(57)【要約】【課題】所定の弾性率を有する加熱ヒータ乃至前記加熱ヒータを有する像加熱装置では、定着フィルムと加熱ヒータのヒータニップを大きく確保させることができ、それにより加熱ヒータに投入可能な電力が増大することから単位時間あたりにメディアに付与させる熱量供給を増大させることができる。【解決手段】電気絶縁性を有する複数の絶縁層からなる矩形板状基板と、通電によって発熱する発熱抵抗体とを含み、前記矩形板状基板は、縦弾性係数をE[MPa]とすると、20＜E＜100の弾性率を有する柔軟な弾性体(403a)であり、前記発熱抵抗体は、矩形板状基板の変形に追従する所定の弾性率を有する薄膜抵抗発熱体(403b)であること。【選択図】図１
2017010900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気絶縁性を有する複数の絶縁層からなる矩形板状基板と、通電によって発熱する発熱抵抗体とを含み、前記矩形板状基板は、縦弾性係数をE[MPa]とすると、20＜E＜100の弾性率を有する柔軟な弾性体(403a)であり、前記発熱抵抗体は、矩形板状基板の変形に追従する所定の弾性率を有する薄膜抵抗発熱体(403b)であることを特徴とする弾性ヒータ(403)。
【請求項２】
駆動回転軸を有する加圧部材(402)と、該加圧部材に当接しニップ部(N)を形成し摺動回転する無端状のフィルム部材(405)と前記フィルム部材の加熱手段(403)と、該加圧部材を回転させることで該フィルム部材(405)を従動回転させるとともに記録材(P)をニップ部(N)に挟持搬送し、記録材(P)をニップ部(N)で加熱加圧する加熱定着装置(1)において、
前記加熱手段は、電気絶縁性を有する複数の絶縁層からなる矩形板状基板と、通電によって発熱する発熱抵抗体とを含み、前記矩形板状基板は所定の弾性率を有する柔軟な弾性体(403a)であり、前記発熱抵抗体は、矩形板状基板の変形に追従する所定の弾性率を有する薄膜抵抗発熱体(403b)であることを特徴とする加熱定着装置。
【請求項３】
前記弾性ヒータ(403)は、弾性ヒータ全体の縦弾性係数をE[MPa]とすると、20＜E＜100であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載される加熱定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナー画像を担持した記録材の加熱加圧処理を行う像加熱装置において、所定の弾性率を有する加熱ヒータ、もしくは前記ヒータが内側に設けられたフィルム部材を用いて、トナー画像を担持した記録材の加熱加圧処理を行う像加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真装置、静電記録装置などの画像形成装置においては、シート上にトナー画像を形成し、これを加熱、加圧して定着させることにより画像を形成している。このような定着装置として、内部にヒータを有する定着ローラに加圧ローラを圧接して定着ニップを形成し、定着を行うローラ定着方式が従来採用されている。
【０００３】
ところで、近年では省エネルギー推進の観点から、熱伝達効率が高く、装置の立ち上がりが速いオンデマンド方式として、熱容量の小さい定着フィルムを介して加熱するフィルム加熱方式の定着装置、すなわちフィルム定着装置が提案されている。
【０００４】
フィルム定着装置は特許文献１および２に記載されるような、固定支持された加熱体としての例えばセラミックヒータ（以下、ヒータと記す）と、該ヒータと摺動する伝熱部材としての例えば耐熱性樹脂フィルム（以下、定着フィルムと記す）と、該定着フィルムを介して前記ヒータに圧接してトナー像加熱定着領域としての定着ニップ部を形成する加圧部材としての弾性加圧ローラを有し、定着ニップ部の定着フィルムと加圧ローラとの間で未定着トナー像を担持した記録材を挟持搬送させて定着フィルムを介したヒータからの熱により未定着トナー像を記録材上に加熱溶融定着させるものである。
【０００５】
以上のような定着器を用いたプリンター等の各種画像形性装置は、上述の通り、加熱効率の高さや立上りの速さによる待機中の予備加熱の不要化、待ち時間の解消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法は低コストに実現できるため、小型低速機への導入から始まり、今後、大型高速機への導入が期待されるようになっている。
【０００６】
この高速化を実現するためには、加圧ローラ及び定着フィルムの回転速度を上げるとともに、通過時間の短くなった紙に十分な熱エネルギーを供給するため、定着温度を更に高く設定したり、加圧ローラの加圧力を上げて加熱領域を広げる、ヒータ基板や定着フィルムの材質を熱伝導性の高いものに替えるなどの改良を行う必要がある。
【０００７】
しかしながら、このような改良を進める際に様々な懸念事項が発生する。例えば、単位時間あたりの回転数が増えることや加圧力が増強されることによって定着フィルムの劣化が促進され、その耐久寿命が短くなるという問題もあり、特に定着フィルムの熱伝導性を向上させるために樹脂フィルムに代えて金属フィルムを用いた場合には、外力が作用しないときに円筒形状を保とうとする定着フィルムをニップ前後において平坦な加熱基板面に圧接変形させる屈曲動作を繰り返すことになるため、金属疲労を生じてフィルムが破損するという問題がある。
【０００８】
一方、この金属フィルムの強度を増すために肉厚を増やすとニップ部で十分な変形ができなくなって隙間を生じ、逆に熱伝導が低下してしまうという矛盾を生じており、この解決策として定着ニップ前後の加熱面に曲面を設けた熱伝導板を設け、この熱伝導板にセラミック基板を接触させて加熱する方法を提案している（特許文献４参照）。また、加熱面側に曲面を付与した曲面セラミック基板を用いてフィルムの搬送性を改善する構成もある（特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【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２００４−１５８２４６号公報
【特許文献４】特開平１１−０１６６６７号公報
【特許文献５】特開平１１−１７４８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、加熱基板と回転体としての耐熱性フィルムを用いる加熱装置において、加熱装置を高速化しようとする際、使用条件の過酷度の増大やフィルム自体の改良変更の必要性から、フィルムの耐久性が不足してしまう点に対しては曲面を有する熱伝導板を加熱基板のほかに追加する構成が有効であるが、構成備品及び組立て工数が増えてコストアップとなるうえ、熱伝導板と加熱基板の接触性を良好に設定する手段が必要になるという課題がある。
【００１１】
特許文献３に記載される技術においては、フィルム及び被加熱材の搬送信頼性が低下する点に対して、従来例の加熱面に曲面を付与したセラミック基板を用いる構成は概念的には有効性が期待されるが、発熱体の設定位置や基板の作成方法及び熱伝導性について何ら言及されておらず、従来のセラミックヒータの構成をそのまま適用すると曲率を有する加熱面上に発熱体と保護ガラス層を形成する必要があり、従来のセラミックヒータに用いられている厚膜印刷法をそのまま適用できなくなる。
【００１２】
逆に、この構成で平坦な反加熱面側に発熱体を形成した場合には基板の厚みに応じて熱伝達時間が遅くなり、高速化に反して定着器の立ち上がり遅くなってしまうという問題があり、特に本従来構成では基板の断面形状の特徴から基板中央部の厚みが従来の平坦なセラミック基板に比べて厚くせざるを得ないためさらに不利であるとともに、基板体積も増えるため使用するセラミック材料の量もより多く必要となり、増加した材料分のコストが高くなるということがある。
【００１３】
また、以上の他に従来構成では単位時間あたりに必要となる熱量の供給が間に合わなくなるという問題点がある。
【００１４】
本発明の目的は、上記問題点を解決し、高速化しても被加熱材が安定して搬送され、耐久寿命が短くならず、十分な熱量の供給を実現できる加熱装置及びそれを用いた画像形成装置を安価に提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の弾性ヒータは、電気絶縁性を有する複数の絶縁層からなる矩形板状基板と、通電によって発熱する発熱領発熱抵抗体とを含み、
前記矩形板状基板は所定の弾性率を有する柔軟な弾性体であり、前記発熱抵抗体は、矩形板状基板の変形に追従する所定の弾性率を有する薄膜通電発熱抵抗体であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の加熱定着装置は、駆動源を有する回転体と、回転体を加圧する加圧部材と、該回転体に当接しニップ部を形成し摺動回転する無端状のフィルム部材と、該回転体または該フィルム部材の何れか乃至両方を加熱するヒータを有し、該回転体を回転させることで該フィルム部材を従動回転させるとともに記録材をニップ部に挟持搬送し、記録材をニップ部で加熱加圧する加熱定着装置において、前記ヒータが、所定の弾性率を有する弾性体からなる弾性ヒータであることを特徴とする。
【００１７】
さらに、本発明の弾性ヒータは、弾性ヒータ全体の縦弾性係数をE[MPa]とすると、20＜E＜100であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のような、所定の弾性率を有する加熱ヒータ乃至前記加熱ヒータを有する像加熱装置では、定着フィルムと加熱ヒータのヒータニップを大きく確保させることができ、それにより加熱ヒータに投入可能な電力が増大することから単位時間あたりにメディアに付与させる熱量供給を増大させることができる。それにより、オンデマンド方式の像加熱装置において、さらなる高速化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第一の実施例における画像形成装置の模式図である。
【図２】第一の実施例における加熱定着装置の模式図である。
【図３】定着装置の加圧機構の説明図である。
【図４】弾性ヒータの概略図である。
【図５】第一の実施例における弾性ヒータの模式図である。
【図６】弾性ヒータヤング率と加熱ニップの関係図である。
【図７】第二の実施例におけるフィルムガイド形状と加熱ニップの関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例（実施例）を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明は、加熱ニップの加圧を解除してフィルム部材を回転させて潤滑剤を移動させる限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。
【００２２】
像加熱装置が搭載される画像形成装置は、中間転写ベルト方式、記録材搬送ベルト方式、記録材へ枚葉式にトナー像を転写する方式、タンデム型、１ドラム型の区別無く実施できる。本実施形態では、トナー像の形成／転写に係る主要部のみを説明するが、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途で実施できる。なお、特許文献１〜６に示される像加熱装置の一般的な事項については、図示を省略して重複する説明を省略する。
【００２３】
［画像形成装置例］
図１は画像形成装置の構成の説明図である。図１に示すように、画像形成装置１０は、中間転写ベルト３１に沿って画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋを配置したタンデム型フルカラープリンタである。
【００２４】
画像形成部１０Ｙでは、感光ドラム１１Ｙにイエロートナー像が形成されて、中間転写ベルト３１に一次転写される。画像形成部１０Ｍでは、感光ドラム１１Ｍにマゼンタトナー像が形成されて中間転写ベルト３１のイエロートナー像に重ねて一次転写される。画像形成部１０Ｃ、１０Ｋでは、感光ドラム１１Ｃ、１１Ｋにそれぞれシアントナー像、ブラックトナー像が形成されて、同様に中間転写ベルト３１のトナー像に重ねて順次一次転写される。
【００２５】
中間転写ベルト３１に担持された四色のトナー像は、二次転写部Ｔ２で記録材Ｐへ一括二次転写される。記録材カセット２０からピックアップローラ２１により引き出されて分離ローラで１枚ずつに分離された記録材Ｐは、レジストローラ２３で待機し、中間転写ベルト３１のトナー像にタイミングを合わせて、二次転写部Ｔ２へ送り出される。
【００２６】
二次転写部Ｔ２でトナー像を二次転写された記録材Ｐは、定着装置４０で加熱加圧を受けて、表面にトナー像を定着された後に、排出ローラ６３を通じて排出トレイ６４へ排出される。
【００２７】
画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋは、それぞれに付設された現像装置で用いるトナーの色がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと異なる以外は、ほぼ同一に構成される。以下では、画像形成部１０Ｙについて説明し、他の画像形成部１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋについては、説明中の符号末尾のＹを、Ｍ、Ｃ、Ｋに読み替えて説明されるものとする。
【００２８】
画像形成部１０Ｙは、感光ドラム１１Ｙの周囲に、コロナ帯電器１２Ｙ、露光装置１３Ｙ、現像装置１４Ｙ、転写ブレード１７Ｙ、クリーニング装置１５Ｙを配置している。感光ドラム１１Ｙは、帯電極性が負極性の感光層を形成した金属円筒で構成され、所定のプロセススピードで矢印方向に回転する。コロナ帯電器１２Ｙは、感光ドラム１１Ｙの表面を一様な負極性の電位に帯電させる。露光装置１３Ｙは、帯電した感光ドラム１１Ｙの表面に画像の静電像を書き込む。現像装置１４Ｙは、二成分現像剤を攪拌して帯電させ、負極性に帯電したトナーで感光ドラム１１Ｙの静電像を反転現像する。
【００２９】
転写ブレード１７Ｙは、中間転写ベルト３１の内側面を押圧して感光ドラム１１Ｙと中間転写ベルト３１との間に一次転写部を形成する。転写ブレード１７Ｙに正極性の直流電圧を印加することにより、感光ドラム１１Ｙに担持されたトナー像が中間転写ベルト３１に一次転写される。
【００３０】
二次転写ローラ３５は、対向ローラ３４との間に中間転写ベルト３１を挟み込んで、中間転写ベルト３１と二次転写ローラ３５との間に二次転写部Ｔ２を形成する。二次転写部Ｔ２は、トナー像を担持した中間転写ベルト３１に重ね合わせて記録材Ｐを挟持搬送し、二次転写ローラ３５に正極性の直流電圧を印加することで、中間転写ベルト３１から記録材Ｐへトナー像が二次転写される。
【００３１】
［定着装置例］
図２は定着装置の構成の説明図である。図３は定着装置の加圧機構の説明図である。図４は本発明による弾性ヒータの説明図である。図２に示すように、定着装置４０は、摺擦部材（４０４、４０３）によって内側面を支持されたフィルム部材（４０５）に、下方から駆動部材（４０２）を圧接して、記録材Ｐの加熱ニップ（Ｎ）を形成する。記録材Ｐが加熱ニップ（Ｎ）を通過する過程で、フィルム部材（４０５）を介して、抵抗加熱素子（４０３ｂ）から記録材Ｐに熱が供給されることにより、未定着トナー像ｔが軟化して記録材Ｐの表面に定着される。
【００３２】
このような加圧ローラ駆動方式、テンションレスフィルム加熱方式の像加熱装置は、特開平４−４４０７５〜４４０８３号公報、特開平４−２０４９８０〜２０４９８４号公報等に開示されている。
【００３３】
フィルムガイド４０４、ヒータ４０３、ステイ４０６、定着フィルム４０５は、長手方向の両端に配置されたエンドキャップ（４２８：図３）によって相互の位置関係を定められて、定着フィルムユニット４０１を構成している。
【００３４】
摺擦部材の一例であるフィルムガイド４０４は、後述する弾性ヒータ４０３の支持部材と定着フィルム４０５の内側面のガイド部材とを兼ねており、断熱性、高耐熱性、剛性を有する高耐熱性樹脂等で構成される。フィルムガイド４０４は、図面に垂直方向を長手方向とする横長部材であり、その下面の長手方向に沿って設けた溝部にヒータ弾性４０３を嵌入させて、断熱・固定的に保持させてある。
【００３５】
加圧部材の一例であるステイ４０６は、フィルムガイド４０４を補強する金属製の断面コ字型の梁部材であって、定着フィルム４０５を長手方向に貫通して配置される。ベルト部材の一例である定着フィルム４０５は、可撓性部材としての、耐熱性に優れた円筒状の樹脂フィルム材料で外径３０ｍｍに形成されている。定着フィルム４０５は、厚み３０μｍ〜１００μｍ程度のポリイミドを基層とした薄膜筒で、基層の上にプライマー層（接着層）を介して、軟化したトナーに対する離型性を付与するためのＰＦＡ、ＰＴＦＥ等のコートが施されている。定着フィルム４０５は、可撓性を有する金属円筒体や、金属層を有する樹脂やゴムの複合層構成の円筒材料であってもよい。
【００３６】
定着フィルム４０５の内周長は、フィルムガイド４０４、ヒータ４０３、ステイ４０６を含む集合体の外周長よりも大きくしてある。従って、定着フィルム４０５は、フィルムガイド４０４、ヒータ４０３、及びステイ４０６のアセンブリに対して周長が余裕を持つように、ルーズに外嵌している。
【００３７】
駆動部材の一例である加圧ローラ４０２は、定着フィルムユニット４０１のヒータ４０３及びステイ４０６の下面との間に定着フィルム４０５を挟み込む。加圧ローラ４０２は、金属軸４０２ａの外周面にシリコンゴムからなる弾性層４０２ｂを配置して直径３０ｍｍに形成されている。弾性層４０２ｂの表面には、プライマー層（接着層）を介して１０〜１００μｍ程度の厚みを有するＰＦＡ等の離型層４０２ｃが設けられている。
【００３８】
加圧ローラ４０２は、定着フィルム４０５に当接して、記録材Ｐの搬送方向である矢印Ｃ方向に、所定の周速度で回転駆動される。加圧ローラ４０２の回転に伴い、加熱ニップＮにおける加圧ローラ４０２と定着フィルム４０５の摩擦力で定着フィルム４０５に矢印Ｄ方向の回転力が作用する。これにより、定着フィルム４０５は、加熱ニップＮにおいて内側面がヒータ４０３の下向き面に密着して摺動させて、フィルムガイド４０４の回りを矢印Ｄ方向に回転する。
【００３９】
定着フィルム４０５は、当接する加圧ローラ４０２の回転に従動回転して、ヒータ４０３が配置されたフィルムガイド４０４の加熱面に密着して摺擦しながら記録材Ｐの搬送速度とほぼ同一の周速度で回転する。
【００４０】
加圧ローラ４０２に回転駆動されて定着フィルム４０５の回転がなされ、通電によりヒータ４０３が昇温して所定の目標温度に温調された状態において、加熱ニップＮに記録材Ｐが導入される。定着フィルム４０５と加圧ローラ４０２との間に未定着トナー画像ｔを担持した記録材Ｐが導入され、記録材Ｐのトナー像担持面が定着フィルム４０５の外側面に密着して定着フィルム４０５と一緒に加熱ニップＮを通過する。このとき、ヒータ４０３の熱が定着フィルム４０５を介して記録材Ｐに付与され、未定着トナー像ｔが記録材Ｐの面に加熱定着される。加熱ニップＮを通った記録材Ｐは、定着フィルム４０５の面から曲率分離されて排出搬送される。
【００４１】
図３に示すように、ステイ４０６の長手方向の両端部に配置された加圧機構４２０は、像加熱時、可変の押圧力でステイ４０６を加圧ローラ４０２に向かって付勢する。これにより、加圧ローラ４０２の弾性層４０２ｂがフィルムガイド４０４とヒータ４０３の輪郭線に沿って弾性変形して定着装置４０に必要な加熱ニップＮを形成させる。加圧ローラ４０２に向かって加圧されたとき、ステイ４０６は、フィルムガイド４０４及びヒータ４０３の撓み変形を防止している。
【００４２】
定着フィルム４０５の長手方向の長さ３４０ｍｍに対して、フィルムガイド４０４は、長手方向の長さ３６０ｍｍ、加圧ローラ４０２は、ゴム（弾性層）長さ３３０ｍｍである。加圧ローラ４０２は、定着装置４０のフレームに固定されたベアリング４２６によって、金属軸４０２ａの両端が両持ち式かつ回転自在に支持されている。
【００４３】
加圧機構４２０は、駆動モータ４２１を作動させてカム軸４２３を回転させ、一対の加圧カム４２２を回転させて、加圧バネ４２７の一端を昇降させる。これにより、加圧バネ４２７がステイ４０６の両端を押圧する力が変化して、定着フィルム４０５に対する加圧力が変更可能である。
【００４４】
加圧機構４２０は、長期間の偏った加圧で加圧ローラ４０２が変形したり定着フィルム４０５に皺が入ったりするのを防止するために、定着装置４０が停止された後に加熱ニップＮのニップ圧力を解除する。停止中に加圧状態を継続して加圧ローラ４０２が変形すると、その後の起動時に、加圧ローラ４０２の変形が元に戻るまで画像形成を開始できないからである。
【００４５】
［弾性ヒータ構成］
次に、本発明における弾性ヒータの詳細を述べる。図４(a)に示すように、弾性ヒータ４０３は、矩形板形状をしており、記録材Ｐの搬送方向に対して直角方向を長手方向とする細長の耐熱性・絶縁性・断熱性の弾性基板４０３ａの表面（定着フィルム摺動面側）に薄膜抵抗発熱体４０３ｂを配置している。弾性基板４０３ａは厚みが0.6mmである。ヒータ４０３は全体的に低熱容量であることが望ましく、例えばシリコンゴムやフッ素ゴム材料が用いられる。また、本発明における矩形板形状とは、角に丸みを付けた形状を含めるものとする。
【００４６】
薄膜抵抗発熱体４０３ｂは、酸化インジウムと酸化スズの混合物であるITO（Indium Tin Oxide)をスパッタリング法もしくは真空蒸着法などといった成膜方法を用いることで、基板４０３ａ上に細帯状に成膜している。
【００４７】
薄膜抵抗発熱体４０３ｂの長手方向の端部には、同様に酸化インジウムと酸化スズの混合物からなる給電用薄膜電極４０３ｄ、４０３ｅが配置される。給電用コネクタ４２、４３が弾性ヒータ４０３の給電用薄膜電極４０３ｄ、４０３ｅに嵌着されると、給電用コネクタ４２、４３の電気接点がそれぞれ給電用電極４０３ｄ、４０３ｅに対して接触状態になる。
【００４８】
図４の（ｃ）に示すように、薄膜抵抗発熱体４０３ｂを形成したヒータ表面は、耐熱性オーバーコート層４０３ｃで覆って保護させている。オーバーコート層４０３ｃは、抵抗発熱体４０３ｂと定着フィルム（４０５：図２）の電気的な絶縁性を確保しつつ、定着フィルム（４０５：図２）に対する摺動性を高めることが主な目的である。オーバーコート層４０３ｃは、厚さ約１０〜２０μｍのＰＦＡ層である。弾性ヒータ４０３は、オーバーコート層４０３ｃが形成された表面側を下向きに露呈させて、フィルムガイド（４０４：図２）の下面に固定してある。
【００４９】
図４の（ｂ）に示すように、サーミスタＴＨは、弾性ヒータ４０３の温度を検知するために設けられた検温素子であり、ヒータ裏面側、すなわち弾性基板４０３ａの抵抗発熱体４０３ｂを設けた側とは反対面側に当接している。また、図３に示すように、サーミスタＴＨは、最小サイズの記録材の通過幅の内側に設けられており、Ａ／Ｄ変換器４１を介して制御部５０に通じている。
【００５０】
弾性ヒータ４０３（４０３ｄ、４０３ｅ：図４）には、トライアック４５を介して商用電源（ＡＣ電源）４４が接続される。制御部５０によってトライアック４５が制御されてトライアック４５を介して電力供給がされると、抵抗発熱体４０３ｂが長手方向の全長にわたって発熱して、迅速急峻に昇温する。昇温した刻々の温度がサーミスタＴＨで検出され、制御部５０は、サーミスタＴＨの出力をＡ／Ｄ変換して取り込む。制御部５０は、サーミスタＴＨの検出温度に基づいてトライアック４５を制御して、抵抗発熱体４０３ｂに通電する電力を位相制御あるいは波数制御等により制御して、サーミスタＴＨの検出温度を所定温度に収束させる。
【００５１】
定着装置４０の立上時には、制御部５０は、サーミスタＴＨの検出温度に基づいてトライアック４５を制御してヒータ４０３を長手方向の全長に渡って発熱させて所定温度に維持して、異常発熱することを抑止する。
【００５２】
［実施例１の構成］
前記弾性ヒータ４０３を前記定着装置４０に搭載させた際の効果について説明する。前記フィルムガイド４０４は、弾性ヒータ４０３の支持部材と定着フィルム４０５の内側面のガイド部材とを兼ねており、断熱性、高耐熱性、剛性を有する高耐熱性樹脂等で構成される。フィルムガイド４０４は、図面に垂直方向を長手方向とする横長部材であり、その下面の長手方向に沿って設けた溝部に弾性ヒータ４０３を嵌入させて、断熱・固定的に保持させる。
【００５３】
この際、弾性ヒータ４０３はフィルムガイド４０４のつき当て部４０７につき当てられた構成となっている。そして、ステイ４０６の長手方向の両端部に配置された加圧機構４２０は、像加熱時、可変の押圧力でステイ４０６を加圧ローラ４０２に向かって付勢する。これにより、弾性ヒータ４０３がフィルムガイド４０４と加圧ローラ４０２の輪郭線に沿って弾性変形して定着装置４０に必要な加熱ニップＮを形成させる。
【００５４】
従来技術のヒータにおいては、基板にアルミナや窒化アルミニウム等のセラミックス材料が用いられていた。セラミックス材料(ヤング率E[MPa]：2.45E+06）に比べ、本発明における弾性ヒータ４０３は非常に柔軟な弾性率を有する（ヤング率E[MPa]：２０＜E＜１００）。
これにより、前記したように、加圧ローラ４０２の輪郭線に沿って弾性ヒータ４０３が弾性変形し、従来技術に比べ、加熱ニップＮを大幅に増加させることが可能となる。
【００５５】
以下の表に示すように、従来技術におけるセラミックヒータから、本発明における弾性ヒータを用いると、加熱ニップＮが3.078mmから5.573mmに増大していることが検証により明らかになっている。
【００５６】
【表１】
2017010900.tif 000003
【００５７】
図５は上記結果の断面図、図６は加熱ニップＮとヒータ基板ヤング率の関係を示したものである。前記したように、弾性ヒータ４０３がフィルムガイド４０４と加圧ローラ４０２の輪郭線に沿って弾性変形している様子が確認できる。また、図６において、ヒータ基板ヤング率は１００MPa以下において、加熱ニップＮを増大させる効果が大きいことが実験により明らかになっている。しかしながら、ヒータ基板ヤング率が小さすぎると、前記薄膜抵抗発熱体４０３ｂが弾性ヒータ４０３の弾性変形に追従できず割れてしまうという問題が発生する。
【００５８】
前記薄膜抵抗発熱体４０３は、ヤング率が２０ＭＰa以下の基層に成膜された場合において、基層の変形に追従できず割れてしまうことが実験によって確認されている。それ故、本発明において、加熱ニップの増大効果が期待できる弾性ヒータのヤング率Ｅとして、以下の条件が望ましい。
【００５９】
２０＜Ｅ[MPa]＜１００
［実施例２の構成］
また、本発明は前記フィルムガイド４０４の形状に影響を受けることから、異なるフィルムガイド形状においても同様の実験を行った。フィルムガイド４０４における前記つき当て部４０７の凸部高さを0.1mm、0.3mm、0.4mmとし、同様の実験を行った、その結果を以下表および図７に示す。
【００６０】
【表２】
2017010900.tif 000004
【００６１】
上表より、本発明における弾性ヒータを用いれば、フィルムガイドつき当て部４０７の構成が変わっても、従来のヒータに比べ、本発明の弾性ヒータを用いることで加熱ニップＮの大幅な増大を達成することが確認できる。また、図７に示すように、フィルムガイドつき当て部４０７の構成が変わっても、弾性ヒータのヤング率が１００ＭＰaを変曲点として加熱ニップＮが増大していることが確認されることから、異なる断面構成においても、本発明における弾性ヒータのヤング率Ｅは以下の条件が望ましい。
【００６２】
２０＜Ｅ[MPa]＜１００
次に、加熱ニップＮの増大による効果について述べる。課題でも前述したように、加熱ニップの増大は、定着装置の高速化に非常な有効な手段となる。定着装置の高速化とは、即ち加圧ローラ及び定着フィルムの回転速度を上げることである。それによりメディア上のトナーが加熱ニップ内を通過する時間が短くなり、トナーに十分な熱エネルギーを供給することが困難となる。また、本実施例のようなオンデマンド方式の定着装置においては、加熱ニップ領域に対して、メディアに供給できる熱エネルギーの上限が決まっており、ヒータに投入する電力の限界値以上は、ヒータに電力を投入することができず、それにより定着設定温度の限界温度が決まってしまい、さらなる高速化は困難であるといった課題がある。
【００６３】
以上の課題を解決する手段として、本発明における弾性ヒータは、加熱ニップ領域を増大させメディア上のトナーが加熱ニップ内を通過する時間を長くするだけでなく、加熱ニップ領域が増大することで、ヒータに投入できる電力の上限を拡大させることができるという効果も期待できる。以下に、ヒータ設定温度が同条件におけるヒータへの投入電力を従来例と本発明において比較した結果を示す。
【００６４】
【表３】
2017010900.tif 000005
【００６５】
上表に示すように、ヒータ設定温度を２３５℃に設定した場合、本発明ではヒータに投入できる電力の上限が９１９Ｗとなることが実験により明らかになった。これは、従来例における投入可能電力の７７１Ｗよりもさらに１４８Ｗの電力を投入できることが可能でるという結果である。それによる効果として、同等のトナー定着性能を確保できる範囲における最大搬送速度を従来例の５１ｐｐｍから６１ｐｐｍに上げることが可能であることが明らかになった。
【００６６】
以上の結果より、本発明のような、所定の弾性率を有する加熱ヒータ乃至前記加熱ヒータを有する像加熱装置では、定着フィルムと加熱ヒータのヒータニップを大きく確保させることができ、それにより加熱ヒータに投入可能な電力が増大することから単位時間あたりにメディアに付与させる熱量供給を増大させることができることから、オンデマンド方式の像加熱装置のさらなる高速化を達成させることができる。
【符号の説明】
【００６７】
Ｎ  ニップ、Ｐ  シート、Ｔ  トナー、１  加熱定着装置、１０  画像形成部、
１１  感光ドラム、１２  帯電器、１３  レーザスキャナ、１４  現像器、
１５  クリーナ、１７  一次転写ブレード、２０  給紙カセット、
２５  マルチ給紙トレイ、２３  レジストローラ、３１  中間転写フィルム、
３５  二次転写ローラ、４０  定着装置、４０１  定着フィルムユニット、
４０５  定着フィルム部材、４０６  支持ステー、４２０  加圧機構、
４０２  加圧ローラ
【図１】
2017010900.tif 000006
【図２】
2017010900.tif 000007
【図３】
2017010900.tif 000008
【図４】
2017010900.tif 000009
【図５】
2017010900.tif 000010
【図６】
2017010900.tif 000011
【図７】
2017010900.tif 000012