JP3222073B2

JP3222073B2 - 熱定着装置

Info

Publication number: JP3222073B2
Application number: JP29001596A
Authority: JP
Inventors: 善光大高
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1996-10-31
Publication date: 2001-10-22
Anticipated expiration: 2016-10-31
Also published as: JPH10133506A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、紙や樹脂フィルム
等の記録媒体上に電子写真方式により転写されたトナー
像を加熱溶融して定着する熱定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の熱定着装置としては、加熱ロー
ラ方式が広く採用されている。この加熱ローラ方式のも
のは、例えば、図２２に示すように、加熱ローラ１とこ
の加熱ローラ１に圧接した加圧ローラ２からなり、転写
されたトナー像３を支持した記録媒体である記録紙４
を、加熱ローラ１と加圧ローラ２との圧接加熱部Ｎを通
過させることでトナー像３を加熱溶融して定着するよう
になっている。加熱ローラ１は金属ローラ１ａの外周に
ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオルエチレン）等の耐熱性離
型層１ｂを形成したローラであり、内部に発熱源として
ハロゲンランプ１ｃを配置している。そして、加熱ロー
ラ１の表面を温度制御系により所定の設定温度に制御す
るようになっている。また、加圧ローラ２は金属ローラ
２ａの外周にシリコンゴムの耐熱弾性体層２ｂを形成し
たローラである。

【０００３】トナー像３を支持した記録紙４が加熱圧接
部Ｎを通過すると、トナー像３および記録紙４は所定の
温度の加熱ローラ１に圧接して加熱されトナー像３が記
録紙４に定着される。このとき、トナー像３を確実に加
熱するために圧接加熱部Ｎにおいて所定の温度の他に、
所定の圧接力と圧接ニップ長さＮL が必要とされ、加熱
ローラ１の強度と直径の最低限度の値が、実験やシミュ
レーション等により決定される。

【０００４】ところで、この種の熱定着装置では、省エ
ネルギー対策として、画像形成時のみ電力を供給し、待
機時には給電しないという低消費電力モードが求められ
ている。しかしながら、加熱ローラ方式の熱定着装置で
は、加熱ローラ１の強度と直径の制約から、加熱ローラ
１の熱容量を小さくできないので、ハロゲンランプ１ｃ
に給電を開始してから加熱ローラ１の表面が所定の設定
温度に達し、定着可能になるまでのウォームアップ時間
が長いという問題が生じる。すなわち、加熱ローラ方式
の熱定着装置では、低消費電力モードを用いると待機時
から定着可能になるまでの時間が、例えば１分〜５分と
いうように長くかかり、使用上非常に不便となる問題が
あった。

【０００５】また、特開昭５９−２１１０７２号公報で
は、板状予熱ヒータを使用してウォームアップ時間の短
縮化を図っている。すなわち、図２３に示すように、加
熱ローラ１と加圧ローラ２の手前に配置した給紙ガイド
５の上方に板状予熱ヒータ６を配置し、給紙ガイド５を
搬送する記録紙４上のトナー像３を予め加熱するように
なっている。板状予熱ヒータ６は、ニクロム等の発熱抵
抗体からなり、記録紙３の全幅を加熱できるようになっ
ている。この板状予熱ヒータ５と給紙ガイド６で予熱通
路Ｐが構成されている。

【０００６】トナー像３を支持した記録紙４が給紙ガイ
ド５に沿って搬送し、板状予熱ヒータ６を配置した予熱
通路Ｐを通過すると、板状予熱ヒータ５からの熱によ
り、記録紙４上のトナー像３はトナーの軟化点以上の温
度で加熱され半溶融状態になる。そして、加熱ローラ１
と加圧ローラ２との加熱圧接部Ｎにおいて、半溶融状態
のトナー像３および記録紙４は圧接加熱され完全に定着
する。このとき、トナー像３は予熱されているので、圧
接加熱部Ｎにおいては、図２２の場合よりも弱い圧接
力、短い圧接ニップ長さＮL で良好に定着することにな
る。そして、比較的弱い圧接力、比較的短い圧接ニップ
幅が採用できるため、加熱ローラ１の強度と直径の制約
が緩やかになり、加熱ローラ１の小径化および薄肉化に
よる熱容量の低減が可能になり、ウォームアップ時間の
短縮が可能となる。

【０００７】しかしながら、このようにハロゲンランプ
１ｃと板状予熱ヒータ６という２種類の発熱体を使用す
る場合には、加熱ローラ１の表面温度と板状予熱ヒータ
６の表面温度を、それぞれ所定の温度に維持するために
は、発熱体の抵抗値、抵抗温度係数、熱容量等が異なる
ので、ハロゲンランプ用と板状予熱ヒータ用の２種類の
温度制御系が必要になり、装置が複雑化し、コスト高と
なる問題があった。また、加熱ローラ１の内径寸法は、
内部にハロゲンランプ１ｃを配置しているために、この
ハロゲンランプ１ｂの外径寸法より大きくする必要があ
り、このため加熱ローラ１の熱容量を小さくするには限
界があり、より短いウォームアップ時間を達成すること
は困難であった。

【０００８】また、特開昭６１−２６２７７２号公報に
は、予熱ヒータとしてハロゲンランプを用いる方式が開
示されている。すなわち、図２４に示すように、予熱ヒ
ータとして、予熱ハロゲンランプ７と反射板８で構成し
たものを使用している。この方式によれば、予熱ヒータ
の発熱源と加熱ローラ１の発熱源の種類が同じハロゲン
ランプであり、ワット数と寸法関係を最適化することに
より、一つの温度制御系によって制御することが可能と
なる。

【０００９】しかしながら、この公報のものにおいても
特開昭５９−２１１０７２号公報のものと同様に、加熱
ローラ１の内径寸法をハロゲンランプ１ｃの外径寸法よ
り大きくする必要があり、このため加熱ローラ１の熱容
量を小さくするには限界があり、より短いウォームアッ
プ時間を達成することは困難であった。また、トナー像
３を輻射熱により半溶融状態にするのに十分な予熱時間
が必要とされるため、所定の長さの予熱通路Ｐが必要で
あり、このため、予熱ハロゲンランプ７を給紙ガイド５
から所定の間隔だけ離して配置するとともに反射板８を
設置しなければならず、装置が複雑化し、コスト高とな
る問題があった。

【００１０】また、実開平５−５０４７１号公報には、
低温度で定着可能であるトナーを用い、発熱源として固
定板状ヒータのみを使用した定着装置が開示されてい
る。すなわち、図２５に示すように、発熱源を持たない
定着ローラ９と加圧ローラ２を圧接し、この手前の給紙
ガイド５の上方に板状ヒータ１０を配置している。板状
ヒータ１０はアルミナ粉末にＮｉ−Ｃｒのような低抵抗
粉末を混合して板状に形成した発熱体１０ａを、アルミ
板１０ｂの裏面に固着したもので、記録紙４の全幅を加
熱できる幅を有している。定着ローラ９は金属ローラ９
ａの外周にＰＴＦＥの耐熱性離型層９ｂを設けたローラ
である。トナー像３を支持した記録紙４を給紙ガイド５
に沿って搬送し、板状ヒータ１０を配置した加熱通路Ｈ
を通過することで板状ヒータ１０からの熱により、トナ
ー像３は溶融し記録紙４に定着する。そして、圧接部Ｎ
においては、定着ローラ９および加圧ローラ２の圧接に
より定着作用が補足され、トナー像３が完全に記録紙４
に定着することになる。

【００１１】しかしながら、この熱定着装置は、低温度
（例えば１２０℃以下の定着温度）で定着可能なトナー
にのみ適用できる装置である。すなわち、通常のトナー
では圧接部を形成しているローラの少なくともどちらか
一方が加熱ローラで圧接部が圧接加熱部となっていなけ
れば十分な定着ができない。従って、この熱定着装置は
通常のトナーには使用できないという問題がある。ま
た、低温度で定着可能なトナーであっても圧接部Ｎでの
加熱がないので例えば、定着装置動作開始直後など定着
ローラ９の表面温度が比較的低いときには、トナーが定
着ローラ９の表面に付着するなどの問題が発生する。

【００１２】さらに、特開平６−３１８００１号公報に
は、無端状の定着ベルトを使用した加熱ベルト定着方式
の熱定着装置が開示されている。すなわち、図２５に示
すように、加熱ローラ１１と定着ローラ１２間に定着ベ
ルト１３を掛け渡し、定着ローラ１２と加圧ローラ２を
間に定着ベルト１３を挟んで圧接している。加熱ローラ
１１はＰＴＦＥの被覆層を設けた中空のアルミニウムロ
ーラ１１ａの内部にハロゲンランプ１１ｂを配置してい
る。定着ローラ１２は中空のアルミニウムローラ１２ａ
の外周にシリコーンゴムの耐熱弾性体層１２ｂを形成し
たローラである。定着ベルト１３はニッケルの無端状ベ
ルトの主体の外周面にシリコーンゴムの離型層を形成し
たもので、この定着ベルト１３と給紙ガイド５で予熱通
路Ｐを形成している。

【００１３】この装置は、定着ベルト１３が加熱ローラ
１１により必要な温度に加熱され、この加熱された定着
ベルト１３は所定の線速で加熱ローラ１１から定着ロー
ラ１２と加圧ローラ２の圧接加熱部Ｎに直線的に移動
し、これと同速度でトナー像３を支持した記録紙４が給
紙ガイド５と定着ベルト１３で構成される予熱通路Ｐを
搬送する。そして、予熱通路Ｐで記録紙４上のトナー像
３は定着ベルト１３に接触しない状態で、トナーの軟化
点以上の温度で加熱され半溶融状態になる。次に圧接加
熱部Ｎにおいて、半溶融状態のトナー像３および記録紙
４は所定の温度の定着ベルト１３に圧接し加熱され、ト
ナー像３を記録紙４に完全に定着する。このとき、トナ
ー像３は予熱されているので、圧接加熱部Ｎの温度が従
来の加熱ローラ方式の定着装置よりも低い状態で定着可
能となる。

【００１４】また、定着ベルト１３は熱容量が小さく設
定されているので、加熱ローラ１１により容易に必要な
温度に達し、さらに圧接加熱部Ｎにおいて定着ベルト１
３はその熱をトナー３と記録紙４に与えて定着ベルト１
３自体が冷却される。これにより、圧接加熱部Ｎの出口
でのトナーの温度が十分に低くなり、トナーと定着ベル
ト１３の離型層との分離性が良くなる。この装置では、
予熱通路Ｐが容易に所定の長さに設定でき、予熱通路Ｐ
と圧接加熱部Ｎの加熱が一つの発熱源で行われることか
ら温度制御系も一つで済み、さらに圧接加熱部Ｎを有す
るので通常のトナーが使用できる。

【００１５】しかしながら、この加熱ベルト定着方式の
ものは、圧接加熱部Ｎの温度を低くすることができる
が、定着ベルト１３、加熱ローラ１１が必要なため、装
置全体の熱容量を加熱ローラ方式の定着装置よりも小さ
くすることが出来ず、ウォームアップ時間を短縮するこ
とが困難であった。また、定着ベルト１３を使用するた
め、ベルトの片寄り防止機構等が必要になり、装置が複
雑化し、コスト高となる問題があった。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の熱定
着装置では、簡単な構成で十分な低消費電力化やウオー
ムアップ時間の短縮を図ることができない問題があっ
た。

【００１７】そこで請求項１乃至１０記載の発明は、良
好なトナー定着ができるとともに十分な低消費電力化を
図ることができ、また、ウオームアップ時間の十分な短
縮を図ることができ、しかも構成が簡単で経済性にも優
れた熱定着装置を提供する。また、請求項３記載の発明
は、さらに、圧接加熱手段に付着したトナーをクリーニ
ングして定着時の記録媒体の汚れを防止できる熱定着装
置を提供する。

【００１８】また、請求項６記載の発明は、さらに、十
分な前加熱ができ、より良好なトナー定着ができる熱定
着装置を提供する。

【００１９】また、請求項７乃至１０記載の発明は、さ
らに、前加熱手段及び圧接加熱手段の構成が簡単で製造
が容易な熱定着装置を提供する。

【００２０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
転写されたトナー像を支持した記録媒体を搬送する搬送
路と、この搬送路に配置し、トナー像と接触しない状態
で記録媒体を前加熱する第１の板状発熱体を有する前加
熱手段と、この前加熱手段にて前加熱した記録媒体を圧
接して加熱するローラ又は回転無端ベルトを有するとと
もにこのローラ又は回転無端ベルトを外周側から加熱す
る、第１の板状発熱体と同一構成の第２の板状発熱体を
有する圧接加熱手段と、第１、第２の板状発熱体を制御
する発熱体制御手段とを備えたものである。

【００２１】請求項２記載の発明は、請求項１記載の熱
定着装置において、第２の板状発熱体をローラ又は回転
無端ベルトの外周面に接触させたものである。

【００２２】請求項３記載の発明は、請求項１記載の熱
定着装置において、第２の板状発熱体とローラ又は回転
無端ベルトの外周面との間にこれらに接触してクリーニ
ング部材を介在させたものである。

【００２３】請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の
いずれか１項記載の熱定着装置において、圧接加熱手段
は円柱状ローラを有し、この円柱状ローラを第２の板状
発熱体で加熱するものである。

【００２４】請求項５記載の発明は、転写されたトナー
像を支持した記録媒体を搬送する搬送路と、この搬送路
に配置し、トナー像と接触しない状態で記録媒体を前加
熱する第１の板状発熱体を有する前加熱手段と、この前
加熱手段にて前加熱した記録媒体を圧接して加熱する円
筒状ローラ又は回転無端ベルトを有するとともにこの円
筒状ローラ又は回転無端ベルトを内周側から加熱する、
第１の板状発熱体と同一構成の第２の板状発熱体を有す
る圧接加熱手段と、第１、第２の板状発熱体を制御する
発熱体制御手段とを備えたものである。

【００２５】請求項６記載の発明は、請求項１乃至５の
いずれか１項記載の熱定着装置において、前加熱手段の
第１の板状発熱体の対向位置に、搬送路を介して熱保持
板を配置したものである。

【００２６】請求項７記載の発明は、請求項１乃至６の
いずれか１項記載の熱定着装置において、前加熱手段の
第１の板状発熱体及び圧接加熱手段の第２の板状発熱体
を、パターン形成した発熱抵抗体を耐熱絶縁性樹脂層で
挟んで構成したものである。請求項８記載の発明は、請
求項１乃至６のいずれか１項記載の熱定着装置におい
て、前加熱手段の第１の板状発熱体及び圧接加熱手段の
第２の板状発熱体を、パターン形成した発熱抵抗体を耐
熱絶縁性樹脂層で挟んだ可撓性又は可塑性板状発熱体と
し、第１の板状発熱体は平板状のまま固定し、第２の板
状発熱体は湾曲状又は円筒状に撓ませて弾性変形状態又
は塑性変形状態で固定したものである。請求項９記載の
発明は、請求項７又は８記載の熱定着装置において、温
度センサを発熱抵抗体とともに耐熱絶縁性樹脂フィルム
で挟んで板状発熱体を構成したものである。

【００２７】請求項１０載の発明は、請求項１乃至９の
いずれか１項記載の熱定着装置において、前加熱手段の
第１の板状発熱体及び圧接加熱手段の第２の板状発熱体
を一体形成したものである。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００２９】（第１の実施の形態）図１に示すように、
加熱ローラ２１と加圧ローラ２２を圧接して配置し、こ
の各ローラ２１，２２の手前に転写されたトナー像２３
を支持した記録媒体である記録紙２４を搬送する搬送路
を形成する給紙ガイド２５を配置し、この給紙ガイド２
５の上方に前加熱手段の発熱源である第１の板状発熱体
２６を配置している。そして、前記加熱ローラ２１の外
周側にこの外周面から所定の間隔離れて圧接加熱手段の
発熱源である湾曲状の第２の板状発熱体２７を配置し、
前記加熱ローラ２１と加圧ローラ２２と第２の板状発熱
体２７とで圧接加熱手段を構成している。前記第１の板
状発熱体２６と給紙ガイド２５によって予熱通路Ｐを形
成し、前記加熱ローラ２１と加圧ローラ２２の圧接部で
圧接加熱部Ｎを形成している。前記第１の板状発熱体２
６には温度センサ２８を一体的に設けている。

【００３０】前記加熱ローラ２１は、直径１２mm、厚さ
０．６mmのアルミ管２１ａ上に厚さ２５μｍのＰＴＦＥ
（ポリテトラフルオルエチレン）の耐熱性離型層２１ｂ
を形成している。前記ＰＴＦＥとしては、第２の板状発
熱体２７からの放射エネルギーに対する吸収率を上げる
ために黒色のものを使用している。なお、加熱ローラ２
１としては、これ以外にもアルモ管面を黒色化処理し、
透明ＰＦＡチューブを被覆したものも使用できる。この
ような加熱ローラ２１は内部に発熱源としてハロゲンラ
ンプを設ける必要がなく内径が自由に選択できる。ま
た、内面に反射防止塗料等を塗布する必要もない。前記
加圧ローラ２２は、外径１０ｍｍの鉄の心材２２ａ上に
外径１６ｍｍになるようにシリコンゴムの耐熱弾性体層
２２ｂを形成したものである。なお、耐熱弾性体層２２
ｂとしては、加熱ローラ２１とのニップ幅を大きくする
ためにシリコンスポンジ等も使用でき、また、加圧ロー
ラ２２の表面にはトナーの付着を防ぐためにＰＦＡ等の
離型層を設けても良い。

【００３１】前記第１、第２の板状発熱体２６，２７
は、図２に平面図、縦断面図、横断面図を示すように、
可撓性部材である鉄−クロム合金からなる、固有抵抗
１．２３×１０^-6Ωｍ、厚さ０．０７ｍｍの発熱抵抗体
２９のパターンを、同じく可撓性部材であるＰＢＩ（ポ
リベンズイミダゾール）からなる厚さ０．０５mmの耐熱
絶縁層３０，３１で挟み込んで形成している。前記発熱
抵抗体２９の配列パターンは、温度分布・強度・変形等
を考慮して様々なパターンが採用可能であるが、ここで
は、湾曲変形させる際に、曲率半径が前記記録紙２４の
幅方向（移動方向と直角方向）のどの位置においても一
定になるように、蛇行幅が記録紙２４の移動方向となる
ようにつづら折り状に配列している。

【００３２】例えば、発熱抵抗体２９として、パターン
の幅ｔ1 が３．４８mm、蛇行幅の長さｔ2 が３８．６１
mm、蛇行ピッチｔ3 が４．４８mmで５０本つづら折り状
にパターン配列したものを使用した場合、この発熱抵抗
体２９からなる第１の板状発熱体２６と第２の板状発熱
体２７を直列に接続し、電源電圧１００Ｖ印加すると、
第１の板状発熱体２６が２５０Ｗ、第２の板状発熱体２
７が２５０Ｗの最大消費電力（単位時間当たりの発熱
量）を発揮することができる。前記第１の板状発熱体２
６は図３の(b) に示すように平板形状のまま使用し、前
記第２の板状発熱手段２７は図３の(a) に示すように前
記加熱ローラ２１の外周に沿うような湾曲形状に塑性変
形するか、弾性変形状態に保持して使用する。なお、こ
こでは第１の板状発熱体２６と第２の板状発熱体２７は
同一の断面構造を有し、かつ発熱抵抗体の配列パターン
も同一としたが、断面構造のみを同一にし、配列パター
ンを異ならせてもよい。すなわち、設定される前加熱時
間に応じて第１の板状発熱体２６を構成する発熱抵抗体
の配列パターンを変更して予熱通路Ｐの長さを自由に変
更することができる。これにより、一定でほぼ一様な温
度分布を必要とする平面形状の第１の板状発熱体２６と
一定でほぼ一様な温度分布を必要とする半円筒形状の第
２の板状発熱体２７を、同一発熱体又は同一断面形状の
発熱体により形成でき、しかも、断面方向の熱移動の様
相がほぼ等しいことから、第１の板状発熱体２６と第２
の板状発熱体２７を１つの温度制御系で温度制御するこ
とができる。

【００３３】前記各板状発熱体２６，２７の温度制御に
使用する温度センサ２８は、第１の板状発熱体２６や第
２の板状発熱体２７の表面に張り付けても良いが、ここ
では発熱抵抗体２９と同様、耐熱絶縁層３０，３１で挟
み込んで一体的に固定している。この場合、温度センサ
２８は、第１の板状発熱体２６と第２の板状発熱体２７
のどちらか一方に配置すれば良い。ここでは第１の板状
発熱体２６の第２の板状発熱体２７側に寄った位置に配
置しており、これにより、温度センサ２８の位置が第１
の板状発熱体２６と第２の板状発熱体２７のほぼ中間に
配置されることになる。これはこの付近の温度がこの熱
定着装置中で最も高くなるためである。前記温度センサ
２８としては、サーミスター、熱電対、白金抵抗測温体
等が使用できる。

【００３４】次に第１、第２の板状発熱体２６，２７の
製造方法について説明する。先ず、鉄−クロム合金発熱
抵抗体２９をプレス型によって所定のパターンに打ち抜
く。次いで液状のＰＢＩの前駆体からなる接着層を発熱
抵抗体２９の表面に塗布してＰＢＩフィルム３０，３１
に挟み込む。最後に所定の温度・圧力・時間で圧接加熱
し、ＰＢＩの前駆体からなる接着層を反応させてＰＢＩ
を生成することで一体となった板状発熱体が形成される
ことになる。

【００３５】なお、鉄−クロム合金発熱抵抗体２９の成
形は、周知のレーザー加工、エッチング加工等を用いて
も良い。また、周知の蒸着、スパッタ、メッキ、印刷、
スプレー等の方法で直接ＰＢＩフィルム３１上に所定の
パターンの発熱抵抗体２９を形成するか、一旦ＰＢＩフ
ィルム３１の全面に発熱抵抗体２９を形成し、エッチン
グにより所定のパターンに成形しても良い。液状のＰＢ
Ｉの前駆体からなる接着層の塗布には、周知のスプレー
コーティング、ディッピング、遠心力を用いた方法等が
使用できる。また、上部のＰＢＩフィルム３０を使用せ
ず、ＰＢＩの前駆体からなる接着層を所定の厚さにコー
ティングしてしてＰＢＩ層として形成しても可能であ
る。

【００３６】また、図４に示すように、アルミ基板３２
上に鉄−クロム合金発熱抵抗体２９をＰＢＩ絶縁層３０
１，３１１で挟んで形成しても良い。この場合には、Ｐ
ＢＩフィルムを使用せずに直接液状のＰＢＩの前駆体を
下部耐熱絶縁層３１１として塗布して半乾燥状態にし、
そのうえに鉄−クロム合金発熱抵抗体２９を置き、さら
にそのうえから液状のＰＢＩの前駆体を上部耐熱絶縁層
３１０として塗布し、所定の温度・圧力・時間で圧接加
熱し、ＰＢＩの前駆体を反応させＰＢＩを生成する。こ
れにより基板３２と一体となった基板付板状発熱体が形
成できる。この基板付板状発熱体は、そのまま第１の板
状発熱体２６として、また、変形させて第２の板状発熱
体２７として使用できる。さらには、アルミ基板３２か
ら鉄−クロム合金発熱抵抗体２９を挟んだＰＢＩ絶縁層
３１０，３１１を剥離するか、又はアルミ基板３２をエ
ッチングで除去して板状発熱体を形成しても良い。

【００３７】さらにまた、第２の板状発熱体２７の場合
は、加熱ローラ２１の外周に沿うような湾曲形状アルミ
基板を形成し、このアルミ基板の内面もしくは外面に、
ＰＢＩ絶縁層３０１，３１１で挟まれた鉄−クロム合金
発熱抵抗体２９を積層形成して湾曲形状の基板付板状発
熱体を形成するか、さらにアルミ基板を除去して湾曲形
状の板状発熱体を形成することも可能である。

【００３８】前記発熱抵抗体２９としては、鉄−クロム
合金の他に、周知のニクロム、アルミ等の金属材料、あ
るいはアルミナ粉末とニクロム粉末を混合したもの等が
使用できる。前記耐熱絶縁層３０（３０１），３１（３
１１）としては、ＰＢＩ他に、周知のＰＩ（ポリイミ
ド）、ＰＦＡ（４ふっ化エチレン−パーフルオロアルキ
ルビニルエーテル共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリ４ふっ化
エチレン）等が使用できる。前記基板３２としては、ア
ルミ他に、周知のステンレス鋼板、鉄、リン青銅等の金
属材料、あるいはガラス、セラミック、耐熱樹脂等が使
用できる。

【００３９】このように、第１の板状発熱体２６は、発
熱抵抗体２９及び温度センサ２８をＰＢＩフィルム３
０，３１やＰＢＩ絶縁層３０１，３１１で挟んで形成
し、第２の板状発熱体２７は、発熱抵抗体２９をＰＢＩ
フィルム３０，３１やＰＢＩ絶縁層３０１，３１１で挟
んで形成するので、発熱抵抗体２９とＰＢＩフィルムや
ＰＢＩ絶縁層の間に空隙がなく、良好な熱伝導が得られ
る。同様に温度センサ２８とＰＢＩフィルムやＰＢＩ絶
縁層の間にも空隙がなく、温度センサの応答性の向上及
び発熱抵抗体２９と温度センサ２８との間の絶縁性も確
実に確保できる。

【００４０】また、各板状発熱体２６，２７は、製造時
は平板形状で形成することができるので、生産性を向上
できる。そして、そのままの形状で第１の板状発熱体２
６として用いられ、湾曲形状にして第２の板状発熱体２
７として用いられるので、各板状発熱体２６，２７を同
じ板状発熱体で構成でき、ヒータ個別対応の生産設備が
不要であるばかりでなく、定着装置全体としての部品点
数の減少にも効果がある。さらに、周知の製法により製
造することができるため、特別な製造装置を必要とせ
ず、精度良く効率的に生産することができる。

【００４１】さらに、加熱ローラ２１の直径がある程度
小さい場合には、図５の(a) に示すような発熱抵抗体２
９のパターンを２列設けた１枚の板状発熱体３３を、図
５の(b) に示すように変形して第１の板状発熱体部ｈ１
と第２の板状発熱体部ｈ２を有する一体型発熱体として
用いる方法が生産の効率上きわめて有利になる。例え
ば、板状発熱体が、鉄−クロム合金からなる厚さ０．０
７mmの発熱抵抗体２９をＰＢＩからなる厚さ０．０５mm
の耐熱絶縁層で挟み込んで形成する場合には、加熱ロー
ラ２１の直径があまり大きいと、第１の板状発熱体部ｈ
１と第２の板状発熱体部ｈ２との間の屈曲部ｋの角度が
大きくなり、耐熱絶縁層と発熱抵抗体２９に大きな応力
が作用して耐熱絶縁層及び発熱抵抗体２９の剥離・亀裂
等を発生するおそれがあるので、この場合、直径１０mm
以下の加熱ローラ２１に対して一体型発熱体を使用する
のが望ましい。

【００４２】図６は、図１に示す熱定着装置の発熱体制
御手段を示す図で、直列に接続された第１の板状発熱体
２６と第２の板状発熱体２７はＳＳＲ等からなるヒータ
電力制御部３４を介して電源３５に接続し、第１の板状
発熱体２６に一体的に組み込んだ温度センサ２８は温度
制御部３６に接続している。そして、前記温度制御部３
６からの温度検出信号によって前記ヒータ電力制御部３
４を制御するようになっている。

【００４３】前記温度制御部３６は、温度センサ２８か
らの出力に基づいて第１の板状発熱体２６の現状温度を
求め、これと所定の制御目標温度を比較して、ＯＮ／Ｏ
ＦＦ２値制御法あるいはＰＩＤ制御法等により、ヒータ
電力制御部３４に例えばパルス信号等の温度検出信号を
出力する。前記ヒータ電力制御部１８においては、温度
制御部１７からの温度検出信号に基づいてＳＳＲ等によ
り電源電圧のＯＮ／ＯＦＦ動作を行う。ヒータ電力制御
方法としては、この他に電流制御、交流電源に対する位
相制御等が使用できる。ここで、第１の板状発熱体２６
と第２の板状発熱体２７は、全く同一の発熱体で構成
し、記録紙２４及び加熱ローラ２１と非接触状態である
ため、周囲に対する熱移動条件もほぼ等しく、さらに両
発熱体は隣接して配置しているため、温度制御上１つの
発熱体と見做して良く、１つの温度制御系で確実に制御
できる。

【００４４】また、温度分布に関しては、配置パターン
の形状、厚さ等を最適化することにより、単一の温度制
御系で任意の分布が得られる。例えば図２に示すような
配置パターンで発熱抵抗体を形成する場合には、記録紙
の移動方向に直交する記録紙の幅方向の左右両端部は、
外部への熱移動のため表面温度が低下するが、これに対
して、板状発熱体２６，２７の外周に近い範囲は発熱抵
抗体の配置パターンを密に配置することにより、板状発
熱体２６，２７の温度分布を記録紙２４の幅方向に対し
て均一にすることができる。

【００４５】前記給紙ガイド２５は、アルミ板から形成
され、記録紙２４のガイドとして機能し、かつ第１の板
状発熱体２６と予熱通路Ｐを形成し、この予熱通路内の
気体の熱量が散逸するのを防止している。前記給紙ガイ
ド２５としては、アルミ板の他に鉄、ステンレス鋼もし
くは、耐熱樹脂、ガラス、セラミック等が使用できる。
また、第１の板状発熱体２６からの放射エネルギーに対
する吸収率を上げるために、給紙ガイド２５の第１の板
状発熱体２６と対向する面は黒色に表面処理するか、黒
色塗料を塗布する。

【００４６】このような構成において、第１の板状発熱
体２６の最大消費電力を２５０Ｗ、第２の板状発熱体２
７の最大消費電力も２５０Ｗとすると、合計で最大消費
電力５００Ｗの熱定着装置が実現できる。そして、第１
の板状発熱体２６の表面温度は電源投入後約２秒で室温
２０℃から約２００℃に昇温する。また、第１の板状発
熱体２６と給紙ガイド２５との間隙を例えば５mmとする
と、給紙ガイド２５の表面温度は第１の板状発熱体２６
の電源投入後約１０秒で室温２０℃から１２０℃に昇温
する。

【００４７】また、第２の板状発熱体２７は、第１の板
状発熱体２６と同一の断面構造を有し、単位面積当たり
最大消費電力が同一であるため、第２の板状発熱体２７
の表面温度も電源投入後約２秒で室温２０℃からほぼ２
００℃に昇温する。また、第２の板状発熱体２７と加熱
ローラ２１との間隙を例えば４mmとすると、加熱ローラ
２１の表面温度は電源投入後約１５秒で室温２０℃から
定着動作が可能な設定温度１５０℃に昇温する。従っ
て、記録紙２４は加熱ローラ２１が設定温度１５０℃に
達した時に、予熱通路Ｐの加熱ローラ２１直前まで搬送
されていればよい。

【００４８】定着動作時に、トナー像２３を支持した記
録紙２４は線速４０mm／sec で移動し、まず給紙ガイド
２５と第１の板状発熱体２６とで形成される予熱通路Ｐ
に進入する。ここで、トナー像２３が第１の板状発熱体
２６の表面に接触しない状態で記録紙２４が搬送され
る。このときトナー像２３は像を乱されることなく加熱
され、トナーは半溶融状態になる。また、記録紙２４
は、第１の板状発熱体２６に対して非接触状態で加熱さ
れ、給紙ガイド２５に対して接触状態で加熱され、含有
水分の蒸発と、溶融したトナーの浸透を促進する。

【００４９】次に記録紙２４は互いに圧接され回転する
加熱ローラ２１と加圧ローラ２２とで構成される圧接加
熱部Ｎを通過する。記録紙２４と同速度で移動する加熱
ローラ２１の加熱された表面に、前加熱されたトナー像
２３及び記録紙２４が圧接・加熱され、トナーは完全に
溶融し記録紙２４へ浸透する。そして、記録紙２４は加
熱ローラ２１から剥離し、溶融トナーは冷却することに
より紙に完全に固着する。

【００５０】この実施形態を具体化した実施例１の特性
を、従来方式である図２２に示すようなハロゲンランプ
を発熱源とした加熱ローラ方式の熱定着装置を具体化し
た比較例１と比較した結果を表１に示す。実施例１は第
１の板状発熱体２６として、幅３．４８mm、長さ３８．
６１mm、ピッチ４．４８mmの発熱抵抗体２９を５０本つ
づら折り状に配列したものを使用し、第２の板状発熱体
２７として幅３．４８mm、長さ３８．６１mm、ピッチ
４．４８mmの発熱抵抗体２９を５０本つづら折り状に配
列したものを使用している。そして、この各板状発熱体
２６，２７に１００Ｖの電源電圧を印加して、それぞれ
２５０Ｗの最大消費電力で、全体としては５００Ｗの最
大消費電力で発熱動作させる。

【００５１】また、比較例１は、実施例１と同じ移動速
度の記録紙を定着可能にするために外径２０mm、厚さ２
mmのアルミからなる加熱ローラと、外径１６mmの鉄の芯
材上に外径２６mmになるようにシリコンゴムの耐熱弾性
体層を設けた加圧ローラと、最大消費電力５００Ｗのハ
ロゲンランプを使用した。加圧ローラの外径が実施例１
に比較して大きいのは、圧接加熱部Ｎのみで、トナーに
熱を供給するため、圧接ニップ長さＮL を長くする必要
があるためである。

【００５２】

【表１】

【００５３】表１によれば、実施例１は、トナー像２３
が予熱通路Ｐで予熱されため、圧接加熱部Ｎでトナーに
供給する熱量が少なくて済み、加熱ローラ２１の設定温
度の低温化が促進される。さらに加熱ローラ２１の圧接
力（加熱ローラ２１と加圧ローラ２２間に印加される圧
接荷重）は弱くて良いので強度は小さくて済み、加熱ロ
ーラ２１の薄肉化が可能になる。また、接触加熱時間
（トナー像２３を支持した記録紙２４が圧接加熱部Ｎを
通過する時間）も少なくて済み、従って、圧接ニップの
長さＮL を短く設定でき、これに加えて、発熱源である
第２の板状発熱体２７を加熱ローラ２１の外周に配置し
ているため加熱ローラ２１内部にハロゲンランプ等の発
熱源を配置する必要がない。従って、加熱ローラ２１と
しては、比較的短い圧接ニップの長さＮL を確保するの
に十分な直径を有していれば良く、加熱ローラ２１の小
径化が可能になる。これにより加熱ローラ２１の小熱容
量化が達成される。

【００５４】以上により、定着可能になるまでのウォー
ムアップ時間の短縮が達成される。表１によれば、最大
消費電力が実施例１と同一である５００Ｗのハロゲンラ
ンプを用いる比較例１に比較して、実施例１のウォーム
アップ時間を約４分の１に短縮できる。また、第１の板
状発熱体２６は、トナー像に接触しない状態で前加熱す
るので、必要とされる構造上の強度は小さく、熱容量も
加熱ローラ２１に比べて極めて小さい。従って、加熱ロ
ーラ２１の表面が所定の設定温度に達するより十分に早
い時間で第１の板状発熱体２６は所定の設定温度に達す
るので、ウォームアップ時間に関しては、熱容量が遥か
に大きな加熱ローラ２１の昇温特性だけを検討すればよ
い。

【００５５】また、表１に示す実施例２は、加熱ローラ
２１としてステンレス加熱ローラを使用した場合であ
る。実施例１の同一外径のアルミ加熱ローラと比較する
と、ステンレス加熱ローラは縦弾性係数が大きく肉厚が
３分の１でほぼアルミと同一強度を得ることができる
が、密度が大きいのでステンレス加熱ローラとアルミ加
熱ローラの質量は等しくなる。しかしながら比熱はステ
ンレスの方が小さいため、熱容量で比較するとステンレ
ス加熱ローラはアルミ加熱ローラの半分近い値となる。

【００５６】さらに、ステンレス鋼は熱伝導率がアルミ
の１０分の１以下であるため、従来例のように加熱ロー
ラをハロゲンランプにより内側から加熱して熱を伝える
場合ウォームアップ時間が長くなるという問題が生じ
る。しかしながら、この実施の形態のように加熱ローラ
２１の外側から熱を伝える場合は、逆に熱伝導率が小さ
いことから加熱ローラ２１の最外層である離型層２１ｂ
の表面から加熱ローラ２１の内部の空気層に至る熱伝導
を阻害し、加熱ローラ２１の表面温度の上昇率を向上さ
せることができる。従って、実施例２のステンレス加熱
ローラを使用した場合は、実施例１のアルミ加熱ローラ
を使用した場合に比べてウォームアップ時間をほぼ２分
の１に短縮できる。

【００５７】また、予熱通路Ｐにおいては、第１の板状
発熱体２６により、記録紙２４は緩やかな温度変化を受
けるため、この記録紙の熱変形と水分蒸発は急激ではな
く、従って、記録紙２４に紙しわ等の変形が発生するこ
とはない。また、表１に示すように加熱ローラ２１は圧
接力、温度とも低く、さらに予熱通路Ｐと圧接加熱部Ｎ
の温度差も急激ではないので、圧接加熱部Ｎにおいても
紙しわの発生が抑制される。

【００５８】ところで、定着性は、記録媒体の表面張力
を超えない範囲でトナーの表面張力γに比例し粘性ηに
反比例することが言われている。また、実際の定着強度
は、溶融後冷却されたトナーと紙との界面結合力および
トナー同士の凝集力により付与されることから、紙への
親和性が高く凝集エネルギーが大きいもの、すなわち表
面張力γが大きいものが優位となる。従って、トナーの
表面張力γを上げ、できるだけ低温での粘性を下げるこ
とが低温定着トナーの設計のポイントとなる。しかしな
がら同時に高温での粘性が下がってしまうと高温オフセ
ットが発生してしまう。そこでトナーバインダーの設計
は、低温での粘性を下げるには低分子量成分、高温時で
の弾性を持たせるには高分子量成分というように機能を
分離させ、できるだけ分子量分布を広げることによっ
て、この相反する特性を満足させることが必要となる。
こうした分子量分布の制御は、重合温度、重合開始剤
量、モノマー種、架橋剤などにより行われる。従来は、
こうした重合条件などを工夫し、できるだけ分子量分布
を広げたトナーバインダーを使用していたが、近年では
高分子量バインダー、低分子量バインダーを各々合成
し、これを粉体混合により分子量分布を広げる処方が採
られている。こうした混合技術により、従来よりも分子
量分布の制御が容易でかつ分子量としても広げることが
可能となり、耐オフセット性を確保した状態で低温定着
性が達成されている。

【００５９】このように、従来、トナーの定着温度下げ
るには、複雑な材料・製造工程が必要とされていたが、
第１の板状発熱体２６と加熱ローラ２１を用いるこの実
施の形態においては、圧接加熱部Ｎの温度が加熱ローラ
方式に比較して低く、高温オフセットの心配がないの
で、比較的簡素な材料・製造工程で済む低分子量（例え
ば１０⁵以下の分子量で１０⁴平均分子量）のみのトナ
ーが使用可能であり、低い定着温度で優れた定着強度が
確保できる。

【００６０】以上のように、この実施の形態の熱定着装
置は、発熱体の量産性が高く、また、１つの温度制御系
により予熱通路Ｐおよび圧接加熱部Ｎの２カ所の温度制
御ができる。しかも、発熱抵抗体２９、温度センサ２８
ともＰＢＩフィルム３０，３１やＰＢＩ絶縁層３０１，
３１１で挟んで固定しているため、移動する記録紙２４
や回転する加熱ローラ２１とも摺動しないので磨耗した
り、トナーの残りかすが付着するおそれがなく長期に渡
って安定した動作が継続できる。さらに、加熱ローラ２
１の熱容量が小さく定着温度が低いので、ウォームアッ
プ時間の十分な短縮化を図ることができ、また、省電力
化にも貢献できる。また、紙しわの発生が少なく、定着
性に優れたトナーも使用できるので画像品質を向上でき
る。また、逆にウォームップ時間の短縮率を小さく抑え
れば、最大消費電力を少なくすることができる。

【００６１】（第２の実施の形態）これは、図７に示す
ように、第１の板状発熱体２６１を記録紙２４の裏側
（トナー像２３がない側）に配置し、かつこの第１の板
状発熱体２６１が給紙ガイドの機能を兼ねたものであ
る。そして、前記第１の板状発熱体２６１に対向して上
方に熱保持板３５を配置して予熱通路Ｐを形成してい
る。その他は、第１の実施の形態と同一の構成になって
いる。

【００６２】このような構成においては、熱保持板３５
の表面温度を、対流により第１の実施の形態の給紙ガイ
ド２５の表面温度より高くすることができる。例えば第
１の板状発熱体２６１として、第１の実施の形態の第１
の板状発熱体２６と同一のものを用いた場合、電源投入
後約１０秒で熱保持板３５の表面温度が室温２０℃から
１５０℃まで昇温する。また、記録紙２４の下面は第１
の板状発熱体２６１に接触するため、熱伝導により第１
の板状発熱体２６１から記録紙２４への熱移動が行われ
るので、記録紙２４およびトナー像２３への熱移動速度
を高めることができる。従って、第１の実施の形態とほ
ぼ同様の最大消費電力で、記録紙２４の移動速度の高速
化に対応することができる。すなわち、記録紙２４の移
動速度の高速化に対応させるためには、単純には、板状
発熱体および加熱ローラ２１の表面温度を高くするか、
予熱通路Ｐおよび圧接ニップ長さＮL を長くすればよい
が、高耐熱材料の使用により装置が高価になること、高
温オフセットが発生しやすいこと、加熱ローラの設定温
度の上昇と熱容量の増大によりウォーミングアップ時間
が長くなること、装置が大型化することなどのデメリッ
トが生じる。この点、この実施の形態は板状発熱体や加
熱ローラ２１の表面温度を高くしたり、予熱通路Ｐおよ
び圧接ニップ長さＮL を長くすることなく記録紙２４の
移動速度の高速化を図ることができる。その他について
は第１の実施の形態と同一の作用効果が得られるもので
ある。

【００６３】（第３の実施の形態）これは、図８に示す
ように、第１の実施の形態と上下を全く逆にしたもので
ある。この場合、記録紙２４を給紙ガイド２５に静電的
に吸着した状態で搬送する。そして、第１の板状発熱体
２６により対流を利用して記録紙２４およびトナー像２
３を予熱することになる。この実施の形態は、第１の実
施の形態と同一の作用効果が得られるものである。

【００６４】（第４の実施の形態）これは、図９に示す
ように、第１の実施の形態において給紙ガイド２５を板
状発熱体３６に代えたもので、予熱通路Ｐを１対の第１
の板状発熱体２６，３５により加熱するようになる。各
第１の板状発熱体２６，３６は同じものである。この場
合、１対の板状発熱体２６，３６により加熱するので、
予熱通路Ｐにおいてトナー像２３はほとんど溶融し、一
部は記録紙２４に浸透する。従って、圧接加熱部Ｎでの
加熱時間が短くてもトナーは十分に記録紙２４に定着で
きる。その他については第１の実施の形態と同一の作用
効果が得られるものである。

【００６５】（第５の実施の形態）これは、図１０に示
すように、第４の実施の形態において、さらに加圧ロー
ラ２２の外周側にこの外周面から所定の間隔離れてこの
加圧ローラ２２を加熱する湾曲状の板状発熱体３７を配
置したものである。この板状発熱体３７は第２の板状発
熱体２７と同じものである。このように加圧ローラ２２
を加熱する板状発熱体３７を設けることで加圧ローラ２
２の温度も高くなるので、加熱ローラ２１と加圧ローラ
２２の圧接ニップ部での温度がより高くなるので、さら
に速い記録紙２４の移動速度に対応することができる。
また、高温オフセットがなく、ウォーミングアップ時間
をさらに短縮できる。その他については第１の実施の形
態と同一の作用効果が得られるものである。

【００６６】（第６の実施の形態）これは、図１１に示
すように、加熱ローラとして直径６mm、記録紙幅方向寸
法２５０mm、厚さ０．３mmのステンレス製の中空パイプ
４１ａの外表面に耐熱性離型層４１ｂを形成した小径の
加熱ローラ４１を使用している。そして第１の板状発熱
体と第２の板状発熱体を一体化した１つの板状発熱体４
２を設け、この板状発熱体４２の第１発熱部ｈ1 を給紙
ガイド２５と対向配置し、第２発熱部ｈ2 を前記加熱ロ
ーラ４１の外周に接触して配置している。そして、第１
発熱部ｈ1 の第２発熱部側近くに温度センサ２８を配置
し、また、第２発熱部ｈ2 の上に撓み矯正部材４３を載
置し、その撓み矯正部材４３に上から荷重部材４４によ
り所定の荷重をかけて加熱ローラ４１を押圧し加熱ロー
ラ４１の撓みを補償するようになっている。

【００６７】板状発熱体４２は、第１発熱部ｈ1 と給紙
ガイド２５との間隔は５mmであり、かつ加熱ローラ４１
の直径が６mmなので、第２発熱部ｈ2 でわずかに湾曲し
ているだけでほぼ平面状に配置している。なお、その他
の構成は、第１の実施の形態と同様である。

【００６８】前記板状発熱体４２は、厚さ０．０７mmの
鉄−クロム合金からなり、図１２に示すように、第２発
熱部ｈ2 の単位面積当たりの消費電力が大きくなるよう
に設定している。これは、加熱ローラ２１の直径が小さ
いため圧接ニップ長さＮL が短く、第１の実施の形態と
同一の記録紙移動速度で定着するためには、加熱ローラ
２１の設定表面温度を上昇させる必要がある。また、定
着時に記録紙２４及びトナー像２３に与える熱量は第１
の実施の形態とほぼ同様なだけ必要なことから、第２発
熱部ｈ2 の長さが前述した第２の板状発熱体２７に比較
して短いにもかかわらず、この第２の板状発熱体２７ｂ
と第２発熱部ｈ2 との最大消費電力をほぼ同様にするた
めである。

【００６９】具体的には、表１の実施例３に示すよう
に、この板状発熱体４２は、第１発熱部ｈ1 では発熱抵
抗体４５ａを幅２mm、長さ３４．６mm、ピッチ８mmで２
８本つづら折り状に配列し、第２発熱部ｈ2 では発熱抵
抗体４５ｂを幅２mm、長さ１８．３mmで、ピッチ４mmで
５６本つづら折り状に配列している。この板状発熱体４
２に１００Ｖの電源電圧を印加すると、各発熱部ｈ1 、
ｈ2はそれぞれ２５０Ｗの最大消費電力で動作する。

【００７０】このような構成においては、加熱ローラ４
１の昇温速度が装置全体の中で最も遅いため、加熱ロー
ラ４１の設定表面温度が１７０℃に達するまでがウォー
ミングアップ時間となる。また、第１発熱部ｈ1 の最大
消費電力が２５０Ｗ、第２発熱部ｈ2 の最大消費電力が
２５０Ｗで全体の消費電力としては第１の実施の形態の
場合と同様であるが、小径の加熱ローラ４１を使用して
いるので、熱容量が小さく、しかも接触による熱伝導で
熱移動が行われるため、設定表面温度が１７０℃と高い
にもかかわらず、ウォーミングアップ時間はさらに短く
５秒となる。

【００７１】また、この実施の形態においても１つの温
度制御系で温度制御ができる。すなわち、第２発熱部ｈ
2 の単位面積当たりの最大消費電力は、第１発熱部ｈ1
の２倍以上になるが、第２発熱部ｈ2 では接触による熱
伝導で熱移動が行われるため、第１発熱部ｈ1 より単位
時間当たりの熱移動量が多く、最大消費電力量と熱移動
量とのバランスを取り、第１発熱部ｈ1 と第２発熱部ｈ
2 の発熱、熱移動条件をほぼ等しくできる。

【００７２】また加熱ローラ４１の強度は小径でかなり
小さいが、撓み矯正部材４３と荷重部材４４により所定
の荷重を印加することで加熱ローラ４１の撓みを補償す
ることができる。その他については第１の実施の形態と
同一の作用効果が得られるものである。

【００７３】（第７の実施の形態）これは、図１３に示
すように、第６の実施の形態において、板状発熱体４２
の第２発熱部ｈ2 を加熱ローラ４１の外周に直接接触し
て配置せずに、クリーニング部材４６を介して配置す
る。このような構成においては、加熱ローラ４１の表面
のトナーの残りかすをクリーニング部材４６により常時
クリーニングでき定着時にトナーの残りかすが記録紙２
４に付着するのを防止できる。また、撓み矯正部材４３
と荷重部材４４による荷重をクリーニング部材４６を介
して印加することで加熱ローラ４１の撓みを補償するこ
とができる。その他については第１の実施の形態と同一
の作用効果が得られるものである。

【００７４】（第８の実施の形態）これは、図１４に示
すように、加熱ローラとしてプラスチックの円柱ローラ
からなる小径の中実加熱ローラ５１を使用している。そ
の他については前述した第６の実施の形態と同一の構成
である。すなわち、この装置のように加熱ローラ５１を
その外周から加熱する場合には、表面温度が１５０℃〜
１７０℃程度でよいこと、荷重が小さいこと、外部加熱
のため熱伝導率が小さくてもよいことから、ＰＰＳ（ポ
リフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポーエーテル
エーテルケトン）等の耐熱性プラスチックの使用が可能
になる。従って、耐熱性離型層を加熱ローラ５１の表面
に形成する必要がない。また、図示していないが、加圧
ローラ５１に取り付けられる駆動用ギアを一体成形する
ことも可能になる。

【００７５】特に加熱ローラ５１の小径化に対しては熱
伝導率が小さいことからこのような中実加熱ローラの使
用が可能になり、同一直径での強度向上に貢献できる。
さらに、プラスチックの熱伝導率は金属に比較してかな
り小さいことから、加熱ローラ５１の表面温度は極めて
速く設定表面温度まで到達し、ウォームアップ時間のよ
り短縮化を図ることができる。また、セラミック、ガラ
ス棒等熱伝導率の小さいものも同様に使用が可能とな
る。その他については第１の実施の形態と同一の作用効
果が得られるものである。

【００７６】（第９の実施の形態）これは、図１５に示
すように、加熱ローラとして、アルミ管６１ａ上に耐熱
性離型層６１ｂを形成した加熱ローラ６１を使用し、こ
の加熱ローラ６１の内部に円柱形状にした第２の板状発
熱体６２をこの加熱ローラ６１の内周に対して２mmの間
隙を維持して配置し、加熱ローラ６１を内側から加熱す
るようになっている。また、給紙ガイド６３の上に平板
形状の２つの第１の板状発熱体６４，６５を縦に並べて
配置している。そして、加熱ローラ側の第１の板状発熱
体６４に温度センサ２８を配置している。

【００７７】前記加熱ローラ６１は、直径２０mm、肉厚
１mm、記録紙幅方向長さ２５０mmのアルミ製ローラであ
る。前記第２の板状発熱体６２は、図１６に示すよう
に、記録紙幅方向長さが前記加熱ローラ６１よりも長
く、その端部を加熱ローラ６１の外部に設けた１対の保
持部材６６，６７に固定保持している。前記加圧ローラ
２２は外径１２mm鉄の心材２２ａ上に外径２０mmになる
ようにシリコンゴムの耐熱弾性体層２２ｂを形成してい
る。

【００７８】前記各第１の板状発熱体６４，６５と第２
の板状発熱体６２は前述した第１、第２の板状発熱体２
６，２７と同一の構成になっており、発熱抵抗体２９の
配列パターンと外形寸法のみが異なる。具体的には、発
熱抵抗体２９の配線パターンは表１の実施例４に示すよ
うに、幅２．５mm、長さ４９．３mm、ピッチ４mmで５６
本つづら折り状に配列したものを使用している。この板
状発熱体を第１の板状発熱体６４，６５としては平板形
状のまま２枚を直列に接続し使用し、第２の板状発熱体
６２は円筒形状に変形もしくは撓ませて１枚を使用す
る。

【００７９】前記第１の板状発熱体６４，６５と給紙ガ
イド６３からなる予熱通路Ｐは、記録紙２４の比較的早
い移動速度に対応し十分な前加熱時間を確保するため
に、前述した各実施の形態に比べて２倍以上の長さに設
定してある。このように板状発熱体は予熱通路Ｐの長さ
を容易に設定できる。

【００８０】そして、図１７に示すように、第１の板状
発熱体６４，６５の発熱抵抗体２９を直列に接続し、こ
の直列回路に第２の板状発熱体６２の発熱抵抗体２９を
並列に接続し、この並列回路をヒータ電力制御部６８を
介して電源６９に接続している。前記電源６９からヒー
タ電力制御部６８を介して電源電圧１００Ｖを印加する
と、直列に接続された各第１の板状発熱体６４，６５が
２５０Ｗ、第２の板状発熱体６２が５００Ｗの最大消費
電力で発熱動作する。従って、熱定着装置全体としては
７５０Ｗの最大消費電力で発熱動作することになる。

【００８１】このような構成においては、表１に実施例
４として示すように、記録紙２４の移動速度の高速化に
対応し十分な加熱時間を確保するために、実施例１と比
較して、第１の板状発熱体は２倍以上の長さ、加熱ロー
ラ６１の表面温度の増加、そして第２の板状発熱体６２
は２倍の最大消費電力が必要となる。この構成で１２０
mm／sec の記録紙２４の移動速度に対応する良好な熱定
着ができ、装置全体のウォームアップ時間を決定する加
熱ローラ６１の表面温度は、約２２秒で１７０℃まで昇
温する。

【００８２】このような実施例４の特性を、従来方式で
あるハロゲンランプを発熱源とした加熱ローラ方式の熱
定着装置において高速用に対応した比較例２と比較す
る。従来の熱定着装置の場合は、記録紙の移動速度が速
いので、圧接ニップ部Ｎを通過する時間の短縮に対応し
て熱移動量を確保するために、表１の比較例２に示すよ
うに、さらなる加熱ローラの外径の増加、肉厚の増加、
表面温度の増加及び加圧ローラの外径の増加、耐熱弾性
体層の肉厚の増加、圧接力の増加が必要になる。そし
て、これを実施例４の全最大消費電力と同じ７５０Ｗで
発熱動作すると、加熱ローラが２２０℃の表面温度に達
するまで約８７秒かかる。これに対し、実施例４の場合
は予熱通路Ｐで予熱を行っているので、加熱ローラ６１
の表面温度は１７０℃あればよく、ウォームアップ時間
は約２２秒ときわめて短い。

【００８３】以上のように、この実施の形態では加熱ロ
ーラ６１の内部に第２の板状発熱体６２を固定配置して
いるので、加熱ローラ６１の外径が比較的大きいような
場合には適している。そして、このように第２の板状発
熱体６２を内部に配置することで、外周に配置する場合
よりも、装置全体の表面積を小さくでき、これにより、
装置から周囲に散逸していく熱量を少なくできる。すな
わち、高速化・大型化しても効率の良い熱定着ができ
る。また、第２の板状発熱体６２は回転しないので、発
熱体の電気的な接続は特別な機構を必要とせずに簡単に
実現できる。

【００８４】また、２つの第１の板状発熱体６４，６５
を用いているので、大きな熱容量の増加や設定表面温度
の上昇なしに高速対応ができる。また、第１の板状発熱
体６４，６５及び第２の板状発熱体６２が同一の板状発
熱体で構成できるため、量産性が高く、単一の温度制御
系で温度制御ができる。なお、加熱ローラ６１と第２の
板状発熱体６２の空隙に、水銀あるいはシリコンオイル
や、シリコングリス等の液体もしくは高粘度の粘性流体
を封入又は充填することにより、第２の板状発熱体６２
から加熱ローラ６１の表面までの単位時間当たりの熱移
動量を増大させ、ウォームアップ時間をより短縮するこ
とができる。

【００８５】（第１０の実施の形態）これは図１８に示
すように、加熱ローラ６１の内部に配置する第２の板状
発熱体として、加熱ローラ６１の内周に密着あるいは接
着して配置し、加熱ローラ６１とともに回転する円筒状
の第２の板状発熱体７２を使用している。その他の構成
は第９の実施の形態と同様である。前記加熱ローラ６１
と第２の板状発熱体７２を一体化した円筒部材は、図１
９に示すように、回転電極部材７３，７４を介して加熱
ローラ６１の外部に設けた１対の保持部材７５，７６に
回転自在に保持している。すなわち、前記第２の板状発
熱体７２は回転電極部材７３，７４を介して外部から電
力が供給されることになる。

【００８６】第１の板状発熱体６４，６５と第２の板状
発熱体７２は前述した第１、第２の板状発熱体２６，２
７と同一の構成になっており、発熱抵抗体２９の配列パ
ターンと外形寸法のみが異なる。具体的には、発熱抵抗
体２９の配線パターンは表１の実施例５に示すように、
幅２．７mm、長さ５３．５７mm、ピッチ４mmで５６本つ
づら折り状に配列したものを使用している。この板状発
熱体を、第１の板状発熱体６４，６５としては平板形状
のまま２枚を直列に接続し使用し、第２の板状発熱体７
２は円筒形状に変形もしくは撓ませて１枚を使用する。
この第１の板状発熱体６４，６５と第２の板状発熱体７
２は第９の実施の形態と同様の回路構成でヒータ電力制
御部を介して電源に接続されている。

【００８７】電源からヒータ電力制御部を介して電源電
圧１００Ｖを印加すると、直列に接続された各第１の板
状発熱体６４，６５が２５０Ｗ、第２の板状発熱体７２
が５００Ｗの最大消費電力で発熱動作する。従って、熱
定着装置全体としては７５０Ｗの最大消費電力で発熱動
作することになる。

【００８８】このような構成においては、表１に実施例
５として示すように、記録紙２４の移動速度の高速化に
対応し十分な加熱時間を確保するために、実施例４と同
様に、第１の板状発熱体は２倍以上の長さ、加熱ローラ
６１の表面温度の増加、そして第２の板状発熱体７２は
２倍の最大消費電力が必要となる。この構成で１２０mm
／sec の記録紙２４の移動速度に対応する良好な熱定着
ができ、装置全体のウォームアップ時間を決定する加熱
ローラ６１の表面温度は、約１６秒で１７０℃まで昇温
する。すなわち、第２の板状発熱体７２は加熱ローラ６
１の内周に密着あるいは接着して配置しているので、熱
移動の損失が少なく実施例４に比べてウォームアップ時
間をさらに短縮できる。

【００８９】この構成では、回転電極部材７３，７４が
回転接点（摺動接点）を有するので、装置全体の構造は
複雑になるが、比較的速い昇温速度のため高速大型の熱
定着装置としての用途は広い。

【００９０】（第１１の実施の形態）これは、第１、第
２の板状発熱体を一体化した図５の場合の変形例で、図
２０の(a) に示すように、発熱抵抗体２９のパターンを
２列設けた１枚の板状発熱体８１の中央部の各パターン
間に長孔８２を形成し、その長孔８２の両端部に第１の
板状発熱体部ｈ１と第２の板状発熱体部ｈ２を結合する
結合部８３ａ，８３ｂを形成している。そして、図２０
の(b) に示すように、第１の板状発熱体部ｈ１を平板形
状に維持し、第２の板状発熱体部ｈ２を円筒状に変形さ
せる。そして、第２の板状発熱体部ｈ２を加熱ローラ２
１の外周を覆うように配置する。

【００９１】１枚の板状発熱体８１をこのように構成す
ることで、第２の板状発熱体部ｈ２の変形が容易とな
り、円筒形状が容易に実現できる。また、結合部８３
ａ，８３ｂの部分は緩やかに変形しているため、耐熱絶
縁層と発熱抵抗体２９に大きな応力が作用しないので、
耐熱絶縁層および発熱抵抗体の剥離・亀裂等を発生する
おそれがない。これにより、記録紙の高速移動に対応す
る大直径加熱ローラにも適用できる。

【００９２】（第１２の実施の形態）これは、第２の板
状発熱体を加熱ローラの内部に配置した図１５の場合の
変形例で、図２１の(a) に示すように、発熱抵抗体２９
のパターンを２列設けた１枚の板状発熱体９１の中央部
の各パターン間に一端から他端近傍まで長い切込み９２
を形成し、その切込み９２の他端部に第１の板状発熱体
部ｈ１と第２の板状発熱体部ｈ２を結合する結合部９３
を形成している。そして、図２１の(b) に示すように、
第１の板状発熱体部ｈ１を平板形状に維持し、第２の板
状発熱体部ｈ２を円筒状に変形させる。そして、結合部
９３の反対側から加熱ローラ６１の内部に第２の板状発
熱体部ｈ２を挿入する。この構造により加熱ローラ内部
に板状発熱体を配置するものに対しても、簡素で量産性
に優れた一体型ヒータが適用できる。

【００９３】このように、平面が要求される第１の板状
発熱体と曲面が要求される第２の板状発熱体を同一断面
構造、同一熱移動条件の板状発熱体で構成することによ
り、予熱通路Ｐが所定の長さに容易に設定でき、また、
単一の温度制御系での温度制御ができ、さらに高い量産
性を実現できる。また、装置全体の熱容量や加熱ローラ
の熱容量を減少させ、さらに加熱ローラ設定温度を低下
できるため、ウォームアップ時間を短縮でき、また紙し
わが発生し難く、しかも小形かつ簡素で安価な熱定着装
置が実現できる。また、所定の温度の圧接加熱部Ｎを有
しているので、通常のトナーが使用できる。また、従来
の加熱ローラでは使用されなかったステンレス鋼、耐熱
性プラスチック等が使用可能になり、一層の熱容量を減
少によるウォームアップ時間を短縮と、装置の簡素化、
小形化、薄型化が実現できる。さらに、第１の板状発熱
体と第２の板状発熱体を一体化できるので、板状発熱体
の量産効果の増大と装置の簡素化をより一層図ることが
できる。さらに、ウォームアップ時間が短いので、画像
形成時のみ電力を供給し、待機時には給電しないという
低消費電力モードが容易に実現できる。

【００９４】なお、前述した各実施の形態では圧接加熱
手段として加熱ローラを使用したものについて述べたが
必ずしもこれに限定するものではなく、回転無端ベルト
を使用した加熱ベルト定着方式の熱定着装置であっても
よい。

【００９５】

【発明の効果】以上、請求項１乃至１０記載の発明によ
れば、良好なトナー定着ができるとともに十分な低消費
電力化を図ることができ、また、ウオームアップ時間の
十分な短縮を図ることができ、しかも構成が簡単で経済
性も向上できる。

【００９６】また、請求項３記載の発明によれば、さら
に、圧接加熱手段に付着したトナーをクリーニングして
定着時の記録媒体の汚れを防止できる。

【００９７】また、請求項６記載の発明によれば、さら
に、十分な前加熱ができ、より良好なトナー定着ができ
る。

【００９８】また、請求項７乃至１０記載の発明によれ
ば、さらに、前加熱手段及び圧接加熱手段の構成が簡単
で製造が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す断面図。

【図２】同実施の形態における板状発熱体の構成を示す
図。

【図３】同実施の形態における第１の板状発熱体と第２
の板状発熱体の外観斜視図。

【図４】同実施の形態における板状発熱体の変形例を示
す図。

【図５】同実施の形態において板状発熱体を一体型発熱
体とした場合の構成例を示す図。

【図６】同実施の形態における板状発熱体の温度制御系
を示すブロック図。

【図７】本発明の第２の実施の形態を示す断面図。

【図８】本発明の第３の実施の形態を示す断面図。

【図９】本発明の第４の実施の形態を示す断面図。

【図１０】本発明の第５の実施の形態を示す断面図。

【図１１】本発明の第６の実施の形態を示す断面図。

【図１２】同実施の形態における板状発熱体の構成を示
す図。

【図１３】本発明の第７の実施の形態を示す断面図。

【図１４】本発明の第８の実施の形態を示す断面図。

【図１５】本発明の第９の実施の形態を示す断面図。

【図１６】同実施の形態における加熱ローラに対する第
２の板状発熱体の取付け構成を示す断面図。

【図１７】同実施の形態における板状発熱体の電力制御
系の回路構成図。

【図１８】本発明の第１０の実施の形態を示す断面図。

【図１９】同実施の形態における加熱ローラに対する第
２の板状発熱体の取付け構成を示す断面図。

【図２０】本発明の第１１の実施の形態を示すもので、
板状発熱体を一体型発熱体とした場合の変形例を示す
図。

【図２１】本発明の第１２の実施の形態を示すもので、
板状発熱体を一体型発熱体とした場合の他の変形例を示
す図。

【図２２】従来例を示す断面図。

【図２３】他の従来例を示す断面図。

【図２４】他の従来例を示す断面図。

【図２５】他の従来例を示す断面図。

【図２６】他の従来例を示す断面図。

【符号の説明】

２１…加熱ローラ２２…加圧ローラ２３…トナー像２４…記録紙２５…給紙ガイド２６…第１の板状発熱体２７…第２の板状発熱体２８…温度センサ

フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−216172（ＪＰ，Ａ) 特開平５−107961（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−242980（ＪＰ，Ａ) 特開平６−75491（ＪＰ，Ａ) 特開平７−271239（ＪＰ，Ａ) 特開平８−69862（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−189978（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−69639（ＪＰ，Ａ) 特開平４−311983（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 13/20 G03G 15/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】転写されたトナー像を支持した記録媒体
を搬送する搬送路と、この搬送路に配置し、トナー像と
接触しない状態で前記記録媒体を前加熱する第１の板状
発熱体を有する前加熱手段と、この前加熱手段にて前加
熱した前記記録媒体を圧接して加熱するローラ又は回転
無端ベルトを有するとともにこのローラ又は回転無端ベ
ルトを外周側から加熱する、前記第１の板状発熱体と同
一構成の第２の板状発熱体を有する圧接加熱手段と、前
記第１、第２の板状発熱体を制御する発熱体制御手段と
を備えたことを特徴とする熱定着装置。
【請求項２】第２の板状発熱体をローラ又は回転無端
ベルトの外周面に接触させたことを特徴とする請求項１
記載の熱定着装置。
【請求項３】第２の板状発熱体とローラ又は回転無端
ベルトの外周面との間にこれらに接触してクリーニング
部材を介在させたことを特徴とする請求項１記載の熱定
着装置。
【請求項４】圧接加熱手段は円柱状ローラを有し、こ
の円柱状ローラを第２の板状発熱体で加熱することを特
徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の熱定着装
置。
【請求項５】転写されたトナー像を支持した記録媒体
を搬送する搬送路と、この搬送路に配置し、トナー像と
接触しない状態で前記記録媒体を前加熱する第１の板状
発熱体を有する前加熱手段と、この前加熱手段にて前加
熱した前記記録媒体を圧接して加熱する円筒状ローラ又
は回転無端ベルトを有するとともにこの円筒状ローラ又
は回転無端ベルトを内周側から加熱する、前記第１の板
状発熱体と同一構成の第２の板状発熱体を有する圧接加
熱手段と、前記第１、第２の板状発熱体を制御する発熱
体制御手段とを備えたことを特徴とする熱定着装置。
【請求項６】前加熱手段の第１の板状発熱体の対向位
置に、搬送路を介して熱保持板を配置したことを特徴と
する請求項１乃至５のいずれか１項記載の熱定着装置。
【請求項７】前加熱手段の第１の板状発熱体及び圧接
加熱手段の第２の板状発熱体を、パターン形成した発熱
抵抗体を耐熱絶縁性樹脂層で挟んで構成したことを特徴
とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の熱定着装
置。
【請求項８】前加熱手段の第１の板状発熱体及び圧接
加熱手段の第２の板状発熱体を、パターン形成した発熱
抵抗体を耐熱絶縁性樹脂層で挟んだ可撓性又は可塑性板
状発熱体とし、前記第１の板状発熱体は平板状のまま固
定し、前記第２の板状発熱体は湾曲状又は円筒状に撓ま
せて弾性変形状態又は塑性変形状態で固定したことを特
徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の熱定着装
置。
【請求項９】温度センサを発熱抵抗体とともに耐熱絶
縁性樹脂フィルムで挟んで板状発熱体を構成したことを
特徴とする請求項７又は８記載の熱定着装置。
【請求項１０】前加熱手段の第１の板状発熱体及び圧
接加熱手段の第２の板状発熱体を一体形成したことを特
徴とする請求項１乃至９のいずれか１項記載の熱定着装
置。