JP2010085787A - 定着装置およびこの定着装置を用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ウオームアップ時間の短縮と定着性の確保の両立が可能な定着装置、およびこの定着装置を備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】 定着ユニット１５は、定着ローラ１５ａと、加圧ローラ１５ｂと、無端状の定着ベルト２０と、定着ベルト２０を懸架し加熱するための加熱ローラ２１と、加圧ローラ１５ｂの表面を加熱するための外部加熱ローラ２２を備える。定着ローラ１５ａ用の外部加熱手段の熱容量をＣｆ、投入電力をＰｆとし、加圧ローラ１５ｂ用の外部加熱手段の熱容量をＣｐ、投入電力をＰｐとし、投入電力の比ＲｐをＲｐ＝Ｐｐ／Ｐｆとし、熱容量の比ＲｃをＲｃ＝Ｃｐ／Ｃｆとしたとき、０．４＜Ｒｐ／Ｒｃ＜１．６８を満足するように構成される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置およびこの定着装置を備えた画像形成装置に関するものである。

複写機、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置として、熱ローラ定着方式の定着装置が多用されている。熱ローラ定着方式の定着装置は、互いに圧接されたローラ対（定着ローラおよび加圧ローラ）を備え、このローラ対の両方のローラまたはいずれか一方のローラの内部に配置されたハロゲンヒータ等からなる加熱手段によりローラ対を所定の温度（定着温度）にまで加熱した後、未定着トナー画像が形成された記録紙をローラ対の圧接部（定着ニップ部）に給紙し、圧接部を通過させることで熱と圧力によりトナー画像の定着を行うようになっている。

ところで、カラー画像形成装置に備えられる定着装置においては、定着ローラの表層にシリコンゴム等からなる弾性層を設けた弾性ローラを用いることが一般的である。定着ローラを弾性ローラとすることで、定着ローラ表面が、未定着トナー像の凹凸に対応して弾性変形し、未定着トナー像全体を覆い包むように接触するため、単色の未定着トナー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良好に加熱定着を行うことが可能となる。また、定着ニップ部での弾性層の歪み解放効果により、単色のトナー像に比べてオフセットしやすいカラーのトナー像に対して離型性を向上することができる。具体的には、定着ニップ部で圧縮され、歪の生じた弾性層は、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およ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たと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。

このようなフルカラー印刷の可能な画像形成装置に備えられる定着装置において、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手段として、弾性ローラの弾性層を厚くする、弾性ローラ径を大きくするという２つの方法が挙げられる。しかし、弾性ローラの弾性層の熱伝導性は非常に低いので、弾性ローラの弾性層を厚くすると、従来の弾性ローラのように弾性ローラ内部に加熱手段があると、ウォームアップ時間が長くなり、また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問題がある。また、弾性ローラ径を大きくすると、加熱手段の消費電力が増大する問題がある。

このような問題を解決するために、定着ローラ表面に外部加熱手段を当接し、定着ローラを外部から加熱する技術（外部加熱定着方式）が使用されるようになっていきている。

たとえば、特許文献１には、外部加熱手段として無端ベルトを用いる外部ベルト加熱定着方式の定着装置が提案されている。

また、特許文献２には、定着ローラと加熱ローラとの間に定着ベルトを掛け渡し、定着ベルトを介して定着ローラと加圧ローラとを圧接させた構成のベルト定着方式が提案されている。このベルト定着方式も、加熱ローラで加熱した定着ベルトを定着ローラの表面（外側）に搬送することで、定着ローラを外部から加熱している構成と捉えることができ、外部加熱方式の一種である。

このような外部ベルト加熱定着方式、ベルト定着方式などの外部加熱方式では、熱容量の小さなベルトを用いて定着ローラを外部から加熱するためウオームアップ時間が短く、また定着ローラに低硬度の弾性層を厚く設けることができ、広いニップ幅を確保することができる。

このような外部加熱方式のカラー定着装置では、未定着トナー像と接する定着ローラのみを外部加熱し、加圧ローラは従来と同じく加圧ローラを内部から加熱している場合がほとんどである。その結果、定着ローラに比べて加圧ローラの昇温速度が遅く、いくら定着ローラを外部加熱して昇温速度を高めても、加圧ローラの昇温速度が律速となり、結局はウオームアップ時間の大幅な短縮は達成できないという問題があり、これは高速機になるほど顕著となる。

このような外部加熱方式のカラー定着装置の問題を解決するために、たとえば特許文献３〜５に記載されるように、ベルト定着装置において加圧ローラにも外部加熱手段を当接し外部から加熱する定着装置が提案されている。

特開２００７−２１２８９６号広報 特開２００７−２７９３４４号公報 特開２００４−２９３６０号広報 特開２００４−２１２４１７号公報 特開２００６−２４３３３４号公報

しかしながら、本件発明者らが鋭意検討した結果、ベルト定着装置の加圧部材に外部加熱手段を設けたとしても、外部加熱手段の熱容量や、外部加熱手段への投入電力が適切に設定されていないと、かえって外部加熱手段自身が熱負荷となってしまい、ウオームアップ時間が長くなったり、また定着部材側の投入電力が減ることによって定着部材の温度追従性が悪化し、連続通紙した場合に定着不良が発生する等の課題があることがわかった。

本発明の目的は、ウオームアップ時間の短縮と定着性の確保の両立が可能な定着装置、およびこの定着装置を備えた画像形成装置を提供することである。

本発明は、互いに圧接された定着部材および加圧部材と、前記定着部材を外部から加熱する定着部材用外部加熱手段および前記加圧部材を外部から加熱する加圧部材用外部加熱手段とを有し、前記定着部材および前記加圧部材の圧接部に、未定着トナー像が担持された記録媒体を通過させることで、トナー像の定着を行う定着装置において、
前記定着部材用外部加熱手段の熱容量をＣｆ、投入電力をＰｆとし、前記加圧部材用外部加熱手段の熱容量をＣｐ、投入電力をＰｐとし、投入電力の比ＲｐをＲｐ＝Ｐｐ／Ｐｆとし、熱容量の比ＲｃをＲｃ＝Ｃｐ／Ｃｆとしたとき、
０．５＜Ｒｐ／Ｒｃ＜１．６
を満足することを特徴とする定着装置である。

また本発明は、互いに圧接された定着部材および加圧部材と、前記定着部材を外部から加熱する定着部材用外部加熱手段および前記加圧部材を外部から加熱する加圧部材用外部加熱手段とを有し、前記定着部材および前記加圧部材の圧接部に、未定着トナー像が担持された記録媒体を通過させることで、トナー像の定着を行う定着装置において、
前記定着部材用外部加熱手段は、前記定着部材に巻きかけられた定着ベルトと、該定着ベルトを加熱する加熱ローラで構成され、前記加圧部材用外部加熱手段は、前記加圧部材の表面に圧接された外部加熱ローラで構成され、
前記定着部材用外部加熱手段の熱容量をＣｆ、投入電力をＰｆとし、前記加圧部材用外部加熱手段の熱容量をＣｐ、投入電力をＰｐとし、投入電力の比ＲｐをＲｐ＝Ｐｐ／Ｐｆとし、熱容量の比ＲｃをＲｃ＝Ｃｐ／Ｃｆとしたとき、
０．４＜Ｒｐ／Ｒｃ＜１．６８
を満足することを特徴とする定着装置である。

また本発明は、前記Ｒｐ／Ｒｃは、
０．６４＜Ｒｐ／Ｒｃ＜１．５２
を満足することを特徴とする。

また本発明は、互いに圧接された定着部材および加圧部材と、前記定着部材を外部から加熱する定着部材用外部加熱手段および前記加圧部材を外部から加熱する加圧部材用外部加熱手段とを有し、前記定着部材および前記加圧部材の圧接部に、未定着トナー像が担持された記録媒体を通過させることで、トナー像の定着を行う定着装置において、
前記定着部材用外部加熱手段は、前記定着部材表面に圧接された外部加熱ベルトと、該外部加熱ベルトを加熱する加熱ローラで構成され、前記加圧部材用外部加熱手段は、前記加圧部材の表面に圧接された外部加熱ローラで構成され、
前記定着部材用外部加熱手段の熱容量をＣｆ、投入電力をＰｆとし、前記加圧部材用外部加熱手段の熱容量をＣｐ、投入電力をＰｐとし、投入電力の比ＲｐをＲｐ＝Ｐｐ／Ｐｆとし、熱容量の比ＲｃをＲｃ＝Ｃｐ／Ｃｆとしたとき、
０．４８＜Ｒｐ／Ｒｃ＜２．０
を満足することを特徴とする定着装置である。

また前記Ｒｐ／Ｒｃは、
０．７６＜Ｒｐ／Ｒｃ＜１．５７
を満足することを特徴とする。

また本発明は、互いに圧接された定着部材および加圧部材と、前記定着部材を外部から加熱する定着部材用外部加熱手段および前記加圧部材を外部から加熱する加圧部材用外部加熱手段とを有し、前記定着部材および前記加圧部材の圧接部に、未定着トナー像が担持された記録媒体を通過させることで、トナー像の定着を行う定着装置において、
前記定着部材用外部加熱手段は、前記定着部材に巻きかけられた定着ベルトと、該定着ベルトを加熱する加熱ローラで構成され、前記加圧部材用外部加熱手段は、前記加圧部材の表面に圧接された外部加熱ベルトと、該外部加熱ベルトを加熱する加熱ローラで構成され、
前記定着部材用外部加熱手段の熱容量をＣｆ、投入電力をＰｆとし、前記加圧部材用外部加熱手段の熱容量をＣｐ、投入電力をＰｐとし、投入電力の比ＲｐをＲｐ＝Ｐｐ／Ｐｆとし、熱容量の比ＲｃをＲｃ＝Ｃｐ／Ｃｆとしたとき、
０．４０＜Ｒｐ／Ｒｃ＜１．８５
を満足することを特徴とする定着装置である。

また本発明は、前記Ｒｐ／Ｒｃは、
０．４５＜Ｒｐ／Ｒｃ＜１．５４
を満足することを特徴とする。

また本発明は、前記定着部材用外部加熱手段へのウオームアップ時の投入電力をＰｆ１、定着動作時の投入電力をＰｆ２とし、前記加圧部材用外部加熱手段へのウオームアップ時の投入電力をＰｐ１、定着動作時の投入電力をＰｐ２としたとき、
Ｐｆ１＋Ｐｐ１＞Ｐｆ２＋Ｐｐ２
を満足することを特徴とする。

また本発明は、ウオームアップ時のＲｐ／Ｒｃの設定値と、定着動作時のＲｐ／Ｒｃの設定値とを切り替えることを特徴とする。

また本発明は、前記定着部材または加圧部材の少なくとも一方は、記録媒体に直接接触するローラ形状を有することを特徴とする。

また本発明は、前記外部加熱手段は、記録媒体と直接接触しない外部加熱ローラまたは外部加熱ベルトであり、該外部加熱手段にクリーニング手段が当接していることを特徴とする。
また本発明は、前記クリーニング部材がクリーニングウエブであることを特徴とする。

また本発明は、前記クリーニング部材がスクレーパーであることを特徴とする。
また本発明は、前記の定着装置を備えた画像形成装置である。

本発明によれば、定着部材を外部から加熱する定着部材用外部加熱手段の熱容量をＣｆ、投入電力をＰｆとし、加圧部材を外部から加熱する加圧部材用外部加熱手段の熱容量をＣｐ、投入電力をＰｐとし、投入電力の比ＲｐをＲｐ＝Ｐｐ／Ｐｆとし、熱容量の比ＲｃをＲｃ＝Ｃｐ／Ｃｆとしたとき、０．５＜Ｒｐ／Ｒｃ＜１．６を満足するように構成される。

これにより、それぞれの外部加熱手段の熱容量に応じて、最適な電力が割り振られることになるため、ウオームアップ時間の短縮と定着性の確保の両立が可能となる。

また本発明によれば、定着部材を外部から加熱する定着部材用外部加熱手段が、前記定着部材に巻きかけられた定着ベルトと、該定着ベルトを加熱する加熱ローラで構成され、加圧部材を外部から加熱する加圧部材用外部加熱手段が、前記加圧部材の表面に圧接された外部加熱ローラで構成される。

定着部材用外部加熱手段の熱容量をＣｆ、投入電力をＰｆとし、加圧部材用外部加熱手段の熱容量をＣｐ、投入電力をＰｐとし、投入電力の比ＲｐをＲｐ＝Ｐｐ／Ｐｆとし、熱容量の比ＲｃをＲｃ＝Ｃｐ／Ｃｆとしたとき、０．４＜Ｒｐ／Ｒｃ＜１．６８を満足するように構成され、より好ましくは、０．６４＜Ｒｐ／Ｒｃ＜１．５２である。

これにより、それぞれの外部加熱手段の熱容量に応じて、最適な電力が割り振られることになるため、ウオームアップ時間の短縮と定着性の確保の両立が可能となる。

また本発明によれば、定着部材を外部から加熱する定着部材用外部加熱手段が、前記定着部材表面に圧接された外部加熱ベルトと、該外部加熱ベルトを加熱する加熱ローラで構成され、加圧部材を外部から加熱する加圧部材用外部加熱手段が、前記加圧部材の表面に圧接された外部加熱ローラで構成される。

定着部材用外部加熱手段の熱容量をＣｆ、投入電力をＰｆとし、加圧部材用外部加熱手段の熱容量をＣｐ、投入電力をＰｐとし、投入電力の比ＲｐをＲｐ＝Ｐｐ／Ｐｆとし、熱容量の比ＲｃをＲｃ＝Ｃｐ／Ｃｆとしたとき、０．４８＜Ｒｐ／Ｒｃ＜２．０を満足するように構成され、より好ましくは、０．７６＜Ｒｐ／Ｒｃ＜１．５７である。

これにより、それぞれの外部加熱手段の熱容量に応じて、最適な電力が割り振られることになるため、ウオームアップ時間の短縮と定着性の確保の両立が可能となる。

また本発明によれば、定着部材を外部から加熱する定着部材用外部加熱手段が前記定着部材に巻きかけられた定着ベルトと、該定着ベルトを加熱する加熱ローラで構成され、加圧部材を外部から加熱する加圧部材用外部加熱手段が、前記加圧部材の表面に圧接された外部加熱ベルトと、該外部加熱ベルトを加熱する加熱ローラで構成される。

定着部材用外部加熱手段の熱容量をＣｆ、投入電力をＰｆとし、加圧部材用外部加熱手段の熱容量をＣｐ、投入電力をＰｐとし、投入電力の比ＲｐをＲｐ＝Ｐｐ／Ｐｆとし、熱容量の比ＲｃをＲｃ＝Ｃｐ／Ｃｆとしたとき、０．４０＜Ｒｐ／Ｒｃ＜１．８５を満足するように構成され、より好ましくは、０．４５＜Ｒｐ／Ｒｃ＜１．５４である。

これにより、それぞれの外部加熱手段の熱容量に応じて、最適な電力が割り振られることになるため、ウオームアップ時間の短縮と定着性の確保の両立が可能となる。

また本発明によれば、前記定着部材用外部加熱手段へのウオームアップ時の投入電力をＰｆ１、定着動作時の投入電力をＰｆ２とし、前記加圧部材用外部加熱手段へのウオームアップ時の投入電力をＰｐ１、定着動作時の投入電力をＰｐ２としたとき、Ｐｆ１＋Ｐｐ１＞Ｐｆ２＋Ｐｐ２を満足するように構成される。

ウオームアップ時は、定着動作時に比べて画像形成装置の動作に必要な電力が少ないため、通常、定着動作時よりも多くの電力を定着装置に投入ことができる。この電力の増分を外部加熱手段に割り当てることで、装置全体としての消費電力を増やすことなく、ウオームアップ時間の短縮が可能となる。

また本発明によれば、ウオームアップ時のＲｐ／Ｒｃの設定値と、定着動作時のＲｐ／Ｒｃの設定値とを切り替えることで、ウオームアップ時間の短縮と定着性の両立をより確実に実現することができる。

また本発明によれば、前記定着部材または加圧部材の少なくとも一方は、記録媒体に直接接触するローラ形状を有する。

ベルト部材は通常、従動で回転させる必要があるため、定着部材、加圧部材の双方にベルト部材を巻きかけた構成の場合、ベルト部材を安定的に回転搬送することが困難となる。定着部材、加圧部材の少なくとも一方が直接に記録媒体と接触するローラ形状の場合、そのローラ形状の部材を回転駆動することで、それと接するベルト部材を安定的に回転させることができる。

また本発明によれば、前記外部加熱手段は、記録媒体と直接接触しない外部加熱ローラまたは外部加熱ベルトであり、該外部加熱手段にクリーニング手段が当接している。

外部加熱手段が定着ベルトなどの直接に記録媒体と接する場合、外部加熱手段にトナーが付着したとしても、定着ニップ部で記録媒体に再付着することでクリーニングされるため、必ずしもクリーニング手段を設ける必要がない。しかしながら、外部加熱ローラまたは外部加熱ベルトなどの直接に記録媒体と接触しない構成では、外部加熱部材にトナーが付着すると、付着汚れが時間の経過とともに蓄積され、蓄積されたトナーが逆付着することで、記録媒体がトナーで汚れ、画像欠陥を引き起こしてしまう。そこで、外部加熱手段にクリーニング手段を設けることでこのような画像欠陥を解消することができる。

また、従来、定着部材、加圧部材にクリーニング手段を設ける必要があった場合でも、外部加熱手段が定着部材、加圧部材に対するクリーニング手段を兼ねることで、定着部材、加圧部材に対して必要であったクリーニング部材は不要となる。

また本発明によれば、前記クリーニング部材がクリーニングウエブまたはスクレーパーである。

クリーニング部材がクリーニングローラなどの熱容量の大きな部材であった場合、外部加熱手段の熱容量の増加に繋がり、外部加熱性能が低下する、定着部材と加圧部材の外部加熱手段の熱容量バランスが崩れてしまう、クリーニングしたトナーが、クリーニングローラ上に留まるため、逆付着して画像欠陥を引き起こすおそれがある。

これに対して、クリーニングウエブ、スクレーパーは熱容量が小さく、クリーニングしたトナーの逆付着もないので、上記のような問題が発生しない。

また本発明によれば、上記の定着装置を備えることにより、ウオームアップ時間の短縮と定着性の確保の両立が可能な画像形成装置を実現できる。

図１は、本発明の実施の一形態であるカラー複合機１００の構成を示す概略図である。本実施の形態では、本発明の画像形成装置をカラー複合機に適用した例を示す。

本実施の形態に係るカラー複合機１００は、図１に示すように、光学系ユニットＥ、第１〜第４可視像形成ユニットｐａ、ｐｂ、ｐｃ、ｐｄ、中間転写ベルト１１、二次転写ユニット１４、定着ユニット１５、内部給紙ユニット１６および手差し給紙ユニット１７を備えている。

第１可視画像形成ユニットｐａは、感光体１０１ａと、現像ユニット１０２ａと、帯電ユニット１０３ａと、１次転写ユニット１３ａとを含み、これらのユニットで感光体１０１ａにトナー像を形成し、それを中間転写ベルト１１に転写する。第１可視画像形成ユニットｐａは、像担持体となる感光体１０１ａの周囲に、帯電ユニット１０３ａ、現像ユニット１０２ａおよびクリーニングユニット１０４ａを配置する。第２〜第４可視像形成ユニットｐｂ、ｐｃ、ｐｄは、第１可視画像形成ユニットｐａと同様の構成であり、各ユニットの現像ユニットにはイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂ）の各色トナーが収容されている。光学系ユニットＥは光源４からのデータが４組の感光体１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄに届くように配置されている。

中間転写ベルト１１には、上述の各色のトナー像が転写されて、カラートナー像が形成される。中間転写ベルト１１は、テンションローラ１１ａ、１１ｂによってたわむことなく配置され、テンションローラ１１ｂ側に廃トナーボックス１２が当接して配置される。

２次転写ユニット１４は、中間転写ベルト１１に形成されたカラートナー像を記録媒体に転写する。テンションローラ１１ａ側に２次転写ユニット１４が当接して配置される。

定着ユニット１５は定着部材１５ａ、加圧部材１５ｂから構成され、図示していない加圧手段により所定の圧力で圧接されており、２次転写ユニット１４の下流に配置されている。

以下に、本実施形態の画像形成装置１００を用いた画像形成の工程を記載する。
感光体１０１ａ表面を帯電ユニット１０３ａで一様に帯電した後、光学系ユニットＥにより感光体１０１ａ表面を画像情報に応じてレーザー露光し静電潜像を形成する。帯電ユニット１０３ａとしては、感光体１０１ａ表面を一様に、またオゾンを極力発生させることなく帯電するために、帯電ローラ方式を採用している。その後現像ユニット１０２ａにより感光体１０１ａ上の静電潜像に応じたトナー像を現像し、この顕像化されたトナー像をトナーとは逆極性のバイアス電圧が印加された１次転写ユニット１３ａにより中間転写ベルト１１上に転写する。他の３組の第２〜第４可視像形成ユニットｐｂ、ｐｃ、ｐｄも同様に動作し順次中間転写ベルト１１上に転写するようになっている。

中間転写ベルト１１上のトナー像は２次転写ユニット１４まで搬送され、別途、内部給紙ユニット１６の給紙ローラ１６ａまたは手差し給紙ユニット１７の給紙ローラ１７ａから給紙された記録媒体に、トナーとは逆極性のバイアス電圧が印加されて転写される。

転写されたトナー像を担持する記録媒体は、定着ユニットに搬送され、定着ローラおよび加圧ローラによって充分に加熱されて、トナー像が記録媒体に融着し、外部へ排出される。

本発明の定着装置について説明する。定着装置は、上記定着ユニット１５として実現され、以下のような３種の実施態様を有する。

＜第１態様＞
図２は、第１態様の定着ユニット１５の構成を示す概略図である。第１態様は、ベルト定着方式を採用した定着装置である。

図２に示すように、定着ユニット１５は、定着ローラ１５ａと、加圧ローラ１５ｂと、無端状の定着ベルト２０と、定着ベルト２０を懸架し加熱するための加熱ローラ２１と、加圧ローラ１５ｂの表面を加熱するための外部加熱ローラ２２と、加熱ローラ２１を加熱するための熱源であるヒータランプ２６Ａ，Ｂと、加圧ローラ１５ｂを加熱するための熱源であるヒータランプ２６Ｃと、外部加熱ローラ２２を加熱する熱源であるヒータランプ２６Ｄと、定着ベルト２０、加圧ローラ１５ｂ、外部加熱ローラ２２の温度をそれぞれ検出する温度検出手段を構成する温度センサとしてのサーミスタ２７Ａ〜２７Ｄと、外部加熱ローラ２２をクリーニングするためのクリーニングウエブ２３とを備えている。なお、ヒータランプ２６Ａは、加熱ローラ２１の幅方向中央部を加熱するための熱源であり、ヒータランプ２６Ｂは加熱ローラ２１の幅方向両端部を、それぞれ加熱するための熱源である。

定着ユニット１５は、記録媒体Ｐの表面に形成された未定着のトナー像Ｔを、熱および圧力によって記録媒体Ｐに定着させる。定着は、定着ベルト２０と加圧ローラ１５ｂとが圧接する定着ニップ部Ｎにおいて、所定の定着速度および複写速度で未定着トナー像を担持した記録媒体Ｐが搬送され、熱と圧力とによって行われる。たとえば、定着速度は２２０ｍｍ／ｓｅｃ、複写速度は５０枚/分（Ａ４横送りの場合）である。

未定着のトナー像Ｔは、たとえば、非磁性トナーを含む非磁性１成分現像剤、非磁性トナーおよびキャリアを含む非磁性２成分現像剤、磁性トナーを含む磁性現像剤などの現像剤に含まれるトナーで形成される。

定着部材である定着ローラ１５ａは、軸線まわりに回転可能に設けられ、図示しない駆動モータ（駆動手段）によって回転駆動されるローラ状部材である。定着ローラ１５ａは、定着ベルト２０を介して加圧ローラ１５ｂに圧接することで定着ニップ部Ｎを形成すると同時に、回転することによって定着ベルト２０を周方向に搬送する。

定着ローラ１５ａは、たとえば、直径が３０ｍｍで、その内側から順に芯金、弾性層が形成された２層構造からなり、芯金には、たとえば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属あるいはそれらの合金等が用いられる。また、弾性層にはシリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性を有するゴム材料が適している。なお本実施態様では、芯金に直径１５ｍｍのステンレス鋼、弾性層に厚さ７．５ｍｍのシリコンスポンジゴムを用いている。

加圧部材である加圧ローラ１５ｂは、定着ベルト２０を介して定着ローラ１５ａに圧接可能に設けられるローラ状部材である。加圧ローラ１５ｂは、定着ローラ１５ａの回転に従動して回転する。したがって、加圧ローラ１５ｂは定着ローラ１５ａとは逆方向に回転する。

加圧ローラ１５ｂの内部には、加圧ローラ１５ｂを加熱するヒータランプ２６Ｃが配置される。図示しない制御回路が図示しない電源回路からヒータランプ２６Ｃに電力を供給（通電）させることによって、ヒータランプ２６Ｃが発光し、ヒータランプ２６Ｃから赤外線が放射される。これによって、加圧ローラ１５ｂの内周面が赤外線を吸収して加熱され、加圧ローラ１５ｂ全体が加熱される。

加圧ローラ１５ｂは、その内側から順に芯金、弾性層、離型層が形成された３層構造からなる。芯金には、たとえば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅などの金属またはそれらの合金等など用いられる。弾性層にはシリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性を有するゴム材料、また離型層にはＰＦＡ（テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂が適している。本実施態様では、加圧ローラ１５ｂの直径は３０ｍｍで、芯金に直径２４ｍｍ、肉厚２ｍｍの鉄（ＳＴＫＭ）、弾性層に厚さ３ｍｍのシリコンソリッドゴム、離型層に厚さ３０μｍのＰＦＡチューブを用いる。

定着ローラ１５ａおよび加圧ローラ１５ｂは、所定の荷重、たとえば、本実施態様では４００Ｎで互いに圧接されて、定着ベルト２０を介して、定着ローラ１５ａと加圧ローラ１５ｂとが互いに当接する定着ニップ部Ｎを形成する。たとえば、定着ニップ部Ｎの記録紙搬送方向の幅（以下「ニップ幅」という）は８ｍｍである。この定着ニップ部Ｎに未定着トナー像Ｔを担持した記録紙Ｐを給紙し、定着ニップ部Ｎを通過させることで、記録紙Ｐにトナー画像が定着される。記録紙Ｐが定着ニップ部Ｎを通過する際、定着ベルト２０は記録紙Ｐのトナー像形成面に当接し、加圧ローラ１５ｂは記録紙Ｐにおけるトナー像形成面とは反対側の面に当接する。

定着ベルト２０は、加熱ローラ２１によって所定の温度に加熱されて、定着ニップ部Ｎを通過する未定着トナー像が担持された記録紙Ｐを加熱するためのものである。定着ベルト２０は、直径５０ｍｍで加熱ローラ２１と定着ローラ１５ａとに懸架されている。定着ベルト２０は、定着ローラ１５ａが回転すると、定着ローラ１５ａの回転に従動して矢印の方向に回転する。

定着ベルト２０は、ポリイミドなどの耐熱樹脂、またはステンレスおよびニッケルなどの金属材料からなる中空円筒状の基材の表面に弾性層として耐熱性および弾性に優れたエラストマー材料（たとえばシリコンゴム）が形成され、さらにその表面に離型層として耐熱性および離型性に優れた合成樹脂材料（たとえばＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素樹脂）が形成された３層構成となっている。基材のポリイミドには、フッ素樹脂を内添してもよい。こうすることで、加熱ローラ２１との間の摺動負荷を更に低減することができる。本実施態様の定着ベルト２０は、基材に厚さ７０μｍのポリイミド、弾性層に厚さ１５０μｍのシリコンゴム、離型層に厚さ３０μｍのＰＦＡチューブを用いる。

加熱ローラ２１は、アルミニウムや鉄系材料等からなる中空円筒状の金属製芯材からなる。なお、定着ベルト２０の寄り力を低減するために、金属製芯材の表面に、フッ素樹脂等のコーティングを施してもよい。本実施態様の加熱ローラ２１は、直径３０ｍｍで、厚さ０．７５ｍｍのアルミニウム製芯材の上に厚さ２０μｍのＰＴＦＥコートを施したものを用いている。

外部加熱ローラ２２は、アルミニウムや鉄系材料等からなる中空円筒状の金属製芯材にフッ素樹脂等の離型層が形成された２層構造からなる。なお、本実施態様の外部加熱ローラ２２は、直径２０ｍｍで、厚さ０．５ｍｍのアルミニウム製芯材の上に厚さ２０μｍのＰＴＦＥコートを施したものを用いている。

加圧ローラ１５ｂを外部加熱するための外部加熱ローラ２２を備えていないベルト定着装置を低速機（プロセス速度１２４ｍｍ/sec、複写速度２５枚/分）に用いた場合、加圧ローラ１５ｂ側のターゲット温度（目標温度）が低く、外部加熱手段がない従来のベルト定着装置においても、定着ベルト２０側とほぼ同時に加圧ローラ１５ｂ側のウオームアップが完了する。この場合、外部加熱手段を設けても、ウオームアップ時間の短縮には繋がらない。

また、高速機（プロセス速度２２０ｍｍ/sec、複写速度５０枚/分）では、加圧ローラ１５ｂ側のターゲット温度が高く、外部加熱ローラ２２を備えていないベルト定着装置では、加圧ローラ１５ｂ側の昇温速度がウオームアップ時の律速となる。ここで、加圧ローラ１５ｂ側に外部加熱ローラ２２があれば、定着ベルト２０がターゲット温度に到達するまでは、定着ベルト２０側に全電力が投入され、外部加熱ローラ２２には電力が回らないため、外部加熱ローラ２２が熱負荷となり加圧ローラ１５ｂ側の昇温は若干遅くなるものの、定着ベルト２０側がターゲット温度に到達した後は、外部加熱ローラ２２に電力が回せるため、加圧ローラ１５ｂ側の昇温は速くなる。その結果、トータルのウオームアップ時間としては短縮されることになる。

＜第２態様＞
図３は、第２態様の定着ユニット１５の構成を示す概略図である。第２態様は、外部ベルト加熱定着方式を採用した定着装置である。

図３に示すように、定着ユニット１５は、定着ローラ１５ａと、加圧ローラ１５ｂと、定着ローラ用の外部加熱部材としての無端状の外部加熱ベルト２４と、外部加熱ベルト２４を懸架し加熱するための加熱ローラ（懸架ローラ）２１Ａ，Ｂと、加圧ローラ１５ｂ用の外部加熱部材としての外部加熱ローラ２２と、加熱ローラ２１Ａ，Ｂをそれぞれ加熱するための熱源であるヒータランプ２８Ａ，Ｂと、定着ローラ１５ａを加熱するための内部熱源であるヒータランプ２８Ｃと、加圧ローラ１５ｂを加熱するための内部熱源であるヒータランプ２８Ｄと、外部加熱ローラ２２を加熱するための熱源であるヒーターランプ２８Ｅと、定着ローラ１５ａ、加圧ローラ１５ｂ、外部加熱ベルト２４、外部加熱ローラ２のそれぞれの温度を検出する温度検出手段を構成する温度センサとしてのサーミスタ２９Ａ〜２９Ｄと、外部加熱ローラ２２をクリーニングするためのクリーニングウエブ２３と、外部加熱ベルト２４をクリーニングするためのスクレーパー２５とを備えている。

定着ローラ１５ａおよび加圧ローラ１５ｂは、所定の荷重（たとえば、本実施態様では３６０Ｎ）で互いに圧接されて、両ローラ間に定着ニップ部Ｎを形成している。なお、本実施態様では第１態様と同じくニップ幅を８ｍｍとしている。この定着ニップ部Ｎに未定着トナー像Ｔを担持した記録紙Ｐを給紙し、定着ニップ部Ｎを通過させることで、記録紙Ｐにトナー像Ｔが定着されるようになっている。記録紙Ｐが定着ニップ部Ｎを通過する時には、定着ローラ１５ａは記録紙Ｐのトナー像形成面に当接する一方、加圧ローラ１５ｂは記録紙Ｐにおけるトナー像形成面とは反対側の面に当接するようになっている。

定着ローラ１５ａは、所定の温度（本実施態様では１８０℃）に加熱されて、定着ニップ部Ｎを通過する未定着トナーＴ像が担持された記録紙Ｐを加熱するためのものである。定着ローラ１５ａは、その内側から順に、芯金、弾性層、離型層が形成された３層構造からなる。芯金には、たとえば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属あるいはそれらの合金等が用いられる。また、弾性層にはシリコンゴム、離型層にはＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素樹脂が適している。なお、本実施態様の定着ローラ１５ａは外径４０ｍｍで、離型層に厚さ４０μｍのＰＦＡチューブ、弾性層に厚さ２．５ｍｍのシリコンゴム、芯金に厚さ２ｍｍのアルミニウムを用いている。

また、定着ローラ１５ａの内部には、定着ローラ１５ａを加熱するヒータランプ２８Ｃが配置されている。制御回路（図示せず）が電源回路（図示せず）からヒータランプ２８Ｃに電力を供給（通電）させることにより、ヒータランプ２８Ｃが発光し、ヒータランプ２８Ｃから赤外線が放射される。これにより、定着ローラ１５ａの内周面が赤外線を吸収して加熱され、定着ローラ１５ａ全体が加熱される。

加圧ローラ１５ｂも定着ローラ１５ａと同様、鉄鋼、ステンレス鋼、アルミニウム等の外周表面にシリコンゴム等の弾性層を有し、さらにその上にＰＦＡ等の離型層が形成されている。なお、本実施態様の加圧ローラ１５ｂは外径４０ｍｍで、離型層に厚さ４０μｍのＰＦＡチューブ、弾性層に厚さ２．５ｍｍのシリコンゴム、芯金に厚さ２ｍｍのアルミニウムを用いている。

また、加圧ローラ１５ｂの内部には、加圧ローラ１５ｂを加熱するヒータランプ２８Ｄが配置されている。このヒータランプ２８Ｄによって、定着ローラ１５ａと同様、加圧ローラ１５ｂ全体が加熱される。

外部加熱ベルト２４は、所定の温度（本実施態様では２２０℃）に加熱された状態で定着ローラ１５ａの表面に当接して、定着ローラ１５ａ表面を加熱するものである。外部加熱ベルト２４は、２本の加熱ローラ２１Ａ，Ｂに懸架されている。また、加熱ローラ２１Ａ，Ｂの内部には、加熱ローラ２１Ａ，Ｂを加熱するための加熱源としてのヒータランプ２８Ａ，Ｂが配置されている。制御回路が電源回路からヒータランプ２８Ａ，Ｂに電力を供給させることにより、ヒータランプ２８Ａ，Ｂが発光し赤外線が放射される。これにより、加熱ローラ２１Ａ，Ｂの内周面が加熱され、加熱ローラ２１Ａ，Ｂを介して間接的に外部加熱ベルト２４が加熱されるようになっている。

外部加熱ベルト２４は、定着ローラ１５ａの回転方向に対し定着ニップ部Ｎの下流側に設けられ、所定の押圧力（本実施態様では４０Ｎ）で定着ローラ１５ａに圧接されるようになっている。そして、定着ローラ１５ａとの間に加熱ニップ部（定着ローラと外部加熱ベルトとが互いに当接する部分）Ｎ１が形成されている。外部加熱ベルト２４は、定着ローラ１５ａの回転時には、定着ローラ１５ａに従動して回転するようになっており、この外部加熱ベルト２４の回転に従動して加熱ローラ２１Ａ，Ｂも回転するようになっている。なお、加熱ニップ部Ｎ１の加熱ニップ幅（加熱ニップ部の定着ローラ回転方向の幅）は、外部加熱ベルト２４が定着ローラ１５ａを適切に加熱することができ、かつ外部加熱ベルト２４を定着ローラ１５ａに適切に従動回転させることができるように設定される。本実施態様では、加熱ニップ幅を２０ｍｍとしている。

外部加熱ベルト２４は、ポリイミド等の耐熱樹脂あるいはステンレスやニッケル等の金属材料からなる中空円筒状の基材の表面に、離型層として耐熱性および離型性に優れた合成樹脂材料（たとえばＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素樹脂）が形成された２層構成となっている。なお、外部加熱ベルト２４の寄り力（外部加熱ベルトを回転方向に対して直交する方向に移動させるように作用する力）を低減するために、ベルト基材の内面に、フッ素樹脂等のコーティングを施してもよい。なお、本実施態様の外部加熱ベルト２４としては直径が３１．５ｍｍで、厚さ９０μｍのポリイミドに厚さ２０μｍのＰＴＦＥコートを施したものを用いている。

加熱ローラ２１Ａ，Ｂは、アルミニウムや鉄系材料等からなる中空円筒状の金属製芯材からなる。なお、外部加熱ベルト２４の寄り力を低減するために、金属製芯材の表面に、フッ素樹脂等のコーティングを施してもよい。本実施態様の加熱ローラとしては直径１６ｍｍで、厚さ１．５ｍｍのアルミニウム製芯材を用いている。

外部加熱ローラ２２は、アルミニウムや鉄系材料等からなる中空円筒状の金属製芯材にフッ素樹脂等の離型層が形成された２層構造からなる。本実施態様の外部加熱ローラ２２としては直径２０ｍｍで、厚さ０．５ｍｍのアルミニウム製芯材の上に厚さ２０μｍのＰＴＦＥコートを施したものを用いている。

各サーミスタ２９Ａ〜２９Ｄにより検出された温度データに基づいて、温度制御手段としての制御回路（図示せず）が、定着ローラ１５ａ、加圧ローラ１５ｂ、外部加熱ベルト２４、外部加熱ローラ２２の温度を所定の温度にするように、ヒータランプ２８Ａ〜２８Ｅへの供給電力（通電）を制御する。

そして、定着ニップ部Ｎに所定の定着速度および複写速度で未定着トナー像Ｔが形成された記録紙Ｐが搬送され、熱と圧力によって定着が行われる。なお、定着速度とは所謂プロセス速度のことである。また、複写速度とは１分あたりのコピー枚数のことである。これらの速度は特に限定されるものではないが、本実施形態では、定着速度２２５ｍｍ／ｓｅｃ、複写速度４０枚/分（Ａ４縦送り）としている。

なお、定着ローラ１５ａは、図示しない駆動モータ（駆動手段）によって回転駆動される。また、加圧ローラ１５ｂは、定着ローラ１５ａの回転に従動して回転する。したがって、定着ローラ１５ａおよび加圧ローラ１５ｂは、互いに逆方向に回転される。これにより、記録紙Ｐが定着ニップ部Ｎを通過するようになっている。

＜第３態様＞
図４は、第３態様の定着ユニット１５の構成を示す概略図である。第３態様は、第１態様のベルト定着方式と、第２態様の外部ベルト加熱定着方式とを複合して採用した定着装置である。

図４に示すように、本態様の定着ユニット１５は、第１態様の定着ユニット１５において、加圧ローラ１５ｂを加熱する外部加熱ローラ２２を外部加熱ベルト２４に置き換えた構成であり、それ以外の構成については第１態様と同じであるので、説明を省略する。

外部加熱ベルト２４は、所定の温度（本実施態様では１８５℃）に加熱された状態で加圧ローラ１５ｂ表面に当接して、加圧ローラ１５ｂ表面を加熱するものである。外部加熱ベルト２４は、２本の加熱ローラ２１Ａ，Ｂに懸架されている。また、加熱ローラ２１Ａ，Ｂの内部には、加熱ローラ２１Ａ，Ｂを加熱するための加熱源としてのヒータランプ２８Ａ，Ｂが配置されている。制御回路（図示せず）が電源回路（図示せず）からヒータランプ２８Ａ，Ｂに電力を供給させることにより、ヒータランプ２８Ａ，Ｂが発光し赤外線が放射される。これにより、加熱ローラ２１Ａ，Ｂの内周面が加熱され、加熱ローラ２１Ａ，Ｂを介して間接的に外部加熱ベルト２４が加熱されるようになっている。

外部加熱ベルト２４は、加圧ローラ１５ｂの回転方向に対し定着ニップ部Ｎの下流側に設けられ、所定の押圧力（本実施態様では４０Ｎ）で加圧ローラ１５ｂに圧接されるようになっている。そして、加圧ローラ１５ｂとの間に加熱ニップ部Ｎ１が形成されている。外部加熱ベルト２４は、加圧ローラ１５ｂの回転時には、加圧ローラ１５ｂに従動して回転するようになっており、この外部加熱ベルト２４の回転に従動して加熱ローラ２１Ａ，Ｂも回転するようになっている。なお、加熱ニップ部Ｎ１の加熱ニップ幅（加熱ニップ部の加圧ローラ回転方向の幅）は、外部加熱ベルト２４が加圧ローラ１５ｂを適切に加熱することができ、かつ外部加熱ベルト２４を加圧ローラ１５ｂに適切に従動回転させることができるように設定される。本実施態様では、加熱ニップ幅を２０ｍｍとしている。

外部加熱ベルト２４は、ポリイミド等の耐熱樹脂あるいはステンレスやニッケル等の金属材料からなる中空円筒状の基材の表面に、離型層として耐熱性および離型性に優れた合成樹脂材料（たとえばＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素樹脂）が形成された２層構成となっている。なお、外部加熱ベルト２４の寄り力（外部加熱ベルトを回転方向に対して直交する方向に移動させるように作用する力）を低減するために、ベルト基材の内面に、フッ素樹脂等のコーティングを施してもよい。本実施態様の外部加熱ベルト２４としては直径が３１．５ｍｍで、厚さ９０μｍのポリイミドに厚さ２０μｍのＰＴＦＥコートを施したものを用いている。

加熱ローラ２１Ａ，Ｂは、アルミニウムや鉄系材料等からなる中空円筒状の金属製芯材からなる。なお、外部加熱ベルト２４の寄り力を低減するために、金属製芯材の表面に、フッ素樹脂等のコーティングを施してもよい。本実施態様の加熱ローラ２１Ａ，Ｂとしては直径１６ｍｍで、厚さ０．７５ｍｍのアルミニウム製芯材を用いている。

＜実施例＞
上記のような３種の態様の定着装置を用いて、昇温特性および定着特性を検討した結果を表１から表３に示す。なお、表１は、上記第１態様における検討結果を示し、表２は、上記第２態様における検討結果を示し、表３は、上記第３態様における検討結果を示したものである。

検討方法および評価方法について説明する。定着ローラ側（以下では「上側」とよぶ場合がある）および加圧ローラ側（以下では「下側」とよぶ場合がある）のそれぞれの外部加熱手段に配分する投入電力（電力比率）が各々異なる条件について、定着装置が完全に冷却した状態から上側と下側のトータル投入電力を１１００Ｗとしてウオームアップを行い、ウオームアップが完了した後、トータル投入電力を９００Ｗに変更（電力比率は変更せず）し、直ちに５０枚の連続通紙を行うことで、昇温特性（ウオームアップ時間）および定着特性（連続通紙サンプルの定着強度）について評価を行なった。

用紙は坪量８０ｇ／ｍ^２のものを用いて、カラー３層（トナー付着量１．２ｍｇ／ｃｍ^２）のベタ画像を定着させたときの定着性を折り曲げ試験により評価した。折り曲げ試験とは、ベタ画像が定着された用紙を通紙方向に対して直交する方向に折り曲げて、折り曲げた部分における定着ベタ画像が剥離された部分の幅の大小を限度見本サンプルと比較する試験であり、剥離部分の幅が小さいほど定着性が優れることを示す。限度見本サンプルには、あらかじめ定着強度が異なる６つのベタ画像を定着させた用紙を折り曲げたものを使用し、画像が剥離した幅の少ない方からレベルＳ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅとし、レベルＢ以上を合格とした。

また、用紙の通紙速度（複写速度）としては、各実施態様で上記したのと同様、第１態様および第３態様のベルト定着方式を採用した場合、Ａ４横送りで５０枚／ｍｉｎとし、第２態様の外部ベルト加熱定着方式を採用した場合、Ａ４縦送りで４０枚／ｍｉｎとした。

さらに比較のため、加圧ローラ１５ｂ側に外部加熱手段を設けない構成（以下では「比較用構成」という）の定着装置についても、同様の評価を行なった。具体的には、表１の比較例１−１、比較例１−２、表２の比較例２−１、比較例２−２、表３の比較例３−１、比較例３−２が、比較用構成の定着装置の検討結果である。

ウオームアップ時間の評価としては、比較用構成の定着装置で定着性を満足する条件、すなわち表１では比較例１−２、表２では比較例２−２、表３では比較例３−２でのウオームアップ時間と比較し、
ウオームアップ時間の短縮率が２０％以上のものを○
ウオームアップ時間の短縮率が２０％未満のものを△、
ウオームアップ時間が短縮されていないものを×、
とした。

実施例および比較例ごとに変更した定着装置の材料特性および動作条件について、以下に説明する。

（１）上外部加熱熱容量Ｃｆ
上外部加熱熱容量Ｃｆは、上側（定着ローラ側）の外部加熱手段の熱容量を示す。具体的には、第１および第３態様の場合は、定着ベルト２０の熱容量と加熱ローラ２１の熱容量の和であり、第２態様の場合は、外部加熱ベルト２４の熱容量と加熱ローラ２１Ａ，Ｂ２本の熱容量の和である。

なお、異なるｎ種の材質からなる部材の熱容量Ｃの具体的な算出方法としては、下記のとおりである。
Ｃ＝Ｖ１・Ｓｈ１・Ｓｇ１＋Ｖ２・Ｓｈ２・Ｓｇ２＋…＋Ｖｎ・Ｓｈｎ・Ｓｇｎ
ここで、Ｖは体積、Ｓｈは比熱、Ｓｇは密度（比重）と示す。

（２）下外部加熱熱容量Ｃｐ
下外部加熱熱容量Ｃｐは、下側（加圧ローラ側）の外部加熱手段の熱容量を示す。具体的には、第１および第２態様の場合は、外部加熱ローラ２２の熱容量、第３態様の場合は、外部加熱ベルト２４の熱容量と加熱ローラ２１Ａ，Ｂ２本の熱容量の和である。

（３）熱容量比率Ｒｃ
上側と下側の外部加熱手段の熱容量の比率である。すなわち、Ｒｃ＝Ｃｐ/Ｃｆである。

（４）上電力Ｐｆ
上側（定着ローラ側）の外部加熱手段への投入電力である。具体的には、第１および第３態様の場合は、加熱ローラ２１のヒータランプ２６Ａとヒータランプ２６Ｂの投入電力の和、第２態様の場合は、加熱ローラ２１Ａのヒータランプ２８Ａと加熱ローラ２１Ｂのヒータランプ２８Ｂの投入電力の和である。

（５）下電力Ｐｐ
下側（加圧ローラ側）の外部加熱手段への投入電力である。具体的には、第１および第２態様の場合は、外部加熱ローラ２２のヒータランプ２６Ｄ，２８Ｅの投入電力、第３態様の場合は、加熱ローラ２１Ａのヒータランプ２８Ａと加熱ローラ２１Ｂのヒータランプ２８Ｂの投入電力の和である。

（６）電力比率Ｒｐ
上側と下側の外部加熱手段の投入電力の比率である。すなわち、Ｒｐ＝Ｐｐ/Ｐｆ×１００（％）である。

（７）上ウオームアップ完了時間
ウオームアップ時に定着部材が制御温度に到達するまでの時間である。すなわち、第１および第３態様の場合は、定着ベルト２０が所定の制御温度（本検討では、１８５℃）に到達するまでの時間であり、第２態様の場合は、定着ローラ１５ａが所定の制御温度（本検討では１８０℃）に到達するまでの時間である。

（８）下ウオームアップ完了時間
ウオームアップ時に加圧部材の外部加熱手段が制御温度に到達するまでの時間である。すなわち、第１および第２態様の場合は、外部加熱ローラ２２が所定の制御温度（第１態様の場合は１８５℃、第２態様の場合は１６０℃）に到達するまでの時間であり、第３態様の場合は、外部加熱ベルト２４が所定の制御温度（本検討では１８５℃）に到達するまでの時間である。

（９）ウオームアップ時間
正味のウオームアップ時間のことであり、上ウオームアップ完了時間と下ウオームアップ完了時間のうち長い方の時間を示す。

（１０）通紙時定着部材温度
ウオームアップ完了後に５０枚連続通紙した時の定着部材（第１および第３態様の場合は、定着ベルト２０であり、第２態様の場合は、定着ローラ１５ａである）の最低温度を示す。

（１１）通紙時加圧部材温度
ウオームアップ完了後に５０枚連続通紙した時の加圧部材（加圧ローラ１５ｂ）の最低温度を示す。

（１２）Ｒｐ/Ｒｃ
電力比率Ｒｐを熱容量比率Ｒｃで割った値である。

まず第１態様の検討結果について説明する。上記のように、比較例１−１、１−２は比較用構成の定着装置の結果を示す。

比較例１−１は、定着ベルト２０のみが所定の定着温度（１８５℃）に到達した時にウオームアップを完了し、その後５０枚の連続通紙に移行した場合である。また、比較例１−１における定着ベルト２０および加圧ローラ１５ｂの温度変化を図５に示す。図５は、横軸が時間（秒）を示し、縦軸が定着ベルト２０および加圧ローラ１５ｂそれぞれの温度（℃）を示す。

表１および図５から、比較例１−１ではウオームアップ時間は３７秒と短いものの、連続通紙時に加圧ローラ１５ｂの温度が８０℃にまで低下し、その結果定着性を満足することができず、評価結果がＣとなった。

比較例１−２は、定着ベルト２０だけでなく、加圧ローラ１５ｂも所定の定着温度（１６５℃）に到達した時にウオームアップを完了し、その後５０枚の連続通紙に移行した場合である。また、比較例１−２における定着ベルト２０および加圧ローラ１５ｂの温度変化を図６に示す。図６は、横軸が時間（秒）を示し、縦軸が定着ベルト２０および加圧ローラ１５ｂそれぞれの温度（℃）を示す。

表２および図６から、比較例１−２では連続通紙時に加圧ローラ１５ｂの温度が１１５℃までしか低下せず、定着性の評価結果がＡであったものの、加圧ローラ１５ｂの温度が定着性を確保するのに必要な定着温度（１６５℃）に到達するまでに長時間を要するため、ウオームアップ時間が１５６秒と非常に長くなった。

すなわち、比較用構成のベルト定着装置では、加圧ローラ１５ｂの外部加熱手段を備えていないため、ウオームアップ時間の短縮と定着性の確保とを両立することが困難であることがわかる。

次に、加圧ローラ１５ｂの外部加熱手段を備えた第１態様の定着装置の結果を比較例１−３，１−４および実施例１−１〜１−４に示す。

比較例１−３、１−４および実施例１−１〜１−４は、定着装置の基本構成が第１の態様であることは同じであり、上電力Ｐｆと下電力Ｐｐの比率、すなわち電力比率Ｒｐを変えたことのみが異なっている。なお参考として、実施例１−２における定着ベルト２０、外部加熱ローラ２２および加圧ローラ１５ｂの温度変化を図７に示す。図７は、横軸が時間（秒）を示し、縦軸が定着ベルト２０、外部加熱ローラ２２および加圧ローラ１５ｂそれぞれの温度（℃）を示す。

表１に示すように、電力比率Ｒｐが大きくなる程、ウオームアップ時間は短縮するものの、定着性は低下することがわかる。

ウオームアップ時間が比較例１−２よりも短く（評価結果が△または○）、かつ定着性を満足する（評価結果がＢ以上）電力比率Ｒｐとしては、１６〜３８％の範囲であることがわかった。

次に第２態様の検討結果について説明する。上記のように、比較例２−１、２−２は比較用構成の定着装置の結果を示す。

比較例２−１は、定着ローラ１５ａのみが所定の定着温度（１８５℃）に到達した時にウオームアップを完了し、その後５０枚の連続通紙に移行した場合である。また、比較例２−１における定着ローラ１５ａおよび加圧ローラ１５ｂの温度変化を図８に示す。図８は、横軸が時間（秒）を示し、縦軸が定着ローラ１５ａおよび加圧ローラ１５ｂそれぞれの温度（℃）を示す。

表２および図８から、比較例２−１ではウオームアップ時間は７５秒と短いものの、連続通紙時に加圧ローラの温度が８８℃まで低下し、その結果定着性を満足することができず、評価結果がＣとなった。

比較例２−２は、定着ローラ１５ａだけでなく、加圧ローラ１５ｂも所定の定着温度（１５０℃）に到達した時にウオームアップを完了し、その後５０枚の連続通紙に移行した場合である。また、比較例２−２における定着ローラ１５ａおよび加圧ローラ１５ｂの温度変化を図９に示す。図９は、横軸が時間（秒）を示し、縦軸が定着ローラ１５ａおよび加圧ローラ１５ｂそれぞれの温度（℃）を示す。

表２および図９から、比較例２−２では連続通紙時に加圧ローラ１５ｂの温度が１０６℃までしか低下せず、定着性の評価結果がＡであったものの、加圧ローラ１５ｂの温度が定着性を確保するのに必要な所定の定着温度（１５０℃）に到達するのに長時間を要するため、ウオームアップ時間が１４８秒と非常に長くなった。

すなわち、比較用構成のベルト定着装置では、加圧ローラ１５ｂの外部加熱手段を備えていないため、ウオームアップ時間の短縮と定着性の確保とを両立することが困難であることがわかる。

次に、加圧ローラ１５ｂの外部加熱手段を備えた第２態様の定着装置の結果を比較例２−３，２−４および実施例２−１〜２−４に示す。

比較例２−３、２−４および実施例２−１〜２−４は、定着装置の基本構成が第２の態様であることは同じであり、上電力Ｐｆと下電力Ｐｐの比率、すなわち電力比率Ｒｐを変えたことのみが異なっている。なお参考として、実施例２−２における定着ローラ１５ａ、外部加熱ローラ２２および加圧ローラ１５ｂの温度変化を図１０に示す。図１０は、横軸が時間（秒）を示し、縦軸が定着ローラ１５ａ、外部加熱ローラ２２および加圧ローラ１５ｂそれぞれの温度（℃）を示す。

表２に示すように、電力比率Ｒｐが大きくなる程、ウオームアップ時間は短縮するものの、定着性は低下することがわかる。

ウオームアップ時間が比較例２−２よりも短く（評価結果が△または○）、かつ定着性を満足する（評価結果がＢ以上）電力比率Ｒｐとしては、１６〜３８％の範囲であることがわかった。

次に第３態様の検討結果について説明する。上記のように、比較例３−１、３−２は比較用構成の定着装置であり、すなわち比較例１−１、１−２と同じである。

比較例３−１は、比較例１−１と同じであり、比較例３−２は、比較例１−２と同じであるので、温度変化を示す図は、それぞれ図５および図６である。

表３および図５から、比較例３−１ではウオームアップ時間は３７秒と短いものの、連続通紙時に加圧ローラ１５ｂの温度が８０℃にまで低下し、その結果定着性を満足することができず、評価結果がＣとなった。

表３および図６から、比較例３−２では連続通紙時に加圧ローラ１５ｂの温度が１１５℃までしか低下せず、定着性の評価結果がＡであったものの、加圧ローラ１５ｂの温度が定着性を確保するのに必要な定着温度（１６５℃）に到達するまでに長時間を要するため、ウオームアップ時間が１５６秒と非常に長くなった。

すなわち、比較用構成のベルト定着装置では、加圧ローラ１５ｂの外部加熱手段を備えていないため、ウオームアップ時間の短縮と定着性の確保とを両立することが困難であることがわかる。

次に、加圧ローラ１５ｂの外部加熱手段を備えた第３態様の定着装置の結果を比較例３−３，３−４および実施例３−１〜３−４に示す。

比較例３−３、３−４および実施例３−１〜３−４は、定着装置の基本構成が第３の態様であることは同じであり、上電力Ｐｆと下電力Ｐｐの比率、すなわち電力比率Ｒｐを変えたことのみが異なっている。なお参考として、実施例３−２における定着ローラ１５ａ、外部加熱ベルト２４および加圧ローラ１５ｂの温度変化を図１１に示す。図１１は、横軸が時間（秒）を示し、縦軸が定着ローラ１５ａ、外部加熱ベルト２４および加圧ローラ１５ｂそれぞれの温度（℃）を示す。

表３に示すように、電力比率Ｒｐが大きくなる程、ウオームアップ時間は短縮するものの、定着性は低下することがわかる。

ウオームアップ時間が比較例３−２よりも短く（評価結果が△または○）、かつ定着性を満足する（評価結果がＢ以上）電力比率Ｒｐとしては、２９〜１００％の範囲であることがわかった。

以上の結果から、電力比率Ｒｐの最適範囲は、各々の実施態様によって異なるものの、電力比率Ｒｐを熱容量比率Ｒｃで割った値Ｒｐ/Ｒｃについては、いずれの態様も最適範囲が０．４５〜１．６の範囲となっており、定着方式や外部加熱手段の構成に関係なく、Ｒｐ/Ｒｃをこのような範囲に設定することでウオームアップ時間の短縮と定着性の確保とを両立することができることがわかった。

詳細には、第１態様ではＲｐ/Ｒｃが０．６４〜１．５２であり、第２態様ではＲｐ/Ｒｃが０．７６〜１．５７であり、第３態様ではＲｐ/Ｒｃが０．４５〜１．５４である。

この理由について、説明する。部材が加熱されて所定の温度に達するまでの昇温時間は、その部材の熱容量と、その部材に投入される熱エネルギー（電力）に関係し、熱容量が小さいほど、また、投入電力が大きいほど昇温時間は短くなる。したがって、本発明のように上側と下側に外部加熱手段を有する定着装置においては、その上側と下側の外部加熱手段の熱容量の比率に応じて、投入する電力を配分するのが好ましく、すなわちＲｐ/Ｒｃ＝１が理想的は条件である。

したがって、この条件より大きくはずれてしまうと、たとえば上側下側のうち一方の昇温時間が非常に遅くなってウオームアップ時間の遅延に繋がったり、一方のジョブ中の電力が不足して温度が追従しなくなり、定着性が悪化するなど原因となる。

このことから、上記のように、Ｒｐ/Ｒｃについては、Ｒｐ/Ｒｃ＝１を中心に大きく外れない０．４５〜１．６が最適範囲となっている。

次に、ウオームアップ時と定着動作時において、Ｒｐ/Ｒｃの設定を切り替えた場合について検討した。

上記の表１〜表３に示した結果は、いずれもウオームアップ時と定着動作時のＲｐ/Ｒｃの設定が同じ場合の結果であるが、ウオームアップ時と定着動作時とでＲｐ/Ｒｃの設定を切り替えた方が、さらにウオームアップ時間の短縮と定着性の両立が確実になる場合もある。

熱容量の比Ｒｃはウオームアップ時と定着動作時とで同じであるので、Ｒｐ/Ｒｃをウオームアップ時と定着動作時とで切り替えるには、投入電力の比Ｒｐを変更することになる。上電力Ｐｆのウオームアップ時の投入電力をＰｆ１とし、定着動作時の投入電力をＰｆ２とし、下電力Ｐｐのウオームアップ時の投入電力をＰｐ１とし、定着動作時の投入電力をＰｐ２としたとき、Ｐｆ１＋Ｐｐ１＞Ｐｆ２＋Ｐｐ２となるように投入電力を切り替える。

実施例２−５として、第２態様の実施例２−３に対して、定着動作時のＲｐ／Ｒｃを変更した場合の例である。実施例２−３ではウオームアップ時も定着動作時もＲｐ／Ｒｃ＝１．３８で一定であるのに対し、実施例２−５ではウオームアップ時はＲｐ／Ｒｃ＝１．３８であり、定着動作時はＲｐ／Ｒｃ＝１．０５に切り替えて５０枚の連続通紙を行った。なお、実施例２−５において、定着動作時にＲｐ／Ｒｃを１．０５に切り替えた以外は実施例２−３と同じである。

表４に示すように、実施例２−５は、ウオームアップ時間としては実施例２−３と全く同じ９８秒であるものの、定着性の評価結果としては、より評価が高いＡとなり、実施例２−３に比べてさらにウオームアップ時間の短縮と定着性の両立性が向上したことがわかる。

本発明の実施の一形態であるカラー複合機１００の構成を示す概略図である。 第１態様の定着ユニット１５の構成を示す概略図である。 第２態様の定着ユニット１５の構成を示す概略図である。 第３態様の定着ユニット１５の構成を示す概略図である。 比較例１−１における定着ベルト２０および加圧ローラ１５ｂの温度変化を示すグラフである。 比較例１−２における定着ベルト２０および加圧ローラ１５ｂの温度変化を示すグラフである。 実施例１−２における定着ベルト２０、外部加熱ローラ２２および加圧ローラ１５ｂの温度変化を示すグラフである。 比較例２−１における定着ローラ１５ａおよび加圧ローラ１５ｂの温度変化を示すグラフである。 比較例２−２における定着ローラ１５ａおよび加圧ローラ１５ｂの温度変化を示すグラフである。 実施例２−２における定着ローラ１５ａ、外部加熱ローラ２２および加圧ローラ１５ｂの温度変化を示すグラフである。 実施例３−２における定着ローラ１５ａ、外部加熱ベルト２４および加圧ローラ１５ｂの温度変化を示すグラフである。

符号の説明

１５ 定着ユニット
１５ａ 定着ローラ
１５ｂ 加圧ローラ
２０ 定着ベルト
２１，２１Ａ，２１Ｂ 加熱ローラ
２２ 外部加熱ローラ
２３ クリーニングウエブ
２４ 外部加熱ベルト
２５ スクレーパー
２６Ａ〜２６Ｄ，２８Ａ〜２８Ｅ ヒータランプ
２７Ａ〜２７Ｄ，２９Ａ〜２９Ｄ サーミスタ

Claims (14)

1. 互いに圧接された定着部材および加圧部材と、前記定着部材を外部から加熱する定着部材用外部加熱手段および前記加圧部材を外部から加熱する加圧部材用外部加熱手段とを有し、前記定着部材および前記加圧部材の圧接部に、未定着トナー像が担持された記録媒体を通過させることで、トナー像の定着を行う定着装置において、
   前記定着部材用外部加熱手段の熱容量をＣｆ、投入電力をＰｆとし、前記加圧部材用外部加熱手段の熱容量をＣｐ、投入電力をＰｐとし、投入電力の比ＲｐをＲｐ＝Ｐｐ／Ｐｆとし、熱容量の比ＲｃをＲｃ＝Ｃｐ／Ｃｆとしたとき、
   ０．５＜Ｒｐ／Ｒｃ＜１．６
   を満足することを特徴とする定着装置。
2. 互いに圧接された定着部材および加圧部材と、前記定着部材を外部から加熱する定着部材用外部加熱手段および前記加圧部材を外部から加熱する加圧部材用外部加熱手段とを有し、前記定着部材および前記加圧部材の圧接部に、未定着トナー像が担持された記録媒体を通過させることで、トナー像の定着を行う定着装置において、
   前記定着部材用外部加熱手段は、前記定着部材に巻きかけられた定着ベルトと、該定着ベルトを加熱する加熱ローラで構成され、前記加圧部材用外部加熱手段は、前記加圧部材の表面に圧接された外部加熱ローラで構成され、
   前記定着部材用外部加熱手段の熱容量をＣｆ、投入電力をＰｆとし、前記加圧部材用外部加熱手段の熱容量をＣｐ、投入電力をＰｐとし、投入電力の比ＲｐをＲｐ＝Ｐｐ／Ｐｆとし、熱容量の比ＲｃをＲｃ＝Ｃｐ／Ｃｆとしたとき、
   ０．４＜Ｒｐ／Ｒｃ＜１．６８
   を満足することを特徴とする定着装置。
3. 前記Ｒｐ／Ｒｃは、
   ０．６４＜Ｒｐ／Ｒｃ＜１．５２
   を満足することを特徴とする請求項２記載の定着装置。
4. 互いに圧接された定着部材および加圧部材と、前記定着部材を外部から加熱する定着部材用外部加熱手段および前記加圧部材を外部から加熱する加圧部材用外部加熱手段とを有し、前記定着部材および前記加圧部材の圧接部に、未定着トナー像が担持された記録媒体を通過させることで、トナー像の定着を行う定着装置において、
   前記定着部材用外部加熱手段は、前記定着部材表面に圧接された外部加熱ベルトと、該外部加熱ベルトを加熱する加熱ローラで構成され、前記加圧部材用外部加熱手段は、前記加圧部材の表面に圧接された外部加熱ローラで構成され、
   前記定着部材用外部加熱手段の熱容量をＣｆ、投入電力をＰｆとし、前記加圧部材用外部加熱手段の熱容量をＣｐ、投入電力をＰｐとし、投入電力の比ＲｐをＲｐ＝Ｐｐ／Ｐｆとし、熱容量の比ＲｃをＲｃ＝Ｃｐ／Ｃｆとしたとき、
   ０．４８＜Ｒｐ／Ｒｃ＜２．０
   を満足することを特徴とする定着装置。
5. 前記Ｒｐ／Ｒｃは、
   ０．７６＜Ｒｐ／Ｒｃ＜１．５７
   を満足することを特徴とする請求項４記載の定着装置。
6. 互いに圧接された定着部材および加圧部材と、前記定着部材を外部から加熱する定着部材用外部加熱手段および前記加圧部材を外部から加熱する加圧部材用外部加熱手段とを有し、前記定着部材および前記加圧部材の圧接部に、未定着トナー像が担持された記録媒体を通過させることで、トナー像の定着を行う定着装置において、
   前記定着部材用外部加熱手段は、前記定着部材に巻きかけられた定着ベルトと、該定着ベルトを加熱する加熱ローラで構成され、前記加圧部材用外部加熱手段は、前記加圧部材の表面に圧接された外部加熱ベルトと、該外部加熱ベルトを加熱する加熱ローラで構成され、
   前記定着部材用外部加熱手段の熱容量をＣｆ、投入電力をＰｆとし、前記加圧部材用外部加熱手段の熱容量をＣｐ、投入電力をＰｐとし、投入電力の比ＲｐをＲｐ＝Ｐｐ／Ｐｆとし、熱容量の比ＲｃをＲｃ＝Ｃｐ／Ｃｆとしたとき、
   ０．４０＜Ｒｐ／Ｒｃ＜１．８５
   を満足することを特徴とする定着装置。
7. 前記Ｒｐ／Ｒｃは、
   ０．４５＜Ｒｐ／Ｒｃ＜１．５４
   を満足することを特徴とする請求項６記載の定着装置。
8. 前記定着部材用外部加熱手段へのウオームアップ時の投入電力をＰｆ１、定着動作時の投入電力をＰｆ２とし、前記加圧部材用外部加熱手段へのウオームアップ時の投入電力をＰｐ１、定着動作時の投入電力をＰｐ２としたとき、
   Ｐｆ１＋Ｐｐ１＞Ｐｆ２＋Ｐｐ２
   を満足することを特徴とする請求項１記載の定着装置。
9. ウオームアップ時のＲｐ／Ｒｃの設定値と、定着動作時のＲｐ／Ｒｃの設定値とを切り替えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の定着装置。
10. 前記定着部材または加圧部材の少なくとも一方は、記録媒体に直接接触するローラ形状を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の定着装置。
11. 前記外部加熱手段は、記録媒体と直接接触しない外部加熱ローラまたは外部加熱ベルトであり、該外部加熱手段にクリーニング手段が当接していることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の定着装置。
12. 前記クリーニング部材がクリーニングウエブであることを特徴とする請求項１１記載の定着装置。
13. 前記クリーニング部材がスクレーパーであることを特徴とする請求項１１記載の定着装置。
14. 請求項１〜１３のいずれか１つの定着装置を備えた画像形成装置。

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