(57)【要約】【課題】低熱容量化による像加熱部材の温度低下を防止しつつ、像加熱部材の弾性力の低下を抑える定着装置及びこれを備えた画像形成装置を提供する。【解決手段】トナー像を担持した記録媒体を、加圧部材６０と回転可能な像加熱部材３０とで形成されるニップ部４５にて加熱加圧し、トナー像を記録媒体上に定着させる定着装置１５であって、像加熱部材は、高密度ポリエチレンによる蓄熱材４３を含有した蓄熱型の弾性層４２を備えている。【選択図】図３
2013182253.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー像を担持した記録媒体を、加圧部材と回転可能な像加熱部材とで形成されるニップ部にて加熱加圧し、前記トナー像を前記記録媒体上に定着させる定着装置であって、
前記像加熱部材は、高密度ポリエチレンによる蓄熱材を含有した蓄熱型の弾性層を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１に記載の定着装置であって、
前記蓄熱材は、高密度ポリエチレンによる芯物質を内包し、架橋樹脂粒子によるカプセル壁で形成されたマイクロカプセル状に構成されていることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項２に記載の定着装置であって、
前記弾性層は、主にシリコーンゴムで形成され、前記架橋樹脂粒子は、架橋シリコーンで形成されていることを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の定着装置であって、
前記高密度ポリエチレンには、核剤が添加されていることを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項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、定着装置及びこれを備えた画像形成装置に関し、詳細には、潜熱を利用して蓄熱させる定着装置及びこれを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置には、熱ローラ定着方式の定着装置が多く用いられている。定着装置は、ニップ部を形成する像加熱部材と加圧部材とを備えており、像加熱部材は少なくとも回転可能に構成されている。そして、定着装置では、像加熱部材等を所定の定着温度に加熱した後、トナー像を担持した記録媒体がニップ部に給紙されており、熱と圧力とによってトナー像を記録媒体上に定着させる。
【０００３】
ここで、画像形成装置の消費電力を削減するには、画像形成装置のウオームアップ時間を短縮する必要があり、定着装置には、外部加熱方式や小型の加熱手段の採用などの低熱容量化が要求される。
一方、この定着装置の低熱容量化は像加熱部材の温度低下を招き、定着不良の原因になる。このため、例えば、特許文献１には、弾性層を有した像加熱部材において、この弾性層の外側に蓄熱層を設け、この蓄熱層に無機材料の熱伝導フィラーを充填した技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２８８３８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述のように弾性層を設ければ、像加熱部材がトナー像を包み込むように加熱でき、仮に、モノクロトナーに比べてオフセットし易いカラートナーを使用しても、像加熱部材へのトナーの転移を防止することができる。
しかしながら、低熱容量化に伴う像加熱部材の温度低下を防止するために、特許文献１に記載の蓄熱層のように、例えばアルミニウムや亜鉛の化合物による無機材料を採用すると、像加熱部材の弾性力が低下して硬くなり、弾性層を設けた効果が得られないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述の如き実情に鑑みてなされたもので、低熱容量化による像加熱部材の温度低下を防止しつつ、像加熱部材の弾性力の低下を抑える定着装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、トナー像を担持した記録媒体を、加圧部材と回転可能な像加熱部材とで形成されるニップ部にて加熱加圧し、前記トナー像を前記記録媒体上に定着させる定着装置であって、前記像加熱部材は、高密度ポリエチレンによる蓄熱材を含有した蓄熱型の弾性層を備えることを特徴とする定着装置である。
【０００８】
第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記蓄熱材は、高密度ポリエチレンによる芯物質を内包し、架橋樹脂粒子によるカプセル壁で形成されたマイクロカプセル状に構成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
第３の技術手段は、第２の技術手段において、前記弾性層は、主にシリコーンゴムで形成され、前記架橋樹脂粒子は、架橋シリコーンで形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
第４の技術手段は、第２又は３の技術手段において、前記高密度ポリエチレンには、核剤が添加されていることを特徴とするものである。
【００１１】
第５の技術手段は、第１から４のいずれか１の技術手段の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高密度ポリエチレンは、例えば、軟化温度が１００℃〜１２０℃程度、融点が１３０℃〜１５０℃程度の物性を有し、加熱によって固体から液体に相変化し、周囲から熱を吸収する。このように、潜熱を利用した像加熱部材は、無機材料の採用による顕熱を利用した像加熱部材に比して、弾性力の低下を抑制することができる。
また、高密度ポリエチレンは、加熱を止めれば液体から固体に相変化して、周囲に熱を放出する。しかし、相転移状態において温度低下が抑制され、一定温度を保つ。よって、この高密度ポリエチレンによる蓄熱材を含有した蓄熱型の弾性層では、高温域で保たれて温度リップルを抑制できるので、低熱容量化による像加熱部材の温度低下を防止し、記録媒体の剥離不良や画質低下を回避できる。これらの結果、弾性力の確保と蓄熱の達成との両立を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明による画像形成装置の構造説明図である。
【図２】本発明の第１実施例による定着装置の構造説明図である。
【図３】本発明による基層、蓄熱型の弾性層、離型層の説明図である。
【図４】本発明による潜熱の説明図である。
【図５】本発明による蓄熱型の弾性層の実験結果を示す図である。
【図６】本発明の第２実施例による定着装置の構造説明図である。
【図７】本発明の第３実施例による定着装置の構造説明図である。
【図８】本発明の第４実施例による定着装置の構造説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明の定着装置及び画像形成装置について説明する。図１は、本発明による画像形成装置の構造説明図である。画像形成装置１は、例えばネットワークを経由して受信した画像データ等に基づいて、多色又は単色の画像を記録媒体の一例である記録紙に出力する装置である。
画像形成装置１は、例えば箱型の筐体２を有し、ブラック（Ｋ）、及び減法混色の３原色であるシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）による計４色の各色相に対応した画像形成部Ｐａ〜Ｐｄを備えている。
【００１５】
また、筐体２内には露光部１０が配置される。露光部１０は、図示しない半導体レーザ、ポリゴンミラー１０ａ、複数の反射ミラー１０ｂ等を有しており、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、及びイエロー（Ｙ）の画像濃度データに応じて変調させたレーザビームを、その上方に位置する画像形成部Ｐａ〜Ｐｄに向けて照射する。
画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、露光部１０と中間転写ベルト１１との間に配置され、中間転写ベルト１１の移動方向（副走査方向）に沿って一列に並んでいる。
【００１６】
画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄ、現像部１０２ａ〜１０２ｄ、帯電ローラ１０３ａ〜１０３ｄ、ドラムクリーニング部１０４ａ〜１０４ｄ等を有している。各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは同様の構成であり、二次転写位置の近傍に配置されたブラック（Ｋ）の画像形成部Ｐａを例に挙げて説明すると、その感光体ドラム１０１ａは、図１でみて反時計回りに回転駆動可能に構成されている。
【００１７】
感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄの周辺構造についても、ブラック（Ｋ）の画像形成部Ｐａを例に挙げて説明すると、まず、帯電ローラ１０３ａは、感光体ドラム１０１ａの表面を所定の電位に均一に帯電させる接触方式の帯電器である。帯電ローラ１０３ａは、感光体ドラム１０１ａの回転方向でみて露光位置の上流側に配置され、ブラック（Ｋ）の画像データに対応した静電潜像を形成する。なお、帯電ローラに替えて、帯電ブラシを用いた接触方式の帯電器、又は、帯電ワイヤを用いた非接触方式の帯電器であってもよい。
【００１８】
また、現像部１０２ａは、感光体ドラム１０１ａの回転方向でみて露光位置の下流側に配置されている。現像部１０２ａは、静電潜像を形成した感光体ドラム１０１ａの表面に、ブラック（Ｋ）用のトナーを供給し、静電潜像をブラック（Ｋ）のトナー像に現像する。なお、トナー像は、例えば、非磁性一成分現像剤、非磁性二成分現像剤（非磁性トナー及びキャリア）、磁性現像剤などの現像剤によって形成される。
【００１９】
ここで、中間転写ベルト１１は、二次転写位置の駆動ローラ１１ａと、その反対側の従動ローラ１１ｂとの間に張架されてループ状の移動経路を形成し、図１でみて時計回りに回転する。このため、従動ローラ１１ｂを経た中間転写ベルト１１の外周面は、感光体ドラム１０１ｄ、感光体ドラム１０１ｃ、感光体ドラム１０１ｂ、感光体ドラム１０１ａの順に対向する。
【００２０】
一次転写ローラ１３ａ〜１３ｄは、中間転写ベルト１１を挟んで各感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄに対向した一次転写位置にそれぞれ配置されている。一次転写ローラ１３ａ〜１３ｄには、感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄの表面に形成されたトナー像を中間転写ベルト１１の外周面に転写するために、トナーの帯電極性とは逆極性の一次転写バイアスが定電圧制御によって印加される。
【００２１】
これにより、仮に、各色相のトナー像が感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄにそれぞれ形成されていた場合には、各トナー像が中間転写ベルト１１の外周面に順次重ねて一次転写され、フルカラーのトナー像が形成される。なお、画像形成装置１はモノクロ画像のみも出力可能であり、この場合には、ブラック（Ｋ）の感光体ドラム１０１ａのみに静電潜像やトナー像が形成されるとともに、一次転写ローラ１３ａだけを感光体ドラム１０１ａに向けて圧接させるので、中間転写ベルト１１の外周面にもブラック（Ｋ）のトナー像のみが一次転写される。
【００２２】
次に、二次転写ローラ１４は、中間転写ベルト１１を挟んで駆動ローラ１１ａに対向した二次転写位置に配置されており、二次転写時には、二次転写ローラ１４と駆動ローラ１１ａとが所定のニップ圧で圧接される。また、記録紙が二次転写ローラ１４と駆動ローラ１１ａとの間を通過する際には、トナーの帯電極性とは逆極性の高電圧が二次転写ローラ１４に印加されている。このため、中間転写ベルト１１の外周面のトナー像は記録紙に二次転写される。
【００２３】
なお、一次転写後の感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄの表面に残留したトナーは、感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄの回転方向でみて一次転写位置の下流側に配置されたドラムクリーニング部１０４ａ〜１０４ｄで除去・回収される。また、二次転写後の中間転写ベルト１１の外周面に残留したトナーは、従動ローラ１１ｂに対向して配置されたベルトクリーニング部１２で除去・回収される。
【００２４】
画像形成装置１には、用紙搬送路Ｐ１〜Ｐ３が設置されている。用紙搬送路Ｐ１は、露光部１０の下方に位置した給紙カセット１６から、二次転写ローラ１４や定着装置１５を経由し、筐体２の上面に形成された排紙トレイ２０に至る略垂直方向に延びた経路である。
用紙搬送路Ｐ１には、給紙カセット１６の記録紙を一枚ずつ送出するピックアップローラ１６ａ、送出した記録紙を上方に向けて搬送する搬送ローラ１６ｂ、搬送された記録紙を、中間転写ベルト１１の回転に同期する所定タイミングで二次転写位置に送り出すレジストローラ１８、記録紙を排紙トレイ２０に排出する排紙ローラ１９ａが設置される。
【００２５】
用紙搬送路Ｐ２は、給紙カセット１６の近傍に位置した手差しトレイ１７からレジストローラ１８に至る略水平方向に延びた経路であり、手差しトレイ１７の記録紙を一枚ずつ送出するピックアップローラ１７ａや、送出した記録紙を上方に向けて搬送する搬送ローラ１７ｂが設置されている。
レジストローラ１８によって送り出された記録紙は、二次転写位置でトナー像が二次転写された後、後述する本発明の定着装置１５に導かれて加熱加圧される。この結果、トナー像を記録紙に堅牢に定着できる。このトナー像を定着させた記録紙は、排紙ローラ１９ａによって排紙トレイ２０に排出される。
【００２６】
一方、用紙搬送路Ｐ３は、排紙ローラ１９ａから定着装置１５を経ずにレジストローラ１８の上流側に至る略垂直方向に延びた経路であり、排紙ローラ１９ａからの記録紙をレジストローラ１８に送出する搬送ローラ１９ｂが設置されている。
排紙ローラ１９ａは、正逆両方向に回転可能に構成されており、記録紙を排紙トレイ２０に排出する際には正方向に回転するのに対し、記録紙の表面の他、記録紙の裏面にも画像を出力する場合には逆方向に回転し、その表面に画像を有した記録紙を用紙搬送路Ｐ３内に導くことができる。これにより、二次転写位置では記録紙の裏面にもトナー像を二次転写でき、その後、定着装置１５を経た記録紙は、正方向に回転した排紙ローラ１９ａによって排紙トレイ２０に排出される。
【００２７】
図２は、本発明の第１実施例による定着装置の構造説明図である。図２に示した定着装置１５は定着ベルト方式の定着器であり、例えば、ハロゲンヒータ５２を内蔵した加熱ローラ５０、定着ローラ３０や加圧ローラ６０を備えている。この加熱ローラ５０は定着ローラ３０の外部に設置され、加熱ローラ５０と定着ローラ３０との間には、無端状の定着ベルト４０が掛け回されている。定着ローラ３０及び定着ベルト４０が本発明の像加熱部材に相当し、加圧ローラ６０が本発明の加圧部材に相当する。
【００２８】
定着ローラ３０と加圧ローラ６０とは、例えば、面圧が２.５ｋｇｆ／ｃｍ２（１ｋｇｆ／ｃｍ２＝９.８×１０４Ｐａ）以下の状態で圧接し、定着ローラ３０側に凸形状をなすニップ部４５を形成する。そして、定着装置１５は、トナー像を担持した記録紙をニップ部４５にて加熱加圧し、未定着のトナー像を記録紙上に定着させる。
定着ローラ３０は、加圧ローラ６０の回転に伴って従動可能に構成されており、記録紙の搬送方向に対して略直交する方向に延びた軸を中心にして、図２でみて時計回りのＹ１方向に回転する。
【００２９】
加熱ローラ５０は、定着ローラ３０と同様に、回転可能に構成され、図２でみて時計回りのＹ１方向に回転する。
定着ベルト４０は、定着ローラ３０の外部から加熱されているが、加圧ローラ６０の回転に伴って従動し、定着ローラ３０とともに、図２でみて時計回りのＹ１方向に回転する。また、定着ベルト４０の具体的構成については、図３を用いて後述する。
【００３０】
定着ベルト４０の表面温度は、定着ベルト４０の外部に設置された温度センサ５７で検出される。温度センサ５７は、例えば、赤外線検知型で構成され、非接触状態で定着ベルト４０の表面温度を検出できる。なお、定着ベルト４０の外部には、定着ベルト４０の過昇温を防止するためのサーモスタット５８も設置されている。これらの検出結果は、筐体２に設置された制御部８０に出力される。
【００３１】
制御部８０は、温度センサ５７で検出された定着ベルト４０の表面温度、例えば、約１７０℃程度の定着温度に基づいて、ハロゲンヒータ５２に対する通電を制御している。なお、この制御部８０は、同じく筐体２に設置されたローラ駆動機構８１に駆動信号を出力する。
一方、加圧ローラ６０は、このローラ駆動機構８１によって駆動し、記録紙の搬送方向に対して略直交する方向に延びた軸を中心にして、図２でみて反時計回りのＹ２方向に回転可能に構成されている。
【００３２】
加圧ローラ６０は、その内側から芯金、弾性層、離型層の順に構成され、芯金には、例えば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属、或いはそれらの合金等が用いられる。弾性層には、例えば、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱性を有するゴム材料が用いられ、また、離型層には、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）や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（ＰＦＡ）等のフッ素樹脂が用いられている。なお、加圧ローラ６０の回転方向でみてニップ部４５の下流側には、剥離爪６８が設置されており、加圧ローラ６０に貼り付いた記録紙を機械的に剥ぎ取ることができる。
【００３３】
また、加圧ローラ６０は、ハロゲンヒータ６２を内蔵しており、加圧ローラ６０の表面温度は、その外部に設置された例えば、赤外線検知型の温度センサ６７で検出される。この温度センサ６７による加圧ローラ６０の表面温度の検出結果も制御部８０に出力され、ハロゲンヒータ６２に対する通電が制御される。
【００３４】
図３は、本発明による基層、蓄熱型の弾性層、離型層の構造説明図である。
図３（Ａ）に示すように、図２で説明した定着ベルト４０は、その内側から基層４１、蓄熱型の弾性層４２、離型層４４の順に積層されている。
ここで、弾性層４２は、均一な画像を得るため、また、カラートナーを用いた画像形成装置１では、トナーを包み込むように加熱して定着ベルト４０へのオフセットを防止する役割を担っているが、本発明では、さらに蓄熱機能も備えている。
【００３５】
図３（Ａ）に示すように、弾性層４２には、例えば、シリコーンゴムが用いられ、約１５０μｍ（１μｍ＝１×１０−６ｍ）程度の厚さで形成されている。そして、弾性層４２には、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ：Ｈｉｇｈ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）による蓄熱材４３が含有されている。
高密度ポリエチレンは、軟化温度が１００℃〜１２０℃程度、融点が１３０℃〜１５０℃程度の物性を有し、約１７０℃程度の定着温度の加熱によって固体から液体への相変化に伴い蓄熱できる。
【００３６】
図４は、本発明による潜熱の説明図である。蓄熱するには、顕熱を利用する手法と、潜熱を利用する手法とがある。図４において、熱量の増減に対して温度も増減している範囲は、顕熱による変化であり、顕熱は、固体のままの温度変化や液体のままの温度変化のように、温度を変えるために必要な熱である。
これに対し、図４において、熱量の増減に対して温度一定の範囲は、潜熱による変化である。潜熱は、状態を変えるために必要な熱であり、固体と液体とが混合している。そして、固体が溶融して液体に移行する際に、周囲から熱を吸収し、一方、液体が凝固して固体に移行する際に、周囲に熱を放出している。
【００３７】
ここで、無機材料による熱を利用すると、従来技術のように弾性力が低下する。この場合に、トナーの材料変更も考えられるが、環境への影響を除くための煩雑な手法が別途必要になる。そこで、環境への負荷を考慮して有機材料による潜熱を利用することに着目する。しかし、有機材料には安定性に欠けるものがあり、種々の材料を検討した結果、本発明では、高密度ポリエチレンを選択している。
【００３８】
このように、高密度ポリエチレンによる潜熱を利用した蓄熱型の弾性層４２によれば、加熱によって固体から液体に相変化するので、無機材料の採用による熱を利用した構成に比して、弾性力の低下を抑制することができる。
さらに、高密度ポリエチレンは、アルミニウムや亜鉛の化合物のような無機材料に比して低比重であり、軽量な定着ベルト４０が得られる。また、パラフィンワックスやエリスリトールのような有機材料よりも熱分解し難いので、長期に亘って安定して利用可能である。なお、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）に比べて融解熱（例えば１７０Ｊ／ｇ程度）が大きく、１７０℃程度の定着温度にて好適である。
【００３９】
図３に戻り、本実施例の蓄熱材４３はマイクロカプセル状に構成されている。蓄熱材４３は、高密度ポリエチレンによる芯物質４３ａを、架橋樹脂粒子によるカプセル壁４３ｂで内包した態様で構成されており、シリコーンゴムの弾性層４２内に分散されている。なお、弾性層４２を主にシリコーンゴムで形成した場合には、架橋樹脂粒子とは、架橋シリコーン製の粒子が好ましい。
【００４０】
このように、高密度ポリエチレンをカプセル化すれば、液化した高密度ポリエチレンが弾性層４２から外部に漏れないので、固体と液体との相変化を安全に実施できる。また、表層の離型層４４が弾性層４２から剥離することを抑制でき、長期に亘り安定した記録紙の剥離が可能となり、高品質の画像を提供できる。
また、カプセル壁を架橋シリコーン製の粒子で形成すれば、シリコーンゴムを主材料とする弾性層４２との親和性が良く、カプセルを弾性層４２に均一に分散できる。さらに、加熱しても溶融せずに長期に亘って分解しないため、均一な分散状態が保持される。
【００４１】
そのカプセルの径としては、０.１μｍ〜１０μｍが好ましい。０.１μｍよりも小さいと、カプセルの製造や弾性層４２への均一な分散が難しくなり、弾性層４２の均一な温度分布が得られない。一方、１０μｍを超えると、弾性層４２の温度分布が大きくなって、やはり弾性層４２の均一な温度分布が得られず、画質低下を招くからである。
弾性層４２に含まれるカプセルの配合量は、例えば、シリコーンゴム１００重量部に対して５重量部〜５０重量部が好ましい。５重量部よりも少ないと、後述する温度リップルを抑えられず、蓄熱を有効に利用できなくなる場合がある。一方、５０重量部よりも多いと、潜熱量が大きくなって、定着ベルト４０の昇温速度が遅くなる場合があるためである。
【００４２】
なお、図３（Ｂ）に示すように、カプセルには、芯物質４３ａの他、核剤４３ｃを内包していてもよい。
高密度ポリエチレンには核剤４３ｃが添加されており、核剤の微小な結晶が高密度ポリエチレン中に分散され、高密度ポリエチレンが固体と液体との相変化を速やかに、かつ安全に実施させる。この核剤４３ｃには、例えば、シリカ、アルミナ、フェライト等に代表される無機系化合物、或いは、芯物質に対して非相溶性を示す有機系化合物が挙げられる。前者の無機系化合物による核剤は、核剤の径が小さくて均一であり、高密度ポリエチレンとの相溶性が良好であり、好適である。
【００４３】
このように、高密度ポリエチレンとの相溶性を考慮すると、核剤４３ｃは粒子状が好ましく、その平均粒子径は１０ｎｍ〜５μｍが好適であり、より好ましくは５０ｎｍ〜１μｍである。なお、カプセル壁４３ｂには、１種類の核剤、又は２種類以上を混合した核剤を内包してもよい。
カプセルに含まれる核剤４３ｃの配合量は、例えば、高密度ポリエチレン１００重量部に対して０.３重量部〜１.５重量部が好ましい。０.３重量部よりも少ないと、核剤を含ませた効果が現れ難く、高密度ポリエチレンの溶融や凝固が速やかに実施されない場合がある。一方、１.５重量部よりも多いと、核剤の影響が大きくなり、高密度ポリエチレンの溶融や凝固が安定しない場合があるからである。
【００４４】
上記した蓄熱型の弾性層４２は、定着ベルト４０の強度を確保するための基層４１と、トナーとの離型性を確保して記録紙を剥離させるための離型層４４とによって挟持されている。
そして、高密度ポリエチレンによる蓄熱材４３の効果を引き出すために、基層４１には、例えば、高熱伝導性であることが好ましく、約７０μｍ程度の厚さで形成されたポリイミドが用いられ、このポリイミドをベースとした場合には、高熱伝導性材料（例えば、カーボンナノチューブ）を含ませることが好ましい。
【００４５】
高密度ポリエチレンによる潜熱を利用した弾性層４２では、定着ベルト４０の昇温速度が遅くなる傾向にある。そこで、基層４１に、高熱伝導性を有する材料を選択すれば、弾性層４２の温度上昇速度を大きくでき、ウオームアップ時間を早めることができる。さらに、ポリイミドを基層４１に用いた場合、その基層４１の厚みは５０μｍ〜１００μｍが好ましい。５０μｍよりも薄いと、被覆層４０の寿命が短くなる一方、１００μｍよりも厚いと、被覆層４０が硬くなって、記録紙の剥離不良や画質低下を招くためである。
【００４６】
なお、基層４１は、ポリイミドに替えてステンレス鋼、銅、又は、ニッケルのうち少なくとも１つを選択してもよい。ステンレス鋼、銅やニッケルをベースとした場合には、カーボンナノチューブは含まなくてよい。この場合の基層４１の厚みは２０μｍ〜５０μｍが好ましい。２０μｍよりも薄いと、定着ベルト４０の寿命が短くなり、５０μｍよりも厚いと、定着ベルト４０が硬くなるからである。なお、ステンレス鋼、銅又はニッケルとポリイミドと積層してもよい。
【００４７】
続いて、離型層４４には、例えば、約３０μｍ程度の厚さで形成されたＰＦＡのフッ素樹脂が用いられている。なお、ＰＦＡに替えてＰＴＦＥのフッ素樹脂を選択してもよい。トナーとの離型性をフッ素樹脂にて確保すれば、蓄熱型の弾性層４２の変形を抑制できる。また、弾性層４２にマイクロカプセル構造を形成した場合には、その分散状態のまま維持できることになる。この結果、固体と液体との相変化を長期に亘って実施できる。
【００４８】
また、上記のように、定着ローラ３０と加圧ローラ６０とが軽圧状態で圧接されたニップ部４５は、図２のような記録紙の搬送方向でみたニップ幅が７ｍｍ以上のワイドニップに設定されている。これにより、画像形成装置１の高速化に対応でき、生産性を高めることができる。また、軽圧にも設定すれば、弾性層４２にマイクロカプセル構造を形成した場合にも、そのマイクロカプセル構造の寿命を長くできる。
【００４９】
図５は、本発明による蓄熱型の弾性層の実験結果を示す図である。
この実験は、蓄熱型の弾性層４２、つまり、上記マイクロカプセル構造の蓄熱材４３を分散したシリコーンゴム製の弾性層や、高熱伝導性材料を含んだポリイミド製の基層４１で構成された本実施例に対し、比較例は、蓄熱材を含有させないシリコーンゴム製の弾性層や、上記の高熱伝導性材料を含んでいないポリイミド製の基層で構成されている。
【００５０】
そして、温度センサが定着ベルトの表面温度を検出し、まず、定着温度にほぼ相当するウオームアップ完了温度に到達したら通電を遮断する。ここで、表面温度は、通電を遮断しても、この定着温度よりもやや高い温度まで上昇した後、定着温度に向けて下降する。このため、温度センサの検出温度が定着温度を横切った場合、通電を復帰する。
続いて、通電の復帰によって再び定着温度まで上昇し、温度センサの検出温度が定着温度を横切った場合、通電を遮断する。以降、通電復帰と通電遮断とを繰り返し、温度の変動幅や通電期間などを計測している。
【００５１】
図中に破線で示す比較例、及び実線で示す本実施例のいずれも、定着ベルトの表面温度は、ウオームアップ完了温度まで立ち上がった後、定着温度を跨いだ下降と上昇とを繰り返している。
ここで、本実施例によるウオームアップ完了温度までの時間は、比較例に比べてやや長くなり、昇温速度が遅くなっている。
しかしながら、最初の通電復帰（比較例を□、本実施例を○で示す）に伴う第１回目の谷部分から、その直後の通電遮断（比較例を■、本実施例を●で示す）に伴う第２回目の山部分までに着目すると、本実施例の弾性層４２は、第１回目の谷部分に向かう際に放熱する一方、第２回目の山部分に向かう際に蓄熱している。
【００５２】
このため、本実施例による温度の変動幅は、加熱速度及び放熱速度のいずれも速い比較例による温度の変動幅の約０.６倍で済み、高温域で保持され、かつ、温度リップルを抑制できることが分かる。よって、本実施例によれば、加熱のムラが生じ難くなり、低熱容量化による定着ローラの温度低下を防止し、記録紙の剥離不良や画質低下を回避できる。
また、同じく第１回目の谷部分から第２回目の山部分に到達するまでの時間は、本実施例は、比較例よりも約１.５倍に長くなり、通電回数を減らせることが分かる。このように、本発明は、弾性力の確保と蓄熱の達成との両立を図ることができる。
【００５３】
さらに、定着ベルトの基層が高熱伝導性材料（例えば、カーボンナノチューブ）を含むポリイミドなど、弾性率の高い傾向の材料で構成すると、定着ベルトの蛇行によるベルトエッジの損傷を回避でき、長寿命の定着ベルトを提供できる。
ところで、図６は、本発明の第２実施例による定着装置の構造説明図であり、図７は、本発明の第３実施例による定着装置の構造説明図である。これら各実施例が上記第１実施例と同一の機能を奏する構成については同じ符号を付してその詳細な説明を省略すると、まず、図６（Ａ）に示した定着装置１５は２ローラ方式の定着器であり、例えば、ハロゲンランプ３２を内蔵した定着ローラ３０や、加圧ローラ６０を備えている。定着ローラ３０が本発明の像加熱部材に相当し、加圧ローラ６０が本発明の加圧部材に相当する。
【００５４】
定着ローラ３０は、ハロゲンランプ３２を収容した芯金３１と、芯金３１の外側に形成された被覆部４０とを有している。芯金３１には、例えば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属、或いはそれらの合金等が用いられる。なお、被覆部４０の具体的構成は、図３に示した第１実施例と同様に、その内側から基層４１、蓄熱型の弾性層４２、離型層４４の順に積層されている（図６（Ｂ））。
【００５５】
芯金３１では、ハロゲンランプ３２が放射した赤外線を吸収しており、被覆部４０は、定着ローラ３０の内部から加熱されている。この２ローラ方式によれば、定着装置の小型化と少ない部品点数で装置を構成でき、また、小型のハロゲンランプまたは／及び薄肉基材の定着ローラを採用すれば、前述したベルト定着方式及び後述する外部加熱方式と同様に、定着装置の低熱容量化を達成可能になる。
【００５６】
被覆部４０の表面温度は、定着ローラ３０の外部に設置された例えば、赤外線検知型の温度センサ５７で検出される。制御部８０は、温度センサ５７で検出された被覆部４０の表面温度に基づいて、ハロゲンランプ３２に対する通電を制御している。
続いて、図７に示した定着装置１５は外部加熱方式の定着器であり、定着ローラ３０は、その内側から金属製の円筒基材３１、弾性を有する断熱層３１ａ、被覆部４０の順に構成されている。なお、この被覆部４０の具体的構成についても上記第２実施例と同様であり、その内側から基層、蓄熱型の弾性層、離型層の順に積層される。
【００５７】
また、被覆部４０の外側には、ハロゲンランプ等を内蔵した２個の加熱ローラ５０が設けられており、加熱ローラ５０間には、被覆部４０に接触する加熱ベルト５１が掛け回されている。これにより、被覆部４０は定着ローラ３０の外部から加熱される。
また、図８は外部加熱方式の別の実施例における定着装置の概略構成を示す模式的断面図である。定着ローラ３０を外部から加熱するよう外部加熱ベルト５１が配置され、その外部加熱ベルト５１の内部にはセラミックヒータなどの面状ヒータ５３が設けられている。定着ローラ３０は図７で示した構成と同様である。
そして、２ローラ方式や外部加熱方式の被覆部４０もまた、上記第１実施例と同様の蓄熱型の弾性層を有しているため、上述した実験にて被覆部４０の表面温度を検出すれば、高温域で保持され、また、温度リップルを抑制でき、しかも、通電回数も減らすことができる。よって、この場合にも弾性力の確保と蓄熱の達成との両立を達成できる。
【００５８】
なお、上記各実施例において、加圧ローラ６０は回転可能に構成されているが、本発明の加圧部材は、回転しないパッドであってもよい。
また、本発明の像加熱部材は、第１実施例に記載の定着ベルト方式、第２実施例に記載の２ローラ方式、第３実施例に記載の外部加熱方式のいずれにも適用でき、この定着ベルト方式では、回転する加熱ローラに替えて、回転しない面状発熱体を用いて定着ベルトを加熱してもよい。
【００５９】
さらに、本発明の画像形成装置は、プリンタの他、複写機などにも当然に適用可能である。
そして、これらいずれの場合にも上記と同様に、低熱容量化による像加熱部材の温度低下を防止しつつ、像加熱部材の弾性力の低下を抑制できる。
【符号の説明】
【００６０】
１…画像形成装置、２…筐体、１０…露光部、１０ａ…ポリゴンミラー、１０ｂ…反射ミラー、１１…中間転写ベルト、１１ａ…駆動ローラ、１１ｂ…従動ローラ、１２…ベルトクリーニング部、１３ａ〜１３ｄ…一次転写ローラ、１４…二次転写ローラ、１５…定着装置、１６…給紙カセット、１６ａ…ピックアップローラ、１６ｂ…搬送ローラ、１７…手差しトレイ、１７ａ…ピックアップローラ、１７ｂ…搬送ローラ、１８…レジストローラ、１９ａ…排紙ローラ、１９ｂ…搬送ローラ、２０…排紙トレイ、３０…定着ローラ、３１…芯金，円筒基材、３１ａ…断熱層、３２…ハロゲンランプ、４０…被覆部，定着ベルト、４１…基層、４２…弾性層、４３…蓄熱材、４３ａ…芯物質、４３ｂ…カプセル壁、４３ｃ…核剤、４４…離型層、４５…ニップ部、５０…加熱ローラ、５１…加熱ベルト、５２…ハロゲンヒータ、５３…面状ヒータ、５７…温度センサ、５８…サーモスタット、６０…加圧ローラ、６２…ハロゲンヒータ、６７…温度センサ、６８…剥離爪、８０…制御部、８１…ローラ駆動機構、１０１ａ〜１０１ｄ…感光体ドラム、１０２ａ〜１０２ｄ…現像部、１０３ａ〜１０３ｄ…帯電ローラ、１０４ａ〜１０４ｄ…ドラムクリーニング部。
【図１】
2013182253.tif 000003
【図２】
2013182253.tif 000004
【図３】
2013182253.tif 000005
【図４】
2013182253.tif 000006
【図５】
2013182253.tif 000007
【図６】
2013182253.tif 000008
【図７】
2013182253.tif 000009
【図８】
2013182253.tif 000010