JP5163931B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の画像形成装置とそこに設置される定着装置とに関するものである。

従来から、複写機、プリンタ等の画像形成装置において、複数のローラ部材に張架された定着ベルトを定着部材として用いる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
このような定着ベルトを用いた装置は、定着部材としての定着ベルト（無端状ベルト）、定着ベルトを張架・支持する複数のローラ部材、複数のローラ部材のうち１つのローラ部材に内設されたヒータ、加圧ローラ（加圧部材）、等で構成されている。ヒータは、ローラ部材を介して定着ベルトを加熱する。そして、定着ベルトと加圧ローラとの間に形成されたニップ部に向けて搬送された記録媒体上のトナー像は、ニップ部にて熱と圧力とを受けて記録媒体上に定着される。

一方、特許文献２等には、ウォームアップ時間が短いオンデマンド方式の定着装置が開示されている。
オンデマンド方式の定着装置は、定着部材としての定着フィルム（エンドレスフィルム）、加圧ローラ（加圧部材）、セラミックヒータ等のヒータ、等で構成されている。ヒータは、定着フィルムの内部に設置され、定着フィルムを介して加圧ローラに当接してニップ部を形成するとともに、定着フィルムを加熱する。そして、ニップ部に向けて搬送された記録媒体上のトナー像は、ニップ部にて熱と圧力とを受けて記録媒体上に定着される。

また、特許文献３等には、定着ベルトを用いた定着装置であって、ニップ部の上流側に、定着ベルトを張架する半円筒状の抵抗発熱体を設置する技術が開示されている。詳しくは、抵抗発熱体は、絶縁層、加熱体、低摩擦層を介して定着ベルトの内周面の一部に圧接して、定着ベルトを加熱する。

特開平１１−２９８２号公報 特開２００２−６６５６号公報 特開２００２−２５１０８４号公報

上述した特許文献１等の定着装置は、定着ローラを用いた装置に比べて装置の高速化に適しているものの、ウォームアップ時間（プリント可能な温度に達するまでに要する時間である。）やファーストプリント時間（プリント要求を受けた後にプリント準備を経てプリント動作をおこない排紙が完了するまでの時間である。）の短縮化に限界があった。

これに対して、特許文献２等の定着装置は、低熱容量化によりウォームアップ時間やファーストプリント時間の短縮化が可能になるとともに、装置の小型化も可能になる。しかし、このような定着装置は、定着フィルムのニップ部のみが局所的に加熱されて、定着フィルムのその他の部分は充分に加熱されていなかった。そのため、定着フィルムの回転によりニップ部の入口側で定着フィルムが最も冷えた状態になってしまい、定着不良が発生しやすくなるという問題があった。このような問題は、装置を高速化した場合に、定着フィルムの回転が速くなってニップ部以外の位置での定着フィルムの放熱が多くなってしまうため、特に無視できない問題になっていた。
さらに、ヒータは、定着フィルムを介して加圧ローラに圧接しているために、圧接力が大きくなったときにヒータが破損したり、定着フィルムに摺接する力が大きくなったときに定着フィルムやヒータに大きな磨耗が生じたりする可能性があった。このような問題は、装置を高速化した場合に、良好な定着性を確保するためにニップ部における圧接力を大きく設定する必要が生じたり、ヒータと定着フィルムとの摩擦力が大きくなったりするために、特に無視できない問題になっていた。

また、特許文献３等の定着装置も、定着ベルトのニップ部上流側のみが局所的に加熱されていて、定着ベルトのその他の部分は充分に加熱されていないために、定着不良が発生しやすくなるという問題があった。さらに、抵抗発熱体は、定着ベルトに圧接して張力を与えているために、張力が大きくなったときに抵抗発熱体が破損したり、定着ベルトに摺接する力が大きくなったときに定着ベルトや抵抗発熱体に大きな磨耗が生じたりする可能性があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ウォームアップ時間やファーストプリント時間が短く、装置を高速化した場合であっても定着不良や定着部材及び抵抗発熱体の磨耗・破損等の不具合が生じない、定着装置及び画像形成装置を提供することにある。

この発明の請求項１記載の発明にかかる定着装置は、所定方向に走行してトナー像を加熱して溶融するとともに、可撓性を有する無端状の定着部材と、前記定着部材の内周面側に固設されるとともに、当該定着部材を介して加圧部材に当接して記録媒体が搬送されるニップ部を形成する当接部材と、前記定着部材の内周面側に固設されて当該定着部材を加熱する抵抗発熱体と、を備え、前記抵抗発熱体は、略パイプ状に形成されて、前記定着部材の内周面に対してニップ部を除く範囲全域で対向するように配設されるとともに、周方向において前記ニップ部に近い部分が前記定着部材の内周面に対して所定圧力以下で接触するように配設され、前記当接部材は、前記定着部材の側に絶縁層を具備した第２の抵抗発熱体であって、前記抵抗発熱体と一体的に形成されたものである。

また、請求項２記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１に記載の発明において、前記抵抗発熱体は、所定のキューリー点を有するものである。

また、請求項３記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記抵抗発熱体を、前記定着部材における幅方向の発熱分布を可変するように設置された複数の抵抗発熱体としたものである。

また、請求項４記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発明において、前記定着部材を、定着ベルト又は定着フィルムとしたものである。

また、請求項５記載の発明にかかる画像形成装置は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の定着装置を備えたものである。

本発明は、無端状の定着部材の内周面側に、定着部材の内周面に対して圧接しないように抵抗発熱体を固設しているために、ウォームアップ時間やファーストプリント時間が短く、装置を高速化した場合であっても定着不良や定着部材及び抵抗発熱体の磨耗・破損等の不具合が生じない、定着装置及び画像形成装置を提供することができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１〜図３にて、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。
まず、図１にて、画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
図１において、１は画像形成装置としての複写機の装置本体、２は原稿Ｄの画像情報を光学的に読み込む原稿読込部、３は原稿読込部２で読み込んだ画像情報に基いた露光光Ｌを感光体ドラム５上に照射する露光部、４は感光体ドラム５上にトナー像（画像）を形成する作像部、７は感光体ドラム５上に形成されたトナー像を記録媒体Ｐに転写する転写部、１０はセットされた原稿Ｄを原稿読込部２に搬送する原稿搬送部、１２〜１４は転写紙等の記録媒体Ｐが収納された給紙部、２０は記録媒体Ｐ上の未定着画像を定着する定着装置、２１は定着装置２０に設置された定着部材としての定着ベルト、３１は定着装置２０に設置された加圧部材としての加圧ローラ、を示す。

図１を参照して、画像形成装置における、通常の画像形成時の動作について説明する。
まず、原稿Ｄは、原稿搬送部１０の搬送ローラによって、原稿台から図中の矢印方向に搬送されて、原稿読込部２上を通過する。このとき、原稿読込部２では、上方を通過する原稿Ｄの画像情報が光学的に読み取られる。
そして、原稿読込部２で読み取られた光学的な画像情報は、電気信号に変換された後に、露光部３（書込部）に送信される。そして、露光部３からは、その電気信号の画像情報に基づいたレーザ光等の露光光Ｌが、作像部４の感光体ドラム５上に向けて発せられる。

一方、作像部４において、感光体ドラム５は図中の時計方向に回転しており、所定の作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程）を経て、感光体ドラム５上に画像情報に対応した画像（トナー像）が形成される。
その後、感光体ドラム５上に形成された画像は、転写部７で、レジストローラにより搬送された記録媒体Ｐ上に転写される。

一方、転写部７に搬送される記録媒体Ｐは、次のように動作する。
まず、画像形成装置本体１の複数の給紙部１２、１３、１４のうち、１つの給紙部が自動又は手動で選択される（例えば、最上段の給紙部１２が選択されたものとする。）。
そして、給紙部１２に収納された記録媒体Ｐの最上方の１枚が、搬送経路Ｋの位置に向けて搬送される。

その後、記録媒体Ｐは、搬送経路Ｋを通過してレジストローラの位置に達する。そして、レジストローラの位置に達した記録媒体Ｐは、感光体ドラム５上に形成された画像と位置合わせをするためにタイミングを合わせて、転写部７に向けて搬送される。

そして、転写工程後の記録媒体Ｐは、転写部７の位置を通過した後に、搬送経路を経て定着装置２０に達する。定着装置２０に達した記録媒体Ｐは、定着ベルト２１と加圧ローラ３１との間に送入されて、定着ベルト２１から受ける熱と双方の部材２１、３１から受ける圧力とによって画像が定着される。画像が定着された記録媒体Ｐは、定着ベルト２１と加圧ローラ３１との間（ニップ部である。）から送出された後に、画像形成装置本体１から排出される。
こうして、一連の画像形成プロセスが完了する。

次に、図２及び図３にて、画像形成装置本体１に設置される定着装置２０の構成・動作について詳述する。
図２は、定着装置２０を示す構成図である。図３は、定着装置２０を幅方向にみた図である。
図２に示すように、定着装置２０は、定着部材としての定着ベルト２１、当接部材２２、抵抗発熱体２３、加圧部材としての加圧ローラ３１、温度センサ４０、ガイド板３５、３７、等で構成される。

ここで、定着部材としての定着ベルト２１は、薄肉で可撓性を有する無端状ベルトであって、図２中の矢印方向（時計方向）に走行（回転）する。定着ベルト２１は、基材上に弾性層、離型層が順次積層されていて、その全体の厚さが１ｍｍ以下に設定されている。
定着ベルト２１の基材は、層厚が３０〜５０μｍであって、ニッケル、ステンレス等の金属材料やポリイミド等の樹脂材料で形成されている。
定着ベルト２１の弾性層は、層厚が１００〜３００μｍであって、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、フッ素ゴム、等のゴム材料で形成されている。弾性層を設けることで、ニップ部における定着ベルト２１表面の微小な凹凸が形成されなくなり、記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔに均一に熱が伝わりユズ肌画像の発生が抑止される。
定着ベルト２１の離型層は、層厚が１０〜５０μｍであって、ＰＦＡ（４フッ化エチレンバーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ＰＥＳ（ポリエーテルサルファイド）、等の材料で形成されている。離型層を設けることで、トナーＴ（トナー像）に対する離型性（剥離性）が担保される。

また、定着ベルト２１の直径は１５〜１２０ｍｍになるように設定されている。なお、本実施の形態１では、定着ベルト２１の直径が３０ｍｍに設定されている。
定着ベルト２１の内部（内周面側）には、当接部材２２、抵抗発熱体２３、等が固設されている。定着ベルト２１は、当接部材２２に押圧されて、加圧ローラ３１との間にニップ部を形成する。

当接部材２２は、定着ベルト２１の内周面側に固設されていて、定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１に当接してニップ部を形成する。図３を参照して、当接部材２２は、その幅方向両端部が定着装置２０の側板４３に保持部材４１を介して固定支持されている。
図２を参照して、当接部材２２は、加圧ローラ３１との対向面が、加圧ローラ３１の曲率にならうように形成されている。これにより、記録媒体Ｐは加圧ローラ３１の曲率にならうようにニップ部から送出されるために、定着工程後の記録媒体Ｐが定着ベルト２１に吸着して分離しない不具合を抑止することができる。
なお、本実施の形態１における当接部材２２は、不導体で形成されている。具体的に、当接部材２２は、樹脂材料や、セラミック、ガラス等の絶縁体で形成することができる。これにより、抵抗発熱体２３に印加される電圧によって当接部材２２が発熱されないことになる。これについては、後で詳しく説明する。
また、当接部材２２は、加圧ローラ３１による加圧力を受けても大きく撓むことがないように、ある程度剛性のある材料で形成することが好ましい。さらに、当接部材２２と定着ベルト２１とが摺接しても定着ベルト２１の磨耗が軽減されるように、当接部材２２の摺接面を摩擦係数の低い材料で形成することが好ましい。

図２を参照して、抵抗発熱体２３は、略パイプ状に形成されていて、ニップ部を除く範囲全域で定着ベルト２１の内周面に対向するように固設されている。また、図３を参照して、抵抗発熱体２３は、その幅方向両端部が定着装置２０の側板４３に保持部材４１を介して固定支持されている。さらに、抵抗発熱体２３の幅方向両端には、電極５１を介して電源５０が接続されている。このような構成により、電源５０から抵抗発熱体２３への給電がおこなわれて、抵抗発熱体２３に電流が流れると、抵抗発熱体２３自身の電気抵抗によって抵抗発熱体２３が昇温する。さらに、加熱された抵抗発熱体２３の輻射熱によって定着ベルト２１が加熱されることになる。すなわち、抵抗発熱体２３によって定着ベルト２１がニップ部を除く位置で全体的に加熱されて、加熱された定着ベルト２１の表面から記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔに熱が加えられる。このように、定着ベルト２１を加熱する加熱源として抵抗発熱体２３を用いることで、比較的安価で効率的に定着ベルト２１を加熱することができる。
なお、電源５０の出力制御は、定着ベルト２１表面に対向するサーミスタ等の温度センサ４０によるベルト表面温度の検知結果に基いておこなわれる。また、このような電源５０の出力制御によって、定着ベルト２１の温度（定着温度）を所望の温度に設定することができる。

ここで、抵抗発熱体２３の材料としては、アルミニウム、ステンレス等の金属材料や、セラミックに導体を混合した半導体、等を用いることができる。
具体的に、抵抗発熱体２３をアルミニウムで形成する場合には、その厚さを０．０５〜０．２ｍｍに設定することが好ましい。また、抵抗発熱体２３をステンレスで形成する場合には、その厚さを０．０１〜０．２ｍｍに設定することが好ましい（さらに好ましくは０．１ｍｍ以下である。）。これにより、定着ベルト２１を効率的に加熱することができる。

ここで、本実施の形態１では、抵抗発熱体２３が、定着ベルト２１の内周面に対して圧接しないように配設されている。詳しくは、抵抗発熱体２３は、定着ベルト２１の内周面に対して、所定距離以下の間隙をあけて対向するように配設されるか、又は、所定圧力以下で接触するように配設されている。すなわち、抵抗発熱体２３は、定着ベルト２１の内周面に対して、少ないギャップで対向するか、又は、軽接触（僅かな当接力での接触である。）している。

具体的に、ニップ部から離れた位置において、定着ベルト２１と抵抗発熱体２３とのギャップ（δ）は、０ｍｍより大きく１ｍｍ以下に設定されている（０ｍｍ＜δ≦１ｍｍである。）。また、ニップ部に近い位置において、定着ベルト２１と抵抗発熱体２３とのギャップ（δ）が０ｍｍとなる範囲があるが、その範囲における双方の部材２１、２３の当接力（当接圧力）は０．３ｋｇｆ／ｃｍ²以下に設定されている。
これにより、抵抗発熱体２３と定着ベルト２１とが摺接して定着ベルト２１が大きく磨耗する不具合を抑止するとともに、抵抗発熱体２３と定着ベルト２１とが離れ過ぎて定着ベルト２１の加熱効率が低下する不具合を抑止することができる。さらに、抵抗発熱体２３が定着ベルト２１に近設されることで、可撓性を有する定着ベルト２１の円形姿勢がある程度維持されるため、定着ベルト２１の変形による劣化・破損を軽減することができる。

このように、本実施の形態１における定着装置２０は、比較的簡易な構成で効率よく定着ベルト２１を加熱できるために、ウォームアップ時間やファーストプリント時間が短縮化されるとともに、装置の小型化が達成される。
特に、本実施の形態１では、定着ベルト２１の基材（内周面）が金属材料で形成されているときであっても、抵抗発熱体２３が定着ベルト２１の内周面に対して圧接しないように配設されているために、双方の部材２１、２３間で電気的な短絡（リーク）が生じる不具合が抑止される。また、このような双方の部材２１、２３間の短絡を確実に防止するために、双方の部材２１、２３のいずれかの対向面に絶縁層を設けることが好ましい。

ここで、本実施の形態１では、ニップ部を形成する当接部材２２と、定着ベルト２３を加熱する抵抗発熱体２３と、が別設されている。すなわち、当接部材２２と抵抗発熱体２３とが別体として形成されている。そして、抵抗発熱体２３は、ニップ部を除く範囲全域で定着ベルト２１を加熱する。
これにより、定着ベルト２１の一部のみが局所的に加熱されることなく、抵抗発熱体２３によって定着ベルト２１が周方向にわたってほぼ全体的に加熱されることになるために、装置を高速化した場合であっても定着ベルト２１が充分に加熱されて定着不良の発生を抑止することができる。

さらに、定着ベルト２１の加熱効率を向上させるために抵抗発熱体２３を薄肉化した場合であっても、抵抗発熱体２３は加圧ローラ３１から加圧力を受ける当接部材２２とは別に設けられているために、抵抗発熱体２３が撓んで定着ベルト２１の内周面が強くこすれる不具合や、抵抗発熱体２３が撓んで定着ベルト２１の駆動トルクが増加する不具合等が抑止される。すなわち、当接部材２２は加圧ローラ３１から加圧力を受けて撓むものの（幅方向両端部にかかる加圧力によって幅方向中央部が大きく撓む。）、抵抗発熱体２３に撓みは生じない。

また、本実施の形態１では、上述したように、当接部材２２を不導体で形成している。
これにより、当接部材２２に電流が流れることがなく、定着ベルト２１の基材（内周面）が金属材料で形成されているときであっても、当接部材２２と定着ベルト２１の内周面との圧接により双方の部材２１、２２間に短絡（リーク）が生じることがない。
また、抵抗発熱体２３が定着ベルト２１を積極的に加熱して、当接部材２２が定着ベルト２１を積極的に加熱しないように構成している。したがって、定着ベルト２１は、ニップ部に達するまでに抵抗発熱体２３によって充分に加熱されて、定着可能な温度に達する。一方、ニップ部では積極的な熱供給がないので、定着ベルト２１の熱量は記録媒体Ｐ上の未定着画像に与えられて（トナーを溶融・定着させるエネルギーに使用されて）、定着ベルト２１の温度が下がることになる。このとき、定着ベルト２１と画像面との界面の温度が定着温度よりも低い温度になった状態で、記録媒体Ｐはニップ部から送出される。したがって、トナーの粘着力が低下した状態で、記録媒体Ｐは定着ベルト２１から良好に分離されることになる。すなわち、当接部材２２が定着ベルト２１を積極的に加熱しないように構成することで、ニップ部から送出される記録媒体Ｐの分離性が向上する。

また、抵抗発熱体２３は、所定のキューリー点（抵抗発熱体の抵抗値が急激に変化して、それ以上昇温しなくなる温度である。）を有することが好ましい。そして、抵抗発熱体２３の温度がキューリー点に達していないとき（通常時である。）には、抵抗発熱体２３に電流が流されると抵抗発熱体２３が昇温して、定着ベルト２１（抵抗発熱体２３）が所定の温度に昇温される。これに対して、抵抗発熱体２３の温度がキューリー点に達したときには、抵抗発熱体２３の抵抗値が急激に大きくなって抵抗発熱体２３に電流が流れなくなり、抵抗発熱体２３の発熱停止にともない定着ベルト２１（抵抗発熱体２３）の過昇温が抑止される。これにより、小サイズ紙が連続的に通紙された場合等であっても、定着ベルト２１（抵抗発熱体２３）の局所的な過昇温が簡単に抑止される。なお、抵抗発熱体２３のキューリー点は、出力画像上にオフセットが生じない最大温度（例えば、１８０℃である。）に設定することが好ましい。

図２を参照して、加圧部材としての加圧ローラ３１は、直径が３０ｍｍであって、中空構造の芯金３２上に弾性層３３を形成したものである。加圧ローラ３１の弾性層３３は、シリコーンゴム、フッ素ゴム、発泡性シリコーンゴム等の材料で形成されている。特に、弾性層３３を発泡性シリコーンゴム等のスポンジ状ゴム材料で形成した場合には、定着ベルト２１から加圧ローラ３１への熱伝導性が低下するために、装置のウォームアップ時間が短縮化される。なお、弾性層３３の表層にＰＦＡ、ＰＴＦＥ等からなる薄肉の離型層を設けることもできる。加圧ローラ３１は定着ベルト２１に圧接して、双方の部材間に所望のニップ部を形成する。また、図３を参照して、加圧ローラ３１には不図示の駆動機構の駆動ギアに噛合するギア４５が設置されていて、加圧ローラ３１は図２中の矢印方向（反時計方向）に回転駆動される。また、加圧ローラ３１は、その幅方向両端部が定着装置２０の側板４３に軸受４２を介して回転自在に支持されている。なお、加圧ローラ３１の内部に、ハロゲンヒータ等の熱源を設けることもできる。
なお、本実施の形態１では、定着ベルト２１の直径が加圧ローラ３１の直径と同等になるように形成したが、定着ベルト２１の直径が加圧ローラ３１の直径よりも小さくなるように形成することもできる。その場合、ニップ部における定着ベルト２１の曲率が加圧ローラ３１の曲率よりも小さくなるために、ニップ部から送出される記録媒体Ｐが定着ベルト２１から分離され易くなる。

また、定着ベルト２１と加圧ローラ３１との当接部（ニップ部である。）の入口側には、ニップ部に向けて搬送される記録媒体Ｐを案内するガイド板３５（入口ガイド板）が配設されている。また、ニップ部の出口側には、ニップ部から送出される記録媒体Ｐを案内するガイド板３７（出口ガイド板）が配設されている。双方のガイド板３５、３７は、いずれも、定着装置２０の側板４３に固設されている。

最後に、上述のように構成された定着装置２０の動作について簡単に説明する。
装置本体１の電源スイッチが投入されると、電源５０から電極５１を介して抵抗発熱体２３に電力が供給されるとともに、加圧ローラ３１の図２中の矢印方向の回転駆動が開始される。これにより、加圧ローラ３１との摩擦力によって、定着ベルト２１も図２中の矢印方向に従動（回転）する。
その後、給紙部１２〜１４から記録媒体Ｐが給送されて、作像部４にて記録媒体Ｐ上に未定着画像が担持される。未定着画像Ｔ（トナー像）が担持された記録媒体Ｐは、ガイド板３５に案内されながら図２の矢印Ｙ１０方向に搬送されて、圧接状態にある定着ベルト２１及び加圧ローラ３１のニップ部に送入される。
そして、抵抗発熱体２３によって加熱された定着ベルト２１による加熱と、当接部材２２（定着ベルト２１）及び加圧ローラ３１の押圧力とによって、記録媒体Ｐの表面にトナー像Ｔが定着される。その後、ニップ部から送出された記録媒体Ｐは、矢印Ｙ１１方向に搬送される。

以上説明したように、本実施の形態１においては、無端状の定着ベルト２１（定着部材）の内周面側に、定着ベルト２１の内周面に対して圧接しないように抵抗発熱体２３を固設している。これにより、定着装置のウォームアップ時間やファーストプリント時間が短くなる。さらに、装置を高速化した場合であっても、定着不良や、定着ベルト２１及び抵抗発熱体２３の磨耗・破損、等の不具合が生じるのを抑止することができる。

なお、本実施の形態１では、加圧部材として加圧ローラ３１を用いた定着装置に対して本発明を適用したが、加圧部材として加圧ベルトや加圧パッドを用いた定着装置に対しても本発明を適用することができる。そして、その場合にも、本実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態１では、定着部材として複層構造の定着ベルト２１を用いたが、定着部材としてポリイミド、ポリアミド、フッ素樹脂、金属等からなる無端状の定着フィルムを用いることもできる。そして、その場合にも、本実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態２．
図４及び図５にて、この発明の実施の形態２について詳細に説明する。
図４は、実施の形態２における定着装置を示す構成図であって、前記実施の形態１における図２に相当する図である。図５は、実施の形態２における定着装置を幅方向にみた図であって、前記実施の形態１における図３に相当する図である。
本実施の形態２における定着装置は、金属熱伝導体２４、補強部材２５、断熱部材２７を設けている点と、ニップ部の形状を略平面としている点と、が前記実施の形態１のものとは相違する。

図２及び図３を参照して、本実施の形態２における定着装置２０は、定着ベルト２１（定着部材）、金属熱伝導体２４、抵抗発熱体２３、補強部材２５、断熱部材２７、加圧ローラ３１（加圧部材）、等で構成されている。
金属熱伝導体２４は、略パイプ状に形成され、定着ベルト２１の内周面側に固設されている。金属熱伝導体２４は、定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１に当接してニップ部を形成している。金属熱伝導体２４は、アルミニウム、銅、鉄等の熱伝導性を有する金属材料で形成されている。

また、金属熱伝導体２４の表面（定着ベルト２１側の表面である。）には、絶縁層（不図示である。）を介して抵抗発熱体２３が貼着されている。抵抗発熱体２３の材料としては、前記実施の形態１で挙げたものの他に、カーボンブラックを含有するものや、発熱パターンを打ち抜いた金属薄膜抵抗体、等を用いることもできる。また、図５を参照して、金属熱伝導体２４は、その幅方向両端部が定着装置２０の側板４３に保持部材４１を介して固定支持されている。さらに、抵抗発熱体２３の幅方向両端には、電極５１を介して電源５０が接続されている。

このような構成により、電源５０から抵抗発熱体２３への給電がおこなわれて、抵抗発熱体２３に電流が流れると、抵抗発熱体２３自身の電気抵抗によって抵抗発熱体２３が昇温する。さらに、加熱された抵抗発熱体２３によって金属熱伝導体２４が加熱され、抵抗発熱体２３及び金属熱伝導体２４の輻射熱によって定着ベルト２１が加熱されることになる。すなわち、本実施の形態２では、抵抗発熱体２３及び金属熱伝導体２４によって定着ベルト２１がニップ部も含めて周方向にわたって全体的に加熱されて、加熱された定着ベルト２１の表面から記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔに熱が加えられる。
このように、本実施の形態１では、抵抗発熱体２３の内周面側に金属熱伝導体２４が設けられているために、抵抗発熱体２３の幅方向や周方向の温度ムラが小さくなって、定着ベルト２１の温度が安定化する。特に、小サイズ紙が連続的に通紙された場合等であっても、抵抗発熱体２３から金属熱伝導体２４への熱移動があるために、定着ベルト２１の幅方向両端部が過昇温する不具合が抑止される。

ここで、本実施の形態２においても、抵抗発熱体２３が、定着ベルト２１の内周面に対して圧接しないように配設されている。これにより、抵抗発熱体２３と定着ベルト２１とが摺接して定着ベルト２１が大きく磨耗する不具合を抑止するとともに、定着ベルト２１を効率的に加熱することができる。
なお、本実施の形態２では、ニップ部においても金属熱伝導体２４によって定着ベルト２１を積極的に加熱しているために、定着ベルト２１に弾性層を設けなくてもよい。すなわち、ニップ部においても定着ベルト２１を積極的に加熱しているために、ニップ部におけるニップ量（ニップ幅）が比較的小さくても、定着不良の発生を抑止することができる。

ここで、本実施の形態１では、ニップ部における金属熱伝導体２４の強度を補強する補強部材２５が、定着ベルト２１の内周面側に固設されている。図示は省略するが、補強部材２５は、幅方向の長さが金属熱伝導体２４と同等になるように形成されていて、その幅方向両端部が定着装置２０の側板４３に固定支持されている。そして、補強部材２５が金属熱伝導体２４及び定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１に当接することで、ニップ部において金属熱伝導体２４が加圧ローラ３１の加圧力を受けて大きく変形する不具合を抑止している。

すなわち、補強部材２５を設けない場合には、金属熱伝導体２４が加圧ローラ３１から加圧力を受けて撓んでしまうことが考えられる（幅方向両端部にかかる加圧力によって幅方向中央部が大きく撓む。）。特に、定着ベルト２１の加熱効率を向上させるために金属熱伝導体２４を薄肉化した場合には、その不具合が顕著になる。
ところが、本実施の形態１では、金属熱伝導体２４の変形を制限する位置に補強部材２５が設置されているために、金属熱伝導体２４を薄肉化した場合であっても、金属熱伝導体２４の撓みを軽減することができる。これにより、金属熱伝導体２４が撓んで定着ベルト２１の内周面が強くこすれる不具合や、金属熱伝導体２４が撓んで定着ベルト２１の駆動トルクが増加する不具合等が抑止される。
なお、補強部材２５は、上述した機能を満足するために、ステンレスや鉄等の機械的強度が高い金属材料で形成することが好ましい。さらには、加圧ローラ３１による加圧方向に沿って横長の断面を有するように補強部材２５を形成することで、断面係数が大きくなって補強部材２５の機械的強度を高めることができる。

また、本実施の形態２では、前記実施の形態１のものとは異なり、ニップ部が略平面に形成されている。すなわち、金属熱伝導体２４の対向面（加圧ローラ３１に対向する面である。）が平面形状になるように形成している。これにより、ニップ部の形状が記録媒体Ｐの画像面に対して略平行になって、定着ベルト２１と記録媒体Ｐとの密着性が高まるために定着性が向上する。さらに、ニップ部の出口側における定着ベルト２１の曲率が大きくなるために、ニップ部から送出された記録媒体Ｐを定着ベルト２１から容易に分離することができる。

また、本実施の形態２では、図４に示すように、金属熱伝導体２４と補強部材２５との間に断熱部材２７を設置している。断熱部材２７の材料としては、発泡シリコーンや耐熱フェルト等を用いることができる。
これにより、ニップ部において金属熱伝導体２４の熱が補強部材２５に伝わって定着ベルト２１に対する加熱効率が低下して定着不良が生じる不具合を抑止することできる。

以上説明したように、本実施の形態２においても、前記実施の形態１と同様に、無端状の定着ベルト２１の内周面側に、定着ベルト２１の内周面に対して圧接しないように抵抗発熱体２３を固設している。これにより、定着装置のウォームアップ時間やファーストプリント時間が短くなる。さらに、装置を高速化した場合であっても、定着不良や、定着ベルト２１及び抵抗発熱体２３の磨耗・破損、等の不具合が生じるのを抑止することができる。

なお、本実施の形態２において、金属熱伝導体２４と抵抗発熱体２３との間に断熱層を設けることもできる。その場合には、抵抗発熱体２３から金属熱伝導体２４に移動する熱が軽減されて、その分の熱が定着ベルト２１を直接的に加熱する熱として利用されることになる。したがって、定着ベルト２１の昇温効率が向上することになる。

実施の形態３．
図６にて、この発明の実施の形態３について詳細に説明する。
図６は、実施の形態３における定着装置を示す構成図であって、前記実施の形態１における図２に相当する図である。本実施の形態３における定着装置は、金属熱伝導体２４、当接部材２２と金属熱伝導体２４との間に間隙を設けている点が、前記実施の形態２のものとは相違する。

図６に示すように、本実施の形態３における定着装置２０も、前記実施の形態２のものと同様に、定着ベルト２１、金属熱伝導体２４、抵抗発熱体２３、補強部材２５、当接部材２２、加圧ローラ３１、等で構成されている。
当接部材２２は、断熱材料で形成されるか、又は、その表面（定着ベルト２１に当接する対向面である。）に断熱層が形成されていて、断熱部材２７としても機能する。これにより、定着ベルト２１の熱が当接部材２２に移動して定着ベルト２１の加熱効率が低下する不具合が抑止される。

ここで、本実施の形態３における定着装置２０は、前記実施の形態２のものとは異なり、当接部材２２と金属熱伝導体２４とを離間して設置している。すなわち、当接部材２２と金属熱伝導体２４とを接触させることなく、双方の部材２２、２４間に充分なギャップを設けている。
これにより、双方の部材２２、２４間の空気層が断熱層として機能して、金属熱伝導体２４の熱が当接部材２２に伝わって定着ベルト２１の加熱効率が低下する不具合を抑止することできる。すなわち、当接部材２２に伝わる分の熱が定着ベルト２１に伝わるために、抵抗発熱体２３及び金属熱伝導体２４によって定着ベルト２１のほぼ全域（ニップ部を除く領域である。）が効率よく加熱される。

このように、本実施の形態３では、抵抗発熱体２３及び金属熱伝導体２４が定着ベルト２１を積極的に加熱して、当接部材２２が定着ベルト２１を積極的に加熱しないように構成している。したがって、定着ベルト２１は、ニップ部に達するまでに抵抗発熱体２３及び金属熱伝導体２４によって充分に加熱されて、定着可能な温度に達する。一方、ニップ部では積極的な熱供給がないので、定着ベルト２１の熱量は記録媒体Ｐ上の未定着画像に与えられて（トナーを溶融・定着させるエネルギーに使用されて）、定着ベルト２１の温度が下がることになる。このとき、定着ベルト２１と画像面との界面の温度が定着温度よりも低い温度になった状態で、記録媒体Ｐはニップ部から送出される。したがって、トナーの粘着力が低下した状態で、記録媒体Ｐは定着ベルト２１から良好に分離されることになる。すなわち、当接部材２２が定着ベルト２１を積極的に加熱しないように構成することで、ニップ部から送出される記録媒体Ｐの分離性が向上する。

以上説明したように、本実施の形態３においても、前記各実施の形態と同様に、無端状の定着ベルト２１の内周面側に、定着ベルト２１の内周面に対して圧接しないように抵抗発熱体２３を固設している。これにより、定着装置のウォームアップ時間やファーストプリント時間が短くなる。さらに、装置を高速化した場合であっても、定着不良や、定着ベルト２１及び抵抗発熱体２３の磨耗・破損、等の不具合が生じるのを抑止することができる。

実施の形態４．
図７にて、この発明の実施の形態４について詳細に説明する。
図７は、実施の形態４における定着装置の抵抗発熱体を幅方向にみた図である。本実施の形態４における定着装置は、抵抗発熱体２３Ａ、２３Ｂが幅方向に複数設けられている点が、前記実施の形態２のものとは相違する。

本実施の形態４における定着装置２０も、前記実施の形態２のものと同様に、定着ベルト２１、金属熱伝導体２４、抵抗発熱体２３Ａ、２３Ｂ、加圧ローラ３１、等で構成されている。図示は省略するが、本実施の形態４においても、抵抗発熱体２３Ａ、２３Ｂが定着ベルト２１の内周面に対して圧接しないように配設されている。

ここで、本実施の形態４における抵抗発熱体は、定着ベルト２１における幅方向の発熱分布を可変するように設置された複数の抵抗発熱体２３Ａ、２３Ｂである。具体的には、幅方向中央部と幅方向両端部とに、それぞれ、抵抗発熱体２３Ａ、２３Ｂを設置している。複数の抵抗発熱体２３Ａ、２３Ｂの幅方向両端部には、それぞれ、電極５１を介して電源５０Ａ、５０Ｂが接続されている。また、図示は省略するが、電源５０Ａ、５０Ｂを有する回路のすべてにスイッチが接続されている。

そして、通常時には、すべての電源５０Ａ、５０Ｂのスイッチが接続されて、定着ベルト２１（抵抗発熱体２３Ａ）の幅方向全域を加熱する。これに対して、幅方向のサイズが小さな記録媒体Ｐ（小サイズ紙）が通紙されるときには、幅方向中央部の抵抗発熱体２３Ａに対応した電源５０Ａのスイッチのみを接続して、定着ベルト２１の幅方向中央部のみ（抵抗発熱体２３Ａ）を加熱する。これにより、小サイズ紙が連続的に通紙された場合であっても、定着ベルト２１の幅方向両端部が過昇温する不具合を抑止することができる。

以上説明したように、本実施の形態４においても、前記各実施の形態と同様に、無端状の定着ベルト２１の内周面側に、定着ベルト２１の内周面に対して圧接しないように抵抗発熱体２３Ａ、２３Ｂを固設している。これにより、定着装置のウォームアップ時間やファーストプリント時間が短くなる。さらに、装置を高速化した場合であっても、定着不良や、定着ベルト２１及び抵抗発熱体２３Ａ、２３Ｂの磨耗・破損、等の不具合が生じるのを抑止することができる。

実施の形態５．
図８にて、この発明の実施の形態５について詳細に説明する。
図８は、実施の形態５における定着装置を示す構成図であって、前記実施の形態１における図２に相当する図である。本実施の形態５における定着装置は、抵抗発熱体２３が周方向全域に設けられている点が、抵抗発熱体２３がニップ部を除く範囲に設けられている前記実施の形態１のものとは相違する。

本実施の形態５における定着装置２０も、前記実施の形態１のものと同様に、定着ベルト２１、抵抗発熱体２３、加圧ローラ３１、等で構成されている。また、抵抗発熱体２３が、ニップ部を除く位置で、定着ベルト２１の内周面に対して圧接しないように配設されている。

ここで、本実施の形態５では、ニップ部を形成する当接部材として、第２の抵抗発熱体２３ａが設けられている。本実施の形態５における第２の抵抗発熱体２３ａは、抵抗発熱体２３と同一材料で形成されていて、抵抗発熱体２３と一体的に形成されている。さらに、第２の抵抗発熱体２３ａは、その表面（定着ベルト２１の側の対向面である。）に絶縁層２７が設けられている。

このように、本実施の形態５では、抵抗発熱体２３及び第２の抵抗発熱体２３ａによって定着ベルト２１がニップ部も含めて周方向にわたって全体的に加熱されるために、定着ベルト２１の加熱効率が向上する。
また、本実施の形態５では、第２の抵抗発熱体２３ａと定着ベルト２１との間に絶縁層２７が設けられているために、定着ベルト２１の基材（内周面）が金属材料で形成されているときであっても、ニップ部の圧接力によって双方の部材２１、２３ａ間で短絡（リーク）が生じる不具合が抑止される。

以上説明したように、本実施の形態５においても、前記各実施の形態と同様に、無端状の定着ベルト２１の内周面側に、定着ベルト２１の内周面に対して圧接しないように抵抗発熱体２３を固設している。これにより、定着装置のウォームアップ時間やファーストプリント時間が短くなる。さらに、装置を高速化した場合であっても、定着不良や、定着ベルト２１及び抵抗発熱体２３の磨耗・破損、等の不具合が生じるのを抑止することができる。

なお、本発明が前記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、前記各実施の形態の中で示唆した以外にも、前記各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、前記構成部材の数、位置、形状等は前記各実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。

この発明の実施の形態１における画像形成装置を示す全体構成図である。 図１の画像形成装置に設置された定着装置を示す構成図である。 図２の定着装置を幅方向にみた図である。 この発明の実施の形態２における定着装置を示す構成図である。 図４の定着装置を幅方向にみた図である。 この発明の実施の形態３における定着装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態４における定着装置の抵抗発熱体を幅方向にみた図である。 この発明の実施の形態５における定着装置を示す構成図である。

符号の説明

１ 画像形成装置本体（装置本体）、
２０ 定着装置、
２１ 定着ベルト（定着部材）、
２２ 当接部材、
２３ 抵抗発熱体、
２３ａ 第２の抵抗発熱体、
２４ 金属熱伝導体、
２５ 補強部材、
２７ 断熱部材（断熱層）、
３１ 加圧ローラ（加圧部材）、
４０ 温度センサ、 Ｐ 記録媒体。

Claims (5)

1. 所定方向に走行してトナー像を加熱して溶融するとともに、可撓性を有する無端状の定着部材と、
   前記定着部材の内周面側に固設されるとともに、当該定着部材を介して加圧部材に当接して記録媒体が搬送されるニップ部を形成する当接部材と、
   前記定着部材の内周面側に固設されて当該定着部材を加熱する抵抗発熱体と、
   を備え、
   前記抵抗発熱体は、略パイプ状に形成されて、前記定着部材の内周面に対してニップ部を除く範囲全域で対向するように配設されるとともに、周方向において前記ニップ部に近い部分が前記定着部材の内周面に対して所定圧力以下で接触するように配設され、
   前記当接部材は、前記定着部材の側に絶縁層を具備した第２の抵抗発熱体であって、前記抵抗発熱体と一体的に形成されたことを特徴とする定着装置。
2. 前記抵抗発熱体は、所定のキューリー点を有することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記抵抗発熱体は、前記定着部材における幅方向の発熱分布を可変するように設置された複数の抵抗発熱体であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
4. 前記定着部材は、定着ベルト又は定着フィルムであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の定着装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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