(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光体に形成された静電潜像を現像して付着したトナーを記録媒体に転写する転写部と、
前記転写部より前記記録媒体の進行方向側に設けられ、前記転写部で転写されたトナーを加熱する加熱部と、
前記加熱部より前記記録媒体の進行方向側に設けられ、前記記録媒体の前記トナーが設けられた面側を圧接ローラにより加圧しながら前記記録媒体を搬送する加圧搬送部と、
を具備し、
前記加熱部のヒータが、前記記録媒体の前記トナーが転写された面と反対面側から加熱する第１加熱基板および／または前記記録媒体の前記トナーが転写された面側から前記記録媒体と離間して設けられる第２加熱基板により形成され、
前記加熱部では前記記録媒体に転写されたトナーが融解するまで加熱され、前記加圧搬送部では前記転写されたトナーが融解しない温度で加圧され、
前記加圧搬送部の前記圧接ローラと前記記録媒体を挟んで対向する位置に、前記第１加熱基板が延長して、または前記第１加熱基板とは異なる第５加熱基板が設けられ、前記圧接ローラと前記第１加熱基板または前記第５加熱基板とにより前記記録媒体が圧接される定着装置。
【請求項２】
前記第１加熱基板が、前記記録媒体の前記トナーが転写された面と反対面に接触して設けられてなる請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
前記加圧搬送部の圧接ローラの前記記録媒体との接触部より上流側に、第３加熱基板が接触して設けられてなる請求項１または２記載の定着装置。
【請求項４】
請求項１記載の第１加熱基板もしくは第２加熱基板、請求項３記載の第３加熱基板、または前記第５加熱基板の少なくとも１つが、
絶縁基板と、該絶縁基板の一面に形成され、前記絶縁基板を加熱する帯状の発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体の長手方向に電流を流し得る少なくとも一対の電極と、前記発熱抵抗体の近傍で、該発熱抵抗体に沿って前記絶縁基板上に形成される温度測定用抵抗体と、前記温度測定用抵抗体の所定の長さの間の電気抵抗を測定するための少なくとも一対の測定端子とを具備している
請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項５】
前記第３加熱基板が請求項４記載の加熱基板であり、前記第３加熱基板の前記発熱抵抗体が設けられた面が前記記録媒体と平行になるように設けられ、かつ、前記絶縁基板の側面が前記圧接ローラと接触するように設けられることにより、前記第３加熱基板が前記第２加熱基板と共用されてなる請求項４記載の定着装置。
【請求項６】
前記第２加熱基板は、前記発熱抵抗体の表面側に熱放射部材が形成されてなる請求項４または５記載の定着装置。
【請求項７】
電子写真プロセスにより画像に合せたトナーを記録媒体に転写し、前記記録媒体を搬送しながら前記トナーが転写された面側から前記記録媒体と離間して加熱し、および／または前記トナーが転写された面と反対面側から加熱することにより前記トナーを融解状態にし、前記トナーが融解した前記記録媒体を、前記トナーが融解しない温度で前記記録媒体の前記トナー側から圧接ローラにより、前記記録媒体を挟んで対向する位置に、第１加熱基板を延長し、または前記第１加熱基板とは別個の第５加熱基板を設けて圧接し、加圧しながら前記記録媒体を搬送することを特徴とする定着方法。
【請求項８】
前記圧接ローラの温度を前記トナーが融解しない温度に上昇させることにより、圧接と加熱の両方を行う請求項７記載の定着方法。
【請求項９】
前記トナーを転写する部分を、前記圧接ローラにより加圧して搬送する部分よりも鉛直方向に高くし、かつ、転写から加圧搬送する部分をカバーで覆って行う請求項７または８記載の定着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、レーザプリンタ、ＬＥＤプリンタなどの画像形成装置において、画像を形成する樹脂系トナーを加熱融解して加圧することにより、記録媒体に画像を形成する定着装置および定着方法に関する。さらに詳しくは、記録媒体に転写された未定着のトナー画像を劣化（損傷）させることなく、かつ、省電力化して記録媒体に永久固着画像として加熱定着処理するトナーの定着装置および定着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真記録は複写装置、プリンタなどに広く使用されている。この電子写真の記録は次のように行われる。すなわち、感光体（感光ドラム、ベルト状感光体、板状感光体など）に、帯電、露光、現像をすることによりトナーを感光ドラムに静電的に付着させ、静電引力で記録媒体にそのトナーを移動転写させる。そして、加熱加圧ローラにより加熱してトナーを軟化させることにより、粘着性が出てトナー同士を記録媒体に付着させる。その結果、トナーは自由に動かなくなる。要するに、軟化、粘着、融解が起こり、融解して直ぐに加圧されることにより、記録媒体に画像が定着される。
【０００３】
この定着の方法としては、トナーが転写された記録媒体を、例えば内部にハロゲンランプを内蔵して加熱されたローラにより圧接しながら搬送する方式が知られている。このように、圧接ローラを回転させながらトナーの転写された記録媒体を搬送することにより、トナーの表面は殆ど擦られることがないので、トナーの欠落部を生じさせることなく、焼き付けて搬送することができる。しかし、ローラの内部にハロゲンランプを内蔵することが必要となる。そのため、電力の消耗が激しいと共に、スイッチを投入してから圧接ローラの温度が上昇するのに時間がかかるという問題がある。この問題を解決するには、予め余熱をしておく必要がある。そのため、より一層電力の消耗を必要とし、省エネの要求に充分に応えることができない。
【０００４】
一方、ハロゲンランプを用いないで、セラミックの表面に発熱抵抗体を形成した、いわゆるセラミックヒータを用いる方法も提案されている。しかし、この方法は、セラミックヒータの熱を有効に利用するため、ヒータ面側を記録媒体のトナーの転写された部分と接触させて加熱加圧される。しかも、セラミックヒータはローラのように回転させることができない。そのため、セラミックヒータの面とトナーが転写された記録媒体の面とが擦られながら搬送されることになる。その結果、定着する前にトナーの全てが損傷しやすい。そこで、セラミックヒータと記録媒体との間にポリイミドなどからなる耐熱性フィルム（シート）を介在させ、その耐熱性フィルムを記録媒体の搬送速度と同期させて搬送させるという方法がとられている（例えば特許文献１、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５-２７３８７９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「ＳＵＲＦとＯＤＦ」(日本画像学会誌第48巻、第5号、411-416頁、2009年発行）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述のように、耐熱性フィルムを介して転写されたトナーを加熱、加圧すると、耐熱性フィルムを経た間接的な加熱になるため、多くの熱量を必要とする。その結果、折角セラミックヒータを用いても、消費電力を充分に低下させることができないという問題がある。さらに、記録媒体の搬送速度と合せて耐熱性フィルムも移動させる必要があり、機構的に複雑な構成になるという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、記録媒体に転写されたトナーと加熱基板との間に耐熱性フィルムなどを介在させることなく、かつ、転写されたトナーの損傷を生じさせないで、鮮明な定着画像を得ることができる定着装置およびその定着方法を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明の他の目的は、加熱部と加圧部とを別構成にすることにより、基板表面に発熱抵抗体が形成された省電力で、かつ、クイックスタートが可能な加熱基板と記録媒体に転写されたトナー面とを直接摺動させないで定着することができる定着装置および定着方法を提供することにある。
【００１０】
本発明のさらに他の目的は、加熱部または加圧部で発生しながら、記録媒体に転写されたトナーの加熱に利用できない熱量を、記録媒体に転写された上流側のトナーの加熱（予熱）に有効に利用し、全体として熱量の有効利用をすることができる定着方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の定着装置は、感光体に形成された静電潜像を現像して付着したトナーを記録媒体に転写する転写部と、前記転写部より前記記録媒体の進行方向側に設けられ、前記転写部で転写されたトナーを加熱する加熱部と、前記加熱部より前記記録媒体の進行方向側に設けられ、前記記録媒体の前記トナーが設けられた面側を圧接ローラにより加圧しながら前記記録媒体を搬送する加圧搬送部と、を具備し、前記加熱部のヒータが、前記記録媒体の前記トナーが転写された面と反対面側から加熱する第１加熱基板および／または前記記録媒体の前記トナーが転写された面側から前記記録媒体と離間して設けられる第２加熱基板により形成され、前記加熱部では前記記録媒体に転写されたトナーが融解するまで加熱され、前記加圧搬送部では前記転写されたトナーが融解しない温度で加圧され、前記加圧搬送部の前記圧接ローラと前記記録媒体を挟んで対向する位置に、前記第１加熱基板が延長して、または前記第１加熱基板とは異なる第５加熱基板が設けられ、前記圧接ローラと前記第１加熱基板または前記第５加熱基板とにより前記記録媒体が圧接される。
【００１２】
前記第１加熱基板が、前記記録媒体の前記トナーが転写された面と反対面に接触して設けられることにより、省電力で、かつ、オンデマンド（スイッチを入れて直ちに動作）で加熱することができるので好ましい。
【００１３】
前記加圧搬送部の圧接ローラの前記記録媒体との接触部より上流側に、第３加熱基板が接触して設けられることにより、圧接ローラが加熱されて圧接されるのみならず、加温しながら圧接することができるため、より確実に定着させることができる。
【００１４】
前記第３加熱基板が請求項４記載の加熱基板であり、前記第３加熱基板の前記発熱抵抗体が設けられた面が前記記録媒体と平行になるように設けられ、かつ、前記絶縁基板の側面が前記圧接ローラと接触するよう設けられることにより、前記第３加熱基板が前記第２加熱基板と共用されることにより、１個の加熱基板によりトナーの加熱融解と圧接ローラの加熱をできるため、熱量をより一層有効に利用することができる。
【００１５】
前述の第１加熱基板もしくは第２加熱基板、前述の第３加熱基板、または前記第５加熱基板の少なくとも１つが、絶縁基板と、該絶縁基板の一面に形成され、前記絶縁基板を加熱する帯状の発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体の長手方向に電流を流し得る少なくとも一対の電極と、前記発熱抵抗体の近傍で、該発熱抵抗体に沿って前記絶縁基板上に形成される温度測定用抵抗体と、前記温度測定用抵抗体の所定の長さの間の電気抵抗を測定するための少なくとも一対の測定端子とを具備している構造にされることにより、非常にスタートアップが速く、かつ、小形で充分な加熱をすることができる省電力の加熱部を形成することができる。
【００１６】
前記第２加熱基板は、前記発熱抵抗体の表面側に熱放射部材が形成されていることにより、熱放射が優れ、少ない電力で有効に記録媒体上のトナーを加熱することができる。
【００２０】
本発明の定着方法は、電子写真プロセスにより画像に合せたトナーを記録媒体に転写し、前記記録媒体を搬送しながら前記トナーが転写された面側から前記記録媒体と離間して加熱し、および／または前記トナーが転写された面と反対面側から加熱することにより前記トナーを融解状態にし、前記トナーが融解した前記記録媒体を、前記トナーが融解しない温度で前記記録媒体の前記トナー側から圧接ローラにより、前記記録媒体を挟んで対向する位置に、前記第１加熱基板を延長し、または前記第１加熱基板とは別個の第５加熱基板を設けて圧接し、加圧しながら前記記録媒体を搬送することを特徴とする。
【００２１】
前記圧接ローラの温度を前記トナーが融解しない温度に上昇させることにより、圧接と加熱の両方を行うことにより、より確実に定着をすることができる。
【００２２】
前記トナーを転写する部分を、前記圧接ローラにより加圧して搬送する部分よりも鉛直方向に高くし、かつ、転写から加圧搬送する部分をカバーで覆って行うことにより、加熱部や加圧搬送部のローラを加熱する加熱基板の熱を有効に上昇させて、記録媒体に転写されたトナーを予熱することができるので、熱量のトータル的な有効利用の観点から好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の定着装置によれば、転写されたトナーを加熱融解する部分と、圧接して定着させながら搬送する部分とを別の部分で行うことにより、加熱基板の加熱部とトナーが転写された記録媒体とを摺動させない構造にされている。そのため、加熱部でトナーが融解して記録媒体と粘着し、加圧搬送部で圧接ローラにより圧接されてもトナーが損傷することなく定着される。その結果、加熱部では、応答速度の速いセラミック基板に発熱抵抗体で形成されたオンデマンドの加熱基板で加熱しながら、記録媒体の搬送を圧接ローラにより圧接しながら回転させて記録媒体を搬送することができる。この場合、圧接ローラを間接的に加熱することにより、トナーを融解する温度まで上げられなくても、温度を高くして圧接することにより、完全に定着させることができる。
【００２４】
本発明の定着方法によれば、加熱してトナーを融解する部分と、圧接して記録用紙にトナーを定着させる圧接部とを別々に構成しているため、記録媒体を摺動することなく圧接することができる。一方で、加熱部では、絶縁基板に発熱抵抗体で形成した加熱基板により加熱することができるため、熱容量は小さく、応答性は非常に良いため、必要な時にスイッチを入れて直ぐに定着させることができる（オンデマンドでクイックスタートすることができる）と共に、消費電力は非常に小さく、省電力に大きく寄与する。なお、必要に応じて発熱抵抗体の一部のみを発熱させることにより、より一層オンデマンド加熱をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態の定着装置の概要を示す説明図である。
【図２】図１の定着装置の変形例を示す説明図である。
【図３】図１の定着装置のさらに他の変形例を示す説明図である。
【図４Ａ】加熱基板の一実施形態を説明する平面図である。
【図４Ｂ】図４ＡのＢ-Ｂ断面を説明する図である。
【図５Ａ】加熱基板の他の実施形態を説明する断面図である。
【図５Ｂ】図５Ａの平面図である。
【図６】加熱基板の絶縁基板を所定の温度に制御する駆動回路例を示す図である。
【図７】基板温度制御の一例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
つぎに、図面を参照しながら本発明の定着装置および定着方法が説明される。図１に、本発明の一実施形態による定着装置の概要図が示されるように、本発明の定着装置は、感光ドラム３１に形成された静電潜像を現像して付着したトナーが記録媒体４１に転写される転写部３と、転写部３より記録媒体４１の進行方向側に設けられ、転写部３で転写されたトナー４２を加熱する加熱部１と、加熱部１より記録媒体４１の進行方向側に設けられ、記録媒体４１のトナー４１が設けられた面側を圧接ローラ２１により加圧しながら記録媒体４１を搬送する加圧搬送部２とを具備している。
【００２７】
すなわち、従来の定着装置は、前述のように、ハロゲンランプを使用しないで省電力を図ろうとすると、セラミックヒータとトナーが転写された記録媒体の面との間に耐熱性フィルムを介在させて圧接することにより、トナーが定着された面が直接セラミックヒータと擦られないようにして行わなければならない。そのため、セラミックヒータの熱が直接トナーの面には伝わらず、熱の無駄が多いという問題がある。さらに、耐熱性フィルムを記録媒体と同期させて搬送させなければならず、機構的に複雑になる。しかし、本発明では、従来のトナーの加熱融解と圧接を同時に行うという発想を変えて、記録媒体に転写されたトナーを加熱融解する加熱部１と、加熱融解されたトナー４２を圧接する加圧搬送部２とを別々に構成することにより、セラミックヒータを主体とした加熱基板１０を用い、記録媒体４１を回転ローラ（圧接ローラ２１）により圧接しながら搬送する構成にしたことに特徴がある。その結果、加熱部１でトナー４２が加熱融解されて記録媒体４１に粘着し、加圧搬送部２で圧接ローラ２１により圧接搬送されても、トナー４２の損傷は一切生じない。
【００２８】
トナー４２は、高速化のため、低温化が進んでいる。また、文章だけではなく、全面画像の定着を前提に考慮する必要がある。例えばアクリル・スチレン系樹脂が用いられるとすると、２μｍ厚で比熱１.４、Ａ４サイズ１枚当たり、０.１２６ｇで、トナー側の必要な熱量は１７.６Ｊ／１００℃になる。一方、普通コピー用紙は９μｍ厚で、比熱１.２５、Ａ４サイズ１枚当たり４.５ｇで、紙側の必要な熱量は５,６００Ｊ／１００℃になる。従って、５０℃として２,８００Ｊ／５０℃となる。従って、Ａ４サイズ１枚に画像を定着するには、２,８２０Ｊの熱量が必要となる（一部は外部に放熱される）。この点からも、本発明の定着方法にある装置そのものを傾けて、熱量を有効利用することは非常に効果がある。また、加熱基板を増やすことにより、毎分６０枚以上の定着が可能となる。
【００２９】
加熱部１は、図１に示される例では、記録媒体４１の裏面（トナーが転写された面と反対面）側に設けられる第１加熱基板１０ａと、記録媒体４１の表面（トナー４２が転写された面）側に記録媒体４１と離間して設けられる第２加熱基板１０ｂとにより加熱されるようになっている。しかし、両方に加熱基板が設けられる必要はなく、どちらか一方だけに設けられればよい。この第１加熱基板１０ａは、後述される保護フィルム１７が形成された面が、記録媒体４１の裏面に接触する程度に設けられている。この第１加熱基板１０ａは固定で、記録媒体４１は、順次搬送されるため、接触していると摺動することになるが、圧接している訳ではないし、記録媒体４１の接触している面はトナー４２が転写された面と反対側の裏面で、トナー４２は付着していないので、何ら支障はない。
【００３０】
第２加熱基板１０ｂは、加熱部１の記録媒体４１のトナー４２が設けられた面側に、記録媒体４１と離間して設けられている。すなわち、記録媒体４１に転写されたトナー４２には接触しないでトナー４２を加熱できるようになっている。すなわち、この第２加熱基板１０ｂは、記録媒体４１と接触させて加熱するのではなく、第２加熱基板１０ｂからの放射熱（輻射熱）により加熱するようになっている。従って、第２加熱基板１０ｂにより記録媒体４１のトナー４２が転写された面が擦られることはなく、未定着のトナー４２の一部が剥がれることはない。この観点から、第２加熱基板１０ｂは、その表面から熱を放射しやすい構造のものが好ましい。例えば図５Ａおよび図５Ｂに示されるように、表面に熱放射に優れた材料の熱放射層１８が形成されたり、その表面に凹凸１８ａが形成されたりすることにより、熱放射をしやすい構造であることが好ましい。
【００３１】
さらに、図１に示される例は、圧接ローラ２１を加熱する第３加熱基板１０ｃが第２加熱基板１０ｂと兼用で用いられている。図１に示される例では、この第３加熱基板１０ｃは第２加熱１０ｂと兼用して設けられている。この第３加熱基板１０ｃは、その絶縁基板１１の側面が圧接ローラ２１の周面２１ａに押し付けられるように端面を斜めにカットして設けられている。そのため、第３加熱基板１０ｃの熱が圧接ローラ２１の周面２１ａに伝わり、温度が上昇した圧接ローラ２１の周面２１ａで記録媒体４１のトナー４２を圧接することができる。そのため、加熱部１で加熱融解したトナー４２が圧接ローラ２１に近づいて急激に温度が下がり、固化しかかった状態で圧接されるということがなくなり、トナー４２が融解した状態で圧接されることができる。その結果、より一層定着を確実に行うことができる。なお、図１に示されるように、第３加熱基板１０ｃの絶縁基板１１の端面が斜めにカットされることにより、より一層圧接ローラ２１が記録媒体４１を加圧する直前で加熱することができ、加熱を有効に利用することができる。しかし、この第３加熱基板１０ｃは必須ではない。この第１加熱基板１０ａ、第２加熱基板１０ｂおよび第３加熱基板１０ｃの主要部は、従来のセラミック基板の一面に発熱抵抗体が形成される、いわゆるセラミックヒータとほぼ同じ構造になっている。そのため、共通の加熱基板１０として、その一例が図４Ａ〜４Ｂを参照して説明される。
【００３２】
加熱基板１０は、カードなどに記録や消去などをするのに用いられる従来の加熱ヘッドと同様の構造になっており、例えば図４Ａ〜４Ｂに保護膜（シート）１７を除去した加熱基板１０の平面説明図およびそのＢ-Ｂ断面図で、保護膜１７が形成された状態が示されるような構成になっている。すなわち、絶縁基板１１上に形成される発熱抵抗体１２や温度測定用抵抗体１３（１３ａ、１３ｂ）、電極１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）、温度測定端子１５（１５ａ〜１５ｅ）などが形成され、その上に保護フィルム１７が形成されている。なお、発熱抵抗体１２や温度測定用抵抗体１３と電極１４や測定用端子１５との間は、それぞれ導電体１６により接続されている。この電極１４や測定用端子１５には図５Ａに示されるように、リード１９が接続される。
【００３３】
さらに具体的には、図４Ａに示されるように、例えばアルミナなどのセラミックスからなる絶縁基板１１の一面に発熱抵抗体１２と温度測定用抵抗体１３（１３ａ、１３ｂ）とが設けられた構造になっている。図４Ａに示される例では、例えば直線状で、帯状の発熱抵抗体１２が矩形状の絶縁基板１１の長手方向の一辺に沿って設けられることにより形成されている。この絶縁基板１１の長手方向の長さは、５０ｍｍ以上に形成され、例えば記録媒体４１の幅（図１の記録媒体４１の紙面と垂直方向の寸法）に応じて形成される。記録媒体４１が大きい場合には、この絶縁基板１１を長くするか、または加熱基板１０をその長手方向に複数個並べて配置することにより記録媒体４１の幅に合せられる。また、１個で長い絶縁基板１１で加熱基板１０が形成される場合には、発熱抵抗体１２や温度測定用抵抗体１３の途中に電極１４や測定用端子１５を複数個形成しておき、分割して電圧を印加できるようにしたり、絶縁基板１１の領域ごとに温度を定できるようにしたりして、常に絶縁基板１１の全体で均一な温度になるように制御される。図４Ａに示される例では、温度測定用抵抗体１３ａ、１３ｂが２本形成されている。この絶縁基板１１の温度は、低すぎると記録媒体４１上に転写されたトナー４２が融解しなくて充分に定着されなくなるし、高過ぎてもトナー４２が融解し過ぎて圧接ローラ２１にトナーが付着してトナーオフセットの現象が生じるので、絶縁基板１１の温度が、その各領域に応じて正確に制御される必要がある。そのため、温度測定用抵抗体１３の数や、測定用端子１５の数はできるだけ多く形成されることが好ましい。
【００３４】
絶縁基板１１は、アルミナなどからなる熱伝導率の優れた絶縁性の基板が用いられる。形状は矩形状が好ましいが、これに限定されるものではない。長さは、記録媒体４１の幅と等しいことが好ましいが、それよりも小さくても、前述のように、複数個の加熱基板１０が並べられることにより支障はない。絶縁基板１１の幅（図４Ａの発熱抵抗体１２の延びる方向と垂直方向の寸法）は、例えば１２ｍｍ程度の大きさに形成される。厚さは、例えば０.６ｍｍ程度のアルミナ基板が用いられる。
【００３５】
発熱抵抗体１２は、例えばＡｇ、Ｐｄ、ＲｕＯ2、Ｐｔ、金属酸化物、ガラス粉末などを選択して混合することにより温度係数、抵抗値などが最適になるようにし、ペースト状にして印刷し、焼成することにより形成されている。焼成により形成される抵抗膜のシート抵抗値は固形絶縁粉末の量によって変えられる。両者の比率により抵抗値や温度係数を変えることができる。また、導体（電極１４、測定端子１５、接続導体１６として使用する材料としては、Ａｇの割合を多くし、Ｐｄを少なくした同様のペースト状にしたものが用いられる。そうすることにより、発熱抵抗体１２と同様に、印刷により形成することができる。端子接続の関係で使用温度により変る必要がある場合もある。Ａｇが多い程抵抗値を低くすることができる。この発熱抵抗体１２の抵抗温度係数は正に高い方が好ましく、とくに１０００〜３５００ｐｐｍ／℃の材料を用いることが好ましい。また、図示されていないが、発熱抵抗体１２の電流の流れる方向に沿って適当な位置に電極が設けられることにより、部分的に電圧を印加することができ、場所によって温度を変えることができる。
【００３６】
抵抗温度係数が正に大きいということは、温度が上昇すると抵抗値の増加が大きいことであるから、発熱させた状態における抵抗値測定により基準抵抗値からのずれにより実際の発熱温度の検出を容易に精度よく行え、印加電圧を調整し、または印加パルスのデューティを調整することにより所望の発熱温度からのずれを修正しやすくなる。また、抵抗温度係数が正であることにより、温度が上昇し過ぎた場合に抵抗値が増大して電流値が下がり、抵抗による発熱量が下がるため、より早く温度が飽和状態となり、高温時の温度安定性に優れているからであり、熱暴走などによる過熱を防止できる。なお、発熱抵抗体１２の標準的な部分の幅も、用途に応じて所定の温度になるように設定されるし、複数本の発熱抵抗体１２が並列に並べられてもよい。
【００３７】
また、発熱抵抗体１２の両端部には、例えばパラジウムの比率を小さくした銀・パラジウム合金やＡｇ-Ｐｔ合金などの良導電体からなる電極１４が印刷などにより形成されている。この電極１４は、前述の図５Ａに示されるように、リード１９が接続され、電源が接続されて発熱抵抗体１２に通電される構造になっている。この電源は、直流でも、交流でもよく、また、パルス電圧でもよい。パルス電圧であれば、そのデューティを変えることにより、印加電力を制御することができる。また、図４Ａには、４ｍｍ程度の幅広の発熱抵抗体１２が１本で形成されているが、発熱抵抗体の幅や本数はこの例に限定されず、目的に応じて、所望の温度になるように形成される。
【００３８】
発熱抵抗体１２の近傍には、発熱抵抗体１２と同様に絶縁基板１１の表面に温度測定用抵抗体１３が形成されている。この温度測定用抵抗体１３は、例えば図４Ａに示されるように、発熱抵抗体１２に沿って形成されるのが好ましい。図４Ａに示される例では、間隔をあけて若干長さの異なる２個が形成されている。そして、それぞれの両端が一対の測定用端子１５ａ、１５ｂに接続されている。この測定用端子１５ａ、１５ｂも前述の電極１４と同様に、良導電性の材料により形成されている。この温度測定用抵抗体１３には、両端の一対の測定用端子１５ａ、１５ｂのみならず、その中心部にも測定用端子１５ｅが形成されている。また、第２の温度測定用抵抗体１３ｂの両端部にも一対の測定用端子１５ｃ、１５ｄがそれぞれ形成され、中心部の測定用端子１５ｅにも接続されている。
【００３９】
温度測定用抵抗体１３は、発熱抵抗体１２と同じ材料で形成されてもよいが、好ましくはできるだけ温度係数の絶対値（％）が大きい方が好ましい。この温度測定用抵抗体１３は、発熱させるものではなく、絶縁基板２１の温度を検出して、造形材料の融解温度に達するようにするもので、例えば０.５ｍｍ幅で、発熱抵抗体１２より若干短い長さで形成される。また、温度測定用抵抗体１３自身は発熱しないよう印加電圧が低く抑えられて、例えば５Ｖ程度が印加される。すなわち、この温度測定用抵抗体１３は絶縁基板１１上に直接設けられているため、両者の温度は殆ど同じで、温度測定用抵抗体１３の抵抗値を測定することにより、絶縁基板１１表面の温度、ひいては絶縁基板１１の裏面で密着する造形材料の温度を知り、その温度をその融解温度以上にするためである。すなわち、抵抗体材料は、一般的にその温度が変化するとその抵抗値が変化するので、その抵抗値の変化を測定することにより、温度を測定するのである。温度検出手段については後述するが、この温度測定用抵抗体１３の両端の電圧変化を検出することにより温度測定用抵抗体１３の抵抗値を検出し、その抵抗値と温度測定用抵抗体１３の温度係数（材料により分っている）から、その温度を検出するものであり、温度係数が大きい方が測定誤差を小さくすることができる。なお、この場合は、温度係数は正でも負でもよい。
【００４０】
温度測定用抵抗体１３は、発熱抵抗体１２と同じ材料とは限らず用途に応じて印刷などにより形成される。すなわち、微小の温度差を必要とする場合には、ＡｇとＰｄの混合比率を変えたものや、全く別の材料で温度係数の大きいものを用いることもできる。この温度測定用抵抗体１３の測定端子１５ａ、１５ｂも、発熱抵抗体１２の電極１４などと同様に、Ａｇを多くしてＰｄを少なくした良導電性の材料により形成される。この温度測定用端子１５ａ、１５ｂの形成は、温度測定用抵抗体１３の端部に設けられるとは限らない。例えば図４Ａに示されるように、中央部に測定端子１５ｅが設けられてもよいし、さらに二分されたそれぞれの中点に形成されてもよい。なお、温度測定用抵抗体１３は、絶縁基板１１の大きさ、または目的に応じて、形成される位置や測定端子１５の位置が設定される。
【００４１】
図４Ａには省略して二点鎖線で外周部分のみが示されているが、図４Ｂに断面図が示されているように、この発熱抵抗体１２、温度測定用抵抗体１３、および接続導体１６は、保護膜１７により被覆されている。この保護膜１７は熱伝導率の大きいことが好ましく、例えばポリイミド膜などにより形成される。しかし、後述される図３に示されるような絶縁基板１１と反対側の面が圧接ローラ２１などと接触してローラなどを加熱する場合には、絶縁基板１１の半分ぐらいの厚さの薄いセラミック板などからなるカバー基板が代わりに設けられてもよい。なお、電極１４や測定用端子１５は被覆されないで、露出しており、図５Ａに示されるようにリード１９が接続される。
【００４２】
図５Ａに示される例は、前述の第２加熱基板１０ｂに適した加熱基板の例で、発熱抵抗体１２などの表面に設けられる保護膜１７に代えて熱放射層１８が形成された例である。絶縁基板１１、発熱抵抗体１２などの構成は、前述の構成と同じであり、その説明を省略する。
【００４３】
すなわち、熱放射層１８としては、前述の保護膜１７のように、熱伝導により放熱するのではなく、熱放射し易い物質でコートするものである。従って、材料としては、熱を移動させる電磁波の放射率の高い材料が用いられる。放射率は、一般的には、０〜１.０（黒鉛：グラファイト）のものがあり、金属は放射率が小さく、黒酸化物系は放射率が大きい。ガラスや石英も放射率は大きい。この放射率の観点からは、グラファイト（１.０）、黒色アルマイト、ガラス、ゴムなど（０.９）、黒ラッカー（０.９）、黒色塗装（０.８５）、エポキシガラス、紙フェノール、ポリテトラフルオロエチレンガラス（０.８）、などのうち耐熱性が高く変質し難い材料を用いることができる。さらに、この熱放射層１８の表面は、凹凸面や曲面（波状）に形成され、表面積が大きいことが好ましい。図５Ａ〜５Ｂに示される例では、規則的な凹凸が長手方向およびその垂直方向に形成された例が示されているが、このように規則的な凹凸にする必要は無い。しかし、たとえば図５Ｂに示されるような凹凸は、１０〜５０μｍ程度の幅で、１０〜５０μｍ程度の深さに形成されているが、その程度のメッシュを押し付けて形成されたものでもよく、また、深さが、１０μｍ程度の粗面に形成されたものでもよい。この凹凸や曲面が点状に形成されることにより、表面積を倍程度にすることができるため好ましい。
【００４４】
具体的には、発熱抵抗体１２と同様の酸化ルテニウム（ＲｕＯ2）とアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）との混合物主体（発熱抵抗体２では、さらにＡｇが混入され、抵抗値が調整されている）のペーストが印刷などにより塗付され焼結することにより形成されている。従って、完全に硬化する前に、前述のメッシュなどを押し付けることにより、表面に凹凸が形成され、所望の粗面にも形成することができる。
【００４５】
さらに、物体の熱放射量は、（放射率）×（物体表面の絶対温度の４乗（Ｋ4））に比例することが知られている。従って、この熱放射層１８の表面温度を高くすることが熱放射量を大きくする上で好ましい。その観点から、発熱抵抗体１２で発生した熱ができるだけ逃げないで熱放射層１８に集中するようにすることが好ましい。従って、前述のように、発熱抵抗体１２と絶縁基板１１との間に図示しない熱絶縁層が形成され、発熱抵抗体１２で発生した熱ができるだけ絶縁基板１１側に伝達しないように形成されることが好ましい。しかし、前述のように、第３加熱基板１０ｃと兼用する場合には、絶縁基板１１側に伝熱させる必要もあり、熱絶縁層を介在させることは好ましくない。
【００４６】
加圧搬送部２は、図１に示される例では、圧接ローラ（上側ローラ）２１と回転ローラ（下側ローラ）２２とで、記録媒体４１を圧接した状態で両ローラ２１、２２を回転させることにより、記録媒体４１を搬送する仕組みになっている。なお、名称を圧接ローラ２１と回転ローラ２２と分けて記載しているが、便宜的に名称を分けただけで、両方のローラ２１、２２により圧接することは言うまでもない。通常の定着装置に用いられる加熱加圧ローラは、ゴムローラなどの加熱しやすい材料が用いられるが、本発明では、加熱を目的とはしていないので、むしろ圧接をしながら、トナー４２とは接着しないで、分離しやすい離型性のある材料で形成されていることが好ましい。具体的には、プラスチックなどの比較的固い断熱材料で、外面２１ａには付着防止用のフッ素樹脂系被膜が形成されたものが用いられる。下側の回転ローラ２２も、断熱材料（スポンジ、バルーン（空気カプセル）混入プラスチックなど）が用いられる。なお、この圧接ローラ２１の加熱は、トナー４２を融解させるための熱量が求められている訳ではなく、前述のように、定着の際の補助加熱であるため、それ程温度を高くする必要はなく、図１に示されるように、加熱基板１０の絶縁基板１１を介しての熱で充分である。しかし、後述される図２に示されるように、加熱基板１０ｃが圧接ローラ２１の加熱専用に用いられる場合には、絶縁基板１１側ではなく、保護膜１７側が接触するように設けられることができる。
【００４７】
この圧接ローラ２１は、記録媒体４１上で、加熱部１により融解したトナー４２を押し付けることにより記録媒体４１に染み込ませることが目的であるが、加圧搬送部２に送られてきた記録用紙４１上のトナー４２の温度が急激に下がると圧接だけでは充分に記録媒体４１に染み込ませることができない場合が生じ得る。そのような場合を考慮すると、急激にトナー４２の温度が下がらないように、圧接ローラ２１もある程度の高温になっていることが好ましい。そのため、図１に示される例では、第３加熱基板１０ｃ（図１に示される例では、第２加熱基板１０ｂと兼用）が、その絶縁基板１１の側面で圧接ローラ２１の周縁部２１ａに接触するように押し付けられている。この圧接ローラ２１と第３加熱基板１０ｃとの接触部分は、圧接ローラ２１が記録媒体４１と接触する部分にできるだけ近い上流の部分（圧接ローラ２１の回転により圧接点にできるだけ早く達する位置）であることが好ましい。第３加熱基板１０ｃから伝導した熱が逃げないうちに記録媒体４１と接触させることが好ましいからである。しかし、第２加熱基板と共用するためには、第２加熱基板１０ｂの配置位置との関係で決まる。
【００４８】
図１に示される例では、圧接ローラ２１と記録媒体４１を介して回転ローラ２２が設けられている。この回転ローラ２２の回転を圧接ローラ２１の回転と同期させておくことにより、両面から記録媒体４１を搬送することができるため、好ましい。しかし、記録媒体４１の裏面側は、回転ローラでなくても、普通の平板でも構わない。圧接ローラ２１の圧力に対して耐え得るものであればよい。搬送される記録媒体４１と摺動することになるが、記録媒体４１の裏側での摺動になるため、影響は生じない。
【００４９】
また、下側（トナー面と反対側）に回転ローラ（下側ローラ）２２が用いられる場合、図示されていないが、回転ローラ２２の周縁にも、第４加熱基板が接触するように設けられることが、圧接ローラ２１の場合と同様に記録媒体４１の温度を急速に下げないで確実な定着を行いやすいという点で望ましい。しかし、回転ローラ２２の場合は、記録媒体４１の裏面と接触するため、その効果は小さく、必須ではない。また、回転ローラ２２ではなく、平板が設けられる場合には、その平板に変えて前述の加熱基板１０が設けられてもよい。このように、加圧搬送部３で融解して未定着のトナー４２が圧接されることにより、定着されたトナー４３になる。
【００５０】
すなわち、転写されたトナー４２が加熱されると、軟化点を超えて粘着、融点、流動化し、これを加圧すると、紙の繊維間に入り剥れにくくなる。１００℃前後でトナー４２の表面が解け始め、トナー同士、紙との付着が始まり、自由に粒子として動かなくなる。最終的には、全部が融解してから加圧され、平坦化されて紙への浸透が起こり、定着される。
【００５１】
転写部３は、通常の電子写真方式プリンタの場合と同様に、清掃部３２、除電部３３、帯電部３４、露光（光書込み）部３５、現像部３６を通るように感光体の一例である感光ドラム３１を回転させながら露光部３５でレーザ光またはＬＥＤ光を用いて光書込みをして感光ドラム３１上に静電潜像を形成し、これに現像部３６でトナー４３ａを感光ドラム３１に付着させて現像し、可視像化する。そして、転写具３７で電気力によりトナー４２ａを感光ドラム３１から記録媒体４１に転写することにより、記録媒体４１に写真画像が形成される。トナー４２ａは、樹脂に種々の顔料を混合したものである。この記録媒体４１が順次搬送されて加熱部１、加圧搬送部２を経由することにより、転写されたトナー４２の画像が定着される。なお、カラープリントの場合は、この転写部３から、加熱部１、加圧搬送部２までの組をタンデム式に並べ、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）用に併置して行うことにより、カラー印刷をすることもできる。
【００５２】
図２に示される実施形態は、加熱部１で第２加熱基板１０ｂが設けられないで、第３加熱基板１０ｃが圧接ローラ２１の加熱専用に設けられている点で異なる。なお、この図２および次の図３では、感光体ドラム３１の操作部分が簡略化して一部省略して示されているが、図１と同様の構成になっている。このように、圧接ローラ２１の加熱専用に第３加熱基板１０ｃが用いられる場合には、前述の熱放射層が設けられる構造の加熱基板ではなく、むしろ表面側からの熱放射の少ない保護膜１７が形成された加熱基板１０が用いられることが好ましい。さらに、図２に示されるように、加熱基板１０の絶縁基板１１の裏面を圧接ローラ２１に押し付けるように接触させることが好ましい。また、前述のように、回転ローラ２２にも圧接ローラ２１側と同様に第４加熱基板の絶縁基板を押し付ける構造に設けることが好ましい。なお、後述される図３に示されるように、第３加熱基板１０ｃはその保護膜１７側が圧接ローラ２１に接触するように押し付けられることにより、より一層発熱した熱量を圧接ローラ２１に伝達することができるので好ましい。
【００５３】
図３に示される実施形態は、第１加熱基板１０ａを長くして、または同様の加熱基板からなる第５加熱基板１０ｅが第１加熱基板１０ａと並んで設けられて、圧接ローラ２１の下側の部分が、回転ローラ２２に代えて圧接ローラ２１の受け台２３にされている。すなわち、圧接ローラ２１と受け台２３（第５加熱基板１０ｅ）とにより記録媒体４１が加圧される構造になっている。この場合でも、記録媒体４１のトナー４２が付着したトナー面は、圧接ローラ２１の回転により記録媒体４１は搬送される。そのため、トナーの損傷はなく、記録媒体４１の裏面側から第５加熱基板１０ｅにより加熱されることにより、トナー４２を確実に定着させることができる。また、図３に示されるように、第３加熱基板１０ｃは、その保護膜（カバー基板）１７側が圧接ローラ２１に押し付けられることにより、第３加熱基板１０ｃの熱量を効率よく圧接ローラ２１に伝達することができる。この場合、第３加熱基板１０ｃの保護膜１７の損傷を減らすため、薄いセラミック基板のようなカバー基板として、そのカバー基板を圧接ローラ２１に押し付けることもできる。
【００５４】
図示されていないが、図１〜３に示される定着装置の全体を加圧搬送部２側を低く（鉛直下方側）、転写部３側を高くなるように斜めに配置することが好ましい。加熱部１や加圧搬送部２で発生して外部に放射される熱量をできるだけ利用することにより、省エネ化を図るためである。すなわち、熱は鉛直上方に逃げるため、トナー４２の加熱部１および加圧搬送部２で吸収されなかった熱を転写部３の方向に流し、転写されたトナー４２の余熱に使うためである。予め転写されたトナー４２が加熱されて温度が上昇していれば、加熱部１で弱い加熱によりトナー４２を融解することができる。従って、全体的にエネルギー消費を少なくすることができ、地球温暖化への対策にもなる。なお、この装置全体をカバーで被覆することにより、より一層放射された熱量を有効利用することができるので好ましい。
【００５５】
前述のように、トナー４２を加熱する温度が低すぎると、融解することができず、十分な定着をすることができない。また、高すぎても、加圧搬送部２でトナー４２の一部が圧接ローラ２１に付着して好ましくない。そのため、加熱基板１０の温度制御は正確に行うことが必要となる。図１などに示される定着装置の温度制御手段（駆動回路）が図６に示されている。すなわち、この駆動回路は直流または交流の電源３９０で駆動する例で電源３９０としては、電池、商用電源または商用電源３９０をトランスなどにより電圧や印加時間を調整して、印加電力を調整する調整部３７０を介して発熱抵抗体１２に接続される電極１４（図４Ａ参照）に駆動電力が供給されるようになっている。その結果、交流電源をそのまま使用することもでき、商用の交流電源３９０により供給される電圧は、電力の調整部３７０により調整され、所望の温度になるように調整される。調整部３７０は、たとえば電源３９０が交流の場合には、トライアックやサイリスタなどの交流電力制御手段が用いられる。その結果、直流電源が不要で、電源冷却ファンも不要になる。しかし、電池による直流電源を用いることもできる。また、図示されていないが、パルスを印加するパルス駆動により加熱することもできる。その場合、電圧を変える以外にもデューティサイクルを変えることにより印加電力を調整することができる。さらに、パルス印加する場合には、その周波数を変調する(ＰＦＭ)ことにより出力を変えることもできる。その温度は、温度測定用抵抗体１３を利用して、定電流回路３５０により測定用電源３１０の電流を一定にして供給される電流と、温度測定用抵抗体２４の両端の電圧Ｖの測定により、その時点の温度測定用抵抗体１３の抵抗値を知り、その抵抗値の変化により温度測定用抵抗体１３、すなわち絶縁基板１１（図４Ａ参照）の温度を測定して、その温度により電力の調整部３７０で印加電圧などを調整できるようになっている。調整部３７０は、特に複数の発熱抵抗体１２を並べて加熱する場合に、各発熱抵抗体１２の温度を均一にする、または温度を異ならせる場合に有効である。そのため、複数の温度測定用抵抗体１３が設けられている場合には、それぞれ別々にその近傍の温度を測定し、各発熱抵抗体１２で印加電圧などが調整されることが好ましい。
【００５６】
この温度測定の原理を、もう少し詳しくした図７を参照しながら説明する。例えば直流電源からなる測定用電源３１０の両端に定電流回路ＣＣＲ（current controlled regulator）３５０を温度測定用抵抗体１３と直列に接続しておき、温度測定用抵抗体１３の両端の電圧Ｖを測定すれば、温度検出手段３３０により、その電圧を定電流で割り算することにより、温度測定用抵抗体１３のその時点での抵抗値を知ることができ、予め分っている温度測定用抵抗体１３の温度係数（材料により定まる）とから温度を算出することができる。その検出温度に応じて、制御手段３６０から調整部３７により発熱抵抗体１２の両端に印加する電力を制御することにより、絶縁基板１１の温度を所定の温度に維持することができる。この制御手段３６０による発熱用抵抗体１２の温度制御は、前述のように、印加電圧をパルスにして、そのパルスのデューティサイクルを変えてもよいし、電圧そのものを変化させてもよい。図７に示される例では、定電流回路３５０が設けられたが、それに代えて、温度が変化しない場所に基準抵抗を設けて、その基準抵抗の電圧を測定することにより、電流を求めて、温度測定用抵抗体１３の両端の電圧を測定してもよい。また、温度測定用電源３１０は、直流電源とは限らない。交流でもパルス的に定電流を得ることができる。
【符号の説明】
【００５７】
１    加熱部
２    加圧搬送部
３    転写部
１０    加熱基板
１０ａ〜１０ｃ    第１〜第３加熱基板
１１    絶縁基板
１２    発熱抵抗体
１３    温度測定用抵抗体
１４    電極
１５    測定用端子
１６    接続導体
１７    保護膜
１８    熱放射層
１９    リード
２１    圧接ローラ
２２    回転ローラ
３１    感光ドラム
３４    帯電部
３５    露光部
３６    現像部
３７    転写具
４１    記録媒体
４２ａ  現像したトナー
４２    未定着のトナー
４３    定着後のトナー
【要約】
【課題】記録媒体に転写されたトナーと加熱基板との間に耐熱性フィルムなどを介在させることなく、かつ、転写されたトナーの損傷を生じさせないで、鮮明な定着画像を得ることができる定着装置およびその定着方法を提供する。
【解決手段】感光体３１の像が記録媒体４１に転写される転写部３と、転写部３より記録媒体４１の進行方向側に設けられ、転写部３で転写されたトナー４２を加熱する加熱部１と、加熱部１より記録媒体４１の進行方向側に設けられ、記録媒体４１のトナー４１が設けられた面側を圧接ローラ２１により加圧しながら記録媒体４１を搬送する加圧搬送部２とを具備している。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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