JP4649197B2

JP4649197B2 - 像加熱装置

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Publication number: JP4649197B2
Application number: JP2004367624A
Authority: JP
Inventors: 進介小林; 加藤　　明; 亮早川; 賢一小川; 久司中原; 達夫西山
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Priority date: 2004-12-20
Filing date: 2004-12-20
Publication date: 2011-03-09
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Description

本発明は、複写機・レーザービームプリンタ・ファクシミリ等の画像形成装置に搭載する画像加熱定着装置として用いれば好適な像加熱装置に関する。

画像形成装置において、電子写真プロセス・静電記録プロセス・磁気記録プロセス等の適宜の画像形成プロセス手段部で記録材（転写材シート・エレクトロファックスシート・静電記録紙・ＯＨＰシート・印刷用紙・フォーマット紙など。以下、用紙と記す）に転写方式あるいは直接方式にて形成担持させた画像情報の未定着画像（トナー画像）を用紙面に固着画像として加熱定着させる像加熱装置としては、熱ローラ方式の装置が広く用いられていた。

近時は、クイックスタートや省エネルギーの観点からフィルム加熱方式の装置が実用化されている。フィルム加熱方式の加熱装置は、加熱体としての一般にセラミックヒータと、加圧部材としての加圧ローラとの間に耐熱性フィルム（定着フィルム、定着ベルト）を挟ませて定着ニップ部を形成させ、前記定着ニップ部の定着フィルムと加圧ローラとの間に定着すべき未定着トナー画像を形成担持させた用紙を導入して定着フィルムと一緒に挟持搬送させることで、定着ニップ部においてセラミックヒータの熱を定着フィルムを介して用紙に与え、また定着ニップ部の加圧力にて未定着トナー画像を用紙面に熱圧定着させるものである。

このフィルム加熱方式の加熱装置は、セラミックヒータ及び定着フィルムとして低熱容量の部材を用いてオンデマンドタイプの装置を構成することができ、画像形成装置の画像形成実行時のみ熱源としてのセラミックヒータに通電して所定の定着温度に発熱させた状態にすればよく、画像形成装置の電源オンから画像形成実行可能状態までの待ち時間が短く（クイックスタート性）・スタンバイ時の消費電力も大幅に小さい（省電力）等の利点がある。

フィルム加熱方式の加熱装置において、回転体としての円筒状もしくはエンドレスフィルム状の定着フィルムの駆動方法としては、定着フィルム内周面を案内するフィルムガイド部材（フィルム支持部材）と加圧ローラとで圧接された定着フィルムを加圧ローラの回転駆動によって従動回転させる方法（加圧ロ−ラ駆動方式）や、逆に駆動ローラとテンションローラによって張架されたエンドレスフィルム状の定着フィルムの駆動によって加圧ロ一ラを従動回転させるもの等がある。

そして、上述したようなフィルム加熱方式の加熱装置において、定着性を向上させる、またはトナー画像のグロスを良化させる手段として、定着ニップ部の圧力分布を、用紙搬送方向の上流側よりも下流側の方を大きくするような構成が提案されている（特許文献１）。
特開２００１−２７８５８号公報

本発明は、前述した従来例を更に発展させたものである。

すなわち、ニップ部の圧力分布において下流側の圧を大きくした場合でも、熱の伝達とのバランスが悪いと、トナーの溶解が不充分な状態で必要以上の圧をかけてしまい結果的に定着性が悪くなることが判明した。

効率の良い熱伝導を行い、定着ムラのない良好な画像を得る為には、定着ニップ内の用紙搬送方向の熱分布と圧力分布のバランスを適正化し、安定した搬送性による長手方向の均一化を図る必要がある。

本発明の目的は、この種の像加熱装置において、ニップ部内の用紙搬送方向の温度分布と圧力分布のバランスを最適化させることで、搬送される用紙及びトナーに対して常に効率の良い熱伝導を行う像加熱装置を提供することである。

また、搬送される用紙及びトナーに対して効率の良い熱伝導を行うだけでなく、更に安定した用紙の搬送性を実現することで、長手方向の圧力の均一化を図り、定着ムラの無い安定した像加熱装置を提供することである。

上記目的を達成するための本発明に係る像加熱装置の代表的な構成は、筒状の定着フィルムと、前記定着フィルムの内面に接触する加熱体と、前記定着フィルムの回転をガイドすると共に前記加熱体を保持するフィルム内面ガイド部材と、前記フィルム内面ガイド部材の長手方向両端部にそれぞれ一つずつ装着されており前記定着フィルムが前記長手方向へ移動するのを規制する規制部材と、を有する加熱ユニットと、
前記定着フィルムを介して前記加熱体と共にニップ部を形成する加圧ローラと、
前記加圧ローラの回転軸を保持する軸受、及び前記規制部材の保持フレーム嵌合部が嵌合する嵌合用溝と、を有し、前記加熱ユニットと前記加圧ローラを保持する保持フレームと、
前記規制部材を付勢することにより前記加熱ユニットを前記加圧ローラに付勢する加圧板と、
を有し、前記ニップ部で画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ記録材上の画像を加熱する像加熱装置において、
前記規制部材の保持フレーム嵌合部を前記保持フレームの嵌合用溝に嵌合して前記加熱ユニットを前記保持フレームかに取り付けた時に、前記加熱体が前記嵌合用溝の記録材搬送方向中央に位置するように前記加熱体が前記フィルム内面ガイド部材に保持されており、
前記加熱ユニットを前記保持フレームに取り付けた状態の前記加熱体の記録材搬送方向中央に対して、前記加圧ローラの回転軸の回転中心が記録材搬送方向下流側に位置するように、前記軸受が前記嵌合用溝の記録材搬送方向中央に対して下流側にずれた位置に設けられていることを特徴とする。

上記の装置構成により、搬送される記録材及び画像に対して常に効率の良い熱の伝達及び圧力を与えることができ、定着効率の優れた像加熱装置の実現が可能となる。

すなわち、ニップ部において加熱体からの熱を効率良く搬送されてくる記録材及び画像に伝達し、ニップ部内の最適なポイントで圧力を与えてやることで、少ない熱量の供給で且つ定着性の良い「定着効率」の優れた像加熱装置を提供することができる。そして、これにより省電力化を図ることが出来る。また、像加熱に要する温調温度を抑えることができる。

また、本構成は、像加熱装置のガイド部の設定のみで効率化を図ることができるため、簡易構成で低コスト化を図ることもできる。

（１）画像形成装置例
図１６は、本発明に従う像加熱装置を画像加熱定着装置として具備させた画像形成装置の一例の概略構成図である。本例の画像形成装置は転写式電子写真プロセス利用のレーザービームプリンタである。

３は給紙台である。この給紙台３上に記録材としての転写用紙（以下、用紙と略記する）Ｓを差し込んでセットする。２はこの給紙台３に具備させた可動式の用紙幅規制部材である。給紙台３から画像形成装置（以下、装置と略記する）内へ差し込まれた用紙Ｓはその差し込みが不図示の検知手段で検知された後、所定の制御時点で給紙ローラ１が回転駆動されることで装置内へ引き込まれる。更に搬送ローラ対４ａ・４ｂで挟持搬送され、所定のタイミングにて、回転感光ドラム７と転写ローラ８との圧接ニップ部である転写部Ｔへ導入され、回転感光ドラム７の外周面に形成担持させた、画像情報に対応するトナー画像の転写を受ける。

転写部Ｔでトナー画像の転写を受けた用紙Ｓは回転感光ドラム７の面から分離されて、後述する像加熱装置（以下、定着装置と記す）１５の定着ニップ部Ｎへ導入される。用紙Ｓは定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく過程において未定着トナー画像の熱定着処理を受ける。そして、定着装置１５を出て、排紙ローラ対１７ａ・１７ｂから排紙トレイ１６上へ、本例の場合は画像面下向きのフェイスダウンモードで排出される。

１２はレーザスキャナであり、不図示のコンピュータ・画像読取り装置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素信号に対応した変調レーザ光Ｌを出力し、そのレーザ光で不図示の折り返しミラーを介して回転感光ドラム７面を走査露光する。

１１は回転感光ドラム７面を一様に所定の極性・電位に帯電処理する帯電ローラである。この帯電ローラ１１で一様に帯電処理された回転感光ドラム７面に上記のレーザ光走査露光がなされることで、回転感光ドラム７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。

その静電潜像が現像器１０によりトナー画像として顕像化され、そのトナー画像が前述の転写部Ｔにて用紙Ｓに転写される。

用紙Ｓに対するトナー画像転写後の回転感光体７の面はクリーニング器１４で転写残りトナー等の残留汚染物の除去がなされて清掃され、繰り返して作像に供される。

１３は画像形成装置全般の制御を行う本体制御回路部（ＣＰＵ）であり、ここでは定着装置１５の温調温度や画像形成装置本体のプロセススピードの制御を行っている。本実施例における画像形成装置の通常（デフォルト）の定着温調温度は１８０℃に制御される。また、１１５ｍｍ／ｓｅｃのスピードで用紙搬送を行い、紙間を調節して１８ｐｐｍのプロセススピードになるように制御している。

（２）定着装置１５
次に、本実施例における像加熱装置としての定着装置１５についての詳細を説明する。本例における定着装置１５は、フィルム加熱方式、加圧回転体駆動方式の所謂テンションレスタイプの装置である。

ここで、以下の説明において、定着装置またはこれを構成している部材の長手方向とは用紙搬送路面内において用紙搬送方向に直交する方向に並行な方向である。幅または幅方向（短手方向）とは用紙搬送方向における寸法または並行な方向である。定着装置に関し、背面とは定着装置を正面（用紙入口側）から見て、その反対側の面（用紙出口側）、左右とは定着装置を正面から見て左または右である。また、上流側と下流側とは用紙搬送方向に関して上流側と下流側である。

図２の（ａ）は定着装置１５の正面図、（ｂ）は一部切欠きの背面図である。図３は一部切欠きの拡大左側面図、図４は縦断正面図、図５は分解斜視模型図である。図１は要部の拡大横断面模型図である。

２０は加熱部材としての加熱ユニット（上ユニット）、３０は加圧回転体としての加圧ローラ（弾性ローラ）である。この加熱ユニット２０と弾性ローラ３０とを装置筐体としての板金フレーム４０の左右の側板４１間にほぼ並行に保持させてある。そして両者の圧接により加熱ニップ部である定着ニップ部Ｎを形成させている。

加熱ユニット２０は、
ａ：耐熱性・剛性を有する横長のフィルム内面ガイド部材２１、
ｂ：このフィルム内面ガイド部材２１の下面に、該部材の長手に沿って設けた凹溝部２１ａに嵌め入れて固定支持させた、通電により発熱するヒータ（加熱体）２２、
ｃ：ヒータ２２を固定支持させたフィルム内面ガイド部材２１にルーズに外嵌させた、可撓性部材としての、円筒型の耐熱樹脂製の定着フィルム２３、
ｄ：フィルム内面ガイド部材２１の長手方向両端部側にそれぞれ装着したフィルム保持部材としての左右のフランジ部材２４、
等の組み立てアセンブリである。

上記において、ヒータ２２は例えば所謂セラミックヒータ等である。本実施例におけるヒータ２２の幅Ｗ（図１）は５．８３ｍｍである。また、定着フィルム２３は例えばポリイミド等の耐熱性樹脂製である。外周長が約５７ｍｍで、内周長は、ヒータ２２を含むフィルム内面ガイド部材２１の外周長より約３ｍｍ大きくしてある。従って、定着フィルム２３はヒータ２２を含むフィルム内面ガイド部材２１に対して周長に余裕を持つ。左右のフランジ部材２４は定着フィルム２３の両端部を規制する役目をする。即ち、定着フィルム２３の長手方向への移動を規制する規制部材である。

加圧ローラ３０は、芯金３１と、該芯金上に同心一体に形成具備されたシリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱性ゴムあるいはシリコーンゴム等を発泡して形成された弾性層３２とから成る回転体である。

板金フレーム４０の左右の側板４１にはそれぞれ上辺側を開放口部した縦長の嵌合用溝４２を同形に形成してある。その各嵌合用溝４２の下辺側には、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂よりなる軸受け部材４３を装着してある。そしてこの左右の軸受け部材４３にそれぞれ加圧ローラ芯金（回転軸）３１の左右両端部を軸受させて、加圧ローラ３０を左右の側板４１間に回転自由に保持させて配置してある。

また、加熱ユニット２０については、その左右のフランジ部材２４にそれぞれ具備させた保持フレーム嵌合縦溝部２５を、上記板金フレーム側板４１側の嵌合用溝４２の縦縁部であるガイド部４２ａに対して嵌合用溝４２の開放口部から係合させる。そして、加圧ローラ３０の方向にスライド移動させることにより、板金フレーム４０の左右の側板４１間において加圧ローラ３０と接するように配置してある。すなわち、上記の保持フレーム嵌合縦溝部２５とガイド部４２ａは、フランジ部材２４を含む加熱ユニット２０を、板金フレーム４０の左右の側板４１間において、加圧ローラ２４の方向に案内するガイドとしての役割を担っている。

４４は左右の加圧用板金である。それぞれ、板金フレーム４０の左右の側板４１に上記のように装着してある左右のフランジ部材２４の上側に配置されていて、該フランジ部材２４の上面を加圧する部材である。すなわち、この左右の加圧用板金４４は、それぞれ、板金フレーム４０の左右の側板４１の上辺側に一端部側をヒンジ軸４５で回動自由に連結して配設してある。そして、それぞれ対応する左右のフランジ部材２４の上面に対して当接させて、該加圧用板金４４の他端部側と、不動のバネ掛け部材４７との間に加圧バネ（引っ張りバネ）４６を引っ掛けてある。これにより加圧用板金４４は加圧バネ４６による引っ張り力でヒンジ軸４５を中心にフランジ部材２４を加圧ローラ３０の方向に加圧する方向に回動付勢される。左右のフランジ部材２４はそれぞれその内側に一体に設けた押子部２６がフィルム内面ガイド部材２１の左右端部側の受圧部２７に係合しており、左右の加圧用板金４４から左右のフランジ部材２４に作用した加圧ローラ方向への加圧力が上記の押子部２６と受圧部２７を介してフィルム内面ガイド部材２１に作用する。そのために、ヒータ２２を配設してある該フィルム内面ガイド部材２１の下面が定着フィルム２３を挟んで加圧ローラ３０に対して弾性層３２の弾性に抗して圧接する。これにより、加熱ユニット２０と加圧ローラ３０とを所定の加圧力を持って押圧して両者間に加熱ニップ部である所定幅Ｗの定着ニップ部Ｎを形成させている。本実施例における加圧バネ４６による加圧力の総圧は約１３２．３Ｎ（１３．５ｋｇｆ）であり、定着ニップ部Ｎの幅は約７．７ｍｍである。

加圧用板金４４はフランジ部材２４の上面に当接した状態において、フランジ部材２４の上面側に具備させた凸部２４ａが加圧用板金４４側に具備させた穴部４４ａに対応して係合することで位置決めされる。

加圧ローラ３０は、その芯金３１の一端部側に固着したドライブギアＧに対して不図示の回転制御手段より駆動力が伝達されることにより図１において矢印の反時計方向に所定の速度で回転駆動される。この加圧ローラ３０の回転駆動による該加圧ローラ３０の外面と定着フィルム２３との、定着ニップ部Ｎにおける圧接摩擦力により円筒状の定着フィルム２３に回転力が作用して、該定着フィルム２３が、その内面側が定着ニップ部Ｎにおいてヒータ２２の下向き面に密着して摺動しながらフィルム内面ガイド部材２１の外周を従動回転する。ヒータ２２は定着ニップ部Ｎにおける定着フィルム内面の摺動部材として機能している。

加圧ローラ３０が回転駆動され、それに伴って円筒状の定着フィルム２３が従動回転状態になり、またヒータ２２に通電がなされ、該ヒータ２２が昇温して所定の温度に立ち上がり温調された状態において、定着ニップ部Ｎの定着フィルム２３と加圧ローラ３０との間に未定着トナー像ｔを担持した用紙Ｓが導入される。そして、用紙Ｓは定着ニップ部Ｎにおいてそのトナー像担持面側が定着フィルム２３の外面に密着して定着フィルム２３と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。この挟持搬送過程において、ヒータ２２の熱が定着フィルム２３を介して用紙Ｓに付与され、用紙Ｓ上の未定着トナー像ｔが用紙Ｓ上に加熱・加圧されて溶融定着される。定着ニップ部Ｎを通過した用紙Ｓは定着フィルム２３から曲率分離される。

図６は加熱体としてのセラミックヒータ２２の一例の概略構成図である。このセラミックヒータ２２は、
１）用紙搬送路面において用紙搬送方向と直交する方向を長手とする横長のアルミナ・窒化アルミニウム・炭化ケイ素等の高絶縁性のセラミックスでできたセラミック基板（絶縁基板）２２ａ、
２）上記セラミック基板２２ａの表面側に長手に沿ってスクリーン印刷等により、厚み１０μｍ程度、幅１〜５ｍｍ程度の線状もしくは細帯状に塗工し焼成して形成した、例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）、ＲｕＯ_２、Ｔａ_２Ｎ等の抵抗発熱体２２ｂ、
３）上記抵抗発熱体２２ｂの長手方向両端部に電気的に導通させて設けた、Ａｇ／Ｐｔ（銀・白金）で形成された電極部２２ｃ、
４）抵抗発熱体２２ｂの表面に設けた、電気的に絶縁し、定着フィルム２３との摺擦に耐えることが可能な薄層のガラスコートやフッ素樹脂コート等の絶縁保護層２２ｄ、
５）セラミック基板２２ａの裏面側に設けた温度検知体としてのサーミスタＴＨ、
等からなる。

上記のセラミックヒータ２２は絶縁保護層２２ｄを設けた側が表面側であり、絶縁保護層２２ｄの面に定着フィルム２３が摺動する。このセラミックヒータ２２を、フィルム内面ガイド部材２１の下面に、該部材の長手に沿って設けた凹溝部２１ａに嵌め入れて耐熱性接着剤で接着して保持させてある。

１０１は給電用コネクタであり、フィルム内面ガイド部材２１に固定支持させたセラミックヒータ２２の電極部２２ｃ部分に嵌着され、電極部２２ｃにそれぞれ給電用コネクタ側の電気接点が接触状態になる。１０２は商用電源（ＡＣ）、１０３はトライアック、１０４は電力（通電）制御手段（ＣＰＵ）である。セラミックヒータ２２は、商用電源１０２から、トライアック１０３を介して電極部２２ｃ間に給電されることで抵抗発熱体２２ｂの発熱で迅速急峻に昇温する。

そのセラミックヒータ２２の昇温が温度検知体であるサーミスタＴＨにより検知され、その検知温度の電気的アナログ情報がアナログデジタル変換回路（Ａ／Ｄ変換回）１０５に入力し、デジタル化されて電力制御手段１０４に入力する。

サーミスタＴＨの検知温度に応じたデジタル情報が入力される電力制御手段１０４は、サーミスタＴＨの検知温度が目標温度から所定幅内の値になるよう商用電源１０２から抵抗発熱体２２ｂへの通電を制御するようになっている。

尚、電力制御手段１０４による商用電源１０２から抵抗発熱体２２ｂへの通電の制御として、商用電源１０２から出力される交流電源の半波周期毎に商用電源１０２から抵抗発熱体２２ｂへの通電に供される位相範囲をサーミスタＴＨの検知温度に応じて変更するという位相制御、或いは、前記半波周期毎にサーミスタＴＨの検知温度に応じて商用電源１０２から抵抗発熱体２２ｂへの通電を導通又は遮断のいずれか一方に切り換えるという波数制御等が採用されている。

ここで、本実施例において特徴とするところは、図１に示す通り、前記加熱ユニット２０を加圧ローラ３０の方向に案内するガイド部４２ａの案内方向（加熱部材案内方向）と平行で且つガイド部４２ａの案内方向に対して垂直な方向の中央を通る仮想線Ａ（加熱体２２の記録材搬送方向中央）が、加圧ローラ３０の中心から前記ガイド部４２ａの案内方向に対して平行に引いた仮想線Ｂ（嵌合用溝４２の記録材搬送方向中央Ａに対して下流側にずれた位置）より用紙搬送方向上流側（記録材搬送方向上流側）となるように前記ガイド部４２ａの形状が設定されているという点にある。ヒータ２２の幅中心は仮想線Ａとほぼ一致させている。

つまり、このガイド部４２ａの案内方向により、加熱ユニット２０が加圧ローラ３０に対して用紙搬送方向上流側になるようにする。本実施例においては、上記の仮想線Ａは上記の仮想線Ｂに対して０．６ｍｍ上流側に位置させている。このような構成により、定着ニップ部Ｎ内（定着ニップ部Ｎの幅内、以下同じ）では、図７に示すような温度分布、及び圧力分布となっている。

先ず、温度分布について説明する。ここで言う温度分布とは、搬送される用紙Ｓのある地点が、定着ニップ部Ｎ内で与えられた熱を時間的分布として示したものである。ヒータ２２から与えられた熱は、ヒータ２２と摺動しながら回転する定着フィルム２３を介することにより、用紙Ｓへの熱伝達が下流側に若干ずれる。ヒータ２２の幅中心近辺でピーク温度に達すると、このまま定着ニップ部下流端部にかけてピーク温度を保ち、定着ニップ部Ｎを通過してから空気中等に熱を奪われて徐々に温度が低下するような温度分布となる。この場合、用紙上でのピーク温度は大凡１３０℃〜１４０℃である（定着温調温度は１８０℃）。

また、圧力分布については、定着ニップ部Ｎ内において加圧ローラ３０の加圧方向の中心が下流側に位置していることから、図７のように定着ニップ部Ｎ内の下流側にピーク圧を持っている。

上記のような圧力及び熱が用紙Ｓ上の未定着トナーｔに加わることで、用紙Ｓ上の未定着トナー画像ｔが効率的に用紙Ｓに定着する。

つまり、図８の模式図に示すように、定着ニップ部Ｎ内において、未定着トナーｔは、単調増加するヒータ２２（加熱手段）からの熱により徐々に溶解していき、定着ニップ部Ｎ内の下流部Ｐにおいて充分に溶解して粘性が低い状態となる。このトナーｔが充分に溶解して粘性が低い下流部Ｐにおいて圧力のピークがくるように設定することで、未定着トナーｔはより確実に用紙Ｓに定着する。

ここで、図８は定着ニップ部Ｎにおけるトナーｔの定着プロセスを説明しやすいように示したものであり、用紙Ｓの厚みやトナーの粒径等は、実際の大きさより誇張して示している。

＜比較例１＞
図９は、実施例１と同様な構成で、ガイド部４２ａの案内方向に対して垂直な方向の中央を通る仮想線Ａと、加圧ローラ３０の中心から前記ガイド部４２ａの案内方向に対して平行に引いた仮想線Ｂが同一直線上にあるようにガイド部４２ａを設定した従来の定着装置の構成を示す。

このような従来例の構成を持つ定着装置と、本実施例１の構成を持つ定着装置１５における定着効率の相違を以下に説明する。上述した定着装置構成以外のその他の機能については、本実施例１と同じであるものとする。

図１０は、従来例の構成を持つ定着装置（図９）と、本実施例１の構成を持つ定着装置１５を、上述した画像形成装置（図１６）に搭載した時の定着性の結果を示したものである。本測定では、定着温調温度を同じ１８０℃に設定し、１１枚連続通紙した時の濃度低下率の比較測定を行った結果を示したものである。ここで、濃度低下率とは、排出された定着画像を９．８ｋＰａ（１００ｇ／ｃｍ^２）の荷重をかけてシルボン紙(LenzCleaning Paper“dasper”Ozu Paper Co.Ltd)で擦り、擦り前後に測定する濃度の低下した割合のことを示す。なお濃度測定は、反射濃度計ＲＤ９１８（マクベス社製）でおこなった。つまり、濃度低下率が低いほど、定着性は優れているということになる。

先ず本結果より、本実施例１の構成の方が、従来例よりも濃度低下率が５％程度低いことが分かり、定着性に対して有利であることが言える。

更に、図１１は、上記１１枚の連続通紙を行った時の濃度低下率の平均値と、１１枚連続通紙した時の積算電力をそれぞれ示したものである。本結果より、従来例に比べて本実施例の定着性が良いだけでなく、積算電力も少ないことが分かる。これは、本実施例の構成の方が、効率的に熱を用紙に伝達することで、空気中やその他に逃げる熱量が少ないために、従来例に比べて供給する電力を抑えているからである。

つまり、本実施例では、図７に示すように、定着ニップ部Ｎ内の上流側から中心にかけて熱のピークが来るように設定して未定着トナーｔを徐々に溶解し、粘性の低い状態で圧力のピークがくるように設定することにより、トナーｔが少ない電力で且つ確実に用紙Ｓに定着することを示している。

一方、従来例の場合、図１２に示す通り、温度分布がピークに達していない時に圧力分布がピークとなっている。このため、図１３に示すように、トナーｔが溶解しきれていなく、粘性の高い状態でピーク圧をかけてしまっていることから、トナーｔの用紙Ｓへの定着が不完全になってしまう。

更には、圧があまりかかっていない定着ニップ部Ｎの用紙出口近辺において用紙上のトナーｔが加熱されすぎ、トナーｔの弾性が下がってしまうため、トナーｔがフィルムにオフセットしてしまう”ホットオフセット”という現象も発生してしまう。”ホットオフセット”は、特に分離時の圧が弱い時に発生しやすい。

このように、本実施例の構成を用いることで、ヒータ２２の熱を効率良くトナーｔ及び用紙Ｓに伝えることができ、定着性の向上を図ることができた。

＜比較例２＞
ここでは、比較例１をもとに、加熱ユニット（加熱部材）２０を加圧ローラ３０に対して上流側のどの位置に持ってくれば最も定着効率が良いか比較測定を行った。

図１４は、比較例１で説明した２水準の他、加圧ローラ３０の中心に対して加熱ユニット２０の用紙搬送方向の位置を０．６ｍｍ下流に持っていった場合（−０．６ｍｍ）と、加熱ユニット２０の用紙搬送方向の位置を１．２ｍｍ上流に持っていった場合（＋１．２ｍｍ）を含め、それぞれの温度分布と圧力分布を示したものである。また、これらの構成で１１枚の連続通紙を行った時の濃度低下率の平均値、及び積算電力を比較したグラフを図１５に示す。

図１５において、加熱ユニット２０を０．６ｍｍ下流に持っていった場合（−０．６ｍｍ）は、定着性は本実施例と殆ど変わらなかったものの、積算電力が大幅に増えていることが分かる。これは、加熱ユニット２０を下流側に０．６ｍｍずらした場合、ヒータ２２の下流部がニップ部Ｎからはみ出してしまい、加熱幅を狭めてしまっている。またこの場合、ヒータ２２からの熱は、定着フィルム２３の回転により定着ニップ部Ｎの下流側に伝達され、フィルム内面ガイド部材２１、定着フィルム２３を介して空気中（定着器外部）に逃げる量が多くなってしまう。これにより、不図示の温度検知素子（サーミスタ）の検知温度が低くなり、１８０℃の制御温度に保とうとして必要以上の電力を供給することになる。従って、定着ニップ部Ｎ内の温度は上がり、定着性の観点からは比較的良好なレベルになるものの、熱の逃げ量が多くなるために無駄な電力を供給し、非効率的な熱伝導を行っている。更に、この構成の場合、従来例よりも用紙分離時の温度が高いために、先に説明した”ホットオフセット”のレベルが更に悪化した。

また、加熱ユニット２０を上流側に１．２ｍｍずらした場合（＋１．２ｍｍ）も、ヒータ２２の上流部が定着ニップ部Ｎからはみ出してしまい、加熱幅を狭めてしまっている。またこの場合、ヒータ２２からの熱は、定着フィルム２３の回転と共に下流側に伝達されるが、定着ニップ部Ｎに向かっているために外部に逃げる熱量は少なく、また加圧ローラ３０と接触しておらず定着ニップを形成していないために、上ユニット側に熱が蓄積される。これにより、今度は逆に不図示の温度検知素子（サーミスタ）の検知温度が高くなり、電力を抑えるようになる。これにより、定着ニップ部Ｎ内の温度が下がり、更にニップ幅が狭いという点も重なって、定着性が大幅に悪化する結果となった。

つまり、ヒータ２２からの熱を、外部に大量に逃がすことなく、最小限の電力で用紙Ｓに伝達させることが、「定着効率」の優れた定着装置と言える。図１５のような濃度低下率と積算電力を示すグラフにおいては、濃度低下率と積算電力が低いほど、「定着効率」が優れていることになり、本実施例１による画像形成装置の仕様においては、加熱ユニット２０を上流側に０．５〜０．７ｍｍずらした構成が、「定着効率」が最も優れていることが分かった。本数値は、画像形成装置の画像形成スピードや加圧ローラ／加熱ユニットの大きさ等により若干異なるが、「定着効率」に対する基本的な概念としては、加熱ユニット２０が定着ニップ部Ｎに対して上流側に位置し、定着ニップ部Ｎの下流側において充分に圧をかける構成とし、温度分布のピークに合わせてニップ下流側に圧力のピークを持ってくるように、加熱ユニット２０と加圧ローラ３０との位置関係を設定することである。

このように、加熱ユニット２０と加圧ローラ３０との位置関係は、加熱ユニット２０の方が加圧ローラ３０に対して上流側に位置している構成の方が定着性に優れている。更に、供給電力を考慮した「定着効率」という観点で考えると、使用する加熱ユニット２０と加圧ローラ３０で最大限にニップ幅を持たせるようにし、ヒータ２２をニップ部Ｎ内に収める系が最も望ましい。また、例えヒータ２２の基板が多少ニップ部Ｎからはみ出した場合でも、ヒータの発熱体（不図示）がニップ部Ｎ内に収まっていることが望ましい。

上述したようなガイド構成を用いることで、簡易構成で小型化且つ低コストを図りつつ、「定着効率」の優れた定着装置を提供することができた。

以上説明したように、加熱ユニット２０を加圧ローラ３０に案内するガイド部４１ａの案内方向と平行で且つガイド部４１ａの案内方向に対して垂直な方向の中央を通る仮想線Ａが、加圧ローラ３０の中心から前記ガイド部４１ａの案内方向に対して平行に引いた仮想線Ｂより用紙搬送方向上流側となるように前記ガイド部の形状を設定することで、省電力で且つ濃度低下率の低い「定着効率」の優れた定着装置を提供することができる。また、ガイド部の形状のみで設定できることから、定着装置の組立性も簡易的で精度良く設定することができる。

図１７は、本実施例における像加熱装置としての定着装置の概略図である。実施例１における定着装置と共通する構成部材・部分には共通の符号を付して再度の説明を省略する。

実施例１と異なる点は、実施例１の加熱ユニット２０が加圧用金板４４からの力Ｆを受ける面が、力Ｆの方向に対して略垂直であるのに対し、本実施例では、加熱ユニット２０が加圧用金板４４からの力Ｆを受ける面（加圧用金板４４が当接する当接面）が、力Ｆの方向に対して非垂直な面である点である。

本実施例における定着装置は、加熱ユニット２０の加圧ローラ３０への加圧方向が、加熱ユニット２０を加圧ローラ３０に案内するガイド部４２ａの案内方向と平行な線Ｕに対して、下流側に最大０°＜θ＜３０°の角度を持って加圧されるように加圧板４４の向きが設定されている。すなわち、加圧方向（付勢方向）は、加熱部材案内方向に対して交差しており、記録材搬送方向下流側に傾いている。

上記構成においても、定着ニップ部Ｎ内の温度分布・圧力分布は基本的に実施例１と同様のものが得られるため、実施例１と同様に「定着効率」の優れた定着装置を提供することができる。

また、上記構成において、定着ニップ面の法線方向Ｕに対して加圧方向Ｆが定着ニップ部の上流側に角度θを持って傾いて形成されることで、定着ニップ面に垂直な方向への力Ｆ１と同時に、定着ニップ面と平行な方向への力Ｆ２が発生する。これにより、用紙Ｓの挟持搬送時の搬送安定性が増し、定着ニップ部Ｎ内で局所的に加圧力が低下するといった不均一な加圧力の発生が軽減されるため、トナーを搬送の長手方向で均一に溶解して加圧することが可能となり、更に安定した定着性及び画質を実現することができる。

この時、３０°以上の傾斜では摺動面に対する垂直方向の加圧力Ｆ１が用紙Ｓの挟持搬送方向の力Ｆ２に逃げすぎるため、搬送安定性は増すものの、逆に用紙Ｓのトナー画像面との密着性が低下する或いは不安定になり、定着後のトナー画像面の均一性が損なわれる。従って、加圧方向Ｆを上記範囲で設定することで、定着後のトナー画像面の表面均一性と、安定した定着性及び搬送性の両立を図ることが出来る。

また、定着ニップ面と平行な方向への力Ｆ２を発生させるために、フランジ部材４１に具備させた保持フレーム嵌合部２５と板金フレーム側板４１側のガイド部４１ａとの間に０．１８ｍｍの隙間を持たせている。本構成において、力Ｆの圧逃げを最小限にし、且つ用紙搬送中の加熱ユニット（上ユニット）２０の移動バラツキを抑えて安定した用紙搬送性を得るためには、保持フレーム嵌合部２５とガイド部４１ａとの隙間は０．１〜０．２５ｍｍであることが望ましい。

尚、加圧方向Ｆの摺動面の法線方向Ｕに対する角度θの設定値については、用紙と摺動面との摩擦係数等により決定される適正な値を選択するものであるが、３０°程度の傾斜までは効果を発揮する。

以上説明したように、加熱ユニット２０を加圧ローラ３０に案内するガイド部４２ａの案内方向と平行で且つガイド部の案内方向に対して垂直な方向の中央を通る仮想線Ａが、加圧ローラ３０の中心から前記ガイド部の案内方向に対して平行に引いた仮想線Ｂより搬送方向上流側になるような構成をとり、更に前記ガイド部の案内方向に対して加圧方向が定着ニップ部の下流側に０°＜θ＜３０°の角度を持って加圧されるように前記ガイド部の形状を設定することで、優れた「定着効率」を得るだけでなく、更に安定した搬送性とこれに伴なう高画質な定着装置を提供することができる。すなわち、安定した用紙搬送性を実現できることから、画像を乱すこともなく、定着ムラの無い安定した画像の実現が可能となり高画質化を図ることもできる。また、ガイド部の形状のみで設定できることから、本体の組立性も簡易的で精度良く設定することができる。

なお、加熱部材としての加熱ユニット２０において、加熱体２２は所謂セラミックヒータに限られず、例えば、ＰＴＣ(Positive Temperature Coefficient)ヒータや、電磁誘導発熱部材などの他の加熱体を用いることができる。また、セラミックの絶縁基板の代わりに、金属板の面を絶縁処理したものを用いることもできる。

本発明の像加熱装置は、実施例の画像加熱定着装置としてばかりでなく、画像を担持した記録材を加熱してつや等の表面性を改質する像加熱装置、記録材状の未定着画像を仮定着させる像加熱装置等としても使用することができる。

実施例１における像加熱装置としての定着装置の要部の拡大横断面模型図（ａ）は定着装置の正面図、（ｂ）は一部切欠きの背面図定着装置の一部切欠きの拡大左側面図定着装置の縦断正面図定着装置の分解斜視模型図加熱体としてのセラミックヒータの一例の概略構成図温度分布と圧力分布を示す図トナーの定着プロセスを示す図従来例の定着装置の加熱ユニットと加圧ローラの位置関係を示す図比較例１の濃度低下率を示す図比較例１の濃度低下率と積算電力を示す図比較例１の温度分布と圧力分布を示す図従来例の定着装置におけるトナーの定着プロセスを示す図比較例２の加熱ユニットと加圧ローラの位置関係と、それぞれの温度分布と圧力分布を示す図比較例２の濃度低下率と積算電力を示す図画像形成装置の一例の概略構成図実施例２における定着装置の一部切欠きの拡大左側面図

符号の説明

１‥‥給紙ローラ、２‥‥紙幅規制ガイド、３‥‥給紙台、４ａ・４ｂ‥‥搬送ローラ対、７‥‥感光ドラム、８‥‥転写ローラ、１０‥‥現像器、１１‥‥帯電ローラ、１２‥‥レーザスキャナ、１３‥‥ＣＰＵ、１４‥‥クリーニング器、１５‥‥定着装置（像加熱装置）、１６‥‥排紙トレイ、１７ａ・１７ｂ‥‥排紙ローラ対、２０‥‥加熱ユニット（加熱部材）、２１‥‥フィルム内面ガイド部材、２２‥‥ヒータ、２３‥‥定着フィルム（可撓性部材）、２４‥‥フランジ部材、２５‥‥フランジ保持フレーム嵌合部、３０‥‥加圧ローラ（加圧回転体）、３１‥‥加圧ローラ芯金、４０‥‥板金フレーム、４３‥‥軸受け部材、４２ａ‥‥ガイド部、４４‥‥加圧用板金、４６‥‥加圧バネ、４７‥‥加圧バネ引掛け部材、Ｓ‥‥用紙（記録材）

Claims

筒状の定着フィルムと、前記定着フィルムの内面に接触する加熱体と、前記定着フィルムの回転をガイドすると共に前記加熱体を保持するフィルム内面ガイド部材と、前記フィルム内面ガイド部材の長手方向両端部にそれぞれ一つずつ装着されており前記定着フィルムが前記長手方向へ移動するのを規制する規制部材と、を有する加熱ユニットと、
前記定着フィルムを介して前記加熱体と共にニップ部を形成する加圧ローラと、
前記加圧ローラの回転軸を保持する軸受、及び前記規制部材の保持フレーム嵌合部が嵌合する嵌合用溝と、を有し、前記加熱ユニットと前記加圧ローラを保持する保持フレームと、
前記規制部材を付勢することにより前記加熱ユニットを前記加圧ローラに付勢する加圧板と、
を有し、前記ニップ部で画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ記録材上の画像を加熱する像加熱装置において、
前記規制部材の保持フレーム嵌合部を前記保持フレームの嵌合用溝に嵌合して前記加熱ユニットを前記保持フレームかに取り付けた時に、前記加熱体が前記嵌合用溝の記録材搬送方向中央に位置するように前記加熱体が前記フィルム内面ガイド部材に保持されており、
前記加熱ユニットを前記保持フレームに取り付けた状態の前記加熱体の記録材搬送方向中央に対して、前記加圧ローラの回転軸の回転中心が記録材搬送方向下流側に位置するように、前記軸受が前記嵌合用溝の記録材搬送方向中央に対して下流側にずれた位置に設けられていることを特徴とする像加熱装置。
前記規制部材の前記加圧板が当接する当接面の法線が前記ニップ部の面の法線に対して記録材搬送方向上流側へ傾くように前記当接面が傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。