(57)【要約】【課題】  金属製スリーブを用いても加熱不良を抑えられ、該金属スリーブ内部に設けられた補強部材の温度上昇を抑えた像加熱装置を提供すること。【解決手段】  記録材上の像を加熱するための定着装置１０において、金属製のスリーブ（定着フィルム）１３と、前記スリーブ１３の内面に接触し設定温度を維持するように制御されるヒータ１１と、前記スリーブ１３を介して前記ヒータ１１と記録材を挟持搬送するニップ部Ｎを形成するバックアップ部材２０と、前記スリーブ１３の内部に配置されている金属製の補強部材３０と、を有し、前記ヒータ１１により記録材を加熱する加熱工程中、前記補強部材３０の表面温度は前記スリーブ１３の表面温度の８０％以下であることを特徴とする。【選択図】    図１
2004170950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録材上の像を加熱するための像加熱装置において、
金属製のスリーブと、
前記スリーブの内面に接触し設定温度を維持するように制御されるヒータと、
前記スリーブを介して前記ヒータと記録材を挟持搬送するニップ部を形成するバックアップ部材と、
前記スリーブの内部に配置されている金属製の補強部材と、を有し、
前記ヒータにより記録材を加熱する加熱工程中、前記補強部材の表面温度は前記スリーブの表面温度の８０％以下であることを特徴とする像加熱装置。
【請求項２】
前記装置は更に、前記ヒータを保持する樹脂製の保持部材を有し、前記補強部材は前記保持部材を補強していることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
【請求項３】
前記補強部材は前記ヒータの長手方向と平行に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の像加熱装置。
【請求項４】
前記補強部材は断面がアーチ形状であり、アーチの開口側が前記ヒータ側を向くように配置されており、前記補強部材は前記ヒータの過昇温を防止するための安全素子を囲ってい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】
前記スリーブと前記補強部材の最も接近している部分の距離は２．０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
【請求項６】
前記補強部材の前記スリーブに対向する面には断熱部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
【請求項７】
前記スリーブは可撓性を有することを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機やプリンタ等の画像形成装置に搭載される加熱定着器として用いれば好適な像加熱装置に関し、特に、可撓性の金属製スリーブを有する像加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機、プリンタ等の画像形成装置に適用される定着装置としては、熱ローラ方式やフィルム加熱方式の加熱定着装置が広く用いられている。特にスタンバイ時に加熱定着装置に電力を供給せず、消費電力を極力低く抑えた方法、詳しくはヒータ部と加圧ローラの間にフィルムを介して記録材上のトナー像を定着するフィルム加熱方式による加熱定着方法が特開昭６３−３１３１８２号公報、特開平２−１５７８７８号公報、特開平４−４４０７５号公報、特開平４−２０４９８０号公報等に提案されている。フィルム加熱定着器の構成としては、フィルムの搬送に専用の搬送用ローラと従動ローラを用いてフィルムにテンションを加えながら加圧ローラとの間でフィルムを搬送する方法と、円筒形フィルムを加圧ローラからの搬送力で駆動させる方法があり、前者はフィルムの搬送性能を高く保持できる利点を有し、後者は構成の簡略化に伴なう低コストの定着器を実現できる利点がある。
【０００３】
具体例として、後者の加圧ローラ駆動方式のフィルム加熱定着器の断面概略構成図を図２、図３及び図５に示す。なお、図２、図３及び図５は後述する本発明を適用した定着装置と共通する部分を示した図である。図２及び図３に示す定着装置７は、保持部材（以下ヒータホルダーと記す）１２に固定支持させた加熱部材（以下ヒータと記す）１１と、該ヒータ１１と接触しつつ回転する耐熱性の薄肉フィルム（以下、定着フィルムと記す）１３と、定着フィルム１３を挟んでヒータ１１と所定のニップ幅のニップ部（定着ニップ部）Ｎを形成させて圧接させた弾性加圧ローラ２０を有する。ヒータホルダー１２のヒータ保持部は定着フィルム１３の長手方向（図２の紙面に対し垂直な方向）よりも長く、定着フィルム１３の両端部から突出している。この突出部分を不図示のバネで加圧ローラ２０側に付勢している。ヒータホルダー１２は耐熱性のモールド部材などから形成されているため加圧されることでたわみが発生するため、補強部材３０をヒータホルダー１２の反加熱部材側に当接させることで、たわみを防止している。ヒータ１１は通電により所定の温度に加熱・温調される。定着フィルム１３は不図示の駆動手段あるいは加圧ローラ２０からの回転駆動力により、定着ニップ部Ｎにおいてヒータ面に密着・摺動しつつ矢印の方向に搬送移動される、円筒状の薄肉部材である。
【０００４】
ヒータ１１を所定の温度に加熱・温調させ、定着フィルム１３を矢印の方向に搬送移動させた状態において、定着ニップ部Ｎの定着フィルム１３と加圧ローラ２０との間に未定着トナー像Ｔを形成担持させた記録材Ｐを導入すると、記録材Ｐは定着フィルム１３の面に密着して該定着フィルム１３と一緒に定着ニップ部Ｎで挟持搬送される。この定着ニップ部Ｎにおいて、記録材Ｐ上の未定着トナー像Ｔは、ヒータ１１により加熱された定着フィルム１３を介して加熱されることで、記録材Ｐ上に永久画像として加熱定着されることになる。定着ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは定着フィルム１３の面から剥離して搬送される。
【０００５】
加熱部材としてのヒータ１１には一般にセラミックヒータが使用される。図３を用いて詳細に説明する。
【０００６】
例えば、アルミナ等の電気絶縁性・良熱伝導性・低熱容量のセラミック基板１１ａの面（定着フィルム１３と対面する側の面）に基板長手方向（記録材搬送方向と直交する、図面に垂直の方向）に沿って銀パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）・Ｔａ２Ｎ等の通電発熱抵抗層１１ｂをスクリーン印刷等で形成具備させ、さらに該発熱抵抗層形成面を薄肉ガラス保護層１１ｃで覆ってなるものである。このセラミックヒータ１１は通電発熱抵抗層１１ｂに通電がなされることにより該通電発熱抵抗層１１ｂが発熱してセラミック基板１１ａとガラス保護層１１ｃから成るヒータ全体が急速昇温する。このヒータ１１の昇温がヒータ背面に配置された温度検知素子１４により検知されて不図示の通電制御部へフィードバックされる。通電制御部は温度検知素子１４で検知されるヒータ温度が所定のほぼ一定温度（定着温度）に維持されるように通電発熱抵抗層１１ｂに対する通電を制御する。すなわちヒータ１１は所定の定着温度（設定温度）に維持されるように加熱・温調されることになる。
【０００７】
定着フィルム１３は、定着ニップ部Ｎにおいてヒータ１１からの熱を効率よく記録材Ｐに与えるため、厚みは２０〜７０μｍとかなり薄くしている。この定着フィルム１３はフィルム基層、プライマー層、離型性層の３層構成で構成されており、フィルム基層側がヒータ側であり、離型性層側が加圧ローラ側である。フィルム基層はヒータのガラス保護層より絶縁性の高いポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ等であり、耐熱性、高弾性を有している。また、フィルム基層により定着フィルム全体の引裂強度等の機械的強度を保っている。プライマー層は厚み２〜６μｍ程度の薄い層で形成されている。離型性層は定着フィルムに対するトナーオフセット防止層であり、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂を厚み１０μｍ程度に被覆して形成してある。
【０００８】
また、ヒータホルダー１２は、例えば耐熱性プラスチック部材から形成され、ヒータ１１を保持するとともに定着フィルム１３の搬送ガイドも兼ねている。補強部材３０は、加圧力によるヒータホルダー１２のたわみを発生させないために金属材料から形成され、その断面形状は、図４に示されるような、（ａ）の「逆Ｕの字型」形状、（ｂ）の「コの字型」形状などとなっている。
【０００９】
このような定着用の薄いフィルムを用いたフィルム加熱方式の加熱装置においては、加熱部材としてのセラミックヒータ１１の高い剛性のために弾性層２２を有している加圧ローラ２０は、ヒータ１１の扁平下面にならって圧接されることで所定幅の定着ニップ部Ｎが形成され、定着ニップ部Ｎのみを加熱することでクイックスタートの加熱定着を実現している。
【００１０】
以上の構成において、ヒータ１１の通電発熱抵抗層１１ｂと加圧ローラ２０との配置関係を図５を用いて説明する。
【００１１】
図５おいて、ヒータ１１の通電発熱抵抗層１１ｂの長手方向の幅Ｗは、定着フィルム１３を介して当接される加圧ローラ２０の弾性層２２の幅Ｄに比べ若干狭い幅で形成されている。これは、通電発熱抵抗層１１ｂが加圧ローラ２０よりはみ出ることによって、ヒータ１１が局所的に昇温し、その熱応力により破損するのを防止するためである。また、通電発熱抵抗層１１ｂはトナー像が形成担持された記録材Ｐの搬送領域より十分広い幅で形成されている。これにより、端部温度だれ（ヒータ端部の通電用電気接点及びコネクタ等への熱のリークによるもの）の影響をなくすことができ、これにより記録材全面にわたって良好な定着性が得られる。更に、通紙域端部の通電発熱抵抗層の幅を絞り、端部の発熱量を上げ、端部の定着性を補う場合もある。
【００１２】
これによりヒータ１１の通電発熱抵抗層１１ｂに通電することで発した熱は、定着フィルム１３と加圧ローラ２０の間を搬送された記録材Ｐに効率よく与えられ、記録材Ｐ上のトナー像Ｔを溶融し、固着するために作用する。
【００１３】
また、Ｓは記録材搬送基準であり、この場合は画像形成装置本体の記録材搬送領域の長手方向中央に基準を設けた中央基準の装置である。
【００１４】
さらに図５に示したようにヒータ背面には、サーミスタ等の温度検知素子１４と、暴走時にヒータ１１の通電発熱抵抗層１１ｂへの通電をシャットダウンするための安全素子である温度ヒューズ、あるいはサーモスイッチ等のサーモプロテクター１５が当接してあり、これらは画像形成装置が搬送可能な最小幅の記録材の搬送域内に配置されている。これらの温度検知素子１４とサーモプロテクター１５は、金属製補強部材３０の内部に内包される構成となっている。
【００１５】
ここで温度検知素子１４については、画像形成装置本体が搬送可能な最小幅の記録材が搬送された場合であっても、記録材上のトナー像を定着不良、高温オフセット等の問題を起こさずに適度な定着温度で加熱定着するために、使用可能な定型の最小サイズの記録材搬送域内に設けられている。一方、小サイズの記録材を搬送した場合の記録材非搬送領域にサーモプロテクター１５を配置すると、異常のない搬送時であってもサーモプロテクター１５が非搬送領域の過昇温により誤動作して通電をシャットアウトしてしまうので、サーモプロテクター１５も使用可能な定型の最小サイズの記録材搬送域内に設けられている。また、サーモプロテクター１５をヒータ背面に当接することにより、通電発熱抵抗層１１ｂで発生した熱量がサーモプロテクター１５に奪われて、記録材Ｐに十分な熱量が与えられなくなり、サーモプロテクター当接位置において定着不良を起こすことがある。これを防ぐために通電発熱抵抗層１１ｂのサーモプロテクター当接対応位置において、図５のようにヒータ１１の通電発熱抵抗層１１ｂの一部の幅を若干狭めて、該当接位置の抵抗値を他の部分より大きくすることで発熱量を確保している。これにより記録材Ｐへの給熱量を長手方向に渡って一定とし、定着むらのない良好な加熱定着を実現している。ここで温度検知素子１４も同様にヒータ背面に当接させているため、同様に通電発熱抵抗層１１ｂによって発した熱が温度検知素子１４に奪われることが懸念されるが、チップサーミスタ等熱容量の小さい温度検知素子を用いることにより、ヒータから奪われる熱量を小さく抑えることができる。このため、サーモプロテクター１５と同様の上記対策を取らなくても、長手方向において記録材の定着均一性を損ねることなく均一な定着が可能となる。
【００１６】
以上、説明してきたフィルム加熱方式の加熱定着装置は、加熱効率の高さやクイックスタートが可能であるため、待機中の予備加熱が不要になることから省電力化の達成が図れること、待機時間の解消などによるユーザーへのメリットがあること、などの多くの利点を有しており、特に円筒形フィルムを加圧ローラの搬送力で駆動させる方式は低コストを実現できることから、小型低速機から導入が始まり、今後は、大型高速機への導入が期待されるようになっている。
【００１７】
この高速化を達成するには、定着ニップ部を通過する時間が短くなった記録材においても定着に充分な熱エネルギーを供給しなければならないことになる。これを実現する手段としては、定着温度を更に高温に設定する、加圧ローラと定着フィルム間の加圧力を増して加熱領域である定着ニップ巾を拡げる、またはヒータ基板や定着フィルムの材質をより熱伝導性に優れるものに変更することで熱の供給量を増す、などが考えられる。
【００１８】
しかし、このような改良を実施することは、定着フィルムへの負荷が大きくなり、定着フィルムの劣化を促進させることになってしまい、耐久寿命が短くなってしまう欠点がある。
【００１９】
例えば、定着フィルム基層の熱伝導性を改善するために、ＢＮ（窒化ホウ素）やＡＬＮ（窒化アルミ）等の高熱伝導性のフィラーの添加量を増して熱伝導性の向上を図ると、ＰＩ（ポリイミド）などの樹脂本来の柔軟性や強度が損なわれることになり、定着フィルムの磨耗や劣化を速めることになる。
【００２０】
そこで、新たに提案されているのが、定着フィルムの基材に、樹脂よりも熱伝導性に優れる金属で形成された円筒状の薄肉回転体（金属スリーブ）を用いることである。この金属スリーブは、その材料の持つ熱伝導性により、定着温度を高温に設定したり、定着ニップ巾を大きくするために加圧力を大きくせずとも、定着に十分な熱エネルギーを記録材に伝達することが可能であり、より高速対応性に優れるフィルム加熱定着装置を達成することが可能となる。
【００２１】
【特許文献１】特開昭６３−３１３１８２号公報
【特許文献２】特開平２−１５７８７８号公報
【特許文献３】特開平４−４４０７５号公報
【特許文献４】特開平４−２０４９８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかしながら、前記定着フィルム１３として金属スリーブを用いた熱効率の良い加熱定着装置で、更なる熱効率化を図るために、金属スリーブからの放熱を小さくする、金属スリーブ等からなる定着装置７の熱容量を小さくする、などの目的で、金属スリーブの小径化を図っていくと、次に説明するような問題が発生することが判明した。
【００２３】
金属スリーブの小径化を図っていくと、ヒータホルダー１２の背面に設置した金属製の補強部材３０との距離が小さくなってくる。すると、金属スリーブの材料である金属の特性である、優れた放熱性により、金属スリーブに蓄えられた熱エネルギーが断熱層である空気を伝わって金属製補強部材３０を昇温させることに使われてしまい、その結果として、金属スリーブの表面温度が低下し、補強部材３０の温度が上昇することになり、連続した画像定着を行うと、金属スリーブの温度と補強部材の温度の差が数℃程度と小さくなってしまうことが判明した。
【００２４】
そのため、金属スリーブの表面温度が未定着トナー像を定着するのに必要な温度を保てなくなり、定着性が損なわれる現象が発生してしまうことになる。
【００２５】
本発明は上述の課題に鑑み成されたものであり、その目的は、金属製スリーブを用いても加熱不良を抑えられる像加熱装置を提供することにある。
【００２６】
本発明の他の目的は、金属スリーブ内部に設けられた補強部材の温度上昇を抑えた像加熱装置を提供することにある。
【００２７】
本発明の更に他の目的は、安全素子の誤作動を抑えられる像加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
上記目的を達成するための本発明の代表的な構成は、記録材上の像を加熱するための像加熱装置において、金属製のスリーブと、前記スリーブの内面に接触し設定温度を維持するように制御されるヒータと、前記スリーブを介して前記ヒータと記録材を挟持搬送するニップ部を形成するバックアップ部材と、前記スリーブの内部に配置されている金属製の補強部材と、を有し、前記ヒータにより記録材を加熱する加熱工程中、前記補強部材の表面温度は前記スリーブの表面温度の８０％以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
上記本発明によれば、金属製スリーブを用いても加熱不良を抑えられる。また、金属スリーブ内部に設けられた補強部材の温度上昇を抑えられる。
【００３０】
更に前記補強部材を断面がアーチ形状の補強部材とし、該アーチ形状の開口側が前記ヒータ側を向くように前記補強部材を配置すると共に、前記補強部材で前記ヒータの過昇温を防止するための安全素子を囲う構成にしても補強部材の昇温を抑えられるので安全素子の誤作動を抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００３２】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係る定着装置を備えた画像形成装置を図面に則して詳しく説明する。
【００３３】
｛画像形成装置｝
まず図６は、本発明の加熱定着装置を搭載した画像形成装置の断面図である。図６において、２は感光体ドラムであり、ＯＰＣ、アモルファスＳｅ、アモルファスＳｉ等の感光材料がアルミニウムやニッケルなどのシリンダ状の基盤上に形成されている。感光体ドラム２は矢印の方向に回転駆動され、まず、その表面は帯電装置としての帯電ローラ３によって一様帯電される。次に、画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザビームＬによる走査露光が施され、静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置４で現像、可視化される。現像方法としては、ジャンピング現像法、２成分現像法、ＦＥＥＤ現像法などが用いられ、イメージ露光と反転現像とを組み合わせて用いられることが多い。なお、感光体ドラム２上に残存する転写残りの残留トナーは、クリーニング部材６により感光体ドラム表面より除去される。この一連の機能はプロセスカートリッジ１として提供されている。
【００３４】
可視化されたトナー像は、転写装置としての転写ローラ５により、所定のタイミングで搬送された記録材Ｐ上に感光体ドラム２上から転写される。記録材Ｐはカセット７２から給送ローラ対７３によってピックアップされ、給送搬送路７４を経て、記録材先端部を検知するレジストローラ対７５に送られ、感光体ドラム２上の可視像とタイミングを一致させた後、転写ニップに搬送されることになる。このとき記録材Ｐは感光体ドラム２と転写ローラ５に一定の加圧力で挟持搬送される。このトナー像が転写された記録材Ｐは定着装置７へと搬送され、永久画像として定着され、排出ローラ対７１を経て、排出トレイ７０に排出されることになる。
【００３５】
｛加熱定着装置｝
次に本発明の第１実施形態にて用いたフィルム加熱方式の加熱定着装置の構成を、図１〜図３、図５及び図７に沿って説明する。像加熱装置としての加熱定着装置７は以下の部材から構成される。
【００３６】
《定着フィルムユニット》
１０は定着フィルムユニットであり、以下の部材から構成される。１３は熱容量の小さな定着フィルム（可撓性の金属スリーブ）であり、クイックスタートを可能にするために総厚２００μｍ以下の厚みで耐熱性、高熱伝導性を有するＳＵＳ（ステンレス）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ(亜鉛)、Ｔｉ（チタン）等の純金属あるいは合金を基材として形成している。また、加熱定着工程を耐久寿命にわたって充分な強度を有する耐久性を得るには３０μｍ以上の厚みが必要である。すなわち、定着フィルム１３は、金属で形成された円筒状の薄肉回転体である金属スリーブであって、該金属スリーブの総厚としては３０〜２００μｍの範囲の金属円筒状素管が最適である。さらにオフセット防止や記録材の分離性を確保するために表層にはＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性の良好な耐熱樹脂を混合ないし単独でコーティング、または、被覆したものである。本実施形態で用いた金属スリーブは極短時間での定着可能温度までの昇温を可能にするために、基層として膜厚３５μｍのＳＵＳ３０４（ステンレス）を用いた。また、基層の上には、カーボン等の導電材を適量分散した導電性プライマー層を、膜厚５μｍで塗布している。そして、導電性プライマー層の上には、トナーや紙粉の付着防止や記録材の分離性を確保するために、離型性に優れ耐熱性が高いフッ素樹脂としてＰＴＦＥとＰＦＡの混合液をディッピング塗布法にて、１０μｍの膜厚で塗布、焼成することで離型層とし、これらの基層、プライマー層、離型層で、ＳＵＳスリーブ（金属スリーブ）が形成されている。
【００３７】
プライマー層の長手方向の一部は周方向で露出している。そして、オフセット、尾引き、防止の目的で、定着フィルム表面がプラスの電位にならないように、露出部分が整流素子としてのダイオード２８を介して（プライマー層側がアノードとなるように向きを設定）本体ＧＮＤ(ground)に接地されている。これにより記録材上の未定着トナーが定着フィルムに転移するのを防止している。
【００３８】
また、１１は定着フィルムの内部に設置された加熱部材としてのヒータであり、これにより記録材上の未定着トナー像を溶融、定着させる定着ニップ部Ｎの加熱を行う。この加熱用ヒータ１１（図５参照）は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）製の高絶縁性を有するセラミック基板１１ａと通電発熱抵抗層１１ｂとを有する。通電発熱抵抗層１１ｂは銀パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）をスクリーン印刷等の方法によりセラミック基板１１ａに形成したものであり、厚みが１０μｍ程度、巾が４ｍｍ程度、でセラミック基板１１ａの長手方向に沿って細帯状に塗工してある。
【００３９】
セラミック基板１１ａの背面には通電発熱抵抗層１１ｂの発熱に応じて昇温した該セラミック基板１１ａの温度を検知するための温度検知素子としてのサーミスタ１４を、記録材通紙域のほぼ中央部に配設している。このサーミスタからの信号に応じて、通電発熱抵抗層１１ｂの長手方向端部にある銀と白金の合金（Ａｇ／Ｐｔ）で形成された電極部から、通電発熱抵抗層１１ｂの端部に形成された導通部を介して通電発熱抵抗層１１ｂに印加する電圧を適切に制御することで、定着ニップ内でのヒータ１１の温度を所定の温調温度に略一定に保ち、記録材上の未定着トナー像を定着するのに必要な加熱を行う。
【００４０】
通電発熱抵抗層への通電制御方法としては、交流電圧の波数によって投入電力を制御する波数制御方式や交流電圧のゼロクロスからの所定の遅延時間後に次のゼロクロスまで通電する位相制御方式等が適用される。
【００４１】
また、加熱用ヒータの定着ニップ側の表面には、定着フィルムとの摺擦に耐えることが可能な薄層のガラスコートからなる保護層を設けている。
【００４２】
１２は保持部材としてのヒータホルダーであって、加熱用ヒータ１１を保持し、定着ニップ部Ｎの反対方向側への放熱を防ぐための断熱ヒータホルダーである。このヒータホルダー１２は、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等により形成されている。定着フィルム１３はこのヒータホルダー１２の周りに余裕をもってルーズに外嵌され、矢印の方向に回転自在に配置されている。本実施形態では液晶ポリマー製の断熱ヒータホルダーとしている。
【００４３】
また、定着フィルム１３は、内部の加熱用ヒータ１１および断熱ヒータホルダー１２に摺擦しながら回転するため、加熱用ヒータ１１および断熱ヒータホルダー１２と定着フィルム１３の間の摩擦抵抗を小さく抑える必要がある。このため加熱用ヒータ１１および断熱ヒータホルダー１２の表面に耐熱性グリースを潤滑剤として少量塗布してある。これにより定着フィルム１３はスムーズに回転することが可能となる。また、定着フィルム１３の長手位置を規制する部材としてフランジ１７（図７参照）により位置決めがなされている。このフランジ１７に用いられる部材としては、耐熱性に優れ、比較的熱伝導性が良くなく、滑り性にも優れる材料として、ＰＰＳ、液晶ポリマー、ＰＥＴ、ＰＩ、ＰＡ、等のガラス繊維含有の樹脂が用いられている。
【００４４】
加熱部材であるセラミックヒータ１１が保持されたヒータホルダー１２には、金属製の補強部材３０が反ヒータ側に当接されることで、定着フィルムユニット１０と加圧部材２０の間に加えられる加圧力によってヒータホルダー１２がたわむことを防止し、これによって所望の定着ニップ部Ｎの形成が達成されている。金属製の補強部材３０は、安価で加工性が高く、強度に優れる金属として、鉄、アルミニウムなどが用いられるのが一般的である。その形状は、強度に優れる、熱容量を小さくする、内部に温度検知素子１４であるサーミスタや安全素子１５（図５参照）であるサーモスイッチなどを内包するため、「コの字型」、「Ｕの字型」、などのアーチ型の断面形状をとっている。なお、サーミスタやサーモスイッチはヒータホルダー１２に設けられた穴を介してヒータに当接している。したがってこれらの素子１４，１５は補強部材３０により囲われていることになる。補強部材各々の断面形状は、図４に示した（ａ）が「逆Ｕの字型」、（ｂ）が「コの字型」をさしている。また、金属製補強部材３０ついて、材質はジンコート鋼板、構成は図４（ｃ）に示したように、肉厚ｔは１．６ｍｍ、高さｈ１は１０ｍｍ、高さｈ２は１５ｍｍ、巾ｗは１６ｍｍの形状となっている。
【００４５】
《加圧部材》
２０は加圧部材（バックアップ部材）としての加圧ローラであり、芯金２１の外側にシリコンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴムあるいはシリコンゴムを発泡して形成された弾性層２２からなり、この上にＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、等の離型層２３を形成してあってもよい。加圧ローラ２０は加圧手段としての加圧バネ２５により、定着フィルム１３に総圧１４７Ｎで押圧され、定着フィルム１３との間に定着ニップ部Ｎを、定着フィルム移動方向において約６ｍｍの巾で形成している。本実施形態で用いている加圧ローラ２０は次のような構成となっている。
【００４６】
本実施形態の加圧ローラは、φ１５ｍｍのアルミニウム芯金の上に、耐熱性のある絶縁性シリコンスポンジゴムを肉厚５ｍｍで形成し、更に導電材であるカーボンを重量比で十数％分散させた厚み５０μｍのＰＦＡチューブをシリコンスポンジゴムの上に被せてある。このような構成により硬度がＡｓｋｅｒ−Ｃ硬度で約５４°（９．８Ｎ加重）の加圧ローラとしている。
【００４７】
この加圧ローラ２０にも、オフセット防止の目的で、定着フィルム１３との間に電位差を設けるために、加圧芯金２１と本体ＧＮＤの間に、加圧芯金側をカソード、本体ＧＮＤ側がアノードとなるようにダイオード２８を設置してある。これにより加圧ローラ表面をプラスの電位とし、オフセット防止の電位差が定着フィルム１３との間に形成されるような構成としている。
【００４８】
また、不図示の回転駆動伝達系からの回転駆動力は、加圧ローラ駆動ギア２６（図７参照）に加えられ、加圧ローラ２０が矢印の方向に回転駆動される。これにより上記した、定着フィルム１３はヒータホルダー１２の外側を従動回転することになる。
【００４９】
以上、述べてきた加熱定着装置の構成で、画像形成部にてトナー像を形成された記録材Ｐは定着入口ガイド２７（図２参照）に案内されて、上記の定着フィルム１３と加圧ローラ２０から形成される定着ニップ部Ｎに搬送され、加熱・加圧されることで、記録材Ｐ上の未定着トナー像Ｔを永久画像として記録材Ｐに固着させている。排出センサ７６（図６参照）は定着ニップ部Ｎに記録材Ｐが存在するかを判断するセンサであり、加熱部材への通電制御などに用いられる信号を出力するものである。
【００５０】
《定着フィルムの径と補強部材の形状》
次に、定着フィルム（本実施形態では金属スリーブ）１３の径、補強部材３０の形状、及び定着フィルムと補強部材の間の距離に関して詳細に説明する。
【００５１】
最初に、定着フィルム１３の内径を、それぞれφ３０／φ２８／φ２７／φ２６．５／φ２６／φ２４ｍｍとふった場合の定着性と、定着フィルム１３の温度と金属製補強部材３０の温度の関係を確認した。また、金属製の補強部材３０の形状は、図２または図３に示したような「逆Ｕの字型」の断面形状とした。
【００５２】
定着性の確認は、記録材表面に凹凸があり、電子写真方式の画像形成装置では一般的に定着性の良くないラフ紙を用いて行った。このラフ紙の坪量は９０ｇ／ｃｍ2、サイズはＬＴＲサイズである。評価は定着性に厳しい雰囲気温度の低い環境（１７℃）のもとで、２５０枚の連続通紙にて確認した。この連続プリント中、ヒータは２１５℃を維持するように制御されている。なお、この実験では、定着器はヒータへの通電開始後０．５秒後に定着フィルムの回転を開始させている。
【００５３】
定着性の確認結果を図８に示す。図８は横軸に連続プリント枚数、縦軸に定着性を示している。図に示したように、今回の検討に用いた「逆Ｕの字型」の補強部材３０では、定着フィルム１３の内径はφ２７ｍｍ以上の内径があれば、良好な定着性が得られていることが分かる。また、定着フィルム１３の内径が小さくなるに従って定着性が悪化していることも分かる。
【００５４】
この要因を確認するために、図１に示した温度測定ポイント、すなわち定着フィルムと補強部材が最も接近しているポイントで、定着フィルム（ＳＵＳスリーブ）１３と金属製の補強部材３０の表面温度を測定した結果を、それぞれ図９、図１０に示す。なお、図９、図１０共に、横軸に定着器稼動開始後の経過時間、縦軸に測定ポイントでの温度を示している。図から分かるように、φ２７ｍｍ以上の内径の定着フィルム１３を用いた場合、補強部材３０の温度と定着フィルム１３の温度に約４０℃以上の温度差があるが、φ２６．５ｍｍでは約１５℃、φ２６ｍｍでは約７℃、φ２４ｍｍではほぼ同温度となっており、定着フィルム１３の内径が小さくなるに従って、定着フィルム１３と補強部材３０の温度差が小さくなってくることが分かった。
【００５５】
これは、金属の特性である放熱性に優れる点に起因している。その理由を以下に説明する。加熱源であるヒータ１１の熱はヒータホルダー１２に伝熱し、更に、金属製補強部材３０に伝熱することで、金属製補強部材３０は、ある一定の温度までは昇温することになる。この昇温が落ちつく飽和温度は、本実施形態で用いた加熱定着装置では、先に説明したφ２７ｍｍ以上の内径の定着フィルム１３を用いた場合の金属製補強部材３０の温度である約１３０〜１３５℃である。この温度以上に金属補強部材３０が昇温しない理由は、非接触状態である定着フィルム１３と金属製補強部材３０の間に介在する空気が断熱材として働くからである。
【００５６】
一方、定着フィルム１３の内径が小さい場合は、定着フィルム１３と金属製補強部材３０との間の最接距離が小さくなり、その間に存在する空気が断熱材として働かなくなってしまい、定着フィルム１３から放熱された熱エネルギーが空気を伝わり金属製補強部材３０を昇温させている。そのため、定着フィルム１３からの放熱が大きく、定着フィルム１３の温度が低下してしまっている。この定着フィルム１３の低下分の熱エネルギーが空気を伝わり金属製補強部材３０を昇温させることになっている。そのため、定着フィルム１３と金属製補強部材３０の最接距離が一番小さいφ２４ｍｍの場合には、定着フィルム１３の温度と金属製補強部材３０の温度が、ほぼ同温度になってしまった。
【００５７】
下記の表１に定着フィルム（金属製スリーブ）１３の内径を上述の各径にふった場合の、定着フィルム１３と金属製補強部材３０の最接距離（ｍｍ）、連続通紙時の定着フィルム１３と金属製補強部材３０の飽和した温度（℃）を記す。なお、最接距離は、図１に示した最接距離測定ポイントで測定した。また、その時の定着フィルム１３と金属製補強部材３０の温度の割合を記す。表に記したように、定着フィルム１３と金属製補強部材３０の最接距離が約２．０ｍｍを下回ると、定着フィルム１３と金属製補強部材３０の温度差が小さくなり、その比が７５％程度を上回っていることが分かる。
【００５８】
【表１】
2004170950.tif 000003
【００５９】
以上説明してきたように、定着フィルム１３と金属製補強部材３０の最接距離が小さくなると、定着フィルム１３から金属製補強部材３０への熱の流れが発生してしまい、定着フィルム表面の温度低下に伴い、定着性が悪化することにつながる。詳細に検討した結果、補強部材の温度が定着フィルムの温度の８０％より高くなると定着性の悪化に繋がることが判明した。したがって補強部材の温度が定着フィルムの温度の８０％以下になるように両者の距離を設定する必要があることがわかった。また、連続プリントを行っても補強部材の温度を定着フィルムの温度の８０％以下に抑えるためには両者の最も近接した部分の距離を２．０ｍｍ以上にすればよいことがわかった。
【００６０】
先の説明では、補強部材の大きさを変えずに定着フィルムの径を変えた場合に、定着フィルム表面温度と金属製補強部材温度の比が８０％以下、好ましくは約７５％を下回るように、換言すると定着フィルムと補強部材の最接距離をある一定以上（２．０ｍｍ以上）とるために、定着フィルム１３の内径をある一定以上（φ２７ｍｍ以上）としてきたが、次に、定着フィルム１３の内径をφ３０ｍｍとして、金属製補強部材３０の形状や大きさを変えることで、最接距離を変化させた場合に関して説明する。評価は先に説明した内容と同様の定着性、定着フィルムの表面温度、金属製補強部材の温度、の評価を実施した。金属製補強部材の大きさは、先に用いた断面形状のまま大きさを３水準、断面形状を「コの字型」で２水準、の計５水準で確認した。各々の金属製補強部材の構成は、材料はジンコート鋼板、肉厚ｔは１．６ｍｍ、高さｈ２は、下記表２の「小」は１５ｍｍ、「中」は１６．５ｍｍ、「大」は１８．２ｍｍとした。評価の結果を表２に示す。
【００６１】
【表２】
2004170950.tif 000004
【００６２】
表２に示したように、定着性の良好な構成は、定着フィルム（金属製スリーブ）の表面温度と金属製補強部材の温度比（Ｔｂ／Ｔｓ）が約７０％程度、少なくとも８０％以下であることが分かる。この温度比と定着フィルムと補強部材の最接距離の相関は、先に説明した定着フィルムの内径をふった場合と同様の結果が得られている。この理由は、先に説明した通りである。
【００６３】
以上のことから、多数枚の記録材を連続プリントする際に定着フィルム１３の表面温度と金属製補強部材３０の表面温度の温度比が８０％以下となるように、すなわち補強部材３０の表面温度が定着フィルム１３の表面温度の８０％以下の温度で飽和するように、定着フィルム１３と金属製補強部材３０の最接距離を設ける構成に設計すれば、放熱性に優れた金属で形成された定着フィルム１３を用いた場合でも、常に良好な定着性を得る加熱定着装置の構成と出来ることが判明した。
【００６４】
以上、金属で形成された定着フィルムを用いた加熱定着装置において、常に良好な定着性を得るために、金属製補強部材３０の温度を定着フィルム１３の温度の８０％以下とするための加熱定着装置の構成について、前述の如く定着フィルム１３の内径と金属製補強部材３０の大きさをふった場合について説明してきたが、加熱源であるヒータからの発熱エネルギーを効率良く使い、省エネルギー化を図るためには、加熱定着装置全体を可能な限り小さくすることが必須となるため、金属製補強部材３０の大きさは出来る限り小さいことが望ましい。しかし、金属製補強部材３０とヒータホルダー１２の間には既に説明したように、温度検知素子であるサーミスタ１４やサーモスイッチ等の安全素子であるサーモプロテクター１５を設置する必要性、補強部材３０としての強度を保持する必要性、があるため、その大きさには制約がある。
【００６５】
そこで、金属製補強部材３０の大きさよりも、上述してきたような金属製補強部材３０の温度が定着フィルム１３の表面温度の８０％以下となる定着フィルム１３の中で、最も小さい内径の定着フィルム１３を選択するのが好ましい。
【００６６】
以上説明してきたように、本実施形態によれば、熱伝導性に優れ、高速化、省エネルギー化の図れる金属製スリーブを定着フィルムとして用いた加熱定着装置で、金属製補強部材３０の温度が定着フィルム１３の表面温度の８０％以下で飽和するように、定着フィルム１３と補強部材３０の最接距離を設計すれば、ヒータ１１から定着フィルム１３に伝えられた熱エネルギーは、補強部材３０に伝わりにくくなり、効率よく記録材に伝えられるので、定着フィルム１３の小径化による熱効率性の向上を図っても、定着性を損なうことなく、常に良好な定着性を得ることが可能となり、画像品質を損なわない加熱定着装置を構築することが可能となる。また、金属製スリーブを用いても加熱不良を抑えることができ、該金属製スリーブ内に設けられた補強部材の温度上昇を抑えることができる。また、補強部材の昇温を抑えることができるので、補強部材により囲われている安全素子の誤作動も抑えることができる。
【００６７】
〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は、図１１に示すように、金属製補強部材３０の定着フィルム面側に断熱部材３１を設けた構成であり、先に述べた第１実施形態と異なる点についてのみ説明を行い、先に述べた第１実施形態と同様の箇所に関する説明は省略する。
【００６８】
先に述べた第１実施形態では、定着フィルム１３からの放熱が非接触である補強部材３０との間の空気層を伝わり、該金属製補強部材３０を昇温させてしまうため、金属製補強部材３０の表面温度が定着フィルム１３の表面温度の８０％以下の温度となるように、定着フィルム１３と金属製補強部材３０の最接距離を設けるとした発明の一実施形態である。これは、金属で形成された定着フィルム１３が金属特有の放熱性に優れることに起因しているが、金属製補強部材３０側からとらえると金属特有の容易に昇温しやすい特性も大きく寄与している。
【００６９】
そこで、第２実施形態では、金属の特性である容易に昇温してしまうのを防止するために、図１１に示すように、金属製補強部材３０の定着フィルム面側に、樹脂製の断熱部材３１を設けることで、定着フィルム１３から空気層を介して伝わる熱エネルギーを金属製補強部材３０に伝えにくくし、定着フィルム１３からの放熱を小さく抑えるようにしたものである。すなわち、補強部材３０の表面温度が定着フィルム１３の表面温度の８０％以下の温度となるように、補強部材３０の定着フィルム１３面側に断熱部材３１を設けた構成としている。
【００７０】
断熱性を有する樹脂材料としては、住友化学工業（株）製のスミカスーパ(SUMIKASUPER)を用いた。スミカスーパは、ＬＣＰ（液晶ポリマー）に、極微小な球形状のセルを多数有した、高断熱性、高耐温性、などの優れた特徴を有した樹脂である。この材料で形成した断熱部材は、肉厚１．２ｍｍで、金属製補強部材３０の上面側を覆うように設置した。
【００７１】
上記した断熱層（断熱部材３１）を有する金属製補強部材３０を用いて、定着フィルム１３（金属製スリーブ）の内径をφ２８、φ２７、φ２６．５、φ２６ｍｍとしてふった場合の定着性の結果、定着フィルム１３と断熱部材３１の表面温度（℃）を測定した結果、それらの温度比を表３に示す。なお、定着性の評価、温度の測定、などは先に説明した第１実施形態と同様の手法を用いた。
【００７２】
【表３】
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【００７３】
上述したように、補強部材３０の表面温度が定着フィルム１３の表面温度の８０％以下の温度となるように、金属製補強部材３０の定着フィルム面側に高断熱性を有する部材として樹脂製の断熱部材３１を設けたことで、定着フィルム１３から放熱される熱エネルギーが空気層を介して、金属製補強部材３０に伝わりにくくなるため、先に述べた第１実施形態に比較して定着フィルム１３の内径をより小さくしても、定着性を損なわない加熱定着装置を提供することが出来る。
【００７４】
なお、本実施形態の説明では、断熱部材として高断熱性／高耐温性を有した樹脂を用いたが、他の断熱材、例えばガラスウールなどを適宜貼り付けるなどの構成でも、その断熱性によって連続通紙時における定着フィルムの表面温度低下を防止する効果があるのは勿論である。
【００７５】
以上説明してきたように、本実施形態によれば、熱伝導性に優れた高速化、省エネルギー化の図れる金属製スリーブを定着フィルムとしてを用いた加熱定着装置で、金属製補強部材３０の温度が定着フィルム１３の表面温度の８０％以下となるように、補強部材３０の定着フィルム面側に断熱部材３１を設けることで、ヒータ１１から定着フィルム１３に伝えられた熱エネルギーは、補強部材３０に伝わりにくくなり、効率よく記録材に伝えられるので、定着フィルム１３の小径化による熱効率性の向上を図っても、定着性を損なうことなく、常に良好な定着性を得ることが可能となり、画像品質を損なわない加熱定着装置を構築することが可能となる。また、金属製スリーブを用いても加熱不良を抑えることができ、該金属製スリーブ内に設けられた補強部材の温度上昇を抑えることができる。また、補強部材の昇温を抑えることができるので、補強部材により囲われている安全素子の誤作動も抑えることができる。
【００７６】
〔他の実施形態〕
前述した実施形態では、モノクロ画像形成が可能な画像形成装置を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、カラー画像形成が可能な画像形成装置であっても良く、該画像形成装置における定着装置に本発明を適用することにより同様の効果を得ることができる。
【００７７】
また前述した実施形態では、画像形成装置としてプリンタを例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば複写機、ファクシミリ装置等の他の画像形成装置や、或いはこれらの機能を組み合わせた複合機等の他の画像形成装置や、記録材担持体を使用し、該記録材担持体に担持された記録材に各色のトナー像を順次重ねて転写する画像形成装置や、中間転写体を使用し、該中間転写体に各色のトナー像を順次重ねて転写し、該中間転写体に担持されたトナー像を記録材に一括して転写する画像形成装置であっても良く、該画像形成装置における定着装置に本発明を適用することにより同様の効果を得ることができる。
【００７８】
なお、本発明の様々な実施形態を示し説明したが、本発明の趣旨と範囲は本明細書内の特定の説明と図に限定されるものではない。
【００７９】
以上説明したように、本発明によれば、ヒータから金属製スリーブに伝えられた熱エネルギーは、補強部材に伝わりにくくなり、効率よく記録材に伝えられるので、金属製スリーブの小径化による熱効率性の向上を図っても、定着性を損なうことなく、常に良好な定着性を得ることが可能となり、画像品質を損なわない加熱定着装置を提供することが可能となる。また、金属製スリーブを用いても加熱不良を抑えることができ、該金属製スリーブ内に設けられた補強部材の温度上昇を抑えることができる。また、補強部材の昇温を抑えることができるので、補強部材により囲われている安全素子の誤作動も抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明の像加熱装置の活用例として、プリンタ、複写機、ファクシミリ装置等の種々の画像形成装置に搭載される加熱定着装置に適用することができ、更に単体で用いることが可能な像加熱装置などにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る加熱定着装置の断面図
【図２】本発明を理解するために参考となる加熱定着装置の断面図
【図３】図２の加熱定着装置の定着ニップ部周辺の拡大断面図
【図４】加熱定着装置における補強部材の断面図
【図５】加熱ヒータのニップ側の面及び補強部材側の面を示した図
【図６】本発明の加熱定着装置を搭載した画像形成装置の断面図
【図７】加熱定着装置の長手断面図
【図８】トナーの定着性と連続プリント枚数の関係を内径が異なる定着フィルム毎に示した図
【図９】定着フィルムの表面温度と連続プリント時間の関係を内径が異なる定着フィルム毎に示した図
【図１０】補強部材の表面温度と連続プリント時間の関係を内径が異なる定着フィルム毎に示した図
【図１１】本発明の第２実施形態に係る断熱層を有する補強部材の説明図
【符号の説明】
【００８２】
Ｌ    …レーザビーム
Ｎ    …定着ニップ部
Ｐ    …記録材
Ｔ    …未定着トナー像
１    …プロセスカートリッジ
２    …感光体ドラム
３    …帯電ローラ
４    …現像装置
５    …転写ローラ
６    …クリーニング部材
７    …定着装置
１０  …定着フィルムユニット
１１  …ヒータ（加熱部材）
１１ａ …セラミック基板
１１ｂ …通電発熱抵抗層
１１ｃ …薄肉ガラス保護層
１２  …ヒータホルダー（保持部材）
１３  …定着フィルム（金属スリーブ）
１４  …温度検知素子（サーミスタ）
１５  …安全素子（サーモプロテクター）
１７  …フランジ（定着フィルム支持部材）
２０  …弾性加圧ローラ（バックアップ部材）
２１  …芯金
２２  …弾性層
２３  …離型層
２５  …加圧バネ
２６  …加圧ローラ駆動ギア
２７  …定着入口ガイド
２８  …ダイオード
３０  …補強部材
３１  …断熱部材
７０  …排出トレイ
７１  …排出ローラ対
７２  …カセット
７３  …給送ローラ対
７４  …給送搬送路
７５  …レジストローラ対
７６  …排出センサ
【図１】
2004170950.tif 000006
【図２】
2004170950.tif 000007
【図３】
2004170950.tif 000008
【図４】
2004170950.tif 000009
【図５】
2004170950.tif 000010
【図６】
2004170950.tif 000011
【図７】
2004170950.tif 000012
【図８】
2004170950.tif 000013
【図９】
2004170950.tif 000014
【図１０】
2004170950.tif 000015
【図１１】
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