JP2009151118A - 画像加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着フィルムと分離ガイドとの接触が回避され、かつシートの分離性能を向上した画像加熱装置を提供すること。
【解決手段】テンションレスタイプのフィルム加熱方式の画像加熱装置１において、ヒータ21の温度を検知する温度検知素子33と、加圧ロール25の加圧力を可変する加圧カム41とを有し、加圧カム41は、温度検知素子33が検知した温度に応じて加圧ロール25の加圧力を可変する。これにより、定着フィルム23と分離ガイド29との接触が回避され、シートＰの分離性能が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真装置や静電記録装置等の画像形成装置において、画像をシート上に定着させる画像加熱装置に関する。

一般に、画像形成装置は、シート上に形成されたトナー画像を加熱及び加圧して定着させる画像加熱装置を備えている。そして、この画像加熱装置には、内部にヒータを有する定着ロールに加圧ロールを圧接して定着ニップ部を形成し、定着を行うロール定着方式を採用したものがある。

また、省エネルギー推進の観点から熱伝達効率が高く装置の立ち上がりが速いオンデマンド方式として熱容量の小さい定着フィルムを介して加熱するフィルム加熱方式のフィルム画像加熱装置がある。

このフィルム画像加熱装置は、固定支持された加熱体である、例えばセラミックヒータと、ヒータと摺動する伝熱部材としての耐熱性の金属フィルム（以下、定着フィルムという）とを有している。更に、定着フィルムを介してヒータに圧接して、トナー像加熱定着領域としての定着ニップ部を形成する弾性の加圧ロールを有している。

そして、未定着トナー像を担持した記録材を定着ニップ部の定着フィルムと加圧ロールとの間で挟持搬送させながら、ヒータの熱により未定着トナー像を記録材上に加熱溶融定着させるようになっている。

この場合、定着フィルムが薄肉で熱容量が小さく、かつ熱応答性が良いため、ヒータの熱応答をほぼそのまま定着ニップ部内に反映する事ができ、画像加熱処理時のヒータ加熱より短時間の定着温度到達が達成され、これに伴う省電力が実現される。

このようなフィルム画像加熱装置には、定着フィルムの搬送に専用の搬送ロールと従動ロールとを用いてテンションを加えながら加圧ロールとの間で定着フィルムを搬送する方式のものがある。また、円筒形の定着フィルムを加圧ロールの搬送力で駆動させるテンションレスタイプのものがある。そして、後者は前者に比べて装置構成を簡略化して低コストを実現している。

図14にテンションレスタイプのフィルム画像加熱装置を示す。このフィルム画像加熱装置において、23は耐熱性を有する円筒状の定着フィルムである。25は定着フィルム23との間にニップ部Ｎを形成し、定着フィルム23を回転駆動させる加圧回転体としての加圧ロールである。この加圧ロール25はシリコンゴム等の離型性の良い弾性層25ａ及びＳＵＳやＮｉ製の金属軸25ｂからなり、所定の押圧力により定着フィルム23を回転駆動する。

即ち、定着フィルム23はシート上に転写されたトナー像を加圧溶融するため、加圧ロール25に圧接され、この圧接により定着フィルム23を弾性的に変形させる。そして、加圧ロール25の外径部である弾性層25ａとつぶれあう事により定着ニップ部Ｎが形成され、トナーに熱が与えられるようになっている。この場合、定着ニップ部Ｎのニップ幅は、加圧ロール25の加圧方向αに対して垂直方向、つまり搬送方向βに対してほぼ平行に形成されている。

定着ニップ部Ｎの最上流部であるＡ部では、加圧ロール25が接触し摩擦力によって定着フィルム23に駆動力が伝えられる。Ｂ部では、定着フィルム23の本来の軌跡23ａと加圧ロール25の弾性層25ａとの干渉量分がつぶれあう事でニップ圧を形成している。

この時、定着フィルム23と加圧ロール25の弾性層25ａとの間の静止摩擦係数に応じた静止摩擦力が生じ、この静止摩擦力は搬送方向βに作用する。加圧ロール25は半時計周りに回転しているため、これに拮抗する力として搬送方向βに対して上流方向の力を受け、その反作用として、定着フィルム23は搬送方向βに対して下流方向の力を受ける。この力は定着ニップ部Ｎを形成している全体で加圧力の大きさに比例して作用し、定着フィルム23を回転駆動させる。

図15は、定着フィルム23の回転軌跡を示したもので、軌跡Ｆ１は本体電源投入直後など画像加熱装置が十分に暖まっていない状態で定着フィルム23を回転させた場合を示す。軌跡Ｆ２は画像加熱装置が暖まっている場合を示している。

これによれば、定着フィルム23は温度が低いときの方が下流側の軌跡をたどっていることが分かる。これは、定着フィルム23と加圧ロール25とが離れるＣ部において、定着フィルム23が搬送方向βの合力を持った状態で加圧ロール25の拘束から解放される。このとき、定着フィルム23の持つ慣性力によって定着フィルム23の行き過ぎ（以下、ばたつきという）が生じることによる。このばたつきは、画像加熱装置が温まっていないスリープモードからの復帰や朝一立ち上げといった時に特に顕著である。

尚、図中、29は定着フィルム23の近傍に配置され定着フィルム23からシートを分離するための分離ガイドであり、Ｇは画像加熱装置が暖まっている場合の定着フィルム23と分離ガイド29とのギャップを示す。このようなテンションレスタイプのフィルム画像加熱装置は、以下に示す特許文献１〜５に開示されている。

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４−204980号公報 特開2005−63730号公報

従来のフィルム画像加熱装置では、ばたつきが定着フィルム23とその下流側の分離ガイド29とのクリアランスを崩し、最悪の場合、定着フィルム23と分離ガイド29との干渉により定着フィルム23の表面を傷つけ画像不良の原因になる。そして、定着フィルム23が加熱され、加圧ロール25の弾性層25ａや金属軸25ｂが軟化すれば、定着フィルム23の慣性力が低下し、ばたつきが減少する。

また、フィルム画像加熱装置では、シートの巻き付きジャムが発生しやすい。特に、トナー載り量が比較的多いフルカラー画像定着時や比較的コシの弱い薄いシートや吸湿性のシートの定着時は、定着フィルム23への巻き付きジャムが発生しやすい。

そこで、ばたつきを考慮して分離ガイド29の位置を決定すると、定着フィルム23のばたつきが減少した後に分離ガイド29と定着フィルム23とのギャップＧが必要以上に大きくなり、分離不良が発生してしまう恐れがある。

本発明の技術的課題は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、定着フィルムと分離ガイドとの接触が回避され、かつシートの分離性能を向上した画像加熱装置を提供することである。

前記目的を達成するため、本発明に係る代表的な構成は、シート上のトナー像を加熱するエンドレスベルトと、前記ベルトとの間で加熱ニップを形成するとともに前記ベルトを従動回転させる回転体と、前記ベルトを加熱する加熱手段と、を有する画像加熱装置において、 前記ベルトと前記回転体間の圧力を変更する変更手段と、前記ベルトと前記回転体間の圧力を低圧にした状態で前記回転体により前記ベルトを回転開始させるとともに前記ベルトが回転を開始してから所定時間経過した際に前記ベルトと前記回転体間の圧力を高圧に切替えて前記ベルトを回転させるウォームアップ処理手段と、を有することを特徴とする。

また、シート上のトナー像を加熱するエンドレスベルトと、前記ベルトとの間で加熱ニップを形成するとともに前記ベルトを従動回転させる回転体と、前記ベルトを加熱する加熱手段と、を有する画像加熱装置において、前記ベルトの温度を検出する温度検出手段と、前記ベルトと前記回転体間の圧力を切替える切替え手段と、前記ベルトと前記回転体間の圧力を低圧にした状態で前記回転体により前記ベルトを回転開始させるとともに前記ベルトの検出温度が所定温度に上昇した際に前記ベルトと前記回転体間の圧力を高圧に切替えて前記ベルトを回転させるウォームアップ処理手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、エンドレスベルトの検知温度に応じて回転体の加圧力を制御することで、エンドレスベルトの軌跡のばたつきを抑えることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る画像形成装置に搭載されたフィルム画像加熱装置の断面図である。図２は、フィルム画像加熱装置の定着フィルム摺動部近傍の断面図であり、図３は、フィルム画像加熱装置の正面図を示す。また、図４、５は、フィルム画像加熱装置の一端部及び他端部の部分断面図である。

図１〜５に示すテンションレスタイプのフィルム加熱方式の画像加熱装置１において、21は加熱体としてのセラミックヒータ（以下、ヒータという）である。このヒータ21は細長薄板状のセラミック基板と、このセラミック基板面に具備させた発熱抵抗体層を基本構成とするもので、発熱抵抗体層に対する通電により全体に急峻な立ち上がり特性で昇温する低熱容量のヒータである。

22はヒータ21を固定支持する横長の支持部材である。この支持部材22は横断面略半円弧状樋型を呈する耐熱性樹脂等の断熱性部材である。ヒータ21は支持部材22の下部において長手方向に形成された溝部22ａに下面を露出させるように耐熱性接着剤等により固定されている。

ヒータ21の支持部材側の面には、加熱体温度検出手段としてヒータ温度を検知するサーミスタ等の温度検出手段である温度検知素子33が配置されている。23は熱を伝達する加熱部材としてのエンドレスベルトである耐熱性の定着フィルムであり、ヒータ21を含む支持部材22にルーズに外嵌され、ヒータ21の表面を摺動回転する。温度検知素子33はヒータ温度を検知することで定着フィルム23の温度を検出する。

定着フィルム23は金属層を有し、この金属層の外周面に弾性層が形成され、弾性層の外周面に５〜50μm程度のＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等をコーティングした複合層フィルムであり、熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させている。尚、金属層は厚さが100μm以下、好ましくは20〜50μm程度のＳＵＳやＮｉからなり、弾性層はシリコンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴムあるいはシリコンゴムの発泡体からなる。

定着フィルム23の周長の少なくとも一部は常にテンションフリー、即ちテンションが加わらない状態とし、定着フィルム23は後述する加圧ロールの回転駆動力で従動回転する。

24は支持部材22の内側に配設したステーであり、支持部材22を支持している。25は加圧部材としての耐熱性弾性の加圧ロール（回転体）であり、ＳＵＳやＮｉ製の金属軸25ｂとシリコンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴムあるいはシリコンゴムの発泡体からなる弾性層25ａとからなり、金属軸25ｂの両端部は回転自在に支持されている。

加圧ロール25上にはヒータ21、支持部材22、定着フィルム23、ステー24のアセンブリがヒータ21を下向きにして平行に配置され、ステー24が付勢部材26により下方に押圧されている。これにより、ヒータ21の下面が定着フィルム23を介して加圧ロール25の弾性層25ａの弾性に抗して圧接され、加熱部となる加熱ニップである定着ニップ部Ｎが形成されている。

27は円筒状の支持部材22の両端部に嵌着して配設したフランジ部材であり、定着フィルム23の両端部を受けて、定着フィルム23の支持部材22の長手に沿う寄り移動を規制する。

また、シートＰの定着フィルム23からの紙分離性を向上させるために、支持部材22には突出部28が設けられている。この突出部28はヒータ21と定着フィルム23との摺動部よりもシートＰの移動方向の下流側に位置し、加圧ロール25側に突出している。

この突出部28の突出量はヒータ21の定着フィルム23との摺動面を基準に0.1mm以上1.0mm以下であれば良い。この突出量が0.1mm未満であると、紙分離性が不十分となり、画像加熱装置１における巻き付きジャムが発生してしまうからである。

また、突出量が1.0mmより大きいと、定着されたシートＰのカール量が非常に大きくなってしまう。さらに、定着フィルム23として金属材を用いている場合、突出量が大きいほど定着フィルム23への屈曲応力が増大するため、金属材の疲労破壊が発生しやすくなる。よって、好ましくは、突出量は0.5mm以下とするのが良い。本実施形態では突出量を0.3mmとしている。

29は非接触式の分離部材である分離ガイドである。この分離ガイド29は、排出されたシートＰが定着ベルトに巻き付かないように、かつ定着フィルム23に接触してこれを傷つけないように、定着フィルム23との間で所定のギャップＧを有するようにシートＰの搬送下流側に配置されている。図６において、41は加圧力可変手段である加圧カムである。この加圧カム41は偏心したシャフト42によって回転可能に支持されている。定着ニップ部Ｎの加圧力は加圧カム41を回転駆動することにより可変されるようになっている。

次に、かかる画像加熱装置１の立ち上げ動作について、図７に示すフローチャートを用いて説明する。

先ず、画像加熱装置１に電源が投入されると、立ち上げ動作が開始される（ステップＳ１）。立ち上げ動作開始時に温度検知素子33によりヒータ温度Ｔ（定着フィルム23の温度）を検知する（ステップＳ２）。そして、ヒータ温度Ｔと所定温度Ｔ１とを比較する（ステップＳ３）。ヒータ温度Ｔが所定温度Ｔ１より低い場合は、ヒータ21を通電し昇温させながら、加圧カム41を用いて加圧ロール25を加圧力Ｐ１で加圧する（ステップＳ４）。さらに加圧ロール25を所定の回転速度で駆動する。

この場合の加圧カム41の位相と加圧力は、例えば図８に示す関係であり、加圧力Ｐ１のとき、加圧カム41の位相はθ１で保持され、加圧力Ｐ１は通常の通紙時の加圧力よりも低い。そして、定着フィルム23に与えられる搬送方向βの力は、垂直応力となる加圧方向αの力と定着フィルム23と加圧ロール25の弾性層25ａ間の静止摩擦係数を掛けたものとなる。

そのため、通常の加圧力で立ち上げた場合と比較すると、定着フィルム23に与えられる搬送方向βの力は小さく抑えられる。したがって、Ｃ部で定着フィルム23が定着ニップ部Ｎから解放されたときに、定着フィルム23が搬送方向下流側に大きく膨らむ現象を小さく抑えることができる（図14参照）。

かかる立ち上げ動作は、図９、10のようにまとめられる。即ち、定着フィルム23が回転を開始してから所定時間経過し、ヒータ温度ＴがＴ＞Ｔ１になった場合（図９参照）、もしくは立ち上げ動作開始時にすでにＴ＞Ｔ１であれば（図10参照）、加圧カム41を作動させ、加圧ロール25を通常の加圧力ＰＧで加圧する（ステップＳ５）。なおこの場合、ＰＧ＞Ｐ１の関係がある。しかる後、ヒータ温度Ｔが目標温度ＴＧになり（ステップＳ６）、立ち上げ動作を終了する（ステップＳ７）。

即ち、定着フィルム23が回転を開始してから所定時間経過し、定着フィルム23の検出温度が所定温度に上昇した際に、定着フィルム23と加圧ロール25間の圧力を高圧に切替えて定着フィルム23を回転させる。このような動作は、画像加熱装置1に設けられたウォームアップ処理手段により行われる。

この状態において、定着ニップ部Ｎの定着フィルム23と加圧ロール25との間に未定着のトナー像ｔを担持したシートＰが導入される。そして、定着ニップ部ＮにおいてシートＰのトナー像担持側面が定着フィルム23の外面に密着して加熱及び加圧される。

その後、シートＰ上の未定着のトナー像ｔがシートＰ上に溶融定着される。定着ニップ部Ｎを通過したシートＰは分離ガイド29により定着フィルム23から曲率分離され、排出搬送される。

本実施の形態では、Ｔ１=120[℃]、ＴＧ=230[℃]、Ｐ１=160[Ｎ]、ＰＧ=320[Ｎ]とした場合に、加圧力Ｐ１で立ち上げたときの定着フィルム23の軌跡は図11のようになる。これから明らかなように、図12に示すような、立ち上げ初期から加圧力ＰＧで立ち上げたときの定着フィルム23の軌跡と比して、定着フィルム23のばたつきが抑えられることが分かる。つまり、分離ガイド29と定着フィルム23とのギャップＧを従来に比べて狭めることが可能となる。

また、温調時のギャップＧと巻きつきジャム発生の有無との関係を確認した。その結果を図13に示す。なお、このとき確認した条件は以下のとおりである。

環境：室温30℃、湿度80%
紙種：キヤノン製 ＥＮ100（64 ｇｓｍ）
紙サイズ：Ａ４
画像：載り量1.10[ｍｇ/ｍｍ^２]
即ち、加圧力制御を行う本実施の形態によれば、ばたつきが抑えられ、分離ガイド29を定着フィルム23に対して近接して設置することが可能となる。したがって、トナー載り量が比較的多いフルカラー画像定着時や比較的コシの弱い薄紙や吸湿紙でも定着時の定着フィルム23への巻き付きジャムを防止することができるようになることが分かる。

また、定着フィルム23と分離ガイド29との接触が回避され、定着フィルム23の損傷や画像不良を防止することができるとともに、シートＰの分離性能が向上されシートＰの搬送性を向上させることができる。

以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は、前記実施の形態記載に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載されている発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の変更ができるものである。

例えば、本実施の形態では、立ち上げ時の加圧力を立ち上げ時にしか用いない加圧力Ｐ１としたが、薄紙モードなどの加圧力軽減モードを具備している場合には、これに最適な加圧力を用いて立ち上げを行っても良い。

本発明の一実施の形態に係る画像加熱装置の断面図である。 図１の画像加熱装置の定着フィルム摺動部近傍の断面図である。 図１の画像加熱装置の正面図である。 図１の画像加熱装置の一端部の断面図である。 図１の画像加熱装置の他端部の断面図である。 図１の画像加熱装置の加圧カムの説明図である。 図１の画像加熱装置の立ち上げ動作を説明するフローチャートである。 図１の画像加熱装置の加圧カムの位相と加圧力との関係を示す特性図である。 図１の画像加熱装置において、ヒータ温度Ｔ＞Ｔ１のときの立ち上げ動作の説明図である。 図１の画像加熱装置において、ヒータ温度Ｔ＜Ｔ１のときの立ち上げ動作の説明図である。 図１の画像加熱装置の立ち上げ動作を加圧力Ｐ１で行ったときの分離ガイドの先端と定着フィルムとのギャップを時系列で記録した図である。 図１の画像加熱装置の立ち上げ動作を加圧力ＰＧで行ったときの分離ガイドの先端と定着フィルムとのギャップを時系列で記録した図である。 ギャップと巻きつきジャム発生の有無との関係を示す図である。 テンションレスタイプの画像加熱装置の定着フィルムに作用する力を説明する図である。 分離ガイド近傍での定着フィルムの軌跡を示す図である。

符号の説明

１ 画像加熱装置
21 ヒータ
22 支持部材
23 定着フィルム
24 ステー
25 加圧ロール
25ａ 弾性層
25ｂ 金属軸
26 付勢部材
27 フランジ部材
28 突出部
29 分離ガイド
33 温度検知素子
41 加圧カム
42 シャフト
Ｇ ギャップ
Ｎ 定着ニップ部
Ｐ シート
ｔ トナー像

Claims (6)

1. シート上のトナー像を加熱するエンドレスベルトと、前記ベルトとの間で加熱ニップを形成するとともに前記ベルトを従動回転させる回転体と、前記ベルトを加熱する加熱手段と、を有する画像加熱装置において、
   前記ベルトと前記回転体との間の圧力を変更する変更手段と、前記ベルトと前記回転体との間の圧力を低い圧力にした状態で前記回転体により前記ベルトを回転を開始させるとともに前記ベルトが回転を開始してから所定の時間を経過した際に前記ベルトと前記回転体との間の圧力を高い圧力に切替えて前記ベルトを回転させるウォームアップ処理手段と、を有することを特徴とする画像加熱装置。
2. 前記ベルトが回転を開始してから所定時間経過するまでの前記ベルトと前記回転体との間の圧力は画像加熱処理時よりも小さいことを特徴とする請求項１の画像加熱装置。
3. 前記ベルトからシートを分離させる非接触式の分離部材を有することを特徴とする請求項１又は２の画像加熱装置。
4. シート上のトナー像を加熱するエンドレスベルトと、前記ベルトとの間で加熱ニップを形成するとともに前記ベルトを従動回転させる回転体と、前記ベルトを加熱する加熱手段と、を有する画像加熱装置において、
   前記ベルトの温度を検出する温度検出手段と、前記ベルトと前記回転体との間の圧力を切替える切替え手段と、前記ベルトと前記回転体との間の圧力を低い圧力にした状態で前記回転体により前記ベルトを回転を開始させるとともに前記ベルトの検出温度が所定温度に上昇した際に前記ベルトと前記回転体との間の圧力を高い圧力に切替えて前記ベルトを回転させるウォームアップ処理手段と、を有することを特徴とする画像加熱装置。
5. 前記ベルトが回転を開始してから前記ベルトの検出温度が所定温度に上昇するまでの前記ベルトと前記回転体との間の圧力は画像加熱処理時よりも小さいことを特徴とする請求項４の画像加熱装置。
6. 前記ベルトからシートを分離させる非接触式の分離部材を有することを特徴とする請求項４又は５の画像加熱装置。

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