定着装置及び画像形成装置
【課題】小型で、省電力化やウォームアップ時間の短縮を図ることができる定着装置及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】定着部は、定着ローラ６１、テンションローラ６３、定着ローラ６１及びテンションローラ６３に張架された無端状の定着ベルト６０、定着ベルト６０を加熱するヒータユニット６４、及び、定着ベルト６０を介して定着ローラ６１に圧接される加圧ローラ６２を備えて構成する。ヒータユニット６４は、定着ベルト６０に圧接するように配してあり、テンションローラ６３は、定着ベルト６０に接する外周に断熱層６３ｂを配してある。
【解決手段】定着部は、定着ローラ６１、テンションローラ６３、定着ローラ６１及びテンションローラ６３に張架された無端状の定着ベルト６０、定着ベルト６０を加熱するヒータユニット６４、及び、定着ベルト６０を介して定着ローラ６１に圧接される加圧ローラ６２を備えて構成する。ヒータユニット６４は、定着ベルト６０に圧接するように配してあり、テンションローラ６３は、定着ベルト６０に接する外周に断熱層６３ｂを配してある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート上に画像を定着させる定着装置、及びこれを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、主としてオフィス等で電子写真方式の画像形成装置（以下、単に「画像形成装置」という）の普及が進んでいる。該画像形成装置は、感光体、帯電手段、露光手段、現像手段、転写手段、及び定着手段を含み、帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程及び定着工程を行って、シート状の記録媒体（以下、単に「シート」ともいう）に画像を形成する装置である。
【０００３】
定着手段として、例えば熱ローラ定着方式の定着装置を用いる。この定着装置は、定着ローラ及び加圧ローラを含む。定着ローラ及び加圧ローラは、互いに圧接するローラ対である。定着ローラ及び加圧ローラの少なくともいずれか一方の内部には、加熱手段としてハロゲンヒータなどの熱源が配されている。
【０００４】
定着工程では、熱源が定着に必要な所定の温度（以下「定着温度」という）までローラ対を加熱した後、未定着のトナー像が形成された記録媒体が、定着ローラと加圧ローラとの圧接部である定着ニップ部に供給される。定着ニップ部を通過するトナー像は、定着ローラ及び加圧ローラの少なくともいずれか一方から伝わる熱と、定着ローラ及び加圧ローラの圧力とによって、紙などの記録媒体に定着される。熱源が定着装置の温度を定着温度まで昇温させるのに必要な時間（以下「ウォームアップ時間」という）が長いと、記録媒体に画像形成するまでに時間を要してしまうので、ウォームアップ時間は短い方がユーザの利便性は良好となる。
【０００５】
フルカラー印刷が可能な画像形成装置に装着する定着装置では、例えばシリコーンゴムなどからなる弾性層を表面に設けた定着ローラを用いる。この定着ローラを用いると、定着ニップ部において定着ローラ表面の弾性層が未定着トナー像の凹凸に対応して弾性変形し、未定着トナー像を覆い包むようにして定着ローラと未定着トナー像とが接触するので、単色画像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、定着性を良好にすることができる。
【０００６】
また、定着ローラ表面の弾性層の歪み解放効果によって、単色画像に比べてオフセットしやすいカラートナーの離型性を向上させることができる。具体的には、定着ニップ部で圧縮され歪が生じた弾性層は、定着ニップ部の出口でその歪が解放されるので、定着ニップ部の出口では弾性層とトナー像との間にずれが生じ、その結果、弾性層のトナー像に対する付着力が低減され、離型性が向上する。また、定着ニップ部における定着ローラ及び加圧ローラの形状であるニップ形状が、定着ローラ側に凸（逆ニップ形状）となるので、定着ローラと記録媒体との剥離性能を向上させることができる。したがって、定着ローラと記録媒体とを剥離する剥離手段として、例えば剥離爪を用いることなく記録媒体と定着ローラとの剥離が可能なセルフストリッピングを実現することができるので、剥離手段に起因する画像欠陥を解消することができる。
【０００７】
高速化に対応するためには定着ニップ部の幅（以下「定着ニップ幅」という）を広くする必要がある。定着ニップ幅を広くする方法として、定着ローラの弾性層を厚くする方法、又は定着ローラ径を大きくする方法の２つの方法が挙げられる。しかし、定着ローラの弾性層の熱伝導性は非常に低いので、弾性層を厚くすると、定着ローラ内部に加熱手段がある場合にはウォームアップ時間が長くなり、プロセス速度を高速化すると、定着ローラの温度が定着温度に追従しなくなる。また、定着ローラ径を大きくすると、熱容量が大きくなり、加熱手段による消費電力が増大してしまう。
【０００８】
特許文献１には、高速化に対応しつつ、ウォームアップ時間及び消費電力を改善する定着装置が開示されている。特許文献１に開示された定着装置は、定着ローラ、加圧ローラ、加熱ローラ、及び無端状ベルトを含み、定着ローラ及び加熱ローラに無端状ベルトを掛け渡し、無端状ベルトを介して定着ローラと加圧ローラとを圧接させるベルト定着方式を用いている。この定着装置は、加熱手段を定着ローラに内蔵する必要がないので、定着ローラの弾性層を厚く設け、定着ローラ径を大きくすることによって高速化に対応しつつ、加熱ヒータを内部に含む加熱ローラによって熱容量の小さい無端状ベルトを加熱できるので、熱容量の大きい弾性層を加熱する必要がなく、ウォームアップ時間が短く、消費電力の増大を回避することができるというものである。
【０００９】
また、特許文献２には、加圧ローラに対向して、面状発熱体を加熱手段として内蔵した定着ヘッドを設け、定着ベルトを介して、加熱手段による熱を被加熱材としての記録媒体に付与し、記録媒体上の未定着トナー像を加熱定着させる定着装置が提案されている。特許文献２に開示された定着装置では、面状発熱体の熱容量を、加熱手段としてハロゲンヒータを用いた場合の熱容量に比べて、小さくすることができるので、省電力化やウォームアップ時間の短縮が可能になるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第９９／００７１３号パンフレット
【特許文献２】特開平０２−１４３２７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１の定着装置では、加熱ローラ内にハロゲンランプヒータを内蔵しており、ハロゲンランプヒータによるウォームアップ時間を短くするためには、加熱ローラの厚みを薄くして加熱ローラ自体の熱容量を小さくしなければならない。また、加熱ローラの厚みを薄くしながらも十分な強度を得るためには、ローラ径を大きくしなければならず、装置が大型化するという問題点があった。
【００１２】
また、特許文献２に記載された加圧ローラに定着ヘッドが対向する構成では、定着ヘッドの他に、定着ベルトを張架するための複数のローラを配置する必要があり、装置が大型化するという問題点があった。
【００１３】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、小型で、省電力化やウォームアップ時間の短縮を図ることができる定着装置及び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】
【００１４】
本発明に係る定着装置は、定着ローラと、該定着ローラと平行に配されたテンションローラと、前記定着ローラ及び前記テンションローラに張架された無端状の定着ベルトと、該定着ベルトを加熱するヒータと、前記定着ベルトを介して前記定着ローラに圧接される加圧ローラとを備え、現像剤による画像を担持したシートを前記定着ベルト及び前記加圧ローラにより挟持しながら搬送して前記シート上に画像を定着させる定着装置において、前記ヒータは、前記定着ベルトに圧接するように配してあり、前記テンションローラは、前記定着ベルトに接する外周に断熱部材を配してあることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る定着装置は、前記テンションローラの外径が前記定着ローラの外径よりも小さいことを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る定着装置は、前記ヒータが、前記定着ベルトが周回する軌道の内側に配してあることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る定着装置は、前記テンションローラに配してある前記断熱部材が、多孔質素材により形成されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る定着装置は、前記加圧ローラを加熱するヒータを備えることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る画像形成装置は、取得した画像データに基づいて現像剤による画像をシート上に転写する転写手段と、上述の定着装置とを備え、該定着装置で画像を定着させて画像形成を行うようにしてあることを特徴とする。
【００２０】
本発明にあっては、無端状の定着ベルトを定着ローラ及びテンションローラに張架し、定着ベルトを加熱するヒータが定着ベルトに圧接するように配してあり、テンションローラが定着ベルトに接する外周に断熱部材を配してあるため、テンションローラへの熱伝導が抑制され、ウォームアップ時間を短縮することができる。
【００２１】
本発明にあっては、テンションローラの外径が定着ローラの外径よりも小さいため、装置を小型化することができる。
【００２２】
本発明にあっては、定着ベルトが周回する軌道の内側にヒータが配してあるため、装置を小型化することができる。
【００２３】
本発明にあっては、テンションローラに配してある断熱部材が、多孔質素材により形成されているため、断熱部材の断熱性が高く、ウォームアップ時間を短縮することができる。
【００２４】
本発明にあっては、加圧ローラを加熱するヒータを備えるため、ウォームアップ時間を短縮することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、無端状の定着ベルトを定着ローラ及びテンションローラに張架し、定着ベルトを加熱するヒータが定着ベルトに圧接するように配してあり、テンションローラが定着ベルトに接する外周に断熱部材を配してあるので、テンションローラへの熱伝導が抑制され、ウォームアップ時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の例を示す模式図である。
【図２】図１の作像ユニットの断面を示す模式図である。
【図３】図１の定着部の断面を示す模式図である。
【図４】図３の面状発熱体の正面図である。
【図５】ウォームアップ時の温度変遷を表すグラフである。
【図６】各実施例のウォームアップ時間を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態に係る画像形成装置を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は、すべての点で例示であって本発明を限定するものと解されるべきではない。
【００２８】
図１は本発明の実施の形態に係る画像形成装置１の例を示す模式図である。画像形成装置１は、画像形成部２、中間転写部３、２次転写部４、記録媒体供給部５、本発明の定着装置である定着部６、図１には図示しない操作部、及び制御部等を備える。
【００２９】
（画像形成部２の構成及び動作）
画像形成部２は、作像ユニット１０ｙ，１０ｍ，１０ｃ，１０ｂを備えている。作像ユニット１０ｙ，１０ｍ，１０ｃ，１０ｂは、各色相のデジタル信号（以下、「画像情報」と記載する）に対応する静電潜像を形成し、該静電潜像を現像して、各色ごとに現像剤による画像（トナー像）を形成するユニットである。ここで、画像情報は画像読取部９によって原稿画像を読み取って生成されるものである。作像ユニット１０ｙはイエロー色の画像情報に対応するトナー像を形成し、作像ユニット１０ｍはマゼンタ色の画像情報に対応するトナー像を形成し、作像ユニット１０ｃはシアン色の画像情報に対応するトナー像を形成し、作像ユニット１０ｂはブラック色の画像情報に対応するトナー像を形成する。
【００３０】
作像ユニット１０ｙ，１０ｍ，１０ｃ，１０ｂの相違点は、それぞれイエロー色現像剤、マゼンタ色現像剤、シアン色現像剤、又はブラック色現像剤を使用すること、及び画像形成部２に入力される画像情報のうち、イエロー色成分像に対応する画素信号、マゼンタ色成分像に対応する画素信号、シアン色成分像に対応する画素信号、ブラック色成分像に対応する画素信号がそれぞれ入力されることである。作像ユニット１０ｙ，１０ｍ，１０ｃ，１０ｂの構成は同等であるので、以下では、イエロー色に対応する作像ユニット１０ｙ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。
【００３１】
なお、各色に対応する作像ユニット１０などを個々に示す場合には、アルファベットの添字：ｙ（イエロー色）、ｍ（マゼンタ色）、ｃ（シアン色）、ｂ（ブラック色）を付して表す。作像ユニット１０ｙ，１０ｍ，１０ｃ，１０ｂは、後述する中間転写ベルト３０の移動方向（副走査方向）、すなわち、矢符３１の方向の上流側から下流側にこの順番で一列に並んで配列される。
【００３２】
図２は、作像ユニット１０ｙの断面を示す模式図である。作像ユニット１０ｙは、感光体ドラム１１ｙ、帯電ローラ１２ｙ、光走査ユニット１３ｙ、現像装置１４ｙ、及びドラムクリーナ１５ｙ等を含む。
【００３３】
感光体ドラム１１ｙは、イエロー色の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、円筒状、円柱状又は薄膜シート状（好ましくは円筒状）の導電性基体と、導電性基体の表面に形成される感光層とを含む。感光体ドラム１１ｙとしては、この分野で常用されるものを使用でき、例えば、導電性基体であるアルミニウム素管と、アルミニウム素管の表面に形成される感光層である有機感光層とを含む、ＧＮＤ（接地）電位に接続される感光体ドラムを使用できる。
【００３４】
有機感光層は、電荷発生物質を含む電荷発生層と、電荷輸送物質を含む電荷輸送層とを積層して形成されるものであってもよく、電荷発生物質及び電荷輸送物質を含む１つの層によって形成されてもよい。有機感光層の層厚は、特に限定されるものではないが、例えば、厚み２０μｍなどとする。また、有機感光層と導電性基体との間に下地層を設けてもよい。さらに、有機感光層の表面に保護層を設けてもよい。
【００３５】
帯電ローラ１２ｙは、感光体ドラム１１ｙの表面を所定の極性の電位に帯電させるローラである。感光体ドラム１１ｙを帯電させる手段としては、帯電ローラ１２ｙに限定されるものではなく、帯電ローラ１２ｙに代えて、ブラシ型帯電器、チャージャー型帯電器、又はスコロトロンというコロナ帯電器なども使用できる。
【００３６】
光走査ユニット１３ｙは、帯電状態にある感光体ドラム１１ｙの表面にイエロー色の画像情報により制御されたレーザ光を照射し、感光体ドラム１１ｙの表面に、イエロー色の画像情報に対応する静電潜像を形成するユニットである。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。
【００３７】
現像装置１４ｙは、感光体ドラム１１ｙに臨んで設けられ、感光体ドラム１１ｙ表面に形成される静電潜像を現像して顕像化する装置である。現像スリーブ１７ｙ表面に、現像槽１９ｙ内の２成分現像剤１６ｙに含まれるイエロー色トナー及びキャリアのうち、イエロー色トナーを担持し、層厚規制部材１８ｙによって所定量の厚さに規制して感光体ドラム１１ｙ表面に搬送し、感光体ドラム１１ｙ表面に形成される静電潜像を現像して顕像化する。また、現像槽１９ｙ内には現像スリーブ１７ｙへ現像剤を供給する供給ローラ２０ｙを備える。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。
【００３８】
ドラムクリーナ１５ｙは、感光体ドラム１１ｙに圧接されるクリーナブレード２１ｙを有している。感光体ドラム１１ｙ表面のイエロー色のトナー像が中間転写ベルト３０に中間転写された後、クリーナブレード２１ｙにより、感光体ドラム１１ｙ表面において中間転写ベルト３０に中間転写されずに残留したイエロー色トナーを除去し、箱体２２ｙに回収する。
【００３９】
つぎに、画像形成部２の動作について説明する。感光体ドラム１１ｙは、図２には図示しない駆動手段によって、矢符２３の方向に、例えば周速度２２０ｍｍ／ｓで回転駆動される。現像スリーブ１７ｙは、感光体ドラム１１ｙに近接する現像ニップ部において、感光体ドラム１１ｙの回転駆動方向と逆の方向である矢符２４の方向に回転駆動される。
【００４０】
作像ユニット１０ｙによれば、感光体ドラム１１ｙをその軸線回りに回転駆動させながら、図示しない電源により帯電ローラ１２ｙに、例えば−１２００Ｖを印加して放電させることよって、感光体ドラム１１ｙの表面を例えば−６００Ｖに帯電させる。つぎに、帯電状態にある感光体ドラム１１ｙの表面に、光走査ユニット１３ｙからイエロー色の画像情報により制御されたレーザ光を照射し、イエロー色の画像情報に対応する露光電位−７０Ｖの静電潜像を形成する。
【００４１】
次いで、感光体ドラム１１ｙの表面と現像スリーブ１７ｙ表面に担持されるイエロー色トナーとを近接させる。現像スリーブ１７ｙには現像電位として−４５０Ｖの直流電圧が印加されており、現像スリーブ１７ｙと感光体ドラム１１ｙとの電位差によって、静電潜像にイエロー色トナーが付着し、感光体ドラム１１ｙの表面にイエロー色トナー像が形成される。このイエロー色トナー像は、後述するように、感光体ドラム１１ｙの表面に圧接し、矢符３１の方向に駆動する中間転写ベルト３０に中間転写される。感光体ドラム１１ｙの表面に残留するイエロー色トナーはドラムクリーナ１５ｙにより除去回収される。以後、同様にしてイエロー色のトナー像の形成動作が繰り返し実行される。なお、本実施の形態に係る画像形成装置１で用いられる２成分現像剤１６ｙ，１６ｍ，１６ｃ，１６ｂについては後述することとする。
【００４２】
（中間転写部３の構成及び動作）
中間転写部３は、中間転写ベルト３０、中間転写ローラ３２ｙ，３２ｍ，３２ｃ，３２ｂ、支持ローラ３３，３４，３５、及びベルトクリーナ３６等を含む。本実施の形態では、中間転写部３、及び後述する２次転写部４によって、記録媒体８に画像が転写される。
【００４３】
中間転写ベルト３０は、支持ローラ３３，３４，３５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。中間転写ベルト３０は、感光体ドラム１１ｙ，１１ｍ，１１ｃ，１１ｂとほぼ同じ周速度で、矢符３１の方向に、すなわち、感光体ドラム１１ｙ，１１ｍ，１１ｃ，１１ｂに臨む像担持面が、感光体ドラム１１ｙから感光体ドラム１１ｂに向って移動するように駆動される。
【００４４】
中間転写ベルト３０には、例えば、厚さ１００μｍのポリイミドフィルムを使用できる。中間転写ベルト３０の材料としてはポリイミドのみに限定されず、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエステル及びポリプロピレンなどの合成樹脂、又は各種ゴムなどから構成されるフィルムを使用できる。
【００４５】
合成樹脂又は各種ゴムから構成されるフィルム中には、中間転写ベルト３０の電気抵抗値を調整するために、ファーネスブラック、サーマルブラック、チャネルブラック及びグラファイトカーボンなどの導電材が配合される。また、中間転写ベルト３０には、トナーに対する付着力の弱いフッ素樹脂組成物、又はフッ素ゴムなどから構成される被覆層が設けられていてもよい。被覆層の構成材料としては、例えば、ＰＴＦＥ(ポリテトラフルオロエチレン)及び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。被覆層には導電材が配合されていてもよい。
【００４６】
中間転写ローラ３２ｙ，３２ｍ，３２ｃ，３２ｂは夫々、中間転写ベルト３０を介して感光体ドラム１１ｙ，１１ｍ，１１ｃ，１１ｂに対向するように設けられるローラ状部材であり、中間転写ベルト３０における像担持面の反対面に圧接し、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。
【００４７】
中間転写ローラ３２ｙ，３２ｍ，３２ｃ，３２ｂには、例えば金属製軸体、及び金属製軸体の表面に形成される導電体層を含むローラ状部材が用いられる。金属製軸体は、例えば、ステンレス鋼などの金属によって構成される。金属製軸体の直径は特に制限されないが、好ましくは８ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。導電体層は、導電性を有する弾性体などによって構成される。導電性を有する弾性体としては、この分野で常用されるものを使用でき、例えば、カーボンブラックなどの導電剤を含む、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、発泡ＥＰＤＭ、及び発泡ウレタンなどが挙げられる。導電体層によって、中間転写ベルト３０に高電圧が均一に印加される。
【００４８】
中間転写ローラ３２ｙ，３２ｍ，３２ｃ，３２ｂには、感光体ドラム１１ｙ，１１ｍ，１１ｃ，１１ｂの表面に形成されるトナー像を中間転写ベルト３０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１１ｙ，１１ｍ，１１ｃ，１１ｂに形成されるイエロー、マゼンタ、シアン及びブラック色のトナー像が中間転写ベルト３０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、シアン及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１０ｙ，１０ｍ，１０ｃ，１０ｂ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１０のみにおいてトナー像が形成される。
【００４９】
支持ローラ３３，３４，３５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、中間転写ベルト３０を張架して矢符３１の方向に回転駆動させる。支持ローラ３３，３５には、例えば、直径３０ｍｍ、及び肉厚１ｍｍのアルミニウム製円筒体（パイプ状ローラ）が用いられる。このうち、支持ローラ３４は、中間転写ベルト３０を介して後述する２次転写ローラ４０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。
【００５０】
ベルトクリーナ３６は、中間転写ベルト３０の像担持面上のトナー像を後述の２次転写部４において記録媒体８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る。中間転写ベルト３０を介して支持ローラ３５に対向するように設けられる。
【００５１】
つぎに、中間転写部３の動作について説明する。中間転写ベルト３０の像担持面は、中間転写ベルト３０の駆動方向における上流側から、感光体ドラム１１ｙ，１１ｍ，１１ｃ，１１ｂにこの順番で圧接する。中間転写ベルト３０が感光体ドラム１１ｙ，１１ｍ，１１ｃ，１１ｂに圧接する位置が、各色トナー像の中間転写位置となる。
【００５２】
中間転写ローラ３２ｙ，３２ｍ，３２ｃ，３２ｂには、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。この高電圧印加によって、感光体ドラム１１ｙ，１１ｍ，１１ｃ，１１ｂ上に形成されるトナー像は、中間転写ベルト３０の像担持面の所定位置に重ね合わされて中間転写され、多色のトナー像が中間転写ベルト３０上に形成される。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８に２次転写される。２次転写後に中間転写ベルト３０の像担持面に残留するトナー、及び紙粉などがベルトクリーナ３６によって除去され、中間転写ベルト３０の像担持面には再度多色のトナー像が転写される。
【００５３】
（２次転写部４の構成及び動作）
２次転写部４は、支持ローラ３４と、２次転写ローラ４０とを含む。支持ローラ３４は、中間転写ベルト３０を張架する機能と共に、中間転写ベルト３０上の多色のトナー像を記録媒体８に２次転写させる機能を有する。２次転写ローラ４０は、中間転写ベルト３０を介して支持ローラ３４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。
【００５４】
２次転写ローラ４０は、例えば、金属製軸体と、金属製軸体の表面に形成される導電体層とを含む。金属製軸体は、例えば、ステンレス鋼などの金属によって形成される。導電体層は、導電性を有する弾性体などによって形成される。導電性を有する弾性体としてはこの分野で常用されるものを使用でき、例えば、カーボンブラックなどの導電材を含む、ＥＰＤＭ、発泡ＥＰＤＭ及び発泡ウレタンなどが挙げられる。２次転写ローラ４０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。
【００５５】
つぎに、２次転写部４の動作について説明する。支持ローラ３４、中間転写ベルト３０及び２次転写ローラ４０の圧接部によって、２次転写ニップ部が形成される。中間転写ベルト３０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５から送給される記録媒体８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８とが重ね合わされ、２次転写ローラ４０に高電圧が印加されることによって、未定着のトナー像が記録媒体８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８は、定着部６に搬送される。
【００５６】
（記録媒体供給部５の構成及び動作）
記録媒体供給部５は、収容トレイ５０、収容トレイ５０に収容された記録媒体８を搬出する搬出ローラ５１、搬送ローラ５２ａ，５２ｂ、及び搬送路Ｐ等により構成される。なお、記録媒体８は、印刷用紙であるほか、ＯＨＰ（Overhead Projector ）シートのようなフィルム状の記録媒体であってもよい。
【００５７】
つぎに、記録媒体供給部５の動作について説明する。収容トレイ５０は記録媒体８を収容し、搬出ローラ５１は、収容トレイ５０に収容されている記録媒体８を搬出する。搬送ローラ５２ａ，５２ｂは、搬出された記録媒体８を２次転写部４へ搬送する。
【００５８】
（定着部６の構成及び動作）
図３は定着部６の断面を示す模式図である。定着部６は、定着ベルト６０、定着ローラ６１、加圧ローラ６２、テンションローラ６３、ヒータユニット６４、及びサーミスタ６５等により構成される。
【００５９】
定着ベルト６０は、定着ローラ６１とテンションローラ６３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。また、定着ベルト６０は、定着ローラ６１と加圧ローラ６２との圧接点で加圧ローラ６２に接触するように設けられ、記録媒体８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８に定着させるものである。定着ベルト６０は、加圧ローラ６２の矢符６６ａ方向の回転駆動によって矢符６６ｂの方向に従動回転する。
【００６０】
定着ベルト６０は、基材層６０ａ、弾性層６０ｂ、及び離型層６０ｃを含む３層構造とする。後述の実施例では、該３層構造を有する直径５０ｍｍの円筒形状に形成された無端状ベルトを使用している。基材層６０ａを形成する材料としては、耐熱性及び耐久性に優れるものであれば特に制限されないが、ニッケル電鋳、ステンレスなどのほか、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）が好ましい。これらの材料は、強度、耐熱性に優れ、しかも安価である。また、基材層６０ａの厚さも特に制限されないが、好ましくは、３０〜２００μｍである。
【００６１】
弾性層６０ｂ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たものが好ましい。このような材料の具体例としては、例えば、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６０ｂ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６０ｂの強度の低下、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。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（Low Temperature Vulcanization）型、ＲＴＶ（Room Temperature Vulcanization）型、又はＨＴＶ（High Temperature Vulcanization）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。
【００６２】
また、弾性層６０ｂ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６０ｂ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。後述の実施例では、ＪＩＳ−Ａ硬度５度のシリコーンゴムを使用している。
【００６３】
離型層６０ｃは、例えばフッ素樹脂チューブで形成した層、又はフッ素樹脂を含有する樹脂を弾性層６０ｂに塗布して焼成することにより形成した層よりなる。フッ素樹脂の材料としては、耐熱性及び耐久性に優れ、トナーとの付着力が弱いものであれば特に制限されず、例えば、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６０ｃの厚さは、５〜５０μｍであることが好ましい。この厚さの範囲であれば、適度な強度を持ち、弾性層６０ｂの弾性を発揮させつつ、記録媒体の微小な凹凸に追従することが可能である。
【００６４】
定着ローラ６１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６２、定着ベルト６０の回転駆動によって、矢符６６ｃ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。定着ローラ６１は、芯金６１ａ及び弾性層６１ｂを含む構成とする。後述の実施例では、外径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６１ａを形成する金属には熱伝導率の高い金属を使用でき、例えば、アルミニウム、鉄などが挙げられる。
【００６５】
弾性層６１ｂ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、例えば、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く、また、定着ローラ６１の断熱性を高めるためには、弾性層６１ｂが多孔質であることが好ましい。
【００６６】
更に、定着ベルト６０の寄りを修正するため、弾性層６１ｂ上に表面層６１ｃを設ける。これは、表面層６１ｃにより定着ローラ６１の表面の摺動性を高めることにより、定着ベルト６０の寄りが修正され易くなるためである。表面層６１ｃを構成する材料としては、耐熱性及び耐久性に優れ、摺動性が高いものであれば特に制限されず、例えば、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。
【００６７】
また、定着ローラ６１の内部に、補助的な加熱ヒータ６８ａを設けてもよい。これは、画像形成装置１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、トナー像定着時に記録媒体８に熱が伝導することに起因する定着ローラ６１の表面温度の低下などを防止するためである。加熱ヒータ６８ａにはハロゲンヒータなどが用いられる。
【００６８】
加圧ローラ６２は、定着ローラ６１の鉛直方向最下点よりも定着ローラ６１の回転方向下流側において、図示しない加圧手段により定着ベルト６０を介して定着ローラ６１に圧接され、定着ニップ部６７を形成する。加圧ローラ６２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６２は、定着ローラ６１によるトナー像の記録媒体８への加熱定着において、溶融状態にあるトナーを記録媒体８に対して押圧することによって、トナー像の記録媒体８への定着を促進する。
【００６９】
加圧ローラ６２は、芯金６２ａ、弾性層６２ｂ、及び表面層６２ｃを含む構成とする。後述の実施例では、外径３０ｍｍのローラ状部材を使用する。芯金６２ａ、弾性層６２ｂ及び表面層６２ｃを形成する材料としては、夫々、定着ローラ６１の芯金６１ａ、弾性層６１ｂ及び表面層６１ｃを形成する金属、又はその他材料と同じものを使用できる。また、芯金６２ａの形状も定着ローラ６１の芯金６１ａの形状と同様である。
【００７０】
また、加圧ローラ６２の内部に、補助的な加熱ヒータ６８ｂを設けてもよい。これは、画像形成装置１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、トナー像定着時に記録媒体８に熱が伝導することに起因する加圧ローラ６２の表面温度の急激な低下などを防止するためである。加熱ヒータ６８ｂにはハロゲンランプなどが用いられる。
【００７１】
テンションローラ６３は、回転自在に支持され、かつ図示しない加圧手段によって定着ベルト６０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６３は、定着ベルト６０の矢符６６ｂ方向の回転に従動回転する。テンションローラ６３は、芯金６３ａ、断熱層６３ｂの２層構造を有する円筒体である。芯金６３ａには、鉄やステンレスなどのヤング率が高く撓みに強い金属製又は炭素繊維製のローラ状部材を使用できる。後述の実施例では外径２０ｍｍのローラなどを使用する。
【００７２】
断熱層６３ｂは、熱が芯金６３ａへ伝わることを防止する目的のため、芯金６３ａ表面を被覆するように設けられている。断熱層６３ｂによる断熱性を高めるためには、断熱層６３ｂが多孔質であることが好ましい。断熱層６３ｂに用いる材料は、断熱性の高い材料であればよく、例えば、セラミック材料を用いても良いし、多孔質のシリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴムなどでもよい。また、多孔質素材を用いる場合、孔が連通しているものであっても、独立気泡のものであってもよいが、テンションが加えられることによる変形を抑えるためには、独立気泡の多孔質素材が好ましい。後述の実施例では、断熱層６３ｂとしてシリコーンスポンジを用い、断熱層６３ｂによって芯金６３ａを被覆した。
【００７３】
ヒータユニット６４は、定着ベルト６０が周回する軌道の内側に配置され、内部に加熱源を持ち、図示しない加圧手段によって定着ベルト６０に圧接されて定着ベルト６０を加熱するように設けられたユニットである。ヒータユニット６４は、伝熱部材６４ａ、面状発熱体６４ｂ、断熱部材６４ｃ、押圧部材６４ｄ、及び補強部材６４ｅで構成される。
【００７４】
伝熱部材６４ａは、面状発熱体６４ｂの熱を定着ベルト６０に伝達する部材である。伝熱部材６４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。また、伝熱部材６４ａを図示しない支持部材に取り付けるために、伝熱部材６４ａの形状は、図３に示すように上下にフランジを設けた「コ」の字形状とすることが望ましい。
【００７５】
伝熱部材６４ａの表面は、定着ベルト６０の内面と摺接するため、円弧形状とすることが好ましい。ただし、曲率が大きい場合、定着ベルト６０が伝熱部材６４ａの形状に追従することができず、伝熱部材６４ａの中央部において、定着ベルト６０が伝熱部材６４ａ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６４ａの曲率は、Ｒ１０〜２００の範囲であることが望ましい。また、定着ベルト６０の内面と良好に摺動させるため、必要に応じて伝熱部材６４ａの表面にフッ素樹脂層を形成してもよい。
【００７６】
図４は、面状発熱体６４ｂの正面図である。図４に示すように面状発熱体６４ｂは、平面視矩形短冊状のセラミックなどの絶縁基板６４１上に銀・パラジウム（ＡｇＰｄ）などからなる複数本の抵抗発熱体６４２を配したものである。絶縁基板６４１の材料としては、耐熱性、熱伝導性に優れ、電気絶縁性などを備えたものであれば特に制限はなく、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ステンレスなどの金属材等を使用することも可能である。後述の実施例では長さ３６６ｍｍ、幅１５．８ｍｍ、厚さ０．６ｍｍのガラス材料がコーティングされたステンレス基板を用いている。
【００７７】
図４においては、抵抗発熱体６４２を３本の直線状のパターンとして設け、各抵抗発熱体６４２の一端及び他端の夫々を接続する共通の端部電極６４３、該端部電極６４３の間に長手方向の抵抗値を安定させるための導通部６４４を設けている。絶縁基板６４１上に、抵抗発熱体６４２のパターンを銀・パラジウムペーストにより形成し、端部電極６４３及び導通部６４４のパターンを銀ペーストにより形成した後、焼成炉で所定の焼成条件により焼成する。焼成後、絶縁保護層として抵抗発熱体６４２の表面をガラス材料などの絶縁材料によりコーティングすることにより面状発熱体６４ｂが形成される。後述の実施例における抵抗発熱体６４２及び導通部６４４の厚みは、それぞれ約１０μｍの層であり、抵抗発熱体６４２の長さは３２０ｍｍとした。
【００７８】
断熱部材６４ｃは、面状発熱体６４ｂの熱が押圧部材６４ｄを通して拡散するのを防ぐために配置する部材である。断熱部材６４ｃとしては、耐熱性、断熱性に優れるものであれば特に制限はなく、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。
【００７９】
押圧部材６４ｄは、断熱部材６４ｃを介して面状発熱体６４ｂを伝熱部材６４ａ側へ押圧するために配置する部材である。押圧部材６４ｄは耐熱性に優れた硬質材料製であることが好ましく、アルミニウム、硬質の樹脂材料などが用いられる。
【００８０】
補強部材６４ｅは、定着ベルト６０にヒータユニット６４を圧接させる際に、ヒータユニット６４が撓むことを防止する部材であり、また、面状発熱体６４ｂ、断熱部材６４ｃ及び押圧部材６４ｄを伝熱部材６４ａとの間に挟み込むための部材でもある。補強部材６４ｅ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。
【００８１】
図３に示すように、伝熱部材６４ａの上下のフランジに複数のビス穴を開け、伝熱部材６４ａと補強部材６４ｅとをビスによって締結することで、伝熱部材６４ａと補強部材６４ｅを結合する。長手方向において複数ヶ所で結合できるため、伝熱部材６４ａの局所的な温度低下を防止することができ、また、伝熱部材６４ａの撓みが抑制されることにより、定着ベルト６０への押圧力が不均一になることを防止することができる。
【００８２】
サーミスタ６５は、ヒータユニット６４が定着ベルト６０に圧接される位置よりも回転方向下流側であって、かつ定着ベルト６０が加圧ローラ６２に接触する位置よりも上流側の位置において、定着ベルト６０に近接するように設けられ、定着ベルト６０の温度を検出する。
【００８３】
つぎに、定着部６の動作について説明する。定着部６は、上述の図示しない制御部によって行われる駆動及び温度制御によって動作する。制御部は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置）、ＣＰＵが実行する制御ブログラムを格納したＲＯＭ（Read Only Memory）等によって構成される。ＣＰＵが駆動及び温度制御プログラムをＲＯＭから読み出して実行することにより、制御部は定着部６の駆動及び温度制御を行う。
【００８４】
制御部は、画像形成装置１の電源ボタンが押されたことにより画像形成装置１が電源オンの状態となったこと、又は画像形成装置１に画像を形成させる画像形成指示を受け付けたことなどをトリガにして、定着部６を昇温させる温度制御を行う。ここで、画像形成指示は、画像形成装置１の上面に設けられた操作部から、又は画像形成装置１に接続されるコンピュータなどの外部機器から入力される。
【００８５】
制御部は、ヒータユニット６４、定着ローラ６１の内部に設けた加熱ヒータ６８ａ、及び加圧ローラ６２の内部に設けた加熱ヒータ６８ｂに電力を供給するための制御信号を図示しない電源部へ送出する。制御部からの制御信号を受けた電源部によって、ヒータユニット６４、加熱ヒータ６８ａ，６８ｂへ電力が供給されることにより、ヒータユニット６４、加熱ヒータ６８ａ，６８ｂが夫々発熱し、定着部６の温度が上昇する。制御部は、サーミスタ６５による検出温度が設定温度に到達したことを検知すると、電源部からヒータユニット６４、加熱ヒータ６８ａ，６８ｂへの電力供給をオンオフ制御するなどしてサーミスタ６５による検出温度が設定温度を保つようにする。
【００８６】
つぎに、制御部は、駆動手段によって加圧ローラ６２を矢符６６ａの方向に回転させる。加圧ローラ６２の回転に伴って定着ベルト６０、定着ローラ６１及びテンションローラ６３が従動回転する。この状態で、未定着トナー像を担持する記録媒体８が２次転写ローラ４０（図１参照）から定着ニップ部６７に搬送される。記録媒体８が定着ニップ部６７を通過する際に、トナー像を構成するトナーが加熱及び加圧されることによって記録媒体８に定着し、画像が形成される。
【００８７】
なお、消費電力を低減し、さらには部品点数を削減するために、加熱ヒータ６８ａ，６８ｂを設けない構成とする場合には、ヒータユニット６４によって定着ベルト６０を加熱し、定着ベルト６０からの伝熱によって、定着ローラ６１及び加圧ローラ６２を間接的に昇温させる。
【００８８】
定着部６のヒータユニット６４、加熱ヒータ６８ａ，６８ｂに電力供給して昇温動作を開始してから、サーミスタ６５の温度が設定温度に到達するまでに要する時間（ウォームアップ時間）は、定着部６全体の熱容量に依存する。一般に、定着部６全体の熱容量が大きいとウォームアップ時間は長くなり、逆に定着部６全体の熱容量が小さくすれば、ウォームアップ時間は短くなる。
【００８９】
上述のように、定着ローラ６１、テンションローラ６３、ヒータユニット６４を定着ベルト６０が周回する軌道の内側に納めた構成において、定着部６全体の熱容量を小さく抑えるためには、テンションローラ６３を小径にしてテンションローラ６３の熱容量を小さくすればよい。しかし、テンションローラ６３を小径にした場合に、テンションローラ６３を中空（円筒状）とすると剛性が足りず、加えられるテンションによって撓みが発生してしまう。
【００９０】
小径のテンションローラ６３に発生する撓みを抑えるためには、芯金６３ａの厚みを厚くするか、中実にする必要がある。芯金６３ａの厚みを厚くし、又は中実にした場合、テンションローラ６３の熱容量が大きくなってしまう。そこで、本発明は、断熱層６３ｂを設けることによって、定着ベルト６０側からテンションローラ６３側への熱伝導を抑え、定着部６を短時間で昇温することができるものである。これにより、ウォームアップ時間を短くすることができるとともに、テンションローラ６３の小径化によって、定着部６を小型化できるものである。
【００９１】
テンションローラ６３の外径については、テンションローラ６３の外径をｒ、定着ローラ６１の外径をＲとしたとき、外径ｒを外径Ｒより小さくすることで、少なくとも定着部６を小型化できるが、さらに下記の関係式を満足することが望ましい。
ｒ≦２／３×Ｒ
【００９２】
外径ｒが上記の関係式を超える場合、テンションローラ６３の外径ｒが大きいため、芯金６３ａの厚みを薄くしても、ひずみに対する十分な強度をテンションローラ６３に持たせることができる。芯金６３ａの厚みを薄くした分、熱容量を小さくすることができるので、テンションローラ６３の表面を断熱層６３ｂで被覆することによってウォームアップ時間が短縮化されるものの、時間短縮の効果は限定的なものとなる。
【００９３】
外径ｒが上記の関係式を満たす場合、芯金６３ａの厚みを厚くするか、芯金６３ａを中実としなければ、ひずみに対する十分な強度をテンションローラ６３に持たせることができない。芯金６３ａの厚みを厚くした分、テンションローラ６３の熱容量が大きくなるので、テンションローラ６３の表面を断熱層６３ｂで被覆することによるウォームアップ時間の短縮効果は大きくなる。
【００９４】
（実施例）
テンションローラ６３を変更したときのウォームアップ時間の短縮効果について、具体的な実施例により検討した結果を説明する。実施例として、実施例１、実施例２、比較例の３種類を用いる。まず、この３種類の実施例において共通する構成について説明する。定着ベルト６０は、基材層６０ａ、弾性層６０ｂ、及び離型層６０ｃを含む３層構造を有し、外径５０ｍｍの円筒形状に形成された無端ベルトを使用し、とくに弾性層６０ｂはＪＩＳ−Ａ硬度５度のシリコーンゴムを使用する。
【００９５】
定着ローラ６１は、芯金６１ａ及び弾性層６１ｂを含む構成とし、外径３０ｍｍの円筒形状に形成されるローラ状部材を使用する。加圧ローラ６２は、芯金６２ａ、弾性層６２ｂ、及び表面層６２ｃを含む構成とし、外径３０ｍｍのローラ状部材を使用する。ヒータユニット６４は、面状発熱体６４ｂとして、長さ３６６ｍｍ、幅１５．８ｍｍ、厚さ０．６ｍｍのガラス材料がコーティングされたステンレス基板を用い、抵抗発熱体６４２及び導通部６４４の厚みが夫々約１０μｍの層であり、抵抗発熱体６４２の長さが３２０ｍｍとした。定着ベルト６０、定着ローラ６１、加圧ローラ６２、及びヒータユニット６４は、３種類の実施例で同じ構成のものを使用している。
【００９６】
つぎに、３種類の実施例において異なる構成について説明する。テンションローラ６３のローラ径は、実施例１が外径１２．３ｍｍ（定着ベルト６０のテンションにより、定着部６に装着された状態では外径１２．０ｍｍ相当となる）、実施例２が外径１４．０ｍｍ、比較例が外径１２．０ｍｍとした。なお、実施例１及び実施例２のテンションローラ６３は、芯金６３ａ及び断熱層６３ｂ（シリコーンスポンジ）を有する構成とし、比較例は芯金６３ａ（機械構造用炭素鋼鋼管：例えばＪＩＳ−Ｇ−３４４５規定のＳＴＫＭ）のみによる構成とした。
【００９７】
ウォームアップ完了の判定は、定着ベルト６０が１７５℃に到達した時点とした。３種類の実施例について試験した結果を図５及び図６に示す。図５は、ウォームアップ時の温度変遷を表すグラフであり、図６は、各実施例のウォームアップ時間を示す図表である。図５に示すように、テンションローラ６３を芯金６３ａ及び断熱層６３ｂで構成した実施例１の方が、テンションローラ６３を芯金６３ａのみで構成した比較例よりも早く昇温しており、断熱層６３ｂによってテンションローラ６３での熱伝導が抑えられることによって、定着ベルト６０が短時間で昇温することが確認できる。また、図６に示すように、実施例１と実施例２とでは、テンションローラ６３の外径が異なるものの、いずれも断熱層６３ｂを有しているため、断熱層６３ｂを有さない比較例に比べてウォームアップ時間を短くできることが確認できる。
【００９８】
（トナーの説明）
【００９９】
以下、本実施の形態に係る画像形成装置１で用いられる２成分現像剤１６ｙ，１６ｍ，１６ｃ，１６ｂについて詳細に説明する。２成分現像剤１６ｙ，１６ｍ，１６ｃ，１６ｂはトナー及びキャリアを含む。
【０１００】
トナーは、結着樹脂、着色剤及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、例えば、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、又は２種以上を併用できる。
【０１０１】
これらの結着樹脂の中でも、カラートナー用としては、保存性及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及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又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、シアン及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、後述する定着部６で記録媒体８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。
【０１０２】
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、及び染料を使用できる。トナー顔料としては、例えば、アゾ系顔料、ベンズイミダゾロン系顔料、キナクリドン系顔料、フタロシアニン系顔料、イソインドリノン系顔料、イソインドリン系顔料、ジオキサジン系顔料、アントラキノン系顔料、ペリレン系顔料、ペリノン系顔料、チオインジゴ系顔料、キノフタロン系顔料、金属錯体系顔料等の有機系顔料、カーボンブラック、酸化チタン、モリブデンレッド、クロムイエロー、チタンイエロー、酸化クロム及びベルリンブルーなどの無機系顔料、並びにアルミニウム粉などの金属粉などが挙げられる。トナー顔料は１種を単独で使用でき、又は２種以上を併用できる。
【０１０３】
離型剤としては、例えば、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、例えば、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。
【０１０４】
トナーは、結着樹脂、着色剤及び離型剤の他に、帯電制御剤、流動性向上剤、定着促進剤及び導電剤などの一般的なトナー用添加剤の１種又は２種以上を含有してもよい。
【０１０５】
トナーは、粉砕法、懸濁重合法、乳化凝集法などの公知の方法で製造できる。粉砕法では、着色剤及び離型剤などを結着樹脂と溶融混練して粉砕することでトナーを得る。懸濁重合法では、結着樹脂、着色剤及び離型剤などのモノマーを均一に分散した後、これらのモノマーを重合させることでトナーを得る。乳化凝集法では、結着樹脂、着色剤及び離型剤などを凝集剤によって凝集させ、得られる凝集物の微粒子を加熱することでトナーを得る。
【０１０６】
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。また、トナーの体積平均粒径が上述のように適度に小さい場合には、記録媒体８に対する被覆率が高くなるので、低付着量での高画質化、及びトナー消費量の低減化を達成できる。
【０１０７】
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、撹拌及び帯電が不十分になるので、感光体ドラム１１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８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。
【０１０８】
本実施の形態に係る画像形成装置１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。このトナーを用いて、Ｘ−Ｒｉｔｅ社製３１０による反射濃度測定値が１．４の画像濃度を得るには、記録媒体８の表面において５ｇ／ｍ2のトナー量が必要である。
【０１０９】
また、トナーは、結着樹脂としてガラス転移点が６０℃であり軟化点が１２０℃のポリエステルを含み、着色剤として各色の顔料をトナー全量の１２重量％含み、離型剤としてガラス転移点が５０℃であり軟化点が７０℃の低分子ポリエチレンワックスをトナー全量の７重量％含む。このトナーに離型剤として用いられる低分子ポリエチレンワックスは、結着樹脂として用いられるポリエステルよりもガラス転移点及び軟化点が低いワックスである。
【０１１０】
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、例えば、鉄、フェライト及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又は鉛などの金属との合金などが挙げられる。これらの中でも、フェライトが好ましい。
【０１１１】
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、又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。磁性を有する粒子を被覆する樹脂としては特に制限はないが、例えばオレフィン系樹脂、スチレン系樹脂、スチレンアクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、エステル系樹脂及びフッ素含有重合体系樹脂などが挙げられる。また、樹脂分散型キャリアに用いられる樹脂としては特に制限されないが、例えばスチレンアクリル樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素系樹脂及びフェノール樹脂などが挙げられる。
【０１１２】
キャリアの体積平均粒径は、特に制限されないが、高画質化を考慮すると、好ましくは３０μｍ以上５０μｍ以下である。さらにキャリアの抵抗率は、好ましくは１０8 Ω・ｃｍ以上、さらに好ましくは１０12Ω・ｃｍ以上である。
【０１１３】
キャリアの抵抗率は、キャリアを０．５０ｃｍ2 の断面積を有する容器に入れてタッピングした後、容器内に詰められたキャリアにおもりで１ｋｇ／ｃｍ2 の荷重を掛け、おもりと底面電極との間に１０００Ｖ／ｃｍの電界が生ずる電圧を印加したときの電流値を読み取ることで得られる値である。キャリアの抵抗率が低いと、現像スリーブ１７ｙにバイアス電圧を印加した場合にキャリアに電荷が注入され、感光体ドラム１１ｙにキャリア粒子が付着し易くなる。またバイアス電圧のブレークダウンが起こり易くなる。
【０１１４】
キャリアの磁化強さ（最大磁化）は、好ましくは１０ｅｍｕ／ｇ以上６０ｅｍｕ／ｇ以下、さらに好ましくは１５ｅｍｕ／ｇ以上４０ｅｍｕ／ｇ以下である。磁化強さは現像スリーブ１７ｙの磁束密度にもよるが、現像スリーブ１７ｙの一般的な磁束密度の条件下においては、１０ｅｍｕ／ｇ未満であると磁気的な束縛力が働かず、キャリア飛散の原因となるおそれがある。また磁化強さが６０ｅｍｕ／ｇを超えると、キャリアの穂立ちが高くなり過ぎる非接触現像では、感光体ドラム１１ｙと非接触状態を保つことが困難になる。また、接触現像ではトナー像に掃き目が現れ易くなるおそれがある。
【０１１５】
キャリアの形状は、球形又は扁平形状が好ましい。また、２成分現像剤１６ｙ，１６ｍ，１６ｃ，１６ｂ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、トナー及びキャリアの種類に応じて適宜選択すればよい。
【０１１６】
なお、前述した実施の形態の他にも、この発明について種々の変形例があり得る。それらの変形例は、この発明の範囲に属さないと解されるべきものではない。この発明には、請求の範囲と均等の意味及び前記範囲内でのすべての変形とが含まれるべきである。
【符号の説明】
【０１１７】
６０ 定着ベルト
６１ 定着ローラ
６２ 加圧ローラ
６３ テンションローラ
６３ｂ 断熱層（断熱部材）
６４ ヒータユニット（ヒータ）
６８ｂ 加熱ヒータ（ヒータ）
８ 記録媒体（シート）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート上に画像を定着させる定着装置、及びこれを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、主としてオフィス等で電子写真方式の画像形成装置（以下、単に「画像形成装置」という）の普及が進んでいる。該画像形成装置は、感光体、帯電手段、露光手段、現像手段、転写手段、及び定着手段を含み、帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程及び定着工程を行って、シート状の記録媒体（以下、単に「シート」ともいう）に画像を形成する装置である。
【０００３】
定着手段として、例えば熱ローラ定着方式の定着装置を用いる。この定着装置は、定着ローラ及び加圧ローラを含む。定着ローラ及び加圧ローラは、互いに圧接するローラ対である。定着ローラ及び加圧ローラの少なくともいずれか一方の内部には、加熱手段としてハロゲンヒータなどの熱源が配されている。
【０００４】
定着工程では、熱源が定着に必要な所定の温度（以下「定着温度」という）までローラ対を加熱した後、未定着のトナー像が形成された記録媒体が、定着ローラと加圧ローラとの圧接部である定着ニップ部に供給される。定着ニップ部を通過するトナー像は、定着ローラ及び加圧ローラの少なくともいずれか一方から伝わる熱と、定着ローラ及び加圧ローラの圧力とによって、紙などの記録媒体に定着される。熱源が定着装置の温度を定着温度まで昇温させるのに必要な時間（以下「ウォームアップ時間」という）が長いと、記録媒体に画像形成するまでに時間を要してしまうので、ウォームアップ時間は短い方がユーザの利便性は良好となる。
【０００５】
フルカラー印刷が可能な画像形成装置に装着する定着装置では、例えばシリコーンゴムなどからなる弾性層を表面に設けた定着ローラを用いる。この定着ローラを用いると、定着ニップ部において定着ローラ表面の弾性層が未定着トナー像の凹凸に対応して弾性変形し、未定着トナー像を覆い包むようにして定着ローラと未定着トナー像とが接触するので、単色画像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、定着性を良好にすることができる。
【０００６】
また、定着ローラ表面の弾性層の歪み解放効果によって、単色画像に比べてオフセットしやすいカラートナーの離型性を向上させることができる。具体的には、定着ニップ部で圧縮され歪が生じた弾性層は、定着ニップ部の出口でその歪が解放されるので、定着ニップ部の出口では弾性層とトナー像との間にずれが生じ、その結果、弾性層のトナー像に対する付着力が低減され、離型性が向上する。また、定着ニップ部における定着ローラ及び加圧ローラの形状であるニップ形状が、定着ローラ側に凸（逆ニップ形状）となるので、定着ローラと記録媒体との剥離性能を向上させることができる。したがって、定着ローラと記録媒体とを剥離する剥離手段として、例えば剥離爪を用いることなく記録媒体と定着ローラとの剥離が可能なセルフストリッピングを実現することができるので、剥離手段に起因する画像欠陥を解消することができる。
【０００７】
高速化に対応するためには定着ニップ部の幅（以下「定着ニップ幅」という）を広くする必要がある。定着ニップ幅を広くする方法として、定着ローラの弾性層を厚くする方法、又は定着ローラ径を大きくする方法の２つの方法が挙げられる。しかし、定着ローラの弾性層の熱伝導性は非常に低いので、弾性層を厚くすると、定着ローラ内部に加熱手段がある場合にはウォームアップ時間が長くなり、プロセス速度を高速化すると、定着ローラの温度が定着温度に追従しなくなる。また、定着ローラ径を大きくすると、熱容量が大きくなり、加熱手段による消費電力が増大してしまう。
【０００８】
特許文献１には、高速化に対応しつつ、ウォームアップ時間及び消費電力を改善する定着装置が開示されている。特許文献１に開示された定着装置は、定着ローラ、加圧ローラ、加熱ローラ、及び無端状ベルトを含み、定着ローラ及び加熱ローラに無端状ベルトを掛け渡し、無端状ベルトを介して定着ローラと加圧ローラとを圧接させるベルト定着方式を用いている。この定着装置は、加熱手段を定着ローラに内蔵する必要がないので、定着ローラの弾性層を厚く設け、定着ローラ径を大きくすることによって高速化に対応しつつ、加熱ヒータを内部に含む加熱ローラによって熱容量の小さい無端状ベルトを加熱できるので、熱容量の大きい弾性層を加熱する必要がなく、ウォームアップ時間が短く、消費電力の増大を回避することができるというものである。
【０００９】
また、特許文献２には、加圧ローラに対向して、面状発熱体を加熱手段として内蔵した定着ヘッドを設け、定着ベルトを介して、加熱手段による熱を被加熱材としての記録媒体に付与し、記録媒体上の未定着トナー像を加熱定着させる定着装置が提案されている。特許文献２に開示された定着装置では、面状発熱体の熱容量を、加熱手段としてハロゲンヒータを用いた場合の熱容量に比べて、小さくすることができるので、省電力化やウォームアップ時間の短縮が可能になるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第９９／００７１３号パンフレット
【特許文献２】特開平０２−１４３２７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１の定着装置では、加熱ローラ内にハロゲンランプヒータを内蔵しており、ハロゲンランプヒータによるウォームアップ時間を短くするためには、加熱ローラの厚みを薄くして加熱ローラ自体の熱容量を小さくしなければならない。また、加熱ローラの厚みを薄くしながらも十分な強度を得るためには、ローラ径を大きくしなければならず、装置が大型化するという問題点があった。
【００１２】
また、特許文献２に記載された加圧ローラに定着ヘッドが対向する構成では、定着ヘッドの他に、定着ベルトを張架するための複数のローラを配置する必要があり、装置が大型化するという問題点があった。
【００１３】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、小型で、省電力化やウォームアップ時間の短縮を図ることができる定着装置及び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】
【００１４】
本発明に係る定着装置は、定着ローラと、該定着ローラと平行に配されたテンションローラと、前記定着ローラ及び前記テンションローラに張架された無端状の定着ベルトと、該定着ベルトを加熱するヒータと、前記定着ベルトを介して前記定着ローラに圧接される加圧ローラとを備え、現像剤による画像を担持したシートを前記定着ベルト及び前記加圧ローラにより挟持しながら搬送して前記シート上に画像を定着させる定着装置において、前記ヒータは、前記定着ベルトに圧接するように配してあり、前記テンションローラは、前記定着ベルトに接する外周に断熱部材を配してあることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る定着装置は、前記テンションローラの外径が前記定着ローラの外径よりも小さいことを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る定着装置は、前記ヒータが、前記定着ベルトが周回する軌道の内側に配してあることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る定着装置は、前記テンションローラに配してある前記断熱部材が、多孔質素材により形成されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る定着装置は、前記加圧ローラを加熱するヒータを備えることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る画像形成装置は、取得した画像データに基づいて現像剤による画像をシート上に転写する転写手段と、上述の定着装置とを備え、該定着装置で画像を定着させて画像形成を行うようにしてあることを特徴とする。
【００２０】
本発明にあっては、無端状の定着ベルトを定着ローラ及びテンションローラに張架し、定着ベルトを加熱するヒータが定着ベルトに圧接するように配してあり、テンションローラが定着ベルトに接する外周に断熱部材を配してあるため、テンションローラへの熱伝導が抑制され、ウォームアップ時間を短縮することができる。
【００２１】
本発明にあっては、テンションローラの外径が定着ローラの外径よりも小さいため、装置を小型化することができる。
【００２２】
本発明にあっては、定着ベルトが周回する軌道の内側にヒータが配してあるため、装置を小型化することができる。
【００２３】
本発明にあっては、テンションローラに配してある断熱部材が、多孔質素材により形成されているため、断熱部材の断熱性が高く、ウォームアップ時間を短縮することができる。
【００２４】
本発明にあっては、加圧ローラを加熱するヒータを備えるため、ウォームアップ時間を短縮することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、無端状の定着ベルトを定着ローラ及びテンションローラに張架し、定着ベルトを加熱するヒータが定着ベルトに圧接するように配してあり、テンションローラが定着ベルトに接する外周に断熱部材を配してあるので、テンションローラへの熱伝導が抑制され、ウォームアップ時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の例を示す模式図である。
【図２】図１の作像ユニットの断面を示す模式図である。
【図３】図１の定着部の断面を示す模式図である。
【図４】図３の面状発熱体の正面図である。
【図５】ウォームアップ時の温度変遷を表すグラフである。
【図６】各実施例のウォームアップ時間を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態に係る画像形成装置を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は、すべての点で例示であって本発明を限定するものと解されるべきではない。
【００２８】
図１は本発明の実施の形態に係る画像形成装置１の例を示す模式図である。画像形成装置１は、画像形成部２、中間転写部３、２次転写部４、記録媒体供給部５、本発明の定着装置である定着部６、図１には図示しない操作部、及び制御部等を備える。
【００２９】
（画像形成部２の構成及び動作）
画像形成部２は、作像ユニット１０ｙ，１０ｍ，１０ｃ，１０ｂを備えている。作像ユニット１０ｙ，１０ｍ，１０ｃ，１０ｂは、各色相のデジタル信号（以下、「画像情報」と記載する）に対応する静電潜像を形成し、該静電潜像を現像して、各色ごとに現像剤による画像（トナー像）を形成するユニットである。ここで、画像情報は画像読取部９によって原稿画像を読み取って生成されるものである。作像ユニット１０ｙはイエロー色の画像情報に対応するトナー像を形成し、作像ユニット１０ｍはマゼンタ色の画像情報に対応するトナー像を形成し、作像ユニット１０ｃはシアン色の画像情報に対応するトナー像を形成し、作像ユニット１０ｂはブラック色の画像情報に対応するトナー像を形成する。
【００３０】
作像ユニット１０ｙ，１０ｍ，１０ｃ，１０ｂの相違点は、それぞれイエロー色現像剤、マゼンタ色現像剤、シアン色現像剤、又はブラック色現像剤を使用すること、及び画像形成部２に入力される画像情報のうち、イエロー色成分像に対応する画素信号、マゼンタ色成分像に対応する画素信号、シアン色成分像に対応する画素信号、ブラック色成分像に対応する画素信号がそれぞれ入力されることである。作像ユニット１０ｙ，１０ｍ，１０ｃ，１０ｂの構成は同等であるので、以下では、イエロー色に対応する作像ユニット１０ｙ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。
【００３１】
なお、各色に対応する作像ユニット１０などを個々に示す場合には、アルファベットの添字：ｙ（イエロー色）、ｍ（マゼンタ色）、ｃ（シアン色）、ｂ（ブラック色）を付して表す。作像ユニット１０ｙ，１０ｍ，１０ｃ，１０ｂは、後述する中間転写ベルト３０の移動方向（副走査方向）、すなわち、矢符３１の方向の上流側から下流側にこの順番で一列に並んで配列される。
【００３２】
図２は、作像ユニット１０ｙの断面を示す模式図である。作像ユニット１０ｙは、感光体ドラム１１ｙ、帯電ローラ１２ｙ、光走査ユニット１３ｙ、現像装置１４ｙ、及びドラムクリーナ１５ｙ等を含む。
【００３３】
感光体ドラム１１ｙは、イエロー色の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、円筒状、円柱状又は薄膜シート状（好ましくは円筒状）の導電性基体と、導電性基体の表面に形成される感光層とを含む。感光体ドラム１１ｙとしては、この分野で常用されるものを使用でき、例えば、導電性基体であるアルミニウム素管と、アルミニウム素管の表面に形成される感光層である有機感光層とを含む、ＧＮＤ（接地）電位に接続される感光体ドラムを使用できる。
【００３４】
有機感光層は、電荷発生物質を含む電荷発生層と、電荷輸送物質を含む電荷輸送層とを積層して形成されるものであってもよく、電荷発生物質及び電荷輸送物質を含む１つの層によって形成されてもよい。有機感光層の層厚は、特に限定されるものではないが、例えば、厚み２０μｍなどとする。また、有機感光層と導電性基体との間に下地層を設けてもよい。さらに、有機感光層の表面に保護層を設けてもよい。
【００３５】
帯電ローラ１２ｙは、感光体ドラム１１ｙの表面を所定の極性の電位に帯電させるローラである。感光体ドラム１１ｙを帯電させる手段としては、帯電ローラ１２ｙに限定されるものではなく、帯電ローラ１２ｙに代えて、ブラシ型帯電器、チャージャー型帯電器、又はスコロトロンというコロナ帯電器なども使用できる。
【００３６】
光走査ユニット１３ｙは、帯電状態にある感光体ドラム１１ｙの表面にイエロー色の画像情報により制御されたレーザ光を照射し、感光体ドラム１１ｙの表面に、イエロー色の画像情報に対応する静電潜像を形成するユニットである。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。
【００３７】
現像装置１４ｙは、感光体ドラム１１ｙに臨んで設けられ、感光体ドラム１１ｙ表面に形成される静電潜像を現像して顕像化する装置である。現像スリーブ１７ｙ表面に、現像槽１９ｙ内の２成分現像剤１６ｙに含まれるイエロー色トナー及びキャリアのうち、イエロー色トナーを担持し、層厚規制部材１８ｙによって所定量の厚さに規制して感光体ドラム１１ｙ表面に搬送し、感光体ドラム１１ｙ表面に形成される静電潜像を現像して顕像化する。また、現像槽１９ｙ内には現像スリーブ１７ｙへ現像剤を供給する供給ローラ２０ｙを備える。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。
【００３８】
ドラムクリーナ１５ｙは、感光体ドラム１１ｙに圧接されるクリーナブレード２１ｙを有している。感光体ドラム１１ｙ表面のイエロー色のトナー像が中間転写ベルト３０に中間転写された後、クリーナブレード２１ｙにより、感光体ドラム１１ｙ表面において中間転写ベルト３０に中間転写されずに残留したイエロー色トナーを除去し、箱体２２ｙに回収する。
【００３９】
つぎに、画像形成部２の動作について説明する。感光体ドラム１１ｙは、図２には図示しない駆動手段によって、矢符２３の方向に、例えば周速度２２０ｍｍ／ｓで回転駆動される。現像スリーブ１７ｙは、感光体ドラム１１ｙに近接する現像ニップ部において、感光体ドラム１１ｙの回転駆動方向と逆の方向である矢符２４の方向に回転駆動される。
【００４０】
作像ユニット１０ｙによれば、感光体ドラム１１ｙをその軸線回りに回転駆動させながら、図示しない電源により帯電ローラ１２ｙに、例えば−１２００Ｖを印加して放電させることよって、感光体ドラム１１ｙの表面を例えば−６００Ｖに帯電させる。つぎに、帯電状態にある感光体ドラム１１ｙの表面に、光走査ユニット１３ｙからイエロー色の画像情報により制御されたレーザ光を照射し、イエロー色の画像情報に対応する露光電位−７０Ｖの静電潜像を形成する。
【００４１】
次いで、感光体ドラム１１ｙの表面と現像スリーブ１７ｙ表面に担持されるイエロー色トナーとを近接させる。現像スリーブ１７ｙには現像電位として−４５０Ｖの直流電圧が印加されており、現像スリーブ１７ｙと感光体ドラム１１ｙとの電位差によって、静電潜像にイエロー色トナーが付着し、感光体ドラム１１ｙの表面にイエロー色トナー像が形成される。このイエロー色トナー像は、後述するように、感光体ドラム１１ｙの表面に圧接し、矢符３１の方向に駆動する中間転写ベルト３０に中間転写される。感光体ドラム１１ｙの表面に残留するイエロー色トナーはドラムクリーナ１５ｙにより除去回収される。以後、同様にしてイエロー色のトナー像の形成動作が繰り返し実行される。なお、本実施の形態に係る画像形成装置１で用いられる２成分現像剤１６ｙ，１６ｍ，１６ｃ，１６ｂについては後述することとする。
【００４２】
（中間転写部３の構成及び動作）
中間転写部３は、中間転写ベルト３０、中間転写ローラ３２ｙ，３２ｍ，３２ｃ，３２ｂ、支持ローラ３３，３４，３５、及びベルトクリーナ３６等を含む。本実施の形態では、中間転写部３、及び後述する２次転写部４によって、記録媒体８に画像が転写される。
【００４３】
中間転写ベルト３０は、支持ローラ３３，３４，３５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。中間転写ベルト３０は、感光体ドラム１１ｙ，１１ｍ，１１ｃ，１１ｂとほぼ同じ周速度で、矢符３１の方向に、すなわち、感光体ドラム１１ｙ，１１ｍ，１１ｃ，１１ｂに臨む像担持面が、感光体ドラム１１ｙから感光体ドラム１１ｂに向って移動するように駆動される。
【００４４】
中間転写ベルト３０には、例えば、厚さ１００μｍのポリイミドフィルムを使用できる。中間転写ベルト３０の材料としてはポリイミドのみに限定されず、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエステル及びポリプロピレンなどの合成樹脂、又は各種ゴムなどから構成されるフィルムを使用できる。
【００４５】
合成樹脂又は各種ゴムから構成されるフィルム中には、中間転写ベルト３０の電気抵抗値を調整するために、ファーネスブラック、サーマルブラック、チャネルブラック及びグラファイトカーボンなどの導電材が配合される。また、中間転写ベルト３０には、トナーに対する付着力の弱いフッ素樹脂組成物、又はフッ素ゴムなどから構成される被覆層が設けられていてもよい。被覆層の構成材料としては、例えば、ＰＴＦＥ(ポリテトラフルオロエチレン)及び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。被覆層には導電材が配合されていてもよい。
【００４６】
中間転写ローラ３２ｙ，３２ｍ，３２ｃ，３２ｂは夫々、中間転写ベルト３０を介して感光体ドラム１１ｙ，１１ｍ，１１ｃ，１１ｂに対向するように設けられるローラ状部材であり、中間転写ベルト３０における像担持面の反対面に圧接し、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。
【００４７】
中間転写ローラ３２ｙ，３２ｍ，３２ｃ，３２ｂには、例えば金属製軸体、及び金属製軸体の表面に形成される導電体層を含むローラ状部材が用いられる。金属製軸体は、例えば、ステンレス鋼などの金属によって構成される。金属製軸体の直径は特に制限されないが、好ましくは８ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。導電体層は、導電性を有する弾性体などによって構成される。導電性を有する弾性体としては、この分野で常用されるものを使用でき、例えば、カーボンブラックなどの導電剤を含む、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、発泡ＥＰＤＭ、及び発泡ウレタンなどが挙げられる。導電体層によって、中間転写ベルト３０に高電圧が均一に印加される。
【００４８】
中間転写ローラ３２ｙ，３２ｍ，３２ｃ，３２ｂには、感光体ドラム１１ｙ，１１ｍ，１１ｃ，１１ｂの表面に形成されるトナー像を中間転写ベルト３０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１１ｙ，１１ｍ，１１ｃ，１１ｂに形成されるイエロー、マゼンタ、シアン及びブラック色のトナー像が中間転写ベルト３０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、シアン及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１０ｙ，１０ｍ，１０ｃ，１０ｂ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１０のみにおいてトナー像が形成される。
【００４９】
支持ローラ３３，３４，３５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、中間転写ベルト３０を張架して矢符３１の方向に回転駆動させる。支持ローラ３３，３５には、例えば、直径３０ｍｍ、及び肉厚１ｍｍのアルミニウム製円筒体（パイプ状ローラ）が用いられる。このうち、支持ローラ３４は、中間転写ベルト３０を介して後述する２次転写ローラ４０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。
【００５０】
ベルトクリーナ３６は、中間転写ベルト３０の像担持面上のトナー像を後述の２次転写部４において記録媒体８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る。中間転写ベルト３０を介して支持ローラ３５に対向するように設けられる。
【００５１】
つぎに、中間転写部３の動作について説明する。中間転写ベルト３０の像担持面は、中間転写ベルト３０の駆動方向における上流側から、感光体ドラム１１ｙ，１１ｍ，１１ｃ，１１ｂにこの順番で圧接する。中間転写ベルト３０が感光体ドラム１１ｙ，１１ｍ，１１ｃ，１１ｂに圧接する位置が、各色トナー像の中間転写位置となる。
【００５２】
中間転写ローラ３２ｙ，３２ｍ，３２ｃ，３２ｂには、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。この高電圧印加によって、感光体ドラム１１ｙ，１１ｍ，１１ｃ，１１ｂ上に形成されるトナー像は、中間転写ベルト３０の像担持面の所定位置に重ね合わされて中間転写され、多色のトナー像が中間転写ベルト３０上に形成される。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８に２次転写される。２次転写後に中間転写ベルト３０の像担持面に残留するトナー、及び紙粉などがベルトクリーナ３６によって除去され、中間転写ベルト３０の像担持面には再度多色のトナー像が転写される。
【００５３】
（２次転写部４の構成及び動作）
２次転写部４は、支持ローラ３４と、２次転写ローラ４０とを含む。支持ローラ３４は、中間転写ベルト３０を張架する機能と共に、中間転写ベルト３０上の多色のトナー像を記録媒体８に２次転写させる機能を有する。２次転写ローラ４０は、中間転写ベルト３０を介して支持ローラ３４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。
【００５４】
２次転写ローラ４０は、例えば、金属製軸体と、金属製軸体の表面に形成される導電体層とを含む。金属製軸体は、例えば、ステンレス鋼などの金属によって形成される。導電体層は、導電性を有する弾性体などによって形成される。導電性を有する弾性体としてはこの分野で常用されるものを使用でき、例えば、カーボンブラックなどの導電材を含む、ＥＰＤＭ、発泡ＥＰＤＭ及び発泡ウレタンなどが挙げられる。２次転写ローラ４０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。
【００５５】
つぎに、２次転写部４の動作について説明する。支持ローラ３４、中間転写ベルト３０及び２次転写ローラ４０の圧接部によって、２次転写ニップ部が形成される。中間転写ベルト３０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５から送給される記録媒体８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８とが重ね合わされ、２次転写ローラ４０に高電圧が印加されることによって、未定着のトナー像が記録媒体８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８は、定着部６に搬送される。
【００５６】
（記録媒体供給部５の構成及び動作）
記録媒体供給部５は、収容トレイ５０、収容トレイ５０に収容された記録媒体８を搬出する搬出ローラ５１、搬送ローラ５２ａ，５２ｂ、及び搬送路Ｐ等により構成される。なお、記録媒体８は、印刷用紙であるほか、ＯＨＰ（Overhead Projector ）シートのようなフィルム状の記録媒体であってもよい。
【００５７】
つぎに、記録媒体供給部５の動作について説明する。収容トレイ５０は記録媒体８を収容し、搬出ローラ５１は、収容トレイ５０に収容されている記録媒体８を搬出する。搬送ローラ５２ａ，５２ｂは、搬出された記録媒体８を２次転写部４へ搬送する。
【００５８】
（定着部６の構成及び動作）
図３は定着部６の断面を示す模式図である。定着部６は、定着ベルト６０、定着ローラ６１、加圧ローラ６２、テンションローラ６３、ヒータユニット６４、及びサーミスタ６５等により構成される。
【００５９】
定着ベルト６０は、定着ローラ６１とテンションローラ６３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。また、定着ベルト６０は、定着ローラ６１と加圧ローラ６２との圧接点で加圧ローラ６２に接触するように設けられ、記録媒体８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８に定着させるものである。定着ベルト６０は、加圧ローラ６２の矢符６６ａ方向の回転駆動によって矢符６６ｂの方向に従動回転する。
【００６０】
定着ベルト６０は、基材層６０ａ、弾性層６０ｂ、及び離型層６０ｃを含む３層構造とする。後述の実施例では、該３層構造を有する直径５０ｍｍの円筒形状に形成された無端状ベルトを使用している。基材層６０ａを形成する材料としては、耐熱性及び耐久性に優れるものであれば特に制限されないが、ニッケル電鋳、ステンレスなどのほか、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）が好ましい。これらの材料は、強度、耐熱性に優れ、しかも安価である。また、基材層６０ａの厚さも特に制限されないが、好ましくは、３０〜２００μｍである。
【００６１】
弾性層６０ｂ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たものが好ましい。このような材料の具体例としては、例えば、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６０ｂ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６０ｂの強度の低下、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。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（Low Temperature Vulcanization）型、ＲＴＶ（Room Temperature Vulcanization）型、又はＨＴＶ（High Temperature Vulcanization）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。
【００６２】
また、弾性層６０ｂ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６０ｂ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。後述の実施例では、ＪＩＳ−Ａ硬度５度のシリコーンゴムを使用している。
【００６３】
離型層６０ｃは、例えばフッ素樹脂チューブで形成した層、又はフッ素樹脂を含有する樹脂を弾性層６０ｂに塗布して焼成することにより形成した層よりなる。フッ素樹脂の材料としては、耐熱性及び耐久性に優れ、トナーとの付着力が弱いものであれば特に制限されず、例えば、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６０ｃの厚さは、５〜５０μｍであることが好ましい。この厚さの範囲であれば、適度な強度を持ち、弾性層６０ｂの弾性を発揮させつつ、記録媒体の微小な凹凸に追従することが可能である。
【００６４】
定着ローラ６１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６２、定着ベルト６０の回転駆動によって、矢符６６ｃ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。定着ローラ６１は、芯金６１ａ及び弾性層６１ｂを含む構成とする。後述の実施例では、外径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６１ａを形成する金属には熱伝導率の高い金属を使用でき、例えば、アルミニウム、鉄などが挙げられる。
【００６５】
弾性層６１ｂ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、例えば、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く、また、定着ローラ６１の断熱性を高めるためには、弾性層６１ｂが多孔質であることが好ましい。
【００６６】
更に、定着ベルト６０の寄りを修正するため、弾性層６１ｂ上に表面層６１ｃを設ける。これは、表面層６１ｃにより定着ローラ６１の表面の摺動性を高めることにより、定着ベルト６０の寄りが修正され易くなるためである。表面層６１ｃを構成する材料としては、耐熱性及び耐久性に優れ、摺動性が高いものであれば特に制限されず、例えば、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。
【００６７】
また、定着ローラ６１の内部に、補助的な加熱ヒータ６８ａを設けてもよい。これは、画像形成装置１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、トナー像定着時に記録媒体８に熱が伝導することに起因する定着ローラ６１の表面温度の低下などを防止するためである。加熱ヒータ６８ａにはハロゲンヒータなどが用いられる。
【００６８】
加圧ローラ６２は、定着ローラ６１の鉛直方向最下点よりも定着ローラ６１の回転方向下流側において、図示しない加圧手段により定着ベルト６０を介して定着ローラ６１に圧接され、定着ニップ部６７を形成する。加圧ローラ６２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６２は、定着ローラ６１によるトナー像の記録媒体８への加熱定着において、溶融状態にあるトナーを記録媒体８に対して押圧することによって、トナー像の記録媒体８への定着を促進する。
【００６９】
加圧ローラ６２は、芯金６２ａ、弾性層６２ｂ、及び表面層６２ｃを含む構成とする。後述の実施例では、外径３０ｍｍのローラ状部材を使用する。芯金６２ａ、弾性層６２ｂ及び表面層６２ｃを形成する材料としては、夫々、定着ローラ６１の芯金６１ａ、弾性層６１ｂ及び表面層６１ｃを形成する金属、又はその他材料と同じものを使用できる。また、芯金６２ａの形状も定着ローラ６１の芯金６１ａの形状と同様である。
【００７０】
また、加圧ローラ６２の内部に、補助的な加熱ヒータ６８ｂを設けてもよい。これは、画像形成装置１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、トナー像定着時に記録媒体８に熱が伝導することに起因する加圧ローラ６２の表面温度の急激な低下などを防止するためである。加熱ヒータ６８ｂにはハロゲンランプなどが用いられる。
【００７１】
テンションローラ６３は、回転自在に支持され、かつ図示しない加圧手段によって定着ベルト６０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６３は、定着ベルト６０の矢符６６ｂ方向の回転に従動回転する。テンションローラ６３は、芯金６３ａ、断熱層６３ｂの２層構造を有する円筒体である。芯金６３ａには、鉄やステンレスなどのヤング率が高く撓みに強い金属製又は炭素繊維製のローラ状部材を使用できる。後述の実施例では外径２０ｍｍのローラなどを使用する。
【００７２】
断熱層６３ｂは、熱が芯金６３ａへ伝わることを防止する目的のため、芯金６３ａ表面を被覆するように設けられている。断熱層６３ｂによる断熱性を高めるためには、断熱層６３ｂが多孔質であることが好ましい。断熱層６３ｂに用いる材料は、断熱性の高い材料であればよく、例えば、セラミック材料を用いても良いし、多孔質のシリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴムなどでもよい。また、多孔質素材を用いる場合、孔が連通しているものであっても、独立気泡のものであってもよいが、テンションが加えられることによる変形を抑えるためには、独立気泡の多孔質素材が好ましい。後述の実施例では、断熱層６３ｂとしてシリコーンスポンジを用い、断熱層６３ｂによって芯金６３ａを被覆した。
【００７３】
ヒータユニット６４は、定着ベルト６０が周回する軌道の内側に配置され、内部に加熱源を持ち、図示しない加圧手段によって定着ベルト６０に圧接されて定着ベルト６０を加熱するように設けられたユニットである。ヒータユニット６４は、伝熱部材６４ａ、面状発熱体６４ｂ、断熱部材６４ｃ、押圧部材６４ｄ、及び補強部材６４ｅで構成される。
【００７４】
伝熱部材６４ａは、面状発熱体６４ｂの熱を定着ベルト６０に伝達する部材である。伝熱部材６４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。また、伝熱部材６４ａを図示しない支持部材に取り付けるために、伝熱部材６４ａの形状は、図３に示すように上下にフランジを設けた「コ」の字形状とすることが望ましい。
【００７５】
伝熱部材６４ａの表面は、定着ベルト６０の内面と摺接するため、円弧形状とすることが好ましい。ただし、曲率が大きい場合、定着ベルト６０が伝熱部材６４ａの形状に追従することができず、伝熱部材６４ａの中央部において、定着ベルト６０が伝熱部材６４ａ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６４ａの曲率は、Ｒ１０〜２００の範囲であることが望ましい。また、定着ベルト６０の内面と良好に摺動させるため、必要に応じて伝熱部材６４ａの表面にフッ素樹脂層を形成してもよい。
【００７６】
図４は、面状発熱体６４ｂの正面図である。図４に示すように面状発熱体６４ｂは、平面視矩形短冊状のセラミックなどの絶縁基板６４１上に銀・パラジウム（ＡｇＰｄ）などからなる複数本の抵抗発熱体６４２を配したものである。絶縁基板６４１の材料としては、耐熱性、熱伝導性に優れ、電気絶縁性などを備えたものであれば特に制限はなく、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ステンレスなどの金属材等を使用することも可能である。後述の実施例では長さ３６６ｍｍ、幅１５．８ｍｍ、厚さ０．６ｍｍのガラス材料がコーティングされたステンレス基板を用いている。
【００７７】
図４においては、抵抗発熱体６４２を３本の直線状のパターンとして設け、各抵抗発熱体６４２の一端及び他端の夫々を接続する共通の端部電極６４３、該端部電極６４３の間に長手方向の抵抗値を安定させるための導通部６４４を設けている。絶縁基板６４１上に、抵抗発熱体６４２のパターンを銀・パラジウムペーストにより形成し、端部電極６４３及び導通部６４４のパターンを銀ペーストにより形成した後、焼成炉で所定の焼成条件により焼成する。焼成後、絶縁保護層として抵抗発熱体６４２の表面をガラス材料などの絶縁材料によりコーティングすることにより面状発熱体６４ｂが形成される。後述の実施例における抵抗発熱体６４２及び導通部６４４の厚みは、それぞれ約１０μｍの層であり、抵抗発熱体６４２の長さは３２０ｍｍとした。
【００７８】
断熱部材６４ｃは、面状発熱体６４ｂの熱が押圧部材６４ｄを通して拡散するのを防ぐために配置する部材である。断熱部材６４ｃとしては、耐熱性、断熱性に優れるものであれば特に制限はなく、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。
【００７９】
押圧部材６４ｄは、断熱部材６４ｃを介して面状発熱体６４ｂを伝熱部材６４ａ側へ押圧するために配置する部材である。押圧部材６４ｄは耐熱性に優れた硬質材料製であることが好ましく、アルミニウム、硬質の樹脂材料などが用いられる。
【００８０】
補強部材６４ｅは、定着ベルト６０にヒータユニット６４を圧接させる際に、ヒータユニット６４が撓むことを防止する部材であり、また、面状発熱体６４ｂ、断熱部材６４ｃ及び押圧部材６４ｄを伝熱部材６４ａとの間に挟み込むための部材でもある。補強部材６４ｅ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。
【００８１】
図３に示すように、伝熱部材６４ａの上下のフランジに複数のビス穴を開け、伝熱部材６４ａと補強部材６４ｅとをビスによって締結することで、伝熱部材６４ａと補強部材６４ｅを結合する。長手方向において複数ヶ所で結合できるため、伝熱部材６４ａの局所的な温度低下を防止することができ、また、伝熱部材６４ａの撓みが抑制されることにより、定着ベルト６０への押圧力が不均一になることを防止することができる。
【００８２】
サーミスタ６５は、ヒータユニット６４が定着ベルト６０に圧接される位置よりも回転方向下流側であって、かつ定着ベルト６０が加圧ローラ６２に接触する位置よりも上流側の位置において、定着ベルト６０に近接するように設けられ、定着ベルト６０の温度を検出する。
【００８３】
つぎに、定着部６の動作について説明する。定着部６は、上述の図示しない制御部によって行われる駆動及び温度制御によって動作する。制御部は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置）、ＣＰＵが実行する制御ブログラムを格納したＲＯＭ（Read Only Memory）等によって構成される。ＣＰＵが駆動及び温度制御プログラムをＲＯＭから読み出して実行することにより、制御部は定着部６の駆動及び温度制御を行う。
【００８４】
制御部は、画像形成装置１の電源ボタンが押されたことにより画像形成装置１が電源オンの状態となったこと、又は画像形成装置１に画像を形成させる画像形成指示を受け付けたことなどをトリガにして、定着部６を昇温させる温度制御を行う。ここで、画像形成指示は、画像形成装置１の上面に設けられた操作部から、又は画像形成装置１に接続されるコンピュータなどの外部機器から入力される。
【００８５】
制御部は、ヒータユニット６４、定着ローラ６１の内部に設けた加熱ヒータ６８ａ、及び加圧ローラ６２の内部に設けた加熱ヒータ６８ｂに電力を供給するための制御信号を図示しない電源部へ送出する。制御部からの制御信号を受けた電源部によって、ヒータユニット６４、加熱ヒータ６８ａ，６８ｂへ電力が供給されることにより、ヒータユニット６４、加熱ヒータ６８ａ，６８ｂが夫々発熱し、定着部６の温度が上昇する。制御部は、サーミスタ６５による検出温度が設定温度に到達したことを検知すると、電源部からヒータユニット６４、加熱ヒータ６８ａ，６８ｂへの電力供給をオンオフ制御するなどしてサーミスタ６５による検出温度が設定温度を保つようにする。
【００８６】
つぎに、制御部は、駆動手段によって加圧ローラ６２を矢符６６ａの方向に回転させる。加圧ローラ６２の回転に伴って定着ベルト６０、定着ローラ６１及びテンションローラ６３が従動回転する。この状態で、未定着トナー像を担持する記録媒体８が２次転写ローラ４０（図１参照）から定着ニップ部６７に搬送される。記録媒体８が定着ニップ部６７を通過する際に、トナー像を構成するトナーが加熱及び加圧されることによって記録媒体８に定着し、画像が形成される。
【００８７】
なお、消費電力を低減し、さらには部品点数を削減するために、加熱ヒータ６８ａ，６８ｂを設けない構成とする場合には、ヒータユニット６４によって定着ベルト６０を加熱し、定着ベルト６０からの伝熱によって、定着ローラ６１及び加圧ローラ６２を間接的に昇温させる。
【００８８】
定着部６のヒータユニット６４、加熱ヒータ６８ａ，６８ｂに電力供給して昇温動作を開始してから、サーミスタ６５の温度が設定温度に到達するまでに要する時間（ウォームアップ時間）は、定着部６全体の熱容量に依存する。一般に、定着部６全体の熱容量が大きいとウォームアップ時間は長くなり、逆に定着部６全体の熱容量が小さくすれば、ウォームアップ時間は短くなる。
【００８９】
上述のように、定着ローラ６１、テンションローラ６３、ヒータユニット６４を定着ベルト６０が周回する軌道の内側に納めた構成において、定着部６全体の熱容量を小さく抑えるためには、テンションローラ６３を小径にしてテンションローラ６３の熱容量を小さくすればよい。しかし、テンションローラ６３を小径にした場合に、テンションローラ６３を中空（円筒状）とすると剛性が足りず、加えられるテンションによって撓みが発生してしまう。
【００９０】
小径のテンションローラ６３に発生する撓みを抑えるためには、芯金６３ａの厚みを厚くするか、中実にする必要がある。芯金６３ａの厚みを厚くし、又は中実にした場合、テンションローラ６３の熱容量が大きくなってしまう。そこで、本発明は、断熱層６３ｂを設けることによって、定着ベルト６０側からテンションローラ６３側への熱伝導を抑え、定着部６を短時間で昇温することができるものである。これにより、ウォームアップ時間を短くすることができるとともに、テンションローラ６３の小径化によって、定着部６を小型化できるものである。
【００９１】
テンションローラ６３の外径については、テンションローラ６３の外径をｒ、定着ローラ６１の外径をＲとしたとき、外径ｒを外径Ｒより小さくすることで、少なくとも定着部６を小型化できるが、さらに下記の関係式を満足することが望ましい。
ｒ≦２／３×Ｒ
【００９２】
外径ｒが上記の関係式を超える場合、テンションローラ６３の外径ｒが大きいため、芯金６３ａの厚みを薄くしても、ひずみに対する十分な強度をテンションローラ６３に持たせることができる。芯金６３ａの厚みを薄くした分、熱容量を小さくすることができるので、テンションローラ６３の表面を断熱層６３ｂで被覆することによってウォームアップ時間が短縮化されるものの、時間短縮の効果は限定的なものとなる。
【００９３】
外径ｒが上記の関係式を満たす場合、芯金６３ａの厚みを厚くするか、芯金６３ａを中実としなければ、ひずみに対する十分な強度をテンションローラ６３に持たせることができない。芯金６３ａの厚みを厚くした分、テンションローラ６３の熱容量が大きくなるので、テンションローラ６３の表面を断熱層６３ｂで被覆することによるウォームアップ時間の短縮効果は大きくなる。
【００９４】
（実施例）
テンションローラ６３を変更したときのウォームアップ時間の短縮効果について、具体的な実施例により検討した結果を説明する。実施例として、実施例１、実施例２、比較例の３種類を用いる。まず、この３種類の実施例において共通する構成について説明する。定着ベルト６０は、基材層６０ａ、弾性層６０ｂ、及び離型層６０ｃを含む３層構造を有し、外径５０ｍｍの円筒形状に形成された無端ベルトを使用し、とくに弾性層６０ｂはＪＩＳ−Ａ硬度５度のシリコーンゴムを使用する。
【００９５】
定着ローラ６１は、芯金６１ａ及び弾性層６１ｂを含む構成とし、外径３０ｍｍの円筒形状に形成されるローラ状部材を使用する。加圧ローラ６２は、芯金６２ａ、弾性層６２ｂ、及び表面層６２ｃを含む構成とし、外径３０ｍｍのローラ状部材を使用する。ヒータユニット６４は、面状発熱体６４ｂとして、長さ３６６ｍｍ、幅１５．８ｍｍ、厚さ０．６ｍｍのガラス材料がコーティングされたステンレス基板を用い、抵抗発熱体６４２及び導通部６４４の厚みが夫々約１０μｍの層であり、抵抗発熱体６４２の長さが３２０ｍｍとした。定着ベルト６０、定着ローラ６１、加圧ローラ６２、及びヒータユニット６４は、３種類の実施例で同じ構成のものを使用している。
【００９６】
つぎに、３種類の実施例において異なる構成について説明する。テンションローラ６３のローラ径は、実施例１が外径１２．３ｍｍ（定着ベルト６０のテンションにより、定着部６に装着された状態では外径１２．０ｍｍ相当となる）、実施例２が外径１４．０ｍｍ、比較例が外径１２．０ｍｍとした。なお、実施例１及び実施例２のテンションローラ６３は、芯金６３ａ及び断熱層６３ｂ（シリコーンスポンジ）を有する構成とし、比較例は芯金６３ａ（機械構造用炭素鋼鋼管：例えばＪＩＳ−Ｇ−３４４５規定のＳＴＫＭ）のみによる構成とした。
【００９７】
ウォームアップ完了の判定は、定着ベルト６０が１７５℃に到達した時点とした。３種類の実施例について試験した結果を図５及び図６に示す。図５は、ウォームアップ時の温度変遷を表すグラフであり、図６は、各実施例のウォームアップ時間を示す図表である。図５に示すように、テンションローラ６３を芯金６３ａ及び断熱層６３ｂで構成した実施例１の方が、テンションローラ６３を芯金６３ａのみで構成した比較例よりも早く昇温しており、断熱層６３ｂによってテンションローラ６３での熱伝導が抑えられることによって、定着ベルト６０が短時間で昇温することが確認できる。また、図６に示すように、実施例１と実施例２とでは、テンションローラ６３の外径が異なるものの、いずれも断熱層６３ｂを有しているため、断熱層６３ｂを有さない比較例に比べてウォームアップ時間を短くできることが確認できる。
【００９８】
（トナーの説明）
【００９９】
以下、本実施の形態に係る画像形成装置１で用いられる２成分現像剤１６ｙ，１６ｍ，１６ｃ，１６ｂについて詳細に説明する。２成分現像剤１６ｙ，１６ｍ，１６ｃ，１６ｂはトナー及びキャリアを含む。
【０１００】
トナーは、結着樹脂、着色剤及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、例えば、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、又は２種以上を併用できる。
【０１０１】
これらの結着樹脂の中でも、カラートナー用としては、保存性及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及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又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、シアン及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、後述する定着部６で記録媒体８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。
【０１０２】
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、及び染料を使用できる。トナー顔料としては、例えば、アゾ系顔料、ベンズイミダゾロン系顔料、キナクリドン系顔料、フタロシアニン系顔料、イソインドリノン系顔料、イソインドリン系顔料、ジオキサジン系顔料、アントラキノン系顔料、ペリレン系顔料、ペリノン系顔料、チオインジゴ系顔料、キノフタロン系顔料、金属錯体系顔料等の有機系顔料、カーボンブラック、酸化チタン、モリブデンレッド、クロムイエロー、チタンイエロー、酸化クロム及びベルリンブルーなどの無機系顔料、並びにアルミニウム粉などの金属粉などが挙げられる。トナー顔料は１種を単独で使用でき、又は２種以上を併用できる。
【０１０３】
離型剤としては、例えば、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、例えば、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。
【０１０４】
トナーは、結着樹脂、着色剤及び離型剤の他に、帯電制御剤、流動性向上剤、定着促進剤及び導電剤などの一般的なトナー用添加剤の１種又は２種以上を含有してもよい。
【０１０５】
トナーは、粉砕法、懸濁重合法、乳化凝集法などの公知の方法で製造できる。粉砕法では、着色剤及び離型剤などを結着樹脂と溶融混練して粉砕することでトナーを得る。懸濁重合法では、結着樹脂、着色剤及び離型剤などのモノマーを均一に分散した後、これらのモノマーを重合させることでトナーを得る。乳化凝集法では、結着樹脂、着色剤及び離型剤などを凝集剤によって凝集させ、得られる凝集物の微粒子を加熱することでトナーを得る。
【０１０６】
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。また、トナーの体積平均粒径が上述のように適度に小さい場合には、記録媒体８に対する被覆率が高くなるので、低付着量での高画質化、及びトナー消費量の低減化を達成できる。
【０１０７】
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、撹拌及び帯電が不十分になるので、感光体ドラム１１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８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。
【０１０８】
本実施の形態に係る画像形成装置１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。このトナーを用いて、Ｘ−Ｒｉｔｅ社製３１０による反射濃度測定値が１．４の画像濃度を得るには、記録媒体８の表面において５ｇ／ｍ2のトナー量が必要である。
【０１０９】
また、トナーは、結着樹脂としてガラス転移点が６０℃であり軟化点が１２０℃のポリエステルを含み、着色剤として各色の顔料をトナー全量の１２重量％含み、離型剤としてガラス転移点が５０℃であり軟化点が７０℃の低分子ポリエチレンワックスをトナー全量の７重量％含む。このトナーに離型剤として用いられる低分子ポリエチレンワックスは、結着樹脂として用いられるポリエステルよりもガラス転移点及び軟化点が低いワックスである。
【０１１０】
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、例えば、鉄、フェライト及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又は鉛などの金属との合金などが挙げられる。これらの中でも、フェライトが好ましい。
【０１１１】
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、又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。磁性を有する粒子を被覆する樹脂としては特に制限はないが、例えばオレフィン系樹脂、スチレン系樹脂、スチレンアクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、エステル系樹脂及びフッ素含有重合体系樹脂などが挙げられる。また、樹脂分散型キャリアに用いられる樹脂としては特に制限されないが、例えばスチレンアクリル樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素系樹脂及びフェノール樹脂などが挙げられる。
【０１１２】
キャリアの体積平均粒径は、特に制限されないが、高画質化を考慮すると、好ましくは３０μｍ以上５０μｍ以下である。さらにキャリアの抵抗率は、好ましくは１０8 Ω・ｃｍ以上、さらに好ましくは１０12Ω・ｃｍ以上である。
【０１１３】
キャリアの抵抗率は、キャリアを０．５０ｃｍ2 の断面積を有する容器に入れてタッピングした後、容器内に詰められたキャリアにおもりで１ｋｇ／ｃｍ2 の荷重を掛け、おもりと底面電極との間に１０００Ｖ／ｃｍの電界が生ずる電圧を印加したときの電流値を読み取ることで得られる値である。キャリアの抵抗率が低いと、現像スリーブ１７ｙにバイアス電圧を印加した場合にキャリアに電荷が注入され、感光体ドラム１１ｙにキャリア粒子が付着し易くなる。またバイアス電圧のブレークダウンが起こり易くなる。
【０１１４】
キャリアの磁化強さ（最大磁化）は、好ましくは１０ｅｍｕ／ｇ以上６０ｅｍｕ／ｇ以下、さらに好ましくは１５ｅｍｕ／ｇ以上４０ｅｍｕ／ｇ以下である。磁化強さは現像スリーブ１７ｙの磁束密度にもよるが、現像スリーブ１７ｙの一般的な磁束密度の条件下においては、１０ｅｍｕ／ｇ未満であると磁気的な束縛力が働かず、キャリア飛散の原因となるおそれがある。また磁化強さが６０ｅｍｕ／ｇを超えると、キャリアの穂立ちが高くなり過ぎる非接触現像では、感光体ドラム１１ｙと非接触状態を保つことが困難になる。また、接触現像ではトナー像に掃き目が現れ易くなるおそれがある。
【０１１５】
キャリアの形状は、球形又は扁平形状が好ましい。また、２成分現像剤１６ｙ，１６ｍ，１６ｃ，１６ｂ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、トナー及びキャリアの種類に応じて適宜選択すればよい。
【０１１６】
なお、前述した実施の形態の他にも、この発明について種々の変形例があり得る。それらの変形例は、この発明の範囲に属さないと解されるべきものではない。この発明には、請求の範囲と均等の意味及び前記範囲内でのすべての変形とが含まれるべきである。
【符号の説明】
【０１１７】
６０ 定着ベルト
６１ 定着ローラ
６２ 加圧ローラ
６３ テンションローラ
６３ｂ 断熱層（断熱部材）
６４ ヒータユニット（ヒータ）
６８ｂ 加熱ヒータ（ヒータ）
８ 記録媒体（シート）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着ローラと、該定着ローラと平行に配されたテンションローラと、前記定着ローラ及び前記テンションローラに張架された無端状の定着ベルトと、該定着ベルトを加熱するヒータと、前記定着ベルトを介して前記定着ローラに圧接される加圧ローラとを備え、現像剤による画像を担持したシートを前記定着ベルト及び前記加圧ローラにより挟持しながら搬送して前記シート上に画像を定着させる定着装置において、
前記ヒータは、前記定着ベルトに圧接するように配してあり、
前記テンションローラは、前記定着ベルトに接する外周に断熱部材を配してあることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記テンションローラの外径が前記定着ローラの外径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記ヒータは、前記定着ベルトが周回する軌道の内側に配してあることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記テンションローラに配してある前記断熱部材は、多孔質素材により形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の定着装置。
【請求項５】
前記加圧ローラを加熱するヒータを備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の定着装置。
【請求項６】
取得した画像データに基づいて現像剤による画像をシート上に転写する転写手段と、請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の定着装置とを備え、該定着装置で画像を定着させて画像形成を行うようにしてあることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
定着ローラと、該定着ローラと平行に配されたテンションローラと、前記定着ローラ及び前記テンションローラに張架された無端状の定着ベルトと、該定着ベルトを加熱するヒータと、前記定着ベルトを介して前記定着ローラに圧接される加圧ローラとを備え、現像剤による画像を担持したシートを前記定着ベルト及び前記加圧ローラにより挟持しながら搬送して前記シート上に画像を定着させる定着装置において、
前記ヒータは、前記定着ベルトに圧接するように配してあり、
前記テンションローラは、前記定着ベルトに接する外周に断熱部材を配してあることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記テンションローラの外径が前記定着ローラの外径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記ヒータは、前記定着ベルトが周回する軌道の内側に配してあることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記テンションローラに配してある前記断熱部材は、多孔質素材により形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の定着装置。
【請求項５】
前記加圧ローラを加熱するヒータを備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の定着装置。
【請求項６】
取得した画像データに基づいて現像剤による画像をシート上に転写する転写手段と、請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の定着装置とを備え、該定着装置で画像を定着させて画像形成を行うようにしてあることを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−８３７３０（Ｐ２０１３−８３７３０Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２２２９６（Ｐ２０１１−２２２２９６）
【出願日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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