JP4261714B2

JP4261714B2 - 定着装置

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Publication number: JP4261714B2
Application number: JP37015399A
Authority: JP
Inventors: 修司森谷; 幸一奥田; 悟谷口; 将史小俣; 高広内山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-12-27
Filing date: 1999-12-27
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2019-12-27
Also published as: JP2001185328A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機やプリンター等の画像形成装置に搭載する定着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複写機やプリンターに搭載する定着装置は、熱ローラー方式の定着装置が一般的であった。しかしながら、大きな熱容量を要し、電源投入から画像出力までの装置立上りに時間を要した。
【０００３】
そこで、最近では省電力化、および電源投入から画像出力までの時間短縮を実現するために、例えば特開昭６３−３１３１８２号公報、特開平２−１５７８７８号公報に記載されているようなフィルム加熱定着方式、つまり薄膜フィルム（以下、フィルムと称す）を介して被加熱体を加熱する加熱体と、この被加熱体を前記フィルムを介して前記加熱体に加圧する加圧体とを有する加熱装置を定着装置として適用することが提案されている。
【０００４】
図２５は最大通紙幅がＡ３サイズであるフィルム加熱定着方式による従来の加熱装置を示す概略構成図である。１はステーであり、加熱体６を露呈させて支持した横断面Ｕ字状の本体部７と該本体部７を対向する加圧ローラ４側へ加圧する加圧部５と、該本体部７の長手端部に冠着され、フィルムが長手方向にスライドすることを防止する端部キャップ３とから構成されている。２はステー１に外嵌させてある横断面円形の耐熱性フィルム（以下、フィルムと略称する）である。
【０００５】
図２６は上記加熱体６の途中を省略し、一部切り欠いて示した平面図である。この加熱体６は、フィルム２もしくは被加熱体としての紙等の記録材Ｐの搬送方向ａに対して直角方向を長手とする細長の耐熱性・絶縁性・良熱伝導性の基板１３１や、この基板１３１の表面側の短手方向中央部に基板長手に沿って形成具備させた抵抗発熱体１３２、この抵抗発熱体１３２を形成した加熱体表面を保護させた耐熱性オーバーコート層１３４、抵抗発熱体１３２の長手両端部の給電用電極１３３・１３３とともに、基板裏面側に具備させた加熱体温度を検知するサーミスタ等の検温素子１０７等からなる全体に低熱容量の線状加熱体を基板構成体とする。この加熱体６は抵抗発熱体１３２を図２５において、剛性・耐熱性を有するステー１の下面側に下向きに露呈させて固定配設してある。
【０００６】
この加熱体６の基板１３１は、例えば、アルミナや窒化アルミニウム等の厚み１ｍｍ・幅１０ｍｍ・長さ３３０ｍｍのものである。また、抵抗発熱体１３２は例えは、Ａｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）、ＲｕＯ₂、Ｔａ₂Ｎ等の電気抵抗材料をスクリーン印刷等により、厚み約１０μｍ、幅１〜３ｍｍの線状もしくは細帯状に塗工して形成したものである。
【０００７】
給電用電極１３３・１３３は例えばＡｇ等のスクリーン印刷パターン、オーバーコート層１３４は例えば約１０μｍ厚の耐熱体ガラス層である。
【０００８】
上記加圧ローラ４は、加熱体６との間にフィルム２を挟んで圧接ニップ部（定着ニップ部）Ｎを形成し、且つフィルム２を回転駆動させるフィルム外面接触駆動手段として作用する。このフィルム駆動ローラ兼加圧ローラ４は芯金４ａとシリコンゴム等よりなる弾性体層４ｂと最外層の離形層４ｃよりなり、不図示の軸受け手段・付勢手段により所定の押圧力をもってフィルム２を挟ませて加熱体６の表面に圧接させて配設してある。この加圧ローラ４はモータ（不図示）による回転駆動により、この加圧ローラ４とフィルム２の外面との摩擦力で該フィルムに搬送力を付与する。
【０００９】
次に動作を説明する。
【００１０】
上記加熱体６は、抵抗発熱体１３２の長手両端部の給電用電極１３３・１３３に対する給電により該抵抗発熱体が長手全長にわたって発熱することで昇温し、その昇温が検温素子１０７で検知される。その検温素子１０７の出力をＡ／Ｄ変換しＣＰＵ１０８に取り込み、その情報をもとにトライアック１０９により抵抗発熱体１３２に通電するＡＣ電源１１０のＡＣ電圧を位相、周波数制御等により、加熱体通電電力を制御することで、加熱体６の温度制御を行う。
【００１１】
即ち、検温素子１０７の検知温度が所定の設定温度より低いと加熱体６が昇温するように、また、高い場合は加熱体６が降温するように通電を制御することで加熱体６は定着時、一定の温度に調整される。而して、加熱体６の温度が所定に立ち上がり、かつ加圧ローラ１０４の回転によるフィルム２の回転周速度が定常化した状態において、画像定着すべき記録材Ｐが加熱体６と加圧ローラ４とで形成される圧接ニップ部Ｎの間に、不図示の画像形成装置の転写部から搬送されて導入され、フィルム２と一緒に圧接ニップ部Ｎを挟持搬送されることにより、加熱体６の熱がフィルム２を介して記録材Ｐに付与され、記録材Ｐ上の未定着顕画像（トナー画像）Ｔが記録材Ｐ面に加熱定着される。そして、圧接ニップ部Ｎを通った記録録材Ｐはフィルム２の面から分離されて搬送される。この場合、記録材Ｐは中央基準で通紙される。
【００１２】
このような所謂テンションレスタイプの装置は、例えば特開平４−４４０７５号公報〜特開平４−４４０８３号公報、特開平４−２０４９８０号公報〜特開平４−２０４９８４号公報等に開示されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
図２は一般的な従来例としての加熱装置から薄膜フィルムを取り除いた時の上流側（本例において、上流側とは被加熱体が加熱装置に進入してくる側のことをさす。反対側を下流側とする。）の斜視図である。片方の端部は断面図になっている。ステー１の両横には端部キャップ３が装着されている。この端部キャップ３は、フィルム２が長手方向にスライドすることを防止したり、ステー１を加圧体に押し当てるための力の受け皿となるなどの機能を有する。図２に装着されている一般的な従来の端部キャップ３の斜視図を図３に示す。図２の状態にフィルム２を装着した時に同じ方向から見た加熱装置は図４のようになる。図４ではフィルム２と加圧ローラ４で形成される被加熱体（記録材）の進入口の長手方向に沿った広さが一定である。
【００１４】
上記のような構成の装置においては、図５に示したように被加熱体がニップＮに進入する際、該被加熱体の端部が持ち上がった状態となり、フィルム２と未定着画像Ｔがニップ進入前に擦れて画像Ｔが乱れることがあった。更に、この画像Ｔの乱れが極端な場合には濃度の低下として現れる。
【００１５】
そこで本発明は、定着ニップ部に進入する記録材の両端がフィルムに近づく方向にカールしていても、画像の乱れを抑えることができる定着装置の提供を目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための構成は、筒状のフィルムと、前記フィルムの内部に前記フィルムの長手方向に沿う向きに配置されている板形状のヒータと、前記フィルムの内部に配置されており前記フィルムの回転をガイドするフィルムガイドと、前記フィルムの前記長手方向の端部内周面に対向する部分及び前記フィルムの前記長手方向の端面に対向する部分を有し前記フィルムの前記長手方向へのスライドを規制する端部キャップと、前記フィルムの外周面に接触しており前記フィルムを介して前記ヒータと共に定着ニップ部を形成する加圧ローラと、を有し、前記定着ニップ部で未定着トナー像を担持する記録材を挟持搬送しつつ記録材に未定着トナー像を加熱定着する定着装置において、前記フィルムの外周面と、前記ヒータの前記定着ニップ部に対向する面からの延長線と、前記フィルムの外周面のうち前記定着ニップ部よりも記録材搬送方向上流側に最も膨らんだ部分の接線と、によって囲まれる面の面積が、前記フィルムの前記長手方向の中央部から両端部に向かうに連れて徐々に大きくなるように、前記フィルムが前記フィルムガイドと前記端部キャップの少なくとも一方によって前記フィルムの内周面側から押されて変形していることを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００２８】
図１は本発明の斜視説明図であり、片側端部は省略して断面を示している。本形態の装置は、図２５の装置と比べてステー本体部７の形状が異なっており、その他の構成は同じであるので、同一の要素に同符番を付す等して再度の説明を省略した。
【００２９】
本発明では、上記の課題の要因であった端部におけるフィルムと未定着画像の定着前の摺擦を避けるために、フィルムと加圧体で形成される被加熱体の進入口である間口を広げている。即ち、フィルムと加圧体で形成される上流側開口部の開き具合を示す面積が長手内側方向に狭くなる部分を形成するような加熱装置の構成を考える。ここで、上流側開口部の開き具合を示す面積を具体化するために、図６に示すような面積Ｓを定義する。
【００３０】
上流部においてフィルム２の最も上流方向に突き出ているところの接線ｖとヒーター６面からの延長線ｈとフィルム外周とが囲む面積をＳとする。図６では、加圧ローラ４がフィルム２を挟んで加熱体６と形成する圧接ニップ部Ｎの長手方向の端部におけるフィルム外周を実線で示し、該ニップ長手方向の中央部におけるフィルム外周を点線で示しており、実線で示したフィルム外周と比べて点線で示したフィルム外周が上流側に突き出て、この面積Ｓが狭くなっている。
【００３１】
このように本実施形態では、面積Ｓがニップ長手内側方向に狭くなる部分を形成（図６における実線のフィルム形状から点線のフィルム形状となるように滑らかにつないだ時にできるフィルム形状を形成）するような加熱装置を、フィルムガイドとしてのステー１によるフィルム２の内側からの張り方を工夫することによって実現している。理想的なフィルム形状を有する加熱装置の一例を図１に示した。
【００３２】
図１において、斜線部分は面積Ｓを連続的に示したものとなっており、この部分の断面を模式的に示したものが図６に対応する。
【００３３】
（第１の実施例）
第１の実施例として、ステー本体部７の端部に凹み部分７ａを設けた例を図７に示す。図７のような形状のステー１にフィルム２を装着し、該フィルムが回転駆動されているときの形状（フィルム走行形状）を示した図が図８である。尚、このとき形成される凹み部分や、フィルム形状は、被加熱体（記録材）の高さに応じた微細な形状であるので、図では説明の為、誇張して示している。（以下の図でも同様である。）図８に示すように、上流側において、点線で示した従来の一般的なフィルム形状の場合よりも端部の間口が広がるために、先程定義した面積Ｓが長手内側方向に向かって狭くなる領域が現れ、被加熱材Ｐの端部が持ち上がった状態であっても該端部の未定着画像Ｔとフィルム２とが摺擦しない。特に、このフィルム形状であると、上流側のニップ部Ｎ近傍においてフィルム２外周面が、端部の持ち上がった被加熱体Ｐと略同じ形状となるので、該被加熱体Ｐ先端が、フィルム２と接し、ニップ部Ｎ内に導かれて平らにされる際に、フィルム２と被加熱体Ｐとがずれて未定着画像Ｔが乱されることが無い。従って画像の乱れや濃度の低下に対してより効果的なフィルム走行形状を得ることができ、高品質の加熱定着を行うことのできる定着装置が得られる。
【００３４】
（第２の実施例）
第２の実施例として、ステー１の両横に取り付ける端部キャップ３の形状を利用してステー１端部に突状部３ａを持たせる構成を示す。図３のような上流側と下流側のフィルム摺動面が対称の端部キャップではなく、図９に示すように、従来の端部キャップに比べて下流側に突状部３ａを持った形状の端部キャップ３を図２のステー本体部７に装着する。その時の加熱装置からフィルム２を取り除いた時の図が図１０、図１１である。
1167203670031_0
は上流側から、
1167203670031_1
は下流側からみた斜視図である。更に、図１０、図１１の状態にフィルム２を装着させた時の加熱装置を示したものが図１２、図１３である。図１２の点線部分は、図４に示した従来の一般的な加熱装置の上流側のフィルム形状を示す。
【００３５】
本実施例では、フィルム２が下流側の端部キャップ３の突状部３ａに張られて上流側端部で間口が広がり、フィルム２の上流側全体を見ると、フィルム２と加圧ローラ４で形成される開口部の開き具合を示す面積Ｓが長手内側方向に小さくなる部分が端部に存在するようになった。又、これと同時にさらに実施例１に示したようなステー本体部７の上流側端部に凹み部分７ａを設けると本発明の効果は非常に大きくなる。
【００３６】
（第３の実施例）
第１の実施例に加えてステー１中央部にも凹み部分を設け、更に第２の実施例で示したステー１下流側端部の突状部３ａを付け加え、更にフィルム走行形状が上流側中央部でステー１中央部に沿うようにするためにコ字状板金５中央部にも突状部５ａを設けた時の上流側の様子を表わしたものが図１４である。この時の下流側の図は図１５である。ステー１下流側中央部にも突状部５ｂがあり、この突状部５ｂはコ字状板金５上中央部の突状部５ａとともにステー１上流側中央部の凹み部分に沿うようなフィルム形状を形作ることを目的としている。図１４、図１５の構成のステー１にフィルム２を装着した時の図は、それぞれ図１６、図１７である。ステー１中央部でこのような構成をとっても、発明の効果は実施例１と同様の効果が得られる。更に、被加熱体Ｐ加熱時の環境によって生じることがある被加熱体Ｐのシワがでにくくなる。
【００３７】
（第４の実施例）
第４の実施例として、図１８に示すように、端部キャップ３ではなく、他の部材を下流側ステー本体部７のリブ７ｂとリブ７ｂの間に嵌めて、ステー１と端部キャップ３とこの部材を一体化させて突状部８を形成している。該突状部８により、フィルム２を張ってフィルム２と加圧ローラ４で形成される上流側開口部を広げるようにしている。図１８は下流側の斜視図である。なお、本形態の突状部８は、第２，第３の実施例よりも上方でニップ長手内側に形成している。
【００３８】
（第５の実施例）
第２，第３の実施例では、端部キャップ３が下流側方向に突状部３ａを持つような形状であったが、このほかにも端部キャップ３の形状を図１９で示すように、突状部３ｂを上流側と下流側の中間、即ちステー１上方部に位置させた形状にする事である程度効果のあるフィルム形状を形成することができる。この場合、実施例４よりも効果は大きい。この時のフィルム２を除いた装置斜視図が図２０である。
【００３９】
（第６の実施例）
第２，第３の実施例では、端部キャップ３が下流側に突状部３ａを持つような形状であったが、本実施例ではステー１上流側端部に突状部３ｂを形成すべく、図２１で示したような端部キャップ形状にする。これにより、これまでの実施例と同様のフィルム形状を得ることができる。この時のフィルムを除いた加熱装置の斜視図が図２２である。
【００４０】
以上の各実施例の効果を表１に示した。表１は標準的な従来の加熱装置（面積Ｓがニップ長手内側方向で変わらないもの）から得られたサンプルを基準として、各実施例の加熱装置から得られたサンプルとを比較し、画像の乱れなどを評価したものである。
【００４１】
【表１】

【００４２】
（その他の実施例）
第２，第３，第５，第６の実施例では、端部キャップ３に突状部３ａ，３ｂ，３ｃを設けた例を示したが、これに限らず図３のように突状部のない端部キャップ３を用い、ステー本体部７の長手端部の下流側や、上方部、上流側に突状部５ａ，５ｂを設けた場合でも前記実施例と同様のフィルム形状が得られ、未定着画像の乱れや濃度低下を防止することができる。
【００４３】
特に、本実施例によれば、ステー本体部７の形状のみで、前記効果が得られる。
【００４４】
なお、突状部を端部キャップ３で形成する装置では、加熱装置組み立て時におけるフィルム２の装着が容易である。
【００４５】
上記の実施例では、凹部や突状部、ニップ長手内側方向に狭くなる部分等を明確に示す為に、ステー１を角張った形状で示したが、実際にはフィルム２との摺動面を滑らかな曲面で構成するのが良い。例えば、図７の装置であれば図２２のようにステー１の断面形状を略円形とする。
【００４６】
また、本発明はテンションレスのフィルム加熱方式に限らず、図２３に示すようにフィルムを複数部材間に捲回張設した装置に適用してもよい。
【００４７】
同図において、１１は駆動ローラ、１２はテンションローラであり、ステー１に保持されたヒーター６と、該駆動ローラ１１と、テンションローラ１２とにフィルム２が捲回張設されている。
【００４８】
本例装置では、フィルム２が駆動ローラ１１に回転駆動され、加圧ローラ４がこれに従動回転する構成であり、このフィルムの駆動によってニップ部Ｎに導入された被加熱体Ｐを搬送している。
【００４９】
本例では、ステー本体部７の上流側に凹部７ｂを設けてニップ長手内側方向に開口部が狭くなる部分を形成しており、これにより前記実施例と同様に未定着画像の乱れや濃度低下を防止することができる。
【００５０】
（画像形成装置例）
図２４は、本発明の画像形成装置の概略構成図である。本例の画像形成装置は電子写真プロセス利用のレーザービームプリンターである。
【００５１】
２１は第１の像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）であり、矢示の時計方向に所定の周速度（プロセススピード）をもって回転駆動され、その回転過程で一次帯電器２２によりマイナスの所定の暗電位Ｖ_D に一様に帯電処理される。
【００５２】
２３はレーザービームスキャナであり、不図示の画像読取装置・ワードプロセッサ・コンピュータ等のホスト装置から入力される目的の画像情報の時系列電気デジタル画像信号に対応して変調されたレーザービームＬを出力し、前記の回転感光ドラム２１の一様帯電処理面を走査露光する。
【００５３】
このレーザービーム走査露光により、回転感光ドラム２１の一様帯電処理面の露光部分は電位絶対値が小さくなって明電位Ｖ_L となり、回転感光ドラム２１面に目的の画像情報に対応した静電潜像が形成されていく。次いでその潜像は現像器２４によりマイナスに帯電した粉体トナーで反転現像（感光ドラム面のレーザー露光明電位Ｖ_L部にトナーが付着）されてトナー画像として顕像化される。
【００５４】
一方、不図示の給紙トレイ上から給紙された記録材Ｐは、転写バイアスを印加した転写部材としての転写ローラ２５と感光ドラム２１との圧接ニップ部へ感光ドラム２１の回転と同期どりされた適切なタイミングをもって給送され、該記録材Ｐの面に感光ドラム２１面側のトナー画像が順次に転写されていく。
【００５５】
そして、これらの各要素２１，２２，２３，２４，２５等で構成された像形成手段により未定着トナー画像が形成された記録材（被加熱体）Ｐは、回転感光ドラム２１面から分離され、前記実施形態に示した定着装置（像加熱手段）Ｒに導入されてトナー画像の定着処理を受け、画像形成物（プリント）として機外へ排紙される。
【００５６】
なお、記録材分離後の回転感光ドラム２１面はクリーニング装置２６で転写残りトナー等の感光ドラム面残留物の除去を受けて清浄面化されて繰り返して作像に供される。
【００５７】
以上のように、間口がニップ長手中央部で狭く、端部で広くした定着装置を備えたことにより、未定着画像の乱れや濃度の低下を防止し、高品質の画像形成を行うことの可能な画像形成装置が得られる。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、定着ニップ部に進入する記録材の両端がフィルムに近づく方向にカールしていても、画像の乱れを抑えることができる定着装置の提供を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】理想的なフィルム形状を有する加熱装置の一例の斜視図。
【図２】従来の一般的な加熱装置からフィルムを取った時の斜視図。
【図３】従来の一般的な加熱装置の端部キャップの斜視図。
【図４】従来の一般的な加熱装置の斜視図。
【図５】画像の乱れるようすを示した図。
【図６】面積Ｓを定義するための加熱装置の断面図。
【図７】ステー端部に凹み部分を有する加熱装置からフィルムを取った時の斜視図。
【図８】ステー両端部に凹み部分を有する加熱装置の斜視図。
【図９】下流側に突状部を持つ端部キャップの斜視図。
【図１０】ステー両端部に突状部を有する加熱装置からフィルムをはずした時の上流側の斜視図。
【図１１】ステー両端部に突状部を有する加熱装置からフィルムをはずした時の下流側の斜視図。
【図１２】ステー両端部に突状部を有する加熱装置の上流側の斜視図。
【図１３】ステー両端部に突状部を有する加熱装置の下流側の斜視図。
【図１４】ステーの端部と中央部に凹み部分を有する加熱装置からフィルムを取った時の斜視図。
【図１５】ステーの端部と中央部に突状部を有する加熱装置からフィルムを取った時の斜視図。
【図１６】ステーの端部と中央部に突状部を有する加熱装置の斜視図。
【図１７】ステーの端部と中央部に突状部を有する加熱装置の斜視図。
【図１８】部材によりフィルムガイド端部に突状部を有する加熱装置からフィルムを取った時の斜視図。
【図１９】上方に突状部を有する端部キャップの斜視図。
【図２０】上方に突状部を有する端部キャップを装着した加熱装置からフィルムを取った時の斜視図。
【図２１】上流側に突状部を有する端部キャップの斜視図。
【図２２】ステー端部上方に突状部を有する加熱装置からフィルムを取った時の図。
【図２３】加熱装置のその他の構成を示す概略構成図。
【図２４】画像形成装置の構成を示す概略構成図。
【図２５】従来の加熱装置を示す概略構成図。
【図２６】加熱体の一部を切り欠いて示した平面図。

Claims

筒状のフィルムと、前記フィルムの内部に前記フィルムの長手方向に沿う向きに配置されている板形状のヒータと、前記フィルムの内部に配置されており前記フィルムの回転をガイドするフィルムガイドと、前記フィルムの前記長手方向の端部内周面に対向する部分及び前記フィルムの前記長手方向の端面に対向する部分を有し前記フィルムの前記長手方向へのスライドを規制する端部キャップと、前記フィルムの外周面に接触しており前記フィルムを介して前記ヒータと共に定着ニップ部を形成する加圧ローラと、を有し、前記定着ニップ部で未定着トナー像を担持する記録材を挟持搬送しつつ記録材に未定着トナー像を加熱定着する定着装置において、
前記フィルムの外周面と、前記ヒータの前記定着ニップ部に対向する面からの延長線と、前記フィルムの外周面のうち前記定着ニップ部よりも記録材搬送方向上流側に最も膨らんだ部分の接線と、によって囲まれる面の面積が、前記フィルムの前記長手方向の中央部から両端部に向かうに連れて徐々に大きくなるように、前記フィルムが前記フィルムガイドと前記端部キャップの少なくとも一方によって前記フィルムの内周面側から押されて変形していることを特徴とする定着装置。