(57)【要約】【課題】  トナーや記録材に短時間で熱をつたえることにより高速印字を実現できる定着装置を提供する。【解決手段】  記録材９１上の未定着画像に接する定着ローラ３１とこの定着ローラ３１に圧接する加圧ローラ３２とを有し、定着ローラ３１と上記加圧ローラ３２とにより記録材９１を挟持搬送して記録材９１上の未定着画像を記録材９１に定着させる定着装置において、加圧ローラ３２の熱貫流率Ｋ１と定着ローラ３１の熱貫流率Ｋ２との間で（１００Ｋ１）≦（Ｋ２）≦（３２０Ｋ１）が成立する加圧ローラ３２と定着ローラ３１を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録材上の未定着画像に接する定着部材とこの定着部材に圧接する加圧部材とを有し、上記定着部材と上記加圧部材とにより記録材を挟持搬送して記録材上の未定着画像を記録材に定着させる定着装置において、
上記加圧部材の熱貫流率Ｋ１と上記定着部材の熱貫流率Ｋ２との間には、
（１００Ｋ１）≦（Ｋ２）≦（３２０Ｋ１）
が成立することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
上記加圧部材は、少なくとも離型層、弾性層、芯金を備え、
上記加圧部材の熱貫流率Ｋ１は、
Ｋ１=１／｛（ｔ１／λ１）＋（ｔ２／λ２）＋（ｔ３／λ３）｝
ｔ１：離型層の厚み      λ１：離型層の熱伝導率
ｔ２：芯金の厚み        λ２：芯金の熱伝導率
ｔ３：弾性層の厚み      λ３：弾性層の熱伝導率
で表され、
上記熱貫流率Ｋ１は、１５Ｗ／ｍ２・Ｋ以上かつ１５０Ｗ／ｍ２・Ｋ以下であることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
上記定着部材は、少なくとも離型層、芯金を備え、
上記定着部材の熱貫流率は、
Ｋ２=１／｛（ｔ４／λ４）＋（ｔ５／λ５）｝
ｔ４：芯金の厚み      λ４：芯金の熱伝導率
ｔ５：離型層の厚み    λ５：離型層の熱伝導率
で表され、
上記熱貫流率Ｋ２は、４０００Ｗ／ｍ２・Ｋ以上かつ６４００Ｗ／ｍ２・Ｋ以下であることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項４】
上記加圧部材の弾性層は、基材ゴムと上記基材ゴムよりも熱伝導率の低いフィラーを含むことを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
【請求項５】
上記フィラーの粒子径は２００μｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
【請求項６】
上記加圧部材の弾性層は、
（直径／厚み）＝３以上かつ２０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７】
上記加圧部材の芯金は、
（直径／厚み）＝６以上かつ１１以下
であることを特徴とする請求項２または６に記載の定着装置。
【請求項８】
上記定着部材の芯金は、
（直径／厚み）＝１６以上かつ２０以下
であることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
【請求項９】
厚み１００ｍｍのグラスウールと同等の熱貫流率を示す上記加圧部材の弾性層の厚みは、１００ｍｍ以上かつ５００ｍｍ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１０】
上記定着部材は、ニッケルあるいはステンレス鋼からなる定着ベルトであることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
【請求項１１】
上記定着部材には、加熱手段として誘導加熱方式により加熱する加熱コイルが備えられていることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
【請求項１２】
上記定着部材の芯金は鉄系材料からなることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の定着装置を備えた画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機やプリンタなどの電子写真方式における画像形成装置、湿式電子写真装置における乾燥装置、インクジェットプリンタにおける乾燥装置、リライタブルメディア用消去装置などに用いられる定着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
定着部材と加圧部材の２つの円筒部材に記録材を挟持搬送して、上流の画像形成プロセスにて顕像化されたトナーなどによるトナー像を、定着プロセスにて加熱、溶融させて記録材に定着する定着プロセスにおいて、従来の定着部材よりも薄肉の定着部材を用いた場合、記録材を通紙する定着部材と加圧部材の加熱及び断熱性能のバランスによっては、ウォームアップ時間が長くなり、利便性を損なうばかりか、それに伴う待機時電力の増加といった省エネルギー化に逆行することになってしまう。
【０００３】
また、定着装置全体の断熱性を上げることで、エネルギーロスを少なくする方法も実践されているが、前記定着部材と前記加圧部材の加熱及び断熱性能のバランスが悪く、記録材の加熱定着時の投入電力が増加してしまうと、画像形成装置全体の省エネルギー性能が低下することになる。
【０００４】
特に前述のウォームアップ性能は、ウォームアップ時の消費電力と待機時の消費電力、及びユーザの利便性に大きく関わる性能であり、また法規制の強化により基準値の達成が必須となる場合もある。さらには、記録材の加熱定着においては、画像形成装置が使用できる電力は限られており、周辺装置の付加状態や、国や地域、その他電源事情によっては、十分な電力を供給出来ない場合があり、より少ない電力で定着性能を達成することが望まれる。
【０００５】
そこで、従来では、特許２９９４８５８号公報のように、定着部材を低熱容量化して加圧部材にシリコンスポンジなどを用いた定着装置が開示されているが、シリコンスポンジは、断熱性を上げる為に内部に細かい気泡が存在し、この気泡によって熱を伝え難くしている。
【特許文献１】特許第２９９４８５８号（発行日  １９９９年１２月２７日）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、加圧部材にシリコンスポンジを用いた場合、加圧部材および定着部材が低荷重状態では問題ないが、高速、高荷重の状態では、加圧部材および定着部材の構造において問題が発生する。
【０００７】
例えば、スループットの高い高速印字を行なうためには、より広いニップを形成して、トナーや記録材に短時間で熱をつたえる必要がある。ここで、加圧部材のシリコンスポンジの硬度を低くすれば容易にワイドニップ化を図れるが、これにより上記シリコンスポンジの気泡が潰れやすくなり、永久変形によって弾性を保てなくなる。
【０００８】
また、高温による材料への影響を少なくする為、より低い温度で定着させ、更には、高速印字を実現するために、定着部材および加圧部材に高荷重を印加すると、前述のようにシリコンスポンジの気泡が高荷重の為に潰れやすくなり、永久変形によって弾性を保てなくなる。特に、シリコンスポンジなどの弾性体表層部分が顕著に永久変形し、加圧部材の断熱性能の低下が生じ、超ワイドニップ化によって過定着状態となり高温オフセットや巻き付きを生じるといった不具合が発生する。そして、上記永久変形が進行すると、加圧部材としての弾性が維持できなくなり、部材の寿命や装置としての寿命が短くなってしまう。
【０００９】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、トナーや記録材に短時間で熱をつたえることにより高速印字を実現できる定着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の定着装置は、上記課題を解決するために、記録材上の未定着画像に接する定着部材とこの定着部材に圧接する加圧部材とを有し、上記定着部材と上記加圧部材とにより記録材を挟持搬送して記録材上の未定着画像を記録材に定着させる定着装置において、上記加圧部材の熱貫流率Ｋ１と上記定着部材の熱貫流率Ｋ２との間には、
（１００Ｋ１）≦（Ｋ２）≦（３２０Ｋ１）
が成立することを特徴とする。
【００１１】
ある物体における熱貫流率とは、当該物体における熱流束の通過しやすさを示したパラメータであり、このパラメータが大きいほど熱流束が当該物体を通過しやすい。具体的に、ある物体の熱貫流率は、当該物体の熱貫流抵抗の逆数で示される。また、物体の熱貫流抵抗は、（物体ａの厚み／物体の熱伝導率）で導くことができる。
【００１２】
ここで、本発明者らは、定着装置における加圧部材の熱貫流率Ｋ１と上記定着部材の熱貫流率Ｋ２との間で、（１００Ｋ１）≦（Ｋ２）≦（３２０Ｋ１）が成立していれば、定着部材に熱が伝わりやすく、かつ、定着部材に伝わった熱を加圧部材に移動させにくくでき、定着部材に伝わった熱を無駄なく定着動作に使用できることを、鋭意工夫により知見した。これにより、定着装置からトナーや記録材に短時間で熱を伝えることが可能になり、高速印字を実現できるという効果を奏する。
【００１３】
本発明の定着装置は、上記構成に加えて、上記加圧部材は、少なくとも離型層、弾性層、芯金を備え、上記加圧部材の熱貫流率Ｋ１は、
Ｋ１=１／｛（ｔ１／λ１）＋（ｔ２／λ２）＋（ｔ３／λ３）｝
ｔ１：離型層の厚み      λ１：離型層の熱伝導率
ｔ２：芯金の厚み        λ２：芯金の熱伝導率
ｔ３：弾性層の厚み      λ３：弾性層の熱伝導率
で表され、上記熱貫流率Ｋ１は、１５Ｗ／ｍ２・Ｋ以上かつ１５０Ｗ／ｍ２・Ｋ以下であってもよい。
【００１４】
加圧部材の熱貫流率は、加圧部材を構成する各層の熱抵抗の和の逆数に等しい。したがって、離型層、弾性層、芯金を備えた加圧部材の熱貫流率Ｋ１は、上述したＫ１=１／｛（ｔ１／λ１）＋（ｔ２／λ２）＋（ｔ３／λ３）｝で表されることになる。
【００１５】
そして、この加圧部材の熱貫通率Ｋ１の値が小さいほど、加圧部材の断熱性能が高く、加圧部材表面から内部へ熱を通過させにくいことを意味する。また、Ｋ１の値が大きいほど、容易に加圧部材に熱を通過させることになり、定着部材から加圧部材に熱が逃げやすくなってしまう。
【００１６】
ここで、本発明者らは、加圧部材の熱貫通率Ｋ１が、１５Ｗ／ｍ２・Ｋ以上かつ１５０Ｗ／ｍ２・Ｋ以下であれば、加圧部材の断熱性能を維持しつつ、定着装置のウォームアップ時間を短縮することができることを鋭意工夫により知見した。これにより、ウォームアップ時や記録材の通紙時における消費電力量も低減することができるという効果を奏する。
【００１７】
本発明の定着装置は、上記構成に加えて、上記定着部材は、少なくとも離型層、芯金を備え、上記定着部材の熱貫流率は、
Ｋ２=１／｛（ｔ４／λ４）＋（ｔ５／λ５）｝
ｔ４：芯金の厚み      λ４：芯金の熱伝導率
ｔ５：離型層の厚み    λ５：離型層の熱伝導率
で表され、上記熱貫流率Ｋ２は、４０００Ｗ／ｍ２・Ｋ以上かつ６４００Ｗ／ｍ２・Ｋ以下であってもよい。
【００１８】
定着部材の熱貫流率は、定着部材を構成する各層の熱抵抗の和の逆数に等しい。したがって、離型層、芯金を備えた定着部材の熱貫流率Ｋ２は、上述したＫ２=１／｛（ｔ４／λ４）＋（ｔ５／λ５）｝で表されることになる。
【００１９】
そして、Ｋ２の値が大きいほど定着部材の加熱性能が高く、定着部材内部から定着部材の表面へ熱が通過しやすいことを意味する。また、Ｋ２の値が小さいほど、定着部材の加熱が困難になり、熱を定着部材に浸透させるために大電力を投入してもウォームアップ時間が長くなってしまう。
【００２０】
ここで、本発明者らは、定着部材の熱貫通率Ｋ２が、４０００Ｗ／ｍ２・Ｋ以上かつ６４００Ｗ／ｍ２・Ｋ以下であれば、定着部材の加熱性能を高くして、素早く定着部材を加熱することができることを鋭意工夫により知見した。これにより、ウォームアップ時間を短縮できると共に、ウォームアップ時や記録材の通紙時における消費電力量を低減することができるという効果を奏する。さらに、加熱の必要のない長時間の待機状態では、通電を停止していても、ユーザの利便性を損なうことなく短時間で印字可能な状態にすることができるという効果を奏する。
【００２１】
本発明の定着装置は、上記構成に加えて、上記加圧部材の弾性層は、基材ゴムと上記基材ゴムよりも熱伝導率の低いフィラーを含む構成でもよい。
【００２２】
本発明者らは、基材ゴムと上記基材ゴムよりも熱伝導率の低いフィラーからなる材料を上記加圧ローラの弾性層とした場合、上記加圧部材の熱貫流率を１５Ｗ／ｍ２・Ｋ以上かつ１５０Ｗ／ｍ２・Ｋ以下にできることを鋭意工夫により知見した。これにより、加圧部材の基材としてシリコンスポンジを用いなくても、高速印字の定着装置を実現できるため、従来よりも装置寿命を伸ばすことができるという効果を奏する。
【００２３】
本発明の定着装置は、上記構成に加えて、上記フィラーの粒子径が２００μｍ以下であってもよい。
【００２４】
上記弾性層において、弾性部材の容積に対するフィラーの容積配合率が高すぎると、基材ゴムに対するフィラーの分散が不均一になり、ベースとなる基材ゴムの弾性特性が小さくなり、弾性層の硬度が高すぎるとことになり、定着部材と加圧部材との間のニップの形成が困難になる。したがって、弾性部材に対してフィラーの容積配合率を適当な値に抑える必要がある。
【００２５】
ここで、本発明者らは、上記フィラーとして球形状以外に楕円形状、扁平形状、非球形であってもよく、その粒子径（幾何平均以外の種々の平均等で定義される粒子径であっても良い）が２００μｍ以下であれば、弾性層の弾性性能を維持しつつ、加圧ローラの断熱性能を抑えることができるのを鋭意工夫により知見した。
【００２６】
本発明の定着装置は、上記構成に加えて、上記加圧部材の弾性層は、
（直径／厚み）＝３以上かつ２０以下
であってもよい。
【００２７】
また、本発明の定着装置は、上記構成に加えて、上記加圧部材の芯金は、
（直径／厚み）＝６以上かつ１１以下
であってもよい。
【００２８】
上記弾性層の（直径／厚み）、または上記芯金の（直径／厚み）が大きすぎると加圧部材の形状が変形しやすくなり、かつ加圧部材の断熱性能を維持できない。また、上記弾性層または芯金の（直径／厚み）が小さすぎると、弾性層が厚すぎて熱容量が増加してしまい、定着性能を維持できなくなる。また、ウォームアップ時間の増加にもつながる。
【００２９】
ここで、本発明者らは、このような問題を最大限抑制できる範囲として、上記加圧部材の弾性層の（直径／厚み）は３以上かつ２０以下が好ましく、芯金の（直径／厚み）は６以上かつ１１以下が好ましいことを鋭意工夫により知見した。
【００３０】
本発明の定着装置は、上記構成に加えて、上記定着部材の芯金は、
（直径／厚み）＝１６以上かつ２０以下
であってもよい。
【００３１】
上記定着部材の（直径／厚み）が大きすぎるとローラ形状を維持できなくなるという問題が生じる。また、上記定着部材の（直径／厚み）が小さすぎると、定着部材の熱容量が増え、熱貫流率が大きくなって、定着部材の加熱性能が劣ってしまう。
【００３２】
ここで、本発明者らは、このような問題を最大限抑制できる範囲として、上記定着部材の弾性層の（直径／厚み）は１６以上かつ２０以下が好ましいことを鋭意工夫により知見した。
【００３３】
本発明の定着装置は、上記構成に加えて、厚み１００ｍｍのグラスウールと同等の熱貫流率を示す上記加圧部材の弾性層の厚みが、１００ｍｍ以上かつ５００ｍｍ以下であってもよい。
【００３４】
従来から存在する材料について、材料固有の熱伝導率や温度伝導度だけを比較するだけでは、加圧部材の弾性層として加工した場合の断熱性能を単純に比較することができない。また、断熱性能の高い材料を単純に選択しただけでは、加圧ローラの弾性層の断熱性能を効率よく高めることはできない。
【００３５】
ここで、以上の構成によれば、材料の厚みを考慮して、一般的な断熱材料としてのグラスウールと、弾性層として使用する材料とを比較することにより、断熱性能の高い材料の選択を容易にしている。
【００３６】
本発明の定着装置は、上記構成に加えて、上記定着部材は、ニッケルからなる定着ベルトであってもよい。また、本発明の定着装置は、上記構成に加えて、上記定着部材には、加熱手段として誘導加熱方式により加熱する加熱コイルが備えられていてもよい。
【００３７】
本発明の定着装置は、上記構成に加えて、上記定着部材の芯金は鉄系材料から構成してもよい。
【００３８】
一般的に、定着部材の芯金としてアルミニウム系材料が使用されることが多いが、鉄系材料は熱伝導率が低いものの、高ヤング率及び高い引張応力を持つので、その分薄肉にすることができ、これを定着部材の芯金に使用すれば、定着部材の加熱効率を向上させることが可能となる。
【００３９】
また、本発明の画像形成装置は、上記課題を解決するために、上記定着装置を備えている。
画像形成装置に上記定着装置を適用することで、ウォームアップ時間を短縮でき、ユーザの使用しない時は、比較的低温あるいは加熱手段への通電を止めて、エネルギー消費を抑えることができる。また、ユーザが使用する際には、定着装置のセットアップ時間を短縮でき、ユーザの待ち時間が少なくて済む使い勝手のよい画像形成装置を構成することができ、利便性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明の定着装置は、以上のように、上記加圧部材の熱貫流率Ｋ１と上記定着部材の熱貫流率Ｋ２との間には、
（１００Ｋ１）≦（Ｋ２）≦（３２０Ｋ１）
の関係が成立することを特徴とする。
これにより、定着装置からトナーや記録材に短時間で熱を伝えることが可能になり、高速印字を実現できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
〔画像形成装置の構成〕
本発明の実施の一形態を図面に基づいて説明する。
【００４２】
図３は、本発明の実施形態における電子写真方式の画像形成装置の内部構造を示す正面図である。この画像形成装置４１は、画像読取装置４２（図４参照）にて読み込まれた画像や、画像形成装置４１に外部から接続された機器（例えばパーソナルコンピュータなどの画像処理装置）からのデータを画像として記録出力するものである。
【００４３】
画像形成装置４１には、感光体ドラム１を中心に、画像形成プロセスの各機能を担う各プロセスユニットが配置され、これらにより画像形成部が構成されている。感光体ドラム１の周囲には、感光体ドラム１の回転方向に、帯電装置２、光走査装置３、現像装置４、転写装置５、クリーニング装置６および除電装置７等が順次配置されている。
【００４４】
帯電装置２は、感光体ドラム１の表面を均一に帯電させるものである。光走査装置３は、均一に帯電された感光体ドラム１上に光像を走査して静電潜像を書き込むものである。現像装置４は、光走査装置３により書き込まれた静電潜像を現像剤補給容器８から供給される現像剤により顕像化するものである。転写装置５は、感光体ドラム１上に顕像化された画像を記録材上に転写するものである。クリーニング装置６は、感光体ドラム１上に残留した現像剤を除去して感光体ドラム１上に新たな画像を記録することを可能にするものである。除電装置７は、感光体ドラム１表面の電荷を除去するものである。
【００４５】
画像形成装置４１の下部には供給トレイ９が内装されている。この供給トレイ９は、記録材を収容する記録材収容トレイである。供給トレイ９に収容された記録材は、ピックアップローラ１０等により１枚ずつ分離され、レジストローラ１１まで搬送され、レジストローラ１１により感光体ドラム１に形成された画像とのタイミングが計られ、転写装置５と感光体ドラム１との間に順次供給される。そして感光体ドラム１上に記録再現された画像は記録材上に転写される。なお、供給トレイ９への記録材の補給は、画像形成装置４１の正面側（操作側）に、供給トレイ９を引き出して行なう。
【００４６】
画像形成装置４１の下面には記録材受入口１２、１３が形成されている。これら記録材受入口１２、１３は、図４に示すように、周辺装置として準備されている多段の記録材供給トレイを有する記録材供給装置４６、および大量の記録材を収容可能とした記録材供給装置４７等から送られてくる記録材を受け入れ、画像形成部に向かって記録材を順次供給するためのものである。
【００４７】
画像形成装置４１内の上部には、定着装置１４が配置されている。定着装置１４は、画像が転写された記録材を順次受け入れて、定着部材としての定着ローラ３１と加圧部材としての加圧ローラ３２等により、記録材上に転写された現像画像を熱と圧力とにより定着するものである。これにより、記録材上に画像が記録される。
【００４８】
画像が記録された記録材は、搬送ローラ１５によりさらに上方搬送され、切換えゲート１６を通過する。そして、記録材の排出トレイが画像形成装置４１に外装された積載トレイ１７に設定されている場合、記録材は反転ローラ１８により積載トレイ１７に排出される。一方、両面画像形成や後処理が指定されている場合、記録材は、一旦反転ローラ１８により積載トレイ１７に向けて排出される。なお、この場合には、記録材を完全に排出せず、記録材を狭持させたまま反転ローラ１８を逆転させる。そして、記録材を逆方向、つまり両面画像形成や後処理のために選択的に装着されている記録材再供給搬送装置４３（図４参照）や後処理装置４５（図４参照）の装着されている方向に反転搬送する。このとき、切換えゲート１６は、図３の実線の状態から破線の状態に切換えられる。
【００４９】
両面画像形成を行なう場合、反転搬送された記録材は、記録材再供給搬送装置４３を通り、再び画像形成装置４１に供給される。後処理が成される場合、反転搬送された記録材は、記録材再供給搬送装置４３から別の切換えゲートにて、中継搬送装置４４を介して後処理装置４５に搬送され、後処理が施される。
【００５０】
光走査装置３の上空間部には、画像形成プロセスを制御する回路基板及び外部機器からの画像データを受け入れるインターフェイス基板等を収容する制御装置１９が配置され、光走査装置３の下空間部には、各種の上記インターフェイス基板、ならびに各上記画像形成プロセスユニットに対して電力を供給する電源装置２０等が配置されている。
【００５１】
図３に示した画像形成装置は、図４に示す画像形成システムに備えられている。この画像形成システムは、画像形成装置４１の他、画像読取装置４２、記録材再供給搬送装置４３、中継搬送装置４４、後処理装置４５、記録材供給装置４６および記録材供給装置４７を備えている。
【００５２】
画像読取装置４２は、セットされた原稿の画像を露光走査して、光電変換素子であるＣＣＤ（charge coupled device）上に結像し、原稿画像を電気的信号に変換した上で画像データとして出力する。読み取られた画像データは、画像形成装置４１の画像処理手段にて、画像補正やラスタライズ等の加工処理後に、光走査装置３にて感光体ドラム１へ書き込まれる。
【００５３】
この画像読取装置４２は、原稿の片面だけでなく両面をほぼ同時に読み取ることができるようになっており、また、自動（自動原稿搬送装置４８）／手動にて原稿を搬送することができる。
【００５４】
記録材再供給搬送装置４３は、画像形成装置４１の左側側面に取り付けられた記録材搬送経路ユニットである。この記録材再供給搬送装置４３は、定着装置１４から排出された画像が記録された記録材を画像形成装置４１上部の排紙部の反転ローラ１８を用いて反転搬送して、記録材の表裏を反転した上で、再度、画像形成装置４１における画像形成部の感光体ドラム１と転写装置５と後処理装置４５との間（転写部）に向かって供給する。
【００５５】
中継搬送装置４４は、記録材を後処理装置４５に搬送するものであり、記録材再供給搬送装置４３と後処理装置４５との間に装着されている。
【００５６】
後処理装置４５は、画像形成システムの左側位置に配置されており、第１の記録材排出部４５ａと第２の記録材排出部４５ｂとを備えている。
【００５７】
第１の記録材排出部４５ａは、画像形成装置４１から排出された画像の形成された記録材を、後処理装置４５の側面上部に設けられた受け取り搬送部４５ｃによって受け取り、記録材がそのままの状態で排出される排出部である。第２の記録材排出部４５ｂは、ステープル，パンチ等選択的に装着される後処理装置４５により後処理がなされた記録材が排出される排出部である。これら第１と第２の記録材排出部４５ａ・４５ｂは、使用者によって適宜選択される。
【００５８】
後処理装置４５は、図示しないが、所定枚数の記録材に対してステープル処理を施す機能、Ｂ４もしくはＡ３などの記録材の紙折りする機能、ファイリング用の穴を形成する機能、あるいはソートや仕分けを行なうために数ビン〜数１０ビンの多数の記録材排出部を有する機能のうち幾つかを組み合わせて搭載している。
【００５９】
本発明に係る特徴点は、特に定着装置１４において存在するものであり、以下の実施の形態１〜４で定着装置１４の詳細な説明を行なう。
【００６０】
〔実施の形態１〕
実施の形態１に関する画像形成装置の定着装置の構成例について、図１を参照して説明する。
【００６１】
図１に定着装置１４の構造を詳細に示す。図１は、定着装置１４を示す縦断面図である。この定着装置１４において、ローラ形状をなす定着部材である定着ローラ３１および加圧部材である加圧ローラ３２は、それぞれ内部に導電性の芯金６１および７１を有している。
【００６２】
定着ローラ３１は、鉄系の冷間圧延炭素鋼鋼管を引き抜き等で所望の外径、肉厚に加工し、その後研磨加工を行なった芯金６１をベース基材とし、外径４０ｍｍ、厚み（肉厚）１．３ｍｍに製作されている。
【００６３】
定着ローラ３１の両端部３１ａ（図２参照）は、外径を３０ｍｍ、厚み１．５ｍｍに絞り加工を行なって、定着ローラ３１に加わる荷重を軸支部材であるボールベアリング８１（図２、図５参照）で支える。なお、ボールベアリング８１はころがり軸受の一種である。
【００６４】
定着ローラ３１の芯金６１は、防錆の目的で材料表面に対してパーカライジング処理（リン酸塩被膜処理）を施し、錆の発生を抑制している。なお、芯金６１の肉厚、材質は、定着装置の荷重条件、ローラの構成、プロセス速度、耐久性要求仕様等によって適宜変更することが可能である。
【００６５】
定着ローラ３１における、絞り加工を施していない中央のスリーブ部分３１ｂ（図２参照）には、加熱溶融したトナーとの接触でも離型性能を維持できるフッ素系樹脂が一般的に用いられる。このフッ素系樹脂は、導電性の芯金６１上に、中間層６２を介して、離型層（表面絶縁層）６３としてコーティングされている。なお、本実施形態では、離型層６３のフッ素系樹脂として、ＰＦＡ（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）とＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）の混合体に、強化材としてマイカや強化フィラーを分散させ、塗布、焼成したものを用いている。なお、離型層６３として、ＰＦＡまたはＰＴＦＥを単独で使用することもできる。
【００６６】
また、離型層６３としては、耐熱性および離型性の観点から、その他、例えば、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）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン／クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等のフッ素樹脂、あるいはフッ素ゴムラテックスを含む材料を各々単独で、もしくは２種類以上を組み合わせて使用することもできる。これらは、塗布・焼成によって形成すること、あるいは、チューブ被覆で形成すること等ができる。
【００６７】
中間層６２は、離型層６３としてのフッ素系樹脂とパーカライジング処理した炭素鋼鋼管表面である芯金６１との接着性を高めるものである。本実施形態では、ゴム系あるいはレジン系接着剤等の絶縁性プライマを薄く塗布して用いている。なお、中間層６２としては、前述の絶縁性プライマ以外に、導電性プライマを用いることができる。
【００６８】
また、定着ローラ３１の内面には耐熱吸熱層５９が形成されている。この耐熱吸熱層５９は、定着ローラ３１が内包した加熱体であるハロゲンランプ６４ａ・６４ｂが定着ローラ３１の内周面に赤外光等の放射エネルギーを放出した場合に、これを効率良く吸収して熱に変換するものである。耐熱吸熱層５９は、例えば、変性シリコーン樹脂、無機耐熱黒顔料、炭化水素（溶剤）などを混合したものを塗布し乾燥させたものであり、膜厚２０〜３０μｍに形成する。一般的に、オキツモ（商品名）、テツゾール（商品名）、セルモブラック（商品名）等の耐熱塗料が用いられている。本実施形態では、セルモブラックを用いている。
【００６９】
さらに、定着ローラ３１および加圧ローラ３２の排紙側には、記録材の剥離を補助する上剥離爪６７と下剥離爪７８とが備えられている。この上剥離爪６７と下剥離爪７８とは、各々が各ローラに軽く当接しており、定着ローラ３１や加圧ローラ３２に貼り付いた記録材９１を機械的に剥ぎ取るものである。
【００７０】
加圧ローラ３２は、鉄やステンレス等の導電性の芯金（肉厚３ｍｍ）７１上に、シリコーンゴム等の耐熱性を有する絶縁性の弾性層７２を形成し、その外周に中間層７３を形成したものである。この中間層７３の外周には、表面の離型性能を向上させる離型層（表面抵抗層）７４を形成する。
【００７１】
中間層７３は、弾性層７２と離型層７４との接着性を高めるものである。本実施の形態において、中間層７３には、絶縁性プライマを用いている。これは、中間層７３と弾性層７２との接着を容易にするためである。また、中間層７３の外径は４０ｍｍに設定する。
【００７２】
加圧ローラ３２の離型層７４は、表面抵抗率が１０１５Ω以上のＰＦＡチューブ（膜厚５０μｍ）を用いている。なお、離型層７４として、表面抵抗率が１０５Ω程度のＰＦＡチューブでもよいが、より好ましくは、１０７Ω〜１０１８Ωの表面抵抗率のものがよい。また、上記ＰＦＡチューブの体積抵抗率は、１０７Ω・ｃｍ以上、より好ましくは、１０１０Ω・ｃｍ以上のものが良い。
【００７３】
弾性層７２は、絶縁性の弾性部材を円筒形状かつ厚み（肉厚）５ｍｍに成形したものである。具体的には、弾性層７２は、芯金７１とＰＦＡチューブとをセットした注型金型を注型装置に絶縁性の弾性部材を注入し、１次加硫、およびオーブンによる２次加硫をした後に、端部を成形することにより得られるものである。なお、本実施形態において、上記弾性部材は絶縁性であるが、導電性であっても構わない。
【００７４】
この弾性部材は、基材ゴムに対して、低熱伝導率かつ低熱容量を示す略球形のフィラー（基材ゴムよりも大幅に熱伝導率が低く、脱泡済のフィラー）を１８質量部混練して、均一分散させることにより得られる。ここで、基材ゴムには非発泡シリコーンゴム（信越化学工業社製）が使用され、上記フィラーには直径１００μｍのガラスバルーンが使用される。なお、上述した「質量部」とは、混練する材料の質量比を示したものであり、フィラーを１８質量部混練するとは、基材ゴム１００グラムに対しフィラーを１８グラム混練する意味である。
【００７５】
弾性部材の容積（基材ゴムとフィラーとの合計容積）に対するフィラーの容積配合率は、１５〜８０％程度に設定する。これは、弾性部材に対するフィラーの容積配合率が多すぎると（８０％超）、基材ゴムの容積配合率が少なくなりすぎ、これにより成形後の弾性部材のゴム硬度が高くなり過ぎてしまい、所望のゴム硬度に設定するのが困難になるからである。また、壇席部材の容積に対するフィラーの容積配合率が多すぎると、加熱・荷重後の条件下では、ゴムの劣化が早く進行し、使用中に急激に硬度低下を起こす“へたり”が生じやすく、長期の使用に耐えられないことがあるからである。一方、弾性部材の容積に対するフィラーの容積配合率が少なすぎると（１５％未満）、フィラーによる所望の特性（後述する加圧ローラ３２の熱貫流率Ｋ１）が殆ど得られず、従来のシリコーンゴムから得られる弾性層と変わらないことになるからである。
【００７６】
なお、上記基材ゴムは、上記非発泡シリコーンゴムに限られるものではなく、シリコーンゴム系の材料であれば、高温加硫型シリコーンゴム（ＨＴＶ）、付加反応硬化型シリコーンゴム（ＬＴＶ）、縮合反応硬化型シリコーンゴム（ＲＴＶ）、フッ素ゴム、これらの混合物等を用いることができる。具体的には、例えば、ジメチルシリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、メチルフェニルシリコーンゴム、ビニルシリコーンゴム等のシリコーンゴム系、フッ化ビニリデンゴム、テトラフルオロエチレン−プロピレンゴム、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ゴム、ホスファゼン系フッ素ゴム、フルオロポリエーテル等のフッ素ゴム等を使用することができる。これらのゴムは、各々単独で、あるいは２種以上を組み合わせて使用することもでき、注型・加硫、研磨等で成形する。
【００７７】
また、基材ゴムに対して混練するフィラーとして、無機系材料または樹脂系材料を使用できる。このフィラーに使用される無機系材料としては、無機系ガラス、シリカ、カーボン、アリミナ、ジルコニアなどのバルーン（中空）、あるいは気泡含有率の高いマイクロビーズなどがある。さらに、このフィラーに使用される無機系材料は、東海工業社製のガラスバルーン（粒子径１００μｍ）であってもよい。
【００７８】
また、上記フィラーに使用される樹脂系材料としては、樹脂系のフェノール樹脂、塩化ビニリデン樹脂、塩化ビニリデンとメタアクリロニトリルとの共重合体、アクリロニトリル樹脂などのバルーン（中空）あるいは気泡含有率の高いマイクロビーズなどがある。さらに、このフィラーに使用される樹脂系材料は、外殻にアクリロニトリル樹脂を用いたマイクロバルーン（粒子径８０μｍ）であってもよい。
【００７９】
なお、上記フィラーの大きさや形状は、所望の特性（後述する加圧ローラ３２の熱貫流率Ｋ１）が得られれば任意であるが、このフィラーの粒子径や外殻の厚み（肉厚）などのサイズが大きすぎると、前述したように弾性部材の容積に対するフィラーの容積配合率が大きくなりすぎるという問題が生じる。この場合、基材ゴムに対する上記フィラーの混練が不均一になり、基材ゴムに対する上記フィラーの分散状態が悪くなり、基材ゴムに対して上記フィラーを混練することによる所望の特性が得られない。さらに、この場合、径時変化などによって基材ゴムの弾性特性もなくなってしまうという問題も生じる。
【００８０】
したがって、上記基材ゴムに対して上記フィラーを混練することにより得られる弾性部材が適切な硬度（大幅なへたりがないように）を示し、かつ所望の特性（後述する加圧ローラ３２の熱貫流率Ｋ１）が得られるように、上記フィラーの容積配合率と上記フィラーの種類と上記基材ゴムの種類とを選択する必要がある。
【００８１】
ここで、好ましいフィラーのサイズについて説明する。例えば、上記フィラーの粒子径の上限値としては２００μｍ以下が好ましい。これにより、上記弾性部材における弾性を損なうことなく、上記フィラーを混練した効果（後述する加圧ローラ３２の熱貫流率Ｋ１）を持たせることができる。
【００８２】
また、上記フィラーの粒子径の下限値としては、製造上の制約や、外殻の強度低下を抑制する目的から５０μｍ以上が好ましい。ただし、上記フィラーの製法の工夫によっては、この下限値を２０μｍ程度まで設定することが可能である。しかし、上記フィラーの粒子径を極めて小さく設定する場合、上記フィラーの外殻の外力に対する強度を維持するために外殻の厚み（肉厚）を増す必要がある。上記フィラーの外殻を厚くし過ぎると、上記フィラーの熱特性が不充分なものとなり、熱を伝えやすくしてしまい、ひいては加圧ローラ３２に所望の特性（後述する加圧ローラ３２の熱貫流率Ｋ１）を与えることができなくなってしまう。また、基材ゴムに対する上記フィラーの分散状態も悪くなってしまう。
【００８３】
また、以上では、基材ゴムに対して混練するフィラーとして球形状のものを使用したが、楕円形、扁平形、非球形でもよく、また表面に小さな凹凸があってもよく、上記フィラーの形状は球形状に限定されるものではない。したがって、以上では、好ましいフィラーのサイズとして幾何平均の粒子径を用いて説明したが、長軸径または短軸径、相当径（外接あるいは内接する円の直径に相当する直径で表す外接円相当径、周長円相当径、体積球相当径）、平均径（二軸平均径、三軸平均径など）、統計的径（定方向接線径、定方向面積等分径、定方向最大径）、有効径（Stokes（沈降）径、Allen（沈降）径、Newton（沈降）径）を用いて好ましいフィラーのサイズを設定しても構わない。また、上記平均径において、その平均のとり方として、フィラーの面積平均、個数平均、体積平均（個数平均体積系）、重量平均、調和平均、表面積平均（個数平均表面積径）、長さ平均表面積径による平均粒子径や、統計的粒子径、相当粒子径、有効粒子径により好ましいフィラーのサイズを設定してもよい。
【００８４】
なお、本実施形態では、上述したように、上記弾性部材の容積に対する上記フィラーの容積配合率は１５〜８０％であることが好ましいが、このような容積配合率を実現するためには、上記フィラーの粒子径は２００μｍ以下であることが好ましい。
【００８５】
つぎに、定着ローラ３１について、図５を参照して説明する。図５は、定着ローラ３１の組立部の分解斜視図である。定着ローラ３１は、定着装置１４のフレーム８２に取り付けられたボールベアリング８１により支持されている。フレーム８２は鉄系の冷間圧延鋼をプレス成形したものである。ボールベアリング８１は、定着ローラ３１の両端部における絞り部分のジャーナル部に嵌合され、定着ローラ３１の荷重を支えている。
【００８６】
一方、加圧ローラ３２は、ステンレス等の軸部に対して、ボールベアリングを嵌合し、このボールベアリングを、フレームにカシメた支点軸から延びる荷重レバーによって受け、定着ローラ３１の中心軸方向へ、荷重バネ等によって荷重する。この荷重による圧接力は、本実施形態において、７６４Ｎ（両端合計）であるが、記録材９１の種類、定着ローラ３１や加圧ローラ３２の剛性、温調温度等の条件や性能によって、任意に設定可能である。
【００８７】
定着ローラ３１と加圧ローラ３２は、所定の荷重で圧接されており、記録材９１を狭持搬送しながら、トナーからなる未定着画像を加熱溶融し記録材９１上に定着する。
【００８８】
さらに、本実施形態の定着装置１４では、加圧ローラ３２の周囲に、清掃部材である第１クリーニングローラ（電位付与部材、清掃部材）７５および第２クリーニングローラ（電位付与部材、清掃部材）７６と、加熱部材である加熱ローラ７７が当接している。
【００８９】
第１及び第２クリーニングローラ７５、７６は、アルミニウムや鉄、あるいはそれらの合金（ステンレス鋼も含む）材料からなり、中空ローラあるいは中実ローラを加工して、両端部にすべり軸受やころがり軸受を嵌合し、荷重バネ等により、加圧ローラ３２に対して所定範囲のニップを保持しながら圧接している。本実施形態では、第２クリーニングローラ７６は、炭素鋼やステンレス鋼製の外径１５ｍｍのローラであって、第１クリーニングローラ７５は、炭素鋼やステンレス鋼製の外形８ｍｍのローラである。これら第１及び第２クリーニングローラ７５、７６の表面には、加圧ローラ３２表面に少量残留するトナーを清掃する為に、所定の表面粗さが付与されている。
【００９０】
一方、加熱ローラ７７は、アルミニウムや鉄、あるいはそれらの合金（ステンレス鋼も含む）材料を用いた中空ローラであり、最外周面に設けた表面離型層７７ａによって離型性能を維持したまま、加圧ローラ３２と圧接した際のニップでの熱伝導によって表面を加熱する。本実施形態では、アルミニウム合金製の外径１５ｍｍ、肉厚０．７５ｍｍのストレートパイプ７７ｂの外周面に、中間層７７ｃと表面離型層７７ａとを順次形成し、ストレートパイプ７７ｂの内周面には、定着ローラ３１と同様に耐熱吸熱層を設け、内部には、ハロゲンランプ７７ｄを内包している。
【００９１】
加熱ローラ７７における中間層７７ｃや表面離型層（表面絶縁層）７７ａは、定着ローラ３１における中間層６２や離型層６３と異なる構成を用いることが可能であるが、本実施形態では同じ構成を用いている。また、加熱ローラ７７についても、両端部にすべり軸受やころがり軸受を嵌合し、荷重バネ等により、加圧ローラ３２に対して所定範囲のニップを保持しながら圧接している。
【００９２】
前述した定着ローラ３１に嵌合したボールベアリング８１は、図５に示すように、フレーム８２との間にＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルファイド）やＰＰＯ樹脂（ポリフェニレンオキシド）等の耐熱・絶縁材料よりなるベアリングホルダ８３（図２参照）を介して電気絶縁性を持たせて荷重を支えている。このベアリングホルダ８３によって、定着ローラ３１は、画像形成装置４１のフレームや定着装置１４のフレームと電気的に絶縁されている。
【００９３】
定着ローラ３１には、図１に示すように、記録材９１の裏面に付着してくる逆極性トナー（逆極性顕像剤）９２を記録材９１に留める向きに電位差を付与する目的で、バイアス装置９４からバイアス電圧を印加する。本実施形態において、転写装置５は、接触方式で転写を行なうものであり、図３ではローラ状のものを示しているが、ベルト状であってもよい。なお、図１において、記録材９１における定着ローラ３１側の面に付着しているトナー９３は、画像を形成するトナーである。
【００９４】
ここで、転写装置５は、定着装置１４に対して記録材９１の搬送方向における上流に位置しており、感光体ドラム１上に形成されたトナーによる静電顕像であるトナー画像を記録材に写し取る転写プロセス行なう。このときに、上記の逆極性トナー９２が転写装置５の表面に付着し、さらに転写装置５の表面から記録材９１の表面に付着する。
【００９５】
転写装置５では、通常、逆極性トナーや紙紛等を除去するような機構を有するものの、完全には除去できないことが多く、この残留した逆極性トナーや紙紛は、転写装置５の表面に蓄積されてくる。そして、電気的あるいは機械的付着力等の力のバランスによって、一部あるいは全部が記録材９１に付着して、下流側の定着装置１４に運ばれてくる。
【００９６】
通常であれば、逆極性トナーや紙粉等は、そのまま記録材に付着し、記録材と共に画像形成装置から排出される。しかしながら、従来の定着装置では、多数枚の定着処理を行った場合、定着装置の条件、特に定着ローラや加圧ローラの摩擦帯電によって生じた静電気力の大きさや極性等によって、逆極性トナーが記録材から引き剥がされて加圧ローラ、さらには定着ローラにまで付着し、その結果、記録材の裏面や表面に画像不良や欠陥を発生させてしまうこととなる。
【００９７】
しかし、本実施形態の定着装置１４では、定着ローラ３１における導電性の芯金６１に、逆極性トナー９２（例えば、正極性）の帯電極性とは逆極性（例えば、負極性）の定着バイアス電圧を印加している。
【００９８】
このような構成では、バイアス装置９４から定着ローラ３１の芯金６１に印加される定着バイアス電圧にて、記録材９１の裏面の逆極性トナー９２を記録材９１の裏面に留める方向の静電気力が作用する。これにより、記録材９１の裏面の逆極性トナー９２は、加圧ローラ３２の方へ引き剥がれることなく記録材９１上に留まる。その結果、逆極性トナー９２は、記録材９１の裏面に定着されて記録材９１と共に画像形成装置４１から排出される。なお、記録材９１上の逆極性トナー９２は、記録材９１の１枚あたりの量が少量であるため、定着された画像に対してはほとんど影響のないものである。
【００９９】
更に本実施の形態に係る定着装置１４について、図２を用いて説明する。
【０１００】
定着ローラ３１は、図２に示すように、主に定着ローラ３１の中央領域を加熱する第１の加熱手段であるメインランプとしてのハロゲンランプ６４ａ（図１参照、定格電力８２０Ｗ）と、主に定着ローラの両端部を加熱する第２の加熱手段であるサブランプとしてのハロゲンランプ６４ｂ（図１参照、定格電力４５０Ｗ）とを内包している。
【０１０１】
また、加圧ローラ３２表面に当接する加熱ローラ７７は、この加熱ローラ７７の全幅を加熱する第３の加熱手段である加熱ランプとしてのハロゲンランプ７７ｄ（定格電力５００Ｗ）を内包している。
【０１０２】
通常、これらの加熱手段（第１の加熱手段〜第３の加熱手段）は、波数制御や位相制御などの電力制御方法を用いて、所定電力が出力されるように制御される。
【０１０３】
なお、ハロゲンランプ６４ａの加熱領域、およびハロゲンランプ６４ｂの加熱領域は、上述した領域に限定されるものではなく、例えば、ハロゲンランプ６４ａが定着ローラ３１の全幅を加熱し、ハロゲンランプ６４ｂが定着ローラ３１の中央部を加熱する構成、またはその逆の構成でも構わない。さらに、定着ローラ３１にはハロゲンランプが２本内包されているが、２本に限定されるものではなく、３本以上あるいは１本でもよい。
【０１０４】
また、図２に示すように、定着ローラ３１の長手方向の中央付近に第１温度検出手段としてのメインサーミスタ６６ａ（図１参照）が備えられ、定着ローラ３１の非駆動源側に第２温度検出手段としてのサブサーミスタ６６ｂが備えられている。さらに、図１に示すように、定着ローラ３１の表面近傍には、過昇温防止手段であるサーモスタット６５が配置されている。
【０１０５】
メインサーミスタ６６ａは、定着ローラ３１の中央領域の温度を検出する温度検出素子であって、ハロゲンランプ６４ａの通電制御に用いられる。サブサーミスタ６６ｂは、定着ローラ３１の非駆動側（駆動源側とは逆側端部）における、記録材のサイズによっては非通紙となる領域の温度を検出する温度検出素子であって、ハロゲンランプ６４ｂの通電制御に用いられる。サーモスタット６５は、異常昇温時にハロゲンランプ６４ａ・６４ｂへの通電を遮断するためのものである。
【０１０６】
さらに、加熱ローラ７７の中央付近にも、加熱ローラ７７の温度を検出する第３温度検出手段であるサーミスタ７９が配設され、ハロゲンランプ７７ｄの通電制御に用いられる。
【０１０７】
なお、本実施形態で用いるサーミスタは、図１７（ａ）（ｂ）に示すように、ハウジング１２９に固定支持された弾性部材であるステンレス板１２５上にサーミスタチップ１２４を直接ボンディングして、熱応答性を早くしたものである。また、本実施形態のサーミスタは、サーミスタチップ１２４をボンディングしているステンレス板１２５の受熱面側に対して絶縁被覆層１２６を被せ、その上に耐熱離型層１２７を被せる。また、その反対側の面には保護層１２８を被せる。また、ステンレス板１２５とハウジング１２９との間において、当接するローラ表面との絶縁距離を確保するために、絶縁被覆層１２６、耐熱離型層１２７および保護層１２８にて、ステンレス板１２５をハウジング１２９の境界付近まで覆っている。こうすることで、サーミスタチップ１２４やステンレス板１２５に対して、各々のローラからリーク電流が流れることがなく、高電圧による破損や劣化といった不具合が解消される。この結果、安定したバイアス電圧を印加できると共に、正確な温度情報を取得することができ、良好な温度制御を実施することができる。
【０１０８】
本実施形態において、絶縁被覆層１２６は接着剤を含んだ厚み５０μｍのポリイミド（登録商標：カプトン）であり、耐熱離型層１２７は接着剤を含んだ厚み１３０μｍのガラス繊維に耐熱離型樹脂を含浸させたものである。また、保護層１２８は接着剤を含んだ厚み８０μｍのテフロン（登録商標）である。なお、これら材料は、上記のものに限定されず、諸性能において代替できるものであれば、他の材料でもよい。
【０１０９】
つぎに、図６に基づいて、本実施の形態の定着装置１４における定着ローラ３１および加圧ローラ３２の物性について詳細に説明する。図６は、本実施形態の定着ローラ３１および加圧ローラ３２の各物性のパラメータを示したテーブルである。
【０１１０】
図６に示すように、定着ローラ３１の熱貫流率Ｋ２は、５３６４Ｗ／ｍ２・Ｋであり、加圧ローラ３２の熱貫流率Ｋ１は、３３．６Ｗ／ｍ２・Ｋである。なお、加圧ローラ３２の弾性層７２は、前述した低熱伝導率かつ低熱容量のフィラーを基材ゴムに配合したもので、弾性層７２の熱伝導率は０．１７Ｗ／ｍ・Ｋ（公称値）である。
【０１１１】
ここで、熱貫流率について簡単に説明する。物体ａにおける熱貫流率とは、物体ａにおける熱流束の通過しやすさを示したパラメータであり、パラメータが大きいほど熱流束が物体ａを通過しやすい。具体的に、物体ａの熱貫流率は、物体ａの熱抵抗の逆数で示される。また、物体ａの熱抵抗は、（物体ａの厚み／物体の熱伝導率）で導くことができる。
【０１１２】
つぎに、定着ローラ３１および加圧ローラ３２の熱貫流率の求め方について説明する。定着ローラ３１は、単一の材質から形成されているのではなく、様々な材料を多層構造に形成したローラである。したがって、定着ローラ３１および加圧ローラの熱貫流率は、ローラを構成する各層の熱抵抗の和の逆数に等しい。よって、本実施形態における加圧ローラ３２の熱貫流率Ｋ１は以下の〔数１〕より求めることができ、定着ローラ３１の熱貫流率Ｋ２は以下の〔数２〕より求めることができる。
【０１１３】
【数１】
2005156826.tif 000003
【０１１４】
【数２】
2005156826.tif 000004
【０１１５】
なお、本実施形態では、加圧ローラ３２において、弾性層７２と離型層７４との間に中間層７３が備えられているが、中間層７３を備えない場合や中間層７３が極めて薄い場合は、数１において、（ｔ７／λ７）の項は不要である。また、本実施形態では、定着ローラ３１において、芯金６１と離型層６３との間に中間層６２が備えられているが、中間層６２を備えない場合や中間層６２が極めて薄い場合は、数２において、（ｔ６／λ６）の項は不要である。
【０１１６】
本実施の形態の定着装置１４では、定着ローラ３１の熱貫流率Ｋ２は、加圧ローラ３２の熱貫流率Ｋ１より極めて大きくなるように設定している。具体的には、熱貫流率Ｋ２は、熱貫通率のＫ１の１００倍以上かつ３２０倍未満になるように設定する。つまり、（１００Ｋ１）≦（Ｋ２）≦（３２０Ｋ１）が成立するようにしている。このように設定している理由を以下説明する。
【０１１７】
定着ローラ３１は、内部にハロゲンランプ６４ａ・６４ｂを内包している。つまり、定着ローラ３１自体を加熱するには、定着ローラ３１内部より加熱する必要がある。したがって、定着ローラ３１には、高加熱効率および高熱応答性（熱を多くかつ迅速に伝えられる）が要求される。つまり、定着ローラ３１の性能として、高熱貫流率が要求される。
【０１１８】
さらに、定着ローラ３１は加圧ローラ３２に圧接している構成である。したがって、加圧ローラ３２の熱貫流率Ｋ１が、定着ローラ３１の熱貫流率Ｋ２に対して相対的に高ければ、定着ローラ３１の熱が加圧ローラ３２に移動しやすくなり、定着ローラ３１の加熱効率および熱応答性が低くなる。よって、定着ローラ３１自体の加熱効率および熱応答性を向上させるためには、定着ローラ３１の断熱性能を低く、即ち加熱性能を高くするだけでなく、加圧ローラ３２の断熱性能を定着ローラ３１の断熱性能に対して相対的に高める必要がある。以上の理由により、熱貫流率Ｋ２は，熱貫通率のＫ１より極めて大きく設定する必要がある。
【０１１９】
つぎに、本実施形態における定着装置１４の物性を明確にするために、定着装置１４と比較対象である定着装置との間で比較実験を行なった。なお、比較対象の定着装置とは、定着ローラの芯金の材質としてアルミニウム合金を用い、加圧ローラの弾性層としてフィラーを混練していないシリコーンゴムを用いたものである。ここで、比較対象の定着装置の物性を以下の表１に示す。
【０１２０】
【表１】
2005156826.tif 000005
【０１２１】
以下、本実施形態の定着装置１４における定着ローラ３１と、比較対象の定着装置における定着ローラとの差異について説明する。
【０１２２】
比較対象としての定着ローラでは、芯金の材質としてアルミニウム合金が使用されていると共に、芯金の厚み（肉厚）は７ｍｍ前後に設定されている。ここで、本実施形態および比較対象の定着装置に共通することであるが、定着ローラには所定の荷重をかける必要がある。したがって、比較対象のように、定着ローラにおける芯金の材質としてアルミニウム系の材料（アルミニウムまたはその合金）を使用した場合、構造力学の観点から、この芯金の肉厚を７ｍｍ前後にする必要があった。
【０１２３】
比較対象の定着装置のように、定着ローラの芯金の材質としてアルミニウム系の材料を使用し、芯金の厚み（肉厚）を７ｍｍ前後に設定した場合、定着ローラの熱貫流率は５３５７Ｗ／ｍ２・Ｋになり、定着ローラ自体の熱伝導性を高めることができるが、本実施形態よりも芯金の厚みが大きい分（本実施形態は１．３ｍｍ）、本実施形態よりも熱容量が大きくなり、定着ローラ自身のウォームアップ時間が長くなってしまう。
【０１２４】
これに対し、本実施形態の定着ローラ３１では、芯金６１を鉄系材料で構成している。ここで、本実施形態の芯金６１の熱伝導率は４５Ｗ／ｍ・Ｋであり、アルミニウム系の材料からなる芯金の熱伝導率よりも極めて低いが、芯金６１を薄く構成することで高熱貫流率を維持できる。具体的に説明すると、本実施形態のように芯金６１を鉄系材料で構成した場合、比較対象の定着装置ほど構造力学上の制約を受けないため、芯金６１の厚み（肉厚）を比較対象の定着装置よりも極めて薄くできる。そこで、本実施形態の定着装置１４では、芯金６１の厚みを比較対象の定着装置より薄くした（１．３ｍｍ）。これにより、熱容量を高めることなく、定着ローラ３１全体の熱貫流率を効率よく高めることができた（Ｋ２=５３６４Ｗ／ｍ２・Ｋ）。
【０１２５】
ここで、比較対象の定着ローラの熱取得量と本実施形態の定着ローラ３１の熱取得量とを比較すると、本実施形態の定着ローラ３１は１．６１×１０８Ｊ２／ｓ・ｍ４・Ｋ２で、比較対象の定着ローラは５．２３×１０８Ｊ２／ｓ・ｍ４・Ｋ２である。これは、本実施形態の定着ローラ３１および比較対象の定着ローラにそれぞれ同じ熱量を供給しても、比較対象の定着ローラの方が昇温しにくいことを示している。なお、「熱取得量」とは、密度、比熱および熱伝導率の積で表され、その値が小さいほど、昇温しやすいことを示している（より少ない熱量で昇温させることができる）。
【０１２６】
つぎに、本実施形態の定着装置１４における加圧ローラ３２と、比較対象の定着装置における加圧ローラとの差異について説明する。
【０１２７】
比較対象の定着装置における加圧ローラの弾性層では、その材質としてシリコーンゴムが用いられているが、本実施の形態のように低熱伝導率かつ低熱容量のフィラーは配合されていない。このシリコーンゴム自体の熱伝導率は約０．４５Ｗ／ｍ・Ｋであり、この弾性層の厚み（肉厚）を６ｍｍにすると、加圧ローラ全体の熱貫流率が７３．５Ｗ／ｍ２・Ｋになる。
【０１２８】
この点、本実施形態の加圧ローラ３２における弾性層７２では、その材質として、低熱伝導率かつ低熱容量のフィラーを配合したシリコーンゴムが用いられている。これにより、加圧ローラ３２の熱貫流率Ｋ１を３３．６Ｗ／ｍ２・Ｋにすることができた。
【０１２９】
ここで、比較対象の定着装置における加圧ローラの熱貫流率は、本実施形態の加圧ローラ３２の熱貫流率に比べて２倍以上になる。したがって、本実施形態のように、加圧ローラ３２の弾性層として、低熱容量のフィラーを混練したシリコーンゴムを使用した場合、加圧ローラの断熱性能が向上することがわかる。
【０１３０】
また、熱取得量の観点から、本実施形態の加圧ローラ３２と比較対象の定着装置における加圧ローラとを比較すると、本実施形態の加圧ローラ３２における弾性層の熱取得量は１．８７×１０５Ｊ２／ｓ・ｍ４・Ｋ２であるところ、比較対象の定着装置における加圧ローラの弾性層の熱取得量は８．６２×１０５Ｊ２／ｓ・ｍ４・Ｋ２であった。これにより、本実施形態の加圧ローラ３２における弾性層のほうが、弾性層表面部分は昇温しやすいが、断熱性が高いのでより少ない熱量、即ちより短時間で加圧ローラの表面を昇温させてから通紙動作に移行できるので、即熱性能に優れているといえる。また、本実施形態の加圧ローラ３２のほうが、比較対象の加圧ローラよりも断熱性能に優れていることがわかる。
【０１３１】
つぎに、加圧ローラの熱貫流率と定着ローラの熱貫流率との比率の観点から、本実施形態の定着装置１４と比較対象の定着装置との性能の相違を検討する。本実施形態の構成における加圧ローラ３２の熱貫流率と定着ローラ３１の熱貫流率との比率は、
Ｋ１：Ｋ２＝１：１５９．６
（Ｋ１：加圧ローラ３２の熱貫流率  Ｋ２：定着ローラ３１の熱貫流率）
である。
【０１３２】
一方、比較対象の定着装置における加圧ローラの熱貫流率と定着ローラの熱貫流率との比率は、
ｋ１：ｋ２=１：７２．８
（ｋ１：比較対象加圧ローラの熱貫流率  ｋ２：比較対象の定着ローラの熱貫流率）
である。
【０１３３】
ここで、本実施形態の構成のほうが比較対象の構成よりも、加圧ローラの熱貫流率と定着ローラの熱貫流率との比率が大きくなっている。したがって、本実施形態の定着装置ほうが比較対象の定着装置よりも加熱応答性がよいといえ、定着装置のウォームアップ時間を短縮することができる。また、加圧ローラ３２の弾性層７２の弾性物質を製造する過程で、フィラーの材質、サイズ等を適宜選択することにより、加圧ローラ３２の熱貫流率を調整できるため、定着ローラ３１に加熱されにくい材料を用いても、（１００Ｋ１）≦（Ｋ２）≦（３２０Ｋ１）を実現することにより、定着装置のウォームアップ時間を短縮できる。
【０１３４】
つぎに、本実施形態の定着装置１４および比較対象の定着装置について、ウォームアップ時間および消費電力量についての比較結果を図７に示す
図７によれば、本実施形態の定着装置１４のほうが、より短いウォームアップ時間を達成でき、かつ消費電力量も少ないことがわかる。なお、図７における「Ｗ．Ｕ．Ｔ」は、Warm Up Time（ウォームアップ時間）の略であり、「ＷＵＰ時」は、Warm Up時の略である。
【０１３５】
つぎに、本実施形態における加圧ローラ３２の弾性層７２の利点を説明する。この利点を明確にするために、熱貫流率とウォームアップ時間との関係について、比較実験を行なった。この比較実験の結果を図８に示す。なお、この比較実験では、本実施の形態の定着装置と比較例Ａ〜Ｃとを比較した。
【０１３６】
比較例Ａは、加圧ローラの弾性層の組成を変えたり、フィラーの材質、構造、粒子径を変えて、より低熱伝導フィラーとすることにより、本実施形態の弾性層７２よりも熱伝導率が低い弾性層を加圧ローラに備えた定着装置である。比較例Ｂは、シリコーンゴム（フィラー不添加）を改良したものを加圧ローラの弾性層に使用した定着装置である。比較例Ｃは、シリコーンゴム（フィラー不添加）を加圧ローラの弾性層に使用し、定着ローラの芯金の材質としてアルミニウム合金を使用した定着装置である。
【０１３７】
なお、比較例Ｂおけるシリコーンゴム（フィラー不添加）を改良したものは、弾性層の基材ゴムとなるシリコーンゴムについて、充填材（シリカなど）、可塑材、添加材などの組成を変更すると共に、架橋・硬化条件等を変え、分子構造（側鎖の種類や構造など）を少し変更して熱伝導率が下がるように工夫したものである。このように、本実施形態や比較例Ａのように、より低熱貫流率とすることでウォームアップ時間を短縮することができる。
【０１３８】
図８に示す結果から、画像形成装置の要求仕様（プロセス速度：３９５ｍｍ／ｓ、複写速度：７０枚／分）が１２０秒以下のウォームアップ時間であるならば、加圧ローラの熱貫流率は１５０Ｗ／ｍ２・Ｋ以下が望ましいことがわかる。
【０１３９】
ここで、加圧ローラの弾性層の厚み（肉厚）を厚くするほど加圧ローラの熱貫流率を低くすることが可能である。その一方、加圧ローラにおける構造力学上の制約（たわみや応力分布など）や、加圧ローラの熱容量の観点から、弾性層の厚みには上限値が存在する。例えば、加圧ローラの直径が４０ｍｍであれば、弾性層の厚みの上限値は８ｍｍ程度が好ましく、この場合、加圧ローラの熱貫流率の下限値は、１５Ｗ／ｍ２・Ｋとなる。
【０１４０】
しかし、加圧ローラについて、より安定した断熱性能を維持し、かつ構造力学上の制約と寿命（弾性層の表面のシリコーンゴムの圧縮永久ひずみが増加し、ゴム特有の復元力が低下し、硬度低下することで、弾性能力が低下してしまう）とのバランスから、加圧ローラの熱貫流率は２０Ｗ／ｍ２・Ｋ以上１００Ｗ／ｍ２・Ｋ以下が最も望ましい。
【０１４１】
さらに、加圧ローラにおける熱貫流率と弾性層の厚み（肉厚）との関係について、比較実験を行なった結果を図９に示す。なお、図９における比較例Ａ〜Ｃは、図８における比較例Ａ〜Ｃと同一である。
【０１４２】
図８から、加圧ローラの弾性層の厚みを薄くするほど、また、弾性層の熱伝導率が大きいほど、加圧ローラの熱貫流率が大きくなり断熱性能が低下することがわかる。また、加圧ローラの弾性層の厚みを２ｍｍ前後より薄くすると、急激に加圧ローラの熱貫流率が大きくなり断熱性能が低下する。
【０１４３】
これは、熱伝導率が低い材料でも、その材料において断熱性能が十分発揮される最適な厚みがあり、その材料が薄すぎるとすぐに熱流束が通過してしまい、断熱性能の低下をもたらすからである。つまり、加圧ローラにおける弾性層が薄すぎると、熱流束はこの弾性層をすぐに通過してしまい、芯金に熱を奪われてしまうことになり、加圧ローラの断熱性能は著しく低下する。以上は弾性層について説明したが、加圧ローラのその他の層についても同様のことが言える。
【０１４４】
特に、加圧ローラにおける芯金は構造部材であるので、より引張強度が高く、ヤング率の大きい材料を使用する必要がある。ところが、加圧ローラにおける芯金として、高引張強度かつ高ヤング率の材料を使用すると、この芯金の熱容量が増加する。この場合、芯金の外側にある弾性層から伝わる熱流束は、芯金に蓄えられるが、芯金の熱容量が大き過ぎると、芯金に伝わった熱が記録材に対する未定着画像の定着に用いられる前に熱損失として無駄になるという不都合が生じる。したがって、加圧ローラにおける芯金の肉厚は、この不都合を最大限抑制するための最適なサイズにすることが必要である。
【０１４５】
本実施形態の加圧ローラ３２は外径４０ｍｍであり、加圧ローラ３２の弾性層７２の厚みが５ｍｍであることから、芯金７１の厚みを３ｍｍにしているが、この芯金７１の厚みはローラの外径、構造、芯金の材質等によって異なり、上記の値に限定されるものではない。
【０１４６】
なお、本実施形態の画像形成装置４１および定着装置１４の構成において、複写速度：７０枚／分で通紙し、各ローラの寿命試験を行なったところ、３０万枚以上の通紙でも、加圧ローラ３２の硬度変化も少なく、定着ローラ３１と加圧ローラ３２との間のニップ部の大幅な拡大もなく、巻き付きが生じないことが確認された。
【０１４７】
以上のように、本実施の形態の定着装置１４によれば、比較対象の定着装置または比較例ＢやＣの定着装置よりも、ウォームアップ時間を短縮することができ、消費電力量も少なくでき、長寿命化を図ることができる。また、上述した特許文献１に記載されているような従来の定着装置では、ウォームアップ時間短縮と長寿命とを両立させることが困難であったが（トレードオフの関係）、本実施形態の定着装置１４によれば、ウォームアップ時間短縮と長寿命とを両立させることができる。
【０１４８】
なお、本実施形態では、定着ローラ３１の芯金６１の材質として鉄系材料を用いている。しかし、この鉄系材料に限定されるわけではなく、請求項に記載されている熱貫流率に関する数値範囲内であれば、定着ローラ３１の芯金６１を従来のアルミニウム合金で構成しても構わない。
【０１４９】
以上、本実施形態について記述したが、本発明においては、本実施形態で示した寸法、材料、構成、形状等に限定されず、また制御方法や加熱方式、記録材のサイズも限定されるものではない。つまり、本発明は、請求項に記載された熱貫流率に関わる条件に一致するものであれば、様々な構成を適宜組み合わせて、使用することが可能である。
【０１５０】
〔実施の形態２〕
本発明の実施の形態２について、図１０、図１１を用いて説明する。なお、実施の形態２に係る定着装置の基本的な構成は、実施の形態１と共通するため、重複する個所は説明を省略する。
【０１５１】
本実施形態に係る定着装置１２１の定着部材及び加圧部材は、実施の形態１と同じくローラ形状であり、それぞれ導電性の芯金を有している。定着ローラ９７は、例えば、外径４０ｍｍの両端絞り形状の導電性芯金に、中間層６２及び離型層６３を有している。中間層６２及び離型層６３については実施の形態１と同じものを使用している。本実施の形態における定着ローラ９７において、実施の形態１の定着ローラ３１と異なるのは、芯金９８の厚み（肉厚）を０．４ｍｍに設定した点である。つまり、本実施形態に係る定着ローラ９７の芯金９８の厚みは、実施の形態１における定着ローラ３１の芯金６１の厚みよりも薄くなっている。
【０１５２】
加圧ローラ３２および加熱ローラ７７は実施の形態１と同じものを用いる。また、ハロゲンランプによる加熱方式を用いて定着を行ない、図１１に示すように、定着ローラ９７は２本のハロゲンランプ６４ａ・６４ｂを内包している。ハロゲンランプ６４ａは、非駆動源側を通紙基準として所定の小サイズ通紙領域を加熱するものであり、ハロゲンランプ６４ｂは、駆動源側の残りの領域を加熱するためのものである。また、加熱ローラ７７には１本（全幅加熱）のハロゲンランプ７７ｄが内包されている。
【０１５３】
また、図１０に示すように、加圧ローラ３２の表面には加熱ローラ７７が当接している他、記録材９１の搬送方向に対する上流側においてスクレパー１２２が加圧ローラ３２に当接し、記録材９１の搬送方向に対する下流側において電位付与ブラシ（電位付与部材）１２３が加圧ローラ３２に当接している。
【０１５４】
スクレパー（電位付与部材、清掃部材）１２２は、トナー９３と逆極性の電位を加圧ローラ３２に与えることにより、加圧ローラ３２に付着したトナーを剥ぎ取るクリーニング部材である。なお、トナー９３と逆極性の電位は、バイアス装置１０５ｂにより与えられる。
【０１５５】
電位付与ブラシ１２３は、加圧ローラ３２の表面に蓄積される電荷を除去する除電ブラシである。本実施形態では、より除電効果を高めるために、バイアス装置１０５ａを接続してバイアス電位を付与している。但し、電位付与ブラシ１２３を接地することにより、除電効果を高めてもよい。
【０１５６】
バイアス装置１０５ａは、電位付与ブラシ１２３に対して所定のバイアス電位を与えて、電位付与ブラシ１２３による除電効果を高めるためのものである。
【０１５７】
また、加圧ローラ３２のプロセス速度は、例えば３３５ｍｍ／ｓであり、記録材９１の搬送速度は、例えば６２枚／分である。
【０１５８】
また、本実施形態において、ハロゲンランプ６４ａ・６４ｂ・７７ｄの定格電力は、夫々実施の形態１と同じであるが、定着装置１４の軸方向の配熱特性が非駆動側を基準としたものになっている点が実施の形態１と異なる。
【０１５９】
ここで、本実施形態の特徴について詳細に説明する。本実施形態の構成では、上述したように、定着ローラ９７における芯金９８の厚みは、実施の形態１における定着ローラ３１の芯金６１よりも薄く設定されている。これにより、本実施形態における定着ローラ９７の熱貫流率は、実施の形態１における定着ローラ３１の熱貫流率よりも大きくなり、さらに定着ローラの熱応答性を高めている。
【０１６０】
ここで、本実施の形態の定着ローラ９７および加圧ローラ３２の物性について説明する。図１２は、本実施形態の定着ローラ９７および加圧ローラ３２の各物性のパラメータを示したテーブルである。
【０１６１】
図１２に示すように、本実施形態における定着ローラ９７の熱貫流率Ｋ２は、６００９Ｗ／ｍ２・Ｋである。したがって、本実施形態の定着ローラ９７は、実施の形態１の定着ローラ３１に対し１０％以上多くの熱を伝えることができる。さらに、本実施形態においても実施の形態１と同じ加圧ローラ３２を使用している。つまり、本実施形態の加圧ローラ３２の断熱性能は実施の形態１と同じである。これにより、本実施形態における加圧ローラ３２の熱貫流率Ｋ１と定着ローラ９７の熱貫流率Ｋ２との比率は、実施の形態１における加圧ローラ３２の熱貫流率Ｋ１と定着ローラ３１の熱貫流率Ｋ２との比率よりも大きくなり、定着装置のウォームアップ時間をより短縮することができるようになる。
【０１６２】
つぎに、本実施形態における定着ローラ９７の利点を説明する。この利点を明確にするために、定着ローラ表面温度とウォームアップ時間（経過時間）との関係について、比較実験を行なった。この比較実験の結果を図１３に示す。なお、この比較実験では、本実施の形態の定着装置１２１と、実施の形態１の定着装置１４と、実施の形態１で示した比較例Ｃとを比較した（実施の形態１および図８参照）。
【０１６３】
図１３から明らかであるが、本実施形態の定着装置１２１と実施の形態１の定着装置１４とでは、同一の物性を示す加圧ローラを使用しているにも関わらず、本実施形態の定着装置１２１では、実施の形態１における定着装置１４の概ね半分の時間でウォームアップ可能であることがわかる。また、ウォームアップ時の消費電力量や１０００枚の記録材を通紙した時の消費電力量についても、本実施形態のほうが実施の形態１よりも削減することができ、より省エネルギーを達成することができる。
【０１６４】
つぎに、加圧ローラ３２の弾性層７２の厚みとウォームアップ時間との関係について検討する。図１４は、加圧ローラ３２の弾性層７２の厚み（肉厚）を変更した場合におけるウォームアップ時間、ウォームアップ時の消費電力量、通紙時消費電力量を示したものである。なお、比較対象として、実施の形態１で示した比較例Ｂについて、加圧ローラの弾性層の厚みを変更した場合のウォームアップ時間、ウォームアップ時の消費電力量、通紙時消費電力量も示す。
【０１６５】
図１４から明らかであるが、弾性層の厚みを１ｍｍにすると極端にウォームアップ時間が伸びる。また、比較例Ｂは、熱伝導率が低くなるように改良したシリコーンゴムを加圧ローラの弾性層としたものであるが、この比較例Ｂであっても、弾性層の厚みを１ｍｍにすると、厚みが２ｍｍの場合よりもウォームアップ時間が２０秒以上も伸びてしまう。
【０１６６】
さらに、本実施形態の定着装置１２１および実施の形態１の定着装置１４について、加圧ローラの熱貫流率とウォームアップ時間との関係を図１５に示す。
【０１６７】
本実施形態の加圧ローラ３２の熱貫流率とウォームアップ時間との関係について着目すると、熱貫流率が１５０Ｗ／ｍ２・Ｋ以上においてウォームアップ時間が大幅に増加している変曲領域が存在する。したがって、ウォームアップ時間の増加を抑制するためには、加圧ローラ３２の熱貫流率は１５０Ｗ／ｍ２・Ｋ以下であることが好ましい。
【０１６８】
また、構造力学上の制約の範囲内で定着ローラ９７を薄く構成することにより、定着ローラ９７の熱貫流率を向上させることが可能である点は実施の形態１と同様である。ここで、定着ローラ９７の芯金９８は鉄系材料であることから、芯金９８の厚みを０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度に設定することも可能である。また、芯金９８の材質として炭素鋼以外にクロム鋼、マンガン鋼、ニッケル鋼、クロム・モリブデン鋼、ステンレス鋼などの鉄系材料以外のもの、例えばチタンやその合金、あるいは２種以上の金属を貼り合せたクラッド材を用いることにより、芯金６１をより薄く設計できる。
【０１６９】
さらに、定着ローラ９７における熱容量の制約の範囲内で、芯金９８の厚み（肉厚）を大きくすることも可能である。定着ローラ９７の直径が８０ｍｍといった大きなローラの場合、芯金９８がアルミニウム合金であれば厚み１５ｍｍ程度、鉄系材料であれば４ｍｍ程度を上限として構成できる。このように構成した場合、定着ローラ９７における構造力学上の制約を無視することができる。
【０１７０】
したがって、芯金９８として鉄系材料を使用した場合、芯金９８の厚みは０．１ｍｍ〜４ｍｍの範囲で設計することができ、この場合における定着ローラ９７の熱貫流率は、４０００Ｗ／ｍ２・Ｋ以上かつ６４００Ｗ／ｍ２・Ｋ以下となる。ただし、定着ローラ９７の熱貫流率は４３００Ｗ／ｍ２・Ｋ以上かつ６３００Ｗ／ｍ２・Ｋ以下であればより好ましい。
【０１７１】
以上のように、定着ローラ９７における芯金６１、加圧ローラ３２における弾性層７２および芯金７１の厚みは、これらローラの直径に依存すると共に、構造力学上の制約を受ける。但し、実用上および熱貫流率の範囲から、定着ローラ９７において、芯金９８の直径と厚みとの比率は、
（直径／厚み）＝１６以上かつ２２０以下
が好ましい。また、加圧ローラ３２において、弾性層７２の直径と厚みとの比率は、
（直径／厚み）＝３以上かつ２０以下
が好ましい。さらに、加圧ローラ３２において、芯金７１の直径と厚みとの比率は、
（直径／厚み）＝６以上かつ１１以下
が好ましい。
【０１７２】
これは、芯金９８が薄いほど定着ローラ９７の熱応答性が良くなるが、芯金９８が薄すぎれば、構造上定着ローラ９７の形状を維持できなくなり、最悪は定着ローラ９７を破壊してしまうという問題が生じる。ここで、定着ローラ９７において、芯金９８の直径と厚みとの比率が上述した範囲内であれば、上記問題が生じない範囲、すなわち実用上支障のない範囲である。
【０１７３】
また、加圧ローラ３２において、芯金７１の直径と厚みとの比率が上述した範囲内であれば、加圧ローラ３２の構造に支障のないレベルを保ちつつ、加圧ローラ３２の熱容量を抑えることができる。さらに、加圧ローラ３２において、弾性層７２の直径と厚みとの比率が上述した範囲内であれば、加圧ローラ３２の熱貫流率を維持しつつ、加圧ローラ３２の熱容量をより小さくでき、弾性層７２の寿命も長期にわたって維持できる。
【０１７４】
つぎに、本実施形態の加圧ローラ３２の弾性層７２に使用した弾性部材（低熱容量のフィラーを配合したシリコーンゴム）の断熱性を検討した。具体的には、上記弾性部材がグラスウールに対してどの程度の断熱性を持っているかを示す「相当厚さ」を求めることにより検討した。なお、グラスウールは、一般的に使用される断熱材料として知られているものである。
【０１７５】
ここで、「相当厚さ」とは、ある材料について、基準となるグラスウール１００ｍｍに対する該グラスウールと同等の断熱性能に相当する厚さをいう。つまり、「相当厚さ」が薄いほど断熱性能が高いと言え、「相当厚さ」を求めることにより断熱性能の良否を検討することができる。
【０１７６】
「相当厚さ」の算出方法について説明すると以下のようになる。ここで、熱伝導率ｘを示す材料ａの相当厚さＬについて求めるとする。グラスウール１００ｍｍと熱伝導率ｘを示す材料ａ（厚みＬ）のとの間で断熱性能が等しいということは、両者の熱貫流率が等しいことを意味する。ここで、熱貫流率は（材料の厚み／材料の熱伝導率）で表されるため、
（１００／グラスウールの熱伝導率）＝ａ／ｘ  （式１）
が成立する。
【０１７７】
さらに、（式１）を変形すると、
Ｌ（ｍｍ）＝（材料の熱伝導率／グラスウールの熱伝導率）×１００  （式２）
を得ることができる。なお、グラスウールの熱伝導率は、０．０５Ｗ／ｍ・Ｋ（公称値）である。
【０１７８】
ここで、図１６は、本実施形態における加圧ローラ３２の弾性層、および実施の形態１で示した比較例Ａ〜Ｃにおける加圧ローラの弾性層について、相当厚さを求めた結果である。図１６から、弾性層の相当厚さが１００ｍｍ以上かつ５００ｍｍ以下であれば、加圧ローラ３２の熱貫流率を低く維持でき、断熱性能を向上させることができることがわかる。
【０１７９】
換言すれば、加圧ローラ３２の弾性層７２が、グラスウールに比べて５倍の熱伝導率を有するものであれば、断熱性能を維持しつつ、定着ローラ３１の加熱の妨げにならない定着装置１２１を構成することができるということである。
【０１８０】
つまり、従来から存在する材料について、材料固有の熱伝導率や温度伝導度だけを比較するだけでは、加圧部材の弾性層として加工した場合の断熱性能を単純に比較することができない。また、断熱性能の高い材料を単純に選択しただけでは、加圧ローラの弾性層の断熱性能を効率よく高めることはできない。しかし、上述した式２を用いることにより、加圧ローラの弾性層の断熱性能を効率よく高めることができ、ウォームアップ性能に優れた定着装置を構成することができる。
【０１８１】
以上のように、本実施形態によれば、定着装置１２１において、定着ローラ９７および加圧ローラ３２についてのたわみやねじれといった構造力学上の制約を満足し、かつ定着装置１２１のウォームアップ時間の短縮を図ることができる。また、加圧ローラ３２の弾性層７２について、長期にわたって安定した断熱性能と弾性能力を維持できる。つまり、定着装置１４全体でウォームアップ時間短縮と長寿命を両立できるようになる。
【０１８２】
以上、本実施形態について記述したが、本発明の実施は、本実施形態で示した寸法、材料、構成等は、上述した内容に限定されず、中間層としてプライマ層を設けたり、離型層や弾性層を多層構造とすることも可能で、また制御方法や加熱方式、記録材のサイズなどによらず、適宜組み合わせて、請求項に記載の熱貫流率に関わる条件に一致するものであれば、使用することが可能である。
【０１８３】
〔実施の形態３〕
本発明の実施の形態３について、図１８を用いて説明する。なお、実施の形態１と重複する個所については説明を省略する。
【０１８４】
本実施形態の定着装置１１４は、主としてカラー画像形成装置に適用できるもので、定着ベルト１３１を駆動ローラ１３４と従動ローラ１３５とで保持し、これにテンションローラを兼ねる加熱ローラ７７で、定着ベルト１３１を加熱する構成である。
【０１８５】
本実施形態では、定着部材としてベルト形状の定着ベルト１３１を用いている。この定着ベルト１３１は、基材ベルト（芯金）１３２と離型層１３３とプライマ層（中間層）１３６とから構成されている。
【０１８６】
基材ベルト１３２は、周長１２５．７ｍｍ、ベルト厚（厚み）０．５５ｍｍであり、厚み（肉厚）０．５ｍｍのＮｉをベルトにしたものである。また、基材ベルト１３２上にはプライマ層１３６を介して、離型層１３３として導電性を持ったＰＦＡが約３０μｍ塗布されている。
【０１８７】
プライマ層１３６は、離型層１３３と基材ベルト１３２間に位置し、離型層１３３と基材ベルト１３２との接着性を高めるために備えられた中間層である。離型層１３３の体積抵抗率は１０９〜１０１０Ω・ｃｍで、表面抵抗率は１０７〜１０８Ωである。
【０１８８】
また、加圧部材としての加圧ローラ１３８は、導電性の芯金１５０に対して、内側弾性層（弾性層）１４１と外側弾性層（弾性層）１４０とを構成し、最外層としての離型層（表面抵抗層）１５１を被覆したものである。
【０１８９】
内側弾性層１４１は、芯金１５０の周囲に成形されているシリコーンゴムである。外側弾性層１４０は、内側弾性層１４１の周囲に形成されているシリコーンゴムである。なお、外側弾性層１４０のシリコーンゴムは、内側弾性層１４１のシリコーンゴムよりも薄肉で、熱伝導率が若干高い。
【０１９０】
離型層１５１は、絶縁性のＰＦＡチューブ（体積抵抗率１０１５Ω・ｃｍ以上）を外側弾性層１４０の周囲に被膜したものである。
【０１９１】
なお、内側弾性層１４１と外側弾性層１４０との間には、シリコーンゴム同士の接着性を高める為に、中間層としてプライマ層を設けてもよい。また、離型層１５１と外側弾性層１４０との間、内側弾性層１４１と芯金１５０との間にも、各層の接着性を高めるための中間層を設けてもよい。なお、この場合における、加圧ローラ１３８の熱貫流率は、
加圧ローラの熱貫流率＝１／（芯金１５０の熱抵抗＋内側弾性層１４１の熱抵抗＋外側弾性層１４０の熱抵抗＋離型層１５１の熱抵抗＋各中間層の熱抵抗）  （式３）
によって算出される。なお、各中間層を備えない場合や各中間層が極めて薄い場合は、式３において「各中間層の熱抵抗」の項は不要である。
【０１９２】
以上の構成において、定着ベルト１３１の熱貫流率Ｋ２は１２３５２Ｗ／ｍ２・Ｋであり、加圧ローラ１３８の熱貫流率Ｋ１は３７．３Ｗ／ｍ２・Ｋに設定した。なお、Ｋ１とＫ２の比率は、１：１３１である。
【０１９３】
この構成では、断熱性能を高くする必要のある加圧ローラ１３８において、外側弾性層１４０の熱伝導率を内側弾性層１４１の熱伝導率よりも相対的に高くして、外側弾性層１４０の加熱速度を高めている。これにより、極薄い定着ベルト１３１の熱特性を補償できるようにできる。また、外側弾性層１４０よりも相対的に熱伝導率が低い内側弾性層１４１は、加圧ローラ１３８の断熱性能と弾性能力の大部分を担うようになる。したがって、加圧ローラ１３８の表面は暖まりやすいが、ローラ内部においては断熱性能も高くなっている。これにより、加圧ローラ１３８全体として熱貫流率を低くでき、かつ外側弾性層１４０の加熱速度を高めることにより、より速い速度での印字も可能となり、連続定着時などでの定着性低下の原因の１つでもある定着ベルト１３１の熱容量不足を補うことができる。
【０１９４】
また、本実施形態では、加圧ローラ１３８に対して、ローラ表面を加熱する加熱ローラを当接していないが、印字速度がより速くなったり、環境条件が悪くなるような時は、加圧ローラ１３８の外周部のみを加熱する加熱ローラを設けてもよい。これにより、ウォームアップ時間の更なる短縮を図り、定着性能を向上させることができる。
【０１９５】
なお、本実施形態では、基材ベルト１３２の材質としてＮｉを用いたが、ステンレス鋼製ベルト（肉厚０．１や０．２ｍｍなど）、ポリイミドやポリアミドなどの耐熱樹脂ベルト、より弾性に富んだシリコーンゴム製のベルトやフッ素ゴムを用いることができる。特に、樹脂系やゴム系のベルトでは、内部からの加熱以外に、外表面からの加熱にも断熱効果が高く、ベルトの内側への断熱性を高めておくことによりベルト表面のみが加熱され、効果的に記録材９１を加熱することができ、トナー９３を溶融・定着することができる。
【０１９６】
本実施形態の発展形として、転写同時定着方式の転写定着器にも応用できる。すなわち、本実施形態の定着ベルト１３１は、熱貫流率が高く、局部加熱によってピンポイント加熱が可能であり、かつ熱の移動が早い。したがって、本実施形態の定着ベルト１３１を転写定着器に適用すると、その熱貫流率の高さから、定着直前に加熱を行なうと共に、定着終了後に素早い冷却が行なえるため、転写時は定着によって加熱された熱の影響を迅速に除去できる。
【０１９７】
以上、本実施形態について記述したが、本発明は実施形態３に限定されるものではなく、請求項に記載された事項の範囲内で材質、寸法、加熱方式、制御方式などを問わず適用できる。例えば、加熱方式として、局部加熱が可能なセラミックヒータをベルト内面から当接させたり、定着ベルトの外面あるいは内面から誘導加熱方式による加熱手段で加熱することも可能であり、また加圧ローラの多層構造において、本実施形態では、ローラの軸方向全域に渡って各層の厚みを均一に構成しているが、加圧ローラと定着ローラとのニップ部の形状、加熱性能によっては、ローラの中央部と両端部とで外側弾性層や内側弾性層の肉厚を異ならせてもよいことは言うまでもない。
【０１９８】
〔実施の形態４〕
本発明の実施の形態４について、図１９を用いて説明する。なお、実施の形態１と重複する個所については説明を省略する。
【０１９９】
本実施形態に係る定着装置１６４では、図１９に示すように、定着ローラ１６５を加熱する加熱方式として誘導加熱方式を用いている。具体的には、定着ローラ１６５の内部に、加熱手段としての加熱コイル（磁界発生手段）１４７を配置し、定着ローラ１６５を加熱できるように構成している。
【０２００】
定着ローラ１６５の芯金１６６は、加熱効率が良い磁性ステンレス鋼（ＳＵＳ４０３）からなり、厚み（肉厚）０．２ｍｍで構成されている。芯金１６６の表面には、中間層としてのプライマ層１６７が形成されている。さらに、プライマ層１６７の表面には、ＰＦＡチューブ（膜厚５０μｍ）からなる絶縁性の離型層１６８が形成されている。また、定着ローラ１６５は、両端に絞りのない直径３５ｍｍのストレート形状である。
【０２０１】
加熱コイル１４７の材質は、例えば耐熱性を考慮してアルミニウム単線、銅線あるいは銅ベースの複合部材線であってもよく、リッツ線（エナメル線等を撚り線にしたもの）であってもよい。いずれにしても、コイル自身のジュール熱を少なくするために、加熱コイル１４７の全抵抗値を０．５Ω以下にすることが望ましい。なお、本実施形態では、加熱コイル１４７は１個配置されているだけであるが、定着ローラ１６５の周方向あるいは軸方向に並べるように複数個配置して、加熱領域を複数に分割させたり、加熱領域の一部をオーバーラップさせてもよい。
【０２０２】
本実施の形態では、加熱効率が良く、昇温特性の良好な誘導加熱方式を用いているため、定着ローラ１６５の温度検出には検出速度の速いサーモパイルやその他抵抗素子を用いた非接触方式を採用することが好ましい。そこで、本実施形態では、定着ローラ１６５の周囲に、定着ローラ１６５と非接触である第１温度検出装置１４６ａと第２温度検出装置１４６ｂとを有している。この第１温度検出装置１４６ａは、ローラ軸方向に対し、定着ローラ１６５中央部の温度を検出するためのものである。また、第２温度検出装置１４６ｂは、ローラ軸方向に対し、定着ローラ１６５の非駆動側の端部近傍における温度を検出するためのものである。
【０２０３】
また、本実施形態では、実施の形態１と同様、加圧ローラ３２の表面を加熱する加熱ローラ７７を併用している。この加熱ローラ７７は、加圧ローラ３２に当接するように配置されている。これにより、加圧ローラ３２の外周面を加熱補償できる。
【０２０４】
この加熱ローラ７７には、加熱ローラ７７の加熱手段としてのハロゲンランプが内包されている。また、加圧ローラ３２の表面の温度検出手段として、接触式の高速応答型のサーミスタ７９を用いることができる。
【０２０５】
加熱コイル１４７の駆動には、図１９に示すように、インバータから構成される励磁回路１４９を用いている。具体的には、制御回路１４８が、加熱コイル１４７の温度を検出すると共に、検出した温度や記録材９１のサイズや材質などのパラメータに基づいて、動作条件を示す制御信号を出力する。そして、励磁回路１４９は、上記制御信号に基づいて加熱コイル１４７の最適な励磁を行なう。
【０２０６】
加圧ローラ３２は、実施の形態１で用いたものと基本的に同じ構成であるが、外径を３５ｍｍとしている点が異なる。
【０２０７】
ここで、定着ローラ１６５では、芯金１６６の材質としてステンレスを用いているため、芯金として鉄系材料やアルミニウム合金などを用いている場合よりも加熱性能が劣化する。しかしながら、定着ローラ１６５においては誘導加熱方式を採用していることから、加熱手段としてハロゲンランプを用いる場合よりも加熱効率を最大限高めることができるため、芯金１６６の材質としてステンレスを用いることによる加熱性能の劣化を補償できる。これにより、芯金１６６の材質としてステンレスを用いたとしても、定着ローラ１６５において高熱貫流率を維持することが可能になる。具体的に、本実施形態の定着ローラ１６５の熱貫流率Ｋ２は、４８３８Ｗ／ｍ２・Ｋである。
【０２０８】
一方、本実施形態の加圧ローラ３２の熱貫流率Ｋ１は、実施の形態１の加圧ローラ３２と同様、３３．７Ｗ／ｍ２・Ｋである。したがって、本実施形態において、加圧ローラ３２の熱貫流率Ｋ１と定着ローラ３１の熱貫流率Ｋ２との比率は、１：１４３．６になる。この値は、実用的に用いることが可能な範囲内である。
【０２０９】
また、定着ローラ１６５における芯金１６６の直径と厚み（肉厚）との比率は、１７５である。加圧ローラ３２の弾性層７２の直径と厚み（肉厚）との比率は、７である。加圧ローラ３２の芯金７１の直径と厚み（肉厚）との比率は、８．３である。これらの値は、ローラの構造上および加熱・断熱性能上問題ない範囲である。
【０２１０】
また、この定着装置１６４に１２００Ｗの電力を投入すると、加熱効率にもよるが、３０秒以下のウォームアップ時間が得られることがわかっている。
【０２１１】
特に、局部加熱である誘導加熱方式では、待機時（ウォームアップ時）にローラの温度分布の不均一が生じやすく、これによりローラの熱変形が生じることもある。しかし、本実施の形態の構成によれば、定着ローラ１６５の即熱性能を従来よりも向上させていると共に、加圧ローラ３２の断熱性能を従来よりも向上させているため、加熱ローラ７７によって加圧ローラ３２周面を直接加熱することにより、ローラの回転初期にローラの温度不均一を素早く解消して、定着ローラ１６５を加熱させることが可能である。
【０２１２】
以上、本実施形態について記述したが、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、材質、寸法、加熱方式、制御方式などを問わず適用でき、例えば、加熱方式に抵抗発熱方式を用いることもでき、この場合、抵抗発熱層や絶縁層を考慮した熱貫流率も求めることで適用することが可能であることは言うまでもなく、また、加熱ローラ７７を用いない構成としても良い。
【０２１３】
以下、実施形態１〜４で説明した定着装置について説明する。加圧部材の熱貫流率は、加圧部材の表面から抽入された熱流束が、どの程度内部に通過しやすいかの断熱性能を示しており、一方、定着部材の熱貫通率は、定着部材内部から加熱手段によって供給される熱流束を、どの程度定着部材表面に通過しやすいかの加熱性能を示している。熱貫流率は、（材料の厚み／材料の熱伝導率）の熱抵抗の逆数で示される。
【０２１４】
そして、これら定着部材と加圧部材の熱貫流率の関係が、加圧部材の熱貫通率Ｋ１、定着部材の熱貫通率Ｋ２とした時に、Ｋ１＜Ｋ２であれば、加熱性能を維持しつつ、加圧部材の断熱性能で、効果的に定着部材の加熱に供給された熱流束を使うことができ、加熱での無駄が少なく、より効率の良い加熱ができていることになる。
【０２１５】
また、上記のようにＫ１＜Ｋ２であり、その大きさも、十分Ｋ１が小さく、かつＫ２が十分大きいことが望ましく、このような状態であれば、少ない投入電力でも、定着部材が加熱されて、加圧部材の断熱性能が高いので、加圧部材への熱移動が規制されて、より素早く定着部材が加熱される。
【０２１６】
そして、定着装置の断熱・加熱性能は、定着部材と加圧部材の加熱性能と断熱性能の程度でもって比較することができ、加圧部材の熱貫流率Ｋ１と定着部材の熱貫流率Ｋ２との比率が、１：１００〜１：３２０、好ましくは、１：１００〜１：３００であれば、定着部材の加熱によって表面に伝わった熱を、無駄なく定着装置の加熱に回すことができ、この比率が大きいほど、定着部材の加熱性能が高く、加圧部材の断熱性能が高いことを意味する。
【０２１７】
そして、加熱されにくい定着部材でも、Ｋ２を小さくしたりすることで、加熱応答性を高くすることができ、逆に加熱されやすい定着部材でも、Ｋ２が大きければ、加熱応答性が悪く、ウォームアップ時間の短縮に寄与することができないことになる。
【０２１８】
また、断熱性能が求められかつ定着部材との圧接により広いニップ部を形成するには、加圧部材に、断熱性能の優れた弾性層を設けるが、加圧部材の構成として、熱伝導率λ１３、肉厚（芯金の厚み）ｔ１３の芯金があり、その外側に熱伝導率λ１２、肉厚（弾性層の厚み）ｔ１２の弾性層を形成し、更にその外側に、トナーとの融着を防ぎ離型効果の高い、熱伝導率λ１１、膜厚（離型層の厚み）ｔ１１の離型層を設けているとする。そして、この構成の加圧部材における、熱流束の通過程度は、熱貫通率Ｋ１で示され、この熱貫通率Ｋ１は、
Ｋ１＝１／（ｔ１１／λ１１＋ｔ１２／λ１２＋ｔ１３／λ１）（式１１）
で表される。これは、各層の熱の伝わりにくさを表す熱抵抗（ｍ２・Ｋ／Ｗ）の和の逆数で表現される。また、各離型層と弾性層、及び弾性層と芯金との間に、プライマなどの中間層を設ける場合、それぞれの第１中間層、第２中間層の熱伝導率と膜厚（中間層の厚み）を、λ１６とλ１７及びｔ１６とｔ１７とすれば、これら２つの中間層を考慮し、上記式を拡張して、
Ｋ１＝１／（ｔ１１／λ１１＋ｔ１６／λ１６＋ｔ１２／λ１２＋ｔ１３／λ１３＋ｔ１７／λ１７）    （式１２）
で表される。なお、通常、これら中間層は、離型層、弾性層、芯金に比べて、かなり薄いために、（式１１）で代用できることが多い。
【０２１９】
そして、この加圧部材の熱貫通率Ｋ１の値が、小さいほど断熱性能が高く、加圧部材表面から内部へ熱を通過させにくいことを意味し、逆に大きいと容易に加圧部材表面の熱を内部へ通過させ、直接、加熱・定着に寄与する加圧部材表面の熱を内部に貯めてしまう。
【０２２０】
従って、加圧部材の熱貫通率Ｋ１は、１５Ｗ／ｍ２・Ｋ以上かつ１５０Ｗ／ｍ２・Ｋ以下、好ましくは、２０Ｗ／ｍ２・Ｋ以上１００Ｗ／ｍ２・Ｋ以下であれば、断熱性能を維持しつつ、定着部材の加熱性能に影響を与えにくいと言え、定着装置のウォームアップ時間を短縮することができる。また、ウォームアップ時や記録材の通紙時における消費電力量も低減することができ、スポンジなど破泡しやすく、へたりの生じやすい弾性層を用いなくても、断熱性能を確保でき、長期にわたって性能を維持することができるようになる。
【０２２１】
また、加熱性能が求められかつ加圧部材との圧接により広いニップ部を形成するには、加圧部材との圧接力に対抗して、荷重を保持できるだけの強度と、定着部材の内部に設けられた加熱手段からの熱を、いかに効率よく定着部材表面まで伝えることができるかにより、定着装置のウォームアップ時間は大きく影響を受ける。
【０２２２】
そこで、定着部材の構成として、熱伝導率λ１５、肉厚（芯金の厚み）ｔ１５の芯金があり、その外側に、トナーとの融着を防ぎ離型効果の高い、熱伝導率λ１４、膜厚（離型層の厚み）ｔ１４の離型層を設けたとする。そして、この構成の定着部材における、熱流束の通過程度は、熱貫通率Ｋ２で示され、この熱貫通率Ｋ２は、
Ｋ２＝１／（ｔ１４／λ１４＋ｔ１５／λ１５）    （式１３）
で表される。これは、各層の熱の伝わりにくさを表す熱抵抗（ｍ２・Ｋ／Ｗ）の和の逆数で表現される。また、各離型層と芯金との間に、プライマなどの中間層を設ける場合、中間層の熱伝導率と膜厚（中間層の厚み）を、λ１８及びｔ１８とすれば、この中間層を考慮し、上記式を拡張して、
Ｋ２＝１／（ｔ１４／λ１４＋ｔ１８／λ１８＋ｔ１５／λ１５）    （式１４）
で表される。なお、通常、中間層は、離型層、弾性層、芯金に比べて、かなり薄いために、（式１３）で代用できることが多い。
【０２２３】
そして、この定着部材の熱貫通率Ｋ２の値が、大きいほど加熱性能が高く、定着部材内部から定着部材の表面へ熱を通過させ易いことを意味し、逆に小さいと熱を伝えにく、定着部材の加熱は容易ではないことを示しており、ウォームアップ時間を大電力を投入しても容易に加熱することができず、熱が表面に伝わる為に時間が必要で、芯金内部に熱を貯めている時間が長く、なかなか表面まで伝わってこない。
【０２２４】
従って、定着部材の熱貫通率Ｋ２は、４０００Ｗ／ｍ２・Ｋ以上かつ６４００Ｗ／ｍ２・Ｋ以下、好ましくは、４３００Ｗ／ｍ２・Ｋ以上６３００Ｗ／ｍ２・Ｋ以下であれば、加熱性能を高くして、素早く定着部材を加熱することができ、断熱性能の高い加圧部材との相乗効果で、定着装置のウォームアップ時間を短縮することができる。また、ウォームアップ時や記録材の通紙時における消費電力量も低減することができ、更には、加熱の必要のない長時間の待機状態では、通電を停止していても、ユーザの利便性を損なうことなく印字可能な状態にすることができる。
【０２２５】
また、上述したように、定着部材と加圧部材の加熱性能と断熱性能の程度でもって、定着装置の断熱・加熱性能を比較でき、加圧部材の熱貫流率Ｋ１と定着部材の熱貫流率Ｋ２との比率を、１：１００〜１：３２０、好ましくは、１：１００〜１：３００にすることで定着部材の加熱によって表面に伝わった熱を、無駄なく定着装置の加熱に回すことができる。
【０２２６】
このような断熱性の高い加圧部材を、上述した熱貫流率の条件にする為には、低熱容量フィラーを所定の配合、混練、加硫等のプロセスにて、弾性層を形成するが、これに用いる低熱容量フィラーの体積配合率が、所定の範囲にあることが望ましく、この範囲に収めるには、前記低熱容量フィラーの直径が、２００μｍ以下であることが望ましい。
【０２２７】
この低熱容量フィラーの粒子径が、大きすぎると、低熱容量フィラーを混練・分散させる過程において、フィラーの分散が不均一になったり、体積配合率が高めになったりして、ベースとなるシリコーンゴムなどの弾性材料の弾性特性が小さくなり、弾性層の硬度が高いままで、圧縮変形率が小さく、弾性領域の小さなものになってしまう。従って、このような弾性層では、定着部材とのニップ部の形成が不充分で、定着性能が満足できなくなる。そして、経時変化によって、弾性特性がほとんどなくなってしまうこともあるので、熱貫流率を低くして、かつ弾性特性を維持するには、２００μｍ以下の低熱容量フィラーを用いる必要があり、より好ましくは１００μｍ以下で、粒子径が揃っており、粒子径のばらつき、即ち標準偏差も小さいほうが好ましい。
【０２２８】
また、加圧部材の弾性層の直径／肉厚比と、芯金の直径／肉厚比は、加圧部材の変形による影響が、肉厚即ち熱貫流率に影響する範囲を示しており、変形のしやすさと断熱性能のバランスの程度を表しており、この直径／肉厚比が大きすぎて変形しやすく、熱貫流率は大きいので断熱性能が維持できないばかりか、その形状まで維持できないことになる。また小さすぎると、熱貫流率は小さくできて断熱性能は高く、その形状も維持できるが、肉厚が厚いことにより、熱容量が増加してしまい、定着性能が維持できなくなる。また、あまり厚すぎても、ウォームアップ時間の短縮には効果が薄い。
【０２２９】
また、定着部材の芯金について直径／肉厚比は、加熱性能と変形のし難さのバランスを表しており、大きすぎると肉厚が薄くなりすぎたり、直径が大きすぎたりして、熱貫流率は小さいものの、その形状を維持することができなくなってしまう。また、小さすぎると、定着部材そのもの熱容量が増え、熱貫流率が大きくなって、定着部材そのものの加熱性能が劣ってしまう。
【０２３０】
また、一般的な断熱材としてグラスウールがよく用いられるが、加圧部材の弾性層がどの程度の断熱性能を有しているかは、従来のような材料に固有の熱伝導率や温度伝導度だけでは、断熱性能を単純に比較することができな。これは、一定の固有値だけでは、幾何学的なパラメータを含んでいないので、実際に使用する場合には、特定の厚さの弾性層であり、その弾性層がどの程度の断熱性能を持っているかで比較することで、それら構成において容易に比較できる。
【０２３１】
即ち、断熱材の基準として、グラスウール（熱伝導率０．０５Ｗ／ｍ２・Ｋ）を用い、これと同等の断熱性能に相当する弾性層の厚さ（相当厚さ）で比較することで、相当厚さが厚い弾性層ほど断熱性能が低く、薄ければ薄いほど断熱性能が高いことが言える。
【０２３２】
そして、検討の結果、グラスウールと同等である１００ｍｍ以上であり、かつ相当厚さが５００ｍｍ以下であれば、加圧ローラの断熱性能を高くでき、熱容量も大きくならない構成で、定着ローラの加熱性能を損なわずに、ウォームアップ時間を短縮することが可能となる。そして、消費電力量も低減できる。
【０２３３】
以上のように、実施の形態１〜４の定着装置を、画像形成装置対して適用することで、画像形成装置の長期の使用において、定着装置の寿命によって、前記画像形成装置が一時的に使用不能になったり、頻繁なメンテナンスを行なう必要もなく、安定した動作を得ることができ、それらに関わるコストも低減できる。特に、定着部材や加圧部材は、予め想定される寿命よりも短くなると、ランニングコストも高くなり、その交換に関わる費用も比較的高価になり易い。
【０２３４】
また、実施の形態１〜４の定着装置ようにウォームアップ時間を短縮できると、ユーザの使用しない時は、比較的低温あるいは加熱手段への通電を止めて、エネルギー消費を抑えることができ、かつ、ユーザが使用する際には、素早く立ち上がり、ユーザの待ち時間が少なくて済み、使い勝手のよい画像形成装置を構成することができ、利便性を向上させることができる。
【０２３５】
つまり、実施の形態１〜４の定着装置は、高速、高荷重状態においても、断熱性能を維持し、ウォームアップ短縮と、各部材の寿命を長期にわたって確保できる。また、実施の形態１〜４の定着装置は、断熱性能を長期にわたって維持し、ウォームアップから、通紙時、待機時といった一連の画像形成装置の動作状態においても、より省エネルギーを達成でき、より低消費電力で定着させることができる。
【０２３６】
なお、実施の形態１〜４の定着装置は、電子写真方式の定着装置を始め乾燥装置や消去装置あるいは印刷装置に適用できる。この場合、ローラ状あるいはベルト状の定着部材と加圧部材とで、トナー等の未定着画像や印字画像を担持した記録材を狭持搬送して、加熱によって溶融や乾燥を行ない記録材の定着等を行なっている。
【０２３７】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０２３８】
本発明は、複写機やプリンタなどの電子写真方式における画像形成装置、湿式電子写真装置における乾燥装置、インクジェットプリンタにおける乾燥装置、リライタブルメディア用消去装置などに用いられる定着装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０２３９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る定着装置を示す縦断面図である。
【図２】図１に示した定着ローラ、加圧ローラの支持構造を示す正面図である。
【図３】図１に示した定着装置が備えられている画像形成装置の内部構造を示す正面図である。
【図４】図３に示した画像形成装置を含む画像形成システムを示した正面図である。
【図５】図１に示した定着装置における定着ローラの分解斜視図である。
【図６】図１に示した定着装置に含まれる定着ローラおよび加圧ローラの各物性のパラメータを示したテーブルである。
【図７】図１に示した定着装置および従来技術の定着装置について、ウォームアップ時間および消費電力量について比較した結果を示したテーブルである。
【図８】図１に示した定着装置および比較対象の定着装置について、熱貫流率とウォームアップ時間との関係を比較した結果を示すグラフである。
【図９】図１に示した定着装置および比較対象の定着装置について、加圧ローラにおける熱貫流率と弾性層の厚み（肉厚）との関係を比較した結果を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る定着装置を示す縦断面図である。
【図１１】図１０に示した定着ローラ、加圧ローラの支持構造を示す正面図である。
【図１２】図１０に示した定着装置に含まれる定着ローラおよび加圧ローラの各物性のパラメータを示したテーブルである。
【図１３】図１０に示した定着装置と図１に示した定着装置とその他比較対象とについて、定着ローラ表面温度とウォームアップ時間（経過時間）との関係を比較した結果を示したグラフである。
【図１４】図１０に示した定着装置および比較対象の定着装置について、加圧ローラの弾性層の厚み（肉厚）を変更した場合におけるウォームアップ時間、ウォームアップ時の消費電力量、通紙時消費電力量を示したテーブルである。
【図１５】図１０に示した定着装置および図１に示した定着装置について、加圧ローラの熱貫流率とウォームアップ時間との関係を示したグラフである。
【図１６】図１０に示した定着装置および比較対象の定着装置について、加圧ローラの弾性層の相当厚さを示したテーブルである。
【図１７】図１７（ａ）は本発明の実施の形態におけるサーミスタを示す正面図、図１７（ｂ）は同平面図である。
【図１８】本発明の実施の形態３に係る定着装置を示した縦断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態４に係る定着装置を示した縦断面図である。
【符号の説明】
【０２４０】
１４  定着装置
３１  定着ローラ（定着部材）
３２  加圧ローラ（加圧部材）
４１  画像形成装置
５９  耐熱吸熱層
６１  芯金
６２  中間層
６３  離型層
７１  芯金
７２  弾性層
７３  中間層
７４  離型層
７７  加熱ローラ
９１  記録材
９７  定着ローラ（定着部材）
９８  芯金
１１４  定着装置
１２１  定着装置
１３１  定着ベルト（定着部材）
１３２  基材ベルト（芯金）
１３３  離型層
１３６  プライマ層（中間層）
１３８  加圧ローラ（加圧部材）
１４０  外側弾性層（弾性層）
１４１  内側弾性層（弾性層）
１４７  加熱コイル
１５０  芯金
１５１  離型層
１６４  定着装置
１６５  定着ローラ（定着部材）
１６６  芯金
１６７  プライマ層（中間層）
１６８  離型層
【図１】
2005156826.tif 000006
【図２】
2005156826.tif 000007
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005156826.tif 000011
【図７】
2005156826.tif 000012
【図８】
2005156826.tif 000013
【図９】
2005156826.tif 000014
【図１０】
2005156826.tif 000015
【図１１】
2005156826.tif 000016
【図１２】
2005156826.tif 000017
【図１３】
2005156826.tif 000018
【図１４】
2005156826.tif 000019
【図１５】
2005156826.tif 000020
【図１６】
2005156826.tif 000021
【図１７】
2005156826.tif 000022
【図１８】
2005156826.tif 000023
【図１９】
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