JP2003263044A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フィルム加熱定着器において熱容量の小さい
可撓性樹脂フィルムを加熱体として用いた場合に生じる
フィルム表面の温度立ち上がり遅れによる定着不良を防
止する。 【解決手段】 樹脂基材と樹脂保護層からなるフィルム
加熱定着器の可撓性加熱体において、基材厚みが保護層
厚みよりも大きいこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フィルム加熱方式
の加熱装置、および前記加熱装置を加熱定着装置として
備える画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真方式の複写機、プリンタ
ー等の多くは定着手段として熱効率、安全性が良好な接
触加熱型の熱ローラ定着方式や、省エネルギータイプの
フィルム加熱方式の加熱装置（加熱定着装置）を採用し
ている。

【０００３】フィルム加熱方式の定着装置は例えば特開
昭６３−３１３１８２号公報、特開平２−１５７８７
８、４−４４０７５〜４４０８３、４−２０４９８０〜
２０４９８４号公報等に提案されており、加熱体（加熱
用ヒータ）に加熱用回転体である耐熱性フィルム（定着
フィルム）を加圧用回転体（弾性ローラ）で密着させて
摺動搬送させ、該耐熱性定着フィルムを挟んで加熱体と
加圧部材とで形成される圧接ニップ部に未定着画像を担
持した被記録材（転写材）を導入して定着フィルムと一
緒に搬送させて、定着フィルムを介して付与される加熱
体からの熱と圧接ニップ部の加圧力によって未定着画像
を転写材上に永久画像として定着させる装置である。

【０００４】定着フィルムとしてはポリイミドを基材と
した、円筒状のエンドレスフィルムを用いることが多
い。

【０００５】フィルム加熱方式の加熱装置は、加熱体と
して低熱容量線状加熱体を用いることができ、定着フィ
ルムとして薄膜の低熱容量のものを用いることが出来る
ため、省電力化・ウエイトタイム短縮化（クイックスタ
ート性の向上）が可能である。また、加熱部材の温度制
御としては加熱部材裏面にサーミスタを接触させること
で温度を検知し、制御回路によりヒーターに通電する電
力を制御する方法がある。

【０００６】上記加熱装置において、例えば定着フィル
ムをフィルムガイドにルーズに嵌合させ、加圧弾性体ロ
ーラを被加熱材や定着フィルムを搬送させる駆動ローラ
とした装置の場合は、被加熱材や定着フィルムの搬送速
度はこの駆動ローラの周速で決まるため、該駆動ローラ
としての加圧弾性体ローラの熱膨張率が大きいと周速が
変化しやすく、例えば画像形成装置の画像加熱定着装置
の場合、被記録材が画像転写部等の作像部と画像加熱定
着装置との間にまたがっているとき被記録材が画像加熱
定着装置に引っ張られることになって、形成画像が伸び
たり画像がブレたりする。

【０００７】上記課題に対し、特開平７−５７８４号公
報では加圧部材として熱膨張の小さい金属ローラを使用
することで周速の変化を押さえ画像の伸びやブレを防止
している。それに伴い加熱体としては発熱フィルムを耐
熱弾性層を介してヒータ支持体に接着することで弾性を
具備させ、定着ニップを確保する提案が成されている。

【０００８】さらに特開平１０−３４００２０号公報で
は可撓性を有する加熱部材としてポリイミドあるいはポ
リベンゾイミダゾールで構成された基板上に発熱体を設
けることが提案されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述のよ
うなポリイミドなどの樹脂により発熱体を挟み込んだ加
熱部材を用いると、発熱体に通電した際、樹脂基材表
面、即ち温度制御用のサーミスタが接触する面と、定着
フィルム表面の温度差が生じやすく定着不良という問題
が生じた。

【００１０】これは従来のセラミック基板上に発熱体を
形成し、さらに保護層としてのガラスコート層を有する
発熱体では、発熱体両面の熱容量が十分に大きく、定着
フィルムの熱容量が殆ど無視できたのに対し定着フィル
ムとほぼ同等の厚みで形成してある前記可撓性の加熱体
ではフィルムの熱容量の影響が大きく、発熱体に通電が
開始された後の温度上昇がサーミスタで検知されるもの
に比し遅れが生じるためであった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明では以下の加熱装置を提案する。

【００１２】（１）被記録材上にトナー像を形成する像
形成手段と、加圧部材によって加熱部材に耐熱性フィル
ムを密着させて摺動搬送させ、前記耐熱性フィルムを挟
んで加熱部材と加圧部材とで形成される圧接ニップ部に
被記録材を導入して耐熱性フィルムと共に圧接ニップ部
を搬送させ、加熱部材の熱を耐熱性フィルムを介して被
加熱材に付与するフィルム加熱方式の加熱装置を有する
画像形成装置において、前記加熱部材は樹脂基板と、樹
脂基板上に配置された発熱体と、樹脂からなる絶縁被覆
層からなり、前記樹脂基板の厚みが前記樹脂絶縁被覆層
よりも大きいことを特徴とする画像形成装置。

【００１３】（２）（１）記載の画像形成装置におい
て、樹脂基板の厚みは絶縁被覆層と耐熱フィルムの厚み
の和よりも大きいことを特徴とする画像形成装置。

【００１４】（３）（１）乃至は（２）の画像形成装置
において、樹脂基板は少なくとも同一樹脂層を２層以上
有する多層構成であることを特徴とする画像形成装置。

【００１５】上記（１）によれば発熱体に通電した際、
発熱体の絶縁被覆層表面、即ち定着ニップ側温度が樹脂
基材表面、即ち温度検知面よりも素早く上昇するため、
通紙中の温度応答遅れによる定着不良が生じにくい。

【００１６】さらに（２）によれば定着フィルム表面温
度と温度検知面の温度がほぼ均等になるため、より制御
が容易になる。

【００１７】さらに（３）によれば樹脂基材の成形上生
じる可能性のあるクラックなどに起因する、発熱体に印
加するＡＣ電圧と、接触温度検知手段に印加するＤＣ電
圧とのリークに対し、絶縁性を確保することが可能にな
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】（実施例１） 〈第１の実施形態例〉 画像形成装置例 図４は本発明に係る画像形成装置の概略構成図である。

【００１９】本例の画像形成装置は転写方式電子写真プ
ロセス利用のレーザビームプリンタである。図４におい
て、１は感光ドラムであり、ＯＰＣ、アモルファスＳ
ｅ、アモルファスＳｉ等の感光材料をアルミニウムやニ
ッケルなどのシリンダ状の基板上に形成した構成から成
る。感光ドラム１は矢印の方向に回転駆動され、まずは
じめにその表面は帯電装置としての帯電ローラ２によっ
て一様に帯電される。

【００２０】次に、露光手段であるレーザスキャナーか
らのレーザービーム３を画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ
制御し走査露光がなされ、感光ドラム１上に静電潜像が
形成される。この静電潜像は、現像装置４で現像され、
可視化（トナー像化）される。現像方法としては、ジャ
ンピング現像法、２成分現像法などが用いられ、イメー
ジ露光と反転現像との組み合わせで用いられることが多
い。

【００２１】可視化されたトナー像は、転写装置である
転写ローラ５により感光ドラム１上から、所定のタイミ
ングで給紙、搬送された転写材Ｐ上に転写される。トナ
ー像を保持した転写材Ｐは定着装置６へ搬送され、該定
着装置６のニップ部で加熱・加圧されて転写材上に定着
され永久画像となる。一方、転写後に感光ドラム１上に
残留する転写残留トナーは、クリーニング装置７により
感光ドラム１表面より除去される。

【００２２】加熱装置例 （装置の全体的概略構成）以降、上記のような画像形成
装置の定着装置６として備えられた本発明の加熱装置の
例を説明する。

【００２３】図１は本発明を適用したフィルム加熱型定
着装置６の略断面図、図２は該装置６に備えられる可撓
性の加熱用ヒータの断面図である。

【００２４】図１において、１０はエンドレスベルト状
の樹脂フィルム（定着フィルム）、１２は低熱容量の加
熱用ヒータ、１３はシリコンゴムなどの耐熱性弾性体か
らなる押圧部材、１４はＰＰＳ、ＬＣＰ、フェノールな
どの耐熱樹脂からなる断面形状が半円弧状のフィルムガ
イド部材であり、周長に余裕を持たせて外嵌され、該定
着フィルム１０の回転をガイドする。また該フィルムガ
イド部材１４は加熱用ヒータ１２を支持する役割も有し
ており、下面に凹部を有し押圧部材１３を介して該加熱
用ヒータ１２を支持している。

【００２５】１１は不図示の装置側板間に回転可能に支
持され、定着フィルム１０を介して加熱ヒータ１２に対
し圧接して圧接（定着）ニップ部Ｎを形成する加圧部材
としての加圧ローラーであり、不図示の駆動手段に回転
駆動させられて定着フィルム１０を駆動する駆動ローラ
としての機能も兼ねている。

【００２６】加圧ローラ１１は、アルミニウム、銅等の
熱伝導性の高い金属や、アルミナ等を用いた中空円筒状
の良熱伝導性芯材１１ａの上に、耐熱離型層１１ｂとし
てＰＦＡ、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂やフッ素ゴム／フッ
素樹脂混合ラテックスを１０〜５０μの厚みでコーティ
ングしたものを用い得る。

【００２７】これにより、温度による外径変化が殆ど無
視でき被加熱材の搬送スピードが変動することによる画
像の伸びが防止できる。

【００２８】また、加圧ローラとしてはこれ以外にもア
ルミ等の芯金にシリコンゴムなどを熱硬化あるいは発泡
させることにより弾性層を形成し、更に表面にはポリイ
ミドなどのチューブを被覆させ熱膨張を抑えたものを用
いてもよい。

【００２９】１０は円筒状の耐熱性フィルムであり、上
記の加熱体１２を含むフィルムガイド１４に外嵌させて
ある。この円筒状フィルム１０の内周長と、加熱体１２
を含むフィルムガイド１４の外周長は定着フィルム１０
の方を例えば３ｍｍ程度大きくしてあり、従ってフィル
ム１０は加熱体１２を含むフィルムガイド１４に対して
周長が余裕をもってルーズに外嵌している。フィルム１
０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
６０μｍ以下２０μｍ以上の耐熱性・離型性・強度・耐
久性・可撓性のある単層、あるいは複合層フィルムを使
用できる。例えば、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等の単層
フィルム、或いはポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥ
ＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等のフィルムの外周表面にＰＴＦ
Ｅ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等の離型層をコーティングした複合
層フィルム等である。

【００３０】加熱体１２は図２に層構成を示したよう
に、発熱体１２を耐熱性弾性層１３を介してフィルムガ
イド１４に接着してなる、フィルム１０もしくは被記録
材の搬送方向に対して直角方向を長手とする細長のもの
である。

【００３１】発熱体１２は、ＰＥＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥ
Ｐ、ＥＰＥ等のフッ素樹脂やポリイミド等の耐熱性樹脂
等のフィルム状に成形したヒータ基材１２ａ上に、発熱
層１２ｂ、発熱体保護層１２ｃを順次に形成してなるも
のである。

【００３２】ヒータ基材、発熱体保護層の厚みは熱伝
導、耐久磨耗性を鑑みて２０〜２００μｍであることが
望ましいが、特に本例ではヒータ基材５０μｍ、発熱体
保護層２５μｍとした。

【００３３】発熱層１２ｂは、ヒータ基板１２ａの表面
に長手に沿って、例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）、
ＲｕＯ₂、Ｔａ₂Ｎ等の電気抵抗材料をスクリーン印刷等
により、厚み約１０μｍ、幅１〜３ｍｍの線状もしくは
細帯状に塗工して形成したものである。あるいはポリイ
ミドの基材上にニクロム箔などの金属による抵抗層を設
けることも可能である。耐熱性弾性層１３はシリコンゴ
ム、フッ素ゴム等である。

【００３４】上記加熱体１２の発熱体保護層１２ｃ上に
更にフィルム１０の内面との摩擦を低減するためにＰＦ
Ａ、ＰＴＦＥ等の耐熱離型層をコートしても良い。上記
の加熱体１２は可撓性を有しており、押圧弾性層１３に
より含み弾性を具備しており、図１のようにその弾性変
形によりフィルム１０を挟んで良熱伝導体である加圧ロ
ーラ１１との間に所定幅の圧接ニップ部が形成される。

【００３５】温度検知手段であるサーミスタはヒータ基
材に接触配置されており、発熱体裏面の温度を検知す
る。ＣＰＵ（不図示）においては、サーミスタ検知温度
や通紙枚数、通紙サイズなどの諸パラメータに応じた制
御電圧を印加することにより、目標とするヒーター表面
温度が得られるよう温調制御が行なわれる。

【００３６】（本実施例の作用・効果）まずはじめに従
来例の問題点を説明する．従来の定着装置例として、定
着フィルムの厚みは５０μｍ、ヒータ基板と発熱体保護
層の材質、厚みが共にポリイミド、５０μｍとした。他
の構成は前述したものと等しい。

【００３７】温度検知用のサーミスタはヒータ基板の発
熱体と反対面に当接配置している。また発熱体にかかる
電力は最大８００Ｗであり、諸条件により電力を調整し
印加可能な構成とした。

【００３８】画像形成装置はプロセススピード７５ｍｍ
／ｓｅｃでＡ４横サイズで毎分１２枚のプリントが可能
な装置（装置Ａ）とプロセススピード１４０ｍｍ／ｓｅ
ｃ、Ａ４横サイズで毎分３０枚のプリントが可能な装置
（装置Ｂ）を用いた。

【００３９】定着工程において被加熱材がトナー像転写
後に定着ニップを通過する際、定着フィルムを介して加
熱体表面から熱を奪い、加熱体表面温度が急速に低下す
る。それに伴い若干の遅延を経て加熱体裏面温度も低下
するので、それをサーミスタが検知し発熱体に対し所定
の電力を通電することで定着フィルム表面温度を目的の
温度にする事ができる。

【００４０】装置Ａにおいては特に問題なく上記定着工
程が行なわれたが、装置Ｂにおいては部分的に温度不足
起因の定着不良が生じた。これは発熱体からサーミスタ
検知部までの厚みと保護層表面までの厚みがほぼ等しい
ため、それらは同程度に温度上昇するが、保護層表面と
定着フィルムは動的に接触しているため熱伝達が均一に
行なわれにくく、結果としてフィルム表面への熱伝達が
遅れ、定着フィルム表面の温度が低下しているためであ
る。

【００４１】それに対し、図２に示すような本発明にお
けるヒータ基板１２ａ厚み：６０μｍ、保護層厚み１２
ｃ：３０μｍ、フィルム１０厚み：５０μｍの加熱装置
では発熱体からサーミスタまでの厚みが保護層表面の厚
みより大きく、発熱体に通電を行いサーミスタが所定の
目標温度に到達した場合、フィルム表面温度もほぼ等し
い温度とすることができ、定着不良の発生が防止でき
た。

【００４２】ここで、ヒータ基板の厚みと保護層の厚み
は上記例の組み合わせに限定されるものではなく、ヒー
ター基板１２ａの厚みが５０〜２００μｍ、保護層１２
ｃ厚みが１０〜５０μｍの範囲内であれば、ヒーター基
板の厚み＞保護層厚みの関係を満足することで同様の効
果が得られる。

【００４３】（実施例２）さらに請求項１で挙げた条件
に加え、ヒータ基板１２ａの厚みを保護層１２ｃの厚み
と定着フィルム１０の厚みの和より大きくすることによ
り、保護層と定着フィルムの間にグリスなどの摺動材や
フィルム内面の削れ粉などが介在した場合においても、
定着フィルム表面温度は常にサーミスタで検知する温度
に遅れることなく温度が立ち上がるため、より高速なプ
ロセススピードで使用する場合においても定着不良の無
い良好な画像が得られる。

【００４４】（実施例３）図３は第３の実施例を表す加
熱体の断面図である。

【００４５】抵抗発熱体はＡＣ電圧を通電し、波数や位
相を制御することにより電力の制御を可能にしている。
また基板の背面に当接しているサーミスタはＤＣ電圧に
より駆動されている。

【００４６】これらは基板の樹脂層およびサーミスタの
表面に被覆させた絶縁体により絶縁性を保持している
が、樹脂層においてはクラックなどの存在が皆無とはな
りえない。また、加熱体自体が可撓性であることから長
期の使用によりストレスがかかり割れ目や裂け目が生じ
る可能性もある。単純に厚みを増す事では、クラックや
割れ目による単層の体積抵抗低下が防止できないだけで
なく、可撓性も損なわれるので更にストレスによる破壊
が促進されてしまう。

【００４７】これらの問題を回避するために図３で示す
本例では加熱体の基材を５０μｍのポリイミド１２ｄ、
１２ｅからなる２層構成することにより達成した。同じ
厚みとなる１００μｍ、１層構成の基材と比較したとこ
ろ３０万枚の通紙テストにより基材の表面を観察したと
ころ１層基材は微小な裂け目が多数見受けられ、体積抵
抗が部分的に低下していた。それに対し２層構成基材で
は表面には同様な裂け目が見られたが体積抵抗が低下し
ている個所は見られず、絶縁性の低下が見られなかっ
た。

【００４８】このように、２層以上の樹脂基材を重ねて
使用することにより長期使用においても体積抵抗が低下
することなく安全性の維持が達成できる。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、樹
脂基板と樹脂からなる絶縁保護層を持つフィルム加熱方
式の加熱体において樹脂基板の厚みを前記樹脂絶縁被覆
層よりも大きくすることで樹脂基板に当接された温度検
知手段による検知温度に定着フィルム表面の温度が遅れ
ることなく立ち上がるため、高速化による定着性の低下
を招くことなく良好な画像を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例を表す加熱装置断面図

【図２】 該加熱装置に備えられる加熱用ヒータの模式
断面図

【図３】 本発明の第３実施例における加熱用ヒータの
模式断面図

【図４】 本発明の画像形成装置の略断面図

【符号の説明】

６ 加熱装置 １０ 定着フィルム １１ 加圧ローラ １２ 加熱体 １３ 弾性押圧部材 １４ フィルムガイド部材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被記録材上にトナー像を形成する像形成手
   段と、 加圧部材によって加熱部材に耐熱性フィルムを密着させ
   て摺動搬送させ、前記耐熱性フィルムを挟んで加熱部材
   と加圧部材とで形成される圧接ニップ部に被記録材を導
   入して耐熱性フィルムと共に圧接ニップ部を搬送させ、
   加熱部材の熱を耐熱性フィルムを介して被加熱材に付与
   するフィルム加熱方式の加熱装置を有する画像形成装置
   において、 前記加熱部材は樹脂基板と、樹脂基板上に配置された発
   熱体と、樹脂からなる絶縁被覆層からなり、前記樹脂基
   板の厚みが前記樹脂絶縁被覆層よりも大きいことを特徴
   とする画像形成装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の画像形成装置において、樹
   脂基板の厚みは絶縁被覆層と耐熱フィルムの厚みの和よ
   りも大きいことを特徴とする画像形成装置。
3. 【請求項３】請求項１又は２の画像形成装置において、
   樹脂基板は少なくとも同一樹脂層を２層以上有する多層
   構成であることを特徴とする画像形成装置。