JP2009276418A - 像加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】弾性層を有する回転体の外周面に巻き付いた記録材を回転体の外周面の熱を奪うことなく分離できるようにした像加熱装置の提供。
【解決手段】弾性層２４を有する回転体２１と、前記回転体の外周面と接触しニップ部Ｎを形成するバックアップ部材２２と、前記回転体の外周面を加熱する加熱手段と、を有し、前記ニップ部で画像ｔを担持する記録材Ｐを挟持搬送しつつ画像を加熱する像加熱装置において、前記加熱手段は、前記回転体の外周面と接触して加熱する接触加熱手段３０と、前記回転体の外周面と非接触で加熱する非接触加熱手段４０を、共に具備することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真複写機、電子写真プリンタなどの画像形成装置に搭載される加熱定着装置（定着器）として用いれば好適な像加熱装置に関する。

電子写真方式の複写機やプリンタに搭載される加熱定着装置（定着器）として、熱ローラ方式の装置が知られている。このタイプの定着装置は、加熱手段と、加熱手段により加熱される定着ローラと、定着ローラと接触し協働してニップ部を形成する加圧ローラと、を有する。未定着のトナー画像を担持する記録材はニップ部で挟持搬送されつつ加熱され、これにより記録材上の画像は記録材上に加熱定着される。

定着ローラの加熱方法としては、定着ローラの内部にハロゲンランプ等の加熱部材を配置し、定着ローラ内部から定着ローラを加熱する方式と、定着ローラの外部にハロゲンランプ等の加熱部材を配置し、定着ローラ外部から定着ローラを加熱する方式がある。定着ローラ内部から定着ローラを加熱する内部加熱方式では、定着ローラの内面から定着ローラを加熱するため、定着ローラの外周面（表面）の温度がトナー画像の加熱定着可能な温度に到達するまでに時間を要してしまう。そこで、定着ローラ外部から定着ローラを加熱する外部加熱方式として、反射板を用いてハロゲンランプの輻射エネルギーを定着ローラ表面に集束させ、効率良く定着ローラ表面を加熱する方法が提案されている（特許文献１）。
特開平０７−１５２２７１号公報

外部加熱方式の定着装置では、ニップ部で挟持搬送された記録材が定着ローラ表面に巻き付いた場合に、その記録材がハロゲンランプの輻射エネルギー集束領域に到達する前にその記録材を定着ローラ表面から分離する必要がある。

本発明の目的は、弾性層を有する回転体の外周面に巻き付いた記録材を回転体の外周面の熱を奪うことなく分離できるようにした像加熱装置を提供することにある。

上記目的を達成するための構成は、弾性層を有する回転体と、前記回転体の外周面と接触しニップ部を形成するバックアップ部材と、前記回転体の外周面を加熱する加熱手段と、を有し、前記ニップ部で画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ画像を加熱する像加熱装置において、前記加熱手段は、前記回転体の外周面と接触して加熱する接触加熱手段と、前記回転体の外周面と非接触で加熱する非接触加熱手段を、共に具備することを特徴とする。

本発明によれば、弾性層を有する回転体の外周面に巻き付いた記録材を回転体の外周面の熱を奪うことなく分離できるようにした像加熱装置を提供することができる。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

［実施例１］
（１）画像形成装置例
図５は本発明に係る像加熱装置を加熱定着装置として搭載する画像形成装置の一例の構成模式図である。この画像形成装置は電子写真方式のレーザープリンタであって、ホストコンピュータなどの外部装置（不図示）より入力する画像情報に応じた画像を記録材に形成する。

本実施例１に示す画像形成装置は、外部装置からプリント指令を入力すると、像担持体としてのドラム形状の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）を矢印方向に所定の速度（プロセススピード）で回転する。その感光ドラム１の外周面（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。次に、その感光ドラム１表面の帯電面に対し光走査装置３により画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザビームＬａによる走査露光が施され、これによって感光ドラム１表面の帯電面に画像情報に応じた静電潜像が形成される。そしてその静電潜像は、現像装置４に設けられている現像ローラ４ａによりトナー（現像剤）を用いてトナー画像（以下、トナー像と記す）として現像される。

一方、給送カセット（不図示）より記録材搬送機構（不図示）によって給送された記録材Ｐは感光ドラム１表面のトナー像と同期がとられ感光ドラム１と転写装置としての転写ローラ５間の転写ニップ部へと搬送される。感光ドラム１表面のトナー像は記録材Ｐの搬送過程において転写ローラ５により記録材Ｐ上に転写され、記録材Ｐはそのトナー像を担持する。

トナー像を担持する記録材Ｐは加熱定着装置７に導入され、その加熱定着装置７より熱と圧力を受けることによってトナー像は記録材Ｐ上に加熱定着される。トナー像が加熱定着された記録材Ｐは排出トレイ（不図示）上に排出される。

トナー像の転写後に感光ドラム1表面に残る転写残トナーはクリーニング装置６に設けられているクリーニングブレード６ａによって感光ドラム１表面より除去される。これにより感光ドラム1表面は次の画像形成に供される。

（２）加熱定着装置
以下の説明において、加熱定着装置及び加熱定着装置を構成する部材に関し、長手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と直交する方向である。また長手方向とは定着フィルの回転方向に直交する方向でもある。短手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と平行な方向である。幅とは短手方向の寸法である。記録材に関し、幅方向とは記録材の面において記録材搬送方向と直交する方向である。幅とは幅方向の寸法である。

図１は実施例１に係る加熱定着装置７の一例の横断側面模式図である。図２は実施例１に係る加熱定着装置７の加熱ニップ部Nｈ及びその加熱ニップ部Nｈ付近の横断側面拡大模式図である。

本実施例１に示す加熱定着装置(以下、定着装置と記す）７は、回転体としての定着ローラ２１と、バックアップ部材としての加圧ローラ２２と、接触加熱手段３０と、非接触加熱手段４０と、を有する。

（２−１）定着ローラ
定着ローラ２１は、丸軸状の芯金２３と、芯金２３の外周面上に設けられたローラ状の弾性層２４と、弾性層２４の外周面上に設けられた離型性層２５と、を有する。アルミあるいは鉄などの金属製の芯金２３の外周面には、ブラスト処理等の表面粗し処理が行われている。弾性層２４として、シリコーンゴムより形成された弾性層（ソリッドゴム層）、あるいは断熱効果を持たせるためにシリコーンゴムを発泡して形成された弾性層（スポンジゴム層）を用いてもよい。あるいはシリコーンゴム層内に中空のフィラーを分散させ、硬化物内に気体部分を持たせ、断熱作用を高めた弾性層（気泡ゴム層）を用いてもよい。弾性層２４の長さは画像形成装置に用いられる最大サイズの記録材Ｐの幅以上の長さに設定してある。

定着ローラ２１は、熱容量が大きく、また熱伝導率が少しでも大きいと、定着ローラ２１の外周面（表面）が後述のヒータ３１及びハロゲンランプ４１から受ける熱を内部に吸収しやすく、定着ローラ２１表面温度が上昇しにくくなる。よって、弾性層２４はできるだけ低熱容量で熱伝導率が低く、断熱効果の高い材料の方が、定着ローラ２１の立ち上がり時間の短縮に有利である。従って、弾性層２４において、上記シリコーンゴムのソリッドゴム層は熱伝導率が０．２５〜０．２９Ｗ／（ｍ・ｋ）であり、スポンジゴム、気泡ゴムは熱伝導率が０．１１〜０．１６Ｗ／（ｍ・ｋ）である。従ってスポンジゴム、気泡ゴムの熱伝導率はソリッドゴムの約半分の値を示す。また、熱容量に関係する比重はソリッドゴムが約１．０５〜１．３０、スポンジゴム、気泡ゴムが約０．７５〜０．８５である。従って、定着ローラ２１の弾性層２４の好ましい材料としては、熱伝導率が０．１５Ｗ／ｍ・ｋ以下で、比重が０．８５以下の断熱効果の高いスポンジゴムや気泡ゴム層の方が好ましい。また、定着ローラ２１の外径は小さい方が熱容量を抑えられるが、小さすぎると後述するニップ部Ｎの幅がかせぎにくくなるため適度な径が必要である。弾性層２４の肉厚に関しても、薄すぎれば金属製の芯金２３に熱が逃げるので適度な厚みが必要である。上記の定着ローラ２１の立ち上がり時間とは、定着ローラ２１表面の加熱開始から定着ローラ２１表面温度が所定の定着温度（目標温度）に達するまでの所要時間をいう。

以上を考慮して本実施例では、適正なニップ部Ｎを形成でき、且つ熱容量を抑えるために、肉厚が４ｍｍの気泡ゴムを用いて弾性層２４を形成し、外径がφ２０ｍｍの定着ローラ２１を使用した。なお、気泡ゴムによる弾性層２４を形成するにあたり使用する中空フィラーとしては、ガラスバルーン、シリカバルーン、カーボンバルーン、など、いかなるものであっても構わない。あるいは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、いかなるものであっても構わない。また、芯金２３は中空芯金でもよい。

離型性層２５としては、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）等のフッ素樹脂離型性層を用いている。定着ローラ２１の表層として設けられている離型性層５３ｃは、トナー画像ｔに対して離型性の向上を図り、かつ接触加熱手段３０の後述するヒータ３１に対して摺動性の向上を図るためのものである。

また、弾性層２４及び離型性層２５は、ハロゲンランプ４１の輻射エネルギーを効率良く吸収するために、黒色体材料を用いるのが好ましい。そのため弾性層２４及び離型性層２５には黒色顔料やカーボンブラック等のフィラーを分散させている。

（２−２）加圧ローラ
加圧ローラ２２は定着ローラ２１と同じ構成としてある。従って加圧ローラ２２において、芯金２６は定着ローラ２１の芯金２３と、弾性層２７は定着ローラ２１の弾性層２４と、離型性層２８は定着ローラ２１の離型性層２５と、それぞれ同じ材料を用いて形成してある。また加圧ローラ２２の外径も定着ローラ２１の外径と同じである。

定着ローラ２１及び加圧ローラ２２は長手方向に細長い部材である。この定着ローラ２１及び加圧ローラ２２の弾性層２４，２７は画像形成装置に用いられる最大サイズの記録材Ｐの幅以上の長さに設定してある。そして定着ローラ２１は芯金２３の長手方向両端が装置フレーム（不図示）に軸受を介して回転自在に保持されている。その定着ローラ２１の下方において定着ローラ２１と並列に配された加圧ローラ２６は芯金２６の長手方向両端が装置フレームに軸受を介して回転自在に保持されている。そして定着ローラ２１の軸受と加圧ローラ２２の軸受をそれぞれ加圧ばねなどの加圧部材（不図示）によって芯金２３，２６の軸線方向に向けて加圧している。これにより定着ローラ２１の外周面（表面）と加圧ローラ２２の外周面（表面）を加圧状態に接触させ弾性層２４，２７を長手方向に弾性変形させることによって、定着ローラ２１表面と加圧ローラ２２表面との間に所定幅のニップ部Ｎを形成している。

定着ローラ２１の芯金２３の長手方向端部には駆動ギア（不図示）が設けられ、その駆動ギアが駆動源としての定着モータＭにより回転駆動される。これによって定着ローラ２１は矢印方向に回転する。

（２−３）接触加熱手段
接触加熱手段３０は、定着ローラ２１の回転方向において、ニップ部Ｎの下流側で、かつ非接触加熱手段４０の上流側に配置されている。この接触加熱手段３０は、プレート状のヒータ(接触加熱部材）３１と、ヒータ３１を保持するヒータホルダ３２などを有する。ヒータ３１とヒータホルダ３２は何れも長手方向に細長い部材である。

ヒータ３１は、長手方向に細長い基板３１ａを有する。この基板３１ａ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、あるいはポリイミド、ＰＰＳ、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂基板からなる。この基板３１ａの表面には、基板３１ａの長手方向に沿って例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）、ＲｕＯ_２、Ｔａ_２Ｎ等の通電発熱抵抗層３１ｂ（図２）をスクリーン印刷等により厚み１０μｍ程度、幅１〜５ｍｍ程度の線状もしくは細帯状に塗工して形成してある。この通電発熱抵抗層３１ｂの長さは画像形成装置に用いられる最大サイズの記録材Ｐの幅以上の長さに設定してある。また基板３１ａの表面には、熱効率を損なわない範囲で通電発熱抵抗層３１ｂを保護する保護層３１ｃを設けてあっても良い。ただし、保護層３１ｃの厚みは十分薄く、通電発熱抵抗層３１ｂの表面性を良好にする程度が好ましい。また、ヒータ３１の基板３１ａとして熱伝導性の良好な窒化アルミ等を使用する場合には、通電発熱抵抗層３１ｂは基板３１ａの裏面に形成してあっても良い。

ヒータホルダ３２は、定着ローラ２１の長手方向においてヒータ３１の保護層３１ｃの表面が定着ローラ２１表面に対向するようにヒータ３１の基板３１ａを保持している。そしてヒータホルダ３２の長手方向両端が装置フレームに保持されている。そしてヒータホルダ３２の長手方向両端をそれぞれ加圧ばねなどの加圧部材（不図示）によって定着ローラ２１の芯金２３の軸線方向に向けて加圧している。そしてそのヒータ３１の保護層３１ｃ表面、及びそのヒータ３１において定着ローラ２１の回転方向上流側の保護層３１ｃ表面の稜線Ａ（図２）を定着ローラ２１表面に加圧状態に接触させ定着ローラ２１の弾性層２４を長手方向に弾性変形させている。これによりヒータ３１の保護層３１ｃ表面と定着ローラ２１表面との間に加熱ニップ部Ｎｈを形成している。

ヒータホルダ３２の材料として、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫなどの耐熱性樹脂が用いられている。ヒータホルダ３２は、ヒータホルダ３２の熱伝導率が低いほど定着ローラ２２表面の加熱に際する熱効率が高くなる。よってヒータホルダ３２の熱容量を抑えるために、耐熱性樹脂層の中に中空のフィラー、例えばガラスバルーン、シリカバルーン等を内包してあっても良い。

（２−４）非接触加熱手段
非接触加熱手段４０は、定着ローラ２１の回転方向において、接触加熱手段３０の下流側で、かつニップ部Ｎの上流側に配置されている。この非接触加熱手段４０は、ハロゲンランプ（非接触加熱部材）４１と、ハロゲンランプ４１の発光部４１ａから輻射される輻射エネルギーを反射し定着ローラ２１表面へ集束させる反射ミラー（反射部材）４２などを有する。ハロゲンランプ４１と反射ミラー４２は何れも長手方向に細長い部材である。

横断面略Ｕ字形状に形成された反射ミラー４２は定着ローラ２１表面側に開口部４２ａを有している。反射ミラー４２の長さは画像形成装置に用いられる最大サイズの記録材Ｐの幅以上の長さに設定してある。そして反射ミラー４２は、定着ローラ２１の長手方向に沿って定着ローラ２１と並列に配されている。そして反射ミラー４２の長手方向両端が装置フレームに保持されている。反射ミラー４２は、赤外光の反射率が高い高輝アルミ、金、銀を用いて作製することができる。または、アルミ、ＳＵＳ、鉄等の金属を用いて横断面略Ｕ字形状の基板を作製し、その基板の内面に金をメッキしてもよい。

ハロゲンランプ４１は、フィラメント及びハロゲンガスをガラス球内に具備してなる長手方向に細長い発光部４１ａと、その発光部４１ａの長手方向両端に設けられている口金（不図示）と、を有する。このハロゲンランプ４１は、反射ミラー４２の内側において定着ローラ２１の長手方向に沿って定着ローラ２１と並列に配置されている。そしてハロゲンランプ４１の口金が装置フレームに保持されている。発光部４１ａの長さは画像形成装置に用いられる最大サイズの記録材Ｐの幅以上の長さに設定してある。

（３）定着装置の加熱定着動作
本実施例１の定着装置７は、プリント指令に応じて定着モータＭが回転駆動される。これによって定着ローラ２１は、定着ローラ２１表面がニップ部Ｎで加圧ローラ２２表面と接触し、加熱ニップ部Ｎｈでヒータ３１の保護層３１ｃと接触しながら矢印方向に回転する。そしてその定着ローラ２１の回転はニップ部Ｎを通じて加圧ローラ２２表面に伝達される。これによって加圧ローラ２２は、定着ローラ２１の回転に追従して矢印方向に回転する。

またプリント指令に応じて制御手段としての温調制御部Ｃ（図１）は電源ＡＣからヒータ３１の通電発熱抵抗層３１ｂに通電するとともにハロゲンランプ４１の発光部４１ａのフィラメントに通電する。これによりヒータ３１の通電発熱抵抗層３１ｂが発熱しヒータ３１は急速昇温して定着ローラ２１表面を加熱する。またハロゲンランプ４１の発光部４１ａは輻射エネルギーを輻射する。そして反射ミラー４２はハロゲンランプ４１の発光部４１ａから輻射された輻射エネルギーを反射し定着ローラ２１表面上に集束させて定着ローラ２１表面を加熱する。その輻射エネルギーを定着ローラ２１表面上に集束させた領域を、以下、輻射エネルギー集束領域Ｂと記す。ヒータ３１の温度は基板３１ａの裏面（定着ローラ２１表面と反対側の面）上に設けられている温度検知手段としてのサーミスタなどの温度検知素子３３により検知される。そしてその温度検知素子３３はヒータ３０の温度検知信号を温調制御部Ｃに出力する。この温度検知素子３３は基板３１ａの長手方向におけるニップ部Ｎの記録材搬送領域において画像形成装置に用いられる各種サイズの記録材Ｐが必ず通過する領域に配置されている。温調制御部Ｃは、温度検知素子３３からの温度検知信号を取り込む。そしてその温度検知信号に基づいて、定着ローラ２１表面が所定の温調温度（目標温度）を維持するようにヒータ３１の通電発熱抵抗層３１ｂへの通電、及びハロゲンランプ４１の発光部４１ａのフィラメントへの通電を制御する。ヒータ３１の通電発熱抵抗層３１ｂ及びハロゲンランプ４１のフィラメントへの通電制御は、通電発熱抵抗層３１ｂ及びフィラメントに印加する電圧のデューティー比や波数等を適切に制御することによって、定着ローラ２１表面を所定の温調温度に維持している。

定着ローラ２１及び加圧ローラ２２の回転が安定し、かつ定着ローラ２１が所定の温調温度に維持された状態で、未定着のトナー画像ｔを担持する記録材Ｐがニップ部Ｎの記録材搬送領域に導入される。その記録材Ｐはニップ部Ｎで定着ローラ２１表面と加圧ローラ２２表面とにより挟持搬送される。その搬送過程においてトナー画像ｔには定着ローラ２１表面の温調温度に対応する熱とニップ部Ｎの圧力が加えられ、その熱と圧力によってトナー画像ｔは記録材Ｐ上に加熱定着される。そしてその記録材Ｐは記録材Ｐ上に加熱定着されたトナー画像ｔがニップ部Ｎの記録材排出側の定着ローラ２１表面から分離され排出トレイ上に排出される。

（４）評価
上述の実施例１の定着装置７を用いて、定着ローラ２１表面の常温２５℃からの昇温速度を測定した。

本評価において、定着ローラ２１の回転速度は２００ｍｍ／ｓｅｃとした。また、定着ローラ２１としては、アルミ芯金２３の上に弾性層２４として厚み４ｍｍのシリコーンゴム中に中空フィラーを分散させた気泡ゴムタイプのものを使用した。定着ローラ２１の離型性層２５には３０μｍの厚さのＰＦＡチューブを用いた。

また比較例として図３に示す従来例１の定着装置、及び図４に示す従来例２の定着装置をついても、同様な測定を行った。図３は従来例１の定着装置の横断側面模式図である。図４は従来例２の定着装置の横断側面模式図である。

従来例１の定着装置は、定着ローラ２１表面をハロゲンランプ１１のみで加熱する点を除いて、実施例１の定着装置７と同じ構成としてある。従来例２の定着装置は、定着ローラ２１表面をハロゲンランプ１１のみで加熱する点、及び定着ローラ２１表面への記録材Pの巻き付き防止のための分離爪１３を有する点を除いて、実施例１の定着装置７と同じ構成としてある。分離爪１３は、実施例１の定着装置７のヒータ３１と同じ位置に設けてある。

実施例１の定着装置７において、ヒータ３１及びハロゲンランプ４１への投入電力はそれぞれ３００Ｗとしている。従来例１、及び従来例２の定着装置７において、ハロゲンランプ１１への投入電力は６００Ｗとしている。つまり、実施例１、従来例１、及び従来例２のそれぞれの定着装置において、投入電力の合計を同じにしている。

実施例１、従来例１、及び従来例２のそれぞれの定着装置における定着ローラ２１の表面温度の測定結果を表１に示す。

従来例２では、定着ローラ２１表面に接触している分離爪１３に定着ローラ２１表面の熱が奪われるため、定着ローラ２１表面の昇温速度が遅くなってしまった。また、従来例１の定着装置と実施例１の定着装置７では、定着ローラ２１の昇温速度は同等であるが、従来例１の定着装置には記録材Ｐの定着ローラ２１表面への巻き付き防止手段がないため、記録材が定着ローラ２１表面に巻き付きやすい。

これに対して、実施例１の定着装置７では、定着ローラ２１表面に接触しているヒータ３１が、記録材Ｐを定着ローラ２１表面から分離させる分離手段としての機能を有している。つまり、ヒータ３１において定着ローラ２１の回転方向上流側の保護層３１ｃ表面の稜線Ａが常に定着ローラ２１表面と接触していることで、仮に記録材Ｐが定着ローラ２１表面に巻き付いた場合でも、ヒータ３１が分離爪の役割を果たすようになる。従って定着ローラ２１表面に巻き付いた記録材Ｐを輻射エネルギー集束領域Ｂに到達する前に定着ローラ２１表面から分離できる。

また、ヒータ３１は通電により昇温しているので、定着ローラ２１表面の熱を奪うことがなく、従来例２の定着装置のように定着ローラ２１の昇温速度が遅くなることはない。

［実施例２］
定着装置の他の例を説明する。

（１）定着装置
本実施例２に示す定着装置は、定着ローラに代えてエンドレスベルトとしての定着ベルトを用いた点、その定着ベルトを駆動ローラとテンションローラとに掛け回して保持させた点を除いて、実施例１の定着装置７と同じ構成としてある。本実施例２では、実施例１の定着装置と同じ部材・部分には同一の符号を付して再度の説明を省略する。実施例３についても同様とする。

図６は本実施例２に係る定着装置７の一例の横断側面模式図である。図７は本実施例２に係る定着装置７の定着ベルト５３の層構成の説明図である。

（１−１）定着ベルト
本実施例の定着装置７において、定着ベルト５３は、エンドレスの基層５３ａと、基層５３ａの外周面上に設けられた弾性層５３ｂと、弾性層５３ｂの外周面上に設けられた離型性層５３ｃと、を有する。基層５３ａの材料として、耐熱性、可撓性を有する、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の樹脂を用いている。基層５３ａの厚みは１０μｍ〜１００μｍである。弾性層５３ｂとして、シリコーンゴムにより形成された弾性層（ソリッドゴム層）、あるいは断熱効果を持たせるためにシリコーンゴムを発泡して形成された弾性層（スポンジゴム層）を用いてもよい。あるいはシリコーンゴム層内に中空のフィラーを分散させ、硬化物内に気体部分を持たせ、断熱作用を高めた弾性層（気泡ゴム層）を用いてもよい。弾性層５３ｂの厚みは０．５ｍｍ〜５ｍｍとする。定着ベルト５３の表層として設けられている離型性層５３ｃは、トナー画像ｔに対して離型性の向上を図り、かつヒータ３１に対して摺動性の向上を図るために、弾性層５３ｂの外周面上にＰＦＡ、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂をコートして形成してある。または、弾性層５３ｂの外周面上にフッ素樹脂チューブを被覆して形成してある。

定着ベルト５３は、熱容量が大きく、また、熱伝導率が少しでも大きいと、定着ベルト５３の外周面（表面）がヒータ３１及びハロゲンランプ４１から受ける熱を内部に吸収しやすく、定着ベルト５３表面温度が上昇しにくくなる。よって、弾性層５３ｂはできるだけ低熱容量で熱伝導率が低く、断熱効果の高い材料の方が、定着ベルト５３の立ち上がり時間に有利である。さらに、ハロゲンランプ４１の輻射エネルギーをより吸収しやすくするために、離型性層５３ｃのフッ素樹脂、または弾性層５３ｂのシリコーンゴム層、またはフッ素樹脂とシリコーンゴム層の接着層にカーボンブラックを分散してもよい。または弾性層５３ｂのシリコーンゴムの着色材として黒ベンガラ等を混ぜることにより、定着ベルト５３を外側から見た時に、黒色に見えるようにする。また、定着ベルト５３の外周長さは、短い方が熱容量を抑えられるが、短すぎるとニップ部Ｎとヒータ３１との間にトナー画像ｔ冷却用の非加熱領域を形成し難くなるともにニップ部Ｎの幅がかせぎにくくなるため、適度な外周長さが必要である。上記の定着ベルト５３の立ち上がり時間とは、定着ベルト５３表面の加熱開始から定着ベルト５３表面温度が所定の定着温度（目標温度）に達するまでの所要時間をいう。

以上を考慮して本実施例２の定着ベルト５３の構成は、適正なニップ部Ｎを形成でき、且つ熱容量を抑えるために、肉厚が２．５ｍｍの気泡ゴムを用いて弾性層５３ｂを形成し、内径をφ２５ｍｍとした。尚、弾性層５３ｂとして気泡ゴムを用いる定着ベルト５３では耐熱性樹脂の外側に断熱層を具備させる。断熱層としては、オルガノポリシロキサン組成物１００重量部に平均粒径が３００μｍ以下の中空フィラーを０．１〜２００重量部、白金化合物触媒のような硬化触媒を配合した配合物を形成後に加熱成形して形成する。あるいは、オルガノポリシロキサン組成物１００重量部に吸水性ポリマーを０．１〜５０重量部、水を１０〜２００重量部、白金化合物触媒のような硬化触媒、ＳｉＨポリマーのような架橋剤を添加した組成物を形成後、加熱成形して形成する。これにより定着ベルト５３の熱伝導率を０．１５Ｗ／ｍ・Ｋ以下とする。また、上記の弾性層５３ｂの外周面上には、離型性層５３ｃとしてＰＦＡチューブを被覆した。

（１−２）駆動ローラ
定着ベルト５３を掛け回した駆動ローラ５０とテンションローラ５４のうち、駆動ローラ５０は、アルミあるいは鉄などの金属製の丸軸状の芯金５１と、芯金５１の外周面上に設けられた断熱性のシリコーンゴムよりなるローラ状の弾性層５２と、を有する。この駆動ローラ５０の長さは実施例１の定着装置７の定着ローラ２１の長さと略同じである。この駆動ローラ５０は、加圧ローラ２２の上方において加圧ローラ２２と並列に配され、芯金５１の長手方向両端が装置フレームに軸受を介して回転自在に保持されている。そして定着ローラ２１は芯金２３の長手方向両端が装置フレームに軸受を介して回転自在に保持されている。そして駆動ローラ５０の軸受と加圧ローラ２２の軸受をそれぞれ加圧ばねなどの加圧部材（不図示）によって芯金５１，２６の軸線方向に向けて加圧している。これにより定着ベルト５３を駆動ローラ５１の外周面（表面）と加圧ローラ２２表面とで挟み定着ベルト５３の外周面（表面）に加圧ローラ２２表面を加圧状態に接触させ弾性層５２，２４，２７を長手方向に弾性変形させている。これにより定着ベルト５３表面と加圧ローラ２２表面との間に所定幅のニップ部Ｎを形成している。

駆動ローラ５０の芯金５１の長手方向端部には駆動ギア（不図示）が設けられ、その駆動ギアが駆動源としての定着モータＭにより回転駆動される。これによって駆動ローラ５０は矢印方向に回転する。

（１−３）テンションローラ
一方、テンションローラ５４は、アルミあるいは鉄などの金属製の中空のローラ、またはアルミあるいは鉄などの金属製の芯金５４ａの外周面上に断熱性のシリコーンゴムなどの弾性層５４ｂを設けたものである。このテンションローラ５４は、芯金５１の長手方向両端が装置フレームに軸受を介して回転自在に保持されている。そしてテンションローラ５４の直径を定着ローラ５０よりも小さくすることによって、テンションローラ５４に掛け回されている定着ベルト５３の外周面（表面）から記録材Ｐを分離させやすくしている。

（２）定着装置の加熱定着動作
本実施例２の定着装置７は、プリント指令に応じて定着モータＭが回転駆動される。これによって駆動ローラ５０は矢印方向へ回転する。この駆動ローラ５０の回転に追従して定着ベルト５３が矢印方向へ回転し、この定着ベルト５３の回転に追従してテンションローラ５４も矢印方向へ回転する。その際に定着ベルト５３は、定着ベルト５３表面がニップ部Ｎで加圧ローラ２２表面と接触し加熱ニップ部Ｎｈでヒータ３１の保護層３１ｃと接触しながら矢印方向に回転する。そしてその定着ベルト５３の回転はニップ部Ｎを通じて加圧ローラ２２表面に伝達される。これによって加圧ローラ２２は、定着ローラ２１の回転に追従して矢印方向に回転する。

またプリント指令に応じて制御手段としての温調制御部Ｃは電源ＡＣからヒータ３１の通電発熱抵抗層３１ｂに通電するとともにハロゲンランプ４１の発光部４１ａのフィラメントに通電する。これによりヒータ３１の通電発熱抵抗層３１ｂが発熱しヒータ３１は急速昇温して定着ベルト５３表面を加熱する。またハロゲンランプ４１の発光部４１ａは輻射エネルギーを輻射する。そして反射ミラー４２はハロゲンランプ４１の発光部４１ａから輻射された輻射エネルギーを反射し定着ベルト５３表面上に集束させて定着ベルト５３表面を加熱する。本実施例２においても定着ベルト５３表面上に輻射エネルギーを集束させた領域を輻射エネルギー集束領域Ｂと記す。そして温調制御部Ｃは、温度検知素子３３からの温度検知信号を取り込む。そしてその温度検知信号に基づいて、定着ベルト５３表面が所定の温調温度を維持するようにヒータ３１の通電発熱抵抗層３１ｂへの通電、及びハロゲンランプ４１の発光部４１ａのフィラメントへの通電を制御する。

定着ベルト５３及び加圧ローラ２２の回転が安定し、かつ定着ベルト５３が所定の温調温度に維持された状態で、トナー画像ｔを担持する記録材Ｐがニップ部Ｎの記録材搬送領域に導入される。その記録材Ｐはニップ部Ｎで定着ベルト５３表面と加圧ローラ２２表面とにより挟持搬送される。その搬送過程においてトナー画像ｔには定着ベルト５３表面の温調温度に対応する熱とニップ部Ｎの圧力が加えられ、その熱と圧力によってトナー画像ｔは記録材Ｐ上に加熱定着される。そしてその記録材Ｐは記録材Ｐ上に加熱定着されたトナー画像ｔがニップ部Ｎの記録材排出側でテンションローラ５４に巻き回されている定着ベルト５３表面から分離され排出トレイ上に排出される。

本実施例２の定着装置７は、定着ベルト５３と加圧ローラ２２とでニップ部Ｎを形成するので、ニップ部Ｎの幅を実施例１の定着装置７よりも広くすることができる。よって、記録材Ｐ上に担持されているトナー画像ｔを加熱定着する時間を長くすることができるため、単位時間当りの定着処理枚数を増やすことが可能となる。

また、テンションローラ５４の直径を駆動ローラ５０の直径よりも小さくすることで、記録材Ｐが定着ベルト５３表面から分離するときの定着ベルト５３の曲率を大きくでき、記録材Ｐの定着ベルト５３表面からの分離性を向上できる。

また、分離爪の役割も併せもつヒータ３１がハロゲンランプ４１よりも定着ベルト５３の回転方向に対して上流側に位置しているため、記録材Ｐが定着ベルト５３表面に巻き付いた場合でも記録材Ｐをヒータ３１により定着ベルト５３表面から確実に分離できる。つまり、定着ベルト５３表面に巻き付いた記録材Ｐを輻射エネルギー集束領域Ｂに到達する前に記録材Ｐをヒータ３１により定着ベルト５３表面から分離できる。またヒータ３１は通電により昇温しているので、定着ベルト５３表面の熱を奪うことがなく、定着ベルト５３の昇温速度が遅くなることはない。

［実施例３］
定着装置の他の例を説明する。

（１）定着装置
本実施例３に示す定着装置は、加圧ローラに代えて可撓性回転体としての加圧フィルムを用いた点、その加圧フィルムを摺動部材により定着ローラ表面に接触させニップ部を形成した点を除いて、実施例１の定着装置７と同じ構成としてある。

図８は本実施例３に係る定着装置７の一例の横断側面模式図である。図９は本実施例３に係る定着装置７のニップ部N及びそのニップ部N付近の横断側面拡大模式図である。図１０は本実施例３に係る定着装置７のニップ幅領域の圧力分布を表わす説明図である。

（１−１）加圧フィルム
本実施例３の定着装置７において、加圧フィルム６２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のフィルムである。加圧フィルム６２の厚みは、強度等を考慮し、２０μｍ以上１５０μｍ未満が適当な範囲である。また、定着ローラ２１表面上に付着したオフセットトナーが蓄積しないように、基層６３ａの外周面上にはＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、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。加圧フィルム６２の長さは実施例１の加圧ローラ２２の長さと略同じである。

（１−２）摺動部材
摺動部材６３は、加圧フィルム６２の内部に具備させてある。この摺動部材６３は、耐熱フェルト、マイカシート、セラミックシート、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ポリイミド、ポリアミドイミド、フッ素樹脂、ＰＥＥＫ等の耐熱性を有する樹脂より形成され、特に断熱性を有する樹脂材が適している。そして摺動部材６３は、後述の加圧ホルダー６４により保持され摺動部材６３の表面で加圧フィルム６２の内周面（内面）を加圧して加圧フィルム６２の外周面（表面）を定着ローラ２１表面に接触させることによってニップ部Ｎを形成するものである。摺動部材６３のニップ部側の面、つまり摺動部材６３において加圧フィルム６２内面を加圧する表面は、図９に示されるように、加圧フィルム６２の回転方向下流側の領域Ａ１と、加圧フィルム６２の回転方向上流側の領域Ａ２と、を有する。そしてその回転方向下流側の領域Ａ１には回転方向上流側の領域Ａ２よりも加圧フィルム６２側（可撓性回転体側）に凸形状を付与させてある。その摺動部材６３の表面には、加圧フィルム６２内面との摩擦抵抗を低減するために、ガラスコート、フッ素樹脂等の摺動層をコーティングしてあっても良い。摺動部材６３の長さは加圧フィルム６２の長さと略同じに設定してある。

（１−３）加圧ホルダー
加圧ホルダー６４は、加圧フィルム６２の内部に具備されている。加圧ホルダー６４の長さは加圧フィルム６２の長さと略同じに設定してある。この加圧ホルダー６４は、摺動部材６３の表面を加圧フィルム６２内面に対向させた状態に加圧フィルム６２内面側の上面で摺動部材６３を保持している。そして加圧ホルダー６４の長手方向両端を装置フレームに保持させるとともに、その加圧ホルダー６４の長手方向両端を加圧ばねなどの加圧部材によって定着ローラ２１の芯金２３の軸線方向に向けて加圧している。これにより加圧フィルム６２を摺動部材６３と定着ローラ２１とで挟み加圧フィルム６２表面を定着ローラ２１表面に加圧状態に接触させることによって定着ローラ２１の弾性層２４を長手方向に弾性変形させている。これにより定着ローラ２１表面と加圧フィルム６２表面との間に所定幅のニップ部Ｎを形成している。

ニップ部Ｎの幅領域（以下、ニップ幅領域と記す）において、摺動部材６３表面の領域Ａ２は領域Ａ１よりも定着ローラ２１の弾性層２４への食い込み量が多い。ここで、ニップ幅領域における摺動部材６３表面の領域Ａ１と対応する上流側領域から摺動部材６３表面の領域Ａ２と対応する下流側領域までの圧力分布を測定する。するとその圧力分布は図９のような分布となっている。すなわち、ニップ幅領域の上流側領域では略均一な圧力分布を示している。これに対して、ニップ幅領域の下流側領域の特にニップ部出口付近では、定着ローラ２１側へ凸形状を施した摺動部材６３表面の領域Ａ２の形状に起因して圧力が高くなっている。

加圧フィルム６２と摺動部材６３の間には、摩擦抵抗を小さく抑えるために、グリス等の潤滑剤を少量介在させてある。そのグリスは、熱伝導率が低く、加圧フィルム６２を介して定着ローラ２１からの熱が摺動部材６３および加圧ホルダー６４へ放熱されるのを防ぐ役割を果たす。

（２）定着装置の加熱定着動作
本実施例３の定着装置７は、プリント指令に応じて定着モータＭが回転駆動される。これによって定着ローラ２１は、定着ローラ２１表面がニップ部Ｎで加圧フィルム６２表面と接触し、加熱ニップ部Ｎｈでヒータ３１の保護層３１ｃと接触しながら矢印方向に回転する。そしてその定着ローラ２１の回転はニップ部Ｎを通じて加圧フィルム６２表面に伝達される。これによって加圧フィルム６２は、定着ローラ２１の回転に追従して矢印方向に回転する。

温調制御部Ｃによるヒータ３１の通電発熱抵抗層３１ｂへの通電、及びハロゲンランプ４１の発光部４１ａのフィラメントへの通電の制御は、実施例１の定着装置７と同じあるため、実施例１の説明を援用する。

定着ローラ２１及び加圧フィルム６２の回転が安定し、かつ定着ローラ２１が所定の温調温度に維持された状態で、未定着のトナー画像ｔを担持する記録材Ｐがニップ部Ｎの記録材搬送領域に導入される。その記録材Ｐはニップ部Ｎで定着ローラ２１表面と加圧フィルム６２表面とにより挟持搬送される。その搬送過程においてトナー画像ｔには定着ローラ２１表面の温調温度に対応する熱とニップ部Ｎの圧力が加えられ、その熱と圧力によってトナー画像ｔは記録材Ｐ上に加熱定着される。そしてその記録材Ｐは記録材Ｐ上に加熱定着されたトナー画像ｔがニップ部Ｎの記録材排出側の定着ローラ２１表面から分離され排出トレイ上に排出される。

本実施例３の定着装置７は、摺動部材６３における加圧フィルム６２の回転方向下流側の領域Ａ１に回転方向上流側の領域Ａ２よりも加圧フィルム６２側に凸形状を付与させることで、ニップ幅領域の下流側領域の圧力を上流側領域に比べて大きく設定している。これにより、ニップ幅領域の下流側領域での定着ローラ２１の弾性層２４の歪みを大きくすることで、記録材Ｐが定着ローラ２１表面から分離するときの定着ローラ２１の曲率を大きくできるため、記録材Ｐの定着ローラ２１表面からの分離性を向上できる。

また、分離爪の役割も併せもつヒータ３１がハロゲンランプ４１よりも定着ローラ２１の回転方向に対して上流側に位置しているため、記録材Ｐが定着ローラ２１表面に巻き付いた場合でも記録材Ｐをヒータ３１により定着ローラ２１表面から確実に分離できる。つまり、定着ローラ２１表面に巻き付いた記録材Ｐを輻射エネルギー集束領域Ｂに到達する前に記録材Ｐをヒータ３１により定着ローラ２１表面から分離できる。またヒータ３１は通電により昇温しているので、定着ローラ２１表面の熱を奪うことがなく、定着ローラ２１の昇温速度が遅くなることはない。

実施例１に係る加熱定着装置の一例の横断側面模式図 実施例１に係る加熱定着装置の加熱ニップ部及びその加熱ニップ部付近の横断側面拡大模式図 従来例１の定着装置の横断側面模式図 従来例２の定着装置の横断側面模式図 画像形成装置の一例の構成模式図 実施例２に係る定着装置の一例の横断側面模式図 実施例２に係る定着装置の定着ベルトの層構成の説明図 実施例３に係る定着装置の一例の横断側面模式図 実施例３に係る定着装置のニップ部及びそのニップ部付近の横断側面拡大模式図 実施例３に係る定着装置のニップ幅領域の圧力分布を表わす説明図

符号の説明

２１・・・定着ローラ、２４・・・弾性層、３０・・・接触加熱手段、３１・・・ヒータ、４０・・・非接触加熱手段、４１・・・ハロゲンランプ、５３・・・定着ベルト、６２・・・加圧フィルム、６３・・・摺動部材、Ａ・・・ヒータの稜線、Ｎ・・・ニップ部、Ｐ・・・記録材

Claims (8)

1. 弾性層を有する回転体と、前記回転体の外周面と接触しニップ部を形成するバックアップ部材と、前記回転体の外周面を加熱する加熱手段と、を有し、前記ニップ部で画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ画像を加熱する像加熱装置において、
   前記加熱手段は、前記回転体の外周面と接触して加熱する接触加熱手段と、前記回転体の外周面と非接触で加熱する非接触加熱手段を、共に具備することを特徴とする像加熱装置。
2. 前記非接触加熱手段は、前記回転体の回転方向において、前記接触加熱手段の下流側で、且つ前記ニップ部の上流側に配置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。
3. 前記接触加熱手段は、前記回転体の外周面と接触し加熱ニップ部を形成するプレート状のヒータを有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の像加熱装置。
4. 前記プレート状のヒータは、前記ヒータにおいて前記回転体の回転方向上流側の稜線（Ａ）が前記回転体の外周面と接触していることを特徴とする請求項３に記載の像加熱装置。
5. 前記回転体は、芯金の周りに前記弾性層を有する定着ローラであることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
6. 前記回転体は、エンドレスベルトであることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
7. 前記バックアップ部材は、前記回転体の外周面と接触しニップ部を形成する可撓性回転体と、前記可撓性回転体が前記回転体の外周面と接触しニップ部を形成するように前記可撓性回転体を前記回転体の外周面と共に挟む摺動部材と、を有することを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
8. 前記摺動部材の前記ニップ部側の面は、前記可撓性回転体の回転方向下流側の領域と、前記可撓性回転体の回転方向上流側の領域と、を有し、前記可撓性回転体の回転方向下流側の領域には前記可撓性回転体の回転方向上流側の領域よりも前記可撓性回転体側に凸形状を付与させてあることを特徴とする請求項７に記載の像加熱装置。