JP2016180825A - 加熱部材、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】面状発熱体の自由端側と固定端側に温度差が生じるのを抑制する補助発熱部を備えない場合に比較して、加熱部材の被加熱部材への密着性を高める。
【解決手段】一部が固定され、定着ベルトに接触する自由端４４ｂ側に発熱部４４７を有する面状発熱体と、面状発熱体の自由端４４ｂ側と固定端４４ａ側に温度差が生じるのを抑制するように、面状発熱体の固定端４４ａ側の非接触部４４ｄを補助的に加熱する補助発熱部４４９と、を備える。
【選択図】図７

Description

この発明は、加熱部材、定着装置及び画像形成装置に関する。

従来、面状の加熱部材を用いた定着装置に関する技術としては、例えば、特許文献１〜３に記載されたものが既に提案されている。

特許文献１は、絶縁性の面状基板と、この面状基板に形成された複数本の発熱抵抗体と、発熱抵抗体の電気的端部に設けられた給電電極とを有する面状ヒータであって、複数本の発熱抵抗体が給電電極に並列に接続し、複数本の発熱抵抗体のそれぞれに又は２本以上の発熱抵抗体の集合体に、温度変化によって自動的に通電を入切するスイッチ手段が設けられるように構成したものである。

特許文献２は、円筒体の一部を成す筒状に形成される筒状部と、筒状部の周方向両端部の少なくとも一部分から内側に屈曲する屈曲片とを有する放熱部材と、低い硬さおよび高い熱伝導性を有する材料からなり、放熱部材の内周面に接触して設けられる低硬度良熱伝導部材と、通電によって発熱する抵抗発熱体からなる発熱層と絶縁体からなる絶縁層とを有し、絶縁層が発熱層を挟み込むようにして積層され、低硬度良熱伝導部材の内周面に接触して設けられる発熱部材と、円筒体の一部を成す筒状に形成されて、外周面において発熱部材の内周面に接触し、発熱部材を前記放熱部材に近接する方向に弾発的に押圧して、発熱部材を保持する押圧部材とを含んで構成され、放熱部材が有する屈曲片は、筒状部の周方向両端部の少なくとも一部分から押圧部材に近接する方向に屈曲して形成され、押圧部材に対して発熱部材に近接する方向への押圧力を付与する屈曲部を有するように構成したものである。

特許文献３は、回転する無端状ベルトである定着部材と、定着部材の外周側に定着部材を押圧可能に配置され、定着部材との間にニップ部を形成する加圧部材と、定着部材の内周側に配置され、定着部材を加熱する抵抗体発熱部を有した面状発熱体と、を備え、面状発熱体から定着部材への伝熱を制御して、面状発熱体の発熱を所定温度以下に設定される面状発熱体の耐熱温度内に収束させるように構成したものである。

特開２００９−２４５７２９号公報 特開２０１０−１７７１４２号公報 特開２０１３−０９７１８８号公報

この発明は、面状発熱体の自由端側と固定端側との間に温度差が生じるのを抑制する補助発熱部を備えない場合に比較して、加熱部材の被加熱部材への密着性を高めることを目的とする。

請求項１に記載された発明は、一部が固定され、被加熱部材に接触する自由端側の接触領域に発熱部を有する面状発熱体と、
前記面状発熱体の自由端側と固定端側との間に温度差が生じるのを抑制するように、前記面状発熱体の固定端側の非接触領域を補助的に加熱する補助発熱部と、
を備える加熱部材である。

請求項２に記載された発明は、前記面状発熱体は、表裏両面に配置された一対の絶縁層の間に予め定められた形状に形成された発熱層を有する請求項１に記載の加熱部材である。

請求項３に記載された発明は、前記面状発熱体は、円筒形状に形成された被加熱部材の曲率半径より大きな曲率半径を有する湾曲形状に形成される請求項１又は２に記載の加熱部材である。

請求項４に記載された発明は、無端状に形成される定着ベルトと、
前記定着ベルトにトナー像を保持した記録媒体を加圧する加圧部材と、
前記定着ベルトの内部に配置され、当該定着ベルトを前記加圧部材に向けて押圧する押圧部材と、
前記定着ベルトの内周面に接触して加熱する請求項１乃至３のいずれかに記載の加熱部材と、
を備えた定着装置である。

請求項５に記載された発明は、前記加熱部材の発熱部及び前記補助発熱部への通電を制御する制御手段を備える請求項４に記載の定着装置である。

請求項６に記載された発明は、記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、
前記画像形成手段により前記記録媒体上に形成された画像を定着する請求項４又は５に記載の定着装置と、
を備える画像形成装置である。

請求項１に記載された発明によれば、面状発熱体の自由端側と固定端側との間に温度差が生じるのを抑制する補助発熱部を備えない場合に比較して、加熱部材の被加熱部材への密着性を高めることができる。

請求項２に記載された発明によれば、面状発熱体が、表裏両面に配置された一対の絶縁層の間に予め定められた形状に形成された発熱層を有しない場合に比較して、面状発熱体を薄層に形成することができる。

請求項３に記載された発明によれば、面状発熱体を、円筒形状の被加熱部材の曲率半径より大きな曲率半径を有する湾曲形状に形成しない場合に比較して、面状発熱体を被加熱部材の内周面に密着させることができる。

請求項４に記載された発明によれば、定着ベルトの内周面に接触して加熱する請求項１乃至３のいずれかに記載の面状の加熱部材を備えない場合に比較して、加熱部材の被加熱部材への密着性を高めることができる。

請求項５に記載された発明によれば、加熱部材の発熱部及び補助発熱部への通電を制御する制御手段を備えない場合に比較して、加熱部材の被加熱部材への密着性をより一層高めることができる。

請求項６に記載された発明によれば、請求項４又は５に記載の定着装置を備えない場合に比較して、加熱部材の定着ベルトへの密着性を向上させて効率良く加熱することができる。

この発明の実施の形態１に係る定着装置を適用した画像形成装置を示す全体構成図である。 この発明の実施の形態１に係る定着装置を示す断面構成図である。 定着ベルトを示す断面構成図である。 面状の加熱部材を示す斜視構成図である。 面状の加熱部材の装着前と装着後の状態を示す構成図である。 面状の加熱部材を示す断面構成図である。 面状の加熱部材の発熱部を示す平面構成図である。 面状の加熱部材の発熱部を示す模式図である。 この発明の実施の形態１に係る定着装置の制御装置を示す構成図である。 比較例としての加熱部材の発熱部を示す平面構成図である。 同図（ａ）は比較例における加熱部材の温度分布を示すグラフ、同図（ｂ）はこの発明の実施の形態１に係る加熱部材の温度分布を示すグラフである。 加熱部材の変形を示す模式図である。 加熱部材の変形を示す斜視構成図である。 同図（ａ）（ｂ）は実験例及び比較例の結果をそれぞれ示すグラフである。 この発明の実施の形態２に係る定着装置を示す構成図である。

以下に、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

[実施の形態１]
図１はこの発明の実施の形態１に係る定着装置を適用した画像形成装置の全体の概要を示す構成図である。

＜画像形成装置の全体の構成＞
実施の形態１に係る画像形成装置１は、例えばカラープリンタとして構成されたものである。この画像形成装置１は、現像剤４を構成するトナーで現像されるトナー像を形成する複数の作像装置１０と、各作像装置１０で形成されたトナー像をそれぞれ保持して最終的に記録媒体の一例としての記録用紙５に二次転写する二次転写位置まで搬送する中間転写装置２０と、中間転写装置２０の二次転写位置に供給すべき所要の記録用紙５を収容して搬送する給紙装置５０と、中間転写装置２０で二次転写された記録用紙５上のトナー像を定着させる本実施の形態に係る定着装置４０等を備えている。複数の作像装置１０及び中間転写装置２０は、記録用紙５に画像を形成する画像形成手段の一例としての画像形成部６を構成している。なお、図中の１ａは画像形成装置１の本体を示し、この本体１ａは支持構造部材、外装カバー等で形成されている。

作像装置１０は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｋ）の４色のトナー像をそれぞれ専用に形成する４つの作像装置１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋで構成されている。これらの４つの作像装置１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）は、本体１ａの内部空間において傾斜した状態で１列に並べた状態となるよう配置されている。

各作像装置１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）は、図１に示されるように、像保持体の一例としての回転する感光体ドラム１１を備えており、この感光体ドラム１１の周囲に、次のようなトナー像形成手段の一例としての各装置が主に配置されている。主な装置とは、感光体ドラム１１の像形成が可能な周面（像保持面）を所要の電位に帯電させる帯電装置１２と、感光体ドラム１１の帯電された周面に画像の情報（信号）に基づく光を照射して電位差のある（各色用の）静電潜像を形成する露光装置１３と、その静電潜像を対応する色（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）の現像剤４のトナーで現像してトナー像にする現像装置１４（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）と、その各トナー像を中間転写装置２０に転写する一次転写装置１５（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）と、一次転写後における感光体ドラム１１の像保持面に残留して付着するトナー等の付着物を取り除いて清掃するドラム清掃装置１６（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）等である。

感光体ドラム１１は、接地処理される円筒状又は円柱状の基材の周面に感光材料からなる光導電性層（感光層）を有する像保持面を形成したものである。この感光体ドラム１１は、図示しない回転駆動装置から動力が伝達されて矢印Ａで示す方向に回転するように支持されている。

帯電装置１２は、感光体ドラム１１に接触した状態で配置される接触型の帯電ロールで構成される。帯電装置１２には帯電用電圧が供給される。帯電用電圧としては、現像装置１４が反転現像を行うものである場合、その現像装置１４から供給されるトナーの帯電極性と同じ極性の電圧又は電流が供給される。なお、帯電装置１２としては、感光体ドラム１１の表面に非接触状態で配置されるスコロトロン等の非接触型の帯電装置を用いてもよい。

露光装置１３は、画像形成装置１に入力される画像の情報に応じて構成される光を、帯電された後の感光体ドラム１１の周面に対して照射して静電潜像を形成するものである。露光装置１３には、潜像形成時になると画像形成装置１に任意の手段で入力される画像の情報（信号）が送信される。

露光装置１３は、感光体ドラム１１の軸方向に沿って配列された複数の発光素子としてのＬＥＤ（Light Emitting Diode）により感光体ドラム１１に画像情報に応じた光を照射して静電潜像を形成するＬＥＤプリントヘッドからなるものである。なお、露光装置１３としては、画像情報に応じて構成されるレーザー光を感光体ドラム１１の軸方向に沿って偏向走査するものを用いても良い。

現像装置１４（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）はいずれも、開口部と現像剤の収容室が形成された筐体の内部に、現像剤を保持して感光体ドラム１１と向き合う現像領域まで搬送する現像ロールと、現像剤を攪拌しながら現像ロールを通過させるよう搬送する２つのスクリューオーガー等の攪拌搬送部材と、現像ロールに保持される現像剤の量（層厚）を規制する層厚規制部材などを配置して構成したものである。この現像装置１４には、その現像ロールと感光体ドラム１１の間に現像用電圧が図示しない電源装置から供給される。また、現像ロールや攪拌搬送部材は、図示しない回転駆動装置からの動力が伝達されて所要の方向に回転する。さらに、上記４色の現像剤４（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）としては、非磁性トナーと磁性キャリアを含む二成分現像剤が使用される。

一次転写装置１５（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）は、感光体ドラム１１の周囲に中間転写ベルト２１を介して接触し回転するとともに一次転写用電圧が供給される一次転写ロールを備えた接触型の転写装置である。一次転写用電圧としては、トナーの帯電極性と逆の極性を示す直流の電圧が図示しない電源装置から供給される。

ドラム清掃装置１６は、図２に示されるように、一部が開口する容器状の本体と、一次転写後の感光体ドラム１１の周面に所要の圧力で接触するように配置されて残留トナー等の付着物を取り除いて清掃する清掃板と、清掃板で取り除いたトナー等の付着物を回収して図示しない回収システムに送り出すよう搬送するスクリューオーガー等の送出部材等で構成されている。清掃板としては、ゴム等の材料からなる板状の部材（例えばブレード）が使用される。

中間転写装置２０は、図１に示されるように、各作像装置１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）の上方の位置に存在するように配置される。この中間転写装置２０は、感光体ドラム１１と一次転写装置１５（一次転写ロール）の間となる一次転写位置を通過しながら矢印Ｂで示す方向に回転する中間転写ベルト２１と、中間転写ベルト２１をその内面から所望の状態に保持して回転自在に支持する複数のベルト支持ロール２２〜２７と、ベルト支持ロール２５に支持されている中間転写ベルト２１の外周面（像保持面）側に配置されて中間転写ベルト２１上のトナー像を記録用紙５に二次転写させる二次転写部材の一例としての二次転写装置３０と、二次転写装置３０を通過した後に中間転写ベルト２１の外周面に残留して付着するトナー、紙粉等の付着物を取り除いて清掃するベルト清掃装置２８とで主に構成されている。

中間転写ベルト２１としては、例えばポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂等の合成樹脂にカーボンブラック等の抵抗調整剤などを分散させた材料で製作される無端状のベルトが使用される。また、ベルト支持ロール２２は図示しない駆動装置によって回転駆動される駆動ロールとして構成され、ベルト支持ロール２３，２４，２７は中間転写ベルト２１の走行位置などを保持する従動ロールとして構成され、ベルト支持ロール２５は二次転写のバックアップロールとして構成され、ベルト支持ロール２６は中間転写ベルト２１に張力を付与する張力付与ロールとして構成されている。

二次転写装置３０は、中間転写装置２０におけるベルト支持ロール２５に支持されている中間転写ベルト２１の外周面部分である二次転写位置において、中間転写ベルト２１の周面に接触して回転するとともに二次転写用電圧が供給される二次転写ロールを備えた接触型の転写装置である。また、二次転写装置３０又は中間転写装置２０の支持ロール２５には、トナーの帯電極性と逆極性又は同極性を示す直流の電圧が二次転写用電圧として供給される。

ベルト清掃装置２８は、二次転写後の中間転写ベルト２１の周面に付着した残留トナー等の付着物を取り除いて清掃する。

定着装置４０は、表面温度が所要の温度に保持されるよう本実施の形態に係る加熱部材４４によって加熱される無端状の定着ベルト４１と、この定着ベルト４１の軸方向にほぼ沿う状態で所定の圧力で接触して回転する加圧部材の一例としての加圧ロール４２を配置して構成されたものである。この定着装置４０では、定着ベルト４１と加圧ロール４２が接触する接触部が所要の定着処理（加熱及び加圧）を行う定着処理部になる。定着装置４０の構成については後に詳述する。

給紙装置５０は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｋ）の作像装置１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）の下方側の位置に存在するように配置される。この給紙装置５０は、所望のサイズ、種類等の記録用紙５を積載した状態で収容する単数（又は複数）の用紙収容体５１と、用紙収容体５１から記録用紙５を１枚ずつ送り出す送出装置５２，５３とで主に構成されている。用紙収容体５１は、例えば、本体１ａの正面（使用者が操作時に向き合う側面）側に引き出すことができるように取り付けられている。

記録用紙５としては、例えば、電子写真方式の複写機、プリンタ等に使用される普通紙やＯＨＰシート等が挙げられる。定着後における画像表面の平滑性をさらに向上させるには、記録媒体５の表面もできるだけ平滑であることが好ましく、例えば、普通紙の表面を樹脂等でコーティングしたコート紙、印刷用のアート紙等の坪量が相対的に大きい所謂厚紙なども使用することができる。

給紙装置５０と二次転写装置３０との間には、給紙装置５０から送り出される記録用紙５を二次転写位置まで搬送する単数（又は複数）の用紙搬送ロール対５４や図示しない搬送ガイド等で構成される給紙搬送路５５が設けられている。用紙搬送ロール対５４は、例えば記録用紙５の搬送時期を調整するロール（レジストロール）として構成されている。また、画像形成装置本体１ａに形成される用紙の排出口に近い部分には、定着装置４０から送り出される定着後の記録用紙５を本体１ａの上部に設けられた用紙排出部５６に排出するための用紙排出ロール対５７が配置されている。

＜画像形成装置の動作＞
以下、画像形成装置１による基本的な画像形成動作について説明する。

ここでは、前記４つの作像装置１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）を使用して、４色（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）のトナー像を組み合わせて構成されるフルカラー画像を形成する動作について説明する。

画像形成装置１は、画像形成動作（プリント）の要求の指令情報を受けると、４つの作像装置１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）、中間転写装置２０、二次転写装置３０、定着装置４０等が始動する。

そして、各作像装置１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）においては、まず各感光体ドラム１１が矢印Ａで示す方向に回転し、各帯電装置１２が各感光体ドラム１１の表面を所要の極性（実施の形態１ではマイナス極性）及び電位にそれぞれ帯電させる。続いて、露光装置１３が、帯電後の感光体ドラム１１の表面に対し、画像形成装置１に入力される画像の情報を各色成分（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）に変換して得られる画像の信号に基づいて発光される光を照射し、その表面に所要の電位差で構成される各色成分の静電潜像をそれぞれ形成する。

続いて、各作像装置１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）が、感光体ドラム１１に形成された各色成分の静電潜像に対し、所要の極性（マイナス極性）に帯電された対応する色（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）のトナーを現像ロールからそれぞれ供給して静電的に付着させて現像を行う。この現像により、各感光体ドラム１１に形成された各色成分の静電潜像は、その対応する色のトナーでそれぞれ現像された４色（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）のトナー像として顕像化される。

続いて、各作像装置１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）の感光体ドラム１１上に形成された各色のトナー像が一次転写位置まで搬送されると、一次転写装置１５が、その各色のトナー像を中間転写装置２０の矢印Ｂで示す方向に回転する中間転写ベルト２１に対して順番に重ね合わせるような状態で一次転写させる。

また、一次転写が終了した各作像装置１０では、ドラム清掃装置１６が付着物を掻き取るように除去して感光体ドラム１１の表面を清掃する。これにより、各作像装置１０は、次の作像動作が可能な状態にされる。

続いて、中間転写装置２０では、中間転写ベルト２１の回転により一次転写されたトナー像を保持して二次転写位置まで搬送する。一方、給紙装置５０では、作像動作に合わせて所要の記録用紙５を給紙搬送路５５に送り出す。給紙搬送路５５では、レジストロールとしての用紙搬送ロール対５４が記録用紙５を転写時期に合わせて二次転写位置に送り出して供給する。

二次転写位置においては、二次転写装置３０の二次転写ロールが、中間転写ベルト２１上のトナー像を記録用紙５に一括して二次転写させる。また、二次転写が終了した中間転写装置２０では、ベルト清掃装置２８が、二次転写後の中間転写ベルト２１の表面に残留したトナー等の付着物を取り除いて清掃する。

続いて、トナー像が二次転写された記録用紙５は、中間転写ベルト２１と二次転写装置３０から剥離された後に定着装置４０まで搬送される。定着装置４０では、回転する定着ベルト４１と加圧ロール４２との間の接触部に二次転写後の記録用紙５を導入して通過させることにより、必要な定着処理（加熱及び加圧）をして未定着のトナー像を記録用紙５に定着させる。最後に、定着が終了した後の記録用紙５は、その片面への画像の形成を行うだけの画像形成動作のときは、用紙排出ロール対５７により、例えば、本体１ａの上部に設置された用紙排出部５６に排出される。

以上の動作により、４色のトナー像を組み合わせて構成されるフルカラー画像が形成された記録用紙５が出力される。

＜定着装置の構成＞
図２はこの実施の形態１に係る定着装置を示す断面構成図である。

定着装置４０は、図２に示されるように、記録用紙５上の未定着トナー像Ｔを加熱することにより定着する無端状の定着ベルト４１と、記録用紙５を定着ベルト４１に加圧する加圧部材の一例としての加圧ロール４２と、定着ベルト４１を内周から加圧ロール４２に向けて押圧する押圧部材４３と、定着ベルト４１の内周面に接触（密着）するように配置され、定着ベルト４１を加熱する本実施の形態に係る加熱部材４４とを備えている。この定着装置４０では、定着ベルト４１と加圧ロール４２が接触（圧接）する接触部が記録用紙５を加熱並びに加圧する定着処理を行う定着処理部（ニップ部）Ｎとなる。

定着ベルト４１は、可撓性を有する薄いシート状の部材からなり、加圧ロール４２に圧接されて変形する前の断面形状が、外径２０〜５０ｍｍ程度の薄肉円筒状に形成されている。この実施の形態では、定着ベルト４１の外径が３０ｍｍに設定されている。また、定着ベルト４１の軸線方向（長手方向）の長さは、記録用紙５の最大幅より大きく、例えば、３２０ｍｍである。

定着ベルト４１は、図３に示されるように、例えば、基層４１１と、その外周面に順次積層された弾性体層４１２と表面離型層４１３とから構成されている。ただし、定着ベルト４１は、これよりも少ない層構成であっても、あるいは必要に応じて他の層を設けても良く、その層構成は任意である。定着ベルト４１は、加圧ロール４２に従動回転する。

基層４１１としては、例えば、耐熱性の高い合成樹脂であるポリイミド樹脂、あるいは鉄やニッケル、銅、ジルコニウム、コバルト等の金属又はこれらの合金からなる金属材料が用いられ、その厚さは、１０〜２００μｍ程度に設定される。この実施の形態では、基層４１１として厚さ８０μｍのポリイミド樹脂を用いている。

また、弾性体層４１２は、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱性を有する弾性体で構成されている。記録媒体としての記録用紙５に保持されるトナー像Ｔは、粉体からなる複数色のトナーが積層して形成されており、特にフルカラー画像の場合にはトナーの総量が多い。そのため、定着装置４０のニップ部Ｎ内でトナー像Ｔを均一に加熱して溶融するには、記録用紙５上のトナー像Ｔの凹凸に倣って定着ベルト４１の表面が弾性変形することが望ましい。この実施の形態では、弾性体層４１２として、厚さが１００〜６００μｍ、例えば２００μｍの厚さで、ＪＩＳ−Ａ硬度が１０〜３０°のシリコーンゴムを用いている。

弾性体層４１２の表面に積層される表面離型層４１３は、記録用紙５上に保持された未定着トナー像Ｔと直接接触する層であるため、離型性の高い材料が使用される。この表面離型層４１３は、例えば、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、シリコーン共重合体、またはこれらの複合層等からなる。表面離型層４１３の厚さは薄すぎると、耐摩耗性の点で不十分であり、定着ベルト４１の寿命を短くする。その反面、表面離型層４１３は厚すぎると、定着ベルト４１の熱容量が過大となり、ウォームアップ時間が長くなる。そこで、この実施の形態では、表面離型層４１３の厚さとして、耐摩耗性と熱容量とのバランスを考慮して１０〜５０μｍ、例えば３０μｍに設定されている。

一方、加圧ロール４２は、図２に示されるように、ステンレスやアルミニウム、あるいは鋼鉄等の金属によって円柱形状に形成された芯金部材４２１と、当該芯金部材４２１の表面に予め定められた厚さ（例えば、５ｍｍ程度）に被覆されたシリコーンゴム等からなる耐熱性を有する弾性体層４２２と、当該弾性体層４２２の表面に例えば５０μｍ程度の厚さに被覆されたＰＦＡ製チューブ等の離型性に優れた材料からなる離型層４２３とを備えるように構成されている。加圧ロール４２は、例えば、外径が２８ｍｍ程度の中実の円柱形状に形成されている。

加圧ロール４２としては、弾性率が相対的に小さなシリコーンスポンジ層からなる弾性体層４２２の内部に、軸方向に沿って貫通した小径の図示しない貫通孔を円周方向に沿って等間隔に複数配置するとともに、弾性体層４２２の外周にＰＦＡ製のチューブからなる離型層４２３を被覆した所謂ＳＯＬＴロール（商品名）と呼ばれるものが用いられる。このＳＯＬＴロールからなる加圧ロール４２は、表面側に弾性率が相対的に小さなシリコーンスポンジ層からなる弾性体層４２２を有しているため、相対的に外径が小さな小径のロールであっても相対的に広いニップ部Ｎ（ニップ幅）を得ることができ、加圧ロール４２の小径化を図ることができるため望ましい。

また、加圧ロール４２は、弾性体層４２２が複数の図示しない貫通孔を有しているため熱容量が相対的に小さく、且つ断熱性に優れているため、定着ベルト４１からの熱伝導を抑制することができ、加熱開始時には、定着ベルト４１の温度上昇に素早く追従するので予熱時間の短縮が可能となる。ただし、加圧ロール４２としては、ＳＯＬＴロール（商品名）に限らず、貫通孔を有しない中実ロールを用いても勿論良い。加圧ロール４２は、図示しない駆動手段によって予め定められた回転速度で回転駆動される。加圧ロール４２の回転速度は、画像形成部６のプロセススピードに等しい周速度（例えば、２５２ｍｍ／ｓ）に設定されている。

押圧部材４３は、定着ベルト４１の内周面に押圧される押圧パッド４５と、押圧パッド４５を支持する支持部材４６を有している。押圧パッド４５は、接着あるいはネジ止め等の機械的な固定手段により支持部材４６に固定した状態で取り付けられている。その際、押圧パッド４５は、図５に示されるように、その背面側に板金４５ａが接着等の手段により固着されたものを用いても良い。なお、図５は、押圧パッド４５が定着ベルト４１を介して加圧ロール４２に押圧される前の断面形状を示している。また、押圧パッド４５は、定着ベルト４１の回転方向に沿った両側面が支持部材４６に設けられた図示しない一対の板状部材によって挟持した状態、又は支持部材４６に設けられた図示しない凹部に嵌め込まれた状態で設けても良い。押圧パッド４５は、定着ベルト４１と略同等の長さを有している。この押圧パッド４３は、定着ベルト４１を介して加圧ロール４２と圧接されることにより、定着ベルト４１と加圧ロール４２との間にニップ部Ｎを形成する。押圧パッド４３には、その略全長にわたって加圧ロール４２が圧接されている。

押圧パッド４３は、例えば、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の弾性体で構成される。但し、押圧パッド４３を構成する材料としては、これに限らず、耐熱性を有するとともに、熱伝導性が小さい合成樹脂材料である、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂、ＰＥＳ樹脂（ポリエーテルサルフォン）、ＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルファイド）、ＬＣＰ（液晶ポリマ）など、耐熱性の樹脂を用いても良い。なお、この実施の形態では、押圧パッド４３の材料として、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱性を有する弾性体を用いている。

支持部材４６は、図２に示されるように、押圧パッド４３を介して加圧ロール４２からの圧接力を受けたときの撓み量が予め定められた値以下となるような剛性を有するように断面矩形の角柱状又は角筒状に形成されている。この支持部材４６は、ステンレスやアルミニウム、鉄等の金属や、ガラス繊維を混入したＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の耐熱性樹脂等から構成される。なお、支持部材４６が押圧パッド４５を介して加圧ロール４２と圧接する圧接力は、例えば３０ｋｇｆに設定される。尚、図２中、符号４９は記録用紙５をニップ部Ｎに案内する用紙ガイドを示している。

面状の加熱部材４４は、図４に示されるように、平面矩形状に形成された可撓性を有する薄いシート状の部材からなる。面状の加熱部材４４は、図５に示されるように、定着ベルト４１の周方向に沿った一部（定着ベルト４１の回転方向に沿った上流側の端部）に位置し、相対的に長さが長く設定された長辺の基端部４４ａが支持部材４６に固定した状態で取り付けられている。図示の実施の形態では、加熱部材４４の基端部４４ａが支持部材４６と押圧パッド４５により挟持されて固定されている。また、加熱部材４４の基端部４４ａは、支持部材４６に設けられた図示しない一対の板材によりネジ止め等の手段で固定した状態で設けても良い。また、面状の加熱部材４４は、その他端部側の領域、すなわち固定されていない自由端部４４ｂ側の広い領域（接触領域）４４ｃが、当該面状の加熱部材４４自身が有する反発弾性力により３ｋｇｆ程度の密着力で定着ベルト４１の内周面に接触するように配置されている。さらに、支持部材４６から離間した加熱部材４４の基端部４４ａ側に位置する当該加熱部材４４の曲率によって決まる領域４４ｄは、定着ベルト４１の内周面に接触しない非接触領域を構成している。

加熱部材４４は、図５に示されるように、定着ベルト４１の内部に装着される前の状態が、定着ベルト４１よりも大きな曲率半径を有する略円弧形状に湾曲した形状に予め形成されている。そして、加熱部材４４は、定着ベルト４１の軸方向に沿った一方の開口端部から定着ベルト４１の内部に撓ませた状態で挿入され、加熱部材４４自身が有する弾性復元力により拡径して定着ベルト４１の内周面に均一に接触（密着）するように装着される。加熱部材４４の周方向に沿った長さは、適宜設定される。図示例では、加熱部材４４の自由端部４４ｂの先端が定着ベルト４１の時計回り方向に沿った約２時の方向に位置するよう配置されている。なお、加熱部材４４の接触領域４４ｃは、面積を広く設定した方が定着ベルト４１の加熱性を向上することができるが、定着ベルト４１との摺動抵抗が増加する。そのため、加熱部材４４の接触領域４４ｃは、加熱性及び摺動抵抗を考慮して適宜設定される。

加熱部材４４は、図６に示されるように、定着ベルト４１の内周面に接触する側（図中上側）から見て、金属層４４１、絶縁層４４２、金属層（発熱層）４４３、絶縁層４４４、金属層４４５を有する５層構造の薄膜フレキシブルヒータである。また、加熱部材４４は、表裏両面側に位置する絶縁層４４２，４４３によって金属層４４３からなる発熱層を挟んで構成される面状発熱体４４６を備えている。また、面状発熱体４４６の外周側に配置される金属層４４１は、面状発熱体４４６からの熱を定着ベルト４１の内周面に伝達する伝熱層として機能し、面状発熱体４４６の内周側に配置される金属層４４５は、外周側に配置される金属層４４１とともに、面状発熱体４４６を支持する支持層として機能する。

加熱部材４４を構成する金属層４４１、絶縁層４４２、金属層４４３、絶縁層４４４及び金属層４４５は、熱膨張率が互いに異なる積層された金属層と絶縁層を構成している。そのため、金属層４４１、絶縁層４４２、金属層４４３、絶縁層４４４及び金属層４４５は、金属層と絶縁層が剥離するのを防止するため、図示しない接着層を介して互いに接着されている。さらに、加熱部材４４は、内周側及び外周側に配置される金属層４４１，４４５によって面状発熱体４４６をサンドイッチ状に挟持することにより、金属層と絶縁層が剥離するのを効果的に防止している。そのため、加熱部材４４は、先に面状発熱体４４６を製造し、後に面状発熱体４４６の表裏両面に金属層４４１及び金属層４４５を設ける場合には、外周側に配置される金属層４４１の曲率半径を内周側に配置される金属層４４５よりも小さく設定して金属層と絶縁層の密着性を高めることが望ましい。

加熱部材４４は、図７に示されるように、例えば、厚さ２５μｍのポリイミド樹脂からなる絶縁層４４４の表面に、厚さ３０μｍのステンレスからなる発熱層（金属層）４４３を予め定められたパターン形状に形成し、更にステンレスからなる発熱層４４３の表面を厚さ２５μｍのポリイミド樹脂からなる絶縁層４４２で被覆するとともに、表裏両面に位置する絶縁層４４２，４４４の表面を厚さ３０μｍのステンレスからなる伝熱層（金属層）４４１と支持層（金属層）４４５とで被覆することで、上述したように５層構造に構成されている。上記の如く予め定められたパターン形状に形成された金属層４４３は、発熱部４４７を構成している。この面状の加熱部材４４は、例えば、幅３２０ｍｍ×長さ７５ｍｍ×厚さ０．１４ｍｍに設定されている。また、面状の加熱部材４４は、定着ベルト４１の内周面と接触する接触領域４４ｃの長さ（平面状に展開した場合の長さ）が４５ｍｍ、定着ベルト４１の内周面との非接触領域４４ｄの長さが１５ｍｍ、支持部材４６に固定された固定部４４ａの長さが１５ｍｍにそれぞれ設定されている。

ステンレス製の発熱層４４３からなる発熱部４４７は、図８に模式的に示されるように、３つの発熱領域Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３に分けられている。更に説明すると、発熱部４４７は、最も小さいサイズの記録用紙５に対応した第１の発熱領域Ｈ１と、中間のサイズの記録用紙５に対応した第２の発熱領域Ｈ２と、最も大きいサイズの記録用紙５に対応した第３の発熱領域Ｈ３を有している。発熱部４４７の第１乃至第３の発熱領域Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３は、湾曲した曲線状に形成されたステンレスからなる発熱層４４３が均一に分布するように配置して構成されている。第１の発熱領域Ｈ１は、面状の加熱部材４４の幅方向に沿った中央部に所要の幅及び長さを有する矩形状に形成されている。また、第２の発熱領域Ｈ２は、第１の発熱領域Ｈ１の幅方向に沿った両端側にそれぞれ隣接し、所要の幅及び長さを有する矩形状に形成されている。さらに、第３の発熱領域Ｈ３は、第２の発熱領域Ｈ２の幅方向に沿った両端側にそれぞれ隣接し、所要の幅及び長さを有する矩形状に形成されている。なお、左右の第２及び第３の発熱領域Ｈ２，Ｈ３は、第１の発熱領域Ｈ１の上部（先端部）に設けられた第２及び第３の導通用発熱層４４３ａ，４４３ｂを介して互いに接続されている。

第１乃至第３の発熱領域Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３を形成する発熱層４４３は、その右側の端部に各発熱領域に選択的に通電するための第１乃至第３の電極４４８_１，４４８_２，４４８_３を備えている。また、第１乃至第３の発熱領域Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３を形成する発熱層４４３は、その左側の端部に当該第１乃至第３の発熱領域Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３に共通して通電するための共通電極４４８_４を備えている。

また、この実施の形態では、図７に示されるように、加熱部材４４（面状発熱体）の自由端４４ｂ側と固定端４４ａ側に温度差が生じるのを抑制するように、加熱部材４４の固定端４４ａ側の非接触領域を補助的に加熱する補助発熱部４４９を備えている。

補助発熱部４４９は、加熱部材４４の発熱部４４７の基端部と加熱部材４の固定部４４ａとの間に、発熱部４４７の基端部側に隣接するように設けられている。補助発熱部４４９は、発熱部４４７と同様、湾曲した曲線状に形成されたステンレスからなる発熱層４４３を均一に分布するよう配置して構成されている。また、補助発熱部４４９は、加熱部材４４の略全幅にわたり所要の長さを有する平面矩形状に形成されている。補助発熱部４４９は、その右側の端部に通電するための通電用電極４４９_１を備えている。また、補助発熱部４４９は、その左側の端部が共通電極４４８_４に接続されている。

なお、この実施の形態に係る加熱部材４４の発熱部４４７の消費電力は、例えば９００Ｗ（１００Ｖ）に、補助発熱部４４９の消費電力は、例えば７５Ｗ（１００Ｖ）にそれぞれ設定されている。

また、定着装置４０は、図９に示されるように、加熱部材４４の発熱部４４７及び補助発熱部４４９への通電を制御する制御手段の一例としての制御装置１００を備えている。定着装置４０は、図２に示されるように、加熱部材４４の発熱部４４７の温度を検知する温度検知手段の一例としての第１の温度センサ４７と、補助発熱部４４９の温度を検知する温度検知手段の一例としての第２の温度センサ４８を備えている。第１及び第２の温度センサ４７，４８からの検知信号は、制御装置１００に入力されている。制御装置１００は、加熱部材４４の発熱部４４７及び補助発熱部４４９の温度が予め定められた設定温度と等しい温度となるように、第１及び第２の温度センサ４７，４８からの検知信号に基づいて、定着装置用電源１０１を介して加熱部材４４の発熱部４４７及び補助発熱部４４９への通電を制御する。

＜画像形成装置の特徴部分（定着装置）の動作＞
定着装置４０では、制御装置１００が画像形成動作（プリント）の要求の指令情報を受けると、予め定められたタイミングで定着装置４０が始動する。

定着装置４０は、画像形成動作（プリント）の要求の指令情報を受けると、定着ベルト４１の加熱部材４４に通電され、定着ベルト４１の表面温度が所要の温度となるように加熱する。定着ベルト４１の表面温度が所要の温度と達すると、加圧ロール４２の回転駆動が開始される。定着ベルト４１は、加圧ロール４２に従動回転する。

図２に示されるように、画像形成装置１の画像形成部６により記録用紙５上に形成されたトナー像Ｔが定着装置４０のニップ部Ｎに到達すると、記録用紙５上の未定着トナー像Ｔは、ニップ部Ｎを通過する際に、定着ベルト４１からの熱及び加圧ロール４２の加圧力を受けて記録用紙５上に定着される。

その際、記録用紙５は、定着装置４０のニップ部Ｎに導入されると、記録用紙５の表面に形成されたトナー像Ｔが定着ベルト４１により加熱されて溶融され、内部から押圧パッド４５により押圧される定着ベルト４１と加圧ロール４２の加圧力で、加熱されて溶融されたトナー像Ｔが当該記録用紙５上に定着される。

定着ベルト４１は、その内周に密着した状態で配置された面状の加熱部材４４によって、定着ベルト４１と加熱部材４４が接触する接触領域（加熱領域）４４ｃにわたり内周面側から加熱される。

面状の加熱部材４４は、図７に示されるように、発熱部４４７が発熱することにより加熱され、当該加熱部材４４の先端側（自由端側）４４ｂに位置する発熱部４４７に対応した領域の温度が上昇する。このとき、加熱部材４４には、図１０に示されるように、発熱部４４７のみが設けられ、補助発熱部４４９を備えていない場合、図１１（ａ）に示されるように、加熱部材４４の先端部４４ｂ側に位置する接触領域４４ｃのみの温度が上昇し、加熱部材４４の基端部４４ａ側（固定端側）に位置する非接触領域４４ｄは、温度が低いままの状態となっている。

その結果、平面矩形状のシート状に形成されている面状の加熱部材４４は、図１２に示されるように、その先端部４４ｂ側の接触領域４４ｃが温度上昇により熱膨張するが、その基端部４４ａ側の非接触領域４４ｄは、温度が先端側に比較して低く殆ど熱膨張が生じない。そのため、加熱部材４４の支持部材４６で固定された固定部４４ａに相当する符号ａ及びｂで示す領域は、殆ど熱膨張（熱変形）しないのに対して、加熱部材４４の先端部４４ｂに位置する発熱部４４７に相当する符号ｄ乃至ｆで示す接触領域４４ｃは、大きく熱膨張（熱変形）する。よって、本来、図１３に実線で示されるように、円筒形状に湾曲して定着ベルト４１の内周面にその軸方向及び周方向に沿って均一に密着すべき面状の加熱部材４４が、定着ベルト４１の長手方向に沿った中央部が両端部に比較して外径が大きくなるように変形した、所謂“鼓形状”に変形する。

このように、“鼓形状”に変形した面状の加熱部材４４は、定着ベルト４１の内周面に均一に密着することが困難となり、定着ベルト４１の長手方向に沿った両端部が定着ベルト４１の内周面から浮き上がるか、又は僅かに接触した状態となる。

これに対して、本実施の形態１に係る面状の加熱部材４４は、図７に示されるように、当該加熱部材４４の基端部４４ａ側に発熱部４４７に隣接して補助発熱部４４９が設けられている。したがって、加熱部材４４は、図１１（ｂ）に示されるように、その先端部４４ｂ側に位置する領域のみならず、基端部４４ａ側（固定端側）に位置する領域も、補助補発熱部４４９が設けられているため、発熱部４４７と略同様の温度に加熱される。なお、補助補発熱部４４９が設けられている加熱部材４４の基端部４４ａ側（固定端側）に位置する領域は、定着ベルト４１の内周面に接触しない非接触部４４ｄを構成しており、定着ベルト４１への熱伝導により温度が低下することはない。

そのため、加熱部材４４は、図１１（ｂ）に示されるように、基端部４４ａ側（固定端側）に位置する領域の温度を、発熱部４４７により加熱される先端部４４ｂ側に位置する領域と略等しい温度に加熱することができ、平面矩形状のシート状に形成されている面状の加熱部材４４がその全域にわたって略均一に熱膨張する。よって、加熱部材４４は、本来の形状である円筒形状に湾曲して定着ベルト４１の内周面にその軸方向及び周方向に沿って略均一に密着し、定着ベルト４１の長手方向に沿った両端部など部分的に定着ベルト４１の内周面から浮き上がることが防止乃至抑制される。

実験例
次に、本発明者らは、上述した実施の形態１に係る定着装置の効果を確認するため、図２に示されるような定着装置４０を試作し、面状の加熱部材４４を２００℃まで加熱し、面状の加熱部材４４が定着ベルト４１の内周面に対してどの程度変位するかを測定する実験を行った。なお、面状の加熱部材４４の変位量は、レーザー測位計を用いて定着ベルト４１の内周面側から測定した。

図１４（ａ）は、上記実験例の結果を示すグラフである。図１４（ａ）に示すグラフは、定着ベルト４１の軸方向に沿った中央部から一方の端部側に位置する面状の加熱部材４４の変位量を測定したものである。また、同図中、「Ｌｏｗｅｒ」とは、定着ベルト４１の周方向に沿った加熱部材４４の基端部４４ａ側の位置、「Ｔｏｐ」とは、定着ベルト４１の周方向に沿った加熱部材４４の中央部の位置、「Ｕｐｐｅｒ」とは、定着ベルト４１の周方向に沿った加熱部材４４の先端部４４ｂ側の位置における測定値をそれぞれ示している。

図１４（ａ）から明らかなように、本実施の形態に係る加熱部材４４を用いた場合、加熱部材４４の変位量が最大でも、本発明者らの目標とする０．６０ｍｍ以下である−０．１〜０．４１８ｍｍ（Δ０．５２ｍｍ）程度に抑えることができることが判る。

比較例
また、本発明者らは、比較例として図１０に示されるように補助発熱部４４９を有しない加熱部材４４を用いた定着装置４０を試作し、実験例と同様の測定を行った。

図１４（ｂ）は、上記比較例の結果を示すグラフである。

図１４（ｂ）から明らかなように、補助発熱部４４９を有しない加熱部材４４を用いた場合、加熱部材４４の変位量が最大で、本発明者らの目標とする０．６０ｍｍを大幅に超える−０．４〜１．０ｍｍ（Δ１．４ｍｍ）と非常に大きく、加熱部材４４と定着ベルト４１との接触不良を生じることが判明した。

[実施の形態２]
図１５はこの発明の実施の形態２に係る定着装置を示す構成図である。

実施の形態２に係る定着装置４０は、図１５に示されるように、面状の加熱部材４４の中央部４４ａが支持部材４３に固定された固定部を構成しており、面状の加熱部材４４の定着ベルト４１の回転方向に沿った上流側及び下流側の双方に自由端４４ｂを備えている。また、面状の加熱部材４４は、上流側及び下流側の自由端４４ｂ側に位置する領域４４ｃがそれぞれ定着ベルト４１の内周面に接触しているとともに、固定部４４ａと接触領域４４ｃとの間が非接触領域４４ｄとなっている。

このように、面状の加熱部材４４は、一端部が固定された工程に限らず、中央部等の一部が固定されるように構成されたものであっても良い。また、加熱部材４４の固定部４４ａは、中央部に限定されるものではなく、定着ベルト４１の回転方向に沿った上流側又は下流側の一方に近い位置に設けても良い。

なお、前記実施の形態では、フルカラーの画像形成装置について説明したが、モノクロの画像形成装置にも同様に適用することができる。

１…画像形成装置
５…記録用紙
４０…定着装置
４１…定着ベルト
４２…加圧ロール
４３…搬送ベルト
４４…加熱部材
４４７…発熱部
４４９…補助発熱部

Claims (6)

1. 一部が固定され、被加熱部材に接触する自由端側の接触領域に発熱部を有する面状発熱体と、
   前記面状発熱体の自由端側と固定端側との間に温度差が生じるのを抑制するように、前記面状発熱体の固定端側の非接触領域を補助的に加熱する補助発熱部と、
   を備える加熱部材。
2. 前記面状発熱体は、表裏両面に配置された一対の絶縁層の間に予め定められた形状に形成された発熱層を有する請求項１に記載の加熱部材。
3. 前記面状発熱体は、円筒形状に形成された被加熱部材の曲率半径より大きな曲率半径を有する湾曲形状に形成される請求項１又は２に記載の加熱部材。
4. 無端状に形成される定着ベルトと、
   前記定着ベルトにトナー像を保持した記録媒体を加圧する加圧部材と、
   前記定着ベルトの内部に配置され、当該定着ベルトを前記加圧部材に向けて押圧する押圧部材と、
   前記定着ベルトの内周面に接触して加熱する請求項１乃至３のいずれかに記載の加熱部材と、
   を備えた定着装置。
5. 前記加熱部材の発熱部及び前記補助発熱部への通電を制御する制御手段を備える請求項４に記載の定着装置。
6. 記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、
   前記画像形成手段により前記記録媒体上に形成された画像を定着する請求項４又は５に記載の定着装置と、
   を備える画像形成装置。

Images