JP4711320B2 - 定着装置及びその定着装置を有する画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、定着部材と加圧部材の圧接によりニップを形成し、該ニップを適正温度に制御する加熱手段を備え、未定着トナー像を担持した記録材を、そのトナー像が定着部材に接する向きにして、前記ニップに通過させることで、加熱および加圧により未定着トナー像を記録材に定着させる定着装置、及びその定着装置を有する画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子複写機、プリンタ、ファクシミリ或いはこれらの少なくとも２つの機能を備えた複合機などとして構成される画像形成装置において、上記形式の定着装置を用いることは従来より周知である。この種の定着装置として、熱源により加熱され、かつ回転駆動される定着ローラより成る定着部材と、この定着ローラに圧接されて回転する加圧ローラより成る加圧部材とを有し、両ローラによって形成されるニップに記録材を通過させ、トナーを加熱圧着する熱ローラタイプのものが一般的である。ほかに、無端状の定着ベルトより成る定着部材と加圧ローラとを圧接させ、或いは定着ベルトと加圧ベルトより成る加圧部材との圧接によりニップを形成するベルト定着タイプの定着装置がある。どちらのタイプについても定着部材と加圧部材の圧接により形成されるニップを通過することで記録材上の未定着トナー像を加熱および加圧によりトナーを圧着させている。トナーはニップ内で溶融されて、ニップ出口で定着部材にトナーが付着するオフセットという問題があるため、定着部材の表層は離型性の良い材料で構成されている。離型性の良い材料としてはフッ素樹脂やシリコーンゴムが一般的に使用されている。
【０００３】
フルカラー画像を形成する画像形成装置ではイエロー、マゼンタ、シアン、黒の４色のトナーを溶融状態で混色する必要がある。フルカラーの未定着トナー像の表面は１０〜数１０μｍの凹凸があるが、基体上にフッ素樹脂を積層した定着部材では弾性がないために定着部材がトナーの凹凸に追従できず、未定着トナー像面に定着部材が接触する部分と接触しない部分ができてしまう。このためトナーの溶融状態に部分的なバラツキができ、定着後のトナー像に画像光沢ムラが発生するという問題がある。
【０００４】
一方、基体上にシリコーンゴムを積層した定着部材は弾性がありトナーの凹凸に追従できるため、トナーの均一な溶融が可能となる。しかしシリコーンゴムはフッ素樹脂と比べると離型性に劣り、通常シリコーンオイルを塗布することで耐久性、離型性を確保している。ところが、定着部材にシリコーンオイルを塗布すると、記録材にオイルが付着して記録材が汚れたり、定着部材にシリコーンオイルを塗布する塗布部材が必要となるなどの問題がある。定着部材にシリコーンオイルを塗布しない方式はオイルレス、ないしはオイルレス定着などと称せられているが、かかるオイルレス方式を採用すると、（１）転写紙へのオイルの付着による汚れがなくなる、（２）オイル補給がなくなりメンテナンスフリーになる、（３）オイル塗布部材がなくなりコストダウンになるという利点が得られる。オイルレスでシリコーンゴム定着部材を使用すると、その定着部材に紙粉などの汚れが付着しやすく、経時で汚れが蓄積し、離型性が低下するという問題が発生する。
【０００５】
上述のように、この種の定着装置においては、定着部材表面の離型性を高めると、画像光沢ムラが発生し、その光沢度を均一にできるように定着部材を構成すると、定着部材の離型性が低下し、その定着部材表面にトナーや紙粉などの汚れが付着しやすくなる。
【０００６】
ところで、定着部材の基体と離型層の間にフッ素ゴムやシリコーンゴムなどの弾性層を設けると、上記欠点を或る程度は抑制でき、画像光沢ムラを防止することができる。しかし、内部に熱源を持つ定着部材では、熱伝導率の悪いフッ素ゴムやシリコーンゴムを通して、その定着部材を加熱するので、定着部材が定着可能な設定温度に達するまでの立ち上がり時間が長くなってしまう。立ち上がり時間が長いために、待機時にも熱源をＯＮにして温度を維持する必要がでてくる。立ち上がり時間を短縮できると待機時に熱源をＯＦＦにすることができ、省エネのために非常に重要な課題である。
【０００７】
この対策としてゴムに熱伝導率の良いカーボン微粒子や金属微粒子などのフィラーを配合することで弾性層の熱伝導率を高くしているが、弾性層を通して加熱するためどうしても熱応答性は悪くなってしまう。また熱伝導率を高くするためにフィラーを多く配合すると弾性層の硬度が高くなり、画像光沢ムラが発生してしまうという問題もある（特開平9-114291）。
【０００８】
上述のように、従来の定着装置においては、画像光沢ムラの防止と立ち上がり時間の短縮とオフセットの防止という問題を同時に解消することは困難であった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の欠点を除去した定着装置と、かかる定着装置を有する画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、円筒基体上に弾性層を設けた定着ローラと加圧ベルトとの圧接によりニップを形成し、未定着トナー像を担持した記録材を、そのトナー像が前記定着ローラに接する向きにして、前記ニップに通過させることで、加熱および加圧により未定着トナー像を記録材に定着させる定着装置において、内部にヒータを有し、前記定着ローラ表面に接して該定着ローラを加熱する加熱ローラと、前記加圧ベルト内部に設けられ、該加圧ベルトを介して前記定着ローラと対向する巻き掛けローラと、該巻き掛けローラと共に前記加圧ベルト内部に配置され、該加圧ベルトにテンションを付与するテンションローラとを備え、前記定着ローラは、円筒基体上に断熱層、前記弾性層及び離型層の順で積層された層を有し、前記加圧ベルトは、その表面側から加熱されると共に、ベルト基体上に断熱層、弾性層及び離型層の順で積層された層を有し、前記ニップは、前記定着ローラが前記巻き掛けローラとは対向しない位置で前記加圧ベルトに圧接する第１のニップと、前記定着ローラが前記巻き掛けローラと対向する位置で前記加圧ベルトを介して前記巻き掛けローラに圧接する第２のニップとを有することを特徴とする定着装置を提案する（請求項１）。
【００１９】
また、上記請求項１に記載の定着装置において、前記断熱層の熱伝導率が０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以下であると有利である（請求項２）。
【００２０】
さらに、上記請求項１又は２に記載の定着装置において、前記弾性層がソリッドのゴムより成り、その厚さが０．１ｍｍ以上で、かつ硬度（ＪＩＳ−Ａ）が５０度以下であると有利である（請求項３）。
【００２１】
また、上記請求項１乃至３のいずれかに記載の定着装置において、離型層がフッ素樹脂より成り、そので厚さが５０μｍ以下であると有利である（請求項４）。
【００２４】
さらに、上記請求項１乃至４のいずれかに記載の定着装置において、前記加圧ベルトの弾性層の熱伝導率が０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、該弾性層が前記断熱層を兼ねており、ベルト基体上に弾性層、離型層の順でその各層が積層されていると有利である（請求項５）。
【００２５】
また、本発明は、上記目的を達成するため、請求項１乃至５のいずれかに記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置を提案する（請求項６）。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例を図面に従って説明する。先ず、本発明に係る定着装置を採用できる画像形成装置の一例を明らかにする。
【００２７】
図１は画像形成装置の一例であるカラープリンタの一部を示す概略図である。ここに示した画像形成装置は、記録材上にトナー像を形成する作像手段１と、そのトナー像を記録材上に定着する定着装置２とを有している。
【００２８】
図１に示した作像手段１は、ドラム状の感光体として構成された第１乃至第４の像担持体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３ＢＫを有し、その各像担持体上にイエロートナー像、マゼンタトナー像、シアントナー像及びブラックトナー像がそれぞれ形成される。第１乃至第４の像担持体３Ｙ乃至３ＢＫに対向して転写ベルト４が配置され、この転写ベルト４は、駆動ローラ５と従動ローラ６に巻き掛けられて矢印Ａ方向に走行駆動される。
【００２９】
第１乃至第４の各像担持体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３ＢＫ上にトナー像を形成する構成と、その作用は実質的に全て同一であるため、第１の像担持体３Ｙにトナー像を形成する構成だけを説明する。この像担持体３Ｙは図１における時計方向に回転駆動され、このとき帯電ローラ７によって像担持体表面が所定の極性に均一に帯電される。次いでその帯電面に、レーザ書き込みユニット８から出射する光変調されたレーザビームＬが照射される。これによって像担持体３Ｙ上に静電潜像が形成され、その静電潜像が現像装置９によってイエロートナー像として可視像化される。
【００３０】
一方、図示していない給紙部から、例えば転写紙又は樹脂シートや樹脂フィルムなどから成る記録材Ｐが給送され、その記録材Ｐが、矢印Ｂで示すように、像担持体３Ｙと転写ベルト４の間に送り込まれ、転写ベルト４に担持されて搬送される。転写ベルト４を挟んで、像担持体３Ｙにほぼ対向する位置には転写ローラ１０が配置され、その転写ローラ１０に対し、像担持体３Ｙ上のトナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加され、これによって像担持体３Ｙ上のイエロートナー像が記録材Ｐ上に転写される。記録材Ｐに転写されず、像担持体３Ｙ上に残された転写残トナーは、クリーニング装置１１によって除去される。
【００３１】
全く同様にして、第２乃至第４の像担持体３Ｍ，３Ｃ，３ＢＫ上にマゼンタトナー像、シアントナー像及びブラックトナー像がそれぞれ形成され、これらのトナー像が、イエロートナー像の転写された記録材Ｐ上に順次重ね合されて転写される。
【００３２】
上述のようにして４色の未定着トナー像を担持した記録材Ｐは、矢印Ｃで示すように定着装置２に送り込まれ、このときそのトナー像が記録材Ｐ上に定着される。定着装置２を通過した記録材は、矢印Ｄ方向に搬送されて図示していない排紙トレイ上に排出される。
【００３３】
図２は定着装置２の実施例１を示す拡大断面図であり、ここに示した定着装置２は熱ローラタイプの定着装置であり、定着ローラ１２として構成された定着部材と、この定着ローラ１２に圧接した加圧ローラ１３として構成された加圧部材とを有し、これらのローラ１２，１３が互いに圧接することによりニップが形成されている。定着ローラ１２は時計方向に回転駆動され、加圧ローラ１３は、定着ローラ１２の回転に従動して反時計方向に回転する。
【００３４】
両ローラ１２．１３の圧接したニップは、加熱手段によってトナー像の定着に適した適正温度に制御される。この例では、定着ローラ１２と加圧ローラ１３の内部に熱源としてのハロゲンヒータ１４，１５がそれぞれ設けられ、定着ローラ１２の表面には図示していないサーミスタが設けられ、そのサーミスタによって、ヒータ１４，１５により加熱された定着ローラ１２の表面の温度を検知し、その検知結果に基づいてヒータ１４，１５の通電をＯＮ，ＯＦＦし、定着ローラ１２の表面の温度を適正温度に制御している。
【００３５】
前述のように、未定着トナー像Ｔを担持した記録材Ｐは、矢印Ｃで示すように定着装置２に送り込まれ、当該記録材Ｐは、そのトナー像Ｔが定着ローラ１２の表面に接する向きにしてニップを通過し、このとき熱と圧力により未定着トナー像が記録材Ｐ上に定着される。
【００３６】
上述のように、定着装置は、定着部材と加圧部材の圧接によりニップを形成し、該ニップを適正温度に制御する加熱手段を備え、未定着トナー像を担持した記録材を、そのトナー像が定着部材に接する向きにして、前記ニップに通過させることで、加熱および加圧により未定着トナー像を記録材に定着させるように構成されており、この基本構成は、後述する各例の定着装置においても変りはない。
【００３７】
ここで、図２に示した定着装置２においては、その加圧ローラ１３が例えば、アルミニウム製の円筒基体の表面にフッ素樹脂をコーティングしたものから構成されている。これに対し、定着ローラ１２は、例えばアルミニウムなどの剛体より成る円筒基体１６上に、例えばシリコーンゴムなどの耐熱性エラストマーより成る弾性層１７を一体に積層したローラより成る。この弾性層１７は、図３に拡大して示すように、基体１６に近い側の内側層１７Ａと、基体１６から離れた側の外側層１７Ｂとから構成され、これらの層１７Ａ，１７Ｂが一体化されている。内側層１７Ａと外側層１７Ｂは同系の耐熱性エラストマーより成ることが好ましく、これによって両層の接着力不足による剥がれを確実に阻止できる。
【００３８】
また、弾性層１７の外側層１７Ｂの硬度が内側層１７Ａの硬度よりも高く設定され、しかも外側層１７Ｂの厚さが内側層１７Ａの厚さよりも薄く設定されている。好ましくは、この定着ローラ１２の弾性層１７の内側層１７Ａの硬度（ＪＩＳ−Ａ）は４５度以下で、かつ内側層１７Ａの厚さは５０μｍ以上であり、同じく、好ましくは、当該定着ローラ１２の弾性層１７の外側層１７Ｂの硬度（ＪＩＳ−Ａ）は６５〜８５度で、かつ外側層１７Ｂの厚さは１０〜５０μｍである。
【００３９】
上述のように、本例の定着装置は、その定着部材が耐熱性エラストマーの弾性層を有し、該弾性層の外側層の硬度が弾性層の内側層の硬度より高く、かつ外側層の厚さが内側層の厚さより薄く構成されている。
【００４０】
上述した構成によれば、定着ローラ１２の弾性層１７が内側層１７Ａと外側層１７Ｂの２層を有し、しかもその外側層１７Ｂの硬度が高いので、その表面に紙粉やトナーが付着し難くなり、トナーのオフセットを防止することができる。しかも摩耗に対する耐久性も高まる。このため、定着ローラ１２の表面にシリコーンオイルを塗布しないオイルレス方式を採用しても、充分な離型性と耐久性を得ることが可能である。外側層１７Ｂの硬度（ＪＩＳ−Ａ）を前述のように６５〜８５度にすると、この効果を特に高めることができる。当該硬度が８５度よりも高くなると、凹凸のあるトナー像に対する外側層１７Ｂの密着性が低下し、画像に光沢ムラが発生するおそれがある。
【００４１】
また、内側層１７Ａの硬度は低く、しかもその層厚が厚く、さらに外側層１７Ｂの厚さが薄いので、トナー像の１０〜数１０μｍの凹凸に追従することができ、トナーの溶融ムラの発生を防止し、部分的な画像光沢ムラの発生を阻止できる。硬度の高い外側層１７Ｂは薄いので、内側層１７Ａの弾性の効果を妨げることはない。前述のように、内側層１７Ａの硬度（ＪＩＳ−Ａ）を４５度以下とし、かつその厚さを５０μｍ以上とし、しかも外側層１７Ｂの厚さを１０〜５０μｍとすることにより、上記作用をより確実なものにすることができる。
【００４２】
ここで、本発明者の行った実験例を説明する。図２に示した定着ローラ１２の弾性層１７を２ｍｍ厚さの一層とし（内側層と外側層に分けない）、この弾性層１７を硬度（ＪＩＳ−Ａ）で２５，４５，６５，８５度のシリコーンゴムで製作した４種の定着ローラ１２を用意した。定着装置２のその他の構成は前述したところと変りはなく、アルミニウム製のローラ表面にフッ素樹脂をコーティングした加圧ローラ１３を用いたことも同じである。かかる定着装置２により、定着ローラ１２への紙粉の付着性とＯＨＰシートの透明性の測定と画像光沢ムラの目視観察を行った。
【００４３】
定着ローラ１２の温度を１５０℃、その表面線速を２００ｍｍ／ｓに制御し、転写紙（白紙）を１００枚定着ローラ１２と加圧ローラ１３の間に通紙し、続いてＯＨＰシートを通紙して、定着ローラ１２に付着した紙粉をＯＨＰシートに転写し、そのＯＨＰシートの濁度を測定した。濁度が大きい程、紙粉の付着量が多いことを示す。図４にその測定結果を示す。この結果から、弾性層１７の硬度が６５度以上だと、紙粉の付着はほとんど０であり、硬度が４５度以下では定着ローラ１２の表面に紙粉が付着して、その離型性が低下していることを推測できる。この実験に用いた定着ローラの構造は、図２及び図３に示した実施例の定着ローラ１２とは異なるが、その表面の硬度を、図２及び図３に示した定着ローラ１２と同じく６５度以上に設定することにより、離型性を高めることができることを理解できる。
【００４４】
上記実験と同じ定着装置を用い、その定着ローラ１２の温度を１５０℃、その表面線速を１００ｍｍ／ｓの条件とし、ＯＨＰシート上に形成したマゼンタ単色の５ｃｍ四方のベタ画像を定着し、そのベタ画像の濁度を測定した。濁度が小さい方が透明性が良い。図５にその結果を示す。ＯＨＰシートの透明性は弾性層１７の硬度が低い程、良くなっている。
【００４５】
同じ定着装置２を用い、定着ローラ温度１５０℃、表面線速２００ｍｍ／ｓとし、転写紙上に形成した５ｃｍ四方のマゼンタ単色のベタ画像を定着し、目視によりその画像の光沢ムラ（表面性のムラ）を観察した。その結果を表１に示す。表１の０は光沢ムラが良好、×は不良、△はその中間であることを示す。表２及び表３においても同じ。
【表１】
【００４６】
硬度４５度以下で光沢ムラはみられず、６５度ではやや悪化し、８５度になると光沢ムラが確認できた。
【００４７】
上記２つの実験に用いた定着ローラも、図２及び図３に示した実施例の定着ローラ１２とは異なるが、弾性層１７の硬度が低い程、画質（ＯＨＰシートの透明性と光沢ムラ）は良好となることが判り、図２及び図３に示した実施例の内側層１７Ａの硬度が低く設定されていることにより、光沢ムラのない画像が得られることを理解できる。
【００４８】
一層構造の弾性層１７の厚さを１０，５０，１００μｍとした各定着ローラ１２を用い、５ｃｍ四方のマゼンタ単色のベタ画像を定着してその光沢ムラを観察した。定着ローラ１２の温度は１５０℃とした。また弾性層１７の厚さが薄くなっていて、ニップ幅が狭くなっているので、定着ローラの表面線速は５０ｍｍ／ｓと遅くした。その結果を表２に示す。
【表２】
【００４９】
この結果から、弾性層１７の厚さが５０μｍ以上あれば光沢ムラは発生せず、１０μｍでは弾性層でトナーの凹凸を吸収しきれないため光沢ムラが発生している。弾性層を柔らかくするだけでは光沢ムラを無くせず、厚さも５０μｍは必要である。この実験結果から、図２及び図３に示した実施例の内側層１７Ａの厚さを厚くすることにより光沢ムラをなくすことができることを理解できる。
【００５０】
次に内側層１７Ａと外側層１７Ｂより成る弾性層１７を有する定着ローラ１２を備えた定着装置を用いた実験をを行った。その弾性層１７の内側層１７Ａは、厚さ２ｍｍ、硬度２５度のシリコーンゴムにより構成し、外側層１７Ｂとしては、硬度８５度のシリコーンゴムをそれぞれ厚さ１０，５０，１００μｍにしたものを用いた。かかる定着装置により、マゼンタ単色の５ｃｍ平方のベタ画像を定着し、その光沢ムラ観察を行った。定着ローラ１２の温度は１５０℃、その表面線速は２００ｍｍ／ｓであった。その結果を表３に示す。
【表３】
【００５１】
外側層１７Ｂの厚さが５０μｍ以下では光沢ムラは発生しないが、１００μｍでは外側層１７Ｂの硬さの影響が大きく、内側層１７Ａを柔らくしてもトナーの凹凸に追従できなくなり、光沢ムラが発生した。また内側層１７Ａの厚さが２ｍｍと厚く、基体１６のアルミニウム芯金の熱容量が大きいため、定着ローラ１２が１５０℃の設定温度に達するまでのウォームアップ時間は約５分かかった。
【００５２】
図６はベルト定着装置として構成した実施例２の定着装置２を示す。ここに示した定着装置２においては、定着部材が無端状のベルト基体上に弾性層を設けた定着ベルト１８より成り、この無端状の定着ベルト１８は巻き掛けローラ１９と加熱ローラ２０とに巻き掛けられている。加圧部材は定着ベルト１８を介して巻き掛けローラ１９に圧接した加圧ローラ２１として構成され、これらのローラ２１，１９，２０と定着ベルト１８は図６に矢印を付した方向にそれぞれ駆動される。また加熱ローラ２０と加圧ローラ２１に内設された、例えばハロゲンランプヒータより成るヒータ２２，２３によって、定着ベルト１８と加圧ローラ２１との圧接により形成されたニップがトナー像の定着に適した適正温度に加熱される。加圧ローラ２１が巻き掛けローラ１９に対向しない部位で定着ベルト１８のみに当接する第１のニップと、加圧ローラ２１が定着ベルト１８を介して巻き掛けローラ１９に当接する第２のニップとにより、ニップが形成される。このため、大きなニップ幅を確保することができる。
【００５３】
定着ベルト１８の弾性層は、図３に示した定着ローラと同様に、耐熱性エラストマーより成り、その外側層の硬度が内側層の硬度よりも高く、かつ外側層の厚さが内側層の厚さよりも薄くなっている。好ましくは、定着ベルト１８の弾性層の内側層の硬度（ＪＩＳ−Ａ）は４５度以下で、かつ内側層の厚さが５０〜２００μｍであり、当該定着ベルト１８の弾性層の外側層の硬度（ＪＩＳ−Ａ）は６５〜８５度で、かつ外側層の厚さが１０〜５０μｍである。
【００５４】
未定着トナー像Ｔを担持した記録材Ｐは、矢印Ｃで示すように、定着ベルト１８と加圧ローラ２１のニップを通過し、これによってそのトナー像が記録材Ｐ上に定着される。
【００５５】
上述した構成によっても、図２及び図３に示した定着装置と全く同じ作用を奏することができるほか、次の効果を奏することができる。
【００５６】
前述の如くニップの幅を大きく確保でき、従って定着ベルト１８と加圧ローラ２１との当接圧を低くしてもトナー像の定着不良を防止できる。このため、巻き掛けローラ１９と加圧ローラ２１との圧接力を下げることができ、従ってこれらのローラ１９，２１の剛性を下げることが可能となる。このため、加圧ローラ２１の肉厚を薄くすることができ、加圧ローラ２１をヒータ２３によって短時間で所定温度にまで加熱することができる。しかも定着ベルト１８の熱容量が小さいので、その定着ベルト１８も短時間で所定の温度にまで加熱することができる。このため、定着装置２のウォームアップ時間を大幅に短縮することができる。
【００５７】
図６に示した定着装置のより具体的な例を示すと、加熱ローラ２０を、厚さ０．６ｍｍのアルミニウム製中空ローラで構成し、巻き掛けローラ１９を、アルミニウム製の芯金に、６ｍｍの厚さの発泡シリコーンを積層したローラから構成することができ、加圧ローラ２１としては、芯金表面にＰＦＡコートしたものを用いることができる。また定着ベルト１８としては、厚さ５０μｍのポリイミド樹脂のベルト基体に、硬度（ＪＩＳ−Ａ）が２５度で１００μｍの厚さのシリコーンゴム層より成る内側層を積層し、その上に硬度（ＪＩＳ−Ａ）が６５度で、５０μｍ厚さのシリコーンゴム層より成る外側層を積層した無端ベルトを用いることができる。かかる定着装置２を用い、その定着ベルト１８の温度を１５０℃、その表面線速を２００ｍｍ／ｓとして、トナー像を定着したところ、定着ベルト１８へのトナーのオフセットの発生はなく、光沢ムラのない画像が得られた。１５０℃に達するまでのウォームアップ時間は５０秒であった。
【００５８】
図７に他のベルト定着装置の例である実施例３を示す。ここに示した定着装置２は、加圧ローラ２４より成る加圧部材とヒータ２６が、定着ベルト２５より成る定着部材を介して圧接することによりニップが形成されている。ヒータ２６には抵抗発熱体が用いられている。定着ベルト２５の幅方向各端部には図示していないベルトガイドがあり、定着ベルト２５はこのベルトガイドに案内されて時計方向に回転し、加圧ローラ２４は反時計方向に回転する。定着ベルト２５にはテンションがかかっておらず、定着ベルト２５は加圧ローラ２４の回転に従動して回転する。トナー像を担持した記録材Ｐは、矢印Ｃで示すように、そのトナー像Ｔが定着ベルト２５に接する向きにしてニップを通過し、トナー像が定着される。この定着ベルト２５も、例えば、厚さ５０μｍのニッケル製のベルト基体に、硬度（ＪＩＳ−Ａ）２５度で、厚さ５０μｍのシリコーンゴム層より成る内側層が積層され、その上に硬度（ＪＩＳ−Ａ）６５度で、厚さ１０μｍのシリコーンゴム層より成る外側層を積層したものから成る。かかる定着装置２を用い、定着ベルト２５の温度を１５０℃、その表面線速を２００ｍｍ／ｓの条件でトナー像を定着したところ、オフセットは発生せず、光沢ムラのない画像が得られた。定着ベルト２５のニップだけを加熱澄る構成であるため、ウォームアップ時間はほとんどゼロであった。
【００５９】
以上説明した例では、定着ローラ又は定着ベルトより成る定着部材の弾性層の外側層が、その定着部材の最外層、すなわち表層をなしており、これにより前述の作用を奏することができる。
【００６０】
図８乃至図１０に示した実施例４乃至７の定着装置２も、定着部材と加圧部材の圧接によりニップを形成し、該ニップを適正温度に制御する加熱手段を備え、未定着トナー像Ｔを担持した記録材Ｐを、そのトナー像が定着部材に接する向きにして、矢印Ｃで示すように上記ニップに通過させることで、加熱および加圧により未定着トナー像Ｔを記録材Ｐに定着させるように構成されている。しかも、これらの実施例のいずれの定着装置においても、加熱手段は、定着部材に対し、その表面側から熱を供給し、定着部材は基体上に断熱層、弾性層、離型層の順で積層された層を有しており、しかも加熱手段は、加圧部材に対して、その表面側から熱を供給し、加圧部材は基体上に断熱層、弾性層、離型層の順で積層された層を有している。離型層が、定着部材と加圧部材の最外層、すなわち表層をなしている。
【００６１】
また、基体は、例えば金属又は耐熱性樹脂により構成されるが、ニップでの加圧は耐えられるものであればよい。断熱層は、例えば耐熱性の樹脂やゴムなどから構成され、その熱伝導率は０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以下で断熱の効果は得られるが、樹脂、ゴムを発泡体にすることにより、熱伝率を０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以下にすることが望ましい。また、弾性層はソリッドのフッ素ゴム、シリコーンゴムなどのソリッドのゴムより成る。またその弾性層の厚さが０．１ｍｍ以上で、かつ硬度（ＪＩＳ−Ａ）が５０度以下であることが好ましく、この構成により未定着トナー像の凹凸に追従でき、画像光沢ムラを防止できる。
【００６２】
また、離型層は、フッ素樹脂の塗布、焼成に形成したものや、フッ素樹脂チューブを被覆したものを使用でき、いずれの場合も離型層がフッ素樹脂より成ることが好ましい。また離型層の厚さは５０μｍ以下であることが望ましく、これによって下層の弾性の効果を損うことはない。
【００６３】
以下に、図８乃至図１０に示した定着装置のより具体的な構成を説明する。
【００６４】
図８に示した実施例４では、定着部材が定着ローラ２７より成り、加圧部材が加圧ローラ２８より成り、両ローラ２７，２８はそれぞれ矢印方向に回転し、両ローラ２７，２８のニップを、トナー像Ｔを担持した記録材Ｐが通過する。図８に示した実施例４においては、定着ローラ２７および加圧ローラ２８は同じ径、層構成、層厚になっている。各ローラ２７，２８の基体２９，２９Ａの芯金は肉厚１ｍｍの鉄製中空ローラで、断熱層３０，３０Ａは層厚４ｍｍの発泡シリコーンゴムである。弾性層３１，３１Ａは硬度５０度のソリッドシリコーンゴムを層厚１ｍｍに形成したものから成る。離型層３２，３２ＡにはＦＥＰディスパージョンを塗布し、焼成することで形成している。離型層の層厚は１０μｍである。加熱手段としては内部にハロゲンヒータを有するアルミ中空ローラより成る加熱ローラ３３，３３Ａが用いられ、これらが定着ローラ２７および加圧ローラ２８の表面に接し、従動回転している。加熱ローラは定着ローラおよび加圧ローラが適正温度になるように図示しない温度検知手段と温度制御手段によりコントロールされている。加熱手段としては他に抵抗発熱体や非接触で熱源の輻射熱を利用するものでも良い。
【００６５】
上述した構成によると、定着ローラ２７と加圧ローラ２８に断熱層３０，３０Ａがあり、しかも各ローラ２７，２８をその表面側から加熱しているので、基体２９，２９Ａなど不必要部分を加熱することがなく、効率よく熱を使えるため、立ち上がり時間を短くすることができる。しかも各ローラ２７，２８には弾性層３１，３１Ａが設けられているので、定着ローラ２７，加圧ローラ２８が均一に未定着トナー像に接することで画像光沢ムラの発生を防止することができる。特に、加圧ローラ２８に設けられた弾性層３１Ａにより、両面定着時にも加圧ローラ２８が均一に画像面に接することで画像光沢ムラの発生を防止できる。しかも、定着ローラ２７と加圧ローラ２８は、その外部から加熱されるので、自己冷却効果により、定着ローラ２７へのトナーのオフセットを防止できる。定着ローラや加圧ローラを、その内部から加熱すると、ニップ内を通過する記録材Ｐ上のトナーの温度が低下することはなく、これによってニップの出口で定着ローラの表面にトナーが付着するおそれがあるが、外部加熱を採用すると、トナー像がニップ内を通過する間にその温度が徐々に下げられ、トナーが冷えていくので、ニップ出口においてトナーが定着ローラ２７に付着するホットオフセットの発生を阻止できるのである。
【００６６】
また、断熱層３０，３０Ａの熱伝導率を０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以下にすることによって、基体２９，２９Ａなど不必要部分を加熱することがなく、効率よく熱を使えるため、立ち上がり時間を短くすることができる。
【００６７】
さらに、弾性層３１，３１Ａがソリッドのゴムであり、厚さが０．１ｍｍ以上、かつ硬度（ＪＩＳ−Ａ）が５０度以下であるので、定着ローラ２７、または両面定着時の加圧ローラ２８が、記録材Ｐに均一に接触するため、画像光沢ムラの発生を防止することができる。しかも、弾性層３１，３１Ａがソリッドゴムであるため、ニップ出口でのゴムの変形により、記録材の離型性が向上し、オフセットを防止できる。弾性層として発泡体、例えば発泡シリコーンゴムなどを用いることもできるが、この構成によると、その発泡体のゴムと気泡部で温度ムラができ、温度ムラが画像の光沢ムラとして表れてしまう。また弾性層が発泡シリコーンだとニップ内での変形は気泡のつぶれによる部分が大きく、ニップ出口でのゴムの変形による離型性の効果が小さくなってしまう。これに対し、弾性層３１，３Ａがソリッドゴムより成ると、ニップで加圧されて圧縮していたソリッドゴムが、ニップを通過すると、そのニップ出口で急激に弾性復帰するので、トナーと弾性層とにせん断力が生じ、これらが分離しやすくなって、その離型性が高められる。
【００６８】
また、離型層３２，３２Ａがフッ素樹脂であるため離型性に優れ、かつその厚みが５０μｍ以下なので弾性層３１，３１Ａの効果を損なうことがなく、画像光沢ムラの発生を防止することができる。
【００６９】
図８に示した定着装置２を用い、線速２００ｍｍ／ｓで画像を定着させたときに画像の光沢度が２０％になる設定温度は１７０℃であった。設定温度に達するまでの立ち上がり時間を測定したところ５３秒であった。また定着後の画像に光沢ムラは見られなかった。
【００７０】
（比較例１）
図８に示した実施例４の定着ローラ２７および加圧ローラ２８の代わりに内部加熱用の熱ローラを使って実験した。基体は実施例４と同じ肉厚１ｍｍの鉄製中空ローラで、その上にソリッドシリコーンゴムを層厚５ｍｍで形成し、離型層にはＦＥＰディスパージョンを塗布し、焼成することで形成している。内部加熱用のローラのために弾性層のソリッドシリコーンゴムにはフィラーを配合し、熱伝導率が０．７Ｗ／ｍ・Ｋになっている。弾性層の熱伝導率が高いため、外部から加熱しても、熱がローラ内部まで伝わりロスが大きくなり、立ち上がり時間は７６秒と実施例４に比べ遅くなっている。
（比較例２）
実施例４と同構成の定着ローラと加圧ローラで、弾性層のソリッドゴムの硬度を８０度に変えて実験した。立ち上がり時間は実施例４と変わらないが、硬度が高いため定着ローラがトナーの凹凸に追従できず、画像光沢ムラが発生した。
（比較例３）
実施例４と同構成の定着ローラと加圧ローラで、離型層を厚さ５０μｍのＰＦＡチューブにした。立ち上がり時間は実施例４とあまり変わらないが、ＰＦＡが硬く、厚さが５０μｍあるため弾性層のトナー凹凸に追従する効果が弱くなり、画像光沢ムラが多少発生した。
【００７１】
図９に示した実施例５の定着部材は、巻き掛けローラ３４とテンションローラ３５に巻き掛けられた無端状の定着ベルト３６より成り、加圧部材は、定着ベルト３６を介して巻き掛けローラ３４に対向して配置された加圧ローラ３７より成り、テンションローラ３５に接触する定着ベルト部分と加圧ローラ３７の表面には、内部にヒータ３８Ａ，３９Ａを有している加熱ローラ３８，３９が配置され、これらがそれぞれ矢印方向に回転する。記録材Ｐは、定着ベルト３６と加圧ローラ３７とが圧接したニップを通り、トナー像Ｔが定着される。加圧ローラ３７は巻き掛けローラ３４に対向しない部位で定着ベルト３６のみに当接する第１のニップと、加圧ローラ３７が定着ベルト３６を介して巻き掛けローラ３４に当接する第２のニップによりニップが形成されるように定着ベルト３６に圧接されている。このため低圧でも広いニップを確保できるので、熱ローラ定着装置と比べ設定温度を低しても、同じ光沢の画像を得ることができる。設定温度が低くできると立ち上がり時間も短くなる。
【００７２】
定着ベルト３６は厚さ５０μｍのポリイミド樹脂のベルト基体に断熱層として発泡シリコーンゴム層を１ｍｍ、その上に弾性層として硬度３０度のソリッドシリコーンゴム層を０．１ｍｍ形成し、離型層はＦＥＰディスパージョンを塗布し、焼成することで層厚５μｍで形成している。加圧ローラ３７は実施例４と同じ物を使用している。巻き掛けローラ３４とテンションローラ３５は定着ベルト３６からの熱が伝わりにくいように発泡シリコーン層を設け断熱化してある。光沢度２０％の画像が得られる設定温度は１５０℃で熱ローラ定着装置と比べ２０℃低くすることができた。１５０℃に達するまでの立ち上がり時間は４２秒であった。
【００７３】
（比較例４）
実施例５と同構成で弾性層のソリッドシリコーンゴムを厚さ０．０５ｍｍにした。弾性層が薄いため断熱層の発泡シリコーンゴムのゴムと気泡部分の温度ムラの影響が出て、画像に光沢ムラが発生した。
【００７４】
実施例５とほぼ同一の構成の実施例６においては、定着ベルト３６の断熱層と弾性層をソリッドシリコーンゴム１ｍｍの１層にした。ベルト基体をポリイミド樹脂５０μｍ、弾性層（断熱層）をソリッドシリコーンゴム１ｍｍ、離型層をＦＥＰ５μｍとして、定着ベルト３６を３層構造にした。定着ベルト３６の弾性層の熱伝導率は、この場合も０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、その弾性層が断熱層を兼ね、ベルト基体上に弾性層、離型層の順で積層された層構造とをなっている。この実施例６では、発泡シリコーンと比べ熱伝導率が高くなるので、立ち上がり時間が長くなるが、ベルト定着装置の場合ベルトの熱容量が小さいことと定着ベルト３６の内側の巻き掛けローラ３４およびテンションローラ３５で断熱化が可能であるので立ち上がり時間は４６秒で、実施例５と比べても差は小さかった。定着ベルトの層構成を３層にすることによりコストダウンができた。
【００７５】
加圧部材を無端状のベルトとしたときの実施例７の定着装置の概要を図１０に示す。図９に示した実施例５の装置を上下ほぼ逆にした構成になっている。すなわち、ここに示した定着装置２は、円筒基体上に弾性層を設けた定着ローラ３７と加圧ベルト３６との圧接によりニップを形成し、未定着トナー像Ｔを担持した記録材Ｐを、そのトナー像Ｔが定着ローラ３７に接する向きにして、上記ニップに通過させることで、加熱および加圧により未定着トナー像Ｔを記録材Ｐに定着させるように構成され、しかも内部にヒータを有し、かつ定着ローラ３７の表面に接して該定着ローラ３７を加熱する加熱ローラ３９と、加圧ベルト３６の内部に設けられ、該加圧ベルト３６を介して定着ローラ３７と対向する巻き掛けローラ３４と、その巻き掛けローラ３４と共に加圧ベルト３６の内部に配置され、該加圧ベルト３６にテンションを付与するテンションローラ３５とを備え、定着ローラ３７は、円筒基体上に断熱層、上記弾性層及び離型層の順で積層された層を有し、加圧ベルト３６は、その表面側から加熱されると共に、ベルト基体上に断熱層、弾性層及び離型層の順で積層された層を有し、上記ニップは、定着ローラ３７が巻き掛けローラ３４とは対向しない位置で加圧ベルト３６に圧接する第１のニップと、定着ローラ３７が巻き掛けローラ３４と対向する位置で加圧ベルト３６を介して巻き掛けローラ３４に圧接する第２のニップとを有している。かかる定着装置２にも、前述した各構成を適宜採用でき、例えば、加圧ベルト３６の弾性層の熱伝導率を０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以下とし、その弾性層が断熱層を兼ねており、ベルト基体上に弾性層、離型層の順でその各層が積層されているように構成することができる。図９に示した定着装置２の場合、立ち上がり時間は４１秒と実施例５とほぼ同じで、画像光沢ムラも見られなかった。実施例４乃至７および比較例の結果を表４にまとめて示す。画像評価の○は光沢ムラなし、△は光沢ムラ多少あり、×は光沢ムラありを示している。
【表４】
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、定着ローラが、その表面側から加熱されるので、効率よく熱を使え、立ち上がり時間を短くすることができる。しかも、定着ローラが弾性層を有しているので定着ローラが均一に未定着画像に接することで画像光沢ムラの発生を防止することができる。また弾性層のニップ出口での変形によりオフセットが発生しにくくなっている。また、加圧ベルトを用いているので、広いニップを確保でき、低温での定着が可能となるので、断熱と外部加熱の効果に加え、低温下により立ち上がり時間を短縮することができる。
【００７８】
しかも、本発明によれば、定着ローラに断熱層があり、かつ定着ローラが表面側から加熱されるので、定着ローラの円筒基体など不必要部分を加熱することがなく、効率よく熱を使えるため、立ち上がり時間を短くすることができる。
【００７９】
さらに、本発明によれば、加圧ベルトに断熱層があり、その加圧ベルトの表面側から加熱されるので、ベルト基体など不必要部分を加熱することがなく、効率よく熱を使えるため、立ち上がり時間を短くすることができると同時に、加圧ベルトに弾性層が設けられているので両面定着時にも加圧ベルトが均一に画像面に接することで画像光沢ムラの発生を防止することができる。また弾性層のニップ出口での変形によりオフセットの防止ができる。
【００８０】
請求項２に係る発明によれば、断熱層の熱伝導率を０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以下にしているので、基体など不必要部分を加熱することがなく、効率よく熱を使えるため、立ち上がり時間を短くすることができる。
【００８１】
請求項３に係る発明によれば、弾性層がソリッドゴムで厚さを０．１ｍｍ以上、硬度５０度以下にすることにより、定着ローラまたは両面定着時の加圧ベルトが転写材に均一に接触するため画像光沢ムラの発生を防止することができる。またニップ出口でのゴムの変形による離型性の向上も得られ、オフセットを防止することができる。
【００８２】
請求項４に係る発明によれば、離型層がフッ素樹脂であるため離型性に優れ、かつ厚みが５０μｍ以下なので弾性層の効果を損なうことがないので、画像光沢ムラの発生を防止することができる。
【００８５】
請求項５に係る発明によれば、加圧ベルトの断熱層と弾性層を共通にすることで層構成を４層から３層に減らせるためコストを下げることができる。
【００８６】
請求項６に係る発明によれば、上記各効果を奏する定着装置を備えた画像形成装置を供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像形成装置の一例を示す部分断面概略図である。
【図２】定着装置の一例を示す断面図である。
【図３】図１の部分拡大断面図である。
【図４】ゴム硬度と濁度の関係を示すグラフである。
【図５】ゴム硬度と濁度の関係を示すグラフである。
【図６】定着装置の他の例を示す断面図である。
【図７】定着装置のさらに他の例を示す断面図である。
【図８】定着装置のさらに別の例を示す断面図である。
【図９】定着装置のさらに別の例を示す断面図である。
【図１０】定着装置のさらに別の例を示す断面図である。
【符号の説明】
２ 定着装置
３４ 巻き掛けローラ
３５ テンションローラ
３６ 加圧ベルト
３７ 定着ローラ
３９ 加熱ローラ
Ｐ 記録材
Ｔ トナー像

Claims (6)

1. 円筒基体上に弾性層を設けた定着ローラと加圧ベルトとの圧接によりニップを形成し、未定着トナー像を担持した記録材を、そのトナー像が前記定着ローラに接する向きにして、前記ニップに通過させることで、加熱および加圧により未定着トナー像を記録材に定着させる定着装置において、内部にヒータを有し、前記定着ローラ表面に接して該定着ローラを加熱する加熱ローラと、前記加圧ベルト内部に設けられ、該加圧ベルトを介して前記定着ローラと対向する巻き掛けローラと、該巻き掛けローラと共に前記加圧ベルト内部に配置され、該加圧ベルトにテンションを付与するテンションローラとを備え、前記定着ローラは、円筒基体上に断熱層、前記弾性層及び離型層の順で積層された層を有し、前記加圧ベルトは、その表面側から加熱されると共に、ベルト基体上に断熱層、弾性層及び離型層の順で積層された層を有し、前記ニップは、前記定着ローラが前記巻き掛けローラとは対向しない位置で前記加圧ベルトに圧接する第１のニップと、前記定着ローラが前記巻き掛けローラと対向する位置で前記加圧ベルトを介して前記巻き掛けローラに圧接する第２のニップとを有することを特徴とする定着装置。
2. 前記断熱層の熱伝導率が０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以下である請求項１に記載の定着装置。
3. 前記弾性層がソリッドのゴムより成り、その厚さが０．１ｍｍ以上で、かつ硬度（ＪＩＳ−Ａ）が５０度以下である請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 離型層がフッ素樹脂より成り、そので厚さが５０μｍ以下である請求項１乃至３のいずれかに記載の定着装置。
5. 前記加圧ベルトの弾性層の熱伝導率が０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、該弾性層が前記断熱層を兼ねており、ベルト基体上に弾性層、離型層の順でその各層が積層されている請求項１乃至４のいずれかに記載の定着装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。