JP5856551B2 - 定着装置およびそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置及びこれを備えた画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置は、感光体、帯電手段、露光手段、現像手段、転写手段、および定着手段を用いて、シート状の記録媒体に画像を形成する装置である。

定着手段の一つであるベルト定着方式の定着装置は、定着ローラと加圧ローラが定着ニップ部で圧接し、加熱ローラと定着ローラに無端状ベルトである定着ベルトが架け渡されている。加熱ローラは内部に熱源を有しており、加熱ローラで加熱された定着ベルトによって、定着ニップ部が定着に必要な所定の温度まで加熱される。

定着ニップ部においては、熱と圧力によって、記録媒体に形成された未定着トナー像の定着が行われる。記録媒体が通過した定着ニップ部は温度が低下するが、加熱された定着ベルトによって再び定着温度まで加熱される。

このベルト定着方式は、熱ローラ方式と比べて定着ニップを広く取ることができる点や、熱容量を下げることができる点などから、フルカラー印刷が可能な画像形成装置において、現在主流の定着方式となっている。

このベルト定着方式において、加熱をより高速に行うため、加熱ローラに加えて面状ヒータを加えた定着装置が提案されている。

例えば特許文献１に記載の加熱装置では、図１３に示したように、定着ベルト１は加熱ローラ２と定着ローラ３に巻き掛けられており、加熱ローラ２は内部にハロゲンヒーター５を配置する。さらに、定着ベルト１の内面には面状発熱体６が配置され、定着ベルト１を加熱する。

したがって、加熱ローラ２以外に、面状発熱体６によっても定着ベルト１の平面部の加熱を行うため、高速定着時においても定着装置を大型化することなく、定着ベルト１を効率よく加熱することができる。

このような加熱装置においては、定着ベルト１と面状発熱体６との接触状態を変化させることなく定着ベルト１に一定のテンションを与えるため、加熱ローラ２に取り付けられた図示しないばねなどの張力付与部材によって、定着ベルト１を面状発熱体６の延伸方向に張架する必要がある。しかし、そのように配置を行うと、定着ローラ３、加熱ローラ２、張力付与部材が一列に並んでしまうため、加熱装置全体が大型化してしまうという問題があった。

このような定着装置の大型化を抑えるため、例えば、図１４に示したように、特許文献２に記載のベルト定着装置４０においては、加熱ローラ４２の支軸部４２ａが、断熱ブッシュ４３１とベアリング４３２とを介して円板状のテンションプレート４３に軸着されている。テンションプレート４３は、上部がベルト定着装置４０の機枠に軸着してその機枠に揺動可能に設けられている。テンションプレート４３の下部には、一端が掛止され他端がベルト定着装置４０の機枠に掛止されて、加熱ローラ４２を定着ローラ４１から離間する方向に弾発付勢する引っ張りコイルバネ４４ａを備えている。

したがって、定着ローラ４１、テンションプレート４３、引っ張りコイルバネ４４ａが一列に並ばなくなるため、装置の大型化を抑えることができる。また、定着ローラ４１の膨張による定着ローラ４１と加熱ローラ４２の軸間距離の変化を、加熱ローラ４２を定着ローラ４１から離間する方向に弾発付勢することで吸収し、適正なテンションを保つことができる。

なお、このベルト定着装置４０においては、上述のように、引っ張りコイルバネ４４ａによってテンションプレート４３が揺動すると、加熱ローラ４２の中心部が動き、定着ベルト４６の位置も併せて移動する。しかし、加熱ローラ４２に対する定着ベルト４６の接触面積は変わらないため、定着ベルト４６が加熱される速度は変わらない。

特開２００４−５５３９５号公報 特開２０１０−１３９８７９号公報

しかしながら、特許文献２に記載のテンションプレートの機構を、特許文献１のような、面状発熱体を有する加熱装置にそのまま適用した場合、テンションプレートの揺動により定着ベルトと面状発熱体との距離が変わってしまう。

定着ベルト４６が面状発熱体６から遠ざかる方向に移動した場合は、定着ベルト４６が面状発熱体６から浮いてしまい、定着ベルト４６が加熱される速度が遅くなるという問題があった。

そこで本発明は、面状発熱体を用いて定着ベルトを加熱する定着装置において、装置の大型化を抑えながら、定着ベルトの位置変化に影響を受けにくい定着装置を実現することを目的とする。

本発明の定着装置は、定着ローラと、テンションローラと、定着ローラとテンションローラ間に架け渡された定着ベルトと、テンションローラを保持する保持部材と、保持部材に一端が取り付けられ、定着ベルトに張力を付与する方向に保持部材を張架する張力付与部材と、定着ベルトの内側に設けられ、定着ベルトを加熱する加熱部材と、を備える定着装置において、保持部材は、保持部材の一点に設けられた支点を中心に回転するようになっており、保持部材が、張力付与部材が張力を付与する方向に移動した場合に、定着ベルトが加熱部材に接近するように、前記テンションローラが保持されていることを特徴とする。

本発明によれば、面状発熱体を用いて定着ベルトを加熱する定着装置において、装置の大型化を抑えながら、定着ベルトの位置変化に影響を受けにくい定着装置を実現することができる。

本発明の画像形成装置の断面図である。 本発明における作像ユニットを表した図である。 本発明の定着装置を表した図である。 本発明における定着ベルトの断面図である。 本発明におけるヒータユニットを表した図である。 本発明における発熱体を表した図である。 本発明の定着装置の一実施例を表した図である。 本発明における比較例を表した図である。 本発明の定着装置の一実施例を表した図である。 本発明の定着装置の一実施例を表した図である。 本発明の定着装置の一実施例を表した図である。 本発明の定着装置の一実施例を表した図である。 特許文献１に記載の加熱装置の説明図である。 特許文献２に記載のベルト定着装置の説明図である。

以下、図面を用いてこの発明の好ましい態様について説明する。なお、以下の説明は、すべての点で例示であって、この発明を限定するものと解されるべきではない。

（画像形成装置の構成）
図１を用いて画像形成装置１０１の構成を説明する。

画像形成装置１０１は、露光装置１０２および、作像ユニット１０３ｙ、１０３ｍ、１０３ｃ、１０３ｂを含む。作像ユニット１０３ｙ、１０３ｍ、１０３ｃ、１０３ｂは、転写搬送ベルト１０４の移動方向である矢印１０５の方向に、この順番で一列に並んで配列される。作像ユニット１０３ｙ、１０３ｍ、１０３ｃ、１０３ｂは、各色相の画像情報に対応する静電潜像を形成し、その静電潜像を現像して、各色の現像剤で現像剤像を形成する。作像ユニット１０３ｙ、１０３ｍ、１０３ｃ、１０３ｂは、それぞれブラック色、シアン色、マゼンタ色、イエロー色の画像情報に対応するトナー像を形成する。

以下、作像ユニット１０３ｙ、１０３ｍ、１０３ｃ、１０３ｂのうち、イエロー色に対応する作像ユニット１０３ｙを例として説明し、他の作像ユニットについては説明を省略する。他の作像ユニットとの相違点は、現像剤の色および画像形成部１０６に入力される画像情報の画素信号が対応する色についてである。

なお、各色に対応する部材を個々に示す場合には、イエロー色、マゼンタ色、シアン色、ブラック色について、それぞれ符号の末尾にアルファベットの添字ｙ、ｍ、ｃ、ｂを付して表す。

図２は、作像ユニット１０３ｙの構成を示す図である。作像ユニット１０３ｙは、感光体ドラム１０７、帯電ローラ１０８、光走査ユニット１０９、現像装置１１０、およびドラムクリーナ１１１を含む。

感光体ドラム１０７は、トナー像が表面に形成される像担持体であり、軸線回りに回転駆動可能に支持され、導電性基体と、導電性基体の表面に形成される有機感光層とを含む。なお、導電性基体は円筒状であることが好ましいが、円柱状や薄膜シート状であってもよい。

帯電ローラ１０８は、感光体ドラム１０７の表面を所定の極性の電位に帯電させる帯電手段である。帯電状態にある感光体ドラム１０７の表面に、光走査ユニット１０９からイエロー色の画像情報に対応するレーザ光を照射し、イエロー色の画像情報に対応する静電潜像を形成する。なお、帯電手段としては、帯電ローラ１０８に限定されるものではなく、帯電ローラ１０８に代えて、ブラシ型帯電器、チャージャー型帯電器、またはスコロトロンというコロナ帯電器なども使用できる。また、レーザ光の光源には、半導体レーザ素子などが用いられる。

現像装置１１０は、感光体ドラム１０７に臨んで設けられる現像手段である。現像スリーブ１１２表面に、２成分現像剤に含まれるイエロー色トナーおよびキャリアのうち、イエロー色トナーを担持し、層厚規制部材１１３によって所定量の厚さに規制して感光体ドラム１０７表面に搬送し、感光体ドラム１０７の表面に形成される静電潜像を現像して顕像化する。なお、現像剤としては、キャリアを含まない１成分現像剤を用いることもできる。

現像スリーブ１１２は、感光体ドラム１０７に近接する現像ニップ部において、感光体ドラム１０７の回転駆動方向と逆の方向に回転駆動する。

（二成分現像剤）
以下に、本実施形態の画像形成装置１０１で用いられる２成分現像剤について詳細に説明する。２成分現像剤は、トナーと、キャリアとを含む。

トナーは、結着樹脂、着色剤および離型剤を含有するトナー粒子で構成される。結着樹脂としてはこの分野で常用されるものを使用でき、たとえば、ポリスチレン、スチレンの置換体の単独重合体、スチレン系共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリウレタンなどが挙げられる。結着樹脂は１種を単独で使用できまたは２種以上を併用できる。

これらの結着樹脂の中でも、カラートナー用としては、保存性および耐久性などの点から、軟化点が１００〜１５０℃であり、ガラス転移点が５０〜８０℃の結着樹脂が好ましく、上記範囲内に軟化点およびガラス転移点を有するポリエステルが特に好ましい。ポリエステルは軟化または溶融状態で高い透明度を示す。結着樹脂がポリエステルである場合、イエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックのトナー像が重ね合わされた多色トナー像を、後述する定着装置１１４で記録媒体１１５に定着させると、ポリエステル自体は透明化するので、減法混色によって十分な発色が得られる。

着色剤としては、従来から電子写真方式の画像形成技術に用いられるトナー用顔料、および染料を使用できる。トナー顔料は１種を単独で使用できまたは２種以上を併用できる。

離型剤としては、たとえば、ワックスを使用できる。ワックスとしてはこの分野で常用されるものを使用でき、たとえば、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、パラフィンワックスなどが挙げられる。

トナーは、結着樹脂、着色剤および離型剤の他に、帯電制御剤、流動性向上剤、定着促進剤および導電剤などの一般的なトナー用添加剤の１種または２種以上を含有してもよい。

トナーの体積平均粒径は、特に制限されないが、好ましくは２μｍ以上７μｍ以下である。トナーの体積平均粒径が適度に小さい場合には、記録媒体１１５に対する被覆率が高くなるので、低付着量での高画質化、およびトナー消費量の低減化を達成できる。

トナーの体積平均粒径が２μｍ未満では、トナーの流動性が低下し、現像動作の際に、トナーの供給、撹拌および帯電が不十分になるので、感光体ドラム１０７に供給されるトナー量の不足や逆極トナーの増加などが発生し、高画質画像が得られないおそれがある。トナーの体積平均粒径が７μｍを超えると、定着時に中心部分まで軟化し難い大粒径のトナー粒子が多くなるので、記録媒体１１５へのトナー像の定着性が低下するとともに、画像の発色が悪くなり、特にＯＨＰシートへの定着の場合には、画像が暗くなる。

本実施形態の画像形成装置１０１で用いられるトナーは、ガラス転移点が６０℃であり、軟化点が１２０℃であり、体積平均粒径が６μｍの負帯電性の絶縁性非磁性トナーである。

キャリアとしては、磁性を有する粒子を使用することができる。磁性を有する粒子としては、たとえば、鉄、フェライトおよびマグネタイトなどの金属、これらの金属とアルミニウムまたは鉛などの金属との合金などが挙げられる。

また、磁性を有する粒子に樹脂を被覆した樹脂被覆キャリア、または樹脂に磁性を有する粒子を分散させた樹脂分散型キャリアなどをキャリアとして用いてもよい。２成分現像剤におけるトナーとキャリアとの混合割合は特に制限されず、トナーおよびキャリアの種類に応じて適宜選択すればよい。

（中間転写部）
図１に示すように、中間転写部１１６は、転写搬送ベルト１０４と、中間転写ローラ１１７ｙ、１１７ｍ、１１７ｃ、１１７ｂと、支持ローラ１１８、１１９、１２０と、ベルトクリーナ１２１とを含む。本実施形態では、中間転写部１１６と、後述する２次転写部１２２とによって、転写手段を構成する。

転写搬送ベルト１０４は、支持ローラ１１８、１２０と支持ローラ１１９との間に張架されてループ状の移動経路を形成する無端ベルト状の像担持体である。転写搬送ベルト１０４は、感光体ドラム１０７ｙ、１０７ｍ、１０７ｃ、１０７ｂとほぼ同じ周速度で、矢印１０５の方向に、すなわち、感光体ドラム１０７ｙ、１０７ｍ、１０７ｃ、１０７ｂに臨む像担持面が、感光体ドラム１０７ｙから感光体ドラム１０７ｂに向かって移動するように回転駆動される。転写搬送ベルト１０４には、たとえば厚さ１００μｍのポリイミドフィルムを使用できる。中間転写ローラ１１７ｙ、１１７ｍ、１１７ｃ、１１７ｂは、それぞれ、転写搬送ベルト１０４を介して感光体ドラム１０７ｙ、１０７ｍ、１０７ｃ、１０７ｂに対向するように設けられるローラ状部材であり、転写搬送ベルト１０４における像担持面の反対面に圧接し、かつ図示しない駆動手段によりその軸線回りに回転駆動可能に設けられる。中間転写ローラ１１７には、たとえば金属製軸体と、金属製軸体の表面に形成される導電性層とを含むローラ状部材が用いられる。

中間転写ローラ１１７には、感光体ドラム１０７の表面に形成されるトナー像を転写搬送ベルト１０４上に転写するために、トナーの帯電極性とは逆極性の中間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１０７に形成されるイエロー、マゼンタ、シアンおよびブラック色のトナー像が転写搬送ベルト１０４の像担持面に順次重ね合わさって転写され、多色のトナー像が形成される。ただし、イエロー、マゼンタ、シアンおよびブラック色の一部のみの画像情報が入力される場合には、作像ユニット１０３のうち、入力される画像情報の色に対応する作像ユニット１０３のみにおいてトナー像が形成される。

支持ローラ１１８、１１９、１２０は、図示しない駆動手段によって軸線回りに回転駆動可能に設けられ、転写搬送ベルト１０４を張架して矢印１０５の方向に回転駆動させる。支持ローラ１１８、１２０には、たとえば直径３０ｍｍ、および肉厚１ｍｍのアルミニウム製円筒体が用いられる。このうち、支持ローラ１１９は、転写搬送ベルト１０４を介して後述する２次転写ローラ１２３に圧接して２次転写ニップ部を形成し、かつ電気的に接地される。

ベルトクリーナ１２１は、転写搬送ベルト１０４の像担持面上のトナー像を後述の２次転写部１２２において記録媒体１１５に転写した後に、像担持面上に残存するトナーを除去する部材であり、転写搬送ベルト１０４を介して支持ローラ１２０に対向するように設けられる。

中間転写部１１６においては、中間転写ローラ１１７にトナーの帯電極性とは逆極性の高電圧が均一に印加される。これによって、転写搬送ベルト１０４の像担持面の所定位置に重ね合わされて中間転写され、多色のトナー像が形成される。このトナー像は、後述するように、２次転写ニップ部において記録媒体１１５に２次転写される。２次転写後に転写搬送ベルト１０４の像担持面に残留するトナー、および紙粉などがベルトクリーナ１２１によって除去され、転写搬送ベルト１０４の像担持面には再度多色のトナー像が転写される。

（２次転写部）
図１に示したように、２次転写部１２２は、支持ローラ１１９と、２次転写ローラ１２３とを含む。支持ローラ１１９は、転写搬送ベルト１０４を張架する機能と共に、転写搬送ベルト１０４上の多色のトナー像を記録媒体１１５に２次転写させる機能を有する。２次転写ローラ１２３は、転写搬送ベルト１０４を介して支持ローラ１１９に圧接し、かつ軸線方向に回転駆動可能に設けられるローラ状部材である。

２次転写ローラ１２３は、たとえば、金属製軸体と、金属製軸体の表面に形成される導電性層とを含む。金属製軸体は、たとえばステンレス鋼などの金属によって形成される。導電性層は、導電性弾性体などによって形成される。

導電性弾性体としてはこの分野で常用されるものを使用でき、たとえばカーボンブラックなどの導電材を含む、ＥＰＤＭ、発泡ＥＰＤＭおよび発泡ウレタンなどが挙げられる。２次転写ローラ１２３には図示しない電源が接続され、トナーの帯電極性とは逆極性の高電圧が均一に印加される。支持ローラ１１９と転写搬送ベルト１０４と２次転写ローラ１２３との圧接部が２次転写ニップ部である。

２次転写部１２２においては、転写搬送ベルト１０４上のトナー像が２次転写ニップ部に搬送されるのに同期して、後述する記録媒体供給部１２４から送給される記録媒体１１５が２次転写ニップ部に搬送される。そして、２次転写ニップ部において多色のトナー像と記録媒体１１５とが重ね合わされ、２次転写ローラ１２３にトナーの帯電極性とは逆極性の高電圧が均一に印加されることによって、未定着のトナー像が記録媒体１１５に２次転写される。そして、未定着トナー像を担持した記録媒体１１５は、定着装置１１４に搬送される。

（記録媒体供給部）
記録媒体供給部１２４は、記録用紙収容トレイ１２５と、記録用紙搬出ローラ１２６と、搬送ローラ１２７ａ、１２７ｂと、搬送路Ｐとを含む。記録用紙収容トレイ１２５は、記録媒体１１５を収容する。記録用紙搬出ローラ１２６は、記録用紙収容トレイ１２５に収容されている記録媒体１１５を搬出する。搬送ローラ１２７ａ、１２７ｂは、搬出された記録媒体１１５を２次転写部１２２へ搬送する。

（定着装置）
図３は、定着装置１１４の構成を示す断面図である。定着手段である定着装置１１４は、加圧ローラ１２８と、定着ローラ１２９と、テンションローラ１３０と、定着ベルト１３１と、加熱部材としてのヒータユニット１３２とを含む。

定着ベルト１３１は、定着ローラ１２９とテンションローラ１３０との間に張架されてループ状の移動経路を形成する無端ベルト状部材である。定着ベルト１３１は、定着ローラ１２９と加圧ローラ１２８との圧接点で加圧ローラ１２８に接触するように設けられ、記録媒体１１５に担持されるトナー像を構成するトナーを加熱溶融させて記録媒体１１５に定着させるものである。定着ローラ１２９は加圧ローラ１２８の矢印１３３方向の回転駆動によって矢印１３４の方向に従動回転する。

図４はヒータユニット１３２が加熱する定着ベルト１３１の一辺の断面図である。図４の左側が定着ベルト１３１の内側、右側が外側となる。本実施形態では、定着ベルト１３１として、内側から外側に向けて、基材層１３５と、弾性層１３６と、離型層１３７を含む３層構造で、直径５０ｍｍの円筒形状に形成された無端ベルトを使用する。

基材層１３５を形成する材料としては、耐熱性および耐久性に優れるものであれば特に制限されないが、耐熱性合成樹脂を挙げることができ、中でも、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ニッケル電鋳、ＳＵＳ（ステンレス鋼）などが好ましい。これらの材料は、強度、耐熱性、価格性等に優れている。基材層１３５の厚さは、特に制限されないが、好ましくは、３０〜２００μｍである。

弾性層１３６を構成する材料としては、ゴム弾性を有するものであれば特に制限はないが、さらに耐熱性にも優れるものが好ましい。このような材料の具体例としては、たとえば、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴムなどが挙げられる。これらの中でも、特にゴム弾性に優れるシリコーンゴムが好ましい。弾性層１３６の硬度は、ＪＩＳ−Ａ硬度１〜６０度であることが好ましい。このＪＩＳ−Ａ硬度の範囲であれば、弾性層１３６の強度の低下や、密着性の不良を防止しつつ、トナーの定着性の不良を防止できる。このシリコーンゴムとしては具体的には、１成分系、２成分系又は３成分系以上のシリコーンゴム、ＬＴＶ型、ＲＴＶ型又はＨＴＶ型のシリコーンゴム、縮合型又は付加型のシリコーンゴム等が挙げられる。弾性層１３６の厚さは、１００〜２００μｍであることが好ましい。この厚さ範囲であれば、弾性層１３６の弾性効果を維持しつつ、断熱性を低く抑えることができて省エネルギー効果を発揮できる。ここでは、ＪＩＳ−Ａ硬度５度のシリコーンゴムを使用した。

離型層１３７は、フッ素樹脂チューブまたはフッ素樹脂を含有する樹脂を塗布し、これを焼成することにて形成された層よりなる。このようなフッ素樹脂の材料としては、耐熱性および耐久性に優れ、トナーとの付着力が弱いものであれば特に制限されず、たとえば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレンとペルフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体）などが挙げられる。離型層１３７の厚さは、５〜５０μｍであることが好ましい。この厚さ範囲であれば、適度な強度を持ち、弾性層の弾性を活かしながら、記録材の微小な凹凸に追従することが可能である。

定着ローラ１２９は、図示しない支持手段によって回転自在に支持され、加圧ローラ１２８、定着ベルト１３１の回転駆動によって、矢印１３４の方向に所定の速度で従動回転するローラ状部材である。本実施の形態では、定着ローラ１２９として、芯金１３８と、弾性層１３９と表面層１４０を含む直径３０ｍｍの円筒形状に形成されるローラ状部材を使用する。

芯金１３８を形成する金属には熱伝導率の高い金属を使用でき、たとえば、アルミニウム、鉄などが挙げられる。

弾性層１３９を構成する材料としては、ゴム弾性を有するものであれば特に制限はないが、さらに耐熱性にも優れるものが好ましい。このような材料の具体例としては、たとえば、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴムなどが挙げられる。これらの中でも、特に液状熱硬化型シリコーンゴムが好ましい。また、定着ローラ１２９の断熱性を高めるためにスポンジ状とすることが好ましい。

表面層１４０は弾性層１３９上に設けられ、定着ベルト１３１の寄りを修正する。これにより定着ローラ１２９の表面の摺動性が向上し、定着ベルト１３１の寄りを修正し易くなる。表面層１４０を構成する材料としては、耐熱性および耐久性に優れ、摺動性が高いものであれば特に制限されず、たとえば、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレンとペル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、フッ素ゴム等が好ましい。ただし、表面層１４０を設けない構成であっても良い。

また、定着ローラ１２９の内部に、補助的な加熱手段を設けてもよい。これは、画像形成装置１０１の電源ＯＮから画像形成可能になるまでの立ち上げ時間の短縮や、トナー像定着時に記録媒体１１５に熱が移行することに起因する定着ローラ１２９の表面温度の低下などを防止するためである。

加圧ローラ１２８は、定着ローラ１２９の鉛直方向最下点よりも定着ローラ１２９の回転方向下流側において、図示しない加圧機構により定着ベルト１３１を介して定着ローラ１２９に圧接され、定着ニップ部を形成する。加圧ローラ１２８は図示しない駆動手段によって回転駆動される。加圧ローラ１２８は、定着ローラ１２９によるトナー像の記録媒体１１５への加熱定着に際し、溶融状態にあるトナーを記録媒体１１５に対して押圧することによって、トナー像の記録媒体１１５への定着を促進する。

本実施形態では、加圧ローラ１２８として、芯金１４２と、弾性層１４３と、表面層１４４を含む直径３０ｍｍのローラ状部材を使用する。芯金１４２、弾性層１４３および表面層１４４を形成する材料としては、それぞれ、定着ローラ１２９の芯金１３８、弾性層１３９、および表面層１４０を形成する金属または材料と同じものを使用できる。

さらには、加圧ローラ１２８の内部に加熱手段を設けてもよい。これは、画像形成装置１０１の電源ＯＮから画像形成可能になるまでの立ち上げ時間の短縮や、トナー像定着時に記録媒体１１５に熱が移行することに起因する加圧ローラ１２８の表面温度の急激な低下などを防止するためである。加熱手段にはハロゲンランプなどが用いられる。

テンションローラ１３０は、定着ベルト１３１にテンションを加えられるように設けられたローラ状部材である。テンションローラ１３０は、定着ベルト１３１の矢印１４６方向の回転に従動回転する。テンションローラ１３０には、アルミニウム、鉄などの熱伝導率の高い金属からなる金属製ローラを使用できる。金属製ローラは必要に応じてその表面にフッ素樹脂層が形成されてもよい。更に金属製ローラに熱が逃げないようにローラ表面にシリコンスポンジ等の耐熱性に優れた断熱部材が形成されてもよい。

サーミスタ１４７は、ヒータユニット１３２と定着ベルト１３１の接触点よりも回転方向下流側でかつ、定着ベルト１３１と加圧ローラ１２８の接触点よりも上流側の位置において定着ベルト１３１に近接するように設けられ、定着ベルト１３１の温度を検知する。サーミスタ１４７による検知結果は図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置）に入力される。

ＣＰＵは、サーミスタ１４７の検知結果から、サーミスタ１４７の温度が設定範囲内にあるか否かを判定する。定着ベルト１３１の温度が設定範囲よりも低い場合には、後述する面状発熱体１４８に接続される電源に制御信号を送り、面状発熱体１４８に電力を供給して発熱を促す。定着ベルト１３１の温度が設定範囲よりも高い場合には、面状発熱体１４８への給電力の有無を確認する。電力供給が継続される場合は、電力供給を停止する制御信号を送る。

その他、ＣＰＵは、定着ローラ１２９とヒータユニット１３２と定着ベルト１３１と加圧ローラ１２８を含む定着機構を制御する。

（ヒータユニットの構成）
図５に示したように、ヒータユニット１３２は、伝熱部材１４９、面状発熱体１４８、断熱部材１５０、押圧部材１５１、補強部材１５２で構成され、定着ベルト１３１に接触し、定着ベルト１３１を加熱するように設けられた部材である。

伝熱部材１４９は、面状発熱体１４８の熱を定着ベルト１３１に伝達する部材である。伝熱部材１４９は、耐熱性があり、熱伝導率の高い部材であれば特に制限はないが、アルミニウム、鉄などの金属が好ましい。今回、伝熱部材１４９には、アルミニウム製の長さ３２０ｍｍのものを使用した。

伝熱部材１４９の表面は、定着ベルト１３１の内面と摺動するため、弧状とすることが好ましい。ただし、弧の曲率半径が小さい場合、定着ベルト１３１が伝熱部材１４９の形状に追従することができず、伝熱部材１４９の中央部において、定着ベルト１３１が伝熱部材１４９から浮いてしまうといった不具合が発生するため、伝熱部材１４９の表面の曲率半径は、Ｒ＝１０〜２００（ｍｍ）の範囲であることが望ましい。

また、定着ベルト１３１の内面と良好に摺動させるため、必要に応じて伝熱部材１４９の表面にフッ素樹脂層を形成してもよい。

断熱部材１５０は、面状発熱体１４８の熱が押圧部材１５１を通して拡散するのを防ぐために面状発熱体１４８と押圧部材１５１の間に配置するもので、耐熱性、断熱性に優れるものであれば特に制限はないが、発泡ポリイミドシートやアラミドシートなどを使用することができる。

補強部材１５２は、定着ベルト１３１にヒータユニット１３２を接触させる際に、ヒータユニット１３２がたわむのを防止するための部材である。また、伝熱部材１４９を安定して接続するための部材としての役割も果たす。補強部材１５２は、耐熱性があり、剛性の高い部材であれば特に制限はないが、鉄などの金属が好ましい。

図６は、面状発熱体１４８の構成を示す詳細図である。面状発熱体１４８は、平面視矩形短冊状のセラミックなどの絶縁基板上に銀・パラジウム（ＡｇＰｄ）などからなる抵抗発熱体１５３が複数本配置されている。この基板は、耐熱性、良熱伝導性、電気絶縁性などを備えたものであれば特に制限はないが、アルミナや窒化アルミなどのセラミック材料が挙げられる。また、耐熱性に優れ、電気絶縁性を持つガラス材料などをコーティングしたＳＵＳなどの金属板を使用することも可能である。

抵抗発熱体１５３は、基板上にペースト状の導電材料を印刷などの方法により所定のパターンに形成する。本発明では、３本の直線状の抵抗パターンとしている。それぞれの抵抗発熱体１５３の一端および他端は端部電極１５４でそれぞれ共通に接続されている。また、長手方向の抵抗値を安定させるために両端の端部電極の間に導通部１５５を設けている。抵抗発熱体１５３には、銀・パラジウムペーストなどが用いられる。導通部１５５には、銀ペーストなどが用いられる。なお本実施例における抵抗発熱体１５３および導通部１５５の厚みは、それぞれ約１０μｍの層である。

その後、焼成炉に投入され、所定の焼成条件によりセラミックシートの焼成が行われたのち、絶縁保護層として抵抗発熱体表面をガラス材料などの絶縁材料によりコーティングを施すことで面状発熱体１４８が完成される。

（張架機構）
図７は本発明の定着装置１１４における張架機構を示した説明図である。

張架機構は、保持部材１５６、張力付与部材１５７で構成される。張架機構は、テンションローラ１３０を張架し、定着ローラ１２９との間で定着ベルト１３１がループ状の移動経路を形成するようにするための機構である。

保持部材１５６は、テンションローラ１３０を保持する部材であり、図示しない部材により固定された支点１５８を中心に回転運動が可能である。また、支点１５８と反対側に配置された張力付与部材１５７によって、テンションローラ１３０に張力の付与を行う。保持部材１５６は張架付与によって変形しないように、鉄などの金属材料からなることが好ましい。

図７に示したように、ヒータユニット１３２が加熱する定着ベルト１３１の一辺と平行で、保持部材１５６の支点１５８を通り、定着ローラ１２９からテンションローラ１３０に向かう方向を正とする軸をｙ軸とする。さらに、保持部材１５６の平面上において、ｙ軸に対して垂直かつ、保持部材１５６の支点１５８を通り、ヒータユニット１３２から、ヒータユニット１３２が加熱する定着ベルト１３１の一辺に向かう方向を正とする軸をｘ軸とする。なお、定着ベルト１３１がヒータユニット１３２によって大きくたわんでいる場合などは、「ヒータユニット１３２が加熱する定着ベルト１３１の一辺が、定着ローラ１２９およびテンションローラ１３０から離れる点を結んだ線」を「ヒータユニット１３２が加熱する定着ベルト１３１の一辺」とみなしてｙ軸を定めても良い。また、角度の正負は、ｘ軸を直角に回転させてｙ軸に重ねる方向を正の方向とする。したがって、図７の例においては、反時計回り方向が正の方向である。

このように定着ローラ１２９、テンションローラ１３０、保持部材１５６および張力付与部材１５７を配置することによって、張力付与部材１５７がｙ軸から傾いた方向にテンションローラ１３０を張架することができるため、定着装置１１４のｙ軸方向の幅が小さくなり、装置の大型化を抑えることができる。

ここで、保持部材１５６の支点１５８と、テンションローラ１３０の中心であるローラ中心１５９を結んだ線がｙ軸に対してなす角度をθとする。そして、本発明の定着装置１１４においては、ローラ中心１５９のｘ座標およびｙ座標の符号が一致するように、すなわち、θが下記の式（１）を満たすようにテンションローラ１３０が配置されている。なお、ｘ座標およびｙ座標のいずれかが０になるような場合は除くものとする。

９０°＜θ＜１８０°または２７０°＜θ＜３６０°・・・式（１）
さらには、式（１）の範囲のうち、ローラ中心１５９のｘ座標の絶対値が、ｙ座標の絶対値よりも大きくなるように、すなわち、θが下記の式（２）を満たすようにテンションローラ１３０が配置されていてもよい。

９０°＜θ＜１３５°または２７０°＜θ＜３１５°・・・式（２）

図７の例においては、θが約１００°になるようにテンションローラ１３０が保持されており、式（１）に示した範囲を満たす。定着ベルト１３１が経年劣化等により長くなると、張力付与部材１５７の作用により、保持部材１５６とともにテンションローラ１３０が実線で示した位置から点線で示した位置へと移動する。すると、テンションローラ１３０のローラ中心１５９は移動後ローラ中心１６０の位置へと移動する。

θが式（１）の範囲を満たす場合、移動後ローラ中心１６０のｘ座標は、ローラ中心１５９のｘ座標よりも小さくなる。したがって、テンションローラ１３０および定着ベルト１３１はｘ方向負の方向に移動することになる。これによって、定着ベルト１３１がヒータユニット１３２に近づく方向に移動する。したがって、装置の大型化を抑えた定着装置において、テンションローラ１３０の位置が張力付与部材１５７の張力付与方向へと移動した場合に、ヒータユニット１３２が定着ベルト１３１を加熱する速度が減少することを抑えることができる。

また、このように定着ベルト１３１がヒータユニット１３２に近づく方向に移動する場合においても、その移動量が大きい場合は、定着ベルト１３１とヒータユニット１３２との接触抵抗による回転トルクが大きくなるため、この移動量をできるだけ小さくしたい場合がある。この場合においては、θが式（２）の範囲を満たすようにすれば良い。

図７に示したθが約１００°の例のように、θが式（２）の範囲にある場合、ローラ中心１５９に対する移動後ローラ中心１６０の移動量は、張力を付与する役割を果たすｙ方向への移動量に比べてｘ方向の移動量が小さくなる。したがって、ヒータユニット１３２に対して定着ベルト１３１が近づきすぎることがなくなり、接触抵抗による回転トルクの過度の増大を抑えることができる。また、定着ベルト１３１の基材がステンレス鋼などの硬い部材の場合に、定着ベルト１３１の変形が追いつかず、ヒータユニット１３２との接触幅が小さくなるという問題を引き起こすことを抑えることができる。

なお、図８（ａ）に示したように、θが約８０°であり、式（１）を満たさない場合は、移動後ローラ中心１６０のｘ座標は、ローラ中心１５９のｘ座標よりも大きくなり、定着ベルト１３１がヒータユニット１３２から離れる方向に移動することになる。したがって、ヒータユニット１３２が定着ベルト１３１を加熱する速度は減少する。

また、図８（ｂ）に示したように、θが約１５０°であり、式（１）を満たしていても、式（２）を満たさない場合は、ローラ中心１５９に対する移動後ローラ中心１６０の移動量は、張力を付与する役割を果たすｙ方向への移動量に比べてｘ方向の移動量が大きくなるため、ヒータユニット１３２に対して定着ベルト１３１が近づきすぎてしまう場合がある。

図９に示した定着装置１１４は、図７の定着装置に対し、支点１５８がテンションローラ１３０のローラ中心１５９に対して、ｘ軸で負の方向にあるという点で異なる。この場合においても、ｘ軸およびｙ軸の向きは変わらないため、θについての式（１）および式（２）の範囲も変わらない。

ここで、θは約２９０°であり、式（１）に示した範囲を満たす。この場合、実施例１と同様に、移動後ローラ中心１６０のｘ座標は、ローラ中心１５９のｘ座標よりも小さくなる。したがって、テンションローラ１３０および定着ベルト１３１はｘ軸で負の方向に移動することになる。これによって、定着ベルト１３１がヒータユニット１３２に近づく方向に移動する。したがって、装置の大型化を抑えた定着装置において、テンションローラ１３０の位置が張力付与部材１５７の張力付与方向へと移動した場合に、ヒータユニット１３２が定着ベルト１３１を加熱する速度が減少することを抑えることができる。

図１０に示した定着装置１１４は、図９の定着装置に対し、ヒータユニット１３２が鉛直方向から傾いて配置されている点が異なる。これにより、ｙ軸およびｘ軸も同様に傾くことになるが、ヒータユニット１３２に対する保持部材１５６の位置関係は変わらないため、θについての式（１）および式（２）の範囲は変わらない。

したがって、図１０のようにθが約３００°であるとき、実施例１や２と同様に、定着ベルト１３１をヒータユニット１３２に近づく方向に移動させることができるため、装置の大型化を抑えた定着装置において、テンションローラ１３０の位置が張力付与部材１５７の張力付与方向へと移動した場合に、ヒータユニット１３２が定着ベルト１３１を加熱する速度が減少することを抑えることができる。

図１１に示した定着装置１１４は、図７の定着装置に対し、定着装置が水平方向に並んでいるという点で異なる。この場合においても、各部材の位置関係は同じであるため、θについての式（１）および式（２）の範囲は変わらない。

したがって、図１１のようにθが約１００°であるとき、実施例１〜３と同様に、定着ベルト１３１をヒータユニット１３２に近づく方向に移動させることができるため、装置の大型化を抑えながら、テンションローラ１３０の位置が張力付与部材１５７の張力付与方向へと移動した場合において、ヒータユニット１３２が定着ベルト１３１を加熱する速度が減少することを抑えることができる。

図１２に示した定着装置１１４は、図７の定着装置に対し、ヒータユニット１３２が定着ベルト１３１の別の一辺を加熱している点で異なる。この場合においては、ｘ軸の定義により、ｘ軸の正の方向が変わり、角度の正方向は時計回りとなるため、ｘ座標およびｙ座標の符号が一致するようなθの範囲は式（１）を満たし、ローラ中心１５９のｘ座標の絶対値が、ｙ座標の絶対値よりも大きくなるようなθの範囲は式（２）を満たすという点は変わらない。

したがって、図１２のようにθが約３００°であるとき、実施例１〜４と同様に、定着ベルト１３１をヒータユニット１３２に近づく方向に移動させることができるため、装置の大型化を抑えた定着装置において、テンションローラ１３０の位置が張力付与部材１５７の張力付与方向へと移動した場合に、ヒータユニット１３２が定着ベルト１３１を加熱する速度が減少することを抑えることができる。

なお、本発明は上述した実施例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、請求項に示した範囲で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。

１０１ 画像形成装置
１０２ 露光装置
１０３ 作像ユニット
１０４ 転写搬送ベルト
１０６ 画像形成部
１０７ 感光体ドラム
１０８ 帯電ローラ
１０９ 光走査ユニット
１１０ 現像装置
１１１ ドラムクリーナ
１１２ 現像スリーブ
１１３ 層厚規制部材
１１４ 定着装置
１１５ 記録媒体
１１６ 中間転写部
１１７ 中間転写ローラ
１１８、１１９、１２０ 支持ローラ
１２１ ベルトクリーナ
１２２ ２次転写部
１２３ ２次転写ローラ
１２４ 記録媒体供給部
１２５ 記録用紙収容トレイ
１２６ 記録用紙搬出ローラ
１２７ 搬送ローラ
１２８ 加圧ローラ
１２９ 定着ローラ
１３０ テンションローラ
１３１ 定着ベルト
１３２ ヒータユニット
１３５ 基材層
１３６ 弾性層
１３７ 離型層
１３８ 芯金
１３９ 弾性層
１４０ 表面層
１４２ 芯金
１４３ 弾性層
１４４ 表面層
１４７ サーミスタ
１４８ 面状発熱体
１４９ 伝熱部材
１５０ 断熱部材
１５１ 押圧部材
１５２ 補強部材
１５３ 抵抗発熱体
１５４ 端部電極
１５５ 導通部
１５６ 保持部材
１５７ 張力付与部材
１５８ 支点
１５９ ローラ中心
１６０ 移動後ローラ中心

Claims (5)

1. 定着ローラと、
   テンションローラと、
   前記定着ローラと前記テンションローラ間に架け渡された定着ベルトと、
   前記テンションローラを保持する保持部材と、
   前記保持部材に一端が取り付けられ、前記定着ベルトに張力を付与する方向に前記保持部材を張架する張力付与部材と、
   前記定着ベルトの内側に設けられ、前記定着ベルトを加熱する加熱部材と、
   を備える定着装置において、
   前記保持部材は、前記保持部材の一点に設けられた支点を中心に回転するようになっており、
   前記保持部材が、前記張力付与部材が張力を付与する方向に移動した場合に、前記定着ベルトが前記加熱部材に接近するように、前記テンションローラが保持されていることを特徴とする、定着装置。
2. 前記加熱部材が加熱する前記定着ベルトの一辺と平行で、前記支点を通り、前記定着ローラから前記テンションローラに向かう方向を正とする軸をｙ軸とし、
   前記保持部材の平面上において、ｙ軸に対して垂直かつ、前記支点を通り、前記加熱部材から、前記加熱部材が加熱する前記定着ベルトの一辺に向かう方向を正とする軸をｘ軸としたときに、
   前記テンションローラの中心のｘ座標及びｙ座標の符号が一致していることを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
3. 前記テンションローラの中心のｘ座標の絶対値が、ｙ座標の絶対値よりも大きいことを特徴とする、請求項２に記載の定着装置。
4. 前記加熱部材が、面状ヒータであることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の定着装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の定着装置を備えた画像形成装置。