JP3576760B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録媒体、例えば転写材上に転写された現像剤画像を加熱・加圧して定着させる定着装置、及び該定着装置を備えた電子写真プロセスを利用して画像形成を行う複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真プロセスを利用した画像形成装置は、画像形成時には、像担時体としてのドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムという）の表面を帯電装置によって一様に帯電処理し、帯電された感光ドラム表面を露光装置によって露光して静電潜像を形成する。そして、この静電潜像を現像装置で現像してトナー画像を形成し、このトナー画像を転写装置によって記録媒体である紙などの転写材に転写して、定着装置によりトナー画像が転写材上に永久固着画像として定着される。
【０００３】
前記定着装置として、最近では、固定支持された加熱体（サーマルヒータ、以下ヒータという）と、該ヒータに対向圧接しつつ搬送される耐熱性フィルム（定着フィルム）と、該定着フィルムを介して転写材をヒータに密着させる加圧部材を有し、ヒータの熱を定着フィルムを介して転写材へ付与することで転写材上に形成担持されている未定着トナー画像を転写材上に加熱定着させる方式、構成の定着装置（フィルム加熱方式）が考案されている。
【０００４】
このようなフィルム加熱方式の定着装置は、熱ローラ方式、熱板方式、ベルト方式、フラッシュ定着方式、オープン定着方式等の他の熱定着式装置との対比において、ヒータとして低熱容量加熱体を用いることができ、また、加熱体であるヒータの温度を比較的低くできるため、省電力化、及び電源投入から画像出力までの時間短縮化（クイックスタート性）が可能である。
【０００５】
加熱体としてのヒータは、セラミック等の耐熱性、良熱伝導性の低熱容量の絶縁基板（ベース材）に低熱容量の通電発熱抵抗体を線状もしくは帯状に塗工するなどして形成具備された態様の低熱容量のものが使用され、抵抗体への通電よりヒータは抵抗体及び基板の熱容量が小さいので、その表面が所要の定着温度（例えば約２００℃前後）まで急速に温度上昇する。
【０００６】
そして、このヒータに接する定着フィルムも熱容量が小さく、ヒータ側の熱エネルギーが定着フィルムを介して、この定着フィルムに圧接状態の転写材側に効果的に伝達されてトナー画像の加熱定着が実行される。
【０００７】
また、ヒータの温度制御は、ヒータ温度を検温素子で検知させ、その温度検知情報により通電発熱抵抗体への通電を制御して、ヒータの温度を所定の定着温度に温調管理する通電制御構成がとられる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のフィルム加熱方式の定着装置では、表面がガラス等のセラミックからなる加熱体に定着フィルムを高い圧で加圧しつつ摺擦させていたので、定着フィルムが摩耗し、寿命が短くなるという問題点があった。特に、フルカラー画像のように多層のトナー層からなる画像においては、トナーが溶融軟化状態にあるときに高い加圧を与え十分に混色させる必要があり、寿命向上が難しかった。
【０００９】
また、未定着トナー像にトナー層厚が高い部分と低い部分がある場合に、加熱体表面が剛体であると、トナー層厚が低い部分のトナーに十分な圧が与えられずに定着性が不十分になったり、オフセットを生じたりすることがあった。
【００１０】
さらに、ＯＨＰ用のトランスペアレンシーシートにカラー画像を形成する場合には、トナー厚が低い部分のトナーが十分に溶融しないと、投影時に光透過性が悪く、黒ぽくなってしまうという問題点があった。一般には、トナー像の輪郭部分でこのような現象が生じやすい。
【００１１】
これらの問題点を解決する方法として、加熱体表面または定着フィルムにゴム弾性層を設ける等の方法も提案されているが、これらの方法は、弾性層を介して熱を伝えるために、この弾性層を厚くすると加熱効率が低下するのであまり厚くできず、十分な効果が得られなかった。
【００１２】
また、加熱体によりトナー画像を加熱溶融した後に、加圧用回転体等により定着フィルムと転写材を相互加圧する手段を設けた装置が提案されているが、加熱定着ニップを通過した後に別の加圧用回転体で加圧する方式では、加圧工程と加熱工程とが離れており、また、加圧用回転体の熱容量が大きく加圧用回転体が温まりにくい。
【００１３】
このため、トナーが溶融軟化状態にあるときに加圧するのが困難であり、加圧部材に別の加熱手段を設ける必要があった。また、加熱ニップ通過後に、定着フィルムと転写材が離れたりずれたりすることがあった。
【００１４】
そこで本発明は、装置の寿命向上及び良好な定着を行うことができる定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述事情に鑑みなされたものであって、加熱体と、該加熱体と一方側の面に接触摺動し他方側の面で被加熱体と接する回転自在な無端状の耐熱性の定着フィルムと、該定着フィルムを介して前記被加熱体を前記加熱体に当接させる回転自在な加圧部材とを備え、前記加熱体と前記加圧部材により形成される圧接ニップ部に前記定着フィルムと前記被加熱体が一緒に挟持搬送されることによって前記被加熱体を加熱する定着装置において、前記加熱体の前記被加熱体の搬送方向下流側に近接または接触して、前記定着フィルムを介して前記加圧部材と当接される弾性部材を設け、前記加熱体と前記弾性部材とを支持する共通の支持体を設けたことを特徴としている。
【００１６】
また、前記加熱体と前記加圧部材間の加圧力よりも前記弾性部材と前記加圧部材間の加圧力の方が大きくなるように設定されていることを特徴としている。
また、前記弾性部材は、前記加熱体よりも前記加圧部材側に突出するように配置されていることを特徴としている。
【００１７】
また、前記弾性部材の前記定着フィルムとの摺動面近傍の温度を検知する温度検知手段を有し、該温度検知手段で検知される前記弾性部材の温度情報に基づいて前記加熱体の温度制御を行うことを特徴としている。
【００１８】
また、前記弾性部材の少なくとも前記定着フィルムとの摺動面に摺動性のよい薄膜層を有することを特徴としている。
【００１９】
また、本発明に係る画像形成装置は、像を担持する像担持体と、該像担持体上に形成されたトナー画像を転写材へ転写する転写手段と、前記転写材上に転写されたトナー画像を加熱・加圧して定着させる請求項１乃至５のいずれか１項記載の定着装置とを備えたことを特徴としている。
【００２０】
（作用）
本発明の構成によれば、加熱体の被加熱体の搬送方向下流側に近接または接触して、定着フィルムを介して加圧部材と当接される弾性部材を設けたことにより、加熱体と加圧部材間に定着フィルムと一緒に挟持搬送される被加熱体、例えば未定着トナー画像を担持した転写材は加熱体によって加熱・加圧され、トナー画像が溶融軟化状態にされる。そして、この溶融軟化状態にあるトナー画像を、弾性部材と加圧部材間で加熱・加圧することにより、弾性部材はトナー画像の形状にならうので、トナー厚みの低いトナー画像等においても良好な定着を行うことができる。
【００２１】
また、加熱体と加圧部材間の加圧力を弾性部材と加圧部材間の加圧力よりも小さくすることによって、加熱体と摺動する定着フィルムの傷の発生や摩耗を低減することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
【００２３】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態に係る定着装置を備えた画像形成装置（本実施の形態ではレーザービームプリンタ）を示す概略構成図である。
【００２４】
この画像形成装置は、像担持体としての感光ドラム１、帯電ローラ２、露光装置３、現像装置４、転写ローラ５、定着装置６を備えている。
【００２５】
感光ドラム１は、負帯電のＯＰＣ感光ドラムであり、アルミニウム製のドラム基体上に感光層などを有し、所定のプロセススピードで矢印ａ方向に回転駆動される。
【００２６】
帯電ローラ２は、感光ドラム１表面に所定の押圧力で当接されて感光ドラム１の回転駆動に伴い従動回転し、帯電バイアス電源（不図示）から帯電ローラ２に対して所定の帯電バイアスを印加して、感光ドラム１を所定の極性、電位に帯電処理する。
【００２７】
露光装置３は、入力される画像情報に応じてレーザー光による露光を反射ミラー３ａを介して帯電処理された感光ドラム１上に行って静電潜像を形成する。
【００２８】
現像装置４は、本実施の形態では現像スリーブ４ａを有する反転現像装置であり、現像スリーブ４ａには現像バイアス電源（不図示）から所定の現像バイアスが印加される。
【００２９】
転写ローラ５は、感光ドラム１表面に所定の押圧力で当接され、転写バイアス電源（不図示）から所定の現像バイアスが印加される。
【００３０】
定着装置６は、定着フィルム１０と加圧ローラ１１を有しており、定着フィルム１０を介して加圧ローラ１１と対向する定着フィルム１０内には、定着フィルム１０の長手方向に沿って加熱体１２が保持されている（定着装置６の詳細な構成、動作については後述する）。
【００３１】
次に、上述した画像形成装置の画像形成動作について説明する。
【００３２】
画像形成時には、感光ドラム１は駆動手段（不図示）により矢印ａ方向に所定のプロセススピードで回転駆動され、帯電バイアスが印加された帯電ローラ２により負極性の一様な帯電処理を受ける。
【００３３】
そして、帯電処理された感光ドラム１表面に露光装置３から反射ミラー３ａを介してレーザー光による露光が与えられ、入力される画像情報に応じた静電潜像が形成される。そして、現像バイアスが印加された現像スリーブ４ａによって静電潜像が現像され、トナー像として可視化される。
【００３４】
そして、感光ドラム１表面のトナー像が転写ローラ５と感光ドラム１間の転写ニップに到達すると、このタイミングに合わせて転写材Ｐがこの転写ニップに搬送され、転写バイアスが印加された転写ローラ５によりトナー像が転写される。トナー像が転写された転写材Ｐは定着装置６の定着フィルム１０と加圧ローラ１１間に搬送され、転写材Ｐ上にトナー像を加熱溶着して出力される。
【００３５】
次に、定着装置６の構成について説明する。
【００３６】
図２は、定着装置６の拡大断面図である。
【００３７】
定着装置６は、加熱体１２と弾性体１３を有するヒータユニット１４と、ヒータユニット１４と片面で接触摺動するエンドレスフィルム状の耐熱性の定着フィルム１０と、定着フィルム１０を介して転写材Ｐをヒータユニット１４の加熱体１２と弾性体１３に当接させるゴム弾性層を有する加圧ローラ１１を備えている。
【００３８】
定着フィルム１０は、駆動ローラ１５、テンションローラ１６、及びヒータユニット１４によって懸回張設されている。ＰＰＳ等の耐熱樹脂からなる断熱ホルダ１７に接着された加熱体１２と、シリコーンゴムからなる弾性体１３は、ＳＵＳからなる支持体１８に固定されている。加熱体１２表面には温度検知素子１９が設置されている。弾性体１３は、加熱体１２の転写材Ｐ搬送方向下流側に接触して設置されている。
【００３９】
加圧ローラ１１は、付勢手段（不図示）によって総圧５〜５０Ｋｇの当接圧を持ってヒータユニット１４に対向当接させてあるが、弾性体１３の方が加熱体１２よりもやや下方（加圧ローラ１１側）に突出するように配置されており、弾性体１３と加圧ローラ１１間の加圧力の方が、加熱体１２と加圧ローラ１１間の加圧力よりも大きくなるように構成されている。
【００４０】
定着フィルム１０は、駆動ローラ１５の時計回り方向の回転駆動に伴い矢印ｂ方向に所定の周速度を持ってしわや蛇行、速度むらなく回動駆動される。加圧ローラ１１は、定着フィルム１０の走行に従動して矢印ｃ方向に回転する。
【００４１】
回動駆動される定着フィルム１０は繰り返してトナー画像の加熱定着に供されるから、耐熱性、離型性、耐久性に優れ、一般的には総厚１００μｍ以下、好ましくは４０μｍ以下の薄肉のものを使用する。例えばポリイミド（ＰＩ）・ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）・ＰＥＳ・ＰＦＡ（４フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂）などの耐熱樹脂の単層フィルム、或いは複合層フィルム、例えば２０μｍ厚フィルムの少なくとも画像当接面側にＰＴＦＥ（４フッ化エチレン樹脂）・ＰＡＥ・ＦＥＰ等のフッ素樹脂に導電材を添加した離型性コート層を１０μｍ厚に施したものなどである。
【００４２】
加熱体１２は、定着フィルム１０の面移動方向と交差する方向を長手とする低熱容量線状加熱体であり、ヒータ基板１２ａ、通電発熱抵抗体（発熱体）１２ｂ、保護層１２ｃからなる。ヒータ基板１２ａは、耐熱性・絶縁性・低熱容量の部材であり、一例として厚み１ｍｍ・幅１０ｍｍ・長さ２４０ｍｍのアルミナ基板である。
【００４３】
発熱体１２ｂは、ヒータ基板１２ａの下面（定着フィルム１０との対面側）の弾性体１３に近い部分に長手に沿って、例えば、Ａｇ／Ｐｄ（銀／パラジウム）、Ｔａ_２ Ｎ等の電気抵抗材料を厚み約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１２ｃとして耐熱ガラスを約１０μｍコートしたものである。
【００４４】
弾性体１３として、アスカーＣ硬度で４０〜５０°の厚み２．５ｍｍのシリコーンゴムを用いた。また、トナー画像の高低により追随させるには、アスカーＣ硬度で２０〜４０°のシリコーンスポンジや、ノーメックス（商品名）等の耐熱性不織布やフェルトがよい。
【００４５】
温度検知素子１９は、一例としてヒータ基板１２ａの上面（発熱体１２ｂを設けた面とは反対側の面）の略中央部にスクリーン印刷等により塗工して具備させたＰｔ膜等の低熱容量の測温抵抗体である。温度検知素子１９としては、他に低熱容量のサーミスタなどをヒータ基板１２ａに当接配置する構成にしてもよい。
【００４６】
加熱体１２は発熱体１２ｂに対する通電による発熱で加熱され、温度検知素子１９を含む温調回路（不図示）により所定の定着温度に温調制御される。
【００４７】
次に、定着装置６による定着動作について説明する。
【００４８】
上述した画像形成動作によって定着装置６へ搬送された未定着のトナー画像Ｔａを上面に担持した転写材Ｐは、加熱体１２と加圧ローラ１１との圧接部Ｎ１の、定着フィルム１０と加圧ローラ１１との間に進入する。
【００４９】
加熱体２は、画像形成スタート信号により所定のタイミングで通電加熱されるので、トナー画像Ｔａは圧接部Ｎ１において、加熱体１２で定着フィルム１０を介して加熱を受けて加熱溶融化する。
【００５０】
圧接部Ｎ１を通過した転写材Ｐは、引き続き定着フィルム１０と密着したまま弾性体１３と加圧ローラ１１との圧接部Ｎ２を通過する。
【００５１】
圧接部Ｎ２においては、圧接部Ｎ１で加熱溶融された転写材Ｐ上のトナー画像Ｔａが、圧接部Ｎ１で熱せられた定着フィルム１０と共に弾性体１３により大きな加圧力を受けることにより、多層のトナー画像からなるカラー画像でも十分に混色が行われる。このとき、弾性体１３は、トナー像による高低に追随し変形することで、薄肉の定着フィルム１０がトナー像の高低部に密着し加圧されるので、トナー像輪郭部も十分に溶融し、混色される。
【００５２】
また、ＯＨＰシート上にカラー画像を形成しても、透過画像において黒く疑似輪郭が生じることを防止することができる。
【００５３】
圧接部Ｎ２を通過した後、定着フィルム１０と転写材Ｐは順次に曲率分離されて、トナー像が定着された転写材Ｐが排出される。
【００５４】
このように、本実施の形態では、圧接部Ｎ１における加圧力を小さくすることでガラス等からなる保護層１２ｃと定着フィルム１０の摺動により生じる定着フィルム１０内面の摩耗を低減し、装置の寿命向上ができた。
【００５５】
さらに、圧接部Ｎ２における加圧力を圧接部Ｎ１よりも大きくすることができるので、上述したように多層のトナー画像からなるカラー画像やＯＨＰシート上にカラー画像を形成した場合でも良好な定着を行うことができる。
【００５６】
また、加圧工程を行う圧接部Ｎ２において、支持体１８側へ弾性体１３から熱が逃げない方が加熱体１２の温度を低くすることができるので、省エネの観点から弾性体１３は断熱性の高い材料で、例えば発泡体やフェルトのように気泡を有するものがよい。
【００５７】
（第２の実施の形態）
図３は本実施の形態に係る画像形成装置の定着装置を示す拡大断面図である。
【００５８】
本実施の形態における定着装置は、ヒータユニット１４の弾性体１３としてフェルト（本実施の形態ではノーメックス（商品名））１３を用い、弾性体１３の定着フィルム１０との摺動面側の内側に長手方向略中央部に第２温度検知素子２０を配置し、かつ弾性体１３の定着フィルム１０との摺動面を、長手全域に渡ってテフロンからなる厚み２０μｍのシート２１で覆った構成である。他の構成及び動作は第１の実施の形態と同様である。
【００５９】
上述した画像形成動作時に、連続で定着処理を続けると弾性体１３の温度が高くなりすぎ、定着フィルム１０と転写材Ｐが剥離するときのトナー画像の溶融粘度が低すぎて、いわゆる高温オフセットを生じることがある。
【００６０】
また、定着装置６が十分に冷えた状態から定着処理をスタートすると、１枚目の転写材Ｐの定着処理を行うときに、弾性体１３の温度が十分に上がっていないので、弾性体１３と加圧ローラ１１との圧接部Ｎ２において加圧しても瞬時にトナー画像が冷却し、定着不足になることがある。
【００６１】
このため、本実施の形態例においては、定着動作時に、第２温度検知素子２０により定着工程中の弾性体１３の温度を検知して、弾性体１３の温度が高くなりすぎたとき、例えば１５０℃を超えたときは温度検知素子１９で検知される加熱体１２の温度が１６０℃になるように、制御装置（不図示）の制御によって発熱体２ｂに対して通電制御を行う。
【００６２】
また、弾性体１３の温度が低いとき、例えば１００℃以下のときは加熱体１２の温度が２００℃程度になるように、制御装置（不図示）の制御によって発熱体２ｂに対して通電制御を行う。
【００６３】
また、通常は加熱体１２の温度が１８０℃になるように、制御装置（不図示）の制御によって発熱体２ｂに対して通電制御することで、常に高温オフセットを生じることなく、十分な定着性を得られるようにすることができる。
【００６４】
さらに、弾性体１３の定着フィルム１０との摺動面をテフロン等の摺動性の良いシート２１で覆うことで、定着フィルム１０を駆動するトルクを小さくすることが可能になり、かつ弾性体１３の定着フィルム１０との摺動面に摩耗粉等の異物が付着して、光沢ムラが生じたり、定着フィルム１０に傷が生じるのを防ぐことができる。
【００６５】
このように、本実施の形態においても、定着フィルム１０の摩耗を低減して装置の寿命向上を図ることができ、かつ良好な定着を行うことができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、加熱体の被加熱体の搬送方向下流側に近接または接触して、定着フィルムを介して加圧部材と当接される弾性部材を設けたことにより、加熱体と加圧部材間に定着フィルムと一緒に挟持搬送される被加熱体、例えば未定着トナー画像を担持した転写材は加熱体によって加熱・加圧され、トナー画像が溶融軟化状態にされる。そして、この溶融軟化状態にあるトナー画像を、弾性部材と加圧部材間で加熱・加圧することにより、弾性部材はトナー画像の形状にならうので、トナー厚みの薄いトナー画像や多色トナー画像のトナー厚みの薄い輪郭部においても良好な定着を行うことができ、さらに、ＯＨＰシート上にトナー画像を形成したときも透明性のむらが生じるのを防止することができる。
【００６７】
また、加熱体と加圧部材間の加圧力を弾性部材と加圧部材間の加圧力よりも小さくすることによって、加熱体と摺動する定着フィルムの傷の発生や摩耗を低減して装置の寿命向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る定着装置を備えた画像形成装置を示す概略構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態における定着装置を示す拡大断面図。
【図３】本発明の第２の実施の形態における定着装置を示す拡大断面図。
【符号の説明】
１ 感光ドラム（像担持体）
２ 帯電ローラ
３ 露光装置
４ 現像装置
５ 転写ローラ
６ 定着装置
１０ 定着フィルム
１１ 加圧ローラ（加圧部材）
１２ 加熱体
１３ 弾性体（弾性部材）
１４ ヒータユニット
１９ 温度検知素子
２０ 第２温度検知素子
２１ シート（薄膜層）

Claims (6)

1. 加熱体と、該加熱体と一方側の面に接触摺動し他方側の面で被加熱体と接する回転自在な無端状の耐熱性の定着フィルムと、該定着フィルムを介して前記被加熱体を前記加熱体に当接させる回転自在な加圧部材とを備え、前記加熱体と前記加圧部材により形成される圧接ニップ部に前記定着フィルムと前記被加熱体が一緒に挟持搬送されることによって前記被加熱体を加熱する定着装置において、
   前記加熱体の前記被加熱体の搬送方向下流側に近接または接触して、前記定着フィルムを介して前記加圧部材と当接される弾性部材を設け、
   前記加熱体と前記弾性部材とを支持する共通の支持体を設けた、
   ことを特徴とする定着装置。
2. 前記加熱体と前記加圧部材間の加圧力よりも前記弾性部材と前記加圧部材間の加圧力の方が大きくなるように設定されている、
   請求項１記載の定着装置。
3. 前記弾性部材は、前記加熱体よりも前記加圧部材側に突出するように配置されている、
   請求項２記載の定着装置。
4. 前記弾性部材の前記定着フィルムとの摺動面近傍の温度を検知する温度検知手段を有し、該温度検知手段で検知される前記弾性部材の温度情報に基づいて前記加熱体の温度制御を行う、
   請求項１乃至３のいずれか１項記載の定着装置。
5. 前記弾性部材の少なくとも前記定着フィルムとの摺動面に摺動性のよい薄膜層を有する、
   請求項１乃至４のいずれか１項記載の定着装置。
6. 像を担持する像担持体と、該像担持体上に形成されたトナー画像を転写材へ転写する転写手段と、前記転写材上に転写されたトナー画像を加熱・加圧して定着させる、請求項１乃至５のいずれか１項記載の定着装置と、を備える、
   ことを特徴とする画像形成装置。

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