JP2010204623A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来技術よりも被定着部材上にトナーを定着させることができる温度範囲が広い定着装置および当該定着装置を備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】 被定着部材上のトナー像と接してトナー像を被定着部材に定着させる無端状の定着ベルト５と、定着ベルト５を加熱する加熱ローラ６と、加熱ローラ６と共に無端状の定着ベルト５が張架され、被定着部材上のトナー像と定着ベルト５を介して接する定着ローラ３と、定着ベルト５を介して定着ローラ３に圧接する加圧ローラ４とを備え、定着ベルト５の柔軟性Ｓは、定着ベルト５の外径をＡｍｍとするとＡ＊０．００３以上であり、定着ローラの反発係数Ｒは、０．６以上である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、トナーを定着させる定着装置および当該定着装置を備えた画像形成装置に関する。

電子写真法に基づいて画像を形成する電子写真方式の画像形成装置（以下、電子写真方式の画像形成装置を単に「画像形成装置」という）は、良好な画質品位を有する画像を容易に形成することができる。画像形成装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置および複合機などに広く利用される。画像形成装置は、たとえば感光体と、帯電手段と、露光手段と、現像手段と、転写手段と、定着手段とを含む。画像形成装置は、感光体およびこれらの手段を用いて帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程および定着工程を行う。画像形成装置は、記録紙に画像を形成する装置である。

定着工程を行う定着手段として、たとえば熱ローラ定着方式の定着装置が用いられる。熱ローラ定着方式の定着装置は、定着ローラと、加圧ローラとを含む。定着ローラおよび加圧ローラは、互いに圧接するローラ対である。定着ローラおよび加圧ローラの少なくともいずれか一方の内部には、加熱手段としてハロゲンヒータなどの熱源が含まれる。

定着工程において、熱源が定着に必要な所定の温度（以下「定着温度」という）までローラ対を加熱した後に、未定着トナー像が形成された紙などの記録紙が、定着ローラと加圧ローラとの圧接部である定着ニップ部に供給される。定着ニップ部を通過する未定着トナー像は、定着ローラおよび加圧ローラの少なくともいずれか一方から伝わる熱と、定着ローラおよび加圧ローラによる圧力とによって、記録紙に定着される。定着ニップ部のうち記録紙が通過した部分（以下「通紙部」という）は、温度が低下するが、加熱源によって定着温度まで加熱される。

定着ローラとして、弾性層を表面に設けた定着ローラ（以下「弾性ローラ」という）が用いられると、定着ニップ部において、弾性ローラ表面の弾性層が未定着トナー像の凹凸に対応して弾性変形する。弾性ローラは、未定着トナー像を覆い包むようにして未定着トナー像に接触するので、単色画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、定着性を良好にする。

弾性ローラは、弾性ローラ表面の弾性層の歪み解放効果によって、単色画像に比べてオフセットしやすいカラートナーの離型性を向上させる。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る。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。

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は、定着ローラ側に凸（逆ニップ形状）となるので、定着ローラと記録紙との剥離性能を向上させる。定着ローラと記録紙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紙と定着ローラとの剥離が可能なセルフストリッピングが実現され、剥離手段に起因する画像欠陥が解消される。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では、弾性ローラの弾性層として、たとえばシリコンゴムなどが用いられる。

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、定着ニップ部の記録紙搬送方向の幅であるニップ幅を広くする必要がある。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し、または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、弾性ローラ内部に加熱手段がある弾性ローラの弾性層を厚くすると、ウォームアップ時間が長くなる。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することができなくなる。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。

特許文献１には、定着ローラと、加圧ローラと、加熱ローラと、定着ベルトとを含んだベルト定着方式の定着装置が開示されている。定着ローラと、加熱用ヒータを内部に含む加熱ローラとの間には、定着ベルトが掛け渡され、定着ベルトを介して、定着ローラと加圧ローラとが圧接させる。広いニップ幅を確保するために、定着ローラのスポンジゴムなどからなる弾性層は厚く設けられ低硬度である。ウォームアップ時間を短くするために、加熱手段である加熱ローラによって熱容量の小さい定着ベルトが加熱される。熱容量の大きい弾性層は加熱されない。

特許文献２には、鮮明な画像定着を行うために、カラートナーを包み込む弾力性がある定着ベルトを用いたベルト定着方式の定着装置が開示されている。

特開平１０−３０７４９６号公報 特許第３７１２０８６号公報

特許文献１に示されるように、広いニップ幅を確保するために、定着ローラの硬度は下げられる。特許文献２に示されるように、カラートナーを包み込むために、定着ベルトは、ある程度の弾力性が必要とされる。ベルト定着は、ローラ定着に比べて、ホットオフセットや使用紙巻きつきが発生しやすいので、良好な定着が得られる温度範囲（以下、「定着可能温度範囲」という）が狭い。ベルト定着は、定着可能温度範囲が狭いので、紙種、環境、またはトナー量が変化したときに、定着不良、画像荒れ、または定着部材への使用紙巻きつきが生じやすくなり、画質および利便性が損なわれる。そのために、コスト高な温度制御が必要になり、記録紙が限定され、画質を犠牲にしたトナーの薄層化を強いられ、多量のワックスが添加され、さらには定着強度不足が発生するという問題がある。

定着可能温度範囲を広げるためには、画像面と接する側の部材が圧力から開放されたときに、画像面と接する側の部材である定着ベルトおよび定着ローラが瞬時に復元することが必要である。定着ベルトの弾力性が大きい場合には、定着ローラが瞬時に復元しても、定着ベルトが定着ローラの復元に追従することができない。定着ローラの硬度が低い場合には、定着ローラの反発性が低下するので瞬時の復元性が十分得られない。

本発明の目的は、従来の技術よりも被定着部材上にトナーを定着させることができる温度範囲が広い定着装置および当該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、被定着部材上のトナー像と接して前記トナー像を前記被定着部材に定着させる無端状の定着ベルトと、
前記定着ベルトを加熱する加熱ローラと、
前記加熱ローラと共に前記無端状の定着ベルトが張架され、前記被定着部材上のトナー像と前記定着ベルトを介して接する定着ローラと、前記定着ベルトを介して前記定着ローラに圧接する加圧ローラとを備え、
前記定着ベルトの外径をＡｍｍとし、外径１３ｍｍで前記定着ベルト幅よりも十分に長い第１の金属シャフトに前記定着ベルトを通して、前記第１の金属シャフトの両端を固定した状態で、さらに前記定着ベルト幅よりも十分長く、前記定着ベルト幅で割った重さが０．３８３ｇ／ｍｍで外径１３ｍｍの第２の金属シャフトを前記定着ベルトが下に伸びるように前記定着ベルトに通したときの前記定着ベルトの上下方向の長さをＢｍｍとし、
定着ベルトの柔軟性をＳとしたときに、次式
Ｓ＝（Ｂ−Ａ）／Ａ
で表される定着ベルトの柔軟性ＳがＡ＊０．００３以上であり、
前記定着ローラは、長さ５０ｃｍの糸に吊るした外径１１ｍｍで重さが７ｇの錘が、静止状態において、定着ローラの中心軸線を含んだ水平面上に前記錘の重心が配置されるように接する最下点にあるとき、錘を前記最下点からＨ１＝１０ｃｍの高さだけ引き上げ、錘を静かに放して錘を定着ローラに衝突させたときに錘が跳ね返った最下点からの高さをＨ２とし、定着ローラの反発係数をＲとしたときに、次式
Ｒ＝Ｈ２／Ｈ１
で表される定着ローラの反発係数Ｒが０．６以上であることを特徴とする定着装置である。

また本発明は、前記定着ローラに前記加圧ローラが圧接する領域である定着ニップ部の面圧が１．４ｋｇｆ／ｃｍ^２以上であることを特徴とする。

また本発明は、前記定着ローラの硬度は、アスカーＣ３０度以上５０度以下であることを特徴とする。

また本発明は、前記定着ベルトは、前記被定着部材上のトナー像と接する接触面を基準として、前記定着ローラとの接触面に向かってフッ素樹脂層、ゴム弾性層および樹脂基材層を有し、前記樹脂基材層の厚みは４５μｍ以上であって９０μｍ以下であることを特徴とする。

また本発明は、前記トナー像を形成するトナーの全重量に対するトナーワックスの重量が占める比率は１．５重量％以上、４．８重量％以下であることを特徴とする。

また本発明は、前記定着ローラは、前記定着ベルトと接する表面部が弾性層によって形成され、
前記弾性層の厚み寸法は、４ｍｍ以上であって６ｍｍ以下であることを特徴とする。

また本発明は、前記定着ローラは、前記定着ベルトと接する表面部が弾性層によって形成され、
前記弾性層は、前記定着ベルトを介して前記加圧ローラによって圧接されているときの厚み寸法と、圧接されていないときの厚み寸法との比率が、２５％以上であって３５％以下であることを特徴とする。

また本発明は、前記定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置である。

本発明によれば、定着ベルトは、定着ベルトの外径をＡとし、外径１３ｍｍで定着ベルト幅よりも十分に長い第１の金属シャフトに定着ベルトを通して、第１の金属シャフトの両端を固定した状態で、さらに定着ベルト幅よりも十分長く、定着ベルト幅で割った重さが０．３８３ｇ／ｍｍで外径１３ｍｍの第２の金属シャフトを定着ベルトが下に伸びるように定着ベルトに通したときの定着ベルトの上下方向の長さをＢとし、定着ベルトの柔軟性をＳとしたときに、次式
Ｓ＝（Ｂ−Ａ）／Ａ
で表される定着ベルトの柔軟性ＳがＡ＊０．００３以上であり、定着ローラは、長さ５０ｃｍの糸に吊るした外径１１ｍｍで重さが７ｇの錘が、静止状態において、定着ローラの中心軸線を含んだ水平面上に錘の重心が配置されるように接する最下点にあるとき、錘を最下点からＨ１＝１０ｃｍの高さだけ引き上げ、錘を静かに放して錘を定着ローラに衝突させたときに錘が跳ね返った最下点からの高さをＨ２とし、定着ローラの反発係数をＲとしたときに、Ｒ＝Ｈ２／Ｈ１で表される定着ローラの反発係数Ｒが０．６以上であるので、従来よりも被定着部材上にトナーを定着させることができる温度範囲を広くすることができる。

また本発明によれば、前記定着装置を備えているので、従来の技術よりも被定着部材上にトナーを定着させることができる温度範囲が広い定着装置を備えた画像形成装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る定着装置２の構成を模式的に示す断面図である。 定着ベルト５の柔軟性測定方法を説明するための図である。 定着ローラ３の反発性測定方法を説明するための図である。 定着ベルト５の寄り止め４１について説明するための図である。 定着装置を備えた画像形成装置１を模式的に示す概略図である。 本発明の第２の実施形態に係る定着装置９１の構成を模式的に示す断面図である。 定着装置９１の制御を行うブロック図を示す。 定着ベルト５の外径を変えたときの柔軟性の実施例Ａ１，Ｂ１と柔軟性の理論限界を示す。 定着ローラ３の弾性層の定着ニップ部１２の出口での形状と用紙剥離性との関係を説明するための図である。

以下の説明においては、各形態に先行する形態ですでに説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。またそれぞれの実施形態は、本発明に係る技術を具体化するために例示するものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。本発明に係る技術内容は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることが可能である。

図１は、本発明の実施の第１形態に係る定着装置２の構成を模式的に示す断面図である。画像形成装置１に含まれる定着装置２は、定着ローラ３と、加圧ローラ４と、無端状の定着ベルト５と、定着ベルト５を懸架し加熱するための加熱ローラ６と、加熱ローラ６と加圧ローラ４をそれぞれ加熱するための熱源であるヒータランプ７ａ，７ｂと、定着ベルト５および加圧ローラ４など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第１サーミスタ１０および第２サーミスタ１１とを備える。

定着ローラ３は、略円筒形の形状を有し、略円筒形の中心軸から外周に向かって芯金および弾性層が形成される２層構造である。芯金には、鉄、ステンレス鋼、アルミニウムまたは銅などの金属あるいは、それらの合金などが用いられる。弾性層には、シリコンゴムまたはフッ素ゴムなどの耐熱性を有するゴム材料が適している。本実施形態において、定着ローラ３の直径は３０ｍｍである。芯金には、直径２０ｍｍのステンレス鋼が用いられ、弾性層には、厚さ５ｍｍのシリコンスポンジゴムが用いられる。定着ローラ３は、略円筒形の中心軸を中心として回転可能に設けられ、加圧ローラ４の回転に従動回転する。定着ローラ３が、定着ベルト５を介して加圧ローラ４に圧接することによって、定着ベルト５を介して、定着ローラ３と加圧ローラ４とが互いに当接する部分である定着ニップ部１２が形成される。

加圧ローラ４は、略円筒形の形状を有し、略円筒形の中心軸から外周に向かって芯金、弾性層および離型層が形成される３層構造である。芯金には、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム銅などの金属あるいは、それらの合金などが用いられる。弾性層にはシリコンゴムまたはフッ素ゴムなどの耐熱性を有するゴム材料が適している。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）またはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素樹脂が適している。本実施形態において、加圧ローラ４の直径は３０ｍｍである。芯金には、直径２６ｍｍ、肉厚２ｍｍの鉄（ＳＴＫＭ）が用いられる。弾性層には、厚さ２ｍｍのシリコンソリッドゴムが用いられる。離型層には、厚さ５０μｍのＰＦＡチューブが用いられる。

ヒータランプ７ａは、加圧ローラ４の内部に配置され、加圧ローラ４を加熱する。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に電力を供給（通電）させることによって、ヒータランプ７ａが発光し、ヒータランプ７ａから赤外線が放射される。加圧ローラ４は、加圧ローラ４の内周面がヒータランプ７ａから放射される赤外線を吸収することによって、加圧ローラ４全体が加熱される。本実施形態では、定格電力３００Ｗのヒータランプ７ａが使用される。

加圧ローラ４は、略円筒形の中心軸を中心として回転可能に設けられる。加圧ローラ４は、図示しない駆動手段である駆動モータによって回転駆動するローラ状部材である。定着ローラ３は、定着ベルト５を介して加圧ローラ４に圧接することで定着ニップ部１２を形成すると同時に、従動回転することによって定着ベルト５を搬送する。定着ローラ３は、加圧ローラ４とは逆方向に回転する。

定着ローラ３と加圧ローラ４とは、所定の荷重、たとえば４００Ｎで互いに圧接される。定着ローラ３と加圧ローラ４とが圧接されると、定着ニップ部１２が形成される。本実施形態においては、定着ニップ部１２の記録紙搬送方向の幅（以下「ニップ幅」という）は８ｍｍである。定着ニップ部１２には、未定着トナー画像を担持した被定着部材である記録紙８が給紙される。記録紙８が定着ニップ部１２を通過することによって、記録紙８にはトナー画像が定着される。記録紙８が定着ニップ部１２を通過する際、定着ベルト５は、記録紙８のトナー画像形成面に当接し、加圧ローラ４は、記録紙８におけるトナー画像形成面とは裏面側の面に当接する。

定着ベルト５は、装着しない状態で、直径が５０ｍｍである。定着ベルト５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が形成される。基材の表面には、耐熱性および弾性に優れた、たとえばシリコンゴムなどのエラストマー材料からなる弾性層が形成される。弾性層の表面には、耐熱性および離型性に優れた、たとえばＰＦＡまたはＰＴＦＥなどのフッ素樹脂である合成樹脂材料からなる離型層が形成される。定着ベルト５は、基材、弾性層および離型層の３層構成である。本実施形態においては、基材として厚さ７０μｍのポリイミドが用いられ、弾性層として厚さ１５０μｍのシリコンゴムが用いられ、離型層として厚さ３０μｍのＰＦＡチューブが用いられる。

加熱ローラ６によって所定の温度に加熱された定着ベルト５は、定着ニップ部１２を通過する未定着トナー画像が形成された記録紙８を加熱する。定着ベルト５は、加熱ローラ６と定着ローラ３とによって懸架される。定着ベルト５は、加圧ローラ４の回転に従動し、矢符Ｒ２の方向に回転する。加圧ローラ４が矢符Ｒ１の方向に回転し、定着ベルト５が矢符Ｒ２の方向に回転することによって、記録紙８が定着ニップ部１２を通過する。

加熱ローラ６は、略円筒形の形状を有し、略円筒形の中心軸から外周に向かって赤外線吸収層、芯金および保護層が形成された３層構造からなる。赤外線吸収層は、耐熱性のカーボン含有塗料が芯金内側に塗装、焼成されることによって形成される。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が用いられる。保護層としては、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）またはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素樹脂が適している。保護層は、定着ベルト５と加熱ローラ６との接触によって、定着ベルト５のポリイミド層および加熱ローラ６が磨耗することを防ぐ。

本実施形態においては、加熱ローラ６の直径は２８ｍｍであり、赤外線吸収層として厚さ１００μｍのカーボンブラック塗装が用いられ、芯金として直径２８ｍｍであって肉厚が１ｍｍである中空アルミニウムが用いられる。保護層としては、厚さ５０μｍのＰＴＦＥコートが用いられる。

加熱ローラ６の内部には、加熱ローラ６を加熱するヒータランプ７ｂ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７ｂに電力を供給（通電）させることによって、ヒータランプ７ｂが発光し、ヒータランプ７ｂから赤外線が放射される。加熱ローラ６は、加熱ローラ６の内周面がヒータランプ７ｂから放射される赤外線を吸収することによって、加熱ローラ６全体が加熱される。本実施形態では、定格電力９００Ｗのヒータランプ７ｂが使用される。加熱ローラ６には、加熱ローラ６から見て定着ローラ３が配置される方向とは逆方向に、所定の荷重、たとえば５０Ｎが付与される。定着ベルト５にはテンションが与えられるので、加熱ローラ６は、定着ベルト５の回転に伴って回転する。

図２は、定着ベルト５の柔軟性測定方法を説明するための図である。図２（ａ）は、定着ベルト５の外径Ａを示す。定着ベルト５の外径Ａは、定着ベルト５が自重等で変形していない状態で測定することが好ましく、具体的には、定着ベルト５の外側の周長を測定し、それを円周率で割った値を定着ベルト５の外径Ａとする。図２（ｂ）は、第１の金属シャフトである金属パイプ２１および第２の金属シャフトである測定用の荷重ローラ２２が装着された状態の定着ベルト５を示す図である。

金属パイプ２１は外径１３ｍｍで定着ベルト５の幅よりも十分に長く、金属パイプ２１に定着ベルト５を通して、金属パイプ２１を水平にして両端を固定する。その状態で、測定用の荷重ローラ２２を定着ベルト５の下側に通す。荷重ローラ２２は外径１３ｍｍで、定着ベルト５の幅よりも長いものを用いる。本発明では荷重ローラ２２は長さ３３０ｍｍ、重さ１１５ｇである。柔軟性を測定する定着ベルト５の外径Ａは５０ｍｍ、ベルト幅は３２０ｍｍである。荷重ローラ２２の重さを定着ベルト５の幅で割った値は０．３８３ｍｍ／ｇとなる。ここで、荷重ローラ２２が定着ベルト５の外にはみ出す量は、定着ベルト５の一方の端と、もう一方の端とで同じ長さであることが望ましい。また、金属パイプ２１及び荷重ローラ２２は柔軟性測定時に撓まない事が望ましい。

荷重ローラ２２が通された定着ベルト５の外側の上下方向の長さをＢとすると、定着ベルト５が柔らかいほど、長さＢの値は大きくなる。ここで、定着ベルト５の柔軟性Ｓとして、Ｓ＝（Ｂ−Ａ）／Ａと定める。定着ベルト５が柔らかいほど柔軟性Ｓの値は大きくなる。た、定着ベルト５の柔軟性Ｓは、定着ベルト５の層構成、膜厚が同じ場合、定着ベルト５の外径Ａに比例する。例えば、外径５０ｍｍの定着ベルト５の柔軟性が０．１５のとき、定着ベルト５の層構成、膜厚が同じ場合、定着ベルト５の外径が４０ｍｍの柔軟性は０．１２、定着ベルト５の外径が６０ｍｍの柔軟性は０．１８となる。ただし定着ベルト５の外径が、金属パイプ２１及び荷重ローラ２２の外径に近づくと、前記比例関係は崩れてくる。その場合は、金属パイプ２１及び荷重ローラ２２の外径が定着ベルト５の外径の３０％以下になるように、小径のパイプ及びローラを用いる。

図３は、定着ローラ３の反発性測定方法を説明するための図である。定着ローラ３は水平に配置される。球状錘３１は、外径１１ｍｍ、重さが７ｇであって、長さ５０ｃｍの糸３２に吊るされる。球状錘３１は、静止状態において球状錘３１の重心が定着ローラ３の中心軸線を含んだ水平面上に位置し、定着ローラ３と接するように配置される。球状錘３１がこのように配置された位置を最下点３３とする。球状錘３１を吊るす高さは、球状錘３１が最下点３３に位置するように調整される。

次に、糸３２が弛まないように、球状錘３１は、最下点３３から１０ｃｍ引き上げられる。球状錘３１が引き上げられた高さを初期高さＨ１とする。球状錘３１を引き上げる方向は、定着ローラ３の軸方向と垂直な方向である。球状錘３１が静かに放されると、球状錘３１は定着ローラ３に当たり跳ね返る。このとき、最も高く上がった位置と最下点との垂直方向の差を戻り高さＨ２とする。定着ローラ３の反発性が高いほどＨ２は高くなる。定着ローラ３の反発係数Ｒとして、Ｒ＝Ｈ２／Ｈ１と定める。定着ローラ３の反発性が高いほど反発係数Ｒの値は大きくなる。

表１は、定着ベルト５の外径が５０ｍｍの場合の定着ベルト５の柔軟性Ｓと定着ローラ３の反発係数Ｒと定着性との関係を示す。記録紙は、坪量６４ｇの普通紙である。記録紙の用紙サイズは、Ａ４である。画像は、用紙搬送方向の先端および後端にトナーＹＭＣＢｋの４層ブラックが設けられ、トナー量は１．０ｍｇ／ｃｍ^２である。トナーワックス含有量は３％である。先端ボイドは３ｍｍである。定着温度は、設定温度に対し一定になるように制御されるが、温度リップルなどの温度変動によって、設定値に対して±７．５℃であり、１５℃の温度幅を持つ。

定着性は、前記温度変動の範囲内で、オフセットが無く、良好な定着画像が得られた場合は○、オフセットが生じた場合は△、定着直後に用紙巻きつきが発生した場合は×とした。紙の出力は、ウォームアップ直後、待機中、スリープ復帰、連続通紙など様々なモードで行った。定着性は、定着ベルト５の柔軟性Ｓが０．１５以上であって、定着ローラ３の反発係数Ｒが０．６以上である組み合わせにおいて良好である。つまり、定着ベルト５の柔軟性と定着ローラ３の反発性が組み合わさって初めて、所望の定着性が得られることになる。柔軟性Ｓの理論限界は外径５０ｍｍの定着ベルト５の場合は０．４１８であり、反発係数Ｒの理論限界は１である。

定着ベルト５の柔軟性は、定着ベルト５の外径に比例して変化することが実験からわかっている。しかしながら定着ベルト５の層を構成する材料及び各層の膜厚が同じであれば、定着性が良好な条件は変わらない。したがって、定着ベルト５の外径が変わった場合の定着性良好な柔軟性は、例えば外径が４０ｍｍの場合０．１２以上、外径が６０ｍｍの場合０．１８以上というように、外径によって定着性が良好となる柔軟性の値は変化する。定着ベルト５の外径をＡｍｍとすると、定着性が良好となる柔軟性Ｓは
Ｓ＝Ａ×０．００３
と表すことができる。

定着ベルト５の外径が変わった場合の良好な組み合わせは、外径が５０ｍｍの定着ベルト５の柔軟性が得られるベルトの層構成及び膜厚であり、定着ベルト５の外径が４０ｍｍのとき、柔軟性Ｓは０．１２以上、定着ベルト５の外径が６０ｍｍのとき、柔軟性Ｓは０．１８以上となる。

表２は、定着ベルト５の外径が５０ｍｍの場合の定着ベルト５の柔軟性Ｓとベルト基材の膜厚との関係を示す。ベルト基材としてユーピレックスＳ（宇部興産社の商標）およびカプトン（東レ・デュポン社の商標）の２種類のポリイミドが用いられた。表２は、ポリイミドの厚みを変えたときの柔軟性を示す。定着ベルト５は、ポリイミド基材と厚み１５０μｍのシリコンゴム層と厚み３０μｍのＰＦＡチューブとからなる。

定着ローラ３の反発係数Ｒは、定着ローラ３の硬度、またはスポンジゴムの材質、気泡の大きさなどに影響する。たとえば外径３０ｍｍ、スポンジゴム厚５ｍｍ、アスカーＣ硬度４０度の定着ローラ３の反発係数は０．６となる。また、外径３０ｍｍ、スポンジゴム厚５ｍｍ、アスカーＣ硬度２０度の定着ローラ３の反発係数は０．５となる。

表３は、柔軟性Ｓ＝１．０４の定着ベルト５および反発係数Ｒ＝０．６の定着ローラ３を用いて、ニップ面圧を変化させたときの画像評価を示す。表４は、定着ローラ３の硬度に対する光沢ムラの発生の有無を示す。ニップ面圧を増すことによって、トナー量が多いカラーの未定着トナー像の定着性は、良好になる。ニップ面圧が低い場合には、定着ベルト５が記録紙８の凹凸に追従しにくいので、微小な光沢ムラが発生し画質が低下する。画質評価からニップ面圧の下限は、１．４ｋｇｆ／ｃｍ^２（１．３７Ｅ＋５ Ｐａ）である。

スポンジローラの場合には、ニップ面圧の上限は、定着ローラ３の耐久性によって決まる。ニップ面圧の上限は、２．６ｋｇｆ／ｃｍ^２（２．５５Ｅ＋５ Ｐａ）である。定着ローラ３の耐久性は、反発係数Ｒの低下による定着可能範囲の減少、および硬度低下による定着可能温度範囲の下限温度が上昇して定着可能温度範囲が狭くなることから決めることができる。通紙枚数が２００Ｋ枚（２０万枚）の時点で、オフセットが発生したときは、耐久性がないものとする。

定着ローラ３の反発性が良好であれば、定着可能温度範囲は広い。定着ローラ３の反発性を確保するために、定着ローラ３は、アスカーＣ３０度以上の硬度が必要である。スポンジゴムは、熱伝導が小さいので、定着ローラ３としてスポンジゴムが用いられる。加熱ローラ６で加熱された定着ベルト５の熱が定着ローラ３に奪われないので、ウォームアップ時間が短縮される。

スポンジローラは、シリコンゴムを発泡することによって得られる。定着ローラ３の硬度の上限は、定着ローラ３がスポンジローラの気泡が均一な状態で製造される硬度である。定着ローラ３の硬度の上限は、アスカーC５０度である。スポンジローラの気泡が均一でなければ、硬度が不均一になる。硬度が不均一であると、光沢ムラが発生して画質低下に繋がる。さらに、長時間の使用によって、気泡が潰れやすくなるので、定着ローラ３の反発性が低下する。たとえば、アスカーＣ３０度の定着ローラ３を用いて、荷重３００Ｎをかけると面圧は１．４２ｋｇｆ／ｃｍ^２（１．３９Ｅ＋５ Ｐａ）となる。このときのニップ幅は６．６ｍｍ、ニップ長さは３２０ｍｍである。

図４は、定着ベルト５の寄り止め４１について説明するための図である。定着ベルト５の寄り止め４１に定着ベルト５が当接したとき、基材の耐久性が不十分な場合には、定着ベルト５に割れが生じる。ユーピレックスＳの場合には、定着ベルト５に割れが生じない条件として、少なくとも４５μｍ以上の厚さが必要である。円筒状のベルト寄り止め４１は、加熱ローラ６に挿入され、加熱ローラ６の回転に伴って回転する。

定着ローラ３、加圧ローラ４および加熱ローラ６の各ローラの平行度、荷重の左右バランスおよびベルトテンションの左右バランスが適切でない場合には、定着ベルト５が軸方向に移動し、移動速度は大きくなる。定着装置２の組み立て精度および各部品の寸法が許容範囲内であって、十分にバランスが取れた状態において、ベルトの移動は、寄り止め４１によって止めることができる。寄り止め４１には、耐熱性樹脂であるＰＰＳを用いる。寄り止め４１は、定着ベルト５の端部と垂直に当たる。定着ベルト５の基材の強度が弱い場合には、寄り止め４１に接する定着ベルト５の端部に割れが生じる。ここで、定着ベルト５の厚みは定着ベルト５端部の周方向の複数点の測定値の平均値である。好ましくは定着ベルト５の端部から１０ｍｍの範囲内の測定値である。仮に、定着ベルト５の厚みの一部分が４０μｍであっても、平均値が４５μｍ以上あれば、定着ベルト５に割れが生じない。また、定着ベルト５の端部から１０ｍｍより内側の厚みが４５μｍよりも薄く、例えば４０μｍの場合でも定着ベルト５の端部割れは生じない。

表５は、定着ベルト５の外径が５０ｍｍの場合の定着性および耐久性が良好な定着ベルト５の基材の条件を示す。シリコンゴム層は、ＪＩＳ硬度２０度であって、厚さ１５０μｍである。離型層は、厚さ３０μｍのＰＦＡチューブが用いられる。ベルト基材として、宇部興産社製のユーピレックスＳと東レ・デュポン社製のカプトンとを用いた例を示す。基材の厚みの下限は、基材の耐久性によって決められる。定着性は、前記温度変動の範囲内で、オフセットが無く、良好な定着画像が得られた場合は○、オフセットが生じた場合は△、定着直後に用紙巻きつきが発生した場合は×とした。耐久性については、通紙枚数が２００Ｋ枚（２０万枚）までオフセットが発生しない場合は○とし、ベルト端部に割れが発生した場合は×とした。なお、表６〜表８についても同様の評価とした。

他のシリコンゴム層、離型層の厚さの選択も可能である。表６においては、定着ベルト５のシリコンゴム層はＪＩＳ硬度２０度であって、厚さ１５０μｍである。離型層は、厚さ２０μｍのＰＦＡチューブが用いられる。表７においては、定着ベルト５のシリコンゴム層はＪＩＳ硬度２０度であって、厚さ２５０μｍ、離型層は、厚さ３０μｍのＰＦＡチューブが用いられる。表８においては、定着ベルト５のシリコンゴム層はＪＩＳ硬度２０度であって、厚さ１５０μｍ、離型層は、厚さ２０μｍのＰＦＡコートが用いられる。

基材が同じでも、離型層を薄くすると柔軟性Ｓが向上することが分かる。またシリコンゴム層を厚くすると柔軟性Ｓは低下する。さらに離型層が同じ厚みでも、チューブよりもコートのほうが柔軟性Ｓが向上する。表５から表８までを総合して、ポリイミド基材の適切な膜厚は４５〜９０μｍであることがわかる。

以上の実施例における柔軟性は、定着ベルト５の外径が５０ｍｍの場合であるが、他の外径φｍｍの定着ベルト５を用いた場合は、表１，２、５、６，７，８の柔軟性Ｓにφ／５０を乗じた値が外径φｍｍの定着ベルト５の柔軟性の値となり、それ以外の値、及び評価結果は同じとなる。表９、１０を用いて、外径が５０ｍｍ以外の定着ベルト５について説明する。

表９に定着ベルト５の外径が４０ｍｍの場合の柔軟性と反発係数の良好な組み合わせを示す。また、表１０に定着ベルト５の外径が６５ｍｍの場合の柔軟性と反発係数の良好な組み合わせを示す。良好な組み合わせは、φ４０ベルトの場合、柔軟性が０．１２以上かつ反発係数が０．６以上となり、φ６５ベルトの場合、柔軟性が０．２以上かつ反発係数が０．６以上となる。このように定着ベルト５の外径をＡとすると、柔軟性はＡ＊０．００３以上必要なことがわかる。

図８は、定着ベルト５の外径を変えたときの柔軟性の実施例Ａ１，Ｂ１と柔軟性の理論限界を示す。横軸は、定着ベルト５の外径（ｍｍ）を示し、縦軸は、柔軟性指標を示す。四角形は実施例Ａ１を示し、三角形は実施例Ｂ１を示す。実施例Ａ１は、外径４４ｍｍと５０ｍｍと６４ｍｍの３種類の定着ベルト５の柔軟性を示す。定着ベルト５の構成は、表層がＰＦＡコート２０μｍ、ゴム層が１５０μｍ、基材が５０μｍのユーピレックスＳポリイミドである。実施例Ｂ１は外径４０ｍｍと５０ｍｍと６５ｍｍの３種類の定着ベルト５の柔軟性を示す。定着ベルト５の構成は、表層がＰＦＡチューブ３０μｍ、ゴム層が１５０μｍ、基材が５０μｍのユーピレックスＳポリイミドである。このように、定着ベルト５の外径が少なくとも４０ｍｍから６５ｍｍの範囲において、柔軟性は定着ベルト５の外径に比例する。実施例Ａ１，Ｂ１は、ともに反発係数が０．６以上の定着ローラ３との組み合わせにおいて、良好な定着性能を示す。

表１１は、定着ローラ３の弾性層の厚みと定着性との関係を示す。図９は、定着ローラ３の弾性層の定着ニップ部１２の出口での形状と用紙剥離性との関係を説明するための図である。図９では、定着ローラ３および加圧ローラ４の芯金を省略して示している。定着ローラ３の弾性層の最適な厚み寸法について説明する。

実験条件を以下に示す。定着ローラ３は、外径が３０ｍｍであり、弾性層が厚み３〜７ｍｍのシリコンスポンジゴム、芯金が無垢の鉄である。定着ベルト５は、柔軟性Ｓが０．１５である。定着ローラ３の弾性層を、以下「定着ローラ弾性層」１２１ともいう。定着ベルト５の構成は、基材のポリイミド層が厚み５０μｍ、弾性層であるゴム層が厚み１５０μｍ、離型層である表層のＰＦＡチューブが厚み３０μｍである。

加熱ローラ６は、直径が２８ｍｍであり、芯金が肉厚０．７ｍｍのアルミニウム、赤外線吸収層が厚み１００μｍのカーボンブラック塗料、保護層が厚み５０μｍのＰＴＦＥコートである。加圧ローラ４は、直径が３０ｍｍであり、弾性層が厚み１ｍｍのシリコンソリッドゴム、芯金が厚み１ｍｍの中空の鉄、離型層が５０μｍのＰＦＡチューブである。加圧ローラ４の弾性層を、以下「加圧ローラ弾性層」１２２ともいう。

プロセス速度、すなわち定着速度は、２２０ｍｍ／ｓに設定し、用紙は、坪量６４ｇの普通紙を用いた。画像は、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｂ）の４色積層によって、用紙搬送方向の先端に、トナー量が１．０ｍｇ／ｃｍ^２の黒べたで形成される。

定着ローラ弾性層１２１において、定着ベルト５を介して加圧ローラ４によって圧接されているときの厚み寸法Ｍと、圧接されていないときの厚み寸法Ｎとの比率を、「押込み率」Ｌとする。定着ローラ弾性層１２１の押込み率Ｌは、
Ｌ＝（Ｎ−Ｍ）／Ｎ
で表わされる。

本実験では、定着ローラ弾性層１２１の押込み率Ｌが３０％となる荷重を、定着ローラ３と加圧ローラ４とに加えた。定着性については、前記温度変動の範囲において、トナーオフセットおよび極端な光沢の低下が見られないとき○とし、トナーオフセットおよび極端な光沢の低下が見られたとき×とした。

図９において、加圧ローラ４は、定着ベルト５を介して定着ローラ３を圧接している。定着ローラ３は、定着ベルト５と接する表面部が定着ローラ弾性層１２１によって形成される。定着ベルト５は、図示せず省略して説明する。矢符Ｒ２は、定着ローラ３が回転する向きを示し、矢符Ｒ１は、加圧ローラ４が回転する向きを示す。

本発明の定着ベルト５は、定着ローラ弾性層１２１であるシリコンスポンジゴムの変形に対する形状の追従性に優れるので、定着ベルト５の定着ニップ部１２の出口での形状は、定着ローラ弾性層１２１の形状とほぼ同じである。定着ニップ部１２の出口とは、定着ニップ部１２において用紙が搬送される下流側の端部である。

定着ニップ部１２の出口において、定着ローラ弾性層１２１と加圧ローラ弾性層１２２とは、互いに曲面を形成して接する。この定着ニップ部１２の出口において、定着ローラ弾性層１２１の接線１２３と、加圧ローラ弾性層１２２の接線１２４との角度Ｖが大きいほど、用紙の剥離性が優れる。定着ローラ３および加圧ローラ４は、小径のものを用いることによって、角度Ｖを大きくして用紙の剥離性を良好にすることができる。

図９（ａ）の定着ローラ弾性層１２１は、厚み寸法が３ｍｍで形成される。定着ローラ弾性層１２１は、加圧ローラ弾性層１２２によって荷重をかけられても、大きく圧縮することはない。したがって、定着ローラ弾性層１２１は、定着ニップ部１２の出口において角度Ｖが小さくなって用紙の剥離性が劣るので、定着温度が変動したときに、ホットオフセット、用紙巻きつきなどの不具合を発生させやすくなる。

図９（ｃ）の定着ローラ弾性層１２１は、厚み寸法が７ｍｍで形成される。定着ローラ弾性層１２１は、定着ニップ部１２では加圧ローラ４によって押し込まれて凹状に変形するのに対して、定着ニップ部１２の出口付近では凸状に膨らむように変形する。この凸状の膨らみである凸部１２５は、角度Ｖを小さくして用紙の剥離性を悪化させる。

図９（ｂ）の定着ローラ弾性層１２１は、厚み寸法が４ｍｍ以上６ｍｍ以下で形成される。角度Ｖは、上述の図９（ａ）および図９（ｃ）で示した角度Ｖよりも大きくなるので、定着ローラ弾性層１２１は、トナー像に対する付着力が低減され、用紙の離脱性に優れる。

以上のように、定着ローラ弾性層１２１の厚み寸法は、用紙にトナー像を定着させるときの最適な厚み寸法が存在する。定着ローラ弾性層１２１の厚み寸法は、４ｍｍ以上６ｍｍ以下であることが好ましい。

表１２は、定着ローラ弾性層１２１の押込み率Ｌ、定着性、および耐久性の関係を示す。実験条件を以下に示す。定着ローラ３は、外径が３０ｍｍであり、定着ローラ弾性層１２１が厚み５ｍｍのシリコンスポンジゴム、芯金が無垢の鉄である。定着ベルト５は、柔軟性Ｓが０．１５である。定着ベルト５の構成は、基材のポリイミド層が厚み５０μｍ、弾性層であるゴム層が厚み１５０μｍ、離型層である表層のＰＦＡチューブが厚み３０μｍである。

加熱ローラ６は、直径が２８ｍｍであり、芯金が肉厚０．７ｍｍのアルミニウム、赤外線吸収層が厚み１００μｍのカーボンブラック塗料、保護層が厚み５０μｍのＰＴＦＥコートである。加圧ローラ４は、直径が３０ｍｍであり、加圧ローラ弾性層１２２が厚み１ｍｍのシリコンソリッドゴム、芯金が厚み１ｍｍの中空の鉄、離型層が５０μｍのＰＦＡチューブである。

プロセス速度、すなわち定着速度は、２２０ｍｍ／ｓに設定し、用紙は、坪量６４ｇの普通紙を用いた。画像は、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｂ）の４色積層によって、用紙搬送方向の先端に、トナー量が１．０ｍｇ／ｃｍ^２の黒べたで形成される。

本実験では、定着ローラ弾性層１２１の押込み率Ｌが２０％、２５％、３０％、３５％、４０％となる荷重を、定着ローラ３と加圧ローラ４とに加えた。定着性については、前記温度変動の範囲において、トナーオフセットおよび極端な光沢の低下が見られないとき○とし、トナーオフセットおよび極端な光沢の低下が見られたとき×とした。耐久性については、用紙枚数が２００Ｋ枚の時点での定着性について、初期の定着性と変化が無ければ耐久性が良好であるとして○とし、初期の定着性よりも悪化すれば耐久性が良好でないとして×とした。

定着ローラ弾性層１２１は、押込み率Ｌが２０％のとき、定着性が悪くなり、また図９（ａ）で示したように角度Ｖが小さくなるので、用紙の剥離性を低下させる。定着ローラ弾性層１２１は、押込み率Ｌが４０％のとき、加圧ローラ４から押圧される負荷が大きくなり、耐久性が低下する。

以上のように、定着ローラ弾性層１２１の押込み率Ｌは、定着性および耐久性について最適な範囲が存在する。定着ローラ弾性層１２１の押込み率Ｌは、２５％以上、３５％以下が好ましい。

定着ニップ部１２の出口での定着直後のトナーは、高温であって粘着性があるため、定着ベルト５から離れにくい。定着ベルト５の柔軟性と定着ローラ３の反発性に加えて、定着ベルト５とトナーとの離型性を高めるために、トナーに添加するワックスが重要な役割を果たす。ワックス量が多い場合には、定着ベルト５に対するトナーの離型性が向上するため、定着可能温度範囲は拡大する。ワックス量が多い場合には、その反面、トナー流動性が低下する。トナー流動性が低下すると、トナー補給が滞り、画質が低下する。ワックス量が少ない場合には、トナー流動性は良好であるが、定着可能温度範囲が狭くなる。ワックス量が少ないので、トナーと定着ベルト５の離型性が低下するためである。

表１３は、ワックス量と定着可能温度範囲とトナー流動性との関係を示す。ＷＡＸ含有量が１．５％以上であれば定着可能温度範囲に影響はなく、ＷＡＸ含有率が４．８％以下であれば、トナー流動性の低下はない。

トナーは、少なくとも結着樹脂、着色剤およびワックスを含む。結着樹脂としては、特に限定されるものではなく、ブラックトナー用の結着樹脂またはカラートナー用の結着樹脂が使用される。たとえば、ポリエステル系樹脂、ポリスチレンおよびスチレン−アクリル酸エステル共重合樹脂などのスチレン系樹脂、ポリメチルメタクリレートなどのアクリル系樹脂、ポリエチレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン、ならびにエポキシ樹脂などが挙げられる。

あるいは、結着樹脂として、原料モノマー混合物に離型剤を混合し、重合反応させて得られる樹脂を用いてもよい。この場合には、ポリエステル樹脂を含むことが好ましい。結着樹脂にポリエステル樹脂を含むことによって、離型剤の分散状態制御性が向上し、一層優れた定着性を有するトナーが得られる。さらに、トナーに優れた耐久性と透明性とを付与することができる。結着樹脂は、１種を単独で使用することができ、または２種以上を併用することもできる。

ポリエステル樹脂としては、とくに制限されるものではなく公知のものが使用される。たとえば、多塩基酸類と多価アルコール類との縮重合物が挙げられる。多塩基酸類とは、多塩基酸、および多塩基酸の誘導体たとえば多塩基酸の酸無水物またはエステル化物などのことである。多価アルコール類とは、ヒドロキシル基を２個以上含有する化合物のことであり、アルコール類およびフェノール類のいずれをも含む。

多塩基酸類としては、ポリエステル樹脂のモノマーとして常用されるものを使用できる。たとえば、テレフタル酸、イソフタル酸、無水フタル酸、無水トリメリット酸、ピロメリット酸およびナフタレンジカルボン酸などの芳香族カルボン酸類、無水マレイン酸、フマル酸、コハク酸およびアジピン酸などの脂肪族カルボン酸類が使用される。多塩基酸類は、１種を単独で使用してもよく、あるいは、２種以上を併用して使用してもよい。

多価アルコール類としては、ポリエステル樹脂のモノマーとして常用されるものが使用される。たとえば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコールおよびグリセリンなどの脂肪族多価アルコール類、シクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノールおよび水添ビスフェノールＡなどの脂環式多価アルコール類、ビスフェノールＡのエチレンオキサイド付加物およびビスフェノールＡのプロピレンオキサイド付加物などの芳香族系ジオール類が挙げられる。

「ビスフェノールＡ」とは、２，２−ビス（ｐ−ヒドロキシフェニル）プロパンのことである。ビスフェノールＡのエチレンオキサイド付加物としては、たとえばポリオキシエチレン−２，２−ビス(４−ヒドロキシフェニル)プロパンが挙げられる。ビスフェノールＡのプロピレンオキサイド付加物としては、たとえばポリオキシプロピレン−２，２−ビス(４−ヒドロキシフェニル)プロパンが挙げられる。多価アルコール類は、１種を単独で使用してもよく、また２種以上を併用して使用してもよい。

ポリエステル樹脂は、縮重合反応によって合成することができる。たとえば、有機溶媒中または無溶媒下で、触媒の存在下に多塩基酸類と多価アルコール類とを重縮合反応、具体的には脱水縮合反応させることによって合成することができる。このとき、多塩基酸類の一部に、多塩基酸のメチルエステル化物を用い、脱メタノール重縮合反応を行なってもよい。多塩基酸類と多価アルコール類との重縮合反応は、生成するポリエステル樹脂の酸価および軟化点が、合成しようとするポリエステル樹脂における値となったところで終了させればよい。

この重縮合反応において、多塩基酸類と多価アルコール類との配合比および反応率などの反応条件を適宜変更することによって、たとえば、得られるポリエステル樹脂の末端に結合するカルボキシル基の含有量、ひいては得られるポリエステル樹脂の酸価、軟化点、その他の物性値を調整することもできる。

本実施形態において、結着樹脂の酸価は、５ｍｇＫＯＨ／ｇ以上３０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であることが好ましい。結着樹脂の酸価が５ｍｇＫＯＨ／ｇ未満であると、結着樹脂の酸価が５ｍｇＫＯＨ／ｇ以上である場合と比較して、結着樹脂と離型剤との親和性が大きくなるので、定着の際に離型剤がトナー表面に溶出しにくくなり、定着不良として高温オフセットが発生しやすくなる。結着樹脂の酸価が３０ｍｇＫＯＨ／ｇを超えると、結着樹脂の酸価が３０ｍｇＫＯＨ／ｇ未満の場合より、トナー表面に残存する官能基が多くなり、水分を吸収しやすくなるので、高湿条件下においてトナー帯電量が低下し、帯電安定性が損なわれるおそれがある。

さらに、結着樹脂中における離型剤の分散性が低下しやすくなるので、トナーの製造の際に混練が不充分である場合には、トナー表面の離型剤の分散径が大きくなる可能性がある。結着樹脂の酸価が５ｍｇＫＯＨ／ｇ以上３０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であることによって、トナー粒子中での離型剤の分散性を所望の範囲にする、具体的には、トナー表面の離型剤の分散径を３００ｎｍ未満に安定してすることができ、高湿条件下でのトナー帯電量の低下を抑えることができ、定着性が良好になるように結着樹脂と離型剤との親和性を制御することができる。

したがって、帯電安定性をより一層良好にすることができ、かつより良好な定着性を有することができるので、長期間にわたって高精細で高解像度の高画質画像をより一層安定して形成することができる。結着樹脂の酸価は、結着樹脂の合成において、結着樹脂の原料モノマー混合物、たとえばポリエステル樹脂の場合には、多塩基酸類、多価アルコール類の配合比および反応率などの反応条件を適宜変更することによって、得られる結着樹脂の末端に結合するカルボキシル基の含有量、ひいては得られる結着樹脂の酸価を調整することができる。

着色剤としては、たとえば、イエロートナー用着色剤、マゼンタトナー用着色剤、シアントナー用着色剤およびブラックトナー用着色剤などが挙げられる。

イエロートナー用着色剤としては、たとえば、カラーインデックスによって分類されるＣ．Ｉ．ピグメントイエロー１、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー５、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１２、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１５、およびＣ．Ｉ．ピグメントイエロー１７、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー７４、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー９３、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１８０、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１８５などの有機系顔料、黄色酸化鉄および黄土などの無機系顔料、Ｃ．Ｉ．アシッドイエロー１などのニトロ系染料、Ｃ．Ｉ．ソルベントイエロー２、Ｃ．Ｉ．ソルベントイエロー６、Ｃ．Ｉ．ソルベントイエロー１４、Ｃ．Ｉ．ソルベントイエロー１５、Ｃ．Ｉ．ソルベントイエロー１９、およびＣ．Ｉ．ソルベントイエロー２１などの油溶性染料などが挙げられる。

マゼンタトナー用着色剤としては、たとえば、カラーインデックスによって分類されるＣ．Ｉ．ピグメントレッド４９、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド５７、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド８１、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１２２、Ｃ．Ｉ．ソルベントレッド１９、Ｃ．Ｉ．ソルベントレッド４９、Ｃ．Ｉ．ソルベントレッド５２、Ｃ．Ｉ．ベーシックレッド１０、およびＣ．Ｉ．ディスパーズレッド１５などが挙げられる。

シアントナー用着色剤としては、たとえば、カラーインデックスによって分類されるＣ．Ｉ．ピグメントブルー１５、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１６、Ｃ．Ｉ．ソルベントブルー５５、Ｃ．Ｉ．ソルベントブルー７０、Ｃ．Ｉ．ダイレクトブルー２５、およびＣ．Ｉ．ダイレクトブルー８６などが挙げられる。

ブラックトナー用着色剤としては、たとえば、チャンネルブラック、ローラーブラック、ディスクブラック、ガスファーネスブラック、オイルファーネスブラック、サーマルブラック、およびアセチレンブラックなどのカーボンブラックが挙げられる。これら各種カーボンブラックの中から、得ようとするトナーの設計特性に応じて、適切なカーボンブラックを適宜選択すればよい。

これらの顔料以外にも、紅色顔料、緑色顔料などを使用することができる。着色剤は、１種を単独で使用することができ、あるいは、２種以上を併用することができる。同色系のものを２種以上用いることができ、異色系のものをそれぞれ１種または２種以上用いることもできる。

本発明に用いるトナー中の着色剤は、マスターバッチとして使用されることが好ましい。着色剤のマスターバッチは、たとえば、合成樹脂の溶融物と着色剤とを混練することによって製造することができる。合成樹脂としては、トナーの結着樹脂と同種の樹脂またはトナーの結着樹脂に対して良好な相溶性を有する樹脂が使用される。合成樹脂と着色剤との使用割合は特に制限されないが、好ましくは合成樹脂１００重量部に対して３０重量部以上１００重量部以下である。マスターバッチは、たとえば粒径２〜３ｍｍ程度に造粒されて用いられる。

着色剤の含有量は、特に制限されないが、好ましくは結着樹脂１００重量部に対して４重量部以上２０重量部以下である。マスターバッチを用いる場合、本発明のトナーにおける着色剤の含有量が前記範囲になるように、マスターバッチの使用量を調整することが好ましい。着色剤を前記範囲で用いることによって、充分な画像濃度を有し、発色性が高く画像品位に優れる良好な画像を形成することができる。

離型剤としては、特に限定されるものではなく、公知のものを使用することができる。たとえば、パラフィンワックスおよびその誘導体、ならびにマイクロクリスタリンワックスおよびその誘導体などの石油系ワックス、フィッシャートロプシュワックスおよびその誘導体、ポリオレフィンワックスおよびその誘導体、低分子ポリプロピレンワックスおよびその誘導体、ならびにポリオレフィン系重合体ワックスおよびその誘導体などの炭化水素系合成ワックス、カルナバワックスおよびその誘導体、エステル系ワックスなどが挙げられる。

本発明に用いる離型剤の含有量は、トナー全重量に対して１．５重量％以上、４．８重量％以下が良い。１．５重量％未満では、ベルトに対するトナーの離型性が低下し、定着オフセットが発生する。一方、４．８重量％超では、定着性は良好であるものの現像装置内の撹拌熱によりトナーが凝集し、良好な画像が得られない。離型剤の酸価は、４ｍｇＫＯＨ／ｇ未満である。離型剤の酸価が４ｍｇＫＯＨ／ｇ以上であると、離型剤の酸価が４ｍｇＫＯＨ／ｇ未満である場合と比較して、離型剤と結着樹脂との親和性が高くなるので、定着の際に離型剤がトナーから溶出しにくくなり、高温オフセットが発生しやすくなる。

トナーには、結着樹脂、着色剤、離型剤の他に、帯電制御剤などのトナー添加成分を含有することが好ましい。帯電制御剤を含有させることによって、トナーに好ましい帯電性を付与することができる。帯電制御剤としては、正電荷制御用または負電荷制御用の帯電制御剤が使用される。

帯電制御剤としては、たとえば、ニグロシン染料、塩基性染料、四級アンモニウム塩、四級ホスホニウム塩、アミノピリン、ピリミジン化合物、多核ポリアミノ化合物、アミノシラン、ニグロシン染料およびその誘導体、トリフェニルメタン誘導体、グアニジン塩、およびアミジン塩などの正電荷制御用の帯電制御剤と、たとえば、オイルブラックおよびスピロンブラックなどの油溶性染料、含金属アゾ化合物、アゾ錯体染料、ナフテン酸金属塩、サリチル酸およびその誘導体の金属錯体および金属塩（金属はクロム、亜鉛、ジルコニウムなど）、ホウ素化合物、脂肪酸石鹸、長鎖アルキルカルボン酸塩、ならびに樹脂酸石鹸などの負電荷制御用の帯電制御剤とが挙げられる。帯電制御剤は１種を単独で使用することができ、あるいは２種以上を併用することができる。

帯電制御剤の使用量は、好ましくは結着樹脂１００重量部に対して０．５重量部以上５重量部以下であり、より好ましくは結着樹脂１００重量部に対して０．５重量部以上３重量部以下である。帯電制御剤が５重量部よりも多く含まれると、キャリアが汚染されてしまい、トナー飛散が発生するおそれがある。帯電制御剤の含有量が０．５重量部未満であると、トナーに十分な帯電特性が付与されない。

本実施形態において、トナーの体積平均粒子径は５．０μｍ以上７．０μｍ以下であり、個数平均粒子径が５．０μｍ以下であるトナー粒子の含有率は、全トナー粒子の４０個数％未満であることが好ましい。トナーの粒径分布および個数分布がこの範囲を満足することによって、トナーの飛散は抑えられ、高精細で高解像度の高画質画像が形成される。体積平均粒子径が５．０μｍ未満では、流動性低下によるトナー飛散が発生し、体積平均粒子径が７．０μｍを超えると、充分に高精細で高解像度化された画像が形成されない。個数平均粒子径が５．０μｍ以下であるトナー粒子の含有率が、全トナー粒子の４０個数％以上では、流動性低下によるトナー飛散および転写効率の悪化によるかぶりが生じる。

本実施形態において、トナーの体積平均粒径（Ｄ_50V）および個数平均粒子径が５．０μｍ以下であるトナー粒子の含有率（体積％、個数％）は、ベックマン・コールター株式会社製粒度分布測定装置「Ｍｕｌｔｉｓｉｚｅｒ３」によって測定される。測定条件を以下に示す。
アパーチャ径：１００μｍ
測定粒子数：５００００カウント
解析ソフト：コールターマルチサイザーアキュコンプ バージョン１．１９（ベックマン・コールター株式会社製）
電解液：ＩＳＯＴＯＮ−ＩＩ（ベックマン・コールター株式会社製）
分散剤：アルキルエーテル硫酸エステルナトリウム

測定手順は、ビーカーに電解液５０ｍｌ、試料であるトナー２０ｍｇおよび分散剤１ｍｌを加え、超音波分散器にて３分間分散処理して測定用試料を調製し、測定装置「Ｍｕｌｔｉｓｉｚｅｒ３」により粒径の測定を行う。得られた測定結果から試料粒子の体積粒度分布および個数粒度分布を求め、体積粒度分布からトナーの体積平均粒径（Ｄ_50V）を求める。また個数粒度分布から、個数平均粒子径が５．０μｍ以下であるトナー粒子の含有率（個数％）を求める。

トナーには、たとえば、粉体流動性向上、摩擦帯電性向上、耐熱性、長期保存性改善、クリーニング特性改善および感光体表面磨耗特性制御などの機能を担う外添剤を混合してもよい。外添剤としては、たとえば、シリカ微粉末、酸化チタン微粉末およびアルミナ微粉末などが挙げられる。外添剤は、１種を単独で使用することができ、あるいは、２種以上を併用することができる。

外添剤の添加量としては、トナーに必要な帯電量、外添剤を添加することによる感光体の摩耗に対する影響、トナーの環境特性などを考慮して、トナー粒子１００重量部に対し０．１重量部以上１０重量部以下が好適であり、２．０重量部以上４．０重量部未満がより好適である。外添剤を２．０重量部以上４．０重量部未満含むことにより、さらに流動性が良好で個々のトナー粒子の帯電を適正に制御することができるので、定着性を損なうことなく、かぶりが発生しない、高画質な画像を形成することができる。

外添剤の含有量が２．０重量部未満であると、トナー（特に小粒径トナー）に十分な流動性を付与することができないため、個々のトナー粒子が十分帯電されずに非画像部でのかぶりが発生しやすくなる。外添剤の含有量が４．０重量部以上であると、外添剤粒子同士が凝集しやすくなるため、トナー表面を効率よく覆うことができずに流動性を上げることができないため、個々のトナー粒子が十分帯電されずに非画像部でのかぶりが発生しやすい。

トナーの製造方法は、少なくとも、結着樹脂、着色剤および離型剤を含む樹脂組成物を乾式混合（前混合）して溶融混練後、粉砕分級してトナーの母体（コア）を作成する。次いで、トナーの母体（コア）と外添剤とを乾式混合して所望のトナーを得る。乾式混合に用いられる混合機としては、公知のものを使用でき、たとえば、ヘンシェルミキサ（商品名：ＦＭミキサ、三井鉱山株式会社製）、スーパーミキサ（商品名、株式会社カワタ製）およびメカノミル（商品名、岡田精工株式会社製）などのヘンシェルタイプの混合装置、オングミル（商品名、ホソカワミクロン株式会社製）、ハイブリダイゼーションシステム（商品名、株式会社奈良機械製作所製）、ならびにコスモシステム（商品名、川崎重工業株式会社製）などが挙げられる。

トナーは、前述の前混合における離型剤の添加量を結着樹脂１００重量部に対して２．５重量部以上６．０重量部以下とする。混練機としては公知のものが使用される、たとえば、二軸押出し機、三本ロールおよびラボブラストミルなどの一般的な混練機が使用される。たとえば、ＴＥＭ−１００Ｂ（商品名、東芝機械株式会社製）、ＰＣＭ−６５／８７、ＰＣＭ−３０（以上いずれも商品名、株式会社池貝製）などの１軸または２軸のエクストルーダ、ニーデックス（商品名、三井鉱山株式会社製）などのオープンロール方式の混練機が挙げられる。これらの中でも、オープンロール方式の混練機が好ましい。トナー原料混合物は、複数の混練機を用いて溶融混練されてもよい。

トナーの粉砕には、たとえば、超音速ジェット気流を利用して粉砕するジェット式粉砕機、高速で回転する回転子であるロータと固定子であるライナとの間に形成される空間に、粗粉砕物を導入して粉砕する衝撃式粉砕機などが用いられる。

分級には、遠心力による分級または風力による分級によって過粉砕トナー粒子および粗大トナー粒子を除去することができる公知の分級機が使用される。たとえば、旋回式風力分級機（ロータリー式風力分級機）などが使用される。トナーは、球形化処理をしても良い。機械的衝撃力による球形化処理に用いられる衝撃式球形化装置としては、市販されているものを使用することができ、たとえば、ファカルティ（商品名、ホソカワミクロン株式会社製）などが用いられる。熱風による球形化処理に用いられる熱風式球形化装置としては、市販されているものを使用することができる。たとえば、表面改質機メテオレインボー（商品名、日本ニューマチック工業株式会社製）などが用いられる。

球形化処理は、トナーの円形度が、前述の好ましいトナーの円形度の範囲、具体的には、０．９５０以上０．９６０以下となるように行われることが好ましい。本発明のトナーの製造方法として粉砕法を例示したが、特に粉砕法に限定しなくてもよい。たとえば、懸濁重合法、乳化重合法、溶解懸濁法、エステル伸張重合法などが用いられる。

上述のようにして製造される本発明のトナーは、そのまま１成分現像剤として使用することができ、またキャリアと混合して２成分現像剤として使用することができる。すなわち、本発明の実施の一形態である現像剤は、本発明のトナーを含む。これによって、良好な定着性と良好な帯電安定性とを有し、長期の使用にわたり特性の安定した現像剤とすることができるので、良好な現像性を維持することのできる現像剤が得られる。

現像剤は、本発明のトナーとキャリアとからなる２成分現像剤であることが好ましい。本発明のトナーは、保存安定性に優れるので、現像剤の流動性低下を抑え、帯電安定性および現像性の良好な２成分現像剤が得られる。このような２成分現像剤を用いることによって、トナー飛散がなく、長期間にわたって高精細で高解像度の高画質画像を安定して形成することができる。

２成分現像剤を構成するキャリアとしては、磁性を有する粒子が使用される。磁性を有する粒子の具体例としては、たとえば、鉄、フェライトおよびマグネタイトなどの金属、これらの金属とアルミニウムまたは鉛などの金属との合金などが挙げられる。これらの中でも、フェライトが好ましい。

磁性を有する粒子に樹脂を被覆した樹脂被覆キャリア、または樹脂に磁性を有する粒子を分散させた樹脂分散型キャリアなどをキャリアとして用いてもよい。樹脂被覆キャリアに用いられる樹脂としては特に制限はないけれども、たとえば、オレフィン系樹脂、スチレン系樹脂、スチレン／アクリル系樹脂、シリコン系樹脂、エステル系樹脂、およびフッ素含有重合体系樹脂などが挙げられる。また樹脂分散型キャリアに用いられる樹脂としても特に制限されないけれども、たとえば、スチレンアクリル樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素系樹脂、およびフェノール樹脂などが挙げられる。

キャリアの形状は、球形または扁平形状が好ましい。キャリアの体積平均粒子径は特に制限されないけれども、高画質化を考慮すると、１０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、３０μｍ以上５０μｍ以下であることが、より好ましい。キャリアの体積平均粒子径が１０μｍ未満である場合には、キャリアの体積平均粒子径が１０μｍ以上である場合と比較して、キャリアと現像ローラとの間の磁力が弱くなるので、現像工程において、キャリアがトナーと一緒に現像されやすくなる。

キャリアの体積平均粒子径が１００μｍを超えると、個々のトナー粒子を充分に帯電させることができないおそれがある。キャリアの体積平均粒子径が１０μｍ以上１００μｍ以下であることによって、キャリアの体積平均粒子径が１００μｍを超える場合と比較して、トナーとキャリアとの接触機会を増やすことができるので、個々のトナー粒子の帯電を制御し、充分なトナー帯電性を付与することができる。したがって、トナーの現像性が良好な２成分現像剤を得ることができる。キャリアの体積平均粒子径が３０μｍ以上５０μｍ以下であることによって、上記の効果をより安定して発揮することができる。

本実施形態において、キャリアの体積平均粒子径は、レーザ回折、散乱式粒度分布測定装置マイクロトラック（商品名：マイクロトラックＭＴ３０００、日機装株式会社製）を用いて測定する。

本発明に用いたトナーの製造方法の一例を下記に示す。ポリエステル樹脂Ａ、８１．８重量部、マスターバッチ（Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ５７：１を４０重量％含有）
１２重量部、パラフィンワックス（離型剤、商品名：ＨＮＰ１０、日本精鑞株式会社製、酸価０ｍｇＫＯＨ／ｇ、融点７５℃）５．０重量部、アルキルサリチル酸金属塩（帯電制御剤、商品名：ＢＯＮＴＲＯＮ Ｅ−８４、オリエント化学株式会社製）１．５重量部を、ヘンシェルミキサで１０分間混合することによって、混合物を作製する。混合物を、オープンロール型連続混練機（商品名：ＭＯＳ３２０−１８００、三井鉱山株式会社製）で溶融混練し、溶融混練物を作製する。

溶融混練物をカッティングミル（商品名：ＶＭ−１６、菱興産業株式会社製）で粗粉砕して粗粉砕物を作製した後、粗粉砕物をカウンタジェットミルで微粉砕する。粉砕後、ロータリー式分級機で過粉砕トナーを分級除去することによって、体積平均粒子径が約６．７μｍであるトナー母体（コア）が作製される。

衝撃式球形化装置（商品名：ファカルティＦ−６００型、ホソカワミクロン株式会社製）を用いて粉砕物の球形化物を作製する。トナー１００重量部、および外添剤として疎水性シリカ（商品名：Ｒ−９７４、日本アエロジル株式会社製）２．２重量部と、疎水性チタン（商品名：Ｔ−８０５、日本アエロジル株式会社製）１．６重量部との合計３．８重量部をヘンシェルミキサ（商品名：ＦＭミキサ、三井鉱山株式会社製）で混合することによってトナーに外添剤が外添される。ＷＡＸの含有量は、トナー全重量に対して４．８重量％である。

パラフィンワックスを１．５重量部（トナー全重量に対する含有量は、１．４９重量％）、２重量部（トナー全重量に対する含有量は、１．９８重量％）、３．５重量部（トナー全重量に対する含有量は、３．４１重量％）とした場合は、いずれも良好な定着性が得られ、現像装置内でのトナーの凝集も見られず、良好な画像が得られる。ワックスの含有量は、１．５重量％以上４．８重量％以下の場合は良好である。

しかし、パラフィンワックスを１重量部（トナー全重量に対する含有量は、１．０重量％）では、定着オフセットが発生する。パラフィンワックスを５．５重量部（トナー全重量に対する含有量は、５．２６重量％）では、定着性は良好であるが、現像装置内でトナーの凝集が発生し、画像にトナー凝集物が認められる。

２成分現像剤の作製は、キャリアとして、体積平均粒子径が４５μｍであるフェライトコアキャリアを用いて、キャリアに対するトナーの被覆率が６０％となるようにＶ型混合器混合機（商品名：Ｖ−５、株会社特寿工作所製）で２０分間混合することによって、実施例１のトナーを含む２成分現像剤とする。

図５は、定着装置２を備えた画像形成装置１を模式的に示す概略図である。画像形成装置１をカラー複合機に適用した例である。本発明の実施の形態に係るカラー複合機は、第１〜第４可視像形成ユニット５１，５２，５３，５４、中間転写ベルト５５、２次転写ユニット５６、定着ユニット２、内部給紙ユニット５７および手差し給紙ユニット５８を備える。第１〜第４可視像形成ユニット５１，５２，５３，５４、中間転写ベルト５５および２次転写ユニット５６は、トナー像形成手段を構成する。

第１可視画像形成ユニット５１は、感光体５９と、帯電ユニット６０と、図示しない光学系ユニットと、現像ユニット６１と、１次転写ユニット６２とを含み、これらのユニットで感光体５９にトナー像を形成し、それを中間転写ベルト５５に転写する。第１可視画像形成ユニット５１は、像担持体となる感光体５９の周囲に、帯電ユニット６０、現像ユニット６１およびクリーニングユニット６３を配置する。図示しない光学系ユニットは、光源６４からのデータが４組の感光体５９，６５，６６，６７に届くように配置される。１次転写ユニット６２は、中間転写ベルト５５を介して第１可視画像形成ユニット５１と圧接して配置される。

他の第２〜第４可視画像形成ユニット５２，５３，５４は、第１可視画像形成ユニット５１と同様の構成であるので、それらの記載は省略する。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）の各色のトナーが収容される。

中間転写ベルト５５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５５は、テンションローラ６８，６９によってたわむことなく配置され、テンションローラ６９側に廃トナーＢＯＸ７０が当接して配置される。２次転写ユニット５６は、中間転写ベルト５５に形成されたカラートナー像を紙体に転写する。テンションローラ６８側に２次転写ユニット５６が当接して配置される。定着ユニット２は、本発明の定着装置２である。定着ユニット２は、定着部材７１、加圧部材７２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５６の下流に配置されている。

画像形成装置１を用いた画像形成の工程を示す。感光体５９表面を帯電ユニット６０で一様に帯電した後、図示しない光学系ユニットにより感光体５９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６０としては、感光体５９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する。現像ユニット６１により感光体５９上の静電潜像に対しトナー像を現像し、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６２により中間転写ベルト５５上に転写する。他の３組の第２〜第４可視画像形成ユニット５２，５３，５４も同様に動作し順次中間転写ベルト５５上に転写するようになっている。

中間転写ベルト５５上のトナー像は２次転写ユニット５６まで搬送され、別途、内部給紙ユニット５７の給紙ローラ７３または手差し給紙ユニット５８の給紙ローラ７４から給紙された記録紙に、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紙は、定着ユニットに搬送され、定着ローラ３および加圧ローラ４によって充分に加熱されて、トナー像が記録紙に融着し、外部へ排出される。

図６は、本発明の第２の実施形態に係る定着装置９１の構成を模式的に示す断面図である。定着装置９１は、第１のエンドレスベルトとしての定着ベルト９２と、第２のエンドレスベルトとしての加圧ベルト９３を備えている。定着部は、定着ベルト９２と、定着ローラ９４と、加熱ローラ１１１で構成され、加圧部は、加圧ローラ９５と加圧ベルト９３、加圧ローラ９５とテンションローラ９６で構成されたツインベルト定着装置の構成となっている。

定着ベルト９２は、定着ローラ９４と加熱ローラ１１１との間に張架されてループ状の移動経路を形成する無端ベルト状部材である。定着ベルト９２は、定着ローラ９４と加圧ローラ９５との圧接点で加圧ベルト９３に接触するように設けられ、記録紙９７に担持されるトナー像を構成するトナーを加熱溶融させて記録紙９７に定着させるものである。定着ベルト９２は、定着ローラ９４の矢符Ｘ方向の回転駆動によって、矢符Ｘ方向に従動回転する。

定着ベルト９２は、基材層と、弾性層、離型層とを含む３層構造よりなり、直径８０ｍｍの円筒形状に形成された厚さ２７０μｍの無端ベルトである。基材層を形成する材料としては、耐熱性および耐久性に優れるものであれば特に制限されず、たとえば、耐熱性合成樹脂が用いられる。耐熱性合成樹脂の中でも、ポリイミド（ＰＩ）またはポリアミドイミド（ＰＡＩ）などが好ましい。これらの樹脂は、強度、耐熱性、価格性等に優れている。基材層の厚さは、４５〜９０μｍが望ましい。本実施形態においては、ポリイミドが用いられ、厚さは７０μｍである。

弾性層を構成する材料としては、ゴム弾性を有するものであれば特に制限はないけれども、さらに耐熱性にも優れるものが好ましい。たとえば、シリコンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコンゴムなどが用いられるが、これらの中でも、特にゴム弾性に優れるシリコンゴムが好ましい。弾性層の硬度は、ＪＩＳ−Ａ硬度１〜６０度であることが好ましい。ＪＩＳ−Ａ硬度の範囲内であれば、弾性層の強度の低下、密着性の不良を防止しつつ、トナーの定着性の不良を防止することができる。シリコンゴムとしては具体的には、１成分系、２成分系又は３成分系以上のシリコンゴム、ＬＴＶ型、ＲＴＶ型又はＨＴＶ型のシリコンゴム、縮合型又は付加型のシリコンゴム等が使用される。弾性層の厚さは、３０〜５００μｍであることが好ましい。この厚さの範囲内であれば、弾性層の弾性効果を維持しつつ、断熱性を低く抑えることができるので、省エネルギー効果が発揮される。本実施形態では、ＪＩＳ−Ａ硬度５度、厚さ１５０μｍのシリコンゴムが使用される。

離型層は、フッ素樹脂チューブよりなる。定着ベルト９２の外周側に形成される離型層は、フッ素樹脂チューブより構成される。フッ素樹脂チューブより構成される離型層は、フッ素樹脂を含有する樹脂を塗布し、これを焼成することにて形成される離型層よりも耐久性に優れている。塗布・焼成によって離型層を形成する場合に、寸法精度の高い離型層を得ようとすると、高精度で高価な金型が必要となるが、チューブを用いることで、上述のような金型を用いずとも、寸法精度の高い離型層が得られている。離型層の厚さは、５〜５０μｍであることが好ましい。離型層の厚さがこの範囲内であれば、離型層は、適度な強度を持ち、弾性層の弾性を活かしながら、記録材の微小な凹凸に追従することができる。本実施形態において、離型層には、厚さ約３０μｍのＰＦＡチューブが用いられる。

定着ローラ９４としては、芯金９８と、弾性体層９９と表面層１００とを含む直径３０ｍｍの円筒形状に形成されるローラ状部材が使用される。芯金９８を形成する金属には熱伝導率の高い金属が使用される。たとえば、アルミニウム、鉄などが用いられる。芯金９８の形状としては、円筒状、円柱状などが挙げられるけれども、芯金９８からの放熱量が少ない円筒状の形状が好ましい。

弾性体層９９を構成する材料としては、ゴム弾性を有するものであれば特に制限はされないが、さらに耐熱性にも優れるものが好ましい。たとえば、シリコンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコンゴムなどが挙げられる。これらの中でも、特にゴム弾性に優れるシリコンゴムが好ましい。定着ベルト９２の寄りを修正するため、弾性層上に表面層１００を設ける構成としてもよい。これにより定着ローラ９４の表面の摺動性が向上し、定着ベルト９２の寄りを修正し易くなる。

表面層を構成する材料としては、耐熱性および耐久性に優れ、摺動性が高いものであれば特に制限されない。たとえば、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレンとペルフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素系樹脂材料、フッ素ゴムなどが使用される。

また、定着ローラ９４の内部に、加熱手段を設けてもよい。これは、画像形成装置９０の電源ＯＮから画像形成可能になるまでの立ち上げ時間の短縮、トナー像定着時に記録紙９７に熱が移行することに起因する定着ローラ９４の表面温度の低下などを防止するためである。

加熱ローラ１１１は、回転自在に支持されかつ図示しない加圧手段によって定着ベルト９２にテンションを加えられるように設けられたローラ状部材である。加熱ローラ１１１は、定着ベルト９２の矢符Ｘ方向の回転に従動し回転する。加熱ローラ１１１には、アルミニウム、鉄などの熱伝導率の高い金属からなる金属製ローラが使用される。金属製ローラは必要に応じてその表面にフッ素樹脂層が形成されてもよい。

加熱ローラ１１１は、その内部に加熱手段１０１を有する。これによって、定着ベルト９２が加熱される。加熱手段１０１には図示しない電源が接続され、加熱手段１０１を発熱させるための電力が供給される。加熱手段１０１には一般的な加熱手段が用いられる。本実施の形態では加熱手段１０１にはハロゲンランプが用いられる。

加圧ベルト９３は、ベルト懸架部材としてのテンションローラ９６と加圧ローラ９５とによって張架されている。テンションローラ９６と加圧ローラ９５とは、各々定着装置９１の不図示の左右の側板間に回転自由に軸受されて支持される。加圧ベルト９３は、定着ベルト９２に従動回転する。ここで、定着ニップ最下流の部分をローラ対により定着ベルト９２と加圧ベルト９３とを挟んで搬送する構成としたことで、ベルトのスリップを防止することができる。定着ニップ最下流の部分は定着ニップでの圧分布（記録材搬送方向）が最大となる部分である。

加圧ローラ９５として、芯金１０２と、弾性体層１０３と、表面層１０４とを含む径３０ｍｍのローラ状部材が使用される。芯金１０２、弾性体層１０３および表面層１０４を形成する材料としては、それぞれ、定着ローラ９４の芯金９８、弾性体層９９および表面層１００を形成する金属または材料と同じものが使用される。芯金１０２の形状も定着ローラ９４の芯金９８と同様である。

加圧ローラ９５の内部には、加熱手段１０５が設けられる。これは、画像形成装置９０の電源ＯＮから画像形成可能になるまでの立ち上げ時間の短縮、トナー像定着時に記録紙９７に熱が移行することに起因する加圧ローラ９５の表面温度の急激な低下などを防止するためである。本実施の形態では、加熱手段１０５にはハロゲンランプが用いられる。

テンションローラ９６は、外径が３０ｍｍで、内径が２６ｍｍである鉄合金製の芯金１０６に、熱伝導率を小さくして加圧ベルト９３からの熱伝導を少なくするためにシリコンスポンジ層を設けている。ここで、定着ベルト９２と加圧ベルト９３との間に画像加熱ニップとしての定着ニップを形成するために、加圧ローラ９５は、所定の加圧力にて定着ローラ９４に向けて加圧されている。

また、装置を大型化することなく幅広い定着ニップを得るために、定着ベルト９２を加圧ベルト９３に向けて加圧する第１の加圧パッドとしての定着パッド１０７と、加圧ベルト９３を定着ベルト９２に向けて加圧する第２の加圧パッドとしての加圧パッド１０８が設けられる。定着パッド１０７および加圧パッド１０８は装置の不図示の左右の側板間に支持させて配設される。加圧パッド１０８は、不図示の加圧機構により定着パッド１０７の方向である矢印Ｚの方向に、所定の加圧力にて加圧される。

第１の加圧パッドである定着パッド１０７および第２の加圧パッドである加圧パッド１０８はＰＰＳ製（ポリフェニレンサルファイド樹脂）のものが使用される。回転体ではないパッドによってニップを形成すると、ベルトの内周面はパッドと擦れる。ベルト内周面とパッドとの摩擦係数が大きい場合には、摺動抵抗が大きくなる。その結果として、画像のズレ、ギア破損、駆動モータの消費電力アップなどの問題が発生する。これらの問題は、特に上下のベルト方式において顕著である。そのために、第１の加圧パッドである定着パッド１０７および加圧パッド１０８には、低摩擦シートが設けられ、低摩擦シートがベルトと接する。これにより、ベルトとの摺擦によるパッド削れが防止され、摺動抵抗も低減することができ、良好なベルト走行性およびベルト耐久性が得られる。

図７は、定着装置９１の制御を行うブロック図を示す。電源回路Ａ２から加熱ローラ１１１のハロゲンヒータに電力が供給され、加熱ローラ１１１が加熱される。加熱ローラ１１１によって、回動する定着ベルト９２が加熱される。定着ベルト９２の表面温度が、サーミスタＡ１０９などの温度検知素子によって検知される。温度検知素子で検知される定着ベルト９２の温度に関する信号が制御回路部に入力される。制御回路部は、温度検知素子から入力される温度情報が所定の定着温度に維持されるように、電源回路からハロゲンヒータに対する供給電力を制御して、定着ベルト９２の温度を所定の定着温度に調整する。

定着ベルト９２が所定の定着温度に立ち上がって温度が調整された状態において、定着ベルト９２と加圧ベルト９３間の定着ニップに、未定着トナー画像を有する記録紙９７が搬送される。記録紙９７は、未定着トナー画像を担持した面を、定着ベルト９２側に向けて導入される。記録紙９７の未定着トナー画像が定着ベルト９２の外周面に密着したまま挟持搬送されていく。未定着トナー画像は、定着ベルト９２から熱が付与され、さらに加圧力を受けて記録紙９７の表面に定着される。

サーミスタＡ１０９は、定着ベルト９２を介して加熱ローラ１１１に対向する位置において定着ベルト９２に近接するように設けられる。サーミスタＡ１０９は、定着ベルト９２の温度を検知する。サーミスタＢ１１０は、加圧ベルト９３を介して加圧ローラ９５に対向する位置において、加圧ベルト９３に近接するように設けられる。サーミスタＢ１１０は、加圧ベルト９３の温度を検知する。サーミスタＡ１０９およびサーミスタＢ１１０による検知結果は中央処理装置（以下ＣＰＵという）に入力される。

ＣＰＵ１１２は、サーミスタＡ１０９の検知結果から、サーミスタＡ１０９の温度が設定範囲内にあるか否かを判定する。定着ベルト９２の温度が設定範囲よりも低い場合には、加熱手段Ａ１０１に接続される電源に制御信号が送られ、加熱手段Ａ１０１に電力を供給して発熱を促す。定着ベルト９２の温度が設定範囲よりも高い場合には、加熱手段Ａ１０１への給電力の有無を確認する。電力供給が継続されている場合は、電力供給を停止する制御信号を送る。

さらに、ＣＰＵ１１２は、サーミスタＢ１１０の検知結果から、サーミスタＢ１１０の温度が設定範囲内にあるか否かを判定する。加圧ベルト９３の温度が設定範囲よりも低い場合には、加熱手段Ｂ１０５に接続される電源に制御信号を送り、加熱手段Ｂ１０５に電力を供給して発熱を促す。定着ベルト９２の温度が設定範囲よりも高い場合には、加熱手段Ｂ１０５への給電力の有無を確認する。電力供給が継続されている場合には、電力供給を停止する制御信号を送る。

定着ベルト９２を介して加熱ローラ１１１に対向し、かつサーミスタＡ１０９よりも定着ベルト９２の回転方向下流側の位置には、図示しないサーモスタット１１５が配設される。サーモスタット１１５は、定着ベルト９２に近接するように設けられ、定着ベルト９２の異常昇温を検知する。サーモスタット１１５による検知結果はＣＰＵ１１２に入力される。ＣＰＵ１１２はサーモスタット１１５の検知結果に応じて加熱手段Ａ１０１に接続される電源からの給電を停止する。

定着ローラ９４と加熱ローラ１１１と定着ベルト９２と加圧ローラ９５とを含む定着機構は、画像形成装置９０の全動作を制御する図示しないＣＰＵ１１２によって制御される。ＣＰＵ１１２は、画像形成指示の入力を受けると、加熱ローラ１１１、加圧ローラ９５の内部に設けられる加熱手段Ａ１０１および加熱手段Ｂ１０５に電力を供給する電源に制御信号を送る。画像形成指示は、画像形成装置９０の鉛直方向上面に設けられる図示しない操作パネルまたは画像形成装置９０に接続されるコンピュータなどの外部機器から入力される。制御信号を受けた電源は電力を供給して加熱手段Ａ１０１および加熱手段Ｂ１０５を起動させる。

加熱手段Ａ１０１および加熱手段Ｂ１０５は、定着ローラ９４、加熱ローラ１１１、加圧ローラ９５および定着ベルト９２の表面がそれぞれの設定温度になるように加熱する。定着ローラ９４および加圧ローラ９５の近傍に設けられる図示しない温度検知センサが設定温度に到達したことを検知し、その検知結果がＣＰＵ１１２に入力されると、ＣＰＵ１１２は定着ローラ９４を回転駆動させる図示しない駆動手段に制御信号を送り、加圧ローラ９５を矢符Ｙの方向に回転駆動させる。

それに伴って定着ベルト９２、定着ローラ９４および加熱ローラ１１１が従動回転する。この状態で、未定着トナー像を担持する記録紙９７が定着ニップ部１２に搬送される。この記録紙９７が定着ニップ部１２を通過する際に、トナー像を構成するトナーが加熱加圧され、記録紙９７に定着され、画像が形成される。

図７に示した定着装置９１では、加熱ローラ１１１内部に加熱手段Ａ１０１としてハロゲンランプを用いたが、加熱ローラ１１１の外周に外部加熱装置を設けてもよい。また、誘導加熱を利用した誘導加熱装置を用いてもよく、これらを適宜組み合わせて構成しても良い。

このように、定着ベルト５は、前記定着ベルト５の外径をＡｍｍとし、外径１３ｍｍ、定着ベルト幅よりも十分に長い金属パイプ２１に前記定着ベルト５を通して、金属パイプ２１の両端を固定した状態で、さらに定着ベルト幅よりも十分長く、定着ベルト幅で割った重さが０．３８３ｇ／ｍｍで外径１３ｍｍの荷重ローラ２２を定着ベルト５が下に伸びるように定着ベルト５に通したときの定着ベルト５の上下方向の長さをＢｍｍとし、定着ベルト５の柔軟性をＳとしたときに、次式
Ｓ＝（Ｂ−Ａ）／Ａ
で表される定着ベルト５の柔軟性ＳがＡ＊０．００３以上であり、定着ローラ３は、長さ５０ｃｍの糸３２に吊るした外径１１ｍｍで重さが７ｇの球状錘３１が、静止状態において、定着ローラ３の中心軸線を含んだ水平面上に錘の重心が配置されるように接する最下点３３にあるとき、錘を最下点からＨ１＝１０ｃｍの高さだけ引き上げ、錘を静かに放して錘を定着ローラ３に衝突させたときに錘が跳ね返った最下点３３からの高さをＨ２とし、定着ローラ３の反発係数をＲとしたときに、Ｒ＝Ｈ２／Ｈ１で表される定着ローラ３の反発係数Ｒが０．６以上であるので、従来よりも被定着部材上にトナーを定着させることができる温度範囲を広くすることができる。

さらに、定着ローラ３に加圧ローラ４が圧接する領域である定着ニップ部１２の面圧が１．４ｋｇｆ／ｃｍ^２以上であるので、定着性を良好にすることができる。

さらに、定着ローラ３の硬度は、アスカーＣ３０度以上５０度以下であるので、定着ローラ３の反発性が良好であり、定着性を良好にすることができる。

さらに、定着ベルト５は、被定着部材上のトナー像と接する接触面を基準として、定着ローラ３との接触面に向かってフッ素樹脂層、ゴム弾性層および樹脂基材層を有し、樹脂基材層の厚みは４５μｍ以上であって９０μｍ以下であるので、定着ベルト５に割れが生じることなく定着ベルト５の柔軟性を確保することができ、定着性を良好にすることができる。

さらに、トナー像を形成するトナーの全重量に対するトナーワックスの重量が占める比率は１．５重量％以上、４．８重量％以下であるので、トナーの流動性の低下がなく定着ベルトに対するトナーの離型性を向上させることができる。

さらに、定着ローラ３は、定着ベルト５と接する表面部が定着ローラ弾性層１２１によって形成され、定着ローラ弾性層１２１の厚み寸法は、４ｍｍ以上であって６ｍｍ以下であるので、定着ローラ弾性層１２１は、トナーの定着性を良好にすることができる。また、定着ローラ弾性層１２１は、非定着部材である用紙の剥離性を向上させることがきる。これによって、定着装置２は、定着温度が変動したときに、ホットオフセット、用紙巻きつきなどの不具合が発生することを防止することができる。

さらに、定着ローラ３は、定着ベルト５と接する表面部が定着ローラ弾性層１２１によって形成され、定着ローラ弾性層１２１は、定着ベルト５を介して加圧ローラ４によって圧接されているときの厚み寸法Ｍと、圧接されていないときの厚み寸法Ｎとの比率である押込み率Ｌが、２５％以上であって３５％以下であるので、トナーの定着性を良好にし、かつ定着ローラ弾性層１２１の耐久性を高めることができる。

さらに、定着装置２を備えているので、従来よりも被定着部材上にトナーを定着させることができる温度範囲が広い定着装置２を備えた画像形成装置１を提供することができる。

このようにして、本実施形態の画像形成装置は実現される。本実施形態の定着装置は、前述のような優れた本発明の定着装置を備えて構成される。本発明の定着装置によれば、トナーの定着性が良好な温度範囲を広くすることができる。

１ 画像形成装置
２ 定着装置
３ 定着ローラ
４ 加圧ローラ
５ 定着ベルト
６，１１１ 加熱ローラ
７ａ，７ｂ ヒータランプ
８，９７ 記録紙
９ トナー
１０ 第１サーミスタ
１１ 第２サーミスタ
１２ 定着ニップ部
２１ 金属パイプ
２２ 測定用の荷重ローラ
３１ 球状錘
３２ 糸
３３ 最下点
４１ ベルト寄り止め
５１ 第１可視画像形成ユニット
５２ 第２可視画像形成ユニット
５３ 第３可視画像形成ユニット
５４ 第４可視画像形成ユニット
５５ 中間転写ベルト
５６ ２次転写ユニット
５７ 内部給紙ユニット
５８ 手差し給紙ユニット
５９，６５，６６，６７ 感光体
６０ 帯電ユニット
６１ 現像ユニット
６２ １次転写ユニット
６３ クリーニングユニット
６４ 光源
６８，６９ テンションローラ
７０ 廃トナーＢＯＸ
７１ 定着部材
７２ 加圧部材
７３，７４ 給紙ローラ
９０ 画像形成装置
９１ 定着装置
９２ 定着ベルト
９３ 加圧ベルト
９４ 定着ローラ
９５ 加圧ローラ
９６ テンションローラ
９８ 芯金
９９ 弾性体層
１００ 表面層
１０１ 加熱手段Ａ
１０２ 芯金
１０３ 弾性体層
１０４ 表面層
１０５ 加熱手段Ｂ
１０６ 芯金
１０７ 定着パッド
１０８ 加圧パッド
１０９ サーミスタＡ
１１０ サーミスタＢ
１１１ 加熱ローラ
１１２ ＣＰＵ
１１３ 電源回路
１１４ 制御回路
１１５ サーモスタット
１１６ 定着ローラ駆動モータ
１２１ 定着ローラ弾性層
１２２ 加圧ローラ弾性層
１２３ 定着ローラ弾性層の接線
１２４ 加圧ローラ弾性層の接線
１２５ 凸部

Claims (8)

1. 被定着部材上のトナー像と接して前記トナー像を前記被定着部材に定着させる無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトを加熱する加熱ローラと、
   前記加熱ローラと共に前記無端状の定着ベルトが張架され、前記被定着部材上のトナー像と前記定着ベルトを介して接する定着ローラと、
   前記定着ベルトを介して前記定着ローラに圧接する加圧ローラとを備え、
   前記定着ベルトの外径をＡｍｍとし、外径１３ｍｍで前記定着ベルト幅よりも十分に長い第１の金属シャフトに前記定着ベルトを通して、前記第１の金属シャフトの両端を固定した状態で、さらに前記定着ベルト幅よりも十分長く、前記定着ベルト幅で割った重さが０．３８３ｇ／ｍｍで外径１３ｍｍの第２の金属シャフトを前記定着ベルトが下に伸びるように前記定着ベルトに通したときの前記定着ベルトの上下方向の長さをＢｍｍとし、
   定着ベルトの柔軟性をＳとしたときに、次式
   Ｓ＝（Ｂ−Ａ）／Ａ
   で表される定着ベルトの柔軟性ＳがＡ＊０．００３以上であり、
   前記定着ローラは、長さ５０ｃｍの糸に吊るした外径１１ｍｍで重さが７ｇの錘が、静止状態において、定着ローラの中心軸線を含んだ水平面上に前記錘の重心が配置されるように接する最下点にあるとき、錘を前記最下点からＨ１＝１０ｃｍの高さだけ引き上げ、錘を静かに放して錘を定着ローラに衝突させたときに錘が跳ね返った最下点からの高さをＨ２とし、定着ローラの反発係数をＲとしたときに、次式
   Ｒ＝Ｈ２／Ｈ１
   で表される定着ローラの反発係数Ｒが０．６以上であることを特徴とする定着装置。
2. 前記定着ローラに前記加圧ローラが圧接する領域である定着ニップ部の面圧が１．４ｋｇｆ／ｃｍ^２以上であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記定着ローラの硬度は、アスカーＣ３０度以上５０度以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
4. 前記定着ベルトは、前記被定着部材上のトナー像と接する接触面を基準として、前記定着ローラとの接触面に向かってフッ素樹脂層、ゴム弾性層および樹脂基材層を有し、前記樹脂基材層の厚みは４５μｍ以上であって９０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の定着装置。
5. 前記トナー像を形成するトナーの全重量に対するトナーワックスの重量が占める比率は１．５重量％以上、４．８重量％以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の定着装置。
6. 前記定着ローラは、前記定着ベルトと接する表面部が弾性層によって形成され、
   前記弾性層の厚み寸法は、４ｍｍ以上であって６ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の定着装置。
7. 前記定着ローラは、前記定着ベルトと接する表面部が弾性層によって形成され、
   前記弾性層は、前記定着ベルトを介して前記加圧ローラによって圧接されているときの厚み寸法と、圧接されていないときの厚み寸法との比率が、２５％以上であって３５％以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の定着装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１つに記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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