(57)【要約】【課題】熱容量の小さい定着ローラを使用した定着装置において、非通紙部昇温によるスループット低下等の定着性能の低下及び記録材の裏汚れを防止する。【解決手段】加圧ローラ２に当接されて従動回転するローラ状の良熱伝導部材４を設ける。定着動作に伴って発生する加圧ローラ２の汚れ量をＷ０、この汚れ量Ｗ０のうち良熱伝導部材４に捕獲される汚れ量をＷ１、回収率をα＝（Ｗ１／Ｗ０）、定着ニップ部をＮ１、加圧ローラ２と良熱伝導部材４との当接部をＮ２、加圧ローラ２表面の移動方向に沿って測った定着ニップ部Ｎ１から当接部Ｎ２までの距離をＬとしたときに、該距離Ｌを、回収率αがα＜０．１を満たすように設定する。【選択図】図１
2005258262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱部材によって加熱される定着回転体と、該定着回転体と接するエンドレスベルトと、該定着回転体に該エンドレスベルトを介して定着回転体に当接されて定着ニップ部を形成する加圧回転体部材とを備え、未定着トナー像を担持した記録材を前記定着ニップ部にて挟持搬送しながら加熱・加圧して記録材表面に定着させる定着装置において、
前記加圧回転体部材に当接されて従動回転するローラ状のと非接触の良熱伝導部材を備え、前記エンドレスベルトは、前記良熱伝導部材と該加圧部材を捲回し、定着動作に伴って発生する前記加圧回転体の汚れ量をＷ０、該汚れ量Ｗ０のうち前記良熱伝導部材に捕獲される汚れ量をＷ１、回収率をα＝（Ｗ１／Ｗ０）、前記定着ニップ部をＮ１、前記加圧回転体と前記良熱伝導部材との当接部をＮ２、前記加圧回転体表面の移動方向に沿って測った前記定着ニップ部Ｎ１から前記当接部Ｎ２までの距離をＬとしたときに、該距離Ｌを、回収率αがα＜０．１を満たすように設定し、且つ、前記良熱伝導部材表面に、前記定着装置によって定着されるトナーよりもメルト・インデックス値の小さい樹脂による表面コート層を設けることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記エンドレスベルトが金属層を有することを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
前記エンドレスベルトは、離型層を有することを特徴とする請求項１又は２記載の定着装置。
【請求項４】
前記加圧部材はローラであり、上記加圧部材を駆動回転する手段を有することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の定着装置。
【請求項５】
前記良熱伝導部材はローラであり、該良熱伝動部材の断面積が中央部に比べて、端部の方が０．５％以上大きいことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の定着装置。
【請求項６】
前記良熱伝導部材はローラであり、該良熱伝動部材の断面積が中央部に比べて、端部の方が１％以上大きいことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱・加圧によって記録材上にトナー像を定着させる定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機、レーザプリンタ等の画像形成装置において、画像形成部で記録材上に形成したトナー像を、加熱・加圧して記録材表面に定着させる定着装置が知られている。更に、近時、エネルギーの利用効率を高めるために、定着装置の定着回転体の熱容量を小さくし、定着回転体を定着動作可能温度まで上昇させるのに必要なエネルギー（電力）を少なくした定着装置も知られている。
【０００３】
このような定着装置では、定着回転体は、熱容量が小さいために、定着時の記録材によって熱を奪われ易い。従って、定着回転体及びこれに当接されている加圧回転体は、長手方向についての記録材が通過する領域（以下、「通紙領域」と言う）とこれ以外の領域（以下、「非通紙領域」と言う）とで温度が不均一になり易い。そして、非通紙領域の温度が上昇し、定着回転体表面に形成されている高離型性層（一般にＰＦＡ、ＰＴＦＥ等のテフロン（登録商標）樹脂又はＳｉゴム層）が熱劣化してしまう、という欠点があった。
【０００４】
これを防止するために、最大幅の記録材に対して小さな幅の記録材（以下、「小サイズ紙」と言う）を用いる場合に、小サイズ紙と次の小サイズ紙との間の通紙間隔を広げ、温度が或る程度均一化されてから次の小サイズ紙の定着動作をさせるものが実用化されている。
【０００５】
ところが、この方法は、スループットが低下し、その分、画像形成装置本体の動作時間が長くなってエネルギーを余分に消費するという別の欠点がある。一方で、近年では、定着ニップ部を広く取れるように、ベルトを用いた定着装置が特許文献１等に開示されている。
【０００６】
図２にこの欠点を解消した定着装置を示すが、これらのベルトを用いた定着装置は、上記の欠点を解消することができるものと考えられている。この定着装置は、内側にヒータ（加熱部材）３を有する定着ローラ（定着回転体）１に加圧ローラ（加圧回転体）２を当接させて定着ニップ部Ｎ１を構成し、更に、矢印Ｒ２方向に回転する加圧ローラ２の長手方向のほぼ全長に亘って良熱伝導部材４を当接させたものである。
【０００７】
表面に未定着トナー像を担持し、定着入口ガイド５にガイドされて定着装置に供給された記録材Ｐは、定着ニップ部Ｎ１にて挟持搬送されつつ、ヒータ３の加熱によって表面にトナー像が定着される。定着ローラ１は、熱容量が小さく構成されているので、記録材Ｐの通紙によって通紙領域と非通紙領域との温度差が大きくなり、非通紙領域の温度が高くなる。加圧ローラ２も同様に通紙領域よりも非通紙領域の温度が高くなるが、加圧ローラ２には、良熱伝導部材４が長手方向のほぼ全長に亘って当接されているので、通紙領域と非通紙領域との温度が均一化される。このため、全体として、通紙領域と非通紙領域との温度差が少なくなる。
【０００８】
この良熱伝導部材４を使用した定着装置においては、定着ローラの熱劣化を防止し、且つ、スループットの低下を防止することが可能となる。
【０００９】
【特許文献１】特開平０９−２８１８２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、図２に示す定着装置では、良熱伝導部材４にオフセットトナー等が付着し易いため、熱の均一化効果が減殺されて定着性が低下し、記録材Ｐの裏汚れが発生するという問題があった。
【００１１】
同図に示すように、良熱伝導部材４は、加圧ローラ２の回転方向（矢印Ｒ２方向）についての定着ニップ部Ｎ１のすぐ下流側に配設されている。これは、同図中の左方が画像形成装置本体の外部に当たり、良熱伝導部材４を図中の位置に配置した場合には、外部からの整備性・交換性が向上するからである。
【００１２】
しかし、良熱伝導部材４は、このような位置に配置された場合、定着動作に伴って発生する微量なオフセットトナーが定着ローラ１から加圧ローラ２を経て付着し易い。そして、定着動作を繰り返しているとオフセットトナーが良熱伝導部材４上に蓄積され、良熱伝導部材４の熱均一化の効果が弱まる。又、良熱伝導部材４の表面にトナーが多量に堆積した場合には、例えば小サイズ紙の連続して定着したときに、良熱伝導部材４上の堆積トナーが溶融し、加圧ローラ２側に逆転移し、これにより記録材Ｐの裏面が汚される現象、所謂裏汚れが生じるという問題があった。更には、良伝導部材４は表面に堆積したトナーが定着装置の壁等に接触して負荷抵抗が増大するため、定期的に清掃又は交換する必要があった。
【００１３】
上述のような良熱伝導部材４へのオフセットトナーの付着は、特開昭６１−６７０７０号公報等に記載されているように、良熱伝導部材４の表面に予めトナー又はトナーと同系統の樹脂層を有するクリーニングローラでは顕著に現れる。
【００１４】
このような良熱伝導部材４へのトナーの付着の問題は、例えば、特開平１０−２６８６９０号公報に記載されているように、良熱伝導部材４にクリーニング部材を設けることにより解消することが可能であるが、この場合には、クリーニング部材を設ける分、装置構成が複雑になる。
【００１５】
更に、紙粉の問題もある。定着時には、記録材Ｐから発生する紙粉（主に紙中に含まれる填料であるタルクや炭酸カルシウム）が加圧ローラ２に付着する。記録材Ｐによっては、紙粉が多量に発生し、その紙粉が加圧ローラに表面に付着すると、加圧ローラ２表面の離形性が低下して加圧ローラ２表面に付着するオフセットトナーが増加する。これにより、記録材Ｐの裏汚れが発生する。
【００１６】
上述のように、従来、オフセットトナーが加圧ローラ２を介して良熱伝導部材４に付着し、良熱伝導部材４の熱均一化の効果が弱まって定着性が低下し、記録材Ｐの裏汚れが発生し易かった。又、紙粉が加圧ローラ２表面に付着し、加圧ローラ２の離型性が低下し、このことによっても記録材Ｐの裏汚れが発生し易かった。
【００１７】
本発明は上述事情に鑑みなされたものであり、良熱伝導部材にクリーニング部材を設けることなく、オフセットトナーについてはこれが加圧回転体を介して良熱伝導部材にが付着することを防止し、且つ、紙粉については加圧回転体に付着した紙粉を良熱伝導部材で積極的に回収することにより、定着性の低下や記録材の裏汚れを防止するようにした定着装置を提供することを目的とするものである。
【００１８】
尚、紙粉が良熱伝導部材に付着することは必ずしも好ましいことではないが、紙粉が加圧回転体に付着していることによる弊害の方が大きい。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上述の目的を達成するための請求項１に係る本発明は、加熱部材によって加熱される定着回転体と、該定着回転体と接するエンドレスベルトと、該エンドレスベルトを介し該定着回転体に当接されて定着ニップ部を形成する加圧部材とを備え、未定着トナー像を担持した記録材を前記定着ニップ部にて挟持搬送しながら加熱・加圧して記録材表面に定着させる定着装置において、
前記加圧部材と非接触の良熱伝導部材を備え、前記エンドレスベルトは前記良熱伝導部材と該加圧部材を捲回していることを特徴とする。
【００２０】
又、請求項２に係る本発明は、請求項１記載の定着装置において上記エンドレスベルトが金属層を有することを特徴とする。
【００２１】
更に、請求項３に係る本発明は、請求項１〜２記載の定着装置において上記エンドレスベルトは離型層を有することを特徴とする。
【００２２】
又、請求項４に係る本発明は、請求項１〜３記載の定着装置において上記加圧部材はローラであり、上記加圧部材を駆動回転する手段を有することを特徴とする。
【００２３】
更に、請求項５に係る本発明は、請求項１〜４記載の定着装置において上記良熱伝導部材はローラ状であり、該良熱伝動部材の断面積が中央部に比べて、端部の方が０. １％以上大きいことを特徴とする。
【００２４】
又、請求項６に係る本発明は、請求項１〜４記載の定着装置において上記良熱伝導部材はローラ状であり、該良熱伝動部材の断面積が中央部に比べて、端部の方が１％以上大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
請求項１記載の発明によれば、定着回転体が局所的に昇温した場合であってもエンドレスベルトを介して熱が放熱部材へ移動し、平均化されるので、該加熱部材の温度ムラが防止でき、更にオフセットトナーによる画像汚れを防止することができる。
【００２６】
請求項２記載の発明によれば、ベルトの熱伝導率が大きいため、より速やかに非通紙部昇温を回避できる。
【００２７】
請求項３記載の発明によれば、画像汚れをより強く防止することができる。
【００２８】
請求項４記載の発明によれば、エンドレスベルトの搬送性を向上することができる。
【００２９】
請求項５記載の発明によれば、端部昇温により発生した熱が端部において、より効果的に放熱部材に伝達されるので、速やかに非通紙部昇温を回避できる。
【００３０】
請求項６記載の発明によれば、更に良好に上記効果が得られる。
【００３１】
加熱部材によって加熱される定着回転体と、該定着回転体に当接されて定着ニップ部を形成する加圧回転体とを備え、未定着トナー像を担持した記録材を前記定着ニップ部にて挟持搬送しながら加熱・加圧して記録材表面に定着させる定着装置において、前記加圧回転体に当接されて従動回転するローラ状の良熱伝導部材を備え、定着動作に伴って発生する前記加圧回転体の汚れ量をＷ０、該汚れ量Ｗ０のうち前記良熱伝導部材に捕獲される汚れ量をＷ１、回収率をα＝（Ｗ０／Ｗ１）、前記定着ニップ部をＮ１、前記加圧回転体と前記良熱伝導部材との当接部をＮ２、前記加圧回転体表面の移動方向に沿って測った前記定着ニップ部Ｎ１から前記当接部Ｎ２までの距離をＬとしたときに、該距離Ｌを、回収率αがα＜０．１を満たすように設定し、且つ、前記良熱伝導部材表面に、前記定着装置によって定着されるトナーよりもメルト・インデックス値の小さい樹脂による表面コート層を設けることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。
【００３３】
＜実施の形態１＞
図１に本発明に係る定着装置の一例を示す。尚、同図は概略構成を示す縦断面図である。
【００３４】
図１に示す定着装置は、定着回転体である定着ローラ１と、この定着ローラ１に下方から当接された加圧回転体である加圧ローラ２と、定着ローラ１の内側に配設されたヒータ３と、加圧ローラ２に当接された良熱伝導部材である放熱ローラ４と、加圧ローラ２と放熱ローラ４とを捲回するエンドレスベルト６と、を主要構成部材として構成されている。上述の定着ローラ１と加圧ローラ２との間には、定着ローラ１（又は加圧ローラ２）の長手方向（同図の表裏方向）に沿って帯状の定着ニップ部Ｎ１が形成されている。記録材Ｐの搬送方向（矢印Ｋｐ方向）に沿っての定着ニップ部Ｎ１の上流側には定着入口ガイド５が配設されている。
【００３５】
以下、加圧ローラ２から順に説明する。
【００３６】
定着ローラ１は、省電力やクイックスタートを目的として熱容量を小さくするために、材質として外径３２ｍｍ、肉厚０．５８ｔのアルミニウム製の素管を使用した。この素管の外周面には、離型性に優れたテフロンコートを施した。定着ローラ１は、駆動手段（不図示）によって矢印１方向に周速Ｖ１で回転駆動される。
【００３７】
加圧ローラ２は、直径８ｍｍの鉄製の芯金２ａの外周面に、ＡＳＫＥＲ  Ｃ硬度で５０度４０度の、外径３０ｍｍのスポンジ層２ｂを設け、更にその外周面を厚さ５０μｍのＰＦＡチューブ２ｃで被覆して構成した。加圧ローラ２全体は、付勢手段（不図示）によって所定の当接圧をもって定着ローラ１に押圧されており、これにより、定着ローラ１と加圧ローラ２との間には、両ローラの長手方向に沿って帯状の定着ニップ部Ｎ１が形成される。この定着ニップ部Ｎ１の長さは、ここに通紙される最大幅の記録材Ｐの左右方向の幅よりも長く形成されている。加圧ローラ２は、駆動手段（不図示）によって矢印２方向に回転駆動される。定着ローラ１の矢印Ｒ１方向の回転に伴って矢印Ｒ２方向に周速Ｖ２で従動回転される。
【００３８】
定着ローラ１は、省電力やクイックスタートを目的として熱容量を小さくするために、材質として外径３２ｍｍ、肉厚０．５８ｔのアルミニウム製の素管を使用した。この素管の外周面には、離型性に優れたテフロンコートを施した。定着ローラ１は加圧ローラ１の矢印Ｒ２方向の回転に伴って矢印Ｒ１方向に従動回転される。
【００３９】
ヒータ３としては、棒状のハロゲンヒータを使用し、定着ローラ１の回転中心に、軸に沿って配設した。
【００４０】
エンドレスベルト６は二層構造を成しており、加圧ローラ２及び放熱ローラ４と接する基層７としては、ポリイミド、ポリアミドイミド等の耐熱樹脂の他、ＳＵＳ、Ｎｉ、Ａｌ等の金属等の良熱伝導性の材料が用いることができる。基層７の厚みは強度と柔軟性の関係より、２０〜５０μｍで形成することが望ましい。定着ニップ部Ｎ１において定着ローラ１と接する面には、離型層８が形成されている。離型層８は厚みは５０μｍ以下、望ましくは３０μｍ以下のＰＦＡチューブ、テフロンコート等のフッ素樹脂が適しており、弾性を有するものならば更に好ましい。本実施の形態で用いたエンドレスベルトの外径は４５ｍｍである。エンドレスベルト６は、加圧ローラ２の矢印２方向の回転に伴って矢印Ｒ６方向に従動回転する。本実施の形態におけるエンドレスベルト６は２層構造のものを用いているが、弾性層を設ける等して３層以上にしても構わない。
【００４１】
放熱ローラ４としては、Ａｌ、Ｃｕ等の金属又はアルミナ等の良熱伝導性の材料が用いることができる。本実施の形態では、直径１６ｍｍのＡｌの金属ローラ４ａを使用した。放熱ローラ４は所謂逆クラウン形状（凹形状）を成しており、中央部における断面積が両端部における断面積よりも小さく、本実施の形態では、両端部の径が中央部に対して５０μｍ大きななもの（断面積で約１％）を用いている。本ローラの形状に関しては、後に詳述する。
【００４２】
又、放熱ローラ４は不図示の付勢手段によって矢印Ｌ４方向へ付勢されており、エンドレスベルト６内面が放熱ローラ４に巻き付く形でベルトニップ部Ｎ２が形成される。Ａｌの金属ローラ４ａの表面には、定着装置によって記録材Ｐ上に定着されるトナーよりも、ＭＩ値（メルト・インデックス値）が小さい樹脂による表面コート４ｂが施されている。この表面コート４ｂについては、後に詳述する。
【００４３】
放熱ローラ４は、付勢手段（不図示）によって加圧ローラ２に所定の圧力で当接されている。この当接部Ｎ２までの距離は、定着ニップ部Ｎ１から加圧ローラ２表面の移動方向に沿って測った距離でＬ（本実施の形態では６０ｍｍ）に設定してある。放熱ローラ４は、加圧ローラ２の矢印Ｒ２エンドレスベルト６の矢印Ｒ６方向の回転に伴って矢印Ｒ４方向に従動回転する。
【００４４】
定着入口ガイド５は、記録材Ｐの搬送方向（矢印Ｋｐ方向）に沿っての定着ニップ部Ｎ１のすぐ上流側に配設されている。定着入口ガイド５は、画像形成部（不図示）において表面にトナー像を担持した記録材Ｐが定着装置に供給される際に、その記録材Ｐの裏面に接触してこれをガイドし、記録材Ｐの先端が円滑に定着ニップ部Ｎ１に進入するようにするものである。
【００４５】
上述構成の定着装置が、複写機、レーザプリンタ等の画像形成装置に装着された場合の動作は、次の通りである。
【００４６】
画像形成装置の画像形成部において、記録材Ｐ上にトナー像が形成される。例えば、感光ドラム表面を均一に帯電し、露光して静電潜像を形成する。この静電潜像にトナーを付着させてトナー像として現像する。このトナー像を記録材Ｐに転写することで、記録材Ｐ上にトナー像を形成することができる。
【００４７】
画像形成部で記録材Ｐ上に形成されたトナー像は、未定着トナー像である。この未定着トナー像を表面に担持した記録材Ｐは、定着入口ガイド５に沿って矢印Ｋｐ方向に搬送され、定着ニップ部Ｎ１に挿通される。記録材Ｐは、定着ニップ部Ｎ１によって挟持搬送されながら、所定の加熱・加圧を受け、表面にトナー像が定着される。トナー像定着後の記録材Ｐは、画像形成装置本体（不図示）の外部に排出され、これにより画像形成が終了する。
【００４８】
本実施の形態で使用した定着装置並びに比較例１及び比較例２を用いて本実施形態の効果を説明する。
［比較例１］
従来の、放熱ローラを有しない定着装置（定着ローラは本実施形態の定着装置と同一、加圧ローラは表層に標準的な５０μｍＰＦＡチューブ被覆）。
［比較例２］
従来の、放熱ローラを加圧ローラに当接させた定着装置（定着ローラ、放熱ローラは本実施形態の定着装置と同一、加圧ローラは表層に標準的な５０μｍＰＦＡチューブ被覆とする）。
（１）小サイズ幅記録材通紙時のスループット減少に対する効果
本実施の形態、比較例１及び２で使用した定着装置では、図３に示すように中央通紙基準とし、定着ローラ１表面における長手方向の中央部には温調用の第１サーミスタが当接されている（図３の「第１サーミスタ位置」参照）。この第１サーミスタ位置は、通紙領域の中央と一致する。又、定着ローラ１表面における長手方向の一方の端部には、端部昇温監視用の第２サーミスタが当接されている（図３の「第２サーミスタ位置」参照）。この第２サーミスタ位置は、通紙最大幅の記録材Ｐにとっては通紙領域内に相当するが、小サイズ通紙幅の記録材Ｐ（小サイズ紙）にとっては非通紙領域に相当する。
【００４９】
本実施の形態、比較例１及び２の定着装置では、第１サーミスタの検知信号に応じてヒータ３への通電を制御し、定着温度が一定となるようにしている。
【００５０】
最大通紙幅の記録材Ｐを使用した場合、第１サーミスタ及び第２サーミスタの検知温度に殆ど差は生じないが、小サイズ通紙幅の記録材Ｐを使用した場合には、定着ローラ１表面の熱が通紙領域のみ記録材Ｐ及びトナーによって奪われるので、第１サーミスタと第２サーミスタとの間に大きな温度差を生じる。第２にサーミスタの検知温度の方が高くなるのである。
【００５１】
例えば、上述構成のこれらの定着装置を、キヤノン製複写機ＮＰ６０１６に組み込み、第１サーミスタで１６０℃になるように温調したところ、最大通紙幅（２９７ｍｍ）であるＡ４横の記録材Ｐを使用した場合は、通紙領域に入る第２サーミスタの検知温度は記録材Ｐの通紙枚数に関係なく、１６０℃前後の値を示した。これに対し、第１サーミスタの温調温度を同じ１６０℃として、通紙幅が２１０ｍｍのＡ４縦の記録材Ｐを使用した場合には、通紙領域から外れる（非通紙領域に入る）第２サーミスタは検知温度が約５００枚の連続通紙で２００℃前後に達するまでに通紙できる枚数をそれぞれ記録した。このとき、第１サーミスタと第２サーミスタとの検知温度の差は、約４０℃となった（図４）。
【００５２】
従来の、放熱ローラを有しない定着装置においては、第２サーミスタの検知温度が所定以上の値になった場合には、定着ローラ１近傍の多くの部品の寿命に影響を与えるので、所定以上にならないように、記録材Ｐと次の記録材Ｐとの紙間を広げる等で対処して、非通紙領域の昇温を防止するようにしていた。比較例１においては加圧ローラ上長手方向の熱の移動が少ないため、通紙２５枚ほどで第２サーミスタは２００℃まで達してしまう。
【００５３】
一方、比較例２においては比較例１よりも多くの通紙が可能であるが、加圧ローラ２と放熱ローラ４で形成されるニップ部の幅が２ｍｍ程度と小さいため熱の長手方向の移動が少なく７０枚ほどの通紙しかできなかった。これに対して本実施形態の定着装置においては、加圧ローラ２とエンドレスベルト６で形成されるニップ部が約２０ｍｍとなるため、エンドレスベルト６上長手方向の熱ムラが放熱ローラ４によって均され、２５０枚の通紙が可能であった。
【００５４】
通常、従来の、放熱ローラを有しない定着装置においては、第２サーミスタの検知温度が所定以上の値になった場合には、定着ローラ１近傍の多くの部品の寿命に影響を与えるので、所定以上にならないように、記録材Ｐと次の記録材Ｐとの紙間を広げる等で対処して、非通紙領域の昇温を防止するようにしていた。よって、本実施の形態は第２サーミスタ検知温度が所定温度になるまでに長時間を要すため、コピー速度の減少やスループットの低下が生じにくい。
（２）画像汚れに対する効果
次に、本実施形態の定着装置並びに比較例１、比較例２にトナーオフセットを強制的に発生させた後、定着装置を自然冷却した後、白紙を通紙して画像上の汚れを見た。本実験において、トナーオフセットはハーフトーン濃度０. ５の画像を１０００枚通紙するモードで行った。そのときの汚れ発生の状況を記録した（図５）。
【００５５】
比較例１は放熱ローラ４を有さないため、加圧ローラの汚れは少量ずつ見えない程度で転写紙上に排出されるので白紙通紙時も汚れが生じない。これに対し、比較例２では加圧ローラより付着したオフセットトナーが放熱ローラ４の表面に蓄積され、冷却後の白紙通紙時に放熱ローラ４より吐き出され画像汚れが生じる。これに対し、本実施形態の定着装置は加圧部材表面に接触部材がないため、比較例１と同様に画像汚れを生じない。
（３）放熱ローラ逆クラウン形状の効果
本実施の形態においては逆クラウン２５０μｍの放熱ローラを用いている。他の比較例を用いてこの放熱ローラ形状の効果を見た。
［比較例３］
本実施の形態の定着装置の放熱ローラをストレート形状にした定着装置。
［比較例４］
本実施の形態の定着装置の加圧ローラを逆クラウン形状２５０μｍにした定着装置。
［比較例５］
本実施の携帯の定着装置の加圧ローラをクラウン形状１００μｍにした定着装置。
【００５６】
これらに対して、前記実験と同様に端部にある第２サーミスタ検知温度が２００℃を記録するときの通紙枚数を記録した（図６）。
【００５７】
放熱ローラの形状の影響に関しては、本実施形態と比較例３を比較することで説明される。この場合、放熱ローラが逆クラウン形状である本実施形態の定着装置の方が、ストレート形状である比較例３と比べて、多くの通紙ができることが分かった。又、比較例４及び比較例５によって本実施の形態が加圧ローラの形状に拘らず、効果が示されている。
【００５８】
次に、本実施形態の定着装置の放熱ローラの逆クラウン量を振って非通紙部昇温防止に対する効果を同様の実験を行って確認した。図７によれば、最大通紙幅が２９７ｍｍ、小サイズ通紙幅が２１０ｍｍである場合、中央部断面積に比べて、端部（中央より１２０ｍｍ位置とする）断面積が０．５％以上望ましくは１％以上大きい場合に効果があることが分かっている。又、これは加圧ローラの外径に拘らず、断面積の比に依存していることが筆者等の実験で明らかになっている。
【００５９】
以上、説明したように、本実施形態を用いることにより、小サイズ通紙時のスループットを低下させることなく、画像汚れの生じない定着装置を提供することができる。
【００６０】
又、放熱ローラ４を有する定着装置であっても、図２に示す従来のものでは、放熱ローラ４がトナー（オフセットトナー）で汚れ易いため、トナー層が厚く蓄積して放熱ローラ４による温度の均一化の効果が薄れ、非通紙部昇温が大きくなり勝ちであった。このため、記録材Ｐの紙間をあける必要が生じ、コピー速度が減少してスループットが低下し、初期の性能を維持できないことがあった。
【００６１】
本発明者は、前述の定着ニップ部Ｎ１から放熱ローラ４の当接部Ｎ２までの距離Ｌを或る一定値以上にすると放熱ローラ４の汚れが極端に減少することを見出した。この点について、以下に説明する。
【００６２】
図４に、ヒータ３の温調温度（温調）、定着ローラ１の周長（周長）、加圧ローラ２の直径（加圧径）、放熱ローラ４の直径（放熱径）、距離Ｌ（Ｌ）の関係を示す。同図中の結果欄の「○」は放熱ローラ４の「汚れなし」、「×」は「汚れあり」を示す。
【００６３】
同図からは、放熱ローラ４の汚れは、定着ローラ１の周長、加圧ローラ２の直径及び放熱ローラ４の直径には依存せず、距離Ｌへの依存が高いことが分かる。
【００６４】
続いて、加圧ローラ２の周速Ｖ２、距離Ｌをパラメータとして、放熱ローラ４の汚れの実験を行った。このとき、温調温度は１６０℃、定着ローラ１の周長は１４１ｍｍ、放熱ローラ４の直径は１６ｍｍに固定している。
【００６５】
この結果、放熱ローラ４の汚れは、加圧ローラ２の周速Ｖ２と距離Ｌに依存し、トナー表面固化時間Ｔ＝Ｌ／Ｖ２の値が約０．４７以下であれば発生し、Ｌ／Ｖ２が約０．５以上であれば発生しないことが分かる。このように、Ｌ／Ｖ２に依存するいうことは、定着ニップ部Ｎ１を出てからの時間Ｔにのみ依存しているということを意味している。
【００６６】
更に、トナーの種類を変化させて、Ｌ／Ｖ２に変化があるかの実験を行った。トナーとして、メインの樹脂の種類・磁性体量等の異なる４種類のトナーについてＬ／Ｖ２の値と、汚れの発生との関係を調べた。ここで、トナーＡは、本実施の形態で使用したトナーである。この結果を図６に示す。
【００６７】
トナーの種類によって、放熱ローラ４の汚れを発生しなくなる時間Ｌ／Ｖ２は異なるが、或る値以上になれば放熱ローラ４の汚れは極めて減少することが分かる。放熱ローラ４の汚れの発生が、加圧ローラ２と放熱ローラ４との当接部Ｎ２の温度によらず、定着ローラ１と加圧ローラ２との間の定着ニップ部Ｎ１を通過してからの時間に依存するのは、定着ニップ部Ｎ１内で溶融したオフセットトナーが加圧ローラ２の回転に伴って空気に触れ、急速にごく表面のトナーの温度が低下して固化し、或る時間を過ぎると放熱ローラ４に付着しづらくなるためと考えられる。
【００６８】
又、トナー種によって汚れが防止されるまでの時間Ｌ／Ｖ２が異なる。これは、トナーのごく表面層部での現象なので、オフセットトナー自体の量、トナーの熱容量、トナーの熱伝導率が微妙に影響していると考えられるが、詳細は未解決である。
【００６９】
但し、実験的には、このトナー表面固化時間Ｔ＝Ｌ／Ｖ２は、容易に求めることができる。実験的には、加圧ローラ２に対する放熱ローラ４の当接部Ｎ２の位置を変えて、５万枚程度の耐久を行い、放熱ローラ４の汚れを見れば良いが、非常に手間の掛かる作業となる。
【００７０】
本発明者は、簡易にこの当接部Ｎ２の位置（つまり、距離Ｌ）を決定する方法を見出した。
【００７１】
図７にその概要を示す。同図中の４Ａ〜４Ｅは、当接部Ｎ２の位置を変化させた（定着ニップ部Ｎ１からの距離Ｌを変化させた）ときの放熱ローラ４を示す。図５の実験装置で、５１は加圧ローラ２に当接されたＳＵＳ又はリン青銅等の薄板で形成された弾性体のスクレーパである。Ａ３サイズの記録材Ｐ上に反射濃度０．４〜０．５の濃度のベタトナー画像を形成し、２００枚分定着動作を行い、スクレーパ５１で加圧ローラ２表面上の汚れ物質を全量回収し、その重量（汚れ量）Ｗ０を測定する。
【００７２】
次に、放熱ローラ４を加圧ローラ２に当接させ、上述と同様に２００枚の定着動作を行い、放熱ローラ４の重量変化（汚れ量）Ｗ１（実験終了後と開始前の放熱ローラ４の重量差）を測定する。ここでＷ１／Ｗ０を回収率αと呼ぶことにする。
【００７３】
図８はトナー種を変えてＬ／Ｖ２の値と、回収率αとの関係を示した図である。これと、前述の図６との結果を合わせると、回収率αが０．１未満となるように放熱ローラ４の位置を、従って、このような位置となるように距離Ｌを設定すると実際の定着動作を長く続けても、放熱ローラ４へのトナーの付着が防止され、良好な性能を維持できることが分かった。
【００７４】
しかしながら、記録材Ｐとして紙粉の発生量の多い紙を通紙した場合、紙粉（紙中の填料であるタルク、炭酸カルシウム等）が、加圧ローラ２表面に付着し、その付着部分の離型性が低下し、オフセットトナーが紙粉を核として加圧ローラ２表面に付着し、加圧ローラ汚れを引き起こし、記録材Ｐの裏汚れ等の問題が発生することがある。
【００７５】
本実施の形態の定着装置では、放熱ローラ４は、金属ローラ４ａの表面に、ＭＩ値（メルト・インデックス値）が、画像形成で使用するトナーより小さい樹脂による表面コート４ｂを設けている。定着装置の動作に伴って加圧ローラ２及び放熱ローラ４の表面温度が上昇し、表面コート４ｂを構成する樹脂が熱により軟化し、粘性が低くなるので、加圧ローラ２の表面に付着している紙粉を放熱ローラ４表面の樹脂で回収することができる。
【００７６】
尚、放熱ローラ４表面の樹脂の粘性が逆に高い場合には、加圧ローラ２上の紙粉だけでなく、トナーをも回収してしまい、そのトナーにより次々とトナーを回収することになり、放熱ローラ４が太り、長期に亘って使用した場合には、蓄積したトナーにより端部の温度上昇が大きくなり、画像形成効率が下がり、更にトナー層が厚くなると、加圧ローラ２と放熱ローラ４との回転時に異音が発生し、遂には回転がスムースでなくなって通紙が困難となった。
【００７７】
加圧ローラ２上のトナーを回収せずに、紙粉のみを回収させるには、次の２点を抑える必要がある。
【００７８】
即ち、第１は、加圧ローラ２上のトナーの粘度、特に放熱ローラ４と接触する面に付着しているトナーの粘度が低下していて、放熱ローラ４への転移が抑制される点であり、第２は、加圧ローラ２と放熱ローラ４との当接部Ｎ２において加圧ローラ２からの紙粉を除去し、且つ、トナーは加圧ローラ２に残すことが可能な粘度を放熱ローラ４の表面コート４ｂに与える点である。
【００７９】
第１の点については、加圧ローラ２と放熱ローラ４との当接部Ｎ２を、加圧ローラ２上のトナー表面が固化した後に配置することにより達成される。これは、前述した通りである。
【００８０】
第２の点については、放熱ローラ４は、トナーとの接着力が加圧ローラ２よりも弱く、且つ、紙粉との接着力が加圧ローラ２よりも大きくなるようにすれば良い。即ち、
（放熱ローラとトナーとの接着力）＜（加圧ローラとトナーとの接着力）
且つ、
（放熱ローラと紙粉との接着力）＜（加圧ローラと紙粉との接着力）
の条件を同時に満足すれば良い。
【００８１】
以下に、これらの条件を満たす構成について説明する。
【００８２】
加圧ローラ２上のトナーは、定着動作に伴って一度、定着ニップ部Ｎ１内で溶融状態になり、加圧ローラ２の回転駆動に伴って空気に触れることにより、表面から徐々に冷却されていく。このとき、定着ニップ部Ｎ１から十分に離れた位置では、トナーの温度は、空気との表面近くでは固化が進みほぼ粘性を示さなくなるが、加圧ローラ２表面近くは温度が下がり、溶融状態よりも粘性が強く加圧ローラ２表面に強く接着する状態になっており、放熱ローラ４の表面コート４ｂの樹脂が熱的に軟化して粘性を示しても、加圧ローラ２から放熱ローラ４に転移することはない。
【００８３】
又、紙粉については、加圧ローラ２へ付着する力としては、メカ的な付着力と静電吸着力だけであり、加圧ローラ２の表面電位が数ｋＶになって強力な静電吸着力を示さない限り、軽い粘着性で簡単に加圧ローラ２から放熱ローラ４へ転移することができる。加圧ローラ２表面を高電位にしないためには、加圧ローラ２を導電化して接地する。又はバイアスを印加する。又は表面を除電部材で除電する等の既知の方法を用いれば良い。このとき、樹脂材料として、トナーと同等又はトナーよりも融け易いもの、即ちＭＩ値が元のトナーと同等かそれ以上のものを用いると放熱ローラ４と加圧ローラ２との当接部Ｎ２での接着力が上昇し、トナーをも回収してしまうので好ましくない。又、小サイズ紙を連続通紙して非通紙領域が昇温した場合には、放熱ローラ４上の樹脂が溶融し、加圧ローラ２側に逆転移し、加圧ローラ汚れ、定着ローラ汚れ等を引き起こすために、好ましくない。
【００８４】
少なくともトナーよりもＭＩ値の低い、溶融しにくい樹脂を用いることにより、過大な接着力を示すことがなく、加圧ローラ２上のトナーを回収せずに紙粉のみを回収することができる。
【００８５】
又、樹脂に鉄粉、磁性粉、セラミック粉等のフィラーを混入させることにより、非通紙領域に昇温が発生しても、溶融しにくく、逆転移のない樹脂層とすることができる。このような樹脂中に含まれるフィラー等を入れてのトナーの溶融性を表す指標としてＭＩ値を採用する。
【００８６】
本実施の形態の定着装置のトナーとしてＮＰ６０１６用（ＭＩ値＝１５）のトナーを用い、放熱ローラ４に形成する表面コート（樹脂層）４ｂとしては、定着温度の高いＮＰ１２１５用（ＭＩ値＝２）のトナーをメチルエチルケトンに溶いて、１０μｍの厚みにコーティングしたものを用いた。
【００８７】
この放熱ローラ４を回収率αが０．１になる距離Ｌの位置に設置し、記録材Ｐａ（紙粉発生量の少ない紙）、記録材Ｐｂ（紙粉発生の多い紙）に対してそれぞれ画像形成動作を１０万回行ったところ、記録材Ｐｂを用いた場合には、放熱ローラ４には紙粉が蓄積されていたが、加圧ローラ２のトナー汚れは発生せず、何れの場合にもこの状態でＡ５縦を５００枚通紙しても、第２サーミスタの検知温度は２０５℃程度であり、コピー速度を落とす必要がなく初期の性能を得ることができた。
［比較例１］
上述の定着装置で放熱ローラ４に樹脂の表層コート４ｂを設けない場合、記録材Ｐａを用いたときには、１０万枚を超えても、加圧ローラ２の汚れは発生せず、又、小サイズ紙を通紙時の第２サーミスタの検知温度も２０２℃程度であり、初期と同等の性能を示したが、記録材Ｐｂを用いた場合には、５万枚程度の通紙で加圧ローラ２の汚れが発生し、記録材Ｐｂの裏汚れが発生し、加圧ローラ２の清掃が必要になった。
［比較例２］
上述の定着装置で放熱ローラ４の表面コート４ｂの樹脂のコーティング材として、ＮＰ６０１６用のトナー自身を用いた場合には、１０万枚通紙後では記録材Ｐａ，Ｐｂに関係なく、放熱ローラ４上の表面コート層４ｂによりトナーが次々と回収され、小サイズ紙を連続通紙した場合に、第２サーミスタの検知温度は２２０℃を超えるので、コピースピード（スループット）を落とす必要があった。又、このとき、非通紙領域の放熱ローラ４によって回収されたトナーが加圧ローラ２側に戻り、次に大サイズ紙を通紙した場合、記録材Ｐの裏汚れを発生するという問題を生じた。
【００８８】
又、放熱ローラ４の位置を定着フィルム２と加圧ローラ２の形成する定着ニップ部Ｎ１の上流近傍に設けると、定着入口ガイド５を暖め易くなり、記録材Ｐの裏面からの加熱効果が加わり、定着性能が増加するとともに定着ニップ部Ｎ１で生じ易い急激な紙内の水分の気化・蒸発による画像乱れが軽減される効果もあり、より好ましい。
【００８９】
＜実施の形態２＞
尚、上記の実施の形態では定着回転体として定着ローラを用いているが、薄膜フィルムを用いた構成とすることは勿論可能である。図８はフィルム状の定着回転体を用いた例であり、励磁コイル１０８等を保持したホルダー及びガイド部材１０９とに円筒状の薄膜フィルム１０１を外嵌し、加圧ローラ１０２を回転駆動させてフィルムを従動させている。該フィルムは、電磁誘導によって発熱するように薄膜金属フィルムや導電層を具備する多層構成のフィルムを用いている。本例では、所要の剛性を有する基層１０１ａと、導電性で且つ強磁性の導電層１０１ｂと、最外周に位置して記録材の離型性を確保する離型層１０１ｃとを有している。
【００９０】
本例では、加圧ローラ１０２と放熱ローラ１０４にエンドレスベルト１０６を捲回して加熱部材（フィルム）１０１の周方向の温度むら及び非通紙部昇温を防止している。
【００９１】
又、図９に示したように、定着回転体として薄膜フィルム１０１を用い、加熱部材としてセラミックヒータ１０３を用い、加圧ローラ１０２を回転駆動させてフィルムを従動させる構成に適用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は、加熱・加圧によって記録材上にトナー像を定着させる定着装置に対して有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る定着装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】従来の定着装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図３】図１の定着装置の定着ニップ部に挿通される記録材の幅とサーミスタ位置との関係を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る定着装置及び比較例１，２における小サイズ通紙時の第２サーミスタが所定温度を記録するまでの枚数放熱ローラの汚れと、定着ローラの周長、加圧ローラの直径、放熱ローラの直径、距離Ｌとの関係を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る定着装置及び比較例１，２における放熱ローラ汚れと、Ｌ／Ｖ２との関係を画像汚れ発生の程度を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る定着装置及び比較例３〜５における小サイズ通紙時の第２サーミスタが所定温度を記録するまでの枚数を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る定着装置の放熱ローラの逆クラウン量による小サイズ通紙時の第２サーミスタが所定温度を記録するまでの枚数を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る定着装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る定着装置の概略構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００９４】
１，１０１  定着回転体（定着ローラ、定着フイルム）
２，１０２  加圧回転体（加圧ローラ）
３，１０３  加熱部材（ヒータ）
４，１０４  良熱伝導部材（放熱ローラ）
４ｂ        表面コート
５          定着入口ガイド
６，１０６  エンドレスベルト
１０８      励磁コイル
１０９      ホルダー及びガイド部材
Ｌ          定着ニップ部から当接部までの距離
Ｎ１        定着ニップ部
Ｎ２        当接部
Ｐ          記録材
Ｗ０        定着動作に伴って発生する加圧回転体の汚れ量
Ｗ１        汚れ量Ｗ０のうち良熱伝導部材に捕獲される汚れ量
α          回収率（＝Ｗ１／Ｗ０）
【図１】
2005258262.tif 000003
【図２】
2005258262.tif 000004
【図３】
2005258262.tif 000005
【図４】
2005258262.tif 000006
【図５】
2005258262.tif 000007
【図６】
2005258262.tif 000008
【図７】
2005258262.tif 000009
【図８】
2005258262.tif 000010
【図９】
2005258262.tif 000011