定着ベルト３２、加圧ローラ３１の各々の周面には、温度検知手段としてのサーミスタ３５ａ，３５ｂが配設されており、それぞれの表面温度を検出するようになっている。そして、各サーミスタ３５ａ，３５ｂにより検出された温度データに基づいて、温度制御手段としての制御回路（図示せず）が、定着ベルト３２、加圧ローラ３１の表面温度を所定の温度にするように、面状発熱部材３３及びヒータランプ３４への供給電力（通電）を制御する。尚、本実施例ではサーミスタ３５ａは非接触式、サーミスタ３５ｂは接触式サーミスタを用いている。

そして、定着ニップ部Ｎに所定の定着速度及び複写速度で未定着トナー画像Ｔが形成された記録紙Ｐが搬送され、熱と圧力によって定着が行われる。なお、定着速度とは所謂プロセス速度のことである。また、複写速度とは１分あたりのコピー枚数のことである。これらの速度は特に限定されるものではないが、本実施例１では、定着速度２２０ｍｍ／ｓｅｃとしている。

なお、定着ローラ３０は、図示しない駆動モータ（駆動手段）によって回転駆動される。また、定着ベルト３２及び加圧ローラ３１は、定着ローラ３０の回転に従動して回転する。したがって、定着ベルト３２及び加圧ローラ３１は、図１に示すように、逆方向に回転される。これにより、記録紙Ｐが定着ニップ部Ｎを通過するようになっている。

加圧解除機構５０は、定着ローラ３０に対する加圧ローラ３１の加圧力を解除するものである。加圧解除機構５０は、回転支点５２ａを中心に揺動自在に支持された加圧レバー５２と、離接カム５１よりなる。

加圧ローラ３１のジャーナル部は、加圧レバー５２上に配置されており、加圧レバー５２の回転支点５２ａとは反対側の下面に設けられた加圧スプリング５３によって、加圧レバー５２が定着ローラ３０側に付勢されることで、加圧ローラ３１は定着ローラ３０を加圧する。また、加圧レバー５２の回転支点５２ａとは反対側の上面には、離接カム５１が設けられており、モータ（不図示）により離接カム５１を回転させることで、加圧レバー５２を下方に押し下げて、加圧ローラ３１の加圧力を解除する。

そして、本実施形態の定着ユニット１５においては、カラー複合機１００の待機時には、加圧ローラ３１による加圧力を解除し、加圧ローラ３１を定着ローラ３０から離脱させると同時に、定着ローラ３０を定着速度よりも遅い所定の速度で回転させる構成としている。本実施例１では、５５ｍｍ／ｓｅｃで回転させている。

ここで、待機時に加圧ローラ３１を定着ローラ３０から離脱させ、且つ定着ローラ３０を回転させる理由について以下に説明する。

待機時に定着ローラ３０の周方向に関して均一に予熱しようとした場合、面状発熱部材３３が定着ローラ３０の一部分としか対向していないことから、定着ローラ３０を回転させる必要がある。しかしながら、加圧ローラ３１の加圧力を解除せずに待機中も定着ローラ３０を回転させると、定着ローラ３０と加圧ローラ３１との間に挟持されている定着ベルト３２も連れ回りして、加圧ローラ３１や、面状発熱部材３３、剥離爪（図示せず）などと摺動し、定着ベルト３２のライフが短くなってしまう。

そこで、待機中は加圧ローラ３１の加圧力を解除したうえで、定着ローラ３０を回転させるようにしている。加圧ローラ３１との加圧力が解除されることで、定着ローラ３０が回転しても、定着ベルト３２はスリップして従動回転しなくなり、定着ローラ３０だけを回転させることができる。

このように待機中も定着ローラ３０を回転させて予熱することで、待機直後に印字動作に移行した場合にも、定着ベルト３２の熱が定着ローラ３０に急速に奪われ、アンダーシュートが大きくなるようなことを回避して、ＦＣＯＴ時間を短くすることができる。

〔実施の形態２〕
本発明のその他の実施の形態について、図５に基づいて説明すれば、以下の通りである。尚、本実施形態の定着ユニット４０は、定着部６０に代えて定着部６２を備える以外の構成については、実施の形態１の定着ユニット１５と全く同じである。したがって、説明の便宜上、実施の形態１で用いた部材と同じ機能を有する部材には同じ符号を付して説明を省略する。また、本実施形態の実施例である実施例２の説明においても、先の実施例１と構成が同じである場合は説明を省略する。

図５に示すように、定着部６２と定着部６０との違いは、面状発熱部材４２及び定着ベルト４１にあり、それ以外の構成は同じである。定着部６２における面状発熱部材４２は、図５に示すように、軸方向より見た形状が、定着ローラ３０と同心をなす円弧形状であり、定着ローラ３０に覆い被さるよう配置されている。そして、定着ベルト４１は、軸方向より見た形状が、ほぼ円形の状態を保ちつつ面状発熱部材４２と摺動するよう設けられている。

このような構成とすることで、実施の形態１の定着ユニット１５と同様に、面状発熱部材４２と定着ローラ３０との間に巻回された定着ベルト４１は、その内周面の殆どの領域が、面状発熱部材４２或いは定着ローラ３０の何れか一方と接触し、雰囲気中に露出している領域が無い或いは殆ど無い構成とできるので、定着ベルト３２の内周面から空気中に放熱することによる熱損失を無くする或いは極力抑えて、熱効率を向上させることができる。特に、定着ベルト４１の形状がほぼ円に近い形状となることから、定着ベルト４１の摺動負荷を実施の形態１の構成よりも小さくすることができ、定着ベルト４１のスリップをより一層、抑制することができる。

本実施例２では、面状発熱部材４２の円弧の曲率半径ｒは１６．５ｍｍで、幅ｈが定着ローラ３０径よりも小さい２９ｍｍ、定着ローラ３０の上部の周面に、ギャップ０．５ｍｍで近接配置されている。また、本実施例２では、定着ベルト４１との接触幅Ｍ（加熱ニップ幅）は２６ｍｍである。なお、これら軸方向より見た形状、幅ｈ、及び接触幅Ｍが異なる以外の構成は全て、実施例１と同じである。

一方、定着ベルト４１も、基本的には定着ベルト３２と同じ構成であるが、面状発熱部材４２の形状の違いにより、その直径が異なっている。本実施例２の定着ベルト４１の直径は３１ｍｍと、実施例１の定着ベルト３２より若干小さい。定着ローラ３０との巻き掛け角θは、実施例１と同じく２６０°である。本実施例２では、定着ベルト４１は、その内面における９０％の領域が、面状発熱部材４２或いは定着ローラ３０のいずれか一方と接触している。

なお、図５の構成では、面状発熱部材４２の内側と定着ローラ３０の周面との間に隙間を設けているが、面状発熱部材４２にて定着ローラ３０の表面を積極的に加熱したい場合には、面状発熱部材４２を定着ローラ３０の周面に当接させる構成としてもよい。

面状発熱部材４２を定着ローラ３０に接触させる場合、面状発熱部材４２の抵抗発熱層の上面に、フッ素樹脂コートを施す、或いは逆に定着ローラ３０の表層としてフッ素樹脂チューブを被せる、或いはこれら両方の対策を実施することが好ましく、これにより、面状発熱部材４２の内側を摺動する定着ローラ３０のすべり性を向上させることができる。

〔実施の形態３〕
本発明のその他の実施の形態について、図６に基づいて説明すれば、以下の通りである。尚、本実施形態の定着ユニット４３は、加圧ローラ３１及びヒータランプ３４よりなる加圧部６１に代えて、定着部６２と同じ構成を有する加圧部６３が配設されている以外は、実施の形態２の定着ユニット４０と全く同じである。したがって、説明の便宜上、実施の形態１、２で用いた部材と同じ機能を有する部材には同じ符号を付して説明を省略する。また、本実施形態の実施例である実施例３の説明においても、先の実施例１、２と構成が同じである場合は説明を省略する。

本実施形態の定着ユニット４３における加圧部６３は、定着部６２と同じ構成を有している。つまり、定着ローラ３０に相当する加圧ローラ３０’と、定着ベルト４１に相当する加圧ベルト４１’と、面状発熱部材４２に相当する面状発熱部材４２’を有しており、加圧ローラ３０’が定着ローラ３０を加圧スプリング５３の付勢力にて加圧している。

換言すれば、定着部６２が２つ配された上下対称の構成となっており、２つの定着部６２のうちの一方の定着ローラ３０が他方の定着ローラ３０を加圧している構成である。なお、加圧ローラ３０’の温度を検出するサーミスタ３５ｃも、サーミスタ３５ａと同じ非接触式サーミスタが配設される。

従来の面状発熱ベルト定着方式の定着装置では、定着ベルトがスリップしやすいために定着部側か加圧部側のどちらか一方しか、ベルト構成が取れなかった。しかしながら、本発明の構成では、ベルトの摺動負荷が小さくスリップしにくいために、本実施形態のように、両方共にベルト構成とすることが可能である。

このように、加圧部６３もベルト構成とすることで、面状発熱ベルト定着方式の利点である短いウォームアップ時間をより短くして、さらなる省エネ化及び高速化を実現できる。

さらに、本実施形態の定着ユニット４３では、待機時、加圧ローラ３０’の加圧力が解除されると同時に、定着部６２側の定着ローラ３０と共に加圧部６３側の加圧ローラ３０’も回転され、加圧ローラ３０’も予熱するようになっている。

これにより、待機時、定着ローラ３０だけでなく加圧ローラ３０’も予熱されるので、待機直後に印字動作に移行した場合のアンダーシュートをより小さくして、ＦＣＯＴ（ファーストコピー時間）をより一層、短縮することができる。

なお、本実施例３でも、実施例２と同様に、面状発熱部材４２の円弧の曲率半径ｒは１６．５ｍｍで、幅ｈが定着ローラ３０径よりも小さい２９ｍｍ、定着ローラ３０の上部の周面に、ギャップ０．５ｍｍで近接配置されている。また、面状発熱部材４２’も、面状発熱部材４２と同様に、円弧の曲率半径ｒは１６．５ｍｍで、幅ｈが定着ローラ３０と同じ構成を有する加圧ローラ３０’の径よりも小さい２９ｍｍ、加圧ローラ３０’の下部の周面に、ギャップ０．５ｍｍで近接配置されている。

また、加圧ローラ３０’については実施例１の定着ローラ３０と、加圧ベルト４１’については実施例２の定着ベルト４１と全く同じ構成である。

（比較例）
比較例の定着ユニット１４６について説明する。図７に、比較例の定着ユニット１４６である従来構成の面状発熱ベルト定着装置を示す。尚、本比較例における定着ユニット１４６は、面状発熱部材１４７及び定着ベルト１４８以外の構成については、図１に示した構成を有する実施例１と全く同じであることから、同一の機能を有する部材には同一の符号を付して説明は省略する。

比較例の面状発熱部材１４７は、図７に示すように、軸方向より見た形状が、定着ローラ３０と同心の円弧形状をなしている。円弧の曲率半径ｒは２５ｍｍで、幅ｈが定着ローラ３０の径よりも大きい３１ｍｍで定着ローラ３０上方に、ギャップ９ｍｍを隔てて配置されている。そして、比較例の面状発熱部材１４７における定着ベルト１４８との接触幅Ｍ（加熱ニップ幅）は３６ｍｍである。なお、これら軸方向より見た形状、幅ｈ、及び接触幅Ｍが異なる以外の構成は全て、実施例１と同じである。

定着ベルト１４８は、基本的には実施例１の定着ベルト３２と同じ構成であるが、直径は４０ｍｍと定着ベルト３２より大きく、定着ローラ３０との巻き掛け角θは１７０°である。

（試験１）
上記実施例１〜３及び比較例の定着ユニットを用いて、ベルト走行性能を評価する実験を行った。実験方法について図８を用いて説明する。なお、図８は、実施例１の定着ユニット１５に対して実験している状態である。

実験方法としては、図８に示すように、定着ベルト３２の上面に所定の負荷荷重でブレーキパッド７１を押し当てた状態で、定着ユニット１５を回転駆動させ、定着ベルト３２がスリップし始める負荷荷重を求めた。ブレーキパッド７１はシリコンスポンジゴム製で、回転支点７０ａを中心に回転自在に軸支されたプレート７０の下面に貼り付けられている。負荷荷重は、カウンターウエイトをプレート７０の上面に置くことで定着ベルト３２に加える構成とし、１Ｎ毎に増やしていった。

実験結果を表１に示す。

表１より、比較例では１Ｎの負荷荷重で定着ベルトがスリップしてしまうものの、実施例１、３ではスリップ開始負荷荷重が４Ｎ、実施例２では８Ｎと、定着ベルトの走行性能としては、比較例に対して実施例１〜３が優れることがわかる。

これは、比較例に比べて実施例１〜３の方が軸方向より見た定着ベルトの形状がより自然で負荷の少ない形状に懸架されているのに加えて、定着ベルトの巻き掛け角が大きく、定着ローラによる定着ベルトの駆動力を十分確保することができるためである。

尚、軸方向より見た定着ベルトの形状としては、実施例２や３のような円に近い形状が最も負荷が少なく好ましい。ただし、実施例３では上下共にベルト構成であるため、一方がローラ構成である実施例２と比べるとスリップしやすい結果となっている。

（実験２）
次に、上記実施例１〜３及び比較例の定着ユニットの各種定着特性（ウォームアップ時間及び温度追従性）を評価する実験を行った。

実験方法について以下に説明する。まず、ウォームアップ時には、加熱部材側の面状発熱部材（定格１０００Ｗ）のみにフルパワーで電力を投入し、定着ローラを最初から回転させた状態（プロセス速度２２０ｍｍ/ｓ）でウォームアップを行い、定着ローラが制御温度の１９０℃に到達するまでの時間を測定した。

そして、ウォームアップ完了後、直ちに、位相制御により面状発熱部材への投入電力を８００Ｗ、加圧ローラ側のヒータランプへの投入電力を２００Ｗに切り替え、坪量８０ｇ/ｍ^２、Ａ４サイズの用紙を横送りで５０枚/分の速度で計３０枚通紙したときの定着ローラの温度追従性について測定した。温度追従性の評価としては、通紙中に定着ローラ温度が、制御温度の１９０℃からどこまでアンダーシュートするかを調べた。

実験結果は、上記した表１に併せて示している。表１の結果より、ウォームアップ時間としては、比較例では２０．７秒を要しているのに対し、実施例１では１８．８秒、実施例２では１５．1秒と短縮されることがわかる。これは、比較例では、
１；定着ベルト内面が雰囲気中に露出している領域が存在し、この領域から空気中に放熱することによる熱損失が存在する、
２；定着ローラと面状発熱体とのギャップが大きく、面状発熱体下面から空気中に放熱することによる熱損失が存在するのに対し、実施例１や２では、定着ベルト内面が雰囲気中に露出している領域が１０％以下と小さく、また、定着ローラと面状発熱体とのギャップも狭いために、定着ベルトや面状発熱体からの空気中への放熱による熱損失が低減されるためである。

また、実施例３でのウォームアップ時間は１３．６秒と、実施例２よりも更に短くなることがわかる。これは、実施例３では加圧部側もベルト構成であることから、実施例２に比べて加圧部側の熱容量も低減されるためである。

また、温度追従性としては、表１に示したように、比較例や実施例１では、３０枚通紙する間に制御温度である１９０℃から−１０deg、すなわち１８０℃まで温度が降下するのに対し、実施例２や実施例３では温度降下がなく（0deg）、制御温度の１９０℃を維持できており、温度追従性に優れることがわかる。

この理由としては、比較例１や実施例１では、面状発熱体の大部分が定着ローラと離れた位置関係となっているため、定着ローラは面状発熱体で直接加熱される効果が小さく、定着ベルトを介してのみ加熱されるだけである。その結果、ウォームアップが完了しても、定着ローラが十分昇温されておらず、通紙モードに移行しても定着ローラに熱が逃げて行くため、温度降下が生じてしまう。

一方、実施例２や実施例３では、面状発熱体全体が定着ローラに近接しており、面状発熱体によって定着ローラが直接加熱されるため、ウォームアップ完了時点で定着ローラは十分昇温されることから、温度追従性を確保することができる。

なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の実施形態を示すものであり、カラー複合機に備えられた定着ユニットの構成を示す軸方向に見た一部断面模式図である。 上記カラー複合機の概略構成図である。 上記定着ユニットの加熱部材の断面構成を示す拡大図である。 上記定着ユニットの加熱部材を抵抗発熱層側より見た正面図である。 本発明の他の実施形態を示すものであり、カラー複合機に備えられた定着ユニットの構成を示す軸方向に見た一部断面模式図である。 本発明の他の実施形態を示すものであり、カラー複合機に備えられた定着ユニットの構成を示す軸方向に見た一部断面模式図である。 比較例を示すものであり、従来の面状発熱ベルト定着方式の定着ユニットの構成を示す軸方向に見た一部断面模式図である。 ベルト走行性能を評価する試験方法を説明する図面である。

符号の説明

１５，４０，４３ 定着ユニット（定着装置）
３０ 定着ローラ
３１，３０’ 加圧ローラ
３３，４２，４２’ 面状発熱部材
３２，４１，４１’ 定着ベルト
６０，６２ 定着部
６１，６３ 加圧部
５０ 加圧解除機構

Claims (8)

1. 定着ローラと、面状発熱体よりなる湾曲された加熱部材と、上記定着ローラ及び上記加熱部材の外周に巻回された無端状の定着ベルトとを有する定着部と、該定着部における定着ローラと上記定着ベルトを介して対向して配された、上記定着ローラを加圧する加圧部とを備えた定着装置において、
   上記加熱部材は、少なくとも軸方向に沿う両端部が、上記定着ローラの周面に近接或いは接触しており、軸方向より見た上記両端部近傍の形状が、上記定着ローラの周面に対してなだらかであることを特徴とする定着装置。
2. 上記定着ベルトの内周面の８０％以上の領域が、上記加熱部材或いは上記定着ローラの何れか一方と接触していることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 上記加熱部材は、上記定着ローラと同心をなす円弧状をなし、上記定着ローラに覆い被さるよう配置されており、
   上記定着ベルトは、軸方向より見た形状がほぼ円形の状態を保ちつつ上記加熱部材と摺動することを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 軸方向より見た上記加熱部材の幅が、軸方向より見た上記定着ローラの幅よりも狭いことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の定着装置。
5. 上記加圧部の加圧力を解除する加圧解除機構を備えており、
   待機時、上記加圧解除機構にて上記加圧部の加圧力が解除されると共に、上記定着ローラは回転されて予熱され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。
6. 上記加圧部が、上記定着部と同じ構成を有し、上記定着ローラに相当する加圧ローラと、上記定着ベルトに相当する加圧ベルトと、上記加熱部材に相当する加圧側加熱部材を有す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。
7. 上記加圧部が、上記定着部と同じ構成を有し、上記定着ローラに相当する加圧ローラと、上記定着ベルトに相当する加圧ベルトと、上記加熱部材に相当する加圧側加熱部材を有し、
   待機時、上記定着ローラと共に上記加圧ローラも回転されて予熱されることを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
8. 請求項１〜７の何れか１項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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