JP2003084602A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ニップ手前の上流域においてフィルムへの熱
供給を抑え、尾引きを防止し、鮮明な画像を出力するこ
とを目的とする。 【解決手段】 圧力と温度の付与される定着ニップの手
前で圧力の付与されていない領域で温度の上昇を抑える
ことで、画像の乱れをなくし鮮明な画像を得る。圧力の
かかっていない領域においては、ゴムローラの回転方向
に対し基板支持部材の上流部をアルミニウム金属などの
放熱作用を有する材料で構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被加熱材を加熱体
にフィルムを介して密着させ、該被加熱材とフィルムを
共に移動させて加熱体の熱を耐熱性フィルムを介して被
加熱材に与えるフィルム加熱方式の加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、加熱装置として熱ローラ方式のも
のが広く使用されている。このものは例えば、複写機、
レーザービームプリンター等においてトナー像の定着に
使用されており、所定の定着温度に維持された加熱体か
らの熱で記録材上のトナー像を加熱で溶融固着させ、記
録材上に定着させている。

【０００３】図４、図５はフィルム加熱方式の加熱装置
の一例（像加熱装置）を示すもので、耐熱性フィルムと
して円筒状のエンドレスフィルム４−２を用い、該フィ
ルムの周長の少なくとも一部は常にテンションフリー
（テンションが加わらない状態）とし、フィルムは加圧
回転部材としての加圧ローラ４−４の回転駆動力で回転
するようにした装置である。

【０００４】フィルム４−２の特徴としては、伝熱性を
高めて熱容量を小さくし、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１０〜５０μｍ程度の耐熱性のあるＰＴＦＥ，ＰＦ
Ａ，ＦＥＰの単層、あるいはポリイミド、ポリアミドイ
ミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等の外周表面にＰＴＦ
Ｅ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等を混合コーティングした複合層フ
ィルムを使用できる。

【０００５】４−３は加熱体４−１を断熱支持するホル
ダーであり、４−３’は鉄などの金属で構成されており
加圧しフィルムを支持するための指示ステー（鉄ステ
ー）である。

【０００６】加熱体４−１は横長の低熱容量の線状加熱
体であり、アルミナ（Ａ１₂Ｏ₃）等のセラミック基盤で
あるヒータ基盤４−５上に、発熱抵抗体４−６として、
例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）等の電気抵抗材料を
厚み１０〜３０μｍ、幅０．８〜３ｍｍにスクリーン印
刷等により塗工・焼成し、その上にオーバコート層４−
７（保護層）としてガラスやフッ素樹脂などをコートし
てある。

【０００７】この加熱体４−１は加熱体を断熱支持する
ホルダー４−３の外側下面に長手に沿って設けた溝４−
３ａに嵌め込んで接着して固定支持させてある。

【０００８】該加熱体４−１は、通電発熱抵抗体４−６
に対する給電により該通電発熱抵抗体が長手全長にわた
って発熱することで速やかに昇温し、その昇温が温度検
知素子４−８で検知されて不図示の制御系にフィードバ
ックされて、像加熱時、この温度検知素子４−８の温度
が所定の設定温度に維持されるように発熱抵抗体４−６
への通電がコントロールされる。

【０００９】４−２は加熱体４−１を含むステー４−３
に外嵌させた円筒状の耐熱フィルムであり、加熱体４−
１を含むステー４−３に対し周長に余裕をもってルーズ
に外嵌している。４−９はフィルムの寄り移動規制手段
としてのフィルム端部を受け止めるフランジ部材であ
る。４−１０は加熱体４−１との間にフィルム４−２を
挟んで圧接ニップ部（定着ニップ部）Ｎを形成し、且つ
フィルム４−２を回転駆動させる加圧回転体としての加
圧ローラであり、金属軸４−１０ａと、シリコンゴム等
の離型性の良い耐熱ゴム層４−１０ｂよりなり、不図示
の軸受け手段・付勢手段により所定の押圧力をもってフ
ィルム４−２を挟ませて加熱体４−１の表面に圧接させ
て配設してある。

【００１０】そして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矢印の反時計方向に回転
駆動される。

【００１１】この加圧ローラ４−１０の回転駆動による
該ローラとフィルム外面との摩擦力でフィルム４−２に
回転力が作用し（被記録材Ｐが圧接ニップ部Ｎに導入さ
れた時は該被加熱材Ｐを介してフィルム４−２に回転力
が間接的に作用し、該フィルム４−２が加熱体４−１の
表面に圧接摺動しつつ矢印の時計方向ａに回転駆動され
る。フィルム内面ガイド部材を兼ねるステー４−９はこ
のフィルム４−２の回転を容易にする。

【００１２】このように複写機など本機のコピーボタン
の押下もしくはプリント命令信号に基づいて、あるいは
画像定着すべき未定着画像（トナー像）Ｔを支持した被
記録材Ｐの先端が該装置の手前側に配設したセンサー
（不図示）に検知された時の信号に基づいて、加圧ロー
ラ４−１０の回転駆動が開始され、加熱体４−１の昇温
が開始される。

【００１３】加熱ローラ４−１０の回転によるフィルム
４−２の回転周速度が定常化し、加熱体４−１の温度が
所定に立ち上がった状態において、定着ニップ部Ｎのフ
ィルム４−２と加圧ローラ４−１０との間に技加熱材と
しての画像定着すべき被記録材Ｐが導入されてフィルム
４−２と一緒に定着ニップ部Ｎを扶持搬送されることに
より加熱体４−１の熱がフィルム４−２を介して被記録
材Ｐに付与され未定着顕像剤像Ｔが被記録材Ｐ面に加熱
定着されるものである。定着ニップ部Ｎを通った被記録
材Ｐはフィルム４−２の面から分離されて搬送される。
このニップＮの領域は加圧ローラ４−１０と基板４−１
の間で圧力と温度のかかった領域である。

【００１４】また、加熱体４−１には図６（Ａ）の加熱
体表面、図６（Ｂ）の加熱体裏面で示すように発熱抵抗
体５−１２の導電パターン５−１５・１６、発熱抵抗体
５−１２の給電電極パターン５−１３・１４、サーミス
タ等の温度検知素子５−２４、この素子の導電パターン
５−２２・２３、加熱体裏面から貫通したスルーホール
５−２０・２１を介して導電パターン５−２２・２３に
通電する温度検出素子５−２４の給電電極パターン５−
１８・１９が配置されている。

【００１５】図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように加熱体の
給電パターン５−１３・１４にステーに加熱体を固定支
持するためのコネクタ５−３１が装着され、コネクタ５
−３１内の電気接点としての加熱バネ５−３２により、
給電ワイヤ５−３３を介して、発熱抵抗体５−１２は電
源５−３４とトライアック５−３５等からなる給電回路
と接続される。

【００１６】また加熱体の給電電極パターン５−１８・
１９に、ステーに加熱体を固定支持するためのコネクタ
５−３６が装着され、コネクタ内の電気的接点としての
加圧ばね５−３７により、給電ワイヤ５−３８を介し
て、温度検知素子５−２４は制御系のＡ／Ｄコンバータ
５−３９と接続される。加熱体の温度情報として、記録
材Ｐの通紙域内に設けられた温度検知素子５−２４のサ
ーミスタ電圧がＡ／Ｄコンバータ５−３９へ入力され、
デジタルデータとしてＣＰＵ５−４０へ取り込まれる。
ＣＰＵ５−４０は、その入力デジタルデータを基に、加
熱体温度を所定の一定温度に制御すべくトライアック５
−３５を制御する。

【００１７】制御方法としては、発熱抵抗体５−１２の
加圧電圧または電流をコントロールするか、通電時間を
コントロールする方法がとられている。通電時間をコン
トロールする方法には、電源波形の半波ごとに、通電す
るしないを制御するゼロクロス波数制御、電源波形の半
波毎に通電する位相角を制御する位相制御などがある。

【００１８】像形成に於いては、一般的な電子写真技術
に基づく技術であり、感光ドラムが−６００Ｖに帯電さ
れ像形成されるところがレーザー照射され、マイナスに
帯電されたトナーが感光ドラムから紙に転写される。

【００１９】一方定着フィルムでは図４に示すように導
電プライマーには画像向上のために−６００Ｖのバイア
スが印加されており高圧は板バネ接点４−１１から導電
ゴム４−１２を通してフィルム４−２の導電プライマー
４−１３に印加されるように構成されている。フィルム
の構成はポリイミドフィルムに導電プライマー層さらに
その上にＰＴＦＥとＰＦＡもしくはＦＥＰの混合物から
なるフッ素樹脂がコーティングされており、このＰＴＦ
Ｅに対するＰＦＡもしくはＦＥＰの混合割合は１０〜３
０重量％以上のものをコーティングした総厚６０μｍの
複合層フィルムを用いた。

【００２０】一方、図１は本体の構成図を示し、感光ド
ラム上２−２に帯電ローラ２−６で略−６００Ｖに帯電
され画像情報に基づいてレーザースキャナー２−１１か
らレーザーＬが照射されて潜像が形成される。その後現
像ローラによりトナーが潜像が形成された箇所に付着す
る。

【００２１】一方、カセットから紙Ｐがピックアップロ
ーラ２−１０で搬送され搬送ローラ２−１を通って転写
位置Ｔｒに搬送され転写ローラ２−３に印加されたバイ
アス（プラス１Ｋｖ〜５Ｋｖ程度）で感光ドラム上２−
２に形成されている画像が紙に転写され定着装置２−５
へと搬送され定着ニップＴ部を通って排紙ローラ２−６
により搬送されて画像出力がなされるのと同時に感光ド
ラム２−２上で転写された後に残ったトナーはクリーニ
ング手段２−７により清掃されて、再度次の画像形成に
備える。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例において、
機械本体にプリント命令が下されて、定着装置の前多回
転が行われフィルムと加圧ローラが互いに図６中の矢印
方向に回転し一定温度以上になると従来例で述べたよう
な潜像形成から始まりいわゆる電子写真プロセスに準じ
て現像され紙にトナーが転写されて定着装置に搬送され
紙Ｐの搬送方向に対して上流側は紙上未定着のトナーが
最初にフィルム４−２に接触したところでは、温度は急
激に上昇をはじめるが圧力は十分にかかっていない。こ
の状態はニップに入るまで継続する。図５のＡ領域であ
る。この領域においては紙上の温度が１００℃前後にな
り紙に含まれる水または水蒸気でトナーが定着ニップ開
口部方向へ（上流方向へ）飛ばされる。これは尾引きと
呼ばれる画像不良であり横ライン画像で顕著に見られ
る。

【００２３】即ちニップ部よりも上流側の圧力がかかっ
ていない領域の熱の作用により、紙の進行方向とは逆方
向にトナーが尾をひく画像不良である。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記問題はセラミックス
基板上に銀−パラデュウムなどの合金により発熱体が形
成されその上にガラス層がコーティングされ、この基板
を支持する部材（基板支持部材）とさらにこの部材を補
強し、圧力をかけるために設けられた金属製の部材とこ
れらを内包するプラスチック製フィルムと、このフィル
ムに当接し回転駆動可能なゴムローラ（芯金とシリコン
ゴムとその表面がフッ素系樹脂により構成されている）
とから構成された定着ユニットにおいて、前記ゴムロー
ラの回転方向に対し前記基板支持部材の上流側の部材が
アルミニウム金属などの放熱作用を有する材料で構成す
ること、または前記ゴムローラの回転方向に対し前記上
流側の基板支持部材とセラミックス基板との間に断熱材
を設けて構成すること、さらには前記ゴムローラの回転
方向に対し前記上流側の基板支持部材とセラミックス基
板との間に断熱材を設け、さらに上流側の基板支持部材
がアルミニウム金属などの放熱作用を有する材料で構成
することにより解決できる。

【００２５】

【発明の実施の形態】（実施形態１）図１は本発明の本
体構成実施例を示すもので、搬送ローラ１−１により紙
Ｐが感光ドラム１−２と転写ローラ１−３間のニップ部
で感光ドラム１−２から紙Ｐにトナーが転写される。現
像スリーブ１−４上マイナスに帯電されたトナーが静電
潜像が形成されている感光ドラム１−２（本体接地され
ている）上へ飛翔付着する。この飛翔付着する力は、接
地された感光ドラム１−２と−３００Ｖに印加された現
像スリーブ１−４間との電位差と静電吸着力による。

【００２６】この感光ドラム上の表面電位は−６００〜
−１５０Ｖの範囲で帯電しており、トナーが付着してな
いところは−６００Ｖ、トナーの付着量が多いほど−１
５０Ｖに近づく。トナーが紙に転写するのに適正なバイ
アスは＋１０００〜＋３０００Ｖである。その後、紙Ｐ
は定着装置１−５へ搬送され定着部ではヒータ表面は１
８０℃〜２１０℃に温調されて紙上にトナーは定着され
画像形成が行われる。

【００２７】図２は本発明による説明図である。

【００２８】図中加熱体を支持するホルダーの（紙搬送
方向に対して）上流側２−３’は放熱作用のあるアルミ
ニウム製の金属材料で構成され下流部のホルダー２−３
は断熱性樹脂で構成されている。本実施例で圧力と温度
が確実にかかっている領域は加圧ローラ２−４と基板２
−１が圧接しているＮ領域（ニップ）であり、この領域
でトナーＴが紙Ｐに定着される。

【００２９】本実施例においては上流側Ａ領域ではフィ
ルム２−２と紙Ｐは接触しているが金属支持部材２−
３’による放熱作用で紙への熱供給は急激には行われな
いため紙に含まれる水分が蒸発することはない。そのた
めトナーが水蒸気に飛ばされて画像を乱すようなことは
ない。

【００３０】図３（Ａ）、（Ｂ）は本発明による金属支
持部材２−３’を取り付けた場合と、従来との比較を示
すデータである。このデータを取ったときの条件は、温
調温度１９５℃、紙搬送速度５０ｍｍ／ｓｅｃ、基板と
加圧ローラ間の総圧力は１０ｋｇｆ（接触部面積２２０
ｍｍ×６ｍｍ：ニップ領域Ｎ）である。

【００３１】ニップ内温度分布の測定は、紙に熱電対を
貼り付けて、通過させたときの温度を測定したものであ
る。

【００３２】図３（Ａ）で横軸は距離、縦軸は温度を示
し、実線は従来例の構成に基づいたときのニップ内温度
分布であり、破線は本発明の構成によるものである。ま
た図３（Ｂ）はこの図に相応する加圧ローラ、フィル
ム、基板などの構成を示すものである。紙の搬送に伴い
紙がフィルムと接すると即ちＰ地点においては従来は温
度の上昇が見られるが本発明においては（図３（Ａ）の
破線）温度の上昇が見られない。これは、上流側の支持
部材３−３’の放熱作用による効果である。

【００３３】一方、図３（Ａ）の実線は従来の構成によ
る温度分布であり、紙がフィルムと接しニップ内に突入
するまでに６５℃まで紙上の温度が上昇している。即ち
圧力がかかってない状態で温度上昇があるために紙内に
含まれる水蒸気で未定着のトナーが乱される。

【００３４】しかしながら、本発明においては圧力のか
かってない領域Ａにおいてはアルミ製の支持部材３−
３’により温度上昇は防げられており水蒸気で未定着の
トナーが乱されることはない。

【００３５】その後紙がニップ内にさしかかると（図３
（Ａ）中Ｑ地点）発熱体の影響で急激に温度上昇が開始
され、１２０℃以上に達する。ニップを過ぎて（Ｒ地
点）フィルムと紙とが離れるＳ地点までほぼ平坦な温度
分布（略１２０℃）が測定され下流側支持部材３−３、
所謂下流アゴと称するＳ地点を抜けてから温度は徐々に
減少して行く。下流部での支持部材３−３は定着ニップ
内での熱供給の効率を良くするため、断熱性のある材料
（耐熱性樹脂）を使用した。

【００３６】このようにニップの前で圧力のかかってい
ない領域で温度の上昇を抑えることで、画像の乱れを無
くし鮮明な画像が得られる。

【００３７】（実施例２）図７は他の実施例である。耐
熱性樹脂からなる支持部材７−３の上流側において基板
との間に断熱部材を介し上流側への熱の拡散を防ぐこと
により、実施例１と同様の作用と効果を生じさせること
ができる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば圧
力と温度の付与される定着ニップの手前、即ち圧力のか
かっていない領域で温度の上昇を抑えることで、画像の
乱れを無くし鮮明な画像が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の本体装置を示す図

【図２】 本発明による説明図

【図３】 本発明による説明図

【図４】 定着装置の説明図

【図５】 定着装置の説明図

【図６】 加熱体表面を示す説明図

【図７】 本発明の他の実施例を示す図

【符号の説明】

１−１ 一搬送ローラ １−２ 感光ドラム １−３ 転写ローラ １−５ 定着ユニット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミックス基板上に銀−パラデュウム
   などの合金により発熱体が形成されその上にガラス層が
   コーティングされ、この基板を支持する部材（基板支持
   部材）とさらにこの部材を補強し、圧力をかけるために
   設けられた金属製の部材とこれらを内包するプラスチッ
   ク製フィルムと、このフィルムに当接し回転駆動可能な
   ゴムローラ（芯金とシリコンゴムとその表面がフッ素系
   樹脂により構成されている）とから構成された定着装置
   において、 前記ゴムローラの回転方向に対し前記基板支持部材の上
   流側の部材がアルミニウム金属などの放熱作用を有する
   材料で構成されていることを特徴とする定着装置。
2. 【請求項２】 前記請求項１の定着装置において前記ゴ
   ムローラの回転方向に対し前記上流側の基板支持部材と
   セラミックス基板との間に断熱材を設けたことを特徴と
   する定着装置。