JP2010250228A - 定着装置及びこの定着装置を用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ベルト定着方式の定着装置において、定着ベルトの長寿命化、ウォームアップ時間の短縮、および消費電力の低減を図る。
【解決手段】定着ベルト３４の内径をＤ、定着ベルト３４を直径０．２６×Ｄのローラ形状の支持部材に挿入してこの支持部材に吊り下げ、直径が０．２６×Ｄのローラ形状の錘を挿入してこの錘を定着ベルト３４と共に上記支持部材に吊り下げて定着ベルト３４に０．３８３ｇｆ／ｍｍの引張荷重を作用させたときの定着ベルト３４における上記支持部材の軸心と上記錘の軸心とを結ぶ方向の内径をＡとしたときの伸長率ＥＲをＥＲ＝（Ａ−Ｄ）／Ｄ×１００とし、定着ベルト３４と定着ローラ３１との間の動摩擦係数をμとしたときに、４２．２≧ＥＲ≧０．１０４４×Ｄ×μ^{−０．５１７４}の関係を満たす定着ベルト３４を用い、加圧ローラ３２を定着ベルト３４から離間させた状態で定着ベルト３４が定着ローラ３１に従動回転する構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置およびこの定着装置を備えた画像形成装置に関するものである。

複写機、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置として、近年、定着ローラと加熱ローラとの間に定着ベルトを掛け渡し、定着ベルトを介して定着ローラと加圧ローラとを圧接させた構成のベルト定着方式が使用されるようになってきた（特許文献１参照）。

ベルト定着方式の定着装置では、定着ローラに比べて熱容量が比較的小さい定着ベルトを加熱するため、定着ローラと加圧ローラとを直接当接させる構成の定着装置に比べてウォームアップ時間が短いという利点がある。また、定着ローラの内部にハロゲンランプ等の熱源を内蔵する必要がないので、定着ローラにスポンジゴム等からなる低硬度の弾性層を厚く設けることができるため、広いニップ幅を確保することができるという利点もある。

しかしながら、ベルト定着方式の定着装置において、定着ローラに層厚が厚くかつ低硬度の弾性層を設けると、定着ローラ自身に熱源を設けることができず、定着ベルトの回転が停止した状態では定着ローラを加熱することができなくなる。その結果、ウォームアップ直後やレディ待機中などの定着ローラが十分に加熱されていない状態から連続印字を行うと、定着ベルトの熱が定着ローラに急速に奪われて定着ベルトの温度が定着温度よりも低下するアンダーシュートが生じ、定着不良が発生してしまうという問題がある。

このような問題を避けるために、従来のベルト定着方式の定着装置では、ウォームアップ中やレディ待機中にも定着ベルトを回転駆動し、定着ベルトを介して加熱ローラの熱を定着ローラに供給することで定着ローラを加熱している。

ところが、従来のベルト定着方式の定着装置において定着ベルトを回転駆動させる場合、定着ベルトの剛性により定着ローラと定着ベルトとの当接面がスリップしてしまうため、定着ローラの回転駆動だけでは定着ベルトを適切に回転させることが困難である。このため、定着ローラと加圧ローラとを定着ベルトを介して圧接させることにより定着ベルトを２つのローラで挟み込んだ状態で加圧ローラと定着ローラとの両方を回転駆動させることで定着ベルトを回転させる必要があった。しかしながら、この場合には、以下に示す（１）および（２）の問題があった。
（１）ウォームアップ中やレディ待機中において、常に加圧ローラが定着ベルト表面に高い圧力で圧接した状態で回転駆動されるため、定着ベルトが劣化しやすく、定着ベルトの寿命が短くなる。特に、一般的な画像形成装置の利用状態では、レディ待機の時間が通紙時間に比べて圧倒的に長いので、定着ベルトに対する影響が大きい。
（２）加圧ローラがこの加圧ローラよりも設定温度の高い定着ベルトに圧接することによって過昇温してしまうので、加圧ローラに熱源および温度センサを備えて加圧ローラの温度を制御しようとしても、加圧ローラの温度を所定の温度にコントロールすることが困難である。

そこで、これらの問題を解決するための技術として、定着ベルトを回転駆動するための補助ローラを設けた定着装置が特許文献２に開示されている。

特開平１０−３０７４９６号（平成１０年１１月１７日公開） 特開２００５−３１１８２号公報（平成１７年２月３日公開）

しかしながら、上記特許文献２の技術には、補助ローラと、当該補助ローラを定着ベルトの表面に対して離接させる機構とを設ける必要があるので、定着装置の構成が複雑になり、定着装置の製造コストが増大するという問題がある。また、定着ベルトの熱が補助ローラに奪われるので、ウォームアップ時間の増大、およびウォームアップ中およびレディ待機中の消費電力の増大が生じるという問題がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ベルト定着方式の定着装置において、定着ベルトの長寿命化、ウォームアップ時間の短縮、および消費電力の低減を図ることにある。

本発明の定着装置は、上記の課題を解決するために、回転可能に支持された定着ローラと、ベルト懸架部材と、上記定着ベルトと上記ベルト懸架部材とに回転可能に懸架された無端状の定着ベルトと、上記定着ベルトを加熱する第１加熱手段と、上記定着ベルトを介して上記定着ローラに圧接する加圧部材と、上記定着ローラを回転駆動させる第１駆動手段と、上記加圧部材と上記定着ローラとの相対位置を上記加圧部材と上記定着ローラとが上記定着ベルトを介して圧接する第１位置と上記加圧部材が上記定着ベルトから離間する第２位置とに切り替える離接機構とを備え、未定着トナー像が形成された記録材を上記定着ベルトと上記加圧部材との圧接部に通紙することにより上記未定着トナー像を上記記録材上に定着させる定着装置であって、上記定着ベルトを支持部材に懸架せずに側面が円形をなす形状にしたときの内径をＤ（ｍｍ）、上記定着ベルトに直径が０．２６×Ｄ（ｍｍ）のローラ形状の支持部材を挿入して上記定着ベルトをこの支持部材に吊り下げ、さらに上記定着ベルトに直径が０．２６×Ｄ（ｍｍ）のローラ形状の錘を挿入してこの錘を上記定着ベルトと共に上記支持部材に吊り下げることにより上記定着ベルトに０．３８３ｇｆ／ｍｍの引張荷重を作用させたときのこの定着ベルトにおける上記支持部材の軸心と上記錘の軸心とを結ぶ方向の内径をＡ（ｍｍ）、上記定着ベルトの伸長率ＥＲ（％）をＥＲ＝（Ａ−Ｄ）／Ｄ×１００、上記定着ベルトと上記定着ローラとの間の動摩擦係数をμとしたときに、上記定着ベルトは、４２．２≧ＥＲ≧０．１０４４×Ｄ×μ^{−０．５１７４}の関係を満たし、上記相対位置が上記第２位置に設定されている状態で上記定着ローラが上記第１駆動手段によって回転駆動されたときに上記定着ローラに従動回転することを特徴としている。

上記の構成によれば、上記定着ベルトは、４２．２≧ＥＲ≧０．１０４４×Ｄ×μ^{−０．５１７４}の関係を満たす。この条件を満たす定着ベルトを用いることにより、上記相対位置が上記第２位置に設定されている状態で上記定着ローラが上記第１駆動手段によって回転駆動されたときに上記定着ベルトを上記定着ローラに従動回転させることができる。

したがって、非通紙時に加圧部材を定着ベルトから離間させることができるので、加圧部材との当接による定着ベルトの損傷を抑制し、定着ベルトの長寿命化を図ることができる。また、上記特許文献２のように補助ローラを設けなくても、加圧部材を定着ベルトから離間させた状態において定着ベルトを定着ローラに従動回転させられるので、定着ベルトの熱が補助ローラに奪われることがない。このため、ウォームアップ時間を短縮し、消費電力を低減することができる。また、第１加熱手段から定着ベルトに伝わった熱を定着ローラの表面に均一に伝達させて定着ローラを加熱することができるので、非通紙時に定着ローラの温度が低下することを抑制できるため、ウォームアップ直後やレディ待機直後の定着性を安定化することができる。

また、上記加圧部材を回転駆動する第２駆動手段を備えている構成としてもよい。

上記の構成によれば、加圧部材を第２駆動手段から伝達される駆動力によって回転駆動することができるので、加圧部材を定着ローラに従動回転させる構成に比べて、上記相対位置が上記第１位置に設定されている場合に定着ローラに作用する負荷を低減することができる。したがって、定着ローラが破損することを防止できる。

また、上記第１駆動手段と上記第２駆動手段とは、共通の駆動源から伝達される駆動力を用いる構成としてもよい。

上記の構成によれば、第１駆動手段と第２駆動手段とで別々の駆動源を用いる場合に比べて、装置構成を簡略化することができる。また、共通の駆動源から伝達される駆動力を用いることにより、定着ローラ、定着ベルト、および加圧部材の回転速度（圧接部におけるこれら各部材の移動速度）を容易に合わせることができる。

また、上記定着ベルトの温度を所定温度まで昇温させるウォームアップモードと、記録材が通紙されない状態が所定時間以上継続した場合に上記定着ベルトの温度を所定の温度範囲に維持する待機モードとを有しており、ウォームアップモード時および待機モード時に上記相対位置を上記第２位置にするように上記離接機構の動作を制御する制御部を備えている構成としてもよい。

上記の構成によれば、ウォームアップモード時および待機モード時に加圧部材を定着ベルトから離間させることができるので、定着ベルトの損傷を抑制し、定着ベルトの長寿命化を図ることができる。

また、上記定着ローラの表面温度を検出する温度検出手段を備え、上記制御部は、上記駆動手段の動作を制御する機能を有しており、ウォーミングアップモード時および待機モード時に、上記定着ローラの表面温度が制御目標温度未満である場合には上記定着ローラを回転駆動させ、上記定着ローラの表面温度が制御目標温度以上である場合には上記定着ローラの回転駆動を停止させる構成としてもよい。

上記の構成によれば、定着ローラの表面温度が制御目標温度未満である場合には定着ローラを回転駆動することで定着ベルトの熱を定着ローラの周方向にわたって均一に伝達させて定着ローラを加熱することができる。また、定着ローラの表面温度が制御目標温度以上である場合には定着ローラの回転駆動を停止することにより、定着ローラの過昇温が生じることを防止できる。したがって、定着ローラの温度を制御目標温度に近づけるように制御することができるので、その後に定着処理を行う場合に、定着処理を迅速に開始するとともに、安定した定着性を得ることができる。

また、上記加圧部材を加熱するための第２加熱手段を備えている構成としてもよい。

上記の構成によれば、加圧部材を定着ベルトから離間させた状態においてこの加圧部材を加熱することができる。したがって、非通紙時に定着ベルトと加圧部材とを離間させることで加圧部材の過昇温を防止するとともに、定着ベルトの温度と加圧部材の温度とをそれぞれ独立して制御することができる。これにより、定着処理を行う場合に、定着処理を迅速に開始するとともに、安定した定着性を得ることができる。

また、上記ベルト懸架部材は回転可能に支持された円筒形状のローラ状部材であり、上記第１加熱手段は上記ベルト懸架部材の内部に配置され、上記ローラ状部材を介して上記定着ベルトを加熱する構成であってもよい。

上記の構成によれば、第１加熱手段をベルト懸架部材の内部に設けることにより、装置サイズの小型化を図ることができる。

また、上記ベルト懸架部材は上記定着ベルトとの当接面が曲面である面状部材であり、上記定着ベルトは上記当接面に摺動するようになっており、上記第１加熱手段は上記ベルト懸架部材における上記当接面とは反対側の面に備えられた面状発熱体であってもよい。

上記の構成によれば、面状発熱体を用いることによって面状部材における定着ベルトとの当接面の裏側の領域を選択的に加熱できるので、高い加熱効率を得ることができる。

また、上記第１加熱手段が上記ベルト懸架部材としての機能を兼ねている構成としてもよい。

上記の構成によれば、第１加熱手段とベルト懸架部材とを別々に備える場合に比べて、装置構成を簡略化および小型化するとともに、部品点数を低減して低コスト化を図ることができる。

また、上記加圧部材は、加圧ローラと、第２ベルト懸架部材と、上記加圧ローラおよび上記第２ベルト懸架部材に懸架された加圧ベルトとを有しており、上記第１位置に設定されたときに、上記加圧ベルトが上記定着ベルトを介して上記定着ローラに圧接し、未定着トナー像が形成された記録材を上記定着ベルトと上記加圧ベルトとの間に通紙することにより上記未定着トナー像を上記記録材上に定着させる構成としてもよい。

上記の構成によれば、定着ベルトと加圧ベルトとが圧接する領域である定着ニップ部を広くすることができるので、定着ベルトの熱を記録材に効率的に伝達することができるため、定着性を安定させることができる。

本発明の画像形成装置は、上記したいずれかの定着装置を備えている。それゆえ、加圧部材との圧接によって定着ベルトが劣化することを抑制できる。また、定着ベルトとの当接によって加圧部材の過昇温が生じることを防止できる。また、ウォームアップ時間を短縮し、消費電力を低減することができる。

以上のように、本発明の定着装置は、上記定着ベルトは、４２．２≧ＥＲ≧０．１０４４×Ｄ×μ^{−０．５１７４}の関係を満たし、上記相対位置が上記第２位置に設定されている状態で上記定着ローラが上記第１駆動手段によって回転駆動されたときに上記定着ローラに従動回転する。

それゆえ、定着ベルトの長寿命化を図るとともに、ウォームアップ時間を短縮し、消費電力を低減することができる。

本発明の一実施形態に係る定着装置の断面図である。 図１に示した定着装置を備えた画像形成装置の構成を示す断面図である。 図１に示した定着装置に備えられる定着ベルトについて行った実験の実験条件および実験結果を示す説明図である。 （ａ）および（ｂ）は、定着ベルトの伸長率ＥＲ（％）の規定方法を説明するための説明図である。 上記実験に用いた定着ローラの構成および動摩擦係数μを示す説明図である。 上記実験の実験結果を示すグラフであり、実験に用いた各定着ベルトの直径Ｄと伸長率ＥＲとの関係を示している。 上記実験の実験結果を示すグラフであり、実験に用いた各定着ベルトの動摩擦係数μとＥＲ／Ｄとの関係を示している。 定着ベルトの伸長率ＥＲ（％）の上限値の規定方法を説明するための説明図である。 図１に示した定着装置に備えられる各部の制御方法を示す説明図である。 図１に示した定着装置における制御手段の構成を示すブロック図である。 本発明の他の実施形態に係る定着装置の断面図である。 図１１に示した定着装置に備えられる面状加熱部材の構成を示す断面模式図である。 図１１に示した定着装置に備えられる面状加熱部材の平面図である。 本発明のさらに他の実施形態にかかる定着装置の断面図である。

〔実施形態１〕
本発明の一実施形態について説明する。なお、本実施形態では、本発明をカラー複合機に適用した場合について説明する。

図２は、本実施形態に係る画像形成装置（カラー複合機）１００の断面図である。この図に示すように、画像形成装置１００は、光学系（露光）ユニットＥと、４組の可視画像形成ユニットｐａ〜ｐｄと、中間転写ベルト１１を有する中間転写ユニット１０と、二次転写ユニット２０と、定着ユニット（定着装置）３０と、内部給紙ユニット５０と、手差し給紙ユニット６０とを備えている。なお、画像形成装置１００に備えられる各部材の動作は、ＣＰＵ等からなる主制御部（図示せず）によって制御される。

可視画像形成ユニットｐａ〜ｐｄは、それぞれブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色のトナー像を形成し、これら各トナー像が重なり合うように中間転写ベルト１１上に転写するものである。

可視画像形成ユニットｐａは、回転可能に備えられた感光体ドラム（トナー像担持体）７１ａの周囲に、帯電ユニット７３ａと、現像ユニット７２ａと、クリーニングユニット７４ａとが、感光体ドラム７１ａの回転方向に沿ってこの順で配置された構成である。

帯電ユニット７３ａは、感光体ドラム７１ａの表面を所定の電位に均一に帯電させるためのものである。本実施形態では、帯電ユニット７３ａとして、帯電ローラ方式（接触帯電方式）のものを用いている。ただし、帯電ユニット７３ａの構成はこれに限るものではなく、例えば、コロナ放電方式等の非接触型の帯電器を用いてもよく、ブラシ帯電等の接触型の帯電器を用いてもよい。

光学系（露光）ユニットＥは、帯電ユニット７３ａ〜７３ｄによって帯電された感光体ドラム７１ａ〜７１ｄの表面を画像データに応じて露光することにより、各感光体ドラム７１ａ〜７１ｄの表面に画像データに応じた静電潜像を形成するためのものである。光学系（露光）ユニットＥには、光源８１および反射ミラー８２等を備えたレーザスキャニングユニット（ＬＳＵ）が用いられている。なお、光学系（露光）ユニットＥとして、発光素子をアレイ状に並べた、例えば、ＥＬやＬＥＤ書込みヘッド等を用いてもよい。

現像ユニット７２ａは、感光体ドラム７１ａ上に形成された静電潜像をトナーによって顕像化する現像処理を行う。上記トナーとしては、例えば、非磁性一成分現像剤（非磁性トナー）、非磁性二成分現像剤（非磁性トナーおよびキャリア）、磁性現像剤（磁性トナー）等を用いることができる。なお、本実施形態では、図２に示したように、ブラックのトナー像を形成する可視画像形成ユニットｐａに備えられる現像ユニット７２ａを他の色のトナー像を形成する可視画像形成ユニットｐｂ〜ｐｄに備えられる現像ユニット７２ｂ〜７２ｄよりもトナー容量が多いものを用いている。ただし、これに限らず、各現像ユニットの容量が同じであってもよい。

現像ユニット７２ａによって顕像化されたトナー像は、中間転写ユニット１０に備えられる中間転写ローラ１３ａによって中間転写ベルト１１上に転写される。

クリーニングユニット７４ａは、トナー像を中間転写ベルト１１に転写した後に感光体ドラム７１ａの表面に残留したトナーを除去、回収するためのものである。

なお、可視画像形成ユニットｐｂ〜ｐｄは、現像処理に用いるトナーの色が異なる以外は可視画像形成ユニットｐａと実質的に同様の構成である。すなわち、各可視画像形成ユニットｐａ〜ｐｄの現像ユニットには、それぞれブラック（Ｂ），イエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ）のトナーが収容されている。

中間転写ユニット１０は、中間転写ベルト１１と、中間転写ベルト駆動ローラ（テンションローラ）１１ａと、中間転写ベルト従動ローラ（テンションローラ）１１ｂと、中間転写ベルトクリーニングユニット１２と、中間転写ローラ１３ａ〜１３ｄとを備えている。

中間転写ベルト１１は、無端状のベルトであり、中間転写ローラ１３ａ〜１３ｄと、中間転写ベルト駆動ローラ１１ａと、中間転写ベルト従動ローラ１１ｂとに懸架され、回転駆動される。感光体ドラム７１ａ〜７１ｄ上に形成された各色のトナー画像は、中間転写ベルト１１に順次重ね合うように転写され、この中間転写ベルト１１上にカラーのトナー画像（多色トナー画像）が形成されるようになっている。

なお、中間転写ローラ１３ａ〜１３ｄは、感光体ドラム７１ａ〜７１ｄにおける現像ユニット７２ａ〜７２ｄとの対向部とクリーニングユニット７４ａ〜７４ｄとの対向部との間の位置において中間転写ベルト１１を介してそれぞれ感光体ドラム７１ａ〜７１ｄに対向するように配置されている。これら中間転写ローラ１３ａ〜１３ｄに、トナーの帯電極性（−）とは逆極性（＋）の高電圧を印加することによって感光体ドラム７１ａ〜７１ｄ上のトナー画像が中間転写ベルト１１上に重ね合わせて転写されるようになっている。

また、中間転写ベルト１１上に形成されたトナー画像は、中間転写ベルト駆動ローラ１１ａと二次転写ユニット２０との対向部に搬送され、この対向部に搬送される記録用紙等の記録材上に転写されるようになっている。なお、中間転写ベルトクリーニングユニット１２は、中間転写ベルト１１に当接し、上述のように記録材上へのトナー画像の転写後に中間転写ベルト１１上に残留したトナーを除去、回収する。

定着ユニット３０は、定着ローラ３１と、加熱ローラ３３と、定着ローラ３１と加熱ローラ３３とに懸架された定着ベルト３４と、定着ベルト３４を介して定着ローラ３１に対して所定の荷重で圧接される加圧ローラ（加圧部材）３２とを備えており、二次転写ユニット２０よりも記録材の搬送方向下流側に配置されている。そして、定着ユニット３０は、二次転写ユニット２０によってトナー画像を転写された記録材を定着ベルト３４と加圧ローラ３２との圧接部（定着ニップ部）に給紙し、この圧接部を通過させることによって熱と圧力とによりトナー画像を記録材に定着させる。なお、記録材における未定着トナー画像が形成された面は定着ベルト３４に当接し、記録材における未定着トナー画像が形成された面とは反対側の面は加圧ローラ３２に当接する。定着ユニット３０の詳細については後述する。

内部給紙ユニット５０は、画像形成に使用する記録材を蓄積しておくためのものである。また、手差し給紙ユニット６０は、画像形成装置１００の側壁に折り畳み自在に設けられ、手差しによる記録材の給紙を行うためのものである。また、排紙トレイ８０は、画像形成済みの記録材を載置するためのトレイである。

また、画像形成装置１００には、内部給紙ユニット５０から給紙ローラ５１ａによって給紙される記録材、および手差し給紙ユニット６０から給紙ローラ６１ａによって給紙される記録材を、二次転写ユニット２０や定着ユニット３０を経由させて排紙トレイ８０に送るための用紙搬送路が設けられている。用紙搬送路には、記録材を搬送するためのローラ部材が多数配置されている。なお、画像形成装置１００における用紙搬送速度（プロセス速度）は２２０ｍｍ／ｓｅｃであり、５０枚／ｍｉｎ（Ａ４横送り）の複写速度で連続複写処理を行えるようになっている。

次に、定着ユニット３０について詳細に説明する。図１は、定着ユニット３０の構成を示す断面図である。この図に示すように、定着ユニット３０は、定着ローラ３１と、加圧ローラ（加圧部材）３２と、加熱ローラ（ベルト懸架部材、第１加熱手段）３３と、定着ベルト３４と、自動圧力解除機構（離接機構）４０とを備えている。

定着ローラ３１は、内側から順に芯金３１ａと、弾性層３１ｂとが形成された２層構造からなるローラ状部材であり、モータ、ギア等からなる定着ローラ駆動手段（第１駆動手段）３７（後述する図１０参照）によって回転駆動される。また、この定着ローラ３１には定着ベルト３４を介して加圧ローラ３２が圧接され、それによって定着ベルト３４と加圧ローラ３２との間に定着ニップ部Ｎが形成される。芯金３１ａとしては、例えば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属又はそれらの合金等を用いることができる。また、弾性層３１ｂとしては、適度な耐熱性と弾性とを有する材質であれば特に限定されるものではないが、例えば、シリコンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコンゴム等の耐熱性を有するゴム材料を用いることができる。なお、定着ベルト３４に作用する寄り力（ベルト面内方向かつベルト回転方向に垂直な方向にベルトを移動させるように作用する力）を低減するために、弾性層３１ｂ上にＰＦＡ（テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素系樹脂材料、あるいはフッ素ゴム等からなる表面層（図示せず）を設けてもよい。なお、本実施形態では、直径２０ｍｍのステンレス鋼からなる芯金３１ａに厚さ５ｍｍのシリコンスポンジゴムからなる弾性層３１ｂを被覆した、直径３０ｍｍの定着ローラ３１を用いている。また、定着ローラ３１の周面に対向する位置には、定着ローラ３１の周面の温度を検出するためのサーミスタ３１ｅが配置されている。

加熱ローラ３３は、アルミニウム、鉄等の熱伝導率の高い金属からなる中空円筒状の金属製芯材からなり、定着ベルト３４に従動回転するように回転可能に支持されている。なお、定着ベルト３４の寄り力を低減するために、金属製芯材の表面にフッ素樹脂等のコーティングを施してもよい。本実施形態では、加熱ローラ３３として、直径２８ｍｍ、厚さ０．７ｍｍのアルミニウム製芯材上に厚さ２０μｍのＰＴＦＥコートを施したものを用いた。

また、加熱ローラ３３の内部には、加熱ローラ３３を加熱するためのヒータランプ（第１加熱手段）３３ｄが配置されている。定着ユニット３０の制御部９１（図１０参照）が電源回路部９２（図１０参照）からヒータランプ３３ｄに電力を供給（通電）させることによってヒータランプ３３ｄが発光し、ヒータランプ３３ｄから赤外線が放射される。これによって、加熱ローラ３３の内周面が赤外線を吸収して加熱され、加熱ローラ３３全体が加熱される。

定着ベルト３４は、加熱ローラ３３と定着ローラ３１とに所定の引張荷重（本実施形態では５０Ｎ）で懸架されており、定着ローラ３１に従動回転するようになっている。また、定着ベルト３４は、加熱ローラ３３から供給される熱によって所定の温度に加熱され、加圧ローラ３２との圧接部（定着ニップ部Ｎ）を通過する未定着トナー画像が形成された記録材を加熱する。

なお、本実施形態では、定着ベルト３４として、支持部材に懸架することなく側面（ベルトの幅方向両端側の面）の形状が円形になるようにしたときの直径（内径）がＤ（ｍｍ）である定着ベルト３４（図４（ａ）参照）を、直径（外径）が０．２６×Ｄ（ｍｍ）である２つのローラ形状の支持部材３５，３６に対して定着ベルト３４に０．３８３（ｇｆ／ｍｍ）の引張荷重が作用するように懸架したときの定着ベルト３４（図４（ｂ）参照）における上記両支持部材の軸心を結ぶ方向の内径をＡ（ｍｍ）としたときの定着ベルト３４の伸長率ＥＲ（％）＝（Ａ−Ｄ）／Ｄ×１００が、４２．２≧ＥＲ（％）≧０．１０４４×Ｄ×μ^{−０．５１７４}の関係を満たすものを用いる。なお、上記μは定着ベルト３４の内周面と定着ローラ３１の外周面との間の動摩擦係数である。後述する実験結果から明らかなように、伸長率ＥＲが上記範囲内である定着ベルト３４を用いることにより、加圧ローラ３２を定着ベルト３４および定着ローラ３１から離間させた状態であっても、定着ローラ駆動手段３７から定着ローラ３１に伝達される駆動力のみで定着ベルト３４を定着ローラ３１に適切に従動回転させることができる。

具体的には、本実施形態では、定着ベルト３４として、厚さ５０μｍのポリイミドからなる基材上に厚さ１５０μｍのシリコンゴムからなる弾性層を設け、さらに弾性層上に厚さ３０μｍのＰＦＡチューブからなる離型層を設けた３層構造からなる、側面を円形にした場合の直径（内径）Ｄが５０ｍｍの無端状のベルトを用いた。

なお、定着ベルト３４は、伸長率ＥＲが上記範囲内となる構成であればよく、上記した材質に限るものではない。例えば、基材としては、ポリイミド、ポリアミイミドなどの耐熱樹脂の他、ステンレスやニッケルなどの金属材料を用いることができる。また、弾性層は、耐熱性および弾性に優れた材料であればよく、１成分系、２成分系又は３成分系以上のシリコンゴム、ＬＴＶ型、ＲＴＶ型又はＨＴＶ型のシリコンゴム、縮合型又は付加型のシリコンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコンゴム等を用いてもよい。また、離型層は、耐熱性および離型性に優れた材料であればよく、例えばＰＴＦＥ等のフッ素樹脂を用いてもよい。なお、本実施形態では、フッ素樹脂チューブからなる離型層を用いている。このため、フッ素樹脂を含有する樹脂を塗布し、それを焼成することによって形成された離型層よりも耐久性に優れている。また、塗布・焼成にて離型層を形成する場合、寸法精度の高い離型層を得ようとすると、高精度で高価な金型が必要となるが、チューブを用いることで、上述のような金型を用いずとも、寸法精度の高い離型層が得られている。なお、定着ローラ３１との動摩擦係数を低減して定着ベルト３４に作用する寄り力を低減するために、定着ベルト３４の内周面にフッ素樹脂を塗布したり、基材にフッ素樹脂を内添したりしてもよい。

また、定着ベルト３４の外周面に対向する位置には、定着ベルト３４の温度を検出するためのサーミスタ３３ｅが配置されている。なお、サーミスタ３３ｅに加えて、定着ベルト３４の異常昇温を検出するサーモスタット（図示せず）を設けてもよい。

加圧ローラ３２は、定着ベルト３４を介して定着ローラ３１に圧接可能に設けられたローラ状部材であり、その内側から順に芯金３２ａと、弾性層３２ｂと、離型層３２ｃとが形成された３層構造からなる。芯金３２ａには、例えば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属又はそれらの合金等を用いることができる。弾性層３２ｂには、シリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性を有するゴム材料等を用いることができる。離型層３２ｃには、ＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素樹脂を用いることができる。本実施形態では、直径（外径）２８ｍｍ、肉厚１ｍｍの鉄（ＳＴＫＭ）製の芯金３２ａ上に厚さ１ｍｍのシリコンソリッドゴムからなる弾性層３２ｂを設け、その上に厚さ３０μｍの導電性ＰＦＡチューブからなる離型層３２ｃを設けた、直径約３０ｍｍの加圧ローラ３２を用いた。

また、加圧ローラ３２の内部には、加圧ローラ３２を加熱するためのヒータランプ（第２加熱手段）３２ｄが配置されている。定着ユニット３０の制御部９１（図１０参照）が電源回路部９２（図１０参照）からヒータランプ３２ｄに電力を供給（通電）させることによってヒータランプ３２ｄが発光し、ヒータランプ３２ｄから赤外線が放射される。これによって、加圧ローラ３２の内周面が赤外線を吸収して加熱され、加圧ローラ３２全体が加熱される。また、加圧ローラ３２の周面には、加圧ローラ３２の周面の温度を検出するサーミスタ３２ｅが設置されている。

また、加圧ローラ３２は、定着ローラ３１を回転駆動させるための定着ローラ駆動手段３７とギア等を介して連結されており（いずれも図示せず）、定着ローラ駆動手段３７から上記ギアを介して伝達される駆動力によって定着ローラ３１とは反対方向（定着ニップ部Ｎにおける表面の移動方向が記録材Ｐの搬送方向と一致する方向）に回転駆動されるようになっている。なお、後述する自動圧力解除機構４０によって加圧ローラ３２が定着ベルト３４および定着ローラ３１から離間する位置に配置されている状態では、加圧ローラ３２は上記ギアを介した定着ローラ駆動手段３７との連結を解除され、定着ローラ３１が回転駆動されても加圧ローラ３２は回転しないように構成されている。また、加圧ローラ３２は定着ローラ３１とは異なり、ヒータランプ３２ｄを有していることから、回転駆動されていない状態であってもこのヒータランプ３２ｄによって周方向に沿って略均一に加熱することができる。

また、加圧ローラ３２は、後述する自動圧力解除機構４０によって加圧ローラ３２が定着ベルト３４を介して定着ローラ３１に圧接する位置に配置されている状態において、加圧ばね４２により、定着ベルト３４を介して定着ローラ３１に対して所定の荷重（本実施形態では４００Ｎ）で圧接され、定着ベルト３４と加圧ローラ３２とが当接する部分である定着ニップ部Ｎを形成する。本実施形態では、定着ニップ部Ｎの記録材搬送方向の幅（ニップ幅）は７．５ｍｍである。この定着ニップ部Ｎに未定着トナー画像が転写された記録材を給紙して通過させることにより、未定着トナー画像が熱と圧力とによって記録材上に定着される。

自動圧力解除機構４０は、加圧ローラ３２の位置を、加圧ローラ３２と定着ローラ３１とを定着ベルト３４を介して所定の荷重で圧接させる第１位置と、加圧ローラ３２を定着ローラ３１および定着ベルト３４から離間させた第２位置とに切り替えるためのものである。自動圧力解除機構４０は、図１に示したように、加圧レバー４１と、加圧ばね（付勢手段）４２と、偏心カム４３と、回転軸Ｃとから構成されている。加圧レバー４１および加圧ばね４２は、加圧ローラ３２の両端側に各１組づつ備えられており、回転軸Ｃは加圧ローラ３２の両端側に設けられた各加圧レバー４１を貫通するように配置されている。また、偏心カム４３は、加圧ローラ３２の両端側に設けられた各加圧レバー４１に当接するように設けられている。なお、加圧ローラ３２の一端側に設けられた加圧レバー４１に当接する偏心カム４３と他端側に設けられた加圧レバー４１に当接する偏心カム４３とをそれぞれ設けてもよい。

加圧レバー４１には加圧ローラ３２の回転軸が回転可能に取り付けられている。また、加圧レバー４１の一端側は回転軸Ｃによって回転可能に支持されており、他端側は加圧ばね４２によって定着ローラ３１側に付勢されている。また、偏心カム４３は、加圧レバー４１における定着ローラ３１側の面に当接するように設けられている。これにより、制御部９１（図１０参照）が、偏心カム４３を回転駆動するためのモータ等からなる駆動手段（図示せず）の動作を制御して偏心カム４３を回転させ、偏心カム４３における加圧レバー４１との当接位置を変化させることで、加圧レバー４１の位置を図１に示した矢印Ａの方向に移動させ、加圧ローラ３２の位置を第１位置と第２位置とに切り替えるようになっている。

制御部９１は、定着ユニット３０の各部の動作を制御するものである。なお、制御部９１は画像形成装置１００の主制御部に備えられていてもよく、主制御部とは別に備えられ、主制御部と協同して動作するものであってもよい。

図１０は、制御部９１と定着ユニット３０の各部との関係を示すブロック図である。この図に示すように、制御部９１は、自動圧力解除機構４０（自動圧力解除機構４０における偏心カム４３の駆動手段）、定着ローラ駆動手段３７、サーミスタ３１ｅ，３２ｅ，３３ｅ、および電源回路部９２に接続されている。また、電源回路部９２はヒータランプ３２ｄ，３３ｄに接続されている。

これにより、制御部９１は、サーミスタ３１ｅ，３２ｅ，３３ｅから入力される各部の温度検出結果に基づいて、電源回路部９２からヒータランプ３２ｄ，３３ｄへ供給する電力を制御し、定着ベルト３４および加圧ローラ３２の温度をそれぞれの設定温度に近づけるように制御する。また、制御部９１は、自動圧力解除機構４０における偏心カム４３の駆動手段の動作を制御して加圧ローラ３２の位置を上記第１位置と上記第２位置とに切り替える。また、制御部９１は、定着ローラ駆動手段３７の動作を制御して定着ローラ３１の回転状態を制御する。

図９は、定着ユニット３０における各部の制御方法を示す説明図である。この図に示すように、定着ユニット３０は、ウォームアップモード、通紙モード、および待機モードを有している。

ウォームアップモードは、画像形成装置１００の電源を入れてから定着ベルト３４が定着処理を迅速に開始できるように設定される所定のウォームアップ完了温度に達するまで定着ベルト３４を加熱する処理モードである。図９に示すように、ウォームアップモードでは、自動圧力解除機構４０をＯＮにして加圧ローラ３２を定着ベルト３４および定着ローラ３１から離間させると共に、定着ローラ駆動手段３７をＯＮにして定着ローラ３１を回転駆動する。そして、定着ベルト３４および加圧ローラ３２の温度が各々の目標温度（ウォームアップ完了温度）に到達するようにヒータランプ３２ｄおよび３３ｄへの供給電力量を制御し、定着ベルト３４および加圧ローラ３２の温度が各々の目標温度に到達した時点でウォームアップを完了する。

通紙モードは、未定着トナー画像が形成された記録材を定着ベルト３４と加圧ローラ３２との間に形成される定着ニップ部Ｎに通紙して定着処理を行う処理モードである。通紙モードでは、図９に示すように、自動圧力解除機構４０をＯＦＦにして加圧ローラ３２と定着ローラ３１とを定着ベルト３４を介して圧接させると共に、定着ローラ駆動手段３７をＯＮにして定着ローラ３１および加圧ローラ３２を回転駆動する。そして、定着ベルト３４および加圧ローラ３２の温度を各々の目標温度（定着温度）に維持するようにヒータランプ３２ｄおよび３３ｄへの供給電力量を制御しながら、未定着トナー像が形成された記録材を通紙する。

待機モードは、ウォームアップモードあるいは通紙モードの終了後、次の通紙モードの実行指示がない状態が所定時間以上続いた場合に、定着ベルト３４および加圧ローラ３２の温度を所定の温度範囲（待機温度範囲）に維持するためのモードである。待機モードでは、自動圧力解除機構をＯＮして加圧ローラ３２を定着ベルト３４および定着ローラ３１から離間させると共に、定着ローラ駆動手段３７をＯＮして定着ローラ３１を回転駆動する。そして、定着ベルト３４および加圧ローラ３２の温度を各々の目標温度（待機温度）に維持するようにヒータランプ３２ｄおよび３３ｄへの供給電力量を制御する。また、サーミスタ３１ｅによる定着ローラ３１の温度検出結果をモニタリングし、定着ローラ３１の温度が制御目標温度（待機温度）未満である場合には定着ローラ３１の回転駆動を継続し、制御目標温度（待機温度）以上である場合には定着ローラ３１の回転駆動を停止する。

次に、加圧ローラ３２を定着ベルト３４および定着ローラ３１から離間させた場合であっても、定着ローラ駆動手段３７から定着ローラ３１に伝達される駆動力のみによって定着ローラ３１に従動回転させることができる定着ベルト３４の条件を調べるために行った実験の結果について説明する。図３は実験に用いた定着ベルト３４の構成および実験結果を示している。この図に示すように、層構成（６種類）、直径Ｄ（３種類）、および回転方向に垂直な方向の幅（２種類）が各々異なる計１８種類の定着ベルト３４について、定着ベルト３４の内周面（本実施形態では基材であるポリイミド）に対する動摩擦係数μが異なる３種類の定着ローラを用いた場合に定着ベルト３４が定着ローラ３１に適切に従動回転するか否かを調べた。

なお、直径Ｄ（ｍｍ）については、図４（ａ）に示すように、定着ベルト３４を支持ローラに懸架することなく、ベルト側面の形状を円形にさせたときの直径（内径）を測定した。また、定着ベルト３４の幅については、定着ベルト３４を支持ローラに懸架していない状態、すなわち定着ベルト３４に引張張力が作用していない状態における定着ベルト３４の回転方向に垂直な方向の幅を測定した。

また、荷重時の長径Ａ（ｍｍ）については、図４（ｂ）に示すように、定着ベルト３４を、この定着ベルト３４の直径よりも十分小さい直径（この実験では直径０．２６×Ｄ（ｍｍ））のローラ形状の支持部材３５に挿入して定着ベルト３４の上端部を支え、同じく定着ベルト３４の直径よりも十分小さい直径（この実験では直径０．２６×Ｄ（ｍｍ））のローラ形状の錘３６を定着ベルト３４の下端部に挿入し、定着ベルト３４の全幅にわたって所定の引張荷重（本実験では単位長さ（１ｍｍ）当たり０．３８３ｇｆ）の引張荷重を与えたときの上記定着ベルト３４における支持部材３５の軸心と錘３６の軸心とを結ぶ方向の内径を測定した。なお、上記の単位長さ当たりの引張荷重は、定着ベルト３４に作用する引張荷重を、引張荷重が作用していないときの定着ベルト３４の全幅（回転方向に垂直な方向の幅）で除算したものである。

また、伸長率ＥＲ（％）については、ＥＲ＝（Ａ−Ｄ）／Ｄ×１００より算出した。なお、同じ直径（内径）の定着ベルトの場合、伸長率ＥＲが大きいほど定着ベルトの剛性が小さい（柔軟性が高い）と言える。

図５は、この実験に用いた３種類の定着ローラ３１の構成を示している。なお、各定着ローラ３１における定着ベルト３４の内周面を構成するポリイミドに対する動摩擦係数μについては、オイラーベルト法を用いて測定した。

定着ベルトの従動回転についての実験方法としては、上述の定着ユニット３０に定着ベルト３４と定着ローラ３１とをセットし、加圧ローラ３２を定着ベルト３４および定着ローラ３１から離間させた状態で定着ローラ３１を定着ローラ駆動手段３７からの駆動力によって回転駆動させ、定着ベルト３４が定着ローラ３１に従動回転するか否かを目視により確認した。そして、問題なく従動回転したものを○、従動回転しなかったものを×とした。なお、直径の異なるいずれの定着ベルト３４を用いた場合でも、定着ベルト３４に作用する引張荷重が５０Ｎとなるように、定着ローラ３１と加熱ローラ３３との軸間距離を調整した。

図３に示した実験結果より、定着ベルト３４が定着ローラ３１に従動回転するか否かは、定着ベルト３４の柔軟性および定着ローラ３１との間の動摩擦係数μに依存していることがわかる。すなわち、同じ直径（内径）の定着ベルトの場合、同じ動摩擦係数μであれば、定着ベルト３４の伸長率ＥＲが大きいほど定着ベルト３４は従動回転しやすく、また、同じ定着ベルト３４であれば、動摩擦係数μが大きいほど定着ベルト３４は従動回転しやすい。図６は、上記の１８種類の定着ベルト３４の直径Ｄと伸長率ＥＲとの関係を示したグラフである。これより、定着ベルト３４の層構成が同じであれば、直径Ｄと伸長率ＥＲとは比例関係になり、図６中に示した1次方程式で近似できることがわかる。すなわち、定着ベルト３４の層構成が同じであればＥＲ/Ｄは一定となる。例えば、サンプルＮｏ．１−１〜１−３ではＥＲ／Ｄ＝０．０８１８であり、サンプルＮｏ．６−１〜６−３ではＥＲ／Ｄ＝０．３９６２である。

また、動摩擦係数μとその動摩擦係数μのときに定着ベルト３４が従動回転する最小のＥＲ／Ｄとの関係を調べると、図３に示したように、例えば、動摩擦係数μが０．２の場合はＥＲ＝８．６が従動回転するためのＥＲの下限値であり、この場合のＥＲ／Ｄは０．２３９であることから、定着ベルト３４の従動回転条件は、μ＝０．２の場合、ＥＲ／Ｄ＞０．２３９であることがわかる。同様に、μ＝０．５５の場合、従動回転するためのＥＲの下限値はＥＲ＝５．７であり、定着ベルト３４の従動回転条件は、ＥＲ／Ｄ＞０．１４４７である。また、μ＝０．７５の場合、従動回転するためのＥＲの下限値はＥＲ＝４．３であり、定着ベルト３４の従動回転条件はＥＲ／Ｄ＞０．１１９５である。

図７は、動摩擦係数μと従動回転するためのＥＲ／Ｄの下限値との関係を示すグラフである。この図からわかるように、両者の関係は次式（１）で近似できることがわかる。

ＥＲ／Ｄ＝０．１０４４×μ^{―０．５１７４} ・・・（１）
また、上記（１）式より、
ＥＲ＝０．１０４４×Ｄ×μ^{―０．５１７４} ・・・（２）
となるので、動摩擦係数μ、定着ベルト３４の直径Ｄ（ｍｍ）、伸長率ＥＲが下記（３）式の条件を満足すれば、定着ベルト３４が従動回転することがわかる。

ＥＲ≧０．１０４４×Ｄ×μ^{―０．５１７４} ・・・（３）
なお、定着ベルト３４の伸長率ＥＲの上限は、図８に示すように定着ベルト３４が完全に伸び切った状態となる場合である。

図８に示した状態における定着ベルト３４の直径Ｄと長径Ａとの関係は下記（４）式で表される。

２×（Ａ−０．２６×Ｄ）＋０．２６πＤ＝πＤ ・・・（４）
したがって、この場合の長径Ａは下記（５）式で表される。

Ａ＝（０．３７π＋０．２６）Ｄ ・・・（５）
このため、定着ベルト３４を適切に従動回転させるための定着ベルト３４の伸長率ＥＲの上限値は、
ＥＲ＝（Ａ−Ｄ）／Ｄ×１００
＝（０．３７π＋０．２６−１）×１００
＝４２．２
より、４２．２％となる。

したがって、伸長率ＥＲ（％）が下記（６）式を満たせば、加圧ローラ３２を定着ベルト３４および定着ローラ３１から離間させて定着ローラ１３のみを回転駆動した場合であっても、定着ベルト３４を定着ローラ３１に従動回転させることができる。

４２．２≧ＥＲ≧０．１０４４×Ｄ×μ^{―０．５１７４} ・・・（６）
以上のように、本実施形態にかかる定着ユニット３０は、定着ローラ３１と、定着ベルト３４を加熱するための加熱ローラ３３と、定着ローラ３１および加熱ローラ３３に懸架された定着ベルト３４と、定着ベルト３４を介して定着ローラ３１に対向するように配置された加圧ローラ３２と、加圧ローラ３２を加熱するためのヒータランプ３２ｄと、加圧ローラ３２の位置を、定着ベルト３４を介して定着ローラ３１に圧接する位置と定着ベルト３４から離間させた位置とに切り替える自動圧力解除機構４０とを備えたベルト定着方式の定着ユニットであり、ウォームアップモード時および待機モード時には、加圧ローラ３２を定着ベルト３４から離間させるとともに、加熱ローラ３３によって定着ベルト３４を加熱しつつ、定着ローラ３１を回転駆動させるようになっている。また、上記定着ベルト３４として、上記（６）式の関係を満たすベルトを用いている。

このように、ウォームアップモード時および待機モード時に、加圧ローラ３２を定着ローラ３１および定着ベルト３４から離間させ、加圧ローラ３２の定着ベルト３４および定着ローラ３１に対する圧接を解除することにより、加圧ローラ３２との圧接によって定着ベルト３４が損傷することを抑制できるので、定着ベルト３４の寿命を伸ばすことができる。

また、上記（６）式の関係を満たす定着ベルト３４を用いることにより、加圧ローラ３２を離間させた状態であっても定着ベルト３４を定着ローラ３１に従動回転させることができるので、加熱ローラ３３から定着ベルト３４に伝達される熱によって定着ローラ３１を均一に加熱することができる。したがって、定着ベルト３４および加圧ローラ３２の温度をそれぞれ独立に制御することができるので、ウォームアップ直後および待機モード状態からの定着処理において定着性を常に安定させることができる。

また、本実施形態では、待機モード時に、定着ローラ３１の温度検出結果をモニタリングし、定着ローラ３１の温度が目標温度に到達していない場合には定着ローラ３１を回転駆動し、目標温度に到達すれば定着ローラ３１の回転駆動を停止する。これにより、待機モード時の定着ローラ３１の予熱条件を最適状態に制御することができるので、定着性をより安定させることができる。

また、本実施形態では、通紙モードにおいて加圧ローラ３２を定着ベルト３４に圧接させる際、加圧ローラ３２を定着ローラ駆動手段３７からギア等を介して伝達される駆動力によって回転駆動させる。定着ローラ３１だけの回転駆動で定着ベルト３４、加熱ローラ３３、および加圧ローラ３２を従動回転させる場合、定着ローラ３１に作用する負荷が非常に大きくなる。一方、定着ローラ３１には耐久性が比較的低い弾性層３１ｂおよび被覆層３１ｃが設けられているので、定着ローラ３１に作用する負荷が大きいと、これら各層が破壊されやすい。そこで、本実施形態では、上記のように加圧ローラ３２を定着ローラ３１および定着ベルト３４に従動回転させるのではなく、定着ローラ駆動手段３７からの駆動力によって回転駆動させるので、定着ローラ３１に作用する負荷を低減し、定着ローラ３１の長寿命化を図っている。

また、本実施形態では、加圧ローラ３２を定着ローラ駆動手段３７からの駆動力によって回転駆動している。このように、定着ローラ３１および加圧ローラ３２に駆動力を供給する駆動手段を共用することにより、定着ユニット３０の構成を簡略化して製造コストを低減すると共に、装置サイズを小型化することができる。また、定着ローラ３１、定着ベルト３４、および加圧ローラ３２の回転速度（定着ニップ部Ｎにおけるこれら各部材の表面の移動速度）を容易に合わせることができる。ただし、本発明は、必ずしも定着ローラ３１および加圧ローラ３２の駆動手段を共通とする構成に限るものではなく、加圧ローラ３２を駆動するための駆動源（第２駆動手段）を定着ローラ駆動手段（第１駆動手段）と別に設けてもよい。

なお、本実施形態では、加熱ローラ３３の内部にヒータランプ３３ｄを１つのみ備えているが、これに限らず、複数のヒータランプを備えてもよい。

また、本実施形態では、定着ベルト３４を加熱するための加熱手段を加熱ローラ３３の内部に備えているが、これに限るものではない。例えば、定着ベルト３４を、定着ローラ３１と、加熱手段を内蔵していない支持ローラとに回転可能に懸架し、この支持ローラとは別に設けられた加熱手段によって定着ベルト３４を加熱してもよい。上記の加熱手段は、定着ベルト３４に当接する接触型の加熱手段であってもよく、定着ベルト３４に当接しない非接触型の加熱手段であってもよい。また、誘導加熱を利用した誘導加熱装置を用いてもよく、複数種類の加熱手段を適宜組み合わせて用いてもよい。また、加熱手段（発熱体）自体を、定着ベルト３４を回転可能に懸架するためのベルト懸架部材として機能させてもよい。

また、本実施形態では、定着ベルト３４を２つのローラ部材（定着ローラ３１および加熱ローラ３３）に懸架しているが、これに限らず、３つ以上のローラ部材に懸架する構成としてもよい。また、定着ベルト３４を複数のローラ部材に懸架する構成に限るものではなく、定着ベルト３４を、定着ローラ３１に従動回転できるように懸架できる構成であればよい。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について説明する。なお、説明の便宜上、実施形態１で説明した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

図１１は、本実施形態に係る定着ユニット（定着装置）１３０の構成を示す断面図である。この定着ユニット１３０は、実施形態１に示した画像形成装置１００において定着ユニット３０に代えて備えられるものである。

図１１に示すように、定着ユニット１３０は、実施形態１の定着ユニット３０における加熱ローラ３３およびヒータランプ３３ｄに代えて、面状加熱部材（ベルト懸架部材、第１加熱手段）１３３を備えている。この面状加熱部材１３３は、定着ベルト３４を回転可能に支持するとともに、定着ベルト３４の温度を所定の温度に加熱するためのものである。なお、定着ユニット１３０のその他の構成は、実施形態１の定着ユニット３０と略同様である。

面状加熱部材１３３は、図１１に示すように、熱拡散部材（ベルト懸架部材，面状部材）１３３ａと、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）セラミック発熱体（第１加熱手段，面状発熱体）１３３ｄとを備えている。図１２は面状加熱部材１３３の断面図であり、図１３は面状加熱部材１３３の平面図である。

熱拡散部材１３３ａは、定着ベルト３４と当接する当接面（ベルト支持面）がベルトの周方向に沿って半円弧形状に湾曲した形状を有している。本実施形態では、直径２８ｍｍ、肉厚１ｍｍのアルミ合金製パイプを軸方向に沿って切断し、その外周面に絶縁性のコート層（本実施形態では厚さ２０μｍのＰＴＦＥコート層）１３３ｂを設けたものを熱拡散部材１３３ａとして用いている。この熱拡散部材１３３ａにおける定着ベルト３４に対する円弧方向の接触幅（加熱ニップ幅）は４４ｍｍである。なお、熱拡散部材１３３ａの材質は上記の材質に限るものではなく、ＰＴＣセラミック発熱体１３３ｄからの熱を定着ベルト３４に伝達できるものであればよい。ただし、後述するように、定着ベルト３４の加熱効率を向上させるために、ＰＴＣセラミック発熱体１３３ｄからの熱を熱拡散部材１３３ａ内において定着ベルト３４の周方向に沿って効率よく拡散できる材質であることが好ましい。

ＰＴＣセラミック発熱体１３３ｄは、チタン酸バリウムからなるセラミック製の発熱体であり、素子温度がある温度より上昇すると急激に抵抗値が変化する特性を有する。本実施形態では、２２０℃以上で抵抗値が上昇するものを用いた。

ＰＴＣセラミック発熱体１３３ｄは、１個あたりの素子のサイズ（定着ベルト３４の周方向の幅Ｗ、定着ベルト３４の幅方向の長さＬ、高さＨ）がＷ＝１２．３ｍｍ、Ｌ＝３０ｍｍ、Ｈ＝２．１ｍｍであり、定着ユニット１３０の長手方向（定着ベルト３４の幅方向）に複数個（本実施形態では１０個）並べて配置され、熱拡散部材１３３ａの内面にシリコン系接着剤（導電性接着剤）で固定されている。

また、図１２に示すように、ＰＴＣセラミック発熱体１３３ｄにおける熱拡散部材１３３ａに接着される面とは反対側の面には、アルミ製の板状部材からなる給電電極１３７がシリコン系接着剤（導電性接着剤）で取り付けられている。この給電電極１３７は電源回路部９２に接続されている。これにより、制御部９１が電源回路部９２からＰＴＣセラミック発熱体１３３ｄに供給する電力を制御することで、ＰＴＣセラミック発熱体１３３ｄの発熱量を制御するようになっている。

なお、ＰＴＣセラミック発熱体１３３ｄの１個あたりの電気抵抗は１００Ω、トータルの電気抵抗は１０Ω（並列回路）であり、電源回路部９２からＡＣ１００Ｖの電圧が印加されることで、ＰＴＣセラミック発熱体１３３ｄではトータルで約１０００Ｗの熱エネルギーが発生する。

そして、ＰＴＣセラミック発熱体１３３ｄで発生した熱エネルギーは、熱拡散部材１３３ａ内において図１３の矢印で示す方向に熱拡散される。その結果、ＰＴＣセラミック発熱体１３３ｄによって定着ベルト３４を直接加熱する場合に比べて定着ベルト３４に対する伝熱面積が広くなるので、定着ベルト３４の加熱性能を向上することができる。これにより、プロセス速度の高速化に伴って定着ベルト３４の回転速度が高速化した場合であっても定着ベルト３４を適切に加熱することができる。

このように、実施形態１における加熱ローラ３３およびヒータランプ３３ｄに代えて、面状加熱部材１３３を備えた構成においても、実施形態１と略同様の効果を得ることができる。

なお、本実施形態では、発熱体としてＰＴＣセラミック発熱体を用いた場合について説明したが、定着ベルト３４を加熱するための加熱手段の構成はこれに限るものではない。例えば、絶縁性セラミック基板に銀パラジウムなどの抵抗発熱体を印刷した構成のＰＴＣ特性を持たないセラミックヒーターや、ポリイミドなどの絶縁性シート上にステンレスなどの抵抗発熱体をエッチングで形成したポリイミドヒーターなどを用いてもよい。

〔実施形態３〕
本発明のさらに他の実施形態について説明する。なお、説明の便宜上、上述の各実施形態で説明した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

実施形態１，２では、定着ユニットにベルト部材が１つのみ備えられている構成について説明したが、本実施形態では、複数のベルト部材を備える構成に適用する場合の例について説明する。

図１４は、本実施形態にかかる定着ユニット（定着装置）２３０の断面図である。この図に示すように、定着ユニット２３０は、定着ローラ３１、加熱ローラ３３、定着パッド２３９ａ、定着ベルト３４、加圧ローラ３２、テンションローラ（第２ベルト懸架部材）２３８、加圧パッド２３９ｂ、加圧ベルト２３２、および自動圧力解除機構（離接機構）４０を備えている。すなわち、定着ユニット２３０は、定着ベルト３４と加圧ベルト２３２とを備えたツインベルト方式の定着装置である。

定着ローラ３１、加熱ローラ３３、および定着ベルト３４の構成は実施形態１と略同様である。ただし、本実施形態では、定着ベルト３４が、定着ローラ３１および加熱ローラ３３に加えて、定着パッド２３９ａに懸架されている。この定着パッド２３９ａは、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）からなり、その両端部を定着ユニット２３０の側板（図示せず）に支持されている。なお、定着ローラ３１、加熱ローラ３３、および定着パッド２３９ａの位置は、定着ベルト３４を懸架したときにこの定着ベルト３４に作用する引張荷重が５０Ｎになるように調整されている。

定着ローラ３１は、通紙モード時に、定着ベルト３４および加圧ベルト２３２を介して後述する加圧ローラ３２と所定の荷重で圧接するようになっている。また、定着パッド２３９ａは、通紙モード時に、定着ベルト３４と加圧ベルト２３２とを介して後述する加圧パッド２３９ｂと所定の荷重で圧接するようになっている。これにより、定着ベルト３４と加圧ベルト２３２との間に通紙された記録材Ｐ上の未定着トナー画像のトナーを加熱溶融させて記録材Ｐに定着させるようになっている。なお、図１４に示した例では、加熱ローラ３３内にヒータランプ３３ｄが２つ備えられているが、ヒータランプの数はこれに限らず、１つであっても３つ以上であってもよい。

加圧ベルト２３２は、加圧ローラ３２、テンションローラ２３８、および加圧パッド２３９ｂに回転可能に懸架されており、加圧ローラ３２に従動回転するようになっている。加圧ベルト２３２としては、定着ベルト３４と同様の構成のものを用いることができる。なお、本実施形態では、加圧ローラ３２、テンションローラ２３８、および加圧パッド２３９ｂに懸架したときに加圧ベルト２３２に生じる引張荷重が５０Ｎになるように加圧ローラ３２、テンションローラ２３８、および加圧パッド２３９ｂの位置を調整した。加圧ローラ３２および自動圧力解除機構４０の構成は実施形態１と略同様である。

テンションローラ２３８は、芯金２３８ａと弾性層２３８ｂとからなるローラ状の部材であり、定着ユニット２３０の側板（図示せず）に回転可能に軸支されている。本実施形態では、外径３０ｍｍ、内径２６ｍｍの鉄合金製の芯金２３８ａの表面に、熱伝導率を小さくして加圧ベルト２３２からの熱伝導を少なくするためにシリコンスポンジからなる弾性層２３８ｂを設けた構成のテンションローラ２３８を用いた。

加圧パッド２３９ｂは、上記したように、定着パッド２３９ａに対して定着ベルト３４および加圧ベルト２３２を介して対向する位置に設けられている。加圧パッド２３９ｂは、ＰＰＳからなり、その両端部が、自動圧力解除機構４０における加圧ローラ３２の両端側に設けられた各加圧レバー４１に取り付けられている。これにより、加圧ローラ３２を定着ローラ３１および定着ベルト３４から離間する方向に移動させるように偏心カム４３を動作させたときに、加圧ローラ３２、加圧パッド２３９ｂ、および加圧ベルト２３２が定着ベルト３４から離間するようになっている。制御部９１による各部の制御方法は実施形態１と同様である。

このように、定着ベルト３４と加圧ベルト２３２とを備えたツインベルト方式の定着装置においても、実施形態１と略同様の効果を得ることができる。

なお、本実施形態では、定着ユニット２３０を大型化することなく、広い定着ニップ部Ｎを得るために、定着ベルト３４および加圧ベルト２３２を介して互いに対向するように定着パッド２３９ａと加圧パッド２３９ｂとが設けられており、通紙モード時にこれら両パッドが定着ベルト３４および加圧ベルト２３２を介して所定の荷重で圧接するようになっている。これにより、定着パッド２３９ａと加圧パッド２３９ｂとの対向部から定着ローラ３１と加圧ローラ３２との対向部までの広い領域に定着ニップ部Ｎを形成し、記録材Ｐに対する伝熱面積を大きくすることができる。したがって、プロセス速度を高速化した場合であっても、記録材Ｐに対する伝熱量が不足して定着不良が生じることを防止できる。

ところで、本実施形態のように回転体ではない定着パッド２３９ａおよび加圧パッド２３９ｂを設けた場合、定着ベルト３４および加圧ベルト２３２の内周面は、それぞれ定着パッド２３９ａおよび加圧パッド２３９ｂに摺擦することになる。このため、定着ベルト３４と定着パッド２３９ａとの動摩擦係数、および加圧ベルト２３２と加圧パッド２３９ｂとの動摩擦係数が大きい場合、摺動抵抗が大きくなる。その結果、ベルトの削れ、ギア破損、定着ローラ駆動手段３７の消費電力の増加等の問題が発生する場合がある。このため、これらの問題を防止するために、定着パッド２３９ａおよび加圧パッド２３９ｂは、定着ベルト３４および加圧ベルト２３２に対する動摩擦係数が小さい材質のものを用いるか、あるいは定着ベルト３４および加圧ベルト２３２に接する面に動摩擦係数の低い低摩擦シート（図示せず）を設けることが好ましい。

なお、本実施形態では、定着パッド２３９ａおよび加圧パッド２３９ｂを備えた構成について説明したが、これら両パッドは必須ではなく、省略してもよい。この場合、定着ローラ３１と加圧ローラ３２との対向部にのみ定着ニップ部Ｎが形成される構成としてもよく、加圧ベルト２３２における加圧ローラ３２およびテンションローラ２３８に接触していない部分が定着ベルト３４を介して定着ローラ３１に圧接する構成としてもよい。

また、上記各実施形態において、定着ユニット３０、１３０、２３０（あるいは画像形成装置１００）に備えられる制御部９１は、ＣＰＵ等のプロセッサを用いてソフトウェアによって実現される。この場合、制御部９１は、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行するＣＰＵ（central processing unit）、上記プログラムを格納したＲＯＭ（read only memory）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（random access memory）、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置（記録媒体）などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである定着ユニット３０、１３０、２３０の制御プログラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム）をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、定着ユニット３０、１３０、２３０（あるいは画像形成装置１００）に供給し、そのコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによって達成される。

上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー（登録商標）ディスク／ハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ／ＣＤ−Ｒ等の光ディスクを含むディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ／フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ系などを用いることができる。

また、定着ユニット３０、１３０、２３０（あるいは画像形成装置１００）を通信ネットワークと接続可能に構成し、通信ネットワークを介して上記プログラムコードを供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、ＬＡＮ、ＩＳＤＮ、ＶＡＮ、ＣＡＴＶ通信網、仮想専用網（virtual private network）、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ＡＤＳＬ回線等の有線でも、ＩｒＤＡやリモコンのような赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、８０２．１１無線、ＨＤＲ、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。

また、定着ユニット３０、１３０、２３０の制御部９１は、ソフトウェアを用いて実現されるものに限らず、ハードウェアロジックによって構成されるものであってもよく、処理の一部を行うハードウェアと当該ハードウェアの制御や残余の処理を行うソフトウェアを実行する演算手段とを組み合わせたものであってもよい。本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、電子写真方式の画像形成装置で用いられるベルト定着方式の定着装置、およびこの定着装置を備えた画像形成装置に利用できる。

３０ 定着ユニット（定着装置）
３１ 定着ローラ
３１ｅ サーミスタ（温度検出手段）
３２ 加圧ローラ（加圧部材）
３３ 加熱ローラ（ベルト懸架部材，第１加熱手段）
３３ｄ ヒータランプ（第１加熱手段）
３４ 定着ベルト
３５ 支持部材
３６ 錘（支持部材）
３７ 定着ローラ駆動手段（第１駆動手段）
４０ 自動圧力解除機構（離接機構）
１００ 画像形成装置
１３０ 定着ユニット（定着装置）
１３３ 面状加熱部材（ベルト懸架部材，第１加熱手段）
１３３ａ 熱拡散部材（ベルト懸架部材，面状部材）
１３３ｄ ＰＴＣセラミック発熱体（第１加熱手段，面状発熱体）
２３０ 定着ユニット（定着装置）
２３２ 加圧ベルト（加圧部材）
２３８ テンションローラ（第２ベルト懸架部材）
ＥＲ 伸長率
Ｎ 定着ニップ部
Ｐ 記録材
μ 動摩擦係数

Claims (11)

1. 回転可能に支持された定着ローラと、ベルト懸架部材と、上記定着ローラと上記ベルト懸架部材とに回転可能に懸架された無端状の定着ベルトと、上記定着ベルトを加熱する第１加熱手段と、上記定着ベルトを介して上記定着ローラに圧接する加圧部材と、上記定着ローラを回転駆動させる第１駆動手段と、上記加圧部材と上記定着ローラとの相対位置を上記加圧部材と上記定着ローラとが上記定着ベルトを介して圧接する第１位置と上記加圧部材と上記定着ベルトとが離間する第２位置とに切り替える離接機構とを備え、未定着トナー像が形成された記録材を上記定着ベルトと上記加圧部材との圧接部に通紙することにより上記未定着トナー像を上記記録材上に定着させる定着装置であって、
   上記定着ベルトを支持部材に懸架せずに側面が円形をなす形状にしたときのベルト内径をＤ（ｍｍ）、
   上記定着ベルトに直径が０．２６×Ｄ（ｍｍ）のローラ形状の支持部材を挿入して上記定着ベルトをこの支持部材に吊り下げ、さらに上記定着ベルトに直径が０．２６×Ｄ（ｍｍ）のローラ形状の錘を挿入してこの錘を上記定着ベルトと共に上記支持部材に吊り下げることにより上記定着ベルトに０．３８３ｇｆ／ｍｍの引張荷重を作用させたときのこの定着ベルトにおける上記支持部材の軸心と上記錘の軸心とを結ぶ方向の内径をＡ（ｍｍ）、
   上記定着ベルトの伸長率ＥＲ（％）をＥＲ＝（Ａ−Ｄ）／Ｄ×１００、
   上記定着ベルトと上記定着ローラとの間の動摩擦係数をμとしたときに、
   上記定着ベルトは、４２．２≧ＥＲ≧０．１０４４×Ｄ×μ^{−０．５１７４}の関係を満たし、
   上記相対位置が上記第２位置に設定されている状態で上記定着ローラが上記第１駆動手段によって回転駆動されたときに上記定着ローラに従動回転することを特徴とする定着装置。
2. 上記加圧部材を回転駆動する第２駆動手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 上記第１駆動手段と上記第２駆動手段とは、共通の駆動源から伝達される駆動力を用いることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. 上記定着ベルトの温度を所定温度まで昇温させるウォームアップモードと、記録材が通紙されない状態が所定時間以上継続した場合に上記定着ベルトの温度を所定の温度範囲に維持する待機モードとを有しており、
   ウォームアップモード時および待機モード時に上記相対位置を上記第２位置にするように上記離接機構の動作を制御する制御部を備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 上記定着ローラの表面温度を検出する温度検出手段を備え、
   上記制御部は、上記駆動手段の動作を制御する機能を有しており、ウォーミングアップモード時および待機モード時に、上記定着ローラの表面温度が制御目標温度未満である場合には上記定着ローラを回転駆動させ、上記定着ローラの表面温度が制御目標温度以上である場合には上記定着ローラの回転駆動を停止させることを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
6. 上記加圧部材を加熱するための第２加熱手段を備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の定着装置。
7. 上記ベルト懸架部材は回転可能に支持された円筒形状のローラ状部材であり、上記第１加熱手段は上記ベルト懸架部材の内部に配置され、上記ローラ状部材を介して上記定着ベルトを加熱することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の定着装置。
8. 上記ベルト懸架部材は上記定着ベルトとの当接面が曲面である面状部材であり、上記定着ベルトは上記当接面に摺動するようになっており、上記第１加熱手段は上記ベルト懸架部材における上記当接面とは反対側の面に備えられた面状発熱体であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の定着装置。
9. 上記第１加熱手段が上記ベルト懸架部材としての機能を兼ねていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の定着装置。
10. 上記加圧部材は、加圧ローラと、第２ベルト懸架部材と、上記加圧ローラおよび上記第２ベルト懸架部材に懸架された加圧ベルトとを有しており、
    上記第１位置に設定されたときに、上記加圧ベルトが上記定着ベルトを介して上記定着ローラに圧接し、
    未定着トナー像が形成された記録材を上記定着ベルトと上記加圧ベルトとの間に通紙することにより上記未定着トナー像を上記記録材上に定着させることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の定着装置。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の定着装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。

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