(57)【要約】【課題】  熱ローラ方式の加熱定着装置で実現された定着スピード等と、フィルム加熱方式の加熱定着装置で実現されたオンデマンド性、待機時の省電力性を併せ持たせる事を可能とし、かつハーフトーン画像を含む画像を高画質状態で加熱定着でき、紙種や通紙モードに依存しない一貫して安定した紙搬送性を実現すること。【解決手段】  加熱用ローラを外部より加熱する加熱手段を有し、該加熱用ローラと加圧部材との圧接により形成されるニップ部に、未定着トナー像を形成した記録材を通過させることで該未定着トナー像を記録材上に加熱定着させる加熱定着装置において、  前記加熱用ローラの基体はセラミック多孔質体から成り、該基体上に弾性層を長手方向に対して中央部よりも両端部の方が厚くなるように形成することで逆クラウン形状とし、この逆クラウン量が30μmから240μmであること。【選択図】  図１
2008139665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部より加熱される加熱用ローラにおいて、該ローラ基体がセラミック多孔質体であり、該基体上に不均一な厚みの弾性層を形成していることを特徴とする加熱用ローラ。
【請求項２】
前記弾性層の厚みが、前記加圧ローラの長手方向に対して中央部よりも両端部の方が厚くなるように形成し、逆クラウン形状を付与させたことを特徴とする請求項1に記載の加熱用ローラ。
【請求項３】
前記加熱用ローラ基体上に形成された弾性層によって与えられる逆クラウン量が30μmから240μmであることを特徴とする請求項2に記載の加熱用ローラ。
【請求項４】
該加熱用ローラの弾性層上に離型層が形成されていることを特徴とする請求項１から３に記載の加熱用ローラ。
【請求項５】
加熱用回転体を外部より加熱する加熱手段を有し、該加熱用回転体と加圧部材との圧接により形成されるニップ部に、未定着トナー像を形成した記録材を通過させることで該未定着トナー像を記録材上に加熱定着させる加熱定着装置において、
前記加熱用回転体は、基体がセラミック多孔質体から成る加熱用ローラであり、該基体上に不均一な厚みの弾性層を形成していることを特徴とする加熱定着装置。
【請求項６】
前記弾性層の厚みが、前記加圧ローラの長手方向に対して中央部よりも両端部の方が厚くなるように形成し、逆クラウン形状を付与させたことを特徴とする請求項５に記載の加熱定着装置。
【請求項７】
前記加熱用ローラ基体上に形成された弾性層によって与えられる逆クラウン量が30μmから240μmであることを特徴とする請求項6に記載の加熱定着装置。
【請求項８】
該加熱用ローラの弾性層上に離型層が形成されていることを特徴とする請求項５から７に記載の加熱定着装置。
【請求項９】
加圧用部材が弾性層と離型層で形成された弾性ローラであることを特徴とする請求項5から8に記載の加熱定着装置。
【請求項１０】
前記外部加熱手段が、輻射加熱手段、もしくは接触による直接加熱手段であることを特徴とする請求項5から9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、外部加熱手段によって加熱される加熱用ローラ及び、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該加熱用ローラを具備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を、互いに圧接して回転する加熱ローラと加圧ローラとで形成されるニップ部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上に永久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４にその熱ローラ方式の加熱定着装置の概略構成を示す。加熱ローラ10は、アルミニウムやステンレス製の中空芯金15の内部にハロゲンランプ等の加熱体16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。加熱ローラ表面の温度をサーミスタ等の温度検知手段17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17で検知される加熱ローラ表面温度が一定になるように加熱体16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加熱ローラ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】
上記の加熱ローラ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上に熱と圧力で永久固着画像として定着させるものである。
【０００６】
但し、上記加圧力を加え過ぎると、金属製の芯金が撓んでしまい、定着ニップ部Nの長手方向において中央よりも端部の方がニップ幅は広がり、加圧力も高くなってしまう問題が発生するので注意が必要である。
【０００７】
加熱ローラ10及び加圧ローラ20の外部形状は、長手方向で中央部が細く、両端部で太い逆クラウン形状に金型で成形されており、このように適切な逆クラウン形状にすることによって定着ニップ部N内で中央部より周速の速い両端部が記録材Pを両端側に引っ張りながら挟持搬送するため、紙しわなどの現象を発生させることがない紙搬送を可能としている。
【０００８】
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、上記加熱ローラ10の中空芯金15と離型性層11の間にシリコーンゴム等の厚み２ｍｍ程度の弾性層を設けたものもあり、軟らかくなった加熱ローラ表面で記録材上のトナーを包み込むことで、記録材およびトナーへの熱の伝搬効率を向上させている。
【０００９】
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。
【００１０】
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例が特開昭６３−３１３１８２号公報・特開平２−１５７８７８号公報・特開平４−４４０７５号公報・特開平４−２０４９８０号公報等に提案されている。図5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5において、40はフィルムアセンブリであり、アルミナ、チッ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Ｎを形成させてある。
【００１１】
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。
【００１２】
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、ウエイ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。
【特許文献１】特開昭６３−３１３１８２号公報
【特許文献２】特開平２−１５７８７８号公報
【特許文献３】特開平４−４４０７５号公報
【特許文献４】特開平４−２０４９８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上述した各種従来方式の加熱定着装置は相互間の対比においては一長一短を有しており、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では、高速性、耐久性等の点では、熱ローラ方式の加熱定着装置が優れている。
【００１４】
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を有する加熱ローラ10が必要となってくるが、従来の加熱ローラ10は熱容量が大きく、熱伝導の悪い弾性層12を介した内面からの伝熱により加熱ローラ10表面を所定温度に昇温させるために要する時間は長く、通電制御による加熱ローラ10表面温度の温調反応が遅くなっている。
【００１５】
この加熱ローラ10は、内部加熱のため熱膨張を起こし、加熱状態によって外部形状が大きく変動してしまう。紙の搬送性は加熱ローラ10の形状、特に逆クラウン量に大きく影響を受けるが、前記内部加熱による表面昇温の遅さから通紙する紙や通紙モードによる加熱ローラの加熱状態によって刻々と外部形状が変化してしまう。例えば数枚のプリントを数秒ごとに繰り返し行う間欠プリントでは、プリント間のたびに加熱ローラは急激に加熱され、プリント毎に加熱ローラの温度は上昇し逆クラウン量が大きなるため、紙搬送性も大きく変わってしまう。また、ある範囲の公差を持つ加熱ローラ10を熱膨張も考慮しながら狭い範囲の効果的な逆クラウン量に成形することは大変厳しく、熱膨張量も加熱ローラ10によるばらつきがあるため、外部形状を精密に制御し一貫して安定した紙搬送性を得ることは大変困難である。
【００１６】
加熱ローラ10の弾性層は逆クラウン形状であるため、この厚みの不均一から熱伝導も不均一となってしまう。そのため内部加熱による表面昇温の速さは、長手方向に対して中央部で速く、両端部で遅くなってしまうことから、定着性に差が出てしまっていた。そこで両端部の昇温を中央部と同程度に速める為に、中空芯金内の加熱体16は両端部が中央部よりも強く発熱するように工夫されている。
【００１７】
ところで小サイズ紙を連続プリントする場合において、小サイズ紙が通らない加熱ローラの両端部は、紙に熱を奪われないために過剰に加熱されてしまう傾向がある。ところが前記の両端部を強く加熱する工夫を採用したことによって、小サイズ紙を連続プリントする場合には、加熱ローラ10の両端部が更に加熱されて溶けてしまう等の問題が発生してしまう。この両端部の異常昇温を防止するために、小サイズ紙をプリントする場合には、一分間あたりのプリント枚数を大幅に低減させる制御を働かせることで対応を取っている。例えば、普通紙を一分間に40枚プリントできる画像形成装置では、小サイズ紙プリント時では一分間に20枚まで低減（50％減）させている。
【００１８】
消費電力の点では、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の長さと、さらにスタンバイ中もある程度加熱ローラ10を加熱しておく必要性から消費電力が多く、また、加熱ローラ10の熱容量の大きさから、加熱ローラ10を所定温度に昇温させるために必要な電力は大きいといった問題点を有している。
【００１９】
これら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。ただ、更なる改善点として、定着フィルム41の剛性の高さに起因するトナー像との密着性の低下にて、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することが要望されている。
【００２０】
また、フィルム加熱方式では、耐久性の悪化防止のため強い加圧力をかけることが困難であり、定着スピードをさらに速めるためには、定着により多くの熱エネルギーとこの熱エネルギーを効率よく定着に用いるためにニップ幅Nの増加が必要となり、プリント時の消費電力の増加と加圧ローラ径の増大を招いてしまう。
【００２１】
また、前記理由で加圧力が比較的弱いことからフィルムと加圧ローラの摩擦力が弱い、該フィルム表面は離型層のため加圧ローラとは滑りやすい、また該フィルム内面はヒータとの摺擦によって滑らかさが悪化するためにフィルム内面とヒータのトルクが上昇してしまう等の理由によって、耐久が進むとフィルムの回転が加熱ローラの回転に遅れやすくなり、このフィルムの遅れがハーフトーン等の画像をわずかに擦ることによって画質が悪化することもある。
【００２２】
そこで本発明は、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それぞれの優位点を併せ持たせた、即ち熱ローラ方式の加熱定着装置で実現された定着スピード等と、フィルム加熱方式の加熱定着装置で実現されたオンデマンド性、待機時の省電力性を併せ持たせる事を可能とし、かつハーフトーン画像を含む画像を高画質状態で加熱定着でき、一貫して安定した紙搬送性を実現できる加熱用ローラ及び該加熱用ローラを具備した加熱定着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は下記の構成を特徴とする加熱定着装置である。
【００２４】
（１）外部より加熱される加熱用ローラにおいて、該ローラ基体がセラミック多孔質体であり、該基体上に不均一な厚みの弾性層を形成していることを特徴とする加熱用ローラ。
【００２５】
（２）前記弾性層の厚みが、前記加圧ローラの長手方向に対して中央部よりも両端部の方が厚くなるように形成し、逆クラウン形状を付与させたことを特徴とする（１）に記載の加熱用ローラ。
【００２６】
（３）前記加熱用ローラ基体上に形成された弾性層によって与えられる逆クラウン量が30μmから240μmであることを特徴とする（２）に記載の加熱用ローラ。
【００２７】
（４）該加熱用ローラの弾性層上に離型層が形成されていることを特徴とする（１）から（３）に記載の加熱用ローラ。
【００２８】
（５）加熱用回転体を外部より加熱する加熱手段を有し、該加熱用回転体と加圧部材との圧接により形成されるニップ部に、未定着トナー像を形成した記録材を通過させることで該未定着トナー像を記録材上に加熱定着させる加熱定着装置において、
前記加熱用回転体は、基体がセラミック多孔質体から成る加熱用ローラであり、該基体上に不均一な厚みの弾性層を形成していることを特徴とする加熱定着装置。
【００２９】
（６）前記弾性層の厚みが、前記加圧ローラの長手方向に対して中央部よりも両端部の方が厚くなるように形成し、逆クラウン形状を付与させたことを特徴とする（５）に記載の加熱定着装置。
【００３０】
（７）前記加熱用ローラ基体上に形成された弾性層によって与えられる逆クラウン量が30μmから240μmであることを特徴とする（６）に記載の加熱定着装置。
【００３１】
（８）該加熱用ローラの弾性層上に離型層が形成されていることを特徴とする（５）から（７）に記載の加熱定着装置。
【００３２】
（９）圧用部材が弾性層と離型層で形成された弾性ローラであることを特徴とする（５）から（８）に記載の加熱定着装置。
【００３３】
（１０）外部加熱手段が、輻射加熱手段、もしくは接触による直接加熱手段であることを特徴とする（５）から（９）に記載の加熱定着装置。
【発明の効果】
【００３４】
セラミック多孔質体は断熱性に格段に優れる。このセラミック多孔質体をローラ基体とし、該ローラ基体の外周面に少なくとも弾性層を設けて加熱ローラとなし、該加熱ローラをローラ外側から加熱する外部加熱手段と組み合わせることで、該ローラの表層部である弾性層に必要な熱量を蓄熱させて加熱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となり、加熱装置にオンデマンド性・小電力性を具備させることが可能となる。
【００３５】
また剛性・断熱性を有し熱膨張係数がきわめて小さいセラミック多孔質を基体とする加熱ローラと外部加熱手段との組み合わせは、加熱ローラの昇温による熱膨張がほとんど無く、通紙時の外部加熱により加熱ローラへの迅速な熱エネルギーの補給ができるため、加熱ローラの表面温度及び外部形状が安定し、紙種や通紙モードに依存しない一貫して安定した紙搬送性を可能とする。
【００３６】
また剛性を有するセラミック多孔質体を加熱ローラの基体に用いることで、加熱ローラをほとんど撓ませること無しに加圧用回転体とのニップ部加圧力を必要十分に高めることができるので、熱ローラ方式と同様の被加熱材の加熱（定着）スピード性等を具備させることができ、被加熱材の均一な加熱処理を行うことが可能となるうえ、十分な加圧力をニップ部に与えることで定着に必要な熱エネルギーを軽減できるため、プリント時の消費電力の低減を図ることができる。
【００３７】
また、該加熱ローラ基体はセラミック多孔質体であるため、安定した紙搬送性のために必須である逆クラウン形状に該ローラ基体自身を成形することはできないが、該ローラ基体上の弾性層の厚みを両端で厚く中央部に向かうほど薄い逆クラウン形状に成形することで、紙しわを発生させない安定した紙搬送性を実現する上、多孔質な基体表面を該弾性層で滑らかに成形することで、ハーフトーンを含む画像の高画質な加熱定着も可能となる。
【００３８】
本発明の加熱ローラは、熱ローラ方式と同様に弾性層の厚みが不均一であるが、外部加熱による均一な加熱によって熱ローラの表面温度も長手方向で均一となる。そのため熱ローラ方式で問題になった長手方向での定着性ムラは発生せず、また小サイズ紙を連続プリントとした場合の加熱ローラ両端部は熱ローラ方式ほど昇温しないため、溶けるといった問題が起きづらく、一分あたりのプリント枚数を制御する場合でも、熱ローラ方式ほどプリント枚数を低減しなくとも（例えば普通紙プリント時の20％減で）対応が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
〈実施例１〉
（１）加熱定着装置例
図１は加熱定着装置の一例の概略構成図である。10は加熱ローラ、20は加熱ローラ10とニップ部Ｎを形成する加圧ローラ、30は加熱ローラ10をローラ外側から加熱する外部加熱手段である。
【００４０】
図2は加熱ローラ10の断面図である。この加熱ローラ10は、ローラ基体（基材）14がセラミック多孔質体であり、該ローラ基体14の外周面に、弾性層としてシリコーンゴム層12を形成具備させ、更にその外周面に離型層（表層）としてフッ素ゴム層11を形成具備させた構成のものである。
【００４１】
より具体的には、ローラ基体14として、ガラスを基材とした、外径ほぼ１8ｍｍ、内径ほぼ８ｍｍ、嵩密度０．５５ｇ／ｃｍ3、気孔率７９％の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(登録商標)Ａ）を用い、このローラ基体14の外周面にプライマ−処理を施して、液状シリコーンゴム（ＤＹ３５‐５６１Ａ／Ｂ：東レ・ダウコーニングシリコーン社製）をブレードコート法でコートし、１３０℃で３０分加熱硬化し、続いて２００℃に設定されたオーブン内で４時間の二次加硫を行った。
【００４２】
弾性層12としては、紙搬送性を向上させるために、両端部の厚みが1.0mmで中央に向かうにつれて細く、中央部は厚み0.95mmとし、該弾性層の厚みで前記ローラ基体上に逆クラウン形状のシリコーンゴム層12を形成した。
【００４３】
逆クラウン形状をセラミック多孔質体で形成し、その上に均一の厚みを持った弾性層を形成する方法も考えられるが、セラミック多孔質体は、成形工程において押出成形法、プレス成形法などで成形されるため、その形状は柱状や円筒状に成形し易く、逆クラウン形状などに成形することは困難である。また柱状や円筒状のセラミック多孔質体の中央部を削ることによって逆クラウン形状とすることもできるが、セラミック多孔質体の剛性のため、削るのに手間と時間がかかり、コストも割高となってしまう。ゆえに本発明のように弾性層の厚みによって逆クラウン形状を付与する方法が一番好ましい。
【００４４】
該シリコーンゴム層12の表面を所定のプライマー処理（ＧＬＰ１０３ＳＲ：ダイキン工業株式会社）を施した後、フッ素ゴムラテックス（ＧＬＳ２１３：ダイキン工業株式会社）を厚さが約３０μｍになるようにスプレー塗工し、７０℃で乾燥後、設定温度３１０℃のオーブン内で３０分焼成して表層を形成した。この結果、フッ素ゴムラテックス中のフッ素樹脂がおよそ１から3μｍの表層を形成して良好な離型層11を形成することが出来た。
【００４５】
次に、φ８ｍｍのアルミ製芯金13をローラ基体14の内径部にエポキシ樹脂系接着剤で固定し、加熱ローラ10としての、ゴム長240ｍｍ、中央外径19.9ｍｍ、両端外径20ｍｍのシリコーンゴム断熱性ローラを調製した。ここで該加熱ローラ10の逆クラウン量は（両端部の外径）―（中央部の外径）＝0.1ｍｍ=100μmである。
【００４６】
このような構成をとることで、加熱ローラ10としての熱伝導率は０．０５〜０．１Ｗ／ｍ・Ｋという断熱性の高いロールを得ることができる。
【００４７】
これは、通常のシリコーンゴムのソリッドの場合の０．３Ｗ／ｍ・Ｋに比較しても格段に断熱性が改善されている。また、従来のスポンジでの熱伝導率では、永久ひずみを防止するために下限に限界があって０．１〜０．２Ｗ／ｍ・Ｋが限界であった。スポンジの場合には断熱性を増すために、発泡率をさらに上げていくと硬度が低下してしまい圧がかかりにくくなったり、永久ひずみが生じたりすることもあり、また圧をかけ過ぎると加熱ローラ10自体が撓んでしまうといった欠点があるが、本実施例では、スポンジの代わりに、加熱ローラ10の基体14として剛性を有するセラミック多孔質体を用いているので、断熱性を保ちつつ十分に加圧力をかけることができ、加熱10ローラに永久ひずみや撓みが生じることはほとんどない。また表層部分には熱を蓄えるために必要な最小限度の熱容量を有するゴム層12をもっているため、外部加熱した熱を被加熱体に受け渡すためにはより適している構成になっている。
【００４８】
上記の加熱ローラ10は芯金13の両端部を軸受を介して装置側板間に回転自在に軸受保持させて配設してあり、不図示の駆動系により矢印の時計方向に所定の周速度にて回転駆動される。
【００４９】
本発明において利用できるセラミック多孔質体14は、熱劣化や経時変化に優れかつ被加熱材（記録材P）に高い加圧力を与えるセラミック材料の中で、薄厚のゴム弾性層の弾性を生かすことのできる多孔質である。以上の条件により、被加熱材（記録材P）の凹凸によらず均一な加圧/定着性を得る材料である。
【００５０】
本発明において利用できるセラミック多孔質体14の各物性の実用範囲は、嵩密度：0.35〜1.80g/ｃｍ２、気孔率：30-90%、熱伝導率：0.1W/m・K以下である。
【００５１】
加圧ローラ20は、芯金23と、この芯金周りに同心一体にローラ状に形成した中実のシリコーンゴム層22からなる耐熱性・弾性ローラである。
【００５２】
この加圧ローラ20は加熱ローラ10の下側に並行して配列し、芯金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シリコーンゴム層22の弾性に抗して加熱ローラ10の下面に所定の加圧力をもって圧接させて所定幅のニップ部Ｎを形成させてある。
【００５３】
加圧ローラ20は前記の加熱ローラ10の回転に連動して加熱ローラ10の回転方向に順方向に回転して、ニップ部Ｎに記録材Pが導入されたとき加熱ローラ10と協働して記録材Pを挟持搬送する。
【００５４】
本実施例１において、加熱ローラ10をローラ外側から加熱する外部加熱手段30はフィルム加熱方式のヒータユニット（熱供給ユニット）である。
【００５５】
31は外径２0ｍｍ・厚み６０μｍのエンドレス（円筒状）の耐熱性フィルム、32は加熱体としてのセラミックヒータ、33は横断面略半円弧状樋形のフィルムガイド部材である。ヒータ３２はフィルムガイド部材33の外面側の略中央部にフィルムガイド部材長手方向に形成具備させた嵌め込み溝内に嵌め入れて固定支持させてある。エンドレスフィルム31は、ヒータ32を含むフィルムガイド部材33にルーズに外嵌させてある。
【００５６】
フィルム31は熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、フィルム膜厚は１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の耐熱性のあるＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰの単層、あるいはポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等の外周表面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等をコーティングした複合層フィルムを使用できる。
【００５７】
フィルムガイド部材33は耐熱性で剛性のある部材であり、例えば、ＰＰＳや液晶ポリマー、フェノール樹脂といった耐熱樹脂に、ガラスを入れて強度を増したもの等である。これらの樹脂は成型用の型に注入されて用いられる。
【００５８】
ヒータ32は、細長いセラミックなどの絶縁基板の表面にその長手に沿って銀・パラジウム合金粉末等のペーストを線状もしくは帯状に塗布焼成して低熱容量の通電発熱抵抗体を形成した加熱ヒータ32（セラミックヒータ）であり、熱伝導性や熱応答性に優れ、加熱ローラ10表面を急激に加熱することができる。またこの加熱ヒータ32の表面にはPI等の耐熱性・離型性の良い部材がコーティングされており、加熱ローラ10との摺擦にも耐久できる構成となっている。このヒータ表面側を外側に露呈させてフィルムガイド部材33に固定支持させてある。
【００５９】
上記のフィルム31・ヒータ32・フィルムガイド部材33等で外部加熱手段としてのヒータユニット30が構成されており、このヒータユニット30のヒータ32側を加熱ローラ10に対して対向させて加熱ローラ10に並行に配列し、フィルムガイド部材33を不図示の付勢手段にて加熱ローラ10の軸線方向に加熱ローラ10の弾性体層12の弾性に抗して所定の押圧力で押圧して、フィルム31を介してヒータ32を加熱ローラ10の外面に圧接させている。
【００６０】
ヒータユニット30のエンドレスフィルム31は、加熱ローラ10の回転に伴い、この加熱ローラ10の外面とフィルム31の外面との圧接摩擦力でフィルム31に回転力が作用して、該フィルム31がその内面がヒータ32の表面（外面）に密着して摺動しながら矢印の反時計方向に加熱ローラ10の回転周速度に略対応した周速度をもってフィルムガイド部材33の外回りを回転状態になる。ヒータ32とフィルム31の内面との間に耐熱性グリス等の潤滑剤を介在させることで、上記のフィルム31の回転をより滑らかなものにすることができる。
【００６１】
加熱ローラ10が回転駆動され、それに伴ってヒータユニット30のエンドレスフィルム31が回転状態になり、ヒータ−32に通電がなされて該ヒーター32が発熱し所定の温度に温調制御されることで、回転する加熱ローラ10の外面がフィルム31を介してヒータ32の熱で所定の定着温度に加熱される。ここで、ヒータ32の制御温度は、通紙枚数に応じて変化させる方法やあるいは、加熱ローラ10自体にサーミスタ等の検温素子を接触させて温度を検知して調整してもよい。
【００６２】
そして加熱ローラ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、加熱ローラ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。
【００６３】
このような構成をとることによって、被加熱材である記録材P上のトナー像の凹凸に対して加熱ローラ10の表面が弾性体層12の弾性により追従するために、熱を凹凸の凹部に対しても供給可能になるので、カラー画像や表面の粗いボンド紙といったものに対しても、ムラのない良好な定着画像を得ることが可能となる。
【００６４】
本構成の特徴としては、基体がセラミック多孔質体13である低熱容量の加熱ローラ10と、外部加熱手段として加熱効率の良いフィルム加熱方式のヒータユニット30を用いている。そのためウォームアップ時や通紙時も、素早く加熱ローラ10表面を所定温度に温めることが可能であり、ウォームアップタイムの短縮、また消費電力の低減を実現することができる。また、フィルム加熱方式と比較すると、セラミック多孔質体13の剛性により、強い加圧力をかけることもできるため、その分定着に必要な熱エネルギーが抑えらることによって、より消費電力を抑えることも可能にしつつ、熱ローラ方式と同等の定着スピードを実現できる。
【００６５】
また剛性・断熱性に優れ熱膨張係数の小さいセラミック多孔質を基体とする加熱ローラと外部加熱手段との組み合わせにより、加熱ローラの昇温による熱膨張がほとんど無く、通紙時の外部加熱手段から加熱ローラへの迅速な熱エネルギーの補給ができるため、加熱ローラの表面温度及び外部形状が安定し、紙種や通紙モードに依存しない一貫して安定した紙搬送性を可能とする。
【００６６】
以上のことを確かめるために、該実施例1の加熱定着装置と従来の熱ローラ方式の加熱定着装置において、各加熱ローラの逆クラウン量における紙搬送性の比較評価を行った。
【００６７】
該実施例1の加熱定着装置において、加熱ローラ10は、アルミ製の芯金13の外径を8mm、セラミック多孔質体のローラ基体14は外径18mm、シリコーンゴム弾性層12の肉厚は両端を1.0mm、中央を1.0mm〜0.87mmとすることで、弾性層の肉厚による逆クラウン量を0〜260μmとし、その外周に3μmのフッ素樹脂離型層11を成形している。
【００６８】
加圧ローラ20は、外径１１mmのアルミ製芯金23の外周に上記加熱ローラと同様の弾性層22を肉厚7mmで形成してある。さらに外周には離型層21として30μmのPFAチューブが被せてある。なお、加圧ローラ表面硬度は60°（ASKER-C、500g荷重時）とした。
【００６９】
外部加熱手段であるヒータユニット30としては、フィルム31はPFAフィルムで膜厚を60μmとし、ヒータ32はセラミックヒータに7μmのPIコートが被せてある。
【００７０】
熱ローラ方式の加熱定着装置においては、加熱ローラ10は、鉄製芯金13の外径を15mm、芯金13の肉厚2mm、シリコーンゴム弾性層12の肉厚を5mmとし、さらに外周には離型層11として30μmのPFAチューブが被せてある。加熱ローラ10の逆クラウン量は0〜260μmである。
【００７１】
加圧ローラ20は、実施例1の加圧ローラ20と同じローラであるため説明を省く。
【００７２】
加熱手段16は、加熱ローラ10の中空芯金15内に内蔵されたハロゲンランプである。
【００７３】
以上の構成で、本実施例1と熱ローラ方式の加熱定着器を用いた場合の、加熱ローラ10の逆クラウン量をそれぞれ0〜260μmとした時の紙搬送性を通紙枚数ごとに比較評価する。
【００７４】
評価結果を表1に示す。表中、○は問題ないレベル、△は許容限界レベル、×は劣悪を示す。ここで紙搬送性が悪いとは、紙しわなどが起きることを言う。
【００７５】
【表１】
2008139665.tif 000003
表1の結果より、紙搬送性が許容限界レベル以上である逆クラウン量は、熱ローラ方式では90μmから150μmであるのに対して、実施例1では30μmから240μmと広い範囲で紙搬送性が安定している。また、実施例１では通紙枚数と紙搬送性は関連性がほとんど無く一貫しているのに対して、熱ローラ方式では、通紙枚数が変わると紙搬送性も変化するといった結果が得られた。
【００７６】
熱ローラ方式では、大きな熱容量の加熱ローラ10が内部加熱16によってゆっくり加熱され、熱膨張により外部形状が変化する。加熱が進むほど熱膨張により逆クラウン量が大きくなっていくため、通紙枚数の増加による加熱ローラ10の昇温が紙搬送性に影響を与えてしまっている。逆クラウン量が小さいと加熱ローラ10の両端部と中央部の周速差があまり無く、両端部によって記録材Pを引っ張る力が弱いため紙搬送性が悪いが、逆クラウン量を増加しすぎると、両端と中央部での外径差が大きくなることで記録材Pに及ぶニップ部Nでの加圧状態が両端と中央部で異なり過ぎてしまい、記録材端部は過剰に加圧されるため繊維が伸び、記録材Pに波うちが発生してしまい、紙搬送性は悪化してしまうことが確認できた。
【００７７】
一方、本実施例1では、熱膨張係数の小さい低熱容量の加熱ローラ10を外部加熱手段30により迅速に昇温させることで、素早く外部形状を安定させることができ、一貫して安定した紙搬送性を得ることができている。逆クラウンが小さ過ぎても大き過ぎても紙搬送性が悪化するのは、逆クラウン量の違いはあるが熱ローラ方式と同様である。
【００７８】
また、熱ローラ方式の加熱ローラ10では、加熱による芯金部の長手方向への熱膨張によっても外部形状が変化しまうため、安定した紙搬送性を得られる逆クラウン量の範囲は狭くなっているが、本実施例1の加熱ローラ10では、基体であるセラミック多孔質体が熱膨張をほとんど起こさないため、広い範囲の逆クラウン量で安定した紙搬送性を得ることができた。
【００７９】
以上の結果より、本実施例１の加熱定着装置では、逆クラウン量の幅広い範囲（30μm〜240μm）で通紙枚数に依存しない一貫して安定した紙搬送性を得ることが可能であることを実証した。ただし、良好な紙搬送性を得るために逆クラウン量を60μm〜210μmの範囲に収めることが好ましい。
【００８０】
また本実験において、ウォームアップタイムは、内部加熱である熱ローラ方式が57秒かかっているのに対し、外部加熱である本実施例1では7秒しかかかっておらず、本実施例1によってウォームアップタイムを格段に短縮可能である事が示された。
【００８１】
但し、本実施例1では該部加熱手段としてヒータユニットを用いたが、外部加熱手段はこれに限るものではない。
【００８２】
〈実施例２〉
（２）加熱定着装置例
前記実施例1では、加圧ローラ20は、芯金23及び弾性層22に大きな熱容量を持っているため、ウォームアップ時に加熱ローラ10から加圧ローラ20に熱エネルギーの流出が起きてしまい、加熱ローラ10の昇温が遅れ、余計に電力を消費してしまっている。また、加圧ローラ20の芯金23が金属であるため、より強い加圧力をかけると芯金23が撓んでしまうことが心配された。
【００８３】
これらは、低速の画像形成装置の場合にはほとんど影響ないが、高速の画像形成装置の場合では影響が大きくなることが考えられる。そのため高速の画像形成装置の場合では本実施例2の加熱定着装置を用いることが好ましい。
【００８４】
図３は第２の実施例としての加熱定着装置の概略構成図である。本実施例では、加熱ローラ10及び加圧ローラ20の両方に、前記実施例1で用いたセラミック多孔質体14を基体とした加熱ローラ10を用いている構成となっており、加熱ローラ10及び加圧ローラ20の説明は、前記実施例1の加熱ローラ10と同様のため省く。
【００８５】
本実施例において、加熱ローラ10をローラ外側から加熱する外部加熱手段30にハロゲンヒータ34を用いており、このハロゲンヒータ34は加熱ローラ10と加圧ローラ20との定着ニップ部Nの転写材入口近傍において加熱ローラ10に対向させて配置してあり、このハロゲンヒータ34の輻射熱により加熱ローラ10の表面が加熱される。
【００８６】
ここでハロゲンヒータ34による熱ローラの輻射加熱を効率的に利用するために、ハロゲンヒータ34を中にして加熱ローラ10と反対側には反射率の高い湾曲した反射板35が配置されており、ハロゲンヒータ34からの輻射熱を発散させずに加熱ローラ10側へ反射させている。
【００８７】
加熱ローラ10が回転駆動され、ハロゲンヒータ34に通電がなされて該ヒータ34が発光し所定の色温度に制御されることで、回転する加熱ローラ10の外面がハロゲンヒータ34の輻射熱で所定の定着温度に加熱される。ここで、ハロゲンヒータ34の色温度制御は、通紙枚数に応じて変化させる方法やあるいは、加熱ローラ10自体にサーミスタ等の検温素子を接触させて温度を検知して調整してもよい。
【００８８】
このような構成をとることで、実施例1のオンデマンド性・省電力性を維持しながら、新たに熱エネルギーの高効率化と更なら高速化を実現することができる。つまり、加熱ローラ10と加圧ローラ20の昇温が速く、また加熱ローラ10から加圧ローラ20に流出する熱量も少なく抑えることができ、定着に用いられていない不必要な熱エネルギーを大幅に削減することが可能となるため、より高次元の低消費電力及びオンデマンド性と更なる高速化を実現することができる。
【００８９】
また、加熱ローラ10、加圧ローラ20共に昇温時の熱膨張による外部形状変化がほとんど無く安定した逆クラウン形状を有するため、実施例1よりも更に紙搬送性を安定化できる。
【００９０】
また、加熱ローラ10、加圧ローラ20共にセラミック多孔質体が基体であるため、ほとんど撓む事無くとても強い加圧力、例えば100kgfをかけることも可能なことから、定着に必要な熱エネルギーの低減による更なる消費電力の削減、高い定着性、カラー画像におけるグロスの向上も実現可能となる。
【００９１】
本実施例２で用いているハロゲンヒータは外部加熱手段としての一例であり、外部加熱手段はこれに限るものではない。
【００９２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】実施例1の加熱定着装置の概略側面図
【図２】実施例1における加熱用ローラの断面図
【図３】実施例2の加熱定着装置の概略側面図
【図４】従来例装置としての熱ローラ方式の加熱定着装置の概略側面図
【図５】従来例装置としてのフィルム加熱方式の加熱定着装置の概略側面図
【符号の説明】
【００９４】
10  加熱ローラ
11  離型層
12  弾性層
13  芯金
14  セラミック多孔質体
15  中空芯金
16  ハロゲンヒータ
17  サーミスタ
20  加圧ローラ
21  離型層
22  弾性層
23  芯金
24  セラミック多孔質体
30  ヒータユニット
31  フィルム
32  ヒータ
33  フィルムガイド部材
34  ハロゲンヒータ
35  反射板
40  フィルムアセンブリ
41  ヒータ
42  サーミスタ
43  フィルムガイド部材
N  定着ニップ
P  記録材
【図１】
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【図２】
2008139665.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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