JP2016045278A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】分離部材の先端を定着回転体の表面から記録材の分離に支障が無い距離だけ離間させて保持した場合、分離部材の寸法誤差、定着回転体の寸法誤差、分離部材及び定着回転体の取り付け誤差を考慮して、分離部材の先端と定着回転体の表面の距離を広めに設定しなくてはならないため、薄紙などは分離が困難になっている。【解決手段】定着部材と加圧部材の長手方向に硬度分布を持ち、定着回転体の平均硬度よりも高い硬度部分と、加圧回転体の平均硬度よりも低い硬度部分を嵌合すると共に、定着回転体の平均硬度よりも低い硬度部分と、加圧回転体の平均硬度よりも高い硬度部分を嵌合するように定着装置を設計する。【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真方式・静電記録方式・磁気記録方式などによって記録材にトナー像を形成する複写機・ファクシミリ・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て好適な画像加熱装置に関する。

電子写真方式の複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に用いられる定着装置は、画像形成部で記録材上に形成担持させた未定着トナー画像を記録材上に定着させることを目的としている。定着装置としては加熱された定着ローラ又は定着ベルト（以下、定着回転体と記す）と加圧ローラ又は加圧ベルト（以下、加圧回転体と記す）との定着ニップ部で記録材を挟持搬送し、加熱・加圧して未定着トナー画像を記録材上に定着させる方式が一般に用いられている。

この定着装置は、記録材上のトナーが多い場合に記録材の分離性が低下し、定着回転体の広い範囲にオフセットが起こり、そのオフセットのために記録材が定着回転体から離れずに巻き付きやすくなるという問題があった。

この課題を解決するものとして、定着回転体の回転方向に逆らうように先端が配置された分離部材（分離爪、分離ブレードなど）を用いて定着回転体から記録材を分離する画像加熱装置が実用化されている。分離部材は、定着回転体に付着して連れ回る記録材と定着回転体との間に鋭利な先端を差し込んで、定着回転体の表面から記録材を強制的に引き剥がして分離する。あるいは、定着回転体の下流側で曲率分離した記録材と定着回転体との間に先端を位置させて、定着回転体の表面に対する記録材の再付着を阻止する。

特許文献１には、定着ローラに分離爪の先端を接触させて定着ローラから記録材を分離する分離爪が示される。ここでは、分離爪が定着器の筐体に固定された回動軸を中心にして回動して定着ローラに対して接離可能となるように取り付けられている。そして、薄紙等の分離が困難な記録材を用いる際にのみ定着ローラの表面に分離爪の先端を当接させ、分離が容易な場合には分離爪を定着ローラの表面から遠く離間させている。分離爪の鋭利な先端を定着ローラに常時当接させていると、定着ローラの表面に凹凸が形成されて定着画像に影響を及ぼすからである。

特許文献２には、加熱ローラに分離爪の先端を接触させて定着ローラから記録材を分離する分離爪が示される。ここでは、分離爪の先端を加熱ローラに押し付ける押し付け圧力が二段階に切り替えられるようになっている。そして、記録材の先端部分が通過する間だけ分離爪の先端を加熱ローラに強く押し付け、それ以外のタイミングでは分離爪の先端を緩く押し付けて、分離爪の先端による加熱ローラの損耗を回避している。

特開平０１−２８８８８７号公報 特開２００７−５７５８９号公報

分離部材は、特許文献１に示されるように、不必要な場合には定着回転体から離間させ、必要な場合でも、特許文献２に示されるように定着回転体に対して必要最小限に圧接させることが望ましい。しかし、特許文献１，２に示すように、分離部材の鋭利な先端を定着回転体に圧接する形態では、遅かれ早かれ定着回転体の表面に分離部材の摺擦跡が形成されて画像に影響を及ぼす。

そこで、分離部材の先端を定着回転体の表面から記録材の分離に支障が無い距離だけ離間させて保持することが提案された。しかし、分離部材の寸法誤差、定着回転体の寸法誤差、分離部材及び定着回転体の取り付け誤差を考慮して、分離部材の先端と定着回転体の表面の距離を広めに設定しなくてはならないため、分離が困難な記録材（薄紙など）には不利になってしまう。

そこで、本発明の目的は、記録材のコシを向上させることで、記録材が定着回転体から分離しやすくする定着装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る定着装置の構成は、定着回転体と加圧回転体の長手方向に硬度分布を持ち、定着回転体の平均硬度よりも高い硬度部分と、加圧回転体の平均硬度よりも低い硬度部分を嵌合すると共に、定着回転体の平均硬度よりも低い硬度部分と、加圧回転体の平均硬度よりも高い硬度部分を嵌合することを特徴とする。

本発明によれば、定着回転体と加圧回転体の長手方向に硬度分布を持ち、定着回転体の平均硬度よりも高い硬度部分と、加圧回転体の平均硬度よりも低い硬度部分を嵌合すると共に、定着回転体の平均硬度よりも低い硬度部分と、加圧回転体の平均硬度よりも高い硬度部分を嵌合することで、定着ニップ出口の記録材が進行方向水平に湾曲し、記録材のコシが向上し、定着回転体から記録材が分離しやすくなった。

本発明の実施例１の定着ベルトと加圧ローラの硬度分布を説明する図、硬度を示すグラフである。 本発明の実施例１の比較例の定着ベルトと加圧ローラの硬度分布を説明する図である。 画像形成装置の構成を説明する図である。 本発明の定着装置Ａの構成を説明する図である。 本発明の実施例１〜３の定着ベルト、加圧ローラ及び加圧ベルトの製造方法を説明する図である。 本発明の実施例２の定着ベルトと加圧ローラの硬度分布を説明する図、硬度を示すグラフである。 本発明のツインベルト方式の定着装置Ａ３の構成を説明する図である。 本発明の実施例３の定着ベルトと加圧ベルトの硬度分布を説明する図、硬度を示すグラフである。 本発明の実施例３の比較例の定着ベルトと加圧ベルトの硬度分布を説明する図、硬度を示すグラフである。 本発明の実施例３の比較例の定着ベルトと加圧ベルトの硬度分布を説明する図である。

以下に、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。なお、これら実施例は、本発明を適用できる実施形態の一例ではあるものの、本発明はこれら実施例にのみ限定されるものではなく本発明の思想の範囲内において種々の変形が可能である。

（１）画像形成部
図３は、本発明に従う画像加熱装置を定着装置Ａ（クレーム１の「画像加熱装置」に対応する構成）として搭載した画像形成装置の一例の概略構成を示す断面模式図である。

この画像形成装置１は電子写真方式レーザープリンタであり、潜像を担持する像担持体として感光体ドラム２を備えている。感光体ドラム２は矢印の時計方向に所定の速度で回転駆動され、その外面が帯電器３によって所定の極性・電位に一様に帯電される。その一様帯電面に対してレーザースキャナ（光学装置）４により画像情報のレーザー走査露光５がなされる。これにより、感光体ドラム２の面には走査露光した画像情報の静電潜像が形成される。その静電潜像が現像器６によってトナー画像として現像される。そのトナー画像が、感光体ドラム２と転写ローラ７との当接部である転写部において、該転写部に導入された記録材（シート）Ｓに対して順次に転写される。

記録材Ｓは装置下部の給紙カセット９内に積載収納されている。所定の給紙タイミングで給紙ローラ１０が駆動されると、給紙カセット９内の記録材が１枚分離給紙されて、搬送路１０ａを通ってレジストローラ対１１に至る。レジストローラ対１１は記録材Ｓの先端部を受け止めて記録材の斜行修正をする。また、感光体ドラム上のトナー画像の先端部が転写部に到達したときに記録材の先端部も転写部に丁度到達するタイミングとなるように、感光体ドラム上のトナー画像と同期をとって、記録材Ｓを転写部に給送する。

転写部を通った記録材Ｓは感光体ドラム２の面から分離されて、定着装置Ａへと搬送される。この定着装置Ａにより記録材Ｓ上の未定着トナー画像が加熱・加圧により記録材面に定着される。そして、その記録材が搬送路１０ｂを通って排出ローラ対１２によって装置上部の排出トレイ１３へと排出、積載される。

また、記録材分離後の感光体ドラム２の面はクリーニング装置８によって転写残トナー等の残留付着物が除去されて清掃され、繰り返して作像に供される。

（２）定着装置Ａ
図４は、定着装置Ａの概略構成模式図である。２１は弾性層を備えた円筒状の定着ベルト（エンドレスベルト）である（クレーム１の「定着回転体」に対応する構成）。詳しくは後述するが定着ベルト２１は、厚み４０μｍの電鋳ニッケルベルトを基層として、長手方向に硬度分布を持つ厚み約４００μｍのシリコーンゴム層（弾性層）が形成されている。さらに、その上に、厚み約３０μｍのＰＦＡ樹脂チューブ（最表面層）が被覆された構造となっている。２２は定着ベルト２１との間で定着ニップ部２７（クレーム１の「加熱ニップ」に対応する構成）を形成する加圧部材としての加圧ローラである（クレーム１の「加圧回転体」に対応する構成）。

２３は加熱体としての定着ヒータであり、２５は耐熱性を有するベルトガイド兼ヒータホルダである。定着ヒータ２３は、ベルトガイド兼ヒータホルダ２５の下面に該ベルトガイド兼ヒータホルダ２５の長手に沿って固定されており、定着ベルト２１とその加熱面が摺動可能な構成とされている。定着ベルト２１はこのベルトガイド兼ヒータホルダ２５に若干の自由度を持って外嵌されている。また、ベルトガイド兼ヒータホルダ２５は、耐熱性の高い液晶ポリマー樹脂で形成されており、定着ヒータ２３を保持するとともに定着ベルト２１を記録材Ｓと分離させるための形状にする役割を果たしている。

加圧ローラ２２は、詳しくは後述するがステンレス製の芯金上に、厚み１．７５ｍｍのソリッドゴム層と、長手方向に硬度分布を持つ厚み１ｍｍのシリコーンゴム層、さらに厚み約３０μｍのＰＦＡ樹脂チューブが順に積層された多層構造とされている。この加圧ローラ２２の芯金の両端部が装置フレーム３３の不図示の奥側と手前側の側板間に回転可能に軸受保持されている。

この加圧ローラ２２の上側に、定着ヒータ２３、ベルトガイド兼ヒータホルダ２５、定着ベルト２１などを備えた定着ユニットが設置される。この定着ユニットは、定着ヒータ２３側を下向きにして加圧ローラ２２に平行に設置されている。

２６は金属製の定着ステイである。定着ステイ２６は定着ヒータ２３とベルトガイド兼ヒータホルダ２５などを固定していて、両端部は不図示の加圧機構によりその一端側が１５６．８Ｎ（１６ｋｇｆ）、総圧３１３．６Ｎ（３２ｋｇｆ）の力で加圧ローラ２２と定着ベルト２１間に付勢されている。その結果、定着ヒータ２３の下面（加熱面）を、定着ベルト２１を介して加圧ローラ２２の弾性層に抗して所定の押圧力をもって圧接させ、定着に必要な所定幅の定着ニップ部２７が形成されている。

２４は温度検知手段としてのサーミスタである。サーミスタ２４（ヒータ温度センサ）は、熱源である定着ヒータ２３の裏面（加熱面とは反対側の面）に設置され、定着ヒータ２３の温度を検知する機能を担っている。加圧ローラ２２は矢印の方向に所定の周速度で回転駆動される。これと圧接された関係にある定着ベルト２１は加圧ローラ２２によって従動し所定の速度で回転する。このとき、定着ベルト２１の内面が定着ヒータ２２の下面に密着して摺動しながらベルトガイド兼ヒータホルダ２５の外回りを矢印の方向に従動回転状態になる。定着ベルト２１内面にはシリコーン系のオイルが塗布され、ベルトガイド兼ヒータホルダ２５と定着ベルト２１内面との摺動性を確保している。

次に、上述した定着装置に内蔵された各部材に関して詳細に説明する。サーミスタ２４は、定着ヒータ２３の裏面に接触するよう配置され、定着ヒータ２１の温度を検出する。そして、制御回路部（ＣＰＵ）３１は、定着ヒータ２３が目標温度（設定温度）となるように定着ヒータ２３への通電を制御する役割を果たしている。定着ヒータ２３は、アルミナの基板と、この上に、銀・パラジウム合金を含んだ導電ペーストをスクリーン印刷法によって均一な１０μｍ程度の厚さの膜状に塗布された抵抗発熱体を有している。さらに、この上に、耐圧ガラスによるガラスコートが施された、セラミックヒータとされている。

また、定着ヒータ２３は定着ベルト２１との接触面側の基板には摺動層として厚さ１０μｍ程度のポリイミド層が設けられている。このポリイミド層により、定着ベルト２１と定着ヒータ２３との摺擦抵抗を低減することで、駆動トルクの低減および定着ベルト２１内面の磨耗を防止している。シリコーン系のオイルとしてはＫＦ―９６（信越シリコーン社製）の０．０１ｍ＾２／ｓを使用した。

（３）定着ベルト２１
定着ベルト２１の基層はポリイミド、ＳＵＳ合金、ニッケル、鉄、コバルト−ニッケル合金等で形成されている。本実施例においては、内径が３０ｍｍで、厚みが４０μｍの電鋳ニッケルベルトを基層としている。その厚みは好ましくは１〜３００μｍがよい。基層の厚みが１μｍよりも小さいと剛性が低く、多数枚耐久に耐えることが困難となる。また、基層が３００μｍを超えると剛性が高くなりすぎ、また屈曲性が低下し回転体として使用するには現実的ではない。

基層の外周には弾性層が設けられている。弾性層の材料としては、公知の弾性材料を使用することができ、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム等を用いることができる。弾性層の厚さは、画像を印刷する場合に記録材の凹凸或いはトナー層の凹凸に加熱面が追従できないことによる光沢ムラを予防するために、１００μｍ以上が好ましい。塗工方法を図５を用いて説明する。

図５は基材４３上に弾性層のシリコーンゴム層を形成する工程の一例であり、所謂リングコート法を用いる方法を説明するための模式図である。本実施例では、２種類の硬度に違いがあるシリコーンゴムＡ（ＪＩＳ−Ａ１２度）とシリコーンゴムＢ（ＪＩＳ−Ａ７度）を用い、前記２種類のシリコーンゴムの配分比を変化させながら塗工した。

付加硬化型シリコーンゴムａとフィラーａとが配合された付加硬化型シリコーンゴムＡ組成物をシリンダポンプ４１ａに、付加硬化型シリコーンゴムｂとフィラーｂとが配合された付加硬化型シリコーンゴムＢ組成物をシリンダポンプ４１ｂに充填し、圧送することで塗布液供給ノズル４２でシリコーンゴムＡとシリコーンゴムＢが混ざり合い、基材４３の周面に塗布する。シリンダポンプ４１ａとシリンダポンプ４１ｂの圧力を変えることで、シリコーンゴムＡとシリコーンゴムＢの配分比を変えながら塗布することができる。

塗布と同時に基材４３を図面右方向に一定速度で移動させることで、付加硬化型シリコーンゴム組成物の塗膜を基材４３の周面に形成することが出来る。該塗膜の厚みは、塗布液供給ノズル４２と基材４３とのクリアランス、シリコーンゴム組成物の供給速度、基材４３の移動速度、などによって制御することが出来る。

基材４３上に形成された付加硬化型シリコーンゴム層は、電気炉などの加熱手段によって一定時間加熱して、架橋反応を進行させることにより、硬化シリコーンゴム層とすることができる。更に弾性層の外周には、表面離型層としてフッ素樹脂層（例えばＰＦＡやＰＴＦＥ）が設けられている。実施例では、シリンダポンプ４１ａとシリンダポンプ４１ｂの圧力比を三角関数的に、１０．０：０．０、９．３：０．７、７．５：２．５、５．０：５．０、２．５：７．５、０．７：９．３、０．０：１０．０、０．７：９．３、２．５：７．５、５．０：５．０、７．５：２．５、９．３：０．７、１０．０：０．０の順にリニアに変化させ、厚みは４００μｍであった。

付加硬化型シリコーンゴム層を形成した基材４３を電気炉で２００℃、３０分加熱した。自然冷却後、弾性層の外周に接着剤を塗布し、３０μｍのＰＦＡチューブを被覆し、電気炉で２００℃、５分加熱した。自然冷却後、両側を切断してから研磨し、定着ベルト２１を完成させた。

図１は、定着ベルト２１の長手方向の硬度分布を示した模式図と、硬度のグラフである。定着ベルト２１の硬度は両端付近２１ａと２１ｃは約８６度（クレーム１の「定着回転体の平均硬度よりも高い硬度部分」に対応する構成）、中央付近２１ｂに向かうにつれて硬度が下がり、中央付近２１ｂが最も低く約８０度になった（クレーム１の「定着回転体の平均硬度よりも低い硬度部分」に対応する構成）。ここでの硬度とは、マイクロゴム硬度計（高分子計器（株）製、商品名：ＭＤ−１（Ｃタイプ））での測定値である。

比較例として、シリコーンゴムＡだけで弾性層を形成した定着ベルト２１ｘ１と、シリコーンゴムＢだけで弾性層を形成した定着ベルト２１ｘ２を作成した。電気炉での加熱条件、表面離型層のＰＦＡチューブ、作成手順などは定着ベルト２１と同様にした。図２は、定着ベルト２１ｘ１と定着ベルト２１ｘ２の長手方向の硬度分布を示した模式図である。定着ベルト２１ｘ１の硬度は端部付近と中央部付近に違いはなく全領域において約８６度であった。定着ベルト２１ｘ２も同様に、硬度は端部付近と中央部付近に違いはなく全領域において約８０度だった。

（４）加圧ローラ２２
本実施例においては、ステンレス製の芯金上に、厚み１．７５ｍｍのソリッドゴム層と、長手方向に硬度分布を持つ厚み１ｍｍのシリコーンゴム層、さらに厚み３０μｍのＰＦＡチューブが順に積層された多層構造とされている。ソリッドゴム層の形成方法としては特に限定されないが、一般的な型成型が好適に用いる事ができる。シリコーンゴム層の形成方法は、定着ベルト２１同様にリングコート法を用いた。

基材４３の代わりに外径２１．５ｍｍのステンレス製の芯金上に、厚み１．７５ｍｍのソリッドゴム層を形成したものをセットし、シリコーンゴムＣ（ＪＩＳ−Ａ１５度）をシリンダポンプ４１ａに、シリコーンゴムＤ（ＪＩＳ−Ａ２１度）をシリンダポンプ４１ｂに充填し、前記２種類のシリコーンゴムの配分比を変化させながら塗工した。シリンダポンプ４１ａとシリンダポンプ４１ｂの圧力比を三角関数的に、１０．０：０．０、９．３：０．７、７．５：２．５、５．０：５．０、２．５：７．５、０．７：９．３、０．０：１０．０、０．７：９．３、２．５：７．５、５．０：５．０、７．５：２．５、９．３：０．７、１０．０：０．０の順にリニアに変化させ、厚みは１ｍｍであった。

シリコーンゴム層を形成後は定着ベルト２１同様に、ＰＦＡチューブを被覆し、加圧ローラ２２を完成させた。図１は、加圧ローラ２２の長手方向の硬度分布を示した模式図と、硬度のグラフである。加圧ローラ２２の硬度は両端付近２２ａと２２ｃは約８７度（クレーム１の「加圧回転体の平均硬度よりも低い硬度部分」に対応する構成）、中央付近２２ｂに向かうにつれて硬度が上がり、中央付近２２ｂが最も高く約９１度になった（クレーム１の「加圧回転体の平均硬度よりも高い硬度部分」に対応する構成）。ここでの硬度とは、マイクロゴム硬度計（高分子計器（株）製、商品名：ＭＤ−１（Ｃタイプ））での測定値である。

比較例として、シリコーンゴムＣとシリコーンゴムＤの配分比を５：５に固定して弾性層を形成した加圧ローラ２２ｘを作成した。電気炉での加熱条件、表面離型層のＰＦＡチューブ、作成手順などは加圧ローラ２２と同様にした。図２は、加圧ローラ２２ｘの長手方向の硬度分布を示した模式図である。加圧ローラ２２ｘの硬度は端部付近と中央部付近に違いはなく全領域において約８９度であった。

（５）用紙分離試験方法
再生紙６７ｇ／ｍ^２（キヤノン製）Ａ４紙を、高湿環境として３０℃／８０％の環境下で、４８時間放置して含水率が９．０％を越えた記録材に、全面ベタ画像形成を行い、定着させたときの分離性を確認した。分離性は記録材が定着ベルトから良好に分離したものを○とし、記録材が先端から定着ベルトに巻きつく、もしくは剥離爪に引っ掛ってＪＡＭを生じたら分離不良×として判断した。

（６）用紙分離試験結果
本実施例で作成した定着ベルト２１と加圧ローラ２２を組み合わせた定着装置Ａを３台、比較例として定着装置Ａの代わりに、比較例として作成した定着ベルト２１ｘ１と加圧ローラ２２ｘを組み合わせた定着装置Ａ１ｘ１を３台、定着ベルト２１ｘ２と加圧ローラ２２ｘを組み合わせた定着装置Ａ１ｘ２を３台使い、前述の用紙分離試験方法により試験を行った結果を表１に示す。

表１

本実施例の定着ベルト２１と加圧ローラ２２を組み合わせた定着装置Ａの３台は、分離性に問題なかった。

比較例として作成した定着ベルト２１ｘ１と加圧ローラ２２ｘを組み合わせた定着装置Ａ１ｘ１が３台と、定着ベルト２１ｘ２と加圧ローラ２２ｘを組み合わせた定着装置Ａ１ｘ２が２台が分離不良となった。

上記の結果から本実施例は、比較例よりも分離性が良いということが分かった。本実施例の定着ベルト２１の長手方向の硬度分布と加圧ローラ２２の長手方向の硬度分布は、定着ベルト２１の平均硬度よりも高い硬度部分が、加圧ローラ２２の平均硬度よりも低い硬度部分に嵌合していると共に、定着ベルト２１の平均硬度よりも低い硬度部分が、加圧ローラ２２の平均硬度よりも高い硬度部分に嵌合している。定着ベルト２１の両端部の硬度は、定着ベルト２１の平均硬度より高く、それに対する加圧ローラ２２の両端部の硬度は、加圧ローラ２２の平均硬度より低い。定着ベルト２１の中央部は、定着ベルト２１の平均硬度より低く、それに対する加圧ローラ２２の中央部は、加圧ローラ２２の平均硬度より高くなっている。この関係があるため、定着ニップ部２７の下流にあたる定着ニップ部出口の記録材は中央部付近を凸とした進行方向水平に湾曲している。この湾曲により、記録材のコシが向上して用紙分離性が上がっていると考えられる。

（１）定着ベルト２１１
本実施例においては、実施例１で用いた定着ベルト２１の製造方法で、同様に２種類の硬度に違いがあるシリコーンゴムＡ（ＪＩＳ−Ａ１２度）とシリコーンゴムＢ（ＪＩＳ−Ａ７度）を用い、シリコーンゴムＡをシリンダポンプ４１ａに、シリコーンゴムＢをシリンダポンプ４１ｂに充填して、シリンダポンプ４１ａとシリンダポンプ４１ｂの圧力比のみ変更した。圧力比を三角関数的に、０．０：１０．０、０．７：９．３、２．５：７．５、５．０：５．０、７．５：２．５、９．３：０．７、１０．０：０．０、９．３：０．７、７．５：２．５、５．０：５．０、２．５：７．５、０．７：９．３、０．０：１０．０の順にリニアに変化させ、厚みは４００μｍであった。以降の手順は実施例１の定着ベルト２１の製造方法と同様に行い定着ベルト２１１を完成させた（クレーム１の「定着回転体」に対応する構成）。

図６は、定着ベルト２１１の長手方向の硬度分布を示した模式図と、硬度のグラフである。定着ベルト２１１の硬度は両端付近２１１ａと２１１ｃは約８０度（クレーム１の「定着回転体の平均硬度よりも低い硬度部分」に対応する構成）、中央付近２１１ｂに向かうにつれて硬度が上がり、中央付近２１１ｂが最も高く約８６度になった（クレーム１の「定着回転体の平均硬度よりも高い硬度部分」に対応する構成）。ここでの硬度とは、マイクロゴム硬度計（高分子計器（株）製、商品名：ＭＤ−１（Ｃタイプ））での測定値である。

（２）加圧ローラ２２１
本実施例においては、実施例１で用いた加圧ローラ２２の製造方法で、同様に２種類の硬度に違いがあるシリコーンゴムＣ（ＪＩＳ−Ａ１５度）をシリンダポンプ４１ａに、シリコーンゴムＤ（ＪＩＳ−Ａ２１度）をシリンダポンプ４１ｂに充填して、シリンダポンプ４１ａとシリンダポンプ４１ｂの圧力比のみ変更した。圧力比を三角関数的に、０．０：１０．０、０．７：９．３、２．５：７．５、５．０：５．０、７．５：２．５、９．３：０．７、１０．０：０．０、９．３：０．７、７．５：２．５、５．０：５．０、２．５：７．５、０．７：９．３、０．０：１０．０の順にリニアに変化させ、厚みは１ｍｍであった。以降の手順は実施例１と同様に行い加圧ローラ２２１を完成させた（クレーム１の「加圧回転体」に対応する構成）。

図６は、加圧ローラ２２１の長手方向の硬度分布を示した模式図と、硬度のグラフである。加圧ローラ２２１の硬度は両端付近２２１ａと２２１ｃは約９１度（クレーム１の「加圧回転体の平均硬度よりも高い硬度部分」に対応する構成）、中央付近２２１ｂに向かうにつれて硬度が下がり、中央付近２２１ｂが最も低く約８７度になった（クレーム１の「加圧回転体の平均硬度よりも低い硬度部分」に対応する構成）。ここでの硬度とは、マイクロゴム硬度計（高分子計器（株）製、商品名：ＭＤ−１（Ｃタイプ））での測定値である。

（３）用紙分離試験方法
実施例１と同様である。

（４）用紙分離試験結果
実施例１で使用した定着装置Ａの代わりに、本実施例で作成した定着ベルト２１１を定着ベルト２１と入れ替え、加圧ローラ２２１を加圧ローラ２２と入れ替えた定着装置Ａ２を３台使い、前述の用紙分離試験方法により試験を行った結果を表２に示す。

表２

本実施例の定着ベルト２１１と加圧ローラ２２１を組み合わせた定着装置Ａ２の３台は、分離性に問題なかった。

上記の結果から本実施例は、実施例１同様に分離性が良いということが分かった。本実施例の定着ベルト２１１の長手方向の硬度分布と加圧ローラ２２１の長手方向の硬度分布は、定着ベルト２１１の平均硬度よりも低い硬度部分が、加圧ローラ２２１の平均硬度よりも高い硬度部分に嵌合していると共に、定着ベルト２１１の平均硬度よりも高い硬度部分が、加圧ローラ２２１の平均硬度よりも低い硬度部分に嵌合している。

定着ベルト２１１の両端部の硬度は、定着ベルト２１１の平均硬度より低く、それに対する加圧ローラ２２１の両端部の硬度は、加圧ローラ２２１の平均硬度より高い。定着ベルト２１１の中央部は、定着ベルト２１１の平均硬度より高く、それに対する加圧ローラ２２１の中央部は、加圧ローラ２２１の平均硬度より低くなっている。この関係があるため、定着ニップ部２７の下流にあたる定着ニップ部出口の記録材は中央部付近を凹とした進行方向水平に湾曲している。この湾曲により、記録材のコシが向上して用紙分離性が上がっていると考えられる。

（１）定着装置Ａ３
本実施例においては、実施例１で使用した定着装置Ａの代わりに、ツインベルト方式の定着装置Ａ３を使用した（クレーム１の「画像加熱装置」に対応する構成）。

図７はツインベルト方式の定着装置Ａ３の要部の断面模式図である。ここで、定着装置Ａ３またはこれを構成している部材について長手または長手方向とは記録材搬送路面内において、記録材搬送方向に直交する方向に並行な方向である。定着装置について正面とは記録材導入側の面である。左右とは装置を正面から見て左または右である。ベルトの幅とは記録材搬送方向に直交する方向のベルト寸法（＝ベルト長手方向の寸法）である。また記録材の幅とは記録材面において記録材搬送方向に直交する方向の記録材寸法である。また上流または下流とは記録材の搬送方向に関して上流または下流である。

この定着装置Ａ３は、詳しくは後述するが第１のエンドレスベルトとしての定着ベルト（定着手段）２１２（クレーム２の「定着回転体」に対応する構成）と、第２のエンドレスベルトとしての加圧ベルト（加圧手段）２２２（クレーム２の「加圧回転体」に対応する構成）とを備えている。

定着ベルト２１２の加熱手段として、エネルギー効率の高い電磁誘導加熱方式の加熱源（誘導加熱部材、励磁コイル）を採用している。誘導加熱部材５７は、誘導コイル５７ａと、励磁コア５７ｂと、それらを保持するコイルホルダー５７ｃと、から構成される。誘導コイル５７ａは、長円状に扁平巻きされたリッツ線を用い、誘導コイルの中心と両脇に突起した横Ｅ型の励磁コア５７ｂの中に配置されている。励磁コア５７ｂはフェライト、パーマロイといった高透磁率で残留磁速密度の低いものを用いるので、誘導コイル５７ａや励磁コア５７ｂでの損失を抑えられ、効率的に定着ベルト２１２を加熱する事ができる。

励磁回路６４から誘導加熱部材５７の誘導コイル５７ａに高周波電流が流されると、定着ベルト２１２の金属層が誘導発熱して定着ベルト２１２が加熱される。定着ベルト２１２の表面温度がサーミスタ等の温度検知素子６２により検知される。この温度検知素子６２で検知される定着ベルト２１２の温度に関する信号が制御回路部６３に入力する。制御回路部６３は温度検知素子６２から入力する温度情報が所定の定着温度に維持されるように、励磁回路６４から誘導コイル５７ａに対する供給電力を制御して、定着ベルト２１２の温度を所定の定着温度に温調する。

定着ベルト２１２は、ベルト懸架部材としてローラ５１並びに定着ローラ５２によって張架されている。ローラ５１と定着ローラ５２はそれぞれ装置の不図示の左右の側板間に回転自由に軸受させて支持させてある。

ローラ５１は、外径が２０ｍｍで、内径が１８ｍｍである厚さ１ｍｍの鉄製の中空ローラであり、定着ベルト２１２に張りを与えるテンションローラとして機能している。

定着ローラ５２は、外径が２０ｍｍで、径が１８ｍｍである鉄合金製の芯金に、弾性層としてのシリコーンゴム層が設けられた高摺動性の弾性ローラである。この定着ローラ５２は駆動ローラとして駆動源（モータ）Ｍから不図示の駆動ギア列を介して駆動力が入力されて、矢印の時計方向に所定の速度で回転駆動される。この定着ローラ５２に上記のように弾性層を設けることで、定着ローラ５２に入力された駆動力を定着ベルト２１２へ良好に伝達することができるとともに、定着ベルト２１２からの記録材の分離性を確保するための定着ニップを形成できる。シリコーンゴムの硬度はＪＩＳ−Ａ１５度である。シリコーンゴム層によって、内部への熱伝導も少なくなるためウォーミングアップタイムの短縮にも効果がある。

定着ベルト２１２は、定着ローラ５２が回転駆動されると、定着ローラ５２のシリコーンゴム表面と定着ベルト２１２の内面ポリイミド層との摩擦によって定着ローラ５２と共に回転する。

加圧ベルト２２２は、ベルト懸架部材としてのテンションローラ５４と加圧ローラ５５によって張架されている。テンションローラ５４と加圧ローラ５５はそれぞれ装置の不図示の左右の側板間に回転自由に軸受させて支持させてある。

テンションローラ５４は、外径が２０ｍｍで、径が１６ｍｍである鉄合金製の芯金に、熱伝導率を小さくして加圧ベルト２２２からの熱伝導を少なくするためにシリコーンスポンジ層を設けてある。

加圧ローラ５５は、外径が２０ｍｍで、内径が１６ｍｍである厚さ２ｍｍの鉄合金製とされた低摺動性の剛性ローラである。

ここで、定着ベルト２１２と加圧ベルト２２２との間に画像加熱ニップとしての定着ニップ６０を形成する（クレーム１の「加熱ニップ」に対応する構成）ために、加圧ローラ５５は、回転軸の左右両端側が不図示の加圧機構により矢印Ｆの方向に所定の加圧力にて定着ローラ５２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６０を得るために、加圧パッドを採用している。すなわち、定着ベルト２１２を加圧ベルト２２２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５３と、加圧ベルト２２２を定着ベルト２１２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５６である。定着パッド５３及び加圧パッド５６は装置の不図示の左右の側板間に支持させて配設してある。

加圧パッド５６は、不図示に加圧機構により矢印Ｇの方向に所定の加圧力にて定着パッド５３に向けて加圧されている。第１の加圧パッドである定着パッド５３はパッド基体とベルトに接する摺動シート（低摩擦シート）５８を有する。第２の加圧パッドである加圧パッド５６もパッド基体とベルトに接する摺動シート５９を有する。これはベルト基層を金属層にした場合には、パッドのベルト内周面と摺擦する部分の削れが大きくなるという問題があるためである。ベルトとパッド基体の間に、摺動シート５８と５９を介在させることで、パッドの削れを防止し、摺動抵抗も低減できるので、良好なベルト走行性、ベルト耐久性を確保できる。

制御回路部６３は、少なくとも画像形成実行時にはモータＭを駆動する。これにより定着ローラ５２が回転駆動され、定着ベルト２１２が同じ方向に回転駆動される。定着ベルト２１２の周速度は、記録材にループを形成するため画像形成部側から搬送されてくるシートＳの搬送速度に比して僅かに遅い周速とされている。

加圧ベルト２２２は、定着ベルト２１２に従動して回転する。ここで、定着ニップ最下流の部分をローラ対５２・５５により定着ベルト２１２と加圧ベルト２２２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。

本実施例の場合、定着ベルト２１２の周速は３００ｍｍ／ｓｅｃとされ、Ａ４サイズのフルカラー画像を１分間に７０枚定着することが可能である。

定着ベルト２１２が所定の定着温度に立ち上がって温調された状態において、定着ベルト２１２と加圧ベルト２２２間の定着ニップ６０に、未定着トナー画像ｔを有する記録材Ｓが搬送される。記録材Ｓは、未定着トナー画ｔ像を担持した面を、定着ベルト２１２側に向けて導入される。そして、記録材Ｓの未定着トナー画像ｔが定着ベルト２１２の外周面に密着したまま挟持搬送されていくことにより、定着ベルト２１２から熱が付与され、また加圧力を受けて記録材Ｓの表面に定着される。

（２）定着ベルト２１２
定着ベルト２１２の基層は前記誘導加熱部材５７によって加熱させるために、ＳＵＳ合金、ニッケル、鉄、磁性ステンレス、コバルト−ニッケル合金等の金属層で形成されている。本実施例においては、内径が５０ｍｍで、厚みが６５μｍの電鋳ニッケルベルトを基層としている。その厚みは好ましくは１〜３００μｍがよい。基層の厚みが１μｍよりも小さいと剛性が低く、多数枚耐久に耐えることが困難となる。また、基層が３００μｍを超えると剛性が高くなりすぎ、また屈曲性が低下し回転体として使用するには現実的ではない。

基層の外周には弾性層が設けられている。弾性層の材料としては、公知の弾性材料を使用することができ、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム等を用いることができる。弾性層の厚さは、画像を印刷する場合に記録材の凹凸或いはトナー層の凹凸に加熱面が追従できないことによる光沢ムラを予防するために、１００μｍ以上が好ましい。弾性層の厚さが１００μｍ未満では、弾性部材としての機能が発揮されず、定着時の圧力分布が不均一となることによって、特にフルカラー画像定着時に二次色の未定着トナーを十分に加熱定着することができずに定着画像のグロスにおいてムラを生じる。また、溶融不十分なことによってトナーの混色性が低下し、高精細なフルカラー画像が得られず好ましくない。

塗工方法は実施例１同様、所謂リングコート法を用いた。実施例１で用いた定着ベルト２１の製造方法同様に、２種類の硬度に違いがあるシリコーンゴムＡ（ＪＩＳ−Ａ１２度）とシリコーンゴムＢ（ＪＩＳ−Ａ７度）を用い、シリコーンゴムＡをシリンダポンプ４１ａに、シリコーンゴムＢをシリンダポンプ４１ｂに充填して、シリンダポンプ４１ａとシリンダポンプ４１ｂの圧力比を三角関数的に、５．０：５．０、２．５：７．５、０．７：９．３、０．０：１０．０、０．７：９．３、２．５：７．５、５．０：５．０、７．５：２．５、９．３：０．７、１０．０：０．０、９．３：０．７、７．５：２．５、５．０：５．０の順に３回半リニアに変化させ、厚みは６００μｍであった。以降の手順は実施例１の定着ベルト２１の製造方法と同様に行い定着ベルト２１２を完成させた（クレーム２の「定着回転体」に対応する構成）。

図８は、定着ベルト２１２の長手方向の硬度分布を示した模式図と、硬度のグラフである。定着ベルト２１２の硬度は両端部付近２１２ａと２１２ｉは約８３度、２１２ｂ付近と２１２ｄ付近と２１２ｆ付近と２１２ｈ付近は約８０度（クレーム１の「定着回転体の平均硬度よりも低い硬度部分」に対応する構成）、２１２ｃ付近と２１２ｅ付近と２１２ｇ付近は約８６度（クレーム１の「定着回転体の平均硬度よりも高い硬度部分」に対応する構成）になった。ここでの硬度とは、マイクロゴム硬度計（高分子計器（株）製、商品名：ＭＤ−１（Ｃタイプ））での測定値である。

比較例として、シリンダポンプ４１ａとシリンダポンプ４１ｂの圧力比のみ変更した２１２ｘ１を作成した。圧力比を三角関数的に、５．０：５．０、７．５：２．５、９．３：０．７、１０．０：０．０、９．３：０．７、７．５：２．５、５．０：５．０、２．５：７．５、０．７：９．３、０．０：１０．０、０．７：９．３、２．５：７．５、５．０：５．０の順に３回半リニアに変化させた。電気炉での加熱条件、表面離型層のＰＦＡチューブ、作成手順などは定着ベルト２１２と同様にした。

図９は、定着ベルト２１２ｘ１の長手方向の硬度分布を示した模式図と、硬度のグラフである。定着ベルト２１２ｘ１の硬度は両端部付近２１２ｘ１ａと２１２ｘ１ｉは、約８３度、２１２ｘ１ｂ付近と２１２ｘ１ｄ付近と２１２ｘ１ｆと２１２ｘ１ｈ付近は約８６度、２１２ｘ１ｃ付近と２１２ｘ１ｅ付近と２１２ｘ１ｇ付近は約８０度になった。また、シリコーンゴムＢだけで弾性層を形成した定着ベルト２１２ｘ２を作成した。電気炉での加熱条件、表面離型層のＰＦＡチューブ、作成手順などは定着ベルト２１２と同様にした。図１０は、定着ベルト２１２ｘ２の長手方向の硬度分布を示した模式図である。定着ベルト２１２ｘ２の硬度は長手方向に変化はなく全領域において約８０度であった。

（３）加圧ベルト２２２
加圧ベルト２２２は、本実施例においては、内径が５５ｍｍで、厚みが５０μｍの電鋳ニッケルベルトを基層とし、基層の外周には弾性層としてシリコーンゴムが３００μｍの厚みで設けられている。塗工方法は実施例１同様、所謂リングコート法を用いた。

実施例１で用いた定着ベルト２１の製造方法同様に、２種類の硬度に違いがあるシリコーンゴムＣ（ＪＩＳ−Ａ１５度）をシリンダポンプ４１ａに、シリコーンゴムＤ（ＪＩＳ−Ａ２１度）をシリンダポンプ４１ｂに充填して、シリンダポンプ４１ａとシリンダポンプ４１ｂの圧力比を三角関数的に、０．０：１０．０、０．７：９．３、２．５：７．５、５．０：５．０、７．５：２．５、９．３：０．７、１０．０：０．０、９．３：０．７、７．５：２．５、５．０：５．０、２．５：７．５、０．７：９．３、０．０：１０．０の順に３回リニアに変化させた。以降の手順は実施例１の定着ベルト２１の製造方法と同様に行い加圧ベルト２２２を完成させた（クレーム２の「加圧回転体」に対応する構成）。

図８は、加圧ローラ２２２の長手方向の硬度分布を示した模式図と、硬度のグラフである。加圧ベルト２２２の硬度は２２２ａ付近と２２２ｃ付近と２２２ｅ付近と２２２ｇ付近は約９１度（クレーム１の「加圧回転体の平均硬度よりも高い硬度部分」に対応する構成）、２２２ｂ付近と２２２ｄ付近と２２２ｆは約８８度（クレーム１の「加圧回転体の平均硬度よりも低い硬度部分」に対応する構成）になった。ここでの硬度とは、マイクロゴム硬度計（高分子計器（株）製、商品名：ＭＤ−１（Ｃタイプ））での測定値である。

比較例として、シリコーンゴムＤだけで弾性層を形成した加圧ベルト２２２ｘを作成した。電気炉での加熱条件、表面離型層のＰＦＡチューブ、作成手順などは加圧ベルト２２２と同様にした。図１０は、加圧ローラ２２２ｘの長手方向の硬度分布を示した模式図である。加圧ベルト２２２ｘの硬度は長手方向に変化はなく全領域において約９１度であった。

（４）分離部材６１
本実施例で作成した定着ベルト２１２と加圧ベルト２２２を組み合わせた定着装置Ａ３は、定着ベルト２１２の２１２ｂ付近と２１２ｄ付近と２１２ｆ付近と２１２ｈ付近の下流、定着ベルト２１２表面から７００μｍ離した位置に分離部材６１（分離爪）を配置した（クレーム３の「分離部材」に対応する構成）。

比較例として作成した定着ベルト２１２ｘ１と加圧ベルト２２２を組み合わせた定着装置Ａ３ｘ１も同様に、定着ベルト２１２の２１２ｘ１ｂ付近と２１２ｘ１ｄ付近と２１２ｘ１ｆ付近と２１２ｘ１ｈ付近の下流、定着ベルト２１２ｘ１表面から７００μｍ離した位置に分離部材６１を配置した。

比較例として定着ベルト２１２ｘ２と加圧ベルト２２２ｘを組み合わせた定着装置Ａ３ｘ２も同様に、分離部材６１は定着機Ａ３と同じものを２１２ｘ２下流、定着ベルト２１２ｘ２表面から７００μｍ離した位置に配置した。

（５）用紙分離試験方法
実施例１と同様である。

（６）用紙分離試験結果
本実施例で作成した定着ベルト２１２と加圧ベルト２２２を組み合わせた定着装置Ａ３を３台、比較例として定着装置Ａ３の代わりに、比較例として作成した定着ベルト２１２ｘ１と加圧ベルト２２２を組み合わせた定着装置Ａ３ｘ１を３台、定着ベルト２１２ｘ２と加圧ベルト２２２ｘを組み合わせた定着装置Ａ３ｘ２を３台使い、前述の用紙分離試験方法により試験を行った結果を表３に示す。
表３

本実施例の定着ベルト２１２と加圧ベルト２２２を組み合わせた定着装置Ａ３の３台は、分離性に問題なかった。

比較例として作成した定着ベルト２１２ｘ１と加圧ベルト２２２ｘを組み合わせた定着装置Ａ３ｘ１が３台と、定着ベルト２１２ｘ２と加圧ベルト２２２ｘを組み合わせた定着装置Ａ３ｘ２が２台が分離不良となった。

上記の結果から本実施例は、比較例よりも分離性が良いということが分かった。本実施例の定着ベルト２１２の長手方向の硬度分布と加圧ベルト２２２の長手方向の硬度分布は、定着ベルト２１２の平均硬度よりも高い硬度部分が、加圧ベルト２２２の平均硬度よりも低い硬度部分に嵌合していると共に、定着ベルト２１２の平均硬度よりも低い硬度部分が、加圧ベルト２２２の平均硬度よりも高い硬度部分に嵌合している。この関係で嵌合することにより、定着ニップ部６０の下流にあたる定着ニップ部出口の記録材は進行方向水平に湾曲している。この湾曲により、記録材のコシが向上して用紙分離性が上がっていると考えられる。

比較例１の定着装置Ａ３ｘ１は、定着ベルト２１２ｘ１の長手方向の硬度分布と加圧ベルト２２２の長手方向の硬度分布は、定着ベルト２１２ｘ１の平均硬度よりも高い硬度部分が、加圧ベルト２２２の平均硬度よりも高い硬度部分と嵌合している。また、定着ベルト２１２ｘ１の平均硬度よりも低い硬度部分が、加圧ベルト２２２の平均硬度よりも低い硬度部分と嵌合している。この関係で勘合すると、定着ニップ部６０の下流にあたる定着ニップ部出口の記録材は進行方向水平に湾曲しない。

また、比較例２の定着装置Ａ３ｘ２の定着ベルト２１２ｘ２と加圧ベルト２２２ｘは、長手方向に硬度変化はない。従って、比較例２も比較例１同様に定着ニップ部６０の下流にあたる定着ニップ部出口の記録材は進行方向水平に湾曲しない。

ツインベルト方式の定着装置Ａ３、Ａ３ｘ１、Ａ３ｘ２は定着ベルトと加圧ベルトは寄り制御機構があり、それぞれ左右に３ｍｍ幅で常に定着ベルトと加圧ベルトの相対面は変化する。よって、この寄り制御により定着ベルトの平均硬度より高い硬度部分と相対する加圧ベルトの平均硬度より高い硬度部分、及び、定着ベルトの平均硬度より低い硬度部分と相対する加圧ベルトの平均硬度より低い硬度部分が組み合わさってしまわないように寄り制御幅と硬度分布の周期を設計する必要がある（クレーム２の「硬度分布の周期」に対応する構成）。硬度分布の周期は寄り制御幅よりも大きくする必要がある。硬度分布の周期は寄り制御幅の２倍以上ある方が良い。

［硬度を長手方向に変化を付ける別の手段］
定着部材及び加圧部材の長手方向の硬度を変える方法としては、実施例１，実施例２，実施例３で使用した２種類の硬度に違いがあるシリコーンゴムの配合比を変えながら基材に塗工していくものの他に、基材に塗工したシリコーンゴム表面に強弱を付けてＵＶ照射をするもの、基剤に塗工したシリコーンゴム表面にシリコーンゴム硬化剤を強弱を付けて塗布するなどがある。また、その他の手段を使って定着部材及び加圧部材の長手方向の硬度を変えても良い。

２１ 定着ベルト、２２ 加圧ローラ、２３ 定着ヒータ、
２５ ベルトガイド兼ヒータホルダ、２７ 定着ニップ部

Claims (3)

1. 定着回転体（２１、２１１、２１２）と前記定着回転体に圧接して記録材の加熱ニップ（２７、６０）を形成する加圧回転体（２２、２２１、２２２）を備えた画像加熱装置（Ａ、Ａ２、Ａ３）において、前記定着回転体と前記加圧回転体の長手方向に硬度分布を持ち、前記定着回転体の平均硬度よりも高い硬度部分（２１ａ、２１ｃ、２１１ｂ、２１２ｃ、２１２ｅ、２１２ｇ）と、前記加圧回転体の平均硬度よりも低い硬度部分（２２ａ、２２ｃ、２２１ｂ、２２２ｂ、２２２ｄ、２２２ｆ）を嵌合すると共に、前記定着回転体の平均硬度よりも低い硬度部分（２１ｂ、２１１ａ、２１１ｃ、２１２ｂ、２１２ｄ、２１２ｆ、２１２ｈ）と、前記加圧回転体の平均硬度よりも高い硬度部分（２２ｂ、２２１ａ、２２１ｃ、２２２ａ、２２２ｃ、２２２ｅ、２２２ｇ）を嵌合することを特徴とする定着装置。
2. 前記定着回転体（２１２）と前記加圧回転体（２２２）の長手方向の硬度分布の周期は、前記定着回転体と前記加圧回転体の寄り幅の合計より大きいことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記定着回転体（２１２）の平均硬度よりも低い硬度部分（２１２ｂ、２１２ｄ、２１２ｆ、２１２ｈ）に分離部材（６１）を設置することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。