JP5515906B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置及び該定着装置を備える電子写真方式、静電記録方式等を利用したＦＡＸ、プリンタ、複写機またはそれらの複合機等の画像形成装置に関するものである。

複写機、プリンタ等の画像形成装置として、電子写真方式を利用した画像形成装置が種々考案されており公知技術となっている。その画像形成プロセスは、像担持体である感光ドラムの表面に静電潜像を形成し、感光ドラム上の静電潜像を現像剤であるトナー等によって現像して可視像化し、現像された画像を転写装置により記録紙に転写して画像を担持させ、圧力や熱等を用いる定着装置によって記録紙上のトナー画像を定着する過程により成立している。

この定着装置では、対向するローラもしくはベルトもしくはそれらの組み合わせにより構成された定着部材及び加圧部材が当接してニップ部を形成するように配置されており、該ニップ部に記録紙を挟みこみ、熱および圧力を加え、トナー像を記録紙上に定着することを行っている。

定着装置の一例を挙げると、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）２０４、定着ベルト２０４を張架・支持する複数のローラ部材、複数のローラ部材２０２，２０３のうち１つのローラ部材２０２に内設されたヒータ２０１、加圧ローラ（加圧部材）２０５、等で構成されている（図１２）。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（ベルト定着方式）。

また、上述した画像形成装置に用いられる定着装置において、回転体である定着部材の内面に摺接する固定部材を有している定着装置がある。例えば、特許文献２では、発熱体としてのセラミックヒータ２１１と、加圧部材としての加圧ローラ２１２との間に耐熱性フィルム（定着フィルム）２１３を挟ませて定着ニップ部Ｎを形成させ、定着ニップ部Ｎのフィルム２１３と加圧ローラ２１２との間に画像定着すべき未定着トナー画像を形成担持させた被記録材を導入して、フィルム２１３と一緒に挟持搬送させることで、ニップ部Ｎにおいてセラミックヒータ２１１の熱がフィルム２１３を介して被記録材に与えられ、また定着ニップ部Ｎの加圧力にて未定着トナー画像を被記録材面に熱圧定着させるフィルム加熱方式の定着装置が開示されている（図１３）。

このフィルム加熱方式の定着装置は、セラミックヒータ及びフィルムとして低熱容量の部材を用いてオンデマンドタイプの装置を構成することができるとともに、画像形成装置の画像形成実行時のみ熱源としてのセラミックヒータに通電して所定の定着温度に発熱させた状態にすればよく、画像形成装置の電源オンから画像形成実行可能状態までの待ち時間が短く（クイックスタート性）、スタンバイ時の消費電力も大幅に小さい（省電力）等の利点がある。

また、特許文献３，４では、表面が弾性変形する回転可能な加熱定着ロールと、加熱定着ロールに接触したまま走行可能なエンドレスベルト（加圧ベルト）と、エンドレスベルトの内側に非回転状態で配置されて、エンドレスベルトを加熱定着ロールに圧接させ、エンドレスベルトと加熱定着ロールとの間に記録紙が通過させられるベルトニップを設けると共に、加熱定着ロールの表面を弾性変形させる加圧パッドとを具備してなる加圧ベルト方式の画像定着装置が提案されている。この定着方式によれば、下の加圧部材をベルトにし、用紙とロールの接触面積を広げることで熱伝導効率を大幅に向上させ、エネルギー消費を抑制すると同時に小型化を実現することが可能となっている。

しかしながら、上述した特許文献１記載の定着装置は、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記載の定着装置は、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、特許文献２記載の定着装置では、耐久性の問題と、ベルト温度安定性の問題があった。すなわち、熱源であるセラミックヒータとベルト内面の摺動による耐磨耗性が不十分であり、長時間運転すると連続摩擦を繰り返す面が荒れて摩擦抵抗が増大し、ベルトの走行が不安定になる、もしくは定着装置の駆動トルクが増大する等の現象が生じ、その結果、画像を形成する転写紙のスリップが生じ画像のずれが生じる、または駆動ギヤに係る応力が増大し、ギヤの破損を引き起こすという不具合が発生した（課題１）。

また、フィルム加熱方式の定着装置では、ベルトをニップ部で局所的に加熱しているため回転するベルトがニップ入り口に戻ってくる際に、ベルト温度は最も冷えた状態になり、（特に高速回転を行うと）定着不良が出やすいという問題があった（課題２）。

一方、特許文献３では、圧力パッドの表層に低摩擦シート（シート状摺動材）としてＰＴＦＥを含浸させたガラス繊維シート（ＰＴＦＥ含浸ガラスクロス）を用い、ベルト内面と固定部材の摺動性の問題を改善する手段が開示されている。しかし、このような加圧ベルト方式の定着装置（特許文献３，４）では、定着ローラの熱容量が大きく、昇温が遅いため、ウォームアップにかかる時間が長いという問題があった（課題３）。

以上のような課題１〜３に対して、特許文献５では、無端状の定着ベルトの内周側に配置される略パイプ状の対向部材（金属熱伝導体）と、対向部材の内周側に配置され該対向部材を加熱するセラミックヒータ等の抵抗発熱体とを設けることにより、定着ベルト全体を温めることを可能にし、ウォームアップ時間やファーストプリント時間を短縮することができ、かつ高速回転時の熱量不足を解消することのできる定着装置が提案されている。

ところで、定着部材を加熱する手段としての発熱体が、定着部材全体を均一に温めるのではなく、その一部を局所的に温める構成の定着装置においては、発熱体が定着部材を温めている相当位置において、発熱体を支持している発熱体支持部材や定着部材の回転を案内する回転支持部材が熱により変形することがあり、これにより、定着部材を所望の位置（発熱体や回転支持部材とのギャップ）で回転させることができないという問題があった。

そこで本発明は、ベルト支持部材を備えることにより、熱変形が生じた場合においても、定着部材を当該変形に追従させて、定着装置が過昇温状態となることを防止することができる定着装置および画像形成装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、請求項１に記載の定着装置は、回転する無端状ベルトの定着部材と、定着部材の外周面と当接する加圧部材と、定着部材の内周側に配置され、該定着部材を介して加圧部材と当接してニップ部を形成する当接部材と、定着部材の周方向の所定領域において該定着部材の軸方向略全域に亘り設けられて該所定領域を加熱する加熱機構部と、定着部材の内周側の加熱機構部が定着部材を加熱する所定領域に対し、定着部材の回転軸中心を挟んだ略反対側であって、定着部材の軸方向における最大通紙領域の外側にそれぞれ配置され、当該定着装置の冷間時には定着部材に接触しておらず、立ち上げ終了時に該定着部材に接触してその回転を支持するベルト支持部材と、を備えるものである。

また、請求項２に記載の定着装置は、回転する無端状ベルトの定着部材と、定着部材の外周面と当接する加圧部材と、定着部材の内周側に配置され、該定着部材を介して加圧部材と当接してニップ部を形成する当接部材と、定着部材の周方向の所定領域において該定着部材の軸方向略全域に亘り設けられて該所定領域を加熱する加熱機構部と、定着部材の内周側の加熱機構部が前記定着部材を加熱する所定領域に対し、定着部材の回転軸中心を挟んだ略反対側であって、定着部材の軸方向における最大通紙領域の外側にそれぞれ配置され、少なくとも当該定着装置の立ち上げ終了時に定着部材に接触して該定着部材との接触面圧が変化することを抑制しながらその回転を支持するベルト支持部材と、を備えるものである。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の定着装置において、ベルト支持部材は、弾性部材を介して定着部材の内周面に当接可能に構成されている。

また、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の定着装置において、ベルト支持部材は、定着部材の内周面に当接可能に構成された弾性回転体である。

また、請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の定着装置において、ベルト支持部材は、回転して任意の頂上位置で定着部材の内周面に当接可能に構成された円板カム部材である。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の定着装置において、加熱機構部は、定着部材の内周側に配置され、定着部材の所定領域を加熱する面状発熱体と、定着部材の内周側に配置され、面状発熱体を定着部材とは反対側から支持する発熱体支持部材と、からなるものである。

また、請求項７に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の定着装置において、加熱機構部は、定着部材の内周側に配置され、定着部材と当接して該定着部材を加熱する加熱部材と、加熱部材の所定領域を加熱する加熱手段と、からなるものである。

また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の定着装置において、加熱手段は、面状発熱体またはハロゲンヒータであるものである。

また、請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれかに記載の定着装置において、ベルト支持部材は、定着部材の両端部側に配置されるフランジ部材に設けられるものである。

また、請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９のいずれかに記載の定着装置において、ベルト支持部材は、定着部材との接触面に摺動層を有するものである。

また、請求項１１に記載の画像形成装置は、請求項１〜１０のいずれかに記載の定着装置を備えるものである。

本発明によれば、定着装置が過昇温状態となることを防止することができる。

本発明に係る定着装置の前提となる参考例の構成を示す断面図である。 定着部材における軸方向、周方向を示す概略図である。 発熱シートの構成を示す断面図である。 本発明に係る定着装置の第１の実施形態を示す断面図である。 発熱体支持部材の熱膨張を説明する模式図である。 本発明に係る定着装置の第２の実施形態を示す断面図である。 本発明に係る定着装置の第３の実施形態を示す断面図である。 本発明に係る定着装置の第４の実施形態を示す断面図である。 本発明に係る定着装置の第５の実施形態を示す断面図である。 加熱パイプを用いた場合のベルト支持部材の構成例を示す図である。 本発明に係る画像形成装置の構成を示す断面図である。 従来のベルト定着方式の定着装置を示す概略構成図である。 従来のフィルム加熱方式の定着装置を示す概略構成図である。

以下、本発明に係る構成を図１から図１１に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。

（定着装置の構成）
まず、本発明に係る定着装置の前提となる参考例について説明する。図１は、本発明に係る定着装置の前提となる参考例の構成を示す断面図である。

図１に示すように、定着装置５０は、回転する無端状ベルトからなる定着部材（定着スリーブ２１（定着回転体ともいう））と、定着部材の外周面と当接する加圧部材（加圧ローラ３１（加圧回転体ともいう））と、定着部材の内周側に配置され、該定着部材を介して加圧部材と当接してニップ部を形成する当接部材（当接部材２６）と、定着部材の内周側に該定着部材と当接または近接して配置され、定着部材を直接または間接的に加熱する面状発熱体（面状発熱体２２）と、定着部材の内周側に該定着部材との間に面状発熱体を挟むように配置され、該面状発熱体を所定位置で支持する発熱体支持部材（発熱体支持部材２３）と、を備える。なお、図１では、面状発熱体２２が定着スリーブ２１の内周面と当接し、直接加熱する構成となっている。

ここで、定着スリーブ２１は、軸方向が通紙される記録媒体Ｐの幅に対応する長さを有し、可撓性を有するパイプ形状の無端状ベルトであり、例えば厚さが３０〜５０μｍの金属材料からなる基材上に少なくとも離型層を形成したものであって、外径が３０ｍｍになっている。なお以降、図２（ａ）に示すように、定着スリーブ２１のパイプ長手方向を軸方向と、図２（ｂ）に示すように、定着スリーブ２１のパイプ円周方向を周方向と称する。

定着スリーブ２１の基材を形成する材料としては、鉄、コバルト、ニッケル、又はこれらの合金等の伝熱性のよい金属材料を用いることができる。

定着スリーブ２１の離型層は、ＰＦＡ等のフッ素化合物をチューブ状に被覆したものであって、その厚さは５０μｍになっている。離型層は、記録媒体Ｐ上のトナー像（トナー）Ｔが直接的に接する定着スリーブ２１表面のトナー離型性を高めるためのものである。

加圧ローラ３１は、アルミニウム、銅等の金属材料からなる芯金上に、シリコーンゴム（ソリッドゴム）等の耐熱性弾性層、離型層が順次形成されたものであって、外径が３０ｍｍになっている。弾性層は、肉厚が２ｍｍとなるように形成されている。離型層は、ＰＦＡチューブを被覆したものであって、厚さが５０μｍになるように形成されている。また、芯金内には必要に応じてハロゲンヒータなどの発熱体を内蔵してもよい。また、加圧ローラ３１は、加圧手段（不図示）により定着スリーブ２１を介して当接部材２６に圧接され、その圧接部が定着スリーブ２１側が凹んだニップ部を形成している。そして、このニップ部に、記録媒体Ｐが搬送されることになる。

また、加圧ローラ３１は、定着スリーブ２１に圧接した状態で不図示の駆動機構により回転駆動され（図１において時計回り方向に回転）、この加圧ローラ３１の回転に伴って定着スリーブ２１が回転することになる（図１において反時計回り方向に回転）。

当接部材２６は、定着スリーブ２１の軸方向に長さを有し、少なくとも定着スリーブ２１を介して加圧ローラ３１と圧接する部分がフッ素系ゴムなどの耐熱性を有する弾性体からなるものであり、コア保持部材２８により定着スリーブ２１の内周側の所定位置に保持された状態で固定されている。また、当接部分２６の定着スリーブ２１の内周面と接する部分はテフロン（登録商標）シートなどの摺動性及び耐磨耗性の優れた材料からなるものとするとよい。

コア保持部材２８は、金属などの板材が板金加工されてなり、定着スリーブ２１の軸方向の長さに対応する長さを有し断面がＨ型形状の剛性部材であり、定着スリーブ２１の内周側の略中心部分に配置されるものである。

またコア保持部材２８は、定着スリーブ２１の内周側に配置される種々の部材を所定位置に保持するものであり、例えばコア保持部材２８のＨ型の一方（加圧ローラ３１に対向する側）のくぼんだ部分に当接部材２６を収納保持し、当接部材２６が加圧ローラ３１により加圧されても大きく変形しないようにニップ部とは反対面側から支持している。また、コア保持部材２８は、当接部材２６を該コア保持部材２８から加圧ローラ３１側に少し突出するように保持しており、ニップ部でコア保持部材２８が定着スリーブ２１に接触しないように配置されている。

また、コア保持部材２８のＨ型の他方（加圧ローラ３１側とは反対側）のくぼんだ部分に、定着スリーブ２１の軸方向の長さに対応する長さを有し断面がＴ字型形状の端子台ステイ２４及び端子台ステイ２４上に延設され外部からの電力を供給する給電線２５を収納保持している。さらに、コア保持部材２８のＨ型の外面に発熱体支持部材２３を保持している。図１では、定着スリーブ２１の下方半周分（ニップ部の入側半周分）の領域で発熱体支持部材２３を保持している。ここで、発熱体支持部材２３とコア保持部材２８とは、発熱体支持部材２３側からコア保持部材２８側への伝熱を防止するために、非接着とされている。

発熱体支持部材２３は、面状発熱体２２を定着スリーブ２１の内周面と当接させて配置するために該面状発熱体２２を支持するものである。そのため、発熱体支持部材２３は、断面形状を円形とした定着スリーブ２１の内周面に沿った所定の弧の長さの外周面を有している。

また、発熱体支持部材２３は、面状発熱体２２の発熱に耐えるだけの耐熱性と、回転走行する定着スリーブ２１が面状発熱体２２に接触した際に変形することなく面状発熱体２２を支持するだけの強度と、面状発熱体２２の熱をコア保持部材２８側に伝えずに、定着スリーブ２１側に伝えるようにする断熱性と、を有することが好ましく、例えばポリイミド樹脂の発泡成形体であることが好ましい。また、このポリイミド樹脂の発泡体の内部に補助的にソリッドの樹脂部材を設けて剛性を向上させるようにしてもよい。

面状発熱体２２は、図３に示すように、絶縁性を有する基層２２ａ上に、耐熱性樹脂中に導電性粒子が分散されてなる抵抗発熱層２２ｂと、該抵抗発熱層２２ｂに電力を供給する電極層２２ｃと、が形成され、定着スリーブ２１の軸方向、周方向に対応して所定の幅及び長さをもち可撓性を示す発熱シート２２ｓを有する。また、基層２２ａ上には、抵抗発熱層２２ｂと隣接する別の給電系統の電極層２２ｃとの間や発熱シート２２ｓの縁部分と外部との間を絶縁する絶縁層２２ｄが設けられている。なお、面状発熱体２２は、発熱シート２２ｓの端部で電極層２２ｃに接続され、給電線２５から供給される電力を該電極層２２ｃに供給する電極端子２２ｅ（不図示）を備える。

また、発熱シート２２ｓの厚さは０．１〜１ｍｍ程度であり、少なくとも発熱体支持部材２３の外周面に沿って巻きつけることができる程度の可撓性を有している。

ここで、基層２２ａは、ＰＥＴまたはポリイミド樹脂などのある程度の耐熱性を有する樹脂からなる薄膜の弾性体フィルムであり、このうちポリイミド樹脂からなるフィルム部材であることが好ましい。これにより、耐熱性と、絶縁性と、ある程度の柔軟性（可撓性）を備える。

抵抗発熱層２２ｂは、ポリイミド樹脂などの耐熱性樹脂中にカーボン粒子や金属粒子などの導電性粒子が均一に分散してなる導電性を有する薄膜であり、通電されると内部抵抗によりジュール熱として発熱する構成となっている。このような抵抗発熱層２２ｂは、ポリイミド樹脂などの耐熱性樹脂の前駆体中にカーボン粒子や金属粒子などの導電性粒子を分散させた塗料を基層２２ａ上に塗布して成膜するとよい。

また、抵抗発熱層２２ｂは、基層２２ａ上にまずカーボン粒子や金属粒子からなる薄膜の導電層が形成され、ついでその導電層上にポリイミド樹脂などの耐熱性樹脂からなる絶縁性薄膜を積層して一体化したものであってもよい。

なお、抵抗発熱層２２ｂに使用するカーボン粒子は、通常のカーボンブラック粉末でもよいが、カーボンナノファイバ、カーボンナノチューブ、カーボンマイクロコイルの少なくともいずれかからなるカーボンナノ粒子であってもよい。

また、金属粒子は、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉなどからなる粒子であり、その形状は粒状であってもよいし、フィラメント状であってもよい。

絶縁層２２ｄは、ポリイミド樹脂などの基層２２ａと同じ耐熱性樹脂からなる絶縁材料を塗布により形成するとよい。

電極層２２ｃは、導電性インクやＡｇなどの導電性ペーストなどを塗布して形成したものでもよいし、金属箔や金属網などを接着して形成したものであってもよい。

面状発熱体２２を構成する発熱シート２２ｓは、厚みの薄いシートであることから熱容量が小さく、急速な加熱が可能であり、その発熱量は抵抗発熱層２２ｂの体積抵抗率によって任意に設定できる。すなわち、抵抗発熱層２２ｂを構成する導電性粒子の構成材料、形状、大きさ、分散量などにより発熱量を調整することが可能であり、例えば単位面積当りの発熱量３５Ｗ／ｃｍ^２で、総電力１２００Ｗ程度の出力が得られる面状発熱体２２の実現が可能である。この場合、発熱シート２２ｓは、例えば幅（軸方向）２０ｃｍ、長さ（周方向）２ｃｍ程度のサイズとなる。

また、面状発熱体としてステンレスなどの金属フィラメントからなるものを用いた場合、フィラメントの存在により面状発熱体の表面には凹凸が生じていることから、定着スリーブ２１の内周面と摺動させると、表面が容易に磨耗してしまうが、発熱シート２２ｓは前述のように表面に凹凸がなく平坦であることから、定着スリーブ２１の内周面との摺動に対して優れた耐久性を示す。またさらに、発熱シート２２ｓの抵抗発熱層２２ｂ表面にフッ素系樹脂をコーティングすると、定着スリーブ２１の内周面との接触に対する耐久性がさらに向上するので好ましい。

なお、発熱シート２２ｓの定着スリーブ２１内周面における配置領域としては、図１では、定着スリーブ２１の内周面のニップ部とは反対側の位置からニップ部手前までにかけて配置された構成が示されているが、これに限定されるものではない。

以上の構成により、定着装置５０は、省エネを図りつつウォームアップ時間やファーストプリント時間を短くすることができる。また、面状発熱体２２における発熱シート２２ｓは樹脂ベースのシートであるため、加圧ローラ３１の回転、振動に起因する応力が発熱シート２２ｓに繰り返し作用して、発熱シート２２ｓの屈曲が繰り返し行われても疲労破壊することがなく、長時間の運転が可能である。

（ベルト支持部材）
ここで、定着装置５０では、例えば、周辺環境が低温であって定着装置が冷えた状態の冷間時（朝の立ち上げ時等）から、発熱体支持部材２３によって保持された面状発熱体２２を加熱した際に、面状発熱体２２を保持する発熱体支持部材２３の面状発熱体２２と接する側の面と、これに対向する発熱体支持部材２３のコア保持部材２８と接する側の面とで温度差が生じることで熱膨張量偏差が発生する。

ここで、上述のように、発熱体支持部材２３とコア保持部材２８とは、非接着であるため、上記温度差により、発熱体支持部材２３が軸方向で両端部から中央にかけて面状発熱体側に凸状に変形することとなる（後述する図５参照）。これに対し、発明者らは、発熱体支持部材２３が面状発熱体側に凸状に変形すると、面状発熱体２２の軸方向熱変形に定着スリーブ２１が追従しきれずに過昇温状態となる、換言すれば、定着スリーブ２１と面状発熱体２２との接触状態が軸方向で不安定になり、定着スリーブ２１と離間し、接触状態の悪い部分において面状発熱体２２が過昇温となることで、各部材および定着装置の破損等に繋がり得ることを知見した。本発明は、この知見を基に成されたものである。

以下、本発明に係る定着装置の実施形態について説明する。図４は、本発明に係る定着装置の第１の実施形態における構成を示す断面図である。ここでは、定着スリーブ２１の軸方向端部における断面構成を示している。

本実施形態に係る定着装置２０は、回転する無端状ベルトの定着スリーブ２１と、定着スリーブ２１の外周面と当接する加圧ローラ３１と、定着スリーブ２１の内周側に配置され、該定着スリーブ２１を介して加圧ローラ３１と当接してニップ部を形成する当接部材２６と、定着スリーブ２１の周方向の所定領域を加熱する加熱機構部（面状発熱体２２，発熱体支持部材２３）と、定着スリーブ２１の内周側の加熱機構部が定着スリーブ２１を加熱する所定領域以外の領域に対応する位置であって、定着スリーブ２１の軸方向の両端部それぞれからある程度内側に入った位置において、当該定着装置２０の冷間時には定着スリーブ２１に接触しておらず、立ち上げ終了時に該定着スリーブ２１に接触してその回転を支持するベルト支持部材３２と、を備えるものである。

図５に、定着スリーブ２１を図４の左側からみた場合の模式図を示す。ベルト支持部材３２は、図５に示すように、定着スリーブ２１の内周面に、定着スリーブ２１の軸方向両端に設けられている。具体的には、軸方向の両端においてコア保持部材２８を支持するフランジ部材３５に、定着スリーブ２１の軸方向両端部から内側にかけて突出するように設けられている。また、本実施形態では、ベルト支持部材３２はコア保持部材２８上に設けられた支持部材３２ａと凸部３２ｂからなっているが、支持部材３２ａの形状は、特に限られるものではなく、少なくとも、凸部３２ｂが立ち上げ終了時に、定着スリーブ２１に接触してその回転を支持するものであればよい。

なお、部品点数の削減によるコストダウンが可能となるため、ベルト保持部材３２は、フランジ部材３５と一体成形することが好ましい。しかしながら、別部材として、フランジ部材３５に固設するものであっても良い。

本実施形態では両端のベルト支持部材３２の軸方向の幅は、２０ｍｍとしている。なお、ベルト支持部材３２の軸方向の幅を長くし、定着スリーブ２１の軸方向中央部まで設けると、摺動時の抵抗が増加し、トルクの上昇に繋がる。このため、ベルト支持部材３２は、冷間時に定着スリーブ２１に接触せず、立ち上げ終了時に定着スリーブ２１に接触し、かつ、摺動抵抗が増加しない範囲で、幅方向端部から所定の位置までの幅とすれば良い。

また、ベルト支持部材３２は、面状発熱体２２が定着スリーブ２１を加熱する領域（加熱領域）以外の領域に対応する位置に設けられる。特に、加熱領域に対し、定着スリーブ２１の回転軸中心を挟んで反対側に配置されることが好ましい。

また、記録媒体Ｐの通紙に影響を与えないよう、ベルト支持部材３２は、定着スリーブ２１における最大通紙領域よりも軸方向外側に配置されることが好ましい。

以下、ベルト支持部材３２の作用を説明する。定着装置２０の冷間時において、定着スリーブ２１の内周面とは非接触状態であって、例えば、０〜０．２ｍｍ程度のギャップが維持されている。冷間時における発熱体支持部材２３は、定着スリーブ２１の回転軸に対して平行な状態（図５中、符号２３ａで示す）。

ここで、定着装置２０の立ち上げると、発熱体支持部材２３は加熱により熱膨張し、立ち上げ終了時において、発熱体支持部材２３が軸方向中央において面状発熱体側に凸状に変形した状態となる（図５中、符号２３ｂで示す）。なお、立ち上げ終了後、駆動を継続すると、発熱体支持部材２３の凸状に膨張した部分は、発熱体支持部材２３全体に馴染み、全体として平坦に膨張した状態となる。

ここでベルト支持部材３２がない構成では、立ち上げ時において、定着スリーブ２１は、軸方向中央部が凸状に変形した発熱体支持部材２３（および面状発熱体２２）に併せて、中央部では追従するが、端部側では追従することはできず、発熱体支持部材２３（および面状発熱体２２）から離間してギャップの大きい状態となる。このような状態では、面状発熱体２２から定着スリーブ２１への熱伝導が少なくなり、面状発熱体２２が過昇温状態となってしまう。なお、立ち上げ終了後の駆動時においては、発熱体支持部材２３は全体が平坦に膨張した状態となるので、定着スリーブ２１は、追従して過昇温の問題は生じない。

そこで、本発明は、ベルト支持部材３２を、定着装置２０の冷間時には定着スリーブ２１に接触せず、立ち上げ終了時に定着スリーブ２１に接触してその回転を支持する位置であって、軸方向の両端部から所定の範囲に設けることにより、定着スリーブ２１を軸方向全域で面状発熱体２２に高精度に接触可能とするものである。

したがって、発熱体支持部材２３が軸方向端部から中央にかけて凸状に熱変形した場合においても、定着スリーブ２１が軸方向全域において面状発熱体２２の凸形状に倣い、接触した状態とすることが可能となり、定着装置の過昇温による破損を防止することができる。また、この際、定着スリーブ２１内周面との摺動抵抗を増加させることがなく、トルクの増加は生じない。

また、ベルト支持部材３２は、図６〜図８に示すように、定着スリーブ２１の内周側の加熱機構部が定着スリーブ２１を加熱する所定領域以外の領域に対応する位置であって、定着スリーブ２１の軸方向の両端部それぞれからある程度内側に入った位置において、少なくとも当該定着装置２０の立ち上げ終了時に定着スリーブ２１に接触して該定着スリーブ２１との接触面圧が変化することを抑制しながらその回転を支持するものであっても良い。

図６は、本発明に係る定着装置の第２の実施形態における構成を示す断面図である。図６に示す例では、スプリングで支持されたベルト支持部材３２は、弾性部材３２ｃを介して定着スリーブ２１の内周面に当接可能に構成されている。

このようにベルト支持部材３２を、弾性部材３２ｃを介して定着スリーブ２１の内周面の軸方向両端部に当接可能に配置することにより、図５に示したような、発熱体保持部材２３が軸方向端部から中央にかけて凸状に熱変形量が変化した場合（立ち上げ終了時）においても、定着スリーブ２１との接触面圧が変化することを抑制しながらその回転を支持し（定着スリーブ２１を軸方向全域で面状発熱体２２に接触させて）、定着装置の過昇温を防止することができる。

図７は、本発明に係る定着装置の第３の実施形態における構成を示す断面図である。図７に示す例では、ベルト支持部材３２は、定着スリーブ２１の内周面に当接可能に構成された弾性回転体３２ｄで構成されている。

このようにベルト支持部材３２をスポンジ、ゴム等からなる弾性回転体３２ｄとし、定着スリーブ２１の内周面の軸方向両端部に当接可能に配置することにより、同様に、発熱体保持部材２３が軸方向端部から中央にかけて凸状に熱変形量が変化した場合（立ち上げ終了時）においても、定着装置の過昇温を防止することができる。また、弾性回転体３２ｄを用いることで、定着スリーブ２１の内周面との摺動によるトルク上昇を防止することができる。

図８は、本発明に係る定着装置の第４の実施形態における構成を示す断面図である。図８に示す例では、ベルト支持部材３２が、回転して任意の頂上位置で定着スリーブ２１の内周面に当接可能に構成された円板カム部材３２ｅで構成されている。

このようにベルト支持部材３２を円板カム部材３２ｅで構成して任意の高さに可変するようにし、定着スリーブ２１の内周面の軸方向両端部に当接可能に配置することにより、同様に、発熱体保持部材２３が軸方向端部から中央にかけて凸状に熱変形量が変化した場合（立ち上げ終了時）においても、定着装置の過昇温を防止することができる。また、円板カム部材３２ｅを用いることで、定着スリーブ２１の内周面との摺動によるトルク上昇を防止することができる。

（その他の実施形態）
また、ベルト支持部材３２の表面には、例えば、フッ素コート等からなる摺動層を有することが好ましい。少なくとも、定着スリーブ２１の内周面と当接する範囲を摺動層とすることで、ベルト支持部材３２と定着スリーブ２１の内周面との摺動抵抗を軽減し、トルク上昇を防止することができる。

また、図９に示す定着装置は、加熱機構部として、面状発熱体２２に替えて、定着スリーブ２１の内周側に配置され、定着スリーブ２１と当接して該定着スリーブ２１を加熱する加熱部材（加熱パイプ３０）と、加熱部材の所定領域を加熱する加熱手段（ハロゲンヒータ３３）を有している（第５の実施形態）。

ここで、上述した軸方向熱変形による過昇温の問題は、加熱機構部として、面状発熱体２２を用いる場合に限られるものではなく、図９に示すような金属パイプ状の固定部材であって、定着スリーブ２１の回転をガイドする加熱パイプ３０を備えた構成でも生じる。すなわち、加熱パイプ３０が、加熱により定着スリーブ側に凸状に変形することにより、加熱パイプ３０の軸方向熱変形に定着スリーブ２１が追従しきれずに加熱パイプ３０が過昇温状態となる。なお、加熱手段としては、例えば、ハロゲンヒータ３３を用いることができるが、これに限られるものではない。

そこで、図９に示すように加熱パイプ３０を備える場合についてもベルト支持部材３２を備えることで、加熱パイプ３０の軸方向熱変形に対して定着スリーブ２１を追従させて、定着装置が過昇温状態となることを防ぐことができる。図１０に加熱パイプ３０の模式図を示す。例えば、図１０（ａ）に示すように、加熱パイプ３０の軸方向両端部にベルト支持部材３２を一体成形することや、図１０（ｂ）に示すように、フランジ部材３５と一体で成形されたベルト支持部材３２を、加熱パイプ３０の軸方向両端部の相当位置に設けられた開口部３０ａに嵌合するように設けることとすればよい。

（定着装置の動作）
このように構成された定着装置２０は、次のように動作する。まず、基本動作について説明する。画像形成装置が出力信号を受けると（例えばユーザの操作パネルの操作あるいはパソコンからの通信などにより画像形成装置に印刷要求があると）、定着装置２０において、加圧ローラ３１が定着スリーブ２１を介して当接部材２６に押圧され、ニップ部を形成する。ついで、不図示の駆動装置によって、加圧ローラ３１が図１の時計回り方向に回転駆動されると、定着スリーブ２１も連れ回りして時計方向に回転する。このとき、面状発熱体２２は発熱体支持部材２３で支持された状態で、定着スリーブ２１の内周面と当接し摺動する状態となる。

そして、それと同期して外部電源または内部の蓄電装置から給電線２５を通じて面状発熱体２２に電力が供給され、発熱シート２２ｓが発熱し、定着スリーブ２１は該発熱シート２２ｓと接触していることから効率的に熱が伝達され、急速に加熱される。なお、駆動装置の動作と面状発熱体２２による加熱は同時刻に同時に開始する必要はなく、適宜時間差を設けて開始しても良い。このとき、不図示のサーミスタ等の温度検知手段で検知される温度により、ニップ部が所定の温度となるように、面状発熱体２２による加熱制御が行われており、定着に必要な温度まで昇温された後、保持され、記録媒体Ｐの通紙が開始される。

このように構成された定着装置では、定着スリーブ２１及び面状発熱体２２の熱容量が小さいため、省エネを図りつつウォームアップ時間やファーストプリント時間を短くすることができる。また、面状発熱体２２における発熱シート２２ｓは樹脂ベースのシートであるため、加圧ローラ３１の回転、振動に起因する応力が発熱シート２２ｓに繰り返し作用して、発熱シート２２ｓの屈曲が繰り返し行われても疲労破壊することがなく、長時間の運転が可能である。

なお、画像形成装置への出力信号がない場合、通常は消費電力を抑えるために加圧ローラ３１及び定着スリーブ２１は非回転で、面状発熱体２２は通電を停止されているが、すぐに再出力を開始したい（復帰させたい）場合は、加圧ローラ３１及び定着スリーブ２１が非回転の状態でも面状発熱体２２に通電しておくことが可能である。この場合は、面状発熱体２２に定着スリーブ２１全体を保温させておく程度の通電を行う。

（画像形成装置）
次に、本発明に係る画像形成装置について説明する。図１１は、本発明に係る画像形成装置の構成を示す全体構成図である。

図１１に示すように、画像形成装置１は、タンデム型カラープリンタである。画像形成装置本体１の上方にあるボトル収容部１０１には、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した４つのトナーボトル１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｋが着脱自在（交換自在）に設置されている。ボトル収容部１０１の下方には中間転写ユニット８５が配設されている。その中間転写ユニット８５の中間転写ベルト７８に対向するように、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋが並設されている。

各作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋには、それぞれ、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋが配設されている。また、各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの周囲には、それぞれ、帯電部７５、現像部７６、クリーニング部７７、除電部（不図示）等が配設されている。そして、各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上で、作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程）がおこなわれて、各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上に各色の画像が形成されることになる。

感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは、不図示の駆動モータによって図１１中の時計方向に回転駆動される。そして、帯電部７５の位置で、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面が一様に帯電される（帯電工程）。その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、露光部３から発せられたレーザ光Ｌの照射位置に達して、この位置での露光走査によって各色に対応した静電潜像が形成される（露光工程）。

その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、現像装置７６との対向位置に達して、この位置で静電潜像が現像されて、各色のトナー像が形成される（現像工程）。その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、中間転写ベルト７８及び第１転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋとの対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上のトナー像が中間転写ベルト７８上に転写される（１次転写工程）。このとき、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上には、僅かながら未転写トナーが残存する。

その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、クリーニング部７７との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上に残存した未転写トナーがクリーニング部７７のクリーニングブレードによって機械的に回収される（クリーニング工程）。最後に、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、不図示の除電部との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上の残留電位が除去される。こうして、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上でおこなわれる、一連の作像プロセスが終了する。

その後、現像工程を経て各感光体ドラム上に形成した各色のトナー像を、中間転写ベルト７８上に重ねて転写する。こうして、中間転写ベルト７８上にカラー画像が形成される。ここで、中間転写ユニット８５は、中間転写ベルト７８、４つの１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋ、２次転写バックアップローラ８２、クリーニングバックアップローラ８３、テンションローラ８４、中間転写クリーニング部８０、等で構成される。中間転写ベルト７８は、３つのローラ８２〜８４によって張架・支持されるとともに、１つのローラ８２の回転駆動によって図１１中の矢印方向に無端移動される。

４つの１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋは、それぞれ、中間転写ベルト７８を感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋとの間に挟み込んで１次転写ニップを形成している。そして、１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋに、トナーの極性とは逆の転写バイアスが印加される。そして、中間転写ベルト７８は、矢印方向に走行して、各１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋの１次転写ニップを順次通過する。こうして、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上の各色のトナー像が、中間転写ベルト７８上に重ねて１次転写される。

その後、各色のトナー像が重ねて転写された中間転写ベルト７８は、２次転写ローラ８９との対向位置に達する。この位置では、２次転写バックアップローラ８２が、２次転写ローラ８９との間に中間転写ベルト７８を挟み込んで２次転写ニップを形成している。そして、中間転写ベルト７８上に形成された４色のトナー像は、この２次転写ニップの位置に搬送された記録媒体Ｐ上に転写される。このとき、中間転写ベルト７８には、記録媒体Ｐに転写されなかった未転写トナーが残存する。その後、中間転写ベルト７８は、中間転写クリーニング部８０の位置に達する。そして、この位置で、中間転写ベルト７８上の未転写トナーが回収される。こうして、中間転写ベルト７８上でおこなわれる、一連の転写プロセスが終了する。

ここで、２次転写ニップの位置に搬送された記録媒体Ｐは、装置本体１の下方に配設された給紙部１２から、給紙ローラ９７やレジストローラ対９８等を経由して搬送されたものである。詳しくは、給紙部１２には、転写紙等の記録媒体Ｐが複数枚重ねて収納されている。そして、給紙ローラ９７が図１１中の反時計方向に回転駆動されると、一番上の記録媒体Ｐがレジストローラ対９８のローラ間に向けて給送される。

レジストローラ対９８に搬送された記録媒体Ｐは、回転駆動を停止したレジストローラ対９８のローラニップの位置で一旦停止する。そして、中間転写ベルト７８上のカラー画像にタイミングを合わせて、レジストローラ対９８が回転駆動されて、記録媒体Ｐが２次転写ニップに向けて搬送される。こうして、記録媒体Ｐ上に、所望のカラー画像が転写される。

その後、２次転写ニップの位置でカラー画像が転写された記録媒体Ｐは、定着装置２０（本発明に係る定着装置）の位置に搬送される。そして、この位置で、定着スリーブ２１及び加圧ローラ３１による熱と圧力とにより、表面に転写されたカラー画像が記録媒体Ｐ上に定着される。その後、記録媒体Ｐは、排紙ローラ対９９のローラ間を経て、装置外へと排出される。排紙ローラ対９９によって装置外に排出された被転写Ｐは、出力画像として、スタック部１００上に順次スタックされる。こうして、画像形成装置における、一連の画像形成プロセスが完了する。

尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。

１ 画像形成装置
３ 露光部
４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ 作像部
５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ 感光体ドラム
１２ 給紙部
２０，５０ 定着装置
２１ 定着スリーブ（定着部材）
２２ 面状発熱体（発熱体）
２２ａ 基層
２２ｂ，２２ｂ１，２２ｂ２ 抵抗発熱層
２２ｃ 電極層
２２ｄ 絶縁層
２２ｅ 電極端子
２２ｓ 発熱シート
２３ 発熱体支持部材
２３ａ 発熱体支持部材（冷間時）
２３ｂ 発熱体支持部材（立ち上げ終了時）
２４ 端子台ステイ
２５ 給電線
２６ 当接部材
２８ コア保持部材
３０ 加熱パイプ
３０ａ 開口部
３１ 加圧ローラ（加圧部材）
３２ ベルト支持部材
３２ａ 支持部材
３２ｂ 凸部
３２ｃ 弾性部材
３２ｄ 弾性回転体
３２ｅ 円板カム部材
３３ ハロゲンヒータ
３５ フランジ部材
７５ 帯電部
７６ 現像部
７７ クリーニング部
７８ 中間転写ベルト
７９Ｙ，７９Ｍ，７９Ｃ，７９Ｋ 第１転写バイアスローラ
８０ 中間転写クリーニング部
８２ ２次転写バックアップローラ
８３ クリーニングバックアップローラ
８４ テンションローラ
８５ 中間転写ユニット
９７ 給紙ローラ
９８ レジストローラ対
９９ 排紙ローラ対
１００ スタック部
１０１ ボトル収容部
１０２Ｙ，１０２Ｍ，１０２Ｃ，１０２Ｋ トナーボトル
Ｌ レーザ光
Ｐ 記録媒体
Ｔ トナー

特開平１１−２９８２号公報 特開平４−４４０７５号公報 特開平８−２６２９０３号公報 特開平１０−２１３９８４号公報 特開２００７−３３４２０５号公報

Claims (11)

1. 回転する無端状ベルトの定着部材と、
   前記定着部材の外周面と当接する加圧部材と、
   前記定着部材の内周側に配置され、該定着部材を介して前記加圧部材と当接してニップ部を形成する当接部材と、
   前記定着部材の周方向の所定領域において該定着部材の軸方向略全域に亘り設けられて該所定領域を加熱する加熱機構部と、
   前記定着部材の内周側の前記加熱機構部が前記定着部材を加熱する所定領域に対し、前記定着部材の回転軸中心を挟んだ略反対側であって、前記定着部材の軸方向における最大通紙領域の外側にそれぞれ配置され、当該定着装置の冷間時には前記定着部材に接触しておらず、立ち上げ終了時に該定着部材に接触してその回転を支持するベルト支持部材と、
   を備えることを特徴とする定着装置。
2. 回転する無端状ベルトの定着部材と、
   前記定着部材の外周面と当接する加圧部材と、
   前記定着部材の内周側に配置され、該定着部材を介して前記加圧部材と当接してニップ部を形成する当接部材と、
   前記定着部材の周方向の所定領域において該定着部材の軸方向略全域に亘り設けられて該所定領域を加熱する加熱機構部と、
   前記定着部材の内周側の前記加熱機構部が前記定着部材を加熱する所定領域に対し、前記定着部材の回転軸中心を挟んだ略反対側であって、前記定着部材の軸方向における最大通紙領域の外側にそれぞれ配置され、少なくとも当該定着装置の立ち上げ終了時に前記定着部材に接触して該定着部材との接触面圧が変化することを抑制しながらその回転を支持するベルト支持部材と、
   を備えることを特徴とする定着装置。
3. 前記ベルト支持部材は、弾性部材を介して前記定着部材の内周面に当接可能に構成されていることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. 前記ベルト支持部材は、前記定着部材の内周面に当接可能に構成された弾性回転体であることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
5. 前記ベルト支持部材は、回転して任意の頂上位置で前記定着部材の内周面に当接可能に構成された円板カム部材であることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
6. 前記加熱機構部は、前記定着部材の内周側に配置され、前記定着部材の所定領域を加熱する面状発熱体と、前記定着部材の内周側に配置され、前記面状発熱体を前記定着部材とは反対側から支持する発熱体支持部材と、からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の定着装置。
7. 前記加熱機構部は、前記定着部材の内周側に配置され、前記定着部材と当接して該定着部材を加熱する加熱部材と、前記加熱部材の所定領域を加熱する加熱手段と、からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の定着装置。
8. 前記加熱手段は、面状発熱体またはハロゲンヒータであることを特徴とする請求項７に記載の定着装置。
9. 前記ベルト支持部材は、前記定着部材の両端部側に配置されるフランジ部材に設けられることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の定着装置。
10. 前記ベルト支持部材は、前記定着部材との接触面に摺動層を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の定着装置。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。