(57)【要約】【課題】加圧ローラの周速に対し定着フィルムの周速が著しく遅くなる、或は記録材の搬送速度に対し定着フィルムの周速が著しく遅くなり、紙詰まりや像のズレが生じるのを防止すること。【解決手段】少なくとも通電により発熱する加熱体と、前記通電加熱体の温度を検出する手段と、前記加熱体の一部を覆い走行する耐熱性フィルムと、前記耐熱性フィルムを介して前記通電加熱体に圧接する加圧部材とで加熱装置を構成し、前記耐熱性フィルムの内面に粉末粒子を塗布することを特徴とする。本発明によれば、定着フィルム内面に粉末粒子を塗布することで、定着フィルムと接触部材間の摺動抵抗を減じさせ、且つ、安定化させることを実現させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも通電により発熱する加熱体と、前記通電加熱体の温度を検出する手段と、前記加熱体の一部を覆い走行する耐熱性フィルムと、前記耐熱性フィルムを介して前記通電加熱体に圧接する加圧部材とから成り、且つ、前記耐熱性フィルムの内面に粉末粒子を塗布することを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
記録材上にトナー像を形成する手段と、前記トナー像を記録材上に定着させる手段を有する画像形成装置において、
前記定着手段は、請求項１記載の加熱装置であることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電記録方式、電子写真方式等の画像形成手段により、記録材上に形成されたトナー像を定着させる加熱装置及び該加熱装置を有する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、静電記録装置や電子写真装置において、記録材上に形成されたトナー像の定着は、ハロゲンランプ等の発熱体を内包させた加熱ローラと弾性体層を有する加圧ローラとで、前記記録材を挟持搬送させる事で行われるのが一般的である。
【０００３】
しかしながら、最近では省電力化及び通電加熱体への通電開始から定着可能温度に達するまでの時間短縮を実現するために、特許文献１，２に記されているように、固定支持された加熱体（セラミックヒータ）と該加熱体に対向圧接しつつ搬送される耐熱性の定着フィルムとから成るヒータユニットと、このヒータユニットに対し記録材を密着させる加圧部材とを有し、上記加熱体の熱を定着フィルムを介して記録材へ付与することで、記録材上に形成されているトナー像を定着させる加熱定着装置（フィルム加熱定着器）が提案、実用化されている。
【０００４】
この方式では少なくとも１つの駆動ローラともう１つの加圧ローラ若しくはテンションローラを必要とし、ローラの摩擦力で駆動を行うため、フィルム及び駆動ローラ表面の摩擦係数の耐久を含めた変動、駆動ローラの加圧力、或は加えるテンションのバラツキ、耐久変動等を許容範囲内に収めるために、構成が複雑、高コストになるといった不都合な点がある。又、円筒形フィルムを回転駆動させるため、加圧ローラによる加圧力やフィルムの厚み等の構成によっては、フィルムの寄りを抑える制御が必要となり、その場合は更に構成が複雑、高コストになるといった不都合な点がある。
【０００５】
そこで、フィルムの駆動に因って生じる寄り力によりフィルムが座屈しない程度にフィルムの外径及び厚さで座屈強度を確保することで、寄り制御を省略し、且つ、定着フィルムをフィルムガイドに対し圧フリーに外嵌させ、フィルム及びフィルムガイドに圧接させる加圧ローラ駆動を加えることにより、前記フィルムを従動駆動させて、記録材を加圧ローラの駆動により搬送させる方式が実用化されている。
【０００６】
前記加圧ローラとの摩擦力により、定着フィルムを駆動させる方式について、図５を用いて詳細を説明する。
【０００７】
図中、７０はポリイミド樹脂を主成分とするベースフィルム上にフッ素樹脂から成る離型層を形成した定着フィルム、７９はアルミナ基板上に銀合金から成る通電発熱体の印刷、ガラスコート等を施したセラミックヒータ、７２は液晶ポリマーから成り、外径が定着フィルム７０の内径より小さくなっているフィルムガイドである。８０はシリコーンゴムから成る弾性層表面にフッ素樹脂層から成る離型層を形成した加圧ローラであり、不図示の加圧手段によりフィルム７０を介してヒータ７９に圧接し、定着ニップを形成し、このニップ部に記録材Ｐを導き加熱、加圧することでトナー像の定着を行う。
【０００８】
【特許文献１】特開昭６３−３１３１８２号公報
【特許文献２】特開平２−１５７８７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記加圧ローラ駆動により、円筒形状の定着フィルムを従動回転させ、且つ、フィルム側から熱を加え、記録材上のトナー像を定着する方式は、フィルムガイドと定着フィルム内面の摺動部の耐久による摺動抵抗の増加や加熱による温度上昇による摺動抵抗の増加、加熱定着時に記録材から発生する水蒸気が加圧ローラ表面へ付着することによる加圧ローラの摩擦駆動力の低下、等により加圧ローラの周速に対し、記録材、或は定着フィルムの搬送速度が遅れる現象が生じ、その結果、加圧ローラは所定の周速度で回転しているにも拘らず、記録材の搬送が所定の速度から遅れてしまうために紙詰まりとなる、或は定着フィルムが記録材の搬送速度に対し遅れてしまうためにトナー像が搬送方向の下流側にズレでしまい画像が乱れる等の問題が生じる場合がある。
【００１０】
本発明は、前記円筒形状の定着フィルムを加圧ローラにより従動回転させる像定着器において、加圧ローラと定着フィルム表面との摩擦力及び加圧ローラと記録材表面との摩擦力は、前記定着フィルム内面と、フィルム内面において加圧摺動する部材との摩擦力に対して確実に大きくなり、且つ、安定化させることで、加圧ローラの周速に対し定着フィルムの周速が著しく遅くなる、或は記録材の搬送速度に対し定着フィルムの周速が著しく遅くなり、紙詰まりや像のズレが生じるのを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、少なくとも通電により発熱する加熱体と、前記通電加熱体の温度を検出する手段と、前記加熱体の一部を覆い走行する耐熱性フィルムと、前記耐熱性フィルムを介して前記通電加熱体に圧接する加圧部材とで加熱装置を構成し、前記耐熱性フィルムの内面に粉末粒子を塗布することを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、記録材上にトナー像を形成する手段と、前記トナー像を記録材上に定着させる手段を有する画像形成装置において、前記定着手段を、請求項１記載の加熱装置で構成したことを特徴とするあることを特徴とする画像形成装置。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、定着フィルム内面に粉末粒子を塗布することで、定着フィルムと接触部材間の摺動抵抗を減じさせ、且つ、安定化させることを実現させる。それにより、定着フィルム内面と摺動部材との摩擦力の増加に起因して生じる定着フィルムの周速低下による記録材の遅延ジャム、像ズレ等の発生が防止される。
【００１４】
又、定着フィルムの耐久による摩擦抵抗の増加、摺動部の温度上昇による摩擦抵抗の増加、或は低温放置時におけるグリースの粘度上昇による摺動抵抗の増加、吸湿した記録材の通過による水蒸気の発生による加圧ローラの駆動力の減少等が起こっても、前記定着フィルムに圧接しつつ回転する加圧ローラの周速とほぼ同じ周速で前記定着フィルムを走行させることが実現でき、記録材の搬送不良や画像の乱れを発生させることなく記録材上のトナー像を定着させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に本発明に係る定着装置及び画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。
【００１６】
図１〜図４及び表１を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
図１は本発明を適用した画像形成装置の要部を示す図、図２は図１に示した画像形成装置の定着器要部の断面図、図３は加圧ローラの駆動により記録材及び定着フィルムの駆動を行うフィルム加熱式定着器のニップ部で作用する摩擦力の関係を説明するための図、図４は本実施の形態に係る定着装置の定着ニップ部断面を拡大した図である。
【００１８】
先ず、図１を用いて像形成プロセスを簡単に説明する。
【００１９】
記録材である紙は、カセット１１若しくは汎用の紙サイズに対応する不図示のマルチトレイ等から給紙ローラ１２、或は不図示の給紙ローラにより給紙され、レジストローラ２０によりレジスト及び画像書き込みタイミングを合わせて矢印方向に送られる。レジストローラ通過直後に、フォトセンサ及びフラッパから成る紙センサ２１（トップセンサ）により紙の先後端が検知され、後述する感光ドラム１に対するレーザー露光タイミングの決定や入力された画像サイズに対する紙の搬送方向長さの真偽判定等が行われる。
【００２０】
図中、１は接地されたアルミニウムドラムに有機感光層を形成した感光ドラムであり、帯電ローラ２の芯金に不図示のバイアス電源からバイアスが印加されることにより一様帯電が行われ、又、不図示の駆動系により矢印方向に回転駆動される。本実施の形態において、記録材の搬送速度及び感光ドラム１の周速は、１４０ｍｍ／秒である。
【００２１】
レーザースキャナー３は、半導体レーザー、レンズ、ポリゴンミラー、モータ等から成り、不図示の制御部であるＤＣコントローラによりポリゴンの回転及び画像信号に応じたレーザーの変調が行われ、像担持体１上にレーザー露光を行い、静電潜像を形成する。現像器４は負極性一成分磁性トナー及び現像マグネット、現像スリーブ等から成り、不図示のバイアス電源から現像バイアスが印加され、静電潜像の現像を行う。転写ローラ６には、不図示のバイアス電源から正極性バイアスが印加されることでトナー像を記録材１０上へ転写する。クリーニングブレード５は、感光ドラム１上に残留した転写残トナーをクリーニングする。トナー像が転写された記録材は、定着装置に送られる。
【００２２】
本実施の形態に係る定着器は、アルミナ、窒化アルミ等の絶縁基板上に銀合金から成る通電発熱体を形成した加熱体、円筒状のポリイミド樹脂にＰＴＦＥ、ＰＦＡ等のフッ素樹脂層を形成した定着フィルム、そして耐熱樹脂から成る定着フィルムガイド等から成るヒータユニット７に対し金属芯金にシリコーンゴム等を被覆した加圧ローラ８を加圧させ、定着ニップを形成し、前記加圧ローラ８に駆動を加えることで、前記定着フィルム及び記録材を搬送させる構成としたものである。定着ニップ下流側にも、紙センサ２３（排紙センサ）が配置され、紙の搬送状態がＤＣコントローラ内のＣＰＵにより監視される。
【００２３】
仮に、トップセンサ２１により、紙がトナー像転写部に送られたにも拘らず、適切な時間内に紙の先後端が、排紙センサ２３により検出されなければ、紙詰まりとして、モータ、高圧トランス、定着器の通電発熱体等に対する通電が遮断される。記録材は、定着器通過後、排紙ローラにより送られ排紙トレイ上に出力される。
【００２４】
次に、図２を用いて本発明の定着器に関して、より詳しく説明を行う。
【００２５】
図中、７１はアルミナから成る基板に、銀合金から成る通電発熱体７５ａ，７５ｂ、通電電極等をスクリーン印刷し、温度検知素子であるサーミスタ７６を接着した加熱体であるヒータである。尚、通電発熱体７５ａ，７５ｂは、ＡＣ通電制御回路へ、サーミスター７６は、ＣＰＵを擁する制御回路であるＤＣコントローラに接続されている。
【００２６】
本実施の形態において、通紙時におけるヒータ７１の制御温度（定着温度）は、２００℃である。７４は厚さ６０μｍの円筒形ポリイミドフィルム表面に、フッ素樹脂及びカーボンから成るプライマ層、そして離型層としてＰＴＦＥ、ＰＦＡ等から成るフッ素樹脂層が形成された定着フィルムである。
【００２７】
７２はＰＰＳ、液晶ポリマー等の耐熱樹脂から成るフィルムガイドである。７３はフィルムガイド７２を加圧ローラ８に加圧させた際に生じる撓み変形を抑えるための補強板金である。
【００２８】
以上の部材から、ヒータユニット７が形成される。８は、アルミニウム、鉄等から成る芯金８１にシリコーンゴム、フッ素ゴム等から成る弾性層８２及びＰＦＡチューブ等を被覆させて離型層８３が形成された加圧ローラであり、不図示の駆動手段により回転駆動される。不図示の加圧手段により、ヒータユニット７と加圧ローラ８は圧接され、定着ニップを形成し、このニップ部を記録材１０が通過することにより、記録材上の未定着トナー像は定着される。
【００２９】
図３は加圧ローラ８の摩擦力により、紙Ｐの搬送及び定着フィルム７４を回動させようとしたときに、加圧ローラ〜紙間に生じる摩擦力Ｆ１、紙〜定着フィルム間に生じる摩擦力Ｆ２、定着フィルム内面〜セラミックヒータ表面間に生じる摩擦力Ｆ３の大きさを模式的に表した図である。
【００３０】
Ｆ１＞Ｆ３且つＦ２＞Ｆ３の条件を満たすとき、記録材Ｐと定着フィルム７４は、加圧ローラの周速にほぼ等しい速度で搬送される。
【００３１】
ここで、定着フィルム内面〜セラミックヒータ表面間の摩擦力であるＦ３は、加熱による温度上昇や、フィルム内面の削れによる表面性の変化等で上昇する傾向にある。Ｆ３が、紙〜定着フィルム間に生じる摩擦力Ｆ２に近付き、ほほＦ２≒Ｆ３となり、且つ、Ｆ１＞Ｆ２の場合、紙Ｐは加圧ローラの周速で搬送されるものの、定着フィルムは、Ｆ３の力で紙Ｐと相対速度を生じさせ、トナー像のズレを生じさせてしまう。
【００３２】
又、加圧ローラ表面に、紙の加熱で生じた水蒸気が部分的に結露する等して、Ｆ１が減少する、或は定着フィルム７４の内面とヒータ７１、或はフィルムガイド７２の摩擦力Ｆ３が増加してＦ１≒Ｆ３の関係になると、加圧ローラは記録材に対し搬送力を失い、加圧ローラの周速に対し記録材の搬送速度が大きく低下して、最終的には記録材の停止、即ち加圧ローラと記録材間にスリップが生じてしまう。
【００３３】
本実施の形態は、前述のような理由で生じるトナー像のズレや記録材のスリップを防止するために、定着フィルム内面に粉末粒子を塗布し、定着フィルムと摺動するヒータ表面及びフィルムガイド摺動面との摩擦抵抗を小さくすることを特徴とする。
【００３４】
本実施の形態において、フィルム内面に塗布する材料として、窒化ホウ素粒子を含む弗素系の樹脂をスプレー等の方法でフィルム内面に均一に塗布した。窒化ホウ素粒子の粒径に関しては、０．１μｍ以下といった微粒径のものになると、フィルム内面と固定されたヒータ面との間の摩擦抵抗を減じる効果が薄く、又、１０μｍを超える大きさのものになるとヒータ表面とフィルム内面間の密着性が低下することでフィルム表面温度の低下を招き好ましくない。よって、定着フィルム内面とヒータ表面の摺動抵抗を減じ、且つ、ヒータ表面と定着フィルムの熱伝導性を共に確保するためには、粉末粒子の粒径は、２μｍ〜５μｍ程度の粒径のものが好ましい。
【００３５】
図４は本実施の形態における定着ニップ部の断面を拡大した図である。図中、図２及び図３に示した部材と共通のものは同一の符号を付しており、９０は、窒化ホウ素の粉末粒子を模式的に表したものである。
【００３６】
従来、定着フィルム内面を未処理だった場合に比べ、本実施の形態で示すように、定着フィルム内面に粉末粒子を塗布することで、加圧摺動面であるヒータ表面と定着フィルム内面の間に生じる摩擦抵抗が大幅に低下する。
【００３７】
φ２４ｍｍ、厚さ７４μｍの定着フィルムを外嵌したヒータユニットに、ローラ硬度４８°（Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度：１ｋｇｆ）、φ２５ｍｍの加圧ローラーを総圧１６ｋｇｆで加圧した条件の下、フィルム内面を処理しなかった場合と、フィルム内面に粉末粒子を塗布した場合における加圧ローラの駆動トルクを測定した結果を表１に示した。
【００３８】
【表１】
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表１に示したように、加圧ローラの駆動に必要なトルクを初期と、Ａ４サイズ紙２０万枚の通紙後において測定した結果、初期トルクに関しては、フィルム内面未処理に比較して、約７０％に低減された。
【００３９】
又、Ａ４サイズ紙を用い、２０万枚の通紙耐久試験を行ったところ、初期において内面未処理の定着フィルムは、１５万枚を超える出力を行った以降、８０％ＲＨ以上の高湿環境に放置した坪量５２ｇ／ｍ2 程度以下の薄紙を、１５秒に１枚程度のプリント間隔で高印字率の画像を出力させると、像ズレや記録材の搬送不良、スリップの発生といった問題が発生するようになった。
【００４０】
しかし、坪量６０ｇ／ｍ2 程度以上の紙の搬送には問題がなく、２０万枚の出力を行った後、加圧ローラーの軸トルクを測定した結果は、３. ６ｋｇｆ・ｃｍであった。
【００４１】
本実施の形態に係る定着フィルムの内面に窒化ホウ素を塗布した場合は、初期状態において、加圧ローラの駆動トルクが減少すると共に、２０万枚の通紙耐久を行った後も、加圧ローラの軸トルクは低く保たれ、たとえ薄紙の高湿環境放置紙と言えども、印字密度やプリント間隔によって像ズレや記録材のスリップが生じるといった問題は発生しないことが確認された。
【００４２】
以上説明したように、加圧ローラに駆動を加え、その摩擦力によって記録材の搬送及び定着フィルムの走行を行わせる定着装置において、定着フィルム内面に粉末粒子を塗布することにより、定着フィルム内面とその加圧摺動面であるヒータ表面間に生じる摩擦力を大幅に減じさせることが可能になる。それにより、定着フィルムの走行が安定し、又、記録材の坪量、吸湿状態、印字比率、プリント間隔等に関わらず、記録材上のトナー像をズレさせたり、記録材を加圧ローラに対しスリップさせたりといった搬送不良を生じさせない定着器の提供が可能になる。
【００４３】
尚、本実施の形態において、使用した粉末粒子は窒化ホウ素であるが、アルミナ、酸化チタン等の金属酸化物粒体、二酸化ケイ素粒子、石英ガラス粒体等の粒体を用いても同様の効果を得ることができる。
【００４４】
又、加熱ヒータとしてアルミナ基板上に銀合金等から成る通電発熱体を印刷して焼成したものを用いたが、前記構成に限られるものではなく、窒化アルミ等の他のセラミック基板上に任意の通電発熱体を形成したものが、加熱ヒータとして使用できる。又、定着フィルムのベースは、ポリイミド樹脂以外にフッ素樹脂等から成るチューブを用いても良く、アルミやステンレス等の金属から成るものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る画像形成装置の要部構成を示す横断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の定着器の要部構成を表す横断面図である。
【図３】加圧ローラの駆動により記録材及び定着フィルムを走行させる際にニップ部に生じる摩擦力の関係を説明するための図である。
【図４】本発明に係る定着器の定着ニップ部を拡大した模式図である。
【図５】加圧ローラの駆動により、記録材及び定着フィルムを駆動させる定着器の従来例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４６】
１        有機感光ドラム
２        帯電部材
４        現像装置
７        ヒータユニット
８        加圧ローラ
１１      紙カセット
１５      ＡＣ電源
７１，７９        加熱体
７０，７４，７７  定着フィルム
７２，７８，３２  フィルムガイド
７６      サーミスタ
８，８０  加圧ローラ
９９      ＣＰＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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