(57)【要約】【課題】  加熱定着部材の内部側に輻射源を配置し且つ効率よく定着部材表面を加熱でき、しかも熱容量が小さくオンデマンド化が可能な定着装置において、フィルムを安定して駆動し長期にわたり良好な定着性が得られる安定な定着装置を提供することにある。  又、光沢ムラのない定着性が安定した良好なカラー画像が得られ、装置の小型化が図れ、放熱ロスがより低減された経済性に優れる定着装置を提供することにある。【解決手段】  定着ニップ内における当接圧が、転写材通過方向の上流側当接圧よりも下流側当接圧の方が大きい事を特徴とする定着装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転写材と等速に回動可能で、内部に保持部材と輻射発熱源を備えた加熱部材と、前記加熱部材を外部より加圧ならびに駆動する加圧部材とを有し、転写材上のトナー像を加熱溶融して定着する定着装置において、前記加熱部材は少なくとも前記輻射発熱源より放射された輻射光を吸収して発熱する発熱層を有するフィルムもしくはベルトであり、且つ前記保持部材は前記加熱部材を介して前記加圧部材と圧接され定着ニップを形成し、該定着ニップ内における当接圧が、転写材通過方向の上流側当接圧よりも下流側当接圧の方が大きい事を特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記加熱部材が輻射光に対して透過性を有する基層を前記発熱層の内側に具備する事を特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記加熱部材が前記輻射光に対して透過性を有する弾性層を、前記基層と前記発熱層の中間に具備する事を特徴とする請求項１及び２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記保持部材が当接ニップ後半に前記加圧部材方向に対して突起部を有した金属薄板より形成されることを特徴とする請求項1から３に記載の定着装置。
【請求項５】
前記加熱部材基層が少なくともポリイミド樹脂を含む材料より形成される事を特徴とする請求項１から４に記載の定着装置。
【請求項６】
前記加熱部材における弾性層が少なくともシリコーン系のゴム層を含む事を特徴とする請求項３から５に記載の定着装置。
【請求項７】
前記加熱部材における吸収層が少なくとも導電性のカーボン粒子を含有する事を特徴とする請求項１から６に記載の定着装置。
【請求項８】
前記加熱部材が表層にフッ素系樹脂からなる離型層を有する事を特徴とする請求項1から７に記載の定着装置。
【請求項９】
前記保持部材がニップ形成部においてフィルムに対して摺動する摺動部と、フィルムと共に回転する回動部を有し、ニップ形成部において発生する当接圧が摺動部における当接圧よりも回動部における当接圧の方が高い事を特徴とする請求項1から８に記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置においてトナー像の定着に用いられる定着部材、及び該定着部材を用いた定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機やプリンター、ＦＡＸ等に用いられる電子写真方式の画像形成装置において近年重要性を増してきた課題として、所謂省エネに対する要請に対応することが挙げられる。上記に列挙した装置に用いられている従来のトナー像の定着装置は、トナーを融解して用紙に固着させる方式であるために、電力を直接熱エネルギーとして消費しており、かかる電力は、装置本体全体で使用される電力消費の大きな部分を占めている。
【０００３】
これに対し、定着装置の消費電力を低減するための一つの方向性として、オンデマンド化（通常はヒータに電流を流さず、例えば、画像形成の時のみにヒータを入れるリアルタイム化）が図られている。具体的には、定着部材を、薄肉ローラあるいは薄いベルト状若しくはフィルム状にすることで、従来の肉厚の加熱ローラに比べて格段に熱容量を小さくして、装置の立ち上がりを早くすると同時に、その間の消費電力を抑えるものである。オンデマンド化を図ることで、プリント信号を受け取ると、待ち時間が殆どない状態で直ぐにプリントが開始されるようになるため、従来の加熱ローラを用いた場合のように、非プリント時においても定着部材をプリント温度近辺の高温に保温しておくといった必要がなくなり、常温かせいぜい適度な低温に保てばよくなる。定着装置の保温時における放熱は、環境温度と、定着部材の設定温度の温度差に比例して大きくなるが、かかる放熱によってプリントしていない状態でも常時電力が消費される。従って、間欠的にプリントを繰り返すような移動状況下においては、定着装置をオンデマンド化することによって非常に大きな節電効果がもたらされる。
【０００４】
しかしながら、定着部材にフィルムを用いた所謂サーフ方式においては、下記に述べるようにカラートナー像を良好な状態に定着することが難しく、薄層フィルムを使用するため、特に転写材上のトナー量が多いカラー画像の形成においては均一な定着性を得ることが困難であるという問題があった。カラートナー像の定着においては、普通紙に画像を形成した場合に紙表面の凹凸に応じてトナー像の溶融具合が変化してしまい、定着画像表面に光沢むら所謂“す”が発生したり、OHP（オーバーヘッドプロジェクター）用フィルムを転写材として用いた際においてはトナー像の凹凸に応じてOHPの透過性が変化しやすく、高品位な画像を得ることが難しかった。
【０００５】
そこで上記フィルム上に弾性層を設け、高速な輻射により熱伝達する定着装置が本発明者らにより出願されている。前記発明によれば熱源から発生された赤外線が低熱容量のフィルム基層ならびに弾性層中を透過もしくは半透過した後、フィルム表面近傍に設けられた吸収層において発熱するため、フィルムの基層や弾性層の厚さに大きく影響されず良好な熱応答性が得られ、且つフィルム表面の十分な弾性によってカラー画像における定着性を向上している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２２１８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら上記輻射を用いたフィルム定着装置においては、フィルムによる大幅な低熱容量化と、放射伝熱による表面加熱により、定着装置のオンデマンド化とカラー画像における良好な定着性が両立できるものの、薄肉のフィルムを転写材に対して加圧しながら駆動するため、フィルムにしわや折れが生じやすい。
【０００８】
また熱源から発生された赤外線をフィルム表面近傍に吸収させるためには、透光性を有する樹脂製のフィルム基材を用いる必要が有り、より機械強度に優れる金属スリーブ等を用いることが出来ないため、駆動トルクを小さくするために大きな加圧力を印加する事が出来なかった。したがって転写材上のトナーを十分に圧力で潰すことが出来ずに、転写材上への定着性が低下したり、また均一に均せず十分な光沢を得る事が難しかった。
【０００９】
従って、本発明の目的は、加熱定着部材の内部側に輻射源を配置し且つ効率よく定着部材表面を加熱でき、しかも熱容量が小さくオンデマンド化が可能な定着装置において、フィルムを安定して駆動し長期にわたり良好な定着性が得られる安定な定着装置を提供することにある。
【００１０】
又、本発明の目的は、光沢ムラのない定着性が安定した良好なカラー画像が得られ、装置の小型化が図れ、放熱ロスがより低減された経済性に優れる定着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的は、以下の本発明によって達成される。即ち、本出願における第１の発明は、転写材と等速に回動可能で、内部に保持部材と輻射発熱源を備えた加熱部材と、前記加熱部材を外部より加圧ならびに駆動する加圧部材とを有し、転写材上のトナー像を加熱溶融して定着する定着装置において、前記加熱部材は少なくとも前記輻射発熱源より放射された輻射光を吸収して発熱する発熱層を有するフィルムもしくはベルトであり、且つ前記保持部材は前記加熱部材を介して前記加圧部材と圧接され定着ニップを形成し、該定着ニップ内における当接圧が、転写材通過方向の上流側当接圧よりも下流側当接圧の方が大きい事を特徴とする定着装置である。
【００１２】
上記構成をとることによって、加熱部材の薄肉化が可能となり定着装置のオンデマンド化、クイックスタートが容易になると共に、ベルト形状を加圧部材に沿わせる事で加圧（定着）領域を容易に拡大でき、従来のローラ定着装置と比べて加熱部材の小型化・小熱容量化も行える。また定着ニップ部後半を前半よりも大きな当接圧とする事で、トナーが溶融した段階で加圧することができ、同様な当接圧でもより効果的にトナーを潰し、定着させることができる。また加熱部材として薄肉フィルムを用い定着装置を低熱容量化した際でも、フィルム下流側から適正な張力を与える事ができるため、フィルムのしわや折れを発生することなく長期にわたり安定したフィルム駆動を達成できる。
【００１３】
また本出願に係わる第２の発明は、前記加熱部材が輻射光に対して透過性を有する基層を前記発熱層の内側に具備する事を特徴とし、輻射光がフィルム基層を透過することで表面の発熱層を直接加熱する事が出来るため、フィルムの厚みが増加した際に熱伝導による加熱特性の劣化も少なく、フィルム強度を増大することで長期にわたりフィルムシワ、折れの発生しにくい安定した定着装置を提供する。
【００１４】
また本出願に係わる第３の発明は、前記加熱部材が基層と発熱層間に介在し、前記発熱体からの赤外線を透過する弾性層を具備する事を特徴とし、輻射光が弾性層を透過することで表面近傍の発熱層を直接加熱するため、熱伝導における弾性層の厚さによる加熱特性の劣化も少なく、加熱部材が転写材上のトナー表面の凹凸に対応して柔軟に接触加熱することが出来るようになり、とりわけカラー画像におけるグロス均一性と、OHP画像における色再現性を有する高品位な画像出力が可能となった。
【００１５】
本出願に係わる第４の発明は、前記保持部材が当接ニップ後半に前記加圧部材方向に対して突起部を有した金属薄板より形成されることを特徴とし、ニップ下流における加圧力の増加を低コストかつ低熱容量で達成する。したがって立ち上がりの早いオンデマンドな定着装置を実現する。さらに金属薄板に突起部を設ける事で機械強度も向上するため安定した定着装置を提供する。
【００１６】
本出願に係わる第５の発明は、前記加熱部材が少なくともポリイミド樹脂を含む材料より形成される事を特徴とし、ポリイミド樹脂は良好な可撓性を有すると共に輻射光源から放出された赤外線を透過するため、輻射光により直接加熱部材の外側に存在する弾性層もしくは離型層を加熱することで、加熱過程における熱抵抗をさらに低減し、高速なカラー画像形成を可能とする。
【００１７】
本出願に係わる第６の発明は、前記弾性層としてシリコーン系のゴム層を含む事を特徴とし、シリコーンゴムは優れた耐熱性と柔軟性を有すると共に、輻射光源の発生した赤外線に対して高い透過性を持ち、加熱部材外側に存在する離型層を効率的に加熱する事が可能となる。またカラー画像等におけるトナー像表面の凹凸が顕著な際にも、トナー像を均一に加圧しより一層の定着性とグロスの均一性を備えた高画質化が達成される。
【００１８】
本出願に係わる第７の発明は、前記加熱部材に吸収層としてシリコーン系のゴム層ともしくはフッ素系樹脂からなる離型層中にカーボンブラックを分散する事を特徴とし、カーボンブラックはシリコーンゴム、フッ素樹脂の双方において良好な分散性と、赤外線吸収性を有するため、効果的に加熱部材の外側に存在する弾性層もしくは離型層を発熱することが可能となり、連続プリント時に熱を奪われた加熱部材の表層近傍を急速に加熱することができる。また表面の離型層は転写材上のトナーが加熱部材に付着するとともに、導電性により静電オフセットも防止し、転写材上画像を乱す事なく定着する事が可能となる。
【００１９】
本出願に係わる第８の発明は、前記加熱部材が表層にフッ素系樹脂からなる離型層を有する事を特徴とし、優れた離型性により転写材上のトナーを乱すことなく定着する。
【００２０】
本出願に係わる第９の発明は、前記保持部材がニップ形成部においてフィルムに対して摺動する摺動部と、フィルムと共に回転する回動部を有し、ニップ形成部において発生する当接圧が摺動部における当接圧よりも回動部における当接圧の方が高い事を特徴とし、ニップ内における通紙方向上流に摺動部を設ける事で小型・低熱容量でも大きな当接ニップ幅をとることができると同時に、ニップ内における通紙方向下流に回動部を設ける事で局所的に当接圧を高く出来ると共に、当接圧を高くしたときの駆動トルクアップを抑制し、良好な定着性と高い光沢を実現する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、定着部材として、輻射透過性及び輻射吸収性を有する多層構成を有するフィルム若しくはベルトを用いることにより、内部輻射源を用いているにもかかわらず、定着部材の表面を直接加熱することが可能となった。この結果、図２に示したように通常の内面加熱に対して表面加熱を行うことで表面の熱応答性を向上させることができ、加熱定着部材の内部側に輻射源を配置して安定かつ放熱によるロスも少なくしつつ、しかも定着部材表面を加熱する事ができるため熱応答性の良好な高速かつ高品位カラー画像が良好な状態で定着されることが実現された。
【００２２】
また加熱部材と加圧部材が当接する定着ニップ内に凸状突起もしくは小径ローラを定着ニップ幅の５０％以下の範囲で設けてシャープな圧分布を作り、局所的に大きな当接圧を発生する事が可能となり、さらに圧分布のピークをニップ下流側とすることでトナーが溶融した段階で効果的に圧力を印可し、トナー同士そしてトナーと紙との定着性を向上できた。またシャープな圧分布とすることで加熱部材と加圧部材間に印可する総加圧量を低減できるため、より小型で低熱容量な定着装置とすることで、高品位なカラー画像形成における定着装置のオンデマンド化を容易にした。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施例の全体構成図である。
【図２】実施例１の定着ベルトにおける輻射と熱の作用説明図である。
【図３】本発明を用いた画像形成装置の全体概略図である。
【図４】実施例１における加熱フィルムと加圧部材の当接部における圧力分布を示す図である。
【図５】本発明における第二実施例の全体構成図である。
【図６】実施例２おける加熱フィルムと加圧部材の当接部における圧力分布を示す図である。
【図７】実施例３の全体構成図である。
【図８】実施例３における加熱フィルム断面の概略構成図である。
【図９】実施例３における定着ニップ断面の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（実施例１）
本実施例は加熱部材として弾性層を有する薄肉フィルムを用い、保持部材として3本の回動するローラにより、薄肉フィルムを回動自在に支持しつつ加圧部材であるローラに圧接することでフィルムを安定駆動するものである。
【００２５】
さらに本実施例では加熱部材における基層と弾性層に透光性を持たせ、離型層に吸光性を持たせたため、輻射光は加熱部材表面である離型層を直接発熱させることが可能である。
【００２６】
以下、図３により説明する。
【００２７】
図３は本発明における実施例１の定着装置を具備したカラー画像形成装置の断面図である。
【００２８】
図３において２８は感光ドラムであり、アルミシリンダの外周面に有機感光体（OPC）又はアモルファスシリコン等の光導電体を塗布して構成することが可能である。
【００２９】
感光ドラム２８は不図示の駆動手段によって図示矢印方向に所定速度（例：５０〜３００ｍｍ／ｓｅｃ）で駆動され、帯電器２９にて表面を暗部電位（例：−７００Ｖ）に帯電される。
【００３０】
次に露光装置３０により感光ドラム２８上はマゼンタの画像模様に従い露光され、画像部のみ表面電位を明部電位（例:−１５０Ｖ）に低下せしめて静電潜像が形成される。
【００３１】
回転支持体３０に支持された現像装置２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄはそれぞれマゼンタ、シアン、イエロー、ブラック各色の現像材を含む。ここで各色現像材は懸濁重合法により合成され、球形で高い現像・転写効率を有する重量平均径６μｍのネガ帯電性トナーである。
【００３２】
該静電潜像はまずマゼンタの現像器２１ａが感光ドラム２８と対向するように３００μｍの間隙を以って配備され、一例としてＤＣ−５００ＶにＡＣ２ｋＶｐｐを重畳した現像バイアスによって現像されマゼンタトナー像として顕像化される。
【００３３】
顕像化された感光ドラム２８上のマゼンタトナー像は１０6〜１０9Ωに導電処理されたＰＶｄＦ等の中抵抗部材からなる中間転写ドラム２３に図示されていない転写電源から供給される転写バイアス（＋０．５〜２ｋＶ）を以って転写される。
【００３４】
中間転写ドラム上にＡ４サイズ１ページ分のマゼンタ画像を転写すると回転支持体２２が回転し、以上の工程をシアン、イエロー、ブラック各色について逐次行い、中間転写ドラム２３上に複数色のトナー像を形成する。
【００３５】
一方、ピックアップローラ２４はブラックトナー像と同期して転写紙カセット２５から転写紙Ｐを給紙する。転写ローラ３１に２次転写バイアス（＋１〜２ｋＶ）を印加することにより、転写紙Ｐには中間転写ドラム上のトナー像が転写され、定着装置２６に搬入される。
【００３６】
カラー画像を転写された転写材Ｐは、搬送手段により定着装置２６に搬送されて定着され、カラー印刷物として機外に排出されて排紙トレイ２０上に積載される。
【００３７】
なお、中間転写ドラム上の転写残トナーは帯電器３８によりポジ極性に帯電された後、感光ドラム２８上に回収され、感光ドラム２８上の転写残トナーと同様にクリーニング装置２７によって清掃される。
【００３８】
次に本実施例における定着装置１６について図１により詳しく説明する。
【００３９】
図１中の３は加熱フィルムであり、内部には発熱体であるところの出力５００〜１２００Wのハロゲンランプ１を備える。ここで輻射光源としては赤外線を効率よく、且つ高速に輻射すれば種類は問わず、ハロゲンヒータ以外にもキセノンランプ等を使うことも可能であるが、本実施例におけるハロゲンヒータ1は波長０．８μm以上の赤外線を投入電力の８５％以上の高効率で放射することが可能であり、また熱容量の小さなタングステンフィラメントを加熱することで輻射するため、高速な立上げと応答性を得る事を可能とする。
【００４０】
本実施例ではハロゲンヒータ中の発熱体のコイルをほぼ均等に巻くことで、セグメント化することなく画像域全域にわたり設置している。したがって発熱体をセグメント化した際のコイル間に生じる非コイル部での輻射光量低下を防ぎ、定着画像における長手方向での発熱体コイル跡（グロスむら、定着性むら）の発生を防止している。加熱フィルム３には温度検知手段であるサーミスタ６が設置され、サーミスタにより検出される加熱フィルム６の表面温度に従いハロゲンヒータ１には電力が供給され、投入電力の約９０％が赤外領域の波長である出力光として輻射される。
【００４１】
ハロゲンランプ１の周囲にはフィルム保持部材として、金属製の支持ローラ２a、２ｂ、２ｃが3本配設されている。加熱フィルム３は支持ローラ２により回動自在に支持され、加圧ローラ５と圧接される。
【００４２】
支持ステイ２aはステンレス、アルミニウム等の金属製ローラであり、より高速な立上げを実現するために肉厚０．３〜２ｍｍ程度の中空スリーブとしてもよい。支持ローラ２ａは下流加圧用であり、１０〜５０ｋｇｆにて加圧ローラ中心方向に加圧される。また支持ローラ２ｂは上流加圧用で、下流加圧ローラ２aよりも低い当接圧を実現するように１〜３０ｋｇで加圧ローラ中心に向けて加圧されている。支持ローラ２ｃはフィルム制御用で、加圧フィルム３を上方に張架することで支持ローラ2aと２ｂ間における張力を発生せしめ、加熱フィルム３を加圧ローラと密着させ、安定した定着ニップを形成している。さらに支持ローラ２ｃの片方の端部を不図示のカムにより上下動させることで加熱フィルム位置を軸方向に移動することができるため、不図示のフィルム位置検知手段からの情報に応じて支持ローラ２ｃを移動しフィルムの蛇行や片寄りを抑えることが出来る。
【００４３】
また支持ローラ2aは不図示の駆動モーターによって加圧ローラと等速に駆動され、同様に不図示の駆動モーターによって駆動される加圧ローラ４と等速に加熱フィルム３を回転する。
【００４４】
加圧ローラ５は厚さ１〜１０ｍｍのシリコーンゴム層をアルミ、ステンレス、鉄等の金属製の芯金上に設ける事で形成されており、表層にはトナー汚染防止用のフッ素樹脂層を有している。
【００４５】
ここで本実施例における加熱フィルム３について図２を用いて説明する。
【００４６】
加熱フィルム３は耐熱・摺動性に優れた厚さ２０〜２００μmの耐熱基層３ａ上に厚さ５０〜１０００μmの弾性層３ｂそして更に厚さ５〜５０μmの赤外線吸収層３ｃを設けたシームレスフィルムである。
【００４７】
フィルム基層３ａとしてはポリイミド、ポリアミドイミド、アラミド等の耐熱性樹脂を用いることが出来る。特にポリイミドフィルムは優れた機械強度と耐熱性を有すると共にハロゲンランプの放射する波長３μｍ以下の赤外光を８０％以上透過するため、本発明における表面加熱の効果をより効果的に得ることが出来る。
【００４８】
弾性層３ｂとしてはＬＴＶ、ＨＴＶ、ＲＴＶ等各種シリコーンゴム、もしくはフッ素ゴム等の耐熱性が高いゴム或いはスポンジが形成されており、柔らかく且つ永久歪の小さいものが用いられる。ここでトナー表面の凹凸に対応するだけの柔軟性を得るために弾性層の硬度としてはＪＩＳ−Ａ硬度で５０°以下の物が好ましい。またシリコーンゴムによる弾性層も波長３μｍ以下の赤外光を８０％以上透過させることが可能であり、効率的な表面加熱を実現する。
【００４９】
本実施例では加熱フィルム３のポリイミド基層３ａ上に設けられたシリコーンゴム層３ｂは厚さ５０〜１０００μmで形成されており、カラー画像における厚いトナー層に対しても均一な加圧がなされるように設定される。弾性層を保有しないハードローラもしくはフィルムを加熱部材として用いたカラー画像形成においては、定着画像中に多色トナー層と単色トナー層が近傍に存在すると単色トナー層部分への加圧が十分になされずに定着不良やＯＨＰにおける透過性不良が生じ易くなるのに対して、本実施例における弾性層を設けた加熱フィルムではトナー層の凹凸に対応するため多色トナー層と単色トナー層の双方への加圧が可能となり、したがってカラー定着画像においても均一な定着性とＯＨＰにおける高い透過性が得られた。
【００５０】
さらに弾性層３ｂ中には機械強度、電気抵抗や熱伝導率を調整するために微粒子を適宜分散しても良く、シリカ、酸化錫、酸化チタン、酸化亜鉛等の微粒子を分散することでゴムの圧縮永久歪を軽減する事が出来る。輻射光の散乱を抑えることで輻射光量を減衰を抑制することができ、本発明における弾性層中のフィラー微粒子の粒径としては透過する赤外線の波長以下とする事が好ましく、さらに好ましくは０．３μｍ以下であることが好ましい。
【００５１】
また本実施例においては弾性層中を熱伝導ではなく主に輻射により熱伝達を行うため、加熱部材表面に赤外線の吸収層３ｃを設けて加熱フィルム表面を発熱させている。
【００５２】
吸収層３ｃとしては従来のPFA、PTFE等フッ素樹脂からなる離型層中に赤外線吸収物質であるところのカーボンブラック、グラファイト等の炭素系粒子、または酸化鉄等の各種金属酸化物粒子を分散することで赤外光を良好に吸収する事が出来る。また赤外線吸収物質としてカーボンブラック等の導電体を用いることで表面の電気抵抗を低抵抗化することも出来、１０６〜１０１４Ω／ｃｍ程度に制御することで、静電オフセットを防止することも可能である。
【００５３】
ここで加熱フィルム中の輻射光量（実線）と温度分布（破線）について図２（ｂ）を用いて説明する。図２ｂの縦軸はフィルム断面における厚さ方向の位置ｙ、横軸は輻射光量（実践）と温度T（破線）を表している。加熱フィルム内部にあるハロゲンヒータが照射した輻射光はフィルム基層３aと、弾性層３ｂ中ではあまり減衰せず、加熱フィルム表面にある離型層３ｃにおいてその７０％以上を吸収されている。したがってフィルム表面側が高速に加熱されることになる（Ａ）。
【００５４】
一方従来の定着ニップにおいて熱伝導により同様のフィルムを加熱すると、Ａと同等の温度をフィルム表面にて得るためにはＢに示したようにフィルム内面を表面温度より相当高く（２０〜５０℃）設定する必要があった。
【００５５】
したがって本構成をとることによりフィルム内面温度を低下することが可能となり、熱伝導を用いた従来の定着装置よりも加熱部材表面を定着温度まで加熱するのに必要な熱量が低下し省エネが達成されると共に、加熱部材とりわけ弾性層の長寿命化も図られる。
【００５６】
またサーミスタ４としては接触式だけでなく、非接触式のサーモパイル等を用いてもよく、オフセットトナーが蓄積してサーミスタが誤動作したり、蓄積したトナーが転写紙に落下して画像汚染することも防止できる。
【００５７】
さらに本実施例に拠れば加熱フィルム中の弾性層３ｂは熱伝導性が低くむしろ断熱効果をもたらす。したがってニップを構成する支持支持ローラ２の温度は加熱フィルム内面からは積極的に上昇させる必要がなく、フィルム表面に蓄えられた熱量によってトナーおよび転写材を十分に加熱し、連続プリント時にも良好な定着性が実現される。
【００５８】
すなわち本実施例における定着装置に寄れば、加熱部材における支持部材を金属部材により形成し加圧ローラと圧接する事で定着ニップを形成したため、簡易な構成で介在する加熱フィルムを加圧ローラに対して従動駆動とすることが出来、定着装置の小熱容量化と高速な立上げが達成できる。
【００５９】
ここで本実施例では支持ローラ２ａと２ｂには異なる当接圧を印加する事で安定したフィルム駆動と、高品位な画像形成を可能にしている。図４は定着ニップにおける当接圧の分布を示しており、従来のローラ定着器における圧分布（点線）がニップ中央でピーク値を持っていたのに対し、本実施例における圧分布（実線）ではニップ下流側にピークがあるためニップ内には下流方向へ張力が発生するため、可撓性が高い薄肉フィルムでも安定して駆動することが可能である。ここで当接圧の分布はニッタ工業製タクタイルセンサシートにより測定を行った。
【００６０】
また同じ加圧力にて比較すると圧分布をシャープにする事でそのピーク値を従来ローラ定着器と比べて約２倍程度にすることができる。したがって転写材上のトナーを十分に潰してトナー同士そしてトナーと転写材を結合させる事が可能となるため、高い定着性を得る事ができる。
【００６１】
さらに本実施例における定着器においてはその加圧ピークがニップ下流であるため、ニップ通過により溶融したトナーを強固に転写材に押し付けることが可能となる。したがってフィルム高温時にトナーが溶融しすぎて加熱部材に付着してしまう、所謂ホットオフセットも低減し、高い光沢性を得ると共に、加熱部材・加圧部材への汚染が少ない安定した画像形成が可能となる。
【００６２】
ここで支持ローラ2aはローラの軸方向に対して凸型を形成するクラウン形状とすることもできる。可撓性を有する薄肉の加熱フィルムは高速に回転するとしわを生じやすく、フィルムに生じたしわは定着不良を生じるだけでなく、長期的にはフィルムが折れて破断することがある。とりわけ高圧を印加する下流側の支持ローラ2aではローラが撓む事によってフィルムにしわが入りやすいため、そこで本実施例では下流側支持ローラ２ａをクラウン形状とする事でフィルム表面に軸方向中央から端部に向かう張力を発生しフィルムしわの発生を抑えている。
【００６３】
ここでクラウン量としては十分な張力を得るために０．１ｍｍ以上設ける事が好ましく、また大きすぎると定着ニップに搬入された転写材を均等に加圧できなくなり光沢ムラや定着不良を生じるため２ｍｍ以下が好ましい。
【００６４】
なお本実施例では加熱フィルムとして基層、弾性層と離型層からなる３層構成としたが、その中間に例えば導電プライマ−層や接着層を入れて４層以上の構成としても本実施例における効果を得る事ができる。
【００６５】
また本実施例ではフィルム保持部材として３本の支持ローラを用いたが、本発明はこれにとどまらず２本もしくは４本以上の支持ローラを用いて同様の圧分布を設けても本発明の効果を得ることは可能である。
【００６６】
（実施例２）
本実施例は加熱フィルム保持部材をローラではなく、定着装置に固定された低熱容量の支持ステイとし定着装置のオンデマンド化を図ると共に、フィルム自体は従動回転とし、サーフ定着器同様に加圧ローラによりフィルム駆動することでテンションレスにて支持することでフィルムの蛇行等を抑制し、簡易な構成にて安定したフィルム駆動を実現したものである。
【００６７】
以下図５により本実施例における定着装置を説明する。図５は加熱フィルム端部側面から見た概略断面図であり、簡略のため実施例1と同様の部品には同一の記号をつけてある。
【００６８】
図５における加熱フィルム３は実施例１同様にハロゲンランプ１を内包し、支持ステイ６によって加圧ローラと圧接され定着ニップを形成している。
【００６９】
加熱フィルム３は不図示のモータにより駆動される加圧ローラにより従動回転とされ、加圧ローラ、転写材である紙と等速度にて回転する。
【００７０】
本実施例では加熱フィルム３の内部にガイド部材７が２本配置され、加熱フィルムにより直進性を与え蛇行を抑制すると共に、加熱フィルムとハロゲンランプ１の接触を防止している。ガイド部材７はアルミニウムやステンレス等の金属製スリーブから構成され、フィルム軸方向全域に亘り、軸と平行に配置される。ここでガイド部材７は金属部材とすることで良好な熱伝導性により、加熱フィルムの軸方向における温度ムラ、特に小サイズ紙を定着したさいにおける昇温を抑え、安定した画像形成を可能とする。
【００７１】
加熱フィルムはサーミスタ４により表面温度を検知され、所定温度（１６０〜１９０℃）になるよう不図示の定着電源によりハロゲンヒータをオン／オフされ、温度制御されている。
【００７２】
ここで本実施例における支持ステイ６について詳しく説明する。支持ステイ６は耐熱性・機械強度・そして低熱容量を満たすように厚さ０．３〜２ｍｍのアルミ、ステンレス、鉄、銅といった金属材料の薄板より形成される。支持ステイ６は金属薄板のプレス加工によりニップを形成する底板部と、フィルムをガイドするエッジ部が形成され、さらに底板部には通紙方向下流側に加圧ローラへ向かう突起が設けられている。
【００７３】
本実施例では支持ステイ６に加圧ローラ方向に凸形状とされた突起部を設けることで実施例１同様にニップ内において圧分布を発生させている。
【００７４】
ここで本実施例における突起の効果を図６により説明する。支持ステイ６の底板部に突起を設けると、４〜１０ｍｍという比較的狭い定着ニップ内においても実施例１同様にシャープな圧分布が得られ、本発明における効果を得ることが出来る。突起を設けた底板部では（実線）、突起を設けないストレートな底板部（点線）と比べて、同等な総加圧力を定着ニップに印加した場合に約２倍程度のピーク圧を得る事が出来る。さらにニップ後半に突起を設けた事でストレートな底板部と比較して広いニップ幅を得る事ができる。したがって突起を設けない場合と比べてニップ中の滞留時間を長くすることができ、転写材上のトナーは十分な熱量を加熱フィルムから受け取ることが可能となる。またニップ後半で大きな当接圧を印加できるため、転写材上のトナーを十分溶融した段階で潰してトナー同士、そして紙へと押し付け、良好な定着性を得る事ができた。
【００７５】
突起の幅としてはニップ幅の１０〜５０％が好ましく、ニップ幅の１０％以下ではフィルム表面で突起をつけた効果が見られなくなり、また５０％より大きいとシャープな圧分布が得られず本実施例における効果が得られなくなった。
【００７６】
また突起の高さとしては０．２〜２ｍｍのものが好ましく、０．２ｍｍより小さいと弾性層の影響により突起の効果が見られなくなり、また２ｍｍより大きいと駆動トルクが増大してフィルムの安定した駆動が難しくなった。
【００７７】
また突起の形状としては実施例では三角形状とされているが、本発明はそれに留まらず、突起形状を丸型、四角形状としても本実施例の効果を得ることは可能である。
【００７８】
ここで支持ステイとフィルム内面の摺動性を向上するため、フィルム内面にフッ素グリースやシリコーングリス、シリコーンオイルといった各種摺動剤を塗布しておくこともできる。摺動剤はニップ内部である突起の上流側に常に一定量確保されるため、支持ステイとフィルムとの摩擦を低減し、フィルムの回転速度を環境によらず一定に保つ効果が得られる。
【００７９】
すなわち本実施例における定着装置に拠れば、支持部材に低熱容量の支持ステイに突起を設けることで優れた定着性能を実現できた。またホットオフセットが少なく長期にわたり安定したオンデマンド定着装置を提供できるようになった。
【００８０】
（実施例３）
本実施例は加熱フィルムを4層構成とすると共に、支持ステイのニップ下流側に小径ローラを設け、定着装置における良好な圧分布ならびに加熱効率と、フィルムの回転安定性を実現したものである。
【００８１】
以下図７により本実施例における定着装置を説明する。
【００８２】
加熱フィルム１０は実施例１同様にハロゲンランプ１を内包し、加熱フィルム１０を回動自在支持する支持ステイ８ならびにガイド部材７によって加圧ローラ５と圧接され定着ニップを形成している。本実施例において加熱フィルム１０の温度はサーモパイル１１によってフィルムと非接触で表面温度を検知される。サーモパイルの出力信号に基づいて不図示の定着電源は適宜ハロゲンランプ１へ電力供給を行い、フィルム表面を１６０〜１９０℃という一定温度に保っている。本実施例ではサーモパイル１１によりフィルムと非接触にて温度計測するため、フィルムに傷をつけることなく、長期にわたり安定した画像形成を行うことが出来る。
【００８３】
図７中の１０は加熱フィルムであり、前述の実施例では加熱フィルムにおいて離型層中に赤外線吸収物質を分散させたが、本実施例では赤外線吸収層と離型層を別途に設けているので図８により詳しく説明する。
【００８４】
加熱フィルム１０は実施例２同様のポリイミド等の基層１０ａ、シリコーンゴムによる弾性層１０ｂを有し、さらに弾性層上に発熱層としてシリコーンゴム中にカーボンブラックを形成した赤外吸収層１０ｃと、離型層１０ｄであるパーフルオロアルコキシエチレン共重合体（PFA）、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のフッ素系樹脂を離型層と最外層として設けた。前述の実施例と異なり、赤外吸収層を別途設けることで離型層中にカーボンブラック等の赤外吸収剤を分散する必要がなくなる。したがって最表層におけるＰＦＡ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂の比率を上げることができ、長期使用時にも良好な離型性を維持することで定着装置の寿命を延ばすことが可能となった。
【００８５】
また本実施例において赤外吸収層はフィルム最表層ではなくなるため表面加熱の効果が薄れる傾向があるが、最表層の離型層１０ｄを十分薄くすることで本発明における効果を得ることができる。したがって最表層の離型層の厚さとしては５〜５０μmであることが好ましく、５０μmより厚いと表面加熱の効果が得られにくくなり、一方で５μmより薄いと均一な離形性を得ることが難しくなった。
【００８６】
また本実施例では支持ステイ８の下流側に小径のローラ９を設けてあり、前述の実施例同様にニップ下流部を局所的に加圧する。以下図９（ａ）により説明する。
【００８７】
小径ローラ９としては直径１〜５ｍｍの金属もしくはセラミックのローラもしくはスリーブを用いる事が出来、本実施例では一例として直径2mmのアルミローラ９を用いた。支持ステイ８の下流側にはアルミローラ９が略半周収納されるような半円柱状の溝が、長手方向に平行に入っており、アルミローラ９を回動自在に支持する。
【００８８】
本実施例における効果を得るためには小径ローラ９の直径としては定着ニップ幅の１０〜５０％であることが好ましく、１０％より小さいと十分なピーク圧が得られなくなり、５０％を超えるとシャープな圧分布が得られずに本実施例の効果を得ることが出来なくなった。
【００８９】
また支持ステイ８の凹みの深さに関しては小径ローラ９の直径の５０〜９０％が好ましく、５０％に満たないと小径ローラの保持が難しくなり、また９０％を超えると小径ローラにおいてピーク圧を得る事が難しくなった。
【００９０】
このような構成をとることによって定着ニップの圧分布を実施例２とほぼ同等とすることが可能となった（図６）。
【００９１】
ここで支持ステイとフィルム内面の潤滑性を向上するため、フィルム内面にフッ素グリースやシリコーングリス、シリコーンオイルといった各種摺動剤を塗布しておくこともできる。摺動剤を塗布する事でフィルムとの摩擦を低減し、フィルムの回転速度を一定に保つと共に、アルミローラ９と支持ステイ８の空隙にも潤滑剤が入り込むことでアルミローラ９を安定して回転させることもできる。
【００９２】
また本実施例ではアルミローラ９を従動としたが、外部からモータ等により加圧ローラと同等の速度で駆動しても本実施例における効果を得る事も可能である。
【００９３】
また図９（ｂ）にしめしたように対磨耗性を向上させるために支持ステイ上にアルミナやガラス等のセラミック部材からなる摺動面１２を別途設ける事もでき、フィルムとの摩擦面、小系ローラとの摩擦面共に対磨耗性を持たせることで、より長期にわたって安定したフイルム駆動を達成できる。
【００９４】
すなわち本実施例に拠れば定着ニップの下流に小径のローラを加熱フィルムと支持ステイの間に設ける事で、ニップ下流側の当接圧を向上することができた。またニップ下流側に設けられた小径ローラは回動可能としたためフィルムの駆動トルクを増加させることなく高い当接圧を定着ニップ下流にて印加できるようになった。したがって本発明の効果であるトナーが溶融した段階で高い圧力を印加できるため、トナーを効果的に潰すと共に紙に押し付け、高い定着性と均一な光沢性を得る事が可能となった。したがって高画質が要求されるカラー画像においても高速かつ安定したオンデマンド定着装置が供給できるようになった。
【符号の説明】
【００９５】
１  ハロゲンランプ
２  支持ローラ
３  加熱フィルム
４  サーミスタ
５  バックアップローラ
６  支持ステイ
９  小径ローラ
１０  加熱フィルム
１１  非接触サーミスタ
【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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