JP2015166794A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】中間層発熱型の定着フィルムと、面状発熱体の両方を熱源として用いる定着装置で、立上時に定着フィルムの中間層だけを温め、プリント動作開始時は面状発熱体により定着フィルム内面から加熱する構成において、加圧時に定着フィルムの周方向の一部分が、暖まっていない面状発熱体に熱を奪われ、定着フィルムの周方向の温度ムラが生じるという課題がある。【解決手段】絶縁体からなる基層と、基層の上層の抵抗発熱層と、抵抗発熱層の上層の弾性層と、弾性層の上層の離型層と、抵抗発熱層の両端部と電気的に接続されている電極層とを備えた中間層発熱型定着フィルムを、第２の熱源である面状抵抗発熱体からも加熱可能な定着装置において、定着フィルムのウォームアップ時に、前記面状抵抗発熱体と定着フィルム抵抗発熱層の両方に給電することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば電子写真方式を利用して、画像を記録材上に形成してハードコピーを得る複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関する。

特許文献１で提案されている定着フィルムは、抵抗発熱体層と絶縁層と離型層とが積層された発熱定着ベルトである。定着フィルム両端部に電極が備えられており、電極は抵抗発熱層と電気的に接続されている。この定着フィルムの両端の電極に所定の電圧を印加すると、抵抗発熱層が発熱し、クイックスタートが可能な定着フィルムとなっている。

特開２００９−９２７８５号公報

定着フィルム内の中間層発熱体と、面状ヒーターの両方のヒーターを用いる定着装置において、ウォームアップ中は中間層発熱体に給電し、定着フィルムのみを温めることで素早いウォームアップが可能である。特に、加圧部材と離間した状態でウォームアップすると、加圧部材に熱を奪われないために、非常に素早いウォームアップとなる。

また、通紙中には、従来のセラミックヒーターで定着フィルム内面を加熱し、チューブヒーターには給電しないことで、定着フィルムの電極部と給電部材との摺動による電気的な問題を回避することができる。

しかしながら、画像形成開始時に加圧動作を行った時に、温まっている定着フィルムから温まっていないセラミックヒーターへの熱伝導が起こり、定着フィルムとヒーターの接触部のみにおいて温度が低下し、周方向での定着フィルムの温度むらができる。その結果、周方向での光沢むらという画像不良が起こる課題がある。

上記の課題は以下に述べる定着装置および画像形成装置によって解決される。

絶縁体からなる基層と、基層の上層の抵抗発熱層と、抵抗発熱層の上層の弾性層と、弾性層の上層の離型層と、抵抗発熱層の両端部と電気的に接続されている電極層とを備えた中間層発熱型定着フィルムを、第２の熱源である面状抵抗発熱体からも加熱可能な定着装置において、定着フィルムのウォームアップ時に、前記面状抵抗発熱体と定着フィルム抵抗発熱層の両方に給電することを特徴とした定着装置。

本発明によれば、定着動作開始時における定着フィルムの周方向温度むらが解消され、良好な画像を出力できる定着装置の提供を実現できる。

本発明の定着装置の概略構成を説明する断面図 本発明の定着装置を用いた画像形成装置を説明する図 本発明の定着装置の構成を説明する図 本発明の定着ベルトの層構成を説明する図 本発明の回転発熱体への通電経路を説明する図 本発明を実施するときのフローチャート 定着フィルムの周方向温度分布を示す図 定着フィルムの周方向温度分布を示す図

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

（１）画像形成装置
図２は、本実施形態の画像形成装置の一例であるカラー電子写真プリンタの断面図であり、シートの搬送方向に沿った断面図である。本実施形態では、カラー電子写真プリンタを単に「プリンタ」という。

シートは、トナー像が形成されるものである。シートの具体例として、普通紙、普通紙の代用品である樹脂製のシート状のもの、厚紙、オーバーヘッドプロジェクター用などがある。

図２に示すプリンタは、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂｋ（ブラック）の各色の画像形成部１０を備えている。感光ドラム１１は、帯電器１２によってあらかじめ帯電される。その後、感光ドラム１１は、レーザスキャナ１３によって、潜像を形成されている。潜像は、現像器１４によってトナー像になる。感光ドラム１１のトナー像は、一次転写ブレード１７によって、像担持体である例えば中間転写ベルト３１に順次転写される。転写後、感光ドラム１１に残ったトナーは、クリーナ１５によって除去される。この結果、感光ドラム１１の表面は、清浄になり、次の画像形成に備える。

一方、シートＰは、給紙カセット２０、又はマルチ給紙トレイ２５から、１枚ずつ送り出されてレジストローラ対２３に送り込まれる。レジストローラ対２３は、シートＰを一旦受け止めて、シートが斜行している場合、真っ直ぐに直す。そして、レジストローラ対２３は、中間転写ベルト３１上のトナー像と同期を取って、シートを中間転写ベルト３１と二次転写ローラ３５との間に送り込む。中間転写ベルト上のカラーのトナー像は、転写体である例えば二次転写ローラ３５によってシートＰに転写される。その後、シートのトナー像は、シートが定着器４０によって、加熱加圧されることでシートに定着される。

シートの片面だけにトナー像を形成する場合、切り換えフラッパ６１の切り換えによりシートを排紙ローラ６３を介してシートを画像形成装置１の側面に配置されている排紙トレイ６４に排出するか、画像形成装置１の上面に配置されている排紙トレイ６５に排出される。切り換えフラッパ６１が破線の位置にある場合には、シートＰはフェイスアップ（トナー像が上側）で排紙トレイ６４上に排出され、切り換えフラッパ６１が実線の位置にある場合には、シートＰは、フェイスダウン（トナー像が下側）で排紙トレイ６５に排出される。

シートの両面にトナー像を形成する場合、定着器４０によってトナー像を定着されたシートＰは、実線の位置にいるフラッパ６１によって上方へ案内されて、後端が反転ポイントＲに達したとき、搬送路７３によってスイッチバック搬送されて表裏反転される。その後、シートＰは、両面搬送路７０を搬送されて、片面画像形成と同様の過程をへて他方の面にトナー像を形成されて、排紙トレイ６４または排紙トレイ６５上に排出される。フラッパ６１、スイッチバック搬送路７３等で構成される部分は、反転手段の一例である。

（２）定着装置
次に、定着装置について説明する。図１は定着装置４０の断面図、図６は定着装置４０の概略構成図である。

２０は発熱体を備えた円筒状の定着ベルト（エンドレスベルト）である。２２は定着ベルトとの間で定着ニップを形成する加圧ローラである。

４０は定着ベルト２０の長手方向移動および周方向の形状を規制する規制部材としての左右の定着フランジである。１７は定着ベルト２０内部に配置された支持ステーであり、定着ベルト２０を加圧ローラ２２方向へ加圧付勢するバックアップ部材１６を支持する。

定着ベルト２０はバックアップ部材１６の外側にルーズに被せられ、支持ステー１７の左右の外方延長腕部１７ａにそれぞれ左右の定着フランジ４０を嵌着する。図５は一端部側の定着フランジ４０と支持ステー１７の左右の外方延長腕部１７ａ部分の斜視図である。そして、左右の定着フランジ４０の加圧部４０ｂと加圧アーム４１との間に加圧バネ４２を縮設する。これにより、左右の定着フランジ４０、支持ステー１７、バックアップ部材１６を介して定着ベルト２０が加圧ローラ２２の上面に対して所定の押圧力で加圧され、所定幅の定着ニップＮが形成される。本実施例に於ける加圧力は一端側が１５６．８Ｎ、総加圧力が３１３．６Ｎ（３２ｋｇｆ）である。

支持ステー１７は高い圧力を掛けられても撓みにくい材質であることが望ましく、本実施例においてはＳＵＳ３０４を用いている。

１００は加熱体としてのとしてのセラミックヒータ（以下、ヒータと記す）である。このヒータ１００は図面に垂直方向を長手とする細長薄板状のセラミック基板と、この基板面に具備させた通電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。本実施例では、基板材として厚さ０．６ｍｍの窒化アルミを用いた。基板の上には、銀とパラジウムからなる抵抗発熱層がプリントされており絶縁耐圧を有する厚み６０μｍのガラス層により保護されている。

１６は上記のヒータ１００を固定支持させたニップ形成部材である。このニップ形成部材１６は横断面略半円弧状樋型で、図面に垂直方向を長手とする耐熱性樹脂等の断熱性部材である。省エネルギーの観点から支持ステー１７への熱伝導の少ない材料を用いるのが望ましく、例えば、耐熱ガラスや、ポリカーボネート、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂が用いられる。本実施例では住友化学（株）製のスミカスーパーＬＣＰ Ｅ５２０４Ｌを用いた。ヒータ１００はこのニップ形成部材１６の下面に長手に沿って形成具備させた溝部にヒータ表面側を下向きに露呈させて嵌め入れて耐熱性接着剤等により固定して配設してある。

加圧ローラ２２は、ステンレス製の芯金上に、厚み約３ｍｍのシリコーンゴム層、さらに厚み約５０μｍのＰＦＡ樹脂チューブが順に積層された多層構造とされている。この加圧ローラ２２の芯金の両端部が装置フレーム２４の不図示の奥側と手前側の側板間に回転可能に軸受保持されている。

１８は温度検知手段としてのサーミスタである。サーミスタ１８は支持ステー１７の上方において、定着ベルト２０の内面に弾性的に接触するように設置され、定着ベルト２０の内面の温度を検知する機能を担っている。具体的には、支持ステー１７に固定支持させたステンレス製のアームの先端にサーミスタが取り付けられている。そして、アームが弾性揺動することにより、定着ベルト２０の内面の動きが不安定になった状態においても、サーミスタが定着ベルト２０の内面に常に接する状態に保たれる。

サーミスタ１８は図示しないＡ／Ｄコンバータを介して制御手段としての制御回路部（ＣＰＵ）に接続される。この制御回路部はサーミスタからの出力を所定の周期でサンプリングしており、得られた温度情報を発熱体への通電制御に反映させる。つまり、制御回路部は、サーミスタ１８の出力をもとに、発熱体への通電制御内容を決定し、電源部から給電部材４５を介して定着ベルト２０の発熱体へ供給する通電を制御する。尚、本実施例の定着装置での上記制御は、記録材にトナー像を定着するための温度を鑑みて、サーミスタ１８の検知温度が１６０℃で一定となるように制御する。

加圧ローラ２２は矢印の方向に所定の周速度で回転駆動される。これと圧接された関係にある定着ベルト２０は加圧ローラ２２によって従動し所定の速度で回転する。

定着ベルト２０の内面にはグリスが塗布され、バックアップ部材１６と定着ベルト２０内面との摩擦に起因して発生する、定着ベルト２０内面の磨耗を低減する。

加圧ローラ２２が回転駆動され、それに伴って円筒状の定着ベルト２０が従動回転すると、ヒータ１００の発熱層に通電が行われる。そして、定着ベルト２０の温度が設定温度に立ち上がると、定着ニップ部Ｎに未定着トナー像を担持した記録材Ｐが入り口ガイド２３に沿って案内されて導入される。

定着ニップ部Ｎにおいて、記録材Ｐのトナー像担持面側が定着ベルト２０の外面に密着し、記録材が定着ベルト２０と共に移動する。定着ニップ部Ｎでの挟持搬送過程において、発熱層で発生した熱が記録材Ｐに付与され、未定着トナー像ｔが記録材Ｐ上に溶融定着される。定着ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは定着ベルト２０から曲率分離され、定着排紙ローラ２６で排出される。

（３）回転発熱体への給電
次に、定着ベルト２０の構成を図５を用いて詳細に説明する。図７（ａ）は定着ベルト中央部の層構成模式図であり、図５の紙面で下方が内周側である。本実施例における定着ベルト２０は、内周側から外周側へ順に、基層２０ａ、発熱層２０ｂ、弾性層２０ｃ、離型層２０ｄの４層複合構造である。なお、図４では、弾性層が省略されており、基層２を２０、発熱層を２１、電極層を２３、離型層を２２と称している。

基層２０ａ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、厚さとして１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の耐熱性材料を使用できる。例えば、ポリイミド、ポリイミドアミド、ＰＥＥＫ、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等の樹脂ベルト、更にはＳＵＳ、ニッケルなどの金属ベルトを使用できる。本実施例では、厚さが３０μｍ、直径が２５ｍｍの円筒状ポリイミドベルトを用いた。尚、基層２０ａとして導電性を有する材料を用いる場合は、基層２０ａと発熱層２０ｂとの間にポリイミドなどの絶縁層を設ける必要がある。

弾性層２０ｃは、ゴム硬度１０度（ＪＩＳ−Ａ）、熱伝導率１．３Ｗ／ｍ・Ｋ、厚さ３００μｍのシリコーンゴムを用いた。

離型層２０ｄは厚さ２０μｍのＰＦＡチューブを用いた。離型層としてはＰＦＡコートを用いても良く、必要な厚さ、機械的及び電気的強度に応じてＰＦＡチューブとＰＦＡコートを使い分けることが出来る。また、離型層２０ｄはシリコーン樹脂から成る接着剤により弾性層２０ｃと接着されている。

発熱層２０ｂは、導電粒子としてのカーボンを含有したポリイミド樹脂を均一な厚さで基層２０ａ上に塗布した抵抗発熱体である。発熱層の総抵抗値は１０．０Ωである。従って、電圧が１００Ｖの交流電源を通電する際に発生する電力は１０００Ｗである。尚、この抵抗値は定着装置として必要な発熱量によって適宜決定すればよく、カーボンの混合比率により適宜調整することができる。

更に、図５は定着ベルト２０の両端部の層構成模式図であり、矢印方向が外周側である。定着ベルトの両端部には給電電極部７１が形成されており、給電電極部７１は発熱層２０ｂの両端と電気的に接続される。給電電極部７１は銀・パラジウムを含んだ導電特性を有する材料を用いている。

更に、図５において、定着装置９の電源供給部から発熱体までの電気的経路を示している。図８（ａ）は発熱体への給電時の模式図であり、給電電極部７１は、電源供給部７９と電気的に接続される給電部材８１と接触する。給電部材８１はステンレスの板ばね形状の部材であり、バックアップ部材８３が給電部材８１を給電電極部７１に押圧することで電気的接続も良好に維持される。図８（ｂ）は定着ベルト回転時の模式図であり、バックアップ部材８３はＤＣコントローラ４５に制御された駆動手段５５により給電部材８１から離れる方向に移動し、給電電極部７１と給電部材８１が離間する。給電部材８１が常に給電電極部７１と接触していると、定着ベルト回転時に給電電極部７１および給電部材８１が磨耗してしまい、安定的に電源供給が行えなくなるので、定着ベルト停止時のみ給電電極部７１と給電部材８１が接触させることで、安定的な電源供給を持続させることが出来る。

（４）プリント動作について
次に、実際にプリント動作を行う場合についての詳細について述べる。

本実施例では、プロセススピードを２１０ｍｍ／ｓｅｃ、生産性を５０ｐｐｍ（Ａ４横送り）、定着フィルムの立上目標温度を１８０℃、ヒーターの目標温度を１８０℃とした。

図６は、ウォームアップのシーケンスを示したフローチャートである。立上時は、定着フィルムと加圧ローラは離間している。はじめに、定着フィルムの中間発熱層に対して、１０００Ｗの電力を投入し、定着フィルムを温める。

フィルム温度は、非接触の温度計によりモニタされており、第１の目標温度１５０℃に達した時点で、電力が切り替わり、定着フィルムに８００Ｗ、セラミックヒーターに２００Ｗの給電を行う。なお、室温においてウォームアップ動作を行った場合、定着フィルムが１８０℃に達するのと、セラミックヒーターが１８０℃に達する時刻がほぼ同じになるように電力配分が設計されている。これは、なるべくウォームアップ時間を短くするためである。

温調温度は定着フィルムが１８０℃、セラミックヒーター裏面が同じく１８０℃に設定されており、両方が１８０℃に到達した時点でプリント動作が開始される。

図７は、本発明を実施しない場合、図８は実施した場合のスタンバイ時定着フィルムの周方向温度分布の概略図である。本発明を実施しない場合は定着フィルムの周方向について一部のみ温度低下が見られるが、本発明を実施した場合は図のように周方向に対して温度分布は滑らかである。

以上、本発明を実施することにより、中間層発熱体とセラミックヒーターを両方使う場合において、定着フィルムの周方向温度むらを改善し、光沢むら等の画像不良のない画像を出力できる定着装置を提供できる。

１１ 感光ドラム
１２ 帯電器
１３ レーザースキャナ
１４ 現像器
１６ バックアップ部材
１７ 支持ステー
１８ サーミスタ
２０ 定着ベルト
２２ 加圧ローラ
７１ 給電電極部
７９ 電源供給部
８１ 給電部材
８３ バックアップ部材
１００ セラミックヒータ

Claims (3)

1. 絶縁体からなる基層と、基層の上層の抵抗発熱層と、抵抗発熱層の上層の弾性層と、弾性層の上層の離型層と、抵抗発熱層の両端部と電気的に接続されている電極層とを備えた中間層発熱型定着フィルムを、第２の熱源である面状抵抗発熱体からも加熱可能な定着装置において、定着フィルムのウォームアップ時に、前記面状抵抗発熱体と定着フィルム抵抗発熱層の両方に給電することを特徴とする定着装置。
2. 定着フィルムの内面もしくは表面の温度Ｔを検知する温度検知手段を有し、プリント開始可能温度Ｔ１と、面状抵抗発熱体の加熱開始温度Ｔ２を有し、その関係はＴ１＞Ｔ２であり、Ｔ＜Ｔ２では定着フィルムのみに給電し、Ｔ２＜Ｔ＜Ｔ１では定着フィルムと面状抵抗発熱体の両方に給電することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. プリント命令がきたと同時にセラミックヒーターを加熱し、定着フィルムと同一温度に保持しておくことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。