(57)【要約】【課題】円弧ヒータからベルトへの熱伝達効率が大きく、定着時の消費電力が少なく、エネルギー効率に優れる定着装置及びこれを搭載する画像得形成装置を提供する。【解決手段】本発明の定着装置は、ヒータ３００とニップ部材１７０とに張架されるベルト１３０と、このベルト１３０を介して該ニップ部材１７０と対向し回転駆動される加圧ローラ１００と備えてなり、該ヒータ３００の両端にはベルト片寄りを規制する胴当て部材を配し、該ヒータは円弧形状をなした基板の凸状部側に設けられる抵抗発熱体と該抵抗発熱体上の耐熱性樹脂からなる保護層を有すると共に、該ベルト１３０の内周面には金属材質が用いられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒータとニップ部材とに張架されるベルトと、
該ベルトを介して該ニップ部材と対向し回転駆動される加圧ローラと、
を具備し、
該ヒータの両端にはベルト片寄りを規制する胴当て部材を配し、
該ヒータは円弧形状をなした基板の凸状部側に設けられる抵抗発熱体と該抵抗発熱体上の耐熱性樹脂からなる保護層を有すると共に、該ベルトの内周面には金属材質が用いられることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
該基板はセラミックであることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
該ベルト内面はニッケルまたはステンレスで形成し、該保護層はＰＴＦＥ含有ポリイミドで形成することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の定着装置。
【請求項４】
該胴当て部材はヒータ保護層長手方向端部の内側に設けることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の定着装置。
【請求項５】
該ヒータと該ベルトが接する円弧領域以上に保護層を設けることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の定着装置。
【請求項６】
該ヒータの円弧部分の略頂点付近に抵抗発熱体を設けることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の定着装置。
【請求項７】
該ベルト内面に耐熱潤滑剤を塗布することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の定着装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の定着装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録紙上の未定着トナーを、その通過中に融着し、かつこれを記録紙側に押圧し定着させる定着装置及びそれを用いた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機やプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に搭載され記録紙上の未定着トナー像を接触加熱定着する定着装置として、従来、円弧ヒータとニップ部材とに張架したベルト、加圧ローラとから構成されるものが知られている。このような定着装置としては、例えば、特許文献１（特開２００３−２８７９６９号公報）には、加熱電力を供給することにより発熱する面状の抵抗発熱体部と定着ベルトの裏側が摺接するための曲面を備えた加熱パネル、定着ベルトの裏側が摺接する弾性部を有する加圧パッド、上記加熱パネルと上記加圧パッドとの間に張力をかけて掛け渡された定着ベルト、及び、上記定着ベルトを挟んで上記加圧パッドとの間で相互に向かい合う加圧力が付与され、一定方向に回転駆動される加圧ローラを備えており、上記定着ベルトと上記加圧ローラとで形成されるニップ部にトナーが吸着された記録紙が導かれることを特徴とするベルト式定着装置が記載されている。
【特許文献１】特開２００３−２８７９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来技術はウオームアップ時間短縮を図るため、定着器やヒータの熱容量を小さく設計しなくてはならないという要請がある。したがって、ベルト、及び、ヒータは薄肉であり、強度は比較的弱い。一方、従来技術においてはベルトの回転駆動のための動力源である加圧ローラからの動力を、ベルトに効率的に伝達し、ベルトを安定的に回転駆動させるために、（ベルト内面と円弧ヒータ表面の摩擦力）＋（ベルト内面とニップ部材表面の摩擦力）＜（ベルト外面と加圧ローラ表面の摩擦力）となるように設計されている。
【０００４】
ところで、ベルトが片寄り、胴当て部材にベルトが突き当たり、座屈破壊することを防止するために、（ベルト内面と円弧ヒータ表面の摩擦力）をベルト安定回転駆動条件以上に低減させている。また、円弧ヒータがたわみ、ヒータとベルトの接触不良が発生するのを防止するために、円弧ヒータのベルトへの当接力を弱くするように設定されている。
【０００５】
しかしながら、以上のように従来技術では円弧ヒータのベルトへの当接力を強く出来ないために、円弧ヒータからベルトへの熱伝達効率が小さく、定着時の消費電力が大きいことが問題であった。本発明では、円弧ヒータのベルトへの当接力を強くし、円弧ヒータからベルトへの伝熱効率を向上させ、かつ、円弧ヒータのベルトへの当接力を強くすることにより、ベルトへの損傷が増加するのを防止する技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記の各課題を解決するために、請求項１に係る発明は、ヒータとニップ部材とに張架されるベルトと、該ベルトを介して該ニップ部材と対向し回転駆動される加圧ローラと、を具備し、該ヒータの両端にはベルト片寄りを規制する胴当て部材を配し、該ヒータは円弧形状をなした基板の凸状部側に設けられる抵抗発熱体と該抵抗発熱体上の耐熱性樹脂からなる保護層を有すると共に、該ベルトの内周面には金属材質が用いられることを特徴とする定着装置である。
【０００７】
また、請求項２に係る発明は、請求項１記載の定着装置であって、該基板はセラミックであることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２記載の定着装置であって、該ベルト内面はニッケルまたはステンレスで形成し、該保護層はＰＴＦＥ含有ポリイミドで形成することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の定着装置であって、該胴当て部材はヒータ保護層長手方向端部の内側に設けることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の定着装置であって、該ヒータと該ベルトが接する円弧領域以上に保護層を設けることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の定着装置であって、該ヒータの円弧部分の略頂点付近に抵抗発熱体を設けることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の定着装置であって、該ベルト内面に耐熱潤滑剤を塗布することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項８に係る発明は、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の定着装置を用いたことを特徴とする画像形成装置である。
【００１４】
このように本発明の定着装置及びそれを用いた画像形成装置は、円弧ヒータのベルトへの当接力を強く設定することができる構成である共に、各構成部の材料が最適に設定されているので、円弧ヒータからベルトへの熱伝達効率が大きく、定着時の消費電力が少なく、エネルギー効率に優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る定着装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る定着装置の断面を示す図であり、図２は、本発明の実施の形態に係る定着装置の斜視図であり、図３は、本発明の実施の形態に係る定着装置の画像形成装置本体に対する取り付け部の構造を示す図である。
【００１６】
図１乃至図３において、１００は加圧ローラ、１０１は芯金、１０２はシリコーンゴム中間層、１０３はＰＦＡ表層、１２０は未定着画像、１２１は記録紙、１２２は未定着トナー、１３０はベルト、１４１はベルト温度センサー、１５１は円弧ヒータ温度センサー、１６０はたわみ防止シャフト、１７０はニップ部材、１７１はリブ、２００はベルトユニット、３００は円弧ヒータ、３０１は剛性基板、３３０は保護層、４００は支持部材（胴当て部材）、４０１はテンションバネ、５０１はベルトユニット取り付け側板、５０２は加圧ローラ取り付け側板をそれぞれ示している。
【００１７】
本発明の実施の形態に係る定着装置は、矢印ｂ方向から進入する記録紙１２１上の未定着トナー１２２を、その通過中に融着し、かつこれを記録紙１２１側に押圧し定着させることによって、記録紙１２１上の未定着画像１２０を永久可視像へと変換する画像形成装置の一工程を担うものである。
【００１８】
図１乃至図３において、矢印ａは加圧ローラ１００の回転駆動方向、矢印ｂは未定着画像１２０進入方向、矢印ｃはベルト１３０の回転方向をそれぞれ示しており、各部がこのよう方向に動作することによって、上述するように未定着画像１２０が矢印ｂ方向で定着装置を通過する。また、図１乃至図３において、矢印ｄは円弧ヒータ３００とニップ部材１７０のベルト１３０張架方向を示している。
【００１９】
加圧ローラ１００は、ステンレス製の芯金１０１の周囲にシリコーンゴムからなるシリコーンゴム中間層１０２を配し、さらに表面に熱可塑性フッ素樹脂からなるＰＦＡ表層１０３を施したものである。この加圧ローラ１００は、不図示の動力機構によって矢印ａ方向に回転することによって、ベルト１３０とのニップ部における摩擦でベルト１３０を回動させる。
【００２０】
ベルト１３０は円弧ヒータ３００とニップ部材１７０に張架されて、矢印ｃ方向に回動することによって、記録紙１２１をベルト１３０−加圧ローラ１００間のニップ部を通過させると共に、円弧ヒータ３００からの熱を伝達して当該ニップ部を通過する未定着トナー１２２を加熱する。
【００２１】
ベルト温度センサー１４１はベルト１３０の温度を不図示の制御部がモニターするために設けられた温度検出手段であり、また、円弧ヒータ温度センサー１５１は円弧ヒータ３００の温度を不図示の制御部がモニターするために設けられた温度検出手段である。
【００２２】
ニップ部材１７０は、ベルト１３０を張架する部材の一つであると共に、加圧ローラ１００との間に未定着画像１２０を通過させるニップ部を形成する部材であり、材料としては耐熱性に優れたエンジニアリングプラスチックであるポリフェニレンスルフィド(ＰＰＳ)が用いられる。
【００２３】
なお、ニップ部材１７０はエンジニアリングプラスチック製であり、比較的強度にも優れてはいるが、ベルト１３０を介して、加圧ローラ１００に押しつけられるとたわむ可能性があるために、それを防止するためリブ１７１を介して、たわみ防止用シャフト１６０が設けられている。そして、たわみ防止用シャフト１６０両端と加圧ローラ１００両端の間に不図示の加圧バネを設け、ニップ部材１７０をベルト１３０を介して加圧ローラ１００に加圧する。
【００２４】
円弧ヒータ３００は概略剛性基板３０１上に印刷された抵抗発熱体３２０とそれを保護する保護層３３０からなる。抵抗発熱体３２０は通電されることによって発熱し、当該円弧ヒータ３００が熱せられ、この熱がベルト１３０へと伝達する。
【００２５】
支持部材（胴当て部材）４００には、斜視図に示すように円弧ヒータ３００を支持する凹部（溝）が形成されており、テンションバネ４０１により円弧ヒータ３００をベルト１３０に押し付けるに構成される。また、支持部材（胴当て部材）４００は、ベルト１３０が軸方向一方端への寄りを規制する寄り止めとしても機能する。
【００２６】
主として支持部材（胴当て部材）４００、円弧ヒータ３００、ベルト１３０、テンションバネ４０１、たわみ防止用シャフト１６０、ニップ部材１７０からなるベルトユニット２００は、図示するようにベルトユニット取り付け側板５０１で支持されている。このとき、たわみ防止シャフト１６０をベルトユニット取り付け側板５０１に固定支持し、円弧ヒータ３００は図１の矢印ｄ方向に移動可能なように支持される。したがって、テンションバネ４０１の荷重が円弧ヒータ３００のベルト１３０への押し付け力となる。
【００２７】
たわみ防止シャフト１６０はニップ部材１７０、ベルト１３０を介して加圧ローラ１００に押し付けられる形になる。よって、加圧バネ荷重がニップ部材１７０のベルト１３０を介した加圧ローラ１００への加圧荷重になる。
【００２８】
一方、加圧ローラ１００は回転可能なように加圧ローラ取り付け側板５０２に支持される。そして、ベルトユニット取り付け側板５０１は図示していない加圧バネにより、加圧ローラ取り付け側板５０２に押し付けられている。
【００２９】
次に、本発明の実施の形態に係る定着装置における円弧ヒータ３００についてより詳しく説明する。まず伝熱効率の観点からの円弧ヒータ３００の最適形状ついて説明する。
以下のような各形状の円弧ヒータ３００をセッティングして調査を行い、円弧ヒータ３００のベルト１３０への接触面積と圧力の伝熱効率への影響を調べた。
【００３０】
調査の方法は、円弧ヒータ３００の面積、及び、円弧ヒータ３００のベルト１３０への張架力を変化させ、円弧ヒータ３００に電力印加したときのベルト１３０、及び、円弧ヒータ３００の温度上昇を調べることで行った。なお、調査においては、円弧ヒータ３００は面積が変化しても発熱量が一定の１０００Ｗになるように供給電圧を調整した。また、ベルト１３０の温度はベルト温度センサー１４１、円弧ヒータ３００温度は円弧ヒータ温度センサー１５１で測定した。
【００３１】
図４は、本調査に用いた円弧ヒータ３００の形状を示す図である。図４は、円弧ヒータ３００の詳細な構造を示すものではなく、円弧ヒータ３００の形状の違い（円弧角の違い）を示すものである。本調査においては、図４に示すように、円弧ヒータ３００の曲率半径を同一として、円弧の角度を１８０度、１２０度、６０度に振って円弧ヒータ３００とベルト１３０の接触面積を変化させた。
【００３２】
表１に示すように、Ｎｏ．１→Ｎｏ．２→Ｎｏ．３の順に、円弧ヒータ３００の接触面積は減少する。逆に、この順序で、円弧ヒータ３００のベルト１３０への当接力は増加する。表において、みかけの圧力とは円弧ヒータ３００のベルト１３０への当接力を円弧ヒータ接触面積で割ったものである。
【００３３】
図５は、調査Ｎｏ．１乃至Ｎｏ．３におけるベルト１３０の温度、調査Ｎｏ．１及びＮｏ．３における、円弧ヒータ３００の温度の時間上昇率を示す図である。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
図５に示すように、Ｎｏ．１→Ｎｏ．２→Ｎｏ．３の順で、ベルト１３０の温度上昇速度が増加することがわかる。これは、Ｎｏ．１→Ｎｏ．２→Ｎｏ．３の順で、円弧ヒータ３００からベルト１３０への伝熱効率が増加することを示す。
【００３６】
また、Ｎｏ．３の方がＮｏ．１よりも円弧ヒータ３００温度上昇速度が小さく、かつ、円弧ヒータ３００とベルト１３０の温度差が小さい。これは、Ｎｏ．３の方がＮｏ．１よりも円弧ヒータ３００とベルト１３０の接触熱抵抗が小さく、円弧ヒータ３００自身への熱蓄積が少ないことを示している。以上の調査により、Ｎｏ．３の方がＮｏ．１よりも円弧ヒータ３００自身を加熱する熱損失が小さいことがわかる。すなわち、再び図４を参照すれば、接触面積を広くとるよりも、円弧ヒータのベルトへの当接力を増加させた方が熱損失が小さく、伝熱効率が向上することがわかる。
【００３７】
みかけの圧力はＮｏ．１→Ｎｏ．２、Ｎｏ．２→Ｎｏ．３と進む毎に３倍になっているが、伝熱効率増加はＮｏ．１→Ｎｏ．２よりもＮｏ．２→Ｎｏ．３の方が大きい。これは、円弧ヒータ３００のベルト１３０張架方向（矢印ｄ）頂点の圧力が最も高く、頂点からベルト回転方向上流、または、下流にずれるほど、円弧ヒータ３００とベルト１３０接触面の法線成分圧力が小さくなることが原因と考えられる。その圧力分布を幾何的に計算すると図６に示すようになる。図６は、調査Ｎｏ．１乃至調査Ｎｏ．３の円弧ヒータ３００の幾何学的計算による圧力分布を示す図である。頂点からベルト回転方向上流、または、下流にずれるほど、円弧ヒータ３００のベルト１３０への圧力は漸次減少し、それに伴い、円弧ヒータ３００のベルト１３０への伝熱効率は減少する。すなわち、Ｎｏ．１、Ｎｏ．２実験条件の円弧ヒータ３００の断面両端はベルト１３０への伝熱効率が小さいか、または、ほとんどゼロになっていると考えられる。以上によっても、Ｎｏ．３のように発熱が円弧ヒータ３００の頂点に集中する方が、より伝熱効率が高くなることがわかる。
【００３８】
次に、本発明の実施の形態に係る定着装置における円弧ヒータ３００の構造についてより詳しく説明する。図７は、本発明の実施の形態に係る定着装置に用いる円弧ヒータ３００の電気的な配線構造を斜視的に示す図であり、図８は、本発明の定着装置に用いる円弧ヒータ３００に剛性基板として金属製基板を用いた場合の断面構造を示す図であり、図９は、本発明の定着装置に用いる円弧ヒータ３００に剛性基板として絶縁製基板を用いた場合の断面構造を示す図である。
【００３９】
図７において、３０１は剛性基板、３１０は電極、３１１は板バネ電極、３１２は円弧ヒータ用電源コード、３２０は抵抗発熱体をそれぞれ示している。また、図８において、１３０はベルト、３０２は金属製剛性基板、３４０は絶縁層、３２０は抵抗発熱体、３３０は保護層をそれぞれ示している。また、図９において、１３０はベルト、３０３は絶縁性剛性基板、３２０は抵抗発熱体、３３０は保護層をそれぞれ示している。
【００４０】
図７乃至図９に示す円弧ヒータ３００において、円弧ヒータ３００の曲率半径は７．５ｍｍとし、円弧部分の角度は９０度としている。
【００４１】
図８及び図９に円弧ヒータ３００の層構成がわかるように概略断面図が示されている。図８は剛性基板として金属製剛性基板３０２が用いられる場合であり、この場合、抵抗発熱体３２０と、金属製剛性基板３０２の間に絶縁層３４０を設ける。図９に示すものは剛性基板として絶縁性剛性基板３０３が用いられる場合であり、この場合は、抵抗発熱体３２０を絶縁性剛性基板３０３上に直接形成している。本実施形態では、この絶縁性剛性基板３０３には、アルミナセラミックを用い、厚みは１ｍｍとしている。
【００４２】
抵抗発熱体３２０は銀タングステン、銀パラジウムなどを用い、幅３ｍｍ、長さ３００ｍｍで円弧ヒータ３００の頂点付近に間隔１．４ｍｍをとって２本設けた。抵抗発熱体３２０の両端には銀電極３１０を設け、その部分は保護層３３０を被覆しないようにして、板バネ電極３１１を圧接し、導通をとるように構成している。板バネ電極３１１には円弧ヒータ用電源コード３１２が接続され、電力が供給される。円弧ヒータ３００消費電力はＡＣ１００Ｖ印加時に１０００Ｗとなるように構成する。なお、図８のように、剛性基板として金属製剛性基板３０２を用いる場合は、絶縁層３４０として、ガラスまたはポリイミド樹脂などの耐熱性のある絶縁材料が適している。
【００４３】
次に、本発明の実施の形態に係る定着装置におけるベルト１３０の構造についてより詳しく説明する。図１０は、本発明の実施の形態に係る定着装置に用いるベルト１３０の断面構造を示す図である。図１０において、１３１はベルト基材、１３２は弾性層、１３３は剥離層をそれぞれ示している。
【００４４】
弾性層１３２は紙の繊維凹凸にベルト１３０表面を倣わせ、トナー層に均一圧力がかかるようにして、光沢ムラの発生を防止するために設けられている。また、剥離層１３３は加熱溶融トナーが粘着し、紙がベルト１３０に張り付くのを防止するために設けられる。本実施形態においては、弾性層１３２には２００μｍ厚シリコーンゴム、剥離層１３３には２０μｍ厚ＰＦＡ樹脂を用いた。
【００４５】
また、ベルト基材１３１は、ベルト周長伸縮を抑える他に、円弧ヒータ３００表面、及び、ニップ部材１７０との摺擦に対してベルト強度を保つために設けられており、例えば、ニッケルやステンレスが用いられる。
【００４６】
次に、本発明の実施の形態に係る定着装置と比較例に係る定着装置について説明する。本発明の実施の形態に係る定着装置の構成部品の条件一覧を表２に示す。なお、耐熱潤滑剤には協同油脂株式会社製の商品名「マルテンプ」フッ素グリースを用いた。
【００４７】
【表２】
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【００４８】
次に、本実施形態に係る定着装置・比較例に係る定着装置の性能評価方法について説明する。
＜円弧ヒータ３００のベルト１３０への当接力の設定方法＞
本実施形態・比較例において、テンションバネ４０１荷重を両端２本合わせて、０．５〜５ｋｇの範囲、０．５ｋｇ刻みで変化させている。そのときのベルト１３０がすべらない、または、ベルト寄り座屈破壊が発生しない、最大テンションバネ荷重を円弧ヒータ３００のベルト１３０への上限当接力とする。なお、ベルト１３０すべりは、非通紙時、上質紙通紙時、厚紙通紙時、未定着トナー画像のある上質紙、未定着トナー画像のある厚紙の５水準の状態で調べた。
＜定着装置搭載画像形成装置の消費電力の評価方法＞
本実施形態・比較例において、各々の円弧ヒータ３００のベルト１３０への上限当接力における定着の消費電力を比較した。消費電力は、本実施形態及び比較例の定着装置を画像形成装置に搭載し、画像形成装置のＡＣ１００Ｖ電源部に積算電力計（日置電機株式会社製、モデル３３３２）を接続し測定した。１時間毎に連続４０枚の印字を行い、電源投入から８時間経過までにおける１時間当たりの平均エネルギー消費量（Ｗｈ／ｈ）を消費電力とした。
＜定着装置の寿命評価方法＞
本実施形態・比較例の定着装置を搭載した画像形成装置で洋型４号封筒の連続通紙を行い、寿命を評価した。１００枚通紙毎に画像形成装置の扉を開け、定着装置の外観を目視観察し、ベルト１３０に亀裂が入った時点で寿命と判断した。封筒のような厚紙で段差のあるものを通紙することが最もベルト１３０に損傷を与え、寿命判定の加速試験になる。
【００４９】
次に、本実施形態に係る定着装置・比較例に係る定着装置の比較について説明する。
（円弧ヒータ３００の剛性基板３０１の材質について）
表３に比較条件を示す。
【００５０】
【表３】
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【００５１】
比較例には、円弧ヒータ３００の剛性基板３０１としてポリイミド樹脂厚み２ｍｍを用いた。なお、アルミナセラミックの熱容量は３×１０6（Ｊ／（Ｋ・ｍ＾3））、ポリイミドは１．６×１０6（Ｊ／（Ｋ・ｍ3））なので、剛性基板３０１厚みを本実施形態の２倍に設定し、熱容量は同じにした。
【００５２】
表４の比較例１に、円弧ヒータ３００の剛性基板３０１としてポリイミド樹脂を用いた場合の性能評価結果を示す。比較例１においては、圧接力１ｋｇでたわみが大きくなり、ベルト１３０との接触不良が発生した。一方、本実施形態は円弧ヒータ３００の剛性基板３０１をアルミナセラミックにすることにより、圧接力５ｋｇでもたわむことがなく、ベルト１３０と良好な接触状態が保てた。したがって、円弧ヒータ３００のベルト１３０への圧接力は本実施形態のほうが大きく、円弧ヒータ３００からベルト１３０への伝熱効率が向上し、消費電力を低減することが出来る。なお、寿命封筒通紙枚数はほとんど差がなかった。
【００５３】
【表４】
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【００５４】
（ベルト基材１３１の材質と保護層３３０の材質について）
表５に比較例２〜比較例１１の条件を示す。また、表４の比較例２〜比較例１１に性能評価結果を示す。
【００５５】
【表５】
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【００５６】
比較例２〜比較例５に示すように、ベルト基材１３１にポリイミド樹脂を用いると、円弧ヒータ３００とベルト基材１３１の摩擦力が増加する。したがって、ベルト１３０がすべらない、または、ベルト寄り座屈破壊が発生しない圧接力を低く設定しなければならない。その結果、円弧ヒータ３００のベルト１３０への伝熱効率が減少し、消費電力が増加する。
【００５７】
比較例６、比較例９に示すように、ベルト基材１３１が金属、円弧ヒータの保護層３３０がガラスの組み合わせでも、円弧ヒータ３００とベルト基材１３１の摩擦力が増加し、同様の結果となる。また、比較例７、比較例１０に示すように、ベルト基材１３１が金属、円弧ヒータの保護層３３０がＰＴＦＥの組み合わせでは、円弧ヒータ３００とベルト基材１３１の摩擦力を低く抑えることができ、圧接力を高く設定できるので、円弧ヒータ３００のベルト１３０への伝熱効率が増加し、消費電力を低減できる。ところが、ＰＴＦＥは柔らかいため、すぐに磨耗劣化し、寿命封筒通紙枚数付近で、円弧ヒータ３００のＰＴＦＥ保護層が一部剥げ落ち、円弧ヒータ３００とベルト１３０の摩擦力が増加して、ベルト１３０座屈破壊が発生した。
【００５８】
逆に、比較例８、比較例１１に示すように、ベルト基材１３１が金属、円弧ヒータの保護層３３０がポリイミド樹脂の組み合わせでは、ポリイミド樹脂が硬いので磨耗劣化は小さいが、円弧ヒータ３００とベルト基材１３１の摩擦力が増加し、消費電力は増加する。よって、磨耗劣化しにくいポリイミドと摩擦力の小さいＰＴＦＥを混合した、ＰＴＦＥ３０％含有ポリイミド材質の円弧ヒータ保護層３３０とベルト基材１３１材質が金属の組み合わせが、消費電力を低減でき、寿命も長い最良の組み合わせである。
（胴当て部材４００と保護層３３０との配置関係について）
図１１の表に比較例１２、１３の条件を示す。また、図１１のレイアウト図は、円弧ヒータ３００付近を、円弧ヒータ３００の長手方向と垂直な方向からみた図である。比較例１２、１３としては、胴当て部材４００の位置を円弧ヒータ３００の保護層３３０の端部外側に配置し、その距離を２水準取った。図１１のレイアウト図において、ベルト１３０は透明とし、端部の輪郭のみ破線で示した。
【００５９】
表４に本実施形態、比較例１２、１３の性能評価結果を示す。比較例１２のように胴当て部材４００を保護層３３０の端部外側１ｍｍに置くと、寿命封筒通紙枚数が低下した。これは、ベルト１３０が片寄ったときにベルト端部と円弧ヒータ３００の絶縁性剛性基板３０３が接触し、その部分の摩擦力が高いため、磨耗劣化が激しく、早期にベルト端部に亀裂が生じたためである。
【００６０】
また、比較例１３のように胴当て部材４００を保護層３３０の端部外側５ｍｍに置くと、消費電力も増加した。これは、ベルトが片寄った場合に円弧ヒータ３００とベルト基材１３１の摩擦力が増加するため、ベルト１３０がすべらない、または、ベルト寄り座屈破壊が発生しない圧接力を低く設定しなければならないからである。
（保護層３３０を設ける範囲について）
図１２に比較例１４の定着装置の概略断面図を示す。比較例１４として、円弧ヒータ３００のベルト１３０と接触する円弧部分より狭い範囲のみ保護層３３０を設けたものについて試験を行った。表４に、比較例１４の性能評価結果が示されている。
【００６１】
比較例１４のように、円弧ヒータ３００のベルト１３０と接触する円弧部分より狭い範囲のみ保護層３３０を設けた場合は、円弧ヒータ３００とベルト基材１３１の摩擦力が増加し、消費電力が増加することがわかる。
（抵抗発熱体３２０のレイアウトについて）
図１３に比較例１５の概略断面図を示す。比較例１５においては、円弧ヒータ３００の頂点付近ではなく、円弧端部よりに抵抗発熱体３２０を設けている。表４に、比較例１５の性能評価結果を示す。
【００６２】
円弧ヒータ３００とベルト基材１３１の摩擦力は本実施形態と同一のため、円弧ヒータ３００のベルト１３０への上限当接力は本実施形態と同じで高く設定できる。しかし、図６に示したように円弧ヒータ３００のベルト１３０への当接圧力分布は頂点が最大で円弧端部へ行くほど減少するため、円弧端部に抵抗発熱体３２０を配置するほど、伝熱効率が低下する。したがって、本実施形態に比較して比較例１５の方は消費電力が増加してしまう。
（ベルト内面に耐熱潤滑剤を塗布する作用について）
比較例１６として、耐熱潤滑剤をベルト１３０内面に塗布しない場合を評価した。表４に、比較例１６の性能評価結果を示す。
【００６３】
耐熱潤滑剤をベルト内面に塗布しないと、円弧ヒータ３００とベルト基材１３１の摩擦力が増加し、円弧ヒータ３００のベルト１３０への当接力を低く設定しなければならないので、比較例１６は本実施形態に比べ消費電力が増加する。
【００６４】
次に、本発明の実施の形態に係る定着装置の動作について説明する。本実施形態の定着装置においては、図示していないステッピングモータの回転駆動力が図示していないギアを介して加圧ローラ１００に伝達され、矢印ａ方向に回転駆動を開始する。この加圧ローラ１００とベルト１３０との間の摩擦力により、ベルト１３０が矢印ｃ方向に回転する。また、円弧ヒータ１５０に電力が供給され、ベルト１３０が加熱が開始される。ベルト１３０上にベルト温度センサー１４１が設置され、ベルト温度が定着温度になるように円弧ヒータ１５０への供給電力が制御される。
【００６５】
さらに、円弧ヒータ１５０背面に接地される円弧ヒータ温度センサー１５１が円弧ヒータ１５０がある上限温度を超えた場合は強制的に円弧ヒータ１５０への電力供給が中止される。
【００６６】
図１４は、本発明の実施の形態に係る定着装置の温度制御フローチャートを示す図である。なお、図１４のフローチャートに示す定着装置の温度制御は、種々考えられる温度制御のあくまで一例を示すものである。また、図１４において、
（定着温度）＜（円弧ヒータ下限温度）＜（円弧ヒータ上限温度）
である。定着温度に制御された定着装置に矢印ｂ方向に未定着画像１２０が進入し、定着が行われる。
【００６７】
次に、以上のような定着装置が搭載される画像形成装置について説明する。図１５は、本実施形態に係る定着装置を搭載した画像形成装置の構成を示す図である。図１５において、１１は露光装置、１２は定着装置、１３は感光体、１４は帯電装置、１５は現像装置、１６は一次転写装置、１７は中間転写ベルト、１８は現像ロータリー、１９は清掃装置、２０は給紙カセット、２１は二次転写装置をそれぞれ示している。
【００６８】
以上のように構成される画像形成装置の動作の概要について説明する。まず、不図示のパーソナルコンピュータなどから、画像形成装置に対して印字命令が出されると、立ち上がりに時間を要する露光装置１１、定着装置１２が最初に立ち上がり開始される。次に、感光体１３が矢印Ｐ方向に回転を開始すると共に、同時に中間転写ベルト１７が矢印Ｍ方向に回転開始する。次に、帯電装置１４、現像装置１５、一次転写装置１６、二次転写装置２１の立ち上がりが始まる。
【００６９】
帯電装置１４で感光体１３を帯電し、露光装置１１からレーザー光が矢印Ｌ方向に照射され、感光体１３上に静電潜像が形成される。次に、現像装置１５で静電潜像をトナー画像に顕像化し、一次転写装置１６でこれらトナー画像を感光体１３から中間転写ベルト１７に転写する。清掃装置１９では、感光体１３上の転写残りトナーを清掃回収する
現像ロータリー１８が矢印Ｒ方向に回転、別色現像装置１５を感光体１３に対向させる。なお、現像ロータリー１８には現像装置１５と同様の現像装置が４台設置されているが、現像装置１５以外は図示していない。そして、各々、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの色トナーを内包している。
【００７０】
シアン、マゼンダ、イエロー、ブラック各色について、帯電装置１４での感光体１３を帯電、感光体１３上の静電潜像の形成、現像装置１５による静電潜像のトナー画像の顕像化、一次転写装置１６でのトナー画像を感光体１３から中間転写ベルト１７への転写を繰り返し、中間転写ベルト１７上にフルカラートナー画像を形成
給紙カセット２０からは、記録紙が給紙され、二次転写装置２１により、フルカラートナー画像が中間転写ベルト１７から記録紙へ転写される。この記録紙上のフルカラートナー画像は、本実施形態の定着装置１２を通過して定着される。なお、記録紙は矢印Ｋで示す搬送経路を通る。また、所定印字枚数の印字終了まで、上記の工程が繰り返し行われる
印字終了後、現像ロータリー１８の動作停止、感光体１３の回転停止、露光装置１１、定着装置１２、帯電装置１４、現像装置１５、一次転写装置１６、二次転写装置２１が立ち下がる。
【００７１】
以上、本発明の定着装置及びそれを用いた画像形成装置は、円弧ヒータ３００のベルト１３０への当接力を強く設定することができる構成である共に、各構成部の材料が最適に設定されているので、円弧ヒータ３００からベルト１３０への熱伝達効率が大きく、定着時の消費電力が少なく、エネルギー効率に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施の形態に係る定着装置の断面を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る定着装置の斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る定着装置の画像形成装置本体に対する取り付け部の構造を示す図である。
【図４】本調査に用いた円弧ヒータ３００の形状を示す図である。
【図５】調査Ｎｏ．１乃至Ｎｏ．３におけるベルト１３０の温度、調査Ｎｏ．１及びＮｏ．３における、円弧ヒータ３００の温度の時間上昇率を示す図である。
【図６】調査Ｎｏ．１乃至調査Ｎｏ．３の円弧ヒータ３００の幾何学的計算による圧力分布を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る定着装置に用いる円弧ヒータ３００の電気的な配線構造を斜視的に示す図である。
【図８】本発明の定着装置に用いる円弧ヒータ３００に剛性基板として金属製基板を用いた場合の断面構造を示す図である。
【図９】本発明の定着装置に用いる円弧ヒータ３００に剛性基板として絶縁性基板を用いた場合の断面構造を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る定着装置に用いるベルト１３０の断面構造を示す図である。
【図１１】比較例に係る定着装置を示す図である。
【図１２】比較例に係る定着装置を示す図である。
【図１３】比較例に係る定着装置を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態に係る定着装置の温度制御フローチャートを示す図である。
【図１５】本実施形態に係る定着装置を搭載した画像形成装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１１・・・露光装置、１２・・・定着装置、１３・・・感光体、１４・・・帯電装置、１５・・・現像装置、１６・・・一次転写装置、１７・・・中間転写ベルト、１８・・・現像ロータリー、１９・・・清掃装置、２０・・・給紙カセット、２１・・・二次転写装置、１００・・・加圧ローラ、１０１・・・芯金、１０２・・・シリコーンゴム中間層、１０３・・・ＰＦＡ表層、１２０・・・未定着画像、１２１・・・記録紙、１２２・・・未定着トナー、１３０・・・ベルト、１３１・・・ベルト基材、１３２・・・弾性層、１３３・・・剥離層、１４１・・・ベルト温度センサー、１５１・・・円弧ヒータ温度センサー、１６０・・・たわみ防止シャフト、１７０・・・ニップ部材、１７１・・・リブ、２００・・・ベルトユニット、３００・・・円弧ヒータ、３０１・・・剛性基板、３０２・・・金属製剛性基板、３０３・・・絶縁性剛性基板、３１０・・・電極、３１１・・・板バネ電極、３１２・・・円弧ヒータ用電源コード、３２０・・・抵抗発熱体、３３０・・・保護層、３４０・・・絶縁層、４００・・・支持部材（胴当て部材）、４０１・・・テンションバネ、５０１・・・ベルトユニット取り付け側板、５０２・・・加圧ローラ取り付け側板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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