定着装置及び画像形成装置
【課題】 スポンジ状の弾性層を備えた低硬度の弾性ローラを備え、長期的に定着性を維持することができる定着装置、及びこれを備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】 スポンジ状の弾性層であるゴム層４１ａを備え、その硬度がアスカーＣ硬度で２８［Ｈｓ］以上、３４［Ｈｓ］以下となる低硬度の弾性ローラである定着ローラ４１と、定着ローラ４１よりも硬度が高く、定着ローラ４１との間で定着ニップを形成する高硬度ローラである加圧ローラ４５とを備える定着装置４で、定着ローラ４１のゴム層４１ａの密度を、０．３８［ｇ／ｃｍ３］以上とする。
【解決手段】 スポンジ状の弾性層であるゴム層４１ａを備え、その硬度がアスカーＣ硬度で２８［Ｈｓ］以上、３４［Ｈｓ］以下となる低硬度の弾性ローラである定着ローラ４１と、定着ローラ４１よりも硬度が高く、定着ローラ４１との間で定着ニップを形成する高硬度ローラである加圧ローラ４５とを備える定着装置４で、定着ローラ４１のゴム層４１ａの密度を、０．３８［ｇ／ｃｍ３］以上とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置に用いられる定着装置に係り、詳しくは、複数の支持部材に張架された定着ベルトを有する定着装置、及びこの定着装置を備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式を利用した画像形成装置のトナー像形成手段としては、像担持体である感光の表面に静電潜像を形成し、感光上の静電潜像を現像剤であるトナー等によって現像して可視像化するものがある。そして、現像された画像は転写装置により記録体に転写され、未定着の画像担持した記録体は、圧力や熱等を用いる定着装置によってトナー画像を定着され、定着された記録体は、画像形成装置外に排出される。また、定着装置には、対向するローラもしくはベルトもしくはそれらの組み合わせによりなる、２つの定着回転体が配置されており、記録体を挟みこみ、熱および圧力を加え、トナー像を記録体上に定着する。
【０００３】
２つの定着回転体が記録体を挟み込む箇所では、２つの定着回転体がローラ対である場合だけでなく、ベルトを備えた構成であっても、ベルトを介して２つのローラが対向している。そして、二つのローラのうち、比較的硬度の低い一方の弾性ローラが、比較的硬度の高い他方の高硬度ローラよりも凹んだ状態で互いに押圧し、定着ニップを形成している。また、ベルトを備えているものであれば、二つのローラはベルトを介して互いに押圧し、定着ニップを形成している。
【０００４】
近年の画像形成装置を小型化する傾向に伴い、定着装置の小型化を実現するため、定着ニップを形成する２つのローラを小径化する必要がある。弾性ローラの硬度が同じであっても、ローラの径が小さくなると定着ニップでの変形量が小さくなり、定着ニップの幅が減少することで、定着性の低下に繋がる。２つのローラを小径化しても定着ニップの幅を確保する定着装置として、スポンジ状の弾性層を備え、より低硬度の弾性ローラを用いるものがある。
スポンジ状の弾性層を備えた低硬度のローラを用いた弾性ローラとしては、特許文献１、特許文献２に記載のものがある。特許文献１には、アスカーＣ硬度が、５［Ｈｓ］以上、４０［Ｈｓ］以下となる弾性ローラが記載されており、特許文献２には、アスカーＣ硬度が、１０［Ｈｓ］以上、５０［Ｈｓ］以下となる弾性ローラが記載されている。
低硬度の弾性ローラを用いることにより、２つのローラを小径化しても、定着ニップの幅を確保することができ、定着性を維持することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−４９４５５号公報
【特許文献２】特許３５０６８８０号公報
【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、スポンジ状の弾性層を備えた低硬度の低硬度の弾性ローラを用いて長期間使用すると、定着ニップの幅が減少することがあった。長期間使用することによって定着ニップ幅が減少する理由としては以下のことが考えられる。
【０００７】
この弾性層はその内部に壁に仕切られた多くの空孔（セル）を形成することでスポンジ状となっており、圧縮されセルがつぶれた場合、セルを形成する壁の復元力が働くことにより、表面弾性力が得られ、所望のニップ圧を得ることができる。このようなスポンジ状の弾性層に、繰り返しの負荷がかかってセルを形成する壁が破れることがある（以下、破泡と呼ぶ）。破泡が生じた箇所では復元力が低下する。そして、破泡が進行すると、弾性ローラの表面弾性力が低下し、ローラの測定値としてはアスカーＣ硬度が低下する。
ここで、弾性ローラの弾性層に破泡が進行する際の定着ニップの変化について、図１１を用いて説明する。図１１（ａ）は、破泡が生じる前の定着ニップ近傍の拡大説明図であり、図１１（ｂ）は、破泡が進行した状態の定着ニップ近傍の拡大説明図である。
図１１に示すように弾性ローラ５１と高硬度ローラ５２とが互いに押圧し、弾性ローラ５１が大きく変形して、定着ニップを形成する。このとき、定着ニップにおける弾性ローラ５１と高硬度ローラ５２との表面移動方向を図中矢印Ａで示す。
弾性ローラ５１の表面弾性力の低下にともない、ニップ入口Ｂとニップ出口Ｃとを形成していた弾性ローラ５１の弾性層部分が高硬度ローラ５２側から徐々に離れ、定着ニップの幅Ｗが減少すると考えられる。
【０００８】
定着ニップの幅が減少すると、定着ニップを通過する記録体上のトナー像に対して、熱及び圧力を十分に加えることができず、トナー像の記録体に対する定着性が悪化するという問題が生じるおそれがある。
【０００９】
本発明は、以上の問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、スポンジ状の弾性層を備えた低硬度の弾性ローラを備え、長期的に定着性を維持することができる定着装置、及びこれを備えた画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、スポンジ状の弾性層を備える弾性ローラと、該弾性ローラよりも硬度が高く、該弾性ローラとの間で定着ニップを形成する高硬度ローラと、該定着ニップを加熱するための加熱手段とを備える定着装置において、該弾性ローラの硬度はアスカーＣ硬度で２８［Ｈｓ］以上、３４［Ｈｓ］以下であり、該弾性層の密度が、０．３８［ｇ／ｃｍ３］以上であることを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の定着装置において上記弾性層の材料がゴムであることを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１または２の定着装置において、複数の張架部材によって支持されるベルト形状で該複数の張架部材の一つが上記弾性ローラであり、上記加熱手段によって加熱される定着ベルトを備え、上記高硬度ローラは、該定着ベルトを介して該弾性ローラを押圧し、該弾性ローラとの間で上記定着ニップを形成することを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１または２の定着装置において、上記弾性ローラは上記定着ニップで記録体上の未定着画像を担持する面と対向する定着ローラであり、上記高硬度ローラは該定着ニップで該記録体の該未定着画像を担持する面の裏面側から加圧する加圧ローラであることを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１、２、３または４の定着装置において、上記弾性ローラのアスカーＣ硬度をＡｔ、上記高硬度ローラのアスカーＣ硬度をＡｋとすると、Ａｋ＞Ａｔ＋２０［Ｈｓ］の関係を満たすことを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項１、２、３、４または５の定着装置において、上記定着ニップを形成していない状態での上記弾性層の厚さをＳｔ、該定着ニップを形成した状態での該弾性層の厚さの最小値をＳｔｍｉｎとすると、Ｓｔｍｉｎ／Ｓｔ≧０．７５の関係を満たすことを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項１、２、３、４、５または６の定着装置において、上記弾性ローラは上記弾性層と金属製の芯金とから構成することを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、請求項７の定着装置において、上記芯金の半径をＲｓ、上記弾性層の厚さＳｔをとすると、Ｓｔ／Ｒｓ≦１．５の関係を満たすことを特徴とするものである。
また、請求項９の発明は、請求項８の定着装置において、上記芯金の半径をＲｓと、上記弾性層の厚さＳｔとが、１．２≦Ｓｔ／Ｒｓ≦１．５の関係を満たすことを特徴とするものである。
また、請求項１０の発明は、スポンジ状の弾性層と金属製の芯金とを備える弾性ローラと、該弾性ローラよりも硬度が高く、該弾性ローラとの間で定着ニップを形成する高硬度ローラと、該定着ニップを加熱する加熱手段とを備える定着装置において、該弾性ローラの硬度はアスカーＣ硬度で２８［Ｈｓ］以上、３４［Ｈｓ］以下であり、該弾性層の密度が該弾性ローラの半径方向について異なり、該芯金に近いほど該弾性層の密度が高いことを特徴とするものである。
また、請求項１１の発明は、請求項１０の定着装置において、上記弾性層は、単一構造物からなり、芯金側となる内側ほど空孔を小さくし、外側ほど該空孔が大きくなるように形成したことを特徴とするものである。
また、請求項１２の発明は、請求項１０または１１の定着装置において上記弾性層の材料がゴムであることを特徴とするものである。
また、請求項１３の発明は、請求項１０、１１または１２の定着装置において、複数の張架部材によって支持されるベルト形状で該複数の張架部材の一つが上記弾性ローラであり、上記加熱手段によって加熱される定着ベルトを備え、上記高硬度ローラは、該定着ベルトを介して該弾性ローラを押圧し、該弾性ローラとの間で上記定着ニップを形成することを特徴とするものである。
また、請求項１４の発明は、請求項１０、１１、１２または１３の定着装置において、上記弾性ローラは上記定着ニップで記録体上の未定着画像を担持する面と対向する定着ローラであり、上記高硬度ローラは該定着ニップで該記録体の該未定着画像を担持する面の裏面側から加圧する加圧ローラであることを特徴とするものである。
また、請求項１５の発明は、請求項１０、１１、１２、１３または１４の定着装置において、上記弾性ローラのアスカーＣ硬度をＡｔ、上記高硬度ローラのアスカーＣ硬度をＡｋとすると、Ａｋ＞Ａｔ＋２０［Ｈｓ］の関係を満たすことを特徴とするものである。
また、請求項１６の発明は、記録体にトナー像を形成するトナー像形成手段と、該記録体にトナー像を定着させる定着手段とを備える画像形成装置において、該定着手段として、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４または１５に記載の定着装置を備えることを特徴とするものである。
【００１１】
上記請求項１の構成を備えた定着装置においては、スポンジ状の弾性層を備え、その硬度がアスカーＣ硬度で２８［Ｈｓ］以上、３４［Ｈｓ］以下となる低硬度の弾性ローラを備える定着装置を用いて、表１を用いて後述する本発明者らの実験の結果、弾性ローラの弾性層の密度を、０．３８［ｇ／ｃｍ３］以上とすることで、長期間使用しても定着ニップの幅が減少することを抑制できることがわかった。
また、上記請求項１０の構成を備えた定着装置においては、スポンジ状の弾性層と金属製の芯金とを備え、その硬度がアスカーＣ硬度で２８［Ｈｓ］以上、３４［Ｈｓ］以下となる低硬度の弾性ローラについて、芯金に近いほど弾性層の密度を高くすることで、弾性層の密度が略一様なものに比べて、長期間使用した際に定着ニップの幅が減少することを抑制できる。これは、以下の理由による。すなわち、回転時に弾性ローラの弾性層に働く応力は、芯金との界面で最大となり、芯金に近いほど大きくなる。応力が大きいとセルを形成する壁にかかる負荷が大きくなり、破泡が生じやすくなる。よって、応力が大きくなり、破泡が生じ易い芯金に近い箇所ほど密度を高くし、強度を高めることにより、破泡の発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１乃至１６の発明によれば、長期使用した際に定着ニップの幅が減少することを抑制することができるため、長期的に定着性を維持することができるという優れた効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
[実施形態１]
以下、本発明を、画像形成装置であるカラーレーザプリンタ（以下、単に「プリンタ１００」という）に適用した一つ目の実施形態について説明する。図１は、実施形態１のプリンタ１００の概略構成図である。
プリンタ１００は、イエロー・シアン・マゼンタ・ブラックの４つのトナー像形成手段を横に並べて配置してタンデム画像形成部を構成する。タンデム画像形成部においては、個々のトナー像形成手段であるトナー像形成ユニット１０１Ｙ、１０１Ｃ、１０１Ｍ、１０１Ｋが、図中有左から順に配置されている。ここで、各符号の添字Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋは、それぞれイエロー、マゼンダ、シアン、黒用の部材であることを示す。また、タンデム画像形成部においては、個々のトナー像形成ユニット１０１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋは、潜像担持体としてのドラム状の感光体２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋのまわりに、帯電装置、現像装置１０Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ、感光体クリーニング装置等を備えている。プリンタ１００の上部には、イエロー、シアン、マゼンタ、黒の各色トナーが充填されたトナーボトル２Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋが配置されている。そして、このトナーボトル２Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋから図示しない搬送経路によって、所定の補給量だけ各色の現像装置１０Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ、に各色トナーが補給される。
【００１４】
また、タンデム画像形成部の下部に潜像形成手段としての光書込ユニット９を設ける。この光書込ユニット９は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラー等を備え、画像データに基づいて各感光体２１の表面にレーザ光を走査しながら照射するように構成されている。
【００１５】
また、タンデム画像形成部の直ぐ上には、中間転写体として無端ベルト状の中間転写ベルト１を設けている。この中間転写ベルト１は、支持ローラ１ａ、１ｂに掛け回され、この支持ローラのうち駆動ローラ１ａの回転軸には駆動源としての図示しない駆動モータが連結されている。この駆動モータを駆動させると、中間転写ベルト１が図中反時計回りに回転移動するとともに、従動可能な支持ローラ１ｂが回転する。中間転写ベルト１の内側には、感光体２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ上に形成されたトナー像を中間転写ベルト１上に転写するための一次転写装置１１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋを設ける。
【００１６】
また、一次転写装置１１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋより中間転写ベルト１の駆動方向下流に二次転写装置としての二次転写ローラ５を設ける。この二次転写ローラ５と中間転写ベルト１を挟んで反対の側には、支持ローラ１ｂが配置されており、押部材としての機能を果たしている。また、記録体としての転写紙Ｐを収容する給紙カセット８、給紙コロ７、レジストローラ６等を備えている。さらに、二次転写ローラ５によりトナー像を転写された転写紙Ｐの進行方向に関して二次転写ローラ５の下流部には、転写紙Ｐ上の画像を定着する定着装置４、排紙ローラ３を備えている。
【００１７】
つぎに、プリンタ１００の動作を説明する。個々のトナー像形成ユニット１０１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋで、その感光体２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋを回転し、感光体２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋの回転とともに、まず帯電装置１７Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋで感光体２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋの表面を一様に帯電する。次いで画像データを光書込ユニット９からのレーザによる書込み光を照射して感光体２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｂ上に静電潜像を形成する。その後、現像装置１０Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋによりトナーが付着され静電潜像を可視像化することで各感光体ド２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ上にそれぞれ、イエロー・シアン・マゼンタ・ブラックの単色画像を形成する。また、不図示の駆動モータで駆動ローラ１ａを回転駆動して他の従動ローラ１ｂ、二次転写ローラ５を従動回転し、中間転写ベルト１を回転搬送して、その可視像を一次転写装置１１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋで中間転写ベルト１上に順次転写する。これによって中間転写ベルト１上に合成カラー画像を形成する。画像転写後の感光体２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋの表面は感光体クリーニング装置で残留トナーを除去して清掃して再度の画像形成に備える。
【００１８】
また、上述の画像形成のタイミングにあわせて、給紙カセット８からは転写紙Ｐが給紙コロ７により繰り出され、レジストローラ６まで搬送され、一旦停止する。そして、上記画像形成動作とタイミングを取りながら、二次転写ローラ５と中間転写ベルト１の間に搬送される。ここで、中間転写ベルト１と二次転写ローラ５とは転写紙Ｐを挟んでいわゆる二次転写ニップを形成し、二次転写ローラ５にて中間転写ベルト１上のトナー像を記録媒体Ｓ上に二次転写する。
【００１９】
画像転写後の転写紙Ｐは定着装置４へと送り込まれ、定着装置４で熱と圧力とを加えて転写画像を定着して機外へ排出される。一方、画像転写後の中間転写ベルト１は、中間転写体クリーニング装置１２で、画像転写後に中間転写ベルト１上に残留する残留トナーを除去し、タンデム画像形成部による再度の画像形成に備える。
【００２０】
なお、各色のトナー像形成ユニット１０１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋは、一体的に形成され、本体に脱着可能な着脱可能なプロセスカートリッジとなっている。そして、これらの一体的なプロセスカートリッジは、プリンタ１００本体に固定された図示しないガイドレールに沿って、プリンタ１００本体の手前側に引き出すことができる。また、このプロセスカートリッジをプリンタ１００本体の奥側に押し込むことによって、トナー像形成ユニット１０１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋを所定の位置に装填することができる。
【００２１】
ここで、各トナー像形成ユニット１０１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋのプロセスカートリッジは、それぞれ同じ構成、動作をおこなうものとなっている。そこで、以下各符号の添字Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋを省略し、このトナー像形成ユニット１０１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋのプロセスカートリッジの説明を詳細におこなう。図２に、トナー像形成ユニット１０１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋであるプロセスカートリッジ一つの概略構成を拡大して示す。
図２において、図中時計方向に回転する感光体２１のまわりに、帯電装置としての帯電ローラ１７、現像装置１０、感光体クリーニング装置としてのファーブラシ３６、クリーニングブレード３３等が順に配置されている。このように、プリンタ１００では、帯電ローラ１７は感光体２１の鉛直下方に配置されている。また、帯電ローラ１７の下方には帯電ローラ１７の表面に連れ周りで回転可能に当接してクリーニングする帯電クリーニングローラとしてのクリーナローラ１８を備えている。また、感光体クリーニング装置はファーブラシ３６、クリーニングブレード３３、感光体２１より掻き取られた廃トナーをプロセスカートリッジ外に排出する廃トナー搬送コイル３４を備えている。
【００２２】
図３は、定着装置４の概略構成図である。定着装置４は２つの対向するローラとして、スポンジ状の弾性層を備えた弾性ローラである定着ローラ４１と、定着ローラ４１と定着ベルト４３を介して対向し、定着ローラ４１よりも硬度が高い高硬度ローラである加圧ローラ４５とを備える。図３に示すように、定着装置４では、無端状の定着ベルト４３が複数の張架部材としての加熱ローラ４２と定着ローラ４１とに張架されている。
定着ローラ４１は、ゴム製の弾性層であるゴム層４１ａと、金属製の芯金４１ｂとから構成される。加熱ローラ４２は、金属製の芯金にハロゲンランプ等の加熱手段であるヒータ４４を内蔵しており、この輻射熱によって定着ベルト４３を内側から加熱している。また、加熱ローラ４２と定着ベルト４３を介して対抗する位置には、温度センサ素子であるサーミスタ４８を配置し、サーミスタ４８の温度検知に基づき、その設定温度となるようにヒータ４４を制御している。
【００２３】
加圧ローラ４５は、定着ベルト４３を介して定着ローラ４１を加圧している。また、加圧ローラ４５には、図示しない駆動手段によって回転しており、これにより、定着ローラ４１が従動回転するようになっている。また、定着装置４には、定着ベルト４３の中央部付近に接触するテンションローラ４７が設けられている。このテンションローラ４７は、バネによってベルトを内側へ加圧しており、これにより、定着ベルト４３にテンションが付与されている。なお、実施形態１においては、駆動手段を加圧ローラ４５に設けているが、定着ローラ４１に設け、加圧ローラ４５を従動回転させてもよい。また、定着ニップの用紙搬送方向下流側には、分離爪４６が設けられており、転写紙Ｐが定着ベルト４３に巻き付かないようにしている。
【００２４】
また、この定着装置４には、溶融したトナーが定着ベルトに付着しないよう、離型剤塗布装置１４０が設けられている。離型剤塗布装置１４０は、定着ベルト４３に圧接して定着ベルト４３にとも回りして、定着ベルト４３に離型剤を供給する離型剤塗布ローラ１１０が設けられている。離型剤塗布ローラ１１０は、スポンジなどの浸透性のある部材で構成されており、その内部に離型剤として例えばシリコーンオイルが貯溜されている。離型剤塗布ローラ１１０は、定着ベルト４３にとも回りすることで、定着ベルト４３と等速回転でき、これにより定着ベルト４３の表面に均一に離型剤が塗布される。このように、定着ベルト４３に均一の離型剤が塗布されることで、定着ベルト４３に溶融したトナーが付着するいわゆるオフセットが抑制される。また、離型剤塗布装置１４０は、離型剤塗布ローラ１１０に圧接して離型剤塗布ローラ１１０に付着した紙粉などを除去するクリーニングローラ１２０が設けられている。クリーニングローラ１２０は、例えば、その表面がブラシ状となっており、離型剤塗布ローラ１１０にとも回りしている。また、上記ブラシを、導電性を有する部材で構成し、静電的に離型剤塗布ローラ１１０に付着した紙粉などを除去するようにしてもよい。
図３においては、離型剤塗布装置１４０は、定着ベルト４３に設けているが、これに限られず、加圧ローラ４５に離型剤塗布装置１４０を設けても良い。
【００２５】
定着装置４において、加圧ローラ４５はアルミ又は鉄等の芯金の上にシリコーンゴムなどの弾性層を設けてあり、表層はＰＦＡやＰＴＦＥの離型層となっている。定着ベルト４３はニッケル、ポリイミドなどの基材にＰＦＡやＰＴＦＥなどの離型層を有するもの、または、その中間にシリコーンゴムなどの弾性層を設けたもので構成されている。定着ベルト４３は定着ローラ４１と加熱ローラ４２に掛け渡されており、外側からテンションローラ４７に押圧され適切な張力に保たれている。
定着ローラ４１は金属の芯金４１ｂとシリコーンゴムからなるゴム層４１ａとから構成される。加熱ローラ４２はアルミ、又は、鉄の中空ローラで内部にヒータ４４を有している。ヒータ４４としてはハロゲンヒータに限るものではなく、ＩＨの場合もある。
定着装置４のように定着ベルトを用いた方式では、一般に転写紙Ｐの定着後の分離性を向上させるために、相対的に加圧ローラ４５よりも定着ローラ４１を柔らかくしている。このことにより、定着ニップ通過後の用紙搬送方向が加圧側（非画像面）になるため、（画像面の）トナーによる粘着性に打ち勝ち分離しやすくなる。また、広い定着ニップを取るためにできるだけ定着ローラ４１を低硬度にする。なお、定着ベルト４３と接触する定着ローラ４１としては断熱性が高い（熱伝導率が低い）ものを用いることで、暖められた定着ベルト４３の熱が定着ローラ４１に移動しにくくなり、定着ベルト４３が冷めにくくなるため、ウォームアップが早くなる。よって、ウォームアップを早くするように高断熱化する目的から低熱伝導材料であるスポンジ状のゴム層を有した定着ローラ４１が用いられている。また、低熱容量のベルト状の定着ベルト４３を用いることにより、定着ニップに効率よく熱を伝えることができるので、ウォームアップを早くすることができる。
【００２６】
定着ローラ４１の直径は２９［ｍｍ］であり、硬度はアスカーＣ硬度で２８［Ｈｓ］〜３４［Ｈｓ］の範囲のものを用いることができ、定着装置４では、アスカーＣ硬度で３１［Ｈｓ］のものを用いた。
加圧ローラ４５の直径は３０［ｍｍ］であり、硬度はアスカーＣ硬度で、定着ローラ４１よりも２０［Ｈｓ］以上大きい、５７±３［Ｈｓ］のものを用い、定着装置４では、アスカーＣ硬度で５７［Ｈｓ］となるものを用いた。
また、定着ニップの幅は、８［ｍｍ］〜９［ｍｍ］であり、二つのローラの半径を合わせた長さから、二つの軸間距離を引いた、ローラの凹み量が２．２［ｍｍ］〜２．３［ｍｍ］となるように、加圧ローラ４５の設置位置を設定する。
定着ニップでの線速は、高速の画像形成を実現するために１８０［ｍ／ｓ］以上とし、定着装置４では１８２［ｍ／ｓ］である。
【００２７】
転写紙Ｐは定着ローラ４１と加圧ローラ４５とにより形成される定着ニップに向かって下方から進入する。定着ニップにおいて所定の熱と圧力を与えて画像を定着させ、分離爪４６によりガイドされて図中上方に搬送される。
【００２８】
近年、画像形成装置の小型化の要望に伴い、定着装置４でも、定着ローラ４１、加圧ローラ４５の小径化が求められている。定着ローラ４１及び加圧ローラ４５としては、例えば直径２０［ｍｍ］〜４０［ｍｍ］の範囲のものを用いる。定着ローラ４１、加圧ローラ４５の小径化することで、定着装置４が小型化でき、定着装置４の小型化により低熱容量になるため、ウォームアップが早くなり、また無駄な放熱が少なくなるので、省エネにもなる。
しかしながら、反面、画像形成装置の高速化に伴い、トナーに与える熱量を確保するために、定着ニップの幅は広くする必要がある。ローラを小径化し、かつ定着ニップ幅を広く取るためには少なくとも一方のローラをさらに低硬度化し、互いに高荷重で押しあわせなければならない。
そのため、従来よりもゴム層にかかるストレスが増大しており、定着ローラを構成するスポンジ層が破泡しやすくなっている。
さらに、定着ローラ４１のゴム層４１ａが、スポンジゴムであるときの問題として定着ローラ４１の耐久性がある。この現象は、ゴム層４１ａが高温に保たれており、スポンジゴムの機械的強度が低下している状態において、定着ローラ４１が回転するごとに、（繰返しニップ部が変形することで）スポンジ内の空孔（セル）を形成するゴムが疲労し、発生するものと考えられている。
また、とりわけ定着ローラ４１もしくは加圧ローラ４５のどちらかのみに駆動力がかかっている場合は、一方が回転開始（もしくは回転停止）をするときに、他方のローラの負荷（または慣性力）により定着ローラ４１のゴム層４１ａはせん断力を受け、さらに耐久性が劣化するという問題がある。
【００２９】
以下、図４を用いて破泡の発生について説明する。
図４（ａ）は、定着ローラ４１の概略断面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）中の領域αの拡大図である。さらに、図４（ｃ）は、領域αで破泡が生じた状態の説明図である。
図４（ａ）に示すように、定着ローラ４１の弾性層であるゴム層４１ａは、その内部に多くの空孔（セル）を形成するスポンジ状となっている。そして、使用開始前のゴム層４１ａは、図４（ｂ）に示すように、セル４１ｃは壁部４１ｄによって仕切られている。定着ニップではセル４１ｃが圧縮されることでゴム層４１ａが凹んだ状態となり、圧縮されたセル４１ｃを形成する壁部４１ｄの復元力が働くことにより、定着ニップにニップ圧が働き、定着ニップ通過後のゴム層４１ａが元の形状に復元する。このようなゴム層４１ａが、定着ニップで凹んだり、定着ニップを通過して復元したりすることで、ゴム層４１ａに繰り返し負荷がかかって、セル４１ｃを構成する壁部４１ｄが破れ、図４（ｃ）に示すように隣り合うセル４１ｃが連通した破泡した状態となる。
【００３０】
破泡が生じた箇所では壁部４１ｄによる復元力が低下し、破泡が広がると定着ローラ４１の表面弾性力が低下し、ローラの測定値としてはアスカーＣ硬度が低下する。このとき、ゴム層４１ａの密度が低ければ低いほど、すなわち壁部４１ｄを構成するゴムの部分が少ないほど、個々のセル４１ｃの壁部４１ｄは薄くなり破壊しやすくなる。
【００３１】
［実験１］
実験１として、図３に示す構成の定着装置４を用いて、定着ローラ４１のゴム層４１ａの密度の値を振って、６万枚の画像形成を行った後のセル４１ｃの破壊状況の評価を行った。セル４１ｃの破壊状況の評価としては、定着ニップが所定の幅（８［ｍｍ］）以下となったものをＮＧとした。これは、セル４１ｃの破壊が進行すると、定着ローラ４１の表面弾性力が低下（ローラの測定値としてはアスカーＣ硬度が低下）し、定着ニップでの定着ローラ４１による圧力が低下するため定着ニップ幅が減少するためである。
以下に実験条件を示す。
定着ローラ
直径：２９［ｍｍ］、芯金（鉄製）の直径：１０［ｍｍ］、ゴム層（シリコーンゴム製）の厚さ：９．５［ｍｍ］、アスカーＣ硬度：３１［Ｈｓ］、ゴム層の密度：０.３７［ｇ／ｃｍ３］、０.３８［ｇ／ｃｍ３］、０.３９［ｇ／ｃｍ３］、０.４［ｇ／ｃｍ３］
加圧ローラ
直径：３０［ｍｍ］、芯金（鉄製）の直径：２３［ｍｍ］、ゴム層（シリコーンゴム製）の厚さ：３．５［ｍｍ］、アスカーＣ硬度：５７［Ｈｓ］
加圧ローラ表面の線速：１８２［ｍｍ］
軸間距離：２６．２［ｍｍ］（加圧ローラの押圧力２００[Ｎ]、凹み量：３．３［ｍｍ］）
なお、ゴム層の密度は、以下の方法で測定する。
成型前の芯金の質量と体積とを量った後にローラを成型する。そして、ローラの質量と体積とを量り、芯金分の質量と体積とを引いて、ゴム層の質量と体積とを算出し、密度（質量／体積）を算出する。体積の測定は芯金のみの状態と、成型したローラの状態とを水に沈めることで測定することができる。
また、ローラ形状であれば、ゴム層は単なる円筒状であるので、その内径、外形及び長さから幾何学的に算出することができる。
【００３２】
実験１の結果を表１に示す。
【表１】
【００３３】
表１より、０.３８［ｇ／ｃｍ３］以上の密度のゴム層４１ａを備える定着ローラ４１であれば、６万枚プリント後においても、定着ニップが所定の幅を保つことが出来、従来の定着ローラよりも高耐久となることが明らかになった。
図５は、図４（ｂ）に示す状態よりもゴム層４１ａのゴム密度が高い状態の説明図である。
ゴム密度が高い状態としては、図５（ａ）に示すように、壁部４１ｄの厚さはあまり変わらず、径が小さいセル４１ｃが増加した状態や、図５（ｂ）に示すように、セル４１ｃの数はあまり変わらず、セル４１ｃの径が小さくなる状態が考えられる。
図５（ａ）の状態であれば、壁部４１ｄの強度はあまり変わらなくても、セル４１ｃと同様に壁部４１ｄの数も増化したため、一つ一つの壁部４１ｄに対する負荷が軽減し、耐久性を向上することができると考えられる。
一方、図５（ｂ）の状態であれば、壁部４１ｄの数は変わらなくても、壁部４１ｄが厚くなるため、一つ一つの壁部４１ｄの強度が増し、耐久性を向上することができると考えられる。
このように、低硬度でありながらも、ある一定以上のゴム密度以上とすることで、壁部４１ｄの耐久性が向上し、セルの破壊が防止されローラの耐久性を向上する。
なお、上記軸間距離は使用前の軸間距離であり、引っ張りスプリングによって加圧ローラ４５を加圧方向に２００［Ｎ］で押圧した際の軸間距離である。経時使用による定着ローラ４１の硬度低下に伴ない軸間距離は狭まり、軸間距離が狭まると押圧力は２００［Ｎ］よりも低減する。軸間距離が狭まるとニップ幅が増加することが考えられるが、実験１では硬度が低下した定着ローラ４１を用いたものではニップ幅は低下した。これは、軸間距離が狭まることによるニップの増加量よりも、定着ローラ４１の表面弾性力が低下することによる定着ニップの減少量の方が大きいためと考えられる。
また、実験１では、定着ニップを形成する構成として、加圧ローラ４５を押圧手段である引っ張りスプリングにより定着ローラ４１に押圧する構成を採用した。定着ニップを形成する構成としては、押圧手段を用いた構成に限らず、定着ローラ４１と加圧ローラ４５との半径の和よりも二つのローラの軸間距離が凹み量分小さくなるように、定着ローラ４１と加圧ローラ４５とを設置することで定着ニップを形成する構成としてもよい。
【００３４】
定着装置４において、定着ニップを形成するときは、加圧ローラ４５に押し込まれて定着ローラ４１は変形する。実験１で、６万枚プリント後でも定着ニップの幅が減少せず、定着性を維持できる定着ローラであっても、ゴム層４１ａの変形率が大きい定着ローラ４１であると、６万枚を越えるプリントを行った際に定着ニップの幅が減少することがある。
図６に定着ニップを形成する定着ローラ４１と加圧ローラ４５との概略説明図である。
図６において、Ｓｔはゴム層４１ａの層厚、Ｓｔｍｉｎは定着ニップにおけるゴム層４１ａの層厚、そして、Ｒｓは芯金４１ｂの半径を示している。このとき、加圧ローラ４５に押し込まれた状態でのゴム層４１ａの層厚であるＳｔｍｉｎの値が大きいほど変形量が小さくゴムに付与される応力が少なくて済むため、破泡が発生しにくくなる。
【００３５】
［実験２］
実験２として、図３及び図６に示す構成の定着装置４を用いて、定着ローラ４１に対して加圧ローラ４５の硬度がアスカーＣ硬度で２０［Ｈｓ］以上高くしたローラ対において、定着ニップにおけるゴム層４１ａの層厚であるＳｔｍｉｎの値を振って、８万枚のプリントを行った後のセル４１ｃの破壊状況の評価を行った。セル破壊の評価は実験１と同様に定着ニップの幅の減少によって評価した。また、定着ニップにおけるゴム層４１ａの層厚であるＳｔｍｉｎの値は、軸間距離を調節し、定着ローラ４１の凹み量を変化させることで調節した。
以下に実験条件を示す。
定着ローラ
直径：２９［ｍｍ］、芯金（鉄製）の直径：１０［ｍｍ］（Ｒｓ＝５［ｍｍ］）、ゴム層（シリコーンゴム製）の厚さ（Ｓｔ）：９．５［ｍｍ］、アスカーＣ硬度：３１［Ｈｓ］、ゴム層の密度：０.３８［ｇ／ｃｍ３］
加圧ローラ
直径：３０［ｍｍ］、芯金（鉄製）の直径：２３［ｍｍ］、ゴム層（シリコーンゴム製）の厚さ：３．５［ｍｍ］、アスカーＣ硬度：５７［Ｈｓ］加圧ローラ表面の線速：１８２［ｍｍ］
軸間距離：２６．２［ｍｍ］（Ｓｔｍｉｎ＝６．２［ｍｍ］）、２７．１［ｍｍ］（Ｓｔｍｉｎ＝７．１［ｍｍ］）、２７．８［ｍｍ］（Ｓｔｍｉｎ＝７．８［ｍｍ］）
【００３６】
実験２の結果を表２に示す。
【表２】
【００３７】
表２より、Ｓｔｍｉｎ／Ｓｔ≧０．７５の関係を満たすことにより、ゴム層４１ａの過度な変形を防止することが出来、耐久性が向上することが明らかになった。
一般にカラーの画像形成装置では、定着後の転写紙Ｐの分離性を向上させるために定着ローラ４１よりも加圧ローラ４５の方が硬度は硬い。そのため、定着ローラ４１と加圧ローラ４５とで定着ニップを形成するときは、定着ローラ４１の変形量は加圧ローラ４５の変形量に比べて大きくなる。このときスポンジ層であるゴム層４１ａの厚みＳｔに対する定着ニップでの変形量（Ｓｔ−Ｓｔｍｉｎ）をある値以下とすることで、ゴム層４１ａへの負荷を低減し、定着ローラ４１の耐久性を向上させることができる。
このような条件を満足する定着装置４としては、加圧ローラ４５としてアスカーＣ硬度で５７［Ｈｓ］のものを用い、定着ローラ４１としては、アスカーＣ硬度で３１［Ｈｓ］、芯金４１ｂの径φ１０［ｍｍ］（Ｒｓ＝５［ｍｍ］）、ゴム層４１ａの厚さＳｔ＝９．５［ｍｍ］、ニップを形成したときのゴム層の厚さ７．２］のものを適用することができる。
このような定着装置４であれば、
Ｓｔｍｉｎ／Ｓｔ（＝７．２／９．５≒０．７５８）≧０．７５
となる。
【００３８】
図４を用いて破泡について説明したが、破泡は芯金に近い箇所ほど発生し易い。これは以下の理由による。
定着ローラ４１は断面が円形で回転中心が円の中心となる回転体であるので、回転時（特に駆動開始と停止）には中心に近いほどせん断応力が大きくなる。よって、ゴム層４１ａの中心に近いほどせん断応力は大きくなり、セル４１ｃを形成する壁部４１ｄにかかる負荷は大きくなり、破泡が生じやすくなる。そして、芯金４１ｂとゴム層４１ａとの界面でゴム層４１ａに働くせん断応力は最大となり、さらに、芯金４１ｂは金属でできているため強度差が大きいゴム層４１ａと芯金４１ｂとの界面近傍で破泡が生じやすい。
【００３９】
図４（ｃ）に示すように、ゴム層４１ａの芯金４１ｂとの境界層４１ｅのすぐ外側のセル４１ｃほど、形成する壁部４１ｄが破断しやすく、破泡となりやすい。境界層４１ｅ近傍での破泡が周方向及び回転軸方向に広がると、図７に示すように、芯金４１ｂの外周面に、薄層である境界層４１ｅを残してゴム層４１ａが芯金４１ｂから剥がれる剥離が生じる。ゴム層４１ａの剥離が生じると、定着ローラ４１はローラとして機能しなくなる。なお、ゴム層４１ａの剥離としては、図７に示すようにゴム層４１ａが芯金４１ｂから完全に剥がれるものに限らず、部分的な剥離であっても、定着ローラ４１の硬度が不均一になる等、問題となる。
このとき、回転体は中心から遠ざかるほど応力が小さくなる応力分布であるので、芯金４１ｂの径を増やすことにより、応力がより小さい箇所をゴム層４１ａと芯金４１ｂとの界面とすることができ、芯金４１ｂ近傍に働く応力を低減することが可能である。
つまり、芯金４１ｂの半径Ｒｓとゴム層４１ａの厚さＳｔの関係においてＳｔ／Ｒｓを所定の値より小さくする必要がある。
【００４０】
一方、ゴム層４１ａの厚さＳｔを薄くしすぎると、ゴム層４１ａの厚みＳｔに対する変形量（Ｓｔ−Ｓｔｍｉｎ）の比率が高くなり、実験２同様の理由により、ゴム層４１ａ全体が破泡しやすくなり硬度低下しやすくなる。
【００４１】
［実験３］
実験３として、図３及び図６に示す定着装置４を用いて、定着ローラ４１のゴム層４１ａの厚さＳｔと、芯金４１ｂの半径との比率を振って、１０万枚のプリントを行った後のゴム層４１ａの剥離、及びセル４１ｃの破壊状況の評価を行った。
以下に実験条件を示す。
定着ローラ
直径：２９［ｍｍ］、アスカーＣ硬度：３１［Ｈｓ］、ゴム層の密度：０.３８［ｇ／ｃｍ３］
芯金（鉄製）の半径をＲｓ［ｍｍ］、ゴム層（シリコーンゴム製）の厚さをＳｔ［ｍｍ］としたときのＳｔ／Ｒｓ：１．９、１．５、１．２、１．１
加圧ローラ
直径：３０［ｍｍ］、芯金（鉄製）の直径：２３［ｍｍ］、ゴム層（シリコーンゴム製）の厚さ：３．５［ｍｍ］、アスカーＣ硬度：５７［Ｈｓ］加圧ローラ表面の線速：１８２［ｍｍ］
Ｓｔ／Ｒｓが異なる各定着ローラを用いた場合の諸条件を表３に示す。
【表３】
【００４２】
実験３の結果を表４に示す。なお、芯金近傍最大応力［ＭＰａ］は、上記実験条件を応力を計算するソフトに入力し、シュミレーションを行った際の、駆動開始時の芯金近傍の応力の値である。
【表４】
【００４３】
表４より、芯金４１ｂの半径Ｒｓとゴム層４１ａの厚さＳｔとが、Ｓｔ／Ｒｓ≦１．５の関係を満たすことにより、芯金４１ｂ近傍のゴム層４１ａの剥離を抑制することができることが明らかになった。
ここで、Ｓｔ／Ｒｓの値が小さすぎる、すなわちゴム層４１ａの厚さＳｔを薄くしすぎると、ゴム層４１ａの厚みＳｔに対する変形量（Ｓｔ−Ｓｔｍｉｎ）の比率が高くなり、ゴム層４１ａが全体的に破泡しやすくなり硬度低下しやすくなる。したがって、表４より、芯金４１ｂの半径Ｒｓとゴム層４１ａの厚さＳｔとが、１．２≦Ｓｔ／Ｒｓの関係を満たすことにより、ゴム層４１ａの過度な変形を防止することが出来、耐久性が向上することが明らかになった。
実験３より、芯金４１ｂの半径Ｒｓとゴム層４１ａの厚さＳｔとの関係が、１．２≦Ｓｔ／Ｒｓ≦１．５となるような定着ローラ４１を用いることにより、１０万枚プリントを行った後でも、セル４１ｃの破壊やゴム層４１ａの剥離の問題が生じない定着装置４とすることができる。
【００４４】
定着ローラ４１のゴム層４１ａと芯金４１ｂの界面付近は、ゴム層４１ａが弾性変形するのに対して、芯金４１ｂは金属シャフト等の剛性体であるため、回転開始／停止時のせん断力が集中しやすい。また、定着ローラ４１に働くせん断応力は、回転中心に近いほど大きくなるので、ゴム層４１ａに働くせん断応力は芯金４１ｂとの界面が最大となる。よって、ゴム層４１ａは、芯金４１ｂ近傍が破壊し易い。このとき、定着ローラ４１の芯金４１ｂの半径Ｒｓと（スポンジ）ゴム層４１ａの厚さＳｔとの比であるＳｔ／Ｒｓをある一定以下にすることにより、より回転中心から離れ、よりせん断応力が小さい箇所をゴム層４１ａと芯金４１ｂとの界面とすることができる。また、回転中心から遠いほど、ゴム層４１ａと芯金４１ｂとの界面の面積は大きくなるため、界面にかかる剪断力が分散し、せん断応力が低減するので、ローラの耐久性が向上することができる。
ゴム層４１ａと芯金４１ｂとの界面近傍の破泡は、芯金４１ｂの半径に比べてゴム層４１ａの厚さが薄いほど界面近傍の応力が低減する効果が得られる。しかし、他方でスポンジのゴム層４１ａが薄くなりすぎると、ゴム層４１ａの厚みＳｔに対する定着ニップでの変形量（Ｓｔ−Ｓｔｍｉｎ）が大きくなり、逆に破泡しやすい状態となる。つまり、ゴム層の厚さＳｔをある一定以上とすることにより、ゴム層４１ａの変形率（単位体積あたりの変形量）を低く抑えられる為、ローラの耐久性が向上する。
このような条件を満たす定着ローラ４１としては、たとえば外径φ２９［ｍｍ］、芯金径φ１２［ｍｍ］（Ｒｓ＝６［ｍｍ］）、スポンジゴム層の厚さＳｔ＝８．５［ｍｍ］、のものを適用することができる。
この定着ローラ４１であれば、
１．２＜Ｓｔ／Ｒｓ（＝８．５／６≒１．４２）≦１．５
となる。
【００４５】
実施形態１では、定着ベルト４３の張架部材として定着ローラ４１を備え、加圧ローラ４５によって加圧し定着ニップを形成する構成について説明した。定着装置としては、実施形態１で説明した定着装置の特徴部は、実施形態１に記載の構成に限るものではなく、定着装置内に記録体の未定着トナーを担持した面と接触する定着体と、記録体を定着体との間で挾持する加圧体を有し、いずれか一方がベルトにより構成されているものであれば適用可能である。
また、図８に示すように定着ベルト４３に、外側からテンションを加えるテンション付与部材を備えない構成であっても良い。
【００４６】
また、定着ベルトを備えない定着装置であっても、二つのローラが対向し、定着ニップを形成する構成であれば適用可能である。
定着ベルトを備えない定着装置としては、例えば図９に示すものがある。図９に示す定着装置４では、低硬度の定着ローラ４１の表面が金属層（もしくは金属層を有するベルト）で構成される。また、定着ローラ４１の金属層と対向するようにＩＨコイル４９が備えられている。この定着装置４では、ＩＨコイル４９と金属層とのＩＨ加熱によって、金属層が加熱され、定着ニップにおいて、転写紙Ｐ上のトナー像に熱と圧力とが加えられる。
【００４７】
［実施形態２］
実施形態１では、弾性ローラである定着ローラ４１の弾性層であるゴム層４１ａの密度が略均一なものについて説明した。以下、実施形態２として、破泡を抑制する他の弾性ローラとしての定着ローラ４１の構成について説明する。なお、定着ローラ４１以外の構成は実施形態１と共通するので説明は省略し、定着ローラ４１についてのみ説明する。
【００４８】
図１０は、実施形態２にかかる弾性ローラとしての定着ローラ４１の概略説明図である。図１０（ａ）は、定着ローラ４１の概略断面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）中の領域βの拡大説明図である。
図１０（ａ）に示すように、実施形態２の定着ローラ４１は、実施形態１の定着ローラ４１と同様に、ゴム製の弾性層であるゴム層４１ａと、金属製の芯金４１ｂとから構成される。
そして、実施形態２の定着ローラ４１は、図１０（ｂ）に示すように、弾性層であるゴム層４１ａは単一構造物からなり、芯金４１ｂ側となる内側ほど空孔であるセル４１ｃを小さくし、外側ほどセル４１ｃが大きくなるように形成している。すなわち、ゴム層４１ａの密度がローラの半径方向について異なり、芯金４１ｂに近いほどゴム層４１ａの密度が高い定着ローラ４１を用いる。
このようなゴム層４１ａは、セル４１ｃを芯金４１ｂに近いほど小さくすることによって、壁部４１ｄが芯金４１ｂに近いほど厚くなり、ゴム層４１ａは芯金４１ｂに近いほど強度が強まる形状となる。そして、セル４１ｃの個数が同じで、壁が厚くなれば、密度が大きくなる。このようなゴム層４１ａは、ゴム層の材料であるシリコーンゴムに発泡剤を混入し、加熱して発泡を行う際に、内側はゆっくりと熱を上げて、外側は急速に熱を上げることにより、形成することができる。
【００４９】
スポンジ状の弾性ローラの破泡に対しては、弾性層のゴム密度を高くすることで抑制する効果が得られるが、反面、ゴム密度を高くしすぎるとアスカーＣ硬度が高くなり所定のニップが出せなくなるおそれがある。さらに、ゴム密度が高いものは空孔が占める体積が少なくなり、空孔が占める体積が多いモノに比べて熱伝導率が高まり、定着ベルト４３から移動する熱量が増えウォームアップが遅くなるなどの不具合が発生する。
また、上述したように、定着ローラ４１のゴム層４１ａは芯金４１ｂ近傍ほどセルを変形させるせん断応力が大きく、特にその部分でのゴム破壊が多い。よって、芯金４１ｂに近いほどゴム層４１ａの密度が高い定着ローラ４１を用いることにより、芯金４１ｂ近傍の強度を向上し、表面の硬度が増加することを抑制することができる。このように構成することで、スポンジローラの特性（低硬度、低熱伝導率）を有しながら高耐久な定着ローラ４１とすることができる。
なお、従来技術において、芯金付近をソリッドゴムにし、表面をスポンジゴムとする、弾性層を２層とするローラがあるが、このようなローラだと、ソリッドゴムとスポンジゴムの界面でやはり同じような応力集中が発生する。そして、そこではやはり破泡が発生するため、実施形態２の定着ローラ４１のゴム層４１ａのように、単一構造物からなり連続的にセル４１ｃの大きさが変化する方がより高寿命なローラとなる。
【００５０】
以上、実施形態１によれば、スポンジ状の弾性層であるゴム層４１ａを備え、その硬度がアスカーＣ硬度で２８［Ｈｓ］以上、３４［Ｈｓ］以下となる低硬度の弾性ローラである定着ローラ４１を備える定着装置４において、定着ローラ４１のゴム層４１ａの密度を、０．３８［ｇ／ｃｍ３］以上とすることで、６万枚プリントを行う長期間使用を行っても定着ニップの幅が減少することを抑制できる。すなわち、６万枚プリント後のセル４１ｃの破壊を抑制することができる。そして、長期使用した際に定着ニップの幅が減少することを抑制することができるため、長期的に定着性を維持することができる。
また、弾性層の材料としてシリコーンゴムを用いることにより、スポンジ状の弾性層を容易に作成することができる。
また、複数の張架部材として、加熱ローラ４２と定着ローラ４１とによって支持される定着ベルト４３を備え、高硬度ローラとしての加圧ローラ４５は、定着ベルト４３を介して定着ローラ４１を押圧し、定着ローラ４１との間で定着ニップを形成することにより、スポンジ状の定着ローラ４１ではなく、離型性が高い定着ベルト４３が転写紙Ｐ上のトナー像と接触するため、分離性を向上することができる。
また、定着ローラ４１のアスカーＣ硬度をＡｔ、加圧ローラ４５のアスカーＣ硬度をＡｋとすると、Ａｋ＞Ａｔ＋２０［Ｈｓ］の関係を満たすようにすることにより、定着ニップでは定着ローラ４１が大きく凹んだ形状となることで、定着ニップ通過後の転写紙Ｐの搬送方向が加圧ローラ４５側（非画像面側）になるため、定着ベルト４３に対する転写紙Ｐの分離性を高めることができる。
また、ゴム層４１ａの厚さＳｔ、定着ニップでのゴム層４１ａ厚さの最小値Ｓｔｍｉｎについて、Ｓｔｍｉｎ／Ｓｔ≧０．７５の関係を満たすことにより、８万枚プリントを行う長期間使用を行っても定着ニップの幅が減少することを抑制できる。すなわち、８万枚プリント後のセル４１ｃの破壊を抑制することができる。そして、長期使用した際に定着ニップの幅が減少することを抑制することができるため、長期的に定着性を維持することができる。
また、芯金４１ｂの半径Ｒｓと、ゴム層４１ａの厚さＳｔとが、１．２≦Ｓｔ／Ｒｓ≦１．５の関係を満たすことにより、１０万枚プリントを行う長期間使用を行っても、ゴム層４１ａの芯金４１ｂからの剥離を抑制しつつ、定着ニップの幅が減少することを抑制できる。すなわち、１０万枚プリント後のセル４１ｃの破壊を抑制することができる。そして、長期使用した際に定着ニップの幅が減少することを抑制することができるため、長期的に定着性を維持することができる。
また、画像形成装置であるプリンタ１００の定着手段として、定着装置４を用いることにより、長期にわたり、安定した定着性を維持することができ、画像品質を維持することができる。
また、実施形態２の定着装置４のように、弾性層であるゴム層４１ａの密度が定着ローラ４１の半径方向について異なり、芯金４１ｂに近いほどゴム層４１ａの密度が高くすることにより、セル４１ｃの破壊が発生しやすい芯金４１ｂ近傍のゴム層４１ａの強度を向上しつつ、定着ローラ４１表面の弾性を維持することができる。
また、ゴム層４１ａを、単一構造物とし、芯金４１ｂ側となる内側ほど空孔であるセル４１ｃを小さくし、外側ほどセル４１ｃが大きくなるように形成することで、芯金４１ｂに近いほど強度が高いゴム層４１ａを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施形態１に係るプリンタを示す概略構成図。
【図２】上記プリンタのトナー像形成部を構成するプロセスカートリッジの概略構成図。
【図３】定着装置の概略構成図。
【図４】定着ローラのゴム層に発生するは破泡の説明図。（ａ）は定着ローラの概略断面図、（ｂ）は破泡が生じる前の拡大説明図、（ｃ）は破泡が生じた状態の拡大説明図。
【図５】定着ローラのゴム層の密度を高めた状態の説明図。（ａ）は径の小さなセルが増えた状態、（ｂ）は壁部が厚くなった状態。
【図６】定着ニップを形成する定着ローラと加圧ローラとの概略説明図。
【図７】ゴム層の剥離が生じた定着ローラの断面図。
【図８】テンションローラ付与部材を備えない定着装置の概略構成図。
【図９】定着ベルトを備えない定着装置の一例の概略構成図。
【図１０】実施形態２に係る定着ローラの概略説明図。（ａ）は定着ローラの概略断面図、（ｂ）は拡大説明図。
【図１１】定着ニップ近傍の拡大説明図。（ａ）は破泡が生じる前の定着ニップ近傍の拡大説明図、（ｂ）は破泡が進行した状態の定着ニップ近傍の拡大説明図。
【符号の説明】
【００５２】
１ 中間転写ベルト
４ 定着装置
５ 二次転写ローラ
６ レジストローラ
７ 給紙コロ
８ 給紙カセット
９ 光書込ユニット
１０ 現像装置
１１ 一次転写装置
２１ 感光体
４１ 定着ローラ
４１ａ ゴム層
４１ｂ 芯金
４２ 加熱ローラ
４３ 定着ベルト
４４ ヒータ
４５ 加圧ローラ
４６ 分離爪
４７ テンションローラ
１００ プリンタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置に用いられる定着装置に係り、詳しくは、複数の支持部材に張架された定着ベルトを有する定着装置、及びこの定着装置を備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式を利用した画像形成装置のトナー像形成手段としては、像担持体である感光の表面に静電潜像を形成し、感光上の静電潜像を現像剤であるトナー等によって現像して可視像化するものがある。そして、現像された画像は転写装置により記録体に転写され、未定着の画像担持した記録体は、圧力や熱等を用いる定着装置によってトナー画像を定着され、定着された記録体は、画像形成装置外に排出される。また、定着装置には、対向するローラもしくはベルトもしくはそれらの組み合わせによりなる、２つの定着回転体が配置されており、記録体を挟みこみ、熱および圧力を加え、トナー像を記録体上に定着する。
【０００３】
２つの定着回転体が記録体を挟み込む箇所では、２つの定着回転体がローラ対である場合だけでなく、ベルトを備えた構成であっても、ベルトを介して２つのローラが対向している。そして、二つのローラのうち、比較的硬度の低い一方の弾性ローラが、比較的硬度の高い他方の高硬度ローラよりも凹んだ状態で互いに押圧し、定着ニップを形成している。また、ベルトを備えているものであれば、二つのローラはベルトを介して互いに押圧し、定着ニップを形成している。
【０００４】
近年の画像形成装置を小型化する傾向に伴い、定着装置の小型化を実現するため、定着ニップを形成する２つのローラを小径化する必要がある。弾性ローラの硬度が同じであっても、ローラの径が小さくなると定着ニップでの変形量が小さくなり、定着ニップの幅が減少することで、定着性の低下に繋がる。２つのローラを小径化しても定着ニップの幅を確保する定着装置として、スポンジ状の弾性層を備え、より低硬度の弾性ローラを用いるものがある。
スポンジ状の弾性層を備えた低硬度のローラを用いた弾性ローラとしては、特許文献１、特許文献２に記載のものがある。特許文献１には、アスカーＣ硬度が、５［Ｈｓ］以上、４０［Ｈｓ］以下となる弾性ローラが記載されており、特許文献２には、アスカーＣ硬度が、１０［Ｈｓ］以上、５０［Ｈｓ］以下となる弾性ローラが記載されている。
低硬度の弾性ローラを用いることにより、２つのローラを小径化しても、定着ニップの幅を確保することができ、定着性を維持することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−４９４５５号公報
【特許文献２】特許３５０６８８０号公報
【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、スポンジ状の弾性層を備えた低硬度の低硬度の弾性ローラを用いて長期間使用すると、定着ニップの幅が減少することがあった。長期間使用することによって定着ニップ幅が減少する理由としては以下のことが考えられる。
【０００７】
この弾性層はその内部に壁に仕切られた多くの空孔（セル）を形成することでスポンジ状となっており、圧縮されセルがつぶれた場合、セルを形成する壁の復元力が働くことにより、表面弾性力が得られ、所望のニップ圧を得ることができる。このようなスポンジ状の弾性層に、繰り返しの負荷がかかってセルを形成する壁が破れることがある（以下、破泡と呼ぶ）。破泡が生じた箇所では復元力が低下する。そして、破泡が進行すると、弾性ローラの表面弾性力が低下し、ローラの測定値としてはアスカーＣ硬度が低下する。
ここで、弾性ローラの弾性層に破泡が進行する際の定着ニップの変化について、図１１を用いて説明する。図１１（ａ）は、破泡が生じる前の定着ニップ近傍の拡大説明図であり、図１１（ｂ）は、破泡が進行した状態の定着ニップ近傍の拡大説明図である。
図１１に示すように弾性ローラ５１と高硬度ローラ５２とが互いに押圧し、弾性ローラ５１が大きく変形して、定着ニップを形成する。このとき、定着ニップにおける弾性ローラ５１と高硬度ローラ５２との表面移動方向を図中矢印Ａで示す。
弾性ローラ５１の表面弾性力の低下にともない、ニップ入口Ｂとニップ出口Ｃとを形成していた弾性ローラ５１の弾性層部分が高硬度ローラ５２側から徐々に離れ、定着ニップの幅Ｗが減少すると考えられる。
【０００８】
定着ニップの幅が減少すると、定着ニップを通過する記録体上のトナー像に対して、熱及び圧力を十分に加えることができず、トナー像の記録体に対する定着性が悪化するという問題が生じるおそれがある。
【０００９】
本発明は、以上の問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、スポンジ状の弾性層を備えた低硬度の弾性ローラを備え、長期的に定着性を維持することができる定着装置、及びこれを備えた画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、スポンジ状の弾性層を備える弾性ローラと、該弾性ローラよりも硬度が高く、該弾性ローラとの間で定着ニップを形成する高硬度ローラと、該定着ニップを加熱するための加熱手段とを備える定着装置において、該弾性ローラの硬度はアスカーＣ硬度で２８［Ｈｓ］以上、３４［Ｈｓ］以下であり、該弾性層の密度が、０．３８［ｇ／ｃｍ３］以上であることを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の定着装置において上記弾性層の材料がゴムであることを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１または２の定着装置において、複数の張架部材によって支持されるベルト形状で該複数の張架部材の一つが上記弾性ローラであり、上記加熱手段によって加熱される定着ベルトを備え、上記高硬度ローラは、該定着ベルトを介して該弾性ローラを押圧し、該弾性ローラとの間で上記定着ニップを形成することを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１または２の定着装置において、上記弾性ローラは上記定着ニップで記録体上の未定着画像を担持する面と対向する定着ローラであり、上記高硬度ローラは該定着ニップで該記録体の該未定着画像を担持する面の裏面側から加圧する加圧ローラであることを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１、２、３または４の定着装置において、上記弾性ローラのアスカーＣ硬度をＡｔ、上記高硬度ローラのアスカーＣ硬度をＡｋとすると、Ａｋ＞Ａｔ＋２０［Ｈｓ］の関係を満たすことを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項１、２、３、４または５の定着装置において、上記定着ニップを形成していない状態での上記弾性層の厚さをＳｔ、該定着ニップを形成した状態での該弾性層の厚さの最小値をＳｔｍｉｎとすると、Ｓｔｍｉｎ／Ｓｔ≧０．７５の関係を満たすことを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項１、２、３、４、５または６の定着装置において、上記弾性ローラは上記弾性層と金属製の芯金とから構成することを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、請求項７の定着装置において、上記芯金の半径をＲｓ、上記弾性層の厚さＳｔをとすると、Ｓｔ／Ｒｓ≦１．５の関係を満たすことを特徴とするものである。
また、請求項９の発明は、請求項８の定着装置において、上記芯金の半径をＲｓと、上記弾性層の厚さＳｔとが、１．２≦Ｓｔ／Ｒｓ≦１．５の関係を満たすことを特徴とするものである。
また、請求項１０の発明は、スポンジ状の弾性層と金属製の芯金とを備える弾性ローラと、該弾性ローラよりも硬度が高く、該弾性ローラとの間で定着ニップを形成する高硬度ローラと、該定着ニップを加熱する加熱手段とを備える定着装置において、該弾性ローラの硬度はアスカーＣ硬度で２８［Ｈｓ］以上、３４［Ｈｓ］以下であり、該弾性層の密度が該弾性ローラの半径方向について異なり、該芯金に近いほど該弾性層の密度が高いことを特徴とするものである。
また、請求項１１の発明は、請求項１０の定着装置において、上記弾性層は、単一構造物からなり、芯金側となる内側ほど空孔を小さくし、外側ほど該空孔が大きくなるように形成したことを特徴とするものである。
また、請求項１２の発明は、請求項１０または１１の定着装置において上記弾性層の材料がゴムであることを特徴とするものである。
また、請求項１３の発明は、請求項１０、１１または１２の定着装置において、複数の張架部材によって支持されるベルト形状で該複数の張架部材の一つが上記弾性ローラであり、上記加熱手段によって加熱される定着ベルトを備え、上記高硬度ローラは、該定着ベルトを介して該弾性ローラを押圧し、該弾性ローラとの間で上記定着ニップを形成することを特徴とするものである。
また、請求項１４の発明は、請求項１０、１１、１２または１３の定着装置において、上記弾性ローラは上記定着ニップで記録体上の未定着画像を担持する面と対向する定着ローラであり、上記高硬度ローラは該定着ニップで該記録体の該未定着画像を担持する面の裏面側から加圧する加圧ローラであることを特徴とするものである。
また、請求項１５の発明は、請求項１０、１１、１２、１３または１４の定着装置において、上記弾性ローラのアスカーＣ硬度をＡｔ、上記高硬度ローラのアスカーＣ硬度をＡｋとすると、Ａｋ＞Ａｔ＋２０［Ｈｓ］の関係を満たすことを特徴とするものである。
また、請求項１６の発明は、記録体にトナー像を形成するトナー像形成手段と、該記録体にトナー像を定着させる定着手段とを備える画像形成装置において、該定着手段として、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４または１５に記載の定着装置を備えることを特徴とするものである。
【００１１】
上記請求項１の構成を備えた定着装置においては、スポンジ状の弾性層を備え、その硬度がアスカーＣ硬度で２８［Ｈｓ］以上、３４［Ｈｓ］以下となる低硬度の弾性ローラを備える定着装置を用いて、表１を用いて後述する本発明者らの実験の結果、弾性ローラの弾性層の密度を、０．３８［ｇ／ｃｍ３］以上とすることで、長期間使用しても定着ニップの幅が減少することを抑制できることがわかった。
また、上記請求項１０の構成を備えた定着装置においては、スポンジ状の弾性層と金属製の芯金とを備え、その硬度がアスカーＣ硬度で２８［Ｈｓ］以上、３４［Ｈｓ］以下となる低硬度の弾性ローラについて、芯金に近いほど弾性層の密度を高くすることで、弾性層の密度が略一様なものに比べて、長期間使用した際に定着ニップの幅が減少することを抑制できる。これは、以下の理由による。すなわち、回転時に弾性ローラの弾性層に働く応力は、芯金との界面で最大となり、芯金に近いほど大きくなる。応力が大きいとセルを形成する壁にかかる負荷が大きくなり、破泡が生じやすくなる。よって、応力が大きくなり、破泡が生じ易い芯金に近い箇所ほど密度を高くし、強度を高めることにより、破泡の発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１乃至１６の発明によれば、長期使用した際に定着ニップの幅が減少することを抑制することができるため、長期的に定着性を維持することができるという優れた効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
[実施形態１]
以下、本発明を、画像形成装置であるカラーレーザプリンタ（以下、単に「プリンタ１００」という）に適用した一つ目の実施形態について説明する。図１は、実施形態１のプリンタ１００の概略構成図である。
プリンタ１００は、イエロー・シアン・マゼンタ・ブラックの４つのトナー像形成手段を横に並べて配置してタンデム画像形成部を構成する。タンデム画像形成部においては、個々のトナー像形成手段であるトナー像形成ユニット１０１Ｙ、１０１Ｃ、１０１Ｍ、１０１Ｋが、図中有左から順に配置されている。ここで、各符号の添字Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋは、それぞれイエロー、マゼンダ、シアン、黒用の部材であることを示す。また、タンデム画像形成部においては、個々のトナー像形成ユニット１０１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋは、潜像担持体としてのドラム状の感光体２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋのまわりに、帯電装置、現像装置１０Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ、感光体クリーニング装置等を備えている。プリンタ１００の上部には、イエロー、シアン、マゼンタ、黒の各色トナーが充填されたトナーボトル２Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋが配置されている。そして、このトナーボトル２Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋから図示しない搬送経路によって、所定の補給量だけ各色の現像装置１０Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ、に各色トナーが補給される。
【００１４】
また、タンデム画像形成部の下部に潜像形成手段としての光書込ユニット９を設ける。この光書込ユニット９は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラー等を備え、画像データに基づいて各感光体２１の表面にレーザ光を走査しながら照射するように構成されている。
【００１５】
また、タンデム画像形成部の直ぐ上には、中間転写体として無端ベルト状の中間転写ベルト１を設けている。この中間転写ベルト１は、支持ローラ１ａ、１ｂに掛け回され、この支持ローラのうち駆動ローラ１ａの回転軸には駆動源としての図示しない駆動モータが連結されている。この駆動モータを駆動させると、中間転写ベルト１が図中反時計回りに回転移動するとともに、従動可能な支持ローラ１ｂが回転する。中間転写ベルト１の内側には、感光体２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ上に形成されたトナー像を中間転写ベルト１上に転写するための一次転写装置１１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋを設ける。
【００１６】
また、一次転写装置１１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋより中間転写ベルト１の駆動方向下流に二次転写装置としての二次転写ローラ５を設ける。この二次転写ローラ５と中間転写ベルト１を挟んで反対の側には、支持ローラ１ｂが配置されており、押部材としての機能を果たしている。また、記録体としての転写紙Ｐを収容する給紙カセット８、給紙コロ７、レジストローラ６等を備えている。さらに、二次転写ローラ５によりトナー像を転写された転写紙Ｐの進行方向に関して二次転写ローラ５の下流部には、転写紙Ｐ上の画像を定着する定着装置４、排紙ローラ３を備えている。
【００１７】
つぎに、プリンタ１００の動作を説明する。個々のトナー像形成ユニット１０１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋで、その感光体２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋを回転し、感光体２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋの回転とともに、まず帯電装置１７Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋで感光体２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋの表面を一様に帯電する。次いで画像データを光書込ユニット９からのレーザによる書込み光を照射して感光体２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｂ上に静電潜像を形成する。その後、現像装置１０Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋによりトナーが付着され静電潜像を可視像化することで各感光体ド２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ上にそれぞれ、イエロー・シアン・マゼンタ・ブラックの単色画像を形成する。また、不図示の駆動モータで駆動ローラ１ａを回転駆動して他の従動ローラ１ｂ、二次転写ローラ５を従動回転し、中間転写ベルト１を回転搬送して、その可視像を一次転写装置１１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋで中間転写ベルト１上に順次転写する。これによって中間転写ベルト１上に合成カラー画像を形成する。画像転写後の感光体２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋの表面は感光体クリーニング装置で残留トナーを除去して清掃して再度の画像形成に備える。
【００１８】
また、上述の画像形成のタイミングにあわせて、給紙カセット８からは転写紙Ｐが給紙コロ７により繰り出され、レジストローラ６まで搬送され、一旦停止する。そして、上記画像形成動作とタイミングを取りながら、二次転写ローラ５と中間転写ベルト１の間に搬送される。ここで、中間転写ベルト１と二次転写ローラ５とは転写紙Ｐを挟んでいわゆる二次転写ニップを形成し、二次転写ローラ５にて中間転写ベルト１上のトナー像を記録媒体Ｓ上に二次転写する。
【００１９】
画像転写後の転写紙Ｐは定着装置４へと送り込まれ、定着装置４で熱と圧力とを加えて転写画像を定着して機外へ排出される。一方、画像転写後の中間転写ベルト１は、中間転写体クリーニング装置１２で、画像転写後に中間転写ベルト１上に残留する残留トナーを除去し、タンデム画像形成部による再度の画像形成に備える。
【００２０】
なお、各色のトナー像形成ユニット１０１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋは、一体的に形成され、本体に脱着可能な着脱可能なプロセスカートリッジとなっている。そして、これらの一体的なプロセスカートリッジは、プリンタ１００本体に固定された図示しないガイドレールに沿って、プリンタ１００本体の手前側に引き出すことができる。また、このプロセスカートリッジをプリンタ１００本体の奥側に押し込むことによって、トナー像形成ユニット１０１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋを所定の位置に装填することができる。
【００２１】
ここで、各トナー像形成ユニット１０１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋのプロセスカートリッジは、それぞれ同じ構成、動作をおこなうものとなっている。そこで、以下各符号の添字Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋを省略し、このトナー像形成ユニット１０１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋのプロセスカートリッジの説明を詳細におこなう。図２に、トナー像形成ユニット１０１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋであるプロセスカートリッジ一つの概略構成を拡大して示す。
図２において、図中時計方向に回転する感光体２１のまわりに、帯電装置としての帯電ローラ１７、現像装置１０、感光体クリーニング装置としてのファーブラシ３６、クリーニングブレード３３等が順に配置されている。このように、プリンタ１００では、帯電ローラ１７は感光体２１の鉛直下方に配置されている。また、帯電ローラ１７の下方には帯電ローラ１７の表面に連れ周りで回転可能に当接してクリーニングする帯電クリーニングローラとしてのクリーナローラ１８を備えている。また、感光体クリーニング装置はファーブラシ３６、クリーニングブレード３３、感光体２１より掻き取られた廃トナーをプロセスカートリッジ外に排出する廃トナー搬送コイル３４を備えている。
【００２２】
図３は、定着装置４の概略構成図である。定着装置４は２つの対向するローラとして、スポンジ状の弾性層を備えた弾性ローラである定着ローラ４１と、定着ローラ４１と定着ベルト４３を介して対向し、定着ローラ４１よりも硬度が高い高硬度ローラである加圧ローラ４５とを備える。図３に示すように、定着装置４では、無端状の定着ベルト４３が複数の張架部材としての加熱ローラ４２と定着ローラ４１とに張架されている。
定着ローラ４１は、ゴム製の弾性層であるゴム層４１ａと、金属製の芯金４１ｂとから構成される。加熱ローラ４２は、金属製の芯金にハロゲンランプ等の加熱手段であるヒータ４４を内蔵しており、この輻射熱によって定着ベルト４３を内側から加熱している。また、加熱ローラ４２と定着ベルト４３を介して対抗する位置には、温度センサ素子であるサーミスタ４８を配置し、サーミスタ４８の温度検知に基づき、その設定温度となるようにヒータ４４を制御している。
【００２３】
加圧ローラ４５は、定着ベルト４３を介して定着ローラ４１を加圧している。また、加圧ローラ４５には、図示しない駆動手段によって回転しており、これにより、定着ローラ４１が従動回転するようになっている。また、定着装置４には、定着ベルト４３の中央部付近に接触するテンションローラ４７が設けられている。このテンションローラ４７は、バネによってベルトを内側へ加圧しており、これにより、定着ベルト４３にテンションが付与されている。なお、実施形態１においては、駆動手段を加圧ローラ４５に設けているが、定着ローラ４１に設け、加圧ローラ４５を従動回転させてもよい。また、定着ニップの用紙搬送方向下流側には、分離爪４６が設けられており、転写紙Ｐが定着ベルト４３に巻き付かないようにしている。
【００２４】
また、この定着装置４には、溶融したトナーが定着ベルトに付着しないよう、離型剤塗布装置１４０が設けられている。離型剤塗布装置１４０は、定着ベルト４３に圧接して定着ベルト４３にとも回りして、定着ベルト４３に離型剤を供給する離型剤塗布ローラ１１０が設けられている。離型剤塗布ローラ１１０は、スポンジなどの浸透性のある部材で構成されており、その内部に離型剤として例えばシリコーンオイルが貯溜されている。離型剤塗布ローラ１１０は、定着ベルト４３にとも回りすることで、定着ベルト４３と等速回転でき、これにより定着ベルト４３の表面に均一に離型剤が塗布される。このように、定着ベルト４３に均一の離型剤が塗布されることで、定着ベルト４３に溶融したトナーが付着するいわゆるオフセットが抑制される。また、離型剤塗布装置１４０は、離型剤塗布ローラ１１０に圧接して離型剤塗布ローラ１１０に付着した紙粉などを除去するクリーニングローラ１２０が設けられている。クリーニングローラ１２０は、例えば、その表面がブラシ状となっており、離型剤塗布ローラ１１０にとも回りしている。また、上記ブラシを、導電性を有する部材で構成し、静電的に離型剤塗布ローラ１１０に付着した紙粉などを除去するようにしてもよい。
図３においては、離型剤塗布装置１４０は、定着ベルト４３に設けているが、これに限られず、加圧ローラ４５に離型剤塗布装置１４０を設けても良い。
【００２５】
定着装置４において、加圧ローラ４５はアルミ又は鉄等の芯金の上にシリコーンゴムなどの弾性層を設けてあり、表層はＰＦＡやＰＴＦＥの離型層となっている。定着ベルト４３はニッケル、ポリイミドなどの基材にＰＦＡやＰＴＦＥなどの離型層を有するもの、または、その中間にシリコーンゴムなどの弾性層を設けたもので構成されている。定着ベルト４３は定着ローラ４１と加熱ローラ４２に掛け渡されており、外側からテンションローラ４７に押圧され適切な張力に保たれている。
定着ローラ４１は金属の芯金４１ｂとシリコーンゴムからなるゴム層４１ａとから構成される。加熱ローラ４２はアルミ、又は、鉄の中空ローラで内部にヒータ４４を有している。ヒータ４４としてはハロゲンヒータに限るものではなく、ＩＨの場合もある。
定着装置４のように定着ベルトを用いた方式では、一般に転写紙Ｐの定着後の分離性を向上させるために、相対的に加圧ローラ４５よりも定着ローラ４１を柔らかくしている。このことにより、定着ニップ通過後の用紙搬送方向が加圧側（非画像面）になるため、（画像面の）トナーによる粘着性に打ち勝ち分離しやすくなる。また、広い定着ニップを取るためにできるだけ定着ローラ４１を低硬度にする。なお、定着ベルト４３と接触する定着ローラ４１としては断熱性が高い（熱伝導率が低い）ものを用いることで、暖められた定着ベルト４３の熱が定着ローラ４１に移動しにくくなり、定着ベルト４３が冷めにくくなるため、ウォームアップが早くなる。よって、ウォームアップを早くするように高断熱化する目的から低熱伝導材料であるスポンジ状のゴム層を有した定着ローラ４１が用いられている。また、低熱容量のベルト状の定着ベルト４３を用いることにより、定着ニップに効率よく熱を伝えることができるので、ウォームアップを早くすることができる。
【００２６】
定着ローラ４１の直径は２９［ｍｍ］であり、硬度はアスカーＣ硬度で２８［Ｈｓ］〜３４［Ｈｓ］の範囲のものを用いることができ、定着装置４では、アスカーＣ硬度で３１［Ｈｓ］のものを用いた。
加圧ローラ４５の直径は３０［ｍｍ］であり、硬度はアスカーＣ硬度で、定着ローラ４１よりも２０［Ｈｓ］以上大きい、５７±３［Ｈｓ］のものを用い、定着装置４では、アスカーＣ硬度で５７［Ｈｓ］となるものを用いた。
また、定着ニップの幅は、８［ｍｍ］〜９［ｍｍ］であり、二つのローラの半径を合わせた長さから、二つの軸間距離を引いた、ローラの凹み量が２．２［ｍｍ］〜２．３［ｍｍ］となるように、加圧ローラ４５の設置位置を設定する。
定着ニップでの線速は、高速の画像形成を実現するために１８０［ｍ／ｓ］以上とし、定着装置４では１８２［ｍ／ｓ］である。
【００２７】
転写紙Ｐは定着ローラ４１と加圧ローラ４５とにより形成される定着ニップに向かって下方から進入する。定着ニップにおいて所定の熱と圧力を与えて画像を定着させ、分離爪４６によりガイドされて図中上方に搬送される。
【００２８】
近年、画像形成装置の小型化の要望に伴い、定着装置４でも、定着ローラ４１、加圧ローラ４５の小径化が求められている。定着ローラ４１及び加圧ローラ４５としては、例えば直径２０［ｍｍ］〜４０［ｍｍ］の範囲のものを用いる。定着ローラ４１、加圧ローラ４５の小径化することで、定着装置４が小型化でき、定着装置４の小型化により低熱容量になるため、ウォームアップが早くなり、また無駄な放熱が少なくなるので、省エネにもなる。
しかしながら、反面、画像形成装置の高速化に伴い、トナーに与える熱量を確保するために、定着ニップの幅は広くする必要がある。ローラを小径化し、かつ定着ニップ幅を広く取るためには少なくとも一方のローラをさらに低硬度化し、互いに高荷重で押しあわせなければならない。
そのため、従来よりもゴム層にかかるストレスが増大しており、定着ローラを構成するスポンジ層が破泡しやすくなっている。
さらに、定着ローラ４１のゴム層４１ａが、スポンジゴムであるときの問題として定着ローラ４１の耐久性がある。この現象は、ゴム層４１ａが高温に保たれており、スポンジゴムの機械的強度が低下している状態において、定着ローラ４１が回転するごとに、（繰返しニップ部が変形することで）スポンジ内の空孔（セル）を形成するゴムが疲労し、発生するものと考えられている。
また、とりわけ定着ローラ４１もしくは加圧ローラ４５のどちらかのみに駆動力がかかっている場合は、一方が回転開始（もしくは回転停止）をするときに、他方のローラの負荷（または慣性力）により定着ローラ４１のゴム層４１ａはせん断力を受け、さらに耐久性が劣化するという問題がある。
【００２９】
以下、図４を用いて破泡の発生について説明する。
図４（ａ）は、定着ローラ４１の概略断面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）中の領域αの拡大図である。さらに、図４（ｃ）は、領域αで破泡が生じた状態の説明図である。
図４（ａ）に示すように、定着ローラ４１の弾性層であるゴム層４１ａは、その内部に多くの空孔（セル）を形成するスポンジ状となっている。そして、使用開始前のゴム層４１ａは、図４（ｂ）に示すように、セル４１ｃは壁部４１ｄによって仕切られている。定着ニップではセル４１ｃが圧縮されることでゴム層４１ａが凹んだ状態となり、圧縮されたセル４１ｃを形成する壁部４１ｄの復元力が働くことにより、定着ニップにニップ圧が働き、定着ニップ通過後のゴム層４１ａが元の形状に復元する。このようなゴム層４１ａが、定着ニップで凹んだり、定着ニップを通過して復元したりすることで、ゴム層４１ａに繰り返し負荷がかかって、セル４１ｃを構成する壁部４１ｄが破れ、図４（ｃ）に示すように隣り合うセル４１ｃが連通した破泡した状態となる。
【００３０】
破泡が生じた箇所では壁部４１ｄによる復元力が低下し、破泡が広がると定着ローラ４１の表面弾性力が低下し、ローラの測定値としてはアスカーＣ硬度が低下する。このとき、ゴム層４１ａの密度が低ければ低いほど、すなわち壁部４１ｄを構成するゴムの部分が少ないほど、個々のセル４１ｃの壁部４１ｄは薄くなり破壊しやすくなる。
【００３１】
［実験１］
実験１として、図３に示す構成の定着装置４を用いて、定着ローラ４１のゴム層４１ａの密度の値を振って、６万枚の画像形成を行った後のセル４１ｃの破壊状況の評価を行った。セル４１ｃの破壊状況の評価としては、定着ニップが所定の幅（８［ｍｍ］）以下となったものをＮＧとした。これは、セル４１ｃの破壊が進行すると、定着ローラ４１の表面弾性力が低下（ローラの測定値としてはアスカーＣ硬度が低下）し、定着ニップでの定着ローラ４１による圧力が低下するため定着ニップ幅が減少するためである。
以下に実験条件を示す。
定着ローラ
直径：２９［ｍｍ］、芯金（鉄製）の直径：１０［ｍｍ］、ゴム層（シリコーンゴム製）の厚さ：９．５［ｍｍ］、アスカーＣ硬度：３１［Ｈｓ］、ゴム層の密度：０.３７［ｇ／ｃｍ３］、０.３８［ｇ／ｃｍ３］、０.３９［ｇ／ｃｍ３］、０.４［ｇ／ｃｍ３］
加圧ローラ
直径：３０［ｍｍ］、芯金（鉄製）の直径：２３［ｍｍ］、ゴム層（シリコーンゴム製）の厚さ：３．５［ｍｍ］、アスカーＣ硬度：５７［Ｈｓ］
加圧ローラ表面の線速：１８２［ｍｍ］
軸間距離：２６．２［ｍｍ］（加圧ローラの押圧力２００[Ｎ]、凹み量：３．３［ｍｍ］）
なお、ゴム層の密度は、以下の方法で測定する。
成型前の芯金の質量と体積とを量った後にローラを成型する。そして、ローラの質量と体積とを量り、芯金分の質量と体積とを引いて、ゴム層の質量と体積とを算出し、密度（質量／体積）を算出する。体積の測定は芯金のみの状態と、成型したローラの状態とを水に沈めることで測定することができる。
また、ローラ形状であれば、ゴム層は単なる円筒状であるので、その内径、外形及び長さから幾何学的に算出することができる。
【００３２】
実験１の結果を表１に示す。
【表１】
【００３３】
表１より、０.３８［ｇ／ｃｍ３］以上の密度のゴム層４１ａを備える定着ローラ４１であれば、６万枚プリント後においても、定着ニップが所定の幅を保つことが出来、従来の定着ローラよりも高耐久となることが明らかになった。
図５は、図４（ｂ）に示す状態よりもゴム層４１ａのゴム密度が高い状態の説明図である。
ゴム密度が高い状態としては、図５（ａ）に示すように、壁部４１ｄの厚さはあまり変わらず、径が小さいセル４１ｃが増加した状態や、図５（ｂ）に示すように、セル４１ｃの数はあまり変わらず、セル４１ｃの径が小さくなる状態が考えられる。
図５（ａ）の状態であれば、壁部４１ｄの強度はあまり変わらなくても、セル４１ｃと同様に壁部４１ｄの数も増化したため、一つ一つの壁部４１ｄに対する負荷が軽減し、耐久性を向上することができると考えられる。
一方、図５（ｂ）の状態であれば、壁部４１ｄの数は変わらなくても、壁部４１ｄが厚くなるため、一つ一つの壁部４１ｄの強度が増し、耐久性を向上することができると考えられる。
このように、低硬度でありながらも、ある一定以上のゴム密度以上とすることで、壁部４１ｄの耐久性が向上し、セルの破壊が防止されローラの耐久性を向上する。
なお、上記軸間距離は使用前の軸間距離であり、引っ張りスプリングによって加圧ローラ４５を加圧方向に２００［Ｎ］で押圧した際の軸間距離である。経時使用による定着ローラ４１の硬度低下に伴ない軸間距離は狭まり、軸間距離が狭まると押圧力は２００［Ｎ］よりも低減する。軸間距離が狭まるとニップ幅が増加することが考えられるが、実験１では硬度が低下した定着ローラ４１を用いたものではニップ幅は低下した。これは、軸間距離が狭まることによるニップの増加量よりも、定着ローラ４１の表面弾性力が低下することによる定着ニップの減少量の方が大きいためと考えられる。
また、実験１では、定着ニップを形成する構成として、加圧ローラ４５を押圧手段である引っ張りスプリングにより定着ローラ４１に押圧する構成を採用した。定着ニップを形成する構成としては、押圧手段を用いた構成に限らず、定着ローラ４１と加圧ローラ４５との半径の和よりも二つのローラの軸間距離が凹み量分小さくなるように、定着ローラ４１と加圧ローラ４５とを設置することで定着ニップを形成する構成としてもよい。
【００３４】
定着装置４において、定着ニップを形成するときは、加圧ローラ４５に押し込まれて定着ローラ４１は変形する。実験１で、６万枚プリント後でも定着ニップの幅が減少せず、定着性を維持できる定着ローラであっても、ゴム層４１ａの変形率が大きい定着ローラ４１であると、６万枚を越えるプリントを行った際に定着ニップの幅が減少することがある。
図６に定着ニップを形成する定着ローラ４１と加圧ローラ４５との概略説明図である。
図６において、Ｓｔはゴム層４１ａの層厚、Ｓｔｍｉｎは定着ニップにおけるゴム層４１ａの層厚、そして、Ｒｓは芯金４１ｂの半径を示している。このとき、加圧ローラ４５に押し込まれた状態でのゴム層４１ａの層厚であるＳｔｍｉｎの値が大きいほど変形量が小さくゴムに付与される応力が少なくて済むため、破泡が発生しにくくなる。
【００３５】
［実験２］
実験２として、図３及び図６に示す構成の定着装置４を用いて、定着ローラ４１に対して加圧ローラ４５の硬度がアスカーＣ硬度で２０［Ｈｓ］以上高くしたローラ対において、定着ニップにおけるゴム層４１ａの層厚であるＳｔｍｉｎの値を振って、８万枚のプリントを行った後のセル４１ｃの破壊状況の評価を行った。セル破壊の評価は実験１と同様に定着ニップの幅の減少によって評価した。また、定着ニップにおけるゴム層４１ａの層厚であるＳｔｍｉｎの値は、軸間距離を調節し、定着ローラ４１の凹み量を変化させることで調節した。
以下に実験条件を示す。
定着ローラ
直径：２９［ｍｍ］、芯金（鉄製）の直径：１０［ｍｍ］（Ｒｓ＝５［ｍｍ］）、ゴム層（シリコーンゴム製）の厚さ（Ｓｔ）：９．５［ｍｍ］、アスカーＣ硬度：３１［Ｈｓ］、ゴム層の密度：０.３８［ｇ／ｃｍ３］
加圧ローラ
直径：３０［ｍｍ］、芯金（鉄製）の直径：２３［ｍｍ］、ゴム層（シリコーンゴム製）の厚さ：３．５［ｍｍ］、アスカーＣ硬度：５７［Ｈｓ］加圧ローラ表面の線速：１８２［ｍｍ］
軸間距離：２６．２［ｍｍ］（Ｓｔｍｉｎ＝６．２［ｍｍ］）、２７．１［ｍｍ］（Ｓｔｍｉｎ＝７．１［ｍｍ］）、２７．８［ｍｍ］（Ｓｔｍｉｎ＝７．８［ｍｍ］）
【００３６】
実験２の結果を表２に示す。
【表２】
【００３７】
表２より、Ｓｔｍｉｎ／Ｓｔ≧０．７５の関係を満たすことにより、ゴム層４１ａの過度な変形を防止することが出来、耐久性が向上することが明らかになった。
一般にカラーの画像形成装置では、定着後の転写紙Ｐの分離性を向上させるために定着ローラ４１よりも加圧ローラ４５の方が硬度は硬い。そのため、定着ローラ４１と加圧ローラ４５とで定着ニップを形成するときは、定着ローラ４１の変形量は加圧ローラ４５の変形量に比べて大きくなる。このときスポンジ層であるゴム層４１ａの厚みＳｔに対する定着ニップでの変形量（Ｓｔ−Ｓｔｍｉｎ）をある値以下とすることで、ゴム層４１ａへの負荷を低減し、定着ローラ４１の耐久性を向上させることができる。
このような条件を満足する定着装置４としては、加圧ローラ４５としてアスカーＣ硬度で５７［Ｈｓ］のものを用い、定着ローラ４１としては、アスカーＣ硬度で３１［Ｈｓ］、芯金４１ｂの径φ１０［ｍｍ］（Ｒｓ＝５［ｍｍ］）、ゴム層４１ａの厚さＳｔ＝９．５［ｍｍ］、ニップを形成したときのゴム層の厚さ７．２］のものを適用することができる。
このような定着装置４であれば、
Ｓｔｍｉｎ／Ｓｔ（＝７．２／９．５≒０．７５８）≧０．７５
となる。
【００３８】
図４を用いて破泡について説明したが、破泡は芯金に近い箇所ほど発生し易い。これは以下の理由による。
定着ローラ４１は断面が円形で回転中心が円の中心となる回転体であるので、回転時（特に駆動開始と停止）には中心に近いほどせん断応力が大きくなる。よって、ゴム層４１ａの中心に近いほどせん断応力は大きくなり、セル４１ｃを形成する壁部４１ｄにかかる負荷は大きくなり、破泡が生じやすくなる。そして、芯金４１ｂとゴム層４１ａとの界面でゴム層４１ａに働くせん断応力は最大となり、さらに、芯金４１ｂは金属でできているため強度差が大きいゴム層４１ａと芯金４１ｂとの界面近傍で破泡が生じやすい。
【００３９】
図４（ｃ）に示すように、ゴム層４１ａの芯金４１ｂとの境界層４１ｅのすぐ外側のセル４１ｃほど、形成する壁部４１ｄが破断しやすく、破泡となりやすい。境界層４１ｅ近傍での破泡が周方向及び回転軸方向に広がると、図７に示すように、芯金４１ｂの外周面に、薄層である境界層４１ｅを残してゴム層４１ａが芯金４１ｂから剥がれる剥離が生じる。ゴム層４１ａの剥離が生じると、定着ローラ４１はローラとして機能しなくなる。なお、ゴム層４１ａの剥離としては、図７に示すようにゴム層４１ａが芯金４１ｂから完全に剥がれるものに限らず、部分的な剥離であっても、定着ローラ４１の硬度が不均一になる等、問題となる。
このとき、回転体は中心から遠ざかるほど応力が小さくなる応力分布であるので、芯金４１ｂの径を増やすことにより、応力がより小さい箇所をゴム層４１ａと芯金４１ｂとの界面とすることができ、芯金４１ｂ近傍に働く応力を低減することが可能である。
つまり、芯金４１ｂの半径Ｒｓとゴム層４１ａの厚さＳｔの関係においてＳｔ／Ｒｓを所定の値より小さくする必要がある。
【００４０】
一方、ゴム層４１ａの厚さＳｔを薄くしすぎると、ゴム層４１ａの厚みＳｔに対する変形量（Ｓｔ−Ｓｔｍｉｎ）の比率が高くなり、実験２同様の理由により、ゴム層４１ａ全体が破泡しやすくなり硬度低下しやすくなる。
【００４１】
［実験３］
実験３として、図３及び図６に示す定着装置４を用いて、定着ローラ４１のゴム層４１ａの厚さＳｔと、芯金４１ｂの半径との比率を振って、１０万枚のプリントを行った後のゴム層４１ａの剥離、及びセル４１ｃの破壊状況の評価を行った。
以下に実験条件を示す。
定着ローラ
直径：２９［ｍｍ］、アスカーＣ硬度：３１［Ｈｓ］、ゴム層の密度：０.３８［ｇ／ｃｍ３］
芯金（鉄製）の半径をＲｓ［ｍｍ］、ゴム層（シリコーンゴム製）の厚さをＳｔ［ｍｍ］としたときのＳｔ／Ｒｓ：１．９、１．５、１．２、１．１
加圧ローラ
直径：３０［ｍｍ］、芯金（鉄製）の直径：２３［ｍｍ］、ゴム層（シリコーンゴム製）の厚さ：３．５［ｍｍ］、アスカーＣ硬度：５７［Ｈｓ］加圧ローラ表面の線速：１８２［ｍｍ］
Ｓｔ／Ｒｓが異なる各定着ローラを用いた場合の諸条件を表３に示す。
【表３】
【００４２】
実験３の結果を表４に示す。なお、芯金近傍最大応力［ＭＰａ］は、上記実験条件を応力を計算するソフトに入力し、シュミレーションを行った際の、駆動開始時の芯金近傍の応力の値である。
【表４】
【００４３】
表４より、芯金４１ｂの半径Ｒｓとゴム層４１ａの厚さＳｔとが、Ｓｔ／Ｒｓ≦１．５の関係を満たすことにより、芯金４１ｂ近傍のゴム層４１ａの剥離を抑制することができることが明らかになった。
ここで、Ｓｔ／Ｒｓの値が小さすぎる、すなわちゴム層４１ａの厚さＳｔを薄くしすぎると、ゴム層４１ａの厚みＳｔに対する変形量（Ｓｔ−Ｓｔｍｉｎ）の比率が高くなり、ゴム層４１ａが全体的に破泡しやすくなり硬度低下しやすくなる。したがって、表４より、芯金４１ｂの半径Ｒｓとゴム層４１ａの厚さＳｔとが、１．２≦Ｓｔ／Ｒｓの関係を満たすことにより、ゴム層４１ａの過度な変形を防止することが出来、耐久性が向上することが明らかになった。
実験３より、芯金４１ｂの半径Ｒｓとゴム層４１ａの厚さＳｔとの関係が、１．２≦Ｓｔ／Ｒｓ≦１．５となるような定着ローラ４１を用いることにより、１０万枚プリントを行った後でも、セル４１ｃの破壊やゴム層４１ａの剥離の問題が生じない定着装置４とすることができる。
【００４４】
定着ローラ４１のゴム層４１ａと芯金４１ｂの界面付近は、ゴム層４１ａが弾性変形するのに対して、芯金４１ｂは金属シャフト等の剛性体であるため、回転開始／停止時のせん断力が集中しやすい。また、定着ローラ４１に働くせん断応力は、回転中心に近いほど大きくなるので、ゴム層４１ａに働くせん断応力は芯金４１ｂとの界面が最大となる。よって、ゴム層４１ａは、芯金４１ｂ近傍が破壊し易い。このとき、定着ローラ４１の芯金４１ｂの半径Ｒｓと（スポンジ）ゴム層４１ａの厚さＳｔとの比であるＳｔ／Ｒｓをある一定以下にすることにより、より回転中心から離れ、よりせん断応力が小さい箇所をゴム層４１ａと芯金４１ｂとの界面とすることができる。また、回転中心から遠いほど、ゴム層４１ａと芯金４１ｂとの界面の面積は大きくなるため、界面にかかる剪断力が分散し、せん断応力が低減するので、ローラの耐久性が向上することができる。
ゴム層４１ａと芯金４１ｂとの界面近傍の破泡は、芯金４１ｂの半径に比べてゴム層４１ａの厚さが薄いほど界面近傍の応力が低減する効果が得られる。しかし、他方でスポンジのゴム層４１ａが薄くなりすぎると、ゴム層４１ａの厚みＳｔに対する定着ニップでの変形量（Ｓｔ−Ｓｔｍｉｎ）が大きくなり、逆に破泡しやすい状態となる。つまり、ゴム層の厚さＳｔをある一定以上とすることにより、ゴム層４１ａの変形率（単位体積あたりの変形量）を低く抑えられる為、ローラの耐久性が向上する。
このような条件を満たす定着ローラ４１としては、たとえば外径φ２９［ｍｍ］、芯金径φ１２［ｍｍ］（Ｒｓ＝６［ｍｍ］）、スポンジゴム層の厚さＳｔ＝８．５［ｍｍ］、のものを適用することができる。
この定着ローラ４１であれば、
１．２＜Ｓｔ／Ｒｓ（＝８．５／６≒１．４２）≦１．５
となる。
【００４５】
実施形態１では、定着ベルト４３の張架部材として定着ローラ４１を備え、加圧ローラ４５によって加圧し定着ニップを形成する構成について説明した。定着装置としては、実施形態１で説明した定着装置の特徴部は、実施形態１に記載の構成に限るものではなく、定着装置内に記録体の未定着トナーを担持した面と接触する定着体と、記録体を定着体との間で挾持する加圧体を有し、いずれか一方がベルトにより構成されているものであれば適用可能である。
また、図８に示すように定着ベルト４３に、外側からテンションを加えるテンション付与部材を備えない構成であっても良い。
【００４６】
また、定着ベルトを備えない定着装置であっても、二つのローラが対向し、定着ニップを形成する構成であれば適用可能である。
定着ベルトを備えない定着装置としては、例えば図９に示すものがある。図９に示す定着装置４では、低硬度の定着ローラ４１の表面が金属層（もしくは金属層を有するベルト）で構成される。また、定着ローラ４１の金属層と対向するようにＩＨコイル４９が備えられている。この定着装置４では、ＩＨコイル４９と金属層とのＩＨ加熱によって、金属層が加熱され、定着ニップにおいて、転写紙Ｐ上のトナー像に熱と圧力とが加えられる。
【００４７】
［実施形態２］
実施形態１では、弾性ローラである定着ローラ４１の弾性層であるゴム層４１ａの密度が略均一なものについて説明した。以下、実施形態２として、破泡を抑制する他の弾性ローラとしての定着ローラ４１の構成について説明する。なお、定着ローラ４１以外の構成は実施形態１と共通するので説明は省略し、定着ローラ４１についてのみ説明する。
【００４８】
図１０は、実施形態２にかかる弾性ローラとしての定着ローラ４１の概略説明図である。図１０（ａ）は、定着ローラ４１の概略断面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）中の領域βの拡大説明図である。
図１０（ａ）に示すように、実施形態２の定着ローラ４１は、実施形態１の定着ローラ４１と同様に、ゴム製の弾性層であるゴム層４１ａと、金属製の芯金４１ｂとから構成される。
そして、実施形態２の定着ローラ４１は、図１０（ｂ）に示すように、弾性層であるゴム層４１ａは単一構造物からなり、芯金４１ｂ側となる内側ほど空孔であるセル４１ｃを小さくし、外側ほどセル４１ｃが大きくなるように形成している。すなわち、ゴム層４１ａの密度がローラの半径方向について異なり、芯金４１ｂに近いほどゴム層４１ａの密度が高い定着ローラ４１を用いる。
このようなゴム層４１ａは、セル４１ｃを芯金４１ｂに近いほど小さくすることによって、壁部４１ｄが芯金４１ｂに近いほど厚くなり、ゴム層４１ａは芯金４１ｂに近いほど強度が強まる形状となる。そして、セル４１ｃの個数が同じで、壁が厚くなれば、密度が大きくなる。このようなゴム層４１ａは、ゴム層の材料であるシリコーンゴムに発泡剤を混入し、加熱して発泡を行う際に、内側はゆっくりと熱を上げて、外側は急速に熱を上げることにより、形成することができる。
【００４９】
スポンジ状の弾性ローラの破泡に対しては、弾性層のゴム密度を高くすることで抑制する効果が得られるが、反面、ゴム密度を高くしすぎるとアスカーＣ硬度が高くなり所定のニップが出せなくなるおそれがある。さらに、ゴム密度が高いものは空孔が占める体積が少なくなり、空孔が占める体積が多いモノに比べて熱伝導率が高まり、定着ベルト４３から移動する熱量が増えウォームアップが遅くなるなどの不具合が発生する。
また、上述したように、定着ローラ４１のゴム層４１ａは芯金４１ｂ近傍ほどセルを変形させるせん断応力が大きく、特にその部分でのゴム破壊が多い。よって、芯金４１ｂに近いほどゴム層４１ａの密度が高い定着ローラ４１を用いることにより、芯金４１ｂ近傍の強度を向上し、表面の硬度が増加することを抑制することができる。このように構成することで、スポンジローラの特性（低硬度、低熱伝導率）を有しながら高耐久な定着ローラ４１とすることができる。
なお、従来技術において、芯金付近をソリッドゴムにし、表面をスポンジゴムとする、弾性層を２層とするローラがあるが、このようなローラだと、ソリッドゴムとスポンジゴムの界面でやはり同じような応力集中が発生する。そして、そこではやはり破泡が発生するため、実施形態２の定着ローラ４１のゴム層４１ａのように、単一構造物からなり連続的にセル４１ｃの大きさが変化する方がより高寿命なローラとなる。
【００５０】
以上、実施形態１によれば、スポンジ状の弾性層であるゴム層４１ａを備え、その硬度がアスカーＣ硬度で２８［Ｈｓ］以上、３４［Ｈｓ］以下となる低硬度の弾性ローラである定着ローラ４１を備える定着装置４において、定着ローラ４１のゴム層４１ａの密度を、０．３８［ｇ／ｃｍ３］以上とすることで、６万枚プリントを行う長期間使用を行っても定着ニップの幅が減少することを抑制できる。すなわち、６万枚プリント後のセル４１ｃの破壊を抑制することができる。そして、長期使用した際に定着ニップの幅が減少することを抑制することができるため、長期的に定着性を維持することができる。
また、弾性層の材料としてシリコーンゴムを用いることにより、スポンジ状の弾性層を容易に作成することができる。
また、複数の張架部材として、加熱ローラ４２と定着ローラ４１とによって支持される定着ベルト４３を備え、高硬度ローラとしての加圧ローラ４５は、定着ベルト４３を介して定着ローラ４１を押圧し、定着ローラ４１との間で定着ニップを形成することにより、スポンジ状の定着ローラ４１ではなく、離型性が高い定着ベルト４３が転写紙Ｐ上のトナー像と接触するため、分離性を向上することができる。
また、定着ローラ４１のアスカーＣ硬度をＡｔ、加圧ローラ４５のアスカーＣ硬度をＡｋとすると、Ａｋ＞Ａｔ＋２０［Ｈｓ］の関係を満たすようにすることにより、定着ニップでは定着ローラ４１が大きく凹んだ形状となることで、定着ニップ通過後の転写紙Ｐの搬送方向が加圧ローラ４５側（非画像面側）になるため、定着ベルト４３に対する転写紙Ｐの分離性を高めることができる。
また、ゴム層４１ａの厚さＳｔ、定着ニップでのゴム層４１ａ厚さの最小値Ｓｔｍｉｎについて、Ｓｔｍｉｎ／Ｓｔ≧０．７５の関係を満たすことにより、８万枚プリントを行う長期間使用を行っても定着ニップの幅が減少することを抑制できる。すなわち、８万枚プリント後のセル４１ｃの破壊を抑制することができる。そして、長期使用した際に定着ニップの幅が減少することを抑制することができるため、長期的に定着性を維持することができる。
また、芯金４１ｂの半径Ｒｓと、ゴム層４１ａの厚さＳｔとが、１．２≦Ｓｔ／Ｒｓ≦１．５の関係を満たすことにより、１０万枚プリントを行う長期間使用を行っても、ゴム層４１ａの芯金４１ｂからの剥離を抑制しつつ、定着ニップの幅が減少することを抑制できる。すなわち、１０万枚プリント後のセル４１ｃの破壊を抑制することができる。そして、長期使用した際に定着ニップの幅が減少することを抑制することができるため、長期的に定着性を維持することができる。
また、画像形成装置であるプリンタ１００の定着手段として、定着装置４を用いることにより、長期にわたり、安定した定着性を維持することができ、画像品質を維持することができる。
また、実施形態２の定着装置４のように、弾性層であるゴム層４１ａの密度が定着ローラ４１の半径方向について異なり、芯金４１ｂに近いほどゴム層４１ａの密度が高くすることにより、セル４１ｃの破壊が発生しやすい芯金４１ｂ近傍のゴム層４１ａの強度を向上しつつ、定着ローラ４１表面の弾性を維持することができる。
また、ゴム層４１ａを、単一構造物とし、芯金４１ｂ側となる内側ほど空孔であるセル４１ｃを小さくし、外側ほどセル４１ｃが大きくなるように形成することで、芯金４１ｂに近いほど強度が高いゴム層４１ａを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施形態１に係るプリンタを示す概略構成図。
【図２】上記プリンタのトナー像形成部を構成するプロセスカートリッジの概略構成図。
【図３】定着装置の概略構成図。
【図４】定着ローラのゴム層に発生するは破泡の説明図。（ａ）は定着ローラの概略断面図、（ｂ）は破泡が生じる前の拡大説明図、（ｃ）は破泡が生じた状態の拡大説明図。
【図５】定着ローラのゴム層の密度を高めた状態の説明図。（ａ）は径の小さなセルが増えた状態、（ｂ）は壁部が厚くなった状態。
【図６】定着ニップを形成する定着ローラと加圧ローラとの概略説明図。
【図７】ゴム層の剥離が生じた定着ローラの断面図。
【図８】テンションローラ付与部材を備えない定着装置の概略構成図。
【図９】定着ベルトを備えない定着装置の一例の概略構成図。
【図１０】実施形態２に係る定着ローラの概略説明図。（ａ）は定着ローラの概略断面図、（ｂ）は拡大説明図。
【図１１】定着ニップ近傍の拡大説明図。（ａ）は破泡が生じる前の定着ニップ近傍の拡大説明図、（ｂ）は破泡が進行した状態の定着ニップ近傍の拡大説明図。
【符号の説明】
【００５２】
１ 中間転写ベルト
４ 定着装置
５ 二次転写ローラ
６ レジストローラ
７ 給紙コロ
８ 給紙カセット
９ 光書込ユニット
１０ 現像装置
１１ 一次転写装置
２１ 感光体
４１ 定着ローラ
４１ａ ゴム層
４１ｂ 芯金
４２ 加熱ローラ
４３ 定着ベルト
４４ ヒータ
４５ 加圧ローラ
４６ 分離爪
４７ テンションローラ
１００ プリンタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スポンジ状の弾性層を備える弾性ローラと、
該弾性ローラよりも硬度が高く、該弾性ローラとの間で定着ニップを形成する高硬度ローラと、
該定着ニップを加熱するための加熱手段とを備える定着装置において、
該弾性ローラの硬度はアスカーＣ硬度で２８［Ｈｓ］以上、３４［Ｈｓ］以下であり、
該弾性層の密度が、０．３８［ｇ／ｃｍ３］以上であることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１の定着装置において
上記弾性層の材料がゴムであることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１または２の定着装置において、
複数の張架部材によって支持されるベルト形状で該複数の張架部材の一つが上記弾性ローラであり、上記加熱手段によって加熱される定着ベルトを備え、
上記高硬度ローラは、該定着ベルトを介して該弾性ローラを押圧し、該弾性ローラとの間で上記定着ニップを形成することを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項１または２の定着装置において、
上記弾性ローラは上記定着ニップで記録体上の未定着画像を担持する面と対向する定着ローラであり、上記高硬度ローラは該定着ニップで該記録体の該未定着画像を担持する面の裏面側から加圧する加圧ローラであることを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項１、２、３または４の定着装置において、
上記弾性ローラのアスカーＣ硬度をＡｔ、上記高硬度ローラのアスカーＣ硬度をＡｋとすると、
Ａｋ＞Ａｔ＋２０［Ｈｓ］
の関係を満たすことを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項１、２、３、４または５の定着装置において、
上記定着ニップを形成していない状態での上記弾性層の厚さをＳｔ、
該定着ニップを形成した状態での該弾性層の厚さの最小値をＳｔｍｉｎとすると、
Ｓｔｍｉｎ／Ｓｔ≧０．７５
の関係を満たすことを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項１、２、３、４、５または６の定着装置において、
上記弾性ローラは上記弾性層と金属製の芯金とから構成することを特徴とする定着装置。
【請求項８】
請求項７の定着装置において、
上記芯金の半径をＲｓ、上記弾性層の厚さＳｔをとすると、
Ｓｔ／Ｒｓ≦１．５
の関係を満たすことを特徴とする定着装置。
【請求項９】
請求項８の定着装置において、
上記芯金の半径をＲｓと、上記弾性層の厚さＳｔとが、
１．２≦Ｓｔ／Ｒｓ≦１．５
の関係を満たすことを特徴とする定着装置。
【請求項１０】
スポンジ状の弾性層と金属製の芯金とを備える弾性ローラと、
該弾性ローラよりも硬度が高く、該弾性ローラとの間で定着ニップを形成する高硬度ローラと、
該定着ニップを加熱する加熱手段とを備える定着装置において、
該弾性ローラの硬度はアスカーＣ硬度で２８［Ｈｓ］以上、３４［Ｈｓ］以下であり、
該弾性層の密度が該弾性ローラの半径方向について異なり、該芯金に近いほど該弾性層の密度が高いことを特徴とする定着装置。
【請求項１１】
請求項１０の定着装置において、
上記弾性層は、単一構造物からなり、芯金側となる内側ほど空孔を小さくし、外側ほど該空孔が大きくなるように形成したことを特徴とする定着装置。
【請求項１２】
請求項１０または１１の定着装置において
上記弾性層の材料がゴムであることを特徴とする定着装置。
【請求項１３】
請求項１０、１１または１２の定着装置において、
複数の張架部材によって支持されるベルト形状で該複数の張架部材の一つが上記弾性ローラであり、上記加熱手段によって加熱される定着ベルトを備え、
上記高硬度ローラは、該定着ベルトを介して該弾性ローラを押圧し、該弾性ローラとの間で上記定着ニップを形成することを特徴とする定着装置。
【請求項１４】
請求項１０、１１、１２または１３の定着装置において、
上記弾性ローラは上記定着ニップで記録体上の未定着画像を担持する面と対向する定着ローラであり、上記高硬度ローラは該定着ニップで該記録体の該未定着画像を担持する面の裏面側から加圧する加圧ローラであることを特徴とする定着装置。
【請求項１５】
請求項１０、１１、１２、１３または１４の定着装置において、
上記弾性ローラのアスカーＣ硬度をＡｔ、上記高硬度ローラのアスカーＣ硬度をＡｋとすると、
Ａｋ＞Ａｔ＋２０［Ｈｓ］
の関係を満たすことを特徴とする定着装置。
【請求項１６】
記録体にトナー像を形成するトナー像形成手段と、
該記録体にトナー像を定着させる定着手段とを備える画像形成装置において、
該定着手段として、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４または１５に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
スポンジ状の弾性層を備える弾性ローラと、
該弾性ローラよりも硬度が高く、該弾性ローラとの間で定着ニップを形成する高硬度ローラと、
該定着ニップを加熱するための加熱手段とを備える定着装置において、
該弾性ローラの硬度はアスカーＣ硬度で２８［Ｈｓ］以上、３４［Ｈｓ］以下であり、
該弾性層の密度が、０．３８［ｇ／ｃｍ３］以上であることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１の定着装置において
上記弾性層の材料がゴムであることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１または２の定着装置において、
複数の張架部材によって支持されるベルト形状で該複数の張架部材の一つが上記弾性ローラであり、上記加熱手段によって加熱される定着ベルトを備え、
上記高硬度ローラは、該定着ベルトを介して該弾性ローラを押圧し、該弾性ローラとの間で上記定着ニップを形成することを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項１または２の定着装置において、
上記弾性ローラは上記定着ニップで記録体上の未定着画像を担持する面と対向する定着ローラであり、上記高硬度ローラは該定着ニップで該記録体の該未定着画像を担持する面の裏面側から加圧する加圧ローラであることを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項１、２、３または４の定着装置において、
上記弾性ローラのアスカーＣ硬度をＡｔ、上記高硬度ローラのアスカーＣ硬度をＡｋとすると、
Ａｋ＞Ａｔ＋２０［Ｈｓ］
の関係を満たすことを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項１、２、３、４または５の定着装置において、
上記定着ニップを形成していない状態での上記弾性層の厚さをＳｔ、
該定着ニップを形成した状態での該弾性層の厚さの最小値をＳｔｍｉｎとすると、
Ｓｔｍｉｎ／Ｓｔ≧０．７５
の関係を満たすことを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項１、２、３、４、５または６の定着装置において、
上記弾性ローラは上記弾性層と金属製の芯金とから構成することを特徴とする定着装置。
【請求項８】
請求項７の定着装置において、
上記芯金の半径をＲｓ、上記弾性層の厚さＳｔをとすると、
Ｓｔ／Ｒｓ≦１．５
の関係を満たすことを特徴とする定着装置。
【請求項９】
請求項８の定着装置において、
上記芯金の半径をＲｓと、上記弾性層の厚さＳｔとが、
１．２≦Ｓｔ／Ｒｓ≦１．５
の関係を満たすことを特徴とする定着装置。
【請求項１０】
スポンジ状の弾性層と金属製の芯金とを備える弾性ローラと、
該弾性ローラよりも硬度が高く、該弾性ローラとの間で定着ニップを形成する高硬度ローラと、
該定着ニップを加熱する加熱手段とを備える定着装置において、
該弾性ローラの硬度はアスカーＣ硬度で２８［Ｈｓ］以上、３４［Ｈｓ］以下であり、
該弾性層の密度が該弾性ローラの半径方向について異なり、該芯金に近いほど該弾性層の密度が高いことを特徴とする定着装置。
【請求項１１】
請求項１０の定着装置において、
上記弾性層は、単一構造物からなり、芯金側となる内側ほど空孔を小さくし、外側ほど該空孔が大きくなるように形成したことを特徴とする定着装置。
【請求項１２】
請求項１０または１１の定着装置において
上記弾性層の材料がゴムであることを特徴とする定着装置。
【請求項１３】
請求項１０、１１または１２の定着装置において、
複数の張架部材によって支持されるベルト形状で該複数の張架部材の一つが上記弾性ローラであり、上記加熱手段によって加熱される定着ベルトを備え、
上記高硬度ローラは、該定着ベルトを介して該弾性ローラを押圧し、該弾性ローラとの間で上記定着ニップを形成することを特徴とする定着装置。
【請求項１４】
請求項１０、１１、１２または１３の定着装置において、
上記弾性ローラは上記定着ニップで記録体上の未定着画像を担持する面と対向する定着ローラであり、上記高硬度ローラは該定着ニップで該記録体の該未定着画像を担持する面の裏面側から加圧する加圧ローラであることを特徴とする定着装置。
【請求項１５】
請求項１０、１１、１２、１３または１４の定着装置において、
上記弾性ローラのアスカーＣ硬度をＡｔ、上記高硬度ローラのアスカーＣ硬度をＡｋとすると、
Ａｋ＞Ａｔ＋２０［Ｈｓ］
の関係を満たすことを特徴とする定着装置。
【請求項１６】
記録体にトナー像を形成するトナー像形成手段と、
該記録体にトナー像を定着させる定着手段とを備える画像形成装置において、
該定着手段として、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４または１５に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−２０６２６５（Ｐ２００７−２０６２６５Ａ）
【公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２３４９１（Ｐ２００６−２３４９１）
【出願日】平成１８年１月３１日（２００６．１．３１）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月３１日（２００６．１．３１）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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