JP2005292335A - 加熱装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スリーブ状のフィルムと加圧体のニップ部に被加熱材を通紙して加熱する加熱装置において、フィルムが偏ることによりその端部がフランジに当接してフィルム端部破れが発生することを防止する。
【解決手段】スリーブ状のフィルム２５と、前記フィルムの内面をガイドするガイド部材２３と、前記フィルムとニップ部Ｎを形成する加圧体３０と、前記フィルムの回転時に前記ガイド部材に沿って移動するフィルムのスラスト方向端部を規制すると共に回転軌跡をガイドするフランジ２３と、有し、前記ニップ部に被加熱材Ｐを通紙して加熱する加熱装置において、前記フランジの、フィルムの回転軌跡をガイドする内周摺動部２３ａの根元部分の形状をフィルムと接触しない形状とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、スリーブ状（エンドレス状）のフィルムと加圧体のニップ部に被加熱材を通紙して加熱する加熱装置に関し、特に、複写機やプリンター等の画像形成装置に画像加熱定着装置として搭載するのに好適な加熱装置に関する。

より詳しくは、スリーブ状フィルムと、該フィルムの内面をガイドするガイド部材と、該フィルムを介してニップ部内を搬送される被加熱材を加熱する加熱体とを有する加熱装置、及び該加熱装置を画像の加熱定着装置として備えた画像形成装置に関するものである。

電子写真複写機やプリンター等の画像形成装置において、電子写真プロセス等の適宜の画像形成プロセス手段で被加熱材としての記録材（用紙）に間接（転写）あるいは直接に形成担持させた未定着トナー画像を記録材面に永久固着画像として加熱定着させる定着装置としては、従来より熱ローラ方式の加熱定着装置が広く用いられている。

近年では、クイックスタートや省エネルギーの観点からフィルム加熱方式の定着装置が実用化されている。フィルム加熱方式の加熱装置は例えば特許文献１〜４等に提案されている。

すなわち、加熱体としての例えばセラミックヒーターと、加圧体としての加圧ローラとの間に耐熱性フィルム（以下、定着フィルム）を挟ませて圧接ニップ（以下、定着ニップ部）を形成させ、該定着ニップ部の定着フィルムと加圧ローラとの間に未定着トナー画像を形成担持させた転写材を導入して定着フィルムと一緒に狭持搬送させることで、定着フィルムを介してセラミックヒーターの熱を与えながら定着ニップ部の加圧力で未定着トナー画像を転写材面に定着させるものである。

このフィルム加熱方式の定着装置は、セラミックヒーター及びフィルムに低熱容量の部材を用いてオンデマンドタイプの装置を構成することができ、画像形成実行時のみ熱源のセラミックヒーターに通電して所定の定着温度に発熱させれば良く、画像形成装置の電源オンから画像形成実行可能状態までの待ち時間が短く、スタンバイ時の消費電力も大幅に削減できる等の利点がある。

フィルム加熱方式でフィルムを用いる場合においては、フィルムのスラスト方向への寄りが発生する場合があり、これを厳しくコントロールすることは難しい。そこで、特許献３や４等で、フィルムをルーズに懸回し、フィルムの寄り力を低減しフィルム端部をフランジのフィルム端部規制面（以下、「規制面」とも称する）で受け止めて寄り規制を行なうことが提案されている。

図８、９に加熱定着装置におけるフィルム端部の寄り規制構造の一例を示す。図８、９に示す寄り規制構造は定着フィルムの両端部に具備される。

図８において、２１はスリーブ状の定着フィルム２５の内面をガイドするガイド部材である。ガイド部材２１の両端部には定着フランジ６０が嵌め合わされている。各フランジ６０は、定着フィルム２５の端部と嵌合して該フィルムの回転軌跡をガイドする内周摺動部６０ａと、定着フィルム２５の端部位置を規制するように該内周摺動部のフィルム摺動面（外周面）と略直交する外周壁２５ｂなどを備えてなる。定着フィルム２５は不図示の加圧ローラと圧接して定着ニップ部を形成し、回転駆動された加圧ローラから定着ニップ部を介して回転力を受けることによって回転する。その回転中において、図９において矢印Ａにて示すように、定着フィルム２５にスラスト方向への寄りが発生した場合、定着フィルム２５の端部が定着フランジ６０の外周壁２６で止められ、その位置で回転を続ける。
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４−２０４９８０号公報

しかしながら、上記のような従来の加熱定着装置においては、下記のような問題点が生じていた。

上記のフィルム加熱方式に使用する耐熱性の定着フィルムとしては、ポリイミド、ＰＥＥＫ等の耐熱樹脂フィルムまたはＮｉ電鋳フィルム、ステンレスシームレスフィルム等の金属フィルムなどの材料が使われている。これらの材料を用いる理由は、２００℃以上に発熱するヒータ（発熱体）と直接圧接しながら摺動する条件下においても、耐熱的にも、強度的にも耐久性が高いためである。

しかしながら、前述のフィルム加熱方式の加熱定着装置において、上記のような耐久性の高い材料を定着フィルム２５に用いた場合においても、定着フィルムの円筒度や厚みのばらつき等の他に、加圧部材である加圧ローラの径の振れが大きい場合や加圧力のバランスが十分にとれていない場合等には、定着フィルムはヒータの長手方向（加圧ローラの軸方向）の一方の端部側に偏ってしまい、やがて定着フィルムの端部は、定着フランジ２５の外周壁２５ｂに突き当たってしまう。この状態が継続すると、定着フランジ２５の内周摺動部２５ａの根元部すなわち外周壁２５ｂとの交差部にある部品加工上のＲ部により、定着フィルム２５の端部にはその内面側から外面側に押し開かれる状態で力が加わり続けるために亀裂が生じ、最終的には短冊状に破れてしまい、画像不良、トナーの定着不良、用紙詰まりなどの問題を引き起こす場合があった。

本発明は上記の従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、スリーブ状のフィルムと加圧体のニップ部に被加熱材を通紙して加熱する加熱装置において、フィルムが偏ることによりその端部がフランジに当接してフィルム端部破れが発生することを防止できる加熱装置、および該加熱装置を備える画像形成装置を提供することにある。

本発明は下記の構成を特徴とする加熱装置および画像形成装置である。

（１）スリーブ状のフィルムと、前記フィルムの内面をガイドするガイド部材と、前記フィルムとニップ部を形成する加圧体と、前記フィルムの回転時に前記ガイド部材に沿って移動するフィルムのスラスト方向端部を規制すると共に回転軌跡をガイドするフランジと、有し、前記ニップ部に被加熱材を通紙して加熱する加熱装置において、
前記フランジの、フィルムの回転軌跡をガイドする内周摺動部の根元部分は、フィルムと接触しない形状をとることを特徴とする加熱装置。

（２）前記フランジの、フィルムの回転軌跡をガイドする内周摺動部の根元部分は、略溝形状をとることを特徴とする（１）に記載の加熱装置。

（３）前記フランジの、フィルムの回転軌跡をガイドする内周摺動部の根元部分は、テーパ形状をとることを特徴とする（１）に記載の加熱装置。

（４）前記フランジは、ベース部とキャップ部の二体構造をとることを特徴とする（１）から（３）のいずれかに記載の加熱装置。

（５）記録材に未定着画像を形成担持する作像手段と、記録材上に形成担持させた未定着画像を固着画像として定着させる定着手段を有する画像形成装置において、前記定着手段として（１）から（４）のいずれかに記載の加熱装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

すなわち、スリーブ状のフィルムの回転時にガイド部材に沿って移動するフィルムのスラスト方向端部を規制すると共に回転軌跡をガイドするフランジにおいて、前記フィルムの回転軌跡をガイドする内周摺動部の根元部分は、フィルムと接触しない形状をとるので、フィルムが偏ることによりその端部がフランジに当接してフィルム端部破れが発生することを適切に防止できる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳しく説明する。

（１）画像形成装置例
図１は本発明に従う画像形成装置の一例の概略構成模型図である。本例の画像形成装置は、転写式電子写真プロセス利用のレーザープリンタである。

この画像形成装置は給紙トレイ１、シート積載台２、給紙ローラ３からなるシート給送装置を備えている。給紙トレイ１内のシート積載台２に積載された被加熱材としての転写材Ｐは、給紙ローラ３により最上位の転写材から一枚ずつピックアップされ、搬送ローラ４、搬送コロ５によってレジスト部へと送られる。転写材Ｐはレジストローラ６とレジストコロ７からなるレジスト部で搬送方向を揃えられた後、画像形成部へと給送される。

画像形成部は、像担持体としてのドラム形状の感光ドラム８と、感光ドラムを帯電させる帯電器(帯電手段)９、感光ドラム上の潜像をトナーで現像する現像器（現像手段）１０、感光ドラム上の残留トナーを除去し、収容するクリーナー（クリーニング手段）１１等をトナーカートリッジ１２としてユニット化して構成されている。露光装置（画像データ変換部）としてのレーザスキャナユニット１３は、多面体ミラー１３ａ、反射ミラー１３ｂ、不図示の多面体ミラー回転用モータ、レーザユニット等がユニット化されて構成されている。

感光ドラム８は、矢印の時計方向に所定の速度で回転駆動され、その回転過程において、帯電器９により所定の極性・電位に一様に帯電処理され、その一様帯電面にレーザスキャナユニット１３から画像情報パターンに基づくレーザ光Ｌが照射される。これにより回転する感光ドラム８上に走査露光した画像情報パターンに対応した静電潜像が電子写真方式で形成される。この潜像は現像器１０により現像剤としてのトナーにより現像され、この現像されたトナー像は転写ローラ（転写手段）１４により、感光ドラム８上から搬送される転写材Ｐに転写される。

トナー像の転写を終えた転写材Ｐは加熱ユニット２０と加圧体としての加圧ローラ３０からなる加熱定着装置１５に搬送され、該加熱定着装置により転写材上の未定着トナー像が永久固着像として加熱定着される。本実施例における定着装置１５はフィルム加熱方式・加圧ローラ駆動タイプの加熱定着装置である。この加熱定着装置（以下、定着装置と記す）１５については次の（２）項で詳述する。

定着装置１５を出た転写材Ｐは中間排紙ローラ１６、排紙ローラ１７等からなる排紙ユニットにより排紙トレイ１８に排紙される。

クリーナー（クリーニング手段）１１は転写材分離後の感光ドラム８の面から転写残トナー等の残留汚染物を除去して感光ドラム面を清掃し、感光ドラム８の繰り返し使用を可能にする。

（２）定着装置１５
図２は定着装置１５の断面図、図３は途中部分省略・一部切り欠き正面図である。本例の定着装置１５は、円筒状（エンドレスベルト状）の定着フィルムを用いた、フィルム加熱方式−加圧用回転体駆動方式（テンションレスタイプ）の加熱装置であり、加熱ユニット２０と加圧ローラ３０との圧接により加熱ニップ部としての定着ニップ部Ｎを形成させている。

加熱ユニット２０は、耐熱性・断熱性・剛性を有するフィルムガイド部材２１と、このガイド部材２１の両端部に保持ステー２２を介して嵌め合わされた定着フランジ２３と、ガイド部材２１の下面に、該ガイド部材の長手に沿って設けた凹溝部に嵌め入れて固定して配設した、通電により発熱する加熱体としてのセラミックヒータ２４と、該ヒータ２４を取り付けたガイド部材２１にルーズに外嵌した、加熱用回転体としての薄肉の可撓性のエンドレスベルト状の定着フィルム２５と、等からなる。

定着フィルム２５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、肉厚を総厚１００μｍ以下、好ましくは６０μｍ以下２０μｍ以上とし、ポリイミド、ＰＥＥＫ等の耐熱樹脂フィルムまたはＮｉ電鋳フィルム、ステンレスシームレスフィルム等の金属フィルムを使用する。金属フィルムの場合は熱伝導性が良好なためその厚みは１５０μｍ以下で十分実用可能となる。定着フィルム２５の表層には離型層を形成してある。

加圧ローラ３０は、芯金３１と、該芯金上に同心一体に形成具備させたシリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴムあるいはシリコーンゴムを発泡して形成された弾性層３２とから成る回転体である。弾性層３２上にはＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂などから成る耐熱離型性層３３を形成してあってもよい。

加圧ローラ３０は芯金３１の両端部を定着装置シャーシー（不図示）の手前側と奥側の側板間に軸受部材を介して回転自由に軸受保持させて配設してある。加熱ユニット２０は、この加圧ローラ３０の上側に、ヒータ２４側を下向きにして加圧ローラ３０に並行に配置し、定着フランジ２３をバネ等の加圧手段４０にて加圧ローラ３０の軸線方向に附勢することで、ヒータ２４の下向き面を定着フィルム２５を介して加圧ローラ３０の弾性層３２に該弾性層の弾性に抗して所定の押圧力をもって圧接させ、加熱定着に必要な所定幅の定着ニップ部Ｎを形成させてある。加圧ローラ３０側を加圧手段にて加熱ユニット２０の下面に押し上げ附勢して所定幅の定着ニップ部Ｎを形成する装置構成にすることもできる。

加圧ローラ３０は駆動源であるモータＭの回転力を不図示の駆動伝達系を介して受けて矢印の反時計方向に所定の周速度で回転駆動される。この加圧ローラ３０の回転駆動による該加圧ローラ３０の外面と定着フィルム２５との、定着ニップ部Ｎにおける圧接摩擦力により円筒状の定着フィルム２５に回転力が作用して該定着フィルムがその内面側がヒータ２４の下向き面に密着して摺動しながらガイド部材２１の外回りを矢印の時計方向に従動回転状態になる。

定着フィルム２５は加圧ローラ３０の回転駆動により、少なくとも画像定着実行時は矢示の時計方向にヒータ面に密着して該ヒータ面を摺動しながら所定の周速度、即ち不図示の画像形成部側から搬送されてくる未定着トナー画像Ｔを担持した転写材Ｐの搬送速度と略同一周速度でシワなく回転駆動される。

ａ）定着フランジ２３の第１実施例
図４に示されるように、定着フランジ２３は、定着フィルム２５の端部と嵌合して当該フィルムの回転軌跡をガイドする内周摺動部２３ａと、定着フィルム２４の端部位置を規制するように該内周摺動部のフィルム摺動面（外周面）と略直交する外周壁２３ｂなどを備えてなる。内周摺動部２３ａの根元部すなわち外周壁２５ｂとの交差部は略溝形状２３ａ１に形成され、定着フィルム２５端部の内周面２５ａと接触しないようになっている。

本例に示す定着フランジ２３は、図５に示されるように、外周壁２３ｂ及び該外周壁の内側に凸状の接合部２３ｃを有するベース部２３Ａと、内周摺動部２３ａとしてのキャップ部２３Ｂの二体構造をとっている。二体構造にすることにより、型を用いて成型する際にアンダーカット形状になってしまう略溝形状部２３ａ１を容易に形成することができる。キャップ部２３Ｂは例えばベース部２３Ａの接合部２３ｃにパッチン留めや接着剤など適宜の固定手段で固定される。

セラミックヒータ２４は、電力供給により発熱する発熱源としての通電発熱体（抵抗発熱体）を含み、該通電発熱体の発熱により昇温する。このヒータ２４は基板にアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用い、基板上に銀・パラジウムからなる抵抗体を厚膜印刷し所望の抵抗値を有する発熱体パターンを形成する。更に発熱体上に保護層・定着フィルムとの摺動層としてのガラス層を形成する。発熱体形成面の裏側には温度検知素子であるサーミスタ２６を接着固定しヒータ温度をモニターし、そのモニター温度情報を制御回路部５０に入力する。制御回路部５０はヒータ温度（定着ニップ部温度）を所定温度に維持するためにＡＣドライバ５１を制御してＡＣ電源５２からヒータ２３の発熱体への通電量を制御する。

通電発熱体に対する電力供給によりヒータ２４が加熱され、また定着フィルム２５が回転駆動されている状態において、加圧ローラ３０の弾性層３２の変形によって生じる弾性力により該ヒータとの間に形成された圧接ニップ部Ｎ（定着ニップ部）に転写材Ｐが先端より定着入口ガイド４１によって導入されることで、該転写材Ｐが定着フィルムに密着して定着フィルムと一緒に重なった状態で定着ニップ部Ｎを通過していく。

この転写材Ｐの定着ニップ部通過過程でヒータ２４から定着フィルム２５を介して転写材Ｐに熱エネルギーが付与されて転写材Ｐ上の未定着トナー画像Ｔが加熱溶融定着される。

定着フィルム２５は、回転駆動状態において、ヒータ２４の長手方向（加圧ローラ３０の軸方向）の一方の端部側に偏り、定着フィルムの端部が定着フランジ２３の外周壁２３ｂに突き当たった場合にも、内周摺動部２３ａの根元部分が略溝形状２３ａ１となっているため、定着フィルムの端部にはその内面側から外面側に押し開かれる方向の力が加わることがなく、定着フィルムの端部に亀裂や破れが発生するのを防止することができる。

未定着トナー画像Ｔが加熱溶融定着された転写材Ｐは定着ニップ部Ｎを通過し、定着フィルム２４から分離して排出され、ＦＵ排紙ローラ２７、ＦＵ排紙コロ２８により排紙部へと送られる。

ｂ）定着フランジ２３の第２実施例
図６に定着フランジ２３の第２実施例を示す。前述の第１実施例の定着フランジと共通する部材・部分には同一符号を付して再度の説明を省略する。

本実施例では、定着フランジ２３は、内周摺動部２３ａの根元部すなわち外周壁２５ｂとの交差部は当該外周壁の内側に傾斜するテーパ形状２３ａ２に形成され、定着フィルム２５端部の内周面２５ａと接触しないようになっている。

本例に示す定着フランジ２３は、図７に示されるように、外周壁２３ｂを有するベース部２３Ｃと、該ベース部２３Ｃの外周壁２３ｂ側にテーパ形状部２３ａ２を有する内周摺動部２３ａとしてのキャップ部２３Ｄの二体構造をとっている。二体構造にすることにより、型を用いて成型する際にアンダーカット形状になってしまうテーパ形状２３ａ２を容易に形成することができる。キャップ部２３Ｄはテーパ形状部２３ａ２側をベース部２３Ａの外周壁２３ｂに例えばパッチン留めや接着剤など適宜の固定手段で固定される。

本例に示す定着フランジ２３を第１実施例の定着フランジ２３に代えて用いた場合、定着フィルム２５が回転駆動状態でヒータ２４の長手方向（加圧ローラ３０の軸方向）の一方の端部側に偏り、定着フィルムの端部が定着フランジ２３の外周壁２３ｂに突き当たっても、内周摺動部２３ａの根元部分がテーパ形状２３ａ２となっているため、定着フィルムの端部にはその内面側から外面側に押し開かれる方向の力が加わることがなく、定着フィルムの端部に亀裂や破れが発生するのを防止することができる。

以上説明したように本例の定着装置によれば、定着フィルム２５が偏ることによりその端部が定着フランジ２３に当接してフィルム端部破れが発生することを防止でき、簡単な構成で低コストでありながら省電力性、クイックスタート性を損なうことなく、しかもフィルム端部破れを防止して十分な定着性を得ることができる。

[その他]
１）定着フランジ２３の円周摺動部２３ａの根元部分の形状は略溝形状またはテーパ形状に限られず、定着フィルム２５の内周面２５ａと接触しない形状であればどのような形状であってもよい。

２）加熱体は必ずしも定着ニップ部Ｎに位置させなくてもよい。定着フィルム２３の加熱は該フィルムの内面側あるいは外面側から任意の加熱手段で加熱することができる。

３）実施例ではスリーブ状の定着フィルム２５を加圧ローラ駆動による従動回転としているが、エンドレスフィルムの内部に駆動ローラとテンションローラを設け駆動ローラを回転駆動することによりフィルムを回転させるなど、任意の回転駆動手段にすることが出来る。定着フィルム２３は耐熱性樹脂材に限られず、金属材、複数材料の複合材等にすることができる。定着フィルム２５自体を電磁誘導発熱性部材にすることもできる。

４）本発明に係る加熱装置は、薄膜フィルムを介して転写材を加熱するフィルム加熱方式の加熱定着装置（オンデマンド定着装置）に限らず、薄肉のエンドレスベルト状の定着フィルムを使用する別の加熱定着装置に適用することも可能である。例えば、未定着画像を記録材に仮に定着せしめる仮定着装置、定着画像を担持した記録材を再加熱してつや等の画像表面性を改質する表面改質装置等の像加熱装置としても有効である。またその他、例えば、紙幣等のシワ除去用の熱プレス装置、熱ラミネート装置、紙等の含水分を蒸発させる加熱乾燥装置、インクジェットプリンタ等に用いられる乾燥用の加熱装置など、被加熱材を加熱処理する加熱装置等として用いても有効であることは勿論である。

本発明に係る画像形成装置の一例の概略構成模型図。 本発明に係る加熱装置の一例の断面図。 図２に示す加熱装置の途中部分省略・一部切り欠き正面図。 定着フランジの一例を示す断面図。 図４に示す定着フランジを二体化した場合の説明図。 定着フランジの他の例を示す断面図。 図６に示す定着フランジを二体化した場合の説明図。 従来の加熱定着装置における定着フランジの一例を示す斜視図。 図８に示す定着フランジの断面図。

符号の説明

２１・・・フィルムガイド部材
２３・・・定着フランジ
２３ａ・・・内周摺動部
２３ｂ・・・外周壁
２３ａ１・・・溝形状
２３ａ２・・・テーパ形状
２５・・・定着フィルム
２６・・・加熱体（ヒータ）
３０・・・加圧ローラ
４１・・・定着入口ガイド

Claims (5)

1. スリーブ状のフィルムと、前記フィルムの内面をガイドするガイド部材と、前記フィルムとニップ部を形成する加圧体と、前記フィルムの回転時に前記ガイド部材に沿って移動するフィルムのスラスト方向端部を規制すると共に回転軌跡をガイドするフランジと、有し、前記ニップ部に被加熱材を通紙して加熱する加熱装置において、
   前記フランジの、フィルムの回転軌跡をガイドする内周摺動部の根元部分は、フィルムと接触しない形状をとることを特徴とする加熱装置。
2. 前記フランジの、フィルムの回転軌跡をガイドする内周摺動部の根元部分は、略溝形状をとることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
3. 前記フランジの、フィルムの回転軌跡をガイドする内周摺動部の根元部分は、テーパ形状をとることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
4. 前記フランジは、ベース部とキャップ部の二体構造をとることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の加熱装置。
5. 記録材に未定着画像を形成担持する作像手段と、記録材上に形成担持させた未定着画像を固着画像として定着させる定着手段を有する画像形成装置において、前記定着手段として請求項１から請求項４のいずれかに記載の加熱装置を備えることを特徴とする画像形成装置。