(57)【要約】      （修正有）【課題】フィルム加熱方式の定着装置において、製造上の公差等によってヒータとフィルム内面との接触領域の面積がばらつく場合がある。この接触面積のばらつき量を抑制して、複雑な機構や制御なしに、ニップ部の幅のばらつきを抑制した定着装置を提供する。【解決手段】ヒータ１１のフィルムの内面と対向する面は、ヒータ１１の短手方向において、ヒータ１１の一方の端部にヒータ１１の長手方向に沿って設けられた第１の面と、ヒータ１１の他方の端部にヒータ１１の長手方向に沿って設けられた第２の面と、第１の面と第２の面の間にヒータ１１の長手方向に沿って設けられ第１の面及び第２の面よりもフィルムの内面に近づく方向に突出した第３の面と、を有し、第１の面及び第２の面はフィルムの内面と接触せず、第３の面は全域でフィルムの内面と常時接触する。【選択図】図３
2014089331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のフィルムと、前記フィルムの内面と接触する細長い板状のヒータと、前記ヒータと共に前記フィルムを介してニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部でトナー画像を担持した記録材を搬送しながら加熱しトナー画像を記録材に定着する定着装置において、
前記ヒータの前記フィルムの内面と対向する面は、前記ヒータの短手方向において、前記ヒータの一方の端部に前記ヒータの長手方向に沿って設けられた第１の面と、前記ヒータの他方の端部に前記ヒータの長手方向に沿って設けられた第２の面と、前記第１の面と前記第２の面の間に前記ヒータの長手方向に沿って設けられ前記第１の面及び前記第２の面よりも前記フィルムの内面に近づく方向に突出した第３の面と、を有し、前記第１の面及び前記第２の面は前記フィルムの内面と接触せず、前記第３の面は全域で前記フィルムの内面と常時接触することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記ヒータは、基板と、前記基板の前記フィルムの内面と対向する面上に前記ヒータの長手方向に沿って形成される発熱抵抗体と、前記基板の前記発熱抵抗体が形成された面上に形成され前記発熱抵抗体を保護する保護層と、を有し、前記第１の面と、前記第２の面と、前記第３の面と、は前記保護層によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記ヒータは、基板と、前記基板の前記フィルムの内面と対向する面と反対側の面上に前記ヒータの長手方向に沿って形成される発熱抵抗体と、前記基板の前記フィルムの内面と対向する面上に形成された保護層と、を有し、前記第１の面と、前記第２の面と、前記第３の面と、は前記保護層によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項４】
前記ヒータは、前記発熱抵抗体として第１の発熱抵抗体と、第２の発熱抵抗体と、を有し、前記第１の発熱抵抗体の少なくとも一部は、前記ヒータの短手方向において、前記第１の面と重なる位置に設けられ、前記第２の発熱抵抗体の少なくとも一部は、前記ヒータの短手方向において、前記第２の面と重なる位置に設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の定着装置。
【請求項５】
前記第１の発熱抵抗体と、前記第２の発熱抵抗体とは、前記ヒータの長手方向において、前記ヒータの中央部と端部との抵抗値の比率が異なることを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
【請求項６】
細長い板状の基板と、前記基板上に形成された発熱抵抗体と、を有し、トナー画像を担持した記録材を加熱してトナー画像を記録材に定着する定着装置で用いられるヒータにおいて、
前記ヒータは、その一面に、前記ヒータの短手方向において、前記ヒータの一方の端部に前記ヒータの長手方向に沿って設けられた第１の面と、前記ヒータの他方の端部に前記ヒータの長手方向に沿って設けられた第２の面と、前記第１の面と前記第２の面との間に前記長手方向に沿って設けられ前記第１の面及び前記第２の面よりも突出した第３の面と、を有することを特徴とするヒータ。
【請求項７】
前記基板の前記発熱抵抗体が形成された面上に前記発熱抵抗体を保護する保護層を有し、前記第１の面と、前記第２の面と、前記第３の面と、は前記保護層によって形成されていることを特徴とする請求項６に記載のヒータ。
【請求項８】
前記基板の前記発熱抵抗体が形成された面と反対側の面上に保護層を有し、前記第１の面と、前記第２の面と、前記第３の面と、は前記保護層によって形成されていることを特徴とする請求項６に記載のヒータ。
【請求項９】
前記発熱抵抗体として第１の発熱抵抗体と、第２の発熱抵抗体と、を有し、前記ヒータの短手方向において、前記第１の発熱抵抗体の少なくとも一部は前記第１の面と重なる位置に設けられ、前記第２の発熱抵抗体の少なくとも一部は前記第２の面と重なる位置に設けられていることを特徴とする請求項７又は８に記載のヒータ。
【請求項１０】
前記第１の発熱抵抗体と、前記第２の発熱抵抗体とは、前記ヒータの長手方向において、前記ヒータの中央部と端部との抵抗値の比率が異なることを特徴とする請求項９に記載のヒータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置を備えた電子写真複写機、電子写真プリンタ等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を採用する画像形成装置に搭載される定着装置においては、未定着トナー像を担持した記録材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ニップ部を通過させて定着処理を行う熱ローラ方式の定着装置が用いられている。
【０００３】
また一方で、スタンバイ時に定着装置に電力を供給せず、消費電力を極力低く抑えたフィルム加熱方式の定着装置が実用化されている。フィルム加熱方式で用いられる熱源として板状のセラミックヒータが用いられている。そのセラミックヒータは、加圧ローラと共に筒状の耐熱フィルムを介してニップ部を形成し、そのニップ部で未定着トナー画像を担持した記録材を搬送することにより加熱定着を行うものが知られている。
【０００４】
このようなフィルム加熱方式の定着装置は、熱効率が良く、ウォームアップが速いという利点がある。
【０００５】
しかしながら、上述したフィルム加熱方式の定着装置においても、熱ローラ方式の定着装置と同様に、加圧ローラ硬度等の製造公差や組立て公差、耐久劣化、経時変化、環境ばらつき等の様々なばらつき要因によって、ニップ部の幅のばらつきが生じる場合がある。ニップ部の幅は狭い程、ニップ部で記録材に与える熱量は小さくなるので、ニップ部の幅が最小の時であっても定着処理が可能になるように、つまり定着するための熱量が不足しないようにヒータに供給する電力を設定する。従って、ニップ部の幅が最大であるときは、記録材に与える熱量は大きくなる。ニップ部の幅のばらつきが大きい場合は、ニップ部の幅が最大の場合に、記録材に与える熱量が過剰となりホットオフセットやカールが悪化する場合がある。
【０００６】
ところで、フィルム加熱方式の定着装置のニップ部は、加圧ローラとフィルムの外周面との接触領域、所謂圧接ニップ部と、ヒータとフィルム内周面との接触領域、所謂ヒータニップ部とがある。
【０００７】
特にヒータニップ部の幅のばらつきは、記録材の定着性と密接な関係があることがわかっている。
【０００８】
ここで、特許文献１には、定着補助ローラの外径変化を検知する検知手段を設けて、定着補助ローラの外径変化に応じて加圧力調整手段によって加圧力を調整し、ニップ部の幅のばらつきを抑制するものが開示されている。これは、フィルム定着方式の定着装置にも適用可能であると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−２０４２２２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１の定着装置は、ニップ幅のばらつきを許容し、そのばらつき量を検知してニップ幅を補正するものである。従って、定着補助ローラの外径変化を検知する検知手段や加圧力調整手段など複雑な機構や制御が必要となる。つまり、ニップ幅のばらつきそのものを抑制することができれば、複雑な機構や制御は必要がなく小型化やコストダウンに貢献する。
【００１１】
そこで、本願発明は、フィルム定着方式の定着装置において、複雑な機構や制御なしにニップ部（ヒータニップ部）の幅のばらつきを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するための本願発明の一つの側面としては、筒状のフィルムと、前記フィルムの内面と接触する細長い板状のヒータと、前記ヒータと共に前記フィルムを介してニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部でトナー画像を担持した記録材を搬送しながら加熱しトナー画像を記録材に定着する定着装置において、前記ヒータの前記フィルムの内面と対向する面は、前記ヒータの短手方向において、前記ヒータの一方の端部に前記ヒータの長手方向に沿って設けられた第１の面と、前記ヒータの他方の端部に前記ヒータの長手方向に沿って設けられた第２の面と、前記第１の面と前記第２の面の間に前記ヒータの長手方向に沿って設けられ前記第１の面及び前記第２の面よりも前記フィルムの内面に近づく方向に突出した第３の面と、を有し、前記第１の面及び前記第２の面は前記フィルムの内面と接触せず、前記第３の面は全域で前記フィルムの内面と常時接触することを特徴とするものである。
【００１３】
また、上記目的を達成するための本願発明の他の側面としては、細長い板状の基板と、前記基板上に形成された発熱抵抗体と、を有し、トナー画像を担持した記録材を加熱してトナー画像を記録材に定着する定着装置で用いられるヒータにおいて、前記ヒータは、その一面に、前記ヒータの短手方向において、前記ヒータの一方の端部に前記ヒータの長手方向に沿って設けられた第１の面と、前記ヒータの他方の端部に前記ヒータの長手方向に沿って設けられた第２の面と、前記第１の面と前記第２の面との間に前記長手方向に沿って設けられ前記第１の面及び前記第２の面よりも突出した第３の面と、を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、フィルム加熱方式の定着装置において、複雑な機構や制御なしにヒータとフィルムの内面の接触領域、所謂ヒータニップのばらつきを抑制することで、ホットオフセットやカールの悪化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】画像形成装置例の概略図。
【図２】定着装置の概略図。
【図３】比較例及び実施例１に係るヒータを説明する概略図。
【図４】ヒータニップの評価方法について説明する概略図。
【図５】比較例のヒータにおいて、ヒータニップ部の幅と定着性（濃度低下率）の関係を示した図。
【図６】実施例１のヒータ。
【図７】（ａ）比較例と実施例１とでヒータニップ部の幅のばらつき量を比較した図、（ｂ）比較例と実施例１とで定着性のばらつき量を比較した図。
【図８】（ａ）比較例におけるフィルムとヒータの接触領域、（ｂ）実施例１におけるフィルムとヒータの接触領域。
【図９】（ａ）比較例及び実施例１と実施例２とでヒータニップ部の幅を比較した図、（ｂ）比較例と実施例１と実施例２とで定着性を比較した図。
【図１０】（ａ）実施例１に係る定着装置の断面図、（ｂ）実施例１に係るヒータニップ部の拡大図。
【図１１】実施例１に係るヒータの発熱抵抗層のパターンを示した図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施例１
以下に図面を参照して、この発明を実施する形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜変更されるべきものである。即ち、この発明の範囲を以下の実施形態に限定する趣旨のものではない。
【００１７】
（１）画像形成装置
図１は画像形成装置の一例の構成概略図である。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ービームプリンターである。
【００１８】
１は像担持体としての回転する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ａの時計方向に所定の周波数（プロセススピード）にて駆動される。感光ドラム１はその回転する過程で帯電手段としての帯電ローラ２により所定の極性及び電位に一様に帯電処理される。その後、感光ドラム１の一様に帯電した面に対して、レーザービームスキャナ３より、画像情報に応じたレーザービームによる走査露光Ｌがなされることにより、感光ドラム上の面に静電潜像が形成される。その静電潜像が現像装置４でトナーＴにより現像されて可視化される。一方、給紙ローラ８の駆動により給紙カセット９内に収容された記録材Ｐが一枚ずつ繰り出されて、ガイド１０及びレジストローラ１１を有するシートパスを通って感光ドラム１と転写ローラ５の圧接部である転写ニップ部に所定の制御タイミングにて給送される。そして、その記録材Ｐの面に感光ドラム１面側のトナー画像が順次転写されていく。転写ニップ部を出た記録材は感光ドラム１の面から順次に分離されて、搬送装置１２で加熱装置としての定着装置６に導入されて定着処理される。加熱定着装置６についての詳細は後述する。定着装置６を出た記録材Ｐは搬送ローラ１３、ガイド１４、及び、排紙ローラ１５を有するシートパスを通って、排紙トレイ１６に排出される。
【００１９】
また、記録材が分離された後の感光ドラムの面はクリーニング装置７により転写後に感光ドラムに残った付着物を清掃する清掃処理を受けて、繰り返し画像形成に供される。
【００２０】
なお、本実施例では、感光ドラム１はＯＰＣドラム、現像方法はジャンピング現像法である。
【００２１】
（２）定着装置
図２は本実施例で用いた定着装置６の概略構成図である。この定着装置６は、互いに圧接してニップ部Ｎを形成するフィルムユニット１０と加圧ローラ２０よりなるフィルム加熱方式の定着装置である。ただし、図２では、比較例のヒータ１１１を用いており、本実施例のヒータの構成については後述する。
【００２２】
図２（ａ）及び図２（ｃ）のフィルムユニット１０はフィルム１３と、ヒータ１１１と、ヒータ１１１を保持するヒータホルダ１２と、加圧バネ１５より加圧力を受けてヒータホルダ―１２を加圧ローラ２０に抗して押圧する金属ステー１４と、から構成される。
【００２３】
〔フィルム〕
フィルム１３は、クイックスタートを可能にするために総厚２００μｍ以下の厚みの筒状の耐熱性フィルムである。フィルム１３の基層としてポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等の耐熱性を有する樹脂が用いられる。その他に、フィルム１３の基層として耐熱性、高い熱伝導性を有するＳＵＳ（ステンレス）、Ａｌ（アルミ）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）等の純金属あるいは合金が用いられる場合もある。樹脂製の基層の場合は熱伝導性を向上させるために、ＢＮ（窒化ホウ素）、アルミナ、アルミ（Ａｌ）等の高熱伝導性粉末を混入してあっても良い。また、フィルム１３の厚みは２０μｍ以上が良い。なぜなら長寿命の定着装置を構成するために充分な強度と耐久性を必要とするからである。よって、フィルム１３の総厚としては、２０μｍ以上２００μｍ以下が最適である。更にオフセット防止や記録材との分離性を確保するために表層に次の材料を用いる。材料は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン  パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン  ヘキサフルオロプロピレン共重合体）のフッ素樹脂である。その他に使用可能なフッ素樹脂としては、ＥＴＦＥ（エチレン  テトラフルオロエチレン共重合体）、ＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、ＰＶＤＦ（ポリビニルデンフルオライド）がある。また、これらのフッ素樹脂にはシリコーン樹脂等の離型性の良好な耐熱樹脂を混合ないし単独で被覆して離型性層を形成してある。被覆の方法としては、フィルム１３の外面エッチング処理した後に離型性層をディッピングするか、粉体スプレー等の塗布であってもよい。あるいは、チューブ状に形成された樹脂をフィルム１３の表面に被せる方式であってもよい。または、フィルム１３の外面をブラスト処理した後に、接着剤であるプライマ層を塗布し、離型性層を被覆する方法であってもよい。
【００２４】
なお、本実施例では、表層（離型性層）が厚み１０μｍのＰＦＡ、プライマ層が厚み５μｍ、基層が厚み６０μｍのポリイミド、とからなる総厚７５μｍ、外径φ１８ｍｍのフィルムである。
【００２５】
〔ヒータ〕
図２（ｂ）に示すヒータ１１１は比較例のヒータである。フィルム１３の内面に接触することによりフィルムを加熱する。ヒータ１１１は細長い板状の形状で、熱容量は小さい。ヒータ１１１は、アルミナや窒化アルミ等の絶縁性セラミックで形成された基板１１１ａと、Ａｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）、ＲｕＯ２（酸化ルテニウム）、Ｔａ２Ｎ等で形成された発熱抵抗体としての発熱抵抗層１１１ｂと、を有する。基板１１１ａの面上にヒータ１１１の長手方向に沿って発熱抵抗層１１１ｂがスクリーン印刷等により形成されている。発熱抵抗層１１１ｂは、厚み約１０μｍ、幅約１〜５ｍｍ程度で形成されている。このヒータ１１１がフィルム１３と接する面には、発熱抵抗層１１１ｂを保護する保護層としての厚み３０〜２００μｍのガラス層１１１ｃを設ける。ガラス層の厚みは熱効率を高くするために十分薄く、ガラス層１１１ｃの表面粗さはフィルム内面との摺動による抵抗を小さくするために小さくすることが望ましい。図３（ａ）を用いて、比較例としてのヒータ１１１の構成を詳細に説明する。細長い板状の形状であって、アルミナの絶縁性セラミック基板の表面に、長手方向に沿って、Ａｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）の発熱抵抗層１１１ｂが、厚さ１０μｍ、幅１ｍｍ程度でスクリーン印刷により形成されている。その発熱抵抗層１１１ｂを保護するために、厚み６０μｍのガラス層が形成されている。ガラス層１１１ｃの表面は、高さ１０μｍを超える段差、或いは突起物等は存在せず、フィルム内面に対して平面とみなせる良好な表面性を有している。
【００２６】
尚、本実施例に係るヒータの詳細な構成については後述する。
【００２７】
〔加圧ローラ〕
加圧部材としての加圧ローラ２０はＳＵＳ（ステンレス）、ＳＵＭ（快削鋼）、Ａｌ（アルミ）等の金属製の芯金２１の外側にシリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴムで形成したソリッドゴム層の弾性層２２を設けたものである。弾性層２２としては、ソリッドゴム層に限らない。例えば、断熱効果を持たせるためにシリコーンゴムを発泡して形成したスポンジゴム層、或いはシリコーンゴム層内に中空のフィラーを分散させ、断熱効果を高めた気泡ゴム層等の弾性層２２であっても良い。この弾性層２２の外側に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）等の離型層を形成してもよい。
【００２８】
尚、本実施例では、芯金２１としてＡｌ、弾性層２２としてシリコーンゴム、離型層としてＰＦＡ、とからなる外径φ１８ｍｍの加圧ローラを用いた。
【００２９】
〔定着装置の駆動及び制御方法〕
加圧ローラ２０は、ヒータ１１１と共にフィルム１３を介して所定の定着ニップ部Ｎを形成する。すなわち、図２（ｃ）に示すように、金属ステー１４は、その長手方向の両端がヒータホルダ―１２から突き出ていて、ステー両端部にあるバネ受け部１４ａがバネ受け部材を介して加圧バネ１５によって加圧される。荷重はステー足部１４ｂを介してヒータホルダ―１２の長手方向に渡って均一に伝達される。定着ニップ部Ｎでは、加圧力によってフィルム１３がヒータ１１１と加圧ローラ２０の間に挟まれることで撓み、ヒータ１１１に密着した状態になる。加圧ローラ２０は芯金２１の端部に設けられた不図示の駆動ギアにより、図２（ａ）の矢印方向に回転する駆動力を得る。駆動力は制御手段を統制する不図示のＣＰＵからの指令に従い、不図示のモータにより伝達される。この加圧ローラの回転駆動に伴って、フィルム１３は加圧ローラ２０との摩擦力により加圧ローラに従動して回転する。フィルム１３とヒータ１１１との間には、フッ素系やシリコーン系の耐熱性グリース等の潤滑材を介在させることにより、摩擦抵抗を低く抑え、滑らかにフィルム１３が回転することが可能となる。
【００３０】
次に、ヒータ１１１の制御方法について説明する。ヒータ１１１は基板１１１ａの背面に設けたサーミスタ等の温度検知素子の検知温度に応じて発熱抵抗層１１１ｃに供給する電力を制御することで定着処理のための目標温度に保たれる。
【００３１】
未定着トナー画像を保持した記録材Ｐは所定のタイミングに、不図示の供給手段によって適宜供給され、定着ニップ部内に搬送され加熱定着が行われる。定着ニップより排出された記録材Ｐは不図示の排紙ガイドに案内されて排出される。
【００３２】
（３）ヒータニップの評価方法
本発明者らの検討結果によると、ヒータとフィルム内面の接触領域である、所謂ヒータニップ部の領域の面積が定着性に大きく寄与していることがわかった。更にいえば、記録材が定着ニップ部に介在した時のヒータニップ部の領域の面積がより重要となる。
【００３３】
以下の手順で、記録材が定着ニップ部を通過する時のヒータニップ部を評価した。
《手順〔１〕》  フィルム内面と接触する比較例のヒータ１１１の面に、一様に、耐熱温度が定着処理のための目標温度よりも十分高いグラファイト（ブラックルブ：オーデック社製）を塗工し（図４（ａ））、本実施例の定着装置に装着した。
《手順〔２〕》  加圧ローラの表面移動スピード（周速）を１３４ｒｐｍとなるように調整し、目標温度を１９０℃に設定し、坪量８０ｇ／ｍ２のＥｘｔｒａ（商品名）を１００枚連続通紙した。
《手順〔３〕》  定着ニップ部で記録材を通紙している間、ヒータ１１１とフィルム１３の内面は接触しながら摺動するため、予め塗布しておいたグラファイトが徐々に削られる。定着ニップ部で記録材を１００枚通紙した後には、グラファイトが塗工されたヒータ面は、グラファイトが削れた領域と削れていない領域とに二分される（図４（ｂ））。又は、グラファイトが塗工されたヒータ１１１の面の光沢度が増した領域と光沢度が変わらない領域とに二分される。グラファイトの削れた領域（或いは光沢が増した領域）が記録材を通紙している時のヒータニップ部となっている領域である。
【００３４】
（４）ヒータニップ部の領域と定着性の関係
本実施形態において、（３）項の評価方法に基づいて、比較例の図３（ａ）のヒータを用いたときのヒータニップ部を評価した。ヒータニップ部の製造工程によるばらつき要因は、フィルムの厚み（６０〜８０μｍ）、加圧ローラ硬度ばらつき（Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度３５°〜４５）、及び、加圧バネの加圧力ばらつき（７〜９ｋｇｆ）を考慮した。
【００３５】
定着性評価方法に関しては、具体的には、グレタグマクベス社製ＲＤ−１９Ｉ等の反射濃度測定器を用いて、定着後擦り前の画像濃度を測定し、その後重り等を用いて所定の負荷をかけながら画像表面をシルボン紙で所定回数擦る。さらに、擦り後の濃度を測定し、（濃度低下率：％）＝｛（擦り前画像濃度）―（擦り後画像濃度）｝／（擦り前画像濃度）×１００により計算する。
【００３６】
以上から、フィルムの厚み、加圧ローラの硬度、加圧バネの加圧力を変えながら、その都度ヒータニップを（３）項の方法で評価する。その後、評価されたヒータニップの幅毎に定着性を評価した。また、定着性を評価する時の詳細な条件を下記に示す。ここでは、連続１００枚通紙したときの濃度低下率の平均値を定着性の指標とした。濃度低下率なので、値が小さいほど定着性が高いことになる。
【００３７】
＜定着性評価条件＞
環境：１５℃／１０％（低温低湿環境）
画像パターン：ブラックトナー（Ｋ）のベタ画像及びハーフトーン画像
紙種：坪量８０ｇ／ｍ２のＣａｎｏｎ社製Ｅｘｔｒａ（商品名）
通紙枚数：連続１００枚
印刷モード：普通紙（加圧ローラの周速１３４ｒｐｍ）
温調温度：１９０℃
プリンタ本体：ＨＰ  ＬａｓｅｒＪｅｔ  Ｐｒｏ  Ｐ１１０２ｗ
擦り時負荷：０．５Ｎ／ｃｍ２
擦り回数：５回
図３（ａ）の比較例のヒータ１１１を用いたときのヒータニップ部の評価結果について、図５を用いて説明する。図５の横軸はヒータニップ部の幅を表し、縦軸は濃度低下率（定着性）を表している。つまり、図５は、ヒータニップ部の幅のばらつきに対する濃度低下率のばらつきを表している。製造工程で発生する公差を考慮し、評価したときのヒータニップ部の幅は３．０８〜３．８４ｍｍのレンジでばらついた。濃度低下率が１４％と最も低い時、つまり最も定着性が高い時のヒータニップ部の幅は３．８４ｍｍであった。これに対して、濃度低下率が２５％と高い時、つまり最も定着性が低い時のヒータニップ部の幅は３．０８ｍｍであった。この結果からも明らかなように、ヒータニップ部の幅が広いほど定着性が高く、ヒータニップ部の幅と定着性との相関が高いことがわかる。従って、定着性を安定させるためには、ヒータニップ部の幅がばらつきを抑制すればよいことがわかる。
【００３８】
〔実施例１に係るヒータについて〕
実施例１の定着装置と比較例の定着装置とは、ヒータの構成以外は全て同じであるので説明を省略する。また、ヒータの制御についても同じである。
【００３９】
実施例１のヒータの構成を図３（ｂ）に示す。実施例１のヒータ１１のフィルム１３の内面と対向する面はガラス層１１ｃを形成して発熱抵抗層１１ｂを保護しており、ヒータ１１の短手方向において、ガラス層１１ｃによって３つの面が形成されている。第１の面は、ヒータ１１の一方の端部にヒータ１１の長手方向に沿って設けられた面である。第２の面は、ヒータ１１の他方の端部にヒータ１１の長手方向に沿って設けられた面である。第３の面は、第１の面と第２の面の間にヒータ１１の長手方向に沿って設けられ第１の面及び第２の面よりもフィルム１３の内面に近づく方向に突出した面である。第１の面及び第２の面はフィルム１３の内面と接触せず、第３の面は全域でフィルム１３の内面と常時接触する。
【００４０】
このようなヒータ１１の面形状は、例えば、スクリーン印刷等の手法により、まず一層目を塗工し乾燥させた後に、二層目を塗工する等の方法により形成することが可能である。保護ガラス１１ｃは、本来、発熱抵抗層１１ｂをフィルム１３などのヒータと接触する部材に対して絶縁する目的で設けるため、発熱抵抗層１１ｂの厚みや材質にも因るが、少なくとも３０〜５０μｍは必要である。従って、第一層の厚みを３０〜５０μｍで塗工することで、第１の面及び第２の面を形成し、第二層を塗工することで第３の面を形成する。また、一層目のガラスに対して、二層目のガラスの材質を変更したり、摺動性の向上を図る目的で、ポリイミド等のイミド系樹脂を塗工したりすることも可能である。
【００４１】
また、フィルム１３の内面がヒータ１１の第３の面全域と常に接触するための条件について説明する。まず、比較例のヒータ１１１を用いたときの最小のヒータニップ部の領域を評価する。そして、第３の面が最小のヒータニップ部の領域に含まれるように第３の面の位置や幅を設定する。
【００４２】
実施例１のフィルム１３の内面と対向するヒータの面の形状は、図３（ｂ）や（ｃ）で示すように第１の面と、第２の面と、第３の面と、が平行であって、第１の面と第３の面と間と、第２の面と第３の面の間に段差を有する形状である。図６に示すようなヒータ１１の第３の面の短手方向の稜線が面取りされているものであっても、第１の面と第３の面との間及び第２の面と第３の面との間に前述した段差がある構成であれば同様の作用効果が得られる。
【００４３】
本発明者らの検討結果によると、第１の面と第３の面の間の段差、及び、第２の面と第３の面との間の段差が１０μｍを超えるとフィルム１３は段差に追従することができず、フィルム１３の内面は第１の面及び第２の面に接触しない。つまり、図１０（ａ）に示すように、第１の面と第２の面は、フィルム１３の内面と接触せず、第３の面の全域が常時フィルム１３の内面と接触する構成が実現できる。図６のような第３の面の短手方向の稜線が面取りされているものであっても、第３の面の最上面からフィルム１３の内面と接触可能な高さ（ここでは１０μｍ）のヒータ１１の短手方向の幅を第３の面の幅と考えることができる。
【００４４】
ただし、フィルム１３の追従性は、ヒータを支持するヒータホルダ１２の形状やフィルム１３の剛性などのパラメータによって変わる可能性がある。従って、上記を考慮すると、前述した段差は３０〜５０μｍが適している。尚、第１の面と、第２の面と、第３の面は、面同士の境界で上述した段差を有していれば、本実施例のように互いに平行な面である必要はない。また、第３の面のみがフィルム１３の内面と接触するので第１の面及び第２の面よりも第３の面の摺動性が高い構成としても良い。
【００４５】
ここで、ヒータ１１の基板１１ａを第３の面の幅にして、第１の面及び第２の面を形成しない構成について考える。基板１１ａの幅を第３の面の幅、つまり最小のヒータニップ部の幅以下にしてしまうと、基板１１ａの上に複数の発熱抵抗層１１ｂを設けられない場合がある。基板１１ａに複数の発熱抵抗層１１ｂを設けた構成について説明する。図１１（ａ）に示すように一方の発熱抵抗層１１ｂ（以後、第１の発熱抵抗層と記す）は長手方向で中央部よりも端部の抵抗値が大きく、他方の発熱抵抗層１１ｂ（以後、第２の抵抗発熱層と記す）は中央部よりも端部の抵抗値が小さいものである。つまり、第１の発熱抵抗体と第２の発熱抵抗体とは、長手方向の中央部と端部の単位長さ当たりの抵抗値の比率が異なる。このようにすることで、第１の発熱抵抗体と第２の発熱抵抗体とに対して独立して電力供給量を制御するとヒータ１１の長手方向の発熱分布を記録材のサイズに合わせることができる。これ以外の複数の発熱抵抗層１１ｂを設けた構成を図１１（ｂ）に示して説明する。これは、一方の発熱抵抗層１１ｂ（以後、第３の発熱抵抗層と記す）が大サイズ記録材の幅に対応した長さで、他方の発熱抵抗層１１ｂ（以後、第４の発熱抵抗層と記す）が小サイズ記録材の幅に対応した長さであるヒータ１１である。つまり、第３の発熱抵抗層は、第４の発熱抵抗層よりヒータ１１の長手方向の長さが長くなるように形成されている。この構成のヒータ１１でもヒータ１１の長手方向の発熱分布を記録材のサイズに合わせることができる。
【００４６】
よって、複数の発熱抵抗体を用いるために、ヒータ１１はヒータ１１の短手方向で図１０（ａ）のように第１の発熱抵抗層の少なくとも一部を第１の面と重なる位置に、第２の発熱抵抗層の少なくとも一部を第２の面と重なる位置に設ける必要がある場合がある。同様に、ヒータ１１はヒータ１１の短手方向で図１０（ｂ）のように第３の発熱抵抗層の少なくとも一部を第１の面と重なる位置に、第４の発熱抵抗層の少なくとも一部を第２の面と重なる位置に設ける必要がある場合がある。
【００４７】
（５）実施例と比較例との定着性の比較
（４）項に記載したように、図３（ａ）の比較例のヒータ１１１を用いて、製造上の公差等のばらつき要因を考慮したときのヒータニップの幅のレンジは３．０８〜３．８４ｍｍであった。考慮したばらつき要因とそのばらつきのレンジは、フィルム１３の厚みのばらつきのレンジ（Δ２０μｍ）、加圧ローラ硬度のばらつきのレンジ（Ａｓｋｅｒ−Ｃ  Δ１０°）、加圧バネの加圧力のばらつきのレンジ（Δ２ｋｇｆ）である。その中で、定着性が最も高いヒータニップ幅が３．８４ｍｍの構成を構成Ａ、定着性が最も低いヒータニップ幅が３．０８ｍｍの構成を構成Ｃ、またその中間の構成を構成Ｂとした。このとき、ヒータ以外の構成は変えずに、比較例のヒータ１１１と、実施例１のヒータ１１と、を構成Ａ〜Ｃで用いて定着性を比較する。定着性の評価方法は（４）項に記載の通りであり、評価条件も同じである。
【００４８】
評価結果を説明する。図７（ａ）は、比較例のヒータ１１１と実施例１のヒータ１１とを、構成Ａ、構成Ｂ、構成Ｃで用いたときのヒータニップ部の幅を表す。図７（ｂ）は、比較例のヒータ１１１と実施例１のヒータ１１とを、構成Ａ、構成Ｂ、構成Ｃで用いたときの定着性を表す。比較例のヒータ１１１を用いた場合は、ヒータニップ部の幅は３．０８〜３．８４ｍｍのレンジでばらついて、定着性のばらつきは１１．１％であった。一方、実施例１のヒータ１１を用いた場合は、ヒータニップ部の幅は第３の面全域の幅３ｍｍからほぼ変わらず、定着性のばらつきは２．６％と大幅に減少した。
【００４９】
次に、図８を用いて、比較例と実施例１とで、ヒータの面とフィルム内面との接触領域の面積を比較する。図３（ａ）は、比較例のヒータ１１１を用いた場合の接触領域を表しており、製造上の公差等によりヒータニップ部の幅が３．０８〜３．８４ｍｍのレンジでばらつくので、接触領域の面積ばらつきも大きい。このように、比較例のヒータ１１１はフィルム内面と対向する面の全域が平面であって段差がないために、上記の接触面積がばらつきやすく定着性を安定させることが難しいことがわかる。一方で、実施例１のヒータ１１を用いた場合は、図１０（ｂ）で示すように、ヒータ１１の第１の面と第２の面はフィルム１３との間に空間があり互いに接触しておらず、第３の面はフィルム１３と全域で接触する。なぜなら第３の面が図８（ｂ）に示すように前述したフィルム１３と比較例のヒータ１１１の最小の接触領域に含まれるように位置及び幅が設定されているためである。
【００５０】
以上の説明から、実施例１のヒータ１１は、製造上の公差等のばらつき要因によらずヒータニップ部の幅がばらつきしにくい構成であるので、定着性が安定し、ホットオフセットやカールなどが発生しにくいという作用効果を有することがわかる。
【００５１】
実施例２
実施例２を代表するヒータ２００の詳細な構成を図３（ｃ）に示す。実施例２では、発熱抵抗層２００ｂを設けた面と反対側の面において第１の面、第２の面、第３の面を構成することを特徴としている。第３の面は、第１の面及び第２の面よりもフィルム１３の内面に近づく方向に突出した面であって、フィル１３の内面と対向する。
【００５２】
ヒータ２００の場合は、基板２００ａの裏面、即ちフィルム１３の内面と接触しない面に発熱抵抗層２００ｂを形成し、その上からガラス膜２００ｃを介して検温素子を当接し温度制御する構成である。また、基板２００ａの表面、即ちフィルム１３の内面と接触する面には前述した第１の面、第２の面、及び、第３の面が配設されるが、保護ガラス２００ｃが、実施例１のヒータ１１よりも薄くて良いので熱効率が良い。
【００５３】
（６）比較例及び実施例１と実施例２の定着性の比較
実施例１で説明した通り、比較例のヒータ１１１を用いて、製造工程で発生する公差等のばらつき要因を考慮したときのヒータニップ部の幅のばらつきレンジは３．０８〜３．８４ｍｍである。その中で、定着性が最も高いヒータニップ部の幅が３．８４ｍｍの構成要件を構成Ａ、定着性が低いヒータニップ部の幅３．０８ｍｍの構成を構成Ｂ、またその中間の構成を構成Ｂとした。図９（ａ）と、図９（ｂ）とは、構成Ａと構成Ｂと構成Ｃとで上述した各ヒータを用いた時のヒータニップ部の幅と、定着性とを示す。
【００５４】
比較例のヒータ１１１の定着性のばらつきは１１．１％、実施例１のヒータ１１の定着性のばらつき量は３．５％であった。実施例２のヒータ２００の定着性のばらつき量は２．０％であった。定着性の絶対値は実施例１と比べて５％程度良化した。
【００５５】
実施例２の場合は、発熱抵抗層２００ｂを設けた面と反対の面がフィルム１３の内面との接触するため、ガラス保護層２００ｃが薄く構成できる。即ち、実施例２は実施例１と比較して熱効率が良くすることができるので、定着性の絶対値を良化させることができる。また、例えば、基板を窒化アルミ等の熱伝導率の高い材質にすることで、さらなる低消費電力化が期待できる。
【符号の説明】
【００５６】
６  定着装置
１０  フィルムユニット
１１  実施例１のヒータ
１１ａ  基板
１１ｂ  発熱抵抗層
１１ｃ  保護ガラス
１１ｄ  摺動層
１３  フィルム
２０  加圧ローラ
１１１  比較例のヒータ
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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