JP3428794B2 - フィルム加熱定着装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐熱性フィルムを
介して記録材等の被加熱体に熱エネルギーを付与するフ
ィルム加熱定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真、静電記録、磁気記録等
の適宜の作像プロセスを経て画像を形成する複写機、プ
リンタ、ファクシミリ等の画像形成装置においては、記
録材に転写方式或は直接方式で形成担持されたトナー像
を記録材面に定着させる定着装置として熱ローラ方式の
加熱定着装置が用いられてきた。

【０００３】上記熱ローラ方式の加熱定着装置は、内部
にヒータを備えた金属製ローラと該金属製ローラに圧接
される弾性を有する加圧ローラを基本構成として、この
一対のローラにより形成される定着ニップ部（圧接ニッ
プ部）に被加熱体としての記録材を導入してこれを狭持
搬送しながら通過させることにより、該記録材上に担持
されたトナー像を加熱及び加圧してこれを記録材上に定
着させるものである。

【０００４】しかし、斯かる熱ローラ方式の加熱定着装
置では、ローラの熱容量が大きいためにローラ表面を定
着温度まで上げるのには非常に多くの時間を要してい
た。このため、画像出力動作を速やかに実行するには、
装置を使用していないときにもローラ表面を或る程度の
温度に温調していなければならないという問題があっ
た。

【０００５】そこで、上記問題を解決するため、本出願
人はフィルム加熱方式を用いた加熱定着装置（フィルム
加熱定着装置）を先に提案した（例えば、特開昭６３−
３１３１８２号公報、特開平２−１５７８７８号公報参
照）。

【０００６】上記提案に係るフィルム加熱定着装置は、
通常、薄肉の耐熱性フィルムと、このフィルムの一方面
側に固定配置された加熱体（以下、ヒータと称す）と、
同フィルムの他面側にヒータに対向して配置された加圧
部材を含んで構成され、該フィルム加熱定着装置におい
ては、記録材等の被加熱体は加圧部材によってフィルム
を介してヒータに密着される。

【０００７】而して、このフィルム加熱定着装置におい
ては、フィルムを挟んでヒータと加圧部材とが圧接され
ることによって形成される圧接ニップ部のフィルムと加
圧部材との間に、トナー像を担持した記録材を導入して
これを通過させることにより、該記録材のトナー像担持
体面がフィルムを介してヒータで加熱され、未定着トナ
ー像に熱エネルギーが付与されてトナーが軟化、溶融す
る結果、トナー像が記録材上に加熱定着される。

【０００８】このようなフィルム加熱定着装置において
は、ヒータに低熱容量のものを用いることができるた
め、従来の熱ローラ方式の加熱定着装置に比べてウェイ
トタイムの短縮化（クイックスタート）が可能となる
他、省エネルギー化が実現される等の利点がある。

【０００９】更に最近は、フィルム自体を発熱させるこ
とで該フィルムが熱抵抗とならないようにして熱効率を
向上させた電磁誘導加熱方式・フィルム加熱方式の加熱
定着装置が提案されている。この加熱定着装置は、磁性
体である芯材とコイルを組み合わせることによって発生
する磁場を励磁回路で変化させ、その磁場の中を移動す
る導電部材（誘導磁性材、磁性金属材、磁界吸収導電
材）としてのフィルム中の導電層に渦電流を発生させる
ものである。そして、この渦電流が導電層の電気抵抗に
よって熱（ジュール熱）に変換され、結果的に被加熱体
に密着するフィルムのみが発熱するため、高い熱効率が
得られる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般的
に画像形成装置におけるプロセススピードの高速化に伴
い、画像の良好な定着性を確保するためには加圧力のア
ップや温調温度のアップが必要となるが、フィルム加熱
定着装置においては、加圧力のアップや温調温度のアッ
プによる弊害としてフィルムの安定走行が損なわれると
いう問題が発生する。

【００１１】より具体的には、温調温度アップに伴って
フィルムの強度が低下し、フィルムが波打って定着ニッ
プに入っていく傾向が強くなるため、記録材が定着ニッ
プ部に突入する際に該記録材にもこの影響が出てニップ
長手方向に不均一な力が作用し、記録材にシワが発生し
易くなる。更に、記録材として小サイズ紙を連続通紙し
た場合等には、フィルムの通紙領域と非通紙領域での温
度差に起因してフィルムの搬送速度差が生じ、その境界
付近で捩れが発生してフィルムの破損の原因となるとい
う問題がある。これらの問題を解決するためにはフィル
ムの剛性を上げれば良いが、フィルムの剛性を上げると
該フィルムの熱伝導性が損なわれ、高速化への対応が困
難となる。

【００１２】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とする処は、高速化された系においても、
被加熱体のシワ、フィルムの捩れ等の発生を防いで安定
したフィルムの搬送を実現することができるフィルム加
熱定着装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、加熱体支持体によって固定
支持された加熱体に耐熱性フィルムを介して加圧部材を
圧接せしめて両者の間にニップ部を形成し、耐熱性フィ
ルムの走行移動と共に被加熱体を前記ニップ部に導入
し、加熱体の熱エネルギーを耐熱性フィルムを介して被
加熱体に付与するフィルム加熱定着装置において、前記
加熱体支持体に、ニップ面に対して平行で、且つ、フィ
ルム移動方向に対向する方向の成分を有する加圧力を作
用させることを特徴とする。

【００１４】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記加圧力を、ニップ面に対して平行で、
且つ、フィルム移動方向に対向する方向の力としたこと
を特徴とする。

【００１５】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記加圧力をニップ面に対してフィルム移
動方向に対向する方向に所定の角度を成して作用させた
ことを特徴とする。

【００１６】請求項４記載の発明は、請求項１，２又は
３記載の発明において、前記耐熱性フィルムに励磁コイ
ルが生成する磁場中を移動する導電層を設け、耐熱性フ
ィルムに被加熱体を密着加圧して該耐熱性フィルムの導
電層に発生する渦電流で被加熱体を加熱する磁気誘導加
熱方式を採用したことを特徴とする。

【００１７】従って、本発明によれば、耐熱性フィルム
に対して反フィルム移動方向のストレスを掛けることが
でき、高速化された系においても、被加熱体のシワ、フ
ィルムの捩れ等の発生を防いで安定したフィルムの搬送
を実現することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００１９】＜実施の形態１＞先ず、従来のフィルム加
熱定着装置を図２に基づいて説明する。

【００２０】図２は従来のテンションレスタイプのフィ
ルム加熱定着装置の概略断面図であり、同図において、
１はエンドレスの耐熱性フィルムであり、該耐熱性フィ
ルム１はガイド部材であるヒータ支持体２に外嵌されて
いる。尚、この耐熱性フィルム１の内周長はヒータ３を
含むヒータ支持体２の外周長よりも例えば３ｍｍ程度長
く設定されており、従って、耐熱性フィルム１はヒータ
支持体２に対して周長に余裕を持ってルーズに外嵌され
ている。

【００２１】ところで、耐熱性フィルム１の熱容量を小
さくしてクイックスタート性を向上させるために、該耐
熱性フィルム１には１００μｍ以下、好ましくは５０μ
ｍ以下２０μｍ以上の耐熱性の高いＰＴＦＥ、ＰＦＡ、
ＦＥＰの単層フィルム、或はポリイミド、ポリアミドイ
ミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等の外周表面にＰＴＦ
Ｅ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等をコーティングした複合層フィル
ムが使用される。尚、図２に示すフィルム加熱定着装置
においては、耐熱性フィルム１としてポリイミドフィル
ムの外周面にＰＴＦＥをコーティングしたものが用いら
れている。

【００２２】又、前記ヒータ３は、アルミナ等から成る
基板８の表面に、例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）等
の電気抵抗材料６を厚み約１０μｍ、幅１〜３ｍｍにス
クリーン印刷等により塗工し、その上に保護層７として
ガラスやフッ素樹脂等をコーティングして構成されてい
る。

【００２３】４は耐熱性フィルム１を駆動する回転体と
しての加圧ローラであり、これは芯金４−ａとシリコン
ゴム等の離型性の高い耐熱ゴム４−ｂで構成され、ヒー
タ３との間で耐熱性フィルム１を挟んでニップＮを形成
し、不図示の駆動手段からの駆動力を芯金４−ａの端部
に受けることによって回転駆動される。

【００２４】ところで、温度制御は、ヒータ３上に設け
られたサーミスタ５の出力をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ１３
に取り込み、その情報に基づいてトライアック１４によ
りヒータ３に通電するＡＣ電圧に位相、波数制御等のパ
ルス幅変調を掛けてヒータ３への通電電力を制御するこ
とによって行われる。

【００２５】ここで、図３に加圧機構を用いた従来のフ
ィルム加熱定着装置の概略断面を示すが、該装置におい
ては、ヒータ支持体２を背面から押さえてヒータ支持体
押さえ９に加圧バネ１０によってニップ面Ｎに垂直に加
圧力を掛けている。

【００２６】次に、本発明の実施の形態１に係るフィル
ム加熱定着装置を図１に基づいて説明する。尚、図１は
本発明の実施の形態１に係るフィルム加熱定着装置の概
略断面図であり、本図においては図２及び図３に示した
と同一要素には同一符号を付しており、以下、それらに
ついての説明は省略する。

【００２７】本実施の形態に係るフィルム加熱定着装置
おいては、バネ１０によってヒータ支持体押さえ９をニ
ップ面Ｎに対して垂直方向の力ｆ１で加圧するととも
に、バネ１１によって力ｆ１に直交する方向（水平方
向）であって、且つ、反フィルム移動方向に向く力ｆ２
でヒータ支持体押さえ９を加圧する構成が採用されてい
る。従って、ヒータ支持体２は互いに直交する力ｆ１，
ｆ２によって加圧されている。

【００２８】ところで、図２に示す従来のフィルム加熱
定着装置の構成では、前述のようにプロセススピードの
高速化に伴って加圧力のアップや温調温度のアップが必
要となるが、これによって耐熱性フィルム１により大き
なストレスが掛るようになり、記録材Ｐのシワ、小サイ
ズ紙連続通紙時における耐熱性フィルム１のよれや捩れ
等が生じ、耐熱性フィルム１の破損の原因となり得ると
いう問題がある。

【００２９】然るに、本実施の形態においては、前述の
ようにヒータ支持体２は互いに直交する力ｆ１，ｆ２に
よって加圧されているため、耐熱性フィルム１が常にニ
ップＮの上流側のヒータ支持体２の側面に当接されて搬
送されることとなり、該耐熱性フィルム１にはその長手
方向に亘って均一なテンションが掛けられ、記録材Ｐの
シワや耐熱性フィルム１の捩れの発生が防がれて常に安
定した耐熱性フィルム１の搬送が可能となった。

【００３０】

【実施例１】本実施例では、プロセススピードが５０ｍ
ｍ／ｓｅｃの装置が使用された。又、加圧力は１０ｋｇ
ｆで、ヒータを含むヒータ支持体を加圧ローラに加圧力
ｆ１＝１０ｋｇｆで圧接させた。

【００３１】更に、本実施例においては、ヒータを含む
ヒータ支持体に加圧力ｆ１の方向とは垂直に、且つ、フ
ィルム搬送方向とは逆向きに力ｆ２を掛けた構成を採っ
ている。本実施例においては、ｆ２＝０．５ｋｇ，１ｋ
ｇ，２ｋｇとして比較した。尚、本実施例で用いた装置
には、不図示の手段によってヒータ支持体の位置を規制
する規制板が設けられているため、フィルム搬送時にヒ
ータ支持体が規制板に突き当たっていれば、必要以上の
力を加えなくても良く、この場合ｆ２＝２ｋｇ以上の力
を加えても効果は変わらない。

【００３２】表１及び表２は従来装置のものと本実施例
で用いた装置での記録材のシワの発生率を比較したもの
であり、表３はフィルムの捩れの発生開始枚数の比較結
果を示す。以下にそれぞれについて詳しく説明する。

【００３３】表１、表２はそれぞれＪ／Ｊ（通常環
境）、Ｈ／Ｈ（高温高湿環境、具体的には室温３２．５
℃、湿度８５％）における、ｆ２＝０．５ｋｇ，１ｋ
ｇ，２ｋｇでのフィルム搬送差による記録材のシワの発
生率を示している。評価方法は、各環境においてコール
ドスタートから連続５０枚プリントし、即２面目を連続
プリントしたときにシワが発生した記録材の枚数がＸで
ある場合、シワの発生比率をＸ／５０としたものであ
る。この結果から分かるように、何れの環境において
も、従来のフィルム加熱定着装置よりも本実施例で用い
たフィルム加熱定着装置の方が記録材のシワの発生率が
低く、より安定したフィルムの搬送が実現される。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】 表３はＪ／Ｊ（通常環境）における連続小サイズ紙プリ
ント時のフィルム捩れの発生開始枚数の比較であり、一
定温調制御時においてコールドスタートから連続プリン
トし、何枚目でフィルム捩れが発生し始めるかを比較し
たものである。これからも分かるように、本実施の形態
の構成を採ることによって連続小サイズ紙プリント時の
フィルムよれや捩れの発生を抑えることが可能となり、
より安定したフィルムの搬送が実現される。

【００３６】

【表３】 ＜実施の形態２＞次に、本発明の実施の形態２を図４及
び図５に基づいて説明する。尚、図４は本実施の形態２
に係るフィルム加熱定着装置の概略断面図、図５は同フ
ィルム加熱定着装置に加えられる加圧力の成分を示す概
略断面図であり、これらの図においては図１乃至図３に
示したと同一要素には同一符号を付しており、以下、そ
れらについての説明は省略する。

【００３７】本実施の形態においては、加圧力ｆをニッ
プ面Ｎに対して垂直に加えないで、図５に示すように、
フィルム移動方向に所定の角度θだけ傾斜した方向に加
圧力ｆを作用させている。図５からも明らかなように、
加圧力ｆはニップＮに対して水平な成分ｆ_x ＝ｆ・ｓｉ
ｎθと垂直な成分ｆ_y ＝ｆ・ｃｏｓθとに分解され、水
平方向の分力ｆ_x ＝ｆ・ｓｉｎθによってヒータ支持体
２にフィルム駆動方向に対向させる力ｆ_x ＝ｆ・ｓｉｎ
θが付与され、耐熱性フィルム１に対して適度なテンシ
ョンが加えられて該耐熱性フィルム１の搬送性が高めら
れる。

【００３８】

【実施例２】表４は従来のフィルム加熱定着装置と本実
施の形態で用いたフィルム加熱定着装置におけるＨ／Ｈ
環境下（高温高湿環境、具体的には室温３２．５℃、湿
度５％）でのフィルム搬送差による記録材のシワの発生
率を示している。実施の形態においては、θをθ＝１０
°，２０°に設定して両者を比較した。評価方法は、コ
ールドスタートから連続５０枚プリントし、即２面目を
連続プリントしたときの記録材のシワの発生枚数をＸと
したとき、シワの発生比率をＸ／５０としたものであ
る。

【００３９】表４に示す結果からも分かるように、加圧
力をニップ面に対して垂直に加えないでにフィルム移動
方向に対して或る角度θだけ傾斜させて当接加圧するこ
とによって、より簡単な構成で、フィルムに対して適度
なテンションを加えることができ、安定したフィルムの
搬送が実現し、記録材にシワが発生するという問題を解
決することができた。

【００４０】

【表４】 ＜実施の形態３＞次に、本発明の実施の形態３を図６に
基づいて説明する。尚、図６は本実施の形態３に係るフ
ィルム加熱定着装置の概略断面図であり、本図において
も図１乃至図３に示したと同一要素には同一符号を付し
ており、以下、それらについての説明は省略する。

【００４１】本実施の形態においては、励磁回路２２に
接続された励磁コイル２１を設け、耐熱性フィルム１に
は励磁コイル２１が生成する磁場中を移動する導電層を
設け、耐熱性フィルム１に記録材Ｐを密着加圧して該フ
ィルム１の導電層に発生する渦電流で記録材Ｐを加熱す
る磁気誘導加熱方式を採用しており、他の構成は実施の
形態１又は２と同様であり、ヒータ支持体２にフィルム
駆動方向に対向する加圧力を作用させ、耐熱性フィルム
１に適度なテンションを付与する構成が採用されてい
る。

【００４２】而して、本実施の形態においても実施の形
態１及び２と同様な効果が得られ、耐熱性フィルム１の
より安定した搬送が実現し、記録材Ｐのシワの発生率を
低く抑えることができた。

【００４３】一般に、加熱体の構成によらず、加熱体支
持体にフィルム駆動方向に対向する方向の力を付与する
ことによって、耐熱性フィルムに適度なテンションを加
える構成を採用すれば、耐熱性フィルムのより安定した
搬送が実現し、転写材のシワや小サイズ紙連続通紙時の
耐熱性フィルムの捩れ等の発生を抑えることができる。

【００４４】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、加熱体支持体によって固定支持された加熱体に
耐熱性フィルムを介して加圧部材を圧接せしめて両者の
間にニップ部を形成し、耐熱性フィルムの走行移動と共
に被加熱体を前記ニップ部に導入し、加熱体の熱エネル
ギーを耐熱性フィルムを介して被加熱体に付与するフィ
ルム加熱定着装置において、前記加熱体支持体に、ニッ
プ面に対して平行で、且つ、フィルム移動方向に対向す
る方向の成分を有する加圧力を作用させたため、耐熱性
フィルムに対して反フィルム移動方向のストレスを掛け
ることができ、高速化された系においても、被加熱体の
シワ、フィルムの捩れ等の発生を防いで安定したフィル
ムの搬送を実現することができるという効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係るフィルム加熱定着
装置の概略断面図である。

【図２】従来のフィルム加熱定着装置の概略断面図であ
る。

【図３】従来のフィルム加熱定着装置の概略断面図であ
る。

【図４】本発明の実施の形態２に係るフィルム加熱定着
装置の概略断面図である。

【図５】本発明の実施の形態２に係るフィルム加熱定着
装置に加えられる加圧力の成分を示す概略断面図であ
る。

【図６】本発明の実施の形態３に係るフィルム加熱定着
装置の概略断面図である。

【符号の説明】

１ 耐熱性フィルム ２ ヒータ支持体（加熱体支持体） ３ ヒータ（加熱体） ４ 加圧ローラ（加圧部材） １０，１１ 加圧バネ ２１ 励磁コイル Ｎ ニップ部 Ｐ 記録材（被加熱体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 13/20 G03G 15/20

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱体支持体によって固定支持された加
   熱体に耐熱性フィルムを介して加圧部材を圧接せしめて
   両者の間にニップ部を形成し、耐熱性フィルムの走行移
   動と共に被加熱体を前記ニップ部に導入し、加熱体の熱
   エネルギーを耐熱性フィルムを介して被加熱体に付与す
   るフィルム加熱定着装置において、 前記加熱体支持体に、ニップ面に対して平行で、且つ、
   フィルム移動方向に対向する方向の成分を有する加圧力
   を作用させることを特徴とするフィルム加熱定着装置。
2. 【請求項２】 前記加圧力は、ニップ面に対して平行
   で、且つ、フィルム移動方向に対向する方向の力である
   ことを特徴とする請求項１記載のフィルム加熱定着装
   置。
3. 【請求項３】 前記加圧力は、ニップ面に対してフィル
   ム移動方向に対向する方向に所定の角度を成して作用す
   ることを特徴とする請求項１記載のフィルム加熱定着装
   置。
4. 【請求項４】 前記耐熱性フィルムに励磁コイルが生成
   する磁場中を移動する導電層を設け、耐熱性フィルムに
   被加熱体を密着加圧して該耐熱性フィルムの導電層に発
   生する渦電流で被加熱体を加熱する磁気誘導加熱方式を
   採用したことを特徴とする請求項１，２又は３記載のフ
   ィルム加熱定着装置。