JP2004157371A

JP2004157371A - 加熱装置

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Publication number: JP2004157371A
Application number: JP2002323653A
Authority: JP
Inventors: Eiji Uekawa; 英治植川; Satoru Izawa; 悟伊澤; Hiroshi Kataoka; 洋片岡
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-11-07
Filing date: 2002-11-07
Publication date: 2004-06-03

Abstract

【課題】フィルム加熱方式の加熱装置においてフィルムとして熱伝導性に優れた薄肉の金属スリーブを用いる場合に、熱効率を損なうことなしに、加熱体や加熱体支持部材との摺動性を良くし、摺擦による削れがない加熱装置を提供する。
【解決手段】被加熱材Ｐを加熱部材１０と加圧部材２０との圧接部である加熱ニップ部Ｎを通過させることにより加熱する加熱装置において、加熱部材１０は、回転可能な金属製スリーブ１３と、その内周面に接触するように保持部材１２に固定配置された加熱体１１を有し、前記加熱体１１の金属製スリーブ１３と接触する面には、金属製スリーブ１３との摺動性向上のためのポリイミド等の摺動層を設ける。また加熱体保持部材の表面にもフィルムやチューブ状の樹脂層を設けることで金属スリーブとの摺動による磨耗を抑制する。
【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・静電記録方式等の作像プロセスを採用した画像形成装置において、作像プロセス部で記録材（転写材・印字用紙・感光紙・静電記録紙等）に転写方式あるいは直接方式で形成担持させた目的の画像情報の未定着トナー像を固着像として熱定着処理する加熱定着装置として用いて好適な加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真方式、静電記録方式等を採用する画像形成装置に具備される加熱定着装置においては、未定着トナー像を担持した記録材を、互いに圧接して回転する加熱部材としての定着ローラと加圧部材としての加圧ローラとで形成されるニップ部を通過させることにより記録材上に永久画像として定着させる、いわゆる熱ローラ方式の加熱装置が広く用いられている。
【０００３】
加熱部材としての定着ローラは、アルミの中空芯金の内部に設けたハロゲンランプの輻射熱を利用して、芯金内部から記録材上のトナーを溶融させるのに十分な加熱がなされる。加熱部材としての定着ローラの中空芯金に機械的強度を持たせるため、肉厚が０．５ｍｍ〜４．０ｍｍ程度必要であり、大きな熱容量を有する。そのため、スタンバイ時には所定温度に定着ローラを予備加熱しておく必要がある。
【０００４】
一方、特にスタンバイ時に加熱定着装置に電力を供給せず、消費電力を極力低く抑えた方法、詳しくはヒータ部と加圧ローラの間に薄肉のフィルムを介して記録材上のトナー像を定着するフィルム加熱方式による加熱定着方法が提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。
【０００５】
図８にフィルム加熱方式の加熱定着装置の１例の概略構成を示した。すなわち図８において、アルミナや窒化アルミ等のセラミック板上に発熱抵抗層が形成された加熱体としてのセラミックヒータ７１が耐熱性の樹脂で成型された加熱体支持部材としてのステイホルダー７２に固定支持され、そのヒータ７１に密着したポリイミド等の耐熱性樹脂の薄肉フィルム（以下、定着フィルムと記す）７３と、そのフィルム７３を挟んで圧接させて定着ニップ部Ｎを形成させた加圧ローラ５０を有する。
【０００６】
定着フィルム７３はステイホルダー７２対して余裕をもってルーズに外嵌し、加圧ローラ５０の回転力により、定着ニップ部Ｎにおいてヒータ７１面に密着・摺動しつつ矢印の方向に搬送移動される。定着フィルム７３とヒータ７１の摺動性を確保するためにヒータ７１のニップ加熱面にはガラス層が形成されており、さらに摺動性を上げるために耐熱性のグリス等を介在させている。
【０００７】
ヒータ７１の温度は、ヒータ背面に設置された温度検知手段７４により検知し不図示の通電制御部へフィードバックされ、ヒータ温度が一定温度（定着温度）になるように加熱・温調される。
【０００８】
加圧ローラ５０において、５１は芯金、５２は弾性層、５３は表面離型層である。
【０００９】
加圧ローラ５０が回転駆動され、それに伴い定着フィルム７３が従動回転し、加熱ヒータ７１が所定の定着温度に温調されている状態において、定着フィルム７３と加圧ローラ５０との圧接部である定着ニップ部Ｎに未定着トナー画像ｔを形成担持させた記録材Ｐが導入される。その記録材Ｐが定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていき、定着フィルム７３を介して加熱ヒータ７１の熱エネルギーが記録材に与えられるとともに、定着ニップ部Ｎでの加圧力を受けて未定着トナー画像ｔが記録材Ｐ面に熱圧定着される。
【００１０】
このようなフィルム加熱方式の加熱定着装置を用いたプリンター、複写機等の各種画像形成装置は、加熱効率の高さや立ち上りの速さにより、待機中の予備加熱の不要化や、ウエイトタイムの短縮化など、従来の熱ローラ等を用いて加熱定着させる方式に比べて多くの利点を有している。
【００１１】
しかしながら、上述したフィルム加熱方式の加熱定着装置の場合、以下に述べるような問題点がある。
【００１２】
すなわち画像形成装置が高速化するに伴って、記録材が加熱定着装置を通過する時間は短くなる。記録材上の未定着トナーを定着させるためには、従来よりも多くの熱エネルギーを瞬間的に記録材あるいはトナーに与えなければならない。そのために、ヒータの設定温度を上げるという手段があるが、ヒータを保持するステイホルダーに使われる樹脂やその他の周辺部材の耐熱温度から、ヒータの設定温度には限界がある。限界温度以下の設定であっても、従来のように熱伝導性の悪いポリイミドなど樹脂製の定着フィルムでは、ヒータからの熱エネルギーは断熱されてしまうので、記録材やトナーへ効率よく伝わらず、画像形成装置のさらなる高速化にはおのずと限界が生じる。
【００１３】
そこで熱効率を上げるために、たとえば樹脂製の定着フィルム内に混入させる熱伝導性フィラーの量を増加して熱伝導性をアップさせることも可能である。しかしながら、熱伝導フィラーの大量混入はフィルムの引裂強度低下を導き、耐久中にフィルムが裂ける等の弊害が生じてしまう。
【００１４】
または、加圧力を高めることで定着ニップ幅を広め、熱を受ける領域を広げる方法もあるが、高い加圧力は樹脂製の定着フィルムにかかる負荷が大きく、耐久性を著しく悪化させることになる。
【００１５】
以上のようなことから、樹脂製の定着フィルムを加熱定着に用いることは、高速化に対して限界がある。
【特許文献１】
特開昭６３−３１３１８２号公報
【特許文献２】
特開平２−１５７８７８号公報
【特許文献３】
特開平４−４４０７５号公報
【特許文献４】
特開平４−２０４９８０公報等
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
以上の問題を回避し、さらなる高速化に対応するために、樹脂製の定着フィルムよりも熱伝導性が良好な薄肉の金属製スリーブを用いる方法がある。
【００１７】
しかしながら、樹脂製の定着フィルムを用いた従来の加熱定着装置にそのまま金属スリーブを用いると、以下のような問題点が生じる。
【００１８】
まず図９に従来の加熱定着装置の加熱ヒータ近傍の模式図を示す。加熱ヒータ７１と定着フィルム７３の摺動性をよくするために、ヒータの摺動面には、ガラス層７５がコーティングされていることが多い。このような構成において、定着フィルム７３として、薄肉の金属スリーブを用いると、金属スリーブの内面とガラス層７５の摩耗により、金属あるいはガラスの両方あるいはいずれか一方が磨耗する。磨耗により生じた削り粉は、ヒータと金属スリーブの間に塗られた摺動性グリスと混ざり合って摩擦抵抗を増大させトルクアップの原因になる。
【００１９】
これは、加圧ローラの搬送力が低下するような状況下、すなわち水分を多量に含む記録材を加熱定着させ、大量の水蒸気が放出されるような場合、上記の摩擦抵抗が大きくなると、金属スリーブを従動搬送することが不可能となり、記録材のジャムを引き起こすこともある。極端な場合、トルクアップにより金属スリーブが全く回転不能になることも考えられる。あるいは削り粉の介在により、ヒータと金属スリーブ間の接触熱抵抗が増大し、熱効率が落ちる。
【００２０】
さらに、加熱ヒータ７３を保持するステイホルダー７２は、図９に示すように、加熱ヒータ７１のエッジが定着フィルム７３の内面と当たらないように保護する目的で、ヒータ摺動面よりも突き出して成型されている（図８中の点線○印で示す部分。以下、この部分をステイホルダーの顎部と呼ぶ）。ステイホルダーは、液晶ポリマーやＰＰＳなどの耐熱性の樹脂で形成されていることが多い。定着フィルム７３が従来のようにポリイミド等の樹脂製の場合、ステイホルダー７２は磨耗することなく形状を保つことができるが、金属スリーブを用いた場合、ステイホルダー７２の顎部が金属スリーブとの接触部において削られてしまう。このステイホルダーの削り粉は、前記のガラス層７５や金属スリーブ内面の削り粉と同様にグリスと混ざり合って、摩擦抵抗の増加や、接触熱抵抗の増加原因となる。
【００２１】
一方で、薄肉の金属スリーブの内面に、ポリイミド等の摺動層をコートすれば、摺動ガラス７５との磨耗や、ステイホルダー７２との摺擦による磨耗等の問題は解消できる。しかしながら、金属スリーブ内面へ摺動層を均一にコートすることは技術的にも困難であり、コストを要する。さらに内面に熱伝導性の悪いポリイミドをコートすることは、熱伝導性に優れた金属スリーブの性能を損なうことになるので、効果的な対策ではない。
【００２２】
そこで、本発明の目的は、フィルム加熱方式の加熱装置においてフィルムとして熱伝導性に優れた薄肉の金属スリーブを用いる場合に、熱効率を損なうことなしに、加熱体や加熱体支持部材との摺動性を良くし、摺擦による削れがない加熱装置を提供することである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明は、被加熱材を加熱部材と加圧部材との圧接部である加熱ニップ部を通過させることにより加熱する加熱装置において、加熱部材は、回転可能な金属製スリーブと、その内周面に接触するように保持部材に固定配置された加熱体を有し、前記加熱体の金属製スリーブと接触する面には、金属製スリーブとの摺動性向上のための摺動層を設けることを特徴とする加熱装置、である。
【００２４】
（作用）
すなわち、金属製の薄肉スリーブをフィルムとして用いる場合に、加熱体の摺動面側に、耐熱性、潤滑性、耐磨耗性に優れた摺動層、より具体的にはポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＦＡ、ＰＴＦＥなどの樹脂層を設けることにより、金属スリーブ内面の削れを抑制する。さらには、加熱体を保持する保持部材の表面にも、上記同様の摺動層を設けることにより、金属スリーブが保持部材を研磨することを防ぐ。
【００２５】
加熱体の通紙上流側における端部を面取りした上で表面に摺動層を設け、且つ加熱体の摺動面の延長線上から、保持部材を突き出させないようにすることで、金属スリーブが加熱体、および保持部材の周囲をスムーズに回転することができる。金属スリーブの耐久性を向上させるとともに、加熱体や保持部材との磨耗も防ぐことができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施例）
（１）画像形成装置例
図１は本実施例における画像形成装置の概略構成図である。
【００２７】
１は感光ドラムであり、ＯＰＣ、アモルファスＳｅ、アモルファスＳｉ等の感光材料がアルミニウムやニッケルなどのシリンダ状の基盤上に形成されている。感光ドラム１は矢印の方向に回転駆動され、その表面は帯電装置としての帯電ローラ２によって一様帯電される。
【００２８】
次に、レーザースキャナ３によって画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザービームＬによる走査露光が施され、静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置４でトナー像として現像、可視化される。現像方法としては、ジャンピング現像法、２成分現像法、ＦＥＥＤ現像法などが用いられ、イメージ露光と反転現像とを組み合わせて用いられることが多い。
【００２９】
可視化されたトナー像は、転写装置としての転写ローラ５により、所定のタイミングで搬送された記録材Ｐ上に感光ドラム１上より転写される。ここで感光ドラム１上のトナー像の画像形成位置と記録材の先端の書き出し位置が合致するようにトップセンサ８にて記録材の先端を検知し、タイミングを合わせている。所定のタイミングで搬送された記録材Ｐは感光ドラム１と転写ローラ５に一定の加圧力で挟持搬送される。このトナー像が転写された記録材Ｐは加熱定着装置６へと搬送され、永久画像として定着される。
【００３０】
一方、感光ドラム１上に残存する転写残りの残留トナーは、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。また、９は定着装置６内に設けられた排紙センサであり、紙がトップセンサ８と排紙センサ９の間で紙づまりなどを起こした際に、それを検知するためのセンサである。
【００３１】
（２）加熱定着装置６
図２は加熱定着装置６の横断面を示す概略構成模式図、図３は加熱定着装置の長手方向の構成を示す概略模式図である。この加熱定着装置６は基本的には前述した図８のフィルム加熱方式の加熱定着装置において定着フィルム（加熱定着用回転体）として金属製スリーブを用い装置である。１０は加熱部材（定着部材）としてのフィルムアセンブリであり、加熱体としての加熱ヒータ１１、加熱体保持部材としての断熱ステイホルダー１２、金属製スリーブ１３等からなる。２０は加圧部材としての弾性加圧ローラである。
【００３２】
１）加熱ヒータ１１
加熱ヒータ１１は、金属製スリーブ１３の内面に接触することによりニップ部Ｎの加熱を行う。アルミナや窒化アルミ等の高絶縁性セラミックス基板１１ａの表面に、長手方向に沿ってＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）、ＲｕＯ_２、Ｔａ_２Ｎ等の通電発熱抵抗層１１ｂが、厚み約１０μｍ、幅約１〜５ｍｍ程度でスクリーン印刷等により塗工してある。あるいは、金属製基板上に絶縁層、通電発熱抵抗層を順じ積層して形成されていても良い。
【００３３】
セラミックス基板１１ａの背面には通電発熱抵抗層１１ｂの発熱に応じて昇温したセラミック基板の温度を検知するためのサーミスタ等の温度検知素子１４が配設されている。この温度検知素子１４の信号に応じて、長手方向端部にある不図示の電極部から通電発熱抵抗層に印加される電圧のデューティー比や波数等を適切に制御することで、定着ニップ部Ｎ内での温調温度を一定に保ち、記録材上のトナー像を定着するのに必要な加熱を行う。また、加熱ヒータ１１が金属製スリーブ１３と接する面には、金属製スリーブとの摺擦に耐えることが可能な薄層のガラスコートや、ポリイミド、ポリアミドイミド等の潤滑性樹脂層などの保護層を設けている。
【００３４】
２）断熱ステイホルダー１２
ステイホルダー１２は加熱用ヒータ１１を保持し、ニップと反対方向への放熱を防ぐとともに、金属製スリーブ１３の回転を案内する。剛性、耐熱性、断熱性、耐磨耗性等に優れた、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等の樹脂材料により形成されている。
【００３５】
３）金属製スリーブ１３
金属製スリーブ１３は、クイックスタートを可能にするために総厚２００μｍ以下の厚みで耐熱性、高熱伝導性を有するＳＵＳ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等の純金属あるいは合金を基層として形成されている。
【００３６】
また、長寿命の加熱定着装置を構成するために充分な強度を持ち、耐久性に優れた金属製スリーブとして、総厚２０μｍ以上の厚みが必要である。よって金属製スリーブ１３の総厚としては２０μｍ以上２００μｍ以下が最適である。
【００３７】
さらにオフセット防止や記録材の分離性を確保するために表層にはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体）、ＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）等のフッ素樹脂、シリコーン樹脂等の離型性の良好な耐熱樹脂を混合ないし単独で被覆して離型性層を形成してある。
【００３８】
被覆の方法としては、金属製スリーブ１３の外面をエッチング処理した後に離型性層をディッピングするか、粉体スプレー等の塗布であってもよい。あるいは、チューブ状に形成された樹脂を金属製スリーブ１３の表面に被せる方式であっても良い。または、金属製スリーブ１３の外面をブラスト処理した後に、接着剤であるプライマ層を塗布し、離型性層を被覆する方法であっても良い。また、金属製スリーブ１３の内面には、潤滑性、耐磨耗性に優れたフッ素樹、ポリイミドあるいはポリアミドイミド等の樹脂層を形成してあっても良い。
【００３９】
４）加圧部材２０
加圧部材としての弾性加圧ローラ２０は、ＳＵＳ、ＳＵＭ、Ａｌ等の金属製芯金２１の外側にシリコンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴムあるいはシリコンゴムを発泡して形成された弾性層２２からなる弾性ローラである。この上にＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性層２３を形成してあってもよい。
【００４０】
加圧ローラ２０は定着部材１０の方向に不図示の加圧手段により、長手方向両端部から加熱定着に必要な定着ニップ部Ｎを形成するべく十分に加圧されている。
【００４１】
加圧部材である加圧ローラ２０は長手方向端部から芯金２１を介して不図示の回転駆動手段により図２の矢印の方向に回転駆動される。この加圧ローラ２０の回転駆動に伴って、金属製スリーブ１３は加圧ローラ２０との摩擦力により従動回転する。また、金属製スリーブ１３と加熱ヒータ１１の間には、フッ素系やシリコーン系の耐熱性グリース等の潤滑剤を介在させることにより、摩擦抵抗を低く抑えスムーズに回転が可能となる
記録材Ｐは耐熱性の定着入口ガイド２４に沿って定着ニップＮ部内に搬送される。その後定着ニップより排出された記録材Ｐは耐熱性の不図示の定着排紙ガイドに案内されて排出トレイ上に排出される。
【００４２】
図３において、１９は金属スリーブ１３をスラスト方向に規制するフランジ、２５は加熱定着装置のフレームである。
【００４３】
（３）加熱用ヒータ１１および断熱ステイホルダー１２の詳細構成
ここで本発明に係わる加熱用ヒータ１１および断熱ステイホルダー１２の詳細な構成を図４で説明する。
【００４４】
まず、加熱ヒータ１１の金属スリーブ１３との摺動面には、ヒータ摺動層１５としてのポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂など、耐熱性、潤滑性、そして金属との耐磨耗性に優れた樹脂層や、あるいはこれらと同じような性質を有する二硫化モリブデン、グラファイトなどの固体潤滑層が形成されている。
【００４５】
このヒータ摺動層１５は、ディッピング塗工、あるいはスプレーによる塗装によりコーティングされ、焼成工程を経て形成される。薄肉の金属スリーブ１３を定着フィルムとして用いる場合、これらの摺動層１５は従来のガラス層よりも、磨耗による削れを低減することができる。
【００４６】
しかしながら、ヒータ摺動層１５が薄ければ、加熱ヒータ１１のセラミック基板１１ａが磨耗により露出し、金属スリーブ１３の内面を削ってしまうことになる。したがって、３μｍ以上の厚みを有することが望ましい。また、逆にヒータ摺動層１５が厚くなると、加熱ヒータ１１から金属スリーブ１３へ伝わる熱が断熱されてしまうので、記録材に十分な熱を供給することができない。したがって、ヒータ摺動層１５の厚みは２０μｍ以下であることが望ましい。
【００４７】
また、加熱ヒータ１１と金属スリーブ１３の間には摺動性を向上させるため、耐熱性グリース等の潤滑剤を介在させる必要がある。主として、耐熱性に優れたフッ素系のグリースやシリコーン系のグリースなどが適している。
【００４８】
グリースの塗布量が必要以上に多くなると金属スリーブ１３の端部から流出し、さらにニップ面に多量に回りこみ、加圧ローラ２０と金属スリーブ１３の摩擦力を低下させる。また、塗布量が少ないと長時間の使用中にグリース中のオイル成分が揮発してしまい潤滑性能を低下させる。したがってグリースの塗布量には最適な量が存在する。具体的には加熱ヒータ１１の面積に応じて単位面積（平方センチメートル）あたり１０〜２０ｍｇが最適量である。また、長手方向の初期の塗布領域が狭すぎると端部にまでグリースが行き届かず、長手端部の潤滑性を損なうので、加熱ヒータ１１の表面には金属スリーブ１３端部より外側に最大１ｃｍ程度、長く塗布しておく方が良い。
【００４９】
ここで、ヒータ摺動層１５として挙げた上記の各樹脂材料および固体潤滑層のなかで、最も実使用に適した材料を次に述べるような方法で比較選定を行った。すなわち、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＦＡ、二硫化モリブデン、グラファイト、および従来例としてガラス層の各潤滑層を加熱ヒータ１１の摺動面に５μｍの厚みで塗布し、ステンレス製で厚みが４０μｍの金属スリーブとフッ素系のグリースとともに加熱定着装置内に具備させた。
【００５０】
画像形成装置を用いて、２００℃の温度でヒータ１１を加熱しながら、加熱定着装置の寿命である２０万枚の連続通紙耐久を行った際の、各摺動層の厚みを比較した。また、耐久初期と２０万枚通紙後の加圧ローラの駆動トルクも比較した。以下表１に結果を示す。
【００５１】
【表１】

【００５２】
上記結果より、▲１▼ポリイミドあるいは▲２▼ポリアミドイミドが、摺動層の削れも少なく、また耐久後のトルクアップも少ないので、実用上最も問題が無いと言える。これらの結果は、各材料の表面硬度、加熱ヒータ１１の基板材料との密着性、グリースとの馴染み、そして金属スリーブ１３の材質など様々なパラメータに起因していると考えられる。ＰＦＡや、二硫化モリブデン等の固体潤滑材も、最適なグリースやスリーブ材料とマッチングすれば実使用での問題は無くなると考えられえる。しかしながら、ガラス層に関しては、摺動層の削れは少なかったものの、金属スリーブ自体が磨耗し、２０万枚通紙以下の耐久でトルクアップにより使用不可になった。つまり従来のガラス層は金属スリーブ１３の使用には向かないと考えられる。
【００５３】
一方、ステイホルダー１２は、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等の加工性に優れた樹脂により形成される基材部１２ａと、金属スリーブと基材部１２ａの磨耗を防ぐためのホルダー摺動層１２ｂが、基材の外側に形成してある。このステイホルダー１２の形状に関して、従来の耐熱樹脂等のフィルムを定着フィルムとして用いる場合は、図９に示すように、樹脂フィルム７３に剛性がない分ステイホルダー７２が円周方向に延長され、樹脂フィルム内にルーズに勘合することで、フィルムの搬送ガイドを兼ねていた。
【００５４】
しかしながら、本実施例のように金属スリーブ１３の場合、その剛性を利用して摺動回転できるので、ステイホルダー１２の機能としては加熱ヒータ１３を保持してニップを形成するのみでよく、金属スリーブ内面に接触する面積はできるだけ少ない方が良い。したがって、図４に示すように形状を蒲鉾型に簡略化してある。そのステイホルダー表面に設けるホルダー摺動層１２ｂは以下の述べるような方法によって形成することが可能である。
【００５５】
まず１つめの方法としては、図４に示すようにステイホルダー１２の基材１２ａの周囲を、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＦＡ、ＰＴＦＥなど耐熱性、摺動性、耐磨耗性に優れた樹脂製のフィルムで包囲し形成する。この樹脂製のフィルムを固定するには、まずその一端を加熱ヒータ１１と基材１２ａの間に挟持させ、次に基材１２ａの周囲を包囲した後、他端は基材上部においてピンや押さえ部材１６により固定させる。あるいは耐熱性の接着剤でその端部を固定することも可能である。また、樹脂フィルムの一面に耐熱性の接着剤が予め塗布されたテープ等で、基材周囲全体に対して接着することも可能である。
【００５６】
さらに別の方法としては図５に示すように、上記同様ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＦＡ、ＰＴＦＥなど耐熱性、摺動性、耐磨耗性に優れた樹脂製のチューブ１７を、基材１２ａの上から被せ、加熱ヒータ１１をステイホルダー１２に押し当てることで挟持固定する。加熱ヒータ１１とステイホルダー１２の接着個所にあたる部分は、樹脂チューブ１７には穴をあけておく必要がある。或いは、ステイホルダー１２に樹脂チューブ１７を接着等の方法で固定し、その上から加熱ヒータ１１を接着しても良い。
【００５７】
また、ＰＦＡ、ＰＴＦＥなどの樹脂製チューブで熱収縮性を有する場合、基材１２ａの上から熱収縮チューブ１８を被せた後、熱収縮に必要な所定の温度と、必要であれば収縮に必要な外型等の治具を用いて焼成工程を経て基材に固着させる。図６のような構成で示される。この方法では、摺動層１５と基材１２ａの密着性を高めることができるので、前記の２例より耐久性に優れている。また、量産性にも適した方法である。
【００５８】
以上に述べた、フィルムあるいはチューブで形成したホルダー摺動層の厚みは、薄すぎれば成型時の作業性が困難になり、厚くしすぎると、剛性が高くなりホルダー基材部との密着性が悪くなるので、１０μｍ以上１００μｍ以下が適当であると考えられる。
【００５９】
以上に述べた方法のうちで、加熱ヒータ１１に厚み５μｍのポリイミドを摺動層１５として形成し、ステイホルダー１２の表面にも厚みが５０μｍのポリイミドフィルムの摺動層１２ｂを設けた構成において、金属スリーブ１３に材質がステンレス製で厚みが４０μｍのチューブを用いた場合に、金属スリーブ内面の削れ、ステイホルダー１２の削れ、加圧ローラ２０の駆動トルク等がどのように改善されるかを確かめた。比較として、ステイホルダー１２は液晶ポリマーのみで成型されたものを使用し、加熱ヒータ１１の摺動層１５にポリイミドをコートしたものをとりあげた。耐久試験は、表１の評価と同様に、画像形成装置を用いて加熱定着装置の寿命である２０万枚を目標に通紙させ、耐久後の各パラメータの変化を比較した。結果を下記の表２に示す。
【００６０】
【表２】

【００６１】
表２より明らかなように、本実施例の構成▲２▼では、２０万枚の通紙を終了した時点でも、ＳＵＳスリーブ１３の内面および、ステイホルダー１２の目立った削れは発生せず、加圧ローラ５０の駆動トルクも通紙初期の２．３ｋｇ・ｃｍからそれほど大きく変化はなく、耐久に十分な性能を持っている。また、加熱ヒータ面にのみポリイミドをコートした構成▲１▼では、ステイホルダー１２のみ削れが発生し、駆動トルクも大きくなっている。しかしながら、この駆動トルクが画像形成装置の動作上、問題にならないトルクであれば、ステイホルダー１２の削れはあるものの、実用に耐えうると考えられる。
【００６２】
また、金属スリーブ１３の内面に１０μｍ程度のポリイミドコートを施したものを、従来例であるガラス層を摺動層に用いた構成に使用した場合、金属スリーブ１３の内面のポリイミドやステイホルダー１２の目立った削れは発生せず、２０万枚の通紙に耐えうることが可能であった。しかしながら、この構成の場合は加熱ヒータ１１からニップ部に伝わる熱量が、金属スリーブ内面のポリイミド層に断熱され減少する。つまりこの構成の場合、加熱ヒータの基板と金属スリーブの金属面の間には、ヒータ面の摺動層と金属スリーブ内面の摺動層の二層が存在する。
【００６３】
一方、本実施例の構成ではヒータ面のみの摺動層で良い。これらの摺動層の総厚を同じに設定しても、二層ある方はそれぞれの層間での接触熱抵抗が存在し、熱エネルギーは損失される。また、金属スリーブの内面に摺動層を均一に塗布することは技術的に困難であり、厚みむらなどが生じる。実際に、金属スリーブ内面に摺動層を塗布した構成で、加熱ヒータ１１の温度を２００℃に設定して記録材上の未定着トナー画像を加熱定着させた場合、トナー画像は完全に定着せず未定着のままであった。このとき金属スリーブ１３の表面温度は１８５℃であった。これに対して、本実施例の構成では、全く同じ条件で加熱定着を行った場合でも、記録材上のトナー画像は完全に定着しており、また金属スリーブ表面の温度も１９２℃と高い値を示した。従って、本実施例の構成は熱効率の面においても優位性があると考えられる。
【００６４】
以上に説明したように、加熱定着装置の加熱ヒータおよび、それを保持するステイホルダーが金属スリーブと接する表面に耐熱性、潤滑性、耐摩耗性に優れた樹脂層などをコートすることにより、摩耗やトルクアップ等の問題を抑えることが可能となる。
【００６５】
（第２の実施例）
以下に、本発明の第２の実施例について説明する。本実施例に関する画像形成装置全体の構成および加熱定着装置全体の構成は、それぞれ前記実施例１で示した図１、図２と同様であるため説明を省く。
【００６６】
実施例１の構成では図４に示すように、加熱ヒータ１１の両端部が、直接金属スリーブの内面に接触しないように、ステイホルダー１２の顎部分（図４の点線○印の部分）が通紙方向に対して上流側も下流側も、加熱ヒータ１１の摺動面よりも低い位置まで延長され、加熱ヒータ１１の端部を保護していた。そのために金属スリーブ１３は顎部分を支点にして変形し、ステイホルダー１２に接触しているので接触圧が高くなっていた。そのために、ステイホルダー１２の削れを防止する目的で、表面に摺動層を設けた。
【００６７】
本実施例では、図７に示すように、ステイホルダー１２の顎部分が加熱ヒータの摺動面の延長線上よりも突き出ないような構成としている。すなわち、接触圧が高くなる顎部において金属スリーブ１３にストレスを与えないように、ステイホルダー１２がヒータの摺動面と滑らかに繋がるような構成とした。さらに、通紙上流側では、金属スリーブ１３がよりスムーズにニップ面に進入できるように、加熱ヒータ１１の端部を斜めに面取りさせてある。
【００６８】
この面取り量に関して、図中Ａの長さがヒータ摺動面の中央部まで延長すると加熱ニップ幅Ｎに掛かり、そのニップ幅Ｎを狭めてしまうことになるので、できるだけニップ幅の外側までにとどめておく方が望ましい。また、厚み方向の量（図中Ｂの長さ）もその量が大きいと、テーパーが鋭くなってしまい、テーパー開始位置（図中では範囲Ａの左端部）と金属スリーブが削れる恐れがあるため、できるだけ緩やかな方が良い。
【００６９】
具体的にはＢ／Ａの値が１／２０≦Ｂ／Ａ≦１／５程度であることが望ましい。
【００７０】
一方、通紙下流側では、加熱ヒータ１１の摺動面の延長線上に断熱ステイホルダーの顎部が配置されるのが好ましい。寸法公差内のばらつきで、加熱ヒータ摺動面がステイホルダー１２の顎部より突き出てしまう場合も考えられるが、下流側では金属スリーブ内面を積極的に削る方向ではないので問題にはならない。さらに、加熱ヒータ１１の摺動面には、実施例１と同様にポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＦＡ、ＰＴＦＥなどの摺動層がディッピング塗工、あるいはスプレー塗装などによりコートしてある。
【００７１】
以上に説明した本実施例での構成では、金属スリーブ１３が、ステイホルダー１２の顎部を支点にして変形しないので、ステイホルダー１２に対する接触圧が実施例１の構成よりも低く抑えることができる。したがって、ステイホルダー表面には、実施例１のようにポリイミド、ポリアミドイミドなどの摺動層を設ける必要がなく、基材部１２ａの液晶ポリマー、ＰＰＳなどが表面に剥き出していても、金属スリーブとの接触による削れは軽微に抑えることができる。
【００７２】
実際、本実施例の構成で、実施例１の表２に示した耐久評価を行っても、２０万枚耐久後のステイホルダー１２の削れも軽微であり、駆動トルクも２．６ｋｇ・ｃｍに抑えることができた。また、ステイホルダー１２との接触圧が低いことから、金属スリーブの受ける応力も小さくなるので、金属スリーブ自体の耐久性も向上させることができる。
【００７３】
（その他）
１）金属製スリーブ１３は、加圧部材としての加圧ローラの回転駆動に従動させて回転する構成ではなく、例えば、金属スリーブの内部に駆動ローラを設け、この駆動ローラを回転駆動することにより金属スリーブを回転させる装置構成にすることもできる。
【００７４】
２）加熱ヒータ１１はセラミックヒータに限られず、例えば、ＰＴＣ（ＰｏｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）ヒータや、電磁誘導発熱部材などを用いることもできる。またセラミックの絶縁基板の代わりに金属板の表面を絶縁処理したものを用いることもできる。
【００７５】
３）加熱ヒータ１１は必ずしも定着ニップ部Ｎに位置していなくてもよい。
【００７６】
４）加圧部材２０はローラ体に限られず、回動ベルト体にすることもできる。
【００７７】
５）本発明の加熱装置は実施形態例の画像加熱定着装置としてに限らず、画像を担持した記録材を加熱してつや等の表面性を改質する像加熱装置、仮定着する像加熱装置、その他、被加熱材の加熱乾燥装置、加熱ラミネート装置など、広く被加熱材を加熱処理する手段・装置として使用できる。
【００７８】
以上、本発明の様々な例と実施例が示され説明されたが、当業者であれば、本発明の趣旨と範囲は本明細書内の特定の説明と図に限定されるのではなく、本願特許請求の範囲に全て述べられた様々の修正と変更に及ぶことが理解されるであろう。
【００７９】
本発明の実施態様の例を以下に列挙する。
【００８０】
〔実施態様１〕被加熱材を加熱部材と加圧部材との圧接部である加熱ニップ部を通過させることにより加熱する加熱装置において、
加熱部材は、回転可能な金属製スリーブと、その内周面に接触するように保持部材に固定配置された加熱体を有し、前記加熱体の金属製スリーブと接触する面には、金属製スリーブとの摺動性向上のための摺動層を設けることを特徴とする加熱装置。
【００８１】
〔実施態様２〕未定着トナー画像が形成された記録材を、定着部材と加圧部材により互いに圧接してなるニップ間を通過させることにより、前記未定着トナー画像を定着させる加熱装置において、
前記定着部材は、表層に離型層が形成された金属製のスリーブと、その内周面に接触するように固定配置された通電発熱抵抗層を有する加熱体と、その加熱体を保持する保持部材から成り、
前記加熱体の金属製スリーブと接触する面には、金属製スリーブとの摺動性向上のための摺動層を設けることを特徴とする加熱装置。
【００８２】
〔実施態様３〕前記加熱体に設ける摺動層が樹脂材料から成ることを特徴とする実施態様１または２に記載の加熱装置。
【００８３】
〔実施態様４〕前記樹脂材料の摺動層はその厚さが２０μｍ以下であることを特徴とする実施態様３に記載の加熱装置。
【００８４】
〔実施態様５〕前記樹脂材料は、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂であることを特徴とする実施態様３または４に記載の加熱装置。
【００８５】
〔実施態様６〕前記加熱体を保持する保持部材の表面には、前記金属製スリーブとの摺動性向上のための摺動層を設けることを特徴とする実施態様１から５のいずれかに記載の加熱装置。
【００８６】
〔実施態様７〕前記加熱体保持部材の表面の摺動層は樹脂製のフィルムあるいはチューブであることを特徴とする実施態様６に記載の加熱装置。
【００８７】
〔実施態様８〕加熱体は通紙上流側の端部が面取りしてあり、且つその加熱体を保持する保持部材は加熱体の摺動面の延長線上から突き出ないことを特徴とする実施態様１から７記載のいずれかに記載の加熱装置。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、フィルム加熱方式の加熱装置において、金属製の薄肉スリーブをフィルムとして用いる場合に、加熱体の摺動面側に、耐熱性、潤滑性、耐磨耗性に優れた摺動層、より具体的にはポリイミド、ポリアミドイミド、などのイミド系樹脂層を設けることにより、金属スリーブ内面の削れを抑制する。
【００８９】
さらには、加熱体を保持する保持部材の表面にも、上記同様の摺動層を設けることにより、金属スリーブが保持部材を研磨することを防ぐ。
【００９０】
あるいは、加熱体の通紙上流側における端部を面取りした上で表面に摺動層を設け、且つ加熱体の摺動面の延長線上から、保持部材を突き出させないようにすることで、金属スリーブが加熱体、および保持部材の周囲をスムーズに回転することができる。金属スリーブの耐久性を向上させるとともに、加熱体や保持部材との磨耗も防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる画像形成装置の構成図
【図２】本発明に係わる加熱定着装置の構成図
【図３】本発明の実施例１に係わる加熱定着装置の長手方向の構成図
【図４】本発明の実施例１に係わる定着ニップ近傍の断面図
【図５】本発明の実施例１に係わる定着ニップ近傍の断面図
【図６】本発明の実施例１に係わる定着ニップ近傍の断面図
【図７】本発明の実施例２に係わる定着ニップ近傍の断面図
【図８】従来例に係わる加熱定着装置の断面図
【図９】従来例に係わる定着ニップ近傍の断面図
【符号の説明】
１・・感光ドラム、２・・帯電ローラ、３・・レーザービーム、４・・現像装置、５・・転写ローラ、６・・定着装置、７・・クリーニング装置、８・・トップセンサ、９・・排紙センサ、１０・・定着部材、１１・・加熱用ヒータ、１１ａ・・セラミックス基板、１１ｂ・・通電発熱抵抗層、１２・・ステイホルダー、１２ａ・・ステイホルダー基材、１２ｂ・・ステイホルダー摺動層、１３・・金属スリーブ、１４・・温度検知素子、１５・・ヒータ摺動層、１６・・押さえ部材、１７・・樹脂チューブ、１８・・熱収縮樹脂チューブ、１９・・フランジ２０・・加圧ローラ、２１・・芯金、２２・・弾性層、２３・・フッ素樹脂離型層、２４・・定着入口ガイド、２５・・加熱定着器フレーム、５０・・加圧ローラ、５１・・芯金、５２・・弾性層、５３・・フッ素樹脂離型層、７０・・定着部材、７１・・加熱用ヒータ、７１ａ・・ヒータ基板、７１ｂ・・発熱抵抗層、７２・・断熱ステイホルダー、７３・・定着フィルム、７４・・温度検知素子、７５・・摺動ガラス層、Ｐ・・記録材

Claims

被加熱材を加熱部材と加圧部材との圧接部である加熱ニップ部を通過させることにより加熱する加熱装置において、
加熱部材は、回転可能な金属製スリーブと、その内周面に接触するように保持部材に固定配置された加熱体を有し、前記加熱体の金属製スリーブと接触する面には、金属製スリーブとの摺動性向上のための摺動層を設けることを特徴とする加熱装置。