(57)【要約】【課題】  省エネルギー化に関して最も効率良く定着できる定着装置とこれを用いた画像形成装置を提案する。【解決手段】  定着装置１１は、ヒートローラＨ１等に掛け回した定着ベルト１２と、ローラＲ４〜Ｒ５及び加圧ローラＰ１に掛け回した加圧ベルト１３を備える。加圧ベルト１３の内側に、加圧ベルト１３を定着ベルト１２に押し付ける加圧固定板１４を設ける。一対のベルト１２、１３で記録媒体Ｐを挟み、加熱部位の先端部に位置するヒートローラＨ１と加圧ローラＰ１のニップで記録媒体Ｐを３ｍ秒以上１５０ｍ秒以下の時間加熱し、記録媒体Ｐ及びその上のトナーＴを所定温度まで上昇させ、その後１００ｍ秒以上５００ｍ秒以下の時間ベルト１２、１３間に密着状態で記録媒体Ｐを挟みつつ保持、搬送する。必要とするトナーＴの相変化時間が維持でき、所定温度まで上昇したトナーＴが定着に必要な粘度まで充分に相変化を起こす。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーを担持した記録媒体を挟んで少なくとも加熱することにより前記担持したトナーを前記記録媒体に定着させる定着方法であって、前記トナーの加熱を、該トナーの含む樹脂が前記定着に必要な所定の相へ変化するために必要な時間を所定時間以上越えて行うことを特徴とする定着方法。
【請求項２】
請求項１の定着方法において、前記トナーの加熱終了後、前記記録媒体を徐冷することを特徴とする定着方法。
【請求項３】
請求項１または２の定着方法において、トナーを担持した記録媒体を一対のベルトで挟んで前記加熱を行うものであり、前記一対のベルト間への前記記録媒体の進入方向先端部で３ｍ秒以上、１５０ｍ秒以下の時間にわたって加熱を行うとともに、前記一対のベルトで前記時間の経過後１００ｍ秒以上５００ｍ秒以下の時間にわたって前記記録媒体を密着状態を保持することを特徴とする定着方法。
【請求項４】
トナーを担持した記録媒体を挟んで加熱、加圧することにより前記担持したトナーを前記記録媒体に定着させる定着装置であって、前記トナーの加熱を、該トナーが含む樹脂が前記定着に必要な所定の相へ変化するために必要な時間を所定時間以上越えて行う加熱手段を有することを特徴とする定着装置。
【請求項５】
加熱、転写されたトナーを担持した記録媒体を挟んで加圧することにより前記担持したトナーを前記記録媒体に定着させる定着装置であって、前記トナーの加熱を、該トナーが含む樹脂が前記定着に必要な所定の相へ変化するために必要な時間を所定時間以上越えて行う加熱手段を有することを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項４または５の定着装置において、前記トナーの加熱終了後、前記記録媒体を徐々に冷却しつつ搬送する搬送手段を有することを特徴とする定着装置。
【請求項７】
トナーを担持した記録媒体を一対のベルトで挟んで加熱、加圧することにより前記担持したトナーを前記記録媒体に定着させる定着装置であって、前記一対のベルト間への前記記録媒体の進入方向先端部で３ｍ秒以上、１５０ｍ秒以下の時間にわたって加熱を行う加熱部位を有するとともに、前記一対のベルトが、前記時間の経過後１００ｍ秒以上５００ｍ秒以下の時間にわたって前記記録媒体を密着状態を保持可能な長さを有することを特徴とする定着装置。
【請求項８】
加熱、転写されたトナーを担持した記録媒体を一対のベルトで挟んで加圧することにより前記担持したトナーを前記記録媒体に定着させる定着装置であって、前記一対のベルト間への前記記録媒体の進入方向先端部で３ｍ秒以上、１５０ｍ秒以下の時間にわたって加熱を行う加熱部位を有するとともに、前記一対のベルトが、前記時間の経過後１００ｍ秒以上５００ｍ秒以下の時間にわたって前記記録媒体を密着状態を保持可能な長さを有することを特徴とする定着装置。
【請求項９】
請求項７または８の定着装置において、前記加熱部位を、発熱体と、該発熱体に掛け回して前記記録媒体の表面側に位置するベルトとで構成したことを特徴とする定着装置。
【請求項１０】
請求項９の定着装置において、前記記録媒体の背面側に位置するベルトを掛け回した加圧ローラを、前記発熱体へ押し付けて前記加圧部位を構成したことを特徴とする定着装置。
【請求項１１】
請求項１０の定着装置において、前記加圧ローラの直径が５〜１００ｍｍであることを特徴とする定着装置。
【請求項１２】
請求項１０または１１の定着装置において、前記加圧ローラがゴムローラであり、ゴム層の厚さが０．５〜３０ｍｍであることを特徴とする定着装置。
【請求項１３】
請求項７ないし１２のいずれかの定着装置において、前記一対のベルトの少なくとも一方の内側に、前記一対のベルトを押し付けて密着させる加圧板を設けたことを特徴とする定着装置。
【請求項１４】
請求項１３の定着装置において、前記加圧固定板の真円換算表面Ｒが１００〜１０００００ｍｍである自由曲面であることを特徴とする定着装置。
【請求項１５】
請求項７ないし１４のいずれかの定着装置において、前記先端部の加熱温度を高く、前記一対のベルト間への前記記録媒体の進入方向後端部の出口温度を低くする温度分布とし、該温度分布における前記先端部と前記後端部出口の温度差を１００℃以内としたことを特徴とする定着装置。
【請求項１６】
請求項７ないし１５のいずれかの定着装置において、前記定着ベルトと前記加圧ベルトの厚さが１〜４００μｍであることを特徴とする定着装置。
【請求項１７】
請求項７ないし１６のいずれかの定着装置において、前記発熱体と前記定着ベルト表面の温度差を５〜２０００℃とすることを特徴とする定着装置。
【請求項１８】
請求項７ないし１７のいずれかの定着装置において、前記定着ベルトと前記加圧ベルトの材質が含窒素耐熱樹脂であり、その樹脂の一部にシリコン、ＰＦＡがグラフトされており、表面にこれらシリコン、ＰＦＡが配向していることを特徴とする定着装置。
【請求項１９】
請求項７の定着装置において、前記加熱部位を、前記記録媒体の表面側に位置するベルトと、該ベルトにトナーを転写する手段と、転写された前記ベルト上のトナーを直接加熱する手段とで構成したことを特徴とする定着装置。
【請求項２０】
請求項８の定着装置において、前記加熱部位における加熱源として、ハロゲンヒータ、誘導加熱手段、面状発熱体のいずれかを用いたことを特徴とする定着装置。
【請求項２１】
請求項４ないし２０のいずれかの定着装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機やファクシミリ、プリンタなどの静電記録式画像形成装置に使用される定着装置に関し、詳細には電磁誘導加熱方式を使用したトナー画像の定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機などの画像形成装置に対し、近年、省エネルギー化、高速化についての市場要求が強くなってきている。これらの要求性能を達成するためには、画像形成装置に用いられる定着装置の熱効率の改善が重要である。
【０００３】
複写機などの画像形成装置では、電子写真記録、静電記録、磁気記録等の画像形成プロセスにより、画像転写方式もしくは直接方式により、未定着トナー画像をシート、印刷紙、感光紙、静電記録紙などの記録媒体に形成する。未定着トナー画像を定着させるための定着装置としては、熱ローラ方式、フィルム加熱方式、電磁誘導加熱方式等の接触加熱方式の定着装置が広く採用されている。
【０００４】
熱ローラ方式の定着装置は、内部にハロゲンランプ等の熱源を有して所定の温度に温調される定着ローラと、これに圧接させる加圧ローラとの回転ローラ対を基本構成としている。これらの回転ローラ対の接触部、いわゆる定着ニップ部に記録材を導入して搬送させ、定着ローラ及び加圧ローラからの熱及び圧力により、未定着トナー画像を溶融させて記録材に定着させる。
【０００５】
またフィルム加熱方式の定着装置は、例えば特許文献１、２等に提案されているように、支持部材に固定支持された加熱体に耐熱性を有する薄肉の定着フィルムを介して記録材を密着させ、定着フィルムを加熱体に対して摺動移動させながら加熱体の熱をフィルム材を介して記録材に供給するものである。この定着装置は、加熱体として、例えば、耐熱性、絶縁性、良熱伝導性等の特性を有するアルミナや窒化アルミニウム等のセラミック基板上に抵抗層を備えたセラミックヒータを使用する。また、定着フィルムとして薄膜で低熱容量のものを用いることができるために、熱ローラ方式の定着装置よりも伝熱効率が高く、ウォームアップ時間の短縮が図れ、クイックスタート化や省エネルギー化が可能になる。
【０００６】
電磁誘導加熱方式の定着装置としては、特許文献３にあるように、交番磁界により磁性金属部材に発生した渦電流でジュール熱を生じさせ、金属部材を含む加熱体を電磁誘導発熱させるものが提案されている。
【０００７】
以下に電磁誘導加熱方式の定着装置の構成について説明する。
【０００８】
図６は従来の電磁誘導加熱方式による定着装置を示す模式図である。図示のように、従来の定着装置は、励磁コイルユニット１８と加熱部である磁性金属部材１９とからなる加熱体２０が装着されたフィルム内面ガイド２１と、磁性金属部材１９を内壁に当接した状態でフィルム内面ガイド２１を包む耐熱性を備えた円筒状のフィルム１７と、磁性金属部材１９の位置でフィルム１７に圧接し、このフィルム１７との間に定着ニップ部Ｎを形成するとともに、フィルム１７を回転させる加圧ローラ２２を備えて構成されている。
【０００９】
フィルム１７には、膜厚が１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下、２０μｍ以上で、耐熱性を有するＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰの等の単層フィルム、あるいはポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等のフィルムの外周表面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等をコーティングした複合層フィルムが使用される。
【００１０】
またフィルム内面ガイド２１は、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ等の樹脂より形成された剛性、耐熱性を有する部材からなり、加熱体２０はこのようなフィルム内面ガイド２１の長手方向の略中央部に嵌め込まれている。
【００１１】
加圧ローラ２２は、芯２２ａと、その周囲に設けられたシリコーンゴム等の離型性の良い耐熱ゴム層２２ｂからなり、軸受や付勢手段（何れも図示せず）により所定の押圧力を持ってフィルム１７を挟んで加熱体２０の磁性金属部材１９に圧接するように配設されている。
【００１２】
加圧ローラ２２は駆動手段（図示せず）により反時計回りに回転駆動され、その加圧ローラ２２の回転駆動により、加圧ローラ２２とフィルム１７との間に摩擦力が発生してフィルム１７に回転力が作用し、フィルム１７は加熱体２０の磁性金属部材１９に密着しながら摺動回転する。そして、加熱体２０が所定の温度に達した状態において、定着ニップ部Ｎのフィルム１７と加圧ローラ２２との間に、画像形成部（図示せず）で形成された未定着トナー画像Ｔを有する記録媒体Ｐを導入する。記録媒体Ｐは加圧ローラ２２とフィルム１７とに挟まれて定着ニップ部Ｎを搬送されることにより、磁性金属部材１９の熱がフィルム１７を介して記録媒体Ｐに付与され、未定着トナー像Ｔが記録媒体Ｐ上に溶融定着される。なお、定着ニップ部Ｎの出口においては、通過した記録媒体Ｐはフィルム１７の表面から分離されて排紙トレイ（図示せず）に搬送される。
【００１３】
このように、電磁誘導加熱方式の定着装置では、渦電流の発生を利用することで、誘導加熱手段としての磁性金属部材１９をフィルム１７を介して記録媒体Ｐのトナー像Ｔに近く配置することができ、フィルム加熱方式の定着装置よりもさらに加熱効率がアップする。
【００１４】
ただし、これらの技術は基本的に高効率のみを狙ったものであり、根本的な省エネルギー化を達成すべき技術ではない。結果的には従来と同様に記録媒体上のトナーを決まったニップ時間内に加熱定着するものであり、本質的な省エネの原理の構築が望まれている。
【特許文献１】特開昭６３−３１３１８２号公報
【特許文献２】特開平１−２６３６７９号公報
【特許文献３】特開平８−２２２０６号公報
【特許文献４】特開２００１−１３８０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ハロゲンランプを使用したローラ定着装置や上記構成のフィルム加熱定着では定着部材に対して記録媒体を押し付けるのにローラを使用しているため、ニップ時間を大きくとることが非常に難しく、この短いニップ時間内に確実に定着を行うため必要以上の加熱温度に設定する必要があり、無駄な熱エネルギーを消費していた。また、ゴムの圧接面の中心部分と端部ではゴムの反発力が異なり、中心部に対して端部の圧接力が弱く、圧接するゴムローラ径が大きくなるとゴムローラの質量が増大し、ニップ時点で定着に必要な熱を大きく奪ってしまい、加熱体の温度を必要以上に上げなければならない。また、ゴムローラの中心部と端部の加圧力の違いは原理的に解決しようがない。従って、十分な加圧力がかかる時間が短くなり、トナー粒子が変形してトナー層が融合しかつ記録媒体の面に密着するためには、トナーの温度を必要以上に上げてトナー粘度を下げ、このことにより定着性能を出す必要がある。
【００１６】
このような必要以上の加熱は、省エネルギー化の観点からは非常な無駄となり、もちろん好ましくない。さらに、短時間にトナーの温度を上げるため、定着フィルム面と接触しているトナーと、記録媒体面と接触しているトナーの温度は極端に異なり、記録媒体面と接触しているトナーの温度は低く、かろうじて記録媒体に定着できる程度の粘度となるが、定着フィルム面に接触しているトナーの温度は非常な高温度となり、粘度低下も著しく、オフセット現象を起こし易い。
【００１７】
また加熱温度が高いと加熱体の温度が高くなって放熱量が多くなり、装置の周囲への熱の放散が大きくて好ましくない。
【００１８】
以上の点にかんがみ、本願発明者は、加熱定着を行う際に、トナーに対して必要な熱エネルギーを与えることでトナーが定着可能な状態まで相変化を起こさせる方法が、従来のニップ方式では限界があり、その限界を打ち破ることを可能とするものであると着想した。
【００１９】
即ち、従来のニップ方式では、加熱ローラでニップされてトナーの相変化に必要な熱がトナー側に移行したとしても、実際の定着性能はあまり向上しない。これに対して本願発明者が行った実験室レベルの確認では、静的にその温度まで加熱すると実際には定着性能が格段によくなった。この違いについて、鋭意検討を重ねた結果、以下のような事項が判明した。
【００２０】
まず定着装置を動的に使用する場合、すなわち通常の使用形態等の場合、トナーを必要な温度まで加熱し、例えば記録媒体が搬送されていってニップ状態が終了すると、直後から記録媒体上のトナーは冷えはじめる。これに対して、静的な実験室環境でテストした場合は、時間的な観点で言えば、トナーが充分長い時間その必要温度に保温されている。この条件の違いが定着性能に大きな差異を発生させていると考えられる。すなわち、定着装置を動的に使用する場合も、静的な条件下に置く場合のような、長時間の保温作用があればトナーの定着性能を向上させ得ることがわかる。
【００２１】
この時間の長短差によるトナーの定着性能の差は、トナー樹脂の相変化についての時間の遅れに起因することを本願発明者は見いだした。一般に、物質が温度変化に応じて相変化する時には必ず時間の遅れが生じ、所定温度に到達した直後に直ちに、想定された相の状態にはならないのであるが、これが定着性能にも影響しているのである。従って、所定の相の状態になるためにはある一定時間以上所定温度に維持することが必要であることになる。通常のローラ定着においてはニップ時間が短すぎ、そのために、必要とする相変化の時間が維持できず、トナー樹脂の相変化は、その過渡現象における中間状態で終了する。それが定着動作の終了ともなる。
【００２２】
換言すれば、結果として定着時にトナーが所定の相の状態になっていないために定着不良が発生する、ということになる。実際の定着においてはこの相変化の時定数を上げるために、トナーの相変化に必要な温度よりも遥かに高い温度で定着を行っている。しかしこれは、本来ならば必要のない温度設定であるといえ、無駄なエネルギー消費の原因となっている。
【００２３】
これを回避するためには、定着ローラでのニップ時間を上げ、相変化に要する時間を稼ぐという方法も考えられるが、ニップ時間長くとるためには加熱ローラや加圧ローラの径を非常に大きなものにしなければならず現実的ではない。
【００２４】
本発明はこれらの諸点を検討した結果、省エネルギー化に関して極力効率良く定着できる方法、装置を提案することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明の請求項１に係る定着方法は、トナーを担持した記録媒体を挟んで少なくとも加熱することにより前記担持したトナーを前記記録媒体に定着させる定着方法であって、前記トナーの加熱を、該トナーの含む樹脂が前記定着に必要な所定の相へ変化するために必要な時間を所定時間以上越えて行うことを特徴とする。
【００２６】
同請求項２に係るものは、請求項１の定着方法において、請求項１の定着方法において、前記トナーの加熱終了後、前記記録媒体を徐冷することを特徴とする。
【００２７】
本発明の請求項３に係る定着方法は、請求項１または２の定着方法において、トナーを担持した記録媒体を一対のベルトで挟んで前記加熱を行うものであり、前記一対のベルト間への前記記録媒体の進入方向先端部で３ｍ秒以上、１５０ｍ秒以下の時間にわたって加熱を行うとともに、前記一対のベルトで前記時間の経過後１００ｍ秒以上５００ｍ秒以下の時間にわたって前記記録媒体を密着状態を保持することを特徴とする。
【００２８】
本発明の請求項４に係る定着装置は、トナーを担持した記録媒体を挟んで加熱、加圧することにより前記担持したトナーを前記記録媒体に定着させる定着装置であって、前記トナーの加熱を、該トナーが含む樹脂が前記定着に必要な所定の相へ変化するために必要な時間を所定時間以上越えて行う加熱手段を有することを特徴とする。
【００２９】
同請求項５に係るものは、加熱、転写されたトナーを担持した記録媒体を挟んで加圧することにより前記担持したトナーを前記記録媒体に定着させる定着装置であって、前記トナーの加熱を、該トナーが含む樹脂が前記定着に必要な所定の相へ変化するために必要な時間を所定時間以上越えて行う加熱手段を有することを特徴とする。
【００３０】
同請求項６に係るものは、請求項４または５の定着装置において、前記トナーの加熱終了後、前記記録媒体を徐々に冷却しつつ搬送する搬送手段を有することを特徴とする。
【００３１】
同請求項７に係るものは、トナーを担持した記録媒体を一対のベルトで挟んで加熱、加圧することにより前記担持したトナーを前記記録媒体に定着させる定着装置であって、前記一対のベルト間への前記記録媒体の進入方向先端部で３ｍ秒以上、１５０ｍ秒以下の時間にわたって加熱を行う加熱部位を有するとともに、前記一対のベルトが、前記時間の経過後１００ｍ秒以上５００ｍ秒以下の時間にわたって前記記録媒体を密着状態を保持可能な長さを有することを特徴とする。
【００３２】
同請求項８に係るものは、加熱、転写されたトナーを担持した記録媒体を一対のベルトで挟んで加圧することにより前記担持したトナーを前記記録媒体に定着させる定着装置であって、前記一対のベルト間への前記記録媒体の進入方向先端部で３ｍ秒以上、１５０ｍ秒以下の時間にわたって加熱を行う加熱部位を有するとともに、前記一対のベルトが、前記時間の経過後１００ｍ秒以上５００ｍ秒以下の時間にわたって前記記録媒体を密着状態を保持可能な長さを有することを特徴とする。
【００３３】
同請求項９に係るものは、請求項７または８の定着装置において、前記加熱部位を、発熱体と、該発熱体に掛け回して前記記録媒体の表面側に位置するベルトとで構成したことを特徴とする。
【００３４】
同請求項１０に係るものは、請求項９の定着装置において、前記記録媒体の背面側に位置するベルトを掛け回した加圧ローラを、前記発熱体へ押し付けて前記加圧部位を構成したことを特徴とする。
【００３５】
同請求項１１に係るものは、請求項１０の定着装置において、前記加圧ローラの直径が５〜１００ｍｍであることを特徴とする。
【００３６】
同請求項１２に係るものは、請求項１０または１１の定着装置において、前記加圧ローラがゴムローラであり、ゴム層の厚さが０．５〜３０ｍｍであることを特徴とする。
【００３７】
同請求項１３に係るものは、請求項７ないし１２のいずれかの定着装置において、前記一対のベルトの少なくとも一方の内側に、前記一対のベルトを押し付けて密着させる加圧板を設けたことを特徴とする。
【００３８】
同請求項１４に係るものは、請求項１３の定着装置において、前記加圧固定板の真円換算表面Ｒが１００〜１０００００ｍｍである自由曲面であることを特徴とする。
【００３９】
同請求項１５に係るものは、請求項７ないし１４のいずれかの定着装置において、前記先端部の加熱温度を高く、前記一対のベルト間への前記記録媒体の進入方向後端部の出口温度を低くする温度分布とし、該温度分布における前記先端部と前記後端部出口の温度差を１００℃以内としたことを特徴とする。
【００４０】
同請求項１６に係るものは、請求項７ないし１５のいずれかの定着装置において、前記定着ベルトと前記加圧ベルトの厚さが１〜４００μｍであることを特徴とする。
【００４１】
同請求項１７に係るものは、請求項７ないし１６のいずれかの定着装置において、前記発熱体と前記定着ベルト表面の温度差を５〜２０００℃とすることを特徴とする。
【００４２】
同請求項１８に係るものは、請求項７ないし１７のいずれかの定着装置において、前記定着ベルトと前記加圧ベルトの材質が含窒素耐熱樹脂であり、その樹脂の一部にシリコン、ＰＦＡがグラフトされており、表面にこれらシリコン、ＰＦＡが配向していることを特徴とする。
【００４３】
請求項１９に係るものは、請求項７の定着装置において、前記加熱部位を、前記記録媒体の表面側に位置するベルトと、該ベルトにトナーを転写する手段と、転写された前記ベルト上のトナーを直接加熱する手段とで構成したことを特徴とする。
【００４４】
同請求項２０に係るものは、請求項８の定着装置において、前記加熱部位における加熱源として、ハロゲンヒータ、誘導加熱手段、面状発熱体のいずれかを用いたことを特徴とする。
【００４５】
同請求項２１に係る画像形成装置は、請求項４ないし２０のいずれかの定着装置を用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００４６】
本発明は、省エネルギー性が良く、非常に効率的にトナーを記録媒体に定着できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下本発明を実施するための最良の形態を、図に示す実施例を参照して説明する。
【実施例１】
【００４８】
図１は本発明の実施対象となる画像形成装置の一構成例を示す概略図である。この図において、１は像担持体であるドラム状の光導電性感光体であり、この感光体１の周囲には、感光体１の表面を均一に帯電する帯電装置２、帯電された感光体１にレーザー光等の書込み光ＬＢを照射して静電画像を形成する光書込み装置３、感光体１上の静電画像をトナーで現像して顕像化する現像装置４、感光体１上のトナー画像を記録用紙等の記録媒体Ｐに転写する転写装置５、転写後の感光体１上の残留トナーや紙粉等を除去するクリーニング装置６、感光体１上の残留電荷を除電する除電装置７等が配設してある。
【００４９】
また、この画像形成装置には、感光体１と転写装置５の間の転写部に記録媒体Ｐを給紙する給紙部８と給紙ローラ９及びレジストローラ１０と、記録媒体Ｐに転写されたトナー画像を加熱定着する定着装置１１が設けられている。なお、現像装置４で用いるトナーとしては、結着剤の主成分が樹脂であるトナーを用いる。
【００５０】
定着装置１１は、図２にも示すように、発熱体を内蔵するヒートローラＨ１、ガイドローラＲ２及びテンションローラＲ３に掛け回した無端の定着ベルト１２と、ガイドローラＲ４、Ｒ６、テンションローラＲ５及び加圧ローラＰ１に掛け回した同じく無端の加圧ベルト１３とを備えており、加圧ベルト１３の内側に加圧ベルト１３を定着ベルト１２に対して押し付け得るように加圧固定板１４が設けてある。なお、ヒートローラＨ１の発熱体は種々公知のものを採用すれば良く、また通電、通電制御等々も公知の形態でよいので図示及び説明を省略する。また加圧固定板１４は定着ベルト１２の内側に設けても良い。
【００５１】
本実施例においては、加熱部位をヒートローラＨ１自体と、その発熱によって昇温する加圧ローラＰ１や、一対のベルト１２、１３のヒートローラＨ１周辺部位により構成している。そして、一対のベルト１２、１３で記録媒体Ｐを挟み、加熱部位の先端部に位置するヒートローラＨ１と加圧ローラＰ１のニップで記録媒体Ｐを３ｍ秒以上１５０ｍ秒以下の時間間隔にわたって加熱し、記録媒体Ｐ及びその上のトナーＴを所定温度まで上昇させ、その後１００ｍ秒以上５００ｍ秒以下の時間間隔にわたってベルト１２、１３間に密着状態で記録媒体Ｐを挟みつつ保持、搬送する。このことにより、必要とするトナーＴの相変化時間が維持でき、所定温度まで上昇したトナーＴが定着に必要な粘度まで充分に相変化を起こす。従来のように一瞬だけ所定温度に到達した後に直ちに冷えてしまうことで充分な相変化を起こさず定着不良を発生させる系とは異なり、加熱後に充分な時間密着状態を維持することで定着に必要な粘度までトナーＴの相変化を起こさせ、それによって完全なる定着を可能としている。
【００５２】
また加熱後の徐冷をローラに掛け回したベルト１２、１３を介して行う。すなわち、加熱後に定着部材表面としての定着ベルト１２の表面と記録媒体Ｐ上のトナーＴが密着状態を維持し、かつこの密着した定着ベルト１２がいわば断熱材として働き、トナーＴを充分な時間にわたってある所定温度以上で一定時間以上保温する。また、加圧固定板１４により記録媒体Ｐの背面側の加圧ベルト１３を押し付けることでこの密着を確実なものとする。
【００５３】
加圧固定板１４は、その表面形状を記録媒体Ｐ側へ凸とし、その表面が真円換算表面Ｒで１００〜１０００００ｍｍである自由曲面であることが望ましい。即ち、固定加圧板１４の表面Ｒが全くの平面であると、加圧により定着ベルト１２の表面と記録媒体ＰのトナーＴが載っている面の密着を安定的に行うことは難しく、逆にあまりに曲面が急に曲がっていると定着ベルト１２の表面と記録媒体Ｐの面の間に周速差が発生してしまって好ましくないためである。従って固定加圧板１４の表面Ｒは、より好ましくは２００〜１００００、さらに好ましくは５００〜５０００、よりいっそう好ましくは７００〜２０００ｍｍであるようにする。
【００５４】
加熱部において用いる加圧ローラＰ１については、なるべく太くないく、熱容量の小さいものが好ましいが、あまり細い径のローラを使用すると、ローラがベントして均一な加圧ができなくなる。そこで、加圧ローラＰ１としては、直径が５〜１００ｍｍであれば本発明における必要な条件を満たすことが可能であるが、好ましくは１０〜５０ｍｍ、より好ましくは１５〜４０ｍｍ、さらに好ましくは２０〜３０ｍｍにするとよい。
【００５５】
また、加圧ローラＰ１がゴムローラであり、ゴム層の厚さが０．５〜３０ｍｍであればヒートローラＨ１とのニップの幅を取りやすい。本発明においては加熱部位の先端部における加熱のみで記録媒体Ｐ上のトナーＴを必要とする加熱温度以上まで昇温させ、その後はもっぱらベルト１２、１３の接触とその断熱効果により必要時間、必要温度以上の温度に保持する必要がある。従って本発明においては、加熱部位の先端部における加熱温度をやや高めに設定しておいて、ベルト１２、１３により断熱され、徐々に温度低下を起こさせるが、その時、加熱部の後端部の出口温度が先端部よりも低い温度分布となり、その温度差を１００℃以内に抑えることが好ましい。温度差は小さければ小さい程良いゼロ望目特性であるが、理論的には先端部のみ加熱で、それ以降は加熱せず、ベルト１２、１３の断熱性のみなので、ゼロであることはない。しかし、この温度差は極力小さい方が好ましく、この温度差は、より好ましくは８０℃以内、さらに好ましくは５０℃以内、さらにより好ましくは３０℃以内、よりいっそう好ましくは２０℃以内であることが望ましい。
【００５６】
定着ベルト１２と加圧ベルト１３の厚さについては、加熱部位の先端部で短時間にトナーＴを加熱することを考えれば薄い方が良いが、その後ベルト１２、１３間で断熱し、温度を維持することを考えれば厚い方が良い。本発明においてはベルト１２、１３の厚さは、１〜４００μｍであれば本発明における所望の要件を満たすことが可能であり、好ましくは５〜３００μｍ、より好ましくは１０〜２５０μｍ、さらに好ましくは３０〜２００μｍ、さらにより好ましくは５０〜１５０μｍ、よりいっそう好ましくは７０〜１００μｍとする。
【００５７】
また本発明において加熱を行う場合、発熱体であるヒートローラＨ１と定着ベルト１２の表面温度差がある程度なければ熱の供給がうまくいかない。また両者の温度差が大きい過ぎると熱の移動も速いがオーバーシュートも激しくなり、逆に温度差が小さ過ぎると温度変化に対する追従性が極端に悪くなる。そこで本発明においては、発熱体であるヒートローラＨ１と定着ベルト１２の表面温度差は、５〜２０００℃であれば良く、好ましくは５０〜１８００℃、さらに好ましくは１００〜１５００℃、さらにより好ましくは２００〜１０００℃とすることが望ましい。
【００５８】
また一般に、トナーは定着温度が低いほど離型性能が悪くなる。本発明の場合、特に加熱部の先端で加熱された後は保温され、温度が低下するので、離型の条件が通常より厳しくなる。従って、本発明に使用されるベルト１２、１３、特に定着ベルト１２の材質は、含窒素耐熱樹脂とすることが好ましい。またその樹脂の一部にシリコン、ＰＦＡがグラフトされており、表面にこれらシリコン、ＰＦＡが配向してあると、よりすぐれた離型性能が得られて好ましい。
【実施例２】
【００５９】
本発明においては、加熱部位の先端部における加熱をヒートローラや定着ベルトを介して行うのではなく、輻射熱等により直接にトナーを加熱することでも可能である。図３は、そのような構成を有する本発明の第２実施例を示す。この実施例の場合、加熱体Ｈを加熱源とし、それによって加熱される定着ローラＲ１や定着ベルト１２、それらからの伝熱により昇温する加圧ローラＰ１やベルト１３の加圧ローラＰ１周辺部位により加熱部位を構成している。加熱体Ｈで転写ローラＴ１、定着ローラＲ１や定着ベルト１２を必要以上に加熱する必要がなく、通常のローラ定着などより必要のない大質量のローラなどを加熱しないのでより省エネルギー性が高くなる。
【００６０】
もちろん本発明においては、従来の方法と同様にハロゲンヒータ、誘導加熱、面状発熱体のいずれも使用することができる。従って、本発明に加え、これらのヒータの熱効率向上方法などを組み合わせることでさらに省エネルギー性を向上させ得る。
【実施例３】
【００６１】
種々の実験例を説明する。
（実験例１）
図２に示すようなヒートローラＨ１と加圧ローラＰ１で加圧した後、加圧固定板１４により定着ベルト１２と記録媒体ＰＡを密着させた。この時、加圧部位の先端部を構成するヒートローラＨ１と加圧ローラＰ１によるニップ時間は４０ｍ秒であり、加圧固定板１４による密着時間は２００ｍ秒であった。この場合、加圧固定板１４により密着させたため、定着温度は図４に示すような通常のローラ定着（符号は図２と対応させて付してある）時に比べ、定着温度を１０℃下げることが可能となった。
（実験例２）
上記実験例１の状態で加圧固定板１４の表面Ｒが５０ｍｍの時、画像面に著しいズレが発生した
（実験例３）
上記実験例１の状態で加圧固定板１４の表面Ｒが２００ｍｍの時、目視では視認できないが顕微鏡観察では画像面に約１８μｍのズレを確認した。
（実験例４）
上記実験例１の状態で加圧固定板１４の表面Ｒが５００ｍｍの時、同じく約４μｍのズレがあった。
（実験例５）
上記実施例１の状態で加圧固定板１４の表面Ｒが７００ｍｍの時、画像のズレは観測されなかった。
（実験例６）
上記実施例１の状態で加圧固定板１４の表面Ｒが１０００ｍｍの時、画像のズレは観測されなかった。
（実験例７）
上記実施例１の状態で加圧固定板１４の表面Ｒが１００００００ｍｍの時に画像のズレは観測されないが、通紙時に浮き上がりが生じ、加圧ムラによる画像の乱れが発生した。（実験例８）
図２に示すようなヒートローラＨ１と加圧ローラＰ１で加圧した後、加圧固定板１４により定着ベルト１２と記録媒体Ｐを密着させた。この時、加圧部位の先端部を構成するヒートローラＨ１と加圧ローラＰ１によるニップ時間は１００ｍ秒であり、加圧固定板１４による密着時間は５００ｍ秒であった。この条件により図４に示す従来の定着装置に比べ、定着温度を２０℃下げることができた。
（実験例９）
図３に示すように転写ローラＴ１より転写されたトナーＴを輻射発熱体Ｈにより加熱したところ、図５に示す従来の輻射定着装置に比べ、２０℃定着温度を下げることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施対象となる画像形成装置一構成例を示す概略図である。
【図２】本発明の第１実施例の概念図である。
【図３】本発明の第２実施例の概念図である。
【図４】図２の実施例との比較のために示す従来の定着装置の概念図である。
【図５】図３の実施例との比較のために示す従来の輻射定着装置の概念図である。
【図６】従来の電磁誘導加熱方式による定着装置を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６３】
１：感光体
２：帯電装置
３：光書込み装置
４：現像装置
Ｐ：記録媒体
５：転写装置
６：クリーニング装置
７：除電装置
８：給紙部
９：給紙ローラ
１０：レジストローラ
１１：定着装置
１２：定着ベルト
１３：加圧ベルト
１４：加圧固定板
Ｈ１：ヒートローラ
Ｒ２：ガイドローラ
Ｒ３：テンションローラ
Ｒ４、Ｒ６：ガイドローラ
Ｒ５：テンションローラ
Ｐ１：加圧ローラ
Ｔ：トナー
Ｈ：加熱体
【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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