JP2019028186A - 画像加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱回転体が回転軸方向へ移動することで保持部材の規制面との間に発生する接触力（寄り力）により、保持部材や加熱回転体が破損してしまう。【解決手段】保持部材の規制面を、加熱回転体の端面のシート搬送方向の最上流箇所と接触するように構成することで、加熱回転体の端面と保持部材の規制面の間に発生する接触力（寄り力）によって加熱回転体の姿勢を変化させ、加熱回転体の端面と保持部材の規制面の間に発生する接触力（寄り力）を低減できるようにした。【選択図】図３

Description

本発明は、複写機やＬＢＰ等、電子写真方式・静電記録方式等の作像プロセスを採用した画像形成装置に使用される画像加熱装置に関する。このような画像加熱装置としては、記録材（転写材、印字用紙、感光紙、静電記録紙等）上に形成した未定着トナー画像を固着画像として加熱定着する定着装置を挙げることができる。また、記録材に定着された画像を加熱することにより画像の光沢度を増大させる光沢度増大装置等も挙げることができる。

従来、電子写真方式などの複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に具備される定着装置として、フィルム加熱方式を採用しているものがある。フィルム加熱方式の定着装置は、中空で回転可能な加熱回転体としての定着フィルムを加熱源によって加熱しており、熱容量が小さく省エネルギー性に優れている。具体的に、フィルム加熱方式の定着装置は、特許文献１に知られる。

上記のような定着装置は、加熱回転体と加圧部材の間に形成されるニップ部に画像を担持した記録材を挟持搬送して、加熱回転体を介して画像を加熱する。また、加熱回転体を保持するために、加熱回転体の端部に、中空の加熱回転体を内面から保持する保持面と、加熱回転体の回転軸方向の移動を規制する規制面と、を備える保持部材として定着フランジを設けている。

保持面が加熱回転体の端部の内面に接することで、加熱回転体の回転軌道を所定の範囲内に制限し、規制面が加熱回転体の端面に接することで、加熱回転体の回転軸方向の位置を所定の範囲内に制限する。

加熱回転体が回転軸方向へ移動し、保持部材の規制面によって移動が制限された状態では、加熱回転体の端面と規制面の間に接触力（寄り力）が発生している。

特開平４−４４０７５号公報

従来技術では、寄り力が大きくなり、加熱回転体の端面と保持部材の規制面が強く摺擦し、保持部材や加熱回転体が破損してしまうという課題があった。

本発明の目的は、加熱回転体の端面と、保持部材に設けられた加熱回転体の回転軸方向の移動を規制する規制面との間に発生する接触力（寄り力）を低減し、保持部材や加熱回転体の破損を防止した画像加熱装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係る画像加熱装置は、
加熱源によって加熱され回転可能に支持された中空の加熱回転体と、
前記加熱回転体に対向し、前記加熱回転体との間に形成されるニップ部に画像を担持した記録材を挟持搬送して前記画像を加熱するように加圧する加圧部材と、
前記加熱回転体の内面と接触することで前記加熱回転体を保持する保持面と、前記加熱回転体の回転軸方向の端面と接触することで回転軸方向の移動を規制する規制面とを備える保持部材とを有する画像加熱装置であって、
前記規制面のうち、前記記録材搬送方向の最上流側に位置する箇所が、前記記録材搬送方向の最上流側に位置しない箇所よりも
前記回転軸方向における前記加熱回転体の中央側に近いことを特徴とする。

本発明に係る画像加熱装置によれば、加熱回転体の端面と、保持部材に設けられた加熱回転体の回転軸方向の移動を規制する規制面が接触したときに、加熱回転体の姿勢を変化させることにより、端面と規制面の間に発生する接触力（寄り力）を低減することができる。

本発明に係る画像加熱装置を備えた画像形成装置の構成を示す断面図である。 本発明に係る画像加熱装置としての定着装置の構成を示す断面図である。 本発明に係る加熱回転体の保持部材の構成を示す模式図である。 本発明に係る加熱回転体の挙動を示す模式図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。

＜画像形成装置＞
図１に示す画像形成装置４は、シートを搬送するシート搬送装置を含んでいて、搬送されるシートに画像を形成する。画像形成装置４は、シートＰに画像を形成する画像形成手段を備えたプリント部１と、プリント部１の上方に配設される画像読取部２と、該画像読取部２上に載置される原稿搬送部３とを備えている。

プリント部１は、イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＢｋの各色の画像形成部１０を備える。感光ドラム１１は、帯電ローラ１２によって表面が一様に帯電された後、伝送された画像情報の信号に基づいて駆動されるレーザスキャナ１３によって露光されて静電潜像が形成される。感光ドラム１１の表面に形成された静電潜像は現像手段となる現像装置１４によってトナーが供給されてトナー像として可視化される。

感光ドラム１１の表面上に形成されたトナー像は一次転写手段となる一次転写ローラ１７により所定の加圧力及び静電的負荷バイアス電圧を付与されることで像担持体となる中間転写ベルト３１に順次転写される。転写後、感光ドラム１１の表面上に残ったトナーは、クリーニング手段となる感光ドラムクリーナ１５によって除去回収され、再び、次の画像形成に備える。

一方、給送カセット２０内に収容されたシートＰは、給送ローラ５により給送カセット２０から繰り出され一枚ずつ給送される。そして、シートＰを搬送する搬送手段としての搬送ローラ対２２により挟持搬送される。その後、搬送ローラ対２２よりもシート搬送方向の下流側に配置され、搬送ローラ対２２により挟持搬送されるシートＰを更に搬送するレジストローラ対２３により斜行が補正されて搬送される。

レジストローラ対２３は中間転写ベルト３１の外周面上のトナー像と同期を取ってシートＰを中間転写ベルト３１と、二次転写手段となる二次転写外ローラ３５との間に搬送する。中間転写ベルト３１の外周面上のカラーのトナー像は中間転写ベルト３１の内周面側で二次転写外ローラ３５に対向して配置された二次転写内ローラ３４及び二次転写外ローラ３５において所定の加圧力と静電的負荷バイアス電圧が付与される。これにより、中間転写ベルト３１の外周面上のトナー像がシートＰに転写される。

二次転写内ローラ３４及び二次転写外ローラ３５は、レジストローラ対２３よりもシート搬送方向の下流側に配置され、レジストローラ対２３により挟持搬送されるシートＰを更に下流側に搬送する。

中間転写ベルト３１の外周面上のトナー像がシートＰに転写された後、中間転写ベルト３１の外周面上に残ったトナーは、クリーニング手段となるベルトクリーナ３６によって除去回収され、再び、次の画像形成に備える。

定着装置４０はフィルム加熱方式が採用されている。シートＰ上に転写されたトナー像は、定着手段となる定着装置４０によって、加熱回転体としての定着フィルム４１と、加圧部材としての加圧ローラ４２によって挟持搬送されながら、加熱及び加圧されることで定着される。画像が定着されたシートＰは、排出ローラ対６０により排出トレイ６１上に排出される。

＜定着装置＞
本発明におけるフィルム加熱方式の定着装置４０の断面図を図２（ａ）に、側面図を図２（ｂ）に示す。なお、図１においてはシートＰは下から上方向に搬送されたが、図２（ａ）においては右から左方向（矢印Ｐ）に搬送される向きである。

本実施形態に係る定着装置４０は、加熱回転体としての定着フィルム４１と、加圧部材としての加圧ローラ４２と、加熱源としてのヒータ４３とを有している。

定着フィルム４１を挟んでヒータ４３を加圧ローラ４２に加圧する。また、ヒータ４３と定着フィルム４１の間には、潤滑剤を介在させてあり、加圧ローラ４２の回転に応じて、定着フィルム４１が滑らかに従動回転するようになっている。定着フィルム４１と加圧ローラ４２との間に形成されるニップ部にトナー画像を担持したシートＰを挟持し、搬送しながらトナー画像を加熱する。

定着フィルム４１は、熱伝導性や耐熱性等を有しており、薄肉の円筒形状である。本実施例においては、基層の外周に弾性層を、その外周に離型性層を形成した３層構造であり、基層は厚さ３０μｍでステンレスを、弾性層は厚さ３００μｍでシリコーンゴムを、離型性層は、厚さ３０μｍでテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）を用いている。

ヒータ４３はセラミックヒータで、細長薄板状のセラミック基板と、セラミック基板に設けられた発熱抵抗体を有し、発熱抵抗体に通電することにより昇温する。ヒータ４３はヒータホルダ４４によって固定支持される。ヒータホルダ４４の材質は耐熱性樹脂材料である。ヒータ４３はヒータホルダ４４の長手方向に設けられた溝に発熱面を外向きに配置され固定される。

ヒータステイ４５は剛性を有する金属等の材料により形成され、ヒータホルダ４４を補強するように配置される。

定着フィルム４１はヒータ４３、ヒータホルダ４４、ヒータステイ４５に外嵌させてある。

加圧ローラ４２は、軸の外周に弾性層を、その外周に離型性層を形成したローラである。軸にステンレスを、弾性層は厚さ３ｍｍで導電シリコーンゴムを、離型性層は厚さ３０μｍでテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）を用いている。加圧ローラ４２は、その回転軸がヒータ４３の長手方向と平行になる向きに、定着装置４０のフレーム（不図示）によって軸支持されており、片端部にはギア４６が固定されている。ギア４６を介して、不図示の駆動手段により回転駆動される。

＜フランジ＞
保持部材としてのフランジ５０、５１は、定着フィルム４１の回転軸方向の両端部、およびヒータホルダ４４およびヒータステイ４５の両端部を保持している。フランジ５０、５１は耐熱性樹脂により形成されている。一対のフランジ５０、５１は、定着装置４０のフレーム（不図示）に保持された一対の加圧バネ４７、４８で、加圧ローラ４２に向けて加圧される。両端部の加圧バネ４７、４８がフランジ５０、５１を加圧する方向（加圧方向Ｋａ、Ｋｂ）は一致している。この加圧バネ４７、４８によって、フランジ５０、５１からヒータステイ４５、ヒータホルダ４４を介して、ヒータ４３を定着フィルム４１を挟んで加圧ローラ４２に加圧する。

フランジ５０、５１には、加圧方向Ｋａ、Ｋｂに沿った溝（不図示）が設けられ、フランジに設けられた溝に沿って滑らかに移動可能となるように、定着装置４０のフレームに隙間を持って保持される。本実施例において溝とフレームの隙間は０．１ｍｍである。

図３は定着フィルム４１の両端部に嵌合されるフランジ５０、５１を、加圧方向からみた模式図である。明瞭に説明するために、フランジ５０、５１の規制面５４、５５の傾斜角θを模式的に大きくして図示してある。図３の一点鎖線は規制面５４、５５に平行な補助線で、二点鎖線はシート搬送方向Ｐと平行な補助線である。

フランジ５０、５１は、定着フィルム４１の回転軸方向（矢印Ｒ）の両端部において、定着フィルム４１の回転軌道および回転軸方向（矢印Ｒ）の位置を規制するように嵌合される。フランジ５０、５１は、定着フィルム４１を内面から保持する保持面５２、５３と、定着フィルム４１の回転軸方向の移動を規制する規制面５４、５５とを備える。

定着フィルム４１が回転軸方向（矢印Ｒ）に移動したとき、定着フィルム４１の端面４１ａとフランジ５０の規制面５４、もしくは定着フィルム４１の端面４１ｂとフランジ５１の規制面５５が接触することで、定着フィルム４１の回転軸方向の移動が止まる。

規制面５４、５５とは、定着フィルム４１の端面４１ａ、４１ｂとフランジ５０、５１が接触する領域のことである。

本実施例における規制面５４、５５は、その規制面５４、５５内において、シート搬送方向（矢印Ｐ）の最上流側に位置する箇所が、シート搬送方向（矢印Ｐ）の最上流側に位置しない箇所よりも、回転軸方向（矢印Ｒ）における中央側に近くなる形状である。すなわち、規制面５４、５５は、回転軸方向（矢印Ｒ）に垂直な面ではない。

前述のように、規制面５４、５５は、回転軸方向（矢印Ｒ）と垂直な面ではないが、保持面５２、５３は、回転軸方向（矢印Ｒ）と略平行な面である。すなわち、回転軸方向（矢印Ｒ）に対して規制面５４、５５と保持面５２、５３を一体的に傾けているのではない。本実施例において、規制面５４、５５は傾斜した平面であり、シート搬送方向（矢印Ｐ）の上流側に向かう程、回転軸方向（矢印Ｒ）における中央側に近づくように傾いている。その傾斜角は１°である。

前述のように、フランジ５０、５１は定着装置４０のフレームに、隙間を持って保持されるため、フランジ５０、５１の姿勢は、隙間の範囲内で変化する。フランジの姿勢の変動を±１°以下に抑え、規制面５４、５５の傾斜角を１°以上とすることで、規制面５４、５５を常に、シート搬送方向（矢印Ｐ）の上流側に向かう程、回転軸方向（矢印Ｒ）における中央側に近づくように傾かせている。

＜寄り力の低減挙動＞
図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）は、定着フィルム４１の一方の片側端部に嵌合されるフランジ５０を、加圧方向からみた模式図であり、図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）によって、定着フィルム４１が回転軸方向（矢印Ｒ）へ移動していく挙動（寄り）および、定着フィルム４１の端面４１ａ、４１ｂとフランジ５０、５１の規制面５４、５５の間に発生する接触力（寄り力）が低減していく挙動を説明する。図４の二点鎖線はシート搬送方向Ｐと平行な補助線である。

図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）の順に、定着フィルム４１の位置と姿勢が変化していく様子を時系列で示している。明瞭に説明するために、定着フィルム４１およびフランジ５０の規制面５４の傾き角を模式的に大きく図示してある。

定着フィルム４１の回転軸方向（矢印Ｒ）への移動と、定着フィルム４１の傾きは密接に関連しており、フランジ５０の規制面５４に定着フィルム４１の端面４１ａが接触する方向に定着フィルム４１が移動するのは、定着フィルム４１の回転軸方向（矢印Ｒ）がシート搬送方向（矢印Ｐ）と直交しておらず、端面４１ａが反対側の端面よりも、シート搬送方向（矢印Ｐ）の下流側となる向きに傾いていることが原因であるとわかっている。

つまり、定着フィルム４１が回転軸方向（矢印Ｒ）に移動するとき、回転軸方向（矢印Ｒ）に最も先行しているのは、端面４１ａ、４１ｂのシート搬送方向（矢印Ｐ）の上流側である。
さらに、定着フィルム４１の端面４１ａ、４１ｂとフランジ５０、５１の規制面５４、５５の間に発生する接触力（寄り力）と定着フィルム４１の傾きは密接に関連しており、定着フィルム４１の傾きが大きいほど、端面４１ａ、４１ｂと規制面５４、５５の間に発生する接触力（寄り力）が大きいことがわかっている。

本実施例のフランジ５０では、規制面５４は、その規制面５４内において、シート搬送方向（矢印Ｐ）の最上流側に位置する箇所が、シート搬送方向（矢印Ｐ）の最上流側に位置しない箇所よりも、回転軸方向（矢印Ｒ）における中央側に近くなる形状である。

これにより、シート搬送方向（矢印Ｐ）の上流側が先行して移動してきた定着フィルム４１の端面４１ａは、端面４１ａ内においてシート搬送方向（矢印Ｐ）の最上流側に位置する箇所において、規制面５４と接触する（図４（ａ）から図４（ｂ））。

端面４１ａと規制面５４が接触した後は、定着フィルム４１は、規制面５４との接触部を回転中心として、加圧方向を軸に回転する（図４（ｂ）から図４（ｃ））。

端面４１ａはシート搬送方向の最上流側に位置する箇所で規制面５４と接触しているため、最も効率的に、小さな力でも定着フィルム４１を加圧方向を軸として回転させることができる。

定着フィルム４１の加圧方向を軸とした回転によって、定着フィルム４１の傾きが小さくなり、傾きと連動して寄り力が小さくなる。

定着フィルム４１の加圧方向を軸とした回転は、回転の原動力である寄り力が十分小さくなるまで続けられ、図４（ｃ）の状態、すなわち、回転軸方向（矢印Ｒ）とシート搬送方向（矢印Ｐ）が直交する状態で停止する。その後、回転軸方向（矢印Ｒ）とシート搬送方向（矢印Ｐ）が直交する状態が維持される。

寄り力を低減し、その状態を維持することで、定着フィルム４１やフランジ５０の規制面５４の破損を防止することができる。

また、保持面５２を回転軸方向（矢印Ｒ）と略平行な面とすることで、長時間維持される図４（ｃ）の状態において、定着フィルム４１の内面と保持面５２との接触面積を、略平行でない場合よりも大きくすることができる。接触面積を大きくすることで接触圧を小さくし、その状態を維持することで、定着フィルム４１と保持面５２との接触部を起点とした、定着フィルム４１の破損を防止することができる。

上記では一方の片側端部に嵌合されるフランジ５０によって説明したが、もう一方の片側端部に嵌合されるフランジ５１においても同様の効果があり、定着フィルム４１の破損を防止することができる。

以上のように、本発明の実施例の構成によれば、定着フィルム４１の端面４１ａ、４１ｂとフランジ５０、５１の規制面５４、５５の間に発生する接触力（寄り力）を低減することができ、端面４１ａ、４１ｂと規制面５４、５５の接触部を起点とした、定着フィルム４１やフランジ５０、５１の破損を抑制することができる。

ここで上記の実施形態では、両端部のフランジ５０、５１に対して、本発明を実施した。しかし、加工方法の違いなどにより、定着フィルム４１の両端部の強度が異なる場合などにおいては、片側端部のフランジだけに、本発明を実施してもよい。

４０ 定着装置、４１ 定着フィルム、４２ 加圧ローラ、４３ ヒータ、
５０，５１ フランジ

Claims (4)

1. 加熱源によって加熱され回転可能に支持された中空の加熱回転体と、
   前記加熱回転体に対向し、前記加熱回転体との間に形成されるニップ部に画像を担持した記録材を挟持搬送して前記画像を加熱するように加圧する加圧部材と、
   前記加熱回転体の内面と接触することで前記加熱回転体を保持する保持面と、前記加熱回転体の回転軸方向の端面と接触することで回転軸方向の移動を規制する規制面とを備える保持部材とを有する画像加熱装置であって、
   前記規制面のうち、前記記録材搬送方向の最上流側に位置する箇所が、前記記録材搬送方向の最上流側に位置しない箇所よりも
   前記回転軸方向における前記加熱回転体の中央側に近いことを特徴とする画像加熱装置。
2. 前記保持面が前記回転軸方向と平行な面であることを特徴とする請求項１に記載の画像加熱装置。
3. 前記規制面が平面であり、前記規制面が、前記記録材搬送方向の上流側に向かう程、前記回転軸方向における前記加熱回転体の中央側に近づく傾斜を有することを特徴とする請求項１に記載の画像加熱装置。
4. 前記保持部材が、前記回転軸方向の両端部に設けられることを特徴とする請求項１に記載の画像加熱装置。