JP2005221757A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 画像形成装置の高速化に対応して、定着装置における温度ドループ現象の発生を抑制すると同時に、紙しわの発生を抑える。
【解決手段】 用紙Ｐに担持されたトナー像を定着する定着装置６０は、フレアー形状に形成された定着ロール６１０と、定着ロール６１０に張架される定着ベルト６１４と、定着ベルト６１４を張架するクラウン形状に形成された張架ロール６１５と、定着ロール６１０の定着ベルト６１４が巻き付けられた領域内で定着ベルト６１４の外周面に当接して、定着ベルト６１４との間にニップ部Ｎを形成する加圧ベルト６２０とを備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、定着装置等に関し、より詳しくは例えば電子写真方式を利用した画像形成装置に用いられる定着装置等に関する。

電子写真方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置では、例えばドラム状に形成された感光体を一様に帯電し、この感光体を画像情報に基づいて制御された光で露光して感光体上に静電潜像を形成する。そして、この静電潜像をトナーによって可視像（トナー像）とし、さらにこのトナー像を記録紙に転写し、これを定着装置によって定着して画像形成している。

かかる画像形成装置に用いられる定着装置においては、図６に示したように、円筒状の芯金１１１の内部に加熱源１１３を備え、その芯金１１１の外周面に離型層１１２が形成された定着ロール１１０と、この定着ロール１１０に対して圧接配置され、芯金１２１の外周面に耐熱性弾性層１２２、および耐熱性樹脂被膜あるいは耐熱性ゴム被膜による離型層１２３が形成された加圧ロール１２０とで構成されている。そして、定着ロール１１０と加圧ロール１２０との間に、未定着トナー像を担持した記録紙を通過させて、未定着トナー像に対して加熱と加圧とを行うことによって、記録紙にトナー像を定着している。このような定着装置は、加熱ロール方式と呼ばれて、一般に広く利用されている。

ところで、加熱ロール方式の定着装置において高速化を図ろうとする場合には、トナーと記録紙に充分な熱量を供給するために、ニップ幅を定着速度に比例して広くすることが必要となる。ニップ幅を広くする方法として、定着ロールと加圧ロールとの間の荷重を大きくする方法や、弾性体の厚さを厚くする方法、さらにはロール径を大きくする方法がある。
しかし、荷重を大きくする方法や、弾性体の厚さを厚くする方法では、ロールの撓みに起因するニップ幅の形状がロール軸に沿って不均一になることから、定着むらや紙しわが発生する等といった画像品質上の問題が生じる。また、ロール径を大きくする方法では、装置の大型化を招くとともに、ロールを室温から定着可能温度に上昇させるまでの時間（ウォームアップタイム）が長くなるという問題がある。

そこで、これらの問題を解消して、画像形成装置の高速化に対応した定着装置を実現するべく、本出願人は、表面に弾性体が被覆された定着ロールと、複数の支持ロールによって張架されたエンドレスベルトとを設け、エンドレスベルトと定着ロールとの間にニップ領域を形成するようにエンドレスベルトを定着ロールの周りに所定角度だけ巻き付けるとともに、ニップ領域の出口にニップ領域の他の部分よりも大きな圧力を局部的に加えて定着ロール表面の弾性体にひずみを生じさせるように構成した定着装置に関する技術を提案している（例えば、特許文献１参照）。

さらに、本出願人は、表面が弾性変形する回転可能な定着ロールと、この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と、このエンドレスベルトの内側に非回転状態で配置された圧力パッドとを具備し、圧力パッドによって、定着ロールとの接触面が形成されるようにエンドレスベルトを定着ロールに圧接させ、エンドレスベルトと定着ロールとの間にシートを通過させるベルトニップを設けるとともに、定着ロールの表面のうち、シートの出口側を局部的に弾性変形させるように構成した定着装置に関する技術を提案している（例えば、特許文献２参照）。

かかる特許文献１に記載された技術では、複数個のロールで張架されたエンドレスベルトを接触させてベルトニップを形成している。また、特許文献２に記載された技術では、圧力パッドを用いてエンドレスベルトを定着ロールに圧接させてベルトニップを形成している。このような構成を採用することにより、定着ロールとエンドレスベルトとによって形成されるベルトニップの幅が従来の定着ロールと加圧ロールとのロールニップの幅よりも容易に大きくすることができるので、高速化対応が可能となり、しかも装置の小型化を図ることも容易である。
特に、定着ロールに圧接させるエンドレスベルトの熱容量が小さいために定着ロールから伝達される熱も発散され難い。そのため、定着ロールの回転が開始されても、定着ロールからエンドレスベルト側に奪われる熱量は比較的少なく、熱をトナーの溶融に利用する効率が高まることから、トナーの定着性の向上を図ることができるという利点を有している。

特許第３０８４６９２号公報(第５-８頁) 特許第３２９８３５４号公報(第４-７頁)

しかしながら、上記した特許文献１および特許文献２に記載した定着装置（これらを総称して「ベルトニップ方式」という。）においては、ワイドニップを形成することができるが、画像形成装置のさらなる高速化が進み、短時間に連続して送られてくる多数枚の記録紙に対して定着処理を行うこととなると、定着ロールの表面温度が一時的に低下する所謂「温度ドループ」現象の発生が不可避となる。特に、熱容量の大きい厚紙においては温度ドループが大きくなる。このような温度ドループ現象が発生すると、定着ロールの表面温度が回復するまでのある程度の枚数の記録紙において定着不良が発生する場合がある。
ところで、この温度ドループ現象は、定着ロールの芯金に被覆されたシリコーンゴム等からなる弾性層が熱的抵抗体として作用することにより、定着ロールの内部から充分な熱量を供給しても、その熱が定着ロール表面に素早く伝達されないことに起因するものである。したがって、ベルトニップ方式の定着装置ではワイドニップを形成することはできるが、さらなる高速化を図ろうとする場合には、一時的に充分な熱量を記録紙に供給することができない状態が生じて、ベルトニップ方式のメリットを充分に活かすことができない場合があった。

一方、画像形成装置のさらなる高速化を図る際にも、記録紙における紙しわの発生を防止する必要もある。記録紙における紙しわの発生を抑えるには、一般に、ニップ部を通過する記録紙に対し、記録紙の送り速度が進行方向に対して中央部よりも両端部側で若干速くなるように構成して、記録紙において中央部から両側部へ引張力が生じるようにしている。したがって、画像形成装置のさらなる高速化に対応させて、紙しわの発生を抑制できるように、記録紙に充分な引張力が作用するような構成も必要となる。

そこで本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、画像形成装置の高速化に対応して、温度ドループ現象の発生を抑制することができる定着装置を提供することにある。
また他の目的は、記録紙における紙しわの発生を抑制することにある。

かかる目的のもと、本発明の定着装置は、記録材に担持されたトナー像を定着する定着装置であって、フレアー形状に形成された定着ロールと、定着ロールに張架される定着ベルトと、定着ベルトを張架するクラウン形状に形成された張架ロールと、定着ロールの定着ベルトが巻き付けられた領域内で定着ベルトの外周面に当接して、定着ベルトとの間にニップ部を形成する加圧ベルトとを備えたことを特徴としている。
ここで、定着ロールは内部に加熱部材が配設され、張架ロールは内部に加熱部材が配設された構成とすることができる。さらに、張架ロールは、複数配設された構成とすることもできる。
また、定着ベルトと加圧ベルトとの間で形成されるニップ部に、加圧ベルトを定着ロール側に押圧する押圧部材をさらに備えたことを特徴とすることもできる。

また、本発明の定着装置は、記録材に担持されたトナー像を定着する定着装置であって、回動自在な第１のベルト部材と、第１のベルト部材に当接する第２のベルト部材とを備えており、第１のベルト部材は、フレアー形状に形成された第１のロール部材と、クラウン形状に形成された第２のロール部材とを含む複数のロール部材で張架されたことを特徴としている。
ここで、第１のベルト部材と第２のベルト部材との当接部を押圧する押圧部材をさらに備えたことを特徴とすることができる。また、第２のベルト部材は、第１のロール部材の第１のベルト部材が巻き付けられた領域内で第１のベルト部材の外周面に当接して、第１のベルト部材との間にニップ部を形成する構成を採ることができる。さらに、第１のベルト部材は、内部に加熱部材が配設され、さらに第１のベルト部材以外の少なくとも１のロール部材の内部に加熱部材が配設された構成とすることができる。
また、複数のロール部材は、複数のロール部材における張り渡し長が軸方向のすべての位置で略等しいように構成することを特徴とすることができる。なお、ここでの「張り渡し長」とは、並列して配置される複数のロールの間に、軸に対して直角方向に張り渡された線（張り渡し線）を仮定した場合における、この張り渡し線の長さをいう。

さらに、本発明の定着装置は、加熱源を内部に有し、フレアー形状に形成された定着ロールと、１または複数の張架ロールと、定着ロールと張架ロールとに張架された回動自在な定着ベルトと、定着ベルトを加熱する加熱部材とを備え、張架ロールの少なくとも１は、クラウン形状に形成されたことを特徴としている。
ここで、定着ロールの定着ベルトが巻き付けられた領域内で定着ベルトの外周面に当接して定着ベルトとの間にニップ部を形成する加圧ベルトと、定着ベルトと加圧ベルトとの間で形成されるニップ部に、加圧ベルトを定着ロール側に押圧する押圧部材とをさらに備えた構成とすることができる。また、定着ロールと張架ロールとは、定着ロールと張架ロールとの間の張り渡し長が軸方向のすべての位置で略等しいように構成することもできる。
また、加熱部材は、１または複数の張架ロールの内部に配設された構成とすることもできる。

また、本発明を画像形成装置として捉え、本発明の画像形成装置は、トナー像を形成するトナー像形成手段と、トナー像形成手段によって形成されたトナー像を記録材上に転写する転写手段と、記録材上に転写されたトナー像を記録材に定着する定着手段とを含み、定着手段は、フレアー形状に形成された定着ロールと、定着ロールに張架される定着ベルトと、定着ベルトを張架するクラウン形状に形成された張架ロールと、定着ロールの定着ベルトが巻き付けられた領域内で定着ベルトの外周面に当接して、定着ベルトとの間にニップ部を形成する加圧ベルトとを備えたことを特徴としている。

本発明の効果として、画像形成装置の高速化に対応して、定着装置における温度ドループ現象の発生を抑制することが可能となった。また、同時に、紙しわの発生を抑えることも可能となった。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
[実施の形態１]
図１は本実施の形態が適用される画像形成装置を示した概略構成図である。図１に示す画像形成装置は、一般にタンデム型と呼ばれる中間転写方式の画像形成装置であって、電子写真方式により各色成分のトナー像が形成される複数の画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋ、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋにより形成された各色成分トナー像を中間転写ベルト１５に順次転写（一次転写）させる一次転写部１０、中間転写ベルト１５上に転写された重畳トナー画像を記録材（記録紙）である用紙Ｐに一括転写（二次転写）させる二次転写部２０、二次転写された画像を用紙Ｐ上に定着させる定着装置６０を備えている。また、各装置（各部）の動作を制御する制御部４０を有している。

本実施の形態において、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋは、矢印Ａ方向に回転する感光体ドラム１１の周囲に、これらの感光体ドラム１１を帯電する帯電器１２、感光体ドラム１１上に静電潜像を書込むレーザ露光器１３（図中露光ビームを符号Ｂｍで示す）、各色成分トナーが収容されて感光体ドラム１１上の静電潜像をトナーにより可視像化する現像器１４、感光体ドラム１１上に形成された各色成分トナー像を一次転写部１０にて中間転写ベルト１５に転写する一次転写ロール１６、感光体ドラム１１上の残留トナーが除去されるドラムクリーナ１７、などの電子写真用デバイスが順次配設されている。これらの画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋは、中間転写ベルト１５の上流側から、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の順に、略直線状に配置されている。

中間転写体である中間転写ベルト１５は、ポリイミドあるいはポリアミド等の樹脂にカーボンブラック等の帯電防止剤を適当量含有させたフィルム状の無端ベルトで構成されている。そして、その体積抵抗率は１０⁶〜１０¹⁴Ωｃｍとなるように形成されており、その厚みは例えば０.１ｍｍ程度に構成されている。中間転写ベルト１５は、各種ロールによって図１に示すＢ方向に所定の速度で循環駆動（回動）されている。この各種ロールとして、定速性に優れたモータ（図示せず）により駆動されて中間転写ベルト１５を回動させる駆動ロール３１、各感光体ドラム１１の配列方向に沿って略直線状に延びる中間転写ベルト１５を支持する支持ロール３２、中間転写ベルト１５に対して一定の張力を与えると共に中間転写ベルト１５の蛇行を防止する補正ロールとして機能するテンションロール３３、二次転写部２０に設けられるバックアップロール２５、中間転写ベルト１５上の残留トナーを掻き取るクリーニング部に設けられるクリーニングバックアップロール３４を有している。

一次転写部１０は、中間転写ベルト１５を挟んで感光体ドラム１１に対向して配置される一次転写ロール１６で構成されている。一次転写ロール１６は、シャフトと、シャフトの周囲に固着された弾性層としてのスポンジ層とで構成されている。シャフトは鉄、ＳＵＳ等の金属で構成された円柱棒である。スポンジ層はカーボンブラック等の導電剤を配合したＮＢＲとＳＢＲとＥＰＤＭとのブレンドゴムで形成され、体積抵抗率が１０^７〜１０^９Ωｃｍのスポンジ状の円筒ロールである。そして、一次転写ロール１６は中間転写ベルト１５を挟んで感光体ドラム１１に圧接配置され、さらに一次転写ロール１６にはトナーの帯電極性（マイナス極性とする。以下同様。）と逆極性の電圧（一次転写バイアス）が印加されるようになっている。これにより、各々の感光体ドラム１１上のトナー像が中間転写ベルト１５に順次、静電吸引され、中間転写ベルト１５上において重畳されたトナー像が形成されるようになっている。

二次転写部２０は、中間転写ベルト１５のトナー像担持面側に配置される二次転写ロール２２と、バックアップロール２５とによって構成される。バックアップロール２５は、表面がカーボンを分散したＥＰＤＭとＮＢＲとのブレンドゴムのチューブ、内部がＥＰＤＭゴムで構成されている。そして、その表面抵抗率が１０^７〜１０^１０Ω／□となるように形成され、硬度は例えば７０°（アスカーＣ：高分子計器（株）製、以下同様。）に設定される。このバックアップロール２５は、中間転写ベルト１５の裏面側に配置されて二次転写ロール２２の対向電極をなし、二次転写バイアスが安定的に印加される金属製の給電ロール２６が当接配置されている。

一方、二次転写ロール２２は、シャフトと、シャフトの周囲に固着された弾性層としてのスポンジ層とで構成されている。シャフトは鉄、ＳＵＳ等の金属で構成された円柱棒である。スポンジ層はカーボンブラック等の導電剤を配合したＮＢＲとＳＢＲとＥＰＤＭとのブレンドゴムで形成され、体積抵抗率が１０^７〜１０^９Ωｃｍのスポンジ状の円筒ロールである。そして、二次転写ロール２２は中間転写ベルト１５を挟んでバックアップロール２５に圧接配置され、さらに二次転写ロール２２は接地されてバックアップロール２５との間に二次転写バイアスが形成され、二次転写部２０に搬送される用紙Ｐ上にトナー像を二次転写する。

また、中間転写ベルト１５の二次転写部２０の下流側には、二次転写後の中間転写ベルト１５上の残留トナーや紙粉を除去し、中間転写ベルト１５の表面をクリーニングする中間転写ベルトクリーナ３５が接離自在に設けられている。一方、イエローの画像形成ユニット１Ｙの上流側には、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋにおける画像形成タイミングをとるための基準となる基準信号を発生する基準センサ（ホームポジションセンサ）４２が配設されている。また、黒の画像形成ユニット１Ｋの下流側には、画質調整を行うための画像濃度センサ４３が配設されている。この基準センサ４２は、中間転写ベルト１５の裏側に設けられた所定のマークを認識して基準信号を発生しており、この基準信号の認識に基づく制御部４０からの指示により、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋは画像形成を開始するように構成されている。

さらに、本実施の形態の画像形成装置では、用紙搬送系として、用紙Ｐを収容する用紙トレイ５０、この用紙トレイ５０に集積された用紙Ｐを所定のタイミングで取り出して搬送するピックアップロール５１、ピックアップロール５１により繰り出された用紙Ｐを搬送する搬送ロール５２、搬送ロール５２により搬送された用紙Ｐを二次転写部２０へと送り込む搬送シュート５３、二次転写ロール２２により二次転写された後に搬送される用紙Ｐを定着装置６０へと搬送する搬送ベルト５５、用紙Ｐを定着装置６０に導く定着入口ガイド５６を備えている。

次に、本実施の形態に係る画像形成装置の基本的な作像プロセスについて説明する。図１に示すような画像形成装置では、図示しない画像読取装置（ＩＩＴ）や図示しないパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等から出力される画像データは、図示しない画像処理装置（ＩＰＳ）により所定の画像処理が施された後、画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋによって作像作業が実行される。ＩＰＳでは、入力された反射率データに対して、シェーディング補正、位置ズレ補正、明度／色空間変換、ガンマ補正、枠消しや色編集、移動編集等の各種画像編集等の所定の画像処理が施される。画像処理が施された画像データは、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの４色の色材階調データに変換され、レーザ露光器１３に出力される。

レーザ露光器１３では、入力された色材階調データに応じて、例えば半導体レーザから出射された露光ビームＢｍを画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋの各々の感光体ドラム１１に照射している。画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋの各感光体ドラム１１では、帯電器１２によって表面が帯電された後、このレーザ露光器１３によって表面が走査露光され、静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、各々の画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋによって、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色のトナー像として現像される。

画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋの感光体ドラム１１上に形成されたトナー像は、各感光体ドラム１１と中間転写ベルト１５とが当接する一次転写部１０において、中間転写ベルト１５上に転写される。より具体的には、一次転写部１０において、一次転写ロール１６により中間転写ベルト１５の基材に対しトナーの帯電極性（マイナス極性）と逆極性の電圧（一次転写バイアス）が付加され、トナー像を中間転写ベルト１５の表面に順次重ね合わせて一次転写が行われる。

トナー像が中間転写ベルト１５の表面に順次一次転写された後、中間転写ベルト１５は移動してトナー像が二次転写部２０に搬送される。トナー像が二次転写部２０に搬送されると、用紙搬送系では、トナー像が二次転写部２０に搬送されるタイミングに合わせてピックアップロール５１が回転し、用紙トレイ５０から所定サイズの用紙Ｐが供給される。ピックアップロール５１により供給された用紙Ｐは、搬送ロール５２により搬送され、搬送シュート５３を経て二次転写部２０に到達する。この二次転写部２０に到達する前に、用紙Ｐは一旦停止され、トナー像が担持された中間転写ベルト１５の移動タイミングに合わせてレジストロール（図示せず）が回転することで、用紙Ｐの位置とトナー像の位置との位置合わせがなされる。

二次転写部２０では、中間転写ベルト１５を介して、二次転写ロール２２がバックアップロール２５に押圧される。このとき、タイミングを合わせて搬送された用紙Ｐは、中間転写ベルト１５と二次転写ロール２２との間に挟み込まれる。その際に、給電ロール２６からトナーの帯電極性（マイナス極性）と同極性の電圧（二次転写バイアス）が印加されると、二次転写ロール２２とバックアップロール２５との間に転写電界が形成される。そして、中間転写ベルト１５上に担持された未定着トナー像は、二次転写ロール２２とバックアップロール２５とによって押圧される二次転写部２０において、用紙Ｐ上に一括して静電転写される。

その後、トナー像が静電転写された用紙Ｐは、二次転写ロール２２によって中間転写ベルト１５から剥離された状態でそのまま搬送され、二次転写ロール２２の用紙搬送方向下流側に設けられた搬送ベルト５５へと搬送される。搬送ベルト５５では、定着装置６０における最適な搬送速度に合わせて、用紙Ｐを定着装置６０まで搬送する。定着装置６０に搬送された用紙Ｐ上の未定着トナー像は、定着装置６０によって熱および圧力で定着処理を受けることで用紙Ｐ上に定着される。そして定着画像が形成された用紙Ｐは、画像形成装置の排出部に設けられた排紙載置部に搬送される。
一方、用紙Ｐへの転写が終了した後、中間転写ベルト１５上に残った残留トナーは、中間転写ベルト１５の回動に伴ってクリーニング部まで搬送され、クリーニングバックアップロール３４および中間転写ベルトクリーナ３５によって中間転写ベルト１５上から除去される。

次に、本実施の形態の画像形成装置に用いられる定着装置６０について説明する。
図２は本実施の形態の定着装置６０の構成を示す側断面図である。この定着装置６０は、定着ベルトモジュール６１と加圧ベルトモジュール６２とで主要部が構成されている。
定着ベルトモジュール６１は、矢印Ａ方向に回転する定着ロール（第１のロール部材）６１０、内部に加熱部材としてのハロゲンヒータ６１６が配設された張架ロール（第２のロール部材）６１５、定着ロール６１０および張架ロール６１５に張架されて矢印Ｄ方向に従動回転する定着ベルト（第１のベルト部材）６１４により構成されている。

定着ロール６１０は、厚さ５ｍｍのアルミニウムで形成された芯金６１１の表面に、厚さ１．５ｍｍの弾性層６１２が被覆されて形成された、外径６５ｍｍφ、長さ３５０ｍｍのソフトロールである。弾性層６１２には、硬度が２５〜４５°（ＪＩＳ−Ａ）のＬＳＲ（Liquid Silicone Rubber）が用いられている。さらに、定着ロール６１０は、外径を中央部よりも両端部の方を１００μｍだけ大きくした所謂フレアー形状で形成されている。そして、定着ロール６１０は、４００ｍｍ／ｓの表面速度で矢印Ａ方向に回転する。
また、定着ロール６１０の内部には加熱部材として定格１０００Ｗのハロゲンヒータ６１３が配設され、定着ロール６１０の表面に接触するように配置された温度センサ６１７ａの計測値に基づき、画像形成装置の制御部４０（図１参照）が定着ロール６１０の表面温度を１６０℃に制御している。
なお、弾性層６１２の材質としては、シリコーンゴムに限定されず、例えばフッ素ゴムのような従来公知の各種材質を用いることができ、また、シリコーンゴムとフッ素ゴムからなる複数層積層された弾性層６１２を用いてもよい。さらに、定着ロール６１０としては、弾性層６１２のない、所謂ハードロールを用いることができ、この場合には、定着ロール６１０から定着ベルト６１４への熱供給がさらに効率化され、より温度ドループの小さな高速適性にすぐれた定着装置６０が得られる。

定着ベルト６１４は、定着ロール６１０および張架ロール６１５により張力１０ｋｇｆで張架されている。定着ベルト６１４は周長３３０ｍｍ、幅３４０ｍｍのフレキシブルなエンドレスベルトで形成されている。
定着ベルト６１４は、厚さ７５μｍのポリイミド樹脂で形成されたベース層と、ベース層に積層された厚さ２００μｍの弾性中間層と、さらに表面側（外周面側）に、離型層として厚さ３０μｍの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共重合体樹脂）で形成された表面層とからなる多層構造のエンドレスベルトである。ここでは、弾性中間層は、特にカラー画像に対する画質向上のために設けられたものであり、本実施の形態では硬度が２０°（ＪＩＳ−Ａ）のシリコーンゴムを使用している。なお、本実施の形態における定着ベルト６１４の引張弾性率は２ＭＰａ程度に構成されている。

張架ロール６１５は、外径２３ｍｍφ、肉厚２ｍｍ、長さ３５０ｍｍのステンレスロールを基材として、その外表面に、厚さ２０μｍのＰＦＡが離型層として被覆されている。この離型層は、定着ベルト６１４表面からの僅かなオフセットトナーや紙粉が堆積するのを防止する機能を有している。
張架ロール６１５の内部には加熱部材として定格８００Ｗのハロゲンヒータ６１６が配設されており、温度センサ６１７ｂと制御部４０（図１参照）とによって、張架ロール６１５の表面温度は２００℃に制御されている。したがって、張架ロール６１５は、定着ベルト６１４を張架する機能とともに、定着ベルト６１４を加熱する機能をも併せ持っている。
また、張架ロール６１５は、定着ロール６１０とは逆に、外径を端部よりも中央部の方を１００μｍだけ大きくした所謂クラウン形状で形成している。

一方、加圧ベルトモジュール６２は、インレットロール６２１、加圧ロール６２２および張架ロール６２３の３本のロールにより張架された加圧ベルト（第２のベルト部材）６２０、加圧ベルト６２０の内側において、加圧ベルト６２０を介して定着ロール６１０に付勢される状態で配置される圧力パッド（押圧部材）６３により主要部が構成されている。そして、加圧ベルト６２０は、定着ベルトモジュール６１の定着ロール６１０が矢印Ａ方向へ回転するのに伴い、定着ロール６１０に従動して矢印Ｂ方向に回動する。その進行速度は、定着ロール６１０の表面速度と同じ４００ｍｍ／ｓである。
加圧ベルト６２０は、定着ベルト６１４が定着ロール６１０に巻き付けられた（ラッピングされた）領域（ラップ部）内において、定着ベルト６１４の外周面に当接してニップ部Ｎを形成している。また、このニップ部Ｎには、加圧ベルト６２０の内側に圧力パッド６３が加圧ベルト６２０を介して定着ロール６１０に向けて付勢された状態で配置されている。したがって、トナー像を担持した用紙Ｐは、このニップ部Ｎを通過する際に、ニップ部Ｎにおいて加熱および加圧され、トナー像が用紙Ｐに定着される。
なお、本実施の形態の定着装置６０では、ニップ部Ｎは、定着ロール６１０の回転軸に関する中心角として４５°に亘る帯状領域（以下、この中心角を「巻き付き角」という。）として形成されている。なお、この場合のニップ幅は２６ｍｍである。

また、加圧ベルト６２０は、ベース層とその表面（定着ロール６１０側の面、または両面）に被覆された離型層とから構成されているのが好ましい。そして、ベース層としては、耐熱強度の高い樹脂で形成され、例えばポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド等が適している。ベース層の厚さは、例えば５０〜１２５μｍ程度に形成される。ベース層の表面に形成される離型層としては、フッ素樹脂、例えばＰＦＡ等が５〜２０μｍの厚さでコーティングされたものが好ましい。さらには、必要であればベース層と離型層との間に厚さ１００〜２００μｍの弾性層を積層させた構成を採ることもできる。弾性層の材料としては、シリコーンゴム等を使用することができる。
本実施の形態の定着装置６０においては、加圧ベルト６２０として、厚さ７５μｍ、幅３４０ｍｍ、周長２８８ｍｍのポイリミドフィルムのベース層のみにより構成している。

さらに、加圧ベルト６２０を張架する３個のロールは、ステンレス製のインレットロール６２１、スチールコアに弾性体層としてシリコーンゴムが１．０ｍｍの厚さで被覆された加圧ロール６２２、およびステンレス製の張架ロール６２３であり、１０ｋｇの張力で加圧ベルト６２０を張架している。それぞれのロールの直径は、２２ｍｍ、２５ｍｍおよび２０ｍｍである。また、インレットロール６２１の内部には、加熱源としてハロゲンヒータ６２５が配設されている。そして、図示しない温度センサおよび制御部４０（図１参照）によりその表面温度は１２０℃に制御され、加圧ベルト６２０に予熱を与えている。
なお、インレットロール６２１、加圧ロール６２２および張架ロール６２３のいずれかのロールには、加圧ベルト６２０のベルトエッジ位置検知機構と、ベルトエッジ位置検知機構の検知結果に応じて加圧ベルト６２０の軸方向における当接位置を変位させる軸変位機構とを配設し、加圧ベルト６２０の蛇行を制御するように構成することも可能である。

次に、押圧部材としての圧力パッド６３は、幅の広いニップ部Ｎを確保するための弾性体部材と、弾性体部材が加圧ベルト６２０の内周面と接触する面に設けられた低摩擦層とで構成され、金属等からなるホルダに保持されている。低摩擦層を表面に有する弾性体部材は、定着ロール６１０側がほぼ定着ロール６１０の外周面に倣う凹形状に形成され、定着ロール６１０に対して押圧されて配置され、ニップ部Ｎの入口側領域を形成している。弾性体部材としては、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性の高い弾性体や、板バネ等を用いることができる。弾性体部材上に形成された低摩擦層は、加圧ベルト６２０内周面と圧力パッド６３との摺動抵抗を小さくするために設けられ、摩擦係数が小さく、耐摩耗性のある材質であることが望ましい。具体的には、テフロン（登録商標）を含浸させたガラス繊維シート、フッ素樹脂シート、フッ素樹脂塗膜等を用いることができる。
なお、圧力パッド６３としては、本実施の形態のようにパッド状に成型されたものの他に、例えば、ロール状に成型されたものを用いることもでき、加圧ベルト６２０を介して定着ロール６１０表面に付勢させて従動回転させてもよい。ただし、本実施の形態のようにパッド状に成型された圧力パッド６３の方が、当接するニップ部Ｎ全域に亘って、広く均一にニップ圧を付与することができる。

また、圧力パッド６３に対し用紙Ｐ搬送方向（矢印Ｃ方向）の下流側に配置された加圧ロール６２２は、加圧手段としての圧縮コイルスプリング（不図示）によって、加圧ベルト６２０および定着ベルト６１４を介して定着ロール６１０の中心軸に向けて付勢されており、定着ロール６１０および定着ベルト６１４の当接部に局所的な高圧を生じさせている。それによって、定着ロール６１０の表面の弾性層６１２および定着ベルト６１４は弾性変形してひずみが生じ、ニップ部Ｎの出口では、この定着ロール６１０および定着ベルト６１４のひずみにより、用紙Ｐが定着ロール６１０および定着ベルト６１４側から剥離される。
なお、この定着ロール６１０および定着ベルト６１４に対する局所的な高圧を低荷重で効率良く与えるために、加圧ロール６２２は定着ロール６１０より小径で、その表面は硬質に形成されていることが望ましい。

次に、本実施の形態の定着装置６０における定着動作について説明する。
画像形成装置の二次転写部２０（図１参照）において未定着トナー像が静電転写された用紙Ｐは、搬送ベルト５５および定着入口ガイド５６により、定着装置６０のニップ部Ｎに向けて（矢印Ｃ方向）搬送されてくる。ニップ部Ｎを通過する用紙Ｐ表面の未定着トナー像は、ニップ部Ｎに作用する圧力と熱とにより用紙Ｐに定着される。本実施の形態の定着装置６０では、上述したように、定着ベルト６１４がラッピングされた定着ロール６１０と加圧ベルト６２０とを当接させた構成により、ニップ部Ｎを広く設定することができるため、安定した定着性能を確保することができる。
このとき、ニップ部Ｎに作用する熱は、主として定着ベルト６１４によって供給される。定着ベルト６１４は、定着ロール６１０の内部に配置されたハロゲンヒータ６１３から定着ロール６１０を通じて供給される熱と、張架ロール６１５の内部に配置されたハロゲンヒータ６１６から張架ロール６１５を通じて供給される熱とによって加熱されるように構成されている。そのため、定着ロール６１０のみでは熱エネルギーが不充分である場合においても、張架ロール６１５から適切かつ速やかに熱エネルギーを補給することができるので、ニップ部Ｎにおいては、プロセススピードが４００ｍｍ／ｓという高速であっても充分な熱量を確保することができる。

ここで、定着ベルト６１４を介した用紙Ｐへの熱の伝達について述べる。
本実施の形態の画像形成装置のようにプロセススピードが４００ｍｍ／ｓと高速である場合には、用紙Ｐが次々に定着装置６０のニップ部Ｎに搬送される連続定着が行われた際に、用紙Ｐおよび未定着トナー像に熱が奪われるとともに、加圧ベルトモジュール６２からの放熱量も増加するので、加圧ベルト６２０が単に定着ロール６１０に巻き付いただけの構成であれば、定着ロール６１０の表面温度は低下し易い。また、ハロゲンヒータ６１３による定着ロール６１０内部からの熱エネルギーの供給のみでは、定着ロール６１０自身が厚みを有することから、その表面にまで熱を到達させるまでのタイムラグも生じる。
これに対し、定着ロール６１０の構成のみによって定着ロール６１０の表面温度を必要な温度に維持するとすれば、極めて多くの熱量を定着ロール６１０の内部から供給する必要が生じる。このような方法では、エネルギー損失が大きく、また装置自体の負荷も大きい。さらに、連続定着の終了後に必要以上に表面温度が高温となるため、定着ロール６１０の表面が損傷を受け、次の画像形成サイクルにおいて定着不良が発生するという懸念もある。
その対応策として、定着ロール６１０の表面に直接接触するように外部加熱ロールのような外部加熱装置を配置し、定着ロール６１０の表面を外部から補助加熱する方法も考えられるが、外部加熱ロールと定着ロール６１０の表面との接触幅を大きく設定することが難しいので、結局充分な熱量を定着ロール６１０の表面に供給することは困難である。

これに対して、本実施の形態の定着装置６０では、一般的なベルトニップ方式の定着装置に対し、定着ロール６１０と並行して内部にハロゲンヒータ６１６が配設された張架ロール６１５を配置し、張架ロール６１５と定着ロール６１０とによって無端状の定着ベルト６１４が張架される構成を採用している。かかる構成では、定着ベルト６１４は用紙Ｐを加熱する直接的な加熱部材として機能し、定着ロール６１０と張架ロール６１５の双方は定着ベルト６１４に対し熱を供給する熱供給部材として機能する。ただし、定着ロール６１０は、定着ベルト６１４を介して用紙Ｐに接触していることから、用紙Ｐを直接加熱する機能をも兼ね備えている。

かかる構成においては、直接的な加熱部材として機能する定着ベルト６１４は、極めて小熱容量である。これまでの一般的なベルトニップ方式の定着装置のように、加熱部材として定着ロール６１０のみで構成される場合には、定着ロール６１０の表面層が用紙Ｐと当接する領域を通過した後、再度用紙Ｐと当接する領域に戻るまでの１回転の間に、大きな熱容量の定着ロール６１０を所定の定着温度に復帰させる必要があったため、画像形成装置の高速化が進む際には、この所定の定着温度への復帰が定着ロール６１０の１回転では間に合わないといった状況が生じる場合があった。ところが、定着ベルト６１４は極めて小熱容量であり、加えて、熱供給部材である定着ロール６１０と張架ロール６１５の双方とは広いラップ面積（大きな巻き付き角）で接触できるので、定着ベルト６１４が１回転する間に、定着ベルト６１４を必要な定着温度に復帰させることが可能である。

このように、本実施の形態の定着装置６０では、極めて小熱容量である定着ベルト６１４が、熱供給部材である定着ロール６１０と張架ロール６１５の双方と広いラップ面積（大きな巻き付き角）で接触することができるので、定着ロール６１０や張架ロール６１５から定着ベルト６１４への熱の伝達が迅速かつ充分に行われ、定着ベルト６１４を定着ベルト６１４が１回転する間という短時間で必要な定着温度に復帰させることが可能となる。したがって、ニップ部Ｎにおいては、定着装置６０が高速化されても、所定の定着温度を常に維持することができる。
その結果、高速定着時における大きな課題であった温度ドループ（定着ロールの表面温度が一時的に低下する現象）の発生を抑制することが可能となる。特に、熱容量の大きな厚紙の定着においても、温度ドループの発生を抑制することができる。また、紙種に対応させて定着温度を途中で切り替える（定着温度のアップおよびダウンの双方を含む。）必要がある場合にも、定着ベルト６１４は熱容量が小さく、定着ベルト６１４の厚さ方向の熱伝導性が高いので、ハロゲンヒータ６１３およびハロゲンヒータ６１６の出力調整により、所望の温度への切り替えは容易であり、かつ速やかに行うこともできる。

また、本実施の形態の定着装置６０は、加圧ベルトモジュール６２の加圧ベルト６２０が、定着ロール６１０表面に対し定着ベルト６１４が巻き付けられた領域（ラップ部）内でのみ、定着ベルト６１４の外周面に当接するように構成されて、ニップ部Ｎが形成されている。すなわち、ニップ部Ｎにおいては、定着ベルト６１４の内周面側には定着ロール６１０が全域に亘って位置している。したがって、定着ベルト６１４と加圧ベルト６２０との当接は、定着ロール６１０表面によって安定的に支持された状態が形成されるので、ニップ部Ｎの全域において均一に密着させることができる。かかる定着ベルト６１４と加圧ベルト６２０との良好な密着性により、定着ベルト６１４から用紙Ｐへの熱の伝導を効率的に行うことができるので、温度ドループの発生をより効果的に抑制することができる。
さらに、かかるニップ部Ｎの構成により、定着ベルト６１４のニップ部Ｎ入口側上流においては、定着ベルト６１４が定着ロール６１０とのみ接触する領域が形成されている。そのため、定着ベルト６１４がこの領域を通過する際に、回動の間に定着ベルト６１４に生じたしわが矯正される。したがって、ニップ部Ｎにおいては、用紙Ｐ上の未定着トナー像と平滑な状態で接触することができるので、良質な定着画像を得ることができる。

なお、このようにしてニップ部Ｎでトナー像が定着された用紙Ｐは、ニップ部Ｎの出口において加圧ロール６２２が定着ロール６１０に押圧されることで形成された定着ロール６１０および定着ベルト６１４のひずみにより、定着ベルト６１４から剥離される。そして、ニップ部Ｎの定着ロール６１０の回転方向Ａ下流側であって、定着ロール６１０表面近傍に配置された剥離案内板６２６、６２７により分離される。分離された用紙Ｐは排出ガイド６２８により案内されて、排出ロール６２９により画像形成装置の排出部に設けられた排紙載置部（不図示）に搬送され、載置される。

ところで、かかる本実施の形態の定着装置６０においては、上述した構成に加えて、定着ロール６１０は、外径が中央部よりも端部の方を大きくした所謂フレアー形状で形成するとともに、張架ロール６１５は、定着ロール６１０とは逆に、外径が端部よりも中央部の方を大きくした所謂クラウン形状で形成している。
このように、定着ロール６１０をフレアー形状に形成することで、ニップ部Ｎを通過する用紙Ｐに対して、用紙Ｐの搬送速度が進行方向に対して中央部よりも両端部側で若干速くすることができる。これによって、定着ロール６１０に密着しながら搬送される用紙Ｐには幅方向における中央部から両側部に向かう引張力が生じることから、用紙Ｐでの紙しわの発生を抑制することが可能となる。
一方、本実施の形態の定着装置６０は、ニップ部Ｎにおいて定着ロール６１０には定着ベルト６１４がラッピングされている。したがって、用紙Ｐに対し中央部から両側部に向かう引張力を生じさせるためには、定着ベルト６１４も定着ロール６１０のフレアー形状に精度良く倣って回動する必要がある。

ところが、定着ロール６１０でのフレアー形状による両端部と中央部との周速差によって、定着ベルト６１４にも両端部と中央部とで周速差が発生するが、定着ベルト６１４はエンドレスベルトで構成されているために、その周速差によって定着ベルト６１４の中央部から両端部に向かってせん断的なひずみが生じることとなる。このような定着ベルト６１４のひずみは、ニップ部Ｎにおける定着ベルト６１４を介した定着ロール６１０と用紙Ｐとの密着性を妨げることから、ニップ部Ｎを通過する用紙Ｐに対する幅方向における中央部から両側部に向かう引張力が低減し、紙しわの抑制効果を弱めることとなる。特に、高速で搬送される用紙Ｐにおいては、定着ロール６１０のフレアー形状への密着性が充分でなければ、紙しわの発生頻度が高くなり易い。
そこで、本実施の形態の定着装置６０では、定着ベルト６１４を張架するもう一方のロールである張架ロール６１５を、定着ロール６１０とは逆に、外径が端部よりも中央部の方を大きくした所謂クラウン形状で形成することによって、張架ロール６１５において、定着ベルト６１４を両端部よりも中央部が早く回動するように構成している。

このように構成することによって、図３に示したように、張架ロール６１５とのラップ部では、定着ベルト６１４は中央部が両端部よりも速く搬送されることとなり、この中央部と両端部との周速差によって、定着ベルト６１４の両端部よりも中央部を張架ロール６１５側により速く引っ張ることができる。それによって、定着ロール６１０とのラップ部では、定着ベルト６１４における中央部が遅く両端部が速いという速度差によって定着ベルト６１４の中央部に向かって生じたひずみが是正され、定着ベルト６１４を定着ロール６１０に密着させることができる。そのため、定着ベルト６１４は定着ロール６１０のフレアー形状に精度良く倣って回動することができるので、定着ベルト６１４を介した定着ロール６１０と用紙Ｐとの密着性を良好に保つことができる。その結果として、ニップ部Ｎを通過する用紙Ｐに対して中央部から両側部に向かう引張力が効果的に作用して、紙しわの発生を充分に抑制することが可能となる。

ここで、定着ベルト６１４の引張弾性率について述べる。上述したように、本実施の形態の定着装置６０では、定着ロール６１０のフレアー形状によって生じる定着ベルト６１４のひずみを、張架ロール６１５のクラウン形状による両端部と中央部との周速差で是正している。その際に、張架ロール６１５のクラウン形状による両端部と中央部との周速差を、定着ロール６１０におけるラップ部に効率良く伝達する必要がある。すなわち、定着ベルト６１４の引張弾性率が低くて、定着ベルト６１４が伸び易い特性を有する場合には、張架ロール６１５のクラウン形状によって生じた両端部と中央部との周速差が、定着ベルト６１４自体の伸びによって吸収されてしまうために定着ロール６１０とのラップ部まで伝わらず、ニップ部Ｎでの定着ベルト６１４のひずみを是正することができないこととなる。したがって、定着ベルト６１４には、所定値以上の引張弾性率を有することが要求される。本実施の形態の定着ベルト６１４では、張架ロール６１５での周速差を定着ロール６１０のラップ部に効率良く伝達するのに充分小さな伸び率を実現することに加え、定着ロール６１０と張架ロール６１５とに張架されながら長期に亘り安定した強度を保つとともに、熱容量が小さくなるような薄層化に耐え得ることをも考慮して、定着ベルト６１４の引張弾性率としては、実験により、０．１ＭＰａ以上が必要であるという知見を得た。

他方、定着ベルト６１４においても、定着ロール６１０のフレアー形状や張架ロール６１５のクラウン形状に対応した幅方向の伸びや、各種ロールに張架された状態で加わる力の吸収のための伸び等が生じるように、所定量の伸びが可能なように構成する必要がある。かかる観点から、定着ベルト６１４には長さ１００ｍｍ当たり５０μｍ程度の伸び（ひずみ率０．０００５）が必要となると想定される。
いま、定着ベルト６１４に付加される最大引張応力として、厚さ５０μｍであって、幅３４０ｍｍの定着ベルト６１４に対し、５０ｋｇｆの張力で張架した場合を想定する。この場合に、定着ベルト６１４におけるひずみ率０．０００５を確保するためには、引張弾性率＝応力／ひずみ率の定義から、引張弾性率は６０ＧＰａ程度である必要がある。したがって、定着ベルト６１４に想定される引張応力の範囲においては、引張弾性率を６０ＧＰａ以下とすることが好ましい。すなわち、６０ＧＰａより大きな引張弾性率を有する定着ベルト６１４を用いると、ひずみ率０．０００５を確保するために過度な引張応力を定着ベルト６１４に付加する必要が生じ、構成上の負荷が大きいからである。
したがって、張架ロール６１５での周速差を定着ロール６１０のラップ部に効率良く伝達するとともに、定着ロール６１０のフレアー形状や張架ロール６１５のクラウン形状に対応した幅方向の伸び等が生じるように設定するためには、定着ベルト６１４の引張弾性率は０．１ＭＰａ〜６０ＧＰａの範囲で構成し、この範囲内において、ひずみ率０．０００５を確保することができるような定着ベルト６１４の寸法設定、張力の設定を行なうのが好ましい。

続いて、定着ロール６１０の両端部と中央部との外径差（フレアー量）と、張架ロール６１５の両端部と中央部との外径差（クラウン量）との関係について述べる。上述したように、本実施の形態の定着装置６０では、定着ロール６１０のフレアー形状によって生じる定着ベルト６１４のひずみを、張架ロール６１５のクラウン形状による両端部と中央部との周速差で是正している。すなわち、定着ロール６１０とのラップ部で生じた中央部での相対的な搬送遅れを、張架ロール６１５とのラップ部において両端部よりも中央部で相対的に速く搬送することで、搬送速度の調整を図っている。したがって、並列して配置される定着ロール６１０と張架ロール６１５との間に、両ロールの軸に対して直角方向に張り渡された線（張り渡し線）を仮定した場合に、原則として、軸方向のすべての位置において張り渡し線の長さ（「張り渡し長」とする。）が等しくなるように、定着ロール６１０のフレアー量と張架ロール６１５のクラウン量を設定する必要がある。具体的に図３を用いて説明すると、両端部ａ、ｃでの張り渡し長と、中央部ｂでの張り渡し長とが略等しくなるように、定着ロール６１０のフレアー量と張架ロール６１５のクラウン量とを設定する。

その際、定着ロール６１０における両端部の外径をＲ_１、中央部の外径をＲ_２、ラップ部の巻き付き角をΘ、フレアー量をｐとし、張架ロール６１５における両端部の外径をｒ_１、中央部の外径をｒ_２、ラップ部の巻き付き角をθ、クラウン量をｑとする。両端部ａ、ｃでの張り渡し長と、中央部ｂでの張り渡し長とが略等しくなる条件は、Ｒ_１Θ＋ｒ_１θ≒Ｒ_２Θ＋ｒ_２θである。したがって、（Ｒ_１−Ｒ_２）Θ≒（ｒ_２−ｒ_１）θ、すなわちｐΘ≒ｑθを満たすように、定着ロール６１０におけるラップ部の巻き付き角とフレアー量、張架ロール６１５におけるラップ部の巻き付き角とクラウン量を設定すればよい。

次に、本実施の形態の定着装置６０を用いて、用紙Ｐにおける紙しわの発生に関する実験を行なった。本実験では、用紙Ｐとして富士ゼロックス（株）製のＡ３サイズのＰ紙（商品名）を用い、定着ロール６１０の表面温度を１６０℃に制御しながら、用紙Ｐにはトナー像を担持させない「白紙」状態での通紙を行なった。その結果、１０００枚の連続通紙においても、用紙Ｐに紙しわが発生することは無かった。
その比較例として、定着ロール６１０をフレアー形状に形成しない所謂ストレートロールとし、張架ロール６１５もクラウン形状に形成しないストレートロールに設定した状態で、同様の実験を行なったところ、略１０枚に１枚の割合で、用紙Ｐに紙しわが発生した。さらに、定着ロール６１０をフレアー形状に形成し、張架ロール６１５はストレートロールに設定した場合には、２５０枚程度通紙させた時点で、定着ベルト６１４に破断が生じた。
このように、本実施の形態の定着装置６０の優位性を確認することができた。

以上説明したように、本実施の形態の定着装置６０では、定着ロール６１０と並行して内部に加熱部材であるハロゲンヒータ６１６が配設された張架ロール６１５を配置し、張架ロール６１５と定着ロール６１０とを無端状の定着ベルト６１４で張架する構成を採用している。そして、用紙Ｐを加熱する主要な加熱部材として定着ベルト６１４を機能させ、定着ロール６１０と張架ロール６１５の双方は定着ベルト６１４に対し熱を供給する熱供給部材として機能させている。そのため、ニップ部Ｎにおいては、定着装置６０が高速化されても、所定の定着温度を常に維持することができるので、温度ドループの発生を抑制することができる。
また、定着ロール６１０を外径が中央部よりも端部の方を大きくしたフレアー形状で形成するとともに、張架ロール６１５を、定着ロール６１０とは逆に、外径が端部よりも中央部の方を大きくしたクラウン形状で形成している。このように構成することにより、定着ベルト６１４は定着ロール６１０のフレアー形状に精度良く倣って回動することができるので、定着ベルト６１４を介した定着ロール６１０と用紙Ｐとの密着性を良好に保つことができる結果、ニップ部Ｎを通過する用紙Ｐに対して中央部から両側部に向かう引張力が効果的に作用して、紙しわの発生を充分に抑制することが可能となる。

[実施の形態２]
実施の形態１では、定着ロール６１０と並行して内部に加熱部材であるハロゲンヒータ６１６が配設された張架ロール６１５を配置し、張架ロール６１５と定着ロール６１０とを無端状の定着ベルト６１４で張架する構成の定着装置６０が搭載された画像形成装置について説明した。実施の形態２では、図１に示した画像形成装置に搭載する定着装置であって、張架ロール６１５を２本配置し、新たに配置した１本の張架ロールが定着ベルト６１４に外表面から当接する定着装置７０について説明する。尚、実施の形態１と同様な構成については同様な符号を用い、ここではその詳細な説明を省略する。

図４は、本実施の形態に係る定着装置７０の構成を示す側断面図である。本実施の形態の定着装置７０では、定着ベルトモジュール６１において、張架ロール６１５に加えて、張架ロール６１８を配置した点が異なることを除いては、実施の形態１の定着装置６０と同様である。
本実施の形態の定着装置７０において、定着ベルトモジュール６１は、矢印Ａ方向に回転する定着ロール６１０、内部に加熱部材としてのハロゲンヒータ６１６が配設された張架ロール６１５、同様に内部に加熱部材としてのハロゲンヒータ６１９が配設された張架ロール６１８、定着ロール６１０と張架ロール６１５と張架ロール６１８とに張架されて矢印Ｄ方向に従動回転する定着ベルト６１４によって構成されている。

定着ベルト６１４は、定着ロール６１０、張架ロール６１５および張架ロール６１８に張力１０ｋｇｆで張架されている。より詳しくは、実施の形態１における定着ベルト６１４が定着ロール６１０および張架ロール６１５によって張架されているのに対して、本実施の形態の定着装置７０では、そこに張架ロール６１８が定着ベルト６１４の外周面から付勢されて配置され、所定の巻き付けられた領域（本実施の形態においては、巻き付き角８０°、巻き付き幅１６ｍｍ。）が形成されている。したがって、定着ロール６１０および張架ロール６１５は定着ベルト６１４の内周面に当接し、張架ロール６１８はその外周面に当接して、定着ベルト６１４を張架している。なお、本実施の形態では、張架ロール６１５における定着ベルト６１４の巻き付き角も、張架ロール６１８の付勢により、実施の形態１よりも大きくなっている（本実施の形態においては、具体的には、巻き付き角２３０°、巻き付け幅４６ｍｍ。）。

張架ロール６１８は、外径２３ｍｍ、肉厚２ｍｍ、長さ３５０ｍｍのステンレスパイプロールを基体として、その表面に厚さ２０μｍのＰＦＡが被覆されて離型層が形成されている。この離型層は、定着ベルト６１４の外周面からの僅かなオフセットトナーや紙粉が張架ロール６１８に堆積するのを防止するために形成されるものである。
張架ロール６１８の内部には、加熱部材としての定格８００Ｗのハロゲンヒータ６１９が配設されており、温度センサ６１７ｃと制御部４０（図１参照）とによって表面温度が２００℃に制御されている。したがって、張架ロール６１８は、定着ベルト６１４を張架する機能とともに、定着ベルト６１４を加熱する機能をも併せ持っている。したがって、張架ロール６１５の内部にも加熱部材としてのハロゲンヒータ６１６が配設されているので、本実施の形態では、張架ロール６１５と張架ロール６１８との双方によって定着ベルト６１４を補助加熱する構成となっている。
なお、張架ロール６１８は、定着ベルト６１４全体が張力１０ｋｇｆとなるように荷重を印加する押圧ロールとしての機能をも有している。

本実施の形態の定着装置７０では、内周面に当接している張架ロール６１５が定着ベルト６１４の内周面側から定着ベルト６１４を加熱するとともに、外周面に当接している張架ロール６１８が定着ベルト６１４の外周面側から定着ベルト６１４を加熱している。このように、本実施の形態によれば、定着ベルト６１４は、外周面と内周面の双方から加熱されるので、一段と多くの熱量を安定的に供給することが可能となる。

このように、本実施の形態の定着装置７０でも、定着ロール６１０と並行して内部に加熱部材であるハロゲンヒータ６１６が配設された張架ロール６１５と、内部に加熱部材であるハロゲンヒータ６１９が配設された張架ロール６１８との２本を配置し、張架ロール６１５と張架ロール６１８と定着ロール６１０とが無端状の定着ベルト６１４を張架する構成を採用している。そして、用紙Ｐを加熱する主要な加熱部材として定着ベルト６１４を機能させ、定着ロール６１０と張架ロール６１５と張架ロール６１８とは定着ベルト６１４に対し熱を供給する熱供給部材として機能させている。それによって、定着ベルト６１４は極めて小熱容量に構成でき、また、熱供給部材である定着ロール６１０と張架ロール６１５と張架ロール６１８とに対しては広いラップ面積で接触できる。そのため、ニップ部Ｎにおいては、定着装置７０が高速化されても、所定の定着温度を常に維持することができるので、温度ドループの発生を抑制することができる。

さらには、定着ロール６１０を外径が中央部よりも端部の方を大きくしたフレアー形状で形成するとともに、張架ロール６１５と張架ロール６１８とを、定着ロール６１０とは逆に、外径が端部よりも中央部の方を大きくしたクラウン形状で形成している。このように張架ロール６１５と張架ロール６１８の双方をクラウン形状で形成することによっても、定着ロール６１０とのラップ部で生じた定着ベルト６１４のひずみは、張架ロール６１５と張架ロール６１８のラップ部における両端部と中央部との周速差によって是正することができる。したがって、定着ベルト６１４は定着ロール６１０のフレアー形状に精度良く倣って回動することができるので、定着ベルト６１４を介した定着ロール６１０と用紙Ｐとの密着性を良好に保つことができる結果、ニップ部Ｎを通過する用紙Ｐに対して中央部から両側部に向かう引張力が効果的に作用して、紙しわの発生を充分に抑制することができる。
なお、本実施の形態では張架ロール６１５と張架ロール６１８の双方をクラウン形状で形成する場合を述べたが、張架ロール６１５または張架ロール６１８のいずれか一方のみをクラウン形状で形成してもよい。

[実施の形態３]
実施の形態１では、加圧ベルトモジュール６２として、インレットロール６２１、加圧ロール６２２および張架ロール６２３の３本のロールにより張架された加圧ベルト６２０を用いた構成の定着装置６０が搭載された画像形成装置について説明した。実施の形態３では、図１に示した画像形成装置に搭載する定着装置であって、加圧ベルトモジュール６２として、エンドレスベルトの内側に非回転状態で配置された圧力パッドによって、定着ロールとの接触面が形成されるようにエンドレスベルトを定着ロールに圧接させた定着装置８０について説明する。尚、実施の形態１と同様な構成については同様な符号を用い、ここではその詳細な説明を省略する。

図５は、本実施の形態に係る定着装置８０の構成を示す側断面図である。本実施の形態の定着装置８０は、加圧ベルトモジュール６２において、エンドレスベルト８２がロールに張架されずにフリーな状態で回転する構成（特に、フリーベルトニップ方式と呼ぶ。）となっていることを除いては、実施の形態１の定着装置６０と同様である。
加圧ベルトモジュール６２は、エンドレスベルト８２、エンドレスベルト８２を介して定着ロール６１０から押圧される圧力パッド８４により主要部が構成されている。
エンドレスベルト８２は、圧力パッド８４とベルト走行ガイド８３とによって回動自在に支持されている。そして、ニップ部Ｎにおいて定着ロール６１０に対して圧接されて配置されている。
圧力パッド８４は、エンドレスベルト８２の内側において、エンドレスベルト８２を介して定着ロール６１０に押圧される状態で配置され、定着ロール６１０との間でニップ部Ｎを形成している。圧力パッド８４は、幅の広いニップ部Ｎを確保するためのプレニップ部材８４ａをニップ部Ｎの入口側に配置し、定着ロール６１０にひずみを与えるための剥離ニップ部材８４ｂをニップ部Ｎの出口側に配置している。さらに、エンドレスベルト８２の内周面と圧力パッド８４との摺動抵抗を小さくするために、プレニップ部材８４ａおよび剥離ニップ部材８４ｂのエンドレスベルト８２と接する面に低摩擦シート８８が設けられている。そして、圧力パッド８４と低摩擦シート８８とは、金属製のホルダ８５に保持されている。

さらに、ホルダ８５には、ベルト走行ガイド８３が取り付けられ、エンドレスベルト８２がスムーズに回動することができるように構成されている。すなわち、ベルト走行ガイド８３は、エンドレスベルト８２内周面と摺擦するため、静止摩擦係数の小さな材質で形成されている。また、ベルト走行ガイド８３は、エンドレスベルト８２から熱を奪い難いように熱伝導率の低い材質で形成されている。

定着ロール６１０は、図示しない駆動モータにより矢印Ａ方向に回転し、この回転によりエンドレスベルト８２も従動回転する。図１に示した画像形成装置の二次転写部２０においてトナー像が静電転写された用紙Ｐは、定着入口ガイド５６によって導かれて、ニップ部Ｎに搬送される。そして、用紙Ｐがニップ部Ｎを通過する際に、用紙Ｐ上のトナー像はニップ部Ｎに作用する圧力と、定着ベルト６１４から供給される熱とによって定着される。本実施の形態の定着装置８０では、ほぼ定着ロール６１０の外周面に倣う凹形状のプレニップ部材８４ａによりニップ部Ｎを広く構成することができるため、安定した定着性能を確保することができる。

加えて、本実施の形態の定着装置８０では、定着ロール６１０の外周面に対し突出させて剥離ニップ部材８４ｂを配置することにより、ニップ部Ｎの出口領域（剥離ニップ部）において定着ロール６１０および定着ベルト６１４のひずみが局所的に大きくなるように構成することもできる。このように剥離ニップ部材８４ｂを配置すれば、定着後の用紙Ｐは、剥離ニップ部を通過する際に、局所的に大きく形成されたひずみを通過することになるので、定着ロール６１０および定着ベルト６１４に巻き付くことのない用紙Ｐの剥離を効果的に行うことができる。

次に、加圧ベルトモジュール６２を構成する各部材について詳細に述べる。エンドレスベルト８２は、ベース層とその表面（定着ロール６１０側の面、または両面）に被覆された離型層とから構成されているが、ベース層としては、耐熱強度の高い樹脂で形成され、例えばポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド等が適している。ベース層の厚さは例えば５０〜１２５μｍに形成されるが、使用条件等に対応させるとともに、充分に低い熱伝導性が得られるように、材質・厚さ等の条件が選択されればよい。ベース層の表面に形成される離型層としては、フッ素樹脂、例えばＰＦＡ等が５〜２０μｍの厚さでコーティングされたものが好ましい。さらには、ベース層に弾性層を積層させ、断熱層を形成した構成を採ることもできる。
本実施の形態の定着装置８０においては、加圧ベルト６２０として、厚み７５μｍ、幅３００ｍｍ、周長７８ｍｍのポイリミドフィルムのベース層に、厚さ３０μｍのＰＦＡの表面層が被覆された多層構造に構成している。

圧力パッド８４は、上述したように、プレニップ部材８４ａ、剥離ニップ部材８４ｂで構成され、ホルダ８５に支持されている。プレニップ部材８４ａには、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の弾性体や板バネ等を用いることができ、定着ロール６１０側の面は、ほぼ定着ロール６１０の外周面に倣う凹形状で形成されている。
剥離ニップ部材８４ｂは、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ポリイミド、ポリエステル、ポリアミド等の耐熱性を有する樹脂、または鉄、アルミニウム、ＳＵＳ等の金属で形成されている。剥離ニップ部材８４ｂの形状としては、ニップ部Ｎにおける外面形状が一定の曲率半径を有する凸曲面状に形成される。

低摩擦シート８８は、エンドレスベルト８２内周面と圧力パッド８４との摺動抵抗（摩擦抵抗）を低減するために設けられ、摩擦係数が小さく、耐摩耗性・耐熱性に優れた材質が適している。具体的には、シンタード成型したＰＴＦＥ樹脂シート、テフロン（登録商標）を含浸させたガラス繊維シート等を用いることができる。なお、低摩擦シート８８は、プレニップ部材８４ａや剥離ニップ部材８４ｂと別体に構成しても、プレニップ部材８４ａや剥離ニップ部材８４ｂと一体的に構成しても、いずれでもよい。

また、ベルト走行ガイド８３は、上述したように、エンドレスベルト８２の内周面と摺擦するため、摩擦係数が低く、かつ、エンドレスベルト８２から熱を奪い難いように熱伝導率が低い材質が適しており、ＰＦＡやＰＰＳ等の耐熱性樹脂が用いられる。
ベルト走行ガイド８３には、定着装置８０の長手方向に亘って、潤滑剤塗布部材８７が配設されている。潤滑剤塗布部材８７は、エンドレスベルト８２内周面に対して接触するように配置され、アミン変性シリコーンオイル等の潤滑剤を適量供給する。これにより、エンドレスベルト８２と低摩擦シート８８との摺動部に潤滑剤を供給し、低摩擦シート８８を介したエンドレスベルト８２と圧力パッド８４との摺動抵抗をさらに低減して、エンドレスベルト８２の円滑な回動を図っている。
また、ベルト走行ガイド８３の両端部において、エンドレスベルト８２の安定した走行を確保すべく、エンドレスベルト８２の回転軸の軸方向への変位を規制するベルトエッジガイドを備えることが好ましい。

かかる構成に加えて、本実施の形態の定着装置８０でも、定着ロール６１０と並行して内部に加熱部材であるハロゲンヒータ６１６が配設された張架ロール６１５を配置し、張架ロール６１５と定着ロール６１０とが無端状の定着ベルト６１４を張架する構成を採用している。そして、用紙Ｐを加熱する主要な加熱部材として定着ベルト６１４を機能させ、定着ロール６１０と張架ロール６１５とは定着ベルト６１４に対し熱を供給する熱供給部材として機能させている。そのため、定着ベルト６１４は極めて小熱容量に構成でき、また、熱供給部材である定着ロール６１０と張架ロール６１５とに対しては広いラップ面積で接触できる。そのため、ニップ部Ｎにおいては、定着装置７０が高速化されても、所定の定着温度を常に維持することができるので、温度ドループの発生を抑制することができる。
特に、フリーベルトニップ方式の構成を採用することによって、エンドレスベルト８２は張架ロールを必要としないため、張架ロールがエンドレスベルト８２から熱を奪うことがないので、温度ドループの発生をより効果的に抑制することができる。

また、定着ロール６１０を外径が中央部よりも端部の方を大きくしたフレアー形状で形成するとともに、張架ロール６１５を、定着ロール６１０とは逆に、外径が端部よりも中央部の方を大きくしたクラウン形状で形成している。このように構成することにより、定着ロール６１０とのラップ部で生じた定着ベルト６１４のひずみは、張架ロール６１５のラップ部における両端部と中央部との周速差によって是正することができる。そのため、定着ベルト６１４は定着ロール６１０のフレアー形状に精度良く倣って回動することができるので、定着ベルト６１４を介した定着ロール６１０と用紙Ｐとの密着性を良好に保つことができる。それによって、ニップ部Ｎを通過する用紙Ｐに対して中央部から両側部に向かう引張力が効果的に作用して、紙しわの発生を充分に抑制することが可能となる。

本発明の活用例として、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置への適用、例えば記録紙（用紙）上に担持された未定着トナー像を定着する定着装置への適用がある。また、インクジェト方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置への適用、例えば記録紙（用紙）上に担持された未乾燥インク像を乾燥する定着装置への適用がある。

本発明の画像形成装置を示した概略構成図である。 実施の形態１に係る定着装置の構成を示す側断面図である。 定着ベルトにおける搬送速度の分布状態を説明する図である。 実施の形態２に係る定着装置の構成を示す側断面図である。 実施の形態３に係る定着装置の構成を示す側断面図である。 従来の定着装置の構成を示す側断面図である。

符号の説明

１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋ…画像形成ユニット、１１…感光体ドラム、１２…帯電器、１３…レーザ露光器、１４…現像器、１５…中間転写ベルト、１６…一次転写ロール、１７…ドラムクリーナ、２０…二次転写部、６０,７０,８０…定着装置、６１…定着ベルトモジュール、６２…加圧ベルトモジュール、６３,８４…圧力パッド、８２…エンドレスベルト、８３…ベルト走行ガイド、８７…潤滑剤塗布部材、８８…低摩擦シート、６１４…定着ベルト、６１３,６１６,６１９,６２５…ハロゲンヒータ、６１５,６１８,６２３…張架ロール、６２０…加圧ベルト、６２１…インレットロール、６２２…加圧ロール

Claims (14)

1. 記録材に担持されたトナー像を定着する定着装置であって、
   フレアー形状に形成された定着ロールと、
   前記定着ロールに張架される定着ベルトと、
   前記定着ベルトを張架するクラウン形状に形成された張架ロールと、
   前記定着ロールの前記定着ベルトが巻き付けられた領域内で当該定着ベルトの外周面に当接して、当該定着ベルトとの間にニップ部を形成する加圧ベルトと
   を備えたことを特徴とする定着装置。
2. 前記定着ロールは内部に加熱部材が配設され、前記張架ロールは内部に加熱部材が配設されたことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記張架ロールは、複数配設されたことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
4. 前記定着ベルトと前記加圧ベルトとの間で形成されるニップ部に、当該加圧ベルトを前記定着ロール側に押圧する押圧部材をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
5. 記録材に担持されたトナー像を定着する定着装置であって、
   回動自在な第１のベルト部材と、
   前記第１のベルト部材に当接する第２のベルト部材とを備え、
   前記第１のベルト部材は、フレアー形状に形成された第１のロール部材と、クラウン形状に形成された第２のロール部材とを含む複数のロール部材で張架されたことを特徴とする定着装置。
6. 前記第１のベルト部材と前記第２のベルト部材との当接部を押圧する押圧部材をさらに備えたことを特徴とする請求項５記載の定着装置。
7. 前記第２のベルト部材は、前記第１のロール部材の前記第１のベルト部材が巻き付けられた領域内で当該第１のベルト部材の外周面に当接して、当該第１のベルト部材との間にニップ部を形成することを特徴とする請求項５記載の定着装置。
8. 前記第１のベルト部材は、内部に加熱部材が配設され、さらに前記第１のベルト部材以外の少なくとも１の前記ロール部材の内部に加熱部材が配設されたことを特徴とする請求項５記載の定着装置。
9. 前記複数のロール部材は、前記複数のロール部材における張り渡し長が軸方向のすべての位置で略等しいように構成されたことを特徴とする請求項５記載の定着装置。
10. 加熱源を内部に有し、フレアー形状に形成された定着ロールと、
    １または複数の張架ロールと、
    前記定着ロールと前記張架ロールとに張架された回動自在な定着ベルトと、
    前記定着ベルトを加熱する加熱部材とを備え、
    前記張架ロールの少なくとも１は、クラウン形状に形成されたことを特徴とする定着装置。
11. 前記定着ロールの前記定着ベルトが巻き付けられた領域内で当該定着ベルトの外周面に当接して当該定着ベルトとの間にニップ部を形成する加圧ベルトと、当該定着ベルトと当該加圧ベルトとの間で形成されるニップ部に、当該加圧ベルトを当該定着ロール側に押圧する押圧部材とをさらに備えたことを特徴とする請求項１０記載の定着装置。
12. 前記定着ロールと前記張架ロールとは、当該定着ロールと当該張架ロールとの間の張り渡し長が軸方向のすべての位置で略等しいように構成されたことを特徴とする請求項１０記載の定着装置。
13. 前記加熱部材は、１または複数の前記張架ロールの内部に配設されたことを特徴とする請求項１０記載の定着装置。
14. トナー像を形成するトナー像形成手段と、
    前記トナー像形成手段によって形成されたトナー像を記録材上に転写する転写手段と、
    前記記録材上に転写されたトナー像を当該記録材に定着する定着手段とを含み、
    前記定着手段は、
    フレアー形状に形成された定着ロールと、
    前記定着ロールに張架される定着ベルトと、
    前記定着ベルトを張架するクラウン形状に形成された張架ロールと、
    前記定着ロールの前記定着ベルトが巻き付けられた領域内で当該定着ベルトの外周面に当接して、当該定着ベルトとの間にニップ部を形成する加圧ベルトと
    を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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