ベルト定着装置及びこれを用いた画像形成装置
【課題】短時間でウオームアップを行うことが可能な安全で省エネ効率の良いベルト定着装置及びこれを用いた画像形成装置を提供する。
【解決手段】定着装置１５は、定着ローラ１５ａと、加圧ローラ１５ｂと、定着ベルト６４と、加熱部材６０とを含んで構成される。定着装置１５においては、定着ベルト６４が定着ローラ１５ａと加熱部材６０との間に張架され、加圧ローラ１５ｂが定着ベルト６４を介して定着ローラ１５ａに対向するように配置されている。加熱部材６０の外側表面に定着ベルト６４の移動方向に対して直行または傾斜角度を有して溝を形成し、その溝に高伝熱性のグリスを充填することで、導電膜の膜厚バラツキによる温度バラツキを容易に均一化する。
【解決手段】定着装置１５は、定着ローラ１５ａと、加圧ローラ１５ｂと、定着ベルト６４と、加熱部材６０とを含んで構成される。定着装置１５においては、定着ベルト６４が定着ローラ１５ａと加熱部材６０との間に張架され、加圧ローラ１５ｂが定着ベルト６４を介して定着ローラ１５ａに対向するように配置されている。加熱部材６０の外側表面に定着ベルト６４の移動方向に対して直行または傾斜角度を有して溝を形成し、その溝に高伝熱性のグリスを充填することで、導電膜の膜厚バラツキによる温度バラツキを容易に均一化する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱および加圧によってトナー像を記録媒体に定着させるベルト定着装置およびこれを用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンター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（定着ローラおよび加圧ローラ）を備え、このローラ対の両方あるいはいずれか一方の内部に配置されたハロゲンヒーター等からなる加熱手段によってローラ対を所定の温度（定着温度）に加熱した後、定着トナー像が形成された記録紙などの記録媒体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、熱と圧力によって記録紙にトナー像の定着を行うようになっている。
【０００３】
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、未定着トナー像の凸凹に対応して弾性変形し、トナー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開放効果によって、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、記録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記録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。
【０００４】
このようなカラー画像形成装置に備えられる定着装置において、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方法としては、定着ローラの弾性層の層厚を厚くすることや、定着ローラ径を大きくするなどの方法がある。しかしながら、弾性層を具備した定着ローラでは、弾性層の熱伝導性が非常に低いので、定着ローラ内部に加熱手段がある場合、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問題がある。一方、定着ローラ径を大きくした場合には、ウオームアップ時間が長くなったり、消費電力が増大するといった問題がある。
【０００５】
このような問題を解決するカラー画像形成装置に備えられる定着装置として、特許文献１には、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とを圧接させた構成のベルト定着方式の定着装置が開示されている。このベルト定着方式の定着装置では、熱容量が小さい定着ベルトを加熱するため、ウオ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。
【０００６】
さらに、特許文献２には、ベルト定着方式の定着装置において、加熱手段を面状発熱体として加熱部材と定着ベルトとの接触面積を確保し、加熱部材を定着ローラに近接配置した面状発熱ベルト定着方式の定着装置が開示されている。この面状発熱ベルト定着方式の定着装置では、加熱部材の曲率が定着ローラの曲率よりも大きいために定着ベルトとの接触面積が確保されると同時に低熱容量化が両立しており、加熱手段としての面状発熱体が定着ベルトを直接加熱することから、ハロゲンランプ等を用いて間接的に加熱ローラを加熱する方式に比べて熱応答速度も向上し、ウオ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。
【０００７】
特許文献３には、断面円弧状の曲面を備えたアルミニウム等の高熱伝導材料で構成された加熱パネルの裏面に、ポリイミド樹脂等からなる絶縁層の上にステンレスなどの高抵抗金属材料、或いはポリイミド樹脂等に銀を分散させた材料等で構成した発熱線で、定着ベルトの運動方向と直角方向で複数回折り返してパターン化した構成の面状の抵抗発熱体が配置された、直接加熱方式の定着装置が開示されている。なお、加熱パネル内側には加熱パネルの温度を検出する温度センサが配置されている。
【０００８】
被加熱部材である定着ベルトは固定配置された加熱パネルと加圧パッドとの間に架設され、押圧部材である加圧ローラが定着ベルトを挟んで加圧パッドに向けて押圧されている。定着ベルトは、加圧ローラの回転により加熱パネルの表面を摺接しながら移動する間に熱が伝達され、定着ベルトは定着処理に適した温度に加熱される。
【０００９】
トナー像が転写された記録媒体を、定着ベルトと加圧ローラとの間を通過させることで、加熱定着処理が行われる。なお、加圧パッドを加圧ローラに置き換えることもできる（特許文献３参照）。
【００１０】
また、定着ベルトの内面に潤滑材を用いて、定着ベルトの走行安定性を得る方法は、特許文献４に記載されており、潤滑性効果だけでなく、熱伝導性効果もあることは類推できる。しかし、ベルトの長手方向の蛇行防止については効果が不十分である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１０−３０７４９６号公報
【特許文献２】特開２００２−３３３７８８号公報
【特許文献３】特開２００３−２８７９７０号公報
【特許文献４】特開２００４−２８６９２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、加熱部材が、面状発熱体として抵抗発熱体を用い、基材の上に電気絶縁層と抵抗発熱層を積層してなる面状発熱体であり、上記抵抗発熱層を上記基材に対して上記定着ベルト側に形成したベルト定着方式では、基材と電気絶縁層と抵抗発熱層の線膨張係数が異なるために剥離が生じ、発熱層が剥離し、安全上問題である。また、定着ローラの曲率よりも加熱部材の曲率が大きいため、定着ベルトが滑らかに接触に入らない、或いは滑らかに接触から離れないため、定着ベルトの回転ムラが生じ、さらには定着ベルトの寿命が短くなる。
【００１３】
また前記した直接加熱方式の定着装置のように、加熱パネルの内側に抵抗発熱体を配置し、該抵抗発熱体を、定着ベルトの運動方向と直角方向で複数回折り返した帯状の抵抗発熱体とした構成では、定着ベルト全体にわたって発熱のムラが発生しない可能性があるが、抵抗発熱体は、ＳＵＳのような金属の薄板とポリイミド樹脂製の板を貼り付け、金属薄板側に折り返しパターンと端子を残し、これをエッチングしてパターンのある部分の金属だけを残すことによって得られる発熱体であり、これを加熱パネルの裏側に、例えば接着、または機械的に押圧することで配置すると、どうしても接触熱抵抗の不均一な部分が生じ、また熱膨張係数の違いにより、ＳＵＳ薄板の剥離が生じるため、その部分が過熱して有機絶縁層から発煙することになり安全上の問題がある。
【００１４】
一方、無機材料から構成されるセラミックヒーターを上記加熱パネル部に配置することも考えられるが、平板のセラミックヒーターからの熱を定着ベルトに効率よく伝えることは、伝熱部材の熱容量及び伝熱面積の点で難しい。
【００１５】
この発明は、上記した課題を解決し、短時間でウオームアップを行うことが可能な安全で省エネ効率の良いベルト定着装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、記録媒体上に担持されているトナー像を記録媒体上に加熱加圧して定着する定着装置であって、
定着部材と、加熱部材と、前記定着部材及び前記加熱部材との間に張架された無端状定着ベルトと、前記定着ベルトを介して前記定着部材に対向する加圧部材と、を備え、
前記加熱部材は、略半円筒形状を有して、前記定着ベルトと接触して前記定着ベルトを加熱する加熱部には、絶縁層の厚み方向一表面に通電によって発熱する導電膜が製膜され、前記定着ベルトと摺動接する表面に、前記定着ベルトが移動する方向に対して直交又は傾斜角度を有して溝が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
このベルト定着装置によれば、加熱部材の外側表面に定着ベルトの移動方向に対して直行または傾斜角度を有して溝を形成することで、導電膜の膜厚バラツキによる温度バラツキを容易に均一化することが可能となる。
【００１８】
本発明のベルト定着装置において、前記溝には高熱伝導性のグリスが充填されていることを特徴とする。
【００１９】
また、このベルト定着装置によれば、溝に高伝熱性のグリスを充填することで、溝に沿って熱伝導拡散するため溝の温度は均一になり、定着ベルトの回転に伴い定着ベルとは長手方向に対してより均一の温度分布となる。
【００２０】
本発明のベルト定着装置において、前記定着ベルトが移動する方向に対して直交又は傾斜角度を有して形成された前記溝は、前記定着ベルトの移動方向と直行する方向を長手とする前記加熱部の長手中央部で対照に形成されていることを特徴とする。
【００２１】
また、このベルト定着装置によれば、加熱部の長手中央部で対照になるよう溝を配置することで、定着ベルトは寄り速度が小さくなり、柔軟性が高く剥離性の良好な定着ベルトを使用することが可能となる。したがって高品質な画像が安定して得られ、しかも定着ベルトの寿命が長くなる。
【００２２】
本発明のベルト定着装置において、前記加熱部材は、前記定着ベルトの移動方向と直行する方向を長手とする前記加熱部の長手両端部においてそれぞれ前記定着ベルトの移動方向に前記溝が形成されていることを特徴とする。
【００２３】
また、このベルト定着装置によれば、高熱伝導グリスが加熱部の必要な領域よりも外側に漏れ出し定着ベルト表面（画像に接する面）を汚染しないようにできる。
【００２４】
本発明のベルト定着装置において、前記加熱部材は、前記加熱部材の長手方向内側の前記定着ベルトの移動方向に対して直交または傾斜角度を持って形成された前記溝よりも前記定着ベルトの移動方向の前記溝は深く形成されていることを特徴とする。
【００２５】
また、このベルト定着装置によれば、定着ベルトの回転移動に伴い長手方向内側から外側にグリスが移動するときに、外側の溝からグリスがオーバーフローしないようにできる。
【００２６】
本発明のベルト定着装置において、通電により発熱する前記導電膜は、ＩＴＯ、アルミニウム添加酸化亜鉛、ガリウム添加酸化亜鉛、フッ素添加酸化スズ、ニオブ添加二酸化チタンのいずれかから選ばれる材料を用いることを特徴とする。
【００２７】
また、このベルト定着装置によれば、接触熱抵抗を抑制するためには発熱体が基材に密着して製膜されることが必要であり、そのために蒸着などにより製膜が可能な材料を用いている。さらに、透明な導電膜を形成することが可能である為、製造工程で製膜不良を短時間に検査除外することが可能となり、品質管理が容易となる。
【００２８】
本発明のベルト定着装置において、前記加熱部材は、基材がガラスであることを特徴とする。
【００２９】
また、このベルト定着装置によれば、加熱部材は、ＩＴＯ膜との熱膨張係数が近く、加熱／冷却による導電膜の剥離を抑制し、寿命を長くすることが出来る。
【００３０】
本発明のベルト定着装置において、前記導電膜は、幅狭の記録用紙に対応する第１の加熱領域、幅広の記録用紙に対応する第２の加熱領域を有し、前記導電膜に給電するための給電膜を有し、前記給電膜への給電により加熱領域を制御することを特徴とする。
【００３１】
また、このベルト定着装置によれば、蒸着膜の製膜過程でのマスク、製膜後のエッチングをしなくても、電極の配置をパターン化することにより容易に蒸着膜の加熱領域を分割することができる。これにより記録用紙の大きさが変わっても用紙がない領域の過熱を防止でき、安全であると共に省エネを図れる。
【００３２】
本発明は、前記定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【００３３】
以上詳細に説明したとおり、この発明では、略半円筒形状の加熱部材は高温耐熱性を確保した無機材料から構成され、発熱層は基材に製膜され、基材の表面には定着ベルトの移動方向に対して直交又は傾斜角度を持って配置された溝と、加熱部材の長手方向において該溝の外側に定着ベルトの移動方向と同じ方向の溝を形成しており、それらの溝に高伝熱性のグリスが充填されているものであるから、定着ベルトは回転ムラが無く、定着ベルト全体にわたり温度ムラが無く均一な温度分布となる為、省エネで高品質な画像を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の一形態である画像形成装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態である定着装置の構成を示す断面図である。
【図３】定着装置が有する加熱部材の構成を示す図である。
【図４】加熱部材の外側表面に形成した溝を示す図である。
【図５】加熱部材の第１例である面状発熱体の構成を示す断面図である。
【図６】通電によって発熱する導電膜と電極により形成される発熱領域を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、この発明の複数の実施の形態について説明する。
【００３６】
図１は、本発明の実施の一形態である画像形成装置１００の構成を示す図である。画像形成装置１００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および単色の画像を形成する装置である。画像形成装置１００は、露光ユニット１０、感光体ドラム１０１（１０１ａ〜１０１ｄ）、現像装置１０２（１０２ａ〜１０２ｄ）、帯電ローラ１０３（１０３ａ〜１０３ｄ）、クリーニングユニット１０４（１０４ａ〜１０４ｄ）、中間転写ベルト１１、一次転写ローラ１３（１３ａ〜１３ｄ）、二次転写ローラ１４、定着装置１５、用紙搬送路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３、給紙カセット１６、手差し給紙トレイ１７および排紙トレイ１８を備えている。
【００３７】
画像形成装置１００は、ブラック（Ｋ）およびカラー画像を色分解して得られる減法混色の３原色であるシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の４色の各色相に対応した画像データを用いて、各色相に対応した画像形成部Ｐａ〜Ｐｄにおいて画像形成を行う。各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、同様の構成であり、たとえば、ブラック（Ｋ）の画像形成部Ｐａは、感光体ドラム１０１ａ、現像装置１０２ａ、帯電ローラ１０３ａ、転写ローラ１３ａおよびクリーニングユニット１０４ａ等から構成される。この画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、中間転写ベルト１１の移動方向（副走査方向）に一列に配列されている。
【００３８】
帯電ローラ１０３は、感光体ドラム１０１の表面を所定の電位に均一に帯電させる接触方式の帯電器である。帯電ローラ１０３に代えて、帯電ブラシを用いた接触方式の帯電器、または、帯電ワイヤを用いた非接触方式の帯電器を用いることもできる。
【００３９】
露光ユニット１０は、図示しない半導体レーザ、ポリゴンミラー４、第１反射ミラー７、第２反射ミラー８等を備えており、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）およびイエロー（Ｙ）の各色相の画像データによって変調されたレーザビーム等の光ビームのそれぞれを感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄのそれぞれに照射する。各感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄは、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）およびイエロー（Ｙ）の各色相の画像データによる静電潜像を形成する。
【００４０】
現像装置１０２は、静電潜像が形成された感光体ドラム１０１の表面に現像剤であるトナーを供給し、静電潜像をトナー像に現像する。現像装置１０２ａ〜１０２ｄのそれぞれは、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）およびイエロー（Ｙ）の各色相のトナーを収納しており、感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄのそれぞれに形成された各色相の静電潜像を、各色相のトナー像に顕像化する。クリーニングユニット１０４は、現像・画像転写後における感光体ドラム１０１上の表面に残留したトナーを除去・回収する。
【００４１】
中間転写ベルト１１は、感光体ドラム１０１の上方に配置されており、駆動ローラ１１ａと従動ローラ１１ｂとの間に張架されてループ状の移動経路を形成している。中間転写ベルト１１の外周面は、感光体ドラム１０１ｄ、感光体ドラム１０１ｃ、感光体ドラム１０１ｂおよび感光体ドラム１０１ａにこの順に対向する。この中間転写ベルト１１を挟んで各感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄに対向する位置に、一次転写ローラ１３ａ〜１３ｄが配置されている。中間転写ベルト１１が感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄに対向する位置のそれぞれが一次転写位置である。また、中間転写ベルト１１は、厚さ１００〜１５０μｍ程度のフィルムで形成されている。
【００４２】
一次転写ローラ１３ａ〜１３ｄには、感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄの表面に担持されたトナー像を中間転写ベルト１１上に転写するために、トナーの帯電極性と逆極性の一次転写バイアスが定電圧制御によって印加される。これによって、感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄに形成された各色相のトナー像は、中間転写ベルト１１の外周面に順次重ねて転写され、中間転写ベルト１１の外周面にフルカラーのトナー像が形成される。
【００４３】
ただし、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）の色相の一部のみの画像データが入力された場合には、４つの感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄのうち、入力された画像データの色相に対応する一部の感光体１０１のみにおいて静電潜像およびトナー像の形成が行われる。たとえば、モノクロ画像形成時には、ブラックの色相に対応した感光体ドラム１０１ａのみにおいて静電潜像の形成およびトナー像の形成が行われ、中間転写ベルト１１の外周面にはブラックのトナー像のみが転写される。
【００４４】
各一次転写ローラ１３ａ〜１３ｄは、直径８〜１０ｍｍのステンレスなどの金属を基材とする軸の表面を導電性の弾性材（たとえばＥＰＤＭ、発泡ウレタン等）によって被覆して構成されており、導電性の弾性材によって中間転写ベルト１１に均一に高電圧を印加する。
【００４５】
各一次転写位置において中間転写ベルト１１の外周面に転写されたトナー像は、中間転写ベルト１１の回転によって、二次転写ローラ１４との対向位置である二次転写位置に搬送される。二次転写ローラ１４は、画像形成時において、内周面が駆動ローラ１１ａの周面に接触する中間転写ベルト１１の外周面に所定のニップ圧で圧接されている。給紙カセット１６または手差し給紙トレイ１７から給紙された記録紙が、二次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との間を通過する際に、二次転写ローラ１４にトナーの帯電極性とは逆極性の高電圧が印加される。これによって、中間転写ベルト１１の外周面から記録紙の表面にトナー像が転写される。
【００４６】
なお、感光体ドラム１０１から中間転写ベルト１１に付着したトナーのうち、記録紙上に転写されずに中間転写ベルト１１上に残存したトナーは、次工程での混色を防止するために、転写クリーニングユニット１２によって回収される。
【００４７】
トナー像が転写された記録紙は、後述する本発明の定着装置１５に導かれ、定着ローラ１５ａおよび加熱部材６０の間に張架された定着ベルト６４と、加圧ローラ１５ｂとの間に形成される定着ニップ部を通過して加熱および加圧を受ける。これによって、トナー像が、記録紙の表面に堅牢に定着する。トナー像が定着した記録紙は、排紙ローラ１８ａによって排紙トレイ１８上に排出される。
【００４８】
また、画像形成装置１００には、用紙カセット１６に収納されている記録紙を、二次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との間および定着装置１５を経由して、排紙トレイ１８に送るための略垂直方向に延びる用紙搬送路Ｐ１が設けられている。用紙搬送路Ｐ１には、用紙カセット１６内の記録紙を一枚ずつ用紙搬送路Ｐ１内に繰り出すピックアップローラ１６ａ、繰り出された記録紙を上方に向けて搬送する搬送ローラ１６ｂ、搬送されてきた記録紙を所定のタイミングで２次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との間に導くレジストローラ１９、記録紙を排紙トレイ１８に排出する排紙ローラ１８ａが配置されている。
【００４９】
また、画像形成装置１００の内部には、手差し給紙トレイ１７からレジストローラ１９に至る間に、ピックアップローラ１７ａおよび搬送ローラ１６ｂを配置した用紙搬送路Ｐ２が形成されている。さらに、排紙ローラ１８ａから用紙搬送路Ｐ１におけるレジストローラ１９の上流側に至る間には、用紙搬送路Ｐ３が形成されている。
【００５０】
排紙ローラ１８ａは、正逆両方向に回転自在にされており、記録紙の片面に画像を形成する片面画像形成時、および、記録紙の両面に画像を形成する両面画像形成における第２面画像形成時に正転方向に駆動されて記録紙を排紙トレイ１８に排出する。一方、両面画像形成における第１面画像形成時には、排出ローラ１８ａは、用紙の後端が定着装置１５を通過するまで正転方向に駆動された後、記録紙の後端部を挟持した状態で逆転方向に駆動されて記録紙を用紙搬送路Ｐ３内に導く。これによって、両面画像形成時に片面のみに画像が形成された記録紙は、表裏面および前後端を反転した状態で用紙搬送路Ｐ１に導かれる。
【００５１】
レジストローラ１９は、用紙カセット１６または手差し給紙トレイ１７から給紙され、または、用紙搬送路Ｐ３を経由して搬送された記録紙を、中間転写ベルト１１の回転に同期したタイミングで２次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との間に導く。このため、レジストローラ１９は、感光体ドラム１０１や中間転写ベルト１１の動作開始時には回転を停止しており、中間転写ベルト１１の回転に先立って給紙または搬送された記録紙は、前端をレジストローラ１９に当接させた状態で用紙搬送路Ｐ１内における移動を停止する。この後、レジストローラ１９は、２次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１とが圧接する位置で、記録紙の前端部と中間転写ベルト１１上に形成されたトナー像の前端部とが対向するタイミングで回転を開始する。
【００５２】
なお、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄの全てにおいて画像形成が行われるフルカラー画像形成時には、一次転写ローラ１３ａ〜１３ｄが中間転写ベルト１１を感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄの全てに圧接させる。一方、画像形成部Ｐａのみにおいて画像形成が行われるモノクロ画像形成時には、一次転写ローラ１３ａのみを中間転写ベルト１１を感光体ドラム１０１ａに圧接させる。
【００５３】
図２は、本発明の第１実施形態である定着装置１５の構成を示す断面図である。定着装置１５は、定着ローラ１５ａと、加圧ローラ１５ｂと、定着ベルト６４と、加熱部材６０とを含んで構成される。定着装置１５においては、定着ベルト６４が定着ローラ１５ａと加熱部材６０との間に張架され、加圧ローラ１５ｂが定着ベルト６４を介して定着ローラ１５ａに対向するように配置されている。そして、定着ローラ１５ａと加熱部材６０とは、定着ローラ１５ａ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。そのため、定着ローラ１５ａと加熱部材６０との間に張架される定着ベルト６４が摺動するとき、蛇行するのを防止して、定着ベルト６４の耐久性を高く維持することができる。
【００５４】
定着装置１５は、加熱部材６０が定着ベルト６４と接触して定着ベルト６４を加熱し、定着ベルト６４と加圧ローラ１５ｂとで形成する定着ニップ部１５ｃを、所定の定着速度（本実施の形態では２２０ｍｍ／ｓｅｃ）および複写速度で記録媒体である記録紙８２が通過したとき、記録紙８２上に担持されている未定着のトナー像８１を記録紙８２上に加熱加圧して定着する装置である。
【００５５】
なお、未定着のトナー像８１は、たとえば、非磁性一成分現像剤（非磁性トナー）、非磁性二成分現像剤（非磁性トナーおよびキャリア）、磁性現像剤（磁性トナー）などの現像剤（トナー）によって形成される。また、定着速度とは所謂プロセス速度であり、複写速度とは１分あたりのコピー枚数のことである。また、記録紙８２が定着ニップ部１５ｃを通過するときには、定着ベルト６４は、記録紙８２のトナー像担持面とは反対側の面に当接するようになっている。
【００５６】
定着ローラ１５ａは、定着ベルト６４を介して加圧ローラ１５ｂに圧接することで定着ニップ部１５ｃを形成すると同時に、定着ベルト６４を介して加圧ローラ１５ｂに対向しかつ圧接し、回転軸線まわりに回転自在に設けられている。加圧ローラ１５ｂは、定着ローラ１５ａの回転（回転方向Ｙ１）に従動して回転方向Ｙ２に回転する。定着ローラ１５ａは、直径が３０ｍｍで、その内側から順に芯金、弾性層が形成された２層構造からなり、芯金には、たとえば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属あるいはそれらの合金等が用いられる。また、弾性層にはシリコンゴム、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、本実施の形態では、定着ローラ１５ａが定着ベルト６４を介して加圧ローラ１５ｂに圧接するときの力は、２１６Ｎ程度である。
【００５７】
加圧ローラ１５ｂは、図示しない駆動モーター（駆動手段）により回転軸線まわりに回転方向Ｙ２に回転駆動することによって、定着ベルト６４を搬送する。加圧ローラ１５ｂは、その内側から順に芯金、弾性層、離型層が形成された３層構造からなっている。
【００５８】
芯金には、たとえば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属あるいはそれらの合金等が用いられる。また、弾性層にはシリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性を有するゴム材料が適しており、離型層には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。また、加圧ローラ１５ｂの内部には、加圧ローラ１５ｂを加熱するヒータランプ６６が配置されている。後述する制御部が電源回路からヒータランプ６６に電力を供給（通電）させることによって、ヒータランプ６６が発光し、ヒータランプ６６から赤外線が放射される。これによって、加圧ローラ１５ｂの内周面が赤外線を吸収して加熱され、加圧ローラ１５ｂ全体が加熱される。
【００５９】
定着ベルト６４は、加熱部材６０によって所定の温度に加熱され、定着ニップ部１５ｃを通過する未定着トナー像８１および記録紙８２を加熱する。定着ベルト６４は、直径５０ｍｍの無端状のベルトで、加熱部材６０と定着ローラ１５ａによって懸架され、定着ローラ１５ａに所定の角度で巻きかかっている。定着ベルト６４は、定着ローラ１５ａの回転時には、定着ローラ１５ａに従動して回転方向Ｙ１に回転するようになっている。
【００６０】
定着ベルト６４は、ポリイミド等の耐熱性樹脂ある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および弾性に優れたエラストマー材料（たとえばシリコンゴム）が形成され、さらにその表面に離型層として耐熱性および離型性に優れた合成樹脂材料（たとえばＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素樹脂）が形成された３層構造となっている。また、基材のポリイミドにフッ素樹脂を内添してもよい。これによって、加熱部材６０との摺動負荷を低減することができる。
【００６１】
また、定着装置１５においては、温度検出手段として、定着ベルト６４の周面には発熱体側サーミスタ６３、加圧ローラ１５ｂの周面には加圧ローラ側サーミスタ６５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。発熱体側サーミスタ６３によって検出された定着ベルト６４の表面温度に基づいて、後述する導電膜に対する通電が制御される。本実施の形態における発熱体側サーミスタ６３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６４に接触して配置する構成では、定着ベルト６４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６４の表面離型層を摩耗させる場合がある。このようにして定着ベルト６４の表面離型層が損傷、劣化した場合には、画像にその影響を及ぼし、劣悪な画像となる。また、加圧ローラ側サーミスタ６５によって検出された加圧ローラ１５ｂの表面温度に基づいて、ヒータランプ６６に対する通電が制御される。
【００６２】
図３は、定着装置１５が有する加熱部材６０の構成を示す図である。図４は、加熱部材の表面の溝の形成状態を示す展開図である。加熱部材６０は、定着ベルト６４に接触して、定着ベルト６４を所定の温度に加熱するための部材である。加熱部材６０は、基材６２と、後述する導電膜、電極７５を含んで構成される。
【００６３】
基材６２は、中空のロール形状であり、略下半分が切断された略半円筒状の断面形状となっている。略半円筒の内側表面には後述する導電膜が製膜されて、導電膜で発生する熱を定着ベルト６４に伝達するための部分（加熱部２０）である。そのため、基材６２は、高耐熱性の剛性を有する材料から形成する必要がある。基材６２を構成する材料としては、アルミニウムなどの金属、ガラスを挙げることができる。
【００６４】
ベルト定着装置１５においては、ベルト６４を加熱するために基材６２の絶縁層表面に通電により発熱する導電膜が形成された加熱部材６０において、加熱部材６０から定着ベルト６４へ高効率に伝熱させるためには伝熱面積を広く取ることが望ましい。従って熱容量を考慮すると肉厚の薄い略半円筒形状の加熱部材が好ましい。
【００６５】
また、定着ベルト６４と接触する部分となる基材６２の加熱部２０には、略半円筒の内側表面には通電により発熱する導電膜が製膜されており、定着ベルト６４と摺動する面には、定着ベルト６４が移動する方向に対して直交又は傾斜角度を有して溝７１が形成されていることが好ましい。
【００６６】
加熱部材６０の加熱効率を上げるための構成としては、加熱部材表面に通電により発熱する導電膜が直接製膜形成されていることが伝熱ロスおよび耐久性から好ましい。
【００６７】
略半円筒加熱部材６０の外表面又は内表面の曲面に導電膜を製膜させる方法は、導電膜材料により選択することが望ましく、公知の方法である蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、スプレー熱分解法、ＣＶＤ法などを使用できる。しかし、曲面に製膜形成した面状発熱体は、曲面への製膜であることから膜厚にバラツキが生じやすく、導電膜の抵抗値が変わるため発熱量にバラツキが生じ、その結果、ベルト表面の温度バラツキが生じて、画像にムラが発生することが新たに判明した。そこで、導電膜の膜厚を一定にする為、マスク又はエッチングによりパターン化することが考えられるが、略半円筒形状の曲面への製膜におけるパターン化は非常に複雑であり実現性は困難である。そこで、図４（ａ）（ｂ）に示すように、加熱部材６０の外側表面に定着ベルト６４の移動方向に対して直行または傾斜角度を有して溝７１を形成し、その溝７１に高伝熱性のグリスを充填することで、導電膜の膜厚バラツキによる温度バラツキを容易に均一化することが可能となることがわかった。
【００６８】
溝７１に高伝熱性のグリスを充填することで、溝７１に沿って熱伝導拡散するため溝の温度は均一になり、定着ベルト６４の回転に伴い定着ベルトとは長手方向に対してより均一の温度分布となる。溝７１の深さは、グリスの保持性から５０μｍよりも深いことが好ましい。これよりも浅いとグリスが枯渇しやすく温度分布が生じ。またベルト摺動性が問題となる。
【００６９】
図４に示すように、定着ベルト６４が移動する方向に対して直交又は傾斜角度を有して形成された溝７１は、定着ベルトの移動方向と直行する方向を長手とする該加熱部の長手中央部で対照に形成されていることが好ましい。
【００７０】
定着ベルト６４の移動方向に対して傾斜を有した一方向の螺旋状の溝７１であると、該溝７１より一方向にベルトが寄り続け、定着ベルト端部が破壊される。そこで該加熱部２０の長手中央部で対照になるよう溝を配置することで、定着ベルト６４は寄り速度が小さくなり、柔軟性が高く剥離性の良好な定着ベルト６４を使用することが可能となる。したがって高品質な画像が安定して得られ、しかも定着ベルト６４の寿命が長くなる。
【００７１】
加熱部材６０は、定着ベルト６４の移動方向と直行する方向を長手とする該加熱部２０の長手両端部においてそれぞれ定着ベルト６４の移動方向に溝７２が形成されていることが好ましい。こうして、高熱伝導グリスが加熱部２０の必要な領域よりも外側に漏れ出し定着ベルト表面（画像に接する面）を汚染しないようにすることができる。
【００７２】
さらに、加熱部材６０は、加熱部材６０の長手方向内側の定着ベルト６４の移動方向に対して直交または傾斜角度を持って形成された溝７１よりも定着ベルト６４の移動方向の溝は深く形成されていることが好ましい。こうして定着ベルト６４の回転移動に伴い長手方向内側から外側にグリスが移動するときに、外側の溝からグリスがオーバーフローしないようにすることができる。
【００７３】
なお、加熱部材表面の溝７１，７２の形成は、機械的形成、写真製版、レーザ彫刻により形成できる。また溝の断面形状は、Ｖ字、Ｕ字、凹字のどれであっても良いが、均一な形状であることが好ましい。溝のピッチは、温度バラツキ抑制、ベルト摺動性、形成性から、適宜選択するのが好ましい。
【００７４】
加熱部２０には定着ベルト６４との間の摩擦力が低減可能なトップコート層７３を形成してもよい。トップコート層７３を構成する材料としては、ＰＴＦＥ樹脂とＰＦＡ樹脂の少なくともいずれか１つの材料、または摺動性を有するガラス層を挙げることができる。これによって、加熱部材６０と定着ベルト６４との間の摩擦力を低減することができ、定着ベルト６４が摩耗するのを防止して定着ベルト６４の高い耐久性を確保することができるとともに、定着ベルト６４を駆動する定着ローラ１５ａおよび加圧ローラ１５ｂへの負荷も低減することができ各ローラ１５ａ，１５ｂの耐久性も確保し、低電力で駆動することが可能となる。
【００７５】
ジャーナル部６０ｂは、加熱部２０の両端部に形成される部分であり、加熱部材６０自身が定着ベルト６４との摩擦力で回転しないように、定着装置１５のサイドフレーム６８に固定されている。このように、加熱部材６０自身は回転しないように構成されているので、導電膜が発熱するときに導電膜に高電流が供給されても、安全性を充分確保することができる。
【００７６】
さらに、ジャーナル部６０ｂには、定着ベルト６４が回転摺動するときに、蛇行するのを防止する蛇行防止用カラー６７が定着ベルト６４の端部に接触するように形成されている。なお、蛇行防止用カラー６７としては、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）からなるカラーを用いることができるが、これに限定されるものではなく、加熱部材６０と独立で回転できる構成のものであってもよい。このように、蛇行防止用カラー６７が独自に設置されているので、定着ベルト６４が蛇行防止用カラー６７に当接しても負荷がかかることなく摺動せず、定着ベルト６４がわれてしまうのを防止して、定着ベルト６４の耐久性を高く維持することができる。
【００７７】
次に、加熱部材６０が有する導電膜について説明する。図５は、加熱部材６０の第１例である面状発熱体の構成を示す断面図である。また、図６は、通電によって発熱する導電膜と電極により形成される発熱領域を示す図である。
【００７８】
面状発熱体は、基材の厚み方向一表面に、発熱領域となる導電膜が面状に形成されている。さらに、面状発熱体２０は、複数の発熱領域から構成されており、複数の分割された発熱領域を有する。本実施の形態では、面状発熱体２０は、電気絶縁性を有する基材の長手方向に対して両端部の発熱領域と、中央部の発熱領域との２つに分割された発熱領域が形成されるように、電気絶縁性基材の長手方向中央部に発熱領域、両端部にそれぞれ発熱領域が形成されている。
【００７９】
各発熱領域は、電圧が印加されて通電することによって発熱する導電膜が、全体として一定の形状の面を構成して形成される。ここで、導電膜は、ＩＴＯ、アルミニウム添加酸化亜鉛、ガリウム添加酸化亜鉛、フッ素添加酸化スズ、ニオブ添加二酸化チタンのいずれかから選ばれる材料を用いることが好ましい。接触熱抵抗を抑制するためには発熱体が基材に密着して製膜されることが必要であり、そのためには蒸着などにより製膜が可能な材料を用いる必要がある。さらに、これらの材料は透明な導電膜を形成することが可能である為、製造工程で製膜不良を短時間に検査除外することが可能となり、品質管理が容易となる。
【００８０】
基材６２は、高耐熱性で高剛性を有するものとして、アルミ、鉄、ガラス、アルミナなどのセラミックス材料や、ポリイミド樹脂などの耐熱性ポリマー材料などによって形成される基材が考えられるが、通電によって発熱する導電膜を蒸着などにより製膜するための基材としてはガラスが好ましい。ＩＴＯなどの導電膜との熱膨張係数が近く、加熱／冷却による導電膜の剥離を抑制し、寿命を長くすることが出来る。
【００８１】
加熱部材６０に形成される発熱領域は、幅狭の記録用紙に対応する第１の加熱領域、幅広の記録用紙に対応する第２加熱領域を有し、前記導電膜に給電するための給電膜７７を有し、給電膜７７への給電により加熱領域を制御することが好ましい。蒸着膜の製膜過程でのマスク、製膜後のエッチングをしなくても、電極の配置をパターン化することにより容易に蒸着膜の加熱領域を分割することができる。これにより記録用紙の大きさが変わっても用紙がない領域の過熱を防止でき、安全であると共に省エネを図れる。
【００８２】
幅広の記録用紙の場合、給電端子ａと給電端子ｄに通電することにより記録用紙全体を加熱し、幅狭の記録用紙の場合、給電端子ｂと給電端子ｃに通電することにより、記録用紙が通過しない領域を余分に加熱する必要がなく、安全かつ省エネとなるよう、発熱領域が区別された状態で通電可能となるように、制御部９１によって通電制御される。
【００８３】
電極および給電端子材料としては、体積抵抗率が５．９×１０−８Ωｃｍ程度の亜鉛、体積抵抗率が２．０５×１０−８Ωｃｍ程度の金、体積抵抗率が１．５５×１０−８Ωｃｍ程度の銅、体積抵抗率が１．４７×１０−８Ωｃｍ程度の銀などを挙げることができるが、その中でも体積抵抗率が小さく低コストである銀または銅が好ましい。
【００８４】
以上のように、加熱部においては、加熱部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、加熱部材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。
【００８５】
ここで、制御部９１は、本体の制御手段によって制御されて、発熱体側サーミスタ６３により検出された温度から、供給電力を制御するように構成されている。
なお、給電は定着ベルト６４の回転もしくは定着ローラ１５ａの回転と連動しており、回転していないときには給電されないよう安全性を確保されている。
【００８６】
［実施例］
【００８７】
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００８８】
（実施例１）
実施例１において使用した定着装置は、前述した定着装置である。実施例１における詳細条件は、以下のようにした。
【００８９】
＜定着ローラ＞
直径が３０ｍｍで、心金が直径１５ｍｍのステンレス鋼、弾性層が厚さ７．５ｍｍのシリコンスポンジであるものを使用した。
【００９０】
＜加圧ローラ＞
直径が３０ｍｍでシリコンソリッドゴムからなり、離型層には厚さ３０μｍのＰＦＡチューブ、内部に定格電力４００Ｗのヒータランプを配置したものを使用した。
【００９１】
＜定着ベルト＞
ベルト基材に厚さ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チューブを使用し、巻きかけ角度θを１８５°とした。
【００９２】
＜蛇行防止用カラー＞
内径２８ｍｍ、直径３２ｍｍ、幅７ｍｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）カラーを、定着ベルト端部と接するように配置した。
【００９３】
＜加熱部材＞
基材：加熱部およびジャーナル部の直径が２８ｍｍであり、肉厚１ｍｍのガラス製パイプで、周方向において４０％カットされた円弧形状を有するものを用いた。なお、外表面には、図４（ｂ）に示したパターンに深さ０．３ｍｍの溝をレーザ加工により形成した。
【００９４】
導電膜上の絶縁層：厚み３０μｍ、ポリイミドからなる絶縁層
導電膜：定着ローラの軸線方向に対応して延びる方向である長手方向の長さは３３０ｍｍとし、上記基材の内側表面に、導電膜としてＩＴＯを、長手方向中央部の領域の厚みが１００ｎｍとなるように蒸着法により形成した。なお、発熱層の長手方向の長さが３３０ｍｍに対して、両端部がそれぞれ３０ｍｍに設定されているので、発熱層の長手方向中央部の長さは、２７０ｍｍとなる。この発熱層の長手方向中央部の長さは、記録紙の最大幅よりも小さく設定されている。
電極：厚み１０μｍになるよう、図６（ｂ）に示した配置に銀ペーストを塗布後、焼成して形成した。
【００９５】
＜サーミスタ＞
発熱体側サーミスタとして非接触式、加圧ローラ側サーミスタとして接触式のものを使用した。
【００９６】
＜定着条件＞
定着ニップ部長さ：７ｍｍ（定着ニップ部の記録紙搬送方向の長さ）
定着ニップ部幅：３２５ｍｍ（定着ローラの軸線方向に対応する長さ）
定着速度：２２０ｍｍ／ｓｅｃ
加熱ニップ部長さ：４４ｍｍ（定着ベルトと加熱部材との記録紙搬送方向の接触長さ）
加熱ニップ部幅：３３０ｍｍ（定着ローラの軸線方向に対応する長さ）
記録紙の最大幅：３００ｍｍ（定着ローラの軸線方向に対応する長さ）
【００９７】
実施例１の面状発熱体（加熱部２０）から発生する熱は、基材を介して定着ベルトに伝わる。基材表面に加熱部材の長手方向中央部で対称になるよう溝が形成され、その溝に高熱伝導性のグリスが充填されているので、定着ベルト表面の温度分布は、長手方向で１７５℃プラスマイナス５℃以内と均一になり、高品質の画像を得ることができた。
【００９８】
また、異なるサイズの記録紙の連続印刷時に、通電領域を制御することにより、これ以上の過上昇は抑制できた。したがって、安全性を確保し定着部材の寿命を維持するだけでなく、省エネ化した状態で記録紙上への画像形成が可能であった。
【００９９】
（比較例１）
基材の外側表面に、溝を形成していない加熱部材とした以外は、実施例１と同様にした。導電膜への通電を調整したが、定着ベルトにおける定着温度とのバランスが調整できず、長手方向の温度分布は１７５℃プラスマイナス１０℃となり、記録紙上のトナー像の定着性が不均一なものであった。そのため、高品質の画像形成が確保できなかった。
【０１００】
以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も特許請求の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１０１】
１５ 定着装置
１５ａ 定着ローラ
１５ｂ 加圧ローラ
１５ｃ 定着ニップ部
２０ 加熱部
６０ 加熱部材
６０ｂ ジャーナル部
６２ 基材
６３ 発熱体側サーミスタ
６４ 定着ベルト
６５ 加圧ローラ側サーミスタ
６７ 蛇行防止用カラー
６８ サイドフレーム
７１，７２ 溝
７３ トップコート層
７５ 電極
７７ 給電膜
８２ 記録紙
９１ 制御部
１００ 画像形成装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱および加圧によってトナー像を記録媒体に定着させるベルト定着装置およびこれを用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンター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（定着ローラおよび加圧ローラ）を備え、このローラ対の両方あるいはいずれか一方の内部に配置されたハロゲンヒーター等からなる加熱手段によってローラ対を所定の温度（定着温度）に加熱した後、定着トナー像が形成された記録紙などの記録媒体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、熱と圧力によって記録紙にトナー像の定着を行うようになっている。
【０００３】
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、未定着トナー像の凸凹に対応して弾性変形し、トナー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開放効果によって、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、記録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記録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。
【０００４】
このようなカラー画像形成装置に備えられる定着装置において、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方法としては、定着ローラの弾性層の層厚を厚くすることや、定着ローラ径を大きくするなどの方法がある。しかしながら、弾性層を具備した定着ローラでは、弾性層の熱伝導性が非常に低いので、定着ローラ内部に加熱手段がある場合、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問題がある。一方、定着ローラ径を大きくした場合には、ウオームアップ時間が長くなったり、消費電力が増大するといった問題がある。
【０００５】
このような問題を解決するカラー画像形成装置に備えられる定着装置として、特許文献１には、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とを圧接させた構成のベルト定着方式の定着装置が開示されている。このベルト定着方式の定着装置では、熱容量が小さい定着ベルトを加熱するため、ウオ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。
【０００６】
さらに、特許文献２には、ベルト定着方式の定着装置において、加熱手段を面状発熱体として加熱部材と定着ベルトとの接触面積を確保し、加熱部材を定着ローラに近接配置した面状発熱ベルト定着方式の定着装置が開示されている。この面状発熱ベルト定着方式の定着装置では、加熱部材の曲率が定着ローラの曲率よりも大きいために定着ベルトとの接触面積が確保されると同時に低熱容量化が両立しており、加熱手段としての面状発熱体が定着ベルトを直接加熱することから、ハロゲンランプ等を用いて間接的に加熱ローラを加熱する方式に比べて熱応答速度も向上し、ウオ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。
【０００７】
特許文献３には、断面円弧状の曲面を備えたアルミニウム等の高熱伝導材料で構成された加熱パネルの裏面に、ポリイミド樹脂等からなる絶縁層の上にステンレスなどの高抵抗金属材料、或いはポリイミド樹脂等に銀を分散させた材料等で構成した発熱線で、定着ベルトの運動方向と直角方向で複数回折り返してパターン化した構成の面状の抵抗発熱体が配置された、直接加熱方式の定着装置が開示されている。なお、加熱パネル内側には加熱パネルの温度を検出する温度センサが配置されている。
【０００８】
被加熱部材である定着ベルトは固定配置された加熱パネルと加圧パッドとの間に架設され、押圧部材である加圧ローラが定着ベルトを挟んで加圧パッドに向けて押圧されている。定着ベルトは、加圧ローラの回転により加熱パネルの表面を摺接しながら移動する間に熱が伝達され、定着ベルトは定着処理に適した温度に加熱される。
【０００９】
トナー像が転写された記録媒体を、定着ベルトと加圧ローラとの間を通過させることで、加熱定着処理が行われる。なお、加圧パッドを加圧ローラに置き換えることもできる（特許文献３参照）。
【００１０】
また、定着ベルトの内面に潤滑材を用いて、定着ベルトの走行安定性を得る方法は、特許文献４に記載されており、潤滑性効果だけでなく、熱伝導性効果もあることは類推できる。しかし、ベルトの長手方向の蛇行防止については効果が不十分である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１０−３０７４９６号公報
【特許文献２】特開２００２−３３３７８８号公報
【特許文献３】特開２００３−２８７９７０号公報
【特許文献４】特開２００４−２８６９２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、加熱部材が、面状発熱体として抵抗発熱体を用い、基材の上に電気絶縁層と抵抗発熱層を積層してなる面状発熱体であり、上記抵抗発熱層を上記基材に対して上記定着ベルト側に形成したベルト定着方式では、基材と電気絶縁層と抵抗発熱層の線膨張係数が異なるために剥離が生じ、発熱層が剥離し、安全上問題である。また、定着ローラの曲率よりも加熱部材の曲率が大きいため、定着ベルトが滑らかに接触に入らない、或いは滑らかに接触から離れないため、定着ベルトの回転ムラが生じ、さらには定着ベルトの寿命が短くなる。
【００１３】
また前記した直接加熱方式の定着装置のように、加熱パネルの内側に抵抗発熱体を配置し、該抵抗発熱体を、定着ベルトの運動方向と直角方向で複数回折り返した帯状の抵抗発熱体とした構成では、定着ベルト全体にわたって発熱のムラが発生しない可能性があるが、抵抗発熱体は、ＳＵＳのような金属の薄板とポリイミド樹脂製の板を貼り付け、金属薄板側に折り返しパターンと端子を残し、これをエッチングしてパターンのある部分の金属だけを残すことによって得られる発熱体であり、これを加熱パネルの裏側に、例えば接着、または機械的に押圧することで配置すると、どうしても接触熱抵抗の不均一な部分が生じ、また熱膨張係数の違いにより、ＳＵＳ薄板の剥離が生じるため、その部分が過熱して有機絶縁層から発煙することになり安全上の問題がある。
【００１４】
一方、無機材料から構成されるセラミックヒーターを上記加熱パネル部に配置することも考えられるが、平板のセラミックヒーターからの熱を定着ベルトに効率よく伝えることは、伝熱部材の熱容量及び伝熱面積の点で難しい。
【００１５】
この発明は、上記した課題を解決し、短時間でウオームアップを行うことが可能な安全で省エネ効率の良いベルト定着装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、記録媒体上に担持されているトナー像を記録媒体上に加熱加圧して定着する定着装置であって、
定着部材と、加熱部材と、前記定着部材及び前記加熱部材との間に張架された無端状定着ベルトと、前記定着ベルトを介して前記定着部材に対向する加圧部材と、を備え、
前記加熱部材は、略半円筒形状を有して、前記定着ベルトと接触して前記定着ベルトを加熱する加熱部には、絶縁層の厚み方向一表面に通電によって発熱する導電膜が製膜され、前記定着ベルトと摺動接する表面に、前記定着ベルトが移動する方向に対して直交又は傾斜角度を有して溝が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
このベルト定着装置によれば、加熱部材の外側表面に定着ベルトの移動方向に対して直行または傾斜角度を有して溝を形成することで、導電膜の膜厚バラツキによる温度バラツキを容易に均一化することが可能となる。
【００１８】
本発明のベルト定着装置において、前記溝には高熱伝導性のグリスが充填されていることを特徴とする。
【００１９】
また、このベルト定着装置によれば、溝に高伝熱性のグリスを充填することで、溝に沿って熱伝導拡散するため溝の温度は均一になり、定着ベルトの回転に伴い定着ベルとは長手方向に対してより均一の温度分布となる。
【００２０】
本発明のベルト定着装置において、前記定着ベルトが移動する方向に対して直交又は傾斜角度を有して形成された前記溝は、前記定着ベルトの移動方向と直行する方向を長手とする前記加熱部の長手中央部で対照に形成されていることを特徴とする。
【００２１】
また、このベルト定着装置によれば、加熱部の長手中央部で対照になるよう溝を配置することで、定着ベルトは寄り速度が小さくなり、柔軟性が高く剥離性の良好な定着ベルトを使用することが可能となる。したがって高品質な画像が安定して得られ、しかも定着ベルトの寿命が長くなる。
【００２２】
本発明のベルト定着装置において、前記加熱部材は、前記定着ベルトの移動方向と直行する方向を長手とする前記加熱部の長手両端部においてそれぞれ前記定着ベルトの移動方向に前記溝が形成されていることを特徴とする。
【００２３】
また、このベルト定着装置によれば、高熱伝導グリスが加熱部の必要な領域よりも外側に漏れ出し定着ベルト表面（画像に接する面）を汚染しないようにできる。
【００２４】
本発明のベルト定着装置において、前記加熱部材は、前記加熱部材の長手方向内側の前記定着ベルトの移動方向に対して直交または傾斜角度を持って形成された前記溝よりも前記定着ベルトの移動方向の前記溝は深く形成されていることを特徴とする。
【００２５】
また、このベルト定着装置によれば、定着ベルトの回転移動に伴い長手方向内側から外側にグリスが移動するときに、外側の溝からグリスがオーバーフローしないようにできる。
【００２６】
本発明のベルト定着装置において、通電により発熱する前記導電膜は、ＩＴＯ、アルミニウム添加酸化亜鉛、ガリウム添加酸化亜鉛、フッ素添加酸化スズ、ニオブ添加二酸化チタンのいずれかから選ばれる材料を用いることを特徴とする。
【００２７】
また、このベルト定着装置によれば、接触熱抵抗を抑制するためには発熱体が基材に密着して製膜されることが必要であり、そのために蒸着などにより製膜が可能な材料を用いている。さらに、透明な導電膜を形成することが可能である為、製造工程で製膜不良を短時間に検査除外することが可能となり、品質管理が容易となる。
【００２８】
本発明のベルト定着装置において、前記加熱部材は、基材がガラスであることを特徴とする。
【００２９】
また、このベルト定着装置によれば、加熱部材は、ＩＴＯ膜との熱膨張係数が近く、加熱／冷却による導電膜の剥離を抑制し、寿命を長くすることが出来る。
【００３０】
本発明のベルト定着装置において、前記導電膜は、幅狭の記録用紙に対応する第１の加熱領域、幅広の記録用紙に対応する第２の加熱領域を有し、前記導電膜に給電するための給電膜を有し、前記給電膜への給電により加熱領域を制御することを特徴とする。
【００３１】
また、このベルト定着装置によれば、蒸着膜の製膜過程でのマスク、製膜後のエッチングをしなくても、電極の配置をパターン化することにより容易に蒸着膜の加熱領域を分割することができる。これにより記録用紙の大きさが変わっても用紙がない領域の過熱を防止でき、安全であると共に省エネを図れる。
【００３２】
本発明は、前記定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【００３３】
以上詳細に説明したとおり、この発明では、略半円筒形状の加熱部材は高温耐熱性を確保した無機材料から構成され、発熱層は基材に製膜され、基材の表面には定着ベルトの移動方向に対して直交又は傾斜角度を持って配置された溝と、加熱部材の長手方向において該溝の外側に定着ベルトの移動方向と同じ方向の溝を形成しており、それらの溝に高伝熱性のグリスが充填されているものであるから、定着ベルトは回転ムラが無く、定着ベルト全体にわたり温度ムラが無く均一な温度分布となる為、省エネで高品質な画像を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の一形態である画像形成装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態である定着装置の構成を示す断面図である。
【図３】定着装置が有する加熱部材の構成を示す図である。
【図４】加熱部材の外側表面に形成した溝を示す図である。
【図５】加熱部材の第１例である面状発熱体の構成を示す断面図である。
【図６】通電によって発熱する導電膜と電極により形成される発熱領域を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、この発明の複数の実施の形態について説明する。
【００３６】
図１は、本発明の実施の一形態である画像形成装置１００の構成を示す図である。画像形成装置１００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および単色の画像を形成する装置である。画像形成装置１００は、露光ユニット１０、感光体ドラム１０１（１０１ａ〜１０１ｄ）、現像装置１０２（１０２ａ〜１０２ｄ）、帯電ローラ１０３（１０３ａ〜１０３ｄ）、クリーニングユニット１０４（１０４ａ〜１０４ｄ）、中間転写ベルト１１、一次転写ローラ１３（１３ａ〜１３ｄ）、二次転写ローラ１４、定着装置１５、用紙搬送路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３、給紙カセット１６、手差し給紙トレイ１７および排紙トレイ１８を備えている。
【００３７】
画像形成装置１００は、ブラック（Ｋ）およびカラー画像を色分解して得られる減法混色の３原色であるシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の４色の各色相に対応した画像データを用いて、各色相に対応した画像形成部Ｐａ〜Ｐｄにおいて画像形成を行う。各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、同様の構成であり、たとえば、ブラック（Ｋ）の画像形成部Ｐａは、感光体ドラム１０１ａ、現像装置１０２ａ、帯電ローラ１０３ａ、転写ローラ１３ａおよびクリーニングユニット１０４ａ等から構成される。この画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、中間転写ベルト１１の移動方向（副走査方向）に一列に配列されている。
【００３８】
帯電ローラ１０３は、感光体ドラム１０１の表面を所定の電位に均一に帯電させる接触方式の帯電器である。帯電ローラ１０３に代えて、帯電ブラシを用いた接触方式の帯電器、または、帯電ワイヤを用いた非接触方式の帯電器を用いることもできる。
【００３９】
露光ユニット１０は、図示しない半導体レーザ、ポリゴンミラー４、第１反射ミラー７、第２反射ミラー８等を備えており、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）およびイエロー（Ｙ）の各色相の画像データによって変調されたレーザビーム等の光ビームのそれぞれを感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄのそれぞれに照射する。各感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄは、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）およびイエロー（Ｙ）の各色相の画像データによる静電潜像を形成する。
【００４０】
現像装置１０２は、静電潜像が形成された感光体ドラム１０１の表面に現像剤であるトナーを供給し、静電潜像をトナー像に現像する。現像装置１０２ａ〜１０２ｄのそれぞれは、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）およびイエロー（Ｙ）の各色相のトナーを収納しており、感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄのそれぞれに形成された各色相の静電潜像を、各色相のトナー像に顕像化する。クリーニングユニット１０４は、現像・画像転写後における感光体ドラム１０１上の表面に残留したトナーを除去・回収する。
【００４１】
中間転写ベルト１１は、感光体ドラム１０１の上方に配置されており、駆動ローラ１１ａと従動ローラ１１ｂとの間に張架されてループ状の移動経路を形成している。中間転写ベルト１１の外周面は、感光体ドラム１０１ｄ、感光体ドラム１０１ｃ、感光体ドラム１０１ｂおよび感光体ドラム１０１ａにこの順に対向する。この中間転写ベルト１１を挟んで各感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄに対向する位置に、一次転写ローラ１３ａ〜１３ｄが配置されている。中間転写ベルト１１が感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄに対向する位置のそれぞれが一次転写位置である。また、中間転写ベルト１１は、厚さ１００〜１５０μｍ程度のフィルムで形成されている。
【００４２】
一次転写ローラ１３ａ〜１３ｄには、感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄの表面に担持されたトナー像を中間転写ベルト１１上に転写するために、トナーの帯電極性と逆極性の一次転写バイアスが定電圧制御によって印加される。これによって、感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄに形成された各色相のトナー像は、中間転写ベルト１１の外周面に順次重ねて転写され、中間転写ベルト１１の外周面にフルカラーのトナー像が形成される。
【００４３】
ただし、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）の色相の一部のみの画像データが入力された場合には、４つの感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄのうち、入力された画像データの色相に対応する一部の感光体１０１のみにおいて静電潜像およびトナー像の形成が行われる。たとえば、モノクロ画像形成時には、ブラックの色相に対応した感光体ドラム１０１ａのみにおいて静電潜像の形成およびトナー像の形成が行われ、中間転写ベルト１１の外周面にはブラックのトナー像のみが転写される。
【００４４】
各一次転写ローラ１３ａ〜１３ｄは、直径８〜１０ｍｍのステンレスなどの金属を基材とする軸の表面を導電性の弾性材（たとえばＥＰＤＭ、発泡ウレタン等）によって被覆して構成されており、導電性の弾性材によって中間転写ベルト１１に均一に高電圧を印加する。
【００４５】
各一次転写位置において中間転写ベルト１１の外周面に転写されたトナー像は、中間転写ベルト１１の回転によって、二次転写ローラ１４との対向位置である二次転写位置に搬送される。二次転写ローラ１４は、画像形成時において、内周面が駆動ローラ１１ａの周面に接触する中間転写ベルト１１の外周面に所定のニップ圧で圧接されている。給紙カセット１６または手差し給紙トレイ１７から給紙された記録紙が、二次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との間を通過する際に、二次転写ローラ１４にトナーの帯電極性とは逆極性の高電圧が印加される。これによって、中間転写ベルト１１の外周面から記録紙の表面にトナー像が転写される。
【００４６】
なお、感光体ドラム１０１から中間転写ベルト１１に付着したトナーのうち、記録紙上に転写されずに中間転写ベルト１１上に残存したトナーは、次工程での混色を防止するために、転写クリーニングユニット１２によって回収される。
【００４７】
トナー像が転写された記録紙は、後述する本発明の定着装置１５に導かれ、定着ローラ１５ａおよび加熱部材６０の間に張架された定着ベルト６４と、加圧ローラ１５ｂとの間に形成される定着ニップ部を通過して加熱および加圧を受ける。これによって、トナー像が、記録紙の表面に堅牢に定着する。トナー像が定着した記録紙は、排紙ローラ１８ａによって排紙トレイ１８上に排出される。
【００４８】
また、画像形成装置１００には、用紙カセット１６に収納されている記録紙を、二次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との間および定着装置１５を経由して、排紙トレイ１８に送るための略垂直方向に延びる用紙搬送路Ｐ１が設けられている。用紙搬送路Ｐ１には、用紙カセット１６内の記録紙を一枚ずつ用紙搬送路Ｐ１内に繰り出すピックアップローラ１６ａ、繰り出された記録紙を上方に向けて搬送する搬送ローラ１６ｂ、搬送されてきた記録紙を所定のタイミングで２次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との間に導くレジストローラ１９、記録紙を排紙トレイ１８に排出する排紙ローラ１８ａが配置されている。
【００４９】
また、画像形成装置１００の内部には、手差し給紙トレイ１７からレジストローラ１９に至る間に、ピックアップローラ１７ａおよび搬送ローラ１６ｂを配置した用紙搬送路Ｐ２が形成されている。さらに、排紙ローラ１８ａから用紙搬送路Ｐ１におけるレジストローラ１９の上流側に至る間には、用紙搬送路Ｐ３が形成されている。
【００５０】
排紙ローラ１８ａは、正逆両方向に回転自在にされており、記録紙の片面に画像を形成する片面画像形成時、および、記録紙の両面に画像を形成する両面画像形成における第２面画像形成時に正転方向に駆動されて記録紙を排紙トレイ１８に排出する。一方、両面画像形成における第１面画像形成時には、排出ローラ１８ａは、用紙の後端が定着装置１５を通過するまで正転方向に駆動された後、記録紙の後端部を挟持した状態で逆転方向に駆動されて記録紙を用紙搬送路Ｐ３内に導く。これによって、両面画像形成時に片面のみに画像が形成された記録紙は、表裏面および前後端を反転した状態で用紙搬送路Ｐ１に導かれる。
【００５１】
レジストローラ１９は、用紙カセット１６または手差し給紙トレイ１７から給紙され、または、用紙搬送路Ｐ３を経由して搬送された記録紙を、中間転写ベルト１１の回転に同期したタイミングで２次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との間に導く。このため、レジストローラ１９は、感光体ドラム１０１や中間転写ベルト１１の動作開始時には回転を停止しており、中間転写ベルト１１の回転に先立って給紙または搬送された記録紙は、前端をレジストローラ１９に当接させた状態で用紙搬送路Ｐ１内における移動を停止する。この後、レジストローラ１９は、２次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１とが圧接する位置で、記録紙の前端部と中間転写ベルト１１上に形成されたトナー像の前端部とが対向するタイミングで回転を開始する。
【００５２】
なお、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄの全てにおいて画像形成が行われるフルカラー画像形成時には、一次転写ローラ１３ａ〜１３ｄが中間転写ベルト１１を感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄの全てに圧接させる。一方、画像形成部Ｐａのみにおいて画像形成が行われるモノクロ画像形成時には、一次転写ローラ１３ａのみを中間転写ベルト１１を感光体ドラム１０１ａに圧接させる。
【００５３】
図２は、本発明の第１実施形態である定着装置１５の構成を示す断面図である。定着装置１５は、定着ローラ１５ａと、加圧ローラ１５ｂと、定着ベルト６４と、加熱部材６０とを含んで構成される。定着装置１５においては、定着ベルト６４が定着ローラ１５ａと加熱部材６０との間に張架され、加圧ローラ１５ｂが定着ベルト６４を介して定着ローラ１５ａに対向するように配置されている。そして、定着ローラ１５ａと加熱部材６０とは、定着ローラ１５ａ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。そのため、定着ローラ１５ａと加熱部材６０との間に張架される定着ベルト６４が摺動するとき、蛇行するのを防止して、定着ベルト６４の耐久性を高く維持することができる。
【００５４】
定着装置１５は、加熱部材６０が定着ベルト６４と接触して定着ベルト６４を加熱し、定着ベルト６４と加圧ローラ１５ｂとで形成する定着ニップ部１５ｃを、所定の定着速度（本実施の形態では２２０ｍｍ／ｓｅｃ）および複写速度で記録媒体である記録紙８２が通過したとき、記録紙８２上に担持されている未定着のトナー像８１を記録紙８２上に加熱加圧して定着する装置である。
【００５５】
なお、未定着のトナー像８１は、たとえば、非磁性一成分現像剤（非磁性トナー）、非磁性二成分現像剤（非磁性トナーおよびキャリア）、磁性現像剤（磁性トナー）などの現像剤（トナー）によって形成される。また、定着速度とは所謂プロセス速度であり、複写速度とは１分あたりのコピー枚数のことである。また、記録紙８２が定着ニップ部１５ｃを通過するときには、定着ベルト６４は、記録紙８２のトナー像担持面とは反対側の面に当接するようになっている。
【００５６】
定着ローラ１５ａは、定着ベルト６４を介して加圧ローラ１５ｂに圧接することで定着ニップ部１５ｃを形成すると同時に、定着ベルト６４を介して加圧ローラ１５ｂに対向しかつ圧接し、回転軸線まわりに回転自在に設けられている。加圧ローラ１５ｂは、定着ローラ１５ａの回転（回転方向Ｙ１）に従動して回転方向Ｙ２に回転する。定着ローラ１５ａは、直径が３０ｍｍで、その内側から順に芯金、弾性層が形成された２層構造からなり、芯金には、たとえば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属あるいはそれらの合金等が用いられる。また、弾性層にはシリコンゴム、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、本実施の形態では、定着ローラ１５ａが定着ベルト６４を介して加圧ローラ１５ｂに圧接するときの力は、２１６Ｎ程度である。
【００５７】
加圧ローラ１５ｂは、図示しない駆動モーター（駆動手段）により回転軸線まわりに回転方向Ｙ２に回転駆動することによって、定着ベルト６４を搬送する。加圧ローラ１５ｂは、その内側から順に芯金、弾性層、離型層が形成された３層構造からなっている。
【００５８】
芯金には、たとえば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属あるいはそれらの合金等が用いられる。また、弾性層にはシリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性を有するゴム材料が適しており、離型層には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。また、加圧ローラ１５ｂの内部には、加圧ローラ１５ｂを加熱するヒータランプ６６が配置されている。後述する制御部が電源回路からヒータランプ６６に電力を供給（通電）させることによって、ヒータランプ６６が発光し、ヒータランプ６６から赤外線が放射される。これによって、加圧ローラ１５ｂの内周面が赤外線を吸収して加熱され、加圧ローラ１５ｂ全体が加熱される。
【００５９】
定着ベルト６４は、加熱部材６０によって所定の温度に加熱され、定着ニップ部１５ｃを通過する未定着トナー像８１および記録紙８２を加熱する。定着ベルト６４は、直径５０ｍｍの無端状のベルトで、加熱部材６０と定着ローラ１５ａによって懸架され、定着ローラ１５ａに所定の角度で巻きかかっている。定着ベルト６４は、定着ローラ１５ａの回転時には、定着ローラ１５ａに従動して回転方向Ｙ１に回転するようになっている。
【００６０】
定着ベルト６４は、ポリイミド等の耐熱性樹脂ある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および弾性に優れたエラストマー材料（たとえばシリコンゴム）が形成され、さらにその表面に離型層として耐熱性および離型性に優れた合成樹脂材料（たとえばＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素樹脂）が形成された３層構造となっている。また、基材のポリイミドにフッ素樹脂を内添してもよい。これによって、加熱部材６０との摺動負荷を低減することができる。
【００６１】
また、定着装置１５においては、温度検出手段として、定着ベルト６４の周面には発熱体側サーミスタ６３、加圧ローラ１５ｂの周面には加圧ローラ側サーミスタ６５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。発熱体側サーミスタ６３によって検出された定着ベルト６４の表面温度に基づいて、後述する導電膜に対する通電が制御される。本実施の形態における発熱体側サーミスタ６３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６４に接触して配置する構成では、定着ベルト６４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６４の表面離型層を摩耗させる場合がある。このようにして定着ベルト６４の表面離型層が損傷、劣化した場合には、画像にその影響を及ぼし、劣悪な画像となる。また、加圧ローラ側サーミスタ６５によって検出された加圧ローラ１５ｂの表面温度に基づいて、ヒータランプ６６に対する通電が制御される。
【００６２】
図３は、定着装置１５が有する加熱部材６０の構成を示す図である。図４は、加熱部材の表面の溝の形成状態を示す展開図である。加熱部材６０は、定着ベルト６４に接触して、定着ベルト６４を所定の温度に加熱するための部材である。加熱部材６０は、基材６２と、後述する導電膜、電極７５を含んで構成される。
【００６３】
基材６２は、中空のロール形状であり、略下半分が切断された略半円筒状の断面形状となっている。略半円筒の内側表面には後述する導電膜が製膜されて、導電膜で発生する熱を定着ベルト６４に伝達するための部分（加熱部２０）である。そのため、基材６２は、高耐熱性の剛性を有する材料から形成する必要がある。基材６２を構成する材料としては、アルミニウムなどの金属、ガラスを挙げることができる。
【００６４】
ベルト定着装置１５においては、ベルト６４を加熱するために基材６２の絶縁層表面に通電により発熱する導電膜が形成された加熱部材６０において、加熱部材６０から定着ベルト６４へ高効率に伝熱させるためには伝熱面積を広く取ることが望ましい。従って熱容量を考慮すると肉厚の薄い略半円筒形状の加熱部材が好ましい。
【００６５】
また、定着ベルト６４と接触する部分となる基材６２の加熱部２０には、略半円筒の内側表面には通電により発熱する導電膜が製膜されており、定着ベルト６４と摺動する面には、定着ベルト６４が移動する方向に対して直交又は傾斜角度を有して溝７１が形成されていることが好ましい。
【００６６】
加熱部材６０の加熱効率を上げるための構成としては、加熱部材表面に通電により発熱する導電膜が直接製膜形成されていることが伝熱ロスおよび耐久性から好ましい。
【００６７】
略半円筒加熱部材６０の外表面又は内表面の曲面に導電膜を製膜させる方法は、導電膜材料により選択することが望ましく、公知の方法である蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、スプレー熱分解法、ＣＶＤ法などを使用できる。しかし、曲面に製膜形成した面状発熱体は、曲面への製膜であることから膜厚にバラツキが生じやすく、導電膜の抵抗値が変わるため発熱量にバラツキが生じ、その結果、ベルト表面の温度バラツキが生じて、画像にムラが発生することが新たに判明した。そこで、導電膜の膜厚を一定にする為、マスク又はエッチングによりパターン化することが考えられるが、略半円筒形状の曲面への製膜におけるパターン化は非常に複雑であり実現性は困難である。そこで、図４（ａ）（ｂ）に示すように、加熱部材６０の外側表面に定着ベルト６４の移動方向に対して直行または傾斜角度を有して溝７１を形成し、その溝７１に高伝熱性のグリスを充填することで、導電膜の膜厚バラツキによる温度バラツキを容易に均一化することが可能となることがわかった。
【００６８】
溝７１に高伝熱性のグリスを充填することで、溝７１に沿って熱伝導拡散するため溝の温度は均一になり、定着ベルト６４の回転に伴い定着ベルトとは長手方向に対してより均一の温度分布となる。溝７１の深さは、グリスの保持性から５０μｍよりも深いことが好ましい。これよりも浅いとグリスが枯渇しやすく温度分布が生じ。またベルト摺動性が問題となる。
【００６９】
図４に示すように、定着ベルト６４が移動する方向に対して直交又は傾斜角度を有して形成された溝７１は、定着ベルトの移動方向と直行する方向を長手とする該加熱部の長手中央部で対照に形成されていることが好ましい。
【００７０】
定着ベルト６４の移動方向に対して傾斜を有した一方向の螺旋状の溝７１であると、該溝７１より一方向にベルトが寄り続け、定着ベルト端部が破壊される。そこで該加熱部２０の長手中央部で対照になるよう溝を配置することで、定着ベルト６４は寄り速度が小さくなり、柔軟性が高く剥離性の良好な定着ベルト６４を使用することが可能となる。したがって高品質な画像が安定して得られ、しかも定着ベルト６４の寿命が長くなる。
【００７１】
加熱部材６０は、定着ベルト６４の移動方向と直行する方向を長手とする該加熱部２０の長手両端部においてそれぞれ定着ベルト６４の移動方向に溝７２が形成されていることが好ましい。こうして、高熱伝導グリスが加熱部２０の必要な領域よりも外側に漏れ出し定着ベルト表面（画像に接する面）を汚染しないようにすることができる。
【００７２】
さらに、加熱部材６０は、加熱部材６０の長手方向内側の定着ベルト６４の移動方向に対して直交または傾斜角度を持って形成された溝７１よりも定着ベルト６４の移動方向の溝は深く形成されていることが好ましい。こうして定着ベルト６４の回転移動に伴い長手方向内側から外側にグリスが移動するときに、外側の溝からグリスがオーバーフローしないようにすることができる。
【００７３】
なお、加熱部材表面の溝７１，７２の形成は、機械的形成、写真製版、レーザ彫刻により形成できる。また溝の断面形状は、Ｖ字、Ｕ字、凹字のどれであっても良いが、均一な形状であることが好ましい。溝のピッチは、温度バラツキ抑制、ベルト摺動性、形成性から、適宜選択するのが好ましい。
【００７４】
加熱部２０には定着ベルト６４との間の摩擦力が低減可能なトップコート層７３を形成してもよい。トップコート層７３を構成する材料としては、ＰＴＦＥ樹脂とＰＦＡ樹脂の少なくともいずれか１つの材料、または摺動性を有するガラス層を挙げることができる。これによって、加熱部材６０と定着ベルト６４との間の摩擦力を低減することができ、定着ベルト６４が摩耗するのを防止して定着ベルト６４の高い耐久性を確保することができるとともに、定着ベルト６４を駆動する定着ローラ１５ａおよび加圧ローラ１５ｂへの負荷も低減することができ各ローラ１５ａ，１５ｂの耐久性も確保し、低電力で駆動することが可能となる。
【００７５】
ジャーナル部６０ｂは、加熱部２０の両端部に形成される部分であり、加熱部材６０自身が定着ベルト６４との摩擦力で回転しないように、定着装置１５のサイドフレーム６８に固定されている。このように、加熱部材６０自身は回転しないように構成されているので、導電膜が発熱するときに導電膜に高電流が供給されても、安全性を充分確保することができる。
【００７６】
さらに、ジャーナル部６０ｂには、定着ベルト６４が回転摺動するときに、蛇行するのを防止する蛇行防止用カラー６７が定着ベルト６４の端部に接触するように形成されている。なお、蛇行防止用カラー６７としては、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）からなるカラーを用いることができるが、これに限定されるものではなく、加熱部材６０と独立で回転できる構成のものであってもよい。このように、蛇行防止用カラー６７が独自に設置されているので、定着ベルト６４が蛇行防止用カラー６７に当接しても負荷がかかることなく摺動せず、定着ベルト６４がわれてしまうのを防止して、定着ベルト６４の耐久性を高く維持することができる。
【００７７】
次に、加熱部材６０が有する導電膜について説明する。図５は、加熱部材６０の第１例である面状発熱体の構成を示す断面図である。また、図６は、通電によって発熱する導電膜と電極により形成される発熱領域を示す図である。
【００７８】
面状発熱体は、基材の厚み方向一表面に、発熱領域となる導電膜が面状に形成されている。さらに、面状発熱体２０は、複数の発熱領域から構成されており、複数の分割された発熱領域を有する。本実施の形態では、面状発熱体２０は、電気絶縁性を有する基材の長手方向に対して両端部の発熱領域と、中央部の発熱領域との２つに分割された発熱領域が形成されるように、電気絶縁性基材の長手方向中央部に発熱領域、両端部にそれぞれ発熱領域が形成されている。
【００７９】
各発熱領域は、電圧が印加されて通電することによって発熱する導電膜が、全体として一定の形状の面を構成して形成される。ここで、導電膜は、ＩＴＯ、アルミニウム添加酸化亜鉛、ガリウム添加酸化亜鉛、フッ素添加酸化スズ、ニオブ添加二酸化チタンのいずれかから選ばれる材料を用いることが好ましい。接触熱抵抗を抑制するためには発熱体が基材に密着して製膜されることが必要であり、そのためには蒸着などにより製膜が可能な材料を用いる必要がある。さらに、これらの材料は透明な導電膜を形成することが可能である為、製造工程で製膜不良を短時間に検査除外することが可能となり、品質管理が容易となる。
【００８０】
基材６２は、高耐熱性で高剛性を有するものとして、アルミ、鉄、ガラス、アルミナなどのセラミックス材料や、ポリイミド樹脂などの耐熱性ポリマー材料などによって形成される基材が考えられるが、通電によって発熱する導電膜を蒸着などにより製膜するための基材としてはガラスが好ましい。ＩＴＯなどの導電膜との熱膨張係数が近く、加熱／冷却による導電膜の剥離を抑制し、寿命を長くすることが出来る。
【００８１】
加熱部材６０に形成される発熱領域は、幅狭の記録用紙に対応する第１の加熱領域、幅広の記録用紙に対応する第２加熱領域を有し、前記導電膜に給電するための給電膜７７を有し、給電膜７７への給電により加熱領域を制御することが好ましい。蒸着膜の製膜過程でのマスク、製膜後のエッチングをしなくても、電極の配置をパターン化することにより容易に蒸着膜の加熱領域を分割することができる。これにより記録用紙の大きさが変わっても用紙がない領域の過熱を防止でき、安全であると共に省エネを図れる。
【００８２】
幅広の記録用紙の場合、給電端子ａと給電端子ｄに通電することにより記録用紙全体を加熱し、幅狭の記録用紙の場合、給電端子ｂと給電端子ｃに通電することにより、記録用紙が通過しない領域を余分に加熱する必要がなく、安全かつ省エネとなるよう、発熱領域が区別された状態で通電可能となるように、制御部９１によって通電制御される。
【００８３】
電極および給電端子材料としては、体積抵抗率が５．９×１０−８Ωｃｍ程度の亜鉛、体積抵抗率が２．０５×１０−８Ωｃｍ程度の金、体積抵抗率が１．５５×１０−８Ωｃｍ程度の銅、体積抵抗率が１．４７×１０−８Ωｃｍ程度の銀などを挙げることができるが、その中でも体積抵抗率が小さく低コストである銀または銅が好ましい。
【００８４】
以上のように、加熱部においては、加熱部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、加熱部材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。
【００８５】
ここで、制御部９１は、本体の制御手段によって制御されて、発熱体側サーミスタ６３により検出された温度から、供給電力を制御するように構成されている。
なお、給電は定着ベルト６４の回転もしくは定着ローラ１５ａの回転と連動しており、回転していないときには給電されないよう安全性を確保されている。
【００８６】
［実施例］
【００８７】
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００８８】
（実施例１）
実施例１において使用した定着装置は、前述した定着装置である。実施例１における詳細条件は、以下のようにした。
【００８９】
＜定着ローラ＞
直径が３０ｍｍで、心金が直径１５ｍｍのステンレス鋼、弾性層が厚さ７．５ｍｍのシリコンスポンジであるものを使用した。
【００９０】
＜加圧ローラ＞
直径が３０ｍｍでシリコンソリッドゴムからなり、離型層には厚さ３０μｍのＰＦＡチューブ、内部に定格電力４００Ｗのヒータランプを配置したものを使用した。
【００９１】
＜定着ベルト＞
ベルト基材に厚さ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チューブを使用し、巻きかけ角度θを１８５°とした。
【００９２】
＜蛇行防止用カラー＞
内径２８ｍｍ、直径３２ｍｍ、幅７ｍｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）カラーを、定着ベルト端部と接するように配置した。
【００９３】
＜加熱部材＞
基材：加熱部およびジャーナル部の直径が２８ｍｍであり、肉厚１ｍｍのガラス製パイプで、周方向において４０％カットされた円弧形状を有するものを用いた。なお、外表面には、図４（ｂ）に示したパターンに深さ０．３ｍｍの溝をレーザ加工により形成した。
【００９４】
導電膜上の絶縁層：厚み３０μｍ、ポリイミドからなる絶縁層
導電膜：定着ローラの軸線方向に対応して延びる方向である長手方向の長さは３３０ｍｍとし、上記基材の内側表面に、導電膜としてＩＴＯを、長手方向中央部の領域の厚みが１００ｎｍとなるように蒸着法により形成した。なお、発熱層の長手方向の長さが３３０ｍｍに対して、両端部がそれぞれ３０ｍｍに設定されているので、発熱層の長手方向中央部の長さは、２７０ｍｍとなる。この発熱層の長手方向中央部の長さは、記録紙の最大幅よりも小さく設定されている。
電極：厚み１０μｍになるよう、図６（ｂ）に示した配置に銀ペーストを塗布後、焼成して形成した。
【００９５】
＜サーミスタ＞
発熱体側サーミスタとして非接触式、加圧ローラ側サーミスタとして接触式のものを使用した。
【００９６】
＜定着条件＞
定着ニップ部長さ：７ｍｍ（定着ニップ部の記録紙搬送方向の長さ）
定着ニップ部幅：３２５ｍｍ（定着ローラの軸線方向に対応する長さ）
定着速度：２２０ｍｍ／ｓｅｃ
加熱ニップ部長さ：４４ｍｍ（定着ベルトと加熱部材との記録紙搬送方向の接触長さ）
加熱ニップ部幅：３３０ｍｍ（定着ローラの軸線方向に対応する長さ）
記録紙の最大幅：３００ｍｍ（定着ローラの軸線方向に対応する長さ）
【００９７】
実施例１の面状発熱体（加熱部２０）から発生する熱は、基材を介して定着ベルトに伝わる。基材表面に加熱部材の長手方向中央部で対称になるよう溝が形成され、その溝に高熱伝導性のグリスが充填されているので、定着ベルト表面の温度分布は、長手方向で１７５℃プラスマイナス５℃以内と均一になり、高品質の画像を得ることができた。
【００９８】
また、異なるサイズの記録紙の連続印刷時に、通電領域を制御することにより、これ以上の過上昇は抑制できた。したがって、安全性を確保し定着部材の寿命を維持するだけでなく、省エネ化した状態で記録紙上への画像形成が可能であった。
【００９９】
（比較例１）
基材の外側表面に、溝を形成していない加熱部材とした以外は、実施例１と同様にした。導電膜への通電を調整したが、定着ベルトにおける定着温度とのバランスが調整できず、長手方向の温度分布は１７５℃プラスマイナス１０℃となり、記録紙上のトナー像の定着性が不均一なものであった。そのため、高品質の画像形成が確保できなかった。
【０１００】
以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も特許請求の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１０１】
１５ 定着装置
１５ａ 定着ローラ
１５ｂ 加圧ローラ
１５ｃ 定着ニップ部
２０ 加熱部
６０ 加熱部材
６０ｂ ジャーナル部
６２ 基材
６３ 発熱体側サーミスタ
６４ 定着ベルト
６５ 加圧ローラ側サーミスタ
６７ 蛇行防止用カラー
６８ サイドフレーム
７１，７２ 溝
７３ トップコート層
７５ 電極
７７ 給電膜
８２ 記録紙
９１ 制御部
１００ 画像形成装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体上に担持されているトナー像を記録媒体上に加熱加圧して定着する定着装置であって、
定着部材と、
加熱部材と、
前記定着部材及び前記加熱部材との間に張架された無端状定着ベルトと、
前記定着ベルトを介して前記定着部材に対向する加圧部材と、
を備え、
前記加熱部材は、
略半円筒形状を有して、前記定着ベルトと接触して前記定着ベルトを加熱する加熱部には、絶縁層の厚み方向一表面に通電によって発熱する導電膜が製膜され、前記定着ベルトと摺動接する表面に、前記定着ベルトが移動する方向に対して直交又は傾斜角度を有して溝が形成されていることを特徴とするベルト定着装置。
【請求項２】
前記溝には高熱伝導性のグリスが充填されていることを特徴とする請求項１に記載のベルト定着装置。
【請求項３】
前記定着ベルトが移動する方向に対して直交又は傾斜角度を有して形成された前記溝は、前記定着ベルトの移動方向と直行する方向を長手とする前記加熱部の長手中央部で対照に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のベルト定着装置。
【請求項４】
前記加熱部材は、前記定着ベルトの移動方向と直行する方向を長手とする前記加熱部の長手両端部においてそれぞれ前記定着ベルトの移動方向に前記溝が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のベルト定着装置。
【請求項５】
前記加熱部材は、前記加熱部材の長手方向内側の前記定着ベルトの移動方向に対して直交または傾斜角度を持って形成された前記溝よりも前記定着ベルトの移動方向の前記溝は深く形成されていることを特徴とする請求項４に記載のベルト定着装置。
【請求項６】
通電により発熱する前記導電膜は、ＩＴＯ、アルミニウム添加酸化亜鉛、ガリウム添加酸化亜鉛、フッ素添加酸化スズ、ニオブ添加二酸化チタンのいずれかから選ばれる材料を用いることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のベルト定着装置。
【請求項７】
前記加熱部材は、基材がガラスであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のベルト定着装置。
【請求項８】
前記導電膜は、幅狭の記録用紙に対応する第１の加熱領域、幅広の記録用紙に対応する第２の加熱領域を有し、前記導電膜に給電するための給電膜を有し、前記給電膜への給電により加熱領域を制御することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のベルト定着装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つ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。
【請求項１】
記録媒体上に担持されているトナー像を記録媒体上に加熱加圧して定着する定着装置であって、
定着部材と、
加熱部材と、
前記定着部材及び前記加熱部材との間に張架された無端状定着ベルトと、
前記定着ベルトを介して前記定着部材に対向する加圧部材と、
を備え、
前記加熱部材は、
略半円筒形状を有して、前記定着ベルトと接触して前記定着ベルトを加熱する加熱部には、絶縁層の厚み方向一表面に通電によって発熱する導電膜が製膜され、前記定着ベルトと摺動接する表面に、前記定着ベルトが移動する方向に対して直交又は傾斜角度を有して溝が形成されていることを特徴とするベルト定着装置。
【請求項２】
前記溝には高熱伝導性のグリスが充填されていることを特徴とする請求項１に記載のベルト定着装置。
【請求項３】
前記定着ベルトが移動する方向に対して直交又は傾斜角度を有して形成された前記溝は、前記定着ベルトの移動方向と直行する方向を長手とする前記加熱部の長手中央部で対照に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のベルト定着装置。
【請求項４】
前記加熱部材は、前記定着ベルトの移動方向と直行する方向を長手とする前記加熱部の長手両端部においてそれぞれ前記定着ベルトの移動方向に前記溝が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のベルト定着装置。
【請求項５】
前記加熱部材は、前記加熱部材の長手方向内側の前記定着ベルトの移動方向に対して直交または傾斜角度を持って形成された前記溝よりも前記定着ベルトの移動方向の前記溝は深く形成されていることを特徴とする請求項４に記載のベルト定着装置。
【請求項６】
通電により発熱する前記導電膜は、ＩＴＯ、アルミニウム添加酸化亜鉛、ガリウム添加酸化亜鉛、フッ素添加酸化スズ、ニオブ添加二酸化チタンのいずれかから選ばれる材料を用いることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のベルト定着装置。
【請求項７】
前記加熱部材は、基材がガラスであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のベルト定着装置。
【請求項８】
前記導電膜は、幅狭の記録用紙に対応する第１の加熱領域、幅広の記録用紙に対応する第２の加熱領域を有し、前記導電膜に給電するための給電膜を有し、前記給電膜への給電により加熱領域を制御することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のベルト定着装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つ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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−８３６８３（Ｐ２０１３−８３６８３Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２１５８３（Ｐ２０１１−２２１５８３）
【出願日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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