JP2003076175A - 加熱定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フィルム加熱定着のクイックスタート性を損
なうことなく高速化に対応することができる加熱定着装
置を提供すること 【構成】 固定支持された加熱体にフィルムを接触摺動
させ、該フィルムの加熱体とは反対側の面に被加熱材を
密着させてフィルムと共に加熱体位置を移動通過させて
加熱体からフィルムを介して熱エネルギーを付与する加
熱定着装置において、前記被加熱材に対して熱を付与す
る部分において単位面積当たり圧力が他の部分より強い
加圧部を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐熱性フィルムを
介して記録材に熱エネルギーを付与する方式の加熱定着
装置に関する。この加熱定着装置は、電子写真複写機・
プリンタ・ファックス等の画像形成装置における画像加
熱装置、即ち電子写真・静電記録・磁気記録等の画像形
成プロセス手段により加熱溶融性の樹脂等より成るトナ
ーを用いて記録材（エレクトロファックスシート・静電
記録シート・記録材シート・印刷紙等）の面に直接に直
接方式若しくは間接（転写）方式で形成した、目的の画
像情報に対応した未定着のトナー画像を該画像を担持し
ている記録材面に永久固着画像として加熱定着処理する
画像形成装置に適用される。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真装置・静電記録装置等の
画像形成装置において、転写方式或は直接方式の適宜の
作像プロセスにより転写材・感光紙・静電記録紙等の記
録材に形成担持させた目的の画像情報の未定着トナー画
像を加熱定着するための加熱装置としては、所定の温度
に維持された加熱ローラと、弾性層を有して加熱ローラ
に圧接される加圧ローラとによって記録材を挟持搬送し
つつ加熱する熱ローラ方式の装置が多用されている。そ
の他、フラッシュ加熱方式、オープン加熱方式、熱板加
熱方式、ベルト加熱方式、高周波加熱方式等の種々の方
式・構成のものが知られている。

【０００３】又、本出願人は、特開昭６３−３１３１８
２号公報、特開平２−１５７８７８号公報、特開平４−
４４０７５〜４４０８３号公報、特開平４−２０４９８
０〜２０４９８４号公報等においてフィルム加熱方式の
加熱装置を提案し、実用にも供している。

【０００４】図５はフィルム加熱方式の加熱定着装置要
部の横断面図である。

【０００５】図５において、１は低熱容量の加熱体であ
り、高剛性・高耐熱性・高断熱性を有する加熱体支持部
材２に固定支持されている。３はポリイミド等の薄肉の
定着フィルム、４は加圧部材としての弾性加圧ローラで
ある。

【０００６】加熱体１と加圧ローラ４は定着フィルム３
を挟んで所定の圧接力で圧接され、所定幅の定着ニップ
部Ｎを形成している。定着フィルム３は加圧ローラ４の
回転駆動力或は他の駆動部材により矢印方向に加熱体１
の面に密着・摺勤しながら定着ニップ部Ｎを移動通過す
る。

【０００７】定着フィルム３が移動駆動され、加熱体１
が所定の温度に立ち上がって温調された状態において、
定着ニップ部Ｎの定着フィルム３と加圧ローラ４との間
に未定着トナー画像Ｔａを担持した記録材Ｐをトナー画
像担持面側を定着フィルム３側にして導入することによ
って、記録材Ｐは定着ニップ部Ｎにおいて定着フィルム
３を介して加熱体１に密着して定着ニップ部Ｎを定着フ
ィルム３と共に移動通過していく。その定着ニップ部移
動通過過程において、加熱体１の熱が定着フィルム３を
介して記録材Ｐに付与されてトナー画像が記録材Ｐ面に
加熱定着される。そして、定着ニップ部Ｎを通過した記
録材Ｐは、定着フィルム３の面から分離されて搬送され
る。尚、Ｔｂは熱定着したトナー画像である。

【０００８】加熱体１は定着ニップ部Ｎにおいて定着フ
ィルム３の移動方向に直交する方向（図５の紙面垂直方
向）を長手とする全体に低熱容量の線状加熱体であり、
これには一般にセラミックヒータが用いられる。該加熱
体１は、高耐熱性・高絶縁性・低熱容量・高熱伝導性の
アルミナ等のセラミック基板（ヒータ基板）１１と、該
基板１１の表面に基板長手に沿って線状或は細帯状に形
成具備させた通電発熱する発熱体１２を基本構成とする
ものである。

【０００９】１３は基板１１の発熱体形成面を被覆させ
た耐熱ガラス等のヒータ表面保護層、１４は基板１１の
裏面側に接触させて具備させた温度検知素子（例えばサ
ーミスタ）である。基板１１の発熱体・表面保護層形成
面側が定着フィルム接触摺動面側である。

【００１０】発熱体１２の長手両端部の不図示の給電電
極間に不図示の給電回路から電力が供給されて発熱体１
２が発熱し、その発熱により全体的に低熱容量の加熱体
１が迅速に昇温する。この加熱体１の昇温が基板１１の
裏面側に接触させて具備させた温度検知素子１４で検知
され、その温度検知情報が不図示の制御系に入力する。
制御系はその入力する温度検知情報に基づいて発熱体１
２に対する供給電力を加熱体温度若しくは定着ニップ部
温度が所定の一定温度に維持管理されるように制御す
る。

【００１１】このようなフィルム加熱方式の装置は、熱
ローラ方式等の他の加熱装置に比べて、加熱体１として
低熱容量のものを定着フィルム３として薄膜の低熱容量
のものを用いることができることで、省電力化・ウェイ
トタイム（装置電源投入時からプリント出力可能状態に
なるまでの時間）の短縮化が可能となり、クイックスタ
ート性があり、機内昇温を抑えることができる等の利点
がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記フィルム
加熱方式の加熱装置を画像形成装置の定着装置として用
いた場合、比較的処理スピードの遅い画像形成装置には
向いていたが、高速の装置に用いようとすると熱を加え
る時間が短くなるため、加熱体の温度を上げたり、加圧
力を大きくしたりする必要がある。

【００１３】ところが、使用している部品の耐熱温度や
強度から温度や圧力を上げることにも限界があり、高速
機への採用が遅れている。

【００１４】一方、加熱時間を長く取るためにそのニッ
プを大きく取る方法も考えられているが、ニップ幅を大
きくするとフィルムの摺動抵抗が大きくなり、フィルム
を回転駆動することが非常に困難になる。又、圧力が全
体に分散するため、比較的表面の粗い記録材に定着しよ
うとしてもトナーが記録材に十分に密着しないために必
要以上にトナーを溶かす必要があり、加熱体の温度を上
げなければならなかった。更に、加熱体の温度を全ての
トナーが溶ける温度まで上げると、逆に溶け過ぎる部分
があり、その部分では所謂ホットオフセットが発生する
という問題も発生した。

【００１５】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とする処は、フィルム加熱定着のクイック
スタート性を損なうことなく高速化に対応することがで
きる加熱定着装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、固定支持された加熱体にフィルムを接触
摺動させ、該フィルムの加熱体とは反対側の面に被加熱
材を密着させてフィルムと共に加熱体位置を移動通過さ
せて加熱体からフィルムを介して熱エネルギーを付与す
る加熱定着装置において、前記被加熱材に対して熱を付
与する部分において単位面積当たり圧力が他の部分より
強い加圧部を有するものとしたことを特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００１８】＜実施の形態１＞図１は本発明に係る加熱
定着装置の拡大断面図、図２（ａ）は加熱体の破断面
図、（ｂ）は同加熱体の裏面図である。

【００１９】図において、１は加熱体であり、これは記
録材Ｐの搬送方向に直交する方向を長手とする低熱容量
の横長の線状加熱体（本実施の形態では、セラミックヒ
ータ）である。この加熱体１において、１１は記録材Ｐ
の搬送方向に直交する方向を長手とする高耐熱性・高絶
縁性・低熱容量・高熱伝導性のヒータ基板（本実施の形
態では、厚さ１ｍｍ、幅５０ｍｍ、２４０ｍｍのアルミ
ナ基板）である。

【００２０】１２はヒータ基板１１の表面側に基板長手
に沿ってスクリーン印刷等で細帯状にパターン形成した
抵抗発熱体（本実施の形態では、厚み約１０μｍ・幅１
〜３ｍｍの銀−パラジウム発熱体）である。この抵抗発
熱体１２は９本形成してあり、該抵抗発熱体１２をその
端部においてＡｇ等の電極１６ｃにより直列に接続して
ある。

【００２１】図２（ａ）において、１６ａ，１６ｂはヒ
ータ基板１１の表面側の長手両端部面にパターン形成し
て具備させたＡｇ等の給電電極部であり、それぞれ通電
発熱体１２の端部と電気的に導通している。

【００２２】１３は前記給電電極部１６ａ，１６ｂを除
いて、発熱体１２を具備させた基板表面を被覆させた厚
さ１０μｍ程度のガラスコート層であり、加熱体表面の
絶縁と保護の役目を果たす。

【００２３】１４はヒータ基板１１の裏面側に接触させ
て設けた加熱体温度検温素子としてのサーミスタであ
り、記録材Ｐ搬送方向上流側から２本目の抵抗発熱体１
２の裏側に具備させている。１４ａ，１４ｂはサーミス
タ１４に対する通電用のＡｇ等の電極パターンであり、
ヒータ基板１１の裏面側にパターン形成してある。

【００２４】加熱体１の温度制御方法は、給電電極１６
ａ，１６ｂから発熱体１２に対して不図示の給電回路の
電力が供給されて発熱体１２が発熱し、その発熱により
全体的に低熱容量の加熱体２が迅速に昇温する。この加
熱体２の昇温が温度検知素子１４で検知され、その温度
検知情報が不図示の制御系に入力される。制御系はその
入力する温度検知情報に基づいて発熱体１２に対する供
給電力を制御して加熱体温度を所定に制御する。

【００２５】２は加熱体支持の高耐熱性・高断熱性のス
テーである。これは、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサ
ルファイド）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＩ（ポ
リイミド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケト
ン）、液晶ポリマー等の高耐熱性樹脂や、これらの樹脂
とセラミックス、金属、ガラス等の複合材等で構成され
る。

【００２６】加熱体１はステー２の下面の略中央部にス
テー長手に沿って形成具備させた溝部に嵌入して固定支
持させてある。円筒状の定着フィルム３は上記ステー２
と加熱体１から成るアセンブリに外嵌させてある。定着
フィルム３は熱容量を小さくしてクイックスタート性を
向上させるために、フィルム膜厚は１００μｍ以下、好
ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の耐熱性の高いＰＴ
ＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等の単層フィルム、或はＰＩ、Ｐ
ＡＩ、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等のフィルムの外周表
面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等をコーティングした複
合層フィルムが使用される。

【００２７】弾性加圧ローラ４は、芯金４ａと該芯金４
ａに同心一体に形成したシリコンゴム等の離型性の高い
ゴム弾性層４ｂを有するもので、芯金４ａの両端軸部を
回転自在に軸受保持させてあり、不図示の加圧手段によ
り加熱体１の方向に９８Ｎ程度の圧力で加圧してあり、
定着フィルム３を介して加熱体１との間でニップ部Ｎａ
を形成してある。このニップ部Ｎａのフィルム内面の加
熱体１上にも、抵抗発熱体１２があるが、これは上流側
で暖められて溶融しているトナー画像Ｔａが加圧される
前に冷却されるのを防ぐためにある。この部分の抵抗発
熱体１２の抵抗値は他の部分の抵抗発熱体に対して、そ
の加圧ローラの熱容量等により、他の部分と変えても良
い。

【００２８】５は記録材Ｐを定着フィルム３を介して加
熱体１へ密着させる加圧パッドであり、ステンレス等の
板金等から成るパッドステー５ａとその上に設けられた
高耐熱性のシリコンスポンジ等から成る弾性体５ｂとで
構成されており、加熱体１の方向に２９．４Ｎ程度の圧
力で加圧されており、定着フィルム３を介して加熱体１
との間でニップ部Ｎｂを形成している。

【００２９】６は定着フィルム３の駆動ローラであり、
芯金６ａと該芯金６ａに同心一体に形成したシリコンゴ
ム等の耐熱性の高いゴム弾性層６ｂを有するものであ
り、芯金６ａの片側端部より不図示の駆動手段により駆
動回転させている。この駆動ローラ６は加熱体１と反対
側に向かって１９．８Ｎ程度の力で加圧されており、ス
テー２との間で定着フィルム３にテンションを掛けてお
り、前記駆動ローラ６の表面と定着フィルム３の内面と
の間の摩擦抵抗により定着フィルム３を駆動している。

【００３０】一方、加圧ローラ４は駆動手段により不図
示の動力伝達系を介して回転駆動力が伝達されて矢印方
向（反時計方向）に回転駆動される。この加圧ローラ４
の回転駆動により定着ニップ部Ｎにおける該ローラ４と
定着フィルム３外面との摩擦力で定着フィルム３に回転
力が作用して上着フィルム３が加熱体１に密着摺動しな
がら矢印方向（時計方向）にステー２の外回りを回転駆
動される。つまり、定着フィルム３は内周面からの駆動
ローラ６と外周面からの加圧ローラ４との両方から駆動
されていることになる。本実施の形態では、定着フィル
ム３への駆動力は通常外周面からの加圧ローラ４からの
方が加圧力の大きさや挟持する対向部材があるため大き
く、駆動スピードも駆動ローラ６よりもやや速く設定し
てある。

【００３１】プリントスタート信号に基づいて、或はコ
ピーボタンが押されることで、或は加熱定着装置３７よ
りも記録材搬送方向上流側に記録材搬送路中に配設した
記録材検知手段による記録材検知信号に基づいて、加圧
ローラ４及び駆動ローラ６の回転駆動が開始され、加熱
体１のヒートアップが開始される。

【００３２】加圧ローラ４の回転による定着フィルム３
の回転周速度が定常化し、加熱体１の温度が所定に立ち
上がったことを検知した状態において、定着フィルム３
と加圧パッド５との間にトナー画像Ｔａを担持させた記
録材Ｐがトナー画像担持面側を定着フィルム３側にして
導入されることによって、記録材Ｐは定着ニップ部Ｎｂ
において定着フィルム３を介して加熱体１に密着して定
着ニップ部Ｎｂを定着フィルム３と共に移動通過してい
く。その移動通過過程において加熱体１の熱が定着フィ
ルム３を介して記録材Ｐに付与されてトナー画像Ｔａが
記録材Ｐ面に溶融される。

【００３３】次に、定着ニップ部Ｎｂを通過した記録材
Ｐは定着フィルム３と加圧ローラ４の間に形成された定
着ニップ部Ｎａにおいて、溶融したトナー画像Ｔａに強
い圧力を掛けられることにより記録材Ｐの凹凸によらず
トナー画像Ｔａを記録材Ｐに定着ができる。

【００３４】従来例のフィルム加熱方式の加熱装置を用
いた場合、加熱体１の幅を１２ｍｍ、抵抗発熱体幅９ｍ
ｍ、ニップ幅９．５ｍｍ、加圧力９８Ｎという設定で、
プロセススピード１５０ｍ・ｓｅｃの速さで、９８ｇ／
ｍ² の表面性が悪い紙にトナー画像Ｔａを定着しようと
すると、温調温度を２６０℃以上にしなければならなか
った。温調温度が２６０℃以上になると、加圧ローラ４
表面に用いる離型層のフッ素樹脂が極めて限定される
上、ステー２に用いる樹脂も高価なものになり、安全素
子も使えるものが既存のものではない。しかも、２６０
℃で温調すると高温オフセットという画像問題も発生し
た。

【００３５】しかし、本実施の形態で用いた加熱装置を
用いると、その温調温度は１８０℃程度で良く、比較的
安価な材料を用いることができる上、ニップＮａの温度
を抵抗発熱体の抵抗分布により最適化することにより、
フィルム加熱方式の大きな利点の１つである冷却分離が
できるため、高温オフセットが発生することもなくなっ
た。

【００３６】＜実施の形態２＞次に、本発明の実施の形
態２について説明する。

【００３７】本実施の形態では、前記実施の形態１と同
様のフィルム加熱定着装置において図３に示すように加
圧側にもフィルムを用いている。又、加熱体１も加熱部
用加熱体１ｂと加圧部用加熱体１ａで別体としている。

【００３８】図３において、８はテンションローラであ
り、これは加圧ローラ４の逆側に加圧されており、加圧
フィルム７に加圧ローラ４との間でテンションを掛けて
いる。

【００３９】又、図４に示す１ａは加圧部用の加熱体で
あり、従来例の加熱体と同様のものであり、加熱部での
加熱体１ｂは前記実施の形態１と略同様のものである。

【００４０】本実施の形態の特徴としては、加圧部に熱
容量の小さなフィルム７を用いているため、立ち上がり
が早く、又、加圧フィルム７は記録材Ｐと共に移動する
ために記録材Ｐの搬送が非常に安定するという利点を持
つ。

【００４１】又、加熱体を加熱部と加圧部に分け、その
温度を個々に制御できるようにしている。このため、例
えば高温オフセットが発生し易い薄い紙等を加熱処理す
る場合、加圧部用加熱体１ａの温調温度を下げることに
より、トナー画像Ｔａの温度が下がってからフィルム３
と分離する所謂低温分離ができ、オフセットの発生を防
ぐことができる。

【００４２】更に、定着しにくい厚い紙や表面の粗い紙
を定着する場合は、加圧部用加熱体１ａの温度を上げる
ことにより、上流側の加熱部用加熱体ｌｂで十分付与で
きなかった熱を補って、定着しにくい記録材Ｐの定着性
を向上させることもできる。

【００４３】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、固定支持された加熱体にフィルムを接触摺動さ
せ、該フィルムの加熱体とは反対側の面に被加熱材を密
着させてフィルムと共に加熱体位置を移動通過させて加
熱体からフィルムを介して熱エネルギーを付与する加熱
定着装置において、前記被加熱材に対して熱を付与する
部分において単位面積当たり圧力が他の部分より強い加
圧部を有するものとしたため、フィルム加熱定着のクイ
ックスタート性を損なうことなく高速化に対応すること
ができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る加熱定着装置要部
の断面図である。

【図２】（ａ）は本発明の実施の形態１に係る加熱定着
装置の加熱体の破断面図、（ｂ）は同加熱体の裏面図で
ある。

【図３】本発明の実施の形態２に係る加熱定着装置要部
の断面図である。

【図４】（ａ）は本発明の実施の形態２に係る加熱定着
装置の加熱体の破断面図、（ｂ）は同加熱体の裏面図で
ある。

【図５】従来の加熱定着装置の断面図である。

【符号の説明】

１ 加熱体 ２ ステー ３ 定着フィルム ４ 加圧ローラ ５ 加圧パッド ６ 駆動ローラ ７ 加圧フィルム ８ テンションローラ １１ ヒータ基板 １２ 発熱体 １３ 表面保護層 １４ 温度検知素子 Ｎ 定着ニップ部 Ｎａ 定着ニップ加圧部 Ｎｂ 定着ニツプ加熱部 Ｔａ トナー画像 Ｐ 記録材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定支持された加熱体にフィルムを接触
   摺動させ、該フィルムの加熱体とは反対側の面に被加熱
   材を密着させてフィルムと共に加熱体位置を移動通過さ
   せて加熱体からフィルムを介して熱エネルギーを付与す
   る加熱定着装置において、 前記被加熱材に対して熱を付与する部分において単位面
   積当たり圧力が他の部分より強い加圧部を有することを
   特徴とする加熱定着装置。
2. 【請求項２】 前記加圧部が他の加熱部よりも被加熱材
   移動方向下流側に位置することを特徴とする請求項１記
   載の加熱定着装置。
3. 【請求項３】 前記加圧部において前記フィルムに搬送
   力を伝達することを特徴とする請求項１記載の加熱定着
   装置。
4. 【請求項４】 前記加圧部における前記加熱体の制御温
   度を他の加熱部の加熱体と個別に行う手段を有すること
   を特徴とする請求項１記載の加熱定着装置。