JP6398528B2

JP6398528B2 - 定着装置および画像形成装置

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Publication number: JP6398528B2
Application number: JP2014193657A
Authority: JP
Inventors: 小室　仁; 仁小室
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2014-09-24
Filing date: 2014-09-24
Publication date: 2018-10-03
Anticipated expiration: 2034-09-24
Also published as: JP2016065932A

Description

本発明は、定着装置および画像形成装置に関する。

電子写真方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置では、例えばドラム状に形成された感光体（感光体ドラム）を帯電し、この感光体ドラムを画像情報に基づいて制御された光で露光して感光体ドラム上に静電潜像を形成する。そして、この静電潜像をトナーによって可視像（トナー像）とし、このトナー像を感光体ドラム上から用紙等の記録媒体に転写した後、定着装置によってこのトナー像を記録媒体に定着している。

このような画像形成装置に用いられる定着装置は、例えば、図８に示すように、円筒状のコア１１１の内部に加熱源１１４を備え、そのコア１１１に耐熱性弾性体層１１２と、その外周面に離型層１１３とが積層されて形成された定着ロール１１０と、この定着ロール１１０を圧する状態で接触して配置され、コア１２１に耐熱性弾性体層１２２と、その外周面に耐熱性樹脂被膜または耐熱性ゴム被膜等による離型層１２３とが積層されて形成された加圧ロール１２０とで構成されている。そして、定着ロール１１０と加圧ロール１２０との間のニップ部に、未定着トナー像を保持した記録媒体を通過させて、未定着トナー像に対して加熱と加圧とを行うことによって、記録媒体にトナー像を定着している。このような定着装置は、ロールニップ方式、２ロール方式、または加熱ロール方式と呼ばれて、一般に広く利用されている。

ところで、ロールニップ方式の定着装置において高速化を図ろうとする場合には、トナーと記録媒体に充分な熱量が供給できるように、ニップ部の幅を定着速度に比例して広くすることが望まれる。

画像形成装置の高速化に対応した定着装置を実現するべく、本出願人は、表面が弾性変形する回転可能な定着ロールと、この定着ロールに接触したまま走行可能な無端ベルトと、この無端ベルトの内側に非回転状態で配置された圧力パッドと、圧力パッドと無端ベルトの間に摩擦抵抗の低いシート状の摺動部材とを具備し、圧力パッドによって、摺動部材を介して、定着ロールとの接触面が形成されるように無端ベルトを定着ロールに接触させ、無端ベルトと定着ロールとの間に用紙等の記録媒体を通過させることができるようにニップ部を設けるとともに、定着ロールの表面のうち、記録媒体の出口側のニップ部を局部的に弾性変形させるように構成した定着装置に関する技術を提案している（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特許文献１、特許文献２に記載したような定着装置（「フリーベルトニップ方式」という。）では、従来のロールニップ方式の定着装置における加圧ロールに代え、例えば、記録媒体の入口側のニップ部の弾性材部および出口側の極圧部の複数の圧力部を設けた圧力パッドを用いて、無端ベルトを定着ロールに接触させている。このような構成を採用することにより、定着ロールと無端ベルトとによって形成されるニップ部の幅が従来の定着ロールと加圧ロールとのニップ部の幅より容易に大きくすることができるとともに、ニップ部において高いニップ圧を付与することができるので、高速化への対応が可能となり、しかも装置の小型化を図ることも容易となる。

さらには、定着ロールに接する無端ベルトの熱容量が小さく、加えて圧力パッドが非回転状態で配置されていることから、定着ロールから伝わる熱が外部に発散され難い構成を実現している。そのため、定着ロールの回転が開始されても、定着ロールから無端ベルト側に奪われる熱量は少なく、トナーの溶融に際しての熱効率を高めることができるとともに、ニップ部での温度低下量も小さいことから、トナーの定着性の向上を図ることができるという利点も有しており、小型高速対応省エネ型の定着装置として実用されてきている。

小型化および省エネ化が可能で、ベルト部材を用いながらも構造がシンプルであり、ニップ部の幅が確保できる定着装置として、例えば図３に示すような、コア６１１上に樹脂弾性体層を持たず、離型層６１３のみを持つハードロールである定着ロール６１を加熱側に備え、加圧側には無端ベルト６２と無端ベルト６２の内部にある圧力パッド６４とを備えるベルト定着方式も開発されている。

また、未定着トナーが接する定着側に無端ベルトを配した構成も実用化されており、例えば、図４に示すような、加圧側に加圧ロール９２を、加熱側に無端ベルト６２を用い、無端ベルト６２内の発熱層をベルト外部からの電磁誘導発熱によって発熱させ、無端ベルト６２内にあるニップ部形成部材６４と、対向する加圧ロール９２とでニップ部を形成してトナーを定着する構成の定着装置が、省エネ型の定着装置として挙げられる。

特許文献３には、芯金の外周面に、第１絶縁層、断熱層、発熱体、第２絶縁層、離型層基体、離型層をこの順に配列してなるか、または断熱層、第１絶縁層、発熱体、第２絶縁層、離型層基体、離型層をこの順に配列してなることを特徴とする定着ローラが記載されている。

特許文献４には、無端状の定着ベルトと、加圧ローラと、ニップ部形成部材と、該ニップ部形成部材を前記加圧ローラによる加圧方向に対して支持する支持ステーと、熱源とを備えた定着装置において、前記支持ステーが、線膨張係数の異なる少なくとも２種類の高膨張側金属と低膨張側金属とが前記加圧方向に対して重なって構成されたものが記載されている。

特開平１１−１３３７７６号公報特開２００５−１４８６１８号公報特開２００２−８２５５６号公報特開２０１３−１９５９４７号公報

本発明の目的は、長手方向両端部の熱膨張率が長手方向中央部の熱膨張率より小さいニップ部形成部材を備えていない定着装置と比較して、ニップ部の長手方向中央部に対する長手方向両端部におけるニップ圧力の上昇が抑制された定着装置、および、その定着装置を備える画像形成装置を提供することにある。

請求項１に係る発明は、回転可能な回転部材と、前記回転部材に接触しながら移動可能な無端ベルト部材と、前記無端ベルト部材を介して前記回転部材と対向するように配置され、前記無端ベルト部材を介して前記回転部材を加圧して当該回転部材と当該無端ベルト部材との間に記録媒体が通過するニップ部を形成するニップ部形成部材と、を備え、前記ニップ部形成部材における、前記ニップ部を通過するように設定された記録媒体の中で通紙幅が最も狭い記録媒体が通過する範囲に対応する最小通紙幅対応領域の熱膨張率が、その領域の平均値に対して９０％以上１１０％以下であり、前記ニップ部形成部材の長手方向両端部の熱膨張率が、長手方向中央部の熱膨張率より小さく、前記ニップ部形成部材の熱膨張率が、前記最小通紙幅対応領域の両端から前記ニップ部形成部材の長手方向両端部に向かって段階的に小さくなり、なお且つ、前記ニップ部形成部材における、前記ニップ部を通過するように設定された記録媒体の各通紙幅に対応する各通紙幅対応領域の熱膨張率が、当該各通紙幅対応領域の平均値に対して９０％以上１１０％以下である、記録媒体上に保持されたトナー像を定着するための定着装置である。

請求項２に係る発明は、前記ニップ部形成部材が、充填材および樹脂を含み、前記ニップ部形成部材の長手方向中央部と長手方向両端部とでは、前記充填材の前記ニップ部形成部材に対する配合量または前記充填材の配向軸が異なる、請求項１に記載の定着装置である。

請求項３に係る発明は、前記樹脂が、ゴム材料を含む、請求項２に記載の定着装置である。

請求項４に係る発明は、前記ニップ部形成部材は、少なくとも２つ以上の異なる熱膨張率を有する層を、長手方向中央部と長手方向両端部とでその各層の厚みが異なるように積層することによって形成されたものである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着装置である。

請求項５に係る発明は、前記ニップ部形成部材が、前記無端ベルト部材の移動に対し固定されており、且つ、前記ニップ部形成部材が、加熱源を有しない、請求項１〜４のいずれか一項に記載の定着装置である。

請求項６に係る発明は、前記回転部材または前記無端ベルト部材に、前記回転部材または前記無端ベルト部材の表面温度の差を低減する温度差低減部材が接触している、請求項１〜５のいずれか一項に記載の定着装置である。

請求項７に係る発明は、静電潜像保持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記静電潜像をトナーにより現像する現像手段と、得られたトナー像を記録媒体に転写する転写手段と、転写された記録媒体上のトナー像を定着する定着手段と、を備え、前記定着手段が請求項１〜６のいずれか一項に記載の定着装置である、画像形成装置である。

請求項１に係る発明によれば、長手方向両端部の熱膨張率が長手方向中央部の熱膨張率より小さいニップ部形成部材を備えていない定着装置と比較して、ニップ部の長手方向中央部に対する長手方向両端部におけるニップ圧力の上昇が抑制され、さらに、ニップ部を通過するように設定された記録媒体の各通紙幅に対応する各通紙幅対応領域の熱膨張率が、当該各通紙幅対応領域の平均値に対して９０％以上１１０％以下でない場合と比較して、各通紙幅の範囲内においてニップ部の圧力差が低減された定着装置が提供される。

請求項２に係る発明によれば、充填材および樹脂を含み、長手方向中央部と長手方向両端部とで充填材のニップ部形成部材に対する配合量または充填材の配向軸が異なるニップ部形成部材を備えていない場合と比較して、ニップ部の長手方向中央部に対する長手方向両端部におけるニップ圧力の上昇が抑制され、さらに、ニップ部を通過するように設定された記録媒体の各通紙幅に対応する各通紙幅対応領域の熱膨張率が、当該各通紙幅対応領域の平均値に対して９０％以上１１０％以下でない場合と比較して、各通紙幅の範囲内においてニップ部の圧力差が低減された定着装置が簡便に製造される。

請求項３に係る発明によれば、樹脂がゴム材料を含まない場合と比較して、対向する部材に対するストレスが小さい定着装置が提供される。

請求項４に係る発明によれば、少なくとも２つ以上の異なる熱膨張率を有する層を、長手方向中央部と長手方向両端部とでその各層の厚みが異なるように積層することによって形成されたニップ部形成部材を備えていない場合と比較して、ニップ部の長手方向中央部に対する長手方向両端部におけるニップ圧力の上昇が抑制され、さらに、ニップ部を通過するように設定された記録媒体の各通紙幅に対応する各通紙幅対応領域の熱膨張率が、当該各通紙幅対応領域の平均値に対して９０％以上１１０％以下でない場合と比較して、各通紙幅の範囲内においてニップ部の圧力差が低減された定着装置が簡便に製造される。

請求項５に係る発明によれば、ニップ部形成部材が、無端ベルト部材の移動に対し移動可能であるか、または加熱源を有する場合と比較して、これらのニップ部形成部材の温度を調整する装置を備えなくとも、ニップ部の長手方向中央部に対する長手方向両端部におけるニップ圧力の上昇が抑制され、さらに、ニップ部を通過するように設定された記録媒体の各通紙幅に対応する各通紙幅対応領域の熱膨張率が、当該各通紙幅対応領域の平均値に対して９０％以上１１０％以下でない場合と比較して、各通紙幅の範囲内においてニップ部の圧力差が低減された定着装置が提供される。

請求項６に係る発明によれば、前記回転部材または前記無端ベルト部材の表面温度の差を低減する温度差低減部材を備えていない場合と比較して、ニップ部の長手方向中央部に対する長手方向両端部におけるニップ圧力の上昇が更に抑制され、さらに、ニップ部を通過するように設定された記録媒体の各通紙幅に対応する各通紙幅対応領域の熱膨張率が、当該各通紙幅対応領域の平均値に対して９０％以上１１０％以下でない場合と比較して、各通紙幅の範囲内においてニップ部の圧力差が低減された定着装置が提供される。

請求項７に係る発明によれば、長手方向両端部の熱膨張率が長手方向中央部の熱膨張率より小さいニップ部形成部材を備えていない定着装置を備える画像形成装置と比較して、ニップ部の長手方向中央部に対する長手方向両端部におけるニップ圧力の上昇が抑制され、さらに、ニップ部を通過するように設定された記録媒体の各通紙幅に対応する各通紙幅対応領域の熱膨張率が、当該各通紙幅対応領域の平均値に対して９０％以上１１０％以下でない場合と比較して、各通紙幅の範囲内においてニップ部の圧力差が低減された定着装置を備える画像形成装置が提供される。

本発明の実施形態に係る定着装置が適用される画像形成装置の一例を示す概略構成図である。本発明の実施形態に係る定着装置の一例の構成を示す側断面図である。本発明の実施形態に係る定着装置の他の例の構成を示す側断面図である。本発明の実施形態に係る定着装置の他の例の構成を示す側断面図である。本発明の実施形態に係るニップ部形成部材の一例の構成を示す側断面図である。本発明の実施形態に係るニップ部形成部材の他の例の構成を示す側断面図である。実施例１および２、並びに比較例１についての、Ａ４用紙の連続通紙後のニップ部の長手方向における圧力分布を示す図である。従来のロールニップ方式の定着装置の構成の一例を示す側断面図である。

本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

図１は、本実施形態に係る定着装置が適用される画像形成装置の一例を示す概略構成図である。図１に、一般にタンデム型と呼ばれる中間転写方式の画像形成装置を示す。図１に示す画像形成装置は、電子写真方式により各色成分（イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｂ））のトナー像が形成される複数の画像形成ユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋと、各画像形成ユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋにより形成された各色成分トナー像を中間転写ベルト１５に順次転写（一次転写）させる一次転写部１０と、中間転写ベルト１５上に転写された重畳トナー画像を用紙（記録媒体）Ｐに一括転写（二次転写）させる二次転写部２０と、二次転写された画像を用紙Ｐ上に定着させる定着装置６０と、を備えている。また、各装置（各部）の動作を制御する制御部４０を有している。

各画像形成ユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋは、矢印Ａ方向に回転する感光体ドラム１１の周囲に、感光体ドラム１１を帯電する帯電装置１２と、レーザ等で感光体ドラム１１上に静電潜像を書込む露光装置１３（図１中、露光ビームを符号Ｂｍで示す）と、各色成分トナーが収容されて感光体ドラム１１上の静電潜像をトナーにより可視像化する現像装置１４と、感光体ドラム１１上に形成された各色成分のトナー像を一次転写部１０にて中間転写ベルト１５に転写する一次転写ロール１６と、感光体ドラム１１上の残留トナーを除去するドラムクリーナ１７等の電子写真用デバイスが順次配置されている。これらの画像形成ユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋは、中間転写ベルト１５の上流側から、例えば、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の順に、略直線状に配置されている。

中間転写体である中間転写ベルト１５は、例えば、ポリイミドまたはポリアミド等の樹脂にカーボンブラック等の帯電防止剤を適当量含有させたフィルム状の無端ベルトで構成されている。そして、その体積抵抗率は、例えば、１０^６Ωｃｍ以上１０^１４Ωｃｍ以下となるように形成されており、その厚さは、例えば０．１ｍｍ程度に構成されている。中間転写ベルト１５は、各種ロールによって、図１に示すＢ方向に予め定めた速度で循環駆動（回転）されている。この各種ロールとして、定速性に優れたモータ（図示せず）により駆動されて中間転写ベルト１５を回転させる駆動ロール３１と、各感光体ドラム１１の配列方向に沿って略直線状に延びる中間転写ベルト１５を支持する支持ロール３２と、中間転写ベルト１５に対して一定の張力を与えると共に中間転写ベルト１５の蛇行を防止する補正ロールとして機能するテンションロール３３と、二次転写部２０に設けられるバックアップロール２５と、中間転写ベルト１５上の残留トナーを掻き取るクリーニング部に設けられるクリーニングバックアップロール３４と、を有している。

一次転写部１０は、中間転写ベルト１５を挟んで感光体ドラム１１に対向して配置される一次転写ロール１６により構成されている。一次転写ロール１６は、例えば、シャフトと、シャフトの周囲に固着された弾性層としてのスポンジ層とで構成されている。シャフトは、例えば、鉄、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属で構成された円柱棒である。スポンジ層は、例えば、カーボンブラック等の導電剤を配合したアクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）とスチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）とエチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）とのブレンドゴム等を含んで形成され、体積抵抗率が例えば１０^７Ωｃｍ以上１０^９Ωｃｍ以下のスポンジ状の円筒ロールである。そして、一次転写ロール１６は、中間転写ベルト１５を挟んで感光体ドラム１１を押圧するように配置され、さらに一次転写ロール１６には、トナーの帯電極性（例えばマイナス極性とする。以下同様。）と逆極性の電圧（一次転写バイアス）が印加されるようになっている。これにより、各々の感光体ドラム１１上のトナー像が中間転写ベルト１５に順次、静電吸引され、中間転写ベルト１５上において重畳されたトナー像が形成されるようになっている。

二次転写部２０は、例えば、中間転写ベルト１５のトナー像保持面側に配置される二次転写ロール２２と、バックアップロール２５とによって構成される。バックアップロール２５は、例えば、ＥＰＤＭゴム等を含んでなる内層部と、カーボンを分散したＥＰＤＭおよびＮＢＲのブレンドゴム等を含んでなるチューブ状の表面層とから構成されている。そして、例えば、その表面抵抗率が１０^７Ω／□以上１０^１０Ω／□以下となるように形成され、硬度は、例えばアスカーＣ型ゴム硬度計による測定硬度で７０°に設定されている。このバックアップロール２５には、中間転写ベルト１５の裏面側に配置されて二次転写ロール２２の対向電極をなし、二次転写バイアスが安定的に印加される金属製の給電ロール２６が接触して配置されている。

一方、二次転写ロール２２は、例えば、シャフトと、シャフトの周囲に固着された弾性層としてのスポンジ層とで構成されている。シャフトは、例えば、鉄、ＳＵＳ等の金属で構成された円柱棒である。スポンジ層は、例えば、カーボンブラック等の導電剤を配合したＮＢＲとＳＢＲとＥＰＤＭとのブレンドゴム等を含んで形成され、体積抵抗率が１０^７Ωｃｍ以上１０^９Ωｃｍ以下のスポンジ状の円筒ロールである。そして、二次転写ロール２２は、中間転写ベルト１５を挟んでバックアップロール２５を押圧するように配置され、さらに二次転写ロール２２は接地されてバックアップロール２５との間に二次転写バイアスが形成され、二次転写部２０に搬送される用紙Ｐ上にトナー像が二次転写される。

中間転写ベルト１５の二次転写部２０の下流側には、二次転写後の中間転写ベルト１５上の残留トナーや紙粉を除去し、中間転写ベルト１５の表面をクリーニングする中間転写ベルトクリーナ３５が接離自在に設けられている。一方、イエローの画像形成ユニット１Ｙの上流側には、各画像形成ユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋにおける画像形成タイミングをとるための基準信号を発生する基準センサ（ホームポジションセンサ）４２が配置されている。また、黒の画像形成ユニット１Ｋの下流側には、画質調整を行うための画像濃度センサ４３が配置されている。この基準センサ４２は、中間転写ベルト１５の裏側に設けられた予め定めたマークを認識して基準信号を発生しており、この基準信号の認識に基づく制御部４０からの指示により、各画像形成ユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋは画像形成を開始するように構成されている。

また、図１に示す画像形成装置は、用紙搬送系として、用紙Ｐを収容する用紙トレイ５０と、この用紙トレイ５０に集積された用紙Ｐを予め定めたタイミングで取り出して搬送するピックアップロール５１と、ピックアップロール５１により繰り出された用紙Ｐを搬送する搬送ロール５２と、搬送ロール５２により搬送された用紙Ｐを二次転写部２０へと送り込む搬送シュート５３と、二次転写ロール２２により二次転写された後に搬送される用紙Ｐを定着装置６０へと搬送する搬送ベルト５５と、用紙Ｐを定着装置６０に導く定着入口ガイド５６とを備えている。

次に、本実施の形態に係る定着装置を用いた画像形成装置の基本的な作像プロセスについて説明する。

図１に示すような画像形成装置では、画像読取装置（ＩＩＴ）（図示せず）やパーソナルコンピュータ（ＰＣ）（図示せず）等から出力される画像データは、画像処理装置（ＩＰＳ）（図示せず）により予め定めた画像処理が施された後、画像形成ユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋによって作像作業が実行される。ＩＰＳでは、入力された反射率データに対して、シェーディング補正、位置ズレ補正、明度／色空間変換、ガンマ補正、枠消しや色編集、移動編集等の各種画像編集等の予め定めた画像処理が施される。画像処理が施された画像データは、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの４色の色材階調データに変換され、露光装置１３に出力される。

露光装置１３では、入力された色材階調データに応じて、例えば、半導体レーザから出射された露光ビームＢｍを画像形成ユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの各々の感光体ドラム１１に照射する。画像形成ユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの各感光体ドラム１１では、帯電装置１２によって表面が帯電された後、この露光装置１３によって表面が走査露光され、静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、各々の画像形成ユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋによって、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色のトナー像として現像される。画像形成ユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの感光体ドラム１１上に形成されたトナー像は、各感光体ドラム１１と中間転写ベルト１５とが接する一次転写部１０において、中間転写ベルト１５上に転写される。より具体的には、一次転写部１０において、一次転写ロール１６により、中間転写ベルト１５の基材に対し、トナーの帯電極性（例えばマイナス極性）と逆極性の電圧（一次転写バイアス）が付加され、トナー像を中間転写ベルト１５の表面に順次重ね合わせて、一次転写が行われる。

トナー像が中間転写ベルト１５の表面に順次一次転写された後、中間転写ベルト１５は移動してトナー像が二次転写部２０に搬送される。トナー像が二次転写部２０に搬送されると、用紙搬送系では、トナー像が二次転写部２０に搬送されるタイミングに合わせてピックアップロール５１が回転し、用紙トレイ５０から予め定められたサイズの用紙Ｐが供給される。ピックアップロール５１により供給された用紙Ｐは、搬送ロール５２により搬送され、搬送シュート５３を経て二次転写部２０に到達する。この二次転写部２０に到達する前に、用紙Ｐは一旦停止され、トナー像が保持された中間転写ベルト１５の移動タイミングに合わせてレジストロール（図示せず）が回転することで、用紙Ｐの位置とトナー像の位置との位置合わせがなされる。

二次転写部２０では、中間転写ベルト１５を介して、二次転写ロール２２がバックアップロール２５に押圧される。このとき、タイミングを合わせて搬送された用紙Ｐは、中間転写ベルト１５と二次転写ロール２２との間に挟み込まれる。その際に、給電ロール２６からトナーの帯電極性（例えばマイナス極性）と同極性の電圧（二次転写バイアス）が印加されると、二次転写ロール２２とバックアップロール２５との間に転写電界が形成される。そして、中間転写ベルト１５上に保持された未定着トナー像は、二次転写ロール２２とバックアップロール２５とによって押圧される二次転写部２０において、用紙Ｐ上に一括して静電転写される。

その後、トナー像が静電転写された用紙Ｐは、二次転写ロール２２によって中間転写ベルト１５から剥離された状態でそのまま搬送され、二次転写ロール２２の用紙搬送方向下流側に設けられた搬送ベルト５５へと搬送される。搬送ベルト５５では、定着装置６０における最適な搬送速度に合わせて、用紙Ｐが定着装置６０まで搬送される。定着装置６０に搬送された用紙Ｐ上の未定着トナー像は、定着装置６０によって熱および圧力で定着処理を受けることで用紙Ｐ上に定着される。そして定着画像が形成された用紙Ｐは、画像形成装置の排出部に設けられた排紙載置部に搬送される。

一方、用紙Ｐへの転写が終了した後、中間転写ベルト１５上に残った残留トナーは、中間転写ベルト１５の回転に伴ってクリーニング部まで搬送され、クリーニングバックアップロール３４および中間転写ベルトクリーナ３５によって中間転写ベルト１５上から除去される。

次に、本実施形態に係る定着装置について説明する。

図２は、本実施形態に係る定着装置の構成の一例を示す側断面図である。定着装置６０は、回転可能な回転部材の一例としての定着ロール６１と、定着ロール６１に接触しながら移動可能な無端ベルト部材の一例としての無端ベルト６２と、無端ベルト６２を介して定着ロール６１と対向するように配置され、無端ベルト６２を介して定着ロール６１を加圧して定着ロール６１と無端ベルト６２との間に記録媒体としての用紙Ｐが通過するニップ部Ｎを形成するニップ部形成部材の一例としての圧力パッド６４とにより主要部が構成されている。

定着ロール６１は、例えば、金属製のコア（円筒状芯金）６１１の周囲に耐熱性弾性体層６１２、および離型層６１３を積層して構成された円筒状ロールであり、回転自在に支持されて予め定めた表面速度（例えば、２５０ｍｍ／秒）で回転する。定着ロール６１は、例えば、外径が軸方向で略一様ないわゆるストレートロールで形成されている。

定着ロール６１の内部には、加熱源として、例えば、定格８００Ｗのハロゲンヒータ６６が配置されている。一方、定着ロール６１の表面には温度センサ６９が接触して配置されている。画像形成装置の制御部４０は、この温度センサ６９による温度計測値に基づいてハロゲンヒータ６６の点灯を制御し、定着ロール６１の表面温度が予め定めた設定温度（例えば、１７５℃）を維持するように調整している。

無端ベルト６２は、出力画像に継ぎ目に起因する欠陥が生じないように、原形が円筒形状等に形成された継ぎ目がないベルトである。無端ベルト６２は、無端ベルト６２の内部に配置された圧力パッド６４とベルトガイド部材６３と、さらには無端ベルト６２の両端部に配置されたエッジガイド部材（図示せず）とによって回転自在に支持されている。そして、ニップ部Ｎにおいて定着ロール６１と接して配置され、定着ロール６１に従って矢印Ｄ方向に回転（例えば、表面速度２５０ｍｍ／秒）する。

ニップ部形成部材の一例である圧力パッド６４は、例えば、無端ベルト６２の内側において金属製のホルダ６５に支持されている。そして、無端ベルト６２を介して定着ロール６１に押圧される状態で配置され、定着ロール６１との間でニップ部Ｎを形成している。圧力パッド６４のニップ部Ｎの入口側（上流側）には、幅の広いニップ部Ｎを確保するためのプレニップ部材６４ａが配置されている。また、圧力パッド６４のニップ部Ｎの出口側（下流側）には、定着ロール６１表面を局所的に押圧することで、トナー像表面を平滑化して画像光沢を付与するとともに、定着ロール６１表面に歪み（凹み）を与えて用紙Ｐにダウンカールを形成するための剥離ニップ部材６４ｂが配置されている。定着装置６０では、無端ベルト６２は、例えば、圧力パッド６４により定着ロール６１に約２７°の巻き付き角度で覆われ、約７ｍｍ幅のニップ部Ｎを形成している。

無端ベルト６２の内周面と圧力パッド６４との間には、無端ベルト６２の内周面と圧力パッド６４との摩擦抵抗を小さくするために、摺動部材の一例としての摺動シート６８が設けられている。

摺動シート６８は、ニップ部Ｎの上流側端部が摺動シート固定部材（図示せず）によってホルダ６５に固定されている。そして、無端ベルト６２の回転方向に沿って、圧力パッド６４と無端ベルト６２内周面との間に挟持された状態で、ニップ部Ｎの全域にわたって配置されている。なお、摺動シート６８のニップ部Ｎの下流側は、摺動シート６８に歪みが生じないように、固定されず自由端（フリー）の状態に設定されている。そして、摺動シート６８は、ニップ部Ｎにおいて圧力パッド６４と定着ロール６１との間に圧力が印加されている状態の下で、無端ベルト６２内周面と圧力パッド６４との摩擦抵抗（摺動抵抗）を低減している。

このような構成において、定着ロール６１は、図示しない駆動モータに連結されて矢印Ｃ方向に回転し、この回転に従って無端ベルト６２も矢印Ｄ方向に回転する。図１に示した画像形成装置の二次転写部２０においてトナー像が静電転写された用紙Ｐは、定着入口ガイド５６によって導かれて、定着装置６０のニップ部Ｎに搬送される。そして、用紙Ｐがニップ部Ｎを通過する際に、用紙Ｐ上のトナー像はニップ部Ｎに作用する圧力と、定着ロール６１から供給される熱とによって定着される。図２に示す定着装置６０では、プレニップ部材６４ａの定着ロール６１側の面が定着ロール６１の外周面に略倣う凹形状であることにより、ニップ部Ｎの用紙搬送方向の幅が広くなり、安定した定着性能が確保される。

なお、ニップ部Ｎの下流側には、剥離ニップ部材６４ｂによって定着ロール６１から剥離された用紙Ｐを定着ロール６１から分離し、画像形成装置の排出部へ向かう排紙通路に誘導するための剥離補助部材７０が配置されている。剥離補助部材７０は、剥離バッフル７１が定着ロール６１の回転方向と対向する向き（カウンタ方向）に定着ロール６１と近接する状態でバッフルホルダ７２によって保持されている。また、定着ロール６１のニップ部Ｎの下流側には、定着ロール６１の表面温度の差をできるだけ低減するための温度差低減部材６１５が定着ロール６１の外表面に接して配置されている。このような温度差低減部材は、本実施形態に係る定着装置において、回転可能な回転部材または無端ベルト部材の表面に接触していることにより、温度差低減部材を備えていない場合と比較して、ニップ部形成部材の長手方向中央部に対する長手方向両端部の温度差が収束され、ニップ部の長手方向中央部に対する長手方向両端部におけるニップ圧力の上昇が更に抑制される。

次に、定着装置６０を構成する各部材について説明する。

定着ロール６１では、コア６１１は、例えば、鉄、アルミニウム（例えば、Ａ−５０５２材）、ＳＵＳ、銅等の熱伝導率の高い金属または合金、セラミックス、繊維強化金属（ＦＲＭ）等で形成された、例えば外径φ３０ｍｍ、肉厚１．８ｍｍ、長さ３６０ｍｍの円筒体で構成されている。

耐熱性弾性体層６１２は、耐熱性の高い弾性体で構成され、特に、ゴム硬度がＪＩＳ−Ａ硬度で１５°以上４５°以下程度のゴム、エラストマー等の弾性体を用いるのが好ましい。具体的には、シリコーンゴム、フッ素ゴム等が用いられる。なかでも、表面張力が小さく、弾性に優れる等の点でシリコーンゴムが好ましい。このようなシリコーンゴムとしては、例えば、ＲＴＶ（ｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｖｕｌｃａｎｉｚａｔｉｏｎ：室温加硫）シリコーンゴム、ＨＴＶ（ｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｖｕｌｃａｎｉｚａｔｉｏｎ：高温加硫）シリコーンゴム等が挙げられ、具体的には、ポリジメチルシリコーンゴム（ＭＱ）、メチルビニルシリコーンゴム（ＶＭＱ）、メチルフェニルシリコーンゴム（ＰＭＱ）、フルオロシリコーンゴム（ＦＶＭＱ）等が挙げられる。定着装置６０では、例えば、ゴム硬度が３５°（ＪＩＳ−Ａ）のＨＴＶシリコーンゴムが耐熱性弾性体層６１２として６００μｍの厚さでコア６１１に被覆されている。耐熱性弾性体層６１２の厚さは、通常、３ｍｍ以下であり、好ましくは、０．１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲内である。耐熱性弾性体層６１２をコア６１１の表面に形成する方法としては、特に制限はなく、例えば、公知のコーティング法、成型等が採用される。

定着ロール６１の耐熱性弾性体層６１２の外周面に離型層６１３が形成されていることにより、トナー像のオフセットが効果的に防止され、安定した状態で定着装置６０が稼動される。離型層６１３の材質としては、トナー像に対し適度な離型性を示すものであれば特に制限はなく、例えば、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フッ素樹脂等が挙げられる。これらの材質の中でもフッ素樹脂が好適に挙げられる。フッ素樹脂としては、特に制限はなく、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）；テトラフルオロエチレン−パーフルオロメチルビニルエーテル共重合体（ＭＦＡ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロエチルビニルエーテル共重合体（ＥＦＡ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロプロピルビニルエーテル共重合体等のテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）等が挙げられる。さらに、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリクロロ三フッ化エチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等が挙げられる。これらの中でも、特に耐熱性、機械特性等の面から、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、および、テトラフルオロエチレン−パーフルオロメチルビニルエーテル共重合体（ＭＦＡ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロエチルビニルエーテル共重合体（ＥＦＡ）等のテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）が好適に用いられる。

離型層６１３の厚さは、通常、１０μｍ以上５０μｍ以下の範囲内であり、好ましくは１５μｍ以上３０μｍ以下の範囲内である。離型層６１３を形成する方法としては、特に制限はなく、例えば、上述したコーティング法、押出し成型によって形成されたチューブを被覆する方法等が挙げられる。定着装置６０では、例えば、離型層６１３として厚さ３０μｍのＰＦＡが被覆されている。

定着ロール６１の外表面に温度差低減ロール６１５を接触して配置されていることにより、温度差低減ロール６１５が定着ロール６１の外表面に接触して配置されていない場合と比較して、定着ロール６１の外表面の温度分布の差がより小さくなり、トナー像のホットオフセットが効果的に抑制され、定着装置６０が安定した状態で稼動される。温度差低減ロール６１５は、例えば、アルミや銅等の高熱伝導の金属ロールの表面に、トナー等の汚れが付着しないようにフッ素樹脂等の離型層がコートされているものが用いられる。

無端ベルト６２は、出力画像に継ぎ目に起因する欠陥が生じないように、原形が円筒形状等に形成された継ぎ目がないベルトである。無端ベルト６２は、基材層と、この基材層の定着ロール６１側の面（外周面）または両面に被覆された離型層（表面層）とを含んで構成されている。基材層は、熱硬化性ポリイミド樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂等から選ばれた一つまたは複数の混合体が、耐熱性、機械特性等の観点から好適に用いられる。

無端ベルト６２の基材層の表面に被覆される離型層（表面層）としては、例えば、フッ素樹脂が用いられる。ここで、フッ素樹脂としては、特に制限はなく、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）；テトラフルオロエチレン−パーフルオロメチルビニルエーテル共重合体（ＭＦＡ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロエチルビニルエーテル共重合体（ＥＦＡ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロプロピルビニルエーテル共重合体等のテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）等が挙げられる。さらに、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリクロロ三フッ化エチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等が挙げられる。これらの中でも、特に耐熱性、機械特性等の面から、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、および、テトラフルオロエチレン−パーフルオロメチルビニルエーテル共重合体（ＭＦＡ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロエチルビニルエーテル共重合体（ＥＦＡ）等のテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）が好適に用いられる。離型層（表面層）の厚さは、通常、５μｍ以上１００μｍ以下程度、好ましくは１０μｍ以上３０μｍ以下程度の範囲に設定される。

ニップ部形成部材の一例としての圧力パッド６４は、無端ベルト６２の内部（内周面側）に配置され、例えば、プレニップ部材６４ａと剥離ニップ部材６４ｂとを含んで構成される。圧力パッド６４は、バネや弾性体等によって、例えば３０ｋｇｆの荷重で定着ロール６１を押圧するようにホルダ６５に支持されている。定着装置６０では、ニップ部形成部材の一例である圧力パッド６４を構成する、プレニップ部材６４ａおよび剥離ニップ部材６４ｂの一方または双方が、長手方向両端部の熱膨張率が長手方向中央部の熱膨張率より小さい部材である。

フリーベルトニップ方式等の定着装置においては、その定着装置において設定されている通紙幅の中で最も広い幅（最大通紙幅）に対して小さい幅の用紙等の記録媒体を通過させる場合、例えばＡ３サイズの用紙を通紙可能な定着装置でＡ４サイズの用紙を縦に通紙する場合やＢ５サイズの用紙を通紙する場合には、ニップ部の長手方向両端部は、用紙が通過しない領域（この領域を「非通紙領域」という）となり、用紙による熱吸収が行われず、非通紙領域では著しい温度上昇が生じることがある。著しい温度上昇が生じると、圧力パッドの熱膨張量の不均一化によりニップ部の圧力分布が通常の使用状態から変化してしまい、負荷トルクの増大や用紙搬送不良による紙しわ、画像のずれ等の問題が引き起こされることがある。さらに、最大通紙幅に対して小さい幅の用紙等について連続通紙を行うと、非通紙領域の温度が上昇し、熱膨張により非通紙領域のニップ圧力もより増大することとなる。

このニップ圧力が増大している状態で、最大通紙幅のＡ３サイズ等の用紙が通紙されると、非通紙領域にＡ３サイズ等の用紙が接触し、過大圧力により、トナーのホットオフセットが生じたり、定着後のトナー像が用紙幅方向両端部と中央部でグロス差が生じたり、用紙のカール量が増大してしまったりする。また、両端部のニップ圧力増大により、回転トルクが増大し、定着回転体やその駆動機構、定着装置内の部品などの損傷につながることもある。

例えば、非通紙領域の温度上昇が高くなりすぎた場合に、一時的に通紙定着動作を中断し、定着部材と加圧部材を空回転することで非通紙領域の温度を下げたり、通紙間隔を広げたり、通紙速度を落としたりして温度上昇を防ぐことを行っているが、いずれも生産性を落とす結果となり、使用者に不便を強いていた。また、定着ロール等の表面温度の略均一化をはかる目的で、例えば、金属製等の温度差低減ロールを接触させる策も取られているが、定着ロールや無端ベルトの温度差は比較的すぐに収束されるものの、ニップ部形成部材はある程度の熱容量を有し、また、温度差低減部材の効果も定着ロール等を介して間接的にしか得られないため、非通紙領域の温度差はすぐに収束せず、ニップ部の長手方向中央部と両端部との圧力差の低減は難しかった。特に高画質を要求される軽印刷カラー市場向けとしては、グロス差やカールについては大きな課題となっていた。

本実施形態に係る定着装置６０は、ニップ部形成部材の長手方向両端部の熱膨張率が長手方向中央部の熱膨張率より小さいことを特徴とする。本実施形態に係る定着装置６０では、ニップ部形成部材の長手方向両端部の熱膨張率が長手方向中央部の熱膨張率より小さいことにより、長手方向両端部の熱膨張率が長手方向中央部の熱膨張率より小さいニップ部形成部材を備えていない定着装置と比較して、ニップ部の長手方向中央部に対する長手方向両端部におけるニップ圧力の上昇が抑制された定着装置が提供される。このように、連続通紙後において、ニップ部の非通紙領域の温度が通紙領域に対して上昇しても、ニップ部における長手方向中央部に対する長手方向両端部の圧力上昇を抑制することにより、非通紙領域のニップ圧力上昇により発生するホットオフセット、紙しわ、用紙カールといった印刷欠陥、および装置故障の不具合を改善し、生産性を落とさず、かつ、装置を大型化しなくても、高画質を要求するユーザに、実用可能で信頼性の高い、小型かつ低コストの定着装置および画像形成装置が提供される。

また、本実施形態に係る定着装置６０では、長手方向両端部の熱膨張率が長手方向中央部の熱膨張率より小さく、無端ベルトの移動に対し固定されており、且つ、ニップ部形成部材の温度を調整するための加熱源を有しないニップ部形成部材を備えることにより、ニップ部形成部材が無端ベルトの移動に対し移動可能であるか、または加熱源を有する場合と比較して、これらのニップ部形成部材の温度を調整する装置を備えなくとも、定着装置のニップ部の長手方向中央部に対する長手方向両端部におけるニップ圧力の上昇が抑制されることにより、高画質を要求するユーザに、実用可能で信頼性の高い、小型かつ低コストの定着装置および画像形成装置が提供される。

ニップ部形成部材等の「長手方向中央部」（以下、「中央部」とも言う。）とは、定着装置におけるニップ部形成部材等の長手方向の中央に相当する領域を含む領域であればよく、例えば、ニップ部形成部材等の長手方向の中央の位置から、両端の各々に向かって、長手方向の長さの２０％以下の長さを占める領域、すなわち、ニップ部形成部材等の長手方向の中央の位置を含み、ニップ部形成部材等の長手方向の長さの４０％以下を占める領域である。ニップ部形成部材等の「長手方向両端部」（以下、「両端部」とも言う。）とは、定着装置におけるニップ部形成部材等の長手方向の両末端を含む領域であればよく、例えば、ニップ部形成部材等の長手方向の両末端から中央に向かって、長手方向の長さの２０％以下の長さを占める領域、すなわち、ニップ部形成部材等の長手方向の両末端の位置を含み、ニップ部形成部材等の長手方向の長さの４０％以下を占める領域である。

ニップ形成部材における「熱膨張率」とは、ニップ形成部材が無端ベルト部材を介して回転可能な回転部材を押圧する方向に沿った方向の、ニップ形成部材の線膨張率を意味する。また、ニップ形成部材が熱膨張率の異なる複数の部材で構成されている場合は、回転部材を押圧する方向に沿った方向の各部材の線膨張率を、各部材の厚みに応じて平均化した線膨張率であることを意味する。

本実施形態に係る定着装置を構成するニップ形成部材における熱膨張率は、ＪＩＳ−Ｋ７１９７プラスチックの熱機械分析による線膨脹率試験方法による測定を行うことにより求める。

本実施形態に係る定着装置は、熱膨張率が中央部から両端部に向かって連続的または段階的に小さいニップ部形成部材を備えることが好ましい。熱膨張率が中央部から両端部に向かって連続的または段階的に小さい構成をニップ部形成部材が備えることによって、熱膨張率が中央部から両端部に向かって連続的または段階的に少ないニップ部形成部材を備えていない場合に比較して、中央部から両端部に至る領域におけるニップ部形成部材の熱膨張が抑制され、ニップ部の中央部に対する両端部のニップ圧力の上昇が更に抑制された定着装置が得られる。更には、中央部から両端部に至る領域のいずれかが非通紙領域であった場合、連続通紙後において、ニップ部の非通紙領域の温度が通紙領域に対して上昇しても、ニップ部における通紙領域に対する非通紙領域の圧力上昇を抑制することにより、非通紙領域のニップ圧力上昇により発生するホットオフセット、紙しわ、用紙カールといった印刷欠陥、および装置故障の不具合が改善される。

本実施形態に係る定着装置を構成するニップ部形成部材において、「熱膨張率が長手方向中央部から長手方向両端部に向かって連続的に小さい」とは、両端部に近い位置の熱膨張率が、中央部に近い位置の熱膨張率に対して少なくとも大きくならないことを意味する。

本実施形態に係る定着装置を構成するニップ部形成部材において、「熱膨張率が長手方向中央部から長手方向両端部に向かって段階的に小さい」とは、ニップ部形成部材において、長手方向にわたって、その領域内において熱膨張率が略一定である領域が複数存在し、複数の領域のうち両端部に近い側の領域の熱膨張率が、複数の領域のうち中央部に近い側の領域の熱膨張率に対して小さいことを意味する。ここで、長手方向のある領域内における熱膨張率が、その領域内の平均値に対して９０％以上１１０％以内である場合、その領域について「熱膨張率が略一定である」という。

ニップ部形成部材は、ニップ部を通過するように設定された記録媒体の中で通紙幅が最も狭い記録媒体が通過する範囲に対応する最小通紙幅対応領域の熱膨張率が、略一定、即ち、その領域の平均値に対して９０％以上１１０％以下であることが好ましい。ニップ部を通過するように設定された通紙幅の中で最も狭い通紙幅（最小通紙幅）のニップ部は、トナー像を定着する全ての記録媒体が通過するように設定されているため、最小通紙幅対応領域にあるニップ部形成部材の熱膨張率を略一定にすることにより、最小通紙幅の範囲内においてニップ部の圧力差が低減される。これにより、最小通紙幅の範囲内において、トナーのホットオフセット、トナー画像におけるグロス差、用紙のカール量の増大が抑制される。

ニップ部形成部材は、熱膨張率が中央部から両端部に向かって段階的に小さく、長手方向にわたって熱膨張率が略一定である領域の範囲が、ニップ部を通過するように設定された記録媒体の各通紙幅に対応していることが好ましい。このようなニップ部形成部材は、記録媒体の各通紙幅に対応する領域にある熱膨張率が略一定であることにより、ニップ部を通過するように設定された記録媒体の通紙幅に対応する領域にある熱膨張率が略一定でない場合と比較して、各通紙幅の範囲内においてニップ部の圧力差が低減され、各用紙幅を有する記録用紙につき、ホットオフセット、トナー画像におけるグロス差、用紙のカール量の増大が抑制される。

ニップ部形成部材は、例えば、ゴム材料、硬質樹脂等の樹脂；鉄、アルミニウム、ＳＵＳ等の金属；シリカ、チタニア、アルミナ、ジルコニア等の金属酸化物（セラミック）等で形成される。

ニップ部形成部材は、樹脂を含んで形成されることが好ましい。ニップ部形成部材を形成するゴム材料、硬質樹脂等の樹脂は、耐熱性を有することが好ましく、例えば、荷重たわみ試験法（ＪＩＳ−Ｋ７１９１）で評価した耐熱性が１５０℃以上であることが好ましい。

本実施形態において「ゴム材料」とは、ゴム弾性を有する材料であって、例えば、ゴム硬度５°以上６０°以下（ＪＩＳ−Ａ）の弾性体である。「ゴム材料」は、天然ゴムのみならず，熱硬化性エラストマー、熱可塑性エラストマー等の合成ゴムを含み、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム等が具体例として挙げられる。ゴム材料は、１種単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。

本実施形態において「硬質樹脂」とは、ゴム弾性を有さない樹脂であれば特に限定されるものではなく、例えば、ポリフェニルスルフィド（ＰＰＳ）、ポリイミド、ポリエステル、ポリアミド、液晶ポリマー等がある。ここで「樹脂」とは高分子化合物を意味する。硬質樹脂は、１種単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。

ニップ部形成部材は、ゴム材料、硬質樹脂等の樹脂に充填材が配合されたもので形成されてもよい。下記するように、充填材および樹脂を含み、中央部と両端部とで充填材のニップ部形成部材に対する配合量（含有量）または充填材の配向軸が異なるニップ部形成部材を備える定着装置は、充填材および樹脂を含み、中央部と両端部とで充填材のニップ部形成部材に対する配合量または充填材の配向軸が異なるニップ部形成部材を備えていない場合と比較して、ニップ部の長手方向中央部に対する長手方向両端部におけるニップ圧力の上昇が抑制された定着装置が簡便に製造されるため、好ましい。また、充填材および樹脂を含み、樹脂がゴム材料を含み、中央部と両端部とで充填材のニップ部形成部材に対する配合量または充填材の配向軸が異なるニップ部形成部材を形成することにより、樹脂がゴム材料を含まない場合と比較して、対向する部材に対しストレスが小さい定着装置が製造されるため、好ましい。

充填材は、例えば、シリカ、チタニア、カーボン、アルミナ、ジルコニア、およびこれらの混合物で形成される粉末である。樹脂に配合される充填材の配合量を変えることにより、ニップ部形成部材の熱膨張係数が調整される。

また、充填材として、粉体内部に気体部分を持つ中空充填材を用いてもよい。中空充填材の内部に気体部分があることで、中空充填材の配合量が増加するに従ってニップ部形成部材の熱膨張係数が低下する。中空充填材としては、例えば、ガラスバルーン、シリカバルーン、シラスバルーン、カーボンバルーン、アルミナバルーン、アルミノシリケートバルーン、ジルコニアバルーン等がある。中空充填材の平均粒径は、例えば、２００μｍ以下、通常５μｍ以上２００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上１５０μｍ以下である。中空充填材の粒径が大きすぎると配合時や成型時の圧力により中空充填材が破壊されしまうおそれがあり、小さすぎると熱膨張率を低下する効果が得られないおそれがある。

充填材の配合量は、例えば、樹脂１００質量部に対して、２〜６０質量部、好ましくは５〜４０質量部である。充填材の配合量が少なすぎると熱膨張係数を低下させる効果が不十分となるおそれがあり、充填材の配合量が多すぎると、配合が困難となるおそれがある。充填材は１種単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。

長手方向両端部の熱膨張率が長手方向中央部の熱膨張率より小さいニップ部形成部材を製造する方法の例について説明する。

第一の方法は、ニップ部形成部材が充填材および樹脂を含み、ニップ部形成部材の長手方向中央部と長手方向両端部とでは、前記充填材の前記ニップ部形成部材に対する配合量または前記充填材の配向軸が異なるようにニップ形成部材を製造する方法である。この製造方法により、長手方向両端部の熱膨張率が長手方向中央部の熱膨張率より小さいニップ部形成部材が簡便な方法で製造される。

より具体的には、例えば、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、充填材の配合量が少ない（又は、充填材が配合されていない）領域と、その領域の外側にある、充填材の配合量が連続的または段階的に多くなる領域とを含む成形体を形成して、当該配合量の分布の異なる方向が長手方向と略平行になるように、予め定められた形状に加工することにより、充填材の配合量が少ない長手方向中央部では熱膨張率が大きく、充填材の配合量が多い長手方向両端部では熱膨張率が小さいニップ部形成部材が形成される。

ニップ形成部材における充填材の分布は、図５（ａ）に示すように、充填材の配合量が、当該軸方向に沿って、中央部から両端部に向かって連続的に多くなるものであってもよく、また、図５（ｂ）または（ｃ）に示すように、充填材が配合されている領域と配合されていない領域を有し、これらの領域の厚みが当該軸方向に沿って、中央部から両端部に向かって連続的または段階的に変わるものであってもよい。

図５（ａ）のような充填材の配合量が連続的に異なる成形体は、充填材配合量の異なる材料を成型型に射出する２つのノズルをもち、各々のノズルからの射出量を制御可能な混色射出成型装置を用いた方法などの、既知の方法によって製造される。

また、アスペクト比が高い充填材、例えばアスペクト比が１０以上である充填材を、配向軸をできるだけ揃えて樹脂に配合した成形体を形成し、ニップ部形成部材の長手方向においてその充填材の配向軸を異ならしめることによっても、長手方向両端部の熱膨張率が長手方向中央部の熱膨張率より小さいニップ部形成部材が形成される。例えば、ガラスファイバーである充填材が配合されたＰＰＳ（樹脂）では、充填材の長軸方向に沿った方向の熱膨張率（線膨張率）に対する、充填材の短軸方向に沿った方向の熱膨張率（線膨張率）は、３０％以上９０％以下である。このような高アスペクト比である充填材としてはガラス繊維（ＧＦ）および炭素繊維が挙げられる。そのような高アスペクト比の充填剤が配合された樹脂で形成された成形体としては、例えば、東レ株式会社製「トレリナ」として入手可能な、ＧＦが配合されたＰＰＳで形成された成形体が挙げられる。このＧＦが配合されたＰＰＳで形成された成形体は、ＧＦが配合されないＰＰＳに対して熱膨張率が抑制され、ＧＦの配向方向によって熱膨張率が数倍程度変化する。

アスペクト比が高い充填材の樹脂中の配向軸を揃えた成形体は、注入成型の方法によって製造される。

長手方向両端部の熱膨張率が長手方向中央部の熱膨張率より小さいニップ部形成部材を製造する第二の方法は、少なくとも２つ以上の異なる熱膨張率を有する層を、長手方向中央部と長手方向両端部とでその各層の厚みが異なるように積層してニップ部形成部材を製造する方法である。この製造方法によっても、長手方向両端部の熱膨張率が長手方向中央部の熱膨張率より小さいニップ部形成部材が、簡便な方法で製造される。

少なくとも２つ以上の異なる熱膨張率を有する層を、長手方向中央部と長手方向両端部とでその各層の厚みが異なるように積層するには、例えば、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、熱膨張率の高い材料をニップ部形成部材の長手方向中央部において厚く、熱膨張率の低い材料をニップ部形成部材の長手方向両端部において厚く配することで、長手方向両端部の熱膨張率が長手方向中央部の熱膨張率より小さいニップ部形成部材が形成される。

この方法における熱膨張率が異なる各層に用いられる材料としては、例えば、熱膨張率の異なるゴム材料、熱膨張率の異なる硬質樹脂等の樹脂等が用いられる。また、熱膨張率の高いゴム材料または硬質樹脂等の樹脂と、熱膨張率の低いＳＵＳ等の金属または金属酸化物とを組み合わせることによっても、長手方向両端部の熱膨張率が長手方向中央部の熱膨張率より小さいニップ部形成部材が形成される。さらには、熱膨張率の高い材料として、充填剤の配合量が少ない（又は、充填剤が配合されていない）樹脂を用い、熱膨張率の低い材料として、充填剤の配合量が多い（又は、充填剤が配合された）樹脂を用いてもよい。第二の方法において、これら熱膨張率の異なる材料は、３種以上を組み合わせて使用してもよい。

なお図５および図６に示すニップ部形成部材において、無端ベルト部材または摺動部材を介して回転部材と対向する面は、特に限定されるものではなく、図６（ａ）および（ｂ）に示すニップ部形成部材における上面（印刷面の「天」側）および下面（印刷面の「地」側）のいずれであってもよい。また、ニップ部形成部材を製造する方法は上記の２つに限定されるものではなく、長手方向両端部の熱膨張率が長手方向中央部の熱膨張率より小さいニップ部形成部材が形成されるものであれば、どのような方法により形成されたニップ部形成部材であっても、本実施形態に係る定着装置に搭載される。

定着装置６０では、無端ベルト６２は、例えば、ニップ部形成部材の一例である圧力パッド６４により定着ロール６１に約２７°の巻き付き角度で覆われ、約７ｍｍ幅のニップ部Ｎを形成している。定着装置６０を構成するニップ部形成部材の一例である圧力パッド６４の硬度は、一概に限定されないが、通常、ゴム硬度で１０°以上１００°以下（ＪＩＳ−Ａ）の範囲である。

ニップ部形成部材の一例である圧力パッド６４を構成する、プレニップ部材６４ａについて説明する。プレニップ部材６４ａは、例えば、幅５ｍｍ、厚さ５ｍｍ、長さ３２０ｍｍの材料で構成され、プレニップ部材６４ａの定着ロール６１側の面は、定着ロール６１の外周面に略倣う凹状曲面で形成されている。

プレニップ部材６４ａは、プレニップ部材として要求される硬さの観点から、ニップ部形成部材を構成する材料のうち、シリコーンゴムやフッ素ゴム等のゴム材料を用いることが好ましい。プレニップ部材６４ａの硬さは、特に限定されないが、通常、ＪＩＳ−Ａ硬度で１０°以上４０°以下の範囲である。

プレニップ部材６４ａを長手方向中央部よりも長手方向両端部で熱膨張率が小さいプレニップ部材とする場合は、上記の長手方向中央部よりも長手方向両端部で熱膨張率が小さいニップ部形成部材を形成する方法に従って形成される。プレニップ部材６４ａの熱膨張率を調整する目的で充填材を配合する場合は、プレニップ部材として要求される硬さの観点から、上記の中空充填材が配合されたゴム材料を用いてプレニップ部材６４ａを形成することが好ましく、ガラスバルーンが配合されたシリコーンゴムを用いることがより好ましい。

上記の中空充填材が配合されたゴム材料を用いてプレニップ部材６４ａを形成する場合は、中空充填材の真比重が０．１以上０．８以下であることが好ましく、０．２以上０．７以下であることがより好ましい。中空充填材の真比重が小さすぎると中空充填材の耐圧強度が不十分で、配合または成型する際に中空充填材の構造が破壊されてしまい、その性能が引き出せなくなるおそれがある。また、中空充填材の真比重が大きすぎると、比重低下の効果を損なうだけでなく、中空充填材の殻部分が厚くなり、熱伝導率が上昇してしまうおそれがある。

中空充填材の配合量は、ゴム材料１００質量部に対して、２質量部以上６０質量部以下、好ましくは５質量部以上４０質量部以下である。中空充填材の配合量が少なすぎると熱膨張係数を低下させる効果が不十分となるおそれがあり、中空充填材の配合量が多すぎると、配合が困難となるおそれがある。中空充填材は１種単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。

ニップ部形成部材の一例である圧力パッド６４を構成する剥離ニップ部材６４ｂについて説明する。剥離ニップ部材６４ｂは、例えば、幅３ｍｍ、厚さ５ｍｍ、長さ３３０ｍｍの材料で構成される。剥離ニップ部材６４ｂの形状としては、ニップ部Ｎにおける外面形状がある一定の曲率半径を有する凸状曲面に形成されている。

剥離ニップ部材６４ｂは、剥離ニップ部材として要求される硬さの観点から、ニップ部形成部材を構成する材料のうち、例えば、ＰＰＳ、ポリイミド、ポリエステル、ポリアミド等の硬質樹脂；鉄、アルミニウム、ＳＵＳ等の金属；金属酸化物等を用いることが好ましい。

剥離ニップ部材６４ｂを長手方向中央部よりも長手方向両端部で熱膨張率が小さい剥離ニップ部材とする場合は、上記の長手方向中央部よりも長手方向両端部で熱膨張率が小さいニップ部形成部材を形成する方法に従って形成される。熱膨張率を調整する目的で充填材が配合された剥離ニップ部材６４ｂとしては、例えば、ＧＦが配合されたＰＰＳが挙げられる。

無端ベルト６２の内周面と圧力パッド６４との摩擦抵抗（摺動抵抗）を低減する摺動部材としての摺動シート６８の材質は、摩擦係数が小さく、耐摩耗性および耐熱性に優れた材質が適している。具体的には、焼結成型（シンタード成型）されたＰＴＦＥ樹脂シート、変性ポリテトラフルオロエチレンを含浸させたガラス繊維シート、ガラス繊維にフッ素樹脂で形成されたシートを加熱融着した積層シート等が用いられる。

潤滑剤塗布部材として、定着装置６０の長手方向にわたって潤滑剤塗布部材６７が配置されている。潤滑剤塗布部材６７は、無端ベルト６２の内周面に対して接触するように配置され、潤滑剤を適量供給する。これにより、無端ベルト６２と摺動シート６８とが接する摺動部に潤滑剤を供給し、摺動シート６８を介した無端ベルト６２と圧力パッド６４との摩擦抵抗を低減して、無端ベルト６２の円滑な回転を図っている。

潤滑剤としては、定着温度環境下での長期使用に対する耐久性を有し、かつ、無端ベルト６２内周面との濡れ性を維持できるものが適している。例えば、シリコーンオイルやフッ素オイル等の液体状のオイルや、固形物質と液体とを混合させた合成潤滑油グリース等、さらにはこれらを組み合わせたものが用いられる。シリコーンオイルとして、ジメチルシリコーンオイル、有機金属塩添加ジメチルシリコーンオイル、ヒンダードアミン添加ジメチルシリコーンオイル、有機金属塩およびヒンダードアミン添加ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、アミノ変性シリコーンオイル、有機金属塩添加アミノ変性シリコーンオイル、ヒンダードアミン添加アミノ変性シリコーンオイル、カルボキシ変性シリコーンオイル、シラノール変性シリコーンオイル、スルホン酸変性シリコーンオイル等を用いてもよい。また、フッ素オイルとして、パーフルオロポリエーテルオイル、変性パーフルオロポリエーテルオイルを用いてもよい。定着装置６０では、例えば、粘度３００ｃＳｔのアミノ変性シリコーンオイル、（ＫＦ８００９Ａ：信越化学工業株式会社製）が用いられる。

ここでは、加熱側の定着ロールがコア上に樹脂弾性体層を備えるソフトロールであり、トナー像と接しない加圧側に無端ベルトがある構成を例として説明したが、加熱側の定着ロールが樹脂弾性体層を有さないハードロールであり、加圧側の無端ベルト内のニップ部形成部材として、樹脂弾性体で形成された圧力パッドを用いる構成であってもよい。加熱側の定着ロールが樹脂弾性体層を有さず、加圧側の無端ベルト内に樹脂弾性体で形成された圧力パッドを用いる構成の例として、例えば、図３に示す定着装置が挙げられる。

図３は、本実施形態に係る定着装置の構成の他の例を示す側断面図である。定着装置６０は、回転可能な回転部材の一例としての定着ロール６１と、定着ロール６１に接触しながら移動可能な無端ベルト部材の一例としての無端ベルト６２と、無端ベルト６２を介して定着ロール６１と対向するように配置され、無端ベルト６２を介して定着ロール６１を加圧して定着ロール６１と無端ベルト６２との間に用紙Ｐが通過するニップ部Ｎを形成するニップ部形成部材の一例としての圧力パッド６４とにより主要部が構成されている。図３の定着装置は、定着ロール６１および圧力パッド６４が、下記の構成のものであることを除き、図２の定着装置において説明したものと同様の構成のものが用いられる。

定着ロール６１は、例えば、金属製のコア（円筒状芯金）６１１の周囲に離型層６１３を積層して構成され、樹脂弾性体層を有さない円筒状ロールであり、回転自在に支持されて予め定めた表面速度（例えば、２５０ｍｍ／秒）で回転する。定着ロール６１は、例えば、外径が軸方向で略一様ないわゆるストレートロールで形成されている。定着ロール６１の内部には、加熱源として、例えば、定格８００Ｗのハロゲンヒータ６６が配置されている。

ニップ部形成部材の一例である圧力パッド６４は、例えば、無端ベルト６２の内側において金属製のホルダ６５に支持されている。そして、無端ベルト６２を介して定着ロール６１に押圧される状態で配置され、定着ロール６１との間でニップ部Ｎを形成している。

図３に示す定着装置６０では、ニップ部形成部材６４の定着ロール６１側の面が定着ロール６１の外周面に略倣う凹形状であることにより、ニップ部Ｎの用紙搬送方向の幅が広くなり、安定した定着性能が確保される。なお、ニップ部Ｎの下流側には、定着ロール６１から剥離された用紙Ｐを定着ロール６１から分離し、画像形成装置の排出部へ向かう排紙通路に誘導するための剥離補助部材７０が配置されている。剥離補助部材７０は、剥離バッフル７１が定着ロール６１の回転方向と対向する向き（カウンタ方向）に定着ロール６１と近接する状態でバッフルホルダ７２によって保持されている

図３に示す定着装置６０において、ニップ部形成部材の一例である圧力パッド６４は、長手方向両端部の熱膨張率が長手方向中央部の熱膨張率より小さい部材である。このような圧力パッド６４としては、図２の定着装置６０においてプレニップ部材６４ａとして説明したものと同様の構成のものが用いられる。

また、ここまでは無端ベルト部材がトナー像と接しない側の加圧ベルトである構成、すなわち加圧側に無端ベルト部材を用い、加熱側に定着ロールを用いた構成を例として説明したが、無端ベルト部材がトナー像と接する加熱側の定着ベルトであり、ニップ部の無端ベルト部材の内面側に加熱源が存在せず、加圧側に加圧ロールを用いた構成であってもよい。加熱側に無端ベルトを用い、無端ベルトの内面側に加熱源が存在せず、加圧側に加圧ロールを用いた構成の例として、例えば、図４に示す定着装置が挙げられる。

図４は、本実施形態に係る定着装置６０の構成の他の例を示す側断面図である。定着装置６０は、回転可能な回転部材の一例としての加圧ロール９２と、加圧ロール９２に接触しながら移動可能な無端ベルト部材の一例としての無端ベルト６２と、無端ベルト６２を介して加圧ロール９２と対向するように配置され、無端ベルト６２を加圧ロール９２に圧接させて加圧ロール９２と無端ベルト６２との間に用紙Ｐが通過するニップ部Ｎを形成するニップ部形成部材の一例としての圧力パッド６４と、圧力パッド６４と無端ベルト６２との間の摩擦抵抗を低減する、シート状の摺動部材（図示せず）と、交流電流により生じる磁界によって無端ベルト６２を加熱する加熱源の一例としての磁場発生ユニット９０とにより主要部が構成されている。

無端ベルト６２は、無端ベルト６２の内部に配置された圧力パッド６４とベルトガイド部材６３と、さらには無端ベルト６２の両端部に配置されたエッジガイド部材（図示せず）とによって回転自在に支持されている。無端ベルト６２は、ニップ部Ｎにおいて圧力パッド６４により加圧ロール９２に押圧されるように配置され、矢印Ｄ方向に回転する加圧ロール９２に従って矢印Ｃ方向に回転する。

圧力パッド６４は、例えば、無端ベルト６２の内側において金属製等のホルダ６５に支持されている。そして、無端ベルト６２を介して加圧ロール９２に押圧される状態で配置され、加圧ロール９２との間でニップ部Ｎを形成している。

図４に示す定着装置６０において、ニップ部形成部材の一例である圧力パッド６４は、長手方向両端部の熱膨張率が長手方向中央部の熱膨張率より小さい部材である。このような圧力パッド６４としては、図２の定着装置６０において剥離ニップ部材６４ｂとして説明したものと同様の構成のものが用いられる。

無端ベルト６２の内周面と圧力パッド６４との間には、無端ベルト６２の内周面と圧力パッド６４との摺動抵抗を小さくするために、低摩擦のシート状の摺擦部材（図示せず）が設けられている。

加圧ロール９２は、例えば、中実の鉄製のコア（円柱状芯金）９２１と、コア９２１の外周面を被覆する、シリコーンスポンジ等の耐熱性弾性体層９２２と、ＰＦＡ等の耐熱性樹脂被覆または耐熱性ゴム被覆による離型層９２３とを有する。なお、加圧ロール９２の製造方法としては、例えば、ＰＦＡチューブ（離型層９２３になる）の内周面に、接着用プライマーを塗布したフッ素樹脂チューブと中実シャフト（コア９２１になる）とを成形金型内にセットし、フッ素樹脂チューブと中実シャフトとの間に液状発泡シリコーンゴムを注入後、加熱処理によりシリコーンゴムを加硫、発泡させて耐熱性弾性体層９２２を形成する方法が挙げられる。

加圧ロール９２は、無端ベルト６２に対向するように配置され、矢印Ｄ方向に回転し、無端ベルト６２を移動させる。また、加圧ロール９２と圧力パッド６４とにより無端ベルト６２を挟持した状態で保持してニップ部Ｎが形成され、このニップ部Ｎに未定着トナー像を保持した用紙Ｐを通過させ、熱および圧力を加えて未定着トナー像が用紙Ｐに定着される。

磁場発生ユニット９０は、断面が無端ベルト６２の形状に沿った曲線形状を有し、無端ベルト６２の外周表面と例えば０．５ｍｍから２ｍｍ程度の間隙で設置される。磁場発生ユニット９０は、磁界を発生させる励磁コイル９０１と、励磁コイル９０１を保持するコイル支持部材９０２と、励磁コイル９０１に電流を供給する励磁回路９０３とを有する。

励磁コイル９０１としては、例えば、相互に絶縁された例えば直径φ０．５ｍｍの銅線材を１６本から２０本程度束ねたリッツ線を、長円形状や楕円形状、長方形状等の閉環状に巻いて形成したものが用いられる。励磁コイル９０１に励磁回路９０３によって予め定められた周波数の交流電流を印加することにより、励磁コイル９０１の周囲に交流磁界Ｈが発生する。交流磁界Ｈが、無端ベルト６２の金属層を横切る際に、電磁誘導作用によってその交流磁界Ｈの変化を妨げる磁界を発生するように渦電流Ｉが生じる。励磁コイル９０１に印加する交流電流の周波数は、例えば、１０ｋＨｚから５０ｋＨｚに設定する。渦電流Ｉが無端ベルト６２の金属層を流れることによって、金属層の抵抗値Ｒに比例した電力Ｗ（Ｗ＝Ｉ^２Ｒ）によるジュール熱が発生し、無端ベルト６２が加熱される。

コイル支持部材９０２は、例えば、耐熱性を有する非磁性材料で構成される。このような非磁性材料としては、例えば、耐熱ガラス、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォン、ＰＰＳ等の耐熱性樹脂、またはこれらにガラス繊維を混合した耐熱性樹脂等が挙げられる。

なお、本実施形態では、無端ベルト６２を加熱する加熱源の一例として磁場発生ユニット９０を備える電磁誘導加熱方式の定着装置６０について説明したが、加熱源としては、輻射ランプ発熱体、抵抗発熱体を採用してもよい。

輻射ランプ発熱体としては、例えば、ハロゲンランプ等が挙げられる。抵抗発熱体としては、例えば、鉄−クロム−アルミ系、ニッケル−クロム系、白金、モリブデン、タンタル、タングステン、炭化珪素、モリブデン−シリサイド、カーボン等が挙げられる。

定着装置６０では、加圧ロール９２の矢印Ｄ方向への回転に伴い、無端ベルト６２が回転し、励磁コイル９０１により発生した磁界に曝される。この際、無端ベルト６２中の金属層には渦電流が発生し、無端ベルト６２の外周面が定着可能な温度まで加熱される。このようにして加熱された無端ベルト６２は、加圧ロール９２とのニップ部Ｎまで移動する。搬送手段により、未定着トナー像がその表面に設けられた用紙Ｐが定着入口ガイド５６を介して定着装置６０に搬入される。用紙Ｐが無端ベルト６２と加圧ロール９２とのニップ部Ｎを通過した際に、未定着トナー像は無端ベルト６２により加熱され用紙Ｐの表面に定着される。その後、画像が表面に形成された用紙Ｐは、搬送手段により搬送され、定着装置６０から排出される。また、ニップ部Ｎにおいて定着処理を終え、外周面の表面温度が低下した無端ベルト６２は、励磁コイル９０１方向へと回転し、次の定着処理に備えて再度加熱される。

なお、ニップ部Ｎの下流側には、無端ベルト６２から剥離された用紙Ｐを無端ベルト６２から分離し、画像形成装置の排出部へ向かう排紙通路に誘導するための剥離補助部材７０が配置されている。剥離補助部材７０は、剥離バッフル７１が無端ベルト６２の回転方向と対向する向き（カウンタ方向）に無端ベルト６２と近接する状態でバッフルホルダ７２によって保持されている。

以下、実施例に基づき、本実施の形態をさらに具体的に説明する。なお、本実施の形態は実施例に限定されるものではない。

各実施例および比較例において、図２に示す定着装置を評価に用いた。定着装置の各構成部品の仕様は以下のとおりである。

定着ロールは、外径２６ｍｍ、肉厚１．８ｍｍ、長さ３６０ｍｍである円筒状鉄製のコアの外周面に、厚さ６００μｍのシリコーンＨＴＶゴム（ゴム硬度３３度：ＪＩＳ−Ａ）の耐熱性弾性体層が設けられ、この耐熱性弾性体層の表面に、厚さ３０μｍのテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）のチューブが離型層として被覆され、鏡面状態に近い表面に仕上げられているものを用いた。定着ロールのコアの内部には、加熱源としてハロゲンランプ（８００ｗ）が配置されている。定着ロールの表面温度は、加熱された定着ロールの表面に接した状態で配置された感温素子である温度センサーおよび温度コントローラーにより制御した。

無端ベルト部材は、周長９４ｍｍ、厚さ８０μｍ、幅３４４ｍｍの熱硬化性ポリイミド樹脂を基材層とし、この基材層の外周面に、カーボンブラックを１０ｗｔ％配合したテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）を厚さが３０μｍになるようにコーティングして離型層が形成されたものを用いた。

無端ベルト部材を内面側から押圧するニップ部形成部材である圧力パッドは、幅６ｍｍ、厚さ５ｍｍ、長さ３４０ｍｍに形成されたプレニップ部材と、幅２．５ｍｍ、厚さ５ｍｍ、長さ３４０ｍｍに形成された剥離ニップ部材とで構成されたものを用いた。プレニップ部材および剥離ニップ部材は、下記の各実施例および比較例に記載したものを用いた。

ニップ部形成部材と無端ベルト部材の間には摺動シートが設けられ、摺動シート表面には、予め潤滑剤として粘度３００ｃＳｔのアミノ変性シリコーンオイル、（ＫＦ８００９Ａ：信越化学工業株式会社製）を、０．５ｃｃ塗布した。摺動シートの大きさは、幅３４０ｍｍ、長さ７０ｍｍとし、圧力パッドは、無端ベルト部材を介して圧縮コイルスプリングにより定着ロールを３０ｋｇの荷重で押圧した。

定着ロールへの無端ベルト部材の巻き付け角度は約２７°であり、ニップ部の幅は、約７ｍｍであった。モーターから定着ロールに伝達された駆動力により、定着ロールおよび無端ベルト部材は、速度２５０ｍｍ／秒で回転した。

＜実施例１＞
剥離ニップ部材として、充填材としてのガラスファイバー（ＧＦ）が配合されたポリフェニルスルフィド（ＰＰＳ）樹脂（東レ株式会社製「トレリナ」として入手可能）を用いて、混色射出成型機により、図５（ａ）に示すような、中央部の充填材配合量が少なく、両端部の充填材配合量が多い成形体を形成した。この剥離ニップ部材において、中央部のＧＦ配合量は２０質量％であり、両端部に向かうにつれてＧＦ配合量が連続的に増加し、両端部のＧＦ配合量は４５質量％であった。この剥離ニップ部材における長手方向中央部の熱膨張率は６．０×１０^−５／Ｋであり、両端部の熱膨張率は１．５×１０^−５／Ｋであった。また、プレニップ部材として、ガラスバルーンが配合されていないシリコーンゴム（東レ・ダウコーニング株式会社製、ＤＹ３５−１３２１）を用いた。このプレニップ部材の中央部および両端部の熱膨張率はいずれも、１０×１０^−５／Ｋであった。

定着装置の長手方向にわたって潤滑剤塗布部材を配置し、潤滑剤として、３００ｃＳｔのアミン変性シリコーンオイルを１．５ｍＬ塗布した。次に、上記の剥離ニップ部材およびプレニップ部材で構成されるが組み込まれた圧力パッド（無端ベルト部材に対して固定されており、加熱源を有しない）を備える定着装置を画像形成装置（富士ゼロックス株式会社製：カラー複合機ＤＣＩＶＣ４４０５）に搭載した。

定着ロールの温度を１７５℃に制御し、坪量９０ｇｓｍのＡ４用紙を、Ａ４用紙の短辺が用紙搬送方向と略直角になるように、３５枚／分の速度で２００枚連続での印字定着を行った。印字定着に用いた印字パターンは５０％のハーフトーン画像であった。

Ａ４用紙を２００枚連続で印字定着した後の定着ロールの非通紙領域の温度は、最大で通紙領域と３５Ｋの温度差となった。また、Ａ４用紙を２００枚連続で印字定着した直後におけるニップ部のニップ圧力を、用紙幅がニップ部形成部材より広い感圧紙（富士フイルム株式会社製、プレスケール極超低圧ｔｙｐｅ）をニップ部に通過させることにより測定した。この定着装置におけるニップ部の長手方向における圧力分布は、感圧紙により濃度分布として表され、前記「富士フイルム株式会社製、プレスケール極超低圧ｔｙｐｅ」に付属の標準濃度変換表により換算した結果、図７に示すような相対的な圧力分布を有するものであった。その結果、ニップ部形成部材の中央部のニップ圧力に対するニップ部形成部材の両端部のニップ圧力は約１．３倍であり、剥離ニップ部材の熱膨張に起因する両端部のニップ圧力上昇が抑制されていた。

上記と同様に、定着ロールの温度を１７５℃に制御し、坪量９０ｇｓｍのＡ４用紙を、Ａ４用紙の短辺が用紙搬送方向と略直角になるように、３５枚／分の速度で２００枚連続での印字定着を行った後、引き続き坪量１４０ｇｓｍのＡ３用紙を、Ａ３用紙の短辺が用紙搬送方向と略直角になるように、２０枚／分の速度で３０枚連続で印字定着した。

上記のようにして印字定着されたＡ３用紙について、Ａ４用紙の縦送り方向（ＳＥＦ）通紙幅より内側の領域に対する、Ａ４用紙のＳＥＦ通紙幅より外側の領域のグロス差（端部グロス上昇）は、６０度グロスメータ（グロスメータ（日本電色工業株式会社製、ＶＧ２０００）で６以下であり、Ａ３用紙に印字された画像はいずれも略実用上問題ない画像であった。Ａ３用紙の３０枚連続での印字定着において、紙しわや定着不良は発生しなかった。印字定着されたＡ４用紙およびＡ３用紙はいずれもカール量が１５ｍｍ以下であった。目視の結果、印字定着されたＡ３用紙はいずれも、Ａ４用紙のＳＥＦ通紙幅より外側の領域であってもホットオフセットが見られなかった。

上記のようにＡ４用紙２００枚の連続印字定着とＡ３用紙３０枚の連続印字定着を繰り返して、Ａ４用紙およびＡ３用紙の合計で１０万枚の印字定着を行ったが、ロールやベルトの各層間の剥がれや、ロールの軸受け部や周辺部材の損傷もなく、潤滑剤が熱劣化してベルト摺動トルクが増大することによる紙しわや画像ズレも発生しなかった。

＜実施例２＞
プレニップ部材として、図６（ｂ）に示すように低熱膨張率材料と高熱膨張率材料とを積層して形成された部材を用いた。高熱膨張率材料としては、ガラスバルーンが配合されていないシリコーンゴム（東レ・ダウコーニング株式会社製、ＤＹ３５−１３２１、熱膨張率１０×１０^−５／Ｋ）を用いた。また、上記のシリコーンゴムに、充填材としてガラスバルーンを３５質量％の割合で配合して、熱膨張率が３．０×１０^−５／Ｋである充填材配合シリコーンゴムを調製し、低熱膨張率材料として用いた。より具体的には、前記低熱膨張率材料と前記高熱膨張率材料のそれぞれについて、図６（ｂ）に示すような形状に成形し、次いで、得られた低熱膨張率材料の成形体と高熱膨張率材料の成形体とを積層し、図６（ｂ）に示すようなプレニップ部材を製造した。このプレニップ部材における長手方向中央部の熱膨張率は７．５×１０^−５／Ｋであり、両端部の熱膨張率は４．５×１０^−５／Ｋであった。このプレニップ部材および実施例１の剥離ニップ部材が組み込まれた定着装置を、実施例１と同じ構成の画像形成装置に搭載し、実施例１と同様の評価を行った。

実施例１と同様にＡ４用紙を２００枚連続で印字定着した後の定着ロールの非通紙領域の温度は、最大で通紙領域と３５Ｋの温度差となった。この定着装置におけるニップ部の長手方向における圧力分布は、感圧紙により濃度分布として表され、前記標準濃度変換表により換算した結果、図７に示すような相対的な圧力分布を有するものであった。また、ニップ部形成部材の中央部のニップ圧力に対するニップ部形成部材の両端部のニップ圧力は約１．３倍であり、剥離ニップ部材の熱膨張に起因する両端部のニップ圧力上昇が抑制されていた。

実施例１と同様に、Ａ４用紙を２００枚連続で印字定着した後、Ａ３用紙を３０枚連続で印字定着したところ、Ａ３用紙における、Ａ４用紙のＳＥＦ通紙幅の内側領域に対する、Ａ４用紙のＳＥＦ通紙幅の外側領域におけるグロス差（端部グロス上昇）は、６０度グロスメータで３以下であり、Ａ３用紙に印字された画像はいずれも実用上問題ない画像であった。また、Ａ３用紙の３０枚連続での印字定着において、紙しわや定着不良は発生しなかった。印字定着されたＡ４用紙およびＡ３用紙はいずれもカール量が１０ｍｍ以下であった。目視の結果、印字定着されたＡ３用紙はいずれも、Ａ４用紙のＳＥＦ通紙幅より外側の領域であってもホットオフセットが見られなかった。

実施例１と同様に、Ａ４用紙２００枚の連続印字定着とＡ３用紙３０枚の連続印字定着を繰り返して、Ａ４用紙およびＡ３用紙の合計で１０万枚の印字定着を行ったが、ロールやベルトの各層間の剥がれや、ロールの軸受け部や周辺部材の損傷もなく、潤滑剤が熱劣化してベルト摺動トルクが増大することによる紙しわや画像ズレも発生しなかった。

＜実施例３＞
剥離ニップ部材として、充填材が配合されていない液晶ＬＣＰ（東レ株式会社、「シベラス」）、および充填剤（ＧＦ）が４５質量％の割合で配合されている液晶ＬＣＰを用いて、混色射出成型機により長手方向において異なる厚みで積層し、図５（ｂ）に示すような部材を形成した。この剥離ニップ部材における中央部の熱膨張率は３．０×１０^−５／Ｋであり、両端部の熱膨張率は０．８×１０^−５／Ｋであった。プレニップ部材としては、実施例１と同じ、ガラスバルーンが配合されていないシリコーンゴムで形成された部材を用いた。上記の剥離ニップ部材および上記のプレニップ部材が組み込まれた定着装置を、実施例１と同じ構成の画像形成装置に搭載し、実施例１と同様の評価を行った。

Ａ４用紙を２００枚連続で印字定着した後の定着ロールの非通紙領域の温度は、最大で通紙領域と３０Ｋの温度差となった。また、ニップ部形成部材の中央部のニップ圧力に対するニップ部形成部材の両端部のニップ圧力は約１．２５倍であり、剥離ニップ部材の熱膨張に起因する両端部のニップ圧力上昇が抑制されていた。

Ａ４用紙を２００枚連続で印字定着した後、Ａ３用紙を３０枚連続で印字定着したところ、Ａ３用紙における、Ａ４用紙のＳＥＦ通紙幅より内側の領域に対する、Ａ４用紙のＳＥＦ通紙幅より外側の領域におけるグロス差（端部グロス上昇）は、６０度グロスメータで５以下であり、Ａ３用紙に印字された画像はいずれも略実用上問題ない画像であった。また、Ａ３用紙の３０枚連続での印字定着において、紙しわや定着不良は発生しなかった。印字定着されたＡ４用紙およびＡ３用紙はいずれもカール量が１０ｍｍ以下であった。目視の結果、印字定着されたＡ３用紙はいずれも、Ａ４用紙のＳＥＦ通紙幅より外側の領域であってもホットオフセットが見られなかった。

実施例１と同様にＡ４用紙２００枚の連続印字定着とＡ３用紙３０枚の連続印字定着を繰り返して、Ａ４用紙およびＡ３用紙の合計で１０万枚の印字定着を行ったが、ロールやベルトの各層間の剥がれや、ロールの軸受け部や周辺部材の損傷もなく、潤滑剤が熱劣化してベルト摺動トルクが増大することによる紙しわや画像ズレも発生しなかった。

＜実施例４＞
剥離ニップ部材として、充填材が配合されていない液晶ＬＣＰ（東レ株式会社、「シベラス」）、および充填剤（ＧＦ）が４０質量％の割合で配合されている液晶ＬＣＰを用いて、混色射出成型機により長手方向において異なる厚みで積層し、図５（ｂ）に示すような部材を形成した。この剥離ニップ部材における中央部の熱膨張率は３．０×１０^−５／Ｋであり、両端部の熱膨張率は１．０×１０^−５／Ｋであった。上記の剥離ニップ部材は、図２に示す定着装置において設定された最小通紙幅であるはがき用紙に相当する、長手方向の中央の位置から両端部に向かって各々５０ｍｍの領域内において、熱膨張率の平均値が３×１０^−５／Ｋであり、最小値が２．７３×１０^−５／Ｋ（平均値に対して９１％）であり、最大値が３．２４×１０^−５／Ｋ（平均値に対して１０８％）であった。また、プレニップ部材としては、実施例１と同じ、ガラスバルーンが配合されていないシリコーンゴムで形成された部材を用いた。上記の剥離ニップ部材および上記のプレニップ部材が組み込まれた定着装置を、実施例１と同じ構成の画像形成装置に搭載し、実施例１と同様の評価を行った。

Ａ４用紙を２００枚連続で印字定着した後の定着ロールの非通紙領域の温度は、最大で通紙領域と２８Ｋの温度差となった。また、ニップ部形成部材の中央部のニップ圧力に対するニップ部形成部材の両端部のニップ圧力は約１．２７倍であり、剥離ニップ部材の熱膨張に起因する両端部のニップ圧力上昇が抑制されていた。

Ａ４用紙を２００枚連続で印字定着した後、Ａ３用紙を３０枚連続で印字定着したところ、Ａ３用紙における、Ａ４用紙のＳＥＦ通紙幅より内側の領域に対する、Ａ４用紙のＳＥＦ通紙幅より外側の領域におけるグロス差（端部グロス上昇）は、６０度グロスメータで５以下であり、Ａ３用紙に印字された画像はいずれも略実用上問題ない画像であった。また、Ａ３用紙の３０枚連続での印字定着において、紙しわや定着不良は発生しなかった。印字定着されたＡ４用紙およびＡ３用紙はいずれもカール量が１５ｍｍ以下であった。目視の結果、印字定着されたＡ３用紙はいずれも、Ａ４用紙のＳＥＦ通紙幅より外側の領域であってもホットオフセットが見られなかった。

＜実施例５＞
剥離ニップ部材およびプレニップ部材として、請求項１と同じ部材を用いた。上記の剥離ニップ部材および上記のプレニップ部材が組み込まれた圧力パッドを備え、加熱ロールの表面温度を均一化する温度差低減部材が、その加熱ロールの表面に接触して配置されている定着装置を、実施例１と同じ構成の画像形成装置に搭載し、実施例１と同様の評価を行った。

Ａ４用紙を２００枚連続で印字定着した後の定着ロールの非通紙領域の温度は、最大で通紙領域と１７Ｋの温度差となった。また、ニップ部形成部材の中央部のニップ圧力に対するニップ部形成部材の両端部のニップ圧力は約１．１５倍であり、剥離ニップ部材の熱膨張に起因する両端部のニップ圧力上昇が抑制されていた。

Ａ４用紙を２００枚連続で印字定着した後、Ａ３用紙を３０枚連続で印字定着したところ、Ａ３用紙における、Ａ４用紙のＳＥＦ通紙幅より内側の領域に対する、Ａ４用紙のＳＥＦ通紙幅より外側の領域におけるグロス差（端部グロス上昇）は、６０度グロスメータで４以下であり、Ａ３用紙に印字された画像はいずれも略実用上問題ない画像であった。また、Ａ３用紙の３０枚連続での印字定着において、紙しわや定着不良は発生しなかった。印字定着されたＡ４用紙およびＡ３用紙はいずれもカール量が８ｍｍ以下であった。目視の結果、印字定着されたＡ３用紙はいずれも、Ａ４用紙のＳＥＦ通紙幅より外側の領域であってもホットオフセットが見られなかった。

＜比較例１＞
剥離ニップ部材として、充填材としてＧＦを４０質量％配合したＰＰＳ樹脂で形成された部材を用いた。この剥離ニップ部材の中央部および両端部の熱膨張率はいずれも、６×１０^−５／Ｋであった。またプレニップ部材として、ガラスバルーンが配合されていないシリコーンゴム（東レ・ダウコーニング株式会社製、ＤＹ３５−１３２１）を用いた。このプレニップ部材の中央部および両端部の熱膨張率はいずれも、１０×１０^−５／Ｋであった。上記の剥離ニップ部材および上記のプレニップ部材を組み込んだ定着装置を、実施例１と同じ構成の画像形成装置に搭載し、実施例１と同様の評価を行った。

実施例１と同様にＡ４用紙を２００枚連続で印字定着した後の定着ロールの非通紙領域の温度は、最大で通紙領域と３５Ｋの温度差となった。この定着装置におけるニップ部の長手方向における圧力分布は、感圧紙により濃度分布として表され、前記標準濃度変換表により換算した結果、図７に示すような相対的な圧力分布を有するものであった。ニップ部形成部材の中央部のニップ圧力に対するニップ部形成部材の両端部のニップ圧力は約１．８倍に増大し、剥離ニップ部材の熱膨張に起因する両端部のニップ圧力上昇が生じていることが確認された。

実施例１と同様に、Ａ４用紙を２００枚連続で印字定着した後、Ａ３用紙を３０枚連続で印字定着したところ、Ａ３用紙における、Ａ４用紙のＳＥＦ通紙幅の内側領域に対する、Ａ４用紙のＳＥＦ通紙幅の外側領域のグロス差（端部グロス上昇）は、６０度グロスメータで１２以上となり、Ａ３用紙の端部の印字画像にグロスムラが発生していた。また、Ａ３用紙の３０枚連続での印字定着において、紙しわや定着不良は１０枚発生していた。印字定着されたＡ３用紙のカール量がいずれも２０ｍｍ以上であり、最大で３０ｍｍであった。さらに、目視の結果、印字定着されたＡ３用紙３０枚のうち、Ａ４用紙からＡ３用紙に換えた直後の５枚において、Ａ４用紙のＳＥＦ通紙幅より外側の領域にホットオフセットが発生した。

実施例１と同様に、Ａ４用紙２００枚の連続印字定着とＡ３用紙３０枚の連続印字定着を繰り返して、Ａ４用紙およびＡ３用紙の合計で１０万枚の印字定着を行ったところ、ニップ部の長手方向両端部における高圧化により、４万枚通紙したところで定着ロールの金属コアと弾性層の間での剥がれが発生し、各ロールの軸受け部が損傷したことを目視により確認した。また、５万枚通紙したところで、潤滑剤の熱劣化により、ベルト摺動トルクの増大が起き、それによる紙しわや画像ズレが発生したことを目視により確認した。

このように実施例１〜５に係る長手方向両端部の熱膨張率が長手方向中央部の熱膨張率より小さいニップ部形成部材を備えた定着装置を用いることにより、長手方向両端部の熱膨張率が長手方向中央部の熱膨張率より小さいニップ形成部材を備えていない定着装置と比較して、ニップ部の長手方向中央部に対する長手方向両端部におけるニップ圧力の上昇が抑制された。

１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ画像形成ユニット、１０一次転写部、１１感光体ドラム、１２帯電装置、１３露光装置、１４現像装置、１５中間転写ベルト、１６一次転写ロール、１７ドラムクリーナ、２０二次転写部、２２二次転写ロール、２５バックアップロール、２６給電ロール、３１駆動ロール、３２支持ロール、３３テンションロール、３４クリーニングバックアップロール、３５中間転写ベルトクリーナ、４０制御部、４２基準センサ（ホームポジションセンサ）、４３画像濃度センサ、５０用紙トレイ、５１ピックアップロール、５２搬送ロール、５３搬送シュート、５５搬送ベルト、５６定着入口ガイド、６０定着装置、６１，１１０定着ロール、６１１，９２１，１１１，１２１コア（円筒状芯金）、６１２，９２２，１１２，１２２耐熱性弾性体層、６１３，９２３，１１３，１２３離型層、６１５温度差低減部材、６２無端ベルト、６３ベルトガイド部材、６４ニップ部形成部材（圧力パッド）、６４ａプレニップ部材、６４ｂ剥離ニップ部材、６５ホルダ、６６，１１４加熱源（ハロゲンヒータ）、６７潤滑剤塗布部材、６８摺動部材（摺動シート）、６９温度センサ、７０剥離補助部材、７１剥離バッフル、７２バッフルホルダ、９０磁場発生ユニット、９０１誘導発熱コイル、９０２コイル支持部材、９０３励磁回路、９２，１２０加圧ロール。

Claims

回転可能な回転部材と、
前記回転部材に接触しながら移動可能な無端ベルト部材と、
前記無端ベルト部材を介して前記回転部材と対向するように配置され、前記無端ベルト部材を介して前記回転部材を加圧して当該回転部材と当該無端ベルト部材との間に記録媒体が通過するニップ部を形成するニップ部形成部材と、を備え、
前記ニップ部形成部材における、前記ニップ部を通過するように設定された記録媒体の中で通紙幅が最も狭い記録媒体が通過する範囲に対応する最小通紙幅対応領域の熱膨張率が、その領域の平均値に対して９０％以上１１０％以下であり、
前記ニップ部形成部材の長手方向両端部の熱膨張率が、長手方向中央部の熱膨張率より小さく、
前記ニップ部形成部材の熱膨張率が、前記最小通紙幅対応領域の両端から前記ニップ部形成部材の長手方向両端部に向かって段階的に小さくなり、なお且つ、
前記ニップ部形成部材における、前記ニップ部を通過するように設定された記録媒体の各通紙幅に対応する各通紙幅対応領域の熱膨張率が、当該各通紙幅対応領域の平均値に対して９０％以上１１０％以下であることを特徴とする、
記録媒体上に保持されたトナー像を定着するための定着装置。
前記ニップ部形成部材が、充填材および樹脂を含み、
前記ニップ部形成部材の長手方向中央部と長手方向両端部とでは、前記充填材の前記ニップ部形成部材に対する配合量または前記充填材の配向軸が異なることを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
前記樹脂が、ゴム材料を含むことを特徴とする、請求項２に記載の定着装置。
前記ニップ部形成部材は、少なくとも２つ以上の異なる熱膨張率を有する層を、長手方向中央部と長手方向両端部とでその各層の厚みが異なるように積層することによって形成されたものであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着装置。
前記ニップ部形成部材が、前記無端ベルト部材の移動に対し固定されており、且つ、前記ニップ部形成部材が、加熱源を有しないことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の定着装置。
前記回転部材または前記無端ベルト部材に、前記回転部材または前記無端ベルト部材の表面温度の差を低減する温度差低減部材が接触していることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の定着装置。
静電潜像保持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
前記静電潜像をトナーにより現像する現像手段と、
得られたトナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
転写された記録媒体上のトナー像を定着する定着手段と、を備え、
前記定着手段が請求項１〜６のいずれか一項に記載の定着装置であることを特徴とする、画像形成装置。