(57)【要約】【課題】加圧部材の内部に熱源を配置し、加熱部材及び記録媒体を加熱するための補助手段として利用することで、加熱部材への熱量不足を補い、十分な加熱性能を確保する。さらに、トナーの十分な定着性能を確保し、ニップ部において加熱部材の非通紙部の異常な昇温を防止する。【解決手段】定着装置１２に備えられている加圧ローラ（加圧部材）５３は、円筒形の芯材５３ａの表面に表面被覆層５３ｂを配置し、芯材５３ａの内部に２本のヒータランプ５５ａ、５５ｂを有する。円筒形の芯材５３ａは熱移動性が高くなるように形成し、表面被覆層５３ｂは熱抵抗値の低くなるように形成する。さらに、ヒータランプ５５ａの発熱領域はＢ５Ｒ用紙幅程度に設定し、ヒータランプ５５ｂの発熱領域はヒータランプ５５ａの発熱領域以外に設定する。【選択図】図２
2004022249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部加熱手段により表面を加熱される加熱部材と、加熱部材の表面に圧接配置された加圧部材を有し、被加熱体を加熱部材と加圧部材とのニップ部に通過させて加熱する加熱装置において、
前記加圧部材は、内部に複数の熱源を備えた円筒形を呈することを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
前記外部加熱手段は、加熱部材の表面に圧接配置され、回転可能に支持された加熱ロ−ラであ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】
前記加圧部材は、円筒形の芯材の表面に表面被覆層を有し、
前記表面被覆層は、単位面積当たりの熱抵抗値が、５×１０−５（ｍ２　・Ｋ／Ｗ）以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱装置。
【請求項４】
前記複数の熱源は、加圧部材の軸方向における互いに異なる複数の位置に発熱領域を有することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の加熱装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載の加熱装置であって、画像データに基づいて未定着トナーが転写された被加熱体をその未定着トナー転写面を加熱部材側にしてニップ部に通過させることを特徴とする定着装置。
【請求項６】
前記加圧部材の芯材の熱伝導率をλ（Ｗ／ｍｍ・Ｋ）、横断面積をＡ（ｍｍ２　）、被加熱体がニップ部を通過するときの速度である定着速度をｖ（ｍｍ／ｓ）、オフセットが生じない加熱部材の温度範囲である非オフセット範囲をΔＴ０　（Ｋ）とした時の関係式が、
ΔＴ０　≧（−０．０６Ｌｎ（λ・Ａ）＋０．４）×ｖ
であることを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、湿式電子写真機器における乾燥装置、インクジェットプリンタにおける乾燥装置、リライタブルメディア用消去装置等として好適に実施される加熱装置、及び乾式電子写真機器における定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、プリンタ等の電子写真機器に用いられる代表的な加熱装置の一種である定着装置は、一般的にアルミニウム等の中空芯金よりなる定着ローラ（加熱部材とも言う。）の内部にハロゲンヒータ等からなる加熱手段を配置し、ハロゲンヒータを発熱させて定着ローラを所定の温度（定着温度）に設定し、未定着トナーが転写された用紙、ＯＨＰ等の記録媒体（被加熱体とも言う。）をその未定着トナー転写面を定着ローラ側にして、定着ローラに圧接配置されている加圧ローラ（加熱部材とも言う。）との圧接部（以下、ニップ部と言う。）を通過させて未定着トナーを熱圧着させる構成（以下、内部加熱方式と言う。）が多用されていた。
【０００３】
しかしながら、この内部加熱方式では、加熱開始後、定着ローラが定着温度に到達するまでの時間である所謂ウォームアップ時間が長く、さらに使い勝手の点から待機時も定着ローラの温度を下げないように予熱する必要があることから待機時の消費電力が大きいと言う問題があった。
【０００４】
上記問題を解決するものとして、特開平１０−１３３５０５号公報には、定着ローラ表面に接触配置された加熱ローラによって定着ローラ表面を加熱する外部加熱方式の定着装置を備え、定着ローラ表面に熱源を接触させて、熱効率を向上させることで、ウォームアップ時間を大幅に短縮するようにした構成が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この外部加熱方式の定着装置では、従来の内部加熱方式の定着装置と比較して、以下に示すような課題があった。
【０００６】
（１）図９は、内部加熱方式及び外部加熱方式の一般的な定着装置において、熱源であるヒータランプに投入した電力（エネルギ）に対して表面がフッ素樹脂で形成されている加熱部材（ヒートローラ）を加熱するのに使用されるエネルギの割合を２次元電熱解析により試算した値を示す図である。
【０００７】
外部加熱方式の定着装置では、外部加熱ローラ等の加熱手段が加熱部材の外部から接触配置されているため、外部加熱ローラから加熱部材に対する熱の伝達量は多い。しかし、外部加熱ローラは、外部に配置されているため、外部加熱ローラ表面から雰囲気中に逃げる熱がロスとなるため、図９に示すように外部加熱ローラの熱量全体を加熱部材へ伝える熱伝達効率は、内部加熱方式の定着装置に比べて低い。
【０００８】
さらに、外部加熱手段の耐熱温度が、フッ素樹脂の場合は２００℃といったように材質で決定されることから、熱源への投入電力にも限度がある。その結果、図９に示すように加熱部材への伝達熱エネルギは、内部加熱方式の約１／４と低く、加熱部材への熱供給性能が不足する結果となっていた。そのため、高速で連続して記録媒体にトナー等を定着させる場合には、加熱部材に外部加熱手段が供給する以上の熱が記録媒体に奪われ、加熱部材の温度が低下してしまい、トナーが正常に溶融・定着されない低温オフセットが生じる場合があり、定着性能を確保できていなかった。
【０００９】
（２）外部加熱方式の加熱部材は、内部加熱方式の加熱部材に比べ、熱容量が非常に小さく、且つ断熱性に優れた構造をしているため、昇温性に優れる反面、断熱性に優れた構造のため加熱部材の軸方向への熱移動性が悪い。したがって、小サイズの記録媒体を連続してニップ部に通過させる場合、ニップ部において加熱部材が記録媒体と接触する部分である通紙部では、記録媒体へ熱が移動して外部加熱手段から熱が供給されることで定着温度が一定に維持されるが、加熱部材と記録媒体とが接触しない部分である非通紙部では、外部加熱手段から加熱されるのみで熱が逃げずに温度が異常に上昇してしまっていた。
【００１０】
これら上記の問題は、定着装置に限らず湿式電子写真機器における乾燥装置、インクジェットプリンタにおける乾燥装置、リライタブルメディア用消去装置等他の加熱装置においても一般的に生じる問題である。
【００１１】
この発明の目的は、加圧部材の内部に熱源を配置し、加熱部材及び被加熱体を加熱するための補助手段として利用することで、加熱部材への熱量不足を補い、十分な加熱性能を確保することができる加熱装置を提供することにある。さらに、トナーの十分な定着性能を確保し、ニップ部において加熱部材の非通紙部の異常な昇温を防止することができる定着装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成を備えている。
【００１３】
（１）外部加熱手段により表面を加熱される加熱部材と、加熱部材の表面に圧接配置された加圧部材を有し、被加熱体を加熱部材と加圧部材とのニップ部に通過させて加熱する加熱装置において、
前記加圧部材は、内部に複数の熱源を備えた円筒形を呈することを特徴とする。
【００１４】
この構成においては、接触することで被加熱体を加熱する加熱装置に備えられた円筒形の加圧部材の内部に複数の熱源が備えられる。したがって、外部加熱手段に加え加圧部材も加熱手段となり、被加熱体がニップ部を通過しない時は加熱部材が、被加熱体がニップ部を通過する時は被加熱体が、加圧部材によって加熱されるため、加熱部材への熱供給量が不足することがない。このため、高速で連続して被加熱体をニップ部に通過させる場合にも、加熱部材と同様に加圧部材も被加熱体を加熱し、加熱部材は、外部加熱手段から供給される以上の多くの熱量を被加熱体に奪われることがなく、加熱部材の温度が低下してしまうことがない。
【００１５】
（２）前記外部加熱手段は、加熱部材の表面に圧接配置され、回転可能に支持された加熱ロ−ラであることを特徴とする。
【００１６】
この構成においては、加熱部材の表面を加熱する外部加熱手段が、回転可能に支持されたローラ形状で形成され、加熱部材の表面に圧接配置されている。したがって、外部加熱手段が加熱部材の表面に圧接配置されて加熱部材の回転に従動することで、熱を保持している外部加熱手段の表面部分における、加熱部材表面との接触部分が連続的に移動して、直接熱が加熱部材表面に伝えられるため、外部加熱手段から加熱部材に対する熱の伝達量が低くなることがない。また、外部加熱手段が加圧部材と共に加熱部材へ熱を供給するので、加熱部材に必要な温度に到達するまでの時間が長くなることがない。
【００１７】
（３）前記加圧部材は、円筒形の芯材の表面に表面被覆層を有し、
前記表面被覆層は、単位面積当たりの熱抵抗値が、５×１０−５（ｍ２　・Ｋ／Ｗ）以下であることを特徴とする。
【００１８】
この構成においては、加圧部材を構成する円筒形の芯材の表面に配置された表面被覆層が、単位面積当たりの熱抵抗値が５×１０−５（ｍ２　・Ｋ／Ｗ）以下となるように形成される。したがって、加熱部材と加圧部材との熱の伝導性が低いことがないため、小サイズの被加熱体を連続してニップ部に通過させた時、加熱部材の非通紙部に蓄積された熱が加圧部材にも吸収されるため、非通紙部が異常に昇温することがない。また、加熱部材と加圧部材との間の熱の伝導性が低くならないため、加圧部材から加熱部材へ熱が伝わり易く、加熱部材への熱供給量が不足となることがない。
【００１９】
（４）前記複数の熱源は、加圧部材の軸方向における互いに異なる複数の位置に発熱領域を有することを特徴とする。
【００２０】
この構成においては、加熱部材の内部に備えられた複数の熱源には、加圧部材の軸方向に互いに異なる複数の位置に発熱領域が配置されている。したがって、被加熱体のサイズに応じて加圧部材の熱源の発熱領域が選択的に使用され、加圧部材から加熱部材及び被加熱体への熱供給が行われるため、不要な箇所への熱供給が行われることがないので、小サイズの被加熱体を連続してニップ部に通過させた時、加熱部材の非通紙部が異常に昇温することがない。
【００２１】
また、外部加熱手段に加え加圧部材から加熱部材及び被加熱体への熱供給が行われるため、加熱部材への熱供給量が不足となることがなく、高速で連続して被加熱体をニップ部に通過させる場合、加熱部材と同様に加圧部材も被加熱体を加熱するため、加熱部材は、外部加熱手段から供給される以上の多くの熱量を被加熱体に奪われることがなく、加熱部材の温度が低下してしまうことがない。
【００２２】
（５）請求項１〜４の何れかに記載の加熱装置であって、画像データに基づいて未定着トナーが転写された被加熱体をその未定着トナー転写面を加熱部材側にしてニップ部に通過させることを特徴とする。
【００２３】
この構成においては、請求項１〜４の何れかに記載の加熱装置が、画像データに基づいて未定着トナーが転写された被加熱体をその未定着トナー転写面を加熱部材側にしてニップ部に通過させて画像を定着させる定着装置である。したがって、外部加熱手段に加え加圧部材も加熱手段となり、被加熱体がニップ部を通過しない時は加熱部材が、被加熱体がニップ部を通過する時は被加熱体が加熱されるため、加熱部材への熱供給量が不足となることがなく、高速で連続して被加熱体をニップ部に通過させる場合、加熱部材と同様に加圧部材も被加熱体を加熱するため、加熱部材は、外部加熱手段から供給される以上の多くの熱量を被加熱体に奪われることがなく、加熱部材の温度が低下してしまうことがないため、未定着トナーが被加熱体に定着しない低温オフセットが防止される。
【００２４】
（６）前記加圧部材の芯材の熱伝導率をλ（Ｗ／ｍｍ・Ｋ）、横断面積をＡ（ｍｍ２　）、被加熱体がニップ部を通過するときの速度である定着速度をｖ（ｍｍ／ｓ）、オフセットが生じない加熱部材の温度範囲である非オフセット範囲をΔＴ０　（Ｋ）とした時の関係式が、
ΔＴ０　≧（−０．０６Ｌｎ　（λ・Ａ）＋０．４）×ｖ
であることを特徴とする。
【００２５】
この構成においては、未定着トナーの転写された被加熱体をニップ部に通過させた時、トナーが溶けすぎてその一部が被加熱体に定着せずに加熱部材等に付着する高温オフセットが生じることのない加熱部材の温度範囲である非オフセット範囲内で、被加熱体がニップ部を通過する時の速度である定着速度及び加圧部材の軸方向の熱移動性を表すλ・Ａから前記加圧部材の芯材の構成が決定される。したがって、高温オフセットが防止され、また熱の移動性を考慮して加圧部材が構成されるため、加圧部材の軸方向の熱移動性が低下することがなく、小サイズの被加熱体を連続してニップ部に通過させた時、加熱部材の非通紙部の熱は加圧部材に移動し、さらに加圧部材内で軸方向に移動して、加圧部材の通紙部から被加熱体及び加熱部材へ供給されるため、加熱部材の非通紙部が異常に昇温することがない。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施形態に係る加熱装置の一例として画像形成装置に用いられる定着装置について説明する。
【００２７】
図１は、この発明の実施形態に係る定着装置が装着される画像形成装置の概略の構成を示す図である。
【００２８】
この発明の本体装置である画像形成装置１００は、外部から伝達された画像データに応じて、記録用紙、ＯＨＰ等の記録媒体に多色及び単色の画像を形成する。また、画像形成装置１００は、上部に排紙トレイ１３を有し、内部に紙面右側から左側方向に画像形成部Ｐ、定着ユニット１２、排紙トレイ３３を順に配置し、さらに画像形成部Ｐの下方に転写搬送ベルトユニット７、給紙トレイ１０を順に配置している。
【００２９】
画像形成部Ｐは、画像形成に使用される各色ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）のトナーに対応した画像ステーションＰａ〜Ｐｄを備えている。各画像ステーションＰａ〜Ｐｄは、全て同じ構造である。例えば、画像ステーションＰａには、画像ステーションＰａ上部の定着ユニット１２側に露光ユニット１ａ、露光ユニット１ａの下方に感光体ユニット３ａ、クリーナユニット４ａ、帯電器５ａが配置され、さらに露光ユニット１ａと対峙するように現像器２ａが配置されている。
【００３０】
感光体ドラム３は、表面に光導電作用を有する感光層が形成されており、帯電器５は、感光体ドラム３の表面に所定の電位を均一に帯電させるための帯電手段である。帯電器５には、接触型のローラ型やブラシ型等の他に図１に示したチャージャ型が用いられる。露光ユニット１は、画像形成装置１００に入力された画像データに基づいて、帯電された感光体ドラム３を露光することにより、感光　体ドラム３の表面に静電潜像を形成する。また、露光ユニット１は、発光素子をアレイ状に並べた例えば、ＥＬ、ＬＥＤ書込ヘッド、レーザ照射部及び反射ミラーを備えたレーザスキャニングユニット（ＬＳＵ）が用いられる。現像器２は、それぞれの感光体ドラム３ａ〜３ｄ上に形成された静電潜像にブラック、シアン、マゼンタ、イエローの対応するトナーを塗布することによって顕像化する。クリーナユニット４は、現像・画像転写後における感光体ドラム３上の表面に残留したトナー等を除去、回収する。
【００３１】
転写搬送ベルトユニット７は、転写ローラ６（６ａ〜６ｄ）、転写ベルト７１、転写ベルト駆動ローラ７２、転写ベルト従動ローラ７３、転写ベルト支持ローラ７４及び転写ベルトクリーニングユニット７５を備えている。また、転写ローラ６（６ａ〜６ｄ）、転写ベルト駆動ローラ７２、転写ベルト従動ローラ７３、転写ベルト支持ローラ７４等は、転写ベルト７１を張架し、矢印Ａ方向に回転駆動させる。
【００３２】
転写ローラ６は、転写搬送ベルトユニット７の内側のフレーム（図示せず。）に回転可能に支持され、感光体ドラム３表面に画像データに基づいて形成されたトナー像を、転写ベルト７１上に吸着されて搬送される記録媒体に転写する。転写ロ−ラ６には、トナー像を転写させるためにトナーの帯電極性（−）とは逆極性（＋）の高電圧が印可されている。したがって、転写ローラ６から転写ベルト７１を介してトナーと逆極性の高電圧を記録媒体に印可することで感光体ドラム３表面のトナーを記録媒体に転写する。また、転写ローラ６は、直径８〜１０ｍｍのステンレス等の金属軸をベースとし、その表面はＥＰＤＭ，発泡ウレタン等の導電性の弾性材により覆われている。この導電性の弾性材により記録媒体に対して均一に高電圧を印可することができる。この発明の実施形態では、転写電極として転写ローラ６を用いているが、それ以外にブラシ等を用いてもよい。
【００３３】
転写ベルト７１は、それぞれの感光体ドラム３ａ〜３ｄに接触するように配置されている。また転写ベルト７１は、矢印Ａ方向に移動することで記録媒体を搬送し、それぞれの感光体ドラム３ａ〜３ｄ表面に形成された各色のトナー像を記録媒体に順次的に重ねて転写させることによって、記録媒体にカラーのトナー像を（多色トナー像）を形成する。この転写ベルト７１は、厚さ１００μｍ程度のフィルムを用いて無端状に形成されている。
【００３４】
定着装置１２は、上方に定着ローラ５１、下方に加圧ローラ５３を互いに圧接させる形で配置している。定着ローラ５１及び加圧ローラ５３は、回転可能に支持されている。
【００３５】
また、定着ローラ５１及び加圧ローラ５３は、それぞれの温度検出値に基づいて図示しない制御部によって所定の定着温度となるように設定され、両ローラ５１、５３の圧接部である定着ニップ部Ｙにおいて画像形成部Ｐでトナー像を転写された記録媒体を熱圧着させることにより、記録媒体に転写された多色トナー画像を溶融・混合・圧接し、記録媒体に対して熱定着させる。定着装置１２の詳細は、図２及び図３に基づいて後述する。
【００３６】
なお、定着ローラ５１及び加圧ローラ５３が、この発明の加熱装置に係る加熱部材及び加圧部材に相当する。
【００３７】
転写ベルトクリーニングユニット７５は、記録媒体の裏面を汚す原因となるため、転写ベルト７１が感光体ドラム３との接触等で付着させたトナーを除去・回収する。また、転写ベルトクリーニングユニット７５には、例えばクリーニング部材としてクリーニングブレードが用いられ、転写ベルト７１表面に接触配置される。また、このクリーニングブレードに対峙する形で転写ベルト支持ローラ７４が、転写ベルト７１の裏面に接触配置され、転写ベルト７１を支持する。
【００３８】
また、画像形成装置１００には、給紙トレイ１０に収納された記録媒体を転写搬送ベルトユニット７、定着ユニット１２を経由させて排紙トレイ１３又は３３に搬送するための用紙搬送路Ｓが構成されている。用紙搬送路Ｓ上にはピックアップローラ１４、レジストローラ１５、搬送切換ゲート３４、搬送ローラ１６等が配置されている。
【００３９】
給紙トレイ１０は、画像形成に使用する記録媒体を収納しておくためのトレイである。
【００４０】
搬送ローラ１６は、記録媒体の搬送を促進・補助するための小型ローラであり、用紙搬送路Ｓに沿って複数設けられている。ピックアップローラ１４は、給紙トレイ１０の端部に備えられ、給紙トレイ１０から記録媒体を１枚毎に用紙搬送路Ｓに供給する呼込ローラである。
【００４１】
搬送方向切換ゲート３４は、回転可能に支持され、画像形成の完了した記録媒体を排出トレイ１３、３３のどちらに排出するかを切り換える。搬送方向切換ゲート３４が、図１に直線で示した状態である場合は搬送方向切換ゲート３４上部の用紙搬送路Ｓ及び搬送ローラ１６を経由し排出トレイ１３に記録媒体が排出され、図１に破線で示した状態である場合は定着ユニット１２と用紙方向切換ゲート３４の間の用紙搬送路Ｓから排紙トレイ３３に記録媒体が排出される。
【００４２】
レジストローラ１５は、用紙搬送路Ｓ上を搬送されている記録媒体を一旦保持する。そして、感光体ドラム３表面に形成されているトナー像を記録媒体へ良好に多重転写できるように、感光体ドラム３の回転に合わせて記録媒体をタイミングよく搬送する。すなわち、レジストローラ１５は、図示しないレジスト前検知スイッチの出力した検知信号に基づいて、各感光体ドラム３ａ〜３ｄ表面に形成されたトナー画像の先端と記録媒体の画像形成範囲の先端とを合致させて記録媒体を搬送できるよう設定される。
【００４３】
排紙トレイ１３は、用紙搬送路Ｓから搬送されてきた画像形成の完了した記録媒体をフェイスダウンで載置する。排紙トレイ３３は、用紙搬送路Ｓから搬送されてきた画像形成の完了した記録媒体をフェイスアップで載置する。
【００４４】
なお、ここでは多色トナー画像形成装置について説明しているが、単一の画像形成ステーションを備えた構成の画像形成装置であってもよい。
【００４５】
図２及び図３は、この発明の実施形態に係る定着装置の概略の構成を示す縦断面図及び横断面図である。
【００４６】
図２及び図３に示すように、定着装置１２は、上加熱部材としての定着ローラ５１、下加熱部材としての加圧ローラ５３、図示しない制御部の他、外部加熱手段である外部加熱ローラ５２、外部加熱ローラ５２及び加圧ローラ５３用の熱源であるヒータランプ（ハロゲンヒータ）５４、５５、定着ローラ５１、外部加熱ローラ５２、加圧ローラ５３の各々の温度を検出する温度検出手段を構成するサーミスタ５６、５７、５８ａ、５８ｂを備えている。
【００４７】
定着ローラ５１は、直径４０ｍｍであり、図２に示すように芯材５１ａの表面に耐熱性弾性材からなる断熱層５１ｂが形成され、この断熱層５１ｂの表面に耐熱離型材からなる表面被覆層５１ｃが被覆されている。この加熱ローラ自体は、熱源を有していない。
【００４８】
芯材５１ａは、定着ローラ５１の強度を得るもので、アルミニウムやステンレス等を円筒状又は中空円筒状等に加工したものを用いる。なお、この発明の実施形態に係る芯材５１ａには、直径２８ｍｍ、肉厚３ｍｍのアルミ製中空円筒シャフトを用いる。
【００４９】
断熱層５１ｂは、外部加熱ローラ５２及び加圧ローラ５３によって加熱された表面被覆層５１ｃの熱を定着ローラ５１内部に逃さないようにし、加圧ローラ５３との圧接により弾性変形することで定着ニップ部Ｙを所定のニップ幅に維持する。
【００５０】
断熱層５１ｂを構成する耐熱製弾性材としては、フッ素ゴム、シリコンゴム等のゴム材料が適しており、断熱性の点から特に発泡材料が好ましく、この発明の実施形態に係る断熱層５１ｂには発泡シリコンゴムを用いる。
【００５１】
表面被覆層５１ｃは、後述する加熱ニップ部Ｚ及び記録媒体が定着ニップ部Ｙを通過しない非通紙時の定着ニップ部Ｙを介して、外部加熱ローラ５２及び加圧ローラ５３からの熱を受け取る。そして記録媒体が定着ニップ部Ｙを通過する通紙時、表面被覆層５１ｃが受け取った熱を定着ニップ部Ｙにて記録媒体及び記録媒体上に形成されたトナー画像に与えることで、トナー画像の定着を行う。また、表面被覆層５１ｃを耐熱離型材で形成することで定着ローラ５１表面へのトナー等の付着による汚染を防止する。さらに、表面被覆層５１ｃは、別の目的として断熱層５１ｂに発泡シリコンゴムを用いた場合の気泡に起因する定着ムラを低減する作用もある。
【００５２】
表面被覆層５１ｃを構成する耐熱離型材としては、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂が好ましく、この発明の実施形態に係る表面被覆層５１ｃには、厚さ５０μｍのＰＦＡチューブを用いる。
【００５３】
外部加熱ローラ５２は、アルミニウムや鉄系材料等からなる中空円筒状の金属製芯材５２ａの表面に、耐熱離型層５２ｂとして耐熱性と離型性とに優れた合成樹脂材料である例えば、シリコンゴムやフッ素ゴム等のエラストマー又はＰＦＡＰＴＦＥ等のフッ素樹脂が被覆される。また、外部加熱ローラ５２は、内部に加熱源としてのヒータランプ５４（この発明の実施形態では、定格出力は５００Ｗ。）を有し、定着ローラ５１の矢印Ｂの回転方向に対し、定着ニップ部Ｙの上流側に設けられて、所定の押圧力をもって圧接配置され、加熱ニップ部Ｚ（この発明の実施形態における加熱ニップ幅は３ｍｍ。）が構成される。また、加熱ローラ５２は、定着ローラ５１に圧接することで定着ローラ５１の回転に従動して回転する。したがって、直接定着ローラ５１の表面に加熱ニップ部Ｚから外部ローラ５３の熱を伝達することができるため、熱の伝導率が向上し、ウォームアップ時間を大幅に短縮することができる。
【００５４】
なお、この発明の実施形態に係る芯材５２ａ及び５２ｂには、直径１５ｍｍ、肉厚０．５ｍｍのアルミ製中空円筒シャフト及びＰＴＦＥを２０μｍの厚さに塗布焼成した耐熱離型材を用いる。
【００５５】
加圧ローラ５３は、芯材５３ａの表面にトナー付着を防ぐための耐熱離型層である表面被覆層５３ｂを形成した構成となっている。
【００５６】
芯材５３ａは、アルミニウムや鉄系材料からなる中空円筒状からなる。この発明の実施形態に係る芯材５３ａには、直径３０ｍｍ、肉厚１ｍｍのアルミ製中空円筒シャフトを用いる。
【００５７】
表面被覆層５３ｂは、耐熱離型層５２ｂと同様の耐熱性と離型性に優れた合成樹脂が用いられる。この発明の実施形態に係る表面被覆層５３ｂには、ＰＴＦＥを２０μｍの厚さに塗布焼成したものを用いる。
【００５８】
また、加圧ローラ５３の内部には、加熱源としてのヒータランプ５５ａ、５５ｂが配設されている。この発明の実施形態に係るヒータランプ５５ａ、５５ｂは、合計６５０Ｗの定格出力である。
【００５９】
定着ローラ５１、外部加熱ローラ５２、加圧ローラ５３の各々の周面には、温度検知手段としてのサーミスタ５６、５７、５８ａ、５８ｂが配設されており、各々のローラ５１、５２、５３の表面温度を検出する。各サーミスタ５６、５７、５８ａ、５８ｂにより検出された温度データに基づいて、温度制御手段は各ローラ５１、５２、５３の温度が所定の温度となるようヒータランプ５４、５５ａ、５５ｂへの通電を制御部が制御する。
【００６０】
なお、この発明の実施形態に係る定着装置１２では、定着ローラ５１温度が１３０℃、加圧ローラ５３温度が１５０℃を維持するようヒータランプ５４、５５ａ、５５ｂへの通電を制御部が制御する。外部加熱用ヒータランプ５４は、定着ローラ５１の温度が１３０℃に維持されるよう直接制御されるか、定着ローラ５１の温度が１３０℃を維持するのに必要とされる外部加熱ローラ５２の温度（この発明の実施形態では１９０℃。）を維持するように制御される。
【００６１】
図５は、加圧ローラの構成と定着性並びに非通紙部の昇温の関係についての解析及び実験により得られた結果を示す図である。
【００６２】
図５（ａ）は、この発明の実施形態に係る定着装置を用いて加圧ローラ５３の表面被覆層５３ｂを各々異なる５つの条件にて、折曲試験による定着性（限度見本との比較による評価。）及び各ローラ５１、５３から記録媒体への伝達熱量Ｑ１、Ｑ２及び定着ニップ部Ｙ通過直後の記録媒体の温度を調べた結果を示している。なお、Ｑ１、Ｑ２及び記録媒体の温度については直接測定することが困難なため、２次元伝熱シミュレーションにより求めた結果を示す。また、折曲試験とは、未定着トナーを定着させて画像形成が完了して定着装置１２から排出トレイ１３又は３３に排出された直後の記録媒体をトナーが定着している部分を含むように折り曲げ、その折り曲げられた箇所のトナーの定着状態を限度見本との比較によって評価することである。
【００６３】
図５（ａ）に示された結果から、各ローラ５１、５３の制御温度が同じであっても、加圧ローラ５３の表面被覆層５３ｂの単位面積当たりの熱抵抗が小さい程、加圧ローラ５３から記録媒体への伝熱量が増加し、トナーの定着性が向上する。
【００６４】
図５（ｂ）は、図５（ａ）の表面被覆層５３ｂの５つの条件においても、同じ定着性が得られるような加圧ローラ５３の制御温度条件を求め、その条件下においてウォームアップ時間及び小サイズ紙（ここでは、Ｂ５Ｒの６４ｇ紙を使用。）を定着ニップ部Ｙに連続通紙（通紙速度１９ｃｐｍ）した時の定着ニップ部Ｙにおける定着ローラ５１と小サイズ紙との非接触部分である非通紙部の昇温結果を示している。
【００６５】
図５（ｂ）に示された結果から、加圧ローラ５３の表面被覆層５３ｂの単位面積当たりの熱抵抗が小さい程、定着ローラ５１から加圧ローラ５３への熱伝導性が向上するため、小サイズ紙を連続通紙した時の定着ローラ５１の非通紙部の昇温を低減することができる。
【００６６】
また、定着性に関しては、加圧ローラ５３の表面被覆層５３ｂの単位面積当たりの熱抵抗が大きくても、加圧ローラ５３制御温度を高くすることで定着性を確保することは可能であるが、加圧ローラ５３制御温度を高くするとウォームアップ時間が長くなる問題が生じる。そのため、この発明の実施形態のように加圧ローラ５３に熱源を有する定着装置１２では、加圧ローラ５３の表面被覆層５３ｂの単位面積当たりの熱抵抗を極力小さくすることが望ましい。つまり、図５（ｂ）に示すように、加圧ローラ５３の表面被覆層５３ｂの単位面積当たりの熱抵抗値が１×１０−４（ｍ２　・Ｋ／Ｗ）より大きくなると、ウォームアップの遅れ及び定着ローラ５１の非通紙部の昇温は共に極端に悪化する。したがって、表面被覆層５３ｂの単位面積当たりの熱抵抗値を５×１０−５（ｍ２　・Ｋ／Ｗ）以下に設定するのが望ましい。なお、この発明の実施形態の表面被覆層５３ｂは、図５（ａ）、（ｂ）Ｎｏ．５の条件の構成であるので熱抵抗値は、１．３×１０−６（ｍ２　・Ｋ／Ｗ）である。
【００６７】
図６は、加圧ローラの芯材構成（材質・肉厚）とウォームアップ時間及び定着ローラの非通紙部昇温途との関係について実験及び検討の結果を示す図である。
【００６８】
図６に関する実験における加圧ローラ５３の表面被覆層５３ｂの構成は、この発明の実施形態に係る表面被覆層５３ｂと同様のＰＴＦＥコート、層厚２０μｍのものを用い、加圧ローラ５３の芯材５３ａの直径は、３０（ｍｍ）とした。定着速度は１１７（ｍｍ／ｓ）とし、定着ローラ５１の非通紙部昇温の測定ではＢ５Ｒの６４ｇの小サイズ紙を使用した。また、印字速度は１９（ｐｐｍ）である。
【００６９】
図４に示すように、加圧ローラ５３の全長に関して均一に発光領域を有する一本のヒータランプ５５を使用した場合と、図３に示すようにＢ５Ｒ幅に近い発光領域をヒータランプ（メインランプ）５５ａとそれ以外の領域に発光領域を有するヒータランプ（サブランプ）５５ｂとの計２本を用いた場合との２つの水準について実験及び検討を行った。温度検知手段としてのサーミスタ５８は、ヒータランプ５５を１本使用の場合はＢ５Ｒサイズ通紙領域に１個配設されており、ヒータランプ５５ａ、５５ｂの２本使用の場合は各ヒータランプ５５ａ、５５ｂに対応する箇所に５８ａ、５８ｂの計２個が配設され、各ヒータランプ５５ａ、５５ｂはそれぞれ独立して制御される。
【００７０】
図６に示された結果より、加圧ローラ５３の芯材５３ａの構成に係わらず、ヒータランプ５５の１本の場合と比較して、ヒータランプ５５ａ、５５ｂの２本を使用した場合は、定着ローラ５１の非通紙部の昇温を低減することができる。これは、記録媒体のサイズに応じた発熱領域を有する熱源を選択的に使用することで、加圧ローラ５３から定着ローラ５１への不必要な熱供給を防止することができるためである。
【００７１】
図７は、図３に示すような加圧ローラにヒータランプ２本を使用した場合に関して、定着速度１１７ｍｍ／ｓ、８７．７５ｍｍ／ｓ、５８．５ｍｍ／ｓの３つの水準のそれぞれの場合における定着ローラ５１の非通紙部の昇温の実験及び検討の結果を示す図である。Ｂ５Ｒの６４ｇの小サイズ紙を使用し、印字速度は、それぞれの定着速度に対応した１９ｐｐｍ、１４．２５ｐｐｍ、９．５ｐｐｍである。
【００７２】
図７に示された結果より、小サイズ紙を定着ニップ部Ｙに連続通紙した時に定着ローラ５１に生じる定着ローラ５１の非通紙部の昇温は、定着速度によって程度が異なるが、定着速度が速い程、非通紙部昇温は顕著となりほぼ定着速度に比例することがわかる。一方、加圧ローラ５３の芯材５３ａの熱伝導率や断面積が大きい場合、すなわち軸方向への熱移動性が高いと加圧ローラ５３を介して定着ローラ５１の非通紙部の熱が通紙部に移動するため、非通紙部昇温を緩和することができる。
【００７３】
したがって、図７に示された結果を基に加圧ローラ５３の芯材５３ａの熱伝導率をλ（Ｗ／ｍ・Ｋ）、断面積をＡ（ｍ２　）、定着速度をｖ（ｍ２　）、非通紙部昇温の指標ΔＴ／ｖとの関係を図８に示す。
【００７４】
図８より、定着速度ｖに関係無く、λ・ＡとΔＴ／ｖとの間には一定の関係式、
ΔＴ／ｖ＝−０．０６Ｌｎ（λ・Ａ）＋０．４
が成立する。
【００７５】
また、定着装置１２に用いられるヒートローラ（定着ローラ５１、加圧ローラ５３）へトナー等の汚れが付着する高温オフセットを防止する温度範囲である非オフセット範囲内に抑えることが望ましいから、上記関係式より、非通紙部昇温ΔＴは、この非オフセット範囲をΔＴ０　とすると、
ΔＴ０　≧ΔＴ
すなわち、
ΔＴ０　≧（−０．０６Ｌｎ（λ・Ａ）＋０．４）×ｖ
を満たすようにλ、Ａを設定するのが望ましい。
【００７６】
ヒートローラのオフセット範囲ΔＴは、ヒートローラの表面被覆層の材質や使用するトナーによって若干ことなるが、通常、少なくとも３０Ｋ程度確保するように設計するのが一般的であることから、
ΔＴ０　≧（−０．０６Ｌｎ（λ・Ａ）＋０．４）×ｖ
を満たすようにλ、Ａを設定するのが望ましい。
【００７７】
以上の構成のように、この発明の実施形態に係る定着装置１２では、加圧ローラ５３内部に互いに異なる発熱領域を有する複数の熱源であるヒーランプ５５ａ、５５ｂを配置することによって、外部加熱手段である加熱ローラ５２に加え加圧ローラ５３も加熱手段となり、記録媒体が定着ニップ部Ｙを通過しない時は定着ローラ５１を、記録媒体が定着ニップ部Ｙを通過する時は記録媒体を加圧ローラ５３が加熱するため、定着ローラ５１への熱供給量を増加させることができ、十分な加熱性能を確保できる。
【００７８】
また、高速で連続して記録媒体を定着ニップ部Ｙに通過させる場合、定着ローラ５１と同様に加圧ローラ５３も記録媒体を加熱するため、定着ローラ５１は記録媒体に奪われる熱量を低減することができ、温度の低下を防止できるため、必要な温度を維持することができる。そのため、未定着トナーが記録媒体に定着しない低温オフセットを防止することができ、十分な定着性能を確保できる。
【００７９】
さらに、記録媒体のサイズに応じて加圧ローラ５３のヒータランプ５５ａ、５５ｂの発熱領域を選択的に使用して加圧ローラ５３から定着ローラ５１及び記録媒体への熱供給を行うことができるため、不要な箇所への熱供給を行う必要がない。そのため、小サイズの記録媒体を連続して定着ニップ部Ｙに通過させた時、定着ローラ５１の非通紙部の異常な昇温を低減するとができ、各部材の温度を均一に維持することができる。
【００８０】
また、非オフセット範囲内で、定着速度及び加圧ローラ５３の軸方向の熱移動性を表すλ・Ａから加圧ローラ５３の芯材５３ａの構成を決定し、加圧ローラ５３の表面被覆層５３ｂ単位面積当たりの熱抵抗値を１．３×１０−６（ｍ２　・Ｋ／Ｗ）となるように、ＰＴＦＥを２０μｍの厚さに塗布焼成したものを用いることで、熱の移動性を考慮して芯材５３ａを構成するため、加圧ローラ５３の軸方向の熱移動性を向上させることができ、表面被覆層５３ｂの構成から定着ローラ５１と加圧ローラ５３との間の熱の伝導性を向上することができる。そのため小サイズの記録媒体を連続してニップ部に通過させた時、定着ローラ５１の非通紙部に蓄積された熱は、表面被覆層５３ｂ、芯材５３ａへ移動し、さらに表面被覆層５３ｂの通紙部に移動して、被加熱体及び加熱ローラ５１の通紙部へ供給するとができるため、定着ローラ５１の非通紙部の異常な昇温を低減するとができ、各ローラ５１、５３の温度を均一に維持することができる。
【００８１】
また熱の伝導性の向上で加圧ローラ５３から定着ローラ５１への熱供給を効率良く行うことができるため、十分な加熱性能を確保できる。
【００８２】
また、この発明は、定着装置に限らず湿式電子写真機器における乾燥装置、インクジェットプリンタにおける乾燥装置、リライタブルメディア用消去装置等他の加熱装置にも適用可能である。
【００８３】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、以下の効果を奏することができる。
【００８４】
（１）接触することで被加熱体を加熱する加熱装置に備えられた円筒形の加圧部材の内部に複数の熱源を備えることによって、外部加熱手段に加え加圧部材も加熱手段となり、被加熱体がニップ部を通過しない時は加熱部材を、被加熱体がニップ部を通過する時は被加熱体を加圧部材が加熱するため、加熱部材への熱供給量を増加させることができ、十分な加熱性能を確保できる。また、高速で連続して被加熱体をニップ部に通過させる場合、加熱部材と同様に加圧部材も被加熱体を加熱するため、加熱部材は被加熱体に奪われる熱量を低減することができ、温度の低下を防止できるため、必要な温度を維持することができる。
【００８５】
（２）加熱部材の表面を加熱する外部加熱手段をローラ状に形成し、加熱部材の表面に圧接配置することによって、加熱部材の表面を加熱する外部加熱手段を回転可能に支持したローラ形状で形成し、加熱部材の表面に圧接配置することによって、外部加熱手段は加熱部材の回転に従動するため、熱を保持している外部加熱手段の表面部分における、加熱部材表面との接触部分が連続的に移動して、直接熱を加熱部材表面に伝えることができるため、外部加熱手段から加熱部材に対する熱の伝達量を多くすることができる。さらに加圧部材と共に加熱部材へ熱を供給するため、加熱部材が必要な温度に到達するまでの時間を大幅に短縮することができる。
【００８６】
（３）加圧部材を構成する円筒形の芯材の表面に配置された表面被覆層を単位面積当たりの熱抵抗値が５×１０−５（ｍ２　・Ｋ／Ｗ）以下となるように形成することによって、加熱部材と加圧部材との熱の伝導性を向上するとができ、小サイズの被加熱体を連続してニップ部に通過させた時、加熱部材の非通紙部に蓄積された熱を加圧部材へ移動させることができるため、非通紙部の異常な昇温を低減するとができ、各部材の温度を均一に維持することができる。また加熱部材と加圧部材との熱の伝導性の向上で加圧部材から加熱部材への熱供給を効率良く行うことができるため、十分な加熱性能を確保できる。
【００８７】
（４）加熱部材の内部に備えられた複数の熱源に加圧部材の軸方向に互いに異なる複数の位置に発熱領域を配置することによって、被加熱体のサイズに応じて加圧部材の熱源の発熱領域を選択的に使用して加圧部材から加熱部材及び被加熱体への熱供給を行うことができるため、不要な箇所への熱供給を行う必要がない。そのため、小サイズの被加熱体を連続してニップ部に通過させた時、加熱部材の非通紙部の異常な昇温を低減するとができ、各部材の温度を均一に維持することができる。
【００８８】
また、外部加熱手段に加え加圧部材から加熱部材及び被加熱体への熱供給を行うため、加熱部材への熱供給量を増加させることができ、十分な加熱性能を確保できる。また、高速で連続して被加熱体をニップ部に通過させる場合にも、加熱部材と同様に加圧部材も被加熱体を加熱するため、加熱部材が被加熱体に奪われる熱量を低減することができ、加熱部材は温度の低下を防止できるため、必要な温度を維持することができる。
【００８９】
（５）請求項１〜４の何れかに記載の加熱装置を、画像データに基づいて未定着トナーが転写された被加熱体をその未定着トナー転写面を加熱部材側にしてニップ部に通過させて画像を定着させる定着装置にすることによって、外部加熱手段に加え加圧部材も加熱手段となり、被加熱体がニップ部を通過しない時は加熱部材を、被加熱体がニップ部を通過する時は被加熱体を加圧部材が加熱するため、加熱部材への熱供給量を増加させることができ、十分な加熱性能を確保できる。また、高速で連続して被加熱体をニップ部に通過させる場合、加熱部材と同様に加圧部材も被加熱体を加熱するため、加熱部材は被加熱体に奪われる熱量を低減することができ、温度の低下を防止できるため、必要な温度を維持することができる。そのため、未定着トナーが被加熱体に定着しない低温オフセットを防止することができ、十分な定着性能を確保できる。
【００９０】
（６）非オフセット範囲内で、定着速度及び加圧部材の軸方向の熱移動性を表すλ・Ａから前記加圧部材の芯材の構成を決定することによって、高温オフセットの発生を防止しでき、また熱の移動性を考慮して加圧部材を構成するため、加圧部材の軸方向の熱移動性を向上させることができ、小サイズの被加熱体を連続してニップ部に通過させた時、定着ローラの非通紙部の熱は、表面被覆層５３ｂから芯材５３ａに移動し、さらに表面被覆層５３ｂの通紙部に移動して、被加熱体及び加熱部材の通紙部へ供給するとができるため、加熱部材の非通紙部の異常な昇温を低減するとができ、各部材の温度を均一に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態に係る定着装置が装着される画像形成装置の概略の構成を示す図である。
【図２】同定着装置の概略の構成を示す縦断面図である。
【図３】同定着装置の概略の構成を示す横断面図である。
【図４】同定着装置の加圧ローラ内部のヒータランプを１本とした場合の概略の構成を示した図である。
【図５】加圧ローラの構成と定着性並びに非通紙部の昇温の関係についての解析及び実験により得られた結果を示す図である。
【図６】加圧ローラの芯材構成（材質・肉厚）とウォームアップ時間及び定着ローラの非通紙部昇温との関係について実験及び検討の結果を示す図である。
【図７】加圧ローラにヒータランプの２本を使用した場合に関して、定着速度１１７ｍｍ／ｓ、８７．７５ｍｍ／ｓ、５８．５ｍｍ／ｓの３つの水準のそれぞれの場合における定着ローラの非通紙部の昇温の実験及び検討の結果を示す図である。
【図８】加圧ローラの芯材の熱移動性λ・Ａと定着ローラの非通紙部昇温の指標ΔＴ／ｖとの関係を示す図である。
【図９】内部加熱方式及び外部加熱方式の一般的な定着装置において、熱源であるヒータランプに投入した電力（エネルギ）に対して表面がフッ素樹脂で形成されている加熱部材（ヒートローラ）の加熱に使用されるエネルギの割合を２次元電熱解析により試算した値を示す図である。
【符号の説明】
１２−定着装置
５１−定着ローラ
５２−外部ローラ
５３−加圧ローラ
５３ａ−芯材
５３ｂ−表面被覆層
５５ａ−ヒータランプ
５５ｂ−ヒータランプ
１００−画像形成装置
Ｙ−定着ニップ部
【図１】
2004022249.tif 000003
【図２】
2004022249.tif 000004
【図３】
2004022249.tif 000005
【図４】
2004022249.tif 000006
【図５】
2004022249.tif 000007
【図６】
2004022249.tif 000008
【図７】
2004022249.tif 000009
【図８】
2004022249.tif 000010
【図９】
2004022249.tif 000011