定着装置及び画像形成装置
【課題】熱効率の低下を抑えながら、長期間に亘って安定した給電を行うことができる抵抗発熱体方式の定着装置及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】抵抗発熱体層を有する定着ベルト２００の外周面に加圧部材２１０を圧接させて形成される定着ニップに記録シートを通紙してトナー像を定着する定着装置１００に、定着ベルト２００の内側の加圧部材２１０に対向する位置において、定着ニップ位置で定着ベルト２００を支持する押圧パッド２２０を設ける。定着ベルト２００とともに回転可能に支持され、押圧パッド２２０よりも定着ベルト２００の回転軸方向外側において、定着ベルトの両端開口に環状部材２０１を嵌設し、給電部材２０６を設ける。定着ベルト２００は両端部の外周面に電極部２０３を設け、環状部材２０６に対向する位置に定着ベルトの外周面側から環状部材２０６に対して給電部材２０６を付勢する。電極部２０３は抵抗発熱体層に給電する。
【解決手段】抵抗発熱体層を有する定着ベルト２００の外周面に加圧部材２１０を圧接させて形成される定着ニップに記録シートを通紙してトナー像を定着する定着装置１００に、定着ベルト２００の内側の加圧部材２１０に対向する位置において、定着ニップ位置で定着ベルト２００を支持する押圧パッド２２０を設ける。定着ベルト２００とともに回転可能に支持され、押圧パッド２２０よりも定着ベルト２００の回転軸方向外側において、定着ベルトの両端開口に環状部材２０１を嵌設し、給電部材２０６を設ける。定着ベルト２００は両端部の外周面に電極部２０３を設け、環状部材２０６に対向する位置に定着ベルトの外周面側から環状部材２０６に対して給電部材２０６を付勢する。電極部２０３は抵抗発熱体層に給電する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置及び画像形成装置に関し、特に、抵抗発熱体方式の定着装置において定着ベルトの破損を防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、簡素な装置構成で省エネルギー化を図ることができる定着装置として、抵抗発熱体方式の定着装置が注目されている。
抵抗発熱体方式の定着装置においては、抵抗発熱体に摺接して、当該抵抗発熱体へ給電する給電ブラシの抵抗発熱体との接触不良により、前記給電が間欠的に途絶えると、抵抗発熱体の発熱量が変動して、定着不良が生じる。このような問題に対して、例えば、図７に示されるように、断面Ｃ字状の裏当て部材を定着ベルトの内周面に当接させるとともに、定着ベルトの裏当て部材が当接していない内周面に押圧ローラーを付勢された状態で圧接させる。
【０００３】
定着ベルトを挟んで押圧ローラーに対向する位置においては、定着ベルトの外周面に設けられた電極に当接するように給電ブラシが配設される。更に、加圧ローラーは裏当て部材に対向するように定着ベルトに圧接させる。このようにすれば、確実に給電ブラシを電極に当接させることができるので、給電を安定化させて定着不良を防止することができる（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１６０１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の従来技術に係る定着装置においては、定着ベルトの回転軸方向における全長に亘って、裏当て部材や押圧ローラーが定着ベルトに当接しているので、定着ベルトの熱が裏当て部材や押圧ローラーに逃げてしまう。このため、熱損失が大きく、ウォームアップ時間が長いという問題がある。
本発明は、上述のような問題に鑑みて為されたものであって、熱効率の低下を抑えながら、長期間に亘って安定した給電を行うことができる抵抗発熱体方式の定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、通電によって発熱する抵抗発熱体層を有する無端状の定着ベルトの外周面に対して、加圧部材を圧接させて形成される定着ニップに記録シートを通紙することによってトナー像を定着する定着装置であって、前記定着ベルトの内側の前記加圧部材に対向する位置に設けられ、前記定着ニップ位置において前記定着ベルトを支持する押圧部材と、前記定着ベルトとともに回転可能に支持され、前記定着ベルトの回転軸方向における前記押圧部材よりも外側において、前記定着ベルトの両端開口に嵌設された一対の環状部材と、少なくとも一対の給電部材と、を備え、前記定着ベルトは、両端部の外周面に一対の電極部が設けられ、前記一対の給電部材は、前記一対の環状部材にそれぞれ対向する位置に前記定着ベルトの外周面側から該環状部材に対して付勢されて配設され、前記一対の電極部から前記抵抗発熱体層に給電することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
このようにすれば、定着ベルトの端部のみにおいて定着ベルトの内周面に接触する環状部材に対して給電部材を付勢することによって、給電部材と定着ベルトとの電気的接触を安定化させるので、定着ベルトから環状部材へ熱が伝導することによる熱損失を抑えると同時に定着ムラを防止することができる。また、給電部材の磨耗などによる給電の不安定化を抑えることもできる。
【０００８】
なお、定着ベルトの両端開口に環状部材を嵌設するとは、定着ベルトの端部において定着ベルトの内周面が環状部材の外周面に圧着するように、環状部材を定着ベルトに嵌め設けることをいう。
この場合において、前記定着ベルトの内側に固定して配設され、前記押圧部材を支持する支持部材を備えても良いし、前記支持部材に支持されて前記環状部材の回転中心に配設され、前記支持部材と前記環状部材との間に介在して、前記環状部材を回転可能に支持する介在部材と、を備えても良い。
【０００９】
また、前記環状部材の外周面に当接し、前記環状部材に従動回転することによって前記環状部材を支持する複数の支持ローラーを備え、前記環状部材の回転中心は、前記複数の支持ローラーが前記環状部材に当接する位置と、前記給電部材が前記定着ベルトに当接する位置を結んだ多角形の内部に位置するようにしても良い。また、前記環状部材が嵌設されている位置において前記定着ベルトの外周面に当接し、前記定着ベルトに従動回転することによって前記環状部材を支持する複数の支持ローラーを備え、前記環状部材の回転中心は、前記複数の支持ローラー及び前記給電部材が前記定着ベルトに当接する位置と結んだ多角形の内部に位置するようにしても良い。何れの場合においても、本発明の効果に変わりはない。
【００１０】
また、前記一対の環状部材の少なくとも一方には、駆動伝達ギアが備えられており、ローラー状の前記加圧部材が回転駆動させられること及び、前記駆動伝達ギアを介して前記環状部材が回転駆動させられることにより、前記定着ベルトが回転すれば、定着ベルトと加圧部材との間のスリップを防止することができる。
また、本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る定着装置を備えることを特徴とする。このため、本発明に係る定着装置の上述のような効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る画像形成装置主要な構成を示す図である。
【図２】定着装置１００の主要な構成を示す断面斜視図であって、（ａ）は定着ベルトの回転軸を含む断面を示し、（ｂ）は定着ベルトの回転軸に垂直な断面を示す。
【図３】定着ベルト２００の層構成を示す断面図である。
【図４】押圧パッド２２０の断面形状を示す図である。
【図５】本発明の変形例に係る定着装置１００の主要な構成を示す断面斜視図であって、（ａ）は定着ベルト２００の回転軸を含む断面を示し、（ｂ）は定着ベルト２００の回転軸に垂直な断面を示す。
【図６】本発明の変形例に係る定着装置１００の主要な構成を示す断面斜視図であって、（ａ）は定着ベルト２００の回転軸を含む断面を示し、（ｂ）は定着ベルト２００の回転軸に垂直な断面を示す。
【図７】従来技術に係る抵抗発熱体方式の定着装置の主要な構成を示す外観斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る定着装置及び画像形成装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
［１］ 画像形成装置の構成
まず、本発明に係る画像形成装置の構成について説明する。
図１は、本発明に係る画像形成装置主要な構成を示す図である。画像形成装置１は、いわゆる中間転写方式のカラー画像形成装置であって、図１に示されるように、作像ユニット１０１Ｙ〜１０１Ｋを備えている。作像ユニット１０１Ｙ〜１０１Ｋは何れも同様の構成を備えており、円筒形状の感光体ドラム１０２の外周面を帯電装置１０３にて一様に帯電させて所定の電位とした後、その帯電領域に露光装置１０４によって原稿画像に応じた画像露光が施され、静電潜像が形成される。
【００１３】
現像装置１０５は、トナーカートリッジ１０８Ｙ〜１０８Ｋから供給されたＹＭＣＫ各色のトナーを、現像バイアスを印加された現像ローラー１０５ａによって感光体ドラム１０２の外周面上に供給して静電潜像を現像し、可視トナー像とする。１次転写ローラー１０６には１次転写電圧が印加されており、トナーを静電吸着することによって、感光体ドラム１０２の外周面上から中間転写ベルト１１０上へ可視トナー像を１次転写する。中間転写ベルト１１０上へ可視トナー像を１次転写した後に、感光体ドラム１０２の外周面に残留するトナーは清掃装置１０７によって除去される。
【００１４】
中間転写ベルト１１０は、２次転写対向ローラー１１１と従動ローラー１１２とに張架されており、不図示の駆動源によって回転駆動された２次転写対向ローラー１１１に従動回転することによって矢印Ａ方向に回転走行しながら、ＹＭＣＫ各色のトナー像を順次、１次転写される。従動ローラー１１２は、回転走行する中間転写ベルト１１０との間の摩擦力によって従動回転する。
【００１５】
上と並行して、記録シートＳを収容した給紙カセット１２０においては、ピックアップローラー１２１によって記録シートＳが１枚ずつ送り出され、２次転写対向ローラー１１１と２次転写ローラー１１３とが形成する２次転写ニップへと搬送される。２次転写ローラー１１３には２次転写バイアスが印加されており、２次転写ニップにおいて、中間転写ベルト１１０上に担持されるトナー像が記録シートＳに静電転写される。
【００１６】
トナー像を担持する記録シートＳは、抵抗発熱体方式の定着装置１００へ搬送され、トナー像を熱定着される。その後、記録シートＳは排紙ローラー１３０によって排紙トレイ１３１上に排出される。一方、２次転写後に中間転写ベルト１１０上に残留するトナーは矢印Ａ方向に搬送された後、清掃装置１０９によって除去される。
［２］ 定着装置１００の構成
次に、定着装置１００の構成について説明する。
【００１７】
図２は、定着装置１００の主要な構成を示す断面斜視図であって、（ａ）は定着ベルトの回転軸を含む断面を示し、（ｂ）は定着ベルトの回転軸に垂直な断面を示す。図１に示されるように、定着装置１００は抵抗発熱体層を有する無端状の定着ベルト２００、定着ベルト２００に圧接して定着ニップを形成する加圧ローラー２１０、定着ベルト２００を介して加圧ローラー２１０に対向する押圧パッド２２０、及び、これらの部材を収容するハウジング２３０を備えている。
【００１８】
図３は、定着ベルト２００の層構成を示す断面図である。図３に示されるように、定着ベルト２００は、内周側から抵抗発熱体層３００、補強層３０１、弾性層３０２、離型層３０３及び電極部２０３を順次積層した構成を備えており、電極部２０３は、定着ベルト２００の回転軸方向における端部を覆うようにして、抵抗発熱体層３００に電気的に接続されている。抵抗発熱体層３００は、樹脂に導電フィラーを分散させることにより所定の電気抵抗率に調整されている。樹脂材料としてはポリイミド（PI: Polyimide）、ポリフェニレンサルファイド（PPS: Poly Phenylene Sulfide）及びポリエーテルエーテルケトン（PEEK: Polyether Ether Ketone）等を用いれば良く、中でも最も高い耐熱性を有するポリイミドを用いるのが望ましい。
【００１９】
導電フィラーとしては、銀（Ag）や銅（Cu）、アルミニウム（Al）、マグネシウム（Mg）、ニッケル（Ni）等の金属の粉末や、グラファイト、カーボンブラック、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ等の炭素化合物の粉末、及びヨウ化銀（AgI）、ヨウ化銅（CuI）等の無機化合物の高イオン導電体粉末を用いるのが望ましく、それぞれ２種類以上を混合させて分散させても良い。
【００２０】
導電フィラーの形状は、少ない含有量でフィラー同士の接触確率を高くして、パーコレーションし易くするために、繊維状が望ましい。炭素化合物や高イオン導電体は温度が高くなると体積抵抗率が低下する負の抵抗変化率（NTC: Negative Temperature Coefficient）を有しており、抵抗発熱体層３００にＮＴＣ特性を付与するために用いる。特に、高イオン導電体は抵抗発熱体層３００の機械的強度を低下させることがないことからも有用である。
【００２１】
しかしながら、炭素化合物や高イオン導電体のみでは、抵抗発熱体層３００の電気抵抗率を調整して、定着装置の消費電力を商用電源で５００［Ｗ］から１５００［Ｗ］まで程度の範囲内にすることは困難であるため、金属微粒子を併用して電気抵抗率を調整するのが望ましい。金属微粒子は、針形状やフレーク形状の銀やニッケルを用いるのが好ましく、粒径は０．０１［μｍ］から１０［μｍ］までの範囲内が良い。このようにすれば、炭素化合物や高イオン導電体と線状に絡み合うことによって均一な体積抵抗率を有する抵抗発熱体層３００を得ることができる。
【００２２】
耐熱樹脂中に分散させる導電フィラーは、耐熱樹脂重量に対して、金属微粒子が５０［重量％］から３００［重量％］までの範囲内であるのが良く、炭素化合物及び高イオン導電体は［５重量％］から１００［重量％］までの範囲内であるのが好ましい。導電フィラーが多過ぎると電気抵抗率が下がり過ぎて使用し辛く、少な過ぎると電気抵抗率が大きくなり過ぎて使用し辛い。
【００２３】
抵抗発熱体層３００の厚みは任意であるが、５［μｍ］〜１００［μｍ］の範囲内が望ましい。抵抗発熱体層３００の電気抵抗率は印加電圧や消費電力、抵抗発熱体層３００の厚さ、定着ベルト２００の外径、軸方向の長さ等に応じて設定すべきであるが、概ね１．０×１０-6［Ω・ｍ］から１．０×１０-2［Ω・ｍ］までの範囲内とするのが良く、更に望ましくは１．０×１０-5［Ω・ｍ］から５．０×１０-3［Ω・ｍ］とするのが好適である。
【００２４】
なお、抵抗発熱体層３００の電気抵抗率を調整するために、金属合金や金属間化合物などの導電性粒子を適宜、分散させても良い。また、抵抗発熱体層３００の機械的強度を向上させるために、ガラスファイバー、ウィスカー（単結晶繊維）、酸化チタン（TiO2）繊維、チタン酸カリウム（K2O・nTiO2）繊維などを分散させても良い。更に、抵抗発熱体層３００の熱伝導率を向上させるために、窒化アルミニウム（AlN）や酸化アルミニウム（アルミナ：Al2O3）等を分散させても良い。
【００２５】
抵抗発熱体層３００の製造安定性を考慮すれば、イミド化剤やカップリング剤、界面活性剤、消泡剤を用いても良い。抵抗発熱体層３００は、芳香族テトラカルボン酸二無水物（aromatic tetracarboxylic dianhydride）と芳香族ジアミン（aromatic diamine）とを有機溶媒中で重合させて得られるポリイミドワニス（ployimide vanish）に、上述のような導電性フィラーを均一に分散させてから金型に塗布し、イミド転化させることによって製造される。
【００２６】
また、上記に代えて、抵抗発熱体層３００として薄膜の金属層を構成しても良い。薄膜の金属層を構成する材料は、体積抵抗率（または導電率）の温度係数が小さいものが望ましく、例えば、ステンレス（SUS: stainless use steel）やニクロム（Ni-Cr）、チタン（Ti）等を用いると良い。金属薄膜層は、樹脂材上にメッキやスパッタリング、蒸着などを施すことによって形成することができる。また、樹脂材上に金属薄膜層を形成するに先立って、予め樹脂材の表面に対し、エッチング等の酸活性処理、パラジウム等による触媒処理、ブラスト研磨処理、プラズマ処理などを施せば、樹脂材と金属薄膜層との密着強度を高めることができる。
【００２７】
定着ベルト２００の離型層３０３は、パーフルオロアルコキシ（PFA: per fluoro alkoxy）、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE: poly tetra fluoro ethylene）、エチレンテトラフルオロエチレン（ETFE: ethylene tetra fluoro ethylene）等のフッ素系チューブ及びフッ素系コーティング等の離型性を付与した構成が望ましく、導電性を有していても良い。厚さは任意であるが、５［μｍ］から１００［μｍ］までの範囲内が望ましい。フッ素系チューブとしては、例えば、三井・デュポンフロロケミカル株式会社製のＰＦＡ３５０−Ｊ、４５１ＨＰ−Ｊ、９５１ＨＰ Ｐｌｕｓ等を用いることができる。離型層３０３と水との接触角は９０度以上が良く、望ましくは１１０度以上である。また、離型層３０３の表面粗さはＲａ：０．０１［μｍ］から５０［μｍ］程度までの範囲内であるのが望ましい。
【００２８】
なお、補強層３０１は、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド等の樹脂からなっており、定着ベルト２００を補強し、また、電気的に絶縁する。弾性層３０２は、シリコーンゴムやフッ素ゴム等からなっている。定着ベルト２００は、少なくとも抵抗発熱層３００と離型層３０３とを備えていることが必要で、他の層は用途に応じて付加すれば良い。抵抗発熱体層３００は離型層３０３よりも内周側に設ければ良く、抵抗発熱体層３００と離型層３０３との間に他の層が介在するか否かは問わない。
【００２９】
加圧ローラー２１０は、定着ベルト２００に圧接されており、不図示の駆動源によって回転駆動される。加圧ローラー２１０は、芯金２１０ａの外周面上に弾性層と離型層を順次積層したものである。加圧ローラー２１０の外径は任意であるが、２０［ｍｍ］から１００［ｍｍ］までの範囲内が望ましい。加圧ローラー２１０の離型層は、定着ベルト２００の離型層３０３と同様に、PFA、PTFEといったフッ素系チューブ及びフッ素系コーティング等の離型性を付与した構成が望ましく、導電性を有していても良い。離型層の厚さは、例えば、５［μｍ］から１００［μｍ］までの範囲内とすればよい。
【００３０】
弾性層はシリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱性の高い材料が望ましく、厚さは１［ｍｍ］から２０［ｍｍ］までの範囲内とすれば良い。芯金２１０ａは、厚さが０．１［ｍｍ］から１０［ｍｍ］までの範囲内にあるパイプ形状をとり、アルミニウムや鉄（Fe）といった材料からなっている。芯金２１０ａは、パイプ形状の他、中実の円柱形状や断面が三ツ矢形状等であっても良い。
【００３１】
定着ベルト２００の内側には、定着ベルト２００を挟んで加圧ローラー２１０に圧接することによって定着ニップを形成する押圧パッド２２０が固定配置されている。押圧パッド２２０は、剛性を有する樹脂もしくはゴムからなっている。押圧パッド２２０がゴムからなる場合には、定着ベルト２００との間の摩擦抵抗を小さくするために、摩擦係数の低い摺動部材を定着ベルト２００に接する箇所に配置するとよい。押圧パッド２２０はニップ圧による変形（ベンディング）を抑制するために、強度の高いシャフト２２１に支持されている。シャフト２２１は角柱部２２１ａに円筒部２２１ｂを回転しないように嵌設した構造となっている。押圧パッド２２０は角柱部２２１ａに固定支持されており、シャフト２２１の円筒部２２１ｂはハウジング２３０に回転しないように固定されている。
【００３２】
図４は、押圧パッド２２０の断面形状を示す図である。図４に示されるように、定着ベルト２００の回転軸方向における両端部においては、押圧パッド２２０は加圧ローラー２１０側に突出した形状を突出した断面形状２２０ａをとり、定着ニップに近づくにつれて、突出量が小さくなって、平らな断面形状２２０ｂとなり、その後、定着ニップ部では陥凹した断面形状２２０ｃをとる。
【００３３】
押圧パッド２２０の断面のうち湾曲部分の曲率半径は、断面形状２２０ａから断面形状２２０ｂに至る間では漸増する。具体的には、断面形状２２０ａでは定着ベルト２００の内周面の曲率半径とほぼ同じになっており、断面形状２２０ｂに近づくにつれて曲率半径が大きくなる。断面形状２２０ｂは、曲率半径が無限大になる位置、すなわち、定着ベルト２００に当接する辺が直線になる位置である。なお、押圧パッド２２０の幅Ｗが３４０［ｍｍ］から３４５［ｍｍ］までの範囲内であれば、断面形状２２０ａから断面形状２２０ｂを経て断面形状２２０ｃに至る距離Ｄは１０［ｍｍ］から５０［ｍｍ］までの範囲内とするのが望ましい。
【００３４】
また、断面形状２２０ｃから断面形状２２０ｂに至る間には、加圧ローラー２１０の曲率半径の３０％以上となるように、当該曲率半径が増大する。押圧パッド２２０は剛性を有しており、定着ニップにおいては、押圧パッド２２０の湾曲形状に沿って定着ベルト２２０が回転走行する。また、加圧ローラー２１０は、その弾性層を押圧パッド２２０の湾曲形状に合わせて弾性変形させながら回転する。
【００３５】
定着ベルト２００は、加圧ローラー２１０との間の摩擦力によって従動回転するが、定着ベルト２００の内周面と押圧パッド２２０との間の摩擦力が大きいと、定着ベルト２００と加圧ローラー２１０との間でスリップが発生して、回転不良を起こすおそれがある。このような回転不良を防止するために、定着ローラー２００の回転軸方向における両端にはベルト駆動ギア２０１が嵌設されている。定着ベルト２００の回転不良が発生すると、ベルト駆動ギア２０１によって定着ベルト２００が回転駆動され、回転不良から復帰する。
【００３６】
ベルト駆動ギア２０１は、ベアリング２０２を介してシャフト２２１に回転可能に支持されている。シャフト２２１は、上述のように、角柱部２２１ａに円筒部２２１ｂを嵌設した構造となっている。また、ベルト駆動ギア２０１は、定着ベルト２００に外囲されたボス部分２０１ａと、定着ベルト２００外に位置するフランジ部分２０１ｂとからなっている。ベルト駆動ギア２０１のフランジ部分２０１ｂの内周側はベアリング２０２を介して、シャフト２２１の円筒部２２１ｂに支持される一方、当該フランジ部分２０１ｂの外周側はギアになっており、シャフト２３２に軸支されたギア２３１に歯合している。シャフト２３２もまたベアリング２３３を介してハウジング２３０に支持されている。
【００３７】
ギア２３１は、加圧ローラー２１０による定着ベルト２００の回転速度よりも、ベルト駆動ギア２０１を介したギア２３１による定着ベルト２００の回転速度の方が若干遅めになるように、不図示の駆動源によって回転駆動されている。また、当該駆動源からギア２３１に回転駆動力を伝達する経路上にはトルクリミッタが介在しており、加圧ローラー２１０による定着ベルト２００の回転駆動に回転不良が生じていない場合には、当該トルクリミッタが空転して、回転駆動力の伝達を遮断する。回転不良が生じた場合には、ギア２３１に回転駆動力を伝達して、定着ベルト２００を回転させる。
【００３８】
定着ベルト２００の回転軸方向における両端部付近の外周面には、それぞれ全周に亘って電極部２０３が設けられている。一端側に設けられた電極部２０３と他端側に設けられた電極部２０３との間に電流を流すことによって、定着ベルト２００の抵抗発熱体層３００に電流が流され、抵抗発熱体層３００が発熱する。なお、電極部２０３は、当該回転軸方向において押圧パッド２２０から離隔しており、かつ、ベルト駆動ギア２０１のボス部分２０１ａに対向する位置に配設されている。
【００３９】
電極部２０３に用いる導電体には、定着ベルト２００の周方向について均一な電気的特性を有する材料を用いるのが望ましく、銅やアルミニウム、ニッケル、真鍮、リン銅等の金属を化学メッキや電気メッキによって定着ベルト２００の内周面上に形成する。抵抗発熱体層３００上に電極部２０３を直接形成する場合には、まず、化学メッキを施してから電気メッキを施すと良い。
【００４０】
導電体材料としては、銅とニッケルが特に好ましく、銅をメッキした上にニッケルをメッキすると更に良い。また、メッキする以外にも、銅箔やニッケル箔を導電性接着剤で抵抗発熱体層３００に接着しても良いし、導電性インクや導電性ペーストを塗布して電極部２０３としても良い。更に、抵抗発熱体層３００を金型形成する際に、リング状の電極部２０３を金型に装着して一体的に形成しても良い。
【００４１】
電極部２０３への給電は、電極部２０３に給電部材２０４を接触させることによって行われる。また、給電部材２０４へは、不図示の電源装置から電線２０７を経由して給電を受ける。給電部材２０４は保持板２０５によって、定着ベルト２００の半径方向に移動可能に保持されており、付勢部材２０６によって電極部２０３側へ付勢されている。付勢部材２０６としては、例えば、弾性を有する部材を用いれば良く、コイルばねを用いても良い。また、給電部材２０４としては、例えば、カーボンブラシを用いることができる。給電部材２０４の形状は任意であり、定着ベルト２００と摺動させても良いし、定着ベルト２００の回転走行に従動して回転する回転体としても良い。
【００４２】
上のような構成をとれば、定着ベルト２００の抵抗発熱体層３００に流れる電流の分布を均一にして、発熱分布を均一にすることができるので、定着ムラを防止することができる。また、抵抗発熱体層３００が定着ベルト２００の中間層になっており、定着ベルト２００の内周面側に露出していない場合であっても、電極部２０３が露出して配置されているので、複雑な構成を要することなく給電することができる。
【００４３】
定着ベルト２００の回転軸方向において、加圧ローラー２１０は押圧パッド２２０よりも短くなっており、かつ、加圧ローラー２１０は回転軸方向の全域に亘って押圧パッド２２０に対向している。したがって、定着ベルト２００の回転軸方向における何れの端部においても、押圧パッド２２０は加圧ローラー２１０よりより端部へ延出している。このような構成をとることによって、加圧ローラー２１０の回転軸方向の全域に亘って、加圧ローラー２１０の圧接力を押圧パッド２２０が受け止めるので、定着ベルト２００の局所的な変形をなくして、定着装置１００の耐久性を高めることができる。
【００４４】
また、ベルト駆動ギア２０１は定着ベルト２００の回転軸方向における端部においてのみ定着ベルト２００に当接するので、当該回転軸方向の全長に亘って定着ベルト２００に当接する場合と比較して熱損失を小さくすることができる。したがって、ウォームアップ時間への熱損失の影響を抑えることができる。
また、定着ベルト２００の内周面側にベルト駆動ギア２０１のボス部分２０１ａを嵌設されている箇所の外周面側に設けられた電極部２０３に対して、付勢部材２０６によって付勢しながら給電部材２０４を当接させるので、電極部２０３と給電部材２０４との接触不良に起因する定着不良を防止することができる。
【００４５】
［３］ 変形例
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。
（１）上記実施の形態においては、ベアリング２０２を介してシャフト２２１によりベルト駆動ギア２０１を支持する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。
【００４６】
図５は、本変形例に係る定着装置１００の主要な構成を示す断面斜視図であって、（ａ）は定着ベルト２００の回転軸を含む断面を示し、（ｂ）は定着ベルト２００の回転軸に垂直な断面を示す。なお、図２において対応する部材がある部材には同じ符号が付されている。図５（ａ）に示されるように、本変形例に係る定着装置１００においては、ベルト駆動ギア２０１はもはやシャフト２２１には支持されておらず、これに代えて、図５（ｂ）に示されるように、２つのギア２３１と給電部材２０６とによって支持されている。このようにしても、ベルト駆動ギア２０１を支持して、給電部材２０６を確実に電極部２０３に当接させることができる。また、ベルト駆動ギア２０１が定着ベルト２００に接触する面積は、上記実施の形態と同じであるので、熱損失についても同様に低減することができる。
【００４７】
また、図６は、別の変形例に係る定着装置１００の主要な構成を示す断面斜視図であって、（ａ）は定着ベルト２００の回転軸を含む断面を示し、（ｂ）は定着ベルト２００の回転軸に垂直な断面を示しており、対応する部材には同じ符号が付されている。本変形例に係る定着装置１００においては、ベルト駆動ギア２０１はもはやシャフト２２１には支持されておらず、これに代えて、図６（ｂ）に示されるように、電極部２０３に当接する２つのコロ６０１と給電部材２０６とによって支持されている。このようにしても、ベルト駆動ギア２０１を支持して、給電部材２０６を確実に電極部２０３に当接させることができる。従って、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４８】
なお、図５（ｂ）においては、ベルト駆動ギア２０１を支持する２つのギア２３１と給電部材２０６が定着ベルト２００の回転中心について、互いに中心角１２０度をなすように配置したが、３つの支持部材が定着ベルト２００に当接する３つの接点がなす三角形が当該回転中心を含むように配置すれば、前記中心角は１２０度でなくとも良い。図６（ｂ）についても同様に、コロ６０１と給電部材２０６との３つの支持部材が定着ベルト２００に当接する３つの接点がなす三角形が当該回転中心を含むように配置すれば、前記中心角は１２０度でなくとも良い。
【００４９】
（２）上記実施の形態においては、不図示の駆動源に回転駆動された加圧ローラー２１０に定着ベルト２００が従動回転する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでも無く、ベルト駆動ギア２０１を介して回転駆動された定着ベルト２００に加圧ローラー２１０が従動回転しても良い。また、ベルト駆動ギア２０１を介して定着ベルト２００が回転駆動される場合には、加圧ローラー２１０に代えて、回転しない固定の加圧部材を用いても良い。
【００５０】
（３）上記実施の形態においては、ベルト駆動ギア２０１が定着ベルト２００の回転駆動と座屈防止との２つの用途を兼ねる場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでも無く、ベルト駆動ギア２０１に代えて、ギア部分を有さない環状部材を定着ベルト２００に嵌設しても良い。このようにしても、ベルト駆動ギア２０１を嵌設した場合と同様に、定着ベルト２００の座屈や破損を防止することができる。
【００５１】
（４）上記実施の形態においては、定着ベルト２００に圧接された状態で加圧ローラー２１０がハウジング２３０に軸支される場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでも無く、これに代えて次のようにしても良い。すなわち、ハウジング２３０とは別体の付勢手段に加圧ローラー２１０を軸支させると同時に、同じ付勢手段によって、加圧ローラー２１０を定着ベルト２００へ向かって付勢させても良い。このようにすれば、より精度良く定着ベルト２００に対する加圧ローラー２１０の圧接力を調整することができる。
【００５２】
（５）上記実施の形態においては、中間転写方式のカラー画像形成装置を例にとって説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでも無く、中間転写方式以外のカラー画像形成装置に本発明を適用しても良いし、モノクロ画像形成装置に適用しても良い。また、画像形成装置が、プリンタ装置や複写装置、ファクシミリ装置等の単機能機であるか、これらの機能のうちの複数を兼ね備えた多機能機（MFP: Multi Function Peripheral）であるかに関わらず本発明の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明に係る定着装置及び画像形成装置は、抵抗発熱体方式の定着装置において定着ベルトの破損を防止する装置として有用である。
【符号の説明】
【００５４】
１…………………画像形成装置
１００……………定着装置
２００……………定着ベルト
２０１……………ベルト駆動ギア
２０１ａ…………ボス部分
２０１ｂ…………フランジ部分
２０２、２３３…ベアリング
２０３……………電極部
２０４……………給電部材
２０５……………保持板
２０６……………付勢部材
２０７……………電線
２１０……………加圧ローラー
２２０……………押圧パッド
２２１、２３２…シャフト
２２１ａ…………角柱部
２２１ｂ…………円筒部
２３０……………ハウジング
２３１……………ギア
３００……………抵抗発熱体層
３０１……………補強層
３０２……………弾性層
３０３……………離型層
６０１……………コロ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置及び画像形成装置に関し、特に、抵抗発熱体方式の定着装置において定着ベルトの破損を防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、簡素な装置構成で省エネルギー化を図ることができる定着装置として、抵抗発熱体方式の定着装置が注目されている。
抵抗発熱体方式の定着装置においては、抵抗発熱体に摺接して、当該抵抗発熱体へ給電する給電ブラシの抵抗発熱体との接触不良により、前記給電が間欠的に途絶えると、抵抗発熱体の発熱量が変動して、定着不良が生じる。このような問題に対して、例えば、図７に示されるように、断面Ｃ字状の裏当て部材を定着ベルトの内周面に当接させるとともに、定着ベルトの裏当て部材が当接していない内周面に押圧ローラーを付勢された状態で圧接させる。
【０００３】
定着ベルトを挟んで押圧ローラーに対向する位置においては、定着ベルトの外周面に設けられた電極に当接するように給電ブラシが配設される。更に、加圧ローラーは裏当て部材に対向するように定着ベルトに圧接させる。このようにすれば、確実に給電ブラシを電極に当接させることができるので、給電を安定化させて定着不良を防止することができる（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１６０１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の従来技術に係る定着装置においては、定着ベルトの回転軸方向における全長に亘って、裏当て部材や押圧ローラーが定着ベルトに当接しているので、定着ベルトの熱が裏当て部材や押圧ローラーに逃げてしまう。このため、熱損失が大きく、ウォームアップ時間が長いという問題がある。
本発明は、上述のような問題に鑑みて為されたものであって、熱効率の低下を抑えながら、長期間に亘って安定した給電を行うことができる抵抗発熱体方式の定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、通電によって発熱する抵抗発熱体層を有する無端状の定着ベルトの外周面に対して、加圧部材を圧接させて形成される定着ニップに記録シートを通紙することによってトナー像を定着する定着装置であって、前記定着ベルトの内側の前記加圧部材に対向する位置に設けられ、前記定着ニップ位置において前記定着ベルトを支持する押圧部材と、前記定着ベルトとともに回転可能に支持され、前記定着ベルトの回転軸方向における前記押圧部材よりも外側において、前記定着ベルトの両端開口に嵌設された一対の環状部材と、少なくとも一対の給電部材と、を備え、前記定着ベルトは、両端部の外周面に一対の電極部が設けられ、前記一対の給電部材は、前記一対の環状部材にそれぞれ対向する位置に前記定着ベルトの外周面側から該環状部材に対して付勢されて配設され、前記一対の電極部から前記抵抗発熱体層に給電することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
このようにすれば、定着ベルトの端部のみにおいて定着ベルトの内周面に接触する環状部材に対して給電部材を付勢することによって、給電部材と定着ベルトとの電気的接触を安定化させるので、定着ベルトから環状部材へ熱が伝導することによる熱損失を抑えると同時に定着ムラを防止することができる。また、給電部材の磨耗などによる給電の不安定化を抑えることもできる。
【０００８】
なお、定着ベルトの両端開口に環状部材を嵌設するとは、定着ベルトの端部において定着ベルトの内周面が環状部材の外周面に圧着するように、環状部材を定着ベルトに嵌め設けることをいう。
この場合において、前記定着ベルトの内側に固定して配設され、前記押圧部材を支持する支持部材を備えても良いし、前記支持部材に支持されて前記環状部材の回転中心に配設され、前記支持部材と前記環状部材との間に介在して、前記環状部材を回転可能に支持する介在部材と、を備えても良い。
【０００９】
また、前記環状部材の外周面に当接し、前記環状部材に従動回転することによって前記環状部材を支持する複数の支持ローラーを備え、前記環状部材の回転中心は、前記複数の支持ローラーが前記環状部材に当接する位置と、前記給電部材が前記定着ベルトに当接する位置を結んだ多角形の内部に位置するようにしても良い。また、前記環状部材が嵌設されている位置において前記定着ベルトの外周面に当接し、前記定着ベルトに従動回転することによって前記環状部材を支持する複数の支持ローラーを備え、前記環状部材の回転中心は、前記複数の支持ローラー及び前記給電部材が前記定着ベルトに当接する位置と結んだ多角形の内部に位置するようにしても良い。何れの場合においても、本発明の効果に変わりはない。
【００１０】
また、前記一対の環状部材の少なくとも一方には、駆動伝達ギアが備えられており、ローラー状の前記加圧部材が回転駆動させられること及び、前記駆動伝達ギアを介して前記環状部材が回転駆動させられることにより、前記定着ベルトが回転すれば、定着ベルトと加圧部材との間のスリップを防止することができる。
また、本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る定着装置を備えることを特徴とする。このため、本発明に係る定着装置の上述のような効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る画像形成装置主要な構成を示す図である。
【図２】定着装置１００の主要な構成を示す断面斜視図であって、（ａ）は定着ベルトの回転軸を含む断面を示し、（ｂ）は定着ベルトの回転軸に垂直な断面を示す。
【図３】定着ベルト２００の層構成を示す断面図である。
【図４】押圧パッド２２０の断面形状を示す図である。
【図５】本発明の変形例に係る定着装置１００の主要な構成を示す断面斜視図であって、（ａ）は定着ベルト２００の回転軸を含む断面を示し、（ｂ）は定着ベルト２００の回転軸に垂直な断面を示す。
【図６】本発明の変形例に係る定着装置１００の主要な構成を示す断面斜視図であって、（ａ）は定着ベルト２００の回転軸を含む断面を示し、（ｂ）は定着ベルト２００の回転軸に垂直な断面を示す。
【図７】従来技術に係る抵抗発熱体方式の定着装置の主要な構成を示す外観斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る定着装置及び画像形成装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
［１］ 画像形成装置の構成
まず、本発明に係る画像形成装置の構成について説明する。
図１は、本発明に係る画像形成装置主要な構成を示す図である。画像形成装置１は、いわゆる中間転写方式のカラー画像形成装置であって、図１に示されるように、作像ユニット１０１Ｙ〜１０１Ｋを備えている。作像ユニット１０１Ｙ〜１０１Ｋは何れも同様の構成を備えており、円筒形状の感光体ドラム１０２の外周面を帯電装置１０３にて一様に帯電させて所定の電位とした後、その帯電領域に露光装置１０４によって原稿画像に応じた画像露光が施され、静電潜像が形成される。
【００１３】
現像装置１０５は、トナーカートリッジ１０８Ｙ〜１０８Ｋから供給されたＹＭＣＫ各色のトナーを、現像バイアスを印加された現像ローラー１０５ａによって感光体ドラム１０２の外周面上に供給して静電潜像を現像し、可視トナー像とする。１次転写ローラー１０６には１次転写電圧が印加されており、トナーを静電吸着することによって、感光体ドラム１０２の外周面上から中間転写ベルト１１０上へ可視トナー像を１次転写する。中間転写ベルト１１０上へ可視トナー像を１次転写した後に、感光体ドラム１０２の外周面に残留するトナーは清掃装置１０７によって除去される。
【００１４】
中間転写ベルト１１０は、２次転写対向ローラー１１１と従動ローラー１１２とに張架されており、不図示の駆動源によって回転駆動された２次転写対向ローラー１１１に従動回転することによって矢印Ａ方向に回転走行しながら、ＹＭＣＫ各色のトナー像を順次、１次転写される。従動ローラー１１２は、回転走行する中間転写ベルト１１０との間の摩擦力によって従動回転する。
【００１５】
上と並行して、記録シートＳを収容した給紙カセット１２０においては、ピックアップローラー１２１によって記録シートＳが１枚ずつ送り出され、２次転写対向ローラー１１１と２次転写ローラー１１３とが形成する２次転写ニップへと搬送される。２次転写ローラー１１３には２次転写バイアスが印加されており、２次転写ニップにおいて、中間転写ベルト１１０上に担持されるトナー像が記録シートＳに静電転写される。
【００１６】
トナー像を担持する記録シートＳは、抵抗発熱体方式の定着装置１００へ搬送され、トナー像を熱定着される。その後、記録シートＳは排紙ローラー１３０によって排紙トレイ１３１上に排出される。一方、２次転写後に中間転写ベルト１１０上に残留するトナーは矢印Ａ方向に搬送された後、清掃装置１０９によって除去される。
［２］ 定着装置１００の構成
次に、定着装置１００の構成について説明する。
【００１７】
図２は、定着装置１００の主要な構成を示す断面斜視図であって、（ａ）は定着ベルトの回転軸を含む断面を示し、（ｂ）は定着ベルトの回転軸に垂直な断面を示す。図１に示されるように、定着装置１００は抵抗発熱体層を有する無端状の定着ベルト２００、定着ベルト２００に圧接して定着ニップを形成する加圧ローラー２１０、定着ベルト２００を介して加圧ローラー２１０に対向する押圧パッド２２０、及び、これらの部材を収容するハウジング２３０を備えている。
【００１８】
図３は、定着ベルト２００の層構成を示す断面図である。図３に示されるように、定着ベルト２００は、内周側から抵抗発熱体層３００、補強層３０１、弾性層３０２、離型層３０３及び電極部２０３を順次積層した構成を備えており、電極部２０３は、定着ベルト２００の回転軸方向における端部を覆うようにして、抵抗発熱体層３００に電気的に接続されている。抵抗発熱体層３００は、樹脂に導電フィラーを分散させることにより所定の電気抵抗率に調整されている。樹脂材料としてはポリイミド（PI: Polyimide）、ポリフェニレンサルファイド（PPS: Poly Phenylene Sulfide）及びポリエーテルエーテルケトン（PEEK: Polyether Ether Ketone）等を用いれば良く、中でも最も高い耐熱性を有するポリイミドを用いるのが望ましい。
【００１９】
導電フィラーとしては、銀（Ag）や銅（Cu）、アルミニウム（Al）、マグネシウム（Mg）、ニッケル（Ni）等の金属の粉末や、グラファイト、カーボンブラック、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ等の炭素化合物の粉末、及びヨウ化銀（AgI）、ヨウ化銅（CuI）等の無機化合物の高イオン導電体粉末を用いるのが望ましく、それぞれ２種類以上を混合させて分散させても良い。
【００２０】
導電フィラーの形状は、少ない含有量でフィラー同士の接触確率を高くして、パーコレーションし易くするために、繊維状が望ましい。炭素化合物や高イオン導電体は温度が高くなると体積抵抗率が低下する負の抵抗変化率（NTC: Negative Temperature Coefficient）を有しており、抵抗発熱体層３００にＮＴＣ特性を付与するために用いる。特に、高イオン導電体は抵抗発熱体層３００の機械的強度を低下させることがないことからも有用である。
【００２１】
しかしながら、炭素化合物や高イオン導電体のみでは、抵抗発熱体層３００の電気抵抗率を調整して、定着装置の消費電力を商用電源で５００［Ｗ］から１５００［Ｗ］まで程度の範囲内にすることは困難であるため、金属微粒子を併用して電気抵抗率を調整するのが望ましい。金属微粒子は、針形状やフレーク形状の銀やニッケルを用いるのが好ましく、粒径は０．０１［μｍ］から１０［μｍ］までの範囲内が良い。このようにすれば、炭素化合物や高イオン導電体と線状に絡み合うことによって均一な体積抵抗率を有する抵抗発熱体層３００を得ることができる。
【００２２】
耐熱樹脂中に分散させる導電フィラーは、耐熱樹脂重量に対して、金属微粒子が５０［重量％］から３００［重量％］までの範囲内であるのが良く、炭素化合物及び高イオン導電体は［５重量％］から１００［重量％］までの範囲内であるのが好ましい。導電フィラーが多過ぎると電気抵抗率が下がり過ぎて使用し辛く、少な過ぎると電気抵抗率が大きくなり過ぎて使用し辛い。
【００２３】
抵抗発熱体層３００の厚みは任意であるが、５［μｍ］〜１００［μｍ］の範囲内が望ましい。抵抗発熱体層３００の電気抵抗率は印加電圧や消費電力、抵抗発熱体層３００の厚さ、定着ベルト２００の外径、軸方向の長さ等に応じて設定すべきであるが、概ね１．０×１０-6［Ω・ｍ］から１．０×１０-2［Ω・ｍ］までの範囲内とするのが良く、更に望ましくは１．０×１０-5［Ω・ｍ］から５．０×１０-3［Ω・ｍ］とするのが好適である。
【００２４】
なお、抵抗発熱体層３００の電気抵抗率を調整するために、金属合金や金属間化合物などの導電性粒子を適宜、分散させても良い。また、抵抗発熱体層３００の機械的強度を向上させるために、ガラスファイバー、ウィスカー（単結晶繊維）、酸化チタン（TiO2）繊維、チタン酸カリウム（K2O・nTiO2）繊維などを分散させても良い。更に、抵抗発熱体層３００の熱伝導率を向上させるために、窒化アルミニウム（AlN）や酸化アルミニウム（アルミナ：Al2O3）等を分散させても良い。
【００２５】
抵抗発熱体層３００の製造安定性を考慮すれば、イミド化剤やカップリング剤、界面活性剤、消泡剤を用いても良い。抵抗発熱体層３００は、芳香族テトラカルボン酸二無水物（aromatic tetracarboxylic dianhydride）と芳香族ジアミン（aromatic diamine）とを有機溶媒中で重合させて得られるポリイミドワニス（ployimide vanish）に、上述のような導電性フィラーを均一に分散させてから金型に塗布し、イミド転化させることによって製造される。
【００２６】
また、上記に代えて、抵抗発熱体層３００として薄膜の金属層を構成しても良い。薄膜の金属層を構成する材料は、体積抵抗率（または導電率）の温度係数が小さいものが望ましく、例えば、ステンレス（SUS: stainless use steel）やニクロム（Ni-Cr）、チタン（Ti）等を用いると良い。金属薄膜層は、樹脂材上にメッキやスパッタリング、蒸着などを施すことによって形成することができる。また、樹脂材上に金属薄膜層を形成するに先立って、予め樹脂材の表面に対し、エッチング等の酸活性処理、パラジウム等による触媒処理、ブラスト研磨処理、プラズマ処理などを施せば、樹脂材と金属薄膜層との密着強度を高めることができる。
【００２７】
定着ベルト２００の離型層３０３は、パーフルオロアルコキシ（PFA: per fluoro alkoxy）、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE: poly tetra fluoro ethylene）、エチレンテトラフルオロエチレン（ETFE: ethylene tetra fluoro ethylene）等のフッ素系チューブ及びフッ素系コーティング等の離型性を付与した構成が望ましく、導電性を有していても良い。厚さは任意であるが、５［μｍ］から１００［μｍ］までの範囲内が望ましい。フッ素系チューブとしては、例えば、三井・デュポンフロロケミカル株式会社製のＰＦＡ３５０−Ｊ、４５１ＨＰ−Ｊ、９５１ＨＰ Ｐｌｕｓ等を用いることができる。離型層３０３と水との接触角は９０度以上が良く、望ましくは１１０度以上である。また、離型層３０３の表面粗さはＲａ：０．０１［μｍ］から５０［μｍ］程度までの範囲内であるのが望ましい。
【００２８】
なお、補強層３０１は、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド等の樹脂からなっており、定着ベルト２００を補強し、また、電気的に絶縁する。弾性層３０２は、シリコーンゴムやフッ素ゴム等からなっている。定着ベルト２００は、少なくとも抵抗発熱層３００と離型層３０３とを備えていることが必要で、他の層は用途に応じて付加すれば良い。抵抗発熱体層３００は離型層３０３よりも内周側に設ければ良く、抵抗発熱体層３００と離型層３０３との間に他の層が介在するか否かは問わない。
【００２９】
加圧ローラー２１０は、定着ベルト２００に圧接されており、不図示の駆動源によって回転駆動される。加圧ローラー２１０は、芯金２１０ａの外周面上に弾性層と離型層を順次積層したものである。加圧ローラー２１０の外径は任意であるが、２０［ｍｍ］から１００［ｍｍ］までの範囲内が望ましい。加圧ローラー２１０の離型層は、定着ベルト２００の離型層３０３と同様に、PFA、PTFEといったフッ素系チューブ及びフッ素系コーティング等の離型性を付与した構成が望ましく、導電性を有していても良い。離型層の厚さは、例えば、５［μｍ］から１００［μｍ］までの範囲内とすればよい。
【００３０】
弾性層はシリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱性の高い材料が望ましく、厚さは１［ｍｍ］から２０［ｍｍ］までの範囲内とすれば良い。芯金２１０ａは、厚さが０．１［ｍｍ］から１０［ｍｍ］までの範囲内にあるパイプ形状をとり、アルミニウムや鉄（Fe）といった材料からなっている。芯金２１０ａは、パイプ形状の他、中実の円柱形状や断面が三ツ矢形状等であっても良い。
【００３１】
定着ベルト２００の内側には、定着ベルト２００を挟んで加圧ローラー２１０に圧接することによって定着ニップを形成する押圧パッド２２０が固定配置されている。押圧パッド２２０は、剛性を有する樹脂もしくはゴムからなっている。押圧パッド２２０がゴムからなる場合には、定着ベルト２００との間の摩擦抵抗を小さくするために、摩擦係数の低い摺動部材を定着ベルト２００に接する箇所に配置するとよい。押圧パッド２２０はニップ圧による変形（ベンディング）を抑制するために、強度の高いシャフト２２１に支持されている。シャフト２２１は角柱部２２１ａに円筒部２２１ｂを回転しないように嵌設した構造となっている。押圧パッド２２０は角柱部２２１ａに固定支持されており、シャフト２２１の円筒部２２１ｂはハウジング２３０に回転しないように固定されている。
【００３２】
図４は、押圧パッド２２０の断面形状を示す図である。図４に示されるように、定着ベルト２００の回転軸方向における両端部においては、押圧パッド２２０は加圧ローラー２１０側に突出した形状を突出した断面形状２２０ａをとり、定着ニップに近づくにつれて、突出量が小さくなって、平らな断面形状２２０ｂとなり、その後、定着ニップ部では陥凹した断面形状２２０ｃをとる。
【００３３】
押圧パッド２２０の断面のうち湾曲部分の曲率半径は、断面形状２２０ａから断面形状２２０ｂに至る間では漸増する。具体的には、断面形状２２０ａでは定着ベルト２００の内周面の曲率半径とほぼ同じになっており、断面形状２２０ｂに近づくにつれて曲率半径が大きくなる。断面形状２２０ｂは、曲率半径が無限大になる位置、すなわち、定着ベルト２００に当接する辺が直線になる位置である。なお、押圧パッド２２０の幅Ｗが３４０［ｍｍ］から３４５［ｍｍ］までの範囲内であれば、断面形状２２０ａから断面形状２２０ｂを経て断面形状２２０ｃに至る距離Ｄは１０［ｍｍ］から５０［ｍｍ］までの範囲内とするのが望ましい。
【００３４】
また、断面形状２２０ｃから断面形状２２０ｂに至る間には、加圧ローラー２１０の曲率半径の３０％以上となるように、当該曲率半径が増大する。押圧パッド２２０は剛性を有しており、定着ニップにおいては、押圧パッド２２０の湾曲形状に沿って定着ベルト２２０が回転走行する。また、加圧ローラー２１０は、その弾性層を押圧パッド２２０の湾曲形状に合わせて弾性変形させながら回転する。
【００３５】
定着ベルト２００は、加圧ローラー２１０との間の摩擦力によって従動回転するが、定着ベルト２００の内周面と押圧パッド２２０との間の摩擦力が大きいと、定着ベルト２００と加圧ローラー２１０との間でスリップが発生して、回転不良を起こすおそれがある。このような回転不良を防止するために、定着ローラー２００の回転軸方向における両端にはベルト駆動ギア２０１が嵌設されている。定着ベルト２００の回転不良が発生すると、ベルト駆動ギア２０１によって定着ベルト２００が回転駆動され、回転不良から復帰する。
【００３６】
ベルト駆動ギア２０１は、ベアリング２０２を介してシャフト２２１に回転可能に支持されている。シャフト２２１は、上述のように、角柱部２２１ａに円筒部２２１ｂを嵌設した構造となっている。また、ベルト駆動ギア２０１は、定着ベルト２００に外囲されたボス部分２０１ａと、定着ベルト２００外に位置するフランジ部分２０１ｂとからなっている。ベルト駆動ギア２０１のフランジ部分２０１ｂの内周側はベアリング２０２を介して、シャフト２２１の円筒部２２１ｂに支持される一方、当該フランジ部分２０１ｂの外周側はギアになっており、シャフト２３２に軸支されたギア２３１に歯合している。シャフト２３２もまたベアリング２３３を介してハウジング２３０に支持されている。
【００３７】
ギア２３１は、加圧ローラー２１０による定着ベルト２００の回転速度よりも、ベルト駆動ギア２０１を介したギア２３１による定着ベルト２００の回転速度の方が若干遅めになるように、不図示の駆動源によって回転駆動されている。また、当該駆動源からギア２３１に回転駆動力を伝達する経路上にはトルクリミッタが介在しており、加圧ローラー２１０による定着ベルト２００の回転駆動に回転不良が生じていない場合には、当該トルクリミッタが空転して、回転駆動力の伝達を遮断する。回転不良が生じた場合には、ギア２３１に回転駆動力を伝達して、定着ベルト２００を回転させる。
【００３８】
定着ベルト２００の回転軸方向における両端部付近の外周面には、それぞれ全周に亘って電極部２０３が設けられている。一端側に設けられた電極部２０３と他端側に設けられた電極部２０３との間に電流を流すことによって、定着ベルト２００の抵抗発熱体層３００に電流が流され、抵抗発熱体層３００が発熱する。なお、電極部２０３は、当該回転軸方向において押圧パッド２２０から離隔しており、かつ、ベルト駆動ギア２０１のボス部分２０１ａに対向する位置に配設されている。
【００３９】
電極部２０３に用いる導電体には、定着ベルト２００の周方向について均一な電気的特性を有する材料を用いるのが望ましく、銅やアルミニウム、ニッケル、真鍮、リン銅等の金属を化学メッキや電気メッキによって定着ベルト２００の内周面上に形成する。抵抗発熱体層３００上に電極部２０３を直接形成する場合には、まず、化学メッキを施してから電気メッキを施すと良い。
【００４０】
導電体材料としては、銅とニッケルが特に好ましく、銅をメッキした上にニッケルをメッキすると更に良い。また、メッキする以外にも、銅箔やニッケル箔を導電性接着剤で抵抗発熱体層３００に接着しても良いし、導電性インクや導電性ペーストを塗布して電極部２０３としても良い。更に、抵抗発熱体層３００を金型形成する際に、リング状の電極部２０３を金型に装着して一体的に形成しても良い。
【００４１】
電極部２０３への給電は、電極部２０３に給電部材２０４を接触させることによって行われる。また、給電部材２０４へは、不図示の電源装置から電線２０７を経由して給電を受ける。給電部材２０４は保持板２０５によって、定着ベルト２００の半径方向に移動可能に保持されており、付勢部材２０６によって電極部２０３側へ付勢されている。付勢部材２０６としては、例えば、弾性を有する部材を用いれば良く、コイルばねを用いても良い。また、給電部材２０４としては、例えば、カーボンブラシを用いることができる。給電部材２０４の形状は任意であり、定着ベルト２００と摺動させても良いし、定着ベルト２００の回転走行に従動して回転する回転体としても良い。
【００４２】
上のような構成をとれば、定着ベルト２００の抵抗発熱体層３００に流れる電流の分布を均一にして、発熱分布を均一にすることができるので、定着ムラを防止することができる。また、抵抗発熱体層３００が定着ベルト２００の中間層になっており、定着ベルト２００の内周面側に露出していない場合であっても、電極部２０３が露出して配置されているので、複雑な構成を要することなく給電することができる。
【００４３】
定着ベルト２００の回転軸方向において、加圧ローラー２１０は押圧パッド２２０よりも短くなっており、かつ、加圧ローラー２１０は回転軸方向の全域に亘って押圧パッド２２０に対向している。したがって、定着ベルト２００の回転軸方向における何れの端部においても、押圧パッド２２０は加圧ローラー２１０よりより端部へ延出している。このような構成をとることによって、加圧ローラー２１０の回転軸方向の全域に亘って、加圧ローラー２１０の圧接力を押圧パッド２２０が受け止めるので、定着ベルト２００の局所的な変形をなくして、定着装置１００の耐久性を高めることができる。
【００４４】
また、ベルト駆動ギア２０１は定着ベルト２００の回転軸方向における端部においてのみ定着ベルト２００に当接するので、当該回転軸方向の全長に亘って定着ベルト２００に当接する場合と比較して熱損失を小さくすることができる。したがって、ウォームアップ時間への熱損失の影響を抑えることができる。
また、定着ベルト２００の内周面側にベルト駆動ギア２０１のボス部分２０１ａを嵌設されている箇所の外周面側に設けられた電極部２０３に対して、付勢部材２０６によって付勢しながら給電部材２０４を当接させるので、電極部２０３と給電部材２０４との接触不良に起因する定着不良を防止することができる。
【００４５】
［３］ 変形例
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。
（１）上記実施の形態においては、ベアリング２０２を介してシャフト２２１によりベルト駆動ギア２０１を支持する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。
【００４６】
図５は、本変形例に係る定着装置１００の主要な構成を示す断面斜視図であって、（ａ）は定着ベルト２００の回転軸を含む断面を示し、（ｂ）は定着ベルト２００の回転軸に垂直な断面を示す。なお、図２において対応する部材がある部材には同じ符号が付されている。図５（ａ）に示されるように、本変形例に係る定着装置１００においては、ベルト駆動ギア２０１はもはやシャフト２２１には支持されておらず、これに代えて、図５（ｂ）に示されるように、２つのギア２３１と給電部材２０６とによって支持されている。このようにしても、ベルト駆動ギア２０１を支持して、給電部材２０６を確実に電極部２０３に当接させることができる。また、ベルト駆動ギア２０１が定着ベルト２００に接触する面積は、上記実施の形態と同じであるので、熱損失についても同様に低減することができる。
【００４７】
また、図６は、別の変形例に係る定着装置１００の主要な構成を示す断面斜視図であって、（ａ）は定着ベルト２００の回転軸を含む断面を示し、（ｂ）は定着ベルト２００の回転軸に垂直な断面を示しており、対応する部材には同じ符号が付されている。本変形例に係る定着装置１００においては、ベルト駆動ギア２０１はもはやシャフト２２１には支持されておらず、これに代えて、図６（ｂ）に示されるように、電極部２０３に当接する２つのコロ６０１と給電部材２０６とによって支持されている。このようにしても、ベルト駆動ギア２０１を支持して、給電部材２０６を確実に電極部２０３に当接させることができる。従って、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４８】
なお、図５（ｂ）においては、ベルト駆動ギア２０１を支持する２つのギア２３１と給電部材２０６が定着ベルト２００の回転中心について、互いに中心角１２０度をなすように配置したが、３つの支持部材が定着ベルト２００に当接する３つの接点がなす三角形が当該回転中心を含むように配置すれば、前記中心角は１２０度でなくとも良い。図６（ｂ）についても同様に、コロ６０１と給電部材２０６との３つの支持部材が定着ベルト２００に当接する３つの接点がなす三角形が当該回転中心を含むように配置すれば、前記中心角は１２０度でなくとも良い。
【００４９】
（２）上記実施の形態においては、不図示の駆動源に回転駆動された加圧ローラー２１０に定着ベルト２００が従動回転する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでも無く、ベルト駆動ギア２０１を介して回転駆動された定着ベルト２００に加圧ローラー２１０が従動回転しても良い。また、ベルト駆動ギア２０１を介して定着ベルト２００が回転駆動される場合には、加圧ローラー２１０に代えて、回転しない固定の加圧部材を用いても良い。
【００５０】
（３）上記実施の形態においては、ベルト駆動ギア２０１が定着ベルト２００の回転駆動と座屈防止との２つの用途を兼ねる場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでも無く、ベルト駆動ギア２０１に代えて、ギア部分を有さない環状部材を定着ベルト２００に嵌設しても良い。このようにしても、ベルト駆動ギア２０１を嵌設した場合と同様に、定着ベルト２００の座屈や破損を防止することができる。
【００５１】
（４）上記実施の形態においては、定着ベルト２００に圧接された状態で加圧ローラー２１０がハウジング２３０に軸支される場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでも無く、これに代えて次のようにしても良い。すなわち、ハウジング２３０とは別体の付勢手段に加圧ローラー２１０を軸支させると同時に、同じ付勢手段によって、加圧ローラー２１０を定着ベルト２００へ向かって付勢させても良い。このようにすれば、より精度良く定着ベルト２００に対する加圧ローラー２１０の圧接力を調整することができる。
【００５２】
（５）上記実施の形態においては、中間転写方式のカラー画像形成装置を例にとって説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでも無く、中間転写方式以外のカラー画像形成装置に本発明を適用しても良いし、モノクロ画像形成装置に適用しても良い。また、画像形成装置が、プリンタ装置や複写装置、ファクシミリ装置等の単機能機であるか、これらの機能のうちの複数を兼ね備えた多機能機（MFP: Multi Function Peripheral）であるかに関わらず本発明の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明に係る定着装置及び画像形成装置は、抵抗発熱体方式の定着装置において定着ベルトの破損を防止する装置として有用である。
【符号の説明】
【００５４】
１…………………画像形成装置
１００……………定着装置
２００……………定着ベルト
２０１……………ベルト駆動ギア
２０１ａ…………ボス部分
２０１ｂ…………フランジ部分
２０２、２３３…ベアリング
２０３……………電極部
２０４……………給電部材
２０５……………保持板
２０６……………付勢部材
２０７……………電線
２１０……………加圧ローラー
２２０……………押圧パッド
２２１、２３２…シャフト
２２１ａ…………角柱部
２２１ｂ…………円筒部
２３０……………ハウジング
２３１……………ギア
３００……………抵抗発熱体層
３０１……………補強層
３０２……………弾性層
３０３……………離型層
６０１……………コロ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電によって発熱する抵抗発熱体層を有する無端状の定着ベルトの外周面に対して、加圧部材を圧接させて形成される定着ニップに記録シートを通紙することによってトナー像を定着する定着装置であって、
前記定着ベルトの内側の前記加圧部材に対向する位置に設けられ、前記定着ニップ位置において前記定着ベルトを支持する押圧部材と、
前記定着ベルトとともに回転可能に支持され、前記定着ベルトの回転軸方向における前記押圧部材よりも外側において、前記定着ベルトの両端開口に嵌設された一対の環状部材と、
少なくとも一対の給電部材と、を備え、
前記定着ベルトは、両端部の外周面に一対の電極部が設けられ、
前記一対の給電部材は、前記一対の環状部材にそれぞれ対向する位置に前記定着ベルトの外周面側から該環状部材に対して付勢されて配設され、前記一対の電極部から前記抵抗発熱体層に給電する
ことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記定着ベルトの内側に固定して配設され、前記押圧部材を支持する支持部材を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記支持部材に支持されて前記環状部材の回転中心に配設され、前記支持部材と前記環状部材との間に介在して、前記環状部材を回転可能に支持する介在部材を備える
ことを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記環状部材の外周面に当接し、前記環状部材に従動回転することによって前記環状部材を支持する複数の支持ローラーを備え、
前記環状部材の回転中心は、前記複数の支持ローラーが前記環状部材に当接する位置と、前記給電部材が前記定着ベルトに当接する位置を結んだ多角形の内部に位置する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
【請求項５】
前記環状部材が嵌設されている位置において前記定着ベルトの外周面に当接し、前記定着ベルトに従動回転することによって前記環状部材を支持する複数の支持ローラーを備え、
前記環状部材の回転中心は、前記複数の支持ローラー及び前記給電部材が前記定着ベルトに当接する位置と結んだ多角形の内部に位置する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
【請求項６】
前記一対の環状部材の少なくとも一方には、駆動伝達ギアが備えられており、
ローラー状の前記加圧部材が回転駆動させられること及び、前記駆動伝達ギアを介して前記環状部材が回転駆動させられることにより、前記定着ベルトが回転する
ことを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の定着装置。
【請求項７】
請求項１から６の何れかに記載された定着装置を備える
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
通電によって発熱する抵抗発熱体層を有する無端状の定着ベルトの外周面に対して、加圧部材を圧接させて形成される定着ニップに記録シートを通紙することによってトナー像を定着する定着装置であって、
前記定着ベルトの内側の前記加圧部材に対向する位置に設けられ、前記定着ニップ位置において前記定着ベルトを支持する押圧部材と、
前記定着ベルトとともに回転可能に支持され、前記定着ベルトの回転軸方向における前記押圧部材よりも外側において、前記定着ベルトの両端開口に嵌設された一対の環状部材と、
少なくとも一対の給電部材と、を備え、
前記定着ベルトは、両端部の外周面に一対の電極部が設けられ、
前記一対の給電部材は、前記一対の環状部材にそれぞれ対向する位置に前記定着ベルトの外周面側から該環状部材に対して付勢されて配設され、前記一対の電極部から前記抵抗発熱体層に給電する
ことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記定着ベルトの内側に固定して配設され、前記押圧部材を支持する支持部材を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記支持部材に支持されて前記環状部材の回転中心に配設され、前記支持部材と前記環状部材との間に介在して、前記環状部材を回転可能に支持する介在部材を備える
ことを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記環状部材の外周面に当接し、前記環状部材に従動回転することによって前記環状部材を支持する複数の支持ローラーを備え、
前記環状部材の回転中心は、前記複数の支持ローラーが前記環状部材に当接する位置と、前記給電部材が前記定着ベルトに当接する位置を結んだ多角形の内部に位置する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
【請求項５】
前記環状部材が嵌設されている位置において前記定着ベルトの外周面に当接し、前記定着ベルトに従動回転することによって前記環状部材を支持する複数の支持ローラーを備え、
前記環状部材の回転中心は、前記複数の支持ローラー及び前記給電部材が前記定着ベルトに当接する位置と結んだ多角形の内部に位置する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
【請求項６】
前記一対の環状部材の少なくとも一方には、駆動伝達ギアが備えられており、
ローラー状の前記加圧部材が回転駆動させられること及び、前記駆動伝達ギアを介して前記環状部材が回転駆動させられることにより、前記定着ベルトが回転する
ことを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の定着装置。
【請求項７】
請求項１から６の何れかに記載された定着装置を備える
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７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１１４１３０（Ｐ２０１３−１１４１３０Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６１５７１（Ｐ２０１１−２６１５７１）
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
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