(57)【要約】 【課題】  ウォームアップ時間を短縮でき、さらに定着ローラの表面温度を安定した状態で維持することができる定着装置およびそれを備える画像形成装置を提供する。【解決手段】  互いに圧接される、内部にヒータランプ６４を有する定着ローラ６０と加圧ローラ７０とから構成される一対の定着手段と、定着ローラ６０に加熱ニップ部Ｎ２を接触させて定着ローラ６０の表面を加熱する無端ベルト８１と、無端ベルト８１が巻掛けられて張架され、内部にヒータランプ８３ａ，８３ｂを有する支持ローラ８２ａ，８２ｂとを備える定着装置であって、無端ベルト８１の厚みは、０．０８ｍｍ以上０．１４ｍｍ以下であり、加熱ニップ部Ｎ２は、定着ローラ６０の中心軸線に関して５０°以上９０°以下の角度範囲に形成されるようにする。【選択図】      図１
2009223291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに圧接される、内部に第１の発熱部を有する定着ローラと加圧ローラとから構成される一対の定着手段と、
定着ローラに加熱ニップ部を接触させて定着ローラの表面を加熱する無端ベルトと、
無端ベルトが巻掛けられて張架され、内部に第２の発熱部を有する複数の支持ローラとを備える定着装置において、
前記無端ベルトの厚みは、０．０８ｍｍ以上０．１４ｍｍ以下であり、
加熱ニップ部は、前記定着ローラの中心軸線に関して５０°以上９０°以下の角度範囲に形成されることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記各支持ローラは、中空円筒形状の支持ローラ本体を有し、この支持ローラ本体の長手方向両端部の厚みが長手方向中間部の厚みよりも小さくなるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記各第２の発熱部は、発熱量が３０００Ｗ／ｍ以下であり、第２の発熱部の発熱量の総和が１７００Ｗ／ｍ以上であ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。
【請求項４】
前記第１の発熱部および前記各第２の発熱部は、定着ローラ、加圧ローラおよび支持ローラが回転しているときに、無端ベルトの表面温度があらかじめ定める第１の設定温度に到達する前に、定着ローラの表面温度があらかじめ定める第２の設定温度に到達するように、発熱温度が制御されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の定着装置。
【請求項５】
前記第１の発熱部および前記各第２の発熱部は、定着ローラ、加圧ローラおよび支持ローラの回転が停止しているときに、前記無端ベルトの表面温度が、定着ローラの表面温度と同じ温度以上であって、定着ローラの表面温度よりも１０℃高い温度以下となるように発熱温度が制御されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の定着装置。
【請求項６】
定着ローラ、加圧ローラおよび支持ローラの回転が停止しているときに、無端ベルトと定着ローラとは、接触するように構成されることを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナー像を記録材に定着させる定着装置およびそれを備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機およびプリンタなど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、具体的には定着ローラおよび加圧ローラを備え、このローラ対の両方あるいはいずれか一方の内部に配置されるハロゲンヒータなどの内部加熱手段によりローラ対を所定の定着温度に加熱する。そしてローラ対が加熱されている状態で、未定着トナー像が形成された記録紙などをローラ対の圧接部、いわゆる定着ニップ部に一定の加熱時間と定着温度で給紙して通過させることで、熱と圧力とによりトナー画像の定着を行う。
【０００３】
また、カラー画像形成装置に備えられる定着装置においては、定着ローラの表層にシリコンゴムなど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。このように定着ローラを弾性ローラとすることで、定着ローラの表面が、未定着トナー像の凹凸に対応して弾性変形し、トナー像の表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半径方向外方に凸状、いわゆる逆ニップ形状となることから、記録材の剥離性能を向上させることができ、剥離爪などの剥離手段を用いずとも記録材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。
【０００４】
このようなカラー画像形成装置において、プロセス速度を高速化した場合には、低速時と同程度の定着ニップ幅にしておくと加熱時間が不充分になってしまう。したがって、定着ニップ幅を大きくする必要がある。定着ニップ幅を大きくする方法としては、たとえば定着ローラの径を大きくする方法や、弾性層を厚くすることにより弾性変形量を大きくする方法がある。しかし、定着ローラの径を大きくすると、定着ローラの曲率が小さくなってしまうため、弾性層の反発だけでは記録材が定着ローラから剥離しにくくなり、記録材の剥離性能が低下してしまう。
【０００５】
また、弾性層を厚くすると以下のような問題が生じる。弾性層を具備した定着ローラは、弾性層自体の熱伝導性が非常に低い。そのため弾性層を厚くすると、定着ローラの表面温度を定着ローラの内部に設けられた内部加熱手段によって制御する場合に、熱伝達効率がさらに低下し、ウォームアップ時間が長くなってしまう。また、プロセス速度を高速化した場合に、定着ローラ内部からの熱移動が遅くなるため定着ニップ部を通過した記録材に奪われた熱を補えなくなり、定着ローラの温度が定着温度に追従しなくなってしまう。これにより、定着ローラの表面温度を維持できなくなり定着不良が発生してしまう。
【０００６】
このような問題を解決するために、定着ローラの表面に外部加熱手段を当接させ、定着ローラの表面を外部から加熱する外部加熱定着方式の定着装置が知られている。特に近年では、外部加熱手段として無端ベルトを使用し、定着ローラの表面温度よりも高温に加熱された無端ベルトを定着ローラ表面に当接させる外部ベルト加熱定着方式の定着装置が提案されている。
【０００７】
上述の外部ベルト加熱定着方式の定着装置として、たとえば特許文献１では、記録材に形成された未定着画像を定着する回転可能な定着ロールを、外部加熱部材によって定着ロールの表面の外周方向に長さを持った長手方向に亘る帯状領域を外部から加熱するように構成されているものについて開示されている。
【０００８】
また特許文献２では、定着ローラは電動モータにより回転駆動させられ、支持ローラは定着ローラに回転駆動させられるように構成されているものについて開示されている。
【０００９】
このように、記録材により熱を奪われる定着ローラ表面に、直接熱を供給することのできる外部ベルト加熱定着方式の定着装置は、定着ローラの弾性層を厚くした高速カラー定着用途に好適である。
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−１９８６５９号公報
【特許文献２】特開２００５−１８９４２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１や特許文献２などに開示される従来の外部ベルト加熱定着方式の定着装置では、外部加熱手段により定着ローラに供給される熱量の移動量の最適化が充分に図られていないため、ウォームアップ時間が充分に短縮化できていないという問題がある。
【００１２】
また、外部ベルトの状態によっては、寄り止め部材との接触などによりストレスの大きい端部において亀裂や割れが生じたり、回転不良が発生したりして、定着ローラの表面温度を安定した状態で維持できない場合がある。
【００１３】
本発明は、上述の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、ウォームアップ時間を短縮でき、さらに定着ローラの表面温度を安定した状態で維持することができる定着装置およびそれを備える画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、互いに圧接される、内部に第１の発熱部を有する定着ローラと加圧ローラとから構成される一対の定着手段と、
定着ローラに加熱ニップ部を接触させて定着ローラの表面を加熱する無端ベルトと、
無端ベルトが巻掛けられて張架され、内部に第２の発熱部を有する複数の支持ローラとを備える定着装置において、
前記無端ベルトの厚みは、０．０８ｍｍ以上０．１４ｍｍ以下であり、
加熱ニップ部は、前記定着ローラの中心軸線に関して５０°以上９０°以下の角度範囲に形成されることを特徴とする定着装置である。
【００１５】
また本発明の定着装置は、前記各支持ローラは、中空円筒形状の支持ローラ本体を有し、この支持ローラ本体の長手方向両端部の厚みが長手方向中間部の厚みよりも小さくなるように構成されることを特徴とする。
【００１６】
また本発明の定着装置は、前記各第２の発熱部は、発熱量が３０００Ｗ／ｍ以下であり、第２の発熱部の発熱量の総和が１７００Ｗ／ｍ以上であることを特徴とする。
【００１７】
また本発明の定着装置は、前記第１の発熱部および前記各第２の発熱部は、定着ローラ、加圧ローラおよび支持ローラが回転しているときに、無端ベルトの表面温度があらかじめ定める第１の設定温度に到達する前に、定着ローラの表面温度があらかじめ定める第２の設定温度に到達するように、発熱温度が制御されることを特徴とする。
【００１８】
また本発明の定着装置は、前記第１の発熱部および前記各第２の発熱部は、定着ローラ、加圧ローラおよび支持ローラの回転が停止しているときに、前記無端ベルトの表面温度が、定着ローラの表面温度と同じ温度以上であって、定着ローラの表面温度よりも１０℃高い温度以下となるように発熱温度が制御されることを特徴とする。
【００１９】
また本発明の定着装置は、定着ローラ、加圧ローラおよび支持ローラの回転が停止しているときに、無端ベルトと定着ローラとが、接触するように構成されることを特徴とする。
また本発明は、前記定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、本発明の定着装置は、互いに圧接される、内部に第１の発熱部を有する定着ローラと加圧ローラとから構成される一対の定着手段と、定着ローラに加熱ニップ部を接触させて定着ローラの表面を加熱する無端ベルトと、無端ベルトが巻掛けられて張架され、内部に第２の発熱部を有する複数の支持ローラとを備える定着装置であって、前記無端ベルトの厚みは、０．０８ｍｍ以上０．１４ｍｍ以下である。このように、無端ベルトの厚みが、０．０８ｍｍ以上０．１４ｍｍ以下であることによって、無端ベルトの端部割れが生じることを防ぐことができ、さらに無端ベルトの回転不良が生じることを防ぐことができる。
【００２１】
また、加熱ニップ部は、前記定着ローラの中心軸線に関して５０°以上９０°以下の角度範囲に形成される。これによって、無端ベルトから定着ローラへの熱の移動量が好適になるように制御できるため、無端ベルトの表面温度があらかじめ定める第１の設定温度に到達する前に、定着ローラの表面温度があらかじめ定める第２の設定温度に到達するようにすることができる。したがって、定着ローラがあらかじめ定める第２の設定温度に到達するまでの時間、たとえばウォームアップ時間を短縮することができる。
【００２２】
したがって、本発明の定着装置は、ウォームアップ時間を短縮でき、さらに定着ローラの表面温度を安定した状態で維持することができる。
【００２３】
また本発明によれば、前記各支持ローラは、中空円筒形状の支持ローラ本体を有し、この支持ローラ本体の長手方向両端部の厚みが長手方向中間部の厚みよりも小さくなるように構成されることが好ましい。
【００２４】
これによって、各第２の発熱部による加熱不足や両端に設けられる軸受け部への熱移動によって、各支持ローラの長手方向両端部の温度が低下してしまうことを防止でき、軸方向の温度を均一にすることができる。その結果、定着ローラの表面を均一に加熱することができるようになるので、ウォームアップ時などにおいて、定着ローラの長手方向両端部の表面温度の低下を防止することができ、これによって生じる記録紙の両端部における定着不良を無くすことができる。
【００２５】
また本発明によれば、前記各第２の発熱部は、発熱量が３０００Ｗ／ｍ以下であり、第２の発熱部の発熱量の総和が１７００Ｗ／ｍ以上であることが好ましい。これによって、ウォームアップに要する時間の短縮を実現するとともに、各第２の発熱部が高温になりすぎることを防ぐことができ、また支持ローラにおける温度勾配を小さくできるため、オーバーシュートの発生を抑制し、これに起因する不具合を抑制することができる。
【００２６】
また本発明によれば、本発明の定着装置は、前記第１の発熱部および前記各第２の発熱部は、定着ローラ、加圧ローラおよび支持ローラが回転しているときに、無端ベルトの表面温度があらかじめ定める第１の設定温度に到達する前に、定着ローラの表面温度があらかじめ定める第２の設定温度に到達するように、発熱温度が制御されることが好ましい。これによって、定着ローラの表面温度があらかじめ定める第２の設定温度に到達するまでの時間をより短縮することができる。
【００２７】
また本発明によれば、前記第１の発熱部および前記各第２の発熱部は、定着ローラ、加圧ローラおよび支持ローラの回転が停止しているときに、前記無端ベルトの表面温度が、定着ローラの表面温度と同じ温度以上であって、定着ローラの表面温度よりも１０℃高い温度以下となるように発熱温度が制御されることが好ましい。
【００２８】
これによって、定着ローラ、加圧ローラおよび支持ローラの回転が停止しているときに、無端ベルトにより定着ローラ表面に熱供給しつつ、定着ローラ表面に生じる温度差を小さくすることができるため、形成された画像に光沢ムラが生じることを防止できる。
【００２９】
また本発明によれば、定着ローラ、加圧ローラおよび支持ローラの回転が停止しているときに、無端ベルトと定着ローラとは、接触するように構成されることが好ましい。これによって、定着ローラ、加圧ローラおよび支持ローラの回転が停止しているときに、無端ベルトを定着ローラから離間しておくための離接機構を設ける必要が無くなるので、装置構成の簡略化および小型化が達成できる。
【００３０】
また本発明によれば、本発明の画像形成装置は、前記定着装置を備えることによって、定着性に優れた高品位な画像を安定して形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明は、互いに圧接される、内部に第１の発熱部を有する定着ローラと加圧ローラとから構成される一対の定着手段と、定着ローラに加熱ニップ部を接触させて定着ローラの表面を加熱する無端ベルトと、無端ベルトが巻掛けられて張架され、内部に第２の発熱部を有する複数の支持ローラとを備える定着装置において、前記無端ベルトの厚みは、０．０８ｍｍ以上０．１４ｍｍ以下である。このように、無端ベルトの厚みが、０．０８ｍｍ以上０．１４ｍｍ以下であることによって、無端ベルトの端部割れが生じることを防ぐことができ、さらに無端ベルトの回転不良が生じることを防ぐことができる。
【００３２】
また、加熱ニップ部は、前記定着ローラの中心軸線に関して５０°以上９０°以下の角度範囲に形成される。これによって、無端ベルトから定着ローラへの熱の移動量が好適になるように制御できるため、無端ベルトの表面温度があらかじめ定める第１の設定温度に到達する前に、定着ローラの表面温度があらかじめ定める第２の設定温度に到達するようにすることができる。したがって、定着ローラがあらかじめ定める第２の設定温度に到達するまでの時間、たとえばウォームアップ時間を短縮することができる。
【００３３】
したがって、本発明の定着装置は、ウォームアップ時間を短縮でき、さらに定着ローラの表面温度を安定した状態で維持することができる。
【００３４】
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
［定着装置］
図１は、本発明の一実施形態である定着装置４０の構成を簡略化して示す断面図であり、図２は、本発明の一実施形態である定着装置４０の構成の一部を拡大して示す断面図である。本発明の一実施形態である定着装置４０は、未定着のトナー像Ｔが表面に形成された記録紙Ｐに対し、熱および圧力によりトナー像Ｔを熱溶融着して記録紙Ｐ上に定着させるものである。未定着のトナー像Ｔは、たとえば、非磁性トナーを含んで構成される非磁性一成分現像剤、非磁性トナーおよびキャリアを含んで構成される非磁性二成分現像剤、磁性トナーを含んで構成される磁性現像剤などの現像剤中の各トナー（以下、単に「トナー」と記す場合がある）によって形成される。
【００３５】
定着装置４０は、図１に示すように、一対の定着手段である定着ローラ６０および加圧ローラ７０と、外部加熱装置８０と、ウェブクリーニング装置９０とを備える。
【００３６】
一対の定着手段である定着ローラ６０および加圧ローラ７０は、互いに圧接して形成する圧接部である定着ニップ部Ｎ１に、未定着のトナー像Ｔを担持する記録紙Ｐを通過させ、熱および圧力によって記録紙Ｐにトナー像を定着させる。
【００３７】
定着ローラ６０は、図示しない支持手段によって回転自在に支持され、かつ図示しない駆動手段によって矢符Ｇの方向に所定の速度で回転するローラ状部材である。定着ローラ６０は、記録紙Ｐに担持される未定着のトナー像Ｔを構成するトナーを加熱溶融させて記録紙Ｐに定着させる。
【００３８】
本実施形態では、定着ローラ６０として、アルミニウム製であって厚み３ｍｍの中空円筒形状の芯金６１と、芯金６１の外周面を被覆するシリコーンゴム製であって厚み２ｍｍの弾性層６２と、弾性層６２の表面を被覆する厚み約３０μｍの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）製チューブからなる離型層６３とから構成される３層構造のものを使用する。このようにして構成される定着ローラ６０の表面硬度は６８度（アスカーＣ硬度）である。
【００３９】
芯金６１を構成する金属としては、上記のアルミニウムに限定されず熱伝導率の高い金属であればよく、たとえば、鉄、ステンレス鋼、銅などの金属あるいはこれらの合金などであってもよい。芯金６１の形状においても上記の中空円筒形状に限定されるものではなく、たとえば円柱状などの形状であってもよいけれども、芯金６１からの放熱量が少ない円筒形状であるほうがより好ましい。
【００４０】
弾性層６２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限定されるものではないが、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、上記のシリコーンゴム、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上記のシリコーンゴムが好ましい。
【００４１】
離型層６３を構成する材料としては、耐熱性および耐久性に優れ、トナーとの離型性に優れるものであれば特に限定されず、たとえば、上記のＰＦＡの他に、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、フッ素ゴムなどであってもよい。
【００４２】
また定着ローラ６０の表面硬度としては、アスカーＣ硬度で３０度以上８０度以下であることが好ましい。
【００４３】
芯金６１の内部には、定着ローラ６０の熱源であるヒータランプ６４が設けられる。ヒータランプ６４は、制御回路（図示せず）から通電されることによって発光して赤外線を放射する。これによって、定着ローラ６０の内周面が赤外線を吸収して加熱され、定着ローラ６０全体が加熱される。本実施形態では、Ａ４用紙を縦送りで画像形成処理を行う画像形成装置（複写機、複合機、プリンタなど）用として、ヒータランプ６４として定格電力５００Ｗのハロゲンランプを使用する。ヒータランプ６４は第１の発熱部に相当する。
【００４４】
本発明の定着装置４０において、ヒータランプ６４は、記録紙Ｐに奪われる熱量を補給するため、すなわち定着ローラ６０の表面温度の維持のためには用いられず、定着ローラ６０の表面から内部に向かって熱移動が起きないように、定着ローラ６０の内部の温度を高く維持することに主に用いられる。これにより、外部加熱装置８０から定着ローラ６０表面に供給される熱量が定着ローラ６０の内部に奪われることなく、外部加熱装置８０からの定着ローラ６０表面への熱供給を効率的に行うことができる。
【００４５】
また、ヒータランプ６４は、加圧ローラ７０に奪われる熱量と、ウェブクリーニング装置９０に奪われる熱量と、空間への放熱量とに相当する熱量を補給するためにも使用される。ヒータランプ６４により補給される上記の熱量は、外部加熱装置８０により補給される記録紙Ｐに奪われる熱量と比較して小さいため、記録紙Ｐに奪われる熱量を補給する場合と比較して、ヒータランプ６４の設定温度をより低くすることができる。そのため、通紙終了時やジャム発生時などに起こるオーバーシュートにより定着ローラ６０の表面温度が３００℃を超えて、定着ローラ６０の弾性層６２が熱劣化することを防ぐことができ、定着ローラ６０の耐久性を向上させることができる。
【００４６】
上述したオーバーシュートとは、通紙終了時やジャム発生時などに各部材の動作が停止した際に、後述する支持ローラ８２ａ，８２ｂなどの熱が、後述する無端ベルト８１を伝わって定着ローラ６０表面の温度を上昇させ、これにより、停止状態の支持ローラ８２ａ，８２ｂと無端ベルト８１と定着ローラ６０とが接した部分の温度が一時的に２４０℃以上に上昇してしまう現象のことである。停止中のヒータランプ６４のガラス管などからの輻射熱の影響もあるため、オーバーシュートにより上昇した温度はすぐには低下しない。このようなオーバーシュートにより定着ローラ６０の表面温度が３００℃を超えると、定着ローラ６０の表面にある弾性層６２が熱劣化して損傷してしまうおそれがある。
【００４７】
加圧ローラ７０は、定着ローラ６０の鉛直方向下方に図示しない支持手段によって回転自在に支持され、定着ローラ６０の回転に従動回転して矢符Ｈの方向に回転するローラ状部材である。加圧ローラ７０は、定着ローラ６０による未定着のトナー像Ｔの記録紙Ｐへの加熱定着に際し、溶融状態にあるトナーを記録紙Ｐに対して押圧することによって、トナー像Ｔの記録紙Ｐへの定着を促進する。
【００４８】
本実施形態では、加圧ローラ７０として、アルミニウム製であって厚み３ｍｍの中空円筒形状の芯金７１と、芯金７１の外周面を被覆するシリコーンゴム製であって厚み２ｍｍの弾性層７２と、弾性層７２の表面を被覆する厚み約３０μｍの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）製チューブからなる離型層７３とから構成される３層構造のものを使用する。このようにして構成される加圧ローラ７０の表面硬度は７５度（アスカーＣ硬度）である。
【００４９】
芯金７１、弾性層７２および離型層７３を構成する金属または材料としては、それぞれ、定着ローラ６０の芯金６１、弾性層６２および離型層６３を構成する金属または材料と同じものを使用できる。また、芯金７１の形状も定着ローラ６０の芯金６１の形状と同様である。
【００５０】
また加圧ローラ７０の表面硬度としては、アスカーＣ硬度で４０度以上９０度以下であることが好ましい。
【００５１】
芯金７１の内部には、加圧ローラ７０の熱源であるヒータランプ７４が設けられる。ヒータランプ７４は、制御回路（図示せず）から通電されることによって発光して赤外線を放射する。これによって、加圧ローラ７０の内周面が赤外線を吸収して加熱され、加圧ローラ７０全体が加熱される。本実施形態では、ヒータランプ７４として定格電力４５０Ｗのハロゲンランプを使用する。
【００５２】
本実施形態において、定着ローラ６０および加圧ローラ７０は、それぞれの外径が４０ｍｍであり、図示しない弾性部材、たとえばバネにより所定の定着荷重、ここでは６００Ｎで互いに圧接される。これにより、定着ローラ６０の外周面と加圧ローラ７０の外周面との間に、定着ローラ６０と加圧ローラ７０とが互いに当接する部分である定着ニップ部Ｎ１が形成される。定着ニップ部Ｎ１における記録紙Ｐの搬送方向の幅である定着ニップ幅は、本実施形態では７．５ｍｍである。
【００５３】
定着ローラ６０の表面温度があらかじめ定める第２の設定温度、ここでは１８０℃に加熱された状態で、この定着ニップ部Ｎ１に、表面に未定着のトナー像Ｔが形成された記録紙Ｐを給紙して通過させることで、記録紙Ｐにトナー像Ｔが定着される。記録紙Ｐが定着ニップ部Ｎ１を通過するときには、定着ローラ６０は、記録紙Ｐのトナー像形成面に当接し、加圧ローラ７０は記録紙Ｐのトナー像形成面とは反対の面に当接する。
【００５４】
定着ローラ６０は、駆動モータ（図示せず）によって矢符Ｇの方向に回転駆動される。また加圧ローラ７０は、定着ローラ６０の回転に従動して矢符Ｈの方向に回転する。したがって、定着ローラ６０および加圧ローラ７０は、図１に示すように、互いに逆方向に回転し、これにより記録紙Ｐは定着ニップ部Ｎ１を通過する。
【００５５】
駆動モータによる制御のもとで定着ローラ６０が所定の回転速度で回転し、この回転速度に応じて所定の定着速度および複写速度で未定着のトナー像Ｔが形成された記録紙Ｐが定着ニップ部Ｎ１に搬送されて、熱と圧力により定着が行われる。ここで定着速度とは、いわゆるプロセス速度のことであり、本実施形態では２２０ｍｍ／ｓである。また複写速度とは、１分あたりのコピー枚数のことであり、本実施形態では４０枚／分である。
【００５６】
外部加熱装置８０は、定着ローラ６０に加熱ニップ部Ｎ２を接触させて定着ローラ６０の表面を加熱する無端ベルト８１と、無端ベルト８１が巻掛けられて張架され、内部にヒータランプ８３ａ，８３ｂを有する複数、本実施形態では２つの支持ローラ８２ａ，８２ｂとを備える。
【００５７】
無端ベルト８１は、支持ローラ８２ａ，８２ｂによって巻掛けられて回転可能に張架される。支持ローラ８２ａ，８２ｂは、定着ローラ６０および加圧ローラ７０の軸線と略平行な２つの軸線回りにそれぞれ回転可能に設けられる。支持ローラ８２ａ，８２ｂは、サイドフレーム（図示せず）に軸間距離が固定されるように平行に支持され、軸間距離のずれによる無端ベルト８１の蛇行を防止している。また支持ローラ８２ａ，８２ｂは、定着ローラ６０の軸線に対して定着ニップ部Ｎ１の反対側付近に、定着ローラ６０の外周面近傍であって、少なくとも無端ベルト８１が変位可能な間隔をあけるように、本実施形態では、それぞれの軸間距離が２２ｍｍとなるように配置される。
【００５８】
本実施形態では、無端ベルト８１として、カーボンブラックが分散されたポリイミドから構成される中空円筒形状の基材の外周面に、ＰＴＦＥとＰＦＡとが混合されたフッ素樹脂から構成される厚み１０μｍの離型層が形成された２層構造のものであって、内径が３０ｍｍのものを使用する。
【００５９】
基材を構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限定されるものではなく、たとえば、上記のポリイミドなどの耐熱性樹脂、またはステンレス鋼、ニッケル、鉄などの金属材料などが挙げられるが、耐久性および耐熱性に優れる点でポリイミドであることが好ましい。
【００６０】
無端ベルト８１の厚みは上述のように０．０８ｍｍ以上０．１４ｍｍ以下になるように構成される。これによって、無端ベルト８１の端部割れが生じることを防ぐことができ、さらに無端ベルト８１の回転不良が生じることを防ぐことができる。
【００６１】
無端ベルト８１の厚みが０．０８ｍｍ未満であると、無端ベルト８１の強度が不充分になるため無端ベルト８１の端部割れが生じやすくなる。また、０．１４ｍｍを超えると、無端ベルト８１の柔軟性が失われるため無端ベルト８１の回転不良が生じてしまう。回転不良はベルト温度が低いときに生じやすい。回転不良が生じると、無端ベルトから定着ローラに熱が伝わりにくくなり、定着ローラの昇温速度が遅くなったり、定着ローラの温度維持が困難になる。
【００６２】
離型層を構成する材料としては、耐熱性およびトナーとの離型性に優れるものであれば特に限定されるものではないが、たとえば、上記のＰＦＡやＰＴＦＥなどのフッ素樹脂から構成される合成樹脂材料などが挙げられる。
【００６３】
また、無端ベルト８１の寄り力、すなわち無端ベルト８１を回転方向に対して垂直な方向に移動させるように作用する力を低減するために、上記の無端ベルト８１の基材の内周面に、フッ素樹脂などによるコーティングが施されていてもよい。
【００６４】
また本実施形態では、支持ローラ８２ａ，８２ｂとして、アルミニウム製であって外径１６ｍｍ、厚み２ｍｍの中空円筒形状の芯金８２０ａ，８２０ｂから構成されたローラ状部材を使用する。芯金８２０ａ，８２０ｂは、支持ローラ本体に相当する。
【００６５】
支持ローラ８２ａ，８２ｂの芯金８２０ａ，８２０ｂを構成する材料としては、上記のアルミニウムに限定されるものではなく、たとえば、鉄系材料などであってもよい。
【００６６】
以下、芯金８２０ａ，８２０ｂの好ましい形状について説明する。図３は、支持ローラ８２ａ（８２ｂ）の芯金８２０ａ（８２０ｂ）の形状例を示す断面図であり、Ｗ１は加熱部分を示し、Ｗ２は通紙部を示し、Ｗ３は非通紙部を示す。
【００６７】
たとえば、ウォームアップ時などの非通紙時において、定着ローラ６０の表面温度を昇温したり維持したりする場合に、ヒータランプ６４の加熱不足や両端に設けられる軸受け部への熱移動によって、定着ローラ６０の長手方向両端部の表面温度が低下してしまうという問題がある。このような表面温度の低下は、ウォームアップの直後において特に顕著に見られる。定着ローラ６０の上記両端部の表面温度が低下した状態で画像形成を行うと、記録紙の両端部において定着不良が生じてしまうおそれがある。
【００６８】
上述のような定着ローラ６０の長手方向両端部の表面温度の低下に起因する問題を解決するために、支持ローラ８２ａ，８２ｂの芯金８２０ａ，８２０ｂの形状は、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、長手方向両端部Ｘ１の厚みが長手方向中間部Ｘ２の厚みよりも小さくなるように構成されることが好ましい。このように定着ローラ６０の長手方向両端部に対応する部分である芯金８２０ａ，８２０ｂの長手方向両端部Ｘ１の厚みを薄くすることによって、後述するヒータランプ８３ａ，８３ｂの加熱不足や両端に設けられる軸受け部への熱移動によって、支持ローラ８２ａ，８２ｂの両端部の温度が低下してしまうことを防止でき、軸方向の温度を均一にすることができる。その結果、定着ローラ６０の表面を均一に加熱することができるようになるので、ウォームアップ時などにおいて、定着ローラ６０の長手方向両端部の表面温度の低下を防止することができ、これによって生じる記録紙の両端部における定着不良を無くすことができる。
【００６９】
また芯金８２０ａ，８２０ｂの形状は、図３（ｃ）に示すように、長手方向両端部Ｘ１の厚みが長手方向中間部Ｘ２の厚みよりも小さくなるように構成されるとともに、さらに、非通紙部Ｗ３に相当する部分の厚みが長手方向中間部Ｘ２と同程度かそれ以上の大きさになるように構成されることが好ましい。これによって、通紙時において、記録紙に熱が奪われないために高温となりやすい非通紙部Ｗ３に相当する部分が高温になりすぎることを防ぐことができ、定着ローラ６０の表面温度を均一に保つことができる。
【００７０】
また、必要に応じて、たとえば無端ベルト８１の内周面と、支持ローラ８２ａ，８２ｂの外周面との間に生じる摩擦力を低減させて蛇行による寄り力を低減する場合などに、支持ローラ８２ａ，８２ｂを構成する芯金８２０ａ，８２０ｂの外周面に離型層を設けてもよい。この離型層を構成する材料としては、耐熱性、耐久性およびトナーとの離型性に優れているものであれば特に限定されるものではないが、たとえばＰＦＡやＰＴＦＥなどのフッ素樹脂などが使用される。
【００７１】
支持ローラ８２ａ，８２ｂの芯金８２０ａ，８２０ｂの内部には、無端ベルト８１を加熱するヒータランプ８３ａ，８３ｂがそれぞれ設けられる。ヒータランプ８３ａ，８３ｂは、制御回路（図示せず）から通電されることによって発光して赤外線を放射する。これによって、支持ローラ８２ａ，８２ｂの内周面が赤外線を吸収して加熱され、全体が加熱された支持ローラ８２ａ，８２ｂを介して無端ベルト８１が加熱され、無端ベルト８１は、定着ローラ６０表面を加熱する。ヒータランプ８３ａ，８３ｂは第２の発熱部に相当する。
【００７２】
このように部材間で熱を伝えるには、熱を伝えるほうの温度が高くなければならない。また、各部材の材料の熱抵抗によって、各部材の外側部分と内側部分とにも温度差が生じる。また、各部材は輻射熱や空気への熱伝達によっても、周囲に熱を奪われる。このような部材間での熱移動によって、各部材はある温度で一定の温度勾配が形成され、熱的につりあった状態となる。本実施形態では、プロセス速度を２２０ｍｍ／ｓｅｃとし、複写速度を、Ａ４縦送りの場合で４０枚／分とし、支持ローラ８２ａ，８２ｂを介して無端ベルト８１が２２０℃に加熱されるように支持ローラ８２ａ，８２ｂの温度を設定することで、定着ローラ６０の表面温度を良好な定着性が得られる１８０℃に維持することができる。
【００７３】
以下、支持ローラ８２ａ，８２ｂ内部に備えられるヒータランプ８３ａ，８３ｂの好ましい消費電力について説明する。
【００７４】
たとえばウォームアップ時において、無端ベルト８１の表面温度があらかじめ定める第１の設定温度に到達した瞬間にジャム発生などのトラブルによって各部材の動作が停止した場合、すぐに支持ローラ８２ａ，８２ｂ内部のヒータランプ８３ａ，８３ｂの電源を切ったとしても、無端ベルト８１の表面温度は前記設定温度よりも高い温度まで上昇して、オーバーシュートが発生してしまう。これは、電源が切られていても、ヒータランプ８３ａ，８３ｂのガラス管が高温のままであり、さらに支持ローラ８２ａ，８２ｂにおいて温度勾配を均一化しようとする作用が働くためである。このようにしてオーバーシュートが発生すると、支持ローラ８２ａ，８２ｂが高温になり、停止状態の支持ローラ８２ａ，８２ｂと無端ベルト８１と定着ローラ６０とが接した部分の温度が一時的に上昇する。そして、温度上昇部分の定着ローラ６０の表面温度が３００℃を超えると、定着ローラ６０の表面にある弾性層６２が熱劣化して損傷し、形成されるコピー画像にスジ状の光沢ムラが表れるおそれがある。
【００７５】
上述のようなオーバーシュートに起因する問題を解決するために、支持ローラ８２ａ，８２ｂ内部に備えられるヒータランプ８３ａ，８３ｂの発熱量が３０００Ｗ／ｍ以下であり、これらの発熱量の総和が１７００Ｗ／ｍ以上であることが好ましい。これはＡ４サイズ複写機用（ランプの発光幅は約２３０ｍｍ）のヒータランプ８３ａ，８３ｂの消費電力をそれぞれ、４００Ｗ以上７００Ｗ以下となるようにすることによって達成できる。
【００７６】
ヒータランプ８３ａ，８３ｂの発熱量を３０００Ｗ／ｍ以下とすることで、ヒータランプ８３ａ，８３ｂのガラス管が高温になりすぎることを防ぐことができ、支持ローラ８２ａ，８２ｂにおける温度勾配を小さくできるためオーバーシュートの発生を抑制し、これに起因する不具合を抑制することができる。
【００７７】
また、ウォームアップに要する時間を短縮するため、ウォームアップ時間を１２０ｓｅｃと定めた場合、ヒータランプ８３ａ，８３ｂの発熱量の総和を１７００Ｗ／ｍ以上とすることで、ウォームアップ時間１２０ｓｅｃ以下を達成することが可能となる。
【００７８】
２本のヒータランプを用いたときのウォームアップ時間およびオーバーシュートの発生について、各ヒータランプの消費電力、発熱量を変えて評価した結果を表１に示す。なお、Ａ３機（ランプ発光幅３２０ｍｍ）とＡ４機（ランプ発光幅２３０ｍｍ）についてそれぞれ評価した。表に示す消費電力は、ヒータランプ１本当たりの消費電力である。
【００７９】
【表１】
2009223291.tif 000003
【００８０】
ウォームアップ時間が目標時間（１２０ｓｅｃ）を達成し、オーバーシュートを防止することができるヒータランプ８３ａ，８３ｂとしては、発熱量が３０００Ｗ／ｍ以下であり、Ａ３機では定格電力が９６０Ｗ以下のものが挙げられ、Ａ４機では定格電力が７００Ｗ以下のものが挙げられる。
【００８１】
無端ベルト８１は、定着ローラ６０の回転方向に対して定着ニップ部Ｎ１の上流側に設けられ、所定の押圧荷重、ここでは４０Ｎで定着ローラ６０の外周面に圧接されるように構成される。これにより、無端ベルト８１の外周面と定着ローラ６０の外周面との間に、無端ベルト８１と定着ローラ６０とが互いに接触する部分である加熱ニップ部Ｎ２が形成される。
【００８２】
また無端ベルト８１は、定着ローラ６０の回転時には、定着ローラ６０に従動して回転するように構成され、この無端ベルト８１の回転に従動して、支持ローラ８２ａ，８２ｂも回転するように構成される。無端ベルト８１は、支持ローラ８２ａ，８２ｂにより所定の温度、ここでは２２０℃に加熱され、無端ベルト８１を介して定着ローラ６０の表面が加熱される。
【００８３】
以下に、加熱ニップ部Ｎ２における定着ローラ６０の回転方向の幅である加熱ニップ幅の好ましい条件について説明する。
【００８４】
たとえばウォームアップ時などに、無端ベルト８１および定着ローラ６０を昇温する場合には、無端ベルト８１があらかじめ定める第１の設定温度、たとえば２２０℃に到達する前までは定着ローラ６０の昇温速度は速く、無端ベルト８１が前記設定温度に到達した後からは定着ローラ６０の昇温速度は緩やかになる。したがって、定着ローラ６０があらかじめ定める第２の設定温度、たとえば１８０℃に到達するまでの時間を短縮するためには、無端ベルト８１があらかじめ定める第１の設定温度に到達する前に定着ローラ６０があらかじめ定める第２の設定温度に到達するようにする必要がある。これは、たとえば、無端ベルト８１から定着ローラ６０への熱の移動量を制御することで実現できる。
【００８５】
無端ベルト８１から定着ローラ６０への熱の移動量は、加熱ニップ幅に依存し、加熱ニップ幅は、図２に示す、無端ベルト８１の巻き掛け角度θによって表すことができる。巻き掛け角度θは、定着ローラ６０の中心軸線に関する角度範囲で表すことができる。
【００８６】
無端ベルト８１が持つことができる熱量は、無端ベルト８１の熱容量と温度とに依存する。また、無端ベルト８１が定着ローラ６０に与えることのできる熱量は、無端ベルト８１と定着ローラ６０とが接する時間に依存する。すなわち、無端ベルト８１と定着ローラ６０とが接する時間が短い場合には、無端ベルト８１から定着ローラ６０への熱量の移動がしにくくなる。一方、無端ベルト８１と定着ローラ６０とが接する時間が長い場合には、接している時間内に無端ベルト８１から定着ローラ６０への熱量の移動が収束してしまい、無駄に接している時間が長くなってしまう。
【００８７】
本発明において、上記巻き掛け角度θは、５０°以上９０°以下になるように構成される。すなわち、加熱ニップ部Ｎ２の幅ｎ２は、定着ローラ６０の中心軸線に関して５０°以上９０°以下の角度範囲に形成される。これによって、無端ベルト８１から定着ローラ６０への熱の移動量が好適になるように制御できるため、無端ベルト８１があらかじめ定める第１の設定温度に到達する前に定着ローラ６０があらかじめ定める第２の設定温度に到達するようにすることができる。したがって、定着ローラ６０があらかじめ定める第２の設定温度に到達するまでの時間、たとえばウォームアップ時間を短縮することができる。
【００８８】
巻き掛け角度θが５０°未満であると、無端ベルト８１から定着ローラ６０への熱量の移動がしにくくなるために、定着ローラ６０があらかじめ定める第２の設定温度に到達するまでの時間、たとえばウォームアップ時間が長くなってしまう。また、巻き掛け角度θが９０°を超えると、無端ベルト８１と定着ローラ６０とが接している時間が無駄に長くなり、効果的に熱量を移動させることができなくなる。また、巻き掛け角度θを確保するために無端ベルト８１の熱容量が大きくなるため、定着ローラ６０があらかじめ定める第２の設定温度に到達するまでの時間が長くなってしまう。
【００８９】
定着ローラ６０および加圧ローラ７０の外周面近傍には、定着ローラ６０および加圧ローラ７０の表面温度を検出するための温度センサであるサーミスタ６５および７５がそれぞれ設けられる。また、支持ローラ８２ａおよび支持ローラ８２ｂに張架される部分の無端ベルト８１の外周面表面近傍には、無端ベルト８１の表面温度を検出するための温度センサであるサーミスタ８４ａおよび８４ｂが、無端ベルト８１の外周面表面に接触するようにしてそれぞれ設けられる。
【００９０】
これらのサーミスタ６５，７５，８４ａおよび８４ｂは温度検知手段であり、検出した温度データを温度制御手段としての機能を有する制御回路（図示せず）に与える。制御回路は、上記温度データに基づいて、定着ローラ６０、加圧ローラ７０および無端ベルト８１の表面温度が所定の温度となるようヒータランプ６４，７４，８３ａおよび８３ｂへの通電を制御する。
【００９１】
ここで、図４を用いて、制御回路によるウォームアップ時の温度制御について説明する。図４は、ウォームアップ開始時からの経過時間と、無端ベルト８１および定着ローラ６０の表面温度との関係を示すグラフであり、Ａは無端ベルト８１の表面温度を示し、Ｂは定着ローラ６０の表面温度を示す。また、ｔ１はウォームアップ期間を示し、ｔ２は通紙開始後から定着ローラ６０の内部温度が上がりきるまでの期間を示す。
【００９２】
制御回路は、図４に示すように、ウォームアップ時において、無端ベルト８１の表面温度Ａがあらかじめ定める第１の設定温度であるＴ１（たとえば２２０℃）に到達する前に、定着ローラ６０の表面温度Ｂがあらかじめ定める第２の設定温度であるＴ２（たとえば１８０℃）に到達するように、ヒータランプ６４，８３ａおよび８３ｂへの通電を制御することでヒータランプ６４，８３ａおよび８３ｂの発熱温度を制御する。
【００９３】
このように、ヒータランプ６４，８３ａおよび８３ｂは、ウォームアップ時などのように、定着ローラ６０、加圧ローラ７０および支持ローラ８２ａ，８２ｂが回転しているときに、無端ベルト８１の表面温度があらかじめ定める第１の設定温度Ｔ１に到達する前に、定着ローラ６０の表面温度があらかじめ定める第２の設定温度Ｔ２に到達するように、発熱温度が制御されることが好ましい。これによって、定着ローラ６０の表面温度があらかじめ定める第２の設定温度Ｔ２に到達するまでの時間、たとえばウォームアップ時間をより短縮することができる。
【００９４】
無端ベルト８１および定着ローラ６０のあらかじめ定める第１および第２の設定温度Ｔ１，Ｔ２としては、上述の温度に限定されるものではなく、無端ベルト８１の表面温度Ａがあらかじめ定める第１の設定温度Ｔ１に到達する前に、定着ローラ６０の表面温度Ｂがあらかじめ定める第２の設定温度Ｔ２に到達するように設定されればよい。また、第１の設定温度Ｔ１としては、オーバーシュートの問題から２３０℃以下であることが好ましく、第２の設定温度Ｔ２としては、定着可能温度である必要がある。なお、定着ローラ６０においては、表面温度Ｂがあらかじめ定める第２の設定温度Ｔ２に到達した後においても、定着性を維持するために表面温度Ｂを一定に維持する必要があり、これは、プロセス速度や定着ニップ部Ｎ１の幅などを調整することによって実現できる。
【００９５】
以下、図５を用いて、制御回路によるレディ動作時の温度制御について説明する。ここで、レディ動作とは、各ローラ部材の設定温度を維持しながら、動作が停止しているときの状態を示し、図５のグラフ中では期間ｔ３で表される。外部ベルト加熱定着方式の定着装置４０では、無端ベルト８１からの熱供給に対する定着ローラ６０の表面温度変化の応答が速い。すなわち、無端ベルト８１の表面温度が上昇すると定着ローラ６０の表面温度が上昇し、無端ベルト８１の温度が下降すると定着ローラ６０の表面温度が下降する。そのため、支持ローラ８２ａ，８２ｂ内部に備えられるヒータランプ８３ａ，８３ｂの電源が切られると、定着ローラ６０の表面温度が低下する。
【００９６】
また、図４のｔ２に示したように、定着ローラ６０の表面温度は、定着ニップ部Ｎ１を通過した記録紙に熱が奪われるため昇温速度が遅くなる。このとき、ヒータランプ８３ａ，８３ｂの電源が切られると、定着ローラ６０の表面温度が低下して、定着不良が生じるおそれがある。
【００９７】
上述のような問題を解決するために、レディ動作時における無端ベルト８１の表面温度Ｔ３、特には支持ローラ８２ａ，８２ｂに巻き掛けられている部分の温度が、通紙時における設定温度Ｔ１よりも低い温度になるように設定温度Ｔ３を制御することが好ましい。これにより、通紙開始後、少なくとも定着ローラ６０の内部温度が上がりきるまでの期間は、無端ベルト８１は、レディ動作時の設定温度Ｔ３から通紙時における設定温度Ｔ１を目指して昇温するので、ヒータランプ８３ａ，８３ｂは必ず点灯するようになる。したがって、定着不良の発生を防止することができる。
【００９８】
また、レディ動作時において、支持ローラ８２ａ，８２ｂと定着ローラ６０とが無端ベルト８１を介して接触している場合には、支持ローラ８２ａ，８２ｂと接触している部分の定着ローラ６０の表面温度が他の部分より高くなる。そのため、形成された画像に光沢ムラが生じてしまうおそれがある。
【００９９】
上述のような問題を解決するためには、レディ動作時における無端ベルト８１の表面温度、特には支持ローラ８２ａ，８２に巻き掛けられている部分の温度が、定着ローラ６０の表面温度と同じ温度以上であって、定着ローラ６０の表面温度よりも１０℃高い温度以下となるように制御されることが好ましい。
【０１００】
このように、ヒータランプ６４，８３は、レディ動作時などのように、定着ローラ６０、加圧ローラ７０および支持ローラ８２ａ，８２の回転が停止しているときに、無端ベルト８１の表面温度が、定着ローラ６０の表面温度と同じ温度以上であって、定着ローラ６０の表面温度よりも１０℃高い温度以下となるように発熱温度が制御されることが好ましい。
【０１０１】
これによって、定着ローラ６０、加圧ローラ７０および支持ローラ８２ａ，８２の回転が停止しているとき、たとえばレディ動作時に、無端ベルト８１により定着ローラ６０表面に熱供給しつつ、定着ローラ６０表面に生じる温度差を小さくすることができるため、形成された画像に光沢ムラが生じることを防止できる。
【０１０２】
また、上述のような制御が行われるときには、無端ベルト８１と定着ローラ６０とは、接触するように構成されることが好ましい。これによって、定着ローラ６０、加圧ローラ７０および支持ローラ８２ａ，８２ｂの回転が停止しているときに、無端ベルト８１を定着ローラ６０から離間しておくための離接機構を設ける必要が無くなるので、装置構成の簡略化および小型化が達成できる。
【０１０３】
ウェブクリーニング装置９０は、クリーニングウェブと、送出ローラと、圧接ローラと、巻取りローラとを含む。クリーニングウェブは定着ローラ６０表面に圧接してオフセットトナーを除去する。送出ローラはクリーニングウェブを送り出す。圧接ローラはクリーニングウェブを定着ローラ６０表面に圧接する。巻取りローラは駆動手段（図示せず）からの駆動力を受けて回転駆動してクリーニングウェブを巻き取る。ウェブクリーニング装置９０によれば、巻取りローラを回転駆動させることによって、送出ローラからウェブを送り出し、定着ローラ６０表面に当接させてオフセットトナーを除去した後、定着ローラ６０から離反させる。
【０１０４】
このように、本発明の定着装置４０は、互いに圧接される、内部にヒータランプ６４を有する定着ローラ６０と加圧ローラ７０とから構成される一対の定着手段と、定着ローラ６０に加熱ニップ部Ｎ２を接触させて定着ローラ６０の表面を加熱する無端ベルト８１と、無端ベルト８１が巻掛けられて張架され、内部にヒータランプ８３ａ，８３ｂを有する支持ローラ８２ａ，８２ｂとを備える定着装置であって、無端ベルト８１の厚みは、０．０８ｍｍ以上０．１４ｍｍ以下であり、加熱ニップ部Ｎ２は、定着ローラ６０の中心軸線に関して５０°以上９０°以下の角度範囲に形成される。
【０１０５】
これにより、ウォームアップ時間を短縮でき、さらに定着ローラ６０の表面温度を安定した状態で維持することができる。
【０１０６】
なお、本実施形態では、記録材として記録紙Ｐを用いたがこれに限定されるものではなく、定着ローラ６０と加圧ローラ７０との定着ニップ部Ｎ１に搬送可能な記録材であればよい。
【０１０７】
また本実施形態では、２本の支持ローラ８２ａ，８２ｂを用いて無端ベルト８１を張架する構成であったが、特にこれに限定されるものではなく、たとえば、より加熱ニップ部Ｎ２の幅を大きく設定したい場合などに、上記の２本の支持ローラ８２ａ，８２ｂとは別にテンションローラを設けて、３本以上の支持ローラを用いて無端ベルト８１を張架する構成であってもよい。
【０１０８】
［画像形成装置］
図６は、本発明の定着装置４０を備える画像形成装置１の構成の一例を示す概略図である。
【０１０９】
画像形成装置１は、たとえば乾式電子写真方式のカラー画像形成装置であり、たとえばネットワークを介して接続される各端末装置から送信される画像データまたはスキャナによって読取られた画像データに基づいて、所定の記録紙Ｐに対してカラーまたはモノクロの画像を形成する。
【０１１０】
画像形成装置１は、４つの可視像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｂ（以下、総称して「可視像形成ユニット１０」と記すことがある）、供給トレイ２０、記録材搬送手段３０および定着装置４０を備える。
【０１１１】
画像形成装置１には、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色に対応して、４つの可視像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｂが並設されている。可視像形成ユニット１０Ｙは、イエロー（Ｙ）のトナーを用いて画像形成を行い、可視像形成ユニット１０Ｍは、マゼンダ（Ｍ）のトナーを用いて画像形成を行い、可視像形成ユニット１０Ｃは、シアン（Ｃ）のトナーを用いて画像形成を行い、可視像形成ユニット１０Ｂは、ブラック（Ｋ）のトナーを用いて画像形成を行う。具体的な配置としては、記録紙Ｐの供給トレイ２０と定着装置４０とを繋ぐ記録紙Ｐの搬送路に沿って４組の可視像形成ユニット１０を配設した、いわゆるタンデム式である。
【０１１２】
可視像形成ユニット１０は、扱うトナーの色が異なるだけで、それぞれ実質的に同一の構成を有し、それぞれに、感光体ドラム１１の周囲に帯電ローラ１２、レーザ光照射手段１３、現像器１４、転写ローラ１５およびクリーナユニット１６が設けられている。なお、可視像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｂの現像器１４には、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のトナーがそれぞれ収容されている。
【０１１３】
感光体ドラム１１は、形成されるトナー像を担持する。帯電ローラ１２は、感光体ドラム１１の表面を所定の電位に均一に帯電させる。レーザ光照射手段１３は、画像形成装置１に入力された画像データに応じて、帯電ローラ１２によって帯電された感光体ドラム１１の表面を露光して、該感光体ドラム１１の表面に静電潜像を形成する。現像器１４は、感光体ドラム１１の表面に形成された静電潜像を、各色のトナーによって顕像化する。転写ローラ１５は、トナーとは逆極性のバイアス電圧が印加されており、後述する記録材搬送手段３０によって搬送された記録紙Ｐに、形成されたトナー像を転写させる。クリーナユニット１６は、現像器１４での現像処理および感光体ドラム１１に形成されたトナー像の転写後に、感光体ドラム１１の表面に残留したトナーを、除去回収する。以上のような、記録紙Ｐに対するトナー像の転写は、４色について４回繰り返される。
【０１１４】
可視像形成ユニット１０は、以下のようにしてトナー像を記録紙Ｐ上に形成する。すなわち、感光体ドラム１１表面を帯電ローラ１２で均一に帯電した後、入力された画像データに応じてレーザ光照射手段１３により感光体ドラム１１表面を露光して静電潜像を形成する。その後、現像器１４により感光体ドラム１１表面の静電潜像を現像してトナー像を顕像化し、顕像化されたトナー像をトナーとは逆極性のバイアス電圧が印加された転写ローラ１５によって、供給トレイ２０から記録材搬送手段３０により搬送される記録紙Ｐに各色のトナー像を順次多重転写する。
【０１１５】
供給トレイ２０は、複数の記録紙Ｐを載置可能であり、供給トレイ２０に載置された複数の記録紙Ｐを１枚ずつ分離して、最も供給トレイ２０側の可視像形成ユニット１０Ｙに供給する。
【０１１６】
記録材搬送手段３０は、駆動ローラ３１、アイドリングローラ３２および搬送ベルト３３を備え、記録紙Ｐに可視像形成ユニット１０で形成されたトナー像が転写されるように、供給トレイ２０から供給される記録紙Ｐを搬送する。駆動ローラ３１およびアイドリングローラ３２は、無端状の搬送ベルト３３を架張する。駆動ローラ３１は、駆動手段（図示せず）によって制御されて回転することによって、搬送ベルト３３を所定の周速度、たとえば２２０ｍｍ／ｓｅｃで搬送路に沿って回転させる。搬送ベルト３３は、外側表面に静電気を発生させており、記録紙Ｐを静電吸着させながら搬送する。
【０１１７】
記録紙Ｐは、このようにして、搬送ベルト３３に搬送路に沿って搬送されながら、その表面にトナー像が転写されたあと、駆動ローラ３１の曲率により搬送ベルト３３から剥離され、定着装置４０に搬送される。定着装置４０は、記録紙Ｐに適度な熱と圧力とを与えて、トナーを溶融して記録紙Ｐ表面にトナー像を定着することで、フルカラー画像を形成する。
【０１１８】
このように、本発明の画像形成装置１は、本発明の定着装置４０を備えることにより、定着性に優れた高品位な画像を安定して形成することができる。
【実施例】
【０１１９】
以下に本発明を実施例および比較例を用いて具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り特に本実施例に限定されるものではない。
【０１２０】
（実施例１）
実施例１の定着装置は、図１に示す定着装置４０と同じ構成であり、以下に実施例１の定着装置の各構成部材の仕様について述べる。
【０１２１】
定着ローラ６０には、厚み３ｍｍのアルミニウム製の中空円筒形状の芯金６１の外周面の表面に、厚み２ｍｍのシリコーンゴム製の弾性層６２が形成され、さらにその上に厚み３０μｍのＰＦＡ製チューブからなる離型層６３が形成された外径４０ｍｍのものを使用した。
【０１２２】
加圧ローラ７０には、厚み３ｍｍのアルミニウム製の中空円筒形状の芯金７１の外周面の表面に、厚み２ｍｍのシリコーンゴム製の弾性層７２が形成され、さらにその上に厚み３０μｍのＰＦＡ製チューブからなる離型層７３が形成された外径４０ｍｍのものを使用した。
【０１２３】
無端ベルト８１には、内径３０ｍｍのカーボンブラックが分散されたポリイミドから構成される中空円筒形状の基材の外周面の表面に、ＰＴＦＥとＰＦＡとが混合されたフッ素樹脂から構成される厚み１０μｍの離型層が形成された全体の厚みが０．０８ｍｍのものを使用した。
【０１２４】
支持ローラ８２ａ，８２ｂには、ともに外径１６ｍｍ、厚み２ｍｍであるアルミニウム製の中空円筒形状の芯金８２０ａ，８２０ｂから構成されたローラ状部材を使用した。支持ローラ８２ａ，８２ｂは、その軸間距離が２２ｍｍとなるように設置した。このとき、巻き掛け角度θは６０度であり、加熱ニップ部Ｎ２の幅は２０ｍｍであった。
【０１２５】
ヒータランプ６４，８３ａ，８３ｂには定格電力５００Ｗのハロゲンランプを使用し、ヒータランプ７４には定格電力４５０Ｗのハロゲンランプを使用した。
【０１２６】
なお、定着ニップ部Ｎ１における定着荷重および加熱ニップ部Ｎ２における押圧荷重はそれぞれ６００Ｎ、４０Ｎとなるように設定し、定着ニップ部Ｎ１における定着ニップ幅は７．５ｍｍとなるように設定した。
【０１２７】
（実施例２）
実施例２の定着装置には、無端ベルト８１の全体の厚みが０．１０ｍｍである以外は実施例１の定着装置と同構成のものを使用した。
【０１２８】
（実施例３）
実施例３の定着装置には、無端ベルト８１の全体の厚みが０．１４ｍｍである以外は実施例１の定着装置と同構成のものを使用した。
【０１２９】
（比較例１）
比較例１の定着装置には、無端ベルト８１の全体の厚みが０．０４ｍｍである以外は実施例１の定着装置と同構成のものを使用した。
【０１３０】
（比較例２）
比較例２の定着装置には、無端ベルト８１の全体の厚みが０．０６ｍｍである以外は実施例１の定着装置と同じ構成のものを使用した。
【０１３１】
（比較例３）
比較例３の定着装置には、無端ベルト８１の全体の厚みが０．１５ｍｍである以外は実施例１の定着装置と同じ構成のものを使用した。
【０１３２】
（比較例４）
比較例４の定着装置には、無端ベルト８１の全体の厚みが０．１６ｍｍである以外は実施例１の定着装置と同じ構成のものを使用した。
【０１３３】
〔実験例１〕
実施例１〜３および比較例１〜４の定着装置をそれぞれ含むＡ４機である画像形成装置１を用いて、端部割れおよび回転不良について、下記の方法によって評価した。各評価結果および総合評価を表２に示す。
【０１３４】
［端部割れ］
Ａ４サイズの記録紙を複写速度４０枚／分で１０万枚通紙した後に、無端ベルト８１の端部において割れが生じたか否かを目視によって判断した。なお、本実施例において、無端ベルト８１の端部とは、無端ベルト８１が、無端ベルト８１の両端に設けられる寄り止め部材と接触する部分のことである。
○：端部割れなし
×：端部割れあり
【０１３５】
［回転不良］
回転不良は、ベルトの回転の様子を目視で観察することで確認した。
○：回転不良なし。
△：無端ベルト８１の表面温度が１００℃以上である場合に回転不良なし。
×：回転不良発生。
【０１３６】
【表２】
2009223291.tif 000004
【０１３７】
表１に示すように、実施例１〜３の定着装置は、無端ベルト８１の厚みが０．０８ｍｍ以上０．１４ｍｍ以下であったために、端部割れも回転不良も見られない優れた定着装置であった。
【０１３８】
一方、比較例１，２の定着装置は、無端ベルト８１の厚みが０．０８ｍｍ未満であったために、回転不良は見られなかったものの、端部割れが生じてしまい、実使用不可能な定着装置であった。
【０１３９】
比較例３，４の定着装置は、無端ベルト８１の厚みが０．１４ｍｍを超えたために、端部割れは生じなかったものの、回転不良が発生し、実使用不可能な定着装置であった。
【０１４０】
〔実験例２〕
実施例１の定着装置について、巻き掛け角度θを３０°から１１０°まで変化させたときのウォームアップ時間の変化を下記の方法によって測定した。
【０１４１】
［ウォームアップ時間］
定着ローラ６０を最初から回転させた状態でウォームアップを行い、定着ローラ６０が１８０℃に到達するまでの時間を測定した。
【０１４２】
なお、無端ベルト８１の表面温度が２２０℃、定着ローラ６０の表面温度が１８０℃となるように温度制御を行い、定着ローラ６０を２２０ｍｍ／ｓｅｃの速度で回転するように設定した。
【０１４３】
図７に示すグラフに、上述の測定によって得られた巻き掛け角度θとウォームアップ時間との関係を示す。
【０１４４】
図７に示すように、巻き掛け角度θが５０°以上９０°以下である場合には、ウォームアップ時間を効果的に短縮することができた。
【０１４５】
一方、巻き掛け角度θが５０°未満である場合には、無端ベルト８１から定着ローラ６０への熱量の移動がしにくくなるために、ウォームアップ時間が長くなった。
【０１４６】
また、巻き掛け角度θが９０°を超える場合には、巻き掛け角度θが５０°以上９０°以下である場合と比較して、若干ウォームアップ時間が長くなった。
【図面の簡単な説明】
【０１４７】
【図１】本発明の一実施形態である定着装置の構成を簡略化して示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態である定着装置の構成の一部を拡大して示す断面図である。
【図３】支持ローラの芯金の形状例を示す断面図である。
【図４】ウォームアップ開始時からの経過時間と、無端ベルトおよび定着ローラの表面温度との関係を示すグラフである。
【図５】レディ動作時からの経過時間と、無端ベルトおよび定着ローラの表面温度との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の定着装置を備える画像形成装置の構成の一例を示す概略図である。
【図７】巻き掛け角度θとウォームアップ時間との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１４８】
１  画像形成装置
１０  可視像形成ユニット
１１  感光体ドラム
１２  帯電ローラ
１３  レーザ光照射手段（ＬＳＵ）
１４  現像器
１５  転写ローラ
１６  クリーナユニット
２０  供給トレイ
３０  記録材搬送手段
３１  駆動ローラ
３２  アイドリングローラ
３３  搬送ベルト
４０  定着装置
６０  定着ローラ
６１，７１  芯金
６２，７２  弾性層
６３，７３  離型層
６４，７４，８３  ヒータランプ
６５，７５，８４  サーミスタ
７０  加圧ローラ
８０  外部加熱装置
８１  無端ベルト
８２  支持ローラ
９０  ウェブクリーニング装置
【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】
2009223291.tif 000010
【図７】
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