JP4040339B2 - 加熱装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱体（ヒータ）と、前記加熱体に密着して摺動走行する耐熱性フィルムを有し、このフィルムを介して被記録材を加熱体に密着させてフィルムと一緒に加熱体位置を移動通過させて加熱体の熱エネルギーをフィルムを介して被記録材に付与するフィルム加熱方式の加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、電子写真複写機・プリンタ・ファクシミリ等の画像形成装置において、画像形成プロセス手段部で記録材に形成担持させた目的の画像情報に対応する未定着トナー画像を加熱定着させる加熱装置としての画像加熱定着装置としては、ヒートローラ式が一般的である。
【０００３】
即ち、ハロゲンヒータ等の内装熱源で加熱されて所定の温度に温調される加熱部材としての回転定着ローラと、この定着ローラに所定に圧接された加圧部材としての回転加圧ローラとを有し、両ローラの圧接ニップ部（定着ニップ部）に記録材を導入して挟持搬送させることで未定着トナー画像を記録材面に加熱定着させるものである。
【０００４】
又、近時は、フィルム加熱方式の加熱装置が画像加熱定着装置として実用されている。この加熱装置は特開昭６３−３１３１８２号公報・特開平１−２６３６７９号公報・特開平２−１５７８７８号公報・特開平４−４４０７５〜４４０８３号公報等で知られており、加熱体（ヒータ）に加熱部材としての耐熱フィルムを加圧部材で押圧密着させて走行させ、耐熱フィルムを挟んで加熱体と加圧部材とで形成される圧接ニップ部（定着ニップ部）の耐熱フィルムと加圧部材との間に記録材を導入して耐熱フィルムに密着させて耐熱フィルムと一緒に定着ニップ部を通過させることで加熱体の熱を耐熱フィルムを介して記録材に与えて未定着トナー画像を記録材面に加熱定着させるものである。
【０００５】
又、例えば画像を担持した記録材を加熱して表面性（つや出し等）を改質する装置、仮定着処理する装置等、その他、被記録材を加熱処理する手段として広く使用できる。
【０００６】
このようなフィルム加熱方式の加熱装置は、昇温の速い低熱容量の加熱体や薄膜の耐熱フィルムを用いることができるため、省電力化やウェイトタイムの短縮化（クイックスタート性）が可能となる、画像形成装置等の本機の機内昇温を低めることができる等の利点を有し、効果的なものである。
【０００７】
図６に画像加熱定着装置してのフィルム加熱方式の加熱装置を示した。
【０００８】
図６に示す装置において、加熱体１は全体に低熱容量のセラミックヒータである。２は横断面略半円弧樋型で、被記録材としての記録材Ｐの搬送方向に直交する方向に長い加熱体保持部材であり、例えばフェノール系の熱硬化性樹脂製である。この加熱体保持部材２の下面に長手に沿って、耐熱性・断熱性の加熱体保持部材２に密着して支持され、給電を受けて発熱する加熱体１を配設してある。
【０００９】
４はこの加熱体１付の加熱体保持部材２にルーズに外嵌させたチューブ型の耐熱フィルム（定着フィルム）である。５は固定された軸を持ち駆動源Ｍによって駆動される回転自由の加圧ローラである。
【００１０】
加熱体１・加熱体保持部材２・フィルム４の組み立て体（以下、フィルムユニットと呼ぶ）は加圧ローラ５への対向方向移動自在である。
【００１１】
３はフィルムユニットに上面から押圧する応接力が加える加圧ばねである。加圧ばね３によりフィルムユニットは加圧ローラ５に対して所定の押圧力で圧接しており、圧接ニップＮを形成するようになっている。
【００１２】
加圧ローラ５が駆動源Ｍにより、図６において反時計方向に回転駆動されることにより、フィルム４はその内面が加熱体１の面に密着摺動しながら時計方向に従動回転する。
【００１３】
フィルム４は加熱体１と密着摺動するため、摩耗を防いだり摺動抵抗を低減するためにフィルム４内部にはグリスが塗布してある。
【００１４】
加圧ローラ５によるフィルム４の回転駆動がなされていて、且つ、加熱体１が通電により所定の温度に昇温している状態において、不図示の作像部側から未定着トナー画像１０を形成担持させた被記録材としての被記録材Ｐが前記圧接ニップ部Ｎのフィルム４と加圧ローラ５との間に導入されると、前記被記録材Ｐがフィルム４の外面に密着してフィルム４と一緒の重なり状態で圧接ニップ部Ｎを通過していく。
【００１５】
この圧接ニップ部Ｎ通過過程で加熱体１の熱エネルギーがフィルム４を介して被記録材Ｐに付与されて被記録材Ｐ上の未定着トナー画像１０が加熱溶融定着処理される。被記録材Ｐは圧接ニップ部Ｎを通過してフィルム４の面から分離されて排出されていく。
【００１６】
しかし、フィルム駆動方式には以下のような問題があった。
【００１７】
即ち、加圧ローラ５は摩擦力によってフィルム４に駆動力を伝え従動回転させるが、例えば装置の老朽化が進んでフィルム４と加熱体１表面の摺動抵抗が増大した時等に、フィルム４と加圧ローラ５間の摩擦係数値が減少し、フィルム４に駆動力が確実に伝わらないことがある。そのため、被記録材Ｐとフィルム４間、或は被記録材Ｐと加圧ローラ５間でスリップが発生し、搬送不良や定着画像の乱れ、被記録材のシワ等が発生する。
【００１８】
この問題を解決するため、図１１に示すような軸受け等で固定された軸が駆動源により直接回転駆動される外部駆動ローラ１１をフィルム４に接触するよう設置し、フィルム４に駆動力を伝える方式（以降、外部駆動方式と呼ぶ）が考案されている。
【００１９】
このような方式では、加圧ローラ５からフィルム４への駆動力伝達が十分でなかったとき、補助的に外部駆動ローラ１１の駆動力がフィルム４に伝達し、搬送不良や定着画像の乱れ、被記録材のシワ等の発生を防ぐことが可能である。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、外部駆動方式には以下のような問題があった。
【００２１】
即ち、加圧ローラ５の硬度及び加圧ばね３の加圧力には製品毎にばらつきがあり、加圧ローラ５の弾性変形による潰れ量に影響を及ぼす。フィルムユニットの位置は加圧ローラ５の潰れ量に大きく影響されるため、フィルムユニットの位置にも製品毎のばらつきが生じる。
【００２２】
又、加圧ローラ５の耐久が進むと加圧ローラ５のゴム部が劣化して硬度が変化する場合がある。この場合も加圧ローラ５の潰れ量の変化のために耐久前後でフィルムユニットの位置に変化が生じる。
【００２３】
更に、フィルムユニットを構成する各要素の寸法公差の影響によってもフィルムユニットの位置は変化する。
【００２４】
一方、外部駆動ローラ１１は軸が固定されているので位置は一定である。そのため、外部駆動ローラ１１とフィルムユニットの相対距離はフィルムユニットの位置のばらつき等の影響を受ける。その結果、外部駆動ローラ１１とフィルムユニット間の相対距離が大きくなると外部駆動ローラ１１とフィルム４が非接触状態になってしまい、フィルム４に駆動力が伝達しなくなる。逆に相対距離が小さくなると外部駆動ローラ１１からフィルム４への押圧力が過剰になり、フィルム４の摩耗の原因になる。
【００２５】
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、フィルムの位置に拘らず該フィルムに安定した駆動力を伝えることができる加熱装置を提供することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、エンドレスベルト状の耐熱性スリーブと、前記スリーブの内側に配設された加熱体と、前記加熱体との間に前記スリーブを挟んで圧接ニップ部を形成し、且つ、前記スリーブの内面を加熱体面に摺動させつつ駆動手段により被記録材搬送方向へ回転駆動させられる加圧部材を有し、前記圧接ニップ部の前記スリーブの外面と加圧部材との間に被記録材を導入して前記スリーブと一緒に前記圧接ニップ部を移動通過させることにより加熱体の熱エネルギーを前記スリーブを介して被記録材に付与するスリーブ加熱方式の加熱装置において、
前記スリーブの近傍に配置され駆動源に接続されたギアＡと、前記ギアＡと噛み合うギアＢと、前記ギアＢが前記ギアＡの周りに回転自由となるよう前記ギアＡと前記ギアＢを保持するギアケースと、前記ギアＢと同軸に設置され前記ギアＡの回転により前記スリーブの外面に圧接されるローラを設け、前記ローラと前記スリーブが接触する領域が被記録材の通過領域外に位置することを特徴とする。
【００２７】
【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。
【００２８】
＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態１を図１及び図２に基づいて説明する。
【００２９】
加熱体１は低熱容量の線状加熱体であって、セラミック基板上の表側（フィルム４側）には抵抗発熱体層が基板長手に沿って形成してあり、例えば銀パラジューム（Ａｇ／Ｐｂ）、Ｔａ2 Ｎ等の電気抵抗ペースト（抵抗ペースト）を例えば厚み１０μｍ、幅１〜３ｍｍの細帯状パターンにスクリーン印刷により塗工し、焼成することで形成した物である。
【００３０】
加熱体１は加熱体保持部材２に耐熱性接着剤で接着して保持させてある。加熱体保持部材２は、加熱体１の発熱によって変形が発生しないように、又、加熱体１から発生する熱を後述の加圧ローラ５側に効率良く伝えるため、例えばＬＣＰ、ＰＰＳ、フェノール樹脂等、耐熱性と断熱性に富んだ材料から成る。
【００３１】
本実施の形態では、加熱体１とフィルム４内面との摩擦係数を下げるために加熱体１表面にガラスコート層を設けると共に、加熱体１表面に耐熱性グリスを塗布して加熱体１とフィルム４との摺動性を良くしている。加熱体１は抵抗発熱体層の反対側の面から配線され、不図示のＡＣ電源から電力を供給される。
【００３２】
エンドレスベルト状の耐熱性定着フィルム４は、上記の加熱体１・加熱体保持部材２の組み立て体に対してルーズに嵌入してあり、回転自由である。フィルムユニットは加圧ローラ５に対して垂直方向に移動自由になっている。
【００３３】
加圧ばね３によりフィルムユニットに上面から押圧する押圧力が加わることにより、加圧ローラ５は加熱体１に対して所定の押圧力で圧接しており、図１に示すように、圧接ニップＮを形成するようになっている。
【００３４】
フィルム４は、例えばポリイミド、ポリイミドエーテル等の耐熱ベースフィルムと、前記フィルム４の画像に当接する外周面にトナーが付着しにくいようにＰＴＦＥ，ＰＦＡ等のフッ素樹脂系の材料等の離形性の良い材料で離形層を設けたエンドレスベルト状フィルムである。
【００３５】
本実施の形態では、ポリイミドの耐熱ベースフィルムに、離形層と耐熱ベースフィルムとの接着を強固にするためのプライマー層がコートされ、表面に離形層としてＰＴＦＥがコートされており、計３層でフィルム４を構成している。
【００３６】
加熱体１の発熱エネルギーの画像当接面への伝達効率はフィルム４の厚みがより薄いほど良く、フィルム４の搬送の安定性からは、フィルム４の剛性を高めるためにフィルム４はより厚い方が良いため、フィルム４の厚みは５０μｍ以上１００μｍ未満が望ましい。フィルム４の長手方向の幅は、レターサイズ( 幅２１６ｍｍ) の被記録材に対応できるよう２４０ｍｍとする。
【００３７】
加圧ローラ５はその芯金軸の両端部をそれぞれ不図示の軸受けにより回転自在に支持されており、その一方の軸端にはギア（不図示）が固着されている。ギアは、画像形成装置本体の駆動源Ｍにより駆動力が伝えられ、加圧ローラ５は所定の周速度をもって回動駆動されるようになっている。
【００３８】
本実施の形態において、加圧ローラ５は芯金軸に同心一体にローラ状にゴム層を形成し、そのゴム層の表面にトナー等が付着するのを防ぐため離形層を形成してある。ゴム層はシリコンゴム等の耐熱性のあるゴム材料、離形層はＦＥＰ，ＰＦＡ等の離形性の良いフッ素樹脂で構成している。
【００３９】
本実施の形態では、ゴム層をゴム硬度４０〜５０°の液状シリコンゴムで構成し、その表面に離形層としてフッ素ゴムにＦＥＰを分散した材料を３０μｍ程度コーティングし、トナーが付着しにくいようにしている。
【００４０】
加熱体１は発熱体層の両端よりＡＣ１００Ｖが通電されることで前記発熱体層の発熱で急速昇温する。前記発熱体層に対する通電が不図示の制御系で制御されることにより加熱体１の温度が所定の温度に制御される。
【００４１】
７は加圧ローラ５の被記録材搬送方向の下流側に配置されたギアＡである。ギアＡ７はギアＡ７の軸を通して駆動手段Ｍにより駆動力を与えられる。８はギアＡ７と噛み合い、駆動するギアＢである。ギアＢ８はギアＡ７から伝えられた駆動力を、ギアＢ８の軸に伝達する。
【００４２】
本実施の形態では、ギアＡ７及びギアＢ８は、フィルム４の長手方向の略中心に位置する。
【００４３】
９はギアＡ軸とギアＢ軸を連結及び保持するギアケースである。ギアケース９によってギアＢ８の軸はギアＡ７の軸に対して回転自由になっている。６はギアＢ８と同軸上に設置され、フィルム４と接触して駆動力を伝えるローラである。
【００４４】
ギアＡに駆動力が伝えられると、ギアＢ８及びローラ６にはギアＡの回転方向と同方向にギアＡの周囲を回転しようとする力が与えられる。この力によりローラ６がフィルムユニットに対して圧接されるよう、ギアＡの回転方向は決定される。
【００４５】
ローラ６と同軸上にあるギアＢ８がフィルム４に接してフィルム４を破壊しないよう、ローラ６の外径はギアＢ８の外径よりも４ｍｍ以上大きいことが望まれる。
【００４６】
本実施の形態では、ローラ６はフィルム４の両端においてフィルム４と接するよう、ギアＢ８の軸の両端に１つずつ、計２個を設置する。ローラの数は３個以上或は１個でも良い。
【００４７】
最大幅の被記録材の通過領域外においてローラ６がフィルム４と接するよう、各ローラ６の長手方向の幅は８ｍｍとする。
【００４８】
ローラ６は例えばシリコンゴムやＥＰＤＭ等のように、１５０℃程度の高温に耐え得る耐熱性を持ち、且つ、ローラ６とフィルム４間の摩擦力が大きくなるよう摩擦係数の大きな材料で構成されることが望ましい。又、ローラ６とフィルム４間のニップ部Ｎａが十分な幅を得られるよう、ローラ６の硬度は２０〜６０程度とする。
【００４９】
又、ローラ６によるフィルム４の送り速度が、加圧ローラ５によるフィルム４の送り速度よりも遅くなると、ローラ６はフィルム４に駆動力を伝えることができず、逆にフィルム４の回転方向とは逆方向のトルクをフィルム４に与えることになってしまう。そこで、ローラ６によるフィルム４の送り速度は、加圧ローラ５によるフィルム４の送り速度よりも３〜５％程度速くなるように設定し、ローラ６はフィルム４に対して常に多少スリップしながら駆動するようにする。
【００５０】
フィルムユニットの位置は、加圧ローラ５の硬度や加圧ばね３の加圧力のばらつきや、加圧ローラ５の硬度の経年変化の影響を受け変化する。しかし、ローラ６の場合は回転中心を規制していないので、図３に示すように、フィルムユニットの位置のばらつきや変化に追従してローラ６の位置が変化し、ローラ６はフィルム４に対して常に安定して押接することができる。
【００５１】
加圧ローラ５及びローラ６によるフィルム４の回転駆動がなされていて、且つ、加熱体１が通電により所定の温度に昇温している状態において、不図示の作像部側から未定着トナー画像１０を形成担持させた被記録材としての被記録材Ｐ（図１）が入口ガイドに案内されて圧接ニップ部Ｎのフィルム４と加圧ローラ５との間に導入されることで図６の装置の場合と同様に被記録材Ｐ上の未定着トナー画像１０の加熱溶融定着処理がなされる。
【００５２】
このように、本実施の形態では、従来例に比べてフィルム４に安定した駆動力を伝えることが可能になり、画像加熱定着装置にあっては加圧ローラ５とフィルム４のスリップによる被記録材Ｐの搬送不良を防止できる。又、加圧ローラ５の硬度及び加圧ばね３の加圧力の製品毎のばらつき、耐久前後における加圧ローラ５の硬度変化等によるフィルムユニットの位置のばらつき・変化の影響を受けずに安定してフィルム４に駆動力を伝えることができる。
【００５３】
＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２を図４に基づいて説明する。尚、実施の形態１との共通箇所には同一符号を付して説明を省略する。
【００５４】
ローラ６とフィルム４間の摩擦力が大きいほど、ローラ６とフィルム４との間での駆動力損失が少なくなる。そのため、安定してフィルムに駆動力を伝えるためには、ローラ６にフィルム４へ押圧する方向の付勢力を与えると良い。
【００５５】
そこで、本実施の形態では、ギアＢによる付勢力だけでは十分な押圧力が得られない場合、図４のようにローラ６に付勢部材１２を取り付けることで、十分な付勢力をローラ６に与えることができる。
【００５６】
＜実施の形態３＞
次に、本発明の実施の形態３を図５に基づいて説明する。
【００５７】
加熱体保持部材２とフィルム４間の摩擦力が大きいと、加圧ローラ５やローラ６によってフィルム４に与えられた駆動力の損失が大きくなる。
【００５８】
そこで、本実施の形態では、フィルム４を挟んでローラ６と対向する位置に対向コロ１３を設けることで、フィルム４と加熱体保持部材２の間の摩擦によるフィルム４への駆動力伝達の際の駆動力の損失を少なく抑えることができる。
【００５９】
＜実施の形態４＞
次に、本発明の実施の形態４を図６に基づいて説明する。
【００６０】
本実施の形態では、加熱体保持部材２のフィルム４を挟んでローラ６と当接する箇所に突起等を設け、ローラ６と当接する面積を小さくすることで、フィルム４と加熱体保持部材２との間の摩擦力を低減させ、フィルム４と加熱体保持部材２の間の摩擦によるフィルム４への駆動力伝達の際の駆動力の損失を少なく抑えることができる。
【００６１】
＜実施の形態５＞
次に、本発明の実施の形態５を図７に基づいて説明する。
【００６２】
本実施の形態では、ローラ６の周部をローレット状に成形することで、フィルム４とローラ６との間の摩擦係数を増大させ、フィルム４とローラ６間における駆動力伝達の際の駆動力の損失を少なく抑えることができる。
【００６３】
＜実施の形態６＞
次に、本発明の実施の形態６を図８に基づいて説明する。
【００６４】
ローラ６を通紙領域内に設置した場合、フィルム４に付着したトナー汚れ１０ｃがローラ６の表面に移り、フィルム４とローラ６の間の摩擦係数低下に繋がる可能性がある。
【００６５】
そこで、本実施の形態では、ローラの上流にフィルム４に付着したトナー汚れ１０ｃを除去するブラシ１４を設け、ローラ６にトナー汚れ１０ｃが付着することを防ぐことができる。
【００６６】
＜実施の形態７＞
次に、本発明の実施の形態７を図９に基づいて説明する。
【００６７】
被記録材Ｐが吸湿していた場合等に、被記録材Ｐが圧接ニップ部Ｎに進入した時に加熱体１から与えられた熱により紙中の水分が急激に蒸発し、その勢いにより未定着トナー画像１０が飛ばされ、画像が乱れる現象を尾引きと呼ぶ。
【００６８】
この尾引きを防止する手段として、フィルム４と加圧ローラ５のそれぞれに所定のバイアス印加を行い、被記録材Ｐが圧接ニップ部Ｎに進入した時に、フィルム４の表面層からＧＮＤに向けてマイナスの電荷が流れることで、被記録材Ｐの裏からフィルム４の表面層において電圧降下が起こり、未定着トナー画像１０を被記録材Ｐ側に引き付ける電界を積極的に発生させ、尾引きを防ぐ方法が一般的に採られている。
【００６９】
本実施の形態では、フィルム４に印加する手段として、ローラ６を導電性ゴムで形成し、ローラ６或はローラ６の芯金にバイアス印加手段１５を設け、導電性のローラ６をフィルムに当接することで、バイアス印加手段１５によりローラに給電されたバイアスがフィルムに印加される構成になっている。このようにローラ６に印加機能を備えさせることにより、新たな印加機構を設ける必要がなく、部品点数を低減することができる。
【００７０】
【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、フィルム駆動方式の加熱装置において、ローラを介してフィルムに駆動力を伝えてフィルムを安定して駆動させることで、被記録材の搬送不良を防止させ、更に、ローラとスリーブが接触する領域が被記録材の通過領域外に位置することで、フィルムに付着したトナー汚れがローラ表面に付着して摩擦係数が低下するのを防ぐことができる。
【００７１】
又、付勢部材を用いてフィルムに対するローラの押圧力を増大させることで、更にフィルムを安定して駆動させることができる。
【００７３】
又、フィルム内部のフィルムを挟んでローラと対向する位置に対向コロを設置することで、スリーブとスリーブ内部構造体との間の摩擦でフィルムの駆動力が損失されるのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る加熱装置の側面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る加熱装置の斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るフィルムユニットの位置変化に対するローラの対応を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る加熱装置の側面図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係る加熱装置の側面図である。
【図６】本発明の実施の形態４に係る加熱装置の側面図である。
【図７】本発明の実施の形態５に係る加熱装置の側面図である。
【図８】本発明の実施の形態６に係る加熱装置の側面図である。
【図９】本発明の実施の形態７に係る加熱装置の側面図である。
【図１０】従来例の加熱装置の側面図である。
【図１１】外部駆動方式の加熱装置の斜視図である。
【符号の説明】
１ 加熱体
２ 加熱体保持部材
３ 加圧ばね
４ フィルム
５ 加圧ローラ
６ ローラ
７ ギアＡ
８ ギアＢ
９ ギアケース
１０ 未定着トナー画像
１０ｂ 定着済みトナー画像
１０ｃ トナー汚れ
１１ 外部駆動ローラ
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱体（ヒータ）と、前記加熱体に密着して摺動走行する耐熱性フィルムを有し、このフィルムを介して被記録材を加熱体に密着させてフィルムと一緒に加熱体位置を移動通過させて加熱体の熱エネルギーをフィルムを介して被記録材に付与するフィルム加熱方式の加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、電子写真複写機・プリンタ・ファクシミリ等の画像形成装置において、画像形成プロセス手段部で記録材に形成担持させた目的の画像情報に対応する未定着トナー画像を加熱定着させる加熱装置としての画像加熱定着装置としては、ヒートローラ式が一般的である。
【０００３】
即ち、ハロゲンヒータ等の内装熱源で加熱されて所定の温度に温調される加熱部材としての回転定着ローラと、この定着ローラに所定に圧接された加圧部材としての回転加圧ローラとを有し、両ローラの圧接ニップ部（定着ニップ部）に記録材を導入して挟持搬送させることで未定着トナー画像を記録材面に加熱定着させるものである。
【０００４】
又、近時は、フィルム加熱方式の加熱装置が画像加熱定着装置として実用されている。この加熱装置は特開昭６３−３１３１８２号公報・特開平１−２６３６７９号公報・特開平２−１５７８７８号公報・特開平４−４４０７５〜４４０８３号公報等で知られており、加熱体（ヒータ）に加熱部材としての耐熱フィルムを加圧部材で押圧密着させて走行させ、耐熱フィルムを挟んで加熱体と加圧部材とで形成される圧接ニップ部（定着ニップ部）の耐熱フィルムと加圧部材との間に記録材を導入して耐熱フィルムに密着させて耐熱フィルムと一緒に定着ニップ部を通過させることで加熱体の熱を耐熱フィルムを介して記録材に与えて未定着トナー画像を記録材面に加熱定着させるものである。
【０００５】
又、例えば画像を担持した記録材を加熱して表面性（つや出し等）を改質する装置、仮定着処理する装置等、その他、被記録材を加熱処理する手段として広く使用できる。
【０００６】
このようなフィルム加熱方式の加熱装置は、昇温の速い低熱容量の加熱体や薄膜の耐熱フィルムを用いることができるため、省電力化やウェイトタイムの短縮化（クイックスタート性）が可能となる、画像形成装置等の本機の機内昇温を低めることができる等の利点を有し、効果的なものである。
【０００７】
図６に画像加熱定着装置してのフィルム加熱方式の加熱装置を示した。
【０００８】
図６に示す装置において、加熱体１は全体に低熱容量のセラミックヒータである。２は横断面略半円弧樋型で、被記録材としての記録材Ｐの搬送方向に直交する方向に長い加熱体保持部材であり、例えばフェノール系の熱硬化性樹脂製である。この加熱体保持部材２の下面に長手に沿って、耐熱性・断熱性の加熱体保持部材２に密着して支持され、給電を受けて発熱する加熱体１を配設してある。
【０００９】
４はこの加熱体１付の加熱体保持部材２にルーズに外嵌させたチューブ型の耐熱フィルム（定着フィルム）である。５は固定された軸を持ち駆動源Ｍによって駆動される回転自由の加圧ローラである。
【００１０】
加熱体１・加熱体保持部材２・フィルム４の組み立て体（以下、フィルムユニットと呼ぶ）は加圧ローラ５への対向方向移動自在である。
【００１１】
３はフィルムユニットに上面から押圧する応接力が加える加圧ばねである。加圧ばね３によりフィルムユニットは加圧ローラ５に対して所定の押圧力で圧接しており、圧接ニップＮを形成するようになっている。
【００１２】
加圧ローラ５が駆動源Ｍにより、図６において反時計方向に回転駆動されることにより、フィルム４はその内面が加熱体１の面に密着摺動しながら時計方向に従動回転する。
【００１３】
フィルム４は加熱体１と密着摺動するため、摩耗を防いだり摺動抵抗を低減するためにフィルム４内部にはグリスが塗布してある。
【００１４】
加圧ローラ５によるフィルム４の回転駆動がなされていて、且つ、加熱体１が通電により所定の温度に昇温している状態において、不図示の作像部側から未定着トナー画像１０を形成担持させた被記録材としての被記録材Ｐが前記圧接ニップ部Ｎのフィルム４と加圧ローラ５との間に導入されると、前記被記録材Ｐがフィルム４の外面に密着してフィルム４と一緒の重なり状態で圧接ニップ部Ｎを通過していく。
【００１５】
この圧接ニップ部Ｎ通過過程で加熱体１の熱エネルギーがフィルム４を介して被記録材Ｐに付与されて被記録材Ｐ上の未定着トナー画像１０が加熱溶融定着処理される。被記録材Ｐは圧接ニップ部Ｎを通過してフィルム４の面から分離されて排出されていく。
【００１６】
しかし、フィルム駆動方式には以下のような問題があった。
【００１７】
即ち、加圧ローラ５は摩擦力によってフィルム４に駆動力を伝え従動回転させるが、例えば装置の老朽化が進んでフィルム４と加熱体１表面の摺動抵抗が増大した時等に、フィルム４と加圧ローラ５間の摩擦係数値が減少し、フィルム４に駆動力が確実に伝わらないことがある。そのため、被記録材Ｐとフィルム４間、或は被記録材Ｐと加圧ローラ５間でスリップが発生し、搬送不良や定着画像の乱れ、被記録材のシワ等が発生する。
【００１８】
この問題を解決するため、図１１に示すような軸受け等で固定された軸が駆動源により直接回転駆動される外部駆動ローラ１１をフィルム４に接触するよう設置し、フィルム４に駆動力を伝える方式（以降、外部駆動方式と呼ぶ）が考案されている。
【００１９】
このような方式では、加圧ローラ５からフィルム４への駆動力伝達が十分でなかったとき、補助的に外部駆動ローラ１１の駆動力がフィルム４に伝達し、搬送不良や定着画像の乱れ、被記録材のシワ等の発生を防ぐことが可能である。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、外部駆動方式には以下のような問題があった。
【００２１】
即ち、加圧ローラ５の硬度及び加圧ばね３の加圧力には製品毎にばらつきがあり、加圧ローラ５の弾性変形による潰れ量に影響を及ぼす。フィルムユニットの位置は加圧ローラ５の潰れ量に大きく影響されるため、フィルムユニットの位置にも製品毎のばらつきが生じる。
【００２２】
又、加圧ローラ５の耐久が進むと加圧ローラ５のゴム部が劣化して硬度が変化する場合がある。この場合も加圧ローラ５の潰れ量の変化のために耐久前後でフィルムユニットの位置に変化が生じる。
【００２３】
更に、フィルムユニットを構成する各要素の寸法公差の影響によってもフィルムユニットの位置は変化する。
【００２４】
一方、外部駆動ローラ１１は軸が固定されているので位置は一定である。そのため、外部駆動ローラ１１とフィルムユニットの相対距離はフィルムユニットの位置のばらつき等の影響を受ける。その結果、外部駆動ローラ１１とフィルムユニット間の相対距離が大きくなると外部駆動ローラ１１とフィルム４が非接触状態になってしまい、フィルム４に駆動力が伝達しなくなる。逆に相対距離が小さくなると外部駆動ローラ１１からフィルム４への押圧力が過剰になり、フィルム４の摩耗の原因になる。
【００２５】
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、フィルムの位置に拘らず該フィルムに安定した駆動力を伝えることができる加熱装置を提供することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、エンドレスベルト状の耐熱性スリーブと、前記スリーブの内側に配設された加熱体と、前記加熱体との間に前記スリーブを挟んで圧接ニップ部を形成し、且つ、前記スリーブの内面を加熱体面に摺動させつつ駆動手段により被記録材搬送方向へ回転駆動させられる加圧部材を有し、前記圧接ニップ部の前記スリーブの外面と加圧部材との間に被記録材を導入して前記スリーブと一緒に前記圧接ニップ部を移動通過させることにより加熱体の熱エネルギーを前記スリーブを介して被記録材に付与するスリーブ加熱方式の加熱装置において、
前記スリーブの近傍に配置され駆動源に接続されたギアＡと、前記ギアＡと噛み合うギアＢと、前記ギアＢが前記ギアＡの周りに回転自由となるよう前記ギアＡと前記ギアＢを保持するギアケースと、前記ギアＢと同軸に設置され前記ギアＡの回転により前記スリーブの外面に圧接されるローラを設け、前記ローラと前記スリーブが接触する領域が被記録材の通過領域外に位置することを特徴とする。
【００２７】
【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。
【００２８】
＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態１を図１及び図２に基づいて説明する。
【００２９】
加熱体１は低熱容量の線状加熱体であって、セラミック基板上の表側（フィルム４側）には抵抗発熱体層が基板長手に沿って形成してあり、例えば銀パラジューム（Ａｇ／Ｐｂ）、Ｔａ2 Ｎ等の電気抵抗ペースト（抵抗ペースト）を例えば厚み１０μｍ、幅１〜３ｍｍの細帯状パターンにスクリーン印刷により塗工し、焼成することで形成した物である。
【００３０】
加熱体１は加熱体保持部材２に耐熱性接着剤で接着して保持させてある。加熱体保持部材２は、加熱体１の発熱によって変形が発生しないように、又、加熱体１から発生する熱を後述の加圧ローラ５側に効率良く伝えるため、例えばＬＣＰ、ＰＰＳ、フェノール樹脂等、耐熱性と断熱性に富んだ材料から成る。
【００３１】
本実施の形態では、加熱体１とフィルム４内面との摩擦係数を下げるために加熱体１表面にガラスコート層を設けると共に、加熱体１表面に耐熱性グリスを塗布して加熱体１とフィルム４との摺動性を良くしている。加熱体１は抵抗発熱体層の反対側の面から配線され、不図示のＡＣ電源から電力を供給される。
【００３２】
エンドレスベルト状の耐熱性定着フィルム４は、上記の加熱体１・加熱体保持部材２の組み立て体に対してルーズに嵌入してあり、回転自由である。フィルムユニットは加圧ローラ５に対して垂直方向に移動自由になっている。
【００３３】
加圧ばね３によりフィルムユニットに上面から押圧する押圧力が加わることにより、加圧ローラ５は加熱体１に対して所定の押圧力で圧接しており、図１に示すように、圧接ニップＮを形成するようになっている。
【００３４】
フィルム４は、例えばポリイミド、ポリイミドエーテル等の耐熱ベースフィルムと、前記フィルム４の画像に当接する外周面にトナーが付着しにくいようにＰＴＦＥ，ＰＦＡ等のフッ素樹脂系の材料等の離形性の良い材料で離形層を設けたエンドレスベルト状フィルムである。
【００３５】
本実施の形態では、ポリイミドの耐熱ベースフィルムに、離形層と耐熱ベースフィルムとの接着を強固にするためのプライマー層がコートされ、表面に離形層としてＰＴＦＥがコートされており、計３層でフィルム４を構成している。
【００３６】
加熱体１の発熱エネルギーの画像当接面への伝達効率はフィルム４の厚みがより薄いほど良く、フィルム４の搬送の安定性からは、フィルム４の剛性を高めるためにフィルム４はより厚い方が良いため、フィルム４の厚みは５０μｍ以上１００μｍ未満が望ましい。フィルム４の長手方向の幅は、レターサイズ( 幅２１６ｍｍ) の被記録材に対応できるよう２４０ｍｍとする。
【００３７】
加圧ローラ５はその芯金軸の両端部をそれぞれ不図示の軸受けにより回転自在に支持されており、その一方の軸端にはギア（不図示）が固着されている。ギアは、画像形成装置本体の駆動源Ｍにより駆動力が伝えられ、加圧ローラ５は所定の周速度をもって回動駆動されるようになっている。
【００３８】
本実施の形態において、加圧ローラ５は芯金軸に同心一体にローラ状にゴム層を形成し、そのゴム層の表面にトナー等が付着するのを防ぐため離形層を形成してある。ゴム層はシリコンゴム等の耐熱性のあるゴム材料、離形層はＦＥＰ，ＰＦＡ等の離形性の良いフッ素樹脂で構成している。
【００３９】
本実施の形態では、ゴム層をゴム硬度４０〜５０°の液状シリコンゴムで構成し、その表面に離形層としてフッ素ゴムにＦＥＰを分散した材料を３０μｍ程度コーティングし、トナーが付着しにくいようにしている。
【００４０】
加熱体１は発熱体層の両端よりＡＣ１００Ｖが通電されることで前記発熱体層の発熱で急速昇温する。前記発熱体層に対する通電が不図示の制御系で制御されることにより加熱体１の温度が所定の温度に制御される。
【００４１】
７は加圧ローラ５の被記録材搬送方向の下流側に配置されたギアＡである。ギアＡ７はギアＡ７の軸を通して駆動手段Ｍにより駆動力を与えられる。８はギアＡ７と噛み合い、駆動するギアＢである。ギアＢ８はギアＡ７から伝えられた駆動力を、ギアＢ８の軸に伝達する。
【００４２】
本実施の形態では、ギアＡ７及びギアＢ８は、フィルム４の長手方向の略中心に位置する。
【００４３】
９はギアＡ軸とギアＢ軸を連結及び保持するギアケースである。ギアケース９によってギアＢ８の軸はギアＡ７の軸に対して回転自由になっている。６はギアＢ８と同軸上に設置され、フィルム４と接触して駆動力を伝えるローラである。
【００４４】
ギアＡに駆動力が伝えられると、ギアＢ８及びローラ６にはギアＡの回転方向と同方向にギアＡの周囲を回転しようとする力が与えられる。この力によりローラ６がフィルムユニットに対して圧接されるよう、ギアＡの回転方向は決定される。
【００４５】
ローラ６と同軸上にあるギアＢ８がフィルム４に接してフィルム４を破壊しないよう、ローラ６の外径はギアＢ８の外径よりも４ｍｍ以上大きいことが望まれる。
【００４６】
本実施の形態では、ローラ６はフィルム４の両端においてフィルム４と接するよう、ギアＢ８の軸の両端に１つずつ、計２個を設置する。ローラの数は３個以上或は１個でも良い。
【００４７】
最大幅の被記録材の通過領域外においてローラ６がフィルム４と接するよう、各ローラ６の長手方向の幅は８ｍｍとする。
【００４８】
ローラ６は例えばシリコンゴムやＥＰＤＭ等のように、１５０℃程度の高温に耐え得る耐熱性を持ち、且つ、ローラ６とフィルム４間の摩擦力が大きくなるよう摩擦係数の大きな材料で構成されることが望ましい。又、ローラ６とフィルム４間のニップ部Ｎａが十分な幅を得られるよう、ローラ６の硬度は２０〜６０程度とする。
【００４９】
又、ローラ６によるフィルム４の送り速度が、加圧ローラ５によるフィルム４の送り速度よりも遅くなると、ローラ６はフィルム４に駆動力を伝えることができず、逆にフィルム４の回転方向とは逆方向のトルクをフィルム４に与えることになってしまう。そこで、ローラ６によるフィルム４の送り速度は、加圧ローラ５によるフィルム４の送り速度よりも３〜５％程度速くなるように設定し、ローラ６はフィルム４に対して常に多少スリップしながら駆動するようにする。
【００５０】
フィルムユニットの位置は、加圧ローラ５の硬度や加圧ばね３の加圧力のばらつきや、加圧ローラ５の硬度の経年変化の影響を受け変化する。しかし、ローラ６の場合は回転中心を規制していないので、図３に示すように、フィルムユニットの位置のばらつきや変化に追従してローラ６の位置が変化し、ローラ６はフィルム４に対して常に安定して押接することができる。
【００５１】
加圧ローラ５及びローラ６によるフィルム４の回転駆動がなされていて、且つ、加熱体１が通電により所定の温度に昇温している状態において、不図示の作像部側から未定着トナー画像１０を形成担持させた被記録材としての被記録材Ｐ（図１）が入口ガイドに案内されて圧接ニップ部Ｎのフィルム４と加圧ローラ５との間に導入されることで図６の装置の場合と同様に被記録材Ｐ上の未定着トナー画像１０の加熱溶融定着処理がなされる。
【００５２】
このように、本実施の形態では、従来例に比べてフィルム４に安定した駆動力を伝えることが可能になり、画像加熱定着装置にあっては加圧ローラ５とフィルム４のスリップによる被記録材Ｐの搬送不良を防止できる。又、加圧ローラ５の硬度及び加圧ばね３の加圧力の製品毎のばらつき、耐久前後における加圧ローラ５の硬度変化等によるフィルムユニットの位置のばらつき・変化の影響を受けずに安定してフィルム４に駆動力を伝えることができる。
【００５３】
＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２を図４に基づいて説明する。尚、実施の形態１との共通箇所には同一符号を付して説明を省略する。
【００５４】
ローラ６とフィルム４間の摩擦力が大きいほど、ローラ６とフィルム４との間での駆動力損失が少なくなる。そのため、安定してフィルムに駆動力を伝えるためには、ローラ６にフィルム４へ押圧する方向の付勢力を与えると良い。
【００５５】
そこで、本実施の形態では、ギアＢによる付勢力だけでは十分な押圧力が得られない場合、図４のようにローラ６に付勢部材１２を取り付けることで、十分な付勢力をローラ６に与えることができる。
【００５６】
＜実施の形態３＞
次に、本発明の実施の形態３を図５に基づいて説明する。
【００５７】
加熱体保持部材２とフィルム４間の摩擦力が大きいと、加圧ローラ５やローラ６によってフィルム４に与えられた駆動力の損失が大きくなる。
【００５８】
そこで、本実施の形態では、フィルム４を挟んでローラ６と対向する位置に対向コロ１３を設けることで、フィルム４と加熱体保持部材２の間の摩擦によるフィルム４への駆動力伝達の際の駆動力の損失を少なく抑えることができる。
【００５９】
＜実施の形態４＞
次に、本発明の実施の形態４を図６に基づいて説明する。
【００６０】
本実施の形態では、加熱体保持部材２のフィルム４を挟んでローラ６と当接する箇所に突起等を設け、ローラ６と当接する面積を小さくすることで、フィルム４と加熱体保持部材２との間の摩擦力を低減させ、フィルム４と加熱体保持部材２の間の摩擦によるフィルム４への駆動力伝達の際の駆動力の損失を少なく抑えることができる。
【００６１】
＜実施の形態５＞
次に、本発明の実施の形態５を図７に基づいて説明する。
【００６２】
本実施の形態では、ローラ６の周部をローレット状に成形することで、フィルム４とローラ６との間の摩擦係数を増大させ、フィルム４とローラ６間における駆動力伝達の際の駆動力の損失を少なく抑えることができる。
【００６３】
＜実施の形態６＞
次に、本発明の実施の形態６を図８に基づいて説明する。
【００６４】
ローラ６を通紙領域内に設置した場合、フィルム４に付着したトナー汚れ１０ｃがローラ６の表面に移り、フィルム４とローラ６の間の摩擦係数低下に繋がる可能性がある。
【００６５】
そこで、本実施の形態では、ローラの上流にフィルム４に付着したトナー汚れ１０ｃを除去するブラシ１４を設け、ローラ６にトナー汚れ１０ｃが付着することを防ぐことができる。
【００６６】
＜実施の形態７＞
次に、本発明の実施の形態７を図９に基づいて説明する。
【００６７】
被記録材Ｐが吸湿していた場合等に、被記録材Ｐが圧接ニップ部Ｎに進入した時に加熱体１から与えられた熱により紙中の水分が急激に蒸発し、その勢いにより未定着トナー画像１０が飛ばされ、画像が乱れる現象を尾引きと呼ぶ。
【００６８】
この尾引きを防止する手段として、フィルム４と加圧ローラ５のそれぞれに所定のバイアス印加を行い、被記録材Ｐが圧接ニップ部Ｎに進入した時に、フィルム４の表面層からＧＮＤに向けてマイナスの電荷が流れることで、被記録材Ｐの裏からフィルム４の表面層において電圧降下が起こり、未定着トナー画像１０を被記録材Ｐ側に引き付ける電界を積極的に発生させ、尾引きを防ぐ方法が一般的に採られている。
【００６９】
本実施の形態では、フィルム４に印加する手段として、ローラ６を導電性ゴムで形成し、ローラ６或はローラ６の芯金にバイアス印加手段１５を設け、導電性のローラ６をフィルムに当接することで、バイアス印加手段１５によりローラに給電されたバイアスがフィルムに印加される構成になっている。このようにローラ６に印加機能を備えさせることにより、新たな印加機構を設ける必要がなく、部品点数を低減することができる。
【００７０】
【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、フィルム駆動方式の加熱装置において、ローラを介してフィルムに駆動力を伝えてフィルムを安定して駆動させることで、被記録材の搬送不良を防止させ、更に、ローラとスリーブが接触する領域が被記録材の通過領域外に位置することで、フィルムに付着したトナー汚れがローラ表面に付着して摩擦係数が低下するのを防ぐことができる。
【００７１】
又、付勢部材を用いてフィルムに対するローラの押圧力を増大させることで、更にフィルムを安定して駆動させることができる。
【００７３】
又、フィルム内部のフィルムを挟んでローラと対向する位置に対向コロを設置することで、スリーブとスリーブ内部構造体との間の摩擦でフィルムの駆動力が損失されるのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る加熱装置の側面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る加熱装置の斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るフィルムユニットの位置変化に対するローラの対応を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る加熱装置の側面図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係る加熱装置の側面図である。
【図６】本発明の実施の形態４に係る加熱装置の側面図である。
【図７】本発明の実施の形態５に係る加熱装置の側面図である。
【図８】本発明の実施の形態６に係る加熱装置の側面図である。
【図９】本発明の実施の形態７に係る加熱装置の側面図である。
【図１０】従来例の加熱装置の側面図である。
【図１１】外部駆動方式の加熱装置の斜視図である。
【符号の説明】
１ 加熱体
２ 加熱体保持部材
３ 加圧ばね
４ フィルム
５ 加圧ローラ
６ ローラ
７ ギアＡ
８ ギアＢ
９ ギアケース
１０ 未定着トナー画像
１０ｂ 定着済みトナー画像
１０ｃ トナー汚れ
１１ 外部駆動ローラ
Claims (6)
- エンドレスベルト状の耐熱性スリーブと、前記スリーブの内側に配設された加熱体と、前記加熱体との間に前記スリーブを挟んで圧接ニップ部を形成し、且つ、前記スリーブの内面を加熱体面に摺動させつつ駆動手段により被記録材搬送方向へ回転駆動させられる加圧部材を有し、前記圧接ニップ部の前記スリーブの外面と加圧部材との間に被記録材を導入して前記スリーブと一緒に前記圧接ニップ部を移動通過させることにより加熱体の熱エネルギーを前記スリーブを介して被記録材に付与するスリーブ加熱方式の加熱装置において、
前記スリーブの近傍に配置され駆動源に接続されたギアＡと、前記ギアＡと噛み合うギアＢと、前記ギアＢが前記ギアＡの周りに回転自由となるよう前記ギアＡと前記ギアＢを保持するギアケースと、前記ギアＢと同軸に設置され前記ギアＡの回転により前記スリーブの外面に圧接されるローラを設け、前記ローラと前記スリーブが接触する領域が被記録材の通過領域外に位置することを特徴とする加熱装置。 - 前記ローラによる前記スリーブの送り速度が前記加圧部材による前記スリーブの送り速度よりも３〜５％速いことを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
- 前記ローラが前記スリーブに対して圧接されるようバネで付勢されていることを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
- 前記スリーブの内側に設けられ、前記スリーブを挟んで前記ローラと対向するコロを設けたことを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
- 前記ローラの周部に溝を設け、ローレット状に成形したことを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
- 前記スリーブの前記ローラが接触する領域よりも前記スリーブ回転の上流側に前記スリーブに付着した汚れを除去する機構を設けたことを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
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