JP4944429B2 - 定着装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真複写機や電子写真プリンター等の画像形成装置に搭載される定着装置に関する。

従来、電子写真方式の複写機、プリンター等の画像形成装置に搭載される定着装置（定着器）として、ヒータと、このヒータに接触しつつ回転する可撓性の定着フィルムと、定着フィルムを介してヒータとニップ部を形成する加圧ローラと、を有するものがある。ヒータとして、セラミックス製の基板上に発熱体を有するものが用いられる。特許文献１、２にはこのタイプの定着装置が記載されている。未定着トナー像を担持する記録材は定着器のニップ部で挟持搬送されつつ加熱され、これにより記録材上の画像は記録材に加熱定着される。この定着器は、ヒータへの通電を開始し定着可能温度まで昇温するのに要する時間が短いというメリットを有する。したがって、この定着器を搭載するプリンターは、プリント指令の入力後、一枚目の画像を出力するまでの時間（FPOT：first printout time）を短く（クイックスタート）出来る。またこのタイプの定着器は、プリント指令を待つ待機中の消費電力が少ないというメリットもある。

また、定着フィルムとしてＳＵＳ等の高熱伝導性を有する薄肉の金属スリーブを採用することで、従来のポリイミド等を基層とする樹脂フィルムよりも定着性能を向上させ、画像形成装置の高速化にも対応が可能な定着装置も提供されている（特許文献３）。

上記のようなフィルム加熱方式の定着装置では、金属スリーブからなる定着フィルムの内周をバックアップする端部フランジにより定着フィルムの左右両端の端面を受け止めることで、定着フィルムのスラスト方向への寄り移動を規制している。しかし、端部フランジで定着フィルム端面を受け止める構成では、定着フィルムは平坦なヒータ面を密着しながら回転し、屈曲を繰り返しながら該端面に寄った状態で回転してしまうため、定着フィルム端面から亀裂が生じやすい。すなわち、熱容量を抑えるためにできる限り薄く形成された定着フィルムは、端部フランジに接触する際にラッパ状に端部外径を広げられるような外力を受けてしまうのである。特に、定着フィルムは内面より端部フランジでバックアップされる構成となっているため、外周面方向への変形は規制がなく、スラスト方向への寄り力が強い場合には、より顕著にラッパ状に変形させられてしまう。さらに定着フィルム端部と端部フランジとの摺擦により、定着フィルムの端部は負荷を絶えず受けている状態になるため、端部から亀裂が生じやすくなってしまうのである。

そこで、定着フィルム端部の亀裂を防止するため、定着フィルム端部をラッパ形状に変形させないように、定着フィルム内周をバックアップする構成から、定着フィルムの外周面を支持する構成が提案されている（特許文献４、５）。一方、市場からは消費電力の低減とともに、画像形成装置の高画質化やカラー化対応も望まれている。定着器として高画質化やカラー化対応を行なうためには、トナーの定着性を充分に満足し、かつ定着ムラも防止することが必要である。

そこで、記録材上の未定着トナー像に対し定着フィルムにより熱を包み込むように伝達させるために、定着フィルムを複数の層で構成したフィルム加熱方式の定着装置が提案されている。この定着装置によれば、定着フィルムは、ポリイミドやＳＵＳ等からなる基層とフッ素樹脂等からなる離型層との間に、シリコーンゴム等からなる弾性層を有している。
特開昭６３−３１３１８２号公報 特開平４−４４０７５号公報 特開２００３−４５６１５号公報 特開２００２−３２３８２１号公報 特開２００４−１５７４４２号公報

定着フィルムの基層として高熱伝導性の金属スリーブを使用し、この金属スリーブを覆うように弾性層を設けた場合において、定着フィルム端部の亀裂を防止するため、端部フランジにより定着フィルムの外周面を支持する構成を採用したとする。この場合、定着フィルムは柔らかく弾性を有する弾性層の外周面（表面）が端部フランジに摺擦しながら回転することになる。一方で、定着フィルムは加圧ローラにより従動回転され、かつ端部フランジにより表面が規制されながら回転するため、端部フランジと摺擦する定着フィルム表面部は局所的に大きな力が加わっている。そのため、弾性層を設けた定着フィルムにおいて、端部フランジと摺擦する定着フィルム表面部に力が加わるとその表面部が弾性変形してしまい、端部フランジ内での回転が不安定になってしまうことがあった。

また、弾性層は金属スリーブよりも厚く、膜厚ムラも大きい。さらに、弾性層の硬度ムラにより、定着フィルムの左右両端で端部フランジとの摺擦による弾性変形の具合も変わってしまう。そのため、定着フィルムは左端と右端で端部フランジ内での回り方に差が生じ、定着フィルムとしての回転挙動が不安定になってしまうことがあった。

このように、定着フィルムの回転が不安定になると、定着フィルムの回転トルクが上昇して、記録材がニップ部を通過する時に、記録材と定着フィルムの間でスリップが発生して画像を乱したり、紙詰まりになったりする現象が発生しやすくなるのである。

端部フランジで定着フィルムの内周をバックアップする構成を採用すれば、端部フランジに対し硬い定着フィルム内面（金属スリーブ）が摺擦しながら回転するため、定着フィルムとしての回転は安定化する。しかしながら、上述したように、定着フィルムの端部外径の広がりからフィルム端面の亀裂に発展しやすくなるという弊害があるため、特に加熱装置の高速化や長寿命化を狙う場合は、採用は難しい。

本発明の目的は、弾性層が形成されたフィルムを用いることによる定着性とフィルムの回転安定性を両立できるようにした定着装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る定着装置の構成は、可撓性を有し、金属の基層の上に弾性層が形成されているフィルムと、前記フィルムの内周面と接触するヒータと、前記フィルムを介して前記ヒータと共にニップ部を形成する加圧部材と、前記フィルムの記録材搬送方向に直交する方向の端部の外周面を受ける内周面を有する外周規制手段と、を有し、前記ニップ部でトナー像を担持した記録材を搬送しながら加熱し、トナー像を記録材に定着する定着装置において、前記フィルムは記録材搬送方向に直交する方向の端部に前記弾性層が形成されていない部分を有し、前記フィルムの前記弾性層が形成されている部分の外周面は前記外周規制手段の前記内周面と接触せず、前記フィルムの前記弾性層が形成されていない部分の外周面は前記外周規制手段の前記内周面と接触することを特徴とする。

本発明によれば、弾性層が形成されたフィルムを用いることによる定着性とフィルムの回転安定性を両立できるようにした定着装置の提供を実現できる。

以下、本発明を図面に基づいて詳しく説明する。

（１）画像形成装置例
図２は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プリンターである。

１は像担持体としての感光ドラムであり、ＯＰＣ、アモルファスＳｅ、アモルファスＳｉ等の感光材料がアルミニウムやニッケルなどのシリンダ状の基盤上に形成されている。

感光ドラム１は矢印の時計方向に所定の周速度をもって回転駆動され、まず、その表面は帯電装置としての帯電ローラ２によって所定の極性・電位に一様帯電される。

次に、その一様帯電処理面に対して、レーザスキャナ３により、画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザビームによる走査露光３ａが施され、静電潜像が形成される。

この静電潜像は、現像装置４でトナー像として現像、可視化される。現像方法としては、ジャンピング現像法、２成分現像法、ＦＥＥＤ現像法などが用いられ、イメージ露光と反転現像とを組み合わせて用いられることが多い。

可視化されたトナー像は、転写装置としての転写ローラ５により、所定のタイミングで搬送された被加熱材としての記録材Ｐ上に感光ドラム１上より転写される。

ここで、感光ドラム１上のトナー像の画像形成位置と記録材Ｐの先端の書き出し位置が合致するようにセンサ８にて記録材Ｐの先端を検知し、タイミングを合わせている。所定のタイミングで搬送された記録材Ｐは感光ドラム１と転写ローラ５間で挟持搬送される。

このトナー像が転写された記録材Ｐは加熱定着装置６へと搬送され、トナー像は永久画像として記録材Ｐ上に加熱定着される。

一方、感光ドラム１上に残存する転写残りの残留トナーは、クリーニング装置７により感光ドラム１表面より除去される。これにより感光ドラム１は再度の画像形成に供される。

（２）加熱定着装置６
図３は加熱定着装置６の横断面模型図、図４は途中部分省略・一部切り欠き正面模型図である。

１０は加熱部材としての定着部材（加熱アセンブリ）である。２０は加圧部材としての弾性加圧ローラである。この定着部材１０と加圧ローラ２０を加圧した状態に接触させることによりニップ部としての定着ニップ部Ｎを形成させている。

定着部材１０は、加熱体としてのヒータ１１、保持部材としてのフィルムガイド１２、加熱回転体としての定着フィルム１３、外周規制手段としての端部フランジ（以下、定着フランジとも記す）１５等からなる。

ヒータ１１はフィルムガイド１２の下面に固定して配置してある。定着フィルム１３はフィルムガイド１２に対してルーズに外嵌させて配置してあり、定着フィルムの周方向に伸びたフィルムガイドリブ１２aに対して、定着ニップ部Ｎ近傍以外は充分なクリアランスが設けてある。

定着フランジ１５は、フィルムガイド１２の長手方向両端部側に装着されて、定着フィルム１３の両端部を規制する役目をする。すなわち、定着フランジ１５は、定着フィルム１３の長手方向への移動を規制する規制部材である。

弾性加圧ローラ２０は、芯金２１と、芯金２１の外側にシリコンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴムあるいはシリコンゴムを発泡して形成された弾性層２２からなり、この上にＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性層２３を形成してあってもよい。

３０は定着装置のメインフレームである。このメインフレーム３０に加圧ローラ２０や定着部材１０を装着して保持させている。すなわち、メインフレーム３０に設けた嵌合用溝３１に、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂よりなる軸受け３２、あるいはベアリングを装着している。そしてこの軸受け３２の溝に加圧ローラ２０の芯金２１の端部を嵌合させたことで、加圧ローラ２０を回転自在に配置し、該加圧ローラ２０の上側において定着部材１０が配置してある。

そして、定着部材１０の両端部において、定着フランジ１５の加圧部１５ｄと不動のバネ受け部材４０との間に加圧バネ１７を縮設させている。この加圧バネ１７により定着部材１０を所定の加圧力をもって加圧ローラ２０の上面に対して、定着フィルム１３の有する後述の弾性層１３ｂの弾性と加圧ローラ２０の弾性に抗して押圧させて、所定幅の定着ニップ部Ｎを形成させている。
定着ニップ部Ｎにおいては、定着部材１０の加圧ローラ２０に対する加圧により、定着フィルム１３がヒータ１１と弾性加圧ローラ２０との間に挟まれてヒータ１１の下面の扁平面に倣って撓む。これにより定着フィルム１３の内面がヒータ１１の下面の扁平面に密着した状態になる。

Ｇは加圧ローラ２０の芯金２１の一端部に固着して配置した駆動ギアである。この駆動ギアＧに駆動部Ｍから回転力が伝達されて、図３のように、加圧ローラ２０が矢印の反時計方向に所定の回転速度にて回転駆動される。この加圧ローラ２０の回転駆動に伴って、定着ニップ部Ｎにおける該加圧ローラ２０と定着部材１０側の定着フィルム１３との摩擦力で定着フィルム１３に回転力が作用する。そして、定着フィルム１３がその内部にあるヒータ１１の下面と密着、そして摺動しながら図３のように、フィルムガイド１２の外回りを時計方向に、加圧ローラ２０の回転に従動することで回転状態になる（加圧ローラ駆動式）。

定着フィルム１３は内部のヒータ１１及びフィルムガイド１２と摺擦しながら回転するため、ヒータ１１及びフィルムガイド１２と定着フィルム１３の間の摩擦抵抗を小さく抑える必要がある。このため、ヒータ１１及びフィルムガイド１２の表面に耐熱性グリース等の潤滑剤を少量介在させてある。また、定着フィルム１３の回転時に、フィルムガイド１２の摩耗量を抑えるために、定着フィルム１３はフィルムガイドリブ１２ａに対して、定着ニップ部Ｎ近傍以外は充分なクリアランスが設けてある。これらにより、定着フィルム１３はスムーズに回転することが可能となる。

ヒータ１１は、記録材Ｐ上のトナー像Ｔを溶融、定着させる定着ニップ部Ｎの加熱を行なう。

加圧ローラ２０の回転により定着フィルム１３が回転し、ヒータ１１に対する通電により該ヒータの温度が所定の温度に立ち上がって温調される。この状態において、未定着トナー像Ｔを担持した記録材Ｐが、耐熱性の定着入口ガイド２４に沿って定着ニップ部Ｎの定着フィルム１３と加圧ローラ２０との間に搬送される。そして、その記録材Ｐが定着ニップ部Ｎを挟持搬送されることで、未定着トナー像Ｔが定着フィルム１３を介してヒータ１１の熱で加熱されて記録材Ｐ上に熱定着される。定着ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは、定着フィルム１３の外面から分離して、不図示の耐熱性の定着排紙ガイドに案内されて、不図示の排出トレイ上に排出される。

ａ）ヒータ１１
ヒータ１１は、例えば、アルミナ（酸化アルミ）、ＡｌＮ（窒化アルミ）等の高絶縁性の細長いセラミックス基板や、ポリイミド、ＰＰＳ、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂基板を有する。そしてこの基板の表面に、例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）、ＲｕＯ₂、Ｔａ₂Ｎ等の発熱ペースト層を印刷した発熱体と、この発熱体の保護と絶縁性を確保するためのガラスコート層等を順次形成したものである。基板として熱伝導性の良好なＡｌＮ等を用いた場合は、発熱ペースト層とガラスコート層を基板に対して、定着ニップ部Ｎと反対側に形成してあっても良い。

ヒータ１１上の発熱ペーストへの給電は、不図示の給電部から不図示のコネクタを介してなされる。ヒータ基板の背面には、発熱ペーストの発熱に応じて昇温したヒータ１１の温度を検知するためのサーミスタ等の温度検知素子１４が配置されている。この温度検知素子１４の信号に応じて、長手方向端部にある不図示の電極部から発熱ペーストに印加される電圧のデューティー比や波数等を適切に制御することで、定着ニップ部Ｎ内での温調温度を略一定に保つ。これにより、ヒータ１１は定着フィルム１３を介して記録材Ｐ上の未定着トナー像Ｔを定着するのに必要な加熱を行なう。温度検知素子１４から不図示の温度制御部へのＤＣ通電は、不図示のＤＣ通電部及びＤＣ電極部を介して不図示のコネクタにより達成している。

またヒータ１１の定着ニップ部Ｎ側の表面には、定着フィルム１３の外周面（表面）との摺擦に耐えることが可能な薄層のガラスコート、フッ素樹脂層、ポリイミド層等の保護層を設けている。

ｂ）フィルムガイド１２
フィルムガイド１２は、ヒータ１１を支持する役目、加圧部材の役目、定着ニップ部Ｎと反対方向への放熱を防ぐための断熱部材の役目等をしている。このフィルムガイド１２は、剛性・耐熱性・断熱性の部材であり、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等により形成されている。

また、定着フィルム１３の周方向に伸びたフィルムガイドリブ１２ａの外径は、径Ｌｇにて配置されている。

ｃ）端部フランジ１５
図５の（ａ）は定着フランジ１５の外観斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う縦断面図である。

図５の（ｃ）に示すように、定着フィルム１３は、その端部外周面に、定着フランジ１５に設けられた挿入部（外周規制手段）１５ａの内周面１５ａ１と接触する部位（幅Ｄｅ）を有する。

定着フランジ１５は、ＰＰＳ、液晶ポリマー、フェノール樹脂等の耐熱樹脂より形成されている。この定着フランジ１５は、その外周縁部に定着フィルム１３の端部外周面Ｄｅが挿入可能な、定着フィルム１３の外径Ｌｆより大きい内径Ｌｃを有する挿入部１５ａを有する。すなわち、定着フィルム１３の端部外周面Ｄｅ部は定着フィルム１３の外径Ｌｆよりも大きい内径Ｌｃを有する挿入部１５ａに挿入され、定着フィルム１３の端面は定着フランジ１５の突き当て部１５ｂに突き当たる。また、定着フランジ１５の内側には、定着フィルム１３の変形を規制するための変形規制部位（変形規制手段）１５ｃが設けられている。この変形規制部位１５ｃの外径Ｌｓは、フィルムガイドリブ１２ａの外径Ｌｇよりも大きく、かつ定着フィルム１３の外径Ｌｆよりも小さくなるように設定されている。これにより、定着フィルム１３の回転駆動中、変形規制部位１５ｃと定着フィルム１３の内周面との接触は無い。もし定着フィルム１３が何らかの外力によって変形規制部位１５ｃと接触しても、変形規制部位１５ｃは定着フィルム１３が破損、または永久変形を起こさないような外径に設定してある。上記挿入部１５ａの内径Ｌｃと、変形規制部位１５ｃの外径Ｌｓと、フィルムガイドリブ１２ａの外径Ｌｇの大きさの関係はＬｃ＞Ｌｓ＞Ｌｇとなっている。

また、定着フランジ１５は、定着ニップ部Ｎ相当部に切り欠き部１５ｅ（図３）を有する。この切り欠き部１５ｅには、ヒータ１１を支持したフィルムガイド１２と、このフィルムガイド１２と一体の保持ステイ１２ｂの長手端部が配置される(図４）。ヒータ１１はフィルムガイド１２に支持されるため、定着フランジ１５と干渉することはない。そして、図６に示すように、定着フランジ１５に設けられた保持筐体嵌合部１５ｆをメインフレーム３０の嵌合溝３１に挿入することによって、定着部材１０の端部がメインフレーム３０により保持される。

定着部材１０をメインフレーム３０に保持させた状態において、定着フランジ１５で定着フィルム１３のスラスト方向への移動を規制するとともに、定着フランジ１５の挿入部１５ａと突き当て部１５ｂで、定着フィルム１３の端部の外周面Ｄｅと端面を受けている。定着フィルム１３の回転中において、定着フランジ１５の挿入部１５ａの内周面に定着フィルム１３の端部外周面の部位（幅Ｄｅ）を接触させて抑え込むことにより、定着フィルム端面がラッパ状に広がることを防止している。これにより定着フィルム１３端部からの破損を防止できる。

ｄ）定着フィルム１３
定着フィルム１３は、図１に示すように、少なくとも、小熱容量で可撓性を有する金属スリーブからなる基層１３ａと、この基層１３ａを覆うように基層１３ａの外周に設けられた弾性を有する弾性層１３ｂと、を有する２つの層から構成される。

基層１３ａは、クイックスタートを可能にするために膜厚は２００μｍ以下の厚みで耐熱性、高熱伝導性を有するステンレス、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等の金属部材を単独、あるいは合金部材からなり、可撓性も有している。一方で、長寿命の加熱定着装置を構成するために充分な強度を持ち、耐久性に優れた基層１３ａとして、膜厚は２０μｍ以上の厚みが必要である。また、ヒータ１１と接触する基層１３ａの内面に、潤滑性の高いフッ素樹脂層、ポリイミド層、ポリアミドイミド層等を形成してあっても良い。

弾性層１３ｂは、高画質化やカラー化対応として、トナーの定着性を充分に満足し、かつ定着ムラも防止するよう、記録材Ｐ上の未定着トナー像Ｔに対し、熱を包み込むように伝達させるため、シリコンゴム等からなる耐熱性の弾性体からなる。熱の包み込み効果による高画質化やカラー化対応のために、膜厚は５０μｍ以上の厚みが必要である。一方で、クイックスタートを可能にするために、膜厚は５００μｍ以下の厚みが必要である。また、熱伝導率を向上させるために、熱伝導性フィラー等の添加材を含有しても良い。さらに、弾性層１３ｂを覆うように、離型性と耐摩耗性を有する離型層を形成してあっても良い。

ここで、定着フランジ１５の項で説明したように、定着フィルム１３はその端部外周面に、図５（ｃ）に示すように、定着フランジ１５の挿入部１５ａの内周面１５ａ１と接触する部位（幅Ｄｅ）を有している。この定着フィルム１３の端部外周面Ｄｅ部は、図１に示すように、基層１３ａ上に弾性層１３ｂが設けられておらず、基層１３ａが露出している。そのため、定着フィルム１３の外径は、記録材Ｐと接触する弾性層１３ｂの部位（幅Ｄｃ）に比べて、定着フランジ１５の内周面１５ａ１と接触する端部外周面Ｄｅ部の方が小さい。また、定着フィルム１３の外周面において接触面Ｄｃ部は弾性層１３ｂを有している。これに対し定着フィルム１３の端部外周面Ｄｅ部は基層１３ａのみであるため、端部外周面Ｄｅ部の表面硬度を接触面Ｄｃ部に比べて飛躍的に高くすることができる。

これにより、定着フランジ１５の内周面１５ａ１に対し、硬く硬度ムラも少ない基層１３ａの端部外周面Ｄｅ部を摺擦させながら定着フィルム１３を回転させることができる。

定着フィルム１３の端部外周面Ｄｅ部と接触面Ｄｃ部以外の部位については、弾性層１３ｂの有無は問わない。しかし、その部位に弾性層１３ｂを設ける場合は、加圧ローラ２０と形成する定着ニップ部Ｎの形状の適正化、及び加圧ローラ２０による定着フィルム１３の従動回転の安定化のため、接触面Ｄｃ部の膜厚と同等もしくはそれ以下とすることが好ましい。

（３）比較実験
図１に示す本実施例の定着フィルム１３と、図１０に示す従来例の定着フィルム５０と、図１１に示す比較例の定着フィルム５１と、について、各々の定着フィルム１３・５０・５１を加熱定着装置６に組み込み、プリンターで３０万枚の通紙耐久を実施した。図１０に示す従来例の定着フィルム５０は、基層５０ａ全域に弾性層５０ｂを均一な膜厚で配置したものである。図１１に示す比較例の定着フィルム５１は、弾性層５１ｂの膜厚を記録材Ｐとの接触面Ｄｃ部で固定とし、定着フランジ１５の内周面１５ａ１と接触する端部外周面Ｄｅ部で薄くしたものである。そして、各々の定着フィルム１３・５０・５１の回転トルク測定と、記録材Ｐが定着ニップＮ通過時に発生する記録材Ｐのスリップに起因するジャムの評価を行なった。

具体的には、本実施例の定着フィルム１３と、従来例の定着フィルム５０において、基層１３ａ・５０ａはともにＳＵＳ製のスリーブである。このスリーブの膜厚は３５μｍである。弾性層１３ｂ・５０ｂはともにシリコーンゴム製である。このシリコーンゴムの膜厚は２００μｍである。そして外径はともに３０ｍｍである。また比較例の定着フィルム５１は、端部外周面Ｄｅ部の弾性層５１ｂの膜厚のみ１００μｍ、５０μｍ、１０μｍと振った定着フィルムを使用した。通紙耐久は、最大通紙幅がＡ４／ＬＴＲサイズで、プリント速度がＡ４サイズで５２ＰＰＭであるプリンターを用いて、２３℃／５０％ＲＨの環境下で、坪量８０ｇのＡ４サイズ紙で行なった。定着フィルム１３・５０・５１の回転トルクは、初期と通紙耐久１０万枚毎に、加圧ローラ２０の芯金２１上にかかる安定時のトルクを測定することで代用した。

その結果を表１に示す。なお、表中のジャムの結果を表す記号として、○はジャムの発生無し、×はジャムの発生有り、を示す。

表１の結果に示すように、本実施例の定着フィルム１３を使用することにより、通紙耐久３０万枚を通じて安定したトルクで定着フィルム１３は回転しており、記録材のスリップに起因するジャムの発生も無かった。

一方、従来例の定着フィルム５０を使用した場合は、初期から回転トルクが高めであり、通紙耐久１０万枚に達する前に記録材のスリップに起因するジャムが発生してしまい、その時の回転トルクは初期から約２０％上昇していた。

また、比較例の定着フィルム５１を使用した場合は、端部外周面Ｄｅ部の弾性層の膜厚を薄くしていくことで、回転トルクの上昇は低減し、記録材のスリップに起因するジャムの発生時期も延びる傾向にあった。

以上の結果から、定着フィルム１３における定着フランジ１５の内周面１５ａ１と接触する端部外周面Ｄｅ部は、弾性層１３ｂを配置しないことで定着フィルム１３の回転が安定化でき、加熱定着装置として長寿命化を実現できることが分かった。さらに、端部外周面Ｄｅ部は弾性層１３ｂを有していたとしても、その膜厚が記録材Ｐとの接触面Ｄｃ部と比べて充分に薄ければ端部外周面Ｄｅ部の表面硬度は高く維持することができ、回転トルクも安定することが分かった。すなわち、定着フィルム１３の端部外周面Ｄｅ部の外径が、記録材Ｐと接触する弾性層１３ｂの接触面Ｄｃ部の外径よりも小さく設定されていることが重要である。

本実施例の定着フィルム１３によれば、定着フィルム１３において少なくとも定着フランジ１５と摺擦する箇所は弾性力を小さくする、或いは弾性層１３ｂを設けないことで、定着フィルム１３の回転を安定化でき、回転トルクの上昇を低減できる。これによって記録材Ｐの定着ニップ部Ｎ通過時のスリップに起因するジャムの発生も低減できる。

また、上記定着フィルム１３を備える加熱定着装置は、プリンターのクイックスタート、高速化、高画質化、カラー化等に対応可能であり、耐久性も向上する。

本実施例では、定着フィルムの他の実施例を説明する。本実施例においては、実施例１と共通する層、部分には同一部号を付して再度の説明を省略する。実施例３においても同様とする。

本実施例の定着フィルム１３は、図７に示すように、金属スリーブからなる基層１３ａの外周に弾性を有する弾性層１３ｂ設け、この弾性層１３ｂの外周に表層として離型性と耐摩耗性を有する離型層１３ｃを設けたものである。すなわち本実施例の定着フィルム１３は、基層１３ａと、弾性層１３ｂと、離型層１３ｃと、を有する３つの層から構成されている。

離型層１３ｃは、オフセット防止や記録材の分離性、及び耐摩耗性を確保するために、フッ素樹脂や、シリコーン樹脂等の離型性の良好な耐熱性樹脂を混合ないし単独で被覆してなるものである。フッ素樹脂としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロ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）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレンヘキサフルオロプロピレン共重合体）などが用いられる。或いはＥＴＦＥ（エチレンテトラフルオロエチレン共重合体）、ＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）などが用いられる。
被覆の方法としては、離型層１３ｃをディッピングや粉体スプレー等により弾性層１３ｂ表面に塗布する方式、チューブ状に形成されたものを弾性層１３ｂ表面に覆うように被せる方式、等が挙げられるが、もちろんその被覆方式に制限は無い。
また、離型層１３ｃとしての耐摩耗性を維持するために、膜厚は５μｍ以上の厚みが必要である。一方で、クイックスタートを可能にするために、膜厚は５０μｍ以下の厚みが必要である。なお、熱伝導率を向上させるために、熱伝導性フィラー等の添加材を含有しても良い。

ここで、この定着フィルム１３の端部外周面Ｄｅ部は、図７に示すように、基層１３ａ上に弾性層１３ｂが設けられておらず、離型層１３ｃが基層１３ａを覆っている。そのため、定着フィルム１３の外径は、記録材Ｐと接触する離型層１３ｃの接触面（幅Ｄｃ）部に比べて、定着フランジ１５の内周面１５ａ１と接触する端部外周面Ｄｅ部の方が小さい。また、定着フィルム１３の外周面において接触面Ｄｃ部は、基層１３ａ上の弾性層１３ｂの外周に離型層１３ｃを有する層構成である。これに対し定着フィルム１３の端部外周面Ｄｅ部は、基層１３ａの外周に離型層１３ｃを有する層構成である。このため、端部外周面Ｄｅ部の表面硬度を接触面Ｄｃ部に比べて飛躍的に高くすることができる。

本実施例の定着フィルム１３においても、定着フランジ１５の内周面１５ａ１に対し、硬く硬度ムラも少なく、滑り性も良い離型層１３ｃの端部外周面Ｄｅ部を摺擦させながら回転させることができる。このため、定着フィルム１３の回転を安定化することができる。

さらに、定着フィルム１３の外周面全域が離型層１３ｃによって覆われているため、次のような効果も得ることができる。

加熱定着装置においては、市場からの要望である画像形成装置の高速化に応えるため、メインモータの出力を大きくして加圧ローラや定着フィルム等の回転速度を高速化させている。また、この高速化により定着ニップ部での滞留時間が短縮された記録材に充分な熱エネルギーを供給するため、定着温度アップ、定着ニップ幅の拡大、ヒータ基板や定着フィルムの材質の熱伝導性アップ等の改良を行なっている。

しかしながらこれら改良の実施により、定着ニップ部における記録材上の未定着トナー像の弊害が生じやすくなる。すなわち、図８に示す加熱定着装置のように、定着ニップ導入部の直前において、記録材Ｐ上の未定着トナー像Ｔのトナーが部分的に記録材搬送方向の上流側に吹き飛ばされるような現象（以下、後方トナー飛び散り現象）が生じやすくなる。この現象はプリント速度を高速にすればするほど悪化する傾向にある。図８は改良した加熱定着装置に生じる後方トナー飛び散り現象の説明図である。図８においては定着フィルム１３と加圧ローラ２０は説明の便宜上、簡略的に記載してある。

ここで、後方トナー飛び散り現象の発生メカニズムについて説明する。

記録材に含まれる水分は定着ニップ部における加熱により水蒸気となる。そして、高速化に伴って定着温度をアップすると水蒸気の発生量も多くなり、逃げ場を求めた水蒸気が定着ニップ部の前後方向に強く吹き出るようになる。同時に記録材の搬送速度も速くなっているため、定着ニップ導入部において、記録材上の未定着トナー像には定着ニップ部から吹き出す水蒸気の速度に記録材の搬送速度を合成した風速で水蒸気が吹き付けられる。このため、記録材に対する付着力が弱く、水蒸気流の影響を受けやすいトナー像の一部が、水蒸気の風圧によって吹き飛ばされたと考えられる。この現象は記録材の電気抵抗や表面性等で大きく左右されるが、特に横線のように記録材の搬送方向に垂直なパターンのトナー像で最も発生しやすい。

この現象の抑制対策としては、トナーＴの記録材Ｐに対する静電的な付着力をアップさせる方法が効果的である。すなわち、定着フィルム１３表面、或いは加圧ローラ２０表面の少なくともどちらか一方を導電化する。そして、外部からのバイアス印加やダイオード付加によるセルフバイアス等によって、定着フィルム１３表面と加圧ローラ２０表面との間に電位差を形成し、電界の力によってトナーを記録材Ｐ上に保持させることで後方トナー飛び散り現象を抑制できるのである。

このように、上記現象を抑制するためには、例えば定着フィルム１３の表層が絶縁の離型層１３ｃで被覆されていた場合、定着フィルム１３表面と加圧ローラ２０表面との間に電位差を形成させるために、加圧ローラ２０表面側を導電化する必要がある。

しかしながら、定着フィルム１３の離型層１３ｃが絶縁でも表面に良導電性の基層１３ａを露出させてしまうと、加圧ローラ２０表面と基層１３ａ間でリークが発生しやすくなる。このため、定着フィルム１３表面と加圧ローラ２０表面との間に安定した電位差を形成することは難しい。そのため、加圧ローラ２０表面と基層１３ａ間のリークを防止して安定した電位差を形成させるためには、定着フィルム１３の全長を延ばして、基層１３ａの露出部と加圧ローラ２０表面との距離を広く取る必要がある。この場合、プリンター本体の幅が必然的に大きくなることから、プリンターサイズが大きくなるという弊害が生じてしまう。

そこで、本実施例の定着フィルム１３は、良導電性の基層１３ａ外周面の全域が絶縁性の離型層１３ｃで覆われている構成であるため、加圧ローラ２０表面との間で安定した電位差を形成できる。

したがって、本実施例の定着フィルム１３は、実施例１の定着フィルム１３と同様な効果を得ることができるとともに、加圧ローラ２０表面との間で安定した電位差を形成できる。よって、本実施例の定着フィルム１３は現状のプリンターサイズに適合可能となるのである。

本実施例では、定着フィルムの他の実施例を説明する。

本実施例の定着フィルム１３は、図９に示すように、金属スリーブからなる基層１３ａの外周に弾性を有する弾性層１３ｂを設け、この弾性層１３ｂの外周に導電性を有する導電層１３ｄを設けている。さらにこの導電層１３ｄの外周に表層として離型性と耐摩耗性を有する離型層１３ｃを設けたものである。すなわち本実施例の定着フィルム１３は、基層１３ａと、弾性層１３ｂと、導電層１３ｄと、離型層１３ｃと、を有する４つの層から構成されている。

導電層１３ｄは、弾性層１３ｂと離型層１３ｃ、或いは基層１３ａと離型層１３ｃを接着させるプライマーを兼ねていてもよい。この導電層１３ｄは、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリアミドイミド、ポリイミド及びこれらの誘導体ならびにフッ素樹脂から選ばれる少なくとも一つの化合物を含む材料からなる。そして、カーボン等の導電材の添加によって導電性を付加している。また塗布ムラと接着性の点から膜厚は１μｍ以上の厚みが必要であり、一方、クイックスタートを可能にするために膜厚１０μｍ以下の厚みが必要である。この導電層１３ｄの抵抗は基層１３ａの抵抗よりも低くなるように設定してある。

ここで、この定着フィルム１３の端部外周面Ｄｅ部は、図９に示すように、基層１３ａ上に弾性層１３ｂが設けられておらず、基層１３ａ上に設けられた導電層１３ｄが定着フランジ１５の内周面１５ａ１と対向している。そのため、定着フィルム１３の外径は、記録材Ｐと接触する離型層１３ｃの接触面（幅Ｄｃ）部に比べて、定着フランジ１５の内周面１５ａ１と接触する端部外周面Ｄｅ部の方が小さい。また、定着フィルム１３の外周面において接触面Ｄｃ部は、基層１３ａ上に弾性層１３ｂを有し、この弾性層１３ｂ上に導電層１３ｄを介して離型層１３ｃを有する層構成である。これに対し定着フィルム１３の端部外周面Ｄｅ部は、基層１３ａの外周に導電層１３ｄを有する層構成である。このため、端部外周面Ｄｅ部の表面硬度を接触面Ｄｃ部に比べて飛躍的に高くすることができる。

本実施例の定着フィルム１３においても、定着フランジ１５の内周面１５ａ１に対し、硬く硬度ムラも少ない導電層１３ｄの端部外周面Ｄｅ部を摺擦させながら回転させることができる。このため、定着フィルム１３の回転を安定化することができる。

図９では、定着フィルム１３の端部外周面Ｄｅ部は、定着フランジ１５の内周面１５ａ１に対して導電層１３ｄが対向している状態を示した。しかし、弾性層１３ｂを設けていない端部外周面Ｄｅ部において、定着フランジ１５の内周面１５ａ１に対し、離型層１３ｃ、導電層１３ｄ、基層１３ａのどれが対向しても構わない。

さらに、定着フィルム１３において記録材Ｐと接触する接触面Ｄｃ部以外の領域に、導電層１３ｄが基層１３ａと対向している部分を有する。このため、次のような効果も得ることができる。

上述したように、後方トナー飛び散り現象の抑制には、定着フィルム１３表面、或いは加圧ローラ２０表面の少なくともどちらか一方を導電化する。そして、外部からのバイアス印加やダイオード付加によるセルフバイアス等によって、定着フィルム１３表面と加圧ローラ２０表面との間に電位差を形成し、電界の力によってトナーを記録材Ｐ上に保持させることが効果的である。

ここで、記録材Ｐ上の未定着トナー像Ｔは、その全てが適度に加熱溶融されて、記録材Ｐ表面に定着されるのが理想的である。記録材Ｐ表面に、溶けきらないコールドオフセット状態のトナー、溶けすぎたホットオフセット状態のトナー、静電的に不安定な状態のトナー等が存在すると、これらトナーは記録材Ｐに定着されずに記録材Ｐ表面と接する側の定着フィルム１３に転移することがある。さらには記録材間等で加圧ローラ２０表面に転移することがある。

定着フィルム１３に上記転移トナーが付着した場合、画像形成中、定着フィルム１３はトナー溶融温度に加熱され、上記転移トナーは溶融状態となっている。このため、次の記録材Ｐが定着ニップ部Ｎに到達した時に、その溶融状態の転移トナーがこの記録材Ｐ表面のトナー像と混ざり合って記録材Ｐ側に持っていかれたり、記録材間等で加圧ローラ２０表面へ転移したりする。そのため、継続的に定着フィルム１３が転移トナーにより汚れているという状態は存在しにくい。

一方、加圧ローラ２０表面に上記転移トナーが付着した場合、加圧ローラ２０は定着フィルム１３と比べて温度が低いため、転移トナーは溶融しにくい状況にある。特に本実施例のフィルム加熱方式の加熱定着装置は、画像形成中以外に加圧ローラ２０は加熱されず、温度が上昇しにくくいため、加圧ローラ２０表面に付着した転移トナーはほとんど溶融しない。さらに、加圧ローラ２０表面は記録材Ｐ表面のトナー像と接触しないため、次の記録材Ｐが定着ニップ部Ｎに到達した時に、転移トナーが記録材Ｐ側に持って行かれることは少なく、一旦、転移トナーが付着すると徐々に蓄積されてしまうことがあった。

このように、トナーが蓄積しやすい加圧ローラ２０表面に、カーボン等の導電材を添加して導電化させてしまうと、さらに加圧ローラ２０表面へのトナーの蓄積を助長してしまう可能性がある。このため、本実施例では、加圧ローラ２０表面側を絶縁化させ、定着フィルム１３表面と加圧ローラ２０表面との間に電位差を形成するために、定着フィルム１３表面側を導電化させている。

定着フィルム１３の離型層１３ｃは、離型性の確保のため導電材を大量に添加することができないので、導電性を有しているが抵抗は高めに設定している。そのため、離型層１３ｃの表面全域に均一な電界を形成させるために、その下層に離型層１３ｃよりも抵抗の低い導電層１３ｄを配置している。

しかしながら、電界形成のために導電層１３ｄへ外部からバイアス印加等を行なうためには、導電層１３ｄに対し不図示の導電ブラシ等の電極と対向させる必要がある。
そのため、定着フィルム１３としては、その外周面に記録材Ｐと接触する接触面Ｄｃ部、定着フランジ１５の内周面１５ａ１と接触する端部外周面Ｄｅ部の他に、導電層１３ｄの露出部を設ける必要があり、定着フィルム１５の全長を長くすることが余儀なくされる。この場合、プリンター本体の幅が必然的に大きくなることから、プリンターサイズが大きくなるという弊害が生じてしまう。

そこで、本実施例の定着フィルム１３は、導電層１３ｄよりもさらに抵抗の低い基層１３ａと対向し導通の取れる構成を有するため、不図示の導電ブラシ等の電極と対向させるのは導電層１３ｄと同電位となる基層１３ａでも良いことになる。そのため、基層１３ａの内周面を電極と対向させバイアス印加等を行なうことで、加圧ローラ２０表面との安定した電位差を形成することが可能となる。

したがって、本実施例の定着フィルム１３も、実施例１の定着フィルム１３と同様な効果を得ることができるとともに、加圧ローラ２０表面との安定した電位差を形成できる。よって、本実施例の定着フィルム１３も現状のプリンターサイズに適合可能となるのである。

〈その他〉
１）加熱体であるヒータ１１はセラミックヒータに限られるものではなく、たとえば鉄板等の電磁誘導発熱部材等にすることもできる。

２）加圧部材の形態としては、本実施例における加圧ローラ２０以外に、回動ベルト等の形態でも構わない。

３）本発明の像加熱装置は、加熱定着装置に限られず、仮定着する像加熱装置、画像を担持した記録材を再加熱してつや等の画像表面性を改質する像加熱装置等としても使用できる。

実施例１の定着フィルムの断面図である。 画像形成装置の概略模型図である。 加熱定着装置の横断面模型図である。 加熱定着装置の途中部分省略・一部切り欠き正面模型図である。 （ａ）は定着フランジの外観斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う縦断面図である。 定着部材とメインフレームの嵌合関係図である。 実施例２の定着フィルムの断面図である。 改良した加熱定着装置に生じる後方トナー飛び散り現象の説明図である。 実施例３の定着フィルムの断面図である。 従来例の定着フィルムの断面図である。 比較例の定着フィルムの断面図である。

符号の説明

１１・・・・・ヒータ、１３・・・・・定着フィルム、２０・・・・・加圧ローラ、１５・・・・・端部フランジ、Ｔ・・・・・未定着トナー像、Ｎ・・・・・定着ニップ部、Ｐ・・・・・記録材

Claims (1)

1. 可撓性を有し、金属の基層の上に弾性層が形成されているフィルムと、前記フィルムの内周面と接触するヒータと、前記フィルムを介して前記ヒータと共にニップ部を形成する加圧部材と、前記フィルムの記録材搬送方向に直交する方向の端部の外周面を受ける内周面を有する外周規制手段と、を有し、前記ニップ部でトナー像を担持した記録材を搬送しながら加熱し、トナー像を記録材に定着する定着装置において、
   前記フィルムは記録材搬送方向に直交する方向の端部に前記弾性層が形成されていない部分を有し、前記フィルムの前記弾性層が形成されている部分の外周面は前記外周規制手段の前記内周面と接触せず、前記フィルムの前記弾性層が形成されていない部分の外周面は前記外周規制手段の前記内周面と接触することを特徴とする定着装置。