JP2014041246A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】絞り加工による有底円筒素管を経て形成された金属基層を有する定着フィルムのフランジとの摺擦による長手方向端部の摩耗、座屈、クラック等の発生を低減できる定着装置の提供。
【解決手段】記録材の片側端面を所定の搬送基準に沿わせて記録材の搬送を行う片側搬送基準の画像形成装置に使用される定着装置であって、絞り加工による有底円筒素管を経て形成された金属素管を基層に用いる筒状の定着フィルム１１でありヒータと接触しつつ移動する定着フィルム１１を有し、定着フィルムは、基層について有底円筒素管の絞り加工のときの有底側が片側搬送基準と反対側となる向きに配置されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真複写機や電子写真プリンタ等の画像形成装置に使用される定着装置（定着器）に関する。特に、記録材の片側端面を所定の搬送基準に沿わせて記録材の搬送を行う片側搬送基準の画像形成装置に使用される定着装置に関する。

従来の電子写真複写機や電子写真プリンタに使用される定着装置（定着器）として、フィルム加熱方式の定着装置が知られている。特許文献１にはこのタイプの定着装置が記載されている。このタイプの定着装置は、細長いセラミック基板上に通電発熱抵抗体を有するヒータと、ヒータを保持するホルダと、ホルダとヒータに接触しつつ回転移動する定着フィルムと、定着フィルムを介してヒータとニップ部を形成する加圧ローラと、を有している。未定着トナー画像を担持する記録材は定着装置のニップ部で挟持搬送されつつ加熱され、これにより記録材上の画像は記録材に定着される。

このタイプの定着装置は、ヒータへの通電を開始し定着可能温度まで昇温するのに要する時間が短いというメリットを有する。従って、この定着装置を搭載するプリンタは、プリント指令の入力後、１枚目の画像を出力するまでの時間（ＦＰＯＴ：Ｆｉｒｓｔ Ｐｒｉｎｔ Ｏｕｔ Ｔｉｍｅ）を短くできる。また、このタイプの定着装置は、プリント指令を待つ待機中の消費電力が少ないというメリットもある。

一般に、モノクロ画像形成装置に使用されるフィルム加熱方式の定着装置においては、定着フィルムの基層の材料に、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等の耐熱樹脂を用いる。一方、カラー画像形成装置や高速モノクロ画像形成装置に使用されるフィルム加熱方式の定着装置、特に、基層の上に弾性層を設けてなる定着フィルムを有する定着装置では、定着フィルムの基層の材料に、より熱伝導率の高い金属を用いることが多い。

このような定着フィルムの基層に使用される可撓性エンドレス金属スリーブ（金属基層）として、電鋳法では無く、塑性加工にて得られる金属薄肉環状体が特許文献２に示されている。

特許文献２に示される可撓性エンドレス金属スリーブの加工方法では、まず金属薄板を深絞りプレス加工し、有底円筒素管を作製する。必要に応じて有底円筒素管に焼鈍処理を行う。次にこの有底円筒素管の側壁にスピニング加工などの塑性加工を施し、前記側壁の肉厚を薄くし、長尺化を行い、所定の長さになるように加工した後、両端をカットし、金属素管として可撓性エンドレス金属スリーブを得ている。

また、片側通紙基準の画像形成装置（いわゆる幅の異なる紙サイズの通紙に対し、一方の紙端を片側の通紙基線に合わせて通紙する画像形成装置）に使用される定着装置の一例として、特許文献３に示す定着装置が知られている。片側通紙基準の画像形成装置は、給送ローラを通紙基準側に設けるだけで良いなど、中央通紙基準の画像形成装置に比べて低コスト化を図ることが可能である。

特開２００９−５８８９０号公報 特許第３４０６２９３号公報 特許第２７７６１０１号公報

金属基層を使用した定着フィルムを有するフィルム加熱方式の定着装置を片側通紙基準の画像形成装置で使用した場合、定着フィルムの長手方向において通紙基準とは反対側の記録材が通過しない領域（非通紙部）が過昇温（非通紙部昇温）することがある。定着フィルムに非通紙部昇温が発生すると、加圧ローラは加圧ローラの長手方向に温度ムラ（通紙基準側に比べ、定着フィルムの非通紙部昇温している領域と対応する領域の温度が高くなる（長手温度分布ムラ））が発生してしまう。この加圧ローラ長手温度分布ムラにより加圧ローラの上記領域が熱膨張して、加圧ローラ外径長手ムラ（通紙基準側に比べ、定着フィルムの非通紙部昇温している領域と対応する領域の外径が大きくなる）が発生する。

この加圧ローラ外径長手ムラが発生すると、定着フィルムと加圧ローラの回転状態での摩擦力が通紙基準側よりも非通紙部昇温側で大きくなり、定着フィルムを非通紙部昇温側に寄せるスラスト方向寄り力が発生する。これにより定着フィルムが非通紙部昇温側へ寄り、定着フィルム端部が非通紙部昇温側の端部規制部材に押しつけられ、定着フィルム端部が摩耗したり、定着フィルム端部に座屈、クラック等が発生したりして、定着フィルムの耐久寿命が短くなることがあった。

そこで、片側通紙基準の画像形成装置において、定着フィルムの非通紙部昇温を抑えるため、特許文献３の図７に示されるように、ヒータの発熱体を記録材のサイズに応じて多分岐させることが考えられるが、ヒータの構成が複雑になってしまう。

本発明の目的は、片側通紙基準の画像形成装置に使用される定着装置であって、金属基層を有する定着フィルムのフランジとの摺擦による長手方向端部の摩耗、座屈、クラック等の発生を低減できる定着装置を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明に係る定着装置の構成は、記録材の片側端面を所定の搬送基準に沿わせて記録材の搬送を行う片側搬送基準の画像形成装置に使用される定着装置であって、ヒータと、絞り加工による有底円筒素管を経て形成された金属素管を基層に用いる筒状の定着フィルムであり前記ヒータと接触しつつ移動する定着フィルムと、前記ヒータと定着フィルムを介してニップ部を形成する加圧ローラと、前記定着フィルムが記録材の搬送方向と直交する前記定着フィルムの長手方向に移動した際に前記定着フィルムの長手方向端部と接触して前記定着フィルムの長手方向への移動を規制するフランジと、を有し、前記ニップ部で未定着トナー画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ記録材に未定着トナー画像を加熱定着する定着装置において、前記定着フィルムは、前記基層について前記有底円筒素管の絞り加工のときの有底側が前記片側搬送基準と反対側となる向きに配置されていることを特徴とする。

上記課題を解決するための本発明に係る定着装置の他の構成は、記録材の片側端面を所定の搬送基準に沿わせて記録材の搬送を行う片側搬送基準の画像形成装置に使用される定着装置であって、ヒータと、絞り加工による有底円筒素管を経て形成された金属素管を基層に用いる筒状の定着フィルムであり前記ヒータと接触しつつ移動する定着フィルムと、前記ヒータと前記定着フィルムを介してニップ部を形成する加圧ローラと、前記定着フィルムが記録材の搬送方向と直交する前記定着フィルムの長手方向に移動した際に前記定着フィルムの長手方向端部と接触して前記定着フィルムの長手方向への移動を規制するフランジと、を有し、前記ニップ部で未定着トナー画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ記録材に未定着トナー画像を加熱定着する定着装置において、前記加圧ローラの記録材が通過しない領域で発生する前記定着フィルムの前記片側搬送基準とは反対側への寄り力を打ち消す方向に、前記定着フィルムの前記片側搬送基準側への寄り力を発生させる手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、片側通紙基準の画像形成装置に使用される定着装置であって、金属基層を有する定着フィルムのフランジとの摺擦による長手方向端部の摩耗、座屈、クラック等の発生を低減できる定着装置の提供を実現できる。

（ａ）は実施例１に係る定着装置の片側搬送基準の説明図、（ｂ）は同定着装置において片側搬送基準で記録材を搬送した際の記録材が通過する領域（通紙部）と記録材が通過しない領域（非通紙部）の加圧ローラ表面温度を表わす説明図 画像形成装置の一例の概略構成を表わす横断面図 （ａ）は定着装置の概略構成を表わす横断面図、（ｂ）は定着フィルムの層構成を表わす横断面図 ヒータの抵抗発熱体側からの上面図 定着フィルムの定着フィルム寄り力による定着フィルム寄り速度と定着フィルム寄り力の関係を確認した結果を表わす図 定着フィルム寄り力と定着フィルムの長手方向端部の摩耗速度の関係を確認した結果を表わす図 実施例２に係る定着装置を説明する図であって、加圧ローラに対し、定着フィルムを所定の交差角を設けて配置した状態を表わす図 実施例２に係る定着装置の定着フィルムの交差角と、交差角起因の定着フィルム寄り速度を測定した結果を表わす図 実施例３に係る定着装置を説明する図であって、テーパ形状の外形形状を有する定着フィルムと、加圧ローラを表わす図 実施例３に係る定着装置の定着フィルムのテーパ量と定着フィルムの寄り力の関係を確認した結果を表わす図

以下、本発明を図面に基づいて詳しく説明する。

［実施例１］
（１）画像形成装置全体の説明
図２は本発明に係る定着装置を搭載する画像形成装置の一例の概略構成を表わす横断面図である。この画像形成装置は、記録材の片側端面を所定の搬送基準用ガイド（不図示（以下、搬送基準と記す）に沿わせて記録材の搬送を行う片側搬送基準の構成を適用した電子写真画像形成プロセス利用のフルカラーレーザープリンタである。

本実施例に示す画像形成装置は、イエロー色の画像を形成する画像形成部１ａと、マゼンタ色の画像を形成する画像形成部１ｂと、シアン色の画像を形成する画像形成部１ｃと、ブラック色の画像を形成する画像形成部１ｄなどを有している。これらの４つの画像形成部１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは一定の間隔をおいて一列に配置されている。

本実施例の画像形成装置は、ホストコンピュータなどの外部装置（不図示）からのプリント指令に基づき、所定のモータ（不図示）が回転駆動される。これにより各画像形成部１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに設けられた感光ドラム２と、駆動ローラ９とテンションローラ１０に巻き掛けられた中間転写ベルト８が所定の周速度（プロセススピード）で矢印方向へ回転される。

画像形成部１ａにおいて、帯電ローラ３は感光ドラム２の外周面（表面）を所定の極性・電位に一様に帯電する（帯電工程）。次に感光ドラム２表面の帯電面に対し、露光装置６から発射されたレーザビームによる走査露光が施され（露光工程）、感光ドラム２表面の帯電面に静電潜像が形成される。この静電潜像は現像装置４でイエロートナーを用いて現像され（現像工程）、感光ドラム２表面にイエロートナー画像が形成される。

画像形成部１ｂ，１ｃ，１ｄにおいても同様の帯電工程、露光工程、現像工程の画像形成プロセスが行われる。これにより、画像形成部１ｂの感光ドラム２表面にマゼンタトナー画像が、画像形成部１ｃの感光ドラム２表面にシアントナー画像が、画像形成部１ｄの感光ドラム２表面にブラックトナー画像が、それぞれ、形成される。

一方、給送カセット１４からピックアップローラ（不図示）で１枚ずつ繰り出された記録材Ｐはレジストローラ１６によって所定のタイミングで中間転写ベルト８の外周面（表面）上に送り出される。この記録材Ｐは中間転写ベルト８の回転によって各画像形成部１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの感光ドラム２表面と中間転写ベルト８表面とで形成された転写ニップ部に搬送される。そしてこの記録材Ｐに対し、感光ドラム２表面の各色のトナー画像が転写ニップ部で転写ローラ７により順次重ね転写され（転写工程）、記録材Ｐ上に４色の未定着カラートナー画像（以下、未定着トナー画像と記す）が形成される。

各画像形成部１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄにおいて感光ドラム２表面に残る転写残トナーはドラムクリーニング５により除去されて回収され、これにより感光ドラム２は次の画像形成に供される。

未定着トナー画像が形成された記録材Ｐは中間転写ベルト８表面から分離され、定着装置１３の入り口ガイド２３によって定着ニップ部（ニップ部）Ｎに導入される。そしてこの記録材Ｐが定着ニップ部Ｎを通過することにより未定着トナー画像が記録材Ｐ上に定着される。未定着トナー画像が定着された記録材Ｐは印刷物（プリント）として排出ローラ１７によって排出トレイ１８上に排出される。

以上がフルカラー画像出力時の画像形成プロセスである。モノクロ画像出力時は、上記の画像形成プロセスをブラック色の画像を形成する画像形成部１ｄにおいてのみ行う。

（２）定着装置１３
（２−１）定着装置１３の構成
以下の説明において、定着装置及びこの定着装置を構成する部材に関し、長手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と直交する方向をいう。短手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と平行な方向をいう。長手幅とは長手方向の寸法である。短手幅とは短手方向の寸法である。記録材に関し、長手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と直交する方向をいう。記録材幅とは長手方向の寸法をいう。

図３において、（ａ）は定着装置１３の概略構成を表わす横断面図、（ｂ）は定着フィルム１１の層構成を表わす横断面図である。

本実施例に示す定着装置は、図３（ａ）に示されるように、定着フィルムユニット２５と、加圧ローラ１２と、に大別される。定着フィルムユニット２５は、筒状の定着フィルム１１と、セラミックヒータ（以下、ヒータと記す）１９と、ヒータホルダ２０と、メインサーミスタ２１と、サブサーミスタ２２と、加圧ステー２６と、フランジ３０ａ，３０ｂなどを有している。ヒータ１９と、ヒータホルダ２０と、加圧ステー２６と、定着フィルム１１と、加圧ローラ１２は、何れも長手方向に長い部材である。

定着フィルムユニット２５において、ヒータホルダ２０は、耐熱性の高い液晶ポリマー樹脂を用いて横断面略Ｃ字形状に作製してある。このヒータホルダ２０は、ヒータホルダ２０の短手方向の上面中央でヒータ１９を支持すると共に、ヒータホルダ２０の短手方向両側の弧状部で定着フィルム１１の回転をガイドするようになっている。本実施例では、ヒータホルダ２０の材料に用いる液晶ポリマーとして、住友化学（株）の型番 Ｅ５２０４Ｌ Ｂを使用した。この液晶ポリマーの最大使用可能温度（荷重撓み温度）は、約３５１℃である。

メインサーミスタ２１は、ステンレス製の弾性変形可能なアーム２７の先端にサーミスタ素子を取り付けた構成としてある。このメインサーミスタ２１は、アーム２７の基端部をヒータホルダ２０に支持させ、アーム２７の弾性を利用して定着フィルム１１の内周面（内面）に押し当てている。アーム２７は定着フィルム１１内面に対して定着フィルム１１の径方向に揺動可能である。このため定着フィルム１１内面の動きが不安定になった状態においても、サーミスタ素子が定着フィルム１１内面に常に接する状態に保たれる。

メインサーミスタ２１は、定着フィルム１１の長手方向において大サイズの記録材と小サイズの記録材が必ず通過する領域に配置されている。ＣＰＵとＲＡＭやＲＯＭなどのメモリからなる制御部（不図示）は、メインサーミスタ２１からの出力信号をもとに、ヒータ１９の所定の目標温度に対応する通電量を決定し、トライアック（不図示）等の給電制御回路を制御してヒータ１９への通電を制御する。

サブサーミスタ２２は、ヒータ１９のヒータホルダ２０側の裏面においてヒータ１９の長手方向端部に配置され、ヒータ１９が何らかの理由により過昇温した際にリミッタ制御を行う役割を果たす。このサブサーミスタ２２は、定着フィルム１１の長手方向において小サイズの記録材が通過しない領域（非通紙部）と対応するヒータ１９の長手方向端部に配置され、小サイズの記録材を定着ニップ部Ｎに通紙（導入）した際のヒータ１９の温度を検知する。制御部は、サブサーミスタ２２からの出力信号をもとに定着フィルム１１の非通紙部が過昇温しているか否かを判断する。そして非通紙部が過昇温している（非通紙部昇温）と判断した場合に、ヒータ１９への通電を下げる制御を行う。これにより定着フィルム１１の非通紙部昇温が抑制される。

図３（ｂ）に示すように、定着フィルム１１は、金属基層（以下、基層とも記す）１１ａとして厚さ約３０ｕｍの厚みのエンドレスベルト状に形成したステンレス製（以下ＳＵＳと称す。本実施例では一例としてＳＵＳ３０４を使用している）フィルムを有している。そしてこの金属基層１１ａの外周面上にシリコーンゴム層からなる弾性層１１ｂを形成し、更にこの弾性層１１ｂの外周面上に離型性層１１ｃとして厚み約２０ｕｍのフッ素樹脂であるＰＦＡ樹脂チューブを被覆したものである。

本実施例に使用している金属基層１１ａは、特許文献２に示されるような加工方法を用いて作られたもので有る。金属基層１１ａの加工方法については追って詳しく説明する。

弾性層１１ｂとしてのシリコーンゴム層には、極力熱伝導率の高い材料を用い、定着フィルム１１の熱容量を小さくすることが、温度立上げの観点からは望ましい。本実施例では、熱伝導率が約１．４Ｗ／ｍＫと、シリコーンゴムとしては、熱伝導率が高い部類に属する材料を用いた。

一方、ＯＨＴ透過性や、画質の観点からは、定着フィルム１１のシリコーンゴム層を極力厚くすることが望ましい。本発明者等の検討によれば、満足のいくレベルの画質を得るためには、２００ｕｍ以上のゴム厚みが必要であることが分かっている。本実施例の定着フィルム１１におけるシリコーンゴム層の厚みは約２５０〜３００ｕｍとした。

また、定着フィルム１１の内径は２４ｍｍとした。

定着フィルム１１の長手幅は、記録材Ｐとして、Ｌｅｔｔｅｒサイズ、Ｌｅｇａｌサイズ（用紙幅約２１６ｍｍ）に対応するため、約２４０ｍｍとしている。

更に、弾性層１１ｂの外周面上に離型性層１１ｃとしてフッ素樹脂層を設けることで、定着フィルム１１の外周面（表面）の未定着トナー画像ｔに対する離型性を向上できる。これにより定着フィルム１１表面にトナーが一旦付着し、再度記録材Ｐに移動することで発生するオフセット現象を防止することができる。

また、定着フィルム１１表面の離型性層１１ｃを、ＰＦＡチューブとすることで、より簡便に、均一な離型性層を形成することが可能となる。

加圧ローラ１２は、芯金１２ａの長手方向両端部の軸部間の外周面上に弾性層１２ｂとして厚み約２．５ｍｍの導電シリコーンゴム層を形成し、その弾性層１２ｂの外周面上に離型性層１２ｃとして厚み約５０ｕｍの導電ＰＦＡ樹脂チューブを被覆してなる。加圧ローラ１２の長手幅は、記録材Ｐとして、Ｌｅｔｔｅｒサイズ、Ｌｅｇａｌサイズ用紙に対応するため、約２２５ｍｍとしている。加圧ローラ１２の外径としては、定着に必要な短手幅が安定して得られるようにΦ２５とし、加圧力２１５．６Ｎ（２２Ｋｇｆ）で短手幅約７〜８ｍｍの定着ニップ部Ｎを得ている。

図３（ａ）では、定着フィルムユニット２５の構成を説明する都合上、定着フィルム１１の外径を加圧ローラ１２の外径よりも比較的大きく表わしている。

入り口ガイド２３は、転写ニップ部を抜けた記録材Ｐを定着ニップ部Ｎに正確にガイドするように導く役割を果たす。

加圧ローラ１２は、芯金１２ａの軸部が定着フレーム２４に左右の側板（不図示）に軸受を介して回転可能に支持されている。入り口ガイド２３は、定着フレーム２４の所定の位置に組みつけられる。

加圧ローラ１２の下方には定着フィルムユニット２５が定着フィルム１１を介してヒータ１９と対向する位置に配設されている。そしてこの位置で定着フィルムユニット２５のヒータホルダ２０の長手方向両端部が定着フレーム２４の左右の側板に支持されている。

ヒータホルダ２０上に配設された加圧ステー２６の長手方向一端部はフランジ（規制部材）３０ａ（図１（ａ）参照）に支持され、同加圧ステー２６の長手方向他端部はフランジ（規制部材）３０ｂ（図１（ａ）参照）に支持されている。フランジ３０ａ，３０ｂの材料として、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）などの樹脂が用いられる。また、強度を持たせるために、樹脂の充填材として、ガラスファイバー等を入れているものが一般的である。

フランジ３０ａは、基部３０ａ１と、規制部３０ａ２と、ガイド部３０ａ３などを有している。基部３０ａ１は、加圧ステー２６の長手方向一端部が嵌合可能な所定の形状に形成してある。規制部３０ａ２は、基部３０ａ１の内側端部の外周から定着フィルム１１の径方向に突出するように形成してある。規制部３０ａ２の外径は定着フィルム１１の外径よりも大きくなっている。ガイド部３０ａ３は、規制部３０ａ２の内側面（突き当て面）から定着フィルム１１の内部に突出するように形成してある。このガイド部３０ａ３は、定着フィルム１１の回転をガイド可能な所定の形状に形成してある。このガイド部３０ａ３の外径は定着フィルム１１の内径よりも僅かに小さくなっている。

フランジ３０ｂは、基部３０ｂ１と、規制部３０ｂ２と、ガイド部３０ｂ３などを有している。基部３０ｂ１は、加圧ステー２６の長手方向他端部が嵌合可能な所定の形状に形成してある。規制部３０ｂ２は、基部３０ｂ１の内側端部の外周から定着フィルム１１の径方向に突出するように形成してある。規制部３０ｂ２の外径は定着フィルム１１の外径よりも大きくなっている。ガイド部３０ｂ３は、規制部３０ｂ２の内側面（突き当て面）から定着フィルム１１の内部に突出するように形成してある。このガイド部３０ｂ３は、定着フィルム１１の回転をガイド可能な所定の形状に形成してある。このガイド部３０ｂ３の外径は定着フィルム１１の内径よりも僅かに小さくなっている。

フランジ３０ａとフランジ３０ｂは、それぞれ、基部３０ａ１，３０ｂ１が定着フレーム２４の左右の側板に支持されている。そしてこのフランジ３０ａとフランジ３０ｂは、定着フレーム２４の左右の側板の外側で加圧ステー２６の長手方向両端部側に配設された加圧機構（不図示）により、所定の力で加圧ローラ１２の母線方向と直交する垂直方向へ加圧されている。この加圧機構による加圧力は、２１５．６Ｎ（約２２ｋｇｆ（片側約１１ｋｇｆ））程度である。

この加圧力により加圧ローラ１２を定着フィルム１１を介してヒータ１９に加圧し加圧ローラ１２の弾性層１２ｂを所定量弾性変形させることによって、定着フィルム１１表面と加圧ローラ１２表面とで所定幅の上記定着ニップ部Ｎを形成している。図１（ａ）では、定着フィルムユニット２５のフランジの構成を説明する都合上、定着フィルム１１と加圧ローラ１２を逆に表わすと共に、定着フィルム１１の外径を加圧ローラ１２の外径よりも比較的大きく表わしている。

図３（ａ）と図４を参照して、ヒータ１９の構成を説明する。図４はヒータ１９の抵抗発熱体１９ｂ側からの上面図である。

ヒータ１９は、セラミックス製の基板１９ａを有している。基板１９ａとして、長手幅約２８５ｍｍ、短手幅約７．４ｍｍ、厚さ約０．６ｍｍのＡＬＮ（窒化アルミ）を使用した。基板１９ａの定着ニップ部Ｎ側とは反対側の裏面上に、抵抗を調整したＡｇＰｄ（銀パラジウム合金）の発熱ペーストをスクリーン印刷して２つの抵抗発熱体１９ｂを形成している。更に基板１９ａの定着ニップ部Ｎ側の裏面上に、抵抗発熱体１９ｂを保護するためのガラス保護膜１９ｃをコーティングしている。

また、基板１９ａの定着ニップ部Ｎ側の表面上に、定着フィルム１１の内周面（内面）が摺動する摺動層１９ｄとして厚さ約６ｕｍのポリイミド樹脂コート層を設けている。

図４に示されるように、基板１９ａの長手方向一端部には、２つの抵抗発熱体１９ｂそれぞれに導電パターン１９ｅを介して給電するための電極１９ｆが設けられている。また同基板１９ａの長手方向他端部には、２つの抵抗発熱体１９ｂに電気的に接続された導電パターン１９ｇが設けられている。電極１９ｆには給電用コネクタ（不図示）より給電される。

２つの抵抗発熱体１９ｂの長手幅は約２２０ｍｍである。そしてこの２つの抵抗発熱体１９ｂの最大通紙幅に対応する記録材Ｐが定着ニップ部Ｎに導入（通紙）された場合の定着フィルム１１の長手端部温度低下を防止するため、２つの抵抗発熱体１９ｂの長手方向両端部の一部が細く加工してある。これにより２つの抵抗発熱体１９ｂの長手方向両端部の発熱量を約５％程度大きくしている。

（２−２）定着装置１３の動作
本実施例の定着装置１３は、制御部がプリント指令に基づいて所定のモータ（不図示）を回転駆動する。このモータの回転駆動によって加圧ローラ１２は所定の周速度（プロセススピード）で矢印方向（図３（ａ）参照）へ回転する。加圧ローラ１２の回転は定着ニップ部Ｎにおいて加圧ローラ１２表面と定着フィルム１１表面との摩擦力によって定着フィルム１１に伝達される。これによって定着フィルム１１は定着フィルム１１内面がヒータ１９の摺動層１９ｄと接触しつつ加圧ローラ１２の回転に追従して矢印方向へ回転（移動）する。定着フィルム１１内面にはグリスが塗布され、ヒータホルダ２０と定着フィルム１１内面との摺動性を確保している。

また、制御部がプリント指令に基づいて通電制御回路（不図示）を立ち上げる。この通電制御回路の立ち上げによって交流電源（不図示）から給電用コネクタ、ヒータ１９の電極１９ｆ、導電パターン１９ｅを介して抵抗発熱体１９ｂに通電される。これによって抵抗発熱体１９ｂが発熱しヒータ１９が急速に昇温して定着フィルム１１を内周面側から加熱する。制御部はメインサーミスタ２１からの出力信号を取り込む。そしてこの出力信号に基づき抵抗発熱体１９ｂに印加する電圧のデューティー比や波数などを決定し適切に通電制御回路を制御して定着フィルム１１内面の温度を所定の定着温度（目標温度）に維持する。

制御部がモータを回転駆動し、かつ抵抗発熱体１９ｂに対し通電している状態において、未定着トナー画像ｔを担持した記録材Ｐが定着ニップ部Ｎに片側搬送基準にて通紙される。この記録材Ｐは定着ニップ部Ｎで定着フィルム１１表面と加圧ローラ１２表面とで挟持されその状態に搬送（挟持搬送）される。この搬送過程において記録材上のトナー画像ｔは定着フィルム１１により加熱されて溶融すると共に定着ニップ部Ｎのニップ圧を受けて記録材上に加熱定着される。トナー画像ｔが定着された記録材Ｐは定着フィルム１１表面から分離し排出ローラ１７によって定着装置１３から排出される。

（２−３）片側搬送基準、及び定着フィルム１１のスラスト方向寄り力の説明
図１において、（ａ）は定着装置１３の片側搬送基準の説明図、（ｂ）は片側搬送基準で記録材Ｐを搬送した際の記録材Ｐが通過する領域（通紙部）と記録材Ｐが通過しない領域（非通紙部）の加圧ローラ１２表面温度を表わす説明図である。

記録材Ｐの記録材幅が異なっていても、定着装置１３のニップ部Ｎには、未定着トナー画像ｔを担持する小サイズの記録材Ｐが記録材Ｐの片側端面を所定の片側搬送基準線Ｌに沿わせた状態に搬送される（図１（ａ）参照）。この場合、定着フィルム１１の長手方向において片側搬送基準線Ｌとは反対側の記録材Ｐが通過しない領域（非通紙部）が過昇温（非通紙部昇温）する。

すると、加圧ローラ１２の長手方向の加圧ローラ長手位置において記録材Ｐが通過する領域（通紙部）に比べ記録材Ｐが通過しない領域（非通紙部）の方が加圧ローラ表面温度は高くなり、加圧ローラ１２の長手方向に温度ムラ（長手温度分布ムラ）が発生する。そしてこの加圧ローラ１２の長手温度分布ムラにより加圧ローラ１２の非通紙部が熱膨張する。これにより加圧ローラ１２の通紙部の外径に比べ非通紙部の外径が大きくなり、加圧ローラ１２の長手方向に外径ムラ（長手外径ムラ）が発生する。

この加圧ローラ１２の長手外径ムラにより定着フィルム１１と加圧ローラ１２の回転状態での定着フィルム１１と加圧ローラ１２との摩擦力が通紙部よりも非通紙部で大きくなる（図１（ｂ）参照）。これにより定着フィルム１１を非通紙部側（図１（ａ）のＢ側）に寄せるスラスト方向寄り力（以下、定着フィルム寄り力と記す）が発生する。

（２−４）定着フィルム１１の金属基層１１ａの加工方法
本実施例の定着装置１３は、絞り加工による有底円筒素管を経て形成された金属素管を基層１１ａに用いる定着フィルム１１を有し、この基層１１ａの有底円筒素管の絞り加工のときの有底側を片側搬送基準と反対側となる向きに配置していることを特徴とする。

本実施例の定着装置１３の定着フィルム１１に使用される金属基層１１ａは以下の方法によって加工される。

まず、特許文献２に示される加工方法のように、金属薄肉鋼平板から深絞りプレス加工（絞り加工）により有底素管（有底円筒素管）を作製する。この有底素管の状態で有底側と口元側とで、肉厚及びビッカース硬度の差が発生する。ビッカース硬度の長手ムラは、焼鈍処理を行うことで均一化を行えるものの肉厚の長手ムラは無くならない。

次に、このような長手肉厚ムラの有る有底素管にスピニング加工等の塑性加工を施すことで所定の長手幅、厚みの有底素管へと加工する。この状態では有底円筒素管であるため、その有底円筒素管の長手方向両端の有底側と口元側を所定の寸法に切断することにより、所定の長手幅、所定の肉厚を有する金属素管を得ることができる。

しかし、自ずと塑性加工後の完成された金属素管の長手方向では肉厚減少率（塑性加工前後の肉厚変化）が異なるため、加工硬化の程度も異なり、強度の差が生じることになる。

特許文献２の表２に示される有底素管を塑性加工により厚み０．０３ｍｍに加工した場合、口元側５ｍｍ相当位置の肉厚減少率は、（０．５８５−０．０３）／０．５８５＝約９５％である。一方、底側６５ｍｍ相当位置の肉厚減少率は、（０．４１４−０．０３）／０．４１４＝約９２．７％である。従って、有底素管時の元口元側は肉厚減少率が元有底側よりも高く加工率が高いため、塑性加工による加工硬化の程度が大きい。

このため、元口元側は強度が弱く、元有底側は強度が強くなり、金属素管の端部強度に差が生じることになる。

一方、小サイズの記録材Ｐを定着装置１３の定着ニップ部Ｎに通紙した場合の定着フィルム１１の非通紙部昇温の一例について、以下に説明する。

片側搬送基準の画像形成装置に用いられる小サイズの記録材Ｐの一例として、キヤノン（株）製プリンター用普通紙 ＣＳ−８１４（登録商標）、Ｂ５サイズ紙（幅１８２ｍｍ×長さ２５７ｍｍ）、坪量８１．４ｇ／ｍ＾２のものを使用した。定着温度約１８０℃、毎分３０枚の生産性にて連続プリントした場合、加圧ローラ１２の非通紙部昇温は、約２２０℃程度であった。この場合、定着フィルム寄り速度は約１００ｕｍ／ｓｅｃで図１（ａ）のＢ側（非通紙部側）へ定着フィルム１１の寄りが発生した。

定着フィルム１１の定着フィルム寄り力による定着フィルム寄り速度と定着フィルム寄り力の関係を確認した結果を図５に示す。図５において、横軸に定着フィルム寄り速度を取り、縦軸に定着フィルム寄り力を取った。

定着フィルム寄り速度は以下の方法で測定を行った。所定時間での定着フィルム端部とフランジ規制部との距離変化量を測定することで定着フィルム寄り速度を測定した。たとえば、１０秒間（１０ｓｅｃ）で、定着フィルム端部とフランジ規制部との距離変化量が０．６ｍｍだった場合、定着フィルム寄り速度は、０．６ｍｍ／１０ｓｅｃ＝６０ｕｍ／ｓｅｃとなる。

また、定着フィルム寄り力は以下の方法で測定を行った。フランジガイド部の一部に切欠きを追加工で設けたものを用意し、定着フィルム端部がフランジ規制部に当接していない状態で、フランジ切欠き部にレバー部材を入れ、定着フィルム端部がフランジ規制部に突き当たる前にレバー部材に当接するようにする。そして定着フィルム端部からレバー部材に加わる定着フィルム寄り力をレバー部材に当接した圧力センサーで測定することで、定着フィルム寄り力を測定した。

図５に示すように、定着フィルム寄り速度が約１００ｕｍ／ｓｅｃの場合、定着フィルム寄り力は約２．０Ｎであった。

定着フィルム１１が図１（ａ）のＢ側に寄ると、定着フィルム１１の長手方向端面がフランジ３０ｂの規制部３０ｂ２の内側面に突き当たり、定着フィルム１１の長手方向端面が規制部３０ｂ２と摺擦する。このため、定着フィルム１１の長手方向端部に摩耗が発生する。

定着フィルム１１の寄り力を振り、定着フィルム１１の長手方向端部の摩耗速度（定着フィルム端部削れ速度）を確認した結果を図６に示す。図６において、横軸に定着フィルム寄り力を取り、縦軸に定着フィルム端部削れ速度を取った。

定着フィルム寄り力が小さい場合は、定着フィルム端部削れはほぼ無視できる程度であるのに対して、定着フィルム寄り力が約１．５Ｎ程度より大きくなると定着フィルム端部削れが発生し始めている。このような状態では、定着フィルム寄り力、及び規制部３０ｂ２との摺動摩擦力による応力が繰り返し定着フィルム１１の長手方向端部に加わるため、定着フィルム１１の長手方向端部の強度が弱い場合、所定の寿命を全うせずにクラック等が発生してしまう。

本実施例の定着装置１３と比較例（従来例）の定着装置（不図示）との構成で、定着フィルム１１の寿命を確認した結果を表１に示す。

本実施例の定着装置１３と比較例の定着装置は、定着フィルムの金属基層の向きを逆にした点を除いて、同じ構成としてある。比較例の定着装置では、片側搬送基準側であるＡ側（図１（ａ）参照）に金属基層の元有底側が向き、片側搬送基準側とは反対側の定着フィルム寄り側であるＢ側（図１（ａ）参照）に金属基層の元口元側が向くように定着フィルムを配置している。本実施例の定着装置では、片側搬送基準側であるＡ側（図１（ａ）参照）に金属基層１１ａの元口元側が向き、片側搬送基準側とは反対側の定着フィルム寄り側であるＢ側（図１（ａ）参照）に金属基層１１ａの元有底側が向くように定着フィルムを配置している。

本実施例の定着装置１３の定着フィルムと比較例の定着装置の定着フィルムの耐久寿命を比較した。記録材Ｐとして、キヤノン（株）製プリンター用普通紙 ＣＳ−８１４（登録商標）、Ｂ５サイズ紙（幅１８２ｍｍ×長さ２５７ｍｍ）、坪量８１．４ｇ／ｍ＾２のものを使用した。

本実施例の定着装置１３を搭載したレーザープリンタと、従来例の定着装置を搭載したレーザープリンタを用いて、以下の条件でＢ５サイズ紙に連続プリントした。定着温度約１８０℃、毎分３０枚の生産性にて連続プリントした場合、比較例の定着装置においては、約７万枚連続プリントにて定着フィルムのＢ側でクラックが発生した。これに対し、本実施例の定着装置１３においては、約１５万枚連続プリントしても定着フィルムのＡ側とＢ側の双方にクラックの発生は無かった。

以上説明したように、本実施例の定着装置１３は、定着フィルム１１の基層１１ａとして絞り加工による有底円筒素管を経て形成された金属素管を用いている。そして定着フィルム１１は、基層１１ａについて有底円筒素管の絞り加工のときの有底側が片側搬送基準と反対側となる向きに配置されている。このように定着フィルム１１を配置するという簡易な構成で定着フィルム１１のフランジ３０ｂとの摺擦による長手方向端部の摩耗、座屈、クラック等の発生を低減できる。これにより定着フィルム１１の耐久性を大幅に向上させることができた。

［実施例２］
定着装置の他の例を説明する。本実施例においては、実施例１の定着装置１３と同じ部材、部分に同一の符号を付して、その同じ部材、部分についての再度の説明を省略する。

本実施例に示す定着装置１３は、加圧ローラ１２の上述した長手温度分布ムラによる定着フィルム１１のスラスト方向寄り力を打ち消す力が働くような手段を有することを特徴とする。つまり、加圧ローラ１２の記録材が通過しない領域で発生する定着フィルム１１の片側搬送基準とは反対側への寄り力を打ち消す方向に、定着フィルム１１の寄り力を発生させる手段を有することを特徴とする。

定着フィルム１１の寄り力を打ち消す力が働く手段の一構成例として、加圧ローラ１２に対し、定着フィルム１１を所定の交差角を設けて配置した例を説明する。

図７は本実施例の定着装置１３を説明する図であって、加圧ローラ１２に対し、定着フィルム１１を所定の交差角θを設けて配置した状態を表わす図である。

本実施例の定着装置１３では、図７に示すように、加圧ローラ１２の長手方向軸線に対して定着フィルム１１の長手方向軸線が所定の角度（交差角θ）を以って交差するように、加圧ローラ１２に対し、定着フィルム１１を配置している。つまり、定着フィルムの寄り力を発生させる手段は、加圧ローラ１２に対し、定着フィルム１１を所定の交差角θを設けて配置している。これにより加圧ローラ１２の定着フィルム寄り側であるＢ側への定着フィルム寄り力を打ち消す方向に定着フィルム寄り力を発生させることが出来る。

本発明者等が、加圧ローラ１２の長手温度分布ムラが少ない状態（加圧ローラ長手温度ムラ起因の定着フィルム寄り力が小さい状態）にて、定着フィルム１１の交差角と、交差角起因の定着フィルム寄り速度を測定した結果を図８に示す。図８において、横軸に交差角を取り、縦軸に定着フィルム寄り速度を取った。

実施例１と同様、記録材Ｐとして、キヤノン（株）製プリンター用普通紙 ＣＳ−８１４（登録商標）、Ｂ５サイズ紙、坪量８１．４ｇ／ｍ＾２のものを使用した。定着温度約１８０℃、毎分３０枚の生産性にて連続プリントした場合、加圧ローラ１２の非通紙部昇温は約２２０℃程度であった。この場合の加圧ローラ長手温度分布ムラ起因の定着フィルム寄り速度は約１００ｕｍ／ｍｉｎで定着フィルム寄り力は約２．０Ｎである。

したがって、定着フィルム１１の交差角θを約０．０９５ｄｅｇに設定すると、交差角起因の定着フィルム寄り速度は約１００ｕｍ／ｍｉｎとなり、加圧ローラ長手温度分布ムラ起因の定着フィルム寄りをほぼ打ち消し合わせることが出来た。

この状態の定着装置１３の耐久性を確認した結果を表２に示す。

表２における実施例２−１と実施例２−２から分かるように、定着装置１３への定着フィルム１１配置の向きに拘わらず、所定の耐久枚数である連続プリント１５万枚にて、定着フィルム１１にはクラック等の発生は無かった。

定着フィルム１１の交差角θの設定については、本実施例での数値に限られず、定着装置１３の設定諸元に応じた加圧ローラ温度分布ムラ起因の定着フィルム寄り力に応じて好適な設定とすることにより、同様な効果が得られる。

以上説明したように、本実施例の定着装置１３は、加圧ローラ１２に対し、定着フィルム１１を所定の交差角θを設けて配置するという簡易な構成で定着フィルム１１のフランジ３０ｂとの摺擦による長手方向端部の摩耗、座屈、クラック等の発生を低減できる。これにより定着フィルム１１の耐久性を向上させることが出来る。

［実施例３］
定着装置の他の例を説明する。本実施例においても、実施例１の定着装置１３と同じ部材、部分に同一の符号を付して、その同じ部材、部分についての再度の説明を省略する。

本実施例に示す定着装置１３は、実施例２で説明した定着フィルム１１の寄り力を発生させる手段として、下記のような構成を採用したものである。

図９は本実施例の定着装置１３を説明する図であって、テーパ形状の外形形状を有する定着フィルム１１と、加圧ローラ１２を表わす図である。図９では、定着フィルム１１の外形形状の説明のため、定着フィルム１１のテーパ形状を実際のテーパ形状よりも誇張して記載している。

本実施例の定着装置１３は、図９に示すように、定着フィルム１１の外形形状が定着フィルム１１の長手方向両端部に外径差を有するテーパ形状であり、このテーパ形状の外径の大きい側が片側搬送基準と反対側になる向きに配置するという構成を採用した。これにより加圧ローラ１２の定着フィルム寄り側であるＢ側への定着フィルム寄り力を打ち消す方向に定着フィルム寄り力を発生させることが出来る。

本発明者等が、加圧ローラ１２の長手温度分布ムラ起因の定着フィルム寄り力が小さい状態で、定着フィルム１１のテーパ量と定着フィルム１１の寄り力の関係を確認した結果を図１０に示す。図１０において、横軸に定着フィルム両端外形差を取り、縦軸に定着フィルム寄り速度を取った。

実施例１と同様、記録材Ｐとして、キヤノン（株）製プリンター用普通紙 ＣＳ−８１４（登録商標）、Ｂ５サイズ紙、坪量８１．４ｇ／ｍ＾２のものを使用した。定着温度約１８０℃、毎分３０枚の生産性にて連続プリントした場合、加圧ローラ１２の非通紙部昇温は、約２２０℃程度であった。この場合の加圧ローラ長手温度ムラ起因の定着フィルム寄り速度は約１００ｕｍ／ｍｉｎで定着フィルム寄り力は約２．０Ｎである。

したがって、定着フィルム１１のテーパ量を約２６ｕｍに設定すると、定着フィルムテーパ形状起因の定着フィルム寄り速度は約１００ｕｍ／ｍｉｎとなり、加圧ローラ長手温度分布ムラ起因の定着フィルム寄りをほぼ打ち消し合わせることが出来た。

この状態で定着装置１３の耐久性を確認した結果を表３に示す。

表３における実施例３−１と実施例３−２から分かるように、定着装置１３への定着フィルム１１配置の向きに拘わらず、所定の耐久枚数である連続プリント１５万枚にて、定着フィルム１１にはクラック等の発生は無かった。

定着フィルム１１のテーパ量設定については、本実施例での数値に限られず、定着装置の設定諸元に応じた加圧ローラ温度分布ムラ起因の定着フィルム寄り力に応じて好適な設定とすることで同様な効果が得られる。

以上説明したように、本実施例の定着装置１３は、定着フィルム１１の外形形状が定着フィルム１１の長手方向両端部に外径差を有するテーパ形状であり、このテーパ形状の外径の大きい側が片側搬送基準と反対側になる向きに配置したものである。このように定着フィルム１１を配置するという簡易な構成で定着フィルム１１のフランジ３０ｂとの摺擦による長手方向端部の摩耗、座屈、クラック等の発生を低減できる。これにより定着フィルム１１の耐久性を向上させることが出来る。

１１：定着フィルム、１１ａ：基層、１２：加圧ローラ、１９：ヒータ、３０ｂ：フランジ、Ｎ：定着ニップ部、Ｐ：記録材、θ：交差角、ｔ：未定着トナー画像

Claims (4)

1. 記録材の片側端面を所定の搬送基準に沿わせて記録材の搬送を行う片側搬送基準の画像形成装置に使用される定着装置であって、ヒータと、絞り加工による有底円筒素管を経て形成された金属素管を基層に用いる筒状の定着フィルムであり前記ヒータと接触しつつ移動する定着フィルムと、前記ヒータと定着フィルムを介してニップ部を形成する加圧ローラと、前記定着フィルムが記録材の搬送方向と直交する前記定着フィルムの長手方向に移動した際に前記定着フィルムの長手方向端部と接触して前記定着フィルムの長手方向への移動を規制するフランジと、を有し、前記ニップ部で未定着トナー画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ記録材に未定着トナー画像を加熱定着する定着装置において、
   前記定着フィルムは、前記基層について前記有底円筒素管の絞り加工のときの有底側が前記片側搬送基準と反対側となる向きに配置されていることを特徴とする定着装置。
2. 記録材の片側端面を所定の搬送基準に沿わせて記録材の搬送を行う片側搬送基準の画像形成装置に使用される定着装置であって、ヒータと、絞り加工による有底円筒素管を経て形成された金属素管を基層に用いる筒状の定着フィルムであり前記ヒータと接触しつつ移動する定着フィルムと、前記ヒータと前記定着フィルムを介してニップ部を形成する加圧ローラと、前記定着フィルムが記録材の搬送方向と直交する前記定着フィルムの長手方向に移動した際に前記定着フィルムの長手方向端部と接触して前記定着フィルムの長手方向への移動を規制するフランジと、を有し、前記ニップ部で未定着トナー画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ記録材に未定着トナー画像を加熱定着する定着装置において、
   前記加圧ローラの記録材が通過しない領域で発生する前記定着フィルムの前記片側搬送基準とは反対側への寄り力を打ち消す方向に、前記定着フィルムの寄り力を発生させる手段を有することを特徴とする定着装置。
3. 前記定着フィルムの寄り力を発生させる手段は、前記加圧ローラに対し、前記定着フィルムを所定の交差角を設けて配置したことを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. 前記定着フィルムの寄り力を発生させる手段は、前記定着フィルムの外形形状が前記定着フィルムの長手方向両端部に外径差を有するテーパ形状であり、前記テーパ形状の外径の大きい側が前記片側搬送基準と反対側となる向きに配置されていることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。