(57)【要約】【課題】フレキシブルヒータの表面の強度を向上させ、フレキシブルヒータの表面の破れを抑制し、安全性を向上させた定着装置を提供する。【解決手段】定着フィルム５、定着フィルム５の上方に配置されるＰＦＡチューブ２ｃと、ＰＦＡチューブ２ｃの上に配置される発熱抵抗体２ｂ、及び、発熱抵抗体２ｂの上に配置される耐熱樹脂シート２ａ、を有するフレキシブルヒータ２と、定着フィルム５に対向する加圧ローラ６と、を備える定着装置３０であって、フレキシブルヒータ２は、定着フィルム５及びＰＦＡチューブ２ｃの間に配置されてＰＦＡチューブ２ｃを保護する薄膜ＳＵＳ層２ｄを有し、薄膜ＳＵＳ層２ｄの突き刺し強度をＴαとし、加圧ローラ６の突き刺し強度をＴβとした場合に、Ｔα＞Ｔβの関係を満たす定着装置３０を構成した。【選択図】  図３
2014149375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在である無端状の定着フィルムと、
前記定着フィルムに対向して配置され、前記定着フィルムとの間に定着ニップを形成する加圧ローラと、
前記定着ニップにて、前記定着フィルムの内側に配置され、弾性を有する発熱抵抗体を有するフレキシブルヒータと、
を備える定着装置であって、
前記フレキシブルヒータは、
前記定着フィルムと前記発熱抵抗体との間に弾性、絶縁性及び耐熱性を有する耐熱絶縁層と、
前記発熱抵抗体を介して前記耐熱絶縁層の反対側に配置され、弾性、絶縁性及び耐熱性を有する弾性シートと、
前記定着フィルム及び前記耐熱絶縁層の間に配置されて前記耐熱絶縁層を保護する保護層と、を備え、
前記保護層の突き刺し強度をＴαとし、前記加圧ローラの突き刺し強度をＴβとした場合に、Ｔα＞Ｔβの関係を満たすことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
ａがフレキシブルヒータの突き刺し強度係数［ｋｇｆ２／ｃｍ３］、
ｄαがフレキシブルヒータの表層材膜厚［μｍ］、
ｐαが面圧［ ｋｇｆ／ｃｍ２］
ｂが加圧ローラの突き刺し強度係数［ｋｇｆ２／ｃｍ３］、
ｄβがフレキシブルヒータの表層材膜厚［μｍ］、
ｐβが面圧［ ｋｇｆ／ｃｍ２］であるとした場合に、
Ｔα［ｋｇｆ］＝ａ×ｄα／ｐα、及び、
Ｔβ［ｋｇｆ］＝ｂ×ｄβ／ｐβ、
の関係を有することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記弾性シートの上に配置される弾性部材と、
前記弾性部材の上に配置されて温度を検知する温度検知手段と、
前記弾性部材の端部を支持する支持部材と、
を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記保護層の熱伝導率は、１６．７（Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の値を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項５】
前記保護層のシート搬送方向の寸法は、前記定着フィルム及び前記加圧ローラで形成される定着ニップのシート搬送方向の寸法よりも大きく設定されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項６】
前記保護層は、前記発熱抵抗体よりも厚く形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項７】
前記保護層の表面粗さは、５．５μｍ以下に設定されることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項８】
前記保護層は、ステンレス鋼で形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレキシブルヒータを有する定着装置、及び、これを備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、フレキシブルヒータと、その上に配置される板状の弾性部材と、弾性部材の端部を支持するホルダ部材と、弾性部材の上に配置される温度検知手段と、を備える定着装置が開示される。こうした構成によれば、非通紙部の熱を効率良く拡散及び放熱でき、非通紙部の昇温に伴う加熱むらや周辺部材への熱ダメージ等の不具合を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−４３７４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の構成では、以下の別の問題点がある。すなわち、フレキシブルヒータは、薄板ヒータを耐熱樹脂シートで挟む構成であるので、加圧ローラよりもフレキシブルヒータの方が弱い構成となってしまう。そのために、例えば、ステイプルが付いているシートが定着装置に搬送された場合には、フレキシブルヒータがステイプルによって突き刺されてしまい、穴が開いてしまって発熱体が露出することがある。また、フレキシブルヒータとこれの周囲を回転するフィルムとの間で摩耗が生じることにより、フレキシブルヒータが削られる場合もある。このように、フレキシブルヒータの表面に穴が開いたり削られると、定着フィルム側から加圧ローラ側に電流の流れ込みが起こり、画像に不具合が生じる。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑み、フレキシブルヒータの表面の強度を向上させ、フレキシブルヒータの表面の破れを抑制し、安全性を向上させた定着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の定着装置は、回転自在である無端状の定着フィルムと、前記定着フィルムに対向して配置され、前記定着フィルムとの間に定着ニップを形成する加圧ローラと、前記定着ニップにて、前記定着フィルムの内側に配置され、弾性を有する発熱抵抗体を有するフレキシブルヒータと、を備える定着装置であって、前記フレキシブルヒータは、前記定着フィルムと前記発熱抵抗体との間に弾性、絶縁性及び耐熱性を有する耐熱絶縁層と、前記発熱抵抗体を介して前記耐熱絶縁層の反対側に配置され、弾性、絶縁性及び耐熱性を有する弾性シートと、前記定着フィルム及び前記耐熱絶縁層の間に配置されて前記耐熱絶縁層を保護する保護層と、を備え、前記保護層の突き刺し強度をＴαとし、前記加圧ローラの突き刺し強度をＴβとした場合に、Ｔα＞Ｔβの関係を満たすことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、フレキシブルヒータの表面の強度が向上し、フレキシブルヒータの表面の破れが抑制され、安全性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例１に係る定着装置を備える画像形成装置の構成を示す断面図である。
【図２】定着装置の分解斜視図である。
【図３】定着フィルムの内部の構成を示す断面図である。
【図４】フレキシブルヒータの各層の膜厚を示す表、及び、加圧力に対する耐熱樹脂シートと薄膜ＳＵＳ層の突き刺し強度を示す表である。
【図５】突き刺し強度の測定状況を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、この発明を実施するための形態を実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対位置等は、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるから、特に特定的な記載が無い限りは、発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１０】
図１は、本発明の実施例１に係る定着装置３０を備える画像形成装置１００の構成を示す断面図である。画像形成装置１００は、電子写真画像形成プロセスを利用した画像形成装置である。図１に示されるように、画像形成装置１００は画像形成装置本体（以下、単に『装置本体』という）１００Ａを有し、この装置本体１００Ａの内部には、感光体ドラム２１、転写ローラ２２、搬送ローラ２３、シート収納庫２４等が配置されている。その他の構成は省略してある。シート収納庫２４の内部には、シートＰが収納されている。
【００１１】
図２は、定着装置３０の分解斜視図である。図２に示されるように、定着装置３０は、回転自在で無端状で弾性を有する定着フィルム５、及び、定着フィルム５に対向し、定着フィルム５を加圧する加圧ローラ６と、を備える。加圧ローラ６の軸には、ギア１１が取付けられる。定着フィルム５の内部（内側）には、フレキシブルヒータ２と、ホルダ部材４と、が配置される。定着フィルム５は、ＰＩを基材とする。フレキシブルヒータ２には、電極１０が取付けられ、この電極１０に導線９が取付けられている。ホルダ部材４は、フレキシブルヒータ２が取り付けられた弾性部材１を支持する。
【００１２】
加圧ローラ６は、図示しない加圧機構によってフレキシブルヒータ２の方に加圧され、定着フィルム５との間に所定幅の定着ニップＮを形成する。加圧ローラ６は、ギア１１を介して図示しないモータによって回転し、定着フィルム５を従動させる。
【００１３】
図３は、定着フィルム５の内部の構成を示す断面図である。図３に示されるように、フレキシブルヒータ２は、定着フィルム５の側から順に、薄膜ＳＵＳ層２ｄ、ＰＦＡチューブ２ｃ、発熱抵抗体（ヒータ）２ｂ、耐熱樹脂シート２ａ、を有する。
【００１４】
『保護層』である薄膜ＳＵＳ層２ｄは、定着フィルム５及びＰＦＡチューブ２ｃの間に配置され、ＰＦＡチューブ２ｃを保護する。薄膜ＳＵＳ層２ｄは、フレキシブルヒータ２の表面側を補強する。ＳＵＳは、ステンレス鋼のことである。この構成でもっとも重要なことは、定着フィルム５の内面と摺動する、フレキシブルヒータ２の最下面に、このような薄膜ＳＵＳ層２ｄが配置される点である。
【００１５】
ＰＦＡチューブ２ｃは、耐熱絶縁層として機能する。薄膜ＳＵＳ層２ｄは、ＰＦＡチューブ２ｃの下（定着フィルム５と摺動する面）に接着される。『耐熱絶縁層』であるＰＦＡチューブ２ｃは、定着フィルム５の上方に配置される位置関係にあり、弾性、絶縁性及び耐熱性を有する。図３の太線で示されるように、基礎絶縁沿面Ｊの長さが２．５ｍｍ以上確保される。これは、発熱抵抗体２ｂから薄膜ＳＵＳ層２ｄまでの距離が２．５ｍｍ以上ないと、発熱抵抗体２ｂから定着フィルム５を介して加圧ローラ６に電流が流れてしまうので、これを回避するためである。
【００１６】
発熱抵抗体２ｂ（ヒータ）は、Ａｇ／Ｐｄ製のもので構成される。発熱抵抗体２ｂは、ＰＦＡチューブ２ｃの上に配置され、薄板状に形成され、弾性を有する。発熱抵抗体２ｂは、耐熱樹脂シート２ａとＰＦＡチューブ２ｃで挟みこまれている。
【００１７】
耐熱樹脂シート２ａは、約５００℃で溶融することなく炭化するＰＩ（ポリイミド）で形成される。『弾性シート』である耐熱樹脂シート２ａは、発熱抵抗体２ｂの上に配置され、弾性、絶縁性及び耐熱性を有する。耐熱樹脂シート２ａの材料としては、基板や発熱抵抗体２ｂとの接着力、耐熱性、電気絶縁性等の特性からポリイミド樹脂が特に好ましい。ところで、定着装置３０の定着ヒータは発熱抵抗体２ｂの表面がポリイミド管状物の内面に接することになる。このため、発熱抵抗体２ｂのポリイミド管状物内面に対する摩擦抵抗を下げるのが好ましい。このようにするためには、耐熱絶縁層をフッ素樹脂単体、あるいはフッ素樹脂を混合分散させたポリイミド樹脂などで形成することが好ましい。
【００１８】
また、定着装置３０は、定着フィルム５の内部に、弾性部材１、温度検知センサ３、ホルダ部材４を備える。弾性部材１は、耐熱樹脂シート２ａの上に配置される。『温度検知手段』である温度検知センサ３は、弾性部材１の貫通穴を通して直接、耐熱樹脂シート２ａの上に配置されて温度を検知する。『支持部材』であるホルダ部材４は、弾性部材１の端部を支持する。
【００１９】
なお、定着フィルム５は、基層となるＳＵＳスリーブあるいはポリイミドフィルム層と中間層となる導電性プライマー層あるいは絶縁性プライマー層とフッ素樹脂など耐熱性を有した樹脂から形成される表層によって構成される。また、加圧ローラ６は、回転金属軸体上に基層となるＥＰＤＭゴムやシリコーンゴムあるいはフッ素ゴムを発泡させたスポンジゴム層とシリコーンゴムやフッ素ゴムあるいはフッ素樹脂など耐熱性を有した樹脂から形成される表層によって構成される。
【００２０】
フレキシブルヒータ２の大きさは、全長が３１０ｍｍ、幅が２０ｍｍ、厚さが約１２０μｍとなっている。図３に示されるように、発熱抵抗体２ｂのシート搬送方向Ｌの幅は１１．５ｍｍ、薄膜ＳＵＳ層２ｄのシート搬送方向Ｌの幅は１３ｍｍ、定着フィルム５と加圧ローラ６で形成される定着ニップＮの幅は１０ｍｍとなっている。したがって、薄膜ＳＵＳ層２ｄのシート搬送方向Ｌの寸法（１３ｍｍ）は、定着フィルム５及び加圧ローラ６で形成される定着ニップＮのシート搬送方向Ｌの寸法（１０ｍｍ）よりも大きく設定される。なお、薄膜ＳＵＳ層２ｄは、発熱抵抗体２ｂよりも厚く形成される（図４（ａ））。
【００２１】
また、薄膜ＳＵＳ層２ｄの突き刺し強度をＴα［ｋｇｆ］とし、加圧ローラ６の突き刺し強度をＴβ［ｋｇｆ］とした場合に、Ｔα＞Ｔβ・・・（１）の式の関係を満たす。なお、ａがフレキシブルヒータ２の突き刺し強度係数［ｋｇｆ２／ｃｍ３］、ｄαがフレキシブルヒータ２の表層材膜厚［μｍ］、ｐαが面圧［ ｋｇｆ／ｃｍ２］であるとする。ｂが加圧ローラ６の突き刺し強度係数［ｋｇｆ２／ｃｍ３］、ｄβがフレキシブルヒータ２の表層材膜厚［μｍ］、ｐβが面圧［ ｋｇｆ／ｃｍ２］であるとする。こうした場合に、Ｔα［ｋｇｆ］＝ａ×ｄα／ｐα、及び、Ｔβ［ｋｇｆ］＝ｂ×ｄβ／ｐβ、の関係を有する。前述の式（１）によると、薄膜ＳＵＳ層２ｄの膜厚ｄと定着ニップＮでの面圧ｐと突き刺し強度係数ａで規定される突き刺し強度が、加圧ローラ６の突き刺し強度よりも大きくなるように、薄膜ＳＵＳ層２ｄの膜厚ｄを決める。
【００２２】
また、薄膜ＳＵＳ層２ｄは、発熱抵抗体２ｂで発生した熱を定着フィルム５を通してシートＰに伝える非常に大切な役割を果たす。そのため、熱伝導率が１６．７（Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の値を有する薄膜ＳＵＳ層２ｄが選択される。このようにすると、フレキシブルヒータ２の下の薄膜ＳＵＳ層２ｄが熱伝導性の良いために、端部昇温が抑制される。なお、薄膜ＳＵＳ層２ｄの表面粗さは、５．５μｍ以下に設定される。このように、薄膜ＳＵＳ層２ｄの表面粗さが５．５μｍよりも大きく設定されると、薄膜ＳＵＳ層２ｄが継時的に消耗し易くなるので、それを抑制するためである。ここで、Ｔα［ｋｇｆ］は発熱抵抗体２ｂの強度に依存するもので、測定方法を以下に説明していく。
【００２３】
図５は、突き刺し強度の測定状況を示す斜視図である。図５に示すように、（あ）中央に直径２０ｍｍの円柱形状の穴の開いた、長さ１２０ｍｍ、幅３０ｍｍ、高さ２５ｍｍの金属台座１４の上に、１辺５０ｍｍに切り出した弾性フィルム片１３を固定する。その時の注意点であるが、１辺５０ｍｍの弾性フィルム片１３の中心と直径２０ｍｍの円の中心を一致させる。
【００２４】
（い）そして、先端に尖ったプローブ１２ａをつけたデジタルフォースゲージ１２を１辺５０ｍｍの弾性フィルム片１３に対して垂直になるように押し当てる。その時の注意点であるが、１辺５０ｍｍの弾性フィルム片１３の中心と尖ったプローブの先端を一致させる。（う）次に、デジタルフォースゲージ１２を５０ｍｍの弾性フィルム片１３に対して垂直を保ったまま、下方に押していく。（え）弾性フィルム片１３が裂けた（破れた）ときのデジタルフォースゲージ１２の値（ＭＡＸ値）が記憶されるので、その値がフレキシブルヒータ２の突き刺し強度Ｔα［ｋｇｆ］となる。
【００２５】
また、Ｔβ［ｋｇｆ］は、回転金属軸体上に基層となるＥＰＤＭゴムやシリコーンゴムあるいはフッ素ゴムを発泡させたスポンジゴム層とシリコーンゴムやフッ素ゴムあるいはフッ素樹脂など耐熱性を有した樹脂から形成される表層によって構成される加圧ローラ６の突き刺し強度である。この測定方法は、加圧ローラ６に対してＴα測定時と同様に、先端に尖ったプローブ１２ａをつけたデジタルフォースゲージ１２を加圧ローラ６に対して垂直になるように押し当て、穴が開くまで下方に押していく。このときのデジタルフォースゲージ１２の値（ＭＡＸ値）が加圧ローラ６の突き刺し強度Ｔβ［ｋｇｆ］となる。
【００２６】
このようにして、図４（ｂ）で示したように加圧ローラ６の突き刺し強度１．１２［ｋｇｆ］よりも大きくなるように、約７０μｍの厚さをもったＳＵＳ材を薄膜ＳＵＳ層２ｄの材料に決定した。
【００２７】
作製法としては、耐熱樹脂シート２ａの上に、発熱抵抗体２ｂ、ＰＦＡチューブ２ｃ、薄膜ＳＵＳ層２ｄを厚膜印刷プロセスにより形成する。電極１０は、具体的には、銀ペーストなどの導電性塗料あるいは金属箔などにより形成することができる。定着装置３０は、不図示の電源手段によって、電極１０とリード線９を介してフレキシブルヒータ２に通電し、それを加熱することができる。そして、定着装置３０は、トナーＴを載せたシートＰがニップ部に導入されると、フレキシブルヒータ２による加熱と加圧ローラ６による加圧力でトナーＴをシートＰに定着させることができる。尚、フレキシブルヒータ２への通電は、温度検知センサ３で検知される温度に応じてＯＮ／ＯＦＦされ、定着ニップＮ付近の温度を所定温度を保つように制御される。
【００２８】
更に、定着装置３０は温度ヒューズ８（図２参照）を備えている。温度ヒューズ８は、不図示のリード線によって通電され、一定以上の温度を受けるとその通電を遮断するものである。前述の電源手段は、温度ヒューズ８の通電が遮断されると、自動的にフレキシブルヒータ２への電源供給を遮断するよう構成されており、温度検知センサ３の作動不良等による予期しない異常昇温を防ぐことができる。
【００２９】
実施例の構成によれば、フレキシブルヒータ２の表面の強度が向上し、フレキシブルヒータ２の表面の破れが抑制され、安全性が向上する。
【００３０】
詳しくは、ステイプルの混入などにより、フレキシブルヒータ２上に穴が開くのを防ぐために、膜厚を約７０μｍにしておくことを想定する。こうした場合には、突き刺し強度において、フレキシブルヒータ表層材料（薄膜ＳＵＳ層）と加圧Ｒとの関係が、薄膜ＳＵＳ層２ｄの突き刺し強度＞加圧ローラ６の突き刺し強度、の関係を満たす。そのために、加圧Ｒ側に穴が開くことになり、発熱体の露出を防ぐことができ、材料としてＳＵＳを用いることで、十分な熱伝導を確保でき、定着性を満足できる。
【００３１】
また、フレキシブルヒータの表層材に熱伝導性のよいＳＵＳ層（ＳＵＳ３０４；１６．７（Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上のもの）を用いることで小サイズの紙が通紙されたときに起こる、端部昇温が緩和できる。これは、小サイズ紙の通紙によって中央部の熱が奪われ温度が下がっても、フィルムのすぐ下層に熱伝導性の良いＳＵＳ板があるので高温部から低温部へ熱の移動が起こりやすくなるからである。従来の構成では、図１の弾性部材１のように発熱抵抗体２ｂを受けている弾性部材としてＳＵＳ板を用いて端部昇温も防止につなげようとしているが、本構成ではよりフィルムに近い位置に薄膜ＳＵＳ板を置くことで、より効果的に端部昇温を防止できることにつながる。
【符号の説明】
【００３２】
２    フレキシブルヒータ
２ａ  耐熱樹脂シート（弾性シート）
２ｂ  発熱抵抗体
２ｃ  ＰＦＡチューブ（耐熱絶縁層）
２ｄ  薄膜ＳＵＳ層（保護層）
５    定着フィルム
６    加圧ローラ
１０  定着装置
Ｔα  突き刺し強度
Ｔβ  突き刺し強度
【図１】
2014149375.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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