JPH08129313A - 加熱装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被加熱材Ｐを加熱用回転体１０とこれに圧接
させた加圧部材２０とがなすニップ部Ｎを通過させるこ
とにより加熱する加熱装置６として、ウォームアップ時
間の短縮が可能である、加熱用回転体の表面温度変動の
リップルを小さくできる、ニップ部長手方向各部の圧接
力を均一化できる、被加熱材のカールの発生を防止でき
る、高速化に適する等の利点を有する装置を提供する。 【構成】 加熱用回転体１０を外部より加熱する加熱手
段１５を具備し、該加熱用回転体１０は内部に弾性体層
１２を含み、その外部に厚さ１０〜１５０μｍの金属ス
リーブ１３を設けたこと、加熱用回転体と加圧部材との
なすニップ部を略平坦にすべく、加圧部材の表面硬度を
加熱用回転体の表面硬度に比べ実質同等かもしくは高め
に設定したこと、加熱手段が、輻射加熱手段、もしくは
接触による直接加熱手段、もしくは交流磁場形成による
誘導加熱手段であること等。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被加熱材を加熱用回転
体とこれに圧接させた加圧部材とがなすニップ部を通過
させることにより加熱する加熱装置に関する。

【０００２】また該加熱装置を画像加熱定着装置として
使用した画像形成装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】例えば、複写機・プリンタ・ファクシミ
リ等の画像形成装置において、電子写真方式・静電記録
方式・磁気記録方式等の適宜の作像プロセス機構により
被記録材（転写材・感光紙・静電記録紙・印刷紙等）に
転写方式（間接方式）或いは直接方式で目的の画像情報
に対応させて形成担持させた未定着トナー像を被記録材
面に加熱定着させるための加熱装置としての画像加熱定
着装置は熱ローラ方式の装置が広く用いられている。

【０００４】図１３にその熱ローラ方式の画像加熱定着
装置の概略構成を示した。

【０００５】８０は加熱用回転体としての定着ローラで
ある。該定着ローラ８０のアルミニウム製の中空芯金８
２の内部には加熱手段としてのハロゲンランプ８１を配
設させてあり、このハロゲンランプ８１に対して不図示
の電源から通電して発熱させて、定着ローラ８０を、中
空芯金８２の内部から、被加熱材としての被記録材Ｐ
（以下、転写材と記す）上のトナー画像のトナーを融解
させるのに十分な温度に加熱する。

【０００６】また転写材Ｐ上のトナーをオフセットする
ことなく、転写材上に定着するために、該定着ローラ８
０の中空芯金８２の外側には離型性に優れた性能を示す
ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオ
ロアルコキシテトラフルオロエチレン共重合体（ＰＦ
Ａ）などの離型性層８３が形成されている。

【０００７】また定着ローラ８０の表面にはサーミスタ
８４が接触しており、定着ローラ表面の温度を検知し、
適度な温度で転写材上のトナー像を加熱するようにハロ
ゲンランプ８１への給電をｏｎ／ｏｆｆ制御する。

【０００８】９０は上記定着ローラ８０に対する加圧部
材としての加圧ローラであり、定着ローラ８０に対して
略並行に配列され、ローラ長手両端部において不図示の
加圧バネにより付勢されて定着ローラ８０に対して圧接
した状態に保持されている。

【０００９】この加圧ローラ９０は、芯金９１の外部に
シリコンゴムを形成した弾性層あるいはシリコンゴムを
発泡して成るスポンジ弾性層９２、さらにその外層に定
着ローラ８０と同様のＰＴＦＥあるいはＰＦＡの離型性
層９３を形成して成る。

【００１０】よってこの加圧ローラ９０の弾性により定
着ローラ８０と加圧ローラ９０の両ローラ間の圧接ニッ
プ部Ｎに十分なニップ幅を形成することができる。

【００１１】回転させた定着ローラ８０と加圧ローラ９
０のニップ部Ｎに未定着トナー像を担持させた転写材Ｐ
を画像面を定着ローラ８０側にして導入して挟持搬送さ
せることで、定着ローラ８０の熱によりトナー像が転写
材Ｐ面に永久画像として加熱定着される。

【００１２】定着ローラ８０の中空芯金８２は、熱容量
をできるだけ小さく抑え、かつより高い熱伝導性を有し
ながらも機械的強度を満足させるために、２０〜３０ｍ
ｍの外径で、肉厚１．５〜３ｍｍを必要としていた。

【００１３】さらに最外層を成す離型性層８３は熱伝導
性が小さいため厚く形成することができず、通常３０〜
５０μの厚みで形成されていた。

【００１４】また加圧ローラ９０は、転写材Ｐの搬送中
にトナーが融解するのに十分なニップ幅を得るために３
５〜５５°（ＡＳＫＥＲ−Ｃ、５００ｇ荷重時）程度の
ローラ表面硬度が必要となっていた。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例のような熱ローラ方式加熱装置としてのの画像加熱
定着装置の場合、定着ローラ８０の中空芯金８２の肉厚
をできるだけ小さくすることにより熱伝導性を高めるこ
とができる反面、熱容量が小さくなるために転写材Ｐを
通紙した場合には、転写材Ｐへの放熱により定着ローラ
８０の表面の温度変動（リップル）が大きくなり、よっ
て転写材Ｐ上のトナー像の定着性にムラが生じてしまう
等の問題がある。さらに中空芯金８２を肉厚１ｍｍ以下
の薄い金属にすることは、機械的強度および製造上の制
限から困難となっている。

【００１６】このため定着ローラ８０および加圧ローラ
９０を使用した熱ローラ方式の画像加熱定着装置におい
ては、昨今求められているウォームアップ時間短縮の実
現が容易に達成されていない。

【００１７】よって、画像形成装置が動作していない状
態であつても、定着ローラ８０の表面をある程度加熱状
態にしておく必要があり、消費電力が多大となってい
た。

【００１８】また、定着ローラ８０が剛体であり、加圧
ローラ９０の弾性のみによってニップ部Ｎを形成するた
め、定着ローラ８０の形状に沿って転写材Ｐが搬送され
る。これにより転写材Ｐには加熱状態で屈曲するような
外圧がかかることになるため、定着装置から排出される
転写材Ｐにはニップ部Ｎの曲率形状に沿った湾曲のカー
ルが生じる。特に程度が悪いときには定着ローラ８０か
らの分離性能にも悪影響を与える等の問題がある。

【００１９】さらに封筒を通紙した場合においては、封
筒の湾曲もしくは変形によりシワが生じ、印刷した宛名
がシワにより分断され、極端な場合には解読不可能にな
る等の問題がある。これは近年の装置の小型化に伴って
定着ローラ８０の外径が小さくなるほど顕在化する問題
である。

【００２０】さらに、加圧ローラ９０の長手方向両端部
の加圧手段で定着ローラ８０側に加圧ローラ９０を圧接
する場合には、小径の加圧ローラ９０は軸の撓みにより
長手方向中央部に比べ、両端部に向かうにつれ加圧力が
増大する。このためニップ部Ｎの幅はニップ部長手方向
で異なり、ニップ部長手方向の中央部に比べ両端部へ向
かうにつれ大きくなる。これによりニップ部Ｎに挟持搬
送される転写材Ｐに及ぶ加圧状態が中央と両端部で異な
り、転写材端部は過剰に加圧されるため繊維が伸び波打
ちが発生する。

【００２１】またクイックスタート性のある加熱装置と
してフィルム加熱方式の加熱装置もしくは画像加熱定着
装置が提案され、実用化されている（特開昭６３−３１
３１８２号公報・特開平１−２６３６７９号公報・特開
平１−１５７８７８号公報・特開平４−４４０７５〜４
４０８３号公報・特開平４−２０４９８０〜２０４９８
４号公報等）。

【００２２】このフィルム加熱方式の装置は固定支持さ
れたヒータ部（加熱体、セラミックヒータ）と、該ヒー
タ部に対向圧接しつつ搬送される耐熱性フィルム（定着
フィルム）と、該フィルムを介して被加熱材（被記録
材）をヒータ部に密着させる加圧ローラを有し、ヒータ
部と加圧ローラとの圧接ニップにおいてヒータ部の熱を
フィルムを介して被加熱材へ付与する方式の装置であ
る。

【００２３】この装置は、ヒータとして低熱容量のもの
を用いることができ、ヒータ部で直接ニップ部のフィル
ム内面を加熱するため、熱伝導性はフィルムの厚みを薄
くすることでより高めることができ、ウォームアップの
短縮化が図れる。さらに本体装置としての画像形成装置
等が動作していないときには、自動的に主電源をｏｆｆ
状態にすることが可能となり、消費電力の大幅な軽減が
可能となる。

【００２４】しかし、フィルムの厚みを極度に薄くする
と、加圧ローラ長手方向における加圧状態や温度分布の
偏りによりフィルムに寄りが生じ、最悪の場合、フィル
ムの挫屈による破損が発生する等、耐久性に劣るという
問題がある。このためフィルムの厚みはある程度厚く形
成する必要があるけれども、それに伴って熱伝導性が抑
えられることから、画像加熱定着装置にあっては転写材
上のトナー像を十分に定着するためには、ニップ幅を広
くするか、低速にする等の処理をすることになるが、そ
れは画像形成装置の高速化には不向きな方法となってし
まう。

【００２５】本発明は、熱ローラ方式の画像加熱定着装
置等のように、被加熱材を加熱用回転体とこれに圧接さ
せた加圧部材とがなすニップ部を通過させることにより
加熱する加熱装置について、上述のような問題点を解消
し、従ってウォームアップ時間の短縮が可能である、加
熱用回転体の表面温度変動のリップルを小さくできる、
ニップ部長手方向各部の圧接力を均一化できる、被加熱
材のカールの発生を防止できる、高速化に適する等の利
点を有する加熱装置もしくは画像加熱定着装置、該装置
を画像加熱定着手段として使用した画像形成装置を提供
することを目的とする。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明は下記の構成を特
徴とする、加熱装置及び画像形成装置である。

【００２７】（１）被加熱材を加熱用回転体とこれに圧
接させた加圧部材とがなすニップ部を通過させることに
より加熱する加熱装置において、上記加熱用回転体を外
部より加熱する加熱手段を具備し、該加熱用回転体は内
部に弾性体層を含み、その外部に厚さ１０〜１５０μｍ
の金属スリーブを設けたことを特徴とする加熱装置。

【００２８】（２）金属スリーブの長手方向端部に中空
部を設け、中空部内側に温度検出手段を設けたことを特
徴とする（１）に記載の加熱装置。

【００２９】（３）加熱用回転体と加圧部材とのなすニ
ップ部を略平坦にすべく、加圧部材の表面硬度を加熱用
回転体の表面硬度に比べ実質同等かもしくは高めに設定
したことを特徴とする（１）に記載の加熱装置。

【００３０】（４）加熱用回転体と加圧部材とがなすニ
ップ部を略平坦にすべく、加圧部材を平坦な板状に形成
し、加熱用回転体が該加圧部材に摺擦することを特徴と
する（１）ないし（３）の何れかに記載の加熱装置。

【００３１】（５）加熱用回転体と加圧部材とがなすニ
ップ部下面に加熱手段を設けるか、もしくは加圧部材が
加熱手段を兼ねることを特徴とする（１）ないし（４）
の何れかに記載の加熱装置。

【００３２】（６）加熱手段が、輻射加熱手段、もしく
は接触による直接加熱手段、もしくは交流磁場形成によ
る誘導加熱手段であることを特徴とする（１）ないし
（５）の何れかに記載の加熱装置。

【００３３】（７）被加熱材が未定着画像を担持した被
記録材であり、被記録材を加熱用回転体と加圧部材との
なすニップ部に導入通過させることにより未定着画像を
被記録材面に加熱定着させる画像加熱定着装置であるこ
とを特徴とする（１）ないし（６）の何れかに記載の加
熱装置。

【００３４】（８）前記（１）ないし（６）の何れかの
加熱装置を、未定着画像を担持した被記録材を加熱して
画像定着させる画像加熱定着手段としていることを特徴
とする画像形成装置。

【００３５】

【作用】即ち本発明は、定着ローラ等の加熱用回転体
を、内部に断熱性の高い弾性層を具備させ、その弾性層
の外側に高い熱伝導性をもつ薄層の金属スリーブを形成
して、急激な加熱を可能にする適度な熱容量の部材とし
て構成する。

【００３６】この加熱用回転体の外部加熱手段としては
ニップ部近傍、あるいはニップ部を外部から輻射加熱、
加熱部材の接触による直接加熱、あるいは交流磁場形成
による誘導加熱等の方法を採用することができる。

【００３７】以上の構成により、加熱用回転体の表面は
薄い金属スリーブで形成されているため熱容量が小さ
く、熱伝導性が高いために急激に温められ、ウォームア
ップ時間の短縮が可能となる。

【００３８】また転写材等の被加熱材を搬送した場合で
あっても、薄層の金属スリーブが適度の熱容量を有して
いることや、熱伝導良好なため加熱源からの熱がすぐ伝
熱し応答性が良いことから、加熱用回転体表面の急激な
温度低下は生じない。

【００３９】さらに加熱用回転体の薄層金属スリーブは
適度な剛性を有しており、芯金の上に固定された弾性層
上に固定しているため、フィルムの様な寄り等の問題も
なく、耐久性に優れている。

【００４０】その上、加熱用回転体内部の弾性と加圧ロ
ーラ等の加圧部材の弾性によりニップ幅も自由度の高い
選択をすることが出来、よって画像形成装置等の本体装
置の高速化にも適している。

【００４１】また加圧部材として比較的小径の加圧ロー
ラを使用し、その長手方向両端部において加熱用回転体
側へ加圧した場合であっても、従来の問題であった加圧
ローラの軸の撓みは加熱用回転体内部の弾性により緩和
され、よって長手方向でニップ幅が均一に保たれるた
め、転写材等の被加熱材に及ぶ負荷が均一になり、波打
ち等の不具合を解消できる。

【００４２】その上、加熱用回転体表面の薄層金属スリ
ーブの適度な剛性により、周方向の加圧幅より広い範囲
に渡ってフラットなニップ部を長手方向に均一に形成し
ようとする働きがある。よって加熱用回転体の表面硬度
に比べ加圧部材の表面硬度を同等か、高く設定すること
により、被加熱材の通紙方向にフラットなニップ部で転
写材等の被加熱材の加熱をするため、被加熱材が加熱用
回転体の曲率湾曲に沿ってできるカールの発生も防ぐこ
とできる。さらに加熱用回転体に被加熱材が巻付き気味
になることもなく、良好な被加熱材の分離性能が実現で
きる。また以上の構成により封筒を通紙した場合であっ
ても、封筒に湾曲に従う負荷を及ぼすことがないため、
封筒のシワの発生も防止することができる。これは加圧
部材として加圧ローラを用いる変りにフラットな加圧板
を用いても代用することができる。

【００４３】

【実施例】

〈実施例１〉（図１〜図４） （１）画像形成装置例 図１は画像形成装置の一例の概略構成図である。本例の
画像形成装置は転写式電子写真プロセス利用のレーザビ
ームプリンタもしくは複写機である。

【００４４】１は電子写真感光ドラムであり、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。

【００４５】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。

【００４６】次に不図示の画像露光手段により、画像情
報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザビーム３によ
る走査露光、或いは原稿画像のスリット投影露光が施さ
れ、静電潜像が形成される。

【００４７】この静電潜像は現像装置４で現像・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、レーザビー
ムプリンタではイメージ露光と反転現象とを組み合わせ
て用いられることが多い。

【００４８】可視化されたトナー像は、転写装置として
の転写ローラ５により、不図示の給紙部から所定のタイ
ミングで搬送された転写材Ｐ上に感光ドラム１上より転
写される。このとき転写材Ｐは感光ドラム１と転写ロー
ラ５に一定の加圧力で挟持搬送される。

【００４９】このトナー像が転写された転写材Ｐは定着
装置６へと搬送され、永久画像として定着される。

【００５０】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７により感光ドラム
１表面より除去される。

【００５１】（２）定着装置６ 図２に本発明に従う加熱装置としての画像加熱定着装置
の概略構成を示した。

【００５２】１０は加熱用回転体としての定着ローラ、
２０は加圧部材としての加圧ローラである。

【００５３】定着ローラ１０は、鉄の金属製駆動軸１１
の長手方向端部にある不図示の駆動ギアを介して不図示
の駆動系により矢印の方向に回転駆動される。

【００５４】一方、加圧ローラ２０は鉄の芯金２１の長
手方向両端部にある不図示の軸受を介して不図示の加圧
バネにより定着ローラ１０側へ圧接された状態で定着ロ
ーラ１０の回転に従動して矢印の方向に回転する。Ｎは
この両ローラ１０・２０の圧接ニップ部である。

【００５５】定着ローラ１０は、芯金１１の外側にシリ
コンゴムあるいはシリコンゴムを発泡して形成された弾
性層１２と、高い熱伝導を有する鉄・ＳＵＳ・ニッケル
等からなる１０〜１００μｍの薄層金属スリーブ１３
と、ＰＴＦＥあるいはＰＦＡ等の離型性層１４を順次形
成して成る。

【００５６】一方、加圧ローラ２０は芯金２１の外側に
定着ローラ１０と同様の弾性層２２、ＰＴＦＥあるいは
ＰＦＡ等の離型性層２３を順次形成して成る。

【００５７】１５は定着ローラ１０の表面を外部より加
熱する外部加熱手段としてのハロゲンヒータであり、こ
のハロゲンヒータ１５は定着ローラ１０と加圧ローラ２
０との圧接ニップ部Ｎの転写材入口近傍において定着ロ
ーラ１０に対向させて配設してあり、このハロゲンヒー
タ１５の輻射熱により定着ローラ１０の表面が加熱され
る。

【００５８】ここでハロゲンヒータ１５による定着ロー
ラ１０の輻射加熱を効率的に行うために、ハロゲンヒー
タ１５を中にして定着ローラ１０と反対側には反射率の
高い湾曲した反射板１６が配置されており、ハロゲンヒ
ータ１５からの輻射熱を発散させずに定着ローラ１０側
へ反射させている。

【００５９】また、定着ローラ１０の離型性層１４ある
いはこの離型性層１４を金属スリーブ１３上に接着させ
るための接着層（不図示）には熱吸収を良くするため、
カーボンブラック等の耐熱黒色顔料を混ぜてる。

【００６０】定着ローラ１０に対しては、該定着ローラ
の表面温度を検知するためのサーミスタ１７が当接され
ており、これにより検知された定着ローラ１０の表面温
度情報は、Ａ／Ｄ変換器（不図示）を介してＣＰＵ（不
図示）へと送られ、これに基づきＣＰＵ（不図示）は、
ＡＣドライバ（不図示）を介してハロゲンヒータ１５の
ＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、定着ローラ１０の
表面温度を所定値に制御する。

【００６１】定着ローラ１０の他の外部加熱方法として
は、図３のように加熱用コイル３０を用いた誘導加熱等
がある。これは上記薄層金属スリーブ１３として鉄・ニ
ッケル・コバルト等の強磁性体を使用した場合に特に有
効である。加熱用コイル３０は定着ローラ１０の表面よ
り一定間隔を隔てて配設されている。

【００６２】図４はこの加熱用コイル３０の一端部側の
拡大斜視図である。該加熱用コイル３０は定着ローラ１
０の長さ寸法に略対応した横長部材であり、定着ローラ
１０に対して略並行に配列させてある。３１はフェライ
ト等の強磁性体よりなる横長コアであり、一般にスイッ
チング電源用として用いられている代表的な形状として
Ｉ型・Ｅ型・Ｕ型等がある。本実施例ではＥ型のコアを
用いているが、他の形状のコアとすることもできる。こ
のコア３１には導線３２が巻かれており、長手方向端部
より不図示の電源に寄り通電される。

【００６３】以上の構成により、定着ローラ１０の薄層
金属スリーブ１３は、加熱用コイル３０の導線３２に高
周波の交流を通電することで、定着ローラ１０の薄層金
属スリーブ１３内に渦電流が発生し、そのジュール熱で
誘導加熱される。この場合も、定着ローラ１０の表面温
度がサーミスタ１７で検知され、その検知情報により、
定着ローラ１０の表面が所定の定着温度になるように加
熱用コイル３０への通電が制御される。この加熱方法は
エネルギー効率の高い加熱が可能となり、効率的な定着
方法と成る。

【００６４】本実施例１では、定着ローラ１０の構成
が、内部に弾性体１２、外部に薄層金属スリーブ１３を
形成しており、熱容量が小さく熱伝導性に優れた金属ス
リーブ１３は外部からの加熱手段１５・３０によって急
激に加熱することができる。

【００６５】特に、金属スリーブ１３の厚みは定着ロー
ラ表面温度のウォームアップ時間と大きな関係があり、
薄くするほど加熱時間が少なくて済む。ただし極端に薄
くなると機械的強度が劣り、加圧ローラ２０との圧接、
あよび非通紙部昇温等の温度分布により耐久性に芳しく
ない等の問題がある。また転写材Ｐの通紙による定着ロ
ーラ表面からの放熱のため定着性が悪化する危険があ
る。しかし機械的強度を満足するためにスリーブ１３の
厚みをあまり厚くすると、ウォームアップ時間が多くか
かり、さらに金属スリーブ１３の剛性が強くなり、定着
ローラ内部の弾性体層１２による加圧ローラ芯金２１の
撓みを緩和する効果が薄れてしまうためニップ部Ｎのニ
ップ幅の均一性が得られなくなる。

【００６６】以上のことを確かめるために、定着ローラ
１０について、鉄製の芯金１１の外径を９ｍｍ、シリコ
ンゴムを発泡させたスポンジ弾性層１２の肉厚を８ｍｍ
とし、その外周には金属スリーブ１３として厚さ５〜２
００μｍのＳＵＳ製スリーブを被せた。ＳＵＳ製スリー
ブ１３の外周には離型層１４として３０μｍのＰＦＡが
粉体塗装でコーティングしてある。離型層１４としての
ＰＦＡをコーティングする際に、金属スリーブ１３上に
カーボンブラックを混入した接着層を形成させており、
定着ローラ１０の外観上の色は効率的に熱吸収を行うよ
うに黒色となっている。

【００６７】加圧ローラ２０は、外径１１ｍｍの鉄製芯
金２１の外周に上記定着ローラ１０と同様の弾性体層２
２を肉厚７ｍｍで形成してある。さらに外周には上記定
着ローラ１０と同様に離型性層２３として３０μｍのＰ
ＦＡチューブが被せてある。なお、加圧ローラの表面硬
度は５０°（ＡＳＫＥＲ−Ｃ、５００ｇ荷重時）とし
た。

【００６８】定着ローラ１０の外部加熱手段は図２のよ
うにハロゲンランプ１５（５００Ｗ）である。

【００６９】以上の構成で、定着ローラ１０の薄層金属
スリーブ１３の厚みを変化させた時のウォームアップ時
間の比較と定着性の評価、圧接ニップ部長手方向におけ
るニップの均一性（ニップ幅の均一性）、および耐久に
よる金属スリーブ１３の破損等の比較評価を行った。た
だしウォームアップ時間（Ｗ．Ｔ）の比較は、画像形成
装置の電源を投入してから定着ローラ表面が転写材のト
ナー像を定着するのに十分な温度（１６０°Ｃ）に達す
るまでの時間である。

【００７０】評価結果を表１に示す。表中、○は問題無
いレベル、△は許容限界レベル、×は劣悪を示す（これ
は後記の表２・表３においても同様である）。

【００７１】

【表１】 表１の結果より、金属スリーブ１３の厚みを薄くするに
したがいウォームアップ時間が短縮できることがわか
る。実際的に画像形成装置の電源を投入してから１枚目
の転写材が画像加熱定着装置まで搬送されるのに十数秒
から数十秒かかるので、金属スリーブ１３の厚みは１７
０μｍ以下であれば問題無い（１５秒以下のウォームア
ップ時間が実用上望ましい）。

【００７２】しかし金属スリーブ１３の厚みが１５０μ
ｍを越えると、剛性が強く、定着ローラ１０内部に弾性
体層１２を設けた場合であっても、弾性による加圧ロー
ラ芯金２１の撓みを緩和する効果が得られず、従来例と
同様に圧接ニップ部Ｎは長手方向の端部に向かうにつれ
ニップ幅が大きくなってしまう。このために転写材端部
には極度に加圧力が加わるため、波打ち等の不具合が生
じてしまう。

【００７３】一方、極度に薄い金属スリーブ１３は製作
上も困難であり、５μｍの厚みの金属スリーブ１３では
耐久によりすぐに破けてしまった。さらに熱容量の小さ
い金属スリーブから転写材への放熱が大きくなり、その
結果、連続して転写材を搬送したときには、金属スリー
ブ１３への加熱作用が放熱に追い付かなくなり転写材の
定着不良を起こしてしまう。

【００７４】よって、薄層金属スリーブ１３の厚みは最
低１０μｍ、好ましくは１５μｍ以上は必要である。

【００７５】以上のことから定着ローラ１０の薄層金属
スリーブ１３は１５〜１５０μｍの厚みで形成すること
が望ましい。

【００７６】本実施例１では、内部に断熱効果の高い弾
性体層１２を形成し、その外側に１５〜１５０μｍの金
属スリーブ１３を形成した定着ローラ１０の表面を外部
の加熱手段１５・３０により定着可能な温度に加熱する
ことによって、ウォームアップ時間を短縮することがで
きる。よって画像形成装置が動作していない状態におい
ては従来例のごとく定着ローラ表面を加熱する必要がな
く、消費電力を大幅に削減できる。

【００７７】また、定着ローラ内部の弾性により小径の
加圧ローラ２０の芯金２１が撓むことによる圧接ニップ
部Ｎの不均一性を解消でき、圧接ニップ部長手方向のニ
ップ幅を均一化することで転写材に同様の負荷を与える
ため波打ち等の転写材の不具合を防止できる。

【００７８】さらに定着ローラ１０にも弾性を持たせて
あることから、ニップ幅を広く設定することが容易にな
り、画像形成装置の高速化をも可能とする画像加熱定着
装置となる。

【００７９】〈実施例２〉（図５） 図５は第２の実施例としての画像加熱定着装置の概略構
成図である。

【００８０】装置全体の構成は前記実施例１で示した図
１と同様であり、画像加熱定着装置内の定着ローラ１０
の構成も前記実施例１で示した図２と同様であるため説
明を省く。

【００８１】本実施例は、定着ローラ表面を加熱するた
めの外部加熱手段４０を直接に定着ローラ１０に接触さ
せている。

【００８２】その外部加熱手段４０は、細長いセラミツ
ク等の絶縁基板４１の表面にその長手に沿って銀・パラ
ジウム合金粉末等のペーストを線状もしくは帯状に塗布
焼成して低熱容量の通電発熱抵抗体４３を形成した加熱
ヒータ（セラミックヒータ）であり、熱伝導性や熱応答
性に優れ、定着ローラ表面を急激に加熱することができ
る。またこの加熱ヒータ４０表面にはＰＴＦＥ・ＰＦＡ
等の耐熱性・離型性のよい部材４２がコーティングされ
ており、定着ローラ１０との摺擦にも耐久できる構成と
なっている。

【００８３】加熱ヒータ４０を、その背面を不図示の加
圧部材により押圧することで定着ローラ１０に対して適
度な加圧力で加圧接触させてある。

【００８４】以上本実施例では定着ローラ表面の適切な
位置を直接加熱することができるため、エネルギー効率
の良い加熱定着が実現できる。

【００８５】〈実施例３〉（図６） 本実施例では、定着ローラ１０の外部加熱手段として交
流磁場形成による誘導加熱を利用しており、転写材上の
トナー像を定着するニップ部Ｎの下方に該加熱手段を配
設してある。その構成を図６に示す。なお、装置全体の
構成は前記実施例１で示した図１と同様であり、加熱定
着装置内の定着ローラ１０の構成は前記実施例１で示し
た図２と同様であるため説明を省く。

【００８６】本実施例においては、定着ローラ１０の薄
層金属スリーブ１３は鉄・コバルト・ニッケル等の強磁
性体を用いた方がよい。

【００８７】図６において、３０は前記実施例１で示し
たものと同様であり、フェライト等の磁性体コアに導線
が巻かれた加熱コイルである。これと定着ローラ１０の
間には、熱可塑性があり、耐熱性に優れたポリイミド・
芳香族ポリアミド・ポリベンゾイミダゾール等の円筒状
のフィルム５０がある。

【００８８】このフィルム５０は加熱用コイル３０と定
着ローラ１０の間にバネ等の加圧手段（不図示）により
一定の加圧力で挟持され、定着ローラ１０の回転に従動
して回転する。この時、加熱用コイル３０とフィルム５
０は摺動するため、耐摩耗性・離型性に優れたフッ素系
樹脂をフィルム５０の内面にコーティングしてあっても
よい。またオフセット防止や転写材との離型性を保つた
めに、フィルム５０の外側に同様にフッ素系樹脂をコー
ティングしてあってもよい。また加熱用コイル３０の定
着ローラ１０側に耐摩耗性・離型性に優れたフッ素系樹
脂部材が被せてあっても同様に耐久性に優れた構成とな
る。

【００８９】加熱用コイル３０の構成は前記実施例１で
示した図４と同様であり、フェライト等の強磁性体より
なるコアに導線が巻かれており、長手方向端部より不図
示の電源により通電される。

【００９０】以上の構成により、定着ローラ１０の薄層
金属スリーブ１３は、加熱用コイル３０の導線に高周波
の交流を通電することで、ニップ部Ｎの下方から定着ロ
ーラ１０の薄層金属スリーブ１３に交流磁場を作用させ
て薄層金属スリーブ１３内に渦電流を発生させ、そのジ
ュール熱で薄層金属スリーブ１３を誘導加熱する。これ
によりニップ部Ｎにおける定着ローラ表面を急激に加熱
して搬送された転写材上のトナー像を熱融解し定着す
る。

【００９１】以上本実施例では、エネルギー効率の良い
誘導加熱によってニップ部Ｎを直接加熱するために、定
着ローラ表面を転写材上のトナー像が融解可能な温度ま
で急激に加熱することができ、効率的な定着が可能とな
る。

【００９２】さらに交流磁場発生による誘導加熱である
ため、転写材が搬送されている間も安定した加熱を行う
ことができる。

【００９３】また定着ローラ内部は適度に弾性を有して
おり、定着ローラ１０と加熱コイル３０の間には変形自
在のフィルム５０を用いているために、ニップ部Ｎの幅
は加熱コイル３０のコアの幅を選択することで容易に変
更することができる。

【００９４】〈実施例４〉（図７〜図９） 本実施例において、装置全体の構成は前記実施例１で示
した図１と同様であり、加熱定着装置６における定着ロ
ーラの層構成は前記実施例１の図２と同様であるので説
明を省く。

【００９５】本実施例では定着ローラ表面の温度検知を
するためのサーミスタの位置が異なる。本実施例の定着
ローラ構成の長手方向断面図を図７に示す。図７におい
て前記実施例１の図２に示したものと同様の番号の部材
は同一のものを示す。

【００９６】６１は不図示の駆動系より定着ローラ１０
へ回転駆動を伝える歯車であり、芯金１１を介して定着
ローラ１０を回転駆動する。６２はサーミスタであり、
定着ローラ１０の薄層金属スリーブ１３の内部に接触し
ており、定着ローラ１０の回転により摺擦しながらニッ
プ部Ｎにおける薄層金属スリーブ１３内部の温度を検知
する。３０および５０は前記実施例３で示した加熱用コ
イルと耐熱フィルムであり、ニップ部Ｎの下方から誘導
加熱により定着ローラ１０の薄層金属スリーブ１３を定
着可能な温度まで加熱する。

【００９７】ただし本実施例における加熱手段および加
圧手段は前記実施例１および同２で示した全ての方法を
採用することができる。

【００９８】Ｌは画像形成装置の搬送可能な転写材の最
高幅であり、転写材の搬送端ａ−ｂの距離である。図に
示すように転写材の搬送位置の一部に相当する定着ロー
ラ内部には弾性体層１２がなく、該当位置にサーミスタ
６２が配設してある。

【００９９】サーミスタ６２の位置の違いによる温度分
布の影響をみるために、転写材を通紙した状態で転写材
搬送端ａからサーミスタ６２の中心までの距離ｌを振っ
て定着ローラ表面長手方向の温度分布を測定した。ｌの
値は転写材搬送端ａよりサーミスタ６２の中心が定着ロ
ーラ中央寄りにあるときを正、反対側にあるときを負と
した。またサーミスタの幅ｓ＝５ｍｍであり、温度検知
素子はサーミスタ中央にある。

【０１００】測定結果を図８に示す。図８において、横
軸は転写材搬送端ａからの距離、縦軸は測定温度を示
す。図よりサーミスタ６２の中央部（温度検知素子）が
転写材搬送間ａ−ｂ内にあるときにはほとんどフラット
な温度分布をしているが、ａ−ｂ間の外にあるときには
転写材搬送域の温度分布が低くなっていることがわか
る。これはサーミスタ６２の温度検出素子の位置が転写
材通紙域にある場合には、定着ローラ１０から転写材Ｐ
への放熱がａ−ｂ間の他の位置と同様に起こるが、通紙
域外にあるときには、転写材Ｐへの放熱がないためにサ
ーミスタ６２の温度検知素子がある位置の温度が通紙域
の温度に比べて高くなっていることによる。

【０１０１】このことから上記構成の画像加熱定着装置
においては、サーミスタ６２の温度検知素子の位置を少
なくとも転写材搬送域、好ましくは搬送端ａより１ｍｍ
以上長手方向の中心寄りに配設されていることが望まし
い。

【０１０２】また本実施例による定着ローラ表面の温度
調整と前記実施例１における温度調整の差をみるため
に、転写材を通紙した状態における定着ローラの表面温
度を比較した。

【０１０３】比較結果を図９に示す。図において横軸は
測定時間、縦軸は同一点における定着ローラ表面の測定
温度を示す。実線が従来法と同様にニップ部以外の定着
ローラ外面にサーミスタを当接した場合であり、１点鎖
線が本実施例の測定結果である。

【０１０４】図よりサーミスタ１７が定着ローラ１０の
外側にある前記実施例１（図２）の場合に比べて、本実
施例の構成による方法の方が定着ローラ表面の温度変動
（リップル）が小さく抑えられることがわかる。

【０１０５】以上本実施例では、画像加熱定着装置にお
ける転写材を加熱するニップ位置の正確な温度を検知す
ることができ、ＰＦＡ等の熱伝導性の悪い部材を介して
いないために定着ローラ表面の温度変動（リップル）を
小さく抑える温度制御が可能になる。このため転写材上
のトナー像の定着性を均一にすることができる。

【０１０６】また、サーミスタ６３が定着ローラ１０の
金属スリーブ１３の内面に接触しているために、このサ
ーミスタ６３に転写材Ｐから定着ローラ１０にオフセッ
トしたトナーが付着したり、定着ローラ表面を傷つける
等の問題がない。

【０１０７】なお、定着装置の異常加熱を防止する安全
装置であるサ−モスイッチ（不図示）を本実施例のサー
ミスタ６３と同様に薄層金属スリーブ１３の内面に接触
させることにより、該安全装置で定着ローラ表面を傷つ
ける等の弊害がなくなることはいうまでもない。

【０１０８】〈実施例５〉（図１０） 本実施例において、装置全体の構成は前記実施例１で示
した図１と同様であり、画像加熱定着装置６における定
着ローラ１０および加圧ローラ２０の構成は実施例１の
図２と同様であるので説明を省く。

【０１０９】本実施例では、離型性層２３を被覆した状
態での加圧ローラ２０をＡｓｋｅｒ−Ｃにより測定した
表面硬度を、薄層金属スリーブ１３上に離型性層１４を
被覆した定着ローラ１０をＡｓｋｅｒ−Ｃにより測定し
た表面硬度と同等か、高く設定することにより、図１０
に示すごとくニップ部Ｎをフラットに形成する。

【０１１０】実施例１で既に述べたように、定着ローラ
１０の薄層金属スリーブ１３は適度な剛性を持ってお
り、定着ローラ内部には弾性体層１２を有していること
から定着ローラ１０の周方向の一部に加圧部材が加圧さ
れた場合、フラットになろうとする性質がある。このた
め加圧ローラ２０の表面硬度を適度に高く設定すること
により、転写材Ｐに屈曲を生じさせるような負荷を生じ
させないようなフラットなニップ部Ｎを形成することが
できる。

【０１１１】このことを確かめるために、加圧ローラ２
０の表面硬度を定着ローラ１０の表面硬度に対して振っ
て実験を行った。

【０１１２】使用した定着ローラ１０の薄層金属スリー
ブ１３は厚みが３０および４０μｍであり、表面硬度が
５０°および５５°である。一方、加圧ローラ２０の表
面硬度を定着ローラ１０に対して−２０〜３０°の範囲
で振って、転写材Ｐのカール量および定着性を評価した
（硬度は全てＡｓｋｅｒ−Ｃ、５００ｇ荷重時）。評価
結果を表２と表３に示す。

【０１１３】

【表２】

【０１１４】

【表３】 以上の結果より、加圧ローラ２０の表面硬度は、定着ロ
ーラ１０の表面硬度に比べて５°低いか、好ましくは同
等以上にすることにより、ニップ部Ｎがフラットに形成
でき、転写材Ｐのカールが少ない搬送が可能になる。

【０１１５】また、加圧ローラ２０の表面硬度を極度に
大きくすると、ニップ幅が小さくなり、転写材の定着性
が悪化する。このため加圧ローラ２０の表面硬度を定着
ローラ１０の表面硬度より高く、かつ定着ローラ１０と
加圧ローラ２０の表面硬度の差を２５°以下、好ましく
は２０°以下に設定することが望ましい。

【０１１６】以上本実施例によれば、前記実施例１にお
ける構成で、定着ローラ１０の表面硬度に比べて加圧ロ
ーラ２０の表面硬度を同等以上２０°以下に設定するこ
とにより、転写材の定着性を確保しつつ、定着ローラ１
０の薄層金属スリーブ１３の適度な剛性によりフラット
なニップ部Ｎが形成できる。このため転写材Ｐに屈曲す
るような負荷を与えることなく定着することが可能とな
り、カールの発生防止に効果を示し、さらに封筒の様に
シワの発生が起こり易い転写材に対してもシワの発生を
防止することができる。

【０１１７】〈実施例６〉（図１１） 本実施例において、装置全体の構成は前記実施例１で示
した図１と同様であり、画像加熱定着装置６における定
着ローラ１０の構成は実施例１の図２ど同様であるので
説明を省く。定着ローラ１０の外部加熱手段としては前
記実施例１及び２の方法を採用することができる。

【０１１８】本実施例では、加圧ローラ２０の代わりの
加圧部材として、図１１に示すような加圧板７０を用い
る。

【０１１９】加圧板７０はアルミ・鉄等の金属製の加圧
基板７１と、その表面に形成した離型性に優れたＰＦＡ
等の離型性層７２からなり、この加圧板７０をその背面
を不図示の加圧手段で定着ローラ１０側へ押圧すること
で定着ローラ１０に対して加圧接触させてあり、定着ロ
ーラ１０はこの加圧板表面の離型性層７２の面を摺動し
て回転する。

【０１２０】加圧板７０の幅は最低ニップ部Ｎの幅以上
であれば特に幅に制限はないが、あまり大きくすると定
着ローラ１０から熱を奪ってしまうので、ニップ幅を多
少越えるくらいがよい。

【０１２１】以上の構成により、加圧ローラを使用した
場合に比べコスト的に有利であり、硬度等を管理する必
要もなく、装置の小型化も可能となる。

【０１２２】また定着ローラ１０と加圧板７０とで形成
されたニップ部Ｎは図に示したようにフラットとなり、
ここに転写材Ｐが搬送されるため、転写材には屈曲する
ような負荷が生じることがない。よってカール、シワ等
の不具合を発生させずに転写材上のトナー像を定着する
ことができる。

【０１２３】〈実施例７〉（図１２） 本実施例において、装置全体の構成は前記実施例１で示
した図１と同様であり、画像加熱定着装置６における定
着ローラ１０の構成は実施例１の図２と同様であるので
説明を省く。定着ローラ１０の加熱手段としては、前記
実施例１、２および３の方法を採用することができる。

【０１２４】本実施例では、前記実施例６に示したごと
く加圧ローラの代わりに加圧板７０を使用する。ただし
本実施例では加圧基板７１としてポリフェニレンサルフ
ァイト（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタラート（ＰＢ
Ｔ）、あるいはポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）
等との耐熱樹脂を用いている。

【０１２５】そして定着ローラ１０と摺擦する面には上
記実施例６と同様に離型性・耐熱性に優れたＰＴＦＥ・
ＰＦＡ等のフッ素樹脂系からなる離型性層７２が形成さ
れている。

【０１２６】以上の構成により、加圧基板７１として金
属類を使用したときに比べて熱伝導性が低い材料を用い
ているために断熱効果があり、定着ローラ１０と加圧板
７０により形成されるニップ部Ｎにおいて転写材を搬送
する際に転写材に奪われる熱量を抑えることができる。
これにより転写材を連続して通紙した場合であっても、
良好な定着性が確保できる。

【０１２７】さらに本実施例では、加圧基板７１に非導
電性部材を用いているために、図１２に示すように上記
実施例３と同様の誘導加熱によるニップ部Ｎの直接加熱
が可能となる。加熱コイル３０の形状は実施例１の図４
と同様のものを採用することができる。

【０１２８】以上の各実施例１〜７の加熱装置は画像加
熱定着装置であるが、本発明の加熱装置はこれに限ら
ず、画像を担持した被記録材を加熱して表面性（つや
等）を改質する装置、仮定着処理する装置、その他、シ
ート状の被加熱材を加熱処理する装置として広く利用で
きるものである。

【０１２９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、被加熱材
を加熱用回転体とこれに圧接させた加圧部材とがなすニ
ップ部を通過させることにより加熱する加熱装置につい
て、前述従来装置の問題点を解消して、ウォームアップ
時間の短縮が可能である、加熱用回転体の表面温度変動
のリップるを小さくできる、ニップ部長手方向各部の圧
接力を均一化できる、被加熱材のカールの発生を防止で
きる、高速化に適する等の利点を有する加熱装置もしく
は画像加熱定着装置、該装置を画像加熱定着手段として
使用した画像形成装置を構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１における画像形成装置の一例の概略構
成図

【図２】定着装置の概略の側面図

【図３】外部加熱手段を加熱コイルとした定着装置の概
略の側面図

【図４】加熱コイルの一端部側の拡大斜視図

【図５】実施例２の定着装置の概略の側面図

【図６】実施例３の定着装置の概略の側面図

【図７】実施例４の定着装置の概略の縦断正面図

【図８】温度分布測定グラフ

【図９】温度変動測定グラフ

【図１０】実施例５の定着装置の概略の側面図

【図１１】実施例６の定着装置の概略の側面図

【図１２】実施例７の定着装置の概略の側面図

【図１３】従来例装置としての熱ローラ方式の定着装置
の概略の側面図

【符号の説明】

１ 感光ドラム ５ 転写ローラ ６ 加熱定着装置 １０ 定着ローラ １１ 芯金 １２ 弾性層 １３ 薄層金属スリーブ １４ 離形層 １５ ハロゲンヒータ（外部加熱手段） １７・６２ サーミスタ ２０ 加圧ローラ ２１ 芯金 ２２ 弾性層 ２３ 離形層 ３０ 加熱コイル（外部加熱手段） ４０ 加圧板 Ｎ ニップ部 Ｐ 転写材（被加熱材）

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０５Ｂ 3/10 Ｂ 0380−3Ｋ (72)発明者 宮本 敏男 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 月田 辰一 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 大釜 裕子 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 堀田 陽三 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加熱材を加熱用回転体とこれに圧接さ
   せた加圧部材とがなすニップ部を通過させることにより
   加熱する加熱装置において、 上記加熱用回転体を外部より加熱する加熱手段を具備
   し、該加熱用回転体は内部に弾性体層を含み、その外部
   に厚さ１０〜１５０μｍの金属スリーブを設けたことを
   特徴とする加熱装置。
2. 【請求項２】 金属スリーブの長手方向端部に中空部を
   設け、中空部内側に温度検出手段を設けたことを特徴と
   する請求項１に記載の加熱装置。
3. 【請求項３】 加熱用回転体と加圧部材とのなすニップ
   部を略平坦にすべく、加圧部材の表面硬度を加熱用回転
   体の表面硬度に比べ実質同等かもしくは高めに設定した
   ことを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
4. 【請求項４】 加熱用回転体と加圧部材とがなすニップ
   部を略平坦にすべく、加圧部材を平坦な板状に形成し、
   加熱用回転体が該加圧部材に摺擦することを特徴とする
   請求項１ないし請求項３の何れかに記載の加熱装置。
5. 【請求項５】 加熱用回転体と加圧部材とがなすニップ
   部下面に加熱手段を設けるか、もしくは加圧部材が加熱
   手段を兼ねることを特徴とする請求項１ないし請求項４
   の何れかに記載の加熱装置。
6. 【請求項６】 加熱手段が、輻射加熱手段、もしくは接
   触による直接加熱手段、もしくは交流磁場形成による誘
   導加熱手段であることを特徴とする請求項１ないし請求
   項５の何れかに記載の加熱装置。
7. 【請求項７】 被加熱材が未定着画像を担持した被記録
   材であり、被記録材を加熱用回転体と加圧部材とのなす
   ニップ部に導入通過させることにより未定着画像を被記
   録材面に加熱定着させる画像加熱定着装置であることを
   特徴とする請求項１ないし請求項６の何れかに記載の加
   熱装置。
8. 【請求項８】 請求項１ないし請求項６の何れかの加熱
   装置を、未定着画像を担持した被記録材を加熱して画像
   定着させる画像加熱定着手段としていることを特徴とす
   る画像形成装置。