特許 7497167 定着装置及び画像形成装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-31

(45)【発行日】2024-06-10

(54)【発明の名称】定着装置及び画像形成装置

(51)【国際特許分類】

   G03G 15/20 20060101AFI20240603BHJP

   H05B 3/32 20060101ALI20240603BHJP

【ＦＩ】

G03G15/20 505

H05B3/32

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020026804

(22)【出願日】2020-02-20

(65)【公開番号】P2021131468

(43)【公開日】2021-09-09

【審査請求日】2023-02-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003133

【氏名又は名称】弁理士法人近島国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】池上 祥一郎

(72)【発明者】

【氏名】秋月 智雄

(72)【発明者】

【氏名】笹目 大樹

(72)【発明者】

【氏名】清水 雄介

(72)【発明者】

【氏名】衣川 達也

【審査官】内藤 万紀子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０６９２０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２６７３９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－２３３５８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１３１０４１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００２－２９９０１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－１９７８６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０１０２２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０８１１６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１８６０７７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－２１２４４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２２２１８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０３Ｇ １５／２０

Ｈ０５Ｂ ３／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

筒状のフィルムと、
ヒータと、前記ヒータを保持する保持部材と、を有し、前記フィルムの内側に配置されたニップ部形成ユニットと、
前記フィルムを挟んで前記ニップ部形成ユニットに対向し前記フィルムとの間にニップ部を形成する加圧部材と、
を有し、前記ニップ部で記録材を挟持して搬送しながら記録材上の画像を記録材に定着させる定着装置であって、
前記ヒータは、金属で形成された基板であって長手方向の長さが短手方向の長さより大きい板状の基板と、前記基板の厚さ方向における一方側の面に絶縁材料で形成された絶縁層と、前記絶縁層上に配置され通電により発熱する発熱体と、前記発熱体を覆う保護層と、を有し、外力を受けていない状態において、前記長手方向に沿って前記厚さ方向における前記一方側に反った形状であり、
前記保持部材は、前記加圧部材の加圧方向において前記ヒータを支持する座面であって、前記長手方向における中央部が前記長手方向における両端部に比べて前記加圧部材側に突出している座面を有し、
前記座面の突出量は前記ヒータの反り量よりも大きい、
ことを特徴とする定着装置。

【請求項2】

前記厚さ方向における前記基板の他方側の面には、前記基板と異なる材料の層は設けられていない、
ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。

【請求項3】

前記絶縁層を第１の絶縁層とするとき、
前記ヒータは、前記厚さ方向における前記基板の他方側の面に絶縁材料で形成された第２の絶縁層を更に有し、
前記第１の絶縁層及び前記保護層の合計の厚みは、前記第２の絶縁層の厚みより大きい
ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。

【請求項4】

外力を受けていない状態における前記ヒータの反り量は、５００μｍ以上である、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の定着装置。

【請求項5】

前記絶縁層及び前記保護層は、前記基板より線膨張係数が小さい材料で形成されている、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の定着装置。

【請求項6】

前記座面の突出量と、外力を受けていない状態における前記ヒータの反り量との差が５００μｍ未満である、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の定着装置。

【請求項7】

前記長手方向における前記ニップ部の中央部における記録材の搬送速度が、前記長手方向における前記ニップ部の両端部における記録材の搬送速度より小さい、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の定着装置。

【請求項8】

前記保護層が前記フィルムの内面と摺接する、
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の定着装置。

【請求項9】

回転する像担持体と、
前記像担持体の表面に担持されたトナー像を記録材に転写する転写手段と、
前記転写手段によって記録材に転写されたトナー像を記録材に定着させる請求項１乃至８のいずれか１項に記載の定着装置と、を備えることを特徴とする画像形成装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、記録材に画像を定着させる定着装置及び記録材に画像を形成する画像形成装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電子写真方式のプリンタや複写機に搭載される熱定着方式の定着装置として、セラミックス製等の基板上に発熱抵抗体を有するヒータと、ヒータに接触しつつ移動する定着フィルムと、定着フィルムを介してヒータに対向する加圧ローラを有するものがある。未定着トナー像を担持する記録材は、定着フィルムと加圧ローラの間のニップ部（定着ニップ部）で挟持搬送されつつ加熱され、これにより記録材上のトナー像は記録材に加熱定着される。

【0003】

省電力化とクイックスタートを可能にする定着装置に用いられる加圧ローラとしては、弾性層が多数の細かい気泡を内包しているスポンジゴムから成るスポンジゴムローラが多用される。スポンジローラを用いたフィルム加熱方式の定着装置では、記録材にシワ（以下、紙シワと称する）が発生するという問題がある。紙シワは、記録材の搬送速度が、加圧ローラの回転軸方向（長手方向）で左右端部よりも中央部の方が速い場合に発生すると考えられる。特許文献１には、定着ニップ部の長手方向位置において、中央部のニップ幅を両端部のニップ幅より広くすることで紙シワの低減を図った定着装置が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－０６２３８２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、上記文献に記載の構成では、ヒータを保持するヒータホルダを、長手方向の中央部が加圧ローラに向かって突出する凸形状としており、ヒータが凸形状に沿って変形することに伴う応力が発生していた。ヒータにはこのような機械的ストレスに加えて加熱による熱ストレスも作用するため、基板の破損や発熱体のパターン破壊といった問題が生じる懸念があった。

【0006】

そこで、本発明は、耐久性の高いヒータを備える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】

【0007】

本発明の一態様は、筒状のフィルムと、ヒータと、前記ヒータを保持する保持部材と、を有し、前記フィルムの内側に配置されたニップ部形成ユニットと、前記フィルムを挟んで前記ニップ部形成ユニットに対向し前記フィルムとの間にニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部で記録材を挟持して搬送しながら記録材上の画像を記録材に定着させる定着装置であって、前記ヒータは、金属で形成された基板であって長手方向の長さが短手方向の長さより大きい板状の基板と、前記基板の厚さ方向における一方側の面に絶縁材料で形成された絶縁層と、前記絶縁層上に配置され通電により発熱する発熱体と、前記発熱体を覆う保護層と、を有し、外力を受けていない状態において、前記長手方向に沿って前記厚さ方向における前記一方側に反った形状であり、前記保持部材は、前記加圧部材の加圧方向において前記ヒータを支持する座面であって、前記長手方向における中央部が前記長手方向における両端部に比べて前記加圧部材側に突出している座面を有し、前記座面の突出量は前記ヒータの反り量よりも大きい、ことを特徴とする定着装置である。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、耐久性の高いヒータを備える定着装置及び画像形成装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施例１に係る画像形成装置の概略構成図。

【図2】実施例１に係る定着装置を示す断面図。

【図3】実施例１に係る定着装置に用いられるフィルムアセンブリの分解図。

【図4】実施例１に係る定着装置の一部を示す正面図。

【図5】実施例１に係るヒータの断面図（ａ）及び上面図（ｂ）。

【図6】実施例２に係るヒータの断面図（ａ）及び上面図（ｂ）。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明を実施するための例示的な形態について、図面を参照しながら説明する。

【実施例1】

【0011】

（１）画像形成装置
図１は実施例１に係る画像形成装置としての、電子写真技術を用いたレーザビームプリンタ（以下、単にプリンタ１００とする）の断面図である。以下、プリンタ１００の構成及び動作を簡単に説明する。

【0012】

プリンタ１００は、プリント指示を受けると、スキャナユニット３が画像情報に応じたレーザ光Ｌを、像担持体としての感光体１に出射する。帯電ローラ２によって所定の極性に帯電された感光体１はレーザ光Ｌによって走査され、これにより感光体１の表面には画像情報に応じた静電潜像が形成される。その後、現像器４が感光体１にトナーを供給し、感光体１に画像情報に応じたトナー像を形成する。感光体１の矢印Ｒ１方向への回転により感光体１と、転写手段としての転写ローラ５との間に形成される転写部（転写ニップ部）に到達したトナー像は、カセット６からピックアップローラ７によって給送されてくる記録材Ｐに転写される。転写ニップ部を通過した感光体１の表面はクリーナ８でクリーニングされる。トナー像ｔ（図２）が転写された記録材Ｐは、熱定着方式の定着装置９で熱及び圧力を掛けられ定着処理される。

【0013】

その後、記録材Ｐは排出ローラ１０によってトレイ１１に排出される。なお、記録材Ｐとして、普通紙及び厚紙等の紙、プラスチックフィルム、布、コート紙のような表面処理が施されたシート材、封筒やインデックス紙等の特殊形状のシート材等、サイズ及び材質の異なる多様なシートを使用可能である。また、ここでは感光体１から記録材Ｐにトナー像を直接転写する方式を挙げたが、感光体に形成したトナー像を中間転写ベルト等の中間転写体を介して記録材に転写する方式の画像形成装置に対して以下で説明する技術を適用してもよい。

【0014】

（２）定着装置
定着装置９について説明する。定着装置９はテンションレスタイプのフィルム加熱方式である。即ち、定着装置９は、耐熱性フィルムとして可撓性を有する無端ベルト状（もしくは円筒状）の定着フィルムを用い、定着フィルムの周長の少なくとも一部は常にテンションが掛からない状態とし、定着フィルムが加圧部材の回転駆動力で回転する構成である。

【0015】

以後、本実施例に係るフィルム加熱方式の定着装置９について詳細を説明する。図２は定着装置９の断面図である。図３は定着装置９に用いられるフィルムアセンブリ２０の分解斜視図である。図４は定着装置９の一部を示す正面図である。なお、図２及び図４において、矢印Ｘは定着装置９の長手方向を表し、矢印Ｚは鉛直方向上方を表し、矢印Ｙは長手方向及び鉛直方向に垂直な方向を表す。

【0016】

本実施例の定着装置９は、図２～図４に示すように筒状の定着フィルム２３と、定着フィルム２３の内面に接触する加熱体であるヒータ２２と、定着フィルム２３を介してヒータ２２に向けて押圧される加圧部材としての加圧ローラ３０とを有する。ヒータ２２が定着フィルム２３に接触している領域と重なる部分に、定着フィルム２３と加圧ローラ３０との間のニップ部として定着ニップ部Ｎｆが形成される。ヒータ２２は耐熱樹脂の保持部材であるヒータホルダ２１に保持されている。ヒータ２２及びヒータホルダ２１は、定着ニップ部Ｎｆを形成するための本実施例のニップ部形成ユニットとして機能する。ヒータホルダ２１は定着フィルム２３の回転を案内するガイドの機能も有している。加圧ローラ３０はモータから動力を受けて矢印ｂ方向に回転する。加圧ローラ３０が回転することによって定着フィルム２３が従動して矢印ａ方向に回転する。

【0017】

ヒータホルダ２１は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）や液晶ポリマー等の耐熱性樹脂の成形品である。ヒータ２２は、少なくとも金属又は合金を主材とした細長い板状の基板（金属基板）と、通電により発熱する抵抗発熱体（発熱体）と、抵抗発熱体と基板を絶縁する絶縁層と、発熱体を保護するガラスコート層を有している。ヒータ２２の詳細については後述する。

【0018】

ヒータ２２の定着フィルム２３に対する当接面と反対側（図中上側）には、温度検知素子であるサーミスタ２５及び通電遮断素子４０が当接している。サーミスタ２５の検知温度に応じて発熱体への通電が制御されることで、定着ニップ部Ｎｆの温度が画像の定着に適した設定温度に維持される。通電遮断素子４０は所定温度に達するとヒータ２２への通電を物理的に遮断する機能を有し、定着装置９が不測の事態において暴走状態となる異常昇温に対する安全装置の役割を果たしている。通電を確実かつ安全に遮断するためには、暴走状態において、ヒータ２２が破損する前に通電遮断素子４０が動作する必要がある。

【0019】

定着フィルム２３の厚みは、良好な熱伝導性を確保するため２０μｍ以上１００μｍ以下程度が好ましい。定着フィルム２３としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）・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）・ＰＰＳ等の材質の単層フィルムが好適である。また、定着フィルム２３としては、ＰＩ（ポリイミド）・ＰＡＩ（ポリアミドイミド）・ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）・ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）等の材質からなる基層２３ａの表面に、ＰＴＦＥ・ＰＦＡ・ＦＥＰ（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）等を離型層２３ｂ（表層）としてコーティングした複合層フィルムも好適である。さらに、高熱伝導性を有するＳＵＳ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等の純金属、合金等を基層２３ａに用い、離型層２３ｂに前述のコーティング処理、フッ素樹脂チューブの被覆を行ったものも好適である。

【0020】

本実施例では、定着フィルム２３の基層２３ａを厚さ６０μｍのＰＩとし、離型層２３ｂには通紙による離型層の摩耗と熱伝導性の両立を考慮して厚み１２μｍのＰＦＡをコーティングしたものを用いた。

【0021】

加圧部材（加圧回転体）としての加圧ローラ３０は、鉄やアルミニウム等の材質の芯金３０ａと、シリコーンゴム等の材質の弾性層３０ｂと、ＰＦＡ等の材質の離型層３０ｃと、を有する（図２）。弾性層３０ｂは芯金３０ａの外周に形成され、離型層３０ｃは弾性層３０ｂの外周に形成されて加圧ローラ３０の最表層を構成している。加圧ローラ３０の芯金３０ａの軸方向片側の端部には、駆動ギア３３（図４）が取り付けられており、不図示の駆動手段から駆動ギア３３を介して回転駆動力を受けることで加圧ローラ３０が回転する。

【0022】

本実施例では加圧ローラ３０の外径はφ１８ｍｍとし、芯金３０ａはφ１１の鉄製とし、弾性層３０ｂは連泡スポンジゴムにより厚み３．５ｍｍで形成、表層の離型層３０ｃはＰＦＡにより厚み２０μｍｍで形成した。また、硬度に関しては５００ｇ荷重のアスカーＣ硬度で５０°とした。

【0023】

図２の断面図を参照して、定着装置の構成について説明する。補強部材２４は鉄等の金属からなり、ヒータホルダ２１を加圧ローラ３０側に押圧する圧力でも大きく変形しないように強度を維持する部材である。ヒータ２２は後述の押圧手段によって、ヒータホルダ２１と補強部材２４を介して加圧ローラ３０側に押圧されている。この押圧力により加圧ローラ３０と定着フィルム２３が密着している領域（圧接領域）が、本実施例における定着ニップ部Ｎｆである。そして、加圧ローラ３０の加圧位置（加圧ローラ３０に対するヒータ２２の押圧力の作用点の位置）と、記録材の搬送方向におけるヒータ２２の中央部の位置は略同一としている。

【0024】

次に、図３の斜視図を参照して説明する。ヒータホルダ２１は、横断面で略樋型（Ｕ字型）形状を有しており、桶型の内側に補強部材２４が嵌合する。ヒータホルダ２１の加圧ローラ３０と対向する側にはヒータ受け溝が設けられており、ヒータ２２がヒータ受け溝に嵌ることで所望の位置に位置決めされる。定着フィルム２３は上述の部品が組みつけられたヒータホルダ２１の外側に周長に余裕を持って外嵌している。定着フィルム２３の円筒形状の軸方向（図中で定着フィルム２３が挿入される矢印方向）を、定着装置９の「長手方向」と称する。本実施例において、加圧ローラ３０、ヒータ２２及びヒータホルダ２１は、いずれも長手方向に延びる細長い部材である。

【0025】

補強部材２４の長手方向両端部は、定着フィルム２３の両端から突き出た張り出し部となっており、それぞれフランジ部材２６，２６が嵌着されている。定着フィルム２３、ヒータ２２、ヒータホルダ２１、補強部材２４及びフランジ部材２６，２６は、全体でフィルムアセンブリ２０として組み立てられる。

【0026】

ヒータ２２の給電端子も定着フィルム２３に対して長手方向一方側に突出しており、該給電端子に給電コネクタ２７が嵌合されている。給電コネクタ２７がヒータ２２の電極部と当接圧をもって接触し、商用電源から供給される電力をヒータ２２に供給する給電経路を構成している。

【0027】

ヒータ２２の長手方向他方側（給電端子とは反対側）には、ヒータクリップ２８が取り付けられている。ヒータクリップ２８は、コの字型（Ｕ字型）に曲げられた金属板であり、そのバネ性によってヒータ２２の端部をヒータホルダ２１に対して保持している。

【0028】

次に図４の正面図を参照して説明する。各フランジ部材２６は回転走行する定着フィルム２３の長手方向への移動を規制し、定着装置稼働中の定着フィルム２３の位置を規制するものである。長手方向両側のフランジ部材２６，２６のつば（定着フィルム端部と摺接する部分）の間の距離は、定着フィルム２３の長手方向の長さより長く設定されている。これは、通常使用時に定着フィルム端部にダメージを与えないためである。

【0029】

また、加圧ローラ３０の長手方向の長さが定着フィルム２３よりも約１０ｍｍ程度短く構成されている。これは定着フィルム２３の端部からはみ出したグリスが加圧ローラ３０に付着して、加圧ローラ３０が記録材に対するグリップ力を失いスリップが発生することを防止するためである。

【0030】

フィルムアセンブリ２０は加圧ローラ３０に対向して設けられ、長手方向（図内の左右方向）への移動は規制され、かつ、上下方向に移動可能な状態で、定着装置９の天板側筐体４１に支持されている。天板側筐体４１には加圧バネ４５が圧縮した状態で取り付けられている。加圧バネ４５の押圧力は補強部材２４の張り出し部が受けており、加圧ローラ３０側に補強部材２４が押圧されることで、フィルムアセンブリ２０全体が加圧ローラ３０に押し付けられている。

【0031】

加圧ローラ３０の芯金を軸支するように軸受部材３１が設けられている（図３も参照）。軸受部材３１はフィルムアセンブリ２０からの押圧力を、加圧ローラ３０を介して受け止めている。比較的高温になる加圧ローラ３０の芯金を回転自在に支持するために、軸受の材質は耐熱性があって、かつ摺動性に優れる材質が用いられる。軸受部材３１は定着装置の底側筐体４３に取り付けられている。

【0032】

底側筐体４３及び天板側筐体４１は、フィルムアセンブリ２０に対して長手方向両側に設けられて上下に延びるフレーム側板４２，４２と共に、定着装置９の筐体（枠体）を構成している。

【0033】

（３）ヒータ
次に、本実施例のヒータ２２を構成する材料、製造方法等について図５から図７を用いて説明する。

【0034】

図５（ａ）はヒータ２２の断面図である。ヒータ２２は、金属製の基板２２ａと、通電により発熱する発熱抵抗層としての発熱体２２ｃと、発熱体２２ｃと基板２２ａを絶縁する絶縁層２２ｂと、発熱体を保護するガラスコート層等の保護層２２ｄとを有する。基板２２ａは、金属又は合金を主材とした細長い板状である。即ち、基板２２ａは、定着装置に組み付けられた場合の長手方向の長さが短手方向（定着ニップ部Ｎｆにおける記録材の搬送方向）の長さより大きい金属板である。

【0035】

基板２２ａに用いられる材料としては、ステンレス、ニッケル、銅、アルミのいずれか、又はそれらを主材とする合金が好適に用いられる。これらのうち、ステンレスが強度、耐熱性、腐食の観点で最も好ましい。ステンレスの種類としては特に限定されず、必要な機械的強度、次項で述べる絶縁層及び発熱体の形成に合わせた線膨張係数、市場における板材の入手のし易さ等を考慮して適宜選べば良い。

【0036】

一例を挙げると、クロム系ステンレス（４００系）のマルテンサイト系及びフェライト系がステンレスの中でも線膨張係数が比較的低く、絶縁層及び発熱体の形成がし易く好適に用いられる。

【0037】

基板２２ａの厚みは、強度や熱容量、放熱性能を考慮して決めれば良い。薄い基板２２ａは、熱容量が小さいためクイックスタート性（ヒータ２２の通電開始から目標温度到達までの時間の短さ）には有利だが、薄すぎると発熱抵抗体の加熱成型時に歪み等の問題が生じ易くなる。逆に厚い基板２２ａは、発熱抵抗体の加熱成型時の歪みの面では有利であるが、厚すぎると熱容量が大きいためクイックスタートには不利となる。基板２２ａの好ましい厚みは、量産性やコスト、性能のバランスを考慮した場合０．３ｍｍ～２．０ｍｍである。

【0038】

絶縁層２２ｂの材質は特に限定はされないが、実使用上の温度を鑑みて耐熱性のある絶縁材料を選択する必要がある。絶縁層２２ｂの材質としてはガラスやＰＩ（ポリイミド）が耐熱性の観点で好ましく、ガラスの場合の具体的粉末材料の選定は、実施形態の特性を損なわない範囲で適宜選択されれば良い。必要に応じて絶縁性を有する熱伝導フィラーなどを混合させても良い。絶縁層２２ｂは同じ材質を用いても、異なる材質を用いても何ら問題はない。厚みに関しても同様に絶縁層２２ｂで同じにしても良いし、必要に応じて変更しても問題ない。

【0039】

一般的に画像形成装置に用いるヒータ２２としては絶縁耐圧を１．５ＫＶ程度有しておくことが好ましい。そのため発熱体２２ｃと基板２２ａ間で絶縁耐圧性能１．５ＫＶを得るべく、絶縁層２２ｂの膜厚を材料に応じて確保すれば良い。

【0040】

絶縁層２２ｂの成型方法としては特に限定されないが、一例としてはスクリーン印刷法等で平滑に成形することができる。基板２２ａ上にガラスやＰＩ（ポリイミド）の絶縁層を形成する際には、材料間の線膨張係数差により絶縁層にクラックや剥がれが生じないように、基板と絶縁層材料の線膨張係数を適宜調整する必要がある。

【0041】

発熱体２２ｃは、（Ａ）導電成分、（Ｂ）ガラス成分、（Ｃ）有機結着成分を混合した発熱抵抗体ペーストを絶縁層２２ｂ上に印刷した後、焼成したものである。発熱抵抗体ペーストを焼成すると（Ｃ）の有機結着成分が焼失し（Ａ）、（Ｂ）成分が残るため、導電成分とガラス成分とを含有する発熱体２２ｃが形成される。

【0042】

ここで、（Ａ）の導電成分としては、銀・パラジウム（Ａｇ・Ｐｄ）、酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）、等の単独もしくは複合で用いられ、０．１［Ω／□］～１００［ＫΩ／□］のシート抵抗値とするのが好適である。また、上記（Ａ）～（Ｃ）以外においても実施形態の特性を損なわない程度の微量であれば他の材料を含有していてもよい。

【0043】

図５（ｂ）に示す給電用電極２２ｆ及び導電パターン２２ｇは、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）や銀・白金（Ａｇ・Ｐｔ）合金、銀・パラジウム（Ａｇ・Ｐｄ）合金を例とする導電成分を主体とする。給電用電極２２ｆ及び導電パターン２２ｇは、発熱抵抗体ペーストと同様に（Ａ）導電成分、（Ｂ）ガラス成分、（Ｃ）有機結着成分を混合したペーストを絶縁層２２ｂ上に印刷した後、焼成したものである。給電用電極２２ｆと導電パターン２２ｇは発熱体２２ｃに給電する目的で設けられた導電部であり、抵抗は発熱体２２ｃに対して十分低くしている。

【0044】

ここで、前述の発熱抵抗体ペースト及び給電用電極及び導電パターンペーストは、基板２２ａの融点より低い温度で軟化溶融する材質を選択し、実使用上の温度を鑑みて耐熱性のある材料を選択する必要がある。

【0045】

図５（ａ）に示すように、ヒータ２２の絶縁層２２ｂの上（絶縁層上）には発熱体２２ｃ及び導電パターン２２ｇを覆う保護層２２ｄが設けられている。発熱体２２ｃを基板２２ａの定着フィルム２３と接触する側（図２における下側）に配置した場合は、保護層２２ｄは発熱体２２ｃと定着フィルム２３との電気的な絶縁性を確保し、発熱体２２ｃと定着フィルム２３との摺動性を確保する保護機能を有する。材質としてはガラスやＰＩ（ポリイミド）が耐熱性の観点で好ましく、必要に応じて絶縁性を有する熱伝導フィラーなどを混合しても良い。

【0046】

本実施例では基板２２ａとして幅６ｍｍ・長さ３００ｍｍ・厚さ０．５ｍｍのフェライト系ステンレス基板（ＳＵＳ４３０：１８Ｃｒステンレス、線膨張係数１１．０×１０＾－５／℃）を準備した。

【0047】

次に前述のステンレス基板に絶縁層ガラスペーストをスクリーン印刷にて塗工後、１８０℃の乾燥及び８５０℃の焼成を経て絶縁層２２ｂを形成した。焼成後の絶縁層２２ｂの厚みは６０μｍとした。

【0048】

その後、銀・パラジウム（Ａｇ・Ｐｄ）を導電成分とし、その他ガラス成分、有機結着成分を混合した発熱抵抗体ペーストと、銀を導電成分とし、その他ガラス成分、有機結着成分を混合した給電用電極及び導電パターン用のペーストを用意した。各ペーストをステンレス基板にスクリーン印刷にて塗工後、１８０℃の乾燥及び８５０℃の焼成を経て、発熱体２２ｃ、給電用電極２２ｆ及び導電パターン２２ｇを形成した。焼成後の発熱体２２ｃの厚みは１５μｍ、長さは２２０ｍｍ、幅は１ｍｍとした。

【0049】

次に、保護層ガラスペーストを準備し、発熱体２２ｃ及び導電パターン２２ｇ上に保護層ガラスペーストをスクリーン印刷にて塗工後、１８０℃の乾燥及び８５０℃の焼成を経て、保護層２２ｄを形成した。焼成後の保護層２２ｄの厚みは後述する。絶縁層２２ｂと保護層２２ｄは同じガラス材料を使用し、線膨張係数は基板２２ａの線膨張係数より小さい値（０．８５×１０＾－６／℃）である。

【0050】

本実施例では基板２２ａの発熱体２２ｃ側の面である絶縁層２２ｂの厚みを６０μｍ、及び保護層２２ｄの厚みを６０μｍとし、発熱体２２ｃがある側とは反対側には絶縁層を設けない構成とした。熱膨張率の異なる部材を組み合わせ焼成することから、常温においては残留応力が発生するため、ヒータ焼成時にヒータ２２に反りを意図的に発生させている。本実施例では焼成時のヒータ反り量を５００μｍとなるよう絶縁層２２ｂと保護層２２ｄの厚みを調整した。

【0051】

なお、ヒータ２２の反り量は、ヒータ２２を水平な定盤に発熱体２２ｃが上面となるように配置し、定盤から一番高くなっている箇所の高さを反り量として定義した。また、紙シワの低減及び耐久性の面で好ましいヒータ２２の反り量の範囲については後述するが、反り量の上限は、ヒータホルダ２１への組み付け性を考慮して設定することができる。例えば、反り量を１５ｍｍ（１５０００μｍ）以下とすると好適である。

【0052】

（４）紙シワの発生メカニズム
記録材を挟持して搬送する構成の熱定着方式の定着装置においては、紙シワが発生することがある。紙シワは定着装置の回転軸方向（長手方向）における搬送速度差に起因する。長手方向における定着ニップ部の中央部の記録材搬送速度が両端部の記録材搬送速度よりも速いとき、記録材には定着ニップ部の手前（搬送方向上流側）の領域で、中央部へ引き寄せられる方向の力が作用する。このとき、記録材の坪量が小さくコシが弱い薄紙ほど波打ちが発生しやすい。さらに記録材の搬送が進み、波打ちの先端がニップに噛みこまれたとき、コシが強い記録材の場合は滑りが生じニップ面に倣うことにより紙シワは発生しないが、コシが弱い記録材の場合は座屈し易く紙シワの発生に至る。

【0053】

紙シワの発生を防止するためには、上述の構成の逆が良いことが分かっている。長手方向に関して定着ニップ部の両端部における記録材搬送速度を中央部における記録材搬送速度よりも速くした構成においては紙シワが発生しにくくなる。これは、記録材には左右端部方向に引っ張られる方向の力が作用し、定着ニップ部の手前において紙シワの原因である波打ちの発生が抑えられるためである。

【0054】

（５）ヒータのクラウン形状変形
フィルム加熱方式の定着装置において、連泡スポンジゴムから成る加圧ローラ３０ではニップ幅と記録材搬送速度の間に負の相関があることが分かっている。長手方向の中央部の記録材搬送速度を両端部のそれと比べて遅くするためには、中央部のニップ幅を両端部のそれと比べ大きくする必要がある。ニップ幅の差は、定着ニップ部の中央部における加圧ローラ３０の潰し量を両端部に比べ大きくすることで実現可能であり、加圧ローラ３０の潰し量の差はヒータ２２にクラウン形状を付与することで実現できる。

【0055】

ヒータ２２のクラウン形状とは、長手方向におけるヒータ２２の中央部が、長手方向の両端部に比べて、基板２２ａの厚さ方向において一方側（発熱体２２ｃが設けられている側）に突出している形状を指す。厚さ方向の一方側とは、本実施例の場合、ヒータ２２が定着装置に組み込まれた後の状態における加圧ローラ３０の加圧方向で加圧ローラ３０側（加圧部材側）と同じである。

【0056】

ヒータ２２はヒータホルダ２１に嵌合され、ヒータホルダ２１は補強部材２４によって支持されており、ヒータ２２にクラウン形状を付与するには、ヒータホルダ２１ないし補強部材２４もしくは、それら両方にクラウン形状を付与すれば良い。本実施例ではヒータホルダ２１の座面（ヒータ２２の発熱体２２ｃとは反対側の面を支持する面）にクラウン形状を付与し、加圧時にヒータ２２がクラウン形状をとり、所望のニップ幅および記録材搬送速度分布をとるように設定した。

【0057】

なお、ヒータホルダ２１のクラウン形状は、ヒータ２２を支持するヒータホルダ２１の座面について、長手方向における座面の中央部が、長手方向の両端部に比べて加圧ローラ３０の加圧方向に関して加圧ローラ３０側に突出している形状を指す。また、ヒータホルダ２１のクラウン量とは、長手方向における座面の中央部が、長手方向の両端部に比べて加圧ローラ３０側に突出している突出量を指す。

【0058】

本実施例の構成ではヒータ２２をヒータホルダ２１に組み込み、フィルムアセンブリ２０の状態で加圧ばね４５により押圧された場合は、ヒータ２２はヒータホルダ２１のクラウン形状に倣う構成となっている。例えば、ヒータホルダ２１のクラウン量が８００μｍでヒータ２２の反り量が５００μｍであった場合は、加圧ばね４５に押圧されることでヒータ２２は５００μｍから８００μｍまで反った状態となる。つまり、定着ニップ部の加圧が行われている状態におけるヒータ２２の反り量は、本実施例においてヒータホルダ２１のクラウン量と実質的に一致する。そのため、ヒータ２２の反り量と、ヒータホルダ２１のクラウン量の差が大きくなるほどヒータ２２に発生する応力が高くなる。

【0059】

（６）作用効果
本実施例の構成では、ヒータ２２にヒータホルダ２１のクラウン面と同じ方向の反りを発生させる。つまり、本実施例のヒータ２２は、定着装置に組み込まれた際に加圧ローラ３０の加圧力によって生じる応力の変化を相殺するプレストレスが予め付与されたプレストレスト材である。これにより、従来よりも大きなクラウン量をヒータホルダ２１に付与した場合においても、ヒータ２２に発生する応力を低減させることができ、ヒータ２２の耐久性を向上可能である。そして、薄紙などの坪量が低く、コシの弱い記録材Ｐに対しても紙シワ抑制効果が高く、異常昇温時のヒータ破壊に対するマージンを高くすることができ、ヒータ２２が破壊される前に通電遮断素子４０は安全に動作することができる。

【0060】

本実施例の作用効果について比較例と対比させて説明する。先ず、比較例の構成として、ヒータ２２の反り量を０μｍのものを用いたフィルム加熱方式の定着装置を用意した。基板２２ａは幅６ｍｍ、厚み０．５ｍｍ、長さ３００ｍｍであり、ヒータホルダ２１のクラウン量は無加圧状態において比較例の構成１では０μｍ、比較例の構成２では３００μｍ、比較例の構成３では５００μｍ、比較例の構成４では８００μｍとした。本実施例ではヒータ２２の反り量５００μｍのものを用意し、ヒータホルダ２１のクラウン量は無加圧状態において構成１で５００μｍ、構成２で８００μｍとした。さらに、ヒータ２２の反り量８００μｍとし、ヒータホルダ２１に付与するクラウン量は無加圧状態において８００μｍとなる構成３を用意した。

【0061】

それぞれの構成においてニップ幅、ニップ幅と対応する位置における記録材搬送速度、紙シワ発生有無評価、異常昇温遮断評価、画像評価をおこなった。ニップ幅はベタ黒画像印刷済み記録材を裏面向けに通紙させ、ニップ部に噛みこんだタイミングで強制停止させることでベタ黒画像部に加圧ローラ接触領域を熱転写させることで測定を行った。ニップ幅差は長手方向中央部におけるニップ幅と、長手方向両端部のニップ幅の差とした。

【0062】

ニップ幅に対応する位置における記録材搬送速度は幅３０ｍｍの短冊状に切った記録材（Ｃａｎｏｎ Ｒｅｄ Ｌａｂｅｌ Ｓｕｐｅｒｉｏｒ ＦＳＣ ８０ｇ／ｍ^２ Ａ４ ｐａｐｅｒ）を用いて測定した。即ち、短冊状の記録材を、定着装置の長手方向中央部と左右端部の位置で通紙させ、搬送速度を測定した。定着ニップ下流における記録材搬送速度をデジタルレーザードップラー速度計（キヤノン株式会社）によって測定した。長手方向中央部における記録材搬送速度と、長手方向両端部における記録材搬送速度の差を計算した。

【0063】

紙シワ発生有無評価はそれぞれの構成において定着性をそろえた状態で、紙の坪量を振って通紙し、紙シワ発生の有無を調べることで確認した。また、実験は室温３３℃湿度８０％の高温高湿環境で実施した。紙シワは紙の坪量が低く、コシが弱いほど起こりやすいため、坪量を振り、コシが弱くなる高温高湿環境において評価した。

【0064】

異常昇温遮断評価は、回転停止状態でヒータに外部電源より公差を見込んだ最大電力を投入させることで二重故障時想定の異常昇温を引き起こし、ヒータ２２が破損するまでの時間と通電遮断素子４０が動作するまでの時間とを比較するという評価である。なお、製品構成では通電遮断素子４０が動作するとヒータ２２への通電は遮断される（すなわちヒータの加熱は停止する）が、本評価においては予め評価用に回路を分離し、ヒータ２２と通電遮断素子４０の双方が破壊するまで通電できるようにしている。上記評価結果について、ヒータ２２のほうが通電遮断素子４０の動作よりも早く破損した場合、もしくは、通電遮断素子４０の動作後１秒未満にヒータ２２が破損した場合はマージンが無いと判断し×とした。また、通電遮断素子４０の動作後１秒以上３秒未満の場合はマージン小と判断し△、３秒以上を適切マージンと判断し○とした。

【0065】

【表1】

【0066】

表１に比較例の構成と本実施例の構成における紙シワ発生評価と異常昇温遮断評価結果を示す。比較例１～４の結果から、ヒータ２２の反り量０ｍｍの構成においては、ヒータ２２のクラウン量を増していくと紙シワは良くなるが異常昇温遮断評価は悪化していることが分かる。特に坪量が５２［ｇ／ｍ^２］以下の記録材Ｐに対応する場合、異常昇温遮断試験評価と両立する箇所がないことが確認された。なお、紙シワ防止性能に注目すると、ヒータホルダ２１のクラウン量（使用時のヒータ２２の反り量）は３００μｍ以上が好ましく、５００μｍ以上がより好ましく、８００μｍ以上がより好ましい。

【0067】

本実施例の構成１においては、ヒータ２２の反り量を５００μｍとしたことで、ヒータホルダ２１のクラウン量を５００μｍと大きくしてもヒータ２２に発生する応力を小さくすることができる。そのため、坪量が５２［ｇ／ｍ^２］の記録材Ｐを用いた場合においても異常昇温遮断評価に問題ないことが確認された。

【0068】

本実施例の構成２においては、ヒータ２２の反り量を５００μｍとしている。このため、ヒータホルダ２１のクラウン量が８００μｍと大きく、ヒータ２２に発生する応力を実施例１の構成１よりは高くなるものの、坪量が５２［ｇ／ｍ^２］の記録材Ｐを用いた場合でも紙シワの発生は確認されなかった。

【0069】

本実施例の構成３においては、ヒータ２２の反り量を８００μｍとし、ヒータホルダ２１のクラウン量も８００μｍとどちらも大きい。このため、ヒータ２２に発生する応力を実施例１の構成１と同程度にでき、坪量が５２［ｇ／ｍ^２］の記録材Ｐを用いた場合でも紙シワの発生は確認されなかった。このように、外力を受けていない状態におけるヒータ２２の反り量を５００μｍ以上とした場合に紙シワ及びヒータの耐久性に関して良好な結果が得られた。

【0070】

以上説明したように、本実施例によれば、加熱体が変形力（外力）を受けない状態において発熱体と保護層を設けた側にクラウン状に反った形状にしている。これにより、薄紙のような坪量の低い記録材Ｐを通紙した場合においても紙シワの発生を抑制しつつ、通電遮断評価の安全マージンを両立することが可能となる。

【0071】

なお、本実施例では基板２２ａの発熱体２２ｃがある面にのみ絶縁層２２ｂ及び保護層２２ｄを設け、基板２２ａの厚さや絶縁層２２ｂ及び保護層２２ｄの厚さを調整することでヒータ２２の反り量を調整していが、他の方法で反り量を調整してもよい。図６（ａ、ｂ）に示すように、発熱体２２ｃがある面とは反対側の面にも絶縁層２２ｅ（絶縁層２２ｂを第１の絶縁層とするときの、第２の絶縁層）を設けてもよい。この場合、絶縁層２２ｂと保護層２２ｄの合計厚みより、絶縁層２２ｅを薄くすることにより、ヒータ２２にヒータホルダ２１のクラウン面と同じ方向の反りを調整した場合においても本実施例と同様の効果が得られる。

【実施例2】

【0072】

実施例２に係る定着装置及び画像形成装置について説明する。本実施例は、ヒータ２２の撓み剛性を高くし、ヒータホルダ２１のクラウン形状によらずにヒータ２２の反り量で定着ニップ部のニップ幅の差を作り出す点が実施例１と異なっていることを説明する。その他の実施例１と共通の符号を付した要素は実施例１と同様の構成及び作用を有するものとする。

【0073】

本実施例ではヒータ２２の撓み剛性を高くするために、基板２２ａの厚さを１．５ｍｍとしている。また、絶縁層は発熱体２２ｃのある面のみとし、絶縁層２２ｂと保護層２２ｄの合計厚さを振ることで、ヒータ反り量が３００μｍ／５００μｍ／８００μｍの３水準となるヒータ２２を作成した。また、比較例としてヒータ反り量が０ｍｍの構成を挙げる。

【0074】

表２に本実施例の構成と比較例の構成において、紙シワ発生有無の評価と異常昇温遮断評価の結果を示す。比較例の構成は、実施例１と同様に、反り量が０ｍｍのヒータ２２を用いた。

【0075】

【表2】

【0076】

比較例の構成に関しては、ヒータ２２の反り量０ｍｍであるため、長手方向中央部と長手方向端部のニップ幅差がなく、記録材Ｐの搬送速度差が生じなかったため、紙坪量が６４［ｇ／ｍ^２］以下の記録材Ｐにおいて紙シワが発生した。本実施例の構成においては、ヒータ２２の反り量が大きくなるにつれ、長手方向中央部と長手方向端部のニップ幅差が大きくなり、記録材Ｐの搬送速度差を設けることができている。ヒータ２２の反り量が３００μｍである構成１では記録材Ｐの坪量が６４［ｇ／ｍ^２］、ヒータ２２の反り量が５００μｍである構成２では記録材Ｐの坪量が５２［ｇ／ｍ^２］、ヒータ２２の反り量が８００μｍである構成３では記録材Ｐの坪量が４２［ｇ／ｍ^２］まで紙シワがそれぞれ発生しないことを確認された。また、本実施例の構成ではヒータ２２が加圧により変形しないため、構成１～３のいずれにおいても異常昇温遮断評価のマージンがあることを確認できた。

【0077】

本実施例では絶縁層は発熱体２２ｃのある面のみとしたが、これに限定されるものではなく、基板２２ａに対して両側に絶縁層を設けてもよい。この場合、発熱体２２ｃがある面の絶縁層の厚さを発熱体２２ｃがない面の絶縁層より厚くすることでヒータ２２の反り量を設ける構成としても同様の効果が得られる。

【0078】

（その他の実施例）
上述した各実施例ではモノクロ画像形成装置を用いて説明した。しかし、本技術は、記録材搬送ベルトを用いたタンデム型のカラー画像形成装置や、４サイクル型の中間転写方式のカラー画像形成装置や、タンデム型の中間転写方式のカラー画像形成装置にも適用可能である。また、中間転写方式において記録材搬送ベルトを用いたカラー画像形成装置、さらには、４つ以上のトナーを使用した画像形成装置など、類似の構成に用いた定着装置においても、本技術を適用できる。

【0079】

また、実施例１において、ヒータ２２の反り量と、ヒータホルダ２１のクラウン量の差分について、最も効果の得られる構成の条件として５００μｍ未満が望ましい旨説明した。しかし、ヒータ２２の抵抗値（に伴う異常昇温遮断評価で使用する電力）や通電遮断素子４０の構成をはじめ、定着装置の構成によって、異常昇温遮断評価のマージンは変わるものである。ヒータ２２の反り量と、ヒータホルダ２１のクラウン量の差分が５００μｍ以上であっても、加熱体が変形力（外力）を受けない状態において発熱体と保護層を設けた側にクラウン状に反った形状に構成してあれば、同様の効果が得られる場合がある。

【0080】

また、実施例１において、ヒータホルダ２１のクラウン量の条件として３００μｍ以上が望ましい旨説明した。しかし、画像形成装置の記録材搬送構成などによって、紙シワの発生しやすさは変わるものである。ヒータホルダ２１のクラウン量３００μｍ未満であっても、加熱体が変形力を受けない状態において発熱体と保護層を設けた側にクラウン状に反った形状に構成してあれば、同様の効果が得られ、本技術を適用できる。

【0081】

また、外力を受けていない状態でヒータ２２が沿った形状とする方法として、上記の各実施例では基板２２ａと線膨張率の異なる材料の層を基板２２ａの片面のみに形成し、或いは両面での層厚に差を設けることを例示したが、他の方法を用いてもよい。例えば、基板２２ａとして予め曲げ加工した板材を用いてもよい。

【0082】

また、上述した各実施例の定着装置は、ヒータ２２がフィルム内面に直接接触しているが、ヒータとフィルム内面との間に、熱伝導性が高いシート状の部材（例えば材質が合金鉄やアルミのシート状の部材）を配置してもよい。つまり、ヒータがシート状の部材を介してフィルムを加熱する構成のニップ部形成ユニットを用いてもよい。

【符号の説明】

【0083】

９…定着装置／２１…ニップ部形成ユニット、保持部材（ヒータホルダ）／２２…ニップ部形成ユニット、ヒータ／２２ａ…基板／２２ｂ…絶縁層、第１の絶縁層／２２ｃ…発熱体／２２ｄ…保護層／２２ｅ…第２の絶縁層／２３…フィルム（定着フィルム）／３０…加圧部材（加圧ローラ）／１００…画像形成装置（プリンタ）／Ｎｆ…ニップ部（定着ニップ部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】