JP5977103B2 - 定着装置およびこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、トナーを定着させる定着装置およびこれを備えた画像形成装置に関するものである。

電子写真法に基づいて画像を形成する電子写真方式の画像形成装置（以下、単に「画像形成装置」という）は、良好な画質品位を有する画像を容易に形成することができ、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置および複合機などに広く利用されている。

画像形成装置の一構成部品である定着装置は、記録媒体上のトナー像を記録媒体に定着させるもので、熱ローラ定着方式とベルト定着方式とがある。一般的に、熱ローラ定着方式の定着装置は、定着ローラおよび加圧ローラが互いに圧接するローラ対となっており、両ローラの少なくとも一方のローラの内部に発熱源としてハロゲンランプを備えている。

この熱ローラ定着方式の定着装置は、ハロゲンランプが定着に必要な所定の温度（以下、「定着温度」という）までローラ対を加熱した後に、未定着トナー像が形成された用紙などの記録媒体が、定着ローラと加圧ローラとの圧接部（定着ニップ部）に供給され、定着ニップ部に伝わる熱と、定着ニップ部の圧力とによって、未定着トナー像を記録媒体上に定着させる。

近年、フルカラー印刷が可能な画像形成装置はプロセス速度の高速化が求められる。これに対応するためには、定着ニップ部における記録媒体搬送方向の幅（ニップ幅）を広くする必要がある。ニップ幅を広くする手段として、定着ローラ（弾性ローラ）の弾性層を厚くしたり、または、弾性ローラ径を大きくするという２つの方法がある。

しかし、弾性ローラの弾性層（シリコーンゴム）の熱伝導性が非常に低いので、弾性ローラ内部に発熱源がある場合、弾性ローラの弾性層を厚くすると、プロセス速度を高速化した場合に、定着ローラの温度が定着温度に追従することができなくなる。また、弾性ローラ径を大きくすると、ウォームアップ時間が長くなり、加熱手段の消費電力が増大する。

上記の問題点を解決するために、定着ローラや加圧ローラに、断熱性に優れたスポンジローラを用い、小型、軽量化、省エネを目指した提案や、スポンジローラ特有の課題解決の提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。

一方、ベルト定着方式の定着装置は、定着ローラと、加圧ローラと、定着ベルトとを含み、定着ベルトは、定着ローラと、加熱用ヒータを内部に含む加熱ローラとの間に掛け渡され、定着ベルトを介して定着ローラと加圧ローラとが圧接されて定着ニップ部が形成されたものが提案されている。

この種のベルト定着方式では、定着ベルトが、ポリイミドなどからなるベルト基材と、このベルト基材の表面に形成されるシリコーンゴムなどからなるベルト弾性層と、該ベルト弾性層の表面に形成されるフッ素樹脂などからなるベルト離型層とを含み、定着ローラは断熱性に優れたスポンジローラを弾性層に用い、定着ベルトの熱が定着ローラに奪われないようにする工夫がなされている。そのため、熱容量の小さい定着ベルトだけを効率的に加熱することができるので、ウォームアップ時間を短くすることができる。

さらに、特許文献２では、薄肉の定着ローラの内部にランプと圧接部材とを備え、圧接部材と対向する加圧ローラによって、圧接部材と定着ローラとを変形させてトナー定着に必要な定着ニップ部を得るベルト定着方式の定着装置が提案されている。この特許文献２の定着装置では、従来のベルト定着方式に比べて、加熱ローラが省略された分、さらに省エネ性を高めている。

特開２００５−３０９１８８号公報 特開平９−１１４２９６号公報

しかしながら、特許文献２では、薄肉の定着ローラの内部に備えられた圧接部材は、定着ローラに対して固定されたパッド、または表層ゴムでコートされた金属ローラである。圧接部材が固定されたパッドの場合、パッドと定着ローラの摺動性を維持するために、定着ニップの面圧を高めることができず、記録媒体の凹凸に追従できず、微細な光沢ムラが発生したり、また、記録媒体がエンボス紙の場合、エンボス紙の凹部分に定着不良が生じる場合があった。

また、圧接部材が表層ゴムでコートされた金属ローラの場合、金属ローラが厚い場合は変形が不十分となり、必要なニップ幅が得られず、トナー定着が不足する欠点がある。また、金属ローラが薄い場合、金属ローラが変形しても定着ニップ部の面圧が低くなり、記録媒体（用紙）の凹凸に追従できず、微細な光沢ムラが発生したり、また、エンボス紙の凹部分の定着不良が生じる場合がある。

このように、金属ローラの変形によるニップ形成は、定着ニップの幅と荷重の両立が極めて困難であり、十分な定着性を得ることは難しい。また、金属ローラ表層にゴム層を設け、ハロゲンランプ等の熱を金属層に伝わりにくくすることで、加熱効率を高める工夫がなされているが、金属に比べゴム層はランプからの赤外放射を吸収しやすいので、本来、定着ローラの加熱に必要な熱が、ゴム層に奪われてしまい、逆に加熱効率が低くなり、省エネ性能が低下していた。

本発明は、上記の鑑み、記録媒体のトナー定着性能を良好にすると共に、省エネ性能にも優れた定着装置およびこれを備えた画像形成装置の提供を目的としている。

上記目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、ローラ形状に形成された定着ローラと、無端状の定着ベルトと、加圧部材と、前記定着ベルトの内側に配設されて赤外線を放射する発熱源とを備え、前記定着ベルトの内側に前記定着ローラが配置され、前記加圧部材が前記定着ベルトを介して前記定着ローラに圧接され、前記加圧部材と前記定着ベルトとの間に記録媒体が通過する定着ニップ部が設けられたベルト定着方式の定着装置であって、前記定着ローラは、定着弾性層を備え、その表層側に赤外線を反射する赤外線反射層として金属層を有する。

上記構成によると、定着部材である定着ローラの表層に赤外線反射層を設け、定着ベルトの内側にある発熱源から発生する輻射熱を、定着ローラの赤外線反射層で反射するので、定着ローラの内部に設けた弾性層が直接輻射熱を受けるのを防止し、弾性層の過熱損傷を防止することができる。

この場合の赤外線反射層は、種々の素材で構成することができるが、赤外線反射率の高い金属から構成し、反射効率の良い定着装置を提供するのが望ましい。

ここで、定着部材である定着ローラと定着ベルトの基材の内面の赤外線に対する反射率に比べて、定着ローラの表面の反射率を高く設定することが好ましい。

なぜならば、定着ローラの表層の赤外線反射率を高くすることで、定着ローラがハロゲンランプなどの発熱源からの輻射熱を受けても吸収されずに反射し、その赤外線の反射によって定着ベルトを加熱する作用がある。定着ベルトの内側に、例えば赤外線吸収層を設けて、反射率を抑えることで、一旦、定着ベルトの内側に達した赤外線は、殆ど反射されることなく、定着ベルトの加熱に寄与することができる。

このように、定着ローラ表層の赤外線の反射率が定着ベルトの内側の反射率に比べて高いことによって、発熱源からの輻射熱を効率よく定着ベルトの加熱に利用することができるので、省エネ性能に優れた定着装置を提供することができる。

定着ローラとして、中心軸より外側に向かって順次配列された、芯金層、定着弾性層、基材層および赤外線反射層の４層から構成された定着ローラを挙げることができる。

上記構成によると、芯金層の表層側に定着弾性層が形成されているので、加圧部材との圧接により定着ニップ幅を広くすることができる。また、定着弾性層としてシリコーンゴム等のゴムを採用した場合、赤外線反射層によりシリコーンゴムが直接輻射熱を受けるのを防止することができる。

また、定着ローラは、芯金層および定着弾性層の２層構造の外周に、基材層および赤外線反射層からなる２層構造のスリーブが被覆された構成を採用することができる。

上記構成によると、基材の表面側に赤外線反射層を積層したスリーブを用いたので、赤外線反射層を薄くすることができ、赤外線反射層の薄型化に伴い、赤外線反射層が金属層の場合、定着ローラの定着弾性層の定着ニップ部における変形をさらに容易にし、十分なニップ幅を確保することができる。

また、前記定着ローラは、定着弾性層の外側に、赤外線反射層が形成された１層以上の構造のスリーブが被覆され、該スリーブの内径が前記定着弾性層の外径よりも大きい構成を採用することができる。

赤外線反射を目的とするスリーブは、少なからず赤外線の吸収によって加熱され、加熱されたスリーブの熱は定着弾性層に移動してしまう。しかし、赤外線反射層を備えたスリーブよりも、定着弾性層の外径が小さいので、スリーブとその内側の定着弾性層とが分離され、スリーブから定着弾性層への熱移動を少なくすることができる。スリーブは定着ニップ部付近においてのみ、弾性層と定着ベルトに接するようになるので、スリーブの熱をより多く定着ベルトに与えることができる。そのため、定着ベルトの加熱効率が向上する。

また、定着ベルトの内側に、定着ベルトを摺動案内する固定部材としてのベルトガイドが設けられた構成を採用することができる。

ベルトガイドを備えることによって、定着ベルトとハロゲンランプ等の発熱源とが接触するのを防止でき、定着ベルトの熱損傷のリスクを低減することができる。また、ハロゲンランプからの赤外線放射ムラにより、定着ベルトが局所的に熱膨張し歪みが発生したり、さらには、この定着ベルトの歪により、ハロゲンランプと接触あるいは蛇行するなどのリスクが発生するが、ベルトガイドを備えることにより、これらのリスクを低減することができる。

このリスクが低減するため、定着ベルトの基材には柔軟性の高い材料、例えばポリイミド樹脂を使用することができる。そのため、定着ベルトの柔軟性が高くなり、定着ニップ部における定着ローラの弾性層の変形が、定着ベルトの剛性によって阻害されるために生じる記録媒体の剥離性の低下を防止することができる。

また、ベルトガイドの内面に、発熱源から放射される赤外線を吸収する赤外線吸収層が形成された構成を採用するのが好ましい。これにより、ベルトガイドの内側の赤外線吸収層により反射率を抑えることで、一旦、ベルトガイドの内側に達した赤外線は、殆ど反射されることなく、ベルトガイドの加熱に寄与することになり、加熱されたベルトガイドは、接触している定着ベルトを熱伝導によって加熱することになる。

また、定着ローラの赤外線反射層の赤外線反射率が、前記ベルトガイドの赤外線反射率に比べて高く設定することが好ましい。上記構成によれば、発熱源から放射される赤外線が、定着ローラの赤外線反射層によって反射され、ベルトガイドの内側の赤外線吸収層に向かうことになり、定着ベルトに伝熱される熱効率をさらに良好にすることができる。

なお、定着ベルトは、定着ローラと接するベルト基材と、その表面に形成されるベルト弾性層と、その表面に形成されて記録媒体上のトナー像と接するベルト離型層とを含む構成を採用することができる。

これにより、定着ベルトの柔軟性が高くなり、定着ニップ部における定着ローラの弾性層の変形が、定着ベルトの剛性によって阻害されるのを防止でき、記録媒体の剥離性の低下を防止することができる。

このような定着装置は、記録媒体にトナー像を定着するときの定着性と省エネ性能に優れ、これらを搭載した画像形成装置は、記録媒体の剥離性に優れ、かつ省エネ性能に優れた画像を形成することができる。

以上のとおり、定着ローラの表層が金属層であるので、ハロゲンランプなどの発熱源からの輻射熱を反射し、定着ローラの定着弾性層が直接輻射熱を受けるのを防止することができ、定着弾性層の過熱損傷を防ぐことができる。

本発明の画像形成装置の概略構成図である。 本発明の第１の実施形態における定着装置の断面構成図である。 同じく定着ローラの断面図である。 本発明の第２の実施形態における定着ローラの断面図である。 本発明の第３の実施形態における定着装置の断面構成図である。 本発明の第４の実施形態における定着装置の断面構成図である。

以下、本発明の一実施形態である画像形成装置およびこれに搭載された定着装置を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明においては、各形態に先行する形態において、既に説明している事項に対応している部分には同一の符号を付し、重複する説明を略する場合がある。また、各形態において、構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。さらに、各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に、組合せることに支障がなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。さらにまた、各実施形態は本発明に係る技術を具体化するために例示するものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。本発明に係る技術内容は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることが可能である。

（画像形成装置について）
図１は、本発明の実施形態である画像形成装置１００の構成を模式的に示す概略図である。画像形成装置１００は、読み取った原稿の画像データやネットワークなどを介して送信された画像データに基づいて、用紙等の記録媒体に対して多色または単色の画像を形成する装置である。

画像形成装置１００は、露光ユニット１、感光体ドラム３ａ〜３ｄ、現像装置２ａ〜２ｄ、帯電器５ａ〜５ｄ、クリーニングユニット４ａ〜４ｄ、中間転写ベルトユニット８、一次転写ローラ６ａ〜６ｄ、二次転写ローラ１１、定着装置１２、記録媒体搬送路Ｓ１〜Ｓ３、給紙カセット１０、手差し給紙トレイ２０および排紙トレイ１５を備えている。

画像形成装置１００は、ブラック（Ｋ）およびカラー画像を色分解して得られる減法混色の３原色であるシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の４色の各色相に対応した画像データを用いて、各色相に対応した各画像形成ユニットにおいて画像形成を行う。

各画像形成ユニットは、同様の構成であり、例えば、ブラック（Ｋ）の画像形成ユニットは、感光体ドラム３ａ、現像装置２ａ、帯電装置５ａ、一次転写ローラ６ａおよびクリーニングユニット４ａなどから構成される。シアン（Ｃ）の画像形成ユニットは、感光体ドラム３ｂ、現像装置２ｂ、帯電装置５ｂ、一次転写ローラ６ｂおよびクリーニングユニット４ｂなどから構成される。マゼンタ（Ｍ）の画像形成ユニットは、感光体ドラム３ｃ、現像装置２ｃ、帯電装置５ｃ、一次転写ローラ６ｃおよびクリーニングユニット４ｃなどから構成される。イエロー（Ｙ）の画像形成ユニットは、感光体ドラム３ｄ、現像装置２ｄ、帯電装置５ｄ、一次転写ローラ６ｄおよびクリーニングユニット４ｄなどから構成される。

これらの画像形成ユニットは、中間転写ベルトユニット８の中間転写ベルト７の移動方向Ｂに一列に配列されている。中間転写ベルト７は、４つの画像形成ユニットの上側で、一対のローラ７１，７２間に掛け渡しされている。

このような画像形成装置１００においては、給紙カセット１０に収納されている記録媒体を、二次転写ローラ１１と中間転写ベルト７との間および定着装置１２を経由して、排紙トレイ１５に送るための略垂直方向に延びる第１の記録媒体搬送路Ｓ１が設けられている。

第１の記録媒体搬送路Ｓ１には、給紙カセット１０内の記録媒体を一枚ずつ用紙搬送路Ｓ１内に繰り出すピックアップローラ１６１、繰り出された記録媒体を上方に向けて搬送する搬送ローラ２５１、搬送されてきた記録媒体を所定のタイミングで二次転写ローラ１１と中間転写ベルト７との間に導くレジストローラ１４、定着装置１２を通過した後の記録媒体を搬送する搬送ローラ２５２、および、記録媒体を排紙トレイ１５に排出する排紙ローラ２５３が配置されている。

画像形成装置１００の内部には、手差し給紙トレイ２０からレジストローラ１４に至る間に、ピックアップローラ１６２および搬送ローラ２５４，２５５，２５６を配置した第２の記録媒体搬送路Ｓ２が形成されている。さらに、排紙ローラ２５３から第１の記録媒体搬送路Ｓ１におけるレジストローラ１４の上流側に至る間には、第３の記録媒体搬送路Ｓ３が形成されている。

排紙ローラ２５３は、正逆両方向に回転自在にされており、記録媒体の片面に画像を形成する片面画像形成時、および、記録媒体の両面に画像を形成する両面画像形成における第２面の画像形成時に正転方向に駆動されて記録媒体を排紙トレイ１５に排出する。

一方、両面画像形成における第１面の画像形成時には、排紙ローラ２５３は、用紙の後端が定着装置１２を通過するまで正転方向に駆動された後、記録媒体の後端部を挟持した状態で逆転方向に駆動されて、記録媒体を、搬送ローラ２５７，２５８が配置された第３の記録媒体搬送路Ｓ３内に導く。これによって、両面画像形成時に片面のみに画像が形成された記録媒体は、表裏面および前後端を反転した状態で第１の記録媒体搬送路Ｓ１に導かれる。

（定着装置について）
図２は本発明の第１の実施形態である定着装置１２の構成を模式的に示す断面図である。図３は定着ローラの拡大断面図である。

定着装置１２は、定着部材である定着ローラ２１と、加圧部材である加圧ローラ２２と、無端状の定着ベルト２３とを備える。定着ベルト２３の内側に定着ローラ２１が配置され、加圧ローラ２２が定着ベルト２３を介して定着ローラ２１に対向するように配置されている。

この定着装置１２は、定着ベルト２３の内側には、ハロゲンランプからなる発熱源２４が設けられ、この発熱源２４から放射される輻射熱によって定着ベルト２３が加熱され、定着ベルト２３と加圧ローラ３３とで形成する定着ニップ部Ａを、所定の定着速度および複写速度で記録媒体が通過したとき、記録媒体上に担持されている未定着のトナー像を記録媒体上に加熱加圧して定着するベルト定着方式を採用する。

本例のベルト定着方式の定着装置１２は、熱容量が小さい定着ベルト２３をハロゲンランプ等の発熱源で加熱する構成であるので、ウォームアップ時間が短く、かつ、消費電力の増大を抑えて省エネ化が達成できる。

なお、未定着のトナー像は、例えば、非磁性一成分現像剤（非磁性トナー）、非磁性二成分現像剤（非磁性トナーおよびキャリア）、磁性現像剤（磁性トナー）などの現像剤（トナー）によって形成される。また、定着速度とは所謂プロセス速度であり、複写速度とは、１分間当たりのコピー枚数のことである。また、記録媒体が定着ニップ部Ａを通過するときには、定着ベルト２３は、記録媒体のトナー像担持面に当接するようになっている。

定着ローラ２１は、略円筒形の形状を有するローラ状の部材であり、略円筒形の中心軸から外周に向かって定着芯金２５、および定着弾性層２６、最外層に赤外線反射層として金属層２７が形成されている３層構造である。

定着芯金２５には、鉄、ステンレス鋼、アルミニウムまたは銅などの金属あるいは、それらの合金などが用いられる。定着弾性層２６には、シリコーンゴムまたはフッ素ゴムなどの耐熱性を有するゴム材料が適している。この定着弾性層２６のアスカーＣ（ＡＳＫＥＲ Ｃ）硬さは２０〜４０度に設定されるのが好ましい。赤外線反射層である金属層２７は、ステンレス鋼、銅、Ｎｉ（ニッケル）などの赤外線の反射率が比較的高く、酸化などにより変化しにくい材料が好ましい。

本例では、定着ローラ２１の直径は３０ｍｍである。定着芯金２５には、直径１５ｍｍのステンレス鋼が用いられ、定着弾性層２６には、アスカーＣ硬さが２５度で、厚さ７．５ｍｍのシリコーンスポンジゴムが用いられる。金属層２７には、厚み０．０５ｍｍのステンレス製のチューブベルトを用い、定着弾性層２６に被覆する。金属層２７は、ハロゲンランプ２４からの輻射熱を反射する作用によって、スポンジローラである定着弾性層２６の表層が直接輻射熱を受けることを防止することができ、定着弾性層２６の過熱損傷を防ぐ効果がある。

定着ローラ２１は、略円筒形の中心軸を中心として回転可能に設けられ、加圧部材である加圧ローラ２２の回転に従動して回転する。定着ローラ２１が、定着ベルト２３を介して加圧ローラ２２に圧接することによって、定着ベルト２３を介して、定着ローラ２１と加圧ローラ２２とが互いに当接する部分である定着ニップ部Ａが形成される。

加圧ローラ２２は、図２に示すように、略円筒形の形状を有するローラ状の部材であり、略円筒形の中心軸から外周に向かって、加圧芯金２８、加圧弾性層２９および加圧離型層３０が形成される３層構造である。

加圧芯金２８には、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅などの金属、あるいは、それらの合金などが用いられる。加圧弾性層２９には、シリコーンゴムまたはフッ素ゴムなどの耐熱性を有するゴム材料が適している。加圧離型層３０にはＰＦＡ（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）またはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素樹脂が適している。

本例では、加圧ローラ２２の直径が３０ｍｍである。加圧芯金２８には、直径４６ｍｍ、肉厚１ｍｍの鉄（ＳＴＫＭ：機械構造用炭素鋼鋼管）が用いられる。加圧弾性層２９には、アスカーＣ硬さが６０度で、厚さ２ｍｍのシリコーンソリッドゴムが用いられる。加圧離型層３０には、厚さ５０μｍのＰＦＡチューブが用いられる。

加圧ローラ２２の内部には、加熱源である加圧ローラ用ヒータランプ３１が配置される。この加圧ローラ用ヒータランプ３１は、加圧ローラ２２を加熱する。図示しない制御回路が図示しない電源回路から加圧ローラ用ヒータランプ３１に電力を供給（通電）させることによって、加圧ローラ用ヒータランプ３１が発光し、加圧ローラ用ヒータランプ３１から赤外線が放射される。加圧ローラ２２は、その内部が加圧ローラ用ヒータランプ３１から放射される赤外線を吸収することによって、加圧ローラ全体が加熱される。本例では、定格電力３００Ｗの加圧ローラ用ヒータランプが使用される。

加圧ローラ２２は、略円筒形の中心軸を中心として回転可能に設けられる。加圧ローラ２２は、図示しない駆動手段である駆動モータによって回転駆動するローラ状部材である。定着ローラ２１は、定着ベルト２３を介して加圧ローラ２２に圧接することで定着ニップ部Ａを形成すると同時に、従動回転することによって定着ベルト２３を搬送する。

定着ローラ２１と加圧ローラ２２とは、所定の荷重、たとえば７００Ｎで互いに圧接される。定着ローラ２１と加圧ローラ２２とが圧接されると、定着ニップ部Ａが形成される。本例では、定着ニップ部Ａの記録媒体搬送方向の幅（以下、「定着ニップ幅」という）は７ｍｍである。定着ニップ部Ａには、未定着のトナー像Ｔを担持した記録媒体が給紙される。記録媒体Ｐが定着ニップ部Ａを通過することによって、記録媒体Ｐにはトナー像が定着される。記録媒体Ｐが定着ニップ部Ａを通過する際、定着ベルト２３は、記録媒体Ｐのトナー像担持面に当接し、加圧ローラ２２は、記録媒体におけるトナー像担持面とは反対側の面に当接する。

定着ベルト２３は、直径が４０ｍｍである。定着ベルト２３は、図２に示すように、ベルト基材３３と、該ベルト基材３３の表面に形成されるベルト弾性層３４と、該ベルト弾性層の表面に形成されるベルト離型層３５とを含み、さらに定着ベルト２３の内側には赤外線吸収層３６が設けられた４層構造となっている。

この定着ベルト２３のベルト基材３３を形成する材料としては、耐熱性および耐久性に優れた耐熱性合成樹脂、または、ステンレスおよびニッケルなどの金属材料が用いられる。耐熱性合成樹脂の中でも、ポリイミド（ＰＩ）が好ましい。ベルト基材３３の厚さは、ポリイミドなどの樹脂材料を用いる場合には５０〜９０μｍが好ましく、金属材料を用いる場合には３０〜７０μｍが好ましい。本例では、ベルト基材３３として、ニッケルが用いられ、その厚さは４０μｍとなっている。

定着ベルト２３のベルト弾性層３４を構成する材料は、ゴム弾性を有するものであれば特に制限はないが、さらに耐熱性にも優れるものが好ましい。例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコンゴムなどが用いられるが、これらの中でも、特にゴム弾性に優れるシリコーンゴムが好ましい。

定着ベルト２３のベルト弾性層３４の厚さは、１５０〜３００μｍであることが好ましい。この厚さの範囲内であれば、ベルト弾性層３４の弾性効果を維持しつつ、断熱性を低く抑えることができるので、省エネルギー効果が発揮される。また、このベルト弾性層３４のＪＩＳ−Ａ硬さは３０度以下である。本例では、ベルト弾性層３４として、ＪＩＳ−Ａ硬さが２５度で、厚さ２００μｍのシリコーンゴムが使用される

定着ベルト２３のベルト離型層３５は、ＰＦＡまたはＰＴＦＥなどのフッ素樹脂からなる層であり、その厚さは１０〜５０μｍである。本例では、ベルト離型層３５として、厚さ３０μｍのＰＦＡチューブが使用される。

定着ベルト２３の内部には、発熱源としてヒータランプ２４が配置される。図示しない制御回路が、図示しない電源回路からヒータランプに電力を供給（通電）させることによって、ヒータランプが発光し、ヒータランプ２４から赤外線が放射される。定着ベルト２３の内側の赤外線吸収層３６がヒータランプ２４から放射される赤外線を吸収することによって、定着ベルト２３が加熱される。本例では、定格電力１２００Ｗのヒータランプが使用される。

上記構成においては、定着ローラ２１の定着弾性層２６としてシリコーンゴムを使用した場合、シリコーンゴムの赤外線吸収率が９０％以上あり、赤外線の輻射熱を吸収して温度上昇しやすい性質があるが、定着ローラ２１の表層を金属層２７とし、ハロゲンランプ２４などの発熱源からの輻射熱を反射する作用を有するので、定着ローラ２１の弾性層であるシリコーンゴムが直接輻射熱を受けることを防ぐことができ、シリコーンゴム表層の過熱損傷を防ぐことができる。

また、従来のベルト定着方式の定着装置に使用される定着ローラでは、金属ローラ（芯金）の表層にゴム材料からなる定着弾性層がコーティングされており、定着弾性層の断熱によって、金属ローラの加熱を防いでいるが、ゴム材料は金属材料に比べて赤外線の反射率が低く、ハロゲンランプの輻射熱を受けると、そのまま吸収してしまうので、定着ローラに接する定着ベルト内部の加熱効率が低下する課題がある。

また、従来のベルト定着方式の定着装置に使用される定着ローラにおいて、金属ローラの金属層が厚い場合は、定着ローラの変形が不十分となり、必要なニップ幅が得られず、定着が不足する課題がある。逆に、金属ローラの金属層が薄い場合は、変形しても定着ニップ部の面圧が低くなり、記録媒体の凹凸に追従できず、微細な光沢ムラが発生したり、また、記録媒体がエンボス紙の場合、エンボス紙の凹部分の定着不良が生じる課題があった。このように、従来のベルト定着方式の定着装置に使用される定着ローラでは、ニップ幅の確保と、面圧の確保の両立が難しいといった課題があった。

これに対して、本例の定着装置１２に使用される定着ローラ２１は、その表層が赤外線反射層である金属層２７で被覆されており、表層の赤外線反射率が高いので、定着ローラ２１がハロゲンランプ２４からの輻射熱を受けても、これを吸収せずに反射して定着ベルトを加熱する作用がある。また、表層の金属層２７が、輻射熱や、定着ニップ部Ａで定着ベルト２３からの熱伝導により加熱されても、金属層２７の内側スポンジ層（弾性層）の断熱作用によって、定着ローラ２１の内部まで熱が伝達しにくい作用がある。さらに、定着ベルト２３の内側にある赤外線吸収層３６によって、一旦定着ベルト２３の内側に達した赤外線は、殆ど反射されること無く定着ベルト２３の加熱に寄与する。

金属層２７としては、アルミニウム、銀、金などの赤外線反射率が高い材料や、ニッケルやスチールなど赤外線反射率が吸収率を上回りかつ機械的強度が高い材料が適している。本例では厚み５０ｕｍ、内径φ３０．２５ｍｍのスチールベルトを外径φ３０ｍｍの定着弾性層に被覆したものが用いられる。

このように、定着ローラ２１の表層は、赤外線の反射率が定着ベルト２３の内側の反射率に比べて高いことなどによって、発熱源であるハロゲンランプからの輻射熱を効率よく定着ベルト２３の加熱に利用することができるので、省エネ性能に優れた定着装置１２を提供することができる。

また、定着ローラ２１のスポンジ層（弾性層）の変形によって、定着ローラ２１の表層に金属層２７があっても、十分な定着ニップ幅Ａが得られるとともに、面圧も確保できるので、定着ニップ幅の確保と面圧の確保とを両立することができる。

（第２の実施形態）
図４は第２の実施形態における定着ローラの断面図である。図に示すように、定着ローラ２１は、中心軸から外周に向かって、定着芯金２５、定着弾性層２６からなる２層構成の定着ローラに、樹脂製の基材２７ａに表層が赤外線反射層である金属層２７である２層構成のスリーブを被覆することによって、４層構成の定着ローラとしたものである。

樹脂製の基材２７ａがスリーブに必要な機械的強度を保持する役割を果たせるので、金属層２７は機械的強度が必要なく、赤外線反射率が高い材料を選定することができる。

円筒状の基材２７ａは、厚み５０〜９０μｍ程度の耐熱性および耐久性に優れた耐熱性合成樹脂、例えば、ポリイミド（ＰＩ）が用いられ、金属層２７としては、５〜５０μｍのアルミニウムが用いられている。

上記構成においては、基材２７ａと金属層２７との２層構成のスリーブを用いているので、金属層単一のスリーブに比べ、ハロゲンランプの赤外線を反射する作用は保ちつつ、金属層２７を薄くすることができる。金属層２７を薄くすると、定着弾性層２６（スポンジ層）の変形がさらに容易になり、十分な定着ニップ幅を確保することができる。そのため、定着温度を下げることができ、また、定着ニップ部Ａから出た部分における定着弾性層（スポンジ層）の変形戻りが速くなり、記録媒体の剥離性を向上することができる。

（第３の実施形態）
図５は第３の実施形態を示す定着装置の断面図である。図に示すように、定着ローラ２１は、中心軸から外周に向かって、定着芯金２５、定着弾性層２６からなる２層構成の定着ローラに、赤外線反射層である金属層２７である１層構成のスリーブを被覆することによって、３層構成の定着ローラとしたものである。

ここで、定着弾性層２６の外径よりも、金属層２７の内径が大きく、金属層２７が定着弾性層２６に殆ど密着しないようにしている。

上記構成によると、定着弾性層２６としてシリコーンゴム等のゴムを採用した場合、赤外線の吸収によって加熱された金属層２７からの熱伝導によるシリコーンゴムへの熱移動を少なくすることができる。そして、加熱された金属層２７の熱は、定着ニップ部分において、定着ベルト２３を通じて、記録媒体（用紙）上のトナーに伝達する。

このように、金属層２７の熱は、記録媒体（用紙）上のトナーの加熱に役立てることができ、加熱効率が向上する。例えば、２層構成の定着ローラの外径がφ２７ｍｍ、金属層２７の内径がφ３０ｍｍとすると、加熱時の定着弾性層２６の熱膨張があったとしても、金属層２７が定着弾性層２６に殆ど密着しないようにすることができる。

（第４の実施形態）
図６は第４の実施形態を示す定着装置の断面図である。本例では、定着ベルト２３の内側に、定着ベルト２３が摺動案内される固定部材としてベルトガイド３８が設けられている。ベルトガイド３８は、定着ベルト２３の内側で、定着ローラ２１の配置位置、より詳しくは定着ニップ部Ａを除いて配置される。

したがって、ベルトガイド３８の断面形状は定着ニップ部Ａが開放した断面Ｃ字形に形成されている。ベルトガイド３８の断面形状は、定着ベルト２３の摺動性を向上させるため真円形状が好ましいが、これに限定されるものではなく、楕円形状、その他の形状であってもよい。

ベルトガイド３８の内側には、発熱源であるハロゲンランプ２４が配設されている。このベルトガイド３８の配置は、定着ベルト２３がハロゲンランプ２４に接触するのを防止する機能を備えている。

ベルトガイド３８の素材はアルミニウム、ステンレス鋼などの金属が好ましく、ベルトガイド３８の内側には、ハロゲンランプ２４から放射される赤外線に対して吸収率の高い赤外線吸収層３９が設けられている。赤外線吸収層３９は、公知の被膜または塗料等によって形成することができる。

本例では、定着ベルト２３の内面側のほとんどを摺動案内するベルトガイド３８の内側に赤外線吸収層３９を設けたので、定着ベルト２３は、ベルト基材３３、ベルト弾性層３４およびベルト離型層３５の３層構造としている。

また、ベルトガイド３８と定着ローラ２１の赤外線反射率を対比した場合、ベルトガイド３８の赤外線吸収層３９により、定着ローラ２１の表面側の金属層２７の赤外線反射率の方が高くなっている。

また、本例では、ベルトガイド３８は、厚さ０．５ｍｍのステンレス鋼が用いられている。なお、定着ベルト２３と接するベルトガイド３８の表層には、フッ素樹脂コートを施すことで、摺動性を高めるようにしても良い。

上記構成において、ハロゲンランプ２４から放射される赤外線はベルトガイド３８の内側にある赤外線吸収層３９により吸収されてベルトガイド３８を加熱する。そのため、ベルトガイド３８に接触して摺動する定着ベルト２３は、ベルトガイド３８からの熱伝導によって伝熱され加熱されることになる。

このとき、ベルトガイド３８を備えることによって、定着ベルト２３とハロゲンランプ２４とが接触することを防止することができ、定着ベルト２３の熱損傷を低減することができる。また、ハロゲンランプ２４から放射された赤外線による定着ベルト２３への加熱は、一旦、ベルトガイド３８で吸熱された後、ベルトガイド３８からの熱伝導により定着ベルト２３に伝熱される。そのため、ハロゲンランプ２４からの赤外線放射ムラによる定着ベルト２３の局所的な熱膨張に起因して、定着ベルト２３に歪みが発生したり、この歪により定着ベルト２３が蛇行したりするリスクを低減することができる。

このリスク低減により、定着ベルト２３は、その基材３３に柔軟性の高い材料、例えばポリイミド樹脂を使用することができる。そのため、定着ニップ部Ａにおける定着ローラ２１の定着弾性層２６（スポンジ層）の変形が、定着ベルト２３の剛性によって阻害されることで起こる記録媒体Ｐの剥離性の低下を防止することができる。

また、定着ローラ２１の表層の赤外線反射率を高くすることで、定着ローラ２１がハロゲンランプ２４などの発熱源からの赤外線の輻射熱を受けても吸収されずに反射し、その赤外線の反射によって定着ベルト２３やベルトガイド３８を効率良く加熱することができる。

このように、定着ローラ２１表層の赤外線の反射率が定着ベルト２３の内側の反射率に比べて高いことによって、発熱源からの輻射熱を効率よく定着ベルト２３の加熱に利用することができるので、省エネ性能に優れた定着装置を提供することができる。

そして、上記のような、剥離性と省エネ性に優れた定着装置１２を搭載した画像形成装置１００では、剥離性と省エネ性能に優れた画像を形成することができる。

１２ 定着装置
２１ 定着ローラ
２２ 加圧ローラ
２３ 定着ベルト
２４ ハロゲンランプからなる発熱源
２５ 定着芯金
２６ 定着弾性層
２７ 赤外線反射層（金属層）
２８ 加圧芯金
２９ 加圧弾性層
３０ 加圧離型層
３１ 加圧ローラ用ヒータランプ
３３ ベルト基材
３４ ベルト弾性層
３５ ベルト離型層
３６ 赤外線吸収層
３８ ベルトガイド

Claims (9)

1. ローラ形状に形成された定着ローラと、無端状の定着ベルトと、加圧部材と、前記定着ベルトの内側に配設されて赤外線を放射する発熱源とを備え、前記定着ベルトの内側に前記定着ローラが配置され、前記加圧部材が前記定着ベルトを介して前記定着ローラに圧接され、前記加圧部材と前記定着ベルトとの間に記録媒体が通過する定着ニップ部が設けられたベルト定着方式の定着装置であって、前記定着ローラは、定着弾性層を備え、その表層側に赤外線を反射する赤外線反射層として金属層を有することを特徴とする定着装置。
2. 前記赤外線反射層の反射率が、赤外線反射層と接する前記定着ベルトの内面側の基材の赤外線に対する反射率に比べて高い請求項１に記載の定着装置。
3. 前記定着ローラが、中心軸より外側に向かって順次配列された、芯金層、定着弾性層、基材層および前記赤外線反射層の４層から構成されている、請求項１または２に記載の定着装置。
4. 前記定着ローラは、前記芯金層および前記定着弾性層の２層構造の外周に、前記基材層および前記赤外線反射層からなる２層構造のスリーブが被覆されている、請求項３に記載の定着装置。
5. 前記定着ローラは、前記定着弾性層の外側に、前記赤外線反射層を備えた１層以上の構造のスリーブが被覆されており、前記スリーブの内径が前記定着弾性層の外径よりも大きい請求項３または４に記載の定着装置。
6. 前記定着ベルトの内側に、定着ベルトを摺動案内する固定部材としてのベルトガイドが設けられた請求項１〜５のいずれかに記載の定着装置。
7. 前記定着ローラの赤外線反射層としての金属層の赤外線反射率が、前記ベルトガイドの内面側の赤外線反射率に比べて高い、請求項６に記載の定着装置。
8. 前記定着ベルトは、前記定着ローラと接するベルト基材と、前記ベルト基材の表面側のベルト弾性層と、前記ベルト弾性層の表面側において記録媒体上のトナー像と接するベルト離型層とを含む、請求項１〜７のいずれかに記載の定着装置。
9. 請求項１〜８のいずれか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。

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