(57)【要約】【課題】簡易な構成で、定着ベルトが過剰に高温になることを抑制できる定着装置、及びこの定着装置を備える画像形成装置を提供する。【解決手段】定着装置２０は、定着ローラ２１、無端状の定着ベルト２３、加圧ローラ２２、電熱線３１、第１基材層３４及び第２基材層３３を備える。加圧ローラ２２は、定着ベルト２３の一部を厚さ方向に挟んで定着ローラ２１に圧接し、定着ベルト２３との間で用紙９０を搬送する。第１基材層３４及び第２基材層３３を含む熱変形部は、周面形状を呈し、定着ローラ２１とともに定着ベルト２３を外周面で張架し、電熱線３１で発生した熱を定着ベルト２３へ伝熱する。熱変形部は、各部が温度上昇に応じて定着ベルト２３から離間する方向へ熱変形する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着ローラと、
前記定着ローラの周囲の一部を含む経路を循環移動する無端状の定着ベルトと、
前記定着ベルトの一部を厚さ方向に挟んで前記定着ローラに圧接し、前記定着ベルトとの間で記録媒体を搬送する加圧ローラと、
前記定着ベルトを加熱するための熱を発生する発熱部と、
周面形状を呈し、前記定着ローラとともに前記定着ベルトを外周面で張架し、前記発熱部で発生した熱を前記定着ベルトへ伝熱する熱変形部であって、各部が温度上昇に応じて前記定着ベルトから離間する方向へ熱変形する熱変形部と、を備える定着装置。
【請求項２】
前記熱変形部の各部は、前記定着ベルトの温度上昇に応じて前記外周面の曲率半径が小さくなる方向へ熱変形する請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記熱変形部は、第１基材層と、前記第１基材層の内周面側に積層され、前記第１基材層より線膨張係数が小さい第２基材層と、を有する請求項１又は２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記発熱部は、前記熱変形部の内周面に電気絶縁層を挟んで接合される請求項１から３のいずれかに記載の定着装置。
【請求項５】
前記定着ベルトの移動方向に直交する第１方向における前記熱変形部の寸法は、前記第１方向における前記定着ベルトの寸法より大きい請求項１から４のいずれかに記載の定着装置。
【請求項６】
前記熱変形部は、前記定着ベルトの移動方向に沿って３個の区域に区分された場合の前記移動方向の一端部の区域又は両端部の区域が、前記移動方向に直交する方向に沿って複数の領域に分割され、前記複数の領域のそれぞれが温度上昇に応じて個別に熱変形するように構成される請求項１から５のいずれかに記載の定着装置。
【請求項７】
電子写真方式の画像形成装置であって、
請求項１から６のいずれかに記載の定着装置を備え、記録媒体に形成された未定着のトナー像を前記定着装置によって前記記録媒体に定着させる画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、定着ベルトを介して記録媒体を加熱する定着装置及びこの定着装置を備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の高速型の画像形成装置においても記録媒体を十分に加熱できる定着装置として、ベルト定着方式の定着装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。ベルト定着方式の定着装置では、発熱体と定着ローラとに定着ベルトが張架される。定着ベルトは、発熱体から熱を供給される。記録媒体は、定着ベルトと、定着ベルトを挟んで定着ローラに圧接する加圧ローラとの間を搬送される。
【０００３】
定着ベルトは、各種サイズの記録媒体に対応できるように、記録媒体の搬送方向に直交する幅方向の寸法が最大サイズの記録媒体に合わせて設定される。
【特許文献１】特開２００２−３３３７８８公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の定着装置では、小サイズの記録媒体が搬送された場合、定着ベルトのうち記録媒体との接触部分は、記録媒体によって熱を持ち出されるので低温になり、定着ベルトのうち記録媒体との非接触部分は、熱を供給されるが記録媒体による熱の持ち出しがないので、過剰に高温になる虞がある。
【０００５】
定着ベルトが過剰に高温になることを抑制するために、複数の温度センサや安全センサ（サーモスタット）を備え、定着ベルト上の複数点の温度を把握して発熱部の発熱状態を制御することが考えられる。しかし、このような制御を行うためには、多数のセンサや複雑な制御が必要で、構成が複雑になるという問題がある。
【０００６】
この発明の目的は、簡易な構成で、定着ベルトが過剰に高温になることを抑制できる定着装置、及びこの定着装置を備える画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の定着装置は、定着ローラ、無端状の定着ベルト、加圧ローラ、発熱部、及び熱変形部を備える。定着ベルトは、定着ローラの周囲の一部を含む経路を循環移動する。加圧ローラは、定着ベルトの一部を厚さ方向に挟んで定着ローラに圧接し、定着ベルトとの間で記録媒体を搬送する。発熱部は、定着ベルトを加熱するための熱を発生する。熱変形部は、周面形状を呈し、定着ローラとともに定着ベルトを外周面で張架し、発熱部で発生した熱を定着ベルトへ伝熱する熱変形部であって、各部が温度上昇に応じて定着ベルトから離間する方向へ熱変形する。
【０００８】
この構成では、熱変形部のうち定着ベルトが記録媒体と接触する接触部分は、定着ベルトが記録媒体によって熱を持ち出されるので比較的に低温になり、熱変形部のうち定着ベルトが記録媒体と接触しない非接触部分は、定着ベルトが熱変形部を介して発熱部から熱を供給されるが記録媒体による熱の持ち出しがないので高温になる。熱変形部のうち非接触部分が高温になると、非接触部分は他の部分に対して定着ベルトから離間する方向へ熱変形するので、非接触部分では熱変形部から定着ベルトへの熱の供給が抑制される。定着ベルトの温度の低下に応じて、熱変形部の非接触部分は、熱変形前の形状に戻り、発熱部で発生した熱を定着ベルトへ供給するようになる。
【０００９】
上述の構成において、熱変形部の各部は、定着ベルトの温度上昇に応じて外周面の曲率半径が小さくなる方向へ熱変形するものであってもよい。熱変形部のうち高温部分は他の部分に対して定着ベルトから離間する方向へ熱変形するので、熱変形した部分では、定着ベルトへの熱の供給が抑制される。したがって、定着ベルトが過剰に高温になることが抑制される。
【００１０】
また、熱変形部は、第１基材層と、第１基材層の内周面側に積層され、第１基材層より線膨張係数が小さい第２基材層と、を有する構成であってもよい。内周面側に積層された第２基材層の方が外周面側に積層された第１基材層より線膨張係数が小さいので、温度上昇時に、第２基材層より第１基材層の方が大きく熱膨張する。このため、熱変形部のうち温度上昇した部分は、曲率半径が小さくなる方向へ熱変形し、定着ベルトへの熱の供給が抑制される。したがって、定着ベルトが過剰に高温になることが抑制される。
【００１１】
さらに、発熱部は、熱変形部の内周面に電気絶縁層を挟んで接合されていてもよい。これによって、発熱部が発生した熱が熱変形部を介して定着ベルトへ効率よく伝達される。また、発熱部が電熱線で構成されている場合でも、定着ベルトに発熱部が直接接するのではなく熱変形部を介して伝熱されるので、熱変形部の定着ベルトに接する面のうち電熱線がある部分とない部分との温度差が抑制される。
【００１２】
また、定着ベルトの移動方向に直交する第１方向における熱変形部の寸法が、第１方向における定着ベルトの寸法より大きくてもよい。熱変形部のうち定着ベルトとの接触部分は、定着ベルトによって熱を持ち出されるので比較的に低温になり、熱変形部のうち定着ベルトとの非接触部分は、熱を供給されるが定着ベルトによる熱の持ち出しがないので、高温になる。第１方向において定着ベルトが一方の第１端部に片寄って走行した場合、第１端部と反対側の第２端部に近い部分ほど、熱変形部が定着ベルトから離間する方向へ熱変形する。熱変形部のうち第２端部側では、熱変形部が定着ベルトから離間する方向へ熱変形することで定着ベルトの張力が弱まるので、定着ベルトには、第１端部から第２端部へ向かう方向の力が働く。これによって、定着ベルトの片寄った走行、即ち定着ベルトの蛇行が抑制される。
【００１３】
さらに、熱変形部は、定着ベルトの移動方向に沿って３個の区域に区分された場合の移動方向の一端部の区域又は両端部の区域が、移動方向に直交する方向に沿って複数の領域に分割され、複数の領域のそれぞれが温度上昇に応じて個別に熱変形するように構成されていてもよい。熱変形部が複数の領域に分割されているので、熱変形部の各部が、温度上昇に応じて個別に熱変形しやすくなる。したがって、簡易な構成で、定着ベルトが過剰に高温になることをより確実に抑制することができる。
【００１４】
この発明の画像形成装置は、電子写真方式の画像形成装置であって、上述のいずれかの定着装置を備え、記録媒体に形成された未定着のトナー像を定着装置によって記録媒体に定着させる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、熱変形部が温度上昇に応じて定着ベルトから離間する方向へ熱変形し、定着ベルトへの熱の供給を抑制するので、簡易な構成で、定着ベルトが過剰に高温になることを抑制することができる。また、定着ベルトの移動方向に直交する第１方向における熱変形部の寸法が、第１方向における定着ベルトの寸法より大きい場合は、定着ベルトの蛇行を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、この発明を実施するための最良の形態について、図面に基づいて説明する。図１は、この発明の実施形態に係る定着装置２０を備えた画像形成装置１００の概略の断面図である。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用紙に多色および単色の画像を形成する。画像形成装置１００は、露光装置Ｅ、感光体ドラム１０１Ａ〜１０１Ｄ、現像装置１０２Ａ〜１０２Ｄ、帯電ローラ１０３Ａ〜１０３Ｄ、クリーニングユニット１０４Ａ〜１０４Ｄ、中間転写ベルト１１、一次転写ローラ１３Ａ〜１３Ｄ、二次転写ローラ１４、定着装置２０、用紙搬送経路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３、給紙カセット１６、手差し給紙トレイ１７及び排紙トレイ１８を備えている。
【００１７】
画像形成装置１００は、ブラック（Ｋ）、並びに、カラー画像を色分解して得られる減法混色の３原色であるシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）及びイエロー（Ｙ）の４色の各色相に対応した画像データを用いて、画像形成部ＰＡ〜ＰＤにおいて画像形成を行う。画像形成部ＰＡ〜ＰＤは、中間転写ベルト１１の移動方向（主走査方向に直交する方向である副走査方向）に一列に配置されている。
【００１８】
以下では、主として画像形成部ＰＡについて説明する。画像形成部ＰＢ〜ＰＤは画像形成部ＰＡと同様に構成されている。ブラックの画像形成部ＰＡは、感光体ドラム１０１Ａ、現像装置１０２Ａ、帯電ローラ１０３Ａ、一次転写ローラ１３Ａ及びクリーニングユニット１０４Ａを備えている。
【００１９】
帯電ローラ１０３Ａは、感光体ドラム１０１Ａの表面を所定の電位に均一に帯電させる接触方式の帯電器である。帯電ローラ１０３Ａに代えて、帯電ブラシを用いた接触方式の帯電器、又は、帯電チャージャを用いた非接触方式の帯電器を用いることもできる。
【００２０】
露光装置Ｅは、図示しない半導体レーザ、ポリゴンミラー６、第１ｆθレンズ７及び第２ｆθレンズ８等を備えており、ブラック、シアン、マゼンタ及びイエローの各色相の画像データによって変調されたレーザビームのそれぞれを感光体ドラム１０１Ａ〜１０１Ｄのそれぞれに照射する。感光体ドラム１０１Ａ〜１０１Ｄのそれぞれには、ブラック、シアン、マゼンタ及びイエローの各色相の画像データによる静電潜像が形成される。
【００２１】
現像装置１０２Ａは、ブラックのトナーを収納しており、静電潜像が形成された感光体ドラム１０１Ａの表面にブラックのトナーを供給し、静電潜像をトナー像に顕像化する。
【００２２】
クリーニングユニット１０４Ａは、現像・画像転写後における感光体ドラム１０１Ａの表面に残留したトナーを除去・回収する。
【００２３】
中間転写ベルト１１は、駆動ローラ１１Ａと従動ローラ１１Ｂ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１１の外周面は、感光体ドラム１０１Ｄ、感光体ドラム１０１Ｃ、感光体ドラム１０１Ｂ及び感光体ドラム１０１Ａにこの順に対向する。この中間転写ベルト１１を挟んで各感光体ドラム１０１Ａ〜１０１Ｄに対向する位置に、一次転写ローラ１３Ａ〜１３Ｄが配置されている。中間転写ベルト１１が感光体ドラム１０１Ａ〜１０１Ｄに対向する位置のそれぞれが一次転写位置である。
【００２４】
一次転写ローラ１３Ａ〜１３Ｄには、感光体ドラム１０１Ａ〜１０１Ｄの表面に担持されたトナー像を中間転写ベルト１１上に転写するために、トナーの帯電極性と逆極性の一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１０１Ａ〜１０１Ｄに形成された各色相のトナー像は中間転写ベルト１１の外周面に順次重ねて転写され、中間転写ベルト１１の外周面にフルカラーのトナー像が形成される。
【００２５】
但し、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラック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１０１Ａ〜１０１Ｄのうち、入力された画像データの色相に対応する一部のみにおいて静電潜像及びトナー像の形成が行われる。例えば、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１０１Ａのみにおいて静電潜像の形成及びトナー像の形成が行われ、中間転写ベルト１１の外周面にはブラックのトナー像のみが転写される。
【００２６】
各一次転写ローラ１３Ａ〜１３Ｄは、直径８〜１０ｍｍの金属（例えばステンレス）を素材とする軸の表面を導電性の弾性材（例えば、ＥＰＤＭ：エチレンプロピレン共重合ゴム、発泡ウレタン等）により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１１に均一に高電圧を印加する。
【００２７】
各一次転写位置において中間転写ベルト１１の外周面に転写されたトナー像は、中間転写ベルト１１の回転によって、二次転写ローラ１４との対向位置である二次転写位置に搬送される。二次転写ローラ１４は、画像形成時において、内周面が駆動ローラ１１Ａの周面に接触する中間転写ベルト１１の外周面に所定のニップ圧で圧接されている。
【００２８】
給紙カセット１６又は手差し給紙トレイ１７から給紙された用紙（記録媒体）が二次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との間を通過する際に、二次転写ローラ１４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１１の外周面から用紙の表面にトナー像が転写される。
【００２９】
感光体ドラム１０１Ａ〜１０１Ｄの一部又は全部から中間転写ベルト１１に付着したトナーのうち用紙上に転写されずに中間転写ベルト１１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、クリーニングユニット１２によって回収される。
【００３０】
定着装置２０は、定着ローラ２１及び加圧ローラ２２を有する。トナー像が転写された用紙は、定着装置２０へ導かれ、定着ローラ２１と加圧ローラ２２との間を通過することで加熱及び加圧される。これによって、トナー像が、用紙の表面に堅牢に定着する。トナー像が定着した用紙は、排紙ローラ１８Ａによって排紙トレイ１８上へ排出される。
【００３１】
画像形成装置１００には、給紙カセット１６に収容されている用紙を二次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との間及び定着装置２０を経由して排紙トレイ１８へ送るための略垂直方向の用紙搬送路Ｐ１が設けられている。
【００３２】
用紙搬送路Ｐ１には、給紙カセット１６内の用紙を一枚ずつ用紙搬送路Ｐ１内へ繰り出すピックアップローラ１６Ａ、及び、繰り出された用紙を用紙搬送路Ｐ１に沿って搬送する回転速度が変更自在な搬送ローラＲ６が配置されている。
【００３３】
用紙搬送路Ｐ１には、搬送されてきた用紙を所定のタイミングで２次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との間に導くレジストローラ１９、及び、用紙を排紙トレイ１８へ排出する排紙ローラ１８Ａが配置されている。
【００３４】
画像形成装置１００には、手差し給紙トレイ１７からレジストローラ１９に至る間に用紙搬送路Ｐ２が形成されている。用紙搬送路Ｐ２には、用紙搬送路Ｐ１の構成と同様に、手差しトレイ１７に載置された用紙を一枚ずつ用紙搬送路Ｐ２内へ繰り出すピックアップローラ１７Ａ、及び、搬送ローラＲ１，Ｒ２、Ｒ３が配置されている。
【００３５】
さらに、排紙ローラ１８Ａから用紙搬送路Ｐ１におけるレジストローラ１９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１８Ａは、正逆両方向に回転自在であり、用紙の片面に画像を形成する片面画像形成時、及び、用紙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用紙を排紙トレイ１８へ排出する。
【００３６】
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１８Ａは、用紙の後端が定着装置２０を通過するまで正転方向に駆動された後、用紙の後端部を挟持した状態で逆転方向に駆動されて用紙を用紙搬送路Ｐ３内へ導く。用紙搬送路Ｐ３には、搬送ローラＲ４，Ｒ５が配置されている。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用紙は、表裏面及び前後端を反転した状態で用紙搬送路Ｐ１へ導かれる。
【００３７】
レジストローラ１９は、給紙カセット１６若しくは手差し給紙トレイ１７から給紙された用紙、又は、用紙搬送路Ｐ３を経由して搬送された用紙を、中間転写ベルト１１の回転に同期したタイミングで２次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との間に導く。このため、レジストローラ１９は、感光体ドラム１０１や中間転写ベルト１１の動作開始時には回転を停止しており、中間転写ベルト１１の回転に先立って給紙又は搬送された用紙は、前端をレジストローラ１９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１９は、２次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１とが圧接する位置で、用紙の前端部と中間転写ベルト１１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。
【００３８】
なお、画像形成部ＰＡ〜ＰＤの全てにおいて画像形成が行われるフルカラー画像形成時には、一次転写ローラ１３Ａ〜１３Ｄが中間転写ベルト１１を全ての感光体ドラム１０１Ａ〜１０１Ｄ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われるモノクロ画像形成時には、一次転写ローラ１３Ａのみが中間転写ベルト１１を感光体ドラム１０１Ａに圧接させる。
【００３９】
図２は、定着装置２０の正面断面図である。上述のように、定着装置２０は、用紙９０に転写された未定着のトナー９１を、熱及び圧力によって用紙９０に定着させる。画像形成装置１００では、現像剤として、非磁性トナーである非磁性一成分現像剤、非磁性トナー及びキャリアからなる非磁性二成分現像剤、磁性トナーである磁性現像剤の中から選択されたいずれかの現像剤が用いられる。未定着のトナー９１は、非磁性トナー又は磁性トナーである。
【００４０】
定着装置２０は、定着ローラ２１、加圧ローラ２２、無端状の定着ベルト２３、面状発熱体３０、ヒータランプ２４、サーミスタ２５，２６、及びこれらの部材を内蔵する筺体２７を備えている。
【００４１】
定着ベルト２３は、定着ローラ２１と面状発熱体３０とに張架されている。加圧ローラ２２は、定着ベルト２３の一部を厚さ方向に挟んで定着ローラ２１に圧接している。
【００４２】
定着ローラ２１は、直径３０ｍｍで、内側から順に芯金及び弾性層からなる２層構造に形成されている。芯金として、例えば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、及び銅等のうちのいずれかの金属、又は、これらの合金が用いられる。弾性層として、シリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性を有するゴム素材が用いられる。この実施形態では、芯金として直径１５ｍｍのステンレス鋼が用いられ、弾性層として厚さ７．５ｍｍのシリコンスポンジゴムが用いられている。
【００４３】
定着ローラ２１は、図示しない駆動源から供給される駆動力によって回転する。定着ローラ２１の回転に従動して、定着ベルト２３及び加圧ローラ２２が回転する。
【００４４】
加圧ローラ２２は、内側から順に芯金、弾性層、及び離型層からなる３層構造に形成されている。芯金として、例えば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、及び銅等のうちのいずれかの金属、又は、これらの合金が用いられる。弾性層として、シリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性を有するゴム素材が用いられる。離型層として、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）等のフッ素樹脂が用いられる。この実施形態では、加圧ローラ２２の直径は３０ｍｍで、芯金として直径２４ｍｍ、肉厚２ｍｍの鉄（ＳＴＫＭ）が用いられ、弾性層として厚さ３ｍｍのシリコンソリッドゴムが用いられ、離型層として厚さ３０μｍのＰＦＡが用いられている。
【００４５】
加圧ローラ２２は、定着ベルト２３を介して定着ローラ２１に、所定の力（この実施形態では、２１６Ｎ）で圧接している。加圧ローラ２２と定着ベルト２３とが圧接するニップ部９２の用紙搬送方向の寸法であるニップ幅は、この実施形態では７ｍｍである。
【００４６】
未定着のトナー９１を転写された用紙９０がニップ部９２を通過することで、トナー９１が用紙９０に定着する。用紙９０がニップ部９２を通過する際、用紙９０のトナー９１が付着した面に定着ベルト２３が圧接し、用紙９０のトナー９１が付着した面の反対側の面に加圧ローラ２２が圧接する。
【００４７】
加圧ローラ２２の芯金は中空状に形成され、加圧ローラ２２の芯金の内部に、ヒータランプ２４が配置されている。図示しない電源からヒータランプ２４へ電力が供給されることでヒータランプ２４が発光し、ヒータランプ２４から赤外線が放射される。これによって、加圧ローラ２２の内周面が赤外線を吸収して加熱され、加圧ローラ２２全体が加熱される。この実施形態では、ヒータランプ２４として、定格電力４００Ｗのヒータランプが用いられている。
【００４８】
定着ベルト２３は、面状発熱体３０によって所定の温度に加熱され、ニップ部９２を通過する未定着のトナー９１が付着した用紙９０を加熱する。面状発熱体３０と定着ローラ２１とを結ぶ方向の定着ベルト２３の外周面の距離は、例えば４５ｍｍに設定されている。面状発熱体３０が加熱されていない標準状態において、定着ベルト２３は、定着ローラ２１の周面に、一例として角度θ＝１８５度の範囲で接触している。
【００４９】
定着ベルト２３は、内周面側から順に、基材、弾性層、及び離型層からなる３層構造に形成されている。基材は、ポリイミド等の耐熱樹脂、又は、ステンレスやニッケル等の金属素材で形成されている。弾性層として、耐熱性及び弾性に優れたエラストマー（例えば、シリコンゴム）の層が形成されている。離型層として、耐熱性及び離型性に優れた合成樹脂素材（例えば、ＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素樹脂）の層が形成されている。
【００５０】
この実施形態では、定着ベルト２３の基材に厚さ７０μｍ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が用いられている。また、基材の耐熱樹脂（この実施形態では、ポリイミド）にフッ素樹脂を内添してもよい。基材にフッ素樹脂を内添することで、定着ベルト２３と面状発熱体３０との摺動負荷を低減させることができる。
【００５１】
サーミスタ２５は、定着ベルト２３の外周面の温度を検出する。サーミスタ２６は、加圧ローラ２２の外周面の温度を検出する。サーミスタ２５，２６によって検出された温度データは、図示しない制御部へ出力される。制御部は定着ベルト２３の外周面の温度、及び加圧ローラ２２の外周面の温度のそれぞれを所定の温度にするように、面状発熱体３０及びヒータランプ２４への供給電力を制御する。なお、この実施形態では、サーミスタ２５として非接触式のものを採用し、サーミスタ２６として接触式のものを採用している。
【００５２】
次に、図２〜図５を参照しながら、面状発熱体３０について説明する。図３は、面状発熱体３０の一部の断面図である。図４は、面状発熱体３０の底面展開図である。図５は、定着装置２０の一部の側面断面図である。
【００５３】
図２に示すように、面状発熱体３０は、一定の円弧形の断面が定着ローラ２１の回転軸に平行方向へ延びてなる周面形状を呈している。この実施形態では、面状発熱体３０は、略半円筒形を呈している。
【００５４】
図３に示すように、面状発熱体３０は、電熱線３１となる発熱層、電気絶縁層３２、第２基材層３３、第１基材層３４、及びコート層３５が、内周面側から順に積層された複層構造をしている。電熱線３１は、この発明の発熱部に相当する。
【００５５】
この実施形態では、発熱層として厚さ１５μｍのステンレス箔が用いられ、電気絶縁層３２として厚さ３０μｍのポリイミドが用いられ、コート層３５として厚さ２０μｍのＰＴＦＥが用いられている。
【００５６】
第１基材層３４及び第２基材層３３として、互いに線膨張係数が異なる２種類の金属薄板が用いられる。第２基材層３３として、線膨張係数が第１基材層３４の線膨張係数より小さい素材が用いられる。この実施形態では、第１基材層３４として、厚さ５０μｍのモネルメタル（銅−ニッケル合金）が用いられ、第２基材層３３として、厚さ５０μｍのニッケル鋼が用いられている。第１基材層３４及び第２基材層３３は、この発明の熱変形部に含まれる。熱変形部は、所謂バイメタル構造となっている。
【００５７】
外周面側に位置する第１基材層３４の線膨張係数より内周面側に位置する第２基材層３３の線膨張係数の方が小さいので、面状発熱体３０の各部は、温度上昇に応じて、断面の円弧形の曲率半径が小さくなる方向、即ち、狭まる方向へ熱変形する。
【００５８】
電熱線３１が熱変形部の内周面に電気絶縁層３２を挟んで接合されているので、電熱線３１が発生した熱が熱変形部を介して定着ベルト２３へ効率よく伝達される。また、定着ベルト２３に電熱線３１が直接接するのではなく熱変形部を介して伝熱されるので、熱変形部の定着ベルト２３に接する面のうち電熱線３１がある部分とない部分との温度差が抑制される。
【００５９】
図４に示すように、面状発熱体３０は、定着ベルト２３の移動方向Ｘに沿って区分される、２個のスカート部３６，３７と、１個のブリッジ部３８との、３個の区域からなっている。スカート部３６，３７は、移動方向Ｘの両端部に位置する。
【００６０】
スカート部３６，３７には、定着ベルト２３の移動方向Ｘに延びる複数のスリット３９が、移動方向Ｘに直交する方向Ｙに沿って所定間隔おきに設けられている。スリット３９は、スカート部３６，３７のそれぞれを、方向Ｙに沿って複数の領域に分割している。なお、スリット３９は、スカート部３６，３７のそれぞれに設けられていることが好ましいが、スカート部３６，３７のいずれか一方のみに設けられていてもよい。方向Ｙはこの発明の第１方向に相当する。
【００６１】
定着ベルト２３の移動方向Ｘにおけるブリッジ部３８の両端部に、給電部４１，４２が設けられている。給電部４１，４２にはＡＣ１００Ｖの電源８１（図５参照）が接続される。
【００６２】
２つの給電部４１，４２間には、３本の電熱線３１が形成されている。各電熱線３１の線幅は１．５ｍｍ、隣り合う電熱線３１の間隔は１．５ｍｍである。電熱線３１のそれぞれの電気抵抗は、３０Ωである。
【００６３】
ブリッジ部３８の電熱線３１は、定着ベルト２３の移動方向Ｘに直交する方向Ｙに延び、一定幅で折り返すことを繰り返した形状を呈している。スカート部３６，３７の電熱線３１は、定着ベルト２３の移動方向Ｘに沿う方向に延び、一定幅で折り返すことを繰り返した形状を呈している。
【００６４】
定着ベルト２３の移動方向Ｘにおいて面状発熱体３０と定着ベルト２３とが接触する長さ（加熱ニップ幅）は、一例として４４ｍｍである。
【００６５】
給電部４１，４２間にＡＣ１００Ｖが印加されることで、電熱線３１全体で約１０００Ｗ（ブリッジ部３８の電熱線３１で３３３Ｗ、スカート部３６，３７の電熱線３１で３３３Ｗ×２）の熱エネルギが発生する。
【００６６】
図５に示すように、筺体２７の両側面部間に、軸体５１が架け渡されている。軸体５１は、定着ローラ２１の回転軸と平行に配置されている。軸体５１の両端部は、筺体２７に固定されている。軸体５１は、中空のロール形状を呈している。この実施形態では、軸体５１は、直径２０ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム製パイプで形成されている。
【００６７】
面状発熱体３０のブリッジ部３８は、軸体５１の中央部であって、定着ローラ２１から遠い側の面に、固定されている。軸体５１は、筺体２７に固定されているので、回転することはない。
【００６８】
定着ベルト２３の移動方向Ｘに直交する方向Ｙにおける面状発熱体３０の寸法は、方向Ｙにおける定着ベルト２３の寸法より大きい。
【００６９】
定着ベルト２３の移動方向Ｘに直交する方向Ｙにおいて、面状発熱体３０の両端部に近接する位置の軸体５１に、蛇行防止部材５２，５３が取り付けられている。この実施形態では、蛇行防止部材５２，５３として、内径２０ｍｍ、外径３２ｍｍ、幅７ｍｍのボールベアリングが用いられている。蛇行防止部材５２，５３のそれぞれは、外輪部５２Ａ，５３Ａ及び内輪部を有する。蛇行防止部材５２，５３の外輪部５２Ａ，５３Ａの少なくとも一部は面状発熱体３０の外周面より、半径方向に突出している。このため、蛇行防止部材５２，５３の外輪部５２Ａ，５３Ａは、定着ベルト２３と接触し得る。蛇行防止部材５２，５３の外輪部５２Ａ，５３Ａは内輪部に対して回転自在なので、定着ベルト２３との接触時に定着ベルト２３とともに回転する。このため、定着ベルト２３が摺擦による損傷を受けることなく、定着ベルト２３の蛇行が抑制される。
【００７０】
図６（Ａ）は標準状態における定着装置２０の要部の断面図であり、図６（Ｂ）は加熱状態における定着装置２０の要部の断面図である。
【００７１】
上述のように構成された定着装置２０は、次のように動作する。図２に示すように、未定着のトナー９１が付着した用紙９０は、ニップ部９２に所定のプロセス速度で搬送され、加熱及び加圧される。これによって未定着のトナー９１が用紙９０に定着する。この実施形態では、プロセス速度は２２０ｍｍ／ｓｅｃである。
【００７２】
図６（Ａ）に示すように、定着ベルト２３は、面状発熱体３０の外周面に張架されている。面状発熱体３０が加熱されていない標準状態では、面状発熱体３０の断面は、所定の円弧形をしている。なお、図６（Ａ）では、説明の便宜上、面状発熱体３０を大きく広がった形状に記載したあまりに、定着ベルト２３の経路の一部が角張っているが、実際には定着ベルト２３の経路は角張らないことが好ましい。
【００７３】
電熱線３１にＡＣ電圧が印加されると、電熱線３１で発生した熱は、第２基材層３３及び第１基材層３４を介して定着ベルト２３に伝熱される。
【００７４】
上述のように、第２基材層３３は、第２基材層３３の外周面側に位置する第１基材層３４より線膨張係数が小さい素材で形成されている。このため、図６（Ｂ）に示すように、面状発熱体３０は、スリット３９で分割された領域毎に、温度上昇に応じて、断面の円弧形の曲率半径が小さくなる方向Ａ、即ち、定着ベルト２３から離間する方向Ａへ熱変形する。
【００７５】
面状発熱体３０のうち定着ベルト２３が用紙９０と接触する接触部分は、定着ベルト２３が用紙９０によって熱を持ち出されるので比較的低温になり、面状発熱体３０のうち定着ベルト２３が用紙９０と接触しない非接触部分は、定着ベルト２３が第１基材層３４及び第２基材層３３を介して電熱線３１から熱を供給されるが用紙９０による熱の持ち出しがないので高温になる。面状発熱体３０のうち非接触部分が高温になると、非接触部分は他の部分に対して定着ベルト２３から離間する方向へ熱変形するので、非接触部分では面状発熱体３０から定着ベルト２３への熱の供給が抑制される。定着ベルト２３の温度の低下に応じて、面状発熱体３０の非接触部分は、熱変形前の形状に戻り、電熱線３１で発生した熱を定着ベルト２３へ供給するようになる。
【００７６】
また、面状発熱体３０のうち定着ベルト２３との接触部分は、定着ベルト２３によって熱を持ち出されるので比較的低温になり、面状発熱体３０のうち定着ベルト２３との非接触部分は、熱を供給されるが定着ベルト２３による熱の持ち出しがないので、高温になる。
【００７７】
定着ベルト２３の移動方向Ｘに直交する方向Ｙにおいて定着ベルト２３が一方の第１端部６１に片寄って走行した場合、第１端部６１と反対側の第２端部６２に近い部分ほど、面状発熱体３０が定着ベルト２３から離間する方向Ａへ熱変形する。面状発熱体３０のうち第２端部６２側では、面状発熱体３０が定着ベルト２３から離間する方向へ熱変形することで定着ベルト２３の張力が弱まるので、定着ベルト２３には、第１端部６１から第２端部６２へ向かう方向の力が働く。これによって、定着ベルト２３の片寄った走行、即ち定着ベルト２３の蛇行が抑制される。
【００７８】
面状発熱体３０は、外周面に、カーボンを添加されたフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）のコート層３５を備えている。定着ベルト２３の最も内周面側の層であるポリイミド製の基材には、フッ素樹脂が内添されている。これによって、面状発熱体３０と定着ベルト２３との間の摩擦力が抑制され、面状発熱体３０と定着ベルト２３とが円滑に摺動する。
【００７９】
面状発熱体３０は、スリット３９を有することが好ましいが、スリット３９を有しない形状であっても、各部が個別に熱変形することができるように構成されている。
【００８０】
面状発熱体３０は、軸体５１に対して、ブリッジ部３８（図４参照）の全てではなく一部を固定されることが望ましい。例えば、面状発熱体３０は、定着ベルト２３の移動方向Ｘの中央部であって移動方向Ｘに直交する方向Ｙに延びる直線部分を、軸体５１に固定されることが望ましい。また、面状発熱体３０は、上述の直線部分のうちの複数個所をピンポイントで軸体５１に固定されてもよい。
【００８１】
最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】この発明の実施形態に係る定着装置を備えた画像形成装置の概略の断面図である。
【図２】定着装置の正面断面図である。
【図３】面状発熱体の一部の断面図である。
【図４】面状発熱体の底面展開図である。
【図５】定着装置の一部の側面断面図である。
【図６】（Ａ）は標準状態における定着装置の要部の断面図であり、（Ｂ）は加熱状態における定着装置の要部の断面図である。
【符号の説明】
【００８３】
２０  定着装置
２１  定着ローラ
２２  加圧ローラ
２３  定着ベルト
２４  ヒートランプ
２５，２６  サーミスタ
２７  筺体
３０  面状発熱体
３１電熱線（発熱部）
３２  電気絶縁層
３３  第２基材層
３４  第１基材層
３６，３７  スカート部
３８  ブリッジ部
３９  スリット
４１，４２  給電部
５１  軸体
５２，５３  蛇行防止部材
８１  電源
９０  用紙
９１  トナー
９２  ニップ部
【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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