JP2010032697A

JP2010032697A - 画像定着装置

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Publication number: JP2010032697A
Application number: JP2008193534A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Ujifusa; 孝行氏房
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2008-07-28
Filing date: 2008-07-28
Publication date: 2010-02-12

Abstract

【課題】エンドレスフィルムを用いた定着器の高速化に伴う耐久性向上。
【解決手段】摺動部（摺動板 or ヒーター表面）のみではなく、摺動部保持部材でフィルムと接触摺動する箇所の耐熱性向上をはかり耐久性を向上させる。
【選択図】図１

Description

本発明は電子写真方式を用いた画像形成装置において、定着プロセスに用いる加熱装置および画像定着装置に関するものである。

従来の電子写真方式を用いた画像形成装置における加熱装置および画像定着装置は定着部材と加圧部材から構成され、定着部材の一例としては加熱可能で無端形状のフィルム（以下エンドレスフィルムと記載）を用いるものがある。

このようなエンドレスフィルムを用いる定着部材の一例として、エンドレスフィルムを加熱する加熱部材と加熱部材を保持する保持部材がエンドレスフィルム内に内包されているものがある。この場合、加圧部材によりエンドレスフィルムおよび前記記載の内包部材が加圧された結果、加圧部材とエンドレスフィルムが密着することで定着ニップが形成される。

このような構成の定着装置では、定着時にエンドレスフィルムが回転するため、エンドレスフィルムと加熱部材は常に摺擦してしまう状態となる。

そこで単にそのままエンドレスフィルムを摺擦する状態で駆動してしまうと、加熱部材表面が荒れてくるため、荒れた表面によりエンドレスフィルム内面を削ってしまう結果、耐久寿命が短くなるため、特許文献１では加熱部材上に固体潤滑層が被覆されている。
（例えば、特許文献１）
また別のエンドレスフィルムを用いた定着装置において、エンドレスフィルム内面に伝熱性摺動部材のコ−ティングを施し、エンドフィルムの摺擦に対する耐久性を向上させた実施例がある。
（例えば、特許文献２）
特開平07-219365号公報特開平11-102133号公報

ところで近年では電子写真方式を用いたプリンターなどは省スペース化をメリットとした機種も多く市販されてきている。従って、加熱装置そのものも小型化が要求されており、そのためエンドレスフィルムを用いた場合、その内周の長さはますます小さくなる傾向がある。

従って、エンドレスフィルムの内周を小さくした場合、エンドレスフィルム内周に加熱部材と加熱部材を保持する保持部材を内包する定着装置では、エンドレスフィルムの内周は通常摺動を想定している加熱部材のみならずその加熱部材を保持する保持部材も摺擦してしまう。

つまり、上記特許文献１の従来例のように加熱部材のみ耐久性を向上させた場合には、耐久性の向上されていない保持部材がエンドレスフィルムによる摺擦を受けることで表面が荒れてしまい、その荒れた表面でエンドレスフィルムの内面が削り取られ劣化する。

また、上記特許文献２の従来例において、エンドレスフィルムの耐久性向上のためエンドレスフィルムのコーティング厚さを厚くする場合はエンドレスフィルムの内周面全域のコーティングを厚くするため熱伝導効率の低下を余儀なくされた。

そこで本発明では、加熱装置が小型化しエンドレスフィルムと保持部材が摺擦する場合においても、エンドレスフィルムの耐久劣化を防止する加熱装置ならびに画像定着装置を提案することである。

上記課題を解決するため、本発明は下記構成を特徴とする加熱装置および画像定着装置である。

（１）．電子写真方式を用いた画像形成装置の画像定着装置において、定着部材と加圧部材が各々互いに圧接されているニップ間を通過させることにより、上記未定着トナー画像を定着させる加圧定着装置において、上記定着部材は、表層に離型層が形成され、加熱手段により加熱されることが可能なエンドレスフィルムと、そのエンドレスフィルム内周面に配置された加熱手段と、その加熱手段を保持する耐熱性の保持部材からなり、保持部材は耐熱性のある高耐熱性樹脂と、これらの樹脂とアルミナなどのセラミックス、ガラス繊維との複合材料等を用いてあり、上記保持部材表面にはRa= 0.5 〜 10.0 μmの範囲の表面粗さ処理が施され、その後に耐熱性の樹脂層によるコーティング処理が施されていることを特徴とする。

（２）．（１）と同様の電子写真方式を用いた画像形成装置の画像定着装置において、上記保持部材表面にはRy = 10.0 μm以下の範囲の表面粗さ処理が施されていることを特徴とする。

（３）．（１）ないし（２）と同様の電子写真方式を用いた画像形成装置の画像定着装置において、耐熱性の樹脂層の厚さが10.0 μm以上であることを特徴とする。

（４）．（１）ないし（３）と同様の電子写真方式を用いた画像形成装置の画像定着装置において、加熱手段は線状発熱体であることを特徴とする加熱装置及び画像定着装置。

（５）．（１）ないし（３）と同様の電子写真方式を用いた画像形成装置の画像定着装置において、エンドレスフィルムは電磁誘導方式により加熱可能なフィルムであり、加熱部材は電磁誘導加熱できることを特徴とする。

（６）．（１）ないし（５）と同様の電子写真方式を用いた画像形成装置の画像定着装置において、耐熱性の樹脂層にはPTFE、PFA、FEPのいずれかが含まれることを特徴とする。

本発明によれば、定着部材の保持部材に対し少なくともエンドレスフィルムとの摺動する箇所に表面粗さ処理を実施し、その後、耐熱性の樹脂層をコーティングさせている。従って、従来構成の定着部材に対し、小型化によってエンドレスフィルム内周面が小さくなり、エンドレスフィルムが加熱部材のみならず保持部材に摺擦する場合であってもエンドレスフィルムの内面のコーティング厚を厚くして熱伝導率の低下を招くことなく耐久性を確保できる。また保持部材とエンドレスフィルムが摺動する箇所のみコーティングすることでコーティング材の使用量を節約することが可能となる。

次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。

図２は本発明を実施した定着装置を用いた画像形成装置の実施例である。以下、本実施例での画像形成プロセスに関し電子写真方式を用いたレーザービームプリンターで説明を行う。

１は像担持体として電子写真で用いる感光体ドラムであり、図中の矢印の時計方向に所定の周速度（プロセススピード）をもって回転駆動される。

２は接触帯電ローラー等の帯電手段であり、この帯電手段により感光体ドラム１の円周面が所定の極性・電位に一様に帯電処理（一次帯電）される。

３は画像露光手段としてのレーザービームスキャナであり、不図示のイメージスキャナ・コンピュータ等の外部機器から入力する目的の画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応してオン／オフ変調したレーザー光Lを出力して、感光体ドラム１の帯電面を走査露光（照射）する。この走査露光により感光体ドラム１の露光部の電荷が除電されて感光体ドラム１の表面に目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。

４は現像装置であり、現像スリーブ４aから感光体ドラム１の表面に現像剤（トナー）が供給されて感光体ドラム１の表面に形成された静電潜像が可転写像であるトナー像として順次に現像される。レーザービームプリンタの場合、一般的に、静電潜像の露光明部にトナーを付着させて現像する反転現像方式が用いられる。５は給紙カセットであり、記録材Pを積載収納させてある。給紙スタート信号に基づいて給紙ローラー６が駆動されて給紙カセット５内の記録材Pが一枚ずつ分離給紙され、レジストローラー７a、記録材搬送ローラー７b、記録材搬送経路８aを通って、感光体ドラム１と接触型・回転型の転写部材としての転写ローラー９との当接ニップ部である転写部位Tに所定のタイミングで導入される。すなわち、感光体ドラム１上のトナー像の先端部が転写部位Tに到達したとき、記録材Pの先端部もちょうど転写部位Tに到達するタイミングとなるようにレジストローラー７aで記録材Pの搬送が制御される。

転写部位Tに導入された記録材Pはこの転写部位Tを挟持搬送され、その間、転写ローラー９には不図示の転写バイアス印加電源から所定に制御された転写電圧（転写バイアス）が印加される。

転写バイアスはトナーと逆極性に印加され、転写部位Tにおいて感光体ドラム１側のトナー像が記録材Pの表面に静電的に転写される。その後トナー像の転写を受けた記録材Pは感光体ドラム１から分離されて記録材搬送経路８b 、記録材搬送ローラー７ｃを通って加熱装置１１へ搬送導入され、トナー像が加熱・加圧定着処理される。

一方、記録材分離後（記録材Pに対するトナー像転写後）の感光体ドラム１はクリーニング装置１０で転写残トナーや紙粉等の除去を受けて清浄面化され、繰り返し作像に供される。

加熱装置１１を通った記録材Pは、記録材搬送経路８c側に進路案内されて排紙口１３から排紙スペース１４上に排出される。

次に、本実施例における加熱装置１１について図１を用いて説明する。本実施例で用いられるエンドレスフィルムを用いた定着装置の内、加熱手段として線状発熱体の１つであるセラミックヒータを用いた場合を例にとり説明する。

このテンションレスタイプのエンドレスフィルム加熱装置は、耐熱性フィルムとしてエンドレスフィルム状もしくは円筒状のものを用い、該フィルムの周長の少なくとも一部は常にテンションフリー（テンションが加わらない状態）とし、フィルムは加圧ローラー２４の回転駆動力で回転駆動するようにした装置である。次に各構成部品について詳細な説明を行う。

ステー２１は加熱部材２３を保持し、エンドレスフィルムをガイドする保持部材としてのステーであり、その材質はポリイミド、ポリアミドイミド、液晶ポリマー等の高耐熱性樹脂に対し更なる耐熱性を確保するために高耐熱性樹脂とアルミナ、ガラス繊維との複合材料で構成される。尚、本実施例では液晶ポリマーとガラス繊維との複合材料を用いた。

図３は本実施例における加熱装置１でのステー表面拡大図である。

次にステー２１の加工手順についてエンドレスフィルムとの摺擦箇所を拡大した図を図4(a)〜図4 (c)に示す。まず、ステーは加熱部材２３を取り付ける前に射出成型される（図４(a)）。次にステー表面にブラスト処理を施す（図４(b)）。その際、ブラスト処理による表面粗さの最適形状を把握するため、図１３および図１４に示すように変えたところJIS-B0601に従って測定される中心線平均粗さRa は0.5[μm]以上10.0[μm]以下とし最大高さRyを 10.0[μm]以下とすることが最適であると判明した。その理由として平均粗さRaについては図１３に示す通り0.5 [μm]未満ではコーティングを行っても、アンカー効果がなくコーティング材が直ぐに剥がれてしまい、平均粗さ10 [μm]以上ではステーの表面の凹凸にならってコート後にコートの厚い箇所と薄い箇所が存在するコートむらが発生し、コートの薄い箇所でコートがすぐに剥がれてしまうためである。一方、最大高さRy については図１４に示す通り 15 [μm] の局所的凸部ではコート時に、コーティング材が周辺部に流れ込み、該凸部の局所的なコート薄が発生したため最大高さを10[μm]以下とした。そこで本実施例ではRa 1.0[μm] 、Ry 10.0[μm]となるようブラスト処理を行った。

尚、本実施例では成型後のステーをサンドブラスト処理にて表面を荒らす手法を用いたが、予め型を荒らしておき、成型時にステーが同様の表面性を持つように処理しても構わない。

次に前記の表面粗さ形状にブラスト処理を施したステー上でエンドレスフィルムと摺擦する箇所にコーティングを行った（図４(c)）。尚、コーティング材25としては摺動性が良く耐熱性のあるPTFE、PFA、FEPなどのフッ素樹脂を有機バインダーに含んだものを用いることが好ましい。そしてコーティング後はコーティング材をステーと密着させるため180[℃]〜220[℃]の炉に入れ30[min]の焼成処理を施した後、表面粗さRaを測定したところ0.2 〜0.7[μm]の範囲であった。また、コーティング塗膜厚について検討した結果、膜厚10.0[μm]未満では部分的にコーティングされない箇所が発生したため、塗膜厚については10.0[μm]以上確保することとした。また通紙耐久試験後の状態を観察したところ、本実施例未対策の場合、まずエンドレスフィルムとステー表面の摺擦によりステー表面があれてしまう。そしてステー表面によりエンドレスフィルムの耐熱層が削られて薄くなった結果、図７に示す通りステーの荒れにならってフィルム表面に皺が発生し、最終的には画像の定着むらが生じてしまう状態であった。

一方、本実施例の対策を織り込んだ場合には図8に示す通りステー表面は若干あれているものの、荒れた面積が小さいため、フィルムが大きく削られることなく、フィルム表面に皺も発生しないため定着むらは発生しなかった。

また２２はエンドレス（円筒状）の耐熱性フィルムであり、加熱部材２３を含むフィルムガイド部材であるステー２１に外嵌させてある。このエンドレスの耐熱性フィルム２２の内周長と加熱部材２３を含むステー２１の外周長はフィルム２２の方を3mm程度大きくしてあり、フィルム２２は周長に余裕を持って外嵌している。その材質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、フィルム膜厚は100μm以下、好ましくは50μm以下20μm以上の耐熱性のあるPTFE、PFA、FEP等の単層フィルム、或いはポリイミド、ポリアミドイミド、PEEK、PES、PPS等のフィルムの外周表面にPTFE、PFA、FEP等をコーティングした複合層フィルムを使用できる。本実施例での層構成は図６に示すように耐熱層S1として、膜厚約50μmのポリイミドフィルムを用いてその外周表面に離型層S3としてPTFEをコーティングしたものを用い、耐熱層S1と離型層S3を接着させるプライマー層としての中間層S2を設け、フィルム２２の外径は18mmとした。

次に加熱部材２３として本実施例ではセラミックヒータを用いており、上記のステー２１下面の長手方向に沿って配設して保持させてある。また加熱部材２３はステー２１に前述のブラスト加工およびコーティング加工が施された後にステー２１に取りけられる。セラミックヒータは絶縁性を持つアルミナや窒化アルミナの基板上に銀・パラジウム・ガラス粉末（無機結着剤）・有機結着剤を混練して調合したペーストをスクリーン印刷する。印刷のサイズとしては厚み10μm程度、幅1〜5mm程度としヒーター長手方向に線帯状に印刷を行う。尚、加熱部材２３の裏面には不図示の温度検知用素子（例えば本実施例ではサーミスターを用いた）を具備し、前記温度検知用素子の検知結果を元に定着装置１１の温度制御を行っている。

加圧ローラー２４は加熱部材２３との間にフィルム２２を挟んでニップ部Nを形成し、かつフィルム２２を回転駆動させるフィルム外面接触駆動手段である。この加圧ローラー２４は芯金と弾性体層と最外層の離形層からなり、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２２を挟ませて加熱部材２３の表面に圧接させて配設してある。本実施例では、芯金はアルミニウムを、弾性体層はシリコーンゴムを、離形層は厚さ約30μmのPFAのチューブを用いた。加圧ローラー２４の外径は20mm、弾性体層の厚さは3mmとした。

この加圧ローラー２４は不図示の駆動系により矢印の方向に所定の周速度で回転駆動される。この加圧ローラー２４の回転駆動により、ニップ部Nにおける該加圧ローラーとフィルム外面との摩擦力でフィルム２２に回転力が作用して、フィルム２２はその内面側がニップ部Nでは加熱部材２３の表面に密着して摺動しながらステー２１の外回りを矢印の方向に加圧ローラー２４の回転周速度とほぼ同じ周速度で従動回転状態になる。

次に本実施例におけるステー上のコーティング箇所２５について、ステー２１とエンドレスフィルム２２の位置関係を示した図５を元に説明を行う。

図５に示す通り、定着装置停止時、エンドレスフィルムは２２(a)に示す状態でステーの周辺部に一部がテンションフリーの状態で外嵌している。一方、定着装置の回転駆動時はエンドレスフィルムに対し時計回りに力が加わり定着ニップ上流近傍のフィルムがニップ部に引き込まれるため、エンドレスフィルムは２２(b)の状態となり、ステー上のコーティング箇所25と摺擦しながら回転を行う。従って本実施例ではステー表面と摺擦をする箇所にコーティングを施すことで使用開始直後からステー表面がエンドレスフィルムと直接摺擦して荒れることはなかった。

次に第２の実施例について以下に述べる。第２の実施例においては加熱装置を除く装置構成は第１の実施例と同じ構成を持っている。

本実施例で用いた加熱装置は電磁誘導加熱方式を用いており、詳細構成について次に述べる。

図９に示すように、ステー３０は楕円型の部材であり、ステーの内側には電磁誘導加熱方式に用いられる磁場発生手段としての磁性コア３１ａ・３１ｂ・３１ｃ及び励磁コイル３２を内側に保持している。尚、磁性コア３１ａ・３１ｂ・３１ｃは高透磁率の部材であり、フェライトやパーマロイ等といったトランスのコアに用いられる材料がよく、より好ましくは１００ｋＨｚ以上でも損失の少ないフェライトを用いるのがよい。励磁コイル３２は不図示の励磁回路を接続しており、励磁回路は２０ｋＨｚから５００ｋＨｚの高周波をスイッチング電源で発生できるようになっている。

励磁コイル３２は励磁回路から供給される交番電流（高周波電流）によって交番磁束を発生する。

一方、ステー３０の外側は摺動部材３５がニップ部Ｎの加圧ローラー２４との対向面側で、エンドレスフィルム１０の内側に配設してある。該エンドレスフィルム２２の層構成は図１０に示す通り、基層となる電磁誘導により発熱可能な金属フィルムでできた発熱層S4と、その内面に積層したポリイミドで構成される耐熱層S1とその外面に積層したSiゴムで構成される弾性層S5と、さらにその外面に積層したPTFEで構成される離型層S3の複合構造をとっている。また弾性層S5と離型層S3との間の接着のために、層間に中間層S2が設けられている。尚、エンドレスフィルム２２における内面側とは耐熱層S1が摺動部材３５と接触する面であり、外面側とは離型層S3が加圧ローラ若しくは記録材（被加熱材）と接触する面である。

この発熱層S4に上述した交番磁束が作用することにより、発熱層S4に渦電流が発生して発熱する。この熱が弾性層S5、離型層S3に伝達されて、エンドレスフィルム２２全体が加熱され、定着ニップ部Ｎに通紙される被記録材Ｐを加熱してトナー画像の加熱定着がなされる。

また、実施例１と同様に本実施例においてもエンドレスフィルムの耐久を向上させるため、ステー部材３０は、図９に示す通り先程のヒーターを用いた加熱装置と同様に加熱装置駆動時にエンドレスフィルムと摺擦する箇所に実施例１と同様のブラスト処理を行った後、コーティング２５を施した。また、本実施例においても通紙耐久終了後の状態を観察した。

その結果、本実施例未対策の場合、まず耐熱層S1が削れ、金属で構成される硬い発熱層S4が露出した後、発熱層S4によりステーが大きく削られ、その表面が荒れる結果となった。その後ステー表面の荒れにより図１１に示す通り発熱層S4自身にもクラックが発生し、最後は層全体に広がるクラックが発生してしまい、クラック箇所に定着むらが発生した。

一方、本実施例においても対策を織り込んだ場合には図１２に示す通り、耐熱層S1は削られていたものの、クラックが発生した場合と比べて削れ代が少なくまだ耐熱層自身が残っていたため、発熱層S4にクラックが発生することはなく、定着むらも観測されなかった。

本実施例における加熱装置１本実施例における画像形成装置本実施例における加熱装置１でのステー表面拡大図本実施例における加熱装置１のステー作成図本実施例でのエンドレスフィルムの軌跡変化本実施例１におけるエンドレスフィルムの層構成本実施例１での未対策ステーを用いたエンドレスフィルム耐久前後比較本実施例１での対策ステーを用いたエンドレスフィルム耐久前後比較本実施例での加熱装置２本実施例２でのエンドレスフィルムの断面図本実施例２での未対策ステーを用いたエンドレスフィルム耐久前後比較本実施例２での対策ステーを用いたエンドレスフィルム耐久前後比較本実施例１の検討時での中心線平均粗さとコート剥離及びむらの関係本実施例１の検討時での最大高さとコートむらの関係

符号の説明

１像担持体（感光体ドラム）
２帯電ローラー
３画像露光手段
４現像装置
５給紙カセット
６給紙ローラー
７記録材搬送ローラー
８記録材搬送経路
９転写ローラー
１０クリーニング装置
１１加熱装置
１３排紙口
１４排紙スペース
２１ステー
２２エンドレスフィルム
２３加熱部材（セラミックヒータ）
２４加圧ローラー
２５コーティング材
３０ステー
３１磁性コア
３２励磁コイル
３３断熱部材
３４加圧ステー
３５摺動部材

Claims

未定着トナー画像が形成された記録材を、定着部材と加圧部材により互いに圧接してなるニップ間を通過させることにより、上記未定着トナー画像を定着させる画像定着装置において、上記定着部材は、表層に離型層が形成され、加熱手段により加熱されるエンドレスフィルムと、そのエンドレスフィルム内周面に配置された加熱手段と、その加熱手段を保持する保持部材としての高耐熱性樹脂からなり、上記保持部材表面は算術平均粗さRa= 0.5 〜 10.0 μmの範囲の表面性を持ち、前記保持部材の表面において、前記保持部材と前記エンドレスフィルムの摺動箇所に耐熱性の樹脂層が存在することを特徴とする画像定着装置。
請求項１記載の保持部材表面の表面粗さの最大高さRyは10.0 μm 以下であることを特徴とする画像定着装置。
請求項１、又は請求項２に記載の保持部材の表面に存在する耐熱性の樹脂層の厚みは10.0 μm 以上であることを特徴とする画像定着装置。
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の加熱手段は線状発熱体であることを特徴とする画像定着装置。
請求項１〜請求項３のいずれかに記載のエンドレスフィルムは電磁誘導方式により加熱可能なフィルムであり、加熱手段は該エンドレスフィルムの電磁誘導加熱に必要な電磁力を発生することを特徴とする画像定着装置。
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の保持部材における耐熱性の樹脂層は少なくともPTFE、PFA、FEPのいずれかを含むことを特徴とする画像定着装置。