(57)【要約】【課題】  省電力性に優れた定着装置を提供する。具体的には密着性を維持しながらニップ幅を増やし、より効率的に熱をトナーに伝えられる構成にした定着装置を提供する。【解決手段】  熱源としてはハロゲンランプを用い、フィルムを介してローラと密着する伝熱板を通じて熱をトナーおよび記録材に付与する構成とする。伝熱板はバネ性を有し、圧力がかかるとローラと沿った形状に変形し密着し広いニップを形成する。【選択図】  図１
2008139666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電装置と、前記像担持体の帯電面に静電潜像を作成することにより情報を書き込む手段と、前記静電潜像をトナーにより可視化する現像手段と、可視化されたトナー像を画像記録媒体の上に転写する手段を有し、画像記録媒体の上に転写されたトナー像に熱を付与し、圧力をかけて画像記録媒体に定着する手段を有する画像形成装置の定着装置において、
前記定着装置が、加圧ローラと、加圧ローラに熱を付与する加熱手段が互いに圧接されている構造を有しており、
前記加熱手段が熱源と熱源からの熱を前記加圧ローラとのニップ部に伝える伝熱部材を有し、前記伝熱部材が前記加圧ローラの外周よりも大きい曲率を有し、且つバネ性を有する材料でなっており、圧力をかけることで前記加圧ローラに沿う形状に変形できることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電装置と、前記像担持体の帯電面に静電潜像を作成することにより情報を書き込む手段と、前記静電潜像をトナーにより可視化する現像手段と、可視化されたトナー像を画像記録媒体の上に転写する手段を有し、画像記録媒体の上に転写されたトナー像に熱を付与し、圧力をかけて画像記録媒体に定着する手段を有する画像形成装置の定着装置において、
前記定着装置が、互いに圧接させたローラと、そのうち少なくとも1つのローラに熱を付与する加熱手段が圧接されている構造を有しており、
前記加熱手段が熱源と熱源からの熱を前記ローラとのニップ部に伝える伝熱部材を有し、前記伝熱部材が、加熱手段が圧接されているローラの外周よりも大きい曲率を有し、且つバネ性を有する材料でなっており、圧力をかけることでローラに沿う形状に変形できることを特徴とする定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複写機やプリンタなどの電子写真方式の作像プロセスを採用した画像形成装置における加熱定着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の作像プロセスを採用した画像形成装置において、記録紙などの被転写物上に転写されたトナー画像を加熱および加圧により定着する定着部ではフィルム加熱方式の定着装置が使用されている(特許文献1および2参照)。
【０００３】
このフィルム加熱方式は耐熱性フィルムの一面側にヒーターを、他面側に被加熱材をそれぞれ密着せしめ、ヒーターの熱エネルギーを耐熱性フィルムを介して被加熱体に付与する方式である。
【０００４】
図5にフィルム加熱方式を採用する定着装置の概略図を示す。
【０００５】
この装置は加熱体としてのセラミックヒーター5-1とこのヒーターを断熱支持する支持体であるステー5-2とヒーターを支持させたステーに巻きつかせた耐熱樹脂材からなる薄肉円筒形状のフィルム5-3とフィルム5-3をはさんでヒーター5-1と圧接してニップ部N5を形成する加圧ローラ5-4などからなる。5-5で示されるのは温度検知素子であり、ヒーター5-1の裏面に配されている。
【０００６】
加圧ローラの回転駆動がなされ、これに伴いフィルム5-3が従動回転し、ヒーター5-1に通電がなされて所定の温度に温調されている状態においてニップ部N5に未定着トナー像5-6を載せた記録材5-7が搬送され、ニップ部N5に導入され、フィルム5-3といっしょにニップ部N5を挟持搬送させることによりヒーター5-1の熱をフィルム5-3を介して記録材5-7に付与して未定着トナー像5-6を定着する。
【０００７】
フィルム5-3やヒータ5-1の熱容量が小さいために、ヒーター5-1に通電がなされて所定の温度に温調されるまでに要する時間が短く、クイックスタート性や省電力性に優れた定着方式である。
【０００８】
近年、環境問題が注目されるようになり、様々な分野の電気製品において、省電力性能が重要視されるようになってきた。
【０００９】
電子写真方式の作像プロセスを採用した複写機やプリンタなども例外ではなく、さらに消費電力の少ない製品が要求されている。
【００１０】
フィルム加熱方式の加熱定着装置においてもより省エネ性に優れた定着装置を提供するために様々な方法が検討されている。
【００１１】
その中で、ニップを長くして加熱時間を長く取って定着強度を上げることで定着温度を下げ、消費電力の低減を行うという方法が考えられている。
【００１２】
しかし、フィルム加熱方式の加熱定着装置の構成ではニップを増やすにはヒータ基板幅を増やす必要がある。
【００１３】
現在のフィルム加熱方式の加熱定着装置に用いられているヒータの基板にはアルミナもしくは窒化アルミのセラミック材料が用いられている。
【００１４】
ニップを広げようとしてヒータ基板幅を広げようとすると、窒化アルミを用いた基板では非常なコストアップとなる。また、熱伝導性に劣るアルミナを用いた基板では、ニップ内温度の正確な検知が難しくなり、例えば定着強度が落ちる定着不良などの不具合の原因となる。
【００１５】
そこで、特開平11-305578号公報(特許文献3)では、ヒータと加圧ローラの間に加圧ローラ表面に沿った形状を有する伝熱板を配してニップ幅を増やす方法が提案されている。
【００１６】
この提案によれば、ニップ幅が加圧ローラ表面に沿った曲面形状となることで広がり、加熱時間を長く取ることが可能となる。
【００１７】
また、ヒータと加圧ローラの間にコストの低い良熱伝導性の金属材料を介することでニップを広げるため、ヒータ基板幅を広げる必要がない。
【特許文献１】特開平2-157878号公報
【特許文献２】特開平4-44075号公報
【特許文献３】特開平11-305578号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
曲面の伝熱板を用いてニップ形状を加圧ローラに沿う形にしてニップを広げたフィルム加熱定着方式では、加圧ローラと伝熱板の密着性に問題があった。
【００１９】
従来のフラットな面をもつヒーターと加圧ローラとの接触では、加圧ローラが圧縮されて変形してヒーターと当接するため、ニップ内部の圧力が高く、ヒーターと加圧ローラの間で良い密着性が得られていた。
【００２０】
しかしながら、曲面の伝熱板を用いてニップ形状を加圧ローラに沿う形にしたフィルム加熱定着方式では、加圧ローラをあまり圧縮させることなくニップを形成できるので、ニップ内の圧力が低く、ヒーターと加圧ローラの密着性が低くなる。このような状態では熱の伝導性が悪くなり、効率の良い定着を行うことができなかった。
【００２１】
また、圧力を高めるため、ヒーターと加圧ローラの間にかかる総荷重を高めても、曲面の伝熱板のエッジ部分での圧力が高くなり、ニップ内部の圧力は低くなってしまい、良い密着性は得られない。
【００２２】
本発明はこのような問題を解決し、さらに効率の良い定着を行うことを可能とする加熱定着装置を提案するものである。
【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定着装置である。
【００２４】
(1)像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電装置と、前記像担持体の帯電面に静電潜像を作成することにより情報を書き込む手段と、前記静電潜像をトナーにより可視化する現像手段と、可視化されたトナー像を画像記録媒体の上に転写する手段を有し、画像記録媒体の上に転写されたトナー像に熱を付与し、圧力をかけて画像記録媒体に定着する手段を有する画像形成装置の定着装置において、
前記定着装置が、加圧ローラと、加圧ローラに熱を付与する加熱手段が互いに圧接されている構造を有しており、
前記加熱手段が熱源と熱源からの熱を前記定着ローラとのニップ部に伝える伝熱部材を有し、前記伝熱部材が加圧ローラの外周よりも大きい曲率を有し、且つバネ性を有する材料でなっており、圧力をかけることで加圧ローラに沿う形状に変形できることを特徴とする定着装置。
【００２５】
(2)像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電装置と、前記像担持体の帯電面に静電潜像を作成することにより情報を書き込む手段と、前記静電潜像をトナーにより可視化する現像手段と、可視化されたトナー像を画像記録媒体の上に転写する手段を有し、画像記録媒体の上に転写されたトナー像に熱を付与し、圧力をかけて画像記録媒体に定着する手段を有する画像形成装置の定着装置において、
前記定着装置が、互いに圧接させた加圧手段としての2つの定着ローラと、そのうち1つの定着ローラに熱を付与する加熱手段が圧接されている構造を有しており、
前記加熱手段が熱源と熱源からの熱を前記定着ローラとのニップ部に伝える伝熱部材を有し、前記伝熱部材が前記加圧ローラの外周よりも大きい曲率を有し、且つバネ性を有する材料でなっており、圧力をかけることで前記加圧ローラに沿う形状に変形できることを特徴とする定着装置。
【発明の効果】
【００２６】
本発明による構成にすることにより、曲率を持ったニップ内での密着性を高め、省電力性に優れた定着装置を形成することが可能となる。
【００２７】
本発明では、熱源はハロゲンランプやカーボンランプなどの輻射熱源を使用し、この熱源が加圧ローラ側に開口した反射板で覆われ、反射板の開口部は黒色表面を有し、バネ性を有する熱伝導性の高い金属でなる伝熱部材でふさがれた構造を持っている。
【００２８】
伝熱部材に使用する金属としてはりん青銅やステンレスなどが望ましい。また、伝熱部材の厚みとしては100μm〜500μm程度より好ましくは70μm〜300μm程度が強度や変形の観点から考えて望ましい。
【００２９】
熱源をハロゲンランプやカーボンランプのような輻射伝熱を行える熱源とすることで、伝熱部材に変形を行える自由度を与えることができ、構成が容易である。
【００３０】
また、伝熱板の少なくともハロゲンランプ側の面に黒色表面を持たせることで、輻射熱を効率的に吸収することができるようになる。
【００３１】
この加熱体が加圧ローラに圧接されるとバネ性を持った黒色伝熱部材が加圧ローラ外周面に沿うように変形し、加熱体に巻きついて摺動するフィルムを介して加圧ローラに密着しニップ部を形成する。
【００３２】
このとき、黒色伝熱部材が加圧ローラに圧力をかけながら変形するために、ニップ内の圧力を高くすることができる。
【００３３】
このため、密着性が高く、広いニップ幅を得ることができる。
【００３４】
また、伝熱板と加圧ローラの間にかかる総荷重を大きくしても、ニップ中央から圧力がかかるため、曲面のニップのエッジ部分のみに圧力が集中する問題も生じない。
【００３５】
輻射熱源としてのハロゲンランプやカーボンランプに通電されると、熱源からの輻射伝熱効果によりローラに沿った形状の黒色伝熱部材を介して、ニップ部に熱が供給される。
【００３６】
密着性の高い、広いニップ幅を有するため、記録材の通過の際には、記録材上の未定着トナー像に効率よく熱が付与され定着強度を上げることができる。
【００３７】
そのため、定着温度を低減させ、より省電力のプリントを行うことができるようになる。
【００３８】
以上のように、本発明によれば、密着性が高く、広い幅を持つニップを形成することができるようになり、より熱効率の高い加熱定着装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
（実施例１）
以下、本発明について詳述する。
【００４０】
図1に本発明の加熱定着装置の構造を示す。
【００４１】
加熱手段1-1はハロゲンランプやカーボンランプの輻射加熱源であり、加熱手段1-1は反射部材1-2および伝熱部材1-3によって覆われた構造となっている。
【００４２】
より具体的には、加熱手段1-1として直径6mm、定格電圧120V、消費電力700Wのハロゲンランプを用い、反射部材1-2としての加熱手段1-1側の面に鏡面加工を施し反射効率を高めたアルミニウム製の反射板と、伝熱部材1-3としての加熱手段1-1側の面に表面加工が施され黒色表面を有する幅15mm、厚さ300μmのりん青銅製の伝熱板で前記加熱手段1-1を包み込んだ構造となっている。
【００４３】
反射部材1-2と伝熱部材1-3はその端部どうしが接着されており、加熱手段1-1としてのハロゲンランプの光が外部に漏れない構造となっている。
【００４４】
さらにこの反射部材1-2と伝熱部材1-3には円筒形状の定着フィルム1-5が巻きついた状態で配されている。
【００４５】
加圧ローラ1-4はアルミニウム製の芯金1-4a上に弾性体層として発泡処理されたスポンジシリコンゴム1-4bが被覆された耐熱性および弾性を有するローラであり、さらに表面には離型層としてフッ素樹脂1-4cがコーティングされた構造を有している。
【００４６】
本実施例においては直径13mmのアルミニウム製の芯金1-4a上に厚さ3.5mmのスポンジシリコンゴム1-4bおよび厚さ30μmのフッ素樹脂層1-4cを有する、直径約20mmの加圧ローラを用いた。
【００４７】
この加圧ローラ1-4は前記定着フィルム1-5を挟んで前記伝熱部材1-3に所定の圧力で圧接されている。この時、伝熱部材1-3は加圧ローラ1-4に圧接されることで加圧ローラ1-4に沿う形状に変形して定着フィルム1-5を介して加圧ローラ1-4に密着し、ニップ部N1を形成する。
【００４８】
加圧ローラ1-4が回転するのに連動して定着フィルム1-5が回転し、ニップ部N1に記録材1-6が導入されたときに協働して記録材1-6を挟持搬送する。本実施例では記録材の搬送速度は118mm/sとした。
【００４９】
ニップ部N1に突入した記録材1-6上の未定着トナー像1-7はニップ部N1内で熱を付与され、溶融、浸透し記録材1-6に定着される。
【００５０】
ニップ部N1は加圧ローラ1-4に沿う形で湾曲しているため、幅が広く、より多くの熱を未定着トナー像1-7に付与することができる。
【００５１】
本実施例1において、伝熱部材1-3と加圧ローラの間にかかる荷重を変化させて実施例1-1および1-2を行い、定着温度、立上り時間、プリント中の電力の評価を行った。また、実施例との比較を行うために比較例1-1および1-2を行った。
【００５２】
実施例および比較例にて定着温度の比較を行う際には、定着強度が同等のレベルになる時の定着温度を比較した。
【００５３】
定着強度とは未定着画像を定着装置で定着し、定着された画像がどれだけの力で記録材上に定着しているかを表し、濃度低下率(単位：％)をもって表される。次に濃度低下率の測定方法を述べる。
【００５４】
未定着画像は、黒およびハーフトーン(灰色)の5mm角の画像がレターサイズ用紙の上に9ヶ所配されたものを用いる。
【００５５】
未定着画像のハーフトーンパターンは画素密度600dpiを3×3のマトリックスで形成し、これを１ドット１スペースで千鳥状に形成したパターンである。
【００５６】
定着器通紙後の画像のハーフトーンの濃度を濃度測定器(マクベス社製)にて測定後、専用の擦り試験機で画像を擦り、擦り後のハーフトーンの濃度を再び測定し、濃度の低下率を計算する。
【００５７】
擦り試験機は静電気により用紙を固定する台の上に用紙上に9ヶ所配された5mm角の黒およびハーフトーンパターンに合わせて200gの金属製の重りを載せる構造となっている。用紙と重りの間にはシルボンC紙(小津産業社製)が挟まれている。用紙を固定する台は紙の長手方向に往復運動できるようになっており、このとき画像はシルボンC紙に擦られて欠落する。本実施例では５往復させて画像を擦った。
【００５８】
この濃度の低下率はレターサイズ用紙上の9ヶ所のハーフトーン画像全てに関して計算し、平均値を算出し、その条件での定着強度をあらわす指標とする。
【００５９】
今回の測定では室温23℃、湿度50%に保たれた実験室内で記録材としては坪量90gのラフ紙(Fox River Paper社製  フォックスリバーボンド)を定着装置の立上後15sec経った時点で定着装置に通紙したときの濃度低下率が10%となるような定着温度の測定を行った。
【００６０】
濃度低下率10%は画像を強く指で擦っても欠落しないレベルであり、十分に実用に耐えうる水準である。
【００６１】
表1に実施例および比較例の評価結果をまとめる。
【００６２】
【表１】
2008139666.tif 000003
実施例1-1ではハロゲンランプに通電が開始されると700Wの電力がハロゲンランプに投入され、定着装置の立上が始まった。定着の温調温度は160℃で、温調が始まるまでに要した時間は6.0secであった。電力測定の結果、プリント中に消費された電力は平均でおよそ400Wであった。
【００６３】
実施例1-2ではハロゲンランプに通電開始されると700Wの電力がハロゲンランプに投入され、定着装置の立上が始まった。定着の温調温度は175℃で、温調が始まるまでに要した時間は7.0secであった。電力測定の結果、プリント中に消費された電力は平均でおよそ440Wであった。
【００６４】
実施例1-1と比較して総荷重が下がってニップ幅が狭くなったため、定着温度が上昇し、立上り時間、プリント中に消費する電力が上昇した。
【００６５】
比較例1-1として、従来のフィルム加熱方式の定着装置(図２参照)に用いられているフィルム加熱ユニットを用いて同様の評価を行った。加圧ローラは図1に示されるローラ1-4を用いて行った。
【００６６】
定着の温調温度は195℃で、温調が始まるまでに要した時間は8.0secであった。電力測定の結果、プリント中に消費された電力は平均でおよそ500Wであった。
【００６７】
ヒーターと加圧ローラの間にかかる総荷重は13kgで実施例1-1と同様であるが、フラットな面をもつセラミックヒーターを使用しているため、ニップ幅が実施例1-1および1-2と比較して狭くなっている。そのため定着温度が高くなり、立ち上がり時間およびプリント中に消費する電力も上昇した。
【００６８】
さらに比較例1-2として、従来のフィルム加熱方式の定着装置(図２参照)に用いられているフィルム加熱ユニットに加圧ローラと同等の曲率を有する伝熱板を設けた構成の定着装置において同様の評価を行った。加圧ローラには図1に示されるローラ1-4を用いて行った。図2に比較例1-2の構成を示す。
【００６９】
加熱体としてのセラミックヒーター2-1とこのヒーターを断熱支持する支持体であるステー2-2とヒーターを支持させたステーに巻きつかせた耐熱樹脂材からなる薄肉円筒形状のフィルム2-3とフィルム2-3をはさんでヒーター2-1と圧接してニップ部N2を形成する加圧ローラ2-4などからなる。2-5で示されるのは温度検知素子であり、ヒーター2-1の裏面に配されている。
【００７０】
セラミックヒーター2-1とフィルム2-3の間に加圧ローラ2-4と同じ曲率の曲面を有する伝熱板2-6を配し、加圧ローラ2-4とフィルム2-3を介して密着せしめた。
【００７１】
セラミックヒーター2-1と加圧ローラ2-4の間にかかる総荷重を13kgとしたところ、実施例1-1と同等の15mmのニップ幅を得た。しかしながら、圧分布測定を行ったところ、ニップのエッジ部分の圧力が高く、ニップ内部の圧力は低い状態であった。ニップ内部ではセラミックヒーター2-1と加圧ローラ2-4の密着性が低い状態となってしまったため、特に実施例1-1と比較して温調温度が175℃と15℃高い結果となってしまった。それに伴い、立上り時間、プリント中電力ともに高い結果となった。
【００７２】
実施例1-1と比較して同等のニップ幅を得たが、ヒーターと加圧ローラの密着性が低かったために効率的に伝熱することができなかったためである。
【００７３】
以上の比較より、本発明の構成では従来のフィルム定着方式よりもニップ幅を広く取ることができ、また、伝熱板と加圧ローラの密着性も十分に高くできるため効率よく熱を伝えることができ、より効率の良い定着装置を提供することができることがわかった。
【００７４】
（実施例２）
以下、本発明について詳述する。
【００７５】
図3に本発明の定着装置の構造を示す。
【００７６】
本実施例における定着装置は主に定着ローラ3-1と定着ローラ3-1に圧接された加圧ローラ3-2と定着ローラ3-1を外部から加熱する外部加熱手段3-3から構成されている。
【００７７】
定着ローラ3-1はローラ基体3-1aが外径20mm、内径13mmの多孔質セラミックスであり、ローラ基体3-1aの外周面に弾性体層として厚さおよそ1mmのシリコンゴム層3-1bと、さらにその外周面に離型層としてフッ素樹脂層3-1cを30μmの厚さで設けた構成を持つ。
【００７８】
加圧ローラ3-2はローラ基体3-2aが外径20mm、内径13mmの多孔質セラミックスであり、ローラ基体の外周面に弾性体層として厚さおよそ0.3mmのシリコンゴム層3-2bと、さらにその外周面に離型層としてフッ素樹脂層3-2cを30μmの厚さで設けた構成を持つ。
【００７９】
本実施例で用いた多孔質セラミックスはシリカを基体とする、密度0.2〜1.0g/cm2、より好ましくは、0.3〜0.7g/cm2であり、熱伝導度が0.1〜0.2W/mKのものを使用した。
【００８０】
加圧ローラ3-2は定着ローラ3-1の下側に並行に配し、40kgの圧力で加圧圧接されており、幅3mmのニップ部N3-1を形成させている。
【００８１】
加圧ローラ3-2は定着ローラ3-1の回転方向に従動して回転し、ニップ部N3-1に未定着トナー像3-3を載せた記録材3-4が導入されたときに定着ローラ3-1と協働して記録材3-4を挟持搬送する。本実施例では記録材3-4の搬送速度は118mm/secとしている。
【００８２】
外部加熱手段3-3は定着ローラ3-1を外部から加熱する手段である。
【００８３】
熱源3-3aはハロゲンランプやカーボンランプの輻射加熱源であり、熱源3-3aは反射部材3-3bおよび伝熱部材3-3cによって覆われた構造となっている。
【００８４】
より具体的には、熱源3-3aとして直径6mm、定格電圧120V、消費電力700Wのハロゲンランプを用い、反射部材3-3bとしての熱源3-3a側の面に鏡面加工を施し反射効率を高めたアルミニウム製の反射板と、伝熱部材3-3cとしての熱源3-3a側の面に表面加工が施され黒色表面を有する幅15mm、厚さ300μmのりん青銅製の伝熱板で前記熱源3-3aを包み込んだ構造となっている。
【００８５】
反射部材3-3bと伝熱部材3-3cはその端部どうしが接着されており、熱源3-3aとしてのハロゲンランプの光が外部に漏れない構造となっている。
【００８６】
さらにこの反射部材3-3bと伝熱部材3-3cには円筒形状の定着フィルム3-3dが巻きついた状態で配されている。
【００８７】
この外部加熱手段3-3は伝熱部材3-3cを定着ローラ3-1に対して並行になるように配列し、総圧13kgで定着ローラ3-1に圧接されている。
【００８８】
この時、伝熱部材3-3cは定着ローラ3-1に圧接されることで定着ローラ3-1に沿う形状に変形して定着フィルム3-3dを介して定着ローラ3-1に密着し、ニップ部N3-2を形成する。
【００８９】
本実施例のように、ローラ基体が多孔質セラミックスのような硬度の高い材料からなる場合でも、伝熱部材がローラに沿う形状に変形するために、効率よく加熱することが可能である。
【００９０】
定着ローラ3-1が回転駆動され、それに伴って、外部加熱手段3-3のフィルム3-3dが伝熱部材3-3cと摺動摩擦しながら回転状態となる。その後、熱源3-3aに通電がなされて発熱し、伝熱部材3-3cを介して定着ローラ3-1表面が加熱される。
【００９１】
定着ローラ3-1の外部加熱手段3-3およびニップ部N3-2の間の周上に温度検知手段3-6、詳しくはNTCサーミスタが当接されており、定着ローラ3-1の表面温度をモニターするように構成されている。この温度検知手段3-6により定着ローラ3-1の表面温度は所定の温度に温調される。
【００９２】
ローラ基体として硬度の高い多孔質セラミックスで構成されている定着ローラ3-1と加圧ローラ3-2は高い線圧力で圧接しており、記録材3-4上の未定着トナー像3-5に対し、トナーの圧縮降伏圧力を超える圧力を付与し、塑性変形せしめる。
【００９３】
搬送されてきた記録材3-4は定着ローラ3-1および加圧ローラ3-2の間のニップ部N3-1に突入する。定着ローラ3-1は外部加熱手段3-3からの熱を受け取り、加熱されている。
【００９４】
定着ローラ3-1は硬度が高いが、その曲率に沿った伝熱板とニップN3-2を形成することにより、効率よく伝熱される。
【００９５】
定着ローラ3-1および加圧ローラ3-2の間のニップ部N3-1に突入した未定着トナー像3-5は高い線圧を受けて押しつぶされるとともに定着ローラ3-1により加熱され、溶融、浸透し、記録材3-4に定着される。
【００９６】
本実施例2において、伝熱部材3-3cと加圧ローラ3-1の間にかかる圧力を変化させて実施例2-1および2-2を行い、定着温度、立上り時間、プリント中の電力の評価を行った。また、比較例2-1も実施した。
【００９７】
実施例および比較例にて定着温度の比較を行う際には、定着強度が同等のレベルになる時の定着温度を比較した。
【００９８】
定着強度については実施例1において述べたのでここでは述べない。
【００９９】
今回の測定では室温23℃、湿度50%に保たれた実験室内で記録材としては坪量90gのラフ紙(Fox River Paper社製  フォックスリバーボンド)を定着装置に通紙したときの濃度低下率が10%となるような定着温度の測定を行った。
結果を表2にまとめる。
【０１００】
【表２】
2008139666.tif 000004
実施例2-1ではハロゲンランプに通電が開始されると700Wの電力がハロゲンランプに投入され、定着装置の立上が始まった。定着の温調温度は150℃で、温調が始まるまでに要した時間は5.5secであった。電力測定の結果、プリント中に消費された電力は平均でおよそ350Wであった。
【０１０１】
実施例2-2ではハロゲンランプ通電開始されると700Wの電力がハロゲンランプに投入され、定着装置の立上が始まった。定着の温調温度は150℃で、温調が始まるまでに要した時間は8.0secであった。電力測定の結果、プリント中に消費された電力は平均でおよそ370Wであった。
【０１０２】
まず、本実施例における定着のメカニズムについて述べる。
【０１０３】
本実施例では、定着ローラ3-1と加圧ローラ3-2の間に40kgという荷重がかかり、かつニップが3mmと狭いため、ニップ内の圧力が従来例と比較して高い状態にある。圧力が高まると、トナーはローラと記録材の間でより扁平に押しつぶされるようになり、ローラおよび記録材との接触面積が大きくなってくる。
【０１０４】
この状態ではトナーは熱伝導性が通常時よりも向上しているため、少量の熱の付与で熱がトナー全体に良く伝わり、トナーを溶融せしめることができるようになる。
【０１０５】
すなわち、本実施例の構成では、トナーを定着させる要因の伝熱依存性が低くなり、圧力依存性が高まっているのである。
【０１０６】
したがって、定着時に消費される熱量を低く抑えることができるようになる。
【０１０７】
本実施例における構成では定着に必要な温度は150℃となっている。これは例えば、実施例1と比較しても低い温度となっている(表1参照)。
【０１０８】
実施例2-2では実施例2-1と比較して伝熱部材2-3cと定着ローラ2-1の間にかかる荷重が下がってニップ幅が狭くなり、熱の伝達が遅くなったため、立上り時間、プリント中に消費する電力も上昇した。
【０１０９】
比較例2-1では、外部加熱装置3-3として、従来のフィルム加熱方式の定着装置(図4参照)に用いられるフィルム加熱ユニットを用いて同様の評価を行った。定着ローラには図3に示されるローラ3-1および3-2と同様のものを使用した。図4に比較例2-1の構成図を示す。
【０１１０】
比較例2-1における定着装置は主に定着ローラ4-1と定着ローラ4-1に圧接された加圧ローラ4-2と定着ローラ4-1を外部から加熱する外部加熱手段4-3から構成されている。
【０１１１】
定着ローラ4-1はローラ基体4-1aが外径20mm、内径13mmの多孔質セラミックスであり、ローラ基体4-1aの外周面に弾性体層として厚さおよそ1mmのシリコンゴム層4-1bと、さらにその外周面に離型層としてフッ素樹脂層4-1cを30μmの厚さで設けた構成を持つ。
【０１１２】
加圧ローラ4-2はローラ基体4-2aが外径20mm、内径13mmの多孔質セラミックスであり、ローラ基体の外周面に弾性体層として厚さおよそ0.3mmのシリコンゴム層4-2bと、さらにその外周面に離型層としてフッ素樹脂層4-2cを30μmの厚さで設けた構成を持つ。
【０１１３】
本実施例で用いた多孔質セラミックスはシリカを基体とする、密度0.2〜1.0g/cm2、より好ましくは、0.3〜0.7g/cm2であり、熱伝導度が0.1〜0.2W/mKのものを使用した。
【０１１４】
加圧ローラ4-2は定着ローラ4-1の下側に並行に配し、40kgの圧力で加圧圧接されており、幅3mmのニップ部N4-1を形成させている。
【０１１５】
加圧ローラ4-2は定着ローラ4-1の回転方向に従動して回転し、ニップ部N4-1に未定着トナー像4-3を載せた記録材4-4が導入されたときに定着ローラ4-1と協働して記録材4-4を挟持搬送する。比較例2-1では記録材4-4の搬送速度は118mm/secとしている。
【０１１６】
外部加熱手段4-3は定着ローラ4-1を外部から加熱する手段である。
【０１１７】
外部加熱手段4-3は加熱体としてのセラミックヒーター4-3aとこのヒーターを断熱支持する支持体であるステー4-3bとヒーターを支持させたステーに巻きつかせた耐熱樹脂材からなる薄肉円筒形状のフィルム4-3c等からなる。
【０１１８】
この外部加熱手段4-3はヒーター4-3a側を定着ローラ4-1に対して並行になるように配列し、総圧13kgで定着ローラ4-1に圧接されている。
【０１１９】
このとき定着ローラ4-1とヒーター4-3aによりニップ部N4-2が形成される。
【０１２０】
定着ローラ4-1が回転駆動され、それに伴って、外部加熱手段4-3のフィルム4-3bがヒーター4-3aおよびステー4-3bと摺動摩擦しながら回転状態となる。その後、ヒーター4-3aに通電がなされて発熱し、定着ローラ4-1表面が加熱される。
【０１２１】
定着ローラ4-1の外部加熱手段4-3およびニップ部N4-1の間の周上に温度検知手段4-6、詳しくはNTCサーミスタが当接されており、定着ローラ4-1の表面温度をモニターするように構成されている。この温度検知手段4-6により定着ローラ4-1の表面温度は所定の温度に温調される。
【０１２２】
ローラ基体として硬度の高い多孔質セラミックスで構成されている定着ローラ4-1と加圧ローラ4-2は高い線圧力で圧接しており、記録材4-4上の未定着トナー像4-5に対し、トナーの圧縮降伏圧力を超える圧力を付与し、塑性変形せしめる。
【０１２３】
搬送されてきた記録材4-4は定着ローラ4-1および加圧ローラ4-2の間のニップ部N4-1に突入する。定着ローラ4-1は外部加熱手段4-3からの熱を受け取り、加熱されている。
【０１２４】
定着ローラ4-1および加圧ローラ4-2の間のニップ部N4-1に突入した未定着トナー像4-5は高い線圧を受けて押しつぶされるとともに定着ローラ4-1により加熱され、溶融、浸透し、記録材4-4に定着される。
【０１２５】
この構成において、ヒーター通電開始から温調が始まるまでに要した時間は40secであった。電力測定の結果、プリント中に消費された電力は平均でおよそ550Wであった。
【０１２６】
ヒーターと加圧ローラの間にかかる総荷重は13kgで実施例2-1と同様であるが、フラットな面をもつセラミックヒータを使用しているため、ニップ幅が実施例2-1および2-2と比較して狭くなっている。比較例2-1における定着ローラ4-1は硬度の高い多孔質セラミックスを基体としているため、ローラがほとんど変形せず、広いニップを形成することができない。比較例2-1では伝熱部材4-3cと定着ローラ4-1の間のニップ幅は3mmであった。
【０１２７】
したがって、熱の伝達が大幅に遅れ、立上り時間の遅延およびプリント中の消費電力の上昇につながったものと考えられる。
【０１２８】
以上の比較より、例えば、硬度の高いローラに対しても曲面で接することができるため、本発明の構成は効率的に熱を伝えられることがわかった。
【０１２９】
また、硬度の高い2つのローラを圧接し狭いニップに高い圧力をかけることで、定着温度を低減し、より効率の高い定着が行えることがわかった。
【０１３０】
この構成は本発明のようなローラ外周に沿ったニップを形成できる加熱装置を外部加熱装置として使用することで迅速に温めることができ、本発明により、有効な定着装置の例として提案できる。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本発明の定着装置の概念図(実施例1)
【図２】比較例1-2の定着装置の概念図
【図３】本発明の定着装置の概念図(実施例2)
【図４】比較例2-1の定着装置の概念図
【図５】従来例であるフィルム加熱方式を利用した定着装置の概略図
【符号の説明】
【０１３２】
1-1  ハロゲンランプ
1-2  反射板
1-3  黒色曲面伝熱部材
1-4  加圧ローラ
1-4a  芯金
1-4b  弾性体層
1-4c  離型層
1-5  フィルム
1-6  未定着トナー像
1-7  記録材
N1  ニップ部
2-1  セラミックヒーター
2-2  ステー
2-3  フィルム
2-4  加圧ローラ
2-5  温度検知素子
2-6  伝熱板
N2  ニップ部
3-1  定着ローラ
3-1a  多孔質セラミックス
3-1b  弾性体層
3-1c  離型層
3-2  加圧ローラ
3-2a  弾性体層
3-2b  弾性体層
3-2c  離型層
N3-1  定着ローラ3-1と加圧ローラ3-2のニップ部
3-3  外部加熱手段
3-3a  ハロゲンランプ
3-3b  反射板
3-3c  黒色曲面伝熱部材
3-3d  フィルム
N3-2  伝熱部材3-3dと定着ローラ3-1のニップ部
3-4  記録材
3-5  未定着トナー像
3-6  温度検知素子
4-1  定着ローラ
4-1a  多孔質セラミックス
4-1b  弾性体層
4-1c  離型層
4-2  加圧ローラ
4-2a  多孔質セラミックス
4-2b  弾性体層
4-2c  離型層
N4-1  定着ローラ3-1と加圧ローラ3-2のニップ部
4-3  外部加熱手段
4-3a  セラミックヒーター
4-3b  ステー
4-3c  フィルム
N4-2  セラミックヒーター4-3aと定着ローラ4-1のニップ部
4-4  記録材
4-5  未定着トナー像
4-6  温度検知素子
5-1  ヒーター
5-2  ステー
5-3  フィルム
5-4  加圧ローラ
5-5  温度検知素子
5-6  未定着トナー像
5-7  記録材
N5  ニップ部
【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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