(57)【要約】【課題】加熱ローラにかかる荷重が小さく、消費電力の低減を図ることができる加熱装置およびそれを備えた画像形成装置並びに加熱方法を提供する。【解決手段】互いに圧接する加熱ローラ２３１と加圧ローラ２３２とを備え、両ローラ２３１・２３２が圧接する定着ニップ部Ｙを記録紙Ｐが通過することにより、記録紙Ｐが加熱される。外部加熱ローラ２３３は、加圧ローラ２３２を外側から加熱する。定着ニップ部Ｙを記録紙Ｐが通過する通過時間は２．３×１０−２秒以内である。加熱ローラ２３１の表面温度をＴ１（℃）とし、加圧ローラ２３２の表面温度をＴ２（℃）とすると、表面温度Ｔ１・Ｔ２は、Ｔ１−Ｔ２≦１００（℃）を満足する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに圧接する第１加熱部材と第２加熱部材とを備え、上記第１加熱部材と第２加熱部材とが圧接する圧接領域を被加熱材が通過することにより、上記被加熱材が加熱される加熱装置において、
上記第２加熱部材を、該第２加熱部材の外側から加熱する外部加熱部材を備え、
上記被加熱材上の任意の一点が上記圧接領域を通過する通過時間は２．３×１０−２秒以下であり、
上記第１加熱部材の表面温度をＴ１（℃）とし、上記第２加熱部材の表面温度をＴ２（℃）とすると、上記表面温度Ｔ１および上記表面温度Ｔ２は、
Ｔ１−Ｔ２≦１００（℃）
を満足することを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
上記第１加熱部材の表面温度Ｔ１および上記第２加熱部材の表面温度Ｔ２は、
Ｔ１−Ｔ２≦７０（℃）
を満足することを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】
上記第１加熱部材の表面温度と第２加熱部材の表面温度との差は、上記外部加熱部材により制御されることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
【請求項４】
上記第１加熱部材の表面温度は略一定に保持されるように制御されることを特徴とする請求項３に記載の加熱装置。
【請求項５】
上記外部加熱部材の表面温度を検出する温度検出手段と、
該温度検出手段の検出結果に基づいて、上記外部加熱部材の表面温度を制御する制御手段とを備えることを特徴とする請求項３に記載の加熱装置。
【請求項６】
上記圧接領域における上記被加熱材への面圧をＰ（ｋＰａ）とすると、上記第１加熱部材の表面温度Ｔ１（℃）と上記第２加熱部材の表面温度Ｔ２（℃）とは、
Ｔ１−Ｔ２≦３０×ｌｎ（Ｐ）−７２．５
を満足することを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
【請求項７】
互いに圧接する第１加熱部材と第２加熱部材とを備え、上記第１加熱部材と第２加熱部材とが圧接する圧接領域を被加熱材が通過することにより、上記被加熱材が加熱される加熱装置において、
上記被加熱材上の任意の一点が上記圧接領域を通過する通過時間は２．３×１０−２秒以下であり、
上記被加熱材の通過時に、上記第１加熱部材から上記被加熱材に伝達される熱量をＱ１とし、上記第２加熱部材から上記被加熱材に伝達される熱量をＱ２とすると、上記熱量Ｑ１および上記熱量Ｑ２は、
Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）≧０．２５
を満足することを特徴とする加熱装置。
【請求項８】
上記第１加熱部材から上記被加熱材に伝達される熱量Ｑ１および上記第２加熱部材から上記被加熱材に伝達される熱量Ｑ２は、
Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）≧０．３
を満足することを特徴とする請求項７に記載の加熱装置。
【請求項９】
上記第２加熱部材を、該第２加熱部材の外側から加熱する外部加熱部材と、
上記外部加熱部材の表面温度を制御することにより、上記第２加熱部材から上記被加熱材に伝達される熱量Ｑ２と、上記被加熱材に伝達される総熱量Ｑ１＋Ｑ２との比Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）を制御する制御手段とを備えることを特徴とする請求項７に記載の加熱装置。
【請求項１０】
上記圧接領域における上記被加熱材への面圧をＰ（ｋＰａ）とすると、上記第２加熱部材から上記被加熱材に伝達される熱量Ｑ２（Ｊ）と、上記被加熱材に伝達される総熱量Ｑ１＋Ｑ２（Ｊ）との比Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）は、
Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）≧−０．０７８×ｌｎ（Ｐ）＋０．７
を満足することを特徴とする請求項７に記載の加熱装置。
【請求項１１】
上記圧接領域における上記被加熱材への面圧が、３００（ｋＰａ）以下であることを特徴とする請求項１または７に記載の加熱装置。
【請求項１２】
上記外部加熱部材は、熱源体を有し、上記第２加熱部材の表面に接することで上記第２加熱部材を加熱することを特徴とする請求項１または７に記載の加熱装置。
【請求項１３】
上記外部加熱部材は、上記第２加熱部材に外接して該第２加熱部材と共に回転するローラであることを特徴とする請求項１または７に記載の加熱装置。
【請求項１４】
上記第２加熱部材は、誘導加熱作用により発熱する発熱体を備え、
上記外部加熱部材は、上記第２加熱部材を誘導加熱する誘導加熱コイルであることを特徴とする請求項１または７に記載の加熱装置。
【請求項１５】
上記外部加熱部材の形状は曲率を有することを特徴とする請求項１４に記載の加熱装置。
【請求項１６】
上記第１加熱部材の表面は、単位長さ当りの熱容量が２００Ｊ／（ｍ・℃）以下であることを特徴とする請求項１または７に記載の加熱装置。
【請求項１７】
上記第１加熱部材および第２加熱部材は回動可能なローラであり、圧接領域を被加熱材が通過することにより、上記被加熱材上のトナーを定着させることを特徴とする請求項１または７に記載の加熱装置。
【請求項１８】
上記被加熱材上に未定着のトナーからなる画像を形成する像転写装置と、
上記被加熱材上の未定着のトナーを定着させる請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の加熱装置とを備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１９】
第１加熱部材と第２加熱部材とが圧接する圧接領域を、被加熱材の任意の一点が２．３×１０−２秒以内に通過するように上記被加熱材を通過させることにより、上記被加熱材を加熱する加熱方法であって、
上記第１加熱部材の表面温度をＴ１（℃）とし、上記第２加熱部材の表面温度をＴ２（℃）とすると、上記表面温度Ｔ１と上記表面温度Ｔ２とが、
Ｔ１−Ｔ２≦１００（℃）
を満足するように、上記第２加熱部材を、該第２加熱部材の外側から外部加熱部材により加熱することを特徴とする加熱方法。
【請求項２０】
上記第１加熱部材の表面温度Ｔ１および上記第２加熱部材の表面温度Ｔ２が、
Ｔ１−Ｔ２≦７０（℃）
を満足するように、上記第２加熱部材を、該第２加熱部材の外側から外部加熱部材により加熱することを特徴とする請求項１９に記載の加熱方法。
【請求項２１】
上記外部加熱部材の表面温度を制御することにより、上記第１加熱部材の表面温度と第２加熱部材の表面温度との差を制御することを特徴とする請求項１９に記載の加熱方法。
【請求項２２】
上記圧接領域における上記被加熱材への面圧をＰ（ｋＰａ）とすると、上記第１加熱部材の表面温度Ｔ１（℃）と上記第２加熱部材の表面温度Ｔ２（℃）とが、
Ｔ１−Ｔ２≦３０×ｌｎ（Ｐ）−７２．５
を満足するように、上記表面温度Ｔ１および上記表示温度Ｔ２を制御することを特徴とする請求項１９に記載の加熱方法。
【請求項２３】
第１加熱部材と第２加熱部材とが圧接する圧接領域を、被加熱材の任意の一点が２．３×１０−２秒以内に通過するように上記被加熱材を通過させることにより、上記被加熱材を加熱する加熱方法であって、
上記圧接領域において上記被加熱材の通過時に、上記第１加熱部材から上記被加熱材に伝達される熱量をＱ１とし、上記第２加熱部材から上記被加熱材に伝達される熱量をＱ２とすると、上記熱量Ｑ１と上記熱量Ｑ２とが、
Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）≧０．２５
を満足するように制御することを特徴とする加熱方法。
【請求項２４】
上記第１加熱部材から上記被加熱材に伝達される熱量Ｑ１および上記第２加熱部材から上記被加熱材に伝達される熱量Ｑ２は、
Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）≧０．３
を満足するように制御することを特徴とする請求項２３に記載の加熱方法。
【請求項２５】
上記第２加熱部材を外側から加熱する外部加熱部材によって上記第２加熱部材の表面温度を制御することにより、上記第２加熱部材から上記被加熱材に伝達される熱量Ｑ２と、上記被加熱材に伝達される総熱量Ｑ１＋Ｑ２との比Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）を制御することを特徴とする請求項２３に記載の加熱方法。
【請求項２６】
上記圧接領域における上記被加熱材への面圧をＰ（ｋＰａ）とすると、上記第２加熱部材から上記被加熱材に伝達される熱量Ｑ２（Ｊ）と、上記被加熱材に伝達される総熱量Ｑ１＋Ｑ２（Ｊ）との比Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）が、
Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）≧−０．０７８×ｌｎ（Ｐ）＋０．７
を満足するように、制御することを特徴とする請求項２３に記載の加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱と圧力とにより媒体を加熱する加熱装置およびそれを備えた画像形成装置並びに加熱方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱と圧力とにより媒体を加熱する加熱装置は、複写機やプリンタ等の電子写真方式の画像形成装置において現像剤を記録媒体に定着させる定着装置として用いられる場合、一般的に、熱ローラ定着方式の構成が多用される。
【０００３】
熱ローラ定着方式の構成の定着装置は、互いに圧接されたローラ対（加熱ローラおよび加圧ローラ）を備える。また、記録媒体（記録紙）のトナー画像面側に接するローラ（加熱ローラ）の内部には、ハロゲンヒータ等の加熱手段が設けられている。
【０００４】
そして、加熱手段により加熱ローラを所定の温度（定着温度）に加熱した後、未定着トナー画像が形成された記録媒体を、加熱ローラと加圧ローラとの圧接部（定着ニップ部）に通過させて、熱と圧力によりトナー画像の定着を行う。
【０００５】
しかしながら、この熱ローラ定着方式では、加熱ローラの加熱開始後、加熱ローラが定着温度に到達するまでの時間（ウォームアップ時間）が長い。従って、使い勝手の点から、待機時も加熱ローラを予熱する必要があることから、ウォームアップ時および待機時にかかる消費電力が大きいといった問題がある。
【０００６】
そこで、このような問題を解決するものとして、近年、薄肉熱ローラ定着方式を用いた定着装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
この薄肉熱ローラ定着方式の定着装置は、加熱ローラの芯金を薄肉化し、加熱ローラの熱容量を低減している。これにより、ウォームアップ時間を短縮することができ、ウォームアップ時および待機時にかかる消費電力の低減を図ることができる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−２４４４４８号公報（１９９７年９月１９日公開）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記薄肉熱ローラ定着方式は、中低速機（例えば、Ａ４サイズの記録紙をヨコ送りで、コピー速度５０枚／分未満）では、加熱ローラの薄肉化が可能であるが、高速機（例えば、Ａ４サイズの記録紙をヨコ送りで、コピー速度５０枚／分以上）では、加熱ローラの薄肉化が困難である。
【００１０】
従って、高速機ではウォームアップ時間が長く（通常３分以上）、消費電力が大きくなる。このように、高速機で加熱ローラの薄肉化が困難である理由について、図１６を用いて以下に説明する。
【００１１】
図１６は、従来の中低速機および高速機でのニップ通過時間と、加熱ローラの温度（ローラ温度）および定着ニップ部を通過する記録紙にかかる圧力（面圧）との関係を示すグラフである。
【００１２】
ここで、ニップ通過時間とは、デュエルタイムともいい、定着ニップ部の幅を定着速度（記録紙搬送速度）で除したものであり、記録紙上の任意の一点が定着ニップ部を通過するのに要する時間を表す。従って、通常、コピー速度が速くなるほど、ニップ通過時間は短くなる。
【００１３】
図１６より、中低速機では、コピー速度が速くなり、ニップ通過時間が短くなった分を定着ローラ温度を上げることでカバーすることで、記録紙に必要な熱量を与え、十分な定着性を確保していることがわかる。従って、面圧としてはニップ通過時間に関係なくほぼ一定である。
【００１４】
しかしながら、高速機では、中低速機に比べ更に定着速度が速くなるため、ニップ通過時間としては２３ｍｓｅｃ（２．３×１０−２秒）以下となってしまう。一方、加熱ローラの常時使用温度には一般に限界（例えば、２００℃）がある。従って、加熱ローラの耐熱性の問題から、加熱ローラ温度を限界温度以上に上げることができない。このため、高速機では、加熱ローラ温度は一定（限界温度）のままで、面圧を高く設定することで定着性を確保している。
【００１５】
このため、加熱ローラに大きな荷重がかかるため、高速機では、中低速機のように加熱ローラの薄肉化を図ることができず、このため、ウォームアップ時間の短縮が困難であり、消費電力が大きくなる。
【００１６】
また、加熱ローラに大きな荷重がかかることにより、加熱ローラにおいてクリープの発生やローラライフの短縮化が発生し、また記録紙において紙しわやカールが発生する。
【００１７】
さらに、加熱ローラの薄肉化が困難なことにより、装置の大型化を招来する。また、加熱ローラの駆動トルクが増加し、これにより消費電力の増大や駆動部品のライフの短縮化等も招来する。
【００１８】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、加熱ローラにかかる荷重が小さく、消費電力の低減を図ることができる加熱装置およびそれを備えた画像形成装置並びに加熱方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の加熱装置は、上記の課題を解決するために、互いに圧接する第１加熱部材と第２加熱部材とを備え、上記第１加熱部材と第２加熱部材とが圧接する圧接領域を被加熱材が通過することにより、上記被加熱材が加熱される加熱装置において、上記第２加熱部材を、該第２加熱部材の外側から加熱する外部加熱部材を備え、上記被加熱材上の任意の一点が上記圧接領域を通過する通過時間は２．３×１０−２秒以下であり、上記第１加熱部材の表面温度をＴ１（℃）とし、上記第２加熱部材の表面温度をＴ２（℃）とすると、上記表面温度Ｔ１およびＴ２は、Ｔ１−Ｔ２≦１００（℃）を満足することを特徴としている。
【００２０】
また、上記の加熱装置は、第１加熱部材の表面温度Ｔ１および第２加熱部材の表面温度Ｔ２が、Ｔ１−Ｔ２≦７０（℃）を満足することがさらに好ましい。
【００２１】
上記の構成によれば、第１加熱部材の表面温度Ｔ１（℃）と第２加熱部材の表面温度Ｔ２とが、Ｔ１−Ｔ２≦１００（℃）あるいは、さらに、Ｔ１−Ｔ２≦７０（℃）を満足することにより、被加熱材上の任意の一点が圧接領域を通過する通過時間が２．３×１０−２秒以下の高速機であっても、圧接領域の面圧を大きくしなくてすむ。即ち、加熱部材にかかる荷重を小さくすることができる。
【００２２】
従って、加熱部材の薄型化を図ることができ、熱容量を低減することができる。これにより、加熱装置のウォームアップ時間を短縮することがでる。この結果、加熱部材を予熱する必要がなく、ウォームアップ時および待機時にかかる消費電力の低減を図ることができる。
【００２３】
また、加熱部材にかかる荷重が小さいことにより、例えば、加熱部材におけるクリープの発生やライフの短縮化を防止できる。
【００２４】
さらに、加熱部材の薄型化が可能なことにより、加熱装置の小型化を図ることができる。また、加熱部材の駆動トルクを小さくすることができるため、消費電力の削減を図ることができると共に、駆動部品のライフの短縮化を防止できる。
【００２５】
上記の加熱装置は、第１加熱部材の表面温度と第２加熱部材の表面温度との差が、外部加熱部材により制御されることが好ましい。
【００２６】
具体的には、上記の加熱装置は、外部加熱部材の表面温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段の検出結果に基づいて、外部加熱部材の表面温度を制御する制御手段とを備えることが好ましい。
【００２７】
上記の構成によれば、外部加熱部材が第２加熱部材の外側から第２加熱部材を加熱するため、第２加熱部材の表面温度を簡単に制御することができる。
【００２８】
従って、第１加熱部材の表面温度と第２加熱部材の表面温度との差を簡単な構成で制御することができる。
【００２９】
上記の加熱装置は、第１加熱部材の表面温度は略一定に保持されるように制御されることが好ましい。
【００３０】
上記の構成によれば、第１加熱部材の表面温度は略一定に保持されるため、第１加熱部材の表面温度と第２加熱部材の表面温度との差は、外部加熱部材によって第２加熱部材の表面温度のみにより制御することができる。
【００３１】
上記の加熱装置は、圧接領域における上記被加熱材への面圧をＰ（ｋＰａ）とすると、第１加熱部材の表面温度Ｔ１（℃）と第２加熱部材の表面温度Ｔ２（℃）とは、Ｔ１−Ｔ２≦３０×ｌｎ（Ｐ）−７２．５を満足することが好ましい。
【００３２】
上記の構成によれば、Ｔ１−Ｔ２を小さくすることができ、被加熱材に伝達される熱量を増加させることができる。従って、加熱部材にかかる荷重を小さくすることができる。
【００３３】
本発明の加熱装置は、上記課題を解決するために、互いに圧接する第１加熱部材と第２加熱部材とを備え、上記第１加熱部材と第２加熱部材とが圧接する圧接領域を被加熱材が通過することにより、上記被加熱材が加熱される加熱装置において、上記被加熱材上の任意の一点が上記圧接領域を通過する通過時間は２．３×１０−２秒以下であり、上記被加熱材の通過時に、上記第１加熱部材から上記被加熱材に伝達される熱量をＱ１とし、上記第２加熱部材から上記被加熱材に伝達される熱量をＱ２とすると、上記熱量Ｑ１および熱量Ｑ２は、Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）≧０．２５を満足することを特徴としている。
【００３４】
また、上記の加熱装置は、熱量Ｑ１および熱量Ｑ２が、Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）≧０．３を満足することが好ましい。
【００３５】
例えば、第２加熱部材の表面温度を高温に維持したとしても、第２加熱部材を構成する材料の熱伝導率が極端に低い場合等は、第２加熱部材から被加熱材に十分な熱量が伝達されず、加熱が不十分となることがある。
【００３６】
しかしながら、上記の構成によれば、加熱部材の温度ではなく、被加熱材に伝達される熱量について規定しているため、加熱部材がどのような材料からなるものであっても、上述した第１加熱部材の表面温度Ｔ１および第２加熱部材の表面温度Ｔ２がＴ１−Ｔ２≦７０（℃）を満足するように規定した場合と同様の効果を得ることができる。
【００３７】
即ち、加熱部材にかかる荷重を小さくすることができ、消費電力の低減を図ることができる。
【００３８】
上記の加熱装置は、第２加熱部材を、該第２加熱部材の外側から加熱する外部加熱部材と、外部加熱部材の表面温度を制御することにより、第２加熱部材から被加熱材に伝達される熱量Ｑ２と、被加熱材に伝達される総熱量Ｑ１＋Ｑ２との比Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）を制御する制御手段とを備えることが好ましい。
【００３９】
上記の構成によれば、外部加熱部材によりＱ２／（Ｑ１＋Ｑ２）を制御することができる。従って、簡単な構成で、Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）の制御を可能とすることができる。
【００４０】
上記の加熱装置は、圧接領域における被加熱材への面圧をＰ（ｋＰａ）とすると、第２加熱部材から被加熱材に伝達される熱量Ｑ２（Ｊ）と、被加熱材に伝達される総熱量Ｑ１＋Ｑ２（Ｊ）との比Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）は、Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）≧−０．０７８×ｌｎ（Ｐ）＋０．７を満足することが好ましい。
【００４１】
上記の構成によれば、Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）（即ち、第２加熱部材から被加熱材に伝達される熱量Ｑ２の割合）を大きくすることができ、必要定着荷重を低減することができる。従って、消費電力の低減を図ることができる。
【００４２】
上記の加熱装置は、圧接領域における被加熱材への面圧が、３００（ｋＰａ）以下であることが好ましい。
【００４３】
上記の構成によれば、加熱部材および被加熱材にかかる荷重を小さくすることができる。
【００４４】
上記の加熱装置は、外部加熱部材が、熱源体を有し、第２加熱部材の表面に接することで第２加熱部材を加熱することが好ましい。
【００４５】
上記の構成によれば、第２加熱部材の表面を直接加熱することができるため、外部加熱部材の構成を簡単にすることができ、また、省スペース化が可能となる。従って、例えば、クリーニングローラ等、他の部品の設置を容易にすることができる。
【００４６】
上記の加熱装置は、外部加熱部材が、第２加熱部材に外接して該第２加熱部材と共に回転するローラであることが好ましい。
【００４７】
上記の構成によれば、簡単な構成で、第２加熱部材を加熱することができる。従って、省スペース化を図ることができ、例えばクリーニング部材等、他の部品の設置が容易となる。
【００４８】
上記の加熱装置は、第２加熱部材が、誘導加熱作用により発熱する発熱体を備え、外部加熱部材は、第２加熱部材を誘導加熱する誘導加熱コイルであることが好ましい。
【００４９】
上記の構成によれば、第２加熱部材を直接発熱させることができることにより、第２加熱部材表面からの放射、対流による熱損失が少ない。また、外部加熱部材自体はほとんど発熱しないため、外部加熱部材自体の熱損失は少ない。従って、さらに熱効率の向上を図ることができる。
【００５０】
上記の加熱装置は、外部加熱部材の形状が曲率を有することが好ましい。
【００５１】
上記の構成によれば、外部加熱部材としての誘導加熱コイルの中心側に磁束が集中し、渦電流の発生量が多くなる。従って、第２加熱部材の発熱の立ち上がりをはやくすることができる。
【００５２】
上記の加熱装置は、第１加熱部材の表面が、単位長さ当りの熱容量が２００Ｊ／（ｍ・℃）以下であることが好ましい。
【００５３】
上記の構成によれば、例えば、ウォームアップ時間を３０秒以下にすることができ、待機時における消費電力を大幅に削減することができる。
【００５４】
上記の加熱装置は、第１加熱部材および第２加熱部材が回動可能なローラであり、圧接領域を被加熱材が通過することにより、被加熱材上のトナーを定着させることが好ましい。
【００５５】
上記の構成によれば、加熱装置を定着装置として用いることができる。従って、トナーの定着性を確保しつつ、荷重が小さいことにより消費電力の低減が図れると共に、被加熱材である記録紙（記録媒体）において紙しわやカールが発生することを防止できる。
【００５６】
本発明の画像形成装置は、被加熱材上に未定着のトナーからなる画像を形成する像転写装置と、被加熱材上の未定着のトナーを定着させる上記記載の加熱装置とを備えることを特徴としている。
【００５７】
上記の構成によれば、消費電力の小さな画像形成装置を提供することができる。また、例えば、加熱装置を定着装置として用いることができる。従って、トナーの定着性を確保しつつ、荷重が小さいことにより消費電力の低減が図れると共に、被加熱材である記録紙において紙しわやカールが発生することを防止できる。
【００５８】
さらに、加熱部材や駆動部品の長寿命化を図ることができる加熱装置を用いた画像形成装置を提供できる。
【００５９】
本発明の加熱方法は、上記課題を解決するために、第１加熱部材と第２加熱部材とが圧接する圧接領域を、被加熱材の任意の一点が２．３×１０−２秒以内に通過するように上記被加熱材を通過させることにより、上記被加熱材を加熱する加熱方法であって、上記第１加熱部材の表面温度をＴ１（℃）とし、上記第２加熱部材の表面温度をＴ２（℃）とすると、上記表面温度Ｔ１・Ｔ２が、Ｔ１−Ｔ２≦１００（℃）を満足するように、上記第２加熱部材を、該第２加熱部材の外側から外部加熱部材により加熱することを特徴としている。
【００６０】
また、上記の加熱方法は、第１および第２加熱部材の表面温度Ｔ１・Ｔ２が、Ｔ１−Ｔ２≦７０（℃）を満足するように、第２加熱部材を、該第２加熱部材の外側から外部加熱部材により加熱することが、さらに好ましい。
【００６１】
上記の方法によれば、第１加熱部材の表面温度Ｔ１（℃）と第２加熱部材の表面温度Ｔ２とが、Ｔ１−Ｔ２≦１００（℃）あるいは、さらに、Ｔ１−Ｔ２≦７０（℃）を満足することにより、被加熱材上の任意の一点が圧接領域を通過する通過時間が２．３×１０−２秒以下の高速機であっても、圧接領域の面圧を大きくしなくてすむ。即ち、加熱部材にかかる荷重を小さくすることができる。
【００６２】
従って、加熱部材の薄型化を図ることができ、熱容量を低減することができる。これにより、上記加熱方法を用いた加熱装置のウォームアップ時間を短縮することがでる。この結果、加熱部材を予熱する必要がなく、ウォームアップ時および待機時にかかる消費電力の低減を図ることができる。
【００６３】
上記の加熱方法は、外部加熱部材の表面温度を制御することにより、第１加熱部材の表面温度と第２加熱部材の表面温度との差を制御することが好ましい。
【００６４】
上記の方法によれば、第１加熱部材の表面温度と第２加熱部材の表面温度との差を簡単な構成で制御することができる。
【００６５】
上記の加熱方法は、圧接領域における被加熱材への面圧をＰ（ｋＰａ）とすると、第１加熱部材の表面温度Ｔ１（℃）と第２加熱部材の表面温度Ｔ２（℃）とは、Ｔ１−Ｔ２≦３０×ｌｎ（Ｐ）−７２．５を満足するように、表面温度Ｔ１およびＴ２を制御することが好ましい。
【００６６】
上記の方法によれば、Ｔ１−Ｔ２を小さくすることができ、被加熱材に伝達される熱量を増加させることができる。従って、加熱部材にかかる荷重を小さくすることができる。
【００６７】
本発明の加熱方法は、上記の課題を解決するために、第１加熱部材と第２加熱部材とが圧接する圧接領域を、被加熱材の任意の一点が２．３×１０−２秒以内に通過するように上記被加熱材を通過させることにより、上記被加熱材を加熱する加熱方法であって、上記圧接領域において上記被加熱材の通過時に、上記第１加熱部材から上記被加熱材に伝達される熱量をＱ１とし、上記第２加熱部材から上記被加熱材に伝達される熱量をＱ２とすると、上記熱量Ｑ１・Ｑ２が、Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）≧０．２５を満足するように制御することを特徴としている。
【００６８】
また、上記の加熱方法は、熱量Ｑ１・Ｑ２が、Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）≧０．３を満足するように制御することが好ましい。
【００６９】
上記の方法によれば、加熱部材の温度ではなく、被加熱材に伝達される熱量について規定しているため、加熱部材がどのような材料からなるものであっても、上述した第１加熱部材の表面温度Ｔ１および第２加熱部材の表面温度Ｔ２がＴ１−Ｔ２≦７０（℃）を満足するように規定した場合と同様の効果を得ることができる。即ち、加熱部材にかかる荷重を小さくすることができ、消費電力の低減を図ることができる。
【００７０】
上記の加熱方法は、第２加熱部材を外側から加熱する外部加熱部材によって第２加熱部材の表面温度を制御することにより、第２加熱部材から被加熱材に伝達される熱量Ｑ２と、被加熱材に伝達される総熱量Ｑ１＋Ｑ２との比Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）を制御することが好ましい。
【００７１】
上記の方法によれば、外部加熱部材によりＱ２／（Ｑ１＋Ｑ２）を制御することができる。従って、簡単な構成で、Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）の制御を可能とすることができる。
【００７２】
上記の加熱方法は、圧接領域における上記被加熱材への面圧をＰ（ｋＰａ）とすると、上記第２加熱部材から上記被加熱材に伝達される熱量Ｑ２（Ｊ）と、上記被加熱材に伝達される総熱量Ｑ１＋Ｑ２（Ｊ）との比Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）は、Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）≧−０．０７８×ｌｎ（Ｐ）＋０．７を満足するように、制御されていることが好ましい。
【００７３】
上記の方法によれば、比Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）（即ち、第２加熱部材から被加熱材に伝達される熱量Ｑ２の割合）を大きくすることができ、必要定着荷重を低減することができる。従って、消費電力の低減を図ることができる。
【００７４】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図１〜図６、および、図８〜図１５に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００７５】
図１は、本実施の形態に係る定着装置（加熱装置）２３の要部の構成を示す。同図に示すように、本定着装置２３は、加熱ローラ（第１加熱部材）２３１、加圧ローラ（第２加熱部材）２３２、外部加熱ローラ（外部加熱部材）２３３、およびクリーニングローラ２４０を備えている。
【００７６】
以下、定着装置２３が電子写真方式の複写機に適用された場合の構成の一例について説明する。定着装置２３は、未定着のトナーＴからなる画像が形成された記録紙Ｐに、熱と圧力とを加えることにより、記録紙ＰにトナーＴを定着させる。
【００７７】
図１に示すように、加熱ローラ２３１は、図中矢印Ａ方向に回転可能なローラであり、後述する定着ニップ部Ｙ（加熱ローラ２３１と後述する加圧ローラ２３２とが記録紙Ｐに接することによりトナーＴを記録紙Ｐに定着させる領域）を通過する記録紙Ｐを加熱するためのものである。加熱ローラ２３１は、円筒状の芯金２３１ａと離型層２３１ｂとからなる。
【００７８】
芯金２３１ａは、加熱ローラ２３１の本体であり、中空円筒状となっている。芯金２３１ａの材料には、鉄、アルミニウム、銅等の金属、あるいは、それらの合金等を用いることが好ましく、例えば、ステンレス鋼や炭素鋼等が用いられる。なお、ここでは、芯金２３１ａは、直径が４０ｍｍ、低熱容量化を図るため肉厚が０．４ｍｍの鉄（ＳＴＫＭ（炭素鋼））製芯金を用いるものとする。
【００７９】
離型層２３１ｂは、記録紙Ｐ上のトナーＴがオフセットするのを防止するために、芯金２３１ａの外周表面に形成されている。離型層２３１ｂの材料には、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン：テトラフルオロエチレンとペルフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂、シリコーンゴム、フッ素ゴム等が適している。なお、ここでは、離型層２３１ｂは、芯金２３１ａ上に、ＰＦＡとＰＴＦＥとをブレンドしたものを、厚さ２５μｍに塗布焼成することにより形成するものとする。
【００８０】
また、加熱ローラ２３１における芯金２３１ａ内には、ハロゲンヒータからなるヒータランプ２３４・２３５（加熱源）が配されている。ヒータランプ２３４・２３５は、図示しない制御回路によって通電されることにより、所定の発熱分布で発光し、赤外線を放射する。これにより、加熱ローラ２３１の内周面が加熱される。
【００８１】
即ち、加熱ローラ２３１は、所定の温度（ここでは２００℃）になるようヒータランプ２３４・２３５により加熱される。これにより、定着ニップ部（圧接領域）Ｙを通過する未定着トナー画像が形成された記録紙Ｐを加熱することができ、従って、トナーＴを溶融させ記録紙Ｐに定着させることができる。なお、ここでは、ヒータランプ２３４・２３５のトータルの定格出力は７００Ｗとする。
【００８２】
また、加熱ローラ２３１の外周付近であり、定着ニップ部Ｙ付近の下流側には、トナーＴが定着された記録紙Ｐが加熱ローラ２３１から離れるように案内するガイド部２３８が設けられている。
【００８３】
加圧ローラ２３２は、図中矢印Ｂ方向に回転可能なローラであり、図示しないばね等の加圧部材により加熱ローラ２３１に例えば２７４Ｎの力で圧接されている。これにより、加熱ローラ２３１との間に、幅が約７ｍｍの定着ニップ部Ｙが形成される。加圧ローラ２３２は、芯金２３２ａ、耐熱弾性体層２３２ｂ、および離型層２３２ｃからなる。
【００８４】
芯金２３２ａは、加圧ローラ２３２の本体であり、中空円筒状となっている。芯金２３２ａの材料には、鉄やアルミニウム等の金属、あるいは、それらの合金等を用いることが好ましく、例えば、ステンレス鋼や炭素鋼等が用いられる。なお、ここでは、ここでは、芯金２３２ａは、直径が２８ｍｍのステンレス製芯金を用いるものとする。
【００８５】
耐熱弾性体層２３２ｂは、芯金２３２ａの外周表面に形成されており、厚さ６ｍｍの発泡シリコーンゴムからなる。即ち、耐熱弾性体層２３２ｂは、上記加圧部材からの加圧によって変形できるよう弾性を有し、かつ、後述する外部加熱ローラ２３３からの加熱に対して耐性を有する。
【００８６】
離型層２３２ｃは、耐熱弾性体層２３２ｂの表面に形成されており、例えば、厚さ５０μｍのフッ素樹脂であるＰＦＡチューブからなる。離型層２３２ｃは離型性を有する。
【００８７】
外部加熱ローラ２３３は、内部にヒータランプ（熱源体）２３９を有し、加圧ローラ２３２を加熱する。ヒータランプ２３９の構成は、上述したヒータランプ２３４・２３５の構成と同様であり、その定格出力はここでは３００Ｗである。外部加熱ローラ２３３は、加圧ローラ２３２に対し、定着ニップ部Ｙの上流側に配され、所定の押圧力をもって圧接する。
【００８８】
また、外部加熱ローラ２３３が加圧ローラ２３２に対して所定の押圧力をもって圧接することにより、外部加熱ローラ２３３と加圧ローラ２３２との間には、加熱ニップ部Ｚが形成される。ここでは、この加熱ニップ部Ｚの幅（図中矢印Ｂ方向の長さ）は３ｍｍである。
【００８９】
外部加熱ローラ２３３は、芯金２３３ａと耐熱離型層２３３ｂとからなる。芯金２３３ａは、外部加熱ローラ２３３の本体であり、鉄、アルミニウム、銅等の金属、あるいは、それらの合金等を用いることが好ましい。なお、ここでは、芯金２３３ａは、直径が１５ｍｍ、肉厚が０．５ｍｍのアルミニウム製円筒シャフトを用いている。
【００９０】
耐熱離型層２３３ｂの材料には、耐熱性と離型性に優れた合成樹脂材料、例えばシリコーンゴムやフッ素ゴム等のエラストマー、またはＰＦＡやＰＥＦＥ等のフッ素樹脂が用いられる。なお、ここでは、耐熱離型層２３３ｂの材料としては、ＰＦＡとＰＥＦＥとをブレンドしたものを用いており、また、この材料を芯金２３３ａ上に２５μｍの厚さに塗布焼成して耐熱離型層２３３ｂを形成するものとする。
【００９１】
また、加熱ローラ２３１の外周付近には、加熱ローラ２３１の表面の温度を検出する温度センサ（温度検出手段）２３７が配されている。温度センサ２３７によって検出された温度に基づいて、図示しない制御回路（制御手段）は、加熱ローラ２３１の表面温度が所定の温度になるように、ヒータランプ２３４・２３５への通電を制御する。
【００９２】
加圧ローラ２３２の外周付近には、加圧ローラ２３２の表面の温度を検出する温度センサ（温度検出手段）２４２が配されている。また、外部加熱ローラ２３３の外周付近には、外部加熱ローラ２３３の表面温度を出する温度センサ（温度検出手段）２３６が配されている。
【００９３】
図示しない制御回路（制御手段）は、温度センサ２４２によって検出された加圧ローラ２３２の表面温度および温度センサ２３６によって検出された外部加熱ローラ２３３の表面温度に基づいて、外部加熱ローラ２３３の表面温度が所定の温度になるように、ヒータランプ２３９への通電を制御する。このように、ヒータランプ２３９への通電を制御することにより、加圧ローラ２３２の表面温度および外部加熱ローラ２３３の表面温度を制御する。
【００９４】
なお、例えば、予め加熱ローラ２３１の表面温度と加圧ローラ２３２の表面温度との温度差が所望の値となるような外部加熱ローラ２３３の温度条件を求めておき、この条件を用いて外部加熱ローラ２３３の温度制御を行う方法を用いる場合、温度センサ２４２はなくてもかまわない。
【００９５】
また、加圧ローラ２３２の周りには、外部加熱ローラ２３３より上流側にクリーニングローラ２４０が配されている。
【００９６】
クリーニングローラ２４０は、加圧ローラ２３２に付着したトナー、紙粉等を除去し、外部加熱ローラ２３３の汚れを防止するためのものである。また、クリーニングローラ２４０は、加圧ローラ２３２に対し、加熱ニップ部Ｚの上流側に設けられて、所定の押圧力をもって圧接するようになっている。
【００９７】
また、クリーニングローラ２４０は、加圧ローラ２３２の回転に従動して回転するよう軸支されている。クリーニングローラ２４０は、アルミニウムやステンレス鋼等の金属からなる芯材であり、その形状は円筒状である。なお、ここでは、クリーニングローラ２４０の材料として、ステンレス鋼を用いている。
【００９８】
なお、加熱ローラ２３１、加圧ローラ２３２、外部加熱ローラ２３３、および、クリーニングローラ２４０の構成（例えば、材料や大きさ、形状等）は、上述した構成に特に限定されるものではない。
【００９９】
ここで、定着装置２３の動作について説明する。図１に示すように、未定着のトナーＴからなる画像が形成された記録紙Ｐは、図中矢印Ｃ方向に搬送されている。そして、記録紙Ｐは、ヒータランプ２３４・２３５により２００℃に加熱された加熱ローラ２３１と、外部加熱ローラ２３３により所定の温度に加熱されると共に、加熱ローラ２３１に圧接された加圧ローラ２３２との間、即ち、定着ニップ部Ｙを通過する。
【０１００】
このとき、ローラ２３１・２３２からの加熱・加圧によって、未定着であったトナーＴは記録紙Ｐ上に溶融して圧着される。これにより、上記構成の定着装置２３は、ローラ２３１・２３２間を通過する記録紙Ｐに、トナーＴを定着させることができる。
【０１０１】
なお、記録紙Ｐ上の任意の一点が定着ニップ部Ｚを通過するのにかかる時間、即ち、定着ニップ部Ｙの幅（ｍｍ）／記録紙Ｐの搬送（定着）速度（ｍｍ／秒）をニップ通過時間とすると、本実施の形態におけるニップ通過時間は２３ミリ秒以下である。
【０１０２】
複写機は、一般に、コピーモード，ウォームアップモード，スタンバイモード等で駆動される。
【０１０３】
ウォームアップモードとは、複写機の電源を立ち上げた後等に複写機が入るモードである。このモードにおいて、複写機は、まず、ヒータランプ２３４・２３５への通電を行い、加熱ローラ２３１が所定の温度（ここでは２００℃）に達するまで加熱ローラ２３１の加熱を行う。そして、加熱ローラ２３１が所定の温度に達すると、駆動モータをＯＮにし、ローラ２３１・２３２・２３３を周速（定着速度）３６５ｍｍ／秒で回転駆動すると同時に、ヒータランプ２３９への通電を行う。そして、外部加熱ローラ２３３が、所定の温度（ここでは、１７０℃）に達するまで加熱を行う。
【０１０４】
コピーモードとは、記録紙Ｐ上に画像形成を行うときのモードであり、定着装置２３において記録紙Ｐ上にトナーを定着させるのはこのモードのときである。コピーモードにおいては、加熱ローラ２３１と加圧ローラ２３２とが所定の温度（ここでは、加熱ローラ２３１が２００℃、加圧ローラ２３２が１３５℃）を維持するように、ヒータランプ２３４・２３５・２３９への通電が制御されている。
【０１０５】
即ち、外部加熱ローラ２３３におけるヒータランプ２３９は、加圧ローラ２３２の表面温度が予め設定された所定の温度（ここでは、１３５℃）を維持するのに必要とされる温度に、外部加熱ローラ２３３の温度（ここでは、１７０℃）を維持するよう制御される。
【０１０６】
スタンバイモードとは、複写機において印字要求がなされたとき、すぐにコピーモードに移行できるような電力に維持されたモードである。また、コピー終了後、低電力モードに移行するまでの間しばらくは、スタンバイモードとなっている。
【０１０７】
ところで、記録紙Ｐ上に、トナーＴを定着させるためには、定着ニップ部Ｙにおける加熱ローラ２３１と加圧ローラ２３２との間の面圧が、ある程度必要となる。即ち、定着ニップ部Ｙを通過する記録紙Ｐには、トナーＴを定着させるための荷重がかかることが必要である。
【０１０８】
以下、トナーＴを定着させるために必要な荷重（以下、必要定着荷重と称する）と、加熱ローラ２３１の表面温度Ｔ１と、加圧ローラ２３２の表面温度Ｔ２との関係について、表１を用いて説明する。なお、加熱ローラ２３１の表面温度Ｔ１は２００℃とする。また、必要定着荷重（Ｎ）を、トナーＴを定着させる定着ニップ部Ｙの面積で除算したものを、必要面圧（ｋＰａ）という。
【０１０９】
ここで、定着装置２３において、加圧ローラ２３２の表面温度Ｔ２を、１０５℃としたものを構成▲１▼、１３０℃としたものを構成▲２▼、１３５℃としたものを構成▲３▼としている。
【０１１０】
また、比較例として、外部加熱ローラ２３３を備えておらず加圧ローラ２３２を加熱しない構成のものを比較例▲１▼・比較例▲２▼、外部加熱ローラ２３３のかわりに加圧ローラ２３２の内部にヒータランプを備えており、このヒータランプにより加熱ローラ２３２を加熱する構成のものを比較例▲３▼とする。
【０１１１】
【表１】
2004235023.tif 000003
【０１１２】
なお、比較例▲２▼・▲３▼、および、構成▲１▼〜▲３▼では、ニップ通過時間は１９．２ミリ秒（ｍｓｅｃ）（記録紙ＰとしてＡ４サイズのものを用いてヨコ送りとした場合、コピー速度は６５枚／分）とし、定着ニップ部Ｙの幅（図中矢印Ａ方向の長さ）（定着ニップ幅）は７ｍｍとする。また、比較例▲１▼では、ニップ通過時間は１７．８ミリ秒とし、定着ニップ幅は６．５ｍｍとする。
【０１１３】
表１に示すように、加圧ローラ２３２を加熱しない構成の比較例▲１▼・▲２▼では、非常に高い面圧（３６０ｋＰａ以上）が必要となることがわかる。
【０１１４】
これは、加熱ローラ２３１の表面温度Ｔ１は限界温度である２００℃に制御されているにもかかわらず、ニップ通過時間が非常に短いために、トナーの溶融に必要な熱エネルギーが加熱ローラ２３１から記録紙Ｐに伝わらないからである。また、加圧ローラ２３２が熱源（例えば、外部加熱ローラ２３３やヒータランプのような加熱手段）を持っていないため加圧ローラ２３２の表面温度Ｔ２が１００℃以下（即ち、Ｔ１−Ｔ２＞１００（℃（ｄｅｇ）））となり、加圧ローラ２３２から記録紙Ｐに伝達される熱エネルギーが少ないため、これを補うために非常に高い定着荷重が必要となるからである。
【０１１５】
一方、比較例▲３▼および構成▲１▼〜▲３▼のように、加圧ローラ２３３を加熱する加熱手段（外部加熱ローラ２３３やヒータランプ）を設けることで、加圧ローラ２３２の表面温度Ｔ２を高温状態（即ち、Ｔ１−Ｔ２≦１００（℃（ｄｅｇ）））に維持すれば、加圧ローラ２３２から記録紙Ｐに伝達される熱エネルギーが増えるため、必要定着荷重を３００ｋＰａ以下に低減することができる。
【０１１６】
ここで、図２は、表１に示す必要面圧（ｋＰａ）と、加熱ローラ２３１の表面温度Ｔ１と加圧ローラ２３２の表面温度Ｔ２との差（Ｔ１−Ｔ２（℃））との関係を示すグラフである。
【０１１７】
同図に示すように、比較例▲１▼〜▲３▼および構成▲１▼〜▲３▼に基づき、必要面圧Ｐ（ｋＰａ）と加熱ローラ２３１・加圧ローラ２３２間の温度差Ｔ１−Ｔ２（℃）との関係を最小２乗法で近似すると、Ｔ１−Ｔ２＝３０×ｌｎ（Ｐ）−７２．５と近似することができる。
【０１１８】
また、上述したように、加熱ローラ２３１・加圧ローラ２３２間の温度差Ｔ１−Ｔ２（℃）は小さい方が、加圧ローラ２３２から記録紙Ｐに伝達される熱エネルギーが増えるため、必要定着荷重を低減することができることを考えると、必要面圧Ｐ（ｋＰａ）と加熱ローラ２３１・加圧ローラ２３２間の温度差Ｔ１−Ｔ２（℃）との関係は、次式（１）で表されることが好ましい。
【０１１９】
Ｔ１−Ｔ２≦３０×ｌｎ（Ｐ）−７２．５            …（１）
このように、外部加熱ローラ２３３により加圧ローラ２３２を加熱維持すれば、十分な定着性を確保できる。
【０１２０】
以上のように、定着装置２３は、互いに圧接する加熱ローラ２３１と加圧ローラ２３２とを備え、加熱ローラ２３１と加圧ローラ２３２とが圧接する定着ニップ部Ｙ（圧接領域）記録紙Ｐが通過することにより記録紙Ｐが加熱される。これにより、記録紙Ｐ上のトナーＴは定着される。
【０１２１】
また、外部加熱ローラ２３３は、加圧ローラ２３２の外側から、加圧ローラ２３２を加熱する。また、記録紙Ｐ上の任意の一点が定着ニップ部Ｙを通過する通過時間は２．３×１０−２秒以下である。即ち、この定着装置２３は、高速機に適用される。このとき、加熱ローラ２３１の表面温度をＴ１（℃）とし、加圧ローラ２３２の表面温度をＴ２（℃）とすると、表面温度Ｔ１およびＴ２は、Ｔ１−Ｔ２≦１００（℃）を満足する。あるいは、Ｔ１−Ｔ２≦７０（℃）を満足するとさらに好ましい。
【０１２２】
上記の構成によれば、高速機であっても、定着ニップ部Ｙの面圧を大きくしなくてすむ。即ち、ローラ２３１・２３２にかかる荷重を小さくすることができる。
【０１２３】
従って、ローラ、特に加熱ローラ２３１の薄型化を図ることができ、熱容量を低減することができる。これにより、定着装置２３のウォームアップ時間を短縮することがでる。この結果、定着装置２３において予熱する必要がなく、ウォームアップ時および待機時にかかる消費電力の低減を図ることができる。
【０１２４】
また、ローラ２３１・２３２にかかる荷重が小さいことにより、例えば、ローラ２３１・２３２におけるクリープの発生やライフの短縮化を防止できる。
【０１２５】
さらに、ローラ２３１・２３２加の薄型化が可能なことにより、定着装置２３の小型化を図ることができる。また、ローラ２３１・２３２の駆動トルクを小さくすることができるため、消費電力の削減を図ることができると共に、駆動部品のライフの短縮化を防止できる。
【０１２６】
また、加熱ローラ２３１の表面温度と加圧ローラ２３２の表面温度との差は、外部加熱ローラ２３３により制御される。
【０１２７】
具体的には、定着装置２３は、外部加熱ローラ２３３の表面温度を検出する温度センサ２３６と、該検出結果に基づいて、外部加熱ローラ２３３の表面温度を制御する制御手段（図示なし）とを備える。
【０１２８】
これにより、加熱ローラ２３１の表面温度と加圧ローラ２３２の表面温度とのを簡単な構成で制御することができる。
【０１２９】
一方、加熱ローラ２３１の表面温度は略一定に保持されるように制御される。
【０１３０】
これにより、加熱ローラ２３１の表面温度と加圧ローラ２３２の表面温度との差は、外部加熱ローラ２３３によって加圧ローラ２３２の表面温度のみにより制御することができる。
【０１３１】
また、定着装置２３は、定着ニップ部Ｙにおける記録紙Ｐへの面圧をＰ（ｋＰａ）とすると、加熱ローラ２３１の表面温度Ｔ１（℃）と加圧ローラ２３２の表面温度Ｔ２（℃）とは、Ｔ１−Ｔ２≦３０×ｌｎ（Ｐ）−７２．５を満足することが好ましい。
【０１３２】
これにより、Ｔ１−Ｔ２を小さくすることができ、記録紙Ｐに伝達される熱量を増加させることができる。従って、加圧ローラ２３２にかかる荷重を小さくすることができる。
【０１３３】
次に、上述した比較例▲３▼および構成▲１▼〜▲３▼に関して、ウォームアップ時間およびエネルギー消費効率の比較を、表２を用いて行う。なお、構成▲１▼〜▲３▼については、各必要定着荷重に対して、加熱ローラ２３１のたわみ量が許容量以下になるように、加熱ローラ２３１の芯金２３１ａの肉厚を各々設定した。
【０１３４】
【表２】
2004235023.tif 000004
【０１３５】
また、図３は、表２に示すウォームアップ時間およびエネルギー消費効率と加熱ローラ２３１・加圧ローラ２３２間の温度差Ｔ１−Ｔ２（℃）との間の関係を示すグラフである。
【０１３６】
表２に示すように、比較例▲３▼は、構成▲１▼〜▲３▼とは異なり、加圧ローラ２３２がヒータランプにより内部から加熱される構成であるため、ウォームアップ時間が４２４秒となり、構成▲１▼〜▲３▼と比較して極端に長くなる。
【０１３７】
これは、加圧ローラ２３２の熱容量が大きく、かつ、シリコーンゴムからなる耐熱弾性体層２３２ｂの熱伝導性が悪いために、加圧ローラ２３２表面を所定の温度（ここでは１３０℃）に加熱するのに、非常に時間を要するためである。
【０１３８】
従って、加圧ローラ２３２を加熱する方法としては、ヒータランプ等を用いた内部加熱方式よりも、外部加熱ローラ２３３等により外部から加熱する外部加熱方式の方が好ましいといえる。
【０１３９】
さらに、表２・図３によれば、外部加熱方式を用いたもの（構成▲１▼〜▲３▼）の中でも、エネルギー消費効率（１時間当たりの消費電力量（Ｗｈ／ｈ））の観点からは、構成▲１▼よりも、構成▲２▼・▲３▼のように、Ｔ１−Ｔ２≦７０（℃）となるよう加圧ローラ２３２を加熱した場合の方が、エネルギー消費効率をより低減することができる。
【０１４０】
これは、Ｔ１−Ｔ２≦７０（℃）の場合、ウォームアップ時間（加熱ローラが定着温度（予め設定された所定の温度）に到達するまでの時間）を３０秒以下とすることができることから、低電力モードへの移行時間（スタンバイモード）の１５分以下でオフモード設定が可能となるためである。なお、ここでは、スタンバイモードの時間を６分と設定している。
【０１４１】
ここで、図４は、表２により、構成▲１▼〜▲３▼について、加熱ローラ２３１における軸方向の単位長さ（ｍ）当りの熱容量（Ｊ／ｍ℃）と、ウォームアップ時間（秒）との関係について示すグラフである。
【０１４２】
同図によれば、ウォームアップ時間を３０秒以下とすることができるのは、加熱ローラ２３１における軸方向の単位長さ当りの熱容量を２００（Ｊ／ｍ℃）以下とすればよいことがわかる。
【０１４３】
ところで、上述したように、加圧ローラ２３２の表面温度Ｔ２を高温状態（即ち、Ｔ１−Ｔ２≦１００（℃）、あるいは、さらにＴ１−Ｔ２≦７０（℃））としたとしても、例えば、加圧ローラ２３２を構成する材料の熱伝導率が極端に低い場合等は、加圧ローラ２３２から記録紙Ｐに十分な熱量が伝わらず、トナーＴが定着不良となる場合がある。
【０１４４】
そこで、以下、加熱ローラ２３１および加圧ローラ２３２から記録紙Ｐに伝わる熱エネルギーと、必要定着荷重（Ｎ）（必要面圧（ｋＰａ））との関係について検討する。
【０１４５】
ここで、上述した、比較例▲１▼〜▲３▼および構成▲１▼〜▲３▼について、加熱ローラ２３１から記録紙Ｐ（１枚当り）に伝わる熱エネルギーＱ１、加圧ローラ２３２から記録紙（１枚当り）Ｐに伝わる熱エネルギーＱ２を２次元伝熱シミュレーションにより求める。なお、熱エネルギーＱ１・Ｑ２、これら熱エネルギーＱ１・Ｑ２の比、必要定着荷重（Ｎ）、必要面圧（ｋＰａ）、ウォームアップ時間、および、エネルギー消費効率を表３に示す。
【０１４６】
【表３】
2004235023.tif 000005
【０１４７】
表３に示すように、記録紙Ｐに伝わる総熱量（総熱エネルギー）（Ｑ１＋Ｑ２）に対する加圧ローラ２３２から記録紙Ｐに伝わる熱エネルギーＱ２の割合（Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２））としては、加熱手段のない比較例▲１▼・▲２▼では２２％程度しかない。このため、非常に高い定着荷重（面圧３５０ｋＰａ以上）が必要であった。
【０１４８】
一方、比較例▲３▼および構成例▲１▼〜▲３▼では、加圧ローラ２３２を加熱する加熱手段が設けられているため、加圧ローラ２３２から記録紙Ｐへ伝達される熱エネルギーＱ２の割合が２５％以上となる。これにより、必要面圧が３００ｋＰａ以下となり、必要定着荷重を低減することができる。
【０１４９】
ここで、図５は、表３に示す必要面圧Ｐ（ｋＰａ）と、加圧ローラ２３２から記録紙Ｐに伝わる熱量Ｑ２の、総熱量Ｑ１＋Ｑ２に対する割合Ｑ２／Ｑ１＋Ｑ２との関係を示すグラフである。
【０１５０】
同図に示すように、比較例▲１▼〜▲３▼および構成▲１▼〜▲３▼に基づき、必要面圧Ｐ（ｋＰａ）と総熱量Ｑ１＋Ｑ２に対する熱量Ｑ２の割合Ｑ２／Ｑ１＋Ｑ２との関係を最小２乗法で近似すると、Ｑ２／Ｑ１＋Ｑ２＝−０．０７８×ｌｎ（Ｐ）＋０．７と近似することができる。
【０１５１】
また、上述したように、Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）は大きい方が、加圧ローラ２３２から記録紙Ｐに伝達される熱エネルギーが増えるため必要定着荷重を低減できることを考えると、必要面圧Ｐ（ｋＰａ）と総熱量Ｑ１＋Ｑ２に対する熱量Ｑ２の割合Ｑ２／Ｑ１＋Ｑ２との関係は、次式（２）で表されることが好ましい。
【０１５２】
Ｑ２／Ｑ１＋Ｑ２≧−０．０７８×ｌｎ（Ｐ）＋０．７      …（２）
このように、外部加熱ローラ２３３により加圧ローラ２３２を加熱維持すれば、Ｑ２／Ｑ１＋Ｑ２、即ち、加圧ローラ２３２から記録紙Ｐに伝達される熱量Ｑ２の割合を大きくすることができ、必要定着荷重を低減することができる。従って、消費電力の低減を図ることができると共に、記録紙Ｐ上のトナーＴにおいて、十分な定着性を確保することができる。
【０１５３】
次に、表３に示す構成▲１▼〜▲３▼に関して、ウォームアップ時間およびエネルギー消費効率の比較を図６を用いて行う。
【０１５４】
図６は、表３に示すウォームアップ時間およびエネルギー消費効率と、総熱量Ｑ１＋Ｑ２に対する熱量Ｑ２の割合Ｑ２／Ｑ１＋Ｑ２との間の関係を示すグラフである。
【０１５５】
表３・図６に示すように、構成▲２▼・▲３▼は、Ｑ２／Ｑ１＋Ｑ２≧０．３１３となり、構成▲１▼と比較して、エネルギー消費効率をより低減することができる。
【０１５６】
これは、Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）≧０．３１３（０．３）の場合、ウォームアップ時間が３０秒以下となることから、低電力モードへの移行時間（スタンバイモード）の１５分以下でオフモード設定が可能となるためである。なお、ここでは、スタンバイモードの時間を６分と設定している。
【０１５７】
なお、ローラ２３１・２３２・２３３の形状および材料は、上述したものに特に限定されるものではない。
【０１５８】
また、ローラ２３１・２３２・２３３を備えた構成の装置の一例として定着装置（加熱装置）２３として説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、湿式電子写真方式の画像形成装置における乾燥装置、インクジェットプリンタにおける乾燥装置、あるいは、リライタブルメディア用の消去装置等に好適に用いることができる。
【０１５９】
以下、上述した定着装置２３を、乾式電子写真方式の画像形成装置に適用した例について、図８〜図１５を用いてその構成を説明する。
【０１６０】
図８は、画像形成装置を外側から見た構成を示す斜視図であり、図９は、画像形成装置の内部の構成を示す図である。
【０１６１】
図８・図９に示すように、画像形成装置は、原稿画像読取装置１１、画像記録装置１２、記録材供給装置１３、後処理装置１４、外部記録材供給装置１５を備えている。なお、定着装置２３（図１１参照）は、後述するように、画像記録装置１２に備えられている。
【０１６２】
図９に示すように、画像形成部である画像記録装置１２、記録材供給部である記録材供給装置１３、および記録材供給装置１３から画像記録装置１２を経て記録材排出部１６まで記録材（記録紙Ｐ）を搬送する搬送部１７により、デジタルプリンタなどの画像形成装置本体を構成する。画像読取装置である原稿画像読取装置１１をさらに備えることにより、デジタル複写機やファクシミリ装置などを構成することも可能となる。
【０１６３】
画像形成装置本体の動作について、以下に説明する。
【０１６４】
まず、原稿画像読取装置１１が原稿を読み取って画像データを取得し、画像データを画像記録装置１２に出力する。画像記録装置１２は、入力された画像データに適切な画像処理を施す。
【０１６５】
一方、記録材供給装置１３からは、印刷用紙およびＯＨＰ（Ｏｖｅｒ  Ｈｅａｄ  Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ）シートなどのシート状の記録材が１つずつ分離して搬出され、搬送部１７の第１の搬送経路によって画像記録装置１２に搬送される。
【０１６６】
そして、画像記録装置１２により、印刷などによって画像データに基づく画像が記録材に形成される。画像が印刷された記録材は、搬送部１７の第２の搬送経路によって記録材排出部１６まで搬送されて装置外部に排出される。
【０１６７】
また、原稿画像読取装置１１には、図１０に示すように、原稿供給部もしくは原稿回収部である原稿トレイ１８が取り付けられている。
【０１６８】
この原稿トレイ１８が原稿供給部として働く場合は、複数ページからなる一連の原稿を原稿トレイ１８に載置する。この場合、原稿トレイ１８は、載置された原稿を１枚ずつ分離して連続的に読取部に供給することができる。
【０１６９】
一方、原稿トレイ１８が原稿回収部として働く場合は、連続的に排出される読み取り済み原稿を、原稿トレイ１８で受けて保持する。
【０１７０】
また、例えば読み取った一連の原稿を複数部印刷する場合に、印刷された記録材を図９に示す記録材排出部１６に排出すると、同じページが印刷された記録材が連続して排出されるなど混合されてしまうため、印刷後にユーザが記録材を分別しなければならない。
【０１７１】
そこで、画像形成装置本体に後処理装置１４により、例えば、記録材が混合しないように複数の排出トレイに区別して排出することが可能となっている。また、画像形成装置本体と後処理装置１４とは所定の距離を隔てて設置されており、画像形成装置本体と後処理装置１４との間には空間が形成される。
【０１７２】
なお、画像形成装置本体と後処理装置１４とは外部搬送部１９によって接続されており、画像が印刷された記録材は、搬送部１７から外部搬送部１９を経て後処理装置１４まで搬送される。
【０１７３】
また、省エネルギー化および低コスト化などの観点から、印刷用紙などの記録材では、その両面に画像を印刷する機能が求められている。この機能は、片面に画像が印刷された記録材を、その表裏を反転させて再び画像記録装置１２に搬送する両面印刷用搬送部２１によって実現可能となっている。
【０１７４】
片面に印刷された記録材は、記録材排出部１６にも後処理装置１４にも搬送されず、両面印刷用搬送部２１で表裏が反転されて、再び画像記録装置１２に搬送される。画像記録装置１２は、画像が印刷されていない面に画像を印刷することで両面印刷が可能となる。
【０１７５】
さらに、記録材供給装置１３に保持可能な種類または数量を越える記録材を供給したい場合は、機能拡張用の周辺装置として外部記録材供給装置１５を画像形成装置本体に接続し、所望の種類および数量の記録材を外部記録材供給装置１５に収容することで供給可能となっている。
【０１７６】
次に、画像形成装置を構成する各装置および部位について詳細に説明する。
【０１７７】
図１１は、画像記録装置１２の構成を示す図である。同図に示すように、画像記録装置１２の略中央左側には、感光体ドラム２２を中心とする電子写真プロセス部が配置されている。
【０１７８】
感光体ドラム２２を中心としてその周囲には、感光体ドラム２２表面を均一に帯電させる帯電ユニット３１と、均一に帯電された感光体ドラム２２に光像を走査して静電潜像を書き込む光走査ユニット２４と、光走査ユニット２４によって書き込まれた静電潜像を現像剤により現像する現像ユニット２５と、感光体ドラム２２表面に記録現像された画像を記録材に転写する転写ユニット２６と、感光体ドラム２２表面に残留した現像剤を除去して感光体ドラム２２に新たな画像を記録することを可能とするクリーニングユニット２７等などが順次配置されている。
【０１７９】
電子写真プロセス部（像転写装置）の上方には、定着装置２３が配置されており、転写ユニット２６によって画像が転写された記録材を順次受け入れ、記録材に転写された現像剤（トナー）を加熱定着する。
【０１８０】
画像が印刷された記録材は、印刷面を下に向けた状態（フェイスダウン）で画像記録装置１２上部の記録材排出部１６から排出される。なお、このクリーニングユニット２７により除去された残留現像剤は回収され、現像ユニット２５の現像剤供給部２５ａに戻されて再利用される。
【０１８１】
画像記録装置１２の下部には、記録材を収容する記録材供給部２０が装置内に内装されて配置されている。記録材供給部２０は、記録材を１枚ずつ分離して電子写真プロセス部に供給する。
【０１８２】
搬送部１７は、複数のローラ２８およびガイドからなり、記録材は、記録材供給部２０から、ローラ間、ガイド間および感光体ドラム２２と転写ユニット２６との間などで規定される第１の搬送経路を通り、画像が印刷された後、ローラ間、ガイド間および定着ユニット３１間などで規定される第２の搬送経路を通って記録材排出部１６に排出される。
【０１８３】
なお、この記録材供給部２０に記録材をセットする場合は、画像記録装置１２の搬送方向に直交する方向、即ち、前面側方向に記録材収容トレイを引き出して記録材の補給、あるいは記録材の交換などを行う。
【０１８４】
また、画像記録装置１２の下面には、増設ユニットの記録材供給装置１３（図１２参照）から送られてくる記録材を受け入れ、感光体ドラム２２と転写ユニット２６との間に向かって順次供給するための記録材受け入れ部３２が設けられている。
【０１８５】
さらに、光走査ユニット２４周辺の空隙部には、電子写真プロセス部をコントロールするプロセスコントロールユニット（ＰＣＵ）基板、装置外部からの画像データを受け入れるインターフェイス基板、インターフェイス基板から受け入れられた画像データおよび原稿画像読取装置１１が読み取った画像データに対して所定の画像処理を施し、光走査ユニットにより画像として走査記録させるためのイメージコントロールユニット（ＩＣＵ）基板、そして、これら各種基板、ならびにユニットに対して電力を供給する電源ユニット等が配置されている。
【０１８６】
なお、画像記録装置１２単体でもインターフェイス基板を介してパーソナルコンピュータなどの外部機器と接続し、外部機器からの画像データを記録材に形成するプリンタとして動作させることが可能である。
【０１８７】
上記の説明においては、画像記録装置１２内に内装された記録材供給部２０は１つとして説明しているが、これに限定されるものではなく、例えば、それ以上の記録材供給部を装置内に内装することも可能である。
【０１８８】
図１２は、増設ユニットの記録材供給装置１３の構成を示す断面図である。記録材供給装置１３は、記録材供給部２０だけでは記録材の数量が不足する場合などに画像記録装置１２の一部として増設することができる。
【０１８９】
記録材供給装置１３は、記録材供給部２０に収容される記録材よりも大きなサイズの記録材を収容することも可能であり、収容されている記録材を１枚ずつ分離して、記録材供給装置１３上面に設けられた記録材排出部３３に向かって搬出する。
【０１９０】
記録材供給装置１３において、トレイは、記録材収容トレイ３４ａ〜３４ｃの３段からなり、積層された記録材収容トレイ３４ａ〜３４ｃの中から所望する記録材を収容した記録材収容トレイを、ＰＣＵなどが制御して選択的に動作させ、収容されている記録材を分離搬出する。
【０１９１】
搬出された記録材は、記録材排出部３３から画像記録装置１２の下部に設けられた記録材受け入れ部３２を通って電子写真プロセス部へと至る。なお、記録材供給装置１３に記録材をセットする場合は、記録材供給装置１３の前面側方向に記録材収容トレイ３４ａ〜３４ｃのいずれかを引き出して記録材の補給、あるいは記録材の交換などを行うものである。
【０１９２】
上記の説明では３つの記録材収容トレイ３４ａ〜３４ｃが積層された場合について説明しているが、積層するトレイの数は、例えば、少なくとも１つ、もしくは３つ以上とすることができる。
【０１９３】
なお、記録材供給装置１３面には、複数の車輪３５…が設けられており、増設時などに容易に記録材供給装置１３を含む画像形成装置本体が移動可能となっている。また、ストッパ３６によって設置場所に固定することも可能である。
【０１９４】
図１３は、外部記録材供給装置１５の構成を示す図である。外部記録材供給装置１５は、画像記録装置１２が備える記録材供給装置１３に収容可能な種類および数量を越える記録材を収容することが可能であるとともに、収容されている記録材を１枚ずつ分離して、装置の側面上部に設けられた記録材排出部３７に向かって搬出する。
【０１９５】
記録材排出部３７から搬出された記録材は、画像記録装置１２の側面下部に設けられた外部記録材受け入れ部３８（図１１参照）へと受け渡される。
【０１９６】
外部記録材供給装置１５に記録材をセットする場合は、外部記録材供給装置１５の上部に形成された図８に示す補給口１５１から記録材の補給、あるいは記録材の交換などを行う。また、補給口１５１には開閉可能な蓋１５２が設けられ、補給あるいは交換などの場合以外では、補給口が閉じられている構成にしてもよい。
【０１９７】
なお、外部記録材供給装置１５下面には、図１３に示すように、複数の車輪３９…が設けられており、増設時などに容易に移動可能となっている。また、ストッパによって設置場所に固定することも可能である。
【０１９８】
図１４は、後処理装置１４の構成を示す図である。後処理装置１４は、図９に示すように、画像形成装置本体と所定の距離を隔てて設置される。後処理装置１４と画像形成装置本体とは、外部搬送部１９によって接続されており、画像形成装置本体によって画像が印刷された記録材は、外部搬送部１９を経て後処理装置１４に搬送される。
【０１９９】
なお、外部搬送部１９の一端は、画像記録装置１２の外部排出部２１２と接続し、他端は、後処理装置１４の記録材受け入れ部４１と接続している。
【０２００】
後処理装置１４は、図１４に示すように、搬送された記録材を排出トレイ４２あるいは排出トレイ４３に選択的に排出可能なソート搬送部４４を有している。ソート搬送部４４は、複数のローラ４５…、ガイドおよび搬送方向切換ガイド４６からなり、搬送方向切換ガイド４６を制御することによって排出先のトレイを切り換えることができる。ユーザは、記録材の排出先として排出トレイ４２・４３のいずれかを選択することが可能で、画像が印刷された記録材を区別して排出することができる。
【０２０１】
なお、後処理としては、上述のようなソータ処理以外に、所定枚数の記録材に対してステープル処理を施したり、Ｂ４，Ａ３サイズなどの印刷用紙を紙折りしたり、記録材にファイリング用の穴をあけたりする後処理を施すことも可能である。
【０２０２】
また、後処理装置１４の下面には、車輪４８が設けられており、容易に移動させることが可能である。
【０２０３】
なお、外部搬送部１９の構成としては特に限定されるものではなく、外部搬送部１９が後処理装置１４に備えられ、外部搬送部１９と画像記録装置１２とが着脱可能に構成されていてもよいし、外部搬送部１９と後処理装置１４および画像形成装置本体２０とが、着脱可能に構成されていてもよい。
【０２０４】
図１０は、原稿画像読取装置１１の構成を示す図である。原稿画像読取装置１１は、シート状の原稿を自動原稿供給装置（ＡＤＦ）により自動的に供給して１枚ずつ順次露光走査し、原稿を読み取る自動読み取りモードと、ブック状の原稿、もしくはＡＤＦによる自動供給が不可能なシート状の原稿を手動操作によりセットして原稿を読み取る手動読み取りモードとで動作可能である。
【０２０５】
自動もしくは手動によって読取部である透明な原稿読取台４９上にセットされた原稿の画像は、露光走査して光電変換素子上に結像され、電気的信号に変換されて画像データを取得する。取得した画像データは、画像記録装置１２との接続部を介して出力される。
【０２０６】
また、両面原稿を読み取る場合、原稿搬送経路に沿って原稿を搬送する過程において、原稿の両面から原稿画像を同時に走査して読み取ることが可能である。
【０２０７】
原稿の下面の読み取りについては、原稿台下面を走査する移動走査露光光学系が、原稿搬送経路の所定の位置に停止した状態でＣＣＤまで光像を導き、原稿画像を読み取る構成となっている。また、原稿の上面の読み取りについては、原稿搬送経路の上方に位置し、原稿を露光する光源、光像を光電変換素子まで導く光学レンズ、光像を画像データに変換する光電変換素子などから一体的に構成される密着センサ（ＣＩＳ）が配置されている。
【０２０８】
両面原稿の読み取りが選択されると、原稿供給部１１１にセットされた原稿が順次搬送され、搬送に伴って両面の画像がほぼ同時に読み取られる。
【０２０９】
原稿画像読取装置１１には、原稿トレイ１８が取り付けられている。原稿トレイ１８、読み取り前の原稿を供給する場合、もしくは読み取り済みの原稿を受ける場合に使用する。原稿を供給する場合、原稿トレイ１８に読み取り前の原稿を載置すると、ＡＤＦの取り込み部が原稿を取り込み、原稿読取台４９に搬送する。読み取られた原稿は、原稿排出部によって、装置外に排出される。原稿を受ける場合、原稿供給部１１１に原稿を載置すると、ＡＤＦの取り込み部が原稿を取り込み、原稿読取台４９に搬送する。読み取られた原稿は、原稿排出部によって、原稿トレイ１８に排出される。
【０２１０】
図１５は、両面印刷用搬送装置２１の構成を示す図である。両面印刷用搬送装置２１は、両面印刷用搬送部を有し、図１１に示した画像記録装置１２の側面に取り付けられる。
【０２１１】
両面印刷用搬送部は、複数のローラ２１０…を備え、定着装置２３から排出された記録材を、画像記録装置上部の記録材排出部１６を用いてスイッチバック搬送する。即ち、記録材の表裏を反転し、再度、画像記録装置１２の電子写真プロセス部の感光体ドラム２２と転写装置２６との間に向かって記録材を供給することができる。
【０２１２】
なお、画像形成装置１２において、装置上部の記録材排出部１６に向かって記録材を排出する搬送経路において印刷された記録材をスイッチバック搬送することにより、図１４に示す後処理装置１４や図１５に示す両面印刷用装置２１に記録材を導くことが可能となる。
【０２１３】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の一形態について図１および図７に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において、実施の形態１における構成要素と同等の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記してその説明を省略する。
【０２１４】
ここで、本実施の形態における定着装置は、加熱手段として図１に示す外部加熱ローラ２３３のかわりに、図７に示すように、誘導加熱コイル（外部加熱部材）２４１を備えている。誘導加熱コイル２４１には、図示しない駆動電源が接続されている。また、図７においては、クリーニングローラは図示していない。
【０２１５】
本実施の形態における加圧ローラ２３２は、芯金２３２ａと、芯金２３２ａの外周表面にはシリコーンゴム等からなる耐熱弾性材層２３２ｂと、更にその外側に発熱層２３２ｄと、そして最外層には離型層２３２ｃとが設けられ、４層構造となっている。
【０２１６】
直径２８ｍｍで、アルミニウム、鉄もしくはステンレス鋼等の金属からなる芯金２３２ａ上には、厚さ６ｍｍの発泡シリコーンゴムからなる耐熱弾性体層２３２ｂが形成されている。
【０２１７】
なお、芯金２３２ａの材料としては、誘導加熱による発熱を防止するため、アルミニウムがより望ましい。
【０２１８】
発熱層２３２ｄは、誘導加熱作用により発熱する発熱体であり、表面温度の立ち上がり時間を短縮するために、その肉厚は、４０μｍ〜５０μｍと薄肉化されている。
【０２１９】
また、発熱層２３２ｄは、誘導加熱（電磁誘導によって加熱電流を発生させる加熱）により加熱されるため、鉄やＳＵＳ４３０ステンレス鋼等、磁性および導電性を有する材料からなるものであればよい。特に比透磁率が高い（例えば、１以上）材料が好ましく、珪素鋼板や電磁鋼板、ニッケル鋼等であってもよい。
【０２２０】
なお、非磁性体であっても、ＳＵＳ３０４ステンレス材など抵抗値の高い（例えば、９．８×１０−６Ω・ｃｍ以上）材料であれば誘導加熱できるのでこれを使用してもよい。また、非磁性のベース部材（例えば、セラミックスからなる部材等）であっても、比透磁率の高い上記材料が導電性を有するように配置されているような構成であればそれでもよい。ここでは、発熱層２３２ｄに電鋳法により作製した厚さ４０μｍのニッケルを使用している。また、発熱層２３２ｄは、発熱量を増大させるために、発熱層を複数の材料からなる層で構成しても良い。
【０２２１】
また、発熱層２３２ｄ表面（外周面）には、定着ニップ部Ｙで加熱され粘度が低下したトナーＴが加熱ローラ２３１に付着するのを防止するために、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレンとペルフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体）等のフッ素樹脂、あるいはシリコーンゴム、フッ素ゴム、フロロシリコンゴム等の弾性体、若しくはこれらが複数積層された離型層２３２ｃが被覆されている。
【０２２２】
そして、加圧ローラ２３２は、図示しないばね等の加圧部材により定着ローラ２３１に２７４Ｎの力で圧接され、これにより、定着ローラ２３１との間に幅が約７ｍｍの定着ニップ部Ｙが形成されるよう構成されている。
【０２２３】
加圧ローラ２３２を加熱する加熱手段としては、図に示すように誘導加熱コイル２４１から構成されており、加圧ローラ２３２の外周を取り囲むように構成されている。このように構成すると曲率が存在するため、誘導加熱コイル２４１の中心側に磁束が集中し、渦電流の発生量が多くなるため、加圧ローラ２３２の表面温度をすばやく立ち上げるのに都合が良い。
【０２２４】
誘導加熱コイル２４１の材料としては、ここでは、耐熱性を考慮してアルミニウム単線（表面絶縁層（例えば、酸化膜）あり）を使用しているが、銅線もしくは銅ベースの複合部材線であっても良いし、リッツ線（エナメル線等を撚り線にしたもの）であってもよい。何れの線材を使用しても、誘導加熱コイル２４１でのジュール損を抑えるためには、誘導加熱コイル２４１の全抵抗値は、０．５Ω以下、望ましくは０．１Ω以下であるほうがよい。また、誘導加熱コイル２４１は、トナーＴを定着させる記録紙Ｐのサイズに応じて複数個配置しても良い。
【０２２５】
励磁回路（図示せず）よりこの誘導加熱コイル２４１に高周波電流を流すことで生じる交番磁界により、加圧ローラ２３２は誘導加熱される。
【０２２６】
また、加圧ローラ２３２の周面には、温度検知手段としてのサーミスタ（温度線センサ）２４９が配設されており、加圧ローラ２３２の表面温度を検出するようになっている。そして、検出された温度データに基づいて、図示しない温度制御手段（制御手段）は、加圧ローラ２３２表面の温度が所定の温度となるよう誘導加熱コイル２４１への通電を制御する。
【０２２７】
ここで、加圧ローラ２３２の加熱手段として誘導加熱コイル２４１（誘導加熱方式）を用いた場合（構成▲４▼）と、実施の形態１において上述した外部加熱ローラ２３３（加熱ローラ方式）を用いた場合（構成▲２▼）とについて、通紙時（２０枚）における加熱効率（＝加圧ローラ２３２に伝わった熱量／電源への投入電力）および平均消費電力を比較した結果を表４に示す。
【０２２８】
【表４】
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【０２２９】
表４に示すように、加熱ローラ方式では、温度差を利用した加熱ローラ２３１から加圧ローラ２３３への熱伝導により熱供給を行うのに対し、誘導加熱方式では、直接加圧ローラ２３２自体を発熱させるため、加熱ローラ方式に比べ、誘導加熱方式は、加熱効率に優れている。
【０２３０】
また、誘導加熱方式では、誘導加熱コイル２４１自体はほとんど発熱せず、加熱ローラ方式のような雰囲気中への放熱ロスがほとんど無いため、通紙中の平均消費電力が加熱ローラ方式の３７％と、消費電力化の低減を図ることができる。
【０２３１】
本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【０２３２】
【発明の効果】
本発明の加熱装置は、以上のように、第２加熱部材を、該第２加熱部材の外側から加熱する外部加熱部材を備え、被加熱材上の任意の一点が圧接領域を通過する通過時間は２．３×１０−２秒以下であり、第１加熱部材の表面温度をＴ１（℃）とし、第２加熱部材の表面温度をＴ２（℃）とすると、表面温度Ｔ１およびＴ２は、Ｔ１−Ｔ２≦１００（℃）を満足する構成である。
【０２３３】
あるいは、本発明の加熱装置は、第１加熱部材の表面温度Ｔ１および第２加熱部材の表面温度Ｔ２が、Ｔ１−Ｔ２≦７０（℃）を満足する構成である。
【０２３４】
これにより、被加熱材上の任意の一点が圧接領域を通過する通過時間が２．３×１０−２秒以下の高速機であっても、圧接領域の面圧を大きくしなくてすむ。即ち、加熱部材にかかる荷重を小さくすることができる。
【０２３５】
従って、加熱部材の薄型化を図ることができ、熱容量を低減することができる。これにより、加熱装置のウォームアップ時間を短縮することがでる。この結果、加熱部材を予熱する必要がなく、ウォームアップ時および待機時にかかる消費電力の低減を図ることができる。
【０２３６】
また、加熱部材にかかる荷重が小さいことにより、例えば、加熱部材におけるクリープの発生やライフの短縮化を防止できる。
【０２３７】
さらに、加熱部材の薄型化が可能なことにより、加熱装置の小型化を図ることができる。また、加熱部材の駆動トルクを小さくすることができるため、消費電力の削減を図ることができると共に、駆動部品のライフの短縮化を防止できるといった効果を奏する。
【０２３８】
本発明の加熱装置は、第１加熱部材の表面温度と第２加熱部材の表面温度との差が、外部加熱部材により制御される構成である。
【０２３９】
具体的には、本発明の加熱装置は、外部加熱部材の表面温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段の検出結果に基づいて、外部加熱部材の表面温度を制御する制御手段とを備える構成である。
【０２４０】
これにより、外部加熱部材が第２加熱部材の外側から第２加熱部材を加熱するため、第２加熱部材の表面温度を簡単に制御することができる。
【０２４１】
従って、第１加熱部材の表面温度と第２加熱部材の表面温度との差を簡単な構成で制御することができるといった効果を奏する。
【０２４２】
本発明の加熱装置は、第１加熱部材の表面温度は略一定に保持されるように制御される構成である。
【０２４３】
これにより、第１加熱部材の表面温度は略一定に保持されるため、第１加熱部材の表面温度と第２加熱部材の表面温度との差は、外部加熱部材によって第２加熱部材の表面温度のみにより制御することができるといった効果を奏する。
【０２４４】
本発明の加熱装置は、圧接領域における上記被加熱材への面圧をＰ（ｋＰａ）とすると、第１加熱部材の表面温度Ｔ１（℃）と第２加熱部材の表面温度Ｔ２（℃）とは、Ｔ１−Ｔ２≦３０×ｌｎ（Ｐ）−７２．５を満足する構成である。
【０２４５】
これにより、Ｔ１−Ｔ２を小さくすることができ、被加熱材に伝達される熱量を増加させることができる。従って、加熱部材にかかる荷重を小さくすることができるといった効果を奏する。
【０２４６】
本発明の加熱装置は、以上のように、被加熱材上の任意の一点が圧接領域を通過する通過時間は２．３×１０−２秒以下であり、被加熱材の通過時に、第１加熱部材から被加熱材に伝達される熱量をＱ１とし、第２加熱部材から被加熱材に伝達される熱量をＱ２とすると、熱量Ｑ１およびＱ２は、Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）≧０．２５を満足する構成である。
【０２４７】
あるいは、本発明の加熱装置は、熱量Ｑ１およびＱ２が、Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）≧０．３を満足する構成である。
【０２４８】
これにより、加熱部材がどのような材料からなるものであっても、上述した第１加熱部材の表面温度Ｔ１および第２加熱部材の表面温度Ｔ２がＴ１−Ｔ２≦７０（℃）を満足するように規定した場合と同様の効果を得ることができる。
【０２４９】
即ち、加熱部材にかかる荷重を小さくすることができ、消費電力の低減を図ることができるといった効果を奏する。
【０２５０】
本発明の加熱装置は、第２加熱部材を、該第２加熱部材の外側から加熱する外部加熱部材と、外部加熱部材の表面温度を制御することにより、第２加熱部材から被加熱材に伝達される熱量Ｑ２と、被加熱材に伝達される総熱量Ｑ１＋Ｑ２との比Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）を制御する制御手段とを備える構成である。
【０２５１】
これにより、外部加熱部材によりＱ２／（Ｑ１＋Ｑ２）を制御することができる。従って、簡単な構成で、Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）の制御を可能とすることができるといった効果を奏する。
【０２５２】
本発明の加熱装置は、圧接領域における被加熱材への面圧をＰ（ｋＰａ）とすると、第２加熱部材から被加熱材に伝達される熱量Ｑ２（Ｊ）と、被加熱材に伝達される総熱量Ｑ１＋Ｑ２（Ｊ）との比Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）は、Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）≧−０．０７８×ｌｎ（Ｐ）＋０．７を満足する構成である。
【０２５３】
これにより、第２加熱部材から被加熱材に伝達される熱量Ｑ２の割合を大きくすることができ、必要定着荷重を低減することができる。従って、消費電力の低減を図ることができるといった効果を奏する。
【０２５４】
本発明の加熱装置は、圧接領域における被加熱材への面圧が、３００（ｋＰａ）以下である構成である。
【０２５５】
これにより、加熱部材および被加熱材にかかる荷重を小さくすることができるといった効果を奏する。
【０２５６】
本発明の加熱装置は、外部加熱部材が、熱源体を有し、第２加熱部材の表面に接することで第２加熱部材を加熱する構成である。
【０２５７】
これにより、第２加熱部材の表面を直接加熱することができるため、外部加熱部材の構成を簡単にすることができ、また、省スペース化が可能となる。従って、例えば、クリーニングローラ等、他の部品の設置を容易にすることができるといった効果を奏する。
【０２５８】
本発明の加熱装置は、外部加熱部材が、第２加熱部材に外接して該第２加熱部材と共に回転するローラである構成である。
【０２５９】
これにより、簡単な構成で、第２加熱部材を加熱することができる。従って、省スペース化を図ることができ、例えばクリーニング部材等、他の部品の設置が容易となるといった効果を奏する。
【０２６０】
本発明の加熱装置は、第２加熱部材が、誘導加熱作用により発熱する発熱体を備え、外部加熱部材は、第２加熱部材を誘導加熱する誘導加熱コイルである構成である。
【０２６１】
これにより、第２加熱部材を直接発熱させることができることにより、第２加熱部材表面からの放射、対流による熱損失が少ない。また、外部加熱部材自体はほとんど発熱しないため、外部加熱部材自体の熱損失は少ない。従って、さらに熱効率の向上を図ることができるといった効果を奏する。
【０２６２】
本発明の加熱装置は、外部加熱部材の形状が曲率を有する構成である。
【０２６３】
これにより、外部加熱部材としての誘導加熱コイルの中心側に磁束が集中し、渦電流の発生量が多くなる。従って、第２加熱部材の発熱の立ち上がりをはやくすることができるといった効果を奏する。
【０２６４】
本発明の加熱装置は、第１加熱部材の表面が、単位長さ当りの熱容量が２００Ｊ／（ｍ・℃）以下である構成である。
【０２６５】
これにより、例えば、ウォームアップ時間を３０秒以下にすることができ、待機時における消費電力を大幅に削減することができるといった効果を奏する。
【０２６６】
本発明の加熱装置は、第１加熱部材および第２加熱部材が回動可能なローラであり、圧接領域を被加熱材が通過することにより、被加熱材上のトナーを定着させる構成である。
【０２６７】
これにより、加熱装置を定着装置として用いることができる。従って、トナーの定着性を確保しつつ、荷重が小さいことにより消費電力の低減が図れると共に、被加熱材である記録紙（記録媒体）において紙しわやカールが発生することを防止できるといった効果を奏する。
【０２６８】
本発明の画像形成装置は、以上のように、被加熱材上に未定着のトナーからなる画像を形成する像転写装置と、被加熱材上の未定着のトナーを定着させる上記記載の加熱装置とを備える構成である。
【０２６９】
これにより、消費電力の小さな画像形成装置を提供することができる。また、例えば、加熱装置を定着装置として用いることができる。従って、トナーの定着性を確保しつつ、荷重が小さいことにより消費電力の低減が図れると共に、被加熱材である記録紙（記録媒体）において紙しわやカールが発生することを防止できる。
【０２７０】
さらに、加熱部材や駆動部品の長寿命化を図ることができる加熱装置を用いた画像形成装置を提供できるといった効果を奏する。
【０２７１】
本発明の加熱方法は、以上のように、第１加熱部材と第２加熱部材とが圧接する圧接領域を、被加熱材の任意の一点が２．３×１０−２秒以内に通過するように上記被加熱材を通過させることにより、上記被加熱材を加熱する加熱方法であって、上記第１加熱部材の表面温度をＴ１（℃）とし、上記第２加熱部材の表面温度をＴ２（℃）とすると、上記表面温度Ｔ１・Ｔ２が、Ｔ１−Ｔ２≦１００（℃）を満足するように、上記第２加熱部材を、該第２加熱部材の外側から外部加熱部材により加熱する構成である。
【０２７２】
あるいは、本発明の加熱方法は、第１および第２加熱部材の表面温度Ｔ１・Ｔ２が、Ｔ１−Ｔ２≦７０（℃）を満足するように、第２加熱部材を、該第２加熱部材の外側から外部加熱部材により加熱する構成である。
【０２７３】
これにより、被加熱材上の任意の一点が圧接領域を通過する通過時間が２．３×１０−２秒以下の高速機であっても、圧接領域の面圧を大きくしなくてすむ。即ち、加熱部材にかかる荷重を小さくすることができる。
【０２７４】
従って、加熱部材の薄型化を図ることができ、熱容量を低減することができる。これにより、上記加熱方法を用いた加熱装置のウォームアップ時間を短縮することがでる。この結果、加熱部材を予熱する必要がなく、ウォームアップ時および待機時にかかる消費電力の低減を図ることができるといった効果を奏する。
【０２７５】
本発明の加熱方法は、外部加熱部材の表面温度を制御することにより、第１加熱部材の表面温度と第２加熱部材の表面温度との差を制御する構成である。
【０２７６】
これにより、第１加熱部材の表面温度と第２加熱部材の表面温度との差を簡単な構成で制御することができるといった効果を奏する。
【０２７７】
本発明の加熱方法は、圧接領域における被加熱材への面圧をＰ（ｋＰａ）とすると、第１加熱部材の表面温度Ｔ１（℃）と第２加熱部材の表面温度Ｔ２（℃）とは、Ｔ１−Ｔ２≦３０×ｌｎ（Ｐ）−７２．５を満足するように、表面温度Ｔ１およびＴ２を制御する構成である。
【０２７８】
これにより、加熱部材にかかる荷重を小さくすることができるといった効果を奏する。
【０２７９】
本発明の加熱方法は、以上のように、第１加熱部材と第２加熱部材とが圧接する圧接領域を、被加熱材の任意の一点が２．３×１０−２秒以内に通過するように上記被加熱材を通過させることにより、上記被加熱材を加熱する加熱方法であって、上記圧接領域において上記被加熱材の通過時に、上記第１加熱部材から上記被加熱材に伝達される熱量をＱ１とし、上記第２加熱部材から上記被加熱材に伝達される熱量をＱ２とすると、上記熱量Ｑ１・Ｑ２が、Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）≧０．２５を満足するように制御する構成である。
【０２８０】
あるいは、本発明の加熱方法は、熱量Ｑ１・Ｑ２が、Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）≧０．３を満足するように制御する構成である。
【０２８１】
これにより、加熱部材の温度ではなく、被加熱材に伝達される熱量について規定しているため、加熱部材がどのような材料からなるものであっても、上述した第１加熱部材の表面温度Ｔ１および第２加熱部材の表面温度Ｔ２がＴ１−Ｔ２≦７０（℃）を満足するように規定した場合と同様の効果を得ることができる。即ち、加熱部材にかかる荷重を小さくすることができ、消費電力の低減を図ることができるといった効果を奏する。
【０２８２】
本発明の加熱方法は、第２加熱部材を外側から加熱する外部加熱部材によって第２加熱部材の表面温度を制御することにより、第２加熱部材から被加熱材に伝達される熱量Ｑ２と、被加熱材に伝達される総熱量Ｑ１＋Ｑ２との比Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）を制御する構成である。
【０２８３】
これにより、外部加熱部材によりＱ２／（Ｑ１＋Ｑ２）を制御することができる。従って、簡単な構成で、Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）の制御を可能とすることができるといった効果を奏する。
【０２８４】
本発明の加熱方法は、圧接領域における上記被加熱材への面圧をＰ（ｋＰａ）とすると、上記第２加熱部材から上記被加熱材に伝達される熱量Ｑ２（Ｊ）と、上記被加熱材に伝達される総熱量Ｑ１＋Ｑ２（Ｊ）との比Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）は、Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）≧−０．０７８×ｌｎ（Ｐ）＋０．７を満足するように、制御されている構成である。
【０２８５】
これにより、第２加熱部材から被加熱材に伝達される熱量Ｑ２の割合を大きくすることができ、必要定着荷重を低減することができる。従って、消費電力の低減を図ることができるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る定着装置の要部の構成を示す図である。
【図２】必要面圧（ｋＰａ）と、加熱ローラの表面温度Ｔ１と加圧ローラの表面温度Ｔ２との温度差（℃）との関係を示すグラフである。
【図３】ウォームアップ時間（秒）およびエネルギー消費効率（Ｗｈ／ｈ）と、加熱ローラの表面温度Ｔ１と加圧ローラの表面温度Ｔ２との温度差（℃）との関係を示すグラフである
【図４】加熱ローラにおける軸方向の単位長さ当りの熱容量（Ｊ／ｍ℃）と、ウォームアップ時間（秒）との関係について示すグラフ
【図５】必要面圧Ｐ（ｋＰａ）と、加圧ローラから記録紙Ｐに伝わる熱エネルギーＱ２の総熱量Ｑ１＋Ｑ２に対する割合Ｑ２／Ｑ１＋Ｑ２との関係を示すグラフである。
【図６】ウォームアップ時間およびエネルギー消費効率と、総熱量Ｑ１＋Ｑ２に対する熱量Ｑ２の割合Ｑ２／Ｑ１＋Ｑ２との間の関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の他の一形態に係る定着装置の要部の構成を示す図である。
【図８】図８は、図１に示す定着装置を備えた画像形成装置を外側から見た構成を示す斜視図である。
【図９】上記画像形成装置の内部の構成を示す図である。
【図１０】上記画像形成装置における原稿画像読取装置の構成を示す図である。
【図１１】上記画像形成装置における画像記録装置の構成を示す図である。
【図１２】上記画像形成装置における記録材供給装置の構成を示す図である。
【図１３】上記画像形成装置における外部記録材供給装置の構成を示す図である。
【図１４】上記画像形成装置における後処理装置の構成を示す図である。
【図１５】上記画像形成装置における両面印刷用搬送部の構成を示す図である。
【図１６】従来の中低速機および高速機でのニップ通過時間と、ローラ温度および定着ニップ部を通過する記録紙にかかる面圧との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
２３    定着装置
２３１    加熱ローラ（第１加熱部材）
２３２    加圧ローラ（第２加熱部材）
２３２ｄ  発熱層（発熱体）
２３３    外部加熱ローラ（外部加熱部材）
２３４，２３５，２３９    ヒータランプ（熱源体）
２３６，２３７，２４２，２４９    温度センサ（温度検出手段）
２４０    クリーニングローラ
２４１    誘導加熱コイル（外部加熱部材）
Ｙ    定着ニップ部（圧接領域）
Ｐ    記録紙（被加熱材、記録媒体）
Ｔ    トナー
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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