JP5553816B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、トナー像を定着させる定着装置および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、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。

このような画像形成装置に備えられる定着装置として、たとえば熱ローラ定着方式の定着装置が挙げられる。

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。

定着装置において、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、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。また、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。

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。しかしながら、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、プロセス速度を高速化した場合に、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。また、弾性ローラ径を大きくすると、ウォームアップ時間が長くなったり、加熱手段の消費電力が増大する。

このような問題点を解決するために、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。特許文献１に開示される定着装置では、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れる。

このような定着装置では、熱容量が小さい定着ベルトを加熱するためウォームアップ時間が短く、また定着ローラにハロゲンランプなどの熱源を内蔵する必要がないので、スポンジゴムなどからなる低硬度の弾性層を厚く設けることができ、広いニップ幅を確保することができる。

特開平９−２１８６０１号公報

しかしながら、特許文献１に開示されるような従来のベルト定着方式の定着装置では、特に、凹凸の大きな表面形状を有する記録紙に対して、多くのトナー量を必要とするカラーの未定着トナー像を定着するときの定着性に改善の余地がある。

したがって本発明の目的は、記録紙にトナー像を定着するときの定着性に優れた定着装置、および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、第１の基材と該第１の基材の表面に形成される第１の弾性層とを含む定着ベルトであって、被定着部材上のトナー像と接して該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、
前記定着ベルトの内周面と接して該定着ベルトを加熱する加熱ローラと、
第２の基材と該第２の基材の表面に形成される第２の弾性層とによって構成され、最外層が前記第２の弾性層となる２層構造の定着ローラであって、前記加熱ローラと共に前記定着ベルトを張架し、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、
前記第２の弾性層は、
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変形量の、圧接されていないときの厚み寸法に対する比率で表される押込み率が、４０％以上５０％以下であり、
アスカーＣ硬さが、２０度以上３０度未満であることを特徴とする定着装置である。

また本発明の定着装置において、前記第２の弾性層は、反発率が６５％以上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、定着装置は、無端状の定着ベルトと、定着ベルトを張架する加熱ローラおよび定着ローラと、加圧ローラとを備える。定着ベルトは、第１の基材と該第１の基材の表面に形成される第１の弾性層とを含み、被定着部材上のトナー像と接して該トナー像を被定着部材に定着させる。加熱ローラは、定着ベルトの内周面と接して該定着ベルトを加熱する。定着ローラは、第２の基材と該第２の基材の表面に形成される第２の弾性層とによって構成され、最外層が第２の弾性層となる２層構造の定着ローラであり、被定着部材上のトナー像と定着ベルトを介して接する。加圧ローラは、定着ベルトを介して定着ローラに圧接する。このように構成される定着装置では、定着ベルトを介して定着ローラと加圧ローラとが互いに当接する部分である定着ニップ部を、被定着部材が通過するときに、加熱ローラによって加熱された定着ベルトにトナー像が接することで、トナー像が被定着部材に定着される。

そして、定着ローラの第２の弾性層は、定着ベルトを介して加圧ローラによって圧接されているときの押込み率が４０％以上５０％以下であり、アスカーＣ硬さが２０度以上３０度未満である。

定着ローラの第２の弾性層における押込み率が４０％以上であることによって、被定着部材の表面の微小な凹凸に対する弾性層の追従性を向上させることができるので、定着ベルトと接する被定着部材上のトナー像を均一に加熱することができる。さらに、定着ローラの第２の弾性層におけるアスカーＣ硬さが２０度以上３０度未満であることによって、定着ニップ部の被定着部材搬送方向の幅であるニップ幅を広くすることができるので、被定着部材の定着ニップ部の通過時間を長くすることができ、定着ベルトと接する被定着部材上のトナー像を効率よく加熱することができる。

したがって、本発明の定着装置は、被定着部材にトナー像を定着するときの定着性に優れたものとなる。

また本発明によれば、定着ローラの第２の弾性層は、反発率が６５％以上である。ここで、反発率とは、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としたときに、反発率Ｒ＝（Ｈ２／Ｈ１）×１００で表されるものである。

第２の弾性層の反発率が６５％以上であることによって、第２の弾性層の歪み解放効果を大きくすることができるので、定着ニップ部を通過する被定着部材の定着ベルトに対する剥離性を向上させることができる。具体的には、定着ニップ部で圧縮され、歪みの生じた第２の弾性層は、定着ニップ部の出口（被定着部材搬送方向下流側）で、その歪みが解放されるので、定着ニップ部の出口では、定着ベルトを介して第２の弾性層と被定着部材との間にずれが生じる。その結果、定着ニップ部を通過する被定着部材の定着ベルトに対する剥離性を向上させることができる。

また本発明によれば、画像形成装置は、被定着部材にトナー像を定着するときの定着性に優れた本発明の定着装置を備える。そのため、画像形成装置は、良好な画質品位を有する画像を形成することができる。

本発明の一実施形態に係る定着装置１２の構成を模式的に示す断面図である。 定着ローラ１２１の反発性測定方法を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る画像形成装置１００の構成を模式的に示す概略図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る定着装置１２の構成を模式的に示す断面図である。定着装置１２は、定着ローラ１２１と、加圧ローラ１２２と、無端状の定着ベルト１２４と、定着ベルト１２４を張架し加熱するための加熱ローラ１２３と、加圧ローラ１２２を加熱するための熱源である加圧ローラ用ヒータランプ１２２ａと、加熱ローラ１２３を加熱するための熱源である加熱ローラ用ヒータランプ１２３ａと、定着ベルト１２４の表面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定着ベルト用サーミスタ１２５と、加圧ローラ１２２の表面温度を検出する加圧ローラ用サーミスタ１２６とを備える。

定着装置１２においては、定着ベルト１２４が定着ローラ１２１と加熱ローラ１２３との間に張架され、加圧ローラ１２２が定着ベルト１２４を介して定着ローラ１２１に対向するように配置されている。そして、定着ローラ１２１と加圧ローラ１２２と加熱ローラ１２３とは、それぞれの軸線が互いに平行となるように配置されている。

定着装置１２は、加熱ローラ１２３が定着ベルト１２４と接触して定着ベルト１２４を加熱し、定着ベルト１２４と加圧ローラ１２２とで形成する定着ニップ部１２ａを、所定の定着速度および複写速度で被定着部材である記録紙１２７ａが通過したとき、記録紙１２７ａ上に担持されている未定着のトナー像１２７ｂを記録紙１２７ａ上に加熱加圧して定着するベルト定着方式の定着装置である。このようなベルト定着方式の装置である定着装置１２は、熱容量が小さい定着ベルト１２４を加熱ローラ１２３で加熱する構成であるので、ウォームアップ時間が短く、かつ、消費電力の増大を抑えて省エネ化が達成できる。

なお、未定着のトナー像１２７ｂは、たとえば、非磁性一成分現像剤（非磁性トナー）、非磁性二成分現像剤（非磁性トナーおよびキャリア）、磁性現像剤（磁性トナー）などの現像剤（トナー）によって形成される。また、定着速度とは所謂プロセス速度であり、複写速度とは１分あたりのコピー枚数のことである。また、記録紙１２７ａが定着ニップ部１２ａを通過するときには、定着ベルト１２４は、記録紙１２７ａのトナー像担持面に当接するようになっている。

定着ローラ１２１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第２の基材である芯金１２１ａ、および第２の弾性層である弾性層１２１ｂが形成される２層構造である。芯金１２１ａ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１２１ｂ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１２１の直径は５０ｍｍである。芯金１２１ａには、直径２０ｍｍのステンレス鋼が用いられ、弾性層１２１ｂには、厚さ１５ｍｍのシリコンスポンジゴムが用いられる。

定着ローラ１２１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１２２の回転に従動回転する。定着ローラ１２１が、定着ベルト１２４を介して加圧ローラ１２２に圧接することによって、定着ベルト１２４を介して、定着ローラ１２１と加圧ローラ１２２とが互いに当接する部分である定着ニップ部１２ａが形成される。

加圧ローラ１２２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１２２の直径は５０ｍｍである。芯金には、直径４８ｍｍ、肉厚１ｍｍの鉄（ＳＴＫＭ）が用いられる。弾性層には、厚さ１ｍｍのシリコンソリッドゴムが用いられる。離型層には、厚さ３０μｍのＰＦＡチューブが用いられる。

加圧ローラ用ヒータランプ１２２ａは、加圧ローラ１２２の内部に配置され、加圧ローラ１２２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加圧ローラ用ヒータランプ１２２ａに電力を供給（通電）させることによって、加圧ローラ用ヒータランプ１２２ａが発光し、加圧ローラ用ヒータランプ１２２ａから赤外線が放射される。加圧ローラ１２２は、加圧ローラ１２２の内周面が加圧ローラ用ヒータランプ１２２ａ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１２２全体が加熱される。本実施形態では、定格電力１２００Ｗの加圧ローラ用ヒータランプ１２２ａが使用される。

加圧ローラ１２２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１２２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１２１は、定着ベルト１２４を介して加圧ローラ１２２に圧接することで定着ニップ部１２ａ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１２４を搬送する。定着ローラ１２１は、加圧ローラ１２２とは逆方向に回転する。

定着ローラ１２１と加圧ローラ１２２とは、所定の荷重、たとえば９００Ｎで互いに圧接される。定着ローラ１２１と加圧ローラ１２２とが圧接されると、定着ニップ部１２ａが形成される。本実施形態においては、定着ニップ部１２ａの記録紙搬送方向の幅（以下、「ニップ幅」という）は１４ｍｍである。定着ニップ部１２ａには、未定着のトナー像１２７ｂを担持した記録紙１２７ａが給紙される。記録紙１２７ａが定着ニップ部１２ａを通過することによって、記録紙１２７ａにはトナー像１２７ｂが定着される。記録紙１２７ａが定着ニップ部１２ａを通過する際、定着ベルト１２４は、記録紙１２７ａのトナー像担持面に当接し、加圧ローラ１２２は、記録紙１２７ａにおけるトナー像担持面とは裏面側の面に当接する。

加熱ローラ１２３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またはＰＴＦＥなどのフッ素樹脂が適している。保護層は、定着ベルト１２４と加熱ローラ１２３との接触によって、定着ベルト１２４および加熱ローラ１２３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１２３の直径は３５ｍｍであり、赤外線吸収層として厚さ１０μｍのカーボンブラック塗装が用いられ、芯金として直径３５ｍｍであって肉厚が０．７ｍｍ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２０μｍのＰＴＦＥコートが用いられる。

加熱ローラ１２３の内部には、加熱ローラ１２３を加熱する加熱ローラ用ヒータランプ１２３ａ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加熱ローラ用ヒータランプ１２３ａに電力を供給（通電）させることによって、加熱ローラ用ヒータランプ１２３ａが発光し、加熱ローラ用ヒータランプ１２３ａから赤外線が放射される。加熱ローラ１２３は、加熱ローラ１２３の内周面が加熱ローラ用ヒータランプ１２３ａ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１２３全体が加熱される。本実施形態では、定格電力１２００Ｗの加熱ローラ用ヒータランプ１２３ａが使用される。加熱ローラ１２３には、加熱ローラ１２３から見て定着ローラ１２１が配置される方向とは逆方向に、所定の荷重、たとえば９００Ｎが付与される。定着ベルト１２４にはテンションが与えられるので、加熱ローラ１２３は、定着ベルト１２４の回転に伴って回転する。

定着ベルト１２４は、装着しない状態で、直径が７５ｍｍである。定着ベルト１２４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第１の基材が形成される。第１の基材の表面には、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第１の弾性層が形成される。第１の弾性層の表面には、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１２４は、第１の基材、第１の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、第１の基材として厚さ７０μｍのポリイミドが用いられ、第１の弾性層として厚さ２００μｍ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１２３によって所定の温度に加熱された定着ベルト１２４は、定着ニップ部１２ａを通過する未定着のトナー像１２７ｂが形成された記録紙１２７ａを加熱する。定着ベルト１２４は、加熱ローラ１２３と定着ローラ１２１とによって張架される。定着ベルト１２４は、加圧ローラ１２２の回転に従動し、矢符Ｒ２の方向に回転する。加圧ローラ１２２が矢符Ｒ１の方向に回転し、定着ベルト１２４が矢符Ｒ２の方向に回転することによって、記録紙１２７ａが定着ニップ部１２ａを通過する。

次に、本実施形態の定着装置１２における定着ローラ１２１について、詳細に説明する。定着ローラ１２１は、前述したように、芯金１２１ａと、該芯金１２１ａの表面に形成された弾性層１２１ｂとを含む２層構造である。弾性層１２１ｂの押込み率、硬さ、および反発率は、以下の実験結果に基づいて設定される。

＜実験条件＞
［定着装置の構成］
・定着ローラ１２１：芯金１２１ａが直径２０ｍｍの円柱状の鉄からなり、弾性層１２１ｂが厚み１５ｍｍのシリコンスポンジゴムからなり、外径が５０ｍｍである。

・加圧ローラ１２２：芯金が厚み１ｍｍの中空円筒状の鉄からなり、弾性層が厚み１ｍｍのシリコンソリッドゴムからなり、離型層が３０μｍのＰＦＡチューブからなり、外径が５０ｍｍである。

・加熱ローラ１２３：芯金が厚み０．７ｍｍの中空円筒状のアルミニウムからなり、赤外線吸収層が厚み１０μｍのカーボンブラック塗料、保護層が厚み２０μｍのＰＴＦＥコートであり、外径が３０ｍｍである。

・定着ベルト１２４：基材のポリイミド層が厚み７０μｍ、弾性層であるゴム層が厚み２００μｍ、離型層である表層のＰＦＡチューブが厚み３０μｍである。

［定着条件］
プロセス速度、すなわち定着速度は、３３０ｍｍ／ｓに設定し、記録紙は、坪量６８ｇ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、記録紙搬送方向の先端に、トナー量が１．０ｍｇ／ｃｍ^２の黒べたで形成した。

＜評価方法＞
［定着可能温度範囲］
定着可能温度の上限値として、記録紙上におけるオフセットの有無を目視で確認してオフセット開始温度を測定した。そして、定着可能温度の下限値として、定着可能最低温度を測定した。オフセット開始温度と定着可能最低温度との差を、定着可能温度範囲とした。定着可能温度範囲が広いほど、優れた定着性を有することを示す。

［自己剥離温度範囲］
記録紙の定着ベルト１２４からの剥離性の指標として、自己剥離温度範囲を測定した。具体的には、剥離手段を用いない条件下において、記録紙が定着ニップ部１２ａ通過後に、定着ローラ１２１が１／４回転するまでに定着ベルト１２４表面から離間できたかを判定することによって、自己剥離温度範囲を測定した。自己剥離温度範囲が広いほど、優れた記録紙剥離性を有することを示す。

＜実験Ａ：弾性層の押込み率の設定＞
定着ローラ１２１に対する加圧ローラ１２２による圧接荷重を変化させることで、定着ローラ１２１の弾性層１２１ｂにおける押込み率を変化させ、押込み率と、定着可能温度範囲および自己剥離温度範囲との関係を評価した。なお、本実験Ａでは、弾性層１２１ｂのアスカーＣ硬さは２０〜３０度であり、後述する反発率を７０％とした。

定着ローラ１２１の弾性層１２１ｂの押込み率とは、定着ベルト１２４を介して加圧ローラ１２２によって圧接されているときの変形量の、圧接されていないときの厚み寸法に対する比率で表される。具体的には、加圧ローラ１２２によって圧接されているときの弾性層１２１ｂの厚み寸法を「Ｍ」、圧接されていないときの弾性層１２１ｂの厚み寸法を「Ｎ」としたとき、押込み率Ｌは、下記式（１）に基づいて算出される。
押込み率Ｌ（％）＝｛（Ｎ−Ｍ）／Ｎ｝×１００ …（１）
評価結果を表１に示す。

表１の結果から明らかなように、定着ローラ１２１の弾性層１２１ｂにおける押込み率が４０％以上であることによって、定着可能温度範囲が広いことがわかる。この理由は、押込み率が４０％以上であることによって、記録紙の表面の微小な凹凸に対する弾性層１２１ｂの追従性を向上させることができるので、定着ベルト１２４と接する記録紙上のトナー像を均一に加熱することができるためである。また、定着ローラ１２１の弾性層１２１ｂにおける押込み率が４０％以上であることによって、広い自己剥離温度範囲を確保することができることもわかった。

なお、定着ローラ１２１の弾性層１２１ｂにおける押込み率は、定着ニップ部１２ａの通過時間の増減に伴う熱の過不足による定着可能温度範囲を考慮すると、４０％以上５０％以下であることが好ましい。

＜実験Ｂ：弾性層の硬さの設定＞
定着ローラ１２１に対する加圧ローラ１２２による圧接荷重を６５０Ｎに設定し、アスカーＣ硬さの異なる弾性層１２１ｂを有する定着ローラ１２１を用いることで、アスカーＣ硬さと、定着ニップ部１２ａにおけるニップ幅および定着可能温度範囲との関係を評価した。なお、弾性層１２１ｂのアスカーＣ硬さは、弾性層１２１ｂを構成するシリコンスポンジゴムの気泡の大きさなどによって調整することができる。

また、本実験Ｂでは、弾性層１２１ｂにおける押込み率を４５％とし、後述する反発率を７０％とした。評価結果を表２に示す。

表２の結果から明らかなように、定着ローラ１２１の弾性層１２１ｂにおけるアスカーＣ硬さが２０度以上３０度未満であることによって、定着可能温度範囲が広いことがわかる。この理由は、弾性層１２１ｂのアスカーＣ硬さが２０度以上３０度未満であることによって、定着ニップ部１２ａの記録紙搬送方向の幅であるニップ幅を１５．５ｍｍ以上１６．４ｍｍ以下に設定することができるので、記録紙の定着ニップ部１２ａの通過時間を長くすることができ、定着ベルト１２４と接する記録紙上のトナー像を効率よく加熱することができるためである。

＜実験Ｃ：弾性層の反発率の設定＞
図２は、定着ローラ１２１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１２１の弾性層１２１ｂにおける反発率は、次にようにして測定される。図２に示すように、まず、定着ローラ１２１は、水平に配置される。球状錘１２８ａは、外径１１ｍｍ、重さが７ｇであって、長さ５０ｃｍの糸１２８ｂに吊るされる。球状錘１２８ａは、静止状態において球状錘１２８ａの重心が定着ローラ１２１の中心軸線を含んだ水平面上に位置し、定着ローラ１２１と接するように配置される。球状錘１２８ａがこのように配置された位置を最下点１２８ｃとする。球状錘１２８ａを吊るす高さは、球状錘１２８ａが最下点１２８ｃに位置するように調整される。

次に、糸１２８ｂが弛まないように、球状錘１２８ａは、最下点１２８ｃから１０ｃｍ引き上げられる。球状錘１２８ａが引き上げられた高さを初期高さＨ１とする。球状錘１２８ａを引き上げる方向は、定着ローラ１２１の軸方向と垂直な方向である。球状錘１２８ａが静かに放されると、球状錘１２８ａは定着ローラ１２１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１２８ｃとの垂直方向の差を戻り高さＨ２とする。定着ローラ１２１の弾性層１２１ｂの反発性が高いほどＨ２は高くなる。定着ローラ１２１の弾性層１２１ｂの反発率を「Ｒ」とした場合、反発率Ｒは、下記式（２）に基づいて算出される。
反発率Ｒ（％）＝（Ｈ２／Ｈ１）×１００ …（２）

なお、弾性層１２１ｂの反発率は、弾性層１２１ｂを構成するシリコンスポンジゴムの気泡の大きさなどによって調整することができ、反発率の理論限界は１００％である。

また、本実験Ｃでは、弾性層１２１ｂにおける押込み率を４５％とし、弾性層１２１ｂのアスカーＣ硬さを２０度とした。

弾性層１２１ｂの反発率と自己剥離温度範囲との関係を評価した評価結果を、表３に示す。

表３の結果から明らかなように、定着ローラ１２１の弾性層１２１ｂにおける反発率が６５％以上であることによって、自己剥離温度範囲が広いことがわかる。この理由は、弾性層１２１ｂの反発率が６５％以上であることによって、弾性層１２１ｂの歪み解放効果を大きくすることができるので、定着ニップ部１２ａを通過する記録紙の定着ベルト１２４に対する剥離性を向上させることができるためである。より具体的には、定着ニップ部１２ａで圧縮され、歪みの生じた弾性層１２１ｂは、定着ニップ部１２ａの出口（記録紙搬送方向下流側）で、その歪みが解放されるので、定着ニップ部１２ａの出口では、定着ベルト１２４を介して弾性層１２１ｂと記録紙との間にずれが生じる。その結果、定着ニップ部１２ａを通過する記録紙の定着ベルト１２４に対する剥離性を向上させることができる。

図３は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１００の構成を模式的に示す概略図である。画像形成装置１００は、読み取った原稿の画像データやネットワークなどを介して送信された画像データに基づいて、記録紙１２７ａに対して多色または単色の画像を形成する装置である。画像形成装置１００は、露光ユニット１、感光体ドラム３（３ａ〜３ｄ）、現像装置２（２ａ〜２ｄ）、帯電装置５（５ａ〜５ｄ）、クリーニングユニット４（４ａ〜４ｄ）、中間転写ベルトユニット８、一次転写ローラ６（６ａ〜６ｄ）、二次転写ローラ１１、定着装置１２、用紙搬送路Ｓ（Ｓ１〜Ｓ３）、給紙カセット１０、手差し給紙トレイ２０および排紙トレイ１５を備えている。

画像形成装置１００は、ブラック（Ｋ）およびカラー画像を色分解して得られる減法混色の３原色であるシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の４色の各色相に対応した画像データを用いて、各色相に対応した各画像形成ユニットにおいて画像形成を行う。各画像形成ユニットは、同様の構成であり、たとえば、ブラック（Ｋ）の画像形成ユニットは、感光体ドラム３ａ、現像装置２ａ、帯電装置５ａ、一次転写ローラ６ａおよびクリーニングユニット４ａなどから構成される。シアン（Ｃ）の画像形成ユニットは、感光体ドラム３ｂ、現像装置２ｂ、帯電装置５ｂ、一次転写ローラ６ｂおよびクリーニングユニット４ｂなどから構成される。マゼンタ（Ｍ）の画像形成ユニットは、感光体ドラム３ｃ、現像装置２ｃ、帯電装置５ｃ、一次転写ローラ６ｃおよびクリーニングユニット４ｃなどから構成される。イエロー（Ｙ）の画像形成ユニットは、感光体ドラム３ｄ、現像装置２ｄ、帯電装置５ｄ、一次転写ローラ６ｄおよびクリーニングユニット４ｄなどから構成される。これらの画像形成ユニットは、中間転写ベルトユニット８の中間転写ベルト７の移動方向に一列に配列されている。

帯電装置５は、感光体ドラム３の表面を所定の電位に均一に帯電させる接触方式のローラ型の帯電器である。ローラ型の帯電装置５に代えて、帯電ブラシを用いた接触方式の帯電器、または、帯電ワイヤを用いた非接触方式の帯電器を用いることもできる。

露光ユニット１は、帯電された感光体ドラム３を入力された画像データに応じて露光することにより、その表面に、画像データに応じた静電潜像を形成する機能を有する。本実施形態では、露光ユニット１として、レーザ照射部および反射ミラーを備えたレーザスキャニングユニット（ＬＳＵ）を用いる。ただし、露光ユニット１として、発光素子をアレイ状に並べた、たとえばＥＬやＬＥＤ書込みヘッドを用いてもよい。

現像装置２は、静電潜像が形成された感光体ドラム３の表面にトナーを供給し、静電潜像をトナー像に現像する。現像装置２ａ〜２ｄのそれぞれは、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）およびイエロー（Ｙ）の各色相のトナーを収納しており、感光体ドラム３ａ〜３ｄのそれぞれに形成された各色相の静電潜像を、各色相のトナー像に顕像化する。クリーニングユニット４は、現像・画像転写後における感光体ドラム３上の表面に残留したトナーを除去・回収する。

感光体ドラム３の上方に配置されている中間転写ベルトユニット８は、中間転写ベルト７、中間転写ベルト駆動ローラ７１、中間転写ベルトテンション機構７３、中間転写ベルト従動ローラ７２、一次転写ローラ６（６ａ〜６ｄ）、および中間転写ベルトクリーニングユニット９を備えている。

中間転写ベルト７は、中間転写ベルト駆動ローラ７１、中間転写ベルトテンション機構７３、一次転写ローラ６、中間転写ベルト従動ローラ７２によって張架され、図３の矢印Ｂ方向に回転駆動される。中間転写ベルト７の外周面は、感光体ドラム３ｄ、感光体ドラム３ｃ、感光体ドラム３ｂおよび感光体ドラム３ａにこの順に対向する。この中間転写ベルト７を挟んで各感光体ドラム３ａ〜３ｄに対向する位置に、一次転写ローラ６ａ〜６ｄが配置されている。中間転写ベルト７が感光体ドラム３ａ〜３ｄに対向する位置のそれぞれが一次転写位置である。また、中間転写ベルト７は、厚さ１００μｍ〜１５０μｍ程度のフィルムで形成されている。

一次転写ローラ６ａ〜６ｄは、中間転写ベルトユニット８の中間転写ベルトテンション機構７３の中間転写ローラ取付部に回転可能に支持されている。一次転写ローラ６ａ〜６ｄには、感光体ドラム３ａ〜３ｄの表面に担持されたトナー像を中間転写ベルト７上に転写するために、トナーの帯電極性と逆極性の一次転写バイアスが定電圧制御によって印加される。これによって、感光体ドラム３ａ〜３ｄに形成された各色相のトナー像は、中間転写ベルト７の外周面に順次重ねて転写され、中間転写ベルト７の外周面にフルカラーのトナー像が形成される。

ただし、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）の色相の一部のみの画像データが入力された場合には、４つの感光体ドラム３ａ〜３ｄのうち、入力された画像データの色相に対応する一部の感光体ドラム３のみにおいて静電潜像およびトナー像の形成が行われる。たとえば、モノクロ画像形成時には、ブラックの色相に対応した感光体ドラム３ａのみにおいて静電潜像の形成およびトナー像の形成が行われ、中間転写ベルト７の外周面にはブラックのトナー像のみが転写される。

各一次転写ローラ６ａ〜６ｄは、直径８ｍｍ〜１０ｍｍのステンレスなどの金属を基材とする軸の表面を導電性の弾性材（たとえばＥＰＤＭ、発泡ウレタンなど）によって被覆して構成されており、導電性の弾性材によって中間転写ベルト７に均一に高電圧を印加する。

各一次転写位置において中間転写ベルト７の外周面に転写されたトナー像は、中間転写ベルト７の回転によって、二次転写ローラ１１との対向位置である二次転写位置に搬送される。二次転写ローラ１１は、画像形成時において、内周面が中間転写ベルト駆動ローラ７１の周面に接触する中間転写ベルト７の外周面に所定のニップ圧で圧接されている。給紙カセット１０または手差し給紙トレイ２０から給紙された記録紙１２７ａが、二次転写ローラ１１と中間転写ベルト７との間を通過する際に、二次転写ローラ１１にトナーの帯電極性とは逆極性の高電圧が印加される。これによって、中間転写ベルト７の外周面から記録紙１２７ａの表面にトナー像１２７ｂが転写される。

二次転写ローラ１１は上記ニップ圧を定常的に得るために、二次転写ローラ１１もしくは中間転写ベルト駆動ローラ７１の何れか一方を硬質材料（金属など）からなるローラとし、他方を、軟質材料（弾性ゴム、発泡性樹脂など）からなる弾性ローラとする。

また、二次転写位置の近傍には、中間転写ベルト７に担持されたトナー像１２７ｂを検出する光学センサ５５が配設されている。光学センサ５５は、検出した光量に基づいた量の検出電圧を出力する。

なお、感光体ドラム３から中間転写ベルト７に付着したトナーのうち、記録紙１２７ａ上に転写されずに中間転写ベルト７上に残存したトナーは、次工程での混色を防止するために、中間転写ベルトクリーニングユニット９によって除去・回収される。中間転写ベルトクリーニングユニット９には、中間転写ベルト７に接触するクリーニング部材としてクリーニングブレードが備えられる。また、クリーニングブレードが接触する中間転写ベルト７は、裏側から中間転写ベルト従動ローラ７２で支持されている。

トナー像１２７ｂが転写された記録紙１２７ａは、前述した本発明に係る定着装置１２に導かれ、定着ニップ部１２ａを通過して加熱および加圧を受ける。これによって、トナー像１２７ｂが、記録紙１２７ａの表面に堅牢に定着する。トナー像１２７ｂが定着した記録紙１２７ａは、排紙ローラ２５３によって排紙トレイ１５上に排出される。

また、画像形成装置１００には、給紙カセット１０に収納されている記録紙１２７ａを、二次転写ローラ１１と中間転写ベルト７との間および定着装置１２を経由して、排紙トレイ１５に送るための略垂直方向に延びる用紙搬送路Ｓ１が設けられている。用紙搬送路Ｓ１には、給紙カセット１０内の記録紙１２７ａを一枚ずつ用紙搬送路Ｓ１内に繰り出すピックアップローラ１６１、繰り出された記録紙１２７ａを上方に向けて搬送する搬送ローラ２５１、搬送されてきた記録紙１２７ａを所定のタイミングで二次転写ローラ１１と中間転写ベルト７との間に導くレジストローラ１４、定着装置１２を通過した後の記録紙１２７ａを搬送する搬送ローラ２５２、記録紙１２７ａを排紙トレイ１５に排出する排紙ローラ２５３が配置されている。

また、画像形成装置１００の内部には、手差し給紙トレイ２０からレジストローラ１４に至る間に、ピックアップローラ１６２および搬送ローラ２５４，２５５，２５６を配置した用紙搬送路Ｓ２が形成されている。さらに、排紙ローラ２５３から用紙搬送路Ｓ１におけるレジストローラ１４の上流側に至る間には、用紙搬送路Ｓ３が形成されている。

排紙ローラ２５３は、正逆両方向に回転自在にされており、記録紙１２７ａの片面に画像を形成する片面画像形成時、および、記録紙１２７ａの両面に画像を形成する両面画像形成における第２面画像形成時に正転方向に駆動されて記録紙１２７ａを排紙トレイ１５に排出する。一方、両面画像形成における第１面画像形成時には、排紙ローラ２５３は、用紙の後端が定着装置１２を通過するまで正転方向に駆動された後、記録紙１２７ａの後端部を挟持した状態で逆転方向に駆動されて記録紙１２７ａを、搬送ローラ２５７，２５８が配置された用紙搬送路Ｓ３内に導く。これによって、両面画像形成時に片面のみに画像が形成された記録紙１２７ａは、表裏面および前後端を反転した状態で用紙搬送路Ｓ１に導かれる。

レジストローラ１４は、給紙カセット１０または手差し給紙トレイ２０から給紙され、または、用紙搬送路Ｓ３を経由して搬送された記録紙１２７ａを、中間転写ベルト７の回転に同期したタイミングで二次転写ローラ１１と中間転写ベルト７との間に導く。このため、レジストローラ１４は、感光体ドラム３や中間転写ベルト７の動作開始時には回転を停止しており、中間転写ベルト７の回転に先立って給紙または搬送された記録紙１２７ａは、前端をレジストローラ１４に当接させた状態で用紙搬送路Ｓ１内における移動を停止する。この後、レジストローラ１４は、二次転写ローラ１１と中間転写ベルト７とが圧接する位置で、記録紙１２７ａの前端部と中間転写ベルト７上に形成されたトナー像１２７ｂの前端部とが対向するタイミングで回転を開始する。

本実施形態の画像形成装置１００は、記録紙１２７ａにトナー像１２７ｂを定着するときの定着性に優れた本実施形態の定着装置１２を備える。そのため、画像形成装置１００は、良好な画質品位を有する画像を形成することができる。

１ 露光ユニット
２ 現像装置
３ 感光体ドラム
４ クリーニングユニット
５ 帯電装置
６ 一次転写ローラ
７ 中間転写ベルト
８ 中間転写ベルトユニット
９ 中間転写ベルトクリーニングユニット
１０ 給紙カセット
１１ 二次転写ローラ
１２ 定着装置
１００ 画像形成装置
１２１ 定着ローラ
１２１ａ 芯金
１２１ｂ 弾性層
１２２ 加圧ローラ
１２３ 加熱ローラ
１２４ 定着ベルト

Claims (3)

1. 第１の基材と該第１の基材の表面に形成される第１の弾性層とを含む定着ベルトであって、被定着部材上のトナー像と接して該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、
   前記定着ベルトの内周面と接して該定着ベルトを加熱する加熱ローラと、
   第２の基材と該第２の基材の表面に形成される第２の弾性層とによって構成され、最外層が前記第２の弾性層となる２層構造の定着ローラであって、前記加熱ローラと共に前記定着ベルトを張架し、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、
   前記第２の弾性層は、
   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変形量の、圧接されていないときの厚み寸法に対する比率で表される押込み率が、４０％以上５０％以下であり、
   アスカーＣ硬さが、２０度以上３０度未満であることを特徴とする定着装置。
2. 前記第２の弾性層は、反発率が６５％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. 請求項１または２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。