JP2003228246A - 加熱装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】回転体１０と、該回転体を回転体の内側におい
て支持する回転体ガイド部材１６と、回転体を介して回
転体ガイド部材とニップＮを形成するとともに回転体を
従動回転させる加圧駆動ローラ３０とを有し、回転体１
０は回転体ガイド部材１６と摺動回転し、ニップＮで被
加熱材Ｐを挟持搬送して加熱する加熱装置において、被
加熱材Ｐの加熱・搬送時に被加熱材にシワ及び後端ハネ
を発生させないようにする。 【解決手段】加圧駆動ローラ３０の単位長さ当たりの逆
クラウン量をｃｒ′、回転体ガイド部材１６の回転体１
０との摺動部の単位長さ当たりのクラウン量をｃｒとし
た場合、１．００×１０^-3≦ｃｒ−４ｃｒ′≦４．０×
１０^-3であること。ニップＮの加圧駆動ローラ軸線方向
の中央部の幅をＷ１［ｍｍ］、 端部の幅をＷ２［ｍ
ｍ］とした場合、−０．５≦Ｗ２−Ｗ１≦０．５である
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、被加熱材を加圧・
加熱する加熱装置、及び前記加熱装置を記録材に形成担
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
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。

【０００４】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。
またフィルム自体が発熱する電磁誘導加熱方式の装置も
提案されている。

【０００５】近年、定着装置においては高速化の要望が
強く、同時に画像形成装置の小型化が求められている。
またカラー画像形成装置の需要も高まっている。装置の
小型化のために小径の定着ローラ及び加圧ローラを使用
し、かつカラー画像形成装置であって、その記録材搬送
速度が速い場合、未定着トナー像を記録材面に永久固着
させるためには、記録材に十分な熱量と圧力を加える必
要がある。

【０００６】金属層を有するフィルム加熱方式の定着装
置では、樹脂フィルムタイプと比較し、強度が高いこ
と、熱伝導性が高いことが特徴で、高速化に対応しやす
い。

【０００７】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。

【０００８】この電磁誘導加熱方式は、フィルム自体が
発熱するために、消費エネルギーの効率アップが達成で
きる上、高速化にも対応できる。

【０００９】フィルム加熱方式あるいは、フィルムを用
いた電磁誘導加熱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
ガイド部材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。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、金属層
を有するフィルムを回転体として用いた加熱定着装置に
おいては、該定着装置を記録材である紙が通過する時に
定着ニップ部において紙にシワが発生することがある。
このシワは特に厚さの薄い紙において発生しやすい。

【００１１】従来、一般的に使用されている熱ローラ方
式の加熱定着装置においては、定着ローラ外径に逆クラ
ウン形状を持たせることにより、定着ニップ部における
紙搬送スピードを両端部で速く、中央部で遅くして紙を
両側に引っ張る力を生じさせ、これによって紙シワの発
生を防ぐ手法が採用されている。

【００１２】一方、金属層を有するフィルムを回転体と
して用いた加熱定着装置においては、熱ローラに相当す
る定着フィルムに逆クラウン形状を持たせるのは困難で
ある。また、定着フィルムを保持する定着フィルムガイ
ド部材の、定着フィルムとの摺動部に逆クラウン形状を
つけることで、紙シワの発生を防ぐことはできるが、定
着ニップ形状が極端な中凹形状となり、画像中央部の光
沢度が低くなるなどの不具合が生じた。

【００１３】また、紙シワを防ぐために紙を両側に引っ
張る力が強すぎる場合に紙後端が跳ねて、こすれなどの
画像不良を発生させることがある。

【００１４】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
で、回転体と、該回転体を回転体の内側において支持す
る回転体ガイド部材と、回転体を介して回転体ガイド部
材とニップを形成するとともに回転体を従動回転させる
加圧駆動ローラとを有し、前記回転体は前記回転体ガイ
ド部材と摺動回転し、前記ニップで被加熱材を挟持搬送
して加熱する加熱装置について、被加熱材の加熱・搬送
時に被加熱材にシワ及び後端ハネを発生させないように
する、像加熱装置にあっては記録材上の画像定着・搬送
時に記録材に紙シワ及び後端ハネを発生させることな
く、均一な定着性及び光沢度を有する画像を得られるよ
うにすることを目的とする。

【００１５】

【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。

【００１６】（１）回転体と、該回転体を回転体の内側
において支持する回転体ガイド部材と、回転体を介して
回転体ガイド部材とニップを形成するとともに回転体を
従動回転させる加圧駆動ローラとを有し、前記回転体は
前記回転体ガイド部材と摺動回転し、前記ニップで被加
熱材を挟持搬送して加熱する加熱装置において、前記加
圧駆動ローラの単位長さ当たりの逆クラウン量をｃ
ｒ′、前記回転体ガイド部材の回転体との摺動部の単位
長さ当たりのクラウン量をｃｒとした場合、 １．００×１０^-3≦ｃｒ−４ｃｒ′≦４．０×１０^-3 であることを特徴とする加熱装置。

【００１７】（２）前記ニップの加圧駆動ローラ軸線方
向の中央部の幅をＷ１［ｍｍ］、端部の幅をＷ２［ｍ
ｍ］とした場合、 −０．５≦Ｗ２−Ｗ１≦０．５ であることを特徴とする（１）に記載の加熱装置。

【００１８】（３）前記回転体は金属層を有することを
特徴とする（１）または（２）に記載の加熱装置。

【００１９】（４）前記回転体および前記加圧駆動ロー
ラは表面に離型層を有することを特徴とする（１）から
（３）の何れかに記載の加熱装置。

【００２０】（５）前記回転体および前記加圧駆動ロー
ラの離型層は、ＰＦＡ樹脂からなることを特徴とする
（４）に記載の加熱装置。

【００２１】（６）前記回転体と前記加圧駆動ローラ
は、ニップ部において線圧が６０ｇ／ｍｍ〜１８０ｇ／
ｍｍであることを特徴とする（１）から（５）の何れか
に記載の加熱装置。

【００２２】（７）前記加圧駆動ローラは、成型状態に
おける製品硬度がＡｓｋｅｒ−Ｃ硬度（９．８Ｎ荷重）
で４０°〜７０°であることを特徴とする（１）から
（６）の何れかに記載の加熱装置。

【００２３】（８）前記回転体が磁束発生手段により発
生する磁束により誘導発熱することを特徴とする（１）
から（７）の何れかに記載の加熱装置。

【００２４】（９）前記回転体を支持する回転体ガイド
部材は前記磁束発生手段としての励磁コイルと、磁束を
前記回転体に導く高透磁率磁性部材を保持することを特
徴とする（８）に記載の加熱装置。

【００２５】（１０）被加熱材は画像を担持した記録材
であり、装置が該画像を加熱する像加熱装置であること
を特徴とする（１）から（９）の何れかに記載の加熱装
置。

【００２６】（１１）記録材に画像を形成担持させる作
像手段と、記録材に形成担持させた画像を加熱する像加
熱手段を有し、前記像加熱手段が（１）から（９）の何
れか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。

【００２７】

【発明の実施の形態】〈第１の実施形態例〉 （１）画像形成装置例 図１は画像形成装置の一例の概略構成図である。本例の
画像形成装置は電子写真カラープリンタである。

【００２８】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搬送速度（周速度）で回転駆動
される。そして、感光体ドラム１０１はその回転過程で
帯電ローラ１０２によって所定の極性及び電位の一様な
帯電処理を受ける。

【００２９】次いで、その帯電処理面は、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により、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／オフに変換したレーザ光１０３
を出力し、感光体ドラム１０１面を走査露光する。これ
により、感光体ドラム１０１面に画像情報に対応した静
電潜像が形成される。レーザ光学箱１１０からの出力レ
ーザ光はミラー１０９によって感光体ドラム１０１の露
光位置に偏向される。

【００３０】フルカラー画像形成の場合は、目的のフル
カラー画像における第一の色分解成分画像、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
中間転写ドラム１０５との接触部（或いは近接部）であ
る一次転写部Ｔ１において中間転写ドラム１０５面に転
写される。中間転写ドラム１０５面に対するトナー画像
転写後の感光体ドラム１０１面はクリーナ１０７により
転写残トナー等の付着残留物の除去を受けて清掃され
る。

【００３１】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
像の第二の色分解成分画像（例えばマゼンタ成分画像、
マゼンタ現像器１０４Ｍが作動）、第三の色分解成分画
像（例えばシアン成分画像、シアン現像器１０４Ｃが作
動）、第四の色分解成分画像（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。

【００３２】中間転写ドラム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１
０１と同じ周速度で矢示の時計方向に回転駆動され、中
間転写ドラム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
側のトナー画像を中間転写ドラム１０５面側に転写させ
る。

【００３３】上記の中間転写ドラム１０５面に形成され
たカラートナー画像は、中間転写ドラム１０５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記録材Ｐの面に転写されてい
く。転写ローラ１０６は記録材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ドラム１０５面側
から記録材Ｐ側へ合成カラートナー画像を順次に一括転
写する。

【００３４】二次転写部Ｔ２を通過した記録材Ｐは、中
間転写ドラム１０５面から分離されて像加熱装置である
定着装置１００へ導入され、未定着トナー画像が加熱定
着処理されて定着トナー画像となり、機外の不図示の排
紙トレーに排出される。

【００３５】記録材Ｐに対するカラートナー画像転写後
の中間転写ドラム１０５はクリーナ１０８により転写残
トナーや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は常時は中間転写ドラム１０５
に非接触状態に保持されており、中間転写ドラム１０５
から記録材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ドラム１０５に接触状態に保持さ
れる。

【００３６】また、転写ローラ１０６も常時中間転写ド
ラム１０５に非接触状態に保持されており、中間転写ド
ラム１０５から記録材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ドラム１０５に記録材
Ｐを介して接触状態に保持される。

【００３７】この画像形成装置は、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。

【００３８】両面画像プリントモードの場合は、定着装
置１００を出た１面目画像プリント済みの記録材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、定着装置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。

【００３９】多重画像プリントモードの場合は、定着装
置１００を出た１回目画像プリント済みの記録材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、定着装置
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。

【００４０】（２）定着装置１００ 本例において定着装置１００は電磁誘導加熱方式の装置
である。

【００４１】図２は本例の定着装置１００の要部の横断
模型図、図３は要部の正面模型図、図４は要部の縦断正
面模型図である。

【００４２】この装置１００は、大きく分けて円筒状の
回転体支持部材としてのフィルムガイド部材（回転体ガ
イド部材）１６と、このフィルムガイド部材１６にルー
ズに外嵌させた、回転体としての円筒状の電磁誘導発熱
性の定着フィルム１０と、フィルムガイド部材１６との
間に定着フィルム１０を挟んでニップ部Ｎを形成させ
た、加圧駆動ローラとしての加圧ローラ３０とからな
る。

【００４３】円筒状のフィルムガイド部材１６は、左右
一対の横断面略半円弧状桶型半体１６ａと１６ｂとを互
いに開口部を向かい合わせて組み合わせることで円筒体
を構成させてある。図２中で右側のフィルムガイド部材
半体１６ａの内側には、磁場発生手段としての磁性コア
１７ａ・１７ｂ・１７ｃと励磁コイル１８を配設して保
持させてある。

【００４４】加圧ローラ３０は、芯金３０ａと、前記芯
金周りに同心一体にローラ状に成型被覆させた、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とで構成される。弾性体層３０ｂの外周にＰＦ
Ａ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型層３０ｃを形成して良
い。本実施例では、離型層３０ｃとしてＰＦＡを用いて
いる。芯金３０ａの両端部は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。

【００４５】加圧ローラ３０の成型状態における製品硬
度はＡｓｋｅｒ−Ｃ硬度 （９．８Ｎ荷重）で、４０°
〜７０°である。製品硬度が低すぎる加圧ローラでは、
定着フィルムと加圧ローラとの圧接による定着ニップ幅
が広くなりすぎ、メディアのスリップに対して不利とな
る。一方、製品硬度が高すぎる場合、定着ニップ幅が小
さくなり、定着性が悪化する。

【００４６】定着フィルム１０を外嵌させたフィルムガ
イド部材１６は加圧ローラ３０の上側に配置され、フィ
ルムガイド部材１６内に挿通して配設した加圧用剛性ス
テイ２２の両端部と装置シャーシ側のバネ受け部材２９
ａ・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、フィルムガイド部材１６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。

【００４７】定着フィルム１０と加圧ローラ３０は、ニ
ップ部において線圧が６０ｇ／ｍｍ〜１８０ｇ／ｍｍで
ある。線圧が低すぎる場合、加圧ローラ３０による定着
フィルムの駆動力が不足し、メディアのスリップが発生
しやすくなる。逆に線圧が高すぎる場合、定着フィルム
内面とフィルムガイド部材の摺動部においてスティック
スリップが発生し、画像不良を引き起こす。

【００４８】加圧ローラ３０は駆動手段Ｍ（図２）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の回転駆動により、定着ニップ部Ｎにおいて加圧ロ
ーラ３０と定着フィルム１０の外面との摩擦力で定着フ
ィルム１０に回転力が作用し、定着フィルム１０の内周
面が定着ニップ部Ｎにおいてフィルムガイド部材１６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の周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１６の外周を回転する（加圧ローラ駆動方
式）。

【００４９】定着ニップ部Ｎにおけるフィルムガイド部
材１６ａの下面と定着フィルム１０の内面との相互摺動
摩擦力を低減化させるために、フィルムガイド部材１６
ａの下面の定着ニップ部Ｎに対応する面部分には、フィ
ルムガイド部材１６ａとは別体の耐熱性・低摩擦性摺動
部材４０を設けてもよい。またフィルムガイド部材１６
ａに摺動性の高い材質を用い、摺動面とフィルムガイド
部材１６ａを一体部材として形成しても良い。摺動部材
４０は、例えばポリイミド樹脂、ガラス、アルミナ、ア
ルミナにガラスをコートしたものなどで構成するのが好
ましい。本例では、アルミナ基板にガラスをコートした
ものを配設している。

【００５０】（３）磁場発生手段 磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃ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良く、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良い。

【００５１】磁場発生手段を構成する励磁コイル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１２回巻きで励磁コイル
を形成している。

【００５２】絶縁被覆を行う被覆部材は、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
を用いることが好ましい。例えば、アミドイミドやポリ
イミド等の被覆を用いるとよい。本実施形態例において
は、ポリイミドによる被覆を用いており耐熱温度は２２
０℃である。

【００５３】励磁コイル１８は外部から圧力を加えて密
集度を向上させてもよい。

【００５４】磁場発生手段１７ａ・１７ｂ・１７ｃ・１
８と加圧用剛性ステイ２２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好ましい。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、ポリエーテルケトン（ＰＥＥ
Ｋ）樹脂、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）樹脂、ポ
リフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ＰＦＡ樹
脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂、ＬＣＰ樹脂等を選択す
るとよい。

【００５５】励磁コイル１８には給電部１８ａ・１８ｂ
（図５）に励磁回路２７を接続してある。この励磁回路
２７は２０ｋＨｚから５００ｋＨｚ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。励磁コイル１
８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。

【００５６】図６は、磁場発生手段によって発生される
交番磁束の発生の様子を模式的に表したものである。磁
束Ｃは発生した交番磁束の一部を表す。磁性コア１７
ａ，１７ｂ，１７ｃに導かれた交番磁束Ｃは、磁性コア
１７ａと磁性コア１７ｂとの間、そして磁性コア１７ａ
と磁性コア１７ｃとの間において定着フィルム１０の発
熱層１に渦電流を発生させる。この渦電流は、発熱層１
の固有抵抗によって、発熱層１にジュール熱（渦電流
損）を発生させる。

【００５７】発熱量Ｑは発熱層１を通る磁束Ｃの密度に
よって決まり、図６のグラフような分布を示す。図６に
示すグラフは、縦軸が磁性コア１７ａの中心を０とした
角度θで表した定着フィルム１０における円周方向の位
置を示し、横軸が定着フィルム１０の発熱層１での発熱
量Ｑを示す。ここで、発熱域Ｈは最大発熱量をＱとし、
発熱量がＱ／ｅ以上の領域と定義する（ｅは自然対数の
底）。これは、定着プロセスに必要な発熱量が得られる
領域である。

【００５８】この定着ニップ部Ｎの温度は、温度検知手
段２６（図２）を含む不図示の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。温度検知手段２６は定着
フィルム１０の温度を検知するサーミスタなどの温度セ
ンサであり、本例においてはサーミスタで測定した定着
フィルム１０の温度情報を基に定着ニップ部Ｎの温度を
制御するようにしている。

【００５９】（４）定着フィルム１０ 図７は、本実施形態例における定定着フィルム１０の層
構成模型図である。

【００６０】本実施形態の定着フィルム１０は、基層と
なる電磁誘導発熱性の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と、発熱層１の内面に積層した摺動層４の複
合構造のものである。

【００６１】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、離型層３と摺動層４との間
の接着のために、各層間にプライマー層（図示せず）を
設けてもよい。

【００６２】略円筒形状である定着フィルム１０におい
て、摺動層４が内面側であり、離型層３が外面側であ
る。

【００６３】上述したように、発熱層１に交番磁束が作
用することにより、発熱層１に渦電流が発生して発熱層
１が発熱する。この熱が弾性層２、離型層３に伝達され
て、定着フィルム１０全体が加熱され、定着ニップ部Ｎ
に通紙される記録材Ｐを加熱してトナーｔ画像の加熱定
着がなされる。

【００６４】ａ．発熱層１ 発熱層１としては、磁性及び非磁性の金属を用いること
ができるが、磁性金属が好ましく用いられる。このよう
な磁性金属としては、ニッケル、鉄、強磁性ステンレ
ス、ニッケル−コバルト合金、パーマロイといった強磁
性体の金属が好ましく用いられる。又、定着フィルム１
０回転時に受ける繰り返しの屈曲応力による金属疲労を
防ぐために、ニッケル中にマンガンを添加した部材を用
いるのも良い。

【００６５】発熱層１の厚さは、次の式で表される表皮
深さσ［ｍ］より厚く、且つ２００μｍ以下にすること
が好ましい。発熱層１の厚さをこの範囲とすれば、発熱
層１が電磁波を効率よく吸収することができるため、効
率良く発熱させることができる。

【００６６】 σ＝５０３×（ρ／ｆμ）^1/2 …（１） ここで、ｆは励磁回路の周波数［Ｈｚ］、μは発熱層１
の透磁率、ρは発熱層１の固有抵抗［Ωｍ］である。

【００６７】この表皮深さσ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以下になっている。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
８に示した発熱層深さと電磁波強度の関係を参照）。

【００６８】発熱層１の厚さは、より好ましくは１〜１
００μｍがよい。発熱層１の厚みが上記範囲よりも薄い
場合には、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。又、発熱層１が上記範囲よりも厚
い場合には、発熱層１の剛性が高くなりすぎ、又、屈曲
性が悪くなり回転体として使用するには現実的でなくな
る。

【００６９】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
リコーンゴム等の、耐熱性、熱伝導率が良い材質が好ま
しく用いられる。

【００７０】弾性層２の厚さは、定着画像品質を保証す
るために１０〜５００μｍであることが好ましい。カラ
ー画像を印刷する場合、特に写真画像等では、記録材Ｐ
上で大きな面積に渡ってベタ画像が形成される。この場
合、記録材Ｐの凹凸或いはトナー層ｔ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。即ち、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くなる。弾性層２の厚さが上
記範囲よりも小さい場合には、上記離型層３が記録材Ｐ
或いはトナー層ｔの凹凸に追従しきれず、画像光沢ムラ
が発生してしまう。又、弾性層２が上記範囲よりも大き
すぎる場合には、弾性層２の熱抵抗が大きくなりすぎ、
クイックスタートを実現するのが難しくなる。この弾性
層２の厚さは、より好ましくは５０〜５００μｍが良
い。

【００７１】弾性層２は、硬度が高すぎると記録材Ｐ或
いはトナー層ｔ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゜（ＪＩＳ−
Ａ）以下がよい。

【００７２】弾性層２の熱伝導率λは、２．５×１０^-1
〜８．４×１０^-1Ｗ／ｍ・℃であることが好ましい。熱
伝導率λが上記範囲よりも小さい場合には、熱抵抗が大
きすぎて、定着フィルム１０の表層（離型層３）におけ
る温度上昇が遅くなる。熱伝導率λが上記範囲よりも大
きい場合には、弾性層２の硬度が高くなりすぎたり、圧
縮永久歪みが発生しやすくなる。より好ましくは３．３
×１０^-1〜６．３×１０^-1Ｗ／ｍ・℃が良い。

【００７３】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、
ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性且つ耐熱性のよい材料を用
いることが好ましい。

【００７４】離型層３の厚さは１〜１００μｍが好まし
い。離型層３の厚さが上記範囲よりも薄い場合には、塗
膜の塗ムラが生じ、離型性の悪い部分が発生したり、耐
久性が不足するといった問題が発生する。又、離型層３
の厚さが上記範囲よりも厚い場合には、熱伝導が悪化す
る。特に、離型層３に樹脂系の材質を用いた場合は、離
型層３の硬度が高くなりすぎて、弾性層２の効果がなく
なってしまう。と定着フィルム１０との摺動抵抗を軽減
することができる。

【００７５】ｄ．摺動層４ 図７に示すように、定着フィルム１０の構成において、
発熱層１の弾性層２とは反対面側に摺動層４を設けてい
る。

【００７６】摺動層４としては、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、ＰＥ
ＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＦＡ樹脂、ＰＴ
ＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂などの摺動性が高く、耐熱性のあ
る樹脂がよい。

【００７７】摺動層４を設けることにより、定着装置１
００の使用初期において回転駆動トルク（駆動ローラと
しての加圧ローラ軸におけるトルク）を低く抑えられる
ことに加え、定着フィルム１０の発熱層１の摩耗を防ぐ
ことができるため、定着装置１００を長時間使用しても
回転駆動トルクの上昇を抑えることができる。

【００７８】摺動層４は、発熱層１に発生した熱が定着
フィルムの内側に向かわないように断熱する効果もある
ため、摺動層４がない場合と比較して記録材Ｐ側への熱
供給効率が良くなる。よって、消費電力を抑えることも
できる。

【００７９】また、摺動層４の厚さとしては１０〜１０
００μｍが好ましい。摺動層４の厚さが１０μｍよりも
小さい場合には耐久性が不足するうえ、断熱性も小さ
い。一方、１０００μｍを超えると磁性コア１７及び励
磁コイル１８から発熱層１距離が大きくなり、磁束が十
分に発熱層１に吸収されなくなる。

【００８０】（５）記録材の紙シワ、後端ハネ発生防止
対策 本実施の形態では、図１０に示すようにフィルムガイド
部材１６は定着ニップ面側の表面が平面ではなく、下に
凸の正クラウン形状を有している。フィルムガイド部材
１６の正クラウン量はＣＲとして表され、フィルムガイ
ド部材１６は点線で示した直線に対して最大部でＣＲの
高さだけ膨らんでおり、本実施の形態では正クラウン量
ＣＲの大きさは６００μｍに設定されている。なお、摺
動部材４０はフィルムガイド部材１６に貼り付けられて
おり、摺動部材４０もフィルムガイド部材１６の表面形
状に倣って正クラウン形状となっている。本実施例にお
いては、端部の測定位置は中央から１００ｍｍの位置と
し、便宜上長手中央部と端部の高さ差ＣＲを用いて説明
する。

【００８１】また加圧ローラ３０についても同様に、端
部の測定位置は長手中央から１００ｍｍの位置とし、逆
クラウン量をＣＲ′として説明をおこなう。

【００８２】単位長さ当たりの正クラウン量ｃｒ（図９
参照）と本実施例で用いるＣＲとの関係は、端部の位置
を中央から１００ｍｍの位置としたことから、 １００×１０００ｃｒ＝ＣＲ（μｍ） また、単位長さ当たりの逆クラウン量ｃｒ′（図９参
照）と本実施例で用いるＣＲ′との関係は、端部の位置
を中央から１００ｍｍの位置としたことから、 １００×１０００ｃｒ′＝ＣＲ′（μｍ） となる。

【００８３】フィルムガイド部材１６の正クラウン量Ｃ
Ｒの測定方法について以下に述べる。

【００８４】フィルムガイド部材１６の上下を逆にして
これを水平な定盤の上に置き、摺動部材４０表面をハイ
トゲージで測定する。また、加圧ローラ３０について
は、レーザ外径測長機で逆クラウン量を測定する。

【００８５】フィルムガイド部材１６の正クラウン量Ｃ
Ｒは、フィルムガイド部材１６の定着ニップ面側の長手
中央部と長手端部の高さの差として定義され、加圧ロー
ラ３０の逆クラウン量ＣＲ′は加圧ローラ３０の長手中
央部の外径Ｄ１と端部の外径Ｄ２との差から、（Ｄ２−
Ｄ１）／２で定義される。なお、本実施の形態では、加
圧ローラ３０の逆クラウン量ＣＲ′は１００μｍに設定
されている。

【００８６】以上のように、本実施例ではフィルムガイ
ド部材１６の定着ニップ面を正クラウン形状に、加圧ロ
ーラ３０を逆クラウン形状に設定した。フィルムガイド
部材１６の正クラウン量ＣＲ及び加圧ローラ３０の逆ク
ラウン量ＣＲ′の大きさと、記録材Ｐの紙シワ及び後端
ハネの発生との関係を表に示す。

【００８７】なお、本実験は気温３０℃、湿度８０％の
環境で、記録材Ｐとして６４ｇ／ｍ ²の紙を使用した。

【００８８】

【表１】

【００８９】表１によれば、フィルムガイド部材１６の
正クラウン量ＣＲに対して加圧ローラ３０の逆クラウン
量ＣＲ′が大きい場合、紙シワが発生しにくくなり、逆
にＣＲ′が小さい場合には後端ハネが発生しにくくな
る。

【００９０】具体的には、加圧ローラ３０の逆クラウン
７５μｍの場合を例にとり、フィルムガイド部材１６の
正クラウン量ＣＲが３００μｍの時、５００μｍの時、
７５０μｍの時を比較して説明する。

【００９１】フィルムガイド部材１６の正クラウン量Ｃ
Ｒを５００μｍから３００μｍにすることにより、紙シ
ワは発生しないが、後端ハネのレベルが悪化してくる。
一方で、正クラウン量ＣＲを５００μｍから７５０μｍ
にすることにより、後端ハネは発生しないが、紙シワが
まれに発生するようになる。

【００９２】正クラウン量ＣＲが５００μｍの時は、紙
を適度に両側に引っ張ることにより、紙シワを防止し、
かつ後端ハネが画像に影響を及ぼさないレベルに抑えら
れている。

【００９３】表１のようになる原理としては、加圧ロー
ラ３０の逆クラウン量ＣＲ′に対してフィルムガイド部
材１６の正クラウン量ＣＲが大きくなると、定着フィル
ム１０を介したフィルムガイド部材１６と加圧ローラ３
０の圧接力が、長手方向の中央部が端部に対して高い構
成となり、中央部の搬送力が増すために紙シワに対して
不利になる。

【００９４】逆に、逆クラウン量ＣＲ′に対して正クラ
ウン量ＣＲを小さくすると、フィルムガイド部材１６と
加圧ローラ３０の圧接力が、中央部に対して端部が高い
構成となるため、端部の紙搬送力が大きくなり、紙をよ
り両側に引っ張る構成となるため、紙シワは防止できる
が、後端ハネやそれに伴う画像不良を発生させる。

【００９５】少なくとも、端部測定位置を中央から１０
０ｍｍとした時、 １００≦ＣＲ−４ＣＲ′≦４００ を満たすフィルムガイド部材１６と加圧ローラ３０の組
み合わせの時に、紙シワ及び後端ハネのない良好な画像
が得られた。

【００９６】次に、定着ニップＮは定着フィルム１０を
介してフィルムガイド部材１６（４０）と加圧ローラ３
０の圧接により形成され、加圧ローラ３０軸線方向にお
いては、図１１のような形状をなしている。定着ニップ
幅は定着性などに影響を及ぼす。

【００９７】フィルムガイド部材１６の正クラウン量Ｃ
Ｒ及び加圧ローラ３０の逆クラウン量ＣＲ′の大きさ
と、定着ニップ幅との関係を表２に示す。

【００９８】ただし、表中の数値は、長手方向端部のニ
ップ幅Ｗ２から、中央部のニップ幅Ｗ１の値を引いたも
のである。

【００９９】

【表２】

【０１００】加圧ローラ３０の逆クラウン量ＣＲ′毎
に、紙シワも後端ハネも発生させない、適切なフィルム
ガイド部材１６のクラウン量ＣＲは異なるが、その時の
定着ニップ形状は、逆クラウン量ＣＲ′が大きい時は中
凸ニップ、逆クラウン量ＣＲ′が小さい時には中凹ニッ
プとなっていることが、表２よりわかる。

【０１０１】例えば、加圧ローラ３０の逆クラウン量Ｃ
Ｒ′が０μｍの時、フィルムガイド部材１６の逆クラウ
ン量ＣＲが０μｍでも紙シワや後端ハネの発生は見られ
なかったが、ニップ形状が端部と中央部で１．８ｍｍ異
なり、中央部のニップ幅が５．５ｍｍであり、画像中央
部の光沢度が低い、ムラのある画像となった。逆に逆ク
ラウンＣＲ′が大きくなると、適正なニップ形状が中凸
となり、画像端部の定着性が悪化するなどの問題が発生
する。

【０１０２】中央部のニップ幅Ｗ１と端部のニップ幅Ｗ
２の差が０．５以内の時に、定着性及び光沢度の均一性
が高いことがわかった。

【０１０３】補足として、フィルムガイド部材１６と加
圧ローラ３０は両端において加圧されるため、樹脂製の
フィルムガイド部材１６は正クラウンを打ち消す方向
に、加圧ローラの芯金３０ａは逆クラウンを大きくする
方向に撓む。フィルムガイド部材１６の正クラウンＣＲ
が０μｍ、加圧ローラ３０の逆クラウンＣＲ′が０μｍ
のときに、中凹ニップとなるのはそのためである。

【０１０４】而して、加圧ローラ３０の単位長さ当たり
の逆クラウン量をｃｒ′、フィルムガイド部材１６の摺
動部の単位長さ当たりのクラウン量をｃｒとした場合、 １．００×１０^-3≦ｃｒ−４ｃｒ′≦３．５×１０^-3 かつ、定着ニップ中央部の幅をＷ１、端部のニップ幅を
Ｗ２とした場合、 ー０．５≦Ｗ２−Ｗ１≦０．５ の時に、紙シワ及び後端ハネを生じさせることなく、し
かも定着性及び光沢度の均一な画像を得られた。

【０１０５】〈第２の実施形態例〉図１２は本実施形態
例の画像加熱定着装置の要部の横断模型図である。

【０１０６】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。

【０１０７】１１は円筒状もしくはエンドレス状で耐熱
性の、金属層を有する定着フィルムである。前記定着フ
ィルム１１はフィルムガイド１６ｃにルーズに外嵌させ
てある。

【０１０８】定着フィルム１１の基層として、より強度
の高い金属フィルムを基層として用いることによって定
着フィルム１１の剛性が増し、大きなねじれ力が定着フ
ィルム１１に生じた場合も破損しにくく、本実施例の定
着フィルム１１は高速高荷重の定着装置に適している。

【０１０９】前述した第１の実施形態例と同様、基層と
して金属フィルムを用いた場合、定着フィルム１１の内
面には摺動層としてポリイミド等の樹脂層を設けること
が好ましい。また、表層には離型性の良いＰＦＡ樹脂の
ような離型層を設けることが好ましい。また、金属層と
離型層の間に弾性層を設けてもよい。

【０１１０】また、熱伝導性の高い金属フィルムを基層
とする定着フィルムを用いることにより、発熱体で発生
した熱を効率よく紙に伝達することができるメリットが
あり、この点においても連続プリントで定着フィルム温
度が低下しやすい高速プリンタに適している。用いられ
る金属材料としてはＮｉ、ＳＵＳ等が好ましい。

【０１１１】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。

【０１１２】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
態例と同様の構成を取りここでの説明は省略する。

【０１１３】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
転駆動による前記加圧ローラ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、前記定着フィルム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。

【０１１４】本実施例においても、加圧ローラ３０の単
位長さ当たりの逆クラウン量をｃｒ′、フィルムガイド
１６ｃの摺動部の単位長さ当たりのクラウン量をｃｒと
した場合、 １．００×１０^-3≦ｃｒ−４ｃｒ′≦４．０×１０^-3 かつ、定着ニップ中央部の幅をＷ１、端部のニップ幅を
Ｗ２とした場合、 −０．５≦Ｗ２−Ｗ１≦０．５ を満たすような、第１の実施形態例と同様の構成のフィ
ルムガイド１６ｃの摺動面形状と加圧ローラ３０の形状
の組み合わせにより、記録材Ｐには紙シワ及び後端ハネ
が生じさせず、かつ定着性及び光沢度の均一な画像を得
ることができる。

【０１１５】このようなフィルム加熱方式の装置は、加
熱体として熱低容量のセラミックヒータや電磁誘導発熱
性ヒータを、フィルムとして低熱容量、耐熱性のある薄
い材料を用いることができ、熱容量が大きい定着ローラ
を用いる熱ローラ方式の装置に比べて格段に省電力化、
ウエイトタイム短縮化が可能であり、クイックスタート
性があり、機内昇温も抑えられる等の利点がある。

【０１１６】〈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。 ２）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。

【０１１７】

【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、該回転体を回転体の内側において支持する回
転体ガイド部材と、回転体を介して回転体ガイド部材と
ニップを形成するとともに回転体を従動回転させる加圧
駆動ローラとを有し、前記回転体は前記回転体ガイド部
材と摺動回転し、前記ニップで被加熱材を挟持搬送して
加熱する加熱装置において、ニップ部内で被加熱材を加
熱・搬送しながら適度に両側に引っ張ることができて、
被加熱材の加熱・搬送時に被加熱材にシワ及び後端ハネ
を発生させないようにすることができる。像加熱装置に
あっては記録材上の画像定着・搬送時に記録材に紙シワ
及び後端ハネを発生させることなく、しかも定着性や光
沢度の均一な画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施形態例に用いた画像形成装置の概
略構成図

【図２】 加熱装置としての像加熱装置の要部の横断側
面模型図

【図３】 同じく要部の正面模型図

【図４】 同じく要部の横断正面模型図

【図５】 内部に磁場発生手段を配設支持させたフィル
ムガイド部材半体の斜視模型図

【図６】 磁場発生手段と発熱量Ｑの関係を示した図

【図７】 電磁誘導発熱性の定着フィルムの層構成模型
図

【図８】 発熱層深さと電磁波強度の関係を示したグラ
フ

【図９】 フィルムガイド部材と加圧ローラの正面図１

【図１０】 フィルムガイド部材と加圧ローラの正面図
２

【図１１】 像加熱装置の定着ニップ説明図

【図１２】 第２の実施形態例を示した図

【符号の説明】

１ 発熱層 ２ 弾性層 ３ 離型層 ４ 断熱層 １０ 定着フィルム １２ セラミックヒータ １６ フィルムガイド部材 １７ 磁性コア １８ 励磁コイル ２２ 加圧用剛性ステイ 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） ３０ 加圧部材としての加圧ローラ ４０ 摺動部材 Ｎ 定着ニップ ＣＲ 正クラウン ＣＲ′ 逆クラウン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 昭彦 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 AA15 AA30 BA11 BA12 BA25 BB29 BB30 BB33 BB34 BE03 BE06 3J103 AA02 AA13 AA85 BA04 FA09 GA57 GA58 HA31 HA41

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転体と、該回転体を回転体の内側におい
   て支持する回転体ガイド部材と、回転体を介して回転体
   ガイド部材とニップを形成するとともに回転体を従動回
   転させる加圧駆動ローラとを有し、前記回転体は前記回
   転体ガイド部材と摺動回転し、前記ニップで被加熱材を
   挟持搬送して加熱する加熱装置において、 前記加圧駆動ローラの単位長さ当たりの逆クラウン量を
   ｃｒ′、 前記回転体ガイド部材の回転体との摺動部の単位長さ当
   たりのクラウン量をｃｒとした場合、 １．００×１０^-3≦ｃｒ−４ｃｒ′≦４．０×１０^-3 であることを特徴とする加熱装置。
2. 【請求項２】前記ニップの加圧駆動ローラ軸線方向の中
   央部の幅をＷ１［ｍｍ］、 端部の幅をＷ２［ｍｍ］とした場合、 −０．５≦Ｗ２−Ｗ１≦０．５ 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】前記回転体は金属層を有することを特徴と
   する請求項１または２に記載の加熱装置。
4. 【請求項４】前記回転体および前記加圧駆動ローラは表
   面に離型層を有することを特徴とする請求項１から３の
   何れかに記載の加熱装置。
5. 【請求項５】前記回転体および前記加圧駆動ローラの離
   型層は、ＰＦＡ樹脂からなることを特徴とする請求項４
   に記載の加熱装置。
6. 【請求項６】前記回転体と前記加圧駆動ローラは、ニッ
   プ部において線圧が６０ｇ／ｍｍ〜１８０ｇ／ｍｍであ
   ることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の加
   熱装置。
7. 【請求項７】前記加圧駆動ローラは、成型状態における
   製品硬度がＡｓｋｅｒ−Ｃ硬度（９．８Ｎ荷重）で４０
   °〜７０°であることを特徴とする請求項１から６の何
   れかに記載の加熱装置。
8. 【請求項８】前記回転体が磁束発生手段により発生する
   磁束により誘導発熱することを特徴とする請求項１から
   ７の何れかに記載の加熱装置。
9. 【請求項９】前記回転体を支持する回転体ガイド部材は
   前記磁束発生手段としての励磁コイルと、磁束を前記回
   転体に導く高透磁率磁性部材を保持することを特徴とす
   る請求項８に記載の加熱装置。
10. 【請求項１０】被加熱材は画像を担持した記録材であ
    り、装置が該画像を加熱する像加熱装置であることを特
    徴とする請求項１から９の何れかに記載の加熱装置。
11. 【請求項１１】記録材に画像を形成担持させる作像手段
    と、記録材に形成担持させた画像を加熱する像加熱手段
    を有し、前記像加熱手段が請求項１から９の何れかに記
    載の加熱装置であることを特徴とする画像形成装置。