JP7062450B2 - 定着装置およびこれに用いられる加熱部材 - Google Patents

Description

本発明は、プリンタ、複写機等の画像形成装置に搭載可能な定着装置およびこれに用いられる加熱部材に関する。

定着装置としては、近年、クイックスタートや省エネルギーの観点から、無端状フィルムを用いたフィルム加熱方式の加熱装置が実用化されている。更には、特許文献1、２に記載されるように、無端状フィルムの内周面に、加熱する薄板状の加熱部材を有し、無端状フィルムに内周面から周方向に沿って接触させることで、広範囲で無端状フィルムを加熱させる、いわゆる面状発熱体構成の定着装置が知られる。

特開２０１５－１２７７２８号公報 特開２０１５－７９１４０号公報

しかしながら、特許文献１、２の面状発熱体構成では、定着ベルトの周回方向で下流側における定着ベルトのたるみにより、定着ベルトから記録材が分離しにくいことが考えられる。

本発明の目的は、定着ベルトの周回方向で下流側の定着ベルトのたるみを抑制して、定着ベルトと記録材の分離性を向上させる定着装置およびこれに用いられる加熱部材を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、長手方向に長く、前記長手方向に直交する断面がリング状に形成された回転可能な定着ベルトと、前記定着ベルトの回転に際し、前記長手方向に直交する断面において弾性的に変形しながら前記定着ベルトの内周面と接触する前記長手方向に長い加熱部材であって、基材と、前記定着ベルトを加熱するための発熱部と、を有する加熱部材と、前記定着ベルトに対向し前記定着ベルトと共に未定着トナー像を担持した記録材を挟持搬送するニップ部を形成する対向回転体と、を有し、前記定着ベルトが回転するときの前記長手方向に直交する断面において、前記長手方向に直交する記録材搬送方向における、前記基材の最も上流側位置および最も下流側位置の中間位置が、前記記録材搬送方向における前記ニップ部の中心位置と前記対向回転体の回転中心位置とを結ぶ第１の直線に対し、前記記録材搬送方向の上流側に設けられており、前記長手方向に直交する断面における所定の直線を含む前記長手方向の断面により前記基材を一方側と他方側に分けるとき、前記一方側は、前記他方側よりも前記記録材搬送方向の上流側に設けられ、前記基材の縦弾性係数は、前記一方側の方が前記他方側よりも大きいことを特徴とする。

また、本発明に係る加熱部材は、長手方向に長く、前記長手方向に直交する断面がリング状に形成された回転可能な定着ベルトの回転に際し、前記長手方向に直交する断面において弾性的に変形しながら前記定着ベルトの内周面と接触する前記長手方向に長い加熱部材であって、基材と、前記定着ベルトを加熱するための発熱部と、を有し、前記長手方向に直交する断面における所定の直線を含む前記長手方向の断面により前記基材を一方側と他方側に分けるとき、前記基材の縦弾性係数は、前記一方側と前記他方側で異なることを特徴とする。

本発明によれば、定着ベルトの周回方向で下流側の定着ベルトのたるみを抑制して、定着ベルトと記録材の分離性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る定着装置を搭載した画像形成装置の概略構成を示す模式的断面図である。 第１の実施形態に係る定着装置の概略構成を示す模式的断面図である。 加熱部材における発熱部を含む長手方向の模式的断面図である。 加熱部材における発熱部の概略構成を示す模式的上面図である。 第１の実施形態に係る定着装置の定着ベルトが無い状態での加熱部材の形状を表した模式的断面図である。 上流側張り形状とは異なる比較例としての、従来構成に係る定着装置の概略構成を示す模式的断面図である。 第１の実施形態に係る定着装置の効果を示す図である。 加熱部材と定着ベルトの接触領域の広範囲な確保に関する比較例としての、従来構成に係る定着装置の概略構成を示す模式的断面図である。 第１の実施形態に係る定着装置の効果を示す図である。 第２の実施形態に係る定着装置の定着ベルトが無い状態での加熱部材形状を表した模式的断面図である。 第２の実施形態の加熱部材の基材の曲率半径分布を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付の図面を用いて説明する。

（第１の実施形態）
（画像形成装置）
図１は、本発明の実施形態に係る定着装置を搭載した画像形成装置を好適に示す一例として、電子写真プロセスを利用したレーザプリンタ１００（以下、プリンタ１００）の概略構成を示す模式的断面図である。プリンタ１００は、プリンタ１００の本体外部に設けられたホストコンピュータ等の出力装置（図示せず）からの提供情報に応じた画像を記録材（記録媒体、記録紙）Ｐに記録する形態の画像形成装置である。潜像担持体としての感光ドラム１０１は、その表面が有機感光体を主成分とする光導電層であって、プリンタ１００本体に設けられた駆動機構（図示せず）により、矢印Ａの時計方向に回転駆動される。

感光ドラム１０１は、帯電ローラ１０２によって所定電位に一様均一に帯電された後、出力装置からの提供情報に応じて露光装置１１５から露光される露光光としてのレーザー光１０３により、その外周面に前記提供情報に応じた静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置１０４の現像剤としてのトナーＴを担持した現像スリーブ１０６によりトナー像として可視像化される。

ここで、記録材Ｐは、給紙カセット１０７より給紙ローラ１１２によって１枚ずつ取り出され、経路Ｂを通り、記録材Ｐ先端と、感光ドラム１０１の外周面にトナーＴにより可視像化された画像形成部先端とが同期するように導入（搬入）される。すなわち、レジストローラ対１１３によって所定のタイミングで、転写手段である転写ローラ１０８と感光ドラム１０１の転写ニップ部に導入され、電気的作用により、感光ドラム１０１上のトナー像が記録材Ｐ上に転写される。

転写工程を終えた感光ドラム１０１上の転写残トナーは、クリーニングブレード１０９により感光ドラム１０１上から取り除かれて、クリーニング装置１１０に回収される。クリーニング工程を終えた感光ドラム１０１は、再び画像形成プロセス（帯電→露光→現像→転写→クリーニング）を繰り返して、記録材Ｐ上に未定着トナー画像が形成される。一方、未定着トナー像を担持した記録材Ｐは定着装置１１１に導入され、加圧・加熱されて、トナー像が記録材Ｐ上に定着される。

記録材Ｐの定着装置１１１からの排出に関し、経路Ｃを通り印字面が上になってプリンタ１００から排出されるフェイスアップ（ＦＵ）排紙と、経路Ｄを通り印字面が下になってプリンタ１００から排出されるフェイスダウン（ＦＤ）排紙とが選択可能である。このようにして、記録材Ｐはプリンタ１００から排出される。

また、プリンタ１００は、本実施形態にあっては、プリンタ１００本体に設けられたエンジンコントローラ１１４により、感光ドラム１０１や現像装置１０４等の各装置が統括的に制御されるようになっている。

（定着装置）
次に、定着装置１１１について説明する。図２は、本実施形態に係る定着装置１１１の概略断面図である。ここで、記録材Ｐの搬送方向および記録材Ｐの厚さ方向に直交する方向（図２の紙面垂直方向）を長手方向とする。なお、記録材Ｐの搬送方向は定着ニップ部を通過する記録材の搬送方向およびこれに平行な方向を示すものとする。

図２に示すように、長手方向に長く、長手方向に直交する断面がリング状に形成され回転可能な定着ベルト３０１と、定着ベルト３０１に対向する対向回転体としての加圧ローラ４０１とで、未定着トナー像を担持した記録材Ｐを挟持搬送するニップ部を形成する。即ち、図２は、定着ベルト３０１と加圧ローラ４０１が、定着処理するためのニップ部を形成している状態を示しており、定着ベルト３０１の内側には、加熱部材３０２が設けられている状態である。

加圧ローラ４０１が定着ベルト３０１の外周面と接触するように配置される一方、バックアップ部材（ニップ部材）３０３が定着ベルト３０１の内周面に当接するように配置される。これにより、定着ベルト３０１を、加圧ローラ４０１と対向する位置に配置されたバックアップ部材３０３と、加圧ローラ４０１との間で挟み込む。

定着ベルト３０１は、耐熱性樹脂ポリイミドからなる基層と、基層上に積層されたフッ素系樹脂ＰＦＡからなる表層とを有するフィルム状の部材で、表層を外側にして無端状に形成されたものである。基層の厚みは７０μｍで、表層の厚みは１５μｍとしている。この定着ベルト３０１は、外力がかからない自由状態では、長手方向に直交する断面がほぼ真円の筒形状（リング形状）となるものである。外力がかからない自由状態とは、定着ベルト３０１単体の状態である。すなわち、定着ベルト３０１の内側に加熱部材３０２やバックアップ部材３０３が設けられておらず、加圧ローラ４０１と接触していない状態である。本実施形態では、外径は２５ｍｍ、長手方向３４０ｍｍの寸法になっている。

加圧ローラ４０１は、アルミニウム金属からなる芯金４０１ｃの外周面に弾性層４０１ｂ、弾性層４０１ｂの外周面をフッ素系樹脂ＰＦＡチューブからなる表層４０１ａで覆っている。弾性層４０１ｂはシリコーンゴムからなる弾性部材であり、厚み１０ｍｍほどで芯金４０１ｃの外周面に形成されている。また、表層４０１ａは厚み１０μｍとしており、加圧ローラ４０1としての外径は２５ｍｍとしている。

ここで、加圧ローラ４０１は、駆動源としてのモータと接続しており、回転駆動される。定着ベルト３０１は、その周面がニップ部にて回転している加圧ローラ４０１と接触することにより、従動回転する。すなわち、定着ベルト３０１は、加圧ローラ４０１は、定着ベルト３０１を回転させる回転体として機能する。

バックアップ部材３０３は、定着ベルト３０１の内周面から加圧ローラ４０１へ向けて支持部３０４にっよって押し付けられることでニップ部を形成する長手方向に長い長軸状の部材であり、シリコーンゴムで形成された耐熱性を有する弾性材料を使用している。

また、支持部３０４は、金属板を断面形状がほぼＬ字状となるように曲げ加工された部材を組み合わせて長手方向に長い長軸状の棒状としたものであり、長手方向（軸線方向）でバックアップ部材３０３を支持するように、定着ベルト３０１の内側に位置する。そして、長手方向の両端部で支持されて、バックアップ部材３０３が加圧ローラ４０１側に押し付けられるように押圧力が付与される。本実施形態では、押圧力は片側１５０Ｎで両側合計３００Ｎとしている。

なお、バックアップ部材３０３は、支持部３０４のＬ字先端部と、支持部３０４にビス締めされることで固定された板金３０４ｂによって、記録材搬送方向の両端部を支持されることで、位置を固定している。

（加熱部材）
そして、本実施形態においては、定着ベルト３０１の回転に際し、長手方向に直交する断面において弾性的に変形しながら定着ベルト３０１の内周面と接触することで、定着ベルト３０１を加熱させる薄板状の加熱部材３０２が設けられる。加熱部材３０２は、図３に関し後に詳述するように、基材３０２ａと、定着ベルト３０１を加熱するための発熱部としての発熱層３０２ｂと、を有する。基材３０２ａは、薄板状板金で構成され、長手方向に長く、長手方向に直交する断面がリング状となっている。

このような構成で、加圧ローラ４０１が回転駆動することで、定着ベルト３０１は従動回転し、トナー像Ｔが転写された記録材Ｐはトナー像Ｔが載った面を定着ベルト３０１側に向けた状態で加圧ローラ４０１と定着ベルト３０１との間のニップ部に送られる。そして、記録材Ｐ上のトナー像Ｔは、加熱部材３０２によって加熱された定着ベルト３０１で加熱され、加圧ローラ４０１側から加圧されることで、記録材Ｐに圧着される。その後、記録材Ｐは分離領域Ｚ（図２）で定着ベルト３０１から分離されて排出される。

基材３０２ａを含む加熱部材３０２の長手断面形状を図３に、また位置Ｖ（図２）を含む加熱部材３０２（基材３０２ａを含む）を上方から見たものを図４に示す。基材３０２ａは、無負荷状態で、長手方向に直交する断面における所定の直線を含む長手方向の断面により基材を一方側と他方側に分けるとき、後に詳述するように、基材の縦弾性係数は、一方側と他方側で異なる構成となっている。

加熱部材３０２は、基材３０２aが弾性的に変形可能な薄板状の部材であり、本実施形態では材料として金属材料、例えばステンレスを使用している。基材３０２a上に絶縁層３０２ｃが発熱層３０２ｂを挟み込むように形成されている。

そして、図４に示すように、発熱層３０２ｂは予め定められたパターンを描く発熱部の一例として機能する。なお、図４では絶縁層３０２ｃは図示しておらず、基材３０２ａは長手方向で３２０ｍｍ、短手方向（記録材搬送方向）で５５ｍｍの寸法になっている。

さらに、基材３０２aの定着ベルト周回方向と直交する長手方向の両側領域の上には、発熱層３０２ｂと電気的に接続された給電部３０２ｄ、３０２ｅが形成されている。画像形成装置の交流電源ユニットから、給電部３０２ｄを介して発熱層３０２ｂ、給電部３０２ｅと導通することで、発熱層３０２ｂに電力が供給され、加熱部材３０２が発熱する。そして、定着ベルト３０１と加熱部材３０２が内周面で接触することで、定着ベルト３０１を加熱している。

本実施形態では、発熱層３０２ｂは厚さ３０μｍのステンレス箔からなる。例えばＳＵＳ４３０やＳＵＳ３３０等を用いることができ、予め定められたパターンを描くことでより均一に発熱を行うようにしている。ここで、予め定められたパターンは、図４に示すように、円弧上の箇所と直線状の箇所からなるＵ字形状の基本パターンから連続して接続することにより形成されている。

また、絶縁層３０２ｃは、発熱層３０１ｂを絶縁するとともに発熱層３０１ｂに折り曲りが生じないように保護するための層でもある。本実施形態では、発熱層３０１ｂを挟む形で二層の構造を採る。また、このとき、発熱層３０１ｂの上側の層と下側の層で、発熱層３０１ｂを挟み込み、熱圧着を行うことで、絶縁層３０２ｃ内部に発熱層３０１ｂを内包させる構造としている。

また、図２に示すように、加熱部材３０２は、定着ベルト３０１の周回方向における位置Ｖを基準としたときの下流側端部の領域が、ビスＸを介して支持部３０４に固定支持されている。すなわち、加熱部材３０２は、定着ベルト３０１の周回方向における位置Ｖを基準としたときの下流側端部の領域が、Ｌ字型板金３０４ａとＩ字型板金３０４ｃとに固定される関係となる。そして、長手方向における固定箇所は、少なくとも３箇所（中央部、両端部にそれぞれ１箇所）である。

一方、加熱部材３０２は、定着ベルト３０１の周回方向における位置Ｖを基準としたときの上流側端部は自由端となっており、加熱部材３０２の基材３０２ａの弾性反発力により、定着ベルト３０１の内周面に沿って接触するものとなっている。つまり、図５に示すように、この加熱部材３０２は、定着ベルト３０１が無く、定着ベルト３０１周回方向における下流側端部が固定支持部により支持されている状態では記録材搬送方向の下流側方向に張り出す形状となる。

本実施形態では、基材３０２ａの縦弾性係数(以下、ヤング率)を、図４における領域Ｕ（位置Ｖを基準としたときの定着ベルト周回方向の上流側）と、領域Ｄ（位置Ｖを基準としたときの定着ベルト周回方向の下流側）で変更している。領域Ｕと領域Ｄの境目位置は、図２に関して上述したＶの位置である。

基材３０２ａを示す図４で、領域Ｕは定着ベルト周回方向に関し、上流側端部から１０ｍｍの位置から３５ｍｍの間の２０ｍｍを示している。また、領域Ｄは定着ベルト周回方向に関し、下流側端部から１０ｍｍの位置から３５ｍｍの間の２０ｍｍの領域を示している。

なお、本実施形態では、領域Ｕのヤング率を２５０ＧＰａ、領域Ｄのヤング率を２００ＧＰａとしているが、本発明はこの数値に限定されるものではなく、領域Ｕのヤング率 ＞ 領域Ｄのヤング率の関係性であることが重要となっている。この関係性が満たされる場合、定着ベルトの周回方向における上流側で定着ベルト３０１に拘束されることで発生する基材３０２ａの弾性反発力が、下流側で定着ベルト３０１に拘束されることで発生する基材３０２ａの弾性反発力よりも大きくなる。これにより、定着ベルト３０２は記録材搬送方向の上流側寄りに張られた形状となる。

すなわち、図２において、基材３０２ａの記録材搬送方向で上流側に最も突き出ている点（最も上流側位置）をＲとし、下流側に最も突き出ている点（最も下流側位置）をＬとし、ＲとＬを結ぶ直線の中心点（中間位置）をＡとする。このとき、加圧ローラ４０１の回転中心位置Ｂと、ニップ部の記録材搬送方向における中心位置Ｃと、を結ぶ直線（第１の直線）よりも、中心点（中間位置）Ａが記録材搬送方向の上流側に位置することになり、定着ベルト３０１もこの形状にならうことになる。

図２において、領域Ｕと領域Ｄの境目としての位置Ｖと中心点（中間位置）Ａとを結ぶ直線（第２の直線）は、加圧ローラ４０１の回転中心点Ｂと、ニップ部の記録材搬送方向における中心点Ｃと、を結ぶ直線（第１の直線）と平行である。なお、位置Ｖは中心点（中間位置）Ａに対しニップ部と反対側にある。

ここで、定着ベルトの仮想的な形状として第１の直線に関して対称な形状を基準形状とし、第２の直線に関して定着ベルトを定着ベルトの回転方向における上流側形状と下流側形状に分けると、以下のようになる。すなわち、上流側形状と下流側形状は共に、基準形状における対応する上流側形状と下流側形状に対し記録材搬送方向において上流側に設けられる。

尚、少なくとも上述の関係を満たしていれば、以下の効果を得ることができるが、より好ましい構成は、次の構成である。すなわち、加圧ローラ４０１の回転中心位置Ｂと、ニップ部の記録材搬送方向における中心位置Ｃと、を結ぶ直線（第１の直線）に対して、中心点（中間位置）Ａが記録材の搬送方向上流側に5.0mm以上オフセットしている構成にするとより良い。図7に示すように記録材の分離位置での定着ベルト３０１の曲率半径が25mmを超えると分離不良が発生する。本実施例では初期の記録材分離位置での定着ベルト３０１の曲率半径は20mmであり、本実施例の構成を有しない場合、その曲率半径が10mm増え、30mmまで大きくなる可能性がある。そこで、予め（すなわち初期の定着装置１１１においてニップ部を形成させた状態において）、中心点（中間位置）Ａを第１の直線に対して少なくとも記録材の搬送方向上流側に5.0mm以上オフセットさせておく。これにより、10ｍm-5.0mm=5.0mm以上定着ベルト３０１がたるまず、定着ベルト３０１の曲率半径が25mmを超える可能性は低いと考えられる。

このような基材３０２ａの上流側張り形状により得られる効果を、以下、従来例と比較することで示す。図６に、従来構成における定着ベルト周回方向の下流側でのベルトの軌道を示す。従来構成では、基材３０２ａに関し、記録材搬送方向の上流側に最も突き出ている点と、下流側に最も突き出ている点と、を結ぶ直線の中心点が、以下のようになる。すなわち、加圧ローラ４０１の回転中心点と、ニップ部の記録材搬送方向における中心点と、を結ぶ直線（第１の直線）上に存在している構成となっている。

この従来構成では、定着ベルトは記録材通紙枚数が少ない入荷初期は、図６において実線で示すような形状を示している。しかし、定着ベルトは、ニップ部領域と、加熱部材と定着ベルトの接触領域と、を除く領域では自由状態となっている。つまり、駆動状態から停止の動作が複数回行われると、定着ベルトは定着ベルト周回方向の下流側端部側に引き込まれ、定着ベルト周回方向の下流側端部でたるんだような状態（図６の点線で示すような状態）になる。この定着ベルトたるみ状態で記録材が通紙されると、定着ベルトと記録材の分離が困難になり、分離不良となる。

具体的には、記録材には定着ベルトと接触する側の面にトナー像が載っており、このトナー像が定着ベルトと記録材の接着材のような働きをしてしまう。そして、定着ベルトに接着したまま巻きつくような挙動を示して、出口ガイド３０５（図６）と定着ベルトの隙間に記録材が入り込み、紙詰まりを起こしてしまう。

対策として、搬送方向下流側におけるニップ部出口の定着ベルトの曲率半径を小さくすることで、記録材の自重によって定着ベルトから記録材を無理やり剥がすことが知られている。この作用により、記録材分離位置をニップ部に近付け、出口ガイド３０５と定着ベルトの隙間へ入り込むことを防止することができる。

本実施形態はこの作用に鑑み、上述したような基材３０２ａの構成にすることによって、定着ベルトを記録材搬送方向で上流側張り形状にする。すなわち、定着ベルトのニップ部領域と、加熱部材と定着ベルトの接触領域と、を除く領域の定着ベルトの自由状態部でのたるみを抑制し、結果としてニップ部の下流側と接続される定着ベルト周回方向の下流側端部での定着ベルトの曲率半径を小さくしている。

（記録材の定着ベルトからの分離）
記録材の定着ベルトからの分離に関し、図６に示す従来構成と本実施形態の構成とで比較実験を行った。具体的には、複数回加圧ローラの回転駆動と回転停止を繰り返した後に記録材を通紙したときの、ニップ部下流側と接続される分離領域Ｚ（図６）における定着ベルトの曲率半径（ｍｍ）を、駆動と停止の繰り返し回数ごとに比較した。

なお、分離が発生する箇所の曲率半径は、定着ベルトの外周面から記録材が離れ始めた点を中心に、定着ベルトの周回方向に沿って±５ｍｍの範囲の曲率半径としている。また、上述したように定着ベルトは従来構成、本実施形態ともに径２５ｍｍ、外力がかかっていない自由状態で断面がほぼ真円の筒形状で、ポリイミドを基材としている。加熱部材の基材の構成以外は、すべて従来構成と本実施形態の構成とで同じである。

比較実験の結果を、図７に示す。結果として、従来構成は、回転駆動と停止の繰り返し回数１回目、１０回目までは大きなベルトのたるみは発生せず、分離不良は発生しない。しかし、１００回目を超えると、定着ベルトの自由状態部（周方向に関し、ニップ部以外の領域）でたるみが発生していき、分離領域Ｚでの定着ベルトの曲率半径が大きくなり、分離不良が起こる。定着ベルトは加圧ローラの周面に従動回転する構成であるため、駆動中には、記録材の搬送方向に関しニップ部よりも上流側の定着ベルトの領域では定着ベルトがニップ部に引き込まれるような力が働き、ニップ部よりも下流側の定着ベルトの領域では定着ベルトがニップ部から引き出されるような力が働く。これにより、加圧ローラの回転駆動が繰り返されるにつれて、定着ベルトのニップ部よりも下流側の領域にて生じる弛みが大きくなっていく。

一方、本実施形態では、上述した基材３０２ａの構成（図２）により、定着ベルトを記録材搬送方向で上流側張り形状とすることで、自由状態部の定着ベルトを初期状態からたるませずに維持することができる。これは、定着ベルトの自由状態部（周方向において、ニップ部以外の部分）が記録材搬送方向で上流側に引っ張られる（実質、自由状態とならない）ように、基板３０２ａの定着ベルト周回方向上流側によって、周回方向下流側の定着ベルトの形状が形成されることになるためである。

これにより、駆動停止の繰り返し回数を増やしても、すなわち定着装置に画像形成部からトナー像の載った記録材を通紙し続けても、定着ベルト形状を維持することが可能となり、分離領域Ｚにおける記録材の分離不良を抑制（防止）できる。

また、本実施形態では、分離不良の抑制に加え、加熱部材３０２と定着ベルト３０１の接触領域を広範囲に確保することが可能となる。比較例として、図８に示す従来構成を説明する。図８の構成では、定着ベルト６１の軌道を安定させるためにＺ方向に向けて薄板状の加熱部材８０を押し当てるような構成としている。その他の構成としての加圧ローラやニップ部材、支持部材等は、本実施形態とほぼ同様の構成としている。例えば、定着ベルトは、本実施形態と同様の材料を使用し、外力がかからない自由状態では断面がほぼ真円の筒形状となるもので、外径２５ｍｍとしている。

このような従来構成では、定着ベルトをＺ方向に押し当てることで、定着ベルトの自由状態領域（定着ベルトと加熱部材の接触領域と、ニップ部領域を除く）でのたわみを上流側、下流側ともに抑制（防止）できる。しかし、Ｚ方向に向けて押し当てる構成のため、Ｚ方向と直交する方向（記録材搬送方向）の上流方向、下流方向に向けてのテンションが不足するため、記録材搬送方向の上流方向側、下流方向側での定着ベルトと加熱部材の接触領域が小さくなってしまっている。

加圧ローラ駆動によって定着ベルトが従動回転しているとき、従来構成では接触領域を約１２ｍｍ確保できているのに対して、本実施形態では約１７ｍｍ確保することが可能となる。すなわち、ニップ部に搬送されるトナー像の載った記録材のトナーを定着させるのに必要な加熱部材の単位面積当たりの発熱量を、本実施形態では軽減することができる。

記録材状のトナー像の定着強度を所定量確保するために必要な加熱部材の単位面積当たりの必要温度（加熱部材温調温度）を、本実施形態と従来構成(図８)で比較した結果を図９に示す。なお、図９におけるトナーの定着強度（％）は、トナー像の載った画像部を２００ｇの重りで荷重をかけながら５往復擦ったときの、（（擦り前の画像濃度）―（擦り後の画像濃度））/（擦り前の画像濃度）×１００の計算式から算出している。

従来構成では、例えば２０％の定着強度を確保するためには２００℃の温調温度が必要だったが、本実施形態では１９１℃まで下げることが可能になる。つまり、省エネにもつながり、かつ小サイズ記録材の連続通紙時の加熱部材の非通紙部昇温の抑制も可能になる。そして、非通紙部昇温時の加熱部材の最も高い到達温度を約９℃削減することが可能となるため、部品の熱劣化等の抑制（防止）も可能である。

なお、本実施形態は、基材３０２ａの領域Ｕのヤング率＞領域Ｄのヤング率としているが、その手段としては、基材３０２ａの領域Ｕの厚みを領域Ｄの厚みより厚くする（領域Ｕと領域Ｄは同じ材質）。または、基材３０２ａの領域Ｕのヤング率＞領域Ｄのヤング率とするように、領域Ｄと領域Ｕの材質を変更してもよい。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、加熱部材における基材３０２ａの領域Ｕのヤング率＞領域Ｄのヤング率とした。本実施形態では、基材３０２ａのヤング率は全領域で同じ値（例えば２００ＧＰａ）とし、基材３０２ａの曲率半径を領域ごとに規定した。すなわち、上述した中間位置を含み第１の直線と平行な第２の直線に関して、基材３０２ａの曲率半径を定着ベルトの回転方向における上流側から下流側に向けて非線形的に増大させる。

このように、本実施形態の基材３０２ａは、長手方向に直交する断面における所定の直線を含む長手方向の断面により基材３０２ａを一方側と他方側に分けるとき、以下のような構成を採る。すなわち、長手方向に直交する断面において、基材３０２ａの曲率半径は、一方側から他方側に向けて非線形的に増大している。

なお、ここでの曲率半径は、図１０に示すように定着ベルト３０１が無く、定着ベルト３０１の周回方向における下流側端部が固定支持部により支持されている状態での曲率半径としている。図１０では、加熱部材の形状を、本実施形態では点線（基材の曲率半径を非線形的に増大）、従来構成では実線（基材の曲率半径を線形的に増大）で示している。

ここで、定着ベルトの仮想的な形状として第１の直線に関して対称な形状を基準形状とし、第２の直線に関して定着ベルトを定着ベルトの回転方向における上流側形状と下流側形状に分けると、以下のようになる。すなわち、上流側形状のみが、基準形状における対応する上流側形状に対し記録材搬送方向において上流側に設けられる。

図１１に、図１０に示した本実施形態と従来構成の、定着ベルト周回方向（ｙ方向）の基材３０２ａの曲率半径分布を示している。定着ベルト周回方向の基準位置（ｙ方向がゼロの位置）は、図２の位置Ｖに相当する。従来構成では、y方向で線形的に曲率半径を増大させることで、定着ベルト周回方向における加熱部材と定着ベルトの接触領域を確保している。一方、本実施形態では、ｙ方向で非線形的（二次曲線的）に曲率半径を増大させている。

ここで、従来構成では、定着ベルト周回方向で上流側における基材３０２ａの弾性反発力と、定着ベルト周回方向で下流側における基材３０２ａの弾性反発力が同等となる。一方、本実施形態では、位置Ｖ（図２）を基準としたとき、定着ベルト周回方向で上流側における基材３０２ａの弾性反発力が、定着ベルト周回方向で下流側における基材３０２ａの弾性反発力よりも大きくなっている。

この定着ベルト周回方向で上流側における基材３０２ａの弾性反発力により、定着ベルトを記録材搬送方向で上流側張り形状にし、定着ベルトの自由状態部でのたるみを抑制（防止）し、分離領域Ｚ（図２）での定着ベルトの曲率半径を小さくすることができる。また、加圧ローラの駆動回転と停止の繰り返しによる定着ベルトのたるみも、第１の実施形態と同様に抑制（防止）することが可能である。

（変形例）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

（変形例１）
上述した本実施形態では、定着ベルトに対向し定着ベルトと共に未定着トナー像を担持した記録材を挟持搬送するニップ部を形成する対向回転体として加圧ローラを示したが、本発明はこれに限られない。例えば、対向回転体として複数のローラに懸架された無端ベルトを用いることもできる。そして、この無端ベルトが定着ベルトを加圧する構成としても良いし、あるいはこの無端ベルトが定着ベルトで加圧される構成としても良い。

（変形例２）
上述した実施形態では、記録材であるシートとして記録紙を説明したが、本発明におけるシートは紙に限定されるものではない。一般に、記録材とは、画像形成装置によってトナー像が形成されるシート状の部材であり、例えば、定型或いは不定型の普通紙、厚紙、薄紙、封筒、葉書、シール、樹脂シート、ＯＨＰシート、光沢紙等が含まれる。なお、上述した実施形態では、便宜上、記録材（シート）Ｐの扱いを給紙、通紙などの用語を用いて説明したが、これによって本発明におけるシートが紙に限定されるものではない。

（変形例５）
上述した実施形態では、未定着トナー像をシートに定着する定着装置を例に説明したが、本発明は、これに限らず、画像の光沢を向上させるべく、シートに仮定着されたトナー像を加熱加圧する装置（この場合も定着装置と呼ぶ）にも同様に適用可能である。

３０１・・定着ベルト、３０２・・薄板状加熱部材、３０２ａ・・基材、３０２ｂ・・発熱層、４０１・・加圧ローラ

Claims (11)

1. 長手方向に長く、前記長手方向に直交する断面がリング状に形成された回転可能な定着ベルトと、
   前記定着ベルトの回転に際し、前記長手方向に直交する断面において弾性的に変形しながら前記定着ベルトの内周面と接触する前記長手方向に長い加熱部材であって、基材と、前記定着ベルトを加熱するための発熱部と、を有する加熱部材と、
   前記定着ベルトに対向し前記定着ベルトと共に未定着トナー像を担持した記録材を挟持搬送するニップ部を形成する対向回転体と、
   を有し、
   前記定着ベルトが回転するときの前記長手方向に直交する断面において、
   前記長手方向に直交する記録材搬送方向における、前記基材の最も上流側位置および最も下流側位置の中間位置が、前記記録材搬送方向における前記ニップ部の中心位置と前記対向回転体の回転中心位置とを結ぶ第１の直線に対し、前記記録材搬送方向の上流側に設けられており、
   前記長手方向に直交する断面における所定の直線を含む前記長手方向の断面により前記基材を一方側と他方側に分けるとき、
   前記一方側は、前記他方側よりも前記記録材搬送方向の上流側に設けられ、
   前記基材の縦弾性係数は、前記一方側の方が前記他方側よりも大きいことを特徴とする定着装置。
2. 前記基材の縦弾性係数は、前記長手方向に直交する断面において、前記中間位置を含み前記第１の直線と平行な第２の直線に対し、前記定着ベルトの回転方向における上流側の領域の方が下流側の領域よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記基材の厚みは、前記長手方向に直交する断面において、前記中間位置を含み前記第１の直線と平行な第２の直線に対し、前記定着ベルトの回転方向における上流側の領域の方が下流側の領域よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. 前記長手方向に直交する断面において、前記定着ベルトの仮想的な形状として前記第１の直線に関して対称な形状を基準形状とし、前記第２の直線に関して前記定着ベルトを前記定着ベルトの回転方向における上流側形状と下流側形状に分けるとき、前記上流側形状と前記下流側形状は共に、前記基準形状における対応する上流側形状と下流側形状に対し前記記録材搬送方向において上流側に設けられることを特徴とする請求項２または３に記載の定着装置。
5. 前記定着ベルトが回転するときの前記長手方向に直交する断面において、
   前記基材の曲率半径は、前記中間位置を含み前記第１の直線と平行な第２の直線に関して前記定着ベルトの回転方向における上流側から下流側に向けて非線形的に増大していることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
6. 前記長手方向に直交する断面において、前記定着ベルトの仮想的な形状として前記第１の直線に関して対称な形状を基準形状とし、前記中間位置を含み前記第１の直線と平行な第２の直線に関して前記定着ベルトを前記定着ベルトの回転方向における上流側形状と下流側形状に分けるとき、前記上流側形状のみが、前記基準形状における対応する上流側形状に対し前記記録材搬送方向において上流側に設けられることを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
7. 前記発熱部は、前記長手方向に直交する断面で、前記中間位置に対し前記ニップ部と反対側にあって、前記中間位置を含み前記第１の直線と平行な第２の直線と重なる領域に設けられることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の定着装置。
8. 前記加熱部材は、前記長手方向に直交する断面において、前記発熱部を前記基材の上に設け、前記発熱部の上に絶縁層を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の定着装置。
9. 前記基材は金属材料で形成された板金であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の定着装置。
10. 前記長手方向に直交する断面で、前記ニップ部における前記定着ベルトの内周面に当接するバックアップ部材を有し、前記対向回転体は前記バックアップ部材に対し加圧する加圧ローラであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の定着装置。
11. 長手方向に長く、前記長手方向に直交する断面がリング状に形成された回転可能な定着ベルトの回転に際し、前記長手方向に直交する断面において弾性的に変形しながら前記定着ベルトの内周面と接触する前記長手方向に長い加熱部材であって、
    基材と、前記定着ベルトを加熱するための発熱部と、を有し、
    前記長手方向に直交する断面における所定の直線を含む前記長手方向の断面により前記基材を一方側と他方側に分けるとき、
    前記基材の縦弾性係数は、前記一方側と前記他方側で異なることを特徴とする加熱部材。

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