JP6579754B2

JP6579754B2 - 定着装置

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Publication number: JP6579754B2
Application number: JP2015013724A
Authority: JP
Inventors: 祥一郎池上; 小俣　将史; 将史小俣
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2015-01-27
Filing date: 2015-01-27
Publication date: 2019-09-25
Anticipated expiration: 2035-01-27
Also published as: US9766579B2; JP2016139002A; US20160216659A1

Description

本発明は、レーザビームプリンタ、ＬＥＤプリンタ等の電子写真方式、静電記録方式を用いた画像形成装置が備える定着装置に関する。

電子写真方式等の画像形成装置に具備される定着装置として、筒状のフィルムを用いた定着装置が知られている。この定着装置は、筒状のフィルムと、フィルムの内面に接触するヒータと、ヒータと共にフィルムを介してニップ部を形成する加圧部材と、を有し、ニップ部でトナー像を担持した記録材を搬送しながらトナー像を加熱するものが一般的である。

このような熱容量の小さいフィルムを用いた定着装置は、ウォームアップ時間が短い反面、記録材が通過しない領域が過昇温する、いわゆる非通紙部昇温が生じやすい。そこで、ヒータ面内の熱の移動を容易にし、ヒータの長手方向の温度分布を均一に近づけるために、ヒータと支持部材との間に熱伝導部材を設ける構成が特許文献１に開示されている。

特開平１１−８４９１９号公報

しかしながら、特許文献１のように熱伝導部材がヒータと支持部材との間に挟持される構成において、熱伝導部材の熱膨張と熱収縮とが繰り返されると、熱伝導部材が長手方向に収縮して非通紙部昇温の抑制効果が小さくなる場合があるという課題がある。

上記課題を解決するための本発明の好適な実施形態の一つは、筒状のフィルムと、前記フィルムの内面に接触する細長いヒータと、前記ヒータの前記フィルムと接触する面と反対側の面に前記ヒータの長手方向に亘って接触する熱伝導部材と、前記熱伝導部材を介して前記ヒータを支持する支持部材と、
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ローラと、を備え、前記ニップ部でトナー像が担持された記録材を搬送しながら加熱してトナー像を記録材に定着する定着装置において、前記熱伝導部材と前記ヒータとの接触領域のうち少なくとも長手方向の端部領域に潤滑剤が介在することを特徴とするものである。

本願発明によると、熱伝導部材がヒータと支持部材との間に挟持される構成において、熱伝導部材の熱膨張と熱収縮とが繰り返される場合においても熱伝導部材の変形を抑制し、熱伝導部材の非通紙昇温の抑制効果の低下を防止することができる。

実施例１に係るヒータと熱伝導部材と支持部材との横断面図実施例２に係るヒータと熱伝導部材と支持部材との横断面図（ａ）実施例２に係る変形例１のレーザースクライブ裁断された基板、（ｂ）実施例２に係る変形例１のヒータと熱伝導部材と支持部材との横断面図実施例２に係る変形例２のヒータと熱伝導部材と支持部材との横断面図実施例１に係る画像形成装置の断面図（ａ）実施例１に係る定着装置の横断面図、（ｂ）実施例１に係る定着装置の分解斜視図

以下に、図面を参照して、この本発明の好適な実施例について説明する。

（１）画像形成装置例
図５は本実施例における画像形成装置の概略構成図である。

感光ドラム１は、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は矢印の方向に回転駆動され、まず、その表面は帯電装置としての帯電ローラ２によって一様帯電される。次に、レーザースキャナ３より、画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザビームＬによる走査露光が施され、静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置４で現像、可視化される。現像方法としては、１成分系の非接触ジャンピング現像法が用いられ、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の先端の書き出し位置が合致するように８のセンサにて記録材の先端を検知し、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に一定の加圧力で挟持搬送される。このトナー像が転写された記録材Ｐは定着装置６へと搬送され、永久画像として定着される。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。また、９は定着装置６内に設けられた排紙センサであり、紙がトップセンサ８と排紙センサの間で紙詰まりなどを起こした際に、それを検知する為のセンサである。

（２）定着装置６
図６は本実施例における定着装置６の概略模式図である。定着装置６は、加熱部材としてのフィルムユニット１０と、加圧部材としての加圧ローラ２０と、を有する。定着装置６の断面図及び斜視図をそれぞれ図６（ａ）及び（ｂ）に示す。フィルムユニット１０は主に、フィルム１３と、フィルム１３の内面に接触するヒータ１１と、ヒータ１１のフィルム１３と接触する面と反対側の面に接触する熱伝導部材２４と、熱伝導部材２４を介してヒータ１１を支持する支持部材１２と、を有する。フィルムユニット１０は更に、フィルムユニット１０の曲げ剛性を向上させるための金属ステー１４を有する。

ａ）フィルム１３
フィルム１３は筒状の耐熱性フィルムである。フィルム１３４は、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ等の耐熱性樹脂やステンレス、ニッケル等の金属で形成された基層を有する。基層の材料のうち耐熱性樹脂に関しては熱伝導性を向上させるために、ＢＮ、アルミナ、Ａｌ等の高熱伝導性粉末を混入しても良い。また、フィルム１３の総厚は、低熱容量で且つ耐久性を有するために２０μｍ以上２００μｍ以下が好ましい。更にオフセット防止や記録材の分離性を確保するために表層には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）等のフッ素樹脂で離型性層を形成してある。被覆の方法としては、フィルム１３の外面をエッチング処理した後に離型性層をディッピングするか、粉体スプレー等の塗布であってもよい。あるいは、チューブ状に形成された樹脂をフィルム１３の表面に被せる方式であっても良い。または、フィルム１３の外面をブラスト処理した後に、接着剤であるプライマ層を塗布し、離型性層を被覆する方法であっても良いし、離型性に優れた材料から成型した単層構成であっても良い。本例では、基層ポリイミド製で厚み５５μｍ、その上に接着層を設け、表層は導電材を付与したＰＦＡを厚み１０μｍでコーティングし、総厚は７０μｍ、直径は１８ｍｍとし、基層には高熱伝導性粉末を混入することにより高熱伝導化をはかっている。

ｂ）加圧ローラ２０
加圧ローラ２０は、ステンレスなどの金属で形成された芯金２１と、その外側に形成されたシリコーンゴムなどの耐熱ゴムで形成した弾性層２２と、を有するローラである。この弾性層２２の外側にＰＦＡ等の離型性層が形成されていてもよい。本件では、シリコーンバルーンゴム層を厚み３．５ｍｍ、直径２０ｍｍ、表層はＰＦＡ製で厚み２０μｍ、製品硬度はアスカーＣ硬度で４９度となっている。

ｃ）ヒータ１１
ヒータ１１は、アルミナや窒化アルミ等のセラミックで形成された細長い基板１１ａの表面に、長手方向に沿って、Ａｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）、ＲｕＯ_２、Ｔａ_２Ｎ等の発熱抵抗体１１ｂが、厚み約１０μｍ、幅約１〜５ｍｍ程度でスクリーン印刷等により形成されている。発熱抵抗体１１ｂは不図示の導体部を介し不図示の電極部と接続されており、この電極部を介して不図示のコネクタ等によってヒータ１１に電力が供給される。このヒータ１１がフィルム１３と接する面には、発熱抵抗体１１ｂを保護する保護層１１ｃが設けられている。保護層１１ｃの厚みは十分薄く、表面性を良好にする程度が望ましく、ガラスやフッ素樹脂コート等を施す。本件では基板１１ａには厚み１ｍｍ、搬送方向幅５．８３ｍｍ、長手方向長さ２７０ｍｍのアルミナを用いている。基板１１ａの上に銀パラジウムの発熱抵抗体１１ｂを幅１ｍｍ、長手方向長さ２１８ｍｍに渡り形成した上に、保護層１１ｃとして厚み６０μｍのガラスをコートしている。総抵抗値は１３．８Ωであり、定格１２０Ｖ入力時において投入電力は１０４３Ｗとなる。

ｄ）熱伝導部材２４
熱伝導部材２４は小サイズ記録材を連続的に定着処理した時に生じる非通紙部昇温を均熱効果によって抑制するために用いられる。本実施例では熱伝導部材２４の材料としてアルミニウムを用いたものの、良熱伝導性の金属であれば良く、銅や銀であっても良い。アルミ板２４は長手方向の両端部に支持部材１２に近づく方向に曲げた曲げ部２４ａと、短手方向の端部に設けた曲げ部２４ｂと、を有する。アルミ板２４は、これらの曲げ部２４ａ、２４ｂを支持部材に設けられた穴部（不図示）に挿しこんで支持部材１２に設置される。曲げ部２４ｂは長手方向の移動を規制する規制部で、曲げ部２４ａは厚み方向の移動を規制する規制部である。アルミ板２４の上にヒータ１１を設置する。ヒータ１１の長手方向の中央部はアルミ板２４を介してヒータ支持部材１２に支持され、ヒータ１１の長手方向の両端部は支持部材１２に接触して支持される。本実施例ではアルミ板２４は厚み０．３ｍｍ、搬送方向幅は５．５ｍｍ、長手方向長さは２１８ｍｍでありヒータ１１の基板の発熱抵抗体が設けられた面と反対側の面に配置している。

ｅ）支持部材１２
支持部材１２はヒータ１１、アルミ板２４等を支持する部材であり、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等の耐熱性樹脂により形成される。熱伝導率が低いほど加圧ローラ２０への熱伝導が良くなるので、樹脂層中にガラスバルーンやシリカバルーン等のフィラーを内包してあっても良い。フィルム１３の回転をガイドする役割も持つ。支持部材１２は長手方向に長い溝が設けられており、その溝にある支持面にアルミ板２４、ヒータ１１を設置する構成である。この支持部材１２の支持面によって、支ヒータ１１はアルミ板２４を介して支持されている。この支持面には、長手方向の中央部が両端部よりも加圧ローラ２０に近づく方向に突出したクラウン形状が設けられている。この理由については後述する。支持部材１２のヒータ１１を支持する面と反対側の面には金属ステー１４が設けられている。

ｆ）定着装置６の駆動および制御方法
フィルムユニット１０は次のような構成により加圧ローラ２０の弾性に抗して押圧され、所定のニップＮを形成する。すなわち、図６（ｂ）に示すように、金属ステー１４は、その長手方向の両端がヒータ支持部材１２から突き出ていて、金属ステー両端部にあるバネ受け部１４ａがバネ受け部材を介してコイルバネ１５によって加圧される。荷重はステー足部１４ｂを介して支持部材１２の長手方向に渡って伝達される。また、カートリッジ着脱時においては不図示の離間機構によって加圧バネ１５は持ち上げられ離間される。本件ではニップ部Ｎに総荷重１５ｋｇｆの加圧力を与えている。本実施例におけるニップ部Ｎの長手方向の圧力分布は、前述した支持部材１２の支持面のクラウン形状によって、中央部の方が両端部よりも大きくなるように設計されている。ニップ部Ｎでは、加圧力によってフィルム１３がヒータ１１と加圧ローラ２０の間に挟まれることで撓み、ヒータ１１に密着した状態になる。

加圧ローラ２０は芯金の端部に設けられた不図示の駆動ギアにより、図６（ａ）の矢印の方向に回転する駆動力を得る。駆動力は制御手段を統制する不図示のＣＰＵからの指令に従い、不図示のモータより伝達される。本件では周速度２２０ｍｍ／ｓｅｃ、印刷能力としてはＡ４サイズ紙を毎分３８枚印字可能なように駆動制御されている。

この加圧ローラの回転駆動に伴いフィルム１３は加圧ローラ２０との摩擦力により従動回転する。フィルム１３とヒータ１１との間には、フッ素系やシリコーン系の耐熱性グリース等の潤滑材を介在させることにより、摩擦抵抗を低く抑え、滑らかにフィルム１３が回転可能となる。また、図６（ｂ）に示すように、導電ゴム輪１６を介しフィルム１３の電位は不図示のバイアス印加回路により、適正値に制御される。

また、ヒータ１１は、ヒータ１１のフィルム１３と接触する面と反対側の面にアルミ板２４を介して設けた不図示のサーミスタ等温度検知素子の信号に応じて制御されることで、ニップＮの温度を所望の目標温度に保つ。未定着トナー画像を担持した記録材ＰはニップＮで搬送されながら加熱及び加圧が行われる。ニップＮより排出された記録材Ｐは不図示の排紙ガイドに案内されて排出される。

（３）本実施例の特徴的な構成
最初に、本実施例の課題について詳細に説明する。ヒータ１１とアルミ板２４との間に潤滑剤が介在しない定着装置において、プリント動作に伴い装置が昇温と冷却を繰り返すと次のような課題がある。ヒータ１１とアルミ板２４とが熱膨張すると、この２つの部材の線膨張係数の違いに起因してアルミ板２４にはヒータ１１との間で生じる摩擦力から応力が発生する。この応力はアルミ板２４の長手方向の端部領域において生じやすい。これは、アルミ板２４の長手方向の端部のエッジが熱膨張する時にヒータ１１に引っ掛かりやすく熱膨張による伸びが規制されるためであると考えられる。この応力が繰り返しアルミ板２４の端部に生じると、アルミ板２４は長手方向に収縮し、非通紙部昇温の抑制効果が低下するという課題が発生する場合がある。特に、熱伝導部材２４の材料としてアルミニウム、ヒータ１１の基板の材料としてセラミックスを用いると、アルミニウムの方がセラミックスよりも線膨張係数が大きく且つ硬度が低いので、アルミ板２４の方が変形しやすい。

図１は本実施例に係るヒータ１１とアルミ板２４の横断面図である。本実施例の特徴的な構成は、ヒータ１１とアルミ板２４の間に潤滑剤としてのグリースを介在させている構成である。ヒータ１１とアルミ板２４との間で熱膨張の差が生じてもグリースの介在によって、ヒータ１１とアルミ板２４との間の摩擦力が弱まり、応力の発生が抑制される。本実施例では、アルミ板２４がヒータ１１と接触する領域全域にシリコーングリース（東レ・ダウコーニング社製：ＨＰ−３００）を７５ｍｇ塗布し、その上からヒータ１１を配置する。

（４）本実施例の効果
本実施例の効果を確認するために、ヒータ１１とアルミ板２４の間にグリースを介在させた本実施例の構成と、グリースが介在しない比較例の構成とを用いて効果確認のための実験を行った。本実施例と比較例とでそれぞれ３サンプルを用いて評価を行った。

実験として、熱膨張および冷却収縮を繰り返すことでアルミ板２４の変形を引き起こさせる加熱冷却サイクル評価を実施し、アルミ板２４の変形量を測定した。加熱冷却サイクル評価はプリンタ本体において温調温度２２０度設定で１０分間加熱駆動し、その後１０分間停止させファンにより空冷するというサイクルを２００回繰り返した。評価環境は室温２５℃、湿度５５％である。加えて、加熱冷却サイクル評価後の定着装置６を用いてアルミ板２４の機能変化影響に関する確認として非通紙部昇温評価を行った。非通紙部昇温評価は最大紙幅であるＬＴＲサイズよりも狭いＯｃｅＲｅｄＬａｂｅｌ（用紙サイズ：Ａ４、坪量：８０ｇ／ｍ２）を２００枚、片寄連続通紙した場合の非通紙部における加圧ローラ２０の最大表面温度を測定している。非通紙部昇温評価の評価環境は室温１５℃、湿度１０％であり、紙は開直紙を用いた。評価結果を表１に示す。

比較例では３．８〜４．８ｍｍ程度アルミ板２４に収縮が見られたのに対し、本実施例ではアルミ板２４の収縮がほとんどないことがわかる。非通紙端部に関しても本実施例においてはアルミ板２４長さに変化がほぼない事から設計値である２４０℃程度に収まっているが、比較例においては収縮に伴い２６９〜２８１℃と高くなってしまっている。比較例においては、アルミ板２４の長手方向の収縮の影響に加えて、アルミ板２４の端部の変形によってヒータ１１への密着性が低下したことも非通紙部昇温の抑制効果の低下に影響しているものと考えられる。

以上述べたことから、本実施例は、熱伝導部材の熱膨張と熱収縮とが繰り返される場合における熱伝導部材の変形を抑制し、熱伝導部材の非通紙昇温の抑制効果の低下を防止するという効果を奏する。

尚、本実施例では、本実施例では、アルミ板２４がヒータ１１と接触する接触領域の全域にグリースを塗布したが、その接触領域のうち長手方向の端部領域に塗布されていれば同様の効果が得られることが確認されている。これは、前述したように熱伝導部材２４に生じる応力が長手方向の端部で発生しやすいためである。

図２は本実施例に係るヒータ１１及びアルミ板２４の横断面図である。実施例１ではヒータ１１とアルミ板２４の間にグリースを塗布することで介在させ、熱膨張に起因する変形を抑制した。しかしながら、実施例１はアルミ板２４にグリースを塗布する製造工程が増える。そこで、本実施例では、ヒータ１１とフィルム１３との摺動性向上させるためにヒータ１１のフィルム１３と接触する面に塗布されたグリースをヒータ１１とアルミ板２４の間に誘導することでアルミ板２４にグリースを塗布する工程を省略できるようにする。本実施例の特徴的な構成は、図２に示すように、アルミ板２４の短手方向の幅がヒータ１１の短手方向の幅よりも大きいことである。尚、これ以外の構成は実施例１と同じ構成であるから説明を省略する。

本実施例では、ヒータ１１の幅５．８３ｍｍに対し、アルミ板２４の幅を６．００ｍｍに設定されている。支持部材１２にアルミ板２４を配置し、その上にヒータ１１を設置し、ヒータ１１上にシリコーングリース（東レ・ダウコーニング社製：ＨＰ−３００）を２２５ｍｇ塗布する。ヒータ１１上に塗布されたグリースは定着装置６の動作に伴い一部はヒータ１１やアルミ板２４の周囲の溝部等に回り込む。本実施例ではヒータ１１と支持部材１２との間の溝部Ａに入り込んだグリースの一部は、せり出したアルミ板２４に受け止められ毛細管現象によりヒータ１１とアルミ板２４の間に入っていく。これにより、製造工程においてアルミ板２４上へのグリース塗布を行わなくてもヒータ１１とアルミ板２４の間にグリースを介在させることができる。

以上述べたことから、本実施例は、熱伝導部材がヒータと支持部材との間に挟持される構成において、熱伝導部材の熱膨張と熱収縮が繰り返される場合における熱伝導部材の変形を抑制し、熱伝導部材の非通紙昇温の抑制効果を維持するという効果を奏する。更に、ヒータ１１とアルミ板２４の間に潤滑剤の塗布をする工程を省略できるという効果を奏する。

次に、本実施例の変形例１及び２について説明する。変形例１及び２は、実施例２にヒータ１１とアルミ板２４との間によりグリースを侵入させやすくなる構成を追加した定着装置である。

図３（ａ）は、変形例１に係るレーザースクライブ裁断面を有するヒータ１１の模式図、図３（ｂ）は変形例１に係るヒータ１１及びアルミ板２４の横断面を示す図である。ヒータ１１は、セラミック製の基板をレーザースクライブによって裁断加工しており、図３（ａ）に示すように、レーザーの照射部には細かな裁断溝が形成されている。変形例１はこの基板に出来た裁断溝を利用するものであり、ヒータ１１の面のうち裁断溝を有する面をアルミ板２４と対向する側に配置する。これにより、ヒータ１１上に塗られたグリースがヒータ１１の側面より回り込んできた時に裁断溝が起点となり毛細管現象が促進されグリースがヒータ１１とアルミ板２４の間に入りやすくなる。

次に、本実施例の変形例２について説明する。図４は、変形例２に係るヒータ１１及びアルミ板２４の横断面図を示す図である。アルミ板２４は打ち抜き加工により製造されており、バリ面側にバリが形成され、ダレ面側にダレ（滑らかなＲ形状）が形成される。変形例２は、図４に示すようにアルミ板２４のダレ面側がヒータ１１に対向するようにアルミ板２４を配置する。これにより、ヒータ１１上に塗られたグリースが回り込んできた時に、ダレを起点となり毛細管現象が促進されヒータ１１とアルミ板２４の間にグリースが入りやすくなる。

６定着装置
１１ヒータ
１２支持部材
１３フィルム
２０加圧ローラ
２４熱伝導部材

Claims

筒状のフィルムと、
前記フィルムの内面に接触する細長いヒータと、
前記ヒータの前記フィルムと接触する面と反対側の面に前記ヒータの長手方向に亘って接触する、金属からなる熱伝導部材と、
前記熱伝導部材を介して前記ヒータを支持する支持部材と、
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ローラと、
を備え、前記ニップ部でトナー像が担持された記録材を搬送しながら加熱してトナー像を記録材に定着する定着装置において、
前記熱伝導部材と前記ヒータとの接触領域のうち少なくとも長手方向の端部領域に潤滑剤が介在することを特徴とする定着装置。
前記ヒータは、基板と、前記基板の上に形成された発熱抵抗体と、を有し、前記熱伝導部材の線膨張係数は、前記基板の線膨張係数よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記ヒータの短手方向において、前記熱伝導部材の幅は、前記ヒータの幅よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
前記潤滑剤は、前記ヒータと前記フィルムの内面との間に介在することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置。
前記ニップ部の圧力は、長手方向の端部よりも中央部の方が大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置。