(57)【要約】【課題】  加熱回転体を局所加熱する加熱装置及び前記加熱装置を備えた画像形成装置において、耐久寿命に影響を与えることなく、安全に、ファーストプリントアウトタイムの短縮を図る。【解決手段】  プリント待機状態において、加熱回転体と加圧部材を離間して、加熱回転体を定着可能温度以上に保つ。さらに、加熱位置はニップ部以外に配設する。【選択図】  図１
2008151858.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱回転体と、加圧部材を有し、前記加熱回転体と前記加圧部材との当接によって形成されるニップ部において被加熱材を挟持搬送して加圧および加熱する加熱装置において、
前記加熱回転体の周方向において前記ニップ部以外の領域の一部を加熱する熱源を有し、前記加熱回転体と前記加圧部材は当接離間可能であり、前記被加熱材を加熱可能な待機状態で前記加熱回転体と前記加圧部材を離間し、前記加熱回転体を回転させることを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
加熱回転体と、加圧部材を有し、前記加熱回転体と前記加圧部材との当接によって形成されるニップ部において被加熱材を挟持搬送して加圧および加熱する加熱装置で、前記加熱回転体の周方向において前記ニップ部以外の領域の一部を加熱する熱源を有し、前記加熱回転体と前記加圧部材は当接離間可能であり、前記被加熱材を加熱可能な待機状態で前記加熱回転体と前記加圧部材を離間し、前記加熱回転体を回転させる加熱装置において、
前記加熱回転体の回転速度を前記被加熱材の最大搬送速度よりも遅くしたことを特徴とする加熱装置。
【請求項３】
前記加熱回転体は弾性層を有することを特徴とする請求項１乃至２の何れか１項に記載の加熱装置。
【請求項４】
前記被加熱材は未定着像ないしは前記未定着画像を形成担持させた被記録材であり、前記加熱回転体の待機状態の温度は、前記未定着画像を定着可能な温度以上に設定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の加熱装置。
【請求項５】
前記加熱回転体は導電層を有し、前記導電層を電磁誘導加熱によって発熱させる熱源であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の加熱装置。
【請求項６】
前記熱源は輻射熱を発する熱源であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の加熱装置。
【請求項７】
前記加圧部材に熱源を有することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の加熱装置。
【請求項８】
前記離間時に、回転軸方向で被加熱材の搬送領域よりも外側の領域において、前記加熱回転体と前記加圧部材が接触することで、前記加熱回転体と前記加圧部材が共に回転することを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の加熱装置。
【請求項９】
前記被加熱材は未定着画像ないしは前記未定着画像を形成担持させた被記録材であり、装置が未定着像を被記録材に加熱定着させる加熱定着装置であることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の加熱装置。
【請求項１０】
被記録材に未定着像を形成担持させる作像手段と、被記録材に形成担持させた未定着像を定着させる定着手段を有し、前記定着手段が請求項１から９の何れか１項に記載の加熱装置である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、被加熱材を加圧・加熱する加熱装置、及び前記加熱装置を被記録材に形成担持させた未定着像を加熱定着処理する像加熱装置として具備した電子写真装置・静電記録装置などの画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トナーを用いたプリンタや複写機などの画像形成装置において、電子写真プロセス・静電記録プロセス・磁気記録プロセス等の適宜の画像形成プロセス手段部で被記録材（転写シート・エレクトロファックスシート・静電記録紙・ＯＨＰシート・印刷用紙・フォーマット紙など）に転写方式あるいは直接方式にて形成担持させた画像情報の未定着画像（トナー画像）を被記録材面に永久固着画像として加熱定着させる定着装置としては熱ローラ方式の加熱装置が広く用いられている。
【０００３】
また、加熱ローラのニップ部を局所的に電磁誘導加熱する加熱装置で、ウォームアップ時間を短縮するために、定着可能温度に上昇するまでの間、加熱回転体と加圧部材を離間させる加熱装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−２０２６５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記、特開平１１−２０２６５２号公報のように、局所加熱を用いた加熱装置において、ウォームアップ時間の短縮は図れたが、プリント待機状態から１枚の被記録材が排紙されるまでの時間であるファーストプリントアウトタイム（ＦＰＯＴ）の短縮を図ろうとした場合、加圧ローラの温度状態によっては、加熱回転体と加圧部材を当接した直後に、加熱ローラの熱が加圧部材に奪われてしまい、結果として当接後に加熱回転体の温度が定着可能温度を下回って、定着不良を起こす場合があった。また、この定着不良を回避するために、再び定着可能温度まで加熱回転体の温度が上昇するのを待つとＦＰＯＴを短縮できないという課題があった。
【０００５】
さらに、カラープリンタ、高速プリンタなど加熱回転体にシリコーンゴムなどの弾性層を有する場合は、弾性層の熱伝達速度が金属よりも遅いために熱源から加熱回転体の表面まで熱が伝達する速度が遅くなる。このため、加熱回転体と加圧部材を当接した直後の加熱ローラの温度降下量がさらに大きくなり、より定着不良を起こしやすくなる。また、この定着不良を回避するために、より長くのＦＰＯＴを必要とする課題があった。
【０００６】
さらに、局所加熱でニップ部を加熱することにより、万が一、ニップ部に被加熱材が滞留している状態で故障が発生し、かつ、加熱動作が停止しなかった場合には、局所加熱を行っているため、ニップ部のエネルギー密度が高く、ニップ部の昇温速度が速いため、発火や発煙に至る可能性があった。
【０００７】
よって、本発明では、局所加熱を行う加熱装置において、耐久寿命に影響を与えることなく上記課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）加熱回転体と、加圧部材を有し、前記加熱回転体と前記加圧部材との当接によって形成されるニップ部において被加熱材を挟持搬送して加圧および加熱する加熱装置において、
前記加熱回転体の周方向において前記ニップ部以外の領域の一部を加熱する熱源を有し、前記加熱回転体と前記加圧部材は当接離間可能であり、前記被加熱材を加熱可能な待機状態で前記加熱回転体と前記加圧部材を離間し、前記加熱回転体を回転させることを特徴とする加熱装置。
【０００９】
（２）加熱回転体と、加圧部材を有し、前記加熱回転体と前記加圧部材との当接によって形成されるニップ部において被加熱材を挟持搬送して加圧および加熱する加熱装置で、前記加熱回転体の周方向において前記ニップ部以外の領域の一部を加熱する熱源を有し、前記加熱回転体と前記加圧部材は当接離間可能であり、前記被加熱材を加熱可能な待機状態で前記加熱回転体と前記加圧部材を離間し、前記加熱回転体を回転させる加熱装置において、
前記加熱回転体の回転速度を前記被加熱材の最大搬送速度よりも遅くしたことを特徴とする加熱装置。
【００１０】
（３）前記加熱回転体は弾性層を有することを特徴とする（１）乃至（２）の何れか１項に記載の加熱装置。
【００１１】
（４）前記被加熱材は未定着像ないしは前記未定着画像を形成担持させた被記録材であり、前記加熱回転体の待機状態の温度は、前記未定着画像を定着可能な温度以上に設定することを特徴とする（１）乃至（３）の何れか１項に記載の加熱装置。
【００１２】
（５）前記加熱回転体は導電層を有し、前記導電層を電磁誘導加熱によって発熱させる熱源であることを特徴とする（１）乃至（４）の何れか１項に記載の加熱装置。
【００１３】
（６）前記熱源は輻射熱を発する熱源であることを特徴とする（１）乃至（４）の何れか１項に記載の加熱装置。
【００１４】
（７）前記加圧部材に熱源を有することを特徴とする（１）乃至（６）の何れか１項に記載の加熱装置。
【００１５】
（８）前記離間時に、回転軸方向で被加熱材の搬送領域よりも外側の領域において、前記加熱回転体と前記加圧部材が接触することで、前記加熱回転体と前記加圧部材が共に回転することを特徴とする（１）乃至（７）の何れか１項に記載の加熱装置。
【００１６】
（９）前記被加熱材は未定着画像ないしは前記未定着画像を形成担持させた被記録材であり、装置が未定着像を被記録材に加熱定着させる加熱定着装置であることを特徴とする（１）から（８）の何れか１項に記載の加熱装置。
【００１７】
（１０）被記録材に未定着像を形成担持させる作像手段と、被記録材に形成担持させた未定着像を定着させる定着手段を有し、前記定着手段が（１）から（９）の何れか１項に記載の加熱装置であることを特徴とする画像形成装置。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明によれば、請求項１に記載の加熱装置により、加熱回転体の周方向においてニップ部以外の領域の一部を加熱しても、プリント待機時における加熱回転体の周方向の温度ムラを小さくすることができる。加熱回転体と加圧部材を接触させないで回転させることから、加熱回転体を回転させてもニップ部で変形が起こらないので寿命に影響を与えることがない。さらに、局所加熱でニップ部以外を加熱することにより、万が一、ニップ部に被加熱材が滞留している状態で故障が発生し、かつ、加熱動作が停止しなかった場合でも、ニップ部は加熱されないため、発火や発煙に至ることがない。
【００１９】
加熱回転体と加圧部材を接触させないで回転させることから、加熱回転体を回転させてもニップ部で変形が起こらないので寿命に影響を与えず空回転を行うことができる。
【００２０】
請求項２に記載の加熱装置では、回転速度を最大搬送速度よりも遅くすることで、モータへの負荷の低減を図り、消費電力を削減することができる。また、回転速度を遅くすることにより、モータの回転音を小さくすることができプリント待機中に回転を行っても騒音を小さくすることができる。
【００２１】
請求項３に記載の加熱装置では、高速プリンタ、カラープリンタなど加熱回転体にシリコーンゴムなどの弾性層を有する場合でも、ニップ部を離間しているので弾性層に繰り返しの変形が加わらないので耐久寿命に影響を与えることなく加熱回転体の温度を定着可能温度に維持しておくことができる。
【００２２】
請求項４に記載の加熱装置では、加圧ローラの温度状態によらず、加熱回転体と加圧部材を当接した直後に、加熱ローラの熱が加圧部材に奪われても、定着不良を起こさず良好な定着画像を得ることができる。また、ＦＰＯＴの短縮を図ることができる。
【００２３】
請求項５に記載の加熱装置では、電磁誘導加熱を行う加熱装置で上記効果を達成できる。
【００２４】
請求項６に記載の加熱装置では、電磁誘導加熱を行う加熱装置で上記効果を達成できる。
【００２５】
請求項７に記載の加熱装置では、加圧部材に熱源を有していることから、加圧部材を加圧部材に必要な定着可能温度に維持することで、加熱回転体と加圧部材が当接したときに加熱回転体の温度低下を起こすことがなく、ＦＰＯＴの短縮を図ることができる。
【００２６】
請求項８に記載の加熱装置では、離間時に、回転軸方向で被加熱材の搬送領域よりも外側の領域において、前記加熱回転体と前記加圧部材が接触することで、前記加熱回転体と前記加圧部材が共に回転させることができるので、加熱回転体に直接駆動手段を設けることができない場合でも、加熱回転体を回転させることができる。また、加圧部材の熱源が加熱回転体のように局所加熱を行う熱源でも、加圧部材の周方向の温度ムラを低減することができる。
【００２７】
請求項９に記載の加熱装置では、前記被加熱材は未定着像ないしは前記未定着画像を形成担持させた被記録材であり、装置が未定着像を被記録材に加熱定着させることができる。
【００２８】
請求項１０に記載の画像形成装置では、被記録材に未定着像を形成担持させる作像手段と、被記録材に形成担持させた未定着像を定着させる定着手段として前記加熱装置を有することで、ウォームアップ時間、ＦＰＯＴが早く、安全で、耐久寿命の長い画像形成装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
（実施例１）
（１）画像形成装置
図１２は画像形成装置の一例の概略構成図である。本例の画像形成装置は電子写真カラープリンタである。
【００３０】
１０１は有機感光体やアモルファスシリコン感光体でできた感光体ドラム（像担持体）であり、矢示の反時計方向に所定のプロセススピード（周速度）で回転駆動される。
【００３１】
感光体ドラム１０１はその回転過程で帯電ローラ等の帯電装置１０２で所定の極性・電位の一様な帯電処理を受ける。
【００３２】
次いでその帯電処理面にレーザ光学箱（レーザスキャナー）１１０から出力されるレーザ光１０３による、目的の画像情報の走査露光処理を受ける。レーザ光学箱１１０は不図示の画像読み取り装置等の画像信号発生装置からの目的画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調（オン／オフ）したレーザ光１０３を出力して回転感光体ドラム１０１面に走査露光した目的画像情報に対応した静電潜像が形成される。１０９はレーザ光学箱１１０からの出力レーザ光を感光体ドラム１０１の露光位置に偏向させるミラーである。
【００３３】
フルカラー画像形成の場合は、目的のフルカラー画像の第１の色分解成分画像、例えばイエロー成分画像についての走査露光・潜像形成がなされ、その潜像が４色カラー現像装置１０４のうちのイエロー現像器１０４Ｙの作動でイエロートナー画像として現像される。そのイエロートナー画像は感光体ドラム１０１と中間転写体ドラム１０５との接触部（或いは近接部）である１次転写部Ｔ１において中間転写体ドラム１０５の面に転写される。中間転写体ドラム１０５面に対するトナー画像転写後の回転感光体ドラム１０１面はクリーナ１０７により転写残りトナー等の付着残留物の除去を受けて清掃される。
【００３４】
上記のような帯電・走査露光・現像・一次転写・清掃のプロセスサイクルが、目的のフルカラー画像の第２の色分解成分画像（例えばマゼンタ成分画像、マゼンタ現像器１０４Ｍが作動）、第３の色分解成分画像（例えばシアン成分画像、シアン現像器１０４Ｃが作動）、第４の色分解成分画像（例えば黒成分画像、黒現像器１０４ＢＫが作動）の各色分解成分画像について順次実行され、中間転写体ドラム１０５面にイエロートナー画像・マゼンタトナー画像・シアントナー画像・黒トナー画像の都合４色のトナー画像が順次重ねて転写されて、目的のフルカラー画像に対応したカラートナー画像が合成形成される。
【００３５】
中間転写体ドラム１０５は、金属ドラム上に中抵抗の弾性層と高抵抗の表層を有するもので、感光体ドラム１０１に接触して或いは近接して感光体ドラム１０１と略同じ周速度で矢示の時計方向に回転駆動され、中間転写体ドラム１０５の金属ドラムにバイアス電位を与えて感光体ドラム１０１との電位差で感光体ドラム１０１側のトナー画像を前記中間転写体ドラム１０５面側に転写させる。
【００３６】
上記の回転中間転写体ドラム１０５面に合成形成されたカラートナー画像は、前記回転中間転写体ドラム１０５と転写ローラ１０６との接触ニップ部である二次転写部Ｔ２において、前記二次転写部Ｔ２に不図示の給紙部から所定のタイミングで送り込まれた被記録材Ｐの面に転写されていく。転写ローラ１０６は被記録材Ｐの背面からトナーと逆極性の電荷を供給することで中間転写体ドラム１０５面側から被記録材Ｐ側へ合成カラートナー画像を順次に一括転写する。
【００３７】
二次転写部Ｔ２を通過した被記録材Ｐは中間転写体ドラム１０５の面から分離されて像加熱装置１００へ導入され、未定着トナー画像の加熱定着処理を受けてカラー画像形成物として機外の不図示の排紙トレーに排出される。加熱装置１００については次の（２）項で詳述する。
【００３８】
被記録材Ｐに対するカラートナー画像転写後の回転中間転写体ドラム１０５はクリーナ１０８により転写残りトナー・紙粉等の付着残留物の除去を受けて清掃される。このクリーナ１０８は常時は中間転写体ドラム１０５に非接触状態に保持されており、中間転写体ドラム１０５から被記録材Ｐに対するカラートナー画像の二次転写実行過程において中間転写体ドラム１０５に接触状態に保持される。
【００３９】
また転写ローラ１０６も常時は中間転写体ドラム１０５に非接触状態に保持されており、中間転写体ドラム１０５から被記録材Ｐに対するカラートナー画像の二次転写実行過程において中間転写体ドラム１０５に被記録材Ｐを介して接触状態に保持される。
【００４０】
本例装置は、白黒画像などモノカラー画像のプリントモードも実行できる。また両面画像プリントモード、或いは多重画像プリントモードも実行できる。
【００４１】
両面画像プリントモードの場合は、加熱装置１００を出た１面目画像プリント済みの被記録材Ｐは不図示の再循環搬送機構を介して表裏反転されて再び二次転写部Ｔ２へ送り込まれて２面に対するトナー画像転写を受け、再度、加熱装置１００に導入されて２面に対するトナー画像の定着処理を受けることで両面画像プリントが出力される。
【００４２】
多重画像プリントモードの場合は、加熱装置１００を出た１回目画像プリント済みの被記録材Ｐは不図示の再循環搬送機構を介して表裏反転されずに再び二次転写部Ｔ２へ送り込まれて１回目画像プリント済みの面に２回目のトナー画像転写を受け、再度、加熱装置１００に導入されて２回目のトナー画像の定着処理を受けることで多重画像プリントが出力される。
【００４３】
（２）加熱装置１００
本例において加熱装置１００は電磁誘導加熱方式の加熱装置である。図１は本例の加熱装置１００の要部の横断側面模型図、図２は要部の正面模型図である。
【００４４】
磁場発生手段は磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃ及び励磁コイル１８からなる。
【００４５】
磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃは高透磁率の部材であり、フェライトやパーマロイ等といったトランスのコアに用いられる材料がよく、より好ましくは１００ｋＨｚ以上でも損失の少ないフェライトを用いるのがよい。
【００４６】
励磁コイル１８には図３に示すように給電部１８ａ・１８ｂに励磁回路２７を接続してあり、２０ｋＨｚから５００ｋＨｚの高周波をスイッチング電源で発生できるようになっている。
【００４７】
励磁コイル１８は励磁回路２７から供給される交番電流（高周波電流）によって交番磁束を発生する。
【００４８】
１６は横断面略半円弧状樋型のホルダであり、磁場発生手段としての磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃと励磁コイル１８を内側に保持している。
【００４９】
ホルダ１６の外側には空隙をもって円筒状の電磁誘導性発熱回転体である定着ローラ１０が回転可能に配設してある。
【００５０】
１９は磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃ及び励磁コイル１８と保持ステイ２２の間を絶縁するための絶縁部材である。保持ステイ２２は鉄、アルミニウム、ステンレス、非磁性ステンレスなどの金属材料を用いることができる。また、ホルダ１６を保持できればよく、耐熱性樹脂で代用することもできる。
【００５１】
磁場発生手段によって交番磁束を発生させる。磁束Ｃは発生した交番磁束の一部を表す。磁性コア１７ａ，１７ｂ，１７ｃに導かれた磁束Ｃは、磁性コア１７ａと磁性コア１７ｂとの間、そして磁性コア１７ａと磁性コア１７ｃとの間において定着ローラ１０の発熱層１に渦電流を発生させる。この渦電流は、発熱層１の固有抵抗によって、発熱層１にジュール熱（渦電流損）を発生させる。
【００５２】
発熱量Ｑは発熱層１を通る磁束Ｃの密度によって決まり、図１のグラフような分布を示す。グラフの縦軸は磁性コア１７ａの中心を０とした角度θで表した定着フィルム１０における円周方向の位置を示し、横軸は定着ローラ１０の発熱層１での発熱量Ｑを示す。ここで、発熱域Ｈは最大発熱量をＱとし、発熱量がＱ／ｅ以上の領域と定義する（ｅは自然対数の底）。これは、定着プロセスに必要な発熱量が得られる領域である。
【００５３】
図４は、本実施形態例における定着ローラ１０の層構成模型図である。
【００５４】
本実施例の定着ローラ１０は、芯金となる電磁誘導発熱性の金属等でできた発熱層１と、その外面に積層した弾性層２と、その外面に積層した離型層３の複合構造のものである。
【００５５】
発熱層１と弾性層２との間の接着、弾性層２と離型層３との間の接着のために、各層間にプライマー層（図示せず）を設けてもよい。
【００５６】
定着ローラ１０において、発熱層１が内面側であり、離型層３が加圧ローラ若しくは被記録材（被加熱材）と接触する外面側である。
【００５７】
この発熱層１に上述した交番磁束が作用することにより、発熱層１に渦電流が発生して発熱層１が発熱する。この熱が弾性層２、離型層３に伝達されて、定着ローラ１０全体が加熱され、定着ニップ部Ｎに通紙される被記録材Ｐを加熱してトナーｔ画像の加熱定着がなされる。
【００５８】
発熱層１としては、磁性及び非磁性の金属を用いることができるが、磁性金属が好ましく用いられる。このような磁性金属としては、ニッケル、鉄、強磁性ステンレス、ニッケル−コバルト合金、パーマロイといった強磁性体の金属が好ましく用いられる。又、定着フィルム１０回転時に受ける繰り返しの屈曲応力による金属疲労を防ぐために、ニッケル中にマンガンを添加した部材を用いるのも良い。
【００５９】
発熱層１の厚さは、次の式で表される表皮深さδ［ｍ］より厚く、且つ１ｍｍ以下にすることが好ましい。発熱層１の厚さをこの範囲とすれば、発熱層１が電磁波を効率よく吸収することができるため、効率良く発熱させることができる。
【００６０】
【数１】
2008151858.tif 000003
ここで、ｆは励磁回路の周波数［Ｈｚ］、μは発熱層１の透磁率、κは発熱層１の導電率である。
【００６１】
この表皮深さδは、電磁誘導で使われる電磁波の吸収の深さを示しており、これより深いところでは電磁波の強度は１／ｅ以下になっている。逆にいうと殆どのエネルギーはこの深さまでで吸収されている（図６に示した発熱層深さと電磁波強度の関係を参照）。
【００６２】
発熱層１の厚さは、より好ましくは０．２〜０．８ｍｍがよい。発熱層１の厚みが上記範囲よりも薄い場合には、ほとんどの電磁エネルギーが吸収しきれないため効率が悪くなる。又、発熱層１が上記範囲よりも厚い場合には、熱容量が大きくなり昇温速度が遅くなる。
【００６３】
弾性層２は、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム等の、耐熱性、熱伝導率が良い材質が好ましく用いられる。
【００６４】
弾性層２の厚さは、定着画像品質を保証するために０．０５〜３ｍｍであることが好ましい。カラー画像を印刷する場合、特に写真画像等では、被記録材Ｐ上で大きな面積に渡ってベタ画像が形成される。この場合、被記録材Ｐの凹凸或いはトナー層ｔの凹凸に加熱面（離型層３）が追従できないと加熱ムラが発生し、伝熱量が多い部分と少ない部分で画像に光沢ムラが発生する。即ち、伝熱量が多い部分は光沢度が高く、伝熱量が少ない部分では光沢度が低くなる。弾性層２の厚さが上記範囲よりも小さい場合には、上記離型層３が被記録材Ｐ或いはトナー層ｔの凹凸に追従しきれず、画像光沢ムラが発生してしまう。又、弾性層２が上記範囲よりも大きすぎる場合には、弾性層２の熱抵抗が大きくなりすぎ、クイックスタートを実現するのが難しくなる。この弾性層２の厚さは、より好ましくは０．１〜２ｍｍが良い。
【００６５】
弾性層２は、硬度が高すぎると被記録材Ｐ或いはトナー層ｔの凹凸に追従しきれず画像光沢ムラが発生してしまう。そこで、弾性層２の硬度としては６０゜（ＪＩＳ−Ａ）以下、より好ましくは４５゜（ＪＩＳ−Ａ）以下がよい。
【００６６】
弾性層２の熱伝導率λは、２．５×１０-1〜８．４×１０-1Ｗ／ｍ・Ｋであることが好ましい。熱伝導率λが上記範囲よりも小さい場合には、熱抵抗が大きすぎて、定着フィルム１０の表層（離型層３）における温度上昇が遅くなる。熱伝導率λが上記範囲よりも大きい場合には、弾性層２の硬度が高くなりすぎたり、圧縮永久歪みが発生しやすくなる。より好ましくは３．３×１０-1〜６．３×１０-1Ｗ／ｍ・Ｋが良い。
【００６７】
離型層３は、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、フルオロシリコーンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性且つ耐熱性のよい材料を用いることが好ましい。
【００６８】
離型層３の厚さは１〜１００μｍが好ましい。離型層３の厚さが上記範囲よりも薄い場合には、塗膜の塗ムラが生じ、離型性の悪い部分が発生したり、耐久性が不足するといった問題が発生する。又、離型層３の厚さが上記範囲よりも厚い場合には、熱伝導が悪化する。特に、離型層３に樹脂系の材質を用いた場合は、離型層３の硬度が高くなりすぎて、弾性層２の効果がなくなってしまう。
【００６９】
加圧部材としての加圧ローラ３０は、芯金３０ａと、前記芯金周りに同心一体にローラ状に成形被覆させたシリコーンゴム・フッ素ゴム・フッ素樹脂などの耐熱性・弾性材層３０ｂとで構成されており、表層に離型層３０ｃを設けてある。
【００７０】
定着ローラ１０は、軸受け４１を介して定着フレーム５０に回転可能に支持されている。加圧ローラ３０は、軸受け４２を介して揺動部材としての加圧フレーム５１に回転可能に支持されている。加圧フレーム５１は定着フレーム５０に固定された支持軸５２により揺動可能に支持され、加圧手段としての加圧スプリング５３により加圧ローラ３０が定着ローラ１０に押圧されるように付勢されている。
【００７１】
図２に示すように、定着ローラ１０の一端には、ギア４３が定着ローラ１０と一体で回転するように取付けられている。また、定着ローラ１０は駆動手段Ｍにより矢示の時計方向に回転駆動される。
【００７２】
４４は加圧解除手段としてのカムであり、定着フレーム５０に回転可能に支持されたカム軸４５の両側にそれぞれ固定されており、該カム軸４５と一体となって回転するようになっている。カム軸４５の一端にはギア４６がカム軸４５と一体で回転するように取付けられている。また、カム軸４５は駆動手段Ｍ２により回転駆動される。加熱装置１００は、カム４４の回転により加圧フレーム５１を加圧スプリング５３の加圧力に抗して揺動させることで定着ローラ１０と加圧ローラの当接／離間を行うように構成している。
【００７３】
この定着ローラ１０と加圧ローラ３０の当接と離間は、制御手段としてのＣＰＵ（不図示）の判断により選択的に切換えられる構成となっている。
【００７４】
当接は、画像形成時に、図５（Ａ）に示すように、加圧スプリング５３により加圧フレーム５１が押圧されており、加圧ローラ３０は定着ローラ１０に押圧され、該定着ローラ１０と加圧ローラ３０の接触部にはニップＮが形成されている。
【００７５】
定着ローラ１０は駆動手段Ｍにより矢示の反時計方向に回転駆動される。この定着ローラ１０の回転駆動による前記定着ローラ１０と加圧ローラ３０の外面との摩擦力で加圧ローラ３０に回転力が作用し、矢示の方向に前記定着ローラ１０と加圧ローラ３０の回転周速度にほぼ対応した周速度をもって回転状態になる。
【００７６】
この定着ローラ１０の温度は、温度検知手段２６を含む不図示の温調系により励磁コイル１８に対する電流供給が制御されることで所定の温度が維持されるように温調される。温度検知手段２６はサーミスタなどの温度センサである。
【００７７】
而して、定着ローラ１０が回転し、励磁回路から励磁コイル１８への給電により定着ローラ１０が電磁誘導発熱し、定着ローラ１０が所定の温度に立ち上がって温調された状態において、画像形成手段部から搬送された未定着トナー画像ｔが形成された被記録材Ｐが定着ニップ部Ｎに画像面が上向き、即ち定着ローラ面に対向して導入され、定着ニップ部Ｎにおいて画像面が定着ローラ１０の外面に密着して定着ローラ１０と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。この定着ニップ部Ｎを定着ローラ１０と一緒に被記録材Ｐが挟持搬送されていく過程において被記録材Ｐ上の未定着トナー画像ｔが加熱定着される。被記録材Ｐは定着ニップ部Ｎを通過すると定着ローラ１０の外面から分離して排出搬送されていく。被記録材上の加熱定着トナー画像は定着ニップ部通過後、冷却して永久固着像となる。
【００７８】
離間は、非画像形成時に所定のタイミングで駆動手段Ｍ２を回転し、図５（Ｂ）に示すように、カム４４が約１８０°回転し、加圧フレーム５１を加圧スプリング５３の付勢力に抗して押し下げる。これにより、定着ローラ１０と加圧ローラ３０が離間され、ニップＮの形成が解除される。
【００７９】
次に画像形成装置の動作における加熱装置１００の動作について説明する。
【００８０】
通常、画像形成装置の電源オフ時は定着ローラと加圧ローラを離間してある。図７に示すように、電源オンで加熱装置１００の加熱を開始し、定着可能状態までウォームアップを行う。定着ローラを回転させながら所定の温度（１８０℃）まで定着ローラの温度が上昇したところで加圧ローラを当接する。その後、定着可能な温度（本例では１８０℃）になったところで印字可能と判断する。このまま、定着可能温度でプリント待機状態に入る。
【００８１】
ここで、プリント信号を受けていればそのままプリント動作を行い、被記録材のトナー画像の定着作業を行う。
【００８２】
プリント動作が終了後、または、プリント信号を受けていなかった場合、プリント待機状態に入る。プリント待機状態に入ってから所定時間経過後、上述の定着ローラと加圧ローラの離間動作を行い、定着ローラと加圧ローラを非接触状態にする。この際、定着ローラの回転は、一旦停止して離間動作を行う。なお、回転しながら離間動作を行ってもよい。
【００８３】
次に、プリント待機状態の説明を行う。本例ではプリント待機中は定着ローラと加圧ローラは離間状態で定着ローラを回転させている。
【００８４】
図８は、１８０℃温調で定着ローラが停止した状態と回転している状態の定着ローラ表面温度の状態を比較したグラフである。温度は中央から外側に向かって温度が高くなっており、最外周が１８０℃である。磁場発生手段の配置は、図１に示した配置と対応している。また、定着ローラの回転方向は時計方向である。
【００８５】
本例ではプリント待機状態で定着ローラと加圧ローラを離間して回転させている。これにより定着ローラの周方向の一部を加熱しても周方向の温度ムラを小さくすることができる。具体的には、図８の実線で示すように、温度検知素子２６が配設してある発熱域で１８０℃に温調しながら回転すると、発熱層１から弾性層２を通して定着ローラ１０の表面に熱が伝達するのに時間がかかるため、ほぼニップ位置（グラフで真下）近傍で最高温度１８２℃に達する。その後、放熱され、最も温度が低下するのは再加熱域近傍で１７６℃となり、再び温度検知素子２６の位置に戻る間に１８０℃まで復帰している。本例では定着可能温度を１８０℃と設定しており、プリント信号を受けてからすぐにプリント動作を行うことができる。
【００８６】
これに対して、比較例として定着ローラを停止した状態を図７の破線で示す。停止した状態では温度検知素子２６が配設してある発熱域を１８０℃で温調すると非発熱域の最も温度が低いところでは９０℃程度にしか維持できない。このため、プリント待機状態から定着可能状態にするまでに、前多回転を行い、定着ローラの周方向の温度ムラをなくす必要がある。この前多回転の時間は温度ムラがなくなるまでの時間が必要であるため、ファーストプリントアウトタイムを短縮するのに不利である。
【００８７】
さらに、定着ローラにゴム層を持つ場合、発熱層から定着ローラ表面まで熱が伝わるのに時間がかかる。図７のグラフからも分かるとおり、回転中には発熱域と最高温度に達する領域が異なるため、熱伝達時間を考慮してニップ部よりも上流側で加熱域を配設することで、最高温度に達する領域をニップ部にすることができ、無駄に電力消費を低減することができる。
【００８８】
定着ローラに対して局所加熱を行うとエネルギーが一部に集中するため発熱域の温度上昇が早くなる。このため、ウォームアップ時間の短縮などには効果があった。しかし、ニップ部を加熱すると、装置の故障でニップ部に被記録材がある状態で、装置が停止し、かつ、加熱が停止しなかった場合、被記録材が発火したり、発煙を起こしたりする危険性がある。そのため、上述の熱伝達時間に加えて本発明では発熱域をニップ部位外に配設することとした。本例のように発熱域をニップ部以外に配設することにより、局所加熱でニップ部以外を加熱することにより、万が一、ニップ部に被加熱材が滞留している状態で故障が発生し、かつ、加熱動作が停止しなかった場合でも、ニップ部は加熱されないため、発火や発煙に至ることがない。さらに、安全装置としての温度検知素子２８を図１のように発熱域に対向して配設することができ、万が一、故障が発生した場合でも安全に装置を停止することができる。
【００８９】
また、本発明によれば、加熱回転体を回転させることで、加熱回転体の周方向においてニップ部以外の領域の一部を加熱しても、プリント待機時における加熱回転体の周方向の温度ムラを小さくすることができる。加熱回転体と加圧部材を接触させないで回転させることから、加熱回転体を回転させてもニップ部で弾性層に圧縮変形がないため、寿命に影響を与えることがない。さらに、回転で表層に傷を発生させることもない。
【００９０】
以上から、ウォームアップ時間、ＦＰＯＴが早く、安全で、耐久寿命の長い加熱装置であり、画像形成装置とすることができる。
【００９１】
（実施例２）
本例では実施例１の構成において離間して回転する速度を最大通紙速度よりも遅く回転させている。これによって、回転中のモータへの負荷の低減を図り、消費電力を削減することができる。また、回転速度を遅くすることにより、モータの回転音を小さくすることができプリント待機中に回転を行っても騒音を小さくすることができる。
【００９２】
（実施例３）
本例では実施例１または実施例２の構成において待機状態からの動作について説明する。
【００９３】
プリント待機中に定着ローラと加圧ローラを離間すると、定着ローラの熱が加圧ローラに熱が伝わらなくなるため加圧ローラの温度が低下する。このため、プリンタがプリント信号を受け付けて、プリントを開始し、定着ローラと加圧ローラを当接したときに、定着ローラから加圧ローラに熱が奪われて定着ローラの温度が低下する現象が発生する。
【００９４】
そこで、図９のグラフには、定着ローラの温度を１８０℃で温調した場合を点線で示す。この場合、加圧ローラに熱源がないので、プリント待機時間が長くなると室温近くまで加圧ローラ温度が低下した場合がある。図９のグラフの時間０は加圧ローラ温度がほぼ室温近くの約２５℃まで低下した時点を０ｓｅｃとしてスタートしている。この状態から定着ローラ１０と加圧ローラ３０を当接して再び定着可能温度まで定着ローラ温度が復帰する時間として「定着可能Ｂ」があり、本例では約１２ｓｅｃを要した。よって、定着可能温度の１８０℃でプリント待機している場合には被記録材が画像形成装置のカセットから給紙されてニップ部Ｎに到達するまでの時間が１２ｓｅｃ以下である場合には、プリント信号を受けてから１２ｓｅｃ以降にニップ部に被記録材が到達する時間にすると良い。
【００９５】
以上のように、定着ローラの温度は、加圧ローラが当接し、定着ローラの温度が一旦低下して、再び、定着可能温度に到達するタイミングで被加熱材が定着ニップＮに到達するように設定すると良い。
【００９６】
さらに、図９のグラフにおいて、定着ローラの温度を１９０℃で温調した場合を実線で示す。プリント待機中の定着ローラ温度を１９０℃に設定することで、定着ローラと加圧ローラを当接し、定着ローラから加圧ローラに熱が奪われても、定着ローラの温度が定着可能温度である１８０℃よりも低ならない。よって、定着ローラと加圧ローラを当接してから再び定着可能温度まで定着ローラ温度が復帰する時間として「定着可能Ａ」まで約３ｓｅｃとすることができた。
【００９７】
以上のように、ファーストプリントアウトタイム（ＦＰＯＴ）の短縮が必要な場合には、待機状態における定着ローラの温度を定着可能温度よりも高く設定しておき、加圧ローラが当接されて定着ローラ温度が低下する最下点の温度が定着可能温度以上になるように設定すると良い。
【００９８】
（実施例４）
本例では実施例１乃至実施例４の構成において加圧ローラに熱源を設けている。なお、同一の構成部品については同一の番号を付記し、再度の説明を省略する。
【００９９】
図１０のグラフに示すように定着ローラの温度を１８０℃で温調し、加圧ローラ内部に全周方向に輻射するハロゲンヒータを配設し、１７０℃で温調する。定着ローラ１０の温度で点線で示した線は実施例３で示した比較例と同じく、加圧ローラに熱源がない場合で、室温近くまで加圧ローラ温度が低下した場合の定着ローラの表面温度変化を示している。定着ローラ１０と加圧ローラ３０を当接してから再び定着可能温度まで定着ローラ温度が復帰する時間として「定着可能Ｂ」があり、本例では約１２ｓｅｃを要した。これに対して本例では加圧ローラ３０に熱源を設けて、プリント待機中に１７０℃で温調することで、定着ローラ１０と加圧ローラ３０を当接してから再び定着可能温度まで定着ローラ温度が復帰する時間として「定着可能Ｃ」まで約３ｓｅｃとすることができた。よって、定着可能になるまでの時間を約１／４に短縮することができた。さらに、加圧ローラ３０の温度を定着ローラ１０と同じ温度で温調することで、定着ローラ１０と加圧ローラ３０を当接しても定着ローラ１０の温度が低下することがないので定着可能になるまでの時間は０ｓｅｃにすることができる。
【０１００】
以上から、加圧部材に熱源を設けて、加圧部材を加圧部材に必要な定着可能温度に維持することで、加熱回転体と加圧部材が当接したときに加熱回転体の温度低下を起こすことがなく、ＦＰＯＴの短縮を図ることができる。
【０１０１】
（実施例５）
本例では実施例１乃至実施例４の構成において定着ローラと加圧ローラを離間した状態でローラの回転軸方向で被加熱材の搬送領域よりも外側の領域において、前記加熱回転体と前記加圧部材が接触するように加圧ローラ端部の外径を大きくしている。なお、同一の構成部品については同一の番号を付記し、再度の説明を省略する。図１１に示すように加圧ローラ３０の両端部において外径を大きくした部分を３０ｄとする。図１１（Ａ）は加熱回転体と加圧部材を当接した状態で、図１１（Ｂ）は加熱回転体と加圧部材を離間した状態である。本例では３０ｄは被記録材の搬送領域に対して幅５ｍｍに渡って外径で０．２ｍｍ大きくした。なお、搬送領域は給紙の誤差を考慮して、最大記録材幅よりも外側２ｍｍのところから３０ｄとした。このように、離間した状態でも、加圧ローラ端部３０ｄと定着ローラ１０は当接しており加圧ローラ３０は一緒に回転する。
【０１０２】
本例のような構成により、加圧ローラ３０に設けた熱源が定着ローラ１０に設けた熱源のように周方向の一部を局所的に加熱する熱源であっても、定着ローラ１０と加圧ローラ３０が回転することで加圧ローラの周方向の温度ムラを定着ローラと同等に低減できる。
【０１０３】
また、加圧ローラ３０を駆動する構成においても定着ローラ１０と加圧ローラ３０を離間した状態で、定着ローラ１０を回転させることができる。特に定着ローラ１０に直接駆動を与えられない構成において有効である。
【０１０４】
なお、３０ｄは定着ローラ１０と加圧ローラ３０が一緒に回転すればよく、同様の機能を定着ローラ１０の端部に設けることで実現することも可能である。またその形状は、定着ローラ、加圧ローラを問わず、鼓のように中央から端部に向かって徐々に外径が大きくなるような構成にすることでも実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の実施例１に係わる加熱装置の要部の横断面側面模型図および発熱分布を示した図。
【図２】同じく要部の正面模型図。
【図３】内部に磁場発生手段を配設支持させた右側のホルダの斜視模型図。
【図４】電磁誘導発熱性の定着ローラの層構成模型図。
【図５】ａ−ａ’断面における（Ａ）当接状態（Ｂ）離間状態を示す図。
【図６】発熱層深さと電磁波強度の関係を示したグラフ。
【図７】定着ローラと加圧ローラの温度変化を示したグラフ（ウォームアップ時）。
【図８】定着ローラの周方向の温度分布を示したグラフ。
【図９】定着ローラと加圧ローラの温度変化を示したグラフ（プリント待機時）。
【図１０】定着ローラと加圧ローラの温度変化を示したグラフ（加圧ローラ加熱時）。
【図１１】実施例３に係わる加熱装置の正面模型図における定着ローラと加圧ローラが（Ａ）当接状態を示す図、（Ｂ）離間状態を示す図。
【図１２】本発明の画像形成装置の概略構成模型図。
【符号の説明】
【０１０６】
１  発熱層
２  弾性層
３  離型層
４  断熱層
１０  定着ローラ（加熱回転体）
１６  ホルダ
１７，１８，２７  磁性コア，励磁コイル，励磁回路（磁場発生手段）
２６  温度検知素子
２８  安全素子としての温度検知素子
３０  加圧ローラ（加圧部材）
１００  定着装置（加熱装置）
Ｎ  定着ニップ部（ニップ領域）
Ｐ  被記録材
【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】
2008151858.tif 000011
【図９】
2008151858.tif 000012
【図１０】
2008151858.tif 000013
【図１１】
2008151858.tif 000014
【図１２】
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