JP2007292848A - 加熱定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱部材の加熱効率をより向上できる画像加熱装置の提供。
【解決手段】加熱部材１５を前記加熱部材の外部から加熱する加熱手段９を有する。
前記加熱手段は、金属製の可撓性部材１１と、前記可撓性部材を放射熱により加熱する発熱体１０と、前記可撓性部材の記録材搬送方向と直交する長手方向の両端を保持する保持部材１７と、を有する。前記可撓性部材は前記加熱部材と接触して加熱ニップ部Ｎ２を形成するように前記保持部材により保持される。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真方式、或いは静電記録方式の画像形成装置に搭載される画像加熱定着装置として用いれば好適な画像加熱装置に関する。

従来、電子写真方式の画像形成装置に搭載される画像加熱定着装置（以下、定着装置と略記する）として、特許文献１に開示されているものが知られている。

この定着装置は、図７に示すように、加熱部材９０と、加熱部材加熱用の第１加熱ローラ９５と、加圧ローラ６０と、加圧部材加熱用の第２加熱ローラ６６と、を有している。加熱部材９０は、可撓性を有するエンドレス状の定着ベルト９２が巻き掛けローラ９３とテンションローラ９１とにテンションをかけて張架させて構成してある。加圧ローラ６０は、基体である芯金６１上に、断熱層６２、弾性層６３、離型層６４を順で積層された層を有する加圧部材として構成してある。そして加圧ローラ６０を巻き掛けローラ９３に近接させて定着ベルト９２に加圧させることによって定着ベルトと加圧ローラとの間に圧接ニップ部（定着ニップ部）Ｎを形成している。定着ベルト９２の外周面（表面）には第１加熱ローラ９５を、加圧ローラ６０の外周面（表面）には第２加熱ローラ６６をそれぞれ接触させている。第１加熱ローラ９５と第２加熱ローラ６６はそれぞれ内部にハロゲンヒータを有する９４・６５を有するアルミ中空ローラより成る加熱手段として構成してある。第１加熱ローラ９５によって定着ベルト９２を外部から加熱し、第２加熱ローラ６６によって加圧ローラ６０を外部から加熱して、未定着トナー画像ｔを担持した記録材Ｐを圧接ニップ部Ｎで挟持搬送する。この搬送過程で記録材Ｐに熱と圧力を作用させることによって未定着トナー画像を記録材に永久画像として加熱定着させている。

この定着装置においては、低熱容量の定着ベルト９２を外部から加熱する方式のため、急速に定着ベルトの外周面を加熱することが可能となり、ウォームアップ時間が短縮される。
特開２００２−２７８３３８号公報

上記従来技術において、定着ベルトに第１加熱ローラを接触させているため、定着ベルトの加熱効率は、かなり改善される。

本発明は、従来技術をさらに改善して、加熱部材の加熱効率をより向上できる画像加熱装置を提供することを目的とする。

本発明に係る画像加熱装置の代表的な構成は、加熱部材と、前記加熱部材と接触してニップ部を形成する加圧部材と、前記加熱部材を前記加熱部材の外部から加熱する加熱手段と、を有し、前記ニップ部で記録材を挟持搬送しつつ記録材上の画像を加熱する画像加熱装置において、
前記加熱手段は、金属製の可撓性部材と、前記可撓性部材を放射熱により加熱する発熱体と、前記可撓性部材の記録材搬送方向と直交する長手方向の両端を保持する保持部材と、を有し、前記可撓性部材が前記加熱部材と接触して加熱ニップ部を形成するように前記保持部材に保持されることを特徴とする画像加熱装置、である。

本発明によれば、加熱部材の加熱効率をより向上できる画像加熱装置を提供するができる。

以下、本発明を図面に基づいて詳しく説明する。

（１）画像形成装置例の説明
図１は本発明に係る画像加熱装置を画像加熱定着装置として搭載できる画像形成装置の構成模型図である。この画像形成装置は電子写真プロセスを利用したレーザプリンタである。

１は感光ドラムであり、ＯＰＣ、アモルファスＳｅ、アモルファスＳｉ等の感光材料がアルミニウムやニッケルなどのシリンダ状の基盤上に形成されている。

感光ドラム１は矢印の方向に回転駆動され、まず、その表面は帯電装置としての帯電ローラ２によって一様帯電される。

次に、その感光ドラム１の一様帯電面に対してレーザスキャナユニット３によりレーザビーム走査露光Ｌが施されて画像情報の静電潜像が形成される。感光ドラム１に対するレーザビーム走査露光Ｌは画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザビームがレーザスキャナユニット３内で回転するポリゴンミラーにより反射されてなされる。

この静電潜像は現像装置４によりトナー（現像剤）によって現像、可視化される。現像方法としては、ジャンピング現像法、２成分現像法、ＦＥＥＤ現像法などが用いられ、イメージ露光と反転現像とを組み合わせて用いられることが多い。

可視化されたトナー画像は、転写装置としての転写ローラ５により、不図示の給紙機構部から所定のタイミングで搬送された記録材Ｐ上に感光ドラム１上より転写される。ここで感光ドラム１上のトナー画像の画像形成位置と記録材の先端の書き出し位置が合致するようにセンサ６にて記録材Ｐの先端を検知し、タイミングを合わせている。所定のタイミングで搬送された記録材Ｐは感光ドラム１と転写ローラ５とによって一定の加圧力で挟持搬送される。

トナー画像が転写された記録材Ｐは画像加熱定着装置（以下、定着装置と記す）７へと搬送され、永久画像として定着される。

一方、感光ドラム１上に残存する転写残りの残留トナーは、クリーニング装置８により感光ドラム１表面より除去される。

（２）定着装置７の説明
以下の説明において、定着装置を構成する部材について長手方向とは記録材Ｐの面において記録材搬送方向Ｋと直交する方向をいう。また、長手方向とはエンドレス状（スリーブ状）の定着部材のスラスト方向でもある。

１）定着装置７の全体的構成
図２は定着装置７の横断面側面模型図である。

定着装置７は、加熱部材としてのエンドレス状の断熱性ベルト１５と、この断熱性ベルト１５を巻きかける巻き掛け部材としての２つの巻き掛けローラ１３・１４と、断熱性ベルト１５を加熱する加熱手段９と、加圧部材としての加圧ローラ１６と、を有している。巻き掛けローラ１３・１４のうち、一方の巻き掛けローラ１３として大径の上ローラを用い、他方の巻き掛けローラ１４として小径のテンションローラを用いている。

断熱性ベルト１５は上ローラ１３とテンションローラ１４とにテンションをかけて張架されている。そして不図示の加圧バネ等の加圧手段により上ローラ１３を断熱性ベルト１５を介して加圧ローラ１６に加圧することによって、断熱性ベルト１５と加圧ローラ１６との間に所定幅の定着ニップ部Ｎ２を形成している。

上記加圧ローラ１６、断熱性ベルト１５、上ローラ１３、テンションローラ１４および加熱手段９について更に詳しく説明する。

２）加圧ローラ１６
加圧ローラ１６は、ＳＵＳ、ＳＵＭ、Ａｌ等の金属製芯金１６ａの外周に、シリコーンゴムやシリコーンゴムを発泡して形成したシリコーンスポンジゴム、シリコーンゴム中に中空フィラー、ガラスビーズなどを含有させたバルーンゴム等の弾性層１６ｂを有する。上記加圧ローラ１６においては、弾性層１６ｂの外周にＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰなどの離型性層を形成してあっても良い。この加圧ローラ１６は、前記の長手方向に細長い部材であり、金属製芯金１６ａの両端が不図示の装置フレームの側板対に回転可能に軸受け支持されている。金属製芯金１６ａの一端部には駆動ギア（図示せず）が設けてあり、この駆動ギアが回転駆動系Ｍにより回転される。

３）断熱性ベルト１５
図３は断熱性ベルト１５の断面図である。１５ａは上ローラ１３側の外周面と接触するエンドレス状の基層である。基層１５ａは、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の耐熱性樹脂、あるいはＳＵＳ、Ｎｉ等の金属より形成されている。基層１５ａとしては、曲率の小さいテンションローラ１４部での屈曲でも破損しないように厚み１０〜１００μｍ程度が好ましい。また、外部の加熱手段９からの熱を上ローラ１３に伝達しないように熱伝導性の低い材料を使用した方が好ましい。

基層１５ａの外周（定着ニップ部Ｎ２側）には、以下の方法により形成された断熱層１５ｂを有する。断熱層１５ｂとしては、シリコーンゴム組成物であり、熱硬化性オルガノポリシロキサン組成物１００重量部に平均粒子径が５００μｍ以下の中空フィラーを０．１〜２００重量部配合してなるシリコーンゴム組成物を加熱硬化して形成される。ここで、中空フィラーとしては、硬化物内に気体部分を持つことでスポンジゴムのように熱伝導率を低下させるもので、マイクロバルーン材等がある。このような材料としては、ガラスバルーン、シリカバルーン、カーボンバルーン、フェノールバルーン、アクリロニトリルバルーン、塩化ビニリデンバルーン、アルミナバルーン、ジルコニアバルーン、シラスバルーンなど、いかなるものでもかまわない。無機系マイクロバルーンの具体例を以下に挙げるが、マイクロバルーンはこれらに限定されない。シラスバルーンとしては、イヂチ化成（株）製のウインライト、三機工業（株）製のサンキライトがある。ガラスバルーンとしては、日本板硝子（株）製のカルーン、旭ガラス（株）製のセルスター、３Ｍ（株）製のグラスバブルズフィラーがある。シリカバルーンとしては、旭硝子（株）製のＱ−ＣＥＬがある。フライアッシュバルーンとしては、ＰＦＡＭＡＲＫＥＴＩＮＧ（株）製のＣＥＲＯＳＰＨＥＲＥＳがある。アルミナバルーンとしては、昭和電工（株）製のＢＷがある。ジルコニアバルーンとしては、ＺＩＲＣＯＡ（株）製のＨＯＬＬＯＷ ＺＩＲＣＯＮＩＵＭ ＳＰＨＥＥＳがある。カーボンバルーンとしては、呉羽化学（株）製クレカスフェアがある。

これらの中では、中空フィラー自体が弾性を有するもの、即ち、熱可塑性樹脂製中空バルーン、特に塩化ビニリデン、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステルの重合物が好適である。或いはこれらのうち、２種以上の共重合物などからなるものが好適である。さらには、熱膨張マイクロバルーン材として、松本油脂製薬株式会社の松本マイクロスフェア−Ｆシリーズ、エクスパンセル社のエクスパンセルシリーズ等などを挙げることができる。熱膨張マイクロバルーンの場合には、未膨張の樹脂マイクロカプセルは通常その直径が約１〜５０μｍであり、これを適切な加熱温度で膨張させ直径が約１０〜５００μｍ程度のほぼ真球に近い球体とすることができる。

また、中空フィラーの強度を持たせるため等の理由で、表面に無機フィラー等を付着させたものでもよい。この場合、シリコーンゴム組成物内で十分な熱伝導性の低下を行うには、中空フィラーの真比重が０．０１〜１．０であることが好ましく、より好ましくは０．０１〜０．５である。但し、熱膨張マイクロバルーンを用いる場合には、未膨張時のマイクロバルーンの真比重は０．５〜１．４程度が好ましい。真比重が小さすぎると配合・取り扱いが難しいばかりか、中空フィラーの耐圧強度が不十分で成形時に破壊してしまい、軽量化、熱伝導率の低下ができなくなってしまう。また、比重が大きすぎると、中空フィラーの殻の厚さが大きく、熱伝導性の低下が十分とはならない場合が生じる。

また、中空フィラーの平均粒子径は、５００μｍ以下、好ましくは３００μｍ以下がよい。平均粒子径が大きすぎると成形時の射出圧力により中空フィラーが破壊されてしまい、熱伝導率が高くなってしまったり、ロール成形後の表面の粗さが大きくなってしまうなどの問題が生じる。中空フィラーの平均粒子径の下限は特に制限されないが、通常、１０μｍ、特に２０μｍである。なお、ここでの平均粒子径は、通常、レーザー光回折法による重量平均値（又はメジアン径）として求めることができる。

上記中空フィラーの配合量は、熱硬化性オルガノポリシロキサン組成物１００重量部に対し０．１〜２００重量部であり、好ましくは０．２〜１５０重量部、より好ましくは０．５〜１００重量部である。この場合、中空フィラーの熱定着ロール用シリコーンゴム組成物中での含有量が体積比で１０〜８０％、特に１５〜７５％となるように配合することが好ましい。体積割合が少なすぎると熱伝導率の低下が不十分で、また多すぎると成形、配合が難しいだけでなく成形物もゴム弾性のない脆いものとなってしまうおそれがある。

また、熱膨張マイクロバルーンを未膨張でオルガノポリシロキサン組成物に混入させてもよい。この場合には、マイクロバルーンが熱膨張することを考慮してオルガノポリシロキサン組成物１００重量部に対して未膨張のマイクロバルーンを０．１〜１０重量部程度混入、加熱硬化させることで断熱性の良好な断熱層を形成できる。

また、断熱層１５ｂは、オルガノポリシロキサン組成物１００重量部に対して吸水性ポリマーを０．１〜５０重量部、水を１０〜２００重量部配合した配合物を形成後に焼成および硬化して形成されていてもよい。

上記熱硬化性オルガノポリシロキサン組成物には、その他の成分として、必要に応じて、シリカ微粒子、炭酸カルシウムのような充填剤を配合することは任意とされる。その他、補強剤となるシリコーン系のレジン、カーボンブラック、導電性亜鉛華、金属粉等の導電剤、窒素含有化合物やアセチレン化合物、リン化合物、ニトリル化合物、カルボキシレート、錫化合物、水銀化合物を配合することも任意とされる。また、硫黄化合物等のヒドロシリル化反応制御剤、酸化鉄、酸化セリウムのような耐熱剤、ジメチルシリコーンオイル等の内部離型剤、接着性付与剤、チクソ性付与剤、連泡化剤としてのトリエチレングリコール等を配合することも任意とされる。

ここで、シリコーンゴム組成物は、その硬化物（シリコーンゴム）の熱伝導度が０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以下、特に０．１５Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが好ましく、かかる熱伝導度を達成するように配合組成を調整することが好ましい。

また、断熱層１５ｂであるシリコーン組成物は熱分解方発泡剤を添加する方法や硬化時に副生する水素ガスを発泡剤として発泡体を形成する方法などにより形成する発泡シリコーンゴムであっても良い。

上記断熱層１５ｂの厚さは特に制限されないが、有効な断熱性を有し、かつ熱容量が大きくなりすぎず、小径のベルトを構成するためには、０．５〜３．０ｍｍ、好ましくは１．０〜２．５ｍｍとすることが好ましい。

また、上記断熱性ベルト１５の外周面（表面）には離型性層１５ｃが被覆してあっても良い。離型性層１５ｃとしては、長期間に渡り加熱手段９により加熱され、記録材Ｐから多数回の摩擦を受け、さらにトナーに曝される。このため、離型性層１５ｃには、良好な耐熱性、摺動性、トナー離型性が要求される。

このような要求を満たす好ましい材料の例としては、フッ素樹脂、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、液晶ポリエステル、ポリアミドイミド、ポリイミド等を挙げることができる。フッ素系樹脂としては、フッ素系樹脂コーティング剤やフッ素系樹脂チューブなどが用いられる。具体的には、例えば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−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）等を挙げることができる。その他にも、フッ化エチレンポリプロピレン共重合体樹脂（ＦＥＰ）、ポリフッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル樹脂（ＰＶＦ）等を挙げることができる。コーティングとしては、ラテックスやダイエルラテックス（ダイキン工業社製、フッ素系ラテックス）、ディスパージョンによるディッピング塗工、スプレー塗工等、断熱性ベルト１５の表面に被覆するどのような方法であっても良い。

４）上ローラ１３
断熱性ベルト１５の基層１５ａ内面と接する上ローラ１３は、上述したように加圧手段により断熱性ベルト１５を介して加圧ローラ１６に加圧されるため、この加圧によるたわみを防止する目的で、ＳＵＳ、ＳＵＭ、Ａｌ等の金属製芯金１３ａを有している。そしてこの金属製芯金１３ａの外周にシリコーンゴムやシリコーンスポンジゴム、またはバルーンゴムあるいは耐熱性樹脂などの弾性層１３ｂを有する。弾性層１３ｂの材料としては、断熱性ベルト１５の熱を奪わないような熱伝導率の低いものが望ましい。この上ローラ１３も前記の長手方向に細長い部材であり、金属製芯金１３ａの両端が装置フレームの側板対に回転可能に軸受け支持されている。そしてこの金属製芯金１３ａの両端が加圧手段により加圧ローラ１６側に所定の加圧力で付勢されている。これによって断熱性ベルト１５と加圧ローラ１６との間に定着ニップ部Ｎ１を形成している。

５）テンションローラ１４
本実施例の定着装置においては、断熱性ベルト１５の回転方向において定着ニップ部Ｎ２の下流側に上ローラ１３の径よりも小径のテンションローラ１４を配設している。これにより断熱性ベルト１５の回転方向において定着ニップ部Ｎ２下流側の曲率を小さくすることができる。これによって記録材Ｐが断熱性ベルト１５から分離せずに断熱性ベルト１５に巻きついてしまう現象の発生確率を極力小さくすることができる。このテンションローラ１４も前記の長手方向に細長い部材であり、その両端が装置フレームの側板対に回転可能に軸受け支持されている。

６）加熱手段９
加熱手段９は、金属製の可撓性部材としてのエンドレス状の金属製フィルム１１を有する。さらに、金属製フィルム１１を放射熱により加熱する発熱体としてのヒータ１０と、金属製フィルム１１の幅方向の両端を保持する保持部材としての端部フランジ１７・１７(図４、図５）と、を有する。そして金属製フィルム１１が断熱性ベルト１５と接触して加熱ニップ部Ｎ１を形成するように端部フランジ１７・１７に保持されている。この金属製フィルム１１は、端部フランジ１７・１７によってのみ保持され、テンションフリーとなっている。

図４は金属製フィルム１１端部と端部フランジ１７の第２規制部１７ｂとの関係を示す説明図である。図５は端部フランジ１７による金属製フィルム１１端部の保持状態を示す説明図である。

６−１）端部フランジ１７
端部フランジ１７は、金属製フィルム１１の回転軌跡をガイドする役目を担っていると同時に金属製フィルム１１を断熱性ベルト１５に加圧する手段としての役目を果たしている。すなわち、金属製フィルム１１の両端部側に配置される端部フランジ１７・１７は、それぞれ、金属製フィルム１１のスラスト方向への移動を規制する第１規制部１７ａ・１７ａを金属製フィルム１１端部の外側面と対向する位置に有する（図４、図５）。第１規制部１７ａ・１７ａの金属製フィルム１１側の内面の外周部と内周部には、金属製フィルム１１のラジアル方向への移動を規制する第２規制部１７ｂ・１７ｂが設けられている。第２規制部１７ｂ・１７ｂはそれぞれ金属製フィルム１１の表面に沿う弧状に形成してある。そして第１規制部１７ａ・１７ａの金属製フィルム１１と反対側の外面に設けられたバネ受け部１７ｃを装置フレームの側板に保持させている。

各端部フランジ１７は、第２規制部１７ｂ・１７ｂ間に金属製フィルム１１端部を位置させた状態で、バネ受け部１７ｃが加圧手段としての加圧バネ１８により断熱性フィルム１５側に付勢されている。加圧バネ１８によりバネ受け部１７ｃを介して断熱性フィルム１５側に付勢された端部フランジ１７は、第１規制部１７ａの外周部側の第２規制部１７ｂの内面が金属製フィルム１１表面と接触して金属製フィルム１１を断熱性フィルム１５側に加圧する。この加圧力により金属製フィルム１１が断熱性フィルム１５表面に沿って押し潰されるように弾性変形する。すなわち、図５に示すように、加圧バネ１８・１８によって端部フランジ１７・１７を断熱性ベルト１５側に加圧することにより金属製フィルム１１も弾性変形しながら断熱性ベルト１５に加圧される。これによって、金属製フィルム１１と断熱性フィルム１５との間に所定幅の加熱ニップ部Ｎ１が形成される。

６−２）ヒータ１０
エンドレス状の金属製フィルム１１の内部に配置されたヒータ１０は、ハロゲンヒータやカーボンヒータなど放射熱により非接触で金属製フィルム１１を内面側から加熱するものであればよい。このヒータ１０も前記の長手方向に細長い部材であり、その両端が装置フレームの側板に保持されている。このヒータ１０の長さは、定着ニップ部Ｎ２の通紙域（最大サイズの記録材Ｐを定着ニップ部Ｎ２に通過させたときの定着ニップ部Ｎ２の長手領域）と略等しい。

６−３）金属製フィルム１１
金属製フィルム１１はクイックスタートを可能にするために総厚２００μｍ以下の厚みで耐熱性、高熱伝導性を有するＳＵＳ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｚｎ等の金属部材を単独あるいは合金部材を基層とした金属製スリーブである。また、長寿命の定着装置７を構成するために十分な強度を持ち、耐久性にすぐれた金属製スリーブとして、総厚２０μｍ以上の厚みが必要である。よって金属製スリーブの総厚みとしては２０μｍ以上２００μｍ以下が最適である。

金属製フィルム１１において、トナーのオフセット防止や記録材Ｐの分離性を確保するために、断熱性ベルト１５と接触する表面にはフッ素樹脂、シリコーン樹脂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てあっても良い。フッ素樹脂として、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン ヘキサフルオロプロピレン共重合体）等が用いられる。その他にも、ＥＴＦＥ（エチレン テトラフルオロエチレン共重合体）、ＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）等が用いられる。被覆の方法としては、金属製スリーブ基材の外面をエッチング処理した後に上記離型性層をディッピング、粉体スプレー等の塗布によるものや、あるいはチューブ状に形成されたものを金属製スリーブの表面に被せる方式のものであっても良い。または、金属製スリーブ基材の外面をブラスト処理した後に、接着剤であるプライマー層を塗布し、上記離型性層を被覆する方法であっても良い。被覆する領域は、少なくとも記録材Ｐが通過する領域が含まれていればよい。

また、金属製フィルム１１において、ヒータ１０の放射熱を効率よく吸収するために、ヒータ１０の放射熱を８０〜１００％吸収する材料で断熱性ベルト１５と接触する表面と反対側の内面をコーティングすると良い。上記材料として黒色塗料を金属製フィルム１１の内面に塗装することにより吸収層を形成することができる。黒色塗装の方法としては、金属製フィルム１１内面の油分を除去し、例えば黒色塗料としておきつも＃８０００（三重油脂化工業株式会社製、商品名）等の塗料を塗布する。このおきつも＃８０００は黒色金属顔料または黒色金属化合物顔料をシリコーン樹脂バインダとともに溶剤に分散させて溶解させたものであり、黒色顔料、無機質顔料、シリコーン樹脂（メチルフェニルシリコーンベース）、及び溶剤を配合してある。塗布後の焼付け条件としては、３００℃で１時間程度の焼付けが施される。本実施例では吸収層としておきつも＃８０００の黒色塗料を用いて説明しているが、放射熱の吸収率が高い物質であればどのような物質であっても構わない。

（３）加熱手段９の温調制御系
金属製フィルム１１表面において定着ニップ部Ｎ２の通紙域内の所定位置には、温度検知手段としてのサーミスタ等の温度検知素子１９と、安全手段としてのサーモスイッチ２０と、が接触している。温度検知素子１９及びサーモスイッチ２０は何れも装置フレームの側板に設けられた支持部材（図示せず）によって支持されている。温度検知素子１９は、金属製フィルム１１の表面温度を検知し、その検知信号を制御手段としての温調制御回路３０に出力する。サーモスイッチ２０は、温度検知素子１９の故障等により金属製フィルム１１の表面温度が制御温度をはるかに超えた場合に動作して、電力制御手段としてのトライアック３１からヒータ１０への通電を切断するような構成となっている。

（４）定着装置７の加熱定着動作
加圧ローラ１６は回転駆動系Ｍによって反時計方向へ回転駆動される。すると加圧ローラ１６の回転力が定着ニップ部Ｎ２を介して断熱性ベルト１５に伝達され、断熱性ベルト１５は加圧ローラ１６の回転に追従して時計方向へ従動回転する。断熱性ベルト１５の回転力は加熱ニップ部Ｎ１を介して加熱手段９の金属製フィルム１１に伝達され、金属製フィルム１１は断熱性ベルト１５の回転に追従して反時計方向へ従動回転する。

金属製フィルム１１は、回転開始時あるいは回転中において、金属製フィルム１１のスラスト方向へ移動する可能性がある。この場合、その移動方向において金属製フィルム１１端部の外側面が端部フランジ１７の第１規制部１７ａの内面に突き当たる。これにより金属製フィルム１１の移動が規制される。つまり第１規制部１７ａにより金属製フィルム１１のスラスト方向への移動を規制することができる。また、金属製フィルム１１は、回転開始時あるいは回転中において、金属製フィルム１１のラジアル方向へ変形する可能性がある。この場合、金属製フィルム１１端部の外周面が端部フランジ１７の外周部側の第２規制部１７ｂの内面に接触する。これにより金属製フィルム１１の変形が規制される。つまり第２規制部１７ｂにより金属製フィルム１１のラジアル方向への変形を規制することができる。

加圧ローラ２５、断熱性ベルト１５及び金属製フィルム１１の回転状態において温調制御回路３０は温度検知素子１９から検知信号を取り込む。温調制御回路３０はその検知信号に基づいて金属製フィルム１１の表面温度が所定の加熱温度（目標温度）に維持されるようにトライアック３１を制御する。これにより金属製フィルム１１が温調制御され、加熱ニップ部Ｎ１の温度は所定の加熱温度に維持される。この金属製フィルム１１は加熱ニップ部Ｎ１を通じて断熱性ベルト１５に熱を伝達して加熱する。断熱性ベルト１５は金属製フィルム１１により金属製フィルム１１の加熱温度に応じた温度に加熱されて昇温し、所定の定着温度に維持される。

金属製フィルム１１の温調制御状態で定着ニップ部Ｎ２に未定着トナー画像ｔを形成担持させた記録材Ｐが導入されると、記録材Ｐは定着ニップ部Ｎ２において断熱性ベルト１５と加圧ローラ１６とで挟持搬送される。この搬送過程で未定着トナー画像ｔに対して断熱性ベルト１５により熱を付与して未定着トナー画像ｔを溶融加熱すると共に、定着ニップ部Ｎ２により圧力を付与してその未定着トナー画像ｔを記録材Ｐ上に加圧定着させる。これにより未定着トナー画像ｔは記録材Ｐ上に永久画像として固着される。

定着ニップ部Ｎ２を出た記録材Ｐは、断熱性ベルト１５を巻き掛けたテンションローラ１４の曲率に従う分離ポイントＳｐにおいて断熱性ベルト１５表面から分離されて定着装置７の外部に排出される。

（５）性能比較
本実施例の定着装置と比較例の定着装置について、安全性、耐久性、立ち上がり時間の各項目について比較を行った。図６は比較例１の定着装置７Ａである。図７は比較例２の定着装置７Ｂである。図８は比較例３の定着装置７Ｃである。

比較例１の定着装置７Ａは、発熱体としてのハロゲンヒータ２１と反射板２２とにより加熱手段９Ａを構成した他は本実施例の加熱定着装置７と同じ構成である。定着装置７Ａにおいて断熱性ベルト１５は反射板２２により反射されるハロゲンヒータ２１の放射熱によって加熱される。

比較例２の定着装置７Ｂは、発熱体としてのセラミックヒータ２３とヒータホルダ２４とにより加熱手段９Ｂを構成した他は本実施例の定着装置７と同じ構成である。定着装置７Ｂにおいて断熱性ベルト１５は断熱性ベルト１５表面と接触して加熱ニップ部Ｎ１を形成するセラミックヒータ２２によって加熱される。ヒータホルダ２４に保持されているセラミックヒータ２３は面状発熱体であり、セラミック基板上に通電発熱抵抗層を有するものである。

比較例３の定着装置７Ｃは、発熱体としてのセラミックヒータ２５とヒータホルダ２６とポリイミドフィルム２７とにより加熱手段９Ｃを構成した他は本実施例の定着装置７と同じ構成である。定着装置７Ｃにおいて断熱性ベルト１５は断熱性ベルト１５表面と接触して加熱ニップ部Ｎ１を形成するポリイミドフィルム２３によって加熱される。ヒータホルダ２６に保持されているセラミックヒータ２５は比較例２のセラミックヒータ２３と同じ構成の面状発熱体である。

安全性、耐久性、立ち上がり時間の評価方法と結果について以下に述べる。

１）安全性（暴走時のサーモスイッチ応答性）
定着装置７において、故障により回転駆動系Ｍや温度検知素子１９が動作しなくなった場合の最悪の状態は、モーターが回転せず、ヒータ１０に最大電力が投入される場合である。以上のような暴走状態に陥った場合のために本実施例ではサーモスイッチ２０が配設されており、サーモスイッチ２０が通常使用では到達しないような高温（本実施例では２５０℃）を検知すると動作し、ヒータ１０への通電が切断されるようになっている。暴走時はヒータ１０の昇温が非常に速いためサーモスイッチ２０の動作が遅くなるとヒータ温度がサーモスイッチ２０の動作温度より非常に高くなり、金属製フィルム１１や断熱性ベルト１５へのダメージも大きくなる。サーモスイッチ２０が動作するまでの時間はサーモスイッチ２０の位置に大きく関っており、昇温が速い位置ほど動作時間は短い。

本評価では本実施例および比較例１〜３の各定着装置７・７Ａ〜７Ｃにおいて暴走した場合にサーモスイッチ２０が動作するまでの時間と暴走試験後の断熱性ベルト１５のダメージを観察した。

評価方法としては各定着装置７・７Ａ〜７Ｃにおいて加圧ローラ１６を停止させた状態で温度検知素子１９を動作させず、ヒータ１０・２１・２３・２５に１５００Ｗ投入した場合の電力投入開始からサーモスイッチ２０が動作するまでの時間を比較した。また、試験後の金属製フィルム１１、断熱性ベルト１５の状態についても観察を行った。その結果を表１に示す。

比較例１の定着装置７Ａでは、サーモスイッチ２０の位置は反射板２２の裏または断熱性ベルト１５表面に限定される。しかしながら、反射板２２の裏や断熱性ベルト１５表面はヒータ２１からの放射熱に対して応答性が悪い。したがって、１５００Ｗが投入されてヒータ２１にフル通電を行った場合、反射板２２裏にサーモスイッチ２０を当接した場合はサーモスイッチ２０が動作するまでに約５０秒かかった。また、温度が最も高くなっている断熱性ベルト１５表面はその間はるかに高温状態となっていたため融けてしまっていた。また、断熱性ベルト１５表面において放射熱を受ける領域以外の領域にサーモスイッチ２０を当接させた場合は更に昇温が遅く、サーモスイッチ２０が動作する前に断熱性ベルト１５が完全に融けてしまっていた。

比較例２の定着装置７Ｂでは、サーモスイッチ２０をヒータ２３裏面に直接配設することが構成的には可能である。この場合、断熱性ベルト１５を定着可能な温度にするためにはヒータ２３の温度を高温で制御する必要があり、通常使用でサーモスイッチ２０の動作温度を超えてしまわないように本実施例の定着装置７よりもサーモスイッチ２０の動作温度を高くする必要がある。したがって１５００Ｗの電力を投入してからサーモスイッチ２０が動作する時間は長くなってしまう。そのため、試験後の加熱ニップ部Ｎ１において、断熱性ベルト１５及びヒータホルダ２４が熱により融けてしまった。

比較例３の定着装置７Ｃの加熱手段９Ｃは、比較例２の加熱手段９Ｂのヒータ２３部分をポリイミドフィルム２３で覆った構成である。この構成にすることにより、断熱性ベルト１５への熱伝導性は更に悪化するため、比較例２の加熱手段９Ｂのヒータ２３よりも更に高温でヒータ２５を制御する必要があり、サーモスイッチ２０の動作温度も比較例２よりも高くする必要がある。そのためサーモスイッチ２０が動作するための時間も更に長くなり、試験後の加熱ニップ部Ｎ１において、断熱性ベルト１５、ヒータホルダ２４、ポリイミドフィルム２３が融けてしまった。

また、比較例２及び比較例３の定着装置７Ｂ・７Ｃにおいてサーモスイッチ２０をヒータ２３・２５ではなく断熱性ベルト１５に当接させた。この場合においても比較例１の定着装置７Ａと同様にサーモスイッチ２０が動作する前に、断熱性ベルト１５、ヒータホルダ２４、ポリイミドフィルム２３が完全に融けてしまった。

これに対して本実施例の定着装置７では、ヒータ１０とサーモスイッチ２０の間には熱伝導の良い金属製フィルム１１しか存在しないため、ヒータ１０が過昇温した場合の応答性については非常に優れている。また、金属製フィルム１１は、局所的に加熱されるのではなく、ヒータ１０の放射熱により金属製フィルム１１全体が昇温するため、昇温の温度勾配も抑えられ最高到達温度を低減できる。さらに、金属製フィルム１１により加熱ニップ部Ｎ１を広くとる事ができるため、断熱性ベルト１５へも比較的熱が拡散し、昇温を抑えることができる。したがって、本実施例の定着装置７では暴走によるダメージを最小限に抑えることができた。

２）耐久性
本実施例および比較例１〜３の各定着装置７・７Ａ〜７Ｃにおいて連続通紙耐久を行った。結果を表２に示す。

比較例１の定着装置７Ａの場合は、加熱手段９Ａが断熱性ベルト１５と非接触である。このため、比較例１の定着装置７Ａでは、加熱手段９Ａが断熱性ベルト１５に与えるダメージが全く無く、耐久による問題は発生しなかった。

一方、比較例２の定着装置７Ｂでは、加熱手段９Ｂのヒータ２３が断熱性ベルト１５表面に直に接触し摺動している。このため、比較例２の定着装置７Ｂでは、断熱性ベルト１５表面に摺擦によるスジ状の傷が発生し、画像を悪化させてしまった。また、定着しきれずに断熱性ベルト１５上に残ったオフセットトナーがヒータ２３と断熱性ベルト１５との接触面に蓄積してトナー塊となり、それが吐き出された時に記録材上に画像不良となる汚れが発生していた。

比較例３の定着装置７Ｃでは、ヒータ２５と断熱性ベルト１５との間に摺動回転するポリイミドフィルム２７を介在させているため、断熱性ベルト１５への傷やトナー汚れで画像不良が発生することはなかった。

また、本実施例の定着装置７においても、金属製フィルム１１が断熱性ベルト１５と従動回転しているだけであるため、耐久による問題は発生しなかった。

３）立ち上がり時間
本実施例および比較例１〜３の各定着装置７・７Ａ〜７Ｃにおいて熱効率の良さを表す指標の一つである立ち上がり時間について比較を行った。

各定着装置７・７Ａ〜７Ｃにおいて、ヒータ１０・２１・２３・２５に８００Ｗの電力を投入した場合に、断熱性ベルト１５表面が２００℃に到達するまでの時間を測定した。結果を表３に示す。

比較例１および比較例２の定着装置７Ａ・７Ｂにおいては、ヒータ２１・２３の熱を効率よく断熱性ベルト１５に伝えているため、２００℃に達する時間が５．５秒前後であった。

これに対し、比較例３の加熱定着装置７Ｃでは、ヒータ２５から熱伝導性の悪いポリイミドフィルム２７を介して断熱性ベルト１５を温めている。このためポリイミドフィルム２７を介していない比較例２の定着装置７Ｂよりも立ちあがり時間が１秒ほど遅くなっている。

一方、本実施例の定着装置７では、ヒータ１０の放射熱を金属製フィルム１１を介して断熱性ベルト１５に伝えているが、ヒータ１０と金属製フィルム１１との間に熱伝達を妨げるものが存在せず、また金属製フィルム１１の熱伝導性も良い。このため、ヒータ１０の熱を効率よく断熱性ベルト１５に伝えることができ、立ち上がり時間は比較例１及び比較例２の定着装置７Ａ・７Ｂと比較しても大きく劣ることはなかった。

４）まとめ
以上の３つの比較実験を簡単にまとめたものを表４に示す。

表４から分かるように比較例１および比較例３の定着装置７Ａ・７Ｃでは安全性において満足のいく結果は得られなかった。

比較例２の定着装置７Ｂでは耐久性において満足のいく結果は得られなかった。

一方、本実施例の定着装置７では安全性、耐久性、熱効率ともに良好な結果が得られ、加熱手段９の構成が総合的に優れていることが確認された。

すなわち、本実施例の定着装置７では、断熱性ベルト１５を断熱性ベルト１５表面側の外部から加熱する加熱手段９において放射熱により非接触で加熱するヒータ１０を内蔵したエンドレス状の金属製フィルム１１を端部フランジ１７・１７により保持している。そのため、加熱ニップ部Ｎ１形成時に金属製フィルム１１の弾性変形により加圧力を大きくすること無く断熱性ベルト１５との接触面積を大きくすることができる。これにより、ヒータ１０の放射熱によって加熱される金属製フィルム１１の熱を効率的に断熱性ベルト１５に伝えることができる。

また、金属製フィルム１１の内部において定着ニップ部Ｎ２の通紙域に相当する部分にはヒータ１０のみしか存在しない。そのため、ヒータ１０の熱を効率よく金属製フィルム１１に伝達することができる。

また、ヒータ１０の周囲をエンドレス状の金属製フィルム１１で覆うことにより、高温のヒータ１０が記録材Ｐなど燃えやすいものと接触する可能性をゼロにすることができる。

また、サーミスタやサーモプロテクタ等の温度検知素子１９や安全素子であるサーモスイッチ２０を金属製フィルム１１上に接触することが可能となる。そのため、精度の良い温度制御や異常時の対応を早くすることができる。

本実施例では定着装置７の他の例を説明する。

図９は本実施例の定着装置７の横断側面模型図である。実施例１の定着装置７と共通する部材・部分には同じ符号を付して再度の説明を省略する。

実施例１の定着装置７においては、高速プリントを可能とするために、記録材Ｐが通過する定着ニップ部Ｎ２を広くとり、記録材Ｐへの未定着トナー画像ｔの定着性を向上させるために断熱性ベルト１５を用いていた。一方、低速プリントの場合は、断熱性ベルト１５に代えて断熱ローラ２８を用いても十分定着性を確保することができる。

そこで、本実施例の定着装置７では、定着部材として断熱性ローラ２８を用いている。断熱性ローラ２８は外部から供給された熱を内部に伝達しないような構成であればどのようなものでも良い。断熱性ローラ２８としては、例えばＳＵＳ、ＳＵＭ、Ａｌ等の金属製芯金２８ａの外周にシリコーンゴムやシリコーンゴムを発泡して形成したシリコーンスポンジゴム等の弾性層２８ｂを設けている。弾性層２８ｂの他の例として、シリコーンゴム中に中空フィラー、ガラスビーズなどを含有させたバルーンゴム等を適宜用いることができる。さらに弾性層２８ｂ上にＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰなどの離型性層を形成してあるローラを断熱性ローラ２８として用いても良い。この断熱性ローラ２８も前記の長手方向に細長い部材であり、金属製芯金２８ａの両端が装置フレームの側板対に回転可能に軸受け支持されている。

加熱手段９の金属性フィルム１１は断熱性ローラ２８表面に接触して、断熱性ローラ２８に熱を供給している。この金属製フィルム１１は図示しない端部フランジ１７により保持されて断熱性ローラ２８の外周面形状（曲面形状）にならうように弾性変形している。これにより加熱ニップ部Ｎ１の幅を広くとる事が可能となり、ヒータ１０により加熱される金属製フィルム１１の熱を効率的に断熱性ローラ２８に伝えることができる。したがって、本実施例の定着装置７においても、実施例１の定着装置７と同様な作用・効果を得ることができる。

〔その他〕
１）定着装置７において、断熱性ベルト１５の回転は加圧ローラ１６による従動回転に限られず、上ローラ１３、或いはテンションローラ１４による回転駆動でも良い。

２）本発明の画像加熱装置は、未定着画像を記録材上に永久画像として加熱定着させる定着装置ばかりでなく、未定着画像を記録材上に仮定着させる画像加熱装置、画像を担持した記録材を再加熱してつや等の画像表面性を改質する画像加熱装置なども包含される。

画像形成装置の構成模型図 実施例１の定着装置の横断面側面模型図 断熱性ベルトの断面図 金属製フィルム端部と端部フランジの第２規制部との関係を示す説明図 端部フランジによる金属製フィルム端部の保持状態を示す説明図 比較例１の定着装置の横断面側面模型図 比較例２の定着装置の横断面側面模型図 比較例３の定着装置の横断面側面模型図 実施例２の定着装置の横断面側面模型図

符号の説明

９‥‥加熱手段、１０‥‥ヒータ、１１・・・・金属製フィルム、１５・・・・断熱性ベルト
１６‥‥加圧ローラ、１７・・・・端部フランジ、２８‥‥断熱性ローラ、Ｐ・・・・記録材、
Ｎ１・・・・加熱ニップ部、Ｎ２‥‥定着ニップ部

Claims (10)

1. 加熱部材と、前記加熱部材と接触してニップ部を形成する加圧部材と、前記加熱部材を前記加熱部材の外部から加熱する加熱手段と、を有し、前記ニップ部で記録材を挟持搬送しつつ記録材上の画像を加熱する画像加熱装置において、
   前記加熱手段は、金属製の可撓性部材と、前記可撓性部材を放射熱により加熱する発熱体と、前記可撓性部材の記録材搬送方向と直交する長手方向の両端を保持する保持部材と、を有し、前記可撓性部材が前記加熱部材と接触して加熱ニップ部を形成するように前記保持部材に保持されることを特徴とする画像加熱装置。
2. 前記発熱体がハロゲンランプであることを特徴とする請求項１に記載の画像加熱装置。
3. 前記発熱体がカーボンヒータであることを特徴とする請求項１に記載の画像加熱装置。
4. 前記可撓性部材は前記加熱部材と接触する面がフッ素樹脂でコーティングされていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の画像加熱装置。
5. 前記可撓性部材は前記加熱部材と接触する面がフッ素樹脂からなるチューブで被覆されていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の画像加熱装置。
6. 前記可撓性部材は前記加熱部材と接触する面と反対側の面が前記発熱体の放射熱を８０〜１００％吸収する材料でコーティングされていることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の画像加熱装置。
7. 前記加熱部材は断熱層を有し、前記断熱層がオルガノポリシロキサン組成物１００重量部に対して平均粒径５００μｍ以下の中空フィラーを０．１〜２００重量部配合した配合物、あるいは、オルガノポリシロキサン組成物１００重量部に対して吸水性ポリマーを０．１〜５０重量部、水を１０〜２００重量部配合した配合物を形成後に焼成および硬化して形成されることを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の画像加熱装置。
8. 前記加熱部材は断熱層を有し、前記断熱層がシリコーンゴムを発泡してなる発泡シリコーンゴムであることを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の画像加熱装置。
9. 前記発熱体は前記可撓性部材を挟んで前記加熱ニップ部と対応する位置に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項８の何れかに記載の画像加熱装置。
10. 前記可撓性部材はエンドレス状のフィルムであることを特徴とする請求項１から請求項９の何れかに記載の画像加熱装置。