(57)【要約】【課題】回転可能な加熱部材と接しニップ部を形成する加圧部材の摩耗に起因して発生する加熱部材の回転トルクの上昇を抑えることのできる像加熱装置の提供。【解決手段】回転可能な加熱部材３０と接してニップ部Ｎｔを形成する加圧部材４０は、支持体４１と、前記支持体に支持された断熱部材であって、前記加熱部材と接して前記ニップ部を形成するとともに前記加熱部材の熱を前記支持体に伝えないように遮断する断熱部材４２と、を有する。前記断熱部材は単一材料で一体に形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能な加熱部材と、前記加熱部材をその外部から加熱する加熱手段と、前記加熱部材と接してニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部により記録材を挟持搬送しつつ前記加熱部材の熱で記録材上の像を加熱する像加熱装置において、
前記加圧部材は、支持体と、前記支持体に支持された断熱部材であって、前記加熱部材と接して前記ニップ部を形成するとともに前記加熱部材の熱を前記支持体に伝えないように遮断する断熱部材と、を有し、前記断熱部材は単一材料で一体に形成されることを特徴とする像加熱装置。
【請求項２】
前記断熱部材は前記ニップ部から前記支持体までの厚みを１００μｍ以上とすることを特徴とする請求項１に記載の像定着装置。
【請求項３】
前記断熱部材の材料がプラスチックであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の像加熱装置。
【請求項４】
前記プラスチックがフッ素樹脂であることを特徴とする請求項３に記載の像加熱装置。
【請求項５】
前記加圧部材は前記加熱部材の径方向で前記前記加熱部材に対して移動可能であり、前記断熱部材の前記ニップ部は前記加熱部材の外径以上の曲面によって形成されることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の像加熱装置。
【請求項６】
前記加圧部材を前記加熱部材に向けて移動可能に加圧する加圧手段を有することを特徴とする請求項５に記載の像加熱装置。
【請求項７】
未定着像を担持する像担持体と、前記像担持体から記録材上に形成された未定着像を加熱して記録材上に定着する定着手段と、を有する画像形成装置において、
前記定着手段として請求項１から請求項６の何れかに記載の像加熱装置を備え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、電子写真複写機、電子写真プリンタ等の画像形成装置に搭載する加熱定着装置として用いれば好適な像加熱装置、及びその像加熱装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真式の複写機やプリンタに搭載する像加熱装置（定着装置）として、定着ローラと、定着ローラをその外部から加熱する加熱手段と、定着ローラと接してニップ部を形成する加圧ローラと、を有するものがある。この像加熱装置は、ニップ部で記録材を挟持搬送しつつ記録材上の未定着トナー像を定着ローラの熱によって記録材上に加熱定着する。特許文献１には、加熱手段としてセラミックヒータを用いて定着ローラの外周面（表面）を加熱するタイプの定着装置が記載してある。特許文献２、３には、加熱手段としてハロゲンヒータを内蔵した小径の加熱ローラを用いて定着ローラの外周面（表面）を加熱するタイプの定着装置が記載してある。
【０００３】
これらの定着装置は、セラミックヒータや、ハロゲンヒータを内蔵した小径の加熱ローラなどにより、外部から定着ローラ表面を加熱するため、定着ローラ表面を急激に昇温させることが可能となる。そのため、複写機やプリンタの立ち上げの際に、定着ローラを室温からトナーの定着温度（目標温度）まで温めるためのウォームアップ 時間を短くできるという利点がある。
【０００４】
定着ローラ表面を定着ローラ外部から加熱する定着装置では、定着ローラの回転中心軸の周囲に、熱伝導率の低いシリコーンゴムや発泡シリコーンゴムを用いて断熱弾性層を形成している。そしてその断熱弾性層上に、表面層としてフッ素樹脂離型性層を形成している。
【０００５】
上記定着装置においては、定着ローラが弾性を有するため、記録材上で加熱され軟らかくなったトナーを定着ローラにより包み込むことができ、定着ムラのない高画質な画像を形成する事ができる。また、定着ローラ表面を加熱する方式のため、定着ローラ表面下に弾性層を有していても、定着ローラ表面を急激に昇温させることが可能となる。
【０００６】
さらに特許文献２、３では、蓄熱層として断熱弾性層と離型性層の間に高熱伝導のシリコーンゴム層を介在させる構成を提案している。
【特許文献１】特開平６−７５４９１号公報
【特許文献２】特開２００２−１２３１１７号公報
【特許文献３】特開２００４−３１７７８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来の定着装置において、回転可能な加圧ローラに代えて熱容量の小さい加圧部材を定位置に固定して用いるようにすれば、加圧部材から大気中への放熱などによる熱損失が小さくなり、ウォームアップ時間の短縮と省エネルギーを達成でき、望ましい。加圧部材を用いる場合、加圧部材は定位置に固定されるため、定着ローラ表面、及び記録材と接する面は定着ローラ表面、或いは記録材との摩擦抵抗を小さいことが望ましい。そこでその面を固体潤滑剤によりコーティングして摩擦抵抗を小さくし記録材搬送性を向上させることもできるけれども、加圧部材の長期使用によって固体潤滑剤が摩耗してしまう。その場合、加圧部材において固体潤滑剤のコーティングを施した所定の部材と定着ローラが接触して定着ローラの回転トルクが上昇し、記録材搬送性の初期性能を維持できなくなる。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みて為されたものである。本発明の目的は、回転可能な加熱部材と接しニップ部を形成する加圧部材の摩耗に起因して発生する加熱部材の回転トルクの上昇を抑えることのできる像加熱装置、及びその像加熱装置を備えた画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る像加熱装置の代表的な構成は、回転可能な加熱部材と、前記加熱部材をその外部から加熱する加熱手段と、前記加熱部材と接してニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部により記録材を挟持搬送しつつ前記加熱部材の熱で記録材上の像を加熱する像加熱装置において、
前記加圧部材は、支持体と、前記支持体に支持された断熱部材であって、前記加熱部材と接して前記ニップ部を形成するとともに前記加熱部材の熱を前記支持体に伝えないように遮断する断熱部材と、を有し、前記断熱部材は単一材料で一体に形成されることを特徴とする像加熱装置である。
【００１０】
本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、未定着像を担持する像担持体と、前記像担持体から記録材上に形成された未定着像を加熱して記録材上に定着する定着手段と、を有する画像形成装置において、
前記定着手段として上記の像加熱装置を備えたことを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、加圧部材の断熱部材が加熱部材と接してニップ部を形成するため、加圧部材の摩耗による加熱部材の回転トルク上昇を抑えることのできる像加熱装置、及びその像加熱装置を備えた画像形成装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を図面に基づいて詳しく説明する。
【実施例１】
【００１３】
（１）画像形成装置例
図７は本発明に係る像加熱装置を画像加熱定着装置（定着器）として搭載できる画像形成装置の一例の全体構成図である。この画像形成装置は電子写真方式を用いたレーザービームプリンタである。
【００１４】
本実施例に示すプリンタ１は、プリンタ１の筐体を構成するプリンタ本体（画像形成装置本体）１ａの外部に設けられたホストコンピュータ等の画像情報提供装置（図示せず）から画像情報を入力する。そしてプリンタ１は、入力した画像情報に応じた画像をシート状の記録材（記録媒体）Ｐに形成して記録するという一連の画像形成プロセスを公知の電子写真方式に則り行う。
【００１５】
プリンタ１は、像担持体としてのドラム型の電子写真感光体２と、一次帯電機構８と、現像装置３と、を保持するプロセスカートリッジ４を備えている。また、画像情報提供装置から入力した画像情報に応じた露光処理工程により感光体２の外周面に画像情報に応じた静電潜像を形成するレーザスキャナユニット５を備えている。また、記録材Ｐに画像を転写する処理を施すロール状の回転自在な転写体６と、画像転写処理済みの記録材Ｐに加熱及び加圧により定着処理を施す像加熱装置としての定着装置７を備えている。
【００１６】
カートリッジ４はプリンタ本体１ａに取り外し可能に装着されている。感光体２の修理及び現像装置３への現像剤補給等のメンテナンスが必要であるときには、プリンタ本体１ａに開閉自在に支持されているカバー９を開いたのち、カートリッジ４ごと交換することによりメンテナンスの迅速化及び簡易化等が図られている。
【００１７】
一次帯電機構８は、スキャナユニット５による露光処理工程前において商用電源等から規定のバイアスを印加されることにより、回転している感光体２の外周面（表面）を規定電位分布に帯電せしめるようになっている。
【００１８】
スキャナユニット５は、画像情報提供装置からの画像情報の時系列的電気デジタル画素信号に応じて変調されたレーザＬａを出力する。そしてそのレーザＬａにより、カートリッジ４のカートリッジフレーム（図示せず）に設けられた窓４ａを通して、感光体２表面の帯電処理済みの部位が走査及び露光される。これにより画像情報に応じた静電潜像が感光体２表面に形成される。
【００１９】
次に、プリンタ１における一連の画像形成プロセスに関して説明する。プリンタ本体１ａに設けられたスタートボタン等（図示せず）が押されるなどにより、感光体２の回転駆動が開始される。感光体２は矢印Ｋ１の時計方向に規定の周速度にて回転駆動される。これと共に、規定のバイアスが印加されている一次帯電機構８により感光体２表面が規定の電位分布に帯電せしめられる。
【００２０】
次に、画像情報提供装置からの画像情報に応じて感光体２表面の帯電処理済みの部位がスキャナユニット５により走査及び露光される。これにより画像情報に応じた静電潜像が感光体２の前記部位に形成される。その静電潜像が現像装置３の現像剤により現像されてトナー画像として可視像化される。
【００２１】
一方、所定のタイミングにて駆動された給送ローラ１２により給送カセット１１から記録材Ｐが一枚分離給送される。給送カセット１１には複数枚の記録材Ｐが積載収容されている。給送カセット１１はプリンタ本体１ａに取り外し可能に装着されている。給送カセット１１から給送された記録材Ｐはレジストローラ対１３により所定の制御タイミングにて感光体２と転写体６との間に形成された転写ニップ部へと給送され、転写ニップ部を挟持搬送されていく。この挟持搬送過程において感光体２側のトナー画像が転写体６により記録材Ｐ側に順次に転写される。
【００２２】
そして、転写処理済みの記録材Ｐは、定着装置７によりトナー画像の加熱定着処理が施されたのち、プリンタ本体１ａにて回転自在に支持された定着排出部１４を経由してプリンタ排出部１５により機外へと排出される。排出された記録材Ｐは、プリンタ本体１ａの上面に取り付けられたトレイ１６上に積載される。以上により、一連の画像形成プロセスが終了することとなる。
【００２３】
（２）定着装置
以下の説明において、定着装置及びその構成部材について、長手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と直交する方向をいう。幅方向（短手方向）とは記録材の面において記録材搬送方向をいう。幅とは記録材搬送方向における寸法をいう。
【００２４】
図１は定着装置７の一例の横断面模型図である。図２は定着装置７の加熱ニップ部と及びその近傍の拡大図と温度制御系を表す説明図である。
【００２５】
３０は加熱部材としての定着ローラ（定着用回転体）である。２１は定着ローラ３０をその外部から加熱する加熱手段（加熱源）としてのヒータである。２３は保持部材としてのヒータホルダーである。４０は加圧部材（バックアップ部材）である。これらの部材は何れも長手方向に細長い部材である。
【００２６】
ａ）定着ローラ３０
定着ローラ３０は、芯金３１の周囲に熱伝導率の低い断熱弾性層３２を有し、その弾性層３２の周囲に少なくとも１層の熱伝導層３３を有する。芯金３１の材料としてはアルミ、鉄、或いはＳＵＭ材等が用いられる。芯金３１はその周囲に設けられた断熱層３２によって定着ローラ３０表面から断熱される為、低熱伝導性、低熱容量であってもその効果は少ない。従って芯金３１の形態は中実であっても中空の筒状であっても良い。弾性層３２は、例えばシリコーンゴムなどに、マイクロバルーンなどの中空フィラなどを配合したバルーンゴム層、または、吸水性ポリマーが含有されたシリコーンゴム層、シリコーンゴムを水素発泡させたスポンジゴム層とする。熱伝導性が低ければソリッドゴム層でも良い。熱伝導層３３は、例えばシリコーンゴムやフッ素ゴムに高熱伝導フィラを配合した高熱伝導弾性層などが好適である。高い熱伝導率と、記録材Ｐを搬送するのに必要な摩擦力を得ることができる。この定着ローラ３０は芯金３１の長手両端部が定着装置７の装置フレーム（図示せず）に軸受を介して回転自在に保持されている。
【００２７】
ｂ）ヒータ２１
ヒータ２１は、長手方向に細長いヒータ基板２１ａを有する。基板２１ａとして、アルミナや窒化アルミ等の絶縁性のセラミックス基板や、ポリイミド、ＰＰＳ、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂基板が用いられる。基板２１ａの一面には、長手方向に沿って、例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）、ＲｕＯ２、Ｔａ２Ｎ等の通電発熱抵抗層２１ｂがスクリーン印刷等により線状もしくは細帯状に塗工して形成されている。抵抗層２１ｂの厚みは１０μｍ程度、幅は１〜５ｍｍ程度である。また、抵抗層２１ｂの保護、及び絶縁の確保を目的として、例えばガラス、ポリイミド（ＰＩ）樹脂などからなる絶縁保護層２１ｃを、抵抗層２１ｂを覆うように基板２１ａの一面に設ける。その保護層２１ｃの厚みは１０μｍから１００μｍ程度とする。さらに、定着ローラ３０の外周面（表面）との摺動性を高め、かつ記録材Ｐ上の未定着トナーなどの付着を防ぐことを目的として、例えばフッ素樹脂などの摺動性、離型性が良好な材料からなる摺動層２１ｄを、保護層２１ｃを覆うように基板２１ａの一面に設ける。その摺動層２１ｄの厚みは１０μｍから３０μｍ程度とする。
【００２８】
上記ヒータ２１は摺動層２１ｄを定着ローラ３０表面と対向させるように基板２１ａがホルダー２３に保持されている。ホルダー２３は、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等の耐熱性樹脂により形成され、熱伝導率が低いほど定着ローラ３０の加熱に際する熱効率が高くなる。よって樹脂層の中に中空のフィラー、例えばガラスバルーン、シリカバルーン等を内包してあっても良い。ホルダー２３は長手両端部が上記の装置フレームに保持されるとともに加圧手段としての加圧バネ（図示せず）によって定着ローラ３０側に加圧されている。これによりヒータ２１の摺動層２１ｄ表面が定着ローラ３０表面と所定の加圧力をもって接触し、その加圧力により定着ローラ３０の弾性層３２が変形して定着ローラ３０表面に所定幅の加熱ニップ部Ｎｈが形成される。
【００２９】
ｃ）加圧部材
加圧部材４０は、長手方向に細長い支持体４１と、その支持体４１に支持された断熱部材４２と、を有する。この加圧部材４０は、定着ローラ３０の径方向においてヒータ２１と対向するように装置フレームに定着ローラ３０と並列に配置される。そして支持体４１の長手両端部が装置フレームに保持されるとともに加圧手段としての加圧バネ（図示せず）によって定着ローラ３０側に加圧される。その加圧バネの加圧力により支持体４１上の断熱部材４２の定着ローラ３０側の面が定着ローラ３０表面と接し定着ローラ３０の弾性層３２が変形して、断熱部材４２の定着ローラ３０側の面と定着ローラ３０表面とで所定幅の定着ニップ部Ｎｔが形成される。
【００３０】
断熱部材４２の材料としては記録材Ｐの搬送を妨げないよう摺動性に優れた材料が望ましい。また記録材Ｐから定着ローラ３０表面へ転移したトナーなどが付着しないよう離型性に優れた材料が望ましい。さらに、ヒータ２１によって加熱される定着ローラ３０の熱を支持体４１に伝えないように遮断する断熱性に優れ、かつ定着ニップ部Ｎｔについて長手方向に均一なニップ形状となる機械的強度も必要である。
【００３１】
そこで本実施例では、断熱部材４２の材料として、ＰＴＦＥ（４フッ化エチレン樹脂）やＦＥＰ、ＰＦＡといったフッ素樹脂を用いている。フッ素樹脂を用いることで定着ローラ３０側の面、つまり定着ローラ３０表面、及び記録材Ｐと接する接触面４２ａを平滑な面とすることができ、これによって記録材Ｐの搬送性を向上できる。また断熱部材４２自体の厚みＴを１００μｍ（０．１ｍｍ）以上とし、断熱部材４２の横断面形状をコの字形状にする等して剛性を高め、支持体４１と組み合わせることでニップ形状の均一化を図っている。ここで、断熱部材４２の厚みＴとは接触面４２ａから支持体４１までの寸法をいう。
【００３２】
ところで、本実施例の定着装置７は、金属製のローラの内部にハロゲンランプ等の加熱源を有する加熱ローラを定着ローラとして用いる熱ローラ方式の定着装置と異なり、定着ローラ３０内部に加熱源を有していない。その為、定着ローラ３０の外径を小さくする事ができる。そして定着ローラ３０の径方向において定着ローラ３０表面にヒータ２１と加圧部材４０が接する位置を対称とし、ヒータ２１と加圧部材４０の定着ローラ３０表面に対する加圧力を同等とすれば、定着ローラ３０に対する加圧力を相殺できる。従って定着ローラ３０を小径化しても、定着ローラ３０の強度不足による撓みを防止できる。またウォームアップ時間の短縮と省エネルギー化を達成するために、定着ローラ３０は小径、低熱容量である方が望ましい。また、加熱ニップ部Ｎｈと定着ニップ部Ｎｔは、定着ローラ３０表面において異なる位置に形成される。定着ローラ３０表面において加熱ニップ部Ｎｈと定着ニップ部Ｎｔとの間の距離は短い方が、空気中への放熱、定着ローラ３０内部への熱の逃げが少なく、より効率的に熱を運搬する事ができる。このようなことを考慮して定着ローラ３０の外径を１０〜２０ｍｍの範囲で設定している。また、加圧部材４０の構成が簡単であることから、装置全体の構成を簡略化できて小型化、低熱容量化が可能である。また、加圧部材４０はローラ状の加圧ローラに比べて大気中への放熱などによる熱の損失が少なく、ウォームアップ時間の短縮と省エネルギーに適している。
【００３３】
（３）定着装置の加熱定着動作
定着ローラ３０は芯金３１端部に設けられた駆動ギア（図示せず）が回転駆動系Ｍ（図１）により駆動されることにより矢印方向に回転される。その状態で制御手段としての温度制御部１００（図２）が通電駆動手段としてのトライアック素子１０１をＯＮし、ＡＣ電源１０２よりヒータ２１の基板２１ａ長手端部に設けられた電極部（図示せず）を通じて抵抗層２１ｂへの通電を開始する。抵抗層２１ｂは通電されることで発熱し、その抵抗層２１ｂの発熱に応じてヒータ２１が昇温する。ヒータ２１は、ヒータ２１自体が低熱容量である為、温度立ち上がりが速い。そのヒータ２１の立ち上がり温度は基板２１ａの他方の面に設けられたサーミスタ等の温度検知手段２２により検知され、その検知信号を温度制御部１００が取り込む。温度制御部１００は、その検知信号に基づきトライアック素子１０１をＯＮ／ＯＦＦして抵抗層２１ｂへの通電を制御することにより、ヒータ２１を所定の温度（目標温度）に維持する温度制御を行う。そのヒータ２１の熱で回転中の定着ローラ３０表面が加熱されることによって、定着ローラ３０表面は記録材Ｐのトナーを溶融し記録材Ｐ上に定着させる定着可能温度に保たれる。
【００３４】
ヒータ２１の温度制御方式としては、検知信号に応じて、抵抗層２１ｂに印加される電圧のデューティー比や波数等を適切に制御することで、ヒータ２１を所定の温度に温度制御する。ヒータ２１の温度制御を行う他の構成として、定着ローラ３０表面の温度を温度検知手段（図示せず）で検知する。そしてその検知信号に基づき温度制御部１００によりトライアック素子１０１をＯＮ／ＯＦＦして抵抗層２１ｂへの通電を制御することよって、ヒータ２１を所定の温度に維持するようにしてもよい。
【００３５】
上記のように定着ローラ３０表面を定着可能温度とするようにヒータ２１を温度制御する事によって、記録材Ｐの定着性を一定に保つことができるとともに、記録材Ｐに対し熱を与えすぎることによって発生するホットオフセットなどの画像不良も防止できる。
【００３６】
ただし、定着ローラ３０はヒータ２１に比べて熱容量が大きい。そのため、ヒータ２１が昇温し始めてから定着ローラ３０表面の温度が定着温度に達するまでに時間がかかる。そのために、ヒータ２１の昇温時の温度変化（温度勾配）は定着ローラ３０表面の温度変化（温度勾配）に比べて大きく振れ、定着ローラ３０に対して、かなりの高温になってしまう可能性がある。
【００３７】
ヒータ２１の周辺に設けられる定着ローラ３０表面の熱伝導層３３として使用されるシリコーンゴムや、加圧部材４０の断熱部材４２として使用されるフッ素樹脂における連続使用可能温度は、一般的に２５０℃から２３０℃、好ましくは２００℃程度である。これ以上の高温下で使用されると、シリコーンゴムが劣化したり、フッ素樹脂の耐磨耗性が悪化したりする。
【００３８】
従って、定着ローラ３０表面の定着可能温度、または、ヒータ２１の所定の温度は、高くても３００℃以下、好ましくは２００℃〜２３０℃程度となるよう温度制御されるのが望ましい。
【００３９】
定着ローラ３０表面を定着可能温度に保った状態で、未定着トナー像ｔを担持した記録材Ｐが加圧部材４０の断熱部材４２の接触面４２ａに接しながらニップ部Ｎｔに導入される。その記録材Ｐはニップ部Ｎｔにおいて定着ローラ３０表面と断熱部材４２の接触面４２ａとにより挟持搬送される。そしてその搬送過程において記録材Ｐ上の未定着トナー像ｔを定着ローラ３０の熱で記録材Ｐ上に加熱定着して固着画像とする。ここで、加圧部材４０は熱容量が小さいため、定着ローラ３０の熱は記録材Ｐに迅速に伝わり、短い接触時間でも、記録材Ｐ上のトナー画像ｔを加熱定着する事が可能である。
【００４０】
（４）実験による確認
本実施例の定着装置７を備えた画像形成装置を用いて実験を行い、定着ローラ３０の回転によって加圧部材４０に摩耗が発生した場合に定着ローラ３０の回転トルクを抑えられることを確認した。
【００４１】
実験に使用した画像形成装置のプロセススピードは１００ｍｍ／ｓｅｃであり、１分間に１６枚のプリントを実施するレーザービームプリンタを用いて実験した。
【００４２】
まず、実験に用いた定着装置の基本構成を以下に説明する。
【００４３】
ヒータ２１としては、厚み１．０ｍｍのセラミック基板２１ａ上に、抵抗層２１ｂとして銀とパラジウムの発熱体ペーストを、厚み１０μｍで形成したセラミックヒータを使用した。セラミックヒータは、ホルダー２３としての、中空樹脂を含有する断熱性の液晶ポリマー部材によって保持される。
【００４４】
セラミックヒータ表面には、発熱体を保護する為に保護層２１ｃとして厚み３０μｍの絶縁ガラス層を形成し、さらに厚み１０μｍのＰＦＡ樹脂からなる摺動層２１ｄを設けている。
【００４５】
セラミック基板の裏側には、温度検知手段２２として、セラミックヒータの温度制御用のサーミスタが当接されている。
【００４６】
また、定着ローラ３０は、外径６ｍｍのＳＵＭ芯金３１上に、断熱弾性層３２として、厚み１．８ｍｍのシリコーンゴム層を形成している。さらにそのシリコーンゴム層の外側には、熱伝導層３３として、厚み２００μｍのシリコーンソリッドゴム層を形成している。つまり定着ローラ３０は、定着ローラ表層を高熱伝導層としたシリコーンゴム２層の定着ローラである。
【００４７】
以上の構成で、ヒータ２１と定着ローラ３０の間に４９Ｎ（５ｋｇｆ）の加圧力を付加してニップ部Ｎｈを幅３ｍｍで形成している。また定着ローラ３０と加圧部材４０の間にも４９Ｎ（５ｋｇｆ）の加圧力を付加してニップ部Ｎｔを幅３ｍｍで形成している。そしてそのヒータ２１と加圧部材４０は、定着ローラ３０を中心に定着ローラ３０の径方向で対向して配置してある。
【００４８】
加圧部材４０としては、断熱部材４２をＰＦＡによって１ｍｍの厚みで一体に形成し、その断熱部材４２を支持体４１で支持したものを用いた。
【００４９】
図１４は本実施例の定着装置７と比較する比較例の定着装置７Ａの横断面模型図である。本実施例の定着装置７と共通する部材及び部分には同じ符号を付して再度の説明を省略する。
【００５０】
比較例の定着装置７Ａは、加圧部材６０を以下のように構成した他は本実施例の定着装置７と同じ構成である。加圧部材６０において、支持体６１の材料はＳＵＭ材である。断熱部材６２の材料は液晶ポリマー９１であり、厚みは本実施例の断熱部材４２と同じである。断熱部材４２の定着ローラ３０側の面には厚さ５０μｍのＰＦＡコーティング６３が施されている。
【００５１】
本実施例の定着装置７を備えた画像形成装置と、比較例の定着装置７Ａを備えた画像形成装置において、耐久枚数（印刷枚数）による定着ローラ３０の回転トルク変化を図３に示す。
【００５２】
比較例の定着装置７Ａを備えた画像形成装置では、加圧部材６０のコーティング６３が摩耗し、１０Ｋあたりから断熱部材６３が表出し始める。そのため、定着ローラ３０は定着ローラ３０表面が断熱部材６３と接触した状態で回転し、定着ローラ３０の回転トルクが急上昇する。
【００５３】
これに対して本実施例の定着装置７を備えた画像形成装置では、加圧部材４０の断熱部材４２が定着ローラ３０の回転により摩耗してニップ幅が徐々に増える。これに伴い定着ローラ３０の回転トルクは上昇するものの５０Ｋでも０．３９２Ｎ・ｍ（４ｋｇｆ・ｃｍ）以下を維持することができる。
【００５４】
上記比較例の定着装置７Ａにおいて、加圧部材６０のコーティング６３の厚みを厚くすることで定着ローラ３０の回転トルク上昇を抑えることができる。しかしながら、ニップ部Ｎｔに導入する記録材Ｐの種類、画像形成装置を設置する環境の温湿度、プリント状況（連続・間欠など）などによってもコーティング６３の摩耗具合は変わる。また断熱部材６２が表出し始めた時点で、定着ローラ３０の回転トルク上昇が始まるため、定着ローラ３０の耐久寿命を保証すること困難となる。また、コーティング６３の厚み管理や平滑性を保つことも難しくなり、定着ローラ３０や記録材Ｐへの密着性が悪化する、あるいはコストが高くなるといった問題も生じる。
【００５５】
本実施例の定着装置７と、比較例の定着装置７Aについて、未定着トナー像ｔを担持した記録材Ｐの加熱定着処理を行い、そのときの記録材Ｐの定着性、カール（積載性）、及び搬送性を調べた。その結果を図４に示す。
【００５６】
ここで定着性とは、印刷物として出力された記録材の画像を一定の条件で擦って、擦り前の濃度から擦り後の濃度を引いた濃度低下を、擦り前の濃度で割ったものを濃度低下率（％）としている。よって、濃度低下率（％）が小さいほど定着性が良いということになり、ここでは２０％を超えるとＮＧと判断している。
【００５７】
ａ）定着性について
比較例の定着装置７Aでは、耐久枚数（図では「耐久」と記す）によるコーティング６３の摩耗でニップ形状が変化し、定着ローラ３０と記録材Ｐとの密着性が変化するため、トナー像ｔに熱が伝わり難くなる。さらにニップ形状の変化により記録材Ｐに対して所望のニップ圧がかからなくなる。これによりトナー像ｔの固着が不十分となり、記録材Ｐを擦った時にトナーが落ちるといったことがおこる。図４に示す通り、２０Ｋ耐久後あたりから定着性が悪くなり、２０％を超えるＮＧレベルとなり、５０Ｋ耐久後ではほとんど定着しない状態となる。
【００５８】
これに対して実施例１の定着装置７では、加圧部材４０の摺動性は良いものの、ニップ形状の変化によって定着性が徐々に悪化する傾向にある。５０Ｋ耐久後は１７％となるが、２０％以下を保つことができており、比較例のように断熱部材６２が表出しないため急激に悪くなることはない。
【００５９】
ｂ）カールについて
図４では、排出された記録材（記録紙）を平板に置いて、その記録材の４隅の平板からの距離を測定して平均したものである。本実験の条件では１５ｍｍを超えるものをＮＧとしている。
【００６０】
比較例の定着装置７Ａでは、２０Ｋ耐久あたりＮＧレベルに達し、排出部に記録材を所定量積載できない状態となる。考察するに、比較例の定着装置７Ａでは、定着ニップ部Ｎｔ内でのニップ圧分布が不安定となり、排出される記録材Ｐのカールが大きくなる。これは定着ニップ部Ｎｔへの記録材Ｐの突入方向や、定着ニップ部Ｎｔからの記録材Ｐの排出方向がニップ形状によって異なり、定着ニップ部Ｎｔ前後の引張りや局所的な加圧によって記録材Ｐに癖がついてしまうためである。これにより大量に印刷した場合に排出部から記録材Ｐが落下するといった現象も発生する。
【００６１】
これに対して実施例１の定着装置７では、初期は比較例の定着装置７Ａと変わることなく、５０Ｋ耐久後でも１５ｍｍ以下のカール量を保つことが可能となり、耐久後でも規定枚数全てを排紙トレーに積載することができる。
【００６２】
ｃ）搬送性について
ここで紙搬送性とは、様々な条件でプリント（印刷）した時の紙詰まり（ジャム）や角折れ、搬送不良（スリップ）による画像不良など、搬送に関して不具合があったものを不良率として計算している。
【００６３】
比較例の定着装置７Ａでは、耐久が進むに連れて様々な搬送不具合が生じ、５０Ｋを超えたあたりでは１０枚に２枚の割合で何らかの不具合が生じる。
【００６４】
これに対して実施例１の定着装置７では、５０Ｋ耐久しても５０枚に１枚の割合で何らかの不具合が生じるが、総じて安定した搬送性を保つことが可能となる。
【００６５】
よって、本実施例の定着装置７では、耐久で削れても圧分布が変化することがないため、定着性やカール、さらに搬送性を安定させることができる。さらに、加圧部材４０については、従来の加圧部材６０のように異なる部材を組み合わせることがないので、組立性に優れ、厚みや表面性といった管理すべく項目もなくなる。そのため、安価で安定した定着装置を提供することができる。
【００６６】
以上のように、本実施例の定着装置７は、支持体４１に断熱部材４２を支持させた構成の加圧部材４０を用いるため、装置全体の構成が簡単で小型化できる。また、加圧部材４０の断熱部材４２に摩耗が発生しても定着ローラ３０の回転トルク上昇を抑えることができ適切に記録材Ｐを搬送することが可能となる。これにより定着装置７に用いる駆動系（モーター、ギア、電源など）のコストやスペースを最小限に抑えることができる。さらに加圧部材４０は部品点数も少なく低熱容量化が可能であり、定着ローラ３０からの伝熱による熱の損失が極めて少なく、ウォームアップ時間の短縮と、省エネルギーに適している。
【００６７】
（５）ヒータ２１の他の構成例
図２に示すヒータ２１において、抵抗層２１ｂの上に直接フッ素樹脂などからなる厚さ１０μｍから１００μｍ程度の保護層２１ｃを形成し、その保護層２１ｃで上記摺動層２１ｄの機能を兼ねる構成としても良い。また、保護層２１ｃ及び摺動層２１ｄはヒータ２１の耐久性、平滑性、離型性などが確保できる範囲で、極力薄く形成する。また、摺動層２１ｄとして、離型性などが維持できる範囲で高熱伝導フィラなどを混入し、熱伝導性を向上させたものを使用することが望ましい。また、抵抗層２１ｂは基板２１ａの定着ローラ３０側の面に形成されているが、熱伝導性の良好な窒化アルミ等を基板２１ａの材料として使用する場合には、抵抗層２１ｂは基板２１ａの定着ローラ３０側と反対側の面に形成してもよい。その場合、保護層２１ｃは基板２１ａの定着ローラ３０側と反対側の面に設け、摺動層２１ｄは基板２１ａの定着ローラ３０側の面に設けられる。
【００６８】
図５に示すように、ヒータ２１の基板２１ａは、定着ローラ３０表面に沿う曲面形状であっても良い。定着ローラ３０表面に沿いやすくなり、より軽い加圧力で、ニップ部Ｎｈの幅ｂを広く採ることができる。
【００６９】
ヒータ２１の保護層２１ｄの替わりに、図６に示すように、ヒータ２１の定着ローラ３０側（表面側）に保護シート２１ｅを設け、ヒータ２１と定着ローラ３０表面の間に介在しながらニップ部Ｎｈを形成する構成としても良い。
【００７０】
保護シート２１ｅは、ステンレス（ＳＵＳ）やニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）等の金属製部材をシート状に形成したシート状保護部材であってもよい。あるいは、シート基層と、シート基層の定着ローラ３０側に設けられた離型層と、を有するシート状保護部材であってもよい。シート基層としては、ポリイミド（ＰＩ）等の耐熱性樹脂に金属粒子、や金属酸化物、人工ダイアモンド、グラファイト等の粉末より成る高熱伝導フィラを大量に混入した厚さ３０〜１００μｍで形成したものを用いる。離型層としては、例えばフッ素樹脂などを厚さ１０〜３０μｍで形成したものを用いる。また、保護シート２１ｅは、フッ素樹脂単体で、厚さ３０〜１００μｍのシート状に形成したシート状保護部材であってもよい。
【実施例２】
【００７１】
本実施例では、定着装置の他の例を説明する。
【００７２】
図８は本実施例の定着装置の他の例を表す横断面模型図である。
【００７３】
本実施例においては、実施例１の定着装置７と共通する部材、部分には同じ符号を付して再度の説明を省略する。
【００７４】
本実施例に示す定着装置７では、加圧部材４０は定着ローラ３０の径方向で定着ローラ３０に対して移動可能に長手両端部が装置フレームに保持されている。そしてその加圧部材４０において定着ローラ３０表面に沿うように定着ローラ３０の外径以上の曲面によって定着ニップ部Ｎｔａを形成している。また、加圧手段としての加圧バネ４４を有し、その加圧バネ４４によって加圧部材４０を定着ローラ３０側に加圧して定着ローラ３０表面にニップ部Ｎｔａを接触させている。そのため、加圧部材４０の断熱部材４２は定着ローラ３０の回転により定着ローラ３０表面に沿って記録材搬送方向で均等に摩耗し、ニップ部Ｎｔａにおいて断熱部材４２と定着ローラ３０表面との接触幅や圧分布が一定となる。これによってニップ部Ｎｔａに必要される様々な機能を安定させることができる。本実施例の定着装置７は、上記ニップ部Ｎｔａ、及び加圧バネ４４以外は実施例１の定着装置７と同じ構成である。
【００７５】
本実施例においても、本実施例の定着装置７を備えた画像形成装置を用いて実験を行い、定着ローラ３０の回転によって加圧部材４０に摩耗が発生した場合に定着ローラ３０の回転トルクを抑えられることを確認した。
【００７６】
実験に使用した画像形成装置は実施例１と同じ仕様のレーザービームプリンタである。
【００７７】
実験に用いた定着装置において、加圧部材４０の断熱部材４２の材料はＰＦＡである。そしてその断熱部材４２に定着ローラ３０の外径に合わせて、ニップ部ＮｔａにＲ＝５の曲面を設けている。また加圧部材９３には加圧バネ４４により４９Ｎ（５ｋｇｆ）の加圧力を付加して定着ニップ部Ｎｔａを幅３ｍｍで形成している。その定着ニップ部Ｎｔａ、及び加圧バネ４４以外は実施例１において実験に用いた定着装置７と同じ構成である。
【００７８】
本実施例において、比較例として用いた定着装置は実施例１において実験に用いた定着装置７Ａ（図１４）と同じものである。
【００７９】
実施例１と同じように、本実施例の定着装置７を備えた画像形成装置と、比較例の定着装置７Ａを備えた画像形成装置において、耐久枚数（印刷枚数）による加圧部材４０，６０の摩耗具合いを図９に、定着ローラ３０の回転トルク変化を図１０にそれぞれ示す。
【００８０】
比較例の定着装置７Ａにおける加圧部材６０は、図９に示すように、使用初期から上記耐久枚数に応じた使用耐久期間中にコーティング６３が摩耗し、図１０に示す１０Ｋあたりから断熱部材６２が表出し始める。そのため、定着ローラ３０は定着ローラ３０表面が断熱部材６３と接触した状態で回転することとなり、定着ローラ３０の回転トルクは断熱部材６２が表出し始める１０Ｋあたりから急上昇する。さらにニップ部Ｎｔａの長手方向において記録材Ｐの通過領域に応じたニップ中央に設定されているニップ圧のピーク領域が、記録材搬送方向において断熱部材６３中央部の摩耗により圧抜けしてニップ端部へ移動する。このためニップ圧の圧分布も加圧部材６０が長期使用されるに伴って変化し不安定となる。
【００８１】
これに対して、本実施例の定着装置７における加圧部材４０は、図９に示すように、使用初期から使用耐久期間中に断熱部材４２が幅方向で定着ローラ３０表面に沿って均等に摩耗する。断熱部材４２が摩耗しても、加圧バネ４４の加圧力により加圧部材４０が定着ローラ３０側に移動するため、ニップ部Ｎｔａは３ｍｍのニップ幅と初期同等のニップ圧分布を長手方向で得ることができ、一定のニップ形状を保つことができる。そのため、定着ローラ３０は加圧部材４０の使用初期から使用耐久期間中も初期同様の回転トルクを示す。
【００８２】
本実施例においても、本実施例の定着装置７と、比較例の定着装置７Aについて、未定着トナー像ｔを担持した記録材Ｐの加熱定着処理を行い、そのときの記録材Ｐの定着性、カール（積載性）、及び搬送性を調べた。その結果を図１１に示す。比較例の定着装置７Aの結果は実施例１と同じであるためその説明は省略する。また定着性、カール、搬送性の定義も実施例１と同じであるためその説明は省略する。
【００８３】
ａ）定着性について
実施例２の定着装置７では、加圧部材４０の摺動性は良いものの、ニップ形状の変化によって定着性が徐々に悪化する傾向にある。５０Ｋ耐久後は１３％となって２０％以下を保つことができており、比較例のように断熱部材６２が表出しないため急激に悪くなることはない。
【００８４】
ｂ）カールについて
実施例２の定着装置７では、初期は比較例の定着装置７Ａと変わることなく、５０Ｋ耐久後でも７ｍｍ以下のカール量を保つことが可能となり、耐久後でも規定枚数全てを排紙トレーに積載することができる。
【００８５】
ｃ）搬送性について
実施例２の定着装置７では、５０Ｋ耐久しても何の不具合も生じることがなく、安定した搬送性を保つことが可能となる。
【００８６】
本実施例の定着装置７においても、実施例１の定着装置７と同じ作用効果を得ることができる。
【００８７】
（加熱手段の他の例）
本実施例の定着装置７において、加熱手段として、図８に示すヒータ２１に代えて実施例１の図５、図６に示すヒータ２１を用いてもよい。
【００８８】
実施例１及び実施例２の定着装置７では、加熱手段として、板状加熱用ヒータ２１を定着ローラ３０表面と擦らせながら接触させる構成を例として説明を行ったが、加熱手段はこれに限定されるものではない。例えば、加熱手段自体が低熱容量で、迅速な温度立ち上がりが可能なものであり、定着ローラ表面と加熱ニップ部を形成して定着ローラ表面を加熱するものであってもよい。
【００８９】
加熱手段として、例えば、図１２のように、ヒータホルダー２４の外側に、加熱フィルム７５を摺動回転可能に外嵌し、加熱用ヒータ２１と定着ローラ３０表面との間に介在しながら加熱ニップ部Ｎｈを形成する構成としても良い。加熱フィルム７５は、定着ローラ３０の回転に伴い従動回転しながら、加熱用ヒータ２１を保護する。
【００９０】
加熱フィルム７５は、ステンレス（ＳＵＳ）やニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）等の金属製部材をシート状に形成したフィルム状部材であってもよい。あるいは、シート基層と、シート基層の定着ローラ３０側に設けられた離型層と、を有するシート状保護部材であってもよい。シート基層としては、ポリイミド（ＰＩ）等の耐熱性樹脂に金属粒子、や金属酸化物、人工ダイアモンド、グラファイト等の粉末より成る高熱伝導フィラを大量に混入した厚さ３０〜１００μｍで形成したものを用いる。離型層としては、例えばフッ素樹脂などを厚さ１０〜３０μｍで形成したものを用いる。また、加熱フィルム７５は、フッ素樹脂単体で、厚さ３０〜１００μｍのシート状に形成したフィルム状部材であってもよい。
【００９１】
加熱フィルム７５自体の熱容量を抑える為と、空気中への放熱を抑える為、加熱フィルム７５の外径は、例えばφ１８〜φ１０程度の小径とする事が望ましい。
【００９２】
また、図１３のように、加熱手段として、中空芯金５１の内側に、例えばハロゲンヒータなどの加熱手段５２を設けた、いわゆる熱ローラの構成の構成とし、その熱ローラによって定着ローラ３０表面を加熱しても良い。
【００９３】
熱ローラは、例えば、外径φ１８〜φ１０程度、厚み１〜０．３ｍｍの中空芯金５１上に、例えばフッ素樹脂などからなる離型層５３を、厚み１０〜３０μｍで形成する小径の円筒部材とし、低熱容量化する事で、迅速な温度立ち上がりを達成したものが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】実施例１の定着装置の一例の横断面模型図である。
【図２】実施例１の定着装置の加熱ニップ部と及びその近傍の拡大図と温度制御系を表す説明図である。
【図３】実施例１の定着装置を備えた画像形成装置と、比較例の定着装置を備えた画像形成装置において、耐久枚数による定着ローラの回転トルク変化を表す説明図である。
【図４】実施例１の定着装置と、比較例の定着装置について、未定着トナー像を担持した記録材の加熱定着処理を行ったときの記録材の定着性、カール、及び搬送性の実験結果を表す説明図である。
【図５】実施例１の定着装置におけるヒータ２１の他の構成例を表す図である。
【図６】実施例１の定着装置におけるヒータ２１の他の構成例を表す図である。
【図７】画像形成装置の一例の全体構成図である。
【図８】実施例２の定着装置の一例の横断面模型図である。
【図９】実施例２の定着装置を備えた画像形成装置と、比較例の定着装置を備えた画像形成装置において、耐久枚数による加圧部材の摩耗具合いを表す図である。
【図１０】実施例２の定着装置を備えた画像形成装置と、比較例の定着装置を備えた画像形成装置において、耐久枚数による定着ローラの回転トルク変化を表す説明図である。
【図１１】実施例２の定着装置と、比較例の定着装置について、未定着トナー像を担持した記録材の加熱定着処理を行ったときの記録材の定着性、カール、及び搬送性の実験結果を表す説明図である。
【図１２】実施例２の定着装置の他の例の横断面模型図である。
【図１３】実施例２の定着装置の他の例の横断面模型図である。
【図１４】従来の定着装置の横断面模型図である。
【符号の説明】
【００９５】
２：感光体、２１：ヒータ、３０：定着ローラ、４０，６０：加圧部材、４１：支持体、４２：断熱部材、４４：加圧バネ、Ｎｔ：定着ニップ部、Ｐ：記録材、ｔ：未定着トナー像
【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】
2008020789.tif 000011
【図１０】
2008020789.tif 000012
【図１１】
2008020789.tif 000013
【図１２】
2008020789.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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