JP5759284B2 - 像加熱装置、及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば電子写真方式の複写機、レーザープリンターなど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て好適な像加熱装置、及びこれを備えた画像形成装置に関する。

例えば、電子写真プロセスや静電記録プロセス等の画像形成装置において、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定着させる定着装置は、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。

しかし、定着装置は、定着部材に対向する加圧ローラーとの間に記録材を搬送して、未定着トナーを加熱および加圧することで定着するため、加圧ローラーの熱容量が大きいと、定着可能状態になるまでに時間がかかるといった問題がある。

そこで、加圧装置として低熱容量なベルト状の部材を用い、定着可能状態になるまでの時間を短縮する定着装置が提案されている（特許文献１）。このような装置では、定着ローラー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て温度を上げることができる。そのため定着部材が弾性層を具備した弾性ローラー等であっても、定着装置を定着可能温度に速く立ち上げることが可能となる。

特開２００２−２３６４２６号公報

本発明は上記特許文献１の技術を更に発展させたものである。その目的とするところは、記録材の画像を加熱する加熱回転体のより素早い温度立ち上げと非通紙部昇温の緩和が可能な像加熱装置の提供を目的とする。また、像加熱装置を定着装置として備えた画像形成装置において、封筒などの幅の狭い記録材の印字出力を多くして、且つ１枚目の印字完了時間（ＦＰＯＴ）を短くすることを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明に係る像加熱装置の代表的な構成は、熱供給手段により加熱されて画像を担持した記録材をニップ部で挟持搬送して加熱する弾性を有する加熱回転体と、前記加熱回転体と前記ニップ部を形成する可撓性を有するベルト状回転体と、前記ベルト状回転体の内側に長手方向が前記ベルト状回転体の軸方向とほぼ並行になるように配置されると共に前記ニップ部において前記ベルト状回転体の内周面と摺動する加圧部材と、前記長手方向に沿って前記加圧部材を保持すると共に前記内周面に接触して前記ベルト状回転体の回転をガイドする保持部材と、を備える像加熱装置であって、前記保持部材は、前記加圧部材を中にして前記ニップにおける記録材搬送方向の上流側と下流側とにおいて前記ベルト状回転体の内周面と接触する部分に前記長手方向に沿って設けられた突起部であって、前記ベルト状回転体の外側に向けて前記加圧部材の前記ベルト状回転体の内周面との摺動面よりも突出した前記突起部を有し、前記突起部の突出量が、前記ニップ部に前記記録材が搬送されていない場合に前記ベルト状回転体の内周面と前記加圧部材との前記記録材搬送方向における接触幅が広く、前記記録材が搬送されている場合に前記接触幅が狭くなるように設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、記録材の画像を加熱する加熱回転体のより素早い温度立ち上げと非通紙部昇温の緩和が可能な像加熱装置を提供することができる。また、像加熱装置を定着装置として備えた画像形成装置において、封筒などの幅の狭い記録材の印字出力を多くして、且つ１枚目の印字完了時間（ＦＰＯＴ）を短くすることができる。即ち、封筒などの幅の狭い記録材の単位時間当たりの印字枚数低下の抑制と１枚目の印字終了時間の短縮を両立することができる。

実施例１における定着装置の構成説明図（その１）。 実施例１における定着装置の構成説明図（その２）。 突起部による加圧部材接触幅変化の説明図。 実施例１と比較例１の定着ローラー長手温度分布と、定着ローラー端部温度の時間変化を比較する図。 実施例１の定着装置構成を加熱装置として用いた場合の説明図 実施例２の定着装置の構成説明図。 実施例１と実施例２と比較例１の定着ローラー端部温度比較図。 比較例１の定着ローラー端部温度比較図。 実施例における画像形成装置の全体構成を示す断面構成図。 比較例１と比較例２に用いる従来の定着ニップ部断面拡大図。

［実施例１］
（１）画像形成装置例
図９は本発明に係る像加熱装置を画像加熱定着装置Ｄとして搭載した画像形成装置Ａの一例の概略構成図である。この装置Ａはタンデム方式−中間転写方式の電子写真フルカラープリンターである。パソコン等のホスト装置Ｂから制御回路部Ｃに入力する画像信号に基づいて記録材Ｐに４色フルカラー画像を形成することができる。

装置Ａ内には、図面上、左側から右側に水平方向に順に第１乃至第４の画像形成部Ｕ（ＵＹ、ＵＭ、ＵＣ、ＵＫ）が直列に配置されており、並列処理により各色の現像剤像を形成する。各画像形成部Ｕはそれぞれ現像装置に収容させた現像剤（以下、トナーと記す）の色が本実施例１においてはイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）と異なるだけで互いに同様の構成の電子写真画像形成機構である。各画像形成部Ｕの構成及び動作は共通である部分が多い。

そこで、以下の説明においては、特に区別を要しない場合は、いずれかの色用に設けられた要素であることを示すために符号に与えた添え字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは省略して総括的に説明する。

各画像形成部Ｕは、それぞれ、表面に静電潜像を形成するための回転可能な像担持体としての感光体ドラム１を有する。ドラム１は矢印の反時計方向に所定の速度で回転駆動される。ドラム１の周囲には回転方向に沿って、一次帯電ローラー２、レーザースキャナユニット３、現像装置４、一次転写装置５、クリーニング装置６が配設されている。

ローラー２はドラム１の表面を所定の極性と電位に一様に帯電する。ユニット３は、ホスト装置Ｂから制御回路部Ｃに入力した画像情報に応じて変調されたレーザービームＬを出力してドラム１の帯電処理面を走査露光する。これによりドラム１の表面に画像露光に対応した静電潜像が形成される。その静電潜像が現像装置４によりトナー像として現像される。上記のような帯電、露光、現像の画像形成プロセスにより、ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋにはそれぞれフルカラー画像のＹ色、Ｍ色、Ｃ色、Ｋ色の各成分像に対応するＹ色トナー像、Ｍ色トナー像、Ｃ色トナー像、Ｋ色トナー像が形成される。

画像形成部ＵＹ、ＵＭ、ＵＣ、ＵＫの下方に配設された中間転写ベルトユニット７は、循環して移動して各画像形成部Ｕのドラム１からトナー像の転写を順次に受ける中間転写体としての可撓性を有する無端状の中間転写ベルト７１を有する。ベルト７１は駆動ローラー７２、テンションローラー７３の２本のローラー間に張架されている。ベルト７１はローラー７２により矢印の時計方向にドラム１とほぼ同じ速度で回転駆動される。

各画像形成部Ｕの一次転写装置５はベルト７１を挟んでドラム１の下面に対向している。ドラム１とベルト７１との当接部が一次転写ニップ部である。装置５に所定のバイアスが印加されることで、ドラム１側のトナー像が一次転写ニップ部においてベルト７１の表面に一次転写される。ドラム１側の残トナーはクリーニング装置６でドラム面から除去される。各画像形成部Ｕのドラム１に対するトナー像の形成は、各画像形成部Ｕのドラム１からベルト８へのトナー像の一次転写が順次に所定に重ね合わされた状態でなされるように制御される。

かくして、画像形成部ＵＫの一次転写ニップ部を通ったベルト７１の表面には、Ｙ色＋Ｍ色＋Ｃ色＋Ｋ色の４色重ね合わせのフルカラーの未定着トナー像が合成形成される。ローラー７２にはベルト７１を挟んで二次転写ローラー７４が圧接している。ローラー７４とベルト７１との当接部が二次転写ニップ部である。ベルト７１に形成されたトナー像は引き続くベルト７１の移動で二次転写ニップ部に搬送される。

一方、所定の制御タイミングにて、記録材カセット８のピックアップローラー８１が駆動されて積載収納されている記録材Ｐが一枚分離給送される。記録材Ｐは二次転写ニップ部に対して所定の制御タイミングで導入される。これにより記録材Ｐは二次転写ニップ部を挟持搬送されるとともに、ローラー７４に印加される所定のバイアスにより、記録材Ｐに対してベルト７１側のトナー像が順次に一括して二次転写される。

二次転写ニップ部を通った記録材Ｐはベルト７１から分離され、シートパス７５を通って定着装置Ｄに導入されて加熱加圧される。これにより未定着トナー像が固着画像として記録材Ｐに定着される。定着装置Ｄを出た記録材Ｐは排紙部９にカラープリント（カラーコピー）として排紙される。ベルト７１上の二次転写残トナーはクリーニング部材７６により電荷が付与され、次回の一次転写時に主として第１の画像形成部ＵＹのドラム１Ｙ上に逆転写され、クリーニング装置６Ｙにおいて回収される。あるいは各画像形成部Ｕにおいてドラム１に逆転写され、クリーニング装置６に回収される。

（２）定着装置Ｄ
図１に本実施例１の定着装置Ｄの構成を示す。（Ａ）は定着装置Ｄの要部の斜視模式図である。（Ｂ）は（Ａ）において点線で示した定着装置長手方向中央部の拡大横断面模式図である。（Ｃ）は（Ｂ）における定着ニップ部の拡大模式図である。（Ｄ）は加熱装置における加熱ヒーターの要部の斜視模式図である。

以下の説明において、定着装置Ｄまたはこれを構成している部材の長手方向とは、回転体の軸方向（スラスト方向、母線方向）又は記録材搬送路面内において記録材搬送方向ａに直交する方向又はその方向に並行な方向である。また、短手方向とは記録材搬送方向ａに並行な方向である。記録材の幅サイズあるいは記録材の通紙幅とは、記録材面において記録材搬送方向ａに直交する方向の記録材寸法である。

本実施例１の定着装置Ｄは外部加熱方式の像加熱装置であり、画像Ｔを担持した記録材Ｐを加熱ニップ部（定着ニップ部）Ｎ２で挟持搬送して加熱する加熱回転体（定着部材）としての定着ローラー１０を有する。また、ローラー１０とニップ部Ｎ２を形成する加圧装置（バックアップ部材）２０を有する。また、ローラー１０を外部より加熱する熱供給手段としての加熱装置３０を有する。

ａ）定着ローラー１０
ローラー１０は、アルミあるいは鉄製の芯金１１の外周面に対して同心一体に内側から弾性層１２と、弾性層１２の表面を被覆する離型性層１３を積層した弾性ローラーである。

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である。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、硬化物内に気泡部分を持たせ、断熱作用を高めた気泡ゴム層などである。

離型性層１３は、フッ素系樹脂チューブを被覆させたものでも、フッ素系樹脂をスプレー等により表面をコートしたものであってもよい。フッ素系樹脂としては、パーフルオロアルコキシ樹脂（以下、ＰＦＡと記す）、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（以下、ＰＴＦＥと記す）、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（以下、ＦＥＰと記す）等が挙げられる。

ローラー１０は、芯金１１の両端部を回転可能に軸受け支持させて装置筐体（不図示）に配設されている。そして、ローラー１０は芯金２１に駆動機構（不図示）から駆動力を受けることにより矢印Ｙ１の時計方向に所定の速度で回転駆動される。

ｂ）加圧装置２０
加圧装置２０は、可撓性を有するベルト状回転体としての円筒状で耐熱性を有する加圧フィルム２１を有する。また、フィルム２１の内側に長手方向がフィルム２１の軸方向（母線方向）とほぼ並行になるように配置されると共にニップ部Ｎ２においてフィルム２１の内周面と摺動する加圧部材２２を有する。また、長手方向に沿って加圧部材２２を保持すると共にフィルム２１の内周面に接触してフィルム２１の回転をガイドする保持部材としての支持ホルダー２４を有する。

ホルダー２４には長手に沿って加圧部材嵌め込み溝２４ａが形成されている。加圧部材２２はこの溝２４ａに嵌めこまれて保持されている。フィルム２１は上記のように加圧部材２２を保持したホルダー２４に対してルーズに外嵌されている。ホルダー２４は、加圧部材２２を保持した側を、フィルム２２を介してローラー１０に対面させてローラー１０に対してほぼ並行に配列されている。そして、ホルダー２４は、加圧部材２２がフィルム２１を挟んでローラー１０に対してローラー１０の弾性に抗して所定の押圧力で圧接するように加圧手段（不図示）で押圧付勢されている。

これにより、フィルム２１とローラー１０との間に記録材搬送方向ａ（ローラ１０の回転方向）において所定幅（長さ）の定着ニップ部Ｎ２が形成されている。フィルム２１はローラー１０が回転駆動されることで、ニップ部Ｎ２におけるローラー１０との摩擦力による回転モーメントで内周面が加圧部材２２の面に密着して摺動しながらホルダー２４の外回りをローラー１０の回転に従動して矢印Ｙ２の反時計方向に回転する。このときホルダー２４はフィルム２１の回転をガイドする部材としても機能する。

図１の（Ｃ）の模式図に示すように、ニップ部Ｎ２に相当する位置には、加圧部材２２が配置され、フィルム２１の内面と加圧部材２２で接触部Ｎ２−１を形成する。ここで、フィルム２１の内面と加圧部材２２が接触している領域を摺動面として、この摺動面Ｎ２−１の記録材搬送方向ａにおける摺動面の長さを加圧部材接触幅と定義する。

加圧部材２２は記録材搬送方向ａにおいて加圧部材接触幅より広い幅Ｗ２２を有し、材質はフィルム２１との摺動性と耐熱性、摺動面Ｎ２−１に加えられる加圧力に耐え得る強度を兼ね備えた材質が適している。本実施例１の加圧部材２２は、幅Ｗ２２：１０ｍｍ、長さ２３０ｍｍ、厚み１ｍｍの熱伝導率０．７（Ｗ／ｍ・Ｋ）、熱容量６．５（Ｊ／Ｋ）となる液晶ポリマーを用いた。

フィルム２１は、耐熱性を有する樹脂を基層とした樹脂製フィルム、あるいはＳＵＳ等を基層とした金属製フィルムである。耐熱性を有する樹脂としては、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ポリイミド、ポリアミドイミドが挙げられる。また、ポリエーテルエーテルケトン（以下、ＰＥＥＫと記す）、ポリエーテルサルフォン（以下、ＰＥＳと記す）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（以下、ＰＰＳと記す）等が挙げられる。そして、フィルム基層の表層には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。

本実施例１のフィルム２１は、ヤング率６０００ＭＰａのポリイミドを基層とした樹脂製フィルムを、内径１８ｍｍ、厚み６０μｍで形成して、さらに３０μｍのＰＦＡチューブを被覆したものである。

ホルダー２４は、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ等の耐熱性と摺動性を具備した樹脂により形成されている。本実施例１のホルダー２４には加圧部材２２と同様の液晶ポリマーを用いている。

図１の（Ｃ）に示すように、ホルダー２４には、加圧部材２２を中にしてフィルム回転方向の上流側と下流側には、それぞれ、加圧部材２２の長手にそって加圧部材２２の表面よりもローラー１０の方向に突出した突起部２４ｂ、２４ｃがある。

即ち、ホルダー２４は、加圧部材２２を中にしてニップ部Ｎ２における記録材搬送方向ａの上流側と下流側とにおいてフィルム２１の内周面と接触する部分に長手方向に沿って設けれた突起部２４ｂ、２４ｃを有する。突起部２４ｂ、２４ｃはフィルム２１の外側に向けて加圧部材２２のフィルム２１の内周面との摺動面よりも突出している。

この突起部２４ｂ、２４ｃの突出量ｈの定義は、図１の（Ｃ）に示すように、加圧部材２２の表面から最も離れた突起部先端までの距離とする。本実施例１に用いるホルダー２４の突起部２４ｂ、２４ｃは、加圧部材２２の側面に接する箇所がピークで、上下流の突起部２４ｂと２４ｃ間の距離は１０ｍｍとなる。突出量ｈは、突起部２４ｂ、２４ｃ共に加圧部材２２の表面に対して垂直方向に０．５ｍｍとなる。

ｃ）加熱装置３０
ローラー１０の表面に対して外部から熱を供給する熱供給手段としての加熱装置３０の構成は、フィルム加熱方式、ハロゲンランプを用いた熱ローラー方式、輻射加熱方式、電磁加熱方式など適宜の加熱構成を採用できる。本実施例１においてはフィルム加熱方式の加熱装置３０である。加熱装置３０はローラー１０を中にして加圧装置２０とは反対側に配列されている。

加熱装置３０は、可撓性を有するベルト状回転体としての円筒状で耐熱性を有する加熱フィルム３１を有する。また、フィルム３１の内側に長手方向がフィルム３１の軸方向（母線方向）とほぼ並行になるように配置されると共に加熱ニップ部Ｎ１においてフィルム３１の内周面と摺動する加熱部材としての加熱ヒーター３２を有する。また、長手方向に沿ってヒーター３２を保持すると共にフィルム３１の内周面に接触してフィルム３１の回転をガイドする保持部材としての支持ホルダー３４を有する。

ホルダー３４には長手に沿ってヒーター嵌め込み溝３４ａが形成されている。ヒーター３２はこの溝３４ａに嵌めこまれて保持されている。フィルム３１は上記のようにヒーター３２を保持したホルダー３４に対してルーズに外嵌されている。ホルダー３４は、ヒーター３２を保持した側を、フィルム３２を介してローラー１０に対面させてローラー１０に対してほぼ並行に配列されている。そして、ホルダー３４は、ヒーター３２がフィルム３１を挟んでローラー１０に対してローラー１０の弾性に抗して所定の押圧力で圧接するように加圧手段（不図示）で押圧付勢されている。

これにより、フィルム３１とローラー１０との間にローラー１０の回転方向において所定幅（長さ）の加熱ニップ部Ｎ１が形成されている。フィルム３１はローラー１０が回転駆動されることで、ニップ部Ｎ１におけるローラー１０との摩擦力による回転モーメントで内面がヒーター３２の面に密着して摺動しながらホルダー３４の外回りをローラー１０の回転に従動して矢印Ｙ３の反時計方向に回転する。このときホルダー３４はフィルム３１の回転をガイドする部材としても機能する。

フィルム３１は、耐熱性を有するＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等を基層とした樹脂製フィルム、あるいはＳＵＳ等を基層とした金属製フィルムである。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。

ホルダー３４は、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ等の耐熱性と摺動性を具備した樹脂により形成されている。

ヒーター３２は、図１の（Ｄ）の模式図に示すように、アルミナや窒化アルミ等の絶縁性のセラミックス基板や、ポリイミド、ＰＰＳ、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂基板３２１を有する。そして、その基板の表面に基板長手に沿ってＡｇ／Ｐｄ（銀白金）等の通電発熱抵抗層３２２が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て焼成されている。ヒーター３２の端部には給電電極部３２３が設けられており、通電発熱抵抗層３２２と電気的に導通されている。

給電電極部３２３には給電コネクタ（不図示）を介して給電回路（不図示）から電圧を印加される。これにより、抵抗層３２２が発熱してヒーター３２の全体が迅速に昇温する。回転するローラー１０の表面はニップ部Ｎ１においてヒーター３２の発熱によりフィルム３１を介して加熱される。

定着ニップ部Ｎ２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ローラー１０の表面温度を目標温度と設定する。そして、制御回路部Ｃ（図９）は、ローラー１０の表面温度もしくは、ヒーター３２の裏面温度もしくは、フィルム３１の内面の任意の位置に配置されたサーミスター等の温度検知手段（不図示）により検知される温度情報を元にヒーター３２への通電量を制御する。

ｄ）定着装置Ｄの加熱定着動作
制御回路部Ｃは画像形成開始信号の入力に基づいて、定着装置Ｄについては、所定の制御タイミングでローラー１０の回転を開始させる。このローラー１０の回転により、加圧装置２０のフィルム２１及び加熱装置３０のフィルム３１が従動回転する。また、制御回路部Ｃは加熱装置３０のヒーター３２に対する電力供給を開始してローラー１０の表面の定着温度への立ち上げと温調を行う。

ローラー１０の表面温度が定着可能温度に立ち上って温調された状態において、画像形成部側から未定着トナー像（未定着画像）Ｔを担持した記録材Ｐが定着装置Ｄの定着ニップ部Ｎ２に導入される。この場合、記録材Ｐの未定着トナー像担持面側がローラー１０に対面する。記録材Ｐはニップ部Ｎ２においてローラー１０とフィルム２１により挟持搬送される。そして、その搬送過程において記録材Ｐ上の未定着トナー像Ｔがローラー１０の熱とニップ圧で記録材Ｐ上に固着画像として加熱定着される。

（３）非通紙部昇温対策
本実施例１の装置において大小各種幅サイズの記録材Ｐの通紙は全て記録材幅中心を基準とする所謂中央基準搬送にてなされる。図１の（Ａ）において、Ｏはその中央基準搬送線（仮想線）である。Ｗｍａｘは装置Ｄに通紙可能な最大幅の記録材（大サイズ記録材）の幅サイズ（通紙域）である。ＥはＷｍａｘよりも幅が小さい記録材（小サイズ記録材）の通紙域である。Ｆは小サイズ記録材を通紙したときに生じるローラー１０における非通紙域である。大サイズ記録材の通紙域Ｗｍａｘと、通紙した小サイズ記録材の通紙域Ｆの差領域（（Ｗｍａｘ−Ｅ）／２）であり、通紙域Ｅの両側に生じる。

小サイズ記録材を連続的に通紙すると、ローラ１０の非通紙域Ｆは記録材Ｐの加熱に熱エネルギーが消費されないにも拘わらず、通紙域Ｅに対応する部分と同様に加熱装置３０で加熱されるので蓄熱を生じる。そのため非通紙域Ｆに対応するローラー３１の部分が通紙域Ｅに対応する部分よりも温度が上がるいわゆる非通紙部昇温現象を生じる。

非通紙部昇温現象は、１枚目の印字完了時間を短くするため、加圧部材の熱容量を小さくした場合には特に顕著化する。この非通紙部昇温により、ローラー１０などが耐熱温度に達してしまうため、加熱と記録材の搬送を中止して、ローラー１０を空回転させることで、搬送領域（通紙域）と非搬送領域（非通紙域）の温度分布を慣らし、非搬送領域の温度上昇を抑える必要がある。結果的に記録材の給紙を待機する（以下、紙間と記す）ため、画像形成装置の印字出力が少なくなる弊害が生じる。

あるいは、非通紙部昇温を抑えるために加圧部材の熱容量を大きくすることが考えられる。しかし、加圧部材の熱容量を大きくすると、ローラー１０の中央部の温度上昇が遅くなり、定着可能状態になるまでに時間がかかることで、１枚目の印字完了時間（ＦＰＯＴ）が長くなってしまう。

本実施例１における非通紙部昇温対策を図１と図２を用いて以下に詳述する。図２において（Ａ）は図１の（Ａ）と同様に定着装置Ｄの要部の斜視模式図である。（Ｂ）は（Ａ）の点線で示された端から４０ｍｍの記録材非搬送領域断面（Ｂ）部の記録材が定着ニップ部Ｎ２に存在しない状態の断面模式図である。以後、定着装置長手方向の端から４０ｍｍの位置を「端部位置」として「端部断面」を用いて突出量などを説明する。（Ｃ）は（Ｂ）における定着ニップ部Ｎ２の拡大模式図である。

本実施例１では、ローラー１０の弾性層１２や離型性層１３、加熱装置３０のフィルム３１や加圧装置２０のフィルム２１も長手方向長さを２３０ｍｍとする。さらに通紙する小サイズ記録材の幅サイズを１０５ｍｍとして、記録材中央と定着装置長手方向の各部材中央が一致する配置とする。

本実施例１では、図１の（Ｃ）のように定着ニップ部Ｎ２に記録材Ｐが搬送されている場合、記録材Ｐはニップ部Ｎ２において記録材自身の剛性によって本来の真っ直ぐな形状（点線で示す）に戻ろうとする。この記録材Ｐの剛性により、上下矢印の方向に力が働き、特に摺動面付近の力は図１の（Ｃ）の上方向の矢印で、ローラー１０の加圧する力に反発する力となる。

すなわち、フィルム２１を介してホルダー２４の突起部２４ｂ、２４ｃにより記録材自身が支持され、ローラー１０の方向（図の上方向）に反発する力が働く。このためフィルム２１と加圧部材２２を押し付ける力が小さくなり、フィルム２１の内面と加圧部材２２が密着しにくくなる。

しかし、記録材Ｐが搬送されていない図２の（Ｃ）では、このホルダー２４の突起部２４ｂ、２４ｃがあっても、フィルム２１はローラー１０の曲率と弾性によって、加圧部材２２と密着しやすくなる。

よって、図１の（Ｃ）に示すように記録材Ｐが搬送される場合の加圧部材接触幅Ｎ２−１に比べて、図２の（Ｃ）に示すように記録材Ｐが搬送されない場合の加圧部材接触幅Ｎ２−０は広くなる。

つまり、定着装置長手方向において小サイズ記録材の通紙時に記録材Ｐが搬送される領域（通紙域）Ｅと記録材Ｐが搬送されない領域（非通紙域）Ｆでは、ニップ部Ｎ２の加圧部材接触幅が上記のように異なる。記録材Ｐが搬送される領域では、フィルム２１の内面から加圧部材２２への熱の移動が少なくなり断熱効果が得られる。

すなわち記録材Ｐの表面には必要な熱が伝わり、記録材Ｐの裏面から熱の逃げを抑えることができるため定着性能を向上させることができる。逆に、記録材Ｐが搬送されない領域Ｆでは、フィルム２１の内面から加圧部材２２への熱の移動が多く、ローラー１０などの非通紙部昇温を抑えることができる。

図３に突起部２４ｂ、２４ｃの突出量ｈと記録材Ｐの剛度による加圧部材接触幅の関係を示す。この加圧部材接触幅は計算によって求めたものである。即ち、加圧力とホルダー２４と加圧部材２２の断面形状データ、ローラー１０の外径と、弾性層１２と離型性層１３の厚みとＪＩＳ−Ａ硬度、加圧フィルム２１の厚みとヤング率、そして紙の剛度を基に構造計算した結果である。

この時の紙剛度は、ＪＩＳ Ｐ ８１１１に準拠しており、記録材を「１ｉｎ×３．５ｉｎ」（標準サンプル）に切断して、ガーレー剛度計にて測定している。一般的な記録材は、普通紙で１５０ｍｇｆ、封筒で６００ｍｇｆ近辺の値である。

図３に示すように突起部２４ｂ、２４ｃの突出量ｈが０．５ｍｍの場合、加圧部材接触幅は記録材が搬送されていない場合、約５．０ｍｍあった。それが、定着ニップ部Ｎ２に記録材として普通紙（剛度１５０ｍｇｆ）が搬送された場合、約４．０ｍｍになる。また、記録材として封筒のような厚くてコシの強いもの（剛度６００ｍｇｆ）が搬送された場合、約３．０ｍｍに変化する。これは記録材の剛度によって、ローラー１０に対する反発力が異なるためである。

本実験では普通紙としてキヤノン製Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｅｘｔｒａ８０ｇ（Ａ４）を用い、封筒としてＭａｉｌ−Ｗｅｌｌ社製 ＥＮＶＥＬＯＰＥ Ｎｏ５８２（幅１０５ｍｍ）を用いた。

比較例に用いる加圧装置２０２の定着ニップ部断面拡大図を図１０に示す。図１０に示す比較例のようにホルダー２２４に突起部が無い（０ｍｍ）場合、記録材Ｐの剛度によって加圧部材接触幅Ｎ４−１は変化しない。

本実施例１のように突起部２４ｂ、２４ｃの突出量ｈが０．５ｍｍの場合は、記録材Ｐの剛度によって加圧部材接触幅は約５ｍｍから約３ｍｍまで変化する。記録材Ｐが搬送されていない場合、すなわち搬送領域における紙間や小サイズ記録材通紙時の非搬送領域Ｆでは加圧部材接触幅が約５ｍｍとなり、普通紙が搬送された場合は約４ｍｍとなり、封筒が搬送された場合は約３ｍｍとなる。突起部２４ｂ、２４ｃの突出量ｈによって変化率は異なり、突出量ｈが多いほど記録材Ｐが無い場合と有る場合の加圧部材接触幅の差は大きくなる。

比較例１と本実施例１の非通紙部昇温比較を図４に示す。図４の（Ａ）には、記録材搬送前と８枚搬送後の定着装置長手方向におけるローラー１０の温度分布を、（Ｂ）には定着ローラー端部温度の時間変化を示す。

本比較実験１に用いる定着装置の定着ローラー１０は、Φ１２のアルミ芯金に、厚み３ｍｍのシリコーンゴムと３０μｍのＰＦＡチューブを被覆した外径１８ｍｍのものを用いる。このローラー１０の硬度は、アスカーＣ型硬度計（高分子計器株式会社製）により、２５℃の室温環境下で真上から５００ｇｆの荷重で、密着後１秒以内の数値を読み取ったもので５０度となる。このローラー１０は加熱装置３０と加圧装置２０に対して、それぞれ１５ｋｇｆで加圧され、１０２ｍｍ／ｓｅｃの速度で回転する。

加熱装置３０のフィルム３１は、熱伝導率０．７（Ｗ／ｍ・Ｋ）のポリイミドを基層とした樹脂製フィルムを、内径１８ｍｍ、厚み６０μｍで形成して、さらに３０μｍのＰＦＡチューブを被覆したものを用いる。ホルダー３４には加圧装置２０のホルダー２４と同様に液晶ポリマーを用いる。そして、ヒーター３２に最大７００Ｗを投入して、ローラー１０の表面が１７５℃になるようにヒーター３２を制御している。

比較実験１に用いる実施例１のホルダー２４の突起部２４ｂ、２４ｃは図１および図２に示すように、摺動面に対して突出しており、突出量ｈをそれぞれ０．５ｍｍに設定している。これらの条件で、ニップ部Ｎ２の記録材Ｐが搬送されていない状態において、フィルム２１の内面は加圧部材２２と約５ｍｍの幅で接触して移動する。

これに対して比較例１は、図１０に示すようにホルダー２２４に突起部が無く、フィルム２２１の内面は加圧部材２２２の全幅（１０ｍｍ）と接触して移動する。フィルム２２１を介して加圧部材２２２へ多くの熱が逃げるため、ローラー１０の表面が１７５℃になるように加熱装置のヒーターに多くの電力を投入するように制御している。

本実施例１で記録材Ｐが搬送されていない立ち上げ時や紙間時の加圧部材接触幅は、約５．０ｍｍで、普通紙（Ａ４）が搬送された場合、約４．０ｍｍと狭くなる。そして、封筒や葉書などの幅の狭い小サイズ記録材が搬送された場合、非通紙部昇温を抑えるためにローラー１０の端部位置の熱を加圧部材２２に逃がしたい。本実施例１は、封筒を搬送した場合、約３．０ｍｍと断熱効果を発揮すると共に、端部位置の加圧部材接触幅が、立ち上げ時や紙間時と同じ、約５．０ｍｍと広いため、ローラー１０の端部位置から加圧部材２２へ十分に熱を逃がすことができる。

本比較実験１で用いた記録材は、Ｍａｉｌ−Ｗｅｌｌ社製 ＥＮＶＥＬＯＰＥ Ｎｏ５８２（幅１０５ｍｍ）で、１分間に１７枚出力されるように紙間を設定して定着装置Ｄに記録材Ｐを搬送した。

図４において、ローラー１０の長手方向温度分布は図１の（Ｂ）、図２の（Ｂ）で示す定着ニップ部Ｎ２から９０度回転した位置で測定している。このうちローラー１０の端部温度は、図２の（Ａ）で示すローラー１０の端から４０ｍｍの位置、すなわち記録材Ｐが存在しない非搬送領域を測定している。

図４の（Ａ）に示すローラー長手温度は、搬送前は１７５℃で均一な分布をしていたものが、８枚搬送後には記録材非搬送領域の温度が上昇してしまう。この温度上昇は比較例１の方が大きく、図４の（Ａ）の点線で示した端部位置（端から４０ｍｍ）で比較すると、（Ｂ）のようになる。このローラー端部温度は搬送枚数が増えると共に徐々に上昇して、８枚搬送後には比較例１で２７０℃となり、ローラー２０１（図１０）の耐熱温度２７０℃を超えてしまう。それに対して本実施例１では同条件でも耐熱温度２７０℃を超えない２５０℃に抑えることができる。

なお、加圧装置２０と同様な構成において、加圧部材２２の代わりに加熱ヒーターを用いた場合、すなわち、図５に示すように本構成を加熱装置３０として用いたヒーター３２からフィルム３１を介して記録材Ｐに直接熱を与える構成の場合は次ぎのようになる。

記録材Ｐが搬送される領域（通紙域）では、ヒーター３２からフィルム３１の内面への熱の移動が少なくなり、記録材Ｐが搬送されていない領域（非通紙域）では、ヒーター３２からフィルム３１の内面への熱の移動が多くなる。よって、記録材Ｐには必要な熱が伝わらずに、逆に加圧ローラー１００などに熱が伝わり非通紙部昇温が激しくなるため逆効果となる。

［実施例２］
本実施例２においては、定着ニップ部Ｎ２の断面を図６の（Ａ）のように、記録材搬送方向ａにおいて、上流側の突起部２４ｂの突出量ｈを少なく、下流側の突起部２４ｃの突出量ｈを多くする。これにより、フィルム２１の内面から加圧部材２２への熱移動をより適正化することを特徴とする。定着装置Ｄの構成は実施例１の図１および図２で説明したものと同じであるため、以後、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。

記録材Ｐは常温からニップ部Ｎ２に突入して、ローラー１０から熱を供給されると同時に、記録材Ｐの裏面はフィルム２１を介して加圧部材２２からも熱を供給される。ローラー１０から供給された熱量は、ニップ部Ｎ２を搬送されるに従い記録材Ｐの表面から記録材Ｐの内部に浸透していく。このためニップ部Ｎ２の後半（記録材搬送方向ａにおいて後半）では記録材Ｐの裏面は加圧部材２２より温度が高くなるため、記録材Ｐの熱が加圧部材２２へ逃げてしまう。この記録材Ｐの裏面からの熱の逃げを防止するため、ニップ部Ｎ２の後半では記録材Ｐの裏面を加圧部材２２に対して断熱する必要がある。

具体的に、ニップ部Ｎ２において搬送中の記録材Ｐと加圧部材２２の温度分布を図６の（Ｂ）に示す。この温度分布は計算によって求めたもので、各部材の熱伝導率と比熱と密度、各部材間の接触熱抵抗を基に伝熱計算したものである。記録材Ｐは、長さ２９７ｍｍ、厚み０．１ｍｍのものを用い、他の条件は比較実験１と同様な数値を用いた。

記録材Ｐの温度が上昇し始める位置を０ｍｍとして、ニップ部Ｎ２内の記録材Ｐの表と裏、加圧部材２２の表面の温度変化を示している。記録材Ｐを１０枚搬送した際の加圧部材２２の表面温度は約５５℃である。記録材Ｐは雰囲気温度２５℃で定着ニップ部Ｎ２に浸入し、ローラー１０によって表から加熱され、記録材Ｐの表温度は急上昇する。この熱量は記録材Ｐの表から裏へ徐々に伝わっていく。ニップ部Ｎ２に対する突入直後の記録材Ｐの裏面は、加圧部材２２の表面に対して低い温度であるが、定着ニップ部Ｎ２の後半は、加圧部材２２の表面より記録材Ｐの裏面が高温になる。

このため、フィルム２１と加圧部材２２が接している（加圧部材接触幅が広い）と記録材Ｐの裏面からフィルム２１を介して加圧部材２２に熱が逃げてしまう。よって、本実施例２の構成は、摺動面Ｎ２−１をニップ部Ｎ２の記録材搬送方向上流側に移動させることで、ニップ部Ｎ２の後半ではフィルム２１と加圧部材２２間の接触を無くして断熱効果を高めることができる。この効果により、加圧部材接触幅が広い搬送領域での紙間や非搬送領域で、加圧部材２２に蓄熱された熱量を、記録材搬送時に記録材裏面から効率良く供給することができるため、効率の良い加熱が可能となる。

本実施例２では、加熱装置３０のヒーター３１に最大７００Ｗを投入して、ローラー１０の表面が１７０℃になるようにヒーター３１を制御している。この条件で、実施例１と定着性が同等となる。ここで１枚目の定着性とは、加熱装置３０に電力投入７秒後に、ハーフトーン画像を印字した記録材Ｐを定着装置Ｄへ搬送する。

そして、ハーフトーン画像を印字済の記録材Ｐについて擦り試験をおこない、ある一定条件下で擦り試験前後での光学式濃度差を測定する。即ち記録材の画像形成面上に紙を介して所定重量（２００ｇ）のおもりを載せ、前記重量をかけつつ介在させた紙で画像形成面を摺擦し、その摺擦の前後で画像の濃度低下率を求めて評価した。なお、各記録材で９点測定して、その最も良くない値を用いた。

比較例１と実施例１と本実施例２の比較を図７に示す。ヒーター制御以外は比較実験１と同条件で比較実験２をおこなった。本実施例２では通紙領域のローラー１０の表面温度が１７０℃で定着性を満足することができるため、１枚通紙前の段階で端部温度が低い。さらに封筒を８枚通紙した時のローラー１０の端部温度も低く、２３０℃に抑えることができる。

［実施例３］
本実施例３は、定着装置Ｄの加圧部材２２に金属のアルミ板を用いることを特徴とする。定着装置Ｄの構成は実施例１の図１および図２で説明したものと同じであるため、以後、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。

そして、比較例１と２は、図１０に示すようにホルダー２２４に突起部がない場合で、加圧部材２２２に液晶ポリマーの板を用いた場合（比較例１）と、金属のアルミ板（熱伝導率２４０Ｗ／ｍＫ、熱容量６２００Ｊ／Ｋ）を用いた場合（比較例２）とする。本実施例３は、ホルダー２４に実施例２と同様の突起部２４ｂ、２４ｃがある場合で、加圧部材２２として前記金属のアルミ板を用いた場合である。それらの比較を表１に示す。

本比較実験３は定着性が同等になる（定着ローラー通紙域表面が約１７５℃になる）ようにヒーター制御温度を変更しており、他の条件を比較実験１と同様におこなった。

表１で示すように、８枚通紙後のローラー１０の端部温度が、比較例１はローラーの耐熱温度２７０℃に達してしまう。突起部形状が無い構成でも金属のアルミ板を用いた比較例２では、加圧部材２２２自体の定着装置長手方向の熱伝導がよいため、非通紙部昇温を抑えローラー１０の端部温度を２２０℃に下げることができる。

しかしながら、加熱加圧動作がおこなわれた後、十分に時間が経過して定着装置Ｄを構成する部材が雰囲気温度と一致した状態（以下、コールド状態と記す）からの加熱加圧動作時に加圧部材２２２に多くの熱が逃げてしまう。すなわち、１枚面が搬送されるまで（以下、立ち上げ時と記す）に、ローラー２０１からフィルム２２１を通して、加圧部材２２２に多くの熱が逃げてしまう。そのため比較例２では記録材１枚目への熱供給量が足らないためにヒーター温度を高く保つ必要がある。

本実施例３では、比較例２と同様に加圧部材２２の定着装置長手方向の熱伝導がよくなることで、加圧部材２２自体の非搬送領域の余分な熱を中央に移動させ、温度分布を緩和することができ、ローラー１０の端部温度を２００℃に抑えることができる。さらにコールド状態からの記録材搬送時にも、フィルム２１と金属のアルミ板加圧部材２２の加圧部材接触幅が比較例に比べて狭くなるため、ローラー１０や記録材Ｐの裏面から熱が逃げるのを防ぐことができる。これによりヒーター制御温度を低くすることができる。

さらに比較例２でコールド状態からの１枚目定着性を同等にするためには、ヒーター制御温度（定着可能温度）に到達するまでの時間、すなわち記録材Ｐを定着装置Ｄに搬送するまでの時間を十分に確保して、１枚目の印字終了時間を長くしなければならない。

本実施例３の定着装置Ｄを用いた画像形成装置と、比較例２の定着装置を用いた画像形成装置を比較したものを表２に示す。ここでは、１枚目の定着性を同等にする１枚目の印字終了時間と、その時の平均電力を示している。画像形成装置の構成は実施例１の図９で説明したものと同じであるため省略する。

＊１枚目の定着性を満足する条件
表２で示すように比較例２では、１枚印字するのに約９００Ｗの電力が必要となり、約１６秒の時間を必要とする。これに対して本実施例３では、約８００Ｗ、約１２秒で１枚目の印字を終了することができる。本実施例３では加圧部材２２を金属で構成することで、省電力で短時間の印字を可能とすると共に、非通紙部昇温を抑えることができる。

比較例１と実施例１−３の比較を図８に示す。本実験では定着性を同等にする温度制御をおこない、比較実験１と同条件で封筒を８枚通紙した時の定着ローラー端部温度変化を示す。比較例１では２７０℃に、実施例１では２５０℃に、実施例２では２３０℃に、本実施例３では２１０℃に非通紙部昇温を抑えることができる。

さらに表３にはローラー１０の端部温度が２７０℃以下となるように紙間を制御した場合の画像形成装置の出力性能を示す。

比較例１では、１分当りの出力枚数（以下、ｐｐｍと記す）が１６ｐｐｍあったものが、８枚通紙した時点で、ローラー２０１の耐熱温度に達する。そのため、加熱と搬送を中止して、図１０に示す定着ローラー２０１と加熱フィルム２３１、加圧フィルム２２１を回転させることで、定着装置長手方向の温度分布を慣らし、非通紙部昇温を抑える必要がある。このため、紙間時間が多くなり記録材の出力が少なくなる。

本実験条件では、９枚目から１２ｐｐｍに印字出力ダウンしてしまい、さらに１５枚目で再び定着ローラー２０１の耐熱温度に達するため、定着器長手方向の温度分布をならす回転がはいる。そして最終的に４ｐｐｍまで印字出力ダウンしなければ、定着ローラー２０１を耐熱温度以下に保つことができない。

これ対して、実施例１−３では、１５枚目まで１６ｐｐｍで出力することができ、最終的にも８ｐｐｍの印字出力ダウンに抑えることができる。さらに、実施例２で性能アップし、実施例３では、常に１６ｐｐｍで印字出力することができる。

比較例１では、封筒２２枚印字するのに約２分、１００枚印字するのに２０分以上かかっていたものが、実施例１−３により封筒２２枚印字完了も速く、１００枚印字でも約７分で完了することができる。

以上説明したように、本発明の像加熱装置によれば、封筒などの幅の狭い記録材の単位時間当たりの印字枚数低下の抑制と１枚目の印字終了時間の短縮を両立することができる。

［その他の事項］
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。

１）加熱回転体１０を外部加熱する熱供給手段は実施例のフィルム加熱方式に限られない。ハロゲンランプを用いた熱ローラー方式、輻射加熱方式、電磁加熱方式などの接触型あるいは非接触型の加熱手段を採用できる。また、加熱回転体１０を内側から加熱する熱供給手段とすることもできる。

２）本発明に係る像加熱装置は、実施例の未定着画像の定着装置Ｄとしての使用に限られない。記録材に定着された画像を加熱することにより画像の光沢を増大させる光沢増大装置（画像改質装置）としても有効に使用することができる。

３）画像形成装置において、記録材Ｐに未定着画像Ｔを形成する画像形成手段は実施例の転写方式の電子写真プロセスに限られない。感光紙を用いる直接方式の電子写真プロセスであってもよい。また、転写方式または直接方式の静電記録プロセスや磁気記録プロセスであってもよい。

Ｄ・・像加熱装置（定着装置）、１０・・加熱回転体（定着ローラー）、２０・・加圧装置、２１・・ベルト状回転体（加圧フィルム）、２２・・加圧部材、２４・・保持部材（支持ホルダー）、２４ｂ、２４ｃ・・突起部、Ｐ・・記録材、Ｔ・・画像３０・・熱供給手段（加熱装置）、ａ・・記録材搬送方向

Claims (4)

1. 熱供給手段により加熱されて画像を担持した記録材をニップ部で挟持搬送して加熱する弾性を有する加熱回転体と、前記加熱回転体と前記ニップ部を形成する可撓性を有するベルト状回転体と、前記ベルト状回転体の内側に長手方向が前記ベルト状回転体の軸方向とほぼ並行になるように配置されると共に前記ニップ部において前記ベルト状回転体の内周面と摺動する加圧部材と、前記長手方向に沿って前記加圧部材を保持すると共に前記内周面に接触して前記ベルト状回転体の回転をガイドする保持部材と、を備える像加熱装置であって、
   前記保持部材は、前記加圧部材を中にして前記ニップにおける記録材搬送方向の上流側と下流側とにおいて前記ベルト状回転体の内周面と接触する部分に前記長手方向に沿って設けられた突起部であって、前記ベルト状回転体の外側に向けて前記加圧部材の前記ベルト状回転体の内周面との摺動面よりも突出した前記突起部を有し、前記突起部の突出量が、前記ニップ部に前記記録材が搬送されていない場合に前記ベルト状回転体の内周面と前記加圧部材との前記記録材搬送方向における接触幅が広く、前記記録材が搬送されている場合に前記接触幅が狭くなるように設定されていることを特徴とする像加熱装置。
2. 前記下流側の突起部の突出量が前記上流側の突起部の突出量よりも多いことを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
3. 前記加圧部材が金属であることを特徴とする請求項１または２に記載の像加熱装置。
4. 記録材に未定着画像を形成する画像形成手段と、記録材に形成された未定着画像を熱で定着させる定着手段と、を有する画像形成装置であって、前記定着手段が請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の像加熱装置であることを特徴とする画像形成装置。