(57)【要約】【課題】  非接触外部加熱方式の加熱定着装置において、熱源から定着部材への熱エネルギー伝達の高効率化し、画像形成装置内の異常昇温を防止すること。【解決手段】  非接触の熱源と該熱源を内包するように湾曲した反射板からなる加熱手段を有し、未定着画像が形成された記録材を、加熱用回転体と加圧部材の間で形成された定着ニップ部を通過させることにより、上記未定着画像を記録材上に熱定着処理する加熱定着装置において、  前記反射板は、定着ニップ接線を含む面より上方でかつ、前記非接触熱源の中心と加熱用回転体の接線を含む面より下方に反射板端面が位置するよう構成されたことを特徴とする加熱定着装置。【選択図】  図１
2010266703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触の熱源と該熱源を内包するように湾曲した反射板からなる加熱手段を有し、未定着画像が形成された記録材を、加熱用回転体と加圧部材の間で形成された定着ニップ部を通過させることにより、上記未定着画像を記録材上に熱定着処理する加熱定着装置において、
前記反射板は、定着ニップ接線を含む面より上方でかつ、前記非接触熱源の中心と加熱用回転体の接線を含む面より下方に反射板端面が位置するよう構成されたことを特徴とする加熱定着装置。
【請求項２】
前記加熱用回転体が、芯材の外側に少なくとも弾性層を有するローラであ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】
前記加熱用回転体が、最外層に離型層を有するローラであることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の加熱定着装置。
【請求項４】
前記加熱用回転体が、基材の外側に少なくとも弾性層を有するエンドレスベルトであ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５】
前記加熱用回転体が、最外層に離型層を有するエンドレスベルトであることを特徴とする請求項１あるいは４に記載の加熱定着装置。
【請求項６】
前記エンドレスベルトの内側に少なくとも２本のローラ部材を配置し、該ローラ部材によりエンドレスベルトにテンションがかけられていることを特徴とする請求項４あるいは５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、例えば、電子写真方式・静電記録方式等の作像プロセスを採用した画像形成装置において、作像プロセス部で記録材（転写材、印字用紙、感光紙、静電記録紙等）に転写方式あるいは直接方式で形成担持させた画像情報の未定着トナー画像を固着像として熱定着処理する加熱定着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式、静電記録方式等を採用する画像形成装置に具備される定着装置としては、未定着トナー画像を担持した記録材Ｐを、互いに圧接して回転する定着ローラと加圧ローラとで形成される定着ニップ部Ｎを通過させることにより未定着トナー画像を記録材Ｐ上に固着画像として定着させる、いわゆる熱ローラ方式の加熱定着装置が広く用いられている。
【０００３】
図９にその熱ローラ方式の加熱定着装置の概略構成を示す。定着ローラ１０は、アルミニウムやステンレス製の中空芯金１４の内部にハロゲンランプ等の加熱体１５を設け、外表面にはトナーのオフセットを防止するためのフッ素樹脂等の離型性層１１を備えたものである。定着ローラ表面の温度をサーミスタ等の温度検知手段１６を用いて検知し、不図示の通電制御回路により温度検知手段１６で検知される定着ローラ表面温度が一定になるように加熱体１５への通電を制御している。
【０００４】
また、加圧ローラ２０は、芯金２３の外部にシリコーンゴム等より形成した弾性層、あるいはシリコーンゴムを発泡してなるスポンジ弾性層２２を形成し、さらにその外層には定着ローラ１０と同様のフッ素樹脂等の離型性層２１が形成されている。
【０００５】
上記の定着ローラ１０と加圧ローラ２０は所定の加圧力で相互圧接させて定着ニップ部Ｎを形成させてあり、また矢印の方向に回転駆動される。そして定着ニップ部Ｎに未定着トナー画像を形成担持させた記録材Ｐを導入して挟持搬送させて通過させることにより未定着トナー画像を記録材Ｐ上に熱と圧力で定着させるものである。
【０００６】
また、高速機あるいはカラートナーを用いた画像形成装置の場合、トナーの定着性を十分に満足し、定着ムラを防止するために、上記定着ローラ１０の中空芯金１４と離型性層１１の間にシリコーンゴム等の厚み２ｍｍ程度の弾性層１２を設けたものもあり、軟らかくなった定着ローラ表面で記録材上のトナーを包み込むことで、記録材Ｐおよびトナーへの熱の伝搬効率を向上させている。
【０００７】
しかしながら、近年の環境問題の一つとして消費電力の低減が強く望まれる一方で、市場ニーズからは高画質および高速での画像出力が望まれている。そこで、このような消費電力の低減と高速・高画質の要求に応えるために、様々な方式を用いた加熱定着装置の提案が新たになされている。
【０００８】
その中で、特にスタンバイ時に加熱定着装置に電力を供給せず、消費電力を極力低く抑えた方法、詳しくはヒータ部と加圧ローラの間に熱容量の小さく薄肉のフィルムを介して記録材上のトナー画像を定着するフィルム加熱方式による加熱定着方法の１例が特許文献１・特許文献２等に提案されている。図１０にフィルム加熱方式の１例の概略構成を示す。すなわち図１０において、４０はフィルムアセンブリであり、アルミナ、窒化アルミ等のセラミック板上に通電発熱抵抗層が形成された加熱ヒータ４２が耐熱性樹脂より形成されたステイホルダー４４に固定され、このステイホルダー４４にルーズに外嵌させたポリイミド等の耐熱性の薄肉フィルム４１（以下、定着フィルムと記す）を有する。このフィルムアセンブリ４０の加熱ヒータ４２と加圧ローラ２０とを定着フィルム４１を挟んで圧接させて定着ニップ部Ｆを形成させてある。
【０００９】
定着フィルム４１は、加圧ローラ２０の矢印方向の回転駆動力により、定着ニップ部Ｎにおいて加熱ヒータ４２に密着・摺動しつつ矢印の方向に搬送移動される。加熱ヒータ４２の温度は、ヒータ背面に配置されたサーミスタ等の温度検知手段４３により検知し、不図示の通電制御部へフィードバックされ、加熱ヒータ４２が所定の一定温度（定着温度）になるように加熱、温調される。
【００１０】
このようなフィルム加熱方式の加熱定着装置を用いたプリンター、複写機等の各種画像形成装置は、加熱効率の高さや立ち上がりの速さにより、待機中の予備加熱の不要化や、画像形成装置の電源をＯＮしてからプリント開始可能になるまでのウエイトタイムとプリントジョブが入力されてからプリントが開始されるまでのファーストプリントアウトタイムの短縮化など、従来の熱ローラ方式の加熱定着装置に比べて多くの利点を有している。
【００１１】
しかしながら、熱ローラ方式の加熱定着装置とフィルム加熱方式の加熱定着装置を比較した場合には、耐久性・高画質・高速性に関しては熱ローラ方式の加熱定着装置の方が優れており、ウエイトタイムとファーストプリントアウトタイムの短縮・消費電力の低減に関してはフィルム加熱方式の加熱定着装置の方が優れており、各々が一長一短を有している。
【００１２】
熱ローラ方式の加熱定着装置では、高速の画像形成装置に対応するためには、弾性層１２を有する定着ローラ１０が必要となってくるが、この定着ローラ１０は熱容量が大きく、熱伝導の低い弾性層１２を介した内面からの伝熱により定着ローラ１０表面を定着可能な所定温度に昇温させるためには長い時間を要し、通電制御による定着ローラ１０表面温度の温調反応も遅くなっている。
【００１３】
そのため消費電力に関しては、定着ローラ１０の昇温の遅さにより、ウエイトタイムが非常に長く、ファーストプリントアウトタイムを短く維持するためにスタンバイ中もある程度定着ローラ１０を加熱しておく必要性があるため、非プリント時の消費電力が多くなっているといった問題点を有している。
【００１４】
これら電力の問題を解決しているのがフィルム方式の加熱定着装置である。しかしこのフィルム加熱方式はウエイトタイムとファーストプリントアウトタイムの短縮と、消費電力の低減に関しては非常に優れているが、高速化させた場合に次のように画質に問題が発生する可能性がある。
【００１５】
まず、定着フィルム４０にポリイミド等の有機耐熱樹脂を用いると熱伝導性が低く、高速化した際に記録材に十分な熱量を供給することが不可能となる。つまり、実用上問題のない可能な限り多くの熱量を加熱ヒータ４２より発熱させても、その熱が定着フィルム４１により断熱されてしまい、記録材Ｐ及びトナー上に効率的に伝達できない。
【００１６】
定着フィルム４１に熱伝導性の優れたＳＵＳ等の薄肉金属を用いることで高速化に対応することができるが、表面の凹凸が粗い記録材Ｐを加熱定着する場合には、定着フィルム４１の剛性の高さに起因し、紙の凹部への接触が低くなり、十分な熱が記録時に伝達できずトナー画像表面がガサガサしてしまう。この問題は、熱ローラ方式においても発生する問題であり、表面に弾性層１２を有さず、金属芯金１４に離型層１１を設けたのみの定着ローラ１０では、高速化するに連れて画像のガサツキが顕著に表れる。以上のことから、高速化かつ高画質化に対応するためには定着ローラ１０として弾性層１２を有することが必須条件となる。
【００１７】
また、ヒータ４２や定着フィルム４１に生じたわずかな突起でも画像に点状のつや消し状態のスポットやスジを生じる場合が無いようにすること、カラー画像のように複数の種類のトナーを重ね合わせて定着させる場合において、色ずれを生じたり、あるいは溶融不足で混色が不十分であったり、逆に上層のトナーのみが溶融してオフセットしたりする場合が無いように注意しなければならない。
【００１８】
以上のように、熱ローラ方式とフィルム加熱方式では、それぞれ一長一短を有しており、消費電力の低減、ウエイトタイムとファーストプリントアウトタイムの短縮を図りつつ、高速性、高画質化を同時に実現することは非常に困難であった。
【００１９】
そこで、消費電力の低減、ウエイトタイムとファーストプリントアウトタイムの短縮、プロセススピードの高速化、高画質化を同時に実現することを目的として、非接触外部加熱方式の加熱定着装置の１例が特許文献３・特許文献４等に提案されている。図１１に非接触外部加熱方式の１例の概略構成を示す。
【００２０】
定着ローラ１０は、アルミニウムやステンレス製の芯金１３の外部にシリコーンゴム等より形成した弾性層、あるいはシリコーンゴムを発泡してなるスポンジ弾性層１２を形成し、さらにその外表面にはトナーのオフセットを防止するためのフッ素樹脂等の離型性層１１が形成されている。加圧ローラ２０は定着ローラ１０と同様のものを用いている。定着ローラ１０をローラ外側から非接触で加熱する加熱ユニット３０の熱源３１はハロゲンヒータ等を用い、この熱源３１は定着ローラ１０に対向させて配置させ、この熱源３１の輻射熱により定着ローラ１０の表面が加熱される。
【００２１】
ここで熱源３１による定着ローラ１０への輻射熱を効率的に利用するために、熱源３１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３２が配置されており、熱源３１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。定着ローラ表面の温度をサーミスタ等の温度検知手段３３を用いて検知し、不図示の通電制御回路により温度検知手段で検知される定着ローラ表面温度が一定になるように熱源３１への通電を制御している。
【００２２】
外部の熱源３１からの輻射熱によって非接触で加熱された定着ローラ１０と加圧ローラ２０を所定の圧力により相互圧接させてことで定着ニップ部Ｎを形成させてあり、その定着ニップ部Ｎに未定着トナー画像を形成担持させた記録材Ｐを導入して挟持搬送させて通過させることにより未定着トナー画像を記録材Ｐ上に熱と圧力で定着させるものである。
【００２３】
本方式では、熱ローラ方式と同様に、弾性層１２を有する定着ローラ１０を用いているため、定着ローラ表面でトナーを包み込むことで記録材Ｐ及びトナーへの熱の伝播効率が高く、高速機やカラートナーを用いた画像形成装置でも充分な定着性を得ることができる。また定着ローラ１０が駆動しているため、定着ローラ１０が画像を擦り画質を低化させてしまうようなことは無く、高画質状態で加熱定着することが可能である。
【００２４】
また定着ローラ１０への熱供給はハロゲンランプ等の輻射により外部から非接触で行われる。外部加熱によって定着ローラ表面のみを加熱するため、定着ローラ表面を迅速に所要の温度に加熱して立ち上げることが可能であり、また立ち上げ時に必要な電力も熱ローラ方式に比べ格段に削減することができる。定着ローラ表面の温度をモニターし温調制御することで、迅速な温調制御が可能であり、通紙によって奪われた熱エネルギー分のみを素早く供給することができるため、通紙中の消費電力も低減することが可能である。
【００２５】
定着ローラ１０は非接触で加熱されており、フィルム加熱方式のように摺擦する部位が無いため高い耐久性を備えており、耐久性低化を気にすることなく加圧力を高めることも可能なため、定着に必要な熱エネルギーを低減でき、通紙中の消費エネルギーを低減できる。
【００２６】
以上のように、非接触外部加熱方式の加熱定着装置では従来方式の熱ローラ方式やフィルム加熱方式の加熱定着装置では実現不可能であった、消費電力の低減、ウエイトタイムとファーストプリントアウトタイムの短縮、プロセススピードの高速化、高画質化、高耐久性を同時に達成することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２７】
【特許文献１】特開平４−４４０７５号公報
【特許文献２】特開平４−２０４９８０号公報
【特許文献３】特開平７−１５２２７１号公報
【特許文献４】特開２０００−４７５０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
非接触外部加熱方式においては、熱源から発せられる輻射光をいかに効率的に定着部材に吸収させるかが熱伝達の効率化において非常に重要で、一般的には、熱源を中にして定着部材と反対側には湾曲した反射板を配置し、熱源からの輻射光を発散させずに定着部材側へ反射させている。さらなる熱伝達効率化のために、反射板の形状や熱源と定着部材との位置関係を工夫し、高反射率の内面素材を用いるなどして、熱源から発せられる輻射光の反射方法については効率化の工夫がなされているものの、図７に示すように反射板と定着部材との隙間から定着部材に吸収されずに外部に漏れる熱源からの直接光については考慮がなされていない。この隙間から漏れる直接光の割合が増加するほど定着部材への加熱は弱まるため、定着部材の立ち上がりに要する時間が増加し、ウエイトタイムやファーストプリントアウトタイムが遅くってしまうといったことや、また定着部材を定着可能な所定の温度まで加熱するために熱源が発する熱量を増加させなければならないために消費電力を増加させてしまい、効率的とはいえなかった。
【００２９】
またこの漏れた輻射光が、定着器外にまで漏れてしまったり、定着器の枠体に吸収されると、定着器周辺や枠体が加熱されてしまうために、画像形成装置内の温度を異常に上昇させてしまい、トナーカートリッジ内のトナーが溶融・固着してしまう。するとトナーが劣化してしまうことで正確に現像が行えずに画像不良を引き起こしてしまったり、現像器トルクが上昇しモータ故障に至ってしまう可能性がある。
【００３０】
以上のように、加熱源を包み込むように配置された反射板と定着部材の隙間から加熱源からの直接光が漏れてしまうと、熱源から定着部材への熱伝達効率が低下してしまうために、ウエイトタイムとファーストプリントアウトタイムの遅延やプリント中における消費電力の増加につながり、また隙間からの輻射光の漏れにより画像不良やモータ故障が生じてしまう。
【００３１】
本出願に係る発明は、上記の従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところはウエイトタイムやファーストプリントタイムの短縮、消費電力の低減、さらには高速、高画質、高寿命といったすべてにおいて優れた性能を併せ持つ非接触外部加熱方式の加熱定着装置において、熱源から定着部材への熱エネルギー伝達の高効率化と画像形成装置内の異常昇温の防止を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
非接触の熱源と該熱源を内包するように湾曲した反射板からなる加熱手段を有し、未定着画像が形成された記録材を、加熱用回転体と加圧部材の間で形成された定着ニップ部を通過させることにより、上記未定着画像を記録材上に熱定着処理する加熱定着装置において、
前記反射板は、定着ニップ接線を含む面より上方でかつ、前記非接触熱源の中心と加熱用回転体の接線を含む面より下方に反射板端面が位置するよう構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
以上説明したように、本発明によれば、湾曲した反射板が熱源を内包するように配置され、熱源からの輻射光を発散させずに定着部材側へ反射させており、この反射板端面は加熱源の中心と定着部材の接線を含む面より加圧部材側に位置するような構成となっている。
【００３４】
図８に示すように上記の構成とすることで、熱源からの輻射光が反射板にも定着部材にも照射せずに反射板と定着部材の隙間から漏れるようなことは無くなり、輻射光は定着部材に直接加熱するか、反射板で反射されてから定着部材を加熱するため、輻射光のロスが無くなり、熱源から定着部材への熱伝達効率を向上させることが可能となる。そのためウエイトタイムやファーストプリントタイムを短縮でき、かつ消費電力の低減を達成することができる。
【００３５】
また、熱源からの輻射光が反射板と定着部材の隙間から直接漏れるようなことは無いため、輻射光が定着器枠体や定着器外部を直接加熱し、画像形成装置内の温度を異常に上昇させてしまうような可能性は無い。よって画像形成装置内の異常昇温が原因で発生するトナー劣化による画像不良や現像器トルク上昇によるモータ故障を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施例に係る加熱定着装置の断面概略図
【図２】本発明の第１の実施例に係る画像形成装置の断面概略図
【図３】本発明の第１の実施例に係る加熱定着装置の反射板断面軌道モデル図
【図４】本発明の第１の実施例に係る加熱定着装置の反射板説明図
【図５】従来例に係る加熱定着装置の反射板説明図
【図６】本発明の第２の実施例に係る加熱定着装置の断面概略図
【図７】従来例に係る加熱定着装置の概念説明図
【図８】本発明に係る加熱定着装置の概念説明図
【図９】従来例に係る加熱定着装置の断面概略図
【図１０】従来例に係る加熱定着装置の断面概略図
【図１１】従来例に係る加熱定着装置の断面概略図
【発明を実施するための形態】
【００３７】
［実施例１］
以下に、本発明に係る実施例を示すが、まず図２に本発明に関係する代表的な画像形成装置の概略断面図を示す。この画像形成装置は給紙トレイ８１、シート積載台８２、給紙ローラ８３からなるシート給送装置を備えている。給紙トレイ８１内のシート積載台８２に積載された記録材Ｐは、給紙ローラ８３により最上位の記録材から一枚ずつピックアップされ、搬送ローラ８４、搬送コロ８５によってレジスト部へと送られる。記録材Ｐはレジストローラ８６とレジストコロ８７からなるレジスト部で搬送方向を揃えられた後、画像形成部へと給送される。
【００３８】
画像形成部は、感光ドラム８８と、感光ドラムを帯電させる帯電器、感光ドラム上の潜像をトナーで現像する現像器、感光ドラム上の残留トナーを除去し、収容するクリーナー等をトナーカートリッジ８９としてユニット化して構成されている。レーザスキャナユニット９０は、多面体ミラー９１、多面体ミラー回転用モータ、レーザユニット等がユニット化されて構成されている。
レーザスキャナユニット９０から画像情報に基づくレーザ光Ｌが照射され、感光ドラム８８上に露光し、感光ドラム上８８には画像情報に基づいた潜像画像が電子写真方式で形成される。この潜像は現像手段により現像剤としてのトナーにより現像され、この現像されたトナー像は転写ローラ９２により、感光ドラム８８上から搬送される記録材Ｐに転写される。
【００３９】
トナー像の転写を終えた記録材Ｐは加熱ユニット９３と加圧ローラ９４からなる定着手段に搬送され、ここで転写されたトナー像が加熱定着される。その後記録材Ｐは中間排紙ローラ９５、排紙ローラ９６等からなる排紙ユニットにより排紙トレイ９７上に排紙される。また、画像形成装置本体の側面には、機内の画像形成部、電装基板等の昇温箇所を冷却するための冷却ファン９８が取り付けられており、適宜ファンを回転することで外気を機内に取り込むことで冷却する。また、冷却ファン９８の近傍にはサーミスタ等の温度検知手段９９が取り付けられており、冷却ファン９８によって機外の空気を取り込んだ際に、画像形成装置が設置されている環境の温度を検知し、その検知結果に基づいて加熱定着装置の温度制御シーケンスにフィードバックする。
【００４０】
以上の画像形成装置において記録材上の未定着トナー画像を記録材上に加熱定着する加熱定着装置の構成を次に説明する。
【００４１】
図１は本発明の加熱定着装置における第１の実施例に係わる概略断面図である。１０は定着ローラ、２０は定着ローラ１０とニップ部Ｎを形成する加圧ローラ、３０は定着ローラ１０をローラ外部から非接触で加熱する加熱ユニットである。
【００４２】
定着ローラ１０の芯材はアルミ、鉄製あるいはセラミック多孔質体（ニチアス株式会社製、商品名：セラールＡ）等にて成形されている。セラミック多孔質体は、熱劣化や経時変化がほとんどなく、多孔質のために断熱性に富み、熱伝導率が極めて低く、機械的強度として、高い加圧力においても撓み、変形が少ない部材である。芯材の外側にはシリコーンゴムで形成された弾性層１２（ソリッドゴム層）、或いは断熱効果をもたせるためにシリコーンゴムを発泡して形成された弾性層１２（スポンジ層）、或いはより断熱効果を持たせるためにシリコーンゴム層内に中空フィラーや、あるいは吸水性ポリマーおよび水を添加することで形成された多孔質を有する弾性層１２（気泡ゴム層）から成る。しかしながら、定着ローラ１０の熱容量が大きく、また熱伝導率が少しでも大きいと、外表面から受ける熱を吸収しやすく、表面温度が上昇しにくくなる。できるだけ低熱容量で熱伝導率が低く、断熱効果の高い材質の方が、定着ローラ表面温度の立ち上がり時間に有利である。ここで、上記シリコーンゴムのソリッドゴムは熱伝導率が０．２５〜０．２９Ｗ／ｍ・Ｋ、スポンジゴム・気泡ゴムは０．１１〜０．１６Ｗ／ｍ／Ｋであり、スポンジゴム・気泡ゴムはソリッドゴムの約半分の値を示す。また、熱容量に関連する比重はソリッドゴムが各１．０５〜１．３０、スポンジゴム・気泡ゴムが約０．７５〜０．８５である。従って、弾性層１２の好ましい形態としては、熱伝導率が約０．１５Ｗ／ｍ・Ｋ以下で、比重が０．８５以下の断熱効果の高いスポンジゴム層や気泡ゴム層の方が好ましい。また、輻射熱で定着ローラ１０を加熱するため加熱ニップが必要無く、熱容量が抑えられるため定着ローラ１０の外径は小さい方が好ましいが、定着ニップＮが細くなりすぎるため極度に小さくすることはできない。弾性層１２の肉厚に関しても、薄すぎれば心材１３に熱が逃げるので適度な厚みが必要である。以上を考慮して本実施例では、適正な定着ニップＮが形成でき、かつ熱容量を抑えるために、肉厚が３ｍｍの気泡ゴムを用いて弾性層１２を形成し、外径がφ２０ｍｍの定着ローラ１０を使用した。上記に述べた弾性層１２の上にはパープルアロアルコキシ樹脂（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）等のフッ素樹脂離型性層１１を形成する。離型層１１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が、チューブの方が耐久性に優れる。
【００４３】
本実施例１では加圧部材２０に、定着ローラ１０と同様のローラを用いている。この加圧ローラ２０は定着ローラ１０の下側に並行して配列し、芯材２３の両端部を回転自在に軸受保持させるとともに、不図示に付勢手段により気泡ゴム層２２の弾性に抗して定着ローラ１０の下面に所定の加圧力をもって圧接させて所定幅の定着ニップ部Ｎを形成させてある。
【００４４】
また、加圧部材としてローラ状の加圧ローラとして説明したが、固定部材の加圧シート等の加圧部材としても良く、この場合にも断熱性を有する部材にすることが望ましく、上記定着ローラとの間で所定の圧力を付与させた場合に強度的に十分な強度を有するものであれば良く、例えば、ガラスビーズを含有する液晶ポリマー等の樹脂の加熱ローラ側に摺動材としてフッ素樹脂を被覆させてある部材等で構成されていても構わない。
【００４５】
加圧ローラ２０は前記の定着ローラ１０の回転に連動して定着ローラ１０の回転方向に順方向に回転し、ニップ部Ｎの中央部に記録材Ｐが導入されたとき定着ローラ１０と協働して記録材Ｐを挟持搬送する。
【００４６】
定着ローラ１０を外部から非接触で加熱する加熱ユニット３０の熱源３１としてはハロゲンヒータ、カーボンヒータなどの赤外線放射装置を用いている。本実施例ではハロゲンヒータ３１を用いており、このハロゲンヒータ３１は定着ローラ１０に対向させて配置させ、このハロゲンヒータ３１の輻射熱により定着ローラ１０の表面が加熱される。
【００４７】
ここでハロゲンヒータ３１による定着ローラ１０への輻射加熱を効率的に行うために、ハロゲンヒータ３１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３２が配置されており、ハロゲンヒータ３１からの輻射光を発散させずに定着ローラ１０側へ反射させている。本実施例１では、反射板３２の形状は通紙方向に対して楕円軌道とし、一方の焦点にハロゲンヒータ３１を、もう一方の焦点には定着ローラ１０の中心付近となるように配置しており、楕円の集光効果を利用し反射光の全てが定着ローラ１０に対し垂直に照射するように設定している。また、反射板端面はハロゲンヒータ３１の中心と定着ローラ１０の接線を含む面より加圧ローラ２０側に位置するような構成となっており、このような構成とすることで、ハロゲンヒータ３１からの輻射光が反射板３２にも定着ローラ１０にも照射せずに反射板３２と定着ローラ１０の隙間から漏れるようなことは無いようにしている。反射板３２の反射面は、アルマイト処理を施した高純度のアルミ材や、増反射および反射率を保持する目的で、ＰＶＤ処理により金メッキや銀メッキ等を施したアルミ材、銅材等の金属板であり、反射率を９０％以上になるように形成されている。
【００４８】
定着ローラ１０が回転駆動され、ハロゲンヒータ３１に通電がなされて該ヒータ３１が発光し、回転する定着ローラ１０の外面がハロゲンヒータ３１の輻射熱で加熱される。定着ローラ表面の温度は定着ローラ表面の定着ニップ上流側に配置したサーミスタ等の温度検知手段３３を用いて検知しており、不図示の通電制御回路により温度検知手段３３で検知される定着ローラ表面温度が一定になるようにハロゲンヒータ３１への通電を制御している。そして定着ローラ１０と加圧ローラ２０のニップ部Ｎに未定着のトナー像を担持した記録材Ｐが導入されてニップ部Ｎを挟持搬送されることによって、定着ローラ１０によって未定着トナー像の記録材Ｐに対する加熱定着が行われるようになっている。
【００４９】
以上のように本実施例では、ハロゲンヒータ３１を内包するように配置された反射板３２の端面は、ハロゲンヒータ３１の中心と定着ローラ１０の接線を含む面より加圧ローラ２０側に位置するような構成となっており、このような構成とすることで、ハロゲンヒータ３１からの輻射光が反射板３２にも定着ローラ１０にも照射せずに反射板３２と定着ローラ１０の隙間から漏れるようなことは無い。よってハロゲンヒータ３１からの輻射光を無駄なく定着ローラ１０の加熱に利用することができるため、ハロゲンヒータ３１から定着ローラ１０への熱伝達効率は向上し、ファーストプリントアウトタイムとウエイトタイムの短縮化、またプリント中の消費電力の低減が可能となる。また、ハロゲンヒータ３１からの輻射光が反射板３２と定着ローラ１０の隙間から直接漏れるようなことは無いため、輻射光が定着器枠体６０や定着器外部を直接加熱し、画像形成装置内の温度を異常に上昇させてしまうことよって発生する、トナー劣化による画像不良や現像器トルク上昇によるモータ故障を引き起こすことが無い。
【００５０】
以上のことを確かめるため、本実施例と従来例の非接触外部加熱方式において、１０００Ｗ投入時における定着ローラ１０の立ち上がり時間と連続プリント時の定着器における消費電力を比較する。使用した画像形成装置はプロセススピード２６６ｍｍ／ｓｅｃのレーザビームプリンターであり、１分間にＬＴＲサイズの記録材がそれぞれ４５枚プリントされる装置である。使用した反射板３２はどちらも通紙方向断面に対して同一の楕円軌道（長軸３１ｍｍ、短軸２６ｍｍ、焦点間距離１７ｍｍ）であり、従来例では長軸端部から長軸方向に１５．５ｍｍの位置で水平に切断した楕円面反射板３２を使用し、本実施例では長軸端部から長軸方向に２４．３ｍｍの位置で水平に切断した楕円面反射板３２を使用した。従来例及び本実施例に用いた反射板３２の楕円軌道を図３に示し、従来例及び本実施例に用いた楕円面反射板とハロゲンヒータ、定着ローラとの位置関係をそれぞれ図４、図５に示す。
【００５１】
【表１】
2010266703.tif 000003
【００５２】
【表２】
2010266703.tif 000004
【００５３】
１０００Ｗ投入時における従来例と本実施例での立ち上がり時間を表１に示す。従来例では立ち上がり時間に６．０秒を必要としていたが、本実施例では４．９秒であり、立ち上がり時間を約１８．３％短縮することができた。また、連続プリント時の定着器消費電力の比較結果を表２に示す。従来例、本実施例ともに通紙枚数が増えるごとに消費電力が低減していくのがわかるが、これはプリント開始当初では定着に必要な熱や空気中への放熱以外にも加圧ローラ２０や定着ローラ１０の芯材１３などに熱が奪われてしまうために余分に多くの電力を投入する必要があるが、連続プリントが進むにつれて定着器が温められることにより投入する電力が必要最低限に近づいていくためである。従来例と本実施例の定着消費電力を比較すると、どのプリント枚数時においても従来例よりも本実施例のほうが１７〜１８％程度消費電力は低いことがわかる。
【００５４】
上記の結果のような差が生まれる原因は、従来例と本実施例では、ハロゲンヒータ３１と定着ローラ１０の距離が同じであるため、ハロゲンヒータ３１からの直接光が定着ローラ１０を加熱する効率は同じであるが、反射板３２からの反射光の熱伝達効率に違いがあるためである。従来例では、反射板３２と定着ローラ１０の間にハロゲンヒータ３１からの輻射光が漏れてしまう隙間が存在しており、その隙間から輻射光を外部に漏らしてしまっていたため、輻射光を効率よく定着ローラ１０の加熱に用いることができなかったのに対し、本実施例ではハロゲンヒータ３１の輻射光が漏れるような反射板３２と定着ローラ１０の間の隙間は存在しないため、輻射光を外部に漏らすことなく定着ローラ１０へ反射させることができ、大変効率的に定着ローラ１０の加熱を実施することが可能となっている。
【００５５】
また、上記構成の従来例と本実施例において、連続１００００枚プリントを実施後、２時間放置後に各種画像をプリントし画像評価を行った。また、連続１００００枚プリントを実施した直後に画像形成装置内のトナーカートリッジ８９付近の温度を測定した。その結果を表３に示す。表中の画像評価欄で○は一切の画像不良が無く良好なプリントが行われたことを示し、×は画像不良が発生してしまったことを示す。
【００５６】
【表３】
2010266703.tif 000005
【００５７】
本実施例では画像に一切不良が発生せず、良好なプリントが実施されたが、従来例では全体的にトナーの濃度が低下し、画像が白く抜けてしまっている箇所もあった。また連続プリント後の画像形成装置内の温度は、本実施例が３９℃であったのに対し、従来例では５７℃まで上昇してしまった。
【００５８】
従来例では、反射板３２と定着ローラ１０の間にハロゲンヒータ３１からの輻射光が漏れてしまう隙間が存在しており、その隙間から輻射光を外部に漏らしてしまっていたため、この漏れた輻射光が定着器枠体６０や定着器周辺を加熱してしまった。その結果、連続１００００枚プリントを行っている間にトナーカートリッジ８９周辺温度が５７℃にまで上昇してしまい、カートリッジ内のトナーが溶融してしまった。溶融したカートリッジ８９内のトナーは２時間放置することで固着してしまい、再度プリントを実施した時に正確に現像ができなくなってしまったために画像中にトナー濃度の低下や白抜けが発生してしまっていた。
【００５９】
これに対し本実施例では、ハロゲンヒータ３１の輻射光が漏れるような隙間が反射板３２と定着ローラ１０の間には存在しないため、輻射光によって定着器枠体６０や定着器周辺が加熱されることはないが、定着ローラ１０は高温に加熱されているために定着ローラ１０の放熱によってトナーカートリッジ８９周辺は連続１００００枚プリントによって３９℃まで昇温した。しかし本実験で用いたトナーは４７℃程度までなら溶融することは無いため、本実施例の結果に有るような３９℃程度ならば、画像形成装置内の異常昇温によって画像不良を起こすことはない。
【００６０】
以上のように、本実施例においては、従来例よりもハロゲンヒータ３１から定着ローラ１０への熱伝達効率が向上しているため、ファーストプリントアウトタイムの短縮及びプリント中の定着器消費電力の低減が可能となった。また、ハロゲンヒータ３１からの輻射光を外部に直接漏らすことは無いため、画像形成装置内の異常昇温を防止でき、トナー劣化による画像不良を発生することが無く良好なプリントを実施できた。
【００６１】
［実施例２］
図６は本発明の加熱定着装置における第２の実施例に係わる概略断面図である。図６において、前記実施例１で示した図１の同一符号の部材に関しては同様の部材、機能であるため説明を省く。本実施例では、定着ローラ１０の代わりに定着ベルト５０を用いており、定着ベルト５０の内側に張架ローラ７１、張架ローラ７２の２本のローラを配置し、この２つのローラによって定着ベルト５０を張架させ、この張架した定着ベルト５０に加圧ローラ２０を当接し、定着ニップＮを形成させている。
【００６２】
５０は定着部材としての、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ等の耐熱性樹脂、あるいはＳＵＳ、Ｎｉ等の金属より形成される薄肉の可撓性を有するエンドレスベルト状の基層５１を基材として成る断熱ベルト５０であり、基層５１としては後述する断熱層５２の熱伝導率や厚みに依るが、熱伝導性の低い部材を使用したほうが好ましい。上記断熱層５２は、ハーフトーン画像などでのガサツキを抑え、十分な定着性を得るために弾性層である必要があるが、定着ベルト５０の熱容量が大きく、また熱伝導率が少しでも大きいと、外表面のハロゲンヒータ３１から受ける熱を内部に吸収しやすく、表面温度が上昇しにくくなる。できるだけ低熱容量で熱伝導率が低く、断熱効果の高い材質の方が、定着ベルト表面温度の立ち上がり時間に有利である。そのため、基層５１の外側（定着ニップＦ側）には以下の方法により形成された弾性断熱層５２が形成される。
【００６３】
断熱層５２は、断熱効果をもたせるためにシリコーンゴムを発泡して形成された弾性層５２（スポンジ層）、或いはより断熱効果を持たせるためにシリコーンゴム層内に中空フィラーや、あるいは吸水性ポリマーおよび水を添加することで形成された多孔質を有する弾性層５２（気泡ゴム層）から成る。また、上記断熱ベルト５０はシームレスの耐熱性樹脂を成形後に筒状金型内にセットされ、該耐熱性樹脂層表面と筒状金型内面の間隙に上記オルガノポリシロキサン組成物を主成分とする配合物を注型し、耐熱性樹脂層表面に断熱層を形成して断熱ベルト５０を成す。ここで、シリコーンゴム組成物は、その硬化物（シリコーンゴム）の熱伝導度が０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以下、特に０．１５Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが好ましく、かかる熱伝導度を達成するように配合組成を調整することが好ましい。
【００６４】
上記に述べた断熱層５２の上にはパープルアロアルコキシ樹脂（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）等のフッ素樹脂離型性層５３を形成する。離型層５３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が、チューブの方が耐久性に優れる。
【００６５】
断熱層５２の肉厚は、薄すぎれば定着ベルト内側の張架ローラ７１、７２に熱が逃げるので適度な厚みが必要である。従って、定着ベルト５０は熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させ、さらに機械的強度を満足するようポリイミド、ＳＵＳ等の基材５１の肉厚を１００μｍ以下、好ましくは６０μｍ以下２０μｍ以上、基材５１の内径は１６〜３０ｍｍとしており、断熱層５２は断熱効果を考慮し０．５〜３．０ｍｍ、好ましくは１．０〜２．５ｍｍとすることが好ましく、離型層５３としては、フッ素樹脂層を１μｍ〜５０μｍ程度の厚みで形成することが好ましく、定着ベルトとしての外形は１７ｍｍ〜３６ｍｍとし、熱容量を小さくするためには１７ｍｍ〜２５ｍｍとするのが好ましい。
【００６６】
７１、７２は張架ローラであり、アルミ、鉄製あるいはセラミック多孔質体（ニチアス株式会社製、商品名：セラールＡ）等にて成形されているが、張架ローラ７１、７２の熱容量が大きく、また熱伝導率が少しでも大きいと、定着ベルト５０から熱を吸収しやすくなり、定着ベルト表面温度が上昇しにくくなるため、できるだけ低熱容量で熱伝導率が低く、断熱効果の高いセラミック多孔質体などの断熱部材を用いることが好ましい。この張架ローラ７１，７２によりテンションをかけた状態で定着ベルト５０を張架する。
【００６７】
本実施例で使用する反射板３２の形状は通紙方向に対して放物軌道であり、この放物線の焦点の位置にハロゲンヒータ３１を配置し、直線上に張架された定着ベルト５０に正対するように反射板３２を調節してある。このように配置することで、反射板３２からの反射光は張架された定着ベルト５０に対し垂直に照射されるため、効率的に定着ベルト５０を加熱することができる。また、反射板端面はハロゲンヒータ３１の中心と定着ベルト５０の接線を含む面より加圧ローラ２０側に位置するような構成となっており、ハロゲンヒータ３１からの輻射光が反射板３２にも定着ベルト５０にも照射せずに反射板と定着ベルト５０の隙間から漏れるようなことは無いようにしている。
【００６８】
上記の張架ローラ７１，７２によりテンションをかけた状態で定着ベルト５０を張架し、この２本のローラにおける中心間の間に走行する定着ベルト５０に対して加圧ローラ２０を当接するように調節することで加圧ローラ２０と定着ベルト５０により形成される定着ニップ幅Ｎを広げることが可能となる。そのため記録材上のトナーが定着ニップＮ内に存在する時間が広がり、記録材上のトナーが定着ベルト５０から受け取れる熱量が増加する。未定着トナーが定着するために必要な熱量は一定であるから、定着ニップＮを広げることで定着ベルト５０の表面温度を下げることが可能となるため、消費電力を削減することができる。
【００６９】
以上のように、定着ベルト５０を２本の張架ローラ７１，７２によって張架し、加圧ローラ２０を当接させる構成とすることで、幅広い定着ニップＮを得ることができるために定着ベルトの温調温度を下げることが可能となり、消費電力をさらに下げることが可能となる。
【００７０】
本発明に有効な寸法は、前記実施例１、２に記載のものに限るものではない。
【符号の説明】
【００７１】
１０  定着ローラ
２０  加圧ローラ
３０  加熱ユニット
３３  温度検知手段
５０  定着ベルト
７１  張架ローラ
７２  張架ローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2010266703.tif 000010
【図６】
2010266703.tif 000011
【図７】
2010266703.tif 000012
【図８】
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【図９】
2010266703.tif 000014
【図１０】
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【図１１】
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