(57)【要約】【課題】簡易な構成で薄肉フィルムを加熱・駆動でき、均一なグロスと良好な定着性を両立できる、高品位なオンデマンド定着装置を提供すること。【解決手段】加熱部材と加熱部材を外部より加圧並びに駆動する加圧部材とを有する定着装置において、前記加熱部材は少なくとも前記輻射発熱源より放射された輻射光を吸収して発熱する発熱層を有するフィルムであり、且つ前記支持部材は前記フィルムを介して前記加圧部材と圧接され、定着ニップを形成する金属部材より形成されている定着装置。【選択図】　図１
2004094146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転写材と等速に回動可能で、内部に支持部材と輻射発熱源を備えた加熱部材と、前記加熱部材を外部より加圧並びに駆動する加圧部材とを有し、転写材上のトナー像を加熱溶融して定着する定着装置において、前記加熱部材は少なくとも前記輻射発熱源より放射された輻射光を吸収して発熱する発熱層を有するフィルム若しくはベルトであり、且つ前記支持部材は前記加熱部材を介して前記加圧部材と圧接され、定着ニップを形成する金属部材より形成されていることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記加熱部材が輻射光に対して透過性を有する基層を前記発熱層の内側に具備している請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記加熱部材が前記輻射光に対して透過性を有する弾性層を、前記基層と前記発熱層の中間に具備している請求項１又は２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記支持部材がコの字形状をした金属薄板より形成されている請求項１〜３の何れか１項に記載の定着装置。
【請求項５】
前記加熱部材の基層が少なくともポリイミド樹脂を含む材料より形成されている請求項１〜４の何れか１項に記載の定着装置。
【請求項６】
前記加熱部材における弾性層が少なくともシリコーン系のゴム層を含んでいる請求項３〜５の何れか１項に記載の定着装置。
【請求項７】
前記加熱部材における吸収層が少なくとも導電性のカーボン粒子を含有している請求項１〜６の何れか１項に記載の定着装置。
【請求項８】
前記加熱部材が表層にフッ素系樹脂からなる離型層を有している請求項１〜７の何れか１項に記載の定着装置。
【請求項９】
前記支持部材が熱伝導率の低い第１の金属より形成される支持部と、熱伝導率の高い第２の金属より形成されるニップ形成部との少なくとも２部材より構成されている請求項１〜８の何れか１項に記載の定着装置。
【請求項１０】
前記支持部材がフィルム内面に当接若しくは近接するフィルムガイド部を有し、前記フィルムガイド部はフィルム回転方向に対して非平行とされる開口部を有したメッシュ構造を有している請求項１〜９の何れか１項に記載の定着装置。
【請求項１１】
前記フィルムガイド部におけるメッシュのフィルム回転方向における開口率が、フィルムガイド部長手方向において略均一である請求項１０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】
本発明は、電子写真装置の定着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータ等の外部装置の出力手段や、複写機としては、従来より図９に示したような電子写真法を用いた画像形成装置が提案されている。潜像担持体としての通常ドラム状とされる電子写真感光体１００は一次帯電器１１７にて一様に帯電される。次に外部装置より入力された画像情報に対応して露光装置１２３より感光体１００上に光照射を行い、潜像を形成する。この感光ドラム１００上の静電潜像は現像装置１４０において、一次帯電器１１７の印加電圧と同極性の摩擦帯電極性を有する現像剤Ｔにより反転現像され、可視像即ちトナー像とされる。該トナー像は転写帯電器１１４にて転写材Ｐに転写される。転写材Ｐは感光体１００より分離され、続いて定着装置１２６に搬送されて、定着後に永久像となる。一方、転写帯電器１１４で転写されずに残った感光ドラム１００上の現像剤Ｔは、クリーニング装置１１６にて除去され、感光ドラム１００は次の画像形成プロセスに供される。
【０００３】
ここで図９中の定着装置１２６について図１０以降で更に詳しく説明する。図１０は加熱ローラを用いた代表的な定着装置の構成例であり、図中１２７は加熱ローラで、内部に非回転とされたハロゲンヒータを内包した回動可能なアルミのスリーブ上にＬＴＶやＨＴＶ等のシリコーンゴム層を設け、更にＰＴＦＥやＰＦＡのフッ素樹脂を離型層として設けたものである。
【０００４】
シリコーンゴム層は、例えば、アルミスリーブ上に０．１〜１０ｍｍ厚で形成され、加熱ローラ表面が転写材上のトナー像の凹凸に対応して変形し、トナーを均一に溶融することを可能とする。従ってシリコーンゴム層を適当な厚さで形成することはトナーの定着性と画像のグロスの均一性に寄与する。
【０００５】
又、離型層はシリコーンゴム層上に、例えば、１０〜１００μｍ厚で形成され、トナーのローラへの付着（所謂オフセット）を抑制する。又、離型層中にはカーボンブラック等の導電粒子を分散して、ローラを低電位に保つことも可能である。そうすることで加熱ローラが回転するのに伴い発生する摩擦帯電電位によって帯電粒子であるトナーがローラに付着する所謂静電オフセットが防止できる。加熱ローラの表面温度はサーミスタ１２８により検知され、図示されていない電源回路を加熱ローラ１２７の温度に合わせてオン・オフすることで設定温度（１５０〜２００℃）に制御される。
【０００６】
図中１２９は加圧ローラであり、回動可能な芯金上にシリコーンゴムを形成し、更に表層にＰＴＦＥやＰＦＡ等のフッ素樹脂層を設けたものである。加圧ローラは加熱ローラに対して総荷重５〜１００ｋｇで押圧され定着ニップを形成する。転写材上のトナー像は定着ニップに搬送されると、加圧とともに加熱されて溶融し、転写材に定着される。
【０００７】
この熱ローラ方式は簡単な構成で高速化も可能であることから、長年にわたり使用されてきたが、加熱ローラと加圧ローラの熱容量が大きいため、ウェイトタイムが長くなってしまう。従って通常のオフィス環境で断続的に使用する際には画像形成時以外にも通電し、ローラを予熱しておく必要があり、消費電力の増大を引き起こしていた。
【０００８】
そこで近年、スタンバイ時に定着装置に予熱を持たせる必要がないオンデマンド方式（通常はヒータに電流を流さず、例えば画像形成時にのみヒータをオンにする方式）の定着装置が考案され、実用化されている。例えば、定着器の熱容量を小さくするために厚さ２０〜１００μｍの薄いシームレスフィルムを背面からセラミックヒータ等により加熱するタイプのオンデマンド方式がある（図１１）。オンデマンド方式の一例としてはシームレスフィルム１３０を支持ステイ１３３とフィルムガイド１３１にて回動可能に支持し、セラミックヒータ１３２によりシームレスフィルムを介してトナーを溶融加熱する定着装置が実用化されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように上述のオンデマンド定着装置によれば、定着器の熱容量を小さくすることで、ウェイトアップに要する時間を大幅に短縮でき、従って非画像形成時には定着器を予熱することなく、例えば、プリント信号を受け取るまでヒータに通電しなくて済むため、大幅な消費電力の低減を図ることが可能となった。
【００１０】
しかしながら、従来のオンデマンド定着装置では、定着ニップを通過する間に定着に要する熱量がフィルム中を熱伝導していく必要があり、従って定着フィルムは薄く且つ熱伝導率を高く設定する必要がある。しかし、フィルムがシワを生じることなく安定して駆動されるために、フィルムの薄肉化には限界があり、又、フィルム樹脂に伝熱粒子を分散することで、材料の熱伝導率を向上することもできるが、伝熱粒子が過度に分散するとフィルムの強度が低下し信頼性の低下を招いてしまう。従って従来の系におけるオンデマンド方式の高速化は困難であった。
【００１１】
更に従来のオンデマンド方式ではその熱容量を小さく、且つ熱伝導率を高くするためにフィルム上に弾性層を設けることが困難であった。しかし、上述したように加熱部材に弾性層が存在しないとトナー像の凹凸に倣い、トナーを均一に溶融することが困難となるため、定着性の不均一やベタ画像におけるグロスむらが生じていた。とりわけ、カラー画像においては多色トナーを紙上に転写するためトナー表面の凹凸は更に増大し、弾性層を設けることができないオンデマンド定着器においてはグロスむらにより画像品位が劣化し、ピクトリアルな画像を得ることができなかった。
【００１２】
又、カラー画像をＯＨＰ（オーバーヘッドプロジェクター）シート上に形成した際には、トナーを完全に溶融しないと、トナー像が不透明になり、カラー画像が白黒画像のように映し出されてしまう。従って弾性層を持たず、トナーの表面凹凸に適応できない従来のオンデマンド定着器は、カラーＯＨＰを出力する際にも高品位な画像を形成することができなかった。
【００１３】
従って、本発明の目的は、上記の如き従来技術の課題を解決し、簡易な構成で薄肉フィルムを加熱・駆動でき、又、弾性層を有する比較的厚めのフィルムにおいても高速な加熱特性を有するため、均一なグロスと良好な定着性を両立できる、高品位なオンデマンド定着装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的は以下の本発明によって達成される。即ち、本発明の第１の発明は、転写材と等速に回動可能で、内部に支持部材と輻射発熱源を備えた加熱部材と、前記加熱部材を外部より加圧並びに駆動する加圧部材とを有し、転写材上のトナー像を加熱溶融して定着する定着装置において、前記加熱部材は少なくとも前記輻射発熱源より放射された輻射光を吸収して発熱する発熱層を有するフィルム若しくはベルト（以下、「フィルム若しくはベルト」を「フィルム」又は「加熱フィルム」と総称する）とであり、且つ前記支持部材は前記フィルムを介して前記加圧部材と圧接され、定着ニップを形成する金属部材より形成されていることを特徴とする定着装置を提供する。
【００１５】
上記構成をとることによって、フィルム若しくはベルト基層の薄肉化が可能となり、定着装置のオンデマンド化及びクイックスタートが容易になるとともに、加圧（定着）領域を拡大するためフィルムの小型化・小熱容量化もできる。主にニップ部以外においてフィルムを直接加熱し、定着ニップ部においては加熱されたフィルムの熱容量により転写材を加熱するとともに、支持部材が確実に加圧し効果的に定着する。又、金属製の支持部材はフィルム長手方向に関する温度むらを除去し、均一なフィルム温度を達成し、安定した定着装置を供給することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
又、本発明は、好ましい実施の形態として、下記の第２〜１１の発明を提供する。第２の発明は、前記フィルムが輻射光に対して透過性を有する基層を前記発熱層の内側に具備しており、第３の発明は、前記フィルムが前記輻射光に対して透過性を有する弾性層を、前記基層と前記発熱層の中間に具備しており、第４の発明は、前記支持部材がコの字形状をした金属薄板より形成されており、第５の発明は、前記フィルムの基層が少なくともポリイミド樹脂を含む材料より形成されており、第６の発明は、前記フィルムにおける弾性層が少なくともシリコーン系のゴム層を含んでいる定着装置を提供する。
【００１７】
又、第７の発明は、前記フィルムにおける吸収層が少なくとも導電性のカーボン粒子を含有しており、第８の発明は、前記フィルムが表層にフッ素系樹脂からなる離型層を有しており、第９の発明は、前記支持部材が熱伝導率の低い第１の金属より形成される支持部と、熱伝導率の高い第２の金属より形成されるニップ形成部との少なくとも２部材より構成されており、第１０の発明は、前記支持部材がフィルム内面に当接若しくは近接するフィルムガイド部を有し、前記フィルムガイド部はフィルム回転方向に対して非平行とされる開口部を有したメッシュ構造を有しており、第１１の発明は、前記フィルムガイド部におけるメッシュのフィルム回転方向における開口率が、フィルムガイド部長手方向において略均一である定着装置を提供する。
【００１８】
【実施例】
次に実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。
＜実施例１＞
本発明における第一の実施例を図１に示す。本実施例における定着装置は、内部にハロゲンランプを具備した加熱フィルムを、金属製の支持部材により支持し、対向する加圧ローラと圧接せしめて、定着ニップを形成するとともに、ハロゲンランプより放出された輻射光を薄肉の加熱フィルムに吸収させることで、オンデマンドな定着方式を得るものである。
【００１９】
図１（ａ）中の１は輻射光源であるところのハロゲンヒータであり、図示されていない定着電源により最大８００Ｗの電力を供給されている。ここで輻射光源１としては赤外線を効率よく、且つ高速に輻射すれば種類は問わず、ハロゲンヒータ以外にもキセノンランプ等を使うことも可能であるが、本実施例におけるハロゲンヒータ１は、波長０．８μｍ以上の赤外線を投入電力の８５％以上の高効率で放射することが可能であり、又、熱容量の小さなタングステンフィラメントを加熱することで輻射するため、高速な立上げと応答性を得ることを可能とする。ハロゲンヒータ１より放射された輻射光は支持部材２と加熱フィルム３により吸収される。
【００２０】
図１（ａ）中の２は支持部材であり、加熱フィルム３の裏面から加圧ローラ５に向けて押圧し、定着ニップを形成する。ここで支持部材２は、定着ニップを形成する底面部と、加圧ローラによる加圧に対して十分な強度を持たせ、撓みを抑える側板部より形成されたコの字形状とされており、支持部材２の端部は図示されていない定着装置筐体に固定されている。
【００２１】
支持部材２としては、例えば、ステンレス、鉄、アルミニウム、銅、マグネシウムといった金属材料若しくはその合金を用いることができ、加圧ローラの加圧に耐え得る機械強度と、ニップ部における温度分布を均一化するための熱伝導性を提供する。又、支持部材２は金属又は合金の板材から形成され、外形抜き、穴あけ、曲げといったプレス加工を用いることで低コストにて大量生産することが可能である。
【００２２】
更に支持部材２としては、図１（ｂ）に示すように定着ニップを形成する底板部２ａと、加圧方向に平行な側板部２ｂとを分離してツーピース構造とすることもできる。その際に底板部２ａにはニップ温度分布を均一化するため、アルミニウム・銅といった高熱伝導性の材料、又、側板部２ｂにはより高圧を印加できるようにステンレス等の高強度材を用いると効果的である。
【００２３】
又、支持部材２は、非回転とされ定着装置に固定されるため、定着ニップにおいて回転する加熱フィルム３の内面と摺擦される。従って加熱フィルム３にはシリコーングリース等の潤滑剤を塗布することが好ましく、フィルム３及び支持部材２の磨耗を防止し、且つ定着装置の駆動トルクも低減できる。
【００２４】
支持部材２には、サーミスタ４が接着されており、定着ニップの温度を適宜検知している。定着電源は所定の温度となるようサーミスタ４の出力に応じてにハロゲンヒータ１に逐次通電を行い、定着ニップの温度を調整している。ここで本発明における定着装置では、フィルム３の昇温が非常に速いため、電力の制御方法として波数制御や位相制御を行うことが好ましく、定着ニップにおいて温度リップルの発生が少なく均一な定着性を得ることができる。
【００２５】
加圧ローラ５は、アルミやステンレス等の金属芯金上にＬＴＶ、ＨＴＶ等のシリコーンゴム、若しくはスポンジ層を厚さ５〜２０ｍｍ設け、更に離型層としてフッ素樹脂をコート若しくはチューブで５〜５０μｍ形成した２層構成となっている。加圧ローラ５は不図示のバネによって加圧され、加熱フィルム３及び支持部材２を５〜１００ｋｇｆにて加圧する。加圧された加圧ローラ５は支持部材形状に倣いストレート形状に弾性変形して定着ニップを形成する。即ち、フィルム３をゴムローラ５に圧接することで小径でも大きな定着ニップを得ることができ、高速時にも十分な熱量を転写材（紙）Ｐに伝えることができる。加圧ローラ５は不図示のモーターにより図中矢印方向に駆動されており、定着ニップにおいて圧接された加熱フィルム３、及び定着ニップに搬入された転写材Ｐを所定の周速で従動する。
【００２６】
又、加熱フィルム３若しくは加圧ローラ５にクリーニングウェブやクリーニングローラを当接してもよく、加熱フィルム３や加圧ローラ５の表面に付着したトナーや紙紛を除去するとともに、例えばクリーニングウェブ中に含浸されたシリコーンオイルを離型材として加熱フィルム３や加圧ローラ５の表面に塗布し、トナーのオフセットを防ぐこともできる。
【００２７】
ここでトナーＴについて説明する。本実施例におけるトナーを製造する方法としては、樹脂、着色剤、荷電制御剤等を加圧ニーダーやエクストルーダー又はメディア分散機を用い均一に分散せしめた後、機械的又はジェット気流下でターゲットに衝突させ、所望のトナー粒径に微粉砕化せしめた後、更に分級工程を経て粒度分布をシャープ化せしめ、トナー化する所謂粉砕方法により平均粒径７μｍのネガ帯電性トナーを製造した。
【００２８】
ここで図１（ａ）中の３は直径２５ｍｍの円筒状加熱フィルムである。本実施例における加熱フィルム３について図２を用いて更に詳しく説明する。該加熱フィルム３は耐熱樹脂からなる基層３ａと、フッ素系樹脂からなる離型層３ｂの２層構成をしている。加熱フィルム３の基層３ａは可撓性を有する厚さ１０〜３００μｍの耐熱樹脂若しくは金属製のフィルムより形成され、例えば、ポリイミド、ポリアミド、アラミド等の樹脂フィルム、若しくはニッケル、ステンレス、銅、アルミニウム等の金属若しくはその合金のフィルムを用いることができる。
【００２９】
加熱フィルム３としてのポリイミド等の樹脂フィルム中には、赤外光吸収フィラーが分散される。赤外光吸収フィラーとしては、ケッチェンブラック等のカーボンブラックや、酸化鉄、アルミナ、酸化マグネシウム等の金属酸化物を用いることができる。これらの赤外光吸収フィラーは粒径０．０１〜５μｍとされ、耐熱樹脂１００質量部に対して１〜５００質量部加えられている。このような小粒径の赤外光フィラーを均等に分散することで、赤外光を吸収する表面積を稼ぎ、発熱効率を向上するとともに、フィルムの表面凹凸も少なく、且つフィルム強度も均一で亀裂が入りにくい加熱フィルム３を形成できる。
【００３０】
又、基層３ａとしては、可撓性を有する厚さ１０〜１００μｍの金属フィルムを用いることも可能であり、これらの薄肉金属フィルムは目的の金属イオンを含んだ電解質溶液に電流を通じて目的の金属を被メッキ体上に析出させる電鋳法や、熱間押出加工や冷間引抜を用いたシームレス加工により形成できる。これら金属フィルムはそのままでも発熱層として使用可能であるが、フィルム内面にカーボンやグラファイト等の黒色塗装をすることで輻射光の反射を防ぎ、発熱効率を向上することも可能である。
【００３１】
基層３ａの上には離型層３ｂが形成されており、転写材Ｐ上のトナーが定着ニップから分離するときにフィルム３へオフセットすることを防ぐ。離型層３ｂとしてはＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＦＡ等のフッ素系樹脂を水系溶媒に分散後、ディッピングやスプレーコート、若しくはフッ素樹脂チューブを溶着することで、基層３ａ上に厚さ５〜５０μｍにて作成した。
【００３２】
又、フッ素樹脂中には前述の赤外線吸収フィラーを分散することで、離型層３ｂにおいても発熱し、漏れ光のない効率的な加熱が可能となる。更にフッ素樹脂中の赤外線吸収フィラーとしてカーボンブラックを用いると、輻射光の漏洩防止とともに、導電性フィラーとして機能するため、加熱フィルム３の摩擦帯電を抑え、静電オフセットを低減することが可能である。
【００３３】
ここで図２（ｂ）は、定着装置立上げ直後における加熱フィルム３の断面各位置（縦軸）と、そこに対応する輻射光の透過率（実線）並びに温度（破線）の分布を横軸に示している。酸化鉄を３０質量部を分散したポリイミド樹脂からなる基層３ａ中において徐々に輻射光は吸収された後、カーボンブラックを３０質量部を分散したフッ素樹脂からなる離型層３ｂに完全に吸収され、加熱フィルム３から外部熱を漏洩することなく加熱フィルム３の温度を上昇させていた。
【００３４】
加熱フィルム３の基層３ａには熱伝導フィラーが分散されているため、加熱フィルム３の内面温度は外面温度とほぼ同じであり、フィルム３の内面に設けられたサーミスタ４でも十分に温度変化に追随するため、転写紙を２００ｍｍ／ｓにて連続プリントした際にも温度低下することなく、高速プリント時でも良好な定着画像が得られた。
【００３５】
即ち、本実施例における定着装置によれば、輻射光源１であるハロゲンヒータを内包した薄肉の加熱フィルム３を金属製の支持部材２にてフィルム３の内面より支持し、対向して設けられた加圧ローラ５により支持部材２との圧接領域において定着ニップを形成し、加圧ローラ５の駆動により加熱フィルム３を従動回転としたため、定着装置の熱容量を小さくすることができ、定着装置の高速な立ち上がりと省エネが実現された。
【００３６】
又、加熱フィルム３中に赤外線吸収フィラーを分散することで、従来のオンデマンド定着装置と同様に定着ニップにおいて支持部材２から加熱フィルム３へ熱伝導によりフィルム３の内面より加熱を行うだけでなく、定着ニップ外においてフィルム３の層内部を直接加熱することができるようになり、フィルム３をより高速に加熱できるようになった。
【００３７】
又、ニップ部に高熱伝導部材を配することで、フィルム３の長手方向の温度分布を均一化することができるため、小サイズ紙等を連続通紙した際にもフィルム３上に温度むらが発生することなく、信頼性が高いオンデマンドな定着装置が実現された。尚、本実施例では加熱フィルム３として基層３ａと離型層３ｂとからなる２層構成としたが、その中間に、例えば、導電プライマー層や接着層を入れて３層以上の構成としても本実施例における効果を得ることができる。
【００３８】
＜実施例２＞
本実施例はフィルム３として弾性層を具備した耐熱フィルムを用いることで、本発明における定着装置をカラー画像形成装置に応用したものである。更に本実施例ではフィルム３における基層と弾性層に透光性を持たせ、離型層に吸光性を持たせたため、輻射光はフィルム３の表面である離型層を直接発熱させることが可能である。
【００３９】
以下、図３により説明する。図３は本発明における実施例２の定着装置を具備したカラー画像形成装置の断面図である。図３において８は感光ドラムであり、アルミシリンダの外周面に有機感光体（ＯＰＣ）又はアモルファスシリコン等の光導電体を塗布して構成することが可能である。感光ドラム８は不図示の駆動手段によって図示矢印方向に所定速度（例：５０〜３００ｍｍ／ｓｅｃ）で駆動され、帯電器９にて表面を暗部電位（例：−７００Ｖ）に帯電される。
【００４０】
次に露光装置１０により感光ドラム８上はマゼンタの画像模様に従い露光され、画像部のみ表面電位を明部電位（例：−１５０Ｖ）に低下せしめて静電潜像が形成される。回転支持体１２に支持された現像装置１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは、それぞれマゼンタ、シアン、イエロー、ブラック各色の現像材を含む。ここで各色現像材は懸濁重合法により合成され、球形で高い現像・転写効率を有する重量平均径６μｍのネガ帯電性トナーである。
【００４１】
上記静電潜像はまず、マゼンタの現像器１１ａが感光ドラム８と対向するように３００μｍの間隙を以って配備され、一例としてＤＣ−５００ＶにＡＣ２ｋＶｐｐを重畳した現像バイアスによって現像され、マゼンタトナー像として顕像化される。顕像化された感光ドラム８上のマゼンタトナー像は１０６〜１０９Ωに導電処理されたＰＶｄＦ等の中抵抗部材からなる中間転写ドラム１３に図示されていない転写電源から供給される転写バイアス（＋０．５〜２ｋＶ）を以って転写される。
【００４２】
中間転写ドラム１３上にＡ４サイズ１ページ分のマゼンタ画像を転写すると回転支持体１２が回転し、以上の工程をシアン、イエロー、ブラック各色について逐次行い、中間転写ドラム１３上に複数色のトナー像を形成する。一方、ピックアップローラ１４はブラックトナー像と同期して転写紙カセット１５から転写紙Ｐを給紙する。転写ローラ１９に２次転写バイアス（＋１〜２ｋＶ）を印加することにより、転写紙Ｐには中間転写ドラム１３上のトナー像が転写され、定着装置１６に搬入される。カラー画像を転写された転写材Ｐは、搬送手段により定着装置１６に搬送されて定着され、カラー印刷物として機外に排出されて排紙トレイ２０上に積載される。なお、中間転写ドラム１３上の転写残トナーは帯電器１８によりポジ極性に帯電された後、感光ドラム８上に回収され、感光ドラム８上の転写残トナーと同様にクリーニング装置１７によって清掃される。
【００４３】
次に本実施例における定着装置１６について、図４により更に詳しく説明する。図４中の７は加熱フィルムであり、内部には発熱体であるところの出力５００〜１０００Ｗの輻射光源１（ハロゲンランプ）を備える。ハロゲンランプ１には温度検知手段であるサーミスタ４によって検出される加熱フィルム７の温度に従って電力が供給され、投入電力の約９０％が赤外領域の波長である出力光として輻射される。
【００４４】
図６に示したように本実施例では、ハロゲンランプ１の下面半周分には反射膜として、アルミナが長手方向に亘り均一にコートされており、その放射部（下半周）から輻射光が加熱フィルム７と加圧ローラのニップに照射されるよう調節されている。反射膜２１は定着ニップ側に配備されることで、支持部材２よりも加熱フィルム７に向けて高い割合で輻射光を照射するため、より多くの輻射光を加熱フィルム７の表面に吸収させることが可能となる。
【００４５】
本実施例では反射膜として平均粒径０．１μｍのアルミナ粉を溶媒中に分散した後、ハロゲンランプ１上に厚さ１０μｍにてスプレーコートしたが、輻射光を良好に反射すればこれに限られず使用することができる。例としてアルミニウムや銀の蒸着膜等の金属薄膜を用いることも可能である。反射膜を輻射光源上に設けることで、アルミニウム板等の金属ミラーを別途設けるよりも、低熱容量化が達成できる。
【００４６】
又、本実施例ではハロゲンヒータの発熱体１ａをセグメント化することなく画像域全域にわたり設置している。従って発熱体をセグメント化した際のコイル間に生じる非コイル部での輻射光量低下を防ぎ、定着画像における長手方向での発熱体コイル跡（グロスむら、定着性むら）の発生を防止している。
【００４７】
加熱フィルム７は支持部材２により回動自在に支持され、加圧ローラ５と当接される。支持部材２は実施例２と同様にステンレス等の金属製でコの字形状であり、総圧１〜５０ｋｇｆにて加圧され、加熱フィルム７と加圧ローラ５を当接せしめ、定着ニップを形成している。加熱フィルム７は自由に回転可能で、定着ニップ部において加圧ローラ５との摩擦により駆動され、加熱フィルム７を介して従動とされ加圧ローラ５と等速に回転する。又、加熱フィルム摺動性向上と磨耗防止のため、耐熱グリースを加熱フィルム７の内面に塗布してもよい。
【００４８】
加圧ローラ５は厚さ１〜１０ｍｍのシリコーンゴム層を芯金５ａ上に設けることで形成されており、実施例１と同様に表層にはトナー汚染防止用のフッ素樹脂層を有している。加圧ローラ５は図示されていない駆動装置によって所定速度（５０〜３００ｍｍ／ｓｅｃ）で駆動され、転写材Ｐを搬送するとともに、加熱フィルム７も駆動している。
【００４９】
ここで本実施例における加熱フィルム７について図５を用いて説明する。加熱フィルム７は耐熱・摺動性に優れた厚さ２０〜２００μｍの耐熱基層７ａ上に厚さ５０〜１，０００μｍの弾性層７ｂ、そして更に厚さ５〜５０μｍの赤外線吸収層７ｃを設けたシームレスフィルムである。
【００５０】
フィルム基層としてはポリイミド、ポリアミドイミド、アラミド等の耐熱性樹脂を用いることができ、特にポリイミドフィルムはハロゲンランプ１の放射する波長３μｍ以下の赤外光を８０％以上透過するため、本発明における表面加熱の効果をより効果的に得ることができる。
【００５１】
弾性層７ｂとしてはＬＴＶ、ＨＴＶ、ＲＴＶ等各種シリコーンゴム、若しくはフッ素ゴム等の耐熱性が高いゴム或いはスポンジが形成されており、柔らかく且つ永久歪の小さいものが用いられる。ここでトナー表面の凹凸に対応するだけの柔軟性を得るために弾性層７ｂの硬度としてはアスカーＣ硬度で６０°以下の物が好ましい。又、シリコーンゴムによる弾性層７ｂも波長３μｍ以下の赤外光を８０％以上透過し、効率的に表面加熱することが可能となった。
【００５２】
本実施例では加熱フィルム７のポリイミド基層７ａ上に設けられたシリコーンゴム層７ｂは、厚さ５０〜１，０００μｍで形成されており、カラー画像における厚いトナー層に対しても均一な加圧がなされるように設定される。ハードローラ／フィルムにおけるカラー画像においては、定着画像中に多色トナー層と単色トナー層が近傍に存在すると、単色トナー層部分への加圧が十分になされずに定着不良や、ＯＨＰにおける透過性不良が生じ易くなるのに対して、本実施例における弾性層を設けた加熱フィルム７ではトナー層の凹凸に対応するため多色トナー層と単色トナー層の双方への加圧が可能となり、従ってカラー定着画像においても均一な定着性とＯＨＰにおける高い透過性が得られた。
【００５３】
更に弾性層７ｂ中には透明微粒子を分散してもよく、シリカ、酸化錫、酸化チタン、酸化亜鉛等の微粒子を分散することで、ゴムの圧縮永久歪を軽減することができる。輻射光量を減衰させないためには輻射光の散乱を抑える必要があり、透明微粒子の粒径を透過する赤外線の波長以下とすることが好ましく、更に好ましくは０．３μｍ以下であることが好ましい。
【００５４】
又、本実施例においては弾性層７ｂの存在により熱伝導性が劣るため、フィルム７の表面に赤外線の吸収層７ｃを設けて、加熱フィルム７の表面を発熱させている。吸収層７ｃとしては、従来のＰＦＡ、ＰＴＦＥ等フッ素樹脂からなる離型層中に赤外線吸収物質であるところのカーボンブラック、グラファイト、又は酸化鉄等の各種金属酸化物粒子を分散することで、赤外光を良好に吸収することができる。又、赤外線吸収物質としてカーボンブラック等の導電体を用いることで、表面の電気抵抗を低抵抗化することもでき、１０６〜１０１４Ω／ｃｍ程度に制御することで、静電オフセットを防止することも可能である。
【００５５】
尚、図４中における輻射光源１の下面半周分には、反射膜がコートされており、その放射部（上半周）から輻射光が増幅（約１５０％）されて、定着ニップ外の加熱フィルム表面に吸収される。
【００５６】
ここで加熱フィルム７中の輻射光量（実線）と温度分布（破線）について図５（ｂ）を用いて説明する。図５ｂの縦軸はフィルム７の断面における厚さ方向の位置、横軸は輻射光量と温度を表している。加熱フィルム内部にあるハロゲンヒータ１が照射した輻射光は基層７ａ、弾性層７ｂ中ではあまり減衰せず、加熱フィルム表面にある離型層７ｃにおいてその７０％以上を吸収されている。従ってフィルム７の表面側が高速に加熱されることになる（曲線Ａ）。一方、従来の定着ニップにおいて熱伝導により同様のフィルムを加熱すると、曲線Ａと同等の温度をフィルム７の表面にて得るためには、曲線Ｂに示したようにフィルム７の内面を表面温度より相当高く（２０〜５０℃）設定する必要があった。
【００５７】
従って本構成をとることによりフィルム７の内面温度を低下することが可能となり、熱伝導を用いた従来の定着装置よりもフィルム７の表面を定着温度まで加熱するのに必要な熱量が低下し省エネが達成されるとともに、フィルム７とりわけ弾性層７ｂの長寿命化も図られる。又、本構成ではフィルム内面温度が表面温度と異なるためサーミスタ４を加熱フィルム７の外部に設けることが好ましい。サーミスタ４としては接触式だけでなく、非接触式のサーモパイル等を用いてもよく、オフセットトナーが蓄積してサーミスタが誤動作したり、蓄積したトナーが転写紙に落下して画像汚染することも防止できる。
【００５８】
更に本実施例によれば、加熱フィルム７と加圧ローラ５のニップ外でフィルム自体を加熱するためニップ部への輻射光量は減少するが、加熱フィルム中の弾性層７ｂは熱伝導性が悪く断熱効果をもたらす。従ってニップを構成する支持部材２の温度は加熱フィルム内面からは積極的に上昇させる必要がなく、加熱されたフィルム７を定着ニップに搬入することで、フィルム表面に蓄えられた熱量によって転写材を十分に加熱し、連続プリント時にも良好な定着性が実現される。
【００５９】
即ち、本実施例における定着装置によれば、フィルム７における支持部材２を金属部材により形成し、加圧ローラ５と圧接することで定着ニップを形成したため、簡易な構成で介在する加熱フィルム７を加圧ローラ５に対して従動駆動とすることができ、定着装置の小熱容量化と高速な立上げ（オンデマンド化）が達成できた。
【００６０】
又、輻射光源１上の略半周分に反射膜をコートすることで、反射鏡を別途設けることなく、フィルム７と加圧ローラ５の当接ニップ以外へ輻射光源からの赤外線を照射することが可能となり、更にフィルム７の表面に吸収層を設けることで、定着ニップ外においてフィルム表面を高速に加熱し、カラープリント時における複数色のトナーも良好に定着することが可能となった。これにより弾性層７ｂによるグロス均一性と高速加熱によるオンデマンドな定着プロセスの両立が可能となり、高画質で省エネルギーな画像形成が可能となった。
【００６１】
＜実施例３＞
本実施例は、フィルムの内部にメッシュ状のフィルムガイドを設け、本発明における効果を失うことなく、更にフィルムの回転安定性を向上したものである。又、実施例２では加熱フィルムにおいて離型層中に赤外線吸収物質を分散させたが、本実施例では赤外線吸収層と離型層を別途に設けている。
【００６２】
以下図７により本実施例における定着装置を説明する。加熱フィルム２２は実施例２と同様にハロゲンランプ１を内包し、支持部材２によって加圧ローラ５と圧接され定着ニップを形成している。又、加熱フィルム２２内にはステンレス等の各種鋼材から形成されたフィルムガイド２３が配置され、支持部材２に接合されている。フィルムガイド２３は加熱フィルム２２とニップ外においても軽接触してフィルム２２の形状を規定している。
【００６３】
加熱フィルム２２は加熱時に圧や温度に分布が生じると周速差が生じ蛇行してシワを発生しやすく、時として破壊に至ることがあったが、本実施例ではフィルムガイド２３と不図示の端部突き当て部材によりフィルムの直進性を高め、フィルムを高速に駆動した際の安定性を向上した。
【００６４】
又、フィルムガイド２３はメッシュ状の開口を有し、ハロゲンヒータ１からの輻射光はフィルム２２に直接吸収される。従って実施例２と同様に高速な表面加熱が可能である。フィルムガイド２３を適切な金属部材とすることで、高温高圧という使用環境下においても安定したフィルムの駆動ができるが、更にハロゲンヒータ１からの輻射光を反射・散乱することで、フィルムガイド２３の昇温を低減できる。本実施例ではフィルムガイド２３の表面粗度を下げて鏡面化することでフィルムガイド２３への熱の吸収を防ぎ、フィルム２２への輻射光の反射や散乱を増やして効率的な加熱を達成した。又、フィルムガイド２３の内面にアルミニウムや銀をメッキしたり、蒸着等をしたりして反射膜を形成しても同様の効果が得られた。
【００６５】
加熱フィルム２２は実施例２と同様のポリイミド等の基層、シリコーンゴムによる弾性層を有し、更に弾性層上に赤外線吸収層としてシリコーンゴム中にカーボンブラックを形成した赤外吸収層と、離型層であるパーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のフッ素系樹脂を離型層と最外層として設けた。
【００６６】
前述の実施例と異なり、本実施例では赤外吸収層を別途設けることで離型層中にカーボンブラック等の赤外吸収剤を分散する必要がなくなる。従って最表層におけるテフロン（登録商標）、ＰＦＡ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂の比率を上げることができ、長期使用時にも良好な離型性を維持することができる。従って定着装置の寿命を延ばすことが可能となった。
【００６７】
又、本構成において輻射光はフィルムガイド２３の開口部を抜けて、フィルム２２に吸収される。従ってフィルムガイド２３の開口部はフィルム２２の回転方向に対して非平行とされている。このような構成をとることで開口部だけが高温になって加熱フィルム上にメッシュピッチの温度むらが生じることを防げる。図８（ａ）は開口部を回転方向に対して４５°傾け、等ピッチで設けたものである。加熱フィルムの長手方向全域（例として図中ＡとＢ）において一周した際の開口率はともに５０％であり、フィルム上の温度分布はほぼ均等で、出力画像上も均一な定着性が得られた。
【００６８】
又、フィルムガイドのメッシュ開口率を変えることでハロゲンヒータの発熱体分布を変えることなく、フィルムへの配光も変化させることができる。従って前記実施例のように発熱体コイルを連続で巻いた場合の端部における温度低下を補正し、フィルム長手方向にわたって均一な温度分布を得ることが可能となった。例として図８（ｂ）では端部の開口率Ｃを６０％、中央部の開口率を５０％と設定することで、端部の温度低下のない均一な温度分布が得られた。
【００６９】
即ち、本発明における第３の実施例によれば、内部に輻射光源を具備した薄肉のフィルムを加圧部材により圧接し、駆動する構成において、フィルムガイドを金属製のメッシュ形状とした。本構成をとることで薄肉のフィルムでも弛みやシワを生ずることなく安定して回転することが可能となるとともに、前記実施例と同様に輻射光をメッシュ開口部から直接フィルム表面近傍に吸収させることができる。又、メッシュ開口部をフィルム回転方向と非平行とすることで高い開口率と長手ムラのない光照射が可能となり、従って高速且つ安定したオンデマンド定着装置が供給できるようになった。
【００７０】
【発明の効果】
以上、説明してきたように、本発明によれば簡易な構成で薄肉フィルムを加熱・駆動でき、又、弾性層を有する比較的厚めのフィルムにおいても高速な加熱特性を有するため、均一なグロスと良好な定着性を両立できる、高品位なオンデマンド定着装置が具現化された。
【００７１】
第１の発明によれば、フィルム若しくはベルト基層の薄肉化が可能となり、定着装置のオンデマンド化及びクイックスタートが容易になるとともに、加圧（定着）領域を拡大するためフィルムの小型化・小熱容量化もできる。主にニップ部以外においてフィルムを直接加熱し、定着ニップ部においては加熱されたフィルムの熱容量により転写材を加熱するとともに、支持部材により確実に加圧し効果的に定着する。又、金属製の支持部材はフィルのム長手方向に関する温度むらを除去し、均一なフィルム温度を達成し、安定した定着装置を供給することが可能となった。
【００７２】
又、第２の発明によれば、輻射光がフィルム基層を透過することで表面の発熱層を直接加熱することができるため、フィルムの厚みが増加した際に熱伝導による加熱特性の劣化もなく、フィルム強度を増大し、長期にわたりフィルムシワ、折れの発生しにくい安定した定着装置が提供される。
【００７３】
又、第３の発明によれば、輻射光が弾性層を透過することで表面の発熱層を直接加熱するため、熱伝導による加熱特性の劣化もなく、フィルムが転写材上のトナー表面の凹凸に対応して柔軟に接触加熱することができるようになり、とりわけカラー画像においても均一なグロスを有する高品位な画像出力が可能となった。
【００７４】
又、第４の発明によれば、加圧方向及び摺擦方向に対して優れた機械強度を少ない熱容量で達成する。従って立ち上がりの早いオンデマンドな定着装置を実現する。更に定着領域において圧接する金属製の支持部材は優れた熱伝導特性によりフィルム長手方向に発生する温度むらを低減し、長期にわたり安定した定着装置が提供される。
【００７５】
又、第５の発明によれば、ポリイミド樹脂は良好な可撓性を有するとともに、輻射光源から放出された赤外線を透過するため、輻射光により直接フィルムの外側に存在する弾性層若しくは離型層を加熱することで、加熱過程における熱抵抗を更に低減し、高速なカラー画像形成を可能とした。
【００７６】
又、第６の発明によれば、シリコーンゴムは優れた耐熱性と柔軟性を有するとともに、輻射光源の発生した赤外線に高い透過性を持ち、フィルム外側に存在する離型層を効率的に加熱することが可能となる。又、カラー画像等におけるトナー像表面の凹凸が顕著な際にも、トナー像を均一に加圧し、より一層の定着性とグロスの均一性を備えた高画質化が達成された。
【００７７】
又、第７の発明によれば、カーボンブラックはシリコーンゴム、フッ素樹脂の双方において良好な分散性と、赤外線吸収性を有するため、効果的にフィルムの外側に存在する弾性層若しくは離型層を発熱することが可能となり、連続プリント時に熱を奪われたフィルムの表層近傍を急速に加熱することが可能となる。且つ表面の離型層は転写材上のトナーがフィルムに付着するとともに、導電性により静電オフセットも防止し、転写材上の画像を乱すことなく定着することが可能となる。
【００７８】
又、第８の発明によれば、優れた離型性により転写材上のトナーを乱すことなく定着でき、第９の発明によれば、熱伝導の低い支持部はニップ部から熱量流入を防ぎ、定着ニップ部を高速に立ち上げることを可能にする。又、熱伝導が低い金属は機械的強度を上げることが比較的容易であり、加圧方向に平行な側板を支持部とすることで撓み量を抑えて均一な加圧を実現された。
【００７９】
又、第１０の発明によれば、フィルム内面にフィルムガイド部を設けることで加熱時に薄肉のフィルムが熱膨張によって撓んだり、しわを生ずることを防止する。又、フィルムガイドをメッシュ状にすることで、フィルムガイド部においてもフィルムを輻射加熱し、加熱時間を延長して安定した温度制御するとともに、回転方向に対して非平行な開口部を設けることで、輻射光量の分布を安定化できた。又、第１１の発明によれば、フィルム長手方向に関して輻射光量むらをなくし、画像域全域にわたり均一な温度分布と定着性を得らえれた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の定着装置の一例を示す図。
【図２】実施例１における加熱フィルム断面（ａ）と光量・温度分布（ｂ）の概念図。
【図３】実施例２のカラー電子写真装置の概略構成図。
【図４】実施例２の定着装置の概略構成図。
【図５】実施例２における加熱フィルム断面（ａ）と光量・温度分布（ｂ）の概念図。
【図６】実施例２における輻射光源の概略構成図。
【図７】実施例３の定着装置の概略構成図。
【図８】実施例３におけるフィルムガイド２３の概略構成図。
【図９】従来の電子写真装置の概略構成図。
【図１０】従来のローラ定着装置の概略構成図。
【図１１】従来のオンデマンド定着装置の概略構成図。
【符号の説明】
１：輻射光源（ハロゲンヒータ）
２：支持部材
３：加熱フィルム
４：サーミスタ
５：加圧ローラ
６：サーミスタ
７：加熱フィルム
２１：反射膜
２２：加熱フィルム
２３：フィルムガイド
Ｐ：転写材（転写紙）
Ｔ：現像剤（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】
2004094146.tif 000010
【図９】
2004094146.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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