(57)【要約】【課題】  フィルム定着方式の熱効率と定着装置の高速ウォームアップ特性、低コストといった利点を損なうことなく、定着ニップ内の圧分布の最適化をはかり、カラー画像における高速化および高画質化、特に光沢感と粒状性・鮮鋭性性の両立を図ることが可能な加圧定着装置を提供する。【解決手段】  加熱定着装置において、前記加熱部材を支持する支持部材の摺動部は、前記加圧部材方向に凸となるように前記加熱部材を屈曲させる形状を有しており、該屈曲部における前記弾性層表面の変形率の最大値ηmaxと前記ニップ部内における弾性層表面の変形率の最小値ηminとの比が、１．０＜ηmax／ηmin≦１．５となるようにする。【選択図】  図１
2010128299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材フィルムおよび弾性層を少なくとも有する加熱部材と、前記加熱部材を支持する支持部材と、前記加熱部材を挟んで前記支持部材に当接する加圧部材とを有し、前記加熱部材は前記支持部材の摺動部に対して摺動して移動し、前記加熱部材と前記加圧部材との当接によって形成されるニップ部において被加熱材を挟持搬送して加圧および加熱する加熱定着装置において、
前記支持部材の摺動部は、前記加圧部材方向に凸となるように前記加熱部材を屈曲させる形状を有しており、該屈曲部における前記弾性層表面の変形率の最大値ηmaxと前記ニップ部内における弾性層表面の変形率の最小値ηminとの比が、１．０＜ηmax／ηmin≦１．５であることを特徴とする加熱定着装置。
【請求項２】
前記加熱部材の屈曲部は、前記ニップ部の移動方向中心よりも下流側に位置することを特徴とする請求項１に記載の加熱定着装置。
【請求項３】
前記加熱部材の屈曲部を形成する摺動部の曲率半径の最小値が1.0mm以上6.0mm以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加熱定着装置。
【請求項４】
前記弾性層の厚みが１００μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の加熱定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被記録材上に形成担持されたトナー画像を加熱定着させる定着装置に関するものである。
【０００２】
本発明は、例えば、複写機、レーザービームプリンター、ファクシミリ等の画像形成装置において、未定着トナー画像を形成担持させた被記録材を加熱して、被記録材上に永久固着像を形成するトナー画像定着装置として用いて好適な加熱装置に関する。
【０００３】
本発明は、特にカラー画像形成装置に使用される、低コストで立ち上がり時間（いわゆるウォームアップタイム）の短く耐久性に優れ、かつ良好な画像品質を得ることのできるオンデマンド定着装置として用いて好適な加熱定着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００４】
例えば、電子写真プロセス・静電記録プロセス等の画像形成装置において、転写方式あるいは直接方式で被記録材（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加熱定着させる加熱定着装置としては、熱ローラ方式、フィルム加熱方式、電磁誘導加熱方式など各種の方式・構成の装置が知られている。
【０００５】
これらのうち、フィルム加熱方式の加熱定着装置はウォームアップタイムが短く、安価な定着装置として良く知られている。特にカラー画像形成装置に使用されることを目的としたフィルム定着装置として例えば特許文献１などが提案されている。これらフィルム定着装置の一例を図８に示す。
【０００６】
この定着装置では、薄肉の加熱フィルム１５１を介し、板状発熱体１５３を被記録材（被加熱材）Ｐに押し当てて加熱するよう構成された加熱回転体ユニットを加熱装置として採用している。加熱フィルム１５１は、例えば厚さ３０〜４０μｍ程度の金属製のエンドレスフィルムを用い、その表面に厚さ３００μｍ程度のシリコンゴム等からなる弾性ゴム層と５０μｍ程度の離型性層（フッ素樹脂コーティング層など）を順次形成したものであり、板状発熱体１５３はセラミック基板上に抵抗発熱体を形成したものである。加熱フィルム１５１の内面あるいは板状発熱体１５３には温度検知手段１５９が当接され、加熱フィルム１５１の内面あるいは板状発熱体１５３の温度が検知され、不図示の制御手段によりそれぞれの温度が所望の温度になるように温調制御される。
【０００７】
加圧ローラ１４０は、被記録材（被加熱材）Ｐを介して加熱回転体ユニットに対向して配置される。
【０００８】
被記録材（被加熱材）Ｐ上の未定着トナー像Ｔは、定着ニップ部を通過する際に、熱と圧力を受け、被記録材（被加熱材）Ｐ上に完成定着画像として定着される。
【０００９】
このような構成の定着装置では、加熱フィルム１５１の熱容量が非常に小さくなっているので、板状発熱体１５３に電力を投入した後、短時間で定着ニップ部をトナー画像の定着可能温度まで昇温させることが可能である。
【００１０】
更に、このようなフィルム加熱方式の定着装置に対しては、様々な問題点の解決方法に関する提案も数多くなされており、例えば特許文献２では定着ニップ内で加圧ローラ表面を急激に変化させるための突起を設けて加圧ローラ汚れを防止するなどしている。
【００１１】
また、特許文献３では、熱ローラ方式の表面に弾性層を持った加熱定着ローラと対向し定着ニップ部を形成する加圧部材側を、エンドレスベルトとその内部に圧力部材を配して構成し定着ニップ部おいて被記録材背面から加圧保持することで、被記録材の離型性の向上による離型剤使用量の低減、加熱定着ローラの弾性層の劣化を低減し、それにより弾性層の薄肉化がはかれ定着器のウォームアップタイム短縮に対して有利になるとされている。
【特許文献１】特許第３０５１０８５号公報
【特許文献２】特開２００３−３３７４８１号公報
【特許文献３】特開平１１−１３３７７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記従来の技術によれば、特許文献３では図９に示されるように、熱ローラ方式の表面に弾性層を持った加熱定着ローラと対向し定着ニップ部を形成する加圧部材側を、エンドレスベルトとその内部に圧力部材を配して構成し定着ニップ部おいて被記録材背面から加圧保持することで、被記録材の離型性の向上による離型剤使用量の低減、加熱定着ローラの弾性層の劣化を低減し、それにより弾性層の薄肉化がはかれ定着器のウォームアップタイム短縮に対して有利になるよう構成されている。
【００１３】
しかしながら、薄肉ローラを用いたとしても、ローラ内部にヒーターを設ける構成においては、ローラ全体を加熱する方式であるため、フィルム加熱方式の定着器と比べると、同じ厚さの弾性層をつけた場合においても、定着ニップ部のみを直接加熱するフィルム加熱形式の定着器と比べて熱の伝達効率が良くなく、ウォームアップタイムを短縮するためには立ち上がり時に大きな電力を要してしまう。
【００１４】
また、圧力部材に圧力パッドなど弾性体を用いることで、被記録材とエンドレスベルトの密着性を確保しているが、エンドレスベルトと圧力パッドの摺動性を確保するための滑り部材が必須となってしまうため、ベルトを含め圧力パッドなど構成部品が増えてしまう。
【００１５】
一方、フィルム加熱方式の加熱定着装置はウォームアップタイムの短縮という観点においては有利であるが、近年のカラー画像形成装置に対する更なる高速化・高画質化の要求に対して充分な定着性や光沢感を得ることが難しくなってきている。
【００１６】
フィルム加熱方式の加熱定着装置において更なる高速化・高光沢化を図る目的で被記録材に与える熱量を増やすためには、例えば図８における板状発熱体１５３の発熱量を増やすことが考えられる。しかしフィルムユニットを構成する部材、特に板状発熱体１５３を支持する支持ホルダーの耐熱性を考慮すると、板状発熱体の発熱量の増加には限界があり、上述の高速化・高光沢化の要求に対して必ずしも満足な結果が得られるとは言い難い。
【００１７】
また、例えば加熱回転体ユニットの加圧ローラに対する加圧力をアップさせるなどして定着ニップを増やすことで被記録材に与える熱量を増やす、あるいは被記録材に与える加圧力を増やすなどの方法では、先の図8における加熱フィルム１５１と板状発熱体１５３の間に生じる摩擦力が増加し、板状発熱体１５３の表面や加熱フィルム１５１の内面が削れて破損してしまったり、この摩擦力が加圧ローラと加熱フィルム表面との間の摩擦力よりも大きくなることによってベルトがスリップして回転しなくなる現象（以下スティックスリップと呼ぶ）が発生してしまうといった問題が生じていた。
【００１８】
このような問題を解決するための手段として、例えば特開2005-49839号公報では定着ニップの上流側に板状発熱体を配置するとともに下流側に加圧力のピークを持たせている。これにより、定着ニップ上流側でトナーを十分に溶融させた後に下流側で最大加圧力が印加されるため、十分な定着性と光沢感をもったトナー像を出力できることが可能となる。
【００１９】
しかしながら、発明者らが上記手法について更に詳細な検討を行ったところ、出力されたトナー像は定着性・光沢感に優れるものの、個々のドット像を拡大してみた場合には図１０に示すようなドット像の引き伸ばしや微小な尾引きが発生する場合があることが判明した。このことは、高画質化の別な要素である「粒状姓（ざらつき感）」や「鮮鋭性」を損なうものであり、画像品質として必ずしも満足できる結果ではなく、更なる改善が必要となっていた。
【００２０】
そこで、本発明は、上記従来技術における課題を解決し、フィルム定着方式の熱効率と定着装置の高速ウォームアップ特性、低コストといった利点を損なうことなく、定着ニップ内の圧分布の最適化をはかり、カラー画像における高速化および高画質化、特に光沢感と粒状性・鮮鋭性の両立を図ることが可能な加圧定着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するため、本出願に係る第１の発明は、基材フィルムおよび弾性層を少なくとも有する加熱部材と、前記加熱部材を支持する支持部材と、前記加熱部材を挟んで前記支持部材に当接する加圧部材とを有し、前記加熱部材は前記支持部材の摺動部に対して摺動して移動し、前記加熱部材と前記加圧部材との当接によって形成されるニップ部において被加熱材を挟持搬送して加圧および加熱する加熱定着装置において、前記支持部材の摺動部は、前記加圧部材方向に凸となるように前記加熱部材を屈曲させる形状を有しており、該屈曲部における前記弾性層表面の変形率の最大値ηmaxと前記ニップ部内における弾性層表面の変形率の最小値ηminとの比が、１．０＜ηmax／ηmin≦１．５であることを特徴とする加熱定着装置である
上記構成によれば、定着ニップ内での弾性層表面の変形量が所定の範囲内におさまるので、画像面と弾性層表面との間に生じる微小スリップが抑制され、ドット像の引き伸ばしや尾引きのない粒状性・鮮鋭性の良好な画像を得ることができる。
【００２２】
また、本出願に係る第２の発明は、前記加熱部材の屈曲部は、前記ニップ部の移動方向中心よりも下流側に位置することを特徴とする請求項１に記載の加熱定着装置であり、上記構成によれば、加圧力のピーク位置がニップの下流側に位置するため、より高速な印刷条件下においても、定着性の確保・高グロス化対応・粒状性及び鮮鋭性の向上対応が可能となる。
【００２３】
また、本出願に係る第３の発明は、前記加熱部材の屈曲部を形成する摺動部の曲率半径の最小値が1.0mm以上6.0mm以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加熱定着装置である。
【００２４】
このような構成にすることで、請求項１に記載した弾性層表面の変形率の最大値と最小値の比を所定の範囲になるように設定することが容易になる。
【００２５】
そして、本出願に係る第４の発明は、前記弾性層の厚みが１００μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の加熱定着装置であり、これによれば、定着性の確保・高グロス化対応・粒状性および鮮鋭性の向上対応がより容易になる。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように本出願に係る第１から第４の発明によれば、ウォームアップタイムの短縮に有利なフィルム加熱方式の定着装置において、定着ニップ内での弾性層表面の変形量の変化率が所定の範囲内におさまるので、被記録材の画像面と弾性層表面との間に生じる微小スリップが抑制され、ドット像の引き伸ばしや尾引きのない粒状性・鮮鋭性の良好な画像を得ることができる。また、加圧力のピークを定着ニップ下流側にシフトさせても上記変形量の変化率を所定の範囲内におさめていれば、より高速な印刷条件下においても、定着性の確保・高グロス化に対応しつつ、粒状性・鮮鋭性化対応が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。
【実施例１】
【００２８】
図1は、実施例1の構成を示すものであり、本発明の特徴を最もよく表わす図である。本実施例の加熱装置を含む、画像形成装置の構成を示す一例を図７に示す。本例の画像形成装置は転写方式電子写真プロセスを用いたレーザビームプリンタである。
【００２９】
図７に示すインライン方式を用いたフルカラー画像形成装置では、転写手段としての静電吸着搬送ベルト(以下、単に「搬送ベルト」と呼ぶ)１４が、駆動ローラ２２、吸着対向ローラ２５、テンションローラ１３ａ、１３ｂの各ローラに巻架される。
【００３０】
搬送ベルトの周面に沿って、イエロー・マゼンタ・シアン・ブラックの各色の画像形成部であるプロセスステーション３１Ｙ・３１Ｍ・３１Ｃ・３１Ｂｋが配置されており、搬送ベルト１４は図中の矢印の方向に回転する事により、転写材を各プロセスステーションに順次搬送する。各プロセスステーションは、プロセスカートリッジとして画像形成装置本体に対して着脱可能になっており、各プロセスカートリッジは、感光ドラム１、１次帯電器２、現像装置８、クリーニング装置１０が一体にまとめられた構成となっている。
【００３１】
装置本体内に配置されるスキャナユニット１１から画像信号に対応した光情報が各プロセスプロセスステーション内の感光ドラム１に照射され、感光ドラム１上に潜像が形成される。更に感光ドラム１が矢印方向に進むと、この潜像は現像装置８によって現像されトナー画像となる。
【００３２】
各プロセスステーション内の感光ドラム１は搬送ベルト１４を介して転写帯電手段である転写ローラ４Ｙ・４Ｍ・４Ｃ・４Ｂｋと当接しており、転写ローラ４Ｙ・４Ｍ・４Ｃ・４Ｂｋには、転写バイアス電源３２Ｙ・３２Ｍ・３２Ｃ・３２Ｂｋより転写バイアスが印加される。
【００３３】
電子写真方式の画像形成装置において、例えば、感光ドラムとして、負極性の有機半導体電子写真感光体(ＯＰＣ感光体)を用いて、露光により負電荷が減衰した露光部を現像する場合には、負極性のトナーを含む現像剤が用いられる。したがって、転写ローラには転写バイアス電源より正極性の転写バイアスを印加する。
【００３４】
転写材は、給紙カセット１５などから給紙ローラ１７、給紙ローラ１８によって画像形成装置内に送り出されると、まず、画像形成動作と転写材の搬送との同期をとるための、例えば、ローラ状とされる同期回転体、即ち、レジストローラ１９ａ、及びレジスト対向ローラ１９ｂに一旦挟持された後、転写材と搬送ベルト１４との吸着がおこなわれる吸着部に導かれる。
【００３５】
吸着部では、例えば吸着部材としての吸着ローラ２６が搬送ベルト１４を介して吸着対向ローラ２５と対向し、搬送ベルト１４及び転写材Ｐを挟持するよう構成されている。吸着ローラ２６には高電圧源である吸着バイアス電源３２Ａより電圧が印加される事によって、転写材に電荷が付与され、電荷を付与された転写材は搬送ベルト１４を分極することによって搬送ベルト１４に静電吸着される。
【００３６】
このようにして搬送ベルト１４に吸着した転写材Ｐは各プロセスステーションを順次通過し、前述工程で感光ドラム１Ｙ〜１Ｂｋ上に現像された各色トナー画像が次々に転写される。その後、定着装置２１にて未定着トナーのカラー画像は加熱及び加圧されて永久画像となる。
【００３７】
搬送ベルト１４としては、厚さ50〜200μｍ、体積抵抗率109〜1016Ωｃｍ程度のPVDF(弗化ビニリデン樹脂)、ETFE(四弗化エチレン−エチレン共重合樹脂)、ポリイミド、PET(ポリエチレンテレフタレート)、ポリカーボネート等の樹脂フィルムや、あるいは、厚さ0.5〜2mm程度の、例えばEPDM等とされるゴムの基層の上に、例えばウレタンゴムにPTFEなど弗素樹脂を分散したものを被覆して用いる。
【００３８】
上記搬送ベルト１４は、通常は表面にトナー像を直接担持させる事はないが、ジャム時や非画像部への地かぶりなどにより搬送ベルト１４上に汚染トナーが付着することがある。この付着トナーを清掃するために、転写ローラ４Ｙ〜４Ｂｋに転写時とは逆極性のクリーニングバイアスを印加して搬送ベルト１４上のトナーを図７の感光ドラムを介して廃トナー容器１０Ｙ〜１０Ｂｋに回収する、という工程を各々のプロセスステーション３１Ｙ〜３１Ｂｋについて行うクリーニングシーケンスを有している。
【００３９】
図1は本実施例の加熱定着装置２１の構成を示すものである。本加熱定着装置２１は大別して、弾性ゴム層を有し回転する加圧部材としての加圧ローラ４０と、加圧ローラ４０に圧接し定着ニップ部Nを形成する加熱ユニット５０と、から構成される。
【００４０】
加圧ローラ４０は、アルミあるいは鉄製の芯金４１、その外側に弾性ゴム層４２、弾性ゴム層４２の表面を被覆する離型性層４３から形成される。
【００４１】
弾性ゴム層４２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、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がある。
【００４２】
離型性層４３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）等のフッ素系樹脂、あるいはGLSラテックスコーティングを施したものであってもよく、また離型性層４３はチューブを被覆させたものでも、表面を塗料でコートしたものであってもよい。
【００４３】
加熱ユニット５０を構成する耐熱性を有する円筒状の加熱部材５１は、加熱部材５１を円筒状に保持する支持部材５２と、支持部材５２を保持する金属製の定着ステー５４の外周に緩やかに嵌合されている。さらに支持部材５２の長手方向には板状発熱体５３が保持され、不図示の加圧手段により、板状発熱体５３は、加熱部材５１を介して加圧ローラ４０と加圧力Fで定着ニップ部Nを形成している。このとき図示されているような加熱ユニット５０の回転軸に対して鉛直な断面の定着ニップ部Nにおいて、板状発熱体５３と支持部材が一体となって加熱部材内面に対する略連続の摺動面Mを形成している。そして当該摺動面Mは摺動方向下流側において、加圧部材４０に対して凸となる方向に加熱部材５１を屈曲させるよう、図２に示すような山型の形状を有している。
【００４４】
加熱ユニット５０は加圧ローラ４０に加熱部材５１を介して圧接されている。加圧ローラ４０と板状発熱体５３および支持部材５２からなる摺動部Mに挟持された加熱フィルム５１は、加圧ローラ４０の回転に伴って支持部材５２ならびに定着ステー５４の周りを従動回転する。
【００４５】
加熱部材５１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フィルムあるいはニッケル、鉄、ステンレス等の金属性フィルムからなる基材フィルム５６に、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム等の、耐熱性、熱伝導率が良い材質からなる弾性ゴム層５５ａ、および、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、フルオロシリコーンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性且つ耐熱性のよい材料からなる離型性層５５ｂからなる弾性層５５を形成したものである。
【００４６】
弾性ゴム層５５ａの厚さは５０〜５００μｍであることが好ましく、画像品質と高速ウォームアップ特性の両立の観点から、より好ましくは１５０〜３００μｍが良い。
【００４７】
また弾性ゴム層５５ａ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。
【００４８】
そして弾性ゴム層５５ａの熱伝導率λは、２．５×１０-1〜８．４×１０-1Ｗ／ｍ・℃であることが好ましい。熱伝導率λが上記範囲よりも小さい場合には、熱抵抗が大きすぎて、加熱部材５１の表層（離型層５５ｂ）における温度上昇が遅くなる。熱伝導率λが上記範囲よりも大きい場合には、弾性ゴム層５５ａの硬度が高くなりすぎたり、圧縮永久歪みが発生しやすくなる。より好ましくは３．３×１０-1〜６．３×１０-1Ｗ／ｍ・℃が良い。
また、離型性層５５ｂの厚さは離型性能や製造の安定性の観点および熱伝導特性の観点から、１〜１００μｍが好ましく、弾性ゴム層５５ａと離型性層５５ｂとを合わせた弾性層５５の厚さは１００〜５００μｍであることが好ましい。
【００４９】
本実施例に使用する加熱部材５１は、厚み３０μｍの円筒状に形成したステンレス製のエンドレスベルト上に、弾性ゴム層５５ａとして熱伝導率が約8.0×10−1 W /m・K（2.0×10−3 cal/cm・cm・℃）のシリコーンゴムをリングコート法により厚さ２５０μｍに形成した。さらに、離型性層５５ｂとして厚み５０μｍのＰＦＡ樹脂チューブをシリコーンゴム層上に被覆して、総厚３００μｍの弾性層５５を形成した。
【００５０】
支持部材５２は、液晶ポリマー、フェノール樹脂、PPS,PEEK等の耐熱性と、摺動性を具備した耐熱性樹脂により形成されている。
【００５１】
このとき板状発熱体５３は、加圧ローラ４０の表面温度もしくは、板状発熱体５３の裏面温度もしくは、定着ニップ部Nの加熱部材５１内面任意の位置に配された不図示のサーミスタ等の温度検知手段により検知される温度情報を元に、定着ニップ部Nにおいて被記録材P上のトナー像Tを定着するのに必要とされる加熱部材５１の表面温度を目標設定温度とし、それが維持されるよう板状発熱体５３への通電量を制御する。
【００５２】
前述のように、加熱ユニット５０の回転軸に対して鉛直な断面で、板状発熱体５３は定着ニップ部Ｎの上流側にあり、下流側では加圧部材４０に対して凸となる方向に加熱部材５１が屈曲させられていることで、定着ニップ部N内では板状発熱体５３による加熱と同時に、図２に示されるようにニップ中心よりも下流でピーク値となるような圧分布が形成されることになる。
【００５３】
これによりトナーが定着ニップ部内で加熱部材５１から熱供給を受け、その温度が最も高くなる下流部分、すなわち充分に軟化もしくは溶融した状態において高い定着圧にさらされるため、定着ニップ中心部で圧分布のピーク値をもつ場合と比較して加圧力Ｆを増加させることなく高速条件下においても充分な定着性と画質を確保することが可能となる。
【００５４】
ここで、定着ニップＮにおけるゴム層の変形率について説明する。
【００５５】
本実施例における上記摺動部Mは前述の通り山型形状をなしており、摺動方向下流側において加圧部材に対して凸となる方向に加熱部材５１を屈曲させるようになっている。
【００５６】
ここで本実施例１の条件として、摺動部Mの詳細な形状を図３に示される通り設定した。すなわち、山型形状の頂上付近は曲率半径2.0mmの円弧で形成されており、円弧の上流部および下流部は直線状の形状で形成されている。定着ニップＮ部において加熱部材５１は山型形状に沿った形に屈曲するので、円弧の部分では円弧状に、直線状の部分では直線状になる。図４は定着ニップＮ内の摺動面形状とそれに沿った形で屈曲している加熱部材５１の形状を表したものである。ここで加圧ローラ４０の回転により定着ニップＮ部に進入して摺動面Mの直線状部分に押圧された加熱部材の微小部Ｓに着目する。直線状部分における微小部Ｓの摺動方向の長さはフィルム面（摺動面）側および弾性層表面（離型性層）側ともにＬとする。この微小部Ｓは加圧ローラ４０の回転により基材フィルム面側が摺動部Mを摺動しながら円弧部にさしかかると、加熱部材５１は円弧状に変形する。このとき、弾性層５５に対して基材フィルム５６は相対的に弾性率が低いので、円弧状の変形は主に弾性層５５の変形によってなされる。すなわち、微小部Ｓの基材フィルム面側は摺動方向の長さＬを保持したまま円弧状に変形するが、弾性層表面側は弾性変形によりその長さがＬからＬ＋ΔＬに変化する。その後、円弧状部を通過した微小部Ｓは下流側の直線状部にて再び弾性層表面の長さＬに戻り定着ニップＮの出口へと向かう。
【００５７】
本実施例の摺動面形状においては、定着ニップＮにおける弾性層表面の変形率は直線状部分にて最小（ηmin）、円弧状部分にて最大（ηmax）となり、直線状部分における長さを基準とすれば、
ηmin＝Ｌ／Ｌ＝１、ηmax＝（Ｌ＋ΔＬ）／Ｌ
となる。
【００５８】
ηmaxの値は幾何学的な計算により、円弧部の曲率半径ｒおよび弾性層厚さｄとすれば、
ηmax＝（ｒ＋ｄ）／ｒ
にて与えられる。
【００５９】
このような定着ニップＮ部に未定着トナー像Ｔを担時した被記録材Ｐが進入すると、前述の通り熱と圧によりトナー像は溶融して被記録材Ｐに定着されるが、この際に上述の弾性層表面の変形率の変化すなわちηmax／ηminの比が大きな値になると、定着ニップＮを通過する被記録材Ｐはその変形に追随できず、結果として被記録材表面と弾性層表面との間に微小なスリップを生じることとなる。定着ニップ部Ｎではトナー像は溶融状態にあることから、スリップの発生はトナーが形成するドット像の引きのばしや尾引きといった画像劣化をもたらすこととなる。
【００６０】
本実施例１においてはｒ＝2.0mm、ｄ＝0.3mmであるから、ηmax／ηminの値は、1.15であり、定着ニップＮを通過中の弾性層表面の変形率の変化が小さいことがわかる。
【００６１】
このような構成の加熱装置で定着されたトナー像は、定着性、光沢感ともに良好であり、ドット像の引き伸ばしや尾引きも発生しておらず、粒状性・鮮鋭性な画像であった。
【００６２】
次に、本実施例における弾性層表面の変形率の変化と画像品質との関係を調べるため、上記定着ニップ部Ｎにおける摺動面円弧部の曲率半径ｒおよび加熱部材を形成する弾性層５５の厚みｄを表１に示す通り実施例２〜６の条件に変化させて未定着画像の定着を行った。
【００６３】
【表１】
2010128299.tif 000003
表中のηmax／ηminの値は実施例１と同様の計算を行った結果である。また、定着性の結果は定着後のハーフトーン画像を一定の条件にて擦った際の濃度の低下率を、光沢度は７５°光沢度計を用いて測定した光沢度を、引き伸ばしの結果はドット像の引き伸ばし量を、それぞれ相対的に表した結果である。
【００６４】
これらの検討結果によれば、ドット像の引き伸ばしや尾引きの発生はηmax／ηminの値が１．５を超えると急激に悪化することが確認された。
【００６５】
ηmax／ηminの値を１．５以下とするためには、曲率半径ｒの値は1.0mm以上とすることが望ましいが、大きすぎると摺動部Ｍがフラットな形状に近づき、山型形状にすることで得られていた定着ニップＮ部内での圧プロファイルの調節機能が低下してしまうため、6.0ｍｍ以下程度とすることが望ましい。
【００６６】
また、弾性層５５の厚さｄは薄くするほどηmax／ηminの値は小さくなるが、薄すぎると紙表面の凹凸に対する弾性層表面の追従性が損なわれ、凹部のトナーの定着性が悪化したり光沢ムラが発生する。これらを考慮すれば、弾性層の厚さは１００μｍから５００μｍの範囲に収めることが望ましい。
【実施例２】
【００６７】
図５は、第２の実施例に用いた加熱定着装置２１の定着ニップＮ部の拡大図を示す。
【００６８】
尚、本実施例の加熱定着装置を含む、画像形成装置の構成も第1の実施例の図７で説明したものと同じであるため省略する。
【００６９】
定着ニップ部Ｎにおいて、板状発熱体５３と支持部材は一体となって加熱部材内面に対する略連続の摺動面Ｍを形成している。摺動面Ｍは図６に示される通り、直線状のＡ部と突起状の曲率を持ったＣ部およびＣ部とは逆向きの曲率をもってＡ部とＣ部の間に位置するＢ部からなっている。ここで、Ｂ部の曲率半径およびＣ部の曲率半径はともに５．０ｍｍとした。摺動面Mをこのような形状とすることで、定着ニップＮの下流側にある加圧力ピークをより高めることが可能となり、更なる高速化対応が可能となる。
【００７０】
このとき第１の実施例と同様に、加熱部材５１は摺動面Ｍの形状に沿った形に屈曲する。同様に加圧ローラ４０の回転により定着ニップＮ部に進入して摺動面Ｍの直線状のＡ部に押圧された加熱部材の微小部Ｓに着目する。ここでは微小部Ｓの摺動方向の長さはフィルム面（摺動面）側および弾性層表面（離型性層）側ともにＬであるが、この微小部Ｓは加圧ローラ４０の回転により基材フィルム面側が摺動部Ｍを摺動しながらＢ部にさしかかると、第１の実施例で説明したのとは逆方向の屈曲をすることになる。すなわち、フィルム面側の長さはＬに保持されたまま、弾性層表面側の長さは圧縮応力を受けてＬ−ΔＬ１となり、定着ニップ部Ｎ内での変形率としては最小値となる。Ａ部での長さＬを基準とすればＢ部における変形率（＝ηmin）は、
（Ｌ−ΔＬ１）／Ｌ＝（ｒ−ｄ）／ｒ
で表され、本実施例においてはηmin＝0.94となる。
【００７１】
Ｂ部を通過した微小部Ｓは続いてＣ部にさしかかり、第１の実施例と同様に弾性層５５が変形する。Ｃ部での変形率は定着ニップ部Ｎ内での変形率の最大値となるので、本実施例においてはηmax＝1.06となる。
【００７２】
その後、微小部ＳはＣ部後端となる定着ニップＮの出口へと向かう。
以上により、本実施例におけるηmax/ηminの比は1.13となり、第１の実施例と同様に１．５以下の値となった。
【００７３】
本実施例にて説明した加熱装置で定着されたトナー像は、定着性、光沢感ともに良好であり、ドット像の引き伸ばしや尾引きも発生しておらず、粒状性・鮮鋭性のある画像であった。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の第１の実施例を示す加熱定着装置の構成断面図。
【図２】本発明の第1の実施例における定着ニップ内の圧力分布の説明図。
【図３】本発明の第１の実施例を示す定着ニップ部の形状図。
【図４】本発明の第１の実施例を示す定着ニップ部の拡大形状図。
【図５】本発明の第２の実施例における定着ニップ部の形状図。
【図６】本発明の第２の実施例を示す定着ニップ部の拡大形状図。
【図７】本発明の画像形成装置の全体構成を示す断面構成図。
【図８】従来の加熱定着装置を示す断面構成図。
【図９】従来の加熱定着装置を示す断面構成図。
【図１０】定着ニップ下流側に加圧力のピークを持たせた、従来の加熱定着装置で得られたドット画像の拡大図。
【符号の説明】
【００７５】
２１  加熱定着装置
４０  加圧ローラ
４１  芯金
４２  弾性ゴム層
４３  離型層
５０  加熱回転体
５１  加熱部材
５２  支持部材
５３  板状発熱体
５４  定着ステー
P  被記録材
T  トナー画像
N  定着ニップ部
M  摺動部
【図１】
2010128299.tif 000004
【図２】
2010128299.tif 000005
【図３】
2010128299.tif 000006
【図４】
2010128299.tif 000007
【図５】
2010128299.tif 000008
【図６】
2010128299.tif 000009
【図７】
2010128299.tif 000010
【図８】
2010128299.tif 000011
【図９】
2010128299.tif 000012
【図１０】
2010128299.tif 000013