(57)【要約】【課題】トナー画像の定着性と記録媒体の分離性の両方に優れる定着ベルトを提供する。【解決手段】耐熱樹脂製の基層、弾性材料製の弾性層、および、離型層をこの順で重ねてなり、加熱ローラを含む二以上のローラに軸支される無端状の定着ベルトを構成する。ただし、弾性材料の２０Ｈｚでの損失正接ｔａｎδは、０．１以下である。当該定着ベルトを二軸ベルト式の定着装置に採用することにより、高速の画像形成においても、良好な定着性が実現されるとともに、記録媒体に対する良好な分離性が実現される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐熱性樹脂製の基層、弾性材料製の弾性層、および、離型層をこの順で重ねてなり、加熱ローラを含む二以上のローラに軸支される無端状の定着ベルトであって、
前記弾性材料の２０Ｈｚでの貯蔵弾性率に対する損失弾性率の比である損失正接ｔａｎδは、０．１以下である、定着ベルト。
【請求項２】
前記ｔａｎδは、０．０１より大きい、請求項１に記載の定着ベルト。
【請求項３】
前記耐熱性樹脂はポリイミドであり、前記弾性材料はシリコーンゴムであり、前記離型層の材料はペルフルオロアルコキシフッ素樹脂である、請求項１または２に記載の定着ベルト。
【請求項４】
無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトを加熱するための加熱ローラを含む、前記定着ベルトを軸支する二以上のローラと、前記定着ベルトを介して前記ローラのうちの一つに対して相対的に付勢されるように配置される加圧ローラとを有する定着装置であって、
前記定着ベルトは、請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着ベルトである、定着装置。
【請求項５】
前記ローラに軸支されている前記定着ベルトの張力は、４５Ｎ以下である、請求項４に記載の定着装置。
【請求項６】
前記ローラのうちの、前記加圧ローラに付勢されるローラのローラ径は、４５ｍｍ以上である、請求項４または５に記載の定着装置。
【請求項７】
定着に供された記録媒体の分離角は、６７〜８５°である、請求項４〜６のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項８】
記録媒体上に電子写真方式によって形成された未定着のトナー画像を加熱および加圧によって前記記録媒体に定着させる定着装置を有する画像形成装置において、
前記定着装置は、請求項４〜７のいずれか一項に記載の定着装置である、画像形成装置。
【請求項９】
記録媒体上に電子写真方式によって形成された未定着のトナー画像を、定着装置を用いて加熱および加圧によって前記記録媒体に定着させる工程を含む画像形成方法であって、
前記定着装置は、請求項４〜７のいずれか一項に記載の定着装置である、画像形成方法。
【請求項１０】
前記定着装置の定着速度は、Ａ４版の記録媒体で６０枚／分以上である、請求項９に記載の画像形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着ベルト、定着装置、画像形成装置および画像形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機やレーザービームプリンターなどの画像形成装置で採用される定着装置は、通常、加熱された定着ベルトを、未定着のトナー画像を担持している記録媒体に当接させて、トナー画像を記録媒体に定着させる。当該定着装置では、例えば、定着ベルトを軸支する二以上のローラの一つが、当該定着ベルトを加熱するための加熱ローラとなっている。上記定着ベルトの熱容量は比較的小さいため、上記定着装置は定着性に優れており、例えば、画像形成の高速化に有利である。
【０００３】
上記定着ベルトには、粘弾性層、基層および離型層をこの順で重ねてなり、その損失弾性率が２０〜８０ＧＰａである無端状の定着ベルトや、基層、弾性層および表層をこの順で重ねてなり、当該弾性層における１８０℃、振幅１０μｍ、振動数１Ｈｚでの貯蔵弾性率に対する損失弾性率の比である損失正接ｔａｎδが０．０６〜０．２である無端状の定着ベルトなどが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１５８０５３号公報
【特許文献２】特開２００５−３００５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、上記画像形成装置には、画像形成のさらなる高速化が求められている。一般に、画像形成装置における定着速度（「印刷速度」とも言う）が低ければ、上記定着装置における上記定着ベルトの張力は大きくなる。これは、低速の画像形成装置では定着装置におけるローラには、そのローラ径が小さいローラが使用され、そのため、定着ベルトとそれを軸支するローラとの間のスリップを抑制しながら定着ベルトをローラの回転駆動に連動させるためには、より大きな張力を必要とするためである。
【０００６】
他方、画像形成装置の印刷速度が高くなると、通常、上記ローラのローラ径は、当該ローラが保有すべき熱量の観点から大きくなり、定着ベルトの張力はより低くなる。この場合、上記定着装置では、トナー画像が定着された記録媒体が定着ベルトから分離しにくくなる。このため、紙詰まり（「ペーパージャム」とも言う）が発生しやすくなる。このように、ヒータで加熱される定着ベルトを軸支する、いわゆる二軸ベルト式定着装置では、高速化への対応において、検討の余地が残されている。
【０００７】
本発明の第１の目的は、トナー画像の定着性と記録媒体の分離性の両方に優れる定着ベルトを提供することである。
【０００８】
また、本発明の第２の目的は、トナー画像の定着と記録媒体の分離のいずれもが良好な定着を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
定着装置における記録媒体へのトナー画像の定着性および当該記録媒体の定着ニップ部からの分離性は、一般に、トナーの設計による解決が図られている。本発明者らは、上記の定着性および分離性の課題に対して、定着ベルトの設計事項による解決を図り、鋭意検討を重ね、本発明を完成させた。
【００１０】
本発明は、耐熱性樹脂製の基層、弾性材料製の弾性層、および、離型層をこの順で重ねてなり、加熱ローラを含む二以上のローラに軸支される無端状の定着ベルトであって、前記弾性材料の２０Ｈｚでの貯蔵弾性率に対する損失弾性率の比である損失正接ｔａｎδは、０．１以下である、定着ベルト、を提供する。
【００１１】
また、本発明は、無端状の上記の定着ベルトと、前記定着ベルトを加熱するための加熱ローラを含む、前記定着ベルトを軸支する二以上のローラと、前記定着ベルトを介して前記ローラのうちの一つに対して相対的に付勢されるように配置される加圧ローラとを有する定着装置、を提供する。
【００１２】
さらに、本発明は、記録媒体上に電子写真方式によって形成された未定着のトナー画像を加熱および加圧によって前記記録媒体に定着させる上記の定着装置を有する画像形成装置、を提供する。
【００１３】
さらに、本発明は、記録媒体上に電子写真方式によって形成された未定着のトナー画像を、上記の定着装置を用いて加熱および加圧によって前記記録媒体に定着させる工程を含む画像形成方法、を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、トナー画像の定着性と記録媒体の分離性の両方に優れる定着ベルトを提供することができ、この定着ベルトを用いることにより、電子写真方式の画像形成装置および画像形成方法において、トナー画像の定着と記録媒体の分離のいずれもが良好な定着を実現することである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１Ａは、本発明の一実施の形態に係る定着ベルトの一例を模式的に示す図であり、図１Ｂは、図１Ａ中のＢ部を拡大して示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る定着装置の一例を模式的に示す図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る画像形成装置の一例を模式的に示す図である。
【図４】本発明における弾性材料のｔａｎδの測定に用いられる動的粘弾性測定装置の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
［定着ベルト］
本実施の形態に係る定着ベルトは、耐熱性樹脂製の基層、弾性材料製の弾性層、および、離型層をこの順で重ねてなる。当該定着ベルトの形状は、無端状であり、加熱ローラを含む二以上のローラに、上記離型層を外側にして軸支される。
【００１８】
上記弾性材料の２０Ｈｚでの貯蔵弾性率に対する損失弾性率の比である損失正接ｔａｎδは、０．１以下である。その理由は、以下のように考えられる。
【００１９】
定着ベルトを加熱、軸支、回動させる二軸ベルト式定着装置では、定着ベルトは、それに対向する加圧ローラと、記録媒体を挟持するための定着ニップを形成する。当該定着ニップ部における定着性は、定着ベルトの柔軟性によってもたらされる。このため、定着性の観点によれば、上記定着ベルトは柔らかいことが好ましい。
【００２０】
一方、前述したように、印刷速度を高くすると、定着ベルトの張力をより低くする必要が生じる。この場合、高速で回転駆動する定着ベルトの挙動は、定着ベルトの物性により影響されやすくなる。したがって、定着後における定着ベルトからの記録媒体の分離のしやすさについても、定着ベルトの物性によって決まる部分が含まれる、と考えられる。
【００２１】
より具体的には、上記二軸ベルト式定着装置では、上記定着ニップ部の出口側（記録媒体の搬送方向における下流側）での定着ベルトと記録媒体との分離性には、定着ベルトの反発性が寄与していると推測される。したがって、電子写真方式の高速の画像形成方法では、定着直後における記録媒体の定着ベルトからの適切な分離には、定着ニップ部における定着ベルトの適度な反発力の発生が必要、と考えられる。そして、当該反発力の発生には、上記弾性層の粘弾性が大きく寄与している、と考えられる。
【００２２】
当該弾性材料の周波数２０Ｈｚにおける動的粘弾性測定による損失正接ｔａｎδが０．１以下であるとき、上記定着ニップ部における上記の定着性と分離性との両方が満たされる。上記ｔａｎδが高すぎる（例えば  弾性材料の粘性がその弾性に比して高すぎる）と、上記分離性が不十分になる。これは、前述したように、上記弾性材料による上記分離性に関与する反発性が不十分となるため、と推測される。
【００２３】
よって、上記ｔａｎδは、上記の定着性と分離性とを両立させる観点から、０．１以下であり、上記の分離性を高める観点から、０．０５以下であることがより好ましい。また、上記ｔａｎδは、上記の良好な動的粘弾性特性を呈する観点から、０．０１より大きいことが好ましい。
【００２４】
上記ｔａｎδは、上記弾性材料の試験片を用いて、公知の動的粘弾性測定装置を用いて測定することが可能である。また、当該ｔａｎδは、上記弾性材料の種類または組成や、フィラーなどの添加剤の含有量などにより調整することが可能である。
【００２５】
上記基層は、耐熱性樹脂製である。上記耐熱性樹脂は、定着ベルトの使用温度において変性および変形を生じない樹脂から適宜に選ばれ、一種でもそれ以上でもよい。上記耐熱性樹脂の例には、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリアミドイミドおよびポリエーテルエーテルケトンが含まれる。中でも、耐熱性の点から、ポリイミドが好ましい。
【００２６】
ポリイミドは、その前駆体であるポリアミド酸の、２００℃以上の加熱による、または触媒を用いることによる、脱水・環化（イミド化）反応を進めることによって得ることができる。ポリアミド酸は、テトラカルボン酸二無水物とジアミン化合物とを溶媒に溶解し、混合・加熱による重縮合反応によって製造してもよいし、市販品を用いてもよい。上記ジアミン化合物およびテトラカルボン酸二無水物の例には、特開２０１３−２５１２０号公報の段落０１２３〜０１３０に記載の化合物が含まれる。
【００２７】
上記基層は、本実施形態の効果が得られる範囲において、耐熱性樹脂以外の成分をさらに含んでいてもよい。たとえば、上記基層の材料は、他の樹脂成分をさらに含んでいてもよい。上記基層の材料における上記耐熱性樹脂の含有量は、成形性などの観点から、４０〜１００体積％であることが好ましい。
【００２８】
上記弾性層は、上記のｔａｎδを満足する。当該弾性層の材料（弾性材料）の例には、シリコーンゴムや熱可塑性エラストマー、ゴム材料などの弾性樹脂材料が含まれる。上記ｔａｎδを満足させる観点から、上記弾性材料は、シリコーンゴムであることが好ましい。
【００２９】
上記シリコーンゴムは、一種でもそれ以上でもよい。上記シリコーンゴムの例には、ポリオルガノシロキサンまたはその加熱硬化物、および、特開２００９−１２２３１７号公報に記載の付加反応型シリコーンゴム、が含まれる。当該ポリオルガノシロキサンの例には、特開２００８−２５５２８３号公報に記載の、両末端がトリメチルシロキサン基で封鎖され、側鎖にビニル基を有するジメチルポリシロキサン、が含まれる。
【００３０】
当該弾性層の厚さは、例えば、伝熱性および弾性を十分に発現させる観点から、５〜３００μｍであることが好ましく、５０〜２５０μｍであることがより好ましく１００〜２００μｍであることがさらに好ましい。
【００３１】
上記弾性層は、本実施形態の効果が得られる範囲において、上記の弾性樹脂材料以外の成分をさらに含んでいてもよい。たとえば、上記弾性材料は、弾性層の伝熱性を高めるための伝熱性のフィラーをさらに含んでいてもよい。当該フィラーの材料の例には、シリカ、金属シリカ、アルミナ、亜鉛、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、カーボンおよび黒鉛が含まれる。上記フィラーの形態は、限定されず、例えば、球状粉末、不定形粉末、扁平粉末または繊維である。
【００３２】
上記弾性材料における上記弾性樹脂材料の含有量は、上記ｔａｎδを満足する観点から、上記フィラーの含有量は少ないほど好ましく、例えば６０〜１００体積％であることが好ましく、７５〜１００体積％であることがより好ましく、８０〜１００体積％であることがさらに好ましい。
【００３３】
上記離型層は、トナー成分に対する適度な離型性を有する。上記離型層は、定着時に記録媒体に当接する定着ベルトの外表面を構成する。当該離型層の材料の例には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリイソブチレン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、アルコール可溶性ナイロン、ポリカーボネート、ポリアリレート、フェノール、ポリオキシメチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリホスファゼン、ポリサルフォン、ポリエーテルサルファイド、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンエーテル、ポリパラバン酸、ポリアリルフェノール、フッ素樹脂、ポリ尿素、アイオノマー、シリコーン、および、これらの混合物または共重合体、が含まれる。上記の離型性および耐熱性の観点から、上記離型層の材料は、フッ素樹脂であることが好ましく、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）であることがより好ましい。
【００３４】
上記離型層の厚さは、例えば、熱の伝達、弾性層の変形への追従および離型性の発現の観点から、５〜４０μｍであることが好ましく、１０〜３５μｍであることがより好ましく、２０〜３０μｍであることがさらに好ましい。
【００３５】
上記離型層は、本実施形態の効果が得られる範囲において、上記の樹脂マトリクス材料以外の他の成分をさらに含んでいてもよい。たとえば、上記離型層は、潤滑材粒子をさらに含んでいてもよい。当該潤滑材粒子の例には、フッ素樹脂粒子、シリコーン樹脂粒子およびシリカ粒子が含まれる。
【００３６】
上記離型層の材料における上記樹脂マトリクス材料の含有量は、伝熱性、および、弾性層の変形に十分に追従する柔軟性、の観点から、７０〜１００体積％であることが好ましい。
【００３７】
上記定着ベルトは、本実施形態の効果を奏する範囲において、前述した基層、弾性層および離型層以外の他の層をさらに有していてもよい。当該他の層の例には、補強層が含まれる。
【００３８】
上記補強層は、定着ベルトの機械的強度を高めるための層であり、例えば、定着ベルトにおける弾性層および離型層とは反対側の表面（基層の内周面）に配置される。当該補強層は、前述した耐熱性樹脂で構成することができ、その厚さは、適宜に決めることが可能である。
【００３９】
上記定着ベルトは、積層型の定着ベルトを作製する公知の方法を利用して作製することが可能である。たとえば、上記定着ベルトは、基層となる上記耐熱性樹脂製の無端状の成形体の外表面に、離型層となるチューブを被せる工程と、当該成形体と当該チューブとの間に弾性材料またはその前駆体を注入する工程と、必要に応じて当該弾性材料または等体前駆体を加熱硬化させる工程と、を含む方法によって作製することができる。
【００４０】
上記定着ベルトの一例を図１に示す。図１Ａは、本発明の一実施の形態に係る定着ベルトの一例を模式的に示す図であり、図１Ｂは、図１Ａ中のＢ部を拡大して示す図である。
【００４１】
定着ベルト１０は、図１Ａに示されるように、無端状の形状を有し、図１Ｂに示されるように、基層１２と、基層１２の外周面上に配置された弾性層１６と、弾性層１６の外周面上に配置された離型層１８とを有する。基層１２は、例えばポリイミド製であり、弾性層１６は、例えばシリコーンゴム製であり、離型層１８は、例えばＰＦＡ製である。
【００４２】
弾性層１６は、例えば、両末端にトリメチルシロキサン基を有し、側鎖にビニル基を有するジメチルポリシロキサンの二種以上を混合し、加熱によりビニル基を架橋（硬化）させてなるシリコーンゴムにより構成されている。当該シリコーンゴムの上記ｔａｎδは、０．１以下である。
【００４３】
上記のような定着ベルト１０は、下記の二軸ベルト式の定着装置における定着ベルトに好適に採用され、特に高速の画像形成装置において顕著な効果を奏する。
【００４４】
［定着装置］
本実施の形態に係る定着装置は、前述の無端状の定着ベルトと、当該定着ベルトを軸支する二以上のローラと、上記定着ベルトを介して上記ローラのうちの一つに対して相対的に付勢されるように配置される加圧ローラと、を有する。上記定着装置は、前述の定着ベルトを有する以外は、公知のいわゆる二軸ベルト式定着装置と同様に構成することができる。
【００４５】
上記定着ベルトを軸支する上記ローラは、二以上であり、当該定着ベルトを加熱するための加熱ローラを含む。加熱ローラは、例えば、アルミニウム製などの伝熱性のスリーブと、当該スリーブの内側に配置されるハロゲンヒータなどの加熱源とを有する。当該スリーブの外周面は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素樹脂製の層によって被覆されていてもよい。
【００４６】
上記定着ベルトを軸支する上記加熱ローラ以外のローラは、一以上あればよく、所望の他の機能に応じて適宜に構成することが可能である。
【００４７】
上記の二以上のローラに軸支されている上記定着ベルトの張力は、より高速の画像形成に適用させる観点から、４６Ｎ以下であることが好ましく、４３Ｎ以下であることがより好ましい。当該張力は、例えば、上記ローラの軸間距離を拡げる方向に上記ローラを付勢するばねなどの弾性部材の弾性力（付勢力）や、上記定着ベルトを軸支するローラの軸間距離などによって調整することが可能である。
【００４８】
上記加圧ローラは、定着時に定着ベルトとの当接部（定着ニップ部）を構成する。加圧ローラの例には、外周面に弾性を有するローラ、および、その回転軸が上記定着ベルトに対して接近、離間自在なローラ、が含まれる。
【００４９】
上記ローラのうちの、上記加圧ローラに付勢されるローラのローラ径は、より高速の画像形成に適用させる観点から、４５ｍｍ以上であることが好ましく、６０ｍｍ以上であることがより好ましい。上記ローラのローラ径の上限は、例えば、定着装置の許容される大きさによって適宜に決めることができる。
【００５０】
また、上記定着装置において、定着に供された記録媒体の分離角は、６７〜８５°であることが、より高速の画像形成に適用させる観点から好ましい。当該分離角とは、定着ニップ部を構成する二つのローラの軸を結ぶ直線に平行な直線（図２中のＬ１）に対して、上記定着ニップ部における記録媒体の搬送方向の下流端において、定着ベルトの接線（図２中のＬ２）がなす角度（図２中のθ）である。
【００５１】
一般に、分離角が大きいと、画像形成の高速化には有利となり、定着ベルトに対する記録媒体の分離性の観点からは不利となる傾向がある。しかしながら、上記の定着ベルトは、前述したｔａｎδの条件を満足する。したがって、画像形成の高速化には不利とされてきた比較的大きな分離角においても、十分な上記分離性を発現する。画像形成の高速化と上記分離性とを両立させる観点から、上記分離角は、７０〜８１°であることがより好ましく、７３〜７７°であることがさらに好ましい。
【００５２】
上記分離角は、例えば、上記定着ニップ部を構成する上記ローラのローラ径や、画像形成速度、上記加圧ローラの付勢力（ニップ圧）などによって調整することが可能である。
【００５３】
上記定着装置は、本実施形態の効果が得られる範囲において、上記以外の他の構成をさらに有していてもよい。当該他の構成の例には、加熱ローラで加熱された定着ベルトの温度を検出するための第１の温度センサー、上記加圧ローラの軸移動機構、上記加圧ローラ内に配置される第２のヒータ、上記加圧ローラの温度を検出するための第２の温度センサー、上記定着ニップ部において記録媒体が定着ベルトから剥がれる方向に気流を生じるための気流分離装置、および記録媒体を上記定着ニップ部に、あるいは当該定着ニップ部から案内するためのガイド部材、が含まれる。これらの他の構成には、公知の定着装置で採用されている公知の部材などを採用することができる。
以下、上記定着装置の一例をより詳しく説明する。
【００５４】
定着装置７０は、例えば、図２に示されるように、定着ベルト１０、加熱ローラ７１、第１加圧ローラ７２、第２加圧ローラ７３、ヒータ７４、７５、第１温度センサー７６、第２温度センサー７７、気流分離装置７８、案内板７９および案内ローラ８０を有している。
【００５５】
定着ベルト１０は、前述した本実施形態に係る定着ベルトである。定着ベルト１０は加熱ローラ７１と第１加圧ローラ７２とによって軸支され、張設されている。定着ベルト１０の張力は、例えば４３Ｎである。
【００５６】
加熱ローラ７１は、回転自在なアルミニウム製のスリーブと、その内部に配置されたヒータ７４とを有する。第１加圧ローラ７２は、例えば、回転自在な芯金と、その外周面上に配置された弾性層とを有している。
【００５７】
第２加圧ローラ７３は、定着ベルト１０を介して第１加圧ローラ７２に対向して配置されている。第２加圧ローラ７３は、例えば、回転自在なアルミニウム製のスリーブと、当該スリーブ内に配置されるヒータ７５とを有する。第２加圧ローラ７２は、第１加圧ローラ７２に対して接近、離間自在に配置されており、第１加圧ローラ７２に対して接近したときに、定着ベルト１０を介して第１加圧ローラ７１の弾性層を押圧し、定着ベルト１０との接触部である定着ニップ部を形成する。
【００５８】
第１温度センサー７６は、加熱ローラ７１によって加熱された定着ベルト１０の温度を検出するための装置であり、第２温度センサー７７は、第２加圧ローラ７３の外周面の温度を検出するための装置である。
【００５９】
気流分離装置７８は、定着ベルト１０の移動方向の上流側から上記定着ニップ部に向けて気流を生じ、定着ベルト１０からの記録媒体の分離を促すための装置である。
【００６０】
案内板７９は、未定着のトナー画像を有する記録媒体を上記定着ニップ部に案内するための部材であり、案内ローラ８０は、トナー画像が定着された記録媒体を上記定着ニップ部から画像形成装置外へ案内するための部材である。
【００６１】
定着装置７０において、第１加圧ローラ７２のローラ径は、例えば６０ｍｍであり、定着ベルト１０の回転移動速度は、３１５ｍ／秒であり、分離角θは７３°である。上記定着ベルト１０の回転移動速度は、Ａ４版の記録媒体への画像形成速度（「定着速度」または「印刷速度」）に換算すると、６０枚／分である。
【００６２】
分離角θは、図２中、第１加圧ローラ７２の回転軸と第２加圧ローラ７３の回転軸とを結ぶ直線に平行な直線Ｌ１に対して、記録媒体の搬送方向における定着ニップ部の下流端での定着ベルト１０の接線がなす角度のうち、第２加圧ローラ７３側の角度である。当該分離角は、第２加圧ローラ７３のローラ径などによって調整することが可能である。
【００６３】
たとえば、第２加圧ローラ７３のローラ径が５０ｍｍであるときの分離角をθ５０（例えば７９°）とすると、第２加圧ローラ７３のローラ径が４０ｍｍである場合には、そのときの分離角θ４０は、（θ５０−４）°となる。また、例えば、第２加圧ローラ７３のローラ径が６０ｍｍである場合には、そのときの分離角θ６０は、（θ５０＋４）°となる。
【００６４】
定着ベルト１０は、上記の速度で回転駆動し、例えば、第１温度センサー７６によるフィードバック制御によりヒータ７４によって所望の温度（例えば１９０℃）に加熱される。第２加圧ローラ７３は、例えば第２温度センサー７７によるフィードバック制御によりヒータ７５によって所望の温度（例えば１８０℃）に加熱される。そして、第２加圧ローラ７３は、記録媒体の到着に合わせて、定着ベルト１０を介して第１加圧ローラ７２の外周面を付勢し、定着ニップ部を形成する。
【００６５】
一方で、未定着のトナー画像を担持する記録媒体は、案内板７９に案内されながら上記ニップ部に案内される。定着ベルト１０は、前述したｔａｎδの条件を満たすことから、記録媒体に十分に密着する。したがって、十分に加熱された定着ベルト１０によって、未定着のトナー画像は、速やかに記録媒体に定着される。
【００６６】
定着ニップ部の下流端において、トナー画像が定着された記録媒体には、定着ベルト１０に付着する力と、定着ベルト１０の接線方向に進もうとする力とがかかる。前述したｔａｎδの条件を満たす定着ベルト１０は、前述したように、上記定着ニップ部の下流端で、記録媒体に対して適度な反発力を発現すると考えられ、その結果、記録媒体は、定着ベルト１０から離れて定着ベルト１０の接線方向に移動する。
【００６７】
また、記録媒体は、当該定着ニップ部の下流端で、気流分離装置７８からの気流を受ける。このため、記録媒体の定着ベルト１０からの分離が促進される。
【００６８】
定着ベルト１０から分離した記録媒体は、案内ローラ８０により、画像形成装置外に向けて案内される。
【００６９】
なお、定着ニップ部は、前述のように第１加圧ローラ７２の周面および定着ベルト１０が窪むことで形成されてもよいし、あるいは第２加圧ローラ７３の周面が窪むことによって形成されてもよい。
【００７０】
このように、上記定着装置は、電子写真方式の画像形成装置の定着装置に好適に採用され、特に、高速の画像形成装置に採用されることにより、顕著な効果を発現する。
【００７１】
［画像形成装置］
本実施の形態に係る画像形成装置は、記録媒体上に電子写真方式によって形成された未定着のトナー画像を加熱および加圧によって記録媒体に定着させるための上記の定着装置を有する。上記画像形成装置は、上記定着装置が定着装置として採用される以外は、公知の画像形成装置と同様に構成され得る。以下、本実施の形態に係る画像形成装置の一例を、図３に基づいて説明する。
【００７２】
画像形成装置５０は、図３に示されるように、画像形成部、中間転写部、定着装置７０、画像読み取り部および記録媒体搬送部を有する。
【００７３】
上記画像形成部は、例えば、イエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの各色に対応する四つの画像形成ユニットを含む。画像形成ユニットは、図３に示されるように、感光体ドラム５１、感光体ドラム５１を帯電させる帯電装置５２、帯電した感光体ドラム５１に光を照射して静電潜像を形成する露光装置５３、静電潜像が形成された感光体ドラム５１にトナーを供給して静電潜像に応じたトナー画像を形成する現像装置５４、および、感光体ドラム５１の残留トナーを除去するクリーニング装置５５、を有する。
【００７４】
感光体ドラム５１は、例えば、光導電性を有する負帯電型の有機感光体である。帯電装置５２は、例えば、コロナ帯電器である。帯電装置５２は、帯電ローラや帯電ブラシ、帯電ブレードなどの接触帯電部材を感光体ドラム５１に接触させて帯電させる接触帯電装置であってもよい。露光装置５３は、例えば、半導体レーザーで構成される。現像装置５４は、例えば、電子写真方式の画像形成装置における公知の現像装置である。「トナー画像」とは、トナーが画像状に集合した状態を言う。
【００７５】
上記中間転写部は、一次転写ユニットと二次転写ユニットを含む。当該一次転写ユニットは、中間転写ベルト６１、一次転写ローラ６２、バックアップローラ６３、複数の支持ローラ６４およびクリーニング装置６５を有する。中間転写ベルト６１は、無端状のベルトである。中間転写ベルト６１は、バックアップローラ６３および支持ローラ６４によって、ループ状に張架される。バックアップローラ６３および支持ローラ６４の少なくとも一つのローラが回転駆動することにより、中間転写ベルト６１は、無端軌道上を一方向に一定速度で走行する。
【００７６】
上記二次転写ユニットは、二次転写ベルト６６、二次転写ローラ６７および複数の支持ローラ６８を有する。二次転写ベルト６６も、無端状のベルトである。二次転写ベルト６６は、二次転写ローラ６７および支持ローラ６８によってループ状に張架される。
【００７７】
定着装置７０は、例えば、図２に示される定着装置７０である。紙Ｓは、記録媒体に相当する。
【００７８】
上記画像読み取り部は、給紙装置８１、スキャナー８２、ＣＣＤセンサー８３および画像処理部８４を有する。上記記録媒体搬送部は、三つの給紙トレイユニット９１および複数のレジストローラ対９２を有する。給紙トレイユニット９１には、坪量やサイズなどに基づいて識別された紙Ｓ（規格紙、特殊紙）が予め設定された種類ごとに収容される。レジストローラ対９２は、所期の搬送経路を形成するように配置されている。
【００７９】
［画像形成方法］
本実施の形態に係る画像形成方法は、記録媒体上に電子写真方式によって形成された未定着のトナー画像を、上記の定着装置を用いて加熱および加圧によって記録媒体に定着させる工程を含む。上記画像形成方法は、上記の画像形成装置５０によって行うことが可能である。当該画像形成方法の一例として、画像形成装置５０による画像の形成を以下に説明する。
【００８０】
スキャナー８２は、給紙装置８１から送られたコンタクトガラス上の原稿Ｄを光学的に走査して読み取る。原稿Ｄからの反射光がＣＣＤセンサー８３により読み取られ、入力画像データとなる。入力画像データは、画像処理部８４において所定の画像処理が施され、露光装置５３に送られる。
【００８１】
一方で、感光体ドラム５１は、Ａ４版の記録媒体で６０枚／分以上の印刷速度に相当する一定の周速度で回転する。
【００８２】
帯電装置５２は、感光体ドラム５１の表面を一様に負極性に帯電させる。露光装置５３は、各色成分の入力画像データに対応するレーザー光で感光体ドラム５１を照射する。こうして感光体ドラム５１の表面には、静電潜像が形成される。現像装置５４は、感光体ドラム５１の表面にトナーを付着させることにより静電潜像を可視化する。こうして感光体ドラム５１の表面に、静電潜像に応じたトナー画像が形成される。感光体ドラム５１の表面のトナー画像は、中間転写ベルト６１に転写される。感光体ドラム５１の転写残トナーは、クリーニング装置５５によって除去される。中間転写ベルト６１には、各感光体ドラム５１で形成された各色のトナー画像が順次重なるように転写される。
【００８３】
一方、二次転写ローラ６７は、二次転写ベルト６６をバックアップローラ６３に向けて押圧し、中間転写ベルト６１に圧接させる。それにより、二次転写ニップ部が形成される。他方、給紙トレイユニット９１からレジストローラ対９２を介して上記二次転写ニップ部に紙Ｓが搬送される。レジストローラ対９２は、紙Ｓの傾きを補正し、また搬送のタイミングを調整する。
【００８４】
二次転写ニップに紙Ｓが搬送されると、二次転写ローラ６７に転写電圧が印加され、中間転写ベルト６１上のトナー画像が紙Ｓに転写される。トナー画像が転写された紙Ｓは、二次転写ベルト６６によって、定着装置７０に搬送される。中間転写ベルト６１上の転写残トナーは、クリーニング装置６５によって除去される。
【００８５】
定着装置７０では、定着ベルト１０がＡ４版の記録媒体で６０枚／分以上の印刷速度に相当する一定の速度で回転し、紙Ｓの搬送に際して、前述したように、第２加圧ローラ７４が定着ベルト１０と定着ニップ部を形成する。紙Ｓは、当該定着ニップ部で加熱、加圧され、前述したように定着ベルト１０の反発力によって画像形成装置５０の外に向けて案内され、排出される。こうして、紙Ｓ上のトナー画像が形成され、当該紙Ｓは、機外に排出される。
【００８６】
以上の説明から明らかなように、上記定着ベルトは、耐熱性樹脂製の基層、弾性材料製の弾性層、および、離型層をこの順で重ねてなり、上記加熱ローラを含む二以上のローラに軸支される無端状の定着ベルトであって、上記弾性材料の２０Ｈｚでの貯蔵弾性率に対する損失弾性率の比である損失正接ｔａｎδが０．１以下であることから、トナー画像の定着性と記録媒体の分離性の両方に優れる。
【００８７】
また、上記ｔａｎδは、０．０１より大きいことは、定着性と分離性とを両立させる良好な動的粘弾性特性を実現させる観点から、より一層効果的である。
【００８８】
また、上記耐熱性樹脂がポリイミドであり、上記弾性材料がシリコーンゴムであり、上記離型層の材料がペルフルオロアルコキシフッ素樹脂であることは、良好な動的粘弾性特性を呈する定着ベルトを容易に生産する観点からより一層効果的である。
【００８９】
また、上記定着装置は、上記定着ベルトと、当該定着ベルトを加熱するための加熱ローラを含む、上記定着ベルトを軸支する二以上のローラと、上記定着ベルトを介して上記ローラのうちの一つに対して相対的に付勢されるように配置される加圧ローラとを有する。よって、トナー画像の定着と記録媒体の分離のいずれもが良好な定着を実現することができる。
【００９０】
また、高速の画像形成の定着に適用する観点から、上記ローラに軸支されている上記定着ベルトの張力が４５Ｎ以下であることがより一層効果的であり、また、上記ローラのうちの、上記加圧ローラに付勢されるローラのローラ径が４５ｍｍ以上であることがより効果的であり、６０ｍｍ以上であることがより一層効果的である。また、定着に供された記録媒体の分離角が６７〜８５°であることが上記の観点から効果的であり、７３〜７７°であることがより一層効果的である。
【００９１】
また、上記画像形成装置は、記録媒体上に電子写真方式によって形成された未定着のトナー画像を加熱および加圧によって上記記録媒体に定着させる前述の本実施形態に係る定着装置を有し、上記画像形成方法は、記録媒体上に電子写真方式によって形成された未定着のトナー画像を、前述の本実施の形態に係る定着装置を用いて加熱および加圧によって上記記録媒体に定着させる工程を含むことから、いずれも、トナー画像の定着と記録媒体の分離のいずれもが良好な定着を実現することができる。
【００９２】
また、上記定着装置の定着速度がＡ４版の記録媒体で６０枚／分以上である高速の画像形成であっても、前述の本実施の形態の定着ベルトおよび定着装置による上記の効果が得られ、このような高速の画像形成方法におけるさらなる高速化および省力化が図られる。
【実施例】
【００９３】
本発明を、以下の実施例および比較例を用いてさらに具体的に説明する。以下、特記しない限り、各操作は、室温（２０℃）で行われる。なお、本発明は、以下の実施例などに限定されない。
【００９４】
［実施例１］
内径９９ｍｍ、長さ３６０ｍｍ、厚み７０μｍの熱硬化性ポリイミド樹脂からなるベルト基材の内側に、外径６０ｍｍのステンレス製の円筒状の芯金を密着させる。次いで、当該ベルト基材の外側に、厚さ３０μｍのＰＦＡチューブを内周面上に保持する円筒金型を被せ、このようにして上記芯金と上記円筒金型を同軸で保持するとともに、両者の間にキャブティを形成する。次いで、当該キャビティにシリコーンゴム材料Ａを注入し、加熱硬化して、厚さ２００μｍのシリコーンゴムＡによる弾性層を作製する。こうして、ベルト基材、シリコーンゴムＡの弾性層およびＰＦＡ製の離型層をこの順で重ねてなる定着ベルト１を作製する。
【００９５】
なお、シリコーンゴム材料Ａは、側鎖にビニル基を有するジメチルポリシロキサン１００質量部と、シリカ２０質量部とを混合した組成物である。また、シリコーンゴムＡのゴム硬度は３０であり、引張強度は１．９ＭＰａであり、伸びは３８０％であり、熱伝導率は０．３Ｗ／ｍ・Ｋであり、ｔａｎδは０．０４８である。
【００９６】
シリコーンゴムＡのゴム硬度は、厚さ２．０ｍｍの測定用のゴムシートを用いて、ＪＩＳＫ６３０１に従い、デュロメータＡにより測定される。上記ゴムシートは、上記弾性層の製造条件と同じ条件で作製される。
【００９７】
シリコーンゴムＡの引張強度は、上記ゴムシートを用いて、テンシロン万能引張試験機（株式会社エー・アンド・デイ製）により測定される。シリコーンゴムＡの伸びは、上記ゴムシートを用いて、テンシロン万能引張試験機（株式会社エー・アンド・デイ製）により測定される。シリコーンゴムＡの熱伝導率は、上記ゴムシートを用いて、ＱＴＭ迅速熱伝導率計（京都電子工業株式会社製）により測定される。
【００９８】
シリコーンゴムＡのｔａｎδは、上記ゴムシートを用いて、図４に示すような動的粘弾性測定装置により測定される。当該動的粘弾性測定装置は、図４に示されるように、荷重発生部４１と、検体（ゴムシート）Ｓａの両端を保持するためのホルダ４２、４２と、荷重発生部４１およびホルダ４２を接続するプローブ４３と、プローブ４３の変位量を検出するための変位検出部４４と、ホルダ４２、４２に保持されている検体Ｓａの雰囲気の温度を調整するためのヒータ４５と、当該雰囲気の温度を検出する温度計４６とを有している。
【００９９】
シリコーンゴムＡのｔａｎδは、１０ｍｍ×４０ｍｍの上記ゴムシートを、その長手方向の両端にてホルダ４２、４２で挟持し、当該長手方向に、当該ゴムシートの長さの１％の振幅の正弦波形の力を周波数２０Ｈｚで荷重発生部４１によって室温の雰囲気中で発生させ、そのときの変位量を変位検出部４４で検出し、得られた結果から求められる。
【０１００】
［評価］
定着ベルト１を、図１に示されるような二軸ベルト式定着装置を備えた電子写真方式の画像形成装置の定着ベルトとして設置する。定着ニップ部を構成するローラであって、定着ベルト１を軸支する側のローラのローラ径は６０ｍｍであり、Ａ４普通紙で６０枚／分の印刷速度のときの上記定着装置における分離角は７３°である。また、トナーには、コニカミノルタ株式会社製「デジタルトナーＨＤ＋」が用いられる。
【０１０１】
（１）定着性
６０枚／分の印刷速度で、搬送方向に対して垂直方向に５ｃｍ幅のベタ黒帯状画像をＡ４サイズの普通紙に形成し、得られた画像を目視にて観察し、定着性を以下の基準により判定する。
○：ベタ画像に定着不良による欠陥が見られない
×：ベタ画像に定着不良による欠陥が見られる
【０１０２】
（２）分離性
定着ベルト１の表面温度を１８０℃とし、上記ベタ画像を有するＡ４サイズの普通紙を６０枚／分の速度で縦方向に搬送する。このときの画像側における定着ベルト１と上記普通紙との分離性を下記の基準により判定する。
◎：普通紙がカールすることなく気流によって定着ベルトと分離する
○：普通紙が気流によって定着ベルトと分離するが、若干カールする
×：普通紙が定着ベルトに巻き付き定着ベルトと分離できない
【０１０３】
［実施例２、３および比較例１〜３］
側鎖にビニル基を有するジメチルポリシロキサンの種類や、複数種の混合割合、添加物の添加量などを調整する以外はシリコーンゴムＡと同様にして、シリコーンゴムＢ製の弾性層を有する定着ベルト２、シリコーンゴムＣ製の弾性層を有する定着ベルト３、シリコーンゴムＤ製の弾性層を有する定着ベルトＣ１、シリコーンゴムＥ製の弾性層を有する定着ベルトＣ２、および、シリコーンゴムＦ製の弾性層を有する定着ベルトＣ３、をそれぞれ作製する。また、シリコーンゴムＡと同様にして、シリコーンゴムＢ〜Ｆの各種物性を測定する。さらに、定着ベルト１に代えて定着ベルト２、３、Ｃ１〜Ｃ３のそれぞれを用いる以外は実施例１と同様にして、定着性および分離性を判定する。
【０１０４】
シリコーンゴムＡ〜Ｆの各種物性および定着ベルト１〜３、Ｃ１〜Ｃ３の評価結果を表１に示す。
【０１０５】
【表１】
2016142898.tif 000002
【０１０６】
表１から明らかなように、定着ベルト１〜３は、いずれも、二軸ベルト式の定着装置を用いる高速の画像形成装置において、定着性および分離性のいずれにも十分な性能を示している。これは、ｔａｎδが十分に低く、定着ベルトの弾性層における粘性に比して弾性が十分に高い性状が、定着時に記録媒体に追従した定着ベルトに十分な反発力を付与し、高速機における記録媒体への追従と分離とを両立させるため、と考えられる。
【０１０７】
これに対して、定着ベルトＣ１〜Ｃ３は、いずれも、二軸ベルト式の定着装置を用いる高速の画像形成装置において、定着性は十分であるが、分離性が不十分である。これは、ｔａｎδが高く、定着ベルトの弾性層における粘性に比して弾性が不十分となり、定着時に記録媒体に追従した定着ベルトに、分離性を付与する十分な反発力が生じないため、と考えられる。
【０１０８】
以上の説明から明らかなように、耐熱性樹脂製の基層、弾性材料製の弾性層、および、離型層をこの順で重ねてなり、加熱ローラを含む二以上のローラに軸支される無端状の定着ベルトであって、上記弾性材料の２０Ｈｚでの貯蔵弾性率に対する損失弾性率の比である損失正接ｔａｎδが０．１以下である定着ベルトは、上記の高速機において定着性および分離性の両方を十分に発現することがわかる。
【０１０９】
また、上記ｔａｎδが０．０５０以下であることは、分離性を高める観点からより一層効果的であることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明によれば、二軸ベルト式の定着装置を有する高速機による電子写真方式の画像形成方法において、良好な定着を実現するとともにペーパージャムの発生を防止することができる。よって、本発明によれば、電子写真方式の画像形成装置におけるさらなる高速化、高性能化および省力化が期待され、当該画像形成装置のさらなる普及が期待される。
【符号の説明】
【０１１１】
１０  定着ベルト
１２  基層
１６  弾性層
１８  離型層
４１  荷重発生部
４２  ホルダ
４３  プローブ
４４  変位検出部
４５  ヒータ
４６  温度計
５０  画像形成装置
５１  感光体ドラム
５２  帯電装置
５３  露光装置
５４  現像装置
５５、６５  クリーニング装置
６１  中間転写ベルト
６２  一次転写ローラ
６３  バックアップローラ
６４、６８  支持ローラ
６６  二次転写ベルト
６７  二次転写ローラ
７０  定着装置
７１  加熱ローラ
７２  第１加圧ローラ
７３  第２加圧ローラ
７４、７５  ヒータ
７６  第１温度センサー
７７  第２温度センサー
７８  気流分離装置
７９  案内板
８０  案内ローラ
８１  給紙装置
８２  スキャナー
８３  ＣＣＤセンサー
８４  画像処理部
９１  給紙トレイユニット
９２  レジストローラ対
Ｄ  原稿
Ｓ  紙
Ｓａ  検体
【図１】
2016142898.tif 000003
【図２】
2016142898.tif 000004
【図３】
2016142898.tif 000005
【図４】
2016142898.tif 000006