JPH11190953A - 像加熱装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 接触加熱方式の像加熱装置及び該像加熱装置
を備えた画像形成装置におけるオフセット防止技術の更
なる改善を行ない、安価な手段構成で、しかもオフセッ
トの発生を大いに低減化した像加熱装置及び画像形成装
置を提供する。 【解決手段】 帯電した未定着トナー像を担持した記録
材を加熱加圧してトナー像を定着させる像加熱装置であ
って、ＡＣ電圧源に接続される抵抗体２と、該抵抗体に
流れる電流によって発生するエネルギーを記録材に伝え
る加熱回転体１と、該加熱回転体とニップを形成して記
録材を挟持搬送する加圧回転体３と、上記抵抗体に対し
て有意な電気容量を形成する導電部材とを具備し、上記
加熱回転体と上記加圧回転体の少なくとも一方はそれら
の表面近傍に導電層を有するものであって、上記導電部
材は倍整流回路１１０を介して上記導電層に接続されて
いること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、帯電した未定着ト
ナー像を担持した記録材を加熱加圧してトナー像を定着
させる像加熱装置、及び該像加熱装置を備えた画像形成
装置に関する。

【０００２】より詳しくは、電子写真複写機・プリンタ
・ファックス等の画像形成装置における定着装置、即ち
電子写真・静電記録・磁気記録等の適宜の画像形成プロ
セス手段により、加熱溶融性の樹脂等よりなるトナーを
用いて記録材の面に直接若しくは間接方式で形成した未
定着のトナー画像を、発熱体からの熱エネルギーを輻射
または伝導によって記録材に付与して記録材面に永久固
着画像として加熱定着処理する装置、及び該装置を具備
した画像形成装置に関するものである。

【０００３】

【従来の技術】画像形成装置に具備される加熱定着装置
に代表される像加熱装置としては、熱ローラ方式やフィ
ルム加熱方式等の接触加熱方式の装置が広く用いられて
いる。

【０００４】熱ローラ方式の装置は、内部にヒータを備
えた定着ローラと、それに圧接する弾性を持つ加圧ロー
ラを基本構成として、この一対のローラによりできる定
着ニップ部に記録材を導入通過させることにより、トナ
ー像を加熱・加圧定着させるものである。

【０００５】フィルム加熱方式の装置は、フィルム材を
介して或いはフィルム材により加圧部材の共働のもとで
記録材を加熱・加圧してトナー像を定着させるものであ
る。

【０００６】フィルム加熱方式の定着装置においては熱
伝導媒体であるフィルムの熱容量が極めて小さく、発熱
体からの熱供給により迅速な温度変化を得ることが可能
であるため、電源投入時から印字可能に至るまでの待ち
時間をほとんど無くすことができる。さらに、熱ローラ
方式において必要なスタンバイ温調を無くすことができ
るため、省エネルギーの画像形成装置を実現できる。

【０００７】フィルム加熱方式においては、フィルムと
してポリイミドやフッ素樹脂等の耐熱樹脂からなる１０
０μｍ以下の膜厚のものを用い、発熱体としては板状セ
ラミックに抵抗体を印刷したセラミックヒータを使用す
る例がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】これら接触加熱方式よ
りなる定着装置においては、帯電したトナーがローラや
フィルムに静電的に付着する（以下この現象をオフセッ
トと記す）のを防ぐために、従来はローラ芯金に電圧を
印加したり、フィルムに導電層を設けて、それを整流器
を介して接地するような技術が考案されている。

【０００９】しかしながら、ローラ等に電圧を印加する
装置では、電圧発生のための電源を別に設けなければな
らず装置が複雑になってコストが高くなるという問題が
あった。また、フィルム加熱方式の定着装置ではヒータ
とフィルムとを完全に絶縁をとるのが難しく、高圧にな
りがちなオフセット防止電圧をフィルムに印加すること
は実際的ではなかった。

【００１０】そこで本発明は接触加熱方式の像加熱装置
及び該像加熱装置を備えた画像形成装置におけるオフセ
ット防止技術の更なる改善を目的とする。即ち、安価な
手段構成で、しかもオフセットの発生を大いに低減化し
た像加熱装置及び画像形成装置を提供することを目的と
する。

【００１１】

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

【００１２】（１）帯電した未定着トナー像を担持した
記録材を加熱加圧してトナー像を定着させる像加熱装置
であって、ＡＣ電圧源に接続される抵抗体と、該抵抗体
に流れる電流によって発生するエネルギーを記録材に伝
える加熱回転体と、該加熱回転体とニップを形成して記
録材を挟持搬送する加圧回転体と、上記抵抗体に対して
有意な電気容量を形成する導電部材とを具備し、上記加
熱回転体と上記加圧回転体の少なくとも一方はそれらの
表面近傍に導電層を有するものであって、上記導電部材
は倍整流回路を介して上記導電層に接続させていること
を特徴とする像加熱装置。

【００１３】（２）帯電した未定着トナー像を担持した
記録材を加熱加圧してトナー像を定着させる像加熱装置
であって、ＡＣ電圧源に接続される抵抗体と、該抵抗体
に流れる電流によって発生するエネルギーを記録材に伝
える加熱回転体と、該加熱回転体とニップを形成して記
録材を挟持搬送する加圧回転体とを具備し、上記加熱回
転体と上記加圧回転体はそれらの表面近傍に導電層を有
し、少なくとも一方は上記抵抗体に対して有意な電気容
量を形成するものであって、上記加熱回転体側と上記加
圧回転体側の導電層間を倍整流回路を介して接続したこ
とを特徴とする像加熱装置。

【００１４】（３）加熱回転体は円筒状フィルムからな
ることを特徴とする（１）又は（２）の像加熱装置。

【００１５】（４）抵抗体はセラミックヒーターからな
ることを特徴とする（１）乃至（３）の何れかの像加熱
装置。

【００１６】（５）抵抗体は励磁コイルからなることを
特徴とする（１）乃至（３）の何れかの像加熱装置。

【００１７】（６）記録材上にトナー像を形成し、この
トナー像を担持した記録材を定着装置を通過させること
によりトナー像を永久画像ならしめる画像形成装置であ
って、上記定着装置として（１）乃至（５）の何れか１
つに記載の像加熱装置を用いたことを特徴とする画像形
成装置。

【００１８】（７）記録材上にトナー像を形成し、この
トナー像を担持した記録材を定着装置を通過させること
によりトナー像を永久画像ならしめる画像形成装置であ
って、上記画像形成装置は電灯線の電圧を入力とするＡ
Ｃ電圧源を備えていて、上記定着装置は、画像形成装置
のＡＣ電圧源に接続される抵抗体と、該抵抗体に流れる
電流によって発生するエネルギーを記録材に伝える加熱
回転体と、該加熱回転体とニップを形成して転写材を挟
持搬送する加圧回転体と、上記抵抗体に対して有意な電
気容量を形成する導電部材とを具備し、上記加熱回転体
と上記加圧回転体の少なくとも一方はそれらの表面近傍
に導電層を有するものであって、上記導電部材は整流回
路又は倍整流回路を介して上記導電層に接続されてい
て、上記ＡＣ電圧源は上記抵抗体に昇圧した電圧を与え
ることを特徴とする画像形成装置。

【００１９】（８）記録材上にトナー像を形成し、この
トナー像を担持した記録材を定着装置を通過させること
によりトナー像を永久画像ならしめる画像形成装置であ
って、上記画像形成装置は電灯線の電圧を入力とするＡ
Ｃ電圧源を備えていて、上記定着装置は、画像形成装置
のＡＣ電圧源に接続される抵抗体と、該抵抗体に流れる
電流によって発生するエネルギーを記録材に伝える加熱
回転体と、該加熱回転体とニップ部を形成して記録材を
挟持搬送する加圧回転体とを具備し、上記加熱回転体と
上記加圧回転体はそれらの表面近傍に導電層を有し、少
なくとも一方は上記抵抗体に対して有意な電気容量を形
成するものであって、上記加熱回転体側と上記加圧回転
体側の導電層間は整流回路又は倍整流回路を介して接続
されていて、上記ＡＣ電圧源は上記抵抗体に昇圧した電
圧を与えることを特徴とする画像形成装置。

【００２０】（９）加熱回転体は円筒状フィルムからな
ることを特徴とする（６）乃至（８）の何れかの画像形
成装置。

【００２１】（１０）抵抗体はセラミックヒーターから
なることを特徴とする（６）乃至（９）の何れかの画像
形成装置。

【００２２】（１１）抵抗体は励磁コイルからなること
を特徴とする（６）乃至（９）の何れかの画像形成装
置。

【００２３】〈作 用〉上記構成において、倍整流回路
は、他の２次回路と接続することなく、抵抗体に印加さ
れたＡＣ電圧を直流電圧に整流するとともに電圧を昇圧
してオフセットを防止する電圧を生成する作用があり、
また抵抗体に昇圧したＡＣ電圧を与えることにより、こ
れと有意な電気容量を形成する導電部材には昇圧された
電圧に応じた高いＡＣ電圧が誘起され、これを整流する
事によってオフセットを防止する電圧を生成する作用が
ある。

【００２４】

【発明の実施の形態】〈第１の実施例〉（図１〜図５） （１）画像形成装置例 図１は本実施例における画像形成装置の概略構成図であ
る。本実施例の画像形成装置は、転写式電子写真プロセ
ス利用のレーザービームプリンタである。

【００２５】１１は像担持体としての回転ドラム型の電
子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）であり、矢印
の反時計方向に所定の周速度（プロセススピード）をも
って回転駆動される。

【００２６】感光ドラム１１は、その回転過程において
１次帯電器１２による所定の極性・電位Ｖ_D （暗部電
位）の一様帯電処理を受け、その帯電処理面にレーザー
スキャナー１３による目的の画像情報に対応したレーザ
ービーム走査露光Ｌを受ける。これにより回転感光ドラ
ム１１面に目的の画像情報に対応した静電潜像が形成さ
れる。

【００２７】レーザースキャナー１３は不図示のホスト
コンピュータ等の外部装置から送られた目的の画像情報
信号（時系列電気デジタル画素信号）に対応して強度変
調したレーザー光を出力し、このレーザー光で回転感光
ドラム１１の一様帯電処理面を走査露光（ラスタ走査）
Ｌする。レーザー光の強度及び照射スポット径はプリン
タの解像度及び所望の画像濃度によって適宜に設定され
ている。

【００２８】回転感光ドラム１１の一様帯電処理面のレ
ーザー光で照射された部分は電位減衰して明部電気Ｖ_L
になり、そうでない部分は１次帯電器１２で帯電された
暗部電位Ｖ_D に保持されることによって静電潜像の形成
がなされる。

【００２９】回転感光ドラム１１面に形成された静電潜
像は現像器１４によって順次現像される。現像器１４内
のトナーｔはトナー供給回転体である現像スリーブ１４
ａと現像ブレード１４ｂとによって、トナー高さ、トリ
ボを制御され、現像スリーブ１４ａ上に均一なトナー層
を形成する。現像ブレード１４ｂとしては通常金属製若
しくは樹脂製のものが用いられ、樹脂系のものは現像ス
リーブ１４ａに対して適正な当接圧をもって接してい
る。現像スリーブ１４ａ上に形成されたトナー層は現像
スリーブ１４ａ自身の回転にともない感光ドラム１１に
対向し、現像スリブ１４ａに印加されている電圧Ｖ_dcと
感光ドラム１１の表面電位が形成する電界により明部電
位Ｖ_L の部分だけ選択的に顕像化する（反転現像）。

【００３０】回転感光ドラム１１面に形成されたトナー
像は、感光ドラム１１と転写装置１５との対向部である
転写部位において、該転写部位に対して所定の制御タイ
ミングにて給送された記録材（転写材）Ｐに対して順次
に転写される。転写装置１５としては図に示したコロナ
帯電器以外に、導電弾性回転体に電源から電流を供給し
て記録材に転写電荷を付与しながら搬送する転写ローラ
方式等がある。

【００３１】１７はプリンタ内の下部に装着した給紙カ
セットであり、記録材Ｐを積載収納させてある。この給
紙カセット１７内の記録材Ｐが給紙ローラ１８と分離爪
部材１９により１枚分離給送され、シートパス２０、レ
ジストローラ対２１、シートパス２２の経路で転写部位
へ所定の制御タイミングにて給送される。

【００３２】転写部位にてトナー像の転写を受けた記録
材Ｐは回転感光ドラム１１面から順次に分離されて、像
加熱装置としての定着装置１０へ導入されてトナー像の
定着処理（加熱加圧による永久固定画像化）を受け、シ
ートパス２３、排紙ローラ２４を経由して排紙トレイ２
５に送り出される。定着装置１０については次の（２）
項で詳述する。

【００３３】一方、記録材分離後の回転感光ドラム１１
面はクリーニング装置１６により転写残りトナー等の付
着残留物の除去を受けて清掃されて、繰り返して作像に
供される。

【００３４】（２）定着装置１０ 像加熱装置としての定着装置１０は本実施例のものは、
加圧ローラ駆動タイプのフィルム加熱方式の装置であ
る。図２は該定着装置１０の拡大横断面模型図である。

【００３５】１は加熱回転体としての円筒状の耐熱性フ
ィルム（以下、定着フィルムと記す）である。４は横断
面略半円弧状樋型のフィルムガイドである。２は横長の
セラミックヒータである。このセラミックヒータ２は上
記フィルムガイド４の下面の略中央部にフィルムガイド
長手方向に沿って設けた溝部内の嵌入させて固定支持さ
せてある。上記の円筒状の定着フィルム１は上記ように
セラミックヒータ２を支持させたフィルムガイド４にル
ーズに外嵌させてある。

【００３６】３は加圧回転体としての加圧ローラであ
り、その芯金３０１の両端部をそれぞれ定着装置１０の
手前側と奥側のシャシ側板間に回転自由に軸受支持させ
てある。

【００３７】そしてセラミックヒータ２を下面に支持さ
せ、円筒状定着フィルム１を外嵌させたフィルムガイド
４を弾性加圧ローラ３の上側にセラミックヒータ２の部
分を弾性加圧ローラ３の上面に対向させて位置させ、フ
ィルムガイド４を剛体ステー８と加圧ばね９により弾性
加圧ローラ３の上面に対して所定の押圧力を持って圧接
させた状態に保持させる。これによりセラミックヒータ
２の下面と弾性加圧ローラ３の上面との間に定着フィル
ム１を挟んで所定幅のニップ部（定着ニップ部）Ｎが形
成される。

【００３８】弾性加圧ローラ３は駆動手段Ｍにより矢印
の時計方向に回転駆動される。この弾性加圧ローラ３の
回転駆動による該加圧ローラ３と定着フィルム１の外面
との、定着ニップ部Ｎにおける摩擦力で円筒状定着フィ
ルム１に回転力が作用して、該定着フィルム１がその内
面が定着ニップ部Ｎおいてセラミックヒータ２の下面に
密着して摺接しながら矢印Ａの反時計方向に加圧ローラ
３の回転周速度にほぼ対応した周速度をもってフィルム
ガイド４の外回りを回転状態になる（加圧ローラ駆動方
式）。フィルムガイド４は定着フィルム１の回転時の搬
送安定性を図る役目をする。

【００３９】加圧ローラ３が回転駆動され、それに伴っ
て円筒状定着フィルム１がフィルムガイド４の外回りを
回転し、セラミックヒータ２に通電がなされて該ヒータ
２の発熱で定着ニップ部Ｎが所定の定着温度に立ち上が
って温調された状態において、定着部位側から定着装置
１０内に未定着トナー像を担持した記録材Ｐが入口ガイ
ド６に案内されて定着ニップ部Ｎに導入され、定着ニッ
プ部Ｎにおいて記録材Ｐのトナー像担持面側が定着フィ
ルム１の外面に密着して回転定着フィルム１と一緒に定
着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。この挟持搬送過程
において、ヒータ２の熱が定着フィルム１を介して記録
材Ｐに付与され、記録材Ｐ上の未定着トナー像が加熱加
圧定着される。記録材Ｐは定着ニップ部Ｎを通過すると
回転定着フィルム１の外面から曲率分離して排紙ガイド
７から、排紙トレイ２５上へ至るシートパス２３へ導入
される。

【００４０】ａ）定着フィルム１ 定着フィルム１は熱容量を小さくしてクイックスタート
性を向上させるために、フィルム膜厚は１００μｍ以
下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の耐熱性のＰ
ＴＦＴ、ＰＦＡ、ＦＥＰの単層、あるいはポリイミド、
ポリイミドアミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等の外周
面に導電プライマー層を介してＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥ
Ｐ等をコーティングした複合層フィルムを使用できる。

【００４１】図３は本実施例で用いた定着フィルム１の
層構成模型図である。本実施例では定着フィルム１とし
て、ポリイミドフィルム１０１をベースフィルムにし
て、このフィルム１０１の外周面に導電プライマー層１
０２を介して離型層１０３としてＰＴＦＥをコーティン
グした直径２０ｍｍのものを用いた。離型層１０３は定
着フィルム１の一方の端部ではマスキングにより除いて
あり、導電プライマー１０２を露出させてあってここを
給電部１０２ａとして用いることができる。

【００４２】ｂ）セラミックヒータ２ 図４は本実施例で用いたセラミックヒータ２の拡大横断
面模型図である。本例のセラミックヒータ２はアルミナ
等でできた基板２０１の表面に例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パ
ラジウム）等の電気抵抗材料を約１０μｍ、幅１〜５ｍ
ｍにスクリーン印刷等により塗工し発熱層２０２を設
け、この上に保護層２０３としてガラスやフッ素樹脂等
でコートしてある。保護層２０３側が定着フィルム内面
の接触摺動面である。

【００４３】ｃ）加圧ローラ３ 本実施例における加圧ローラ３は芯金３０１に導電化シ
リコーンゴム等の弾性層３０２を設けて、さらに、表面
性を向上させるためにさらに外周にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、
ＦＥＰ等のフッ素樹脂層３０３（５０μｍ）を設けたも
のである。

【００４４】ｄ）フィルムガイド４ フィルムガイド４は、耐熱性、電気絶縁性で、高い加重
に耐えられる材料が用いられる。例えばＰＰＳ（ポリフ
ェニレンサルファイド）、ＰＡＩ（ポリアミドイミ
ド）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエ
ーテルケトン）、液晶ポリマー等の高耐熱性樹脂、これ
らの樹脂とセラミックス・金属・ガラス等との複合材な
どで構成できる。

【００４５】ｅ）温度センサー５ ５は温度センサーでセラミックヒータ２の裏面に設置さ
れていて、定着フィルム１の表面温度を間接的に測定す
る。

【００４６】温度制御は温度センサー５からの出力をＡ
／Ｄ変換し、ＣＰＵに取り込み、その情報をもとにトラ
イアックによりセラミックヒータ２（より正確には発熱
層２０２）に通電するＡＣ電圧を位相、波数制御などに
より、セラミックヒータ２に通電する電力を制御するこ
とで行う。即ち、検知温度が所定の設定温度よりも低い
とセラミックヒータ２に供給する電力を増やして定着フ
ィルム１を昇温させ、また、高い場合には供給電力を絞
って定着フィルム１の温度を下げて定着動作時に一定温
調する。

【００４７】（３）オフセット防止手段構成 本構成のセラミックヒータ２の発熱層２０２と定着フィ
ルム１の導電プライマー層１０２、或いは加圧ローラ３
の導電シリコーンゴム層３０２とは数百μｍの距離（比
誘電率は３以上）しか離れていないため、１００ｐＦ以
上の有意な電気容量を形成している。

【００４８】従ってセラミックヒータ２に通電される
と、それぞれの導電プライマー層１０２や導電シリコー
ンゴム層３０２にはコンデンサーの対極としての電圧Ｖ
ｓ（電灯線の交流電圧で国内は約ＡＣ１００Ｖ）が誘起
される。

【００４９】図５にオフセット防止電圧を発生するため
の結線図を示した。加圧ローラ芯金３０１（導電シリコ
ーンゴム層３０２と同電位）に誘起されたＡＣ電圧を倍
整流回路１１０により３倍整流して昇圧し、これを導電
ブラシ１０９によって定着フィルム１の導電プライマー
層１０２に該層１０２の露光給電部１０２ａから給電す
る形となっている。

【００５０】従って本構成においては、導電シリコーン
ゴム層３０２は＋｜Ｖｓ｜（約＋１００Ｖ）に、導電プ
ライマー１０２は−｜３Ｖｓ｜（約−３００Ｖ）にバイ
アスされることになる。

【００５１】これによって、従来の定着装置に比較して
負極性に帯電したトナーに対して強力なオフセット防止
電圧が得られて、オフセット防止が図られる。

【００５２】本例で用いた有意な電気容量とは、通常の
リード線同士や端子間の電気容量よりも十分大きく、１
０ｃｍ² の面積の平行導電部材を１００μｍ未満の空隙
に保ったときの電気容量にほぼ等しい１００ｐＦを基準
にしている。またこの値は、倍整流回路を構成する整流
器の容量よりも十分大きくとられている。

【００５３】本例ではセラミックヒータ２に通電される
ＡＣ電圧を利用して高電圧を生成しており、従来の整流
器だけの接続とは高電圧発生のメカニズムが異なる。つ
まり倍整流回路１１０を用いることにより、オフセット
を防止するのに十分な電圧まで昇圧する事が可能で、本
例のように倍整流回路を３段にして３倍整流回路を用い
る以外にも、２段以上の回路であれば本発明に特徴的な
電源電圧を昇圧した電圧によってオフセット防止が可能
となる。

【００５４】また、本例では負極性のトナーに関して説
明したが、正極性のトナーについては、倍整流回路の極
性を逆にすることによって同様な効果が得られる。

【００５５】〈第２の実施例〉（図６） 本実施例は前記第１の実施例の構成において３倍整流回
路の入力側と出力側を入れ替えたもので、図６に示す結
線図となる。

【００５６】本例では定着フィルム１は約−｜Ｖｓ｜
に、加圧ローラは＋｜３Ｖｓ｜にバイアスされる。

【００５７】本例の特徴は定着フィルム１の導電プライ
マー１０２を３倍回路の入力側としているために、加圧
ローラ３の離型層３０３や定着フィルム１の離型層１０
３の厚み、或いは記録材Ｐの挿入による電気容量の変化
が誘起電圧に影響しなくなり安定している点にある。

【００５８】〈第３の実施例〉（図７・図８） 本実施例は前記実施例の構成において、図７のようにセ
ラミックヒータ２の裏面に絶縁層２０５を介して誘電ペ
ーストによる遊離電極２０６を付与したものを用いてい
る。図８は本実施例の結線図であり、遊離電極２０６に
誘起されるＡＣ電圧を倍整流回路１１０の入力にしてい
る。セラミックヒータ２に用いるアルミナ基板２０１は
比誘電率が大きく（約９）、厚みが１ｍｍ程度あっても
有意な電気容量を形成できる。

【００５９】本例の特徴は、遊離電極２０６とセラミッ
クヒータ２の発熱層２０２との電気容量を安定して維持
できることに加えて、正負両極性の高いオフセット防止
バイアスを生成することができる点にある。従って、そ
れぞれの極性の電圧を定着フィルム１の導電プライマー
１０２と加圧ローラ３の導電層３０２に供給することに
よって、強いオフセット防止電界を形成できる。

【００６０】〈第４の実施例〉（図９〜図１４） 図９は本実施例における定着装置１０の横断面模型図で
ある。本例の定着装置は磁気（電磁）誘導加熱方式の装
置である。

【００６１】１は加熱回転体としての円筒状の定着フィ
ルムであり、本例における該定着フィルムは後述するよ
うに磁気誘導発熱層を含むものである。

【００６２】１０５は円筒状のフィルムガイドであり、
本例における該フィルムガイドは磁束の通過を妨げな
い、耐熱性、電気絶縁性で高い加重に耐えられる材料が
用いられる。

【００６３】２０４は交番磁束を発生するための励磁コ
イル、２０５は励磁コイル２０４により発生した交番磁
束Ｆを定着フィルム１に導く高透磁率部材であるところ
のコア（本例ではフェライトを使用）であり、両方共フ
ィルムガイド１０５内に配設して支持させてある。

【００６４】励磁コイル２０４にはＡＣ電圧源である励
磁回路が接続されており、この励磁回路は５０ＫＨｚの
交番電流を励磁コイル２０４へ供給できるようになって
いる。

【００６５】３は回転加圧体であるところの加圧ローラ
で芯金３０１上にシリコーンゴム層３０２を２ｍｍ被覆
させて弾性をもたせ、定着フィルム１を挟ませてフィル
ムガイド１０５の下面との間に定着ニップ部Ｎを形成し
ている。

【００６６】加圧ローラ３は駆動手段Ｍにより矢印の時
計方向に回転駆動され、これにより前述の実施例のもの
と同様に円筒状定着フィルム１がフィルムガイド１０５
の外回りを反時計方向Ａに回転駆動される（加圧ローラ
駆動方式）。そして定着ニップ部Ｎに未定着トナー像を
担持させた記録材Ｐを導入する。

【００６７】図１０は本実施例で用いた定着フィルム１
の層構成模型図である。この定着フィルム１はニッケル
からなる厚み５０μｍの発熱層１０６の表面をシリコー
ンゴムからなる弾性層１０７で被覆し、さらにフッ素樹
脂の離型層１０３で被覆してある。

【００６８】発熱層１０６としてはニッケル以外にも１
０^-5〜１０^-10 Ω・ｍの電気良導体である金属、金属化
合物、有機導電体であればよく、より好ましくは透磁率
が高い強磁性を示す鉄、コバルト等の純金属若しくはそ
れらの化合物を用いることができる。

【００６９】この発熱層１０６の厚みは薄くすると十分
な磁路が確保できなくなり、外部へ磁束が洩れて発熱体
自身の発熱エネルギーは小さくなる場合があり、また厚
くすると熱容量が大きくなり昇温に要する時間が長くな
る傾向がある。

【００７０】従って、発熱層１０６の厚みは用いた材料
の比熱、密度、透磁率、抵抗率の値によって適正値があ
り、本実施例では１０〜１００μｍの厚みの範囲で、３
℃／ｓｅｃ以上の昇温速度を得ることができた。

【００７１】弾性層１０７は、その硬度が高すぎると記
録材あるいはトナー層の凹凸に追従しきれず画像光沢ム
ラが発生してしまう。そこで、弾性層１０７の硬度とし
ては６０°（ＪＩＳ−Ａ）以下、より好ましくは４５°
（ＪＩＳ−Ａ）以下がよい。

【００７２】弾性層１０７の熱伝導率λに関しては、 ６×１０^-4〜２×１０^-3［ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅ
ｇ．］ がよい。

【００７３】熱伝導率λが６×１０^-4［ｃａｌ／ｃｍ・
ｓｅｃ・ｄｅｇ．］よりも小さい場合には、熱抵抗が大
きく、定着フィルム１の表層における温度上昇が遅くな
る。

【００７４】離型層１０３は、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥ
Ｐ等のフッ素樹脂以外に、シリコーン樹脂、シリコーン
ゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム等の離型性かつ耐熱
性のよい材料を選択することができる。

【００７５】離型層１０３の厚さは２０〜１００μｍが
好ましく、厚さが２０μｍよりも小さいと塗膜の塗ムラ
で離型性の悪い部分ができたり、耐久性が不足するとい
った問題が発生する。また、１００μｍを越えると熱伝
導が悪化するという問題が発生し、特に樹脂系の離型層
の場合は硬度が高くなりすぎ、弾性層１０７の効果がな
くなってしまう。

【００７６】また図１１に示すように、上記の定着フィ
ルム１の層構成において更に断熱層１０８を設けてもよ
い。断熱層１０８としてはフッ素樹脂、ポリイミド樹
脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ
樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＦＡ樹脂、ＰＴＦＥ
樹脂、ＦＥＰ樹脂などの耐熱樹脂がよい。断熱層１０８
の厚さとしては１０〜１０００μｍが好ましい。断熱層
１０８の厚さが１０μｍよりも小さい場合には断熱効果
が得られず、また、耐久性も不足する。一方、１０００
μｍを超えると高透磁率コア２０５から発熱層１０６の
距離が大きくなり、磁束が十分に発熱層１０６に到達し
なくなる。

【００７７】断熱層１０８を設けた場合、発熱層１０６
に発生した熱による励磁コイル２０４やコア２０５の昇
温を防止できるため、安定した加熱をすることができ
る。

【００７８】励磁コイル２０４としては加熱に十分な交
番磁束を発生するものでなければならないが、そのため
には抵抗成分を低く、インダクタンス成分を高くとる必
要がある。本実施例では励磁コイル２０４の芯線として
細線を束ねた高周波用のφ１のものを用いて、定着ニッ
プ部Ｎを周回するように１２回巻いてある。

【００７９】励磁コイル２０４は励磁回路から供給され
る交番電流によって交番磁束を発生し、交番磁束はコア
２０５に導かれて定着フィルム１の発熱層１０６に渦電
流を発生させる。この渦電流は発熱層１０６の固有抵抗
によってジュール熱を発生させて、弾性層１０７、離型
層１０３を介して定着ニップ部Ｎに搬送される記録材Ｐ
と記録材Ｐ上のトナーＴを加熱することができる。

【００８０】以下、図１２を用いて加熱方法を説明す
る。定着フィルム１の発熱層１０６で発生する熱エネル
ギーは渦電流の大きさの二乗に比例し、渦電流の大きさ
は交番磁束のエネルギーに比例するので、定着フィルム
１の温度を上昇させる時は励磁コイル２０４への磁界エ
ネルギーを増加させて、逆に温度を下げる場合には磁界
エネルギーを減少させればよい。

【００８１】この磁界エネルギーの加減は励磁コイル２
０４に印加する電圧を加減しても良いし、電流を加減し
ても良い。

【００８２】通常の電灯線を利用する場合には定電圧源
と考えられるので、安価に回路を構成するには励磁コイ
ル２０４に流す電流を加減するのが好ましい。

【００８３】これらの電磁回路が共振条件を満たす範囲
で考える場合、上記の電流の加減は励磁コイル２０４に
与える電圧の印加時間の長短で制御可能である。即ち、
電磁回路における磁界の振動周期に同期してスイッチン
グし、図１３に示す電圧印加時間ａや解放時間ｂを変化
させることによって、定着フィルム１の温度を変えるこ
とができる。本例では解放時間ｂを固定して６ｍｓと
し、電圧印加時間ａを１〜１５ｍｓの間で制御可能とし
ている。

【００８４】従って、本例においては励磁コイル２０４
に供給される交番電圧としては、上記電圧印加時間ａと
解放時間ｂとの和時間を一周期とする周波数となり、約
４７〜１４３ＫＨｚの可変制御となる。

【００８５】マイコン６０３は定着フィルム１の温度を
一定の周期でサンプリングして、この情報に対して上記
電圧印加時間ａを算出し矩形波発生回路６０２から出力
する。

【００８６】電圧印加時間ａの算出方法としては、像加
熱を可能にする適正温度（定着温度）とサンプリングさ
れた温度との差を時間順にΔ_k-2 、Δ_k-1 、Δ_k とした
場合に、前回の電圧印加時間ａ_k に対して ．βΔ_k ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥比例制御量 ．γ（Δ_k-1 −Δ_k ）‥‥‥‥‥‥‥微分制御量 ．δ（Δ_k-2 ＋Δ_k-1 ＋Δ_k ）‥‥積分制御量 を加減乗算して今回の印加時間ａを決定する所謂ＰＩＤ
制御（Proportional Integral Differential：比例・積
分・微分）を採用している。

【００８７】この制御において適当にα、β、γを設定
することによって、例えば定着フィルム１の温度が低い
場合には比例制御量が大きくなって印加時間ａを長く
し、また、系が冷えている状態で定着フィルム１の温度
を他の部材が奪ってなかなか温度が上がらないような場
合には、たとえ定着温度に近づいていても微分制御量が
大きくなってやはり印加時間ａを長くするように設定で
きる。

【００８８】上記電源で本例のようなインダクタンス成
分を持つ抵抗体をドライブする場合、励磁コイル２０４
にフライバック電圧が発生する。通常このようなフライ
バック電圧は、励磁コイル２０４のインダクタンスやコ
ア２０５の形状や上記制御における印加時間ａ等にも大
きく影響を受けるが、電灯線の電圧Ｖ_S の数倍から数十
倍に昇圧される形で得られる。本例では最大で９００Ｖ
程度、平均５００Ｖ程度のフライバック電圧が確認され
た。

【００８９】本実施例ではこのフライバック電圧を利用
してオフセット防止電圧を生成している。すなわち、定
着フィルム１の発熱層１０６は励磁コイル２０４に対し
て距離は離れているものの対向面積が大きく、有意な電
気容量を形成しており、励磁コイル２０４に発生したフ
ライバック電圧が誘起される。この電圧を整流器によっ
て整流することにより定着フィルム１にオフセット防止
電圧を得ることができる。

【００９０】また、図１４に示すように本例で用いた定
着装置に前記実施例に用いた倍整流回路１１０を加えて
もよく、その場合はさらに高い電圧を得ることができ、
より強力なオフセット防止効果を得ることができる。

【００９１】〈第５の実施例〉本実施例は前記セラミッ
クヒータ用いたフィルム加熱方式の定着装置を利用する
画像形成装置に関するもので、電源部に電圧昇圧回路を
有している。

【００９２】最近の画像形成装置は高速化が求められ、
定着装置の出力も益々大出力化しているが、出力を上げ
るためにはセラミックヒータの電気抵抗を低抵抗化して
大電流を流す必要がある。このような大電流は電灯線の
供給する電圧を一時的に降下させて、他の周辺機器の不
具合を招く場合がある。

【００９３】このような問題を解決する一つの手段とし
て電灯線の電圧を昇圧して、セラミックヒータの抵抗を
下げないで同出力を得る方法が考えられている。

【００９４】本実施例はこのような方法を画像形成装置
に装備した場合において、セラミックヒータの発熱層と
有意な電気容量を形成する導電部材を整流器を介して接
続する事により、高い電圧が誘起されることを見いだ
し、これをオフセット防止電圧に利用することより、オ
フセットの発生しない画像形成装置を実現するものであ
る。

【００９５】例えば、電源回路で１００Ｖの電灯線の電
圧を３００Ｖまで昇圧して、定着装置に供給することよ
って、整流器のみで絶対値として約３００Ｖの電圧が得
られ、さらに倍整流回路を用いた場合にはこの複数倍の
電圧を得ることができる。この電圧を定着フィルムや加
圧ローラに供給することによって高いオフセット防止効
果を得ることができる。

【００９６】ここで本発明において、像加熱装置は上記
形態例で示した定着装置としてばかりでなく、その他例
えば、画像を担持した記録材を加熱して表面性（つや
等）を改質する装置、仮定着する装置等、所謂像加熱装
置や、シート状物を給紙して乾燥処理・ラミネート処理
する等の加熱装置として広く使用できる。

【００９７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、接
触加熱方式の像加熱装置及び該像加熱装置を備えた画像
形成装置におけるオフセット防止技術の更なる改善がで
きて、安価な手段構成で、しかもオフセットの発生を大
いに低減化した像加熱装置及び画像形成装置を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の画像形成装置の概略構成図

【図２】定着装置の拡大横断面模型図

【図３】定着フィルムの層構成模型図

【図４】セラミックヒータの拡大横断面模型図

【図５】結線図

【図６】第２の実施例における結線図

【図７】第３の実施例におけるセラミックヒータの拡大
横断面模型図

【図８】結線図

【図９】第４の実施例における定着装置の拡大横断面模
型図、

【図１０】定着フィルムの層構成模型図（その１）

【図１１】定着フィルムの層構成模型図（その２）

【図１２】制御系のブロック図

【図１３】動作説明図

【図１４】結線図

【符号の説明】

１…定着フィルム ２…抵抗体（セラミックヒータ） ２０２…発熱層 ２０４…励磁コイル ３…加圧ローラ １０…定着装置 １１…感光ドラム １２…帯電装置 １５…転写装置

フロントページの続き (72)発明者 阿部 篤義 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 (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯電した未定着トナー像を担持した記録
   材を加熱加圧してトナー像を定着させる像加熱装置であ
   って、 ＡＣ電圧源に接続される抵抗体と、該抵抗体に流れる電
   流によって発生するエネルギーを記録材に伝える加熱回
   転体と、該加熱回転体とニップを形成して記録材を挟持
   搬送する加圧回転体と、上記抵抗体に対して有意な電気
   容量を形成する導電部材とを具備し、 上記加熱回転体と上記加圧回転体の少なくとも一方はそ
   れらの表面近傍に導電層を有するものであって、 上記導電部材は倍整流回路を介して上記導電層に接続さ
   せていることを特徴とする像加熱装置。
2. 【請求項２】 帯電した未定着トナー像を担持した記録
   材を加熱加圧してトナー像を定着させる像加熱装置であ
   って、 ＡＣ電圧源に接続される抵抗体と、該抵抗体に流れる電
   流によって発生するエネルギーを記録材に伝える加熱回
   転体と、該加熱回転体とニップを形成して記録材を挟持
   搬送する加圧回転体とを具備し、 上記加熱回転体と上記加圧回転体はそれらの表面近傍に
   導電層を有し、少なくとも一方は上記抵抗体に対して有
   意な電気容量を形成するものであって、 上記加熱回転体側と上記加圧回転体側の導電層間を倍整
   流回路を介して接続したことを特徴とする像加熱装置。
3. 【請求項３】 加熱回転体は円筒状フィルムからなるこ
   とを特徴とする請求項１又は２に記載の像加熱装置。
4. 【請求項４】 抵抗体はセラミックヒーターからなるこ
   とを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載の像
   加熱装置。
5. 【請求項５】 抵抗体は励磁コイルからなることを特徴
   とする請求項１乃至３の何れか１つに記載の像加熱装
   置。
6. 【請求項６】 記録材上にトナー像を形成し、このトナ
   ー像を担持した記録材を定着装置を通過させることによ
   りトナー像を永久画像ならしめる画像形成装置であっ
   て、 上記定着装置として請求項１乃至５の何れか１つに記載
   の像加熱装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
7. 【請求項７】 記録材上にトナー像を形成し、このトナ
   ー像を担持した記録材を定着装置を通過させることによ
   りトナー像を永久画像ならしめる画像形成装置であっ
   て、 上記画像形成装置は電灯線の電圧を入力とするＡＣ電圧
   源を備えていて、 上記定着装置は、画像形成装置のＡＣ電圧源に接続され
   る抵抗体と、該抵抗体に流れる電流によって発生するエ
   ネルギーを記録材に伝える加熱回転体と、該加熱回転体
   とニップを形成して転写材を挟持搬送する加圧回転体
   と、上記抵抗体に対して有意な電気容量を形成する導電
   部材とを具備し、 上記加熱回転体と上記加圧回転体の少なくとも一方はそ
   れらの表面近傍に導電層を有するものであって、 上記導電部材は整流回路又は倍整流回路を介して上記導
   電層に接続されていて、 上記ＡＣ電圧源は上記抵抗体に昇圧した電圧を与えるこ
   とを特徴とする画像形成装置。
8. 【請求項８】 記録材上にトナー像を形成し、このトナ
   ー像を担持した記録材を定着装置を通過させることによ
   りトナー像を永久画像ならしめる画像形成装置であっ
   て、 上記画像形成装置は電灯線の電圧を入力とするＡＣ電圧
   源を備えていて、 上記定着装置は、画像形成装置のＡＣ電圧源に接続され
   る抵抗体と、該抵抗体に流れる電流によって発生するエ
   ネルギーを記録材に伝える加熱回転体と、該加熱回転体
   とニップ部を形成して記録材を挟持搬送する加圧回転体
   とを具備し、 上記加熱回転体と上記加圧回転体はそれらの表面近傍に
   導電層を有し、少なくとも一方は上記抵抗体に対して有
   意な電気容量を形成するものであって、 上記加熱回転体側と上記加圧回転体側の導電層間は整流
   回路又は倍整流回路を介して接続されていて、 上記ＡＣ電圧源は上記抵抗体に昇圧した電圧を与えるこ
   とを特徴とする画像形成装置。
9. 【請求項９】 加熱回転体は円筒状フィルムからなるこ
   とを特徴とする請求項６乃至８の何れか１つに記載の画
   像形成装置。
10. 【請求項１０】 抵抗体はセラミックヒーターからなる
    ことを特徴とする請求項６乃至９の何れか１つに記載の
    画像形成装置。
11. 【請求項１１】 抵抗体は励磁コイルからなることを特
    徴とする請求項６乃至９の何れか１つに記載の画像形成
    装置。