JP5322591B2 - 像加熱装置 - Google Patents

Description

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

電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置に搭載する画像加熱定着装置（定着器）として、ベルト方式のものがある。ベルト方式の定着装置は、トナー画像を担持する記録紙やＯＨＰシート等の記録材を挟持搬送しつつ加熱するためのニップ部を無端（エンドレス）状のベルトを用いて形成するために、記録材搬送方向においてニップ部の幅を広く取ることが可能となる。そのため、記録材の搬送速度を速くしてもトナー画像を十分な時間加熱することができ、プリント速度を速めることができる。ベルト方式の定着装置としては、ベルトとローラを組み合わせた構成のものと、２本のベルトを組み合わせた構成のものが提案されている。

ベルトとローラを組み合わせた構成の例として、特許文献１や特許文献２の定着装置が挙げられる。これらの定着装置においては、定着ローラと熱源を内部に有する加熱ローラの２つのローラに無端（エンドレス）状の定着ベルトを張架している。そしてその定着ローラと加熱ローラ間において定着ベルトの外周面（表面）に加圧ローラを接触させることにより定着ニップ部を形成している。

２本のベルトを組み合わせた構成の例として、特許文献３や特許文献４の定着装置が挙げられる。これらの定着装置においては、複数のローラにかけられた定着ベルトと複数のローラにかけられた加圧ベルトとが当接して、加圧されることにより定着ニップ部を形成している。
特開平１０−３０７４９６号公報 特開平６−３１８００１号公報 特開平３−１３３８７１号公報 特開２００４−３４１３４６号公報

しかしながら、上記のベルトとローラを組み合わせた定着装置で、ベルトにローラを巻きつけて、ニップ幅を広くした構成では、ニップ内で記録材に熱を伝える時間を長くできる反面、ニップ内で加圧されている時間も長くなる。そのため、記録材の中でも特に普通紙（以下、単に紙とする）の場合、紙表面の繊維上に担持されたトナー画像が、紙の繊維に浸透してしまいやすい。

このように紙繊維にトナーが浸透してしまうと、紙がもともと持っている凹凸（地合い）が定着画像面の表面に見えてしまう。つまり、紙繊維がトナーに覆われずに定着画像表面に露出してしまう状態となる。

このように紙の繊維の地合いが定着画像面の表面に見えてしまうと、紙表面の繊維上をトナー画像で均一の覆うことができなくなり、高い画像濃度を達成することが難しい。またこれと同時に、定着画像面の平滑性が損なわれることから、高い光沢度（グロス）を達成することも困難である。

また、上記のベルトとローラを組み合わせた定着装置で、定着前加熱手段をニップ部よりも記録材の搬送方向に対して上流側に配置し、記録材とトナー像を非接触で加熱する構成では、高速で印刷する場合、記録材とトナー像を十分に加熱することが出来ない。また、ニップの幅が狭いため、熱量不足による定着不良が発生する。

上記の２本のベルトを組み合わせた定着装置において、ニップよりも記録材の搬送方向に対して上流側で、記録材とトナー像を定着ベルトからの輻射熱により非接触で加熱するように構成することができる。しかしながら、その定着装置を用いて高速で定着しようとする場合には、記録材とトナー像を十分に加熱することが出来ない。またニップの幅も狭いため、熱量不足による定着不良が発生する。

また、２本のベルトを組み合わせた定着装置では、ベルトの可撓性を生かして、長いニップ幅を形成し、ベルトの長い領域で記録材を挟持することによってベルトを記録材とトナー像に接触させ、ベルトの熱を積極的に伝達しようとするものがある。

しかしこの場合、比較的長い定着ニップ全域に渡って、ベルトとトナー像を担持した記録材の密着性が維持されるような加圧力分布とすることが難しい。一度加圧力が高い領域を通過し、その後、加圧力が弱くなる領域があると、加圧力が高い領域で中途半端に定着されたトナー像が、加圧力の弱くなる領域でずれてしまい、トナー像がずれた状態で定着されてしまいやすいという問題がある。

このような、定着ニップの始めの方で加圧力が高い領域を通過したあとに、引き続きこれよりも加圧力の弱い領域が続く状態は、一般的に「圧抜け」と呼ばれる。このような「圧抜け」がある状態は、ベルトと記録紙の密着性が維持できないことによってトナー像がずれた状態で定着される「像ずれ」や、ベルトと記録紙の当接状態が不安定になることによって光沢ムラを生じるなど、異常画像の原因となりやすい。

本発明の目的は、高速化に対応可能な幅の広いニップ幅を確保できると共に、像ずれなどの異常画像の発生原因となる「圧抜け」がなく、十分な光沢度（グロス）を有する画像を得ることができる像加熱装置を提供することにある。

上記目的を達成するための構成は、少なくとも一方は無端ベルトである２つの回転体と、前記２つの回転体の少なくとも一方を加熱する手段と、前記無端ベルトの内側に設けられた加圧部材と、を備え、前記加圧部材と他方の回転体とで前記無端ベルトを挟むことにより前記２つの回転体の外周面同士を互いに当接させてニップ部を形成するとともに、前記ニップ部でトナー画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ加熱する像加熱装置において、前記無端ベルトの内部に、前記加圧部材とは別の、前記無端ベルトを支持するローラを有し、前記ニップ部は、前記加圧部材によるバックアップがない前記無端ベルトの領域を前記無端ベルトの弾性力のみで他方の前記回転体に接触させることによって形成されているプレニップ部と、前記加圧部材によるバックアップがある前記無端ベルトの領域を他方の前記回転体に当接させている加圧ニップ部とによって形成され、前記ニップ部は、前記プレニップ部から始まり、記録材搬送方向下流側に連続して前記加圧ニップ部が形成されるよう、前記２つの回転体が支持されており、前記トナー画像を担持する記録材を、前記プレニップ部で挟持搬送するとともに、前記トナー画像をフローテスターにおける略流出開始温度以上の温度に加熱することを特徴とする。

本発明によれば、高速化に対応可能な幅の広いニップ幅を確保できると共に、像ずれなどの異常画像の発生原因となる「圧抜け」がなく、十分な光沢度（グロス）を有する画像を得ることができる像加熱装置の提供が可能となる。

本発明を図面に基づいて説明する。

［実施例１］
（１）画像形成装置例
図３０は本発明に係る像加熱装置を画像加熱定着装置として搭載できる画像形成装置の一例の構成模型図である。この画像形成装置は、電子写真画像形成方式を用いて記録材（例えば、記録材、ＯＨＰシート等）に画像を形成するレーザビームプリンタである。

本実施例１に示す画像形成装置Ａは、像担持体としてのドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）１０１を有する。この感光ドラム１０１は、画像形成装置Ａの筐体を構成する画像形成装置本体Ｂに回転自在に支持され、駆動手段（不図示）によって矢印方向へ所定のプロセススピードで回転駆動される。その感光ドラム１０１の周囲には、回転方向に沿って、帯電ローラ（帯電手段）１０２、レーザ露光装置（露光手段）１０３、現像装置（現像手段）１０５、転写ローラ（転写手段）１０６、クリーニング装置（クリーニング手段）１０７がその順に配設してある。

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

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

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

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

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

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

本実施例１に示す定着装置１１２は、無端ベルト(回転体）としての定着ベルト１１及び加圧ベルト１２と、加圧部材としての定着ローラ１３及び加圧ローラ１４と、加熱ローラ１６及びテンションローラ１７と、を有する。また、定着装置１１２は、加熱する手段（加熱手段）としてのハロゲンヒータ１５と、温度検知手段としてのサーミスタ等の温度検知素子１９と、を有する。また、定着装置１１２は、定着ローラ１３を支持する支持部材としての第１フレーム３１Ｌ・３１Ｒと、加圧ローラ１４を支持する支持部材としての第２フレーム３３Ｌ・３３Ｒと、を有する。また、定着装置１１２は、加熱ローラ１６を支持する支持部材としての第３フレーム３５Ｌ・３５Ｒと、テンションローラ１７を支持する支持部材としての第４フレーム３７Ｌ・３７Ｒと、を有する。

そして、定着ベルト１１、定着ローラ１３、加熱ローラ１６、ヒータ１５、温度検知素子１９、定着ローラ１３を支持する第１フレーム、及び加熱ローラ１６を支持する第３フレームなどによって定着ベルトユニットＵ１を構成している。

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

本実施例１の定着装置１１２は、定着ベルトユニットＵ１において、定着装置の長手方向に沿って配置した定着ベルト１１の内側に定着ローラ１３と加熱ローラ１６を設け、その定着ローラ１３と加熱ローラ１６とにより定着ベルト１１を支持する構成とした。

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

図５を参照して、定着ベルト１１及び加圧ベルト１２の層構成を説明する。図５の（ａ）は定着ベルト１１の層構成の一例を表わす断面図、（ｂ）は加圧ベルト１２の層構成の一例を表わす断面図である。

定着ベルト１１及び加圧ベルト１２は、それぞれ、内側にエンドレスの基層１１ａ・１２ａを有し、その基層１１ａ・１２ａの外周に弾性層１１ｂ・１２ｂを有し、その弾性層１１ｂ・１２ｂの外周に離型層１１ｃ・１２ｃを有する（図４（ａ）・（ｂ））。基層１１ａ・１２ａは、ニッケル、ＳＵＳ等の金属製の電鋳ベルト或いはポリイミドなどの耐熱性樹脂からなるエンドレスのベルトである。基層１１ａ・１２ａの厚さは、金属製の電鋳ベルトの場合には厚さが５０〜１５０μｍ程度、耐熱樹脂の場合には５０〜３００μｍ程度として、ベルト自体が適度な剛性と可撓性を有することが好ましい。弾性層１１ｂ・１２ｂは、基層１１ａ・１２ａ上に形成された厚さ５０〜３００μｍ程度のシリコンゴム層である。また、離型層１１ｃ・１２ｃは、弾性層１１ｂ・１２ｂ上に形成された厚さ１０〜５０μｍ程度のＰＦＡ、ＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂層であり、チューブの被覆或いはコーティング等によって弾性層１１ｂ・１２ｂ上に形成されている。

本実施例１では、定着ベルト１１及び加圧ベルト１２として、次の構成のものを用いている。即ち、厚さ７５μｍのニッケル層からなるエンドレスベルトを基層１１ａ・１２ａとし、その基層１１ａ・１２ａの外周に弾性層１１ｂ・１２ｂとして厚さ３００μｍのシリコンゴム層を形成している。さらにその弾性層１１ｂ・１２ｂに離型層１１ｂ・１２ｂとして５０μｍのＰＦＡチューブを被覆している。また外径は、定着ベルト１１、加圧ベルト１２共にφ５５ｍｍとしている。

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

本実施例１においては、定着ローラ１３及び加圧ローラ１４の弾性層１３ｂ・１４ｂの長手方向の寸法は、定着ベルト１１及び加圧ベルト１２の長手方向の寸法よりも僅かに大きい寸法に設定した（図２）。定着ローラ１３及び加圧ローラ１４の弾性層１３ｂ・１４ｂの長手方向の寸法は、定着ベルト１１及び加圧ベルト１２の長手方向の寸法と略同一、或いは、定着ベルト１１及び加圧ベルト１２の長手方向の寸法よりも短い寸法に設定しても問題ない。

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

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

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

加熱ローラ１６は、肉厚１ｍｍ、外径φ１８ｍｍのアルミニウム製の中空円筒体である。この加熱ローラ１６は、定着ローラ１３に掛け回した定着ベルト１１を定着ローラ１３から記録材搬送方向上流側の斜め上方へ張り出すような位置に設けられる。つまり、加熱ローラ１６は、定着ローラ１３と加熱ローラ１６とに定着ベルト１１を掛け回したときの定着ベルト１１の最短経路長さよりも定着ベルト１１の周長さの方が余裕を持って長くなるような位置に、意図的に配置される。

そしてその位置において、加熱ローラ１６の両端部が第３フレーム３５Ｌ・３５Ｒに軸受３６Ｌ・３６Ｒ（図４）を介して回転自在に支持される。或いは、加熱ローラ１６両端部の軸受３５Ｌ・３５Ｒが加熱ローラ１６の回転中心と定着ローラ１３の回転中心とを結ぶ仮想直線Ｌ１上において定着ローラ１３から離れる方向Ｐ１（図１）にバネ等で付勢した状態に第３フレーム３５Ｌ・３５Ｒに支持される。つまり、定着ベルト１１は、図６（ａ）のように定着ローラ１３と加熱ローラ１６とにテンションを張った状態に掛け回されるのではなく、図６（ｂ）のように定着ローラ１３と加熱ローラ１６とに弛ませた状態に緩く掛け回される。従って、定着ベルト１１には、その定着ベルト１１の周方向において定着ローラ１３と加熱ローラ１６との間に弛み部１１ｄが形成される。本実施例１においては、定着ローラ１３の軸中心位置と加熱ローラ１６の中心位置との距離を２３［ｍｍ］に設定して、弛み部１１ｄを形成するようにした。

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

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

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

テンションローラ１７は、外径φ１８ｍｍのローラであって、ＳＵＳ製φ１０ｍｍの芯金１７ａの外周に厚さ４ｍｍのシリコンスポンジゴム層からなる弾性層１７ｂを設けた構成である。弾性層１７ｂの長手方向の寸法は、定着ローラ１３及び加圧ローラ１４の弾性層１３ｂ・１４ｂの長手方向の寸法と等しい。このテンションローラ１７は、加圧ローラ１４に掛け回した加圧ベルト１２を加圧ローラ１４から記録材搬送方向上流側の斜め下方へ張り出すような位置に設けられる。つまり、テンションローラ１７は、加圧ローラ１４とテンションローラ１７とに加圧ベルト１２を掛け回したときの加圧ベルト１２の最短経路長さよりも加圧ベルト１２の周長さの方が余裕を持って長くなるような位置に、意図的に配置される。そしてその位置において、テンションローラ１７の芯金１７ａの両端部が第４フレーム３７Ｌ・３７Ｒに軸受３８Ｌ・３８Ｒ（図４）を介して回転自在に支持される。或いは、芯金１７ａ両端部の軸受３８Ｌ・３８Ｒが加圧ローラ１４の回転中心とテンションローラ１７の回転中心とを結ぶ仮想直線Ｌ２上において加圧ローラ１４から離れる方向Ｐ２（図１）にバネ等で付勢された状態に第４フレーム３７Ｌ・３７Ｒに支持される。つまり、加圧ベルト１２は、図７（ａ）のように加圧ローラ１４とテンションローラ１７とにテンションを張った状態に掛け回されるのではなく、図７（ｂ）のように加圧ローラ１４とテンションローラ１７とに弛ませた状態に緩く掛け回される。従って、加圧ベルト１２には、その加圧ベルト１２の周方向において加圧ローラ１４とテンションローラ１７との間に弛み部１２ｄが形成される。本実施例１においては、加圧ローラ１４の軸中心位置とテンションローラ１７の中心位置との距離を２３［ｍｍ］に設定して、弛み部１２ｄを形成するようにした。

従って、本実施例１では、２つの無端ベルトである定着ベルト１１と加圧ベルト１２の両方に弛み部１１ｄ・１２ｄを形成している。

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

以下、本実施例１の定着器構成において、説明の便宜上、ニップ部はその機能的役割に応じて、「プレニップ部」、「加圧ニップ部」と名称を付して説明する。「プレニップ部」とは、定着ベルト１１、加圧ベルト１２が、それぞれ定着ローラ１３、加圧ローラ１４に接触していないベルト領域同士によって形成されたニップ部である（図１）。「加圧ニップ部」とは、定着ベルト１１、加圧ベルト１２の内面側（内側）にそれぞれ配置した定着ローラ１３、加圧ローラ１４のバックアップがある領域同士によって形成されたニップ部である（図１）。また、「プレニップ部Ｎ１」と「加圧ニップ部Ｎ２」を合わせたニップ領域を「トータルニップ」とする。ニップ部であるトータルニップは、２つの無端ベルトである定着ベルト１１と加圧ベルト１２の外周面同士を互いに当接させることにより形成される。

定着ベルトユニットＵ１と加圧ベルトユニットＵ２において、定着ローラ１３を支持する第一フレームと、加圧ローラを支持する第二フレームには、それぞれ、加圧手段としての加圧バネ４１Ｌ・４１Ｒ，４２Ｌ・４２Ｒが配設される（図２）。そしてその加圧バネ４１Ｌ・４１Ｒ，４２Ｌ・４２Ｒにより定着ローラ１３と加圧ローラ１４は互いに接近する方向に付勢される。その定着ローラ１３と加圧ローラ１４は、それぞれの弾性層１３ｂ・１４ｂにより定着ベルト１１と加圧ベルト１２が挟まれて加圧されることにより、定着ベルト１１の外周面（表面）と加圧ベルト１２の外周面（表面）とが接触する。その結果、定着ベルト１１表面と加圧ベルト１２表面との接触により加圧ニップ部Ｎ２が形成される（図１）。本実施例１においては、加圧バネ４１Ｌ・４１Ｒ，４２Ｌ・４２Ｒによる定着ローラ１３と加圧ローラ１４への加圧力の総圧を１９６Ｎ（２０ｋｇｆ）とし、これにより加圧ニップ部Ｎ２の幅を５ｍｍとしている。

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

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

定着ローラ１３と加圧ベルト１４が互いに接近する方向に付勢され、定着ベルト１１と加圧ベルト１２との接触より加圧ニップ部Ｎ２が形成される。すると、その加圧ニップ部Ｎ２の記録材搬送方向上端から、定着ベルト１１と加圧ベルト１２のそれぞれの弛み部１１ｄ・１２ｄに所定の範囲で重なり合う領域、オーバーラップする領域（図８の点線部分）が生じる。それぞれの弛み部１１ｄ・１２ｄは、その重なり合う領域で定着ベルト１１表面と加圧ベルト１２の表面が接触する。これにより、定着ベルト１１と加圧ベルト１２は周方向に平衡を保つように適度に変形する。これによって、その重なり合う領域にプレニップ部Ｎ１が形成される（図１）。従って、このプレニップ部Ｎ１内におけるニップ圧は、定着ベルト１１と加圧ベルト１２が図１に示す接触状態からそれぞれ図６（ｂ）、図７（ｂ）に示す非接触状態に戻ろうとする、定着ベルト１１及び加圧ベルト１２の弾性の力によるものである。

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

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

さらに、このプレニップ部Ｎ１は、定着ベルト１１に内包される定着ローラ１３と加圧ベルト１２に内包される加圧ローラ１４を付勢することによって形成される加圧ニップ部Ｎ２と連続して形成される。そのため、記録材を挟持、搬送する際に、記録材Ｐと定着ベルト１１及び加圧ベルト１２との密着性が、プレニップ部Ｎ１と加圧ニップ部Ｎ２を含めたトータルニップ内において維持されている。

このとき形成されているプレニップ部と加圧ニップ部の当接状態を図９に示す。

本実施形態においては、定着ベルト１１と加圧ベルトは同じ仕様であり、また、定着ローラ１３と加圧ローラ１４は共に同じ仕様の弾性ローラであるので、付勢された荷重による変形量は同じとなる。変形量が同じであるということは、定着ベルト１１内に配置された定着ローラ１３が定着ベルト１１内面に接している長さと、加圧ベルト１２内に配置された加圧ローラ１４が加圧ベルト１２内面に接している長さがほぼ等しい。つまり、定着ローラ１３が定着ベルト１１をバックアップしている長さと、加圧ローラ１４が加圧ベルト１２をバックアップしている長さはほぼ等しい。従って、加圧ニップ部Ｎ２の領域内には、加圧部材である定着ローラ１３と加圧ローラ１４とによるバックアップがある無端ベルト領域同士、即ち定着ベルト１１及び加圧ベルト１２の領域同士によって形成された部分を有する。本実施例１では、その部分は加圧ニップ部Ｎ２全域である。従って、このときの状態は、図９に示すように、記録材搬送方向上流側から、ベルト同士の当接によって形成されたプレニップ部Ｎ１がある。そしてそのプレニップ部Ｎ１に引き続き、各ローラにバックアップされたベルト同士の接触によって形成される加圧ニップ部Ｎ２が連続して形成された状態となる。つまり、トータルニップは、プレニップ部Ｎ１から始まり、記録材搬送方向下流側に連続して加圧ニップ部Ｎ２が形成されるよう、２つの無端ベルトである定着ベルト１１と加圧ベルト１２を支持する。

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

図１０に示すように、定着ローラ１３と加圧ローラ１４とが互いに接近する方向に付勢されていることから、この部分に相当する位置で定着ベルト１１と加圧ベルト１２が接触して形成される加圧ニップ部Ｎ２において加圧力が最も高くなる。

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

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

本実施例１のように定着ベルト１１と加圧ベルト１２を意図的に弛ませた状態（図６（ｂ）、図７（ｂ））においても、その定着ベルト１１と加圧ベルト１２は、それぞれ、基層１１ａ・１２ａが剛性及び可撓性を有する。従って、その定着ベルト１１と加圧ベルト１２は、それぞれ、その弛ませた状態を維持しながら回転する。

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

ヒータ１５には、加圧ローラ１４の回転駆動と前後して、或いはこれと同時に、通電制御手段としての通電制御部４１（図４）により通電を行う。これによりヒータ１５が発熱し、そのヒータ１５によって回転動作中の加熱ローラ１６を加熱し、その加熱ローラ１６によって回転動作中の定着ベルト１１を加熱する。その定着ベルト１１の熱は加圧ニップ部Ｎ２及びプレニップ部Ｎ１を通じて回転動作中の加圧ベルト１２に伝わり、加圧ベルト１２が加熱される。加熱ローラ１６の温度は温度検知素子１９（図１）により検知され、その温度検知素子１９からの出力信号Ｓ１に基づいて通電制御部４１がヒータ１５に通電する電力を制御して、ヒータ１５の温度制御を行う。即ち、通電制御部４１は、プレニップ部Ｎ１においてトナー画像Ｔをフローテスターにおける略流出開始温度以上の温度に加熱する所定の設定温度（目標温度）を維持するように温度検知素子１９からの出力信号Ｓ１に基づいてヒータ１５への通電を制御する。

本実施例１で用いているフローテスターにおける流出開始温度Ｔｆｂは、以下の条件で求めたものである。

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

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

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

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

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

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

また、プレニップ部Ｎ１における加圧ベルト１２は、記録材Ｐのトナー画像非担持面にのみ接触し、加圧ローラ１４や他の構成部材とも接触していない。

従って、定着ベルト１１及び加圧ベルト１２が保持している熱は、記録材Ｐに対して効率よく伝達することができるようになっている。

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

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

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

つまり、プレニップ部Ｎ１でトナー画像Ｔが十分に溶融する時間を確保してから加圧ニップ部Ｎ２でトナー画像Ｔを記録材Ｐに加圧定着する温度分布と圧力分布をプレニップ部Ｎ１と加圧ニップ部Ｎ２とにより得ることができる。これにより、トナー画像Ｔの定着不良、ブリスター、オフセット等の発生を大幅に低減できる。そしてその記録材Ｐは加圧ニップ部Ｎ２から排出される。

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

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

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

このようにして測定した本実施例１の定着装置１１２のプレニップ部Ｎ１と加圧ニップ部Ｎ２における温度プロファイルを図１１に示す。この図中には、図１０に示した加圧力の分布を、トータルニップの各地点における位置を横軸方向で合わせた上で、温度プロファイルと重ねて示している。

また、溶融、定着過程を説明するために、この定着工程における記録材Ｐとトナー画像Ｔの状態を示すモデル図を図１２に示す。

図１２以降のトナー層のモデル図について、凡例に示すようにそのトナーの状態を色の分布で表現する。

図１２（ａ）は、プレニップ部Ｎ１突入前の記録材Ｐとトナー画像Ｔの状態を示す図であり、同様に（ｂ）はプレニップ部Ｎ１通過直後における状態、（ｃ）は加圧ニップ部Ｎ２通過直後における状態を示すモデル図である。

以下に、本実施例１の定着器をもってトナー画像Ｔが定着される過程を、図１１の温度プロファイル、加圧力の分布、図１２の記録材Ｐとトナー画像Ｔの状態を示すモデル図から説明する。

まず、トナー画像Ｔを担時した記録材（記録紙）Ｐは、プレニップ部Ｎ１に導入される。

プレニップ部Ｎ１では図１１に示すように、トナー画像Ｔは次第に予熱され、その温度が上昇する。このとき、プレニップ部Ｎ１での温度プロファイルは、上昇し、その傾きはプレニップ部Ｎ１の後半に至るにつれて次第に緩やかになり、飽和する傾向を示す。

このとき、その温度は図１１に示すように、プレニップ部Ｎ１の範囲内において、フローテスターにおける略流出開始温度以上に到達している。

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

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

フローテスターにおける流出開始温度Ｔｆｂは、その測定原理から、まさにこのようにトナーが溶融し変形し始める温度を示している。

即ち、フローテスターにおいて、一定荷重を加えた状態のトナーペレットに対し徐々に温度を上げていった際にトナーがダイ穴から流出し始める温度は、トナーの溶融、変形し始めた温度を示している。

このことは実験的にも以下のように確かめられた。

トナー画像Ｔを担持した記録紙Ｐを無加圧の状態で、流出開始温度Ｔｆｂ以下の環境下に放置した場合、記録紙上に担持されたトナー画像Ｔは全く変化しなかった。

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

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

トナー画像Ｔを担持した記録紙Ｐは、引き続き、加圧力のかかっている加圧ニップ部Ｎ２で加圧力を受けて記録紙の紙繊維にトナー画像Ｔを適度に浸透させ、定着画像を得る。

このとき、プレニップ部Ｎ１内において、すでにＴｆｂ以上の温度に到達していれば、加圧力のかかっている加圧ニップ部Ｎ２内全域に渡って、トナー画像Ｔは略流出開始温度以上の温度を維持できることになる。つまり、トナー画像Ｔは加圧ニップ部Ｎ２内全域に渡って、溶融変形する状態にあるので、加圧ニップＮ２で付与された加圧力は、無駄なく、トナー画像Ｔを記録紙Ｐへ浸透させるのに使われる。

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

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

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

このように時間をかけて予熱されることによって、トナー画像Ｔは、その厚さ方向内においても、ほぼ均一に溶融し、トナー層の上層から下層に渡って、良好な溶融状態となっている。同時にこのプレニップ部Ｎ１内では圧力はほとんどかかっていないため、記録紙Ｐ上のトナー画像Ｔは図１２（ｂ）に示すように記録紙Ｐにあまり浸透することなく溶融した状態で存在する。

このようにプレニップ部Ｎ１において、十分に溶融した状態となった後、記録紙Ｐは加圧ニップ部Ｎ２に至り、図１１に示されるような加圧力を受ける。

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

加圧ニップ部Ｎ２において加圧された記録紙Ｐは、トナー画像Ｔが適度に浸透したあと加圧ニップ部Ｎ２から排出されることによって、十分な定着性を有する定着画像を得られる（図１２（ｃ））。

以上のような過程を経て定着される本実施例１の定着器で実現している定着プロセスの特徴は以下の３点である。

本実施例１の定着器を用いた定着プロセスにおける特徴の１つ目は、トナー画像Ｔの温度が十分に上昇するまではほとんど加圧力を付与しない点である。

トナーが溶融していない状態で加圧した場合、その加圧力は、粉体状のトナーを記録紙Ｐに押し付けるだけになってしまうため、全く定着に寄与しない。このときの加圧力は無駄になってしまう。即ち、効率よく定着を行うためには、トナー画像Ｔが十分に溶融した状態で加圧力を加えることが必要である。

図１１に示すように、トナー画像Ｔを加熱昇温させている過程であるプレニップ部Ｎ１の範囲では加圧力がかかっていない。

本実施例１では、プレニップ部Ｎ１の領域内でトナー画像Ｔを担時した記録紙Ｐに対して積極的に加圧力を加えることなく予熱を行う構成を、定着ベルト１１と加圧ベルト１２で挟持されるプレニップ部Ｎ１をもって形成することによって実現している。

本実施例１の定着器における特徴の２つ目は、加圧力のかかっている加圧ニップ部Ｎ２領域内に渡って、トナー画像Ｔの温度がフローテスターにおける流出開始温度Ｔｆｂ以上に維持されていることにある。

図１１に示すように加圧力のかかっている加圧ニップ部Ｎ２の領域内においてそのトナー画像Ｔの温度はフローテスターにおける流出開始温度Ｔｆｂ以上の温度を維持している。

これにより、トナー画像Ｔの温度がＴｆｂ以上に達し、十分に溶融した状態で加圧することによって、必要最小限の加圧力で記録材Ｐへの定着を行うことができる。

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

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

本実施例１の定着器における特徴の３つ目は、トナー画像Ｔ上層の温度とトナー画像Ｔ下層の温度の差が少ない状態、即ち、トナー画像Ｔの厚さ方向で均一に近いトナーの溶融状態となったところで加圧するという点である。

本実施例１の定着器の温度プロファイルは、図１１に示すように、プレニップＮ１においてそのトナー画像Ｔの温度が上昇し、Ｔｆｂ以上に到達する。トナー画像Ｔの温度変化の傾きはプレニップ部Ｎ１の後半に至るにつれて次第に緩やかになり、飽和する傾向を示している。

このように温度変化が飽和する傾向を示しているということは、その付近での温度勾配が少なくなっていることを示している。

つまり、定着ベルト１１の熱が十分に記録紙Ｐ側へと伝達されて、定着ベルト１１と記録紙Ｐの温度差が小さくなってきていることを示している。

このことは同時に、記録紙Ｐの厚さ層方向についてもあてはまる。

つまり、このとき、記録紙Ｐの厚さ層方向での温度分布、実際にトナー画像Ｔを担持した状態であればそのトナー画像Ｔの厚さ方向での温度分布が小さくなっていることを示している。

トナー画像Ｔの厚さ方向での温度分布が小さくなっているということは、即ち、トナー画像Ｔ上層と下層でのトナーの溶融状態が近く、厚さ方向でほぼ均一に溶融させることができているということを示している（図１２（ｂ））。

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

以上説明したように、本実施例１の定着装置は、プレニップ部Ｎ１において、トナー画像Ｔを担持した記録紙Ｐを十分に予熱し、トナー画像Ｔ上層の温度と、トナー画像Ｔ下層の温度の差の少ない状態とする。即ち、トナー画像Ｔの厚さ方向でほぼ均一なトナーの溶融状態とする。そしてトナーの溶融状態となった後に、加圧ニップ部Ｎ２において加圧することによって、溶融したトナーを適度に紙に浸透させて定着し、十分なグロスを出すことを実現している。

以上のような効果は、実際にはフローテスターにおける流出開始温度Ｔｆｂに対して、およそ±５℃程度の範囲内でも得ることができた。

従って、流出開始温度Ｔｆｂ±５℃程度の「略流出開始温度」とすれば同様の効果が得られる。

本実施例１の定着装置（定着器）１１２と比較するために作製した比較例１、比較例２、比較例３の定着装置（定着器）の断面図を図１３、１４、１５に示す。ここで本実施例１の定着器１１２と同一の部材・部分には同じ符号を付して再度の説明を省略する。

比較例１として図１３に示す定着器は、図６（ａ）に示すようにベルトを掛け回した定着ベルトユニットＵ１と、表層に離型層を有するローラ５０によって、ニップ部Ｎ１ａを形成したものである。このとき、記録材Ｐをガイドする定着入口ガイド５１を、定着ベルト１１に沿うように配置し、定着ベルト１１からの輻射熱でトナー画像Ｔと記録材Ｐの予熱を行おうとしたものである。

比較例２として図１４に示す定着器は、本実施例１の定着器と同様、２つの無端ベルトを各々２つのローラ１３・１６、１４・１７に掛け回しその無担ベルト１１・１２同士を互いに圧接させてニップ部Ｎ１ｂ・Ｎ２ｂ・Ｎ３ｂを形成したものである。しかしながら、加熱ローラ１６とテンションローラ１７に相当するローラが互いに当接する方向に付勢され、加熱ローラ１６とテンションローラ１７に巻きかけられた各ベルト１１・１２表面同士が接触している点が本実施例１の定着器と異なる。

比較例３として図１５に示す定着器は、本実施例１の定着器の加圧ベルトユニットＵ２の代わりに、表層に離型層を有するローラ５０を用いている。また定着ベルトユニットＵ１の定着ベルト１１をローラ５０の円周上に巻き掛けるようにして、比較例１の熱ローラ定着器に対して比較的長いニップ幅を形成したものである。

上記の比較例１〜３のそれぞれの定着器について、本実施例１の定着器と同様の方法にて加圧力分布及び、温度プロファイルの測定を行った。

図１６から図１８はそれぞれ比較例１から３における加圧力分布、温度プロファイルの測定結果である。また、図１９から図２１はそれぞれ比較例１から３における記録材Ｐとトナー画像Ｔの溶融状態を示すモデル図である。

まず図１３に示す比較例１の定着器において、定着動作を行った結果について説明する。

図１９（ａ）は、比較例１の定着器において、ニップ部Ｎ１ａに突入する直前における記録紙Ｐとトナー画像Ｔの状態を示す図であり、同様に図１９（ｂ）はニップ部Ｎ１ａを出た後の状態を示すモデル図である。

この比較例１の定着器では、トナー画像Ｔを担持した記録紙Ｐは、まず定着入口ガイド５１に沿って搬送される。このとき、記録紙Ｐの温度はトナー画像Ｔ担持面側から、輻射熱によって加熱されるが、輻射による熱の伝達はわずかであるので、記録紙Ｐの温度はほとんど上昇しない。引き続き、トナー画像Ｔを担持した記録紙Ｐはニップ部Ｎ１ａに突入し、定着ベルト１１と接触して熱の付与を受け、同時に加圧され、排出される。

この比較例１の定着器で本実施例１に用いたものと同じトナー画像Ｔを定着させたが、本実施例１の定着器で得られた定着画像と同等以上のグロスを有する定着画像を得ることはできなかった。

この比較例１の定着器で得られた定着画像を観察した。すると、記録紙Ｐが有する凹凸の凸部分に位置するトナーが記録紙Ｐに浸透して、紙繊維の地合いが見えてやすくなってしまい、定着したトナー画像Ｔと紙の地合いが混在して見える不均一な定着画像となってしまっていた。これにより、本実施例１の定着器による定着画像と同等の光沢度（グロス）を実現することができていなかった。

これは、以下のようなメカニズムによるものと推察される。

図１６は比較例１の定着器における加圧力分布、温度プロファイルの測定結果であるが、この比較例１の定着器と本実施例１の定着器において大きく異なる点は、加圧力がかかっているニップ部Ｎ１ａ領域内での温度である。

まず、この比較例１の定着器においてはＮ１ａに到達するまではトナー画像Ｔの温度はほとんど上昇しないため、本実施例１の定着器におけるトータルニップ幅よりも短いニップ部Ｎ１ａ領域で熱の付与を行う必要がある。短いニップ幅で熱を伝達するためには、記録紙に対する温度勾配を大きくする、つまり、本実施例１の定着器の定着ベルト１１温度よりも高い温度に設定する必要がある。

しかしこのように、急激に熱を伝達しようとすると、被加熱体の層方向での温度差が生じやすくなることは明らかである。つまり、トナー画像Ｔ上層の温度とトナー画像Ｔ下層の温度の差が大きい状態となる。これは即ち、トナー画像Ｔ上層と下層の溶融状態が大きく異なることを意味している。

このときのトナー層の溶融状態を示すモデル図が図１９（ａ）（ｂ）である。

図１９（ａ）はニップ部Ｎ１ａ内でのトナー画像Ｔの状態、図１９（ｂ）はニップ部Ｎ１ａを出た直後のトナー画像Ｔの状態を示している。

この図１９（ａ）に示すように、ニップ部Ｎ１ａ領域において、トナー下層温度が適度の紙に浸透するのに最適な状態になったときには、トナー画像Ｔ上層はすでに過溶融の状態になってしまっている。このため、トナー画像上層のトナーは紙の繊維に過剰に浸透してしまうため、紙繊維の地合いが定着画像面表面に露出してしまう。

紙の繊維の地合いが定着画像面の表面に見えてしまうと、紙繊維の凸部分はトナー画像で覆われなくなり、「透け」が発生するのと同時に、紙表面の繊維上をトナー画像で均一の覆うことができていないことから、高い画像濃度を達成することが難しい。

また、定着画像面の平滑性が損なわれることから、高い光沢度（グロス）を達成することも困難である。

一方で、このようなトナー画像Ｔ上層の過溶融を抑えるために、トナー画像Ｔの上層の温度がこれよりも低下するように定着ベルトの温度を下げて定着を試みた。

このときのトナー層の溶融状態を示すモデル図が図１９（ｃ）（ｄ）である。同様に、図１９（ｃ）はニップ部Ｎ１ａ領域内でのトナー画像Ｔの状態、図１９（ｄ）はニップ部Ｎ１ａ領域を出た直後のトナー画像Ｔの状態を示している。

この場合は、トナー画像Ｔ上層のトナーは過溶融する温度まで到達することはなく、透けてしまう状態になることはなかった。しかし、同時に紙繊維下層の温度が低下するために紙繊維下層のトナーが十分に溶融せず、コールドオフセットが発生してしまった（図１９（ｃ）（ｄ））。

このように、比較例１の定着器においては、定着ベルト１１の温度を変化させたとしても、トナー画像Ｔの過溶融による記録紙Ｐへの浸透による光沢度の低下、一方でのトナーの溶融不足によるコールドオフセットの発生という課題がある。従って、比較例１の定着器においては、その２つの課題の狭間で、十分な光沢度（グロス）を有する定着画像を得ることはできなかった。

次に比較例２の定着器において、定着を行った結果について説明する。

比較例２の定着器では、本実施例１の定着器におけるニップ部（プレニップ部Ｎ１、加圧ニップ部Ｎ２）に加えて、加熱ローラ１６とテンションローラ１７に巻きかけられたベルト部分の当接で形成されるニップ領域を有する。

図１４に示す比較例２の定着器では、記録材搬送方向上流から順に、加熱ローラ１６とテンションローラ１７に巻きかけられたベルト１１・１２部分で形成されるニップ部をＮ１ｂ、ベルト１１・１２部分同士が接触しているニップ部をＮ２ｂとする。そして定着ローラ１３と加圧ローラ１４に巻きかけられたベルト１１・１２部分が接触しているニップ部をＮ３ｂとする。

図２０（ａ）はニップ部に突入する直前における記録紙Ｐとトナー画像Ｔの状態を示す図であり、図２０（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、それぞれのニップ部Ｎ１ｂ，Ｎ２ｂ，Ｎ３ｂを通過した直後における記録紙Ｐとトナー画像Ｔの状態を示すモデル図である。

この比較例２の定着器を用いて定着を行った際の工程を、順に説明する。

まずトナー画像Ｔを担持した記録紙Ｐは、加熱ローラ１６とテンションローラ１７に巻きかけられたベルト１１・１２部分で形成されるニップ部Ｎ１ｂに導入され図１７に示すように、熱の付与を受ける。これと同時にベルト１１・１２を介して付勢された加熱ローラ１６とテンションローラ１７によって加圧されることにより、トナー画像Ｔはある程度溶融を開始し、記録紙Ｐに浸透し始める（図２０（ｂ））。引き続いてニップ部Ｎ２ｂに記録紙Ｐが到達すると、このニップ部Ｎ２ｂ領域では記録紙Ｐを挟み込む力が弱くなるため、ニップ部Ｎ１ｂに対して圧力が低くなってしまう。即ち、ベルト１１・１２同士と記録紙Ｐを密着性が不足し、いわゆる圧抜けが生じる（図２０（ｃ））。このような圧抜けが生じてしまうと、トナー画像Ｔの温度にかかわらず像ずれが発生する。

一度定着ベルト１１が記録紙Ｐに対して押圧され、再び離れることになると、記録紙Ｐ上に担持されていたトナー画像Ｔは、記録紙Ｐ側に付着するものと、ベルト１１側に付着するものに分かれてしまう。これはトナーが溶融しておらず粒子上であったとしても、或いは溶融した状態であったとしても同じである。

ニップ部Ｎ２ｂ内においては記録紙Ｐは絶えず熱の付与をうけていることから、記録紙Ｐには収縮しようとする力が働いている。この状態で、定着ベルト１１が紙を押圧する力が弱くなると、相対的に収縮度合いの異なる定着ベルト１１と紙との間で、位置のずれが生じる。

この乱された画像状態のままニップ部Ｎ３ｂで加圧され定着されることになる（図２０（ｄ））。このため、定着後の画像はいわゆる「像ずれ」という異常画像なり、不均一な定着画像となってしまった。

このように比較例２の構成の定着器においては、長いニップ幅を実現できるものの、そのニップ内において加圧力の分布に谷間が生じるために圧抜けが生じてしまい、像ずれを防ぐことが非常に困難であった。

次に比較例３の定着器において、定着を行った結果について説明する。

図１５に示す比較例３の定着器では、本実施例１の定着器における定着ベルトユニットＵ１に対し、比較例１の定着器と同様に表面に離型層を有するローラ５０を当接させてニップ部を形成したものである。その際に、定着ベルトユニットＵ１の定着ベルト１１をローラ５０に巻きつけるように配置している。これによって、定着ベルト１１に内包された定着ローラ１３とローラ５０との圧接領域で形成されているニップ部Ｎ２ｃの記録材搬送方向上流側に、定着ベルト１１表面とローラ５０表面との接触とでニップ部Ｎ１ｃを形成する。

このように比較例３の定着器は、ニップ部Ｎ２ｃの記録材搬送方向上流側にニップ部Ｎ１ｃを形成することにより、定着器全体として幅の広いニップ幅を確保しようとしたものである。

比較例３の定着器において、定着ベルト１１を巻きつける際に、より密着させてニップ部Ｎ１ｃを形成するため、定着ベルト１１は定着ローラ１３と加熱ローラ１６とで適度に張った状態になるように保持されている。また、定着ベルト１１に内包された定着ローラ１３は、ローラ５０に対して付勢され、定着に必要な加圧力をかけるようになっている。

図２１（ａ）はニップ部Ｎ１ｃ内における記録紙Ｐとトナー画像Ｔの状態を示す図である。図２１（ｂ）、（ｃ）は、それぞれのニップ部Ｎ１ｃ・Ｎ２ｃ内における記録紙Ｐとトナー画像Ｔの状態、ニップ部Ｎ２ｃを通過した直後における記録紙Ｐとトナー画像Ｔの状態を示すモデル図である。

この比較例３の定着器を用いて定着を行った際の定着工程、及びその定着工程で得られた定着画像の特徴について、順に説明する。

まずトナー画像Ｔを担持した記録紙Ｐは、定着ベルト１１とローラ５０とで形成されるニップ部Ｎ１ｃに導入される。ここでトナー画像Ｔを担持した記録紙Ｐはベルト１１からの熱の付与を受ける。これと同時に、図１８に示すようにベルト１１の巻きつけ部分であるニップ部Ｎ１ｃにおいてもある程度の加圧力がかかっていることから、トナーは溶融を開始すると同時に、記録紙Ｐ上に押し付けられる。引き続いて、ニップ部Ｎ２ｃに入り、図１８の加圧力分布に現れている加圧力を受けると同時に、トナーの温度も上昇してくるので、トナーは次第に溶融が進み、記録紙Ｐに浸透し定着することとなる。

この比較例３の定着器で得られた定着画像を観察したところ、比較例１の定着器と同様であった。即ち、記録紙Ｐが有する凹凸の凸部分が位置するトナーが記録紙Ｐに過剰に浸透していて、紙繊維の地合いが見えてやすくなってしまい、「透け」が発生するのと同時に、定着したトナー画像Ｔと紙の地合いが混在して見える不均一な定着画像となってしまっていた。このように紙の地合いが定着画像面に露出して見えてしまうと、定着画像面の平滑性が損なわれる為、当然のことながら光沢度（グロス）も低くなりがちである。

このため、この比較例３の定着器で得られた定着画像は、本実施例１の定着器による定着画像と同等の光沢度（グロス）を実現することができていなかった。

この比較例３の定着器で得られた定着画像がこのような定着画像面になってしまうのは、以下のような理由によるものであると考えられる。

図１８は比較例３の定着器における加圧力分布、温度プロファイルであるが、本実施例１の定着器に対して大きく異なる点は、本実施例１で実現しているトータルニップ幅に対して、ニップ部Ｎ１ｃとニップ部Ｎ２ｃとで形成されるニップ幅が短いという点である。

加圧力がかかっているニップ部Ｎ２ｃは、加圧力の調整等によって、本実施例１の加圧ニップ幅Ｎ２と同等の長さを形成することは可能である。しかしながら、比較例３の定着器においてはニップ部Ｎ２ｃの記録材搬送方向上流側で形成されているニップ部Ｎ１ｃを本実施例１のプレニップ部Ｎ１と同等以上に形成することが困難である。

これは、比較例３の定着器はベルト１１をローラ５０に巻きつけることによってニップ部Ｎ１ｃを形成しているためであり、容易にこのニップ部Ｎ１ｃを長くすることができない。このＮ１ｃを長くする手段としては、定着ベルト１１をローラ５０にさらに巻きつけることが考えられるが、このような方法では定着の過程で記録紙を長く湾曲させることになるため、定着後の紙のカールが悪化してしまう。

他の手段としては、ローラ５０の外径を大きくすることによって、曲率を小さく保ったまま、Ｎ１ｃを長くする方法が考えられる。しかしながらこの場合も、定着器が大型化すると共に、ローラ５０の大径化に伴って熱容量が増大し、ウォームアップ時間の増加、放熱面積の増加などによって、定着器の省エネ性が低下するという弊害が発生してしまう。

このように、比較例３の定着器構成においては、弊害を誘発することなく、本実施例１の定着器と同等以上の長さのニップ幅を形成することが困難である。

従って、比較例３の定着器構成においては本実施例１の定着器におけるトータルニップ幅よりも短いニップ部Ｎ１ｃ・Ｎ２ｃで熱の付与を行う必要がある。

短いニップ幅で熱を伝達するためには、比較例１と同様に記録紙に対する温度勾配を大きくする、つまり、本実施例１の定着器の定着ベルト１１温度よりも高い温度に設定する必要がある。

しかしこのように、急激に熱を伝達しようとする、つまり定着ベルト１１と記録紙Ｐの温度勾配を大きくしようとすると、同時に、被加熱材であるトナー画像Ｔ、記録紙Ｐの層方向内部での温度差が生じやすくなることは明らかである。つまり、図２１（ａ）（ｂ）に示すように、ニップ部Ｎ１ｃ、Ｎ２ｃ領域内おいてトナー画像Ｔの上層と下層で温度の差が生じ、厚さ方向全体を十分に暖めておくことができていない。

図２１（ａ）（ｂ）に示すように、トナー画像Ｔ下層温度が適度の紙に浸透するのに最適な状態になったときには、トナー画像Ｔ上層はすでに過溶融の状態になってしまっている。

これにより、トナー画像Ｔ上層のトナーは紙の繊維に過剰に浸透してしまう。そのため、紙繊維の地合いが定着画像面に露出して、「透け」が発生する（図２１（ｃ））のと同時に紙表面の繊維上をトナー画像で均一に覆うことができていないことから、高い画像濃度を達成することができなかった。

また、同時に定着画像面の平滑性が損なわれることから、本実施例１の定着器のよる定着画像と同等の高い光沢度（グロス）を達成することもできなかった。

一方、このようなトナー画像Ｔ上層の過溶融を抑えるために、トナー画像Ｔの上層の温度がこれよりも低下するように定着ベルト１１の温度を下げて定着を試みた。このときのトナー画層の溶融状態を示すモデル図が図２１（ｄ）（ｅ）（ｆ）である。

図２１（ｄ）は、定着ベルト１１の温度を下げて定着を行った際の、ニップ部Ｎ１ｃ内における記録紙Ｐとトナー画像Ｔの状態を示すモデル図である。図２１（ｅ）は、定着ベルト１１の温度を下げて定着を行った際の、ニップ部Ｎ２ｃ内における記録紙Ｐとトナー画像Ｔの状態を示すモデル図である。図２１（ｆ）は、定着ベルト１１の温度を下げて定着を行った際の、ニップ部Ｎ２ｃを通過した直後における記録紙Ｐとトナー画像Ｔの状態を示すモデル図である。

この場合は、トナー画像Ｔ上層のトナーは過溶融する温度まで到達することはなく（図２１（ｄ）（ｅ））、透けてしまう状態になることはなかった。しかし、同時に紙繊維下層の温度が低下するために紙繊維下層のトナーが十分に溶融せず、コールドオフセットが発生してしまった（図１８（ｆ））。

このように、比較例３の定着器構成においても、比較例１と同様、ニップ部内でトナー画像Ｔの上層と下層部分での温度差が生じた状態で加圧することになる。そのため、比較例３の定着器においても、トナー画像Ｔの過溶融による記録紙Ｐへの浸透による光沢度の低下、一方でトナーの溶融不足によるコールドオフセットの発生という課題の狭間で、十分な光沢度（グロス）を有する定着画像を得ることはできない。

以上説明したように、本実施例１の定着装置１１２は、意図的に、弛み部分を有する定着ベルトユニットＵ１（図６（ｂ））と、加圧ベルトユニットＵ２（図７（ｂ））を互いに当接させて、ベルトの弾性のみによって形成されるプレニップ部Ｎ１を作る。これによって、本実施例１の定着器を用いた定着プロセスは、
（ｉ）トナー画像Ｔの温度が十分に上昇するまではほとんど加圧力を付与しない。
（ｉｉ）加圧力のかかっている加圧ニップ部Ｎ２領域内に渡って、トナー画像Ｔの温度がフローテスターにおける略流出開始温度Ｔｆｂ以上に維持されている。
（ｉｉｉ）トナー画像Ｔ上層の温度とトナー画像Ｔ下層の温度の差少ない状態、即ち、トナー画像Ｔの厚さ方向で均一に近いトナーの溶融状態となったところで加圧する。
という特徴を有する、図１１に示すような加圧力分布、温度プロファイルを実現することが可能になった。

このような加圧力分布、温度プロファイル実現することによって、高速化に対応可能な幅の広いニップ幅を実現できると同時に、像ずれなどの異常画像の発生原因となる圧抜けがなく、十分な光沢度（グロス）を有する定着画像を得ることができる。

本実施例１では、互いに弛み部を有する定着ベルトユニットＵ１（図６（ｂ））と加圧ベルトユニットＵ２（図７（ｂ））とで構成された定着器構成について説明したが、定着器構成はこれに限られない。即ち、ベルト１１・１２同士の弾性のみによって形成されるプレニップ部Ｎ１が、加圧ニップ部Ｎ２の記録材搬送方向上流側に形成されている定着装置であれば、同様の作用効果を得ることができる。

本実施例１の定着装置１１２においては、図９に示したように、定着ベルト１１と加圧ベルト１２は同じ仕様であり、また、定着ローラ１３と加圧ローラ１４が共に同じ仕様である場合について説明した。

この定着装置１１２は、記録材搬送方向上流側から、定着ベルト１１と加圧ベルト１２が、それぞれ定着ローラ１３、加圧ローラ１４のバックアップなしで当接することによって形成されたプレニップ部Ｎ１を有する。そしてそのプレニップ部Ｎ１に引き続き、定着ベルト１１と加圧ベルト１２が、それぞれ定着ローラ１３加圧ローラ１４によってバックアップされた状態で当接することによって加圧ニップ部Ｎ２をプレニップ部Ｎ１と連続して有するものであった。

一方で、定着ベルト１１と加圧ベルト１２が例えば図２２のような当接状態になっていたとしても同様の作用効果を得ることができる。

図２２は本実施例１の定着装置１１２の定着ベルト１１と加圧ベルト１２との他の当接状態を示した説明図であって、トータルニップ内での定着ベルト１１及び加圧ベルト１２の当接状態を示した図である。図２２において、加圧ローラ１４として外径をφ２８ｍｍ、アスカーＣ硬度（９．８Ｎ荷重時）で４０°の弾性ローラを用いている。定着ローラ１３として外径をφ３６ｍｍ、アスカーＣ硬度（９．８Ｎ荷重時）で４０°の弾性ローラを用いている。

この場合、定着ローラ１３の外径が加圧ローラ１４の外径よりも大きいことから、定着ローラ１３が定着ベルト１１の内面に接触してバックアップしている長さは、加圧ローラ１４が加圧ベルト１２をバックアップしている長さに対してわずかに長くなる。

これによって、定着ベルト１１と加圧ベルト１２がそれぞれ定着ローラ１３、加圧ローラ１４のバックアップなしで当接することによって形成されるプレニップ部Ｎ１のあとには、中間ニップ部Ｎ２−ａが形成される。その中間ニップ部Ｎ２−ａは、裏面から加圧ローラ１４にバックアップされていない加圧ベルト１２の領域と、裏面から定着ローラ１３にバックアップされている定着ベルト１１の領域と、が当接することによって形成されている。

そして、これに引き続いて裏面から加圧ローラ１４にバックアップされている加圧ベルト１２の領域と、裏面から定着ローラ１３にバックアップされている定着ベルト１１の領域と、が当接する本ニップ部Ｎ２−ｂが形成される。従って、加圧ニップ部Ｎ２の領域内には、加圧部材である定着ローラ１３と加圧ローラ１４とによるバックアップがある無端ベルト領域同士、即ち定着ベルト１１及び加圧ベルト１４の領域同士によって形成された部分として、本ニップ部Ｎ２−ｂを有する。つまり、プレニップ部Ｎ１に引き続いて形成される加圧ニップＮ２として、中間ニップ部Ｎ２−ａと本ニップ部Ｎ２−ｂが形成されている状態である。

この場合は記録材搬送方向上流側から、バックアップのないベルト１１・１２同士の当接によって形成されたプレニップ部Ｎ１があり、次にバックアップがある定着ベルト１１とバックアップのない加圧ベルト１２の接触で形成された中間ニップＮ２−ａがある。そしてその中間ニップＮ２−ａに引き続き、各ローラ１３・１４にバックアップされたベルト１１・１２同士の接触によって形成される加圧ニップ部Ｎ２−ｂが中間ニップＮ２−ａと連続して形成された状態となる。

図２２に示すトータルニップ内での定着ベルト１１と加圧ベルト１２の他の当接状態は、図２３、図２４、図２５、図２６に示す各定着装置１１２にも適用してよい。

このような当接状態であっても、本実施例１の定着装置１１２においては、バックアップのないベルト１１・１２同士の接触によりプレニップ部Ｎ１を形成している。これによって、トナー画像Ｔを担持した記録紙Ｐを十分に予熱し、トナー画像Ｔ上層の温度とトナー画像Ｔ下層の温度の差が少ない状態とすることができる。即ち、トナー画像Ｔの厚さ方向でほぼ均一なトナーの溶融状態とすることができる。そしてトナーの溶融状態となった後に、加圧ニップ部Ｎ２において加圧することによって、溶融したトナーを適度に紙に浸透させて定着する。つまり、プレニップ部Ｎ１でトナー画像Ｔを担持した記録紙Ｐを十分に予熱してトナーを溶融状態とし、加圧ニップ部Ｎ２で溶融したトナーを適度に紙に浸透させて定着することが本質であることから、図９に示すものと全く同様の作用効果を得ることができる。

即ち、高速化に対応可能な幅の広いニップ幅を実現できると同時に、像ずれなどの異常画像の発生原因となる圧抜けがなく、十分な光沢度（グロス）を有する定着画像を実現するという効果に変わりはない。

また、ここでは、中間ニップ部Ｎ２−ａが裏面から加圧ローラ１４にバックアップされていない加圧ベルト１２の領域と、裏面から定着ローラ１３にバックアップされている定着ベルト１１の領域と、が当接することによって形成されている場合について述べた。これとは逆に、裏面から加圧ローラ１４にバックアップされている加圧ベルト１２の領域と、裏面から定着ローラ１３にバックアップされていない定着ベルト１１の領域と、が当接することによって形成されている場合でも、プレニップ部が形成されていればよい。このような定着器構成であっても、本質的に作用効果は変わりはない。

一方、図２２に示したような当接状態、つまり、バックアップのないベルト１１・１２同士の当接によって形成されたプレニップ部Ｎ１があり、次にバックアップがあるベルト１１とバックアップのないベルト１２の接触で形成された中間ニップ部Ｎ２−ａがある。そしてその中間ニップ部Ｎ２−ａに引き続き、各ローラ１３・１４にバックアップされたベルト１１・１２同士の接触によって形成される本ニップ部Ｎ２−ｂが中間ニップ部Ｎ２−ａと連続して形成される例としては、以下のような場合も挙げられる。
・定着ローラ１３と加圧ローラ１４で外径が異なる場合
・定着ローラ１３と加圧ローラ１４とで硬度が異なる場合
・定着ベルト１１と加圧ベルト１２とで外径が異なる場合
・定着ベルト１１と加圧ベルト１２とで層構成が異なり、それぞれの剛性が異なる場合
・テンションローラ１７、加熱ローラ１６の外径、配置を本実施例１から変えた場合
上記、いずれの場合にも、バックアップのないベルト１１・１２同士の接触によりプレニップ部Ｎ１を形成することが本質であることから、上で説明したように同様の作用効果を得ることができる。

例えば、定着ベルト１１を張架した状態の定着ベルトユニットＵ１（図６（ａ））と、加圧ベルト１２を弛ませた状態の加圧ベルトユニットＵ２（図７（ｂ））と、を用いた場合にも、互いのベルト１１・１２がオーバーラップする領域が形成されることになる。そのため、ベルト１１・１２は弾性によって当接し、プレニップ部Ｎ１が形成される。

つまり、２つの無端ベルトである定着ベルト１１と加圧ベルト１２のうち、少なくとも一方のベルトに弛み部を形成し、その弛み部を他方のベルトに当接させた「弛み当接部」であるプレニップ部Ｎ１をニップ部としてのトータルニップに有している。そしてそのプレニップ部Ｎ１をトータルニップの記録材搬送方向の最上流側に形成している。

逆に、図６（ｂ）に示した定着ベルト１１を弛ませた状態の定着ベルトユニットＵ１と、図７（ａ）に示した加圧ベルト１２を張架した状態の加圧ベルトユニットＵ２と、を組み合わせた場合も同様である。この場合には、定着ベルト１１と加圧ベルト１２のうち、記録材上のトナー画像担持面に対向する定着ベルト１１に弛み部を形成している。

また、ベルト１１・１２同士の当接領域全体に渡ってわずかに湾曲している場合においても同様の作用効果を得ることができる。

例えば、図６（ｂ）に示した定着ベルト１１を弛ませた状態の定着ベルトユニットＵ１と、図２３に示すような、加圧ベルト１２が共に同じ向きに凹形状になる状態で弛んでいるベルトユニットＵ２と、を互いに接近するよう付勢して設置する。そしてバックアップのないベルト１１・１２同士の接触でプレニップ部Ｎ１が形成されていれば同様の作用効果を得ることができる。

本実施例１の定着装置においては、加熱源としてハロゲンヒータ１５を用い、そのヒータ１５を定着ベルトユニットＵ１の加熱ローラ１６内に配置し、定着ベルト１１を加熱するようにしたがヒータ１５の配置はこれに限定されない。例えば、ヒータ１５を定着ローラ１３の位置に配置してもよい。また、定着ベルト１１又は加圧ベルト１２を掛け回す複数のローラ（不図示）内にヒータ１５を設けてもなんら問題ない。

［実施例２］
定着装置の他の例を説明する。

実施例１の定着装置１１２と同一の部材・部分には同じ符号を付して再度の説明を省略する。実施例３から実施例７についても同様とする。

図２４は本実施例２に係る定着装置の一例の横断面模型図である。

本実施例２に示す定着装置１１３は、実施例１の定着装置１１２において回転自在の定着ローラ１３に代えて長手方向に細長い固定部材（加圧部材）２０を用いた点を除いて、実施例１の定着装置１１２と同じ構成としてある。

実施例１の定着装置１１２における定着ローラ１３は定着ベルト１１と接触して回転するが、本実施例２の定着装置１１２における固定部材２０は定着ベルト１１と摺動する構成となっている。これにより、本実施例２の定着装置１１２においては熱容量を下げることができ、定着器としての立上がり時間を早くすることができた。

このように、実施例１の定着装置１１２における定着ローラ１３を固定部材２０としたとしても、ベルト同士の弾性のみによって形成されるプレニップ部Ｎ１が、加圧ニップ部Ｎ２の記録材搬送方向上流側に形成されていれば、同様の作用効果を得ることができる。

また、固定部材２０を用いるのは、実施例１の定着装置１１２の定着ローラ１３の相当する部分に限らず、ベルトを支持する他のローラを固定部材に変更したとしても何ら問題はなく、実施例１の定着装置１１２と同様の作用効果を得ることができる。

［参考例１］
定着装置の他の例を説明する。

図２５は本参考例１に係る定着装置の一例の横断面模型図である。

本参考例１に示す定着装置１１２は、実施例１の定着装置１１２において加熱ローラ１６を廃し、代わりに定着ローラ１３の外周面上に加熱源としてのハロゲンヒータ１５を内包した加熱ローラ２２を当接するように配置したものである。

この加熱ローラ２２は、トナー画像Ｔを担持した記録材Ｐに直接接触する定着ベルト１１の外周面（表面）と接することから、加熱ローラ２２の外周面（表面）に離型層を有する。そしてその加熱ローラ２２は、定着ベルト１１表面と接している位置において定着ベルト１１の内周面を定着ローラ１３表面に当接させる。これによって、定着ベルト１１の回転軌跡が規制され、定着ベルト１１の回転が安定する。

このように、定着ローラ１３の外周面上に定着ベルト１１を加熱し、かつ定着ベルトの回転軌跡を規制するような加熱ローラ２２を配置することによっても、実施例１の定着装置と同様、ベルト１１・１２同士の弾性のみによってプレニップ部が形成できる。そしてそのプレニップ部が加圧ニップ部の記録材搬送方向上流側に形成されているので、実施例１の定着装置１１２と同様の作用効果を得ることができる。

［参考例２］
定着装置の他の例を説明する。

図２６は本参考例２に係る定着装置の一例の横断面模型図である。

本参考例２に示す定着装置１１２は、実施例１の定着装置１１２において、加熱手段を誘導加熱方式としたものである。

即ち、実施例１の定着装置１１２における加熱ローラ１６を、ＳＵＳ製φ１０ｍｍの芯金１７ａの外周に厚さ４ｍｍのシリコンスポンジゴム層からなる弾性層１７ｂを設けた上テンションローラ１７に変更したものである。また、定着ベルト１１外周面に沿って、磁束発生手段としての電磁誘導加熱部８０を配置したものである。その２つ点を除いて、実施例１の定着装置１１２と同じ構成としてある。

上テンションローラ１７は、実施例１の定着装置１１２の加熱ローラ１６と同様、第３フレーム３５Ｌ・３５Ｒに回動可能に支持されている。

電磁誘導加熱部８０は、図示していないが、電気絶縁性の樹脂によって形成された誘導加熱部筐体及び、前記誘導加熱部筐体に内蔵された磁性体コア（以下、コアと略記する）と誘導加熱コイル（以下、コイルと略記する）とを備えている。コアは、例えば、フェライトコアや積層コアから形成されている。コイルは、例えば、表面に融着層と絶縁層とを持つ銅線が複数回巻かれて構成されている。

この電磁誘導加熱部８０は、例えばリッツ線を横長・扁平のシート状渦巻き状に巻回してなるコイルと、このコイルを覆わせたコアとを電気絶縁性の樹脂により形成された誘導加熱部筐体に収納した横長・薄板状の部材である。誘導加熱部筐体内において、コアは、定着ベルト１１に対向領域面以外に磁束が漏れることのないように配置されている。この電磁誘導加熱部８０は、定着ベルト１１の外周面に対して所定の距離だけ離した状態で近接配置されている。

誘導加熱方式においては、磁束を発生させる電磁誘導加熱部と、磁束を吸収して発熱する被加熱体の距離によって、発熱量が変動しやすい。そこで、この電磁誘導加熱部８０は、上テンションローラ１７を支持する第３フレーム３５Ｌ・３５Ｒに対して固定することにより上テンションローラ１７外周面から電磁誘導加熱部８０の距離が変動しないようにする。これと同時に、上テンションローラ１７に掛け回される定着ベルト１１と上テンションローラ１７の接触する部分とが、電磁誘導加熱部８０からの発生磁束で発熱する領域と重なるように配置した。

本参考例２の定着装置１１２は、定着動作時には不図示の励磁回路からコイルに１０ｋ〜１ＭＨｚの交番電流を流すことによって金属製の定着ベルト１１の基層１１ａを誘導加熱している。即ち、コイルに対する通電により、定着ベルト１１に供給される磁束が発生する。この磁束は、電磁誘導加熱部８０と定着ベルト１１との対向領域部において、定着ベルト１１の発熱層である基層１１ａに吸収され、その基層１１ａに渦状の誘導電流が発生し、該基層１１ａがその固有抵抗により発熱するものである。

本参考例２のように、加熱手段を誘導加熱方式としても、ベルト１１・１２同士の弾性のみによって形成されるプレニップ部が、加圧ニップ部の記録材搬送方向上流側に形成されているので、実施例１の定着装置１１２と同様の作用効果を得ることができる。

［参考例３］
定着装置の他の例を説明する。

図２７は本参考例３に係る定着装置の一例の横断面模型図である。

本参考例３に示す定着装置１１２は、実施例１の定着装置１１２における加圧ベルトユニットＵ２の代わりに、表層に離型層６０ｃを有するローラ（他方の回転体）６０を用いた点を除いて、実施例１の定着装置１１２と同じ構成としてある。

本参考例３の定着装置１１２は、ローラ６０として、φ３０のＳＵＳ製の芯金６０ａに、厚さ５ｍｍのシリコンゴム層からなる弾性層６０ｂを設けた外径φ４０ｍｍの弾性ローラを用いている。そしてその弾性層６０ｂ上に離型層６０ｃとして厚さ１０〜５０μｍ程度のＰＦＡ、ＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂層を被覆している。そして、定着ベルトユニットＵ１の弛ませた状態の定着ベルト（無端ベルト）１１と定着ローラ６０を当接して形成されるプレニップ部Ｎ１がある。そしてそのプレニップ部Ｎ１に引き続き、定着ベルト１１の内側にある定着ローラ１３とローラ６０とを定着ベルト１１に向けて付勢することによって形成される加圧ニップ部（加圧当接部）Ｎ２が連続して形成された状態となる。プレニップ部Ｎ１は、定着ローラ１３によるバックアップがない定着ベルト１１の領域を定着ベルト１１の弾性力のみでローラ６０の外周面に当接させることによって形成されている。加圧ニップ部Ｎ２は、定着ローラ１３によるバックアップがある定着ベルト１１の領域をローラ６０の外周面に当接させることによって形成されている。

本参考例３の定着装置１１２においても、トータルニップは、定着ローラ１３とローラ６０とで定着ベルト１１を挟んで加圧して定着ベルト１１とローラ６０の外周面同士を互いに当接させることにより形成されている。そしてそのトータルニップは、プレニップ部Ｎ１から始まり、記録材搬送方向下流側に連続して加圧ニップ部Ｎ２が形成されるよう、定着ベルト１１とローラ６０を支持している。そのため、記録材を挟持、搬送する際に、記録材Ｐと定着ベルト１１及びローラ６０との密着性が、プレニップ部Ｎ１と加圧ニップ部Ｎ２を含めたトータルニップ内において維持されている。

本参考例３の定着装置１１２は、可撓性を有し変形する定着ベルト１１とローラ６０の当接によってプレニップ部Ｎ１を形成している。そのため、プレニップ部Ｎ１の範囲内においてその圧力分布はほぼ均一であり、安定した当接状態を維持することが可能になっている。

このように、実施例１の定着装置１１２における加圧ベルトユニットＵ２に代えてローラ６０を用いても、プレニップ部Ｎ１が加圧ニップ部Ｎ２の記録材搬送方向上流側に形成されていれば、実施例１の定着装置１１２と同様の作用効果を得ることができる。

［参考例４］
定着装置の他の例を説明する。

図２８は本参考例４に係る定着装置の一例の横断面模型図である。

本参考例４に示す定着装置１１２は、参考例３の定着装置１１２における回転自在の定着ローラ１３の代わりに、長手方向に細長い固定部材（加圧部材）２０を用いた点を除いて、参考例３の定着装置と同じ構成としてある。

参考例３の定着ローラ１３は定着ベルト１１と接触して回転するが、本参考例４の定着装置における固定部材２０は定着ベルト１１と摺動する構成となっている。これにより、本参考例４の定着装置１１２においては熱容量を下げることができ、定着器としての立上がり時間を早くすることができた。

このように、参考例３の定着装置１１２における定着ローラ１３に代えて固定部材２０を用いても、プレニップ部Ｎ１が加圧ニップ部Ｎ２の記録材搬送方向上流側に形成されていれば、参考例３の定着装置１１２と同様の作用効果を得ることができる。

［参考例５］
定着装置の他の例を説明する。

図２９は本参考例５に係る定着装置の一例の横断面模型図である。

本参考例５に示す定着装置１１２は、実施例１の定着装置１１２における定着ベルトユニットＵ１の代わりに、ヒータ内蔵の定着ローラ（他方の回転体、ローラ）２３を用いたものである。また実施例１の定着装置１１２における加圧ベルトユニットＵ２の加圧ローラ１４とテンションローラ１７の代わりに、加圧パッド(加圧部材）２４と支持ホルダ２５とベルト走行ガイド２６を、加圧ベルト１２の内側に設けたものである。

ヒータ内蔵の定着ローラ２３は、内径Φ３７．５ｍｍ、外径Φ３８．５ｍｍ、肉厚０．５ｍｍの鉄からなる中空円筒体である芯金２３ａ上に、弾性体層２３ｂとしてシリコンゴムを肉厚０．５ｍｍで形成している。そしてさらに離型層２３ｃが、弾性体層２３ｂ上に厚さ１０〜５０μｍ程度のＰＦＡ、ＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂層で被覆された構成である。この定着ローラ２３の外径Φは４０ｍｍである。この定着ローラ２３の芯金２３ａの内面は黒色に塗装がなされ、芯金２３ａの内部の配置されているハロゲンヒータ（加熱する手段）１５の輻射熱を吸収しやすくなっている。

ヒータ内蔵の定着ローラ２３の表面温度は、定着ローラ２３の表面側に配置された温度検知素子１９によって計測され、図示しない温度制御装置によってハロゲンヒータ１５が制御されて、定着ローラ２３の表面温度が調整される。また、定着ローラ２３は不図示の駆動源に接続されており、回転駆動されるようになっている。

加圧パッド２４は、支持ホルダ２５により保持されており、弛ませた状態の加圧ベルト（無端ベルト）１２を挟んで定着ローラ２３に圧力を与えるように、加圧ベルト１２の内側に配置されている。加圧パッド２４は、熱伝導度が低く、かつ、定着ローラ２３の弾性体層２３ｂよりも硬い材料で形成されており、耐熱性樹脂またはセラミックから構成されていることが好ましい。

加圧パッド２４の加圧ベルト１２内面と接触する表面には、１０〜５０μｍ程度のＰＦＡ、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素系樹脂層が形成されていて、摩擦抵抗を低減している。また、加圧パッド２４と加圧ベルト１２との摩擦抵抗を低減するために、加圧ベルト１２の内面に耐熱性のあるフッ素系グリース等の潤滑材を塗布してもよい。

加圧パッド２４の定着ローラ２３との対向面は、定着ローラ２３の外周面に沿った湾曲面としてある。そして、この加圧パッド２４に対して定着ローラ２３をバネ２７によって図２９の矢印方向に加圧する構成になっている。本参考例５においては、図２９の矢印方向の加圧力は約３９２Ｎ（４０ｋｇｆ）となるように設定されている。

本参考例５の定着装置１１２は、加圧パッド２４とベルト走行ガイド２６を最適に配置することにより、プレニップ部Ｎ１と加圧ニップ部Ｎ２とからなるトータルニップを形成している。このトータルニップは、定着ローラ１３と加圧パッド２４とで加圧ベルト１２を挟んで加圧して加圧ベルト１２と定着ローラ１３の外周面同士を互いに当接させることにより形成されている。そしてプレニップ部Ｎ１は、加圧パッド２４によるバックアップがない加圧ベルト１２の領域を加圧ベルト１２の弾性力のみで定着ローラ１３の外周面に当接させることによって形成されている。加圧ニップ部Ｎ２は、加圧パッド２４によるバックアップがある加圧ベルト１２の領域を定着ローラ１３の外周面に当接させることによって形成されている。そしてそのトータルニップは、プレニップ部Ｎ１から始まり、記録材搬送方向下流側に連続して加圧ニップ部Ｎ２が形成されるよう、加圧ベルト１２と定着ローラ２３を支持している。そのため、記録材を挟持、搬送する際に、記録材Ｐと定着ベルト１１及びローラ６０との密着性が、プレニップ部Ｎ１と加圧ニップ部Ｎ２を含めたトータルニップ内において維持されている。

本参考例５の定着装置１１２は、可撓性を有し変形する加圧ベルト１２と定着ローラ２３の当接によってプレニップ部Ｎ１を形成している。そのため、プレニップ部Ｎ１の範囲内においてその圧力分布はほぼ均一であり、安定した当接状態を維持することが可能になっている。したがってプレニップ部Ｎ１が加圧ニップ部Ｎ２の記録材搬送方向上流側に形成されていれば、実施例１の定着装置１１２と同様の作用効果を得ることができる。

［その他］
１）定着ベルト１１、加圧ベルト１２、定着ローラ１３、加圧ローラ１４、加熱ローラ１５、テンションローラ１７などの各部材に関する層構成、厚さ、外径等は各実施例の限定されるものでなく、実際に製品化される定着装置に応じて適宜設定されるものである。

２）定着ベルト１１表面への熱供給も、輻射熱による加熱、熱風による加熱、ベルト基層が金属である場合には、誘導加熱による加熱であっても良い。また必要に応じて加圧ベルト１２、ローラ６０を所定の加熱手段を用いて加熱してもよい。

３）定着ローラ１３、加圧ローラ１４の構成についても、実際に製品化される定着装置のスペックの要求に応じて、外径、芯金径、弾性層の材質、厚さ等を適宜変更することにより、加圧ニップ部Ｎ１幅を変更することが可能であることはいうまでもない。

実施例１に係る定着装置の一例の横断面模型図である。 図１に示す定着装置のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。 図１に示す定着装置のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。 図１に示す定着装置のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。 （ａ）は定着ベルトの層構成の一例を表わす断面図、（ｂ）は加圧ベルトの層構成の一例を表わす断面図である。 （ａ）は定着ローラと加熱ローラとに定着ベルトをその定着ベルトの最短経路長さで掛け回した状態を表わす図、（ｂ）は定着ローラと加熱ローラとに定着ベルトをその定着ベルトの最短経路長さよりも余裕を持たせて掛け回した状態を表わす図である。 （ａ）は加圧ローラとテンションローラとに加圧ベルトをその加圧ベルトの最短経路長さで掛け回した状態を表わす図である。（ｂ）は加圧ローラとテンションローラとに加圧ベルトをその加圧ベルトの最短経路長さよりも余裕を持たせて掛け回した状態を表わす図である。 加圧ニップ部の形成に伴い定着ベルトと加圧ベルトのそれぞれの弛み部によって形成されるプレニップ部の説明図である。 実施例１に係るプレニップ部と加圧ニップ部における定着ベルトと加圧ベルトの当接状態を示した説明図である。 プレニップ部及び加圧ニップ部内における圧力分布を表した説明図である。 加熱定着過程におけるプレニップ部と加圧ニップ部中でのトナーの温度変化を表した説明図である。 実施例１の定着過程においての記録材とトナー画像の溶融状態を示すモデル図である。 比較例１の定着装置の横断面模型図である。 比較例２の定着装置の横断面模型図である。 比較例３の定着装置の横断面模型図である。 比較例１の定着装置の加圧力分布及び温度プロファイルを表した説明図である。 比較例２の定着装置の加圧力分布及び温度プロファイルを表した説明図である。 比較例３の定着装置の加圧力分布及び温度プロファイルを表した説明図である。 比較例１の定着装置の定着過程においての記録材とトナー画像の溶融状態を示すモデル図である。 比較例２の定着装置の定着過程においての記録材とトナー画像の溶融状態を示すモデル図である。 比較例３の定着装置の定着過程においての記録材とトナー画像の溶融状態を示すモデル図である。 実施例１に係る他の当接状態を示した説明図である。 実施例１に係る定着装置における他のベルト形態の横断面模型図である。 実施例２に係る定着装置の一例の横断面模型図である。 参考例１に係る定着装置の一例の横断面模型図である。 参考例２に係る定着装置の一例の横断面模型図である。 参考例３に係る定着装置の一例の横断面模型図である。 参考例４に係る定着装置の一例の横断面模型図である。 参考例５に係る定着装置の一例の横断面模型図である。 画像形成装置の一例の構成模型図である。

符号の説明

１１：定着ベルト、１２：加圧ベルト、１５：ハロゲンヒータ、２３：加圧ローラ、２４：加圧パッド、６０：定着ローラ、Ｎ１：プレニップ部、Ｎ２：加圧ニップ部

Claims (3)

1. 少なくとも一方は無端ベルトである２つの回転体と、前記２つの回転体の少なくとも一方を加熱する手段と、前記無端ベルトの内側に設けられた加圧部材と、を備え、前記加圧部材と他方の回転体とで前記無端ベルトを挟むことにより前記２つの回転体の外周面同士を互いに当接させてニップ部を形成するとともに、前記ニップ部でトナー画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ加熱する像加熱装置において、
   前記無端ベルトの内部に、前記加圧部材とは別の、前記無端ベルトを支持するローラを有し、前記ニップ部は、前記加圧部材によるバックアップがない前記無端ベルトの領域を前記無端ベルトの弾性力のみで他方の前記回転体に接触させることによって形成されているプレニップ部と、前記加圧部材によるバックアップがある前記無端ベルトの領域を他方の前記回転体に当接させている加圧ニップ部とによって形成され、前記ニップ部は、前記プレニップ部から始まり、記録材搬送方向下流側に連続して前記加圧ニップ部が形成されるよう、前記２つの回転体が支持されており、前記トナー画像を担持する記録材を、前記プレニップ部で挟持搬送するとともに、前記トナー画像をフローテスターにおける略流出開始温度以上の温度に加熱することを特徴とする像加熱装置。
2. 前記ローラは熱源を有するローラであることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
3. 前記無端ベルトは、記録材のトナー画像担持面と対向していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の像加熱装置。