特許 7392442 定着装置及び画像形成装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-28

(45)【発行日】2023-12-06

(54)【発明の名称】定着装置及び画像形成装置

(51)【国際特許分類】

   G03G 15/20 20060101AFI20231129BHJP

【ＦＩ】

G03G15/20 510

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2019223515

(22)【出願日】2019-12-11

(65)【公開番号】P2021092674

(43)【公開日】2021-06-17

【審査請求日】2022-11-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000001270

【氏名又は名称】コニカミノルタ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099885

【弁理士】

【氏名又は名称】高田 健市

(72)【発明者】

【氏名】八木 昌隆

【審査官】中澤 俊彦

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－２１５２２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３０４４０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２１８３５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０９３９１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０３Ｇ １５／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面に形成されたトナー像をニップ部へ運搬する定着ベルトと、
前記定着ベルトにより前記トナー像が前記ニップ部へ運搬される前に、トナー像のトナーを熱溶融させるための加熱手段と、
前記定着ベルトの外側で定着ベルトとの間に前記ニップ部を形成する加圧ローラと、
前記ニップ部を形成するように、前記定着ベルトを内側から支持する定着部材と、
を備え、
前記加熱手段により前記トナーを事前に熱溶融させた状態で、前記定着ベルトによりニップ部へ運搬されたトナー像を、前記ニップ部を通過する用紙に転写し定着させる定着装置であって、
前記加圧ローラは、第１の金属軸の外周面に第１の断熱層を有する構成となっており、
前記第１の断熱層の熱伝導率は前記第１の金属軸より低く、
前記第１の断熱層は樹脂からなり、かつ、第１の断熱層の硬度は前記定着ベルトの硬度より高いことを特徴とする定着装置。

【請求項2】

表面に形成されたトナー像をニップ部へ運搬する定着ベルトと、
前記定着ベルトにより前記トナー像が前記ニップ部へ運搬される前に、トナー像のトナーを熱溶融させるための加熱手段と、
前記定着ベルトの外側で定着ベルトとの間に前記ニップ部を形成する加圧ローラと、
前記ニップ部を形成するように、前記定着ベルトを内側から支持する定着部材と、
を備え、
前記加熱手段により前記トナーを事前に熱溶融させた状態で、前記定着ベルトによりニップ部へ運搬されたトナー像を、前記ニップ部を通過する用紙に転写し定着させる定着装置であって、
前記加圧ローラは、第１の金属軸の外周面に第１の断熱層を有する構成となっており、
前記第１の断熱層の熱伝導率は前記第１の金属軸より低く、かつ、
前記第１の断熱層の硬度は前記定着ベルトの硬度より高く、
前記定着部材は定着ローラであり、
該定着ローラは、第２の金属軸の外周面に第２の断熱層を有する構成となっており、
前記第２の断熱層の熱伝導率は、前記第２の金属軸より低く、
前記第２の断熱層は樹脂からなり、かつ、第２の断熱層の硬度は前記定着ベルトの硬度より高いことを特徴とする定着装置。

【請求項3】

表面に形成されたトナー像をニップ部へ運搬する定着ベルトと、
前記定着ベルトにより前記トナー像が前記ニップ部へ運搬される前に、トナー像のトナーを熱溶融させるための加熱手段と、
前記定着ベルトの外側で定着ベルトとの間に前記ニップ部を形成する加圧ローラと、
前記ニップ部を形成するように、前記定着ベルトを内側から支持する定着部材と、
を備え、
前記加熱手段により前記トナーを事前に熱溶融させた状態で、前記定着ベルトによりニップ部へ運搬されたトナー像を、前記ニップ部を通過する用紙に転写し定着させる定着装置であって、
前記加圧ローラは、第１の金属軸の外周面に第１の断熱層を有する構成となっており、
前記第１の断熱層の熱伝導率は前記第１の金属軸より低く、かつ、
前記第１の断熱層の硬度は前記定着ベルトの硬度より高く、
前記定着部材は定着ローラであり、
該定着ローラは、第２の金属軸の外周面に第２の断熱層を有する構成となっており、
前記第２の断熱層の熱伝導率は、前記第２の金属軸より低く、
前記第２の断熱層の硬度は前記定着ベルトの硬度より高く、かつ、
前記定着ローラは、前記第２の断熱層とは別に、最外周面として、第２の断熱層よりも高摩擦な表層を有していることを特徴とする定着装置。

【請求項4】

前記定着部材は定着ローラであり、
該定着ローラは、第２の金属軸の外周面に第２の断熱層を有する構成となっており、
前記第２の断熱層の熱伝導率は、前記第２の金属軸より低く、かつ、
前記第２の断熱層の硬度は前記定着ベルトの硬度より高い請求項１に記載の定着装置。

【請求項5】

前記定着部材は定着パッド部材であり、
前記定着パッド部材の加熱ローラ側に局部的な凸部が形成されている請求項１に記載の定着装置。

【請求項6】

前記定着ベルトに内側から接して定着ベルトを駆動する駆動ローラを備えている請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の定着装置。

【請求項7】

前記駆動ローラは前記定着部材を構成する定着ローラである請求項６に記載の定着装置。

【請求項8】

前記第１の断熱層は樹脂からなる請求項２または請求項３に記載の定着装置。

【請求項9】

前記第２の断熱層は樹脂からなる請求項３に記載の定着装置。

【請求項10】

前記樹脂は、
[ＰＰＳ(ポリフェニレンスルファイド)]、
[ＬＣＰ(液晶ポリマー)]、
[ＰＳＵ(ホリサルンホン)]、
[ＰＥＳ(ポリエーテルサルホン)]、
[ＰＡＲ(非晶ポリアリレート）]のうちの少なくともいずれかを含む樹脂である請求項１または請求項２または請求項８または請求項９に記載の定着装置。

【請求項11】

前記定着ローラは、前記第２の断熱層とは別に、最外周面として、第２の断熱層よりも高摩擦な表層を有している請求項２または請求項３に記載の定着装置。

【請求項12】

前記加圧ローラは、前記第１の断熱層とは別に、最外周面にフッ素層を有している請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の定着装置。

【請求項13】

請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載された定着装置と、
トナー画像を前記定着装置における定着ベルトの表面に形成する画像形成手段と、
を備えたことを特徴とする画像形成装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に用いられる定着装置、特に、定着ベルトの表面に形成されたトナー像のトナーを事前に溶融させた状態で、用紙に転写し定着させる形式（以下、転写同時定着形式ともいう）の定着装置、及びこの定着装置を備えた画像形成装置に関する。

【背景技術】

【0002】

上記のような転写同時定着形式の定着装置は既に公知であるが（例えば特許文献１及び２）、その一例を図１２を参照して説明する。

【0003】

図１２の例では、定着ベルト１０１の表面にトナー像１０２が形成される。この例では、中間転写ベルト１０３に公知の方法で転写されたトナー像を、定着ベルト１０１の表面に転写することで、定着ベルト１０１の表面にトナー像１０２を形成する場合を示している。

【0004】

定着ベルト１０１は駆動ローラ１０４の駆動により、駆動ローラ１０４と定着ローラ１０５の間を矢印Ｘ方向に走行している。定着ベルト１０１を挟んで定着ローラ１０５の反対側には加圧ローラ１０６が定着ベルト１０１と加圧接触状態で配置されており、加圧ローラ１０６と定着ベルト１０１との間にニップ部１０７が形成されている。なお、定着ベルト１０１を定着ローラ１０５でなく定着パッド部材で内側から支持する構成のものも存在する。

【0005】

定着ベルト１０１の表面に転写されたトナー像１０２のトナーは、ニップ部１０７に到達するまでにヒータ１０８により事前に溶融される。そして、溶融されたトナーが、ニップ部１０７においてニップ部１０７を通過する用紙Ｐに付着して定着される。

【0006】

図１２に例示した転写同時定着形式の定着装置は、一般的な定着装置、換言すればトナー像を事前に用紙に転写しておき、用紙が定着装置を通過するときにトナーを加熱溶融しトナー像を定着させる形式（以下、事前転写定着方式ともいう）の定着装置と同様に、定着ベルト１０１と加圧ローラ１０６との間にニップ部１０７を形成し、このニップ部１０７に用紙を通過させる。

【0007】

このため、従来では、転写同時定着形式の定着装置の加圧ローラ１０６として、事前転写定着方式の定着装置と同じ加圧ローラが用いられていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２００７－２１２８３９号公報

【文献】特開２００４－１４５２６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかし、転写同時定着形式の定着装置の加圧ローラ１０６として、事前転写定着方式の定着装置と同じ加圧ローラ１０６を用いた場合、次のような課題があった。

【0010】

即ち、事前転写定着方式の定着装置で用いられる加圧ローラは、図１３及び図１４に示されるように、金属軸１０６ａの外周面に弾性層１０６ｂを有しており、この弾性層１０６ｂがニップ荷重で潰されて、定着ベルト１０１との間に広いニップ幅Ｗを形成する構成となっている。これは、矢印Ｙ方向に津足される用紙Ｐと定着ベルト１０１との接触長さ乃至接触時間を確保して、トナーを溶融定着させるのに十分な熱量を定着ベルト１０１から用紙Ｐへ付与するためである。なお、図１３は定着ベルト１０１を定着ローラ１０５により内側から支持してニップ部１０７を形成するタイプの定着装置であり、図１４は定着ベルト１０１を定着パッド部材１０９により内側から支持してニップ部１０７を形成するタイプの定着装置である。図１４において、符号１１０は定着パッド部材１０９を背後から支持する固定部材である。

【0011】

しかしながら、転写同時定着形式の定着装置では、定着ベルト１０１の表面に形成されたトナー像１０２のトナーは用紙Ｐへの転写定着前に事前に溶融されているため、用紙Ｐへの熱量の供給は少なくて良く、このためニップ幅Ｗも狭くて良い。用紙Ｐへの過度の熱量の供給は印字品質の低下を招き、またエネルギの無駄ともなる。

【0012】

ニップ幅Ｗが広がらないようにするため、例えば図１５に示すように、定着パッド部材１０９の加圧ローラ１０６側の先端を局部的な凸部１０９ａにすること等が考えられるが、対抗する加圧ローラ１０６の弾性層１０６ａが柔らかすぎると弾性層１０６ａが潰れてしまい、結果的にニップ幅Ｗが広がってしまう。

【0013】

また、加熱ローラ１０６を金属軸１０６ａの表面を露出させた硬質のものに構成することで、ニップ幅Ｗを狭くすることが考えられるが、熱伝導率が高すぎるため、定着ベルト１０１の熱が金属軸１０６ａに伝熱して用紙Ｐへ供給する熱量が不足し、定着不良を生じる恐れがある。

【0014】

この発明はこのような技術的背景に鑑みてなされたものであって、ニップ幅の広がりを防止しながらニップ部を通過する用紙へ適度な熱量を供給できる、転写同時定着形式の定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0015】

上記目的は以下の手段によって達成される。
（１）表面に形成されたトナー像をニップ部へ運搬する定着ベルトと、前記定着ベルトにより前記トナー像が前記ニップ部へ運搬される前に、トナー像のトナーを熱溶融させるための加熱手段と、前記定着ベルトの外側で定着ベルトとの間に前記ニップ部を形成する加圧ローラと、前記ニップ部を形成するように、前記定着ベルトを内側から支持する定着部材と、を備え、前記加熱手段により前記トナーを事前に熱溶融させた状態で、前記定着ベルトによりニップ部へ運搬されたトナー像を、前記ニップ部を通過する用紙に転写し定着させる定着装置であって、前記加圧ローラは、第１の金属軸の外周面に第１の断熱層を有する構成となっており、前記第１の断熱層の熱伝導率は前記第１の金属軸より低く、前記第１の断熱層は樹脂からなり、かつ、第１の断熱層の硬度は前記定着ベルトの硬度より高いことを特徴とする定着装置。
（２）表面に形成されたトナー像をニップ部へ運搬する定着ベルトと、前記定着ベルトにより前記トナー像が前記ニップ部へ運搬される前に、トナー像のトナーを熱溶融させるための加熱手段と、前記定着ベルトの外側で定着ベルトとの間に前記ニップ部を形成する加圧ローラと、前記ニップ部を形成するように、前記定着ベルトを内側から支持する定着部材と、を備え、前記加熱手段により前記トナーを事前に熱溶融させた状態で、前記定着ベルトによりニップ部へ運搬されたトナー像を、前記ニップ部を通過する用紙に転写し定着させる定着装置であって、前記加圧ローラは、第１の金属軸の外周面に第１の断熱層を有する構成となっており、前記第１の断熱層の熱伝導率は前記第１の金属軸より低く、かつ、前記第１の断熱層の硬度は前記定着ベルトの硬度より高く、前記定着部材は定着ローラであり、該定着ローラは、第２の金属軸の外周面に第２の断熱層を有する構成となっており、前記第２の断熱層の熱伝導率は、前記第２の金属軸より低く、前記第２の断熱層は樹脂からなり、かつ、第２の断熱層の硬度は前記定着ベルトの硬度より高いことを特徴とする定着装置。
（３）表面に形成されたトナー像をニップ部へ運搬する定着ベルトと、前記定着ベルトにより前記トナー像が前記ニップ部へ運搬される前に、トナー像のトナーを熱溶融させるための加熱手段と、前記定着ベルトの外側で定着ベルトとの間に前記ニップ部を形成する加圧ローラと、前記ニップ部を形成するように、前記定着ベルトを内側から支持する定着部材と、を備え、前記加熱手段により前記トナーを事前に熱溶融させた状態で、前記定着ベルトによりニップ部へ運搬されたトナー像を、前記ニップ部を通過する用紙に転写し定着させる定着装置であって、前記加圧ローラは、第１の金属軸の外周面に第１の断熱層を有する構成となっており、前記第１の断熱層の熱伝導率は前記第１の金属軸より低く、かつ、前記第１の断熱層の硬度は前記定着ベルトの硬度より高く、前記定着部材は定着ローラであり、該定着ローラは、第２の金属軸の外周面に第２の断熱層を有する構成となっており、前記第２の断熱層の熱伝導率は、前記第２の金属軸より低く、前記第２の断熱層の硬度は前記定着ベルトの硬度より高く、かつ、前記定着ローラは、前記第２の断熱層とは別に、最外周面として、第２の断熱層よりも高摩擦な表層を有していることを特徴とする定着装置。
（４）前記定着部材は定着ローラであり、該定着ローラは、第２の金属軸の外周面に第２の断熱層を有する構成となっており、前記第２の断熱層の熱伝導率は、前記第２の金属軸より低く、かつ、前記第２の断熱層の硬度は前記定着ベルトの硬度より高い前項１に記載の定着装置。
（５）前記定着部材は定着パッド部材であり、前記定着パッド部材の加熱ローラ側に局部的な凸部が形成されている前項１に記載の定着装置。
（６）前記定着ベルトに内側から接して定着ベルトを駆動する駆動ローラを備えている前項１乃至前項５のいずれかに記載の定着装置。
（７）前記駆動ローラは前記定着部材を構成する定着ローラである前項６に記載の定着装置。
（８）前記第１の断熱層は樹脂からなる前項２または前項３に記載の定着装置。
（９）前記第２の断熱層は樹脂からなる前項３に記載の定着装置。
（１０）前記樹脂は、[ＰＰＳ(ポリフェニレンスルファイド)]、[ＬＣＰ(液晶ポリマー)]、[ＰＳＵ(ホリサルンホン)]、[ＰＥＳ(ポリエーテルサルホン)]、[ＰＡＲ(非晶ポリアリレート）]のうちの少なくともいずれかを含む樹脂である前項１または前項２または前項８または前項９に記載の定着装置。
（１１）前記定着ローラは、前記第２の断熱層とは別に、最外周面として、第２の断熱層よりも高摩擦な表層を有している前項２または前項３に記載の定着装置。
（１２）前記加圧ローラは、前記第１の断熱層とは別に、最外周面にフッ素層を有している前項１乃至前項１１のいずれかに記載の定着装置。
（１３）前項１乃至前項１２のいずれかに記載された定着装置と、トナー画像を前記定着装置における定着ベルトの表面に形成する画像形成手段と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。

【発明の効果】

【0016】

前項（１）に記載の発明によれば、定着ベルトの外側で定着ベルトとの間にニップ部を形成する加圧ローラは、第１の金属軸の外周面に第１の断熱層を有する構成となっており、第１の断熱層の熱伝導率は第１の金属軸より低いから、定着ベルトの熱の第１の金属軸への伝熱を抑制でき、用紙へ供給する熱量が不足して定着不良が生じるのを防止できる。また、第１の断熱層の硬度は定着ベルトの硬度より高いから、第１の断熱層がニップ荷重で潰れることはなく、このため狭いニップ幅を実現することができ、用紙への過度の熱量の供給による品質劣化やエネルギの損失の発生をも防止でき、良好な転写同時定着を行うことができる。
また、第１の断熱層を樹脂によって形成することができる。

【0017】

前項（２）または（３）または（４）に記載の発明によれば、定着部材は定着ローラであり、この定着ローラは、第２の金属軸の外周面に第２の断熱層を有する構成となっており、第２の断熱層の熱伝導率は第２の金属軸より低いから、定着ベルトの熱の第２の金属軸への伝熱を抑制でき、用紙へ供給する熱量をさらに確保し易くなる。また、第２の断熱層の硬度は定着ベルトの硬度より高いから、第１の断熱層がニップ荷重で潰れることはなく、さらに狭いニップ幅を実現することができる。

【0018】

前項（５）に記載の発明によれば、定着部材は定着パッド部材であり、定着パッド部材の加熱ローラ側の形状は局部的な凸部形状であるから、ニップ荷重によるパッド部材の潰れを抑制でき、狭いニップ幅を実現することができる。

【0019】

前項（６）に記載の発明によれば、定着ベルトに内側から接する駆動ローラにより定着ベルトを駆動することができる。

【0020】

前項（７）に記載の発明によれば、定着部材を構成する定着ローラによって定着ベルトを駆動することができる。

【0021】

前項（８）に記載の発明によれば、第１の断熱層を樹脂によって形成することができる。

【0022】

前項（９）に記載の発明によれば、第２の断熱層を樹脂によって形成することができる。

【0023】

前項（１０）に記載の発明によれば、[ＰＰＳ(ポリフェニレンスルファイド)]、[ＬＣＰ(液晶ポリマー)]、[ＰＳＵ(ホリサルンホン)]、[ＰＥＳ(ポリエーテルサルホン)] 、[ＰＡＲ(非晶ポリアリレート）]のうちの少なくともいずれかを含む樹脂によって、第１の断熱層や第２の断熱層が形成されるから、第１の断熱層や第２の断熱層の熱伝導率を第１の金属軸や第２の金属軸より低く、かつ、第１の断熱層や第２の断熱層の硬度を定着ベルトの硬度より高くすることが容易となる。

【0024】

前項（１１）に記載の発明によれば、定着ローラは、第２の断熱層とは別に、最外周面として、第２の断熱層よりも高摩擦な表層を有しているから、定着ローラと定着ベルトとの間のすべりを抑制でき、定着ローラを定着ベルトの駆動に用いる場合も、大きな駆動力を定着ベルトに付与することができる。

【0025】

前項（１２）に記載の発明によれば、加圧ローラは、第１の断熱層とは別に、最外周面にフッ素層を有しているから、用紙に転写同時定着されたトナーや用紙との離型性を良くすることができる。

【0026】

前項（１３）に記載の発明によれば、前項（１）乃至（１２）のいずれかに記載された定着装置と、トナー画像を定着装置における定着ベルトの表面に形成する画像形成手段と、を備えた画像形成装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】この発明の一実施形態に係る定着装置を、その一部を断面で示す正面図である。

【図2】この発明の他の実施形態に係る定着装置を、その一部を断面で示す正面図である。

【図3】この発明のさらに他の実施形態に係る定着装置を示す正面図である。

【図4】この発明のさらに他の実施形態に係る定着装置を示す正面図である。

【図5】この発明のさらに他の実施形態に係る定着装置を、その一部を断面で示す正面図である。

【図6】この発明のさらに他の実施形態に係る定着装置を示す正面図である。

【図7】各エンプラ材料の物性を示す表である。

【図8】同じく、各エンプラ材料の物性を示す表である。

【図9】各エンプラ材料の耐熱性を比較するための表である。

【図10】各エンプラ材料の成型性や吸水性特性等を比較するための表である。

【図11】この発明のさらに他の実施形態に係る画像形成装置における定着装置を示す正面図である。

【図12】転写同時定着形式の定着装置の一例を説明するための図である。

【図13】事前転写定着方式の定着装置の一例を示す正面図である。

【図14】事前転写定着方式の定着装置の他の例を示す正面図である。

【図15】事前転写定着方式の定着装置のさらに他の例を示す正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

【0029】

図１は、この発明の一実施形態に係る画像形成装置における定着装置を、その一部を断面で示す正面図である。画像形成装置１は、転写同時定着形式の定着装置２と画像形成部３を備えている。
［第１の実施形態］
定着装置２は、定着ベルト２１と、加圧ローラ２２と、定着部材としての定着パッド部材２３と、加熱ローラ２４等から構成されている。定着ベルト２１は、相互に離間して配置された定着パッド部材２３と加熱ローラ２４との間に張架されている。

【0030】

定着パッド部材２３は液晶ポリマー製であり、定着ベルト２１の張力やニップ荷重によって定着パッド部材２３が曲がらないように、背面をコの字形状の板金製固定部材２５で支持されている。

【0031】

加圧ローラ２２は、定着ベルト２１を挟んで定着パッド部材２３と加圧状態に対向配置されており、同図に矢印Ａで示す方向に走行するよう駆動装置３１によって駆動される。加圧ローラ２２は、図１に一部を拡大して断面図で示すように、この実施形態では、外径２２ｍｍの中実鋼材からなる金属軸（第１の金属軸に相当）２２ａの外周面に、厚さ４ｍｍのＰＰＳ(ポリフェニレンスルファイド)樹脂層からなる断熱層（第１の断熱層に相当）２２ｂが形成されてなる。この加圧ローラ２２は、定着ベルト２１との間にニップ部４を形成するものであり、ニップ部４にニップ荷重与えるため、定着パッド部材２３側に約２００Ｎで押圧されている。

【0032】

定着ベルト２１は、この実施形態では図１に一部を拡大して断面図で示すように、外径８０ｍｍで厚さ１００μｍのＰＩ（ポリイミド樹脂）からなる基材２１ａ上に弾性層２１ｂとして厚さ３００μｍのシリコーンゴム層が形成され、さらにその上に厚さ１５μｍのフッ素層２１ｃが形成されたものが使用されている。

【0033】

また、定着パッド部材２３の加圧ローラ２２側の先端部には、矢印Ｃで示す通紙方向の中央部において、加圧ローラ２２の長さ範囲に渡る部分が加圧ローラ２２側に突出する局部的な凸部２３ａとなっている。さらに、凸部２３ａの先端は半径１ｍｍの曲率を有している。このように、定着パッド部材２３の加圧ローラ２２側の先端部を凸部形状とし曲率を持たせることで、ニップ部４の通紙方向の長さであるニップ幅Ｗを極めて狭く設定することができる。この実施形態では、ニップ幅Ｗは、定着ベルト２１の弾性層２１ｂの潰れも合わさって、約０．５ｍｍとなる。

【0034】

加熱ローラ２４は、外径３０ｍｍ、厚さ３００μｍのアルミニウム材２４ａの内部にハロゲンヒータ等からなるヒータ２４ｂが配置されており、定着ベルト２１の表面を１２０℃程度に加熱できるようになっている。ヒータ２４ｂは定着ベルト２１を加熱して定着ベルト２１の表面に形成されたトナー像５のトナーを溶融する役割を果たす。なお、加熱ローラ２４に内蔵されたヒーター２４ｂではなく、定着ベルト２１の表面に形成されたトナー像５を外方からヒーター等で加熱してトナーを溶融させても良い。

【0035】

定着ベルト２１は図１に矢印Ｂで示す方向に回転走行している。この実施形態では、駆動装置３１によって回転駆動される加圧ローラ２２との摩擦力が定着ベルト２１に付与されることにより、定着ベルト２１が従動走行し、加熱ローラ２４が従動回転するようになっている。

【0036】

画像形成装置１のプリント時には、画像形成部３で作成された画像に基づいて、定着ベルト２１にトナー像５が形成される。定着ベルト２１へのトナー像５の形成方法は、限定されないが、一例としては図１２に示したように、画像形成部３の転写ベルト１０３に形成したトナー像を定着ベルト２１に転写する方法を挙げることができる。

【0037】

定着ベルト２１に形成されたトナー像５のトナーは、加熱ローラ２４によって加熱された定着ベルト２１上で、ニップ部４に到達する前に溶融する。トナーが溶融したトナー像５は、ニップ部４へと運搬され、図１の点線矢印Ｃで示す方向にニップ部４を通過する用紙Ｐに転写され同時に定着される。

【0038】

転写同時定着形式の定着装置２では、定着ベルト２１の表面に形成されたトナー像５のトナーは用紙Ｐへの転写定着前に事前に溶融されているため、事前転写定着方式の定着装置のような用紙Ｐへの大きな熱供給はエネルギの無駄となる。このためニップ幅Ｗは狭くて良い。

【0039】

ニップ幅Ｗを狭くする構成として、ニップ部４を形成する加圧ローラ２２の表面が、ニップ荷重によって、潰れ変形しないことが前提となる。従って、加圧ローラ２２の表面材料がゴムのような柔らかい材料であってはならない。

【0040】

一方、定着ベルト２１はニップ部４において用紙凸凹に追従するために、表面にシリコーンゴム層のような柔らかい弾性層２１ｂを有している。このため、定着ベルト２１の弾性層２１ｂは潰れ変形するが、加圧ローラ２２の表面は潰れ変形しない、という関係にすることが必要である。従って、加圧ローラ２２の表面は少なくとも定着ベルト２１の硬度よりも硬くなければならない。

【0041】

つまり、定着ベルト２１の表面の硬度＜加圧ローラ２２の硬度、の関係を満たさなければならない。この設定にしておけば、ニップ荷重を調整することにより、定着ベルト２１の弾性層２１ｂは潰れ変形するが、加圧ローラ２２の表面はほとんど変形しない設定が可能になる。

【0042】

なお、定着ベルト２１の弾性層２１ｂの厚さが薄いので、表面の硬度は[アスカーマイクロゴム硬度計ＭＤ－１型]での測定が望ましい。

【0043】

また、加圧ローラ２２の表面を単に硬くするだけなら、加圧ローラ２２の金属軸２２ａの表面を剥き出しにしたままでも良いことになるが、それでは熱伝導率が高すぎて、定着ベルト２１の熱が加圧ローラ２２の軸芯部へ伝熱してしまう。

【0044】

従って、加圧ローラ２２の表面はその熱伝導率が、少なくとも芯金材料である金属軸２２ａの熱伝導率よりも小さい材料でなくては意味がない。

【0045】

つまり、加圧ローラ２２の金属軸２２ａの材料の熱伝導率＞加圧ローラ表面の断熱層２２ｂの熱伝導率、の関係を満たす必要がある。

【0046】

上述した硬度及び熱伝導率の関係は、以下に説明する他の実施形態においても同様である。

【0047】

硬度及び熱伝導率の関係を満たす加圧ローラ２２の表面の断熱層２２ｂとして、この実施形態では、ＰＰＳ(ポリフェニレンスルファイド)樹脂層を用いている。断熱層２２ｂを構成する樹脂層については後述する。
［第２の実施形態］
この発明の他の実施形態に係る定着装置を図２に示す。この定着装置は、図１に示した第１の実施形態に係る定着装置２のうち、定着部材としての定着パッド部材２３に代えて定着ローラ２６を用いている。定着ローラ２６以外の構成は図１の第１の実施形態と同じである。

【0048】

定着ローラ２６は、外径２２ｍｍの中実鋼材からなる金属軸（第２の金属軸に相当）２６ａの外周面に、厚さ４ｍｍのＰＰＳ(ポリフェニレンスルファイド)樹脂層からなる断熱層（第２の断熱層に相当）２６ｂが形成されている。

【0049】

それぞれ同一材料からなる硬い断熱層２２ｂ、２６ｂを有する加圧ローラ２２と定着ローラ２６によってニップ部４が形成されるが、ニップ幅Ｗはこのようなローラ対であっても、ニップ荷重２００Ｎによって、定着ベルト２１の弾性層２１ｂが潰れて０．５ｍｍ程度になる。

【0050】

ニップ荷重(２００Ｎ)による定着ローラ２６の金属軸２６ａの曲がりを補正するために、定着ローラ２６の断熱層２６ｂの表面は０．０５ｍｍ程度のクラウン形状、換言すれば、端部直径より中央部直径が０．０５ｍｍ程度大きい形状、にするのが望ましい。
［第３の実施形態］
この実施形態は、定着ベルト２１の駆動に関する構成を示すものである。

【0051】

図１に示した第１の実施形態では、駆動装置３１による加圧ローラ２２の回転駆動により定着ベルトに摩擦力を付与して定着ベルトを従動走行させる構成とした。ただし、この方法による定着ベルト２１の従動走行は、定着ベルト２１の内部の摩擦抵抗が大きく、ベルトスリップのリスクが伴う。

【0052】

定着ベルト２１の他の駆動方法として、図３に示すように、加熱ローラ２４を駆動装置３２により強制駆動して駆動ローラとしての機能を持たせ、定着ベルト２１に駆動力を付与しても良い。この場合は、加圧ローラ２２の駆動による場合よりも安定した定着ベルト２１の回転走行が得られる。

【0053】

また、図４に示すように、駆動装置３２による加熱ローラ２４の回転駆動と同時に、加圧ローラ２２も駆動装置３１により回転駆動して、定着ベルト２１にニップ部４の両側において駆動力を付与しても良い。この場合は、様々な用紙の通紙が容易になる。

【0054】

また、定着部材として定着ローラ２６を用いる場合は、図５に示すように、定着ローラ２６を駆動装置３３により回転駆動して駆動ローラとしての機能を持たせ、定着ベルト２１に駆動力を付与しても良い。定着ローラ２６を定着ベルト２１の走行の駆動源とする構成の場合、定着ベルト２１へ大きな駆動力を付与するために、図５に定着ローラ２６の一部を拡大して示すように、定着ローラ２６の最表層に高摩擦層２６ｃを有することが望ましい。高摩擦層２６ｃの一例としては、厚さ３００μｍ程度の薄いエポキシ樹脂層等を挙示できる。

【0055】

なお、定着ローラ２６を駆動ローラとして用いない場合であっても、最表層に高摩擦層２６ｃを形成しても良い。

【0056】

定着ローラ２６により定着ベルト２１を駆動する場合、図６に示すように、加圧ローラ２２も駆動装置３１により回転駆動して、定着ベルト２１をニップ部４の両側から駆動しても良い。この場合、より一層多彩な用紙の通紙が可能になる。
［第４の実施形態］
この実施形態では、加圧ローラ２２の断熱層２２ｂの材料について説明する。

【0057】

断熱層２２ｂの具体的な材料としては、樹脂材料、セラミックス材料、ガラス材料などが望ましい。特に、コストの低さ、良好な成型性、熱伝導率の低さなどの点から、樹脂材料、特にエンジニアリングプラスチック（以下、エンプラとも記す）が最も望ましい。

【0058】

エンプラとは、周知のように、熱に弱いプラスチックの性質を改善した耐熱性の高い合成樹脂で、高耐熱性と同時に機械的強度も向上させた樹脂材料の総称である。より高機能な材料を、特にスーパーエンプラとも呼ぶ。エンプラは、使用温度や強度の点で、金属部品と汎用プラスチック部品の中間的／補完的な位置にあり、軽量化や低コスト化を実現している。

【0059】

断熱層２２ｂに必要とされる機能は、ａ）高硬度、ｂ）断熱性、ｃ）耐熱性、の３点である。硬度と断熱性が必要なことは前述の通りである。耐熱性に関しては、従来の定着装置よりも２０℃程度低い定着温度に設定できるものの、小サイズ通紙時の加圧ローラ２２の端部温度１７０℃程度には耐える必要がある。従って、高温時であっても形状が変化しない耐熱性が必要になる。

【0060】

そこで、まず、ａ）硬度をエンプラ材料間で比較する。各エンプラ材料の物性を図７及び図８の表に示す。比較に用いたエンプラ材料は、[ＰＰＳ(ポリフェニレンスルファイド)]、［ＰＡ９Ｔ（ポリアミド９Ｔ）］、［ＰＡ４６（ポリアミド４６）］、[ＰＡＲ(非晶ポリアリレート）]、[ＬＣＰ(液晶ポリマー)]、[ＰＳＵ(ホリサルンホン)]、[ＰＥＳ(ポリエーテルサルホン)]、［ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）］、［ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）］、［ＰＡＩ（ポリアミドイミド）］、［ＴＰＩ（熱可塑性ポリイミド）］、さらにフッ素系樹脂として、［ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）］、［ＦＥＰ（四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体）］、［ＰＦＡ（ポリテトラフルオロエチレン）］、［ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）］、［ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体）］、［ＥＣＴＦＥ（クロロトリフルオエチレン・エチレン共重合体）］、［ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）］、［ＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）］である。

【0061】

ここでは、硬度を特に曲げ弾性率で比較する。各表に示す上記の機械的強度の物性値から、エンプラ材料であっても、図８の表に示すフッ素系樹脂は、機械的強度（曲げ弾性率で比較して）が小さいことが分かる。仮にフッ素系樹脂層で構成した断熱層２２ｂの厚さを２ｍｍ以上にすると、フッ素系樹脂層が潰れてニップ幅Ｗを広げてしまい、定着ベルト２１の弾性層２１ｂの潰れ分と合算するとニップ幅Ｗが１ｍｍを超えてしまう。

【0062】

次に、ｃ）耐熱性をエンプラ材料間で比較する。比較に用いたエンプラ材料は、図７の表に示したものと同じである。耐熱性は、荷重たわみ温度で評価した。その結果を図９の表に示す。

【0063】

なお、「荷重たわみ温度」とは、合成樹脂の耐熱性を評価する試験法の１つであり、熱変形温度とも呼ばれる。試験法規格に決められた荷重を与えた状態で、試料の温度を上げていき、たわみの大きさが一定の値になる温度を示す。試験法は ASTM D648、JIS 7191 などで定められている。はりに定荷重を加えて変位が一定値になる温度を求めるが 曲げ弾性率が 2,514 kgf/cm2 =0.25 GPa または 10,000 kgf/cm2＝1GPaになる温度で表す。

【0064】

図９の表の結果から、耐熱性能に関しては、[ＰＡ材(ＰＡ９Ｔ、ＰＡ４６)]と[ＰＥＥＫ]材が、やや劣っている。

【0065】

さらに、各エンプラ材料について、図１０に示す特性比較表から、[成形性]や[吸水性]などを比較すると、[ＰＥＥＫ]、[ＰＥＩ]、[ＰＡＩ]、[ＴＰＩ]は成形性で致命的な欠点[×]（ハッチングで示す）があり、採用することは難しい。

【0066】

以上の結果、以下の５種類（各表において太枠で示す）が望ましい材料である、といえる。
[ＰＰＳ(ポリフェニレンスルファイド)]
[ＬＣＰ(液晶ポリマー)]
[ＰＳＵ(ホリサルンホン)]
[ＰＥＳ(ポリエーテルサルホン)]
[ＰＡＲ(非晶ポリアリレート）]。

【0067】

なお、断熱層２ｂは各樹脂単位で構成されても良いし、複数の樹脂を含んで構成されても良い。

【0068】

また、上記材料の強度を一層高めるために、ガラスファイバーを含有する材料が好ましい。コストと強度性能から、ＰＰＳ（ＧＦ４０％含有）材料が、最も好ましいと考えられる。

【0069】

なお、定着部材を定着ローラ２６で構成する場合、定着ローラ２６の金属軸２６ａの外周面に被覆される断熱層２６ｂも、加圧ローラ２２の断熱層２２ｂと同じであり、上記５種類の樹脂の少なくともいずれかを含む構成とするのが望ましく、上記材料の強度を一層高めるために、ガラスファイバーを含有する材料が好ましく、コストと強度性能から、ＰＰＳ（ＧＦ４０％含有）材料が、最も好ましい。
［第５の実施形態］
この実施形態では、図１１に示すように、加圧ローラ２２の断熱層２２ｂのさらに外側つまり最外周面に、用紙Ｐに定着したトナー及び用紙Ｐとの離型を容易にするために、フッ素層２２ｃが形成されている。フッ素層２２ｃは硬度が低いため、厚くし過ぎると潰れてニップ幅Ｗを広げてしまうので、フッ素層２２ｃを形成する場合の厚さは２０μｍ以下とするのが望ましい。

【0070】

フッ素層２２ｃ以外の他の構成は、図１に示した構成と同じである。

【符号の説明】

【0071】

１ 画像形成装置
２ 定着装置
３ 画像形成部
４ ニップ部
５ トナー像
２１ 定着ベルト
２２ 加圧ローラ
２２ａ 金属軸
２２ｂ 断熱層
２２ｃ フッ素層
２３ 定着パッド部材（定着部材）
２３ａ 凸部
２４ 加熱ローラ
２４ｂ ヒータ
２５ 固定部材
２６ 定着ローラ
２６ａ 金属軸
２６ｂ 断熱層
２６ｃ 高摩擦層
３１～３３ 駆動装置
Ｗ ニップ幅
Ｐ 用紙

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】