JP2003043843A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】オンデマンド定着装置の更なる高速化、小径小
型化、熱応答性の向上。 【解決手段】加熱部材３と、この加熱部材３に内面が当
接して摺動回転するエンドレス形状の定着部材１と、こ
の定着部材１を介して加熱部材３に対向して加圧回転す
る加圧部材２と、を有し、定着部材１と加圧部材２との
ニップＮで画像を担持した被定着部材Ｐを挟持搬送し定
着部材１を介した加熱部材３の熱により被定着部材Ｐ上
の画像を加熱する定着装置において、定着部材１の基材
として可撓性を有するシームレスのアルミ合金系ベルト
もしくはスリーブを用いたことを特徴とする定着装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、定着装置、及び該
定着装置を備えた画像形成装置に関する。

【０００２】より詳しくは、加熱部材と、この加熱部材
に内面が当接して摺動回転するエンドレス形状の定着部
材と、この定着部材を介して前記加熱部材に対向して加
圧回転する加圧部材と、を有し、前記定着部材と前記加
圧部材とのニップで画像を担持した被定着部材を挟持搬
送し前記定着部材を介した前記加熱部材の熱により被定
着部材上の画像を加熱する定着装置、及び該定着装置を
備えた画像形成装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】複写機やプリンター、ＦＡＸ等に用いら
れる電子写真方式等の画像形成装置において近年重要性
を増してきた課題として、省エネ対応という問題が上げ
られる。

【０００４】上記のような画像形成装置で用いられてい
る定着装置は、トナーを融解して用紙に定着させるため
に電力を直接熱エネルギーとして消費しており、画像形
成装置本体全体で使用される電力消費の大きな要因を占
めている。

【０００５】定着装置の電力消費を低減するための一つ
の重要な方向性として、定着装置のオンデマンド化がは
かられている。

【０００６】具体的には、定着部材を薄肉ローラ化ある
いは薄いベルト形状もしくはフィルム状にすることで、
熱容量を小さくして温度立ち上がりを早くすると同時
に、その間の加熱消費電力を抑えるものである。

【０００７】オンデマンド化をはかることで、プリント
信号を受け取ると待ち時間もほとんどなく、すぐにプリ
ント開始がなされるため、非プリント時には定着部材を
プリント温度近辺の高温で保温しておく必要がなく、常
温かせいぜい適度に低温に保てばよい。定着装置の保温
時の放熱は、環境温度と定着部材の設定温度の温度差に
比例して大きくなり、これらはプリントしていない状態
でも常時電力を消費する。したがって、間欠的にプリン
トを繰り返すような状況下では、オンデマンド化が非常
に大きな節電効果をもたらす。

【０００８】さて、加熱定着方式の定着装置において
は、一般的には定着部材の内面からヒータ加熱を行う方
法が主である。ハロゲンランプ加熱の定着ローラを用い
た場合ではハロゲンランプのガラス表面が２００℃をは
るかに越える高温に達するが、実際の温調は定着ローラ
の表面温度を検知して１８０℃前後で行っている。

【０００９】近年製品化されているセラミックヒータ等
の加熱部材（発熱体）と定着フィルムを用いたいわゆる
オンデマンド定着装置の構成では、ヒータ温度は１９０
〜２００℃程度の低温で、ハロゲンランプ加熱のローラ
定着と同等の定着性を得ていることから、トップ温度を
ほぼ定着温度まで下げることが出来、ハロゲンランプ加
熱のローラ定着のシステムよりも放熱ロスが少なく、効
率的であると言える。

【００１０】同様に、定着部材自体が自己発熱する方
式、例えば自己発熱体や磁気誘導加熱を用いる方式は、
トップ温度を下げることができ、高効率なシステムであ
る。また、定着部材の表面近傍を直接加熱することが可
能であることから熱応答性が向上し、通常のハロゲンラ
ンプ加熱によるローラ定着と比べてリップルの小さい安
定した温調が可能であり、高温オフセット領域と低温オ
フセット領域の間のラチチュードを有効にとることがで
きる。結果として光沢ムラのない定着性の高い安定した
画像を得るものである。

【００１１】近年製品化されている加熱部材と薄肉定着
フィルムによるオンデマンド定着構成においては、一般
的にセラミックもしくは金属等のヒータを定着フィルム
背面に当接させ、相対する加圧部材との間に被定着部材
を挟持搬送させつつ、定着フィルムを介して定着ニップ
間で画像表面に直接熱流を送り込み加熱する伝熱方式と
なっている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、加熱部材と薄
肉定着フィルムによるオンデマンド定着構成の場合で
も、定着速度が高速領域になるとニップ通過時間が短く
なり、ニップ間におけるヒータから画像表面への直接の
熱輸送量は低下する。そのため、伝熱メカニズムとして
はニップ間でいったんヒータからフィルム自体に蓄熱し
てフィルムの１回転もしくは数回転後に蓄熱した熱量を
ニップ部で放熱し、熱伝達を行うタイムラグが発生して
おり、薄肉ローラと同様の蓄熱型の定着に移行する傾向
にある。このタイムラグはサーモビュアーによる測定や
ヒータ加熱とフィルム表面温度の上昇を時間的に測定す
ること等で、直接熱応答性の遅れとして確認される。

【００１３】熱伝達のタイムラグは蓄熱の放熱時間の増
大を意味し、定着ユニット全体の放熱量が増し、熱効率
が低下する。

【００１４】タイムラグが数秒レベルに達すると、ヒー
タ温度のサーミスタによる遅れた温度検知信号のみで小
熱容量のフィルムを加熱制御することになり、フィルム
表面温度の安定化が困難である。

【００１５】結果としてフィルムには常時多めの蓄熱が
必要となり、しかも連続通紙時のみでなく、間欠通紙に
おいても、フィルムもしくはローラ１周目以後の定着性
が低下する傾向が発生する。

【００１６】したがって設計上、高速定着装置の小径小
型化が困難である。

【００１７】現在フィルムのベース材料として耐熱性と
機械強度を備えたポリイミド等の樹脂材料が使用されて
いるが、樹脂は元々熱伝導性が小さく、熱伝導フィラー
も外添比率を高めると、フィルムの強度低下をもたらす
ため、金属材料に対して１桁以下の熱応答性にならざる
を得ない。

【００１８】本発明は、加熱部材と、この加熱部材に内
面が当接して摺動回転するエンドレス形状の定着部材
と、この定着部材を介して前記加熱部材に対向して加圧
回転する加圧部材と、を有し、前記定着部材と前記加圧
部材とのニップで画像を担持した被定着部材を挟持搬送
し前記定着部材を介した前記加熱部材の熱により被定着
部材上の画像を加熱するオンデマンド定着の定着装置に
ついて、高速化、小径小型化、熱応答性向上等を図るこ
とを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記の構成を
特徴とする定着装置及び画像形成装置である。

【００２０】（１）加熱部材と、この加熱部材に内面が
当接して摺動回転するエンドレス形状の定着部材と、こ
の定着部材を介して前記加熱部材に対向して加圧回転す
る加圧部材と、を有し、前記定着部材と前記加圧部材と
のニップで画像を担持した被定着部材を挟持搬送し前記
定着部材を介した前記加熱部材の熱により被定着部材上
の画像を加熱する定着装置において、前記定着部材の基
材として可撓性を有するシームレスのアルミ合金系ベル
トもしくはスリーブを用いたことを特徴とする定着装
置。

【００２１】（２）前記定着部材の基材としてのアルミ
合金系ベルトもしくはスリーブの内面にこれに当接する
加熱部材に対する摺動層もしくは耐磨耗層を形成したこ
とを特徴とする（１）に記載の定着装置。

【００２２】（３）前記加熱部材は、前記定着部材の基
材としてのアルミ合金系ベルトもしくはスリーブよりも
熱伝導率の低い金属もしくはセラミック等の部材を基材
とすることを特徴とする（１）又は（２）に記載の定着
装置。

【００２３】（４）前記加熱部材は、基材と、該基材の
一方面側に具備させた通電発熱部を基本構成体として成
り、前記通電発熱部が基材に対して前記定着部材と前記
加熱部材との接触面側に形成されていることを特徴とす
る（１）から（３）の何れかに記載の定着装置。

【００２４】（５）前記定着部材の基材としてのアルミ
合金系ベルトもしくはスリーブの外面側に弾性表面効果
を有する被覆層を設け、前記加熱部材の局所化された発
熱部の熱が被覆層の接着面に到達する以前に、前記定着
部材の基材の円周方向に熱拡散する構成としたことを特
徴とする（１）から（４）の何れかに記載の定着装置。

【００２５】（６）記録材上の未定着画像を形成担持さ
せる作像プロセス手段と、記録材上の未定着画像を熱定
着させる画像定着手段を有する画像形成装置において、
前記画像定着手段が（１）から（５）の何れかに記載の
定着装置であることを特徴とする画像形成装置。

【００２６】（７）前記画像形成手段が記録材上に多層
トナーの未定着カラー画像を形成するカラー画像定着手
段であり、前記画像定着手段が（５）に記載の定着装置
である事を特徴とする（６）に記載の画像形成装置。

【００２７】〈作 用〉即ち本発明者らは、定着装置の
熱応答性を高める手段として、加熱部材（以下、ヒータ
と記す）に内面が当接して摺動回転するエンドレス形状
の定着部材（以下定着ベルトと記す）のベルト状もしく
はスリーブ状の基材（ベース材）自体の熱伝達効率を向
上させることに着目した。そして定着ベルトの基材とし
て、優れた可撓性を有するが熱伝導性の低いポリイミド
フィルムから熱伝導性の高い薄肉金属ベルトもしくはス
リーブの検討を行った。金属材料としては、機械強度の
点からニッケル、ステンレス合金、アルミ合金、チタン
あるいはチタン合金を選択した。

【００２８】ニッケル材は電鋳工程により高精度の薄肉
加工が可能で強度も高く、熱伝導性も良い。

【００２９】ステンレス材はＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１
４等を用いて、押し出しあるいは引き抜き加工等で厚さ
５０〜８０μ程度の薄肉化が可能である。チタンあるい
は合金は強度は高いものの、コスト的に高価である。

【００３０】アルミ合金は押出加工、引抜加工の可能な
展伸性のものが良く、強度の点からジュラルミン、超ジ
ュラルミンあるいは超々ジュラルミン等を用いることが
できる。あるいはアモルファス構造のアルミ合金粉末を
結晶化温度近傍で押出成型したアモルファス合金等を使
用しても良い。

【００３１】定着ベルトは、基材に、厚さ１０〜１５μ
程度のフッ素樹脂ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ
等の離型性表層を有して成る。

【００３２】アルミ合金の中でジュラルミンはステンレ
スと比べて比熱は倍程度だが、比重が小さいため熱容量
はむしろ小さい。また熱伝導率についてはほぼ１桁大き
い。

【００３３】したがって、同厚のＳＵＳチューブに比し
て、熱応答性はほぼ１／１０である。

【００３４】すなわち本発明においては、アルミ合金を
チューブのベース材料として用いることにより、高速領
域においてもニップ部での直接伝熱による熱流加熱が可
能であり、高速オンデマンド定着を実現するものであ
る。

【００３５】アルミが高い熱伝導を有することは良く知
られているが、ジュラルミン等の高強度のアルミ合金を
用いることで、アルミの特徴である高熱伝導性を生かし
た定着ベルト基材が得られる。

【００３６】アルミ合金としてはジュラルミンはＡ２０
１７、Ａ２０１１、Ａ２０１４等、超ジュラルミンＡ２
０２４等、超々ジュラルミンＡ７０７５等がある。チュ
ーブフォーミングの加工性や、応力腐食と割れ等を考慮
しつつジュラルミンＡ２０１７等を用いることができ
る。

【００３７】熱伝導率は高いものから アルミ合金＞ニッケル電鋳材＞チタン系＞ステンレス材 の順である。

【００３８】熱容量の違いはあるものの、熱応答性はや
はり同一順序であり、良いものから アルミ合金＞ニッケル電鋳材＞チタン系＞ステンレス材 となっている。

【００３９】ステンレス自体がポリイミド樹脂に対して
１桁以上熱伝導率が高いが、ニッケル電鋳はステンレス
に対して半判桁熱伝導率が高く、ジュラルミン系はさら
にニッケル電鋳に対してもう半桁高い。

【００４０】このようにアルミ合金は近年定着部材基材
として使用されているステンレスに対しても熱伝導率が
１桁高く、熱応答性の点で非常に有利であり、ヒータ温
度をほとんど低下させることなく定着ベルト表層に伝
え、より大きな熱流を即座に伝達するものである。熱伝
導が高いため加圧部材（加圧ローラ）の立上り時間も短
縮する。

【００４１】熱効率の面では、ヒータ基材の熱伝導率に
対して定着ベルト基材の熱伝導率をそれ以上とすること
で、ヒータ背面よりヒータホルダーへの熱の逃げを小さ
くして、ヒータ伝熱面から定着ベルトへの熱流を大きく
して、伝熱効率を向上させる高価があることが判明し
た。特に通電発熱部を定着ベルトと接する側のヒータ面
に設けた構成においてこの効果は大きいが、通電発熱部
が逆面にあっても同様の効果はやはり存在する。

【００４２】具体的にヒータ基材／定着ベルト基材の組
み合わせとして以下の構成等が存在する。簡単のため、
ポリイミドをＰＩ、ステンレス材をＳＵＳ、窒化アルミ
をＡｌＮ、ニッケル電鋳材をＮｉ、チタン系をＴｉの意
で略して表記する。

【００４３】．アルミナ／ＰＩ、アルミナ／ＳＵＳ、
アルミナ／Ｔｉ、アルミナ／Ｎｉ、アルミナ／アルミ合
金 ．ＡｌＮ／ＰＩ、ＡｌＮ／ＳＵＳ、ＡｌＮ／Ｔｉ、Ａ
ｌＮ／Ｎｉ、ＡｌＮ／アルミ合金 ．ＳＵＳ／ＰＩ、ＳＵＳ／ＳＵＳ、ＳＵＳ／Ｔｉ、Ｓ
ＵＳ／Ｎｉ、ＳＵＳ／アルミ合金 このうち、アルミナ／ＳＵＳ、アルミナ／Ｔｉ、アルミ
ナ／Ｎｉ、アルミナ／アルミ合金、ＡｌＮ／ＳＵＳ、Ａ
ｌＮ／Ｔｉ、ＡｌＮ／Ｎｉ、ＡｌＮ／アルミ合金、ＳＵ
Ｓ／ＳＵＳ、ＳＵＳ／Ｔｉ、ＳＵＳ／Ｎｉ、ＳＵＳ／ア
ルミ合金が熱伝導の組み合わせの点で有利であり、特に
優れた組み合わせとして１桁以上の差があるのが、アル
ミナ／アルミ合金、ＡｌＮ／アルミ合金、ＳＵＳ／アル
ミ合金等であった。

【００４４】ヒータ基材の厚さは１ｍｍ以下が良く、
０．４〜０．６ｔ程度が望ましい。

【００４５】定着ベルト基材の厚さは１００μ以下が良
く、５０〜８０μ程度が望ましい。

【００４６】製造においては、変形抵抗の少ない展伸用
アルミ合金にて絞り成型を行うことで、低コストな成型
が可能である。

【００４７】ジュラルミンの場合、溶接によるセミシー
ムレス加工は接合部でなましが発生するのでシームレス
加工が望ましい。また、熱間押出加工より冷間引抜加工
のシームレスベルトが安価である。後者は、精度的にも
均一肉厚、真円度、外内径がより得やすく、高強度な薄
肉化が可能である。付随して熱処理等の改質処理を行
い、表面硬度や耐摩耗性、強度、伸びを改善しても良
い。

【００４８】

【発明の実施の形態】［実施例１］ （１）画像形成装置例 図１は本実施例における画像形成装置の概略図である。
本例の画像形成装置は転写式電子写真プロセスを用いた
複写機あるいはレーザービームプリンターである。

【００４９】２１は像担持体としての回転ドラム型の電
子写真感光体であり、矢印の時計方向に所定の周速度で
回転駆動される。感光体２１はその回転過程で帯電装置
２２により所定の極性・電位の一様な帯電処理を受け、
その帯電処理面に不図示の画像露光装置（原稿画像の結
像投影光学系、レーザービーム走査露光光学系等）によ
る画像露光Ｌを受けることで、画像情報の静電潜像の形
成がなされる。その静電潜像が現像装置２３によりトナ
ー像として現像される。

【００５０】一方、不図示の給紙部から記録材Ｐが給紙
され、感光体２１と転写ローラ２４との圧接部である転
写ニップ部に所定の制御タイミングで給送される。記録
材Ｐは転写ニップ部を挟持搬送されていく過程において
感光体２１面側のトナー像の転写を受ける。

【００５１】トナー像の転写を受けた記録材は感光体２
１面から分離されて、定着装置２５へ導入されてトナー
像の加熱定着処理を受け、画像形成物（コピー・プリン
ト）として排出される。

【００５２】また記録材Ｐに対するトナー像転写後の感
光体２１面はクリーニング装置２６により転写残トナー
等の残留汚染物の除去を受けて清掃され繰り返しの作像
に供される。

【００５３】（２）定着装置２５ 図２は定着装置２５の概略の横断面模型図である。

【００５４】１は定着部材としての円筒状の定着ベル
ト、７は横断面略半円弧状樋型の定着ベルト保持部材で
あり、定着ベルト１はこの定着ベルト保持部材７にルー
ズに外嵌される。

【００５５】３は加熱部材としてのセラミックヒータ
（以下、ヒータと記す）、５は該ヒータ３を断熱保持す
る耐熱樹脂製等のヒータホルダーである。ヒータ３をヒ
ータホルダー５に設けた溝部に嵌め入れて保持させ、そ
のヒータホルダー５を、定着ベルト保持部材７の下面部
の中央部に部材長手に沿って設けた溝部に嵌め入れて保
持させることで、ヒータ３をヒータホルダー５を介して
定着ベルト保持部材７に固定させてある。ヒータ３の加
熱面は下向きに露呈していて定着ベルト保持部材７に外
嵌させた定着ベルト１の内面に対向する。

【００５６】２は加圧部材としての弾性加圧ローラであ
り、ヒータ３との間に定着ベルト１を挟ませて加圧ロー
ラ２の弾性に抗して所定の押圧力で圧接させて所定幅の
定着ニップ部Ｎを形成させている。

【００５７】６は定着ベルト保持部材７の内側に裏当て
して配設した、撓みの少ない横断面下向きＵ字鋼材補強
部材であり、定着ベルト保持部材７・ヒータホルダー５
・ヒータ３に加圧ローラ２の加圧力に対向する強度を持
たせている。

【００５８】弾性加圧ローラ２を駆動ローラとして駆動
系Ｍにより矢示の反時計方向に回転駆動することで該ロ
ーラ２との摩擦力で円筒状定着ベルト１が定着ニップ部
Ｎにおいてヒータ３の下向き露呈面に密着して摺動しな
がら回転駆動される。定着ベルト１とヒータ３の間には
摩擦低減及び熱伝達向上のため、グリースや固体潤滑剤
等を塗布しておくことができる。

【００５９】そして、加圧ローラ２を回転駆動させ、定
着ベルト１を従動回転させ、ヒータ３を所定温度に昇温
・温調させた状態において、ヒータ３により発生する熱
は定着ニップ部Ｎにおいて定着ベルト１の背面（内面、
裏面）から表面へと向かう。

【００６０】定着時においては、定着ニップ部Ｎに通紙
される未定着トナー画像ｔを担持した記録材Ｐは定着ベ
ルト１と加圧ローラ２の間に挟持加圧されつつ、両者の
回転に伴い定着ニップ部Ｎを挟持搬送されると同時に、
定着ベルト１表面からの加熱と加圧ローラ２の蓄熱でト
ナーが溶融され、加圧により記録材Ｐの面にアンカー
（定着）がなされる。このプロセスは定着の間連続的に
行われる。

【００６１】（３）定着ベルト１ 定着部材としての円筒状の定着ベルト１は、直径３０φ
で、図３の部分拡大横断面模型図のように、基材１−１
と、表面離型層１−２とからなる２層構成である。

【００６２】基材１−１として、引抜成型された厚さ５
０μのジュラルミンＡ２０１７を採用した（ジュラルミ
ン定着ベルト）。他にＡ２０１１、Ａ２０１４も使用可
能である。可撓性を有するシームレススリーブであるた
め、定着ニップ部Ｎにおいてヒータ３の下向き露呈面に
対し密着して優れた伝熱効果を生む。

【００６３】表面離型層１−２は、厚さ５０μｍ以下の
ＦＥＰもしくはＰＴＦＥ、ＣＰＴＦＥ、ＰＦＡ等のフッ
素樹脂チューブまたはコート層として形成する。熱伝達
と耐久性を考え合わせて、フッ素樹脂チューブは３０〜
５０μ程度、コート層は１０〜１５μ程度の厚さが望ま
しい。

【００６４】（４）加圧ローラ２ 加圧部材としての加圧ローラ２は直径３０φで、１８φ
の芯金２−１と、その外周りに同心一体にローラ状に形
成した厚さ６．０ｔのＨＴＶシリコーンゴム層（耐熱弾
性層）２−２と、更にその外周面にもうけた、定着ベル
ト１の表面離型層１−２と同様の表面離型層２−３から
なる。

【００６５】ソリッドタイプでなくとも断熱性を高めた
スポンジタイプでも良い。定着ベルト１に対して加圧ロ
ーラ２が圧接して両者間にニップを形成した状態で駆動
回転され、静止時のニップ幅は中央部６．５ｍｍであっ
た。

【００６６】（５）ヒータ３ 加熱部材としてのセラミックヒータ３は、図３の部分拡
大横断面模型図と、図４の表面側の一部切り欠き平面模
型図および裏面側の平面模型図に示すように、厚さ０．
４〜１．０ｍｍ程度のアルミナあるいはより熱衝撃に強
い窒化アルミ等のセラミックをヒータ基材（ベース）３
−１とし、このヒータ基材３−１上にモリブデン等を含
んだ抵抗発熱層（通電発熱部）３−２を形成した上に、
さらに薄膜の絶縁保護ガラス層３−３を設けた構成を基
本としたものである。より具体的には、 ．記録材Ｐの通紙方向に直交する方向を長手とする横
長平板状のアルミナ等のセラミックのヒータ基材３−１
と、 ．このヒータ基材３−１の一方面側（表面側）に、該
ヒータ基材３−１の通紙方向幅内の略中央部に長手に沿
って細帯状にパターン印刷・焼成して具備させた抵抗発
熱層３−２と、 ．該抵抗発熱層３−２の両端部にそれぞれ電気的に導
通させて、基板両端部側の表面部分にパターン印刷・焼
成して具備させた、Ａｇ／Ｐｄ等の第1と第２の給電用
電極パターン３−４と、 ．上記の第1と第２の給電用電極パターン３−４の部
分を除いて、抵抗発熱層１−２を覆わせてヒータ基材表
面に形成具備させた絶縁保護ガラス層３−３と、 ．ヒータ基材３−１の他方面側（裏面側）において、
ヒータ基材長手方向の略中央部にヒータ基材３−１に接
触させて配設したサーミスタ等の検温素子４等からな
る。

【００６７】このヒータ３を、抵抗発熱層ｂを設けてい
る表面側を下向きに露呈させて、ヒータホルダー５を介
して定着ベルト保持部材７に固定保持させてある。

【００６８】そして第１と第２の給電用電極パターン３
−４間に不図示の給電回路（交流電源回路）より給電コ
ネクタを介して電力供給がなされることにより、抵抗発
熱層３−２がほぼ全長に渡って発熱して、ヒータ３が急
速昇温する。このヒータ３の昇温温度が検温素子４で検
出され、その検温情報が不図示の制御回路（ＣＰＵ）に
入力する。制御回路は、入力する検温素子４のヒータ検
温情報が所定の一定温度に維持されるように給電回路か
ら抵抗発熱体３−２への供給電力を制御（波数制御ある
いは位相制御等の手法）して、加熱体温度を温調制御す
る。

【００６９】定着装置の立ち上がり時のオンデマンド化
をはかるためには、数十ｓ程度の時間に１０００Ｗ程度
の大電力を送ることが必要である。いったんプリント温
度に達した後は、その保温のために８０〜１００Ｗ程
度、用紙定着中には４００〜５００Ｗ程度の電力を送る
ことが必要である。

【００７０】室内常温状態より定着可能なプリント温度
１８０℃までの立上がりにほぼ５０ｓ要した。これは、
定着ベルト１の表面温度自体の立ち上がりはかなり速い
が、加圧ローラ２に熱源を持たない構成では、冷えた状
態からの定着性が低めとなるため、前多回転行程（画像
形成装置の始動（起動）動作期間（ウォーミング期
間）：メイン電源スイッチのＯＮにより、装置のメイン
モーターを駆動させて感光体を回転駆動させ、所要のプ
ロセス機器の準備動作を実行させる）により加熱するの
に立ち上がり時間を要するためである。定着ベルト１の
表面温度のリップルは±４℃程度であった。加圧ローラ
周速３０〜１２０ｍｍ／ｓ、加圧力１９６Ｎ（２０ｋｇ
ｆ）とした。

【００７１】高速対応の小径小型化定着装置が可能であ
る。小径小型化するにつれ、定着画像の後端部において
は、定着ベルトあるいは加圧ローラ周長にして、より多
くの複数周目に相当する分割された加熱領域が発生する
ようになるが、何度も用紙へと熱が奪われることによ
り、加圧ローラからの蓄熱による加熱分が冷えて低下す
るため、通常は定着性が低下していく。

【００７２】定着性を画像全面で均一化するためには、
加圧ローラからの熱供給低下分に対応して定着ベルト側
からの熱供給量を１週目毎に逐次アップしていく必要が
ある。ジュラルミン定着ベルトにおいては、高速駆動時
においても熱応答性が優れており、すばやく表面からの
熱供給量を制御することで、均一な定着性を得るもので
ある。

【００７３】［実施例２］実施例１では、ジュラルミン
等のアルミ合金基材１−１を用いた定着ベルト１の内面
においては、ヒータ３との摺擦に伴い、磨耗粉が発生す
ると、ヒータ３からの熱伝達効率を低下させると同時
に、定着ベルト１の内面とヒータ３の表面の摺動抵抗を
上げて駆動モーターのトルクアップをもたらす傾向があ
る。

【００７４】そこで、図５のように、定着ベルト基材１
−１の内面に摺動コート層１−３として耐熱性ポリイミ
ド樹脂ベースのワニス塗布を行い、乾燥させ厚さ数〜１
０μｍ程度の薄層コート層を形成した。この程度の厚さ
であれば、伝熱にさほどの影響はない。

【００７５】材料的には耐磨耗性、耐熱性が優れ、定着
ベルト基材１−１の屈曲による剥れが発生しないような
接着性の高いものであれば良い。摺動用として若干の窒
化ホウ素等の固体潤滑材を外添するのも良い。シリコー
ングリース等の潤滑剤を摺動面に塗布するとなお良い。

【００７６】これにより通紙５万枚定着耐久後も熱効
率、トルクともに特性の変化はほとんど見られなかっ
た。

【００７７】［実施例３］実施例２において改良を加
え、図６のように、定着ベルト１の端部にバルジ加工の
拡管成型を行い、定着ベルト両端あるいは片端にＲ〜１
ｍｍ程度の曲率をつけて、定着ベルトの寄り防止の突き
当て部材９に対して定着ベルト端部の摺擦を裏面の摺動
コート層１−３で受け持たせるようにすることができ
る。

【００７８】図６においては補強部材６や定着ベルト保
持部材７は省略した。定着ベルト１の端部は突き当て部
材９により、寄り防止がなされる。１１は定着ユニット
側板である。

【００７９】加圧ローラ２は軸受け１０に渡した駆動軸
２−１により回転駆動される。加圧ローラ長は、傷防止
のために、この端部位置にかからないように短めに配置
した。

【００８０】［実施例４］定着ベルト端部昇温防止のた
めに定着ベルト軸方向の温度ならし部材を加えた構成を
図７に示す。

【００８１】定着ベルト１の内面よりアルミ等の軸方向
伝熱部材１２−１、１２−２を当接する。伝熱部材１２
−１、１２−２は固定部材であっても、例えば中空パイ
プ形状のような、定着ベルト１の回転に従動する回転部
材であっても良い。定着ベルト内面に対する当接表面は
摺動性の高いコートやフィルムを設けるのが良い。

【００８２】定着ベルト１の基材１−１がアルミ合金で
あり熱伝導が高いことから、伝熱部材１２−１、１２−
２との熱交換はすみやかに行われる。次いで伝熱部材内
部で軸方向に温度分布の均一化が行われる。もちろん定
着ベルト１自体の内部でも高い伝熱特性により軸方向に
温度分布の均一化が定着ニップ部Ｎ及びそれ以外の個所
でも行われる。ここでは定着ベルト１のわずかな弾性を
利用して内部から伝熱部材１２−１、１２−２を当接さ
せており、定着ベルト形状は横方向に若干つぶれた形と
なるので、アルミ合金であるベルト基材１−１の定着ニ
ップ部出入部での屈曲を軽減して、定着ベルト寿命を延
長する作用も有する。

【００８３】［実施例５］図８に、ヒータ３としてステ
ンレスをヒータ基材ａとした金属ヒータ（ステンレスヒ
ータ）を用い、ジュラルミンを基材１−１とする定着ベ
ルト１を組み合わせた構成を示す。

【００８４】金属ヒータ３はステンレス基材３−１にガ
ラス絶縁層３−５を介して抵抗発熱層３−２が形成され
ており、さらにガラス絶縁層３−３を設けた構成となっ
ている。

【００８５】抵抗発熱層３−２は、定着ベルト１との摺
動面となっている薄膜の保護ガラス層３−３のすぐ下に
位置しており、通電加熱がなされた場合、ヒータ基材３
−１のステンレスより定着ベルト基材１−１のジュラル
ミンの熱伝導がはるかに高いことから、効率良く定着ベ
ルト基材１−１のジュラルミンに対して熱伝達がなさ
れ、ステンレスのヒータ基材裏面からヒータホルダー５
を介しての熱の逃げを相対的に防止する。

【００８６】なお、ここではステンレスヒータを例とし
て説明したが、以上のような理由から、アルミナや窒化
アルミ等の熱伝導がステンレスより劣るセラミックベー
スのヒータ（セラミックヒータ）に対しては、明白によ
り効果的である。しかし、ステンレス基材のヒータにつ
いては材料的に安価であり、しかも割れの心配がないと
いう金属ヒータ特有の利点がある。金属ヒータ自体は熱
伝導が高いため、同一設定温度においてヒータ背面から
の熱の逃げが増大し、熱効率が低下する傾向があるが、
より熱伝導の高いジュラルミンを基材１−１とする定着
ベルト１と組み合わせることで定着ベルト表面への熱伝
達を高め、相対的に熱効率をアップするものである。

【００８７】図９のように上述の金属ヒータ３を上面下
面逆の配置（背面加熱型）とした上で、さらに定着ベル
ト内面との摺動面にガラス摺動層３−６を設けたステン
レス基材のヒータ構成も可能であり、この場合もジュラ
ルミンを基材１−１とする定着ベルトと組み合わせるこ
とでやはり同様の効果が得られる。

【００８８】［実施例６］トナーによるフルカラー画像
形成装置は図には省略したけれども、３色あるいは４色
のカラートナー像の複合重畳層（多層トナー）を記録材
上に形成し、それを加熱溶融混色させて定着するもので
ある。そのような厚いトナー層のカラー定着対応のた
め、多層トナーに対する弾性包み込み効果を定着ベルト
１に与えるべく、定着ベルト構成を３層構成としたもの
を図１０に示す。即ちフッ素樹脂より成る表層離型層１
−２とアルミ合金より成る定着ベルト基材１−１の間に
弾性中間層１−４としてＲＴＶ、ＬＴＶ、ＨＴＶ等の低
硬度シリコーンゴムを３０〜３５０μの厚さで設けた。

【００８９】シリコーンゴムは熱伝導を高めるため、シ
リカやアルミナ、カーボン等の熱伝導フィラーを外添す
るのが良い。この定着ベルト構成では、それでもゴム層
により熱伝達が低下するため、既述したようなアルミ合
金の熱伝導性によって、定着ニップ部Ｎで直ちに熱流を
画像定着面に与える加熱メカニズム自体が困難である
が、定着ベルト内面の基材１−１部分に限ってはアルミ
合金であるジュラルミンの全面に効率良く熱伝達が行わ
れるため、限られた面積の定着ニップ部Ｎによっても、
定着ベルト１が１〜数周して再び定着ニップ部Ｎに戻る
間にゴム層１−４を通じて、定着ベルト表面に加熱を伝
えることができる。

【００９０】熱は高熱伝導の定着ベルト基材１−１内部
で円周方向に拡散するため、ゴム層１−４とベルト基材
１−１との接着面で局部的な高温が発生することがほと
んどない。そのため、寿命的にはむしろ有利である。

【００９１】カラーＯＨＴ定着モードにおいては、しば
しば透過性を高めるために、普通紙モードに対して数分
の１の低速で行うが、定着ニップ部Ｎにおいて図１１の
ように熱の流れを矢印であらわした場合、ヒータ３面で
の抵抗発熱部ｂで局所的に加熱される傾向にあるため、
楕円で示した接着境界面の位置で熱ダメージを与えやす
い。この熱ダメージを防止するにはベルト基材の厚さを
厚くして、ベルト円周方向への熱拡散を利用する方法が
あるが、熱容量が増大するため、立上り時間は延長され
る。もう一つの方法としてはベルト基材の熱伝導率自体
を高めることでこの場合立上り時間はむしろ短縮され
る。したがって、熱伝導性の低いセラミックベースのヒ
ータではこの傾向はより現れやすいが、上に述べたよう
な大幅に熱伝導性の高いアルミ合金のベルト基材１−１
との組み合わせにより、図１０に熱の流れを矢印で示し
たように、図１１に対する相対的なものではあるが、円
周方向の熱拡散効果でダメージを防止すると同時にニッ
プ全体にわたり、加熱面積を有効に利用することができ
る。ステンレス基材の定着ベルトに対してアルミ合金で
あるジュラルミンを基材１−１とする定着ベルト１にお
いては熱伝達が１桁高いため、この効果が著しい。また
定着に必要な熱量はかえって安定するため、温調には高
価な位相制御やあるいは波数制御でなくとも安価なＯＮ
−ＯＦＦ制御方式を用いることが可能である。

【００９２】なお、定着ベルト１が３層構成の場合を説
明したが、基材表面に弾性フッ素樹脂層を設けただけの
２層構成においても、トナーの包み込み効果はやや劣る
ものの、以上の理由から熱伝達においては同様の効果が
得られる。

【００９３】［その他］ １）定着装置は、オイル系定着であってもオイルレス系
であっても同様に効果がある。

【００９４】２）加熱部材（ヒータ）は電磁誘導発熱性
部材であってもよい。

【００９５】３）本発明の定着装置には、記録材上の画
像を仮定着処理する像加熱装置、つや等の画像表面性を
改質する像加熱装置等も含むものである。

【００９６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は高速化、
小径定着ベルトによる小型化、省エネ化、オンデマンド
化かつまた軸方向の熱伝導が向上するため端部昇温に対
して有利である。

【００９７】簡単かつ低コストな構成で、効率的に高速
な定着を行うものである。

【００９８】従来のオンデマンド構成定着と異なり、ベ
ルト基材の熱伝導が非常に高いため、加熱ヒータより背
面の保持部材にリークする無駄な熱流の割合は、例え金
属ベースヒータであっても相対的に低減し、より有効に
ベルト加熱へと移動する熱による表面のオーバーシュー
トを防止すると同時に、内面の無駄な加熱を抑えてロー
ラの表面側より最小限必要な加熱を行うことで、熱エネ
ルギーを有効に利用して省エネ化をはかるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１における画像形成装置例の概略構成
図

【図２】 定着装置の概略構成図

【図３】 定着装置の要部の拡大横断面模型図

【図４】 ヒータの構成説明図

【図５】 実施例２の定着装置の要部の拡大横断面模型
図

【図６】 実施例３の定着装置の要部の拡大縦断面模型
図

【図７】 実施例４の定着装置の要部の拡大横断面模型
図

【図８】 実施例５の定着装置の要部の拡大横断面模型
図（その１）

【図９】 実施例５の定着装置の要部の拡大横断面模型
図（その２）

【図１０】 実施例６の定着装置の要部の拡大横断面模
型図

【図１１】 比較例の定着装置の要部の拡大横断面模型
図

【符号の説明】

１…定着ベルト、１−１…定着ベルト基材、１−２…表
層離型層、１−３…耐磨耗摺動層、２…加圧ローラ、３
…加熱ヒータ、３−１…ヒータ基材、３−２……発熱抵
抗層、３−３…絶縁保護ガラス層、３−４…給電用電極
部、３−５…絶縁層、３−６…摺動層、４…サーミス
タ、５…ヒータホルダー、６…加圧補強部材、７…ベル
ト安定保持部材、２−１…加圧ローラ駆動軸、９…寄り
防止突き当て部材、１０…加圧ローラ軸受け、１１…定
着ユニット側板、１２−１，１２−２…温度均一化部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大久保 正晴 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 2H030 AA05 AD01 AD04 2H033 AA20 AA21 AA30 BB03 BB05 BB06 BB13 BB14 BB15 BB18 BB21 BB29 BB30 3K058 AA03 BA18 CA12 CA61 CE19 DA01

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加熱部材と、この加熱部材に内面が当接し
   て摺動回転するエンドレス形状の定着部材と、この定着
   部材を介して前記加熱部材に対向して加圧回転する加圧
   部材と、を有し、前記定着部材と前記加圧部材とのニッ
   プで画像を担持した被定着部材を挟持搬送し前記定着部
   材を介した前記加熱部材の熱により被定着部材上の画像
   を加熱する定着装置において、前記定着部材の基材とし
   て可撓性を有するシームレスのアルミ合金系ベルトもし
   くはスリーブを用いたことを特徴とする定着装置。
2. 【請求項２】前記定着部材の基材としてのアルミ合金系
   ベルトもしくはスリーブの内面にこれに当接する加熱部
   材に対する摺動層もしくは耐磨耗層を形成したことを特
   徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 【請求項３】前記加熱部材は、前記定着部材の基材とし
   てのアルミ合金系ベルトもしくはスリーブよりも熱伝導
   率の低い金属もしくはセラミック等の部材を基材とする
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 【請求項４】前記加熱部材は、基材と、該基材の一方面
   側に具備させた通電発熱部を基本構成体として成り、前
   記通電発熱部が基材に対して前記定着部材と前記加熱部
   材との接触面側に形成されていることを特徴とする請求
   項１から３の何れかに記載の定着装置。
5. 【請求項５】前記定着部材の基材としてのアルミ合金系
   ベルトもしくはスリーブの外面側に弾性表面効果を有す
   る被覆層を設け、前記加熱部材の局所化された発熱部の
   熱が被覆層の接着面に到達する以前に、前記定着部材の
   基材の円周方向に熱拡散する構成としたことを特徴とす
   る請求項１から４の何れかに記載の定着装置。
6. 【請求項６】記録材上の未定着画像を形成担持させる作
   像プロセス手段と、記録材上の未定着画像を熱定着させ
   る画像定着手段を有する画像形成装置において、前記画
   像定着手段が請求項１から５の何れかに記載の定着装置
   であることを特徴とする画像形成装置。
7. 【請求項７】前記画像形成手段が記録材上に多層トナー
   の未定着カラー画像を形成するカラー画像定着手段であ
   り、前記画像定着手段が請求項５に記載の定着装置であ
   る事を特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。