JP2005043743A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小サイズ紙通紙時の加圧ローラ非通紙部昇温に起因する紙しわや定着不良等の問題を解消することができる定着装置を提供すること。
【解決手段】発熱体に耐熱性フィルムを加圧部材で密着させて摺動搬送し、該耐熱性フィルムを挟んで発熱体と加圧ローラとで形成される圧接ニップ部の耐熱性フィルムと加圧部材との間に被加熱材を導入して耐熱性フィルムと一緒に圧接ニップ部を搬送させて発熱体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定着装置において、前記発熱体を複数の可撓性部材で構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発熱体と加圧部材との圧接ニップ部で被加熱材を加熱する加熱（転写材シート・静電記録紙・エレクトロファックス紙・印字用紙等）を導入して圧接ニップ部を挟持搬送通過させることで、加熱ローラの熱と圧接ニップ部の加圧力にて未定着画像を被記録材面に永久固着画像として熱圧定着させる定着装置に関するものである。

熱ローラ方式において、加熱ローラを表面発熱型のローラとしたものは、エネルギー効率が高く表面温度の立ち上がりが早くてプリント時に室温から定着可能温度に迅速に立ち上げることができるため、スタンバイ時の消費電力をゼロにすることができ、省エネルギータイプの装置である。

又、省エネルギータイプの他の加熱装置若しくは画像加熱定着装置としてフィルム加熱方式の定着装置が実用化されている。これは例えば特許文献１〜１６等に提案されており、発熱体に耐熱性フィルム（定着フィルム）を加圧部材で密着させて摺動搬送させ、該耐熱性フィルムを挟んで発熱体と加圧部材とで形成される圧接ニップ部の耐熱性フィルムと加圧部材との間に被加熱材を導入して耐熱性フィルムと一緒に圧接ニップ部を搬送させて発熱体の熱を耐熱性フィルムを介して被加熱材に付与する装置である。

フィルム加熱方式の定着装置は、発熱体として低熱容量線状加熱体をフィルムとして薄膜の低熱容量のものを用いることができるため、省電力化・ウェイトタイム短縮化（クイックスタート性）が可能になり、又、本機内昇温を抑えることができる。この種のフィルム加熱方式では、加熱体に対する加圧部材を耐熱性ゴム等の弾性体ローラで構成し、この加圧弾性体ローラの弾性変形により加熱体との間に所定幅の圧接ニップ部を形成している。

特開昭６３−３１３１８２号公報 特開平２−１５７８７８号公報 特開平４−４４０７５号公報 特開平４−４４０７６号公報 特開平４−４４０７７号公報 特開平４−４４０７８号公報 特開平４−４４０７９号公報 特開平４−４４０８０号公報 特開平４−４４０８１号公報 特開平４−４４０８２号公報 特開平４−４４０８３号公報 特開平４−２０４９８０号公報 特開平４−２０４９８１号公報 特開平４−２０４９８２号公報 特開平４−２０４９８３号公報 特開平４−２０４９８４号公報

しかしながら、上記従来構成では発熱体が低熱容量であるため、小サイズ紙を通紙した場合、非通紙部が通紙部より昇温するために、ヒータガイド部材の許容耐熱温度を超えることによる破壊、加圧ローラの非通紙部昇温により外径が不均一になることから生ずる紙しわ、小サイズ紙の通紙直後にそれより幅広の紙を通紙した場合の高温による定着不良等を起こしてしまうという問題があった。

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、小サイズ紙通紙時の加圧ローラ非通紙部昇温に起因する紙しわや定着不良等の問題を解消することができる定着装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、発熱体に耐熱性フィルムを加圧部材で密着させて摺動搬送し、該耐熱性フィルムを挟んで発熱体と加圧ローラとで形成される圧接ニップ部の耐熱性フィルムと加圧部材との間に被加熱材を導入して耐熱性フィルムと一緒に圧接ニップ部を搬送させて発熱体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定着装置において、前記発熱体を複数の可撓性部材で構成したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記複数の可撓性発熱体は、各表面に高い耐熱性と摺動性を備える絶縁体により保護被覆されたシート状発熱体であることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記複数の可撓性発熱体は、定着するシートの搬送方向に対して直交する方向に直列配置されていることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３記載の発明において、前記直列配置された複数の可撓性発熱体は、それぞれ独立して温度制御されることを特徴とする。

本発明によれば、フィルム加熱方式の加熱体と加圧部材との圧接ニップ部で被加熱材を加熱する定着装置において、非通紙部昇温の発生を緩和若しくは防止して、該非通紙部昇温に起因する紙しわや定着不良等の問題を解消することができる。

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。

＜実施の形態１＞
本実施例装置はフィルム加熱方式の加熱装置（画像加熱定着装置）である。本例の装置は特開平４−４４０７５〜４４０８３号公報、同４−２０４９８０〜２０４９８４号公報等に開示の所謂テンションレスタイプのフィルム加熱方式の装置である。図１は定着装置要部の横断面図、図２は同定着装置の圧接ニップ部の拡大図である。

図において、４は横断面略半円弧状樋型のフィルム内面ガイドステーであり、このガイドステー４の外側下面に長手に沿って形成した溝内に後述する可撓性発熱体１と弾性部材３を嵌入して固定支持させてある。

ガイドステー４は、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、ガラス等との複合材料等で構成されている。

２は円筒状の耐熱性フィルムであり、前記発熱体１を含むガイドステー４に外嵌させてある。この円筒状フィルム２の内周長と発熱体１を含むガイドステー４の外周長は、フィルム２の方を例えば２ｍｍ程度大きくしてあり、従って、フィルム２は発熱体１を含むガイドステー４に対して周長が余裕を持ってルーズに外嵌している。

フィルム２としては、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、その膜厚は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・可撓性のある単層或は複合層フィルムを使用することができる。例えば、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等の単層フィルム、或はポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等のフィルムの外周表面にＰＴＦＥ、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。

加圧ローラ５は、アルミニウム、銅等の熱伝導性の高い金属を中空円筒形状にし、図２に示すように、芯材５ｃ上に、耐熱剥離層５ｄとしてＰＴＦＥ等のフッ素樹脂をコーティングしたものを用いた剛体から成る良熱伝導体ローラであり、不図示の軸受手段・付勢手段により所定の押圧力をもってフィルム２を挟ませて発熱体１の表面に圧接させて配設して圧接ニップ部Ｎを形成させてある。

そして、加圧ローラ５は、不図示の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示の反時計方向に回転駆動される。

この加圧ローラ５の回転駆動による該加圧ローラ５とフィルム２外面との摩擦力でフィルム２に直接的に回転力が作用し（被記録材６が圧接ニップ部Ｎに導入されたときは被記録材６を介してフィルム２に回転力が間接的に作用）、該フィルム２が発熱体１の表面に圧接摺動しつつ矢示の時計方向ａに回転駆動される。フィルム内面ガイドステー４は、フィルム２の回転を容易にするものである。又、フィルム２の内面と発熱体１の表面との摺動抵抗を低減するために両者の間に耐熱性グリス等の潤滑剤を少量介在させるのが望ましい。

加圧ローラ５の回転によるフィルム２の回転周速度が定常化し、発熱体１の温度が所定に立ち上がった状態において、フィルム２を挟んで発熱体１と加圧ローラ５とで形成される圧接ニップ部Ｎのフィルム２と加圧ローラ５との間に被加熱材としての画像定着すべき被記録材６が導入されてフィルム２と一緒に圧接ニップ部Ｎを挟持搬送されることにより、発熱体１の熱がフィルム２を介して被記録材６に付与され、該被記録材６上の未定着顕画像Ｔが被記録材６面に加熱定着される。圧接ニップ部Ｎを通った被記録材６は、フィルム２の面から分離されて搬送される。

本実施形態に係るテンションレスタイプのフィルム加熱方式の装置は、フィルム回転駆動状態時に圧接ニップ部Ｎとこの圧接ニップ部Ｎよりもフィルム回転方向上流側のフィルム内面ガイドステー外面部分とフィルムとの接触部領域のフィルム部分のみにテンションが作用し、残余の大部分のフィルム部分にはテンションが作用しない。

そのため、フィルム回転駆動状態時におけるフィルム２のステー長手に沿う寄り移動力が小さく、フィルム２の寄り移動規制手段或はフィルム寄り制御手段を簡単化することができる。例えば、フィルム２の寄り移動規制手段としてはフィルム端部を受け止めるフランジ部材のような簡単なものにすることができ、フィルム寄り制御手段は省略して装置のコストダウンや小型化を図ることができる。

発熱体１は図３に層構成を示したように、厚さ２０〜５０μｍでＳＵＳ等の合金箔によって形成された抵抗体１ａを厚さ３０〜１００μｍのポリイミド層１ｂによって被覆、絶縁された所謂面状発熱体で、フィルム２若しくは被記録材６の搬送方向ａに対して直角方向を長手とする細長のものである。

発熱体１とフィルム内面ガイドステー４の間に配置された耐熱性弾性部材３は、厚さ１〜２ｍｍのシリコンゴム、フッ素ゴム等である。

図４は圧接ニップ部を図２に示す断面Ａ−Ａ方向から見た拡大図である。

発熱体１は１−Ｉ，１−II，１−III の３本から構成されていて通紙方向に対して直交する方向に配置されている。発熱体１−Ｉ，１−II，１−III は、それぞれの電極Ｉｄ，IIｄ，III ｄを持ち、可撓性を利用して折り曲げることでガイドステー４の裏面に電極部を導いている。ガイドステー４の裏面に導かれた電極Ｉｄ，IIｄ，III ｄは、ＡＣケーブル２０と接続され、ガイドステー４の裏面に沿って定着装置の端部に導かれフィルム２の外部に到達し不図示の電源部と接続されている。又、発熱体１とフィルム２は共に可撓性を具備しているため、加圧ローラ５の曲率に沿って所定幅の圧接ニップ部Ｎ（図１参照）が形成される。これにより圧接ニップ部Ｎの面圧の均一となり、被記録材６の良好な搬送性と定着性を得ることができる。

次に、温度制御方法について述べる。

本定着装置には、図４に示すように、発熱体１の裏面に２個の温度検知センサー２１，２２が取り付けられている。発熱体１−Ｉ，１−II，１−III には同一の目標温度が設定されており、温度検知センサー２１，２２により測定された温度に基づいて目標温度になるように不図示の制御部によって電源からの通電を制御されている。ここで、発熱体１−Ｉ，１−III は温度センサー２１の測定値に基づいて制御され、発熱体１−IIは温度センサー２２の測定値に基づいて制御される。

以上述べた構成と制御方法によれば、小サイズ紙を連続通紙した場合、被記録材６に熱を奪われにくい発熱体１−Ｉ，１−III1は発熱体１−IIよりも供給電力を下げられ、発熱体１−Ｉ，１−II，１−III を同一温度に保つことができる。

＜実施の形態２＞
図５はフィルム加熱方式の定着装置の他の構成形態例を示したものである。

実施の形態１とは圧接ニップ部Ｎを形成するための構成が異なる。

本実施の形態において、加圧ローラ１２は金属シャフト部１２ａとゴム層１２ｂから成る。

発熱体１１は、フィルムガイドステー１４の平面部に配置され、不図示の軸受手段・付勢手段により所定の押圧力をもってフィルム２を挟ませて発熱体１１を加圧ローラ１２の表面に圧接させ、加圧ローラ１２のゴム層１２ｂの弾性変形により圧接ニップ部Ｎを形成させる。複数の発熱体１１をフィルムガイドステー１４内に直列配置する構成と各発熱体１１の制御方法は実施の形態１と同等である。通常、ゴム層を持つ加圧ローラを駆動する場合、加圧ローラの熱膨張率が高いために非通紙部昇温時には加圧ローラ径が不均一になり易く、紙しわに対して不利であったが、本構成では、小サイズ紙の連続通紙時でも加圧ローラ１４の温度をほぼ一定に保つことができ、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

本発明は、フィルム加熱方式の加熱体と加圧部材との圧接ニップ部で被加熱材を加熱する任意の定着装置に対して適用可能である。

本発明の実施の形態１に係る定着装置要部の断面図である。 本発明の実施の形態１に係る定着装置の圧接ニップ部の拡大図である。 発熱体の拡大断面図である。 発熱体の拡大断面図である。 本発明の実施の形態２に係る定着装置要部の断面図である。

符号の説明

１ 発熱体
２ フィルム
４ ガイドステー
５ 加圧ローラ
６ 被記録材
１１ 発熱体
１２ 加圧ローラ
１４ ガイドステー
２１，２２ 温度検知センサー
Ｎ 圧接ニップ部

Claims (4)

1. 発熱体に耐熱性フィルムを加圧部材で密着させて摺動搬送し、該耐熱性フィルムを挟んで発熱体と加圧ローラとで形成される圧接ニップ部の耐熱性フィルムと加圧部材との間に被加熱材を導入して耐熱性フィルムと一緒に圧接ニップ部を搬送させて発熱体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定着装置において、
   前記発熱体を複数の可撓性部材で構成したことを特徴とする定着装置。
2. 前記複数の可撓性発熱体は、各表面に高い耐熱性と摺動性を備える絶縁体により保護被覆されたシート状発熱体であることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記複数の可撓性発熱体は、定着するシートの搬送方向に対して直交する方向に直列配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の定着装置。
4. 前記直列配置された複数の可撓性発熱体は、それぞれ独立して温度制御されることを特徴とする請求項３記載の定着装置。

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