JP5959848B2 - 画像加熱装置 - Google Patents
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Description
本発明の第1の実施形態を以下に説明する。本実施形態のフィルム加熱方式の画像加熱装置は、定着フィルム端面において曲率半径が比較的小さい部分で定着フィルムの長手方向の片寄りを規制する構成であるため、定着フィルムの端部が座屈し難く、フィルム端部破損が発生し難いことを特徴としている。まず、本実施形態における画像加熱装置を搭載する画像形成装置の本体構成を説明し、次いで、本実施形態に係わる画像加熱装置について詳しく説明する。
本実施形態において、記録材上に未定着トナー像を形成する方法及び画像形成装置の一例を図11に示す概略図を用いて説明する。本実施形態における画像形成装置50は、記録材搬送ベルト9上に担持した記録材P上に、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの4色のトナー像を順次転写することで、一つの画像を形成する方式である。像担持体である感光ドラム1の周面には、回転方向(矢印R1方向)に沿って順に、帯電器2、レーザ光を感光ドラム1に照射する露光装置3、現像器5、記録材搬送ベルト9を介して転写ローラ10、及び感光ドラムクリーナー16が配置されている。
次いで、本実施形態の画像加熱装置100について以下に説明する。本実施形態の画像加熱装置100は、上述のように立ち上げ時間の短縮や低消費電力化を目的としたフィルム加熱方式の画像加熱装置である。図2は本実施形態における画像加熱装置100の断面図である。定着フィルム112(回転体)は可撓性を有する回動可能な無端ベルトであり、その内周部には加熱ヒータ113(加熱部材)が設けられている。この加熱ヒータ113は定着フィルム112の内面に接触し、定着フィルム112を内側から加熱する。定着フィルム112を挟むように、加熱ヒータ113に対向して加圧ローラ110(加圧部材)が定着ニップNを形成している。
本実施形態では、バックアップ部材を兼ねる加熱部材である加熱ヒータ113がヒータホルダー119に保持され、この周囲に可撓性を有する円筒状の定着フィルム112が設けられた構成となっている。ヒータホルダー119は、加熱ヒータ113の熱を奪い難いように低熱容量の材料が好ましく、本実施形態では耐熱性樹脂である液晶ポリマー(LCP)を用いた。ヒータホルダー119は強度を持たせるために鉄製のステー120で加熱ヒータ113とは反対側から支えられている。
本実施形態の加圧ローラ110は外径φ20mmであり、φ12mmの鉄製の芯金117にシリコーンゴムを発泡した厚さ4mmの弾性層116(発泡ゴム)が形成されている。加圧ローラ110は、熱容量が大きく、熱伝導率が大きいと、加圧ローラ110表面の熱が内部へ吸収され易く、加圧ローラ110の表面温度が上昇しにくくなる。すなわち、できるだけ低熱容量で熱伝導率が低く、断熱効果の高い材質の方が、加圧ローラ110表面温度の立ち上がり時間を短縮できる。上記シリコーンゴムを発泡した発泡ゴムの熱伝導率は0.11〜0.16W/m・Kであり、0.25〜0.29W/m・K程度のソリッドゴムよりも熱伝導率が低い。
加熱ヒータ113は、幅6mmで厚さ1mmのアルミナの基板表面に、Ag/Pd(銀パラジウム)の通電発熱抵抗層をスクリーン印刷により10μm塗工し、その上に発熱体保護層としてガラスを50μmの厚さで覆ったものを用いた。加熱ヒータ113の背面には通電発熱抵抗層の発熱に応じて昇温したセラミック基板の温度を検知するための温度検知素子115が配置されている。この温度検知素子115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通電発熱抵抗層に流す電流を適切に制御することで、加熱ヒータ113の温度を調整している。
ニップ部Nは、記録材Pを挟持搬送するため、記録材Pの搬送性安定化には凹凸が少ない方が好ましい。そのため本実施形態では、定着フィルム112の内面に接触する加熱ヒータ113の表面を極力平らにし、加圧ローラ110に加圧され形成される定着ニップNは略平面になるようにした。定着フィルム112は、変形していない円筒状では外径がφ20mmであり、曲率半径Rは10mm(以下、「定着フィルム円筒半径」と称する)である。定着フィルム112は、定着ニップN部で加熱ヒータ113と加圧ローラ110の弾性層116に挟まれると、略平面に広げられるように変形する。
次に図2中矢印A1方向から見た画像加熱装置の模式図を図4に示す。図4(a)は定着フィルム112が長手方向へ片寄りが発生していない時の図である。定着フィルム112内部の様子が分かるように定着フィルム112は透かして点線で示す。加圧ローラ110は、駆動ギア131から駆動を受けると図3中矢印R1方向に回転駆動する。定着フィルム112は定着ニップNで加圧ローラ110から力を受け、図4中矢印R2方向に従動回転する。
加圧ローラ110と定着フィルム112が通常回転している場合、基本的には加圧ローラ110は長手方向均一な力で定着フィルムを周方向へ搬送するが、定着フィルム112が長手方向均一な力で搬送されない場合がある。例えば、定着フィルム112や加圧ローラ110のアライメントが左右でずれている場合や、加圧バネ114の左右のバランスがとれていない場合、定着フィルム112や加圧ローラ110の左右で外径差がある場合などである。これらの場合、加圧ローラ110による定着フィルム112の搬送力が長手方向に均一ではなくなる。
次に、ジャム処理時の定着フィルム112の片寄りについて説明する。画像加熱装置に記録材が残留した場合、ユーザーが画像加熱装置の搬送方向下流側からから記録材のジャム処理を行なったとする。このとき、搬送方向に真っ直ぐに記録材を引き抜けば定着フィルム112に片寄り力は発生しないが、記録材を搬送方向に対して角度のついた斜め方向に引き抜いた場合、定着フィルム112に通常の回転時の片寄り力よりも大きい片寄り力が発生することがある。図5に対して搬送方向下流側から駆動ギア131方向に角度θjをつけて記録材Pをジャム処理した場合の模式図を、図6に示す。
上記のように定着フィルム112が長手方向に片寄り、その片寄り力の強さが強い場合に定着フィルム112が定着フランジの規制面に強く突き当り、定着フィルム112の端部が破損することがある。以下にこのフィルム端部破損について詳しく説明する。図12に従来の定着フランジにおけるフィルム端部破損の模式図を示す。図12は、駆動ギア131側(図中右側)に定着フィルム112が片寄った場合に定着フランジ140のフィルム規制面140aに定着フィルム端部112aが突き当たったときの模式図と、定着フランジ140のフィルム規制面140aの断面図である。
本実施形態の定着フランジ130の構成は、定着フィルムの側端面において、曲率半径が比較的小さい部分でのみ規制部材である定着フランジ130と接触して、定着フィルムの片寄りを規制する。このため、定着フィルム112の折れや座屈、亀裂などのフィルム端部破損が発生し難いことを特徴としている。以下に詳しく説明する。
定着フィルム112の曲率半径rが小さくなる領域で定着フィルムの片寄りを規制する本実施形態の定着フランジ130と、従来の定着フランジ140とでフィルム端部破壊の発生し易さの比較試験を行なった。フィルム端部破損の比較は、ジャム処理により片寄り力を強くした場合の比較と、通紙耐久によるフィルム端部破損の有無の確認で比較した。ジャム処理によるフィルム端部破損の比較は、フィルム端部破損が発生したときの定着フィルムの片寄り力を測定できるように、定着フランジ端部に圧力を検知するロードセルを装着し、ジャム処理時に定着フランジにかかる片寄り力を測定しながら行なった。
荷重0.4N/cm2で5往復擦った前後の濃度を測定する。本実施形態では、ハーフトーン濃度として擦る前の濃度D1が約0.7のものを用いた。擦った後の濃度をD2とすると、濃度低下率は(D1−D2)/D1により算出される。定着フィルム各基層膜厚に対して、ブラック単色のハーフトーン画像を印字し、上記濃度低下率の測定を行い定着性の評価を行った。
フィルム端部破損の比較結果を表1に示す。
本発明の第2の実施形態を以下に説明する。本実施形態において、未定着トナー像を形成する画像形成装置については、上記第1の実施形態と同じく一般的であり説明を省略する。また画像加熱装置においても、基本構成は第1の実施形態と同じフィルム加熱方式の画像加熱装置であり、同じ部材については、同一の符号で示し説明を省略する。本実施形態では第1の実施形態と同様に、定着フィルム端面において曲率半径が比較的小さい部分で定着フィルムの長手方向の片寄りを規制する構成であるが、定着フィルムの曲率半径を小さく変形させる部材を設けている。
図8に本実施形態の定着フランジ150による定着フィルム112の片寄り規制の模式図を示す。図8は、図1と同様に駆動側(図中右側)に定着フィルム112が片寄った場合に定着フランジ150のフィルム規制面150aに定着フィルム端部が突き当たったところの模式図と定着フランジ150の規制面150aの断面図である。本実施形態の定着フランジ150の上方部には、定着フィルムの曲率半径を小さく変形させる定着フィルム回転体ガイド部材151が設けられている。
本実施形態の定着フランジ150の構成においても、第1の実施形態と同様のフィルム端部破損の比較試験を行った。フィルム端部破損の比較結果を表2に示す。
図10に示す参考例では、定着フィルム112の内周中心に定着フィルム112から離間したハロゲンヒータ201を設け、摺動部材200で加圧ローラ110と定着ニップNを形成するような構成を用いる。また別の参考例では、回転体である定着フィルムの内側に圧接するヒータの替わりに電磁誘導加熱手段(励磁コイルと磁束コア)を用いる、あるいは回転体内部に抵抗層を設けて通電により自己発熱させることで回転体を加熱する。
上述した実施形態においては、回転体である定着フィルムは、基層126と離型層127の2層構成のものを用いたが、これに限らず、基層126と離型層127の間に弾性層を設けた構成にしても良い。耐熱性のシリコーンゴムなどを弾性層として用いることで定着フィルムが記録材の凹凸と密着しやすくなるため画質が良好になる。弾性層の厚みは、厚いほど記録材の凹凸と密着し易くなり画質が良好になるが、厚すぎると加熱ヒータの熱が記録材に伝達し難くなり定着性が落ちるため30μm〜300μm程度が好ましい。
Claims (3)
- 筒状のフィルムと、
前記フィルムの内面に接触しているヒータと、
前記フィルムを前記ヒータと共に挟持してニップ部を形成するローラと、
前記フィルムの長手方向の端面に対向する対向面を有し、前記フィルムの長手方向への移動を規制する規制部材と、
を有し、前記ニップ部で画像を担持した記録材を搬送しつつ加熱する画像加熱装置において、
前記フィルムを前記フィルムの長手方向から見た場合に、前記フィルムの前記ニップ部の入口近傍の領域である第1の領域の曲率半径と、前記フィルムの前記ニップ部の出口近傍の領域である第2の領域の曲率半径と、がいずれも、前記フィルムの回転方向に関し前記フィルムの前記ニップ部から最も離れた領域である第3の領域の曲率半径よりも小さくなるように、前記フィルムは前記ニップ部のみで挟持され、
前記フィルムの長手方向において、前記フィルムの前記第3の領域に対向する前記対向面の領域は、前記フィルムの前記第1の領域に対向する前記対向面の領域と、前記フィルムの前記第2の領域に対向する前記対向面の領域と、のいずれよりも前記フィルムの前記端面から離れており、
前記フィルムの前記第1の領域の曲率半径と、前記フィルムの前記第2の領域の曲率半径と、が等しいことを特徴とする画像加熱装置。 - 前記フィルムは、基層と、前記基層の外側に形成された離型層と、を有し、弾性層を有していないことを特徴とする請求項1に記載の画像加熱装置。
- 前記基層は耐熱性樹脂からなることを特徴とする請求項2に記載の画像加熱装置。
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