JP2004062054A

JP2004062054A - 加熱装置および画像形成装置

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Publication number: JP2004062054A
Application number: JP2002223443A
Authority: JP
Inventors: Motoi Kato; 加藤　基; Kiyonari Ogawa; 小川　研也
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】ベルトを加熱するタイプの加熱装置について、広い加圧面積のニップを有し低トルク駆動で高速化するとともに、低熱容量でオンデマンドな構成であり、加えて外部熱源を用いずともベルトの表面を直接加熱可能な高速熱応答可能とする加熱装置、加熱定着装置にあっては、ベルト加熱方式において高速連続通紙の定着性及び画質安定性を確保できる装置を提供する。
【解決手段】第１部材２１と第２部材５とにより形成されるニップＮで被加熱材Ｐを挟持搬送して加熱する加熱装置において、前記第１部材２１は、前記第２部材５に接触する第１ベルト１と、前記第１ベルト１の内部に配置され、前記第１ベルト１を前記第２部材５に圧接させてニップＮを形成させる第２ベルト２より成る２重ベルト構造を備えることを特徴とする加熱装置。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、電子写真方式・静電記録方式等の画像形成装置において、加熱溶融性の樹脂等よりなるトナーを用いて、被記録材（紙、印刷紙、転写材シート、ＯＨＴシート、光沢紙、光沢フィルム、エレクトロファックス紙、静電記録紙等のメディア）の面に転写方式もしくは直接方式で目的の画像情報に対応した未定着トナー画像を形成担持させ、該未定着トナー画像を、該画像を担持している被記録材面上に永久固着画像として加熱定着処理する定着装置として用いて好適な加熱装置、および該加熱装置を搭載した画像形成装置に関する。
【０００２】
ここで、本発明の加熱装置は、上記例の加熱定着装置に限られず、その他、未定着トナー画像を被記録材面上に仮定着する像加熱装置、画像を担持した被記録材を再加熱してつや等の表面性を改質する像加熱装置、被記録材以外のシート状の被加熱材を通紙して、乾燥、加熱ラミネート、熱プレスしわ取り、熱プレスカール取り等をする加熱処理装置等としても使用できる。
【０００３】
【従来の技術】
以下、加熱装置として画像形成装置の加熱定着装置を例にして説明する。
【０００４】
複写機やプリンター、ＦＡＸ等に用いられる電子写真方式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。
【０００５】
上記装置で用いられている定着装置は、トナーを融解して被記録材としての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、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。
【０００６】
これを低減するための一つの方向性として、定着ユニットの低熱容量構成によるオンデマンド化がはかられている。定着部材（加熱部材）を薄肉ローラあるいは薄いベルト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立ち上がりを早くすると同時に、その間の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、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。ハロゲンランプと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４００℃以上の高温に達するが、実際の温調はローラの表面温度を検知して１８０℃前後で行っている。セラミックヒータと定着フィルムを用いた場合では、ヒータ温度は１９０〜２００℃程度で前者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る後者のシステムはより放熱ロスが少なく、効率的であると言える。
【０００９】
高速化するほど、通常ローラ定着のような定着部材の内部温度が高く表面温度がより低い内面加熱方式より表面加熱方式の方が熱応答性の点でも熱効率の面でも有利である。
【００１０】
しかし、残念ながら従来の表面加熱は外部熱ローラあるいは外部輻射源を用いて行っており、非効率的であった。これとは異なり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。しかし、あくまで定着部材の基層を加熱するものであり、定着部材の表面を直接加熱することが望ましいのに変わりはなかった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
薄層フィルムを用いてニップ内で熱流を送り込むいわゆるサーフ方式（フィルム加熱方式）の定着装置においては高速カラー対応がいくぶん困難であった。なぜなら、カラー定着において普通紙の光沢ムラを防止する、あるいはＯＨＴの透過性を向上させるには、定着画像の表面光沢を向上する目的でフィルムには少なくも１００μ前後のシリコーンゴム等の弾性層が必要である。通常サーフ定着においてはせいぜい６ｍｍ程度のニップ距離にて定着フィルム背面のセラミックヒータ等の発熱源を当接して接触伝熱によりフィルム加熱を行っているが、この厚さの弾性層が存在する場合には、フィルム熱応答性が遅いためフィルムの耐熱温度範囲で定着に必要な熱流をニップ通過中にフィルム表面まで送り込むことができず、フィルム１〜数周内でようやく表層の熱応答が従うため、実際には薄肉ローラ系の蓄熱型定着と極めて類似した熱特性になっていた。ゴムの熱伝導を上げるためにフィラーを添加すれば、ゴム硬度が上がり弾性は低下するので限界があった。
【００１２】
そのため、カラーのサーフ構成に相当するものとしてより熱応答及び熱効率向上を達成する技術が望まれていた。特にこの問題は連続通紙時の表面温度低下による定着性の減少に顕著に現れていた。
【００１３】
しかし、従来定着ベルトを加熱するタイプのベルト定着方式においては、ニップ内でパッドやヒータを押し付け、ベルトに対して摺動加圧を行っていたために、圧力は１９６Ｎ（２０ｋｇｆ）程度以上にかけると高トルクとなり、駆動困難であった。特に定着ベルトにおいては、同一ベルト内で加熱と加圧の２つの役割を行っていた。このためベルトの張力によって加圧しようとすると、高張力が必要となり、ベルト材質が熱特性と相容れない場合があった。
【００１４】
高速定着においては、ベルトを用いたワイドニップ化が必要ではあるが、従来ベルト定着構成は多軸大型化で大熱容量の系であり、近年の要請である省エネ化が困難であった。
【００１５】
また、高速化するほど、ベルトの偏り（あるいは寄り）制御が必要となり、構成が複雑化していた。
【００１６】
本発明は、同じくベルトを加熱するタイプの加熱装置であるが、以上列挙した問題点を解決し、広い加圧面積のニップを有し低トルク駆動で高速化するとともに、低熱容量でオンデマンドな構成であり、加えて外部熱源を用いずともベルトの表面を直接加熱可能な高速熱応答可能とする加熱装置、加熱定着装置にあっては、ベルト加熱方式において高速連続通紙の定着性及び画質安定性を確保できる装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【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、加熱装置及び画像形成装置である。
【００１８】
（１）第１部材と第２部材とにより形成されるニップで被加熱材を挟持搬送して加熱する加熱装置において、
前記第１部材は、前記第２部材に接触する第１ベルトと、前記第１ベルトの内部に配置され、前記第１ベルトを前記第２部材に圧接させてニップを形成させる第２ベルトより成る２重ベルト構造を備えることを特徴とする加熱装置。
【００１９】
（２）前記第１部材が加熱部材であり、前記第２部材が加圧部材であることを特徴とする（１）に記載の加熱装置。
【００２０】
（３）前記第２ベルトは搬送ローラ間に張設したテンションベルトであることを特徴とする（１）または（２）に記載の加熱装置。
【００２１】
（４）前記第１ベルトが前記第２ベルトとこれに対向する前記第２部材間に挟持され、前記第１ベルトと前記第２ベルトはニップ内にて密着して回転搬送されることを特徴とする（１）から（３）の何れか１つに記載の加熱装置。
【００２２】
（５）前記第１ベルト内側の空間中に加熱源を配置したことを特徴とする（１）から（４）の何れか１つに記載の加熱装置。
【００２３】
（６）前記第１ベルトは前記第２ベルトより高い熱応答性を有することを特徴とする（１）から（５）の何れか１つに記載の加熱装置。
【００２４】
（７）前記第２ベルトは前記第１ベルトより耐張力性もしくは高耐熱性を有することを特徴とする（１）から（６）の何れか１つに記載の加熱装置。
【００２５】
（８）前記第１ベルトに対してはその内部より加熱を行い、前記第２ベルトに対してはその外部より加熱を行うことを特徴とする（１）から（７）の何れか１つに記載の加熱装置。
【００２６】
（９）前記被加熱材が像を担持した被記録材であることを特徴とする（１）から（８）の何れか１つに記載の加熱装置。
【００２７】
（１０）被記録材上のトナー像を加熱溶融して定着する定着装置であることを特徴とする（１）から（９）の何れか１つに記載の加熱装置。
【００２８】
（１１）被記録材に未定着画像を形成担持させる作像手段と、被記録材に形成担持させた未定着画像を定着させる定着手段を有し、前記定着手段が（１）から（１０）の何れか１つに記載の加熱装置であることを特徴とする画像形成装置。
【００２９】
〈作　用〉
本発明者らは、カラー化のために接触伝熱ではなく直接フィルム上の弾性層の表面加熱を行い、フィルムの熱応答性を格段に向上させるべきであると考えた。
【００３０】
ローラやベルトの表面加熱には発熱抵抗体等の自己発熱手段を用いる方法がある。また、接触あるいは輻射等による非接触の外部加熱源手段を用いて行う方法もある。しかし、これらは外部への放熱ロスが大きいことから内部加熱源を用いるのが良いと考えた。
【００３１】
そこで原理的には２０年以上前に知られていたガラスローラ構成に着想を得て、内部の輻射熱で表面加熱を行う方式を検討した。
【００３２】
但し、ガラス材自体は可視光域から近赤外域までの輻射透過性がある程度良いものの、割れの問題があるため、一般製品に使用するには問題がある。また、極薄化できないため低熱容量化には不向きである。
【００３３】
これに代わる材料として耐熱強度が高く、輻射透過性の高いポリイミド樹脂のフィルムを基層として、その上に輻射透過性を有する透明な弾性層を形成して、さらに黒色吸収層を表面に設けた新規層構成の定着部材（加熱部材）を作成した。
【００３４】
この背面より基層と弾性層を透過して直接表層に輻射を吸収させて加熱させて熱応答性を高めて定着を行うようにしたものである。
【００３５】
本発明では、上述の定着部材を応用して、ワイドニップ間にある程度の高い圧力をかけることで、高速な定着速度に対応可能でしかも低熱容量の省エネ型定着構成を実現する。
【００３６】
手段としては前記のように、第１ベルトの裏面より第２ベルトとしてのテンションベルトで加圧を与えることにより、摺動部を持つことなく低トルク駆動可能であり、充分な加熱性（定着性）を与える広いニップ巾を形成する。
【００３７】
従来定着ベルトとしての第１ベルトは、熱応答性に優れ、かつ張力に耐えうる高強度が必要であったが、これを２つのベルト構成に機能分離した。定着ベルトとしての第１ベルトに対しては、加圧のための張力は、第２ベルトとしてのテンションベルトに受け持たせるので不要であり、ベルト材質として低強度であっても熱特性の優れたものを使用することができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
〈実施例１〉
（１）画像形成装置例
図１は本発明に従う加熱装置を定着装置として搭載している画像形成装置の一例の構成模式図である。
【００３９】
本例の画像形成装置は電子写真プロセス利用のフルカラーレーザープリンタ（カラー画像形成装置）である。
【００４０】
図１において、８は感光ドラムであり、アルミシリンダの外周面に有機感光体（ＯＰＣ）又はアモルファスシリコン等の光導電体を塗布して構成することが可能である。
【００４１】
感光ドラム８は不図示の駆動手段によって図示矢印の反時計方向に所定速度（例：５０〜３００ｍｍ／ｓｅｃ）で駆動され、帯電器９にて表面を暗部電位（例：−７００Ｖ）に帯電される。
【００４２】
次に露光装置（レーザースキャナ）１０により感光ドラム８上はマゼンタの画像模様に従い露光され、画像部のみ表面電位を明部電位（例：−１５０Ｖ）に低下せしめて静電潜像が形成される。
【００４３】
回転支持体１２に支持された現像装置１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄはそれぞれマゼンタ、シアン、イエロー、ブラック各色の現像材を含む。ここで各色現像材は懸濁重合法により合成され、球形で高い現像・転写効率を有する重量平均径６μｍのネガ帯電性トナーである。
【００４４】
該静電潜像はまずマゼンタの現像器１１ａが感光ドラム８と対向するように３００μｍの間隙を以って配備され、一例としてＤＣ−５００ＶにＡＣ２ｋＶｐｐを重畳した現像バイアスによって現像されマゼンタトナー像として顕像化される。
【００４５】
顕像化された感光ドラム８上のマゼンタトナー像は１０^６〜１０^９Ωに導電処理されたＰＶｄＦ等の中抵抗部材からなる中間転写ドラム１３に図示されていない転写電源から供給されるの転写バイアス（＋０．５〜２ｋＶ）を以って転写される。
【００４６】
中間転写ドラム１３上にＡ４サイズ１ページ分のマゼンタ画像を転写すると回転支持体１２が回転し、以上の工程をシアン、イエロー、ブラック各色について逐次行い、中間転写ドラム１３上に複数色のトナー像を形成する。
【００４７】
一方、ピックアップローラ１４はブラックトナー像と同期して転写紙カセット１５から被記録材（メディア）としての転写材Ｐを給紙する。転写ローラ１９に２次転写バイアス（＋１〜２ｋＶ）を印加することにより、転写材Ｐには中間転写ドラム１３上に重畳形成された、マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの合成カラートナー像が転写され、定着装置１６に搬入される。
【００４８】
合成カラートナー画像を転写された転写材Ｐは、搬送手段により定着装置１６に搬送されて定着され、カラー印刷物として機外に排出されて排紙トレイ２０上に積載される。
【００４９】
なお、中間転写ドラム１３上の転写残トナーは帯電器１８によりポジ極性に帯電された後、感光ドラム８上に回収され、感光ドラム８上の転写残トナーと同様にクリーニング装置１７によって清掃される。
【００５０】
（２）定着装置１６
図２は定着装置１６の概略構成を示す装置の横断面模型図である。
【００５１】
１）２１は第１部材としての加熱部材、５は第２部材としての加圧部材であり、この加熱部材２１と加圧部材５とで被記録材としての転写材Ｐを挟持搬送して加熱する定着ニップ部Ｎを形成させている。
【００５２】
加熱部材２１は、
▲１▼．第１ベルトとしての円筒状で可撓性の定着ベルト１（４０π）、
▲２▼．この定着ベルト１の内部に２本の搬送ローラ３・３′（８φ）の２軸で張架させて配設した第２ベルトとしてのテンションベルト２（２４π）、
▲３▼．定着ベルト１の内側の空間中央部に配設した加熱複写源としての定格１００Ｖ８００Ｗのハロゲンランプ４（６φ）、
▲４▼．ハロゲンランプ４と定着ベルト１との接触防止のために、ハロゲンランプ４の周囲に配置したケージ上のガイド部材６、
▲５▼．定着ベルト１の外面に接触させた配設した温度検知手段としてのサーミスタ７、
等からなる組み立て体（アセンブリユニット）である。
【００５３】
２）加圧部材５は弾性加圧ローラ（４０φ）であり、断熱のために中空アルミ芯金１ｔ上にシリコーンスポンジ１ｔを形成し、離型のためにＰＦＡ熱収縮チューブ５０μ厚を表層に有するものを用いた。加圧ローラ５は芯金両端部を不図示の装置側板間に回転自由に軸受支持させてあり、不図示の駆動機構により矢印の反時計方向に所定の周速度にて回転駆動される。
【００５４】
３）テンションベルト２はＳＵＳ（ｓｔｅｅｌ　ｕｓｅ　ｓｔａｉｎｌｅｓｓ）５０μｍ厚より成り、低熱容量化のためここでは搬送ローラ３・３′の２軸で張架される。なお、テンションベルト２の他の材料として耐熱繊維材を用いることもできる。
【００５５】
テンションベルト２は定着ベルト１を加圧ローラ５に圧接させて定着ニップ部Ｎを形成する加圧部材として機能している。すなわち、加圧ローラ５と搬送ローラ３・３′間には各々１９６Ｎ（２０ｋｇｆ）に相当する加圧がなされており、テンションベルト２にもほぼ同程度の張力がはたらいている。定着ベルト１はテンションベルト２とそれを圧接する加圧ローラ５との間に、搬送ローラ３・３′間に形成される曲面状のニップ間（２５ｍｍ）で、張力加圧されつつ挟持され、低熱容量化のためにニップ以外の部分はベルト自体のコシにより、張力を与えずに空中にフリーな状態で保持される。
【００５６】
４）加圧ローラ５を回転駆動すると、定着ニップ部Ｎにおいて加圧ローラ５と定着ベルト１の外面との摩擦力で定着ベルト１に回転トルクが作用し、また定着ベルト１の内面とテンションベルト２の外面との摩擦力でテンションベルト２に回転トルクが作用して、定着ベルト１とテンションベルト２の両ベルト１・２は、加圧ローラ５と搬送ローラ３・３′に挟まれながら、定着ニップ部Ｎ間で互いに密着しつつ、矢印の時計方向に従動回転搬送される。
【００５７】
５）２枚のベルト１・２を使用する理由は、定着ニップ部Ｎ内の張力を受け持つ高耐熱かつ高強度なテンションベルト２と、後に説明する熱応答性に優れた表面加熱特性を有する低強度な定着ベルト１を外側にフリー保持して機能分離することで、定着ベルト１には張力を与えることなく、回転搬送することができる一方、テンションベルト２は高耐熱化、高強度化することにより、熱応答性と定着ニップ部Ｎ間での高加圧力との両立をはかることが可能である。
【００５８】
両者１・２のいずれも定着ニップ部Ｎ間で張力により一様な加圧を達成しつつ、定着ニップ部Ｎにヒータやパッドのような固定加圧部材がないので摺動部を作らず、低トルクにて高速搬送を行うことができる。
【００５９】
定着ベルト１には定着ニップ部Ｎ間で２本の搬送ローラ３・３′による加圧とテンションベルト２の張力が複合した加圧がなされるので、加圧ローラ５に対する定着ベルト１の浮きは発生することがない。
【００６０】
駆動は加圧ローラ５に与えて、搬送ローラ３・３′を従動とすることも可能であるが、下流側の搬送ローラ３′に与えても良く、また加圧ローラ５と搬送ローラ３′の両者に対して与えるのも良い。後半の方法は用紙搬送時に紙水分の蒸気発生によるスリップ現象を防止する効果がある。なお、搬送ローラ３・３′は必ずしも同一径である必要はなく、駆動性や必要なニップ圧分布により、異なった径としても良い。
【００６１】
６）ハロゲンランプ４に対して通電がなされることによりハロゲンランプ４の輻射光により、図３のように定着ベルト１の定着ニップ部Ｎ外のフリー保持された区間にて定着ベルト１が内部から表面加熱がなされる。この定着ベルト１の内部からの表面加熱については後述する。
【００６２】
定着ベルト１の表面温度が定着ベルト１の外表面に接触させたサーミスタ７により検出され、その検出温度情報が不図示の温調回路にフィードバックされる。温調回路はサーミスタ７からの検出温度情報が所定の一定温度になるようにＰＩＤ制御している。別の変形手法として例えば定着ニップ部Ｎの定着ベルト内表面の、長手方向の通紙もしくは非通紙領域にサーミスタ７を接触させることで温度検知して、定着ベルト表面が一定温度になるようにハロゲンランプ４の輻射量をＰＩＤ等の方式で制御する構成も可能である。
【００６３】
この場合、サーミスタの非接触面は輻射反射特性を持たせておくかあるいはアルミ箔等で被覆する等しておくと定着ベルトの実温度を検知しやすくなって良い。本構成では、ハロゲンランプ４は定着ベルト１に対しては内部より加熱を行い、テンションベルト２に対しては外部より加熱を行っていると言える。テンションベルト２に与えられた熱は回転と共に定着ニップ部接触部において定着ベルト１に結局放熱されるため、固定部材と異なり、内部過昇温は防止される。
【００６４】
７）所定の制御タイミングにて加圧ローラ５が回転駆動され、これに伴い定着ベルト１とテンションベルト２が従動回転搬送され、またハロゲンランプ４の輻射光により定着ベルト１が加熱されて所定の定着温度の加熱温調された状態において、定着ニップ部Ｎの定着ベルト１と加圧ローラ５との間に未定着トナー像が上面に形成された被記録材としての転写材Ｐが導入される。定着ベルト１が転写材Ｐのみ定着トナー像担持面に接する。定着ニップ部Ｎに導入された転写材Ｐはこの定着ニップ部Ｎを挟持搬送されて定着ベルト１の熱とニップ圧により転写材Ｐ面に永久固着画像として加熱／加圧定着される。定着ニップ部Ｎを出た転写材Ｐは定着ベルト１面から曲率分離されて排出搬送される。
【００６５】
８）前記したように定着ベルト１は、定着ニップ部Ｎ外のフリー保持された区間にてハロゲンランプ４の輻射光により、内部から表面加熱がなされる。テンションベルト２の表面の反射率を変えることで、立ち上がり等の熱特性は変化する。ここでは定着ベルト１表面の熱応答性を高める目的で相対的にテンションベルト２は輻射反射率の高い平滑な金属面としている。
【００６６】
定着ベルト１がフリー保持される部分の長さは、定着速度に応じて熱回復に必要な長さにとることができる。この区間では余分な接触部材がないため高い断熱性が保たれる。ここで加熱された定着ベルト１は定着ニップ部Ｎへと搬送され、メディアである転写材Ｐに対してテンションベルト２からの張力の加圧と加熱を行うことで、トナー溶融が迅速になされると共に転写材Ｐへのアンカリングがなされる。
【００６７】
９）定着ベルト１の構成を図４に示す。基層１−１に５０μ厚程度のポリイミドフィルム、中間層１−２に５０〜１５０μ厚程度の弾性透明耐熱部材であるＬＴＶシリコーンゴム等、表層１−３として耐熱性、離型性を持つＰＦＡ、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂中に輻射吸収性を有するカーボン粒子を分散したコート剤で１０μ厚程度の黒色コート層を設けたものを作成した。
【００６８】
中間層１−２は弾性特性を有しているため、表面コート層１−３もそれに倣い多色重ねのトナー像表面に表面追従性をもつ。そのため表面からくまなく熱伝達を行い、定着性を高めている。
【００６９】
この層構成とした理由を以下に説明する。加熱輻射源４としては通常のローラ定着に用いられるハロゲンランプ等が輻射エネルギーの８０％程度を赤外域に有しているため、これを安価な輻射源として用いることができる。あるいは赤外ランプ、セラミックヒータを用いるのも良い。キセノンランプの輻射はむしろ可視光域の割合が高くなるが精密なインバータ制御も可能であるため有効である。
【００７０】
耐熱強度の高いポリイミド樹脂の輻射透過性は、近赤外域における輻射透過性が多くは９５％程度に達しており、透過材料として有利である。そこで、これを熱容量の小さな極薄の定着フィルムとしたものを輻射透過部材の基層として用いることにした。ポリイミド樹脂は通常茶褐色を帯びているが、透明性の高いグレードのものは耐熱性がわずかに劣るものの透過性の点からは有利である。またアラミド樹脂はやや耐熱強度は落ちるものの同様に採用可能である。もちろん技術的には肉厚シリンダー形状として用いることも充分可能ではあるが、コスト的に高価である。
【００７１】
次に、その基層の上に透明な弾性層を形成する必要があるが、これにはＲＴＶもしくはＬＴＶシリコーンゴムの透明タイプ等がやはり近赤外域の輻射透過性が高く、耐熱性もあり、適していることが判明した。ゴム硬度はＪＩＳ−Ａで１０〜４０°程度の範囲が良い。
【００７２】
次に表層としてトナー離型性と輻射吸収性を兼ね備えるようにカーボン粒子を分散したフッ素樹脂で黒色コート層を設ける。カーボン塗料等を内面にコーティングするあるいはカーボン等を内添したフッ素樹脂シートを熱圧着するような手法を用いても良い。
【００７３】
なお、図５のように離型性と輻射吸収性を分けて表面にフッ素樹脂層１−５を設け、その下にカーボン塗料の輻射吸収層１−４を設けるというように２層で構成して機能分離したものでも何ら差し支えない。
【００７４】
中間層１−２は表面加熱において熱的には基層１−１と表層１−３との温度差を保持して、表面加熱の効果をより高めるような断熱層として作用している。一方、内面加熱において、中間層１−２はその断熱性により内面から表面への熱伝達の観点からは不利に働く。
【００７５】
実際の定着時においては、中間層は表層に対して断熱作用で熱がベルト全体に分散するのを防ぎ、メディアへの熱効率を高める他に、前加熱時あるいはニップ外において定着中に表層近傍は蓄熱層としても作用し、表層で発生する熱量と合わさってより定着性を高める効果をもたらす。
【００７６】
１０）ベルトの寄り制御に関しては、定着ベルト１はフリー保持されているため、低強度であっても座屈せずに端部突き当て方式による寄り制御が可能である。テンションベルト２については搬送ローラ３・３′間に張架されているものの、熱応答性はそれほど必要でないため厚さを厚くすることで、座屈を防ぎ、同様に端部突き当て方式による寄り制御が可能である。
【００７７】
端部突き当て部には、例えば突き当たりが発生した場合に、定着ベルト１の回転と一体となって回転して定着ベルト１の内部にねじれ力が発生するのを防止するように、リング形状の回転ベルト受け部材を設けるのが良い。その際、テンションベルト２の逆送部にはかからないようにして、逆送部はそれより小さい径の別部材で同様に受けるのも良い。
【００７８】
さらに寄り制御を確実なものとするためには、搬送ローラ３・３′は各々クラウン形状とすることでテンションベルト２を中央寄りに保持することが可能である。さらに定着ベルト１もその形状に追随することで、中央寄りに保持することが可能である。合わせて加圧ローラ５も逆クラウンにすると、定着ベルト１及びテンションベルト２が加圧により凹面になって、中央部にベルトのシワ・座屈や紙シワが発生するのを防止するのでなお良い。また加えて強制的に搬送ローラ３・３′の軸と加圧ローラ５の軸の軸間を片側もしくは両側にて制御することで、端部間でのニップ通過長さを変えて寄り補正をすることが可能である。
【００７９】
なお、図６のように搬送ローラ３・３′のいずれかを、もしくは両方を加圧ローラ５より浮かした構成も可能ではある。
【００８０】
１１）以上説明したように、いわゆる定着ベルトを機能分離して、高い熱応答性であるが低強度なフィルム基層構成の外側ベルト（定着ベルト）と、低い熱応答性であるが、高強度な内側ベルト（テンションベルト）より成る２重ベルト構成とした。
【００８１】
その効果として、高い熱応答性と広い面積のニップを有する低熱容量構成を達成した。また、特に有効な応用構成例として、定着部材として輻射透過性及び吸収性の層構成を有するフィルム、ゴム等を用いることにより、内部輻射源から直接に定着部材の表面加熱を可能とする新規技術である内部輻射表面加熱方式と合わせて、通常の内面加熱と異なり表面加熱を行うことで表面の熱応答性を向上させ、定着プロセスのカラーオンデマンド化を実現するものである。定着部材の熱勾配が通常ローラ定着の内面加熱と異なり、表面温度が高く、内面にいくにつれて低くなっていることから、サーミスタが同一温度の熱設定の場合であっても、定着部材の内面付近の温度はより低い状態にあり、熱の利用効率が高い。また、温調におけるリップルを低減して、光沢ムラのない定着性の安定した画像を得るものである。加えて、外部熱源を用いた表面加熱に比べて小型化がはかれ、低熱容量化が可能である上、熱源を定着部材の内部に蔵しているために外部への放熱ロスをより低減でき省エネ化できる。
【００８２】
ニップでの圧を高めても低トルクであるため用紙やベルトのスリップは防止される。伝熱もしくは摺動用のグリースが不要である。また、加圧に固定部材を用いないので、内部昇温は防止される。広いニップを形成することで、定着速度は高速領域まで対応可能であり、低熱容量であるため立ち上がりが早く、省エネ対応な構成である。
【００８３】
〈実施例２〉
次に実施例１のテンションベルト２を、金属ベルトでなく樹脂ベルトとした構成について述べる。
【００８４】
樹脂ベルトとしては、単層のポリイミドエンドレスフィルム７０μ厚を用いた。この構成の実施例１と異なる利点は、前述したようにポリイミドが高い輻射透過性を有することから、ハロゲンランプ４からの輻射は、図７のように定着ニップ部Ｎ間でテンションベルト２を２回にわたり通過した後、定着ベルト１のポリイミドベース層、透明ＬＴＶシリコーンゴム層を経て、表層近傍に吸収される。ニップ間でも直接輻射による熱供給を行うことで、フリー区間での加熱分にニップ間での加熱分も加わることで、加熱時間は増大し、より小型の構成で定着性を向上させることが可能である。
【００８５】
定着ニップ部Ｎ内で画像定着中における定着ベルト１の表面温度の低下を防ぎ、紙厚によらず安定した定着性を得る。
【００８６】
なお、テンションベルト２として耐熱繊維材であるアラミド繊維やガラス繊維等の輻射透過性部材を用いることもできる。
【００８７】
〈実施例３〉
実施例１、２において内部輻射による表面加熱での応用例について述べたが、本発明の構成は、必ずしもそういった特殊な系に対してのみ適用されるものではなく、従来の伝熱加熱方式に対しても応用可能である。
【００８８】
定着ベルト１を金属ベルト、テンションベルト２を樹脂ベルトとした構成について述べる。
【００８９】
搬送ローラ３・３′が小径であるとき、金属ベルトに対しては曲げ応力による破断で耐久寿命が短くなる。テンションベルト２を曲げ耐性を有する樹脂ベルトとすることでかえって長寿命化が可能である。この場合にもハロゲンランプ４からの輻射は、図７のように定着ニップ部Ｎ間でテンションベルト２を２回にわたり通過した後、定着ベルト１の内面に吸収されるので、テンションベルト２による定着ニップ部Ｎ間での定着ベルト１に対する輻射光損失は低減される。
【００９０】
定着ベルト１として、例えばＳＵＳやニッケル電鋳等の金属フィルム３０〜５０μ厚にＰＦＡ、ＰＴＦＥ，ＦＥＰ等の離型性材料にてコーティング１０μ前後もしくはチューブ３０μ前後の表層を設けたものを用いることができる。
【００９１】
両者の間に厚さ２００μ前後のシリコーンゴム中間弾性層を設けるのも良い。定着ベルト１の内面は黒色塗装されており、内部のハロゲンランプ４の輻射を吸収することで加熱される。摺動部をもつことなく、広いニップを形成するので、高い定着性が得られる。そういった効果のみを期待するのであれば、定着ベルト１を金属ベルト、テンションベルト２を金属ベルトとした構成も可能ではある。この場合、金属同士の滑りによる磨耗を防止するために、テンションベルト２の表面にはポリイミドワニス等でコーティングを行うと良い。
【００９２】
テンションベルト２は樹脂ベルトとして、単層のポリイミドエンドレスベルト７０μ厚を用いた。
【００９３】
ヒータは搬送ローラ３・３′の内部あるいはテンションベルト２の内部に設けても良い。
【００９４】
〈実施例４〉
内部熱源としてハロゲンランプによる輻射を用いる他に、別の非接触加熱方式である近年注目の磁気誘導加熱方式を用いた応用構成も可能である。
【００９５】
定着ベルト１を金属ベルト、テンションベルト２を樹脂ベルトとした構成について述べる。
【００９６】
定着ベルト１として、ニッケル電鋳等の金属フィルム基層３０〜５０μ厚にＰＦＡ、ＰＴＦＥ，ＦＥＰ等の離型性材料にてコーティング１０μ前後もしくはチューブ３０μ前後の表層を設け、中間層として厚さ２００μ前後のシリコーンゴム弾性層を設ける。
【００９７】
図８において、定着ベルト１は内部のコイル９、フェライトコア８、８′の交流磁気誘導により、基層内部に誘導電流が発生し、ジュール熱により加熱され、オンデマンドな立ち上がり特性を有する。
【００９８】
利点については、摺動部をもつことなく、前記実施例と同様に同じく広いニップを形成するので、高い定着性が得られる点である。なお、テンションベルトを金属ベルトとしてこれに対しても誘導加熱を行うのも良い。
【００９９】
なお、既述した実施例は全て内部に熱源を有していたが、２重ベルト構成で前述した内容に類似の技術により外部に熱源をおいた表面加熱構成も可能である。
【０１００】
【発明の効果】
以上説明によれば、ベルトを加熱するタイプの加熱装置として、従来の装置の前述した問題点を解決し、広い加圧面積のニップを有し低トルク駆動で高速化するとともに、低熱容量でオンデマンドな構成であり、加えて外部熱源を用いずともベルトの表面を直接加熱可能な高速熱応答可能とする加熱装置、加熱定着装置にあっては、ベルト加熱方式において高速連続通紙の定着性及び画質安定性を確保できる装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の画像形成装置の概略構成模式図。
【図２】定着装置の概略構成を示す横断面模型図。
【図３】定着装置の輻射伝達の概念図。
【図４】定着ベルトの層構成例（その１）。
【図５】定着ベルトの層構成例（その２）。
【図６】定着装置の変形例の模型図。
【図７】実施例２の定着装置の輻射伝達の概念図。
【図８】磁気誘導加熱方式への応用例（実施例４）。
【符号の説明】
１…定着ベルト、２…テンションベルト、１−１…基層、１−２…中間層、１−３…吸収離型兼用表層、１−４…吸収層、１−５…離型層、３、３′…搬送ローラ、４…ハロゲンランプ、５…加圧ローラ、６…ガイド、７…サーミスタ、８、８′…フェライトコア、９…コイル

Claims

第１部材と第２部材とにより形成されるニップで被加熱材を挟持搬送して加熱する加熱装置において、
前記第１部材は、前記第２部材に接触する第１ベルトと、前記第１ベルトの内部に配置され、前記第１ベルトを前記第２部材に圧接させてニップを形成させる第２ベルトより成る２重ベルト構造を備えることを特徴とする加熱装置。
前記第１部材が加熱部材であり、前記第２部材が加圧部材であることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
前記第２ベルトは搬送ローラ間に張設したテンションベルトであることを特徴とする請求項１または２に記載の加熱装置。
前記第１ベルトが前記第２ベルトとこれに対向する前記第２部材間に挟持され、前記第１ベルトと前記第２ベルトはニップ内にて密着して回転搬送されることを特徴とする請求項１から３の何れか１つに加熱装置。
前記第１ベルト内側の空間中に加熱源を配置したことを特徴とする請求項１から４の何れか１つに記載の加熱装置。
前記第１ベルトは前記第２ベルトより高い熱応答性を有することを特徴とする請求項１から５の何れか１つに記載の加熱装置。
前記第２ベルトは前記第１ベルトより耐張力性もしくは高耐熱性を有することを特徴とする請求項１から６の何れか１つに記載の加熱装置。
前記第１ベルトに対してはその内部より加熱を行い、前記第２ベルトに対してはその外部より加熱を行うことを特徴とする請求項１から７の何れか１つに記載の加熱装置。
前記被加熱材が像を担持した被記録材であることを特徴とする請求項１から８の何れか１つに記載の加熱装置。
被記録材上のトナー像を加熱溶融して定着する定着装置であることを特徴とする請求項１から９の何れか１つに記載の加熱装置。
被記録材に未定着画像を形成担持させる作像手段と、被記録材に形成担持させた未定着画像を定着させる定着手段を有し、前記定着手段が請求項１から１０の何れか１つに記載の加熱装置であることを特徴とする画像形成装置。