JP2001092296A - 像加熱装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加熱処理速度を低下させることなく、十分な
加熱及び加圧を行い、厚紙やＯＨＰフィルム上のカラー
画像等のトナー載り量の多い画像を熱定着する場合等で
あっても良好な像加熱処理を行うことが可能な像加熱装
置及び画像形成装置を提供すること。 【解決手段】 記録材上の画像を加熱する像加熱装置で
あって、加熱ユニットと、加圧部材から構成され、前記
加熱ユニットと加圧部材との当接により作られる加熱ニ
ップ部を複数有し、前記記録材の搬送方向上流側に位置
する加熱ニップ部の面圧を、搬送方向下流側に位置する
加熱ニップ部の面圧よりも低くした複数の加熱ニップ部
へ、記録材を順に搬送させて画像を加熱すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真プロセス
を用いた複写機、ファックス、レーザプリンタ等の画像
形成装置及びこれらに用いられる像加熱装置に関する。
より詳しくは、電子写真・静電記録・磁気記録等の適宜
の画像形成プロセスにより加熱溶融性の樹脂等からなる
トナーを用いて記録材に直接もしくは間接方式で未定着
画像を形成する画像形成装置と、未定着トナー画像を記
録材に永久固着画像として加熱定着処理する定着装置
（像加熱装置）に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子写真方式の複写機やレーザプ
リンタのフルカラー化が進んでいる。一般に、電子写真
方式のカラー画像形成装置は、イエロー、マゼンダ、シ
アン、ブラックの４色のトナーの混合により、フルカラ
ー画像を形成する。このような装置においては、フルカ
ラー画像の広範囲な色再現性及び彩度を実現するため
に、溶融時の粘弾特性を低くしたトナーを用いて各色の
混色性を高めている。しかしながら、その結果としてヒ
ータを内包した定着ローラ等の加熱ユニットヘのトナー
のオフセットや記録材の巻き付きが発生しやすい。これ
らを防止するために、通常、加熱ユニット表面にシリコ
ーンオイル等を塗布含浸させて、加熱ユニットとトナー
間の離型性を高めている。

【０００３】最近では、オイル塗布を必要としない、い
わゆるオイルレス定着技術が開発され実用化されてい
る。このオイルレス定着に用いられるトナーは、現像材
の主成分である樹脂中にワックスを内包させた重合法に
より製造されるトナーである。定着時に、この樹脂中に
内包されたワックスが染み出すことで、従来のオイルと
同様の離型効果を果たす。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高坪量
の厚紙等に形成されたカラー画像のようなトナー載り量
の多い画像を定着する際、定着された画像が火脹れ状に
なる定着不良（以下、火脹れ現象と呼ぶ）が発生する場
合がある。これは、記録材が加熱ニップ部（以下、定着
ニップ部と呼ぶ）を通過する際に、トナー画像と記録材
に十分な熱量を付与できない場合、記録材上で下層に位
置するトナーが表層のトナーに比べて軟化していないた
めに、記録材上のトナーと加熱ユニット表面との粘着力
が、トナーと紙との粘着力よりも大きくなり、局所的に
トナーが加熱ユニットによって記録材から離されてその
まま固着してしまう現象である。この火脹れ現象は、特
に離型剤としてのオイル塗布を行なわないオイルレス定
着において発生しやすい。また定着ニップ部の面圧が高
い程、トナーの加熱ユニット表面への付着力が強まり、
火脹れ現象が発生しやすい。

【０００５】従来、このような火脹れ現象を回避するた
めに、厚紙上のトナー載り量の多い画像を定着する場合
は、下層のトナーまで十分な熱量が加わるように加熱処
理速度すなわち定着速度を低下させる必要があった。し
かしながら、これでは、単位時間あたりにプリントされ
る記録材の枚数が低下してしまう問題がある。定着速度
を低下させずに火脹れ現象を回避するには、定着ニップ
部の幅を広くかつ定着ニップ部の面圧を低くする必要が
あった。

【０００６】しかし、定着ニップ部の面圧を低くした場
合、トナー層表面が十分に平滑に押し固められにくい。
このため、ＯＨＰフィルム上の画像を定着する場合、そ
の画像を形成するトナー層表面が十分に平滑化されない
ために、ＯＨＰフィルム投影時に入射光が乱反射して、
ＯＨＰフィルム上の画像の透過性は低下する。このよう
に透過光量が少ないと、投影された画像が黒ずんでしま
い、画像の色を十分に再現できないという問題があっ
た。

【０００７】そこで本発明は上記問題点に鑑みたもの
で、加熱処理速度を低下させることなく、充分な加熱及
び加圧を行い、厚紙やＯＨＰフィルム上のカラー画像等
のトナー載り量の多い画像を熱定着する場合等であって
も良好な像加熱処理を行うことが可能な像加熱装置及び
画像形成装置の提供を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の像加熱装置及び
画像形成装置は、上記課題を解決するために下記の構成
を特徴とするものである。

【０００９】〔１〕：加熱ユニットと、前記加熱ユニッ
トに対向して設けられる加圧部材から構成され、前記加
熱ユニットと前記加圧部材との当接により作られる加熱
ニップ部を複数有し、前記記録材を前記複数の加熱ニッ
プ部へ順に搬送させて前記記録材上のトナー像を加熱す
る像加熱装置であって、前記記録材の搬送方向上流側に
位置する加熱ニップ部の平均面圧が、搬送方向下流側に
位置する加熱ニップ部の平均面圧よりも低いことを特徴
とする像加熱装置。

【００１０】〔２〕：前記加熱ユニットが回転体である
ことを特徴とする〔１〕に記載の像加熱装置。

【００１１】〔３〕：前記複数の加熱ニップ部のうち前
記記録材の搬送方向最上流に位置する加熱ニップ部を作
る加熱ユニットが、加熱手段を有するエンドレスフィル
ム状の回転体であることを特徴とする〔１〕乃至〔２〕
の何れか１項に記載の像加熱装置。

【００１２】〔４〕：前記加熱手段が、前記回転体内部
に設けられたセラミックヒータであることを特徴とする
〔３〕に記載の像加熱装置。

【００１３】〔５〕：前記加熱手段が、磁場を発生させ
る磁場発生手段と、前記磁場発生手段からの磁場の作用
を受けて発生する渦電流で発熱する発熱層を有する部材
からなることを特徴とする〔３〕に記載の像加熱装置。

【００１４】〔６〕：前記加圧部材が回転体であること
を特徴とする〔１〕乃至〔５〕の何れか１項に記載の像
加熱装置。

【００１５】〔７〕：前記記録材及び前記トナー像を加
熱することにより、前記トナー像を前記記録材上に永久
固着させることを特徴とする〔１〕乃至〔６〕の何れか
１項に記載の像加熱装置。

【００１６】〔８〕：前記トナー像を形成するトナー
が、その主成分である樹脂層内部にワックスを含有し、
その樹脂層の外周面を表層で被覆した、重合法により製
造されたものであることを特徴とする〔１〕乃至〔７〕
の何れか１項に記載の像加熱装置。

【００１７】

〔９〕：前記記録材上にトナー像を形成す
る像形成手段と、前記記録材上のトナー像を加熱する像
加熱手段を有する画像形成装置において、前記像加熱手
段として〔１〕乃至〔８〕の何れか１項に記載の像加熱
装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

【００１８】〔１０〕：前記画像形成装置は、カラー画
像を形成することが可能であることを特徴とする

〔９〕
に記載の画像形成装置。

【００１９】〈作 用〉以上のように加熱ニップ部を複
数有することにより、加熱し難い記録材を加熱する場合
であっても加熱処理速度を低下させることなく十分な熱
量を記録材に付与することができ、さらに、記録材搬送
方向上流側に位置する加熱ニップ部の面圧を下流側に位
置する加熱ニップ部の面圧よりも低く設定することによ
り、加熱処理の初期の段階で記録材にかかる圧力を低
く、加熱処理の進んだ後期の段階で記録材にかかる圧力
を強くして、火脹れ現象を防止しつつ画像の表面性を向
上させることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００２１】〈第一の実施形態〉 §１．画像形成装置の全体構成 図８は本発明の第一の実施形態で用いた電子写真方式の
カラー画像形成装置の構成概略図である。なお同図に示
す画像形成装置は、Ａ４サイズまでのメディアに対応し
たイエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの４色のトナ
ーを用いるフルカラーレーザービ−ムプリンタである。

【００２２】本画像形成装置のプロセス速度は１１７ｍ
ｍ／ｓｅｃである。

【００２３】まず、同図を参照して画像形成装置全体の
概略を説明する。画像形成装置の装置本体Ａ内には、そ
のほぼ中央に、像担持体としてのドラム型の感光体３１
（以下感光ドラムという）が配置されている。感光ドラ
ム３１の周囲には、その回転方向にそってほぼ順に、感
光ドラム表面を均一に帯電すべく接触配置された帯電ロ
ーラ３２、感光ドラム表面に画像情報に応じたレーザー
光を照射して静電潜像を形成する露光装置３３、該静電
潜像にトナーを付着させてトナー像として現像する現像
装置３４、該感光ドラム上のトナー像を転写バイアスに
より静電的に引きつけて記録材上に転写する転写装置３
５、感光ドラム表面の転写残トナーを除去するクリーニ
ング装置３６が配置されている。

【００２４】上述の現像装置は、ロータリー３４Ａに搭
載された４色の現像器、すなわちイエロー現像器３４
ａ、マゼンダ現像器３４ｂ、シアン現像３４ｄ、ブラッ
ク現像器３４ｅを有し、ロータリー３４Ａが矢印方向Ｒ
３４に回転することによって、現像に用いられる現像器
が感光ドラム３１に対向する現像位置に適宜配置され
る。

【００２５】転写装置３５は円筒状に形成された表面に
記録材Ｐを担持する転写ドラム３５ａ、感光ドラム上の
トナー像を転写ドラム上の記録材Ｐに転写する転写帯電
器３５ｃを有する。

【００２６】続いて、上述の構成の画像形成装置の画像
形成動作について簡単に説明する。プリンタコントロー
ラ（不示図）からプリント信号が送られると、感光ドラ
ム３１は駆動手段によって所定の周速度で矢印方向Ｒ３
１に回転駆動される。回転駆動された感光ドラム３１の
表面は帯電ローラ３２によって、所定の電位に均一に帯
電される。続いて露光装置３３から画像情報に基づいた
レーザー光が照射され、照射部の電荷が除去される。こ
れにより感光ドラム３１表面には目的のカラー画像の第
１の色成分像（例えばイエロー）の静電潜像が形成され
る。感光ドラム上の静電潜像は、ロータリー３４Ａの回
転によって現像位置に配置されたイエローの現像器３４
ａによリイエローのトナーが付着され、トナー像として
現像される。

【００２７】一方、該画像形成の開始と並行して、記録
材Ｐが給紙カセット３７から給紙ローラ３８によって転
写ドラム３５ａへ搬送され、記録材Ｐは吸着帯電器（不
示図）によって転写ドラム３５ａ表面に吸着し担持され
る。

【００２８】トナー像転写後の感光ドラム３１は、転写
ドラム３５ａ上の記録材Ｐに転写されないで表面に残っ
た残トナーをクリーニング装置３６によって除去し、次
のマゼンダの画像形成に供される。

【００２９】以上の、帯電、露光、現像、転写、クリー
ニングの一連の画像形成プロセスを、残りの３色すなわ
ちマゼンダ、シアン、ブラックの各色についても同様に
繰り返し、これにより、記録材上には目的のカラー画像
に対応した４色のトナーが重なった未定着トナー像が得
られる。

【００３０】該トナー像が形成された記録材Ｐは、定着
装置４０に導入されて加圧及び加熱され、記録材表面に
トナー像が溶融固着されて定着画像が形成される。そし
て記録材Ｐを排紙トレイ４１上に排紙し、画像形成動作
を終了する。

【００３１】次に、本画像形成装置が使用するトナーに
ついて説明する。図９は、本実施例で使用したトナーの
断面概略図である。これは、オイルレス定着を実現する
トナーとして、例えば懸濁重合法で製造された低軟化物
質を５〜３０重量％含み、粒径が５〜７μｍの実質的球
形である非磁性一成分微粒形重合トナーである。同図に
示すように、重合トナー５０はその製造法上球形とな
る。本形態では、コア５１にエステル系ワックスを内包
し、コアを囲む樹脂層５２をスチレン−ブチルアクリレ
ートで形成し、その外周面をスチレンーポリエステルの
表層５３で被覆した構成をとっている。この樹脂層５２
に、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラック等の着色材
としての顔料が添加される。重合トナー５０全体として
の比重は１．０５である。定着時には、この重合トナー
５０から染み出すワックス成分５１と、定着装置４０の
加熱ユニット表面の離型性を高めた構成において、オイ
ルレス定着が実現する。

【００３２】§２．定着装置４０ 次に、本実施形態の定着装置４０について説明する。本
実施形態における像加熱体としての定着装置４０は、加
圧ローラ駆動タイプであり、フィルム加熱方式と熱ロー
ラ方式を組み合わせた装置である。

【００３３】図１は本実施形態の定着装置の断面概略図
である。本実施形態の定着装置４０が組み込まれた画像
形成装置は、ワックス成分を内包した重合トナーを使用
しているため、離型剤としてのオイル及びオイル塗布機
構を必要としない。そのため、定着装置４０の構成は非
常にシンプルであり、操作性向上に貢献している。ま
た、本実施形態では、１本の加圧ローラ６に対し、２本
の発熱回転体（加熱ユニット）を当接させる構成として
いる。この構成により形成される２つの加熱ニップ部の
名称は、搬送方向上流側から第１のニップ部Ｎ１、第２
のニップ部Ｎ２とする。

【００３４】第１のニップ部Ｎ１を形成する発熱回転体
１は、加熱手段を有する円筒状の耐熱性フィルム（以
下、定着フィルムと記す）である。３は、横断面が半円
弧状桶型のフィルムガイドである。２はフィルムガイド
ニップ部の長手方向に沿って設けられたセラミックヒー
タ（加熱手段）である。このセラミックヒータ２は上記
フィルムガイド３の下面の中央部にフィルムガイド長手
方向に沿って設けた溝部内に固定支持させてある。

【００３５】６は加圧回転体としての加圧ローラであ
り、その芯金６０１の両端部をそれぞれ定着装置の手前
側と奥側のシャシ側板（不示図）間に回転自由に軸受け
支持させてある。

【００３６】そして、セラミックヒータ２を下面に支持
させ、定着フィルム１を外嵌させたフィルムガイド３を
加圧ローラ６の上面に対向させて位置させ、フィルムガ
イド３を剛体ステー４と加圧ばね９により加圧ローラ６
の上面に対して所定の押圧力を持って圧接させた状態に
保持させる。これにより、セラミックヒータ２の下面と
弾性加圧ローラ６の上面との間に定着フィルム１を挟ん
で所定幅の定着ニップ部Ｎ１が形成される。

【００３７】加圧ローラ６は駆動手段Ｍにより矢印の反
時計方向Ａに回転駆動される。この加圧ローラ６の回転
駆動による該加圧ローラ６と定着フィルム１の外面との
ニップ部Ｎにおける摩擦力で定着フィルム１に回転力が
作用して、該定着フィルム１の内面が定着ニップ部Ｎ１
においてセラミックヒータ２の下面に密着して摺動しな
がら矢印Ｂの時計方向に、加圧ローラ６の回転周速度に
ほぼ対応した周速度をもってフィルムガイド３の外周を
回転する。フィルムガイド３は定着フィルム１の回転時
の搬送安定性を図る役目をする。

【００３８】定着フィルム１は熱容量を小さくしてクイ
ックスタート性を向上させるために、フィルム膜厚は１
００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の
耐熱性のＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰの単層、あるいはＰ
Ｉ、ＰＡＩ、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等の外周面に導
電プライマー層を介してＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等を
コーティングした複合層フィルムを使用できる。

【００３９】図２は、本実施形態で用いた定着フィルム
１の層構成断面概略図である。本実施形態では、定着フ
ィルム１として、ポリイミドフィルム１０１をベースフ
ィルムにして、このフィルム１０１の外周面に導電性プ
ライマー層１０２を介して離型層１０３としてＰＴＦＥ
層をコーティングした層構成であって、直径２０ｍｍの
円筒状のものを用いた。離型層１０３は定着フィルム１
の一方の端部ではマスキングにより除いてあり、導電プ
ライマー層１０２ａを露出させてあって、ここを給電部
として用いることができる。

【００４０】フィルムガイド３は、耐熱性、電気絶縁性
で、高い加重に耐えられる材料が用いられる。例えば、
ＰＰＳ、ＰＡＩ、ＰＩ、ＰＥＥＫ、液晶ポリマー等の高
耐熱性樹脂、これらの樹脂とセラミックス・金属・ガラ
ス等との複合材などで構成される。

【００４１】図３は本実施形態で用いたセラミックヒー
タ２の断面概略図である。本実施形態のセラミックヒー
タ２は、アルミナ等でできた基板２０１の表面に例えば
Ａｇ／Ｐｄ等の電気抵抗材料を約１０μｍ、幅１〜５ｍ
ｍにスクリーン印刷等により塗工した発熱層２０２を設
け、この上に保護層２０３としてガラスやフッ素樹脂等
でコートしてある。保護層２０３側が定着フィルム内面
の接触摺動面である。

【００４２】８はサーミスタを用いた温度検知素子で、
セラミックヒータ２の裏面に設置されていて、定着フィ
ルム１の表面温度を間接的に測定する。温度制御は、温
度検知素子８からの出力をＡ／Ｄ変換して、ＣＰＵに取
り込み、その情報を元にトライアックにより、セラミッ
クヒータ２に通電するＡＣ電圧を位相、波数制御等の制
御をして行う。即ち、検知温度が所定の設定温度よりも
低いとセラミックヒータ２に供給する電力を増やして定
着フィルム１を昇温させ、また、高い場合には供給電力
を絞って定着フィルム１の温度を下げて定着動作時に一
定温調する。

【００４３】第２のニップ部Ｎ２を形成するのは、ハロ
ゲンヒータ１０を内包した熱ローラ５（以下、定着ロー
ラと呼ぶ）である。この定着ローラ５は、Ａｌ製の芯金
５０１に、シリコーン系ゴム材料からなる弾性層５０２
を設け、さらに表層にフッ素系樹脂からなる離型層５０
３を設けたものである。記録材あるいはカラー画像の単
色〜４色の多重トナーの凹凸（数〜数十μｍ）に追従す
るために、弾性層５０２は、数十μｍ以上の厚さに設定
する必要がある。弾性が小さいと画像光沢ムラが発生し
てしまう。弾性層５０２の材質はメチル系、メチルビニ
ル系のシリコーンゴムのＲＴＶ、ＬＴＶタイプのものが
弾性を備えているので好適である。本実施形態の定着ロ
ーラの弾性層５０２にはゴム単体の硬度が１°以下（Ｊ
ＩＳ Ｋ６３０１のＡ型硬度計により規定される硬度、
以下JIS-Ａと略記する）である絶縁性ジメチルシリコー
ンゴムを、離型層５０３には厚さ５０μｍのＰＦＡチュ
ーブを用いた。

【００４４】定着ローラ５の温調については、定着ロー
ラ５に温度検知素子８であるサーミスタを接触配置し
て、その温度に伴う抵抗値変化によりローラ表面温度を
検知し、所定の温度となるようにヒータ１０の点灯制御
を行っている。

【００４５】本実施形態における加圧ローラ６は、芯金
６０１に導電性シリコーンゴム等の弾性層６０２を設
け、さらに、表面性を向上させるために外周にＰＴＦ
Ｅ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂層６０３を５０μｍ
設けたものである。

【００４６】第１のニップ部Ｎ１での、定着フィルム１
と加圧ローラ６の当接圧は、長手方向のニップ幅が２２
０ｍｍの場合、５ｋｇｆ以上、３０ｋｇｆ以下が適当で
ある。

【００４７】５ｋｇｆ以下であると、十分なニップ幅が
とれず、３０ｋｇｆ以上であると、ニップ長手方向中央
部の圧抜けを起こしてしまう。この為、本実施形態で
は、１５ｋｇｆで当接させている。その結果、ニップ幅
は通紙方向に約７．０ｍｍ、長手方向に２２０ｍｍとな
り、ニップ内の平均面圧は約０．９７ｋｇｆ／ｃｍ²と
なる。

【００４８】第２のニップ部Ｎ２では、定着性とＯＨＰ
フィルム上の画像の透過性向上のため、定着ローラ５と
加圧ローラ６の当接圧は大きい方が好ましく、長手方向
のニップ幅が２２０ｍｍの場合、３０ｋｇｆ以上、６０
ｋｇｆ以下が望ましい。３０ｋｇｆ以下であると、ＯＨ
Ｐフィルム上の画像の透過性が十分ではない。６０ｋｇ
ｆを超えると、ローラの弾性層に永久歪みを発生させて
しまう。この為本実施形態では４０ｋｇｆで当接させて
いる。

【００４９】その結果、ニップ幅は通紙搬送方向に約
８．８ｍｍ、長手方向に２２０ｍｍとなり、ニップ内の
平均面圧は約２．０７ｋｇｆ／ｃｍ²となる。

【００５０】§３．定着プロセス 次に、本実施形態の定着装置における定着プロセスにつ
いて説明する。まず、画像形成開始と同時に、加圧ロー
ラ６が駆動手段Ｍによって反時計方向Ａに回転駆動さ
れ、それに伴って定着フィルム１および定着ローラ５が
時計方向Ｂに従動回転する。この時、加圧ローラ６は、
本体のプロセス速度にならい、１１７ｍｍ／ｓｅｃで回
転駆動される。そして、定着フィルム１の熱源であるセ
ラミックヒータ２に通電がなされて該ヒータ２の発熱で
第１のニップ部Ｎ１が所定の定着温度に立ち上がって温
調される。また定着ローラ５の温調がスタンバイ温度か
ら所定のプリント温度に切り替わり、第２のニップ部Ｎ
２が所定の定着温度に立ち上がる。

【００５１】そして未定着トナー像を担持した記録材Ｐ
が入口ガイド７に案内されて第１のニップ部Ｎ１に導入
され、第１のニップ部Ｎ１内において記録材Ｐのトナー
像担持面側が定着フィルム１の外面に密着して回転し、
定着フィルム１と一緒に定着ニップ部Ｎ１を挟持搬送さ
れていく。この挟持搬送過程において、セラミックヒー
タ２の熱が定着フィルム１を介して記録材Ｐに付与さ
れ、記録材Ｐ上の未定着トナー像が加熱加圧定着され
る。第１のニップ部Ｎ１は面圧が低いので、トナーの火
脹れが抑制される。しかしながら、この時点では、面圧
が低いために、トナーと記録材Ｐとの接着力は十分では
なく、また、記録材Ｐ上で表層に位置するトナーの粒が
完全に変形していないため、ＯＨＰフィルム上のトナー
層の透過性も十分ではない。

【００５２】次に、第１のニップ部Ｎ１を通過した記録
材Ｐは、加圧ローラ６に沿いながら、第２のニップ部Ｎ
２へと向かう。この間、周囲の雰囲気温度と暖まった加
圧ローラ６の余熱で記録材Ｐ裏面から熱が供給されるの
で、トナー及び記録材自身の温度は上昇する。すなわ
ち、記録材Ｐ上のトナー層はさらに溶けやすい状態にな
る。そして、第２のニップ部Ｎ２に突入した記録材Ｐ
は、定着ローラ５と加圧ローラ６に挟持搬送されなが
ら、再度熱と圧を加えられて定着される。第２のニップ
部Ｎ２の面圧は、第１のニップ部Ｎ１よりも高く、ま
た、第１と第２のニップ部間の余熱で十分にトナーおよ
び記録材Ｐの温度が上昇しているため、記録材上で最下
層に位置するトナーの粒子が十分に溶けて記録材表面の
凹凸間に入り込み、アンカー効果により十分な定着性が
確保される。当然、この場合のトナーと紙の粘着力は、
記録材Ｐの昇温によりトナーとローラ表層の粘着力より
も十分に大きいため、火脹れは発生しない。また、高い
面圧により、トナー層は十分に押しつぶされて変形し、
トナー層表面はより平坦に押し固められる。トナー層表
面がフラットであるため、ＯＨＰフィルム投影時の入射
光の乱反射が滅少し、ＯＨＰフィルム上のトナー層の透
過性は向上する。

【００５３】以上のように、本実施形態の定着装置の構
成において、搬送方向上流のニップ部Ｎ１の面圧を搬送
方向下流のニップ部Ｎ２の面圧よりも低くすることで、
記録材Ｐ上で下層に位置するトナー層の粘度が十分に下
がってから、高い面圧によりトナーが記録材に定着され
るので、定着速度を低下させることなく、火脹れを防止
できる。また、総ニップ幅が広いので、定着速度を低下
させることなく、厚紙の定着性やＯＨＰフィルム上の画
像の透過性を向上させることが出来る。

【００５４】〈第二の実施形態〉本実施形態は、前記第
１の実施形態と比べ、記録紙搬送方向上流側の加熱手段
として電磁誘導加熱方式の手段を用いた点が異なり、そ
の他の構成は略同じである。よって、同一の要素には同
符番を付す等して、画像形成装置および画像形成プロセ
ス等、一部の説明を省略する。

【００５５】図４は本実施形態における定着装置４０の
断面概略図である。本実施形態での像加熱手段としての
定着装置４０は、加圧ローラ駆動タイプであり、電磁誘
導加熱方式と熱ローラ方式を組み合わせた装置である。
なお、本例では、ワックス成分を内包した重合トナーを
使用しているため、定着装置４０にオイル及びオイル塗
布機構を設けていない。

【００５６】第１のニップ部Ｎ１を構成する１は発熱回
転体としての円筒状の定着フィルムであり、本例におけ
る該定着フィルムは後述するように電磁誘導により発生
した渦電流で発熱する発熱層を含むものである。

【００５７】３は円筒状のフィルムガイドであり、本例
における該フィルムガイドが磁束の通過を妨げない、耐
熱性、電気絶縁性で高い加重に耐えられる材料が用いら
れる。

【００５８】１１は交番磁束を発生するための励磁コイ
ル、１２は励磁コイル１１により発生した交番磁束Ｆを
定着フィルム１に導く高透磁率部材であるところのコア
であり、両方ともフィルムガイド３内に配置して支持さ
せてある。本実施形態では、コア部材としてフェライト
を使用している。

【００５９】励磁コイル１１には、図７に図示したよう
に、ＡＣ電圧源である励磁回路７０１が接続されてお
り、この励磁回路７０１は５０ｋＨｚの交番電流を励磁
コイル１１へ供給できるようになっている。７０２は矩
形波発生回路で、マイコン７０３からの情報によって矩
形波のデューティー比を変化させて励磁回路７０１内の
スイッチング素子を制御する。

【００６０】８は、温度検知素子としてのＮＴＣ素子
（Negative Temperature Coefficient素子:負性温度係
数素子）であり、ニップ部Ｎ１よりも定着フィルム１の
移動方向下流側でニップ部Ｎ１の近傍位置において、フ
ィルムガイド３の外面に露呈させて配置されており、回
転する定着フィルム１の裏面に接触し、定着フィルム１
の温度を電圧に変換してマイコン７０３に伝えている。

【００６１】６は回転加圧体であるところの加圧ローラ
で芯金６０１上にシリコーンゴム層６０２を２ｍｍ被覆
させて弾性をもたせ、さらに表面にＰＦＡからなる離型
層６０３を設けている。加圧ローラ６は定着フィルム１
に当接されて、フィルムガイド３の下面との間に第１の
ニップ部Ｎ１を形成している。

【００６２】加圧ローラ６は、駆動手段Ｍにより矢印Ａ
の反時計方向に、本体のプロセス速度にならい１１７ｍ
ｍ／ｓｅｃで回転駆動される。これにより、定着フィル
ム１がフィルムガイド３の外周を時計方向Ｂに従動回転
される。そして第１のニップ部Ｎ１に未定着トナー像を
担持させた記録材Ｐが導入される。

【００６３】図５は本実施形態で用いた定着フィルム１
の層構成断面概略図である。この定着フィルム１はニッ
ケルからなる厚み５０μｍの発熱層１０６の表面をシリ
コーンゴムからなる弾性層１０７で被覆し、さらにフッ
素樹脂の離型層１０３で被覆してある。発熱層１０６側
が定着フィルム内面の接触摺動面である。

【００６４】発熱層１０６としてはニッケル以外にも１
０^-5〜１０^-10Ω・ｍの電気良導体である金属・金属化
合物・有機導電体であればよく、より好ましくは透磁率
が高い強磁性体の鉄、コバルト等の純金属もしくはそれ
らの化合物を用いることができる。

【００６５】この発熱層１０６の厚みは薄くすると十分
な磁路が確保できなくなり、外部へ磁束が洩れて発熱体
自身の発熱エネルギーが小さくなる場合があり、また厚
くすると熱容量が大きくなり昇温に要する時間が長くな
る傾向がある。

【００６６】従って、発熱層１０６の厚みは、用いた材
料の比熱、密度、透磁率、抵抗の値によって適正値があ
り、本実施形態では１０〜１００μｍの厚みの範囲で、
３℃／ｓｅｃ以上の昇温速度を得ることができた。

【００６７】弾性層１０７は、その硬度が高すぎると記
録材あるいはトナー層の凹凸に追従しきれず画像光沢ム
ラが発生してしまう。そこで、弾性層１０７の硬度とし
ては６０°(JIS-Ａ)以下、より好ましくは４５°(JIS-
Ａ)以下が良い。弾性層の熱伝導率λに関しては、６×
１０^-4〜２×１０^-3（ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ）
が良い。熱伝導率λが６×１０^-4（ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅ
ｃ・ｄｅｇ）よりも小さい場合には、熱抵抗が大きく、
定着フィルム１の表層における温度上昇が遅くなる。

【００６８】離型層１０３は、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥ
Ｐ等のフツ素樹脂以外に、シリコーン樹脂、シリコーン
ゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム等の離型性かつ耐熱
性の良い材料を選択することができる。

【００６９】離型層１０３の厚さは、２０〜１００μｍ
が好ましく、厚さが２０μｍよりも小さいと塗膜の塗り
ムラで離型性の悪い部分ができたり、耐久性が不足する
といった問題が発生する。また、１００μｍを越えると
熱伝導が悪化するという問題が発生し、特に樹脂系の離
型層の場合は、硬度が高くなりすぎて、弾性層１０７の
効果がなくなってしまう。

【００７０】また、図６に示すように、上記の定着フィ
ルム１の層構成において、さらに断熱層１０８を設けて
もよい。断熱層１０８を設けた場合、発熱層１０６に発
生した熱による励磁コイル１１やコア１２の昇温を防止
できるため、安定した加熱をすることができる。断熱層
１０８としてはフッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミ
ドイミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹
脂、ＰＦＡ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂などの耐熱
樹脂が良い。断熱層１０８の厚さとしては、１０〜１０
００μｍが好ましい、断熱層１０８の厚さが１０μｍよ
りも小さい場合には断熱効果が得られず、また耐久性も
不足する。一方、１０００μｍを超えると高透磁率であ
るコア１２から発熱層１０６までの距離が大きくなり、
交番磁束Ｆが十分に発熱層１０６に到達しなくなる。

【００７１】励磁コイル１１としては加熱に十分な交番
磁束Ｆを発生するものでなければならないが、そのため
には抵抗成分を低く、インダクタンス成分を高くとる必
要がある。本実施形態では励磁コイル１１の芯線とし
て、細線を束ねた高周波用のφ２ｍｍのものを用いて、
第１のニップ部Ｎ１を周回するように１２回巻いてあ
る。

【００７２】励磁コイル１１は励磁回路７０１から供給
される交番電流によって交番磁束Ｆを発生し、交番磁束
Ｆはコア１２に導かれて定着フィルム１の発熱層１０６
に渦電流を発生させる。この渦電流は発熱層１０６の固
有抵抗によってジュール熱を発生させて、弾性層１０
７、離型層１０３を介して第１のニップ部Ｎ１に搬送さ
れる記録材Ｐと記録材上のトナーを加熱することが出来
る。

【００７３】以下、図７を用いて加熱方法を説明する。
定着フィルム１の発熱層１０６で発生する熱エネルギー
は渦電流の大きさの２乗に比例し、渦電流の大きさは交
番磁束Ｆのエネルギーに比例するので、定着フィルム１
の温度を上昇させる時は励磁コイル１１への磁界エネル
ギーを増加させて、逆に温度を下げる場合には磁界エネ
ルギーを滅少させればよい。この磁界エネルギーの加減
は励磁コイル１１に印加する電圧を加減しても良いし、
電流を加減しても良い。通常の電灯線を利用する場合に
は、定電圧源と考えられるので、安価に回路を構成する
には励磁コイル１１への電流を加減するのが好ましい。
これらの励磁回路７０１が共振条件を満たす範囲で考え
る場合、上記の電流の加滅は励磁コイル１１に与える電
圧の印加時間の長短で制御可能である。即ち、励磁回路
７０１における磁界の振動周期に同期してスイッチング
し、電圧印加時間や解放時間を変化させることによっ
て、定着フィルム１の温度を変えることが出来る。本例
では、解放時間を固定して６ｍｓとし、電圧印加時間を
１〜１５ｍｓｅｃの間で制御可能としている。従って、
本実施形態においては、励磁コイル１１に供給される交
番電圧としては、上記電圧印加時間と解放時間との和時
間を１周期とする周波数となり、約４７〜１４３ＫＨｚ
の可変制御となる。マイコン７０３は、温度検知素子８
から得た定着フィルム１の温度を一定の周期でサンプリ
ングして、この情報に対して上記電圧印加時間を算出
し、矩形波発生装置７０２から出力する。

【００７４】第二のニップ部Ｎ２を構成する定着ローラ
５及び加圧ローラ６の構成は、第一の実施形態と同一で
あるので、ここでの説明は省略する。

【００７５】第１のニップ部Ｎ１では、定着フィルム１
と加圧ローラ６の当接圧は、あまり大きいと、構成上、
ニップ部長手方向中央部の圧抜けを発生させて。長手方
向のニップ幅が２２０ｍｍの場合、５ｋｇｆ以上、３０
ｋｇｆ以下が適当である。本実施形態では、２１ｋｇｆ
で当接させている。その結果、ニップ幅は通紙方向に
８．０ｍｍ、長手方向に２２０ｍｍであるので、ニップ
内の平均面圧は約１．１９ｋｇｆ／ｃｍ²となる。

【００７６】第２のニップ部Ｎ２では、定着ローラ５と
加圧ローラ６の当接圧は、３０ｋｇｆ以上、６０ｋｇｆ
以下が望ましい。３０ｋｇｆ未満であると、ＯＨＰフィ
ルム上の画像の透過性が不十分であり、６０ｋｇｆを超
えると弾性層のゴムに永久歪みを発生させてしまう。本
実施形態では４０ｋｇｆで当接させている。その結果、
ニップ幅は通紙方向に８．８ｍｍ、長手方向に２２０ｍ
ｍであるので、ニップ内の平均面圧は約２．０７ｋｇｆ
／ｃｍ²となる。

【００７７】本実施形態では、励磁コイル１１に対向し
た部分の定着フィルム１自身が発熱するため、第１の実
施形態のセラミックヒータを用いた場合よりも発熱域が
広い。このため、定着フィルム１の昇温速度が速く、こ
れに伴い定着ローラ５、加圧ローラ６の昇温速度も速く
なる。

【００７８】以上のような電磁誘導加熱方式の加熱回転
体と熱ローラ方式の加熱回転体との組み合わせの構成に
おいても、第一の実施形態と同様に、定着速度を低下さ
せることなく、厚紙上のカラー画像などのトナー載り量
の多い画像定着時に発生する火脹れ現象を防止し、記録
材上のトナー層の定着性向上及びＯＨＰフィルム上の画
像の透過性向上を図ることができる。

【００７９】〈その他〉本発明の像加熱装置は、上記の
実施形態の他、複数の加熱ニップ部を有する構成であれ
ば、下記のような形態であっても良い。

【００８０】１．図１０（ａ）の例では、熱ローラ５に
対して２つの加圧ローラ６を圧接してニップ部Ｎ１，Ｎ
２を形成している。また、記録材搬送方向上流側のニッ
プ部Ｎ１の面圧をニップ部Ｎ２の面圧よりも低く設定す
ることにより、上記実施形態と同様に火脹れ現象を良好
に防止することができる。

【００８１】２．図１０（ｂ）の例は、円筒状のフィル
ムを用いたテンションレス方式の加熱ユニットに代え
て、エンドレス状のフィルムをヒータ２とローラ３ｂ，
３ｃとに捲回張設した方式の加熱ユニットとしたもので
ある。

【００８２】３．図１０（ｃ）の例は、加圧ローラに代
えて、複数のローラ６ａ，６ｂ，６ｃに架け渡した搬送
ベルトを加圧部材６としたものである。

【００８３】４．図１０（ｄ）の例は、加圧ローラを共
用せず、フィルム加熱装置と熱ローラ加熱装置とを独立
に配置したものである。本例においても記録材搬送方向
上流側のニップ部Ｎ１の面圧をニップ部Ｎ２の面圧より
も低く設定することにより、上記実施形態と同様に火脹
れ現象を良好に防止することができる。

【００８４】５．図１０（ｅ）の例は、加圧ローラに代
えて、加圧パッド６ｄを用いたものである。本例におい
ても記録材搬送方向上流側のニップ部Ｎ１の面圧をニッ
プ部Ｎ２の面圧よりも低く設定することにより、上記実
施形態と同様に火脹れ現象を良好に防止することができ
る。

【００８５】

【発明の効果】以上に述べたように本発明によれば、加
熱処理速度を低下させることなく、十分な加熱及び加圧
を行い、厚紙やＯＨＰフィルム上のカラー画像等のトナ
ー載り量の多い画像を熱定着する場合等であっても良好
な像加熱処理を行うことが可能な像加熱装置及び画像形
成装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第一の実施形態における定着装置の
断面概略図

【図２】 第一の実施形態における定着フィルムの断面
概略図

【図３】 第一の実施形態におけるセラミックヒータの
断面概略図

【図４】 本発明の第二の実施形態における定着装置の
断面概略図

【図５】 第二の実施形態における定着フィルムの断面
概略図

【図６】 第二の実施形態における定着フィルム(断熱
層有り)の断面概略図

【図７】 第二の実施形態における定着装置の温度制御
システムの概略図

【図８】 本発明の画像形成装置の概略構成図

【図９】 本発明の画像形成装置が使用するトナーの断
面概略図

【図１０】 像加熱装置の他の構成例を示した概略図

【符号の説明】

１ 定着フィルム ２ セラミックヒータ ３ フィルムガイド ４ 剛体ステー ５ 定着ローラ（熱ローラ） ６ 加圧ローラ（加圧部材） ７ 入口ガイド ８ 温度検知素子 １０ ハロゲンヒータ １１ 励磁コイル １２ コア ３１ 感光ドラム（感光体） ３３ 露光装置 ３４ 現像装置 ３５ 転写装置 ３６ クリーニング装置 ３７ 給紙カセット ３８ 給紙ローラ ４０ 定着装置 ４１ 排紙トレイ ５０ 重合トナー Ｎ１ ニップ部 Ｎ２ ニップ部 Ｐ 記録材 Ｍ 駆動手段

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱ユニットと、前記加熱ユニットに対
   向して設けられる加圧部材から構成され、前記加熱ユニ
   ットと前記加圧部材との当接により作られる加熱ニップ
   部を複数有し、前記記録材を前記複数の加熱ニップ部へ
   順に搬送させて前記記録材上のトナー像を加熱する像加
   熱装置であって、前記記録材の搬送方向上流側に位置す
   る加熱ニップ部の平均面圧が、搬送方向下流側に位置す
   る加熱ニップ部の平均面圧よりも低いことを特徴とする
   像加熱装置。
2. 【請求項２】 前記加熱ユニットが回転体であることを
   特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
3. 【請求項３】 前記複数の加熱ニップ部のうち前記記録
   材の搬送方向最上流に位置する加熱ニップ部を作る加熱
   ユニットが、加熱手段を有するエンドレスフィルム状の
   回転体であることを特徴とする請求項１乃至２の何れか
   １項に記載の像加熱装置。
4. 【請求項４】 前記加熱手段が、前記回転体内部に設け
   られたセラミックヒータであることを特徴とする請求項
   ３に記載の像加熱装置。
5. 【請求項５】 前記加熱手段が、磁場を発生させる磁場
   発生手段と、前記磁場発生手段からの磁場の作用を受け
   て発生する渦電流で発熱する発熱層を有する部材からな
   ることを特徴とする請求項３に記載の像加熱装置。
6. 【請求項６】 前記加圧部材が回転体であることを特徴
   とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の像加熱装
   置。
7. 【請求項７】 前記記録材及び前記トナー像を加熱する
   ことにより、前記トナー像を前記記録材上に永久固着さ
   せることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記
   載の像加熱装置。
8. 【請求項８】 前記トナー像を形成するトナーが、その
   主成分である樹脂層内部にワックスを含有し、その樹脂
   層の外周面を表層で被覆した、重合法により製造された
   ものであることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１
   項に記載の像加熱装置。
9. 【請求項９】 前記記録材上にトナー像を形成する像形
   成手段と、前記記録材上のトナー像を加熱する像加熱手
   段を有する画像形成装置において、 前記像加熱手段として請求項１乃至８の何れか１項に記
   載の像加熱装置を備えたことを特徴とする画像形成装
   置。
10. 【請求項１０】 前記画像形成装置は、カラー画像を形
    成することが可能であることを特徴とする請求項９に記
    載の画像形成装置。