定着装置及び画像形成装置
【課題】温度過昇防止器が不要に温度上昇することを低減する。
【解決手段】媒体へ熱を供給する無端ベルトと、前記無端ベルトを張架する熱拡散部材と、 前記熱拡散部材を加熱する面状発熱体と、前記面状発熱体に対抗して配置される温度過昇防止器と、前記面状発熱体と温度過昇防止器の間に配置された加圧補助部材とを有することを特徴とする。
【解決手段】媒体へ熱を供給する無端ベルトと、前記無端ベルトを張架する熱拡散部材と、 前記熱拡散部材を加熱する面状発熱体と、前記面状発熱体に対抗して配置される温度過昇防止器と、前記面状発熱体と温度過昇防止器の間に配置された加圧補助部材とを有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、媒体上に転写されたトナー像を熱と圧力により定着する定着装置、及びその定着装置を備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トナー像形成部にて形成した白黒またはカラーのトナー像を用紙等の媒体上に転写する画像形成装置として、例えば電子写真プリンタ、複写機、ファクシミリ等があり、このような画像形成装置には定着装置が備えられている。従来のこの種の定着装置は、走行可能な無端状の定着ベルトと、この定着ベルトを加熱する面状発熱体と、この面状発熱体と共に定着ベルトを張架した定着ローラと、この定着ローラに定着ベルトを介して相対するように設けられた加圧ローラと、この加圧ローラと定着ベルトとの接触部に形成されたニップ部を有する構成を備えており、トナー像が転写された媒体をニップ部に送って通過させ、その際面状発熱体の熱と定着ローラ及び加圧ローラによる圧力を加えることでトナー像を媒体に定着させるものとなっている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３２２８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の技術は、面状発熱体の温度過昇を防止するために、温度過昇防止器を使用する場合については考慮されていないものである。
本発明は、このような問題を解決することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そのため、本発明の定着装置は、媒体へ熱を供給する無端ベルトと、前記無端ベルトを張架する熱拡散部材と、前記熱拡散部材を加熱する面状発熱体と、前記面状発熱体に対抗して配置される温度過昇防止器と、前記面状発熱体と温度過昇防止器の間に配置された加圧補助部材とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
このようにした本発明は、面状発熱体と温度過昇防止器の間に加圧補助部材を介在させることで、温度過昇防止器が不要に温度上昇することを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施例の構成を示す側面図
【図２】第１の実施例が備えられる画像形成装置の概略側面図
【図３】第１の実施例の主要部材を示す斜視図
【図４】図３のＡ―Ａ線断面図
【図５】温度過昇防止器の取り付け構造を示す斜視図
【図６】定着ローラと加圧ローラの構造を示す側面図
【図７】加圧部材の構造を示す側面図
【図８】定着ベルトの構造を示す部分側面図
【図９】熱拡散部材を示す斜視図
【図１０】面状発熱体の分解斜視図
【図１１】第１の実施例との比較のために示した参考定着装置の側面図
【図１２】参考定着装置における温度履歴を示す図
【図１３】温度過昇防止器の最高到達温度を示す図
【図１４】温度過昇防止器の立ち上がり時間を示す図
【図１５】本発明の第２の実施例を示す主要部材の側面図
【図１６】第２の実施例における加圧補助部材の斜視図
【図１７】図４における要部拡大図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明による定着装置及び画像形成装置の実施例を説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は定着装置の第１の実施例の構成を示す側面図、図２は第１の実施例が備えられる画像形成装置の概略側面図である。まず、図２の構成について説明する。本実施例の画像形成装置は電子写真プリンタで、媒体としての用紙１２を収納する用紙収納部４０、該用紙収納部４０から繰り出された用紙１２を搬送する複数の搬送ローラ等による用紙搬送部４１、露光のための記録光を発光する露光部としてのＬＥＤヘッド４２、ＬＥＤヘッド４２の発光に応じてトナー像を形成するトナー像形成部４３、トナー像形成部４３で形成されたトナー像を用紙１２上に転写する転写部４４、用紙１２上にトナー像を定着させる定着装置４５を備えている。
【００１０】
ここで、トナー像形成部４３及び転写部４４、定着装置４５は、用紙収納部４０から繰り出された用紙１２の搬送方向において、トナー像形成部４３及び転写部４４が上流側、定着装置４５が下流側に位置するように配置されている。また、トナー像形成部４３と転写部４４は、用紙１２の搬送経路を挟んで上下に対抗するように設けられ、ＬＥＤヘッド４２はトナー像形成部４３の上方の位置に配置されている。
【００１１】
この構成において、図示しない印刷制御部が上位装置等から印刷指示を受けると、あるいは装置の入力部から印刷の指示が入力されると、用紙収納部４０から用紙１２が繰り出され、用紙搬送部４１によって画像形成のタイミングに合わせてトナー像形成部４３へ搬送される。
【００１２】
ＬＥＤヘッド４２は印刷情報に応じてトナー像形成部４３を露光し、潜像としての画像を形成する。トナー像形成部４３に形成された画像は図示しない現像手段によりトナー像化され、そのトナー像が転写部４４により用紙１２上に転写される。
その後、用紙１２は用紙搬送部４１によって定着装置４５へ搬送され、定着装置４５で熱と圧力により用紙１２上にトナー像が定着された後、用紙１２が用紙搬送部４１により排出口に搬送されてスタッカ上に排出される。
【００１３】
次に図１に示した定着装置について説明する。定着装置４５は、面状発熱体１、加圧補助部材２、熱拡散部材３、無端状の定着ベルト４、第１の加圧部材としての加圧部材５、第２の加圧部材としての定着ローラ６、用紙１２の搬送も行う加圧ローラ７、第１の付勢手段としての弾性部材８、支持部材９、及び第２の付勢手段としての弾性部材１０、支持部材１７、温度検知手段１８により構成されており、定着ベルト４の内側には、加圧ローラ７を除く各部材つまり面状発熱体１、加圧補助部材２、熱拡散部材３、加圧部材５、定着ローラ６、弾性部材８、支持部材９、弾性部材１０が配置され、定着ベルト４は熱拡散部材３、加圧部材５、及び定着ローラ６に巻き掛けられていて走行可能に張架されている。
【００１４】
面状発熱体１は定着ベルト４を加熱する手段であって、加圧補助部材２に取り付けられている。熱拡散部材３は面状発熱体１の熱を拡散させて定着ベルト４に熱伝達させる手段である。弾性部材８は面状発熱体１、加圧補助部材２、及び熱拡散部材３に荷重を付与し、定着ベルト４にテンションを与える手段で、例えばコイルスプリング等が用いられており、この弾性部材８は加圧補助部材２と支持部材９の間に配され、支持部材９は本体装置に対して相対的に固定されており、弾性部材８を介して加圧補助部材２、及び面状発熱体１を支持している。
【００１５】
加圧ローラ７は熱拡散部材３と反対側の位置で定着ベルト４の外周面と接触するように設けられており、加圧部材５と定着ローラ６は互いに隣接対向するように配置されていて、この加圧部材５及び定着ローラ６は定着ベルト４を加圧ローラ７に押し付けるように配置されている。ここで弾性部材１０は加圧部材５を加圧ローラ７へと押圧しており、本体装置に対して相対的に固定されている支持部材１７によって保持されている。定着ベルト４と加圧ローラ７との接触部はニップ部であり、トナー１１によるトナー像が転写された用紙１２がニップ部に送り込まれるものとなっている。
【００１６】
尚、本定着装置には定着ベルト４の内周面に当接する温度検知手段１８が設けられるが、この温度検知手段１８は定着ベルト４の外周面に当接するものでもよく、あるいは微小なギャップを介して設ける非接触のものであってもよい。
【００１７】
図３は定着装置４５の主要部材を示す斜視図、図４は図３のＡ―Ａ線断面図であり、面状発熱体１、加圧補助部材２、熱拡散部材３、弾性部材８、支持部材９等の構成を示している。図３に示したように面状発熱体１、加圧補助部材２、熱拡散部材３、及び支持部材９は同等の所定の長さを有し、加圧補助部材２と支持部材９の間に弾性部材８が複数配置されている。熱拡散部材３の下面（内面）には２段の凹部が形成されており、その奥側（上側）の凹部に面状発熱体１が嵌合して熱拡散部材３に面接触し、手前側（下側）の凹部に加圧補助部材２が嵌合して、加圧補助部材２の縁部が熱拡散部材３に接触するようにしている。
【００１８】
また、支持部材９上の中央部には取り付け部材１３がコイルスプリングによる複数の弾性部材１４を介して取り付けられており、取り付け部材１３上には温度過昇防止器１５が取り付けられていて、この温度過昇防止器１５は弾性部材１４の付勢力により加圧補助部材２の下面に当接している。
【００１９】
加圧補助部材２はアルミニウム、銅等の熱伝導性が良く加工性に優れた金属、またはこれらを主成分とする合金、あるいは耐熱性及び剛性の高い鉄、鉄系の合金類、ステンレス等で厚さが均一な平板状に形成されている。この加圧補助部材２は、従来の定着装置には使用されていないものである。温度過昇防止器１５は、温度を検知すると共に検知した温度が一定の温度を超えた場合、面状発熱体１へ電力を供給する電源を切断するサーモスタットであり、本実施例においては動作温度の上限値は２７０℃となっている。
【００２０】
図１７は図４における要部拡大図で、面状発熱体１と加圧補助部材２と熱拡散部材３との関係を詳細に示している。熱拡散部材３には、面状発熱体１の位置を規制するための凹部が形成されている。凹部には面状発熱体１の定着ベルト４の移動方向に対する位置を規制する規制部３ｃが形成される。また、弾性部材８が面状発熱体１を付勢する方向に対する位置を規制し、面状発熱体１と熱拡散部材３とを当接させるための当接部３ａが形成される。更に凹部には、加圧補助部材２から熱拡散部材３へと熱を伝達するための熱伝達部３ｂが形成されている。更に凹部には、加圧補助部材２の定着ベルト４の移動方向に対する位置を規制する規制部３ｄが形成される。
【００２１】
ここで、当接部３ａと熱伝達部３ｂとの弾性部材８が面状発熱体１を付勢する方向における距離をＬとし、面状発熱体１の厚さをｄとしたとき、Ｌ＜ｄの関係となるように凹部が形成されている。このような関係にすることで、面状発熱体１を弾性部材８の付勢力によって加圧補助部材２を介して熱拡散部材３の当接部３ａと確実に当接させることができる。
【００２２】
また、Ｌ＜ｄとしたとき、加圧補助部材２と熱伝達部３ｂとの間には空隙が発生する。この空隙によって加圧補助部材２と熱伝達部３ｂとの間の熱伝達が遮断されないようにするため、加圧補助部材２の表面積を面状発熱体１の表面積より大きく形成して、加圧補助部材２と面状発熱体１とが当接する面において加圧補助部材２が面状発熱体１から突出する突出領域Ａを形成するようにして、その突出領域Ａに熱伝導グリス１９を塗布した。
【００２３】
具体的には、図１７に示すように、面状発熱体１の長手方向に対して略垂直な方向における幅をＷ１とし、加圧補助部材２の長手方向に対して略垂直な方向における幅をＷ２としたとき、Ｗ１＜Ｗ２とし、加圧補助部材２の幅Ｗ２内において面状発熱体１と加圧補助部材２とを当接させるようにし、突出領域Ａと熱伝達部３ｂとが対向するようにして、熱伝達部３ｂと加圧補助部材２との間の隙間を埋めるように熱伝導グリス１９を加圧補助部材２に塗布した。また、図３に示すように、面状発熱体１の長手方向における幅、加圧補助部材２の長手方向における幅においても同様の関係を満たすようにした。
【００２４】
熱伝導グリス１９は、ベースオイルにシリコンオイルを用い、熱伝導性を向上させるために酸化亜鉛を添加したものを用いた。このようにすることで、加圧補助部材２と熱拡散部材３との部材間において、熱伝達が効率よく行われることになり、加圧補助部材２と熱拡散部材３との間で熱平衡状態になろうとする作用が働き、加圧補助部材２の温度が熱拡散部材３の温度と近くなるよう熱移動が行われる。これによって、加圧補助部材２の温度がいたずらに上昇することがなくなるため、温度過昇防止器１５の温度がいたずらに上昇することを軽減することができる。更に、加圧補助部材２側に伝達された面状発熱体１の裏面Ｃからの熱を熱拡散部材３に伝達する効果も得られるため、面状発熱体１の効率よく熱拡散部材３に伝達することができ、そのため定着ベルト４が目標温度に達するまでの時間を低減する効果も得られる。
【００２５】
図５は温度過昇防止器１５の取り付け構造を示す斜視図で、温度過昇防止器１５は取り付け部材１３上に取り付けられて配線されており、取り付け部材１３の両端部は弾性部材１４に支持され、温度過昇防止器１５は弾性部材１４の付勢力により一定の荷重で加圧補助部材２の下面に当接させられている。
【００２６】
図６は定着ローラ６と加圧ローラ７の構造を示す側面図である。同図（ａ）に示すように定着ローラ６と加圧ローラ７は芯金５１と、この芯金５１の表面を覆う弾性層５２により構成されている。ここで芯金５１は、一定の剛性を保つためにアルミニウムや、鉄、ステンレス等の金属パイプまたはシャフトが用いられ、弾性層５２は、通常のシリコンゴムまたはスポンジ状のシリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性の高いゴム材料が用いられる。また、同図（ｂ）に示すように加圧ローラ７は芯金５１の表面を覆う弾性層５２上に離型層５３を形成した構造としてもよい。
【００２７】
定着ローラ６の一端には図示しないギアが設けられており、このギアが用紙搬送部４１から伝達される回転力により駆動されることで、定着ローラ６は回転する。この定着ローラ６の回転力は摩擦力により定着ベルト４と加圧ローラ７に伝達され、これにより定着ベルト４と加圧ローラ７が従動し、図１における矢印方向にそれぞれ回転する。尚、用紙搬送部４１からの回転力により回転駆動されるのは、加圧ローラ７でもよい。
【００２８】
また、定着ローラ６は図示しないばね等の弾性部材により、加圧部材５は図１に示したコイルスプリング等の弾性部材８により、それぞれ定着ベルト４を介して加圧ローラ７に圧接するように付勢されていて、これにより加圧部材５が定着ベルト４を介して加圧ローラ７に当接する領域のニップ部と、定着ローラ６が定着ベルト４を介して加圧ローラ７に当接する領域のニップ部が連続的に形成されて１つのニップ部を構成している。
【００２９】
図７は加圧部材５の構造を示す側面図であり、この図に示したように加圧部材５は、表層６１と弾性層６２と基材６３により構成されている。表層６１には通常のシリコン系樹脂、またはフッ素系樹脂等の耐熱性の高く表面摩擦抵抗が低い樹脂材料が用いられる。弾性層６２は表層６１と基材６３の間に設けられる層で、弾性層５２と同様に通常のシリコンゴム、またはスポンジ状のシリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性の高いゴム材料が用いられる。また、基材６３は一定の剛性を保つためにアルミニウムや、鉄、ステンレス等の金属材料が用いられる。このような構成による加圧部材５は、図１に示したコイルスプリング等の弾性部材８により定着ベルト４及び加圧ローラ７側へ押圧されることで、一定の圧力分布の領域を形成している。
【００３０】
図８は定着ベルト４の構造を示す部分側面図である。定着ベルト４は、同図（ａ）に示すように薄い基体７１上に、弾性層７２を薄く形成したもので、この弾性層７２上に離型層７３を設けるものとしてもよい。
基体７１は、ニッケル、ポリイミド、ステンレス等からなるものである場合は、強度と可撓性を両立させるため、厚さを３０μｍ〜１５０μｍ程度とすることが好ましい。
【００３１】
弾性層７２としては耐熱性が高いシリコンゴムまたはフッ素樹脂が用いられるが、シリコンゴムを用いる場合は、低硬度と高熱伝導性を両立させるため、その厚さは５０μｍ〜３００μｍにすることが好ましく、フッ素樹脂を用いる場合は、摩耗による減肉と高熱伝導性を両立させるため、その厚さは１０μｍ〜５０μｍにすることが好ましい。
【００３２】
離型層７３は、弾性層７２と同様に耐熱性が高く、また成型後の表面自由エネルギーが低い樹脂、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）、ＦＥＰ（パーフルオロエチレン−プロペンコポリマー）等の代表的なフッ素系樹脂を用いることができ、その厚さは１０μｍ〜５０μｍであることが好ましい。
【００３３】
また、定着ベルト４は、同図（ｂ）に示すように薄い基体７１上に離型層７３を設けたものとしてもよい。
このような構成による定着ベルト４は、弾性層７２または離型層７３を外側にして熱拡散部材３、加圧部材５、定着ローラ６に巻き掛けられて張架されている。
【００３４】
図９は熱拡散部材３を示す斜視図で、（ａ）は上面側、（ｂ）は下面側の図である。本実施例における熱拡散部材３は、断面形状が円弧形で、下面側に長手方向全長に渡って上述した凹部が設けられ、全体がアルミニウムや銅等の熱伝導性が高くかつ加工性に優れた金属、またはこれらを主成分とする合金、あるいは耐熱性及び剛性の高い鉄や鉄系合金類、ステンレスなどで形成されている。この熱拡散部材３と面状発熱体１は特に接着することなしに、弾性部材８の付勢力により熱拡散部材３が面状発熱体１に押圧されることで一体化されている。
【００３５】
図１０は面状発熱体１の分解斜視図で、面状発熱体１には、セラミックヒータ、ステンレスヒータ等が用いられる。更に詳細に説明すると、面状発熱体１は、ステンレスヒータの場合、例えばＳＵＳ４３０等の基板９０上に薄いガラス膜による電気絶縁層９１を形成し、この電気絶縁層９１上にニッケルクロム合金あるいは銀―パラジウム合金の粉末をスクリーン印刷によってペースト状に塗布して抵抗発熱体９３を形成する。そして抵抗発熱体９３の端部に、化学的に安定で電気的抵抗の低い金属や、タングステン等の高融点金属によって電極９４を形成し、その上にガラスあるいはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）、ＦＥＰ（パーフルオロエチレン−プロペンコポリマー）等の代表的なフッ素系樹脂による保護膜９５を形成して、これら電気絶縁層９１、抵抗発熱体９３、電極９４を保護する構成としている。尚、保護膜９５は基板９０の下面側にも設けるようにしてもよい。
【００３６】
上述した構成の作用について説明する。図１において定着ベルト４は熱拡散部材３に対して摺動しながら定着ローラ６により矢印方向に回転駆動されて走行し、面状発熱体１に電力が供給されることで接触部が加熱される。
温度検知手段１８により定着ベルト４の表面（裏面）温度を検知し、これを基に図示しない制御部によって面状発熱体１の供給電力が制御され、定着ベルト４の表面を適正な温度に維持するが、この時の面状発熱体の温度の過昇を防ぐため、図４に示したように加圧補助部材２に温度過昇防止器１５を当接させている。
【００３７】
トナー１１つまりトナー像が転写された用紙１２は、定着ベルト４と加圧ローラ７との圧接部に形成されたニップ部を通して搬送され、その際トナー１１と用紙１２が、定着ベルト４により加熱され、加圧部材５と加圧ローラ７、定着ローラ６と加圧ローラ７により加圧されることで、トナー像が用紙に定着される。
また、上記は加圧補助部材２の厚さの範囲で規定したが、加圧補助部材２の熱容量をＣ２としたときの熱容量Ｃ２の範囲を１１．７５Ｊ／Ｋ以上、２４．２Ｊ／Ｋ以下の範囲に設定することが好ましい。また、熱拡散部材３の熱容量をＣ１としたとき、熱容量Ｃ２を熱容量Ｃ１の３０％以上、６２％以下の熱容量とすることが好ましい。
【００３８】
ここで、面状発熱体１は、図１７に示すように表面Ｂと裏面Ｃがある。表面Ｂは抵抗発熱体９３が配設されている側の面状発熱体１を構成する面であり、裏面Ｃは表面Ｂの反対面側であって面状発熱体１を構成する面である。ここで、表面Ｂは熱拡散部材３と当接し、裏面Ｃは加圧補助部材２と当接するよう構成した。抵抗発熱体９３が配設される表面Ｂの方が裏面Ｃに対して熱上昇が速いためである。これによって、熱拡散部材３の温度をできるだけ速く高くし、加圧補助部材２への温度伝達をなるべく遅くする効果が得られる。熱は高いところから低いところへ伝達するため、加圧補助部材２の温度が早く上昇することによって、温度過昇防止器１５の温度をいたずらに上昇させることを軽減することができる。
【００３９】
図１１は第１の実施例との比較のために示した定着装置（以下参考定着装置）の側面図で、この参考定着装置は図１に示した第１の実施例の定着装置のうちの加圧補助部材２を削除し、温度過昇防止器１５を面状発熱体１に直接当接させたもので、その他は第１の実施例の定着装置と同様に構成されている。
【００４０】
図１２は参考定着装置における温度履歴を示す図であり、以下に示す条件のもとで、立ち上がり時間と、接触式の温度過昇防止器１５の接触部の温度を測定したものである。ここで、立ち上がり時間とは、面状発熱体１への電力供給開始から、定着ベルト４の表面温度が目標とする定着温度１６０°Ｃに達するまでの時間である。
【００４１】
「評価条件」
定着ベルト４： 内径４５ｍｍ、基体はポリイミドで厚さは８０μｍ、弾性層はシリコンゴムで厚さは１５０μｍ、離型層はＰＦＡで厚さは３０μｍ。
定着ベルト４の周速度： ６０ｍｍ／ｓ。
定着ローラ６： φ１６、芯金はＡＳＫＥＲでＣ硬度８０度、弾性層はスポンジ状のシリコンゴムで厚さは１．５ｍｍ。
加圧ローラ７： φ３６、芯金はＡＳＫＥＲでＣ硬度８０度、弾性層はスポンジ状のシリコンゴムで厚さは１．２ｍｍ。
【００４２】
加圧部材５： 基材はアルミニウム等の金属材料、弾性層はＪＩＳ―Ａ、硬度２０度のシリコンゴムで厚さは１ｍｍ。
加圧部材５の加圧力：３５ｋｇ。
面状発熱体１： ステンレスヒータで、幅１２ｍｍ、１２００Ｗ。
熱拡散部材３： 厚さ１ｍｍのアルミニウム板で、熱容量Ｃ１＝３９．１J／Ｋ
ニップ部： 幅（全長）１３ｍｍ。
【００４３】
図１２から分かるように、参考定着装置の常温からの立ち上がり時間は２４秒程度であるが、そのとき面状発熱体１に当接している温度過昇防止器１５の温度はオーバーシュートによりほぼ３１０℃に達している。一般に温度過昇防止器１５の動作上限温度は２７℃であることから、参考定着装置の構成では温度過昇防止器１５を面状発熱体１に当接させて使用することは不可能である。
【００４４】
本実施例の定着装置４５は、面状発熱体１と温度過昇防止器１５の間に加圧補助部材２を介在させた構造としており、温度過昇防止器１５は弾性部材１４の付勢力により加圧補助部材２の下面に当接させたものとなっている。このような構成による本実施例の定着装置４５の使用条件を得るための評価を行った。
【００４５】
「評価条件」
加圧補助部材２：アルミニウム板で、幅は１６ｍｍ、長さは３２６ｍｍ、厚さは１ｍｍ（熱容量Ｃ２ａ＝１１．７J／Ｋ）、１．５ｍｍ（熱容量Ｃ２ｂ＝１８J／Ｋ）、２ｍｍ（熱容量Ｃ２ｃ＝２４．２J／Ｋ）の３種類とした。
この他の評価条件は参考定着装置の場合と同様である。
【００４６】
本実施例の定着装置４５においては厚さの異なる３種類の加圧補助部材２を用い、参考定着装置と同様に常温からの立ち上がり時間の温度履歴を測定した。図１３はこの３種類の加圧補助部材２を用いた場合の温度検出手段１８で検出した定着ベルト４の温度が目標温度である１６０℃に達したときのそれぞれの温度過昇防止器１５の最高到達温度を示す図、図１４はそれぞれの温度過昇防止器１５の立ち上がり時間を示す図である。
【００４７】
図１３に示したように、加圧補助部材２は厚さを厚くすることで熱容量が大きくなり、それに伴って温度過昇防止器１５が当接している位置の温度は低くなる。ここで、温度過昇防止器１５の動作上限温度及びマージンを考慮すると、加圧補助部材２の厚さは１ｍｍ以上とすることが好ましい。
但し、図１４に示すように加圧補助部材２の厚さを厚くすることで熱容量が大きくなるに従って立ち上がり時間は遅くなる。しかしながら、加圧補助部材２の厚さが２ｍｍの場合でも、立ち上がり時間は２４．３秒と、参考定着装置と比べても大幅な遅れはみられなかった。
【００４８】
このことは、本実施例の定着装置４５では、加圧補助部材２の分の熱容量が増えているが、面状発熱体１により加熱された加圧補助部材２の温度が熱拡散部材３の温度より早く上昇し、その際、加圧補助部材２から熱拡散部材３へ熱移動が発生して、結果的に定着ベルト４へ投入される熱容量が増加したためと推測される。従って、加圧補助部材２と熱拡散部材３とが接触していることも立ち上がり時間の短縮に効果があるものと云える。よって参考定着装置の立ち上がり時間と同等な条件としては、加圧補助部材２の厚さは２ｍｍ以下とすればよいことになる。
【００４９】
以上の結果により、参考定着装置における立ち上がり時間を確保しつつ、温度過昇防止器１５を加圧補助部材２に当接させて使用するには、加圧補助部材２の厚さを１ｍｍ以上、２ｍｍ以下とすればよい。
熱拡散部材３の熱容量をＣ１、加圧補助部材２の熱容量をＣ２、定着ベルト４の最高到達温度をＴ１ｍａｘ、温度過昇防止器１５の最高到達温度をＴ２ｍａｘとしたとき、
Ｔ２ｍａｘ≧（Ｃ１×Ｔ１ｍａｘ）／（Ｃ２×α） …（１）
を満たすことで良好な効果が得られる。
【００５０】
ここで、αは係数であり、本実施例においては定着ベルト４の最高到達温度をＴ１ｍａｘ＝１６４℃、Ｔ２ｍａｘ＝２５５℃、熱容量Ｃ１＝３９．１J／Ｋを固定の設計値として、加圧補助部材２の厚さを０．５ｍｍずつ変化させることで熱容量Ｃ２を調整し、Ｔ２ｍａｘが２７０℃を超える加圧補助部材２の厚さが０．５ｍｍであったため、加圧補助部材２の厚さ１．０ｍｍ（熱容量Ｃ２＝１１．７）を境界値として、下記数式に上記設計値を代入して境界値に対応するαを算出した。
【００５１】
Ｔ２ｍａｘ≧（Ｃ１×Ｔ１ｍａｘ）／（Ｃ２×α）
α＝２．１４
式（１）にαを代入し、式（２）が得られる。
Ｔ２ｍａｘ≧（Ｃ１×Ｔ１ｍａｘ）／（Ｃ２×２．１４） …（２）
【００５２】
本実施例に示すように、面状発熱体１を加圧補助部材２によって熱拡散部材３に押し当てて、加圧補助部材２の面状発熱体１との当接面と反対側に温度過昇防止器１５を当接させる構成においては、式（２）を満たすように設定することで、温度過昇防止器１５の最高到達温度が所定値に達する前に定着ベルト４の温度を所定温度に達するようにすることができる。
【００５３】
以上説明したように、本実施例によれば面状発熱体１と温度過昇防止器１５との間に加圧補助部材２を設けることにより、温度過昇防止器１５が不要に温度上昇することを低減することができる。
また、加圧補助部材２の厚さを１ｍｍ以上、２ｍｍ以下の範囲とすることで、所定の立ち上がり時間を確保しつつ温度過昇防止器１５を動作上限温度範囲内に保つことができる。
【実施例２】
【００５４】
図１５は本発明の第２の実施例を示す主要部材の側面図で、この第２の実施例は第１の実施例における加圧補助部材２に代えて加圧補助部材１６を用いるもので、本実施例の加圧補助部材１６は、加圧補助部材２と同様にアルミニウム、銅等の熱伝導性が良く加工性に優れた金属、またはこれらを主成分とする合金、あるいは耐熱性及び剛性の高い鉄、鉄系の合金類、ステンレス等で形成されている。
【００５５】
本実施例において、熱拡散部材３の内面に設置された面状発熱体１及び加圧補助部材１６は、支持部材９に固定された弾性部材８により一定荷重にて押圧され、熱拡散部材３と共に定着ベルト４を張架している。
尚、この他の部分は上述した第１の実施例と同様である。
【００５６】
加圧補助部材１６は面状発熱体１と共にコイルスプリングによる複数の弾性部材１４で押圧されており、そのため、外力による捩れや熱による反り等の変形が発生するおそれがある。加圧補助部材１６に変形が発生すると、面状発熱体１、加圧補助部材１６、熱拡散部材３の長手方向における接触状態に変化が生じる。それにより部材長手方向に温度ムラが発生し、図１に示すトナー１１及び用紙１２に接触して、トナー１１によるトナー像を用紙１２に定着させる定着ベルト４の表面温度にもムラが生じることになり、この現象は最終的にトナー像の光沢ムラの発生原因となる。
【００５７】
そのため、この第２の実施例では加圧補助部材１６を図１６に示すような形状とする。図１６は第２の実施例における加圧補助部材１６の斜視図で、この図に示したように厚さが均一な平板状の加圧補助部材１６の前後の縁部を同方向（上方）に折り曲げてコの字形に形成することにより、外力による変形や熱による反りを防ぐようにしたもので、このようにコの字形に形成した加圧補助部材１６の内側に面状発熱体１を配置し、そしてこの加圧補助部材１６の折り曲げた縁部分が熱拡散部材３の凹部に入り込んで熱拡散部材３に接触するようにしている。
また、本実施例では、立ち上がり時間及び温度過昇防止器１５の使用範囲を確保するため、加圧補助部材１６の熱容量を１２．５Ｊ／Ｋ以上、２５Ｊ／Ｋ以下の範囲とする。
【００５８】
このようにした第２の実施例によれば、第１の実施例と同様の効果が得られる他、加圧補助部材１６をコの字形に形成したことで、外力による変形や熱による反りを防ぐことができようにしているため、長手方向における熱伝導を均一にすることができ、それにより定着ベルト４における表面温度のムラの発生を防止できるので、光沢ムラのないトナー像の定着を実現できるという効果が得られる。
尚、上述した実施例は、画像形成装置を電子写真プリンタとして、それに備えられる定着装置について説明したが、ＭＦＰや、ファクシミリ、複写装置等にも適用可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１ 面状発熱体
２ 加圧補助部材
３ 熱拡散部材
４ 定着ベルト
５ 加圧部材
６ 定着ローラ
７ 加圧ローラ
８ 弾性部材
９ 支持部材
１０ 弾性部材
１１ トナー
１２ 用紙
１３ 取り付け部材
１４ 弾性部材
１５ 温度過昇防止器
１６ 加圧補助部材
４０ 用紙収納部
４１ 用紙搬送部
４２ ＬＥＤヘッド
４３ トナー像形成部
４４ 転写部
４５ 定着装置
５１ 芯金
５２ 弾性層
５３ 離型層
６１ 表層
６２ 弾性層
６３ 基材
７１ 基体
７２ 弾性層
７３ 離型層
９０ 基板
９１ 電気絶縁層
９３ 抵抗発熱体
９４ 電極
９５ 保護膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、媒体上に転写されたトナー像を熱と圧力により定着する定着装置、及びその定着装置を備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トナー像形成部にて形成した白黒またはカラーのトナー像を用紙等の媒体上に転写する画像形成装置として、例えば電子写真プリンタ、複写機、ファクシミリ等があり、このような画像形成装置には定着装置が備えられている。従来のこの種の定着装置は、走行可能な無端状の定着ベルトと、この定着ベルトを加熱する面状発熱体と、この面状発熱体と共に定着ベルトを張架した定着ローラと、この定着ローラに定着ベルトを介して相対するように設けられた加圧ローラと、この加圧ローラと定着ベルトとの接触部に形成されたニップ部を有する構成を備えており、トナー像が転写された媒体をニップ部に送って通過させ、その際面状発熱体の熱と定着ローラ及び加圧ローラによる圧力を加えることでトナー像を媒体に定着させるものとなっている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３２２８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の技術は、面状発熱体の温度過昇を防止するために、温度過昇防止器を使用する場合については考慮されていないものである。
本発明は、このような問題を解決することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そのため、本発明の定着装置は、媒体へ熱を供給する無端ベルトと、前記無端ベルトを張架する熱拡散部材と、前記熱拡散部材を加熱する面状発熱体と、前記面状発熱体に対抗して配置される温度過昇防止器と、前記面状発熱体と温度過昇防止器の間に配置された加圧補助部材とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
このようにした本発明は、面状発熱体と温度過昇防止器の間に加圧補助部材を介在させることで、温度過昇防止器が不要に温度上昇することを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施例の構成を示す側面図
【図２】第１の実施例が備えられる画像形成装置の概略側面図
【図３】第１の実施例の主要部材を示す斜視図
【図４】図３のＡ―Ａ線断面図
【図５】温度過昇防止器の取り付け構造を示す斜視図
【図６】定着ローラと加圧ローラの構造を示す側面図
【図７】加圧部材の構造を示す側面図
【図８】定着ベルトの構造を示す部分側面図
【図９】熱拡散部材を示す斜視図
【図１０】面状発熱体の分解斜視図
【図１１】第１の実施例との比較のために示した参考定着装置の側面図
【図１２】参考定着装置における温度履歴を示す図
【図１３】温度過昇防止器の最高到達温度を示す図
【図１４】温度過昇防止器の立ち上がり時間を示す図
【図１５】本発明の第２の実施例を示す主要部材の側面図
【図１６】第２の実施例における加圧補助部材の斜視図
【図１７】図４における要部拡大図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明による定着装置及び画像形成装置の実施例を説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は定着装置の第１の実施例の構成を示す側面図、図２は第１の実施例が備えられる画像形成装置の概略側面図である。まず、図２の構成について説明する。本実施例の画像形成装置は電子写真プリンタで、媒体としての用紙１２を収納する用紙収納部４０、該用紙収納部４０から繰り出された用紙１２を搬送する複数の搬送ローラ等による用紙搬送部４１、露光のための記録光を発光する露光部としてのＬＥＤヘッド４２、ＬＥＤヘッド４２の発光に応じてトナー像を形成するトナー像形成部４３、トナー像形成部４３で形成されたトナー像を用紙１２上に転写する転写部４４、用紙１２上にトナー像を定着させる定着装置４５を備えている。
【００１０】
ここで、トナー像形成部４３及び転写部４４、定着装置４５は、用紙収納部４０から繰り出された用紙１２の搬送方向において、トナー像形成部４３及び転写部４４が上流側、定着装置４５が下流側に位置するように配置されている。また、トナー像形成部４３と転写部４４は、用紙１２の搬送経路を挟んで上下に対抗するように設けられ、ＬＥＤヘッド４２はトナー像形成部４３の上方の位置に配置されている。
【００１１】
この構成において、図示しない印刷制御部が上位装置等から印刷指示を受けると、あるいは装置の入力部から印刷の指示が入力されると、用紙収納部４０から用紙１２が繰り出され、用紙搬送部４１によって画像形成のタイミングに合わせてトナー像形成部４３へ搬送される。
【００１２】
ＬＥＤヘッド４２は印刷情報に応じてトナー像形成部４３を露光し、潜像としての画像を形成する。トナー像形成部４３に形成された画像は図示しない現像手段によりトナー像化され、そのトナー像が転写部４４により用紙１２上に転写される。
その後、用紙１２は用紙搬送部４１によって定着装置４５へ搬送され、定着装置４５で熱と圧力により用紙１２上にトナー像が定着された後、用紙１２が用紙搬送部４１により排出口に搬送されてスタッカ上に排出される。
【００１３】
次に図１に示した定着装置について説明する。定着装置４５は、面状発熱体１、加圧補助部材２、熱拡散部材３、無端状の定着ベルト４、第１の加圧部材としての加圧部材５、第２の加圧部材としての定着ローラ６、用紙１２の搬送も行う加圧ローラ７、第１の付勢手段としての弾性部材８、支持部材９、及び第２の付勢手段としての弾性部材１０、支持部材１７、温度検知手段１８により構成されており、定着ベルト４の内側には、加圧ローラ７を除く各部材つまり面状発熱体１、加圧補助部材２、熱拡散部材３、加圧部材５、定着ローラ６、弾性部材８、支持部材９、弾性部材１０が配置され、定着ベルト４は熱拡散部材３、加圧部材５、及び定着ローラ６に巻き掛けられていて走行可能に張架されている。
【００１４】
面状発熱体１は定着ベルト４を加熱する手段であって、加圧補助部材２に取り付けられている。熱拡散部材３は面状発熱体１の熱を拡散させて定着ベルト４に熱伝達させる手段である。弾性部材８は面状発熱体１、加圧補助部材２、及び熱拡散部材３に荷重を付与し、定着ベルト４にテンションを与える手段で、例えばコイルスプリング等が用いられており、この弾性部材８は加圧補助部材２と支持部材９の間に配され、支持部材９は本体装置に対して相対的に固定されており、弾性部材８を介して加圧補助部材２、及び面状発熱体１を支持している。
【００１５】
加圧ローラ７は熱拡散部材３と反対側の位置で定着ベルト４の外周面と接触するように設けられており、加圧部材５と定着ローラ６は互いに隣接対向するように配置されていて、この加圧部材５及び定着ローラ６は定着ベルト４を加圧ローラ７に押し付けるように配置されている。ここで弾性部材１０は加圧部材５を加圧ローラ７へと押圧しており、本体装置に対して相対的に固定されている支持部材１７によって保持されている。定着ベルト４と加圧ローラ７との接触部はニップ部であり、トナー１１によるトナー像が転写された用紙１２がニップ部に送り込まれるものとなっている。
【００１６】
尚、本定着装置には定着ベルト４の内周面に当接する温度検知手段１８が設けられるが、この温度検知手段１８は定着ベルト４の外周面に当接するものでもよく、あるいは微小なギャップを介して設ける非接触のものであってもよい。
【００１７】
図３は定着装置４５の主要部材を示す斜視図、図４は図３のＡ―Ａ線断面図であり、面状発熱体１、加圧補助部材２、熱拡散部材３、弾性部材８、支持部材９等の構成を示している。図３に示したように面状発熱体１、加圧補助部材２、熱拡散部材３、及び支持部材９は同等の所定の長さを有し、加圧補助部材２と支持部材９の間に弾性部材８が複数配置されている。熱拡散部材３の下面（内面）には２段の凹部が形成されており、その奥側（上側）の凹部に面状発熱体１が嵌合して熱拡散部材３に面接触し、手前側（下側）の凹部に加圧補助部材２が嵌合して、加圧補助部材２の縁部が熱拡散部材３に接触するようにしている。
【００１８】
また、支持部材９上の中央部には取り付け部材１３がコイルスプリングによる複数の弾性部材１４を介して取り付けられており、取り付け部材１３上には温度過昇防止器１５が取り付けられていて、この温度過昇防止器１５は弾性部材１４の付勢力により加圧補助部材２の下面に当接している。
【００１９】
加圧補助部材２はアルミニウム、銅等の熱伝導性が良く加工性に優れた金属、またはこれらを主成分とする合金、あるいは耐熱性及び剛性の高い鉄、鉄系の合金類、ステンレス等で厚さが均一な平板状に形成されている。この加圧補助部材２は、従来の定着装置には使用されていないものである。温度過昇防止器１５は、温度を検知すると共に検知した温度が一定の温度を超えた場合、面状発熱体１へ電力を供給する電源を切断するサーモスタットであり、本実施例においては動作温度の上限値は２７０℃となっている。
【００２０】
図１７は図４における要部拡大図で、面状発熱体１と加圧補助部材２と熱拡散部材３との関係を詳細に示している。熱拡散部材３には、面状発熱体１の位置を規制するための凹部が形成されている。凹部には面状発熱体１の定着ベルト４の移動方向に対する位置を規制する規制部３ｃが形成される。また、弾性部材８が面状発熱体１を付勢する方向に対する位置を規制し、面状発熱体１と熱拡散部材３とを当接させるための当接部３ａが形成される。更に凹部には、加圧補助部材２から熱拡散部材３へと熱を伝達するための熱伝達部３ｂが形成されている。更に凹部には、加圧補助部材２の定着ベルト４の移動方向に対する位置を規制する規制部３ｄが形成される。
【００２１】
ここで、当接部３ａと熱伝達部３ｂとの弾性部材８が面状発熱体１を付勢する方向における距離をＬとし、面状発熱体１の厚さをｄとしたとき、Ｌ＜ｄの関係となるように凹部が形成されている。このような関係にすることで、面状発熱体１を弾性部材８の付勢力によって加圧補助部材２を介して熱拡散部材３の当接部３ａと確実に当接させることができる。
【００２２】
また、Ｌ＜ｄとしたとき、加圧補助部材２と熱伝達部３ｂとの間には空隙が発生する。この空隙によって加圧補助部材２と熱伝達部３ｂとの間の熱伝達が遮断されないようにするため、加圧補助部材２の表面積を面状発熱体１の表面積より大きく形成して、加圧補助部材２と面状発熱体１とが当接する面において加圧補助部材２が面状発熱体１から突出する突出領域Ａを形成するようにして、その突出領域Ａに熱伝導グリス１９を塗布した。
【００２３】
具体的には、図１７に示すように、面状発熱体１の長手方向に対して略垂直な方向における幅をＷ１とし、加圧補助部材２の長手方向に対して略垂直な方向における幅をＷ２としたとき、Ｗ１＜Ｗ２とし、加圧補助部材２の幅Ｗ２内において面状発熱体１と加圧補助部材２とを当接させるようにし、突出領域Ａと熱伝達部３ｂとが対向するようにして、熱伝達部３ｂと加圧補助部材２との間の隙間を埋めるように熱伝導グリス１９を加圧補助部材２に塗布した。また、図３に示すように、面状発熱体１の長手方向における幅、加圧補助部材２の長手方向における幅においても同様の関係を満たすようにした。
【００２４】
熱伝導グリス１９は、ベースオイルにシリコンオイルを用い、熱伝導性を向上させるために酸化亜鉛を添加したものを用いた。このようにすることで、加圧補助部材２と熱拡散部材３との部材間において、熱伝達が効率よく行われることになり、加圧補助部材２と熱拡散部材３との間で熱平衡状態になろうとする作用が働き、加圧補助部材２の温度が熱拡散部材３の温度と近くなるよう熱移動が行われる。これによって、加圧補助部材２の温度がいたずらに上昇することがなくなるため、温度過昇防止器１５の温度がいたずらに上昇することを軽減することができる。更に、加圧補助部材２側に伝達された面状発熱体１の裏面Ｃからの熱を熱拡散部材３に伝達する効果も得られるため、面状発熱体１の効率よく熱拡散部材３に伝達することができ、そのため定着ベルト４が目標温度に達するまでの時間を低減する効果も得られる。
【００２５】
図５は温度過昇防止器１５の取り付け構造を示す斜視図で、温度過昇防止器１５は取り付け部材１３上に取り付けられて配線されており、取り付け部材１３の両端部は弾性部材１４に支持され、温度過昇防止器１５は弾性部材１４の付勢力により一定の荷重で加圧補助部材２の下面に当接させられている。
【００２６】
図６は定着ローラ６と加圧ローラ７の構造を示す側面図である。同図（ａ）に示すように定着ローラ６と加圧ローラ７は芯金５１と、この芯金５１の表面を覆う弾性層５２により構成されている。ここで芯金５１は、一定の剛性を保つためにアルミニウムや、鉄、ステンレス等の金属パイプまたはシャフトが用いられ、弾性層５２は、通常のシリコンゴムまたはスポンジ状のシリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性の高いゴム材料が用いられる。また、同図（ｂ）に示すように加圧ローラ７は芯金５１の表面を覆う弾性層５２上に離型層５３を形成した構造としてもよい。
【００２７】
定着ローラ６の一端には図示しないギアが設けられており、このギアが用紙搬送部４１から伝達される回転力により駆動されることで、定着ローラ６は回転する。この定着ローラ６の回転力は摩擦力により定着ベルト４と加圧ローラ７に伝達され、これにより定着ベルト４と加圧ローラ７が従動し、図１における矢印方向にそれぞれ回転する。尚、用紙搬送部４１からの回転力により回転駆動されるのは、加圧ローラ７でもよい。
【００２８】
また、定着ローラ６は図示しないばね等の弾性部材により、加圧部材５は図１に示したコイルスプリング等の弾性部材８により、それぞれ定着ベルト４を介して加圧ローラ７に圧接するように付勢されていて、これにより加圧部材５が定着ベルト４を介して加圧ローラ７に当接する領域のニップ部と、定着ローラ６が定着ベルト４を介して加圧ローラ７に当接する領域のニップ部が連続的に形成されて１つのニップ部を構成している。
【００２９】
図７は加圧部材５の構造を示す側面図であり、この図に示したように加圧部材５は、表層６１と弾性層６２と基材６３により構成されている。表層６１には通常のシリコン系樹脂、またはフッ素系樹脂等の耐熱性の高く表面摩擦抵抗が低い樹脂材料が用いられる。弾性層６２は表層６１と基材６３の間に設けられる層で、弾性層５２と同様に通常のシリコンゴム、またはスポンジ状のシリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性の高いゴム材料が用いられる。また、基材６３は一定の剛性を保つためにアルミニウムや、鉄、ステンレス等の金属材料が用いられる。このような構成による加圧部材５は、図１に示したコイルスプリング等の弾性部材８により定着ベルト４及び加圧ローラ７側へ押圧されることで、一定の圧力分布の領域を形成している。
【００３０】
図８は定着ベルト４の構造を示す部分側面図である。定着ベルト４は、同図（ａ）に示すように薄い基体７１上に、弾性層７２を薄く形成したもので、この弾性層７２上に離型層７３を設けるものとしてもよい。
基体７１は、ニッケル、ポリイミド、ステンレス等からなるものである場合は、強度と可撓性を両立させるため、厚さを３０μｍ〜１５０μｍ程度とすることが好ましい。
【００３１】
弾性層７２としては耐熱性が高いシリコンゴムまたはフッ素樹脂が用いられるが、シリコンゴムを用いる場合は、低硬度と高熱伝導性を両立させるため、その厚さは５０μｍ〜３００μｍにすることが好ましく、フッ素樹脂を用いる場合は、摩耗による減肉と高熱伝導性を両立させるため、その厚さは１０μｍ〜５０μｍにすることが好ましい。
【００３２】
離型層７３は、弾性層７２と同様に耐熱性が高く、また成型後の表面自由エネルギーが低い樹脂、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）、ＦＥＰ（パーフルオロエチレン−プロペンコポリマー）等の代表的なフッ素系樹脂を用いることができ、その厚さは１０μｍ〜５０μｍであることが好ましい。
【００３３】
また、定着ベルト４は、同図（ｂ）に示すように薄い基体７１上に離型層７３を設けたものとしてもよい。
このような構成による定着ベルト４は、弾性層７２または離型層７３を外側にして熱拡散部材３、加圧部材５、定着ローラ６に巻き掛けられて張架されている。
【００３４】
図９は熱拡散部材３を示す斜視図で、（ａ）は上面側、（ｂ）は下面側の図である。本実施例における熱拡散部材３は、断面形状が円弧形で、下面側に長手方向全長に渡って上述した凹部が設けられ、全体がアルミニウムや銅等の熱伝導性が高くかつ加工性に優れた金属、またはこれらを主成分とする合金、あるいは耐熱性及び剛性の高い鉄や鉄系合金類、ステンレスなどで形成されている。この熱拡散部材３と面状発熱体１は特に接着することなしに、弾性部材８の付勢力により熱拡散部材３が面状発熱体１に押圧されることで一体化されている。
【００３５】
図１０は面状発熱体１の分解斜視図で、面状発熱体１には、セラミックヒータ、ステンレスヒータ等が用いられる。更に詳細に説明すると、面状発熱体１は、ステンレスヒータの場合、例えばＳＵＳ４３０等の基板９０上に薄いガラス膜による電気絶縁層９１を形成し、この電気絶縁層９１上にニッケルクロム合金あるいは銀―パラジウム合金の粉末をスクリーン印刷によってペースト状に塗布して抵抗発熱体９３を形成する。そして抵抗発熱体９３の端部に、化学的に安定で電気的抵抗の低い金属や、タングステン等の高融点金属によって電極９４を形成し、その上にガラスあるいはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）、ＦＥＰ（パーフルオロエチレン−プロペンコポリマー）等の代表的なフッ素系樹脂による保護膜９５を形成して、これら電気絶縁層９１、抵抗発熱体９３、電極９４を保護する構成としている。尚、保護膜９５は基板９０の下面側にも設けるようにしてもよい。
【００３６】
上述した構成の作用について説明する。図１において定着ベルト４は熱拡散部材３に対して摺動しながら定着ローラ６により矢印方向に回転駆動されて走行し、面状発熱体１に電力が供給されることで接触部が加熱される。
温度検知手段１８により定着ベルト４の表面（裏面）温度を検知し、これを基に図示しない制御部によって面状発熱体１の供給電力が制御され、定着ベルト４の表面を適正な温度に維持するが、この時の面状発熱体の温度の過昇を防ぐため、図４に示したように加圧補助部材２に温度過昇防止器１５を当接させている。
【００３７】
トナー１１つまりトナー像が転写された用紙１２は、定着ベルト４と加圧ローラ７との圧接部に形成されたニップ部を通して搬送され、その際トナー１１と用紙１２が、定着ベルト４により加熱され、加圧部材５と加圧ローラ７、定着ローラ６と加圧ローラ７により加圧されることで、トナー像が用紙に定着される。
また、上記は加圧補助部材２の厚さの範囲で規定したが、加圧補助部材２の熱容量をＣ２としたときの熱容量Ｃ２の範囲を１１．７５Ｊ／Ｋ以上、２４．２Ｊ／Ｋ以下の範囲に設定することが好ましい。また、熱拡散部材３の熱容量をＣ１としたとき、熱容量Ｃ２を熱容量Ｃ１の３０％以上、６２％以下の熱容量とすることが好ましい。
【００３８】
ここで、面状発熱体１は、図１７に示すように表面Ｂと裏面Ｃがある。表面Ｂは抵抗発熱体９３が配設されている側の面状発熱体１を構成する面であり、裏面Ｃは表面Ｂの反対面側であって面状発熱体１を構成する面である。ここで、表面Ｂは熱拡散部材３と当接し、裏面Ｃは加圧補助部材２と当接するよう構成した。抵抗発熱体９３が配設される表面Ｂの方が裏面Ｃに対して熱上昇が速いためである。これによって、熱拡散部材３の温度をできるだけ速く高くし、加圧補助部材２への温度伝達をなるべく遅くする効果が得られる。熱は高いところから低いところへ伝達するため、加圧補助部材２の温度が早く上昇することによって、温度過昇防止器１５の温度をいたずらに上昇させることを軽減することができる。
【００３９】
図１１は第１の実施例との比較のために示した定着装置（以下参考定着装置）の側面図で、この参考定着装置は図１に示した第１の実施例の定着装置のうちの加圧補助部材２を削除し、温度過昇防止器１５を面状発熱体１に直接当接させたもので、その他は第１の実施例の定着装置と同様に構成されている。
【００４０】
図１２は参考定着装置における温度履歴を示す図であり、以下に示す条件のもとで、立ち上がり時間と、接触式の温度過昇防止器１５の接触部の温度を測定したものである。ここで、立ち上がり時間とは、面状発熱体１への電力供給開始から、定着ベルト４の表面温度が目標とする定着温度１６０°Ｃに達するまでの時間である。
【００４１】
「評価条件」
定着ベルト４： 内径４５ｍｍ、基体はポリイミドで厚さは８０μｍ、弾性層はシリコンゴムで厚さは１５０μｍ、離型層はＰＦＡで厚さは３０μｍ。
定着ベルト４の周速度： ６０ｍｍ／ｓ。
定着ローラ６： φ１６、芯金はＡＳＫＥＲでＣ硬度８０度、弾性層はスポンジ状のシリコンゴムで厚さは１．５ｍｍ。
加圧ローラ７： φ３６、芯金はＡＳＫＥＲでＣ硬度８０度、弾性層はスポンジ状のシリコンゴムで厚さは１．２ｍｍ。
【００４２】
加圧部材５： 基材はアルミニウム等の金属材料、弾性層はＪＩＳ―Ａ、硬度２０度のシリコンゴムで厚さは１ｍｍ。
加圧部材５の加圧力：３５ｋｇ。
面状発熱体１： ステンレスヒータで、幅１２ｍｍ、１２００Ｗ。
熱拡散部材３： 厚さ１ｍｍのアルミニウム板で、熱容量Ｃ１＝３９．１J／Ｋ
ニップ部： 幅（全長）１３ｍｍ。
【００４３】
図１２から分かるように、参考定着装置の常温からの立ち上がり時間は２４秒程度であるが、そのとき面状発熱体１に当接している温度過昇防止器１５の温度はオーバーシュートによりほぼ３１０℃に達している。一般に温度過昇防止器１５の動作上限温度は２７℃であることから、参考定着装置の構成では温度過昇防止器１５を面状発熱体１に当接させて使用することは不可能である。
【００４４】
本実施例の定着装置４５は、面状発熱体１と温度過昇防止器１５の間に加圧補助部材２を介在させた構造としており、温度過昇防止器１５は弾性部材１４の付勢力により加圧補助部材２の下面に当接させたものとなっている。このような構成による本実施例の定着装置４５の使用条件を得るための評価を行った。
【００４５】
「評価条件」
加圧補助部材２：アルミニウム板で、幅は１６ｍｍ、長さは３２６ｍｍ、厚さは１ｍｍ（熱容量Ｃ２ａ＝１１．７J／Ｋ）、１．５ｍｍ（熱容量Ｃ２ｂ＝１８J／Ｋ）、２ｍｍ（熱容量Ｃ２ｃ＝２４．２J／Ｋ）の３種類とした。
この他の評価条件は参考定着装置の場合と同様である。
【００４６】
本実施例の定着装置４５においては厚さの異なる３種類の加圧補助部材２を用い、参考定着装置と同様に常温からの立ち上がり時間の温度履歴を測定した。図１３はこの３種類の加圧補助部材２を用いた場合の温度検出手段１８で検出した定着ベルト４の温度が目標温度である１６０℃に達したときのそれぞれの温度過昇防止器１５の最高到達温度を示す図、図１４はそれぞれの温度過昇防止器１５の立ち上がり時間を示す図である。
【００４７】
図１３に示したように、加圧補助部材２は厚さを厚くすることで熱容量が大きくなり、それに伴って温度過昇防止器１５が当接している位置の温度は低くなる。ここで、温度過昇防止器１５の動作上限温度及びマージンを考慮すると、加圧補助部材２の厚さは１ｍｍ以上とすることが好ましい。
但し、図１４に示すように加圧補助部材２の厚さを厚くすることで熱容量が大きくなるに従って立ち上がり時間は遅くなる。しかしながら、加圧補助部材２の厚さが２ｍｍの場合でも、立ち上がり時間は２４．３秒と、参考定着装置と比べても大幅な遅れはみられなかった。
【００４８】
このことは、本実施例の定着装置４５では、加圧補助部材２の分の熱容量が増えているが、面状発熱体１により加熱された加圧補助部材２の温度が熱拡散部材３の温度より早く上昇し、その際、加圧補助部材２から熱拡散部材３へ熱移動が発生して、結果的に定着ベルト４へ投入される熱容量が増加したためと推測される。従って、加圧補助部材２と熱拡散部材３とが接触していることも立ち上がり時間の短縮に効果があるものと云える。よって参考定着装置の立ち上がり時間と同等な条件としては、加圧補助部材２の厚さは２ｍｍ以下とすればよいことになる。
【００４９】
以上の結果により、参考定着装置における立ち上がり時間を確保しつつ、温度過昇防止器１５を加圧補助部材２に当接させて使用するには、加圧補助部材２の厚さを１ｍｍ以上、２ｍｍ以下とすればよい。
熱拡散部材３の熱容量をＣ１、加圧補助部材２の熱容量をＣ２、定着ベルト４の最高到達温度をＴ１ｍａｘ、温度過昇防止器１５の最高到達温度をＴ２ｍａｘとしたとき、
Ｔ２ｍａｘ≧（Ｃ１×Ｔ１ｍａｘ）／（Ｃ２×α） …（１）
を満たすことで良好な効果が得られる。
【００５０】
ここで、αは係数であり、本実施例においては定着ベルト４の最高到達温度をＴ１ｍａｘ＝１６４℃、Ｔ２ｍａｘ＝２５５℃、熱容量Ｃ１＝３９．１J／Ｋを固定の設計値として、加圧補助部材２の厚さを０．５ｍｍずつ変化させることで熱容量Ｃ２を調整し、Ｔ２ｍａｘが２７０℃を超える加圧補助部材２の厚さが０．５ｍｍであったため、加圧補助部材２の厚さ１．０ｍｍ（熱容量Ｃ２＝１１．７）を境界値として、下記数式に上記設計値を代入して境界値に対応するαを算出した。
【００５１】
Ｔ２ｍａｘ≧（Ｃ１×Ｔ１ｍａｘ）／（Ｃ２×α）
α＝２．１４
式（１）にαを代入し、式（２）が得られる。
Ｔ２ｍａｘ≧（Ｃ１×Ｔ１ｍａｘ）／（Ｃ２×２．１４） …（２）
【００５２】
本実施例に示すように、面状発熱体１を加圧補助部材２によって熱拡散部材３に押し当てて、加圧補助部材２の面状発熱体１との当接面と反対側に温度過昇防止器１５を当接させる構成においては、式（２）を満たすように設定することで、温度過昇防止器１５の最高到達温度が所定値に達する前に定着ベルト４の温度を所定温度に達するようにすることができる。
【００５３】
以上説明したように、本実施例によれば面状発熱体１と温度過昇防止器１５との間に加圧補助部材２を設けることにより、温度過昇防止器１５が不要に温度上昇することを低減することができる。
また、加圧補助部材２の厚さを１ｍｍ以上、２ｍｍ以下の範囲とすることで、所定の立ち上がり時間を確保しつつ温度過昇防止器１５を動作上限温度範囲内に保つことができる。
【実施例２】
【００５４】
図１５は本発明の第２の実施例を示す主要部材の側面図で、この第２の実施例は第１の実施例における加圧補助部材２に代えて加圧補助部材１６を用いるもので、本実施例の加圧補助部材１６は、加圧補助部材２と同様にアルミニウム、銅等の熱伝導性が良く加工性に優れた金属、またはこれらを主成分とする合金、あるいは耐熱性及び剛性の高い鉄、鉄系の合金類、ステンレス等で形成されている。
【００５５】
本実施例において、熱拡散部材３の内面に設置された面状発熱体１及び加圧補助部材１６は、支持部材９に固定された弾性部材８により一定荷重にて押圧され、熱拡散部材３と共に定着ベルト４を張架している。
尚、この他の部分は上述した第１の実施例と同様である。
【００５６】
加圧補助部材１６は面状発熱体１と共にコイルスプリングによる複数の弾性部材１４で押圧されており、そのため、外力による捩れや熱による反り等の変形が発生するおそれがある。加圧補助部材１６に変形が発生すると、面状発熱体１、加圧補助部材１６、熱拡散部材３の長手方向における接触状態に変化が生じる。それにより部材長手方向に温度ムラが発生し、図１に示すトナー１１及び用紙１２に接触して、トナー１１によるトナー像を用紙１２に定着させる定着ベルト４の表面温度にもムラが生じることになり、この現象は最終的にトナー像の光沢ムラの発生原因となる。
【００５７】
そのため、この第２の実施例では加圧補助部材１６を図１６に示すような形状とする。図１６は第２の実施例における加圧補助部材１６の斜視図で、この図に示したように厚さが均一な平板状の加圧補助部材１６の前後の縁部を同方向（上方）に折り曲げてコの字形に形成することにより、外力による変形や熱による反りを防ぐようにしたもので、このようにコの字形に形成した加圧補助部材１６の内側に面状発熱体１を配置し、そしてこの加圧補助部材１６の折り曲げた縁部分が熱拡散部材３の凹部に入り込んで熱拡散部材３に接触するようにしている。
また、本実施例では、立ち上がり時間及び温度過昇防止器１５の使用範囲を確保するため、加圧補助部材１６の熱容量を１２．５Ｊ／Ｋ以上、２５Ｊ／Ｋ以下の範囲とする。
【００５８】
このようにした第２の実施例によれば、第１の実施例と同様の効果が得られる他、加圧補助部材１６をコの字形に形成したことで、外力による変形や熱による反りを防ぐことができようにしているため、長手方向における熱伝導を均一にすることができ、それにより定着ベルト４における表面温度のムラの発生を防止できるので、光沢ムラのないトナー像の定着を実現できるという効果が得られる。
尚、上述した実施例は、画像形成装置を電子写真プリンタとして、それに備えられる定着装置について説明したが、ＭＦＰや、ファクシミリ、複写装置等にも適用可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１ 面状発熱体
２ 加圧補助部材
３ 熱拡散部材
４ 定着ベルト
５ 加圧部材
６ 定着ローラ
７ 加圧ローラ
８ 弾性部材
９ 支持部材
１０ 弾性部材
１１ トナー
１２ 用紙
１３ 取り付け部材
１４ 弾性部材
１５ 温度過昇防止器
１６ 加圧補助部材
４０ 用紙収納部
４１ 用紙搬送部
４２ ＬＥＤヘッド
４３ トナー像形成部
４４ 転写部
４５ 定着装置
５１ 芯金
５２ 弾性層
５３ 離型層
６１ 表層
６２ 弾性層
６３ 基材
７１ 基体
７２ 弾性層
７３ 離型層
９０ 基板
９１ 電気絶縁層
９３ 抵抗発熱体
９４ 電極
９５ 保護膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒体へ熱を供給する無端ベルトと、
前記無端ベルトを張架する熱拡散部材と、
前記熱拡散部材を加熱する面状発熱体と、
前記面状発熱体に対抗して配置される温度過昇防止器と、
前記面状発熱体と温度過昇防止器の間に配置された加圧補助部材とを有することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記熱拡散部材は、前記面状発熱体と当接する凹部を有し、
前記凹部は、
前記熱拡散部材と当接する当接部と、
前記加圧補助部材と対向する熱伝達部を有することを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
前記加圧補助部材の表面積は前記面状発熱体の表面積より大きく形成され、
前記加圧補助部材の前記面状発熱体より突出した領域が前記熱伝達部と対抗していることを特徴とする請求項２記載の定着装置。
【請求項４】
前記当接部と前記熱伝達部との距離は、前記面状発熱体の厚さよりも小さいことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の定着装置。
【請求項５】
前記熱伝達部と前記加圧補助部材との間に熱伝導グリスを塗布したことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項６】
前記加圧補助部材は、熱容量が１１．７５Ｊ／Ｋ以上、２４．２Ｊ／Ｋ以下の範囲としたアルミニウム板であることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項７】
前記加圧補助部材は、銅板としたことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項８】
前記加圧補助部材は、厚さが均一な平板としたことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項９】
前記加圧補助部材は、平板の両縁部を同方向に曲げてコの字形に形成したことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項１０】
前記加圧補助部材は、縁部を前記熱拡散部材に接触させて配置したことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項１１】
前記温度過昇防止器は、前記加圧補助部材に当接させて配置した
ことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項１２】
定着装置を備えた画像形成装置において、
前記定着装置は、
媒体へ熱を供給する無端ベルトと、
前記無端ベルトを張架する熱拡散部材と、
前記熱拡散部材を加熱する面状発熱体と、
前記面状発熱体に対抗して配置される温度過昇防止器と、
前記面状発熱体と温度過昇防止器の間に配置された加圧補助部材とを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
媒体へ熱を供給する無端ベルトと、
前記無端ベルトを張架する熱拡散部材と、
前記熱拡散部材を加熱する面状発熱体と、
前記面状発熱体に対抗して配置される温度過昇防止器と、
前記面状発熱体と温度過昇防止器の間に配置された加圧補助部材とを有することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記熱拡散部材は、前記面状発熱体と当接する凹部を有し、
前記凹部は、
前記熱拡散部材と当接する当接部と、
前記加圧補助部材と対向する熱伝達部を有することを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
前記加圧補助部材の表面積は前記面状発熱体の表面積より大きく形成され、
前記加圧補助部材の前記面状発熱体より突出した領域が前記熱伝達部と対抗していることを特徴とする請求項２記載の定着装置。
【請求項４】
前記当接部と前記熱伝達部との距離は、前記面状発熱体の厚さよりも小さいことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の定着装置。
【請求項５】
前記熱伝達部と前記加圧補助部材との間に熱伝導グリスを塗布したことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項６】
前記加圧補助部材は、熱容量が１１．７５Ｊ／Ｋ以上、２４．２Ｊ／Ｋ以下の範囲としたアルミニウム板であることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項７】
前記加圧補助部材は、銅板としたことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項８】
前記加圧補助部材は、厚さが均一な平板としたことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項９】
前記加圧補助部材は、平板の両縁部を同方向に曲げてコの字形に形成したことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項１０】
前記加圧補助部材は、縁部を前記熱拡散部材に接触させて配置したことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項１１】
前記温度過昇防止器は、前記加圧補助部材に当接させて配置した
ことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項１２】
定着装置を備えた画像形成装置において、
前記定着装置は、
媒体へ熱を供給する無端ベルトと、
前記無端ベルトを張架する熱拡散部材と、
前記熱拡散部材を加熱する面状発熱体と、
前記面状発熱体に対抗して配置される温度過昇防止器と、
前記面状発熱体と温度過昇防止器の間に配置された加圧補助部材とを有す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８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１３−７３１２１（Ｐ２０１３−７３１２１Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１３５４４（Ｐ２０１１−２１３５４４）
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（５９１０４４１６４）株式会社沖データ (2,444)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（５９１０４４１６４）株式会社沖データ (2,444)
【Ｆターム（参考）】
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