JP2001056616A

JP2001056616A - 加熱定着方法及び装置

Info

Publication number: JP2001056616A
Application number: JP11232969A
Authority: JP
Inventors: Fuyuhiko Matsumoto; 冬彦松本
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1999-08-19
Filing date: 1999-08-19
Publication date: 2001-02-27

Abstract

(57)【要約】【課題】未定着トナー像を記録媒体に省電力で、且つ
高速に定着でき、良質の画像が得られる加熱定着方法及
び装置を提供する。【解決手段】未定着トナー像Ｔを保持する記録媒体Ｐ
は定着ローラ１０及び加圧ローラ２０内に挿入される前
に第１の外部ヒータ３０により温度Ｔ₁で加熱される。
温度Ｔ₁は未定着トナーがほぼ溶融軟化する温度であ
る。また、定着ローラ１０内にはその表面温度をＴ₁よ
りも低温のＴ_Rに加熱する内部ヒータ１１が設けられて
いる。この温度Ｔ_Rは従来のローラよりもはるかに低温
である。以上により、ローラの温度立ち上がりが早く、
良質な画像の高速定着ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式を利
用した普通紙複写機、普通紙ファクシミリ、プリンタ等
のトナー画像を記録媒体に定着させる加熱定着装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に電子写真法、又は静電記録法等に
より記録媒体上にトナー像を形成し、そのトナー像を及
び圧力によって記録媒体に定着する装置においては、最
近の環境、エネルギー等の問題から、特に低速分野では
立ち上がり時間（昇温時間）が短くなることの利点から
フィルム（サーフ）定着方式が普及しつつある。また、
低速から高速領域までの対応が可能な熱ローラ定着方式
では、薄肉芯金ローラを採用して昇温時間の短縮化を計
ると共に機械的強度を保つための方策が、特開昭６１−
５９３８１号公報，実開昭５６−７９４９号公報，特開
平８−２７８７１５号公報，特開平８−２８６５４１号
公報，特開平８−３１４３０７号公報等で提案されてい
る。また、ベルト方式を用いた特開平６−３１８００１
号公報，特開平８−２８６５３５号公報では、定着ロー
ラと加熱ローラ間に定着ベルトを張設し、該定着ベルト
を介して下方より定着ローラを押圧する加圧ローラを設
け該ベルトの熱を予熱源として定着するもの、また同様
にベルト方式を用いた特開平８−３１４３０３号公報で
は、消費電力が小さく、離型剤塗布を行わなくても高画
質な画像が得られ、更に記録媒体の種類によらず一定の
速度で定着が行える定着装置等が提案されている。ま
た、フィルム定着方式を用いた特開平７−３３４０２１
号公報では、記録材搬入側のフィルム加熱体部分を面取
りした傾斜部を記録材の前加熱領域に適用することによ
り、記録材中の水分放出による画像の飛び散りを防止す
ると共にニップ部の本加熱温度を下げても高速定着が可
能となる装置が提案されている。また、定着ローラと加
圧ローラの圧接部で構成されるニップ部の上流側に予備
加熱手段を設け、小サイズの記録紙がニップ部を通過す
るとき非通紙部の温度が高くなる、所謂端部温度上昇を
前記予備加熱手段により低減する技術が特開平９−２８
１８２３号公報に提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、前記サーフ
定着又は前記熱ローラ方式では、昇温時間は短縮される
ものの、トナーを記録媒体上に溶融固着させるために
は、加熱ローラの表面温度を１５０〜１９０℃の高温に
保持し続ける必要があり、省エネルギー化の観点から
は、定着時の温度をより低下させ、低温定着が可能とな
る方法及びそれに対応するトナーが必要となる。また、
前記前二者の定着ベルト方式では、ベルトとトナーとの
離型性及びオイルレス性は向上するものの、加熱ローラ
の熱を一旦ベルトに伝達し、該ベルトの熱を記録媒体予
熱源として用いるため、予熱効果に注目した場合効率の
低下は否めず、高速定着時では更に予熱効果が低下し、
これを解決するためには加熱ローラ温度を上げざるを得
ず、その結果消費電力が増大することとなる。また、後
者のベルト定着方式では、加熱及び定着ローラ夫々に加
圧ローラが配置されると共に冷却部材がベルトと接触摺
動するように配置されているため装置全体の熱容量が増
加し、従って加熱時の電力消費がその分増加してしま
う。また、前記フィルム方式を用いた例では、前加熱領
域を形成したことによりニップ部の本加熱温度を下げ、
高速定着が可能となるものの装置及び構成が複雑となり
コストアップとなる。また、特開平９−２８１８２３号
公報の例では、端部温度上昇防止には予備加熱手段が寄
与するものの総合的に省電力化を計るには至っていな
い。従って更なる低温定着化を可能にするためにはより
効果的な方法が望まれるところであった。

【０００４】本発明は、以上の事情に鑑みて発明された
ものであり、定着ローラの表面温度を従来のものに比較
して格段に低温化でき省電力化を可能にすると共に定着
ローラの温度立ち上がりが早く、始動ウォーミングアッ
プ時間が短く、プロセススピードも早く、高速定着がで
きる加熱定着方法及び装置を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、請求項１記載の発明は、未定着トナー像
が保持されて装置内に挿入された記録媒体を前記未定着
トナーがほぼ溶融軟化状態になる温度Ｔ₁で予め外部ヒ
ータにより加熱した後、内部ヒータによりその表面温度
を前記Ｔ₁よりも低温のＴ_Rに加熱されたローラを有す
る一対のローラにより前記記録媒体を加熱加圧して前記
未定着トナー像を前記記録媒体に定着する加熱定着方法
を特徴とする。

【０００６】また、請求項２に記載の発明は、未定着ト
ナー像が保持された記録媒体を挿通圧接する一対のロー
ラを有し、少なくとも一方のローラ内に内部ヒータを設
けると共に、前記一対のローラの上流側に設けられ前記
記録媒体を前記未定着トナーがほぼ溶融軟化状態になる
温度Ｔ₁で加熱する外部ヒータとを有する加熱定着装置
であって、前記外部ヒータを前記記録媒体の前記未定着
トナー像が保持された側に前記未定着トナー像とは所定
の間隙をもって配設し、前記内部ヒータを有するローラ
の表面温度Ｔ_Rを前記外部ヒータの設定温度Ｔ₁以下と
して前記内部ヒータと外部ヒータとを併用して前記未定
着トナー像を前記記録媒体に定着することを特徴とす
る。

【０００７】また、請求項３に記載の発明は、未定着ト
ナー像が保持された記録媒体を挿通圧接する一対のロー
ラを有し、少なくとも一方のローラ内に内部ヒータを設
けると共に、前記一対のローラの上流側に設けられ前記
記録媒体を前記未定着トナーがほぼ溶融軟化状態になる
温度で加熱する外部ヒータとを有する加熱定着装置であ
って、前記外部ヒータが、前記記録媒体の前記未定着ト
ナー像が保持された側で前記未定着トナー像とは所定の
間隙をもって配設された第１の外部ヒータと、前記記録
媒体のトナー非保持面と接触する前記記録媒体ガイド部
材として又はガイド部材の裏面に密接して配設された第
２の外部ヒータとから構成され、前記内部ヒータを有す
るローラの表面温度Ｔ_Rと前記第１及び第２の外部ヒー
タの設定温度Ｔ₁，Ｔ₂の関係が、Ｔ₂＜Ｔ_R＜Ｔ₁と
なるように設定して前記内部ヒータと外部ヒータとを併
用して前記未定着トナー像を前記記録媒体に定着するこ
とを特徴とする。

【０００８】また、請求項４に記載の発明は、前記一対
のローラには耐熱弾性離型層が被覆され、前記記録媒体
上のトナー像と接触する側の弾性層の表面硬度が、他ロ
ーラの弾性層の表面硬度より小さく設定されていること
を特徴とする。

【０００９】また、請求項５に記載の発明は、前記外部
ヒータが板状発熱体であり、さらには該板状発熱体が自
己発熱型セラミックス発熱体より形成されていることを
特徴とする。

【００１０】また、請求項６に記載の発明は、前記第１
の外部ヒータが、前記記録媒体の搬送方向に対して直角
の方向に分割して形成された複数のヒータ部分からなる
ことを特徴とする。

【００１１】また、請求項７に記載の発明は、前記第１
の外部ヒータが、記録媒体上に付着したトナー像と対向
する面を除き周囲を耐熱性の低熱伝導材料支持部材によ
り保持されていることを特徴とする。

【００１２】また、請求項８に記載の発明は、前記記録
媒体と接触する前記記録媒体ガイド部材として、又はガ
イド部材の裏面に密接して配設された第２の外部ヒータ
の背面側に、低熱伝導性材料より成る支持部材を密着設
置したことを特徴とする。

【００１３】また、請求項９に記載の発明は、前記記録
媒体ガイド部材を、回動可能な無端ベルトで構成したこ
とを特徴とする。

【００１４】従って、請求項１によれば、記録媒体は加
圧ローラで圧着される前に外部ヒータにより加熱され未
定着トナーはほぼ溶融軟化状態で加圧ローラに導入され
る。そのため、加圧ローラは従来技術のように高温に加
熱する必要がなく、ニップ部の温度低下が可能となり、
全体として消費電力の低減ができる。

【００１５】また、請求項２によれば、前記外部ヒータ
に通電して外部ヒータ表面温度を、外部ヒータ表面から
の輻射熱を直接うけて前記未定着トナーがほぼ溶融軟化
状態となる温度Ｔ₁（℃）に設定することができるた
め、一対のローラの圧接部で形成されるニップ部の温度
Ｔ_R（℃）は、従来の熱ローラ定着方式で一般的に用い
られている定着温度、例えば、１５０〜１９０℃という
ような高温にする必要がなく、用いるトナーの流出開始
温度近傍の温度が維持できる程度の、通常に比べ消費電
力を押さえた低い温度に設定することが可能となる。前
記のように温度設定することにより、まず、外部ヒータ
領域で記録媒体上のトナーが溶融軟化状態とされると共
に記録媒体自体も同時に加温されるため、記録媒体がニ
ップ領域を通過することによるニップ部の温度低下は小
さく、これによってもローラ内部ソータの消費電力を低
減できる。更に、上述したように外部ヒータからの輻射
熱により溶融軟化状態となった記録媒体上のトナー画像
は、解像度などの画像特性に影響を及ぼすほどには記録
媒体上で流動化することなく前記ニップ部に搬送され熱
及び圧力が加えられ記録媒体上に固定化される。このと
きニップ部の温度は、上述したようにトナーの流出開始
温度近傍の低い温度に設定されている。従って、ニップ
部に到来するときには既に外部ヒータにより軟化状態と
なったトナーは、その粘性力が増大することによって記
録媒体上への付着力が増加するため、トナーのローラ表
面側への付着が押さえられる。このためオフセットが発
生しにくくなる。

【００１６】また、請求項３では、前記請求項１におけ
る第１の外部ヒータと、記録媒体のトナー非保持面と接
する記録媒体ガイド部材として配置した、又はＡｌ，Ｆ
ｅ、ＳＵＳ，Ｃｕなどの熱伝導部材により構成されたプ
レート状ガイド部材の裏面側に接触配置した第２の外部
ヒータとを用いて前記記録媒体上のトナー及び記録媒体
自体を加熱可能な構成としたことにより、装置立ち上げ
時にガイド部材や記録媒体の温度が低い場合でもプロセ
ス速度を遅くすることなく、従ってウォームアップ時間
を短縮でき定着装置の消費電力を低減できると共に良好
な定着画像を得ることが可能となる。前記第２の外部ヒ
ータは、上述したように装置立ち上げ時や高湿時など外
部の環境状況に応じて作動させることが可能で、その温
度制御範囲としては、記録媒体上のトナー溶融軟化条件
及びニップ部の定着条件に影響を及ぼさない温度、即
ち、Ｔ₁及びＴ_R以下に設定することが望ましい。前記
温度以上にした場合は、第１の外部ヒータ領域でのトナ
ー溶融状態及びニップ領域でのトナー定着状態に変動を
来し良好な定着画像を得ることが困難になる。

【００１７】また、請求項４では、前記一対のローラ表
面に耐熱弾性離型層を被覆し、両ローラを圧接してニッ
プ部を形成することにより、従来のようなハードローラ
を用いた場合に比べニップ領域が広がる。従って、トナ
ーはこの領域内でより強固に記録媒体上に固定化され
る。また、記録媒体上のトナー像と接触する側のローラ
（定着ローラ）に被覆した弾性層の表面硬度を他方のロ
ーラ（加圧ローラ）の弾性層の表面硬度よりも小さくし
たため、記録媒体は加圧ローラの外周面に沿った状態と
なり、定着ベルトと離れる方向にニップ出口から排出さ
れる。その結果、記録媒体が定着ローラに巻き付くよう
な現像も防止でき、記録媒体はその移動と共に定着ベル
ト表面から円滑に剥離される。

【００１８】また、請求項５では、記録媒体上のトナー
像を直接加熱する第１及び記録媒体又は記録媒体ガイド
部材と接触する第２の外部ヒータを固定型の板状発熱体
により構成し、しかも該板状発熱体が昇温時間の早い自
己発熱型のセラミックス発熱体により形成されているた
め、記録媒体上のトナーを非接触状態で軟化させること
が可能となり、従ってニップ領域の保持温度は従来の熱
ロール定着方式に比べ格段に低温化することが可能とな
る。更に、高速定着が要求される装置にあっては、前記
第１及び第２の発熱体とを併用することにより記録媒体
通過によるニップ部の温度低下が低減されるため、従来
の定着方式に比べより低温化と消費電力の低減化を計る
ことが可能となる。

【００１９】また、請求項６では、前記第１の板状セラ
ミックス発熱体を記録媒体の搬送方向に対して直角の方
向に複数分割して設けたことにより、記録媒体のサイズ
に応じた加熱が可能となり、不必要な電力消費を防止す
ることが可能となる。

【００２０】また、請求項７では、前記第１の板状発熱
体がトナー像と対向する面を除きその周囲を熱伝導性の
低い耐熱性材料により保持するように構成したことによ
り周囲への熱拡散を防止し、トナーへの熱吸収効率を高
めることが可能となる。

【００２１】また、請求項８では、前記第２の板状発熱
体の背面側に、低熱伝導性材料よりなる支持部材を密着
配置したことにより、板状発熱体側からの放射熱を効率
よく記録媒体に伝え余熱することが可能となる。

【００２２】また、請求項９では、記録媒体ガイド部材
を、回動可能な無端ベルトで構成したことにより、記録
媒体と前記ガイド部材間での摺擦がなく密着搬送される
ため、記録媒体の搬送がスムーズに行われ、ガイド部材
からの浮きなどによるトナー飛散や前記第１発熱体又は
前記第２発熱体からの熱伝導ムラ等による定着不良が発
生せず良好な定着画像を得ることが可能となる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の加熱定着方法及び
装置の実施の形態を図面を参照して詳述する。本発明の
定着装置は特に、白黒画像を作成するレーザプリンター
や電子写真複写機等の画像記録装置に装備され、白黒画
像を低温にて良好に定着可能とするものであるが、本発
明はこれらに限定されるものではなく、フルカラー画像
を作成する装置の定着装置としても用いることができ
る。

【００２４】図１は本発明の請求項２に対応した定着装
置の一実施例を示す要部断面の概略構成図である。図中
１０は一対のローラーを構成する一方の定着ローラで、
内部に加熱源となるヒータ１１を有し、アルミ又は鉄な
どにより構成された薄肉芯金ローラ１２の表面に耐熱弾
性離型層１３が設けられている。２０は一対のローラを
構成する他方の加圧ローラで、前記定着ローラ１０と同
様に薄肉芯金ローラ２１の表面に耐熱弾性離型層２２が
設けられ、両ローラの当接部でニップ領域Ｎが形成され
るように図示されないバネにより定着ローラ１０側に圧
接されている。１４はトナー画像Ｔを表面に坦持下記録
媒体Ｐを定着ローラ１０の表面から効率よく分離するた
めの分離ズメ、Ｓ１は温度制御及び温度検知をおこなう
ためのサーミスタである。３０は本発明の要部をなす第
１の外部ヒータで、板状発熱体３１と耐熱性支持部材３
２より構成されている。また、耐熱性支持部材３２の一
部には開口部が設けられ、開口部内には板状発熱体３１
の温度制御を行うためのサーミスタＳ２が板状発熱体３
１に接触するように配置されている。制御部４０はＳ１
及びＳ２から入力された測定温度に対応する検出データ
に基づいて前記定着ローラ１０及び板状発熱体３１の表
面温度を所定の温度にするための出力データを図示しな
い電圧供給電源に送り、前記電源より必要な電圧をハロ
ゲンランプなどにより構成された内部ヒータ１１及び板
状発熱体３１に供給する。５０は記録媒体Ｐのガイド用
金属支持板、６０はローラ部及び外部ヒータ部全体の熱
拡散防止用保護カバーである。前記のように構成された
装置では、所定の画像形成プロセスを経て記録媒体Ｐ表
面に形成された未定着トナー画像Ｔは、ガイド部材５０
と外部ヒータ３０とにより形成された微少間隙を有する
１次定着領域Ｈ₁で板状発熱体３１からの放射熱を効率
よく吸収し溶融軟化状態となる。その後記録媒体Ｐは、
内部ヒータ１１によりその表面が前記板状発熱体の表面
温度（Ｔ₁＝１３０〜１６０℃）よりは低い所定の温度
（Ｔ_R＝９０〜１３０℃）に設定された定着ローラ（駆
動ローラ）１０と加圧ローラ（従動ローラ）２０とによ
り形成された２次定着領域であるニップ部Ｎを通過後定
着ローラ１０の表面から記録媒体Ｐが必要に応じて分離
ズメ１４を用いて分離され定着画像が得られる構成とな
っている。

【００２５】また、図２は、本発明の請求項３に対応し
た定着装置の一実施例を示す要部断面概略構成図であ
る。図２（ａ）は、記録媒体Ｐのガイド用金属支持板５
０の裏面側に第２の外部ヒータ７０が密着配置された例
で、図２（ｂ）は、第２の外部ヒータ７０自体が記録媒
体Ｐのガイド部材を兼ねるように構成された例で、いず
れも外部ヒータ７０（７０′）は、図１に示した外部ヒ
ータ３０の構成と同様に板状発熱体７１（７１′）と耐
熱性支持部材７２（７２′）により構成され、温度制御
用サーミスタＳ３が夫々配備されている。図２（ａ）の
構成では、金属支持板５０全体に板状発熱体７２からの
熱が伝導されるため、発熱体自体は小幅化が可能とな
る。また、図２（ｂ）の構成では、構成がより簡単にで
きると共に温度立ち上がり性能が向上する。図２の構成
装置では、記録媒体Ｐ表面に形成された未定着トナー画
像Ｔは、１次定着領域Ｈ₁で板状発熱体３１からの放射
熱を吸収し溶融軟化状態となると同時に、第２の外部ヒ
ータ７０（７０′）によって記録媒体自体が加熱される
ため環境による影響がなくなると共に、記録媒体Ｐ上の
トナー画像Ｔが溶融軟化状態となる時間が短縮化される
ため、ウォーミングアップ時間の短縮、プロセススピー
ドの増加、消費電力の低減が可能となる。ここで、前記
板状発熱体７１（７１′）の表面温度は、ローラ表面温
度（Ｔ_R）よりも更に低い温度、即ち、使用されるトナ
ーのＴｇ値近傍の温度（Ｔ₂＝６０〜９０℃）に設定さ
れる。これ以上にすると外部ヒータ全体としての電力が
増加し小電力化に支障を来たすと共に、外部ヒータ３０
のトナー溶融のためのコントロール性が低下する。

【００２６】また、図１，図２の構成において用いられ
る請求項４に対応した実施例では、定着ローラ１０及び
加圧ローラ２０は共に鉄製の薄肉芯金の表面に耐熱弾性
層１３又は２２を設けて構成されている。前記耐熱弾性
層は、トナー画像Ｔの定着ローラ１０からの離型性を高
めるために、定着ローラ１０と加圧ローラ２０の圧着部
に形成されるニップ形状が記録媒体Ｐ上のトナー画像Ｔ
の付着面に対して凸状となるように構成するため、定着
ローラ１０に比べて加圧ローラ２０の方が硬度の高い弾
性層を用いている。より具体的には、定着ローラ１０に
は前記芯金表面に、厚さ３ｍｍ，ゴム硬度３０°のシリ
コーン発砲体を設け、加圧ローラ２０の芯金表面には、
厚さ１ｍｍ，ゴム硬度２０〜３０°のシリコーンゴム層
を設け、更に両ローラの最表層には厚さ３０μｍのＰＦ
Ａチューブを設けている。

【００２７】また、図１，２，４の構成に置いて用いら
れる請求項５に対応した実施例では、第１及び第２の外
部ヒータの構成要素である板状発熱体３１，７１，７
１′，８１は、Ａｌ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂をベースとして粉
末絶縁材料中に導電材料として金属Ｓｉを分散させ高温
で焼成した自己発熱型セラミックス発熱体であり、ロー
ラ軸方向について電極取り付け部だけ両端側に長くした
厚さ２ｍｍ以下の板状に形成されている。また、第１の
外部ヒータに用いられる板状発熱体３１は記録媒体Ｐの
走行方向に加熱距離５０ｍｍ、第２の外部ヒータに用い
られる板状発熱体７１及び８１は加熱距離２０ｍｍ、同
様に７１′の加熱距離は３０〜５０ｍｍの長さに設定さ
れる。ここで、特に板状発熱体７１′は、記録媒体Ｐの
ガイド部材を兼ねる構成となっているため、記録媒体Ｐ
の搬送性を向上する目的で表面にＰＦＡなどを薄層コー
トすることが好ましい。また、前記のように構成された
第１及び第２の外部ヒータは、通常２０〜５ｍｍの間隔
を持って夫々配置され、記録媒体Ｐ上のトナー画像Ｔを
効率よく加熱する。ここで、前記間隔が５ｍｍ以下とな
ると記録媒体Ｐに何らかの原因で先端折れなどが発生し
た場合、紙詰まりなどの原因になりやすく、また、２０
ｍｍ以上になると加熱効率が低下し、この状態でトナー
画像Ｔを溶融状態まで加熱すると消費電力が増加してし
まい好ましくない。

【００２８】また、図３は、本発明の請求項６に対応し
た第１の外部ヒータ３０の一実施例を示す要部断面概略
構成図である。図３では、第１の外部ヒータを構成する
板状発熱体が対応する小サイズ紙としてＡ４，Ｂ５，は
がきサイズに対応した例を示す。図３において、３１
ａ，３１ｂ，３１ｃは、夫々記録媒体Ｐの搬送方向に対
して直角方向に分割形成された自己発熱型セラミックス
より成る板状発熱体を示し、３３ａ〜３３ｆは、夫々の
板状発熱体両端部に形成された図示されないリード線が
接続された電極部である。また、３４ａ，３４ｂは、絶
縁層を示す。前記のように構成された第１の外部ヒータ
３０を用いて、まず、はがきサイズ紙を加熱するには、
３３ａ，３３ｂに通電する。次に、Ｂ５サイズ紙を加熱
するには、３３ａ，３３ｂと３３ｃ，３３ｄに通電す
る。以下、順次サイズに対応した通電を行い発熱体を加
熱することができる。ここで、各電極間に存在する絶縁
層領域での熱分布低下の影響を除去するため、絶縁層の
厚みは５０μｍ以下に形成することが望ましい。このよ
うに、一つの外部ヒータ３０の中に、記録媒体Ｐの搬送
方向に対して直角の方向に複数種類（ここでは３種類）
の小サイズ紙に対応した発熱領域を持った加熱手段を並
列形成したことにより、非通紙部の電力消費を低減する
ことが可能となった。

【００２９】また、図１〜４において用いられる請求項
７に対応した第１の外部ヒータの実施構成例では、板状
発熱体３１は、記録媒体上のトナー像と対向する面を除
き、熱拡散を防止するためにＰＰＦ（ポリフェニレンサ
ルファイト）やＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケト
ン）等の耐熱性樹脂より成る支持部材３２により保持さ
れ、支持部材３２の一部にサーミスタＳ２が取り付けら
れ、サーミスタＳ２で検出された温度に応じて板状発熱
体３１への通電量を制御することで温度制御を行う構成
となっている。

【００３０】また、図２，４の構成において用いられる
請求項８に対応した第２の外部ヒータの実施構成例で
は、自己発熱型セラミックスより成る板状発熱体７１，
７１′又は８１の背面に、前記発熱体からの放射熱を有
効に保持するためのＰＰＦやＰＥＥＫなどの耐熱性樹脂
より成る支持部材７１，７１′又は８１が密着配置さ
れ、前記支持部材一部にはサーミスタＳ３が取り付けら
れ、サーミスタＳ３で検出された温度に応じて前記板状
発熱体への通電量を制御することで温度制御を行うこと
ができる。前記構成としたことにより記録媒体Ｐの通過
時に記録媒体Ｐを裏面側から効率よく加熱できる。

【００３１】また、図４は、本発明の請求項９に対応し
た記録媒体ガイド部材の一実施例を示す要部断面概略構
成図である。図中９０，９１は、ポリイミドフィルムな
どの耐熱性材料により構成された無端ベルト９２を架張
し回動させるための駆動ローラ及び従動ローラである。
ここで、第２の外部ヒータ８０の構成要素である板状発
熱体８１は、駆動及び従動ローラ間で前記無端ベルト９
２の裏面側に密着位置され、前記無端ベルトを介して記
録媒体Ｐを加熱する構成となっている。図２及び図４の
構成における記録媒体Ｐの走行状態は、記録媒体Ｐ上の
トナー画像Ｔがニップ領域に挿入される以前に第１の外
部ヒータ３０と共に第２の外部ヒータ７０，７０′又は
８０の構成要素である温度立ち上がりの早い板状発熱体
７１，７１′又は８１の放射熱又はガイド用金属支持板
５０や無端ベルト９２からの反射熱を効率よく受け一時
定着領域Ｈ₁で速やかに軟化状態又は溶融状態となるた
め、ニップ領域では低温加圧力を与えるだけで良好な定
着画像が得られ、前記板状発熱体と加熱ローラ１０への
通電量を制御することにより、従来の定着方法に比べ高
速定着の場合も低消費電力化が可能となる。図１，２，
４の構成において、定着ローラ１０の内部には、加熱ヒ
ータとして、４００Ｗのヒータが設けられる。更に、補
助的に加圧ローラ２０の内部に加熱ヒータを設けること
も可能である。表１には、実施例として、図１に示した
本発明の定着方式と図５に示した従来のローラ定着方式
での定着特性について比較した結果を示した。

【００３２】

【表１】

【００３３】ここで、図１の方式では、定着ローラ及び
加圧ローラ径２５ｍｍ，定着ローラ１０と加圧ローラ２
０との面圧を１．２ｋｇ／ｃｍ²とした。その結果定着
ローラ１０と加圧ローラ２０により形成されるニップ幅
は約６．５ｍｍとなる。また、従来のローラ定着方式で
は、定着ローラはＡｌ芯金表面にＰＴＦＥ（ポリテトラ
フルオロエチレン）をコートし、加圧ローラはＡｌ芯金
上にシリコーンゴムを形成しその表面にＰＦＡを被覆た
両者４０ｍｍ径で、ニップ幅４．５ｍｍとしたものを用
いた。また、両方式の定着性能を比較する上で、ニップ
時間を５０ｍｓとした。このとき、ローラ方式のプロセ
ス速度は９０ｍｍ／ｓ，図１の方式では１３０ｍｍ／ｓ
である。また、従来の定着方式における定着ローラ内部
加熱ヒータ供給電力は最大７００Ｗ、図１の定着方式で
は、板状発熱体と定着ローラ内部加熱ヒータ供給電力は
トータルで最大５５０Ｗで、実験例では内部ヒータ４０
０Ｗ、発熱体表面温度１５０℃、発熱体３１と支持板５
０のギャップを１０ｍｍに設定した。また、トナーには
リコーＰＰＣトナーＴＹＰＥ８２００を用い、両方式と
もオイル塗布は行っていない。

【００３４】前記表１の結果から、本発明の加熱定着装
置では、プロセス速度を従来のローラ定着方式の約１．
５倍以上に上げても定着温度を約３０℃以上下げること
が可能となった。更に、前記定着条件で、図２及び４に
示した第２の外部ヒータを組み合わせトータル供給電力
を６００Ｗ、第２の外部ヒータの記録媒体と接する面の
温度を８０℃とした場合、定着可能なプロセス速度は２
００ｍｍ／ｓ以上が可能となり、従来法に比べ消費電力
が少なく、より低温域で高速定着が可能となった。

【００３５】

【発明の効果】本発明の加熱定着装置は、一対の定着ロ
ーラと加圧ローラより成る定着部と前記一対のローラの
上流側に設けられた板状発熱体より成る外部ヒータ又は
／及び前記外部ヒータに対抗する面に所定間隔を持って
配置された第２の外部ヒータをもち、この外部ヒータに
より記録媒体上の未定着トナー画像が、前記一対のロー
ラの圧接により形成されるニップ部を通過する以前に短
時間に溶融軟化状態となるため、前記ニップ部の温度即
ち定着ローラの表面温度を従来のローラ定着装置に比較
して格段に低温下できる。更に、前記外部ヒータと定着
ローラに供給する全電力を低減することができるため省
電力が可能となる。更に、前記板状発熱体の温度立ち上
がりが早いため、始動時のウォーミングアップ時間を極
めて短くでき、プロセススピードも早い状態で良好な定
着画像を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項２に対応した加熱定着装置の概
略構成を示す断面図。

【図２】本発明の請求項３に対応した加熱定着装置の概
略構成を示す断面図。

【図３】本発明の請求項６に対応した板状発熱体の断面
図。

【図４】本発明の請求項９に対応した加熱定着装置の概
要構成を示す断面図。

【図５】従来の加熱定着装置の概要構成を示す断面図。

【符号の説明】

１０定着ローラ１１内部ヒータ１２薄肉芯金ローラ１３耐熱弾性離型層１４分離ズメ２０加圧ローラ２１薄肉芯金ローラ２２耐熱弾性離型層３０第１の外部ヒータ３１板状発熱体３２耐熱性支持部材４０制御部５０ガイド用金属支持板６０保護カバー７０第２の外部ヒータ７０′ 第２の外部ヒータ７１板状発熱体７１′ 板状発熱体７２耐熱性支持部材７２′ 耐熱性支持部材８０第２の外部ヒータ８１板状発熱体８２耐熱性支持部材９０駆動ローラ９１従動ローラ９２無端ベルト１０１Ａｌ芯金１０２Ａｌ芯金１０３耐熱離型層１０４耐熱離型層１０５Ｓｉゴム弾性層Ｔトナー画像Ｐ記録媒体Ｓ１サーミスタＳ２サーミスタＳ３サーミスタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】未定着トナー像が保持されて装置内に挿
入された記録媒体を前記未定着トナーがほぼ溶融軟化状
態になる温度Ｔ₁で予め外部ヒータにより加熱した後、
内部ヒータによりその表面温度を前記Ｔ₁よりも低温の
Ｔ_Rに加熱されたローラを有する一対のローラにより前
記記録媒体を加熱加圧して前記未定着トナー像を前記記
録媒体に定着することを特徴とする加熱定着方法。
【請求項２】未定着トナー像が保持された記録媒体を
挿通圧接する一対のローラを有し、少なくとも一方のロ
ーラ内に内部ヒータを設けると共に、前記一対のローラ
の上流側に設けられ前記記録媒体を前記未定着トナーが
ほぼ溶融軟化状態になる温度Ｔ１で加熱する外部ヒータ
とを有する加熱定着装置であって、前記外部ヒータを前
記記録媒体の前記未定着トナー像が保持された側に前記
未定着トナー像とは所定の間隙をもって配設し、前記内
部ヒータを有するローラの表面温度Ｔ_Rを前記外部ヒー
タの設定温度Ｔ₁以下として前記内部ヒータと外部ヒー
タとを併用して前記未定着トナー像を前記記録媒体に定
着することを特徴とする加熱定着装置。
【請求項３】未定着トナー像が保持された記録媒体を
挿通圧接する一対のローラを有し、少なくとも一方のロ
ーラ内に内部ヒータを設けると共に、前記一対のローラ
の上流側に設けられ前記記録媒体を前記未定着トナーが
ほぼ溶融軟化状態になる温度で加熱する外部ヒータとを
有する加熱定着装置であって、前記外部ヒータが、前記
記録媒体の前記未定着トナー像が保持された側で前記未
定着トナー像とは所定の間隙をもって配設された第１の
外部ヒータと、前記記録媒体のトナー非保持面と接触す
る前記記録媒体ガイド部材として又はガイド部材の裏面
に密接して配設された第２の外部ヒータとから構成さ
れ、前記内部ヒータを有するローラの表面温度Ｔ_Rと前
記第１及び第２の外部ヒータの設定温度Ｔ₁，Ｔ₂の関
係が、Ｔ₂＜Ｔ_R＜Ｔ₁となるように設定して前記内部
ヒータと外部ヒータとを併用して前記未定着トナー像を
前記記録媒体に定着することを特徴とする加熱定着装
置。
【請求項４】前記一対のローラには耐熱弾性離型層が
被覆され、前記記録媒体上のトナー像と接触する側の弾
性層の表面硬度が、他ローラの弾性層の表面硬度より小
さく設定されていることを特徴とする前記請求項２又は
３に記載の加熱定着装置。
【請求項５】前記外部ヒータが板状発熱体であり、さ
らには該板状発熱体が自己発熱型セラミックス発熱体よ
り形成されていることを特徴とする前記請求項２又は３
に記載の加熱定着装置。
【請求項６】前記第１の外部ヒータが、前記記録媒体
の搬送方向に対して直角の方向に分割して形成された複
数のヒータ部分からなることを特徴とする前記請求項
２，３，５のいずれかに記載の加熱定着装置。
【請求項７】前記第１の外部ヒータが、記録媒体上に
付着したトナー像と対向する面を除き周囲を耐熱性の低
熱伝導材料支持部材により保持されていることを特徴と
する前記請求項２，３，５，６のいずれかに記載の加熱
定着装置。
【請求項８】前記記録媒体と接触する前記記録媒体ガ
イド部材として、又はガイド部材の裏面に密接して配設
された第２の外部ヒータの背面側に、低熱伝導性材料よ
り成る支持部材を密着設置したことを特徴とする前記請
求項３又は５に記載の加熱定着装置。
【請求項９】前記記録媒体ガイド部材を、回動可能な
無端ベルトで構成したことを特徴とする前記請求項２，
３，８のいずれかに記載の加熱定着装置。