JP2009210690A - 像加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２つの無端ベルトを用いてニップ部を形成する像加熱装置において、記録材の無端ベルトからの浮きを抑制できるようにする。
【解決手段】２つの無端ベルトの外周面同士を互いに当接させて形成されたニップ部は、加圧部材によるバックアップがない無端ベルトの領域同士によって形成されているプレニップ部と、前記加圧部材によるバックアップがある一方の無端ベルトの領域を他方の無端ベルトに当接させている加圧ニップ部と、によって形成されるとともに、前記ニップ部は、前記プレニップ部から始まり、記録材搬送方向下流側に連続して前記加圧ニップ部が形成されるよう、前記２つの無端ベルトを支持し、少なくとも一方の無端ベルト基層のヤング率Ｅ（ｋｇｆ／ｍｍ^２）と厚さｔ（ｍｍ）、および前記プレニップ部に相当する無端ベルト領域の当接前の曲率半径Ｒ（ｍｍ）がＥｔ^３／Ｒ≧０．０５の関係にあることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真複写機、電子写真プリンタ等の画像形成装置に搭載される画像加熱定着装置として用いれば好適な像加熱装置に関する。

電子写真式の複写機やプリンタ等の画像形成装置に搭載する画像加熱定着装置（定着器）として、ベルト方式のものがある。

ベルト方式の定着装置は、未定着トナー画像を担持する記録材やＯＨＰシート等の記録材を挟持搬送しつつ加熱するためのニップ部を無端（エンドレス）状のベルトを用いて形成するために、記録材搬送方向においてニップ部の幅を広く取ることが可能となる。そのため、記録材の搬送速度を速くしても未定着トナー画像を十分な時間加熱することができ、プリント速度を速めることができる。

ベルト方式の定着装置としては、ベルトとローラを組み合わせた構成のものと、２本のベルトを組み合わせた構成のものが提案されている。

ベルトとローラを組み合わせた構成の例として、特許文献１の定着装置が挙げられる。これは、熱源を内側に有し回転可能な定着ローラに、ベルトが所定角度巻きつけられて配設され、そのベルト内側に設けられた加圧部材によりベルトを定着ローラに接触させてニップ部が形成される。そして未定着トナー画像を担持する記録材をニップ部で挟持搬送し、未定着トナー画像を記録材に定着させる。

一方、ベルトとベルトを組み合わせた構成の例として、特許文献２の定着装置が挙げられる。これは、駆動ローラと従動ローラとに掛け渡した定着ベルトと、ベルトを介してそれぞれのローラに加圧させるローラ対に掛け渡した加圧ベルトによってニップ部を形成している。そして未定着トナー画像を担持した記録材をニップ部で挟持搬送し、未定着トナー画像を記録材に定着させるものである。

ベルト同士を接触させて形成されるニップ部途中での圧力低下を低減するために、ベルトの内部からベルトを押圧する機能を持つ部材をベルトの内部に設けた定着装置が特許文献３に記載されている。これは、２本のベルトと、それぞれのベルトの内周をガイドするベルトガイドと、それぞれのベルト内に配置されるローラと、を有する。そしてベルトを介してローラ同士、及びベルトガイド同士を加圧し２本のベルトを接触させてニップ部を形成している。この定着装置においては、ローラ同士を加圧させるニップ端部に比べて、ベルトガイド同士を加圧させるニップ中央部での圧力が相対的に低下することを防止できる。

記録材から発生する水蒸気がニップ途中に滞留することに起因して起こるトナー画像の乱れを防止するための発明として、特許文献４の定着装置が挙げられる。これは、定着ベルトの内側に設けられ定着ベルトの内周面と接触して定着ベルトを加熱する加熱板と、この加熱板と対向する位置で定着ベルトの外周面と接触してニップ部を形成する押圧ベルトと、を有する。そして押圧ベルトの基材はヤング率Ｅ（ｋｇｆ／ｍｍ^２）及び厚さｔ（ｍｍ）がＥ×ｔ^３≧０．６を満たすように形成されるものである。この定着装置においては、押圧ベルトの内側に設けられた複数の押圧部材に加えて、押圧ベルトを所定の剛性を満たすように形成することで、記録材が定着ベルトから浮くことを抑制し、画像乱れの発生を防止することができるとしている。
特開２００１−３５６６２５号公報 特開平５−１２７５５１号公報 特開２００５−１７３０５８号公報 特開２００５−３００５９０号公報

ベルト方式の定着装置は、記録材に担持された未定着トナー画像に乱れが発生しないようにするために、記録材のベルトからの浮きを抑制することが望まれている。

本発明の目的は、２つの無端ベルトを用いてニップ部を形成する像加熱装置において、記録材の無端ベルトからの浮きを抑制できるようにすることを課題とする。

上記課題を達成するための構成は、２つの無端ベルトと、前記２つの無端ベルトの少なくとも一方の無端ベルトを加熱する手段と、を有し、前記２つの無端ベルトの外周面同士を互いに当接させてニップ部を形成するとともに、前記ニップ部でトナー画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ加熱する像加熱装置において、
前記ニップ部は、加圧部材によるバックアップがない無端ベルトの領域同士によって形成されているプレニップ部と、前記加圧部材によるバックアップがある一方の無端ベルトの領域を他方の無端ベルトに当接させている加圧ニップ部と、によって形成されるとともに、前記ニップ部は、前記プレニップ部から始まり、記録材搬送方向下流側に連続して前記加圧ニップ部が形成されるよう、前記２つの無端ベルトを支持し、少なくとも一方の無端ベルト基層のヤング率Ｅ（ｋｇｆ／ｍｍ^２）と厚さｔ（ｍｍ）、および前記プレニップ部に相当する無端ベルト領域の当接前の曲率半径Ｒ（ｍｍ）がＥｔ^３／Ｒ≧０．０５の関係にあることを特徴とする。

また、前記少なくとも一方の無端ベルト基層のヤング率Ｅ（ｋｇｆ／ｍｍ^２）と厚さｔ（ｍｍ）、およびプレニップ部に相当する無端ベルト領域の当接前の曲率半径Ｒ（ｍｍ）がＥｔ^３／Ｒ≧０．１７の関係にあることがさらに好ましい。

本発明によれば、２つの無端ベルトを用いてニップ部を形成する像加熱装置において、記録材の無端ベルトからの浮きを抑制できる。

本発明を図面に基づいて説明する。

[実施例１]
（１）画像形成装置例
図１７は本発明に係る像加熱装置を画像加熱定着装置として搭載できる画像形成装置の一例の構成模型図である。この画像形成装置は、電子写真画像形成方式を用いて記録材（例えば、記録材、ＯＨＰシート等）に画像を形成するレーザビームプリンタである。

本実施例に示す画像形成装置Ａは、像担持体としてのドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）１０１を有する。この感光ドラム１０１は、画像形成装置Ａの筐体を構成する画像形成装置本体Ｂに回転自在に支持され、駆動手段（不図示）によって矢印方向へ所定のプロセススピードで回転駆動される。その感光ドラム１０１の周囲には、回転方向に沿って、帯電ローラ（帯電手段）１０２、レーザ露光装置（露光手段）１０３、現像装置（現像手段）１０５、転写ローラ（転写手段）１０６、クリーニング装置（クリーニング手段）１０７がその順に配設してある。

回転動作中において、感光ドラム１０１の外周面（表面）は帯電ローラ１０２により所定の電位及び極性に一様に帯電される。そしてその感光ドラム１０１表面に対しレーザ露光装置１０３から目的の画像情報に基づいたレーザＬがミラー１０４等を介して走査露光される。これによりその露光部分の電荷が除去され、感光ドラム１０１表面に画像情報に応じた静電潜像（静電像）が形成される。その静電潜像は現像ローラ１０５ａを有する現像装置１０５によりトナー（現像剤）を用いて現像される。即ち、現像装置１０５は現像ローラ１０５ａに現像バイアスを印加し、感光ドラム１０１表面の静電潜像にトナーを付着させる。これによって静電潜像はトナー画像（現像像）として可視化（顕像化）される。

一方、所定のタイミングで給送ローラ１０９により給送カセット１０８から記録材Ｐが給送され、その記録材Ｐは搬送ローラ１１０によって感光ドラム１０１と転写ローラ１０６との間の転写ニップ部Ｔｎへと搬送される。そしてその記録材Ｐは転写ニップ部Ｔｎで挟持搬送され、その搬送過程において転写ローラ１０６に転写バイアスを印加する。これにより感光ドラム１０１表面のトナー画像が順次記録材Ｐの上に転写される。

転写ニップ部Ｔｎで未定着トナー画像を担持した記録材Ｐは感光ドラム１０１表面から分離し搬送ガイド１１１に沿って画像加熱定着装置１１２へ搬送される。定着装置１１２は記録材Ｐ上の未定着トナー画像に熱と圧力を付与して未定着トナー画像を記録材Ｐ上に加熱定着する。定着装置１１２を出た記録材Ｐは、搬送ローラ１１３により排出ローラ１１４に搬送され、その排出ローラ１１４により装置本体Ｂ上の排出トレイ１１５に排出される。

トナー画像転写後の感光ドラム１０１表面は、クリーニング装置１０７の有するクリーニングブレード１０７ａにより転写残トナー等の付着物が除去され、次の画像形成に供される。

（２）定着装置
以下の説明において、定着装置又はその定着装置を構成している部材に関し、長手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と直交する方向である。短手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と平行な方向である。幅とは短手方向の寸法である。

図１は定着装置１１２の一例の横断面模型図である。図２は定着装置１１２の図１に示すＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。図３は定着装置１１２の図１に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。図４は定着装置１１２の図１に示すIV−IV線矢視断面図である。

本実施例に示す定着装置１１２は、無端ベルトとしての定着ベルト１１及び加圧ベルト１２と、加圧部材としての定着ローラ１３及び加圧ローラ１４と、回転体としての加熱ローラ１６及びテンションローラ１７と、を有する。

また、定着装置１１２は、加熱する手段（加熱手段）としてのハロゲンヒータ１５と、温度検知手段としてのサーミスタ等の温度検知素子１８と、を有する。また、定着装置１１２は、定着ローラ１３を支持する支持部材としての第１フレーム３１Ｌ・３１Ｒと、加圧ローラ１４を支持する支持部材としての第２フレーム３３Ｌ・３３Ｒと、を有する(図２）。また、定着装置１１２は、加熱ローラ１６を支持する支持部材としての第３フレーム３５Ｌ・３５Ｒと、テンションローラ１７を支持する支持部材としての第４フレーム３７Ｌ・３７Ｒと、を有する（図４）。

そして、定着ベルト１１、定着ローラ１３、加熱ローラ１６、ヒータ１５、温度検知素子１８、定着ローラを支持する第１フレーム３１Ｌ・３１Ｒ、及び加熱ローラを支持する第３フレーム３５Ｌ・３５Ｒなどによって定着ベルトユニットＵ１を構成している。

そして、加圧ベルト１２、加圧ローラ１４、テンションローラ１７、加圧ローラ１4を支持する第２フレーム３３Ｌ・３３Ｒ、及びテンションローラを支持する第４フレーム３７Ｌ・３７Ｒなどによって加圧ベルトユニットＵ２を構成している。

本実施例の定着装置１１２は、定着ベルトユニットＵ１において、定着装置１１２の長手方向に沿って配置した定着ベルト１１の内側に定着ローラ１３と加熱ローラ１６を設け、その定着ローラ１３と加熱ローラ１６とにより定着ベルト１１を支持する構成とした。

また、加圧ベルトユニットＵ２において、定着装置１１２の長手方向に沿って配置した加圧ベルト１２の内側に加圧ローラ１４とテンションローラ１７を設け、その加圧ローラ１４とテンションローラ１７とにより加圧ベルト１２を支持する構成とした。

図５を参照して、定着ベルト１１及び加圧ベルト１２の層構成を説明する。

図５の（ａ）は定着ベルト１１の層構成の一例を表わす断面図、（ｂ）は加圧ベルト１２の層構成の一例を表わす断面図である。

定着ベルト１１及び加圧ベルト１２は、それぞれ、内側にエンドレスの基層１１ａ・１２ａを有し、その基層１１ａ・１２ａの外周に弾性層１１ｂ・１２ｂを有し、その弾性層１１ｂ・１２ｂの外周に離型層１１ｃ・１２ｃを有する（図５（ａ）・（ｂ））。無端ベルト基層としての基層１１ａ・１２ａは、ニッケル、ＳＵＳ等の金属製の電鋳ベルト或いはポリイミドなどの耐熱性樹脂からなるエンドレスのベルトである。基層１１ａ・１２ａの厚さは、金属製の電鋳ベルトの場合には厚さが５０〜１５０μｍ程度、耐熱樹脂の場合には１００〜３００μｍ程度として、ベルト自体が適度な剛性と可撓性を有することが好ましい。具体的な適正値の範囲は本発明の条件で決まり、後で詳細に述べる。弾性層１１ｂ・１２ｂは、基層１１ａ・１２ａ上に形成された厚さ５０〜３００μｍ程度のシリコンゴム層である。また、離型層１１ｃ・１２ｃは、弾性層１１ｂ・１２ｂ上に形成された厚さ１０〜５０μｍ程度のＰＦＡ、ＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂層であり、チューブの被覆或いはコーティング等によって弾性層１１ｂ・１２ｂ上に形成されている。

本実施例では、定着ベルト１１及び加圧ベルト１２として、次の構成のものを用いている。即ち、厚さ７５μｍのニッケル層からなるエンドレスベルトを基層１１ａ・１２ａとし、その基層１１ａ・１２ａの外周に弾性層１１ｂ・１２ｂとして厚さ３００μｍのシリコンゴム層を形成している。さらにその弾性層１１ｂ・１２ｂに離型層１１ｃ・１２ｃとして５０μｍのＰＦＡチューブを被覆している。また外径は、定着ベルト１１、加圧ベルト１２共にφ５５ｍｍとしている。

定着ローラ１３及び加圧ローラ１４は、それぞれ、φ１８のＳＵＳ製の芯金１３ａ・１４ａの外周に、厚さ５ｍｍのシリコンスポンジゴム層からなる弾性層１３ｂ・１４ｂを設けた外径φ２８ｍｍの弾性ローラである。このときのアスカーＣ硬度は９．８Ｎ（１ｋｇｆ）加重時で、約４０°である。

本実施例においては、定着ローラ１３及び加圧ローラ１４の弾性層１３ｂ・１４ｂの長手方向の寸法は、定着ベルト１１及び加圧ベルト１２の長手方向の寸法よりも僅かに大きい寸法に設定した（図２）。定着ローラ１３及び加圧ローラ１４の弾性層１３ｂ・１４ｂの長手方向の寸法は、定着ベルト１１及び加圧ベルト１２の長手方向の寸法と略同一、或いは、定着ベルト１１及び加圧ベルト１２の長手方向の寸法よりも短い寸法に設定しても問題ない。

上記の定着ローラ１３は、芯金１３ａの両端部が軸受３２Ｌ・３２Ｒを介して第１フレーム３１Ｌ・３１Ｒに回転自在に支持される（図２）。

加圧ローラ１４は、定着ローラ１３の下方において定着ローラ１３と並列に配置され、芯金１４ａの両端部が軸受３４Ｌ・３４Ｒを介して第２フレーム３３Ｌ・３３Ｒに回転自在に支持される（図２）。

図６は、定着ローラ１３と加熱ローラ１６と定着ベルト１１の関係を表わす説明図である。図６において、（ａ）は定着ローラ１３と加熱ローラ１６とに定着ベルト１１をその定着ベルト１１の最短経路長さで掛け回した状態を表わす図である。（ｂ）は定着ローラ１３と加熱ローラ１６とに定着ベルト１１をその定着ベルト１１の最短経路長さよりも余裕を持たせて掛け回した状態を表わす図である。

加熱ローラ１６は、肉厚１ｍｍ、外径φ１８ｍｍのアルミニウム製の中空円筒体である。この加熱ローラ１６は、定着ローラ１３に掛け回した定着ベルト１１を定着ローラ１３から記録材搬送方向上流側の斜め上方へ張り出すような位置に設けられる。

つまり、加熱ローラ１６は、定着ローラ１３と加熱ローラ１６とに定着ベルト１１を掛け回したときの定着ベルト１１の最短経路長さよりも定着ベルト１１の周長さの方が余裕を持って長くなるような位置に、意図的に配置される。そしてその位置において、加熱ローラ１６の両端部が第３フレーム３５Ｌ・３５Ｒに軸受３６Ｌ・３６Ｒ（図４）を介して回転自在に支持される。或いは、加熱ローラ１６両端部の軸受３６Ｌ・３６Ｒが加熱ローラ１６の回転中心と定着ローラ１３の回転中心とを結ぶ仮想直線Ｌ１上において定着ローラ１３から離れる方向Ｐ１（図１）にバネ等で付勢した状態に第３フレーム３５Ｌ・３５Ｒに支持される。

つまり、定着ベルト１１は、図６（ａ）のように定着ローラ１３と加熱ローラ１６とにテンションを張った状態に掛け回されるのではなく、図６（ｂ）のように定着ローラ１３と加熱ローラ１６とに弛ませた状態に緩く掛け回される。従って、定着ベルト１１には、その定着ベルト１１の周方向において定着ローラ１３と加熱ローラ１６との間に弛み部１１ａが形成される。

本実施例においては、定着ローラ１３の軸中心位置と加熱ローラ１６の中心位置との距離を４６[ｍｍ]に設定して、弛み部１１ａを形成するようにした。このとき、弛み部１１ａの曲率半径Ｒすなわち後述のプレニップ部Ｎ１に相当する定着ベルト１１領域（無端ベルト領域）の当接前の曲率半径は５２ｍｍ程度になっている。

加熱ローラ１６の内部に設けられたハロゲンヒータ１５は、その両端部が第３フレーム３５Ｌ・３５Ｒに設けられたヒータ支持部３５Ｌ１・３５Ｒ１により支持されている。加熱ローラ１６の内面は黒色に塗装がなされ、ハロゲンヒータ１５の輻射熱を吸収しやすくなっている。

上記の加熱ローラ１６は、加熱ローラ１６の外周面（表面）の一部を定着ベルト１１の内周面（内面）と接触させ、その接触領域からハロゲンヒータ１５による熱を定着ベルト１１に伝達して、定着ベルト１１を加熱する構成である。つまり、定着ベルト１１は加熱ローラ１６を通じてハロゲンヒータ１５により加熱される。

図７は加圧ローラ１４とテンションローラ１７と加圧ベルト１２の関係を表わす説明図である。図７において、（ａ）は加圧ローラ１４とテンションローラ１７とに加圧ベルト１２をその加圧ベルト１２の最短経路長さで掛け回した状態を表わす図である。（ｂ）は加圧ローラ１４とテンションローラ１７とに加圧ベルト１２をその加圧ベルト１２の最短経路長さよりも余裕を持たせて掛け回した状態を表わす図である。

テンションローラ１７は、外径φ１８ｍｍのローラであって、ＳＵＳ製φ１０ｍｍの芯金１７ａの外周に厚さ４ｍｍのシリコンスポンジゴム層からなる弾性層１７ｂを設けた構成である。弾性層１７ｂの長手方向の寸法は、定着ローラ１３及び加圧ローラ１４の弾性層１３ｂ・１４ｂの長手方向の寸法と等しい。このテンションローラ１７は、加圧ローラ１４に掛け回した加圧ベルト１２を加圧ローラ１４から記録材搬送方向上流側の斜め下方へ張り出すような位置に設けられる。

つまり、テンションローラ１７は、加圧ローラ１４とテンションローラ１７とに加圧ベルト１２を掛け回したときの加圧ベルト１２の最短経路長さよりも加圧ベルト１２の周長さの方が余裕を持って長くなるような位置に、意図的に配置される。そしてその位置において、テンションローラ１７の芯金１７ａの両端部が第４フレーム３７Ｌ・３７Ｒに軸受３８Ｌ・３８Ｒ（図４）を介して回転自在に支持される。或いは、芯金１７ａ両端部の軸受３８Ｌ・３８Ｒが加圧ローラ１４の回転中心とテンションローラ１７の回転中心とを結ぶ仮想直線Ｌ２上において加圧ローラ１４から離れる方向Ｐ２（図１）にバネ等で付勢された状態に第４フレーム３７Ｌ・３７Ｒに支持される。

つまり、加圧ベルト１２は、図７（ａ）のように加圧ローラ１４とテンションローラ１７とにテンションを張った状態に掛け回されるのではなく、図７（ｂ）のように加圧ローラ１４とテンションローラ１７とに弛ませた状態に緩く掛け回される。従って、加圧ベルト１２には、その加圧ベルト１２の周方向において加圧ローラ１４とテンションローラ１７との間に弛み部１２ａが形成される。

本実施例においては、加圧ローラ１４の軸中心位置とテンションローラ１７の中心位置との距離を４６[ｍｍ]に設定して、弛み部１２ａを形成するようにした。このとき、弛み部１２ａの曲率半径Ｒすなわち後述のプレニップ部Ｎ１に相当する定着ベルト１１領域（無端ベルト領域）の当接前の曲率半径は５２ｍｍ程度になっている。

次に、定着ベルトユニットＵ１の定着ベルト１１と加圧ベルトユニットＵ２の加圧ベルト１２とによって形成されるニップ部の詳細について説明する。

以下、本実施例の定着器構成において、説明の便宜上、ニップ部はその機能的役割に応じて、「プレニップ部」、「加圧ニップ部」と名称を付して説明する。

「プレニップ部」とは、定着ベルト１１、加圧ベルト１２が、それぞれ定着ローラ１３、加圧ローラ１４に接触していないベルト部分で形成されたニップ部である（図１）。つまり、プレニップ部は、定着ローラ１３及び加圧ローラ１４（加圧部材）によるバックアップがない定着ベルト１１及び加圧ベルト１２（無端ベルト）の領域同士によって形成されているニップ部である。「加圧ニップ部」とは、定着ベルト１１、加圧ベルト１２の内面にそれぞれ配置した定着ローラ１３、加圧ローラ１４の圧接部内において形成されたニップ部である（図１）。つまり、加圧ニップ部は、定着ローラ１３及び加圧ローラ１４（加圧部材）によるバックアップがある定着ベルト１１（一方の無端ベルト）の領域を加圧ベルト１２（他方の無端ベルト）に当接させて形成されているニップ部である。また、「プレニップ部」と「加圧ニップ部」を合わせたニップ領域を「トータルニップ」とする。

定着ベルトユニットＵ１と加圧ベルトユニットＵ２において、定着ローラ１３を支持する第１フレームと、加圧ローラ１４を支持する第２フレームには、それぞれ、加圧手段としての加圧バネ４１Ｌ・４１Ｒ，４２Ｌ・４２Ｒが配設される(図２)。そしてその加圧バネ４１Ｌ・４１Ｒ，４２Ｌ・４２Ｒにより定着ローラ１３と加圧ローラ１４は互いに接近する方向に付勢される。その定着ローラ１３と加圧ローラ１４は、それぞれの弾性層１３ｂ・１４ｂにより定着ベルト１１と加圧ベルト１２が挟まれて加圧されることにより、定着ベルト１１の外周面(表面）と加圧ベルト１４の外周面（表面）が接触する。つまり、定着ローラ１３と加圧ローラ１４は、定着ベルト１１と加圧ベルト１４の外周面同士が互いに当接する。その結果、定着ベルト１１表面と加圧ベルト１２表面との接触により加圧ニップ部Ｎ２が形成される（図１）。本実施例においては、加圧バネ４１Ｌ・４１Ｒ，４２Ｌ・４２Ｒによる定着ローラ１３と加圧ローラ１４への加圧力の総圧を１９６Ｎ（２０ｋｇｆ）とし、これにより加圧ニップ部Ｎ２の幅を５ｍｍとしている。

図８は、加圧ニップ部Ｎ２の形成に伴い定着ベルト１１と加圧ベルト１２のそれぞれの弛み部１１ａ・１２ａによって形成されるプレニップ部Ｎ１の説明図である。

上述のように、非加圧状態における定着ベルトユニットＵ１においては、図６（ｂ）に示すように、弛み部１１ａを有する。また、非加圧状態における加圧ベルトユニットＵ２においては、図７（ｂ）に示すように、弛み部１２ａを有する。

定着ローラ１３と加圧ローラ１４が互いに接近する方向に付勢され、定着ベルト１１と加圧ベルト１２との接触により加圧ニップ部Ｎ２が形成される。すると、その加圧ニップ部Ｎ２の記録材搬送方向上端から、定着ベルト１１と加圧ベルト１２のそれぞれの弛み部１１ａ・１２ａに所定の範囲で重なり合う領域、オーバーラップする領域（図８の点線部分）が生じる。それぞれの弛み部１１ａ・１２ａは、その重なり合う領域で定着ベルト１１表面と加圧ベルト１２表面が接触する。これにより、定着ベルト１１と加圧ベルト１２は周方向に平衡を保つように適度に変形する。これによって、その重なり合う領域にプレニップ部Ｎ１が形成される（図１）。

従って、このプレニップ部Ｎ１内におけるニップ圧は、定着ベルト１１と加圧ベルト１２が図1に示す接触状態からそれぞれ図６（ｂ）、図７（ｂ）に示す非接触状態に戻ろうとする、定着ベルト１１及び加圧ベルト１２の弾性の力によるものである。

つまり、プレニップ部Ｎ１内におけるニップ圧は、定着ベルト１１及び加圧ベルト１２の主にそれぞれの基層１１ａ・１２ａの有する剛性及び可撓性に依存して非接触状態での形状に戻ろうとするベルト１１，１２自身の復元力によるものである。こうして形成されたプレニップ部Ｎ１の幅は、およそ１５ｍｍである。

このようにして形成されるプレニップ部Ｎ１は、互いに可撓性を有し変形する定着ベルト１１及び加圧ベルト１２の当接によって形成される。そのため、プレニップ部Ｎ１の範囲内においてその圧力分布はほぼ均一であり、安定した当接状態を維持することが可能になっている。

さらに、このプレニップ部Ｎ１は、定着ベルト１１に内包される定着ローラ１３と加圧ベルト１２に内包される加圧ローラ１４を付勢することによって形成される加圧ニップ部Ｎ２と連続して形成される。そのため、記録材を挟持、搬送する際に、記録材Ｐと定着ベルト１１及び加圧ベルト１２との密着性が、プレニップ部Ｎ１と加圧ニップ部Ｎ２を含めたトータルニップ内において維持されている。つまり、トータルニップは、プレニップ部Ｎ１から始まり、記録材搬送方向下流側に連続して加圧ニップ部Ｎ２が形成されるよう、２つの無端ベルトである定着ベルト１１と加圧ベルト１２を支持する。

プレニップ部Ｎ１及び加圧ニップ部Ｎ２とで形成される、本実施例におけるトータルニップの圧力分布について、ニッタ（株）製の圧力分布測定システムＰＩＮＣＨを用いて測定を行った。図９に測定された圧力分布の様子を示す。

図９に示すように、定着ローラ１３と加圧ローラ１４とが互いに接近する方向に付勢されていることから、この部分に相当する位置で定着ベルト１１と加圧ベルト１２が接触して形成される加圧ニップ部Ｎ２において加圧力が最も高くなる。

これに対して、プレニップ部Ｎ１においては、定着ベルト１１と加圧ベルト１２との弾性力（復元力）のみで定着ベルト１１表面と加圧ベルト１２表面とが接触しているために、加圧ニップ部Ｎ２の加圧力に比べて非常に低い。また、プレニップ部Ｎ１においては、剛性を有するエンドレスベルトを基層１１ａ・１２ａとして備える定着ベルト１１と加圧ベルト１２同士の接触となっていることから、均一な圧力分布となっている。

（３）定着装置の加熱定着動作
加圧ローラ１４の芯金１４ａの端部に設けられた駆動ギアＧ(図２)が定着モータＭにより回転駆動されることによって、加圧ローラ１４は所定の周速度にて矢印方向に回転される（図１）。加圧ローラ１４が回転すると、加圧ニップ部Ｎ２においてその加圧ローラ１４の回転が加圧ベルト１２に伝達され、加圧ベルト１２は加圧ローラ１４の回転に伴い加圧ローラ１４とテンションローラ１７の周囲を矢印方向に周回移動する。その加圧ベルト１２の回転がテンションローラ１７に伝達され、テンションローラ１７は加圧ベルト１２の回転に伴い矢印方向に従動回転する。また、加圧ニップ部Ｎ２においてその加圧ベルト１２の回転が定着ベルト１１表面に伝達され、定着ベルト１１は加圧ベルト１２の回転に伴い定着ローラ１３と加熱ローラ１６の周囲を加圧べルト１２と等速度で矢印方向に周回移動する。その定着ベルト１１の回転が加熱ローラ１６に伝達され、加熱ローラ１６は定着ベルト１１の回転に伴い矢印方向に従動回転する。本実施例では、加圧ベルト１２及び定着ベルト１１の周回移動速度（走行速度）は２００ｍｍ／ｓである。

本実施例のように定着ベルト１１と加圧ベルト１２を意図的に弛ませた状態（図６（ｂ）、図７（ｂ））においても、その定着ベルト１１と加圧ベルト１２は、それぞれ、基層１１ａ・１２ａが剛性及び可撓性を有する。このことから、定着ベルト１１と加圧ベルト１２は、それぞれ、その弛ませた状態を維持しながら回転する。

加熱定着動作時においても定着ベルト１１及び加圧ベルト１２は弛んだ形状を維持した状態で回転する。このことから、定着ベルト１１と加圧ベルト１２がテンションを張った状態（図６（ａ）、図７（ａ））で回転する場合に比べ、波打ち（ベルト長手方向のうねり）が発生しにくくなる。従って、定着ベルト１１表面を記録材Ｐに均一に接触させることができるという利点がある。

ヒータ１５には、加圧ローラ１４の回転駆動と前後して、或いはこれと同時に、通電制御手段としての通電制御部４１（図４）により通電を行う。これによりヒータ１５が発熱し、そのヒータ１５によって回転動作中の加熱ローラ１６を加熱し、その加熱ローラ１６によって回転動作中の定着ベルト１１を加熱する。その定着ベルト１１の熱は加圧ニップ部Ｎ２及びプレニップ部Ｎ１を通じて回転動作中の加圧ベルト１２に伝わり、加圧ベルト１２が加熱される。加熱ローラ１６の温度は温度検知素子１８（図１）により検知され、その温度検知素子１８からの出力信号Ｓ１に基づいて通電制御部４１がヒータ１５に通電する電力を制御して、ヒータ１５の温度制御を行う。即ち、通電制御部４１は、プレニップ部Ｎ１においてトナー画像Ｔをフローテスターにおける略流出開始温度Ｔｆｂ以上の温度に加熱する所定の設定温度（目標温度）を維持するように温度検知素子１８からの出力信号Ｓ１に基づいてヒータ１５への通電を制御する。

本実施例で用いているフローテスターにおける流出開始温度Ｔｆｂは、以下の条件で求めたものである。

フローテスターＣＦＴ-５００Ｄ（島津製作所製）を使用し、ダイ穴径：1[ｍｍ]、荷重値：４０５[ｋｇｆ]、昇温速度４[℃／ｍｉｎ．]の条件下で、トナーペレットを加熱して溶融流出させる。このとき、トナーがダイの穴から流出を開始した時点での温度を「流出開始温度Ｔｆｂ」とした。

上記の定着ローラ１３、加圧ローラ１４及びテンションローラ１７において、弾性層１３ｂ・１４ｂ・１７ｂは断熱性を有するシリコンスポンジゴム層で形成されている。そのため、記録材Ｐに未定着トナー画像Ｔを加熱定着するための定着ベルト１１及び加圧ベルト１２の加熱に必要な上記部材１３・１４・１７の熱容量を小さくすることができる。従って、本実施例の定着装置１１２を搭載する画像形成装置Ａは、プリンタ指令の入力後、1枚目の画像を出力するまでの時間（ＦＰＯＴ：Ｆｉｒｓｔ Ｐｒｉｎｔｏｕｔ ｔｉｍｅ）を短くできる。つまり、ウォームアップ時間を短くすることができる。また、本実施例の定着装置１１２は、プリンタ指令を待つ待機中の消費電力を少なくすることができる。

上記のように加圧ベルト１２及び定着ベルト１１の回転とヒータ１５への通電を行わせた状態において、トナー画像Ｔを担持する記録材Ｐがプレニップ部Ｎ１にトナー画像担持面を上向きにして導入される。

その記録材Ｐは、プレニップ部Ｎ１において、定着ベルト１１と加圧ベルト１２とにより、定着ベルト１１と加圧ベルト１２の弾性（復元力）によって弱く均一に挟持され、その状態で搬送される。

同時に、予熱されている定着ベルト１１及び加圧ベルト１２によって、記録材Ｐは定着ベルト１１側のトナー画像担持面と加圧ベルト１２側のトナー画像非担持面の両面から予熱される。このプレニップ部Ｎ１は、図３に示すよう定着ベルト１１と加圧ベルト１２の接触のみで形成されているため、記録材Ｐを挟持している状態では定着ベルト１１と加圧ベルトはそれぞれ記録材Ｐのみと接触している領域である。

すなわち、プレニップ部Ｎ１における定着ベルト１１は、記録材Ｐのトナー画像担持面にのみ接触することとなり、定着ローラ１３や他の構成部材とは接触していない。

また、プレニップ部Ｎ１における加圧ベルト１２は、記録材Ｐのトナー画像非担持面にのみ接触し、加圧ローラ１４や他の構成部材とも接触していない。
従って、定着ベルト１１及び加圧ベルト１２が保持している熱は、記録材Ｐに対して効率よく伝達することができるようになっている。

このように記録材Ｐは定着ベルト１１及び加圧ベルト１２の弾性により定着ベルト１１表面と加圧ベルト１２表面とによって挟持されることから、記録材Ｐ面は全域に渡って均一に弱く加圧され、且つ均一に予熱される。

記録材Ｐに担持された未定着トナー画像Ｔは、プレニップ部Ｎ１において略流出開始温度Ｔｆｂ以上に十分に加熱され、引き続き加圧ニップ部Ｎ２で定着ベルト１１表面と加圧ベルト１２表面とにより挟持搬送されながら加圧される。

これにより、記録材Ｐに担持された未定着トナー画像Ｔは、十分な定着性、光沢（グロス）を有する定着画像として記録材Ｐ面に加熱定着される。

つまり、プレニップ部Ｎ１で未定着トナー画像Ｔが十分に溶融する時間を確保してから加圧ニップ部Ｎ２で未定着トナー画像Ｔを記録材Ｐに加圧定着する温度分布と圧力分布をプレニップ部Ｎ１と加圧ニップ部Ｎ２とにより得ることができる。

これにより、未定着トナー画像Ｔの定着不良、ブリスター、オフセット等の発生を大幅に低減できる。そしてその記録材Ｐは加圧ニップ部Ｎ２から排出される。

このプレニップ部Ｎ１、加圧ニップ部Ｎ２を通過する加熱定着過程を通して、トータルニップ内の各地点における記録材Ｐ上に担持されたトナー画像Ｔの温度変化の様子を測定した。

温度プロファイルの測定は、次のようにして行った。温度検知部の熱容量が小さい熱電対（例えば、安立計器（株）製Ｋ型熱電対線径５０μｍ）を記録材Ｐ上に貼り付け、その記録材Ｐを上記温度制御した定着装置１１２のプレニップ部Ｎ１と加圧ニップ部Ｎ２で挟持搬送させた。そしてそのときの熱電対から電位差信号を日置電機（株）製メモリハイコーダー（８８４２）にて測定した。

このようにして、ニップ部通過時における、時間に対する温度変化の様子を測定することができるが、これに記録材Ｐの搬送速度を乗ずることによって、定着ニップ内の各位置における温度プロファイルとすることができる。

このようにして測定した本実施形態のプレニップ部Ｎ１と第２の加圧ニップ部Ｎ２における温度プロファイルを図１０に示す。この図中には、図９に示した加圧力の分布を、ニップの各地点における位置を横軸方向で合わせた上で、温度プロファイルと重ねて示している。

また、溶融、定着過程を説明するために、この定着工程における記録材Ｐとトナー画像Ｔの状態を示すモデル図を図１１に示す。

図１１（ａ）は、ニップ突入前の記録材Ｐとトナー画像Ｔの状態を示す図であり、同様に（ｂ）はプレニップ部Ｎ１通過直後における状態、（ｃ）は加圧ニップ部Ｎ２通過直後における状態を示すモデル図である。

以下に、本定着器の実施形態の定着器をもってトナー画像Ｔが定着される過程を、図１０の温度プロファイル、加圧力の分布、図１１の記録材Ｐとトナー像Ｔの状態を示すモデル図から説明する。

まず、トナー画像Ｔを担時した記録材Ｐは、プレニップ部Ｎ１に導入される。プレニップ部Ｎ１では図１０に示すように、トナー画像Ｔは次第に予熱され、その温度が上昇する。このとき、プレニップ部Ｎ１での温度プロファイルは上昇し、その傾きはプレニップ部Ｎ１の後半に至るにつれて次第に緩やかになり、飽和する傾向を示す。このとき、その温度は図１０に示すように、プレニップ部Ｎ１の範囲内において、フローテスターにおける略流出開始温度Ｔｆｂ以上に到達している。

まず、フローテスタ−における略流出開始温度Ｔｆｂ以上とするのが好ましいとするのは以下のような理由からである。

トナー画像Ｔが、実際に記録材Ｐに十分な強度をもって定着される為には、少なくとも記録材の繊維に浸透させ、繊維間に埋め込み固着させる、アンカー効果をもって定着しなければならない。そして、このように記録材の繊維に浸透させるためには、まずトナーが溶融し、変形する状態になっていなければならない。

フローテスターにおける流出開始温度Ｔｆｂは、その測定原理から、まさにこのようにトナーが溶融し変形し始める温度を示している。すなわち、フローテスターにおいて、一定荷重を加えた状態のトナーペレットに対し徐々に温度を上げていった際にトナーがダイ穴から流出し始める温度は、トナーの溶融、変形し始めた温度を示している。

このことは実験的にも以下のように確かめられた。トナー画像Ｔを担持した記録材Ｐを無加圧の状態で、流出開始温度Ｔｆｂ以下の環境下に放置した場合、記録材上に担持されたトナー画像Ｔは全く変化しなかった。

一方、流出開始温度Ｔｆｂ以上の環境下に放置した場合には、記録材上に担持されたトナー画像Ｔが溶融し始めており、明らかに記録材に対する付着力の向上が認められた。

次に、トナー画像Ｔの温度を、特にプレニップ部Ｎ１において、Ｔｆｂ以上にすることが望ましい理由は、加圧力のかかる加圧ニップ部Ｎ２に至る前に、十分に溶融した状態を作っておく為である。

トナー画像Ｔを担持した記録材Ｐは、引き続き、加圧力のかかっている加圧ニップ部Ｎ２で加圧力を受けて記録材の繊維にトナー画像Ｔを適度に浸透させ、定着画像を得る。このとき、プレニップ部Ｎ１内において、すでにＴｆｂ以上の温度に到達していれば、加圧力のかかっている加圧ニップ部Ｎ２内全域に渡って、トナー画像Ｔは略流出開始温度Ｔｆｂ以上の温度を維持できることになる。つまり、トナー画像Ｔは加圧ニップ部Ｎ２内全域に渡って、溶融変形する状態にあるので、加圧ニップ部Ｎ２で付与された加圧力は、無駄なく、トナー画像Ｔを記録材Ｐへ浸透させるのに使われる。

一方、加圧ニップ部Ｎ２内でトナーは流出開始温度Tｆｂ以上の温度に達していない部分があると、トナー画像Ｔは変形しない状態にあるので、その部分で付与された加圧力は、粒子状のトナーを記録材へ押し付ける力として無駄に使われる。その場合、トナーを記録材Ｐへ効果的に浸透させる力が減少する。

このように、付与した加圧力を効果的に使い、必要最小限の加圧力でトナー画像Ｔを定着させる為には、加圧力のかかっている加圧ニップ部Ｎ２内全域に渡って、トナー画像ＴをＴｆｂ以上の温度とする。つまり、プレニップ部Ｎ１内において、トナー画像Ｔの温度をフローテスタ−における流出開始温度Ｔｆｂ以上とするのが好ましい。

言うまでもないが、トナー画像Ｔの温度がプレニップ部Ｎ１において、Ｔｆｂに到達していないことによって、効果がなくなるわけではない。その場合も、プレニップ部Ｎ１内においてできるだけトナー画像Ｔの温度を上げておくことによって、最も効果の出る状態に近づけることができる。

このように時間をかけて予熱されることによって、トナー画像Ｔは、その厚さ方向内においても、ほぼ均一に溶融し、トナー層の上層から下層に渡って、良好な溶融状態となっている。同時にこのプレニップ部Ｎ１内では圧力はほとんどかかっていないため、記録材Ｐ上のトナー画像Ｔは図１１（ｂ）に示すように記録材Ｐにあまり浸透することなく溶融した状態で存在する。

このようにプレニップ部Ｎ１において、十分に溶融した状態となった後、記録材Ｐは加圧ニップ部Ｎ２に至り、図１０に示されるような加圧力を受ける。

このとき、トナー画像Ｔはプレニップ部Ｎ１において流出開始温度Ｔｆｂ以上に到達している。そのためトナー画像Ｔはその厚さ方向に渡って十分に溶融していことから、加えられた加圧力はトナー画像Ｔを記録材Ｐに適度に浸透させるために効果的に作用させることができる。すなわち、トナー画像Ｔが十分溶融していることから、高い加圧力を加えなくとも、記録材Ｐの繊維に適度に浸透して定着性を確保でき、このとき、トナー像Ｔは過度に記録材の繊維に浸透することはない。

加圧ニップ部Ｎ２において加圧された記録材Ｐは、トナー画像Ｔが適度に浸透したあと加圧ニップ部Ｎ２から排出されることによって、十分な定着性を有する定着画像を得られる（図１１（ｃ））。

以上のような過程を経て定着される本実施例の定着器で実現している定着プロセスの特徴は以下の３点である。

本実施例の定着器を用いた定着プロセスにおける１つ目の特徴は、トナー画像Ｔの温度が十分に上昇するまではほとんど加圧力を付与しない点である。トナーが溶融していない状態で加圧した場合、その加圧力は、粉体状のトナーを記録材に押し付けるだけになってしまうため、全く定着に寄与しない。このときの加圧力は無駄になってしまう。すなわち、効率よく定着を行うためには、トナー画像Ｔが十分に溶融した状態で加圧力を加えることが必要である。

図９に示すように、トナー画像Ｔを加熱昇温させている過程であるプレニップ部Ｎ１の範囲では加圧力がかかっていない。

本実施例では、プレニップ部Ｎ１の領域内でトナー画像Ｔを担時した記録材Ｐに対して積極的に加圧力を加えることなく予熱を行う構成を、定着ベルト１１と加圧ベルト１２で挟持されるプレニップ部Ｎ１を形成することによって実現している。

本実施例の定着器における２つ目の特徴は、加圧力のかかっている加圧ニップ部Ｎ２領域内に渡って、トナー画像Ｔの温度がフローテスターにおける流出開始温度Ｔｆｂ以上に維持されていることにある。

図１０に示すように加圧力のかかっている加圧ニップ部Ｎ２の領域内においてそのトナー画像Ｔの温度はフローテスターにおける流出開始温度Ｔｆｂ以上の温度を維持している。これにより、トナー画像Ｔの温度がＴｆｂ以上に達し、十分に溶融した状態で加圧することによって、必要最小限の加圧力で記録材Ｐへの定着を行うことができる。

加圧ニップ部Ｎ２内において、特に「フローテスターにおける流出開始温度Ｔｆｂ」以上とすることが望ましい理由は前述の通りである。

このように、トナーが十分に溶融状態で加圧することによって、その加圧力を無駄にすることなく、溶融したトナーを適度に記録材の繊維に浸透させ、効率的に定着させることができる。

本実施例の定着器における３つ目の特徴は、トナー画像Ｔ上層の温度とトナー画像Ｔ下層の温度の差が少ない状態、すなわち、トナー画像Ｔの厚さ方向で均一に近いトナーの溶融状態となったところで加圧するという点である。

本実施形態の定着装置の温度プロファイルは、図１０に示すようにプレニップ部Ｎ１においてそのトナー画像Ｔの温度が上昇し、Ｔｆｂ以上に到達する。トナー画像Ｔの温度変化の傾きはプレニップ部Ｎ１の後半に至るにつれて次第に緩やかになり、飽和する傾向を示している。このように温度変化が飽和する傾向を示しているということは、その付近での温度勾配が少なくなっていることを示している。つまり、定着ベルト１１の熱が十分に記録材Ｐ側へと伝達されて、定着ベルト１１と記録材Ｐの温度差が小さくなってきていることを示している。

このことは同時に、記録材Ｐの厚さ層方向についてもあてはまる。つまり、このとき、記録材Ｐの厚さ層方向での温度分布、実際にトナー画像Ｔを担持した状態であればそのトナー画像Ｔの厚さ方向での温度分布が小さくなっていることを示している。トナー画像Ｔの厚さ方向での温度分布が小さくなっているということは、すなわち、トナー画像Ｔ上層と下層でのトナーの溶融状態が近く、厚さ方向でほぼ均一に溶融させることができているということを示している（図１１（ｂ））。

トナー画像Ｔがこのように上層と下層で同じような溶融状態なったところで加圧ニップ部Ｎ２において加圧されることにより、溶融したトナーを適度に紙に浸透させ、同時に十分なグロスを実現している。

以上説明したように、本実施例の定着装置は、プレニップ部Ｎ１において、トナー画像Ｔを担持した記録材Ｐを十分に予熱し、トナー画像上層の温度と、トナー画像下層の温度の差が少ない状態となった後に、加圧ニップ部Ｎ２においてトナー画像を加圧する。つまり、トナー画像Ｔ上層の温度と、トナー画像Ｔ下層の温度の差が少ない状態、すなわち、トナー画像Ｔの厚さ方向でほぼ均一なトナーの溶融状態となった後に、加圧ニップ部Ｎ２においてトナー画像Ｔを加圧する。これによって溶融したトナーを適度に記録材Ｐの繊維に浸透させて定着し、十分なグロスを出すことを実現している。

以上のような効果は、実際にはフローテスターにおける流出開始温度Ｔｆｂに対して、およそ±５℃程度の範囲内でも得ることができた。従って、流出開始温度Ｔｆｂ±５℃程度の「略流出開始温度」とすれば同様の効果が得られる。

なお、本実施形態においては、加熱源としてハロゲンヒータ１５を用い、定着ベルトユニットＵ１の加熱ローラ１６内に配置し、定着ベルト１１を加熱するようにしたものである。熱源としてのハロゲンヒータ１５の配置はこれに限定されるものではなく、定着ローラの位置に配置してもよい。また、さらに複数のローラ内に設けてもなんら問題ない。また、定着ベルト１１表面への熱供給も、輻射熱による加熱、熱風による加熱、ベルト基層が金属である場合には、誘導加熱による加熱であっても良い。

（４）ベルト基層のヤング率と厚さ、および曲率半径の関係
本実施例の定着装置１１２は、さらに高画質化を実現するために、ベルト基層１１ａ・１２ａのヤング率Ｅ（ｋｇｆ／ｍｍ^２）と厚さｔ（ｍｍ）、弛み部の曲率半径Ｒ（ｍｍ）はＥｔ^３／Ｒ≧０．１７の関係を満たすように設定している。この関係が必要な理由を以下に述べる。

プレニップ部Ｎ１では、トナー画像Ｔを担持した記録材Ｐを挟持搬送する際に、定着ベルト１１と、加圧ベルト１２と、記録材Ｐが安定して均一に接触していなければならない。このとき、接触が不安定になって記録材Ｐがベルトから浮くと、トナー画像Ｔが乱れ、画像不良が発生してしまう。

プレニップ部Ｎ１において、無端ベルトはある幅、長さ、厚さ、曲率を持った剛体であると仮定する。剛性（変形しにくさ）への寄与率の大きい「厚さ」と、弛み部を形成するための「曲率半径」を考慮すると、剛体の応力σは、ヤング率Ｅ、厚さｔ、曲率半径Ｒとの間に、σ∝Ｅ・ｔ^３／Ｒの関係がある。ある曲率半径で形成されたベルト弛み部を、他方のベルトに当接させるとき、弛み部はその形状から決まる応力で他方のベルトを押し返し、力がつりあった状態で弛み当接部が形成される。このときの弛み部の応力が大きいほど、より強く均一に他方のベルトに当接し、記録材Ｐの浮きを抑えることができる。

図１２はＥｔ^３／Ｒ≧０．０５の関係が成り立つときのプレニップ部Ｎ１近傍における定着ベルト１１と加圧ベルト１２と記録材Ｐの関係を表わした横断面模式図である。ここでは定着ベルト１１、加圧ベルト１２ともに弛み部を持ち、Ｅｔ^３／Ｒの値が等しい場合を示している。Ｅ、ｔ、Ｒ、Ｅｔ^３／Ｒのそれぞれの値は、例えばＥ＝２×１０^４ｋｇｆ／ｍｍ^２、ｔ＝０．０７５ｍｍ、Ｒ＝５２ｍｍ、Ｅｔ^３／Ｒ＝０．１７である。

記録材Ｐがプレニップ部Ｎ１を通過するとき、記録材Ｐは先端突入部や湾曲部などに生じる応力によって、定着ベルト１１および加圧ベルト１２を押し返そうとする。その力は記録材Ｐの種類や坪量、厚さなどによって異なる。

Ｅｔ^３／Ｒ≧０．０５とすることで、定着ベルト１１と加圧ベルト１２は本実施形態で使用可能な記録材Ｐの応力に負けずに記録材Ｐを押さえつけることができる。これにより、記録材Ｐの定着ベルト１１表面及び加圧ベルト１２表面からの浮きを抑制でき、定着ベルト１１と加圧ベルト１２と記録材Ｐとの接触性が安定する。よって、記録材Ｐに担持された未定着トナー画像Ｔに乱れが発生することがなく未定着トナー画像Ｔの良好な加熱定着が可能となる。

また好ましくはＥｔ^３／Ｒ≧０．１７とすると、更に坪量、厚さの大きな記録材でも効果が得られる。

図１６（ａ）は弛み部を形成するベルト基層のヤング率Ｅ、厚さｔ、曲率半径Ｒを変化させたとき、各種記録材Ｐに担持されたトナー画像Ｔの定着状態を示した表である。

図１６（ｂ）は本実施例で使用した記録材Ｐの一例である。画像良好であった場合は○、画像の乱れやグロスムラが発生した場合は×で示してある。ベルト基層の金属材料の例としてＮｉ、耐熱樹脂材料の例としてポリイミド（ＰＩ）の値を示している。Ｅｔ^３／Ｒの値と画像の関係を見ると、Ｅｔ^３／Ｒ≧０．０５であれば、記録材（１）、（２）に対して良好な画像が得られ、更にＥｔ^３／Ｒ≧０．１７であれば、記録材（３）に対しても良好な画像が得られることが分かった。

図１６（ｃ）はベルトを構成するその他の材質のヤング率Ｅ、厚さｔ、曲率半径ＲとＥｔ^３／Ｒの値を示している。曲率半径Ｒ＝５０ｍｍで比較すると、弾性層や離型層のＥｔ^３／Ｒの値は基層（Ｎｉ、ＰＩなど）の値よりも十分小さいため、無視しても問題はない。

以上の理由から、本実施例におけるベルト基層１１ａ・１２ａのヤング率Ｅと厚さｔ、および曲率半径ＲはＥｔ^３／Ｒ≧０．０５、好ましくはＥｔ^３／Ｒ≧０．１７の関係になっていることが必要である。これにより、定着ベルト１１及び加圧ベルト１２についてベルト内側から押圧する部材等を追加することなく、最小限の部材で定着装置１１２全体の熱容量を低減しつつ幅の長いプレニップ部Ｎ１を形成できる。そして、様々な記録材Ｐに対して画像の乱れやグロスムラ等の画像不良を低減することができる。これによって、高速、高画質で省エネルギー性に優れた定着装置１１２を提供することが可能となる。

本実施例の定着装置１１２におけるＥｔ^３／Ｒ＞０．０５、好ましくはＥｔ^３／Ｒ＞０．１７の関係は、ベルト方式の定着装置において２つのベルトが互いのベルトにのみ接触してニップ部を形成する構成の定着装置に適用してもよい。この場合でも本実施例の定着装置１１２と同様の作用効果を得ることができる。

[比較例１]
図１３は本実施例の定着装置１１２の比較例１を表わす図である。ここでは定着ベルト１１、加圧ベルト１２ともに、Ｅｔ^３／Ｒ≧０．０５の関係が成り立たないときのプレニップ部Ｎ１近傍の横断面模式図である。

本比較例では、図１２と同様、定着ベルト１１、加圧ベルト１２ともに弛み部を持ち、Ｅｔ^３／Ｒの値が等しい場合を示している。

記録材Ｐがプレニップ部Ｎ１を通過するとき、記録材Ｐには様々な要因から定着ベルト１１および加圧ベルト１２を押し返す応力が生じる。例えば厚みのある記録材Ｐの先端部がプレニップ部Ｎ１に突入することで、定着ベルト１１および加圧ベルト１２は記録材Ｐ先端部から応力を受けて微小に湾曲する。また、記録材Ｐの急激な水分変化や、搬送力のムラに起因して記録材Ｐに発生するしわによって、定着ベルト１１および加圧ベルト１２は応力を受ける。また、プレニップ部Ｎ１突入前の記録材Ｐの姿勢（湾曲のしかた）によっても、定着ベルト１１および加圧ベルト１２は応力を受ける。

Ｅｔ^３／Ｒ≧０．０５が成り立たない場合は、定着ベルト１１および加圧ベルト１２が記録材Ｐから受ける応力に負け、変形してしまう。その結果、記録材Ｐと定着ベルト１１および加圧ベルト１２との間に浮きが生じ、未定着トナー画像Ｔが乱れたり、熱伝達不良によるグロスムラ等の画像不良を引き起こしてしまう。

これは、プレニップ部Ｎ１において、定着ベルト１１および加圧ベルト１２を内部から押圧する部材がなく、ベルト自体の剛性を利用して接触しているために、特に現れやすい現象である。

[実施例２]
定着装置の他の例を説明する。実施例１の定着装置１１２と同一の部材・部分には同じ符号を付して再度の説明を省略する。実施例３についても同様とする。

図１４はＥｔ^３／Ｒ≧０．０５の関係が成り立つときのプレニップ部Ｎ１近傍における定着ベルト１１と加圧ベルト１２と記録材Ｐの関係を表わした横断面模式図である。

本実施例に示す定着装置１１２は、定着ベルト１１と加圧ベルト１２ともに弛み部を持ち、それぞれのＥ・ｔ^３／Ｒの値を意図的に変えてある。ここではＥ，ｔ、Ｒの内の一つ、あるいは複数の値を変えることで、加圧ベルト１２の剛性を相対的に定着ベルト１１よりも小さくしている。これにより、図１４に示すようにベルト軌跡を湾曲させてプレニップ部Ｎ１を長く形成し、高速条件下でも予熱時間を十分に取ることが出来る。また、プレニップ部Ｎ１において、相対的に剛性の弱い加圧ベルト１２は、剛性の強い定着ベルト１１の形状変化に追従しようとする。したがって振動などの外乱に対しては、同じ剛性のベルト同士の場合と比べて、より安定してプレニップ部Ｎ１を維持することが出来る。

なお、定着ベルト１１と加圧ベルト１２のＥｔ^３／Ｒの値は、その大小関係に関わらず、それぞれが０．０５以上、好ましくは０．１７以上であれば、本発明の効果が得られる。

[実施例３]
定着装置の他の例を説明する。

図１５は定着ベルト１１のみにおいてＥｔ^３／Ｒ≧０．０５の関係が成り立つときのプレニップ部Ｎ１近傍における定着ベルト１１と加圧ベルト１２と記録材Ｐの関係を表わした横断面模式図である。

本実施例に示す定着装置１１２は、定着ベルト１１に弛み部を設け、加圧ベルト１２は図７（ａ）のように加圧ローラ１４とテンションローラ１７とにテンションを張った状態に掛け回されている。図１５に示すように定着ベルト１１の弛み部はテンションを張った加圧ベルト１２に当接し、プレニップ部Ｎ１を形成している。以上の点を除いて、実施例１の定着装置１１２と同じ構成としてある。

このように定着ベルト１１と加圧ベルト１２のどちらか一方にのみ弛み部を設け、他方はテンションを張った状態であっても、弛み部を設けたベルトにおいてＥｔ^３／Ｒ≧０．０５、好ましくはＥｔ^３／Ｒ≧０．１７の関係が成り立っていれば同様の効果を得ることが出来る。

実施例１に係る定着装置の一例の横断面模型図である。 図１に示す定着装置のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。 図１に示す定着装置のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。 図１に示す定着装置のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。 （ａ）は定着ベルトの層構成の一例を表わす断面図、（ｂ）は加圧ベルトの層構成の一例を表わす断面図である。 （ａ）は定着ローラと加熱ローラとに定着ベルトをその最短経路長さで掛け回した状態を表わす図、（ｂ）は定着ローラと加熱ローラとに定着ベルトをその最短経路長さよりも余裕を持たせて掛け回した状態を表わす図である。 （ａ）は加圧ローラとテンションローラとに加圧ベルトをその最短経路長さで掛け回した状態を表わす図、（ｂ）は加圧ローラとテンションローラとに加圧ベルトをその最短経路長さよりも余裕を持たせて掛け回した状態を表わす図である。 加圧ニップ部の形成に伴い定着ベルトと加圧ベルトのそれぞれの弛み部によって形成されるプレニップ部の説明図である。 プレニップ部及び加圧ニップ部内における圧力分布を表した説明図である。 加熱定着過程におけるプレニップ部と加圧ニップ部中でのトナーの温度変化を表した説明図である。 記録材上のトナー溶融状態を表した説明図である。 実施例１に係る定着装置において、Ｅ・ｔ^３／Ｒ≧０．０５の関係が成り立つときのニップ部近傍における定着ベルトと加圧ベルトと記録材の関係を表わした横断面模式図である。 実施例１に係る定着装置の比較例を表わす図であって、Ｅ・ｔ^３／Ｒ≧０．０５の関係が成り立たないときのニップ部近傍における定着ベルトと加圧ベルトと記録材の関係を表わした横断面模式図である。 実施例２に係る定着装置において、Ｅ・ｔ^３／Ｒ≧０．０５を満たし、定着ベルトと加圧ベルトのＥ・ｔ^３／Ｒの値に差を設けたときのニップ部近傍における定着ベルトと加圧ベルトと記録材の関係を表わした横断面模式図である。 実施例２に係る定着装置において、定着ベルトのみについてＥ・ｔ^３／Ｒ≧０．０５の関係が成り立つときのニップ部近傍における定着ベルトと加圧ベルトと記録材の関係を表わした横断面模式図である。 ベルト基層のヤング率、厚さ、曲率半径と記録材種毎の画質の一例を表わす説明図である。 画像形成装置の一例の構成模型図である。

符号の説明

１１：定着ベルト、１１ａ：ベルト基層、１２：加圧ベルト、１２ａ：ベルト基層、１５：ハロゲンヒータ、１６：加熱ローラ、１７：テンションローラ、Ｎ１：プレニップ部、Ｎ２：加圧ニップ部

Claims (2)

1. ２つの無端ベルトと、前記２つの無端ベルトの少なくとも一方の無端ベルトを加熱する手段と、を有し、前記２つの無端ベルトの外周面同士を互いに当接させてニップ部を形成するとともに、前記ニップ部でトナー画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ加熱する像加熱装置において、
   前記ニップ部は、加圧部材によるバックアップがない無端ベルトの領域同士によって形成されているプレニップ部と、前記加圧部材によるバックアップがある一方の無端ベルトの領域を他方の無端ベルトに当接させている加圧ニップ部と、によって形成されるとともに、前記ニップ部は、前記プレニップ部から始まり、記録材搬送方向下流側に連続して前記加圧ニップ部が形成されるよう、前記２つの無端ベルトを支持し、少なくとも一方の無端ベルト基層のヤング率Ｅ（ｋｇｆ／ｍｍ^２）と厚さｔ（ｍｍ）、および前記プレニップ部に相当する無端ベルト領域の当接前の曲率半径Ｒ（ｍｍ）がＥｔ^３／Ｒ≧０．０５の関係にあることを特徴とする像加熱装置。
2. 前記少なくとも一方の無端ベルト基層のヤング率Ｅ（ｋｇｆ／ｍｍ^２）と厚さｔ（ｍｍ）、およびプレニップ部に相当する無端ベルト領域の当接前の曲率半径Ｒ（ｍｍ）がＥｔ^３／Ｒ≧０．１７の関係にあることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。