JP2004280083A

JP2004280083A - 像加熱装置

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Publication number: JP2004280083A
Application number: JP2004046455A
Authority: JP
Inventors: Yozo Hotta; 陽三堀田; Hideo Nanataki; 秀夫七瀧; Taku Fukita; 卓蕗田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2004-02-23
Publication date: 2004-10-07
Also published as: CN1525267A; US7162194B2; CN100340931C; US20040202497A1

Abstract

【課題】記録材搬送ローラ（定着部材）の加熱を搬送ローラ外面側から行う外部加熱構成の像加熱装置として、画像を充分に加熱できる温度までの立ち上がり時間が早く、しかも良好な定着性を確保できる像加熱装置を提供する。ヒータのコストを抑えつつ良好な定着性を確保できる像加熱装置を提供する。
【解決手段】記録材Ｐに担持された画像Ｔを加熱する像加熱装置１０６であり、記録材Ｐを搬送する搬送ローラ１０と、搬送ローラに熱を供給する熱供給手段３０と、搬送ローラと協働して記録材を挟持し搬送する搬送ニップ部Ｎ１を形成するバックアップ手段２０と、を有し、熱供給手段と搬送ローラの外周面とが接触することにより加熱ニップ部Ｎ２が形成されており、搬送ローラ１０の回転方向において加熱ニップ部Ｎ２の幅は搬送ニップ部Ｎ１の幅より大きく、搬送ニップ部Ｎ１に掛かる総圧力は加熱ニップ部Ｎ２に掛かる総圧力より大きいことを特徴とする像加熱装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、記録材に担持された画像を加熱する像加熱装置に関し、特に、複写機やプリンタ等の画像形成装置に加熱定着器として搭載すれば好適な像加熱装置に関する。

例えば、電子写真プロセス・静電記録プロセス等の画像形成装置において、転写方式あるいは直接方式で記録材（転写紙、印字用紙、感光紙、静電記録紙など）に形成担持させた未定着のトナー画像を加熱定着させる加熱装置としての定着装置としては、熱ローラ方式、フィルム加熱方式など各種の方式・構成の装置が知られている。

記録材上に複数色のトナー画像を形成するカラー画像形成装置、あるいは記録材上に複数色のトナー画像を形成するカラー画像形成機能を有する画像形成装置において、フルカラーモードの場合は記録材上に形成される未定着のトナー画像のトナー量がモノクロモードの場合より数倍多い。

そのようなトナー量の多い未定着トナー画像についても良好に加熱定着させることが可能な定着装置として、記録材上のトナー画像を加熱定着させる定着部材としての定着ローラ（加熱用回転体）に弾性層を具備させた弾性表面ローラを用いるものがある。

定着ローラを弾性表面ローラにすることで定着ローラの表面が、記録材面の未定着トナー画像に対して該トナー画像の凹凸に対応して弾性変形してトナー画像面を覆い包むように接触するため、トナー量の多い未定着トナー画像についても良好に加熱定着することが可能になる。

しかし、弾性層を具備させた定着ローラは弾性層自体が断熱層となり、定着ローラ内部に熱源を具備させたのでは熱伝達効率が低下してしまうという問題がある。

そこで、本出願人は、特許文献１に開示されているように加熱用回転体としての定着部材の加熱を定着部材外面側から行う外部加熱構成にして、定着部材が弾性表面を有するものであっても該定着部材の加熱効率を高めて装置のクイックスタート性、定着性等を確保した定着装置を先に提案している。

図６にその定着部材外部加熱構成の定着装置の一実施形態を示した。２０１は記録材Ｐの画像面に接して未定着トナー画像Ｔを加熱定着させる定着部材としての定着ローラである。この定着ローラ２０１は、内側から外側に順に、芯金２１１と、弾性層２１２と、離型層２１３の３層構造を有する弾性ローラである。

２０２は定着ローラ２０１と相互圧接して記録材Ｐを挟持搬送する定着ニップ部Ｎ４を形成する加圧装置である。この加圧装置２０２は定着ローラ２０１を加熱する加熱装置をも兼ねており、回転可能な円筒状のフィルム２２１と、該フィルムを内側から支持しかつ板状加熱ヒータ２２２を介して定着ローラ２０１に圧接させて定着ニップ部Ｎ４を形成するフィルム・ヒータ支持ホルダー２２４等を有する。

２０３は上記の加圧兼加熱装置２０２とは別に、定着ローラ２０１の表面を定着ローラ外側から加熱する外部加熱装置である。この外部加熱装置２０３は、板状加熱ヒータ２３２と、該ヒータを支持し、定着ローラ２０１の表面に圧接させて定着ローラ加熱ニップ部Ｎ３を形成するヒータ支持ホルダー２３４等を有する。

定着ローラ２０１は不図示の駆動機構により矢印の時計方向に回転駆動される。この定着ローラ２０１の回転駆動に伴い、加圧兼加熱装置２０２の円筒状のフィルム２２１が、定着ニップ部Ｎ４においてその内面側が板状加熱ヒータ２２２の表面に密着摺動しながらホルダー２２４の外回りを矢印の反時計方向に従動回転状態になる。

また加圧兼加熱装置２０２における板状加熱ヒータ２２２と、外部加熱装置２０３における板状加熱ヒータ２３２は所謂セラミックヒータであり、それぞれ給電回路２０５・２０６から通電発熱抵抗層（不図示）に対して通電がなされることで迅速に昇温する。その各ヒータ２２２・２３２のヒータ温度が各ヒータの裏面に配設した温度検知手段としてのサーミスタ２２３・２３３により検知され、その各検知温度情報が制御回路（ＣＰＵ）２０４に入力する。

制御回路２０４はサーミスタ２２３の検知温度が所定のヒータ温度に維持されるように給電回路２０５から加圧兼加熱装置２０２における板状加熱ヒータ２２２への通電を制御してヒータ２２２を温調制御する。またサーミスタ２３２の検知温度が所定のヒータ温度に維持されるように給電回路２０６から外部加熱装置２０３における板状加熱ヒータ２３２への通電を制御してヒータ２３２を温調制御する。

これにより、定着ローラ２０１の表面温度をトナー画像加熱定着に必要な所定の表面温度（定着温度）に維持管理している。

定着ローラ２０１が回転駆動され、これに伴い加圧兼加熱装置２０２のフィルム２２１が従動回転状態になり、また加圧兼加熱装置２０２における板状加熱ヒータ２２２と、外部加熱装置２０３における板状加熱ヒータ２３２に通電がなされて、各ヒータ２２２・２３２が所定のヒータ温度に温調制御されることで、定着ローラ２０１の表面が、定着ニップ部Ｎ４において加圧兼加熱装置２０２の板状加熱ヒータ２２２の発熱によりフィルム２２１を介して加熱されると共に、外部加熱装置２０３の板状加熱ヒータ２３２の発熱により加熱ニップ部Ｎ３において加熱されることで、定着ローラ２０１の表面温度がトナー画像加熱定着に必要な所定の表面温度（定着温度）に加熱される。

この状態において、定着ニップ部Ｎ４に、未定着トナー画像Ｔを形成担持させた記録材Ｐをトナー画像面側を定着ローラ２０１側にして導入することで、該記録材Ｐが定着ニップ部Ｎ４を挟持搬送されていく。この挟持搬送過程において、定着ローラ２０１の熱により未定着トナー画像Ｔが記録材Ｐの面に永久画像として加熱加圧定着される。定着ニップ部Ｎ４を出た記録材Ｐは定着ローラ２０１の面から分離されて排出搬送されていく。

このような装置では、定着ローラ等の定着部材の表面を定着部材の外側から加熱する加熱手段を外部に有しているため、定着に必要な定着部材表面だけを急速に加熱し温度を上げることができ、定着部材が弾性層を具備させた弾性表面ローラ等であっても、定着装置のクイックスタートならびに、熱効率を高めることが可能である。

定着部材の加熱を定着部材外面側から行う外部加熱構成の定着装置は特許文献１以外に、例えば特許文献２〜１３等にも開示されている。
特開２００２−２３６４２６号公報特開平８−１２９３１３号公報特開平１０−６９１７６号公報特開平１０−２３２５７７号公報特開平１０−３０１４１７号公報特開平１１−２４４８９号公報特開平１１−７３０５０号公報特開２０００−１９８７６号公報特開２００２−６２７５２号公報特開２００２−１２３１１７号公報特開２００２−２２１２１９号公報特開２００３−２９５６３号公報米国特許第６０８８５４９合明細書

上述例のような外部加熱構成の定着装置において、外部加熱手段で加熱される定着ローラの表面温度をトナー画像加熱定着に必要な所定の表面温度に出来るだけ維持し、電源投入直後における最初のプリントあるいは連続通紙中におけるすべてのプリントの定着性を確保する構成としては、１）外部加熱手段の加熱ヒータに対する供給電力量を大きくすること、２）外部加熱手段の加熱ヒータ幅を広くすることが望ましい。

しかし、実際には、外部加熱手段の加熱ヒータに対する供給電力量を大きくした場合には、加熱ヒータの急激な温度上昇による定着ローラ、加熱ヒータ等の部材の劣化、また加熱ヒータの暴走を招くことが考えられる。また、外部加熱手段の加熱ヒータ幅を広くした場合にも、加熱ヒータのコストアップを招くという弊害が考えられる。

本発明は上述の課題に鑑み成されたものであり、その目的は、画像を充分に加熱できる温度までの立ち上がり時間が早く、しかも良好な定着性を確保できる像加熱装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、ヒータのコストを抑えつつ良好な定着性を確保できる像加熱装置を提供することにある。

本発明の更なる目的は添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読むことにより明らかになるであろう。

本発明は下記の構成を特徴とする像加熱装置である。

（１）記録材に担持された画像を加熱する像加熱装置であり、記録材を搬送する搬送ローラと、前記搬送ローラに熱を供給する熱供給手段と、前記搬送ローラと協働して記録材を挟持し搬送する搬送ニップ部を形成するバックアップ手段と、を有し、前記熱供給手段と前記搬送ローラの外周面とが接触することにより加熱ニップ部が形成されており、前記搬送ローラの回転方向において加熱ニップ部の幅は搬送ニップ部の幅より大きく、搬送ニップ部に掛かる総圧力は加熱ニップ部に掛かる総圧力より大きいことを特徴とする像加熱装置。

（２）前記搬送ローラは弾性層を有し、前記バックアップ手段による前記搬送ローラの最大窪み量は前記熱供給手段による前記搬送ローラの最大窪み量より大きいことを特徴とする（１）に記載の像加熱装置。

（３）搬送ニップ部内の圧力のピーク値は加熱ニップ部内の圧力のピーク値より大きいことを特徴とする（１）に記載の像加熱装置。

（４）前記熱供給手段は、発熱部材と、前記発熱部材を保持するホルダと、搬送ローラと前記発熱部材の間に挟まれており前記ホルダの回りを回転する可撓性の回転体と、を有し、加熱ニップ部は前記発熱部材と前記搬送ローラとの間及び前記ホルダと前記搬送ローラとの間に形成されていることを特徴とする（１）に記載の像加熱装置。

（５）前記熱供給手段は、内部に発熱源を有する非可撓性の回転体を有し、加熱ニップ部は前記回転体と前記搬送ローラとの間に形成されていることを特徴とする（１）に記載の像加熱装置。

（６）前記熱供給手段は、発熱部材を有し、加熱ニップ部は前記発熱部材と前記搬送ローラとの間に形成されていることを特徴とする（１）に記載の像加熱装置。

（７）バックアップ手段は可撓性の回転体と前記回転体の内部に配置されており前記回転体を保持するホルダーと、を有し、搬送ニップ部は前記回転体を間に挟み前記ホルダーと前記搬送ローラとの間に形成されていることを特徴とする（１）に記載の像加熱装置。

上記構成の像加熱装置によれば、画像を充分に加熱できる温度までの立ち上がり時間が早く、しかも良好な定着性を確保できる。また、ヒータのコストを抑えつつ良好な定着性を確保できる。

以下、本発明の実施の形態に関して、添付図面に基づき説明する。

（１）画像形成装置例
図５は本発明の像加熱装置を搭載した画像形成装置の概略構成図である。本例の画像形成装置は電子写真プロセスを用いた、中間転写ベルト方式のカラーレーザプリンタである。

ａ）フルカラーモードの場合
像担持体である感光ドラム１０１は、不図示の駆動手段によって矢印の反時計方向に回転駆動され、一次帯電器１０２により所定の極性・電位に一様に帯電される。

次いで、露光装置（レーザスキャナ）１０３によるレーザ走査露光Ｌを受けて、フルカラー画像のイエロー成分色画像模様に従った静電潜像が形成される。

更に感光ドラム１０１の回転が進むと、回転支持体１１１により支持された現像装置１０４ａ・１０４ｂ・１０４ｃ・１０４ｄのうち、イエロートナーが入った現像装置１０４ａが感光ドラム１０１に対向するよう回転し、上記の静電潜像が該現像装置１０４ａによって可視化される。現像装置１０４ｂ・１０４ｃ・１０４ｄはそれぞれマゼンタトナー、シアントナー、黒トナーが入った現像装置である。

中間転写ベルト１０５は感光ドラム１０１と略同速で矢印の時計方向に回転しており、感光ドラム１０１上に形成担持されたトナー画像を一次転写ローラ１０８ａに印加される一次転写バイアスによって中間転写ベルト１０５の外周面に一次転写する。一方、感光ドラム１０１上の転写残トナーはブレード手段のクリーニング装置１０７によって清掃される。

以上と同様の、感光ドラム１０１に対するトナー画像形成行程、中間転写ベルト１０５に対する一次転写行程を、フルカラー画像のマゼンタ成分色画像模様、シアン成分色画像模様、黒成分色画像模様について行うことによって、中間転写ベルト１０５上には複数色（イエロー・マゼンタ・シアン・黒）のトナー画像の重畳による合成カラートナー画像が形成される。

次に、所定のタイミングで記録材カセット１１２内からピックアップローラ１１３によって記録材Ｐが給紙され、シートパス１１６を通って二次転写ローラ１０８ｂと中間転写ベルト１０５との圧接部である二次転写ニップ部に導入され、同時に二次転写ローラ１０８ｂに二次転写バイアスが印加され、中間転写ベルト１０５から記録材Ｐへ上記の合成カラートナー画像が一括して転写される。

更に記録材Ｐは搬送ベルト１１４によって加熱定着装置１０６まで搬送され溶融固着され、シートパス１１７を通って機外の排紙部１１８にカラープリント（カラーコピー）として排紙される。

定着装置１０６は本発明に従う外部加熱構成の加熱装置である。これについては次の（２）項で詳述する。

中間転写ベルト１０５上の転写残トナーは中間転写クリーニングローラ１１５により電荷が付与され、次回の一次転写時に感光ドラム１０１上に逆転写され、クリーニング装置１０７によって感光ドラム１０１上から清掃除去される。

ｂ）モノカラーモード（白黒コピー）の場合
カラー画像形成時と同様に感光ドラム１０１上に潜像が形成され、黒色トナーが入った現像装置１０４ｄによって感光ドラム１０１にトナー画像が担持され、中間転写ベルト１０５上に一次転写が行われる。そして、ここで形成された単色のトナー画像のみを記録材Ｐに二次転写し、同様に定着装置１０６にて定着されることにより、黒色の単色画像が得られる。つまり、中間転写ベルト１０５上に全ての画像が形成されるまでの時間がカラー画像のそれに比べて約４分の１に短縮されることになる。

（２）定着装置１０６
図１は本実施例における定着装置１０６の概略構成図である。本実施例の定着装置１０６は大別して、弾性層を有する定着ローラ（記録材搬送ローラ）１０と、定着ローラ１０に圧接し定着ニップ部（搬送ニップ部）Ｎ１を形成するバックアップ手段２０と、定着ニップ部以外で定着ローラ１０に当接し定着ローラ１０の表面を加熱する熱供給手段３０の３つの部分から構成される。熱供給手段３０と定着ローラ１０の外周面とが接触することにより加熱ニップ部Ｎ２が形成されている。

ａ）定着ローラ１０
定着ローラ１０は、アルミあるいは鉄製の芯金１１、その外側に設けた弾性層１２、更に弾性層１２の表面を被覆する離型性層１３を有する。

弾性層１２は、シリコンゴム等で形成されたソリッドゴム層、あるいは断熱効果を持たせるためシリコンゴムを発泡させ形成されたスポンジゴム層、あるいはシリコンゴム層内に中空のフィラーを分散させ断熱作用を高めた気泡分散ゴム層などで構成されている。定着装置が電源投入後素早く定着可能状態まで立ち上がるように構成するには、定着ローラの外周面側から供給される熱が定着ローラ内部に伝わりにくくする構成が望ましいので、弾性層１２として特にスポンジゴム層や気泡分散ゴム層のような断熱性の高いものが好ましい。

離型性層１３の材質は、パーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン樹脂（ＦＥＰ）等のフッ素系樹脂、あるいは（株）ダイキン社製ＧＬＳラテックス（商標）等のフッ素ゴムが好ましい。弾性層１２に対する被覆方法は、これらの材料をチューブ状に成型した後被せる方法や塗料をコーティングする方法が用いられる。

ｂ）バックアップ手段２０
バックアップ手段２０は、円筒状（エンドレスベルト状）のフィルム（可撓性の回転体）２１と、該フィルムを内側から支持して定着ローラ１０に圧接させて定着ニップ部Ｎ１を形成するフィルム支持ホルダー２２（以下、支持ホルダー２２と記す）を有する。

円筒状のフィルム２１は、支持ホルダー２２の外周に緩やかに嵌合されている。支持ホルダー２２の長手方向両端と定着ローラ１０の長手方向両端の間には不図示のコイルバネ等の加圧手段により圧力が掛けられている。このような構造により、定着ローラ１０とバックアップ手段２０との間にはフィルム２１を介して定着ニップ部Ｎ１が形成されている。

フィルム２１は、耐熱性、断熱性を有するポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ，ＰＰＳ、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等を基層とした樹脂製フィルムである。表層にはＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、シリコーン樹脂等の離型性の良い耐熱樹脂を混合または単独で被覆してある。金属性フィルムにすることもできる。

支持ホルダー２２は、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ，ＰＥＥＫ等の耐熱性と、摺動性を具備した耐熱性樹脂により形成されている。

ｃ）熱供給手段３０
熱供給手段３０は、回転可能な円筒状（エンドレスベルト状）のフィルム（可撓性の回転体）３１と、板状加熱ヒータ３３と、該フィルム３１を内側から支持しかつ熱源としての板状加熱ヒータ３３を支持する支持ホルダー３２を有する。ヒータ支持ホルダー３２の長手方向両端と定着ローラ１０の長手方向両端の間には不図示のコイルバネ等の加圧手段により圧力が掛けられている。このような構造により定着ローラ１０と熱供給手段３０との間にはフィルム３１を介して加熱ニップ部Ｎ２が形成されている。

円筒状のフィルム３１は支持ホルダー３２の外周に緩やかに嵌合されている。板状の加熱ヒータ３３は所謂セラミックヒータであり、支持ホルダー３２に具備させた嵌合溝部に嵌め込んで固定保持されており、支持ホルダー３２は不図示の加圧手段により定着ローラ１０に加圧保持されることで、加熱ヒータ３３は加熱用フィルム３１を介して定着ローラ１０と加熱ニップ部Ｎ２を形成している。

熱源（発熱部材）としての板状加熱ヒータ３３はセラミックヒータに限られず、ＰＴＣ(Positive Temperature Coefficient)ヒータ、電磁誘導発熱性部材、ニクロム線ヒータ等の各種のものを使用することが出来る。

温度検知手段３４は加熱ヒータ３３の裏面温度を検知する。接触型サーミスタの場合は温度検知面を加熱ヒータ３３の裏面に当接（接触）させて、非接触型の赤外温度素子の場合は加熱ヒータ３３の裏面に非接触に対面させて配設してある。

フィルム３１は、耐熱性、断熱性を有するポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ，ＰＰＳ、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等を基層とした樹脂製フィルムである。表層にはＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、シリコーン樹脂等の離型性の良い耐熱樹脂を混合または単独で被覆してある。金属性フィルムにすることもできる。

支持ホルダー３２は、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ，ＰＥＥＫ等の耐熱性と、摺動性を具備した耐熱性樹脂により形成されている。

加熱ヒータとしてのセラミックヒータ３３は、アルミナや窒化アルミ等の絶縁性のセラミックス基板、ポリイミド、ＰＰＳ、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂基板よりなり、その表面にＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）、ＲｕＯ_２、Ｔａ_２Ｎ等の通電発熱抵抗層をスクリーン印刷等の手段により、厚み１０μｍ程度、幅１〜５ｍｍ程度の線状もしくは細帯状に塗工し焼成されている。加熱ヒータ３３の表面端部には給電電極部が設けられており、給電電極部は通電発熱抵抗層と電気的に導通されており、不図示の給電コネクタを介して給電回路４１から電圧を印加される。

定着ローラ１０は不図示の駆動機構により矢印の時計方向に回転駆動される。この定着ローラ１０の回転駆動に伴い、バックアップ手段２０の円筒状のフィルム２１が定着ニップ部Ｎ１においてその内面側が支持ホルダー２２の定着ニップ部対向面部分に密着摺動しながらホルダー２２の外回りを矢印の反時計方向に従動回転状態になる。

また熱供給手段３０の円筒状のフィルム３１が、加熱ニップ部Ｎ２においてその内面側が板状加熱ヒータ３３の表面に密着摺動しながら支持ホルダー３２の外回りを矢印の反時計方向に従動回転状態になる。

熱供給手段３０の加熱ヒータ３３は給電回路４１から通電発熱抵抗層に対して通電がなされることで迅速に昇温する。この加熱ヒータ３３の発熱により加熱ニップ部Ｎ２において定着ローラ１０の表面がフィルム３１を介して加熱される。その加熱ヒータ３３の裏面温度が接触型または非接触型の温度検知手段３４により検知される。その温度検知手段３４で検知される加熱ヒータ３３裏面温度情報が制御回路（ＣＰＵ）４０に入力する。制御回路４０は温度検知手段３４の検知温度が所定の定着ローラ表面温度（定着温度）に維持されるように給電回路４１から熱供給手段３０における加熱ヒータ３３への通電を制御する。

次に本発明の特徴部分を説明する。なお、下記に示す定着ニップ部（搬送ニップ部）Ｎ１及び加熱ニップ部Ｎ２は夫々、バックアップ手段２０と定着ローラ１０との間に形成されるニップ領域、熱供給手段３０と定着ローラ１０との間に形成されるニップ領域を示している。本実施例の場合、図１に示すように加熱ニップ部Ｎ２はヒータ３３と定着ローラ１０との間に形成されているだけでなく、ヒータ３３を保持するホルダ３２と定着ローラとの間にも形成されている。したがって加熱ニップ部Ｎ２はホルダ３２と定着ローラとの間に形成されているニップ領域まで含むと定義する。バックアップ手段側にヒータを設ける場合もニップ領域の定義は同様である。

本実施例では、加熱ニップ部Ｎ２の面積が定着ニップ部Ｎ１の面積より大きくなっている。これにより定着ローラ表面の任意のポイントが加熱ニップ部Ｎ２を通過する時間が定着ニップ部Ｎ１を通過する時間より長くなるので、定着ニップ部Ｎ１において記録材Ｐ上のトナー像Ｔを定着するのに必要とされる熱量より十分大きい熱量を加熱ニップ部Ｎ２において熱供給手段３０が定着ローラ１０に供給することができる。

この結果、加熱ヒータ３３への供給電力を大きくしなくても十分な熱量を定着ローラ１０に供給可能となり、定着ローラ１０の劣化を抑えることができる。また、このとき加熱ニップ部Ｎ２を通過した後のフィルム３１もある程度高温になっているので、加熱ヒータ３３の幅が小さくても十分な熱量を定着ローラ１０に供給することができる。

さらに、定着ニップ部Ｎ１の面積自体を小さく保つことで、定着ニップ部Ｎ１での熱量供給過多によるホットオフセットを防止することができる。

この結果、ホットオフセットに対するマージンを広げつつ、定着ローラ１０の表面温度も安定化することができるので、電源投入直後における最初のプリントあるいは連続通紙中におけるすべてのプリントの定着性向上が可能となった。

さらに、本実施例では第１のニップ部である定着ニップ部Ｎ１の総圧力を第２のニップ部である加熱ニップ部Ｎ２の総圧力より大きくしている（第２のニップ部の総圧力が第１のニップ部の総圧力より小さくなる）。つまり、定着ニップ部Ｎ１の幅は加熱ニップ部Ｎ２より小さいにも拘わらず総圧力はＮ１＞Ｎ２となるように設定している。これにより定着ニップ部Ｎ１内での局所的な圧力が大きくなるので、電源投入直後における最初のプリントあるいは連続通紙中におけるすべてのプリントの定着性の更なる向上が図れる。

本実施例の支持ホルダー２２は図１に示すような形状となっているが、図７のように記録材搬送方向の幅、特に支持ホルダー２２のニップ部形成面の幅を図１のものより狭くすれば、定着ニップ部Ｎ１の幅を加熱ニップ部Ｎ２より小さくしつつ定着ニップ部Ｎ１に掛かる総圧力を加熱ニップ部Ｎ２より大きく設定しやすくなる。いずれにしても、バックアップ手段の支持ホルダー２２の定着ニップ部形成面の幅が熱供給手段の支持ホルダー３２の加熱ニップ部形成面の幅より小さければ良い。なお、定着ニップ部Ｎ１と加熱ニップ部Ｎ２の、幅と総圧力の関係を前述のように設定した場合、定着ローラ１０に対するバックアップ手段２０や熱供給手段３０の侵入量（＝定着ローラ１０の最大窪み量）は、図８及び図９に示すように、定着ニップ部Ｎ１のほうが加熱ニップ部Ｎ２より大きくなる。図８が定着ニップ部Ｎ１の侵入量、図９が加熱ニップ部Ｎ２の侵入量をそれぞれ示している。つまり、定着ニップ部Ｎ１内の圧力分布のピーク値も加熱ニップ部Ｎ２内の圧力分布のピーク値より大きくなるので、画像形成装置から出力される画像の光沢度が向上するといった定着性能が向上する。

具体的な一例として、本実施例における定着ローラ１０は、外径１３ｍｍのアルミニウムの芯金１１の外周に、厚さ３．５ｍｍのシリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性弾性層１２を設け、さらにその外周に厚さ５０μｍのＰＦＡ、ＰＴＦＥ等の樹脂によるコーティング、チューブ等の離型層１３を設けたものを用いた。

また、バックアップ手段２０は、外径２０ｍｍ、厚さ５０μｍのポリイミド樹脂等で形成された基層上にＰＦＡ樹脂等の高離型性のものを１０μｍコーティングした円筒形のエンドレスフィルムであるフィルム２１と支持ホルダー２２で構成した。支持ホルダー２２の定着ニップ部形成面のフィルム回転方向の幅は、定着ニップ部Ｎ１と略同一の８ｍｍである。

また、熱供給手段３０は、外径２２ｍｍ、厚さ４０μｍのポリイミド樹脂等で形成された基層上にＰＦＡ樹脂等の高離型性のものを１０μｍコーティングした円筒形のエンドレスフィルムであるフィルム３１と支持ホルダー３２、加熱ヒータ３３、さらに加熱ヒータ３３のフィルム３１との非接触面に設けられた温度検知手段３４で構成されている。支持ホルダー３２の加熱ニップ部形成面のフィルム回転方向の幅（図１のようにヒータ支持領域を含む）は、加熱ニップ部Ｎ２と略同一の９ｍｍである。

また、加熱ヒータ３３の幅８ｍｍ、加熱ヒータ３３への投入電力６００Ｗ、プロセススピード１００ｍｍ／ｓｅｃという設定において、定着ニップ部Ｎ１の総圧力１９６Ｎ（２０ｋｇｆ）、加熱ニップ部Ｎ２の総圧力１４７Ｎ（１５ｋｇｆ）とした結果、定着ニップ部Ｎ１の幅８ｍｍ、加熱ニップ部Ｎ２の幅９ｍｍが得られ、良好な定着性能が得られた。このとき定着ニップ部Ｎ１の侵入量は０．１９ｍｍ、加熱ニップ部Ｎ２の侵入量は０．１６ｍｍとなっている。

本実施例では、バックアップ手段２０の円筒状フィルム２１、および熱供給手段３０の円筒状フィルム３１は、定着ローラ１０の回転駆動に従動させて回転する構成にしたが、例えば、エンドレスフィルムの内部に駆動ローラを設け、この駆動ローラを回転駆動することによりフィルムを回転させる装置構成にしても、同様に良好な定着性能が得られることは言うまでもない。

第２の実施の形態を図２に示す。本実施例の加熱定着装置を含む画像形成装置の構成は第１の実施例の図５で説明したものと同じなので省略する。本実施例は図５中の加熱定着装置１０６に相当するもので、その詳細を図２で説明する。以後図１と同一部材で機能が同じものについては、同じ番号を用いて説明を省略する。

本実施例の定着装置１０６においては、熱供給手段３０を熱ローラ（非可撓性の回転体）にしたことを特徴としている。定着ローラ１０ならびにバックアップ手段２０の構成は第１の実施例と同一である。

熱供給手段としての熱ローラ３０は、アルミニウムやステンレス製の中空芯金３５の中にハロゲンランプ等の発熱体３６を配し、芯金３５の外表面にはトナーのオフセットを防止するためのフッ素樹脂等の離型性層３７を設けている。

熱供給手段３０は不図示の加圧手段により定着ローラ１０に加圧保持されることで、発熱体３６を内部に配した熱ローラ３０が定着ローラ１０と加熱ニップ部Ｎ２を形成している。

熱供給手段３０の発熱体３６は温度検知手段３８により検知される熱ローラ３０の表面温度情報を元に、定着ニップ部Ｎ１において記録材Ｐ上のトナー像Ｔを定着するのに必要とされる定着ローラ１０の表面温度を目標設定温度とし、定着ローラ１０の表面温度が目標設定温度に維持されるように制御回路（ＣＰＵ）４０により給電回路４１から熱供給手段３０の発熱体３６への通電量が制御される。

上記構成の定着装置１０６において、第２のニップ部である加熱ニップ部Ｎ２の面積を第１のニップ部である定着ニップ部Ｎ１の面積より大きくする。また、定着ニップ部Ｎ１に掛かる総圧力を加熱ニップ部Ｎ２に掛かる総圧力より大きくする。

これにより、第１の実施例に示す効果に加えて、上記のように熱供給手段として金属性中空芯金の内部に発熱体を有する熱ローラ方式を用いることで、定着ローラに対する加熱ニップ部の圧を上げることが可能となり、より効率的に定着ローラへ熱を供給することが可能である。また、小径化も可能である。

第３の実施の形態を図３に示す。本実施例の加熱装置を含む画像形成装置の構成は第１の実施例の図５で説明したものと同じなので省略する。本実施例は図５中の加熱定着装置１０６に相当するもので、その詳細を図３で説明する。以後図１と同一部材で機能が同じものについては、同じ番号を用いて説明を省略する。

本実施例の定着装置１０６は、熱供給手段３０を電磁誘導加熱式としたものである。この熱供給手段３０は、第１の実施例の定着装置において、熱供給手段３０の加熱ヒータ３３としてのセラミックヒータを鉄板等の電磁誘導発熱性部材３３ａに変更し、この部材３３ａを誘導発熱させる磁場発生手段としての励磁コイル４２と磁性コア４３を具備させたものである。定着ローラ１０ならびにバックアップ手段２０の構成は第１の実施例と同一である。

励磁回路４１から励磁コイル４２に高周波電流が流されることにより生じる高周波磁界の作用で部材３３ａが電磁誘導発熱し、その発熱により定着ローラ１０の外周面が加熱ニップ部Ｎ２においてフィルム３１を介して加熱される。

そして、熱供給手段３０内の温度検知手段３４により検知されるフィルム３１の温度情報を元に、定着ニップ部Ｎ１において記録材Ｐ上のトナー像Ｔを定着するのに必要とされる定着ローラ１０の表面温度を目標設定温度とし、定着ローラ１０の表面温度が目標設定温度に維持されるように制御回路（ＣＰＵ）４０により励磁回路４１から熱供給手段３０の励磁コイル４２への通電量が制御される。

上記構成の定着装置１０６において、第２のニップ部である加熱ニップ部Ｎ２の面積を第１のニップ部である定着ニップ部Ｎ１の面積より大きくする。また、定着ニップ部Ｎ１に掛かる総圧力を加熱ニップ部Ｎ２に掛かる総圧力より大きくする。これにより、第１の実施例と同様の効果を得ることができる。

なお、部材３３ａを用いる代わりに、フィルム３１自体を電磁誘導発熱性のものにする装置構成とすることもできる。フィルム３１を電磁誘導発熱性のものにする装置構成とすることで、フィルム３１が直接自己発熱するので、熱応答性が極めて良く、定着ローラ１０の表面温度の制御性が良いという利点がある。

第４の実施の形態を図４に示す。本実施例の加熱装置を含む画像形成装置の構成は第１の実施例の図５で説明したものと同じなので省略する。本実施例は図５中の加熱定着装置１０６に相当するもので、その詳細を図４で説明する。以後図１と同一部材で機能が同じものについては、同じ番号を用いて説明を省略する。

本実施例の定着装置１０６は熱供給手段３０を、支持ホルダー３２に固定保持させた加熱ヒータ３３としてのセラミックヒータを定着ローラ１０の表面に直接に圧接させて配設して加熱ニップ部Ｎ２を形成させ、回転する定着ローラ１０の外周面を加熱する構成にしたものである。定着ローラ１０ならびにバックアップ手段２０の構成は第１の実施例と同一である。

そして、熱供給手段３０内の温度検知手段３４により検知される加熱ヒータ３３の表面温度情報を元に、定着ニップ部Ｎ１において記録材Ｐ上のトナー像Ｔを定着するのに必要とされる定着ローラ１０の表面温度を目標設定温度とし、定着ローラ１０の表面温度が目標設定温度に維持されるように制御回路（ＣＰＵ）４０により給電回路４１から熱供給手段３０の加熱ヒータ３３への通電量が制御される。

また以上のような装置構成とすることで、構造が簡単なためコストを安くすることができ、加熱ヒータ３３で定着ローラ１０をフィルム等を介すことなく直接加熱することができるので、熱伝達性が非常に良い。

加熱ヒータ３３としてのセラミックヒータを、図３の装置のように、鉄板等の電磁誘導発熱性部材に変更し、この部材を誘導発熱させる磁場発生手段としての励磁コイルと磁性コアを具備させたものにすることもできる。

（その他）
１）記録材搬送ローラ１０は非可撓性のローラ体に限られず、可撓性の回転体、例えば回動ベルト体にすることもできる。

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。

以上、本発明の様々な例と実施例が示され説明されたが、当業者であれば、本発明の趣旨と範囲は本明細書内の特定の説明と図に限定されるのではなく、本願特許請求の範囲に全て述べられた様々の修正と変更に及ぶことが理解されるであろう。

本発明の第１の実施例を示す加熱定着装置の構成断面図。本発明の第２の実施例を示す加熱定着装置の構成断面図。本発明の第３の実施例を示す加熱定着装置の構成断面図。本発明の第４の実施例を示す加熱定着装置の構成断面図。画像形成装置例の全体構成を示す断面構成図。従来例の加熱定着装置を示す断面構成図。バックアップ手段のホルダの幅を小さくした場合を示す加熱定着装置の断面図。定着ニップ部Ｎ１の拡大図。加熱ニップ部Ｎ２の拡大図。

符号の説明

１０・・・・定着ローラ（記録材搬送ローラ）、１１・・・・芯金、１２・・・・弾性層、１３・・・・離型性層、２０・・・・バックアップ手段、２１・・・・フィルム、２２・・・・フィルム支持ホルダー、３０・・・・熱供給手段、３１・・・・フィルム、３２・・・・フィルム支持ホルダー、３３・・・・加熱ヒータ、３４・・・・温度検知手段、３５・・・・芯金、３６・・・・加熱体、３７・・・・離型性層、３８・・・・温度検知手段、Ｐ・・・・記録材、Ｔ・・・・トナー画像

Claims

記録材に担持された画像を加熱する像加熱装置であり、記録材を搬送する搬送ローラと、前記搬送ローラに熱を供給する熱供給手段と、前記搬送ローラと協働して記録材を挟持し搬送する搬送ニップ部を形成するバックアップ手段と、を有し、前記熱供給手段と前記搬送ローラの外周面とが接触することにより加熱ニップ部が形成されており、前記搬送ローラの回転方向において加熱ニップ部の幅は搬送ニップ部の幅より大きく、搬送ニップ部に掛かる総圧力は加熱ニップ部に掛かる総圧力より大きいことを特徴とする像加熱装置。
前記搬送ローラは弾性層を有し、前記バックアップ手段による前記搬送ローラの最大窪み量は前記熱供給手段による前記搬送ローラの最大窪み量より大きいことを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
搬送ニップ部内の圧力のピーク値は加熱ニップ部内の圧力のピーク値より大きいことを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
前記熱供給手段は、発熱部材と、前記発熱部材を保持するホルダと、搬送ローラと前記発熱部材の間に挟まれており前記ホルダの回りを回転する可撓性の回転体と、を有し、加熱ニップ部は前記発熱部材と前記搬送ローラとの間及び前記ホルダと前記搬送ローラとの間に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
前記熱供給手段は、内部に発熱源を有する非可撓性の回転体を有し、加熱ニップ部は前記回転体と前記搬送ローラとの間に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
前記熱供給手段は、発熱部材を有し、加熱ニップ部は前記発熱部材と前記搬送ローラとの間に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
バックアップ手段は可撓性の回転体と前記回転体の内部に配置されており前記回転体を保持するホルダーと、を有し、搬送ニップ部は前記回転体を間に挟み前記ホルダーと前記搬送ローラとの間に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。