JP2018087873A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー画像の定着性を維持しつつ、用紙の分離性を向上させる。【解決手段】定着ベルト４０と、定着ベルト４０に圧接してニップ部を形成する加圧ローラーと、を備えた定着装置において、定着ベルト４０は、複数の弾性体（第１弾性体４２ａ及び第２弾性体４２ｂ）が回転軸方向に並列に配置された弾性層４２を有し、複数の弾性体のうち隣接する弾性体は互いに硬度が異なり、加圧ローラーは、回転軸方向の硬度が均一な弾性層を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、定着装置及び画像形成装置に関する。

従来、複写機やレーザービームプリンターなどの画像形成装置が広く利用されている。画像形成装置は定着装置を備え、定着装置において、加熱された定着回転体を未定着のトナー画像を担持している用紙に当接させて、トナー画像を用紙に定着させる。トナー画像が定着された用紙は、定着回転体から分離される。
定着回転体は、例えば、基層、弾性層及び離型層がこの順で積層されている無端状のベルトなどである。

近年、画像形成処理の高速化や、使用される用紙の種類の増加等を背景として、トナー画像の用紙への定着性を損なうことなく、用紙の定着回転体からの分離性を高めたいという要求が高まっている。
例えば、特許文献１には、長手方向に硬度分布を有する定着回転体と加圧回転体を備え、互いの硬度の高い部分と低い部分とを嵌合させた構成とすることで、用紙の搬送量の差を利用して用紙に復元力を持たせ、定着回転体から分離しやすくした構成が提案されている。

特開２０１６−４５２７８号公報

しかしながら、上記特許文献１は、上下の部材の硬度の高い部分と低い部分とを嵌合させた構成であるため、用紙に横方向の力が加わり、シワが生じる恐れがあるうえ、定着回転体に仮に位置ずれが発生した場合に、搬送性に及ぼす影響が予測できないものであった。
また、一般に、分離性の改善にあたっては、定着回転体への用紙の付着力を下げるため、トナー中のワックスを浸み出させることが有効であるが、トナー中のワックスを増やすことはコスト面や製造面から採用することは困難である。
また、定着回転体のゴム硬度を上げて押圧力を上げ、ワックスの浸み出し量を増加させる方法もあるが、硬度が上がると用紙との密着性（追随性）が下がり、定着性が低下する恐れがある。

本発明の課題は、トナー画像の定着性を維持しつつ、用紙の分離性を向上させることのできる定着装置及び画像形成装置を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明によれば、
定着回転体と、前記定着回転体に圧接してニップ部を形成する加圧回転体と、を備えた定着装置において、
前記定着回転体は、複数の弾性体が回転軸方向に並列に配置された弾性層を有し、前記複数の弾性体のうち隣接する弾性体は互いに硬度が異なり、
前記加圧回転体は、前記回転軸方向の硬度が均一な弾性層を有することを特徴とする。

また、本発明によれば、
画像形成装置において、
用紙にトナー像を形成する画像形成部と、
トナー像が形成された用紙を、加熱圧接してトナー像を用紙に定着させる上記定着装置と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、トナー画像の定着性を維持しつつ、用紙の分離性を向上させることができる。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る定着装置の構成を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態に係る定着ベルトの斜視図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。 従来の定着ベルト及び加圧ローラーのニップ部での速度変化を示すイメージ図であり、（ａ）は、周方向からみた場合、（ｂ）は、軸方向からみた場合である。 本実施の形態の定着ベルト及び加圧ローラーのニップ部での速度変化を示す図であり、（ａ）は、周方向からみた場合、（ｂ）は、軸方向からみた場合である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、発明の範囲は、図示例に限定されない。

［画像形成装置］
先ず、本実施の形態の画像形成装置１０の構成について説明する。
図１は、画像形成装置１０の概略構成を示す図である。

画像形成装置１０は、電子写真方式によって用紙に画像を形成する画像形成装置である。
図１に示すように、画像形成装置１０は、例えば、制御部１１、原稿読取部１２、画像処理部１３、給紙部１４、搬送部１５、画像形成部２０、及び定着装置３０等を備えている。

制御部１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を備え、画像形成装置１０の各部の処理動作を統括的に制御する。ＲＯＭは、各種プログラム及び各種データが記憶されている記憶部である。制御部１１は、ＣＰＵがＲＯＭから各種プログラムを読み出して適宜ＲＡＭに展開し、展開したプログラムとＣＰＵの協働で、各種処理を実行する。

原稿読取部１２は、コピー用に設けられたスキャナー等であり、制御部１１の指示に従って、原稿台上にセットされた原稿を読み取って、入力画像データを生成する。

画像処理部１３は、入力画像データに必要な画像処理を行い、画像処理後の画像データを画像形成部２０に出力する。画像処理には、例えば、色変換処理、階調再現処理（スクリーン処理等）、及び補正処理（シェーディング補正等）等が含まれる。

給紙部１４は、複数の給紙トレイを備え、制御部１１の指示に従って、画像形成部２０に用紙を供給する。各給紙トレイには、それぞれ予め定められた紙種やサイズの用紙が収納されている。

搬送部１５は、複数のローラー対を有し、制御部１１の指示に従って、給紙部１４から給紙された用紙を、画像形成部２０、定着装置３０へ搬送し、画像形成及び定着された用紙を排紙口から排紙トレイ（図示略）に排出する。

画像形成部２０は、制御部１１の指示に従って、画像処理部１３により画像処理された画像データに基づいて、Ｙ、Ｍ、Ｃ、及びＫの複数の色からなる画像を用紙上に形成する。画像形成部２０は、４つの書込みユニット２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋ、中間転写ベルト２２、２次転写部２３等を備えている。

４つの書込みユニット２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋは、中間転写ベルト２２のベルト面に沿って直列（タンデム）に配置され、それぞれＹ、Ｍ、Ｃ及びＫの色の画像を形成する。書込みユニット２１Ｙは、感光体２１１Ｙ、帯電部２１２Ｙ、光走査装置２１３Ｙ、現像部２１４Ｙ、１次転写ローラー２１５Ｙ、及びクリーニング部２１６Ｙを備えている。
画像形成時、書込みユニット２１Ｙでは、帯電部２１２Ｙにより感光体２１１Ｙに電圧を印加して帯電させた後、光走査装置２１３Ｙにより画像データに基づいて発光させた光束で感光体２１１Ｙ上を走査して静電潜像を形成する。現像部２１４Ｙによりトナーを供給して、感光体２１１Ｙ上の静電潜像を現像すると、像担持体である感光体２１１Ｙ上にトナー像が形成される。
なお、各書込みユニット２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋは、書込みユニット２１Ｙと同様に構成されているため、その説明を省略する。

各書込みユニット２１Ｙ〜２１Ｋにおいて、感光体２１１Ｙ〜２１１Ｋ上にトナー像が形成されると、１次転写ローラー２１５Ｙ〜２１５Ｋにより、感光体２１１Ｙ〜２１１Ｋ上のトナー像が中間転写ベルト２２上に順次重ねて転写（１次転写）される。これにより、中間転写ベルト２２上には複数の色からなるトナー像が形成される。１次転写後、クリーニング部２１６Ｙ〜２１６Ｋにより感光体２１１Ｙ〜２１１Ｋ上に残留するトナーが除去される。

中間転写ベルト２２は、複数のローラーにより巻き回されて回転する無端ベルト状の像担持体である。当該複数のローラーには、１次転写ローラー２１５Ｙ〜２１５Ｋも含まれる。

２次転写部２３は、給紙部１４から搬送される用紙の搬送経路上に配置されている。２次転写部２３は、給紙部１４から給紙された用紙上に、中間転写ベルト２２上のトナー像を転写（２次転写）し、定着装置３０に搬送する。

定着装置３０は、制御部１１の指示に従って、画像形成部２０によりトナー像が形成された用紙を加熱及び加圧し、用紙に画像を熱定着させる。

［定着装置］
次に、定着装置３０の詳細な構成について説明する。
図２は、定着装置３０の構成を模式的に示す図である。

定着装置３０は、定着ベルト４０の構成以外は、公知のいわゆる二軸ベルト式定着装置と同様の構成とすることができる。
具体的に、図２に示すように、定着装置３０は、例えば、第１ローラー３１、第２ローラー３２、定着回転体としての定着ベルト４０、加圧回転体としての加圧ローラー３３、第１温度センサー３４、第２温度センサー３５、案内板３６、及び案内ローラー３７等を備えている。

第１ローラー３１は、第２ローラー３２と共に定着ベルト４０を軸支する。
第１ローラー３１は、例えば、外表面に弾性層を有する、回転自在なアルミニウム製の伝熱性のスリーブである。スリーブの内部には、ハロゲンヒータなどの加熱源である第１ヒーターＨ１が配置されており、これにより、第１ローラー３１は、定着ベルト４０を加熱するための加熱ローラーとして機能している。
なお、第１ヒーターＨ１は、上記したようにスリーブの内部に配置される構成以外にも、定着ベルト４０に対向するように配置される構成としても良い。

第２ローラー３２は、第１ローラー３１と共に定着ベルト４０を軸支する。
第２ローラー３２は、例えば、外周面に弾性層を有するローラーである。
また、第２ローラー３２は、加圧ローラー３３と共に、定着ベルト４０を介してニップ部Ｎを形成する。

定着ベルト４０は、第１ローラー３１及び第２ローラー３２に軸支される。なお、第１ローラー３１及び第２ローラー３２以外にも、定着ベルト４０を軸支するローラーを備える構成であっても良い。
第１ローラー３１及び第２ローラー３２に軸支されている状態の定着ベルト４０の張力は、例えば、４５Ｎ以下である。当該張力は、例えば、第１ローラー３１及び第２ローラー３２の軸間距離を拡げる方向にこれらの少なくとも一方を付勢するばねなどの弾性部材の弾性力（付勢力）や、第１ローラー３１及び第２ローラー３２の軸間距離などによって調整することが可能である。
定着ベルト４０は、例えば、第１温度センサー３４によるフィードバック制御により、第１ヒーターＨ１によって所望の温度（例えば１９０℃）に加熱される。
なお、かかる定着ベルト４０の詳細な構成については後述する。

加圧ローラー３３は、定着ベルト４０を介して第２ローラー３２に対向して配置されている。
加圧ローラー３３は、回転軸が定着ベルト４０（第２ローラー３２）に対して接近、離間可能なローラーであって、定着ベルト４０に接近したときに、当該定着ベルト４０を介して第２ローラー３２の外表面を押圧し、第２ローラー３２と共にニップ部Ｎを形成する。

ニップ部Ｎが形成される際の加圧ローラー３３の押圧力は、９．８Ｎ／ｃｍ^２以上である。加圧ローラー３３の押圧力は、加圧ローラー３３を付勢するばねなどの弾性部材の弾性力（付勢力）や、第２ローラー３２及び加圧ローラー３３の軸間距離などによって調整することが可能である。

加圧ローラー３３は、例えば、外表面に弾性層３３ａを有する、回転可能なアルミニウム製の伝熱性のスリーブである。スリーブの内部には、ハロゲンヒータなどの加熱源である第２ヒーターＨ２が配置されており、これにより、加圧ローラー３３は、加熱ローラーとしても機能している。
また、加圧ローラー３３の外表面の弾性層３３ａは、加圧ローラー３３の回転軸方向において、硬度にばらつきがない（硬度が均一な）構成となっている。
加圧ローラー３３は、例えば、第２温度センサー３５によるフィードバック制御により、第２ヒーターＨ２によって所望の温度（例えば１８０℃）に加熱される。

なお、上記したように加圧ローラー３３が第２ローラー３２に接近することでニップ部Ｎが形成される構成以外にも、第１ローラー３１及び第２ローラー３２が加圧ローラー３３に接近する構成でも良いし、両側から接近する構成でも良い。

第１温度センサー３４は、第１ローラー３１によって加熱された定着ベルト４０の温度を検出するための装置である。

第２温度センサー３５は、加圧ローラー３３の外周面の温度を検出するための装置である。

案内板３６は、未定着のトナー画像を有する用紙をニップ部Ｎに案内するための部材であり、案内ローラー３７は、トナー画像が定着された用紙をニップ部Ｎから画像形成装置外へ案内するための部材である。

［定着ベルト］
次に、定着ベルト４０の詳細な構成について説明する。
図３は、本実施の形態に係る定着ベルト４０の斜視図である。なお、図３においては、離型層４３の図示を省略している。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。

定着ベルト４０は、基層４１と、弾性層４２と、離型層４３とを有する。本実施の形態では、基層４１、弾性層４２、及び離型層４３は、この順で積層されている。定着ベルト４０の形状は無端状である。

基層４１は、耐熱性樹脂製である。当該耐熱性樹脂は、定着ベルト４０の使用温度において変性及び変形を生じない樹脂から適宜に選ばれ、一種でもそれ以上でもよい。
具体的に、使用可能な耐熱性樹脂としては、例えば、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、及びポリエーテルエーテルケトンが挙げられる。中でも、耐熱性の観点から、基層４１に用いられる耐熱性樹脂は、ポリイミドであることが好ましい。

ポリイミドは、その前駆体であるポリアミド酸の、２００℃以上の加熱による、または触媒を用いることによる、脱水・環化（イミド化）反応によって得られる。ポリアミド酸は、テトラカルボン酸二無水物とジアミン化合物とを溶媒に溶解し、混合・加熱による重縮合反応によって製造されてもよいし、市販品であってもよい。上記ジアミン化合物及びテトラカルボン酸二無水物の例には、特開２０１３−０２５１２０号公報の段落０１２３〜０１３０に記載の化合物が含まれる。

また、基層４１は、本実施の形態の効果が得られる範囲において、上記耐熱性樹脂以外の成分をさらに含んでいてもよい。例えば、基層４１の材料に、上記耐熱性樹脂以外の樹脂成分をさらに含んでいてもよい。この際、基層４１の材料における上記耐熱性樹脂の含有量は、成形性などの観点から、４０〜１００体積％であることが好ましい。

弾性層４２は、互いに硬度の異なる２つの弾性体が、回転軸方向（定着ベルト４０を軸支する第１ローラー３１及び第２ローラー３２の回転軸方向）に交互に配置されて構成されている。
具体的に、２つの弾性体はいずれもスパイラル形状であって、基層４１の上面に巻き回された状態に設けられ、これにより、回転軸方向において交互に配置されるようになっている。
以下の説明において、２つの弾性体のうち、硬度の高いほうを第１弾性体４２ａと称し、硬度の低いほうを第２弾性体４２ｂと称する。

なお、第１弾性体４２ａ及び第２弾性体４２ｂの硬度は、それぞれのゴムシートを作製し、ＪＩＳ Ｋ６２５３（２０１２）に従い、デュロメータータイプＡ（アスカーＡ型；高分子計器株式会社製）を用いて測定することができる。

第１弾性体４２ａ及び第２弾性体４２ｂの硬度の差は、５〜２５であることが好ましく、５〜２０であることがより好ましい。
第１弾性体４２ａ及び第２弾性体４２ｂの硬度の差が５未満の場合、その差が少なすぎることで、回転軸方向において、ニップ部Ｎの定着ベルト４０の速度と用紙の搬送速度にほぼ差が生じず、回転軸方向にせん断力が発生しないため、従来よりも分離性の向上した構成とはならない。また、第１弾性体４２ａ及び第２弾性体４２ｂの硬度の差が２５を超えた場合、その差が大きすぎることで、用紙への追随性差が大きくなり、画像光沢等に影響が生じる恐れがある。

また、このとき硬度の値の高いほうの弾性体である第１弾性体４２ａの硬度は、４０以下であることが好ましい。
第１弾性体４２ａの硬度を４０以下とすることで、定着ベルト４０の全体としての硬度を、分離性及び定着性を両立可能な適切な範囲にすることができる。

また、第１弾性体４２ａ及び第２弾性体４２ｂの回転軸方向の幅、即ち、第１弾性体４２ａ同士、或いは第２弾性体４２ｂ同士の間隔は、５〜３０ｍｍであることが好ましく、５〜２０ｍｍであることがより好ましく、５〜１０ｍｍであることがさらに好ましい。
第１弾性体４２ａ及び第２弾性体４２ｂの回転軸方向の幅が５ｍｍ未満の場合、その幅が狭すぎることで、軸方向において、ニップ部Ｎの定着ベルト４０の速度と用紙の搬送速度にほぼ差が生じず、軸方向にせん断力が発生しないため、従来よりも分離性の向上した構成とはならない。また、第１弾性体４２ａ及び第２弾性体４２ｂの軸方向の幅が３０ｍｍを超えた場合、その幅が広すぎることで定着ベルト４０の軸方向にせん断力がかかる範囲が少なくなり、適切なせん断力を得ることができない。

また、第１弾性体４２ａ及び第２弾性体４２ｂは、弾性材料製である。
具体的に、使用可能な材料（弾性材料）としては、例えば、シリコーンゴムや熱可塑性エラストマー、ゴム材料などの弾性樹脂材料が挙げられるが、耐熱性及び弾性の観点から、シリコーンゴムであることが好ましい。
第１弾性体４２ａ及び第２弾性体４２ｂの材料は、同じであってもよいし、異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。
なお、第１弾性体４２ａ及び第２弾性体４２ｂの硬度は、弾性材料の分子量や架橋剤の添加量、フィラーの添加量などに応じて調整することができる。例えば、弾性材料の分子量及び弾性材料における架橋密度を高くするほど、硬度を高めることができる。また、架橋剤の添加量を高くするほど、硬度を高めることができる。さらに、後述するフィラーの添加量を増やすほど硬度を高めることができる。

シリコーンゴムは、一種でもそれ以上でもよい。シリコーンゴムの例には、ポリオルガノシロキサンまたはその加熱硬化物が含まれる。例えば、シリコーンゴムは、１００質量部のジメチルポリシロキサン（粘度５００００ｍＰａ・ｓ、ビニル基量０．００００９ｍｏｌ／ｇ）と、２質量部のヒュームドシリカと、５０質量部の石英粉と、０．５質量部の酸化セリウム粉と、１．２質量部のＳｉＨ基含有メチルハイドロジェンポリシロキサン（Ｓｉ−Ｈ基量／アルケニル基＝１．０）と、１．１質量部のメチルハイドロジェンポリシロキサン（Ｓｉ−Ｈ基量０．００３８ｍｏｌ／ｇ）との加熱硬化物（特開２００８−２５５２８３号公報、段落００５１）、または８０質量部のビニル基含有ジメチルポリシロキサン（粘度２００００ｍＰａ・ｓ、ビニル基量０．０００１ｍｏｌ／ｇ）と、２０質量部のビニル基非含有ジメチルポリシロキサン（粘度５０００ｍＰａ・ｓ、ビニル基量０．００００５５ｍｏｌ／ｇ）と、０．８質量部のＳｉＨ基含有メチルハイドロジェンポリシロキサン（Ｓｉ−Ｈ基量／アルケニル基＝１．０）と、８０質量部の石英粉と、１質量部の酸化鉄と、０．５質量部のヒュームドシリカと、２５０質量部のアルミナとの加熱硬化物（特開２００８−２５５２８３号公報、段落００４５）である。

このような、第１弾性体４２ａ及び第２弾性体４２ｂを有する弾性層４２の厚みは、例えば、１００〜５００μｍであることが好ましく、１５０〜４５０μｍであることがより好ましく、２００〜４００μｍであることがさらに好ましい。
弾性層４２の厚みが小さいほど、弾性層４２の伝熱性を高めることができる。一方、弾性層４２の厚みが大きいほど、定着ベルト４０と用紙との密着性が上がり、定着性を高めることができる。

また、弾性層４２は、本実施の形態の効果が得られる範囲において、上記の弾性樹脂材料以外の成分をさらに含んでいてもよい。例えば、上記弾性材料は、弾性層４２の伝熱性を高めるためのフィラーをさらに含んでいてもよい。当該フィラーの材料の例には、シリカ、金属シリカ、アルミナ、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、カーボン及び黒鉛が含まれる。上記フィラーの形態は、限定されず、例えば、球状粉末、不定形粉末、扁平粉末または繊維である。

離型層４３は、トナー成分に対する適度な離型性を有し、定着時に用紙に当接する定着ベルト４０の外表面を構成している。
離型層４３の材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリイソブチレン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、アルコール可溶性ナイロン、ポリカーボネート、ポリアリレート、フェノール、ポリオキシメチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリホスファゼン、ポリサルフォン、ポリエーテルサルファイド、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンエーテル、ポリパラバン酸、ポリアリルフェノール、フッ素樹脂、ポリ尿素、アイオノマー、シリコーン、及び、これらの混合物または共重合体、が挙げられるが、離型性及び耐熱性の観点から、フッ素樹脂であることが好ましく、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）であることがより好ましい。

離型層４３の厚みは、例えば、熱の伝達、弾性層４２の変形への追従及び離型性の発現の観点から、５〜４０μｍであることが好ましく、１０〜３５μｍであることがより好ましく、２０〜３０μｍであることがさらに好ましい。

また、離型層４３は、本実施の形態の効果が得られる範囲において、上記の樹脂マトリクス材料以外の他の成分をさらに含んでいてもよい。例えば、離型層４３は、潤滑材粒子をさらに含んでいてもよい。当該潤滑材粒子の例には、フッ素樹脂粒子、シリコーン樹脂粒子及びシリカ粒子が含まれる。

離型層４３の材料における上記樹脂マトリクス材料の含有量は、伝熱性、及び弾性層４２の変形に十分に追従する柔軟性、の観点から、７０〜１００体積％であることが好ましい。

このような定着ベルト４０は、本実施の形態の効果を奏する範囲において、基層４１、弾性層４２、及び離型層４３以外の他の層をさらに有していてもよい。当該他の層の例には、補強層が含まれる。
補強層は、定着ベルト４０の機械的強度を高めるための層であり、例えば、定着ベルト４０における弾性層４２及び離型層４３とは反対側の表面（基層４１の内周面）に配置される。当該補強層は、前述した耐熱性樹脂で構成することができ、その厚さは、適宜に決めることが可能である。

また、定着ベルト４０は、積層型の定着ベルトを作製する公知の方法を利用して作製することが可能である。例えば、定着ベルト４０は、基層４１となる耐熱性樹脂製の無端状の成形体の外表面上に、第１弾性体４２ａ及び第２弾性体４２ｂとなる弾性材料またはその前駆体を塗布（スパイラル塗布など）し、当該弾性材料または当該前駆体を加熱硬化させる工程と、離型層４３となるチューブを弾性層４２上に被せる工程と、を含む方法によって作製することができる。

次に、本実施の形態の定着ベルト４０の作用効果について説明する。
図５（ａ）（ｂ）は、従来の一般的な定着ベルトを用いた場合の、ニップ部Ｎにおける定着ベルト及び加圧ローラーの速度変化を示すイメージ図である。図５（ａ）は、周方向からみた場合、図５（ｂ）は、回転軸方向からみた場合である。
また、図６（ａ）（ｂ）は、本実施の形態の定着ベルト４０を用いた場合の、ニップ部Ｎにおける定着ベルト４０及び加圧ローラー３３の速度変化を示すイメージ図である。図６（ａ）は、周方向からみた場合、図６（ｂ）は、回転軸方向からみた場合である。

図５（ａ）及び図６（ａ）において、縦軸は搬送速度であり、横軸はニップ距離であり、図５（ｂ）及び図６（ｂ）において、縦軸は搬送速度であり、横軸は回転軸方向距離である。
なお、全図において、定着ベルトの速度を実線で示し、加圧ローラーの速度を破線で示し、これら２本の線を、比較のため上下に並べて図示している。

図５（ａ）に示すように、従来の定着ベルトの場合、周方向においては、ニップ部Ｎの中心部（実線のボトム部分）で最も速度差が小さく、その前後において速度差（せん断力）が発生している。
また、図５（ｂ）に示すように、従来の定着ベルトの場合、回転軸方向においては、速度差はほとんどなく、回転軸方向にせん断力は発生していないことがわかる。

一方、図６（ａ）に示すように、本実施の形態の定着ベルト４０の場合、周方向においては従来の定着ベルトと同一の挙動を示すが、図６（ｂ）に示すように、回転軸方向においても、速度差（せん断力）が発生していることがわかる。これは、弾性層４２の圧縮・伸長変形によるものと考えられる。

このように、本実施の形態の定着ベルト４０は、回転軸方向に硬度（弾性率）の異なる弾性体（第１弾性体４２ａ及び第２弾性体４２ｂ）を並列に配置した弾性層４２を有することで、ニップ部Ｎにおいて、弾性体の界面を中心に速度変化が起こり、周方向に加え、回転軸方向にせん断力が働くこととなる。
このため、ワックスの浸み出し量が促進され、分離性を改善させることができる。
単純に定着ベルトの硬度を上げることで押圧力を付与し、浸み出すワックス量を増やして分離性を高めることは可能であるが、それでは定着ベルトと用紙の密着性（追随性）が低下し、特にラフ紙や凹凸紙において定着性が悪化してしまう。本実施の形態の定着ベルト４０では、定着性を維持しながら分離性を向上させることが可能となる。

以上のように、本実施の形態によれば、定着ベルト４０と、定着ベルト４０に圧接してニップ部Ｎを形成する加圧ローラー３３と、を備えた定着装置３０において、定着ベルト４０は、複数の弾性体が回転軸方向に並列に配置された弾性層４２を有し、複数の弾性体のうち隣接する弾性体は互いに硬度が異なり、加圧ローラー３３は、回転軸方向の硬度が均一な弾性層３３ａを有する。
具体的には、複数の弾性体は、互いに硬度が異なる第１弾性体４２ａ及び第２弾性体４２ｂを有し、第１弾性体４２ａ及び第２弾性体４２ｂが、回転軸方向に交互に配置される。
このため、弾性層４２の圧縮・伸長変形により、回転軸方向にせん断力が発生するため、ワックスの浸み出し量が促進され、弾性層４２の硬度を上げることなく分離性を改善させることができる。
従って、トナー画像の定着性を維持しつつ、用紙の分離性を向上させることができる。

また、本実施の形態によれば、隣接する第１弾性体４２ａ及び第２弾性体４２ｂの硬度の差は、５〜２５である。
このため、回転軸方向に適切なせん断力を発生させることができる。

また、本実施の形態によれば、硬度の値が高い第１弾性体４２ａの硬度は、４０以下である。
このため、定着ベルト４０の全体としての硬度を、分離性及び定着性を両立可能な適切な範囲にすることができる。

また、本実施の形態によれば、第１弾性体４２ａ及び第２弾性体４２ｂの回転軸方向の幅は、５〜３０ｍｍである。
このため、回転軸方向に適切なせん断力を発生させることができる。

また、本実施の形態によれば、第１弾性体４２ａ及び第２弾性体４２ｂは、いずれもスパイラル形状である。
このため、所謂スパイラル塗布による弾性層４２の形成が可能であって、製造を容易にすることができる。

なお、本発明を適用可能な実施の形態は、上述した実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上記実施の形態においては、定着装置３０は、定着回転体として定着ベルト４０を備えた構成を例示して説明したが、定着回転体として、定着ベルト４０の代わりに定着ローラーを備えた構成であっても良い。
この場合、定着ローラーは、その外表面に、基層４１、弾性層４２、及び離型層４３を備え、基層４１の内側にヒーターを設けた構成とすることができる。

また、上記実施の形態においては、第１弾性体４２ａ及び第２弾性体４２ｂがいずれもスパイラル形状である構成を例示して説明したが、第１弾性体４２ａ及び第２弾性体４２ｂを円環状として、回転軸方向に交互に配置される構成等であっても良い。

また、上記実施の形態においては、定着ベルト４０の弾性層４２は２つの弾性体を備えた構成を例示して説明したが、３つ以上の弾性体と備えた構成でも良い。なお、その場合、複数の弾性体のうち値が最も高い弾性体の硬度は、４０以下とされることが好ましい。

また、定着装置３０は、上記以外の他の構成をさらに有していてもよい。当該他の構成の例としては、加圧ローラー３３の軸移動機構と、用紙を剥がすための気流を生じさせる気流分離装置と、が含まれる。これらの他の構成には、公知の定着装置で採用されている公知の部材などを採用することができる。

本発明を、以下の実施例及び比較例を用いてさらに具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実施例などに限定されない。

［ゴム組成物１〜６の準備］
ジメチルポリシロキサンや、メチルハイドロジェンポリシロキサン、ヒュームドシリカ、石英粉、酸化鉄、酸化セリウム粉、エチニルシクロヘキサノール（反応制御剤）、白金触媒などの材料を適宜に含有するゴム組成物１を準備した。
また、上記材料の種類や混合割合などを調整して、ゴム組成物２〜６を準備した。
なお、ゴム組成物１〜６は、いずれもシリコーンゴム組成物である。

ゴム組成物１〜６それぞれを用い、後述の弾性層の製造条件と同じ条件で、厚み２．０ｍｍの測定用のゴムシートを作製し、物性測定として、ゴム硬度、引張強度、伸び、熱伝導率、ユニバーサル硬度の測定を行った。

上記ゴム硬度は、上記ゴムシートを用いて、ＪＩＳ Ｋ６２５３（２０１２）に従い、デュロメータＡ（アスカーＡ型；高分子計器株式会社製）により測定した。

上記引張強度及び伸びは、上記ゴムシートを用いて、テンシロン万能引張試験機（株式会社エー・アンド・デイ製）により測定した。このとき、上記ゴムシートを２３℃、５０％ＲＨの環境下において、引張速度２ｍｍ／分で引っ張った。

上記熱伝導率は、８０ｍｍ×１２０ｍｍにカットした上記ゴムシートを用いて、ＱＴＭ迅速熱伝導率計（京都電子工業株式会社製）により測定した。

上記ユニバーサル硬度（ＨＵ）は、上記ゴムシートを用いて、超微小硬度計（Ｈ−１００Ｖ；株式会社フィッシャーインストルメンツ製）により測定した。ユニバーサル硬度の測定条件を以下に示す。
圧子形状：ビッカース圧子（対面角α＝１３６°）
測定環境：２０℃、６０％ＲＨ
最大試験荷重：２ｍＮ
荷重速度及び除荷速度：０．２ｍＮ／秒
最大荷重クリープ時間：５秒

ゴム組成物１〜６の各物性値を表Ｉに示す。

［定着ベルトの作製］
まず、内径９９ｍｍ、長さ３６０ｍｍ、厚み７０μｍの熱硬化性ポリイミド樹脂からなるベルト基材（基層）の内側に、外径６０ｍｍのステンレス製の円筒状の芯金を密着させた。

次いで、スパイラル塗布法による塗布を実施した。具体的には、ポンプ／ディスペンサ２台を使い、芯金を回転させつつ平行に設置したノズル１及び２を上記ベルト基材の長さ方向に沿って移動させながら、ゴム組成物Ａをノズル１より、ゴム組成物Ｂをノズル２より上記ベルト基材の表面に吐出・塗布して、上記ベルト基材の表面にゴム組成物Ａ、Ｂの塗膜を形成した。
ここで、２種類のゴム組成物Ａ、Ｂは、上記ゴム組成物１〜６から選択されたものであり、その組み合わせは、表ＩＩに示す通りである。
また、ゴム組成物Ａ、Ｂの塗布条件を以下に示す。

（塗布条件：ゴム組成物Ａ）
ゴム組成物Ａの温度：２５℃
ノズルの口径：２ｍｍ
ノズルの吐出口とベルト基材の表面との距離：１０ｍｍ
ゴム組成物Ａの吐出量：８０ｍｌ／分
芯金の回転速度（周速度）：０．１ｍ／秒

（塗布条件：ゴム組成物Ｂ）
ゴム組成物Ｂの温度：２５℃
ノズルの口径：２ｍｍ
ノズルの吐出口とベルト基材の表面との距離：１０ｍｍ
ゴム組成物Ａの吐出量：８０ｍｌ／分
芯金の回転速度（周速度）：０．１ｍ／秒

次いで、芯金を回転させつつゴム組成物Ａ及びＢの塗膜に対して熱風を吹き付けて平坦化処理を行い、オーブン内において加熱することで硬化処理を行い、これにより、ベルト基材上に厚み１８５μｍの弾性層を形成した。最後に、上記弾性層上に離型層として、厚み３０μｍのペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）フィルムを被せた。
平坦化処理及び硬化処理の条件を以下に示す。

（平坦化処理の条件）
芯金の振れ幅：４０μｍ
熱風の風速：２２ｍ／秒
熱風の温度：５０℃
芯金の回転速度（周速度）：０．４ｍ／秒

（硬化処理）
加熱温度：１８０℃
加熱時間：６０分
芯金の回転速度（周速度）：０．１ｍ／秒

以上の手順により、ベルト基材、弾性層、及び離型層がこの順で積層されている定着ベルト１（実施例１）を作製した。
また、２種類のゴム組成物Ａ、Ｂの組み合わせを変更した以外は、定着ベルト１と同様にして、定着ベルト２〜９（実施例２〜７、比較例１、２）を作製した。
定着ベルト２〜９における２種類のゴム組成物Ａ、Ｂの組み合わせは、表ＩＩに示す通りである。

［評価］
各定着ベルトを、図２に示されるような二軸ベルト式定着装置を備えた電子写真方式の画像形成装置の定着ベルトとしてそれぞれ設置し、定着性及び分離性について評価を行った。複写機には、フルカラー複写機（ｂｉｚｈｕｂ ＰＲＥＳＳ Ｃ１０７０；コニカミノルタ株式会社製）を用い、トナーには、デジタルトナーＨＤ＋（コニカミノルタ株式会社製）を用いた。

（１）定着性
各定着ベルトの定着性について、以下の手順により評価した。用紙（レザック６６、米坪２０３ｇ／ｍ^２、Ａ４；特殊東海製紙株式会社、「レザック」は、同社の登録商標）を３０枚／分の速度で搬送しつつ、シアンの１層からなる、４０ｍｍ×１００ｍｍのベタ画像（付着量８．０ｇ／ｍ^２）を形成した。このとき、定着ベルトの表面温度を２００℃として当該トナー画像を定着させた。次いで、用紙のトナー画像が定着された領域３枚の紙ウエス（キムワイプ Ｓ−２００；日本製紙株式会社製）を摺擦面に重ねた、各柱形状のステンレス鋼製の圧子（３ｃｍ×３ｃｍ、０．４ｋｇ）で擦った。そして、下記の基準により、トナー画像の定着性を評価した。Ｒａｎｋ３〜５であれば、合格と判定できる。
Ｒａｎｋ５：圧子を８往復させても画像が剥離しない
Ｒａｎｋ４：圧子を５往復させても画像が剥離しない
Ｒａｎｋ３：圧子を３往復させても画像が剥離しない
Ｒａｎｋ２：圧子を３往復させる前に画像が剥離する
Ｒａｎｋ１：圧子を１往復させる前に画像が剥離する

（２）分離性
各定着ベルトの分離性について、以下の手順により評価した。用紙（アート紙：ＯＫ金藤、米坪８４．９ｇ／ｍ^２（Ｔ目）、Ａ４；王子製紙株式会社製）の搬送方向において、用紙の先端から所定の幅を余白部分として残し、当該余白部分以外にシアン及びマゼンダの２層（赤色）からなるベタ画像（付着量８．０ｇ／ｍ^２）を形成した。このとき、定着ベルトの表面温度を１８５℃として当該画像を定着させた。そして、下記の基準により定着ベルトと用紙との分離性を評価した。下記基準では、用紙がカールすることなく、定着ベルトと用紙とが分離するのに要する余白の幅を基準としている。Ｒａｎｋ３〜５であれば、合格と判定できる。
Ｒａｎｋ５：分離に要する余白の幅が３ｍｍ以下である
Ｒａｎｋ４：分離に要する余白の幅が３ｍｍ超５ｍｍ以下である
Ｒａｎｋ３：分離に要する余白の幅が５ｍｍ超７ｍｍ以下である
Ｒａｎｋ２：分離に要する余白の幅が７ｍｍ以上１０ｍｍ未満である
Ｒａｎｋ１：分離に要する余白の幅が１０ｍｍ以上である

評価結果を表ＩＩに示す。

表ＩＩに示すように、実施例１〜７では、定着ベルトの弾性層が第１弾性体及び第２弾性体を有し、２つの弾性体の硬度の差が５〜２５であり、値の高いほうの弾性体の硬度は、４０以下であり、且つ２つの弾性体の幅が５〜３０ｍｍであった場合、分離性及び定着性がいずれも良好であることがわかる。

また、比較例１、２では、第１弾性体及び第２弾性体が同一の硬度であり、定着ベルトの弾性層は、軸方向に均一な硬度を有する。
比較例１の場合、硬度が高いため、分離性が良好であるが、定着性が低下していることがわかる。また、比較例２の場合、硬度が低いため、定着性は良好であるが、必要な分離性を得ることができないことがわかる。
即ち、比較例１、２にように、定着ベルトの弾性層が第１弾性体及び第２弾性体を有さない場合、分離性及び定着性の両立を図り難いことがわかる。

１０ 画像形成装置
１１ 制御部
１２ 原稿読取部
１３ 画像処理部
１４ 給紙部
１５ 搬送部
２０ 画像形成部
３０ 定着装置
３１ 第１ローラー
３２ 第２ローラー
３３ 加圧ローラー（加圧回転体）
３３ａ 弾性層
３４ 第１温度センサー
３５ 第２温度センサー
３６ 案内板
３７ 案内ローラー
Ｈ１ 第１ヒーター
Ｈ２ 第２ヒーター
Ｎ ニップ部
４０ 定着ベルト（定着回転体）
４１ 基層
４２ 弾性層
４２ａ 第１弾性体
４２ｂ 第２弾性体
４３ 離型層

Claims (8)

1. 定着回転体と、前記定着回転体に圧接してニップ部を形成する加圧回転体と、を備えた定着装置において、
   前記定着回転体は、複数の弾性体が回転軸方向に並列に配置された弾性層を有し、前記複数の弾性体のうち隣接する弾性体は互いに硬度が異なり、
   前記加圧回転体は、前記回転軸方向の硬度が均一な弾性層を有することを特徴とする定着装置。
2. 前記隣接する弾性体の硬度（ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠したデュロメータータイプＡにより測定した硬度）の差は、５〜２５であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記複数の弾性体のうち値が最も高い弾性体の硬度（ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠したデュロメータータイプＡにより測定した硬度）は、４０以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記複数の弾性体の前記回転軸方向の幅は、５〜３０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の定着装置。
5. 前記複数の弾性体は、互いに硬度が異なる第１弾性体及び第２弾性体を有し、
   前記第１弾性体及び前記第２弾性体が、前記回転軸方向に交互に配置されることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の定着装置。
6. 前記複数の弾性体は、いずれもスパイラル形状であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の定着装置。
7. 前記定着回転体は、定着ベルトであることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の定着装置。
8. 用紙にトナー像を形成する画像形成部と、
   トナー像が形成された用紙を、加熱圧接してトナー像を用紙に定着させる請求項１〜７の何れか一項に記載の定着装置と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。

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