JP2011209409A - 定着装置及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱効率に優れ、消費電力が小さく、かつ、定着不良を引き起こさない、かつ、定着ベルトの駆動トルクの低減および定着ベルトへのダメージの軽減を達成する定着装置を提供する。
【解決手段】定着装置１５は、定着ベルト３２の内周面から定着ベルト３２に荷重を与えるテンションローラ３３を備え、定着ローラ３０とテンションローラ３３との間の定着ベルト３２の長さは、定着ニップ部Ｎに対する定着ベルト３２回転方向の上流側が、下流側より長くなっている。
【選択図】図２

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及びこれ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、熱ローラ定着方式の定着装置が多用されている。熱ローラ定着方式の定着装置は、互いに圧接されたローラ対（定着ローラ及び加圧ローラ）と、このローラ対の両方或いは何れか一方の内部に配置されたハロゲンヒーター等からなる加熱手段とを備えている。そして、この加熱手段によりローラ対を所定の温度（定着温度）に加熱した後、未定着トナー画像が形成された記録紙をローラ対の圧接部（定着ニップ部）に給紙し、圧接部を通過させることで熱と圧力によりトナー画像の定着を行う。

ところで、カラー画像形成装置に備えられる定着装置においては、定着ローラ表層にシリコンゴム等からなる弾性層を設けた弾性ローラを用いることが一般的である。定着ローラを弾性ローラとすることで、定着ローラ表面が、未定着トナー画像の凹凸に対応して弾性変形し、トナー画像面を覆い包むように接触するため、モノクロに比べてトナー量の多いカラーの未定着トナー画像に対して、良好に加熱定着を行うことが可能となる。

また、定着ニップ部での弾性層の歪み解放効果により、モノクロに比べてオフセットしやすいカラートナーに対して離型性を向上させることができる。さらに、定着ニップ部のニップ形状が上（定着ローラ側）に凸（所謂、逆ニップ形状）となることから、用紙の剥離性能を向上させることができ、剥離爪等の剥離手段を用いずとも用紙の剥離が可能となり（セルフストリッピング）、剥離手段に起因する画像欠陥を解消することができる。

ところで、このようなカラー画像形成装置に備えられる定着装置において、プロセス速度の高速化に対応するには定着ニップ部のニップ幅を広くする必要がある。ニップ幅を広くする手段として、定着ローラの弾性層を厚くする方法と定着ローラ径を大きくする方法とがある。

しかしながら、弾性層の熱伝導性は非常に低いので、弾性層を厚くした定着ローラでは、従来のように定着ローラ内部に加熱手段を設けると、プロセス速度を高速化した場合に、熱供給が不十分となり、定着ローラの温度が追従しなくなるといった問題がある。他方、定着ローラ径を大きくすると、ウォームアップ時間が長くなったり、消費電力が増大したりするといった問題がある。

このような問題を解決するために、近年、カラー画像形成装置に備えられる定着装置として、例えば特許文献１に開示されているような、加熱ローラを定着ローラの外部に配置し、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を圧接させた構成のベルト定着方式の定着装置（ベルト定着装置）が使用されるようになってきた。

このベルト定着装置では、熱容量が小さい定着ベルトを加熱するため、ウォームアップ時間を短縮することができる。また定着ローラにハロゲンランプ等の熱源を内蔵する必要がないので、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、広いニップ幅を確保することができる。

特開平１０−３０７４９６号公報（平成１０年１１月１７日公開）

しかしながら、上記の従来のベルト定着装置においては、以下のような問題点を有している。すなわち、上記の従来のベルト定着装置の構成では、定着ベルトを張架するためのテンション機能を主に加熱ローラが担っており、加熱ローラに負荷がかかった際のたわみや歪みの問題を解消するための強度が必要となる。そのため加熱ローラ径が大きくなる、あるいは肉厚を厚くするなどの対応が必要となり、ひいては加熱ローラの熱容量が大きくなり加熱効率の低下を招く。

そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑みなされ、その目的は、熱効率に優れ、消費電力が小さく、かつ、定着不良を引き起こさない、かつ、定着ベルトの駆動トルクの低減および定着ベルトへのダメージの軽減を達成する定着装置を提供することにある。

本発明の定着装置は、上記課題を解決するために、回転可能な定着部材と、加熱部材と、当該定着部材と加熱部材とに張架されて回転し、前記加熱部材にて加熱される無端状の定着ベルトと、当該定着ベルトを介して前記定着部材に圧接され、この圧接領域において前記定着ベルトとともに定着ニップ部を形成する加圧部材とを備え、前記定着ニップ部を通過する記録材上の未定着画像を前記記録材に定着させる定着装置において、上記定着ベルトの内周面から当該定着ベルトに荷重を与えるテンションローラを備え、上記定着部材と上記テンションローラとの間の上記定着ベルトの長さは、上記定着ニップ部に対する上記定着ベルト回転方向の上流側が、下流側より長いことを特徴とする定着装置。

上記構成によると、定着ベルトは、定着部材と加熱部材とに加え、テンションローラとに張架される。よって、定着ベルトの駆動トルクの低減および定着ベルトへのダメージの軽減させることができる。

また、定着部材とテンションローラとの間の定着ベルトの長さは、定着ニップ部に対する定着ベルト回転方向の上流側が、下流側より長いため、定着ニップの上流側に加熱部材を配置するスペースを確保できる。よって、加熱ニップ幅を広くとることが可能となる。また、下流側が上流側より短いことで、冷却される距離が短くなるので、熱の発散を防ぐことができる。よって、定着ベルトを効率良く加熱することができる。

以上のように、上記構成の定着装置は、熱効率に優れ、消費電力が小さく、かつ、定着不良を引き起こすことを防ぐことができる。

また、定着ベルトは加熱部材に張架されている、つまり、加熱部材を定着ベルトの内側より接触させているので、記録材上の未定着画像に直接接触する定着ベルト外周面への摺擦によるキズを防止することができる。

本発明の定着装置は、上記構成に加え、上記加圧ローラから上記定着ローラが受ける荷重をＮ１、上記定着ベルトからテンションローラが受ける荷重をＮ２、上記定着ベルトから上記加熱部材が受ける荷重をＮ３としたとき、Ｎ１＞Ｎ２＞Ｎ３が成り立つのが好ましい。

上記構成によると、定着ベルトを架橋する部材のうち、加熱部材にかかる負荷をもっとも小さくすることができる。加熱部材にかかる負荷をもっとも小さくすることで、加熱部材を構成する発熱体を支持する伝熱部材（支持部材）の軽量化を図ることができる。軽量化することで、ひいては、伝熱部材の低熱容量化となり、ウォームアップ時間を短縮することができる。

本発明の定着装置は、上記構成に加え、上記加熱部材は、定着ニップ部より上流かつ、テンションローラより下流に配置されているのが好ましい。

上記構成によると、加熱部材の熱を効率よく定着部に伝達することができる。

本発明の定着装置では、上記構成に加え、上記加熱部材は、発熱体と、上記発熱体を支持し、上記定着ベルトの内周面に接触する金属材料からなる伝熱部材と、を備えていてもよい。

上記構成によると、高熱伝導の金属材料の伝熱部材を用いることで、発熱体の熱を均一化することができる。よって、伝熱部材で、定着ベルトの内周面から、分布にムラのない熱供給を行うことが可能となる。

本発明の定着装置では、上記構成に加え、上記伝熱部材は、上記定着ベルトとの接触面にコーティング層を設けてなっていてもよい。

上記構成によると、コーティング層により、伝熱部材と定着ベルトとの摩擦を低減できるため、定着ベルトの耐久性を向上させることができる。さらに、駆動トルクも低減できるため、モーター等の駆動部品のコストダウンも図ることができる。

本発明の定着装置では、上記構成に加え、上記伝熱部材の、上記定着ベルトの内周面との接触面は、湾曲した凸面であり、この凸面の反対側の平坦面が、上記発熱体と絶縁体とからなる面状ヒーターを支持していてもよい。

上記構成によると、湾曲した凸面により、定着ベルトの磨耗を抑えて架橋でき、効率よく熱を定着ベルトに供給できる。そして、熱容量の小さい面状ヒーターを用いることにより、消費電力を少なくできる。

本発明の画像形成装置は、上記課題を解決するために、本発明のいずれかの定着装置を備えたことを特徴としている。この構成により、熱効率に優れ、消費電力が小さく、かつ、定着不良を引き起こさない定着装置を有する画像形成装置を提供することができる。よって、本発明の画像形成装置は、高品質の画像を形成できる。

本発明の定着装置では、以上のように、上記定着ベルトの内周面から当該定着ベルトに荷重を与えるテンションローラを備え、上記定着部材とテンションローラとの間の上記定着ベルトの長さは、上記定着ニップ部に対する上記定着ベルト回転方向の上流側が、下流側より長い。

上記構成によると、定着ベルトは、定着部材と加熱部材とに加え、テンションローラとに張架される。よって、定着ベルトの駆動トルクの低減および定着ベルトへのダメージの軽減させることができる。

また、定着部材とテンションローラとの間の定着ベルトの長さは、定着ニップ部に対する定着ベルト回転方向の上流側が、下流側より長いため、定着ニップの上流側に加熱部材を配置するスペースを確保できる。よって、加熱ニップ幅を広くとることが可能となる。また、下流側が上流側より短いことで、冷却される距離が短くなるので、熱の発散を防ぐことができる。よって、定着ベルトを効率良く加熱することができる。

以上のように、上記構成の定着装置は、熱効率に優れ、消費電力が小さく、かつ、定着不良を引き起こすことを防ぐことができる。

また、定着ベルトは加熱部材に張架されている、つまり、加熱部材を定着ベルトの内側より接触させているので、記録材上の未定着画像に直接接触する定着ベルト外周面への摺擦によるキズを防止することができる。

本発明の一実施形態の画像形成装置の概略構成図である。 本発明の一実施形態の定着装置の概略断面図である。 上記定着装置が備える加熱部材の概略断面図である。 上記定着装置において各部材が受ける荷重を説明する図である。 （ａ）は、定着部材とテンションローラとの間の上記定着ベルトの長さについて、上記定着ニップ部に対する上記定着ベルト回転方向の上流側が、下流側より長い定着装置を示す図であり、（ｂ）は、上流側と下流側とが同じ長さである定着装置を示す図である。

本発明の実施の一形態について図面に基づいて説明する。以下、本発明に係る定着装置及びそれを備えた画像形成装置についての一実施形態を、具体的に説明する。

（画像形成装置）
まず、本実施形態の画像形成装置の構成について説明する。図１は、本実施形態の画像形成装置１００の概略構成を示す断面図である。画像形成装置１００は、いわゆるタンデム式で、かつ、中間転写方式のプリンタであり、フルカラー画像を形成できるカラー複合機である。本実施形態では、本発明に係る画像形成装置をカラー複合機／複写機及びカラープリンタに適用することを主体として説明するが、本発明に係る画像形成装置は、モノクロ複合機／複写機及びモノクロプリンタに対しても適用することが可能である。

画像形成装置１００は、図１に示すように、光学系ユニットＥ、４組の可視画像形成ユニットｐａ、ｐｂ、ｐｃ、ｐｄ、中間転写ベルト１１、二次転写ユニット１４、定着ユニット（定着装置）１５、内部給紙ユニット１６及び手差し給紙ユニット１７を備えている。

可視画像形成ユニットｐａでは、トナー像担持体となる感光体１０１ａの周囲に、帯電ユニット１０３ａ、現像ユニット１０２ａ、クリーニングユニット１０４ａが配置されている。一次転写ユニット１３ａは中間転写ベルト１１を介して配置されている。他の３組の可視像形成ユニットｐｂ、ｐｃ、ｐｄは可視画像形成ユニットｐａと同様の構成であり、同じ構成部材には、同じ数字の部材番号と、各可視画像形成ユニットに対応した英字（ｂ，ｃ，ｄ）とを付すものとする。可視画像形成ユニットｐａ，ｐｂ，ｐｃ，ｐｄには、それぞれ、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂ）の各色トナーが収容されている。

光学系ユニットＥは光源４からのデータを４組の感光体１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄに届くように配置されている。光学系ユニットＥには、それぞれ画像データにおける黄色成分、マゼンタ成分、シアン成分及び黒色成分に対応する画素信号が入力されるようになっている。そして、この入力された画像信号に基づいて、光源４から各ビームが出射され、ミラー８にて折り返されて、帯電された感光体１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄを露光し、静電潜像を生成する。

中間転写ベルト１１はテンションローラ１１ａ、１１ｂによりたわむことなく配置される。また、中間転写ベルト１１のテンションローラ１１ｂ側に、中間転写ベルト上の残トナーを回収する廃トナーＢＯＸ１２、テンションローラ１１ａ側に二次転写ユニット１４が、それぞれ中間転写ベルト１１に当接して配置されている。

定着ユニット１５は、記録紙の表面に形成された未定着のトナー画像を、熱及び圧力によって記録紙Ｐ上に定着させる装置である。定着装置１５は、定着ローラ３０と加圧ローラ３１とを備え、これらは図示しない加圧手段により所定の圧力で圧接され、二次転写ユニット１４の下流に配置されている。定着ユニット１５として、本実施形態では、面状発熱ベルト定着方式の定着装置を備えており、詳細については後述する。

画像形成装置１００での画像形成の工程は以下のようになる。感光体ドラム１０１ａ表面を帯電ユニット１０３ａで一様に帯電した後、光学系ユニットＥにより感光体ドラム１０１ａ表面を画像情報に応じてレーザー露光し、静電潜像を形成する。本実施携帯の帯電装置１０３ａには、感光体ドラム１０１ａ表面を一様に、またオゾンを極力発生させることなく帯電するために、帯電ローラ方式を採用している。その後、現像ユニット１０２ａにより感光体ドラム１０１ａ上の静電潜像に対しトナー像を現像し、この顕像化されたトナー画像をトナーとは逆極性のバイアス電圧が印加された一次転写ユニット１３ａにより中間転写ベルト１１上に転写する。

他の３組の可視像形成ユニットｐｂ、ｐｃ、ｐｄも同様に動作し順次中間転写ベルト１１上に転写する。中間転写ベルト１１上のトナー画像は、二次転写ユニット１４まで搬送される。そして、別途、内部給紙ユニット１６の給紙ローラ１６ａまたは手差し給紙ユニット１７の給紙ローラ１７ａから給紙され記録紙は搬送ローラｒ、１９によって搬送され記録紙に、トナーとは逆極性のバイアス電圧が印加されて、トナー画像が転写される。記録紙上のトナー画像は定着ユニット１５に搬送され、定着ユニット１５を通過するときに十分に加熱・加圧されて記録紙上に融着し、外部へ排出される。

（定着装置）
次に、本実施形態の定着ユニット（定着装置）１５の構成について、図２、図３を用いて説明する。図２は定着ユニット１５の構成を示す断面図、図３は定着ユニット１５の備える加熱手段の構成を示す断面図である。

図２に示すように、定着ユニット１５は、定着ローラ（定着部材）３０と、加圧ローラ（加圧部材）３１と、無端状の定着ベルト３２と、定着ベルト３２を懸架し加熱するための加熱部材３３を有する加熱手段と、さらに、定着ベルトの内周面から当該定着ベルトに荷重を与えるテンションローラ３３とを備えている。また、図示しないが、定着ローラ３０と加圧ローラ３１と圧力を与える加圧スプリングと、加圧解除機構とを備えている。

また、加圧ローラ３１を加熱するための熱源であるヒーターランプ３５と、定着ベルト３２及び加圧ローラ３１の各々の温度を検出する温度検出手段を構成する温度センサとして、サーミスタ３６Ａ及びサーミスタ３６Ｂを備えている。

定着ユニット１５は、記録紙（記録材）Ｐの表面に形成された未定着のトナー画像（トナーＴ）を、熱及び圧力によって記録紙Ｐ上に定着させるものである。本実施形態の定着ユニット１５は、定着ベルトの内周面に設置された加熱部材３４が定着ベルト３２を加熱し、加熱された定着ベルト３２が定着ニップ部Ｎで直接記録紙Ｐ上のトナー像に熱を与える定着方式の定着装置である。未定着のトナー画像は、例えば、非磁性一成分現像剤（非磁性トナー）、磁性現像剤（磁性トナー）、非磁性二成分現像剤（非磁性トナー及びキャリア）に含まれるトナー等のトナーＴによって形成される。

定着ローラ３０及び加圧ローラ３１は、図示しない加圧スプリングにより、所定の荷重（例えば、本実施形態では２１６Ｎ）で互いに圧接され、両ローラ間に、定着ローラ３０と加圧ローラ３１とが互いに当接する部分である定着ニップ部Ｎを形成している。なお、本実施形態では、ニップ幅（定着ニップ部Ｎでの記録紙搬送方向の幅）を７ｍｍとしているが、この数値に限定されない。この定着ニップ部Ｎに未定着トナー画像が形成された記録紙Ｐを搬送し、定着ニップ部Ｎを通過させることで、記録紙Ｐにトナー画像が定着される。記録紙Ｐが定着ニップ部Ｎを通過する時には、定着ベルト３２は記録紙Ｐのトナー画像形成面に当接する一方、加圧ローラ３１は記録紙Ｐにおけるトナー画像形成面とは反対側の面に当接する。

定着ローラ３０は、定着ベルト３２を介して、加圧ローラ３１に圧接することで定着ニップ部Ｎを形成すると同時に、定着ベルト３２の外周面との摩擦抵抗によって回転駆動することにより定着ベルト３２を搬送する。定着ローラ３０としては、例えば、内側から順に芯金３０ａ、弾性層３０ｂが形成された２層構造のものを用いることができる。芯金３０ａには、たとえば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属或いはそれらの合金等が用いられる。また、弾性層３０ｂにはシリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性を有し、弾性変形可能なゴム材料が適している。なお、本実施形態では、定着ローラ３０は、直径が３０ｍｍで、芯金に直径２０ｍｍの鉄、弾性層に厚さ５ｍｍのシリコンスポンジゴムを用いている。ただしこれらの数値に限定されない。

加圧ローラ３１には、例えば、内側から順に芯金３１ａ、弾性層３１ｂ、離型層３１ｃが形成された３層構造のものを用いることができる。芯金３１ａには、たとえば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属或いはそれらの合金等が用いられる。また、弾性層３１ｂ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が用いられる。また、離型層３１ｃには、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）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂が適している。なお、本実施形態では、加圧ローラ３１は、直径は３０ｍｍで、芯金３１ａに直径２８ｍｍで肉厚２ｍｍの鉄（ＳＴＫＭ）、弾性層３１ｂに厚さ１ｍｍのシリコンソリッドゴム、離型層３１ｃに厚さ３０μｍのＰＦＡチューブを用いている。

また、加圧ローラ３１の内部には、加圧ローラ３１を加熱するハロゲンランプ等からなるヒーターランプ３５が配置されている。制御回路（図示せず）が電源回路（図示せず）からヒーターランプ３５に電力を供給（通電）させることにより、ヒーターランプ３５が発光し、ヒーターランプ３５から赤外線が放射される。これにより、加圧ローラ３１の内周面が赤外線を吸収して加熱され、加圧ローラ３１全体が加熱される。なお、本実施形態では、定格電力４００Ｗのヒーターランプ３５を使用している。また、加圧ローラ３１の内面は、前記ヒーターランプ３５が放射する赤外線を吸収しやすくする為に、赤外線の波長域に良好な吸収特性を有する耐熱黒色塗装を施してもよい。

定着ベルト３２は、定着ローラと加熱部材３４と、さらに、テンションローラ３３とに張架されており、定着ローラ３０の回転時に、定着ローラ３０に従動して回転するようになっている。定着ベルト３２は、加熱部材３３が発生する熱によって所定の温度に加熱され、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紙Ｐを加熱する。

定着ベルト３２としては、例えば、特に図示してはいないが、ポリイミド等の耐熱樹脂或いはステンレスやニッケル等の金属材料からなる中空円筒状の基材の表面に、弾性層として耐熱性及び弾性に優れたエラストマー材料（例えばシリコンゴム）が形成され、さらにその表面に離型層として耐熱性及び離型性に優れた合成樹脂材料（例えばＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素樹脂）が形成された３層構成のものを用いることができる。弾性層及び離型層は、定着ベルト３２の外周側に形成される。さらに、基材にポリイミド等の耐熱樹脂を用いる場合、フッ素樹脂を内添することがより好ましい。内添することで、加熱部材３３とのの摩擦抵抗をさらに低減することができ、加熱部材３３の摺動負荷を更に低減することができる。

本実施形態の定着ベルト３２は、直径５０ｍｍであり、基材に厚さ５０μｍのポリイミド、弾性層に厚さ１５０μｍのシリコンゴム、離型層に厚さ３０μｍのＰＦＡチューブを用いている。離型層は、ＰＦＡチューブだけでなく、ＰＦＡやＰＴＦＥなどをコーティングしてもよい。

テンションローラ３３は、定着ベルト３２を懸架するよう定着ベルト３２の内側に配置され、定着ベルト３２に所定の荷重（テンション）を付与できるように保持されている。テンションローラ３３は、金属材料からなる芯金の外周に断熱材料が被覆された構成となっている。芯金には、たとえば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属或いはそれらの合金等が用いられる。また、定着ベルト３２からの放熱を抑制するよう、外周に被覆される断熱材にはスポンジやフェルトなどが用いられる。本実施形態では、テンションローラは、直径が１２ｍｍで、芯金に直径８ｍｍの鉄、断熱層に厚さ２ｍｍのシリコンスポンジゴムを用いている。

加熱部材３４は、定着ベルト３２と接して、定着ベルト３２を所定の温度に加熱するものである。加熱部材３４には、加熱部材３４に所定の電力を供給する電源（図示しない）が接続されている。加熱部材３４は、定着ベルト３２を懸架するため、定着ベルト３２の内周面から定着ベルト３２に接触している。加熱部材３４は定着ベルト３２との接触面が円弧形状に形成されている。加熱部材３２は、定着ニップ部Ｎより上流かつ、テンションローラ３３より下流に配置されている。よって、加熱部材３４の熱は効率よく定着ニップ部Ｎに伝達される。

加熱部材３４は、伝熱部材３４６と面状発熱体（面状ヒーター）とを含んでいる。抵抗発熱体３４３および絶縁体３４２，３４４から面状発熱体が構成される。さらに、加熱部材３２は、弾性層３４１、良熱伝導層３４５を有している。

伝熱部材３４６は、定着ベルト３２の幅方向（定着ローラの軸線方向）に延びて、定着ベルト３２に接触して配置され、面状発熱体が発生する熱を定着ベルト３２に伝導させる。伝熱部材３４６を構成する材料は、特に限定されないが、加熱部材３２（伝熱部材３４５）と定着ベルト３２とが圧接する加熱ニップにおいて均一な温度分布が得られるよう高い熱伝導性を有する金属材料であることが好ましい。その金属材料としては、鉄、アルミニウム、銅などを挙げることができるが、ステンレスを用いることも可能である。そして、伝熱部材３４６において、定着ベルト３２と接触する面には、コーティング層３４７が形成されている。

コーティング層３４７は、面状発熱体が発生した熱を伝熱部材３４６を介して定着ベルト３２に伝導するための熱伝導性を有するとともに、定着ベルト３２との間の摩擦力が低減可能な材料から形成する必要がある。このようなコーティング層３４７が形成されることによって、定着ベルト３２に熱を伝導させるとともに、伝熱部材３４６と接触して摺動する定着ベルト３２の摩耗を防止して高い耐久性を確保することができる。また、定着ベルト３２との間の摩擦力が低減可能となるので、定着ベルト３２を駆動する定着ローラ３０および加圧ローラ３１への負荷も低減することができ、各ローラの耐久性も確保し、より低トルクで駆動することが可能となる。コーティング層３４７を構成する材料としては、ＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素樹脂を挙げることができる。本実施形態では、コーティング層３４７は、ＰＴＦＥからなる厚み２０μｍの層である。

面状発熱体は、抵抗発熱体３４３と絶縁体３４２，３４４とを含んで構成されている。２つの絶縁体３４２，３４４は、双方とも同じ構成の絶縁体であり、これらは、抵抗発熱体３４３を挟み込んで配置される。抵抗発熱体３４３と絶縁体３４２，３４４は、伝熱部材３４６の長手方向（定着ベルト３２の幅方向）に延びて、伝熱部材３４６の内側の面に形成される。そして、面状発熱体の周方向両端部には給電端子部（不図示）が形成されている。

絶縁体３４２，３４４は、耐熱性と電気絶縁性とを兼ね備えた材料によって形成される層であり、抵抗発熱体３４２と伝熱部材３４６との間に介在あるいは、抵抗発熱体３４３の上に被さって空間に対する絶縁を行う。このような絶縁体３４２，３４４が形成されることによって、抵抗発熱体３４３と伝熱部材３４６や空間との間の絶縁を確保することができ、より安全な加熱部材３４とすることができる。絶縁体３４２，３４４を構成する材料としては、ポリイミド樹脂などの耐熱性ポリマー材料、アルミナなどのセラミックス材料やガラス材料などを挙げることができる。本実施形態では、絶縁体３４２，３４４は、セラミックス材料からなる厚み２００μｍの層である。

抵抗発熱体３４３は、給電端子部に電圧が印加されることによって発熱する層である。本実施形態では、抵抗発熱体３４３は、ニッケルクロムを主成分とした金属材料やステンレス鋼からなる抵抗成分を有する金属抵抗体で、厚み１５μｍの層である。そのほか、銀や金、銀パラジウム合金などの抵抗発熱体なども用いることができる。この抵抗発熱体３４４に通電することでジュール熱が発生し、絶縁体３４２や伝熱部材３４７などを介して、定着ベルト３２を加熱する。

抵抗発熱体３４３と絶縁体３４２，３４４とを含む面状発熱体は、伝熱部材３４６の裏面に耐熱性を有するシリコングリスなどの良熱伝導層３４５を介して配置される。よって、伝熱部材３４６、絶縁体３４４、抵抗発熱体３４３、絶縁体３４２の順に配される。また、絶縁体３４２は弾性層３４１によって保持されている。弾性層３４１は、高い温度域での耐熱性が必要であり、フッ素ゴムやポリイミド発泡体などを用いて形成される。

伝熱部材３４６の、定着ベルト３２の内周面との接触面は、湾曲した凸面であり、この凸面の反対側の平坦面が、発熱発熱体３４３と絶縁体３４２，３４４とからなる面状発熱体を支持する。湾曲した凸面により、定着ベルト３２の磨耗を抑えて架橋でき、加熱部材３４から効率よく熱を定着ベルト３２に供給できる。そして、熱容量の小さい面状発熱体を用いることにより、消費電力を少なくできる。

上記面状発熱体には様々なものが利用でき、ステンレスやニッケル−クロム合金、セラミック系の抵抗発熱材料などを用いることができる。一般的に、画像形成装置全体で定着装置が占める消費電力の割合は大きく、定着装置に使用される消費電力を削減することが、画像形成装置としても消費電力を削減する優位な方法である。

以上のように、定着ユニット１５は、定着ベルト３２の内周面から定着ベルト３２に荷重を与えるテンションローラ３３を備え、定着ローラ３０とテンションローラ３３との間の定着ベルト３２の長さは、定着ニップ部Ｎに対する定着ベルト３２回転方向の上流側が、下流側より長くなっている。よって、定着ベルト３２は、定着ローラ３０と加熱部材３４とに加え、テンションローラ３３とに張架される。よって、定着ベルト３２の駆動トルクの低減および定着ベルト３２へのダメージの軽減させることができる。

また、図２に示すように、定着ローラ３０とテンションローラ３３との間の定着ベルト３２の長さは、定着ニップ部Ｎに対する定着ベルト３２回転方向の上流側が、下流側より長くなっている。上流側が長いことで、図５（ａ），（ｂ）を比べてわかるように、定着ニップＮの上流側に加熱部材３４を配置するスペースを確保できる。よって、定着ベルト３２と加熱部材３４とが圧接する加熱ニップ幅を広くとることが可能となり、定着ベルト３２を効率良く加熱することができる。また、下流側が上流側より短いことで、冷却される距離が短くなるので、熱の発散を防ぐことができる。

よって、定着ユニット１５は、熱効率に優れ、消費電力が小さく、かつ、定着不良を引き起こすことを防ぐことができる。

また、定着ベルト３２は加熱部材３４に張架されている、つまり、加熱部材３４を定着ベルト３２の内側より接触させているので、記録材上の未定着画像に直接接触する定着ベルト３２外周面への摺擦によるキズを防止することができる。

また、定着ベルト３２に熱容量の小さなものを用いると、抵抗発熱層を有する加熱部材３４が直接定着ベルト３２を加熱しているため、ウォームアップタイムの大幅な短縮が可能となる。如いては定着装置の大幅な消費電力削減が可能となる。

図４に示すように、定着ローラ３０、テンションローラ３３、加熱ローラ３１のそれぞれは、定着ベルト３２を懸架されている。よって、定着ベルトを張架する際には、それぞれの部材に機械的な負荷がかかることになる。また、定着ローラは加圧ローラから圧力を受けている。定着ユニット１５は、加圧ローラからの加圧で定着ローラが受ける荷重（負荷）をＮ１、テンションローラ３３が定着ベルト３２を引っ張る際に受ける荷重をＮ２、加熱部材３４が定着ベルト３２を引っ張る際（加熱ニップを形成する際）に受ける荷重をＮ３とすると、Ｎ１＞Ｎ２＞Ｎ３が成り立つように構成されている。図示しない加圧付与手段を有しており、定着ローラ、テンションローラ、加熱部材のそれぞれに、任意の荷重（負荷）を付与している。

上記関係式、Ｎ１＞Ｎ２＞Ｎ３では、加熱部材３４の伝熱部材３４６への負荷が最も小さくなっているため、伝熱部材３４６の軽量化や体積減を図ることができる。軽量化や体積減によって、伝熱部材３４６の低熱容量化を図るとともに、伝熱部材３４６のたわみを軽減することができる。低熱容量化によって、ウォームアップ時間を短縮することができる。

このように、本実施の形態では、伝熱部材３４６の軽量化や体積減を図ることで、伝熱部材３４６の低熱容量化を図っている。そして、軽量にしたり体積を小さくと、強度が低下することになるので、伝熱部材３４６への負荷が最も小さくなるよう、つまり、関係式、Ｎ１＞Ｎ２＞Ｎ３が成り立つよう、構成されている。なお、他の関係式（Ｎ３の負荷が大きくなる場合）では、加熱部材３４の強度を確保するために伝熱部材３４６を大きくする必要があり、伝熱部材３４６の軽量化や体積減を図ることができない。

このように、加熱部材３４が受ける負荷を最も小さくすることで伝熱部材３４６の低熱容量化が可能となり、ウォームアップ時間を短縮することができる。例えは、Ｎ１は４０ｋｇ、Ｎ２は３．５ｋｇ、Ｎ３は１ｋｇの負荷を受けるものとするが、この数値には限定されない。

以上、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能でである。すなわち、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更した技術的手段を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、プリンタ、複写機、ファクシミリ、ＭＦＰ（Multi Function Printer）等の電子写真方式の画像形成装置に備えられる定着装置、また、その画像形成装置に適用可能である。
に適用可能である。

１５ 定着ユニット（定着装置）
３０ 定着ローラ（定着部材）
３１ 加圧ローラ（加圧部材）
３２ 定着ベルト
３３ テンションローラ
３４ 加熱部材
３５ ヒーターランプ
３６Ａ，３６Ｂ サーミスタ
１００ 画像形成装置
３４１ 弾性層
３４３ 抵抗発熱体
３４２，３４４ 絶縁体
３４５ 良熱伝導層
３４６ 伝熱部材
３４７ コーティング層
Ｎ 定着ニップ部
Ｐ 記録紙
Ｔ トナー

Claims (7)

1. 回転可能な定着部材と、加熱部材と、当該定着部材と加熱部材とに張架されて回転し、前記加熱部材にて加熱される無端状の定着ベルトと、当該定着ベルトを介して前記定着部材に圧接され、この圧接領域において前記定着ベルトとともに定着ニップ部を形成する加圧部材とを備え、前記定着ニップ部を通過する記録材上の未定着画像を前記記録材に定着させる定着装置において、
   上記定着ベルトの内周面から当該定着ベルトに荷重を与えるテンションローラを備え、
   上記定着部材とテンションローラとの間の上記定着ベルトの長さは、上記定着ニップ部に対する上記定着ベルト回転方向の上流側が、下流側より長いことを特徴とする定着装置。
2. 上記加圧部材から上記定着部材が受ける荷重をＮ１、上記定着ベルトからテンションローラが受ける荷重をＮ２、上記定着ベルトから上記加熱部材が受ける荷重をＮ３としたとき、Ｎ１＞Ｎ２＞Ｎ３が成り立つことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 上記加熱部材は、定着ニップ部より上流かつ、テンションローラより下流に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
4. 上記加熱部材は、発熱体と、上記発熱体を支持し、上記定着ベルトの内周面に接触する金属材料からなる伝熱部材と、を備えたことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の定着装置。
5. 上記伝熱部材は、上記定着ベルトとの接触面にコーティング層を設けてなることを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
6. 上記伝熱部材の、上記定着ベルトの内周面との接触面は、湾曲した凸面であり、この凸面の反対側の平坦面が、上記発熱体と絶縁体とからなる面状ヒーターを支持する、ことを特徴とする請求項４または５に記載の定着装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

Images