(57)【要約】【課題】記録媒体の離型性能と省エネ性能に優れた定着装置を提供する。【解決手段】記録媒体上のトナー像を加熱加圧して記録媒体上に定着させる定着装置において、定着ローラ２１の表層に離型層２７と、スポンジ状の弾性層２６とを有し、外部加熱ユニット２３には、無端状の外部加熱ベルト３３と、外部加熱ベルト３３の内側にあって通電によって発熱する発熱体３４とを備え、発熱体３４によって加熱された外部加熱ベルト３３の表面と定着ローラ２１の表面とを接触させることで、定着ローラ２１を外部加熱ベルト３３で加熱する方式であって、定着ローラのスポンジ状の弾性層２６の空隙（セル）の平均径を１０ｕｍ〜２００ｕｍに設定することで、スポンジ部に十分な蓄熱が可能となり、定着性が向上すると共に省エネ性能に優れる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着部材と、これに圧接配置された加圧部材と、前記定着部材を外部から加熱する外部加熱部とを備え、前記定着部材と加圧部材との圧接により形成された定着ニップ部に、記録媒体を通過させることにより、記録媒体上の未定着トナー像を加熱加圧して記録媒体上に定着させる定着装置において、
前記定着部材は、芯金の表面側に形成されたスポンジ状の定着弾性層を備え、該定着弾性層におけるスポンジ状の空隙のセル径の平均径が１０μｍ〜２００μｍであることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記定着部材は、定着弾性層の外面側に定着離型層を備え、前記定着離型層はチューブ状の離型部材を定着弾性層に接着剤を介して外装することにより形成され、前記定着離型層と、前記定着弾性層の表層側と前記定着離型層との間に形成された接着層と、前記定着弾性層の表層側のセルが接着剤で埋まって形成されたセル充填層とが、前記外部加熱部からの熱を蓄熱する蓄熱槽を構成する請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記外部加熱部は、前記定着部材に接触する無端状の外部加熱ベルトと、前記外部加熱ベルトの内側にあって、通電によって発熱する発熱体とを備え、前記発熱体により加熱された外部加熱ベルトの表面と前記定着部材の表面とを接触させることで、前記定着部材を加熱する外部加熱方式である請求項１に記載の定着装置。
【請求項４】
前記発熱体が抵抗発熱体であり、該抵抗発熱体が外部加熱ベルトを介して定着部材に当接する請求項３に記載の定着装置。
【請求項５】
前記抵抗発熱体の基材が金属である請求項４に記載の定着装置。
【請求項６】
前記外部加熱ベルトの内側に回動可能な外部ローラを備え、前記外部ローラは外部加熱ベルトを介して定着部材に当接された請求項３に記載の定着装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナーを定着させる定着装置およびこれを備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、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ている。
【０００３】
画像形成装置の一構成部品である定着装置は、記録媒体上のトナー像を記録媒体に定着させるもので、熱ローラ定着方式の定着装置が従来から採用されている。この熱ローラ定着方式の定着装置は、定着ローラおよび加圧ローラが互いに圧接するローラ対となっており、定着ローラおよび加圧ローラの少なくとも一方の内部に、加熱手段としてハロゲンヒータなどの熱源が含まれる。
【０００４】
この種の定着装置において、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用紙などの記録媒体が、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。
【０００５】
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一方のローラから伝わる熱と、定着ローラおよび加圧ローラによる圧力とによって、記録媒体上に定着される。定着ニップ部のうち記録媒体が通過した部分（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。
【０００６】
定着ローラとして、表面に弾性層を設けた定着ローラ（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も定着性が良好になる。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ている。
【０００７】
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（定着ローラ側に凹んだ逆ニップ形状）となるので、定着ニップ部の出口部分で大きな曲率変化が起こり、定着ローラと記録媒体との剥離性能を向上させることになる。これにより、定着ローラと記録媒体とを剥離する剥離手段として、例えば剥離爪を用いることなく、記録媒体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。
【０００８】
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、例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媒体搬送方向の幅であるニップ幅を広くする必要がある。
【０００９】
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。
【００１０】
上記の問題点を解決するものとして、定着ローラの表面に外部加熱装置を設け、定着ローラを外部から加熱する構成（外部加熱定着方式を用いた構成）が知られている。特に、近年、外部加熱装置として、無端ベルトを用いた構成（外部加熱ベルト加熱定着方式を用いた構成）が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【００１１】
また、別の先行技術として、定着ローラの表層はソリッドゴムとし、内側の弾性層に発泡スポンジを用いることで、定着ローラの内部への熱伝導性を抑え、定着に必要な表層だけを効率的に加熱する構成も提案されている（例えば特許文献３、４参照）。
【００１２】
さらに、特許文献４では、外部加熱装置の加熱源として、セラミックヒータを用い、昇温性能を高めた定着装置も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００４−１９８６５９号
【特許文献２】特開２００５−１８９４２７号
【特許文献３】特開平０１−１１６５８２号
【特許文献４】特開２００２−１２３１１７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところで、特許文献３，４に示す定着装置では、表層にソリッド層、あるいはソリッド層にフッ素樹脂のトナー離型層を設けているので、ソリッド層がスポンジ層に比べ熱容量が大きく、昇温時間が長くなるといった課題があった。
【００１５】
また、上記ソリッド層の分だけスポンジ層の厚みが薄くなり、ニップ形成のための圧接時のスポンジ変形量が大きくなり、スポンジ層の弾性劣化が起こり、耐久性に課題があった。逆に、スポンジ層を厚くすると、その分だけ芯金径が小さくなり、加圧部材との圧接時に、芯金のたわみが大きくなり、軸方向の中央部分のニップ幅が狭くなり、定着に必要な熱量や圧力が不足するといった課題があった。
【００１６】
また、ソリッド層単層の弾性層を備えた定着ローラに比べ、内側にあるスポンジ層が柔らかいため、外側のソリッド層の反発性が低下し、記録媒体の離型性が低下するといった課題があった。
【００１７】
また、スポンジ層単層に比べ、ソリッド層の剛性が、ニップ出口でのスポンジ変形の戻り量を低下させる。そのため、定着ニップ部における逆ニップ形状が得られにくくなり、記録媒体の離型性が低下するといった課題があった。
【００１８】
また、表層に離型層がないソリッド層である定着ローラにおいては、トナーを離型させるためにオイルの塗布が必要となり、画像のギラツキや、オイルの定期的な補給が必要になるなどの課題があった。
【００１９】
さらに、加熱源としてセラミックヒータを外部加熱ベルトを介して定着ローラに圧接する構成においては、ヒータ基材のセラミックの破壊靱性が小さいことから、外部加熱ニップを大きくすると、セラミックヒータにかかる摩擦力や衝撃力が大きくなって、ヒータ基材が割れやすくなる。そのため、外部ニップ幅を大きくすることができず、外部加熱効率が低下するといった課題があった。
【００２０】
本発明は、記録媒体の離型性能と省エネ性能に優れた外部加熱定着方式の定着装置およびこれを備えた画像形成装置の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するため、本発明は、定着部材と、これに圧接配置された加圧部材と、前記定着部材を外部から加熱する外部加熱部とを備え、前記定着部材と加圧部材との圧接により形成された定着ニップ部に、記録媒体を通過させることにより、記録媒体上の未定着トナー像を加熱加圧して記録媒体上に定着させる定着装置において、前記定着部材は、芯金の表面側に形成されたスポンジ状の定着弾性層を備え、該定着弾性層におけるスポンジ状の空隙(セル)のセル径の平均径が１０μｍ〜２００μｍであることを特徴とする。
【００２２】
上記構成によると、定着部材のスポンジ状の定着弾性層に含まれる空隙であるセルにおいて、セル径が小さすぎると、空気層が少なくなり断熱効果が低下する。セル径が大きいと、断熱効果が得られるが、セル部分である空気層の割合が大きくなるため、外部加熱により定着部材が加熱されにくくなる。その結果、定着部材の蓄熱量が不十分となり、記録媒体上のトナーを加熱するための熱量が不足することになる。本発明のように、セルの平均径が１０μｍ〜２００μｍの範囲では、空隙（セル）の空気層により十分な断熱効果が得られると共に、外部加熱方式によって定着弾性層を十分加熱して蓄熱することができ、加熱効率を良好にして定着性と省エネ性能を良好にし得る。
【００２３】
ここで、定着部材は、芯金の表面側に形成されたスポンジ状の定着弾性層を備え、断熱効果と蓄熱効果を発揮できる態様であればよい。好ましくは、定着部材として、定着弾性層の外面側に定着離型層を備え、前記定着離型層はチューブ状の離型部材を定着弾性層に接着剤を介して外装することにより形成され、前記定着離型層と、前記定着弾性層の表層側と前記定着離型層との間に形成された接着層と、前記定着弾性層の表層側のセルが接着剤で埋まって形成されたセル充填層とが、前記外部加熱部からの熱を蓄熱する蓄熱槽を構成する態様を採用することができる。
【００２４】
上記構成によると、チューブ状の離型部材を用いて定着離型層を形成した場合、スポンジ状の定着弾性層のセルの平均径が１０μｍ〜２００μｍの範囲では、定着離型層とスポンジ状の定着弾性層との境界部分である接着層によってセルが埋まり、離型層と接着層、及び埋まったセル部分からなるセル充填層が蓄熱層となって、外部加熱からの熱を蓄える。そのため、定着部材の蓄熱が十分行われ、定着性をさらに向上させることができる。
【００２５】
ここで、外部加熱部は、定着部材に接触する無端状の外部加熱ベルトと、外部加熱ベルトの内側にあって、通電によって発熱する発熱体とを備え、発熱体により加熱された外部加熱ベルトの表面と定着部材の表面とを接触させることで、定着部材を加熱する外部加熱方式を採用することができる。
【００２６】
上記構成によると、外部加熱ベルト方式を採用するため、外部加熱ベルトと定着部材とのニップ幅が大きくなり、発熱体からの熱を効率良く定着部材に伝熱することができる。
【００２７】
ここで、発熱体が抵抗発熱体であり、該抵抗発熱体が外部加熱ベルトを介して定着部材に当接する構成を採用することができる。
【００２８】
上記構成によると、抵抗発熱体は従来のハロゲンランプに比べ、投入電力に対する加熱効率が高く省エネ性能に優れる。また、抵抗発熱体は、接触幅が広いほど熱を伝えることができる。定着ローラのようなスポンジ状の定着弾性層を有する構成では硬度が低く、そのために抵抗発熱体と定着ローラの当接幅が広く取れるので、効率的に定着ローラを加熱することができる。
【００２９】
定着部材の表層にソリッド層を設けたり、ソリッド層だけで構成された定着部材である場合、硬度が高くなり、抵抗発熱体を当接させても、当接幅を広くとることができない。この点、本発明のように、所定のセル径を有するスポンジ状の定着弾性層を設けた場合、外部加熱ベルトを介して抵抗発熱体との当接幅を広くできるので、定着部材の表層と、外部加熱ベルト表層とのグリップ力が増し、定着部材が回転する定着ローラの場合、定着ローラに従動して外部加熱ベルトをスムーズに回転することができる。
【００３０】
また、抵抗発熱体は、その基材が金属であることが望ましい。なぜならば、省エネ性能を求めて外部加熱ベルトと定着部材との当接幅を広くすると、抵抗発熱体である面状ヒータにかかる摩擦力や衝撃力を生じるので、それらの負荷に対抗できる強い材料が好ましい。特に、抵抗発熱体の破壊靱性はセラミックよりも金属のほうが優れており、抵抗発熱体の基材の材料としては金属材料が好ましい。
【００３１】
また、外部加熱ベルトの内側に回動可能な外部ローラを備え、外部ローラは外部加熱ベルトを介して定着部材に当接された構成を採用することができる。
【００３２】
上記構成によると、抵抗発熱体である面状ヒータと外部ローラとの間の外部加熱ベルトが定着部材に密着するので、面状ヒータによって加熱された外部加熱ベルトの熱を、より効率的に定着部材に伝えることができ、省エネ性能が向上する。
【００３３】
また、定着部材として回転する定着ローラを使用すると、外部加熱ベルトの内側に備えた外部ローラが定着ローラに従動回転することで、外部加熱ベルトが回転しやすくなる。
【００３４】
さらに、外部ローラの表層が弾性層であると、外部加熱ベルトとのグリップ力が増し、外部加熱ベルトの回転がさらに滑らかになる。この弾性層が発泡スポンジであると、発泡スポンジの断熱効果により、外部加熱ベルトの熱が外部ローラに伝わりにくくなり、省エネ性能を損なわない。
【００３５】
さらに、上記定着装置を備えた画像形成装置では、記録媒体にトナー像を定着するときの定着性と省エネ性能に優れているため、画像形成装置は、定着性と省エネ性能に優れた画像を形成することができる。
【発明の効果】
【００３６】
以上のとおり、本発明では、定着部材のスポンジ状の弾性層について、空隙（セル）の平均径を１０μｍ〜２００μｍの範囲に設定しているので、空隙（セル）の空気層により十分な断熱効果が得られると共に、外部加熱方式によって定着弾性層を十分加熱して蓄熱することができ、加熱効率を良好にして定着性と省エネ性能を良好にし得る。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の画像形成装置の概略構成図である。
【図２】第１の実施形態の定着装置の断面構成図である。
【図３】同じく定着ローラの断面図である。
【図４】同じく外部加熱ベルトの断面図である。
【図５】第２の実施形態の定着装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明の一実施形態である画像形成装置およびこれに搭載された定着装置を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明においては、各形態に先行する形態において、既に説明している事項に対応している部分には同一の符号を付し、重複する説明を略する場合がある。また、各形態において、構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。さらに、各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に、組合せることに支障がなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。さらにまた、各実施形態は本発明に係る技術を具体化するために例示するものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。本発明に係る技術内容は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることが可能である。
【００３９】
（画像形成装置について）
図１は、本発明の実施形態である画像形成装置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、用紙等の記録媒体に対して多色または単色の画像を形成する装置である。
【００４０】
画像形成装置１００は、露光ユニット１、感光体ドラム３ａ〜３ｄ、現像装置２ａ〜２ｄ、帯電器５ａ〜５ｄ、クリーニングユニット４ａ〜４ｄ、中間転写ベルトユニット８、一次転写ローラ６ａ〜６ｄ、二次転写ローラ１１、定着装置１２、記録媒体搬送路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。
【００４１】
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。
【００４２】
各画像形成ユニットは、同様の構成であり、例えば、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。
【００４３】
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Ｂに一列に配列されている。中間転写ベルト７は、４つの画像形成ユニットの上側で、一対のローラ７１，７２間に掛け渡しされている。
【００４４】
このような画像形成装置１００においては、給紙カセット１０に収納されている記録媒体を、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第１の記録媒体搬送路Ｓ１が設けられている。
【００４５】
第１の記録媒体搬送路Ｓ１には、給紙カセット１０内の記録媒体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、繰り出された記録媒体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媒体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媒体を搬送する搬送ローラ２５２、および、記録媒体を排紙トレイ１５に排出する排紙ローラ２５３が配置されている。
【００４６】
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を配置した第２の記録媒体搬送路Ｓ２が形成されている。さらに、排紙ローラ２５３から第１の記録媒体搬送路Ｓ１におけるレジストローラ１４の上流側に至る間には、第３の記録媒体搬送路Ｓ３が形成されている。
【００４７】
排紙ローラ２５３は、正逆両方向に回転自在にされており、記録媒体の片面に画像を形成する片面画像形成時、および、記録媒体の両面に画像を形成する両面画像形成における第２面の画像形成時に正転方向に駆動されて記録媒体を排紙トレイ１５に排出する。
【００４８】
一方、両面画像形成における第１面の画像形成時には、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、記録媒体の後端部を挟持した状態で逆転方向に駆動されて、記録媒体を、搬送ローラ２５７，２５８が配置された第３の記録媒体搬送路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媒体は、表裏面および前後端を反転した状態で第１の記録媒体搬送路Ｓ１に導かれる。
【００４９】
（定着装置について）
図２は、本発明の第１の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。図３は定着ローラを拡大して示す断面図である。図４は外部加熱ベルトを拡大して示す断面図である。
【００５０】
本例の定着装置１２は、定着部材である定着ローラ２１と、加圧部材である加圧ローラ２２と、定着ローラ２１の表層の加熱を行うための外部加熱部としての外部加熱ユニット２３とを備えている。
【００５１】
外部加熱ユニット２３は、無端状の外部加熱ベルト３３と、抵抗発熱体としての面状ヒータ３４と、面状ヒータ３４を外部加熱ベルト３３を介して定着ローラ２１に圧接させるためのバックアップ部材３５とを備えている。
【００５２】
加圧ローラ２２と定着ローラ２１とは、対向するように配置されている。そして、定着装置１２は、面状ヒータ３４等の抵抗発熱体の加熱によって、外部加熱ベルト３３を介して定着ローラ２１の表層を加熱し、定着ローラ２１と加圧ローラ２２とで形成される定着ニップ部Ａを、所定の定着速度および複写速度で記録媒体Ｐである記録紙が通過したとき、記録紙上に担持されている未定着のトナー像Ｔを記録紙上に加熱加圧して定着する外部加熱ベルト定着方式を採用している。
【００５３】
このような外部加熱ベルト定着方式の定着装置１２は、熱容量が小さい定着ローラ２１を加熱効率の高い抵抗発熱体３４で加熱する構成としているので、定着装置１２の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を達成することができる。
【００５４】
ここで、未定着のトナー像Ｔは、例えば、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分間当たりのコピー枚数のことである。また、記録媒体が定着ニップ部Ａを通過するときには、定着ローラ２１は、記録媒体Ｐのトナー像担持面に当接するようになっている。
【００５５】
定着部材である定着ローラ２１は、略円筒形の形状を有するローラ状の部材であり、略円筒形の中心軸から外周に向かって定着芯金２５と、定着弾性層２６と、定着離型層２７とから形成される３層構造である。
【００５６】
定着芯金２５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。定着弾性層２６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発泡スポンジゴム材料が適している。この定着弾性層２６のアスカーＣ硬さは２０〜４０度に設定されるのが好ましい。定着離型層２７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。
【００５７】
本例では、定着ローラ２１の直径は３０ｍｍである。定着芯金２５には、直径１５ｍｍのステンレス鋼が用いられ、定着弾性層２６には、アスカーＣ硬さが２５度で、厚さ７．５ｍｍのシリコンスポンジゴムが用いられる。また、表層の定着離型層２７は、厚み０．０３ｍｍのＰＦＡ樹脂チューブが使用され、定着弾性層２６に被覆される。離型層２７と弾性層２６の接着には、シリコーン系接着剤やフッ素系接着剤が用いられる。
【００５８】
ここで、定着ローラ２１のスポンジ状の弾性層２６に含まれる空隙であるセルにおいて、セル径が小さすぎると、空気層が少なくなり断熱効果が低下する。セル径が大きいと、断熱効果は得られるが、セルの部分である空気層の割合が大きくなるため、外部加熱による加熱がされにくく、表層の離型層２７だけが加熱され、その結果、定着ローラ２１の蓄熱量が不十分となり、用紙上のトナーを加熱するための熱量が不足する。
【００５９】
そこで、本例では、セルの平均径が１０μｍ〜２００μｍ、空隙率は４０パーセント〜８０パーセントに設定されている。セルの平均径が１０μｍ〜２００μｍの範囲において、離型層２７とスポンジ状の弾性層２６とを接着する接着層３６（図３参照）によってスポンジ状のセルが埋まり、離型層２７と接着層３６及び埋まったセルの部分（セル充填層）が蓄熱層となって、外部加熱ベルト３３からの熱を蓄え、定着ローラ２１の蓄熱が十分行われ、定着性が向上する。なお、図３において、セル充填層は、スポンジ状の弾性層２６と接着層３６との境界部分に形成される薄膜状の層であるため、図示は省略する。
【００６０】
定着ローラ２１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２２の回転に従動回転する。定着ローラ２１と加圧ローラ２２とが互いに当接する部分である定着ニップ部Ａが形成される。
【００６１】
加圧ローラ２２は、略円筒形の形状を有するローラ状の部材であり、略円筒形の中心軸から外周に向かって加圧芯金２８と、加圧弾性層２９および加圧離型層３０とが形成される３層構造である。
【００６２】
加圧芯金２８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。加圧弾性層２９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。加圧離型層３０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。
【００６３】
本例において、加圧ローラ２２の直径は３０ｍｍである。加圧芯金２８には、直径４６ｍｍ、肉厚１ｍｍの鉄（ＳＴＫＭ）が用いられる。加圧弾性層２９には、アスカーＣ硬さが６０度で、厚さ２ｍｍのシリコンソリッドゴムが用いられる。加圧離型層３０には、厚さ５０μｍのＰＦＡチューブが用いられる。
【００６４】
加圧ローラ２２の内部には、図２に示すように、加熱手段として加圧ローラ用ヒータランプ３１が配置され。加圧ローラ２２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３１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３１が発光し、加圧ローラ用ヒータランプ３１から赤外線が放射される。加圧ローラ２２は、その内部が加圧ローラ用ヒータランプ３１から放射される赤外線を吸収することによって、加圧ローラ全体が加熱される。本例では、定格電力３００Ｗの加圧ローラ用ヒータランプが使用される。
【００６５】
加圧ローラ２２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２２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２１は、加圧ローラ２２に圧接することで定着ニップ部Ａを形成すると同時に、従動回転することによって記録媒体Ｐを搬送する。
【００６６】
定着ローラ２１と加圧ローラ２２とは、所定の荷重、例えば５００Ｎで互いに圧接される。定着ローラ２１と加圧ローラ２２とが圧接されると、定着ニップ部Ａが形成される。本例においては、定着ニップ部Ａの記録媒体搬送方向の幅（以下、「定着ニップ幅」という）は７ｍｍである。
【００６７】
定着ニップ部Ａには、未定着のトナー像Ｔを担持した記録媒体Ｐが給紙される。記録媒体が定着ニップ部Ａを通過することによって、記録媒体にはトナー像Ｔが定着される。記録媒体Ｔが定着ニップ部Ａを通過する際、定着ローラ２１は、記録媒体Ｐのトナー像担持面に当接し、加圧ローラ２２は、記録媒体Ｐにおけるトナー像担持面とは反対側の面に当接する。
【００６８】
次に、外部加熱ユニット２３を構成する、外部加熱ベルト３３、抵抗発熱体（面状ヒータ３４）及びバックアップ部材３５について説明する。
【００６９】
外部加熱ベルト３３は、直径が３０ｍｍである。外部加熱ベルト３３は、図４に示すように、ベルト基材３７と、定着ローラ２１との当接面にフッ素樹脂層３８を設けた２層構成である。この外部加熱ベルト３３のベルト基材３７を形成する材料としては、耐熱性および耐久性に優れた耐熱性合成樹脂、または、ステンレスおよびニッケルなどの金属材料が用いられる。耐熱性合成樹脂の中でも、ポリイミド（ＰＩ）が好ましい。ベルト基材３７の厚さは、ポリイミドなどの樹脂材料を用いる場合には７０〜１２０μｍが好ましく、金属材料を用いる場合には３０〜７０μｍが好ましい。
【００７０】
本例では、ベルト基材３７として、ポリイミドが用いられ、厚さは９０μｍである。表層３８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おり、厚み２０μｍのＰＴＦＥコートが用いられている。
【００７１】
外部加熱ベルト３３の内部には、抵抗発熱体である面状ヒータ３４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面状ヒータ３４に電力を供給（通電）させることによって、面状ヒータ３４が発熱し、外部加熱ベルト３３との接触部分において外部加熱ベルト３３を加熱し、加熱された外部加熱ベルト３３が、定着ローラ２１との接触部分において、定着ローラ２１を加熱する。
【００７２】
面状ヒータ３４の抵抗発熱体としては、ＡｇＰｄ合金、ステンレス薄膜、カーボン材料が用いられ、バックアップ基材３５にはアルミニウム、銅、ステンレス鋼などの金属材料が適している。基材３５と抵抗発熱体３４の間には、ガラスやセラミックの絶縁層（図示略）を設け、抵抗発熱体３４の表面には、ガラスやセラミックの保護層（図示略）を設け、抵抗発熱体３４の酸化などを防ぐ。
【００７３】
本例では、抵抗発熱体３４にペースト状のＡｇＰｄ合金を焼成したものを用い、基材３５はステンレス鋼を用い、定格電力１２００Ｗの面状ヒータ３４が使用される。本例における面状ヒータ３４の幅は１６ｍｍである。
【００７４】
従来の外部加熱定着方式の定着装置に備えられる定着ローラは、定着ローラの表層をソリッドゴムとし、内側の弾性層に発泡スポンジを用いることで、定着ローラの内部への熱伝導性を抑え、定着に必要な表層だけを加熱する構成であった。また、外部加熱装置の加熱源として、セラミックヒータを用いた抵抗発熱体を用いることで、ハロゲンランプよりも高効率で、外部加熱ベルトを加熱する構成であった。
【００７５】
これに対して、本例の定着装置１２においては、定着ローラ２１にソリッドゴムを用いず、スポンジゴムを用いることで、加圧ローラ２２との圧接時において定着ローラ２１のスポンジ状弾性層２６の変形が損なわれず、定着ローラ２１の定着ニップ部Ａが表層側から凹んだ下向きのニップ形状（逆ニップ形状）を形成することができる。したがって、下向きのニップ形状により、定着ニップ部の出口側における表層の曲率変化が大きくなり、記録媒体Ｐの剥離性が良好となる。
【００７６】
また、定着ローラ２１のスポンジゴムによって、面状ヒータ３４を定着ローラ２１に圧接してできる外部ニップ幅Ｂが、スポンジ状の弾性層２６の柔軟性によって、広くできることから、面状ヒータ３４の設定温度を低く抑えることができ、また、定着ローラ２１の蓄熱層を薄くできるので、昇温速度が速くなる効果がある。
【００７７】
さらに、蓄熱層が薄くできることで、定着ローラ２１の温度履歴が少なくなり、記録媒体である用紙の坪量変更などによる定着温度の設定温度の変更に対しても、素早く対応することができる。また、面状ヒータ３４の基材３５を金属とすることで、外部加熱幅を増やしても、基材３５の破損のリスクを低減する効果がある。なお、本例では、外部加熱幅は１２ｍｍとなり、定着ローラ２１の温度設定を１７０℃としたときの面状ヒータ３４の温度は２２０℃となる。
【００７８】
（第２の実施形態）
図５は第２の実施形態の定着装置を示す。本例では、外部加熱ユニット２３が外部加熱ベルト３３の内側に外部ローラ４０を配置した点を特徴とし、その他の構成は上記実施形態と同様である。
【００７９】
外部加熱ベルト３３の内側に外部ローラ４０を配置したことで、外部ローラ４０と定着ローラ２１とは外部加熱ベルト３３を介して当接し、それらのグリップ力で、外部加熱ベルト３３を滑らかに回転させることができる。
【００８０】
外部ローラ４０は、芯金４２の表層にスポンジ状の弾性層４１が設けられた構成である。芯金４２は、鉄、アルミニウム、ステンレス鋼が用いられる。面状ヒータ３４と外部ローラ４０との間の外部加熱ベルト３３は、定着ローラ２１に密着しながら回転するので、外部加熱ベルト２２の熱が定着ローラ２１に移動する量が増え、加熱効率がさらに向上する。
【００８１】
本例では、外部ローラ径を１２ｍｍ、表層の弾性層（シリコーンスポンジ層）を厚み２ｍｍ、芯金４２はローラ径１０ｍｍの鉄とした。また、外部加熱ベルト３３がバックアップ基材３５に接しないように、外部加熱ベルト３３の端にだけ、不図示のガイドを設けても良い。
【００８２】
また、本例の画像形成装置１００は、図１に示すように、記録媒体Ｐにトナー像を定着するときの定着性と省エネ性能に優れた定着装置１２を備えているので、定着性と省エネ性能に優れた画像を形成することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１２    定着装置
２１    定着ローラ
２２    加圧ローラ
２３    外部加熱ユニット
２５    定着芯金
２６    定着弾性層
２７    表層
２８    加圧芯金
２９    加圧弾性層
３０    加圧離型層
３３    外部加熱ベルト
３４    面状ヒータ
３５    バックアップ基材
３６    接着層
３７    基材
４０    外部ローラ
４１    弾性層
４２    芯金
【図１】
2014021210.tif 000003
【図２】
2014021210.tif 000004
【図３】
2014021210.tif 000005
【図４】
2014021210.tif 000006
【図５】
2014021210.tif 000007