JP5956670B1 - 定着装置および定着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱部と加圧部とを別構成にすることにより、加熱部で基板表面に発熱抵抗体が形成された省電力で、かつ、クイックスタートが可能な加熱基板を用いながら、転写されたトナーの損傷を生じさせないで鮮明な定着画像を得ることを目的とする。【解決手段】転写部３と、それより下流側に設けられ、転写部３で転写されたトナー４２を加熱する加熱部１と、さらに下流側に設けられる加圧搬送部２とを具備し、加熱部１では、記録媒体４１の裏面側から加熱する第１加熱基板１０ａを有し、加熱部１でトナー４２が軟化状態または流動状態になるまで加熱され、加圧搬送部２では、第１加熱基板が加圧ローラ２１の下まで延びるように形成され、第１加熱基板１０ａの基板の熱伝導により加熱されながら加圧される構造になっている。【選択図】図２

Description

本発明は、複写機、レーザプリンタ、ＬＥＤプリンタなどの画像形成装置において、画像を形成する樹脂系トナーを加熱して軟化または流動化させ、記録媒体に粘着させまたは一部浸み込ませて加圧することにより、記録媒体に画像を形成する定着装置および定着方法に関する。さらに詳しくは、記録媒体に転写された未定着のトナー画像を劣化（損傷）させることなく、かつ、省電力化して記録媒体に永久固着画像として加熱定着処理し得るトナーの定着装置および定着方法に関する。

電子写真記録は複写装置、プリンタなどに広く使用されている。この電子写真の記録は次のように行われる。すなわち、感光体（感光ドラム、ベルト状感光体、板状感光体など）に、帯電、露光、現像をすることによりトナーを感光体に静電的に付着させ、静電引力で記録媒体にそのトナーを移動転写させる。そして、加熱加圧ローラにより加熱してトナーを流動化させることにより、粘着性が出てトナー同士と記録媒体とを付着させる。その結果、トナーは自由に動かなくなる。要するに、軟化、流動化、粘着が起こり、粘着した状態で加圧されることにより、記録媒体に画像が定着される。

この定着の方法としては、トナーが転写された記録媒体を、例えば内部にハロゲンランプを内蔵して加熱された加熱ローラと反対側の加圧ローラとにより圧接しながら搬送する方式が知られている。すなわち、加圧と加熱を同時に行っている。このように、加熱ローラと加圧ローラとを回転させながらトナーの転写された記録媒体を搬送することにより、トナーの表面は殆ど擦られることがない。しかし、トナーが完全に流動化した状態で加圧ローラにより圧接されるので、加圧ローラの表面に軟化して流動化しているトナーが付着し、トナーの表面が一部剥れることになる。また、ローラの内部にハロゲンランプを内蔵することが必要となる。そのため、電力の消耗が激しいと共に、スイッチを投入してから加圧ローラの温度が上昇するのに時間がかかるという問題がある。この問題を解決するには、予め余熱をしておく必要がある。そのため、より一層電力の消耗を必要とし、省エネの要求に充分に応えることができない。

一方、ハロゲンランプを用いないで、セラミック基板の表面に発熱抵抗体を形成した、いわゆるセラミックヒータを用いる方法も提案されている。しかし、この方法は、セラミックヒータの熱を有効に利用するため、ヒータ面側を記録媒体のトナーの転写された部分と接触させて加熱加圧される。しかも、セラミックヒータはローラのように回転させることができない。そのため、セラミックヒータの面とトナーが転写された記録媒体の面とが擦られながら搬送されることになる。その結果、定着する前にトナーの全てまたは一部が損傷しやすい。そこで、セラミックヒータと記録媒体との間にポリイミドなどからなる耐熱性フィルム（シート）を介在させ、その耐熱性フィルムを記録媒体の搬送速度と同期させて搬送させるという方法がとられている（例えば特許文献１、非特許文献１参照）。

特開平５−２７３８７９号公報

「ＳＵＲＦとＯＤＦ」(日本画像学会誌第48巻、第5号、411-416頁、2009年発行）

前述のように、耐熱性フィルムを介して転写されたトナーを加熱、加圧すると、耐熱性フィルムを経た間接的な加熱になるため、多くの熱量を必要とする。その結果、折角セラミックヒータを用いても、消費電力を充分に低下させることができないという問題がある。さらに、記録媒体の搬送速度と合せて耐熱性フィルムも移動させる必要があり、機構的に複雑な構成になるという問題がある。

さらに、前述のように、トナーを流動化させるのと接着するのを同時に行うと、加圧ローラまたは介在させた耐熱性フィルムに流動化したトナーが付着しやすく、転写されたトナー像の一部が欠落して、画像が不鮮明になるという問題がある。しかも、このような加熱は、トナーの表面側から加熱および加圧を行うため、記録媒体側よりも表面が先に流動状態になり、その状態で加圧されることになり、トナーは記録媒体に浸み込むよりも耐熱性フィルム（加熱ローラ）に付着しやすいという問題がある。

さらに、記録媒体が紙など吸湿性を有する材料である場合には、例えば図９に示されるように、加圧ローラ５５と回転ローラ５６により加圧されながら加熱されることにより、記録媒体５１から水分が熱せられて気泡５３となり、流動化したトナー５２内を通り抜け、流動化したトナー５２の表面に、いわゆるブリスターと呼ばれる凹部５４が形成され、トナー５２の表面に凹凸が形成されるため、表示画像が不鮮明になるという問題がある。

さらに、記録媒体に転写された状態では、弱い静電力で記録媒体に付着しているだけであり、また、トナーは外添剤で被覆されており、加熱、加圧ローラに至るまでの間にトナーや外添剤の微粉末が飛散しやすく、粉塵が空中に浮遊して公害の原因ともなりやすい。

さらに、加熱と加圧が同時に行われると、加熱および加圧用のローラと回転ローラとの接触部の幅（ニップ幅）の間に加熱と加圧が行われなければならないため、記録媒体の搬送スピードを速くすると十分な定着をすることができず、印刷スピードに制約を受ける。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、加熱部と加圧部とを別構成にすることにより、耐熱性フィルムなどを介在させることなく、基板表面に発熱抵抗体が形成された省電力で、かつ、クイックスタートが可能な加熱基板を用いることができる定着装置およびその定着方法を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、紙などの吸湿性の記録媒体の場合でも、その水分の蒸発により画像が不鮮明になることを防止し得る定着装置および定着方法を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、転写されたトナーの粉末をできるだけ飛散させないで、かつ、印刷スピードを速くすることである。

本発明の定着装置は、感光体に形成された静電潜像を現像して付着したトナーを記録媒体に転写する転写部と、前記記録媒体の前記転写部より下流側に設けられ、前記転写部で転写されたトナーを加熱する加熱部と、前記記録媒体の前記加熱部より下流側に設けられ、前記記録媒体の前記トナーが設けられた面側を加圧ローラにより加圧しながら前記記録媒体を搬送する加圧搬送部とを具備し、前記加熱部では、前記記録媒体の前記トナーが転写された面と反対面側から加熱する第１加熱基板および／または前記記録媒体の前記トナーが転写された面側から前記記録媒体と離間して設けられる第２加熱基板により加熱されると共に、前記記録媒体に転写されたトナーが軟化状態または流動状態になるまで加熱され、前記加圧搬送部では、前記軟化状態の温度以下の温度で加圧され、かつ、前記第１加熱基板が前記加圧ローラに前記記録媒体を挟んで対向する位置まで延びるように形成され、前記加圧ローラと対向する部分には、発熱抵抗体が形成されない構造になっている。

ここに下流側とは、記録媒体やローラの進行方向の前方、すなわち記録媒体の場合にはその排紙側を意味し、逆に上流側とは、記録媒体の場合にはその供給側を意味する。また、軟化状態とは、後述されるトナーの粘弾性特性で、ゴム領域の温度範囲で、固体領域よりも粘弾性が下がり、外力を加えると容易に変形するが弾力性を有する状態を意味し、流動状態とは、トナーが液状で流れ得る状態を意味する。勿論、ゴム領域でも、温度が高いほど粘弾性が低下し、流動状態に近くなり、同じ流動状態と言っても、温度が高いほど、流動性が大きくなる。

前記記録媒体の前記転写部より上流側に、前記記録媒体を加熱する記録媒体加熱用加熱基板が設けられていることにより、記録媒体中に含まれる水分を予め蒸発させることができるので好ましい。この記録媒体加熱用加熱基板は、第１加熱基板の構造に拘わらず有効である。これにより、転写直前および転写直後から加熱することができ、画像の崩れもなく、トナーの粉体の飛散を防止することができる。

本発明の定着方法は、電子写真プロセスにより画像に合せたトナーを記録媒体に転写し、前記記録媒体を搬送しながら前記トナーが転写された面側から前記記録媒体と離間して加熱し、および／または前記トナーが転写された面と反対面側から加熱する加熱部を設けることにより前記トナーを軟化状態または流動状態にし、前記記録媒体の前記トナー側から加圧ローラにより加圧しながら前記記録媒体を搬送し、前記トナーが転写された面と反対面側からの加熱を絶縁基板上に発熱抵抗体が形成された加熱基板で行うと共に、前記加熱基板の絶縁基板を前記加圧ローラと対向する位置まで延ばし、前記絶縁基板を伝導する熱により軟化状態の温度以下の温度で加熱しながら加圧することを特徴とする。

本発明の定着装置および定着方法によれば、転写されたトナーを軟化状態または流動状態になるまで加熱する加熱部と、加圧して定着させながら搬送する加圧搬送部とを別の部分で行うことにより、加熱基板とトナーが転写された記録媒体とを摺動させない構造にされている。そのため、加熱部でトナーが軟化状態または流動状態にされて記録媒体に粘着し、トナーが個々に動くことはなく、加圧搬送部で加圧ローラによる加圧により画像が劣化することはない。従って、トナーと加圧ローラとの間に耐熱性フィルムを挟む必要もない。すなわち、加圧搬送部では、トナーの温度は下がり、粘弾性が大きくなるので、加圧ローラにトナーが付着する可能性を大幅に低下させる。この場合、加圧搬送部で急激に温度が低下すると、充分な接着が得られなくなる。そのため、加圧搬送部では軟化状態の温度以下の低い温度で加熱されることが好ましい。本発明では、加熱部で用いられる第１加熱基板を加圧ローラと対向する位置まで延ばし、その部分には発熱抵抗体が設けられていないので、発熱抵抗体が設けられた部分からの熱伝導による熱だけで加熱される。そのため、流動状態になるような高温になることはなく、適度な低い温度で急激な温度の低下が防止される。その結果、トナー画像を劣化させることは殆ど生じない。しかも、加熱部が、セラミック基板上に形成された発熱抵抗体からなる加熱基板により加熱されることにより、応答性が良くオンデマンドの加熱をすることができる。そのため、普段は殆どヒータ部をオフにするか、低い温度の予熱にしておいても、動作させるときに直ちに温度を上昇させることができ、非常に省電力に寄与しながら、正確な画像を完全に定着させることができる。本発明により、従来の定着ローラニップ部分だけの定着より、高速化が可能になる。すなわち、加熱は充分に行われており、加圧ローラは圧接だけで良いため、高速で搬送することができる。

さらに、加熱部が加圧部と分離されることにより、トナー画像が転写されるとほぼ同時に加熱され得るため、記録媒体の搬送中にトナーが軟化状態になり、粉末の飛散が防止され得る。その結果、公害の防止にも寄与する。また、加熱部は、その距離を長くすることにより、十分な加熱を行うことができ、加圧部は機械的に加圧するだけなので、短時間で加圧することができる。その結果、記録媒体の搬送スピードを上げることができ、時間当たりの印刷枚数を大幅に向上させることができる。さらに、本発明によれば、記録媒体の裏面側から加熱できるため、トナーと記録媒体との粘着が得られやすい。

また、転写前に記録媒体を加熱する記録媒体加熱用加熱基板が設けられていることにより、記録媒体に含まれている水分は蒸発し、または完全に蒸発していなくても次の加熱部で容易に追い出すことができる。そのため、トナーを流動状態にするための加熱と同時に記録媒体の温度を上昇させることによる、トナーの表面での気泡による凹凸を防止することができる。その結果、非常に光沢のあるきれいな画像で定着され得る。さらに、転写の時点で記録媒体の温度が上昇しているため、転写後の加熱により直ちに転写されたトナーの温度が上昇して軟化状態になるため、より一層トナーの粉末の飛散が防止され得る。

本発明の一実施形態の定着装置の概要を示す説明図である。 本発明の他の実施形態の定着装置の概要を示す説明図である。 加熱基板の一実施形態を説明する平面図である。 図３ＡのＢ−Ｂ断面を説明する図である。 加熱基板の変形例を説明する図３Ａと同様の平面図である。 加熱基板の変形例を説明する図３Ａと同様の平面図である。 加熱基板の変形例を説明する図３Ａと同様の平面図である。 真空吸引の他の構造例を示す側面図である。 トナーを構成する樹脂粉末の一般的な温度に対する粘弾性の変化を示す図である。 実際のトナーの転写から定着までの時間に対するトナーの温度および粘弾性の変化を示す図である。 トナーが流動状態になっている状態で温度の低い加圧ローラにより圧接されたときのトナーとの分離状態を誇張して示した説明図である。 トナーが流動状態になっている状態で温度の高い加圧ローラにより圧接されたときのトナーとの分離状態を誇張して示した説明図である。 加熱基板の絶縁基板を所定の温度に制御する駆動回路例を示す図である。 基板温度制御の一例を示す回路図である。 加熱基板の絶縁基板を所定の温度に制御する駆動回路の他の例を示す図である。 記録媒体中の水分によりブリスター（トナー表面の凹凸）が形成される状態を模式的に示した図である。

次に、図面を参照しながら本発明の定着装置および定着方法が説明される。図１に、本発明の一実施形態による定着装置の概要図が示されるように、本発明の定着装置は、感光体３１に形成された静電潜像を現像して付着したトナー４２ａを記録媒体４１に転写する転写部３と、記録媒体４１の転写部３より下流側に設けられ、転写部３で転写されたトナー４２を加熱する加熱部１と、記録媒体４１の加熱部１より下流側に設けられ、記録媒体４１のトナー４２が設けられた面側を加圧ローラ２１により加圧しながら記録媒体４１を搬送する加圧搬送部２と、を具備している。そして、加熱部１では、記録媒体４１のトナー４２が転写された面と反対面側から加熱する第１加熱基板１０ａおよび／または記録媒体４１のトナー４２が転写された面側から記録媒体４１と離間して設けられる第２加熱基板１０ｂにより加熱されると共に、記録媒体４１に転写されたトナー４２が軟化状態または流動状態になるまで加熱され、加圧搬送部では、軟化状態の温度以下の温度で加圧され；図２および図３Ｄに示されるように、第１加熱基板１０ａが加圧ローラ２１に記録媒体４１を挟んで対向する位置まで延びるように形成され、加圧ローラ２１と対向する部分には、発熱抵抗体１２が形成されない構造にされるか、転写部３より上流側に、記録媒体４１を加熱する記録媒体加熱用加熱基板５が設けられる構造になっている。

すなわち、従来の定着装置は、前述のように、ハロゲンランプを使用しないで省電力を図ろうとすると、セラミックヒータとトナーが転写された記録媒体の面との間に耐熱性フィルムを介在させて加熱すると共に加圧することにより、トナーの転写された面が直接セラミックヒータと擦られないようにして行わなければならない。そのため、セラミックヒータの熱が直接トナーの転写された面には伝わらず、熱の無駄が多いという問題がある。さらに、耐熱性フィルムは熱抵抗となるだけでなく、回転する間に温度が低下し、再加熱する必要があり、より一層電力を消費する。また、耐熱性フィルムを記録媒体と同期させて搬送させなければならず、機構的に複雑になる。しかし、本発明では、従来のトナーの加熱と加圧を同時に行うという発想を変えて、記録媒体に転写されたトナーを加熱して、軟化状態または流動状態にする加熱部１と、軟化状態または流動状態に加熱されたトナー４２を冷却しながら加圧する加圧搬送部２とを別の構成にすることにより、セラミックヒータを主体とした加熱基板１０を用い、記録媒体４１を回転ローラ（加圧ローラ２１）により直接加圧しながら搬送する構成にしたことに特徴がある。その結果、加熱部１でトナー４２が加熱されて軟化状態または流動状態になり、記録媒体４１に浸み込み、加圧搬送部２で加圧ローラ２１により圧接されることにより、温度が低下して固着される。その結果、加圧ローラ２１側にトナーが付着することは殆どなく、トナー４２の劣化は殆どない。しかも、加圧搬送部２では、瞬間的に力が加われば良く、また、加熱部１はその走行距離を長くすることにより、充分に加熱することができる。そのため、記録媒体４１の搬送スピードを速くすることができ、１分当たりの処理枚数を大きくすることができる。

トナーは、種々の成分を混合して構成されている。例えば、主成分はアクリル−スチレン共重合体であるが、その混合比率は種々設定され得るし、その他に顔料、染料、外添剤（トナーの粒子同士が付着しないように１μｍ以下の小粒子）などが混合されている。そのため、トナーの性状を一概に示すことは難しいが、一般的な状態として、図４に温度に対するトナー４２の粘弾性の変化の一例が示されている。一般に温度を上昇させるとその粘弾性が低下することが知られている。図４で、Ａ点がガラス転移点（典型的なトナーの主成分であるＰＥＴのガラス転移点は６８〜８０℃程度、アクリル−スチレン共重合体のガラス転移点は１０５℃程度）で、固体領域からゴム領域に変化する温度である。このガラス転移点では、固体領域からゴム領域に変化する温度であるが、それ程粘弾性が固体領域から急激に下がる訳ではないので、紙などの記録媒体に浸み込ませるには十分ではない。実際には、この温度（ガラス転移点）よりも２０〜５０℃程度高く、粘弾性の低下が急峻の状態から緩く変る状態への変化温度Ｂ点より高い温度では紙などの繊維間にも圧力により浸み込みやすくなる。従って、Ｂ点以上で白黒（モノクロ）の印刷をすることができる。カラー印刷の場合でも、トナーの粒子が非常に小さければ、加圧により混ざり込み印刷をすることも可能であるが、一般論としてモノクロ印刷に適した温度領域になる。さらに温度を高くすると、粘弾性の低下が再度急激になる変化点Ｃ（前述のＰＥＴで２１２〜２６５℃程度、アクリル−スチレン共重合体で、２００℃程度）が現れる。しかし、これらの温度の絶対値は組成等により一定しない。このＣ点の温度がゴム領域から流動域に変化する点で、一般的に溶融または融解する温度と言われている温度である。この変化点ＢからＣまでの領域では、前述のように、圧力がかけられることにより、紙の繊維の間にも入り込む程度の軟化した状態で、前述のように、特にモノクロの印刷では問題なく印刷することができる領域であり、このＢ点とＣ点との間の温度範囲を軟化状態と呼ぶ。

一方、カラー印刷の場合には、色の異なるトナーが充分に混ぜ合わさる必要がある。そのため、ただ軟化状態になっただけでは、通常のトナーの粒度ではきれいな印刷物を得ることはできない場合がある。しかし、図４に示される変化点Ｃ以上の流動域の温度になればトナー同士が十分に混ざり合い、カラー印刷でも、きれいな印刷が得られやすい。しかし、前述のように、カラー印刷がこの領域に限定される訳ではない。また、モノクロ印刷でも、この流動域で行うこともできる。一方、余り温度が高くなり、流動化が激しくなると、所望の画像の画素領域を越えてトナーが流れる可能性があるし、加圧ローラなどにトナーが付着しやすくなるため、きれいな画像を得ることができなくなる。そのため、流動域となるＣ点から数十℃程度高いＤ点以下にすることが好ましい。すなわち、カラー印刷の場合には、Ｃ点とＤ点の間の温度範囲がカラー定着域として好ましい。勿論、流動域に入ってカラー印刷領域になっても、白黒印刷を行うことは可能であるが、温度が高くなる程印刷の品位は低下し、エネルギーの無駄にもなり好ましくない。

そこで、加熱部１では、印刷の種類により、軟化状態か流動状態（カラー定着域に適する）になるまで加熱される。加圧搬送部２では、軟化状態になり繊維間にも浸み込みやすくなるトナーの温度、または流動状態になって、異なる色のトナーが混ざり合って浸み込み得るトナーの温度を低下させながら加圧することで固着させることに特徴がある。なお、加圧搬送部２では、トナーの温度を低下させて固着させることを目的としているが、余り急激に温度が低下すると、しっかりと圧接することができないので、急激に温度が低下しないようにある程度の加熱がされることが好ましい。

従って、加圧搬送部２の加圧ローラ２１の温度は、軟化状態の温度以下の温度で行われ、流動域よりも低い温度で行われることになる。換言すると、加熱部１で加熱された温度よりも低い温度で加圧される。従って、連続して印刷されることにより、軟化状態または流動状態になったトナー４２からの熱により加圧ローラ２１の温度が上がり過ぎる場合には、加熱しないで冷却（空冷）する場合もあり得る。

この加圧ローラ２１の温度設定は、加圧ローラ２１の温度が軟化状態の温度以下であれば、図５Ｂに示されるように、加圧ローラ２１には殆どトナー４２は付着せず、記録媒体４１側では、それより温度が高く、記録媒体４１とは密着した状態になっている。図５Ｂでは、トナー４１のいくらかは加圧ローラ２１に付着し、トナー４１の表面が損傷したような図が誇張して描かれているが、実際には殆どトナー４１の表面は損傷しないで光沢のある定着表面が得られる。一方、加圧ローラ２１の温度が流動域の温度になっていると、加圧ローラ２１と接するトナー４１も流動状態になっているため、加圧ローラ２１とトナー４２とは密着しやすい。一方、記録媒体４１とトナー４２も、トナー４２が流動状態になっているため、密着性が良い。逆に、トナー４２同士の凝集力が弱くなっているので、図５Ｃに示されるように、トナー４２が分断されて、記録媒体４１側のトナー４２が半分程度に損傷してしまう。従って、加圧ローラ２１は軟化状態の温度以下にしておく必要がある。加圧ローラ２１の周面は、柔軟性、耐摩耗性、付着防止等が施されていることが好ましい。

このような観点からも、加圧搬送部２では、加熱ローラ２１の温度を上昇させるよりも、記録媒体４１の裏面側から加熱されることが好ましい。その例が図２に示されており、その第１加熱基板１０ａの平面図が図３Ｄに示されている。すなわち、図３Ｄで上下方向の上側が記録媒体４１の下流側で、耐摩耗層２０の形成されている部分が加圧ローラ２１と対向する部分になっている。この部分には発熱抵抗体１２は形成されていないので、温度はそれ程上昇しないが、発熱抵抗体１２が設けられている部分で加熱された絶縁基板１の熱が伝熱して耐摩耗層２０も温度が上昇する。加圧搬送部２では、その程度の熱で加熱されることが、流動状態にはしないで、急激な温度低下を防止することができるので好ましい。また、この加圧搬送部２でも、記録媒体４１の裏面側から加熱されることが、記録媒体４１側では粘着しやすく、加圧ローラ２１側では固体化しやすいため、加圧ローラ２１に付着するという問題が避けられやすい。

この転写から、加熱部１および加圧搬送部２を経て定着が完了するまでの、記録媒体４１の位置に対するトナー４２の状態（その温度と粘弾性）の関係が図５Ａに示されている。すなわち、図５Ａで、Ｆ点が記録媒体加熱用加熱基板１０ｆで加熱された温度で、転写の終った状態（固体領域）であり、Ｇ点はその後加熱されてガラス転移点Ｔｇに達して軟化状態になる。さらに、加熱部１で加熱されることにより、徐々に温度が高くなると共に粘弾性が低下していき、Ｈ点で一部が流動化する。この軟化状態から流動化する温度は、ある温度で全てが一度に変化するのではなく、徐々に相変化し、温度で一定温度の範囲ｉの間相変化が起こる。そして、Ｉ点で、トナー４２の全体が流動状態になる。この流動状態でも、前述のように、余り温度が高くなるときれいな印刷には好ましくないので、前述の図４のＤ点に至る前の温度Ｊ点を維持するように制御される。そして、Ｋ点で加圧ローラ２１により圧接されることにより、トナー４２の温度は急激に低下し、点Ｌで完全な軟化状態になると、温度の低下も緩やかになる。点Ｍで完全に加圧ローラ２１から解放され、その後搬送されながら冷却され、取り扱える程度の温度Ｆになる。この点Ｋから点Ｈまでの時間ｍが加圧ローラ２１により圧接される時間である。

トナー４２は、高速化のため、低温化が進んでいる。また、印刷が文字だけではなく、全面画像の定着を前提に考慮する必要がある。例えばアクリル−スチレン系樹脂が用いられるとすると、２μｍ厚で比熱１.４、Ａ４サイズ１枚当たり、０.１２６ｇで、トナー側の必要な熱量は１７.６Ｊ／１００℃になる。一方、普通コピー用紙は７０μｍ厚で、比熱１.２５、Ａ４サイズ１枚当たり４.２ｇで、紙側の必要な熱量は５２５Ｊ／１００℃になる。この点からも、本発明の定着方法にある装置そのものを傾けて、熱量を有効利用することは非常に効果がある。また、加熱基板を増やすことにより、毎分６０枚以上の定着が可能となる。

加熱部１は、図１に示される例では、記録媒体４１の裏面（トナーが転写された面と反対面）側に設けられる第１加熱基板１０ａと、記録媒体４１の表面（トナー４２が転写された面）側に記録媒体４１と離間して設けられる第２加熱基板１０ｂとにより加熱されるようになっている。しかし、両方に加熱基板が設けられる必要はなく、どちらか一方だけに設けられればよい。いずれか一方だけに設けられる場合、記録媒体４１の裏面（トナー４２が転写された面と反対面）側に設けられる第１加熱基板１０ａの方が好ましい。記録媒体４１に直接接触させて加熱することができるし、記録媒体４１の温度が先に上昇するので、記録媒体４１に含まれている水分を蒸発させやすい。さらに、記録媒体４１側からトナー４２が加熱されることにより、トナー４２の記録媒体４１側から温度が上がるため、特に記録媒体４１である用紙との接触面が速く流動状態になり、用紙の繊維間に浸み込みやすくなるからである。

一方、後述されるように、トナー４２が形成された側から第２加熱基板１０ｂにより加熱されれば、図１に示されるように第３加熱基板１０ｃと兼用することができるというメリットがある。この第１加熱基板１０ａは、後述される保護膜１７の形成面が、記録媒体４１の裏面に接触するように設けられている。この第１加熱基板１０ａは固定で、記録媒体４１は、順次搬送されるため、接触していると摺動することになるが、加圧されている訳ではないし、記録媒体４１の接触面はトナー４２が転写された面と反対側の裏面で、トナー４２は付着していないので、何ら支障はない。なお、この保護膜１７は、セラミックスなどの薄いサブ基板にすることもできる。耐久性が向上する。

この記録媒体４１の裏面側から加熱する場合、後述される加熱基板１０の構造例で示されるように、第１加熱基板１０ａに貫通孔を設けておき、第１加熱基板１０ａの裏面（記録媒体４１と反対面）から吸引する吸引具が設けられることが好ましい。記録媒体４１を第１加熱基板に密着させることができるからである。この第１加熱基板１０ａの詳細については後述されるが、貫通孔ではなくて、表面に細い溝が形成され、第１加熱基板１０ａの側面からその溝内を吸引する吸引具が設けられてもよいし、第１加熱基板１０ａが複数個に分割されて、その間隙部に吸引具が接続される構造でもよい。要は、貫通孔又は溝と吸引具による吸引装置により記録媒体４１が第１加熱基板１０ａに密着する構造にされることが好ましい。なお、この吸引は、減圧状態になればよい程度の吸引であり、記録媒体４１の搬送の妨げになるほどの強い吸引は行われない。

さらに、第１加熱基板１０ａが設けられる場合、できるだけ転写部３の転写ローラ３７に近接して設けられることが好ましい。転写されたトナー４２が直ちに加熱されて軟化状態になりやすく、トナー４２の細かい微粉末の飛散を防止し得るからである。近接とは、転写部３が転写ローラ３７により転写される場合には、転写ローラ３７の回転に支障をきたさない程度に近くて離間することを意味し、転写部３が図示しない転写チャージャおよび分離チャージャを用いて行われる場合には、その外周に第１加熱基板１０ａの端部が接触する程度の近さを意味している。

第２加熱基板１０ｂは、加熱部１の記録媒体４１のトナー４２が設けられた面側に、記録媒体４１と離間して設けられている。すなわち、記録媒体４１に転写されたトナー４２には接触しないでトナー４２を加熱できるようになっている。すなわち、この第２加熱基板１０ｂは、記録媒体４１と接触させて加熱するのではなく、第２加熱基板１０ｂからの放射熱（輻射熱）により加熱するようになっている。従って、第２加熱基板１０ｂにより記録媒体４１のトナー４２が転写された面が擦られることはなく、未定着のトナー４２の一部が剥がれることはない。この観点から、第２加熱基板１０ｂは、その表面から熱を放射しやすい構造のものが好ましい。例えば、表面に熱放射に優れた材料、例えば黒色アルマイト、ガラス、ゴムなど（熱放射率：０.９）、黒ラッカー（０.９）、黒色塗装（０.８５）、エポキシガラス、紙フェノール、ポリテトラフルオロエチレンガラス（０.８）などの熱放射層が形成されたり、その表面に、１０〜５０μｍ程度の幅で、１０〜５０μｍ程度の深さの凹凸が形成されたりすることにより、熱放射をしやすい構造であることが好ましい。

さらに、図１に示される例は、加圧ローラ２１を加熱する第３加熱基板１０ｃが設けられている。図１に示される例では、この第３加熱基板１０ｃは第２加熱１０ｂと兼用されている。この第３加熱基板１０ｃは、その絶縁基板１１の側面が加圧ローラ２１の周面２１ａに押し付けられるように端面を斜めにカットして設けられている。そのため、第３加熱基板１０ｃの熱が絶縁基板１１を介して加圧ローラ２１の周面２１ａに伝わり、温度が上昇した加圧ローラ２１の周面２１ａで記録媒体４１のトナー４２を圧接することができる。そのため、加熱部１で加熱され、軟化状態または流動状態になったトナー４２が加圧ローラ２１に近づいて急激に温度が下がり、固化しかかった状態で加圧されるということがなくなり、トナー４２が軟化状態または流動状態で加圧され得る。この場合、トナー４２の表面側から温度が低下するので、トナー４２の表面固体領域の温度に近づき、加圧ローラ２１に付着しなくなる。その結果、より一層定着を確実に行うことができる。なお、図１に示されるように、第３加熱基板１０ｃの絶縁基板１１の端面が斜めにカットされることにより、より一層加圧ローラ２１が記録媒体４１を加圧する直前で加熱することができ、加熱を有効に利用することができる。

しかし、この第３加熱基板１０ｃは必須ではない。一方、第３加熱基板１０ｃには、後述されるように、温度測定用抵抗体が設けられており、第３加熱基板１０ｃを介して加圧ローラ２１の周面の温度が測定される。従って、連続して印刷が行われる場合、加熱されたトナー４２と接触する加圧ローラ２１の周面の温度が上昇し、第３加熱基板１０ｃによる加熱は必要がなくなる場合もある。むしろ空冷等の冷却をする必要がある場合もあり得る。この第１加熱基板１０ａの単体構造、第２加熱基板１０ｂ、第３加熱基板１０ｃおよび記録媒体加熱用加熱基板１０ｆの主要部は、従来のセラミック基板の一面に発熱抵抗体が形成される、いわゆるセラミックヒータとほぼ同じ構造になっている。そのため、共通の加熱基板１０として、その一例が図３Ａ〜３Ｃを参照して説明される。

加熱基板１０は、カードなどに記録や消去などをするのに用いられる従来の加熱ヘッドと同様の構造になっており、例えば図３Ａ〜３Ｂに保護膜（シート）１７を除去した基本的な加熱基板１０の平面説明図およびそのＢ-Ｂ断面図で、保護膜１７が形成された状態が示されるような構成になっている。すなわち、絶縁基板１１上に形成される発熱抵抗体１２や温度測定用抵抗体１３（１３ａ、１３ｂ）、電極１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）、温度測定端子１５（１５ａ〜１５ｅ）などが形成され、その上に保護膜１７が形成されている。なお、発熱抵抗体１２や温度測定用抵抗体１３と電極１４や測定用端子１５との間は、それぞれ導電体１６により接続されている。この電極１４や測定用端子１５には図示しないリードが接続される。

さらに具体的には、図３Ａに示されるように、例えばアルミナなどのセラミックスからなる絶縁基板１１の一面に発熱抵抗体１２と温度測定用抵抗体１３（１３ａ、１３ｂ）とが設けられた構造になっている。なお、これらの形状および配置等は任意に形成され得る。図３Ａに示される例では、例えば直線状で、帯状の発熱抵抗体１２が矩形状の絶縁基板１１の長手方向の一辺に沿って設けられることにより形成されている。この絶縁基板１１の長手方向の長さは、５０ｍｍ以上に形成され、例えば記録媒体４１の幅（図１の記録媒体４１の紙面と垂直方向の寸法）に応じて形成される。記録媒体４１が大きい場合には、この絶縁基板１１を長くするか、または加熱基板１０をその長手方向に複数個並べて配置することにより記録媒体４１の幅に合せられる。また、１個で長い絶縁基板１１で加熱基板１０が形成される場合には、発熱抵抗体１２や温度測定用抵抗体１３の途中に電極１４や測定用端子１５を複数個形成しておき、分割して電圧を印加できるようにしたり、絶縁基板１１の領域ごとに温度を定めることができるようにしたりして、常に絶縁基板１１の全体で均一な温度になるように制御される。

図３Ａに示される例では、温度測定用抵抗体１３ａ、１３ｂが２本形成されているが、この構造に限定されない。この絶縁基板１１の温度は、低すぎると記録媒体４１上に転写されたトナー４２が軟化状態や流動状態にならず、充分に定着されなくなるし、高過ぎてもトナー４２が流動状態になり過ぎて加圧ローラ２１にトナーが付着してトナーオフセットの現象が生じるので、絶縁基板１１の温度が、その各領域に応じて正確に制御される必要がある。そのため、温度測定用抵抗体１３の数や、測定用端子１５の数はできるだけ多く形成されることが好ましい。

絶縁基板１１は、アルミナなどからなる熱伝導率の優れた絶縁性の基板が用いられる。形状は矩形状が好ましいが、これに限定されるものではない。長さは、記録媒体４１の幅と等しいことが好ましいが、それより小さくても、前述のように、複数個の加熱基板１０が並べられることにより支障はない。絶縁基板１１の幅（図３Ａの発熱抵抗体１２の延びる方向と垂直方向の寸法）は、例えば１２ｍｍ程度の大きさに形成される。厚さは、例えば０.６ｍｍ程度のアルミナ基板が用いられる。

発熱抵抗体１２は、例えばＡｇ、Ｐｄ、ＲｕＯ₂、Ｐｔ、金属酸化物、ガラス粉末などを選択して混合することにより温度係数、抵抗値などが最適になるようにし、ペースト状にして印刷し、焼成することにより形成されている。焼成により形成される抵抗膜のシート抵抗値は固形絶縁粉末の量によって変えられる。両者の比率により抵抗値や温度係数を変えることができる。また、導体（電極１４、測定端子１５、接続導体１６として使用する材料としては、Ａｇの割合を多くし、Ｐｄを少なくした同様のペースト状にしたものが用いられる。そうすることにより、発熱抵抗体１２と同様に、印刷により形成することができる。端子接続の関係で使用温度により変る必要がある場合もある。Ａｇが多い程抵抗値を低くすることができる。この発熱抵抗体１２の抵抗温度係数は正に高い方が好ましく、とくに１０００〜３５００ｐｐｍ／℃の材料を用いることが好ましい。また、図示されていないが、発熱抵抗体１２の電流の流れる方向に沿って適当な位置に電極が設けられることにより、部分的に電圧を印加することができ、場所によって温度を変えることができる。

抵抗温度係数が正に大きいということは、温度が上昇すると抵抗値の増加が大きいことであるから、発熱させた状態における抵抗値測定により基準抵抗値からのずれにより実際の発熱温度の検出を容易に精度よく行え、実効印加電力を調整することにより所望の発熱温度からのずれを修正しやすくなる。定着装置の場合、発熱抵抗体１２用の電源に商用交流電源が使用されることが多く、交流のまま、例えば半波整流、全波整流のままで直流変換せずに使用される場合が多い。この場合、脈流のまま実効値を制御することになる。但し、制御には双方向サイリスタ（商品名トライアック）が用いられ、実効値で制御される。温度測定も実効値で行われ、トライアックで温度制御される。また、抵抗温度係数が正であることにより、温度が上昇し過ぎた場合に抵抗値が増大して電流値が下がり、抵抗による発熱量が下がるため、より早く温度が飽和状態となり、高温時の温度安定性に優れているからであり、熱暴走などによる過熱を防止できる。なお、発熱抵抗体１２の標準的な部分の幅も、用途に応じて所定の温度になるように設定されてもよく、複数本の発熱抵抗体１２が並列に並べられてもよい。

また、発熱抵抗体１２の両端部には、例えばパラジウムの比率を小さくした銀・パラジウム合金やＡｇ-Ｐｔ合金などの良導電体からなる電極１４が印刷などにより形成されている。この電極１４は、図示しないリードが接続され、電源が接続されて発熱抵抗体１２に通電される構造になっている。この電源は、直流でも、交流でもよく、また、パルス電圧でもよい。パルス電圧であれば、そのデューティを変えることにより、印加電力を制御することができる。また、図３Ａには、４ｍｍ程度の幅広の発熱抵抗体１２が１本で形成されているが、発熱抵抗体の幅や本数はこの例に限定されず、目的に応じて、所望の温度になるように形成される。

発熱抵抗体１２の近傍には、発熱抵抗体１２と同様に絶縁基板１１の表面に温度測定用抵抗体１３が形成されている。この温度測定用抵抗体１３は、例えば図３Ａに示されるように、発熱抵抗体１２に沿って形成されるのが好ましい。図３Ａに示される例では、間隔をあけて若干長さの異なる２個が形成されている。そして、それぞれの両端が一対の測定用端子１５ａ、１５ｂに接続されている。この測定用端子１５ａ、１５ｂも前述の電極１４と同様に、良導電性の材料により形成されている。この温度測定用抵抗体１３には、両端の一対の測定用端子１５ａ、１５ｂのみならず、その中心部にも測定用端子１５ｅが形成されている。また、第２の温度測定用抵抗体１３ｂの両端部にも一対の測定用端子１５ｃ、１５ｄがそれぞれ形成され、中心部の測定用端子１５ｅにも接続されている。

温度測定用抵抗体１３は、発熱抵抗体１２と同じ材料で形成されてもよいが、好ましくはできるだけ温度係数の絶対値（％）が大きい方が好ましい。この温度測定用抵抗体１３は、発熱させるものではなく、絶縁基板２１の温度を検出して、造形材料の融解温度に達するようにするもので、例えば０.５ｍｍ幅で、発熱抵抗体１２より若干短い長さで形成される。また、温度測定用抵抗体１３自身は発熱しないよう印加電圧が低く抑えられて、例えば５Ｖ程度が印加される。すなわち、この温度測定用抵抗体１３は絶縁基板１１上に直接設けられているため、両者の温度は殆ど同じで、温度測定用抵抗体１３の抵抗値を測定することにより、絶縁基板１１表面の温度、ひいては記録媒体４１を加熱する絶縁基板１１の温度を知り、その温度をその軟化状態または流動状態にする温度にするためである。すなわち、抵抗体材料は、一般的にその温度が変化するとその抵抗値が変化するので、その抵抗値の変化を測定することにより、温度を測定するのである。温度検出手段については後述するが、この温度測定用抵抗体１３の両端の電圧変化を検出することにより温度測定用抵抗体１３の抵抗値を検出し、その抵抗値と温度測定用抵抗体１３の温度係数（材料により分っている）から、その温度を検出するものであり、温度係数が大きい方が測定誤差を小さくすることができる。なお、この場合は、温度係数は正でも負でもよい。

温度測定用抵抗体１３は、発熱抵抗体１２と同じ材料とは限らず用途に応じて印刷などにより形成される。すなわち、微小の温度差を必要とする場合には、ＡｇとＰｄの混合比率を変えたものや、全く別の材料で温度係数の大きいものを用いることもできる。この温度測定用抵抗体１３の測定端子１５ａ、１５ｂも、発熱抵抗体１２の電極１４などと同様に、Ａｇを多くしてＰｄを少なくした良導電性の材料により形成される。この温度測定用端子１５ａ、１５ｂの形成は、温度測定用抵抗体１３の端部に設けられるとは限らない。例えば図３Ａに示されるように、中央部に測定端子１５ｅが設けられてもよいし、さらに二分されたそれぞれの中点に形成されてもよい。なお、温度測定用抵抗体１３は、絶縁基板１１の大きさ、または目的に応じて、形成される位置や測定端子１５の位置が設定される。

図３Ａには省略して二点鎖線で外周部分のみが示されているが、図３Ｂに断面図が示されているように、この発熱抵抗体１２、温度測定用抵抗体１３、および接続導体１６は、保護膜１７により被覆されている。この保護膜１７は熱伝導率の大きいことが好ましく、例えば表面が平滑な硬質ガラス膜などにより形成される。しかし、後述される図２に示されるような絶縁基板１１と反対側の面が加圧ローラ２１などと接触してローラなどを加熱する場合には、絶縁基板１１の半分ぐらいの厚さの薄いセラミック板などからなるカバー基板が代わりに設けられてもよい。この場合も含めて保護膜１７という。なお、電極１４や測定用端子１５は被覆されないで、露出しており、図示しないリードが接続される。

図３Ａに示される例は、それぞれの端部に電極や測定端子が設けられていたが、これらの一方を共通にして電極や測定端子を狭い方の側縁に集約させることもできる。その一例が図３Ｃに示されている。すなわち、図３Ｃに示される例は、発熱抵抗体１２と温度測定用抵抗体１３が１本ずつ並行して形成されると共に、さらに共通導体１８が形成されている。この共通導体１８は、発熱抵抗体１２の他端部、および温度測定用抵抗体１３の他端部に接続して形成され、その一端部が発熱抵抗体の一端部に接続される電極１４、および温度測定用抵抗体１３の一端部に接続される測定用端子１５と並んで形成されている。その他の構造は図３Ａと同じで、同じ部分には同じ符号を付してその説明は省略される。

図３Ｄに示される例は、図２に示されるように、加圧ローラ２１と対向する回転ローラの代りに、第１加熱基板１０ａの延長部分で支持する構成にした場合の第１加熱基板１０ａの構成例である。この例では、発熱抵抗体１２と温度測定用抵抗体１３とがそれぞれ２本ずつ形成されている。そして、その延長部分で加圧ローラ２１と対向する部分には、発熱抵抗体１２は形成されないで、耐摩耗層２０が形成されている。発熱抵抗体１２が形成されていなくても、絶縁基板１１の熱伝導により、ある程度の温度上昇があり、加圧搬送部２での記録媒体４１の温度の急激な低下が防止され、都合がよい。さらに、この例では、前述のように、記録媒体４１が第１加熱基板１０ａと密着するように吸引装置が構成されている。すなわち、図３Ｄに示される例では、発熱抵抗体１２と温度測定用抵抗体１３との間に、貫通孔１９ａとその貫通孔を結ぶ溝１９ｂが形成されている。この貫通孔１９ａの絶縁基板１１の裏面側に図示しない吸引具が形成されて貫通孔１９ａおよび溝１９ｂ内の空気が吸引されることにより、負圧になるため、その上を搬送される記録媒体４１が吸いつける吸引装置になっている。すなわち、記録媒体４１は第１加熱基板１０ａと密着しながら搬送される。その結果、第１加熱基板１０ａの熱量がより一層効率的に記録媒体４１に与えられて、記録媒体４１、ひいては転写されたトナー４２の加熱に寄与する。

この貫通孔１９ａの大きさは、０.３〜０.５ｍｍ程度で、溝１９ｂの幅は０.３〜０.５ｍｍ程度であり、溝１９ｂの深さは、０.２〜０.３ｍｍ程度である。吸引具としては、小型ブロワーや小型源圧ポンプ（半導体ウェハ用真空チャック）などが用いられ得る。この吸引された加熱空気は予熱部（転写前後の記録媒体の予熱）で熱の再利用も考えられる。図３Ｄにおいて、２０は、例えば表面が平滑な硬質ガラスなどからなる耐摩耗層である。すなわち、前述の加圧ローラ２１と対向する回転ローラ２２に代えて、この第１加熱基板１０ａの延長部分で加圧の対向基板とする例であるが、回転ローラ２２と異なり、加圧ローラ２１により押しつけられた記録媒体４１を搬送するため、記録媒体４１とこの第１加熱基板１０ａの耐摩耗層２０とは摺動することになる。そのため、記録媒体４１がスムースに動くように、かつ、第１加熱基板１０ａの表面が消耗しないように、滑らかで摩耗しにくい耐摩耗層２０が形成されている。この耐摩耗層２０の近傍には、発熱抵抗体１２は形成されていないので、それほど温度は上がらないが、第１加熱基板１０ａの絶縁基板の熱伝導により、ある程度の温度上昇はある。

この発熱抵抗体１２や温度測定用抵抗体１３の表面には、前述の保護膜１７が設けられ、直接記録媒体４１の裏面に接触している。そのため、記録媒体４１の温度上昇が速く、また、省電力の点で優れる。省電力の観点からは、図示されていないが、発熱抵抗体１２と絶縁基板１１との間に、グレーズ層などの熱伝導率の小さい断熱層が挿入されることが好ましい。また、発熱抵抗体１２の数は、発熱する温度や記録媒体４１の搬送速度などに応じて、適当に増減される（７０μｍ厚のＡ４紙の場合で、１枚当たり搬送中に約６Ｊの熱量を与えて加熱することによりトナー４２を融解することができる）。なお、図３Ｄに示される例では、発熱抵抗体１２と温度測定用抵抗体１３との間に吸引用の貫通孔１９ａおよび溝１９ｂが形成されているが、このように発熱抵抗体１２の近傍で吸引されることが、発熱抵抗体１２に記録媒体４１が吸着しやすいため、好ましい。しかし、発熱抵抗体１２の温度を正確に測定し難いという問題はあり、次の図３Ｅに示されるように、温度測定用抵抗体１３の発熱抵抗体１２と反対側に吸引用の貫通孔や溝が形成されても良い。

図３Ｅに示される例は、吸引装置として、第１加熱基板１０ａの表面に形成される溝１９ｂのみにより形成された例である。すなわち、第１加熱基板１０ａの表面の少なくとも一端縁に達するように溝１９ｂが形成され、その第１加熱基板１０ａの端壁に吸引具が接続されて、溝１９ｂ内を負圧にする吸引装置の構成になっている。両端縁に溝１９ｂが達している場合には、両端縁に吸引具が接続される。このような構造でも、図３Ｄに示される例と同様に、記録媒体４１を充分に第１加熱基板１０ａに密着させることができる。その他の構造は、図３Ｄに示される構造と同じで、同じ部分には同じ符号を付してその説明は省略される。なお、この構造は、前述の図３Ｄに示される構造に適用することもできる。すなわち、貫通孔１９ａ側から吸引すると共に、溝１９ｂを端部まで延ばして、端縁に吸引具を接続することもできる。

図３Ｆは、吸引装置の他の例を示す例であり、図３Ｃなどに示されるような発熱抵抗体１２と温度測定用抵抗体１３が１組形成された第１加熱基板１０ａ１、１０ａ２および基板１０ａ３が、例えば０.１ｍｍ〜０.５ｍｍ程度の間隙部１９ｃを介して並べられ、その間隙部１９ｃに吸引具を接続して吸引装置とする例である。このような間隙部に限らず、０.１ｍｍ〜０.３ｍｍ程度の吸引用の孔や溝を有する金属やセラミックス類の多孔質材料を挟み込むこともできる。間隙部１９ｃの場合は、周囲および適当な個所で、それぞれを連結して熱伝導を良くすることにより、また、例えば第１加熱基板１０ａ３には発熱抵抗体１２が形成されず、耐摩耗層２０が形成されることにより、前述の図３Ｄに示される構造と同様に構成することができる。このように個別の加熱基板が間隙や多孔質材料を介して並べられることにより、その間隙部１９ｃや孔を利用して吸引装置を形成し得る。なお、図３Ｆにおいて、一番左の基板１０ａ３は、発熱用抵抗体は形成されておらず、右側の２つの基板１０ａ１、１０ａ２に発熱抵抗体と温度測定用抵抗体が形成されているが図では省略されている。一番左の基板１０ａ３は、基板の表面に耐摩耗層が形成されているが、図では省略されている。なお、個々の第１加熱基板１０ａ１などの裏面周囲で、予め固定されても良いし、この３つの基板への分割が完全には行われないで、その周囲で連結するように形成されてもよい。すなわち、基板にスリットが形成されているのと同じ構造でもよい。そのようにすれば、相互の位置関係が動かず、組立も容易になる。

図１に示される例では、転写部３より上流側に、記録媒体加熱部５が設けられ、記録媒体４１を加熱する記録媒体加熱用加熱基板１０ｆが記録媒体４１の両面に接触するように設けられている。この記録媒体加熱用加熱基板１０ｆは、記録媒体４１の両面に設ける必要はなく、一方だけで良いが、特に、トナー４２が転写される面（表面）に設けられるのが好ましい。しかし、裏面側だけに設けられてもよい。薄い記録媒体の加熱は直ちに行われるからである。裏面側であれば、第１加熱基板１０ａなどと一体化することも考え得る。前述のように、記録媒体４１が紙などの場合、水分を吸収しやすく、水分を内部に含んでいると、トナー４２が転写されて定着される場合に、水分が蒸発して定着後のトナー４３の表面に凹凸が形成されやすい。本発明では、加熱部と加圧部とを別の構成で行っているので、この問題はかなり解消されているが、なお一層確実にするには、トナー４２の転写前に記録媒体４１を加熱して記録媒体４１中の水分を蒸発させておくことが好ましいからである。

この記録媒体加熱用加熱基板１０ｆも、前述の図３Ａ〜３Ｂに示される加熱基板１０と同様の構造のものを使用することができる。前述のように、記録媒体４１のトナー４２が転写される面に直接接触させて設けられることが熱効率の観点から好ましい。しかし、耐摩耗性を考慮すれば、絶縁基板１１の裏面を接触させたり、保護膜１７を薄いセラミック板としたカバー基板にしたりしたものを使用することもできる。この記録媒体加熱用加熱基板１０ｆは、トナー４２を軟化状態にしたり、流動状態にしたりするものではなく、ただ記録媒体４１の水分を蒸発させるものであるため、第１加熱基板１０ａより小さい電力で良い。

この記録媒体４１を加熱して水分を蒸発させること、および各加熱部を有効加熱すること、という観点から、例えば図１に示されるように、この記録媒体加熱部５、トナー４２を加熱する加熱部１、加圧搬送部２および排紙された記録媒体４１を集積する排紙集積部６を転写部３の記録媒体４１の裏面側を介して一体的に最小限の空間で囲むカバーケース７が形成され、さらに、転写部３側が加圧搬送部２よりも高くなるように、記録媒体４１の搬送路が傾けて設置されることが好ましい。また、排紙集積部６側に第１開口部７ａが形成され、記録媒体加熱部５側に第２開口部７ｂが形成されていることにより、カバーケース７内に気流７ｃが形成される。すなわち、カバーケース７が傾斜されていることにより、熱せられた空気は上方に行くため、第１開口部７ａから第２開口部７ｂに向かって気流７ｃが形成される。その結果、記録媒体加熱部５およびトナー４１の加熱部１や加圧搬送部２の加熱に寄与する。また、加熱部１に到達する前に記録媒体４１を予熱することができる点からも好ましい。

この定着装置の傾斜は、熱の有効利用という観点からは水平面に対する角度が大きいほど好ましい。しかし、転写したトナー４２は紙などの記録媒体４１の表面に付着しているだけであるので、余り傾けるとトナー４２がずれる可能性がある。これは加熱部１で流動状態になるまで加熱された場合にも同様の危険性がある。その観点からは傾斜は小さいほど好ましい。この両者の関係を考慮すると、２０°〜６０°、さらに好ましくは３０°〜４５°程度が好ましい。このようにカバーケース７で囲まれ、傾斜されることにより、記録媒体加熱部５などで弱い加熱によっても記録媒体４１を乾燥させ、また、加熱部１での軟化状態または流動状態にトナー４２を加熱することができる。従って、全体的にエネルギー消費を少なくすることができ、地球温暖化への対策にもなる。

加圧搬送部２は、図１に示される例では、加圧ローラ（定着ローラ、上側ローラ）２１と回転ローラ（下側ローラ）２２とで、記録媒体４１を圧接した状態で両ローラ２１、２２を回転させることにより、記録媒体４１を加圧すると共に、搬送する仕組みになっている。なお、名称を加圧ローラ２１と回転ローラ２２と分けて記載しているが、便宜的に名称を分けただけで、両方のローラ２１、２２により圧接することは言うまでもない。また、回転ローラ２２はローラでなくて、平板状のものでもよい。通常の定着装置に用いられる加熱加圧ローラは、ゴムローラなどの加熱しやすい材料が用いられ、加熱しながら加圧されるが、本発明では、加熱を目的とはしていないので、むしろ冷却しながら圧接をする。従って、加圧ローラ２１の少なくとも周面には、トナー４２は付着しないで、分離しやすい離型性のある材料で形成されていることが好ましい。

具体的には、プラスチックなどの比較的固い断熱材料で、外面２１ａには付着防止用のフッ素樹脂系被膜が形成されたものが用いられる。下側の回転ローラ２２も、断熱材料（スポンジ、バルーン（空気カプセル）混入プラスチックなど）が用いられる。なお、この加圧ローラ２１の加熱は、トナー４２を軟化状態や流動状態にさせるための熱量が求められている訳ではなく、軟化状態または流動状態になっているトナー４２の温度が急激に低下して固化しないようにするものである。従って、それ程温度を高くする必要はなく、図１に示されるように、加熱基板１０の絶縁基板１１を介しての熱で充分である。しかし、後述される図２に示されるように、第３加熱基板１０ｃが加圧ローラ２１の加熱専用に用いられる場合には、絶縁基板１１側ではなく、保護膜１７側が接触するように設けられることができる。勿論、絶縁基板１１の側面ではなく、裏面側を接触させて加熱することもできる。そうすることにより耐摩耗性が向上する。

この加圧ローラ２１は、前述のように、記録媒体４１上で、加熱部１により軟化状態または流動状態になったトナー４２を押し付けることにより記録媒体４１に浸み込ませることが目的であるが、加圧搬送部２に送られてきた記録媒体（用紙）４１上のトナー４２の温度が急激に下がると加圧だけでは充分に記録媒体４１に浸み込ませることができない場合が生じ得る。そのような場合を考慮すると、急激にトナー４２の温度が下がらないように、加圧ローラ２１もある程度の高温になっていることが好ましい。そのため、図１に示される例では、第３加熱基板１０ｃ（図１に示される例では、第２加熱基板１０ｂと兼用）が、その絶縁基板１１の側面で加圧ローラ２１の周縁部２１ａに接触するように押し付けられている。この加圧ローラ２１と第３加熱基板１０ｃとの接触部分は、加圧ローラ２１が記録媒体４１と接触する部分にできるだけ近い上流（接触部分に至る手前側）の部分（加圧ローラ２１の回転により圧接点にできるだけ早く達する位置）であることが好ましい。第３加熱基板１０ｃから伝導した熱が逃げないうちに記録媒体４１と接触させることが好ましいからである。しかし、第２加熱基板と共用するためには、第２加熱基板１０ｂの配置位置との関係で決まる。

図１に示される例では、加圧ローラ２１と記録媒体４１を介して回転ローラ２２が設けられている。この回転ローラ２２の回転を加圧ローラ２１の回転と同期させておくことにより、両面から記録媒体４１を挟み付けて搬送することができるため好ましい。しかし、記録媒体４１の裏面側は、回転ローラ２２でなくても、普通の平板でも構わない。加圧ローラ２１の圧力に対して耐え得るものであればよい。搬送される記録媒体４１と摺動することになるが、記録媒体４１の裏側での摺動になるため、影響は生じない。

また、下側（トナー面と反対側）に回転ローラ（下側ローラ）２２が用いられる場合、図示されていないが、回転ローラ２２の周縁にも、第４加熱基板が接触するように設けられることが、加圧ローラ２１の場合と同様に記録媒体４１の温度を急速に下げないで確実な定着を行いやすいという点で望ましい。しかし、回転ローラ２２の場合は、記録媒体４１の裏面と接触するため、その効果は小さく、必須ではない。また、回転ローラ２２ではなく、平板が設けられる場合には、その平板に代えて前述の加熱基板１０が設けられてもよい。このように、加圧搬送部３で軟化状態または流動状態になって未定着のトナー４２が圧接されることにより、定着されたトナー４３になる。

すなわち、転写されたトナー４２が加熱されると、前述の図４に示されるように、その粘弾性が徐々に低下し、記録媒体４１に浸み込みやすくなる。これを加圧すると、紙の繊維間に浸み込んだトナー４２が固着されて剥れ難くなる。このトナー４２の加圧により、加圧されたトナー４３の表面は平坦化されてきれいな印刷表面が得られる。

転写部３は、通常の電子写真方式プリンタの場合と同様に、清掃部３２、除電部３３、帯電部３４、露光（光書込み）部３５、現像部３６を通るように感光体の一例である感光ドラム３１を回転させながら露光部３５でレーザ光またはＬＥＤ光を用いて光書込みをして感光ドラム３１上に静電潜像を形成し、これに現像部３６でトナー４２ａを感光ドラム３１に付着させて現像し、可視像化する。そして、転写具３７で電気力によりトナー４２ａを感光ドラム３１から記録媒体４１に転写することにより、記録媒体４１に写真画像が形成される。トナー４２ａは、樹脂に種々の顔料を混合したものである。この記録媒体４１が順次搬送されて加熱部１、加圧搬送部２を経由することにより、転写されたトナー４２の画像が定着される。なお、カラープリントの場合は、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）のある色のトナー４２が順次転写され、複数色のトナーが転写された後に加熱部１で軟化状態に、加熱部１で溶融状態に加熱され、その後に加圧することにより定着される。しかし、転写されたままの状態で長時間、多く移動していると、トナーが脱落して浮遊する機会が多くなるので、各色それぞれのトナーが転写された後に仮定着することも考えられている。

図１に示される例では、記録媒体４１が連続した帯状体で示されているが、実際には、Ａ４判とか、Ｂ５判、カードのような一定の大きさの記録媒体４１が連続して送られる構成になっている。そのため、一番下流側では、定着が完了した用紙（記録媒体）４１は排紙され、排紙集積部６に溜る。この定着が完了して送り出された排紙４１は、加圧搬送部２で冷却されたといっても、常温よりは遥かに高い温度であり、熱が放熱される。本発明では、この熱も有効に利用することにより省エネ化を図るもので、この排紙集積部６も含めてカバーケース７により被覆し、転写部３側に温度が伝達されるようにカバーケース７が形成されると共に、記録媒体４１の搬送部が傾斜するように設けられている。

図２に示される実施形態は、加熱部１で第２加熱基板１０ｂが設けられないと共に、回転ローラ２２の代りに、平板上の基板として、第１加熱基板１０ａが延長して設けられ、その第１加熱基板１０ａの表面に耐摩耗層２０が形成されている。すなわち、前述の図３Ｅに示される構造の加熱基板が用いられている。第３加熱基板１０ｃは、加圧ローラ２１の加熱または温度測定の専用に設けられている。なお、この図２では、カバーケース７が省略されると共に、定着装置の傾斜も省略されていないが、図１と同様の構成にすることが好ましい。この実施形態では、加圧ローラ２１を加熱する第３加熱基板１０ｃは、第２加熱基板１０ｂと共用していないので、発熱抵抗体１２側の保護膜（カバー基板）１７側が接触されることが、熱の有効利用、または加圧ローラ２１の温度の正確な測定の観点から好ましい。他の構造は図１に示される構造と同じであり、図１と同じ部分には同じ符号を付し、その説明は省略される。

前述のように、トナー４２を加熱する温度が低すぎると、軟化状態または流動状態にすることができず、十分な定着をすることができない。また、高すぎても、加圧搬送部２でトナー４２の一部が加圧ローラ２１に付着して好ましくない。そのため、加熱基板１０の温度制御は正確に行うことが必要となる。図１などに示される定着装置の温度制御手段（駆動回路）が図６に示されている。すなわち、この駆動回路は直流または交流の電源３９０で駆動する例で電源３９０としては、電池または商用電源３９０をパルス駆動、トランスなどにより電圧や印加時間を調整して、印加電力を調整する調整部３７０を介して発熱抵抗体１２に接続される電極１４（図３Ａ参照）に駆動電力が供給されるようになっている。その結果、交流電源をそのまま使用することもでき、商用の交流電源３９０により供給される電圧は、電力の調整部３７０により調整され、所望の温度になるように調整される。調整部３７０は、たとえば電源３９０が交流の場合には、トライアックやサイリスタなどの交流電力制御手段が用いられる。その結果、直流電源が不要で、電源冷却ファンも不要になる。しかし、電池による直流電源を用いることもできる。また、図示されていないが、パルスを印加するパルス駆動により加熱することもできる。その場合、電圧を変える以外にもデューティサイクルを変えることにより印加電力を調整することができる。さらに、パルス印加する場合には、その位相制御をする(ＰＤＭ)ことにより出力を変えることもできる。

その温度は、温度測定用抵抗体１３を利用して、定電流回路３５０により測定用電源３１０の電流を一定にして供給される電流と、温度測定用抵抗体２４の両端の電圧Ｖの測定により、その時点の温度測定用抵抗体１３の抵抗値を知り、その抵抗値の変化により温度測定用抵抗体１３、すなわち絶縁基板１１（図３Ａ参照）の温度を測定して、その温度により電力の調整部３７０で印加電圧などを調整できるようになっている。調整部３７０は、特に複数の発熱抵抗体１２を並べて加熱する場合に、各発熱抵抗体１２の温度を均一にする、または温度を異ならせる場合に有効である。そのため、複数の温度測定用抵抗体１３が設けられている場合には、それぞれ別々にその近傍の温度を測定し、各発熱抵抗体１２で印加電圧などが調整されることが好ましい。ここに示される例では、直流電源の例で示されているが、交流でも実効値制御により温度検出をすることができる。

この温度測定の原理を、もう少し詳しくした図７を参照しながら説明する。例えば直流電源からなる測定用電源３１０の両端に定電流回路ＣＣＲ（current controlled regulator）３５０を温度測定用抵抗体１３と直列に接続しておき、温度測定用抵抗体１３の両端の電圧Ｖを測定すれば、温度検出手段３３０により、その電圧を定電流で割り算することにより、温度測定用抵抗体１３のその時点での抵抗値を知ることができ、予め分っている温度測定用抵抗体１３の温度係数（材料により定まる）とから温度を算出することができる。なお、交流の場合は、内部で半波整流し、トリガー作用により行われる。その検出温度に応じて、制御手段３６０から調整部３７により発熱抵抗体１２の両端に印加する電力を制御することにより、絶縁基板１１の温度を所定の温度に維持することができる。この制御手段３６０による発熱用抵抗体１２の温度制御は、前述のように、印加電圧をパルスにして、そのパルスのデューティサイクルを変えてもよいし、電圧そのものを変化させてもよい。図７に示される例では、定電流回路３５０が設けられたが、それに代えて、温度が変化しない場所に基準抵抗を設けて、その基準抵抗の電圧を測定することにより、電流を求めて、温度測定用抵抗体１３の両端の電圧をＶ検出器３４０で測定してもよい。また、温度測定用電源３１０は、直流電源とは限らない。交流でもパルス的に定電流を得ることができる。

前述の例では、発熱抵抗体１２用の電源と、温度測定用抵抗体１３用の電源とを別々の構成にしたが、両方を共用にして、例えばＡＣ１００Ｖ〜２４０Ｖの商用電源を用いることができる。その例の回路図が図８に示されている。すなわち、この商用電源３９１に発熱抵抗体１２と温度測定用抵抗体１３とが並列に接続され、発熱抵抗体１２と商用電源３９１の間に制御手段３６０が接続されている。そして、温度測定用抵抗体１３から検出される温度に応じて、制御手段３６０が制御されることにより、発熱抵抗体１２に印加される電圧が制御される。なお、発熱抵抗体１２と温度測定用抵抗体１３は、加熱基板上に形成されている。

１ 加熱部
２ 加圧搬送部
３ 転写部
５ 記録媒体加熱部
６ 排紙集積部
７ カバーケース
１０ 加熱基板
１０ａ〜１０ｃ 第１〜第３加熱基板
１０ｆ 記録媒体加熱用加熱基板
１１ 絶縁基板
１２ 発熱抵抗体
１３ 温度測定用抵抗体
１４ 電極
１５ 測定用端子
１６ 接続導体
１７ 保護膜
２１ 加圧ローラ
２２ 回転ローラ
３１ 感光ドラム
３４ 帯電部
３５ 露光部
３６ 現像部
３７ 転写具
４１ 記録媒体
４２ａ 現像したトナー
４２ 未定着のトナー
４３ 定着後のトナー

Claims (12)

1. 感光体に形成された静電潜像を現像して付着したトナーを記録媒体に転写する転写部と、
   前記記録媒体の前記転写部より下流側に設けられ、前記転写部で転写されたトナーを加熱する加熱部と、
   前記記録媒体の前記加熱部より下流側に設けられ、前記記録媒体の前記トナーが設けられた面側を加圧ローラにより加圧しながら前記記録媒体を搬送する加圧搬送部とを具備し、
   前記加熱部では、前記記録媒体の前記トナーが転写された面と反対面側から加熱する第１加熱基板および／または前記記録媒体の前記トナーが転写された面側から前記記録媒体と離間して設けられる第２加熱基板により加熱されると共に、前記記録媒体に転写されたトナーが軟化状態または流動状態になるまで加熱され、前記加圧搬送部では、前記軟化状態の温度以下の温度で加圧され、かつ、
   前記第１加熱基板が前記加圧ローラに前記記録媒体を挟んで対向する位置まで延びるように形成され、前記加圧ローラと対向する部分には、発熱抵抗体が形成されない構造である定着装置。
2. 前記記録媒体の前記転写部より上流側に、前記記録媒体を加熱する記録媒体加熱用加熱基板が設けられてなる請求項１記載の定着装置。
3. 前記第１加熱基板の前記加圧ローラと前記記録媒体を介して対向する位置に耐摩耗層が形成されてなる請求項１または２記載の定着装置。
4. 前記記録媒体加熱用加熱基板が、少なくとも前記記録媒体のトナーが転写される面側から加熱するように、前記記録媒体と接触させて設けられてなる請求項２または３記載の定着装置。
5. 前記第１加熱基板に前記記録媒体を吸引する吸引装置が形成されてなる請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置。
6. 前記第１加熱基板が、前記転写部で転写の終った前記記録媒体を直ちに加熱できるように前記転写部の転写具に近接して設けられる請求項１〜５のいずれか１項に記載の定着装置。
7. 前記加圧搬送部の下流側に排紙を集積する排紙集積部が設けられ、該排紙集積部、前記加圧搬送部、前記加熱部、前記転写部の少なくとも前記記録媒体の裏面側、および前記記録媒体加熱用加熱基板の部分を一体的に囲むカバーケースが設けられてなる請求項２〜６のいずれか１項に記載の定着装置。
8. 請求項２記載の記録媒体加熱用加熱基板または前記加熱部のヒータの少なくとも１つが、
   絶縁基板と、該絶縁基板の一面に形成され、前記絶縁基板を加熱する帯状の発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体の長手方向に電流を流し得る少なくとも一対の電極と、前記発熱抵抗体の近傍で、該発熱抵抗体に沿って前記絶縁基板上に形成される温度測定用抵抗体と、前記温度測定用抵抗体の所定の長さの間の電気抵抗を測定するための少なくとも一対の測定端子とを具備している
   加熱基板からなる請求項１〜７のいずれか１項に記載の定着装置。
9. 電子写真プロセスにより画像に合せたトナーを記録媒体に転写し、
   前記記録媒体を搬送しながら前記トナーが転写された面側から前記記録媒体と離間して加熱し、および／または前記トナーが転写された面と反対面側から加熱する加熱部を設けることにより前記トナーを軟化状態または流動状態にし、
   前記記録媒体の前記トナー側から加圧ローラにより加圧しながら前記記録媒体を搬送し、前記トナーが転写された面と反対面側からの加熱を絶縁基板上に発熱抵抗体が形成された加熱基板で行うと共に、前記加熱基板の絶縁基板を前記加圧ローラと対向する位置まで延ばし、前記絶縁基板を伝導する熱により前記軟化状態の温度以下の温度で加熱しながら加圧する
   ことを特徴とする定着方法。
10. 前記画像を記録媒体に転写する前に、前記記録媒体を加熱することにより前記記録媒体の内部の水分を蒸発させる請求項９記載の定着方法。
11. 前記加熱部での加熱を、前記記録媒体の前記トナーが転写された面と反対面側に第１加熱基板を設けることにより行うと共に、前記第１加熱基板を介して、または前記加熱基板の前後に設けられる吸引装置を介して真空吸着により、前記記録媒体を前記第１加熱基板に密着させて行う請求項９または１０記載の定着方法。
12. 前記加圧ローラの下流側に排紙を集積する排紙集積部を設け、該排紙集積部、前記加圧しながら前記記録媒体を搬送する加圧ローラ、前記加熱部、前記記録媒体に転写する転写部の少なくとも前記記録媒体のトナー転写面と反対面側、および前記転写の前の前記記録媒体を加熱する記録媒体加熱部を一体的にカバーケースで囲み、かつ、前記記録媒体の搬送を前記転写部側が前記排紙集積部より高くなるような傾斜面にして行う請求項９〜１１のいずれか１項に記載の定着方法。

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