(57)【要約】【課題】  バルーンフィルムの放熱を効率的に行い、定着下流分離における、巻き付き及びカールの防止。【解決手段】  表層黒色のバルーンフィルムを用いた外部加熱方式の定着装置において、分離ニップ下流側で、上下金属ローラ間でバルーンフィルムを、圧縮する構成とする。バルーンフィルムが圧縮することで、金属ローラへ熱を効率的に放出できる。【選択図】  図１
2011002599.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
未定着画像が形成された記録材を、定着部材と加圧部材の間で形成されたニップ部を通過させることにより、上記未定着画像を記録材上に定着させる加熱定着装置において、
上記定着部材は、少なくとも加熱手段と該加熱手段により外部より表面を加熱する断熱ベルトから構成されており、前記断熱ベルトは耐熱性樹脂の外側にオルガノポリシロキサン組成物に中空フィラーを配合した配合物、あるいは、オルガノポリシロキサン組成物に吸水性ポリマーおよび水を配合した配合物を形成後に焼成および硬化して形成されており、合わせて、前述のニップ部下流で前記断熱ベルトが少なくとも一本の望ましくは一対の金属ロールに挟まれていることを特徴とする加熱定着装置。
【請求項２】
断熱ベルトの断熱層がオルガノポリシロキサン組成物１００重量部に対して平均粒径５００μｍ以下の中空フィラーを０．１〜２００重量部配合した配合物、あるいは、オルガノポリシロキサン組成物１００重量部に対して吸水性ポリマーを０．１〜５０重量部、水を１０〜２００重量部配合した配合物を形成後に焼成および硬化して形成されることを特徴とする請求項１に記載の加熱定着装置。
【請求項３】
断熱ベルトの各層がシームレスで構成されていることを特徴とする請求項１および２に記載の加熱定着装置。
【請求項４】
断熱ベルトの断熱層の外側にソリッドゴムを被覆していることを特徴とする請求項１〜３に記載の加熱定着装置。
【請求項５】
断熱ベルト表面にフッ素樹脂より形成される離型性層を被覆してあることを特徴とする請求項１〜４に記載の加熱定着装置。
【請求項６】
断熱ベルトの内側に少なくとも２本のローラ部材を配置し、前記ローラ部材により断熱ベルトにテンションがかけられていることを特徴とする請求項１〜５に記載の加熱定着装置。
【請求項７】
断熱ベルトの内部に配置した少なくとも２本のローラ状部材の回転中心の間に張られた断熱ベルトと加圧部材の間で所定の加圧力によって未定着画像が形成された記録材を加熱定着する定着ニップ部を形成することを特徴とする請求項６に記載の加熱定着装置。
【請求項８】
請求項１に記載の加熱定着装置において、前述の金属ロールの内面を中空形状とすることを特徴とする加熱定着装置。
【請求項９】
請求項８に記載の金属ロールにおいて、金属ロールの内面に複数の突起形状を設けることを特徴とする加熱定着装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の加熱定着装置を配する画像形成装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の画像形成装置において、画像形成装置内部に排気及び或いは吸気ファンを有することを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、電子写真方式・静電記録方式等の作像プロセスを採用した画像形成装置において、作像プロセス部で記録材（転写材、印字用紙、感光紙、静電記録紙等）に転写方式あるいは直接方式で形成担持させた画像情報の未定着トナー画像を固着像として熱定着処理する加熱定着装置及びこれを配する画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式、静電記録方式等を採用する画像形成装置に具備される定着装置においては、未定着トナー像を担持した記録材（転写材シート、印字用紙、静電記録紙、エレクトロファックス紙等）を、互いに圧接して回転する加熱ローラ（定着ローラ）と加圧ローラとで形成される圧接ニップ部（定着ニップ部）を通過させることにより記録材上に定着させる、いわゆる熱ローラ方式の加熱定着装置が広く用いられている。図１１にその熱ローラ方式の加熱定着装置の概略構成を示す。定着ローラ５０は、アルミニウムやステンレス製の中空芯金５２の内部にハロゲンランプ等の加熱体５１を設け、外表面にはトナーのオフセットを防止するためのフッ素樹脂等の離型性層５３を備えたものである。定着ローラ表面の温度をサーミスタ等の温度検知手段５４を用いて検知し、温度が一定になるように加熱体５１への通電を制御している。また、加圧ローラ６０は、アルミ、鉄等の芯金６１の外部にシリコーンゴム等より形成した弾性層、あるいはシリコーンゴムを発泡してなるスポンジ弾性層６２を形成し、さらにその外層には定着ローラ５０と同様のフッ素樹脂等の離型性層６３が形成されている。また、高速機あるいはカラートナーを用いた画像形成装置の場合、トナーの定着性を十分に満足し、定着ムラを防止するために、上記定着ローラ５０の中空芯金５２と離型性層５３の間にシリコーンゴム等の厚み２ｍｍ程度の弾性層を設けたものもあり、軟らかくなった定着ローラ表面で記録材上のトナーを包み込むことで、記録材およびトナーへの熱の伝搬効率を向上させている。
【０００３】
以上、従来の熱ローラ方式の加熱定着装置では、未定着画像が形成された記録材へ熱と圧力を与えることにより、固着像として記録材上にトナー画像を定着させていた。
【０００４】
このような上記従来の熱ローラ方式の加熱定着装置では、画像形成装置の高速化に対して記録材上の未定着トナー画像へ与える熱量を保つために、外径の大きな定着ローラおよび加圧ローラの選定や加圧力を大きく設定することにより定着ニップ幅を広く形成したり、定着ローラ表面の温調温度を上げる等の方法により対応してきた。しかしながら、定着ローラと加圧ローラ間に与えられる大きな圧力に強度的に耐えられるようにするために、定着ローラおよび加圧ローラの芯金は厚みや径を大とせざるを得なかった。このため定着ローラ５０の熱容量は大きくなってしまい、定着ローラ内部から加熱体により加熱する上記加熱定着装置では定着ローラ５０の表面を定着可能な状態まで昇温させるために時間（以下、ウォームアップタイムと記す）を要し、画像形成装置の電源スイッチがＯＮされてから加熱定着装置が加熱定着可能な状態になるまで長い時間がかかっていた。特に定着ローラ表面に弾性層を設けた場合には、表面温度を昇温させるのにさらに時間を要していた。
【０００５】
さらに、画像形成装置が動作を行わないスタンバイ状態においても、定着ローラを予備加熱（以下、スタンバイ加熱と記す）する必要があり、画像形成装置未使用時の消費電力が嵩み、画像形成装置が一定期間中に消費する消費電力も大きくなっていた。
【０００６】
これに対し、近年の環境問題の一つとして消費電力の低減が強く望まれる一方で、市場ニーズからは高画質および高速での画像出力が望まれている。そこで、このような消費電力の低減と高速・高画質の要求に応えるために、上記の熱ローラ方式の加熱定着装置に対して種々の改善が試みられている。
【０００７】
一つは、定着ローラの昇温時間を短縮し消費電力を小さくする目的で、図１３のようにハロゲンランプ等の加熱体８４を湾曲した反射板８５で内包し、反射板８５の切り欠き部に中空芯金８１の外面にシリコーンゴムや発泡シリコーンゴム等より形成された弾性層８２を有する定着ローラ８０を配置させ、加熱体８４により外表面のみを加熱する加熱定着装置であり、その一例が特許文献１、特許文献２に提案されている。この場合、外部から定着ローラ８０を加熱するため定着ローラ８０の表面を急激に昇温させることが可能となりウォームアップ時間が図９に示した熱ローラ定着装置に比べ短縮される。また、外部から定着ローラ８０を加熱する方法として、接触式のものと図１１に示したような非接触のものに大別されるが、接触式のものとしては、例えば特許文献３に示されているように定着ローラ外周面に小径の加熱ローラを接触させる系のものが提案されている。この場合には、小径の加熱ローラは短い時間で昇温され、定着ローラ表面を直接加熱ローラで加熱するために定着ローラ表面の昇温スピードを速くするものであった。
【０００８】
また、特許文献４には、定着部材の熱容量を抑えるために定着部材の基体上に断熱層、弾性層、離型性層を順次積層した層を設け、外部から定着部材表面を小径の加熱ローラを接触させて加熱する方法が開示されている。すなわち図１４に示すように特許文献４では、定着部材９０としての定着ベルト９２の内部に巻き掛けローラ９３とテンションローラ９１を配置し、定着ベルト９２にテンションをかけて張架させ、定着ベルト外部から内部にヒータ９４を有する小径加熱ローラ９５によって表面加熱を行うものである。定着ベルトとしては、ポリイミド樹脂のベルト基体に断熱層として発泡シリコーンゴム層、その上に弾性層としてソリッドシリコーンゴム層、さらに表面にフッ素樹脂離型性層を塗布して形成されている。以上の低熱容量の定着ベルトを外部から加熱する方式のため、急速に定着ベルト表面を加熱することが可能となり、ウォームアップ時間が短縮される。かつ、定着ベルトが弾性層を有しているため、定着部材が均一に未定着画像に接することで画像光沢ムラの発生を防止することが可能になっている。
【０００９】
一方では、特にスタンバイ時に加熱定着装置に電力を供給せず、スタンバイ加熱を実施しない方法、詳しくはヒータ部と加圧ローラの間に熱容量の小さな薄肉のフィルムを介して記録材上のトナー像を定着するフィルム加熱方式による加熱定着方法が知られている。図１２にフィルム加熱方式の一例の概略構成を示す。すなわち図において、７０はフィルムアセンブリであり、アルミナ、チッ化アルミ等のセラミック板上に通電発熱抵抗層が形成された加熱ヒータ７１が耐熱性樹脂より形成されたステイホルダー７４に固定され、このステイホルダー７４にルーズに外嵌させたポリイミド等の樹脂やＳＵＳ等の金属から構成された耐熱性の薄肉フィルム７３（以下、定着フィルムと記す）を有する。また、加熱ヒータ７１に密着摺動状態の薄肉フィルム７３と、その定着フィルム７３を挟んで圧接させた加圧ローラ６０を有する。定着フィルム７３は、加圧ローラ６０の回転力により、定着ニップ部において加熱ヒータ７１に密着・摺動しつつ矢印の方向に搬送移動される。加熱ヒータ７１の温度は、ヒータ背面に配置されたサーミスタ等の温度検知手段７２により検知し、不図示の通電制御部へフィードバックされ、加熱ヒータ７１が一定温度（定着温度）になるように加熱、温調される。このようなフィルム加熱方式の加熱定着装置を用いたプリンター、複写機等の各種画像形成装置は、加熱効率の高さや立ち上がりの速さにより、待機中のスタンバイ加熱の不要化や、ウォームアップタイムの短縮化など、従来の熱ローラ方式の加熱定着装置に比べて多くの利点を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平７−１５２２７１号公報
【特許文献２】特開平９−５４５１０号公報
【特許文献３】特開平１０−１３３５０５号公報
【特許文献４】特開２００２−２７８３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述した従来方式の種々の加熱定着装置でも、立ち上がり時の昇温時間の短縮、消費電力の低減、さらには高速、高画質、安全性といったすべてにおいて優れた性能を達成させることは非常に困難であり、様々な問題点が挙げられる。
【００１２】
例えば図１３に示したように外部からハロゲンヒータ等の熱源により弾性層を有する定着ローラ表面を加熱する場合、定着ローラの熱容量が大きいとウォームアップタイムは長くなり、スタンバイ加熱を実施する必要がある。このため定着ローラの熱容量を抑える目的で小径の定着ローラを構成した場合には、定着ローラと加圧ローラで形成される定着ニップ幅の確保が困難になり、記録材上の未定着画像を加熱する加熱時間が十分に確保されないことになるため、それを補うために定着ローラ表面温度を更に高く昇温させる必要があった。よってスタンバイ加熱が不要になる程度にウォームアップタイムを短縮し、十分な定着性能を得ることは困難であった。
【００１３】
また、図１２に示した上記フィルム加熱装置では、高速化すると画像の劣化が顕著になってくる。特に加圧ローラ駆動により回転するフィルム加熱装置では未定着トナー像と直接接触する定着フィルムが加圧ローラの回転駆動により従動回転しているため、フィルムの速度が加圧ローラの速度に対して遅れるという問題があり、これは高速化するほど大きくなる。記録材は加圧ローラによって搬送されるため、記録材のスピードは加圧ローラと同じであるのに対し定着フィルムの速度が遅い場合はこの速度差の分だけフィルムによって未定着トナー像が擦られて画質の劣化につながる。これは、フィルム表面が離型性を重視する必要があることからフッ素樹脂層等の滑り性の良い材料で形成されている一方、フィルム内面もヒータとの摺動のために滑り性を良好とする必要があり、ヒータとフィルムの摺動性が耐久によって損なわれてくると加圧ローラの回転駆動に対して、フィルムが回りにくくなった状態となり、その結果記録材の搬送スピードに対してフィルムの走行スピードが若干遅れ気味になってしまうことから発生する。この現象は特にハーフトーン画像などに見られ、ハーフトーンの一様性が損なわれた画像になってしまう。さらに、図１２に示すフィルム加熱方式の場合、スタンバイ加熱を不要とするためにフィルムの厚みを極力小さく形成しており、画像の定着一様性を得ることが困難になってしまっていた。
【００１４】
ここで、本提案では、図１４に示す、定着ベルト方式の加熱定着装置の問題点について言及する。まず、図１４に示したように記録材上の未定着トナー画像と接触する定着ベルト表面を外部から加熱手段によって加熱する方式の場合、定着ベルトの熱容量を抑えることでウォームアップタイム短縮が可能になり、定着ベルトが弾性層を有しているため、記録材上の画像の定着一様性を確保することが可能になる。しかしながら、図１４の構成で、ウォームアップ短縮を図った場合、以下の問題が解消されてなかった。すなわち、多数枚連続プリントや、高温多湿環境でプリントした場合などで、図中、定着ニップＮを抜けた紙Ｐが、搬送ガイド定着ベルト９２、巻き掛けローラ９３と加圧ローラ６２とのニップ部下流で、分離不良となりジャムが発生する場合があった。更に、分離不良で、紙が定着ベルト９２、並びに加圧ローラ６２に吸着されたまま搬送されると、小径加熱ローラ９５、６５に挟まり、発煙、発火の可能性があった。上記現象は、薄紙や、印字率の大きなパターンで目立つ現象であり、原因は、定着ベルト９２、並びに加圧ローラ６２が高温であり、定着ニップで、一度溶融して硬化したトナーが再び、軟化状態になることで、定着ベルトとの密着性がアップして、分離し辛くなること、及び、高温で、巻き掛けローラ９３、加圧ローラ６２で作る分離ニップで、紙がしごかれて、紙が縮むことでカールが大きくなること等が上げられる。そこで、分離不良対策として定着ベルト６２を小さな曲率半径でテンションをかけることで、定着ニップ下流の分離を容易にする方法が考えられるが、以下の現象のため、強度的に不都合である。
【００１５】
即ち、特許文献４に記載された内容からすれば、定着ベルトの一層としての断熱層に低熱伝導性を利用した発泡シリコーンゴムを使用しているが、該発泡シリコーンゴムは、一般的に熱分解型発泡剤を添加する方法や硬化時に副生する水素ガスを発泡剤として発泡体を成形する方法などがあるが、射出成形のような金型内で発泡させる成形においては、微小かつ均一なセルを有する発泡シリコーンゴムを得ることが難しいという問題があった。微小かつ均一なセルの形成が困難なため、発泡シリコーンゴム中のセル径は不均一に成形されやすく、セルの壁厚も不均一で強度のバラツキが大きかった。このことから、定着ベルトとして形成した場合に、小さな曲率半径で定着ベルトにテンションをかけ続けると強度の弱いセル壁が破れ、破泡に至ることが確認されている。このため、定着ベルトに金属ローラ等を当接させてベルトの熱を冷却する構成を考えた場合も、ベルトの耐久性が十分でなく、破断、傷等の発生のため、実現できなかった。
【００１６】
また発泡シリコーンゴムを定着ベルトに使用する際には、以下の問題点から、耐久性と断熱性を両立することが困難であった。すなわち不均一な発泡径の発泡シリコーンゴムの場合には、断熱性を増すために発泡倍率を上げると弾性層を構成するセル壁がさらに薄くなり、耐久によって破泡がさらに起こりやすくなるという問題が生じやすくなってしまう。また、特許文献４にも記載されているように、定着ベルト表面の離型性層のすぐ下層に発泡シリコーンゴムを形成した場合には、不均一な発泡体のゴム部と気泡部での温度ムラが発生し、この温度ムラが画像の光沢ムラとして表れてしまうことが示唆されている。このため、特許文献４に記載されている定着ベルトの構成としては、ポリイミド基層の上に発泡シリコーンゴム等の断熱層、さらにその外側にソリッドゴムによる弾性層を形成して温度ムラを解消する構成となっている。以上のことから、特許文献４に記載されているような定着ベルトとしては、発泡シリコーンゴムの破泡を防止するために、定着ベルトの周長をある程度大きく保つ必要があり、定着ベルトの最小曲率半径をあまり小さく設定することが困難であった。さらに離型性層と発泡シリコーンゴムの間にシリコーンゴムによる弾性層を形成する必要があり、熱容量を増加させてしまっていた。このため特許文献４に記載されているように立ち上がり時間（本件のウォームアップタイムに相当）は４０秒以上必要となっていた。この４０秒以上という時間は、スタンバイ加熱を実施しない画像形成装置で採用する時間としてはとても長い時間であり、図１０に示したフィルム加熱方式で現在達成されている４秒〜１０秒という時間（フィルム加熱方式でスタンバイ加熱を実施しない装置の場合には、ファーストプリントアウトタイムに含まれるウォームアップタイムに相当する時間）に対しても優位性を確保できるものではない。よって特許文献４に記載されている方式をスタンバイ加熱を実施しない画像形成装置に採用した場合には、暫く画像形成が実施されず、定着装置が室温に近い状態からプリント動作を開始した場合、その都度４０秒以上のプリント時間（以下、ファーストプリントアウトタイムと記す）を要することを意味する。
【００１７】
また、これを解消するためにスタンバイ加熱を実施する場合には、スタンバイ中も定着ベルトを回転させた状態に保って加熱する必要が生じる。これは、定着ベルトがポリイミド、発泡シリコーンゴム、シリコーンゴム、フッ素樹脂等の熱伝導性が低い部材のみで形成されており、さらに定着ベルトの一層を成す発泡シリコーンゴム層が高い断熱性を有していることから、表面からの加熱に対して周方向に熱を伝達する手段を有しておらず、定着ベルトを回転せずにスタンバイ加熱を実施した場合には定着ベルトの周方向一部で加熱された状態となり、プリント動作が開始されても、スタンバイ加熱相当部以外の定着ベルト周方向では加熱された状態に保つことができず、やはりウォームアップ時間が長くかかってしまうことになるからである。さらにこの場合には定着ベルトの周方向における温度ムラが大きくなる問題がある。よってスタンバイ加熱を定着ベルトを回転させた状態で実施する必要があり、この結果、定着ベルトの寿命は短くなってしまう。
【００１８】
以上、従来例で述べた種々の加熱定着装置では、スタンバイ中に電力を消費せず、プリント信号を受信してから未定着トナー像が形成された記録材を加熱定着するまでのファーストプリントアウトタイムを十分に低減し、画像形成装置の高速化を達成すると共にハーフトーン画像を含む画像を高画質状態で加熱定着し、長い耐久寿命を達成し、記録材に対して十分な定着性能を達成する加熱定着装置は実現していない。
【００１９】
そこで、本発明は、上述の問題に鑑み成されたものであり、その目的は、ウォームアップタイムやファーストプリントアウトタイムの短縮、消費電力の低減、さらには高速、高画質、高寿命といったすべてにおいて優れた性能を満たし、安定した定着性能が得られる加熱定着装置において、環境安全性を配慮した材料から形成される断熱ベルトおよび前記断熱ベルトを配する加熱定着装置を提供すると共に、定着ニップ下流での記録材の分離不良、巻き付き及びカールを防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、下記の構成を特徴とする加熱定着装置及びそれを配する画像形成装置である。
【００２１】
（１）  未定着画像が形成された記録材を、定着部材と加圧部材の間で形成されたニップ部を通過させることにより、上記未定着画像を記録材上に熱定着処理する加熱定着部材としての断熱ベルトおよび該断熱ベルトを配する加熱定着装置において、上記断熱ベルトは耐熱性樹脂の外側にオルガノポリシロキサン組成物１００重量部に平均粒径が５００μｍ以下の中空フィラーを０．１〜２００重量部、白金化合物触媒のような硬化触媒を配合した配合物を形成後に加熱成形して成る断熱層を有する。あるいは、耐熱性樹脂の外側にオルガノポリシロキサン組成物１００重量部に吸水性ポリマーを０．１〜５０重量部、水を１０〜２００重量部、白金化合物触媒のような硬化触媒、ＳｉＨポリマーのような架橋剤を添加した組成物を形成後、加熱成形して成る断熱層を有する。これにより断熱ベルトの熱伝導率を０．１５Ｗ／ｍ・Ｋ以下とする。また、上記断熱ベルトはシームレスの耐熱性樹脂を成形後に筒状金型内にセットされ、該耐熱性樹脂層表面と筒状金型内面の間隙に上記オルガノポリシロキサン組成物を主成分とする配合物を注型し、耐熱性樹脂層表面に断熱層を形成して断熱ベルトを構成する。
【００２２】
さらに、上記により形成された断熱ベルトを上記定着部材の一部の構成要素とし、該断熱ベルトの外表面より表面加熱する加熱手段を配しており、上記断熱ベルトと加圧部材である例えば加圧ローラの間に所定の圧力で加圧することにより形成された定着ニップ部に未定着画像が形成された記録材を通過させることにより加熱定着を実施する。加えて、上記加熱手段としては、ハロゲンランプ、カーボンヒータ等の赤外放射により断熱ベルト表面を加熱する非接触加熱手段、あるいは、セラミックヒータ等の板状加熱部材による接触加熱手段を有する。
【００２３】
また、上記断熱ベルトを少なくとも２本の張架ローラによりテンションをかけた状態で張架し、少なくとも２本の張架ローラにおける中心間の間に走行する断熱ベルトに対して上記加圧ローラを当接することで加圧ローラと断熱ベルトにより形成される定着ニップ幅を広く形成し、記録材上の未定着トナー画像を加熱定着する。合わせて、上記加圧ローラの弾性層に使用する材料を上記断熱ベルトと同様に中空フィラを混入したオルガノポリシロキサン組成物あるいは、吸水ポリマーおよび水を含有させたオルガノポリシロキサン組成物から製造されるバルーン含有シリコン弾性層あるいは気泡含有シリコン弾性層とし、弾性層の熱伝導率を０．１５Ｗ／ｍ・Ｋ以下とする。
【００２４】
以上に述べた、定着ベルト、及びそれを配する加熱定着装置において、前述の定着ニップ下流側の定着ベルトと接触して、少なくとも一本の望ましくは一対の金属ロールを配することを特徴とする。前記金属ロールは、上述の張架ローラとして用いても何ら問題はない。
【００２５】
（２）上記（１）に記載の定着ベルト及び金属ロールを配する加熱定着装置において、前記金属ロールの内面を中空形状とし、風路を設けることを特徴とする定着ベルト、及びこれを配する加熱定着装置、並びに画像形成装置。加えて、上記加熱定着装置近傍に、吸気ファンを有することを特徴とする。
【００２６】
（３）上記（２）に記載の金属ロールにおいて、中空形状の内面に突起形状を設けることを特徴とする定着ベルト、及びこれを配する加熱定着装置、並びに画像形成装置。
【発明の効果】
【００２７】
以上説明したように、本発明によれば、まず新規弾性ベルトの構成として以下の作用効果がある。
【００２８】
（１）中空フィラを混入したオルガノポリシロキサン組成物あるいは、吸水ポリマーおよび水を含有させたオルガノポリシロキサン組成物から製造されるバルーン含有シリコン弾性層あるいは気泡含有シリコン弾性層を断熱層として断熱ベルトとして構成することにより、低熱容量で周長の短い断熱ベルトを外部加熱により急速加熱することで、断熱ベルト表面を急速に加熱することが可能となる。また、断熱ベルトの断熱層として形成されるバルーン含有シリコン弾性層や気泡含有シリコン弾性層に含有されるバルーンや気泡が略均一で微小な粒径で弾性層中に均一に分散されることにより、該断熱ベルトの周長を小さくして、曲率半径の小さい屈曲を断熱ベルトに与えても、シリコンスポンジ層のように弱い箇所がないためにシリコンスポンジ層のように破泡に至る可能性が低くなる。このため、屈曲による破壊に対し、十分にマージンがあり、長寿命化が達成される。また、従来使用していた発泡シリコーンゴム成形時の毒性の高いガスの発生や、臭いの問題も解消され、硬化阻害の問題もなく、さらに、硬化時に副生する水素ガスを利用するスポンジゴム成形のように水素ガスの爆発性、未硬化物の保存時の取り扱いに注意を要するなどの問題の必要性も無くなった。
【００２９】
さらに、上記断熱ベルトの各層を繋ぎ目のないシームレス構造で形成することにより、破損のきっかけとなる虚弱な箇所を作らないため、耐久性に優れた断熱ベルトが形成される。
【００３０】
また、上記断熱ベルトを外部加熱し、該断熱ベルトと加圧ローラの間で形成される定着ニップ部に未定着画像が形成された記録材を導入することで、加熱定着を実施する加熱定着装置として使用した場合には、加熱手段により断熱ベルト表面を昇温させる時間が短く、クイックスタート性に優れている。このため、画像形成動作を実施していない状態で加熱源に電力を供給していなくても画像形成動作開始と同時に急速に定着ニップ部を加熱することができ、スタンバイ加熱を実施する必要がなく、省エネルギーでかつウォームアップタイムやファーストプリントアウトタイムを低減することが可能になる。
【００３１】
また、上記断熱ベルトを少なくとも２本の張架ローラによりテンションをかけた状態で張架し、少なくとも２本の張架ローラにおける中心間の間に走行する断熱ベルトに対して上記加圧ローラを当接することで加圧ローラと断熱ベルトにより形成される定着ニップ幅を広く形成することができ、周長の短い断熱ベルトであっても十分な幅の定着ニップ幅を形成することが可能となる。これにより、未定着画像が形成された記録材上のトナー画像を十分に加熱する時間を稼ぐことができ、画像形成装置の高速化に対しても十分な加熱定着を実現することができる。さらに加圧ローラを小径化してもニップ幅を十分に形成することが可能となる。
【００３２】
また、加圧ローラとして、弾性層に使用する材料を上記断熱ベルトと同様に中空フィラを混入したオルガノポリシロキサン組成物あるいは、吸水ポリマーおよび水を含有させたオルガノポリシロキサン組成物から製造されるバルーン含有シリコン弾性層あるいは気泡含有シリコン弾性層とし、弾性層の熱伝導率を０．１５Ｗ／ｍ・Ｋ以下とすることにより、外部加熱された断熱ベルト表面から加圧ローラ側へ流出する熱量を抑えることで、クイックスタート性をさらに増加させることが可能となり、ウォームアップタイムやファーストプリントアウトタイムをさらに低減することが可能になる。
【００３３】
また、定着ニップ部において、未定着画像が形成された面に断熱ベルト表面が接する構成となっており、断熱ベルト表面の弾性により、記録材上のトナー画像を包み込む効果により、定着均一性を達成することで、画像の均一性を達成し、ハーフトーン画像における定着ムラを防止することが可能になる。この結果、高画質を同時に達成することができる。
【００３４】
以上、本構成により立ち上がり時の昇温時間の短縮、消費電力の低減、さらには高速、高画質、高寿命といったすべてにおいて優れた性能を達成させ、安定した定着性能が得られる加熱定着装置に配され、かつ環境安全性を配慮した材料から形成される断熱ベルト及び前記断熱ベルトを配した加熱定着装置を提供することが可能となる。
【００３５】
（２）次に、上記弾性ベルト用いて、定着ニップ下流で分離不良、巻き付き、紙カール等の作用、効果について説明する。記録材Ｐが断熱ベルト上で定着ニップ下流に導入されると、トナー画像Ｔ及び記録材Ｐは、金属ローラ対に挟まれ加圧されることで、潰された状態となる。このとき、断熱ベルトは弾性を有するため、トナー画像の凹凸及び記録材の厚みに応じて微少に弾性層が変形する。この結果、金属ローラへの密着性が向上し、前記弾性ベルトの熱を効果的に熱伝導の低い前記金属ローラ対に伝えることが可能となる。これにより、定着ニップ下流における、記録材の分離性が向上し、巻き付きを防止できると共に、記録材Ｐの印字面、非印字面の温度が同レベルに低下することで、ニップ内での記録材の縮み量を抑えることで、記録材のカールを防止できる。
【００３６】
（３）（２）に記載の金属ロールにおいて、金属ロールの内面が中空であり、風路となることで、プリントモード、枚数、使用環境等で画像形成装置が昇温した場合でも冷却が可能であり、安定した断熱ベルトの冷却が可能となる。
【００３７】
（４）（３）に記載の金属ロールにおいて中空内に突起形状を設けることで、金属ロールによる断熱ベルトの冷却効果と昇温時の金属ロールの冷却をバランスよく実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施例１における加熱定着装置の概略図。
【図２】実施例１における断熱ベルトの概略図。
【図３】実施例１における断熱ベルトの製造装置概略図
【図４】実施例１における画像径装置の断面図。
【図５】実施例１における加熱定着装置の長手方向前方断面図。
【図６】実施例１における加熱定着装置の長手方向上方断面図。
【図７】本発明の第１の実施例に係る加熱定着装置の排紙ニップ部における挙動。
【図８】実施例２における加熱定着装置の概略図。
【図９】実施例３におけるテンションローラ及び外部ローラの断面図。
【図１０】実施例３におけるテンションローラ及び外部ローラの断面図。
【図１１】従来例に係る加熱定着装置の断面概略図。（熱ローラ方式）
【図１２】従来例に係る加熱定着装置の断面概略図。（フィルム加熱方式）
【図１３】従来例に係る加熱定着装置の断面概略図。（非接触外部加熱方式）
【図１４】従来例に係る加熱定着装置の断面概略図。（接触外部加熱方式）
【発明を実施するための形態】
【００３９】
（実施例１）
中空以下に、本発明に係る実施例を示すが、まず図４に本発明に関係する代表的な画像形成装置の概略断面図を示す。この画像形成装置は給紙トレイ１、シート積載台２、給紙ローラ３からなるシート給送装置を備えている。給紙トレイ１内のシート積載台２に積載された記録材Ｐは、給紙ローラ３により最上位の記録材から一枚ずつピックアップされ、搬送ローラ４、搬送コロ５によってレジスト部へと送られる。記録材Ｐはレジストローラ６とレジストコロ７からなるレジスト部で搬送方向を揃えられた後、画像形成部へと給送される。
【００４０】
本実施例では、画像形成部は、感光ドラム８と、トナー容器、感光ドラムを帯電させる帯電器、感光ドラム上の潜像をトナーで現像する現像器、感光ドラム上の残留トナーを除去し、収容するクリーナー等をプロセスーカートリッジ９として一体化して構成されている。レーザスキャナユニット１０は、多面体ミラー１１、多面体ミラー回転用モータ、レーザユニット等がユニット化されて構成されている。
【００４１】
レーザスキャナユニット１０から画像情報に基づくレーザ光Ｌが照射され、感光ドラム８上に露光し、感光ドラム上８には画像情報に基づいた潜像画像が電子写真方式で形成される。この潜像は現像手段により現像剤としてのトナーにより現像され、この現像されたトナー像は転写ローラ１２により、感光ドラム８上から搬送される記録材Ｐに転写される。
【００４２】
トナー像の転写を終えた記録材Ｐは定着手段１３に搬送され、ここで転写されたトナー像が加熱定着される。その後記録材Ｐは中間排紙ローラ１４、排紙ローラ１５等からなる排紙ユニットにより排紙トレイ１６上に排紙される。また、画像形成装置本体の側面には、機内の画像形成部、電装基板等の昇温箇所を冷却するための冷却ファン１７が取り付けられており、適宜ファンを回転することで外気を機内に取り込むことで冷却する。また、冷却ファン１７の近傍には、サーミスタ等の温度検知手段１８が取り付けられており、冷却ファン１８によって機外の空気を取り込んだ際に、画像形成装置が設置されている環境の温度を検知し、その検知結果に基づいて加熱定着装置の温度制御シーケンスにフィードバックする。
【００４３】
以上の画像形成装置において記録材上の未定着トナー画像を記録材上に加熱定着する加熱定着装置１３の構成を次に説明する。
【００４４】
図１は本発明の加熱定着装置１３における第１の実施例に係わる概略断面図である。
【００４５】
記録材Ｐは前述したように感光ドラム・転写ローラなどからなる画像形成部にてトナー画像Ｔを現像・転写されたあと、加熱定着部へと送られ、記録材の先端は耐熱性グレードのＰＥＴ、ＰＢＴ、ＰＰＳ等から成る不図示の定着入口ガイドにより、テンションローラ２１及びバックアップローラ２０で張架した薄肉の断熱ベルト１９を弾性加圧ローラ２７とで形成される圧接ニップ部（定着ニップ部）へと導かれる。その後、耐熱性グレードのＰＥＴ、ＰＢＴ、ＰＰＳ等から形成された不図示の定着排出ガイドに導かれて上述の排紙ユニットへと搬送される。
【００４６】
１９は図２に示すように加熱用回転体としての、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の耐熱性樹脂、あるいはＳＵＳ、Ｎｉ等の金属より形成される薄肉の可撓性を有するエンドレスベルト状の基層１９ａを基材として成る断熱ベルトであり、基層１９ａとしては、後述する断熱層の熱伝導率や厚みにも依るが、熱伝導性の低い部材を使用した方が好ましい。基層１９ａの外側（定着ニップ側）には、以下の方法により形成された断熱層１９ｂが形成されている。
【００４７】
断熱層１９ｂとしては、シリコーンゴム組成物であり、熱硬化性オルガノポリシロキサン組成物１００重量部に平均粒子径が５００μｍ以下の中空フィラーを０．１〜２００重量部配合してなるシリコーンゴム組成物を加熱硬化して形成される。ここで、中空フィラーとしては、硬化物内に気体部分を持つことでスポンジゴムのように熱伝導率を低下させるもので、マイクロバルーン材等があり、このような材料としては、ガラスバルーン、シリカバルーン、カーボンバルーン、フェノールバルーン、アクリロニトリルバルーン、塩化ビニリデンバルーン、アルミナバルーン、ジルコニアバルーン、シラスバルーンなど、いかなるものでもかまわない。無機系マイクロバルーンの具体例を以下に挙げるが本発明はこれらに限定されない。シラスバルーンとしては、イヂチ化成（株）製のウインライト、三機工業（株）製のサンキライト、ガラスバルーンとしては、日本板硝子（株）製のカルーン、旭ガラス（株）製のセルスター、３Ｍ（株）製のグラスバブルズフィラー、シリカバルーンとしては、旭硝子（株）製のＱ−ＣＥＬ、フライアッシュバルーンとしては、ＰＦＡＭＡＲＫＥＴＩＮＧ（株）製のＣＥＲＯＳＰＨＥＲＥＳ、アルミナバルーンとしては、昭和電工（株）製のＢＷ、ジルコニアバルーンとしては、ＺＩＲＣＯＡ（株）製のＨＯＬＬＯＷ  ＺＩＲＣＯＮＩＵＭ  ＳＰＨＥＥＳ、カーボンバルーンとしては、呉羽化学（株）製クレカスフェアなどである。これらの中では、中空フィラー自体が弾性を有するもの、即ち、熱可塑性樹脂製中空バルーン、特に塩化ビニリデン、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステルの重合物或いはこれらのうち、２種以上の共重合物などからなるものが好適である。さらには、熱膨張マイクロバルーン材として、松本油脂製薬株式会社の松本マイクロスフェア−Ｆシリーズ、エクスパンセル社のエクスパンセルシリーズ等などを挙げることができ、熱膨張マイクロバルーンの場合には、未膨張の樹脂マイクロカプセルは通常その直径が約１〜５０μｍであり、これを適切な加熱温度で膨張させ直径が約１０〜５００μｍ程度のほぼ真球に近い球体とすることができる。また、中空フィラーの強度を持たせるため等の理由で、表面に無機フィラー等を付着させたものでもよい。この場合、シリコーンゴム組成物内で十分な熱伝導性の低下を行うには、中空フィラーの真比重が０．０１〜１．０であることが好ましく、より好ましくは０．０１〜０．５である。但し、熱膨張マイクロバルーンを用いる場合には、未膨張時のマイクロバルーンの真比重は０．５〜１．４程度が好ましい。真比重が小さすぎると配合・取り扱いが難しいばかりか、中空フィラーの耐圧強度が不十分で成形時に破壊してしまい、軽量化、熱伝導率の低下ができなくなってしまう。また、比重が大きすぎると、フィラーの殻の厚さが大きく、熱伝導性の低下が十分とはならない場合が生じる。また、中空フィラーの平均粒子径は、５００μｍ以下、好ましくは３００μｍ以下で、平均粒子径が大きすぎると成形時の射出圧力により中空フィラーが破壊されてしまい、熱伝導率が高くなってしまったり、ロール成形後の表面の粗さが大きくなってしまうなどの問題が生じる。中���フィラーの平均粒子径の下限は特に制限されないが、通常、１０μｍ、特に２０μｍである。なお、ここでの平均粒子径は、通常、レーザー光回折法による重量平均値（又はメジアン径）として求めることができる。上記中空フィラーの配合量は、熱硬化性オルガノポリシロキサン組成物１００重量部に対し０．１〜２００重量部であり、好ましくは０．２〜１５０重量部、より好ましくは０．５〜１００重量部である。この場合、中空フィラーの熱定着ロール用シリコーンゴム組成物中での含有量が体積比で１０〜８０％、特に１５〜７５％となるように配合することが好ましい。体積割合が少なすぎると熱伝導率の低下が不十分で、また多すぎると成形、配合が難しいだけでなく成形物もゴム弾性のない脆いものとなってしまうおそれがある。また、熱膨張マイクロバルーンを未膨張でオルガノポリシロキサン組成物に混入させる場合には、マイクロバルーンが熱膨張することを考慮してオルガノポリシロキサン組成物１００重量部に対して未膨張のマイクロバルーンを０．１〜１０重量部程度混入、加熱硬化させることで断熱性の良好な断熱層を形成できる。
【００４８】
一方、熱硬化性オルガノポリシロキサン組成物としては、シリコーンゴム層を形成する公知の組成の熱硬化性オルガノポリシロキサン組成物を使用することができ、有機過酸化物硬化型のものでも付加反応硬化型のものでもよい。また、このオルガノポリシロキサン組成物の構造は基本的には直鎖状構造を有するが、部分的には分岐状構造、環状構造などであってもよい。分子量については、特に限定なく、粘度の低い液状のものから、粘度の高い生ゴム状のものまで使用できるが、硬化してゴム状弾性体になるためには、２５℃での粘度が、１００センチポイズ以上であり、通常１００〜１，０００，０００、特に５００〜１００，０００であることが好ましい。
【００４９】
上記熱硬化性オルガノポリシロキサン組成物には、その他の成分として、必要に応じて、シリカ微粒子、炭酸カルシウムのような充填剤、補強剤となるシリコーン系のレジン、カーボンブラック、導電性亜鉛華、金属粉等の導電剤、窒素含有化合物やアセチレン化合物、リン化合物、ニトリル化合物、カルボキシレート、錫化合物、水銀化合物、硫黄化合物等のヒドロシリル化反応制御剤、酸化鉄、酸化セリウムのような耐熱剤、ジメチルシリコーンオイル等の内部離型剤、接着性付与剤、チクソ性付与剤、連泡化剤としてのトリエチレングリコール等を配合することは任意とされる。
【００５０】
ここで、本発明のシリコーンゴム組成物は、その硬化物（シリコーンゴム）の熱伝導度が０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以下、特に０．１５Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが好ましく、かかる熱伝導度を達成するように配合組成を調整することが好ましい。熱伝導度が０．２Ｗ／ｍ・Ｋより高いと、本発明の目的を達成し得ない。
【００５１】
なお、上記断熱シリコーンゴム層の厚さは特に制限されないが、有効な断熱性を有し、かつ熱容量が大きくなりすぎず、小径のベルトを構成するためには、０．５〜３．０ｍｍ、好ましくは０．８〜２．５ｍｍとすることが好ましい。
【００５２】
また、上記断熱ベルトの外表面には離型性層１９ｃが被覆してあっても良い。離型性層としては、長期間に渡り加熱手段により加熱され、記録材から多数回の摩擦を受け、さらにトナーに曝される。このため、離型層には、良好な耐熱性、摺動性、トナー離型性が要求される。このような要求を満たす好ましい材料としての例としては、フッ素樹脂、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、液晶ポリエステル、ポリアミドイミド、ポリイミド等を挙げることができる。フッ素系樹脂としては、フッ素系樹脂コーティング剤やフッ素系樹脂チューブなどにより形成され、例えばポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、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樹脂（ＰＦＡ）、フッ化エチレンポリプロピレン共重合体樹脂（ＦＥＰ）、ポリフッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル樹脂（ＰＶＦ）等を挙げることができる。コーティングとしては、ラテックスやダイエルラテックス（ダイキン工業社製、フッ素系ラテックス）、ディスパージョンによるディッピング塗工、スプレー塗工等、断熱ベルトの表面に被覆するどのような方法であっても良い。
【００５３】
上記断熱ベルトの製造方法としては、特に限定されることはないが、一例として図３を用いて以下に説明する。
【００５４】
図３において、１０５はシリコーンゴム注型のための筒状金型であり、１０２は注型孔１０３を有する端部キャップ金型、１０４は１０２と反対に位置する端部キャップ金型である。また、１０１は断熱ベルト１９の基層を保持する芯金型であり、例えば芯金型１０１をポリイミドワニスにディッピング、焼成イミド化後にポリイミド基層１９ａを得、それを筒型金型１０５に挿入する。このとき、筒型金型の内面には、例えばＰＦＡペレットを予め充填させておく、もしくは、フッ素樹脂チューブを介在させておいても良い。基層を保持した芯金型を筒型金型１０５に挿入後に端部キャップ金型１０４および１０２により端部を塞ぎ、次いで上記オルガノポリシロキサンを主成分とする液状シリコーン組成物を端部キャップ金型１０２の注型孔１０３より注入する。上記によりシリコーンゴム組成物を注型後に硬化する必要があるが、その硬化条件は特に制限はされない。一般的には、１００〜１５０℃で１０分〜１時間加熱硬化させ、端部キャップ金型１０４および１０２、筒型金型１０５から脱型後に更に１８０〜２００℃で２〜４時間ポストキュアーすることが好ましい。以上によりシリコーン組成物を加熱硬化させた後に芯金型１０１を脱型し、断熱ベルト１９を得る等の製造方法が挙げられる。
【００５５】
その他、表面の離型層をシリコーンゴム硬化後にディッピング塗工、スプレー塗工等の方法や熱収縮性チューブをエアーで膨らませて断熱ベルトを挿入後に熱収縮させる方法等、後加工により被覆する方法があり、製造方法や順序等は任意に決定することができる。
【００５６】
なお、フッ素系樹脂コーティング剤又はフッ素系樹脂チューブを離型層として形成する場合にはシリコーンゴム層との接触面は、コロナ放電処理、ナトリウムナフタレン法、スパッタエッチング法、液体アンモニア法などにより、シリコーンゴムとの接着を有利にすることが好ましい。更に、接着耐久性を向上させるためにプライマー処理を使用してもよい。
【００５７】
また、離型層の厚さも適宜選定されるが、１〜５０μｍ、特に５〜３０μｍとすることが好ましい。
【００５８】
また、断熱層を形成するシリコーンゴム組成物としては、上記の中空フィラーを添加する他に吸水性ポリマーおよび水を添加する方法がある。かかるシリコーンゴム組成物としては、オルガノポリシロキサン組成物１００重量部に吸水性ポリマーを０．１〜５０重量部、水を１０〜２００重量部、その他、白金化合物触媒のような硬化触媒、ＳｉＨポリマーのような架橋剤を添加した組成物を形成後、加熱成形して成る断熱層としても良い。またこの場合には、以下の３段階あるいは２段階に分けて加熱する。すなわち、第一段階では、シリコーンベースポリマーの実質的な硬化が起こらず、しかも水分が蒸発しない１００℃以下、好ましくは５０〜８０℃のもとで１０〜３０時間加熱して型成型する。次いで第二段階では、該型成形物を１２０〜２５０℃、好ましくは１２０〜１８０℃で１〜５時間加熱して、含まれている水及び水を含んだ不純物中の水分を蒸発させる。この水分が蒸発する際の加熱条件により独立した各気泡が連続気泡構造に転化する条件としても転化しない条件としても構わない。硬化速度が速ければ転化せずに独立した気泡が多くなり、架橋による実質的硬化が生じないようにコントロールすれば、連続気泡構造に転化する。そして、最後の第三段階では、得られた気泡体を１８０〜３００℃、好ましくは２００℃〜２５０℃で２〜８時間加熱して、硬化を進めることにより、所望の多孔質ゴム状弾性体のシリコーンゴム層を完成させる。
【００５９】
二段階の加熱とする場合には、上記加熱段階の後の二段階を同じ加熱温度で続けて実施する方法がある。なおこの場合には、高い温度での硬化となるため、独立した気泡で硬化されやすい傾向がある。
【００６０】
断熱ベルト１９以外の加熱定着装置１３の構成に関して以下に説明する。図１において、２４は加熱源としてのハロゲンヒータあるいはカーボンヒータ等の放射加熱装置である。２５は湾曲した形状を施してある反射板で、少なくとも放射加熱装置２４を内包する内面には、アルマイト処理を施した高純度のアルミ材や、増反射および反射率を保持する目的で、ＰＶＤ処理により金メッキや銀メッキ等を施したアルミ材、銅材等の金属板であり、反射率を９０％以上になるように形成されている。以上の放射加熱装置２４および反射板２５により断熱ベルト１９の表面は主に赤外光によって急速に加熱される。なお、本実施例では、断熱ベルト１９に非接触状態で放射加熱装置２４により断熱ベルト１９表面を加熱する方式を説明しているが、従来例に示すように、セラミックヒータによる接触式の加熱手段や高熱伝導の薄肉フィルム内面からハロゲンランプ等の放射加熱手段で加熱する方法や、セラミックヒータから高熱伝導の薄肉フィルムを介して断熱ベルトを加熱する方法等、どのような方法であっても構わない。
【００６１】
また、２０は後述する加圧部材との間に断熱ベルトを介して定着ニップ部を形成するバックアップローラであり、特に加圧部材との間の加圧力によって大きく撓むことの無い材料であれば、特にその材質に限定はないが、出来るだけ熱容量が少なく、機械的強度を有する部材が適している。例えば、快削鋼（ＳＵＭ）等の鉄材の表面に多孔質のセラミック部材を被覆して形成されている。これにより小径で形成した場合でも高いヤング率の部材で構成されるため、撓みにくく、長手方向（紙面に垂直の方向）で均一な定着ニップ幅が形成しやすくなる。
【００６２】
加圧部材（加圧ローラ）２７としては、例えば、図１に示すようにローラ状の部材があり、アルミや快削鋼（ＳＵＭ）等の鉄材の芯金２８の回りにシリコーンゴム等の弾性層２９を形成し、さらに表面には、離型性が良好な離型層３０として、フッ素系樹脂コーティング剤やフッ素系樹脂チューブなどにより形成され、例えばポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、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樹脂（ＰＦＡ）、フッ化エチレンポリプロピレン共重合体樹脂（ＦＥＰ）、ポリフッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル樹脂（ＰＶＦ）等を挙げることができる。コーティングとしては、ラテックスやダイエルラテックス（ダイキン工業社製、フッ素系ラテックス）、ディスパージョンによるディッピング塗工、スプレー塗工等どのような方法であっても良い。また、加圧ローラ２７の弾性層としては、上記断熱ベルト１９の断熱層と同様に、中空フィラーや気泡を含有するシリコーンゴム層、あるいは、従来例における発泡ゴム層にした方が良い。これは、断熱ベルト１９の表面から加圧ローラ２７へ逃げる熱量を軽減し、断熱ベルト１９の表面が加熱される時間を短縮することが可能になるからである。すなわち加圧ローラ２７の熱容量が大きく、また熱伝導率が少しでも大きいと、外表面から受ける熱を吸収しやすく、表面温度が上昇しにくくなるため、断熱ベルト１９の表面から加圧ローラ２７への熱の流れが多くなり、断熱ベルト表面が所望の温度まで到達する時間が延びてしまうことになる。よって加圧ローラの弾性層としては、できるだけ低熱容量で熱伝導率が低く、断熱効果の高い材質の方が、断熱ベルト１９表面の立ち上がり時間に有利である。ここで、上記シリコーンゴムのソリッドゴム層は一般的に熱伝導率が０．２５〜０．２９Ｗ／ｍ・ｋ、発泡ゴムは０．１１〜０．１５Ｗ／ｍ・ｋであり、発泡ゴムはソリッドゴムの約半分の値を示す。また、熱容量に関係する比重はソリッドゴムが約１．０５〜１．３０、発泡ゴムが約０．５５〜０．８５である。従って、弾性層の好ましい形態としては熱伝導率が０．１５Ｗ／ｍ・ｋ以下で、比重が０．８５以下の断熱効果の高い発泡ゴムの方が好ましいことがわかる。
【００６３】
しかし、発泡ゴムは従来例でも挙げたように製造過程での毒性の高いガスの発生や、臭いの問題、硬化阻害の問題、さらに、硬化時に副生する水素ガスを利用する発泡ゴム成形のように水素ガスの爆発性、未硬化物の保存時の取り扱いに注意を要するなどの問題や、さらに熱伝導性を下げることが耐久性の観点から困難であることから、均一な気泡を形成しやすい中空フィラーや気泡を含有する上記断熱ベルトと同様の断熱層を加圧ローラの弾性層に利用した方がウォームアップタイムやファーストプリントアウトタイムの短縮化および耐久性を両立し易い。特にオルガノポリシロキサンに中空フィラーを含有させた組成物や吸水性ポリマーおよび水を含有させた組成物から形成した断熱層では熱伝導率をさらに下げて０．０７〜０．１１Ｗ／ｍ・ｋとすることも可能であり、さらにウォームアップタイムやファーストプリントアウトタイムを短縮し、かつ耐久性を確保することが可能である。
【００６４】
また、断熱ベルト１９の表面には、温度サーミスタ等の温度検知手段２３が当接あるいは非接触の赤外温度検知等の温度検知手段が配置されており、断熱ベルト１９表面の温度をモニターし、定着可能な温度に維持するように検知結果をフィードバックして加熱装置への通電を波数制御、位相制御等の制御方式により通電デューティを微調することで、所定の温度に維持するよう制御している。
【００６５】
本実施例における加熱定着装置の横断面図を図５に、上方から見た断面図を図６に示す。図５において、３４は断熱ベルト１９の内部に配置したバックアップローラ２０に回転駆動力を与えるための駆動ギアであり、画像形成装置の不図示の回転モータより駆動が伝えられる。これにより、バックアップローラ２０は所定速度で軸受け３１によって支えられた状態で回転駆動を行い続いて、テンションローラ２１も軸受け３３で支持され従動回転をする。また、図５に示す加圧ローラ２７は、軸受け３２により、断熱ベルト１９と定着ニップ部を形成して従動回転を行う。ここで、加圧ローラ２７を従動回転としたが、別途加圧ローラの軸を回転駆動する系であっても構わない。また、図１に示す、外部ローラ２２も断熱ベルト１９を介して図示しない軸受けで加圧支持され、テンションローラ２１と対向して従動回転を行う。
【００６６】
以上の構成より成る加熱定着装置の断熱ベルト１９と加圧ローラ２７の間に形成された定着ニップ部に未定着トナー画像Ｔが形成された記録材Ｐを導入することで、所定温度に加熱された断熱ベルト１９表面から記録材Ｐ上のトナー画像Ｔの加熱定着を行う。以下に上述の加熱定着装置における、作用を説明する。このとき本実施例における、定着ニップ下流における(2)〜(4)断熱ベルト１９、(1)テンションローラ２１、(6)外部ローラ２２及び(5)記録材Ｐ上、トナー画像Ｔを記録材搬送方向下流から見た断面図の様子を図７を用いて説明する。まず、未定着トナー画像Ｔが形成された記録材Ｐが断熱ベルト１９上で定着ニップ下流に導入されると、(5)トナー画像Ｔ及び記録材Ｐは、(1)テンションローラ２１及び(6)外部ローラ２２に挟まれ加圧されることで、潰された状態となる。このとき、断熱ベルト１９は弾性を有するため、トナー画像の凹凸及び記録材の厚みに応じて微少に(4)離型層、(3)弾性層が変形する。この結果、(2)〜(4)弾性ベルト１９の(1)テンションローラ２１、(6)外部ローラ２２への密着性が向上し、前記弾性ベルトの熱を効果的に熱伝導の低い(1)テンションローラ２１、(6)外部ローラ２２に伝達することが可能となり、弾性ベルトの温度を下げることが可能となる。これにより、定着ニップ下流における、記録材の分離性が向上し、巻き付きを防止できると共に、記録材Ｐの印字面、非印字面の温度が同レベルに低下することで、ニップ内での記録材の縮み量を抑えることで、記録材のカールを防止できる。加えて、弾性部材が先に説明した中空フィラを混入したオルガノポリシロキサン組成物あるいは、吸水ポリマーおよび水を含有させたオルガノポリシロキサン組成物から製造されるバルーン含有シリコン弾性層あるいは気泡含有シリコン弾性層を断熱層として断熱ベルトとして構成することにより、スポンジゴム等に比べ、長手方向の組成レベルでの均一性が向上することで、物理的及び機械的強度も向上する。このため、テンションローラ、外部ローラ等金属製のローラを当接しても断熱ベルトが劣化により裂けたり、傷つくことなく耐久性が向上し使用可能となる。
【００６７】
［実験］
以上、本実施例における加熱定着装置のファーストプリントアウトタイム、耐久性能、定着一様性を確認した。使用した画像形成装置のプロセススピードは２６０ｍｍ／ｓｅｃであり、１分間に４５枚のプリントを実施するレーザービームプリンタを用いて実験した。それぞれ比較に用いた加熱定着装置の構成は以下の通りである。
【００６８】
まず、実験に用いた加熱定着装置の共通部分について説明する。断熱ベルト内部には、外径９ｍｍのＳＵＭ芯金に嵩密度が０．５ｇ／ｃｍ３、内部気孔率が、４２％で形成してあるセラミック多孔質体を厚み１．５ｍｍで形成したバックアップローラを配置し、断熱ベルトを介して定着ニップ部を形成するために、外径１２ｍｍのＳＵＭ芯金に厚み３ｍｍの中空フィラー含有シリコーンゴム層、さらに最表層には３０μｍ厚のＰＦＡチューブを被覆した。なお中空フィラーとしては、粒径８０μｍのアクリロニトリルバルーンをオルガノポリシロキサン組成物１００重量部に対して３０重量部、気泡が連結するようにトリエチレングリコールを微少量配合し、加熱硬化後の加圧ローラとしては、弾性層部の熱伝導率を０．１２Ｗ／ｍ・Ｋとした。加熱手段としては、１００Ｖ電圧で８００Ｗの出力を有するガラス管径が６ｍｍのハロゲンヒータを使用し、ハロゲンヒータの外側には、アルマイト処理した反射率９１％の鏡面状アルミより形成した反射板を配置した。また、断熱ベルトとしては、厚み３０μｍのポリイミド層を基層として、その外側に断熱ゴムを１．１ｍｍの厚みで形成し、表面には１０μｍのＰＦＡ樹脂をコーティングした。断熱ベルトの周長は基層であるポリイミド層の内周長で１１６．ｍｍとした。よって断熱ベルトの外周長としては、約１２０ｍｍとした。
【００６９】
上記断熱ベルトを、アルミ製テンションローラ、直径１０ｍｍ、及びバックアップローラで張架して、加圧ローラと当接させることで、定着ニップを形成し、加えて外部ローラをアルミ製直径２０ｍｍを断熱ベルトを挟んで、テンションローラと従動回転する位置に配置した。すなわち、加圧ローラ駆動により、従動回転で断熱ベルト、及び金属ローラ並びに外部ローラが回転する構成となっている。
ここで、断熱ベルトの断熱弾性層に含有する中空フィラーの量を振って熱伝導率を変化させ、各熱伝導率の断熱ゴムを使用した場合にそれぞれのファーストプリントアウトタイム、耐久性能、定着均一性を比較評価したところ、断熱ベルトの熱伝導率は０．１５Ｗ／ｍ・Ｋ以下、好ましくは、０．１２Ｗ／ｍ・Ｋ以下が望ましく、断熱層の厚みとしては、０．５ｍｍ以上、好ましくは０．８ｍｍ以上が良い。一方で厚みが厚くなると、断熱ベルトが剛性を有すようになり、屈曲による負荷に対して表面の割れが発生し易くなってしまう。よって断熱ベルトの断熱層の厚みとしては、３．０ｍｍ以下、好ましくは２．５ｍｍ以下が良いことが確認されている。
【００７０】
また、比較テストとして、従来例で示されている断熱層として発泡シリコーンゴム層を用いた場合を示す。比較用テストとしては、発泡シリコーンゴム層のみを弾性層とする場合（比較１）、従来例にあるように発泡シリコーンゴム層の上にさらにシリコーンゴム層を形成した場合（比較２）、さらに比較１の構成で、断熱ベルトの周長を倍（内周長で１１６ｍｍ）とした場合（比較１）で同様に確認した。
【００７１】
［比較１］
発泡シリコーンゴム０．９ｍｍ、ソリッドゴム０．２ｍｍ、熱伝導率：０．
１７Ｗ／ｍ・Ｋ、内周長１１６ｍｍ
環境：２３℃、湿度６０％
記録材：坪量６０ｇ／ｍ３  Ｌｔｒサイズ  Ｂａｄｇｅｒ  Ｂｏｎｄ
坪量７５ｇ／ｍ３  Ｌｔｒサイズ  Ｘｅｒｏｘ４０２４
通紙モード：巻き付きジャム−Ｂａｄｇｅｒ  Ｂｏｎｄ  １枚プリントを２０枚くり返しで巻き付きジャム確認。
【００７２】
分離ジャム−Ｂａｄｇｅｒ  Ｂｏｎｄ連続１００枚でジャム発生枚数。
【００７３】
カール−Ｂａｄｇｅｒ  Ｂｏｎｄ連続１００枚  で１００枚のカール平均測定。
【００７４】
耐久−連続不良画像発生までＸｅｒｏｘ４０２４を通紙。
【００７５】
通紙パターン：巻き付き、分離ジャム−印字率ドット比４０％のハーフトーンパターン。
【００７６】
カール，耐久−印字率ドット比４％の文字パターン。
各実験における比較結果を以下に示す。
【００７７】
【表１】
2011002599.tif 000003
【００７８】
以上の結果から、定着ベルトとしてマイクロバルーンを用いた弾性ベルトを用いることで、金属ロールが当接しても、耐久劣化なく、前記ベルトの冷却効果により定着ニップ下流における、分離不良、巻き付きジャム、カール等を防止でき、先に述べた、条件と合わせて高品位な加熱定着装置を提供できる。
【００７９】
ここで、金属ロールで使用する、テンションローラ及び外部ローラは、熱伝導性の低い金属部材を使用すれば特に問題はなく、任意の方法で作成可能であるが、弾性ベルトと当接するため、表面がベルトを傷つけることが無いよう、研磨等で滑らかな表面にすることが望ましい。また、図７に示すように、テンションローラ及び外部ローラの大きさは、望ましくは、外部ローラのほうが大きく、ニップ下流の弾性ベルトの曲率が大きくなる構成（ｄ１＜ｄ２）が弾性ベルトへの巻きつきをより防止でき、更に加熱部材等への突っ込みによる発煙、発火もより防止できるため望ましい。
【００８０】
更に、弾性ベルトの構成として、断熱ベルトの断熱層の外側に薄いソリッドゴム層を設ける方法を採用することも可能であることがわかった。特に本実施例では、断熱ベルトを小径化することに対して、従来例の発泡シリコーンゴムを使用する場合に比べて耐久性で優位であり、断熱層の熱伝導率を従来例に比べ低くすることが可能であり、ファーストプリントアウトタイムの短縮と耐久性の両立を図ることが達成された。また、上記実験１０の構成で断熱ベルトの基層のポリイミド層、断熱層である中空バルーン混入シリコーンゴム層に繋ぎ目のある状態で成型した断熱ベルトを使用した場合には、耐久により、２５万枚通紙によって繋ぎ目から破損が発生した。繋ぎ目により負荷がかからない製法や、繋ぎ目を後処理でシームレス状態に近づけることで改善の見込みはあるものの、上記結果より現時点では、断熱ベルトの各層をシームレスで成型することが望ましい。
【００８１】
以上本実施例では、立ち上がり時の昇温時間の短縮、消費電力の低減、さらには高速、高画質、高寿命といったすべてにおいて優れた性能を達成させ、安定した定着性能が得られる加熱定着装置に具備され、かつ環境安全性を配慮した材料から形成される断熱ベルトおよび該断熱ベルトを具備した加熱定着装置において、更に定着ニップ下流における分離ジャム、巻き付きジャム、カールを防止した高品位な加熱定着装置を提供することが可能となる。
【００８２】
（実施例２）
実施例１では、弾性ベルトを金属ロールで挟み込むことで、ベルト表面の熱を逃がすことで、定着ニップ下流での分離を良好にすることで、巻き付き、紙しわの防止を行った。しかしながら、高温多湿環境とうで、プリントを続けた場合、画像形成装置機内が昇温することで、金属ロールの温度も上昇してしまい、分離不良が発生する場合があった。そこで以下に実施例２の構成を述べる。画像形成装置の構成は、実施例１と同じであり説明を省略する。図８は、実施例２における弾性ベルトを配する加熱定着装置であり、図１と番号が同じ部材は実施例１と同じ機能であり説明を省略する。図において、３５は、テンションローラ、３６は外部ローラであり、どちらも、実施例１同様、アルミや快削鋼（ＳＵＭ）等の金属部材で構成されており、回転中心部が空洞となっている。上記構成により、画像形成装置本体内の排気ファン１７からの風が上記空洞を流れることで、プリント中に機内昇温により、温度が上昇したテンションローラ３５及び外部ローラの温度を下げることが可能であり、定着ニップ下流における弾性ベルト１９の熱を効果的に下げることが可能である。よってプリント枚数、モード、プリンタ使用環境によらず、分離不良による巻き付きジャムや、紙しわを防止できる。また、実施例２では排気ファンを用いて、金属ロールの温度を下げることの効果を説明したが、外部から吸気ファンを用いて、金属ロールを冷やすことで、同様な効果があることは言うまでもない。また、金属ロール内を空洞とするために、図示しないフランジ部材も空洞形状を保ち加えて前記金属ロールを支持することも重要である。
【００８３】
（実施例３）
実施例２では、金属ロール内面を空洞化することで、昇温した際の冷却効果を示した。しかしながら、金属ロールの金属の占める量が低減することで、逆に弾性ベルトからの熱の吸収効率が低くなる場合があった。そこで以下に、実施例３を述べる。図９（ａ）、図９（ｂ）、図１０（ａ）、図１０（ｂ）は、実施例３における、テンションローラ或いは、外部ローラの断面図であり、いずれも金属ロールで構成され内面は、中空である。しかし、実施例２と異なり、３５は、三ツ矢形状に３６は、四つ矢形状にリブが構成されている。
【００８４】
更に、３７、は三ツ矢形状に沿ってリブが形成され、３９は、四ツ矢形状に沿ってリブが形成されている。上記金属部材を追加することで、ローラを中空にしても、効率的に弾性ベルトからの放熱が可能となると共に、排気ファン等からの風量により、昇温時にも効果的に、金属ロールを冷却できる。これら、金属ロールの形状は、成型加工及び切削加工等で、成型でき、ローラ外周面の精度に、表面性と比較すると、容易に形成できる。
【符号の説明】
【００８５】
１  給紙トレイ
２  シート積載台
３  給紙ローラ
４  搬送ローラ
５  搬送コロ
６  レジストローラ
７  レジストローラコロ
８  感光ドラム
９  プロセスカートリッジ
１０  レーザースキャナー
１１  多面体ミラー
１２  転写ローラ
１３  定着装置
１５  排紙ローラ
１６  排紙トレイ
１７  排気ファン
１８  温度検知サーミスタ
１９  弾性ベルト（１９ａ  基層  １９ｂ  弾性層１９ｃ  離型層）
２１  テンションローラ
２２  外部ローラ
２３  度検知サーミスタ
２４  放射加熱装置
２５  反射板
２６  搬送ガイド
２７  加圧ローラ
２８  芯金
２９  弾性層
３０  離型層
３４  定着装置
３５、３６、３７、３８  テンションローラ，外部ローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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