(57)【要約】【課題】従来よりもニップ部の最大面圧が小さい場合であっても、画質の劣化を抑制できる定着装置およびそれに用いられる定着部材を提供する。【解決手段】定着装置で、定着部材と回転体と定着部材を加熱する加熱部材とを有し、ニップ部における記録材搬送方向の最大面圧が０．０９ＭＰａ以上０．１２ＭＰａ以下であり、定着部材は、定着時の加熱温度に加熱され、かつ回転体に替えて直径２０μｍの球を介して透明板で最大面圧にて加圧されるとき、加圧方向から見て透明板と定着部材が接触しない領域の直径が４０μｍ以上２２７μｍ以下であり、定着時の加熱温度に加熱され、かつ回転体に替えて頭頂部が直径１ｍｍの半球のプローブで最大面圧にて加圧されるとき、頭頂部にかかる圧力が０．３９ＭＰａ以上１ＭＰａ以下であり、プローブによる変位量が３５μｍ以上９０μｍ以下である。【選択図】図６
2019035793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能な定着部材と、
前記定着部材に対向し、前記定着部材との間でトナー画像を担持した記録材を挟持搬送するニップ部を形成する回転体と、
前記定着部材を加熱する加熱部材と、
を有し、
前記ニップ部における記録材搬送方向の最大面圧が０．０９ＭＰａ以上０．１２ＭＰａ以下であり、
前記定着部材は、
定着時の加熱温度に加熱され、かつ前記回転体に替えて直径２０μｍの球を介して透明板で前記最大面圧にて加圧されるとき、加圧方向から見て前記透明板と前記定着部材が接触しない領域の直径が４０μｍ以上２２７μｍ以下であり、
定着時の加熱温度に加熱され、かつ前記回転体に替えて頭頂部が直径１ｍｍの半球のプローブで前記最大面圧にて加圧されるとき、前記頭頂部にかかる圧力が０．３９ＭＰａ以上１ＭＰａ以下であり、前記プローブによる変位量が３５μｍ以上９０μｍ以下であることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
定着時の加熱温度が１５０℃であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記定着部材は、基層と、前記基層の外側に設けられる弾性層と、前記弾性層の外側に設けられる表層と、を有し、
前記弾性層の１５０℃におけるヤング率が０．１７ＭＰａ以上０．６０ＭＰａ以下であり、かつ、前記弾性層の厚さが１５０μｍ以上２５０μｍ以下であり、
前記表層の１５０℃におけるヤング率が２５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下であり、かつ、前記表層の厚さが１０μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
記録材としての記録紙における紙上の前記トナー画像が紙の白地部を覆っている割合をトナー被覆率とするとき、定着される前のトナー被覆率が６８％であり、定着された後のトナー被覆率が７６％以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項５】
前記加熱部材は、前記定着部材に接触するヒータであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項６】
前記直径２０μｍの球は、アルミナ粒子であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項７】
前記透明板はガラス板であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項８】
定着時に加熱され、かつ対向する回転体との間でトナー画像を担持した記録材を挟持搬送するニップ部を形成する回転可能な定着部材であって、
定着時における前記ニップ部の記録材搬送方向の最大面圧が０．０９ＭＰａ以上０．１２ＭＰａ以下であり、
定着時の加熱温度に加熱され、前記回転体に替えて直径２０μｍの球を介して透明板で前記最大面圧にて加圧されるとき、加圧方向から見て前記透明板と接触しない領域の直径が４０μｍ以上２２７μｍ以下であり、
定着時の加熱温度に加熱され、前記回転体に替えて頭頂部が直径１ｍｍの半球のプローブで前記最大面圧にて加圧されるとき、前記頭頂部にかかる圧力が０．３９ＭＰａ以上１ＭＰａ以下であり、前記プローブによる変位量が３５μｍ以上９０μｍ以下であることを特徴とする定着部材。
【請求項９】
定着時の加熱温度が１５０℃であることを特徴とする請求項８に記載の定着部材。
【請求項１０】
基層と、前記基層の外側に設けられる弾性層と、前記弾性層の外側に設けられる表層と、を有し、
前記弾性層の１５０℃におけるヤング率が０．１７ＭＰａ以上０．６０ＭＰａ以下であり、かつ、前記弾性層の厚みが１５０μｍ以上２５０μｍ以下であり、
前記表層の１５０℃におけるヤング率が２５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下であり、かつ、前記表層の厚みが１０μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする請求項９に記載の定着部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録材に担持したトナー画像を記録材に定着するための定着装置およびそれに用いられる定着部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プリンタ等のユーザーが、記録材として従来の普通紙と比較して表面性が粗い普通紙を用いることがある状況となっている。そのため、従来の普通紙と同等の画質を粗い普通紙においても実現したいというニーズが増えている。また、エンボス紙などのデザイン上意図的に凹凸を設けた紙に対しても、画質向上が求められている。
【０００３】
これらの要望に対し、画質を良化させるために、定着部材構成や定着装置の加圧条件を設定する提案がされている（特許文献１、２）。
【０００４】
特許文献１では、普通紙の画質を向上させるため、ユニバーサル硬度の範囲と、加圧力の範囲（ニップ部の平均圧力を０．２〜１ＭＰａ）が規定されている。
【０００５】
また、特許文献２では、エンボス紙のような大きな凹凸のある部材の定着性を高めるために、以下のように規定することが記載されている。すなわち、定着ベルトの離型層の厚さを１０μｍ以上１５μｍ以下とし、弾性層のＪＩＳ−Ａ硬さを２０度以下と規定している。そして、ニップ部における平均面圧を１．２ｋｇｆ／ｃｍ２以上３．０ｋｇｆ／ｃｍ２以下（０．１２ＭＰａ以上０．２９ＭＰａ以下に相当）と規定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−４７９６０号公報
【特許文献２】特開２０１３−１３０７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、これらの文献で示されているのは、ニップ部の平均面圧が０．１２ＭＰa以上（即ち、最大面圧は０．１２ＭＰaより大きい）の定着装置における定着部材の特性である。ニップ部にかかる荷重が小さい定着装置を提供するにあたって、従来の定着部材をそのまま用いると、荷重が小さくなることにより、記録材の凹凸への追従性が低下したりグロス（光沢度）が劣る恐れがある。すなわち、画質を劣化させてしまう恐れがある。
【０００８】
本発明の目的は、従来よりもニップ部の最大面圧が小さい場合であっても、画質の劣化を抑制できる定着装置およびそれに用いられる定着部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、回転可能な定着部材と、前記定着部材に対向し、前記定着部材との間でトナー画像を担持した記録材を挟持搬送するニップ部を形成する回転体と、前記定着部材を加熱する加熱部材と、を有し、前記ニップ部における記録材搬送方向の最大面圧が０．０９ＭＰａ以上０．１２ＭＰａ以下であり、前記定着部材は、定着時の加熱温度に加熱され、かつ前記回転体に替えて直径２０μｍの球を介して透明板で前記最大面圧にて加圧されるとき、加圧方向から見て前記透明板と前記定着部材が接触しない領域の直径が４０μｍ以上２２７μｍ以下であり、定着時の加熱温度に加熱され、かつ前記回転体に替えて頭頂部が直径１ｍｍの半球のプローブで前記最大面圧にて加圧されるとき、前記頭頂部にかかる圧力が０．３９ＭＰａ以上１ＭＰａ以下であり、前記プローブによる変位量が３５μｍ以上９０μｍ以下であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る定着部材は、定着時に加熱され、かつ対向する回転体との間でトナー画像を担持した記録材を挟持搬送するニップ部を形成する回転可能な定着部材であって、定着時における前記ニップ部の記録材搬送方向の最大面圧が０．０９ＭＰａ以上０．１２ＭＰａ以下であり、定着時の加熱温度に加熱され、前記回転体に替えて直径２０μｍの球を介して透明板で前記最大面圧にて加圧されるとき、加圧方向から見て前記透明板と接触しない領域の直径が４０μｍ以上２２７μｍ以下であり、定着時の加熱温度に加熱され、前記回転体に替えて頭頂部が直径１ｍｍの半球のプローブで前記最大面圧にて加圧されるとき、前記頭頂部にかかる圧力が０．３９ＭＰａ以上１ＭＰａ以下であり、前記プローブによる変位量が３５μｍ以上９０μｍ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、従来よりもニップ部の最大面圧が小さい場合であっても、画質の劣化を抑制できる定着装置およびそれに用いられる定着部材を提供することにある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る定着装置を搭載した画像形成装置の模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る定着部材および定着装置の模式図である。
【図３】本発明の実施形態に係る定着部材としての定着フィルムの模式図である。
【図４】定着フィルムの変形量が小さい場合の定着フィルムの記録紙への追従性を示した模式図である。
【図５】定着フィルムの変形量が大きい場合の定着フィルムの記録紙への追従性を示した模式図である。
【図６】本発明の実施形態における非接触径を計測する手法の模式図である。
【図７】非接触径とトナー画像の濃度（反射濃度）との関係を示すグラフである。
【図８】接触圧とトナー画像のグロスとの関係を示すグラフである。
【図９】変位量（変形量）とトナー画像の光沢ムラに関するランクとの関係を示すグラフである。
【図１０】変位量と接触圧の関係（トレードオフ関係）を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。
【００１４】
《第１の実施形態》
（画像形成装置）
図１は、本発明の実施形態に係る定着装置を搭載した画像形成装置の一例であるカラー電子写真プリンタ１の断面図であり、記録材（記録紙）であるシートＰの搬送方向に沿った断面図である。本実施形態では、カラー電子写真プリンタを単に「プリンタ」という。
【００１５】
図１に示すプリンタは、画像形成装置本体４にＹ（イエロ）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂｋ（ブラック）の各色の画像形成部１０を備えている。感光ドラム１１は、帯電器１２によって予め帯電される。その後、感光ドラム１１には、レーザスキャナ１３によって、潜像が形成される。
【００１６】
そして、潜像は、現像器１４によってトナー像になる。感光ドラム１１のトナー像は、一次転写ブレード１７によって、像担持体である例えば中間転写ベルト３１（ローラ３４を含む複数ローラで懸架）に順次転写される。転写後、感光ドラム１１に残ったトナーは、クリーナ１５によって除去される。この結果、感光ドラム１１の表面は、清浄になり、次の画像形成に備える。
【００１７】
一方、シートＰは、給紙カセット２０、又はマルチ給紙トレイ２５から、１枚ずつ送り出されてレジストローラ対２３に送り込まれる。レジストローラ対２３は、シートＰを一旦受け止めて、シートが斜行している場合、真っ直ぐに直す。そして、レジストローラ対２３は、中間転写ベルト３１上のトナー像と同期を取って、シートを中間転写ベルト３１と二次転写ローラ３５との間に送り込む。中間転写ベルト上のカラーのトナー像は、転写体である例えば二次転写ローラ３５によってシートＰに転写される。
【００１８】
その後、シートのトナー像は、シートが定着装置である定着器４０によって、加熱加圧されることでシートＰにトナー像が定着される。定着後、シートＰは排紙トレイ６５に排出される。
【００１９】
（定着装置）
次に、本発明の実施形態に係る定着装置について、図２を用いて説明する。本実施形態の定着装置４０は、定着部材として回転可能な定着フィルムであるエンドレスベルト（以下、ベルト）４１を加熱する方式（テンションレスタイプ）である。そして、ベルト４１に対向しベルト４１と定着ニップ部（以下、ニップ部）Ｎを形成する回転体として加圧ローラ４４を用いる。但し、未定着トナー像Ｔを定着するニップ部Ｎを形成するフィルムとローラを組み合わせた本実施形態の方式の他、ニップ部Ｎを形成するローラ対方式の定着装置でも実施可能である。
【００２０】
本実施形態に係る定着装置において、長手方向とは記録材（記録紙）の搬送方向および記録材の厚さ方向に直交する方向である。また、短手方向とは記録材の搬送方向である。また、記録材に関し、幅方向とは上記長手方向に平行な方向である。
【００２１】
図２で、４３は加熱体としてのとしてのセラミックヒータ（以下、ヒータ）である。このヒータ４３は、長手方向に長い細長薄板状のセラミック基板と、この基板面に具備させた通電発熱抵抗体層を基本構成とするもので、発熱抵抗体層に対する通電により全体に急峻な立ち上がり特性で昇温する、低熱容量のヒータである。また、ヒータ４３は、記録材の幅方向のサイズに応じて、通電領域を切り替える構成となっている。尚、本実施形態では、加熱体としてセラミックヒータを例示するが、ハロゲンヒータやＩＨヒータ等の他の加熱手段であってもよい。
【００２２】
ベルト４１は、熱を伝達する加熱部材として円筒状（エンドレス）の耐熱性であり、高温に発熱したヒータ４３を保持する保持部材であるヒータホルダ４６にルーズに外嵌させてある。なお、４５は接触式温度計（サーミスタ）である。本実施形態におけるベルト４１は，図３に示すように、表層（離型層）４１ａ、弾性層４１ｂ、基層（基材金属層）４１ｃの３層複合構造を有する。尚、表層４１ａと弾性層４１ｂ層の間や、弾性層４１ｂと基層４１ｃの間に、層と層を接着する接着剤層を備えていてもよい。この場合、表１に示す後述する弾性層の厚さやヤング率に接着剤層は含まないものとする。
【００２３】
弾性層４１ｂの外側に設けられる表層４１ａは、厚さ１００μｍ以下、好ましくは１０〜７０μｍのフッ素樹脂材料を使用できる。フッ素樹脂層としては、例えばＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＦＡなどが挙げられる。本実施形態では、厚さ１０〜２０μｍのＰＦＡチューブを用いた。
【００２４】
基層４１ｃの外側に設けられる弾性層４１ｂは、熱容量を小さくしてクイックスタート製を向上させるために、熱伝導性を高める為のフィラーを添加した。本実施形態では、ゴム硬度５〜３０度（ＪＩＳ−Ａ）、熱伝導率１．３Ｗ／ｍ・Ｋ、厚さ１００〜３００μｍのシリコーンゴムを用いた。
【００２５】
基層４１ｃも弾性層４１ｂと同様にクイックスタート性を向上させるために、厚さとして１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の耐熱性材料を使用できる。例えば、ＳＵＳ、ニッケルなどの金属フィルムを使用できる。本実施形態では、厚さが３０μｍ、直径が２５ｍｍの円筒状ステンレス金属フィルムを用いた。
【００２６】
図２に示す４４は、回転体であって加圧部材としての耐熱性弾性加圧ローラであり、芯金と、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴム、あるいはシリコーンゴムの発泡体からなる弾性層からなり、芯金の両端部を回転自由に軸受け支持させて配設してある。この加圧ローラ４４の上側に上記のベルト４１・ヒータ４３を、加圧ローラ４４と並行に配置し、不図示の押付部材で押圧させる。これにより、ベルト４１を介してヒータ４３の下面と加圧ローラ４４の上面に、ローラ弾性層の弾性に抗し圧接された加熱部としての所定幅のニップ部Ｎを形成させてある。
【００２７】
加圧ローラ４４は、不図示の駆動手段により、矢印（図２）の反時計方向に所定の回転周速度にて回転駆動される。この加圧ローラ４４の回転駆動による加圧ローラ４４とベルト４１との、ニップ部Ｎにおける圧接摩擦力により、円筒状のベルト４１に回転力が作用する。そして、該ベルト４１がヒータ４３の下向き面（ヒータ４３の加圧ローラ４４側の面）に密着して摺動しながら矢印（図２）の時計方向に従動回転状態になる。ヒータホルダ４６は、円筒状のベルト４１の回転ガイド部材でもある。
【００２８】
加圧ローラ４４が回転駆動され、それに伴って円筒状のベルト４１が従動回転状態になる。また、ヒータ４３に通電がなされて該ヒータが迅速に昇温して所定の温度に立ち上がり温調された状態において、ニップ部Ｎのベルト４１と加圧ローラ４４との間に未定着トナー像Ｔを担持した記録材Ｐが導入される。そして、ニップ部Ｎおいて記録材Ｐのトナー像担持側面がベルト４１の外面に密着して、ベルト４１と一緒にニップ部Ｎを挟持搬送されていく。
【００２９】
この挟持搬送過程において、ヒータ４３で加熱されたベルト４１の熱により記録材Ｐが加熱され、記録材Ｐ上の未定着トナー像Ｔが記録材Ｐ上に加熱・加圧されて溶融定着される。ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは、ベルト４１の面から曲率分離して排出搬送されていく。
【００３０】
接触式温度計（サーミスタ）４５は、ヒータ４３によって加熱されたベルト４１の温度を計測し、その検出結果を不図示の温度制御手段に渡す構成となっている。
【００３１】
（画質の評価方法）
本実施形態では普通紙の画質の項目として、トナー画像の濃度（画像濃度）、グロス（光沢度）、光沢ムラに関して注目した。
【００３２】
画像濃度とは、定着後のトナー画像の反射濃度を計測したものであり、本実施形態では計測に色差測定装置（分光濃度計、Ｘ−ＲＩＴＥ株式会社製）を用いた。比較においては、同じトナー量におけるトナー画像の反射濃度を計測して比較する。
【００３３】
また、トナー画像のグロス（光沢）とは、定着後のトナー画像正反射光量を計測したものであり、本実施形態では計測にハンディ光沢度計（ＰＧ−１Ｍ型、日本電飾工業（株）製）を用いて、入射角６０度にて測定した。比較においては、同じトナー量における正反射光量を計測して比較する。
【００３４】
本実施形態では、トナー画像の濃度（画像濃度）、グロス（光沢度）の計測では、普通紙として、ＣＳ−６８０（日本製紙（株）社製、７０ｇ紙）を用いた。
【００３５】
また、トナー画像の光沢ムラとは、特に表面がより粗れている普通紙における紙繊維に起因した反射光量のムラを示しており、本実施形態では目視でランク付けを行った。
【００３６】
本実施形態では、トナー画像の光沢ムラの計測では、より粗れている普通紙として、ＧＦＣ−１０４（日本製紙（株）、１０４ｇ紙）を用いた。
【００３７】
（定着フィルムの特性パラメータと、画質との関係）
次に、本実施形態における定着部材としての定着フィルム（ベルト４１）の特性パラメータと、記録材として普通紙の画質との関係について説明する。本実施形態では、定着フィルム単体を取り出して、加圧ローラの替りに以下に示す２つの計測手法における加圧により、定着フィルムの特性を評価し、普通紙の画質との関係性を確認した。
【００３８】
（第１の計測手法）
先ず、第１の計測手法について説明する。
【００３９】
紙上のトナーは定着工程の加圧力と熱によって溶け広がることにより、濃度の高い鮮やかな色を発現させる。普通紙等の記録紙における紙繊維レベルの小さな凹凸に対する定着フィルムの追従性が低い場合、図４に示すように、記録材（記録紙）であるシートＰの紙繊維の隙間にあるトナーと、加熱された定着フィルム（ベルト４１）とが上手く接触することができない。そして、トナーを溶け広がらせることができないため、記録紙におけるトナー画像の濃度を上昇させることができない。これに対し、図５に示すように定着フィルムの紙繊維への追従性が高い場合は、トナーを溶け広がらせる力が大きいため、記録紙におけるトナー画像の濃度が向上する。
【００４０】
本実施形態では、定着時の加熱温度（定着温度近傍である１５０℃）に加熱された定着フィルムに対し、加圧ローラに替えて以下に示す小球を介した透明板で加圧する計測を行う。そして、定着フィルムの特性パラメータが所定の画質評価（濃度）を満足するものであるか否かを確認する。
【００４１】
本発明者らは、定着フィルムの追従性を深く理解する目的で、第１の計測手法を用いて計測を行い、定着フィルムの紙繊維スケールの凹凸に対する追従性について評価を行った。非接触径の計測方法は、次の（１−１）〜（１−３）の通りである。
（１−１）図６に示されるように、透明板であるガラス板１０４の上に、直径２０μｍの球形のアルミナ粒子１０２（紙繊維と同等レベルのスケールを模擬した球）を互いに凝集しないように散布する。
（１−２）定着フィルム（ベルト４１）は、加熱中子１０１によって、定着温度近傍である１５０℃に加熱される。アルミナ粒子１０２が散布され且つ加熱中子１０１によって１５０℃に加熱されている定着フィルム（ベルト４１）を、ガラス板１０４と加熱中子１０１で挟み込み計測を行う。加熱中子１０１は、定着フィルムと当接する領域において、直径が一様な中子を用いる。
【００４２】
図７は、非接触径とトナー画像の濃度（記録紙上のトナーの定着後の被覆率）の関係を示したグラフである。図７の横軸は、定着フィルムを構成する離型層の厚みと材質、弾性層の厚みと材質、を変えることで非接触径を変化させたものである。計測条件としては、接触圧が所定の圧（例えば０．１２ＭＰａ）となるように印加し、その際の非接触径を計測する。図７の縦軸は、横軸のそれぞれの測定に用いた定着フィルムで定着した後のトナー被覆率を示している。トナー被覆率は、顕微鏡の観察結果を画像解析することで測定できる。
【００４３】
ここで、紙上のトナーは定着工程の加圧力と熱によって溶け広がることにより、濃度の高い鮮やかな色を発現させる。トナー被覆率とは、紙上のトナー（トナー画像）が紙の白地部を覆っている割合であり、被覆率が高いということはトナーが十分紙を覆うことで濃度の高い色の画像を得ることができる。実際のトナー画像においては、トナー被覆率が７６％未満の場合は、紙の白地が透けたり、トナーの発色性が不十分であったりするため、画質が劣化することが分かっている。そのため、トナー被覆率は７６％以上が好ましいといえる。
【００４４】
尚、ここでいうトナー被覆率とは、記録材に対する印字率のことではない。未定着の状態では、押しつぶされていないのでトナー粒子が重なりあっている。これによって紙の白地が透け、トナー被覆率が定着後よりも低い。一方、定着後は、加圧・加熱によってトナー粒子が押しつぶされて広がるので、トナー被覆率が未定着状態よりも高くなるのである。
【００４５】
本実験においては、未定着状態でのトナー被覆率が６８％であり、定着後にトナー被覆率が７６％以上となった場合、画質の良い画像が得られることが確認できた。
【００４６】
また、本実験における非接触径はトナー被覆率と強く相関があり、上記のトナー被覆率７６％以上となる非接触径が２２７μｍ以下において目標通りの高い濃度を持つ画像が得られることを確認した。本実施形態では、図７に示すように、４０μｍ以上２２７μｍ以下の非接触径にてトナー被覆率７６％以上を得られたので、下限値を４０μｍとする。
【００４７】
即ち、定着装置４０に用いられるベルト（定着部材）４１を上述の第１の計測方法（（１−１）〜（１−３））で計測した結果、非接触径が４０μｍ以上２２７μｍ以下である場合、そのベルト４１は、目標通りの高い濃度を持つ画像が得られるベルトである。
【００４８】
ただし、上記（１−２）において、定着フィルムとガラス板は、定着時におけるニップ部Ｎの記録材搬送方向の最大面圧Ｐmax（単位：Ｐa）にて加圧する。
【００４９】
ここで、ニップ部Ｎの記録材搬送方向の最大面圧Ｐmaxとは、ニップ部Ｎの通紙領域において、中心Ａを通る搬送方向の圧分布における最大値である。ここで、中心Ａは、ニップ部Ｎの通紙領域において長手方向における中心とする。ニップ部Ｎの通紙領域とは、定着装置４０にて定着される記録材が通過しうるニップ部Ｎの領域である。本実施形態の定着装置４０は、通紙される記録材の幅方向の中央がニップ部Ｎの長手方向の中央を基準に搬送される（中央基準通紙）。
【００５０】
尚、定着装置４０にて定着時に加圧可能な荷重が複数段階ある場合には、その中で最大面圧が最も大きくなる荷重での最大面圧を本測定方法で用いる最大面圧Ｐmaxとする。すなわち、複数段階ある荷重の中で、最大面圧が最大となる荷重の場合に、ニップ部Ｎの通紙領域において、中心Ａを通る搬送方向の圧分布における最大値を用いる。
【００５１】
また、ニップ部Ｎにかかる圧力の測定は、タクタイルセンサー（ニッタ株式会社製）を用いて計測を行う。計測条件としては、搬送方向に０．５ｍｍ間隔、搬送方向と垂直の方向に関しては２ｍｍ間隔で計測を行う。
【００５２】
また、定着フィルムとガラス板を最大面圧で加圧するとは、次のことを指す。すなわち、上記（１−２）でガラス板に加える荷重をＮ（単位：Ｎ）とし、荷重Ｎでガラス板と定着フィルムを圧接したときに生じるニップ面積をＳ（単位：ｍ２）とする場合に、Ｎ/Ｓ＝Ｐmaxとなるように、ガラス板に荷重を加えることを意味する。
【００５３】
尚、定着装置４０の加圧力は、総圧（総荷重）で１５０〜２５０Ｎとし、定着時におけるニップ部Ｎの記録材搬送方向の最大面圧Ｐmaxを０．０９ＭＰａ以上０．１２ＭＰａ以下とする。
【００５４】
（第２の計測手法）
次に、第２の計測手法について説明する。記録紙としての普通紙の表面には、紙繊維の凝集によって発生する、紙繊維よりも大きな周期の繊維ムラ（地合ムラ）が見られる。このような比較的大きな凹凸に対しては、定着部材（定着フィルム）として、第１の計測手法に示した非接触径よりも大きいレベルでの追従性が必要となる。そこで、サブｍｍレベルでの定着フィルムの追従性を捉えることが重要となる。
【００５５】
このため、本実施形態では、定着時の加熱温度（定着温度近傍である１５０℃）に加熱された定着フィルムに対し、加圧ローラに替えて以下に示すプローブで加圧する。そして、定着フィルムの特性パラメータが所定の画質評価項目（グロスおよび光沢ムラ）を満足するか否かを確認する。
【００５６】
すなわち、本実施形態では、頭頂部が高さ０．５０ｍｍ、直径１．０ｍｍの半球形状のプローブとしてマイクロゴム硬度計（商品名：ＭＤ−１    ｃａｐａ    タイプＣ、高分子計器株式会社製）を用いた。このプローブに所定の荷重をかけるときに、プローブにおける直径１ｍｍの半球形状の頭頂部に掛かる圧力（応力）を接触圧として計測する。また、プローブの侵入量を変位量（変形量）として計測する。
【００５７】
図８は接触圧とグロスの関係を示したグラフ、図９は変位量と画像の光沢ムラのランクの関係を示したグラフである。いずれも、定着フィルムを構成する離型層の厚みと材質、弾性層の厚みと材質、加圧力をいつくかの水準に変えたものである。
【００５８】
ここで、図８の縦軸に示すグロスは、ハンディ光沢度計（ＰＧ−１Ｍ型、日本電色工業株式会社製）を用いて６０度における値である。また、図９の縦軸に示す画像の光沢ムラのランクは、対象サンプルと比較サンプルを目視で確認することによって１０段階で数値評価している。ランク１０が最良、ランク１が最低、ランク３以上が許容されるレベルである。
【００５９】
このように、接触圧はグロスと、また変位量は画像の光沢ムラと、強く相関があることが分かった。
【００６０】
そして、定着フィルムと接触するプローブの頭頂部（プローブの半球の側）の圧力（接触圧）が０．３９ＭＰａ以上において目標通りの高いグロスを持つ画像が得られることを確認した。尚、トナー画像のグロスの観点ではこの接触圧が０．３９ＭＰａ以上であれば良い画質が得られるが、定着装置４０で取りうる最大面圧に基づき１ＭＰａを上限とする。すなわち、０．３９ＭＰａ以上１ＭＰａ以下が好ましい。
【００６１】
また、頭頂部が半球のプローブによる定着フィルムの変位量（定着フィルムへの侵入深さ）が３５μｍ以上（３５μｍ以上９０μｍ以下）において、目標通りに光沢ムラの抑制された画像が得られることを確認した。
【００６２】
即ち、定着装置４０に用いられるベルト（定着部材）４１を上述の第２の計測方法で計測した結果、接触圧が０．３９ＭＰａ以上１ＭＰａ以下である場合、そのベルト４１は、目標通りの高いグロスを持つ画像が得られるベルトである。また、定着装置４０に用いられるベルト（定着部材）４１を上述の第２の計測方法で計測した結果、変位量が３５μｍ以上９０μｍ以下である場合、そのベルト４１は、目標通りに光沢ムラの抑制された画像が得られるベルトである。
【００６３】
ここで、定着装置４０に用いられるベルト（定着部材）４１を上述の第２の計測方法で計測する際には、ベルト４１と接触させるプローブは、定着時におけるニップ部Ｎの記録材搬送方向の最大面圧Ｐmaxに対応する荷重で加圧する。これにより、ベルト４１が実際の定着装置４０に用いられる際に画質を満足できるかを検証することできる。尚、最大面圧Ｐmaxの定義は上述した通りである。
【００６４】
ここで、プローブを最大面圧で加圧するとは、次のことを意味する。プローブに加える荷重をＭ（単位：Ｎ）とする。荷重Ｍでプローブをベルト４１に向けて圧接しているときにベルト４１に食い込んでいるプローブの直径（プローブの軸径）がなす面積（プローブの軸は円なので、円の面積）をＴ（単位：ｍ２）とする。この場合に、Ｍ/Ｔ＝Ｐmaxとなるように、プローブに荷重を加えることを意味する。
【００６５】
（部材パラメータのトレードオフ関係）
次に、本実施形態における接触圧、変位量の関係について確認を行った。例えば、変位量は厚みの大きな弾性層の硬度が低い場合に大きくなる。しかし、変位量が大きくなると、プローブとの接触面積が大きくなるため接触圧も連れて低下してしまう。従って、接触圧と変位量にはトレードオフ関係があると予想される。そこで、定着フィルムを構成する離型層の厚みと材質、弾性層の厚みと材質、加圧力をいつくかの水準に変えて、接触圧と変位量を変化させた場合の関係について検証を行った。
【００６６】
図１０は、各種条件における接触圧と変位量の関係を示したグラフである。図１０が示す通り、変位量を増加させるように定着フィルムを設計すると接触圧は減少してしまい、接触圧を増加させるように定着フィルムを設計すると変位量が減少してしまうことが分かった。
【００６７】
従って、図７〜図９を用いて説明したトナー画像の濃度、グロス、光沢ムラの画質の項目に対し、１つの項目での画質レベルを単純に向上させると、かえって他の項目の画質レベルを満たすことができず、総合的な画質のレベルの低下を招く恐れがある。
【００６８】
そこで、本実施形態に示す定着装置４０では、上述したように、これら３つの画質項目に関し、それぞれの好ましい値を満たすベルト（定着部材）４１を用いる。これによって、トナー画像の濃度、グロス、光沢ムラの３つの項目に関し、画質をバランスよく両立させることができる。
【００６９】
具体的には、後述する表１に示すような表層、弾性層の定着部材を用いることで、実現することができる。
【００７０】
（本実施形態における定着部材の評価実験）
次に、本実施形態における定着フィルムを用いた定着装置における画質の評価実験を行った。
【００７１】
本実験では、定着フィルムの表層材料の硬度と厚み、弾性層材料の硬度と厚み、および平均面圧を振った条件での比較を行った。
【００７２】
実験条件について説明する。本実験では、図２に示される定着装置を用いた。また加圧力は、総圧で１５０〜２５０Ｎ、定着フィルムと加圧ローラの接触箇所の大きさを搬送方向で１０ｍｍ、搬送方向と直交する方向で３３０ｍｍとした。そして、ニップ部Ｎの記録材搬送方向の最大面圧が０．０９〜０．１２ＭＰａとなるようにニップ部Ｎの搬送方向の圧分布のプロファイルを設定した。
【００７３】
また、加圧ローラの回転速度を２００ｍｍ／ｓとし、記録材と接触する領域の定着フィルムの外周温度が１５０℃となるように制御した。
【００７４】
トナー画像の濃度評価としてはＣＳ−６８０（日本製紙（株）社製、７０ｇ紙）を用い、シアントナーを０．４ｇ／ｃｍ２積載した画像を用いて評価を行った。反射濃度は色差測定装置（分光濃度計、Ｘ−ＲＩＴＥ株式会社製）を用いて計測し、反射濃度が１．４以上を○、それ以下を×とした。尚、トナー被覆率と反射濃度には、相関があり、トナー被覆率が７６％以上であるとき反射濃度は１．４以上である。
【００７５】
また、グロスは、ＣＳ−６８０（日本製紙（株）社製、７０ｇ紙）を用い、シアントナーを０．４ｇ／ｃｍ２積載した画像を用いて評価を行った。グロスはハンディ光沢度計（ＰＧ−１Ｍ型、日本電色工業株式会社製）を用いて６０度におけるグロスを用い、６以上を○、６未満を×とした。
【００７６】
また、光沢ムラに関しては、ＧＦＣ−１０４（日本製紙（株）、１０４ｇ紙）を用い、ブラックトナーを０．４ｇ／ｃｍ２積載した画像を用いて評価を行った。光沢ムラは５人の主観評価によって行い、３人以上が良いと判断したら○、２人以下の場合は×とした。
【００７７】
評価結果をまとめると、以下の表１の通りとなる。
【００７８】
【表１】
2019035793.tif 000003
【００７９】
表１に示すように、非接触径が２２７μｍ以下、頭頂部が半球のプローブの接触する部分の頭頂部の圧力が０．３９ＭＰａ以上、変位量が３５μｍ以上となる条件において、高い濃度、かつ、高いグロスであり、光沢ムラの抑制された画像を得ることができた。すなわち、条件１−２、１−３、２−３、３−４である。
【００８０】
条件１−２、１−３、２−３、３−４に関し、定着時の加熱温度が１５０℃であるとき、表層の１５０℃におけるヤング率は２５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下であり、かつ、表層の厚さが１０μｍ以上２０μｍ以下である。また、弾性層の１５０℃におけるヤング率が０．１７ＭＰａ以上０．６０ＭＰａ以下であり、かつ、弾性層の厚さが１５０μｍ以上２５０μｍ以下である。
【００８１】
このように、本実施形態に記載されたように定着フィルムの表層材料の硬度と厚み、弾性層材料の硬度と厚み、および平均面圧を最適にすることで、トナー濃度、グロス、画像の光沢ムラを満足する構成を得ることができた。
【００８２】
（本実施形態と従来技術との関係）
本実施形態と従来技術との関係について説明する。
【００８３】
まず、特許文献１では、定着ニップ部における平均面圧が０．２〜１ＭPaである。特許文献２では、平均面圧が１．２ｋｇｆ／ｃｍ２以上３．０ｋｇｆ／ｃｍ２となっており、１ｋｇｆ＝９．８Ｎとして換算すると平均面圧０．１２〜０．２９ＭＰａとなる。
【００８４】
一般に、定着装置の圧分布形状は円弧（曲線形状）で、平均面圧がこの範囲にあることは、最大面圧は平均面圧よりも大きくなるため、本実施形態で示す最大面圧の範囲（０．０９ＭＰａ以上０．１２ＭＰａ以下）とは異なる（本実施形態より最大面圧が高い）。
【００８５】
次に、接触圧と変位量が関係した計測方法である本実施形態の第２の計測手法と、特許文献１に記載されるユニバーサル硬度の計測方法と比較する。
【００８６】
特許文献１では、変位量２０μｍ時のユニバーサル硬度が１．８Ｎ／ｍｍ２となるようにすることを条件としている。そして、このユニバーサル硬度の計測は、四角錐の圧子によって塑性変形させることで物質の硬度を計測する方法である。
【００８７】
一方、本実施形態における硬度の計測は、半球の圧子によって弾性変形させることで変位量とその際の先端圧（プローブの頭頂部が受ける応力）を計測する方法である。
【００８８】
よって、ユニバーサル硬度の計測と、本実施形態における硬度の計測とは異なる。
【００８９】
以上、本実施形態によれば、ニップ部Ｎの最大面圧が従来より低い定着装置において、定着される記録材が表面性が粗くても、トナー画像として高い濃度および高いグロスが得られ、かつトナー画像の濃度ムラが抑制できる。そして、最大面圧が低い、すなわち、ニップ部に係る荷重が小さい定着装置では、定着部材の摺動摩擦力の低下による長寿命化が期待される。すなわち、このような定着装置において、従来同等の画質を実現することが可能となる。
【００９０】
（変形例）
上述した実施形態では、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の範囲内で種々の変形が可能である。
【００９１】
（変形例１）
上述したベルト４１における弾性層４１ｂは単層で構成されても良いし、複数層（第１の弾性層、第２の弾性層を備える）で構成されても良い。この場合、表１に示すヤング率等の値は、複数層で構成されている弾性層の値を示すものとして理解される。
【００９２】
（変形例２）
上述した実施形態では、記録材として記録紙を説明したが、本発明において、画像形成装置にて画像形成可能な記録材は紙に限定されるものではない。一般に、記録材とは、画像形成装置によってトナー像が形成されるシート状の部材であり、例えば、定型或いは不定型の普通紙、厚紙、薄紙、封筒、葉書、シール、樹脂シート、ＯＨＰシート、光沢紙等が含まれる。なお、上述した実施形態では、便宜上、記録材（シート）Ｐの扱いを給紙などの用語を用いて説明したが、これによって本発明における記録材が紙に限定されるものではない。
【００９３】
（変形例３）
上述した実施形態では、未定着トナー像をシートに定着する定着装置を例に説明したが、本発明は、これに限らず、画像の光沢を向上させるべく、シートに仮定着されたトナー像を加熱加圧する装置（この場合も定着装置と呼ぶ）にも同様に適用可能である。
【符号の説明】
【００９４】
４１・・ベルト（定着フィルム）、４３・・ヒータ、４４・・加圧ローラ（回転体）
【図１】
2019035793.tif 000004
【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】
2019035793.tif 000009
【図７】
2019035793.tif 000010
【図８】
2019035793.tif 000011
【図９】
2019035793.tif 000012
【図１０】
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