JP2002169412A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】フィルム加熱方式の定着器を用いている画像形
成装置について、画像形成装置の前回転時のヒータ温度
をヒータ割れを生じさせることなく高くすることを可能
にして加圧ローラ（加圧部材）の温度を高め、定着性の
改善及び加圧ローラ汚れの防止を図ること。 【解決手段】ヒータ１１と、該ヒータと摺動するフィル
ム１３と、該フィルムを介して前記ヒータと圧接して定
着ニップＮを形成する加圧部材２０と、を有し、前記定
着ニップのフィルムと加圧部材の間で未定着画像ｔが形
成された記録材Ｐを挟持搬送してヒータの熱で未定着画
像を加熱定着させる定着器を有する画像形成装置におい
て、前記ヒータ１１は基板１１₁がＡｌＮ（窒化アルミ
ニウム）からなり、該ヒータの制御温度が、定着時より
も画像形成装置前回転時の方が高いことを特徴とする画
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、プリンタ・複写機
・ファクシミリ等の画像形成装置に関する。

【０００２】より詳しくは、記録材上に形成担持させた
未定着画像を定着する装置としてフィルム加熱方式の加
熱定着装置（以下、定着器と記す）を用いている画像形
成装置の改善に係る。

【０００３】

【従来の技術】従来、電子写真方式・静電記録方式等の
画像形成装置において、記録材上に形成担持させた未定
着画像を加熱定着する定着器としては、熱ローラ方式や
フィルム加熱方式の装置が広く用いられている。

【０００４】フィルム加熱方式の定着器は、特開昭６３
−３１３１８２号公報・特開平２−１５７８７８号公報
・特開平４−４４０７５号公報・特開平４−２０４９８
０号公報等に提案されており、スタンバイ時に電力を供
給せず、消費電力を極力低く抑えることが可能な、省エ
ネルギー・オンデマンド定着器として有効である。

【０００５】基本的には、支持体に固定支持させたヒー
タ（加熱部材、加熱体）と、該ヒータと摺動する耐熱性
・薄肉のフィルム（定着フィルム）と、該フィルムを介
してヒータと圧接して定着ニップを形成する加圧部材と
しての加圧ローラと、を有し、定着ニップのフィルムと
加圧ローラの間で未定着画像が形成された記録材を挟持
搬送してヒータの熱で未定着画像を永久画像として加熱
定着させるものである。

【０００６】ヒータには一般にセラミックヒータが使用
される。例えば、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の電気絶縁性
・良熱伝導性・低熱容量のセラミック基板をヒータ基板
とし、その面に銀パラジューム（Ａｇ／Ｐｄ）・Ｔａ₂
Ｎ等の通電発熱抵抗層をスクリーン印刷等で形成具備さ
せ、さらに該通電発熱抵抗層形成面を薄肉ガラス保護層
で覆ってなるものである。このセラミックヒータは通電
発熱抵抗層に通電がなされることにより該通電発熱抵抗
層が発熱してセラミック基板・ガラス保護層を含むヒー
タ全体が急速昇温する。このヒータの昇温がヒータ背面
に配置された温度検知手段により検知されて通電制御部
へフィードバックされる。通電制御部は温度検知手段で
検知されるヒータ温度が所定のほぼ一定温度（定着温
度）に維持されるように通電発熱抵抗層に対する通電を
制御する。すなわちヒータは所定の定着温度に加熱・温
調される。

【０００７】オンデマンド定着器である上記のようなフ
ィルム加熱方式の定着器を用いた画像形成装置において
は、プリント信号を受けた時点から前記定着器のヒータ
に通電を開始し、画像形成装置の前回転中にヒータの立
ち上げを行い、所定温度に達してから定着動作を行う。
この際、定着性向上及び加圧ローラ汚れ防止の観点から
は、加圧ローラ温度をできるだけ高くすることが好まし
い。その理由としては、．加圧ローラ温度を高くする
ことにより、加圧ローラ側からの紙（記録材）の加熱効
果が、紙とトナー間の接着力を増加させ、定着性が向上
する、．加圧ローラに付着したトナーが加圧ローラ温
度が高いほど紙裏に転移しやすくなり、加圧ローラ表面
に蓄積しずらくなるという２点がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】加圧ローラを暖める方
法としては、画像形成装置の前回転時間を長くする方法
や、前回転時のヒータ温度を高くする方法がある。

【０００９】前回転時間を長くする方法はＦＰＴ（ファ
ーストプリントタイム）が極度に遅くなるため、前回転
時の温度を定着温度より高く設定することが効率的に加
圧ローラを暖める方法として有効である。

【００１０】しかし、画像形成装置の高速化に伴って定
着温度の高温化が進んでおり、画像形成装置の前回転時
に定着器のヒータについて定着温度以上の温度に立ち上
げるような急激な加熱を行うと、ヒータとして現在使用
しているアルミナをヒータ基板としているものでは、ヒ
ータ基板内熱応力によりヒータ割れが発生する場合があ
るという問題があった。

【００１１】そこで本発明は、フィルム加熱方式の定着
器を用いている画像形成装置について、画像形成装置の
前回転時のヒータ温度をヒータ割れを生じさせることな
く高くすることを可能にして加圧ローラ（加圧部材）の
温度を高め、定着性の改善及び加圧ローラ汚れの防止を
図ることを目的とする。

【００１２】

【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、フィルム加熱方式の定着器を用いている画像
形成装置である。

【００１３】（１）ヒータと、該ヒータと摺動するフィ
ルムと、該フィルムを介して前記ヒータと圧接して定着
ニップを形成する加圧部材と、を有し、前記定着ニップ
のフィルムと加圧部材の間で未定着画像が形成された記
録材を挟持搬送してヒータの熱で未定着画像を加熱定着
させる定着器を有する画像形成装置において、前記ヒー
タは基板がＡｌＮ（窒化アルミニウム）からなり、該ヒ
ータの制御温度が、定着時よりも画像形成装置前回転時
の方が高いことを特徴とする画像形成装置。

【００１４】即ち、ヒータは窒化アルミニウムをヒータ
基板とするものにすると、該ヒータの熱応力はアルミナ
をヒータ基板とするものの約１／１０に軽減されること
から、画像形成装置の前回転時のヒータ温度をヒータ割
れを生じさせることなく高くすることを可能にして効率
的に加圧ローラ（加圧部材）の温度を高めることがで
き、定着性の改善及び加圧ローラ汚れ防止が可能とな
る。

【００１５】（２）画像形成装置前回転時のヒータ制御
温度と、定着時のヒータ制御温度の大小関係をプリント
開始時の定着器温度に応じて変えることを特徴とする
（１）に記載の画像形成装置。

【００１６】上記の特徴構成により、定着器の状態に応
じた加圧ローラ温度コントロールが可能となり、定着器
スリップを発生させることなく、定着性の改善及び加圧
ローラ汚れ防止が可能となる。

【００１７】（３）画像形成装置前回転時のヒータ制御
温度と、定着時のヒータ制御温度の関係を環境情報に応
じて変えることを特徴とする（１）又は（２）に記載の
画像形成装置。

【００１８】上記の特徴構成により、使用環境に応じた
加圧ローラ温度コントロールが可能となり、定着器スリ
ップを発生させることなく、定着性の改善及び加圧ロー
ラ汚れ防止が可能となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】〈第１の実施例〉 （１）画像形成装置例 図１は本発明に従う画像形成装置の一例の概略構成模型
である。本例の画像形成装置は、転写式電子写真プロセ
スを用いたレーザービームプリンタである。

【００２０】１は像担持体たる感光ドラムであり、ＯＰ
Ｃ、アモルファスＳｅ、アモルファスＳｉ等の感光材料
をアルミニウムやニッケル等のシリンダ状の基盤上に形
成して構成されている。

【００２１】感光ドラム１は矢印の時計方向に所定の周
速度をもって回転駆動され、その表面は、帯電装置とし
ての帯電ローラ２によって一様に帯電される。

【００２２】次に、画像露光装置であるレーザースキャ
ナー３による像露光Ｌを受ける。レーザースキャナー３
は画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応してオ
ン／オフ変調制御されたレーザービームを出力して、回
転する感光ドラム１の帯電処理面を走査露光Ｌする。こ
の走査露光により感光ドラム１上に画像情報の静電潜像
が形成される。

【００２３】この静電潜像は現像装置４でトナー像とし
て現像されて可視化される。現像方法としては、ジャン
ピング現像法等が用いられ、イメージ露光と反転現像と
の組み合わせで用いられることが多い。

【００２４】一方、不図示の給紙機構部から記録材（転
写材）Ｐが一枚宛給紙され、感光ドラム１と転写装置と
しての転写ローラ５との圧接部である転写ニップ部に所
定の制御タイミングにて供給される。転写ニップ部にお
いて、感光ドラム１上のトナー像は不図示の電源による
転写バイアスの作用で記録材Ｐに転写される。

【００２５】転写ニップ部を通過した記録材Ｐは、感光
ドラム１面から分離され、トナー像を保持して定着器６
へ搬送され、定着器６の定着ニップ部で加熱・加圧され
てトナー像が記録材Ｐ上に定着されて永久画像となり、
機外へ排出される。

【００２６】一方、記録材分離後の回転感光ドラム１は
その表面に残る転写残留トナーがクリーニング装置（ク
リーナー）７により除去されて、繰り返して作像に供さ
れる。

【００２７】（２）画像形成装置の動作シーケンス 図２は上記画像形成装置の動作シーケンス図である。

【００２８】ａ．前多回転動作：画像形成装置の始動動
作期間（起動動作期間、ウォーミング期間）である。メ
イン電源スイッチ−オンにより、装置のメインモータを
駆動させて感光ドラム１を回転駆動させ、所定のプロセ
ス機器の準備動作を実行させる。

【００２９】ｂ．前回転動作：プリント前動作を実行さ
せる期間である。この前回転動作は前多回転動作中にプ
リント信号が入力したときには前多回転動作に引き続い
て実行される。プリント信号の入力がないときには前多
回転動作の終了後にメインモータの駆動が一旦停止され
て感光ドラム１の回転駆動が停止され、画像形成装置は
プリント信号が入力されるまでスタンバイ（待機）状態
に保たれる。プリント信号が入力すると、前回転動作が
実行される。

【００３０】ｃ．プリント動作：所定の前回転動作が終
了すると、引き続いて回転感光ドラム１に対する作像プ
ロセスが実行され、回転感光ドラム面に形成されたトナ
ー像の記録材Ｐへの転写、定着器６によるトナー像の定
着処理がなされて画像形成物がプリントアウトされる。

【００３１】連続プリントモードの場合は上記のプリン
ト動作が所定の設定プリント枚数分繰り返して実行され
る。

【００３２】ｄ．紙間：連続印字モードにおいて一の記
録材の後端部が転写ニップ部を通過した後、次の記録材
の先端部が転写ニップ部に到達するまでの間の、転写ニ
ップ部における記録材の非通紙状態期間である。 ｅ．
後回転動作：最後の記録材のプリント動作が終了した後
もしばらくの間メインモータの駆動を継続させて感光ド
ラム１を回転駆動させ、所定の後動作を実行させる期間
である。

【００３３】ｆ．スタンバイ：所定の後回転動作が終了
すると、メインモータの駆動が停止され感光ドラム１の
回転駆動が停止され、画像形成装置は次のプリントスタ
ート信号が入力するまでスタンバイ状態に保たれる。

【００３４】１枚だけのプリントの場合は、そのプリン
ト終了後、プリンタは後回転動作を経てスタンバイ状態
になる。

【００３５】スタンバイ状態においてプリントスタート
信号が入力すると、プリンタは前回転動作に移行する。

【００３６】ｃのプリント動作時が画像形成時であり、
ａの前多回転動作、ｂの前回転動作、ｄの紙間、ｅの後
回転動作が非画像形成時（非プリント時）になる。

【００３７】（３）定着器６ 図３は定着器６の拡大横断面模型図である。本例の定着
器６は、特開平４−４４０７５〜４４０８３、４−２０
４９８０〜２０４９８４号公報等に開示の、円筒状（エ
ンドレスベルト状）の定着フィルムを用いた、フィルム
加熱方式、加圧用回転体駆動方式（テンションレスタイ
プ）の定着器である。

【００３８】１０は定着部材（定着ユニット）、２０は
加圧部材としての加圧ローラであり、両者１０・２０の
圧接により定着ニップ部Ｎを形成させている。

【００３９】定着部材１０は図面に垂直方向を長手とす
る部材であり、横断面略半円弧状樋型の耐熱性・剛性を
有するフィルムホルダー（ステイホルダー）１２と、こ
のフィルムホルダー１２の下面に、該部材の長手に沿っ
て設けた凹溝部に嵌め入れて固定して配設した、通電に
より発熱するヒータ（加熱体）１１と、ヒータ１１を取
り付けたフィルムホルダー１２にルーズに外嵌した円筒
状の耐熱性の定着フィルム１３等からなる。

【００４０】加圧ローラ２０は、芯金２１と、該芯金上
に同心一体に形成具備させたシリコーンゴムやフッ素ゴ
ム等の耐熱ゴムあるいはシリコーンゴムを発泡して形成
された弾性層２２からなる弾性層とから成る回転体であ
る。弾性層２２上にはＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のフ
ッ素樹脂などから成る耐熱離型性層２３を形成しても良
い。

【００４１】加圧ローラ２０は芯金２１の両端部を装置
シャーシー（不図示）の手前側と奥側の側板間に軸受部
材を介して回転自由に軸受保持させて配設してある。

【００４２】定着部材１０は、この加圧ローラ２０の上
側に、ヒータ１１側を下向きにして加圧ローラ２０に並
行に配置し、フィルムホルダー１２の両端部を不図示の
バネ等の加圧附勢部材にて加圧ローラ２０の軸線方向に
附勢することで、ヒータ１１の下向き面を定着フィルム
１３を介して加圧ローラ２０の弾性層２２に該弾性層の
弾性に抗して所定の押圧力をもって圧接させ、所定幅の
定着ニップ部Ｎを形成させてある。加圧ローラ２０側を
加圧附勢部材にて定着部材１０の下面に押し上げ附勢し
て所定幅の定着ニップ部Ｎを形成する装置構成にするこ
ともできる。

【００４３】加圧ローラ２０は駆動手段Ｍにより矢印の
反時計方向に所定の周速度で回転駆動される。この加圧
ローラ２０の回転駆動による該加圧ローラ２０の外面と
定着フィルム１３との、定着ニップ部Ｎにおける圧接摩
擦力により円筒状の定着フィルム１３に回転力が作用し
て該定着フィルム１３がその内面側がヒータ１１の下向
き面に密着して摺動しながらフィルムホルダー１２の外
周りを矢印の時計方向に従動回転状態になる。

【００４４】加圧ローラ２０が回転駆動され、それに伴
って円筒状の定着フィルム１３が従動回転状態になり、
またヒータ１１に通電がなされ、該ヒータが昇温して所
定の温度に立ち上がり温調された状態において、定着ニ
ップ部Ｎの定着フィルム１３と加圧ローラ２０との間に
未定着トナー像ｔを担持した記録材Ｐが導入され、定着
ニップ部Ｎにおいて記録材Ｐのトナー像担持面側が定着
フィルム１３の外面に密着してフィルム１３と一緒に定
着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。この挟持搬送過程
において、ヒータ１１の熱が定着フィルム１３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ｔが
紙Ｐ上に加熱・加圧されて溶融定着される。定着ニップ
部Ｎを通過した記録材Ｐは定着フィルム１３から曲率分
離される。

【００４５】ａ）ヒータ１１ 図４は定着ニップ部Ｎ部分の拡大横断面模型図、図５は
ヒータ１１の一部切り欠き背面模型図である。本例のヒ
ータ１１は、ヒータ基板として窒化アルミニウムを用い
た、背面加熱型のセラミックヒータである。

【００４６】１１₁は高熱伝導である窒化アルミニウム
を用いたヒータ基板であり、通紙方向を長手とする横長
・薄肉板部材である。

【００４７】１１₂・１１₃・１１₄はヒータ基板１１₁の
背面側に基板長手に沿って並行に形成具備させた第１・
第２・第３の３本の通電発熱抵抗層（以下、発熱体と記
す）である。各発熱体１１₂・１１₃・１１₄は銀パラジ
ューム（Ａｇ／Ｐｄ）・Ｔａ₂Ｎ等の通電発熱抵抗体ペ
ーストを用いてスクリーン印刷等でパターン形成し、焼
成することで具備させている。

【００４８】１１₅・１１₆・１１₇・１１₈はヒータ基板
１１₁の背面側両端部面にそれぞれ２つずつ分けて形成
具備させた第１・第２・第３・第４の給電用電極パター
ンである。第１、第３、第４の給電用電極パターン１１
₅・１１₇・１１₈はそれぞれ第１、第２、第３の発熱体
１１₂・１１₃・１１₄の一端部側と延長電路を介して電
気的に導通させてある。また第２の給電用電極パターン
１１₆は第１、第２、第３の発熱体１１₂・１１₃・１１₄
の他端部側と延長電路を介して電気的に導通させてあ
る。各給電用電極パターン１１₅・１１₆・１１₇・１１₈
および延長電路は銀（Ａｇ）等の導電体ペーストを用い
てスクリーン印刷等でパターン形成し、焼成することで
具備させている。

【００４９】１１₉は発熱体１１₂・１１₃・１１₄の保護
と絶縁性を確保するためのガラスコーティング層であ
る。

【００５０】１４と１５はガラスコーティング層１１₉
の面に接触させて設けた第１と第２のサーミスタ等の温
度検知素子である。

【００５１】上記のヒータ１１はヒータ基板１１₁の発
熱体形成面側とは反対面側をヒータ表面側として、この
ヒータ表面側を外側にしてフィルムホルダー１２の下面
に固定して配設してあり、このヒータ表面に対して定着
フィルム１３の内面が密着して摺動する。

【００５２】１６・１７は上記ヒータ１１の両端部にそ
れぞれ嵌着した第１と第２の給電コネクタである。第１
の給電コネクタ１６により、ヒータ１１の第１と第３の
給電用電極パターン１１₅・１１₇とＡＣドライバ１８と
が電気的に連絡される。また第２の給電コネクタ１７に
より、ヒータ１１の第２と第４の給電用電極パターン１
１₆・１１₈とＡＣドライバ１８とが電気的に連絡され
る。

【００５３】１９は商用ＡＣ電源、３０は制御回路であ
る。ＡＣドライバ１８は制御回路３０により制御され
る。第１及び第２の温度検知素子１４・１５の電気的な
温度検知情報はそれぞれＡ／Ｄコンバータ３１・３２を
介して制御回路３０に入力する。３３は画像形成装置本
体の適所に設けた環境検知素子（温度・湿度検知素子）
である。この素子３３の検知情報もＡ／Ｄコンバータ３
４を介して制御回路３０に入力する。

【００５４】制御回路３０はＡＣドライバ１８を制御し
てヒータ１１の第１・第２・第３の発熱体１１₂・１１₃
・１１₄に選択的に通電して発熱させる。

【００５５】第１と第３の発熱体１１₂・１１₄はＡ４、
ＬＴＲ等の幅が広い記録材のための発熱体であり、長さ
２２４．８ｍｍとしてある。第２の発熱体１１₃はｃｏ
ｍ１０、ＤＬ等の封筒用（幅が狭い記録材）の発熱体で
あり、長さ１１２ｍｍとしてある。

【００５６】制御回路３０は記録材搬送路内にある不図
示の紙幅センサーにより通紙された記録材のサイズを検
知し、その情報により第１・第３の発熱体１１₂・１１₄
と第２の発熱体１１₃の切り替えを行う。但し、Ｂ５及
びＡ５サイズ等の記録材サイズの場合は、第１・第３の
発熱体１１₂・１１₄とを用いて加熱定着を行い、この際
には、Ｂ５及びＡ５サイズの非通紙領域に設けた第２の
温度検知素子（端部サーミスタ）１５により、非通紙部
昇温を検知し、スループットの制御を行う。

【００５７】上記のようにヒータ１１の第１・第２・第
３の発熱体１１₂・１１₃・１１₄に選択的に通電がなさ
れることで、発熱体の発熱でヒータ１１が迅速に昇温す
る。そのヒータの温度情報が第１及び第２の温度検知素
子１４・１５からＡ／Ｄコンバータ３１・３２を介して
制御回路３０に入力する。

【００５８】制御回路３０はその入力温度情報を基にヒ
ータ１１の通紙領域温度を所定の一定温度に制御すべく
ＡＣドライバ１８を制御する。即ちヒータ１１の発熱体
へ電力制御されたＡＣ電流を流すことにより、ヒータ温
度を目標温度（プリント温度）に温調制御する構成とな
っている。

【００５９】ｂ）フィルムホルダー１２ フィルムホルダー１２は、定着フィルム１３の円滑な回
転を促す案内部材の役割をしているとともに、ヒータ１
を保持し、定着ニップ部Ｎと反対方向への放熱を防ぐ役
目もする断熱部材でもあり、液晶ポリマー、フェノール
樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等により形成されており、定着
フィルム１３が余裕をもってルーズに外嵌される。ま
た、定着フィルム１３はその内面がヒータ１１およびフ
ィルムホルダー１２に摺擦しながら回転するため、ヒー
タ１１およびフィルムホルダー１２と定着フィルム１３
の間の摩擦抵抗を小さく抑える必要がある。このためヒ
ータ１１およびフィルムホルダー１２の表面に耐熱性グ
リース等の潤滑剤を少量介在させてある。これにより定
着フィルム１３はスムーズに回転することが可能とな
る。

【００６０】ｃ）定着フィルム１３ 定着フィルム１３は熱容量の小さなフィルムであり、ク
イックスタートを可能にするために１００μｍ以下の厚
みで、耐熱性、熱可塑性を有するポリイミド、ポリアミ
ドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ、ＰＦＡ、ＰＴＦ
Ｅ、ＦＥＰ等のフィルムである。また、長寿命の加熱定
着装置を構成するために十分な強度を持ち、耐久性に優
れたフィルムとして、２０μｍ以上の厚みが必要であ
る。よって定着フィルム１３の厚みとしては２０μｍ以
上１００μｍ以下が最適である。さらにオフセット防止
や記録材の分離性を確保するために表層にはＰＦＡ、Ｐ
ＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性の良好な耐熱樹脂を混合ない
し単独で被覆したものである。

【００６１】（４）ヒータ制御温度 本実施例の画像形成装置のプロセススピードは１５１ｍ
ｍ／ｓ、スループット２４ｐｐｍ（Ａ４）である。

【００６２】本実施例では、定着性の向上及び加圧ロー
ラ汚れ防止のために図６のように画像形成装置の前回転
時における定着器６のヒータ温調温度を定着時の定着温
度より高い２３０℃とした。定着温度は定着器の暖まり
方及び使用環境によって変えているが、通常環境では２
２０℃〜１９０℃程度である。

【００６３】本実施例の制御を図７のフローチャートを
用いて説明する。まず、プリント開始時の定着器の温度
T₀℃を検知する（STEP１）。この検知温度T₀℃に応じて
定着温度T₁℃を決定し（STEP２）、ヒータ11に通電を開
始する（STEP３）。その後、前回転中は230℃で温度制
御を行い（STEP４）、前回転終了後、定着温度T₁℃に制
御する（STEP５）し、プリント指定枚数まで定着動作を
行う（STEP６、７）。

【００６４】本実施例では、ヒータ立ち上げ時のヒータ
基板１１₁内の熱応力を軽減するために、ヒータ基板と
して、従来のアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃：熱伝導率約２０Ｗ／
ｍ・Ｋ）より高熱伝導の窒化アルミニウム（ＡｌＮ：熱
伝導率約１００Ｗ／ｍ・Ｋ）を使用した。

【００６５】ヒータ１１を室温から２３０℃まで昇温速
度を変えて立ち上げた時の熱応力をアルミナ基板と窒化
アルミニウム基板で比較した結果を表１に示す。尚、熱
応力の算出は、ヒータ裏面よりサーモビュワーによって
測定した基板内通紙方向温度差データから以下の式を用
いて行った。

【００６６】σ＝Ｅ×β×△Ｔ σ：熱応力 Ｅ：ヤング率（Ａｌ₂Ｏ₃：３．２×１０⁴ｋｇ／ｍ²、Ａ
ｌＮ：２．４×１０⁴ｋｇ／ｍ²） β：線膨張係数（Ａｌ₂Ｏ₃：７．２×１０^-6／℃、Ａｌ
Ｎ：４．５×１０^-6／℃） △Ｔ：温度差

【００６７】

【表１】

【００６８】表１からわかるように、ヒータ基板１１₁
として窒化アルミニウムを使用することにより熱応力は
アルミナの約１／１０程度に軽減される。また、ヒータ
の破壊強度を測定すると、アルミナの場合最低値が２０
ｋｇ／ｍ²、窒化アルミニウムが１０ｋｇ／ｍ²程度であ
るため、アルミナ基板を用いたヒータで３０ｍｓ／℃以
上の昇温速度で昇温させた場合、ヒータ立ち上げ時の熱
応力によりヒータ割れが発生する可能性があることがわ
かる。

【００６９】表２に本制御による定着性及び加圧ローラ
汚れの評価結果を示す。尚、定着性及び加圧ローラ汚れ
の評価は、加圧ローラ温度が暖まり難いプリントモード
で行った。即ち、定着器がコールド状態から２枚／１０
分間欠プリントモードで行った。

【００７０】

【表２】

【００７１】表２からわかるように本制御により、定着
性が改善され、加圧ローラ汚れの発生が抑制されること
がわかる。尚、本実施例の制御によりプリント時の加圧
ローラ温度が５〜１０℃程度高くなり、この温度は前回
転を５秒間延長した場合と同等の温度であった。

【００７２】以上のように、定着器のヒータ制御温度
を、前回転時の温度＞定着時の温度、とすることにより
定着性の改善及び加圧ローラ汚れの改善が可能となっ
た。

【００７３】〈第２の実施例〉本実施例では、プリント
開始時の定着器の温度に応じて、前回転時の温度と定着
時の温度の大小関係を変更する制御を行う。尚、その他
の条件は前記第１の実施例と同様であり、再度の説明は
省略する。

【００７４】定着器６は、加圧ローラ２０により記録材
（紙）を介して定着フィルム１３を回転駆動している。
そのため、放置紙等の含水率の高い紙に印字率の高いパ
ターンーンをプリントした場合、紙が定着ニップ部Ｎを
通過する際に発生する水蒸気は主に加圧ローラ側に発生
するため、紙と加圧ローラとの間の摩擦係数が低下し、
紙搬送できずにジャムが発生する。

【００７５】上記現象を解決するために、本実施例では
前記実施例の制御に加えて、温度検知素子１４又は／及
び１５で検知される定着器の温度が高い場合は、定着器
スリップを防止するために、前回転時の温度＜定着時の
温度（通常、給紙動作が始まって定着器に紙が突入する
までに定着温度になるように定着温度−２０℃程度に設
定）とし、加圧ローラ温度が極力上昇しないように制御
を行う。

【００７６】本実施例の制御を図８のフローチャートを
用いて説明する。まず、プリント開始時の定着器の温度
T₀℃を検知する（STEP１）。この検知温度T₀℃に応じて
定着温度T₁℃、前回転温度T₁'℃を決定し（STEP２）、
ヒータ11に通電を開始する（STEP３）。その後、前回転
中はT₁'℃で温度制御を行い（STEP４）、前回転終了
後、定着温度T₁℃に制御する（STEP５）し、プリント指
定枚数まで定着動作を行う（STEP６、７）。

【００７７】表３に本実施例の前回転時の温度と定着温
度の関係を示す。

【００７８】

【表３】

【００７９】表３の制御で、定着性、加圧ローラ汚れ及
び定着器スリップの評価を行った結果を表４に示す。

【００８０】

【表４】

【００８１】表４からわかるように定着器温度に応じ
て、前回転時の温度と定着温度の関係を変更させる制御
を行うことにより、加圧ローラ汚れ及び定着器スリップ
を両立することができる。尚、定着器スリップの評価
は、長期放置紙（含水率約７％）に全面ハーフトンパタ
ーンをプリントするという厳しいモードで行った。

【００８２】以上に述べたように、プリント開始時の定
着器温度に応じて、前回転時の温度と定着時の温度の大
小関係を可変することにより、デリントモードによらず
良好な定着性と加圧ローラ汚れ及び定着器スリップを防
止できる。

【００８３】〈第３の実施例〉本実施例では、前記第１
又は第２の実施例の制御に加えて、使用環境情報を検知
する温度又は湿度検知部材（環境検知素子）を画像形成
装置本体（プリンタ本体）に設け、検知環境情報に応じ
て、前回転時の温度と定着時の温度の大小関係を変更す
る制御を行う。図５において３３が環境検知素子であ
り、この素子３３の検知情報がＡ／Ｄコンバータ３４を
介して制御回路３０に入力する。尚、その他の条件は前
記実施例と同様であり、再度の説明は省略する。

【００８４】前記実施例２で述べたように、放置紙等の
含水率が高い紙で発生する定着器スリップは、画像形成
装置の使用環境温度及び湿度が高くなればなるほど、顕
著になる。また、定着性や加圧ローラ汚れに関係する加
圧ローラ温度も低温環境では低く、高温環境では高くな
る。

【００８５】そこで、本実施例では使用環境の温度に応
じて、前回転時の温度と定着温度の大小関係を制御し、
定着性と加圧ローラ汚れ及び定着器スリップの両立を図
った。

【００８６】本実施例の制御を図９のフローチャートを
用いて説明する。まず、プリント開始時の環境温度T'
℃、定着器の温度T₀℃を検知する（STEP１、２）。この
検知温度T'、T₀℃に応じて定着温度T₁℃、前回転温度
T₁'℃を決定し（STEP３）、ヒータ11に通電を開始する
（STEP４）。その後、前回転中はT₁'℃で温度制御を行
い（STEP５）、前回転終了後、定着温度T₁℃に制御する
（STEP６）し、プリント指定枚数まで定着動作を行う
（STEP７、８）。本実施例の定着温度T₁℃と前回転温度
T₁'℃の関係を表５に示す。

【００８７】

【表５】

【００８８】表５からわかるように、低温環境では、紙
の含水率が低く（５〜６％）、定着器スリップは発生し
ないため、前回転時の温度＞定着温度とし、加圧ローラ
を暖めて定着性の改善と加圧ローラ汚れ防止を行った。
また、高温環境では、紙の含水率が高く（７〜９％）、
定着器スリップが発生しやすいが、定着性や加圧ローラ
汚れには有利であるため、前回転の温度＜定着温度と
し、必要以上に加圧ローラを上昇させるのを防ぎ、定着
器スリップの防止を行った。通常環境では、前記実施例
と同様に定着器温度が低い場合は、前回転時の温度＞定
着温度、定着器が温まっている場合は、前回転時の温度
＜定着温度とし、定着性の改善と加圧ローラ汚れ防止及
び定着器スリップの防止を行った。

【００８９】表５の温度制御により定着性、加圧ローラ
汚れ、定着器スリップの評価を行った結果を表６に示
す。

【００９０】

【表６】

【００９１】表６からわかるように、本制御により低温
環境での定着性と加圧ローラ汚れと、高温環境での定着
器スリップが改善された。尚、本実施例では、環境温度
情報のみで制御を行ったが、湿度制御及びその両方で制
御を行った場合も同様の効果が得られた。

【００９２】以上に述べたように、使用環境情報に応じ
て、前回転時の温度と定着時の温度の大小関係を可変す
ることにより、使用環境によらず良好な定着性と加圧ロ
ーラ汚れ及び定着器スリップを防止できる。

【００９３】〈その他〉 １）フィルム加熱方式の定着器は、実施例のものは加圧
用回転体駆動方式であるが、エンドレスの定着フィルム
の内周面に駆動ローラを設け、フィルムにテンションを
加えながら駆動する方式の定着器であってもよいし、フ
ィルムをロール巻きの有端ウエブ状にし、これを走行駆
動させる方式のフィルム型定着器であってもよい。

【００９４】２）ヒータ１１は、ヒータ基板を窒化アル
ミニウムにすることを条件にして、他の構成形態は任意
である。

【００９５】図１０に、窒化アルミニウムをヒータ基板
とする、表面加熱型のセラミックヒータ１１を用いた、
フィルム加熱方式の定着器の一例を示した。（ａ）は定
着ニップ部分の横断面模型図である。（ｂ）はヒータの
一部切り欠き表面模型図、（ｃ）はヒータの背面模型図
である。

【００９６】ステイホルダー（支持体）１２に固定支持
させたヒータ１１と、該ヒータ１１に定着フィルム１３
を挟んで所定のニップ幅の定着ニップ部Ｎを形成させて
圧接させた弾性加圧ローラ２０を有する。ヒータ１１は
通電により所定の温度に加熱・温調される。定着フィル
ム１３は不図示の駆動手段あるいは加圧ローラ２０の回
転力により、定着ニップ部Ｎにおいてヒータ１１面に密
着・摺動しつつ矢印ａの方向に搬送移動される、円筒状
あるいはエンドレスベルト状、もしくはロール巻きの有
端ウェブ状の部材である。

【００９７】ヒータ１１を所定の温度に加熱・温調さ
せ、定着フィルム１３を矢印の方向に搬送移動させた状
態において、定着ニップ部Ｎの定着フィルム１３と加圧
ローラ２０との間に被加熱材としての未定着トナー像ｔ
を形成担持させた記録材Ｐを導入すると、記録材Ｐは定
着フィルム１３の面に密着して該定着フィルム１３と一
緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送される。この定着ニップ
部Ｎにおいて、記録材Ｐ・トナー像ｔがヒータ１１によ
り定着フィルム１３を介して加熱されて記録材Ｐ上のト
ナー像ｔが加熱定着される。

【００９８】加熱部材としてのヒータ１１は、窒化アル
ミニウムのヒータ基板１１ａの表面面（定着フィルム１
３と対面する側の面）に基板長手（図面に垂直の方向）
に沿って銀バラジューム（Ａｇ／Ｐｂ）・Ｔａ₂Ｎ等の
通電発熱抵抗層１１ｂをスクリーン印刷等で形成具備さ
せ、さらに該発熱抵抗層形成面を薄肉ガラス保護層１１
ｃで覆ってなるものである。このセラミックヒータ１１
は通電用電極１１ｄ・１１ｄに通電がなされることによ
り該通電発熱抵抗層１１ｂが発熱してヒータ基板１１ａ
・ガラス保護層１１ｃのヒータ全体が急速昇温する。こ
のヒータ１１の昇温がヒータ背面に配置された温度検知
手段１４により検知されて、電路パターン１１ｅ・通電
用スルーホール１１ｆを介して温度制御出力用電極部１
１ｇ・１１ｇから不図示の通電制御部へフィードバック
される。通電制御部は温度検知手段１４で検知されるヒ
ータ温度が所定のほぼ一定温度（定着温度）に維持され
るように通電発熱抵抗層１１ｂに対する通電を制御す
る。すなわちヒータ１１は所定の定着温度に加熱・温調
される。

【００９９】ヒータ１１の通電発熱抵抗層１１ｂの長手
方向の幅Ｗは定着フィルム１３を介して当接される加圧
ローラ２０の弾性層２２の幅Ｄに比べ若干狭い幅で形成
されている。これは、通電発熱抵抗層１１ｂが加圧ロー
ラ２０よりはみ出ることによって、局所的に昇温し、そ
の熱応力により破損するのを防止するためである。ま
た、通電発熱抵抗層１１ｂはトナー像ｔを形成担持させ
た記録材Ｐの搬送領域より十分広い幅で形成されてい
る。これにより、端部温度だれ（ヒータ１１端部の通電
用電気接点及びコネクタ等への熱のリークによるもの）
の影響をなくすことができ、これにより記録材Ｐ全面に
わたって良好な定着性が得られる。更に、通紙域端部の
通電発熱抵抗層１１ｂの幅を絞り、端部の発熱量を上
げ、端部の定着性を補う場合もある。

【０１００】これによりヒータ１１の通電発熱抵抗層１
１ｂに通電することで発した熱は、定着フィルム１３と
加圧ローラ２０の間を搬送された記録材Ｐに与えられ、
記録材Ｐ上のトナー像ｔを溶融し、固着するために作用
する。

【０１０１】また、Ｓは記録材搬送基準であり、この場
合は画像形成装置本体の記録材搬送領域の長手方向中央
に基準を設けた中央基準の装置である。

【０１０２】さらにヒータ１１背面には、サーミスタ等
の温度検知素子１４と暴走時にヒータ１１の通電発熱抵
抗層１１ｂへの通電をシャットダウンするための温度ヒ
ューズ、あるいはサーモスイッチ等のサーモプロテクタ
ー３５を当接させてあり、これらは画像形成装置が搬送
可能な最小幅の記録材Ｐの搬送域内に配置されている。

【０１０３】ここで、温度検知素子１４については、画
像形成装置本体が搬送可能な最小幅の記録材Ｐが搬送さ
れた場合であっても、記録材Ｐ上のトナー像ｔを定着不
良、高温オフセット等の問題を起こさずに適度な定着温
度で加熱定着するために、記録材最小搬送域内に設けら
れている。一方、サーモプロテクター３５についても、
最小幅の記録材Ｐが搬送された場合に非搬送領域におい
て、搬送領域よりも熱抵抗が小さい非搬送領域で過加熱
されることにより、通常の搬送時であってもサーモプロ
テクター３５が誤動作して通電をシャットアウトする等
の問題を引き起こさないために、記録材最小搬送域内に
設けられている。ところでサーモプロテクター３５をヒ
ータ１１背面に当接することにより、通電発熱抵抗層１
１ｂで発生した熱量がサーモプロテクター３５に奪われ
て、記録材Ｐに十分な熱量が与えられなくなり、サーモ
プロテクター３５当接位置において定着不良を起こすこ
とがある。これを防ぐために通電発熱抵抗層１１ｂのサ
ーモプロテクター１５当接対応位置において、１１ｂ′
のようにヒータ１１の通電発熱抵抗層１１ｂの一部の幅
を若干狭めて、該当接位置の抵抗値を他の部分より大き
くすることで発熱量を確保している。これにより記録材
Ｐへの給熱量を長手方向に渡って一定とし、定着むらの
ない良好な加熱定着を実現している。ここで温度検知素
子１４も同様にヒータ１１背面に当接させているため、
同様に通電発熱抵抗層によって発した熱が温度検知素子
１４に奪われることが懸念されるが、チップサーミスタ
等熱容量の小さい温度検知素子１４を用いることによ
り、ヒータ１１から奪われる熱量を小さく抑えることが
できる。このためサーモプロテクター３５と同様の上記
対策を取らなくても、長手方向において記録材の定着均
一性を損ねることなく均一な定着が可能となる。

【０１０４】定着フィルム１３は、定着ニップ部Ｎにお
いてヒータ１１の熱を効率よく被加熱材としての記録材
Ｐに与えるため、厚みは２０〜７０μｍとかなり薄くし
ている。この定着フィルム１３はフィルム基層、プライ
マー層、離型性層の３層構成で構成されており、フィル
ム基層側がヒータ側であり、離型性層側が加圧ローラ側
である。フィルム基層はヒータ１１のガラス保護層１１
ｃより絶縁性の高いポリイミド、ポリアミドイミド、Ｐ
ＥＥＫ等であり、耐熱性、高弾性を有している。また、
フィルム基層により定着フィルム１３全体の引裂強度等
の機械的強度を保っている。プライマー層は厚み２〜６
μｍ程度の薄い層で形成されている。離型性層は定着フ
ィルム１３に対するトナーオフセット防止層であり、Ｐ
ＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂を厚み１０μｍ
程度に被覆して形成してある。

【０１０５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、フ
ィルム加熱方式の定着器を用いている画像形成装置につ
いて、画像形成装置の前回転時のヒータ温度をヒータ割
れを生じさせることなく高くすることを可能にして加圧
ローラ（加圧部材）の温度を高め、定着性の改善及び加
圧ローラ汚れの防止が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の画像形成装置の概略構成模型図

【図２】 画像形成装置の動作シーケンス図

【図３】 定着器の拡大模型図

【図４】 定着ニップ部部分の拡大横断面模型図

【図５】 ヒータの一部切り欠き背面模型図

【図６】 ヒータ立ち上げ方法を表す図

【図７】 第１の実施例の制御を表すフローチャート

【図８】 第２の実施例の制御を表すフローチャート

【図９】 第３の実施例の制御を表すフローチャート

【図１０】 表面加熱型のセラミックヒータを用いた、
フィルム加熱方式の定着器の一例の構成説明図

【符号の説明】

１０・・定着部材、１１・・加熱部材（ヒータ）、１１
₁・・セラミック基板（ヒータ基板）、１１₂〜１１₄・
・通電発熱抵抗層（発熱体）、１１₅〜１１₈・・給電用
電極パターン、１１₉・・薄肉ガラス保護層、１２・・
フィルムホルダー、１３・・薄肉フィルム（定着フィル
ム）、１４，１５・・温度検知素子、２０・・加圧ロー
ラ、２１・・加圧ローラ芯金、２２・・弾性層、２３・
・離型性層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｂ 3/20 ３９３ Ｈ０５Ｂ 3/20 ３９３ Ｆターム(参考） 2H033 AA09 AA23 AA30 BA11 BA12 BA25 BA30 BE03 CA04 CA07 CA08 CA30 CA48 3K034 AA02 AA04 AA08 AA10 AA16 AA23 AA34 AA37 BB06 BC12 DA05 HA01 HA10 JA10 3K058 AA45 BA18 CA23 CA61 DA04 GA06 3K092 PP18 QA05 QB30 QB32 QB75 QB76 RF03 RF17 RF22 VV40

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヒータと、該ヒータと摺動するフィルム
   と、該フィルムを介して前記ヒータと圧接して定着ニッ
   プを形成する加圧部材と、を有し、前記定着ニップのフ
   ィルムと加圧部材の間で未定着画像が形成された記録材
   を挟持搬送してヒータの熱で未定着画像を加熱定着させ
   る定着器を有する画像形成装置において、 前記ヒータは基板がＡｌＮ（窒化アルミニウム）からな
   り、該ヒータの制御温度が、定着時よりも画像形成装置
   前回転時の方が高いことを特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 画像形成装置前回転時のヒータ制御温度
   と、定着時のヒータ制御温度の大小関係をプリント開始
   時の定着器温度に応じて変えることを特徴とする請求項
   １に記載の画像形成装置。
3. 【請求項３】 画像形成装置前回転時のヒータ制御温度
   と、定着時のヒータ制御温度の関係を環境情報に応じて
   変えることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形
   成装置。