JP2008275754A

JP2008275754A - 加熱定着装置

Info

Publication number: JP2008275754A
Application number: JP2007117014A
Authority: JP
Inventors: Masashi Komata; 将史小俣; Yutaka Kubochi; 豊久保地
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2007-04-26
Filing date: 2007-04-26
Publication date: 2008-11-13

Abstract

【課題】オンデマンド定着器における紙しわ防止。
【解決手段】固定された発熱体と、該発熱体に内面を圧接しつつ回転走行するエンドレス形状の耐熱性薄膜の定着フィルムと、該定着フィルムを挟んで前記発熱体とニップ部を形成してそのニップ部においてその定着フィルム外面との間に搬送された顕画像を支持する転写媒体の画像支持面を前記定着フィルムと一体で搬送する加圧ローラと、前記発熱体を内部に支持して前記定着フィルムの内面を長手方向全域にわたって支持するフィルム支持部材とを有する加熱装置において、前記加熱装置の前記フィルム支持部材の定着フィルム支持部には、前記定着フィルムとフィルム支持部材の摺動面を減少させるリブが設けられており、該フィルム支持部材の少なくとも通紙方向上流側長手の中央部と端部とでは中央部のリブの方がフィルムとの接触が少ないことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、加熱体に圧接させて移動駆動させた耐熱性の定着フィルムの加熱体側とは反対面側に、顕画像を支持する転写媒体を導入し、密着させて該フィルムと一緒に加熱体位置を通過させることで加熱体の熱をそのフィルムを介して転写媒体に与える方式（フィルム加熱方式）の定着装置に関するものである。

この装置は、電子写真複写機、プリンタ、ファックス等の画像形成装置における画像加熱定着装置、すなわち、電子写真、静電記、磁気記録等の適宜の画像形成プロセス手段により加熱溶融性の樹脂等からなるトナーを用いて転写媒体（転写材シート、エレクトロファックスシート、静電記録シート、印刷紙等）に形成したトナー画像を永久固着像として加熱定着処理する画像加熱定着装置として活用できる。

従来、被加熱体上に形成された顕画像を該被加熱体に定着する定着装置としての加熱装置は熱ローラー方式が一般的であった。しかしながら、大きな熱容量を要し、電源投入から画像出力までの装置立上りに時間を要した。

そこで、最近では省電力化、および電源投入から画像出力までの時間短縮を実現するために、例えば特開昭６３−３１３１８２号公報、特開平２−１５７８７８号公報に記載されているようなフィルム加熱定着方式、つまり薄膜フィルム（以下、フィルムと称す）を介して被加熱体を加熱する加熱体と、この被加熱体を前記フィルムを介して前記加熱体に加圧する加圧体とを有する加熱装置を定者装置として適用することが提案されている。

図２は最大通紙幅がＡ３サイズであるフィルム加熱定着方式による従来の加熱装置を示す概略構成図である。また図３はフィルム加熱定着方式の長手片側部を省略し、定着器のフィルム内部及び断面を示した定着器の斜視図である。１は板金ステーであり、加熱体６を露呈させて支持した横断面Ｕ字状のプラステー７と該プラステー７を対向する加圧ローラ４側へ加圧する加圧部５と、該本体部７の長手端部に冠着され、フィルムが長手方向にスライドすることを防止する端部キャップ３とから構成されている。２はプラステー７に外嵌させてある横断面円形の耐熱性フィルム（以下、フィルムと略称する）であり、内径24ｍｍ、長さ300ｍｍ、厚み８０μｍのものを用いた。フィルムは３層構造からなり基層（最も内側の層）としてポリイミド樹脂；厚み７０μｍ、トップ層（最表層）としてＰＴＦＡなどのフッ素樹脂；厚み約７ミクロン、中間層（プライマー層）としてフッ素樹脂とポリイミド樹脂の混合層；厚み約３ミクロンをもつ。フィルムを除いた上ユニット部（ヒータ、プラステーと板金ステー）のリブ部断面（図２）の外周長は７２．５ｍｍであり、フィルムの内周長に対して約９６．２％である。８は定着上ユニット９と加圧ローラを軸受け部（不図示）で受けて規制する定着側板である。

図４は上記加熱体６の途中を省略し、一部切り欠いて示した平面図である。この加熱体６は、フィルム２もしくは被加熱体としての紙等の記録材Ｐの搬送方向ａに対して直角方向を長手とする細長の耐熱性・絶縁性・良熱伝導性の基板１３１や、この基板１３１の表面側の短手方向中央部に基板長手に沿って形成具備させた抵抗発熱体１３２、この抵抗発熱体１３２を形成した加熱体表面を保護させた耐熱性オーバーコート層１３４、抵抗発熱体１３２の長手両端部の給電用電極１３３・１３３とともに、基板裏面側に具備させた加熱体温度を検知するサーミスタ等の検温素子１０７等からなる全体に低熱容量の線状加熱体を基板構成体とする。この加熱体６は抵抗発熱体１３２を図２において、剛性・耐熱性を有するステー１の下面側に下向きに露呈させて固定配設してある。

この加熱体６の基板１３１は、例えば、アルミナや窒化アルミニウム等の厚み１ｍｍ・幅１０ｍｍ・長さ３３０ｍｍのものである。また、抵抗発熱体１３２は例えば、Ａｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）、ＲｕＯ₂、Ｔａ₂Ｎ等の電気抵抗材料をスクリーン印刷等により、厚み約１０μｍ、幅１〜３ｍｍの線状もしくは細帯状に塗工して形成したものである。

給電用電極１３３・１３３は例えばＡｇ等のスクリーン印刷パターン、オーバーコート層１３４は例えば約１０μｍ厚の耐熱体ガラス層である。

上記加圧ローラ４は、加熱体６との間にフィルム２を挟んで圧接ニップ部（定着ニップ部）Ｎを形成し、且つフィルム２を回転駆動させるフィルム外面接触駆動手段として作用する。このフィルム駆動ローラ兼加圧ローラ４は芯金４ａとシリコンゴム等よりなる弾性体層４ｂと最外層の離形層４ｃよりなり、定着側板８にある不図示の軸受け手段・付勢手段により所定の押圧力をもってフィルム２を挟ませて加熱体６の表面に圧接させて配設してある。この加圧ローラ４はモータ（不図示）による回転駆動により、この加圧ローラ４とフィルム２の外面との摩擦力で該フィルムに搬送力を付与する。

次に動作を説明する。

上記加熱体６は、抵抗発熱体１３２の長手両端部の給電用電極１３３・１３３に対する給電により該抵抗発熱体が長手全長にわたって発熱することで昇温し、その昇温が検温素子１０７で検知される。その検温素子１０７の出力をＡ／Ｄ変換しＣＰＵ１０８に取り込み、その情報をもとにトライアック１０９により抵抗発熱体１３２に通電するＡＣ電源１００のＡＣ電圧を位相、周波数制御等により、加熱体通電電力を制御することで、加熱体６の温度制御を行う。

即ち、検温素子１０７の検知温度が所定の設定温度である２１０℃より低いと加熱体６が昇温するように、また、高い場合は加熱体６が降温するように通電を制御することで加熱体６は定着時、一定の温度に調整される。ちなみにこの設定温度２１０℃は一般的な紙であるつぼ量が６４ｇ／ｍ^２〜９０ｇ／ｍ^２の紙が定着不良、ホットオフセットの発生がないように設定された温度である。而して、加熱体６の温度が所定に立ち上がり、かつ加圧ローラ４の回転によるフィルム２の回転周速度が定常化した状態において、画像定着すべき記録材Ｐが加熱体６と加圧ローラ４とで形成される圧接ニップ部Ｎの間に、不図示の画像形成装置の転写部から搬送されて導入され、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、加熱体６の熱がフィルム２を介して記録材Ｐに付与され、記録材Ｐ上の未定着顕画像（トナー画像）Ｔが記録材Ｐ面に加熱定着される。そして、圧接ニップ部Ｎを通った記録材Ｐはフィルム２の面から分離されて搬送される。この場合、記録材Ｐは中央基準で通紙される。

このような所謂、テンションレスのフィルム加熱方式の画像加熱定着装置は、例えば（特開平４−４４０７５号公報〜特開平４−４４０８３号公報、特開平４−２０４９８１号公報〜特開平４−２０４９８４号公報）などで開示されている。これらの出願ではテンションレス定着フィルムを加圧ローラにより駆動し、定着フィルム内面に圧接するよう固定支持されたヒータ（発熱体）と定着フィルムを介して転写紙をヒータに密着させる加圧ローラとを有し、該定着フィルムを介してヒータの熱を転写紙へ付与することで転写紙面の未定着画像を転写紙面上に加熱定着させる方式及び構成の装置が提案されている。

また出願人は、テンションレスのフィルム加熱方式の画像加熱定着装置のフィルムを常に円滑に作動させる目的で、特開平６−３９８２にあるような提案を行っている。すなわちフィルムの支持部材（図３のプラステー１に相当）にリブ１０の形状を付与することでフィルムを円滑に作動させることを提案している。
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４−２０４９８１号公報特開平４−２０４９８２号公報特開平４−２０４９８３号公報特開平４−２０４９８４号公報特開平６−３９８２号公報

しかしながら、近年プリンターの印刷速度向上に対する市場からの要求に伴い、プリンターのプロセススピードが早くなったこと、また特にプリンター市場の拡大に伴い、プリンターが対応する紙種（とくに紙の腰が弱い薄い紙）や使われる環境（特に紙のコシが弱くなりやすい高温多湿な環境）が多様化し、その数も増えたことにより紙しわが発生することが問題になってきている。

本発明の加熱定着装置は、上記課題を解決するために以下の構成を特徴とするものである。

（１）固定された発熱体と、該発熱体に内面を圧接しつつ回転走行するエンドレス形状の耐熱性薄膜の定着フィルムと、該定着フィルムを挟んで前記発熱体とニップ部を形成してそのニップ部においてその定着フィルム外面との間に搬送された顕画像を支持する転写媒体の画像支持面を前記定着フィルムと一体で搬送する加圧ローラと、前記発熱体を内部に支持して前記定着フィルムの内面を長手方向全域にわたって支持するフィルム支持部材とを有する加熱装置において、前記加熱装置の前記フィルム支持部材の定着フィルム支持部には、前記定着フィルムとフィルム支持部材の摺動面を減少させるリブが設けられており、該フィルム支持部材の少なくとも通紙方向上流側長手の中央部と端部とでは中央部のリブの方がフィルムとの接触が少ないことを特徴とする加熱定着装置。

（２）中央部のリブの大きさを小さくすることで、リブとフィルムとの接触を少ないようにした（１）に記載の加熱定着装置。

（３）固定された発熱体と、該発熱体に内面を圧接しつつ回転走行するエンドレス形状の耐熱性薄膜の定着フィルムと、該定着フィルムを挟んで前記発熱体とニップ部を形成してそのニップ部においてその定着フィルム外面との間に搬送された顕画像を支持する転写媒体の画像支持面を前記定着フィルムと一体で搬送する加圧ローラと、前記発熱体を内部に支持して前記定着フィルムの内面を長手方向全域にわたって支持するフィルム支持部材とを有する加熱装置において、前記加熱装置の前記フィルム支持部材の定着フィルム支持部には、前記定着フィルムとフィルム支持部材の摺動面を減少させるリブが設けられており、通紙される転写媒体の中央が該フィルムの長手中央を通過する中央基準の構成において、該フィルム支持部材の少なくとも通紙方向上下流側いずれかの側のリブの数を偶数とし、紙中央でのリブとフィルムの接触をなくしたことを特徴とする加熱定着装置。

（４）固定された発熱体と、該発熱体に内面を圧接しつつ回転走行するエンドレス形状の耐熱性薄膜の定着フィルムと、該定着フィルムを挟んで前記発熱体とニップ部を形成してそのニップ部においてその定着フィルム外面との間に搬送された顕画像を支持する転写媒体の画像支持面を前記定着フィルムと一体で搬送する加圧ローラと、前記発熱体を内部に支持して前記定着フィルムの内面を長手方向全域にわたって支持するフィルム支持部材とを有する加熱装置において、前記加熱装置の前記フィルム支持部材の定着フィルム支持部には、前記定着フィルムとフィルム支持部材の摺動面を減少させるリブが設けられており、通紙される転写媒体の中央が該フィルムの長手中央を通過する中央基準の構成において、該フィルム支持部材の少なくとも通紙方向上下流いずれかの側のリブとリブの間隔を長手中央部と端部で変えることで、紙中央でのリブとフィルムの接触をなくし、かつ中央部のリブとフィルムの接触を少なくしたことを特徴とする加熱定着装置。

以上説明したように本発明によれば、フィルム中央部の低温スポットを軽減でき、スリップが発生することなく、紙しわの発生を抑制することができる加熱定着装置を提供できる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。

図１ａ、１ｂは本発明のプラステー１１の説明図である。図１ａは本発明のプラステー１１の長手図、１ｂは断面図である。本発明の装置は、従来例である図２及び図３の装置と比べてプラステー部７の形状のみ異なっており、その他の構成は同じであるので、同一の要素に同符番を付すなどして再度の説明を省略した。

本発明のプラステー１１の特徴は、中央のリブを他のリブに比べて小さくしたことにある。従来のリブは図６のように中央部、端部ともに大きさが等しく、間隔も同じである。

本発明の発明者は、フィルム表面の温度分布が紙しわに密接な関連があることを発見した。

通例リブ部と接触するフィルムの表面温度は、接触しない部分に比べて温度が５度〜１０度ほど低くい。図７はこのような温度が低い部分（以降、低温スポットと称する）が通紙する紙に接触したところを示した図である。

図７に模式的に示したように、このような低温スポットの周り（以降、高温領域と称する）は温度が高いため、紙から多量の水蒸気が出るのに対して、低温スポットは温度が低い分、水蒸気の発生が少ない。水蒸気は気圧の高いところから低いところに流れようとするため、低温スポットの位置に集中し、その集中した水蒸気にさらされた部分の紙のコシを弱めてしまう。

このような低温スポットは中央部と端部のどちらにも存在する。しかし一般的に中央部は端部よりも温度が高くなること、また図８に示したように端部の低温スポットの隣の高温領域は気圧の最も低い両端部に近いため、水蒸気が両端に逃げやすく、端部の低温スポットには中央ほど水蒸気が集中しない。

一般に紙は定着器を通過する際に搬送方向とは直角の方向（定着ニップの長手方向）で0.1ｍｍ〜1.0ｍｍ程度収縮する。そのためコシが弱い中央低温スポット当接位置でひずみが生じ、紙しわが発生しやすくなる。つまり中央の低温スポットは最も紙しわに対して悪く、中央近傍（中央部）の低温スポットが次いで悪い。

そもそもフィルム表面上の低温スポットは、プラステーのリブ自体をなくすことでもなくせるが、この方法ではフィルムの安定した回転ができなくなり、紙とフィルムが一体となって搬送されないフィルムスリップといった問題が発生する弊害がある。

しかしながら図１の本発明のようにプラステーの中央部のリブを小さくし、フィルム中央部のフィルムとプラステーの接触を軽減することでフィルムスリップを発生させることなく紙しわの発生を抑制することが可能となる。またステー１１の内周長は中央リブ部を除き従来例と同じにしてある。

実際に従来例と本実施例とで紙しわの発生とスリップの確認を比較した結果を表１に示す。なお本実施例としては中央リブの幅Ｔ、高さ減量Ｈ、中央部の引っ込み量Ｌをそれぞれふって試験した。またプリンター本体のプロセススピードとしては100ｍｍ／ｓｅｃの（20ｐｐｍ相当）のものを用いた。紙しわの評価方法としてはＰＢＳＫ６４ｇ／ｍ^２Ａ３紙を高温多湿環境（３５℃／８５％）に３時間放置したものを用いて、べた白パターンで連続５０枚通紙時の紙しわ発生率をみた。またスリップ画像の評価方法としてはとしてはＮＰＩ上質紙６４ｇ／ｍ^２Ａ３紙を高温多湿環境（35℃／85％環境）に３日間放置したものを用いて、５０枚連続でプリントした場合の発生率を比較し行った。

※（Ｈ、Ｌ、Ｔの単位はすべてｍｍ）
上記結果のように、フィルム２とプラステー４１の接触を弱くする方向にパラメ−タＴ、Ｈ、Ｌのいずれか一つでも変えれば紙しわに対する改善効果があり、本実施例のうち（Ｔ＝3、Ｈ＝1.0、Ｌ＝0.2）にしたものではスリップ、紙しわのいずれも発生しなかった。また少なくとも上下流のいずれかでも長手中央のリブを小さくすることで、レベルが改善することが分かる。

具体例１
図５は本発明第二の実施例のプラステー4１の説明図であり、本発明のプラステー4１の長手方向の概観を示している。本発明の装置は、従来例である図２及び図３の装置と比べてプラステー部７の形状のみ異なっており、その他の構成は同じであるので、同一の要素に同符番を付すなどして再度の説明を省略した。

本実施例は、従来中央に設けてあったリブをなくし、さらに中央部のリブ間隔を適度に大きくした。このようにすることで紙しわの最も発生しやすい紙中央の低温スポットをなくし、さらに中央部の低温スポットの数をへらすことができ、紙しわに対するマージンをあげる事が可能となる。

従来、リブの数は長手方向には奇数個設ける構成になっている。中央基準の加熱定着装置では、基準となる中央位置を明示するためにリブを長手中央に配置し、その上で、長手全域に等間隔配置、もしくは左右対称な配置をしたため、必然的に奇数個のリブが配置されてきた。しかし本実施例はフィルムに左右対称な規制がかかるように左右対称のリブ配置を維持しつつも、リブの個数を偶数にし、その間隔を中央部で大、端部で小とすることでリブの中央、および中央近傍の配置を回避した。

実際に従来例と比較したデータを以下に示す（表２参照）。ここで本実施例として図５のようにプラステー４１の中央部2本の幅T、中央2本のリブの間隔Ｄを振ったデータも載せておく。中央２本のリブの間隔Ｄを広げた場合やリブの幅Ｔを狭めた場合は、それらの増減分をおのおののリブからさらに一つ外側のリブまでの間隔Ｄ２だけを変えることで対応し、両端リブの間隔は従来例と同じ一定値（300ｍｍ）にした。具体的にＤ２とＴ、Ｄの関係は図５の関係式１に従って変化させた。また本実施例のフィルムとしては従来例と同じく総厚８０μｍ、長さ３００ｍｍ、外径φ２４のものを用いており、ステーの内周長は従来例に同じにした。

以上のように、中央部のリブとリブの間隔をあけ、中央部における紙しわの発生する要因である低温スポットのレベル改善、及び数を減らすことで紙しわの発生を軽減できる。また少なくとも上下流いずれかのリブ長手配置を、中央リブなし、中央間隔大かつ端部小とすることで紙しわに改善効果があることが分かる。ただし中央のリブ間隔を空け過ぎるとリブ本来の役目である、フィルム内面からの支持による円滑な回転の補助が損なわれ、スリップが発生するようになってしまう。

具体例２
以下に本実施例の更なる具体例として、フィルムの厚みを振った場合を載せておく、外径、長さは従来例と同じで、厚みだけ１００μｍのものを用いた結果をいかに示す。なおフィルムの厚みが増すと紙に伝わる熱量が減り定着性が低下するが、本具体例では温調温度を７度あげて２１７度にすることで従来例に定着性をそろえた。

上記表３から明らかなように、リブの数を偶数にし、中央に配置にしない場合には紙しわは発生しない。また上記表中の（２）からも分かるように、従来例と同じフィルム（本実施例の具体例１）を用いた場合にスリップが発生していたリブ構成でも、フィルムの剛性が上がったことでスリップが発生しなくなった。

本発明第一の実施例のプラステーを示した図フィルム加熱方式の加熱定着装置の図フィルムを省略してフィルム加熱方式の加熱定着装置の内部、断面を示した斜視図フィルム加熱方式の加熱定着装置の加熱体を示した図本発明第二の実施例のプラステーを示した図従来品のプラステーを示した図ニップ手前で紙からの水蒸気が低温スポットに流れ込むことを示した図ニップ手前、長手全域での各低温スポットへの水蒸気の流れ込み方を示した図

Claims

固定された発熱体と、該発熱体に内面を圧接しつつ回転走行するエンドレス形状の耐熱性薄膜の定着フィルムと、該定着フィルムを挟んで前記発熱体とニップ部を形成してそのニップ部においてその定着フィルム外面との間に搬送された顕画像を支持する転写媒体の画像支持面を前記定着フィルムと一体で搬送する加圧ローラと、前記発熱体を内部に支持して前記定着フィルムの内面を長手方向全域にわたって支持するフィルム支持部材とを有する加熱装置において、前記加熱装置の前記フィルム支持部材の定着フィルム支持部には、前記定着フィルムとフィルム支持部材の摺動面を減少させるリブが設けられており、該フィルム支持部材の少なくとも通紙方向上流側長手の中央部と端部とでは中央部のリブの方がフィルムとの接触が少ないことを特徴とする加熱定着装置。
中央部のリブの大きさを小さくすることでフィルムとの接触を少ないようにした請求項１に記載の加熱定着装置。
固定された発熱体と、該発熱体に内面を圧接しつつ回転走行するエンドレス形状の耐熱性薄膜の定着フィルムと、該定着フィルムを挟んで前記発熱体とニップ部を形成してそのニップ部においてその定着フィルム外面との間に搬送された顕画像を支持する転写媒体の画像支持面を前記定着フィルムと一体で搬送する加圧ローラと、前記発熱体を内部に支持して前記定着フィルムの内面を長手方向全域にわたって支持するフィルム支持部材とを有する加熱装置において、前記加熱装置の前記フィルム支持部材の定着フィルム支持部には、前記定着フィルムとフィルム支持部材の摺動面を減少させるリブが設けられており、通紙される転写媒体の中央が該フィルムの長手中央を通過する中央基準の構成において、該フィルム支持部材の少なくとも通紙方向上下流側いずれかの側のリブの数を偶数とし、紙中央でのリブとフィルムの接触をなくしたことを特徴とする加熱定着装置。
固定された発熱体と、該発熱体に内面を圧接しつつ回転走行するエンドレス形状の耐熱性薄膜の定着フィルムと、該定着フィルムを挟んで前記発熱体とニップ部を形成してそのニップ部においてその定着フィルム外面との間に搬送された顕画像を支持する転写媒体の画像支持面を前記定着フィルムと一体で搬送する加圧ローラと、前記発熱体を内部に支持して前記定着フィルムの内面を長手方向全域にわたって支持するフィルム支持部材とを有する加熱装置において、前記加熱装置の前記フィルム支持部材の定着フィルム支持部には、前記定着フィルムとフィルム支持部材の摺動面を減少させるリブが設けられており、通紙される転写媒体の中央が該フィルムの長手中央を通過する中央基準の構成において、該フィルム支持部材の少なくとも通紙方向上下流いずれかの側のリブとリブの間隔を長手中央部と端部で変えることで、紙中央でのリブとフィルムの接触をなくし、かつ中央部のリブとフィルムの接触を少なくしたことを特徴とする加熱定着装置。