JP2002134264A - 加熱装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 定着フィルムと摺動部材の削れ抑制による、
トルク上昇防止および耐久寿命の向上。 【解決手段】 回転体、該回転体を加圧する加圧部材、
及び該回転体を支持する支持部材とを有し、該回転体と
該加圧部材との当接によって形成される接触部で被加熱
材を挟持搬送して該被加熱材を加圧及び加熱する加熱装
置において、該回転体内面のビッカース硬度をＨｖ１、
該支持部材の、該回転体と該加圧部材との当接によって
形成される接触部に相当する部分のビッカース硬度をＨ
ｖ２とした場合、｜Ｈｖ１−Ｈｖ２｜≦２００であるこ
とを特徴とする加熱装置、及び該加熱装置を具備する画
像形成装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被加熱材を加圧・
加熱する加熱装置、及び被記録材に形成担持させた未定
着像を加熱定着処理する像加熱装置として該加熱装置を
具備した、電子写真装置・静電記録装置等の画像形成装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】便宜上、複写機・プリンタ等の画像形成
装置に具備させる、トナー画像を被記録材に加熱定着さ
せる像加熱装置（定着装置）を例にして説明する。

【０００３】画像形成装置において、電子写真プロセス
・静電記録プロセス・磁気記録プロセス等の適宜の画像
形成プロセス手段部で被記録材（転写材シート・エレク
トロファックスシート・静電記録紙・ＯＨＰシート・印
刷用紙・フォーマット紙など）に、転写方式あるいは直
接方式にて形成担持させた目的の画像情報の未定着画像
（トナー画像）を、被記録材面に永久固着画像として加
熱定着させる定着装置としては、熱ローラ方式の装置が
広く用いられていた。近時はクイックスタートや省エネ
ルギーの観点から、フィルム加熱方式の装置が実用化さ
れている。また電磁誘導加熱方式の装置も提案されてい
る。以下、 これらについて説明する。

【０００４】ａ）熱ローラ方式 これは、定着ローラ（加熱ローラ）と加圧ローラとの圧
接ローラ対を基本構成とし、該ローラ対を回転させ、該
ローラ対の相互圧接部である定着ニップ部（加熱ニップ
部）に、画像定着すべき未定着トナー画像を形成担持さ
せた被記録材を導入して挟持搬送させ、定着ローラの熱
と、定着ニップ部の加圧力にて未定着トナー画像を被記
録材面に熱圧定着させるものである。

【０００５】定着ローラは、一般に、アルミニウムの中
空金属ローラを基体（芯金）とし、その内空に熱源とし
てのハロゲンランプを挿入配設してあり、ハロゲンラン
プの発熱で加熱され、外周面が所定の定着温度に維持さ
れるように、ハロゲンランプへの通電が制御されて温調
される。

【０００６】特に、最大４層のトナー画像層を十分に加
熱溶融させて混色させる能力を要求される、フルカラー
の画像形成を行なう画像形成装置の定着装置としては、
被記録材とトナー層との界面まで十分に加熱しないと定
着不良が発生するので、定着ローラの芯金を高い熱容量
を有するものにし、またその芯金外周に、トナー画像を
包み込んで均一に溶融するためのゴム弾性層を具備さ
せ、そのゴム弾性層を介してトナー画像の加熱を行なっ
ている。また加圧ローラ内にも熱源を具備させて、加圧
ローラも加熱・温調する構成にしたものもある。

【０００７】ｂ）フィルム加熱方式 フィルム加熱方式の定着装置は、例えば特開昭６３−３
１３１８２号公報、特開平２−１５７８７８号公報、特
開平４−４４０７５号公報、特開平４−２０４９８０号
公報等に提案されている。

【０００８】即ち、一般に加熱体としてのセラミックヒ
ータと、加圧部材としての加圧ローラとの間に耐熱性フ
ィルム（定着フィルム）を挟ませてニップ部を形成さ
せ、該ニップ部のフィルムと加圧ローラとの間に画像定
着すべき未定着トナー画像を形成担持させた被記録材を
導入して、フィルムと一緒に挟持搬送させることで、ニ
ップ部においてセラミックヒータの熱をフィルムを介し
て被記録材に与え、またニップ部の加圧力にて未定着ト
ナー画像を被記録材面に熱圧定着させるものである。

【０００９】このフィルム加熱方式の定着装置は、セラ
ミックヒータ及びフィルムとして低熱容量の部材を用い
てオンデマンドタイプの装置を構成することができ、画
像形成装置の画像形成実行時のみ、熱源としてのセラミ
ックヒータに通電して所定の定着温度に発熱させた状態
にすればよく、画像形成装置の電源オンから画像形成実
行可能状態までの待ち時間が短く（クイックスタート
性）、スタンバイ時の消費電力も大幅に小さくなる（省
電力）等の利点がある。

【００１０】ｃ）電磁誘導加熱方式 特開平７−１１４２７６号公報には、フィルム自身ある
いはフィルムに近接させた導電性部材に渦電流を発生さ
せ、ジュール熱によって発熱させる加熱装置が提案され
ている。この電磁誘導式のフィルム加熱方式は、発熱域
を被加熱体に近くすることができるため、消費エネルギ
ーの効率アップが達成できる。

【００１１】フィルム方式の加熱装置において、回転体
としての円筒状もしくはエンドレスフィルム状のフィル
ムの駆動方法としては、フィルム内周面を案内するフィ
ルムガイドと加圧ローラとで圧接されたフィルムを加圧
ローラの回転駆動によって従動回転させる方法（加圧ロ
ーラ駆動方式）や、逆に駆動ローラとテンションローラ
によって張架されたエンドレスフィルム状のフィルムの
駆動によって加圧ローラを従動回転させるもの等があ
る。

【００１２】フィルム内面とフィルムガイドには、フィ
ルムとフィルムガイドとの摩擦による回転トルクの影響
を軽減するために、耐熱性グリース等の潤滑剤を介在さ
せる等している。

【００１３】フィルム加熱方式の装置においては、特開
平５−２７６１９号公報に提案されているように、フィ
ルムとフィルム支持部材との間に潤滑剤（グリース）を
介在させることによりフィルムとフィルム支持部材との
間の摺動性を確保していた。

【００１４】また、特開平９−３１９２４２号公報で
は、フイルムとしてニッケルなどの金属材料に対する滑
り部材について挙げられ、耐久寿命の向上が図られてい
る。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】回転体内面をニップ部
で支持する支持部材を有する加熱装置およびこの加熱装
置を備える画像形成装置に関して、ニップ部で回転体内
面と回転体支持部材が摺動するために、耐久により回転
体内面と回転体支持部材が削れて、摺動部における摩擦
力が増大し、回転駆動トルクが上昇するため、駆動ロー
ラを回転させるためのモータの脱調や、回転体スリップ
による定着ジャム等の不具合が発生することがあった。

【００１６】また、特開平９−３１９２４２号公報で挙
げられた材料を選択しても、条件によってはフイルム
（回転体）、あるいは滑り部材（回転体支持部材）が削
れてしまい、耐久寿命を満足できない場合があることが
わかった。

【００１７】そこで、本発明は、回転体内面と回転体支
持部材の削れ量を低減し、回転駆動トルクを低く抑える
ことを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記の構成を
特徴とする加熱装置および画像形成装置である。

【００１９】（１）回転体、該回転体を加圧する加圧部
材、及び該回転体を支持する支持部材とを有し、該回転
体と該加圧部材との当接によって形成される接触部で被
加熱材を挟持搬送して該被加熱材を加圧及び加熱する加
熱装置において、該回転体内面のビッカース硬度をＨｖ
１、該支持部材の、該回転体と該加圧部材との当接によ
って形成される接触部に相当する部分のビッカース硬度
をＨｖ２とした場合、｜Ｈｖ１−Ｈｖ２｜≦２００であ
ることを特徴とする加熱装置、（２）前記回転体内面の
ビッカース硬度Ｈｖ１が≧４００であることを特徴とす
る、上記（１）に記載の加熱装置、（３）前記回転体内
面は金属よりなることを特徴とする、上記（１）又は
（２）に記載の加熱装置、（４）前記回転体は可撓性を
有するエンドレスフィルムであることを特徴とする、上
記（１）乃至（３）のいずれか１項に記載の加熱装置、
（５）前記回転体は電磁誘導発熱性部材からなり、該電
磁誘導発熱性部材に磁場を入れて発熱させる磁場発生手
段を有することを特徴とする、上記（１）乃至（４）の
いずれか１項に記載の加熱装置、（６）加熱体が前記回
転体を介して被加熱材を加熱する、上記（１）乃至
（５）のいずれか１項に記載の加熱装置、（７）前記被
加熱材が未定着像を形成担持させた被記録材であり、前
記加熱装置が未定着像を該被記録材に加熱定着させる加
熱定着装置であることを特徴とする、上記（１）乃至
（６）のいずれか１項に記載の加熱装置、（８）被記録
材に未定着像を形成担持させる作像手段と、該被記録材
に形成担持させた該未定着像を定着させる定着手段とを
有する画像形成装置であって、該定着手段が上記（１）
乃至（７）のいずれか１項に記載の加熱装置であること
を特徴とする画像形成装置。 ＜作用＞回転体と回転体を保持する部材とのニップ部に
おける摺擦による削れを低減することで、長期にわたっ
て回転駆動トルクの低減を図ることができ、加熱装置の
長寿命化を図ることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態例） （１）画像形成装置 本実施形態例は、図８に示すように、第１の実施形態例
の加熱装置を備えた画像形成装置の例である。

【００２１】図８は画像形成装置の一例の概略構成図で
あるが、本例の画像形成装置は電子写真カラープリンタ
である。

【００２２】１０１は有機感光体やアモルファスシリコ
ン感光体でできた感光体ドラム（像担持体）であり、矢
示の反時計方向に所定のプロセススピード（周速度）で
回転駆動される。

【００２３】感光体ドラム１０１はその回転過程で帯電
ローラ等の帯電装置１０２で所定の極性・電位の一様な
帯電処理を受ける。

【００２４】次いでその帯電処理面に、レーザ光学箱
（レーザスキャナー）１１０から出力されるレーザ光１
０３による、目的の画像情報の走査露光処理を受ける。
レーザ光学箱１１０は、不図示の画像読み取り装置等の
画像信号発生装置からの目的画像情報の時系列電気デジ
タル画素信号に対応して変調（オン／オフ）したレーザ
光１０３を出力して、回転感光体ドラム１０１面に、走
査露光した目的画像情報に対応した静電潜像が形成され
る。１０９はレーザ光学箱１１０からの出力レーザ光を
感光体ドラム１０１の露光位置に偏向させるミラーであ
る。

【００２５】フルカラー画像形成の場合は、目的のフル
カラー画像の第１の色分解成分画像、例えばイエロー成
分画像についての走査露光・潜像形成がなされ、その潜
像が４色カラー現像装置１０４のうちのイエロー現像器
１０４Ｙの作動で、イエロートナー画像として現像され
る。そのイエロートナー画像は、感光体ドラム１０１と
中間転写体ドラム１０５との接触部（或いは近接部）で
ある１次転写部Ｔ１において、中間転写体ドラム１０５
の面に転写される。中間転写体ドラム１０５面に対する
トナー画像転写後の回転感光体ドラム１０１面は、クリ
ーナ１０７により転写残りトナー等の付着残留物の除去
を受けて清掃される。

【００２６】上記のような帯電・走査露光・現像・一次
転写・清掃のプロセスサイクルが、目的のフルカラー画
像の第２の色分解成分画像（例えばマゼンタ成分画像、
マゼンタ現像器１０４Ｍが作動）、第３の色分解成分画
像（例えばシアン成分画像、シアン現像器１０４Ｃが作
動）、第４の色分解成分画像（例えば黒成分画像、黒現
像器１０４ＢＫが作動）の各色分解成分画像について順
次実行され、中間転写体ドラム１０５面にイエロートナ
ー画像、・マゼンタトナー画像・シアントナー画像・黒
トナー画像の、都合４色のトナー画像が順次重ねて転写
されて、目的のフルカラー画像に対応したカラートナー
画像が合成形成される。

【００２７】中間転写体ドラム１０５は、金属ドラム上
に中抵抗の弾性層と高抵抗の表層を有するもので、感光
体ドラム１０１に接触して或いは近接して感光体ドラム
１０１と略同じ周速度で矢示の時計方向に回転駆動さ
れ、中間転写体ドラム１０５の金属ドラムにバイアス電
位を与えて、感光体ドラム１０１との電位差で感光体ド
ラム１０１側のトナー画像を、前記中間転写体ドラム１
０５面側に転写させる。

【００２８】上記の中間転写体ドラム１０５面に合成形
成されたカラートナー画像は、前記中間転写体ドラム１
０５と転写ローラ１０６との接触ニップ部である二次転
写部Ｔ２において、前記二次転写部Ｔ２に不図示の給紙
部から、所定のタイミングで送り込まれた被記録材Ｐの
面に転写されていく。転写ローラ１０６は被記録材Ｐの
背面からトナーと逆極性の電荷を供給することで、中間
転写体ドラム１０５面側から被記録材Ｐ側へ、合成カラ
ートナー画像を順次に一括転写する。

【００２９】二次転写部Ｔ２を通過した被記録材Ｐは、
中間転写体ドラム１０５の面から分離されて像加熱装置
（定着装置）１００へ導入され、未定着トナー画像の加
熱定着処理を受けて、カラー画像形成物として機外の不
図示の排紙トレーに排出される。加熱装置１００につい
ては、後述の“（２）加熱装置１００”と同様であり、
ここでの説明を省略する。

【００３０】被記録材Ｐに対するカラートナー画像転写
後の中間転写体ドラム１０５は、クリーナ１０８により
転写残りトナー・紙粉等の付着残留物の除去を受けて清
掃される。このクリーナ１０８は、常時は中間転写体ド
ラム１０５に非接触状態に保持されており、中間転写体
ドラム１０５から被記録材Ｐに対するカラートナー画像
の二次転写実行過程において、中間転写体ドラム１０５
に接触状態に保持される。

【００３１】また、転写ローラ１０６も、常時は中間転
写体ドラム１０５に非接触状態に保持されており、中間
転写体ドラム１０５から被記録材Ｐに対するカラートナ
ー画像の二次転写実行過程において、中間転写体ドラム
１０５に被記録材Ｐを介して接触状態に保持される。

【００３２】白黒画像など、モノカラー画像のプリント
モードも実行できる。また両面画像プリントモード、或
いは多重画像プリントモードも実行できる。

【００３３】両面画像プリントモードの場合は、加熱装
置１００を出た１面目画像プリント済みの被記録材Ｐ
は、不図示の再循環搬送機構を介して表裏反転されて、
再び二次転写部Ｔ２へ送り込まれて、２面に対するトナ
ー画像転写を受け、再度、加熱装置１００に導入され
て、２面に対するトナー画像の定着処理を受けること
で、両面画像プリントが出力される。

【００３４】多重画像プリントモードの場合は、加熱装
置１００を出た１回目画像プリント済みの被記録材Ｐ
は、不図示の再循環搬送機構を介して表裏反転されずに
再び二次転写部Ｔ２へ送り込まれて、１回目画像プリン
ト済みの面に２回目のトナー画像転写を受け、再度、加
熱装置１００に導入されて、２回目のトナー画像の定着
処理を受けることで、多重画像プリントが出力される。

【００３５】（２）加熱装置１００ 本実施形態例においては、加熱装置１００は電磁誘導加
熱方式の定着装置である。図１は本実施形態例の加熱装
置１００の要部の横断模型図である。

【００３６】磁場発生手段は磁性コア１７及び励磁コイ
ル１８からなる。

【００３７】磁性コア１７は高透磁率の部材であり、フ
ェライトやパーマロイ等といったトランスのコアに用い
られる材料がよく、より好ましくは１００ｋＨｚ以上で
も損失の少ないフェライトを用いるのがよい。

【００３８】励磁コイル１８はコイル（線輪）を構成さ
せる導線（電線）として、一本ずつがそれぞれ絶縁被覆
された銅製の細線を複数本束ねたもの（束線）を用い、
これを複数回巻いて励磁コイルを形成している。本例で
は１０ターン巻いて励磁コイル１８を形成している。

【００３９】絶縁被覆は定着フィルム１０の発熱による
熱伝導を考慮して耐熱性を有する被覆を用いるのがよ
い。本実施形態例においては、ポリアミドイミドによる
被覆を用いており、耐熱温度は２２０℃である。ここ
で、励磁コイル１８の外部から圧力をかけて密集度を向
上させてもよい。

【００４０】磁場発生手段１５と定着フィルム１０の間
には絶縁部材１９を配設してある。絶縁部材１９の材質
としては絶縁性に優れ、耐熱性がよいものがよい。例え
ば、フェノール樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポ
リアミド樹脂、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、ＬＣＰ樹脂などを選択するとよい。

【００４１】励磁コイル１８には、図４に示すように、
給電部１８ａ・１８ｂに励磁回路２７（図４）を接続し
てある。この励磁回路２７は、２０ｋＨｚから５００ｋ
Ｈｚの高周波をスイッチング電源で発生できるようにな
っている。

【００４２】励磁コイル１８は、励磁回路２７から供給
される交番電流（高周波電流）によって交番磁束を発生
する。

【００４３】図５は交番磁束の発生の様子を模式的に表
したものである。図５において、磁束Ｃは発生した交番
磁束の一部を表す。

【００４４】磁性コア１７に導かれた交番磁束（Ｃ）は
定着フィルム１０の電磁誘導発熱層１に渦電流を発生さ
せる。この渦電流は、電磁誘導発熱層１の固有抵抗によ
って電磁誘導発熱層１にジュール熱（渦電流損）を発生
させる。ここでの発熱量Ｑは、電磁誘導発熱層１を通る
磁束の密度によって決まり、図５の右側のグラフのよう
な分布を示す。グラフにおいて、縦軸は定着フィルム１
０の電磁誘導発熱層１での発熱量Ｑを表す。ここで、発
熱域Ｈは、最大発熱量をＱとした場合、発熱量がＱ／ｅ
以上の領域と定義する。これは、定着に必要な発熱量が
得られる領域である。

【００４５】図１において、この定着ニップ部Ｎの温度
は、不図示の温度検知手段を含む温調系により励磁コイ
ル１８に対する電流供給が制御されることで所定の温度
が維持されるように温調される。２６は定着フィルム１
０の温度を検知するサーミスタなどの温度センサであ
り、本例においては温度センサ２６で測定した定着フィ
ルム１０の温度情報をもとに定着ニップ部Ｎの温度を制
御するようにしている。

【００４６】加圧部材としての加圧ローラ３０は、芯金
３０ａと、該芯金周りに同心一体にローラ状に成形被覆
させた、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フッ素樹脂など
の耐熱性・弾性材層３０ｂとで構成されており、芯金３
０ａの両端部を装置の不図示のシャーシ側板金間に回転
自由に軸受け保持させて配設してある。弾性材層３０ｂ
の外周に、表面性を向上させるために、さらにＰＴＦ
Ｅ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂層を設けてもよい。

【００４７】図２は、図１に示す加熱装置の要部の正面
模型図であり、図３は要部の横断正面模型図であるが、
図２、図３に示すように、加圧用剛性ステイ２２の両端
部と装置シャーシ側のバネ受け部材２９ａ・２９ｂとの
間に、それぞれ加圧バネ２５ａ・２５ｂを縮設すること
で、加圧用剛性ステイ２２に押し下げ力を作用させてい
る。これにより、図１に示すように、フィルムガイド部
材１６ａの下面に配設した摺動部材４０の下面と加圧ロ
ーラ３０の上面とが定着フィルム１０を挟んで圧接し
て、所定幅の定着ニップ部Ｎが形成される。

【００４８】図１において、加圧ローラ３０は駆動手段
Ｍにより矢示の反時計方向に回転駆動される。この加圧
ローラ３０の回転駆動による該加圧ローラ３０と定着フ
ィルム１０の摩擦力で、定着フィルム１０に回転力が作
用して、該定着フィルム１０が、その内面が定着ニップ
部Ｎにおいて摺動部材４０の下面に摺動しながら矢示の
時計方向に、加圧ローラ３０の回転速度にほぼ対応した
周速度をもってフィルムガイド部材１６ａと１６ｂの外
回りを回転状態になる。

【００４９】而して、加圧ローラ３０が回転駆動され、
それに伴って定着フィルム１０が回転し、図４に示す励
磁回路２７から励磁コイル１８への給電により、図１に
おいて上記のように定着フィルム１０の電磁誘導発熱が
なされて定着ニップ部Ｎが所定の温度に立ち上がって温
調された状態において、画像形成手段部から搬送された
未定着トナー画像ｔが形成された被記録材Ｐが、定着ニ
ップ部Ｎの定着フィルム１０と加圧ローラ３０との間
に、画像面が上向き、即ち定着フィルム面に対向して導
入され、定着ニップ部Ｎにおいて画像面が定着フィルム
１０の外面に密着して、定着フィルム１０と一緒に定着
ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。この定着ニップ部Ｎ
を定着フィルム１０と一緒に被記録材Ｐが挟持搬送され
ていく過程において、定着フィルム１０の電磁誘導発熱
で加熱されて被記録材Ｐ上の未定着トナー画像ｔが加熱
定着される。この際、入口ガイド４０上で被記録材Ｐと
未定着トナー画像ｔが予備加熱される。被記録材Ｐは定
着ニップ部Ｎを通過すると、回転定着フィルム１０の外
面から分離して排出搬送されていく。被記録材上の加熱
定着トナー画像は、定着ニップ部通過後、冷却されて永
久固着像となる。

【００５０】図２、図３において、フランジ部材２３ａ
・２３ｂは定着フィルム１０の回転時に該定着フィルム
１０の端部を受けて定着フィルムのフィルムガイド部材
長手に沿う寄り移動を規制する役目をする。このフラン
ジ部材２３ａ・２３ｂは定着フィルム１０に従動で回転
する構成にしてもよい。

【００５１】本例ではトナーｔに低軟化物質を含有させ
たトナーを使用したため、定着装置にオフセット防止の
ためのオイル塗布機構を設けていないが、低軟化物質を
含有させていないトナーを使用した場合にはオイル塗布
機構を設けてもよい。また、低軟化物質を含有させたト
ナーを使用した場合にもオイル塗布や冷却分離を行って
もよい。

【００５２】Ａ）定着フィルム１０ 図７は本例における定着フィルム１０の層構成模型図で
ある。本例の定着フィルム１０は、電磁誘導発熱性の定
着フィルム１０の基層となる金属フィルム等でできた発
熱層１と、その外面に積層した弾性層２と、その外面に
積層した離型層３の複合構造のものである。発熱層１と
弾性層２との間の接着、弾性層２と離型層３との間の接
着のため、各層間にプライマー層（不図示）を設けても
よい。定着フィルム１０において、発熱層１が内面側で
あり、離型層３が外面側である。前述したように、発熱
層１に交番磁束が作用することで該発熱層１に渦電流が
発生して該発熱層１が発熱する。その熱が弾性層２、離
型層３を介して定着フィルム１０を加熱し、前記定着ニ
ップＮに通紙される被加熱材としての被記録材を加熱し
て、トナー画像の加熱定着がなされる。

【００５３】ａ．発熱層１ 発熱層１はニッケル、鉄、磁性ステンレス、ニッケル−
コバルト合金といった強磁性体の金属を用いるとよい。

【００５４】非磁性の金属でも良いが、より好ましくは
磁束の吸収の良いニッケル、鉄、磁性ステンレス、コバ
ルト−ニッケル合金等の金属が良い。

【００５５】その厚みは次の式で表される表皮深さより
厚くかつ２００μｍ以下にすることが好ましい。表皮深
さσ［ｍ］は、励磁回路の周波数ｆ［Ｈｚ］と透磁率μ
と固有抵抗ρ［Ωｍ］で σ＝５０３×（ρ／ｆμ）^1/2 と表される。

【００５６】これは電磁誘導で使われる電磁波の吸収の
深さを示しており、これより深いところでは電磁波の強
度は１／ｅ以下になっており、逆にいうと、殆どのエネ
ルギーはこの深さまでで吸収されている。図６のグラフ
は、発熱層深さと電磁波強度の関係を示す。

【００５７】発熱層１の厚さは好ましくは１〜１００μ
ｍがよい。発熱層１の厚みが１μｍよりも小さいと、ほ
とんどの電磁エネルギーが吸収しきれないため効率が悪
くなる。また、発熱層が１００μｍを超えると、剛性が
高くなりすぎ、また屈曲性が悪くなり回転体として使用
するには現実的ではない。従って、発熱層１の厚みは１
〜１００μｍが好ましい。

【００５８】ｂ．弾性層２ 弾性層２は、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシ
リコーンゴム等で耐熱性がよく、熱伝導率がよい材質で
ある。

【００５９】弾性層２の厚さは１０〜１０００μｍが好
ましい。この弾性層２の厚さは定着画像品質を保証する
ために必要な厚さである。

【００６０】カラー画像を印刷する場合、特に写真画像
などでは被記録材Ｐ上で大きな面積に亘ってベタ画像が
形成される。この場合、被記録材の凹凸あるいはトナー
層の凹凸に加熱面（離型層３）が追従できないと、加熱
ムラが発生し、伝熱量が多い部分と少ない部分で画像に
光沢ムラが発生する。伝熱量が多い部分は光沢度が高
く、伝熱量が少ない部分では光沢度が低い。弾性層２の
厚さとしては、１０μｍ以下では被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。また、弾性層２が１０００μｍ以上の場合には弾
性層の熱抵抗が大きくなり、クイックスタートを実現す
るのが難しくなる。より好ましくは弾性層２の厚みは５
０〜５００μｍがよい。

【００６１】弾性層２の硬度は、硬度が高すぎると被記
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２の硬度としては
６０°（ＪＩＳ−Ａ）以下、より好ましくは４５°（Ｊ
ＩＳ−Ａ）以下がよい。

【００６２】弾性層２の熱伝導率λに関しては、 ２．５×１０^-3〜８．４×１０^-3［Ｗ／ｃｍ・℃］ がよい。

【００６３】熱伝導率λが２．５×１０^-3［Ｗ／ｃｍ・
℃］よりも小さい場合には、熱抵抗が大きく、定着フィ
ルムの表層（離型層３）における温度上昇が遅くなる。

【００６４】熱伝導率λが８．４×１０^-3［Ｗ／ｃｍ・
℃］よりも大きい場合には、硬度が高くなりすぎたり、
圧縮永久歪みが悪化する。

【００６５】よって、熱伝導率λは２．５×１０^-3〜
８．４×１０^-3［Ｗ／ｃｍ・℃］がよい。より好ましく
は３．３×１０^-3〜６．３×１０^-3［Ｗ／ｃｍ・℃］が
よい。

【００６６】ｃ．離型層３ 離型層３はフッ素樹脂、シリコーン樹脂、フルオロシリ
コーンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、ＰＦＡ、Ｐ
ＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性かつ耐熱性のよい材料を選択
することができる。

【００６７】離型層３の厚さは１〜１００μｍが好まし
い。離型層３の厚さが１μｍよりも小さいと、塗膜の塗
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、離型層が１００μｍを
超えると、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、弾性層２
の効果がなくなってしまう。

【００６８】Ｂ）定着フィルム１０と摺動部材４０の硬
度関係 ここで、定着フィルム１０と摺動部材４０の内面におけ
る摺動部での硬度関係を示す。

【００６９】定着フィルム１０の内面のビッカース硬度
をＨｖ１とし、摺動部材４０の定着フィルム１０と摺動
する側のビッカース硬度をＨｖ２とする。

【００７０】定着フィルム１０の内面にはニッケルを用
い、Ｈｖ１＝３５０〜８００の硬度のものを用いた。ま
た、摺動部材４０はアルミナ基板上にガラスをコーティ
ングしたものを用い、ガラスのＨｖ２＝４００〜７００
の硬度のものを用いた。表１には横にＨｖ１、縦にＨｖ
２をとり、表中には｜ΔＨｖ｜すなわち｜Ｈｖ１−Ｈｖ
２｜の値に対する削れの関係を示した。

【００７１】削れの判定は、耐久による駆動ローラ軸ト
ルクの変化でおこなった。本例においては、定着装置１
００を用いて、定着ニップ部Ｎには２００Ｎで加圧し、
ニップ幅は約７ｍｍを確保した。駆動ローラとしての加
圧ローラの外形はφ２０ｍｍ×２３０ｍｍである。

【００７２】本例の効果の確認として、Ａ４用紙５００
０枚ごとに１９０℃時の駆動ローラ軸トルクの測定を行
い、５０Ｎ・ｃｍ以下を維持できるプリント枚数によっ
て、３段階で評価し、１０万枚以上を〇、８万枚以上１
０万枚未満を△、８万枚未満を×で表している。（表中
の数値と記号（〇、△、×）は、「｜ΔＨｖ｜／削れ」
を表している。）

【００７３】

【表１】 表１は、耐久によるトルクアップを防止することがで
き、駆動ローラ（駆動モータ）の脱調や、定着ジャム等
の不具合の発生することなく、装置を安定して使用でき
る硬度の条件は、｜ΔＨｖ｜≦２００の時であり、さら
に、Ｈｖ１≧４００のときが好ましいことを示してい
る。

【００７４】上記の判定で、△および×の領域におい
て、Ｈｖ１＞Ｈｖ２の場合は摺動部材のガラスの削れ量
が多くなり、トルク上昇の原因となった。また、Ｈｖ１
＜Ｈｖ２の場合は定着フィルム内面のニッケル削れ量が
多くなり、トルク上昇の原因となった。

【００７５】以上より、定着フィルム内面と摺動部材の
硬度差の絶対値｜ΔＨｖ｜が≦２００の場合に、定着フ
ィルム内面及び摺動部材の削れ量を少なく抑えることが
できることがわかる。さらに、定着フィルム内面の硬度
Ｈｖ１を≧４００とすることで、定着フィルムの削れ量
を少なく抑えることができることがわかる。これによっ
て、定着フィルム内面と摺動部材の摺動部における摩擦
抵抗を長期にわたって低く抑えることができる。

【００７６】本例では、定着フィルム内面にニッケルを
使用したが、前述の鉄、磁性ステンレス、ニッケル-コ
バルト合金といった強磁性体の金属を用いても同様の結
果が得られた。

【００７７】なお、フィルムガイド部材１６ａと摺動部
材４０は耐熱性接着剤で固定するとよい。 （第２の実施形態例）本実施形態例は加熱体としてセラ
ミックヒータを用いたフィルム加熱方式の加熱装置例で
ある。

【００７８】図９は本実施形態例における装置１００の
横断面模型図である。

【００７９】１６ｃは横断面略半円弧状樋型の耐熱性・
断熱性のフィルムガイド、１２は加熱体としてのセラミ
ックヒータであり、フィルムガイド１６ｃの下面の略中
央部にガイド長手に沿って形成具備させた溝部に嵌入し
て固定支持させてある。

【００８０】１１は円筒状もしくはエンドレス状の、内
面が金属からなる耐熱性の定着フィルムである。該定着
フィルム１１は、フィルムガイド１６ｃに外嵌させてあ
る。

【００８１】２２はフィルムガイド１６ｃの内側に挿通
した加圧用剛性ステイである。

【００８２】３０は加圧部材で、本例では弾性加圧ロー
ラであり、芯金３０ａにシリコーンゴム等の弾性層３０
ｂを設けて硬度を下げたもので、芯金３０ａの両端部を
装置の不図示の手前側と奥側のシャーシー側板間に回転
自由に軸受け保持させて配設してある。表面性を向上さ
せるために、さらに外周に、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ
等のフッ素樹脂層を設けてもよい。

【００８３】定着ニップＮを形成するための加圧手段及
び定着フィルム端部の保持手段については第１の実施形
態例の場合と同様の構成を取るので、ここでの説明は省
略する。

【００８４】加圧ローラ３０は不図示の駆動手段Ｍによ
り矢示の反時計方向に回転駆動される。この加圧ローラ
３０の回転駆動による該加圧ローラ３０と定着フィルム
１１の外面との摩擦力で定着フィルム１１に回転力が作
用して、該定着フィルム１１がその内面が定着ニップ部
Ｎにおいてセラミックヒータ１２の下面に密着して摺動
しながら矢示の時計方向に加圧ローラ３０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１６ｃの
外回りを回転状態になる（加圧ローラ駆動方式）。

【００８５】定着ニップ部Ｎにおけるセラミックヒータ
１２の下面と定着フィルム１１の内面との相互摺動摩擦
力を低減化させるために、定着ニップ部Ｎのセラミック
ヒータ１２の下面に摺動部材４０を配設し、定着フィル
ム１１の内面との間に耐熱性グリスなどの潤滑剤Ｇを介
在させる。摺動部材４０は第１の実施形態例の場合と同
様にガラスコートを用いた。

【００８６】プリントスタート信号に基づいて加圧ロー
ラ３０の回転が開始され、またセラミックヒータ１２の
ヒートアップが開始される。加圧ローラ３０の回転によ
る定着フィルム１１の回転周速度が定常化し、セラミッ
クヒータ１２の温度が所定値に立ち上がった状態におい
て、定着ニップ部Ｎの定着フィルム１１と加圧ローラ３
０との間に被加熱材としてのトナー画像ｔを担持させた
被記録材Ｐが、トナー画像担持面側を定着フィルム１１
側にして導入されることで、被記録材Ｐは定着ニップ部
Ｎにおいて定着フィルム１１を介してセラミックヒータ
１２の下面に密着して、定着ニップ部Ｎを定着フィルム
１１と一緒に移動通過していく。その移動通過過程にお
いてセラミックヒータ１２の熱が定着フィルム１１を介
して被記録材Ｐに付与されて、トナー画像ｔが被記録材
Ｐ面に加熱定着される。定着ニップ部Ｎを通過した被記
録材Ｐは定着フィルム１１の面から分離されて搬送され
る。

【００８７】定着フィルム１１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
１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上
の耐熱性のニッケル、鉄、ステンレス、ニッケル−コバ
ルト合金、アルミニウム等の金属の外周面に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。従来、ポリイミドを基体としたものがある
が、金属の方が熱伝導率が高いので、よりクイック性を
向上させることができる。本例では、ニッケルの外周面
にＰＴＦＥをコーティングした直径２５ｍｍのものを用
いた。

【００８８】加熱体としてのセラミックヒータ１２は、
定着フィルム１１、被記録材Ｐの移動方向に直交する方
向を長手とする低熱容量の横長の線状加熱体である。チ
ッ化アルミニウム等でできたヒータ基板１２ａと、この
ヒータ基板１２ａの表面にその長手に沿って設けた発熱
層１２ｂ、例えばＡｇ／Ｐｄ（銀／パラジウム）等の電
気抵抗材料を約１０μｍ、幅１〜５ｍｍにスクリーン印
刷等により塗工して設けた発熱層１２ｂと、更にその上
に設けたガラス等の保護層１２ｃを基本構成とするもの
である。

【００８９】該セラミックヒータ１２の発熱層１２ｂの
両端間に通電されることで発熱層１２ｂは発熱してヒー
タ１２が急速に昇温する。そのヒータ温度が不図示の温
度センサに検知され、ヒータ温度が所定の温度に維持さ
れるように不図示の制御回路で発熱層１２ｂに対する通
電が制御されてヒータ１２は温調管理される。

【００９０】前記セラミックヒータ１２は、フィルムガ
イド１６ｃの下面の略中央部にガイド長手に沿って形成
具備させた溝部に保護層１２ｃ側を上向きに嵌入して固
定支持させてある。定着フィルム１１との接触する定着
ニップ部Ｎにはこのセラミックヒータ１２の摺動部材４
０の面と定着フィルム１１の内面が相互接触摺動する。

【００９１】本構成において、第１の実施形態例の場合
と同様に定着フィルム内面硬度Ｈｖ１と摺動部材のガラ
スの硬度Ｈｖ２の関係を調べたところ、第１の実施形態
例の場合と同様の関係が得られた。

【００９２】本発明では第１の実施形態例とは異なる加
熱形態においても、定着フィルム内面と摺動部材の硬度
差の絶対値｜ΔＨｖ｜が≦２００の場合に、定着フィル
ム内面および摺動部材の削れ量を少なく抑えることがで
きる。さらに、定着フィルム内面の硬度Ｈｖ１を≧４０
０とすることで、定着フィルムの削れ量を少なく抑える
ことができる。よって、定着フィルム内面と摺動部材の
摺動部における摩擦抵抗を長期にわたって低く抑えるこ
とができる。 （その他の実施形態例） １）電磁誘導発熱性の定着フィルム１０は、モノクロあ
るいは１パスマルチカラー画像などの加熱定着用の場合
は弾性層２を省略した形態のものとすることもできる。
発熱層１は樹脂に金属フィラーを混入して構成したもの
とすることもできる。発熱層単層の部材とすることもで
きる。

【００９３】２）加熱装置としての定着装置１００の装
置構成は実施形態例の加圧ローラ駆動方式に限られるも
のではない。

【００９４】例えば、図１０に示すように、フィルムガ
イド１６と、駆動ローラ３１と、テンションローラ３２
との間に、電磁誘導発熱性のエンドレスフィルム状の定
着フィルム１０を懸回張設し、フィルムガイド１６の下
面部と加圧部材としての加圧ローラ３０とを、定着フィ
ルム１０に挟んで圧接させて定着ニップ部Ｎを形成さ
せ、定着フィルム１０を駆動ローラ３１によって回転駆
動させる装置構成にすることもできる。この場合、加圧
ローラ３０は従動回転ローラである。

【００９５】３）加圧部材３０はローラ体に限らず、回
動フィルム型など他の形態の部材にすることもできる。

【００９６】また、加圧部材３０側からも被記録材に熱
エネルギーを供給するために、加圧部材３０側にも電磁
誘導加熱などの発熱手段を設けて所定の温度に加熱・温
調する装置構成にすることもできる。

【００９７】４）本発明の加熱装置は実施形態例の画像
加熱定着装置としてに限らず、画像を担持した被記録材
を加熱して、つや等の表面性を改質する像加熱装置、仮
定着する像加熱装置、その他、被加熱材の加熱乾燥装
置、加熱ラミネート装置など、広く被加熱材を加熱処理
する手段・装置として使用できる。

【００９８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
回転体と回転体を保持する部材とのニップ部における摺
擦による削れ量を少なく抑えることで、長期にわたって
回転駆動トルクの低減を図ることができ、加熱装置の長
寿命化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態例において用いた加熱装置とし
ての定着装置の要部の横断側面模型図である。

【図２】図１に示す加熱装置の要部の正面模型図であ
る。

【図３】図１に示す加熱装置の要部の横断正面模型図で
ある。

【図４】励磁回路と励磁回路に接続された磁場発生手段
の斜視図である。

【図５】交番磁束の発生の様子を模式的に表し、磁場発
生手段と発熱量Ｑの関係を示した図である。

【図６】発熱層深さと電磁波強度の関係を示したグラフ
である。

【図７】電磁誘導発熱性の定着フィルムの層構成模型図
である。

【図８】第１の実施形態例における加熱装置を備えた画
像形成装置一例を示す概略構成図である。

【図９】第２の実施形態例における加熱装置の要部のを
示した横断側面模型図である。

【図１０】その他の実施形態例における電磁誘導加熱方
式の加熱装置の一例の横断側面模型図である。

【符号の説明】

１ 発熱層 ２ 弾性層 ３ 離型層 １０ 定着フィルム １６ フィルムガイド １７ 磁性コア １８ 励磁コイル ２３ａ・２３ｂ 定着フィルム端部の規制・保持用フ
ランジ部材 ２６ 温度検知素子（サーミスタ） ２７ 励磁回路 ３０ 加圧部材としての加圧ローラ ３１ 駆動ローラ ３２ テンションローラ ４０ 摺動部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 智市郎 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 2H033 AA23 BA11 BA12 BA25 BA26 BE03 BE06 3K059 AB28 AD34 CD44

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転体、該回転体を加圧する加圧部材、
   及び該回転体を支持する支持部材とを有し、該回転体と
   該加圧部材との当接によって形成される接触部で被加熱
   材を挟持搬送して該被加熱材を加圧及び加熱する加熱装
   置において、 該回転体内面のビッカース硬度をＨｖ１、該支持部材
   の、該回転体と該加圧部材との当接によって形成される
   接触部に相当する部分のビッカース硬度をＨｖ２とした
   場合、｜Ｈｖ１−Ｈｖ２｜≦２００であることを特徴と
   する加熱装置。
2. 【請求項２】 前記回転体内面のビッカース硬度Ｈｖ１
   が≧４００であることを特徴とする請求項１に記載の加
   熱装置。
3. 【請求項３】 前記回転体内面は金属よりなることを特
   徴とする請求項１又は２に記載の加熱装置。
4. 【請求項４】 前記回転体は可撓性を有するエンドレス
   フィルムであることを特徴とする請求項１乃至３のいず
   れか１項に記載の加熱装置。
5. 【請求項５】 前記回転体は電磁誘導発熱性部材からな
   り、該電磁誘導発熱性部材に磁場を入れて発熱させる磁
   場発生手段を有することを特徴とする請求項１乃至４の
   いずれか１項に記載の加熱装置。
6. 【請求項６】 加熱体が前記回転体を介して被加熱材を
   加熱する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の加熱装
   置。
7. 【請求項７】 前記被加熱材が未定着像を形成担持させ
   た被記録材であり、前記加熱装置が未定着像を該被記録
   材に加熱定着させる加熱定着装置であることを特徴とす
   る請求項１乃至６のいずれか１項に記載の加熱装置。
8. 【請求項８】 被記録材に未定着像を形成担持させる作
   像手段と、該被記録材に形成担持させた該未定着像を定
   着させる定着手段とを有する画像形成装置であって、該
   定着手段が請求項１乃至７のいずれか１項に記載の加熱
   装置であることを特徴とする画像形成装置。