JP2007025475A - 加熱定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 定着性、強度を満足できるフィルムが備わる加熱定着装置、画像形成装置の提供。
【解決手段】 加熱体と、一面を加熱体と接触摺動し他面を被加熱材と接触する耐熱性フィルムとを有し、加熱体上をフィルムと被加熱材が一緒に移動することで加熱体の熱をフィルムを介して被加熱材へ伝達する加熱定着装置において、前記耐熱性フィルム中には熱伝導率800Ｗ/ｍ・Ｋ以上のカーボンナノチューブフィラーが配合されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は被加熱部材を所定に加熱する加熱定着装置、特に電子写真複写機、電子写真プリンター等の画像形成装置に関するものである。

一般に、各種の情報、映像機器等においては、その最終出力形態としても、実体の無い情報形式の画像を用紙等の記録材に具体的に実体化させる画像形成装置が用いられる。

このような複写機等の画像形成装置においては、作図や作画したり、対象物を走査、記録したり、通信転送等によって生成した画像を、記録材に画像パターンに応じて着色剤等を定着させることにより、適正な画像を用紙上に再現するようにしている。

また、この画像形成装置においては、着色剤として微粒子のトナー粉末を用いており、この用紙上に画像パターン状に配置されたトナーを安定して定着させるためには、簡便性等から加熱方式が広く用いられている。

従来、加熱装置としての定着装置には、熱ローラ方式の定着装置が広く用いられていたが、このような定着装置は、作動開始となるまでの時間が長かったり、消費電力が比較的に多かったりするという不都合が生じていた。

すなわち、この定着装置には、金属製のローラ内部にハロゲンランプを配設し、このハロゲンランプを発熱させて、金属ローラ全体を加熱する構成としていることにより、金属ローラ全体が均一な温度になり動作可能になるまでに時間がかかるので、動作の立ち上げに要する時間が遅いとともに、常に比較的熱容量の大きな金属ローラ全体を加熱しているので、消費電力も多くなっていた。

そこで、耐熱・耐久性に優れたセラミックの基板上に、直接的に発熱抵抗体のパターンを形成して、加熱体を構成し、これを発熱源とするとともに、耐熱性の薄いフィルムを介して、用紙等の被加熱材に接触させることにより、被加熱材を均一に加熱する定着装置の構成方式が提案され、特許文献１に開示されている。また、特許文献２公報に開示されているようなフィルムをフィルムガイドにルーズに外かんさせ、加圧手段としての加圧ローラを駆動することでフィルムを加圧ローラに対して従動駆動させるテンションフリータイプもあるが、この場合部品点数が少なくて済むためこの方式を採用することが多い。

このような構成方式によれば、基板やフィルム自体の熱容量が小さいので、所定温度までの温度立ち上げに要する時間を短縮できるとともに、消費電力も少なくすることができる。
特開昭６３−３１３１８２号公報 特開平４−４４０７５号公報

近年電子写真方式を利用した複写機やプリンターは単位時間あたりのプリント可能枚数が大幅に増え、画像形成装置のスピードアップ化が図られている。同時にオンデマンドを達成するために最初の一枚目の出力時間を短縮する、いわゆるファーストプリントアウトタイム（以下FPOTと略す）の短縮化も進められている。そのため定着器の温度の立ち上げを早くするため今まで以上に高熱伝導のフィルムを用いた定着装置が必要となっている。また、定着性を満足するために高熱伝導のフィルムを用いて効率的に紙に熱量を与える必要がある。

しかしながら、近年では複写機やプリンターの使用は全世界に普及し、使用する人も多数となったため、想定外な様々な使われ方が増えてきており、例えばホッチキスを止めたままの紙を通紙したりした場合、定着フィルムに穴が開いたり、ひどいときには破れてしまう問題が発生していた。

つまり本発明の目的は熱伝導率を上げつつも強度を維持でき、穴開きや破れが起きない定着性を満足できるフィルムを提供することである。

上記目的は、下記の本発明に係る加熱体、加熱装置及び画像形成装置にて達成される。

本発明に係る第一の発明は、加熱体と、一面を加熱体と接触摺動し他面を被加熱材と接触する耐熱性フィルムとを有し、加熱体上をフィルムと被加熱材が一緒に移動することで加熱体の熱をフィルムを介して被加熱材へ伝達する加熱定着装置において、前記耐熱性フィルム中には熱伝導率800Ｗ/ｍ・Ｋ以上のカーボンナノチューブフィラーが配合されていることを特徴とする加熱定着装置である。

本発明に係る第二の発明は、記録材上にトナー像を形成する手段と、前記トナー像を記録材上に定着させる手段を有する画像形成装置において、前記定着手段は、第一の発明に記載の加熱定着装置である事を特徴とする画像形成装置。

以上説明したように、本発明によれば、加熱体と、一面を加熱体と接触摺動し他面を被加熱材と接触する耐熱性フィルムとを有し、加熱体上をフィルムと被加熱材が一緒に移動することで加熱体の熱をフィルムを介して被加熱材へ伝達する加熱装置において、前記耐熱性フィルム中には熱伝導率800Ｗ/ｍ・Ｋ以上のカーボンナノチューブフィラーが配合されていることを特徴とすることで、熱伝導率を上げつつもフィルムの強度を維持し、定着性を満足することができる加熱定着装置及び画像形成装置を提供することが可能になる。

（実施例１）
以下に実施例１を説明する。

図１は本発明の一実施例の画像形成装置としてのレーザービームプリンタの要部である。図４において、１０１は像担持体として有機感光ドラム、１０２は帯電部材としての帯電ローラ、１０３はレーザー露光装置、１０４は現像スリーブ及び現像ブレードならびに１成分磁性トナー等からなる現像装置、１０５はクリーニングブレード、１０６は転写ローラ、１０７は定着装置である。有機感光ドラム１０１は帯電ローラ１０２によって一様に負の電荷に帯電し、レーザー露光装置１０３からのレーザービームによって有機感光ドラム１０１に静電潜像が形成される。次に、現像装置１０４の中で帯電したトナーが有機感光ドラム１０１上の静電潜像に付着し可視像となり、転写ローラ１０６上で紙に転写され、定着装置１０７で定着される。クリーニングブレード１０５は有機感光ドラム１０１上に残ったトナーを除去する。以上の各ユニットの働きにより、画像が形成される。

図２は、本実施例のテンションレスフィルム加熱方式の加熱定着装置の概略構成断面図である。

１は樹脂製の横長ステーであり、後述するフィルム２の内面ガイド部材となる。

２はエンドレスの耐熱性フィルムであり、加熱体３を含むステー１を外接させてある。このエンドレスの耐熱性フィルム２の内周長と加熱体３を含むステー１の外周長はフィルム２の方を例えば３ｍｍ程度大きくしてあり、従ってフィルム２は加熱体３を含むステー１に対して周長が余裕をもってルーズに外接している。

フィルム２の内周面側には、摺動性を向上させるためにグリスが塗られている。
３は加熱体である。

加圧ローラ６は駆動装置に連結された外径１３ｍｍのアルミ製の芯金上に耐熱性弾性層として、長さ２４０ｍｍ、厚さ３ｍｍのシリコ−ン発泡体が被覆されており、加熱体３との間でフィルムを挟んで定着ニップ部を形成し、フィルムを駆動する回転体であり、駆動装置に鉄、ステンレス、アルミ等の芯金で連結されている。該加圧ローラ６は駆動装置の駆動モータからの駆動力を伝達して回転するようにされている。

被加熱体としての記録材Ｐは加圧ローラ６と加熱体３との間でフィルムを挟んで形成された定着ニップ部Nを搬送通過することにより、トナー像Ｔを加熱、加圧して記録材Ｐ上に定着させるようになっている。

次に本発明に係るフィルム２について詳述する。

フィルム２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２の膜厚は、総厚１００μｍ以下程度とし、耐熱性、離型性、強度、耐久性等のあるＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰの単層、あるいは、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳからなるベース層、ベース層の外周表面に、接着層としてのプライマー層、その外周表面上にＰＴＦＥ、ＰＦＡを主成分とする離型層から形成されている。フィルム２自体の熱伝導率を上げるためには窒化ホウ素、窒化アルミ、カーボン系繊維などのフィラーを配合する。熱伝導フィラーはベース層、プライマー層、或いはトップ層いずれの層若しくは全ての層に配合することが可能である。

本実施例におけるフィルムはベース層にポリイミドを用いており厚さは60μｍ、プライマー層はフッ素樹脂とカーボンからなる4μｍ、トップ層はPFAとPTFEからなる10μｍ、総膜厚64μｍの3層構成となり、ベース層のポリイミドに熱伝導率800W/m・Kのカーボンナノチューブフィラーが配合されている。カーボンナノチューブはそれ自体の熱伝導率が高いため、少量の配合量で、熱伝導率の高い定着フィルムを作ることが可能となる。ただし、ベース層にフィラーを多量配合させるとフィルムの引き裂き強度が弱くなる傾向があるため、配合量は極力少量に抑えるのが好ましい。

前記を踏まえてフィルム２のベース層に熱伝導率800W/ｍ・Kのカーボンナノチューブを配合させたフィルムを試作し、カーボンナノチューブの配合量による定着性の差の確認を行った。比較例１として従来採用されている熱伝導率60W/ｍ・Kの窒化ホウ素の配合量を振ったサンプル、比較例２として熱伝導率500W/ｍ・Kのカーボンナノチューブの配合量を振ったサンプルを試作した。実施例１と比較例２ではカーボンナノチューブの大きさは同等、配合状態も同等である。定着性の測定方法は画像形成装置としてHewlett Packard社製 LaserJet1300を使用した。温度15℃、湿度10％の環境においてNeenah Bond 60g/m＾2紙で印字率50％のハーフトーンパターンを印字しながら定着温度190℃で50枚連続で通紙を行った。その後50枚全てハーフトーン印字部を、シルボンCで規定加圧量、規定回数擦り試験を行い、擦った後のハーフトーン部の全ての頁の濃度低下率の平均値を測定した。濃度測定はMacbeth社製反射濃度計を用いた。定着性は濃度低下率が低い方が良い結果となる。

図１は定着性測定の結果を表すグラフである。グラフは定着性濃度低下率の値が小さければ定着性が良いことを表している。定着性濃度低下率が15％であればOKレベルである。これによると定着性はフィラーの種類、配合量で定着性に差があり、フィラー配合量が25vol％より少ない場合には
（良）実施例１＞比較例1＞比較例2（悪）
となり、25vol％より多い場合には
（良）実施例１＞比較例2＞比較例1（悪）
の結果になった。実施例１はベース層のフィラーとして熱伝導率λ＝800W/ｍ・Kと高いカーボンナノチューブフィラーを用いたため、定着性もよくなるのである。また、配合量を振った場合でもフィラー自体の熱伝導率が高いため、他のフィラーに比べて定着性がよくなるのである。カーボンナノチューブは熱伝導に異方性があり、ベース層での配合状態は必ずしもフィルム厚み方向が熱伝導率の高い方向に向いているとは限らない。しかしながらフィラー自体の熱伝導率が非常に高いために、フィルム厚み方向に配向しているフィラーが少ない場合でも熱伝導性を損なうことなく定着性が良好になる。

比較例１に関してはフィラー自体が熱伝導率λ＝60W/ｍ・Kである窒化ホウ素であるため、実施例１に比べてフィルム自体の熱伝導率が低い。そのためフィラーを多量配合しないと定着性は良くならない。

比較例２に関してはフィラー自体が熱伝導率λ＝500W/ｍ・Kのカーボンナノチューブを使用しているが、カーボンナノチューブ自体も熱伝導に異方性があり、比較例２ぐらいのフィラー自体の熱伝導率では、多量に配合させないと定着性が良くならないのである。

次に実施例１、比較例１、比較例２のフィルムに関してフィラーの配合量を振って引き裂き強度を測定した。

図２はフィルムの引き裂き強度を表すグラフである。

フィルムの引き裂き強度に関しては、いずれのフィラーを用いても引き裂き強度は変わらない結果となった。またフィラーの配合量を振ってもそれぞれの配合量で変わることはなかった。つまりいずれのフィラーを用いても配合量が増えると引き裂き強度は弱くなる傾向がある。

次に、定着性が同等の実施例１のカーボンナノチューブフィラー10vol%配合したフィルムと、比較例１で窒化ホウ素25vol％を配合したフィルム、比較例２で熱伝導率500W/ｍ・Kのカーボンナノチューブを25vol％を配合したフィルムを用いて、ホッチキスを止めた紙を連続で100枚通紙し、フィルムへのダメージを確認したところ、比較例１、比較例２においてはフィルムに微小な穴が開いていたが、実施例１においては穴開きの発生はなかった。

つまり、熱伝導率が800W/ｍ・K以上のカーボンナノチューブフィラーを用いれば、少ないフィラー配合量でフィルム自体の熱伝導率を上げることができるため定着性を満足することができ、フィラーの配合量を減らすことができるためにフィルムの強度を維持することが可能となり、イレギュラーな通紙方法にも耐え得るフィルムを提供することが可能となるのである。

本発明に係る実施例１の実験結果を表すグラフである。 本発明に係る実施例１の実験結果を表すグラフである。 本発明に係る画像形成装置の概略断面図である。 本発明に係る加熱定着装置の概略構成図

符号の説明

１ 横長ステー
２ 耐熱性フィルム
３ 加熱体
３a 発熱体
３ｂ 基板
３ｃ 電極
３d 電極
５ 検温素子
６ 加圧ローラ
１１ ＣＰＵ
１２ トライアック
１３ ＡＣ電源
１０１ 有機感光ドラム
１０２ 帯電ローラ
１０３ レーザー露光装置
１０４ 現像装置
１０５ クリーニングブレード
１０６ 転写ローラ
１０７ 定着装置
Ｐ 記録材
Ｔ トナー

Claims (2)

1. 加熱体と、一面を加熱体と接触摺動し他面を被加熱材と接触する耐熱性フィルムとを有し、加熱体上をフィルムと被加熱材が一緒に移動することで加熱体の熱をフィルムを介して被加熱材へ伝達する加熱定着装置において、前記耐熱性フィルム中には熱伝導率800Ｗ/ｍ・Ｋ以上のカーボンナノチューブフィラーが配合されていることを特徴とする加熱定着装置。
2. 記録材上にトナー像を形成する手段と、前記トナー像を記録材上に定着させる手段を有する画像形成装置において、前記定着手段は、請求項1に記載の加熱定着装置である事を特徴とする画像形成装置。

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