JP2007025473A - 定着装置及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 フィルムのスラスト方向寄りを緩やかに制御し、フィルム端部破損を防止する。
【解決手段】 定着フィルムのスラスト方向端部を規制する規制面を有する規制部材において、前記規制面と前記定着フィルムのスラスト方向端部との間隙のうち、最小間隙部を、定着ニップのスラスト軸中心線を含む前記定着ニップの垂直面に対して記録材搬送方向上流側に設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、記録材上の画像を、エンドレスフィルムを介して加熱定着する定着装置、及びこれを備えるレーザービームプリンタ、複写機等の画像形成装置に関するものである。

従来、記録材上の画像を加熱定着する定着装置としては、熱ローラ方式が多用されているが、薄膜ポリイミド、SUS等を基材としたエンドレスフィルム(以下、「定着フィルム」ないしは「フィルム」とも称する)を介して記録材上の画像を加熱するフィルム加熱方式が提案されている(例えば、特許文献１)。

上記フィルム加熱方式は、低熱容量の加熱体を用いることができ、ニップ側に熱集中できるため、省電力化及びウエイトタイムを短縮ないし無くすことが可能となる。

しかし、この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かった。

そこで、フランジ部材にフィルムをルーズに懸回し、フィルムの寄り力を低減しつつ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方法が提案されている(例えば、特許文献２)。この装置ではフィルムを介して加熱体とニップを形成する加圧回転体でフィルムを駆動し、フランジの規制面はニップ部を除いて設けられている。

しかし、上記のようにフィルム端部をフランジで規制する場合、フィルムの寄り力が大きくなると、フィルムの膜厚、材質によってはフィルムに折れ、シワあるいは亀裂を生じる現象(以下、「フィルム端部破損」とも称する)がみられ、その結果として画像加熱定着装置における定着画像の劣化、定着フィルムの走行不良、耐久寿命の低下、フィルムの寄り規制音の発生等の可能性があった。

そこで、フランジのフィルム端部規制面形状に関する提案がなされている(例えば、特許文献３)。この提案では、図１２に示すように、ニップ近傍におけるフィルム移動方向の規制面形状に関して、規制面とフィルム端部との間隙が徐々に小さくなる箇所を設け、ニップ近傍のフィルム端部を緩やかに規制させることによってフィルム端部破損を防止している。
特開昭６３−３１３１８２号公報 特開平４−４４０８０号公報 特開平５−２０８７５０号公報

しかしながら、上記構成においてもフィルム端部破損が発生する可能性があった。

フィルム端部破損は、フィルムのスラスト方向への寄り力に起因する。寄り力によってフランジの規制面でフィルム端部を規制する際に生じるストレスが、フィルムの破断強度を超えることでフィルム端部破損が生じる。

上記寄り力は、定着ニップに対するフィルムのスラスト方向の傾きが１つの要因になっていることが確認されている。各定着部材の単品寸法精度や組付け時のアライメント、搬送力の左右差などの影響によって上記傾きが生じるが、フィルムがルーズに懸回されている構成ではある程度の傾きはやむを得ないのが現状である。

図１１は、加圧ローラ駆動方式のフィルム加熱方式の定着装置における、フィルム側から定着ニップ面を臨んだ上面図であり、定着ニップに対するフィルムの搬送方向上下流の傾き(姿勢)に起因するフィルム寄り力の発生メカニズムを示す概念図である。フィルム８は不図示のフィルムガイド部材１０にルーズに懸回されており、不図示の加圧ローラ９の回転によりフィルム８は矢印ａ方向に従動回転している。図１１の状態において、フィルム８への駆動力Ｆが定着ニップＮで加わると、フィルムには回転方向移動力とスラスト方向寄り力が作用する。定着ニップＮのスラスト方向軸Ｎａに対するフィルムの上下流傾きがα°である場合、前記寄り力はＦsinα°であり、フィルム８のスラスト方向端部の任意点Ａは、フィルム８の回転に伴って図中の右側に示すような軌道を描きつつ寄り力方向に移動する。

また、寄り力は上記フィルムの姿勢に起因するもの以外にも、定着ニップ形状、温度ムラ、フランジ摺動性能の左右差、等の要因が挙げられる。

昨今の画像形成装置は印刷速度の向上が著しく、定着性能を満足するための定着装置構成として、ニップ部の加圧力が大きく、また定着効率の観点からポリイミド基材に熱伝導フィラーを分散させたりSUS等の金属製薄膜スリーブをフィルム基材として用いたりするようになった。しかし定着装置の駆動速度が大きいほど、そしてニップ部の加圧力が大きいほど上記寄り力が増加するため、フランジの規制面に突き当たった際のフィルム端部には強いストレスが加わりやすくなっていた。また、熱伝導フィラーを分散させたポリイミド基材やSUS基材を用いた薄膜フィルムでは、従来に比べて基材自身の強度や柔軟性が乏しくなり、破断強度が低下する傾向があったため、近年ではフィルム寄りに起因するフィルム端部破損に対するマージンが少なくなっていた。

上記課題を解決する本発明は、
[１]：加熱体と、記録材とともに移動するエンドレスフィルムと、前記エンドレスフィルムを介して前記加熱体と定着ニップを形成する加圧部材と、前記エンドレスフィルムのスラスト方向端部を規制するフィルム端部規制面を有する規制部材と、を有し、前記エンドレスフィルムを介して前記加熱体からの熱で前記記録材上の画像を定着する定着装置において、
前記フィルム端部規制面と前記エンドレスフィルムのスラスト方向端部との間隙のうち、最小間隙部を、前記加圧部材のスラスト軸中心線を含む前記定着ニップの垂直面に対して記録材搬送方向上流側に設けることを特徴とするものである。

[２]：[１]に記載の定着装置において、前記フィルム端部規制面は、前記加圧部材のスラスト軸中心線を含む前記定着ニップの垂直面に対して記録材搬送方向上流側に配設された上流側規制面と、搬送方向下流側に配設された下流側規制面とを有し、前記エンドレスフィルムのスラスト方向端部から前記上流側規制面までの最小間隙Ｇａよりも、前記下流側規制面までの最小間隙Ｇｂの方が大きいことを特徴とするものである。

[３]：[１]に記載の定着装置において、前記エンドレスフィルムのスラスト方向端部と前記フィルム端部規制面との最小間隙部から、前記エンドレスフィルムの回転移動方向上流に向かって徐々に前記間隙が大きくなることを特徴とするものである。

[４]：[１]〜[３]に記載の定着装置において、前記フィルム端部規制面の周方向両端部は、曲率半径２mm以上のＲ形状で形成されることを特徴とするものである。

[５]：[１]〜[３]に記載の定着装置において、前記エンドレスフィルムのスラスト方向端部と前記フィルム端部規制面との最小間隙部を、前記定着ニップに平行な面で前記エンドレスフィルム周長を略２等分した際の、定着ニップ側には設けず、定着ニップに対向する側に設けることにより、前記エンドレスフィルムのスラスト方向端部を規制することを特徴とするものである。

上記[１]〜[３]に記載の構成によると、スラスト方向の寄り力によって、フィルム端部が搬送方向上流側のフィルム端部規制面に突き当たった際、上記寄り力と突き当て抗力との作用によって、フィルムの上下流傾きを補正ないしは逆転させる方向のモーメントを発生させる。前記モーメントによって、フィルム端部が破損に至る以前にフィルムの上下流傾きを補正ないしは逆転させることができるため、フィルムに作用する寄り力を緩和、あるいは寄り方向を逆転させることができる。

また、[４]に記載の構成によると、フィルムのスラスト方向端部がフランジの規制面に突き当たった際の、フィルム端部に加わるストレスを分散、軽減できる。

更には、[５]に記載の構成によると、フィルム自身の柔軟性に乏しい定着ニップ近傍ではフィルム端部を規制せず、より柔軟性のある定着ニップ最遠部付近に規制面を設けることによって、フィルム端部に加わるストレスを更に軽減することができる。

以上説明したように本発明によれば、従来においては、フィルムのスラスト方向寄りに対して、フランジのフィルム端部規制面はフィルム寄りを受け止めるに過ぎなかったものが、本発明に記載のフィルム端部規制面構成により、フィルムのスラスト方向寄りに対して、破損を生じることなく寄り力を緩やかに制御して内向きに戻す作用を働かせることが可能となる。すなわち、前記作用によりフィルム端部破損に対するマージンを確保できる定着装置を提供できる。

（実施例１）
以下本発明の実施例を図面に基づき説明する。

図１は本発明の実施例の像加熱装置を定着装置として用いた画像形成装置であるレーザービームプリンタの断面図である。

１は所定の周速度で回転される電子写真感光体（以下ドラムと呼ぶ）である。ドラム１は回転過程で一次帯電器２により正または負の所定電位に均一帯電をうけ、次いでレーザースキャナ３によるレーザー走査露光Ｌで目的画像情報の走査書き込みをうける。これによりドラム１上に静電潜像が形成される。潜像の形成されたドラム１面は、現像装置４によりトナーＴの供給をうけてトナー画像として顕像化される。

給紙カセット２０に積載された記録材Ｐは給紙ローラ２１と分離パッド２２により１枚づつ分離されてレジストローラ対２３にむけて給送される。次いでトナー画像は転写ローラ５の位置を通過する過程で、この転写ローラ５とドラム１との間にレジストローラ対でタイミングをとって送られた記録材Ｐ面に順次転写されていく。ドラム１から記録材Ｐ面への転写は、転写ローラ５により記録材Ｐ面の裏側にトナー画像の荷電極性と逆極性の帯電がなされることにより行なわれる。次いで記録材Ｐは、転写ローラ５と逆極性の電圧を印加、もしくは接地した除電針６で除電され、ドラム１から分離し、定着装置７へ搬送される。定着装置７では記録材Ｐ面上のトナーＴが加熱溶融され、永久固着像として記録材Ｐ面に定着される。

エンドレスベルト状の定着フィルム８は耐熱性、トナー離型性、強靭性を有する単層定着フィルムあるいは所望の表面処理やラミネート処理をした複合層フィルムである。例えば耐熱処理をした約５０μｍのポリエステル（ＰＥＴ）やポリイミド（ＰＩ）、あるいはSUS等を薄膜処理したスリーブを基層とし、その表面にＰＴＦＥやＰＦＡ等で離形層付与処理した複合層フィルムなどである。

この定着フィルム８はフィルムガイド１０にルーズに懸回されており、少なくとも停止時はニップ部を除いて張力が働かない。

加圧ローラ９は不図示の駆動源により駆動され、定着フィルム８は加圧ローラ９との摩擦力のみで回転走行する。

定着フィルム８の内周面を長手方向全域にわたって支持するフィルムガイド１０と当接したヒータ１４と加圧ローラ９は定着フィルム８を挟んで不図示の加圧バネ１１により所定の当接圧（例えばＡ４幅で総圧１０〜１５ｋｇｆ）をもって互いに圧接状態にしてニップＮを形成している。ヒータ１４の表面には蒸着、スパッタリング、スクリーン印刷等で形成された銀パラジウム、Ｔａ2Ｎ、ＲｕＯ2、ニクロム等の線上または細帯状の薄膜発熱抵抗部がある。

図２に本実施例における定着装置７を記録材Ｐの搬送方向上流側から臨んだ正面図のスラスト方向一端側、図３に前記定着装置７の上面図のスラスト方向一端側を示す。

定着フィルム８のスラスト方向両端には、定着フィルム８の回転方向軌道およびスラスト方向端部を規制するフランジ１３が嵌合されている。フランジ１３の外周面である１３ａと定着フィルム８の内周面とを摺動させることによって定着フィルム８の回転方向軌道を規制し、フィルム端部規制面１３ｂは定着フィルム８がスラスト方向に寄った場合でも上記フィルム端部規制面１３ｂに突き当たることによってフィルム端部を規制している。

ここで本実施例において、フランジ１３上のフィルム端部規制面１３ｂを、記録材Ｐの搬送方向上流側の領域８ａ(図３におけるフィルム８の上流側)に相当する範囲にのみ設け、記録材Ｐの搬送方向下流側の領域８ｂ(図３におけるフィルム８の下流側)ではフィルム端部を規制しないことを特徴とする。また図２あるいは図３に示すように、フィルム端部規制面１３ｂのフィルム回転方向端部形状を曲率半径２mm以上のＲ形状で形成し、フィルム端部が突き当たった際に加わるストレスを分散・低減させている。

また、本実施例における定着装置７の称呼の組付け状態では、フィルム８のスラスト方向端部とフランジ１３の上記端部規制面１３ｂとの最小間隙部Ｂにおける間隙Ｇａが0.1〜3mmとなるように構成されている。上記定着装置７を駆動させ、フィルム８がスラスト方向に寄った場合には、上記Ｇａが徐々に小さくなり、前記間隙部Ｂで突き当たることによってフィルム８の寄りを規制することになる。

図４をもって、本実施例におけるフィルム８の寄り規制の詳細を説明する。

図中（１）は、定着ニップＮのスラスト方向軸Ｎａに対して、フィルム８の回転走行性の左右差等によりフィルム８の姿勢が図のように傾くこと、更には定着ニップＮ形状や各定着部材のアライメント等に起因して、フィルム８には矢印方向Ｃの寄り力ｆ１が発生し、フィルム８は従動回転しながら矢印方向Ｃへ移動する状態を示している。フィルムの姿勢に起因する寄り力の発生メカニズムについては前述のとおりであり、ここでは説明を省略する。

図中（２）は、フィルム８の端部が端部規制面１３ｂの最小間隙部Ｂに突き当たった状態を示している。このとき、最小間隙部Ｂには突き当て抗力ｆａが生じると同時に、前記寄り力ｆ１と前記抗力ｆａとのバランスによって、フィルム８には回転モーメントＭが生じる。前記モーメントＭにより、端部規制面１３ｂの最小間隙部Ｂを支点として、元の傾きを補正ないし逆転するＤ方向にフィルム８の姿勢が変化する。前記Ｄ方向への姿勢変化の間、端部規制面１３ｂがＲ形状であるためフィルム８端部には破損に至るほどのストレスは加わらず、且つ寄り力ｆ１の大きさは徐々に小さくなっていく。

図中（３）〜（４）は、フィルム８の上記姿勢変化によって、フィルム８の上下流姿勢が逆転した状態を示している。この状態で定着装置７の駆動が継続されると、前述の寄り力発生メカニズムによって元の寄り力とは逆向きである戻し力ｆ２が作用し、姿勢変化後の寄り力ｆ１’とのバランスによって、（４）に示すようにフィルム８は徐々に内向きＣ’方向に移動するか、（３）の姿勢のまま安定的に回転走行を継続する。

図４では定着装置のスラスト方向一端側でのみ説明したが、他端側についてもフランジ１３の端部規制面１３ｂを同様に構成することで、本実施例１のフィルム加熱方式の定着装置７において、フィルム８のスラスト方向への寄りを緩やかに制御することが可能となり、フィルム８の端部破損に対してマージンを確保できるようになった。

（実施例２）
図５に、本実施例における定着装置７の上面図のスラスト方向一端側を示す。

実施例１において、フィルム端部規制面１３ｂを、記録材Ｐの搬送方向上流側の領域８ａに相当する範囲にのみ設けた。本実施例２では、フィルム８の姿勢変化量を許容範囲内に収めることによって、元の寄り力ｆ１が非常に大きかった場合においてもフィルム破損に対するマージンを確保し、且つフィルム８の安定した回転走行性を確保するためのフランジ１３の規制面構成を提案する。

図５に示すように本実施例２においては、記録材Ｐの搬送方向上流側に配設された上流側規制面１３１と、搬送方向下流側に配設された下流側規制面１３２とを有し、フィルム８のスラスト方向端部から前記上流側規制面１３１までの最小間隙Ｇａよりも、前記下流側規制面１３２までの最小間隙Ｇｂの方が大きいことを特徴とし、その他の定着装置７の構成は実施例１と同様とした。

ここで、上記Ｇａと上記Ｇｂとを結ぶ接線β付近までフィルム８の姿勢が傾いてもフィルム８の回転走行性が阻害されない許容範囲内に、上流側規制面１３１と下流側規制面１３２とを配置してある。

図６をもって、本実施例の定着装置７におけるフィルム８の寄り規制を説明する。

図中（１）〜（２）におけるフィルム８の寄り力ｆ１、上流側規制面１３１への突き当て抗力ｆａ、モーメントＭの各作用は実施例１と同様であるため、詳細説明を省略する。ただし、フィルム８の寄り力ｆ１は、実施例１の場合よりも大きいものとする。

図中（３）は、上記モーメントＭによってフィルム８の姿勢が変化し、元の姿勢に対して上下流傾きが逆転してもなお、寄り力ｆ１’が戻し力ｆ２より大きい場合に、フィルム８端部が上流側規制面１３１上のＢ点及び下流側規制面１３２上のＥ点に突き当たった状態を示す。この状態では、Ｂ点におけるフィルム８端部への突き当て抗力ｆａ’とＥ点におけるフィルム８端部への突き当て抗力ｆｂとに分けられる。そして、これら２つの抗力は上下流で均衡する作用が働くため、ｆａ’≒ｆｂに近づく。これと同時にそれぞれの突き当て抗力の大きさは、突き当て面が上流側規制面１３１のみである場合の約半分に低減される。

すなわち、元の寄り力ｆ１は、本実施例における戻し力ｆ２の作用によって低減したうえ、上下流規制面１３１、１３２の２点で半分ずつの抗力(圧力)で規制されるため、元の寄り力ｆ１が大きい場合においてもフィルム８端部に加わるストレスが小さくてすむ。更には上記規制面１３１、１３２によって寄り規制されたフィルム８は、安定的な回転走行性を保つ。

以上、本実施例２によれば、元々のフィルム８のスラスト方向寄り力が大きい場合においても、安定的な回転走行性を損なうことなく上記寄り力を低減させることが可能となり、フィルム端部破損に対してマージンを確保できた。

なお、本実施例２においては２箇所の規制面(上流規制面１３１と下流規制面１３２)についてのみ記したが、これに限らず、図７に示すようにＧａとＧｂとを結ぶ接線β上に規制部を有する複数の規制面１３３を設けたり、図８に示すようにＧａとＧｂとを結ぶ接線βを規制面として設けたりしても良く、これらの場合には、寄り規制作用によるフィルム８の上下流姿勢変化後の突き当て圧力を更に低減することが可能となり、フィルム端部破損に対して更なるマージンが確保できる。

（実施例３）
図９に本実施例における定着装置７の搬送方向上流側から臨んだ正面図、図１０に定着装置７の上面図、の各々スラスト方向一端側を示す。

実施例１あるいは２においては、フィルム端部規制面を、定着ニップを除いたフランジの摺動面のほぼ全周にわたって設けたが、本実施例３においては、フィルム８のスラスト方向端部とフィルム端部規制面との最小間隙部Ｂを定着ニップＮから遠い箇所に設けることにより、フィルム８の端部破損に対して更なるマージンを確保できるフランジ１３の規制面構成を提案する。

前記最小間隙部Ｂが定着ニップＮに近い箇所である場合、フィルム８を挟みこんでいる定着ニップ部近傍ではフィルム自身の柔軟性が失われやすい(剛性が増す)ことに起因して、規制面１３ｂに突き当たったときのフィルム端部に加わるストレスが強くなる。本発明のフィルム寄り規制において、フィルム端部が規制面に突き当たっている間はストレスによって破損しないという前提があるため、規制面を定着ニップ近傍から遠ざけた箇所に設けるほうがより好ましい。

本実施例３においては、図９に示すようにフィルム端部規制面１３ｂの、フィルム８端部との最小間隙部Ｂを、定着ニップＮに平行な面Ｎｂでフィルム周長を略２等分した際の、定着ニップ側の領域８ｃには設けず、定着ニップに対向する側の領域８ｄに設けたことを特徴とし、図１０に示すように前記最小間隙部Ｂは記録材Ｐの搬送方向上流側に位置すること等、その他の定着装置７の構成は実施例１ないし２と同様とした。

本実施例３の構成によれば、フィルムの柔軟性があるニップ最遠部付近でフィルム端部を規制しているため、寄り力によって規制面にフィルム端部が突き当たった場合においてもフィルム端部には大きなストレスが加えられることなく本発明の寄り規制作用が働くため、前述の実施例１あるいは実施例２から更にフィルム端部破損に対して大きなマージンを確保することが可能となった。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はこれらの実施例にとらわれるものではなく技術思想内でのあらゆる変形が可能である。

本発明における定着装置を備えた画像形成装置の概略断面図 実施例１における定着装置の正面図のスラスト方向一端側 実施例１における定着装置の上面図のスラスト方向一端側 実施例１におけるフィルム寄り規制作用の説明図 実施例２における定着装置の上面図のスラスト方向一端側 実施例２におけるフィルム寄り規制作用の説明図 実施例２における規制面構成の別の例１（上面図） 実施例２における規制面構成の別の例２（上面図） 実施例３における定着装置の正面図のスラスト方向一端側 実施例３における定着装置の上面図のスラスト方向一端側 フィルム姿勢に起因するフィルム寄り発生の概念図 特許文献３に開示される従来のフィルム端部規制面構成

符号の説明

８ 定着フィルム
９ 加圧ローラ
１０ フィルムガイド
１３ 定着フランジ
１３ａ フィルム摺動面
１３ｂ フィルム端部規制面
１４ ヒータ
Ｎ 定着ニップ

Claims (8)

1. 加熱体と、記録材とともに移動するエンドレスフィルムと、前記エンドレスフィルムを介して前記加熱体と定着ニップを形成する加圧部材と、前記エンドレスフィルムのスラスト方向端部を規制するフィルム端部規制面を有する規制部材と、を有し、前記エンドレスフィルムを介して前記加熱体からの熱で前記記録材上の画像を定着する定着装置において、
   前記フィルム端部規制面と前記エンドレスフィルムのスラスト方向端部との間隙のうち、最小間隙部を、前記加圧部材のスラスト軸中心線を含む前記定着ニップの垂直面に対して記録材搬送方向上流側に設けることを特徴とする定着装置。
2. 請求項１に記載の定着装置において、前記フィルム端部規制面は、前記加圧部材のスラスト軸中心線を含む前記定着ニップの垂直面に対して記録材搬送方向上流側に配設された上流側規制面と、搬送方向下流側に配設された下流側規制面とを有し、前記エンドレスフィルムのスラスト方向端部から前記上流側規制面までの最小間隙Ｇａよりも、前記下流側規制面までの最小間隙Ｇｂの方が大きいことを特徴とする定着装置。
3. 請求項１に記載の定着装置において、前記エンドレスフィルムのスラスト方向端部と前記フィルム端部規制面との最小間隙部から、前記エンドレスフィルムの回転移動方向上流に向かって徐々に前記間隙が大きくなることを特徴とする定着装置。
4. 請求項１〜３に記載の定着装置において、前記フィルム端部規制面の周方向両端部は、曲率半径２mm以上のＲ形状で形成されることを特徴とする定着装置。
5. 請求項１〜３に記載の定着装置において、前記エンドレスフィルムのスラスト方向端部と前記フィルム端部規制面との最小間隙部を、前記定着ニップに平行な面で前記エンドレスフィルム周長を略２等分した際の、定着ニップ側には設けず、定着ニップに対向する側に設けることにより、前記エンドレスフィルムのスラスト方向端部を規制することを特徴とする定着装置。
6. 請求項１〜５に記載の定着装置において、前記加圧部材は駆動力を受けて回転する加圧回転体であり、前記エンドレスフィルムは前記加圧回転体に従動して回転移動することを特徴とする定着装置。
7. 請求項１〜５に記載の定着装置において、前記規制部材は上記エンドレスフィルムのスラスト方向両端部近傍に配設されることを特徴とする定着装置。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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