JP2012108297A - 定着装置及びこれを用いる画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着装置における熱エネルギーのロスを低減して、記録媒体へのトナー画像の定着を安定して行なうことができる定着装置とこれを用いる画像形成装置を提供する。
【解決手段】感光体ドラム３と、帯電器５と、露光ユニット１と、現像装置２と、中間転写ベルトユニット８と、トナー像を記録媒体に定着させる定着ユニット１２とを備える画像形成装置１００において、定着ユニット１２は、定着ローラ１２２と、加熱部材１２３と、定着ローラ１２２と、定着ベルト１２１とを有する定着部１２ａと、加圧ローラ１２５を有する加圧部１２ｂとを備え、加熱部材１２３は、定着ローラ１２２の外周部に近接して配置され、その外周部を覆うとともに、開口部１２６が形成され、その両端部１２３ｅ１，１２３ｅ２が定着ローラ１２２の中心軸Ｏより加圧部１２ｂ側に寄った位置に配置されることを特徴とするものとする。
【選択図】図２

Description

本発明は、定着装置及びこれを用いる画像形成装置に係り、特に、電子写真方式によりトナーを用いて画像形成を行なう静電複写機、レーザープリンタ及びファクシミリ等の画像形成装置に採用される定着ベルトを用いる定着装置及びこれを用いる画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式の画像形成装置（例えば、プリンタ）には、記録部材（記録紙または、用紙）上に形成されたトナー像を熱溶融することによって用紙上に定着させる定着装置が備えられている。この定着装置の一例として、定着ローラと加圧ローラとから構成されるローラ対方式の定着装置が知られている。

定着ローラは、アルミなどの金属製の中空芯金の表面に弾性層が形成されたローラ部材であり、この芯金の内部に熱源としてハロゲンランプが配置された構成である。
そして、温度制御装置により、定着ローラ表面に設けられた温度センサから出力される信号に基づいてハロゲンランプをオン／オフ制御することによって、定着ローラ表面の温度を制御する。

加圧ローラは、芯金上に被覆層としてシリコンゴムなどの耐熱性弾性層を設けたローラ部材である。この加圧ローラは、定着ローラ周面に対して圧接され、加圧ローラの弾性層の弾性変形によって、定着ローラと加圧ローラとの間にニップ領域が形成される。

上記の構成において、定着装置では、未定着のトナー像が形成された用紙を定着ローラと加圧ローラとの間のニップ領域に挟み込み、これら両ローラを回転させることによって上記用紙を搬送するとともに、定着ローラ周面の熱により用紙上のトナー像を溶融させて用紙に定着させる。

しかし、従来のローラ対方式では、朝一で画像形成装置に電源投入直後は、定着ローラ及び加圧ローラは、室温状態にあるため、電源ＯＮ後、ローラ表面を所定温度にまで上昇させる必要があるため、ウォームアップ時間を要する。また、コピー動作が行われていない待機状態では、ローラ表面を所定温度に保持する必要があるため、コピー動作が行われていない時も常に加熱していなければならない。このように、従来では、コピー動作以外に無駄なエネルギーを消費するという問題があった。

そこで、上記問題を解決するために、従来技術として、定着ローラに代わりに熱容量の小さい定着ベルトを用いた定着装置が提案されている（特許文献１を参照。）。
この定着装置は、定着ローラと湾曲された面状発熱体とを備え、定着ローラと面状発熱体の外周に巻回された無端状の定着ベルトと加圧ローラによって記録媒体に形成された未定着画像を加熱・加圧することで定着するように構成されている。

特開２００９−１６９０３０号公報

しかしながら、特許文献１の定着装置において、面状発熱体が存在しない領域における定着ベルトの表面からの放熱は無視できず、熱エネルギーのロス、定着不良の原因となるという問題がある。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、定着装置における熱エネルギーのロスを低減して、記録媒体へのトナー画像の定着を安定して行なうことができる定着装置とこれを用いる画像形成装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するための本発明に係る定着装置及びこれを用いる画像形成装置は、次の通りである。

本発明は、定着ローラと、面状発熱体よりなる湾曲された加熱部材と、前記定着ローラと前記加熱部材の外周に巻回された無端状の定着ベルトとを有する定着部と、前記定着ベルトを介して前記定着ローラと対向して配置されて前記定着ローラを加圧する加圧部と、を備えた定着装置において、前記加熱部材の構成として、前記定着ローラの外周部に近接して配置して、前記外周部を覆うとともに、少なくとも前記定着ローラと前記加圧部とが対向する部分を開口するように前記定着ローラの軸方向に沿って開口部を形成し、前記開口部を形成する前記加熱部材の軸方向に沿った両端部が前記定着ローラの中心軸より前記加圧部側に寄った位置に配置することを特徴とするものである。

また、本発明は、前記加熱部材の構成として、前記定着ローラと同心円状の湾曲した円弧状の断面形状を有することが好ましい。

また、本発明は、前記加熱部材の構成として、前記面状発熱体の発熱分布を、前記定着ローラの周方向に沿って異なるように構成することが好ましい。

また、本発明は、前記加熱部材の構成として、前記面状発熱体の発熱分布を、前記定着ベルトと前記加熱部材との密着力が強い箇所ほど面積当りの発熱量が大きくなるように構成することが好ましい。

また、本発明は、前記定着ベルトを介して前記加熱部材の一部または全体を覆う断熱部材を、前記定着ベルトの外周部に近接して配置することが好ましい。

また、本発明は、前記断熱部材の構成として、前記定着ローラと同心円状の湾曲した円弧状の断面形状を有することが好ましい。

また、本発明は、記録媒体に形成されたトナー像を該記録媒体に定着させる定着装置を備えた画像形成装置において、前記定着装置として、請求項１から６のうちの何れか一項に記載の定着装置を備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、定着ローラと、面状発熱体よりなる湾曲された加熱部材と、前記定着ローラと前記加熱部材の外周に巻回された無端状の定着ベルトとを有する定着部と、前記定着ベルトを介して前記定着ローラと対向して配置されて前記定着ローラを加圧する加圧部と、を備えた定着装置において、前記加熱部材の構成として、前記定着ローラの外周部に近接して配置して、前記外周部を覆うとともに、少なくとも前記定着ローラと前記加圧部とが対向する部分を開口するように前記定着ローラの軸方向に沿って開口部を形成し、前記開口部を形成する前記加熱部材の軸方向に沿った両端部が前記定着ローラの中心軸より前記加圧部側に寄った位置に配置することで、前記加熱部材に対して前記定着ベルトが十分な受熱面積を稼ぐことができ、同時に、前記定着ローラの中心軸より前記加圧部側に寄った位置も加熱部材で覆うことで熱漏れを防止するとともに加熱部材背面の熱を利用できる。これにより、定着装置における熱エネルギーのロスを低減して、記録媒体へのトナー画像の定着を安定して行なうことができる。

また、本発明によれば、前記加熱部材の形状を、前記定着ローラと同心円状の湾曲した円弧状の断面形状とすることで、最小断面積で前記定着ローラを覆うことができ、前記加熱部材の背面の熱を最大限に利用できる。

また、本発明によれば、前記加熱部材の構成として、前記面状発熱体の発熱分布を、前記定着ローラの周方向に沿って異なるように構成することで、例えば、前記面状発熱体に前記定着ローラの周方向に沿って発熱量の異なるメイン発熱体とサブ゛発熱体とを設定することで、投入電力を効率よく熱エネルギーに変換できる。

また、本発明によれば、前記加熱部材の構成として、前記面状発熱体の発熱分布を、前記定着ベルトと前記加熱部材との密着力（テンション）が強い箇所ほど面積当りの発熱量が大きくなるように構成することで、すなわち、前記定着ベルトと前記加熱部材とがしっかり密着する箇所の発熱量を増やすことで、前記加熱部材から前記定着ベルトへの熱伝導を効率よく行なうことができる。

また、本発明によれば、前記定着ベルトを介して前記加熱部材の一部または全体を覆う断熱部材を、前記定着ベルトの外周部に近接して配置することで、前記定着ベルトの表面からの放熱を抑制することができる。

また、本発明によれば、前記断熱部材の形状を、前記定着ローラと同心円状の湾曲した円弧状の断面形状とすることで、最小断面積で前記定着ベルトの表面を覆う構成となり、前記定着ベルトからの熱の発散を最小限にできる。

また、本発明によれば、記録媒体に形成されたトナー像を該記録媒体に定着させる定着装置を備えた画像形成装置において、前記定着装置として、請求項１から６のうちの何れか一項に記載の定着装置を備えることで、前記定着装置における熱エネルギーのロスを低減して、ウォームアップ短縮かつ省エネに優れた画像形成装置を提供できる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の全体の構成を示す説明図である。 本実施形態に係る特徴的な定着ユニットの構成を示す説明図である。 前記定着ユニットを構成する定着部の実施例１の構成を示す説明図である。 （ａ）は前記定着部を構成する加熱部材の積層構造を示す説明図、（ｂ）は前記加熱部材のパターンを示す平面視による説明図である。 前記定着ユニットを構成する定着部の実施例２の構成を示す説明図である。 前記定着部を構成する加熱部材のパターンを示す平面視による説明図である。 前記定着ユニットを構成する定着部の実施例３の構成を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
図１は発明を実施する形態の一例であって、本発明の実施形態に係る画像形成装置の全体の構成を示す説明図である。

本実施形態は、図１に示すように、表面に静電潜像が形成される感光体ドラム３と、感光体ドラム３表面を帯電させる帯電器（帯電装置）５と、感光体ドラム３表面に静電潜像を形成する露光ユニット（露光装置）１と、感光体ドラム３表面の静電潜像にトナーを供給してトナー像を形成する現像装置２と、感光体ドラム３表面のトナー像を記録媒体に転写する中間転写ベルトユニット（転写装置）８と、トナー像を記録媒体に定着させる定着ユニット（定着装置）１２とを備え、電子写真方式によりトナーを用いて画像を形成する画像形成装置１００において、定着ユニット１２として、本発明に係る特徴的な定着装置の構成を採用して、定着ユニット１２における熱エネルギーのロスを低減して、記録媒体へのトナー画像の定着を安定して行なうことを特徴とするものである。

画像形成装置１００は、読み取った原稿の画像データやネットワーク等を介して送信された画像データに基づいて記録媒体に対して多色及び単色の画像を形成する装置である。

まず、画像形成装置１００の全体構成について説明する。
画像形成装置１００は、図１に示すように、黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）及びイエロー（Ｙ）の色成分毎の画像データが取り扱われ、黒画像、シアン画像、マゼンタ画像、イエロー画像が形成され、各々の色成分の画像を重畳することによってカラー画像が形成されるようになっている。

従って、画像形成装置１００においては、図１に示すように、各色成分の画像が形成されるように、現像装置２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）、感光体ドラム３（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）、帯電器５（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ）、クリーナユニット４（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）がそれぞれ４個ずつ設けられている。言い換えると、現像装置２と感光体ドラム３と帯電器５とクリーナユニット４とを１つずつ含む画像形成ステーション（画像形成部）が４つ設けられることになる。

なお、上記ａ〜ｄの符号は、ａが黒画像形成用の部材、ｂがシアン画像形成用の部材、ｃがマゼンタ画像形成用の部材、ｄがイエロー画像形成用の部材であることを示したものである。また、画像形成装置１００には、露光ユニット１、定着ユニット１２、シート搬送路（用紙搬送経路）Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３、給紙カセット１０及び排紙トレイ１５が備えられている。

感光体ドラム３は、図示しない駆動部によって軸船周りに回転駆動可能に支持されるローラ状部材である。感光体ドラム３は、感光層を含み、該感光層の表面において、静電潜像ひいてはトナー像を担持する像担持体である。

感光体ドラム３には、たとえば、アルミニウムなどからなる導電性基材と、該導電性基材表面に形成される感光層とからなるものを使用できる。導電性基材には、円筒状、円柱状、シート状などの導電性着体を好ましく使用できる。感光層としては、有機感光層、無機感光層などが挙げられる。有機感光層としては、電化発生物質を含む樹脂層である電荷発生層と、電荷輸送物質を含む樹脂層である電荷輸送層との積層体、または、１つの樹脂層中に電荷発生物質と電荷輸送物質とを含む樹脂層などが挙げられる１種又は２種以上を含む樹脂層が挙げられる。導電性着体と感光層との間には、下地層が介在しても良い。また、感光層の表面には感光層を保護するための表面層（保護層）が設けられても良い。

帯電器５は、感光体ドラム３の表面を所定の極性および電位に帯電させる部材である。
この帯電器５は、感光体ドラム３に臨む位置に、感光体ドラム３の長手方向に沿って設置される。接触帯電方式の帯電装置の場合、帯電器５は、感光体ドラム３の表面に接するように設置される。非接触帯電方式の帯電装置の場合、帯電器５は、感光体ドラム３の表面から離隔するように設置される。

帯電器５としては、ブラシ型帯電装置、ローラ型帯電装置、コロナ放電装置、イオン発生装置などを使用できる。
ブラシ型帯電装置およびローラ型帯電装置は、接触帯電方式の帯電装置である。ブラシ型帯電装置には、帯電ブラシを用いるもの、磁気ブラシを用いるものなどがある。
コロナ放電装置およびイオン発生装置は、非接触帯電方式の帯電装置である。コロナ放電装置には、ワイヤ上の放電電極を用いるもの、鋸歯上の放電電極を用いるもの、針状の放電電極を用いるものなどがある。

露光ユニット１は、帯電状態にある感光体ドラム３の表面に、デジタル信号からなる画像情報に対応するレーザ光を照射して、感光体ドラム３の表面に該画像情報に対応する静電潜像を形成する。露光ユニット１には、半導体レーザ装置などを使用できる。レーザスキャニングユニット以外に、発光素子をアレイ状に並べたＥＬ（エレクトロルミネッセンス）やＬＥＤ書込みヘッドを露光ユニット１とすることもできる。

現像装置２は、現像ローラ１１４と、攪拌ローラ１１２とを含む。現像ローラ１１４は、軸船周りに回転可能に支持されるローラ状部材である。現像ローラ１１４は、感光体ドラム３に臨む面に形成される開口部から、その一部が外方向に向けて突出して感光体ドラム３の表面に近接するように設けられている。

現像ローラ１１４は、図示しない固定磁極を内包しており、該固定磁極により、現像ローラ１１４の表面に現像剤を担持する。また、現像ローラ１１４は、現像ローラ１１４と感光体ドラム３との近接部（現像ニップ部）において、担持した現像剤を感光体ドラム３の表面の静電潜像に供給し、感光体ドラム３の表面にトナー像を形成する。さらに、現像ローラ１１４は、感光体ドラム３と逆方向に回転駆動する。したがって、現像ニップ部においては、現像ローラ１１４の表面と感光体ドラム３の表面とが同じ方向に移動する。

また、現像ローラ１１４は、図示しない電源と接続され、該電源から直流電圧（現像電圧）が印加される。これによって、現像ローラ１１４の表面の現像剤は、静電潜像に円滑に供給される。電圧印加は交流を重畳しても良い。

現像装置２は、感光体ドラム３に臨む面に開口部が形成され、内部空間を有する容器状部材である。また、現像装置２は、その内部空間に撹拌ローラ１１２を備え、現像剤を貯留する。現像剤としては、この分野で常用されるものを使用できる。また、現像剤は、トナーのみからなる１成分現像剤であってもよく、トナーとキャリアからなる２成分現像剤であってもよい。

撹拌ローラ１１２は、現像装置２の内部空間において軸線周りに回転可能に指示されるスクリュー状部材である。撹拌ローラ１１２は、回転駆動によって、現像装置２内の現像剤を現像ローラ１１４の表面周辺に送給する。

現像剤補給容器１１５は、その内部空間に現像剤を貯留する容器状部材である。現像剤補給容器１１５は、現像剤における現像剤の消費状況に応じて、現像装置２に現像剤を補給する。

クリーナユニット４は、感光体ドラム３の表面のトナー像が記録媒体に転写された後に、感光体ドラム３の表面に残存する現像剤を除去、回収する。

感光体除電部（図示省略）は、ドラムクリーナによって現像剤が回収された後の感光体ドラム３を除電する。感光体除電部にはランプ、ＬＥＤなどの照明を用いることができる。

中間転写ベルト７は、感光体ドラム３の上方に配置されており、駆動ローラ７１と従動ローラ７２との間に張架されてループ状の移動経路を形成している。中間転写ベルト７の外周面は、感光体ドラム３ｄ、感光体ドラム３ｃ、感光体ドラム３ｂおよび感光体ドラム３ａにこの順に対向する。この中間転写ベルト７を挟んで各感光体ドラム３ａ〜３ｄに対向する位置に、１次転写ローラ６ａ〜６ｄが配置されている。中間転写ベルト７が感光体ドラム３ａ〜３ｄに対向する位置のそれぞれが１次転写位置である。また、中間転写ベルト７は、厚さ１００〜１５０μｍ程度のフィルムで形成されている。

１次転写ローラ６ａ〜６ｄには、感光体ドラム３ａ〜３ｄの表面に担持されたトナー像を中間転写ベルト７上に転写するために、トナーの帯電極性と逆極性の１次転写バイアスが定電圧制御によって印加される。これによって、感光体ドラム３ａ〜３ｄに形成された各色相のトナー像は、中間転写ベルト７の外周面に順次重ねて転写され、中間転写ベルト７の外周面にフルカラーのトナー像が形成される。
ただし、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）の色相の一部のみの画像データが入力された場合には、４つの感光体ドラム３ａ〜３ｄのうち、入力された画像データの色相に対応する一部の感光体ドラム３のみにおいて静電潜像およびトナー像の形成が行なわれる。たとえば、モノクロ画像形成時には、ブラックの色相に対応した感光体ドラム３ａのみにおいて静電潜像の形成およびトナー像の形成が行なわれ、中間転写ベルト７の外周面にはブラックのトナー像のみが転写される。

各１次転写ローラ６ａ〜６ｄは、直径８〜１０ｍｍのステンレスなどの金属を基材とする軸の表面を導電性の弾性材（たとえばＥＰＤＭ、発泡ウレタン等）によって被覆して構成されており、導電性の弾性材によって中間転写ベルト７に均一に高電圧を印加する。

各１次転写位置において中間転写ベルト７の外周面に転写されたトナー像は、中間転写ベルト７の回転によって、２次転写ローラ１１との対向位置である２次転写位置に搬送される。２次転写ローラ１１は、画像形成時において、内周面が駆動ローラ７１の周面に接触する中間転写ベルト７の外周面に所定のニップ圧で圧接されている。給紙カセット１０または手差し給紙トレイ２０から給紙された記録媒体が、２次転写ローラ１１と中間転写ベルト７との間を通過する際に、２次転写ローラ１１にトナーの帯電極性とは逆極性の高電圧が印加される。これによって、中間転写ベルト７の外周面から記録媒体の表面にトナー像が転写される。

なお、感光体ドラム３から中間転写ベルト７に付着したトナーのうち、記録媒体上に転写されずに中間転写ベルト７上に残存したトナーは、次工程での混色を防止するために、転写クリーニングユニット９によって回収される。

トナー像が転写された記録媒体は、定着ユニット１２に導かれ、定着ローラ１２２および加熱部材１２３の間に張架された定着ベルト１２１と、加圧ローラ１２５との間に形成される定着ニップ部１２７を通過して加熱および加圧を受ける。これによって、トナー像が、記録媒体の表面に堅牢に定着する。トナー像が定着した記録媒体は、搬送ローラ２５２、排紙ローラ２５３によって排紙トレイ１５上に排出される。

また、画像形成装置１００には、給紙カセット１０に収納されている記録媒体を、２次転写ローラ１１と中間転写ベルト７との間、定着ユニット１２を経由して、排紙トレイ１５に送るための略垂直方向に延びる用紙搬送路Ｐ１が設けられている。

用紙搬送路Ｐ１には、給紙カセット１０内のシート状の記録媒体を１枚ずつ用紙搬送路Ｐ１内に繰り出すピックアップローラ１６１、繰り出された記録媒体を上方に向けて搬送する搬送ローラ２５１、搬送されてきた記録媒体を所定のタイミングで２次転写ローラ１１と中間転写ベルト７との間に導くレジストローラ１４、記録媒体を排紙トレイ１５に排出する排紙ローラ２５３が配置されている。

また、画像形成装置１００の内部には、手差し給紙トレイ２０からレジストローラ１４に至る間に、ピックアップローラ１６２および搬送ローラ２５４，２５５，２５６を配置した用紙搬送路Ｐ２が形成されている。さらに、排紙ローラ２５３から用紙搬送路Ｐ１におけるレジストローラ１４の上流側に至る間には、用紙搬送路Ｐ３が形成されている。

排紙ローラ２５３は、正逆両方向に回転自在にされており、記録媒体の片面に画像を形成する片面画像形成時、および、記録媒体の両面に画像を形成する両面画像形成における第２面画像形成時に正転方向に駆動されて記録媒体を排紙トレイ１５に排出する。一方、両面画像形成における第１面画像形成時には、排出ローラ２５３は、記録媒体の後端が定着ユニット１２を通過するまで正転方向に駆動された後、記録媒体の後端部を挟持した状態で逆転方向に駆動されて記録媒体を用紙搬送路Ｐ３内に導く。これによって、両面画像形成時に片面のみに画像が形成された記録媒体は、表裏面および前後端を反転した状態で搬送ローラ２５７，２５８によって用紙搬送路Ｐ１に導かれる。

レジストローラ１４は、給紙カセット１０または手差し給紙トレイ２０から給紙され、または、用紙搬送路Ｐ３を経由して搬送された記録媒体を、中間転写ベルト７の回転に同期したタイミングで２次転写ローラ１１と中間転写ベルト７との間に導く。このため、レジストローラ１４は、感光体ドラム３や中間転写ベルト７の動作開始時には回転を停止しており、中間転写ベルト７の回転に先立って給紙または搬送された記録媒体は、前端をレジストローラ１４に当接させた状態で用紙搬送路Ｐ１内における移動を停止する。この後、レジストローラ１４は、２次転写ローラ１１と中間転写ベルト７とが圧接する位置で、記録媒体の前端部と中間転写ベルト７上に形成されたトナー像の前端部とが対向するタイミングで回転を開始する。

なお、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄの全てにおいて画像形成が行なわれるフルカラー画像形成時には、１次転写ローラ６ａ〜６ｄが中間転写ベルト７を感光体ドラム３ａ〜３ｄの全てに圧接させる。一方、画像形成部Ｐａのみにおいて画像形成が行なわれるモノクロ画像形成時には、１次転写ローラ６ａのみを中間転写ベルト７を感光体ドラム３ａに圧接させる。

次に、本実施形態に係る特徴的な定着ユニット１２の構成について図面を参照して詳細に説明する。図２は本実施形態に係る特徴的な定着ユニットの構成を示す説明図である。

定着ユニット１２は、図２に示すように、無端状の定着ベルト１２１、定着ローラ１２２、面状発熱体（以下、「ヒータ」と称する。）よりなる加熱部材１２３、定着ベルト１２１の温度を検知するためのサーミスタ１２４を備える定着部１２ａと、加圧ローラ１２５を備える加圧部１２ｂと備えて構成されている。
図中の符号Ｐは記録媒体、Ｔは未定着トナー像を示す。

定着ベルト１２１は、定着ローラ１２２と加熱部材１２３によって架け巻きされており、加圧ローラ１２５が矢印Ｒ１の方向に回転駆動されると、圧接された定着ベルト１２１が矢印Ｒ２の方向に回転する。定着ベルト１２１の回転に従動して、定着ローラ１２２も定着ベルト１２１と同じ方向、すなわち加圧ローラ１２５の回転方向と逆向きに回転する。

定着ベルト１２１として、中空円筒状を呈する無端状のベルトで、加熱部材１２３と対向する内側から基材、弾性層、離型層の３層構造のベルト部材を用いることができる。

基材は、ポリイミド等の耐熱樹脂、あるいはステンレスやニッケルなどの金属からなる。
弾性層は、耐熱性を有するフッ素ゴム又はシリコーンゴムから形成されている。
離型層は、フッ素系の合成樹脂を用いることができる。

定着ローラ１２２は、図２に示すように、内側（中心部側）から芯金１２２ａ及び弾性層１２２ｂが形成される２層構造で構成されている。定着ローラ１２２の両側の支持軸（図示省略）は、図示しないメインフレームにベアリング（図示省略）を介して回転自在に支持されている。

芯金１２２ａには、鉄、ステンレス鋼、アルミニウムまたは銅などの金属、あるいはそれらの合金などが用いられる。弾性層１２２ｂには、シリコンゴムまたはフッ素ゴムなどの耐熱性を有するゴム材料が適している。本実施形態において、定着ローラ１２２の直径は３０ｍｍである。芯金１２２ａには、直径２０ｍｍのステンレス鋼が用いられる。弾性層１２２ｂには、厚さ５ｍｍのシリコンスポンジゴムが用いられる。

加熱部材１２３は、定着ローラ１２２と同心円状の湾曲した円弧状の断面形状を有し、定着ローラ１２２の外周部に近接して外周部を覆うように構成されている。そして、定着ローラ１２２と加圧部１２ｂとが対向する部分を開口するように定着ローラ１２２の軸方向に沿って開口部１２６が形成されている。そして、加熱部材１２３の開口部１２６を形成する加熱部材１２３の軸方向に沿った両端部１２３ｅ１，１２３ｅ２は、定着ローラ１２２の中心軸０より加圧部１２ｂ側に寄った位置に配置される。

加圧ローラ１２５は、定着ベルト１２１を介して定着ローラ１２２周面に対して圧接され、加圧ローラ１２５の弾性変形によって、定着ローラ１２２と加圧ローラ１２５との間に定着ニップ部（ニップ領域）１２７が形成される。

加圧ローラ１２５は、略円筒形の形状とされ、略円筒形の中心から外周に向かって芯金、弾性層および離型層が形成される３層構造である。芯金には、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム銅などの金属、あるいはそれらの合金などが用いられる。弾性層には、シリコンゴムまたはフッ素ゴムなどの耐熱性を有するゴム材料が適している。離型層には、ＰＦＡ（テトラフルオロチレンアルキルビニルエーテルとの共重合体）またはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素樹脂が適している。本実施形態においては加圧ローラの直径は３０ｍｍで、芯金には直径２６ｍｍ、肉厚１ｍｍの鉄パイプ材（ＳＴＫＭ）が用いられる。弾性層には、厚さ１ｍｍのシリコンソリッドゴムが用いられる。離型層には厚さ５０μｍのＰＦＡチューブが用いられる。

加圧ローラ１２５は、定着ベルト１２１を介して定着ローラ１２２に対向するように配置され、図示しないモータにより回転駆動される。加圧ローラ１２５の両側の支持軸（図示省略）は、図示しない支持フレームにベアリングを介して回転自在に支持される。一方の支持軸は、ギア（図示省略）を介してモータのモータ軸に接続される。そして、図示しない制御装置によりモータを回転制御すると加圧ローラ１２５が回転する。

また、支持フレームには所定の圧力（例えば、４００Ｎ）をかけることによって加圧ローラ１２５と定着ベルト１２１が定着ニップ部１２７を形成する。本実施形態においては、定着ニップ部１２７の幅は７ｍｍである。

サーミスタ１２４は、赤外線検知式の非接触サーミスタが用いられ、定着ベルト１２１の表面温度を検知する役割を果たす。サーミスタ１２４による検知結果に基づき、加熱部材１２３のヒータへの通電の制御を行い、所望の定着温度に制御する。

なお、サーミスタ１２４が設けられる位置は、図２に示す定着部１２ａの上側の位置に限らず、定着ニップ部１２７の直前（記録媒体搬送方向上流側）に配置してもよい。また、定着ローラ１２２の長手方向（定着ベルト１２１の幅方向）に複数並べて、定着ベルト１２１の中央と端部の検知による温度調整を行なうようにしても良い。また、本実施形態では、サーミスタ１２４として赤外線検知式の非接触サーミスタを用いたが、接触式サーミスタを用いても良い。

（実施例１）
次に、本実施形態の定着ユニット１２の実施例について図面を参照して説明する。
図３は本実施形態の定着ユニットを構成する定着部の実施例１の構成を示す説明図、図４（ａ）は前記定着部を構成する加熱部材の積層構造を示す説明図、（ｂ）は前記加熱部材のパターンを示す平面視による説明図である。

実施例１の定着ユニット１２０は、全体の構成を実施形態の定着ユニット１２の構成と同様な構成を有するものとする。そして、定着ユニット１２０において実施形態の定着ユニット１２と同様の構成のものは同一の符号を付することで説明を省略する。

実施例１の定着ユニット１２０は、定着部１２０ａを構成する定着ベルト１２１として、直径３６ｍｍで、基材に５０μmのポリイミド、弾性層に１５０μｍのシリコンゴム、離型層に３０μのＰＦＡチューブを用いたベルト部材を使用している。

加熱部材１２３は、図３に示すように、定着ローラ１２２と同心円状の湾曲した円弧状の断面形状を有し、定着ローラ１２２の外周部に近接して外周部を覆うように構成されている。加熱部材１２３の両端部１２３ｅ１，１２３ｅ２は、定着ローラ１２２の中心軸０の位置より加圧部１２ｂ側に寄った位置に配置される。

加熱部材１２３は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、発熱抵抗体１２３ａ、基材１２３ｂ、コート層１２３ｃを有してなる。

基材１２３ｂは、定着ベルト１２１の張架する機能と、発熱抵抗体１２３ａから発生する熱を定着ベルト１２１に伝導させる機能を備えている。
基材１２３ｂを構成する部材として、主にセラミックや石英ガラスなど絶縁体を用いる。実施例１においては厚さ１ｍｍの石英ガラスを基材とした。

なお、基材１２３ｂを構成する部材として、アルミや鉄、銅などを用いてもよいが、導電性を有する金属基材を用いる場合は、発熱抵抗体との間にポリイミド等からなる絶縁層を必要とする。

コート層１２３ｃは、熱を伝導させると同時に、定着ベルト１２１と摺動するので、摩擦力を低減する材料を用いる。コート層１２３ｃを構成する部材としては、ＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素樹脂を用いるのが望ましく、実施例１においては２０μｍのＰＴＦＥをコート層とした。

発熱抵抗体１２３ａは、銀・パラジウムやカーボンなどからなる通電によって発熱する材料により構成されている。この発熱抵抗体１２３ａは、図４（ｂ）に示すように、基材１２３ｂ上で定着ローラ１２２の軸方向に沿った方向（矢印Ｒ３方向）に沿って複数列折り返して形成されている。発熱抵抗体１２３ａの両端部には、電極１２３ａ１，１２３ａ２が設けられている。

電極１２３ａ１，１２３ａ２は、銀ペーストで、加熱部材１２３の長手方向の少なくとも一端に形成され、図示しない交流電源装置と接続されて、ＡＣ１００Ｖが印加されて発熱抵抗体１２３ａが発熱するようになっている。

実施例１においては、発熱抵抗体１２３ａは、カーボンペーストを用いて図４（ｂ）に示すようにパターンニングをした焼成膜を形成して、定格が１００Ｖ／１０００Ｗとなるように厚さを約１０μｍとした。

この加熱部材１２３は、図３に示すように、定着ローラ１２２の外周部を覆いかぶせるように、軸方向から見て円筒形状に形成されて、一部に開口部１２６を形成した形状となっている。さらには、加熱部材１２３は、軸方向から見た断面形状において、定着ローラ１２２と同心円状の形状となり、定着ローラ１２２の中心軸Ｏより加熱部材１２３の周方向の両端部１２３ｅ１，１２３ｅ２を通る面が図中下側（加圧ローラ１２５側）に位置するように構成されている。

実施例１では、図３に示すように、加熱部材１２３の両端部１２３ｅ１，１２３ｅ２を通る仮想線をＬ１とし、仮想線Ｌ１と平行で定着ローラ１２２の中心軸Ｏを通る仮想線をＬ２とすると、仮想線Ｌ１の位置が仮想線Ｌ２の位置より図中下側（加圧ローラ１２５側）になるように構成されている。このように構成することで、加熱部材１２３の定着ベルト１２１との接触領域を広くすることができるので、加熱部材１２３と定着ローラ１２２が最小断面積で、加熱部材１２３の背面の熱を定着ベルト１２１に与え、且つ、定着ベルト１２１及び定着ベルト１２１と加熱部材１２３との間の空間からの熱が外部へ拡散することを防止することができる。これにより、装置を大型化することなく省エネ、熱特性に優れた定着ユニット１２が構成される。

実施例１の定着ユニット１２０においては、図３に示すように、加熱部材１２３の外径Ｒｈを３６ｍｍとして、定着ローラ１２２を鉛直方向に定着ローラ１２２中心から覆った距離Ｄが８ｍｍとなるように、開口部１２６の開口角度θが約１２０度と成るように配置した。定着ニップ部１２７の上流側と下流側の距離Ｄを等しくしたが、必ずしもそのように構成する必要は無く、装置構成に合わせて適宜に構成してよい。

（実施例２）
次に、本実施形態の定着ユニット１２の実施例２について図面を参照して説明する。
図５は本実施形態の定着ユニットを構成する定着部の実施例２の構成を示す説明図、図６は前記定着部を構成する加熱部材のパターンを示す平面視による説明図である。

実施例２の定着ユニット２２０は、加熱部材２２３の構成を除き実施例１の定着ユニットの構成と同様な構成を有するものとする。そして、定着ユニット２２０において実施例１と同様の構成のものは同一の符号を付することで説明を省略する。

実施例２の定着ユニット２２０は、図５に示すように、加熱部材２２３のヒータ（面状発熱体）の発熱分布を定着ローラ１２２の周方向に沿って異なるように構成したことを特徴とするものである。

そして、加熱部材２２３は、ヒータの発熱分布が定着ベルト１２１とヒータとの密着力が強い箇所ほど面積当りの発熱量が大きくなるように構成されている。特に、定着ベルト１２１を張架したときに力がより強く加わり、定着ベルト１２１と加熱部材２２３が密着する箇所の発熱量を多くすると、効率よく投入電力に対して熱エネルギーを得ることができる。

実施例２における加熱部材２２３は、図５に示すように、定着ローラ１２２の周方向に対して定着ニップ部１２７に近い両側の発熱部をサブ発熱部Ｓ１，Ｓ２とし、その間の中央部をメイン発熱部Ｍとしている。メイン発熱部Ｍの電力は、各サブ発熱部Ｓ１，Ｓ２の電力よりも大きく構成されている。
このように構成することで、加熱部材２２３においては、メイン発熱部Ｍに該当する箇所に定着ベルト１２１の張力がより強くかかるため、より効率よく熱伝導を行なうことができる。

実施例２において、加熱部材２２３は、メイン発熱部Ｍのベルト巻き付き角度をθｍ、サブ発熱部Ｓ１，Ｓ２のベルト巻き付き角度をそれぞれθｓ１，θｓ２とすると、θｍ＝６０°、θｓ１＝θｓ２＝８８°として、メイン発熱部Ｍの消費電力を５００Ｗ、各サブ発熱部Ｓ１，Ｓ２の消費電力を２５０Ｗとして構成されている。

加熱部材２２３における発熱部は、図６に示すように、加熱部材２２３の中央部のメイン発熱部Ｍにはメイン発熱抵抗体２２３ｍが配置され、加熱部材２２３の両側のサブ発熱部Ｓ１，Ｓ２にはサブ発熱抵抗体２２３ｓ１，２２３ｓ２が配置されている。

メイン発熱抵抗体２２３ｍは、幅方向（矢印Ｗ方向）に沿って複数列折り返して、周方向（矢印Ｌ方向）に亘り形成されている。サブ発熱抵抗体２２３ｓ１，２２３ｓ２は、周方向（矢印Ｌ方向）に沿って複数列折り返して形成されている。
図中の符号２２３ｍ１，２２３ｍ２はメイン発熱抵抗体２２３ｍの両端部に設けられた電極、符号２２３ｓ１１，２２３ｓ１２はサブ発熱抵抗体２２３ｓ１の両端部に設けられた電極、符号２２３ｓ２１，２２３ｓ２２はサブ発熱抵抗体２２３ｓ２の両端部に設けられた電極を示す。

このように構成することで、実施例２の加熱部材２２３によれば、メイン発熱部Ｍに該当する箇所に定着ベルト１２１の張力がより強くかかるため、より効率よく熱伝導を行なうことができる。なお、各々の発熱抵抗体の消費電力やパターンは、これに限定されるものではなく、設置状況によって消費電力やパターンを変化させてもよい。また、加熱部材２２３を構成する部材の材質のこれに限定されるものではない。

（実施例３）
次に、本実施形態の定着ユニット１２の実施例３について図面を参照して説明する。
図７は本実施形態の定着ユニットを構成する定着部の実施例３の構成を示す説明図である。

実施例３の定着ユニット３２０は、断熱部材３３０の構成を除き実施例１の定着ユニットの構成と同様な構成を有するものとする。そして、定着ユニット３２０において実施例１と同様の構成のものは同一の符号を付することで説明を省略する。

実施例３の定着ユニット３２０は、図７に示すように、定着ベルト１２１を介して加熱部材１２３の外周部を覆う断熱部材３３０を、定着ベルト１２１の外周部に近接して配置するように構成したことを特徴とするものである。

断熱部材３３０は、定着ローラ１２２と同心円状の湾曲した円弧状の断面形状を有し、加熱部材１２３の外周に沿って形成され、且つ、定着ベルト１２１に近接して外周部を覆うように構成されている。そして、加圧部１２ｂ側と対向する部分を開口するように定着ローラ１２２の軸方向に沿って開口部３３１が形成されている。

このように、断熱部材３３０により定着部１２ａを覆うように構成することで、定着ベルト１２１表面からの熱の拡散を防止できる。

また、断熱部材３３０の形状を、定着ローラ１２２及び加熱部材１２３と同心円状に構成することで、装置を大型化することなく、最小断面積で省スペースで省エネ性の優れた定着ユニットを提供することができる。

以上のように構成したので、本実施形態や実施例１によれば、画像形成装置１００の定着ユニット１２の構成として、定着ローラ１２２の外周部に近接して配置してその外周部を覆うとともに、加圧部１２ｂ側に対向して開口部１２６を形成した加熱部材１２３を備え、加熱部材１２３の両端部１２３ｅ１，１２３ｅ２を定着ローラ１２２の中心軸Ｏより加圧部１２ｂ側に寄った位置に配置するように構成したので、加熱部材１２３に対して定着ベルト１２１が十分な受熱面積を稼ぐことができ、同時に、定着ローラ１２２の中心軸Ｏより加圧部１２ｂ側に寄った部分も加熱部材１２３で覆うことができるので、熱漏れを防止するとともに加熱部材１２３背面の熱を利用できる。
これにより、定着ユニット１２における熱エネルギーのロスを低減して、記録媒体へのトナー画像の定着を安定して行なうことができる。

また、実施例２のように、加熱部材２２３のヒータ（面状発熱体）の発熱分布を定着ローラ１２２の周方向に沿って異なるように構成することで、より効率よく熱伝導を行なうことができる。

また、実施例３のように、定着部１２ａを覆うように断熱部材３３０を設けることで、前記定着ベルトの表面からの放熱を抑制することができる。

尚、上述した実施形態では、本発明に係る画像形成装置の構成を図１に示すような画像形成装置１００に適用した例について説明したが、定着装置を備える画像形成装置であれば、上述したような構成の画像形成装置や複写機に限定されるものではなく、その他の画像形成装置等に展開が可能である。

以上のように、本発明は、上述した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。

１ 露光ユニット（露光装置）
２ 現像装置
３ 感光体ドラム（像担持体）
５ 帯電器（帯電装置）
８ 中間転写ベルトユニット（転写装置）
１２，１２０，２２０，３２０ 定着ユニット（定着装置）
１２ａ 定着部
１２ｂ 加圧部
１００ 画像形成装置
１２１ 定着ベルト
１２２ 定着ローラ
１２３ 加熱部材
１２３ａ 発熱抵抗体
１２４ サーミスタ
１２５ 加圧ローラ
１２６ 開口部
１２７ 定着ニップ部
２２３ 加熱部材
２２３ｍ メイン発熱抵抗体
２２３ｓ１，２２３ｓ２ サブ発熱抵抗体
３３０ 断熱部材
３３１ 開口部
Ｌ１，Ｌ２ 仮想線
Ｍ メイン発熱部
Ｓ１，Ｓ２ サブ発熱部

Claims (7)

1. 定着ローラと、面状発熱体よりなる湾曲された加熱部材と、前記定着ローラと前記加熱部材の外周に巻回された無端状の定着ベルトとを有する定着部と、前記定着ベルトを介して前記定着ローラと対向して配置されて前記定着ローラを加圧する加圧部と、を備えた定着装置において、
   前記加熱部材は、前記定着ローラの外周部に近接して配置され、前記外周部を覆うとともに、少なくとも前記定着ローラと前記加圧部とが対向する部分を開口するように前記定着ローラの軸方向に沿って開口部が形成され、前記開口部を形成する前記加熱部材の軸方向に沿った両端部が前記定着ローラの中心軸より前記加圧部側に寄った位置に配置されることを特徴とする定着装置。
2. 前記加熱部材は、前記定着ローラと同心円状の湾曲した円弧状の断面形状を有することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記加熱部材は、前記面状発熱体の発熱分布が、前記定着ローラの周方向に沿って異なるように構成され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. 前記加熱部材は、前記面状発熱体の発熱分布が、前記定着ベルトと前記面状発熱体との密着力が強い箇所ほど面積当りの発熱量が大きくなるように構成されることを特徴とする請求項１から３のうちの何れか一項に記載の定着装置。
5. 前記定着ベルトを介して前記加熱部材の一部または全体を覆う断熱部材を、前記定着ベルトの外周部に近接して配置することを特徴とする請求項１から４のうちの何れか一項に記載の定着装置。
6. 前記断熱部材は、前記定着ローラと同心円状の湾曲した円弧状の断面形状を有することを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
7. 記録媒体に形成されたトナー像を該記録媒体に定着させる定着装置を備えた画像形成装置において、
   前記定着装置として、請求項１から６のうちの何れか一項に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

Images