(57)【要約】【課題】装置の立ち上げに要する時間が短く、記録材通紙時の消費電力を抑えられる像加熱装置を提供する。【解決手段】第１のローラ１−１と、前記第１のローラと共に搬送ニップ部Ｎ１−１を形成する第２のローラ１−２と、前記第１のローラ１−１をその外側から加熱する加熱手段１−８と、を有し、記録材１−４を前記搬送ニップ部で挟持搬送して記録材上に形成された像１−３を加熱する像加熱装置において、前記第１と第２のローラは、多孔質セラミックス材料でできた断熱層１−１ａ，１−２ａと、前記断熱層より外側の弾性層１−１ｂ，１−２ｂと、を有することを特徴とする。【選択図】図２
2005242321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のローラと、前記第１のローラと共に搬送ニップ部を形成する第２のローラと、前記第１のローラをその外側から加熱する加熱手段と、を有し、記録材を前記搬送ニップ部で挟持搬送して記録材上に形成された像を加熱する像加熱装置において、
前記第１と第２のローラは、多孔質セラミックス材料でできた断熱層と、前記断熱層より外側の弾性層と、を有することを特徴とする像加熱装置。
【請求項２】
前記断熱層は、無機質バインダーと、耐熱性無機質材料とを主成分とする焼成体であって、内部気孔率が３０〜９０％、嵩密度が０．２〜１．０ｇ／ｃｍ２の多孔質セラミックスにより形成さ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３】
前記多孔質セラミックスの嵩密度は０．３〜０．７ｇ／ｃｍ２であ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】
前記断熱層の厚みは１〜２０ｍｍであ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５】
前記断熱層の厚みは５〜１５ｍｍであることを特徴とする請求項４に記載の像加熱装置。
【請求項６】
前記弾性層は、厚み０．１〜１．５ｍｍのシリコーンゴム層であ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７】
前記弾性層は、厚み０．３〜１．０ｍｍのシリコーンゴム層であることを特徴とする請求項６に記載の像加熱装置。
【請求項８】
前記第１ローラの前記弾性層は、厚み１．０〜５．０ｍｍの発泡シリコーンゴム層であ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９】
前記第１のローラの前記弾性層は、厚み１．５〜３．５ｍｍの発泡シリコーンゴム層であることを特徴とする請求項８に記載の像加熱装置。
【請求項１０】
前記第１と第２のローラは更に、前記弾性層の外側に厚み３０〜１００μｍの離型層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。
【請求項１１】
前記第１と第２のローラの前記弾性層はシリコーンゴム層であり、前記記録材の移動方向において前記搬送ニップ部の幅は１〜３ｍｍ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１２】
前記第１のローラの前記弾性層は発泡シリコーンゴム層、前記第２のローラの前記弾性層はシリコーンゴム層であり、前記記録材の移動方向において前記搬送ニップ部の幅は３〜７ｍｍ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１３】
前記加熱手段は、ヒーターと前記ヒーターを支持する支持体と、内周面が前記ヒーターに接触し外周面が前記第１のローラに接触しつつ回転する可撓性のスリーブと、を有し、前記第１のローラは前記可撓性のスリーブを介して前記ヒーターにより加熱され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１４】
前記ヒーターの前記可撓性スリーブとの接触面は前記第１のローラーの外周面に沿った形状になっていることを特徴とする請求項１３に記載の像加熱装置。
【請求項１５】
前記ヒーターは導電物質を含有する多孔質セラミックスであることを特徴とする請求項１３に記載の像加熱装置。
【請求項１６】
前記加熱手段は、ヒーターと前記ヒーターの熱を前記第１のローラに伝熱する伝熱部材とを有し、前記伝熱部材は前記第１ローラの外周面に沿った形状の面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。
【請求項１７】
前記加熱手段は更に、内周面が前記伝熱部材に接触し外周面が前記第１のローラに接触しつつ回転する可撓性のスリーブを有することを特徴とする請求項１６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、電子写真記録技術や静電記録技術を用いた複写機やプリンタに搭載される加熱定着装置として用いれば好適な像加熱装置に関し、特に多孔質セラミックスの断熱層を有するローラを用いた像加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式を採用する画像形成装置における定着装置において、転写紙、ＯＨＰ等の記録材上に転写された未定着トナー像を記録材上に定着させる定着装置には加熱定着装置が広く利用されている。加熱定着装置としては加熱された定着ローラに加圧ローラを圧接させ、記録材を両ローラで挟持搬送しながら未定着トナー像を加熱溶融して未定着トナー像の定着を行う熱ローラ方式のものが広く用いられてきた。
【０００３】
図６に熱ローラ定着方式を採用した加熱定着装置の概略図を示す。定着ローラ５−１は金属製の芯金５−１ａの中にハロゲンランプ等の熱源５−２を収容し、外周面にシリコーンゴム等からなる弾性層５−１ｂおよびフッ素樹脂等の離型層５−１ｃを備えた構造となっている。定着ローラ５−１に圧接された加圧ローラ５−３は芯金５−３ａの外部に定着ローラ同様に外周面に弾性層５−３ｂおよび離型層５−３ｃが形成されている。
【０００４】
定着ローラ５−１の内部に収容された熱源５−２により定着ローラ全体５−１が温められる。また、そのエネルギーの一部は加圧ローラ５−３にも伝わり、加圧ローラ５−３も温められる。未定着トナー像５−４を載せた画像記録媒体としての転写材５−５が定着ローラ５−１および加圧ローラ５−３のニップＮ５を通過する際に未定着トナー像５−４が定着ローラ５−１および加圧ローラ５−３との接触伝熱により加熱溶融され、記録材５−５に定着される。
【０００５】
しかしながら熱ローラ方式の加熱定着装置では、定着ローラ５−１の芯金５−１ａの熱容量が大きいためにニップ部Ｎ５が所定の定着温度に立ち上げられるまでの時間が長くなる。省エネ化が求められる現在では、効率が良く、立上り時間の早い定着装置が要求されている。図７に横軸に時間、縦軸に電力をとり、熱ローラ定着方式の加熱定着装置の消費電力波形を示す。示されている電力波形Ａは、プリンタの電源が入った瞬間から連続２００枚プリント終了までに加熱定着装置が消費する電力の測定結果である。図中のグラフ線が示すところによると、７００Ｗの電力がおよそ１８０ｓｅｃの間投入された後、消費電力が５００Ｗ程度に下がっている。まず、７００Ｗの一定電力が消費されている区間は、定着装置の立上りの区間である。所定の定着温度まで定着装置を加熱するためにフルパワーで電力が消費され、電力波形は一定の電力を示す。定着装置が所定の定着温度まで立ち上げられると、用紙の搬送が始まり、プリントが開始される。このプリント開始は電力波形Ａに示される消費電力が７００Ｗから５００Ｗに変化するタイミングで示される。これは所定の温度を維持するための制御（温調）が始まったためである。プリント中には主として、装置からの放熱、プリント用紙が定着装置を通過する際に持ち去る熱およびトナーに与えられる熱を補うために電力が消費され、通常であれば、プリント中に消費する電力は定着装置立上時にフルパワーで投入される電力と比較して低い。したがって、定着装置の立上時間は消費電力の波形から読み取ることが可能なのである。
【０００６】
ここで、本発明の説明においては以下、いくつかの電力波形を示して立上り時間についての考察を述べるが、以上のメカニズムに基づき、フルパワーで消費された電力が変化して低くなるポイントまでに要した時間を定着装置の立上り時間として議論する。
【０００７】
立上時間を短縮することでファーストプリントアウトタイムの短縮ができ、ひいては消費電力低減につながる。立上り時間を短縮するためには定着ローラの熱容量を小さくしてやればよく、対応策の一つとして定着ローラの芯金肉厚を薄くして熱容量を小さくする方法が検討されてきた。しかし、定着ローラの肉厚を薄くするとローラの機械的強度が弱くなり、加圧ローラと接触するニップ部において定着ローラが弓なりに撓んで中央部の接触圧が弱くなり、ニップが減少し定着強度が低下してしまう。この不具合を防止するために定着ローラを補強する方法が各種提案されている。
【０００８】
特許文献１には内面に放射状のリブをローラ軸線に対して水平に設けた定着ローラが提案されている。また、特許文献２には放射状のリブをローラ軸線に対して傾斜させて延長させた内面構造をもつ定着ローラが提案されている。
【０００９】
図８には内面に放射状のリブをローラ軸線に対して水平に設けた定着ローラの概略図を示している。リブを設けた芯金６−１の外周面にシリコーンゴム等からなる弾性層６−２とフッ素樹脂からなる離型層６−３が備えられている。芯金６−１は内面のリブにより強化され、薄肉化しても強度を保つことができる。
【００１０】
これらの提案により定着ローラの薄肉化がなされ、ローラの強度を保持し、定着強度を保ちつつ、定着装置の立上り時間の短縮化がなされている。
【００１１】
また、定着ローラ内部に収容されていた熱源をローラ外部に配する外部加熱方式の熱ローラ定着装置の提案もなされている。
【００１２】
特許文献３では外部加熱装置を有し、加圧ローラに断熱性を有する材料を用いた熱ローラ定着装置の例が提案されている。特許文献４では外部加熱装置を有し、定着ローラに断熱性を有する材料を用いた熱ローラ定着装置の例が提案されている。
【００１３】
それぞれの構成において、外部加熱装置により定着ローラ表面を迅速に温めることが可能となり、定着装置の立上り時間を短縮することが可能となっている。
【００１４】
また、これらの提案では、加圧ローラもしくは定着ローラのどちらかが断熱性に優れた材料で構成されており、さらに立上り時間が短縮できるように構成されている。
【００１５】
特許文献３の構成では加圧ローラが硬度の高い断熱性に優れた材料で構成されており、対向する定着ローラは芯金上に弾性層を設けた構造となっている。断熱性に優れた材料としては硬度の高い多孔質のセラミックスが使用されており、圧力がかけられても気孔がつぶされることなく、断熱性を維持することが可能である。また、対向する定着ローラに弾性層を設けることで、定着ニップも確保している。この構成では、立上り時に定着ローラの熱が断熱された加圧ローラに奪われにくく、立上り速度を速める構成となっている。
【００１６】
一方、特許文献４の構成では定着ローラが断熱性の高い材料で構成されており、対向する加圧ローラは芯金上に弾性層を設けた構成となっている。断熱性に優れた材料としては硬度の高い多孔質のセラミックスが使用されており、圧力がかけられても気孔がつぶされることなく、断熱性を維持することが可能である。また、対向する加圧ローラに弾性層を設けることで、定着ニップも確保している。この構成では断熱された定着ローラの表面層のみを迅速に昇温できる効果が高まっており、立上り速度を早める構成となっている。
【００１７】
図９には外部加熱装置を備え、片方のローラが断熱性の優れた材料で構成された加熱定着装置の概略図を示す。定着ローラ７−１は金属製の芯金７−１ａの外周面に弾性層７−１ｂおよび離型層７−１ｃを備えた構造となっている。定着ローラ７−１に圧接された加圧ローラ７−２は芯金７−２ａの外部に多孔質セラミックスなどからなる断熱体層７−２ｂおよび離型層７−２ｃが形成されている。定着ローラ７−１の外部には金属製のローラ７−３ａ内にヒーター７−３ｂを備えた構造を有する加熱手段７−３が当接されており、この加熱手段７−３により定着ローラ７−１を加熱し、その表面温度が定着温度となってから、定着動作を行うものである。定着装置立上の際には定着ローラ７−１の表面近傍のみを温める為、迅速に定着ローラ７−１の表面温度を上昇させることが可能である。
【００１８】
さらに、加圧ローラ７−２が断熱されているため、立上の際に、定着ローラ７−１の表面の熱が加圧ローラ７−２に奪われにくく、例えば両方のローラがゴム等からなる弾性層で構成された場合より効率的に立ち上げることが可能となっている。
【００１９】
図１０に横軸に時間、縦軸に電力をとり、従来の熱ローラ定着方式と内面に放射状のリブをローラ軸線に対して水平に設けた定着ローラを用いた熱ローラ定着方式および、外部加熱装置を備えた熱ローラ定着方式における電力波形のグラフを示している。これらの電力波形は記録材の搬送速度が２００ｍｍ／ｓｅｃにおいて、未定着トナー像の記録材への定着強度が同じになるプロセス条件にて測定されたものである。
【００２０】
定着強度とは未定着画像を定着装置で定着し、定着された画像がどれだけの力で記録材上に定着しているかを表し、濃度低下率（単位：％）をもって表される。次に濃度低下率の測定方法を述べる。
【００２１】
未定着画像は、黒およびハーフトーン（灰色）の５ｍｍ角の画像がレターサイズ用紙の上に９ヶ所配されたものを用いる。
【００２２】
未定着画像のハーフトーンパターンは画素密度６００ｄｐｉを３×３のマトリックスで形成し、これを１ドット１スペースで千鳥状に形成したパターンである。
【００２３】
定着装置通紙後の画像のハーフトーンの濃度を濃度測定器（マクベス社製）にて測定後、専用の擦り試験機で画像を擦り、擦り後のハーフトーンの濃度を再び測定し、濃度の低下率を計算する。
【００２４】
擦り試験機は静電気により用紙を固定する台の上に用紙上に９ヶ所配された５ｍｍ角の黒およびハーフトーンパターンに合わせて２００ｇの金属製の重りを載せる構造となっている。用紙と重りの間にはシルボンＣ紙（小津産業社製）が挟まれている。用紙を固定する台は紙の長手方向に往復運動できるようになっており、このとき画像はシルボンＣ紙に擦られて欠落する。本例では５往復させて画像を擦った。
【００２５】
この濃度の低下率はレターサイズ用紙上の９ヶ所のハーフトーン画像全てに関して計算し、平均値を算出し、その条件での定着強度をあらわす指標とする。
【００２６】
今回の測定では室温２３℃、湿度５０％に保たれた実験室内で記録材としては坪量９０ｇのラフ紙（Ｆｏｘ  Ｒｉｖｅｒ  Ｐａｐｅｒ社製  フォックスリバーボンド）における濃度低下率が１０％となるように各定着方式におけるプロセス条件を定めた。
【００２７】
上記環境において濃度低下率１０％であれば、通常、指で強く擦っても紙からトナーが落ちないレベルであり、十分に実用に耐えうる水準にある。
【００２８】
図１０中の熱ローラ定着方式における電力波形Ａは図７でプロットされていたものと同じものである。
【００２９】
定着装置立上り時に７００Ｗの電力が消費され、その後、温調が開始されて消費電力が５００Ｗに低下している。通電開始からこの消費電力が低下するまでの時間は１８０ｓｅｃであり、立ち上がりに要した時間が１８０ｓｅｃとすることができる。
【００３０】
同様にグラフを観察してみると、内面にリブを設けて薄肉化した定着ローラを用いた熱ローラ定着方式および、外部加熱装置を備えた熱ローラ定着方式では立上り時間が大きく短縮化されている。
【００３１】
図１０中、Ｂで示される電力波形は、ローラ軸線に対して水平のリブを設けた定着ローラを用いた熱ローラ定着方式における電力波形である。これによると、７００Ｗ消費していた電力が５００Ｗに低下するまでの時間がおよそ６０ｓｅｃである。Ｃで示される電力波形は、外部加熱装置を備えた熱ローラ定着方式における電力波形であり、この定着方式では４０ｓｅｃで電力に変化が見られる。したがって、リブを設け、薄肉化した定着ローラを用いた熱ローラ方式では立上り時間が６０ｓｅｃであり、外部加熱装置を設けた熱ローラ方式では立上り時間が４０ｓｅｃと考えることができ、両方とも従来の熱ローラ方式と比較して大きく立上り時間を短縮していることがわかる。
【００３２】
ローラ薄肉化による熱容量の削減や、外部加熱装置で迅速に定着ローラ表面を暖め、さらに温められた定着ローラ表面から加圧ローラに熱が奪われにくい構成であったことで、立上り時間が短縮された。
【００３３】
熱容量の削減や、加熱方法の改善により、熱ローラ定着方式においても立上り時間の短縮化が進んでいる。
【００３４】
熱ローラ定着方式の加熱定着装置の改善が進む一方で、スタンバイ時に加熱定着装置に電力を供給する必要がなく、消費電力を極力抑えた方法、詳しくはヒーター部と加圧ローラの間に熱容量の小さい薄肉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装置の例が提案されている（特許文献５、６）。
【００３５】
図１１にフィルム加熱方式を採用する定着装置の概略図を示す。この装置は加熱体としてのセラミックヒーター９−１とこのヒーター９−１を断熱支持する支持体であるステー９−２とヒーター９−１を支持させたステー９−２に巻きつかせた耐熱樹脂材からなる薄肉円筒形状の定着フィルム９−３と定着フィルム９−３をはさんでヒーター９−１と圧接してニップ部Ｎ９を形成する加圧ローラ９−４などからなる。
【００３６】
加圧ローラ９−４の回転駆動がなされ、これに伴い定着フィルム９−３が従動回転し、ヒーター９−１に通電がなされて所定の温度に温調されている状態においてニップ部Ｎ９に未定着トナー像９−５を載せた記録材９−６が搬送され、ニップ部Ｎ９に導入され、定着フィルム９−３といっしょにニップ部Ｎ８を挟持搬送させることによりヒーター９−１の熱を定着フィルム９−３を介して記録材９−６に付与して未定着トナー像９−５を定着する。
【００３７】
定着フィルム９−３は薄肉で熱容量が小さく、かつ熱応答性が良いため、ヒーター９−１に通電がなされて所定の温度に温調されるまでに要する時間が短く、これに伴う省電力が実現される。
【００３８】
図１２に横軸に時間、縦軸に電力をとり、各加熱方式において、プリンタの電源が入った瞬間から連続２００枚プリント終了までに加熱定着装置が消費する電力の波形をプロットした結果を示す。これらの電力波形は記録材の搬送速度が２００ｍｍ／ｓｅｃにおいて、未定着トナー像の記録材への定着強度が同じになるプロセス条件にて測定されたものである。Ａ〜Ｃで表される電力波形は熱ローラ方式および内面にリブを設けた定着ローラでの熱ローラ方式の３つの定着方式によるものであり、これらは図７および図１０に示されているプロットと同じものである。図１２中、Ａの波形よると、熱ローラ方式では７００Ｗの電力がヒーターに投入された時には完全に立ち上がるまでにおよそ１８０秒かかっている。Ｂの波形よると内面にリブを設けることで薄肉化した定着ローラを用いた熱ローラ方式ではローラの熱容量が低減されたため、定着装置の立上り時間が短縮され、６０ｓｅｃまで短縮されている。Ｃの波形よると外部加熱装置を設けて定着ローラ表面の温度を迅速に上げることで立上り時間を短縮でき、立上り時間は４０ｓｅｃまで短縮されている。Ｄで表されるフィルム加熱方式ではさらに熱容量の小さい部材が使用されている。通電開始初期に７００Ｗ消費していた電力がすぐに５００Ｗまで低下しており、ここまでに要した時間はおよそ１０ｓｅｃである。したがって立上に要する時間は１０ｓｅｃであり、他の加熱定着方式と比較して非常に速い定着装置の立ち上がりを実現している。
【００３９】
このように定着装置全体が温まって温調開始されるまでの時間が短縮され、省エネ化がなされてきた。
【００４０】
熱ローラ定着方式においては、内面リブ構造を設けた薄肉ローラにより熱容量の削減がなされて立上り時間が短くなり、また、外部加熱装置で定着ローラ表面近傍を迅速に暖め、対向する加圧ローラの断熱性を高め、熱を奪われにくくする構成によって、立上り時間の短縮が進んできた。また、フィルム加熱方式では熱容量の小さいフィルムを採用することで、さらに立上り時間の短縮化がなされた。
【特許文献１】特開昭５９−１５５８７５号公報
【特許文献２】特開平１１−１４９２２６号公報
【特許文献３】特開２００２−４０８５５号公報
【特許文献４】特開２００２−２２１２１９号公報
【特許文献５】特開平２−１５７８７８号公報
【特許文献６】特開平４−４４０７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００４１】
しかし、図１２にも示されるように、熱ローラ定着方式および薄肉の定着ローラを用いた熱ローラ定着方式、外部加熱装置を有する熱ローラ方式、フィルム加熱方式、いずれの方式においても、記録材通紙時における消費電力には大きな変化はなく、ほぼ同等の電力を消費する。トナーを定着させる要因は主に伝熱による効果が支配的であり、通紙時においては熱の移動が上下ローラ間のニップを介して行われる。また、通紙中も伝熱依存の定着が支配的であるため、どの定着方式においても、温調開始後のプリント中の平均消費電力はほぼ同等（約５００Ｗ）であった。
【００４２】
加熱定着方式では、記録材上の未定着トナー像に定着ニップ内で接触伝熱により熱を付与して定着を行うものであり、記録材通過時にニップ内の熱の多くは記録材によって持ち去られてしまう。
【００４３】
同じトナーを用い、同じ記録材搬送速度において、同じ定着強度を得るためにはどの方式においても同じだけの熱量をニップ内に供給する必要があり、記録材通過時に奪われる熱量もほぼ同等となる。
【００４４】
したがってそれを補うために消費する電力はどの方式においてもほぼ同等となるのである。
【００４５】
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、記録材通紙時の消費電力を抑えられる像加熱装置を提供することにある。
【００４６】
本発明の他の目的は、装置の立ち上げに要する時間が短く、記録材通紙時の消費電力を抑えられる像加熱装置を提供することにある。
【００４７】
本発明の更なる目的は添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読むことにより明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００４８】
上記目的を達成するための本発明に係る像加熱装置の代表的な構成は、第１のローラと、前記第１のローラと共に搬送ニップ部を形成する第２のローラと、前記第１のローラをその外側から加熱する加熱手段と、を有し、記録材を前記搬送ニップ部で挟持搬送して記録材上に形成された像を加熱する像加熱装置において、前記第１と第２のローラは、多孔質セラミックス材料でできた断熱層と、前記断熱層より外側の弾性層と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００４９】
上記の装置構成により、省電力性に優れた像加熱装置を構成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
【実施例１】
【００５１】
（１）画像形成装置例
図１に本発明に係る定着装置を備えた画像形成装置を示す。本例の画像形成装置は転写式電子写真プロセス利用のレーザービームプリンタである。本例の画像形成装置は、像担持体としてドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラム）１０１を備えている。感光ドラム１０１は、装置本体Ｍによって回転自在に支持されており、駆動手段（不図示）によって矢印Ｒ１方向に所定のプロセススピードで回転駆動される。感光ドラム１０１の周囲には、その回転方向に沿ってほぼ順に、帯電ローラ（帯電装置）１０２、露光手段１０３、現像装置１０４、転写ローラ（転写装置）１０５、クリーニング装置１０６が配設されている。また、装置本体Ｍの下部には、紙等のシート状の画像記録媒体としての記録材（転写材）１−４を収納した給紙カセット１０７が配置されており、記録材１−４の搬送経路に沿って上流側から順に、給紙ローラ１０８、搬送ローラ１０９、トップセンサ１１０、搬送ガイド１１１、本発明に係る定着装置１、排紙センサ１１２、搬送ローラ１１３、排紙ローラ１１４、排紙トレイ１１５が配置されている。
【００５２】
駆動手段によって矢印Ｒ１方向に回転駆動された感光ドラム１０１は、帯電ローラ１０２によって所定の極性、所定の電位に一様に帯電される。帯電後の感光ドラム１０１は、その表面に対しレーザー光学系等の露光手段１０３によって画像情報に基づいた画像露光Ｌがなされ、露光部分の電荷が除去されて静電潜像が形成される。静電潜像は、現像装置１０４によって現像される。現像装置１０４は、現像ローラ１０４ａを有しており、この現像ローラ１０４ａに現像バイアスを印加して感光ドラム１０１上の静電潜像にトナーを付着させトナー像として現像（顕像化）する。トナー像は、転写ローラ１０５によって紙等の記録材１−４に転写される。
【００５３】
記録材１−４は、給紙カセット１０７に収納されており、給紙ローラ１０８によって給紙され、搬送ローラ１０８によって搬送され、トップセンサ１１０を介して、感光ドラム１０１と転写ローラ１０５との間の転写ニップ部に搬送される。このとき記録材１−４は、トップセンサ１１０によって先端が検知され、感光ドラム１０１上のトナー像と同期がとられる。転写ローラ１０５には、転写バイアスが印加され、これにより、感光ドラム１０１上のトナー像が記録材１−４上の所定の位置に転写される。
【００５４】
転写によって表面に未定着トナー像を担持した記録材１−４は、搬送ガイド１１１に沿って定着装置１に搬送され、ここで未定着トナー像が加熱、加圧されて記録材１−４の表面に定着される。
【００５５】
トナー像定着後の記録材１−４は、搬送ローラ１１３によって搬送され、排紙ローラ１１４によって装置本体Ｍの上面の排紙トレイ１１５上に排出される。
【００５６】
一方、記録材１−４に対するトナー像転写後の感光ドラム１０１は、記録材１−４に転写されないで表面に残ったトナーがクリーニング装置１０６のクリーニングブレード１０６ａによって除去され、次の画像形成に供される。
【００５７】
以上の動作を繰り返すことで、次々と画像形成を行なうことができる。
【００５８】
（２）定着装置（像加熱装置）１
図２に定着装置１の構造を示す。本実施例の定着装置１は、互いに圧接させてニップ部（搬送ニップ部）Ｎ１−１を形成させた第１と第２のローラ（定着部材）としての定着ローラ（第１のローラ）１−１と加圧ローラ（第２のローラ）１−２を有し、定着ローラ１−１を外部加熱手段（加熱手段）で加熱し、ニップ部Ｎ１−１でトナー画像１−３を担持した記録材１−４を挟持搬送してトナー画像を記録材１−４に定着させる定着部材外部加熱方式の定着装置である。
【００５９】
定着ローラ１−１はローラ基体１−１ａが外径４０ｍｍ、内径２０ｍｍの多孔質セラミックス（断熱層）であり、ローラ基体１−１ａの外周面に弾性体層（弾性層）として厚さおよそ１ｍｍのシリコーンゴム層１−１ｂと、さらにその外周面に離型層としてフッ素樹脂層１−１ｃを３０μｍの厚さで設けた構成を持つ。
【００６０】
加圧ローラ１−２はローラ基体１−２ａが外径４０ｍｍ、内径２０ｍｍの多孔質セラミックス（断熱層）であり、ローラ基体の外周面に弾性体層（弾性層）として厚さおよそ０．３ｍｍのシリコーンゴム層１−２ｂと、さらにその外周面に離型層としてフッ素樹脂層１−２ｃを３０μｍの厚さで設けた構成を持つ。
【００６１】
本実施例で用いた多孔質セラミックスは無機質バインダーと耐熱性無機質材料の混合物の焼成体であって、内部気孔率が３０〜９０％、より好ましくは、５０％〜９０％を占めるものであり、嵩密度が０．２〜１．０ｇ／ｃｍ２、より好ましくは０．３〜０．７ｇ／ｃｍ２であり、熱伝導度が０．１〜０．２Ｗ／ｍＫのものを使用した。
【００６２】
無機質バインダーは多孔質セラミックスの焼成工程において無機質材料を相互に結合する材料であり、例えばガラスフリット、コロダイルシリカ、アルミナゾル、シリカゾル、珪酸ソーダ、チタニアゾル、珪酸リチウム、水ガラスなどが挙げられる。
【００６３】
また、耐熱性無機質材料としてはアルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、ゼオライト、炭化珪素、チタン酸カリウム、炭酸カルシウムなどが挙げられる。
【００６４】
加圧ローラ１−２は定着ローラ１−１の下側に並行に配し、所定の圧力で加圧圧接されており、ニップ部Ｎ１−１を形成させている。
【００６５】
定着ローラ１−１が不図示の駆動系により矢印の時計方向に回転駆動され、加圧ローラ１−２は定着ローラ１−１の回転方向に従動して回転し、ニップ部Ｎ１−１に未定着トナー像１−３を載せた記録材１−４が導入されたときに定着ローラ１−１と協働して記録材１−４を挟持搬送する。本実施例では記録材１−４の搬送速度は２００ｍｍ／ｓｅｃとしている。
【００６６】
本実施例において外部加熱手段１−８は定着ローラ１−１を外部から加熱する手段であり、従来公知のフィルム加熱方式のセラミックヒーターユニットを使用している。すなわち、この外部加熱手段１−８は、加熱体としてのセラミックヒーター１−５と、このヒーターを断熱支持する支持体であるステー１−６と、内周面がヒーター１−５に接触し外周面が定着ローラに接触しつつ回転する薄肉円筒形状のフィルム（可撓性のスリーブ）１−７からなる。この外部加熱手段１−８をヒーター１−５側を定着ローラ１−１に対して並行になるように配列し、総圧１０ｋｇ（９８Ｎ）で定着ローラ１−１に圧接させてある。このとき定着ローラ１−１とヒーター１−５によりニップ部（加熱ニップ部）Ｎ１−２が形成される。このときのニップ部Ｎ１−２の幅はおよそ６ｍｍであった。定着ローラ１−１が回転駆動され、それに伴って、外部加熱手段１−８のフィルム１−７がヒーター１−５およびステー１−６と摺動摩擦しながら従動回転状態となる。その後、ヒーター１−５に通電がなされて発熱し、定着ローラ１−１表面が加熱される。定着ローラ１−１の外部加熱手段１−８およびニップ部Ｎ１−１の間の周上に温度検知手段１−９、詳しくはＮＴＣ(negative temperature coefficient)サーミスタが当接されており、定着ローラ１−１の表面温度をモニターするように構成されている。この温度検知手段１−９により定着ローラ温度検知情報が不図示の制御回路に入力する。制御回路は温度検知手段１−９から入力する定着ローラの検知温度が所定の温度（定着温度）に維持されるように外部加熱手段１−８の、ヒーター１−５に対する電力供給を制御する。これにより定着ローラ１−１の表面温度は所定の温度に温調される。
【００６７】
本実施例においては、定着ローラ１−１と加圧ローラ１−２の間にかかる荷重を１０ｋｇ〜５０ｋｇ（９８Ｎ〜４９０Ｎ）まで１０ｋｇ（９８Ｎ）刻みで変化させて実施例１−１〜１−５とした。
【００６８】
実施例１−１〜１−５では、室温２３℃、湿度５０％に保たれた実験室内で坪量９０ｇのラフ紙（Fox River Paper社製  フォックスリバーボンド）における濃度低下率が１０％となるような定着温度を測定し、その温調温度における、定着装置電源ｏｎから２００枚連続プリント終了までの消費電力を測定した。定着強度の指標としての濃度低下率についての説明は前出であるのでここでの説明は省く。また、各荷重における定着ローラ１−１および加圧ローラ１−２の間のニップ部Ｎ１−１の幅も比較した。表１に測定の結果をまとめる。
【００６９】
【表１】
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【００７０】
各実施例１−１〜１−５においてニップ幅はほぼ変化しなかった。これは厚さ１ｍｍという薄い（定着ローラの）弾性層（加圧ローラの弾性層を含めても弾性層の総厚は１．３ｍｍであり非常に薄い）が圧縮されて、弾性層下の多孔質セラミックス層の硬度の影響が現れているからである。実施例１−１〜１−５へ荷重が大きくなるのに伴い、ハーフトーン濃度低下率が１０％を達成する定着温度が低下している。実施例１−１において荷重が１０ｋｇの場合には定着温度が１８５℃であったが、実施例１−５においては荷重５０ｋｇで定着温度が１５０℃まで低下してきている。これは、荷重が増してもニップ幅が増えない構成のため、ニップ内の圧力が高まったためである。圧力が高まると、トナーはローラと記録材の間でより扁平に押しつぶされるようになり、ローラおよび記録材との接触面積が大きくなってくる。この状態ではトナーは熱伝導性が通常時よりも向上しているため、少量の熱の付与で熱がトナー全体に良く伝わり、トナーを溶融せしめることができるようになる。すなわち、本実施例の構成では、トナーを定着させる要因の伝熱依存性が低くなり、圧力依存性が高まっているのである。したがって、定着時に消費される熱量を低く抑えることができるようになり、定着温度が低下するのである。定着温度の低下に伴い、プリント中に消費する電力も低下する。実施例１−１では定着温度が１８５℃でプリント中に消費する電力は５００Ｗであったが、実施例１−５では定着温度が１５０℃に下がり、プリント中に消費する電力も３５０Ｗまで低下している。
【００７１】
図１３に横軸に時間、縦軸に電力をとり、本実施例において、プリンタの電源が入った瞬間から連続２００枚プリント終了までに加熱定着装置が消費する電力の波形をプロットした結果を示す。本実施例を代表して実施例１−５の電力波形が図中のＥの線で示されている。また、比較例として従来の熱ローラ定着方式、定着ローラを薄肉化した熱ローラ定着方式およびフィルム加熱方式を利用した加熱定着装置での測定結果も波形Ａ〜Ｄで示している。これらの電力波形は記録材の搬送速度が２００ｍｍ／ｓｅｃにおいて、未定着トナー像の記録材への定着強度が同じになるプロセス条件にて測定されたものである。定着強度に関しては前出であるのでここでは説明をしない。
【００７２】
図１３中の電力波形Ａ〜Ｄは図１２にプロットされているものと同様のものを記載している。図１３中、Ａの波形よると、熱ローラ方式では７００Ｗの電力がヒーターに投入された時には完全に立ち上がるまでにおよそ１８０秒かかっている。Ｂの波形よると内面にリブを設けることで薄肉化した定着ローラを用いた熱ローラ方式ではローラの熱容量が低減されたため、定着装置の立上り時間が短縮され、６０ｓｅｃまで短縮されている。Ｃの波形よると外部加熱装置１−８を設けて定着ローラ表面の温度を迅速に上げることで立上り時間を短縮でき、立上り時間は４０ｓｅｃまで短縮されている。Ｄで表されるフィルム加熱方式ではさらに熱容量の小さい部材が使用されている。通電開始初期に７００Ｗ消費していた電力がすぐに５００Ｗまで低下しており、ここまでに要した時間はおよそ１０ｓｅｃである。したがって立上に要する時間は１０ｓｅｃであり、他の加熱定着方式と比較して非常に速い定着装置の立ち上がりを実現している。Ｅで示される電力波形は本実施例１−５における電力波形である。通電開始初期に７００Ｗの消費されていた電力が、１０ｓｅｃ後に変化し、その後およそ３５０Ｗまで低下している。
【００７３】
ここで、本実施例１−５における電力波形の挙動について説明する。本実施例の構成では定着ローラが断熱されているため、定着ローラの弾性体層に必要な熱量を蓄熱させて定着ローラ表面を迅速に所定の温度に加熱することができる。この時、弾性体層下は断熱層で構成されているので、熱の伝達が極力抑えられ、ローラ表面にトラップされた熱がニップ部Ｎ１−１に運ばれる。定着ローラ１−１および加圧ローラ１−２によって形成されるニップ部Ｎ１−１の記録材移動方向の幅は狭く、加圧ローラ１−２も断熱性材料を基体としているため、加圧ローラ１−２に定着ローラ１−１の弾性層１−１ｂからの熱が伝わりにくい構成となっている。
【００７４】
そのため、迅速な立ち上がりが可能であり、電力波形Ｄに示されるフィルム加熱方式の定着方式と同等の１０ｓｅｃという立上り時間を示した。これは、荷重が増してもニップ幅が増えない構成のため、ニップ内の圧力が高まったためである。また、本実施例１−５では５０ｋｇ（４９０Ｎ）の荷重が幅３ｍｍのニップ部Ｎ１−１に対してかけられており、ニップ内圧力は非常に高くなっている。
【００７５】
従来の定着方式（図１２に示される、熱ローラ定着方式やフィルム加熱方式を含む）では定着ニップ幅は通常６ｍｍ以上形成されている。これはトナーを定着させる要因が本実施例と異なっていることに起因する。従来の定着方式では伝熱によるトナーの定着が支配的であり、そのためニップ幅を広く取ってなるべくトナーが熱をたくさん吸収できるように構成されている。
【００７６】
本実施例においては高い荷重を狭いニップにかけるように構成し、トナーの定着の要因としては圧力が支配的となるように構成されている。圧力が高まると、トナーはローラと記録材の間でより扁平に押しつぶされるようになり、ローラおよび記録材との接触面積が大きくなってくる。この状態ではトナーは熱伝導性が通常時よりも向上しているため、少量の熱の付与で熱がトナー全体に良く伝わり、トナーを溶融せしめることができるようになる。したがって、定着時に消費される熱量を低く抑えることができるようになり、定着温度が低下するのである。図１３に示されるように、本実施例における加熱定着装置では連続通紙中の消費電力が他の定着方式を利用した加熱定着装置と比較して低く抑えられていることがわかる。フィルム加熱定着方式と同等の定着装置立上り時間（１０ｓｅｃ）を示し、通紙中の平均消費電力は他の定着方式と比較しておよそ１５０Ｗ低い３５０Ｗを示した。
【００７７】
以上、本発明により立上り時間が短く、通紙中においても消費電力が低い、省電力性に優れた加熱定着装置を提供することが可能である。
【００７８】
なお、本発明のように、立上り時間が短く、通紙中においても消費電力が低い、省電力性に優れた加熱定着装置を提供するには、定着ローラ及び加圧ローラ共に、多孔質セラミックス層（断熱層）の嵩密度が０．２〜１．０ｇ／ｃｍ２、より好ましくは０．３〜０．７ｇ／ｃｍ２であるのが好ましい。また、定着ローラ及び加圧ローラ共に、断熱層の厚みは１〜２０ｍｍ、好ましくは５〜１５ｍｍに設定するのが好ましい。また、定着ローラ及び加圧ローラ共に、シリコーンゴムの弾性層は厚み０．１〜１．５ｍｍ、好ましくは０．３〜１．０ｍｍに設定するのが好ましい。また、定着ローラ及び加圧ローラ共に、離型層の厚みは３０〜１００μｍに設定するのが好ましい。また、本実施例のように定着ローラと加圧ローラの弾性層が共にシリコーンゴムの場合、搬送ニップ部の記録材移動方向の幅は１〜３ｍｍになるように設定するのが好ましい。
【実施例２】
【００７９】
本実施例２では外部加熱手段の熱源としてハロゲンランプを用い、定着ローラ表面に沿う形状を有する伝熱部材を介して定着ローラを加熱する構成とした。図３に実施例２における加熱定着装置の概略図を示す。本実施例２のような構成にすることで、外部加熱手段と定着ローラのニップ幅（加熱ニップ幅）が増大し、より効率よく定着ローラを加熱し、定着装置の立上り時間を短縮することができるようになる。
【００８０】
定着ローラ２−１はローラ基体２−１ａが外径４０ｍｍ、内径２０ｍｍの多孔質セラミックスであり、ローラ基体２−１ａの外周面に弾性体層として厚さおよそ１ｍｍのシリコーンゴム層２−１ｂと、さらにその外周面に離型層としてフッ素樹脂層２−１ｃを３０μｍの厚さで設けた構成を持つ。
【００８１】
加圧ローラ２−２はローラ基体２−２ａが外径４０ｍｍ、内径２０ｍｍの多孔質セラミックスであり、ローラ基体２−２ａの外周面に弾性体層として厚さおよそ０．３ｍｍのシリコーンゴム層２−２ｂと、さらにその外周面に離型層としてフッ素樹脂層２−２ｃを３０μｍの厚さで設けた構成を持つ。
【００８２】
本実施例で用いた多孔質セラミックスは無機質バインダーと耐熱性無機質材料の混合物の焼成体であって、内部気孔率が３０〜９０％、より好ましくは、５０％〜９０％を占めるものであり、嵩嵩密度が０．２〜１．０ｇ／ｃｍ２、より好ましくは０．３〜０．７ｇ／ｃｍ２であり、熱伝導度が０．１〜０．２Ｗ／ｍＫのものを使用した。
【００８３】
無機質バインダーは多孔質セラミックスの焼成工程において無機質材料を相互に結合する材料であり、例えばガラスフリット、コロダイルシリカ、アルミナゾル、シリカゾル、珪酸ソーダ、チタニアゾル、珪酸リチウム、水ガラスなどが挙げられる。
【００８４】
また、耐熱性無機質材料としてはアルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、ゼオライト、炭化珪素、チタン酸カリウム、炭酸カルシウムなどが挙げられる。
【００８５】
加圧ローラ２−２は定着ローラ２−１の下側に並行に配し、総圧５０ｋｇ（４９０Ｎ）で加圧圧接されており、約３ｍｍのニップ部（搬送ニップ部）Ｎ２−１を形成させている。
【００８６】
加圧ローラ２−２は定着ローラ２−１の回転方向に従動して回転し、ニップ部Ｎ２−１に未定着トナー像２−３を載せた記録材２−４が導入されたときに定着ローラ２−１と協働して記録材２−４を挟持搬送する。本実施例では記録材２−４の搬送速度は２００ｍｍ／ｓｅｃとしている。
【００８７】
外部加熱手段２−５は定着ローラ２−１を外部から加熱する手段である。熱源（ヒータ）２−６はハロゲンランプやカーボンランプ等の輻射加熱源を用いる。本実施例２では直径６ｍｍ、定格電圧１２０Ｖ、消費電力７００Ｗのハロゲンランプを使用した。熱源２−６は定着ローラ１側に開口した反射板２−７で覆われており、反射板の開口部は黒色表面を有し、定着ローラ２−１の外周部に沿う形状を有する熱伝導性の高い金属材料でなる黒色曲面伝熱板（伝熱部材）２−８によってふさがれた構造となっている。反射板としてはハロゲンランプ側の面に鏡面加工が施されたアルミニウム板を使用し、黒色曲面伝熱板としては黒色表面加工が施されたりん青銅を使用した。また、本実施例の外部加熱手段は、内周面が伝熱部材に接触し外周面が定着ローラに接触しつつ回転するフィルム（可撓性のスリーブ）を有する。この外部加熱手段２−５が定着ローラ２−１に圧接されると、定着ローラ２−１に沿う形状を有する黒色曲面伝熱板２−８はフィルム２−９を介して定着ローラ２−１に密着しニップ部（加熱ニップ部）Ｎ２−２を形成する。ハロゲンランプ２−６に通電されると、ハロゲンランプ２−６からの輻射伝熱効果によりローラに沿った形状の黒色曲面伝熱板２−８を介して、ニップ部に熱が供給される。
【００８８】
黒色曲面伝熱板２−８が定着ローラ２−１に沿う形状を持って定着ローラ２−１と接触することで、黒色曲面伝熱板２−８とローラのニップ幅Ｎ２−２を広く取ることが可能となる。本実施例２では定着ローラ２−１と黒色曲面伝熱板２−８とのニップ幅はおよそ１２ｍｍであった。
【００８９】
定着ローラ２−１の外部加熱手段２−５および搬送ニップ部Ｎ２−１の間の周上に温度検知手段２−１０、詳しくはＮＴＣサーミスタが当接されており、定着ローラ２−１の表面温度をモニターするように構成されている。この温度検知手段２−１０により定着ローラ温度検知情報が不図示の制御回路に入力する。制御回路は温度検知手段２−１０から入力する定着ローラの検知温度が所定の温度（定着温度）に維持されるように外部加熱手段２−５のハロゲンランプ２−６に対する電力供給を制御する。これにより定着ローラ２−１の表面温度は所定の温度に温調される。ニップ部Ｎ２−１でトナー画像２−３を担持した記録材２−４を挟持搬送してトナー画像を記録材２−４に定着させる。
【００９０】
今、室温２３℃、湿度５０％に保たれた実験室内で坪量９０ｇのラフ紙（フォックスリバーボンド）における濃度低下率が１０％となるようにプロセス条件を定め、ハロゲンランプには７００Ｗの電力を投入し、記録材を搬送速度２００ｍｍ／ｓｅｃで２００枚連続プリントしたところ、定着装置立ち上がりに要した時間はおよそ７ｓｅｃであった。また、連続通紙中の平均消費電力はおよそ３５０Ｗであった。
【００９１】
本実施例２では外部加熱手段２−５内に定着ローラ２−１と沿った形状を有する伝熱板２−８を配し、伝熱板２−８と定着ローラ２−１のニップ部Ｎ２−２を広げた構成をとった。これにより、１２ｍｍという、例えば実施例１における加熱ニップ幅６ｍｍと比較して幅広の加熱ニップを形成することが可能となり、短時間でより多くの熱を定着ローラ２−１に付与することが可能となり、定着装置の立上り時間を短縮することができた。定着ローラ２−１と加圧ローラ２−２の間にかかる荷重は５０ｋｇ（４９０Ｎ）、搬送ニップ部Ｎ２−１の幅は３ｍｍで、この部分の構成は実施例１と同等であり、圧力依存性が高い定着を行うことが可能で、実施例１−５と同等のプリント中消費電力を実現した。
【００９２】
本実施例２においては外部加熱手段として曲面の伝熱板によりハロゲンランプからの熱の供給を行うという機構にした。曲面の伝熱板で定着ローラとのニップを形成することにより、より広いニップ幅を実現し、立上の際に効率よく定着ローラを温めることが可能となり、実施例１よりも更に立上り時間を短縮することができた。
【実施例３】
【００９３】
図４に本実施例３における加熱定着装置の概略図を示す。本実施例３では外部加熱手段の熱源（加熱体）として多孔質セラミックス３−６を用いた。多孔質セラミックス３−６は通常絶縁物質であるが、カーボン等の導電性物質を混入することで導電性を高め、発熱体として使用することが可能となる。また、硬度が高い一方で、脆性も高く、削りなどによる形状の加工が容易である。
【００９４】
本実施例３ではヒータとして用いる多孔質セラミックス３−６の定着ローラ３−１に接する面を加工し、定着ローラ３−１の外周面に沿う曲面形状を持たせた。そのような加工を施すことで、外部加熱手段と定着ローラのニップ部における密着性が高くなり、より効率的に定着ローラ３−１を温めることが可能となる。
【００９５】
定着ローラ３−１はローラ基体３−１ａが外径４０ｍｍ、内径２０ｍｍの多孔質セラミックスであり、ローラ基体３−１ａの外周面に弾性体層として厚さおよそ１ｍｍのシリコーンゴム層３−１ｂと、さらにその外周面に離型層としてフッ素樹脂層３−１ｃを３０μｍの厚さで設けた構成を持つ。
【００９６】
加圧ローラ３−２はローラ基体３−２ａが外径４０ｍｍ、内径２０ｍｍの多孔質セラミックスであり、ローラ基体３−２ａの外周面に弾性体層として厚さおよそ０．３ｍｍのシリコーンゴム層３−２ｂと、さらにその外周面に離型層としてフッ素樹脂層３−２ｃを３０μｍの厚さで設けた構成を持つ。
【００９７】
本実施例で用いた多孔質セラミックスは無機質バインダーと耐熱性無機質材料の混合物の焼成体であって、内部気孔率が３０〜９０％、より好ましくは、５０％〜９０％を占めるものであり、嵩密度が０．２〜１．０ｇ／ｃｍ２、より好ましくは０．３〜０．７ｇ／ｃｍ２であり、熱伝導度が０．１〜０．２Ｗ／ｍＫのものを使用した。
【００９８】
無機質バインダーは多孔質セラミックスの焼成工程において無機質材料を相互に結合する材料であり、例えばガラスフリット、コロダイルシリカ、アルミナゾル、シリカゾル、珪酸ソーダ、チタニアゾル、珪酸リチウム、水ガラスなどが挙げられる。
【００９９】
また、耐熱性無機質材料としてはアルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、ゼオライト、炭化珪素、チタン酸カリウム、炭酸カルシウムなどが挙げられる。  加圧ローラ３−２は定着ローラ３−１の下側に並行に配し、総圧５０ｋｇ（４９０Ｎ）で加圧圧接されており、約３ｍｍのニップ部Ｎ３−１を形成させている。
【０１００】
加圧ローラ３−２は定着ローラ３−１の回転方向に従動して回転し、ニップ部Ｎ３−１に未定着トナー像３−３を載せた記録材３−４が導入されたときに定着ローラ３−１と協働して記録材３−４を挟持搬送する。本実施例では記録材３−４の搬送速度は２００ｍｍ／ｓｅｃとしている。
【０１０１】
外部加熱手段３−５は定着ローラ３−１を外部から加熱する手段である。加熱体３−６はカーボンを混入させて導電性を高め、通電による発熱が可能な多孔質セラミックスである。本実施例３では抵抗を１７．１Ωに調整し、定着ローラ３−１に接する面を削りによって加工し、曲率半径４０ｍｍの曲面形状を持たせた多孔質セラミックスを使用した。
【０１０２】
外部加熱手段３−５は、加熱体としての多孔質セラミックス３−６と、この加熱体を断熱支持する支持体であるステー３−７と、内周面が多孔質セラミックス３−６に接触し外周面が定着ローラに接触しつつ回転する耐熱樹脂材からなる薄肉円筒形状のフィルム（可撓性のスリーブ）３−８からなる。
【０１０３】
この外部加熱手段３−５は加熱体３−６の曲面側を定着ローラ３−１に対して並行になるように配列し、総圧１０ｋｇ（９８Ｎ）で定着ローラ３−１に圧接されている。このとき定着ローラ３−１と加熱体３−６により加熱ニップ部Ｎ３−２が形成される。このときのニップ部Ｎ３−２の幅はおよそ１０ｍｍであった。
【０１０４】
定着ローラ３−１が回転駆動され、それに伴って、外部加熱手段３−５のフィルム３−８が加熱体３−６およびステー３−７と摺動摩擦しながら回転状態となる。その後、加熱体３−６に通電がなされて発熱し、定着ローラ３−１表面が加熱される。
【０１０５】
定着ローラ３−１の外部加熱手段３−５および搬送ニップ部Ｎ３−１の間の周上に温度検知手段３−９、詳しくはＮＴＣサーミスタが当接されており、定着ローラ３−１の表面温度をモニターするように構成されている。
【０１０６】
この温度検知手段３−９により定着ローラ温度検知情報が不図示の制御回路に入力する。制御回路は温度検知手段３−９から入力する定着ローラの検知温度が所定の温度（定着温度）に維持されるように外部加熱手段３−５の加熱体としての多孔質セラミックス３−６に対する電力供給を制御する。これにより定着ローラ３−１の表面温度は所定の温度に温調される。ニップ部Ｎ３−１でトナー画像３−３を担持した記録材３−４を挟持搬送してトナー画像を記録材２−４に定着させる。
【０１０７】
今、室温２３℃、湿度５０％に保たれた実験室内で坪量９０ｇのラフ紙（フォックスリバーボンド）における濃度低下率が１０％となるようにプロセス条件を定め、加熱体３−６には７００Ｗの電力を投入し、記録材を搬送速度２００ｍｍ／ｓｅｃで２００枚連続プリントしたところ、定着装置立ち上がりに要した時間はおよそ８ｓｅｃであった。また、連続通紙中の平均消費電力はおよそ３５０Ｗであった。
【０１０８】
本実施例３では外部加熱手段３−５内に定着ローラ３−１の外周面に沿った形状を有する加熱体３−６を配し、加熱体３−６と定着ローラ３−１の加熱ニップ部Ｎ３−２を広げた構成をとった。これにより、１０ｍｍという、例えば実施例１における加熱ニップ幅６ｍｍと比較して幅広のニップを形成することが可能となり、短時間でより多くの熱を定着ローラ３−１に付与することが可能となり、定着装置の立上り時間を短縮することができた。実施例１では外部加熱手段と定着ローラのニップが６ｍｍで立上り時間が１０ｓｅｃ、実施例２では外部加熱手段と定着ローラのニップが１２ｍｍで立上り時間が７ｓｅｃであった。本実施例３では外部加熱手段と定着ローラのニップが１０ｍｍで、立上り時間は８ｓｅｃであった。
【０１０９】
実施例１、実施例３、実施例２の順に外部加熱手段と定着ローラのニップ幅が増えるに従い、定着装置の立上り時間が短縮され、外部加熱手段と定着ローラのニップ幅と定着装置の立上り時間はよい相関を示した。
【０１１０】
また、定着ローラ３−１と加圧ローラ３−２の間にかかる荷重は５０ｋｇ（４９０Ｎ）、搬送ニップ部Ｎ３−１の幅は３ｍｍで、この部分の構成は実施例１と同等であり、圧力依存性が高い定着を行うことが可能で、実施例１−５と同等のプリント中消費電力を実現した。
【０１１１】
本実施例３においても外部加熱手段として定着ローラと沿う形状を有する加熱体により熱の供給を行うという機構にした。曲面の加熱体で定着ローラとのニップを形成することにより、より広い加熱ニップ幅を実現し、立上の際に効率よく定着ローラを温めることが可能となり、立上り時間を短縮することができた。
【０１１２】
なお、実施例１〜３において、加圧ローラ１−２、２−２、３−２についても、これを適宜の外部加熱手段１−８、２−５、３−５にて所定の温度に加熱する装置構成にすることもできる。
【実施例４】
【０１１３】
実施例１〜３では定着ローラの弾性層がソリッドのシリコーンゴムであった。本実施例４では定着ローラの弾性層に発泡シリコーンゴムを使用する構成とした。図５に実施例４における加熱定着装置の概略図を示す。本実施例では、定着ローラの弾性層を発泡シリコーンゴムにすることにより、実施例１〜３よりも定着ローラが加熱ニップ部で外部加熱手段から熱を受け取りやすくなり、また、定着ローラの弾性層による蓄熱性能が向上するので、より効率的な定着装置を構成することが可能となる。
【０１１４】
定着ローラ４−１はローラ基体４−１ａが外径４０ｍｍ、内径２０ｍｍの多孔質セラミックスであり、ローラ基体４−１ａの外周面に弾性体層として厚さおよそ２ｍｍの発泡シリコーンゴム層４−１ｂと、さらにその外周面に離型層としてフッ素樹脂層４−１ｃを３０μｍの厚さで設けた構成を持つ。本実施例のように定着ローラの弾性層として発泡シリコーンゴムを用いた場合、弾性層の厚みは１.０〜５.０ｍｍに設定すれば良い。より好ましくは１.５〜３.５ｍｍに設定すれば良い。
【０１１５】
加圧ローラ４−２はローラ基体４−２ａが外径４０ｍｍ、内径２０ｍｍの多孔質セラミックスであり、ローラ基体４−２ａの外周面に弾性体層として厚さおよそ０．３ｍｍのシリコーンゴム層４−２ｂと、さらにその外周面に離型層としてフッ素樹脂層４−２ｃを３０μｍの厚さで設けた構成を持つ。加圧ローラは実施例１〜３と同様ソリッドのシリコーンゴムであるので、弾性層の厚みは０.１〜１.５ｍｍ、より好ましくは０.３〜１.０ｍｍに設定すれば良い。
【０１１６】
本実施例で用いた多孔質セラミックスは無機質バインダーと耐熱性無機質材料の混合物の焼成体であって、内部気孔率が３０〜９０％、より好ましくは、５０％〜９０％を占めるものであり、嵩密度が０．２〜１．０ｇ／ｃｍ２、より好ましくは０．３〜０．７ｇ／ｃｍ２であり、熱伝導度が０．１〜０．２Ｗ／ｍＫのものを使用した。
【０１１７】
無機質バインダーは多孔質セラミックスの焼成工程において無機質材料を相互に結合する材料であり、例えばガラスフリット、コロダイルシリカ、アルミナゾル、シリカゾル、珪酸ソーダ、チタニアゾル、珪酸リチウム、水ガラスなどが挙げられる。
【０１１８】
また、耐熱性無機質材料としてはアルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、ゼオライト、炭化珪素、チタン酸カリウム、炭酸カルシウムなどが挙げられる。
【０１１９】
加圧ローラ４−２は定着ローラ４−１の下側に並行に配し、総圧３０ｋｇ（２９４Ｎ）で加圧圧接されており、約６ｍｍの搬送ニップ部Ｎ４−１を形成させている。
【０１２０】
加圧ローラ４−２は定着ローラ４−１の回転方向に従動して回転し、ニップ部Ｎ４−１に未定着トナー像４−３を載せた記録材４−４が導入されたときに定着ローラ４−１と協働して記録材４−４を挟持搬送する。本実施例では記録材４−４の搬送速度は２００ｍｍ／ｓｅｃとしている。
【０１２１】
本実施例において外部加熱手段４−８は実施例１のものと同じである。この外部加熱手段４−８をヒーター４−５側を定着ローラ４−１に対して並行になるように配列し、総圧１０ｋｇ（９８Ｎ）で定着ローラ４−１に圧接させてある。このとき定着ローラ４−１とヒーター４−５により加熱ニップ部Ｎ４−２が形成される。このときの加熱ニップ部Ｎ４−２の幅はおよそ８ｍｍであった。定着ローラ４−１が回転駆動され、それに伴って、外部加熱手段４−８のフィルム４−７（耐熱樹脂材からなる薄肉円筒形状のフィルム（可撓性のスリーブ）がヒーター４−５およびステー４−６と摺動摩擦しながら従動回転状態となる。その後、ヒーター４−５に通電がなされて発熱し、定着ローラ４−１表面が加熱される。定着ローラ４−１の外部加熱手段４−８および搬送ニップ部Ｎ４−１の間の周上に温度検知手段４−９、詳しくはＮＴＣサーミスタが当接されており、定着ローラ４−１の表面温度をモニターするように構成されている。この温度検知手段４−９により定着ローラ温度検知情報が不図示の制御回路に入力する。制御回路は温度検知手段４−９から入力する定着ローラの検知温度が所定の温度（定着温度）に維持されるように外部加熱手段１−８の、ヒーター１−５に対する電力供給を制御する。これにより定着ローラ４−１の表面温度は所定の温度に温調される。
【０１２２】
ニップ部Ｎ４−１でトナー画像４−３を担持した記録材４−４を挟持搬送してトナー画像を記録材４−４に定着させる。
【０１２３】
今、室温２３℃、湿度５０％に保たれた実験室内で坪量９０ｇのラフ紙（フォックスリバーボンド）における濃度低下率が１０％となるようにプロセス条件を定め、ヒーターには７００Ｗの電力を投入し、記録材を搬送速度２００ｍｍ／ｓｅｃで２００枚連続プリントしたところ、定着装置立ち上がりに要した時間はおよそ６．８ｓｅｃであった。また、連続通紙中の平均消費電力はおよそ３５０Ｗであった。
【０１２４】
本実施例４においては、定着ローラ４−１の弾性層として発泡シリコーンゴム層４−１ｂを使用している。発泡シリコーンゴム層は、押しつぶされて内部の空孔が潰れると外部との熱の授受が容易になり、潰されずに空孔が正常な形状になっていると外部との熱の授受が生じにくくなる性質がある。外部加熱装置との加熱ニップ部では発泡シリコーンゴム層は圧力によって圧縮されて内部の空孔がつぶされているので外部加熱装置からの熱を受け取りやすくなっている。また、加熱ニップ部と搬送ニップ部では発泡シリコーンゴム層の空孔が圧力によりつぶされているが、それ以外の部分では発泡シリコーンゴムがその復元力により元の形状に戻り空孔も元の形状に戻っている。したがって、外部加熱手段から受け取った熱は内部の空孔の存在により放熱しにくく、蓄熱効果が高まっている。そのため、外部加熱手段から定着ローラへの熱伝達が素早くなるとともに、外部加熱手段から定着ローラへ伝達された熱は搬送ニップ部に至るまで定着ローラから放熱しにくくなっている。そのため、定着装置の迅速な立上が可能であり、定着装置立ち上がりに要した時間は全実施例中一番短かった。
【０１２５】
なお、本実施例４では２ｍｍの厚みを有する発泡シリコーンゴムを使用しているため、加圧ローラ４−２との搬送ニップＮ４−１は実施例１〜３と比較して大きくなっている。したがって、記録材が搬送ニップ部に挟まれていない時には定着ローラから加圧ローラへの伝達する熱量が実施例１〜３よりも多くなるので、この点だけを考慮すると実施例１〜３よりも定着装置の立ち上げ時間短縮には不利である。しかしながら、定着ローラ周方向の加熱ニップ部と搬送ニップ部以外の領域の熱保持性能が実施例１〜３よりも優れているため、外部加熱手段から定着ローラへ伝達された熱は搬送ニップ部に至るまで定着ローラから放熱しにくくなっているだけでなく、定着ローラの搬送ニップ部を通過した領域が加熱ニップ部に戻るまでの放熱量も非常に少ない。したがって、上述の不利な点があるにも拘わらず定着装置立ち上げ時間が非常に短くなっているのである。搬送ニップ部で記録材を通紙している時には搬送ニップ部における定着ローラからの放熱効果が高いので記録材上のトナーに対する加熱効率も優れている。
【０１２６】
なお、発泡シリコーンゴムは発泡させていない実施例１〜３のようなシリコーンゴムと比較して強度が弱いため、実施例１〜３と比較して低い圧力をかけている。また、本実施例のように定着ローラの弾性層を発泡シリコーンゴム、加圧ローラの弾性層を発泡させていないシリコーンゴムとした場合、搬送ニップ幅は３〜７ｍｍに設定するのが好ましい。
このように、本実施例４においては、実施例１〜３で述べてきた、圧力依存性の高い定着方式に加えて、さらに、発泡シリコーンゴムの存在による蓄熱（熱保持）効果及びトナー画像への伝熱依存性を加えた定着方式となっているのである。
【０１２７】
以上の構成により、プリント時における省電力化も可能となるのである。
【０１２８】
本実施例４においては定着ローラの弾性層として発泡シリコーンゴムを使用した。これにより、定着ローラ及び加圧ローラの多孔質セラミックス層による搬送ニップ部の加圧力の効果に加えて、外部加熱手段と定着ローラの加熱ニップ部における熱の受け取り性能、定着ローラの加熱ニップ部領域及び搬送ニップ部領域以外の領域の熱保持性能、および定着ローラと加圧ローラとの搬送ニップ部における熱の放出性能が向上するので、消費電力の少ない効率の良い定着を行うことが可能となった。
【０１２９】
本発明は上述の実施例にとらわれるものではなく、技術思想内の変形例を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】本発明の像加熱装置を搭載した画像形成装置例の概略図
【図２】本発明の像加熱装置の概念図（実施例１）
【図３】本発明の像加熱装置の概念図（実施例２）
【図４】本発明の像加熱装置の概念図（実施例３）
【図５】本発明の像加熱装置の概念図（実施例４）
【図６】従来の熱ローラタイプの像加熱装置の概念図
【図７】従来の熱ローラ定着方式における電力波形のグラフ
【図８】従来の内面にリブ（ローラ軸に対して水平）を設けた定着ローラの概略図
【図９】外部加熱装置を備えた熱ローラ定着方式の概略図
【図１０】従来の熱ローラ定着方式と、薄肉化された定着ローラを用いた熱ローラ方式および、外部加熱装置を備えた熱ローラ定着方式における消費電力波形のグラフ
【図１１】従来例であるフィルム加熱方式を利用した定着装置の概略図
【図１２】各種従来例の加熱定着方式における消費電力波形のグラフ
【図１３】各種従来例および本発明の加熱定着方式における消費電力波形のグラフ
【符号の説明】
【０１３１】
１・・定着装置（像加熱装置）、１−１・・定着ローラ（第１のローラ）、１−２・・加圧ローラ（第２のローラ）、Ｎ１−１・・ニップ部（搬送ニップ部）、１−３・・トナー画像、１−４・・記録材、１−１ａ，１−２ａ・・多孔質セラミックス材料でできた断熱層、１−１ｂ，１−２ｂ・・弾性層、１−１ｃ，１−２ｃ・・離形層
【図４】
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【図９】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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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１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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